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及びロッド８２ａと、連結シャフト１８の一端側に設けられ、ワイヤ８０ａ及びロッド８２ａを軸線方向に進退駆動するプーリ７０ａ及びトリガレバー３６と、連結シャフト１８の他端側に設けられ、ワイヤ８０ａ及びロッド８２ａ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及びロッド８２ａがそれぞれ摺動可能に挿通される複数の孔部１１０ａ〜１１０ｆが形成され、連結シャフト１８の内面に対して密着配置されることにより、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、複数の孔部１１０ａ〜１１０ｆのうち、少なくとも一部の孔部１１０ａ、１１０ｂの近傍には、ガイドパイプ１１６が配置されている。
【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及びロッド８２ａと、連結シャフト１８の一端側に設けられ、ワイヤ８０ａ及びロッド８２ａを軸線方向に進退駆動するプーリ７０ａ及びトリガレバー３６と、連結シャフト１８の他端側に設けられ、ワイヤ８０ａ及びロッド８２ａ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及びロッド８２ａがそれぞれ摺動可能に挿通される複数の孔部１１０ａ〜１１０ｆが形成され、連結シャフト１８の内面に対して密着配置されることにより、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、複数の孔部１１０ａ〜１１０ｆのうち、少なくとも一部の孔部１１０ａ、１１０ｂの近傍には、ガイドパイプ１１６が配置されている。
【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、特に管状の器具は気腹圧をシールできる構成が必要である。
【０００７】
通常、マニピュレータは、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となっている。従って、体腔内のガスが管状のシャフト内を通って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複数の動力伝達部材と、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、前記複数の動力伝達部材がそれぞれ摺動可能に挿通される複数の孔部が形成され、前記シャフトの内面に対して密着配置されることにより、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、前記複数の孔部のうち、少なくとも一部の孔部近傍には、ガイド部が配置されてい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。しかも、シール部材に設けられた複数の孔部のうちの少なくとも一部の孔部近傍にガイド部が配置されることにより、動力伝達部材が摺動することにより孔部に生じる摺動方向と交差（直交）する方向（直角方向や半径方向）に作用する力を抑制することができるため、孔部での摩擦や磨耗を有効に低減することが可能となる。また、シャフト内壁面とシール部材外壁面を密着させるため、シール部材を強く圧縮して、シャフト内に嵌挿した場合であっても、ガイド部により孔部の圧縮が低減され、動力伝達部材と該孔部の間の摺動抵抗を低減し、該孔部の摩擦を低減することができる。
【００１１】
前記ガイド部は、前記シール部材を構成する材質よりも硬い材質からなるガイドパイプであると、例えば動力伝達部材をガイドパイプに挿通させることができるため設置が容易であり、しかも動力伝達部材の移動に応じてガイドパイプがシール部材を変形させるため、孔部と動力伝達部材を同軸上に維持し易くなる。
【００１２】
この場合、前記ガイドパイプの内径は、前記孔部の内径と等しいか又はそれよりも大きいことが好ましい。これにより、孔部と、これを挿通して摺動する動力伝達部材との間に、必ず所定範囲の半径方向の力（押し付け力、シールする力）を発生させることができ、気密性が確実に確保される。
【００１３】
また、前記ガイドパイプは、前記複数の孔部よりも前記駆動機構部側に配置されていることが好ましい。これにより、ガイドパイプが体内へ脱落することを確実に防止することができる。
【００１４】
前記シール部材は、前記複数の孔部に連続し且つ該孔部より大径に形成され、該孔部に挿通された前記動力伝達部材が挿通する拡径部を有し、該拡径部に前記ガイドパイプが配置されていると、孔部と動力伝達部材の軸中心を一致させることが容易となる。また、シール部材をシャフトに組み付ける際に製造誤差等により動力伝達部材の軸中心がオフセットしているような場合であっても、ガイドパイプにより孔部と動力伝達部材の軸中心とが一致するため、動力伝達部材の円滑な動作が可能となり、シール部材の損傷等も防止することができる。
【００１５】
前記駆動機構部は、前記動力伝達部材のうちの一部を電動で駆動する電動機構部と、残りを手動で駆動する手動機構部とを有し、前記シール部材は、前記複数の孔部に連続し且つ該孔部より大径に形成され、該孔部に挿通された前記動力伝達部材が挿通する拡径部を有し、前記ガイドパイプは、前記手動機構部に接続されている前記動力伝達部材が挿通される拡径部に配置されていると、シール部材による摺動抵抗の影響により操作性が低下し易い手動機構部に対応した動力伝達部材と孔部との摺動抵抗が増加することが有効に回避されるため、摺動方向に交差する方向で孔部に作用する力が抑制され、シール部材での摩擦や磨耗の低減を図ることができる。
【００１６】
前記ガイドパイプの外表面は、前記拡径部の内表面に密着していることにより、シール部材による気密性をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【００１８】
また、シール部材に設けられた複数の孔部のうちの少なくとも一部の孔部近傍にガイド部が配置されることにより、動力伝達部材が摺動することにより孔部に生じる摺動方向と交差（直交）する方向（直角方向や半径方向）に作用する力を抑制することができるため、孔部での摩擦や磨耗を有効に低減することが可能となる。さらに、シャフト内壁面とシール部材外壁面を密着させるため、シール部材を強く圧縮してシャフト内に嵌挿した場合であっても、ガイド部により孔部の圧縮が低減され、動力伝達部材と該孔部の間の摺動抵抗を低減し、該孔部の摩擦を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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状態での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】気密シール及びその周辺部の斜視図である。
【図７】気密シール及びその周辺部の断面側面図である。
【図８】図８Ａは、気密シールの正面図であり、図８Ｂは、図８Ａ中のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線に沿う断面図である。
【図９】ワイヤ及び補強ロッドの変形例を示す断面側面図である。
【図１０】図１０Ａは、マニピュレータの組立時、ロッドの軸中心と摺動部の軸中心とが一致している状態の説明図であり、図１０Ｂは、マニピュレータの組立時、ロッドの軸中心と摺動部の軸中心とがオフセットしている状態の説明図である。
【図１１】図１１Ａは、マニピュレータの組立時、ロッドの軸中心と摺動部の軸中心とが一致している状態の説明図であり、図１１Ｂは、マニピュレータの組立時、ロッドの軸中心と摺動部の軸中心のずれがガイドパイプにより修正された状態の説明図である。
【図１２】気密シールへのガイドパイプの設置場所の第１変形例を示す断面側面図である。
【図１３】気密シールへのガイドパイプの設置場所の第２変形例を示す断面側面図である。
【図１４】気密シールへのガイドパイプの設置場所の第３変形例を示す断面側面図である。
【図１５】図１５Ａは、分割構造の気密シールの断面側面図であり、図１５Ｂは、図１５Ａに示す気密シールを連結した状態の断面側面図である。
【図１６】図１５Ａに示す気密シールの連結構造の変形例の断面側面図である。
【図１７】図１５Ａに示す気密シールの連結構造の他の変形例の断面側面図である。
【図１８】洗浄ポートの設置場所の変更例を適用したマニピュレータの一部断面側面図である。
【図１９】図１８に示すマニピュレータの洗浄チューブの噴射口及びその周辺部の断面側面図である。
【図２０】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】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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勿論である。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、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、図示しない導電構造によって高電圧を先端動作部１２側に供給することができる。
【００２６】
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且つ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に軸支されるトリガレバー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）。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
プーリボックス３２を構成する空洞部６６には、さらに、棒状又は線状の動力伝達部材である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。
【００４０】
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。
【００４１】
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とが挿通される。例えば、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。
【００４２】
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。ワイヤ８０ａ、８０ｂは、可撓性を有する湾曲可能な線材からなり、連結シャフト１８内を通過する部分であって可撓性を要しない直線部分は補強ロッド（ハイポチューブ）８１ａ、８１ｂにより囲繞され補強されている（図６及び図７参照）。補強ロッド８１ａ（８１ｂ）は、ワイヤ８０ａ（８０ｂ）を構成する線材よりも剛性が高く、通常の使用状態では湾曲しない硬い管路であり、その内部にワイヤ８０ａ（８０ｂ）が挿通された状態で先後端が当該ワイヤ８０ａ（８０ｂ）に対してかしめられ、圧着固定されている。補強ロッド８１ａ、８１ｂは、例えばステンレス材のように生体適合性を有するものとして選択された金属等で構成される。
【００４３】
すなわち、ワイヤ８０ａ、８０ｂがその往復移動範囲Ｌ（図７参照）において駆動された場合であっても、プーリ７０ａ等に巻き掛けられることがなく可撓性が必要とされない直線部分に、上記のような補強ロッド８１ａ、８１ｂを装着している。これにより、ワイヤ８０ａ、８０ｂの駆動時や経年劣化による伸長を可及的に低減することができ、プーリ７０ａ等の動作に対してより高い反応性と高い精度で当該ワイヤ８０ａ、８０ｂを駆動させ、先端動作部１２を正確に動作させることができる。換言すれば、動力伝達部材であるワイヤ８０ａ、８０ｂは、少なくとも可撓性を有する第１部位（ワイヤ８０ａ、８０ｂの線材部位）と、該第１部位より剛性の高い第２部位（補強ロッド８１ａ、８１ｂによる補強部位）とを有することにより、プーリ７０ａ等への円滑な巻き掛けと、駆動時等の伸長等の低減による反応性の高い高精度な駆動との両立を可能としている。
【００４４】
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、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。
【００４５】
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（補強ロッド８１ａ、８１ｂ）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として機能する。より詳細には、プーリ７０ａ、７０ｂ（モータ５０ａ、５０ｂ）は、ワイヤ８０ａ、８０ｂ（補強ロッド８１ａ、８１ｂ）に駆動力を付与し、先端動作部１２にロール方向及びヨー方向の動作を付与する電動機構部として機能する。また、トリガレバー３６は、ロッド８２ａ、８２ｂに駆動力を付与し、先端動作部１２にグリッパ開閉動作を付与する手動機構部として機能する。
【００４６】
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。
【００４７】
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〜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。
【００４８】
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。
【００４９】
図６及び図７に示すように、気密シール１００は、先端側の小径部１０２と、後端側の大径部１０４と、大径部１０４側から小径部１０２側へと縮径する縮径部（テーパ部）１０６とから構成された段付き円柱形状となっている。気密シール１００には、延べ６本のロッド及びワイヤ、つまりロッド８２ａ、８２ｂ及びワイヤ８０ａ、８０ｂ（補強ロッド８１ａ、８１ｂ）の往復分がそれぞれ挿通されて摺動する、６個の孔部１１０ａ〜１１０ｆが設けられている。気密シール１００は、大径部１０４の外周面が連結シャフト１８の内周面に密着固定されることで当該連結シャフト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。勿論、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、気密シール１００の孔部の数も変更すればよい。気密シール１００は、手術中に隙間Ａ（図４参照）から流入して該気密シール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（生体適合性）を考慮して、ゴムやシリコーン等によって形成されている。
【００５０】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、各孔部１１０ａ〜１１０ｆは、ロッド８２ａ、８２ｂ及びワイヤ８０ａ、８０ｂの連結シャフト１８内での配列に対応して配置されており、孔部１１０ａ、１１０ｂにロッド８２ａ、８２ｂが挿通され、孔部１１０ｃ、１１０ｄにワイヤ８０ａ（補強ロッド８１ａ）が挿通され、孔部１１０ｅ、１１０ｆにワイヤ８０ｂ（補強ロッド８１ｂ）が挿通される。本実施形態の場合、孔部１１０ｃ〜１１０ｆには、ワイヤ８０ａ、８０ｂの一部を囲繞した補強ロッド８１ａ、８１ｂが挿通及び摺動し、ワイヤ８０ａ、８０ｂ自体は気密シール１００に接触しない。
【００５１】
気密シール１００では、ロッド８２ａ、８２ｂが挿通される孔部１１０ａ、１１０ｂの構成が互いに同一であり、ワイヤ８０ａ、８０ｂが挿通される孔部１１０ｃ〜１１０ｆの構成が互いに同一であることから、以下では、図８Ｂに示される孔部１１０ｂと孔部１１０ｃについて主に説明し、他の説明は省略する。
【００５２】
図７及び図８Ｂに示すように、孔部１１０ｂ（１１０ａ）は、小径部１０２の先端開口側（Ｚ１側）に形成され、ロッド８２ｂ（８２ａ）が摺動する摺動部（孔部）１１２と、摺動部１１２の後方（Ｚ２側）に連続し、摺動部１１２より大径の拡径部（逃げ孔）１１４とから構成された２段形状の貫通孔であり、摺動部１１２がＺ方向で小径部１０２に対応した配置となっている。
【００５３】
摺動部１１２は、ロッド８２ｂとの間で気密性を確保した状態で該ロッド８２ｂが摺動可能な内径寸法であると共に、ロッド８２ｂの摺動方向（Ｚ方向）に短尺な長さＬ１からなる。これにより、摺動部１１２はロッド８２ｂの移動に対してある程度柔軟（自由）に対応できるリップシールとして機能する。
【００５４】
拡径部１１４には、気密シール１００が連結シャフト１８内に組み付けられる際、管状のガイドパイプ１１６が嵌挿され密着固定される。ガイドパイプ１１６の内径は、ロッド８２ｂの外径より僅かに大径であり、ロッド８２ｂの移動を邪魔しない構造となっている。つまり、ガイドパイプ１１６の内径＞ロッド８２ａ、８２ｂの外径＞摺動部１１２の内径、という寸法関係が設定されている。
【００５５】
このようなガイドパイプ１１６は、例えばステンレス材等から構成され、少なくとも気密シール１００を構成する材質よりも硬い材質となっている。なお、ガイドパイプ１１６が気密シール１００よりも硬いとは、例えば、ガイドパイプ１１６に力を加えた際に、実質的に該ガイドパイプ１１６が変形するよりも先に気密シール１００が変形する程度に硬さが異なる状態等をいう。
【００５６】
一方、孔部１１０ｃ（１１０ｄ〜１１０ｆ）は、補強ロッド８１ａ（８１ｂ）（ワイヤ８０ａ、８０ｂ）が摺動する摺動部（孔部）１１８と、摺動部１１８の前方（Ｚ１側）に連続し、摺動部１１８より大径の拡径部（逃げ孔）１２０と、摺動部１１８の後方（Ｚ２側）に連続し、摺動部１１８より大径且つ拡径部１２０より小径の中径部（逃げ孔）１２２とから構成された３段形状の貫通孔であり、摺動部１１８がＺ方向で大径部１０４に対応して配置されている。
【００５７】
摺動部１１８は、補強ロッド８１ａとの間で気密性を確保した状態で該補強ロッド８１ａが摺動可能な内径寸法であると共に、補強ロッド８１ａの摺動方向（Ｚ方向）にやや長尺な長さＬ２からなる。図８Ｂから諒解されるように、摺動部１１８の摺動方向の長さＬ２は、摺動部１１２の長さＬ１よりも長い。
【００５８】
摺動部１１８の前後にそれぞれ設けられた拡径部１２０及び中径部１２２は、ワイヤ８０ａが往復移動されてプーリ７０ａへの巻き掛け位置がＸ方向やＹ方向に変位した場合であっても、摺動部１１８に摺動している補強ロッド８１ａの一部が孔部１１０ｃの内面や開口縁部に当接することを防止する逃げ部として機能する。
【００５９】
気密シール１００では、孔部１１０ａ、１１０ｂの間隔Ｗ１（図８Ａ参照）をロッド８２ａ、８２ｂの間隔に対応するように設定し、孔部１１０ｃ、１１０ｅ（孔部１１０ｄ、１１０ｆ）の間隔Ｗ２をワイヤガイド部７２ａ、７２ｂの間隔に対応するように設定している。これにより、ロッド８２ａや補強ロッド８１ａ等と摺動部１１２、１１８との間での軸中心の一致が図られ、円滑な摺動を確保することができる。
【００６０】
図７及び図８Ａに示すように、ワイヤ８０ａ、８０ｂに対応する孔部１１０ｃ〜１１０ｆには、その外周面から各孔部１１０ｃ〜１１０ｆの摺動部１１８へと連なる切込みであるスリット１２４が形成されている。スリット１２４を設けることにより、マニピュレータ１０の組立時、例えば、ワイヤ８０ａ、８０ｂをプーリ７０ａ、７０ｂやギア７８等との間に巻き掛ける際、補強ロッド８１ａ、８１ｂを装着したワイヤ８０ａ、８０ｂを予めループ状に形成しておき、該ループ状のワイヤ８０ａ、８０ｂをスリット１２４から孔部１１０ｃ〜１１０ｆへと挿入することができる。そうすると、孔部１１０ｃ〜１１０ｆへとワイヤ８０ａ等を挿通させてからループ状に構成する場合に比べ、マニピュレータ１０の組立性を大幅に向上させることができる。
【００６１】
なお、各スリット１２４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封止され、気密シール１００のシール性を損うことはない。勿論、ワイヤの挿通後、各スリット１２４を接着剤等で接着して一層強固に封止してもよい。
【００６２】
図２に戻り、マニピュレータ１０は、気密シール１００よりも先端動作部１２側（Ｚ１側）の連結シャフト１８内に水や酵素洗浄剤等の洗浄液を注入できる洗浄ポート１２６を有する。洗浄ポート１２６は、蓋体１２８を着脱するだけで開閉可能であり、連結シャフト１８内の気密シール１００よりも先端側に洗浄液を容易に注入し、内部を洗浄することができる。
【００６３】
次に、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。
【００６４】
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。勿論、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（図１参照）、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内へリークしようとする。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。
【００６５】
そこで、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。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。
【００６６】
具体的には、図７及び図８Ｂに示すように、気密シール１００は、小径部１０２の外径Ｄ１が連結シャフト１８の内径Ｄ０よりも小さく、大径部１０４の外径Ｄ２が連結シャフト１８の内径Ｄ０よりも大きく構成されている。これにより、気密シール１００が連結シャフト１８内に圧入された際、大径部１０４が連結シャフト１８の内壁面から圧縮力Ｆ（図７参照）を受けて内径方向に圧縮され、該内壁面に確実に密着する。従って、各孔部１１０ａ〜１１０ｆの各摺動部１１２、１１８でロッド８２ａや補強ロッド８１ａ等との間がシールされ、さらに大径部１０４で連結シャフト１８との間がシールされることにより、ロッド８２ａやワイヤ８０ａ等の作動状態にかかわらず、連結シャフト１８内の長手方向での気密性及び液密性が確保される。大径部１０４は連結シャフト１８内に圧入のみで固定してもよいが、接着や溶着等によって固着させてもよい。
【００６７】
さらに、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気密シール１００によって阻止されるため、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。しかも、気密シール１００により連結シャフト１８内の気密性が確保されていることから、体腔２２内のガスが連結シャフト１８の内部（先端側）を略密封するように機能する。このため、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も可及的に抑制することができる。
【００６８】
気密シール１００は、小径部１０２とテーパ状の縮径部１０６を有することから、連結シャフト１８へと組み付ける挿入時、小径部１０２を先頭として連結シャフト１８内に容易に挿入可能であり、マニピュレータ１０の組立性を高めることができる。
【００６９】
ところで、本実施形態に係るマニピュレータ１０の場合、ヨー軸及びロール軸は、複合入力部２４の操作に基づきモータ５０ａ、５０ｂ等を介してワイヤ８０ａ、８０ｂが往復移動する電動駆動であり、グリッパ軸は、トリガレバー３６の操作に基づき機械的にロッド８２ａ、８２ｂが往復移動する手動駆動である。
【００７０】
ロッド８２ａ、８２ｂは、ワイヤ８０ａ等のようにループ状に構成する必要がないことから、気密シール１００への組み付け時、スリットがなくても孔部１１０ａ、１１０ｂへと容易に挿通させることができる。従って、孔部１１０ａ、１１０ｂの摺動部１１２は、スリット１２４が形成された孔部１１０ｃ等に比べて気密性を確保し易いため、ロッド８２ａ等の摺動方向での長さＬ１を短く設定し（図７及び図８Ｂ参照）、ロッド８２ａ等との摺動抵抗を可及的に低減しながらも、気密性を十分に確保することが可能である。しかも、電動駆動に比べて摺動抵抗の影響を受け易い手動駆動のロッド８２ａ、８２ｂと、気密シール１００との間の摺動抵抗が低減されるため、操作性が損なわれることもない。
【００７１】
一方、ワイヤ８０ａ、８０ｂは、気密シール１００への組み付け時、上記のようにループ状に構成することが有効であることから、孔部１１０ｃ〜１１０ｆにはループ状に構成した当該ワイヤ８０ａ、８０ｂ（補強ロッド８１ａ、８１ｂ）を挿入するためのスリット１２４を設けている。従って、孔部１１０ｃ〜１１０ｆの摺動部１１８は、スリット１２４によって気密性が低下する可能性があることから、ワイヤ８０ａ等の摺動方向での長さＬ２を摺動部１１２の長さＬ１よりも長く設定し（図７及び図８Ｂ参照）、気密性をより安定して確保できるように構成している。なお、ワイヤ８０ａ等は電動駆動であるため、気密シール１００との間の摺動抵抗が多少高くなったとしても該摺動抵抗がモータ５０ａ、５０ｂの定格出力以下であれば操作性に影響が及ぶことはほとんどなく、良好な操作性が維持される。
【００７２】
しかも、ワイヤ８０ａ等の摺動方向において、摺動部１１８は、大径部１０４の少なくとも一部に対応して配置されると共に、該大径部１０４は連結シャフト１８の内壁面から圧縮力Ｆ（図７参照）を受けて内径方向に圧縮される。このため、スリット１２４は、大径部１０４での圧縮を受けて一層確実に密着封止され、該スリット１２４からのガスリークが一層確実に防止される。すなわち、大径部１０４の外径Ｄ２は、連結シャフト１８内に圧入可能な範囲でその内径Ｄ０よりもできるだけ大きく設定すれば、気密シール１００の圧縮率が高まり、気密性が一層向上し、スリット１２４での気密性も一層確実に確保することが可能となる。
【００７３】
本実施形態の場合、摺動部１１８には補強ロッド８１ａ、８１ｂが対応している。通常、ワイヤ８０ａ、８０ｂは、強度等を考慮して複数の線材をよった巻線で構成されているため、この巻線部分が摺動部１１８に対応している場合にはワイヤ８０ａ等と摺動部１１８との間に隙間を生じ、該隙間を介してガスリークを生じる可能性がある。そこで、マニピュレータ１０では、補強ロッド８１ａ等が常に摺動部１１８に摺動する構成であることにより、気密シール１００でのシール性を一層確実に確保することができる。気密性をより向上させるため、補強ロッド８１ａ、８１ｂをワイヤ８０ａ、８０ｂに接着剤等で接着してもよい。
【００７４】
図９に示すように、補強ロッド８１ａ、８１ｂの代わりに金属製等のロッド８３ａ、８３ｂの両端にワイヤ８０ａ、８０ｂを連結した構成や、パイプ８５ａ、８５ｂの両端にワイヤ８０ａ、８０ｂを連結し、該パイプ８５ａ、８５ｂの内部を接着剤８７等でシールした構成等としてもよい。要は、気密シール１００の摺動部１１８にワイヤ８０ａ、８０ｂを確実に密着させて円滑に摺動させることができる構成であればよい。
【００７５】
ここで、図７及び図８Ｂに示すように、気密シール１００において、スリット１２４が形成された孔部１１０ｃ〜１１０ｆの摺動部１１８と、スリット１２４が形成されていない孔部１１０ａ、１１０ｂの摺動部１１２とは、ワイヤやロッドの摺動方向での位置がずれている。すなわち、図８Ｂに示すように、摺動部１１２の摺動方向での中心位置１１２Ｚと、摺動部１１８の摺動方向での中心位置１１８Ｚとがずれており、中心位置１１２Ｚは小径部１０２の少なくとも一部に対応して配置され、中心位置１１８Ｚは大径部１０４の少なくとも一部に対応して配置される。
【００７６】
従って、大径部１０４に連結シャフト１８の内壁面から内径方向への圧縮力Ｆが付与されると共に、該圧縮力Ｆによって孔部１１０ｃ〜１１０ｆのスリット１２４を確実に密着封止することができ、摺動部１１８も補強ロッド８１ａ等とより確実に密着される。一方、摺動部１１８及び大径部１０４からＺ方向でずれている孔部１１０ａ、１１０ｂの摺動部１１２には、圧縮力Ｆの影響がほとんどなく、つまり圧縮を受けない。このため、摺動部１１２がロッド８２ａ、８２ｂに対して過度に密着されて該ロッド８２ａ、８２ｂの円滑な移動が妨げられ、手動機構部であるトリガレバー３６の操作性が低下することを有効に回避することができる。しかも、摺動部１１２は、連結シャフト１８の内壁面よりも小さい外径Ｄ１に設定され、該内壁面からの圧縮を受けない小径部１０２に対応して配置されているため、摺動部１１２が過度に収縮することが一層確実に防止されている。
【００７７】
圧縮力Ｆを受ける孔部１１０ｃ〜１１０ｆには、摺動部１１８の前後に補強ロッド８１ａ、８１ｂの逃げ部となる拡径部１２０と中径部１２２が設けられている。このため、これら拡径部１２０と中径部１２２が圧縮力Ｆを吸収する機能も果たし、摺動部１１２に対して圧縮の影響が及ぶことが一層確実に回避される。一方、スリットが形成されていない孔部１１０ａ、１１０ｂには、摺動部１１２に連続し且つ摺動部１１２より大径の拡径部１１４が設けられており、拡径部１１４はロッドの摺動方向でスリット１２４が形成された孔部１１０ｃ〜１１０ｆ（摺動部１１８）の位置と重なっている。このため、大径部１０４が圧縮された場合でも、その圧縮の影響が拡径部１１４で有効に吸収され、手動で駆動されるロッド８２ａ等の動作に影響を及ぼすことが有効に回避される。
【００７８】
なお、図１０Ａに示すように、マニピュレータ１０の組立時、理想的には、ロッド８２ａ、８２ｂのＸ方向及びＹ方向での中心位置（軸中心）と、摺動部１１２のＸ方向及びＹ方向での中心位置（軸中心）とが一致するように設定されており、ワイヤ８０ａ等及び摺動部１１８についても略同様である。ところが、実際には、ロッド８２ａ等の先端動作部１２側やトリガレバー３６側への取り付け位置が多少ずれてＸ方向やＹ方向にオフセットしてしまう可能性がある。そうすると、図１０Ｂに示すように、ロッド８２ａ等の軸中心と摺動部１１２の軸中心とがずれ、摺動部１１２がロッド８２ａ等のオフセット分の過負荷を受け、摺動部１１２に隙間Ｂを生じ、場合によっては気密シール１００が損傷し、シール性が低下する可能性がある。
【００７９】
そこで、本実施形態の場合、ロッド８２ａ、８２ｂが挿通される孔部１１０ａ、１１０ｂの摺動部１１２に付設された拡径部１１４に、ガイド部としてのガイドパイプ１１６を嵌挿している（図７参照）。ガイドパイプ１１６を設けることにより、ロッド８２ａ等の軸中心と摺動部１１２の軸中心とが一致している場合（図１１Ａ参照）には、摺動部１１２とガイドパイプ１１６の軸中心が一致する。一方、ロッド８２ａ等の軸中心と摺動部１１２の軸中心とがずれている場合（図１１Ｂ参照）には、ロッド８２ａ、８２ｂのオフセットと同時にガイドパイプ１１６がオフセットする。このため、ガイドパイプ１１６のオフセットに追従して拡径部１１４及び摺動部１１２も移動（変形）することから、摺動部１１２とロッド８２ａ等の軸中心が一致する。従って、摺動部１１２に過負荷が生じ、気密シール１００に損傷が生じることが回避され、シール性を確保することができる。
【００８０】
孔部１１０ａ等が摺動部１１２及び拡径部１１４からなる段付き構造とされ、拡径部１１４にガイドパイプ１１６を配置する構成とすることで、摺動部１１２とロッド８２ａ等の軸中心を一致させることが一層容易となり、ロッド８２ａ等のオフセットによる気密シール１００の損傷を回避することができる。
【００８１】
ガイドパイプ１１６は、ロッド８２ａ等の摺動により孔部１１０ａ等に生じる摺動方向と交差（直交）する方向（直角方向や半径方向）に作用する力を抑制するガイド部として機能するため、摺動部１１２での摩擦や磨耗を有効に低減することが可能となる。
【００８２】
また、拡径部１１４にガイドパイプ１１６を配置しておくことにより、高い密着性が要求される孔部１１０ｃ〜１１０ｆ側を強く圧縮した場合であっても、ガイドパイプ１１６がロッド８２ａ等（ワイヤ８０ａ等）のガイド部として機能するため、ロッド８２ａ等（ワイヤ８０ａ等）と摺動部１１２（１１８）との間の摺動抵抗が低減され、該摺動部１１２（１１８）の磨耗を低減することができる。換言すれば、連結シャフト１８の内壁面と気密シール１００の外壁面とを密着させるため、気密シール１００を強く圧縮して連結シャフト１８内に嵌挿した場合であっても、ガイド部として機能するガイドパイプ１１６により孔部１１０ａ〜１１０ｆ（摺動部１１２、１１８）の圧縮が低減されるため、動力伝達部材であるロッド８２ａやワイヤ８０ａ等と該孔部１１０ａ〜１１０ｆ（摺動部１１２、１１８）との間の摺動抵抗を低減し、該孔部１１０ａ〜１１０ｆ（摺動部１１２、１１８）の摩擦を低減することができる。
【００８３】
ガイドパイプ１１６が拡径部１１４に密着固定されていれば、気密シール１００の気密性を一層向上させることも可能となり、ガイドパイプ１１６の拡径部１１４からの脱落を防止することもできる。また、ガイドパイプ１１６が孔部１１０ａ〜１１０ｆにおける摺動部１１２、１１８の基端側（駆動機構部側）となるプーリボックス３２側に配置されていることにより、当該ガイドパイプ１１６が連結シャフト１８の先端側から体内へと脱落することを確実に防止することができる。
【００８４】
ガイドパイプ１１６については、上記のように、ガイドパイプ１１６の内径＞ロッド８２ａ、８２ｂの外径＞摺動部１１２の内径、という寸法関係が規定しており、少なくともガイドパイプ１１６の内径は、摺動部１１２（孔部１１０ａ等）の内径と等しいか又はそれよりも大きく設定されることが望ましい。これにより、摺動部１１２（孔部１１０ａ等）と、これを挿通して摺動するロッド８２ａ等との間に、必ず所定範囲の半径方向の力（押し付け力、シールする力）を発生させることができ、気密性が確実に確保される。なお、前記所定範囲とは、前記半径方向の力が０（ゼロ）になったり、摺動部１１２とロッド８２ａ等との間に隙間が開いたり、摺動部１１２の摩擦や磨耗が増えたり、摺動部１１２が損傷したりすることがない程度のシール力である。
【００８５】
ガイドパイプ１１６の設置場所としては、上記のように軸線方向長さＬ１が短い摺動部１１２の近傍に設置することが効果的であるが、他の位置であってもよい。
【００８６】
例えば、図１２に示すように、摺動部１１２の前後に拡径部１１４をそれぞれ設け、両拡径部１１４にガイドパイプ１１６を設置してもよいし、一方の拡径部１１４にのみ設置してもよい。また、図１３に示すように、補強ロッド８１ａ、８１ｂ（ワイヤ８０ａ、８０ｂ）が挿通される側の拡径部１２０（中径部１２２）に設置してもよい。そうするとスリット１２４が形成されていることから高い密着性が必要な孔部１１０ｃ〜１１０ｆが強く圧縮された場合であっても、補強ロッド８１ａ、８１ｂ（ワイヤ８０ａ、８０ｂ）と摺動部１１８の摺動抵抗が低減され、該摺動部１１８の磨耗を低減することができる。さらに、図１４に示すように、ガイドパイプ１１６を気密シール１００の外部から接着等によって連結してもよい。
【００８７】
このように、ガイドパイプ１１６は、摺動部１１２（１１８）の近傍に設置されていればよく、摺動部１１２（１１８）の前後どちら側でも両側でも、またワイヤ８０ａ等に対応する側でもよく、さらに、摺動部１１２（１１８）の軸中心と一致して配置できれば、気密シール１００の外部に設置してもよい。
【００８８】
図１５Ａに示すように、連結シャフト１８内を仕切るシール部材としては、上記のように一体的に形成された気密シール１００に代えて、ワイヤ８０ａ、８０ｂ側の第１シール部（第１部位）１４０ａと、ロッド８２ａ、８２ｂ側の第２シール部（第２部位）１４０ｂとを有した分割・連結構造の気密シール１４０を用いてもよい。このような気密シール１４０は、例えば、図１５Ｂに示すように、第１シール部１４０ａと第２シール部１４０ｂとを接着により一体化することにより、上記した気密シール１００と略同様に使用可能である。
【００８９】
この場合、気密シール１４０では、ワイヤ８０ａ、８０ｂ側の第１シール部１４０ａと、ロッド８２ａ、８２ｂ側の第２シール部１４０ｂとを分割構造としたことにより、連結シャフト１８の内壁面から第１シール部１４０ａに付与される圧縮力が、第２シール部１４０ｂの摺動部１１２へと影響することを一層確実に防止することができる。
【００９０】
気密シール１４０の第１シール部１４０ａと第２シール部１４０ｂの連結構造は、接着以外であってもよく、例えば、ガイドパイプ１１６による連結構造（図１６参照）や、締結具であるボルト１４２及びナット１４４による連結構造（図１７参照）でもよい。
【００９１】
図２に示すように、マニピュレータ１０では、気密シール１００よりも先端動作部１２側（Ｚ１側）の連結シャフト１８内に臨む洗浄ポート１２６を配設しており、これにより気密シール１００よりも先端側の連結シャフト１８内を容易に洗浄することができる。
【００９２】
図１８に示すように、洗浄ポート１２６は、気密シール１００よりも連結シャフト１８の基端側（Ｚ２側）、例えばプーリボックス３２に設け、操作部１４と作業部１６が装着された使用時には、外部から見えない位置に配置してもよい。この場合、図１８及び図１９に示すように、気密シール１００の略中央に形成された洗浄用孔部１３２を挿通し、先端の噴射口１３０ａが気密シール１００の先端動作部１２側に開口した洗浄チューブ１３０を洗浄ポート１２６に連通させておくことにより、マニピュレータ１０の洗浄時、蓋体１２８を取り外して洗浄ポート１２６から洗浄チューブ１３０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内部を容易に洗浄することができる。洗浄チューブ１３０の噴射口１３０ａは、連結シャフト１８内で開口しているが、手術時には洗浄ポート１２６が蓋体１２８によって閉塞されているため、当該洗浄チューブ１３０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はない。
【００９３】
本発明は、例えば、図２０に示すような手術用ロボットシステム２００に適用することもできる。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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（図示せず）を介してグリッパを開閉駆動可能である。
【００９９】
このような手術用ロボットシステム２００においても、上記の気密シール１００、１４０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。
【０１００】
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】
【０１０１】
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
８０ａ、８０ｂ…ワイヤ ８１ａ、８１ｂ…補強ロッド
８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂ…ロッド１００、１４０…気密シール
１０２…小径部 １０４…大径部
１０６…縮径部 １１０ａ〜１１０ｆ…孔部
１１２、１１８…摺動部 １１４、１２０…拡径部
１１６…ガイドパイプ １２４…スリット
１２６…洗浄ポート １３０…洗浄チューブ
【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、特に管状の器具は気腹圧をシールできる構成が必要である。
【０００７】
通常、マニピュレータは、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となっている。従って、体腔内のガスが管状のシャフト内を通って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複数の動力伝達部材と、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、前記複数の動力伝達部材がそれぞれ摺動可能に挿通される複数の孔部が形成され、前記シャフトの内面に対して密着配置されることにより、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、前記複数の孔部のうち、少なくとも一部の孔部近傍には、ガイド部が配置されてい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。しかも、シール部材に設けられた複数の孔部のうちの少なくとも一部の孔部近傍にガイド部が配置されることにより、動力伝達部材が摺動することにより孔部に生じる摺動方向と交差（直交）する方向（直角方向や半径方向）に作用する力を抑制することができるため、孔部での摩擦や磨耗を有効に低減することが可能となる。また、シャフト内壁面とシール部材外壁面を密着させるため、シール部材を強く圧縮して、シャフト内に嵌挿した場合であっても、ガイド部により孔部の圧縮が低減され、動力伝達部材と該孔部の間の摺動抵抗を低減し、該孔部の摩擦を低減することができる。
【００１１】
前記ガイド部は、前記シール部材を構成する材質よりも硬い材質からなるガイドパイプであると、例えば動力伝達部材をガイドパイプに挿通させることができるため設置が容易であり、しかも動力伝達部材の移動に応じてガイドパイプがシール部材を変形させるため、孔部と動力伝達部材を同軸上に維持し易くなる。
【００１２】
この場合、前記ガイドパイプの内径は、前記孔部の内径と等しいか又はそれよりも大きいことが好ましい。これにより、孔部と、これを挿通して摺動する動力伝達部材との間に、必ず所定範囲の半径方向の力（押し付け力、シールする力）を発生させることができ、気密性が確実に確保される。
【００１３】
また、前記ガイドパイプは、前記複数の孔部よりも前記駆動機構部側に配置されていることが好ましい。これにより、ガイドパイプが体内へ脱落することを確実に防止することができる。
【００１４】
前記シール部材は、前記複数の孔部に連続し且つ該孔部より大径に形成され、該孔部に挿通された前記動力伝達部材が挿通する拡径部を有し、該拡径部に前記ガイドパイプが配置されていると、孔部と動力伝達部材の軸中心を一致させることが容易となる。また、シール部材をシャフトに組み付ける際に製造誤差等により動力伝達部材の軸中心がオフセットしているような場合であっても、ガイドパイプにより孔部と動力伝達部材の軸中心とが一致するため、動力伝達部材の円滑な動作が可能となり、シール部材の損傷等も防止することができる。
【００１５】
前記駆動機構部は、前記動力伝達部材のうちの一部を電動で駆動する電動機構部と、残りを手動で駆動する手動機構部とを有し、前記シール部材は、前記複数の孔部に連続し且つ該孔部より大径に形成され、該孔部に挿通された前記動力伝達部材が挿通する拡径部を有し、前記ガイドパイプは、前記手動機構部に接続されている前記動力伝達部材が挿通される拡径部に配置されていると、シール部材による摺動抵抗の影響により操作性が低下し易い手動機構部に対応した動力伝達部材と孔部との摺動抵抗が増加することが有効に回避されるため、摺動方向に交差する方向で孔部に作用する力が抑制され、シール部材での摩擦や磨耗の低減を図ることができる。
【００１６】
前記ガイドパイプの外表面は、前記拡径部の内表面に密着していることにより、シール部材による気密性をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【００１８】
また、シール部材に設けられた複数の孔部のうちの少なくとも一部の孔部近傍にガイド部が配置されることにより、動力伝達部材が摺動することにより孔部に生じる摺動方向と交差（直交）する方向（直角方向や半径方向）に作用する力を抑制することができるため、孔部での摩擦や磨耗を有効に低減することが可能となる。さらに、シャフト内壁面とシール部材外壁面を密着させるため、シール部材を強く圧縮してシャフト内に嵌挿した場合であっても、ガイド部により孔部の圧縮が低減され、動力伝達部材と該孔部の間の摺動抵抗を低減し、該孔部の摩擦を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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状態での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】気密シール及びその周辺部の斜視図である。
【図７】気密シール及びその周辺部の断面側面図である。
【図８】図８Ａは、気密シールの正面図であり、図８Ｂは、図８Ａ中のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線に沿う断面図である。
【図９】ワイヤ及び補強ロッドの変形例を示す断面側面図である。
【図１０】図１０Ａは、マニピュレータの組立時、ロッドの軸中心と摺動部の軸中心とが一致している状態の説明図であり、図１０Ｂは、マニピュレータの組立時、ロッドの軸中心と摺動部の軸中心とがオフセットしている状態の説明図である。
【図１１】図１１Ａは、マニピュレータの組立時、ロッドの軸中心と摺動部の軸中心とが一致している状態の説明図であり、図１１Ｂは、マニピュレータの組立時、ロッドの軸中心と摺動部の軸中心のずれがガイドパイプにより修正された状態の説明図である。
【図１２】気密シールへのガイドパイプの設置場所の第１変形例を示す断面側面図である。
【図１３】気密シールへのガイドパイプの設置場所の第２変形例を示す断面側面図である。
【図１４】気密シールへのガイドパイプの設置場所の第３変形例を示す断面側面図である。
【図１５】図１５Ａは、分割構造の気密シールの断面側面図であり、図１５Ｂは、図１５Ａに示す気密シールを連結した状態の断面側面図である。
【図１６】図１５Ａに示す気密シールの連結構造の変形例の断面側面図である。
【図１７】図１５Ａに示す気密シールの連結構造の他の変形例の断面側面図である。
【図１８】洗浄ポートの設置場所の変更例を適用したマニピュレータの一部断面側面図である。
【図１９】図１８に示すマニピュレータの洗浄チューブの噴射口及びその周辺部の断面側面図である。
【図２０】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】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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勿論である。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、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、図示しない導電構造によって高電圧を先端動作部１２側に供給することができる。
【００２６】
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且つ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に軸支されるトリガレバー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）。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
プーリボックス３２を構成する空洞部６６には、さらに、棒状又は線状の動力伝達部材である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。
【００４０】
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。
【００４１】
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とが挿通される。例えば、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。
【００４２】
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。ワイヤ８０ａ、８０ｂは、可撓性を有する湾曲可能な線材からなり、連結シャフト１８内を通過する部分であって可撓性を要しない直線部分は補強ロッド（ハイポチューブ）８１ａ、８１ｂにより囲繞され補強されている（図６及び図７参照）。補強ロッド８１ａ（８１ｂ）は、ワイヤ８０ａ（８０ｂ）を構成する線材よりも剛性が高く、通常の使用状態では湾曲しない硬い管路であり、その内部にワイヤ８０ａ（８０ｂ）が挿通された状態で先後端が当該ワイヤ８０ａ（８０ｂ）に対してかしめられ、圧着固定されている。補強ロッド８１ａ、８１ｂは、例えばステンレス材のように生体適合性を有するものとして選択された金属等で構成される。
【００４３】
すなわち、ワイヤ８０ａ、８０ｂがその往復移動範囲Ｌ（図７参照）において駆動された場合であっても、プーリ７０ａ等に巻き掛けられることがなく可撓性が必要とされない直線部分に、上記のような補強ロッド８１ａ、８１ｂを装着している。これにより、ワイヤ８０ａ、８０ｂの駆動時や経年劣化による伸長を可及的に低減することができ、プーリ７０ａ等の動作に対してより高い反応性と高い精度で当該ワイヤ８０ａ、８０ｂを駆動させ、先端動作部１２を正確に動作させることができる。換言すれば、動力伝達部材であるワイヤ８０ａ、８０ｂは、少なくとも可撓性を有する第１部位（ワイヤ８０ａ、８０ｂの線材部位）と、該第１部位より剛性の高い第２部位（補強ロッド８１ａ、８１ｂによる補強部位）とを有することにより、プーリ７０ａ等への円滑な巻き掛けと、駆動時等の伸長等の低減による反応性の高い高精度な駆動との両立を可能としている。
【００４４】
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、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。
【００４５】
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（補強ロッド８１ａ、８１ｂ）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として機能する。より詳細には、プーリ７０ａ、７０ｂ（モータ５０ａ、５０ｂ）は、ワイヤ８０ａ、８０ｂ（補強ロッド８１ａ、８１ｂ）に駆動力を付与し、先端動作部１２にロール方向及びヨー方向の動作を付与する電動機構部として機能する。また、トリガレバー３６は、ロッド８２ａ、８２ｂに駆動力を付与し、先端動作部１２にグリッパ開閉動作を付与する手動機構部として機能する。
【００４６】
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。
【００４７】
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〜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。
【００４８】
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。
【００４９】
図６及び図７に示すように、気密シール１００は、先端側の小径部１０２と、後端側の大径部１０４と、大径部１０４側から小径部１０２側へと縮径する縮径部（テーパ部）１０６とから構成された段付き円柱形状となっている。気密シール１００には、延べ６本のロッド及びワイヤ、つまりロッド８２ａ、８２ｂ及びワイヤ８０ａ、８０ｂ（補強ロッド８１ａ、８１ｂ）の往復分がそれぞれ挿通されて摺動する、６個の孔部１１０ａ〜１１０ｆが設けられている。気密シール１００は、大径部１０４の外周面が連結シャフト１８の内周面に密着固定されることで当該連結シャフト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。勿論、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、気密シール１００の孔部の数も変更すればよい。気密シール１００は、手術中に隙間Ａ（図４参照）から流入して該気密シール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（生体適合性）を考慮して、ゴムやシリコーン等によって形成されている。
【００５０】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、各孔部１１０ａ〜１１０ｆは、ロッド８２ａ、８２ｂ及びワイヤ８０ａ、８０ｂの連結シャフト１８内での配列に対応して配置されており、孔部１１０ａ、１１０ｂにロッド８２ａ、８２ｂが挿通され、孔部１１０ｃ、１１０ｄにワイヤ８０ａ（補強ロッド８１ａ）が挿通され、孔部１１０ｅ、１１０ｆにワイヤ８０ｂ（補強ロッド８１ｂ）が挿通される。本実施形態の場合、孔部１１０ｃ〜１１０ｆには、ワイヤ８０ａ、８０ｂの一部を囲繞した補強ロッド８１ａ、８１ｂが挿通及び摺動し、ワイヤ８０ａ、８０ｂ自体は気密シール１００に接触しない。
【００５１】
気密シール１００では、ロッド８２ａ、８２ｂが挿通される孔部１１０ａ、１１０ｂの構成が互いに同一であり、ワイヤ８０ａ、８０ｂが挿通される孔部１１０ｃ〜１１０ｆの構成が互いに同一であることから、以下では、図８Ｂに示される孔部１１０ｂと孔部１１０ｃについて主に説明し、他の説明は省略する。
【００５２】
図７及び図８Ｂに示すように、孔部１１０ｂ（１１０ａ）は、小径部１０２の先端開口側（Ｚ１側）に形成され、ロッド８２ｂ（８２ａ）が摺動する摺動部（孔部）１１２と、摺動部１１２の後方（Ｚ２側）に連続し、摺動部１１２より大径の拡径部（逃げ孔）１１４とから構成された２段形状の貫通孔であり、摺動部１１２がＺ方向で小径部１０２に対応した配置となっている。
【００５３】
摺動部１１２は、ロッド８２ｂとの間で気密性を確保した状態で該ロッド８２ｂが摺動可能な内径寸法であると共に、ロッド８２ｂの摺動方向（Ｚ方向）に短尺な長さＬ１からなる。これにより、摺動部１１２はロッド８２ｂの移動に対してある程度柔軟（自由）に対応できるリップシールとして機能する。
【００５４】
拡径部１１４には、気密シール１００が連結シャフト１８内に組み付けられる際、管状のガイドパイプ１１６が嵌挿され密着固定される。ガイドパイプ１１６の内径は、ロッド８２ｂの外径より僅かに大径であり、ロッド８２ｂの移動を邪魔しない構造となっている。つまり、ガイドパイプ１１６の内径＞ロッド８２ａ、８２ｂの外径＞摺動部１１２の内径、という寸法関係が設定されている。
【００５５】
このようなガイドパイプ１１６は、例えばステンレス材等から構成され、少なくとも気密シール１００を構成する材質よりも硬い材質となっている。なお、ガイドパイプ１１６が気密シール１００よりも硬いとは、例えば、ガイドパイプ１１６に力を加えた際に、実質的に該ガイドパイプ１１６が変形するよりも先に気密シール１００が変形する程度に硬さが異なる状態等をいう。
【００５６】
一方、孔部１１０ｃ（１１０ｄ〜１１０ｆ）は、補強ロッド８１ａ（８１ｂ）（ワイヤ８０ａ、８０ｂ）が摺動する摺動部（孔部）１１８と、摺動部１１８の前方（Ｚ１側）に連続し、摺動部１１８より大径の拡径部（逃げ孔）１２０と、摺動部１１８の後方（Ｚ２側）に連続し、摺動部１１８より大径且つ拡径部１２０より小径の中径部（逃げ孔）１２２とから構成された３段形状の貫通孔であり、摺動部１１８がＺ方向で大径部１０４に対応して配置されている。
【００５７】
摺動部１１８は、補強ロッド８１ａとの間で気密性を確保した状態で該補強ロッド８１ａが摺動可能な内径寸法であると共に、補強ロッド８１ａの摺動方向（Ｚ方向）にやや長尺な長さＬ２からなる。図８Ｂから諒解されるように、摺動部１１８の摺動方向の長さＬ２は、摺動部１１２の長さＬ１よりも長い。
【００５８】
摺動部１１８の前後にそれぞれ設けられた拡径部１２０及び中径部１２２は、ワイヤ８０ａが往復移動されてプーリ７０ａへの巻き掛け位置がＸ方向やＹ方向に変位した場合であっても、摺動部１１８に摺動している補強ロッド８１ａの一部が孔部１１０ｃの内面や開口縁部に当接することを防止する逃げ部として機能する。
【００５９】
気密シール１００では、孔部１１０ａ、１１０ｂの間隔Ｗ１（図８Ａ参照）をロッド８２ａ、８２ｂの間隔に対応するように設定し、孔部１１０ｃ、１１０ｅ（孔部１１０ｄ、１１０ｆ）の間隔Ｗ２をワイヤガイド部７２ａ、７２ｂの間隔に対応するように設定している。これにより、ロッド８２ａや補強ロッド８１ａ等と摺動部１１２、１１８との間での軸中心の一致が図られ、円滑な摺動を確保することができる。
【００６０】
図７及び図８Ａに示すように、ワイヤ８０ａ、８０ｂに対応する孔部１１０ｃ〜１１０ｆには、その外周面から各孔部１１０ｃ〜１１０ｆの摺動部１１８へと連なる切込みであるスリット１２４が形成されている。スリット１２４を設けることにより、マニピュレータ１０の組立時、例えば、ワイヤ８０ａ、８０ｂをプーリ７０ａ、７０ｂやギア７８等との間に巻き掛ける際、補強ロッド８１ａ、８１ｂを装着したワイヤ８０ａ、８０ｂを予めループ状に形成しておき、該ループ状のワイヤ８０ａ、８０ｂをスリット１２４から孔部１１０ｃ〜１１０ｆへと挿入することができる。そうすると、孔部１１０ｃ〜１１０ｆへとワイヤ８０ａ等を挿通させてからループ状に構成する場合に比べ、マニピュレータ１０の組立性を大幅に向上させることができる。
【００６１】
なお、各スリット１２４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封止され、気密シール１００のシール性を損うことはない。勿論、ワイヤの挿通後、各スリット１２４を接着剤等で接着して一層強固に封止してもよい。
【００６２】
図２に戻り、マニピュレータ１０は、気密シール１００よりも先端動作部１２側（Ｚ１側）の連結シャフト１８内に水や酵素洗浄剤等の洗浄液を注入できる洗浄ポート１２６を有する。洗浄ポート１２６は、蓋体１２８を着脱するだけで開閉可能であり、連結シャフト１８内の気密シール１００よりも先端側に洗浄液を容易に注入し、内部を洗浄することができる。
【００６３】
次に、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。
【００６４】
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。勿論、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（図１参照）、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内へリークしようとする。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。
【００６５】
そこで、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。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。
【００６６】
具体的には、図７及び図８Ｂに示すように、気密シール１００は、小径部１０２の外径Ｄ１が連結シャフト１８の内径Ｄ０よりも小さく、大径部１０４の外径Ｄ２が連結シャフト１８の内径Ｄ０よりも大きく構成されている。これにより、気密シール１００が連結シャフト１８内に圧入された際、大径部１０４が連結シャフト１８の内壁面から圧縮力Ｆ（図７参照）を受けて内径方向に圧縮され、該内壁面に確実に密着する。従って、各孔部１１０ａ〜１１０ｆの各摺動部１１２、１１８でロッド８２ａや補強ロッド８１ａ等との間がシールされ、さらに大径部１０４で連結シャフト１８との間がシールされることにより、ロッド８２ａやワイヤ８０ａ等の作動状態にかかわらず、連結シャフト１８内の長手方向での気密性及び液密性が確保される。大径部１０４は連結シャフト１８内に圧入のみで固定してもよいが、接着や溶着等によって固着させてもよい。
【００６７】
さらに、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気密シール１００によって阻止されるため、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。しかも、気密シール１００により連結シャフト１８内の気密性が確保されていることから、体腔２２内のガスが連結シャフト１８の内部（先端側）を略密封するように機能する。このため、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も可及的に抑制することができる。
【００６８】
気密シール１００は、小径部１０２とテーパ状の縮径部１０６を有することから、連結シャフト１８へと組み付ける挿入時、小径部１０２を先頭として連結シャフト１８内に容易に挿入可能であり、マニピュレータ１０の組立性を高めることができる。
【００６９】
ところで、本実施形態に係るマニピュレータ１０の場合、ヨー軸及びロール軸は、複合入力部２４の操作に基づきモータ５０ａ、５０ｂ等を介してワイヤ８０ａ、８０ｂが往復移動する電動駆動であり、グリッパ軸は、トリガレバー３６の操作に基づき機械的にロッド８２ａ、８２ｂが往復移動する手動駆動である。
【００７０】
ロッド８２ａ、８２ｂは、ワイヤ８０ａ等のようにループ状に構成する必要がないことから、気密シール１００への組み付け時、スリットがなくても孔部１１０ａ、１１０ｂへと容易に挿通させることができる。従って、孔部１１０ａ、１１０ｂの摺動部１１２は、スリット１２４が形成された孔部１１０ｃ等に比べて気密性を確保し易いため、ロッド８２ａ等の摺動方向での長さＬ１を短く設定し（図７及び図８Ｂ参照）、ロッド８２ａ等との摺動抵抗を可及的に低減しながらも、気密性を十分に確保することが可能である。しかも、電動駆動に比べて摺動抵抗の影響を受け易い手動駆動のロッド８２ａ、８２ｂと、気密シール１００との間の摺動抵抗が低減されるため、操作性が損なわれることもない。
【００７１】
一方、ワイヤ８０ａ、８０ｂは、気密シール１００への組み付け時、上記のようにループ状に構成することが有効であることから、孔部１１０ｃ〜１１０ｆにはループ状に構成した当該ワイヤ８０ａ、８０ｂ（補強ロッド８１ａ、８１ｂ）を挿入するためのスリット１２４を設けている。従って、孔部１１０ｃ〜１１０ｆの摺動部１１８は、スリット１２４によって気密性が低下する可能性があることから、ワイヤ８０ａ等の摺動方向での長さＬ２を摺動部１１２の長さＬ１よりも長く設定し（図７及び図８Ｂ参照）、気密性をより安定して確保できるように構成している。なお、ワイヤ８０ａ等は電動駆動であるため、気密シール１００との間の摺動抵抗が多少高くなったとしても該摺動抵抗がモータ５０ａ、５０ｂの定格出力以下であれば操作性に影響が及ぶことはほとんどなく、良好な操作性が維持される。
【００７２】
しかも、ワイヤ８０ａ等の摺動方向において、摺動部１１８は、大径部１０４の少なくとも一部に対応して配置されると共に、該大径部１０４は連結シャフト１８の内壁面から圧縮力Ｆ（図７参照）を受けて内径方向に圧縮される。このため、スリット１２４は、大径部１０４での圧縮を受けて一層確実に密着封止され、該スリット１２４からのガスリークが一層確実に防止される。すなわち、大径部１０４の外径Ｄ２は、連結シャフト１８内に圧入可能な範囲でその内径Ｄ０よりもできるだけ大きく設定すれば、気密シール１００の圧縮率が高まり、気密性が一層向上し、スリット１２４での気密性も一層確実に確保することが可能となる。
【００７３】
本実施形態の場合、摺動部１１８には補強ロッド８１ａ、８１ｂが対応している。通常、ワイヤ８０ａ、８０ｂは、強度等を考慮して複数の線材をよった巻線で構成されているため、この巻線部分が摺動部１１８に対応している場合にはワイヤ８０ａ等と摺動部１１８との間に隙間を生じ、該隙間を介してガスリークを生じる可能性がある。そこで、マニピュレータ１０では、補強ロッド８１ａ等が常に摺動部１１８に摺動する構成であることにより、気密シール１００でのシール性を一層確実に確保することができる。気密性をより向上させるため、補強ロッド８１ａ、８１ｂをワイヤ８０ａ、８０ｂに接着剤等で接着してもよい。
【００７４】
図９に示すように、補強ロッド８１ａ、８１ｂの代わりに金属製等のロッド８３ａ、８３ｂの両端にワイヤ８０ａ、８０ｂを連結した構成や、パイプ８５ａ、８５ｂの両端にワイヤ８０ａ、８０ｂを連結し、該パイプ８５ａ、８５ｂの内部を接着剤８７等でシールした構成等としてもよい。要は、気密シール１００の摺動部１１８にワイヤ８０ａ、８０ｂを確実に密着させて円滑に摺動させることができる構成であればよい。
【００７５】
ここで、図７及び図８Ｂに示すように、気密シール１００において、スリット１２４が形成された孔部１１０ｃ〜１１０ｆの摺動部１１８と、スリット１２４が形成されていない孔部１１０ａ、１１０ｂの摺動部１１２とは、ワイヤやロッドの摺動方向での位置がずれている。すなわち、図８Ｂに示すように、摺動部１１２の摺動方向での中心位置１１２Ｚと、摺動部１１８の摺動方向での中心位置１１８Ｚとがずれており、中心位置１１２Ｚは小径部１０２の少なくとも一部に対応して配置され、中心位置１１８Ｚは大径部１０４の少なくとも一部に対応して配置される。
【００７６】
従って、大径部１０４に連結シャフト１８の内壁面から内径方向への圧縮力Ｆが付与されると共に、該圧縮力Ｆによって孔部１１０ｃ〜１１０ｆのスリット１２４を確実に密着封止することができ、摺動部１１８も補強ロッド８１ａ等とより確実に密着される。一方、摺動部１１８及び大径部１０４からＺ方向でずれている孔部１１０ａ、１１０ｂの摺動部１１２には、圧縮力Ｆの影響がほとんどなく、つまり圧縮を受けない。このため、摺動部１１２がロッド８２ａ、８２ｂに対して過度に密着されて該ロッド８２ａ、８２ｂの円滑な移動が妨げられ、手動機構部であるトリガレバー３６の操作性が低下することを有効に回避することができる。しかも、摺動部１１２は、連結シャフト１８の内壁面よりも小さい外径Ｄ１に設定され、該内壁面からの圧縮を受けない小径部１０２に対応して配置されているため、摺動部１１２が過度に収縮することが一層確実に防止されている。
【００７７】
圧縮力Ｆを受ける孔部１１０ｃ〜１１０ｆには、摺動部１１８の前後に補強ロッド８１ａ、８１ｂの逃げ部となる拡径部１２０と中径部１２２が設けられている。このため、これら拡径部１２０と中径部１２２が圧縮力Ｆを吸収する機能も果たし、摺動部１１２に対して圧縮の影響が及ぶことが一層確実に回避される。一方、スリットが形成されていない孔部１１０ａ、１１０ｂには、摺動部１１２に連続し且つ摺動部１１２より大径の拡径部１１４が設けられており、拡径部１１４はロッドの摺動方向でスリット１２４が形成された孔部１１０ｃ〜１１０ｆ（摺動部１１８）の位置と重なっている。このため、大径部１０４が圧縮された場合でも、その圧縮の影響が拡径部１１４で有効に吸収され、手動で駆動されるロッド８２ａ等の動作に影響を及ぼすことが有効に回避される。
【００７８】
なお、図１０Ａに示すように、マニピュレータ１０の組立時、理想的には、ロッド８２ａ、８２ｂのＸ方向及びＹ方向での中心位置（軸中心）と、摺動部１１２のＸ方向及びＹ方向での中心位置（軸中心）とが一致するように設定されており、ワイヤ８０ａ等及び摺動部１１８についても略同様である。ところが、実際には、ロッド８２ａ等の先端動作部１２側やトリガレバー３６側への取り付け位置が多少ずれてＸ方向やＹ方向にオフセットしてしまう可能性がある。そうすると、図１０Ｂに示すように、ロッド８２ａ等の軸中心と摺動部１１２の軸中心とがずれ、摺動部１１２がロッド８２ａ等のオフセット分の過負荷を受け、摺動部１１２に隙間Ｂを生じ、場合によっては気密シール１００が損傷し、シール性が低下する可能性がある。
【００７９】
そこで、本実施形態の場合、ロッド８２ａ、８２ｂが挿通される孔部１１０ａ、１１０ｂの摺動部１１２に付設された拡径部１１４に、ガイド部としてのガイドパイプ１１６を嵌挿している（図７参照）。ガイドパイプ１１６を設けることにより、ロッド８２ａ等の軸中心と摺動部１１２の軸中心とが一致している場合（図１１Ａ参照）には、摺動部１１２とガイドパイプ１１６の軸中心が一致する。一方、ロッド８２ａ等の軸中心と摺動部１１２の軸中心とがずれている場合（図１１Ｂ参照）には、ロッド８２ａ、８２ｂのオフセットと同時にガイドパイプ１１６がオフセットする。このため、ガイドパイプ１１６のオフセットに追従して拡径部１１４及び摺動部１１２も移動（変形）することから、摺動部１１２とロッド８２ａ等の軸中心が一致する。従って、摺動部１１２に過負荷が生じ、気密シール１００に損傷が生じることが回避され、シール性を確保することができる。
【００８０】
孔部１１０ａ等が摺動部１１２及び拡径部１１４からなる段付き構造とされ、拡径部１１４にガイドパイプ１１６を配置する構成とすることで、摺動部１１２とロッド８２ａ等の軸中心を一致させることが一層容易となり、ロッド８２ａ等のオフセットによる気密シール１００の損傷を回避することができる。
【００８１】
ガイドパイプ１１６は、ロッド８２ａ等の摺動により孔部１１０ａ等に生じる摺動方向と交差（直交）する方向（直角方向や半径方向）に作用する力を抑制するガイド部として機能するため、摺動部１１２での摩擦や磨耗を有効に低減することが可能となる。
【００８２】
また、拡径部１１４にガイドパイプ１１６を配置しておくことにより、高い密着性が要求される孔部１１０ｃ〜１１０ｆ側を強く圧縮した場合であっても、ガイドパイプ１１６がロッド８２ａ等（ワイヤ８０ａ等）のガイド部として機能するため、ロッド８２ａ等（ワイヤ８０ａ等）と摺動部１１２（１１８）との間の摺動抵抗が低減され、該摺動部１１２（１１８）の磨耗を低減することができる。換言すれば、連結シャフト１８の内壁面と気密シール１００の外壁面とを密着させるため、気密シール１００を強く圧縮して連結シャフト１８内に嵌挿した場合であっても、ガイド部として機能するガイドパイプ１１６により孔部１１０ａ〜１１０ｆ（摺動部１１２、１１８）の圧縮が低減されるため、動力伝達部材であるロッド８２ａやワイヤ８０ａ等と該孔部１１０ａ〜１１０ｆ（摺動部１１２、１１８）との間の摺動抵抗を低減し、該孔部１１０ａ〜１１０ｆ（摺動部１１２、１１８）の摩擦を低減することができる。
【００８３】
ガイドパイプ１１６が拡径部１１４に密着固定されていれば、気密シール１００の気密性を一層向上させることも可能となり、ガイドパイプ１１６の拡径部１１４からの脱落を防止することもできる。また、ガイドパイプ１１６が孔部１１０ａ〜１１０ｆにおける摺動部１１２、１１８の基端側（駆動機構部側）となるプーリボックス３２側に配置されていることにより、当該ガイドパイプ１１６が連結シャフト１８の先端側から体内へと脱落することを確実に防止することができる。
【００８４】
ガイドパイプ１１６については、上記のように、ガイドパイプ１１６の内径＞ロッド８２ａ、８２ｂの外径＞摺動部１１２の内径、という寸法関係が規定しており、少なくともガイドパイプ１１６の内径は、摺動部１１２（孔部１１０ａ等）の内径と等しいか又はそれよりも大きく設定されることが望ましい。これにより、摺動部１１２（孔部１１０ａ等）と、これを挿通して摺動するロッド８２ａ等との間に、必ず所定範囲の半径方向の力（押し付け力、シールする力）を発生させることができ、気密性が確実に確保される。なお、前記所定範囲とは、前記半径方向の力が０（ゼロ）になったり、摺動部１１２とロッド８２ａ等との間に隙間が開いたり、摺動部１１２の摩擦や磨耗が増えたり、摺動部１１２が損傷したりすることがない程度のシール力である。
【００８５】
ガイドパイプ１１６の設置場所としては、上記のように軸線方向長さＬ１が短い摺動部１１２の近傍に設置することが効果的であるが、他の位置であってもよい。
【００８６】
例えば、図１２に示すように、摺動部１１２の前後に拡径部１１４をそれぞれ設け、両拡径部１１４にガイドパイプ１１６を設置してもよいし、一方の拡径部１１４にのみ設置してもよい。また、図１３に示すように、補強ロッド８１ａ、８１ｂ（ワイヤ８０ａ、８０ｂ）が挿通される側の拡径部１２０（中径部１２２）に設置してもよい。そうするとスリット１２４が形成されていることから高い密着性が必要な孔部１１０ｃ〜１１０ｆが強く圧縮された場合であっても、補強ロッド８１ａ、８１ｂ（ワイヤ８０ａ、８０ｂ）と摺動部１１８の摺動抵抗が低減され、該摺動部１１８の磨耗を低減することができる。さらに、図１４に示すように、ガイドパイプ１１６を気密シール１００の外部から接着等によって連結してもよい。
【００８７】
このように、ガイドパイプ１１６は、摺動部１１２（１１８）の近傍に設置されていればよく、摺動部１１２（１１８）の前後どちら側でも両側でも、またワイヤ８０ａ等に対応する側でもよく、さらに、摺動部１１２（１１８）の軸中心と一致して配置できれば、気密シール１００の外部に設置してもよい。
【００８８】
図１５Ａに示すように、連結シャフト１８内を仕切るシール部材としては、上記のように一体的に形成された気密シール１００に代えて、ワイヤ８０ａ、８０ｂ側の第１シール部（第１部位）１４０ａと、ロッド８２ａ、８２ｂ側の第２シール部（第２部位）１４０ｂとを有した分割・連結構造の気密シール１４０を用いてもよい。このような気密シール１４０は、例えば、図１５Ｂに示すように、第１シール部１４０ａと第２シール部１４０ｂとを接着により一体化することにより、上記した気密シール１００と略同様に使用可能である。
【００８９】
この場合、気密シール１４０では、ワイヤ８０ａ、８０ｂ側の第１シール部１４０ａと、ロッド８２ａ、８２ｂ側の第２シール部１４０ｂとを分割構造としたことにより、連結シャフト１８の内壁面から第１シール部１４０ａに付与される圧縮力が、第２シール部１４０ｂの摺動部１１２へと影響することを一層確実に防止することができる。
【００９０】
気密シール１４０の第１シール部１４０ａと第２シール部１４０ｂの連結構造は、接着以外であってもよく、例えば、ガイドパイプ１１６による連結構造（図１６参照）や、締結具であるボルト１４２及びナット１４４による連結構造（図１７参照）でもよい。
【００９１】
図２に示すように、マニピュレータ１０では、気密シール１００よりも先端動作部１２側（Ｚ１側）の連結シャフト１８内に臨む洗浄ポート１２６を配設しており、これにより気密シール１００よりも先端側の連結シャフト１８内を容易に洗浄することができる。
【００９２】
図１８に示すように、洗浄ポート１２６は、気密シール１００よりも連結シャフト１８の基端側（Ｚ２側）、例えばプーリボックス３２に設け、操作部１４と作業部１６が装着された使用時には、外部から見えない位置に配置してもよい。この場合、図１８及び図１９に示すように、気密シール１００の略中央に形成された洗浄用孔部１３２を挿通し、先端の噴射口１３０ａが気密シール１００の先端動作部１２側に開口した洗浄チューブ１３０を洗浄ポート１２６に連通させておくことにより、マニピュレータ１０の洗浄時、蓋体１２８を取り外して洗浄ポート１２６から洗浄チューブ１３０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内部を容易に洗浄することができる。洗浄チューブ１３０の噴射口１３０ａは、連結シャフト１８内で開口しているが、手術時には洗浄ポート１２６が蓋体１２８によって閉塞されているため、当該洗浄チューブ１３０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はない。
【００９３】
本発明は、例えば、図２０に示すような手術用ロボットシステム２００に適用することもできる。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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（図示せず）を介してグリッパを開閉駆動可能である。
【００９９】
このような手術用ロボットシステム２００においても、上記の気密シール１００、１４０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。
【０１００】
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】
【０１０１】
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
８０ａ、８０ｂ…ワイヤ ８１ａ、８１ｂ…補強ロッド
８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂ…ロッド１００、１４０…気密シール
１０２…小径部 １０４…大径部
１０６…縮径部 １１０ａ〜１１０ｆ…孔部
１１２、１１８…摺動部 １１４、１２０…拡径部
１１６…ガイドパイプ １２４…スリット
１２６…洗浄ポート １３０…洗浄チューブ
【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複数の動力伝達部材と、
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、
前記複数の動力伝達部材がそれぞれ摺動可能に挿通される複数の孔部が形成され、前記シャフトの内面に対して密着配置されることにより、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、
前記複数の孔部のうち、少なくとも一部の孔部近傍には、ガイド部が配置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２】
請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイド部は、前記シール部材を構成する材質よりも硬い材質からなるガイドパイプ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、
前記ガイドパイプの内径は、前記孔部の内径と等しいか又はそれよりも大きい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２又は３記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイドパイプは、前記複数の孔部よりも前記駆動機構部側に配置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、
前記シール部材は、前記複数の孔部に連続し且つ該孔部より大径に形成され、該孔部に挿通された前記動力伝達部材が挿通する拡径部を有し、該拡径部に前記ガイドパイプが配置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６】
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、
前記駆動機構部は、前記動力伝達部材のうちの一部を電動で駆動する電動機構部と、残りを手動で駆動する手動機構部とを有し、
前記シール部材は、前記複数の孔部に連続し且つ該孔部より大径に形成され、該孔部に挿通された前記動力伝達部材が挿通する拡径部を有し、
前記ガイドパイプは、前記手動機構部に接続されている前記動力伝達部材が挿通される拡径部に配置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５又は６記載の医療用マニュピレータにおいて、
前記ガイドパイプの外表面は、前記拡径部の内表面に密着してい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複数の動力伝達部材と、
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、
前記複数の動力伝達部材がそれぞれ摺動可能に挿通される複数の孔部が形成され、前記シャフトの内面に対して密着配置されることにより、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、
前記複数の孔部のうち、少なくとも一部の孔部近傍には、ガイド部が配置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２】
請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイド部は、前記シール部材を構成する材質よりも硬い材質からなるガイドパイプ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、
前記ガイドパイプの内径は、前記孔部の内径と等しいか又はそれよりも大きい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２又は３記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記ガイドパイプは、前記複数の孔部よりも前記駆動機構部側に配置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、
前記シール部材は、前記複数の孔部に連続し且つ該孔部より大径に形成され、該孔部に挿通された前記動力伝達部材が挿通する拡径部を有し、該拡径部に前記ガイドパイプが配置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６】
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、
前記駆動機構部は、前記動力伝達部材のうちの一部を電動で駆動する電動機構部と、残りを手動で駆動する手動機構部とを有し、
前記シール部材は、前記複数の孔部に連続し且つ該孔部より大径に形成され、該孔部に挿通された前記動力伝達部材が挿通する拡径部を有し、
前記ガイドパイプは、前記手動機構部に接続されている前記動力伝達部材が挿通される拡径部に配置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５又は６記載の医療用マニュピレータにおいて、
前記ガイドパイプの外表面は、前記拡径部の内表面に密着してい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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−４５５００（Ｐ２０１１−４５５００Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９５８５８（Ｐ２００９−１９５８５８）
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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