JP7475858B2 - 医療用マニピュレーターの可撓チューブ及び屈曲構造体 - Google Patents

Description

本発明は、手術ロボット等の医療用マニピュレーターの屈曲部に適用可能な可撓チューブ及び屈曲構造体に関する。

近年の医療においては、手術の際に患者及び医師の双方の負担を軽減可能とするために、手術ロボットのロボット鉗子や手動鉗子等の医療用マニピュレーターが普及してきている。

ロボット鉗子や手動鉗子等の医療用マニピュレーターは、患者の小さな創から内視鏡カメラと共にアームを挿入し、医師が３Ｄモニターを通して術野を目で捉えながら、実際に鉗子を動かしている感覚で手術を行うことを可能とする。

このような医療用マニピュレーターとしては、特許文献１のように、アームに屈曲部による関節機能を持たせることで、高い自由度を確保でき、より精緻な手術操作を可能とするものがある。

この医療用マニピュレーターでは、アームの屈曲部にコイルスプリングを用い、内部を通る駆動ワイヤーを引くことによって、コイルスプリングを屈曲させるようになっている。

こうした医療用マニピュレーターのアームは、患者の創を小さくして、精神的、肉体的な負担を軽減するために、小型化が望まれる。これに応じて、アームに用いられる屈曲部も、小型化が望まれている。

しかし、特許文献１の技術では、屈曲部がコイルスプリングによって構成されているため、耐荷重及び屈曲性を確保する必要性から、小型化に限界があった。

このような問題は、上記のようにロボット鉗子や手動鉗子等の医療用マニピュレーターだけでなく、内視鏡カメラ等の他の医療用マニピュレーターにおいても同様に存在する。

特開２０１４－３８０７５号公報

解決しようとする問題点は、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性を確保することに限界があった点である。

本発明は、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れたものとするために、医療用マニピュレーターの駆動ワイヤーを軸心に沿った軸方向に通し前記駆動ワイヤーの操作に応じて屈曲する可撓チューブであって、前記軸方向に積層されると共に積層状態が保持された複数のウェーブワッシャーを有する屈曲可能な本体部を備え、各ウェーブワッシャーは、周方向に複数の山部であって、前記軸方向の一側で凸であり前記軸方向の他側で凹となる前記山部、前記山部間の谷部であって、前記軸方向の前記一側で凹であり前記軸方向の前記他側で凸となる前記谷部、前記周方向に隣接する山部及び谷部間に位置し前記屈曲をしていない平常時において径方向の外側から見たときに山部から谷部へ向けて伸びるように傾斜した傾斜部、及び前記傾斜部にのみ設けられ前記駆動ワイヤーを軸方向に通す通し部を備え、前記複数のウェーブワッシャーは、隣接するウェーブワッシャーの山部と谷部とが当接し、前記駆動ワイヤーの操作に基づく屈曲内側部分となる部分での前記山部及び前記谷部の圧縮により前記本体部を屈曲可能とする、可撓チューブを最も主な特徴とする。

本発明は、複数のウェーブワッシャーを積層することによって本体部を構成し、各ウェーブワッシャーの軸方向での伸縮により屈曲できるようにしたため、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れた可撓チューブを得ることが可能となる。

可撓チューブを用いたロボット鉗子を示す斜視図である（実施例１）。 図１のロボット鉗子の正面図である（実施例１）。 図１のロボット鉗子の断面図である（実施例１）。 図１のロボット鉗子の一部を省略した斜視図である（実施例１）。 図４のロボット鉗子の一部を更に省略した斜視図である（実施例１）。 図５のロボット鉗子の側面図である（実施例１）。 図４のロボット鉗子の可撓チューブを示す斜視図である（実施例１）。 （Ａ）は図４の可撓チューブを示す側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＶＩＩＩ部の拡大図である（実施例１）。 可撓チューブの断面図であり、（Ａ）は平常時、（Ｂ）は屈曲時を示す（実施例１）。 可撓チューブの荷重と屈曲角度との関係を示すグラフである。（実施例１）。 可撓チューブの斜視図である（実施例２）。 図１１の可撓チューブの側面図である（実施例２）。 図１１の可撓チューブの平面図である（実施例２）。 変形例にかかる可撓チューブの斜視図である（実施例２）。 図１４の可撓チューブの側面図である（実施例２）。 図１４の可撓チューブの平面図である（実施例２）。 可撓チューブを有する屈曲構造体を用いたロボット鉗子の正面図である（実施例３）。 図１７のロボット鉗子の断面図である（実施例３）。 図１７のロボット鉗子の一部を省略した側面図である（実施例３）。 図１９のロボット鉗子の一部を更に省略した斜視図である（実施例３）。 図２０のロボット鉗子の側面図である（実施例３）。 図２１のロボット鉗子の平面図である（実施例３）。 屈曲構造体の断面図であり、（Ａ）は平常時、（Ｂ）は屈曲時を示す（実施例３）。 屈曲構造体の荷重と屈曲角度との関係を示すグラフである。（実施例３）。 屈曲構造体を用いたロボット鉗子の一部を省略した斜視図である（実施例４）。 図２５のロボット鉗子の側面図である（実施例４）。 図２５のロボット鉗子の断面図である（実施例４）。 変形例に係る弾性部材の平面図である（実施例４）。 他の変形例に係る弾性部材の平面図である（実施例４）。 屈曲構造体を用いたロボット鉗子の一部を省略した斜視図である（実施例５）。 図３０のロボット鉗子の側面図である（実施例５）。 図３０のロボット鉗子の断面図である（実施例５）。 図３０の屈曲構造体に用いられている弾性部材の斜視図である（実施例５）。

小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れたものとするという目的を、複数のウェーブワッシャーを積層することによって本体部を構成し、各ウェーブワッシャーの軸方向での伸縮により屈曲できるようにした可撓チューブによって実現した。

各ウェーブワッシャーは、周方向に複数の山部及びこれら山部間の谷部を備え、複数のウェーブワッシャーは、隣接するウェーブワッシャーの山部と谷部とが当接することが好ましい。この場合、ウェーブワッシャーの積層状態の保持は、隣接するウェーブワッシャーの山部及び谷部を固着することで行うことが可能である。

また、複数のウェーブワッシャーは、駆動ワイヤーを挿通する挿通孔を有することが好ましい。この場合、ウェーブワッシャーの積層状態の保持は、隣接するウェーブワッシャーの山部及び谷部間を固着せずに、駆動ワイヤーが隣接するウェーブワッシャー間を位置決めることで行ってもよい。

また、可撓チューブ内に弾性部材を設けて屈曲構造体を構成しても良い。弾性部材は、可撓チューブの本体部内に配置され、本体部よりも軸方向の剛性が高く且つ本体部の屈曲に応じて屈曲可能な構成とする。

弾性部材は、種々の形状を採用することが可能であり、例えば本体部の軸心部に位置するコイルばね、中実柱状体、又は中空筒状体等としてもよい。

［ロボット鉗子の構造］
図１は、本発明の実施例１に係る可撓チューブを有するロボット鉗子を示す斜視図、図２は、同正面図、図３は、同断面図である。

ロボット鉗子１は、医療用マニピュレーターである手術ロボットのロボットアーム先端を構成するものである。なお、ロボット鉗子１は、医療用マニピュレーターの一例である。

なお、可撓チューブ３を適用可能な医療用マニピュレーターは、手術ロボットに取り付けるか否かに拘わらず、医師等が手で操作するものであって、屈曲動作を行う屈曲部を有すれば、特に限定されるものではない。

従って、医療用マニピュレーターには、手術ロボットに取り付けない内視鏡カメラや手動鉗子等も含まれる。

本実施例のロボット鉗子１は、シャフト部５、屈曲部７、把持ユニット９によって構成されている。

シャフト部５は、例えば円筒形状に形成されている。シャフト部５内には、屈曲部７を駆動するための駆動ワイヤー１１や把持ユニット９を駆動するためのプッシュプルケーブル１３が通っている。シャフト部５の先端には、屈曲部７を介して把持ユニット９が設けられている。

駆動ワイヤー１１は、索状部材であればよく、特に限定されるものではないが、例えば撚り線、NiTi（ニッケルチタン）単線、ピアノ線、多関節ロッド、鎖、紐、糸、縄等とすることが可能である。

屈曲部７は、本実施例の可撓チューブ３によって構成されている。屈曲部７（可撓チューブ３）は、駆動ワイヤー１１及びプッシュプルケーブル１３を軸方向に通し、駆動ワイヤー１１の操作に応じて屈曲可能となっている。軸方向とは、可撓チューブ３の軸心に沿った方向を意味し、軸心に対して厳密に平行な方向である必要はなく、軸心に対して若干傾斜した方向も含む。

なお、プッシュプルケーブル１３は、屈曲部７（可撓チューブ３）の軸心部に設けられている。駆動ワイヤー１１は、本実施例において周方向に９０度毎に位置して４つ設けられており、それぞれがプッシュプルケーブル１３に対して径方向外側に偏倚して配置されている。可撓チューブ３の詳細は後述する。なお、径方向とは、可撓チューブ３の放射方向を意味する。

把持ユニット９は、屈曲部７の先端に取り付けられた基部９ａに対し、一対の把持部９ｂが開閉可能に軸支されている。基部９ａには、屈曲部７を通った駆動ワイヤー１１が接続されている。

従って、把持ユニット９は、駆動ワイヤー１１の操作により、屈曲部７を屈曲させつつ把持部９ｂを所望の方向に指向させることが可能となっている。

把持部９ｂには、その閉じ状態で軸方向に対して傾斜した溝部９ｃが設けられている。把持部９ｂの溝部９ｃには、可動片９ｄの突起部９ｅがスライド自在に係合している。可動片９ｄは、把持ユニット９の基部９ａの貫通孔９ｆ内に軸方向に移動可能に配置され、且つ屈曲部７を通ったプッシュプルケーブル１３に接続されている。

従って、把持部９ｂは、プッシュプルケーブル１３の進退動作（プッシュプル動作）により、可動片９ｄが軸方向に移動して開閉するようになっている。なお、把持部９ｂを開閉させる把持ユニット９の駆動は、プッシュプルケーブル１３に限らず、エアチューブや複数の駆動ケーブルを用いても良い。

［可撓チューブの構造］
図４は、図１のロボット鉗子１の一部を省略した斜視図である。図５は、図４の一部を更に省略したロボット鉗子１の斜視図、図６は、同側面図、図７は、可撓チューブ３を示す斜視図、図８（Ａ）は、同側面図、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＶＩＩＩ部の拡大図である。図９は、可撓チューブ３を示す断面図であり、図９（Ａ）が平常時、図９（Ｂ）が屈曲時を示す。なお、図８は、図７を４５°の方向（図７の右斜め下）から見た状態であり、図９は、図７の奥行方向の正面から見た状態において、図７の左右方向に位置する挿通孔１７ｄを通る断面を示す。

図１～図９のように、可撓チューブ３は、ロボット鉗子１の屈曲部７として、シャフト部５に対し把持ユニット９を弾性的に支持する。本実施例の可撓チューブ３は、本体部１５に挿通孔１７ｄが形成された構成となっている。

本体部１５は、複数のウェーブワッシャー１７を軸方向で積層することによって形成され、各ウェーブワッシャー１７の軸方向での伸縮により屈曲可能となっている。

各ウェーブワッシャー１７は、金属やセラミックス等によって環状に形成されている。本実施例のウェーブワッシャー１７は、ステンレスからなる円環状に形成されており、内外周間の径方向の幅が一定となっている。なお、ウェーブワッシャー１７の形状や材質等は、可撓チューブ３に要求される特性等に応じて適宜変更することが可能である。

各ウェーブワッシャー１７は、周方向に複数の山部１７ａを有し、隣接する山部１７ａ間に谷部１７ｂを有する。本実施例のウェーブワッシャー１７は、径方向に対向する二つの山部１７ａを有し、山部１７ａ間に径方向に対向する二つの谷部１７ｂを有する。従って、本実施例では、山部１７ａと谷部１７ｂとが周方向において９０度毎に交互に設けられている。

なお、山部１７ａ及び谷部１７ｂの数は、可撓チューブ３に要求される特性等に応じて適宜変更することが可能である。

山部１７ａ及び谷部１７ｂは、軸方向で逆向きの円弧状に湾曲しており、ウェーブワッシャー１７の外周から内周にわたって設けられている。軸方向で隣接するウェーブワッシャー１７間では、一方のウェーブワッシャー１７の山部１７ａが他方のウェーブワッシャーの谷部１７ｂに当接している。これら山部１７ａ及び谷部１７ｂの伸縮により、各ウェーブワッシャー１７は、軸方向での弾性的な伸縮が可能となっている。

当接する山部１７ａ及び谷部１７ｂは、溶接や接着等の適宜の手段によって固着されている。これにより、可撓チューブ３の本体部１５は、積層状態が保持されている。

なお、当接する山部１７ａ及び谷部１７ｂを固着しなくても、後述する挿通孔１７ｄに駆動ワイヤー１１が挿通することで、ウェーブワッシャー１７の積層状態を保持することは可能である。

なお、山部１７ａ及び谷部１７ｂは、相互に当接しなくてもよく、例えば、相互に若干周方向にずれて傾斜部１７ｃに当接する形態としてもよい。

各ウェーブワッシャー１７において、山部１７ａ及び谷部１７ｂ間は、傾斜部１７ｃによって連続している。傾斜部１７ｃは、径方向に対して傾斜し、且つ内周と外周との間で僅かにねじれた形状となっている。この傾斜部１７ｃには、通し部としての挿通孔１７ｄが設けられている。なお、山部１７ａ及び谷部１７ｂの曲率半径や傾斜部１７ｃの傾斜角度やねじれ等は、可撓チューブ３に要求される特性等に応じて適宜変更することが可能である。

挿通孔１７ｄは、各傾斜部１７ｃにおいて本体部１５の周方向に複数設けられている。本実施例では、駆動ワイヤー１１が周方向に９０度毎に４本設けられていることから、これに応じて挿通孔１７ｄも各傾斜部１７ｃの周方向に９０度毎に４つ設けられている。ただし、挿通孔１７ｄの数は、駆動ワイヤー１１の本数に応じて変更することが可能である。

軸方向に隣接するウェーブワッシャー１７の傾斜部１７ｃ間では、挿通孔１７ｄが軸方向に連通し、これら連通する挿通孔１７ｄにより駆動ワイヤー１１を挿通する。この挿通により、可撓チューブ３は、駆動ワイヤー１１を通し部として軸方向に通すと共に所定位置に保持するガイドとして機能する。

なお、通し部としては、挿通孔１７ｄに代えて、可撓チューブ３の本体部１５の外周又は内周から径方向に凹状の切欠又は凹部とすることも可能である。従って、可撓チューブ３は、内周又は外周の凹部等の通し部に沿わせた状態で駆動ワイヤー１１を軸方向に通すことも可能である。

また、各挿通孔１７ｄは、ウェーブワッシャー１７の径方向での幅の中間部に位置する。ただし、挿通孔１７ｄは、径方向での幅の中間部よりも径方向の内側又は外側に偏倚してもよい。また、各挿通孔１７ｄの本体部１５の軸心に対する径方向の距離は、可撓チューブ３の特性に応じて適宜設定することができ、例えば一定でなくても一定であってもよい。

挿通孔１７ｄの形状は、ほぼ円形であり、駆動ワイヤー１１の径よりも大きくなっている。この径の差は、傾斜部１７ｃの傾斜及び変位を許容する。なお、挿通孔１７ｄの形状は、円形に限られるものではなく、矩形等の他の形状としても良い。

上記本体部１５は、第１及び第２結合部１９，２１間に設けられている。第１及び第２結合部１９，２１は、それぞれロボット鉗子１のシャフト部５の先端及び把持ユニット９の基部９ａの一部を構成するものであり、樹脂や金属等によって形成された円柱状となっている。

第１結合部１９には、軸方向で貫通孔（図示せず）を介して駆動ワイヤー１１が挿通している。第２結合部２１には、固定孔（図示せず）内に駆動ワイヤー１１の先端部が固定されている。また、第１結合部１９の軸心部には、ケーブル挿通孔１９ｂが設けられ、プッシュプルケーブル１３を挿通している。

［可撓チューブの動作］
屈曲部７としての可撓チューブ３は、医師がロボット鉗子１を操作する際、何れか一つの駆動ワイヤー１１を引くことにより、シャフト部５側に位置する固定側に対して把持ユニット９側に位置する可動側が屈曲する。そして、いくつかの駆動ワイヤー１１を組み合わせて引くことにより、３６０度全方位に屈曲させることが可能となる。

何れか一つの駆動ワイヤー１１を引いて屈曲させる際、可撓チューブ３は、図９（Ｂ）のように、中立軸に対する屈曲内側部分で山部１７ａ及び谷部１７ｂが圧縮されると共に屈曲外側部分を山部１７ａ及び谷部１７ｂが伸張される。このように変形することで、操作された駆動ワイヤー１１を挿通している傾斜部１７ｃ相互間が近接し、可撓チューブ３が全体として屈曲することになる。

また、屈曲時には、可撓チューブ３が挿通孔１７ｄによって駆動ワイヤー１１を挿通させて適切な位置に維持するため、医師の操作に応じて可撓チューブ３に安定且つ正確な屈曲動作を行わせることができる。

［耐荷重性及び屈曲性］
図１０は、実施例１に係る可撓チューブ３の荷重と屈曲角度との関係を示すグラフである。

図１０では、可撓チューブ３を屈曲角度が０度から９０度となるまで屈曲させたときの荷重をプロットしたものである。

図１０のように、荷重と屈曲角度との荷重特性は、屈曲角度が０°から９０°に至るまで屈曲角度の上昇に対する荷重の上昇の線形性を高くできている。

従って、本実施例の可撓チューブ３は、耐荷重性及び屈曲性が優れたものとなっている。

［実施例１の効果］
以上説明したように、本実施例の可撓チューブ３は、軸方向に積層されると共に積層状態が保持された複数のウェーブワッシャー１７からなり、軸方向で伸縮されることによって屈曲可能な本体部１５を備えている。

これにより、本実施例では、屈曲角度と荷重との荷重特性の線形性を高くすることができ、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れた可撓チューブ３を得ることが可能となる。

結果として、医師の操作に応じて可撓チューブ３に安定且つ正確な屈曲動作を行わせることができる。

各ウェーブワッシャー１７は、周方向に複数の山部１７ａ及び山部１７ａ間の谷部１７ｂを備え、複数のウェーブワッシャー１７は、隣接するウェーブワッシャー１７の山部１７ａと谷部１７ｂとが当接する。

従って、本実施例の可撓チューブ３では、山部１７ａ及び谷部１７ｂの伸縮により、屈曲動作を確実に行わせることができる。

また、本実施例では、隣接するウェーブワッシャー１７が当接する山部１７ａ及び谷部１７ｂ間が固着されているので、山部１７ａ及び谷部１７ｂが当接したウェーブワッシャー１７の積層状態を確実に保持することができ、より確実に可撓チューブ３に屈曲動作を行わせることができる。

さらに、本実施例では、当接する山部１７ａ及び谷部１７ｂ間が固着されていることにより、ねじり剛性に優れたものとすることもできる。

また、本実施例では、複数のウェーブワッシャー１７が駆動ワイヤー１１を挿通する挿通孔１７ｄを有するので、本体部１５を駆動ワイヤー１１のガイドとして利用することができ、駆動ワイヤー１１を適切な位置に保持し、より安定且つ正確な屈曲動作を行わせることができる。

図１１は、本発明の実施例２に係る可撓チューブを示す斜視図、図１２は、同側面図、図１３は、同平面図である。なお、実施例２では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例の可撓チューブ３は、実施例１に対し、本体部１５のウェーブワッシャー１７の平面形状を変更したものである。その他は、実施例１と同一形状である。

本体部１５の各ウェーブワッシャー１７は、外周を正八角形形状としている。山部１７ａ及び谷部１７ｂは、それぞれ正八角形の対応する辺の中間部から内周にわたって設けられている。ウェーブワッシャー１７の内周の形状は、実施例１と同様に円形形状である。

図１４は、変形例に係る可撓チューブ３を示す斜視図、図１５は、同側面図、図１６は、同平面図である。

変形例の可撓チューブ３も、本体部１５の各ウェーブワッシャー１７の外周が正八角形形状となっている。ただし、山部１７ａ及び谷部１７ｂは、それぞれ対応する正八角形の角部から内周にわたって設けられている。

本実施例及び変形例においても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

図１７は、本発明の実施例３に係る可撓チューブを有する屈曲構造体を用いたロボット鉗子を示す正面図、図１８は、同断面図、図１９は、図１７のロボット鉗子の一部を省略した側面図、図２０は、ロボット鉗子の一部を更に省略した斜視図、図２１は、同側面図、図２２は、同平面図である。図２３は、屈曲構造体の断面図であり、図２３（Ａ）は平常時、図２３（Ｂ）は屈曲時を示す。なお、実施例３では、実施例１と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例は、実施例１の可撓チューブ３内に弾性部材２３を配置することで、屈曲構造体２５を構成したものである。

弾性部材２３は、金属製のコイルばね、特に密着コイルばねである。なお、密着コイルばねは、コイル相互間が自由状態で密着しているコイルばねを意味する。弾性部材２３としては、自由状態でコイル相互間に隙間を有する非密着コイルばねを用いることも可能である。

本実施例の弾性部材２３は、コイルばねの素線の断面が円形となっている。ただし、コイルばねの素線の断面は、矩形や楕円等のように他の形状とすることも可能である。

弾性部材２３は、可撓チューブ３の軸心部に配置されており、内周側にプッシュプルケーブ１３を挿通するケーブル挿通孔２３ａが区画されている。弾性部材２３の外周は、可撓チューブ３の内周に対して隙間を有している。

軸方向において、弾性部材２３は、少なくとも可撓チューブ３の本体部１５の全域にわたって伸び、圧縮に対する剛性が可撓チューブ３よりも高く設定されている。これにより、弾性部材２３は、可撓チューブ３が軸方向に不用意に圧縮されることを抑制可能となっている。

また、弾性部材２３は、可撓チューブ３に応じて屈曲可能であり、且つ屈曲方向の荷重特性に応じて可撓チューブ３の荷重特性を調整する機能を有する。

図２４は、実施例３及び比較例に係る屈曲構造体２５の荷重と屈曲角度との関係を示すグラフである。

比較例としては、実施例１の可撓チューブ３の荷重と屈曲角度との関係を示している。実施例３は、実施例１と同様、屈曲構造体２５を屈曲角度が０度から９０度となるまで屈曲させ、その後に０度まで戻るときの荷重をプロットしたものである。

図２４のように、実施例３は、線形性が高くなっており、耐荷重性及び屈曲性が優れたものとなっている。

以上説明したように、本実施例の屈曲構造体２５は、可撓チューブ３の本体部１５内に配置され、本体部１５よりも軸方向の剛性が高く且つ可撓チューブ３の屈曲に応じて屈曲可能な弾性部材２３を備えている。

従って、本実施例の屈曲構造体２５は、可撓チューブ３が不用意に圧縮されることを抑制可能となっている。

このため、可撓チューブ３が不用意に圧縮されると、駆動ワイヤー１１の操作による屈曲部７としての挙動が不安定になるおそれがあるが、本実施例では、そのような不安定な挙動を抑制できる。また、屈曲時にも経路長が変わらないので把持ユニット９の動作が安定する。

また、本実施例の屈曲構造体２５は、弾性部材２３の屈曲方向の荷重特性により、可撓チューブ３の荷重特性を調整することができる。

その他、本実施例においても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

なお、弾性部材２３は、実施例２に適用することも可能である。

図２５は、本発明の実施例４に係る屈曲構造体を用いたロボット鉗子の一部を省略した斜視図、図２６は、同側面図、図２７は、同断面図である。なお、実施例４では、実施例３と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例の屈曲構造体３は、弾性部材２３を中実柱状体としたものである。その他は、実施例３と同一構成である。

すなわち、弾性部材２３は、ゴム等の弾性材料により中実柱状に形成されている。これにより、弾性部材２３は、可撓チューブ３の本体部１５よりも軸方向の剛性が高く且つ可撓チューブ３の屈曲に応じて屈曲可能な構成となっている。

なお、本実施例では、中実柱状の弾性部材２３が可撓チューブ３の軸心部に位置するため、プッシュプルケーブル１３に代えて、複数の駆動ワイヤー等を採用して把持ユニット９を駆動してもよい。

図２８は、変形例に係る弾性部材２３を示す平面図、図２９は、他の変形例に係る弾性部材２３を示す平面図である。

図２８の変形例は、中実柱状の弾性部材２３に対し、径方向で凹状の溝部２３ｂを外周に設けたものである。溝部２３ｂは、軸方向において弾性部材２３に沿って設けられ、プッシュプルケーブル１３に代えて採用される把持部９を駆動するための駆動ワイヤー２４をガイドする。

なお、駆動ワイヤー２４の数や配置は、把持部９の構造に応じて適宜変更され、これに応じて、溝部２３ｂの数や配置も適宜変更される。

図２９の変形例は、中実柱状の弾性部材２３に対し、外周から軸心部付近へかけて径方向で凹状のスリット２３ｃを設けたものである。スリット２３ｃは、軸方向において弾性部材２３に沿って設けられ、弾性部材２３の軸心部でプッシュプルケーブル１３をガイドする。

なお、スリット２３ｃは、二点鎖線で示すように、弾性部材２３の外周から軸心部の手前までプッシュプルケーブル１３の径よりもやや狭くし、軸心部でプッシュプルケーブル１３と同径となるように構成してもよい。また、スリット２３ｃは、弾性部材２３の軸心部を越えて設けることも可能である。

かかる実施例４及び変形例でも、実施例３と同様の作用効果を奏することができる。

図３０は、本発明の実施例５に係る屈曲構造体を示す斜視図、図３１は、同側面図、図３２は、同断面図である。図３３は、図３０の屈曲構造体の弾性部材を示す斜視図である。なお、実施例５では、実施例３と対応する構成に同符号を付して重複した説明を省略する。

本実施例の屈曲構造体３は、弾性部材２３を中空筒状体としたものである。その他は、実施例３と同一構成である。

弾性部材２３は、超弾性合金からなり、端筒部２７ａ，２７ｂと、リング部２９と、チューブ結合部３１ａ，３１ｂと、チューブスリット３３とで構成されている。なお、超弾性合金は、NiTi合金（ニッケルチタン合金）、ゴムメタル（登録商標）等のチタン系合金、Cu-Al-Mn合金（銅系合金）、Fe-Mn-Al系合金（鉄系合金）等とすることが可能である。

端筒部２７ａ，２７ｂは、両端部に設けられたリング状である。これら端筒部２７ａ，２７ｂ間には、複数のリング部２９が位置している。

複数のリング部２９は、軸方向に等間隔で平行に連設されている。リング部２９の軸方向の幅は、本実施例において一定である。ただし、リング部２９の軸方向の幅は、シャフト部５側に位置する固定側から把持ユニット９側に位置する可動側に向けて漸次小さくすることも可能である。

隣接するリング部２１は、周方向の一部でチューブ結合部３１ａ，３１ｂによって結合されている。両端部のリング部２９は、チューブ結合部３１ａ，３１ｂによって端筒部２７ａ，２７ｂに結合されている。

チューブ結合部３１ａ，３１ｂは、リング部２９に一体に設けられ、軸方向で隣接するリング部２９間を径方向で対向する周方向の二ヵ所で結合している。

各リング部２９において、軸方向の一側（基端側）に位置するチューブ結合部３１ａ，３１ｂと他側（先端側）に位置するチューブ結合部３１ａ，３１ｂは、周方向に１８０／Ｎ度ずれて配置されている。

ここでのチューブ結合部３１ａ，３１ｂのずれは、チューブ結合部３１ａ，３１ｂの中心線間のずれをいう（以下、同じ。）。Ｎは、２以上の整数である。本実施例では、Ｎ＝２であり、チューブ結合部３１ａ，３１ｂが９０度ずれて配置されている。

なお、チューブ結合部３１ａ，３１ｂ間のずれは、６０度等とすることも可能であるが、９０度にするのが好ましい。これは、可撓チューブ３の屈曲に必要なリング部２９の数を少なくでき、全体の長さをコンパクトにすることができるためである。

各チューブ結合部３１ａ，３１ｂは、軸方向に伸びる矩形板状であり、リング部２９に応じて僅かに曲率を有している。チューブ結合部３１ａ，３１ｂの周方向の幅は、本実施例において一定であるが、シャフト部５側に位置する固定側から把持ユニット９側に位置する可動側に向けて漸次小さくすることも可能である。

チューブ結合部３１ａ，３１ｂの周方向の幅を可動側に向けて漸次小さくする場合は、最も大きいチューブ結合部３１ａ，３１ｂの周方向の幅よりもリング部２９の軸方向の幅を小さくしてもよい。この場合において、最も小さいチューブ結合部３１ａ，３１ｂの周方向の幅とリング部２９の軸方向の幅を同一にするのが好ましい。

チューブ結合部３１ａ，３１ｂの軸方向の両端部は、円弧部３５を介してリング部２９に遷移する。これにより、チューブ結合部３１ａ，３１ｂとリング部２９との間は、接線連続となっている。

なお、リング部２９の径方向において、チューブ結合部３１ａ，３１ｂとリング部２９の間は、内周及び外周がそれぞれ段差なく遷移している。ただし、チューブ結合部３１ａ，３１ｂをリング部２９よりも厚肉又は薄肉にして段差を有するような形態とすることも可能である。

チューブ結合部３１ａ，３１ｂは、中立軸を境に周方向の一側を圧縮して他側を伸長するように曲がることで可撓チューブ３の屈曲を可能とする。本実施例では、周方向に９０度ずれたチューブ結合部３１ａ，３１ｂが曲がることにより、交差する異なる二方向への屈曲が可能となっている。

各チューブ結合部３１ａ，３１ｂの周方向両側には、チューブ結合部３１ａ，３１ｂの曲げによる可撓チューブ３の屈曲を許容するチューブスリット３３が設けられている。

すなわち、チューブスリット３３は、軸方向で隣接するリング部２９間においてチューブ結合部３１ａ，３１ｂの周方向両側に区画されている。各チューブスリット３３は、リング部２９及びチューブ結合部３１ａ，３１ｂの形状に応じて、角の丸い矩形状となっている。

かかる構成により、本実施例の弾性部材２３は、可撓チューブ３の本体部１５よりも軸方向の剛性が高く且つ可撓チューブ３の屈曲に応じて屈曲可能な構成となっている。

従って、実施例５でも、実施例３と同様の作用効果を奏することができる。

しかも、実施例５では、超弾性合金からなる弾性部材２３が、複数のリング部２９を軸線方向でチューブ結合部３１ａ，３１ｂによって結合して形成され、チューブ結合部３１ａ，３１ｂの曲がることによって屈曲が可能となっている構成により、小型化を図りつつ耐荷重及び屈曲性に優れたものとすることができる。この特性に基づいて、本実施例では、屈曲構造体２５全体の特性を向上できる。

また、弾性部材２３は、リング部２９間をチューブ結合部３１ａ，３１ｂによって結合する構成により、ねじり剛性に優れたものとすることができる。これにより、本実施例では、屈曲構造体２５のねじり剛性を向上できる。

１ ロボット鉗子（医療用マニピュレーター）
３ 可撓チューブ
１１ 駆動ワイヤー
１５ 本体部
１７ ウェーブワッシャー
１７ａ 山部
１７ｂ 谷部
１７ｃ 傾斜部
１７ｄ 挿通孔
２３ 弾性部材
２５ 屈曲構造体

Claims (5)

1. 医療用マニピュレーターの駆動ワイヤーを軸心に沿った軸方向に通し前記駆動ワイヤーの操作に応じて屈曲する可撓チューブであって、
   前記軸方向に積層されると共に積層状態が保持された複数のウェーブワッシャーを有する屈曲可能な本体部を備え、
   各ウェーブワッシャーは、周方向に複数の山部であって、前記軸方向の一側で凸であり前記軸方向の他側で凹となる前記山部、前記山部間の谷部であって、前記軸方向の前記一側で凹であり前記軸方向の前記他側で凸となる前記谷部、前記周方向に隣接する山部及び谷部間に位置し前記屈曲をしていない平常時において径方向の外側から見たときに山部から谷部へ向けて伸びるように傾斜した傾斜部、及び前記傾斜部にのみ設けられ前記駆動ワイヤーを軸方向に通す通し部を備え、
   前記複数のウェーブワッシャーは、隣接するウェーブワッシャーの山部と谷部とが当接し、前記駆動ワイヤーの操作に基づく屈曲内側部分となる部分での前記山部及び前記谷部の圧縮により前記本体部を屈曲可能とする、
   ことを特徴とする可撓チューブ。
   
2. 請求項１記載の可撓チューブであって、
   前記隣接するウェーブワッシャーは、前記当接する山部及び谷部間が固着されている、
   ことを特徴とする可撓チューブ。
3. 請求項１又は２記載の可撓チューブであって、
   前記通し部は挿通孔である、
   ことを特徴とする可撓チューブ。
4. 請求項１～３の何れか一項に記載の可撓チューブであって、
   前記本体部内に配置され前記本体部よりも前記軸方向の剛性が高く且つ前記可撓チューブの屈曲に応じて屈曲可能な弾性部材を備えた、
   ことを特徴とする可撓チューブ。
5. 請求項４に記載の可撓チューブであって、
   前記弾性部材は、前記本体部の軸心部に位置するコイルばね、中実柱状体、又は中空筒状体である、
   ことを特徴とする可撓チューブ。

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