操纵器及其关节结构的制作方法

本发明涉及操纵器及其关节结构。

背景技术：

已知一种操纵器的关节机构，其使第一部件和相对于该第一部件摆动的第二部件通过固定于两个部件的齿轮而滚动接触，并且将两个齿轮的2条轴线用连接件彼此连结，在2条轴线上配置滑轮，将用于驱动前端侧机构的操作线以蜿蜒行进的方式架设在滑轮间(例如，参考专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利3912251号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

然而，专利文献1的关节结构中，可旋转地支承滑轮的轴仅是通过贯通于在其长度方向上隔开间隔地配置的不同的板的孔中而被支承，因此滑轮被施加于操作线的牵引力牵引时，存在抵抗施加于轴的弯曲力的刚性低的问题。因此，在需要较大牵引力的用途中、例如持针器、能量装置或自动缝合器等中，存在不能施加充分的牵引力的问题。

本发明是鉴于上述情况作出的，其目的在于提供一种能够提高抵抗施加于滑轮的轴的弯曲力的刚性、能够对操作线施加充分的牵引力的操纵器及其关节结构。

用于解决课题的技术方案

本发明的一个方式是一种操纵器的关节结构，其包括：通过滚动接触以可摆动的方式被连结的2个摆动部件；彼此平行的2个以上的轴，其用于在该摆动部件之间构成2个以上的弯曲关节部；用于卷绕操作线的滑轮，该滑轮以绕各个该轴的长度方向轴线可旋转的方式被支承；和1个以上的连接部件，其架设在邻接的2个所述轴之间，以绕各个该轴的所述长度方向轴线可摆动的方式安装，该连接部件包括：分别配置于在所述长度方向轴线方向上隔着所述滑轮的位置的2个支承部；和将该支承部彼此连结的连结部。

通过采用本方式，使2个摆动部件相对地摆动时，利用一个摆动部件的轴所构成的一个弯曲关节部，使1个以上的连接部件相对于一个摆动部件摆动，利用另一个摆动部件的轴所构成的另一弯曲关节部，使另一个摆动部件相对于连接部件摆动。由此，2个以上的弯曲关节部的摆动角度由于分担该关节整体的摆动角度而被抑制得较小，能够在抑制摆动部件之间的干涉的同时以比较大的角度摆动。通过使操作线蜿蜒行进地架设于设置在各轴的滑轮上，能够抑制操作线的路径长度变化，并且确保大的摆动角度。

此时，对操作线的根端施加牵引力时，卷绕着操作线的滑轮被牵引力在径向上推压，弯曲力作用于支承滑轮的轴。

通过采用本方式，架设在2个轴之间的、以绕各轴的长度方向轴线可摆动的方式安装的连接部件，具有配置在滑轮的长度方向轴线方向的两侧的支承部和将这些支承部连结的连结部，因此弯曲力作用在由连结部一体化的连接部件的2个支承部的支承点之间。即，因为两端支承梁状地对轴进行支承而在2个支承点之间承受弯曲力，所以能够提高抵抗弯曲力的刚性，能够对操作线施加充分的牵引力。

在上述方式中，也可以是各个所述摆动部件包括彼此滚动接触的滚动部，所述轴配置在处于各个所述滚动部的滚动中心的2个部位，而且所述1个以上的连接部件为单个的连接部件。

通过采用这样的结构，2个摆动部件使它们的滚动部滚动接触而相对摆动时，利用架设于2个轴的单个的连接部件的长度来维持滚动接触并且进行摆动。关节整体的摆动角度被2个轴所构成的2个弯曲关节部的摆动角度分担，各自的摆动角度被抑制得较小，能够在抑制摆动部件之间的干涉的同时以比较大的角度摆动。

在上述方式中，也可以是各个所述摆动部件包括彼此滚动接触的滚动部，所述轴配置在处于各个所述滚动部的滚动中心和它们中间的3个部位，所述1个以上的连接部件为被配置在中间的所述轴以可相对摆动的方式连结的2个连接部件，各个该连接部件以可摆动的方式安装于配置在任一个所述摆动部件的所述滚动中心的所述轴，并且与另一个所述摆动部件的所述滚动部滚动接触。

通过采用这样的结构，使根端侧的连接部件绕在配置于根端侧的摆动部件的滚动中心配置的轴的长度方向轴线摆动时，被根端侧的连接部件支承的中间的轴，在利用根端侧的连接部件保持轴间距离的同时绕根端侧的轴的长度方向轴线平移地移动。被中间的轴支承的前端侧的连接部件与根端侧的摆动部件的滚动部滚动接触，因此在中间的轴平移地移动时，因滚动接触而相对于根端侧的摆动部件摆动。

由此，被前端侧的连接部件支承的前端侧的轴，在利用前端侧的连接部件保持轴间距离的同时绕中间的轴的长度方向轴线平移地移动。根端侧的连接部件因为与前端侧的摆动部件的滚动部滚动接触，所以在前端侧的轴平移地移动时，因滚动接触而相对于前端侧的摆动部件摆动。

通过采用这样的结构，关节整体的摆动角度被3个轴所构成的3个弯曲关节部的摆动角度分担，各自的摆动角度被抑制得较小，能够在抑制摆动部件之间的干涉的同时以比较大的角度摆动。

另外，在上述方式中，也可以是各个所述支承部配置于在所述长度方向轴线方向上隔着任一个所述摆动部件的位置。

通过采用这样的结构，在由于2个支承部被连结部连结而提高了刚性的连接部件的支承部之间配置摆动部件，能够用提高了刚性的位置承受施加于摆动部件的弯曲力。

另外，本发明的另一方式是一种操纵器，其在细长的插入部的前端设置有抓持部，并且该操纵器设置有在所述插入部与所述抓持部之间串列配置的具有上述关节结构的第一关节和第二关节，配置在最前端侧的所述第一关节能够在与根端侧的所述第二关节相反的方向以比该第二关节的摆动角度大的角度摆动。

通过采用本方式，通过与具有能够观察操纵器的抓持部的视野的内窥镜一起使用，能够使根端侧的第二关节向远离视野的方向弯曲、使前端侧的第一关节向返回视野内的方向弯曲，能够避免内窥镜的视野被操纵器占据，使得操纵器的前端的抓持部和由该抓持部抓持的对象部位等易于观察。

在上述方式中，也可以包括与所述第一关节或所述第二关节邻接的、能够在与所述第一关节和所述第二关节的摆动方向正交的方向上摆动的第三关节，且满足以下条件式：

x2≥x1>x3

其中，x1：所述第一关节与所述第二关节的距离，x2：所述第一关节与所述抓持部的根端的距离，x3：所述第三关节与所述第一关节或所述第二关节中较近的一者的距离。

通过采用这样的结构，能够使用第一关节至第三关节变更被抓持部抓持的弯曲针的前端的角度，使弯曲针相对于对象部位以80°至90°的角度穿刺，能够以配合弯曲针的曲率而旋转的轨迹使针移动。

此时，因为用刚性高的连接部件提高了轴的弯曲刚性，所以能够施加大的牵引力，用抓持部牢固地抓持弯曲针。

上述方式中，也可以是所述第二关节能够摆动45°以上。

发明效果

依据本发明，具有能够提高抵抗施加于滑轮的轴的弯曲力的刚性、能够对操作线施加充分的牵引力的效果。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的操纵器的轴结构的一例的示意性的立体图。

图2是表示本发明的第一实施方式的操纵器的关节结构的部分立体图。

图3是表示图2的关节结构的分解立体图。

图4是表示图2的关节结构的局部纵截面图。

图5是表示图2的关节结构的齿轮部、滑轮和操作线的位置关系的部分侧面图。

图6是表示在图5的关节结构中使第一部件相对于第二部件摆动了的状态的侧面图。

图7是表示应用图1的操纵器的外套管的一例的横截面图。

图8是表示与内窥镜一同插入在图7的外套管中的图1的操纵器的使用状态的示意图。

图9是表示图1的操纵器的轴结构的变形例的示意性的立体图。

图10是表示图1的操纵器的轴结构的其他变形例的示意性的立体图。

图11是表示本发明的第二实施方式的操纵器的关节结构的部分立体图。

图12是表示图11的关节结构的分解立体图。

图13是表示图11的关节结构中设置的连接部件的一例的立体图。

图14是表示图11的关节结构的局部纵截面图。

图15是说明图11的关节结构中的第一连接部件的齿轮部与第二部件的第二齿轮部的啮合的局部侧面图。

图16是说明图11的关节结构中的第二连接部件的齿轮部与第一部件的第一齿轮部的啮合的局部侧面图。

图17是表示图11的关节结构中的滑轮与操作线的位置关系的局部侧面图。

图18是表示在图11的关节结构中使第一部件相对于第二部件摆动了的状态的立体图。

图19是表示在图11的关节结构中使第一部件相对于第二部件摆动了的状态的侧面图。

图20是表示在图11的关节结构中使第一部件相对于第二部件摆动了时的操作线的状态的侧面图。

图21是表示包括图2和图11的关节结构中的连结部的变形例的连接部件的将局部截断的侧面图。

图22是图21的连接部件的正面图。

图23是表示包括图2和图11的关节结构中的连结部的其他变形例的连接部件的将局部截断的侧面图。

图24是表示包括图2和图11的关节结构中的连结部的其他变形例的连接部件的纵截面图。

具体实施方式

下面对本发明的第一实施方式的操纵器100及其关节结构1，参照附图进行说明。

如图1所示，本实施方式的操纵器100在细长的插入部110的前端具有抓持部120，并且在插入部110与抓持部120之间串列地设置有多个关节131、132、133。

各关节131、132、133是相对于配置在根端侧的第二部件(摆动部件)3，使配置在前端侧的第一部件(摆动部件)2绕与操纵器100的长度方向轴线正交的轴线a、b、c摆动的弯曲关节。从前端侧起依次设置有使第一部件2相对于第二部件3绕规定的轴线a摆动的第一关节131、使其绕与第一关节131的轴线a平行的轴线b摆动的第二关节132和使其绕配置成与第二关节132的轴线b为异面直线的位置关系的轴线c摆动的第三关节133。

抓持部120通过使一对抓持片121绕与长度方向轴线正交的轴线d相对地摆动，使相对的抓持面开闭，而能够在抓持面之间抓持物体、例如弯曲针。

第一关节131和第二关节132能够使第一部件2相对于第二部件3彼此向相反方向弯曲，满足以下条件式(1)：

x2≥x1>x3(1)

其中，x1：第一关节131与第二关节132的距离，x2：第一关节131与抓持部120的根端的距离，x3：第三关节133与第一关节131或第二关节132中较近的一者的距离。

如图2至图5所示，各关节131、132、133的关节结构1包括第一部件2、第二部件3、用于在它们之间构成2个弯曲关节部4的2个平行的轴51、52、单个的连接部件6、以及在各轴51、52上以可旋转的方式安装的滑轮71、72。图3和图4中，附图标记8表示将滑轮71、72以可旋转的方式安装在各轴51、52上的轴套。图3中，附图标记9表示将各轴51、52固定于连接部件6的固定件。

如图3和图5所示，第一部件2包括在绕配置在其一端的轴51的周向的一部分形成的第一齿轮部(滚动部)21。第二部件3包括在绕配置在其一端的轴52的周向的一部分形成的、与第一齿轮部21啮合的第二齿轮部(滚动部)31。而且，第二部件3包括在第二齿轮部31的相反侧形成为能够在与第二齿轮部31的旋转轴正交的方向上摆动的齿轮部32，和将第二齿轮部31与齿轮部32连结的连结部33。

如图2和图3所示，连接部件6安装成能够绕轴51、52旋转。而且，连接部件6包括：在2个轴51、52的两端分别以可旋转的方式安装的2个平板状的支承部61；和在该支承部61的长度方向的中央附近将宽度方向的两端彼此连结的连结部62。

由此，如图3所示，连接部件6在其长度方向的中央附近具有环状闭合的横截面形状，2个支承部61以不会相对移动的方式高刚性地进行支承。

在各滑轮71、72上，如图4和图5所示，设置有能够卷绕操作线10a、10b的周槽11，操作线10a、10b用于驱动配置在比各关节131、132、133靠前端侧的位置的机构。周槽11的数量依据配置在前端侧的机构的数量而有所不同。图5所示的例子中，一条操作线10a以交替地蜿蜒行进的方式卷绕在2个滑轮71、72的任一个周槽11中，另一条操作线10b以在与一条操作线10a相反的方向交替地蜿蜒行进的方式卷绕在2个滑轮71、72的另一个周槽11中。

在第二部件3和连接部件6的连结部33、62，如图3和图5所示，包括供前端固定于第一部件2的2根操作线11a、11b贯通其中的贯通孔33a、62a。操作线11a、11b设置于每个关节131、132、133。通过在根端侧牵引2根操作线11a、11b的任一者，能够利用牵引力使绕轴51的长度方向轴线的正反方向的力矩作用于连接着操作线10a、10b的前端的第一部件2。

下面说明这样构成的本实施方式的操纵器100及其关节结构1的作用。

通过采用本实施方式的关节结构1，在使第一部件2相对于第二部件3摆动时，通过用2根操作线11a、11b的任一者从第二部件3侧牵引第一部件2，能够使第一部件2向2个方向摆动。

此时，与设置于第二部件3的第二齿轮部31啮合的第一部件2的第一齿轮部21，绕轴51的长度方向轴线滚动，因此如图6所示，轴52的位置绕轴51的长度方向轴线平移地移动，连接部件6绕轴51的长度方向轴线旋转，并且第一部件2在连接部件6的前端绕轴52的长度方向轴线旋转。

由此，第一部件2相对于第二部件3的摆动角度被分为第二部件3相对于连接部件6的摆动角度和连接部件6相对于第一部件2的摆动角度这2个角度。

即，第二部件3相对于第一部件2，以将连接部件6相对于第一部件2的摆动角度和第二部件3相对于连接部件6的摆动角度合计而得到的角度摆动。

结果具有下述优点：能够将邻接的第一部件2与连接部件6以及连接部件6与第二部件3的相对的摆动角度抑制得较小而避免干涉，而且能够使第二部件3相对于第一部件2以大的摆动角度摆动。

此时，通过采用本实施方式的关节结构1，连接部件6利用支承2根轴51、52的两端的2个支承部61和将它们连结的连结部62，构成为长度方向的中央位置的横截面闭合的环状。由此，与不存在连结部62的现有例的关节结构相比，刚性大幅增大。滑轮71、72配置于在通过采用这样的结构而成为高刚性的连接部件6的2个支承部61之间配置的轴51、52。

结果，即使由于牵引力施加于卷绕在滑轮71、72上的操作线10a、10b，而操作线10a、10b如图5中箭头所示在径向上推压滑轮71、72，于是弯曲力作用于支承滑轮71、72的轴51、52，也因为轴51、52在其两端被支承部61支承，所以轴51、52成为两端支承梁状，与悬臂梁状的现有例相比，具有抵抗弯曲的刚性大幅提高，能够防止轴51、52倾倒的优点。

即，如图5所示，弯曲力通过多根操作线10a、10b从不同的方向对轴51、52作用，但因为用高刚性的连接部件6能够防止轴51、52倾倒，所以即使对操作线10a、10b施加大的牵引力，轴51、52和连接部件6也能够维持正常的状态。从而，能够用抓持部120产生大的抓持力，能够更可靠地抓持弯曲针等物体。

通过采用本实施方式的关节结构1，因为在连接部件6的2个支承部61之间配置着第一部件2和第二部件3，所以也具有下述优点：即使在各种方向的外力作用于设置于第一部件2的抓持部120的情况下，也能够利用连接部件6的高刚性而更可靠地防止轴51、52的倾倒。

此外，通过采用本实施方式的操纵器100，使第一关节131与第二关节132彼此向相反的方向弯曲，因此具有以下的效果。即，本实施方式的操纵器100，如图7所示分别插入设置于外套管140的3个管腔141、142中的2个管腔142中，与插入另一个管腔141中的内窥镜150一起使用。

此时，如图8所示，通过使第二关节132向远离从外套管140的前端伸出的内窥镜150的视野的方向弯曲，使第一关节131向使抓持部120返回视野内的方向弯曲，能够防止操纵器100阻挡内窥镜150的视野，一边用内窥镜150观察抓持部120和对象部位一边对于对象部位进行处置。

因为本实施方式的操纵器100满足条件式(1)，所以总是能够在内窥镜150的视野内捕捉抓持部120，能够将硬质部分的长度抑制得最短，以进行在狭窄的体腔内的动作，并且能够用第一关节131和第二关节132使抓持部120移动至需要的位置。

将本实施方式的操纵器100应用于操作弯曲针的持针器时，通过使用第一关节131、第二关节132和第三关节133来变更弯曲针的姿态，以相对于对象部位成为80°至90°的方式调整弯曲针的姿态，配合针的曲率地使针旋转，能够缝合对象组织。

另外，本实施方式中，第一关节131和第二关节132是沿着同一平面向相反的方向弯曲的弯曲关节，但也可以将第一关节131至第三关节133的配置改成图9和图10所示的结构。

接着，对于本发明的第二实施方式的操纵器及其关节结构101，下面参照附图进行说明。

本实施方式的说明中，对与上述第一实施方式的操纵器100及其关节结构1结构共通的部分标注相同的附图标记并省略说明。

如图11和图12所示，本实施方式的关节结构101包括相互平行的3个轴51、52、53和2个连接部件63、64。

此处，为了明确地进行说明，将轴51、52、53从前端侧起称为第一轴51、第二轴52和第三轴53。另外，将连接部件63、64从前端侧起称为第一连接部件63和第二连接部件64。

第一连接部件63和第二连接部件64被第二轴52以可相对摆动的方式连结。

另外，第一连接部件63可旋转地安装在第一轴51和第二轴52上，并且在一端设置有与第二部件3的第二齿轮部31啮合的齿轮部(滚动部)63a。

如图15所示，第二连接部件64安装成能够绕第二轴52和第三轴53旋转，并且在一端设置有与第一部件2的第一齿轮部21啮合的齿轮部(滚动部)64a。

本实施方式的关节结构101中，如图11至图16所示，第一连接部件63包括：供第一轴51和第二轴52在板厚方向上贯通其中的、在一端具有齿轮部63a的平板状的第一支承部(支承部)63b；安装在第一轴51和第二轴52的端部的第二支承部(支承部)63c，在第二支承部63c与该第一支承部63b之间在轴向上配置有第一部件2的第一齿轮部21和多个滑轮71、72；和将它们连结的连结部63d。图12中，附图标记65表示安装在第一轴51的端部的平板状的支承部件，该支承部件供第一轴51在板厚方向上贯通其中，且在其与第一支承部63b之间在轴向上配置有单个的滑轮71。

图12中，将第一支承部63b和第二支承部63c分离地示出，省略了连结部63d的图示。

第二连接部件64也具有与第一连接部件63相同的结构，包括：供第二轴52和第三轴53在板厚方向上贯通其中的、在一端具有齿轮部64a的平板状的第一支承部64b；安装在第二轴52和第三轴53的端部的第二支承部64c，在第二支承部64c与该第一支承部64b之间在轴向上配置有第二部件3的第二齿轮部31和多个滑轮72、73；和将它们连结的连结部64d。图12中，附图标记66表示安装在第三轴53的端部的平板状的支承部件，该支承部件供第三轴53在板厚方向上贯通其中，且在其与第二支承部64c之间在轴向上配置有单个的滑轮73。

在第一连接部件63和第二连接部件64的连结部63d、64d，如图11和图13所示，设置有供2根操作线11a、11b贯通其中的贯通孔63e、64e。

如图17所示，一条操作线10a以交替地蜿蜒行进的方式卷绕在3个滑轮71、72、73的任一个周槽11中，另一条操作线10b以在与一条操作线10a相反的方向交替地蜿蜒行进的方式卷绕在3个滑轮71、72、73的另一个周槽11中。

通过采用这样构成的本实施方式的操纵器的关节结构101，通过牵引2条操作线11a、11b的任一者使第一部件2相对于第二部件3摆动时，与设置于第一部件2的第一齿轮部21啮合的第二连接部件64的齿轮部64a绕第一轴51的长度方向轴线滚动，与设置于第二部件3的第二齿轮部31啮合的第一连接部件63的齿轮部63a绕第三轴53的长度方向轴线滚动。

由此，如图18至图20所示，可摆动地安装在第二轴52和第三轴53的第二连接部件64绕第三轴53的长度方向轴线摆动，并且可摆动地安装在第一轴51和第二轴52的第一连接部件63绕第二轴52的长度方向轴线摆动。

因第二连接部件64的摆动，第二轴52绕第三轴53的长度方向轴线平移地移动，第一轴51因第一连接部件63的摆动而绕平移地移动了的第二轴52的长度方向轴线进一步平移地移动。由此，第二连接部件64相对于第二部件3、第一连接部件63相对于第二连接部件64、以及第一部件2相对于第一连接部件63向同一方向摆动。

即，第一部件2相对于第二部件3，以将第二连接部件64相对于第二部件3的摆动角度、第一连接部件63相对于第二连接部件64的摆动角度和第一部件2相对于第一连接部件63的摆动角度合计所得到的角度摆动。

结果，即使各连接部件63、64的摆动角度较小，也能够使第二部件3相对于第一部件2以大的摆动角度摆动。即具有下述优点：能够将邻接的第一部件2、连接部件63、64或第二部件3间的摆动角度抑制得较小而避免干涉，并且使第二部件3相对于第一部件2大幅摆动。

本实施方式的关节机构101中，各连接部件63、64也是在轴向上隔着第一齿轮部21或第二齿轮部31和多个滑轮71、72、73的位置配置平板状的支承部63b、63c、64b、64c，将两个支承部63b、63c、64b、64c用连结部63d、64d连结，因此具有能够使连接部件63、64构成为高刚性、防止操作线10a、10b引起的轴51、52、53的倾倒的优点。

上述各实施方式中，通过将隔开间隔的2个平板状的支承部61、63b、63c、64b、64c在宽度方向的两端用连结部62、63d、64d连结而构成环状的横截面，从而提高了刚性，但也可以如图21和图22所示，采用在2个轴51、52之间将2个支承部61连结的平板状的连结部67。此时，在连结部67设置供多根操作线10a、10b贯通其中的多个引导孔68即可。

另外，也可以如图23所示，将2个支承部61用销(连结部)69连结。

如上所述，穿过各关节131、132、133的操作线10a、10b的根数和卷绕操作线10a、10b的滑轮71、72、73的数量，由配置在比该关节靠前端侧的位置的可动部的数量决定，因此越是配置在前端侧的关节，则操作线10a、10b和滑轮71、72、73的数量越少。

例如，图1所示的例子中在前端仅配置了抓持部120的第一关节131中，操作线10a、10b为了用于抓持部120的开闭而设置2根即可，滑轮71、72也是有2个即可。于是不需要图4和图14所示的4个或6个滑轮71、72、72，也可以代替滑轮71、72、72，如图24所示使支承部61、63b、63c、64b、64c的厚度形成得较厚。由此，能够进一步提高连接部件6、63、64的刚性，更可靠地防止轴51、52、53的倾倒。

上述各实施方式中，作为连接部件6、63、64举例示出了2个支承部61、63b、63c、64b、64c和连结部62、63d、64d、67一体地构成的结构，但也可以代替该结构，通过将在轴51、52、53的长度方向轴线向上分割为2部分的部件在组装时连结并粘接而构成一体的连接部件6、63、64。连结部62、63d、64d、67的结构可以是任意的。也可以采用能够由单触动作来连结的卡扣方式进行连结。

上述内容中举例示出了具有抓持部120作为前端的末端执行器的操纵器100，但也可以代替它而采用其他任意的末端执行器。

附图标记说明

1、101关节结构

2第一部件(摆动部件)

3第二部件(摆动部件)

4弯曲关节部

6连接部件

10a、10b操作线

21第一齿轮部(滚动部)

31第二齿轮部(滚动部)

51第一轴(轴)

52第二轴(轴)

53第三轴(轴)

61支承部

62、63d、64d、67连结部

63第一连接部件(连接部件)

63a、64a齿轮部(滚动部)

63b、64b第一支承部(支承部)

63c、64c第二支承部(支承部)

64第二连接部件(连接部件)

69销(连结部)

71、72、73滑轮

100操纵器

110插入部

120抓持部

131第一关节

132第二关节

133第三关节。