(57)【要約】【課題】防水性の高い構造を有するロータリーエンコーダ、及びそのようなロータリーエンコーダを用いた医療用マニピュレータを提供すること。【解決手段】回転軸２０２ａを中心として回転自在で下部に開口２０３が形成された箱状の筐体としての把持部本体２０２の内壁部と一体的にエンコーダスケール１５０を形成し、このエンコーダスケール１５０のパターンと相対するように光ファイバ７ａ、７ｂを配置する。さらに、把持部本体２０２の開口２０３と光ファイバ７ａ、７ｂを覆うように隔壁２０４を設け、この隔壁２０４をマニピュレータ本体２０１に接着して光ファイバ７ａ、７ｂとエンコーダスケール１５０とを密封構造とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心として回転自在であって一部に開口が形成された箱状の筐体を有する本体と、
前記筐体の内壁部と一体的に構成されて前記回転軸を中心として回転自在になされ、所定のパターンが前記開口を介して露出するように形成されたエンコーダスケールと、
前記開口を介して前記パターンを読み取るための検出部材と、
前記エンコーダスケールと前記検出部の一部を前記筐体とともに密閉するように前記筐体に取り付けられた弾性を有する隔壁と、
を具備することを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項２】
前記隔壁は伸長自在な構造を有していることを特徴とする請求項１に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項３】
前記伸長自在な構造は蛇腹構造であることを特徴とする請求項２に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項４】
前記隔壁は前記筐体の開口から扇型状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項５】
前記本体は、前記回転軸を中心として±９０度方向に回転自在であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項６】
前記所定のパターンは、反射率の異なる２種類の反射面で構成され、
前記検出部材は、前記反射面へ光を導くとともに前記反射面からの光を導く光ファイバを有していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項７】
回転軸を中心として回転自在に構成された本体と、
前記回転軸と一体的に構成されて前記回転軸を中心として回転自在になされ、所定のパターンが形成されたエンコーダスケールと、
前記パターンを読み取り可能なように配置された検出部材と、
前記エンコーダスケールと前記検出部材とを覆うケース部と、
前記エンコーダスケールと前記検出部材とを密封するように前記ケース部に取り付けられた弾性を有する隔壁と、
を具備することを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項８】
前記隔壁は前記回転軸を挿入可能な管状部を有することを特徴とする請求項７に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項９】
前記本体は、前記回転軸を中心として±９０度方向に回転自在であることを特徴とする請求項７又は８に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項１０】
前記所定のパターンは、反射率の異なる２種類の反射面で構成され、
前記検出部材は、前記反射面へ光を導くとともに前記反射面からの光を導く光ファイバを有していることを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載のロータリーエンコーダ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載のロータリーエンコーダを把持部に備えたことを特徴とする医療用マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用マニピュレータに好適なロータリーエンコーダ及びそれを用いた医療用マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内視鏡下外科手術においては、例えば腹壁等の体壁に挿入孔を空け、この挿入孔を通じて内視鏡や処置具を挿入して体腔内の観察や処理を行う。近年、このような内視鏡下外科手術における、患者の体内に導入された内視鏡や処置具の操作を、患者の体外に設置された医療用マニピュレータを用いて行うことが多くなっている。
【０００３】
このような医療用マニピュレータの可動部にエンコーダを設けたものが、例えば特許文献１等において提案されている。医療用マニピュレータの可動部にエンコーダ（ロータリーエンコーダ）を設けることにより、可動部の変位量等を検出することが可能となる。
【０００４】
ここで、医療用マニピュレータは、その先端に処置具等を把持するための把持部が設けられていることが多い。この把持部は、通常、処置具等とともに患者の体内に導入される部分である。このため、把持部の開閉量等を検出すべく、把持部内にエンコーダを設ける場合には、血液等の異物がエンコーダに侵入しないようにするための防水技術が必要となる。
【０００５】
ロータリーエンコーダのような回転軸を有する機構の防水構造に関し、例えば特許文献２の提案がなされている。この特許文献２の技術は魚釣用リールの防水構造に関する提案である。そして、特許文献２においては、リール本体に装着した軸受を介してリール本体に回転軸を回転自在に装着している。また、特許文献２においては、軸受のリール本体外部側を覆って、固定部をリール本体又は回転軸に設けた係止部に嵌合、圧着させ、さらに、摺接部を回転軸またはリール本体に圧接させて摺接部と回転軸との間を密封構造としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１２６８４号公報
【特許文献２】特開２００３−１８９７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献２の技術は、回転軸に摺接部を圧接させることによってシール材と回転軸との間を密封構造としている。このような構造において回転軸の回転自由度を保つためには、摺接部の加圧力を必要以上に大きくできない。このため、シール材と回転軸との間を完全な密封構造にできるとは限らず、シール材と回転軸との間から浸水する可能性は否定できない。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、防水性の高い構造を有するロータリーエンコーダ、及びそのようなロータリーエンコーダを用いた医療用マニピュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様のロータリーエンコーダは、回転軸を中心として回転自在であって一部に開口が形成された箱状の筐体を有する本体と、前記筐体の内壁部と一体的に構成されて前記回転軸を中心として回転自在になされ、所定のパターンが前記開口を介して露出するように形成されたエンコーダスケールと、前記開口を介して前記パターンを読み取るための検出部材と、前記エンコーダスケールと前記検出部の一部を前記筐体とともに密閉するように前記筐体に取り付けられた弾性を有する隔壁とを具備することを特徴とする。
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様のロータリーエンコーダは、回転軸を中心として回転自在に構成された本体と、前記回転軸と一体的に構成されて前記回転軸を中心として回転自在になされ、所定のパターンが形成されたエンコーダスケールと、前記パターンを読み取り可能なように配置された検出部材と、前記エンコーダスケールと前記検出部材とを覆うケース部と、前記エンコーダスケールと前記検出部材とを密封するように前記ケース部に取り付けられた弾性を有する隔壁とを具備する。
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の第３の態様の医療用マニピュレータは、第１又は第２の態様のロータリーエンコーダを把持部に備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、防水性の高い構造を有するロータリーエンコーダ、及びそのようなロータリーエンコーダを用いた医療用マニピュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の各実施形態に係る医療用マニピュレータを備える医療用マニピュレータシステムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す医療用マニピュレータシステムに設けられるロータリーエンコーダに係る構成を抽出して示した図である。
【図３】エンコーダスケールの構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るロータリーエンコーダが備えられた医療用マニピュレータの把持部を構成する２つの把持部のうちの一方の断面図である。
【図５】図５（ａ）は把持部本体の外観図であり、図５（ｂ）は隔壁を設けた把持部本体の外観図である。
【図６】把持部が回転するときの様子を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るロータリーエンコーダが備えられた医療用マニピュレータの把持部を構成する２つの把持部のうちの一方の断面図である。
【図８】ゴムリング装着時の把持部の外観を示す透視図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の第３の実施形態に係るロータリーエンコーダが備えられた医療用マニピュレータの把持部を構成する２つの把持部のうちの一方の断面図であり、図９（ｂ）は本発明の第３の実施形態において把持部本体に隔壁を設けた場合の外観を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の第３の実施形態の変形例に係るロータリーエンコーダが備えられた医療用マニピュレータの把持部を構成する２つの把持部のうちの一方の断面図であり、図１０（ｂ）は本発明の第３の実施形態の変形例において把持部本体に隔壁を設けた場合の外観を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の別の変形例において把持部本体に隔壁を設けた場合の外観を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は本発明の第４の実施形態の変形例に係るロータリーエンコーダが備えられた医療用マニピュレータの把持部を構成する２つの把持部のうちの一方の断面図であり、図１２（ｂ）はゴムカバーの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の各実施形態に係る医療用マニピュレータを備える医療用マニピュレータシステムの構成を示す図である。図１に示す医療用マニピュレータシステムは、医療用マニピュレータ（以下、単にマニピュレータと記す）１と、屈曲操作装置１０とを有している。屈曲操作装置１０は、マニピュレータ１の外部に設けられ、ワイヤ５及び光ファイバ７を介してマニピュレータ１と接続されている。このような構成において、マニピュレータ１は屈曲操作装置１０によって遠隔操作が可能になされている。
【００１５】
マニピュレータ１は、管状部２と、動作部３とを有している。管状部２は、細長い管状をなしており、内部に線状動力伝達部材であるワイヤ５が挿通されている。動作部３は、管状部２の先端側（患者の体内に導入される側とする）に設けられ、ワイヤ５を介して屈曲操作装置１０の駆動部１１と接続されている。この動作部３は、駆動部１１からの駆動力を受けて上下方向（図示矢印Ａ方向）及び左右方向（図示矢印Ｂ方向）に屈曲するとともに、管状部２の中心軸周り方向（図示矢印Ｃ方向）に回転する。なお、ワイヤ５のうちの２本はそれぞれ動作部３の上部及び下部に接続されている。これら２本のワイヤ５が動作部３の上下方向の屈曲動作に用いられる。また、ワイヤ５のうちの２本が動作部３の左部及び右部に接続されている。これら２本のワイヤ５が動作部３の左右方向の屈曲動作に用いられる。さらに、ワイヤ５のうちの２本が動作部３の回転部に接続されている。これら２本のワイヤ５が動作部３の回転動作に用いられる。
【００１６】
また、動作部３の先端側には把持部６が取り付けられている。把持部６は、対をなす２つの把持部から構成されている。ワイヤ５のうちの２本が一方の把持部に接続され、ワイヤ５のうちの２本が他方の把持部に接続されている。これら４本のワイヤ５のうち２本が一方の把持部の回転動作に用いられ、２本がもう一方の把持部の回転動作に用いられ、これら２つの把持部がそれぞれ独立に回転動作することにより把持の開閉と屈曲の動作が行われる。
【００１７】
ここで、本実施形態においては把持部６を構成する２つの把持部、動作部３の上部及び下部、左部及び右部、回転部のそれぞれにロータリーエンコーダ（以下、単にエンコーダと記す）が設けられている。これらのエンコーダによってマニピュレータ１の動作部３の屈曲角度や回転量、把持部６の開閉量等を検出可能である。
【００１８】
屈曲操作装置１０は、駆動部１１と、制御部１２と、操作部１３と、エンコーダ信号処理部１５とを有している。
【００１９】
駆動部１１は、ワイヤ５の基端側に接続されている。この駆動部１１は、例えば回転型モータとプーリとを組み合わせたもの、又はリニア型モータである。そして、ワイヤ５は上下駆動用モータ、左右駆動用モータ、回転駆動用モータ、把持部駆動用モータにそれぞれ接続されるか、又は上下用と左右用のワイヤ５がそれぞれ一体化されてプーリに巻かれている。
【００２０】
制御部１２は、例えばコンピュータから構成されており、駆動部１１と、操作部１３と、エンコーダ信号処理部１５とに接続されている。この制御部１２は、駆動部１１の動作制御を行う。操作部１３は、ジョイスティックやハンドル等の操作部材を含み、術者による操作部材の操作量に応じた操作信号を制御部１２に入力する。エンコーダ信号処理部１５は、光学系伝達部１６と、信号処理部１７とを有している。光学系伝達部１６は、検出部材の一例として機能する光ファイバ７を介してマニピュレータ１の把持部６や動作部３に設けられたエンコーダに接続されている。なお、図１では光ファイバ７を１本のみ示しているが、実際には１つのエンコーダにつき、２本ずつ光ファイバが設けられている。光学系伝達部１６は、マニピュレータ１に設けられたエンコーダと信号処理部１７との間の信号伝達を仲介する。信号処理部１７は、マニピュレータ１に設けられたエンコーダから入力された信号を処理してエンコーダ信号を生成し、このエンコーダ信号を制御部１２に入力する。
【００２１】
患者の体内に導入されたマニピュレータ１の動作部３を駆動させる際に、術者は、マニピュレータ１とは別の挿入孔を介して導入された図示しない内視鏡システムの表示部に表示される画像を見ながら操作部１３の操作部材を操作する。操作部１３の操作部材の操作がなされた場合、この操作部材の操作量に応じた操作信号が操作部１３において生成される。この操作信号は制御部１２に送られる。制御部１２では、操作部材の操作量を動作部３の動作量に対応させるように所定の計算が行われ、この所定の計算によって動作部３を駆動する駆動部１１のモータの変位が算出される。この算出された駆動部１１のモータの変位は変位信号として駆動部１１へ送られる。駆動部１１では、制御部１２からの変位信号がモータを駆動するための電流信号に変換される。そして、この電流信号に従ってモータが駆動される。駆動部１１のモータが駆動することにより、動作部３に接続されるワイヤ５が先端側に押出し動作されるか又は基端側に引っ張り動作される。例えば、マニピュレータ１の動作部３を上方向に屈曲させる場合には、動作部３の上部に接続されるワイヤ５を基端側へ引っ張り動作させ、動作部３の下部に接続されるワイヤ５を先端側に押出し動作させる。このようにして、マニピュレータ１の動作部３の屈曲角度を上下方向及び左右方向に変化させたり、マニピュレータ１の動作部３の回転方向を変化させたり、把持部６を開閉又は屈曲させたりする。
【００２２】
マニピュレータ１の動作部３や把持部６に変位が生じると、その変位に応じてエンコーダも変位する。このエンコーダの変位に基づいてエンコーダ信号処理部１５においてエンコーダ信号が生成される。この生成されたエンコーダ信号は制御部１２に送られる。制御部１２では、このエンコーダ信号から動作部３の実際の屈曲角度や回転量、把持部６の実際の開閉量等が検出され、この検出結果に応じて駆動部１１が制御される。このようにして、動作部３の屈曲角度や回転量、把持部６の開閉量等が操作部１３の操作量に応じた量となるように制御される。
【００２３】
以下、本実施形態に係るエンコーダについて詳述する。図２は、図１に示す医療用マニピュレータシステムに設けられる１つのエンコーダに係る構成を抽出して示した図である。なお、図２に示す構成は、光学式のエンコーダを用いた場合の構成を示している。
【００２４】
図２に示すエンコーダは、エンコーダスケール１５０を有している。このエンコーダスケール１５０の近傍に光ファイバ７ａ、７ｂが配置されている。光ファイバ７ａは光学系伝達部１６内の検出部１１０ａを介して信号処理部１７に接続されている。また、光ファイバ７ｂは光学系伝達部１６内の検出部１１０ｂを介して信号処理部１７に接続されている。
【００２５】
光ファイバ７ａ、７ｂは、検出部１１０ａ、１１０ｂで発せられた光をエンコーダスケール１５０に照射するとともに、エンコーダスケール１５０で反射された光を検出部１１０ａ、１１０ｂに戻す。ここで、光ファイバ７ａと光ファイバ７ｂとは、光ファイバ７ａと光ファイバ７ｂとにそれぞれ入射する反射光の位相が９０度ずれるようにエンコーダスケール１５０に対して配置されている。
【００２６】
検出部１１０ａ、１１０ｂは、それぞれが、光源（ＬＤ）１１２と、レンズ１１４と、偏光ビームスプリッタ１１６と、１／４波長板１１８と、レンズ１２０と、結合器１２２と、レンズ１２４と、光電変換素子１２６とを有している。このような検出部１１０ａ、１１０ｂにより、エンコーダスケール１５０に形成されたパターンを読み取る。
【００２７】
光源１１２は、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）であり、エンコーダスケール１５０に照射される光を発する。レンズ１１４は、光源１１２の光出射方向に配置され、光源１１２から発せられた光を平行光にする。偏光ビームスプリッタ１１６は、レンズ１１４と１／４波長板１１８との間に配置され、入射した光を反射又は透過させる。即ち、偏光ビームスプリッタ１１６は、入射した光の直線偏光成分のみを透過させる。１／４波長板１１８は、偏光ビームスプリッタ１１６とレンズ１２０との間に配置され、入射した光の位相を１／４波長分だけずらす。レンズ１２０は、偏光ビームスプリッタ１１６の光透過方向に配置され、偏光ビームスプリッタ１１６、１／４波長板１１８を通過した光を集光して光ファイバ７ａ、７ｂに入射させる。また、レンズ１２０は、光ファイバ７ａ、７ｂから入射された光（エンコーダスケール１５０からの反射光）を平行光とする。結合器１２２は、検出部１１０ａと光ファイバ７ａ、検出部１１０ｂと光ファイバ７ｂとを結合するためのものである。
【００２８】
レンズ１２４は、偏光ビームスプリッタ１１６と光電変換素子１２６との間に配置され、偏光ビームスプリッタ１１６で約９０度曲げられて反射された光を集光して光電変換素子１２６に入射させる。光電変換素子１２６は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）であり、入射した光を光電変換する。
【００２９】
以上のような構成において、レンズ１１４と、レンズ１２０と、結合器１２２とにより、検出部１１０ａの光源１１２と光ファイバ７ａ、及び検出部１１０ｂの光源１１２と光ファイバ７ｂをそれぞれ光学的に結合するための光学系が構成されている。また、結合器１２２と、レンズ１２０と、１／４波長板１１８と、偏光ビームスプリッタ１１６と、レンズ１２４と、光電変換素子１２６とにより、エンコーダスケール１５０で反射された光を電気信号に変換するための光電変換系が構成されている。
【００３０】
エンコーダスケール１５０は、図３に示すように円柱の形状をしており、その円柱の中心を回転軸として回転するようになっている。さらに、エンコーダスケール１５０は、その周方向に沿って一定のピッチで周期的に反射率が変化する反射面で構成されたパターンを有している。例えば、図３に示すエンコーダスケール１５０は、高反射率部１５２と低反射率部１５４とが交互に一定のピッチで並んでいる。上述したように、光ファイバ７ａと光ファイバ７ｂとは、光ファイバ７ａと光ファイバ７ｂとにそれぞれ入射する反射光の位相が９０度ずれるようにエンコーダスケール１５０に対して配置されている。なお、図２において、光ファイバと検出部とを２組設けるのは、位相が９０度異なるＡ相のエンコーダ信号とＢ相のエンコーダ信号とを検出するためである。このような位相が９０度異なるＡ相のエンコーダ信号とＢ相のエンコーダ信号との差を取ることにより、エンコーダスケール１５０の回転方向も検出することができる。例えばここでは光ファイバ７ａがＡ相信号に、光ファイバ７ｂがＢ相信号にそれぞれ対応する。なお、反射光の位相が９０度ずれるように光ファイバ７ａ、７ｂを配置する代わりに、エンコーダスケール１５０に高反射率部１５２と低反射率部１５４とのパターンを２列形成して、互いのパターンを９０度ずれるように配置にしても良い。
【００３１】
以上のような構成において、検出部１１０ａ、１１０ｂが各々有する光源１１２から発せられた光は、レンズ１１４を介して平行光となり偏光ビームスプリッタ１１６に入射する。偏光ビームスプリッタ１１６に入射した光は、所定の直線偏光成分だけが偏光ビームスプリッタ１１６を直進方向に透過する。偏光ビームスプリッタ１１６を直進方向に透過した光は１／４波長板１１８に入射し、１／４波長位相がずらされる。１／４波長板１１８を透過した光は、レンズ１２０によって集光された後、結合器１２２を介して光ファイバ７ａ、７ｂに入射する。光ファイバ７ａ、７ｂに入射した光は、光ファイバ７ａ、７ｂ内を伝搬した後、エンコーダスケール１５０に向けて射出される。
【００３２】
また、エンコーダスケール１５０の高反射率部１５２又は低反射率部１５４で反射された光は、一部が光ファイバ７ａ、７ｂに入射する。光ファイバ７ａ、７ｂに入射した光は、結合器１２２から射出され、レンズ１２０を介して平行光となって１／４波長板１１８に入射する。１／４波長板１１８に入射した光は１／４波長位相がずらされる。その結果、１／４波長板１１８を透過した光は、前記での偏光ビームスプリッタ１１６を透過した直線偏光に対して偏光面が直交する直線偏光となって偏光ビームスプリッタ１１６に入射する。偏光ビームスプリッタ１１６に入射した光は、偏光ビームスプリッタ１１６で光の方向を約９０度折り曲げて反射され、レンズ１２４に入射する。レンズ１２４に入射した光は集光された後、光電変換素子１２６に入射する。光電変換素子１２６は、入射した光の強度に応じた電気信号を出力する。なお、偏光ビームスプリッタ１１６を無偏光ビームスプリッタ（ハーフミラー）として１／４波長板１１８を無くしても上記と同様の機能を得ることができる。
【００３３】
ここで、エンコーダスケール１５０は、周方向に沿って一定のピッチで周期的に反射率が変化するパターンを有している。このため、光電変換素子１２６から出力される電気信号の波形は、エンコーダスケール１５０の移動に応じて振幅が変化するものとなる。即ち、電気信号の波形の山はエンコーダスケール１５０の高反射率部１５２に対応し、電気信号の波形の谷はエンコーダスケール１５０の低反射率部１５４に対応する。
【００３４】
検出部１１０ａ、１１０ｂが各々有する光電変換素子１２６の出力信号は信号処理部１７へ送られる。信号処理部１７では、フィルタリング、波形成形、逓倍、信号のパルス化等のエンコーダにおける一般的な信号処理を経て光電変換素子１２６の出力信号がデジタルのエンコーダ信号（Ａ相エンコーダ信号、Ｂ相エンコーダ信号）に変換される。信号処理部１７で得られたエンコーダ信号は制御部１２に送られる。エンコーダ信号の１パルス当たりのエンコーダスケール１５０の回転角度が既知であるとすると、制御部１２において、信号処理部１７からのエンコーダ信号のパルスの数を検出することにより、エンコーダスケール１５０の回転角度を求めることができる。
【００３５】
次に、第１の実施形態に係るエンコーダの防水構造について説明する。図４は、第１の実施形態に係るエンコーダが備えられたマニピュレータ１の把持部６を構成する２つの把持部のうちの一方の断面図である。
【００３６】
図４において、１つの把持部６ａは、もう一方の把持部とともに処置具等を把持するための突出部２０２ｂを備えた略箱状の筐体を有する把持部本体２０２を備えている。そして、把持部本体２０２の内壁部と一体的に、図３で示したようなパターンを有するエンコーダスケール１５０が形成されている。また、把持部本体２０２には回転軸２０２ａが形成され、この回転軸２０２ａはマニピュレータ本体２０１に形成された孔を介してマニピュレータ本体２０１に回転自在に取り付けられている。このような構成により、把持部本体２０２はエンコーダスケール１５０とともに、マニピュレータ本体２０１に対して回転軸２０２ａを中心として回転するようになっている。ここで、マニピュレータ本体２０１に対する把持部本体２０２の回転角度は±９０度程度と想定される。
【００３７】
また、図４や図５（ａ）に示すように、把持部本体２０２の一部（下部）には開口２０３が形成されている。この開口２０３を介してエンコーダスケール１５０に形成されたパターンが把持部本体２０２の外部から露出されるようになっている。さらに、図４に示すように、開口２０３を介してエンコーダスケール１５０のパターンと相対するように、光ファイバ７ａ、７ｂが把持部本体２０２内に挿通されている。光ファイバ７ａ、７ｂはマニピュレータ２０１内を通って固定されており、光ファイバ７ａ、７ｂとマニピュレータ本体２０１との隙間は接着剤等でふさがれており、マニピュレータ２０１側からの液体等の浸入を防いでいる。なお、開口２０３は、図５（ａ）に示すように、マニピュレータ本体２０１の回転角度に対応した角度、即ち±９０度の角度まで開口している。実際には±９０度よりも多少の余裕を持たせておくことが好ましい。
【００３８】
さらに、図４や図５（ｂ）に示すように開口２０３を覆うようにして隔壁２０４が立設されている。この隔壁２０４は１２０度程度の耐熱性及び伸縮性を有する部材で形成されている。本実施形態においては、隔壁２０４を例えばシリコーンゴムで構成し、且つ隔壁２０４を蛇腹構造とすることで隔壁２０４に伸縮性を持たせている。そして、このような隔壁２０４は、図４に示すように、一端が把持部本体２０２に接着され、他端がマニピュレータ本体２０１に接着されている。隔壁２０４とマニピュレータ本体２０１とによって開口２０３が密封されるため、仮に回転軸２０２ａの位置を介して液体等が浸入したとしても、この液体がエンコーダスケール１５０や光ファイバ７a、７ｂの先端部に付着することはない。ここで使用される接着剤はマニピュレータをオートクレーブでの滅菌をした場合でも接着が保たれるオートクレーブ耐性の接着剤が使用される。
【００３９】
図６は、図４及び図５で示した構造を有する把持部６ａが回転するときの様子を示す図である。図５に示したように、本実施形態では、把持部本体２０２は隔壁２０４を介してマニピュレータ本体２０１に固定される。このような構成であっても、隔壁２０４が蛇腹構造を有しているため、図６の左側の図から右側の図のようにして、把持部６ａが限界まで（図では−９０度）回転しても把持部６ａの動きが隔壁２０４によって妨げられることはない。なお、本実施形態の例では隔壁２０４を蛇腹構造としているが、伸縮性を持たせることができるのであれば、必ずしも隔壁２０４を蛇腹構造とする必要はない。例えば、隔壁２０４を袋状としたり、弛みを持たせたりしても良い。
【００４０】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、エンコーダスケール１５０と光ファイバ７ａ、７ｂの先端部とを外界から完全に遮断・密封することができ、例え、把持部６ａやマニピュレータ本体２０１が液体に浸っても、エンコーダスケール１５０と光ファイバ７ａ、７ｂの先端部に液体が付着することはない。また、把持部６ａが必要とする回転自由度も確保することが可能である。
【００４１】
このように、本実施形態ではエンコーダの防水構造を小型に実現することができるため、マニピュレータ１の把持部６ａやマニピュレータ本体２０１等の液体に浸る可能性の高い小型の回転機構を有する場合への適用が特に好適である。
【００４２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、第２の実施形態に係るエンコーダが備えられたマニピュレータ１の把持部６を構成する２つの把持部のうちの一方の断面図である。
【００４３】
本実施形態における把持部６ａは、もう一方の把持部とともに処置具等を把持するための突出部２０２ｂを備えた把持部本体２０２を備えている。把持部本体２０２には回転軸２０２ａが形成され、さらに回転軸２０２ａから一体的にエンコーダスケール１５０が形成されている。そして、回転軸２０２ａは、エンコーダスケール１５０を上部から下部まで覆うようにして形成されたケース部としてのマニピュレータ本体２０１の内壁に回転自在に取り付けられている。このような構成により、把持部本体２０２は、エンコーダスケール１５０とともに、マニピュレータ本体２０１に対して回転軸２０２ａを中心として回転するようになっている。ここで、マニピュレータ本体２０１に対する把持部本体２０２の回転角度は±９０度程度と想定される。
【００４４】
また、図７に示すように、エンコーダスケール１５０のパターンと相対するように、光ファイバ７ａ、７ｂがマニピュレータ本体２０１から挿通されている。光ファイバ７ａ、７ｂはマニピュレータ２０１内を通って固定されており、光ファイバ７ａ、７ｂとマニピュレータ本体２０１との隙間は接着剤等でふさがれており、マニピュレータ２０１側からの液体等の浸入を防いでいる。さらに、マニピュレータ本体２０１の把持部本体２０２と相対する面には開口が形成されており、この開口を覆うようにしてゴムリング２０４ａが接着されて把持部本体２０２とエンコーダスケール１５０とが仕切られている。ゴムリング２０４ａは耐熱性及び弾性を有する部材で構成されており、エンコーダスケール１５０を覆うように構成されたマニピュレータ本体２０１の端部に接着されている。ゴムリング２０４ａと把持部本体２０２ａが接する部分は接着されている。さらに、ゴムリング２０４ａは、回転軸２０２ａを同心円とする波型状等とすることである程度の弛みを持たせている。把持部本体２０２の回転時にゴムリング２０４ａは回転軸２０２ａによってねじられ引っ張られるが、この引っ張り力はゴムリング２０４ａの弛みによって吸収される。このような構造により、把持部６ａの±９０度程度の回転が妨げられることはない。ここで使用される接着剤はマニピュレータをオートクレーブでの滅菌をした場合でも接着が保たれるオートクレーブ耐性の接着剤が使用される。
【００４５】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態であっても、エンコーダスケール１５０と光ファイバ７ａ、７ｂの先端部とは図８に示すように外界から完全に遮断・密封することができ、例え、把持部６ａやマニピュレータ本体２０１が液体中に入っても、エンコーダスケール１５０と光ファイバ７ａ、７ｂの先端部に液体が付着することはない。また、把持部６ａが必要とする回転自由度も確保することが可能である。
【００４６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図９（ａ）は、第３の実施形態に係るエンコーダが備えられたマニピュレータ１の把持部６を構成する２つの把持部のうちの一方の断面図である。
【００４７】
本実施形態における１つの把持部６ａは、もう一方の把持部とともに処置具等を把持するための突出部２０２ｂを備えた箱状の把持部本体２０２を備えている。さらに、把持部本体２０２における図面上側の内壁から把持部本体２０２と一体的にエンコーダスケール１５０が形成されている。また、把持部本体２０２は下部に開口が形成されている。そして、この開口を介してエンコーダスケール１５０のパターンと相対するように光ファイバ７ａがマニピュレータ本体２０１から挿通されている。光ファイバ７ａ、７ｂはマニピュレータ２０１内を通って固定されており、光ファイバ７ａ、７ｂとマニピュレータ本体２０１との隙間は接着剤等でふさがれており、マニピュレータ２０１側からの液体等の浸入を防いでいる。ここで使用される接着剤はマニピュレータをオートクレーブでの滅菌をした場合でも接着が保たれるオートクレーブ耐性の接着剤が使用される。
【００４８】
また、把持部本体２０２には回転軸２０２ａが形成され、この回転軸２０２ａはマニピュレータ本体２０１に形成された孔を介してマニピュレータ本体２０１に回転自在に取り付けられている。このような構成により、把持部本体２０２はエンコーダスケール１５０とともに、マニピュレータ本体２０１に対して回転軸２０２ａを中心として回転するようになっている。ここで、マニピュレータ本体２０１に対する把持部本体２０２の回転角度は±９０度程度と想定される。
【００４９】
ここで、本実施形態においては、図９（ａ）に示すようにして、エンコーダスケール１５０及び光ファイバ７ａ、７ｂを覆うように把持部本体２０２の内壁に沿ってマニピュレータ本体２０１まで隔壁２０４が設けられ、この隔壁２０４は把持部本体２０２の上内壁とマニピュレータ本体２０１とにそれぞれ接着されている。この隔壁２０４は１２０度程度の耐熱性及び伸縮性を有する部材で形成されている。本実施形態においては、隔壁２０４を例えばシリコーンゴムで構成し、且つ隔壁２０４を蛇腹構造とすることで隔壁２０４に伸縮性を持たせている。図９（ｂ）は把持部本体２０２に隔壁２０４を設けた場合の外観を示している。図９（ｂ）のようにして隔壁２０４を把持部本体２０２の上内壁から設ける構造とすることにより、図６で示した第１の実施形態の構造に比して隔壁２０４の伸び縮み量を増大させることが可能である。これにより、第１の実施形態よりもさらに把持部６ａが必要とする回転自由度の確保が容易である。
【００５０】
ここで、マニピュレータ１の把持部としての適用を考えた場合、把持部本体２０２の回転自由度は±９０度程度持たせれば良い。このため、次に説明する変形例のような構造としても良い。図１０（ａ）は、第３の実施形態の変形例に係るエンコーダが備えられたマニピュレータ１の把持部６を構成する２つの把持部のうちの一方の断面図である。本変形例における１つの把持部６ａは、もう一方の把持部とともに処置具等を把持するための突出部２０２ｂを備えた箱状の把持部本体２０２を備えている。把持部本体２０２における図面右側の内壁から把持部本体２０２と一体的にエンコーダスケール１５０が形成されている。また、把持部本体２０２は下部に開口が形成されている。そして、この開口を介してエンコーダスケール１５０のパターンと相対するように光ファイバ７ａ、７ｂがマニピュレータ本体２０１から挿通されている。光ファイバ７ａ、７ｂはマニピュレータ２０１内を通って固定されており、光ファイバ７ａ、７ｂとマニピュレータ本体２０１との隙間は接着剤等でふさがれており、マニピュレータ２０１側からの液体等の浸入を防いでいる。ここで使用される接着剤はマニピュレータをオートクレーブでの滅菌をした場合でも接着が保たれるオートクレーブ耐性の接着剤が使用される。
【００５１】
また、把持部本体２０２には回転軸２０２ａが形成され、この回転軸２０２ａはマニピュレータ本体２０１に形成された孔を介してマニピュレータ本体２０１に回転自在に取り付けられている。このような構成により、把持部本体２０２はエンコーダスケール１５０とともに、マニピュレータ本体２０１に対して回転軸２０２ａを中心として回転するようになっている。
【００５２】
本変形例においては、把持部本体２０２の下部に設けられた開口の略全面（光ファイバ７ａ、７ｂが挿通されている部分以外を覆うように半円状の隔壁２０４が形成されている。この隔壁２０４は１２０度程度の耐熱性及び伸縮性を有する部材で形成されている。本変形例においては、隔壁２０４を例えばシリコーンゴムで構成し、且つ隔壁２０４を蛇腹構造とすることで隔壁２０４に伸縮性を持たせている。ここで、本変形例においては、把持部６ａが＋９０度又は−９０度回転した際に、隔壁２０４は把持部６ａが回転していない際の２倍まで伸びるようになっている。
【００５３】
図１０（ｂ）は把持部本体２０２に隔壁２０４を設けた場合の外観を示している。図１０（ｂ）のようにして隔壁２０４を把持部本体２０２の下部から半円状の隔壁２０４を設けることでも把持部６ａが必要とする回転自由度を容易に確保できる。また、この変形例では、把持部６ａの回転に必要な角度分だけの隔壁２０４を構成することで、第３の実施形態に比して回転部の剛性が向上する。
【００５４】
なお、図１０の例では隔壁２０４を半円状としているが、図１１に示すように、扇型状をなす隔壁２０４の中心角が１８０度以上となるようにしても良い。このようにすれば、把持部６ａが必要とする回転自由度を確実に確保できる。
【００５５】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１２（ａ）は、第４の実施形態に係るエンコーダが備えられたマニピュレータ１の把持部６を構成する２つの把持部のうちの一方の断面図である。
【００５６】
本実施形態における把持部６ａは、もう一方の把持部とともに処置具等を把持するための突出部２０２ｂを備えた把持部本体２０２を備えている。把持部本体２０２には回転軸２０２ａが形成され、回転軸２０２ａから一体的にエンコーダスケール１５０が形成されている。そして、回転軸２０２ａはエンコーダスケール１５０を上部から下部まで覆うようにして形成されたケース部としてのマニピュレータ本体２０１の内壁に取り付けられている。このような構成により、把持部本体２０２はエンコーダスケール１５０とともに、マニピュレータ本体２０１に対して回転軸２０２ａを中心として回転するようになっている。ここで、マニピュレータ本体２０１に対する把持部本体２０２の回転角度は±９０度程度と想定される。
【００５７】
また、図１２（ａ）に示すように、エンコーダスケール１５０のパターンと相対するように、光ファイバ７ａがマニピュレータ本体２０１から挿通されている。光ファイバ７ａ、７ｂはマニピュレータ２０１内を通って固定されており、光ファイバ７ａ、７ｂとマニピュレータ本体２０１との隙間は接着剤等でふさがれており、マニピュレータ２０１側からの液体等の浸入を防いでいる。
【００５８】
さらに、マニピュレータ本体２０１の把持部本体２０２と相対する面には開口が形成されており、この開口を覆うようにしてゴムカバー２０４ｂが接着されて把持部本体２０２とエンコーダスケール１５０とが仕切られている。このゴムカバー２０４ｂは耐熱性を有する部材、例えばシリコーンゴムで構成されている。図１２（ｂ）に示すように、ゴムカバー２０４ｂは、中央部に回転軸２０２ａが挿入可能な径の開口３０２を有し、円形状を成した第１基台部３０１を有している。この第１基台部３０１には、回転軸２０２ａが挿入可能な径の管状部３０３が接着される。さらに、管状部３０３には、回転軸２０２ａが挿入可能な径の開口３０２を有し、マニピュレータ本体２０１に形成された開口と同径の円形状を成した第２基台部３０４が接着される。
【００５９】
そして、このような構成を有するゴムカバー２０４ｂの管状部３０３には回転軸２０２ａが挿入されるとともに、第１基台部３０１は把持部本体２０２に接着され、第２基台部３０４はマニピュレータ本体２０１に接着される。ここで使用される接着剤はマニピュレータをオートクレーブでの滅菌をした場合でも接着が保たれるオートクレーブ耐性の接着剤が使用される。
【００６０】
以上説明したように、本発明の第４の実施形態によれば、ゴムカバー２０４ｂによってエンコーダスケール１５０と光ファイバ７ａ、７ｂの先端部とを外界から完全に遮断・密封することができ、例え、把持部６ａが液体中に入っても、エンコーダスケール１５０と光ファイバ７ａの先端部に液体が付着することはない。また、把持部６ａが必要とする回転自由度も確保することが可能である。
【００６１】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば上述した各実施形態においては光学式エンコーダを用いた場合の構成を示しているが、本実施形態の技術は反射式エンコーダ、もしくは磁気式エンコーダ等の光学式エンコーダ以外の各種のロータリーエンコーダに対して適用可能である。
【００６２】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００６３】
１…医療用マニピュレータ（マニピュレータ）、２…管状部、３…動作部、５…ワイヤ、６…把持部、７…光ファイバ、１０…屈曲操作装置、１１…駆動部、１２…制御部、１３…操作部、１５…エンコーダ信号処理部、１６…光学系伝達部、１７…信号処理部、２０１…マニピュレータ本体、２０２…把持部本体、２０２ａ…回転軸、２０３…開口、２０４…隔壁、２０４ａ…ゴムリング、２０４ｂ…ゴムカバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011089797.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011089797.tif 000011
【図１０】
2011089797.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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