(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト（２）と、前記シャフトの遠位端に屈曲可能に関節結合された少なくとも１つのジョイント部（１２）及び前記ジョイント部（１２）の遠位側に前記ジョイント部（１２）の曲げ平面内で屈曲可能に関節結合されたツールホルダ（１４）を備える器具ヘッド（６）と、を有する器具、特に医療用内視鏡器具又はテクノスコープであって、
前記ジョイント部（１２）の近位端には、前記シャフト（２）内に回転可能に取付けられ前記器具ヘッド（６）の運動制御のために引張りケーブル対と連動する噛合体（６２）と噛み合う歯部が形成されており、
前記噛合体（６２）はその回転軸に対して横方向に二分割され、前記噛合体（６２）の両部分（６４，６６）は互いに相対回転可能であり、
前記噛合体（６２）の前記両部分（６４，６６）の各々が作動ローラ（６８）と回転不能に結合されており、前記作動ローラ（６８）にはそれぞれ１本の引張りケーブルが他方の引張りケーブルに対して拮抗して作用する、器具。
【請求項２】
前記引張りケーブル対は、前記噛合体（６２）と同軸で前記シャフト（２）内に回転可能に取付けられ前記噛合体（６２）と回転不能に結合された少なくとも１つの前記作動ローラ（６８）と結合されている、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記作動ローラ（６８）は、前記シャフト（２）の内径と略一致する直径を有する、請求項２に記載の器具。
【請求項４】
前記噛合体（６２）及び前記ジョイント部（１２）の前記近位端に形成された歯部分が、サイクロイド歯部を備える、請求項１〜３のいずれか一つに記載の器具。
【請求項５】
前記ツールホルダ（１４）は少なくとも１つの転動体対を介して前記シャフト（２）と連結されている、請求項１〜４のいずれか一つに記載の器具。
【請求項６】
前記転動体対の前記転動体は歯付きで形成されている、請求項５に記載の器具。
【請求項７】
前記噛合体（６２）及び前記噛合体と噛み合っている前記ジョイント部（１２）の歯部が減速機を構成する、請求項１〜６のいずれか一つに記載の器具。
【請求項８】
シャフト側に配置された転動体及びツールホルダ側に配置された転動体が減速機を構成する、請求項５〜７のいずれか一つに記載の器具。
【請求項９】
前記引張りケーブル対の引張りケーブルは、前記作動ローラ（６８）に、前記器具ヘッド（６）が前記シャフト（２）の一直線の伸長方向に配置されている前記器具の基本位置において、それぞれ少なくとも１８０°の角度範囲内で巻き付く、請求項２〜８のいずれか一つに記載の器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は器具に係り、特に医療用内視鏡器具又はテクノスコープに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療の分野、そのうち特に内視鏡検査の分野においては、ツールが配置された器具ヘッドをシャフトの遠位端に備えるシャフト器具が用いられる。この種の器具は、例えば把持器具又は切断器具であり得るが、さらに、例えばテクノスコープといった他の分野でも、技術対象の空洞内において用いられる。
【０００３】
本発明の出発点を構成するのは、そのような、器具ヘッドがシャフトに対して、ならびにツール又はツールの少なくとも一部が器具ヘッドのツールホルダに対して屈曲可能な器具である。この種の器具は、米国特許出願公開第２００７／０２０８３７５号から公知である。この器具は、シャフトの遠位側に配置された器具ヘッドを備えており、器具ヘッドは、縦長のジョイント部を介してシャフト(schaft)の遠位端に関節結合されたツールホルダを含む。ツールホルダは、ジョイント部の曲げ平面内で屈曲可能にジョイント部の遠位端に関節結合されている。シャフト及びジョイント部に対するツールホルダの制御された屈曲を保証する目的で、シャフトは、転動体対を介してツールホルダと連結されている。器具ヘッドの屈曲の制御のためには、ジョイント部に直接作用する引張りケーブルが役立つ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、器具ヘッドの屈曲の制御のためには、構造上、ジョイント部に比較的小さなモーメントしか伝達され得ないことは、不都合である。この器具のさらなる短所は、器具ヘッドの全体的な曲げ角度が＋／−１２０°である場合であっても、ジョイント部がわずか＋／−６０°の横振れしか受けないため、シャフトに対する器具ヘッドの曲げがかなり大雑把にしか調整できないという点にある。
【０００５】
こうした背景に鑑み、本発明は、問題となっている種類の器具であって上述の短所を備えていないものを提供するという課題に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の特徴を備えた器具によって解決される。この器具の有利な発展形態は、従属請求項、以下の説明ならびに図面から明らかになる。ここで、従属請求項に記載された特徴は、有利には記載された組み合わせで、しかしまた技術的に合理的である限りにおいてはそれ自体又は他の組み合わせで、本発明の実施形態に寄与し得る。
【０００７】
本発明による器具は、好適には医療用内視鏡器具である。しかし、この器具は、接近が困難な技術対象の空洞内に挿入されるテクノスコープであってもよい。そのような器具において通例であるように、本発明による器具もまた、縦長の、好ましくは一直線且つ堅固形成されたシャフトであってその遠位側に器具ヘッドを配置されているものを備える。
【０００８】
器具ヘッドは、シャフトの遠位端に屈曲可能(abwinkelbar)に関節結合（枢着）された(angelenktes)少なくとも１つのジョイント部(Gelenkteil)と、ジョイント部の遠位側にジョイント部の曲げ平面内で屈曲可能に関節結合されたツールホルダとを備える。本発明によれば、ジョイント部の近位端には、歯部が、好ましくは部分歯車の形で形成されており、この歯部は、シャフト内に回転可能に取付けられ器具ヘッドの運動制御のために引張りケーブル対と連動する噛合体と噛み合っている。ここで、器具ヘッドの屈曲は、噛合体と連動し拮抗して噛合体に作用する引張りケーブル対のうち一方の引張りケーブルの引張り荷重によって生じる噛合体の回転運動により行われる。ジョイント部及びひいてはツールホルダもしくは器具ヘッド全体を、シャフト内でジョイント部の関節結合の近位側に配置された噛合体を介して旋回させるという対策により、本発明による器具においては、問題となっている種類の従来公知の器具における場合とは異なり、引張りケーブルを、シャフトと器具ヘッドとの間の屈曲領域を通して導くことが不要である。その代わり、引張りケーブルは、器具ヘッドの屈曲とは無関係にシャフト内で常に可能な限り直線状に導かれているので、器具ヘッドの屈曲にあたって、引張りケーブルのうち一方が、他方が近位方向に動かされるのと同程度、遠位方向に動かされる。
【０００９】
引張りケーブル対の噛合体との連動のために、好適には少なくとも１つの作動ローラが設けられており、この作動ローラは噛合体と同軸でシャフト内に取付けられ、噛合体と回転不能に結合されている。この作動ローラにより、引張りケーブル対は、便利なことには、作動ローラと噛合体とが、引張りケーブル対のうち一方の引張りケーブルの引張り荷重に際しては第１の方向に回転され、引張りケーブル対のうち他方の引張りケーブルの引張り荷重に際しては第２の反対の方向に回転されるように結合されている。引張りケーブル対の引張りケーブルの固定ローラへの固定は、有利には固定ローラの広範囲で行われ、引張りケーブルは作動ローラに、典型的には作動ローラの回転軸について２つの相互に対向する側部で固定されている。作動ローラとしては、好適には円形の断面輪郭を有する部品が想定されるが、本発明の趣旨においては、「作動ローラ」という概念は基本的に、両引張りケーブルが部分的に巻き付けられた部分的に円形の又は部分的に円形に似た周囲部分を備えているに過ぎない、そうでなければ任意の周囲輪郭を備え得る、すべての部品を意味する。
【００１０】
合理的には、作動ローラは、可能な限り小さな努力で器具ヘッドの屈曲に必要な運動モーメントを発生させることができるように、可能な限り大きな有効半径を備えることが想定されている。この目的のために、シャフト内に配置された作動ローラは、有利には、シャフトの内径と略一致する直径を有する。作動ローラのこのような寸法決めは、典型的には、作動ローラが少なくともシャフトの中心軸に極めて近接して取付けられていることを前提とする。
【００１１】
噛合体は、好ましくはその回転軸に対して横方向に二分割して形成されており、噛合体の両部分は互いに相対回転可能である。この実施形態との関連においては、さらに有利なことには、噛合体の両部分の各々が作動ローラと回転不能に結合されることが想定されており、作動ローラにはそれぞれ１本の引張りケーブルが、他方の引張りケーブルに対して拮抗して作用する。この構造的対策は、一部品の噛合体において噛合体の回転方向の反転時に場合により発生する歯の遊びを防止するのに役立つ。なぜなら、両作動ローラと結合された引張りケーブルの予負荷によって、噛合体の両部分のうち少なくとも一方が常にジョイント部の近位端に形成された歯部と遊びなく噛み合うためである。
【００１２】
ジョイント部に対するツールホルダの制御された屈曲を保証するために、ツールホルダは、好適には、少なくとも１つの転動体対を介してシャフトと連結されている。したがって、好ましくは、シャフトの遠位端に、シャフトと固定的に結合された少なくとも１つの転動体が配置されていることが想定され、この転動体は、ツールホルダに固定的に配置された転動体と、摩擦結合(reibschlussiger)又は好ましくは形状結合(formschlussiger)によって結合されている。噛合体を介して開始されるジョイント部の屈曲の場合、これは、シャフト側の転動体上でのツールホルダ側の転動体の規定された転がり運動をもたらし、その結果としてシャフトに対する器具ヘッドの規定された屈曲をもたらす。
【００１３】
転動体対の両転動体は、好適には歯付きで形成される。これによって、有利には、シャフトに固定的に結合された少なくとも１つの部分歯車が設けられ、この部分歯車はツールホルダに固定的に結合された部分歯車と噛み合う。部分歯車に形成される歯部の種類も、ジョイント部及び噛合体に形成される歯部の種類も、基本的に任意である。例えば、歯部は、インボリュート歯部として形成されていてもよい。そのような歯部には、両部分歯車の相互間の距離の変化への反応が比較的鈍感であるとともに、製造に比較的労力がかからないという利点がある。しかしながら、インボリュート歯部の場合。部分歯車の転動は完全にスリップなしには行われないため、望ましくないスティックスリップ効果が発生し得る。このスティックスリップ効果には、歯部のグリス潤滑又はオイル潤滑によって対処することが一般的に可能であるが、そのような対策は、医療器具においては、条件付きでのみ可能であるか、又は全く不可能である。したがって、本発明による器具が医療用内視鏡器具である場合には特に、転がり摩擦のみに最適化された歯部、例えばサイクロイド歯車を用いるのが、より便利である。
【００１４】
噛合体とジョイント部の歯付きの領域との間の伝達比及びツールホルダとシャフトとの間の転動体対の伝達比は、便利には、可能な限り大きなモーメントが器具ヘッドの屈曲に利用可能であるように選択される。
【００１５】
好適には、噛合体及びこれと噛み合っているジョイント部の歯部は、減速機を構成する。すなわち、噛合体は、好ましくはジョイント部に形成された歯付きの領域のものよりも小さなローリング径を備えているので、噛合体の回転時にジョイント部が旋回される角度は、噛合体の回転角度よりも小さい。これは、器具ヘッドがシャフトに対して屈曲されるべき角度が特に精確に調整され得るという点で、有利である。
【００１６】
噛合体とジョイント部の歯部とにより構成される減速機に代えて又は追加して、転動体対の、シャフト側に配置された転動体及びツールホルダ側に配置された転動体が、ツールホルダとシャフトとの間に減速機を構成してもよい。この場合、シャフト側の転動体は、ツールホルダ側の転動体よりも小さなローリング径を備えることが想定されている。この対策によっても、器具ヘッドがシャフトに対して屈曲されるべき角度が特に精確に調整され得るという効果がある。
【００１７】
好適には、噛合体とジョイント部の歯部とにより構成される減速機及び転動体対の両転動体によりツールホルダとシャフトとの間に構成される減速機は、器具ヘッドの屈曲時に、運動の瞬間回転中心まわりのモーメントが作動ローラに及ぼされるモーメントと比較してより大きくなるように設計される。さらに好適には、噛合体とジョイント部の歯部とにより構成される減速機及び転動体対の両転動体によりツールホルダとシャフトとの間に構成される減速機は、シャフトに対するツールホルダの＋／−１２０°の屈曲をもたらすためには作動ローラ及びひいては噛合体がおよそ＋／−１８０°回転しなければならないように設計される。この目的のために、有利には、引張りケーブル対の両引張りケーブルが、作動ローラに、器具ヘッドがシャフトの一直線の伸長方向に配置されている器具の基本位置において、それぞれ少なくとも１８０°の角度範囲内で巻き付くことが想定されている。ツールホルダの、前述した＋／−１２０°とは別の屈曲が要求される場合には、説明した転動体対の総減速(Gesamtuntersetzung)は、構造上、可能な最大のケーブル移動が要求されるツールホルダの屈曲をもたらすように行われ得る。
【００１８】
以下では本発明が、図面中に図示された実施例に基づいて、詳細に説明される。図面は、概略的に単純化されるとともに異なる縮尺で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】器具の遠位端の斜視図である。
【図２】図１による器具の縦断面図である。
【図３】シャフトとツールホルダとの間ならびに噛合体とジョイント部との間の屈曲機構の、器具ヘッドが屈曲されていない場合の単純化された概略図である。
【図４】シャフトとツールホルダとの間ならびに噛合体とジョイント部との間の屈曲機構の、器具ヘッドが屈曲されている場合の単純化された概略図である。
【図５】二分割して形成された噛合体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面中に示される器具は、鉗子の形状をした医療用内視鏡器具である。この器具は、縦長の中空筒状に形成されたシャフト２を備えているが、図面中には、よりわかりやすくするために、シャフト２の遠位端のみが示されている。シャフト２の近位端にある制御装置もしくは駆動装置も、公知の手法で形成され得るので、図示されていない。
【００２１】
シャフト２の遠位端は端片４からなる。端片４の遠位側には器具ヘッド６が連結されている。スリーブ形状に形成された端片４は、その遠位端に、相互にまったく対向して配置された２つの突出部８を備え、これらはシャフト２の縦の伸長方向に突き出している。両突出部８の間には、この両突出部８を貫通するジョイントピン１０を介して、縦長のジョイント部１２が関節結合されている。ジョイント部１２は器具ヘッド６の一部である。
【００２２】
ジョイント部１２の遠位側には、器具ヘッド６のツールホルダ１４が連結されている。端片４に形成された両突出部８に対応して、ツールホルダ１４の近位端には、相互にまったく対向して配置された２つの突出部１６が形成されており、これらは近位方向に延伸している。突出部１６の領域においては、ジョイント部１２は、両突出部１６を貫通するジョイントピン１８を介して、ツールホルダ１４と旋回運動可能に結合されており、ジョイント部１２は両突出部１６の間の間隙に係合する。
【００２３】
ジョイント部１２が端片４の両突出部８に旋回運動可能に配置されていること及びツールホルダ１４がジョイント部１２に旋回運動可能に配置されていることによって、ツールホルダ１４は、シャフトに対して、器具ヘッド６がシャフト２の一直線の縦の伸長方向に配向されており且つシャフト２の中心軸Ａがジョイント部１２の中心軸Ｂ及びツールホルダ１４の中心軸Ｃと共通の平面内にある位置（図３）から出発して、シャフト２の中心軸Ａに対するジョイント部１２の旋回角度及びジョイント部１２の中心軸Ｂに対するツールホルダ１４の旋回角度からなる角度だけ旋回可能である。ここで、全体の旋回角度は、＋／−１２０°の角度範囲にある。
【００２４】
シャフト２に対するツールホルダ１４の規定された屈曲を可能にするために、端片４とツールホルダ１４とは、転動体対を介して相互に結合されている。この転動体対を構成するべく、端片４に形成された両突出部８の遠位端及びツールホルダ１４に形成された両突出部１６の近位端は、それぞれ部分歯車の形状をした歯部分を備えており、この突出部８及び１６に形成された歯部分は相互に噛み合っている。突出部８及び１６の歯部分の歯部は、サイクロイド歯部として形成されている。図１及び図２に図示される実施例においては、突出部８及び１６に形成された歯部分は同一のピッチ円直径を備えているが、図３及び図４による図示では、突出部８に形成された歯部分のピッチ円直径は、突出部１６に形成された歯部分のものの半分の大きさしかないので、突出部８及び１６に形成された歯部分は減速機を構成する。
【００２５】
ジョイント部１２の丸い近位端には部分歯車形状の歯部が形成されており、この歯部は、ジョイント部１２の近位側で端片４内にジョイントピン２０まわりに回転可能に取付けられた噛合体２２と噛み合っている。噛合体２２に形成された歯部ならびにジョイント部１２の近位端に形成された歯部もまた、サイクロイド歯部として形成されている。図１及び図２に図示される実施例においては、ジョイント部１２に形成された歯部のピッチ円直径と噛合体２２のピッチ円直径とは同一であるが、図３及び図４による図示では、噛合体２２のピッチ円直径は、ジョイント部１２に形成された歯部のものの半分の大きさしかないので、噛合体２２とジョイント部１２に形成された歯部とは減速機を構成する。
【００２６】
ジョイントピン２０には、噛合体２２と回転不能に結合された作動ローラ２４も、回転可能に取り付けられている。この作動ローラ２４は、シャフト２の内径に略対応する外径を備えている。作動ローラ２４には、引張りケーブル２６及び２８を有する引張りケーブル対が固定されている（図３及び図４）。両引張りケーブル２６及び２８の作動ローラ２４への固定は、引張りケーブル２６及び２８が作動ローラ２４に、器具ヘッド６がシャフト２の一直線の伸長方向に配置されている器具の基本位置において、それぞれ１８０°の角度範囲内で巻き付くようになされている（図３）。作動ローラ２４から出発して、引張りケーブル２６及び２８は、シャフト２の近位端へと導かれている。そのシャフト２の近位側で、引張りケーブル２６及び２８は、図示しない制御装置と結合されており、この制御装置とは、器具の種類に応じて、手動で起動されるハンドル又はロボット式操作システムの制御インタフェースであり得る。この制御装置を用いて、器具ヘッド６の屈曲が制御される。
【００２７】
ツールホルダ１４は、遠位側に、ツールホルダ１４の遠位端に向かって開いたスロット３０を備えている。スロット３０内には顎状器具の２つの顎部３２及び３４が関節結合されている。スロット３０における顎部３２及び３４の関節結合は、スロット３０を画定する２つの壁部分３６及び３８に形成された孔４０を貫通する、図示しないジョイントピンを介して行われる。ジョイントピンは旋回軸Ｄを構成し、この旋回軸を中心として、顎部３２及び３４は、器具ヘッド６の曲げ平面に対して垂直な平面内で旋回可能である。
【００２８】
顎部３２及び３４の制御のためには、引張りケーブル４２，４４，４６及び４８が役立つ（図２）。遠位側では引張りケーブル４２及び４４は、顎部３２に回転不能に結合されるとともに顎部３２及び３４の旋回軸Ｄを中心として回転可能な作動ローラ５０に固定されている。これと対応して、引張りケーブル４６及び４８は、旋回軸Ｄを中心として回転可能な、顎部３４に回転不能に結合された作動ローラ５２に固定されている。
【００２９】
端片４に形成された突出部８の外側には、それぞれ１つのガイドローラ５４がジョイントピン１０に回転可能に取り付けられている。また、さらに１つのガイドローラ５６が、それぞれガイドローラ５４の外側でジョイントピン１０に取り付けられている。ジョイントピン１８にも、ツールホルダ１４に形成された突出部１６の外側にそれぞれ１つのガイドローラ５８と、ガイドローラ５８の外側にそれぞれ１つのガイドローラ６０とが、回転可能に取り付けられている。図１に見受けられるガイドローラ５４，５６，５８及び６０は、中心軸Ｂについて対称な配置で、器具ヘッド６の見えない裏手の領域にもある。器具ヘッド６の屈曲の領域において、ガイドローラ５４及び５８はシャフト２を通ってシャフト２の近位側に導かれる引張りケーブル４２及び（裏手の領域にあって見えない）４６のガイドに役立ち、その一方でガイドローラ５６及び６０はシャフト２を通ってシャフト２の近位側に導かれる引張りケーブル４４（裏手の領域にあって見えない）及び４８のガイドに役立つ。器具ヘッド６を通る引張りケーブル４２のガイドはガイドローラ５４及び５８によって行われる。引張りケーブル４８のガイドはガイドローラ５６及び６０によって行われる。ここで、引張りケーブル４２及び４８は、ガイドローラ５４，５６，５８及び６０の間の間隙において、接触することなく十字に交差する。同様に、引張りケーブル４４及び４６は、ガイドローラ間の見えない裏手の領域において、接触することなく十字に交差する。シャフト２の近位側では、引張りケーブル４２，４４，４６及び４８は、顎部３２及び３４の制御のために制御装置と連動されており、この制御装置とは、器具が手動で操作する器具であるのかそれともロボット式操作システムの一部であるのかに応じて、ハンドル又はロボット式操作システムの制御インタフェースであり得る。
【００３０】
図３及び図４に基づき、以下では、器具ヘッド６の屈曲の制御が詳細に説明される。図３に図示される、器具ヘッド６がシャフト２の一直線の縦の伸長方向に配向されている位置から出発して、引張りケーブル２８は引張り作用を受ける。これにより、作動ローラ２４及びこの作動ローラに回転不能に結合された噛合体２２が反時計回りに回転され、その結果ジョイント部１２が時計回りに旋回運動する（図４）。ジョイント部１２の旋回運動の一方で、ツールホルダ１４の突出部１６に形成された歯部分の歯部が端片４の突出部８に形成された歯部分上を転動するので、ジョイント部１２の旋回運動はツールホルダ１４の旋回運動と重なる。ここで、突出部８と突出部１６との転動体対及び噛合体２２とジョイント部１２との転動体対の選択された伝達比は、運動の瞬間回転中心まわりのモーメントが作動ローラ２４に及ぼされるモーメントと比較してより大きくなり、作動ローラ２４がおよそ１８０°回転しなければならないという結果を引き起こし、それによって１２０°という器具ヘッド６の全体的な屈曲がもたらされる。
【００３１】
図５には、図１乃至４に図示された噛合体２２に代えて使用可能な噛合体６２が図示されている。この噛合体６２は、回転軸に対して横方向に二分割して形成されており、２つの部分６４及び６６を備える。噛合体の両部分６４及び６６は、互いに相対回転可能である。部分６４及び６６の互いに背を向けた正面には、それぞれ１つの作動ローラ６８が回転不能に結合されている。噛合体６２の作動のためには、作動ローラの各々に、図示しない予負荷された引張りケーブルが結合される。作動ローラ６８への引張りケーブルの固定は、拮抗して噛合体６２に作用するように行われる。
【符号の説明】
【００３２】
２  シャフト
４  端片
６  器具ヘッド
８  突出部
１０  ジョイントピン
１２  ジョイント部
１４  ツールホルダ
１６  突出部
１８  ジョイントピン
２０  ジョイントピン
２２  噛合体
２４  作動ローラ
２６  引張りケーブル
２８  引張りケーブル
３０  スロット
３２  顎部
３４  顎部
３６  壁部分
３８  壁部分
４０  孔
４２  引張りケーブル
４４  引張りケーブル
４６  引張りケーブル
４８  引張りケーブル
５０  作動ローラ
５２  作動ローラ
５４  ガイドローラ
５６  ガイドローラ
５８  ガイドローラ
６０  ガイドローラ
６２  噛合体
６４  部分
６６  部分
６８  作動ローラ
Ａ  中心軸
Ｂ  中心軸
Ｃ  中心軸
Ｄ  旋回軸
【図１】
0006475726.tif 000002
【図２】
0006475726.tif 000003
【図３】
0006475726.tif 000004
【図４】
0006475726.tif 000005
【図５】
0006475726.tif 000006