屈曲関節機構並びにその屈曲関節機構を有する術具及びその屈曲関節機構を有するマニピュレータ
【課題】本発明は、ワイヤの伸びやたるみ、機構部材の公差によるガタなどによる関節機構のガタを低減すると共に、連続した屈曲関節においても少ない部品点数で屈曲機構を構成することができ、多自由度術具などの処置具の先端部を精密位置決めすることができる屈曲関節機構並びにその屈曲関節機構を有する術具及びその屈曲関節機構を有するマニピュレータを提供することである。
【解決手段】駆動ロッド１３を軸方向に直動させる場合には、駆動プレート７に駆動ロッド１３からの押圧力が作用し、駆動ロッド１３は弾性変形領域内で梁としてたわみながら、駆動プレート７を第１の回転中心Ｏ１位置を中心に回転させる。この場合、ダブルジョイント機構では、駆動プレート７が支持部５の回転中心Ｏ１を中心に回動し、この駆動プレート７の回動動作に連動して支持部５の先端部の第１ガイドギア部８に対して、作動部６の第２ガイドギア部９が転がり回転しながら動くようにしたものである。
【解決手段】駆動ロッド１３を軸方向に直動させる場合には、駆動プレート７に駆動ロッド１３からの押圧力が作用し、駆動ロッド１３は弾性変形領域内で梁としてたわみながら、駆動プレート７を第１の回転中心Ｏ１位置を中心に回転させる。この場合、ダブルジョイント機構では、駆動プレート７が支持部５の回転中心Ｏ１を中心に回動し、この駆動プレート７の回動動作に連動して支持部５の先端部の第１ガイドギア部８に対して、作動部６の第２ガイドギア部９が転がり回転しながら動くようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多自由度術具などの屈曲関節機構並びにその屈曲関節機構を有する術具及びその屈曲関節機構を有するマニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から多自由度術具などの処置具の関節を駆動するためにワイヤを用いて駆動するタイプの関節駆動装置が知られている。このようにワイヤを用いて関節を駆動する機構では、ワイヤの伸びや、ゆるみ、疲労による切断等といった、耐久性、メンテナンス性、制御性に問題がある。また、ワイヤを用いて関節を駆動する機構では、屈曲する関節部分を経由してさらに先の関節に動力を伝達することは困難である。
【０００３】
これを解決するために、特許文献１には、転がり回転するガイドを二つ用意した二重回転ガイドを備えた関節機構を駆動する駆動機構として、平行リンクを用いて駆動したり、ラックアンドピニオンによって駆動したりする直動カム機構の構成が開示されている。ここでは、転がり接触する二つのガイドとその回転中心間の距離を一定に保ち、他方を転がり回転させる屈曲用プレートを設け、屈曲関節を実現する手段が示されている。
【０００４】
さらに、この直動カム機構は、ガイドの回転中心と中心を同じくしたプーリに、ワイヤをかけることにより、屈曲関節後の被駆動部に、屈曲関節の動作と干渉せずに該ワイヤにより動力を伝達できることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０７３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のような直動カム機構の場合も、平行リンク部の取り付け誤差などによりガタが発生し、誤差要因となる場合がある。そのため、術具の精密位置決めが難しかった。
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、ワイヤの伸びやたるみ、機構部材の公差によるガタなどによる関節機構のガタを低減すると共に、連続した屈曲関節においても少ない部品点数で屈曲機構を構成することができ、多自由度術具などの処置具の先端部を精密位置決めすることができる屈曲関節機構並びにその屈曲関節機構を有する術具及びその屈曲関節機構を有するマニピュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面の態様の屈曲関節機構は、関節部は、第１の回転中心位置を中心とする円弧形状の第１の回転ガイド部を有し第１の回転中心軸に対して直交した軸を有する軸部と、基端部に前記軸部の前記第１の回転ガイド部に対して転がり接触し、第２の回転中心位置を中心とする円弧形状の第２の回転ガイド部が形成された作動部と、先端部が前記作動部の前記第２の回転中心位置に回転可能に連結され、基端部が前記軸部の前記第１の回転中心位置に回転可能に連結された連結部材と、前記軸部に対して前記軸部の中心線方向に直動自在に支持されると共に、先端部が前記連結部材の前記第１の回転中心位置以外の位置に連結され、駆動力により前記軸部の前記中心線方向に直動駆動されるロッドと、を有し、前記ロッドの前記直動方向の動きに連動して前記連結部材を介して前記第２の回転ガイド部を前記第１の回転ガイド部に沿って前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記作動部を前記軸部に対して屈曲駆動する屈曲関節機構であって、前記ロッドは、前記軸部の中心線方向以外の方向に弾性変形可能な弾性部材であることを特徴とする。
【０００８】
そして、上記構成では、関節部の駆動時には、ロッドを駆動力により直動方向に駆動する。このロッドの直動方向の動きに連動して連結部材を介して第２の回転ガイド部を第１の回転ガイド部に沿って第１の回転中心位置を中心に回動させることで関節部を駆動する。このロッドの直動時には、ロッドは弾性変形領域内で梁として軸部の中心線方向以外の方向にたわみながら、連結部材を回転させる。そのため、作動部の目的とする角度移動量に比べて、連結部材の角度移動量を低減することができる。ワイヤを使わないことによりワイヤの伸びやたるみの問題を解決し、部品点数の削減と弾性変形によるバネの押し付け効果により機構部材の公差によるガタなどによる関節機構のガタを低減するし、さらに連続した屈曲関節においても少ない部品点数で屈曲機構を構成することで組立工数を削減でき、多自由度術具などの処置具の先端部を精密位置決めすることができるようにしたものである。
【０００９】
好ましくは、前記弾性部材は、弾性変形する方向が前記軸部の中心線方向以外の方向に１次元である。
好ましくは、前記弾性部材は、弾性変形する方向が前記軸部の中心線方向以外の方向に２次元である。
好ましくは、前記弾性部材は、断面積が前記ロッドの中心線方向で異なる。
好ましくは、前記弾性部材は、ヤング率が前記ロッドの中心線方向で異なる。
好ましくは、前記弾性部材は、前記ロッドが複数の構成要素に分割され、前記各構成要素がそれぞれ異なる材料で形成されている。
【００１０】
好ましくは、関節部は、第１の回転中心位置を中心とする円弧形状の第１の回転ガイド部を有し第１の回転中心軸に対して直交した軸を有する軸部と、基端部に前記軸部の前記第１の回転ガイド部に対して転がり接触し、第２の回転中心位置を中心とする円弧形状の第２の回転ガイド部が形成された作動部と、先端部が前記作動部の前記第２の回転中心位置に回転可能に連結され、基端部が前記軸部の前記第１の回転中心位置に回転可能に連結された連結部材と、を有し、前記関節部は、前記軸部の中心線方向に第１の関節部および第２の関節部が並設され、前記第１の関節部を後側とし、前記第２の関節部を前側として、前記第１の関節部の前記作動部の前記第２の回転中心の中心軸と、前記第１の関節部の前記作動部につながった前記第２の関節部の前記第１の回転中心の中心軸とがねじれの位置、つまり平行だが同一平面上に存在しない関係で、前記第１の関節部の第１の回転ガイド部と回転中心および円弧半径を同じくした第１の回転ギアと、前記第１の関節部の第２の回転ガイド部と回転中心および円弧半径を同じで前記第１の回転ギアとかみ合う第２の回転ギアと、前記第１の関節部の連結部材に接続され、直動運動する第１駆動ロッドと、前記第２の関節部の連結部材と前記第２の関節部の前記連結部材の回転軸と平行で回転中心が異なる位置で回転自在に連結されると共に、前記第１の関節部の第２の回転ギアの回転中心軸と平行で回転中心以外の位置で前記第１の関節部の前記第２の回転ギアに回転自在に連結され、前記第２の関節部の前記軸部の中心線方向に直動駆動される第２駆動ロッドと、を有し、前記第１駆動ロッドの直動運動により、前記第１の関節部の前記第２の回転ガイド部を前記第１の関節部の前記第１の回転ガイド部に沿って前記第１の関節部の前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記第１の関節部の前記作動部を前記第１の関節部の前記軸部に対して屈曲可能で、前記第１駆動ロッドの運動とは独立した別の駆動力により前記第１の関節部の前記第１の回転ギアを回転させることで、前記第１の回転ギアとかみ合った前記第２の回転ギアが回転し、前記第２の回転ギアと前記第２の関節部の前記連結部材に連結された前記第２駆動ロッドが前記第２の回転ギアの動きにより前記第２の関節部の前記連結部材を動かし、これにより前記第２の関節部の前記第２の回転ガイド部を前記第２の関節部の前記第１の回転ガイド部に沿って前記第２の関節部の前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記第２の関節部の前記作動部を前記第２の関節部の前記軸部に対して屈曲駆動する屈曲関節機構であって、前記第２駆動ロッドは、長手断面方向に弾性変形可能な弾性部材である。
【００１１】
本発明の他の局面の態様は、屈曲関節機構を有する術具において、前記屈曲関節機構は、上記各態様のうち何れか一の態様の屈曲関節機構であることを特徴とする屈曲関節機構を有する術具である。
本発明の他の局面の態様は、屈曲関節機構を有するマニピュレータにおいて、前記屈曲関節機構は上記各態様のうち何れか一の態様の屈曲関節機構であることを特徴とする屈曲関節機構を有するマニピュレータである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワイヤの伸びやたるみ、機構部材の公差によるガタなどによる関節機構のガタを低減すると共に、連続した屈曲関節においても少ない部品点数で屈曲機構を構成することができ、多自由度術具などの処置具の先端部を精密位置決めすることができる屈曲関節機構並びにその屈曲関節機構を有する術具及びその屈曲関節機構を有するマニピュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を直線状態で保持した状態の全体の概略構成を示す側面図。
【図２】第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を直線状態で保持した状態を一部断面にして示す側面図。
【図３】第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を屈曲させた状態の全体の概略構成を示す側面図。
【図４】第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を屈曲させた状態を一部断面にして示す側面図。
【図５】第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部の作用を説明するもので、（Ａ）は関節部を直線状態で保持した状態を一部断面にして示す側面図、（Ｂ）は関節部を屈曲させた状態を一部断面にして示す側面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を直線状態で保持した状態の概略構成を示す斜視図。
【図７】第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部の要部構成を示す斜視図。
【図８】第２の実施の形態の屈曲関節機構の概略構成を示すもので、（Ａ）は関節部を直線状態で保持した状態を示す斜視図、（Ｂ）は関節部を屈曲させた状態を示す斜視図。
【図９】（Ａ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第１の変形例を示す斜視図、（Ｂ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第２の変形例を示す斜視図。
【図１０】（Ａ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第３の変形例を示す斜視図、（Ｂ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第４の変形例を示す斜視図。
【図１１】（Ａ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第５の変形例を示す斜視図、（Ｂ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第６の変形例を示す斜視図。
【図１２】第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第７の変形例を示す斜視図。
【図１３】第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部の駆動ロッドの変形例を示すもので、（Ａ）は駆動ロッドの第１の変形例を示す平面図、（Ｂ）は駆動ロッドの第２の変形例を示す平面図、（Ｃ）は駆動ロッドの第３の変形例を示す平面図、（Ｄ）は駆動ロッドの第４の変形例を示す平面図。
【図１４】第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のバネリンクの第８の変形例を示す斜視図。
【図１５】第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のバネリンクの第９の変形例を示す斜視図。
【図１６】第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のバネリンクの第１０の変形例を示す斜視図。
【図１７】本発明の第３の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を直線状態で保持した状態の概略構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施の形態］
（構成）
図１乃至図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態を示す。図１は、本発明の第１の実施の形態の多自由度術具などの処置具１の全体の概略構成を示す側面図である。本実施の形態の処置具１は、軸部２の先端部にダブルジョイント（二重関節）機構の関節部３を介して処置部４が連結されている。
【００１５】
関節部３は、軸部２の先端部に配設された支持部５と、処置部４に連結された作動部６と、支持部５と作動部６との間を連結する駆動プレート（連結部材）７とを有する。図２に示すように支持部５の基端部は、軸部２の先端部に固定されている。支持部５の先端部には、ほぼ半円形状の第１ガイドギア部（第１の回転ガイド部）８が形成されている。第１ガイドギア部８の中心位置は、支持部５の回転中心（第１の回転中心）Ｏ１に設定されている。また、軸部２は、回転中心（第１の回転中心）Ｏ１軸に対して直交した軸を有している。
【００１６】
作動部６は、作動部本体６ａの先端に処置部４が連結されている。作動部本体６ａの基端部には、ほぼ半円形状の第２ガイドギア部（第２の回転ガイド部）９が形成されている。第２ガイドギア部９の中心位置は、作動部６の回転中心（第２の回転中心）Ｏ２に設定されている。作動部６の第２ガイドギア部９は、第１ガイドギア部８に対して噛み合う状態で摩擦接触されている。ここで、図２に示すように第１ガイドギア部８の半径ｒ１と第２ガイドギア部９の半径ｒ２とは、比率が１：１の関係に設定されている。
【００１７】
なお、本実施の形態では、支持部５の先端部の第１ガイドギア部８と、作動部６の第２ガイドギア部９とを歯車の噛み合いで摩擦接触させる構成を示したが、必ずしも歯車の噛み合いで摩擦接触させる構成に限定されるものではない。例えば、歯車の噛み合いによる摩擦接触に代えて摩擦接触される歯車の噛み合いがない２つのゴムローラ（摩擦力が大きい）を摩擦接触させる構成などのように２つの回転体間が互いに滑らずに回転転がりができる機構にしてもよい。
【００１８】
駆動プレート７の基端部は、第１の連結ピン１０を介して軸部２の第１の回転中心Ｏ１位置で回転可能に連結されている。駆動プレート７の先端部は、第２の連結ピン１１を介して作動部６の第２の回転中心Ｏ２位置に回転可能に連結されている。これにより、駆動プレート７によって互いに転がり接触する第１ガイドギア部８の第１の回転中心Ｏ１と第２ガイドギア部９の第２の回転中心Ｏ２との間の距離を一定に保ち、作動部６の第１ガイドギア部８を支持部５の第２ガイドギア部９に対して転がり回転させるようになっている。
【００１９】
また、前記軸部２は、円筒状のハウジング１２を有する。ハウジング１２の先端部に支持部５が連結されている。軸部２のハウジング１２の内部には、駆動ロッド１３が配設されている。ここで、ハウジング１２の内部には、駆動ロッド１３を軸部２の中心線方向に直動自在に支持するロッド受け１４が固定されている。そして、駆動ロッド１３は図示しない駆動源からの駆動力によりロッド受け１４にガイドされた状態で直動方向に駆動されるようになっている。
【００２０】
駆動ロッド１３の先端部は、第３の連結ピン１５を介して駆動プレート７の基端部における第１の回転中心Ｏ１位置以外の第３の回転中心Ｏ３位置に回転可能に連結されている。さらに、本実施の形態の駆動ロッド１３は、軸部２の中心線方向以外の方向に弾性変形可能な弾性部材である。ここで、駆動ロッド１３の先端部には、他の部分よりも外径を小さくして弾性変形しやすくした軸方向の長さがＬの弾性変形部（弾性部材）１６が形成されている。これにより、駆動ロッド１３は、断面積がロッド１３の中心線方向で異なる構成になっている。なお、駆動ロッド１３は、例えばステンレスバネ鋼（ＳＵＳ３０４ＣＰＳ）などの金属材料で形成されている。また、駆動ロッド１３の材料は、ステンレスバネ鋼に限定されるものではなく、たとえば軽量で、絶縁性、耐食性に優れているＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂）や、ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート樹脂）などの樹脂バネや、ばね用りん青銅（延性、耐疲労性、耐食性が良く、特に低温焼なましを施行してあるので高性能ばね材に適している。）や、Ｎｉ−Ｔｉなどの形状記憶合金（形状記憶合金バネは、低温では柔らかく、高温では硬い特性が得られる。軽量で、耐食性に優れている。）などでもよい。
【００２１】
そして、本実施の形態の処置具１の関節駆動装置は、駆動ロッド１３の直動方向の動きに連動して駆動プレート７を第１の回転中心Ｏ１位置を中心に回動させるとともに、駆動プレート７の動きに連動して作動部６の第２ガイドギア部９を軸部２の第１ガイドギア部８に沿って第１の回転中心Ｏ１位置を中心に回動させることで関節部３を駆動するようになっている（図３および図４参照）。
【００２２】
（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の処置具１の関節駆動装置は、非作動時は、図１、２に示すように軸部２の先端側の作動部６と処置部４とが軸部２の中心線方向に沿って一直線状に真っ直ぐに延びた初期位置の状態で保持されている。
【００２３】
初期位置の状態から処置具１の関節駆動装置を動かす場合には駆動ロッド１３を軸方向に直動させる。例えば、図１および図２の初期位置の状態から駆動ロッド１３を前方向に向けて直動させた場合には、駆動プレート７に駆動ロッド１３からの押圧力が作用する。このとき、駆動ロッド１３は弾性変形領域内で梁としてたわみながら、駆動プレート７を第１の回転中心Ｏ１位置を中心に回転させる。
【００２４】
この場合、ダブルジョイント機構では、駆動プレート７が支持部５の回転中心Ｏ１を中心に図１中で、反時計回り方向に回動し、この駆動プレート７の回動動作に連動して支持部５の先端部の第１ガイドギア部８に対して、作動部６の第２ガイドギア部９が転がり回転しながら動く。そのため、支持部５の第１ガイドギア部８の半径（ｒ１）と作動部６の第２ガイドギア部９の半径（ｒ２）の比率に応じた角度で駆動プレート７を動かすことになる。
【００２５】
ここで、図４に示すように駆動プレート７の回動角度をθ、作動部６の回動角度をφとすると、
ｒ２（φ−θ）＝ｒ１θ ・・・（１）
φ＝{（ｒ１＋ｒ２）／ｒ２}θ ・・・（２）
たとえば、本実施の形態のように、第１ガイドギア部８の半径ｒ１と、第２ガイドギア部９の半径ｒ２との比率が１：１の場合（ｒ１＝ｒ２）は、
φ＝２θ
となる。図４に示すように回転中心Ｏ２を中心に駆動プレート７を４５度動かせば、作動部６の第２ガイドギア部９は、支持部５の第１ガイドギア部８に対して９０度動くことになる。つまり、増速機構となるため、駆動プレート７の角度移動量を目的とする作動部６の角度移動量に対して少なくできる。
【００２６】
また、本実施の形態のダブルジョイント機構で処置具１の関節駆動装置を動かす場合に、図５（Ａ）に示すように初期位置の状態から駆動ロッド１３をｘ方向に直動させて図５（Ｂ）に示すように作動部６を目的の角度φまで回動させる際に駆動ロッド１３が弾性変形領域内で梁としてたわむ。このときの駆動ロッド１３のひずみｙは、
ｙ＝ｒ（１−ｃｏｓ（φ／２）） ・・・（３）
となる。したがって、本実施の形態のダブルジョイント機構で処置具１の関節駆動装置を動かす場合に作動部６を目的の角度φまで回動させる際に駆動ロッド１３がたわむ際の駆動ロッド１３のひずみｙは、上記式（３）に示す通り、非常に小さくなるので、駆動ロッド１３の弾性変形領域内で対応できる。
【００２７】
（効果）
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の処置具の関節駆動装置では、互いに転がり接触する二つのガイド部材（支持部５の第１ガイドギア部８と作動部６の第２ガイドギア部９）と、その第１ガイドギア部８と、第２ガイドギア部９の距離を一定に保ち、第２ガイドギア部９を第１ガイドギア部８に対して転がり回転させるための駆動プレート７からなる二重関節機構において、駆動プレート７を動かす手段として変形を許容する駆動ロッド１３の直動により駆動プレート７を動かす構成としたものである。この駆動ロッド１３の直動時には、駆動ロッド１３は弾性変形領域内で梁としてたわみながら、駆動プレート７を回転させる。そのため、作動部６の目的とする角度移動量に比べて、駆動プレート７の角度移動量を低減することができるため、従来は平行リンク機構あるいはクランク機構といった機構により屈曲させていた関節部３を駆動ロッド１３の直動で制御できるようにすることができる。
【００２８】
したがって、本実施の形態の処置具１の関節駆動装置では、ワイヤの伸びやたるみ、機構部材の公差によるガタなどによる関節機構のガタを低減すると共に、連続した屈曲関節においても少ない部品点数で屈曲機構を構成することができ、多自由度術具などの処置具の先端部を精密位置決めすることができる処置具１の関節駆動装置を提供することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、駆動プレート７を駆動するための駆動ロッド１３がバネの効果を果たし、関節部３の機構に生じるガタ部に常に力をあたえることになるので、関節部３のガタが低減する。
また、関節部３を平行リンク的に駆動する従来の駆動機構の場合では関節部３の駆動時に直動動作と回転動作とが組み合わされた動きを行うため、駆動機構の動作範囲が広く必要になる。そのため、細径部では設計が困難になる。これに対し、本実施の形態の処置具の関節駆動装置では、駆動プレート７を駆動するための駆動ロッド１３が直動となるため、駆動ロッド１３の軸断面内では動かず、占有面積が駆動ロッド１３自身の面積に限られる。そのため、駆動ロッド１３が配設される軸部２のハウジング１２の内部スペースに駆動ロッド１３の可動領域を広くする必要がなく、設計の自由度がひろがる。これにより、内視鏡下手術での気腹時の空気漏れを防ぐために術具軸内にパッキン部材を設置する場合でも、術具軸断面方向での可動領域が必要ないため、パッキン部材を設置しやすい。さらに、クランク駆動方式の従来の駆動機構の場合に比べ、リンク数が低減でき、コストや、組立工数が低減できる効果がある。
【００３０】
［第２の実施の形態］
（構成）
図６乃至図８（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、処置具２１の先端に２つのダブルジョイント機構の関節部（第１関節部２２と第２関節部２３）を並設したものである。
図６に示すように処置具２１には、軸部２４の先端と処置部２５との間に第１関節部２２と第２関節部２３が配設されている。ここで、第１関節部２２は、第１のガイドギア部８と軸および半径を同じくする第１ギア２６と、第２のガイドギア部９と軸および半径を同じくする第２ギア２７を有する。第１ギア２６は、軸部２４の先端に配設された支持部２８に第１回転軸２９を介して中心Ｏ１を中心に回転自在に軸支されている。第２ギア２７は、第１ギア２６に対して噛み合う状態で摩擦接触された状態で第２回転軸３０を介して中心Ｏ２を中心に回転自在に軸支されている。第１ギア２６の半径ｒ１と第２ギア２７の半径ｒ２とは、本実施の形態では比率が１：１の関係に設定されている。
【００３１】
軸部２４のハウジング３１の内部には、駆動ロッド３２が配設されている。軸部２４のハウジング３１の内部には、駆動ロッド３２を軸部２４の中心線方向に直動自在に支持する図２に示すようなロッド受け（不図示）が固定されている。そして、駆動ロッド１３は図示しない駆動源からの駆動力によりロッド受けにガイドされた状態で直動方向に駆動されるようになっている。
【００３２】
駆動ロッド３２の先端部は、第１ギア２６における第１回転軸２９の中心Ｏ１位置以外の中心Ｏ５位置に連結ピン３３を介して回転可能に連結されている。さらに、本実施の形態の駆動ロッド３２は、軸部２４の中心線方向以外の方向に弾性変形可能な弾性部材である。
【００３３】
また、第２関節部２３は、２つのほぼ半円形状のギア（第３ガイドギア部３４と第４ガイドギア部３５）を有する。第３ガイドギア部３４は、第１関節部２２と第２関節部２３との間に配設された第２関節部２３の軸部を成す中間ハウジング３６に固定されている。第３ガイドギア部３４の中心位置は、中間ハウジング３６上の回転中心Ｏ６に設定されている。第４ガイドギア部３５は、第３ガイドギア部３４に対して噛み合う状態で摩擦接触された状態で処置部２５に固定されている。第４ガイドギア部３５の回転中心は、処置部２５の回転中心Ｏ７上に設定されている。第３ガイドギア部３４の半径ｒ３と第４ガイドギア部３５の半径ｒ４とは、本実施の形態では比率が１：１の関係に設定されている。第２駆動プレート４２およびプレート３７は、第３ガイドギア部３４の回転中心Ｏ６と第４ガイドギア部３５の回転中心Ｏ７に対しそれぞれ、第３回転軸３８および第４回転軸３９により回転自由に軸支されている。
【００３４】
ここで、第２関節部２３の２つの回転軸である第３回転軸３８と第４回転軸３９は第１関節部２２の２つの回転軸である第１回転軸２９と第２回転軸３０に対して直交する方向に配置されている。これにより、第１関節部２２の屈曲方向と、第２関節部２３の屈曲方向とは９０°異なる方向に屈曲する状態に設定されている。
【００３５】
また、中間ハウジング３６の内部には、第２駆動ロッド４０が配設されている。この第２駆動ロッド４０は、ほぼクランク状に屈曲形成されたばねリンクである。第２駆動ロッド４０の基端部は、第１関節部２２の第２ギア２７に対し、第２ギア２７の回転軸と平行に連結ピン４１を介して回転可能に連結されている。第２駆動ロッド４０の先端部は、第２駆動プレート４２に第３ガイドギア部３４の中心軸と平行な軸で連結ピン４３を介して回転可能に連結されている。ここで、第２駆動ロッド４０の基端部の連結ピン４１と、第２駆動ロッド４０の先端部の連結ピン４３とは、第２駆動ロッド４０の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
【００３６】
第２駆動プレート４２と、第２関節部２３の第３ガイドギア部３４と第４ガイドギア部３５との連結状態は、第１の実施の形態の駆動プレート７と、第１ガイドギア部８および第２ガイドギア部９との連結状態と同様に設定されている。つまり、第３ガイドギア部３４は、第２の関節部の第１の回転ガイド部であり、第４ガイドギア部３５は、第２の関節部の第２の回転ガイド部である。
【００３７】
（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の処置具２１の関節駆動装置は、非作動時は、図６および図８（Ａ）に示すように軸部２４と処置部２５との間の第１関節部２２と第２関節部２３とが軸部２４の中心線方向に沿って一直線状に真っ直ぐに延びた初期位置の状態で保持されている。
【００３８】
第１関節部２２を駆動するときは、図６上には記載されていない駆動ロッド１３を第１の実施の形態と同様に駆動することで、駆動プレート７が動き、第１関節部２２は屈曲する。このとき、第１ギア２６と第２ギア２７は、駆動ロッド３２が動かされなければ、第１ガイドギア部８および第２ガイドギア部９と同様に単なる転がり接触をするガイドとして働き、第２関節２３に影響を与えることなく、第１関節部２２を屈曲させることができる。
【００３９】
次に、第２関節部２３を屈曲する際には、駆動ロッド３２が図示しない駆動源からの駆動力によりロッド受けにガイドされた状態で直動方向に駆動され、第１ギア２６が第１回転軸２９を介して中心Ｏ１を中心に回転する。このとき、図８（Ｂ）に示すように第１ギア２６と噛み合った第２ギア２７が第２回転軸３０を介して中心Ｏ２を中心に回転する。第２ギア２７が回転することで第２ギアにピン４１を介して回転自在に設置された第２駆動ロッド４０が、中間ハウジング３６の軸断面軸方向に弾性変形しながら、中間ハウジング３６に固定された第３ガイドギア部３４の中心軸Ｏ３回りに、第２駆動プレート４２を回転軸４３を介して回転させる。
この第２駆動ロッド４０の動作に連動して第２関節部２３は、第１の実施の形態での関節の動作と同様に駆動される。なお、このとき、図６上では図示されていない駆動ロッド１３を固定していれば、第２関節部２３が動いても第１関節部２２は影響をうけずに動かない。このため、第１関節部２２と第２関節部２３は独立に駆動できる。
【００４０】
（効果）
そこで、本実施の形態では、駆動ロッド３２の直動動作によって第１関節部２２の第１ギア２６が回転し、これと噛み合った第１関節部２２の第２ギア２７の回転によって第２駆動ロッド４０が中間ハウジング３６の軸方向に駆動される。このとき、第２駆動ロッド４０が、中間ハウジング３６の軸断面方向に弾性変形領域内で梁としてたわみながら第２関節部２３の第２駆動プレート４２を第１の実施の形態と同様に駆動し、第２関節部２３を屈曲させることができる。駆動ロッド３２は弾性変形領域内で梁としてたわみながら、第１関節部２２の第１ギア２６を回転させることができる。
したがって、本実施の形態でも第２関節部２３を第１実施形態と同様に第２駆動ロッド４０の直動で制御できるようにすることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、第２関節部２３の２つの回転軸である第３回転軸３８と第４回転軸３９は第１関節部２２の２つの回転軸である第１回転軸２９と第２回転軸３０に対して直交する方向に配置されている。これにより、第１関節部２２の屈曲方向と、第２関節部２３の屈曲方向とは９０°異なる方向に屈曲させることができる。そのため、第１実施形態の効果に加え、第１関節部２２と第２関節部２３とを屈曲方向が９０°異なる方向に屈曲させることができる。第１関節部２２や第２関節部２３のようなダブルジョイント機構を、長手断面方向には弾性変形し、長手方向は断面方向の弾性変形にくらべ変形しにくい駆動ロッドによって駆動することで、組み立てガタをバネ効果により押さえつけて低減しつつ、必要な部品点数を低減することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、第１ギア２６への駆動力の伝達として駆動ロッド３２にて行っているが、例えば第１ギア２６に対してプーリを設けて、そのプーリにベルトやワイヤ等の駆動力伝達部材を接続して、その駆動力伝達部材にて行っても良く、さらにはリンクによって駆動力を伝達しても良く、駆動力伝達手段については駆動ロッド３２によるものに限るものではない。
また、本実施の形態では、第１関節部２２と第２関節部２３とを並設した関節部を処置具２１の先端に設けているが、処置具２１の中途部に設けても良い。さらには、第１関節部２２と第２関節部２３とを並設した関節部を複数並設しても良い。
また、本実施の形態において、第１関節部２２を屈曲させる第１駆動ロッドとしては、弾性変形可能な駆動ロッド１３が好ましいが、第１関節部２２を屈曲させるということに対しては、弾性変形しない部材の第１駆動ロッドであっても良い。
【００４３】
［第２の実施の形態の第１の変形例］
図９（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０の第１の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド５１は、駆動ロッド５１のロッド本体５１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体５１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）に貫通する第１の貫通孔５２と、ロッド本体５１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）に貫通する第２の貫通孔５３とが設けられている。これら第１の貫通孔５２と、第２の貫通孔５３とは駆動ロッド５１の中心線方向に延設された長穴によって形成されている。
【００４４】
また、駆動ロッド５１の基端部の連結ピン５４と、駆動ロッド５１の先端部の連結ピン５５とは、駆動ロッド５１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド５１では、ロッド本体５１ａの第１の貫通孔５２と、第２の貫通孔５３の大きさを調整することにより、駆動ロッド５１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００４５】
［第２の実施の形態の第２の変形例］
図９（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態の第２の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド６１は、駆動ロッド６１のロッド本体６１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体６１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）に貫通する第１の貫通孔６２と、ロッド本体６１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）に貫通する第２の貫通孔６３とが設けられている。そして、本変形例では、第１の貫通孔６２は、駆動ロッド５１の中心線方向にほぼ半分の長さに延設された短い長穴によって形成されている。第２の貫通孔６３は、駆動ロッド６１の中心線方向にほぼ全長に近い長さに延設された長い長穴によって形成されている。
【００４６】
また、駆動ロッド６１の基端部の連結ピン６４と、駆動ロッド６１の先端部の連結ピン６５とは、駆動ロッド６１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド６１では、ロッド本体６１ａの第１の貫通孔６２と、第２の貫通孔６３の孔形状（幅、長さ、位置）を調整することにより、駆動ロッド６１のばね弾性、屈曲位置、屈曲のバランスをさらに変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００４７】
［第２の実施の形態の第３の変形例］
図１０（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態の第３の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド７１は、駆動ロッド７１のロッド本体７１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体７１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）には、貫通する２つの第１の貫通孔７２ａ，７２ｂが形成されている。ロッド本体５１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）には、貫通する２つの第２の貫通孔７３ａ，７３ｂが形成されている。これら第１の貫通孔７２ａ，７２ｂと、第２の貫通孔７３ａ，７３ｂとはそれぞれ駆動ロッド７１の中心線方向に延設された長穴によって形成されている。
【００４８】
また、駆動ロッド７１の基端部の連結ピン７４と、駆動ロッド７１の先端部の連結ピン７５とは、駆動ロッド７１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド７１では、ロッド本体７１ａの第１の貫通孔７２ａ，７２ｂと、第２の貫通孔７３ａ，７３ｂの大きさを調整することにより、駆動ロッド７１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００４９】
［第２の実施の形態の第４の変形例］
図１０（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態の第４の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド８１は、駆動ロッド８１のロッド本体８１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体８１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）に貫通する第１の貫通溝８２と、ロッド本体８１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）に貫通する第２の貫通溝８３とが設けられている。ここで、第１の貫通溝８２は、駆動ロッド８１の先端部側、第２の貫通溝８３は、駆動ロッド８１の基端部側に配置されている。
【００５０】
また、駆動ロッド８１の基端部の連結ピン８４と、駆動ロッド８１の先端部の連結ピン８５とは、駆動ロッド８１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド８１では、ロッド本体８１ａの第１の貫通溝８２と、第２の貫通溝８３の大きさを調整することにより、駆動ロッド８１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００５１】
［第２の実施の形態の第５の変形例］
図１１（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態の第５の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド９１は、駆動ロッド９１のロッド本体９１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体９１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）に貫通する波型の第１の板ばね部９２と、ロッド本体９１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）に貫通する波型の第２の板ばね部９３とが設けられている。ここで、第１の板ばね部９２は、駆動ロッド９１の先端部側、第２の板ばね部９３は、駆動ロッド９１の基端部側に配置されている。
【００５２】
また、駆動ロッド９１の基端部の連結ピン９４と、駆動ロッド９１の先端部の連結ピン９５とは、駆動ロッド９１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド９１では、ロッド本体９１ａの第１の板ばね部９２と、第２の板ばね部９３の大きさを調整することにより、駆動ロッド９１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００５３】
［第２の実施の形態の第６の変形例］
図１１（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態の第６の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１０１は、ほぼ円柱状のロッド本体１０１ａを有する。ロッド本体１０１ａは、円形状の断面形状に形成されている。このロッド本体１０１ａの断面積は、ロッドの中心線方向で異なる形状に形成されている。例えば、ロッド本体１０１ａの中央部分の断面積は、小さく両端部側に向かうにしたがって徐々に断面積が大きくなる形状に形成されている。
【００５４】
また、駆動ロッド１０１の基端部の連結ピン１０４と、駆動ロッド１０１の先端部の連結ピン１０５とは、駆動ロッド１０１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド１０１では、ロッド本体１０１ａの断面積は、ロッドの中心線方向で異なる形状に形成され、このロッド本体１０１ａの形状を調整することにより、駆動ロッド１０１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００５５】
［第２の実施の形態の第７の変形例］
図１２は、本発明の第２の実施の形態の第７の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１１１は、駆動ロッド１１１のロッド本体１１１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体１１１ａは、中央部分にばね性が高い材料で形成された第１のブロック部材１１２が配設されている。この第１のブロック部材１１２の両側には、第１のブロック部材１１２よりもばね性が低い材料で形成された第２のブロック部材１１３が配設されている。第１のブロック部材１１２と第２のブロック部材１１３との間の接合部１１６は、溶接などの手段で固定されている。
【００５６】
また、駆動ロッド１１１の基端部の連結ピン１１４と、駆動ロッド１１１の先端部の連結ピン１１５とは、駆動ロッド１１１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例では、ロッド本体１１１ａが駆動ロッド１０１の中心線方向に複数に分割され、中央部分にばね性が高い材料で形成された第１のブロック部材１１２が配設され、この第１のブロック部材１１２の両側に第１のブロック部材１１２よりもばね性が低い材料で形成された第２のブロック部材１１３が配設される構成になっている。これにより、駆動ロッド１０１のヤング率が駆動ロッド１０１の中心線方向で異なる構成に設定することができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００５７】
［第１の実施の形態の変形例］
図１３（Ａ）は、第１の実施の形態の第１の変形例を示す。本変形例では、第１の実施の形態の駆動ロッド１３の形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１２１は、駆動ロッド１２１のロッド本体１２１ａの中途部に、くさび状の切込み部１２２が形成されている。
【００５８】
そこで、本変形例の駆動ロッド１２１では、ロッド本体１２１ａの中途部の切込み部１２２によって駆動ロッド１２１のばね弾性の特性を変化させることができ、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
図１３（Ｂ）は、第１の実施の形態の第２の変形例を示す。本変形例では、第１の実施の形態の駆動ロッド１３の形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１３１は、ロッド本体１３１ａの中央部に、貫通孔部１３２が形成されている。
【００５９】
そこで、本変形例の駆動ロッド１３１では、ロッド本体１３１ａの中央部の貫通孔部１３２によって駆動ロッド１３１のばね弾性の特性を変化させることができ、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
図１３（Ｃ）は、第１の実施の形態の第３の変形例を示す。本変形例では、第１の実施の形態の駆動ロッド１３の形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１４１は、ロッド本体１４１ａの両端部に比べて両端間の中間部の外径を小さくした形状に形成されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド１４１でも、ロッド本体１４１ａのばね弾性の特性を変化させることができ、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００６０】
図１３（Ｄ）は、第１の実施の形態の第４の変形例を示す。本変形例では、第１の実施の形態の駆動ロッド１３の形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１５１は、ロッド本体１５１ａの中途部に、くさび状の切込み部１５２を複数形成されている。複数の切込み部１５２は、図中上側と下側とが互い違いとなるように配置されている。
【００６１】
そこで、本変形例の駆動ロッド１５１では、ロッド本体１５１ａの中途部の複数の切込み部１５２によって駆動ロッド１５１のばね弾性の特性を変化させることができ、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
［第２の実施の形態の第８の変形例］
図１４は第２の実施の形態の第８の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１６１は、板状のリンク基材１６１ａをそのリンク基材１６１ａの長手方向のほぼ中央部分からリンク基材１６１ａの中心線を中心に軸回り方向にねじれたロッド本体１６２を設けたものである。ここで、ロッド本体１６２は、リンク基材１６１ａの断面積は、リンク基材１６１ａの長手方向の全長に亙り同じである。
【００６２】
また、駆動ロッド１６１の基端部の連結ピン１６３と、駆動ロッド１６１の先端部の連結ピン１６４とは、駆動ロッド１６１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド１６１は、ロッド本体１６２の弾性部材は、弾性変形する方向がリンク基材１６１ａの中心線方向以外の方向に２次元となる例である。本変形例の駆動ロッド１６１を使用することにより、駆動ロッド１６１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００６３】
［第２の実施の形態の第９の変形例］
図１５は第２の実施の形態の第９の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１７１は、駆動ロッド１７１の基端部１７１ａの連結ピン１７２と、駆動ロッド１７１の先端部１７１ｂの連結ピン１７３とは、駆動ロッド１７１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。さらに、本変形例の駆動ロッド１７１は、駆動ロッド１７１の基端部１７１ａと先端部１７１ｂとの間の部分がトラス構造を有するリンク１７４を設けた構成になっている。
【００６４】
そこで、本変形例の駆動ロッド１７１の弾性部材は、弾性変形する方向が駆動ロッド１７１の中心線方向以外の方向に２次元となる例である。本変形例の駆動ロッド１７１を使用することにより、駆動ロッド１７１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００６５】
［第２の実施の形態の第１０の変形例］
図１６は第２の実施の形態の第１０の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１８１のロッド本体１８１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体１８１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）に貫通する複数の第１の貫通孔１８２と、ロッド本体１８１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）に貫通する複数の第２の貫通孔１８３とが設けられている。これら第１の貫通孔１８２と、第２の貫通孔１８３とはそれぞれ駆動ロッド１８１の中心線方向に延設された長穴によって形成されている。
【００６６】
また、駆動ロッド１８１の基端部の連結ピン１８４と、駆動ロッド１８１の先端部の連結ピン１８５とは、駆動ロッド１８１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド１８１は、座屈しにくい構造のリンクを設けた例である。本変形例の駆動ロッド１８１を使用することにより、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００６７】
［第３の実施の形態］
（構成）
図１７は、本発明の第３の実施の形態の処置具１９１を示す。本実施の形態の処置具１９１では、軸部１９２の先端と処置部１９３との間にダブルジョイント機構の関節部１９４が配設されている。
関節部１９４は、軸部１９２の先端部に配設された支持部１９５と、処置部１９３に連結された作動部１９６と、支持部１９５と作動部１９６との間を連結するプレート１９７とを有する。支持部１９５の基端部は、軸部１９２の先端部に固定されている。支持部１９５の先端部には、ほぼ半円形状の第１ガイドギア部（第１の回転ガイド部）１９８が形成されている。第１ガイドギア部１９８の中心位置は、支持部１９５の回転中心（第１の回転中心）Ｏ１１に設定されている。また、軸部１９２は、回転中心（第１の回転中心）Ｏ１１軸に対して直交した軸を有している。
【００６８】
作動部１９６は、作動部本体１９６ａの先端に処置部１９３が連結されている。作動部本体１９６ａの基端部には、ほぼ半円形状の第２ガイドギア部（第２の回転ガイド部）１９９が形成されている。第２ガイドギア部１９９の中心位置は、作動部１９６の回転中心（第２の回転中心）Ｏ１２に設定されている。作動部１９６の第２ガイドギア部１９９は、第１ガイドギア部１９８に対して噛み合う状態で摩擦接触されている。ここで、第１ガイドギア部１９８の半径ｒ１と第２ガイドギア部１９９の半径ｒ２とは、比率が１：１の関係に設定されている。
【００６９】
さらに、関節部１９４は、第１のガイドギア部１９８と軸および半径を同じくする第１ギア２００と、第２のガイドギア部１９９と軸および半径を同じくする第２ギア２０１を有する。第１ギア２００は、軸部１９２の先端に配設された支持部１９５に第１回転軸２０２を介して中心Ｏ１１を中心に回転自在に軸支されている。第２ギア２０１は、第１ギア２００に対して噛み合う状態で摩擦接触された状態で第２回転軸２０３を介して中心Ｏ１２を中心に回転自在に軸支されている。第１ギア２００の半径ｒ１と第２ギア２０１の半径ｒ２とは、本実施の形態では比率が１：１の関係に設定されている。
【００７０】
軸部１９２のハウジング２０４の内部には、駆動ロッド２０５が配設されている。軸部１９２のハウジング２０４の内部には、駆動ロッド２０５を軸部１９２の中心線方向に直動自在に支持する図２に示すようなロッド受け（不図示）が固定されている。そして、駆動ロッド２０５は図示しない駆動源からの駆動力によりロッド受けにガイドされた状態で直動方向に駆動されるようになっている。本実施の形態の駆動ロッド２０５は、軸部１９２の中心線方向以外の方向に２次元に弾性変形可能な弾性部材である。駆動ロッド２０５の先端部は、第２駆動プレート２０６に第１ガイドギア部１９８の第１回転軸２０２と平行な軸で連結ピン２０７を介して回転可能に連結されている。
【００７１】
軸部１９２の基端部には、関節部１９４の支持部１９５と直交する方向のベースプレート２０８が設けられている。このベースプレート２０８には駆動ギア２０９が関節部１９４の第１のガイドギア部１９８の第１回転軸２０２と直交する方向の第３回転軸２１０を介して中心Ｏ１３を中心に回転自在に軸支されている。
【００７２】
駆動ロッド２０５の基端部は、駆動ギア２０９に対し、第３回転軸２１０と平行に連結ピン２１１を介して回転可能に連結されている。ここで、駆動ロッド２０５の基端部の連結ピン２１１と、駆動ロッド２０５の先端部の連結ピン２０７とは、駆動ロッド２０５の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
【００７３】
第２駆動プレート２０６と、関節部１９４の第１ガイドギア部１９８と第２のガイドギア部１９９との連結状態は、第１の実施の形態の駆動プレート７と、第１ガイドギア部８および第２ガイドギア部９との連結状態と同様に設定されている。つまり、第１ガイドギア部１９８は、関節部１９４の第１の回転ガイド部であり、第２のガイドギア部１９９は、関節部１９４の第２の回転ガイド部である。
【００７４】
（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の処置具１９１の関節駆動装置は、非作動時は、図１７に示すように軸部１９２と処置部１９３との間の関節部１９４が軸部１９２の中心線方向に沿って一直線状に真っ直ぐに延びた初期位置の状態で保持されている。
【００７５】
関節部１９４を屈曲する際には、駆動ギア２０９が第３回転軸２１０を中心に回転する。このとき、駆動ギア２０９が回転することで駆動ギア２０９にピン２１１を介して回転自在に設置された駆動ロッド２０５が、軸部１９２のハウジング２０４の軸断面軸方向に弾性変形しながら、ハウジング２０４に固定された第１ガイドギア部１９８の第１回転軸２０２を介して中心Ｏ１１回りに、回転軸２０７を介して第２駆動プレート２０６を回転させる。
この駆動ロッド２０５の動作に連動して関節部１９４は、第１の実施の形態での関節の動作と同様に駆動される。
【００７６】
（効果）
そこで、本実施の形態では第１実施形態の効果に加え、関節部１９４の２つの回転軸である第１回転軸２０２と第２回転軸２０３は駆動ギア２０９の第３回転軸２１０に対して直交する方向に配置されている。これにより、駆動ギア２０９の回転方向と、関節部１９４の屈曲方向とは９０°異なる方向に屈曲させることができる。そのため、第１実施形態の効果に加え、駆動ギア２０９と関節部１９４とを屈曲方向が９０°異なる方向に屈曲させることができる。関節部１９４のようなダブルジョイント機構を、長手断面方向には２次元に弾性変形し、長手方向は断面方向の弾性変形にくらべ変形しにくい駆動ロッドによって駆動することで、組み立てガタをバネ効果により押さえつけて低減しつつ、必要な部品点数を低減することができる。
【００７７】
さらに、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施の形態では、本発明を多自由度術具などの処置具に適用した例を示したが、マニピュレータに適用してもよい。さらに、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
記
（付記項１） 軸方向以外の方向に弾性変形可能なロッドを設けた。
【００７８】
（付記項２） 弾性変形する方向は１次元である。
（付記項３） 弾性変形する方向は２次元である。
（付記項４） ２重関節機構の先端側にロッドは設けられる。
（付記項５） リンクの断面積が異なるロッドを設ける。
（付記項６） ヤング率が異なるロッドを設ける。
【００７９】
（付記項７） ロッドが別部材で分割されている。
（付記項８） リンクの断面積は同じでリンクがねじれたロッドを設ける。
（付記項９） トラス構造を有するリンクを設ける。
（付記項１０） 座屈しにくい構造のリンクを設ける。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、多自由度術具などで使用される屈曲関節機構並びにその屈曲関節機構を有する術具及びその屈曲関節機構を有するマニピュレータを使用する技術分野や、これを製造する技術分野に有効である。
【符号の説明】
【００８１】
２…軸部、３…関節部、Ｏ１…第１の回転中心、５…支持部、Ｏ２…第２の回転中心、６…作動部、７…駆動プレート（連結部材）、８…第１ガイドギア部（第１の回転ガイド部）、９…第２ガイドギア部（第２の回転ガイド部）、１３…駆動ロッド（ロッド）、２２…第１関節部、２３…第２関節部、２６…第１ギア（第１の回転ギア）、２７…第２ギア（第２の回転ギア）、３４…第３ガイドギア部（第１の回転ガイド部）、３５…第４ガイドギア部（第２の回転ガイド部）、３６…中間ハウジング（軸部）、４０…第２駆動ロッド、４２…第２駆動プレート（連結部材）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多自由度術具などの屈曲関節機構並びにその屈曲関節機構を有する術具及びその屈曲関節機構を有するマニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から多自由度術具などの処置具の関節を駆動するためにワイヤを用いて駆動するタイプの関節駆動装置が知られている。このようにワイヤを用いて関節を駆動する機構では、ワイヤの伸びや、ゆるみ、疲労による切断等といった、耐久性、メンテナンス性、制御性に問題がある。また、ワイヤを用いて関節を駆動する機構では、屈曲する関節部分を経由してさらに先の関節に動力を伝達することは困難である。
【０００３】
これを解決するために、特許文献１には、転がり回転するガイドを二つ用意した二重回転ガイドを備えた関節機構を駆動する駆動機構として、平行リンクを用いて駆動したり、ラックアンドピニオンによって駆動したりする直動カム機構の構成が開示されている。ここでは、転がり接触する二つのガイドとその回転中心間の距離を一定に保ち、他方を転がり回転させる屈曲用プレートを設け、屈曲関節を実現する手段が示されている。
【０００４】
さらに、この直動カム機構は、ガイドの回転中心と中心を同じくしたプーリに、ワイヤをかけることにより、屈曲関節後の被駆動部に、屈曲関節の動作と干渉せずに該ワイヤにより動力を伝達できることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０７３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のような直動カム機構の場合も、平行リンク部の取り付け誤差などによりガタが発生し、誤差要因となる場合がある。そのため、術具の精密位置決めが難しかった。
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、ワイヤの伸びやたるみ、機構部材の公差によるガタなどによる関節機構のガタを低減すると共に、連続した屈曲関節においても少ない部品点数で屈曲機構を構成することができ、多自由度術具などの処置具の先端部を精密位置決めすることができる屈曲関節機構並びにその屈曲関節機構を有する術具及びその屈曲関節機構を有するマニピュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面の態様の屈曲関節機構は、関節部は、第１の回転中心位置を中心とする円弧形状の第１の回転ガイド部を有し第１の回転中心軸に対して直交した軸を有する軸部と、基端部に前記軸部の前記第１の回転ガイド部に対して転がり接触し、第２の回転中心位置を中心とする円弧形状の第２の回転ガイド部が形成された作動部と、先端部が前記作動部の前記第２の回転中心位置に回転可能に連結され、基端部が前記軸部の前記第１の回転中心位置に回転可能に連結された連結部材と、前記軸部に対して前記軸部の中心線方向に直動自在に支持されると共に、先端部が前記連結部材の前記第１の回転中心位置以外の位置に連結され、駆動力により前記軸部の前記中心線方向に直動駆動されるロッドと、を有し、前記ロッドの前記直動方向の動きに連動して前記連結部材を介して前記第２の回転ガイド部を前記第１の回転ガイド部に沿って前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記作動部を前記軸部に対して屈曲駆動する屈曲関節機構であって、前記ロッドは、前記軸部の中心線方向以外の方向に弾性変形可能な弾性部材であることを特徴とする。
【０００８】
そして、上記構成では、関節部の駆動時には、ロッドを駆動力により直動方向に駆動する。このロッドの直動方向の動きに連動して連結部材を介して第２の回転ガイド部を第１の回転ガイド部に沿って第１の回転中心位置を中心に回動させることで関節部を駆動する。このロッドの直動時には、ロッドは弾性変形領域内で梁として軸部の中心線方向以外の方向にたわみながら、連結部材を回転させる。そのため、作動部の目的とする角度移動量に比べて、連結部材の角度移動量を低減することができる。ワイヤを使わないことによりワイヤの伸びやたるみの問題を解決し、部品点数の削減と弾性変形によるバネの押し付け効果により機構部材の公差によるガタなどによる関節機構のガタを低減するし、さらに連続した屈曲関節においても少ない部品点数で屈曲機構を構成することで組立工数を削減でき、多自由度術具などの処置具の先端部を精密位置決めすることができるようにしたものである。
【０００９】
好ましくは、前記弾性部材は、弾性変形する方向が前記軸部の中心線方向以外の方向に１次元である。
好ましくは、前記弾性部材は、弾性変形する方向が前記軸部の中心線方向以外の方向に２次元である。
好ましくは、前記弾性部材は、断面積が前記ロッドの中心線方向で異なる。
好ましくは、前記弾性部材は、ヤング率が前記ロッドの中心線方向で異なる。
好ましくは、前記弾性部材は、前記ロッドが複数の構成要素に分割され、前記各構成要素がそれぞれ異なる材料で形成されている。
【００１０】
好ましくは、関節部は、第１の回転中心位置を中心とする円弧形状の第１の回転ガイド部を有し第１の回転中心軸に対して直交した軸を有する軸部と、基端部に前記軸部の前記第１の回転ガイド部に対して転がり接触し、第２の回転中心位置を中心とする円弧形状の第２の回転ガイド部が形成された作動部と、先端部が前記作動部の前記第２の回転中心位置に回転可能に連結され、基端部が前記軸部の前記第１の回転中心位置に回転可能に連結された連結部材と、を有し、前記関節部は、前記軸部の中心線方向に第１の関節部および第２の関節部が並設され、前記第１の関節部を後側とし、前記第２の関節部を前側として、前記第１の関節部の前記作動部の前記第２の回転中心の中心軸と、前記第１の関節部の前記作動部につながった前記第２の関節部の前記第１の回転中心の中心軸とがねじれの位置、つまり平行だが同一平面上に存在しない関係で、前記第１の関節部の第１の回転ガイド部と回転中心および円弧半径を同じくした第１の回転ギアと、前記第１の関節部の第２の回転ガイド部と回転中心および円弧半径を同じで前記第１の回転ギアとかみ合う第２の回転ギアと、前記第１の関節部の連結部材に接続され、直動運動する第１駆動ロッドと、前記第２の関節部の連結部材と前記第２の関節部の前記連結部材の回転軸と平行で回転中心が異なる位置で回転自在に連結されると共に、前記第１の関節部の第２の回転ギアの回転中心軸と平行で回転中心以外の位置で前記第１の関節部の前記第２の回転ギアに回転自在に連結され、前記第２の関節部の前記軸部の中心線方向に直動駆動される第２駆動ロッドと、を有し、前記第１駆動ロッドの直動運動により、前記第１の関節部の前記第２の回転ガイド部を前記第１の関節部の前記第１の回転ガイド部に沿って前記第１の関節部の前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記第１の関節部の前記作動部を前記第１の関節部の前記軸部に対して屈曲可能で、前記第１駆動ロッドの運動とは独立した別の駆動力により前記第１の関節部の前記第１の回転ギアを回転させることで、前記第１の回転ギアとかみ合った前記第２の回転ギアが回転し、前記第２の回転ギアと前記第２の関節部の前記連結部材に連結された前記第２駆動ロッドが前記第２の回転ギアの動きにより前記第２の関節部の前記連結部材を動かし、これにより前記第２の関節部の前記第２の回転ガイド部を前記第２の関節部の前記第１の回転ガイド部に沿って前記第２の関節部の前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記第２の関節部の前記作動部を前記第２の関節部の前記軸部に対して屈曲駆動する屈曲関節機構であって、前記第２駆動ロッドは、長手断面方向に弾性変形可能な弾性部材である。
【００１１】
本発明の他の局面の態様は、屈曲関節機構を有する術具において、前記屈曲関節機構は、上記各態様のうち何れか一の態様の屈曲関節機構であることを特徴とする屈曲関節機構を有する術具である。
本発明の他の局面の態様は、屈曲関節機構を有するマニピュレータにおいて、前記屈曲関節機構は上記各態様のうち何れか一の態様の屈曲関節機構であることを特徴とする屈曲関節機構を有するマニピュレータである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワイヤの伸びやたるみ、機構部材の公差によるガタなどによる関節機構のガタを低減すると共に、連続した屈曲関節においても少ない部品点数で屈曲機構を構成することができ、多自由度術具などの処置具の先端部を精密位置決めすることができる屈曲関節機構並びにその屈曲関節機構を有する術具及びその屈曲関節機構を有するマニピュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を直線状態で保持した状態の全体の概略構成を示す側面図。
【図２】第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を直線状態で保持した状態を一部断面にして示す側面図。
【図３】第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を屈曲させた状態の全体の概略構成を示す側面図。
【図４】第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を屈曲させた状態を一部断面にして示す側面図。
【図５】第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部の作用を説明するもので、（Ａ）は関節部を直線状態で保持した状態を一部断面にして示す側面図、（Ｂ）は関節部を屈曲させた状態を一部断面にして示す側面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を直線状態で保持した状態の概略構成を示す斜視図。
【図７】第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部の要部構成を示す斜視図。
【図８】第２の実施の形態の屈曲関節機構の概略構成を示すもので、（Ａ）は関節部を直線状態で保持した状態を示す斜視図、（Ｂ）は関節部を屈曲させた状態を示す斜視図。
【図９】（Ａ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第１の変形例を示す斜視図、（Ｂ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第２の変形例を示す斜視図。
【図１０】（Ａ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第３の変形例を示す斜視図、（Ｂ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第４の変形例を示す斜視図。
【図１１】（Ａ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第５の変形例を示す斜視図、（Ｂ）は第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第６の変形例を示す斜視図。
【図１２】第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のばねリンクの第７の変形例を示す斜視図。
【図１３】第１の実施の形態の屈曲関節機構の関節部の駆動ロッドの変形例を示すもので、（Ａ）は駆動ロッドの第１の変形例を示す平面図、（Ｂ）は駆動ロッドの第２の変形例を示す平面図、（Ｃ）は駆動ロッドの第３の変形例を示す平面図、（Ｄ）は駆動ロッドの第４の変形例を示す平面図。
【図１４】第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のバネリンクの第８の変形例を示す斜視図。
【図１５】第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のバネリンクの第９の変形例を示す斜視図。
【図１６】第２の実施の形態の屈曲関節機構の関節部のバネリンクの第１０の変形例を示す斜視図。
【図１７】本発明の第３の実施の形態の屈曲関節機構の関節部を直線状態で保持した状態の概略構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施の形態］
（構成）
図１乃至図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態を示す。図１は、本発明の第１の実施の形態の多自由度術具などの処置具１の全体の概略構成を示す側面図である。本実施の形態の処置具１は、軸部２の先端部にダブルジョイント（二重関節）機構の関節部３を介して処置部４が連結されている。
【００１５】
関節部３は、軸部２の先端部に配設された支持部５と、処置部４に連結された作動部６と、支持部５と作動部６との間を連結する駆動プレート（連結部材）７とを有する。図２に示すように支持部５の基端部は、軸部２の先端部に固定されている。支持部５の先端部には、ほぼ半円形状の第１ガイドギア部（第１の回転ガイド部）８が形成されている。第１ガイドギア部８の中心位置は、支持部５の回転中心（第１の回転中心）Ｏ１に設定されている。また、軸部２は、回転中心（第１の回転中心）Ｏ１軸に対して直交した軸を有している。
【００１６】
作動部６は、作動部本体６ａの先端に処置部４が連結されている。作動部本体６ａの基端部には、ほぼ半円形状の第２ガイドギア部（第２の回転ガイド部）９が形成されている。第２ガイドギア部９の中心位置は、作動部６の回転中心（第２の回転中心）Ｏ２に設定されている。作動部６の第２ガイドギア部９は、第１ガイドギア部８に対して噛み合う状態で摩擦接触されている。ここで、図２に示すように第１ガイドギア部８の半径ｒ１と第２ガイドギア部９の半径ｒ２とは、比率が１：１の関係に設定されている。
【００１７】
なお、本実施の形態では、支持部５の先端部の第１ガイドギア部８と、作動部６の第２ガイドギア部９とを歯車の噛み合いで摩擦接触させる構成を示したが、必ずしも歯車の噛み合いで摩擦接触させる構成に限定されるものではない。例えば、歯車の噛み合いによる摩擦接触に代えて摩擦接触される歯車の噛み合いがない２つのゴムローラ（摩擦力が大きい）を摩擦接触させる構成などのように２つの回転体間が互いに滑らずに回転転がりができる機構にしてもよい。
【００１８】
駆動プレート７の基端部は、第１の連結ピン１０を介して軸部２の第１の回転中心Ｏ１位置で回転可能に連結されている。駆動プレート７の先端部は、第２の連結ピン１１を介して作動部６の第２の回転中心Ｏ２位置に回転可能に連結されている。これにより、駆動プレート７によって互いに転がり接触する第１ガイドギア部８の第１の回転中心Ｏ１と第２ガイドギア部９の第２の回転中心Ｏ２との間の距離を一定に保ち、作動部６の第１ガイドギア部８を支持部５の第２ガイドギア部９に対して転がり回転させるようになっている。
【００１９】
また、前記軸部２は、円筒状のハウジング１２を有する。ハウジング１２の先端部に支持部５が連結されている。軸部２のハウジング１２の内部には、駆動ロッド１３が配設されている。ここで、ハウジング１２の内部には、駆動ロッド１３を軸部２の中心線方向に直動自在に支持するロッド受け１４が固定されている。そして、駆動ロッド１３は図示しない駆動源からの駆動力によりロッド受け１４にガイドされた状態で直動方向に駆動されるようになっている。
【００２０】
駆動ロッド１３の先端部は、第３の連結ピン１５を介して駆動プレート７の基端部における第１の回転中心Ｏ１位置以外の第３の回転中心Ｏ３位置に回転可能に連結されている。さらに、本実施の形態の駆動ロッド１３は、軸部２の中心線方向以外の方向に弾性変形可能な弾性部材である。ここで、駆動ロッド１３の先端部には、他の部分よりも外径を小さくして弾性変形しやすくした軸方向の長さがＬの弾性変形部（弾性部材）１６が形成されている。これにより、駆動ロッド１３は、断面積がロッド１３の中心線方向で異なる構成になっている。なお、駆動ロッド１３は、例えばステンレスバネ鋼（ＳＵＳ３０４ＣＰＳ）などの金属材料で形成されている。また、駆動ロッド１３の材料は、ステンレスバネ鋼に限定されるものではなく、たとえば軽量で、絶縁性、耐食性に優れているＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂）や、ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート樹脂）などの樹脂バネや、ばね用りん青銅（延性、耐疲労性、耐食性が良く、特に低温焼なましを施行してあるので高性能ばね材に適している。）や、Ｎｉ−Ｔｉなどの形状記憶合金（形状記憶合金バネは、低温では柔らかく、高温では硬い特性が得られる。軽量で、耐食性に優れている。）などでもよい。
【００２１】
そして、本実施の形態の処置具１の関節駆動装置は、駆動ロッド１３の直動方向の動きに連動して駆動プレート７を第１の回転中心Ｏ１位置を中心に回動させるとともに、駆動プレート７の動きに連動して作動部６の第２ガイドギア部９を軸部２の第１ガイドギア部８に沿って第１の回転中心Ｏ１位置を中心に回動させることで関節部３を駆動するようになっている（図３および図４参照）。
【００２２】
（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の処置具１の関節駆動装置は、非作動時は、図１、２に示すように軸部２の先端側の作動部６と処置部４とが軸部２の中心線方向に沿って一直線状に真っ直ぐに延びた初期位置の状態で保持されている。
【００２３】
初期位置の状態から処置具１の関節駆動装置を動かす場合には駆動ロッド１３を軸方向に直動させる。例えば、図１および図２の初期位置の状態から駆動ロッド１３を前方向に向けて直動させた場合には、駆動プレート７に駆動ロッド１３からの押圧力が作用する。このとき、駆動ロッド１３は弾性変形領域内で梁としてたわみながら、駆動プレート７を第１の回転中心Ｏ１位置を中心に回転させる。
【００２４】
この場合、ダブルジョイント機構では、駆動プレート７が支持部５の回転中心Ｏ１を中心に図１中で、反時計回り方向に回動し、この駆動プレート７の回動動作に連動して支持部５の先端部の第１ガイドギア部８に対して、作動部６の第２ガイドギア部９が転がり回転しながら動く。そのため、支持部５の第１ガイドギア部８の半径（ｒ１）と作動部６の第２ガイドギア部９の半径（ｒ２）の比率に応じた角度で駆動プレート７を動かすことになる。
【００２５】
ここで、図４に示すように駆動プレート７の回動角度をθ、作動部６の回動角度をφとすると、
ｒ２（φ−θ）＝ｒ１θ ・・・（１）
φ＝{（ｒ１＋ｒ２）／ｒ２}θ ・・・（２）
たとえば、本実施の形態のように、第１ガイドギア部８の半径ｒ１と、第２ガイドギア部９の半径ｒ２との比率が１：１の場合（ｒ１＝ｒ２）は、
φ＝２θ
となる。図４に示すように回転中心Ｏ２を中心に駆動プレート７を４５度動かせば、作動部６の第２ガイドギア部９は、支持部５の第１ガイドギア部８に対して９０度動くことになる。つまり、増速機構となるため、駆動プレート７の角度移動量を目的とする作動部６の角度移動量に対して少なくできる。
【００２６】
また、本実施の形態のダブルジョイント機構で処置具１の関節駆動装置を動かす場合に、図５（Ａ）に示すように初期位置の状態から駆動ロッド１３をｘ方向に直動させて図５（Ｂ）に示すように作動部６を目的の角度φまで回動させる際に駆動ロッド１３が弾性変形領域内で梁としてたわむ。このときの駆動ロッド１３のひずみｙは、
ｙ＝ｒ（１−ｃｏｓ（φ／２）） ・・・（３）
となる。したがって、本実施の形態のダブルジョイント機構で処置具１の関節駆動装置を動かす場合に作動部６を目的の角度φまで回動させる際に駆動ロッド１３がたわむ際の駆動ロッド１３のひずみｙは、上記式（３）に示す通り、非常に小さくなるので、駆動ロッド１３の弾性変形領域内で対応できる。
【００２７】
（効果）
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の処置具の関節駆動装置では、互いに転がり接触する二つのガイド部材（支持部５の第１ガイドギア部８と作動部６の第２ガイドギア部９）と、その第１ガイドギア部８と、第２ガイドギア部９の距離を一定に保ち、第２ガイドギア部９を第１ガイドギア部８に対して転がり回転させるための駆動プレート７からなる二重関節機構において、駆動プレート７を動かす手段として変形を許容する駆動ロッド１３の直動により駆動プレート７を動かす構成としたものである。この駆動ロッド１３の直動時には、駆動ロッド１３は弾性変形領域内で梁としてたわみながら、駆動プレート７を回転させる。そのため、作動部６の目的とする角度移動量に比べて、駆動プレート７の角度移動量を低減することができるため、従来は平行リンク機構あるいはクランク機構といった機構により屈曲させていた関節部３を駆動ロッド１３の直動で制御できるようにすることができる。
【００２８】
したがって、本実施の形態の処置具１の関節駆動装置では、ワイヤの伸びやたるみ、機構部材の公差によるガタなどによる関節機構のガタを低減すると共に、連続した屈曲関節においても少ない部品点数で屈曲機構を構成することができ、多自由度術具などの処置具の先端部を精密位置決めすることができる処置具１の関節駆動装置を提供することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、駆動プレート７を駆動するための駆動ロッド１３がバネの効果を果たし、関節部３の機構に生じるガタ部に常に力をあたえることになるので、関節部３のガタが低減する。
また、関節部３を平行リンク的に駆動する従来の駆動機構の場合では関節部３の駆動時に直動動作と回転動作とが組み合わされた動きを行うため、駆動機構の動作範囲が広く必要になる。そのため、細径部では設計が困難になる。これに対し、本実施の形態の処置具の関節駆動装置では、駆動プレート７を駆動するための駆動ロッド１３が直動となるため、駆動ロッド１３の軸断面内では動かず、占有面積が駆動ロッド１３自身の面積に限られる。そのため、駆動ロッド１３が配設される軸部２のハウジング１２の内部スペースに駆動ロッド１３の可動領域を広くする必要がなく、設計の自由度がひろがる。これにより、内視鏡下手術での気腹時の空気漏れを防ぐために術具軸内にパッキン部材を設置する場合でも、術具軸断面方向での可動領域が必要ないため、パッキン部材を設置しやすい。さらに、クランク駆動方式の従来の駆動機構の場合に比べ、リンク数が低減でき、コストや、組立工数が低減できる効果がある。
【００３０】
［第２の実施の形態］
（構成）
図６乃至図８（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、処置具２１の先端に２つのダブルジョイント機構の関節部（第１関節部２２と第２関節部２３）を並設したものである。
図６に示すように処置具２１には、軸部２４の先端と処置部２５との間に第１関節部２２と第２関節部２３が配設されている。ここで、第１関節部２２は、第１のガイドギア部８と軸および半径を同じくする第１ギア２６と、第２のガイドギア部９と軸および半径を同じくする第２ギア２７を有する。第１ギア２６は、軸部２４の先端に配設された支持部２８に第１回転軸２９を介して中心Ｏ１を中心に回転自在に軸支されている。第２ギア２７は、第１ギア２６に対して噛み合う状態で摩擦接触された状態で第２回転軸３０を介して中心Ｏ２を中心に回転自在に軸支されている。第１ギア２６の半径ｒ１と第２ギア２７の半径ｒ２とは、本実施の形態では比率が１：１の関係に設定されている。
【００３１】
軸部２４のハウジング３１の内部には、駆動ロッド３２が配設されている。軸部２４のハウジング３１の内部には、駆動ロッド３２を軸部２４の中心線方向に直動自在に支持する図２に示すようなロッド受け（不図示）が固定されている。そして、駆動ロッド１３は図示しない駆動源からの駆動力によりロッド受けにガイドされた状態で直動方向に駆動されるようになっている。
【００３２】
駆動ロッド３２の先端部は、第１ギア２６における第１回転軸２９の中心Ｏ１位置以外の中心Ｏ５位置に連結ピン３３を介して回転可能に連結されている。さらに、本実施の形態の駆動ロッド３２は、軸部２４の中心線方向以外の方向に弾性変形可能な弾性部材である。
【００３３】
また、第２関節部２３は、２つのほぼ半円形状のギア（第３ガイドギア部３４と第４ガイドギア部３５）を有する。第３ガイドギア部３４は、第１関節部２２と第２関節部２３との間に配設された第２関節部２３の軸部を成す中間ハウジング３６に固定されている。第３ガイドギア部３４の中心位置は、中間ハウジング３６上の回転中心Ｏ６に設定されている。第４ガイドギア部３５は、第３ガイドギア部３４に対して噛み合う状態で摩擦接触された状態で処置部２５に固定されている。第４ガイドギア部３５の回転中心は、処置部２５の回転中心Ｏ７上に設定されている。第３ガイドギア部３４の半径ｒ３と第４ガイドギア部３５の半径ｒ４とは、本実施の形態では比率が１：１の関係に設定されている。第２駆動プレート４２およびプレート３７は、第３ガイドギア部３４の回転中心Ｏ６と第４ガイドギア部３５の回転中心Ｏ７に対しそれぞれ、第３回転軸３８および第４回転軸３９により回転自由に軸支されている。
【００３４】
ここで、第２関節部２３の２つの回転軸である第３回転軸３８と第４回転軸３９は第１関節部２２の２つの回転軸である第１回転軸２９と第２回転軸３０に対して直交する方向に配置されている。これにより、第１関節部２２の屈曲方向と、第２関節部２３の屈曲方向とは９０°異なる方向に屈曲する状態に設定されている。
【００３５】
また、中間ハウジング３６の内部には、第２駆動ロッド４０が配設されている。この第２駆動ロッド４０は、ほぼクランク状に屈曲形成されたばねリンクである。第２駆動ロッド４０の基端部は、第１関節部２２の第２ギア２７に対し、第２ギア２７の回転軸と平行に連結ピン４１を介して回転可能に連結されている。第２駆動ロッド４０の先端部は、第２駆動プレート４２に第３ガイドギア部３４の中心軸と平行な軸で連結ピン４３を介して回転可能に連結されている。ここで、第２駆動ロッド４０の基端部の連結ピン４１と、第２駆動ロッド４０の先端部の連結ピン４３とは、第２駆動ロッド４０の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
【００３６】
第２駆動プレート４２と、第２関節部２３の第３ガイドギア部３４と第４ガイドギア部３５との連結状態は、第１の実施の形態の駆動プレート７と、第１ガイドギア部８および第２ガイドギア部９との連結状態と同様に設定されている。つまり、第３ガイドギア部３４は、第２の関節部の第１の回転ガイド部であり、第４ガイドギア部３５は、第２の関節部の第２の回転ガイド部である。
【００３７】
（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の処置具２１の関節駆動装置は、非作動時は、図６および図８（Ａ）に示すように軸部２４と処置部２５との間の第１関節部２２と第２関節部２３とが軸部２４の中心線方向に沿って一直線状に真っ直ぐに延びた初期位置の状態で保持されている。
【００３８】
第１関節部２２を駆動するときは、図６上には記載されていない駆動ロッド１３を第１の実施の形態と同様に駆動することで、駆動プレート７が動き、第１関節部２２は屈曲する。このとき、第１ギア２６と第２ギア２７は、駆動ロッド３２が動かされなければ、第１ガイドギア部８および第２ガイドギア部９と同様に単なる転がり接触をするガイドとして働き、第２関節２３に影響を与えることなく、第１関節部２２を屈曲させることができる。
【００３９】
次に、第２関節部２３を屈曲する際には、駆動ロッド３２が図示しない駆動源からの駆動力によりロッド受けにガイドされた状態で直動方向に駆動され、第１ギア２６が第１回転軸２９を介して中心Ｏ１を中心に回転する。このとき、図８（Ｂ）に示すように第１ギア２６と噛み合った第２ギア２７が第２回転軸３０を介して中心Ｏ２を中心に回転する。第２ギア２７が回転することで第２ギアにピン４１を介して回転自在に設置された第２駆動ロッド４０が、中間ハウジング３６の軸断面軸方向に弾性変形しながら、中間ハウジング３６に固定された第３ガイドギア部３４の中心軸Ｏ３回りに、第２駆動プレート４２を回転軸４３を介して回転させる。
この第２駆動ロッド４０の動作に連動して第２関節部２３は、第１の実施の形態での関節の動作と同様に駆動される。なお、このとき、図６上では図示されていない駆動ロッド１３を固定していれば、第２関節部２３が動いても第１関節部２２は影響をうけずに動かない。このため、第１関節部２２と第２関節部２３は独立に駆動できる。
【００４０】
（効果）
そこで、本実施の形態では、駆動ロッド３２の直動動作によって第１関節部２２の第１ギア２６が回転し、これと噛み合った第１関節部２２の第２ギア２７の回転によって第２駆動ロッド４０が中間ハウジング３６の軸方向に駆動される。このとき、第２駆動ロッド４０が、中間ハウジング３６の軸断面方向に弾性変形領域内で梁としてたわみながら第２関節部２３の第２駆動プレート４２を第１の実施の形態と同様に駆動し、第２関節部２３を屈曲させることができる。駆動ロッド３２は弾性変形領域内で梁としてたわみながら、第１関節部２２の第１ギア２６を回転させることができる。
したがって、本実施の形態でも第２関節部２３を第１実施形態と同様に第２駆動ロッド４０の直動で制御できるようにすることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、第２関節部２３の２つの回転軸である第３回転軸３８と第４回転軸３９は第１関節部２２の２つの回転軸である第１回転軸２９と第２回転軸３０に対して直交する方向に配置されている。これにより、第１関節部２２の屈曲方向と、第２関節部２３の屈曲方向とは９０°異なる方向に屈曲させることができる。そのため、第１実施形態の効果に加え、第１関節部２２と第２関節部２３とを屈曲方向が９０°異なる方向に屈曲させることができる。第１関節部２２や第２関節部２３のようなダブルジョイント機構を、長手断面方向には弾性変形し、長手方向は断面方向の弾性変形にくらべ変形しにくい駆動ロッドによって駆動することで、組み立てガタをバネ効果により押さえつけて低減しつつ、必要な部品点数を低減することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、第１ギア２６への駆動力の伝達として駆動ロッド３２にて行っているが、例えば第１ギア２６に対してプーリを設けて、そのプーリにベルトやワイヤ等の駆動力伝達部材を接続して、その駆動力伝達部材にて行っても良く、さらにはリンクによって駆動力を伝達しても良く、駆動力伝達手段については駆動ロッド３２によるものに限るものではない。
また、本実施の形態では、第１関節部２２と第２関節部２３とを並設した関節部を処置具２１の先端に設けているが、処置具２１の中途部に設けても良い。さらには、第１関節部２２と第２関節部２３とを並設した関節部を複数並設しても良い。
また、本実施の形態において、第１関節部２２を屈曲させる第１駆動ロッドとしては、弾性変形可能な駆動ロッド１３が好ましいが、第１関節部２２を屈曲させるということに対しては、弾性変形しない部材の第１駆動ロッドであっても良い。
【００４３】
［第２の実施の形態の第１の変形例］
図９（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０の第１の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド５１は、駆動ロッド５１のロッド本体５１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体５１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）に貫通する第１の貫通孔５２と、ロッド本体５１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）に貫通する第２の貫通孔５３とが設けられている。これら第１の貫通孔５２と、第２の貫通孔５３とは駆動ロッド５１の中心線方向に延設された長穴によって形成されている。
【００４４】
また、駆動ロッド５１の基端部の連結ピン５４と、駆動ロッド５１の先端部の連結ピン５５とは、駆動ロッド５１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド５１では、ロッド本体５１ａの第１の貫通孔５２と、第２の貫通孔５３の大きさを調整することにより、駆動ロッド５１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００４５】
［第２の実施の形態の第２の変形例］
図９（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態の第２の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド６１は、駆動ロッド６１のロッド本体６１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体６１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）に貫通する第１の貫通孔６２と、ロッド本体６１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）に貫通する第２の貫通孔６３とが設けられている。そして、本変形例では、第１の貫通孔６２は、駆動ロッド５１の中心線方向にほぼ半分の長さに延設された短い長穴によって形成されている。第２の貫通孔６３は、駆動ロッド６１の中心線方向にほぼ全長に近い長さに延設された長い長穴によって形成されている。
【００４６】
また、駆動ロッド６１の基端部の連結ピン６４と、駆動ロッド６１の先端部の連結ピン６５とは、駆動ロッド６１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド６１では、ロッド本体６１ａの第１の貫通孔６２と、第２の貫通孔６３の孔形状（幅、長さ、位置）を調整することにより、駆動ロッド６１のばね弾性、屈曲位置、屈曲のバランスをさらに変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００４７】
［第２の実施の形態の第３の変形例］
図１０（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態の第３の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド７１は、駆動ロッド７１のロッド本体７１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体７１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）には、貫通する２つの第１の貫通孔７２ａ，７２ｂが形成されている。ロッド本体５１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）には、貫通する２つの第２の貫通孔７３ａ，７３ｂが形成されている。これら第１の貫通孔７２ａ，７２ｂと、第２の貫通孔７３ａ，７３ｂとはそれぞれ駆動ロッド７１の中心線方向に延設された長穴によって形成されている。
【００４８】
また、駆動ロッド７１の基端部の連結ピン７４と、駆動ロッド７１の先端部の連結ピン７５とは、駆動ロッド７１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド７１では、ロッド本体７１ａの第１の貫通孔７２ａ，７２ｂと、第２の貫通孔７３ａ，７３ｂの大きさを調整することにより、駆動ロッド７１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００４９】
［第２の実施の形態の第４の変形例］
図１０（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態の第４の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド８１は、駆動ロッド８１のロッド本体８１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体８１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）に貫通する第１の貫通溝８２と、ロッド本体８１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）に貫通する第２の貫通溝８３とが設けられている。ここで、第１の貫通溝８２は、駆動ロッド８１の先端部側、第２の貫通溝８３は、駆動ロッド８１の基端部側に配置されている。
【００５０】
また、駆動ロッド８１の基端部の連結ピン８４と、駆動ロッド８１の先端部の連結ピン８５とは、駆動ロッド８１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド８１では、ロッド本体８１ａの第１の貫通溝８２と、第２の貫通溝８３の大きさを調整することにより、駆動ロッド８１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００５１】
［第２の実施の形態の第５の変形例］
図１１（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態の第５の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド９１は、駆動ロッド９１のロッド本体９１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体９１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）に貫通する波型の第１の板ばね部９２と、ロッド本体９１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）に貫通する波型の第２の板ばね部９３とが設けられている。ここで、第１の板ばね部９２は、駆動ロッド９１の先端部側、第２の板ばね部９３は、駆動ロッド９１の基端部側に配置されている。
【００５２】
また、駆動ロッド９１の基端部の連結ピン９４と、駆動ロッド９１の先端部の連結ピン９５とは、駆動ロッド９１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド９１では、ロッド本体９１ａの第１の板ばね部９２と、第２の板ばね部９３の大きさを調整することにより、駆動ロッド９１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００５３】
［第２の実施の形態の第６の変形例］
図１１（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態の第６の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１０１は、ほぼ円柱状のロッド本体１０１ａを有する。ロッド本体１０１ａは、円形状の断面形状に形成されている。このロッド本体１０１ａの断面積は、ロッドの中心線方向で異なる形状に形成されている。例えば、ロッド本体１０１ａの中央部分の断面積は、小さく両端部側に向かうにしたがって徐々に断面積が大きくなる形状に形成されている。
【００５４】
また、駆動ロッド１０１の基端部の連結ピン１０４と、駆動ロッド１０１の先端部の連結ピン１０５とは、駆動ロッド１０１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド１０１では、ロッド本体１０１ａの断面積は、ロッドの中心線方向で異なる形状に形成され、このロッド本体１０１ａの形状を調整することにより、駆動ロッド１０１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００５５】
［第２の実施の形態の第７の変形例］
図１２は、本発明の第２の実施の形態の第７の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１１１は、駆動ロッド１１１のロッド本体１１１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体１１１ａは、中央部分にばね性が高い材料で形成された第１のブロック部材１１２が配設されている。この第１のブロック部材１１２の両側には、第１のブロック部材１１２よりもばね性が低い材料で形成された第２のブロック部材１１３が配設されている。第１のブロック部材１１２と第２のブロック部材１１３との間の接合部１１６は、溶接などの手段で固定されている。
【００５６】
また、駆動ロッド１１１の基端部の連結ピン１１４と、駆動ロッド１１１の先端部の連結ピン１１５とは、駆動ロッド１１１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例では、ロッド本体１１１ａが駆動ロッド１０１の中心線方向に複数に分割され、中央部分にばね性が高い材料で形成された第１のブロック部材１１２が配設され、この第１のブロック部材１１２の両側に第１のブロック部材１１２よりもばね性が低い材料で形成された第２のブロック部材１１３が配設される構成になっている。これにより、駆動ロッド１０１のヤング率が駆動ロッド１０１の中心線方向で異なる構成に設定することができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００５７】
［第１の実施の形態の変形例］
図１３（Ａ）は、第１の実施の形態の第１の変形例を示す。本変形例では、第１の実施の形態の駆動ロッド１３の形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１２１は、駆動ロッド１２１のロッド本体１２１ａの中途部に、くさび状の切込み部１２２が形成されている。
【００５８】
そこで、本変形例の駆動ロッド１２１では、ロッド本体１２１ａの中途部の切込み部１２２によって駆動ロッド１２１のばね弾性の特性を変化させることができ、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
図１３（Ｂ）は、第１の実施の形態の第２の変形例を示す。本変形例では、第１の実施の形態の駆動ロッド１３の形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１３１は、ロッド本体１３１ａの中央部に、貫通孔部１３２が形成されている。
【００５９】
そこで、本変形例の駆動ロッド１３１では、ロッド本体１３１ａの中央部の貫通孔部１３２によって駆動ロッド１３１のばね弾性の特性を変化させることができ、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
図１３（Ｃ）は、第１の実施の形態の第３の変形例を示す。本変形例では、第１の実施の形態の駆動ロッド１３の形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１４１は、ロッド本体１４１ａの両端部に比べて両端間の中間部の外径を小さくした形状に形成されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド１４１でも、ロッド本体１４１ａのばね弾性の特性を変化させることができ、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００６０】
図１３（Ｄ）は、第１の実施の形態の第４の変形例を示す。本変形例では、第１の実施の形態の駆動ロッド１３の形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１５１は、ロッド本体１５１ａの中途部に、くさび状の切込み部１５２を複数形成されている。複数の切込み部１５２は、図中上側と下側とが互い違いとなるように配置されている。
【００６１】
そこで、本変形例の駆動ロッド１５１では、ロッド本体１５１ａの中途部の複数の切込み部１５２によって駆動ロッド１５１のばね弾性の特性を変化させることができ、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
［第２の実施の形態の第８の変形例］
図１４は第２の実施の形態の第８の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１６１は、板状のリンク基材１６１ａをそのリンク基材１６１ａの長手方向のほぼ中央部分からリンク基材１６１ａの中心線を中心に軸回り方向にねじれたロッド本体１６２を設けたものである。ここで、ロッド本体１６２は、リンク基材１６１ａの断面積は、リンク基材１６１ａの長手方向の全長に亙り同じである。
【００６２】
また、駆動ロッド１６１の基端部の連結ピン１６３と、駆動ロッド１６１の先端部の連結ピン１６４とは、駆動ロッド１６１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド１６１は、ロッド本体１６２の弾性部材は、弾性変形する方向がリンク基材１６１ａの中心線方向以外の方向に２次元となる例である。本変形例の駆動ロッド１６１を使用することにより、駆動ロッド１６１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００６３】
［第２の実施の形態の第９の変形例］
図１５は第２の実施の形態の第９の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１７１は、駆動ロッド１７１の基端部１７１ａの連結ピン１７２と、駆動ロッド１７１の先端部１７１ｂの連結ピン１７３とは、駆動ロッド１７１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。さらに、本変形例の駆動ロッド１７１は、駆動ロッド１７１の基端部１７１ａと先端部１７１ｂとの間の部分がトラス構造を有するリンク１７４を設けた構成になっている。
【００６４】
そこで、本変形例の駆動ロッド１７１の弾性部材は、弾性変形する方向が駆動ロッド１７１の中心線方向以外の方向に２次元となる例である。本変形例の駆動ロッド１７１を使用することにより、駆動ロッド１７１のばね弾性を変化させることができ、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００６５】
［第２の実施の形態の第１０の変形例］
図１６は第２の実施の形態の第１０の変形例を示す。本変形例では、第２の実施の形態の第２駆動ロッド４０のばねリンクの形状を次の通り変更したものである。すなわち、本変形例の駆動ロッド１８１のロッド本体１８１ａが矩形状の断面形状に形成されている。この矩形状のロッド本体１８１ａの対向する１つの側面間（例えば上面と下面との間）に貫通する複数の第１の貫通孔１８２と、ロッド本体１８１ａの対向する他方の側面間（例えば左面と右面との間）に貫通する複数の第２の貫通孔１８３とが設けられている。これら第１の貫通孔１８２と、第２の貫通孔１８３とはそれぞれ駆動ロッド１８１の中心線方向に延設された長穴によって形成されている。
【００６６】
また、駆動ロッド１８１の基端部の連結ピン１８４と、駆動ロッド１８１の先端部の連結ピン１８５とは、駆動ロッド１８１の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
そこで、本変形例の駆動ロッド１８１は、座屈しにくい構造のリンクを設けた例である。本変形例の駆動ロッド１８１を使用することにより、第２実施形態の効果に加え、関節駆動装置の設計の自由度を高めることができる。
【００６７】
［第３の実施の形態］
（構成）
図１７は、本発明の第３の実施の形態の処置具１９１を示す。本実施の形態の処置具１９１では、軸部１９２の先端と処置部１９３との間にダブルジョイント機構の関節部１９４が配設されている。
関節部１９４は、軸部１９２の先端部に配設された支持部１９５と、処置部１９３に連結された作動部１９６と、支持部１９５と作動部１９６との間を連結するプレート１９７とを有する。支持部１９５の基端部は、軸部１９２の先端部に固定されている。支持部１９５の先端部には、ほぼ半円形状の第１ガイドギア部（第１の回転ガイド部）１９８が形成されている。第１ガイドギア部１９８の中心位置は、支持部１９５の回転中心（第１の回転中心）Ｏ１１に設定されている。また、軸部１９２は、回転中心（第１の回転中心）Ｏ１１軸に対して直交した軸を有している。
【００６８】
作動部１９６は、作動部本体１９６ａの先端に処置部１９３が連結されている。作動部本体１９６ａの基端部には、ほぼ半円形状の第２ガイドギア部（第２の回転ガイド部）１９９が形成されている。第２ガイドギア部１９９の中心位置は、作動部１９６の回転中心（第２の回転中心）Ｏ１２に設定されている。作動部１９６の第２ガイドギア部１９９は、第１ガイドギア部１９８に対して噛み合う状態で摩擦接触されている。ここで、第１ガイドギア部１９８の半径ｒ１と第２ガイドギア部１９９の半径ｒ２とは、比率が１：１の関係に設定されている。
【００６９】
さらに、関節部１９４は、第１のガイドギア部１９８と軸および半径を同じくする第１ギア２００と、第２のガイドギア部１９９と軸および半径を同じくする第２ギア２０１を有する。第１ギア２００は、軸部１９２の先端に配設された支持部１９５に第１回転軸２０２を介して中心Ｏ１１を中心に回転自在に軸支されている。第２ギア２０１は、第１ギア２００に対して噛み合う状態で摩擦接触された状態で第２回転軸２０３を介して中心Ｏ１２を中心に回転自在に軸支されている。第１ギア２００の半径ｒ１と第２ギア２０１の半径ｒ２とは、本実施の形態では比率が１：１の関係に設定されている。
【００７０】
軸部１９２のハウジング２０４の内部には、駆動ロッド２０５が配設されている。軸部１９２のハウジング２０４の内部には、駆動ロッド２０５を軸部１９２の中心線方向に直動自在に支持する図２に示すようなロッド受け（不図示）が固定されている。そして、駆動ロッド２０５は図示しない駆動源からの駆動力によりロッド受けにガイドされた状態で直動方向に駆動されるようになっている。本実施の形態の駆動ロッド２０５は、軸部１９２の中心線方向以外の方向に２次元に弾性変形可能な弾性部材である。駆動ロッド２０５の先端部は、第２駆動プレート２０６に第１ガイドギア部１９８の第１回転軸２０２と平行な軸で連結ピン２０７を介して回転可能に連結されている。
【００７１】
軸部１９２の基端部には、関節部１９４の支持部１９５と直交する方向のベースプレート２０８が設けられている。このベースプレート２０８には駆動ギア２０９が関節部１９４の第１のガイドギア部１９８の第１回転軸２０２と直交する方向の第３回転軸２１０を介して中心Ｏ１３を中心に回転自在に軸支されている。
【００７２】
駆動ロッド２０５の基端部は、駆動ギア２０９に対し、第３回転軸２１０と平行に連結ピン２１１を介して回転可能に連結されている。ここで、駆動ロッド２０５の基端部の連結ピン２１１と、駆動ロッド２０５の先端部の連結ピン２０７とは、駆動ロッド２０５の中心線の軸回り方向に９０°回転した角度で配置されている。
【００７３】
第２駆動プレート２０６と、関節部１９４の第１ガイドギア部１９８と第２のガイドギア部１９９との連結状態は、第１の実施の形態の駆動プレート７と、第１ガイドギア部８および第２ガイドギア部９との連結状態と同様に設定されている。つまり、第１ガイドギア部１９８は、関節部１９４の第１の回転ガイド部であり、第２のガイドギア部１９９は、関節部１９４の第２の回転ガイド部である。
【００７４】
（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の処置具１９１の関節駆動装置は、非作動時は、図１７に示すように軸部１９２と処置部１９３との間の関節部１９４が軸部１９２の中心線方向に沿って一直線状に真っ直ぐに延びた初期位置の状態で保持されている。
【００７５】
関節部１９４を屈曲する際には、駆動ギア２０９が第３回転軸２１０を中心に回転する。このとき、駆動ギア２０９が回転することで駆動ギア２０９にピン２１１を介して回転自在に設置された駆動ロッド２０５が、軸部１９２のハウジング２０４の軸断面軸方向に弾性変形しながら、ハウジング２０４に固定された第１ガイドギア部１９８の第１回転軸２０２を介して中心Ｏ１１回りに、回転軸２０７を介して第２駆動プレート２０６を回転させる。
この駆動ロッド２０５の動作に連動して関節部１９４は、第１の実施の形態での関節の動作と同様に駆動される。
【００７６】
（効果）
そこで、本実施の形態では第１実施形態の効果に加え、関節部１９４の２つの回転軸である第１回転軸２０２と第２回転軸２０３は駆動ギア２０９の第３回転軸２１０に対して直交する方向に配置されている。これにより、駆動ギア２０９の回転方向と、関節部１９４の屈曲方向とは９０°異なる方向に屈曲させることができる。そのため、第１実施形態の効果に加え、駆動ギア２０９と関節部１９４とを屈曲方向が９０°異なる方向に屈曲させることができる。関節部１９４のようなダブルジョイント機構を、長手断面方向には２次元に弾性変形し、長手方向は断面方向の弾性変形にくらべ変形しにくい駆動ロッドによって駆動することで、組み立てガタをバネ効果により押さえつけて低減しつつ、必要な部品点数を低減することができる。
【００７７】
さらに、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施の形態では、本発明を多自由度術具などの処置具に適用した例を示したが、マニピュレータに適用してもよい。さらに、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
記
（付記項１） 軸方向以外の方向に弾性変形可能なロッドを設けた。
【００７８】
（付記項２） 弾性変形する方向は１次元である。
（付記項３） 弾性変形する方向は２次元である。
（付記項４） ２重関節機構の先端側にロッドは設けられる。
（付記項５） リンクの断面積が異なるロッドを設ける。
（付記項６） ヤング率が異なるロッドを設ける。
【００７９】
（付記項７） ロッドが別部材で分割されている。
（付記項８） リンクの断面積は同じでリンクがねじれたロッドを設ける。
（付記項９） トラス構造を有するリンクを設ける。
（付記項１０） 座屈しにくい構造のリンクを設ける。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、多自由度術具などで使用される屈曲関節機構並びにその屈曲関節機構を有する術具及びその屈曲関節機構を有するマニピュレータを使用する技術分野や、これを製造する技術分野に有効である。
【符号の説明】
【００８１】
２…軸部、３…関節部、Ｏ１…第１の回転中心、５…支持部、Ｏ２…第２の回転中心、６…作動部、７…駆動プレート（連結部材）、８…第１ガイドギア部（第１の回転ガイド部）、９…第２ガイドギア部（第２の回転ガイド部）、１３…駆動ロッド（ロッド）、２２…第１関節部、２３…第２関節部、２６…第１ギア（第１の回転ギア）、２７…第２ギア（第２の回転ギア）、３４…第３ガイドギア部（第１の回転ガイド部）、３５…第４ガイドギア部（第２の回転ガイド部）、３６…中間ハウジング（軸部）、４０…第２駆動ロッド、４２…第２駆動プレート（連結部材）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節部は、
第１の回転中心位置を中心とする円弧形状の第１の回転ガイド部を有し第１の回転中心軸に対して直交した軸を有する軸部と、
基端部に前記軸部の前記第１の回転ガイド部に対して転がり接触し、第２の回転中心位置を中心とする円弧形状の第２の回転ガイド部が形成された作動部と、
先端部が前記作動部の前記第２の回転中心位置に回転可能に連結され、基端部が前記軸部の前記第１の回転中心位置に回転可能に連結された連結部材と、
前記軸部に対して前記軸部の中心線方向に直動自在に支持されると共に、先端部が前記連結部材の前記第１の回転中心位置以外の位置に連結され、駆動力により前記軸部の前記中心線方向に直動駆動されるロッドと、
を有し、
前記ロッドの前記直動方向の動きに連動して前記連結部材を介して前記第２の回転ガイド部を前記第１の回転ガイド部に沿って前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記作動部を前記軸部に対して屈曲駆動する屈曲関節機構であって、
前記ロッドは、前記軸部の中心線方向以外の方向に弾性変形可能な弾性部材であることを特徴とする屈曲関節機構。
【請求項２】
前記弾性部材は、弾性変形する方向が前記軸部の中心線方向以外の方向に１次元であることを特徴とする請求項１に記載の屈曲関節機構。
【請求項３】
関節部は、
第１の回転中心位置を中心とする円弧形状の第１の回転ガイド部を有し第１の回転中心軸に対して直交した軸を有する軸部と、
基端部に前記軸部の前記第１の回転ガイド部に対して転がり接触し、第２の回転中心位置を中心とする円弧形状の第２の回転ガイド部が形成された作動部と、
先端部が前記作動部の前記第２の回転中心位置に回転可能に連結され、基端部が前記軸部の前記第１の回転中心位置に回転可能に連結された連結部材と、を有し、
前記関節部は、前記軸部の中心線方向に第１の関節部および第２の関節部が並設され、前記第１の関節部を後側とし、前記第２の関節部を前側として、
前記第１の関節部の前記作動部の前記第２の回転中心の中心軸と、前記第１の関節部の前記作動部につながった前記第２の関節部の前記第１の回転中心の中心軸とがねじれの位置、つまり平行だが同一平面上に存在しない関係で、
前記第１の関節部の第１の回転ガイド部と回転中心および円弧半径を同じくした第１の回転ギアと、前記第１の関節部の第２の回転ガイド部と回転中心および円弧半径を同じで前記第１の回転ギアとかみ合う第２の回転ギアと、
前記第１の関節部の連結部材に接続され、直動運動する第１駆動ロッドと、
前記第２の関節部の連結部材と前記第２の関節部の前記連結部材の回転軸と平行で回転中心が異なる位置で回転自在に連結されると共に、前記第１の関節部の第２の回転ギアの回転中心軸と平行で回転中心以外の位置で前記第１の関節部の前記第２の回転ギアに回転自在に連結され、前記第２の関節部の前記軸部の中心線方向に直動駆動される第２駆動ロッドと、を有し、
前記第１駆動ロッドの直動運動により、前記第１の関節部の前記第２の回転ガイド部を前記第１の関節部の前記第１の回転ガイド部に沿って前記第１の関節部の前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記第１の関節部の前記作動部を前記第１の関節部の前記軸部に対して屈曲可能で、
前記第１駆動ロッドの運動とは独立した別の駆動力により前記第１の関節部の前記第１の回転ギアを回転させることで、前記第１の回転ギアとかみ合った前記第２の回転ギアが回転し、前記第２の回転ギアと前記第２の関節部の前記連結部材に連結された前記第２駆動ロッドが前記第２の回転ギアの動きにより前記第２の関節部の前記連結部材を動かし、これにより前記第２の関節部の前記第２の回転ガイド部を前記第２の関節部の前記第１の回転ガイド部に沿って前記第２の関節部の前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記第２の関節部の前記作動部を前記第２の関節部の前記軸部に対して屈曲駆動する屈曲関節機構であって、
前記第２駆動ロッドは、長手断面方向に弾性変形可能な弾性部材であることを特徴とする屈曲関節機構。
【請求項４】
前記弾性部材は、弾性変形する方向が前記軸部の中心線方向以外の方向に２次元であることを特徴とする請求項１または３に記載の屈曲関節機構。
【請求項５】
前記弾性部材は、断面積が前記ロッドの中心線方向で異なることを特徴とする請求項１または３に記載の屈曲関節機構。
【請求項６】
前記弾性部材は、ヤング率が前記ロッドの中心線方向で異なることを特徴とする請求項１または３に記載の屈曲関節機構。
【請求項７】
前記弾性部材は、前記ロッドが複数の構成要素に分割され、前記各構成要素がそれぞれ異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１または３に記載の屈曲関節機構。
【請求項８】
屈曲関節機構を有する術具において、
前記屈曲関節機構は、請求項１〜７の何れかに記載の屈曲関節機構であることを特徴とする屈曲関節機構を有する術具。
【請求項９】
屈曲関節機構を有するマニピュレータにおいて、
前記屈曲関節機構は、請求項１〜７の何れかに記載の屈曲関節機構であることを特徴とする屈曲関節機構を有するマニピュレータ。
【請求項１】
関節部は、
第１の回転中心位置を中心とする円弧形状の第１の回転ガイド部を有し第１の回転中心軸に対して直交した軸を有する軸部と、
基端部に前記軸部の前記第１の回転ガイド部に対して転がり接触し、第２の回転中心位置を中心とする円弧形状の第２の回転ガイド部が形成された作動部と、
先端部が前記作動部の前記第２の回転中心位置に回転可能に連結され、基端部が前記軸部の前記第１の回転中心位置に回転可能に連結された連結部材と、
前記軸部に対して前記軸部の中心線方向に直動自在に支持されると共に、先端部が前記連結部材の前記第１の回転中心位置以外の位置に連結され、駆動力により前記軸部の前記中心線方向に直動駆動されるロッドと、
を有し、
前記ロッドの前記直動方向の動きに連動して前記連結部材を介して前記第２の回転ガイド部を前記第１の回転ガイド部に沿って前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記作動部を前記軸部に対して屈曲駆動する屈曲関節機構であって、
前記ロッドは、前記軸部の中心線方向以外の方向に弾性変形可能な弾性部材であることを特徴とする屈曲関節機構。
【請求項２】
前記弾性部材は、弾性変形する方向が前記軸部の中心線方向以外の方向に１次元であることを特徴とする請求項１に記載の屈曲関節機構。
【請求項３】
関節部は、
第１の回転中心位置を中心とする円弧形状の第１の回転ガイド部を有し第１の回転中心軸に対して直交した軸を有する軸部と、
基端部に前記軸部の前記第１の回転ガイド部に対して転がり接触し、第２の回転中心位置を中心とする円弧形状の第２の回転ガイド部が形成された作動部と、
先端部が前記作動部の前記第２の回転中心位置に回転可能に連結され、基端部が前記軸部の前記第１の回転中心位置に回転可能に連結された連結部材と、を有し、
前記関節部は、前記軸部の中心線方向に第１の関節部および第２の関節部が並設され、前記第１の関節部を後側とし、前記第２の関節部を前側として、
前記第１の関節部の前記作動部の前記第２の回転中心の中心軸と、前記第１の関節部の前記作動部につながった前記第２の関節部の前記第１の回転中心の中心軸とがねじれの位置、つまり平行だが同一平面上に存在しない関係で、
前記第１の関節部の第１の回転ガイド部と回転中心および円弧半径を同じくした第１の回転ギアと、前記第１の関節部の第２の回転ガイド部と回転中心および円弧半径を同じで前記第１の回転ギアとかみ合う第２の回転ギアと、
前記第１の関節部の連結部材に接続され、直動運動する第１駆動ロッドと、
前記第２の関節部の連結部材と前記第２の関節部の前記連結部材の回転軸と平行で回転中心が異なる位置で回転自在に連結されると共に、前記第１の関節部の第２の回転ギアの回転中心軸と平行で回転中心以外の位置で前記第１の関節部の前記第２の回転ギアに回転自在に連結され、前記第２の関節部の前記軸部の中心線方向に直動駆動される第２駆動ロッドと、を有し、
前記第１駆動ロッドの直動運動により、前記第１の関節部の前記第２の回転ガイド部を前記第１の関節部の前記第１の回転ガイド部に沿って前記第１の関節部の前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記第１の関節部の前記作動部を前記第１の関節部の前記軸部に対して屈曲可能で、
前記第１駆動ロッドの運動とは独立した別の駆動力により前記第１の関節部の前記第１の回転ギアを回転させることで、前記第１の回転ギアとかみ合った前記第２の回転ギアが回転し、前記第２の回転ギアと前記第２の関節部の前記連結部材に連結された前記第２駆動ロッドが前記第２の回転ギアの動きにより前記第２の関節部の前記連結部材を動かし、これにより前記第２の関節部の前記第２の回転ガイド部を前記第２の関節部の前記第１の回転ガイド部に沿って前記第２の関節部の前記第１の回転中心位置を中心に回動させることで前記第２の関節部の前記作動部を前記第２の関節部の前記軸部に対して屈曲駆動する屈曲関節機構であって、
前記第２駆動ロッドは、長手断面方向に弾性変形可能な弾性部材であることを特徴とする屈曲関節機構。
【請求項４】
前記弾性部材は、弾性変形する方向が前記軸部の中心線方向以外の方向に２次元であることを特徴とする請求項１または３に記載の屈曲関節機構。
【請求項５】
前記弾性部材は、断面積が前記ロッドの中心線方向で異なることを特徴とする請求項１または３に記載の屈曲関節機構。
【請求項６】
前記弾性部材は、ヤング率が前記ロッドの中心線方向で異なることを特徴とする請求項１または３に記載の屈曲関節機構。
【請求項７】
前記弾性部材は、前記ロッドが複数の構成要素に分割され、前記各構成要素がそれぞれ異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１または３に記載の屈曲関節機構。
【請求項８】
屈曲関節機構を有する術具において、
前記屈曲関節機構は、請求項１〜７の何れかに記載の屈曲関節機構であることを特徴とする屈曲関節機構を有する術具。
【請求項９】
屈曲関節機構を有するマニピュレータにおいて、
前記屈曲関節機構は、請求項１〜７の何れかに記載の屈曲関節機構であることを特徴とする屈曲関節機構を有するマニピュレータ。
【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】
【公開番号】特開２０１２−９１３１０（Ｐ２０１２−９１３１０Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０１０３（Ｐ２０１１−３０１０３）
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「がん超早期診断・治療機器の総合研究開発／超低侵襲治療機器システムの研究開発／内視鏡下手術支援システムの研究開発プロジェクト」委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「がん超早期診断・治療機器の総合研究開発／超低侵襲治療機器システムの研究開発／内視鏡下手術支援システムの研究開発プロジェクト」委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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