特許 5961102 医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5961102

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年8月2日

(54)【発明の名称】医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造

(51)【国際特許分類】

   A61B 90/25 20160101AFI20160719BHJP

【ＦＩ】

   A61B90/25

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-262299(P2012-262299)

(22)【出願日】2012年11月30日

(65)【公開番号】特開2014-108116(P2014-108116A)

(43)【公開日】2014年6月12日

【審査請求日】2015年7月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】390013033

【氏名又は名称】三鷹光器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】土居 正雄

(72)【発明者】

【氏名】山嵜 登志夫

【審査官】 毛利 大輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１４１２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２７２１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０５２６７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ９０／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１アームと、
該第１アームに位置固定された水平回動軸のまわりに回動自在に支持される第２アームであって、その一端に重量物が支持され、その他端には該水平回動軸のまわりに重量バランスを均衡させる調整手段が設けられたものとを具備する医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造であって、
前記水平回動軸を介して前記第２アームに位置固定されその先端に係合部を有するレバーと、
前記水平回動軸に回転自在に支持され且つ前記係合部を所定のクリアランスを介して挟持する一対の挟持部を有する回転プレートと、
前記一対の挟持部に設けられ且つ前記係合部との当接時に前記調整手段に重量バランスを均衡させる信号を出力する接触検出器と、
前記第１アームに固定され、回転プレートの一部と係合して回転プレートをロック自在なクラッチ手段と、
前記クリアランス内に設けられ、重量バランスの非均衡時の圧力により変形可能な弾性力を有する弾性部材とを設け、
通常時には弾性部材を介して回転プレートがレバーに追従回転する状態となり、
バランス調整時にはクラッチ手段が回転プレートをロックし、係合部が弾性部材を変形させることにより接触検出器と当接して調整手段に信号を出力することを特徴とする医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造。

【請求項2】

調整手段が、前記第２アームの他端側に設けられたカウンタウェイトを移動自在にした構造であることを特徴とする請求項１記載の医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造。

【請求項3】

前記接触検出器は前記係合部が前記一対の挟持部の一方に近接した状態、前記一対の挟持部の他方に近接した状態、およびいずれにも近接していない状態を検出して重量バランスを均衡させるための均衡情報信号を出力することを特徴とする請求項１または２記載の医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造。

【請求項4】

前記接触検出器は前記一対の挟持部に設けられた一対のスイッチであることを特徴とする請求項３記載の医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

医療分野では手術顕微鏡等の重量物を任意の空中位置に吊り下げて支持するバランシングスタンドが使用されている。手術顕微鏡やその付属機器等の重量物を横アームの一端側に支持し、そして他端側に設けられたカウンタウェイトによりバランスを調整するようにした構造である。横アームは中間部に水平回動軸が設けられ、この水平回動軸を中心に土台となる縦アームに対して回転自在に支持されている。

【0003】

水平回動軸にはクラッチ手段が設けられており、通常時は回転がロックされている。横アームを回動させて一端側に支持された重量物を任意の高さ位置に移動させる場合は、クラッチ手段を解放して横アームを回動させる。水平回動軸を中心とした横アームの両側の重量バランスが均衡していれば、横アームを移動させた後に手を離しても、あたかも無重力状態にいるように停止し、その位置で手術顕微鏡の向きなどを自由に変化させることができる。手術顕微鏡の位置及び向きが最適に調整された後は、水平軸に設けられたクラッチ手段を再びロックしてその状態を維持する。

【0004】

水平回動軸を中心とした重量バランスは、水平回動軸の回転角度を検出するエンコーダと、そのエンコーダからの信号を受けてカウンタウェイトを制御するコンピュータとから構成されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−５２６７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、このような従来の技術にあっては、エンコーダとコンピュータの組み合わせによりバランス調整するため、装置が大型になり、制御も複雑になり、信頼性の観点からも好ましくない。特に横アームが多関節で回転角度を検出する水平回動軸の数が多い場合は更に複雑になる。

【0007】

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、エンコーダとコンピュータを使用せず且つ水平回動軸ごとに独立した調整が可能な医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

請求項１記載の発明は、第１アームと、該第１アームに位置固定された水平回動軸のまわりに回動自在に支持される第２アームであって、その一端に重量物が支持され、その他端には該水平回動軸のまわりに重量バランスを均衡させる調整手段が設けられたものとを具備する医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造であって、前記水平回動軸を介して前記第２アームに位置固定されその先端に係合部を有するレバーと、前記水平回動軸に回転自在に支持され且つ前記係合部を所定のクリアランスを介して挟持する一対の挟持部を有する回転プレートと、前記一対の挟持部に設けられ且つ前記係合部との当接時に前記調整手段に重量バランスを均衡させる信号を出力する接触検出器と、前記第２アームに固定され、回転プレートの一部と係合して回転プレートをロック自在なクラッチ手段と、前記クリアランス内に設けられ、重量バランスの非均衡時の圧力により変形可能な弾性力を有する弾性部材とを設け、通常時には弾性部材を介して回転プレートがレバーに追従回転する状態となり、
バランス調整時にはクラッチ手段が回転プレートをロックし、係合部が弾性部材を変形させることにより接触検出器と当接して調整手段に信号を出力することを特徴とする。

【0009】

請求項２記載の発明は、調整手段が、他方のアームの他端側に設けられたカウンタウェイトを移動自在にした構造であることを特徴とする。

【0010】

請求項３記載の発明は、前記接触検出器は前記係合部が前記一対の挟持部の一方に近接した状態、前記一対の挟持部の他方に近接した状態、およびいずれにも近接していない状態を検出して重量バランスを均衡させるための均衡情報信号を出力することを特徴とする。

【0011】

請求項４記載の発明は、前記接触検出器が前記一対の挟持部に設けられた一対のスイッチであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

請求項１記載の発明によれば、エンコーダとコンピュータを利用せずに単にオンオフするだけのスイッチを利用した構造のため、装置全体の小型化を図ることができ、バランス調整も容易である。各水平回動軸ごとに独立した調整が可能なため、制御する回動軸の数が増えても相互に連携する必要がなく、各軸が独立してバランス調整することにより全体のバランス調整が可能である。

【0013】

通常時はクリアランス内に弾性部材が存在するため、第２アームの操作回転に応じて、レバーと回転プレートは弾性部材を介して一体的に追従回転して、他方のアームの回転を邪魔しない。バランスが調整された状態では、第２アームは第１アームに対して水平回動軸を中心に軽い力で回転し、手を離してもその位置で停止する。止めた状態をクラッチ手段によりロックしても良い。クラッチ手段によりロックされた状態ではクリアランスに存在する弾性部材の第２アームが大きくがたつくことはない。従ってクラッチ手段によりロックすれば、バランシングスタンドの保管や輸送の際にも他方のアームがしっかりと固定される。

【0014】

第２アームのバランスが不均衡になった場合は、クラッチ手段で回転プレートをロックする。すると重量バランスの非均衡時の圧力により弾性部材が変形して係合部が一方のスイッチ側に移動し、そのスイッチと当接する。

【0015】

係合部がスイッチに当接すると、バランスの不均衡状態が検出されて、スイッチから調整手段にバランスを均衡させるための信号が出力され、不均衡状態が是正される。調整手段でバランスの調整が行われた後には再度通常時の状態に戻される。

【0016】

請求項２記載の発明によれば、調整手段が移動自在なカウンタウェイトのため、構造が簡単である。

【0017】

請求項３記載の発明によれば、接触検出器が３つの均衡情報信号を出力するだけで調整手段を制御するため構造がシンプルで安定性および信頼性の高い制御を実現することができる。

【0018】

請求項４記載の発明によれば、一対のスイッチにより調整手段を制御することができるので迅速なフィードバック制御を行うことができ制御系をコンパクトに構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の好適な実施形態に係るバランシングスタンドを示す側面図。

【図2】レバー及び回転プレートを示す正面図。

【図3】レバー及び回転プレートを示す斜視図。

【図4】レバー及び回転プレートの構造を示す一部断面の正面図。

【図5】図４中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。

【図6】図５のレバー及び回転プレート部分を示す拡大断面図。

【図7】レバー及び回転プレートが横アームの回動と一緒に回動している状態を示す図２相当の正面図。

【図8】弾性部材が変形して係合部がスイッチに当接している状態を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１〜図８は、本発明の好適な一実施形態を示す図である。

【0021】

図１はバランシングスタンドを示す図である。符号１は基準となる縦アーム（第１アーム）であり重力方向と一定の位置関係にある部位、典型的にはフロアなどに位置固定されている。この縦アーム１の上端には、横アーム（第２アーム）２の中間部が回動自在に支持されている。横アーム２には水平回動軸３が一体形成され、その水平回動軸３がベアリング４を介して縦アーム１の上部を貫通している。したがって、水平回動軸３の主軸は縦アーム１に対して水平に位置固定され、横アーム２は水平回動軸３のまわりに回転自在に支持される。

【0022】

横アーム２の一端には「重量物」としての手術顕微鏡５、側視鏡６、カメラ７が吊り下げ支持されている。側視鏡６とカメラ７は、手術顕微鏡５に対して着脱自在に取付けられており、これらを取り外すことにより、「重量物」の重さが変化する。

【0023】

横アーム２の他端にはモータ８により移動自在なカウンタウェイト９が設けられている。このモータ８とカウンタウェイト９により、「調整手段」が構成されている。

【0024】

横アーム２の水平回動軸３が貫通している縦アーム１の上部はカバー１０（図５参照）にて覆われている。このカバー５の内部には、回転プレート１１がベアリング４を介して水平回動軸３に対して回転自在に取り付けられている。

【0025】

回転プレート１１を貫通した水平回動軸３の先端にはレバー１２が固定され、水平回動軸３と一体的に回動する。したがって、レバー１２は水平回動軸３を介して横アーム２に位置固定されており、レバー１２の姿勢（角度）は横アーム２の姿勢を反映する。

【0026】

レバー１２には横アーム２を水平にした状態で下方へ突出する係合部１３が一体形成されている。一方、回転プレート１１の係合部１３に対応する両側位置には、係合部１３を所定のクリアランスＣを設けた状態で挟持する一対の挟持部１４が形成されている。

【0027】

挟持部１４にはクリアランスＣに合致する幅の弾性部材１５が接着されている。弾性部材１５は円筒形状で硬質ゴム製である。回転プレート１１は縦アーム１にも横アーム２にも固定されていないが、弾性部材１５を介してレバー１２の係合部１３と当接することにより水平回動軸３のまわりの自由回動が制限される。

【0028】

更に両挟持部１４には１対のスイッチＳ１、Ｓ２が設けられている。スイッチＳ１、Ｓ２は接触検出器で弾性部材１５の中空部内へ向けて検知部（たとえば押しボタン）を有し検知部の移動や変形を検出する。スイッチＳ１、Ｓ２は検知部の移動量等が所定値を越えたときにＯＮまたはＯＦＦすることによりレバー１２との接触状態を検出しその信号を出力する。すなわち接触検出器は、スイッチＳ１が接触状態を検出する第１の非均衡状態と、スイッチＳ２が接触状態を検出する第２の非均衡状態と、いずれのスイッチも接触状態を検出しない均衡状態の３つの状態に応じた均衡情報信号を出力する。スイッチＳ１、Ｓ２の出力は制御部１８を介して前記カウンタウェイト９のモータ８に接続されている。制御部１８は接触検出器からの均衡情報信号に基づいてモータ８を駆動し均衡状態をフィードバック制御する。

【0029】

尚、回転プレート１１の裏側には水平回動軸３の貫通部周辺に沿って円形のフランジ１９が形成され、縦アーム１側にはそのフランジ１９を必要時に挟んで水平回動軸３のまわりの回動をロックするクラッチ２０が固定されている。このフランジ１９とクラッチ２０により「クラッチ手段」が構成されている。

【0030】

次に作用を説明する。

【0031】

通常時はクラッチ２０は解放され、回転プレート１１は回動可能である。その状態で、クリアランスＣには弾性部材１５が存在するため、回転プレート１１はレバー１２と一体となり横アーム２（水平回動軸３）に追従回転する。回転プレート１１がフリーに動く状態では弾性部材１５が変形しないため、スイッチＳ１、Ｓ１は作動しない。

【0032】

ドクターが手術顕微鏡５の上下位置を変更するために、横アーム２を回転させる場合は、手術顕微鏡５の図示せぬボタンを押してクラッチ２０をフリーにする。そして手術顕微鏡５を手で持ちながら横アーム２を自由に回転させる。重量バランスが保たれているため回転操作も軽い力で行うことができる。

【0033】

ドクターが必要な位置で手術顕微鏡５から手を離しても、横アーム２は重量バランスが保たれているため、その空中位置で停止する。手術顕微鏡５の図示せぬボタンから指を離すことにより、クラッチ２０が回転プレート１１のフランジ１９をロックし、横アーム２のその位置はその状態で固定される。

【0034】

クラッチ２０がロックされた状態では、レバー１２と回転プレート１１との間に弾性部材１５が存在するため、横アーム２は大きく回転しない。

【0035】

次に手術顕微鏡５側で側視鏡６やカメラ７の着脱により重量が変化する場合はバランス調整を行う必要がある。

【0036】

重量物の重量［ｋｇ］が変更される前は重量バランスが実現している。その状態でクラッチ２０をロックしてカメラ７等の着脱を行う。すると水平回動軸３のまわりの重量バランスがくずれるため水平アーム２にトルクが発生して回動しようとする。トルクによって生じた非均衡時の圧力により弾性部材１５が変形してたとえば係合部１３が一方のスイッチＳ２側に移動し、そのスイッチＳ２と当接する。

【0037】

係合部１３がスイッチＳ２に当接すると、バランスの不均衡状態（第２の非均衡状態）が検出されて、スイッチＳ２から制御部１８に第２の非均衡状態の信号が出力される。制御部１８は均衡情報信号としての第２の非均衡状態の信号を検知するとカウンタウェイト９のモータ８に信号を出力し、カウンタウェイト９の位置を不均衡が是正される方向へ移動させるようにフィードバックする。バランスが均衡状態となると、係合部１３がスイッチＳ２を押さなくなるため均衡状態の信号が制御部１８に出力されるので、カウンタウェイト９はその位置で停止して、横アーム２は水平回動軸３を中心としたバランス均衡状態に戻る。いずれかの非均衡状態がわずかにでも発生すると水平回動軸３のまわりのトルクが発生して水平アーム２が回動するため確実に接触検出器で検出することができる。

【0038】

その後、クラッチ２０が再度フリーとなって、係合部１３と挟持部１４との間の弾性部材１５が非変形状態（初期状態）となり、再度通常使用状態に戻る。

【0039】

この実施形態によれば、エンコーダやコンピュータを使用せず、単にスイッチＳ１、Ｓ２のＯＮ、ＯＦＦだけで３つの均衡情報を検出して横アーム２の水平回動軸３を中心としたバランス調整が行えるため、バランシングスタンド全体の小型化を図ることができる。またバランス調整の制御も容易であり迅速かつ高い安定性および信頼性のあるバランス調整が実現される。

【0040】

仮に横アームが多関節構造で複数の水平回動軸を持つ場合も、水平回動軸３を中心としたバランス調整を水平回動軸３個々に独立して行えるため、個々が独立してバランス調整することにより、全体の調整も図ることができる。

【0041】

以上の各実施形態では、弾性部材１５を挟持部１４側に接着する例を示したが、弾性部材１５の微小変形でもスイッチＳ１、Ｓ２が作動するようにすれば、弾性部材１５は係合部１３と挟持部１４の両方に接着しても良い。

【0042】

また、接触検出器はスイッチＳ１、Ｓ２を２つ設ける例を示したが、１つでもレバー１２の回転方向を検出可能な構造のものは、それを１つだけ設けるようにしても良い。

【符号の説明】

【0043】

１ 縦アーム（第１アーム）
２ 横アーム（第２アーム）
３ 水平回動軸
５ 手術顕微鏡（重量物）
６ 側視鏡（重量物）
７ カメラ（重量物）
８ モータ（調整手段）
９ カウンタウェイト（調整手段）
１１ 回転プレート
１２ レバー
１３ 係合部
１４ 挟持部
１５ 弾性部材
１９ フランジ（クラッチ手段）
２０ クラッチ（クラッチ手段）
Ｃ クリアランス
Ｓ１、Ｓ２ スイッチ（接触検出器）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】