遠隔操作型アクチュエータ
【課題】 細長形状のガイド部の先端に設けられた把持具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、その遠隔操作機構は比較的簡単な構成であり、かつガイド部の形状を問わない遠隔操作型アクチュエータを提供する。
【解決手段】 細長形状のガイド部３と、その先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材２と、先端部材２に設けられた開閉式の把持具１と、先端部材２に回転自在に設けられた回転部材１３と、回転部材１３の回転動作を把持具１の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構１４とを備える。ガイド部３は、回転部材１３に回転を伝達する回転軸２２と、両端に貫通したガイド孔３０ａとを内部に有する。先端が先端部材２に接して進退動作することにより先端部材２を姿勢変更させる姿勢操作部材３１をガイド孔３０ａ内に進退自在に挿通する。
【解決手段】 細長形状のガイド部３と、その先端に姿勢変更自在に取付けられた先端部材２と、先端部材２に設けられた開閉式の把持具１と、先端部材２に回転自在に設けられた回転部材１３と、回転部材１３の回転動作を把持具１の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構１４とを備える。ガイド部３は、回転部材１３に回転を伝達する回転軸２２と、両端に貫通したガイド孔３０ａとを内部に有する。先端が先端部材２に接して進退動作することにより先端部材２を姿勢変更させる姿勢操作部材３１をガイド孔３０ａ内に進退自在に挿通する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、医療用等の用途で用いられ、開閉式把持具の開閉操作および姿勢変更を遠隔操作で行える遠隔操作型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡下外科手術では、患者の体表に複数個の小さな穴を開け、これらの穴に取付けた筒状のトラカールに内視鏡、手術器具等を挿通して処置を行う。この内視鏡下外科手術に使用される手術器具の一つに、細長い筒状のガイド部の先端に鋏状の開閉式把持具を設けた把持用手術器具がある。把持用手術器具は、把持具によって血管、神経、患部組織等を把持するものであり、把持具の開閉等を手元で遠隔操作できるようになっている（例えば特許文献１、２）。特許文献１のものは、手動により、把持具の開閉動作の他、把持具の２軸方向の姿勢変更動作、および中心軸回りの回転動作を行える。特許文献２のものは、モータ等を動力源として、把持具の開閉動作の他、把持具の２軸方向の姿勢変更動作を行える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５４１６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６９０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の把持用手術器具は、ガイド部に対して把持具を屈曲させることはできるが、ガイド部自体は真っ直ぐなものに限られていた。それは、ガイド部の内部に把持具の各種操作のためのシャフトやリンクが挿通されているため、構造的にガイド部を真っ直ぐに保つ必要があったからである。
【０００５】
しかし、体表に開けられる穴の数を最小限に抑えるためには、ガイド部が真っ直ぐではなく、湾曲している方が良い場合がある。ガイド部が真っ直ぐであると、穴から離れた箇所を処置するときに、ガイド部が処置箇所以外の部位に接触する可能性があるが、ガイド部が湾曲していれば、処置箇所以外の部位との接触を回避することができる。つまり、ガイド部が湾曲している方が、真っ直ぐであるよりも、一つの穴に対する処置範囲を広くとることができる。
【０００６】
この発明は、細長形状のガイド部の先端に設けられた把持具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、その遠隔操作機構が比較的簡単な構成であり、かつガイド部の形状を問わない遠隔操作型アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる遠隔操作型アクチュエータは、細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けられた開閉式の把持具と、前記先端部材に回転自在に設けられた回転部材と、前記回転部材の回転動作を前記把持具の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構と、前記回転部材に回転力を与える把持用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備える。前記ガイド部は、前記把持用駆動源の回転を前記回転部材に伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させることを特徴とする。姿勢操作部材として、可撓性を有する材料を用いることができる。
【０００８】
この構成によれば、把持用駆動源により回転軸を介して回転部材を回転させると、この回転部材の回転が回転・開閉変換機構により把持具の開閉動作に変換されて、把持具が開閉する。開閉する把持具で、被把持物の把持および解放が行われる。また、姿勢変更用駆動源により姿勢操作部材を進退させると、この姿勢操作部材の先端が先端部材に対し作用することにより、ガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材が姿勢変更する。姿勢操作部材はガイド孔に挿通されているため、姿勢操作部材が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材に対し適正に作用することができ、先端部材の姿勢変更動作が正確に行われる。姿勢操作部材が可撓性を有する場合は、ガイド部が湾曲した形状でも姿勢変更動作が確実に行われる。把持用駆動源および姿勢変更用駆動源は、先端部材から離れた位置に設けられており、上記把持具の開閉および先端部材の姿勢変更は遠隔操作で行われる。
【０００９】
この発明において、前記ガイド部は湾曲した箇所を有していてもよい。
姿勢操作部材を可撓性のものとすることで、ガイド部に湾曲した箇所があってもガイド孔内で進退させることが可能になる。
【００１０】
この発明において、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング内に設けてもよい。
把持用駆動源および姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を駆動部ハウジング内に設ければ、駆動部ハウジングの外部に設けられる部品点数を減らして、遠隔操作型アクチュエータ全体の構成を簡略にできる。
【００１１】
また、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング外に設けてもよい。
把持用駆動源および姿勢変更用駆動源を駆動部ハウジング外に設ければ、駆動部ハウジングを小型化できる。そのため、駆動部ハウジングを持って遠隔操作型アクチュエータを操作する際の取扱性を向上させられる。
【００１２】
前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング外に設ける場合、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源のうち前記駆動部ハウジング外に設けた駆動源の駆動力を、前記回転軸または前記姿勢操作部材へ可撓性ケーブルで伝達するのが良い。
駆動部ハウジング外に設けた駆動源の駆動力を、回転軸または姿勢操作部材へ可撓性ケーブルで伝達すれば、駆動部ハウジング外に設けた駆動源と駆動部ハウジングとの位置関係についての融通性が高く、遠隔操作型アクチュエータを操作しやすい。
【００１３】
この発明において、前記先端部材連結部は、前記ガイド部側の案内部と前記先端部材側の被案内部とが、前記回転部材の中心線上に曲率中心が位置する球面状または円筒状の案内面で接する場合、前記回転部材と前記回転軸との連結箇所の中心が前記案内面の曲率中心と同位置であるのが良い。
回転部材と回転軸との連結箇所の中心が案内面の曲率中心と同位置であると、先端部材の姿勢変更によって回転軸に対して押し引きする力がかからないので、先端部材が円滑に姿勢変更できる。
【００１４】
この発明において、前記姿勢変更用駆動源の動作量を検出する動作量検出器を設け、この動作量検出器の検出値から前記先端部材の姿勢を検出する姿勢検出手段を設けるのが良い。
この構成によれば、姿勢検出手段の検出結果に基づき適正な先端部材姿勢制御を行うことができる。
【００１５】
この発明において、前記把持用駆動源が電動アクチュエータである場合には、この電動アクチュエータへの供給電力を計測して前記把持具の把持力を検出する把持力検出手段を設けるのが良い。
この構成によれば、把持力検出手段の検出結果に基づき、把持用駆動源の出力を制御することにより、把持具の把持力を適正に保つことができる。
【００１６】
この発明において、前記ガイド部が、このガイド部の外郭となる外郭パイプを有し、前記ガイド孔を、前記外郭パイプ内に設けられたガイドパイプの内径孔とすることができる。
この構成であれば、外郭パイプによりガイド部の内部を保護しつつ、ガイド部を中空状にして軽量化を図れる。
【００１７】
上記構成において、前記外郭パイプ内に前記回転軸を回転自在に支持する複数の転がり軸受を設ける場合、これら複数の転がり軸受の外径面を前記ガイドパイプで支持することができる。
ガイドパイプを転がり軸受の支持に利用することで、余分な部材を用いずに転がり軸受の外径面を支持できる。
【００１８】
前記ガイド部内の前記回転軸を回転自在に支持する前記転がり軸受を設ける場合、前記外郭パイプの内部を通過する冷却液により前記転がり軸受を冷却する冷却手段を設けてもよい。
回転部材、回転軸等の回転する部材は、回転摩擦により発熱する。それに伴い、転がり軸受が加熱される。冷却手段を設ければ、転がり軸受や他の発熱箇所を冷却液により冷却することができる。外郭パイプの内部に冷却液を通過させれば、冷却液供給用の管を別に設ける必要がなく、ガイド部を簡素化および小径化できる。
さらに、前記冷却液により転がり軸受を潤滑する効果も得られる。冷却液を転がり軸受の潤滑に兼用させれば、転がり軸受に一般的に使用されているグリス等を使用しなくてもよく、しかも別に潤滑装置を設けなくて済む。
【００１９】
前記冷却液は、水もしくは生理食塩水であるのが望ましい。
冷却液が水もしくは生理食塩水であれば、先端部材を生体内に挿入して操作する場合に、仮に冷却液が遠隔操作型アクチュエータの外部に漏れても、生体に与える影響が少ない。
【００２０】
この発明において、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に案内する把持片案内部材と、前記回転部材と一体に回転し、この回転部材の中心線上に中心が位置する渦巻き状の溝が形成された渦巻き溝付き部材と、前記把持片案内部材により径方向に案内された把持片に設けられ、前記渦巻き状の溝に摺動自在に係合する突起とでなる構成とすることができる。前記回転部材と前記渦巻き溝付き部材とは、互いに一体に形成された同一部材であってもよい。
この構成によれば、回転部材を回転させると、それと一体の渦巻き溝付き部材が回転する。渦巻き溝付き部材の渦巻き状の溝には、把持片案内部材により径方向に案内された把持片の突起が摺動自在に係合している。そのため、渦巻き溝付き部材の回転に伴い、上記把持片の突起が渦巻き状の溝に沿って移動し、渦巻き状の溝における突起が係合している箇所の径が変化する。把持片は把持片案内部材によって径方向以外の移動が拘束されているため、渦巻き溝付き部材の回転により、把持片は径方向に移動する。それにより、一対の把持片の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片が開閉する。
【００２１】
また、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に案内する把持片案内部材と、中心線が前記回転部材と同一で、この回転部材と一体に回転するピニオンと、前記把持片案内部材により径方向に案内された把持片と一体に設けられ、前記ピニオンと噛み合うラックとでなる構成としてもよい。前記回転部材と前記ピニオンとは、互いに一体に形成された同一部材であってもよい。
この構成によれば、回転部材を回転させると、それと一体にピニオンが回転する。ピニオンは、把持片案内部材により径方向に案内される把持片と一体に設けたラックに噛み合っている。そのため、ピニオンの回転に伴い、ラックが径方向と平行な方向に移動する。それにより、一対の把持片の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片が開閉する。
【００２２】
さらに、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に回動自在に支持する把持片支持部材と、中心線が前記回転部材と同一で、この回転部材と一体に回転するウォームと、前記把持片支持部材に支持された把持片と一体にこの把持片と回動中心線を一致させて設けられ、前記ウォームと噛み合うウォームホイールとでなる構成としてもよい。前記回転部材と前記ウォームとは、互いに一体に形成された同一部材であってもよい。
この構成によれば、回転部材を回転させると、それと一体にウォームが回転する。ウォームは、把持片支持部材により径方向に回動自在に支持された把持片と一体のウォームホイールに噛み合っている。そのため、ウォームの回転に伴い、ウォームホイールが上記把持片の回動中心線の回りに回動することで、ウォームホイールと一体の把持片も回動する。それにより、一対の把持片の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片が開閉する。
【００２３】
この発明において、前記回転・開閉変換機構に、前記一対の把持片の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段を設けるのが望ましい。
一対の把持片の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段を設けることで、故障等により把持具が規定動作範囲以上に開閉することを防げる。それにより、把持具で患者に損傷を与えることを無くすことができ、安全性が高まる。
【００２４】
この発明において、前記先端部材が、前記ガイド部の先端に前記回転軸の中心線回りに回動自在に取付けられ、かつ前記ガイド部の先端との間に生じる接触部位での回転抵抗力により前記回転軸の中心線回りの回転が規制されている場合、前記回転軸の回転によって前記回転部材が受ける回転力が、前記回転抵抗力により回転を阻止する力を超えるように前記把持用駆動源により前記回転軸を回転させることにより、前記把持用駆動源によって前記先端部材を回転させることが可能になる。
先端部材がガイド部の先端との間に生じる接触部位での回転抵抗力とは、先端部材連結部の摩擦抵抗や姿勢操作部材と先端部材との摩擦抵抗のことである。通常では、回転部材の回転動作は回転・開閉変換機構により把持具の開閉動作に変換させられるが、回転・開閉変換機構が機能停止状態で回転部材を回転させると、回転部材の回転力が先端部材全体に伝達され、その回転力が上記回転抵抗力を超えた時点で先端部材が回転部材の中心線回りに回転する。回転・開閉変換機構の機能停止状態は、例えば、回転・開閉変換機構に、一対の把持片の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段が設けられている場合であれば、幅抑制手段により一対の把持片の開閉幅を機械的に抑制した状態にすることにより実現できる。この場合、既存の部材だけで、先端部材を回転部材の中心線回りに遠隔操作で回転させることが可能になる。
【００２５】
この発明の遠隔操作型アクチュエータは、上記の作用・効果を有するため、例えば内視鏡下手術で使用する手術器具に好適である。
【発明の効果】
【００２６】
この発明の遠隔操作型アクチュエータは、細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けられた開閉式の把持具と、前記先端部材に回転自在に設けられた回転部材と、前記回転部材の回転動作を前記把持具の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構と、前記回転部材に回転力を与える把持用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、前記ガイド部は、前記把持用駆動源の回転を前記回転部材に伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させるため、細長形状のガイド部の先端に設けられた把持具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、その遠隔操作機構は比較的簡単な構成であり、かつガイド部の形状を問わない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図２】この発明の異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図３】（Ａ）は図１に示す遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのIIIＣ−IIIＣ断面図である。
【図４】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの把持片の側面図、（Ｂ）はその平面図である。
【図５】同遠隔操作型アクチュエータの回転部材の正面図である。
【図６】同遠隔操作型アクチュエータの先端部材と回転軸との連結構造を示す図である。
【図７】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの把持用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の破断断面図に制御系を組み合わせて表示した図、（Ｂ）はそのVIIＢ−VIIＢ断面図である。
【図８】（Ａ）は把持機構の構成が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのVIIIＣ−VIIIＣ断面図である。
【図９】（Ａ）はさらに把持機構の構成が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのIXＣ−IXＣ断面図である。
【図１０】図１に示す遠隔操作型アクチュエータに冷却手段を設けた場合の概略構成を示す図である。
【図１１】（Ａ）はガイド部の内部構造が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのXIＣ−XIＣ断面図である。
【図１２】（Ａ）はさらにガイド部の内部構造が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのXIIＣ−XIIＣ断面図である。
【図１３】（Ａ）はさらにガイド部の内部構造が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのXIIIＣ−XIIIＣ断面図である。
【図１４】（Ａ）は図１２および図１３に示す遠隔操作型アクチュエータの把持用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の破断側面図、（Ｂ）はそのXIVＢ−XIVＢ断面図である。
【図１５】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図１６】同遠隔操作型アクチュエータの把持用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の構成を示す図である。
【図１７】同把持用駆動機構の把持用ケーブルの断面図である。
【図１８】同姿勢変更用駆動機構の姿勢変更用ケーブルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１および図２は、この発明のそれぞれ異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。これらの図において、各遠隔操作型アクチュエータは、開閉式の把持具１を保持する先端部材２と、この先端部材２が先端に姿勢変更自在に取付けられた細長形状のガイド部３と、このガイド部３の基端が結合された駆動部ハウジング４ａと、この駆動部ハウジング４ａ内の把持用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを制御するコントローラ５とを備える。駆動部ハウジング４ａは、内蔵の把持用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃと共に駆動部４を構成する。
【００２９】
図３〜図６と共に、先端部材２およびガイド部３の内部構造について説明する。図３は図１の遠隔操作型アクチュエータについて示すが、図１のようにガイド部３が真っ直ぐな形状である場合も、図２のようにガイド部３が湾曲した形状である場合も、先端部材２およびガイド部３の内部構造は基本的に同じである。
【００３０】
先端部材２は、略円筒状のハウジング１１を有し、このハウジング１１の内部に、転がり軸受１２により回転部材１３が回転自在に支持されている。そして、回転部材１３の先端側に、回転・開閉変換機構１４を介して把持具１が設けられている。把持具１と回転・開閉変換機構１４とで把持手段８０Ａを構成する。
【００３１】
把持具１は、互いに径方向に開閉自在な一対の把持片８１を有する。各把持片８１は、ハウジング１１の先端部の内周に設けた把持片案内部材８２の案内溝８２ａに沿って、径方向に進退自在に案内されている。把持片案内部材８２は、先端部材２のハウジング１１に対して、例えば圧入または溶接により固定されている。図４に示すように、把持片８１は、本体部８１ａの基端に前記案内溝８２ａの方向と交差する方向の両側に張り出す張出部８１ｂが設けられ、この張出部８１ｂが把持片案内部材８２の裏面に係合することで、把持片８１が先端側へ抜けないように支持されている。
【００３２】
回転・開閉変換機構１４は、前記把持片案内部材８２と、渦巻き溝付き部材としての前記回転部材１３と、把持片８１の基端面に設けた突起８３とでなる。図５に示すように、回転部材１３の先端面には、突起８３を案内するカム溝として、この回転部材１３の中心線ＣＬ上に中心が位置する渦巻き状の溝８４が形成されており、この渦巻き状の溝８４に各把持片８１の突起８３が摺動自在に係合している。この例の渦巻き状の溝８４は、先端側から見て左巻きである。なお、図５では、視覚的に分かりやすいように、渦巻き状の溝８４である部分は白地のままとし、渦巻き状の溝８４以外の部分は格子状のハッチングを付けてある。渦巻き状の溝８４が形成された渦巻き溝付き部材（図示せず）を、回転部材１３と別体で設けてもよい。その場合、渦巻き溝付き部材は、回転部材１３と一体に回転するものとする。
【００３３】
把持用駆動機構４ｂにより回転部材１３を回転させると、把持片８１の突起８３が渦巻き状の溝８４に沿って移動し、渦巻き状の溝８４における突起８３が係合している箇所の径が変化する。把持片８１は把持片案内部材８２によって径方向以外の移動が拘束されているため、回転部材１３の回転により、把持片８１は径方向に移動する。それにより、一対の把持片８１の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片８１が開閉する。この例の場合、先端側から見て回転部材１３を右回りに回転させると一対の把持片８１が開き、左回りに回転させると一対の把持片８１が閉じる。
【００３４】
渦巻き状の溝８４の内径端の近傍および外径端の近傍に、突起８３の移動範囲を規制する内径側ストッパ８５、外径側ストッパ８６がそれぞれ設けられている。内径側ストッパ８５および外径側ストッパ８６は、例えば渦巻き状の溝８４の底部から先端側に突出させたピンとされる。あるいは、渦巻き状の溝８４の溝深さを浅くすることで、突起８３の移動を規制してもよい。
【００３５】
内径側ストッパ８５および外径側ストッパ８６を設けることにより、これらストッパ８５，８６よりも内径側および外径側へ突起８３が移動することが規制される。それにより、一対の把持片８１の開閉幅が抑制される。すなわち、内径側ストッパ８５および外径側ストッパ８６は、一対の把持片８１の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段としての役割をする。
【００３６】
この把持手段８０Ａは、一対の把持片８１が共に径方向に移動することで把持具１を開閉させるが、いずれか一方の把持片８１だけが径方向に移動させることで把持具１を開閉させる構成としてもよい。
【００３７】
先端部材２は、先端部材連結部１５を介してガイド部３の先端に取付けられる。先端部材連結部１５は、先端部材２を姿勢変更自在に支持する手段であり、球面軸受からなる。具体的には、先端部材連結部１５は、ハウジング１１の基端の内径縮径部からなる被案内部１１ａと、ガイド部３の先端に固定された抜け止め部材２１の鍔状部からなる案内部２１ａとで構成される。図３に示すように、両者１１ａ，２１ａの互いに接する各案内面Ｆ１，Ｆ２は、回転部材１３の中心線ＣＬ上に曲率中心Ｏが位置し、基端側ほど径が小さい球面とされている。これにより、ガイド部３に対して先端部材２が抜け止めされるとともに、姿勢変更自在に支持される。この例は、曲率中心Ｏを通るＸ軸回りに先端部材２が姿勢変更する構成であるため、案内面Ｆ１，Ｆ２が、点Ｏを通るＸ軸を中心線とする円筒面であってもよい。
【００３８】
ガイド部３は、駆動部ハウジング４ａ内の把持用駆動源４１（図７）の回転力を前記回転部材１３へ伝達する回転軸２２を有する。この例では、回転軸２２はワイヤとされ、ある程度の弾性変形が可能である。ワイヤの材質としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。図６に示すように、回転部材１３と回転軸２２とは、自在継手等の継手２３を介して回転伝達可能に接続されている。継手２３は、回転部材１３の閉塞した基端に設けられた溝１３ａと、回転軸２２の先端に設けられ前記溝１３ａに係合する突起２２ａとで構成される。上記溝１３ａと突起２２ａとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。
【００３９】
ガイド部３は、このガイド部３の外郭となる外郭パイプ２５を有し、この外郭パイプ２５の中心に前記回転軸２２が位置する。回転軸２２は、それぞれ軸方向に離れて配置された複数の転がり軸受２６によって回転自在に支持されている。各転がり軸受２６間には、これら転がり軸受２６に予圧を発生させるためのばね要素２７Ａ，２７Ｂが設けられている。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受２６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素２７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素２７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。前記抜け止め部材２１は、固定ピン２８により外郭パイプ２５のパイプエンド部２５ａに固定され、その先端内周部で転がり軸受２９を介して回転軸２２の先端部を回転自在に支持している。パイプエンド部２５ａは、外郭パイプ２５と別部材とし、溶接等により結合してもよい。
【００４０】
外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、両端に貫通する１本のガイドパイプ３０が設けられ、このガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、姿勢操作部材３１が進退自在に挿通されている。この例では、姿勢操作部材３１は、ワイヤ３１ａと、その両端に設けた柱状ピン３１ｂとでなる。先端部材２側の柱状ピン３１ｂの先端は球面状で、先端部材２のハウジング１１の基端面に当接している。駆動部ハウジング４ａ側の柱状ピン３１ｂの先端も球面状で、後記レバー４３ｂ（図７）の側面に当接している。
【００４１】
上記姿勢操作部材３１が位置する周方向位置に対し１８０度の位相の位置には、先端部材２のハウジング１１の基端面とガイド部３の外郭パイプ２５の先端面との間に、例えば圧縮コイルばねからなる復元用弾性部材３２が設けられている。この復元用弾性部材３２は、先端部材２を所定姿勢側へ付勢する作用をする。
【００４２】
また、外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、前記ガイドパイプ３０とは別に、このガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に、複数本の補強シャフト３４が配置されている。これらの補強シャフト３４は、ガイド部３の剛性を確保するためのものである。ガイドパイプ３０と補強シャフト３４の配列間隔は等間隔とされている。ガイドパイプ３０および補強シャフト３４は、外郭パイプ２５の内径面におよび前記転がり軸受２６の外径面に接している。これにより、転がり軸受２６の外径面を支持している。
【００４３】
図７は、駆動部ハウジング４ａ内の把持用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを示す。把持用駆動機構４ｂは、コントローラ５により制御される把持用駆動源４１を備える。把持用駆動源４１は、例えば電動モータであり、その出力軸４１ａが前記回転軸２２の基端に結合させてある。姿勢変更用駆動機構４ｃは、コントローラ５により制御される姿勢変更用駆動源４２を備える。姿勢変更用駆動源４２は、例えば電動リニアアクチュエータであり、図７（Ａ）の左右方向に移動する出力ロッド４２ａの動きが、増力伝達機構４３を介して前記姿勢操作部材３１に伝達される。
【００４４】
増力伝達機構４３は、支軸４３ａ回りに回動自在なレバー４３ｂを有し、このレバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１に出力ロッド４２ａの力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２で姿勢操作部材３１に力を与える構成であり、姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して姿勢操作部材３１に伝達される。増力伝達機構４３を設けると、小さな出力のリニアアクチュエータでも姿勢操作部材３１に大きな力を与えることができるので、リニアアクチュエータの小型化が可能になる。前記回転軸２２は、レバー４３ｂに形成された開口４４を貫通させてある。
【００４５】
把持用駆動機構４ｂには、電動アクチュエータである把持用駆動源４１に供給される電力量を検出する供給電力計４５が設けられている。この供給電力計４５の検出値は、把持力検出手段４６に出力される。把持力検出手段４６は、供給電力計４５の出力により、把持具１の把持力を検出する。把持力検出手段４６は、上記把持力と供給電力計４５の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて把持力を検出する。検出された把持力を示す信号は、コントローラ５に送られる。この把持力検出手段４６は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。
【００４６】
また、姿勢変更用駆動機構４ｃには、姿勢変更用駆動源４２の動作量を検出する動作量検出器４７が設けられている。この動作量検出器４７の検出値は、姿勢検出手段４８に出力される。姿勢検出手段４８は、動作量検出器４７の出力により、先端部材２のＸ軸（図３）回りの傾動姿勢を検出する。姿勢検出手段４８は、上記傾動姿勢と動作量検出器４７の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて傾動姿勢を検出する。検出された傾動姿勢を示す信号は、コントローラ５に送られる。この姿勢検出手段４８は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。
【００４７】
コントローラ５には、把持具１の開閉指令信号を出力する把持用操作具５ａ（図１、図２）と、先端部材２の姿勢変更指令信号を出力する姿勢変更用操作具５ｂ（図１、図２）とが設けられている。コントローラ５は、電子演算回路（図示せず）と制御プログラム（図示せず）とを内蔵し、前記把持用操作具５ａおよび姿勢変更用操作具５ｂからの指令信号と、前記把持力検出手段４６および姿勢検出手段４８からの検出信号とに基づき、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御する。
【００４８】
この遠隔操作型アクチュエータの動作を説明する。
把持用操作具５ａを操作すると、把持用駆動源４１が回転し、その回転が回転軸２２を介して回転部材１３に伝達される。回転部材１３の回転が、回転・開閉変換機構１４により把持具１の開閉動作に変換されることで、把持具１が開閉する。この動作中、電動アクチュエータである把持用駆動源４１への供給電力を供給電力計４５で計測し、その計測値から把持力検出手段４６が把持具１の把持力を検出する。コントローラ５は、検出された把持力の大きさに基づき、把持用駆動源４１の出力を制御する。例えば、把持力が大きすぎる場合は把持用駆動源４１の出力を低下させ、逆に把持力が小さすぎる場合は把持用駆動源４１の出力を増加させる。これにより、把持具１の把持力を適正に保つことができる。
【００４９】
また、姿勢変更用操作具５ｂを操作すると、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１が進退させられて、姿勢操作部材３１の先端が先端部材２に対し作用する。それにより、ガイド部３の先端に先端部材連結部１５を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材２が姿勢変更する。例えば、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を先端側へ進出させると、姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を後退させると、復元用弾性部材３２の弾性反発力によって先端部材２のハウジング１１が押し戻され、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。その際、先端部材連結部１５には、姿勢操作部材３１の圧力、復元用弾性部材３２の弾性反発力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。先端部材２の姿勢は、動作量検出器４７の検出値から、姿勢検出手段４８によって検出される。そのため、遠隔操作で先端部材２の姿勢を適正に制御できる。
【００５０】
姿勢操作部材３１はガイド孔３０ａに挿通されているため、姿勢操作部材３１が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材２に対し適正に作用することができ、先端部材２の姿勢変更動作が正確に行われる。姿勢操作部材３１は大半が可撓性のワイヤ３１ａからなるため、図２のようなガイド部３が湾曲した形状でも姿勢変更動作が確実に行われる。さらに、回転部材１３と回転軸２２との連結箇所の中心が案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置であるため、先端部材２の姿勢変更によって回転軸２２に対して押し引きする力がかからず、先端部材２が円滑に姿勢変更できる。
【００５１】
把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２は、先端部材２から離れた位置に設けられており、上記把持具１の開閉および先端部材２の姿勢変更は遠隔操作で行われる。把持用駆動源４１の回転を回転部材１３へ伝達する回転軸２２、および姿勢変更用駆動源４２の進退動作を先端部材２へ伝達する姿勢操作部材３１は、いずれも全体または大半がワイヤ３１ａからなるため、ガイド部３の内部を簡素な構成とすることができる。それにより、ガイド部３の外径を小さくすることが可能になっている。なお、把持用駆動源４１や姿勢変更用駆動源４２を設ける代わりに、把持具１の開閉や先端部材２の姿勢変更を手動により遠隔操作してもよい。
【００５２】
この遠隔操作型アクチュエータは、例えば内視鏡下外科手術における把持用手術器具として使用されるものであり、手術時には、ガイド部３の中間部よりも先が患者の体内に挿入される。このため、上記のように先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更できれば、常に把持具１を適正な姿勢に保持した状態に保ことができ、把持具１により血管等の被把持物を精度良く把持することができる。
【００５３】
細長形状であるガイド部３には、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護状態で設ける必要があるが、外郭パイプ２５の中心部に回転軸２２を設け、外郭パイプ２５と回転軸２２との間に、姿勢操作部材３１を収容したガイドパイプ３０と補強シャフト３４とを円周方向に並べて配置した構成としたことにより、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護し、かつ内部を中空して軽量化を図りつつ剛性を確保できる。また、全体のバランスも良い。
【００５４】
回転軸２２を支持する転がり軸受２６の外径面を、ガイドパイプ３０と補強シャフト３４とで支持させたため、余分な部材を用いずに転がり軸受２６の外径面を支持できる。また、ばね要素２７Ａ，２７Ｂにより転がり軸受２６に予圧がかけられているため、ワイヤからなる回転軸２２を高速回転させることができる。そのため、把持具１の開閉動作を迅速に行える。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは隣合う転がり軸受２６間に設けられているので、ガイド部３の径を大きくせずにばね要素２７Ａ，２７Ｂを設けることができる。
【００５５】
この実施形態では、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が共通の駆動部ハウジング４ａ内に設けられている。そのため、遠隔操作型アクチュエータ全体の構成を簡略にできる。把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２のいずれか一方だけを駆動部ハウジング４ａ内に設けてもよい。また、後で説明するように、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を駆動部ハウジング４ａの外に設けてもよい。
【００５６】
図８は、把持手段の異なる構成を示す。この把持手段８０Ｂは、互いに径方向に開閉自在な一対の把持片８１を有する把持具１と、回転部材１３の回転を把持具１の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構１４とでなる。
【００５７】
ハウジング１１の先端部の内周には、径方向である一対の把持片８１の並び方向と平行な案内溝８２ａを有する一対の把持片案内部材８２が設けられている。この把持片支持部材８２は、例えば溶接によりハウジング１１に固定される。把持具１の一対の把持片８１は、それぞれ本体部８１ａの基端の一側面から前記並び方向に延びる基部８１ｃが一体に設けられ、各基部８１ｂの外側面に形成されたガイド部８１ｄが、前記一対の把持片案内部材８２の案内溝８２ａにそれぞれ摺動自在に係合している。これにより、一対の把持片８１が径方向に案内されると共に、把持片８１が先端側へ抜けないように支持される。
【００５８】
回転部材１３は、先端部の外周に歯８８を有するピニオンとして形成されている。また、把持片８１の基部８１ｃは、内側面に上記ピニオンの歯８８と噛み合う歯８９を有するラックとして形成されている。回転・開閉変換機構１４は、前記把持片案内部材１４と、ピニオンとしての回転部材１３と、ラックとしての基部８１ｃとで構成される。外周に歯８８を有するピニオン（図示せず）を、回転部材１３と別体で設けてもよい。その場合、ピニオンは、回転部材１３と一体に回転するものとする。また、内側面に歯８９を有するラック（図示せず）を、把持片８１と別体で設けてもよい。その場合、ラックは、把持片８１と一体に前記並び方向に案内されるものとする。
【００５９】
把持用駆動機構４ｂにより回転部材１３を回転させると、ピニオンとラックのそれぞれの歯８８，８９の噛み合いにより、把持片８１が並び方向に移動する。それにより、一対の把持片８１の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片８１が開閉する。この例の場合、先端側から見て回転部材１３を右回りに回転させると一対の把持片８１が閉じ、左回りに回転させると一対の把持片８１が開く。なお、いずれか一方の把持片８１だけを径方向に移動させることで把持具１を開閉させる構成としてもよい。
【００６０】
図９は、把持手段のさらに異なる構成を示す。この把持手段８０Ｃは、互いに径方向に開閉自在な一対の把持片８１を有する把持具１と、回転部材１３の回転を把持具１の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構１４とでなる。
【００６１】
把持具１の一対の把持片８１は、その基部８１ｅが、互いに平行な各回動中心軸９０に回動自在に支持されて、先端側が径方向に開閉するようになっている。回動中心軸９０は、ハウジング１１の先端部の内周に設けた一対の把持片支持部材８２間に架け渡して設けてあり、先端部材２の中心線ＣＬに垂直な直線と平行である。把持片支持部材８２は、例えば溶接によりハウジング１１に固定されている。
【００６２】
回転部材１３は、先端部の外周に歯９１を有するウォームとして形成されている。また、把持片８１の基部８１ｅは、前記回動中心軸９０を中心とする円弧状の外周面に上記歯９１と噛み合う歯９２を有するウォームホイールとして形成されている。回転・開閉変換機構１４は、前記把持片案内部材８２と、ウォームとしての回転部材１３と、ウォームホイールとしての基部８１ｅとで構成される。外周に歯９１を有するウォーム（図示せず）を、回転部材１３と別体で設けてもよい。その場合、ウォームは、回転部材１３と一体に回転するものとする。また、外周面に歯９２を有するウォームホイール（図示せず）を、把持片８１と別体で設けてもよい。その場合、ウォームホイールは、把持片８１と一体に回動するものとする。
【００６３】
把持用駆動機構４ｂにより、回転部材１３を回転させると、ウォームとウォームホイールのそれぞれの歯９１，９２の噛み合いにより、把持片８１が回動中心軸９０回りに回動する。それにより、一対の把持片８１の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片８１が開閉する。この例の場合、ウォームの歯９１の向きは表示されていないが、例えば先端側から見て回転部材１３を右回りに回転させると一対の把持片８１が閉じ、左回りに回転させると一対の把持片８１が開く。なお、いずれか一方の把持片８１だけを回動させることで把持具１を開閉させる構成としてもよい。
【００６４】
この遠隔操作型アクチュエータは、ガイド部３が中空状であることを利用して、ガイド部３および先端部材２内の転がり軸受２６，１２（図３等）を冷却する冷却手段５０を図１０のように設けることができる。すなわち、冷却手段５０は、遠隔操作型アクチュエータの外部に設けた冷却液供給装置５１と、この冷却液供給装置５１から供給される冷却液がガイド部３および先端部材２内で循環する冷却液循環管５２とで構成される。冷却液循環管５２は、冷却液供給装置５１からガイド部３までの外部分５２ａと、ガイド部３および先端部材２の内部を通る内部分５２ｂとでなり、内部分５２ｂでは、ガイド部３の外郭パイプ２５（図３等）および先端部材２のハウジング１１（図３等）が冷却液循環管５２になっている。
【００６５】
このような冷却手段５０を設ければ、冷却液により、発熱箇所である転がり軸受２６，１２を冷却することができる。外郭パイプ２５内に冷却液を通過させるため、冷却循環用の管を別に設ける必要がなく、ガイド部３を簡素化および小径化できる。また、前記冷却液を転がり軸受２６，１２の潤滑に兼用させてもよい。そうすれば、軸受に一般的に使用されているグリス等を使用しなくてもよく、しかも別に潤滑装置を設けなくて済む。
【００６６】
上記冷却液は、水もしくは生理食塩水であるのが望ましい。冷却液が水もしくは生理食塩水であれば、先端部材２を生体内に挿入して操作する場合に、仮に冷却液が遠隔操作型アクチュエータの外部に漏れても、生体に与える影響が少ないからである。冷却液を水もしくは生理食塩水とする場合、冷却液と接する部品の材質は、耐腐食性に優れたステンレスであるのが望ましい。この遠隔操作型アクチュエータを構成する他の各部品も、ステンレス製であってもよい。
【００６７】
図１１は、先端部材２の姿勢を変更する機構が異なる実施形態を示す。把持具１および先端部材２は図３〜図５の実施形態と同じ構成である。図１１の遠隔操作型アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１８０度の位相にある周方向位置に２本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に前記同様の姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。２本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は、曲率中心が点Ｏである球面、または点Ｏを通るＸ軸を中心線とする円筒面である。
【００６８】
駆動部４（図示せず）には、２つの姿勢操作部材３１をそれぞれ個別に進退操作させる２つの姿勢変更用駆動源４２（図示せず）が設けられており、これら２つの姿勢変更用駆動源４２を互いに逆向きに駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、図１１における上側の姿勢操作部材３１を先端側へ進出させ、かつ下側の姿勢操作部材３１を後退させると、上側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１１（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、両姿勢操作部材３１を逆に進退させると、下側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１１（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。その際、先端部材連結部１５には、上下２つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、２つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、１つ姿勢操作部材３１だけで加圧される前記実施形態に比べ、先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。
【００６９】
図１２は、先端部材２の姿勢を変更する機構がさらに異なる実施形態を示す。把持具１および先端部材２は図３〜図５の実施形態と同じ構成である。図１２の遠隔操作型アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１２０度の位相にある周方向位置に３本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に前記同様の姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。３本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は曲率中心が点Ｏである球面であり、先端部材２は任意方向に傾動可能である。
【００７０】
駆動部４には、３つの姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）（図１４）が設けられており、これら３つの姿勢変更用駆動源４２を互いに連係させて駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。
例えば、図１２における上側の１つの姿勢操作部材３１Ｕを先端側へ進出させ、かつ他の２つの姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを後退させると、上側の姿勢操作部材３１Ｕによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１２（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、各姿勢操作部材３１の進退量が適正になるよう、各姿勢変更用駆動源４２が制御される。各姿勢操作部材３１を逆に進退させると、左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１２（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
また、上側の姿勢操作部材３１Ｕは静止させた状態で、左側の姿勢操作部材３１Ｌを先端側へ進出させ、かつ右側の姿勢操作部材３１Ｒを後退させると、左側の姿勢操作部材３１Ｌによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は右向き、すなわち図１２（Ａ）において紙面の裏側向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを逆に進退させると、右の姿勢操作部材３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は左向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
このように姿勢操作部材３１を円周方向の３箇所に設けることにより、先端部材２を上下左右の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の方向に姿勢変更することができる。その際、先端部材連結部１５には、３つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、３つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、さらに先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。姿勢操作部材３１の数をさらに増やせば、先端部材２の姿勢安定性をより一層高めることができる。
【００７１】
図１３はさらに異なる実施形態を示す。この遠隔操作型アクチュエータのガイド部３は、外郭パイプ２５の中空孔２４が、中心部の円形孔部２４ａと、この円形孔部２４ａの外周における互いに１２０度の位相をなす周方向位置から外径側へ凹んだ３つの溝状部２４ｂとでなる。溝状部２４ｂの先端の周壁は、断面半円形である。そして、円形孔部２４ａに回転軸２２と転がり軸受２６とが収容され、各溝状部２４ｂに姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）が収容されている。
【００７２】
外郭パイプ２５を上記断面形状としたことにより、外郭パイプ２５の溝状部２４ｂ以外の箇所の肉厚ｔを厚くなり、外郭パイプ２５の断面２次モーメントが大きくなる。すなわち、ガイド部３の剛性が高まる。それにより、先端部材２の位置決め精度を向上させられるとともに、切削性を向上させられる。また、溝状部２４ｂにガイドパイプ３０を配置したことにより、ガイドパイプ３０の円周方向の位置決めを容易に行え、組立性が良好である。
【００７３】
図１２および図１３のように姿勢操作部材３１が周方向の３箇所に設けられている場合、姿勢変更駆動機構４ｃを例えば図１４のように構成することができる。すなわち、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を左右並列に配置すると共に、各姿勢変更用駆動源４２に対応するレバー４３ｂ（４３ｂＵ，４３ｂＬ，４３ｂＲ）を共通の支軸４３ａ回りに回動自在に設け、各レバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１（Ｐ１Ｕ，Ｐ１Ｌ，Ｐ１Ｒ）に各姿勢変更用駆動源４２の出力ロッド４２ａ（４２ａＵ，４２ａＬ，４２ａＲ）の力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２（Ｐ２Ｕ，Ｐ２Ｌ，Ｐ２Ｒ）で姿勢操作部材３１に力を与える構成としてある。これにより、各姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して対応する姿勢操作部材３１に伝達させることができる。なお、回転軸２２は、上側の姿勢操作部材３１Ｕ用のレバー４３ｂＵに形成された開口４４を貫通させてある。
【００７４】
図１１〜図１３の実施形態のように、先端部材連結部１５の案内面Ｆ１，Ｆ２が球面状であるなど、ガイド部３と先端部材２とを回転部材１３の中心線ＣＬ回りに回転自在に連結する構成のものであって、かつ復元用弾性部材３２が設けられていない場合、把持用駆動源４１の動力で先端部材２を回転部材１３の中心線ＣＬ回りに回転させることが可能である。詳しく説明する。
先端部材２が姿勢停止状態では、先端部材２とガイド部３の先端との間に、先端部材連結部１５の案内面Ｆ１，Ｆ２間の摩擦抵抗や姿勢操作部材３１と先端部材２との摩擦抵抗が回転抵抗力として作用して、先端部材２が回転部材１３の中心線ＣＬ回りに回転しないように拘束されている。通常では、把持用駆動源４１により回転部材１３を回転させた場合、回転部材１３の回転動作は回転・開閉変換機構１４により把持具１の開閉動作に変換させられる。しかし、回転・開閉変換機構１４が機能停止状態で回転部材１３を回転させると、回転部材１３の回転力が把持片８１を介して先端部材２のハウジング１１に伝達される。そして、ハウジング１１の回転力が上記回転抵抗力を超えた時点で、先端部材２が回転部材１３の中心線ＣＬ回りに回転する。
【００７５】
図１１〜図１３の各例では、回転・開閉変換機構１４が図３〜図５に示す構成と同じであり、一対の把持片８１の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段として、渦巻き状の溝８４の内径端の近傍および外径端の近傍に、把持片８１の突起８３の移動範囲を規制する内径側ストッパ８５、外径側ストッパ８６がそれぞれ設けられている。この場合、突起８３が内径側ストッパ８５に当接した状態、すなわち把持具１が閉じた状態で、回転部材１３を先端側から見て左回りに回転させると、先端部材２も回転部材１３の中心線ＣＬ回りに左回りに回転する。また、突起８３が外径側ストッパ８６に当接した状態、すなわち把持具１が全開の状態で、回転部材１３を先端側から見て右回りに回転させると、先端部材２も回転部材１３の中心線ＣＬ回りに右回りに回転する。
【００７６】
図８〜図１３の各実施形態はガイド部３が直線形状である例を示すが、この発明の遠隔操作型アクチュエータは、姿勢操作部材３１が可撓性を有する場合も適用可能であり、ガイド部３が湾曲した形状でも先端部材２の姿勢変更動作が確実に行われるので、図２のようにガイド部３を初期状態で湾曲形状としてもよい。あるいは、ガイド部３の一部分のみを湾曲形状としてもよい。ガイド部３が湾曲形状であれば、遠隔操作型アクチュエータが内視鏡下外科手術の把持用手術器具として使用される場合、患者の体表に開けられた手術器具挿入用の穴と処置箇所との間に位置する処置箇所以外の部位を避けることができる。つまり、ガイド部３が湾曲している方が、真っ直ぐであるよりも、一つの穴に対する処置範囲を広くとることができることがある。それにより、手術器具挿入用の穴の数を最小限に抑えることができ、患者の負担を軽減できる。
【００７７】
ガイド部３を湾曲形状とする場合、外郭パイプ２５、ガイドパイプ３０、および補強シャフト３４を湾曲形状とする必要がある。また、回転軸２２は変形しやすい材質を用いるのが良く、例えば形状記憶合金が適する。
【００７８】
図１５〜図１８は、把持用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の構成が異なる実施形態を示す。前記各実施形態は、把持用駆動機構４ｂの把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動機構４ｃの姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａ内に設けられているのに対し、図１５〜図１８の実施形態は、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａとは別の駆動源ハウジング６０に設けられている。
【００７９】
この実施形態の把持用駆動機構６１は、駆動源ハウジング６０に設けた把持用駆動源４１の出力軸４１ａの回転を、可撓性ケーブルである把持用ケーブル６２のインナワイヤ６４（図１７）により、駆動部ハウジング４ａ内の回転軸２２の基端へ伝達する。把持用ケーブル６２は、例えば図１７に示す構造をしている。すなわち、可撓性のアウタチューブ６３の中心に、可撓性のインナワイヤ６４が、複数の転がり軸受６６によって回転自在に支持されている。そして、インナワイヤ６４の両端が、把持用駆動源４１の出力軸４１ａおよび回転軸２２の基端にそれぞれ繋がれている。各転がり軸受６６間には、これら転がり軸受６６に予圧を発生させるためのばね要素６７Ａ，６７Ｂが設けられている。ばね要素６７Ａ，６７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受６６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素６７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素６７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。このように、ばね要素６７Ａ，６７Ｂにより転がり軸受６６に予圧をかけることにより、インナワイヤ６４を高速回転させることができる。市販されているフレキシブルシャフトを使用しても良い。
【００８０】
また、この実施形態の姿勢変更用駆動機構７１は、駆動源ハウジング６０に設けた姿勢変更用駆動源４２の動作を、可撓性ケーブルである姿勢変更用ケーブル７２を介して駆動部ハウジング４ａ内の駆動機構部７８へ伝達する。駆動機構部７８は、前記実施形態の姿勢変更用駆動機構４ｃから姿勢変更用駆動源４２を除いたものに相当し、姿勢変更用駆動機構４ｃにおける姿勢変更用駆動源４２の出力ロッド４２ａの代わりに、先端がレバー４３ｂに当接した状態で駆動部ハウジング４ａに対して進退する進退部材７５が設けられている。進退部材７５は、例えばボールねじ等のねじ機構７５ａにより回転運動を直進運動に変換させることで、駆動部ハウジング４ａに対して進退させる。その場合、姿勢変更用駆動源４２はロータリアクチュエータであって、この姿勢変更用駆動源４２の回転を、姿勢変更用ケーブル７２のインナワイヤ７４（図１８）により進退部材７５へ伝達する。
【００８１】
姿勢変更用ケーブル７２は、前記把持用ケーブル６２と同じ構造であり、例えば図１８に示す構造をしている。すなわち、可撓性のアウタチューブ７３の中心に、可撓性のインナワイヤ７４が、複数の転がり軸受７６によって回転自在に支持されている。そして、インナワイヤ７４の両端が、姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａおよび進退部材７５にそれぞれ繋がれている。各転がり軸受７６間には、これら転がり軸受７６に予圧を発生させるためのばね要素７７Ａ，７７Ｂが設けられている。ばね要素７７Ａ，７７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受７６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素７７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素７７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。このように、ばね要素７７Ａ，７７Ｂにより転がり軸受７６に予圧をかけることにより、インナワイヤ７４を高速回転させることができる。市販されているフレキシブルシャフトを使用しても良い。
【００８２】
図１５に示すように、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御するコントローラ５は、駆動源ハウジング６０に接続されている。先端部材２およびガイド部３は、前記各実施形態のいずれかと同じ構成である。
【００８３】
この実施形態のように、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を駆動部ハウジング４ａの外部に設けることにより、駆動部ハウジング４ａを小型化することができる。そのため、駆動部ハウジング４ａを持って遠隔操作型アクチュエータを操作する際の取扱性を向上させることができる。
【００８４】
以上、医療用の遠隔操作型アクチュエータについて説明したが、この発明はそれ以外の用途の遠隔操作型アクチュエータにも適用できる。例えば、特殊な雰囲気下で行われる精密機械の組立等に用いる遠隔操作型アクチュエータに適用できる。
【符号の説明】
【００８５】
１…把持具
２…先端部材
３…ガイド部
４ａ…駆動部ハウジング
５…コントローラ
１１ａ…被案内部
１２，２６…転がり軸受
１３…回転部材（渦巻き溝付き部材、ピニオン、ウォーム）
１４…回転・開閉変換機構
１５…先端部材連結部
２１ａ…案内部
２２…回転軸
２５…外郭パイプ
３０…ガイドパイプ
３０ａ…ガイド孔
３１…姿勢操作部材
４１…把持用駆動源
４２…姿勢変更用駆動源
４５…供給電力計
４６…把持力検出手段
４７…動作量検出器
４８…姿勢検出手段
５０…冷却手段
６２…把持用ケーブル（可撓性ケーブル）
７２…姿勢変更用ケーブル（可撓性ケーブル）
８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ…把持手段
８１…把持片
８１ｃ…基部（ラック）
８１ｅ…基部（ウォームホイール）
８２…把持片案内部材
８３…突起
８４…渦巻き状の溝
８５…内径側のストッパ（幅抑制手段）
８６…外径側のストッパ（幅抑制手段）
Ｆ１，Ｆ２…案内面
【技術分野】
【０００１】
この発明は、医療用等の用途で用いられ、開閉式把持具の開閉操作および姿勢変更を遠隔操作で行える遠隔操作型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡下外科手術では、患者の体表に複数個の小さな穴を開け、これらの穴に取付けた筒状のトラカールに内視鏡、手術器具等を挿通して処置を行う。この内視鏡下外科手術に使用される手術器具の一つに、細長い筒状のガイド部の先端に鋏状の開閉式把持具を設けた把持用手術器具がある。把持用手術器具は、把持具によって血管、神経、患部組織等を把持するものであり、把持具の開閉等を手元で遠隔操作できるようになっている（例えば特許文献１、２）。特許文献１のものは、手動により、把持具の開閉動作の他、把持具の２軸方向の姿勢変更動作、および中心軸回りの回転動作を行える。特許文献２のものは、モータ等を動力源として、把持具の開閉動作の他、把持具の２軸方向の姿勢変更動作を行える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５４１６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６９０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の把持用手術器具は、ガイド部に対して把持具を屈曲させることはできるが、ガイド部自体は真っ直ぐなものに限られていた。それは、ガイド部の内部に把持具の各種操作のためのシャフトやリンクが挿通されているため、構造的にガイド部を真っ直ぐに保つ必要があったからである。
【０００５】
しかし、体表に開けられる穴の数を最小限に抑えるためには、ガイド部が真っ直ぐではなく、湾曲している方が良い場合がある。ガイド部が真っ直ぐであると、穴から離れた箇所を処置するときに、ガイド部が処置箇所以外の部位に接触する可能性があるが、ガイド部が湾曲していれば、処置箇所以外の部位との接触を回避することができる。つまり、ガイド部が湾曲している方が、真っ直ぐであるよりも、一つの穴に対する処置範囲を広くとることができる。
【０００６】
この発明は、細長形状のガイド部の先端に設けられた把持具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、その遠隔操作機構が比較的簡単な構成であり、かつガイド部の形状を問わない遠隔操作型アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる遠隔操作型アクチュエータは、細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けられた開閉式の把持具と、前記先端部材に回転自在に設けられた回転部材と、前記回転部材の回転動作を前記把持具の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構と、前記回転部材に回転力を与える把持用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備える。前記ガイド部は、前記把持用駆動源の回転を前記回転部材に伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させることを特徴とする。姿勢操作部材として、可撓性を有する材料を用いることができる。
【０００８】
この構成によれば、把持用駆動源により回転軸を介して回転部材を回転させると、この回転部材の回転が回転・開閉変換機構により把持具の開閉動作に変換されて、把持具が開閉する。開閉する把持具で、被把持物の把持および解放が行われる。また、姿勢変更用駆動源により姿勢操作部材を進退させると、この姿勢操作部材の先端が先端部材に対し作用することにより、ガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材が姿勢変更する。姿勢操作部材はガイド孔に挿通されているため、姿勢操作部材が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材に対し適正に作用することができ、先端部材の姿勢変更動作が正確に行われる。姿勢操作部材が可撓性を有する場合は、ガイド部が湾曲した形状でも姿勢変更動作が確実に行われる。把持用駆動源および姿勢変更用駆動源は、先端部材から離れた位置に設けられており、上記把持具の開閉および先端部材の姿勢変更は遠隔操作で行われる。
【０００９】
この発明において、前記ガイド部は湾曲した箇所を有していてもよい。
姿勢操作部材を可撓性のものとすることで、ガイド部に湾曲した箇所があってもガイド孔内で進退させることが可能になる。
【００１０】
この発明において、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング内に設けてもよい。
把持用駆動源および姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を駆動部ハウジング内に設ければ、駆動部ハウジングの外部に設けられる部品点数を減らして、遠隔操作型アクチュエータ全体の構成を簡略にできる。
【００１１】
また、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング外に設けてもよい。
把持用駆動源および姿勢変更用駆動源を駆動部ハウジング外に設ければ、駆動部ハウジングを小型化できる。そのため、駆動部ハウジングを持って遠隔操作型アクチュエータを操作する際の取扱性を向上させられる。
【００１２】
前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング外に設ける場合、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源のうち前記駆動部ハウジング外に設けた駆動源の駆動力を、前記回転軸または前記姿勢操作部材へ可撓性ケーブルで伝達するのが良い。
駆動部ハウジング外に設けた駆動源の駆動力を、回転軸または姿勢操作部材へ可撓性ケーブルで伝達すれば、駆動部ハウジング外に設けた駆動源と駆動部ハウジングとの位置関係についての融通性が高く、遠隔操作型アクチュエータを操作しやすい。
【００１３】
この発明において、前記先端部材連結部は、前記ガイド部側の案内部と前記先端部材側の被案内部とが、前記回転部材の中心線上に曲率中心が位置する球面状または円筒状の案内面で接する場合、前記回転部材と前記回転軸との連結箇所の中心が前記案内面の曲率中心と同位置であるのが良い。
回転部材と回転軸との連結箇所の中心が案内面の曲率中心と同位置であると、先端部材の姿勢変更によって回転軸に対して押し引きする力がかからないので、先端部材が円滑に姿勢変更できる。
【００１４】
この発明において、前記姿勢変更用駆動源の動作量を検出する動作量検出器を設け、この動作量検出器の検出値から前記先端部材の姿勢を検出する姿勢検出手段を設けるのが良い。
この構成によれば、姿勢検出手段の検出結果に基づき適正な先端部材姿勢制御を行うことができる。
【００１５】
この発明において、前記把持用駆動源が電動アクチュエータである場合には、この電動アクチュエータへの供給電力を計測して前記把持具の把持力を検出する把持力検出手段を設けるのが良い。
この構成によれば、把持力検出手段の検出結果に基づき、把持用駆動源の出力を制御することにより、把持具の把持力を適正に保つことができる。
【００１６】
この発明において、前記ガイド部が、このガイド部の外郭となる外郭パイプを有し、前記ガイド孔を、前記外郭パイプ内に設けられたガイドパイプの内径孔とすることができる。
この構成であれば、外郭パイプによりガイド部の内部を保護しつつ、ガイド部を中空状にして軽量化を図れる。
【００１７】
上記構成において、前記外郭パイプ内に前記回転軸を回転自在に支持する複数の転がり軸受を設ける場合、これら複数の転がり軸受の外径面を前記ガイドパイプで支持することができる。
ガイドパイプを転がり軸受の支持に利用することで、余分な部材を用いずに転がり軸受の外径面を支持できる。
【００１８】
前記ガイド部内の前記回転軸を回転自在に支持する前記転がり軸受を設ける場合、前記外郭パイプの内部を通過する冷却液により前記転がり軸受を冷却する冷却手段を設けてもよい。
回転部材、回転軸等の回転する部材は、回転摩擦により発熱する。それに伴い、転がり軸受が加熱される。冷却手段を設ければ、転がり軸受や他の発熱箇所を冷却液により冷却することができる。外郭パイプの内部に冷却液を通過させれば、冷却液供給用の管を別に設ける必要がなく、ガイド部を簡素化および小径化できる。
さらに、前記冷却液により転がり軸受を潤滑する効果も得られる。冷却液を転がり軸受の潤滑に兼用させれば、転がり軸受に一般的に使用されているグリス等を使用しなくてもよく、しかも別に潤滑装置を設けなくて済む。
【００１９】
前記冷却液は、水もしくは生理食塩水であるのが望ましい。
冷却液が水もしくは生理食塩水であれば、先端部材を生体内に挿入して操作する場合に、仮に冷却液が遠隔操作型アクチュエータの外部に漏れても、生体に与える影響が少ない。
【００２０】
この発明において、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に案内する把持片案内部材と、前記回転部材と一体に回転し、この回転部材の中心線上に中心が位置する渦巻き状の溝が形成された渦巻き溝付き部材と、前記把持片案内部材により径方向に案内された把持片に設けられ、前記渦巻き状の溝に摺動自在に係合する突起とでなる構成とすることができる。前記回転部材と前記渦巻き溝付き部材とは、互いに一体に形成された同一部材であってもよい。
この構成によれば、回転部材を回転させると、それと一体の渦巻き溝付き部材が回転する。渦巻き溝付き部材の渦巻き状の溝には、把持片案内部材により径方向に案内された把持片の突起が摺動自在に係合している。そのため、渦巻き溝付き部材の回転に伴い、上記把持片の突起が渦巻き状の溝に沿って移動し、渦巻き状の溝における突起が係合している箇所の径が変化する。把持片は把持片案内部材によって径方向以外の移動が拘束されているため、渦巻き溝付き部材の回転により、把持片は径方向に移動する。それにより、一対の把持片の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片が開閉する。
【００２１】
また、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に案内する把持片案内部材と、中心線が前記回転部材と同一で、この回転部材と一体に回転するピニオンと、前記把持片案内部材により径方向に案内された把持片と一体に設けられ、前記ピニオンと噛み合うラックとでなる構成としてもよい。前記回転部材と前記ピニオンとは、互いに一体に形成された同一部材であってもよい。
この構成によれば、回転部材を回転させると、それと一体にピニオンが回転する。ピニオンは、把持片案内部材により径方向に案内される把持片と一体に設けたラックに噛み合っている。そのため、ピニオンの回転に伴い、ラックが径方向と平行な方向に移動する。それにより、一対の把持片の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片が開閉する。
【００２２】
さらに、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に回動自在に支持する把持片支持部材と、中心線が前記回転部材と同一で、この回転部材と一体に回転するウォームと、前記把持片支持部材に支持された把持片と一体にこの把持片と回動中心線を一致させて設けられ、前記ウォームと噛み合うウォームホイールとでなる構成としてもよい。前記回転部材と前記ウォームとは、互いに一体に形成された同一部材であってもよい。
この構成によれば、回転部材を回転させると、それと一体にウォームが回転する。ウォームは、把持片支持部材により径方向に回動自在に支持された把持片と一体のウォームホイールに噛み合っている。そのため、ウォームの回転に伴い、ウォームホイールが上記把持片の回動中心線の回りに回動することで、ウォームホイールと一体の把持片も回動する。それにより、一対の把持片の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片が開閉する。
【００２３】
この発明において、前記回転・開閉変換機構に、前記一対の把持片の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段を設けるのが望ましい。
一対の把持片の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段を設けることで、故障等により把持具が規定動作範囲以上に開閉することを防げる。それにより、把持具で患者に損傷を与えることを無くすことができ、安全性が高まる。
【００２４】
この発明において、前記先端部材が、前記ガイド部の先端に前記回転軸の中心線回りに回動自在に取付けられ、かつ前記ガイド部の先端との間に生じる接触部位での回転抵抗力により前記回転軸の中心線回りの回転が規制されている場合、前記回転軸の回転によって前記回転部材が受ける回転力が、前記回転抵抗力により回転を阻止する力を超えるように前記把持用駆動源により前記回転軸を回転させることにより、前記把持用駆動源によって前記先端部材を回転させることが可能になる。
先端部材がガイド部の先端との間に生じる接触部位での回転抵抗力とは、先端部材連結部の摩擦抵抗や姿勢操作部材と先端部材との摩擦抵抗のことである。通常では、回転部材の回転動作は回転・開閉変換機構により把持具の開閉動作に変換させられるが、回転・開閉変換機構が機能停止状態で回転部材を回転させると、回転部材の回転力が先端部材全体に伝達され、その回転力が上記回転抵抗力を超えた時点で先端部材が回転部材の中心線回りに回転する。回転・開閉変換機構の機能停止状態は、例えば、回転・開閉変換機構に、一対の把持片の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段が設けられている場合であれば、幅抑制手段により一対の把持片の開閉幅を機械的に抑制した状態にすることにより実現できる。この場合、既存の部材だけで、先端部材を回転部材の中心線回りに遠隔操作で回転させることが可能になる。
【００２５】
この発明の遠隔操作型アクチュエータは、上記の作用・効果を有するため、例えば内視鏡下手術で使用する手術器具に好適である。
【発明の効果】
【００２６】
この発明の遠隔操作型アクチュエータは、細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けられた開閉式の把持具と、前記先端部材に回転自在に設けられた回転部材と、前記回転部材の回転動作を前記把持具の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構と、前記回転部材に回転力を与える把持用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、前記ガイド部は、前記把持用駆動源の回転を前記回転部材に伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させるため、細長形状のガイド部の先端に設けられた把持具の姿勢を遠隔操作で変更することができ、その遠隔操作機構は比較的簡単な構成であり、かつガイド部の形状を問わない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図２】この発明の異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図３】（Ａ）は図１に示す遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのIIIＣ−IIIＣ断面図である。
【図４】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの把持片の側面図、（Ｂ）はその平面図である。
【図５】同遠隔操作型アクチュエータの回転部材の正面図である。
【図６】同遠隔操作型アクチュエータの先端部材と回転軸との連結構造を示す図である。
【図７】（Ａ）は同遠隔操作型アクチュエータの把持用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の破断断面図に制御系を組み合わせて表示した図、（Ｂ）はそのVIIＢ−VIIＢ断面図である。
【図８】（Ａ）は把持機構の構成が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのVIIIＣ−VIIIＣ断面図である。
【図９】（Ａ）はさらに把持機構の構成が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのIXＣ−IXＣ断面図である。
【図１０】図１に示す遠隔操作型アクチュエータに冷却手段を設けた場合の概略構成を示す図である。
【図１１】（Ａ）はガイド部の内部構造が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのXIＣ−XIＣ断面図である。
【図１２】（Ａ）はさらにガイド部の内部構造が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのXIIＣ−XIIＣ断面図である。
【図１３】（Ａ）はさらにガイド部の内部構造が異なる遠隔操作型アクチュエータの先端部材およびガイド部の破断側面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）はそのXIIIＣ−XIIIＣ断面図である。
【図１４】（Ａ）は図１２および図１３に示す遠隔操作型アクチュエータの把持用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の破断側面図、（Ｂ）はそのXIVＢ−XIVＢ断面図である。
【図１５】この発明のさらに異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。
【図１６】同遠隔操作型アクチュエータの把持用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の構成を示す図である。
【図１７】同把持用駆動機構の把持用ケーブルの断面図である。
【図１８】同姿勢変更用駆動機構の姿勢変更用ケーブルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１および図２は、この発明のそれぞれ異なる実施形態にかかる遠隔操作型アクチュエータの概略構成を示す図である。これらの図において、各遠隔操作型アクチュエータは、開閉式の把持具１を保持する先端部材２と、この先端部材２が先端に姿勢変更自在に取付けられた細長形状のガイド部３と、このガイド部３の基端が結合された駆動部ハウジング４ａと、この駆動部ハウジング４ａ内の把持用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを制御するコントローラ５とを備える。駆動部ハウジング４ａは、内蔵の把持用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃと共に駆動部４を構成する。
【００２９】
図３〜図６と共に、先端部材２およびガイド部３の内部構造について説明する。図３は図１の遠隔操作型アクチュエータについて示すが、図１のようにガイド部３が真っ直ぐな形状である場合も、図２のようにガイド部３が湾曲した形状である場合も、先端部材２およびガイド部３の内部構造は基本的に同じである。
【００３０】
先端部材２は、略円筒状のハウジング１１を有し、このハウジング１１の内部に、転がり軸受１２により回転部材１３が回転自在に支持されている。そして、回転部材１３の先端側に、回転・開閉変換機構１４を介して把持具１が設けられている。把持具１と回転・開閉変換機構１４とで把持手段８０Ａを構成する。
【００３１】
把持具１は、互いに径方向に開閉自在な一対の把持片８１を有する。各把持片８１は、ハウジング１１の先端部の内周に設けた把持片案内部材８２の案内溝８２ａに沿って、径方向に進退自在に案内されている。把持片案内部材８２は、先端部材２のハウジング１１に対して、例えば圧入または溶接により固定されている。図４に示すように、把持片８１は、本体部８１ａの基端に前記案内溝８２ａの方向と交差する方向の両側に張り出す張出部８１ｂが設けられ、この張出部８１ｂが把持片案内部材８２の裏面に係合することで、把持片８１が先端側へ抜けないように支持されている。
【００３２】
回転・開閉変換機構１４は、前記把持片案内部材８２と、渦巻き溝付き部材としての前記回転部材１３と、把持片８１の基端面に設けた突起８３とでなる。図５に示すように、回転部材１３の先端面には、突起８３を案内するカム溝として、この回転部材１３の中心線ＣＬ上に中心が位置する渦巻き状の溝８４が形成されており、この渦巻き状の溝８４に各把持片８１の突起８３が摺動自在に係合している。この例の渦巻き状の溝８４は、先端側から見て左巻きである。なお、図５では、視覚的に分かりやすいように、渦巻き状の溝８４である部分は白地のままとし、渦巻き状の溝８４以外の部分は格子状のハッチングを付けてある。渦巻き状の溝８４が形成された渦巻き溝付き部材（図示せず）を、回転部材１３と別体で設けてもよい。その場合、渦巻き溝付き部材は、回転部材１３と一体に回転するものとする。
【００３３】
把持用駆動機構４ｂにより回転部材１３を回転させると、把持片８１の突起８３が渦巻き状の溝８４に沿って移動し、渦巻き状の溝８４における突起８３が係合している箇所の径が変化する。把持片８１は把持片案内部材８２によって径方向以外の移動が拘束されているため、回転部材１３の回転により、把持片８１は径方向に移動する。それにより、一対の把持片８１の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片８１が開閉する。この例の場合、先端側から見て回転部材１３を右回りに回転させると一対の把持片８１が開き、左回りに回転させると一対の把持片８１が閉じる。
【００３４】
渦巻き状の溝８４の内径端の近傍および外径端の近傍に、突起８３の移動範囲を規制する内径側ストッパ８５、外径側ストッパ８６がそれぞれ設けられている。内径側ストッパ８５および外径側ストッパ８６は、例えば渦巻き状の溝８４の底部から先端側に突出させたピンとされる。あるいは、渦巻き状の溝８４の溝深さを浅くすることで、突起８３の移動を規制してもよい。
【００３５】
内径側ストッパ８５および外径側ストッパ８６を設けることにより、これらストッパ８５，８６よりも内径側および外径側へ突起８３が移動することが規制される。それにより、一対の把持片８１の開閉幅が抑制される。すなわち、内径側ストッパ８５および外径側ストッパ８６は、一対の把持片８１の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段としての役割をする。
【００３６】
この把持手段８０Ａは、一対の把持片８１が共に径方向に移動することで把持具１を開閉させるが、いずれか一方の把持片８１だけが径方向に移動させることで把持具１を開閉させる構成としてもよい。
【００３７】
先端部材２は、先端部材連結部１５を介してガイド部３の先端に取付けられる。先端部材連結部１５は、先端部材２を姿勢変更自在に支持する手段であり、球面軸受からなる。具体的には、先端部材連結部１５は、ハウジング１１の基端の内径縮径部からなる被案内部１１ａと、ガイド部３の先端に固定された抜け止め部材２１の鍔状部からなる案内部２１ａとで構成される。図３に示すように、両者１１ａ，２１ａの互いに接する各案内面Ｆ１，Ｆ２は、回転部材１３の中心線ＣＬ上に曲率中心Ｏが位置し、基端側ほど径が小さい球面とされている。これにより、ガイド部３に対して先端部材２が抜け止めされるとともに、姿勢変更自在に支持される。この例は、曲率中心Ｏを通るＸ軸回りに先端部材２が姿勢変更する構成であるため、案内面Ｆ１，Ｆ２が、点Ｏを通るＸ軸を中心線とする円筒面であってもよい。
【００３８】
ガイド部３は、駆動部ハウジング４ａ内の把持用駆動源４１（図７）の回転力を前記回転部材１３へ伝達する回転軸２２を有する。この例では、回転軸２２はワイヤとされ、ある程度の弾性変形が可能である。ワイヤの材質としては、例えば金属、樹脂、グラスファイバー等が用いられる。ワイヤは単線であっても、撚り線であってもよい。図６に示すように、回転部材１３と回転軸２２とは、自在継手等の継手２３を介して回転伝達可能に接続されている。継手２３は、回転部材１３の閉塞した基端に設けられた溝１３ａと、回転軸２２の先端に設けられ前記溝１３ａに係合する突起２２ａとで構成される。上記溝１３ａと突起２２ａとの連結箇所の中心は、前記案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置である。
【００３９】
ガイド部３は、このガイド部３の外郭となる外郭パイプ２５を有し、この外郭パイプ２５の中心に前記回転軸２２が位置する。回転軸２２は、それぞれ軸方向に離れて配置された複数の転がり軸受２６によって回転自在に支持されている。各転がり軸受２６間には、これら転がり軸受２６に予圧を発生させるためのばね要素２７Ａ，２７Ｂが設けられている。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受２６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素２７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素２７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。前記抜け止め部材２１は、固定ピン２８により外郭パイプ２５のパイプエンド部２５ａに固定され、その先端内周部で転がり軸受２９を介して回転軸２２の先端部を回転自在に支持している。パイプエンド部２５ａは、外郭パイプ２５と別部材とし、溶接等により結合してもよい。
【００４０】
外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、両端に貫通する１本のガイドパイプ３０が設けられ、このガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に、姿勢操作部材３１が進退自在に挿通されている。この例では、姿勢操作部材３１は、ワイヤ３１ａと、その両端に設けた柱状ピン３１ｂとでなる。先端部材２側の柱状ピン３１ｂの先端は球面状で、先端部材２のハウジング１１の基端面に当接している。駆動部ハウジング４ａ側の柱状ピン３１ｂの先端も球面状で、後記レバー４３ｂ（図７）の側面に当接している。
【００４１】
上記姿勢操作部材３１が位置する周方向位置に対し１８０度の位相の位置には、先端部材２のハウジング１１の基端面とガイド部３の外郭パイプ２５の先端面との間に、例えば圧縮コイルばねからなる復元用弾性部材３２が設けられている。この復元用弾性部材３２は、先端部材２を所定姿勢側へ付勢する作用をする。
【００４２】
また、外郭パイプ２５の内径面と回転軸２２の間には、前記ガイドパイプ３０とは別に、このガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に、複数本の補強シャフト３４が配置されている。これらの補強シャフト３４は、ガイド部３の剛性を確保するためのものである。ガイドパイプ３０と補強シャフト３４の配列間隔は等間隔とされている。ガイドパイプ３０および補強シャフト３４は、外郭パイプ２５の内径面におよび前記転がり軸受２６の外径面に接している。これにより、転がり軸受２６の外径面を支持している。
【００４３】
図７は、駆動部ハウジング４ａ内の把持用駆動機構４ｂおよび姿勢変更用駆動機構４ｃを示す。把持用駆動機構４ｂは、コントローラ５により制御される把持用駆動源４１を備える。把持用駆動源４１は、例えば電動モータであり、その出力軸４１ａが前記回転軸２２の基端に結合させてある。姿勢変更用駆動機構４ｃは、コントローラ５により制御される姿勢変更用駆動源４２を備える。姿勢変更用駆動源４２は、例えば電動リニアアクチュエータであり、図７（Ａ）の左右方向に移動する出力ロッド４２ａの動きが、増力伝達機構４３を介して前記姿勢操作部材３１に伝達される。
【００４４】
増力伝達機構４３は、支軸４３ａ回りに回動自在なレバー４３ｂを有し、このレバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１に出力ロッド４２ａの力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２で姿勢操作部材３１に力を与える構成であり、姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して姿勢操作部材３１に伝達される。増力伝達機構４３を設けると、小さな出力のリニアアクチュエータでも姿勢操作部材３１に大きな力を与えることができるので、リニアアクチュエータの小型化が可能になる。前記回転軸２２は、レバー４３ｂに形成された開口４４を貫通させてある。
【００４５】
把持用駆動機構４ｂには、電動アクチュエータである把持用駆動源４１に供給される電力量を検出する供給電力計４５が設けられている。この供給電力計４５の検出値は、把持力検出手段４６に出力される。把持力検出手段４６は、供給電力計４５の出力により、把持具１の把持力を検出する。把持力検出手段４６は、上記把持力と供給電力計４５の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて把持力を検出する。検出された把持力を示す信号は、コントローラ５に送られる。この把持力検出手段４６は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。
【００４６】
また、姿勢変更用駆動機構４ｃには、姿勢変更用駆動源４２の動作量を検出する動作量検出器４７が設けられている。この動作量検出器４７の検出値は、姿勢検出手段４８に出力される。姿勢検出手段４８は、動作量検出器４７の出力により、先端部材２のＸ軸（図３）回りの傾動姿勢を検出する。姿勢検出手段４８は、上記傾動姿勢と動作量検出器４７の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて傾動姿勢を検出する。検出された傾動姿勢を示す信号は、コントローラ５に送られる。この姿勢検出手段４８は、コントローラ５に設けられたものであっても、あるいは外部の制御装置に設けられたものであってもよい。
【００４７】
コントローラ５には、把持具１の開閉指令信号を出力する把持用操作具５ａ（図１、図２）と、先端部材２の姿勢変更指令信号を出力する姿勢変更用操作具５ｂ（図１、図２）とが設けられている。コントローラ５は、電子演算回路（図示せず）と制御プログラム（図示せず）とを内蔵し、前記把持用操作具５ａおよび姿勢変更用操作具５ｂからの指令信号と、前記把持力検出手段４６および姿勢検出手段４８からの検出信号とに基づき、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御する。
【００４８】
この遠隔操作型アクチュエータの動作を説明する。
把持用操作具５ａを操作すると、把持用駆動源４１が回転し、その回転が回転軸２２を介して回転部材１３に伝達される。回転部材１３の回転が、回転・開閉変換機構１４により把持具１の開閉動作に変換されることで、把持具１が開閉する。この動作中、電動アクチュエータである把持用駆動源４１への供給電力を供給電力計４５で計測し、その計測値から把持力検出手段４６が把持具１の把持力を検出する。コントローラ５は、検出された把持力の大きさに基づき、把持用駆動源４１の出力を制御する。例えば、把持力が大きすぎる場合は把持用駆動源４１の出力を低下させ、逆に把持力が小さすぎる場合は把持用駆動源４１の出力を増加させる。これにより、把持具１の把持力を適正に保つことができる。
【００４９】
また、姿勢変更用操作具５ｂを操作すると、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１が進退させられて、姿勢操作部材３１の先端が先端部材２に対し作用する。それにより、ガイド部３の先端に先端部材連結部１５を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材２が姿勢変更する。例えば、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を先端側へ進出させると、姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されて、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、姿勢変更用駆動源４２により姿勢操作部材３１を後退させると、復元用弾性部材３２の弾性反発力によって先端部材２のハウジング１１が押し戻され、先端部材２は図３（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。その際、先端部材連結部１５には、姿勢操作部材３１の圧力、復元用弾性部材３２の弾性反発力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。先端部材２の姿勢は、動作量検出器４７の検出値から、姿勢検出手段４８によって検出される。そのため、遠隔操作で先端部材２の姿勢を適正に制御できる。
【００５０】
姿勢操作部材３１はガイド孔３０ａに挿通されているため、姿勢操作部材３１が長手方向と交差する方向に位置ずれすることがなく、常に先端部材２に対し適正に作用することができ、先端部材２の姿勢変更動作が正確に行われる。姿勢操作部材３１は大半が可撓性のワイヤ３１ａからなるため、図２のようなガイド部３が湾曲した形状でも姿勢変更動作が確実に行われる。さらに、回転部材１３と回転軸２２との連結箇所の中心が案内面Ｆ１，Ｆ２の曲率中心Ｏと同位置であるため、先端部材２の姿勢変更によって回転軸２２に対して押し引きする力がかからず、先端部材２が円滑に姿勢変更できる。
【００５１】
把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２は、先端部材２から離れた位置に設けられており、上記把持具１の開閉および先端部材２の姿勢変更は遠隔操作で行われる。把持用駆動源４１の回転を回転部材１３へ伝達する回転軸２２、および姿勢変更用駆動源４２の進退動作を先端部材２へ伝達する姿勢操作部材３１は、いずれも全体または大半がワイヤ３１ａからなるため、ガイド部３の内部を簡素な構成とすることができる。それにより、ガイド部３の外径を小さくすることが可能になっている。なお、把持用駆動源４１や姿勢変更用駆動源４２を設ける代わりに、把持具１の開閉や先端部材２の姿勢変更を手動により遠隔操作してもよい。
【００５２】
この遠隔操作型アクチュエータは、例えば内視鏡下外科手術における把持用手術器具として使用されるものであり、手術時には、ガイド部３の中間部よりも先が患者の体内に挿入される。このため、上記のように先端部材２の姿勢を遠隔操作で変更できれば、常に把持具１を適正な姿勢に保持した状態に保ことができ、把持具１により血管等の被把持物を精度良く把持することができる。
【００５３】
細長形状であるガイド部３には、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護状態で設ける必要があるが、外郭パイプ２５の中心部に回転軸２２を設け、外郭パイプ２５と回転軸２２との間に、姿勢操作部材３１を収容したガイドパイプ３０と補強シャフト３４とを円周方向に並べて配置した構成としたことにより、回転軸２２および姿勢操作部材３１を保護し、かつ内部を中空して軽量化を図りつつ剛性を確保できる。また、全体のバランスも良い。
【００５４】
回転軸２２を支持する転がり軸受２６の外径面を、ガイドパイプ３０と補強シャフト３４とで支持させたため、余分な部材を用いずに転がり軸受２６の外径面を支持できる。また、ばね要素２７Ａ，２７Ｂにより転がり軸受２６に予圧がかけられているため、ワイヤからなる回転軸２２を高速回転させることができる。そのため、把持具１の開閉動作を迅速に行える。ばね要素２７Ａ，２７Ｂは隣合う転がり軸受２６間に設けられているので、ガイド部３の径を大きくせずにばね要素２７Ａ，２７Ｂを設けることができる。
【００５５】
この実施形態では、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が共通の駆動部ハウジング４ａ内に設けられている。そのため、遠隔操作型アクチュエータ全体の構成を簡略にできる。把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２のいずれか一方だけを駆動部ハウジング４ａ内に設けてもよい。また、後で説明するように、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を駆動部ハウジング４ａの外に設けてもよい。
【００５６】
図８は、把持手段の異なる構成を示す。この把持手段８０Ｂは、互いに径方向に開閉自在な一対の把持片８１を有する把持具１と、回転部材１３の回転を把持具１の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構１４とでなる。
【００５７】
ハウジング１１の先端部の内周には、径方向である一対の把持片８１の並び方向と平行な案内溝８２ａを有する一対の把持片案内部材８２が設けられている。この把持片支持部材８２は、例えば溶接によりハウジング１１に固定される。把持具１の一対の把持片８１は、それぞれ本体部８１ａの基端の一側面から前記並び方向に延びる基部８１ｃが一体に設けられ、各基部８１ｂの外側面に形成されたガイド部８１ｄが、前記一対の把持片案内部材８２の案内溝８２ａにそれぞれ摺動自在に係合している。これにより、一対の把持片８１が径方向に案内されると共に、把持片８１が先端側へ抜けないように支持される。
【００５８】
回転部材１３は、先端部の外周に歯８８を有するピニオンとして形成されている。また、把持片８１の基部８１ｃは、内側面に上記ピニオンの歯８８と噛み合う歯８９を有するラックとして形成されている。回転・開閉変換機構１４は、前記把持片案内部材１４と、ピニオンとしての回転部材１３と、ラックとしての基部８１ｃとで構成される。外周に歯８８を有するピニオン（図示せず）を、回転部材１３と別体で設けてもよい。その場合、ピニオンは、回転部材１３と一体に回転するものとする。また、内側面に歯８９を有するラック（図示せず）を、把持片８１と別体で設けてもよい。その場合、ラックは、把持片８１と一体に前記並び方向に案内されるものとする。
【００５９】
把持用駆動機構４ｂにより回転部材１３を回転させると、ピニオンとラックのそれぞれの歯８８，８９の噛み合いにより、把持片８１が並び方向に移動する。それにより、一対の把持片８１の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片８１が開閉する。この例の場合、先端側から見て回転部材１３を右回りに回転させると一対の把持片８１が閉じ、左回りに回転させると一対の把持片８１が開く。なお、いずれか一方の把持片８１だけを径方向に移動させることで把持具１を開閉させる構成としてもよい。
【００６０】
図９は、把持手段のさらに異なる構成を示す。この把持手段８０Ｃは、互いに径方向に開閉自在な一対の把持片８１を有する把持具１と、回転部材１３の回転を把持具１の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構１４とでなる。
【００６１】
把持具１の一対の把持片８１は、その基部８１ｅが、互いに平行な各回動中心軸９０に回動自在に支持されて、先端側が径方向に開閉するようになっている。回動中心軸９０は、ハウジング１１の先端部の内周に設けた一対の把持片支持部材８２間に架け渡して設けてあり、先端部材２の中心線ＣＬに垂直な直線と平行である。把持片支持部材８２は、例えば溶接によりハウジング１１に固定されている。
【００６２】
回転部材１３は、先端部の外周に歯９１を有するウォームとして形成されている。また、把持片８１の基部８１ｅは、前記回動中心軸９０を中心とする円弧状の外周面に上記歯９１と噛み合う歯９２を有するウォームホイールとして形成されている。回転・開閉変換機構１４は、前記把持片案内部材８２と、ウォームとしての回転部材１３と、ウォームホイールとしての基部８１ｅとで構成される。外周に歯９１を有するウォーム（図示せず）を、回転部材１３と別体で設けてもよい。その場合、ウォームは、回転部材１３と一体に回転するものとする。また、外周面に歯９２を有するウォームホイール（図示せず）を、把持片８１と別体で設けてもよい。その場合、ウォームホイールは、把持片８１と一体に回動するものとする。
【００６３】
把持用駆動機構４ｂにより、回転部材１３を回転させると、ウォームとウォームホイールのそれぞれの歯９１，９２の噛み合いにより、把持片８１が回動中心軸９０回りに回動する。それにより、一対の把持片８１の径方向の相対距離が変る。すなわち、一対の把持片８１が開閉する。この例の場合、ウォームの歯９１の向きは表示されていないが、例えば先端側から見て回転部材１３を右回りに回転させると一対の把持片８１が閉じ、左回りに回転させると一対の把持片８１が開く。なお、いずれか一方の把持片８１だけを回動させることで把持具１を開閉させる構成としてもよい。
【００６４】
この遠隔操作型アクチュエータは、ガイド部３が中空状であることを利用して、ガイド部３および先端部材２内の転がり軸受２６，１２（図３等）を冷却する冷却手段５０を図１０のように設けることができる。すなわち、冷却手段５０は、遠隔操作型アクチュエータの外部に設けた冷却液供給装置５１と、この冷却液供給装置５１から供給される冷却液がガイド部３および先端部材２内で循環する冷却液循環管５２とで構成される。冷却液循環管５２は、冷却液供給装置５１からガイド部３までの外部分５２ａと、ガイド部３および先端部材２の内部を通る内部分５２ｂとでなり、内部分５２ｂでは、ガイド部３の外郭パイプ２５（図３等）および先端部材２のハウジング１１（図３等）が冷却液循環管５２になっている。
【００６５】
このような冷却手段５０を設ければ、冷却液により、発熱箇所である転がり軸受２６，１２を冷却することができる。外郭パイプ２５内に冷却液を通過させるため、冷却循環用の管を別に設ける必要がなく、ガイド部３を簡素化および小径化できる。また、前記冷却液を転がり軸受２６，１２の潤滑に兼用させてもよい。そうすれば、軸受に一般的に使用されているグリス等を使用しなくてもよく、しかも別に潤滑装置を設けなくて済む。
【００６６】
上記冷却液は、水もしくは生理食塩水であるのが望ましい。冷却液が水もしくは生理食塩水であれば、先端部材２を生体内に挿入して操作する場合に、仮に冷却液が遠隔操作型アクチュエータの外部に漏れても、生体に与える影響が少ないからである。冷却液を水もしくは生理食塩水とする場合、冷却液と接する部品の材質は、耐腐食性に優れたステンレスであるのが望ましい。この遠隔操作型アクチュエータを構成する他の各部品も、ステンレス製であってもよい。
【００６７】
図１１は、先端部材２の姿勢を変更する機構が異なる実施形態を示す。把持具１および先端部材２は図３〜図５の実施形態と同じ構成である。図１１の遠隔操作型アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１８０度の位相にある周方向位置に２本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に前記同様の姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。２本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は、曲率中心が点Ｏである球面、または点Ｏを通るＸ軸を中心線とする円筒面である。
【００６８】
駆動部４（図示せず）には、２つの姿勢操作部材３１をそれぞれ個別に進退操作させる２つの姿勢変更用駆動源４２（図示せず）が設けられており、これら２つの姿勢変更用駆動源４２を互いに逆向きに駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。例えば、図１１における上側の姿勢操作部材３１を先端側へ進出させ、かつ下側の姿勢操作部材３１を後退させると、上側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１１（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。逆に、両姿勢操作部材３１を逆に進退させると、下側の姿勢操作部材３１によって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１１（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。その際、先端部材連結部１５には、上下２つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、２つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、１つ姿勢操作部材３１だけで加圧される前記実施形態に比べ、先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。
【００６９】
図１２は、先端部材２の姿勢を変更する機構がさらに異なる実施形態を示す。把持具１および先端部材２は図３〜図５の実施形態と同じ構成である。図１２の遠隔操作型アクチュエータは、外郭パイプ２５内の互いに１２０度の位相にある周方向位置に３本のガイドパイプ３０を設け、そのガイドパイプ３０の内径孔であるガイド孔３０ａ内に前記同様の姿勢操作部材３１が進退自在に挿通してある。３本のガイドパイプ３０間には、ガイドパイプ３０と同一ピッチ円Ｃ上に複数本の補強シャフト３４が配置されている。復元用弾性部材３２は設けられていない。案内面Ｆ１，Ｆ２は曲率中心が点Ｏである球面であり、先端部材２は任意方向に傾動可能である。
【００７０】
駆動部４には、３つの姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）（図１４）が設けられており、これら３つの姿勢変更用駆動源４２を互いに連係させて駆動することで先端部材２の姿勢変更を行う。
例えば、図１２における上側の１つの姿勢操作部材３１Ｕを先端側へ進出させ、かつ他の２つの姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを後退させると、上側の姿勢操作部材３１Ｕによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１２（Ａ）において先端側が下向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。このとき、各姿勢操作部材３１の進退量が適正になるよう、各姿勢変更用駆動源４２が制御される。各姿勢操作部材３１を逆に進退させると、左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は図１２（Ａ）において先端側が上向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
また、上側の姿勢操作部材３１Ｕは静止させた状態で、左側の姿勢操作部材３１Ｌを先端側へ進出させ、かつ右側の姿勢操作部材３１Ｒを後退させると、左側の姿勢操作部材３１Ｌによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は右向き、すなわち図１２（Ａ）において紙面の裏側向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。左右の姿勢操作部材３１Ｌ，３１Ｒを逆に進退させると、右の姿勢操作部材３１Ｒによって先端部材２のハウジング１１が押されることにより、先端部材２は左向きとなる側へ案内面Ｆ１，Ｆ２に沿って姿勢変更する。
このように姿勢操作部材３１を円周方向の３箇所に設けることにより、先端部材２を上下左右の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の方向に姿勢変更することができる。その際、先端部材連結部１５には、３つの姿勢操作部材３１の圧力、および抜け止め部材２１からの反力が作用しており、これらの作用力の釣り合いにより先端部材２の姿勢が決定される。この構成では、３つの姿勢操作部材３１で先端部材２のハウジング１１に加圧されるため、さらに先端部材２の姿勢安定性を高めることができる。姿勢操作部材３１の数をさらに増やせば、先端部材２の姿勢安定性をより一層高めることができる。
【００７１】
図１３はさらに異なる実施形態を示す。この遠隔操作型アクチュエータのガイド部３は、外郭パイプ２５の中空孔２４が、中心部の円形孔部２４ａと、この円形孔部２４ａの外周における互いに１２０度の位相をなす周方向位置から外径側へ凹んだ３つの溝状部２４ｂとでなる。溝状部２４ｂの先端の周壁は、断面半円形である。そして、円形孔部２４ａに回転軸２２と転がり軸受２６とが収容され、各溝状部２４ｂに姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）が収容されている。
【００７２】
外郭パイプ２５を上記断面形状としたことにより、外郭パイプ２５の溝状部２４ｂ以外の箇所の肉厚ｔを厚くなり、外郭パイプ２５の断面２次モーメントが大きくなる。すなわち、ガイド部３の剛性が高まる。それにより、先端部材２の位置決め精度を向上させられるとともに、切削性を向上させられる。また、溝状部２４ｂにガイドパイプ３０を配置したことにより、ガイドパイプ３０の円周方向の位置決めを容易に行え、組立性が良好である。
【００７３】
図１２および図１３のように姿勢操作部材３１が周方向の３箇所に設けられている場合、姿勢変更駆動機構４ｃを例えば図１４のように構成することができる。すなわち、各姿勢操作部材３１（３１Ｕ，３１Ｌ，３１Ｒ）をそれぞれ個別に進退操作させる３つの姿勢変更用駆動源４２（４２Ｕ，４２Ｌ，４２Ｒ）を左右並列に配置すると共に、各姿勢変更用駆動源４２に対応するレバー４３ｂ（４３ｂＵ，４３ｂＬ，４３ｂＲ）を共通の支軸４３ａ回りに回動自在に設け、各レバー４３ｂにおける支軸４３ａからの距離が長い作用点Ｐ１（Ｐ１Ｕ，Ｐ１Ｌ，Ｐ１Ｒ）に各姿勢変更用駆動源４２の出力ロッド４２ａ（４２ａＵ，４２ａＬ，４２ａＲ）の力が作用し、支軸４３ａからの距離が短い力点Ｐ２（Ｐ２Ｕ，Ｐ２Ｌ，Ｐ２Ｒ）で姿勢操作部材３１に力を与える構成としてある。これにより、各姿勢変更用駆動源４２の出力が増力して対応する姿勢操作部材３１に伝達させることができる。なお、回転軸２２は、上側の姿勢操作部材３１Ｕ用のレバー４３ｂＵに形成された開口４４を貫通させてある。
【００７４】
図１１〜図１３の実施形態のように、先端部材連結部１５の案内面Ｆ１，Ｆ２が球面状であるなど、ガイド部３と先端部材２とを回転部材１３の中心線ＣＬ回りに回転自在に連結する構成のものであって、かつ復元用弾性部材３２が設けられていない場合、把持用駆動源４１の動力で先端部材２を回転部材１３の中心線ＣＬ回りに回転させることが可能である。詳しく説明する。
先端部材２が姿勢停止状態では、先端部材２とガイド部３の先端との間に、先端部材連結部１５の案内面Ｆ１，Ｆ２間の摩擦抵抗や姿勢操作部材３１と先端部材２との摩擦抵抗が回転抵抗力として作用して、先端部材２が回転部材１３の中心線ＣＬ回りに回転しないように拘束されている。通常では、把持用駆動源４１により回転部材１３を回転させた場合、回転部材１３の回転動作は回転・開閉変換機構１４により把持具１の開閉動作に変換させられる。しかし、回転・開閉変換機構１４が機能停止状態で回転部材１３を回転させると、回転部材１３の回転力が把持片８１を介して先端部材２のハウジング１１に伝達される。そして、ハウジング１１の回転力が上記回転抵抗力を超えた時点で、先端部材２が回転部材１３の中心線ＣＬ回りに回転する。
【００７５】
図１１〜図１３の各例では、回転・開閉変換機構１４が図３〜図５に示す構成と同じであり、一対の把持片８１の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段として、渦巻き状の溝８４の内径端の近傍および外径端の近傍に、把持片８１の突起８３の移動範囲を規制する内径側ストッパ８５、外径側ストッパ８６がそれぞれ設けられている。この場合、突起８３が内径側ストッパ８５に当接した状態、すなわち把持具１が閉じた状態で、回転部材１３を先端側から見て左回りに回転させると、先端部材２も回転部材１３の中心線ＣＬ回りに左回りに回転する。また、突起８３が外径側ストッパ８６に当接した状態、すなわち把持具１が全開の状態で、回転部材１３を先端側から見て右回りに回転させると、先端部材２も回転部材１３の中心線ＣＬ回りに右回りに回転する。
【００７６】
図８〜図１３の各実施形態はガイド部３が直線形状である例を示すが、この発明の遠隔操作型アクチュエータは、姿勢操作部材３１が可撓性を有する場合も適用可能であり、ガイド部３が湾曲した形状でも先端部材２の姿勢変更動作が確実に行われるので、図２のようにガイド部３を初期状態で湾曲形状としてもよい。あるいは、ガイド部３の一部分のみを湾曲形状としてもよい。ガイド部３が湾曲形状であれば、遠隔操作型アクチュエータが内視鏡下外科手術の把持用手術器具として使用される場合、患者の体表に開けられた手術器具挿入用の穴と処置箇所との間に位置する処置箇所以外の部位を避けることができる。つまり、ガイド部３が湾曲している方が、真っ直ぐであるよりも、一つの穴に対する処置範囲を広くとることができることがある。それにより、手術器具挿入用の穴の数を最小限に抑えることができ、患者の負担を軽減できる。
【００７７】
ガイド部３を湾曲形状とする場合、外郭パイプ２５、ガイドパイプ３０、および補強シャフト３４を湾曲形状とする必要がある。また、回転軸２２は変形しやすい材質を用いるのが良く、例えば形状記憶合金が適する。
【００７８】
図１５〜図１８は、把持用駆動機構および姿勢変更用駆動機構の構成が異なる実施形態を示す。前記各実施形態は、把持用駆動機構４ｂの把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動機構４ｃの姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａ内に設けられているのに対し、図１５〜図１８の実施形態は、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２が駆動部ハウジング４ａとは別の駆動源ハウジング６０に設けられている。
【００７９】
この実施形態の把持用駆動機構６１は、駆動源ハウジング６０に設けた把持用駆動源４１の出力軸４１ａの回転を、可撓性ケーブルである把持用ケーブル６２のインナワイヤ６４（図１７）により、駆動部ハウジング４ａ内の回転軸２２の基端へ伝達する。把持用ケーブル６２は、例えば図１７に示す構造をしている。すなわち、可撓性のアウタチューブ６３の中心に、可撓性のインナワイヤ６４が、複数の転がり軸受６６によって回転自在に支持されている。そして、インナワイヤ６４の両端が、把持用駆動源４１の出力軸４１ａおよび回転軸２２の基端にそれぞれ繋がれている。各転がり軸受６６間には、これら転がり軸受６６に予圧を発生させるためのばね要素６７Ａ，６７Ｂが設けられている。ばね要素６７Ａ，６７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受６６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素６７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素６７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。このように、ばね要素６７Ａ，６７Ｂにより転がり軸受６６に予圧をかけることにより、インナワイヤ６４を高速回転させることができる。市販されているフレキシブルシャフトを使用しても良い。
【００８０】
また、この実施形態の姿勢変更用駆動機構７１は、駆動源ハウジング６０に設けた姿勢変更用駆動源４２の動作を、可撓性ケーブルである姿勢変更用ケーブル７２を介して駆動部ハウジング４ａ内の駆動機構部７８へ伝達する。駆動機構部７８は、前記実施形態の姿勢変更用駆動機構４ｃから姿勢変更用駆動源４２を除いたものに相当し、姿勢変更用駆動機構４ｃにおける姿勢変更用駆動源４２の出力ロッド４２ａの代わりに、先端がレバー４３ｂに当接した状態で駆動部ハウジング４ａに対して進退する進退部材７５が設けられている。進退部材７５は、例えばボールねじ等のねじ機構７５ａにより回転運動を直進運動に変換させることで、駆動部ハウジング４ａに対して進退させる。その場合、姿勢変更用駆動源４２はロータリアクチュエータであって、この姿勢変更用駆動源４２の回転を、姿勢変更用ケーブル７２のインナワイヤ７４（図１８）により進退部材７５へ伝達する。
【００８１】
姿勢変更用ケーブル７２は、前記把持用ケーブル６２と同じ構造であり、例えば図１８に示す構造をしている。すなわち、可撓性のアウタチューブ７３の中心に、可撓性のインナワイヤ７４が、複数の転がり軸受７６によって回転自在に支持されている。そして、インナワイヤ７４の両端が、姿勢変更用駆動源４２の出力軸４２ａおよび進退部材７５にそれぞれ繋がれている。各転がり軸受７６間には、これら転がり軸受７６に予圧を発生させるためのばね要素７７Ａ，７７Ｂが設けられている。ばね要素７７Ａ，７７Ｂは、例えば圧縮コイルばねである。転がり軸受７６の内輪に予圧を発生させる内輪用ばね要素７７Ａと、外輪に予圧を発生させる外輪用ばね要素７７Ｂとがあり、これらが交互に配置されている。このように、ばね要素７７Ａ，７７Ｂにより転がり軸受７６に予圧をかけることにより、インナワイヤ７４を高速回転させることができる。市販されているフレキシブルシャフトを使用しても良い。
【００８２】
図１５に示すように、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を制御するコントローラ５は、駆動源ハウジング６０に接続されている。先端部材２およびガイド部３は、前記各実施形態のいずれかと同じ構成である。
【００８３】
この実施形態のように、把持用駆動源４１および姿勢変更用駆動源４２を駆動部ハウジング４ａの外部に設けることにより、駆動部ハウジング４ａを小型化することができる。そのため、駆動部ハウジング４ａを持って遠隔操作型アクチュエータを操作する際の取扱性を向上させることができる。
【００８４】
以上、医療用の遠隔操作型アクチュエータについて説明したが、この発明はそれ以外の用途の遠隔操作型アクチュエータにも適用できる。例えば、特殊な雰囲気下で行われる精密機械の組立等に用いる遠隔操作型アクチュエータに適用できる。
【符号の説明】
【００８５】
１…把持具
２…先端部材
３…ガイド部
４ａ…駆動部ハウジング
５…コントローラ
１１ａ…被案内部
１２，２６…転がり軸受
１３…回転部材（渦巻き溝付き部材、ピニオン、ウォーム）
１４…回転・開閉変換機構
１５…先端部材連結部
２１ａ…案内部
２２…回転軸
２５…外郭パイプ
３０…ガイドパイプ
３０ａ…ガイド孔
３１…姿勢操作部材
４１…把持用駆動源
４２…姿勢変更用駆動源
４５…供給電力計
４６…把持力検出手段
４７…動作量検出器
４８…姿勢検出手段
５０…冷却手段
６２…把持用ケーブル（可撓性ケーブル）
７２…姿勢変更用ケーブル（可撓性ケーブル）
８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ…把持手段
８１…把持片
８１ｃ…基部（ラック）
８１ｅ…基部（ウォームホイール）
８２…把持片案内部材
８３…突起
８４…渦巻き状の溝
８５…内径側のストッパ（幅抑制手段）
８６…外径側のストッパ（幅抑制手段）
Ｆ１，Ｆ２…案内面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けられた開閉式の把持具と、前記先端部材に回転自在に設けられた回転部材と、前記回転部材の回転動作を前記把持具の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構と、前記回転部材に回転力を与える把持用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、
前記ガイド部は、前記把持用駆動源の回転を前記回転部材に伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させることを特徴とする遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、前記ガイド部は、湾曲した箇所を有する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング内に設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング外に設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング外に設け、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源のうち前記駆動部ハウジング外に設けた駆動源の駆動力を、前記回転軸または前記姿勢操作部材へ可撓性ケーブルで伝達する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記先端部材連結部は、前記ガイド部側の案内部と前記先端部材側の被案内部とが、前記回転部材の中心線上に曲率中心が位置する球面状または円筒状の案内面で接し、前記回転部材と前記回転軸との連結箇所の中心が前記案内面の曲率中心と同位置である遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記姿勢変更用駆動源の動作量を検出する動作量検出器を設け、この動作量検出器の検出値から前記先端部材の姿勢を検出する姿勢検出手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記把持用駆動源は電動アクチュエータであり、この電動アクチュエータへの供給電力を計測して前記把持具の把持力を検出する把持力検出手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記ガイド部が、このガイド部の外郭となる外郭パイプを有し、前記ガイド孔が、前記外郭パイプ内に設けられたガイドパイプの内径孔である遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９において、前記外郭パイプ内に前記回転軸を回転自在に支持する複数の転がり軸受を設け、これら複数の転がり軸受の外径面を前記ガイドパイプで支持した遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１０において、前記外郭パイプの内部を通過する冷却液により前記転がり軸受を冷却する冷却手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１１において、前記冷却液は、水もしくは生理食塩水である遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に案内する把持片案内部材と、前記回転部材と一体に回転し、この回転部材の中心線上に中心が位置する渦巻き状の溝が形成された渦巻き溝付き部材と、前記把持片案内部材により径方向に案内された把持片に設けられ、前記渦巻き状の溝に摺動自在に係合する突起とでなる遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に案内する把持片案内部材と、中心線が前記回転部材と同一で、この回転部材と一体に回転するピニオンと、前記把持片案内部材により径方向に案内された把持片と一体に設けられ、前記ピニオンと噛み合うラックとでなる遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に回動自在に支持する把持片支持部材と、中心線が前記回転部材と同一で、この回転部材と一体に回転するウォームと、前記把持片支持部材に支持された把持片と一体にこの把持片と回動中心線を一致させて設けられ、前記ウォームと噛み合うウォームホイールとでなる遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１５のいずれか１項において、前記回転・開閉変換機構に、前記一対の把持片の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれか１項において、前記先端部材は、前記ガイド部の先端に前記回転軸の中心線回りに回動自在に取付けられ、かつ前記ガイド部の先端との間に生じる接触部位での回転抵抗力により前記回転軸の中心線回りの回転が規制され、前記回転軸の回転によって前記回転部材が受ける回転力が、前記回転抵抗力により回転を阻止する力を超えるように前記把持用駆動源により前記回転軸を回転させることにより、前記把持用駆動源によって前記先端部材を回転させることを可能にした遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のいずれか１項において、内視鏡下手術で使用する医療用の遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１】
細長形状のガイド部と、このガイド部の先端に先端部材連結部を介して姿勢変更自在に取付けられた先端部材と、この先端部材に設けられた開閉式の把持具と、前記先端部材に回転自在に設けられた回転部材と、前記回転部材の回転動作を前記把持具の開閉動作に変換する回転・開閉変換機構と、前記回転部材に回転力を与える把持用駆動源と、前記先端部材の姿勢を操作する姿勢変更用駆動源とを備え、
前記ガイド部は、前記把持用駆動源の回転を前記回転部材に伝達する回転軸と、両端に貫通したガイド孔とを内部に有し、先端が前記先端部材に接して進退動作することにより前記先端部材を姿勢変更させる姿勢操作部材を前記ガイド孔内に進退自在に挿通し、この姿勢操作部材を前記姿勢変更用駆動源で進退動作させることを特徴とする遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、前記ガイド部は、湾曲した箇所を有する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング内に設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング外に設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源の両方またはいずれか一方を、前記ガイド部の基端が結合された駆動部ハウジング外に設け、前記把持用駆動源および前記姿勢変更用駆動源のうち前記駆動部ハウジング外に設けた駆動源の駆動力を、前記回転軸または前記姿勢操作部材へ可撓性ケーブルで伝達する遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記先端部材連結部は、前記ガイド部側の案内部と前記先端部材側の被案内部とが、前記回転部材の中心線上に曲率中心が位置する球面状または円筒状の案内面で接し、前記回転部材と前記回転軸との連結箇所の中心が前記案内面の曲率中心と同位置である遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記姿勢変更用駆動源の動作量を検出する動作量検出器を設け、この動作量検出器の検出値から前記先端部材の姿勢を検出する姿勢検出手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記把持用駆動源は電動アクチュエータであり、この電動アクチュエータへの供給電力を計測して前記把持具の把持力を検出する把持力検出手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記ガイド部が、このガイド部の外郭となる外郭パイプを有し、前記ガイド孔が、前記外郭パイプ内に設けられたガイドパイプの内径孔である遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９において、前記外郭パイプ内に前記回転軸を回転自在に支持する複数の転がり軸受を設け、これら複数の転がり軸受の外径面を前記ガイドパイプで支持した遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１０において、前記外郭パイプの内部を通過する冷却液により前記転がり軸受を冷却する冷却手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１１において、前記冷却液は、水もしくは生理食塩水である遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に案内する把持片案内部材と、前記回転部材と一体に回転し、この回転部材の中心線上に中心が位置する渦巻き状の溝が形成された渦巻き溝付き部材と、前記把持片案内部材により径方向に案内された把持片に設けられ、前記渦巻き状の溝に摺動自在に係合する突起とでなる遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に案内する把持片案内部材と、中心線が前記回転部材と同一で、この回転部材と一体に回転するピニオンと、前記把持片案内部材により径方向に案内された把持片と一体に設けられ、前記ピニオンと噛み合うラックとでなる遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記把持具は互いに径方向に開閉自在な一対の把持片を有し、前記回転・開閉変換機構は、前記一対の把持片の両方またはいずれか一方を径方向に回動自在に支持する把持片支持部材と、中心線が前記回転部材と同一で、この回転部材と一体に回転するウォームと、前記把持片支持部材に支持された把持片と一体にこの把持片と回動中心線を一致させて設けられ、前記ウォームと噛み合うウォームホイールとでなる遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１５のいずれか１項において、前記回転・開閉変換機構に、前記一対の把持片の開閉幅を機械的に抑制する幅抑制手段を設けた遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれか１項において、前記先端部材は、前記ガイド部の先端に前記回転軸の中心線回りに回動自在に取付けられ、かつ前記ガイド部の先端との間に生じる接触部位での回転抵抗力により前記回転軸の中心線回りの回転が規制され、前記回転軸の回転によって前記回転部材が受ける回転力が、前記回転抵抗力により回転を阻止する力を超えるように前記把持用駆動源により前記回転軸を回転させることにより、前記把持用駆動源によって前記先端部材を回転させることを可能にした遠隔操作型アクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のいずれか１項において、内視鏡下手術で使用する医療用の遠隔操作型アクチュエータ。
【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】
【公開番号】特開２０１１−６２７８４（Ｐ２０１１−６２７８４Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６５９３（Ｐ２００９−２１６５９３）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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