(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に直列に伸びて配設された複数の中空状外筒，前記外筒に設けた連結部を互いに折曲自在に連結する関節部，先端に位置する前記外筒に折曲自在に連結された物体を把持する把持部材，並びに対向する前記外筒同士を折曲可能に且つ前記把持部材を前記外筒に折曲可能に作動するため前記外筒に嵌挿して伸縮自在で折曲可能で回転を伝達する動力伝達軸及び前記動力伝達軸を前記関節部で前記外筒に連結して前記外筒を折曲させるリンク機構を有する駆動装置を備えており，
前記動力伝達軸は，前記把持部材を構成する一対の爪部材を独立して折曲可能に作動し且つ前記外筒を構成する先端外筒，中間外筒及び基端外筒に嵌挿して揺動自在にそれぞれ取り付けられた一対の爪動力伝達軸，及び前記基端外筒及び前記中間外筒内に嵌挿して前記先端外筒と前記中間外筒を同一方向に折曲可能に同期連動して作動し且つ前記基端外筒及び前記中間外筒に揺動自在にそれぞれ取り付けられた外筒動力伝達軸から構成されており，前記リンク機構は，前記爪動力伝達軸と前記外筒動力伝達軸に形成された雄ねじに螺合する雌ねじを備えたナット，及び前記ナットと前記外筒とを連結するリンク部材を有しており，
前記爪動力伝達軸を回転させることによって前記ナットが前記雄ねじに沿って軸方向に移動すると共に前記ナットの移動に連動して前記リンク機構が連動して前記把持部材の爪部材が開閉作動又は同一方向に折曲作動し，また，前記外筒動力伝達軸を回転させることによって前記ナットが前記雄ねじに沿って軸方向に移動すると共に前記ナットの移動に連動して前記リンク機構が連動して隣接の前記外筒が互いに折曲作動することから成り，
前記関節部は，前記把持部材と前記先端外筒，前記先端外筒と前記中間外筒，及び前記中間外筒と前記基端外筒とを折曲可能に取り付けるため，前記把持部材と前記外筒の前記連結部にそれぞれ挿通された支点ピンを回転中心にして前記把持部材，前記先端外筒及び前記中間外筒を相対的に折曲することから成り，また，前記関節部は，前記把持部材を構成する一対の前記爪部材を開閉作動又は同一方向に折曲作動する先端関節部，前記先端外筒を前記中間外筒に対して折曲する中間関節部，及び前記中間外筒を前記基端外筒に対して折曲する基端関節部から構成されていることから成る多関節構造の鉗子。
【請求項２】
前記駆動装置は，スプリングが嵌挿されて伸縮可能な前記動力伝達軸を構成する複数の伝達軸部，前記伝達軸部を回転伝達可能に連結するユニバーサルジョイント，及び隣接する前記外筒にそれぞれ連結し且つ前記外筒を折曲可能に作動する前記リンク機構を構成する複数の前記リンク部材を有することから成る請求項１に記載の多関節構造の鉗子。
【請求項３】
前記伝達軸部は，前記スプリング，前記スプリングが嵌挿された軸部材及び前記スプリングのばね力で前記軸部材に嵌合摺動する筒部材から伸縮自在に構成されていることから成る請求項２に記載の多関節構造の鉗子。
【請求項４】
前記リンク機構の前記リンク部材は，一端が前記ナットに揺動自在に連結し，他端が前記外筒に設け且つ前記支点ピンに偏倚した位置の偏倚ピンに揺動自在に連結したことから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。
【請求項５】
前記爪動力伝達軸は，前記先端外筒内に嵌挿配置された先端動力伝達軸，前記中間外筒内に嵌挿配置され且つ前記先端動力伝達軸に第１ユニバーサルジョイントで回転伝達可能に連結された中間動力伝達軸，及び前記基端外筒内に嵌挿配置され且つ前記中間動力伝達軸に第２ユニバーサルジョイントで回転伝達可能に連結された基端動力伝達軸から構成され，前記外筒動力伝達軸は，前記中間外筒内に嵌挿配置され中間動力伝達軸，及び前記基端外筒内に嵌挿配置され且つ前記中間動力伝達軸に第３ユニバーサルジョイントで回転伝達可能に連結された基端動力伝達軸から構成されていることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。
【請求項６】
前記先端外筒と前記把持部材との間の前記先端関節部では，前記支点ピンを回転中心にする前記爪部材のボス部の回転中心から偏倚した駆動用作用点と，前記爪動力伝達軸の前記雄ねじに螺合した前記ナットに設けた支点とに揺動自在に取り付けられた前記リンク部材が配設されており，前記爪動力伝達軸の回転作動によって前記ナット，前記リンク部材及び前記ボス部が連動して前記爪部材が開閉作動又は同一方向に折曲作動することから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。
【請求項７】
前記先端外筒と前記中間外筒との間の前記中間関節部では，前記中間外筒に位置する前記外筒動力伝達軸に螺合した前記ナットに設けた支点と，前記先端外筒の前記支点ピンの回転中心から偏倚した前記先端外筒に設けた駆動用作用点とに揺動自在に取り付けられた前記リンク部材が配設されており，前記外筒動力伝達軸の回転作動によって前記中間外筒に位置する前記ナット，前記リンク部材及び前記先端外筒が連動して前記中間外筒に対して前記先端外筒が折曲作動することから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。
【請求項８】
前記中間外筒と前記基端外筒との間の前記基端関節部は，前記基端外筒の前記支点ピンの回転中心から偏倚した第１駆動用作用点と前記基端外筒の前記外筒動力伝達軸に螺合した前記ナットに設けた支点とに揺動自在に取り付けられた第１リンク部材，前記基端外筒に設けた別の支点ピンを中心にして前記第１駆動用作用点と前記基端外筒に設けた先端の第２駆動用作用点とに揺動自在に取り付けられた第２リンク部材，及び前記第２駆動用作用点と前記中間外筒の前記支点ピンの回転中心から偏倚した前記中間外筒に設けた第３駆動用作用点とに揺動自在に取り付けられた第３リンク部材から構成されており，前記外筒動力伝達軸の回転作動によって前記基端外筒に位置する前記ナット，前記第１リンク部材，前記第２リンク部材，及び前記第３リンク部材が駆動して前記基端外筒に対して前記中間外筒及び前記先端外筒が連動して折曲作動することから成る請求項１〜７のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。
【請求項９】
前記外筒及び前記動力伝達軸は，金属材料で作製されて予め決められた所定の剛性が確保されていることから成る請求項１〜８のいずれか１項に記載の多関節構造の鉗子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，例えば，医療用ロボット，医療用機器，マニピュレータ等の各種機器に使用される多関節構造の鉗子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，連結部に回転を入力して連結部を屈曲又は湾曲させることができる駆動機構が知られている。該駆動機構において，鉗子は，被連結部材同士を連結する屈曲リンク及び把持リンクを備え，把持リンクは，被連結部材に対して軸方向に移動不可能に連結され，屈曲リンクの第１軸には，被連結部材の第２プレートに螺合する第２雄ねじが設けられ，屈曲リンクの第２軸には，被連結部材の第１プレートに螺合する第１雄ねじが設けられ，第１雄ねじ及び第２雄ねじは，屈曲リンクを一方向へ回転させたときに被連結部材同士を近接させ，他方向へ回転させたときに被連結部材同士を離間させるように互いに逆方向に形成されるとともに，互いに同一ピッチに形成されている（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
また，耐久性及び制御精度に優れ，滅菌手段，洗浄手段や駆動手段への着脱が容易な多自由度マニピュレータが知られている。該多自由度マニピュレータは，一対の把持片の相対的開閉，第１軸回りの両把持片の回転，及び第１軸にほぼ直交する仮想平面上に存在する第２軸回りの両把持片の回転の少なくとも３自由度を有している。多自由度マニピュレータは，アクチュエータからの動力が，第１〜第３リンク機構によって，把持片の開閉，第１軸回りの回転，及び第２軸回りの回転の各運動に変換されるものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００４】
また，医療用鉗子では，先端部分に設けた開閉片の動作は，動力伝達をワイヤによって行っていた。例えば，医療用開閉式鉗子として，開閉片を操作するためのワイヤを開閉片側に向って押すことなく開閉片を開閉操作可能なものが知られている。該医療用開閉式鉗子は，一対の開閉片と，第１牽引ワイヤと第２牽引ワイヤの一方を基端側に牽引すると同時に他方が先端側に引かれるのを許容する操作手段と，それらの動力伝達機構とを備えており，上記動力伝達機構は，第１牽引ワイヤと第２牽引ワイヤの先端部と一対の開閉片を接続する，第１牽引ワイヤが基端側に牽引されたときに，第２牽引ワイヤを先端側に牽引すると共に両開閉片を閉方向に移動させ，且つ第２牽引ワイヤを基端側に牽引されたときに，第１牽引ワイヤを先端側に牽引すると共に両開閉片を開方向に移動させるものである（例えば，特許文献３参照）
【０００５】
また，単純な構造を有して温度非依存性で先端部を湾曲させ得る医療用処置部材が知られている。該医療用処置部材は，先端側に配置される湾曲可能な第１チューブ部材と，第１チューブ部材の先端部に固定される一端と，第１チューブ部材の基端部に回転自在に配置される他端とを有する第１ワイヤ部材と，第１ワイヤ部材の他端を回転させるための駆動機構とを有し，第１ワイヤ部材は，他端の回転による捻じれによって，一端と他端との間に収縮する方向への応力を生じ，第１チューブ部材を湾曲させるものである（例えば，特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２９２２７６号公報
【特許文献２】特開２００５−１６９０１１号公報
【特許文献３】特開２０１１−８３４７６号公報
【特許文献４】特開２０１３−２５２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のワイヤ式鉗子については，医療用鉗子の先端部の作動は，ワイヤによる動力伝達が主であり，ワイヤの伸縮の張力変化の遅れが発生し，追従性即ちレスポンスが悪く，細かな動きができないという問題があった。また，ワイヤ式鉗子では，ワイヤの切断，伸び等の故障が発生し正確な動作や確実な動力伝達ができなくなるという問題があった。また，上記駆動機構については，鉗子の動作を連結部の回転を入力して，連結部を屈曲又は湾曲させることができるが，規制用ユニバーサルジョイントと駆動用ユニバーサルジョイントを組み合わせて駆動部全体を屈曲させるように駆動されるものである。従って，上記駆動機構を小型に構成した場合には，筐体を３本のユニバーサルジョイントで構成するため，たわみが大きくなり剛性が低くなるという問題が生じ，関節ごとに独立して屈曲させることができず，微細な動作が困難なものであった。更に，上記の多自由度マニピュレータは，アクチュエータから伝達される前後方向の動作によりリンク部を駆動させ，関節が上下と左右との両方向の２軸動作するように構成されているが，やはり関節ごとに細かな動作をさせるのには不向きな構造であり，また，リンク部が細く長いので，剛性も低くなるという問題が生じる。
【０００８】
そこで，本出願人は，医療用機器に使用して信頼性，追従性に富み，高精度で作動できる多関節構造の鉗子を開発して先に特願２０１５−９２５７号として特許出願した。該多関節構造の鉗子は，複数の中空状外筒，その両端部に固着された連結部を互いに枢着して外筒を連結する関節部材，先端の外筒に揺動可能に取り付けられた物体を把持する把持部材，及び把持部材と外筒とをそれぞれ独立して折曲可能に作動する動力伝達軸を備えており，動力伝達軸は，折曲可能で回転力を伝達できる複数のユニバーサルジョイントと伸縮可能で回転力を伝達できる伝達軸部から構成されている。しかしながら，当該多関節構造の鉗子は，対向する複数の外筒を独立してそれぞれ折曲作動させるため，外筒内に嵌挿する動力伝達軸の本数が増え，そのため外筒の径が大きくなり，また，外筒毎の折曲角度が小さく制限されていた。
【０００９】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，複数の外筒を長手方向に直列に連結して配設し，先端に位置する外筒に他の物体を把持する把持部材を取り付け，対向する各外筒を関節部で連結し，複数の外筒を１本の外筒動力伝達軸で折曲動作させ，把持部材を構成する一対の爪部材を一対の爪動力伝達軸でそれぞれ独立して開閉作動又は同一方向への折曲作動させ，しかも外筒及び動力伝達軸を金属製で作製して十分な剛性を確保し，動力伝達軸の材料に起因する伸縮で張力変化を無くし，外筒内に嵌挿される動力伝達軸の数を低減して外筒の径を低減し，動力伝達軸の作動による外筒及び爪部材の作動のレスポンス即ち追従性を良好にして，先端の外筒に取り付けた爪部材を所定の姿勢に高精度に微細な作動を可能にし，特に，医療用の機器として使用して好ましい多関節構造の鉗子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は，長手方向に直列に伸びて配設された複数の中空状外筒，前記外筒に設けた連結部を互いに折曲自在に連結する関節部，先端に位置する前記外筒に折曲自在に連結された物体を把持する把持部材，並びに対向する前記外筒同士を折曲可能に且つ前記把持部材を前記外筒に折曲可能に作動するため前記外筒に嵌挿して伸縮自在で折曲可能で回転を伝達する動力伝達軸及び前記動力伝達軸を前記関節部で前記外筒に連結して前記外筒を折曲させるリンク機構を有する駆動装置を備えており，
前記動力伝達軸は，前記把持部材を構成する一対の爪部材を独立して折曲可能に作動し且つ前記外筒を構成する先端外筒，中間外筒及び基端外筒に嵌挿して揺動自在にそれぞれ取り付けられた一対の爪動力伝達軸，及び前記基端外筒及び前記中間外筒内に嵌挿して前記先端外筒と前記中間外筒を同一方向に折曲可能に同期連動して作動し且つ前記基端外筒及び前記中間外筒に揺動自在にそれぞれ取り付けられた外筒動力伝達軸から構成されており，前記リンク機構は，前記爪動力伝達軸と前記外筒動力伝達軸に形成された雄ねじに螺合する雌ねじを備えたナット，及び前記ナットと前記外筒とを連結するリンク部材を有しており，
前記爪動力伝達軸を回転させることによって前記ナットが前記雄ねじに沿って軸方向に移動すると共に前記ナットの移動に連動して前記リンク機構が連動して前記把持部材の爪部材が開閉作動又は同一方向に折曲作動し，また，前記外筒動力伝達軸を回転させることによって前記ナットが前記雄ねじに沿って軸方向に移動すると共に前記ナットの移動に連動して前記リンク機構が連動して隣接の前記外筒が互いに折曲作動することから成り，
前記関節部は，前記把持部材と前記先端外筒，前記先端外筒と前記中間外筒，及び前記中間外筒と前記基端外筒とを折曲可能に取り付けるため，前記把持部材と前記外筒の前記連結部にそれぞれ挿通された支点ピンを回転中心にして前記把持部材，前記先端外筒及び前記中間外筒を相対的に折曲することから成り，また，前記関節部は，前記把持部材を構成する一対の前記爪部材を開閉作動又は同一方向に折曲作動する先端関節部，前記先端外筒を前記中間外筒に対して折曲する中間関節部，及び前記中間外筒を前記基端外筒に対して折曲する基端関節部から構成されていることから成る多関節構造の鉗子に関する。
【００１１】
また，前記駆動装置は，スプリングが嵌挿されて伸縮可能な前記動力伝達軸を構成する複数の伝達軸部，前記伝達軸部を回転伝達可能に連結するユニバーサルジョイント，及び隣接する前記外筒にそれぞれ連結し且つ前記外筒を折曲可能に作動する前記リンク機構を構成する複数の前記リンク部材を有するものである。また，前記伝達軸部は，前記スプリング，前記スプリングが嵌挿された軸部材及び前記スプリングのばね力で前記軸部材に嵌合摺動する筒部材から伸縮自在に構成されているものである。
【００１２】
また，前記リンク機構の前記リンク部材は，一端が前記ナットに揺動自在に連結し，他端が前記外筒に設け且つ前記支点ピンに偏倚した位置の偏倚ピンに揺動自在に連結したものである。
【００１３】
また，前記爪動力伝達軸は，前記先端外筒内に嵌挿配置された先端動力伝達軸，前記中間外筒内に嵌挿配置され且つ前記先端動力伝達軸に第１ユニバーサルジョイントで回転伝達可能に連結された中間動力伝達軸，及び前記基端外筒内に嵌挿配置され且つ前記中間動力伝達軸に第２ユニバーサルジョイントで回転伝達可能に連結された基端動力伝達軸から構成され，前記外筒動力伝達軸は，前記中間外筒内に嵌挿配置され中間動力伝達軸，及び前記基端外筒内に嵌挿配置され且つ前記中間動力伝達軸に第３ユニバーサルジョイントで回転伝達可能に連結された基端動力伝達軸から構成されているものである。
【００１４】
また，前記先端外筒と前記把持部材との間の前記先端関節部では，前記支点ピンを回転中心にする前記爪部材のボス部の回転中心から偏倚した駆動用作用点と，前記爪動力伝達軸の前記雄ねじに螺合した前記ナットに設けた支点とに揺動自在に取り付けられた前記リンク部材が配設されており，前記爪動力伝達軸の回転作動によって前記ナット，前記リンク部材及び前記ボス部が連動して前記爪部材が開閉作動又は同一方向に折曲作動するものである。
【００１５】
また，前記先端外筒と前記中間外筒との間の前記中間関節部では，前記中間外筒に位置する前記外筒動力伝達軸に螺合した前記ナットに設けた支点と，前記先端外筒の前記支点ピンの回転中心から偏倚した前記先端外筒に設けた駆動用作用点とに揺動自在に取り付けられた前記リンク部材が配設されており，前記外筒動力伝達軸の回転作動によって前記中間外筒に位置する前記ナット，前記リンク部材及び前記先端外筒が連動して前記中間外筒に対して前記先端外筒が折曲作動するものである。更に，前記中間外筒と前記基端外筒との間の前記基端関節部は，前記基端外筒の前記支点ピンの回転中心から偏倚した第１駆動用作用点と前記基端外筒の前記外筒動力伝達軸に螺合した前記ナットに設けた支点とに揺動自在に取り付けられた第１リンク部材，前記基端外筒に設けた別の支点ピンを中心にして前記第１駆動用作用点と前記基端外筒に設けた先端の第２駆動用作用点とに揺動自在に取り付けられた第２リンク部材，及び前記第２駆動用作用点と前記中間外筒の前記支点ピンの回転中心から偏倚した前記中間外筒に設けた第３駆動用作用点とに揺動自在に取り付けられた第３リンク部材から構成されており，前記外筒動力伝達軸の回転作動によって前記基端外筒に位置する前記ナット，前記第１リンク部材，前記第２リンク部材，及び前記第３リンク部材が駆動して前記基端外筒に対して前記中間外筒及び前記先端外筒が連動して折曲作動するものである。
【００１６】
また，前記外筒及び前記動力伝達軸は，金属材料で作製されて予め決められた所定の剛性が確保されているものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明による多関節構造の鉗子は，上記のように，軸方向に配設された基端外筒，中間外筒及び先端外筒の３個の外筒，先端外筒に連結された把持部材，及び当該外筒内に嵌挿した３本の動力伝達軸の駆動装置から構成され，前記駆動装置を１対の爪動力伝達軸と１本の外筒動力伝達軸から成る動力伝達軸，該動力伝達軸に取り付けたナット，該ナットと外筒とを連結するリンク機構から構成したので，動力伝達軸の材質が起因する張力による伸縮現象は発生せず，一対の爪動力伝達軸について爪部材をそれぞれ独立して微細な動きを実現させることができ，１本の外筒動力伝達軸で中間外筒と先端外筒の折曲作動を連動して作動させて折曲角度を広く構成でき，前記把持部材を爪動力伝達軸で開閉作動又は同一方向への折曲作動を独立して迅速に，追従性に富んで作動して所定の位置に移動させ，所定の姿勢に整えることができ，前記動力伝達軸に設けた雄ねじを前記外筒のボス部に設けたナットに螺入させているので，前記動力伝達軸を回転させるだけでリンク機構のリンク部材を押し引きさせて中間外筒及び先端外筒を同一方向に広い角度範囲にわたって直ちに折曲させ，しかも，操作に対して信頼性に富み，追従性が良好であって把持部材を高精度に所定の折曲位置へ移動させることができ，特に，医療用の鉗子として好ましい動きを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明による多関節構造の鉗子の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の多関節構造の鉗子から外筒を取り除いた駆動装置を示す斜視図である。
【図３】図１の多関節構造の鉗子を折曲させた状態を示す平面図である。
【図４】図１の多関節構造の鉗子から外筒を取り除いた駆動装置を示す平面図である。
【図５】図４の駆動装置の上面図である。
【図６】この多関節構造の鉗子の外筒をリンク機構で折曲作動する原理を説明するための説明図である。
【図７】図６の多関節構造の鉗子のＡ−Ａ断面であってガイド孔に嵌挿する動力伝達軸を外した基端関節部の領域を示す断面図である。
【図８】図６の多関節構造の鉗子のＢ−Ｂ断面であってガイド孔に嵌挿する動力伝達軸を外した中間関節部の領域を示す断面図である。
【図９】この多関節構造の鉗子において，先端外筒と把持部材を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す把持部材と爪動力伝達軸を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下，図面を参照して，この発明による多関節構造の鉗子の実施例を説明する。
この発明による多関節構造の鉗子は，先に特許出願した多関節構造の鉗子に比較して，外筒１の外径を半分程度の小型化に構成し，例えば，外筒１の外径をφ８ｍｍに小さく構成し，外筒１内に嵌挿する動力伝達軸５の数を３本に低減し，関節部３の数を低減したことを特徴としている。更に，この多関節構造の鉗子は，１本の外筒動力伝達軸５Ｂによって，対向する外筒１，即ち，先端外筒１Ａと中間外筒１Ｂ，及び中間外筒１Ｂと基端外筒１Ｃの折曲作動を連動させて外筒１が同一方向に折曲作動するように構成され，先端の外筒１の折曲角度を大きく構成したことを特徴としている。この多関節構造の鉗子では，外筒１及び動力伝達軸５は，基本的にはステンレススチール素材の金属材料で作製され，予め決められた所定の剛性が確保されている。
【００２０】
この発明による多関節構造の鉗子は，主として，長手方向に直列に伸びて配設され且つ互いに連結される複数の中空状外筒１，対向する外筒１の端部に設けられた連結部２を互いに折曲自在に連結する関節部３，先端に位置する先端外筒１Ａに折曲自在に連結された物体を把持する把持部材４，把持部材４と外筒１をそれぞれ折曲可能に作動するため外筒１と関節部３に嵌挿し且つ伸縮自在で折曲可能に作動する動力伝達軸５，及び動力伝達軸５を関節部３で外筒１に連結するリンク機構６を有する駆動装置１４を備えている。関節部３は，対向する外筒１同士を連結部２で互いに支点ピン１６で揺動即ち折曲自在に連結している。外筒１は，把持部材４が連結された先端外筒１Ａ，動力伝達軸５を作動する操作領域となる基端外筒１Ｃ，及び先端外筒１Ａと基端外筒１Ｃとを連結する中間外筒１Ｂから構成されており，外筒１の内部にボス部８を備えている。外筒１内に設けたボス部８には，動力伝達軸５を嵌挿させて動力伝達軸５を支持するガイド孔３４（図７，図８）やリンク部材１５をガイドする案内溝（図示せず）が形成されており，動力伝達軸５やリンク部材１５が外筒１内で干渉しないように構成されている。駆動装置１４は，３本の動力伝達軸５，動力伝達軸５に形成されたねじ部１２の雄ねじ１１に螺入されたナット１０，ナット１０と外筒１とを折曲自在に連結するリンク機構６から構成されている。駆動装置１４は，スプリング１３が嵌挿された伸縮可能で回転力を伝達できる複数の伝達軸部７を備えた動力伝達軸５，及び伝達軸部７に連結され且つ関節部３に配設されて互いに折曲可能に連結されて回転力を伝達できる複数のリンク部材１５を備えたリンク機構６から構成されている。
【００２１】
また，駆動装置１４は，動力伝達軸５を構成する爪動力伝達軸５Ａと外筒動力伝達軸５Ｂを備えており，外筒動力伝達軸５Ｂが先端外筒１Ａ，中間外筒１Ｂ及び基端外筒１Ｃの折曲作動を行い，また，爪動力伝達軸５Ａが爪部材４Ａの開閉又は同一方向への折曲作動を行うものである。即ち，動力伝達軸５は，把持部材４を構成する一対の爪部材４Ａを独立して回転可能に作動し且つ外筒１を構成する先端外筒１Ａ，中間外筒１Ｂ及び基端外筒１Ｃに嵌挿して回転自在にそれぞれ取り付けられた一対の爪動力伝達軸５Ａ，及び基端外筒１Ｃ及び中間外筒１Ｂ内に嵌挿して先端外筒１Ａと中間外筒１Ｂを同一方向に揺動即ち折曲可能に同期連動して作動し且つ基端外筒１Ｃ及び中間外筒１Ｂに回転自在にそれぞれ取り付けられた１本の外筒動力伝達軸５Ｂから構成されている。この多関節構造の鉗子は，外筒動力伝達軸５Ｂを回転させると，雄ねじ１１に螺合したナット１０が軸方向に移動し，ナット１０の軸方向の移動はリンク機構６を介して基端外筒１Ｃに対して中間外筒１Ｂが，例えば，最大で６０°折曲すると共に連動して中間外筒１Ｂに対して先端外筒１Ａが最大で６０°折曲するように構成されている。爪動力伝達軸５Ａは，基端外筒１Ｃ内に嵌挿配置された基端動力伝達軸５Ａ１，中間外筒１Ｂ内に嵌挿配置された中間動力伝達軸５Ａ２，及び先端外筒１Ａ内に嵌挿配置された先端動力伝達軸５Ａ３から構成されている。また，外筒動力伝達軸５Ｂは，基端外筒１Ｃ内に嵌挿配置された基端動力伝達軸５Ｂ１，及び中間外筒１Ｂ内に嵌挿配置された中間動力伝達軸５Ｂ２から構成されている。爪動力伝達軸５Ａは，基端動力伝達軸５Ａ１と中間動力伝達軸５Ａ２，及び中間動力伝達軸５Ａ２と先端動力伝達軸５Ａ３とがユニバーサルジョイント３３（第１ユニバーサルジョイント，第２ユニバーサルジョイント）によって回転力を連動伝達して回転駆動されるように構成されている。外筒動力伝達軸５Ｂは，基端動力伝達軸５Ｂ１と中間動力伝達軸５Ｂ２とがユニバーサルジョイント３３（第３ユニバーサルジョイント）によって回転力を連動伝達して回転駆動されるように構成されている。爪動力伝達軸５Ａの先端動力伝達軸５Ａ３の先端と，外筒動力伝達軸５Ｂの基端動力伝達軸５Ｂ１と中間動力伝達軸５Ｂ２の先端には，ナット１０が螺合した雄ねじ１１を備えたねじ部１２が形成されている。リンク機構６は，雄ねじ１１に螺合する雌ねじを備えたナット１０，ナット１０と外筒１とを連結する複数の板状のリンク部材１５から構成されている。ユニバーサルジョイント３３は，中間関節部３Ｂ及び基端関節部３Ｃに位置する領域に配設されている。爪動力伝達軸５Ａと外筒動力伝達軸５Ｂとは，外筒１の折曲に応答して，ユニバーサルジョイント３３で折曲して回転力を伝達されるように構成されている。
【００２２】
この多関節構造の鉗子は，爪動力伝達軸５Ａと外筒動力伝達軸５Ｂを回転させることによって，ナット１０が雄ねじ１１のねじ部１２に沿って軸方向に移動すると共に，爪動力伝達軸５Ａと外筒動力伝達軸５Ｂの回転運動がナット１０の雄ねじ１１に沿っての軸方向移動に変換され，ナット１０の移動がリンク機構６の揺動運動に変換され，リンク機構６の揺動運動が外筒１の揺動運動になって外筒１の折曲作動又は又は把持部材４の開閉作動に変換される。即ち，ナット１０の移動に連動してリンク部材１５から成るリンク機構６が連動して，対向する外筒１を折曲作動する。リンク部材１５は，図示していないが，例えば，外筒１に設けたボス部８に形成したスリット状の案内溝でガイドして的確に作動するように構成することができる。ナット１０は，先端動力伝達軸５Ａ３，中間動力伝達軸５Ｂ２，及び基端動力伝達軸５Ｂ１の先端部にそれぞれ形成された雄ねじ１１に螺入されている。また，先端外筒１Ａに揺動自在に取り付けられた把持部材４の爪部材４Ａは，爪動力伝達軸５Ａの基端動力伝達軸５Ａ１が回転することによって，先端動力伝達軸５Ａ３の先端部の雄ねじ１１に沿ってナット１０が軸方向に連動移動し，リンク部材１５から成るリンク機構６が連動して，爪部材４Ａが開閉作動又は同一方向に折曲作動する。
【００２３】
また，駆動装置１４は，スプリング１３が嵌挿されて伸縮可能な複数の伝達軸部７，及び隣接する伝達軸部７を互い連結し且つ関節部３に配設されて折曲可能に回転力を伝達できるリンク機構６を構成する複数のリンク部材１５を有する。また，関節部３では，把持部材４と先端外筒１Ａ，先端外筒１Ａと中間外筒１Ｂ，及び中間外筒１Ｂと基端外筒１Ｃとを折曲可能に取り付けるため，把持部材４のボス部８及び外筒１と連結部２にそれぞれ挿通された支点ピン１６を回転中心にして把持部材４，先端外筒１Ａ及び中間外筒１Ｂを相対的に折曲作動する領域である。また，伝達軸部７は，スプリング１３，スプリング１３が嵌挿された軸部材１７及びスプリング１３のばね力で軸部材１７に嵌合摺動する筒部材１８から構成されている。伝達軸部７は，フリー状態ではスプリング１３のばね力で伸びているが，伝達軸部７を鉗子本体に組み込んだときには収縮した状態になっている。軸部材１７と筒部材１８とは，例えば，軸部材１７に設けたピン３５が筒部材１８に形成したスリット３６に嵌入摺動して，筒部材１８にスプリング１３のばね力が作用して軸部材１７のピン３５がスリット３６の端面に当接するように構成され，筒部材１８の軸方向の摺動範囲がスリット３６の長さで規制される。動力伝達軸５を構成する伝達軸部７は，スプリング１３が常時，即ち，真直状態では圧縮された状態に設定されており，外筒１の端部２０間の関節部３が折曲した際に，伝達軸部７を関節部３で長く伸びるように，スプリング１３が筒部材１８を摺動して押し出して各関節部３で長さが調整されるように構成されている。
【００２４】
また，リンク機構６は，動力伝達軸５の回転自在に連結し且つ外筒１同士を折曲自在に連結する支点ピン１６に偏倚した位置の偏倚ピン１９に回転自在に連結されたリンク部材１５から構成されている。また，把持部材４を構成する一対の爪部材４Ａは，先端外筒１Ａの端部２０に固定された連結部２にピン３１によって揺動自在に支持され且つ物体を把持する２本の爪動力伝達軸５Ａによってそれぞれ互いに揺動して開閉作動又は同一方向に折曲作動する。更に，関節部３は，把持部材４を構成する一対の爪部材４Ａが折曲して開閉作動又は同一方向に折曲作動する先端関節部３Ａ，先端外筒１Ａを中間外筒１Ｂに対して折曲する中間関節部３Ｂ，及び中間外筒１Ｂを基端外筒１Ｃに対して折曲する基端関節部３Ｃから構成されている。また，先端外筒１Ａと把持部材４との間の先端関節部３Ａは，支点ピン１６を回転中心にする爪部材４Ａのボス部８，回転中心から偏倚した駆動用作用点２４と爪動力伝達軸５Ａのねじ部１２の雄ねじ１１に螺合したナット１０に設けた支点２３とに揺動自在に取り付けられたリンク部材１５によって構成されており，爪動力伝達軸５Ａの回転作動によってナット１０，リンク部材１５及びボス部８が連動して爪部材４Ａが開閉作動又は同一方向に折曲作動する。
【００２５】
この多関節構造の鉗子は，先端外筒１Ａと中間外筒１Ｂとの間の中間関節部３Ｂでは，図８に示すように，先端外筒１Ａの下部にリンク部材１５を動作する領域Ｆで示すスペースが確保されているので，ナット１０の支点２３に揺動自在に取り付けたリンク部材１５を先端外筒１Ａのボス部８に設けた駆動用作用点２５にダイレクトに揺動自在に取り付けられている。中間関節部３Ｂは，中間外筒１Ｂに位置する外筒動力伝達軸５Ｂに螺合したナット１０に設けた支点２３と先端外筒１Ａの支点ピン１６の回転中心から偏倚した先端外筒１Ａに設けた駆動用作用点２５とに揺動自在に取り付けられたリンク部材１５によって構成されており，外筒動力伝達軸５Ｂの回転作動によって中間外筒１Ｂに位置するナット１０，リンク部材１５及び先端外筒１Ａが動力伝達軸５して中間外筒１Ｂに対して先端外筒１Ａが折曲する。即ち，中間外筒１Ｂでは，リンク機構６は，外筒動力伝達軸５Ｂの中間動力伝達軸５Ｂ２の伝達軸部７に形成された雄ねじ１１にはナット１０が螺入されている。中間関節部３Ｂではリンク部材１５は，一端がナット１０に取り付けたピン２１に揺動自在に連結し，他端が先端外筒１Ａのボス部８に設けた駆動用作用点２４に揺動自在に連結されている。
【００２６】
この多関節構造の鉗子は，中間外筒１Ｂと基端外筒１Ｃとの間の基端関節部３Ｃでは，図７に示すように，中間外筒１Ｂの下部に外筒動力伝達軸５Ｂの中間動力伝達軸５Ｂ２が嵌挿するところであって，リンク機構６を動作させる領域Ｅのスペースが狭くなっている。そこで，基端関節部３Ｃにおけるリンク機構６は，基端外筒１Ｃの上部にリンク部材１５を動作させる領域Ｄのスペースを確保して，第２リンク部材１５Ｂ及び第３リンク部材１５Ｃを用いて外筒１を折曲動作させる機構になっている。従って，基端関節部３Ｃでのリンク機構６では，基端外筒１Ｃの下部には第１リンク部材１５Ａを動作させるスペースが不要になっている。基端外筒１Ｃと中間外筒１Ｂとの間に位置する中間関節部３Ｂにおいては，リンク機構６は，３個のリンク部材１５から構成されており，具体的には，基端外筒１Ｃの支点ピン１６の回転中心から偏倚した第１駆動用作用点２６と基端外筒１Ｃに位置する外筒動力伝達軸５Ｂに螺合したナット１０に設けた支点２３とに揺動自在に取り付けられた第１リンク部材１５Ａ，基端外筒１Ｃに設けた別の支点ピン３２を中心にして第１駆動用作用点２６と中間外筒１Ｂに設けた先端の第２駆動用作用点２７とに揺動自在に取り付けられた第２リンク部材１５Ｂ，及び第２駆動用作用点２７と中間外筒１Ｂの支点ピン１６の回転中心から偏倚した中間外筒１Ｂに設けた第３駆動用作用点２８とに揺動自在に取り付けられた第３リンク部材１５Ｃから構成されている。この多関節構造の鉗子は，上記の構成によって，外筒動力伝達軸５Ｂの回転作動によって基端外筒１Ｃに位置するナット１０，第１リンク部材１５Ａ，第２リンク部材１５Ｂ，及び第３リンク部材１５Ｃが駆動して基端外筒１Ｃに対して中間外筒１Ｂ及び先端外筒１Ａが連動して折曲するものである。
【００２７】
この多関節構造の鉗子について，爪動力伝達軸５Ａによる爪部材４Ａの作動について説明する。図９及び図１０に示すように，爪動力伝達軸５Ａは，一対から構成されており，先端関節部３Ａでスペーサプレート３０で動力伝達が互いに干渉しないように構成されている。爪動力伝達軸５Ａの先端動力伝達軸５Ａ３の先端部材の雄ねじ１１にはナット１０が螺合しており，ナット１０のスリット２２にはリンク部材１５がピン３１を回転中心にして揺動可能に配設されている。また，リンク部材１５は，一対の爪部材４Ａがボス部８で支点となる支点ピン１６で揺動自在に取り付けられている。リンク部材１５の一端はナット１０に設けたピン３１に回転自在に連結され，他端がボス部８の支点のピン１６から偏倚した駆動用作用点２４となるピン３１に回転自在に連結されている。
まず，基端外筒１Ｃ側に設けた操作手段３７で一方の爪動力伝達軸５Ａの基端動力伝達軸５Ａ１を回転させると，基端動力伝達軸５Ａ１の回転がユニバーサルジョイント３３を介して中間動力伝達軸５Ａ２を回転させると共に，中間動力伝達軸５Ａ２の回転がユニバーサルジョイント３３を介して先端動力伝達軸５Ａ３を回転させる。先端動力伝達軸５Ａ３が回転すると，先端動力伝達軸５Ａ３の先端の雄ねじ１１が回転し，雄ねじ１１に螺合したナット１０が直線方向に移動する。そこで，ナット１０の雄ねじ１１上の直線移動は，ナット１０に支点２３で回転自在即ち揺動自在に連結されたリンク部材１５が押し引きする。リンク部材１５の押し引きは，駆動用作用点２４で爪部材４Ａを押し引きすることになり，爪部材４Ａの押し引きは，爪部材４Ａの開閉作動になる。また，他方に爪動力伝達軸５Ａの作動も上記と同様に作動させることができる。この多関節構造の鉗子では，爪部材４Ａの開閉角度は，例えば，片側で８５°程度折曲し，両側で１７０°程度に揺動即ち折曲することができる。
【００２８】
次に，この多関節構造の鉗子について，外筒動力伝達軸５Ｂによる基端外筒１Ｃに対する中間外筒１Ｂと先端外筒１Ａとの折曲作動について説明する。１本の外筒動力伝達軸５Ｂは，基端動力伝達軸５Ｂ１と中間動力伝達軸５Ｂ２から構成されており，基端関節部３Ｃの領域で基端動力伝達軸５Ｂ１の揺動によってリンク機構６を介して基端外筒１Ｃに対して中間外筒１Ｂを折曲作動すると共に，中間関節部３Ｂの領域で基端動力伝達軸５Ｂ１に連動して同一方向に揺動する中間動力伝達軸５Ｂ２の揺動によってリンク機構６を介して中間外筒１Ｂに対して先端外筒１Ａを折曲作動する。この多関節構造の鉗子は，外筒１の動作角度は，例えば，次のとおりである。外筒１について，基端外筒１Ｃに対する中間外筒１Ｂの揺動角度は，片側６０°程度であり，両側で１２０°であり，また，中間外筒１Ｂに対して先端外筒１Ａの揺動角度は，片側６０°程度であり，両側で１２０°である。従って，外筒１については，先端外筒１Ａと中間外筒１Ｂとが同一方向に連動して揺動即ち折曲するので，総計で最大揺動角度は２４０°である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
この発明による多関節構造の鉗子は，例えば，医療用ロボット，医療用機器等の各種機器に使用される鉗子として使用して好ましいものである。
【符号の説明】
【００３０】
１      外筒
１Ａ    先端外筒
１Ｂ    中間外筒
１Ｃ    基端外筒
２      連結部
３      関節部
３Ａ    先端関節部
３Ｂ    中間関節部
３Ｃ    基端関節部
４      把持部材
４Ａ    爪部材
５      動力伝達軸
５Ａ    爪動力伝達軸
５Ａ１  基端動力伝達軸
５Ａ２  中間動力伝達軸
５Ａ３  先端動力伝達軸
５Ｂ    外筒動力伝達軸
５Ｂ１  基端動力伝達軸
５Ｂ２  中間動力伝達軸
６      リンク機構
７      伝達軸部
８      ボス部
１０    ナット
１１    雄ねじ
１３    スプリング
１４    駆動装置
１５    リンク部材
１５Ａ  第１リンク部材
１５Ｂ  第２リンク部材
１５Ｃ  第３リンク部材
１６    支点ピン
１７    軸部材
１８    筒部材
１９    偏倚ピン
２０    端部
２１，３１，３２    ピン
２３    支点
２４，２５    駆動用作用点
２６    第１駆動用作用点
２７    第２駆動用作用点
２８    第３駆動用作用点
３３    ユニバーサルジョイント
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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