医療用マニピュレータ
【課題】体腔内からのガスリークを可及的に抑制することができる医療用マニピュレータを提供する。
【解決手段】マニピュレータ１０は、中空の連結シャフト１８と、連結シャフト１８内に挿通されるワイヤ８０ａと、連結シャフト１８の一端側に設けられ、ワイヤ８０ａを軸線方向に進退駆動するプーリ７０ａと、連結シャフト１８の他端側に設けられ、ワイヤ８０ａの進退駆動によって動作される先端動作部１２と、ワイヤ８０ａの一部を囲繞して該ワイヤ８０ａに密着固定されると共に、連結シャフト１８の内面に対して摺動可能であることにより、該連結シャフト１８内を先端動作部１２側とプーリ７０ａ側とに仕切る気密シール１００とを備える。
【解決手段】マニピュレータ１０は、中空の連結シャフト１８と、連結シャフト１８内に挿通されるワイヤ８０ａと、連結シャフト１８の一端側に設けられ、ワイヤ８０ａを軸線方向に進退駆動するプーリ７０ａと、連結シャフト１８の他端側に設けられ、ワイヤ８０ａの進退駆動によって動作される先端動作部１２と、ワイヤ８０ａの一部を囲繞して該ワイヤ８０ａに密着固定されると共に、連結シャフト１８の内面に対して摺動可能であることにより、該連結シャフト１８内を先端動作部１２側とプーリ７０ａ側とに仕切る気密シール１００とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達部材を介して先端動作部を動作させる医療用マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡下外科手術（又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。）においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、器具の通過ポートとしてトラカール（筒状の器具）を挿入した後、シャフトを有する鉗子の先端部をトラカールを通じて体腔内に挿入して患部の手術を行っている。鉗子の先端部には、作業部として、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。
【０００３】
トラカールから挿入される鉗子として、先端の作業部に関節を持たない一般的な鉗子に加えて、作業部に複数の関節を有する鉗子、いわゆるマニピュレータの開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。このようなマニピュレータによれば、体腔内で自由度の高い動作が可能であり、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなる。
【０００４】
マニピュレータは、細長いシャフトの先端に設けられた先端動作部（エンドエフェクタとも呼ばれる。）を備える作業部を有し、ワイヤによって当該先端動作部を駆動するアクチュエータが本体部（操作部）に設けられている。ワイヤは基端側でプーリに巻き掛けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０５４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような腹腔鏡下手術では、腹部を気腹装置による炭酸ガス等で陽圧にして膨らませ、手術空間や視野を大きく確保することが行われている。従って、体内外に圧力差が生じるため、トラカール等の気密構造を持つポートを介して、内視鏡や鉗子等の器具（術具）の出し入れ及び操作が行われており、当然、トラカールから体腔内に挿入される器具、特に管状のものは気腹圧をシールできる構成が必要である。
【０００７】
マニピュレータは、通常、管状で細径のシャフト内に先端動作部を駆動するワイヤが挿通された構造からなる。このため、シャフト内から体腔内のガスがリークすることを可及的に抑制する構成が必要とされている。
【０００８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、体腔内からのガスリークを可及的に抑制することができる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】
本発明に係る医療用マニピュレータは、中空のシャフトと、前記シャフト内に挿通される動力伝達部材と、前記シャフトの一端側に設けられ、前記動力伝達部材を軸線方向に進退駆動する駆動機構部と、前記シャフトの他端側に設けられ、前記動力伝達部材の前記進退駆動によって動作される先端動作部と、前記動力伝達部材の一部を囲繞して該動力伝達部材に密着固定されると共に、前記シャフトの内面に対して摺動可能であることにより、該シャフト内を前記先端動作部側と前記駆動機構部側とに仕切るシール部材とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、中空のシャフト内を先端側と基端側とに仕切るシール部材を設けることにより、シャフトの軸線方向での気密性を確保することができる。このため、例えば、体腔内に封入されたガス（気腹圧）が先端動作部からシャフトを介して外部へとリークすることを可及的に抑制することができる。この際、シール部材が動力伝達部材に密着固定されることにより、該動力伝達部材が進退駆動された場合にも容易に且つ確実に気密性を確保することができる。
【００１１】
また、前記動力伝達部材は、前記シャフト内に複数挿通され、前記シール部材は、各動力伝達部材にそれぞれ固定され且つ隣接するシール部材同士が互いに摺動可能に配置されると共に、各シール部材がそれぞれ前記シャフトの内面に対して摺動可能であることにより、先端動作部が複数軸で動作され、シャフト内にワイヤ等の動力伝達部材が複数挿通される場合であっても、隣接するシール部材同士及びシール部材とシャフト内面との間が確実にシールされ、体腔内のガスがリークすることを有効に防止することができる。
【００１２】
この場合、前記シャフトの軸線方向に直交する断面方向で見たときに、各シール部材はそれぞれ前記シャフトの内部空間を複数に分割した形状の輪郭を有することにより、シール部材を容易にシャフト内面形状に対応して構成することができ、その気密性の確保が容易である。
【００１３】
前記シャフトは円管状であり、各シール部材を集合した集合体が、前記シャフトの内周面に対応する円柱形状とすることもできる。
【００１４】
さらに、各シール部材は、各動力伝達部材が進退駆動された場合であっても、常に隣接するシール部材同士が摺動されるように配置されることにより、先端動作部の動作中でのガスリークを確実に抑えることが可能となる。
【００１５】
前記シール部材には、前記動力伝達部材が嵌挿される貫通孔が軸線方向に沿って形成されると共に、外面から前記貫通孔へと連なるスリットが形成されていると、例えば、前記動力伝達部材を予めループ状にした状態でスリットから前記貫通孔へと動力伝達部材を簡単に挿入することができ、当該医療用マニピュレータの組立性が向上する。
【００１６】
また、前記各シール部材を集合した集合体の中心には、前記シャフトの軸線方向に沿う孔部が形成され、前記孔部には、前記動力伝達部材の進退駆動に伴って進退する各シール部材をガイドするガイド部材が介装されると、各シール部材の摺動を一層円滑に行うことができる。
【００１７】
この場合、前記ガイド部材の端部には、各動力伝達部材が挿通される挿通孔が複数設けられた円板部が設けられていると、各シール部材を一層簡単にガイド部材と共に組み付けることができる。
【００１８】
さらに、前記ガイド部材には、その軸線方向に沿って貫通した洗浄用孔部が形成されると共に、該洗浄用孔部には、前記駆動機構部に設けられた洗浄ポートから洗浄液が注入される洗浄チューブが連通されていると、シャフト内の洗浄を容易に実施することが可能となり、メンテナンス性が向上する。
【００１９】
なお、前記ガイド部材は、前記駆動機構部側から前記シャフトの軸線方向に沿って先端側へと延びて前記シール部材の前記先端動作部側に噴射口を有し、前記駆動機構部に設けられた洗浄ポートから洗浄液が注入される洗浄チューブであってもよい。
【００２０】
前記各シール部材同士は、隣接するシール部材の少なくとも一方に形成されて、軸線方向に交差した方向に延びた凸部を介して互いに摺動されることにより、摺動時の摩擦抵抗を適切に低減しつつ、気密性を確実に確保することができる。
【００２１】
また、前記シール部材の軸線方向で一部に細径部が形成されると共に、該細径部には、前記シャフトの内面と密着するパッキンが外嵌されると、シール部材とシャフト内面との間での気密性を一層確実に確保することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、中空のシャフト内を先端側と基端側とに仕切るシール部材を設けることにより、シャフトの軸線方向での気密性を確保することができる。このため、例えば、体腔内に封入されたガス（気腹圧）が先端動作部からシャフトを介して外部へとリークすることを可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施の形態に係るマニピュレータの斜視図である。
【図２】作業部と操作部とを分離したマニピュレータの一部断面側面図である。
【図３】作業部の一部省略断面平面図である。
【図４】先端動作部の斜視図である。
【図５】マニピュレータの複合入力部及びその周辺部の一部省略斜視図である。
【図６】気密シールの分解斜視図である。
【図７】図７Ａは、気密シール及びその周辺部の一部断面斜視図であり、図７Ｂは、図７Ａに示す状態からシール部材の一部を進退させた状態での一部断面斜視図である。
【図８】図７Ａ中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】スリットを形成したシール部材の斜視図である。
【図１０】シール部材の移動範囲を説明するための断面説明図である。
【図１１】気密シールの変形例を示す断面説明図である。
【図１２】シール部材をガイドするガイドの斜視図である。
【図１３】図１２に示すガイドにシール部材及びワイヤ等を適用した状態を示す斜視図である。
【図１４】気密シールの別の変形例を示す一部断面斜視図である。
【図１５】シール部材にブレードを設けた構成を示す一部省略斜視図である。
【図１６】マニピュレータをロボットアームの先端に接続したロボットシステムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ（医療用マニピュレータ）１０は、連結シャフト１８の先端に設けられた先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うための医療用器具であり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。
【００２６】
以下の説明では、図１における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト１８の延在方向をＺ方向と規定する。また、先端側から見て右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向と規定し、さらに、連結シャフト１８の前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。なお、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０が基準姿勢（中立姿勢）である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。
【００２７】
マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４と、該操作部１４に対して着脱自在な作業部１６とを有し、グリップハンドル２６の下端から延びたケーブル２８がコントローラ２９に接続されてマニピュレータシステムを構成している。
【００２８】
図１及び図２に示すように、操作部１４は、Ｚ１方向及びＹ２方向に延びた略Ｌ字状に構成されると共に、Ｚ方向に略対称に分割された一対の上部カバー２５ａ、２５ｂを筐体として、その内部に、駆動部（アクチュエータ部）３０等が収納されると共に、基端側でＹ２方向に延びた部分が人手によって把持されるグリップハンドル２６として構成されている。グリップハンドル２６は、人手によって把持されるのに適した長さであり、上部の傾斜面２６ａに複合入力部２４が設けられている。
【００２９】
操作部１４のＹ１方向頂部近傍には、上部カバー２５ｂから露出してマスタスイッチ３４が設けられ、マスタスイッチ３４のＺ１方向で視認しやすい箇所にＬＥＤ３５が設けられている。図１中、操作部１４のＺ１方向端近傍からＹ１方向に延びた電極プラグ４１は、当該マニピュレータ１０を電気メスとして使用する際に高電圧電源が接続される電極であり、図示しない送電構造によって先端動作部１２側へと高電圧を供給することができる。
【００３０】
作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、該先端動作部１２を先端に設けた長尺で中空の連結シャフト（シャフト）１８と、該連結シャフト１８の基端側が固定されるプーリボックス３２と、プーリボックス３２のＺ２方向端から延びたトリガレバー支持部３３に軸支されたトリガレバー３６とを有する。作業部１６は、Ｚ方向で略対称に分割された一対の下部カバー３７ａ、３７ｂを筐体として、その内部にプーリボックス３２を収納している。トリガレバー支持部３３は、プーリボックス３２のＺ２側端面からＺ２方向に平行に延びた一対のプレートであり、該プレート間に渡ったトリガ軸３９により、トリガレバー３６を回動可能に軸支している（図３参照）。
【００３１】
このような作業部１６は、操作部１４に設けられた左右一対の着脱レバー４０、４０によって当該操作部１４と連結・固定されると共に、着脱レバー４０の開放操作によって操作部１４から分離可能であり、特別な器具を用いることなく、手術現場で容易に交換作業等を行うことができる。
【００３２】
図１に示すように、先端動作部１２及び連結シャフト１８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、複合入力部２４及びトリガレバー３６の操作によって体腔２２内で患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。
【００３３】
複合入力部２４及びトリガレバー３６の操作に基づいて動作する先端動作部１２は、例えばグリッパ４８を備え（図４参照）、Ｙ軸を基準に傾動するヨー軸動作、先端を指向する軸（中立姿勢時にはＺ軸）を基準に回転するロール軸動作、及び、開閉可能なグリッパ軸動作からなる３軸の動作が可能である。本実施形態の場合、ヨー軸及びロール軸は、複合入力部２４の操作に基づいて電気的に駆動され、グリッパ軸はトリガレバー３６の操作に基づいて機械的に駆動される。ここで機械的とは、ワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して駆動する方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な固体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な固体の機械部品とする。
【００３４】
次に、互いに着脱可能な駆動部３０及びプーリボックス３２について説明する。
【００３５】
図１及び図２に示すように、駆動部３０は、Ｘ方向に並んだ２つのモータ（アクチュエータ）５０ａ、５０ｂと、該モータ５０ａ、５０ｂを支持するブラケット５２と、モータ５０ａ、５０ｂの回転方向を変換して作業部１６側に伝達するギア機構部５４とを有する。
【００３６】
モータ５０ａ、５０ｂは円柱形状であり、図示しない減速機によって減速される出力軸５６ａ、５６ｂがブラケット５２の一面を貫通し、該出力軸５６ａ、５６ｂに対してギア機構部５４を構成する駆動傘歯車５８ａ、５８ｂが固定されている。モータ５０ａ、５０ｂは、例えばＤＣモータであり、図示しない角度センサとしてロータリエンコーダ等が設けられる。
【００３７】
図２に示すように、ギア機構部５４は、ブラケット５２内の空間に設けられ、Ｘ方向に並んだ２本の駆動シャフト（駆動軸）６０ａ、６０ｂと、各駆動シャフト６０ａ、６０ｂに固定され、駆動傘歯車５８ａ、５８ｂと噛み合う２つの従動傘歯車６２ａ、６２ｂとを有する。モータ５０ａ、５０ｂの出力軸５６ａ、５６ｂ、駆動シャフト６０ａ、６０ｂ等は図示しないベアリングによってブラケット５２に軸支されている。
【００３８】
図２に示すように、駆動シャフト６０ａ（６０ｂ）の下端側はブラケット５２の下面から突出しており、その先端には、例えば断面波形六角形状で先細りのテーパ形状からなる係合凸部６４ａ（６４ｂ）が設けられている。
【００３９】
図２及び図３に示すように、プーリボックス３２は、Ｘ方向両側が開口した空洞部６６と、該空洞部６６に収納されたプーリ（従動軸）７０ａ、７０ｂ及びワイヤガイド部７２ａ、７２ｂとを有し、空洞部６６のＺ１側に貫通した孔部で連結シャフト１８が固定・支持されている。
【００４０】
プーリ７０ａ、７０ｂは、駆動シャフト６０ａ、６０ｂに対して同軸であり、その上端側には、駆動シャフト６０ａ、６０ｂ側の係合凸部６４ａ、６４ｂと係合可能な係合凹部７４ａ、７４ｂが設けられている。係合凹部７４ａ、７４ｂは、前記係合凸部６４ａ、６４ｂが係合（嵌合）可能であり、例えば断面波形六角形状で奥細りのテーパ形状の凹部を有する。
【００４１】
従って、操作部１４と作業部１６との装着時、係合凸部６４ａ（６４ｂ）と係合凹部７４ａ（７４ｂ）とが係合し、これにより、駆動シャフト６０ａ（６０ｂ）からの回転駆動力をプーリ７０ａ（７０ｂ）へと伝達することができる。この際、例えば操作部１４には、操作部１４と作業部１６の着脱を検出する着脱検出センサ（図示せず）や、駆動シャフト６０ａの位相を検出する位相検出センサ（図示せず）等を設けてもよく、さらに、係合凸部６４ａや係合凹部７４ａの係合構造は他の構造であってもよい。例えば、当該マニピュレータ１０の全体的な構成は、特願２００９−１１１３４４号や特願２００９−１１１５０２号の明細書や図面に開示された構成と略同様にしてもよい。
【００４２】
図２及び図３から諒解されるように、ワイヤガイド部７２ａ（７２ｂ）は、プーリ７０ａ（７０ｂ）のＺ１側に配設されると共に、その間隔が狭く設定されており、プーリ７０ａ（７０ｂ）と先端動作部１２のギア７８等との間に巻き掛けられたワイヤ（動力伝達部材）８０ａ（８０ｂ）をガイドして、連結シャフト１８内へと円滑に導く機能を有する。このようなワイヤガイド部７２ａ、７２ｂを用いることにより、連結シャフト１８は、モータ５０ａ、５０ｂの径やプーリ７０ａ、７０ｂの軸間距離に依存することなく十分に細くすることができ、例えば、トラカール２０に挿入するのに適した５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の外径に容易に設定することができる。
【００４３】
プーリボックス３２を構成する空洞部６６には、さらに、棒状又は線状の伝達部材である２本のロッド８２ａ、８２ｂがＹ方向に並んで、Ｚ方向に貫通している。ロッド８２ａ、８２ｂは、例えば、十分に強く且つ細いステンレスパイプ又は中実ロッドあり、Ｚ１方向は空洞部６６を貫通して連結シャフト１８内へと延び、図示しないワイヤ等を介して先端動作部１２内の前記ギア７８等に巻き掛けられており、Ｚ２方向はプーリボックス３２を貫通してトリガレバー支持部３３へと延び、図示しないワイヤ等を介してトリガレバー３６に接続されている。
【００４４】
図２及び図３に示すように、プーリボックス３２のＺ２側には、Ｚ方向を基準として対称な一対のピン穴８４、８４が形成されている。各ピン穴８４、８４には、作業部１６と操作部１４との装着時、ブラケット５２の底面からＹ１方向に突出した一対のガイドピン８６、８６が挿入され、これにより、操作部１４と作業部１６とが位置決めされ且つ高い剛性で装着される。
【００４５】
このような作業部１６では、ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれプーリ７０ａ、７０ｂ側と先端動作部１２側との間で往復していることから、連結シャフト１８の中空空間内には、延べ４本のワイヤ８０ａ、８０ｂと２本のロッド８２ａ、８２ｂとが挿通されている。ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれ同種又は異種、同径又は異径のものを用いることができる。本実施形態では、ロッド８２ａ、８２ｂの方がワイヤ８０ａ等よりも大径のものを用いているが、これらは同径であってもよく、当然、ロッドに代えてワイヤのみで全ての動力伝達機構を構成してもよい。
【００４６】
マニピュレータ１０では、複合入力部２４が操作されてモータ５０ａ、５０ｂが駆動されることにより、駆動シャフト６０ａ、６０ｂからプーリ７０ａ、７０ｂを介してワイヤ８０ａ、８０ｂが往復駆動され、これにより先端動作部１２にロール方向及びヨー方向の動作が付与される。さらに、トリガレバー３６が回動操作されることにより、ロッド８２ａ、８２ｂが機械的に往復駆動され、先端動作部１２のグリッパ４８に開閉動作が付与される。すなわち、プーリ７０ａ、７０ｂ（モータ５０ａ、５０ｂ）及びトリガレバー３６は、動力伝達部材であるワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂに駆動力を付与し、先端動作部１２を動作させる駆動機構部の一部として機能する。
【００４７】
図５に示すように、先端動作部１２を電気的に駆動する複合入力部２４は、Ｚ軸（Ｙ軸）を中心としてＸ１及びＸ２方向に対称な構造であり、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力部である。
【００４８】
複合入力部２４は、傾斜面２６ａに配置されたセンサホルダ８８によって支持されており、傾斜面２６ａのＺ１側（Ｙ１側）の回転操作部９０と、そのＺ２側（Ｙ２側）に設けられた傾動操作部９２と、傾動操作部９２の下部側面にそれぞれ配設された３つのスイッチ操作子９４ａ、９４ｂ、９４ｃとを有する。これら回転操作部９０等への入力は、センサホルダ８８内に設けられたスイッチ基板（図示せず）等によってその操作量が検出され、モータ５０ａ、５０ｂがコントローラ２９の制御下に適宜駆動制御される。
【００４９】
図２及び図３に示すように、連結シャフト１８の途中には、その内部空間をＺ１側（先端動作部１２側）とＺ２側（プーリボックス３２側）とに仕切る気密シール（シール部材）１００が設けられている。
【００５０】
図６及び図７Ａに示すように、気密シール１００は、延べ６本のワイヤ及びロッド（ワイヤ８０ａ、８０ｂの往復分とロッド８２ａ、８２ｂ）のそれぞれの軸線方向の一部を囲繞するように密着固定された複数（この場合は、６個）のシール部材１０２ａ〜１０２ｆを集合した集合体である。気密シール１００は、略円柱形状に構成される前記集合体の全体として、その外周面が連結シャフト１８の内周面に密着配置され、これにより当該連結シャフト１８内を仕切り、気体や液体の流通を遮断する遮断壁として機能する。
【００５１】
シール部材１０２ａ〜１０２ｆは、前記集合体として連結シャフト１８の内部空間に対応した略円柱形状であり、すなわち、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆは、前記集合体をワイヤやロッドの合計本数に応じて等分した略扇柱形状である。
【００５２】
従って、ワイヤやロッドの合計本数によってシール部材の配設数は当然変更可能であり、すなわち、先端動作部１２の自由度を２自由度や４自由度等に変更し、ワイヤやロッドの本数を変更した場合には、シール部材の設置数も１以上の数で適宜変更可能である。例えば、ワイヤが１本でシール部材が１個の場合には、該シール部材は実質的に連結シャフトの内径に適合した外径を有する円柱体で構成され、シール部材が２個以上の複数の場合には、各ワイヤやロッドの径を考慮しつつ、連結シャフトの内径に適合した外径を有する円柱体を図８に示すように略均等に分割した形状とすればよい。
【００５３】
各シール部材１０２ａ〜１０２ｆには、ワイヤ８０ａやロッド８２ａが挿通されて固定される軸線方向の貫通孔１０４が形成されている。シール部材１０２ａ〜１０２ｆは、隣接するシール部材同士（例えば、シール部材１０２ａ、１０２ｃ）が互いに摺動可能に密着配置されると共に、それぞれの外周面が連結シャフト１８の内周面に摺動可能に密着配置される。これにより、気密シール１００全体として連結シャフト１８内の長手方向での気密性及び液密性を確保することができる。
【００５４】
気密シール１００を構成するシール部材１０２ａ〜１０２ｆは、円滑な摺動性能と十分な密着性（気密性）を両立できることが望ましく、例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂やポリアセタール樹脂等で形成するか又はこれら材料を所定の材質の表面にコーティングして形成するとよい。また、金属を用いる場合には、腐食に強いステンレス材等が好ましく、このように金属材料を用いた場合にはシール部材の周囲にシリコーンオイルやグリスを塗布しておくとよい。勿論、上記した樹脂製材料の場合にもシリコーンオイル等の潤滑油を塗布しておくこともできる。
【００５５】
シール部材１０２ａ〜１０２ｆは、ワイヤやロッドに対して貫通孔１０４での気密性を保持した状態で固定する必要がある。そこで、シール部材を樹脂製材料で構成した場合には、接着剤、封止材や高周波等の熱溶融によりワイヤ等に固定するとよい。当然、ワイヤ等に対してインサート成形によって形成することもできる。一方、シール部材を金属製材料で構成した場合には、接着等以外にも、例えば溶接によって固定することもできる。
【００５６】
シール部材１０２ａ〜１０２ｆの貫通孔１０４にワイヤやロッドを挿通する方法としては、貫通孔１０４の一端から他端へとワイヤやロッドの端部を挿通させる方法が挙げられるが、図９に示すように、シール部材１０２ａ〜１０２ｆにその外周側面から貫通孔１０４へと連なる切込みであるスリット１０５を形成する方法でもよい。このようなスリット１０５を形成しておくと、マニピュレータ１０の組立時、例えば、ワイヤ８０ａ、８０ｂやロッド８２ａ、８２ｂをプーリ７０ａ、７０ｂやギア７８等との間に巻き掛ける際、先にワイヤ８０ａ、８０ｂ（ロッド８２ａ、８２ｂの場合には図示しないプーリやギアとの間に巻き掛けるワイヤ等）をループ状に形成し、それからスリット１０５を介して貫通孔１０４へと挿入することができる。そうすると、貫通孔１０４へとワイヤ８０ａ等を挿通させてからワイヤ８０ａ等をループ状に形成する場合に比べて組立性を大幅に向上させることができる。なお、スリット１０５を形成した場合であっても、各シール部材の各スリットは連結シャフト１８内に気密シール１００が嵌挿された際に密着し、シール部材としての密閉性を損なうことはない。勿論、ワイヤを通した後、各スリットを接着剤等で接着することも可能である。
【００５７】
さらに、各ワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂの中心位置には、例えば水や酵素洗浄剤等の洗浄液を流通させるための洗浄チューブ（送水管、ガイド部材）１０６が連結シャフト１８の軸線方向に延在している。この場合、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆの内周面は、前記集合体の中心に軸線方向に貫通した孔部を形成する円弧形状とされており（図６及び図７Ａ参照）、該孔部に前記洗浄チューブ１０６が挿通配置される。つまり、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆのそれぞれの内周面は、洗浄チューブ１０６の外周面に摺動可能に密着配置される（図８参照）。
【００５８】
洗浄チューブ１０６は、基端側であるプーリボックス３２内で適宜配管されると共に、該プーリボックス３２の上面に開口した注水ポート（洗浄ポート）１０８まで延びたチューブであり、例えば、ゴム、シリコーン又はＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）等のフッ素系樹脂等から構成される。
【００５９】
図２に示すように、洗浄チューブ１０６の基端側にある注水ポート１０８は、通常（非洗浄時）、蓋体１１０により閉塞されている。洗浄チューブ１０６の使用時（洗浄時）には、蓋体１１０が取り外され、注水ポート１０８から洗浄液が注入されることにより、該洗浄液がＺ１方向に流通される。洗浄チューブ１０６を送液された洗浄液は、図７Ａに示すように気密シール１００のＺ１側（先端動作部１２側）に開口した噴射口１０６ａから連結シャフト１８内に噴射される。そこで、噴射口１０６ａからの洗浄液の噴射性を向上させるため、該噴射口１０６ａの形状を扁平に形成したり、噴射口１０６ａ部分を塞ぎ、その近傍の洗浄チューブ１０６外周面に無数の小孔を設けたりすることもできる。前記のように扁平にした場合には、噴射口１０６ａの開口面積を低減し、血液等の逆流を低減する逆止弁としての作用を得ることもできる。
【００６０】
基本的には、以上のように構成される本実施形態に係るマニピュレータ１０の作用について説明する。
【００６１】
図４に示すように、先端動作部１２は、ロール軸、ヨー軸及びグリッパ軸の３自由度の機構を備え、複数の関節を有し、先端動作部１２には各部に隙間Ａが形成されている。もちろん、１自由度の機構であっても関節は設けられる。従って、マニピュレータ１０による手術中、図示しない気腹装置等によって体腔２２内に封入された炭酸ガス等が、体腔２２内が陽圧であるために、隙間Ａを介して連結シャフト１８内へリークすることになる。該リークが発生した場合には、体腔２２の空間が収縮し、円滑な手術が難しくなる可能性がある。
【００６２】
そこで、本実施形態に係るマニピュレータ１０では、連結シャフト１８内を先端動作部１２側と駆動機構部側であるプーリボックス３２側とに仕切る気密シール１００を設けている。
【００６３】
図７Ａに示すように、先端動作部１２の非動作時には、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆが集合して略円柱形状となる。換言すれば、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆは、図８に示すように、連結シャフト１８の軸線方向に直交する断面方向で見たときに、該連結シャフト１８の内部空間を複数に分割した形状の輪郭を有し、該内部空間を実質的に仕切っている。これにより、連結シャフト１８の軸線方向での気密性が確保され、体腔２２内のガス（気腹圧）が先端動作部１２の隙間Ａ（図４参照）等から連結シャフト１８内を通って外部へとリークすることを防止することができる。
【００６４】
図７Ｂに示すように、先端動作部１２の動作時には、例えばモータ５０ａの駆動作用下にプーリ７０ａを介して往復一対のワイヤ８０ａが進退されると、一方のワイヤ８０ａに固定されたシール部材１０２ｃがＺ２側に移動され、他方のワイヤ８０ａに固定されたシール部材１０２ｄがＺ１側に移動され、両者は互いに摺動する。さらに、これらシール部材１０２ｃ、１０２ｄの外周面は連結シャフト１８の内周面に摺動し、それらの内周面は洗浄チューブ１０６の外周面に摺動する。従って、図７Ａに示す先端動作部１２の非動作時の場合と同様に、気密シール１００による気密性が確実に維持され、体腔２２からのガスリークを防止することができる。
【００６５】
このように、気密シール１００は、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆが各ワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂにそれぞれ密着固定されると共に、隣接するシール部材同士及び連結シャフト１８内面との間が気密状態を維持しつつ摺動可能とされているため、ワイヤやロッドの作動状態にかかわらず、常に連結シャフト１８内を仕切り、気密状態を保持することができる。
【００６６】
従って、図１０に示すように、気密シール１００は、各シール部材１０２ａ〜１０２ｂ（つまり、ワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂ）のそれぞれの最大移動距離をＬとした場合に、該距離Ｌ内では、常に互いに密着し摺動可能な状態にある必要がある。換言すれば、ワイヤ８０ａやロッド８２ａの往復移動（押し引き）によって各シール部材１０２ａ〜１０２ｆがそれぞれ最大限に進退された場合であっても、気密シール１００は、その一部が常に円柱体を形成し、連結シャフト１８内をＺ方向に仕切り、その気密性を確保できるように設定する必要がある。
【００６７】
例えば、図１０に示すように、シール部材１０２ｃ、１０２ｄがそれぞれＺ２方向、Ｚ１方向に最大限移動した際にも、図１０中の矢印Ｂで示す部分の断面は、図８に示す状態と略同様であり、連結シャフト１８の内部空間が軸線方向に完全にシールされた状態となる。これにより、先端動作部１２の動作に係わらず、体腔２２からの連結シャフト１８を介したガスリークを常に阻止することができる。
【００６８】
さらに、気密シール１００を連結シャフト１８内に介装することにより、先端動作部１２の隙間Ａから浸入した血液等の液体が、連結シャフト１８の内周面に沿って先端動作部１２側からプーリボックス３２側へと流通することも阻止され、術後の連結シャフト１８やプーリボックス３２の洗浄等が容易となり、メンテナンス性を向上させることができる。この場合、気密シール１００を設けたことにより、上記した気密性も確保することができ、体腔２２内のガスが連結シャフト１８の先端側を略密封するように機能する。従って、密封状態となったガスにより、血液等の液体が前記隙間Ａから連結シャフト１８内へと浸入すること事態が可及的に抑制されるという効果もある。
【００６９】
なお、手術中に隙間Ａから流入して気密シール１００に接触した後、再び隙間Ａを介して患者の体腔２２内へと戻る血液等の流れを考慮して、気密シール１００は、上記したフッ素系樹脂やポリアセタール樹脂、ステンレス材等のように生体に対して影響の小さい材質とすることが好ましい。同様な理由から、洗浄チューブ１０６についても気密シール１００と同様な材質にすることが好ましい。
【００７０】
図７Ａに示すように、マニピュレータ１０に洗浄チューブ１０６を設け、その噴射口１０６ａを気密シール１００の先端動作部１２側に配設することにより、マニピュレータ１０の洗浄時、蓋体１１０を取り外して注水ポート１０８から洗浄チューブ１０６内へと洗浄液を流すことで、連結シャフト１８内部や先端動作部１２内部を一層容易に洗浄することができる。洗浄チューブ１０６の噴射口１０６ａは、連結シャフト１８内で開口しているが、手術時には注水ポート１０８が蓋体１１０によって閉塞されているため、当該洗浄チューブ１０６の内圧は所定圧に保持され、ここから体腔２２内のガスがリークすることが防止される。さらに、洗浄チューブ１０６は、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆの中心でそのＺ方向への移動をガイドするガイド部材としても機能するため、シール部材の摺動が一層円滑になり、気密シール１００の気密性をより確実に維持することも可能となる。
【００７１】
なお、洗浄チューブ１０６はマニピュレータ１０の仕様等によっては省略可能であり、例えば、先端動作部１２側から連結シャフト１８内を洗浄するような使用条件等の場合には当該洗浄チューブ１０６を省略し、構成の簡素化を図ることができる。
【００７２】
洗浄チューブ１０６を省略する場合には、例えば、図１１に示すように、所定のシール部材１０２ａの内径側にＺ軸方向に延びた小径略円柱状のガイド部１１８を突設した気密シール（シール部材）１２０として構成してもよい。そうすると、ガイド部１１８を介して他のシール部材を円滑に摺動させることができる。当然、ガイド部１１８を設けず、各シール部材を円柱体から均等に分割した形状（図１１中のガイド部１１８に付した破線参照）とすることも可能である。
【００７３】
また、気密シール１００（１２０）を構成する各シール部材１０２ａ〜１０２ｆを一層容易に束ねて略円柱形状を形成し易く且つ連結シャフト１８内に挿入し易くするために、図１２に示すようなガイド１２２を用いることもできる。
【００７４】
図１２及び図１３に示すように、ガイド１２２は、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆの内径側と密着し、これらの摺動をガイドするＺ方向に延びた棒状のガイド部材１２４と、該ガイド部材１２４の両端側に設けられた一対の円板部１２６、１２６とを有する。各円板部１２６には、ワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂの配置及び外径に対応し、該ワイヤやロッドが挿通されて進退可能な複数（この場合には６個）の挿通孔１２６ａがそれぞれＺ方向に貫通形成されている。円板部１２６の外径は、連結シャフト１８の内周面に密着可能な寸法に構成される。円板部１２６は、接着剤等によって連結シャフト１８の内周面に固定することもできる。
【００７５】
このようなガイド１２２を用いることにより、ワイヤ８０ａ等や各シール部材１０２ａ〜１０２ｆを一層容易に連結シャフト１８内に挿入することができ、マニピュレータ１０の組立性を向上させることができる。また、気密シール１００（１２０）のＺ方向前後でワイヤ８０ａ等の進退が挿通孔１２６ａによってガイドされることから、シール部材１０２ａ〜１０２ｆの進退動作がより安定して円滑なものとなり、気密性を一層確実に維持することが可能となる。
【００７６】
なお、ガイド部材１２４のＺ方向長さ、つまり一対の円板部１２６間のＺ方向距離は、該円板部１２６間に配設されるシール部材１０２ａ〜１０２ｆが進退動作可能な距離に設定される必要があり、図１０に示す距離Ｌ以上に設定される必要がある。また、ガイド部材１２４を円筒状に形成し、そのＺ２側端開口に洗浄チューブ１０６の噴射口１０６ａを連結すると、該ガイド部材１２４内の貫通孔を洗浄チューブ１０６の一部となる洗浄用孔部として機能させることができる。
【００７７】
図１４に示すように、上記した気密シール１００、１２０（シール部材１０２ａ〜１０２ｆ）は、その長手方向で中心付近に細径部１２８を形成した段付きの気密シール（シール部材）１３０として構成してもよい。この場合、該細径部１２８に、連結シャフト１８の内周面に密着するＯリング等のパッキン１３２を外嵌させることにより、該パッキン１３２によって気密シール１３０の連結シャフト１８との間での気密性を一層高めることができる。
【００７８】
図１５に示すように、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆについて、例えば、その並び方向（円周方向）で一個置きのシール部材１０２ａ、１０２ｄ、１０２ｆの互いの摺動面に、その軸線方向に直交した方向に延びた突起状のブレード（凸部）１３４ａを軸線方向に複数（２個）設け、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆの連結シャフト１８との摺動面にもブレード１３４ａと略同様なブレード（凸部）１３４ｂを軸線方向に複数（２個）設けて構成してもよい。なお、ブレード１３４ａは、全てのシール部材について設置しても勿論よい。
【００７９】
ブレード１３４ａは、他のシール部材のブレード１３４ａと軸線方向（Ｚ方向）で互い違いになるように設置されており、例えば、全てのシール部材にブレード１３４ａを設置した場合に、ブレード１３４ａ同士での接触により、シール部材の移動が規制されることが防止される。
【００８０】
ブレード１３４ａにより、該ブレード１３４ａを設けたシール部材の両隣で摺動するシール部材との間での摺動面の摩擦抵抗が過度に高くなり、円滑な摺動がなされなくなることを有効に回避することができ、例えば、シール部材１０２ａの場合にはシール部材１０２ｂ、１０２ｅとの間で円滑な摺動を確保することができる。同様に、連結シャフト１８の内周面に摺動するシール部材１０２ａ〜１０２ｆの外周面にブレード１３４ｂを設けることにより、シール部材と連結シャフトとの間での摩擦抵抗を適切に調整することができ、その円滑な摺動を確保することができる。
【００８１】
この場合、ブレード１３４ａ、１３４ｂは、シール部材の軸線方向に直交する方向に延びた形状であることから、気密シール１００等のシール性を損なうことがない。また、ブレード１３４ａ、１３４ｂは、軸線方向（Ｚ方向）で複数並んで設けられることにより、気密シール１００等のシール性を一層高めることができ、しかもブレード１３４ａ、１３４ｂはシール部材の軸線方向に短尺であることから、摺動面（シール面）での片当たり等が防止され、シール部材の製造誤差等にかかわらずシール性を一層確実に確保することができる。
【００８２】
本発明は、例えば図１６に示すような手術用ロボットシステム２００に適用してもよい。
【００８３】
手術用ロボットシステム２００は、多関節型のロボットアーム２０２と、コンソール２０４とを有し、ロボットアーム２０２の先端には前記のマニピュレータ１０と同じ機構が設けられている。ロボットアーム２０２の先端部２０８には、操作部１４に代えて、内部に駆動部３０を収納した基部１４ａが固定され、該基部１４ａに対して作業部１６が着脱可能に取り付けられる。ロボットアーム２０２は、作業部１６を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール２０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採り得る。
【００８４】
ロボットアーム２０２は、独立的な６以上の関節（回転軸やスライド軸等）を有すると、作業部１６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ１０を構成する基部１４ａは、ロボットアーム２０２の先端部２０８と一体化している。マニピュレータ１０は、前記のトリガレバー３６の代わりに図示しないモータ（人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ）を有し、該モータが２本のロッド８２ａ、８２ｂを駆動する。
【００８５】
ロボットアーム２０２は、コンソール２０４の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール２０４に設けられたジョイスティック２０６に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール２０４は、前記のコントローラ２９の機能を含んでいる。作業部１６には、前記の先端動作部１２が設けられている。
【００８６】
コンソール２０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック２０６と、モニタ２１０が設けられている。図示を省略するが、２つのジョイスティック２０６により、２台のロボットアーム２０２を個別に操作することが可能である。２つのジョイスティック２０６は、両手で操作し易い位置に設けられている。モニタ２１０には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。
【００８７】
ジョイスティック２０６は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム２０２を動かすことができる。ジョイスティック２０６はマスターアームであってもよい。ロボットアーム２０２とコンソール２０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合せでよい。ジョイスティック２０６には、トリガレバー３６が設けられており、該トリガレバー３６を操作することによりモータ２１２を駆動可能である。
【００８８】
このようなロボットシステム２００においても、上記の気密シール１００、１２０、１３０を備えることにより、気腹圧のリークを有効に防止でき、さらに、洗浄や滅菌等のメンテナンス性を向上させることができる。
【００８９】
本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至工程を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００９０】
１０…マニピュレータ １２…先端動作部
１４…操作部 １６…作業部
１８…連結シャフト ３０…駆動部
３２…プーリボックス ８０ａ、８０ｂ…ワイヤ
８２ａ、８２ｂ…ロッド １００、１２０、１３０…気密シール
１０２ａ〜１０２ｆ…シール部材 １０４…貫通孔
１０５…スリット １０６…洗浄チューブ
１２２…ガイド １２４…ガイド部材
１２６…円板部 １２６ａ…挿通孔
１２８…細径部 １３２…パッキン
１３４ａ、１３４ｂ…ブレード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達部材を介して先端動作部を動作させる医療用マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡下外科手術（又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。）においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、器具の通過ポートとしてトラカール（筒状の器具）を挿入した後、シャフトを有する鉗子の先端部をトラカールを通じて体腔内に挿入して患部の手術を行っている。鉗子の先端部には、作業部として、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。
【０００３】
トラカールから挿入される鉗子として、先端の作業部に関節を持たない一般的な鉗子に加えて、作業部に複数の関節を有する鉗子、いわゆるマニピュレータの開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。このようなマニピュレータによれば、体腔内で自由度の高い動作が可能であり、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなる。
【０００４】
マニピュレータは、細長いシャフトの先端に設けられた先端動作部（エンドエフェクタとも呼ばれる。）を備える作業部を有し、ワイヤによって当該先端動作部を駆動するアクチュエータが本体部（操作部）に設けられている。ワイヤは基端側でプーリに巻き掛けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０５４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような腹腔鏡下手術では、腹部を気腹装置による炭酸ガス等で陽圧にして膨らませ、手術空間や視野を大きく確保することが行われている。従って、体内外に圧力差が生じるため、トラカール等の気密構造を持つポートを介して、内視鏡や鉗子等の器具（術具）の出し入れ及び操作が行われており、当然、トラカールから体腔内に挿入される器具、特に管状のものは気腹圧をシールできる構成が必要である。
【０００７】
マニピュレータは、通常、管状で細径のシャフト内に先端動作部を駆動するワイヤが挿通された構造からなる。このため、シャフト内から体腔内のガスがリークすることを可及的に抑制する構成が必要とされている。
【０００８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、体腔内からのガスリークを可及的に抑制することができる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】
本発明に係る医療用マニピュレータは、中空のシャフトと、前記シャフト内に挿通される動力伝達部材と、前記シャフトの一端側に設けられ、前記動力伝達部材を軸線方向に進退駆動する駆動機構部と、前記シャフトの他端側に設けられ、前記動力伝達部材の前記進退駆動によって動作される先端動作部と、前記動力伝達部材の一部を囲繞して該動力伝達部材に密着固定されると共に、前記シャフトの内面に対して摺動可能であることにより、該シャフト内を前記先端動作部側と前記駆動機構部側とに仕切るシール部材とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、中空のシャフト内を先端側と基端側とに仕切るシール部材を設けることにより、シャフトの軸線方向での気密性を確保することができる。このため、例えば、体腔内に封入されたガス（気腹圧）が先端動作部からシャフトを介して外部へとリークすることを可及的に抑制することができる。この際、シール部材が動力伝達部材に密着固定されることにより、該動力伝達部材が進退駆動された場合にも容易に且つ確実に気密性を確保することができる。
【００１１】
また、前記動力伝達部材は、前記シャフト内に複数挿通され、前記シール部材は、各動力伝達部材にそれぞれ固定され且つ隣接するシール部材同士が互いに摺動可能に配置されると共に、各シール部材がそれぞれ前記シャフトの内面に対して摺動可能であることにより、先端動作部が複数軸で動作され、シャフト内にワイヤ等の動力伝達部材が複数挿通される場合であっても、隣接するシール部材同士及びシール部材とシャフト内面との間が確実にシールされ、体腔内のガスがリークすることを有効に防止することができる。
【００１２】
この場合、前記シャフトの軸線方向に直交する断面方向で見たときに、各シール部材はそれぞれ前記シャフトの内部空間を複数に分割した形状の輪郭を有することにより、シール部材を容易にシャフト内面形状に対応して構成することができ、その気密性の確保が容易である。
【００１３】
前記シャフトは円管状であり、各シール部材を集合した集合体が、前記シャフトの内周面に対応する円柱形状とすることもできる。
【００１４】
さらに、各シール部材は、各動力伝達部材が進退駆動された場合であっても、常に隣接するシール部材同士が摺動されるように配置されることにより、先端動作部の動作中でのガスリークを確実に抑えることが可能となる。
【００１５】
前記シール部材には、前記動力伝達部材が嵌挿される貫通孔が軸線方向に沿って形成されると共に、外面から前記貫通孔へと連なるスリットが形成されていると、例えば、前記動力伝達部材を予めループ状にした状態でスリットから前記貫通孔へと動力伝達部材を簡単に挿入することができ、当該医療用マニピュレータの組立性が向上する。
【００１６】
また、前記各シール部材を集合した集合体の中心には、前記シャフトの軸線方向に沿う孔部が形成され、前記孔部には、前記動力伝達部材の進退駆動に伴って進退する各シール部材をガイドするガイド部材が介装されると、各シール部材の摺動を一層円滑に行うことができる。
【００１７】
この場合、前記ガイド部材の端部には、各動力伝達部材が挿通される挿通孔が複数設けられた円板部が設けられていると、各シール部材を一層簡単にガイド部材と共に組み付けることができる。
【００１８】
さらに、前記ガイド部材には、その軸線方向に沿って貫通した洗浄用孔部が形成されると共に、該洗浄用孔部には、前記駆動機構部に設けられた洗浄ポートから洗浄液が注入される洗浄チューブが連通されていると、シャフト内の洗浄を容易に実施することが可能となり、メンテナンス性が向上する。
【００１９】
なお、前記ガイド部材は、前記駆動機構部側から前記シャフトの軸線方向に沿って先端側へと延びて前記シール部材の前記先端動作部側に噴射口を有し、前記駆動機構部に設けられた洗浄ポートから洗浄液が注入される洗浄チューブであってもよい。
【００２０】
前記各シール部材同士は、隣接するシール部材の少なくとも一方に形成されて、軸線方向に交差した方向に延びた凸部を介して互いに摺動されることにより、摺動時の摩擦抵抗を適切に低減しつつ、気密性を確実に確保することができる。
【００２１】
また、前記シール部材の軸線方向で一部に細径部が形成されると共に、該細径部には、前記シャフトの内面と密着するパッキンが外嵌されると、シール部材とシャフト内面との間での気密性を一層確実に確保することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、中空のシャフト内を先端側と基端側とに仕切るシール部材を設けることにより、シャフトの軸線方向での気密性を確保することができる。このため、例えば、体腔内に封入されたガス（気腹圧）が先端動作部からシャフトを介して外部へとリークすることを可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施の形態に係るマニピュレータの斜視図である。
【図２】作業部と操作部とを分離したマニピュレータの一部断面側面図である。
【図３】作業部の一部省略断面平面図である。
【図４】先端動作部の斜視図である。
【図５】マニピュレータの複合入力部及びその周辺部の一部省略斜視図である。
【図６】気密シールの分解斜視図である。
【図７】図７Ａは、気密シール及びその周辺部の一部断面斜視図であり、図７Ｂは、図７Ａに示す状態からシール部材の一部を進退させた状態での一部断面斜視図である。
【図８】図７Ａ中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】スリットを形成したシール部材の斜視図である。
【図１０】シール部材の移動範囲を説明するための断面説明図である。
【図１１】気密シールの変形例を示す断面説明図である。
【図１２】シール部材をガイドするガイドの斜視図である。
【図１３】図１２に示すガイドにシール部材及びワイヤ等を適用した状態を示す斜視図である。
【図１４】気密シールの別の変形例を示す一部断面斜視図である。
【図１５】シール部材にブレードを設けた構成を示す一部省略斜視図である。
【図１６】マニピュレータをロボットアームの先端に接続したロボットシステムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ（医療用マニピュレータ）１０は、連結シャフト１８の先端に設けられた先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うための医療用器具であり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。
【００２６】
以下の説明では、図１における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト１８の延在方向をＺ方向と規定する。また、先端側から見て右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向と規定し、さらに、連結シャフト１８の前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。なお、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０が基準姿勢（中立姿勢）である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。
【００２７】
マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４と、該操作部１４に対して着脱自在な作業部１６とを有し、グリップハンドル２６の下端から延びたケーブル２８がコントローラ２９に接続されてマニピュレータシステムを構成している。
【００２８】
図１及び図２に示すように、操作部１４は、Ｚ１方向及びＹ２方向に延びた略Ｌ字状に構成されると共に、Ｚ方向に略対称に分割された一対の上部カバー２５ａ、２５ｂを筐体として、その内部に、駆動部（アクチュエータ部）３０等が収納されると共に、基端側でＹ２方向に延びた部分が人手によって把持されるグリップハンドル２６として構成されている。グリップハンドル２６は、人手によって把持されるのに適した長さであり、上部の傾斜面２６ａに複合入力部２４が設けられている。
【００２９】
操作部１４のＹ１方向頂部近傍には、上部カバー２５ｂから露出してマスタスイッチ３４が設けられ、マスタスイッチ３４のＺ１方向で視認しやすい箇所にＬＥＤ３５が設けられている。図１中、操作部１４のＺ１方向端近傍からＹ１方向に延びた電極プラグ４１は、当該マニピュレータ１０を電気メスとして使用する際に高電圧電源が接続される電極であり、図示しない送電構造によって先端動作部１２側へと高電圧を供給することができる。
【００３０】
作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、該先端動作部１２を先端に設けた長尺で中空の連結シャフト（シャフト）１８と、該連結シャフト１８の基端側が固定されるプーリボックス３２と、プーリボックス３２のＺ２方向端から延びたトリガレバー支持部３３に軸支されたトリガレバー３６とを有する。作業部１６は、Ｚ方向で略対称に分割された一対の下部カバー３７ａ、３７ｂを筐体として、その内部にプーリボックス３２を収納している。トリガレバー支持部３３は、プーリボックス３２のＺ２側端面からＺ２方向に平行に延びた一対のプレートであり、該プレート間に渡ったトリガ軸３９により、トリガレバー３６を回動可能に軸支している（図３参照）。
【００３１】
このような作業部１６は、操作部１４に設けられた左右一対の着脱レバー４０、４０によって当該操作部１４と連結・固定されると共に、着脱レバー４０の開放操作によって操作部１４から分離可能であり、特別な器具を用いることなく、手術現場で容易に交換作業等を行うことができる。
【００３２】
図１に示すように、先端動作部１２及び連結シャフト１８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、複合入力部２４及びトリガレバー３６の操作によって体腔２２内で患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。
【００３３】
複合入力部２４及びトリガレバー３６の操作に基づいて動作する先端動作部１２は、例えばグリッパ４８を備え（図４参照）、Ｙ軸を基準に傾動するヨー軸動作、先端を指向する軸（中立姿勢時にはＺ軸）を基準に回転するロール軸動作、及び、開閉可能なグリッパ軸動作からなる３軸の動作が可能である。本実施形態の場合、ヨー軸及びロール軸は、複合入力部２４の操作に基づいて電気的に駆動され、グリッパ軸はトリガレバー３６の操作に基づいて機械的に駆動される。ここで機械的とは、ワイヤ、チェーン、タイミングベルト、リンク、ロッド、ギア等を介して駆動する方式であり、主に、動力伝達方向に非弾性な固体の機械部品を介して駆動する方式である。ワイヤやチェーン等は、張力により不可避的な多少の伸びが発生する場合があるが、これらは非弾性な固体の機械部品とする。
【００３４】
次に、互いに着脱可能な駆動部３０及びプーリボックス３２について説明する。
【００３５】
図１及び図２に示すように、駆動部３０は、Ｘ方向に並んだ２つのモータ（アクチュエータ）５０ａ、５０ｂと、該モータ５０ａ、５０ｂを支持するブラケット５２と、モータ５０ａ、５０ｂの回転方向を変換して作業部１６側に伝達するギア機構部５４とを有する。
【００３６】
モータ５０ａ、５０ｂは円柱形状であり、図示しない減速機によって減速される出力軸５６ａ、５６ｂがブラケット５２の一面を貫通し、該出力軸５６ａ、５６ｂに対してギア機構部５４を構成する駆動傘歯車５８ａ、５８ｂが固定されている。モータ５０ａ、５０ｂは、例えばＤＣモータであり、図示しない角度センサとしてロータリエンコーダ等が設けられる。
【００３７】
図２に示すように、ギア機構部５４は、ブラケット５２内の空間に設けられ、Ｘ方向に並んだ２本の駆動シャフト（駆動軸）６０ａ、６０ｂと、各駆動シャフト６０ａ、６０ｂに固定され、駆動傘歯車５８ａ、５８ｂと噛み合う２つの従動傘歯車６２ａ、６２ｂとを有する。モータ５０ａ、５０ｂの出力軸５６ａ、５６ｂ、駆動シャフト６０ａ、６０ｂ等は図示しないベアリングによってブラケット５２に軸支されている。
【００３８】
図２に示すように、駆動シャフト６０ａ（６０ｂ）の下端側はブラケット５２の下面から突出しており、その先端には、例えば断面波形六角形状で先細りのテーパ形状からなる係合凸部６４ａ（６４ｂ）が設けられている。
【００３９】
図２及び図３に示すように、プーリボックス３２は、Ｘ方向両側が開口した空洞部６６と、該空洞部６６に収納されたプーリ（従動軸）７０ａ、７０ｂ及びワイヤガイド部７２ａ、７２ｂとを有し、空洞部６６のＺ１側に貫通した孔部で連結シャフト１８が固定・支持されている。
【００４０】
プーリ７０ａ、７０ｂは、駆動シャフト６０ａ、６０ｂに対して同軸であり、その上端側には、駆動シャフト６０ａ、６０ｂ側の係合凸部６４ａ、６４ｂと係合可能な係合凹部７４ａ、７４ｂが設けられている。係合凹部７４ａ、７４ｂは、前記係合凸部６４ａ、６４ｂが係合（嵌合）可能であり、例えば断面波形六角形状で奥細りのテーパ形状の凹部を有する。
【００４１】
従って、操作部１４と作業部１６との装着時、係合凸部６４ａ（６４ｂ）と係合凹部７４ａ（７４ｂ）とが係合し、これにより、駆動シャフト６０ａ（６０ｂ）からの回転駆動力をプーリ７０ａ（７０ｂ）へと伝達することができる。この際、例えば操作部１４には、操作部１４と作業部１６の着脱を検出する着脱検出センサ（図示せず）や、駆動シャフト６０ａの位相を検出する位相検出センサ（図示せず）等を設けてもよく、さらに、係合凸部６４ａや係合凹部７４ａの係合構造は他の構造であってもよい。例えば、当該マニピュレータ１０の全体的な構成は、特願２００９−１１１３４４号や特願２００９−１１１５０２号の明細書や図面に開示された構成と略同様にしてもよい。
【００４２】
図２及び図３から諒解されるように、ワイヤガイド部７２ａ（７２ｂ）は、プーリ７０ａ（７０ｂ）のＺ１側に配設されると共に、その間隔が狭く設定されており、プーリ７０ａ（７０ｂ）と先端動作部１２のギア７８等との間に巻き掛けられたワイヤ（動力伝達部材）８０ａ（８０ｂ）をガイドして、連結シャフト１８内へと円滑に導く機能を有する。このようなワイヤガイド部７２ａ、７２ｂを用いることにより、連結シャフト１８は、モータ５０ａ、５０ｂの径やプーリ７０ａ、７０ｂの軸間距離に依存することなく十分に細くすることができ、例えば、トラカール２０に挿入するのに適した５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の外径に容易に設定することができる。
【００４３】
プーリボックス３２を構成する空洞部６６には、さらに、棒状又は線状の伝達部材である２本のロッド８２ａ、８２ｂがＹ方向に並んで、Ｚ方向に貫通している。ロッド８２ａ、８２ｂは、例えば、十分に強く且つ細いステンレスパイプ又は中実ロッドあり、Ｚ１方向は空洞部６６を貫通して連結シャフト１８内へと延び、図示しないワイヤ等を介して先端動作部１２内の前記ギア７８等に巻き掛けられており、Ｚ２方向はプーリボックス３２を貫通してトリガレバー支持部３３へと延び、図示しないワイヤ等を介してトリガレバー３６に接続されている。
【００４４】
図２及び図３に示すように、プーリボックス３２のＺ２側には、Ｚ方向を基準として対称な一対のピン穴８４、８４が形成されている。各ピン穴８４、８４には、作業部１６と操作部１４との装着時、ブラケット５２の底面からＹ１方向に突出した一対のガイドピン８６、８６が挿入され、これにより、操作部１４と作業部１６とが位置決めされ且つ高い剛性で装着される。
【００４５】
このような作業部１６では、ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれプーリ７０ａ、７０ｂ側と先端動作部１２側との間で往復していることから、連結シャフト１８の中空空間内には、延べ４本のワイヤ８０ａ、８０ｂと２本のロッド８２ａ、８２ｂとが挿通されている。ワイヤ８０ａ、８０ｂは、それぞれ同種又は異種、同径又は異径のものを用いることができる。本実施形態では、ロッド８２ａ、８２ｂの方がワイヤ８０ａ等よりも大径のものを用いているが、これらは同径であってもよく、当然、ロッドに代えてワイヤのみで全ての動力伝達機構を構成してもよい。
【００４６】
マニピュレータ１０では、複合入力部２４が操作されてモータ５０ａ、５０ｂが駆動されることにより、駆動シャフト６０ａ、６０ｂからプーリ７０ａ、７０ｂを介してワイヤ８０ａ、８０ｂが往復駆動され、これにより先端動作部１２にロール方向及びヨー方向の動作が付与される。さらに、トリガレバー３６が回動操作されることにより、ロッド８２ａ、８２ｂが機械的に往復駆動され、先端動作部１２のグリッパ４８に開閉動作が付与される。すなわち、プーリ７０ａ、７０ｂ（モータ５０ａ、５０ｂ）及びトリガレバー３６は、動力伝達部材であるワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂに駆動力を付与し、先端動作部１２を動作させる駆動機構部の一部として機能する。
【００４７】
図５に示すように、先端動作部１２を電気的に駆動する複合入力部２４は、Ｚ軸（Ｙ軸）を中心としてＸ１及びＸ２方向に対称な構造であり、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力部である。
【００４８】
複合入力部２４は、傾斜面２６ａに配置されたセンサホルダ８８によって支持されており、傾斜面２６ａのＺ１側（Ｙ１側）の回転操作部９０と、そのＺ２側（Ｙ２側）に設けられた傾動操作部９２と、傾動操作部９２の下部側面にそれぞれ配設された３つのスイッチ操作子９４ａ、９４ｂ、９４ｃとを有する。これら回転操作部９０等への入力は、センサホルダ８８内に設けられたスイッチ基板（図示せず）等によってその操作量が検出され、モータ５０ａ、５０ｂがコントローラ２９の制御下に適宜駆動制御される。
【００４９】
図２及び図３に示すように、連結シャフト１８の途中には、その内部空間をＺ１側（先端動作部１２側）とＺ２側（プーリボックス３２側）とに仕切る気密シール（シール部材）１００が設けられている。
【００５０】
図６及び図７Ａに示すように、気密シール１００は、延べ６本のワイヤ及びロッド（ワイヤ８０ａ、８０ｂの往復分とロッド８２ａ、８２ｂ）のそれぞれの軸線方向の一部を囲繞するように密着固定された複数（この場合は、６個）のシール部材１０２ａ〜１０２ｆを集合した集合体である。気密シール１００は、略円柱形状に構成される前記集合体の全体として、その外周面が連結シャフト１８の内周面に密着配置され、これにより当該連結シャフト１８内を仕切り、気体や液体の流通を遮断する遮断壁として機能する。
【００５１】
シール部材１０２ａ〜１０２ｆは、前記集合体として連結シャフト１８の内部空間に対応した略円柱形状であり、すなわち、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆは、前記集合体をワイヤやロッドの合計本数に応じて等分した略扇柱形状である。
【００５２】
従って、ワイヤやロッドの合計本数によってシール部材の配設数は当然変更可能であり、すなわち、先端動作部１２の自由度を２自由度や４自由度等に変更し、ワイヤやロッドの本数を変更した場合には、シール部材の設置数も１以上の数で適宜変更可能である。例えば、ワイヤが１本でシール部材が１個の場合には、該シール部材は実質的に連結シャフトの内径に適合した外径を有する円柱体で構成され、シール部材が２個以上の複数の場合には、各ワイヤやロッドの径を考慮しつつ、連結シャフトの内径に適合した外径を有する円柱体を図８に示すように略均等に分割した形状とすればよい。
【００５３】
各シール部材１０２ａ〜１０２ｆには、ワイヤ８０ａやロッド８２ａが挿通されて固定される軸線方向の貫通孔１０４が形成されている。シール部材１０２ａ〜１０２ｆは、隣接するシール部材同士（例えば、シール部材１０２ａ、１０２ｃ）が互いに摺動可能に密着配置されると共に、それぞれの外周面が連結シャフト１８の内周面に摺動可能に密着配置される。これにより、気密シール１００全体として連結シャフト１８内の長手方向での気密性及び液密性を確保することができる。
【００５４】
気密シール１００を構成するシール部材１０２ａ〜１０２ｆは、円滑な摺動性能と十分な密着性（気密性）を両立できることが望ましく、例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂やポリアセタール樹脂等で形成するか又はこれら材料を所定の材質の表面にコーティングして形成するとよい。また、金属を用いる場合には、腐食に強いステンレス材等が好ましく、このように金属材料を用いた場合にはシール部材の周囲にシリコーンオイルやグリスを塗布しておくとよい。勿論、上記した樹脂製材料の場合にもシリコーンオイル等の潤滑油を塗布しておくこともできる。
【００５５】
シール部材１０２ａ〜１０２ｆは、ワイヤやロッドに対して貫通孔１０４での気密性を保持した状態で固定する必要がある。そこで、シール部材を樹脂製材料で構成した場合には、接着剤、封止材や高周波等の熱溶融によりワイヤ等に固定するとよい。当然、ワイヤ等に対してインサート成形によって形成することもできる。一方、シール部材を金属製材料で構成した場合には、接着等以外にも、例えば溶接によって固定することもできる。
【００５６】
シール部材１０２ａ〜１０２ｆの貫通孔１０４にワイヤやロッドを挿通する方法としては、貫通孔１０４の一端から他端へとワイヤやロッドの端部を挿通させる方法が挙げられるが、図９に示すように、シール部材１０２ａ〜１０２ｆにその外周側面から貫通孔１０４へと連なる切込みであるスリット１０５を形成する方法でもよい。このようなスリット１０５を形成しておくと、マニピュレータ１０の組立時、例えば、ワイヤ８０ａ、８０ｂやロッド８２ａ、８２ｂをプーリ７０ａ、７０ｂやギア７８等との間に巻き掛ける際、先にワイヤ８０ａ、８０ｂ（ロッド８２ａ、８２ｂの場合には図示しないプーリやギアとの間に巻き掛けるワイヤ等）をループ状に形成し、それからスリット１０５を介して貫通孔１０４へと挿入することができる。そうすると、貫通孔１０４へとワイヤ８０ａ等を挿通させてからワイヤ８０ａ等をループ状に形成する場合に比べて組立性を大幅に向上させることができる。なお、スリット１０５を形成した場合であっても、各シール部材の各スリットは連結シャフト１８内に気密シール１００が嵌挿された際に密着し、シール部材としての密閉性を損なうことはない。勿論、ワイヤを通した後、各スリットを接着剤等で接着することも可能である。
【００５７】
さらに、各ワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂの中心位置には、例えば水や酵素洗浄剤等の洗浄液を流通させるための洗浄チューブ（送水管、ガイド部材）１０６が連結シャフト１８の軸線方向に延在している。この場合、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆの内周面は、前記集合体の中心に軸線方向に貫通した孔部を形成する円弧形状とされており（図６及び図７Ａ参照）、該孔部に前記洗浄チューブ１０６が挿通配置される。つまり、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆのそれぞれの内周面は、洗浄チューブ１０６の外周面に摺動可能に密着配置される（図８参照）。
【００５８】
洗浄チューブ１０６は、基端側であるプーリボックス３２内で適宜配管されると共に、該プーリボックス３２の上面に開口した注水ポート（洗浄ポート）１０８まで延びたチューブであり、例えば、ゴム、シリコーン又はＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）等のフッ素系樹脂等から構成される。
【００５９】
図２に示すように、洗浄チューブ１０６の基端側にある注水ポート１０８は、通常（非洗浄時）、蓋体１１０により閉塞されている。洗浄チューブ１０６の使用時（洗浄時）には、蓋体１１０が取り外され、注水ポート１０８から洗浄液が注入されることにより、該洗浄液がＺ１方向に流通される。洗浄チューブ１０６を送液された洗浄液は、図７Ａに示すように気密シール１００のＺ１側（先端動作部１２側）に開口した噴射口１０６ａから連結シャフト１８内に噴射される。そこで、噴射口１０６ａからの洗浄液の噴射性を向上させるため、該噴射口１０６ａの形状を扁平に形成したり、噴射口１０６ａ部分を塞ぎ、その近傍の洗浄チューブ１０６外周面に無数の小孔を設けたりすることもできる。前記のように扁平にした場合には、噴射口１０６ａの開口面積を低減し、血液等の逆流を低減する逆止弁としての作用を得ることもできる。
【００６０】
基本的には、以上のように構成される本実施形態に係るマニピュレータ１０の作用について説明する。
【００６１】
図４に示すように、先端動作部１２は、ロール軸、ヨー軸及びグリッパ軸の３自由度の機構を備え、複数の関節を有し、先端動作部１２には各部に隙間Ａが形成されている。もちろん、１自由度の機構であっても関節は設けられる。従って、マニピュレータ１０による手術中、図示しない気腹装置等によって体腔２２内に封入された炭酸ガス等が、体腔２２内が陽圧であるために、隙間Ａを介して連結シャフト１８内へリークすることになる。該リークが発生した場合には、体腔２２の空間が収縮し、円滑な手術が難しくなる可能性がある。
【００６２】
そこで、本実施形態に係るマニピュレータ１０では、連結シャフト１８内を先端動作部１２側と駆動機構部側であるプーリボックス３２側とに仕切る気密シール１００を設けている。
【００６３】
図７Ａに示すように、先端動作部１２の非動作時には、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆが集合して略円柱形状となる。換言すれば、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆは、図８に示すように、連結シャフト１８の軸線方向に直交する断面方向で見たときに、該連結シャフト１８の内部空間を複数に分割した形状の輪郭を有し、該内部空間を実質的に仕切っている。これにより、連結シャフト１８の軸線方向での気密性が確保され、体腔２２内のガス（気腹圧）が先端動作部１２の隙間Ａ（図４参照）等から連結シャフト１８内を通って外部へとリークすることを防止することができる。
【００６４】
図７Ｂに示すように、先端動作部１２の動作時には、例えばモータ５０ａの駆動作用下にプーリ７０ａを介して往復一対のワイヤ８０ａが進退されると、一方のワイヤ８０ａに固定されたシール部材１０２ｃがＺ２側に移動され、他方のワイヤ８０ａに固定されたシール部材１０２ｄがＺ１側に移動され、両者は互いに摺動する。さらに、これらシール部材１０２ｃ、１０２ｄの外周面は連結シャフト１８の内周面に摺動し、それらの内周面は洗浄チューブ１０６の外周面に摺動する。従って、図７Ａに示す先端動作部１２の非動作時の場合と同様に、気密シール１００による気密性が確実に維持され、体腔２２からのガスリークを防止することができる。
【００６５】
このように、気密シール１００は、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆが各ワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂにそれぞれ密着固定されると共に、隣接するシール部材同士及び連結シャフト１８内面との間が気密状態を維持しつつ摺動可能とされているため、ワイヤやロッドの作動状態にかかわらず、常に連結シャフト１８内を仕切り、気密状態を保持することができる。
【００６６】
従って、図１０に示すように、気密シール１００は、各シール部材１０２ａ〜１０２ｂ（つまり、ワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂ）のそれぞれの最大移動距離をＬとした場合に、該距離Ｌ内では、常に互いに密着し摺動可能な状態にある必要がある。換言すれば、ワイヤ８０ａやロッド８２ａの往復移動（押し引き）によって各シール部材１０２ａ〜１０２ｆがそれぞれ最大限に進退された場合であっても、気密シール１００は、その一部が常に円柱体を形成し、連結シャフト１８内をＺ方向に仕切り、その気密性を確保できるように設定する必要がある。
【００６７】
例えば、図１０に示すように、シール部材１０２ｃ、１０２ｄがそれぞれＺ２方向、Ｚ１方向に最大限移動した際にも、図１０中の矢印Ｂで示す部分の断面は、図８に示す状態と略同様であり、連結シャフト１８の内部空間が軸線方向に完全にシールされた状態となる。これにより、先端動作部１２の動作に係わらず、体腔２２からの連結シャフト１８を介したガスリークを常に阻止することができる。
【００６８】
さらに、気密シール１００を連結シャフト１８内に介装することにより、先端動作部１２の隙間Ａから浸入した血液等の液体が、連結シャフト１８の内周面に沿って先端動作部１２側からプーリボックス３２側へと流通することも阻止され、術後の連結シャフト１８やプーリボックス３２の洗浄等が容易となり、メンテナンス性を向上させることができる。この場合、気密シール１００を設けたことにより、上記した気密性も確保することができ、体腔２２内のガスが連結シャフト１８の先端側を略密封するように機能する。従って、密封状態となったガスにより、血液等の液体が前記隙間Ａから連結シャフト１８内へと浸入すること事態が可及的に抑制されるという効果もある。
【００６９】
なお、手術中に隙間Ａから流入して気密シール１００に接触した後、再び隙間Ａを介して患者の体腔２２内へと戻る血液等の流れを考慮して、気密シール１００は、上記したフッ素系樹脂やポリアセタール樹脂、ステンレス材等のように生体に対して影響の小さい材質とすることが好ましい。同様な理由から、洗浄チューブ１０６についても気密シール１００と同様な材質にすることが好ましい。
【００７０】
図７Ａに示すように、マニピュレータ１０に洗浄チューブ１０６を設け、その噴射口１０６ａを気密シール１００の先端動作部１２側に配設することにより、マニピュレータ１０の洗浄時、蓋体１１０を取り外して注水ポート１０８から洗浄チューブ１０６内へと洗浄液を流すことで、連結シャフト１８内部や先端動作部１２内部を一層容易に洗浄することができる。洗浄チューブ１０６の噴射口１０６ａは、連結シャフト１８内で開口しているが、手術時には注水ポート１０８が蓋体１１０によって閉塞されているため、当該洗浄チューブ１０６の内圧は所定圧に保持され、ここから体腔２２内のガスがリークすることが防止される。さらに、洗浄チューブ１０６は、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆの中心でそのＺ方向への移動をガイドするガイド部材としても機能するため、シール部材の摺動が一層円滑になり、気密シール１００の気密性をより確実に維持することも可能となる。
【００７１】
なお、洗浄チューブ１０６はマニピュレータ１０の仕様等によっては省略可能であり、例えば、先端動作部１２側から連結シャフト１８内を洗浄するような使用条件等の場合には当該洗浄チューブ１０６を省略し、構成の簡素化を図ることができる。
【００７２】
洗浄チューブ１０６を省略する場合には、例えば、図１１に示すように、所定のシール部材１０２ａの内径側にＺ軸方向に延びた小径略円柱状のガイド部１１８を突設した気密シール（シール部材）１２０として構成してもよい。そうすると、ガイド部１１８を介して他のシール部材を円滑に摺動させることができる。当然、ガイド部１１８を設けず、各シール部材を円柱体から均等に分割した形状（図１１中のガイド部１１８に付した破線参照）とすることも可能である。
【００７３】
また、気密シール１００（１２０）を構成する各シール部材１０２ａ〜１０２ｆを一層容易に束ねて略円柱形状を形成し易く且つ連結シャフト１８内に挿入し易くするために、図１２に示すようなガイド１２２を用いることもできる。
【００７４】
図１２及び図１３に示すように、ガイド１２２は、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆの内径側と密着し、これらの摺動をガイドするＺ方向に延びた棒状のガイド部材１２４と、該ガイド部材１２４の両端側に設けられた一対の円板部１２６、１２６とを有する。各円板部１２６には、ワイヤ８０ａ、８０ｂ及びロッド８２ａ、８２ｂの配置及び外径に対応し、該ワイヤやロッドが挿通されて進退可能な複数（この場合には６個）の挿通孔１２６ａがそれぞれＺ方向に貫通形成されている。円板部１２６の外径は、連結シャフト１８の内周面に密着可能な寸法に構成される。円板部１２６は、接着剤等によって連結シャフト１８の内周面に固定することもできる。
【００７５】
このようなガイド１２２を用いることにより、ワイヤ８０ａ等や各シール部材１０２ａ〜１０２ｆを一層容易に連結シャフト１８内に挿入することができ、マニピュレータ１０の組立性を向上させることができる。また、気密シール１００（１２０）のＺ方向前後でワイヤ８０ａ等の進退が挿通孔１２６ａによってガイドされることから、シール部材１０２ａ〜１０２ｆの進退動作がより安定して円滑なものとなり、気密性を一層確実に維持することが可能となる。
【００７６】
なお、ガイド部材１２４のＺ方向長さ、つまり一対の円板部１２６間のＺ方向距離は、該円板部１２６間に配設されるシール部材１０２ａ〜１０２ｆが進退動作可能な距離に設定される必要があり、図１０に示す距離Ｌ以上に設定される必要がある。また、ガイド部材１２４を円筒状に形成し、そのＺ２側端開口に洗浄チューブ１０６の噴射口１０６ａを連結すると、該ガイド部材１２４内の貫通孔を洗浄チューブ１０６の一部となる洗浄用孔部として機能させることができる。
【００７７】
図１４に示すように、上記した気密シール１００、１２０（シール部材１０２ａ〜１０２ｆ）は、その長手方向で中心付近に細径部１２８を形成した段付きの気密シール（シール部材）１３０として構成してもよい。この場合、該細径部１２８に、連結シャフト１８の内周面に密着するＯリング等のパッキン１３２を外嵌させることにより、該パッキン１３２によって気密シール１３０の連結シャフト１８との間での気密性を一層高めることができる。
【００７８】
図１５に示すように、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆについて、例えば、その並び方向（円周方向）で一個置きのシール部材１０２ａ、１０２ｄ、１０２ｆの互いの摺動面に、その軸線方向に直交した方向に延びた突起状のブレード（凸部）１３４ａを軸線方向に複数（２個）設け、各シール部材１０２ａ〜１０２ｆの連結シャフト１８との摺動面にもブレード１３４ａと略同様なブレード（凸部）１３４ｂを軸線方向に複数（２個）設けて構成してもよい。なお、ブレード１３４ａは、全てのシール部材について設置しても勿論よい。
【００７９】
ブレード１３４ａは、他のシール部材のブレード１３４ａと軸線方向（Ｚ方向）で互い違いになるように設置されており、例えば、全てのシール部材にブレード１３４ａを設置した場合に、ブレード１３４ａ同士での接触により、シール部材の移動が規制されることが防止される。
【００８０】
ブレード１３４ａにより、該ブレード１３４ａを設けたシール部材の両隣で摺動するシール部材との間での摺動面の摩擦抵抗が過度に高くなり、円滑な摺動がなされなくなることを有効に回避することができ、例えば、シール部材１０２ａの場合にはシール部材１０２ｂ、１０２ｅとの間で円滑な摺動を確保することができる。同様に、連結シャフト１８の内周面に摺動するシール部材１０２ａ〜１０２ｆの外周面にブレード１３４ｂを設けることにより、シール部材と連結シャフトとの間での摩擦抵抗を適切に調整することができ、その円滑な摺動を確保することができる。
【００８１】
この場合、ブレード１３４ａ、１３４ｂは、シール部材の軸線方向に直交する方向に延びた形状であることから、気密シール１００等のシール性を損なうことがない。また、ブレード１３４ａ、１３４ｂは、軸線方向（Ｚ方向）で複数並んで設けられることにより、気密シール１００等のシール性を一層高めることができ、しかもブレード１３４ａ、１３４ｂはシール部材の軸線方向に短尺であることから、摺動面（シール面）での片当たり等が防止され、シール部材の製造誤差等にかかわらずシール性を一層確実に確保することができる。
【００８２】
本発明は、例えば図１６に示すような手術用ロボットシステム２００に適用してもよい。
【００８３】
手術用ロボットシステム２００は、多関節型のロボットアーム２０２と、コンソール２０４とを有し、ロボットアーム２０２の先端には前記のマニピュレータ１０と同じ機構が設けられている。ロボットアーム２０２の先端部２０８には、操作部１４に代えて、内部に駆動部３０を収納した基部１４ａが固定され、該基部１４ａに対して作業部１６が着脱可能に取り付けられる。ロボットアーム２０２は、作業部１６を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール２０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採り得る。
【００８４】
ロボットアーム２０２は、独立的な６以上の関節（回転軸やスライド軸等）を有すると、作業部１６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ１０を構成する基部１４ａは、ロボットアーム２０２の先端部２０８と一体化している。マニピュレータ１０は、前記のトリガレバー３６の代わりに図示しないモータ（人手によって操作する入力部に連動するアクチュエータ）を有し、該モータが２本のロッド８２ａ、８２ｂを駆動する。
【００８５】
ロボットアーム２０２は、コンソール２０４の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール２０４に設けられたジョイスティック２０６に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール２０４は、前記のコントローラ２９の機能を含んでいる。作業部１６には、前記の先端動作部１２が設けられている。
【００８６】
コンソール２０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック２０６と、モニタ２１０が設けられている。図示を省略するが、２つのジョイスティック２０６により、２台のロボットアーム２０２を個別に操作することが可能である。２つのジョイスティック２０６は、両手で操作し易い位置に設けられている。モニタ２１０には、軟性鏡による画像等の情報が表示される。
【００８７】
ジョイスティック２０６は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム２０２を動かすことができる。ジョイスティック２０６はマスターアームであってもよい。ロボットアーム２０２とコンソール２０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合せでよい。ジョイスティック２０６には、トリガレバー３６が設けられており、該トリガレバー３６を操作することによりモータ２１２を駆動可能である。
【００８８】
このようなロボットシステム２００においても、上記の気密シール１００、１２０、１３０を備えることにより、気腹圧のリークを有効に防止でき、さらに、洗浄や滅菌等のメンテナンス性を向上させることができる。
【００８９】
本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至工程を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００９０】
１０…マニピュレータ １２…先端動作部
１４…操作部 １６…作業部
１８…連結シャフト ３０…駆動部
３２…プーリボックス ８０ａ、８０ｂ…ワイヤ
８２ａ、８２ｂ…ロッド １００、１２０、１３０…気密シール
１０２ａ〜１０２ｆ…シール部材 １０４…貫通孔
１０５…スリット １０６…洗浄チューブ
１２２…ガイド １２４…ガイド部材
１２６…円板部 １２６ａ…挿通孔
１２８…細径部 １３２…パッキン
１３４ａ、１３４ｂ…ブレード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空のシャフトと、
前記シャフト内に挿通される動力伝達部材と、
前記シャフトの一端側に設けられ、前記動力伝達部材を軸線方向に進退駆動する駆動機構部と、
前記シャフトの他端側に設けられ、前記動力伝達部材の前記進退駆動によって動作される先端動作部と、
前記動力伝達部材の一部を囲繞して該動力伝達部材に密着固定されると共に、前記シャフトの内面に対して摺動可能であることにより、該シャフト内を前記先端動作部側と前記駆動機構部側とに仕切るシール部材と、
を備えることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項２】
請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記動力伝達部材は、前記シャフト内に複数挿通され、
前記シール部材は、各動力伝達部材にそれぞれ固定され且つ隣接するシール部材同士が互いに摺動可能に配置されると共に、各シール部材がそれぞれ前記シャフトの内面に対して摺動可能であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項３】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記シャフトの軸線方向に直交する断面方向で見たときに、各シール部材はそれぞれ前記シャフトの内部空間を複数に分割した形状の輪郭を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項４】
請求項３記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記シャフトは円管状であり、
各シール部材を集合した集合体が、前記シャフトの内周面に対応する円柱形状であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
各シール部材は、各動力伝達部材が進退駆動された場合であっても、常に隣接するシール部材同士が摺動されるように配置されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項６】
請求項１又は２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記シール部材には、前記動力伝達部材が嵌挿される貫通孔が軸線方向に沿って形成されると共に、外面から前記貫通孔へと連なるスリットが形成されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項７】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記各シール部材を集合した集合体の中心には、前記シャフトの軸線方向に沿う孔部が形成され、
前記孔部には、前記動力伝達部材の進退駆動に伴って進退する各シール部材をガイドするガイド部材が介装されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項８】
請求項７記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイド部材の端部には、各動力伝達部材が挿通される挿通孔が複数設けられた円板部が設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項９】
請求項７又は８記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイド部材には、その軸線方向に沿って貫通した洗浄用孔部が形成されると共に、該洗浄用孔部には、前記駆動機構部に設けられた洗浄ポートから洗浄液が注入される洗浄チューブが連通されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１０】
請求項７記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイド部材は、前記駆動機構部側から前記シャフトの軸線方向に沿って先端側へと延びて前記シール部材の前記先端動作部側に噴射口を有し、前記駆動機構部に設けられた洗浄ポートから洗浄液が注入される洗浄チューブであることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１１】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記各シール部材同士は、隣接するシール部材の少なくとも一方に形成されて、軸線方向に交差した方向に延びた凸部を介して互いに摺動されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１２】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記シール部材の軸線方向で一部に細径部が形成されると共に、該細径部には、前記シャフトの内面と密着するパッキンが外嵌されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１】
中空のシャフトと、
前記シャフト内に挿通される動力伝達部材と、
前記シャフトの一端側に設けられ、前記動力伝達部材を軸線方向に進退駆動する駆動機構部と、
前記シャフトの他端側に設けられ、前記動力伝達部材の前記進退駆動によって動作される先端動作部と、
前記動力伝達部材の一部を囲繞して該動力伝達部材に密着固定されると共に、前記シャフトの内面に対して摺動可能であることにより、該シャフト内を前記先端動作部側と前記駆動機構部側とに仕切るシール部材と、
を備えることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項２】
請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記動力伝達部材は、前記シャフト内に複数挿通され、
前記シール部材は、各動力伝達部材にそれぞれ固定され且つ隣接するシール部材同士が互いに摺動可能に配置されると共に、各シール部材がそれぞれ前記シャフトの内面に対して摺動可能であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項３】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記シャフトの軸線方向に直交する断面方向で見たときに、各シール部材はそれぞれ前記シャフトの内部空間を複数に分割した形状の輪郭を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項４】
請求項３記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記シャフトは円管状であり、
各シール部材を集合した集合体が、前記シャフトの内周面に対応する円柱形状であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
各シール部材は、各動力伝達部材が進退駆動された場合であっても、常に隣接するシール部材同士が摺動されるように配置されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項６】
請求項１又は２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記シール部材には、前記動力伝達部材が嵌挿される貫通孔が軸線方向に沿って形成されると共に、外面から前記貫通孔へと連なるスリットが形成されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項７】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記各シール部材を集合した集合体の中心には、前記シャフトの軸線方向に沿う孔部が形成され、
前記孔部には、前記動力伝達部材の進退駆動に伴って進退する各シール部材をガイドするガイド部材が介装されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項８】
請求項７記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイド部材の端部には、各動力伝達部材が挿通される挿通孔が複数設けられた円板部が設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項９】
請求項７又は８記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイド部材には、その軸線方向に沿って貫通した洗浄用孔部が形成されると共に、該洗浄用孔部には、前記駆動機構部に設けられた洗浄ポートから洗浄液が注入される洗浄チューブが連通されていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１０】
請求項７記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイド部材は、前記駆動機構部側から前記シャフトの軸線方向に沿って先端側へと延びて前記シール部材の前記先端動作部側に噴射口を有し、前記駆動機構部に設けられた洗浄ポートから洗浄液が注入される洗浄チューブであることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１１】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記各シール部材同士は、隣接するシール部材の少なくとも一方に形成されて、軸線方向に交差した方向に延びた凸部を介して互いに摺動されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１２】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記シール部材の軸線方向で一部に細径部が形成されると共に、該細径部には、前記シャフトの内面と密着するパッキンが外嵌されることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２７３９７８（Ｐ２０１０−２７３９７８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３１２７２（Ｐ２００９−１３１２７２）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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