JP5953215B2 - 医療用バランシングスタンドの自動バランス調整構造 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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）。

特開２００５−５２６７９号公報

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、制御も複雑になる。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。

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。

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接触状態で挟持する一対の挟持部を有する回転プレートと、前記第２アーム側に固定され、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、前記レバーに設けられ、レバーの変形ひずみを検出して調整手段へ重量バランスを均衡させる信号を出力するひずみセンサーとを設け、通常時には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、重量バランスの非均衡時の回転力により生じるレバーの変形ひずみをひずみセンサーにより検出することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、調整手段が、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記載の発明によれば、エンコーダとコンピュータを利用せずにひずみセンサー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。

通常時は挟持部により係合部が接触状態で挟持されているため、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一体的に追従回転して、第２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第２アームが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第２アームがしっかりと固定される。

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。回転プレートは不動だがレバーは重量バランスの非均衡時の回転力により回転しようとして、レバーにひずみ変形が生じる。そのひずみ変形をひずみセンサーにより検出して調整手段へ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。

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。

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。 レバー及び回転プレートを示す正面図。 レバー及び回転プレートを示す斜視図。 図２中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。 図４のレバー及び回転プレート部分を示す拡大断面図。 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。 レバーにひずみ変形が生じている状態を示す図。 ひずみセンサーを示す拡大図。

図１〜図８は、本発明の好適な一実施形態を示す図である。

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、典型的にはフロアに固定されている。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。

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」としての重さが変化する。

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。

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。

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。

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を接触状態で挟持する一対の挟持部１４が形成されている。

レバー１２の側面にはストレインゲージ等のひずみセンサー１５が接着により取り付けられている。ひずみセンサー１５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。すなわち、制御部１８がひずみセンサー１５の信号に基づいてひずみ量を判断しモータ８を駆動制御する。

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。

次に作用を説明する。

通常時はクラッチ２０は解放され、回転プレート１１は自由に回転する。その状態で、係合部１３と挟持部１４とは接触状態で係合しているため、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レバー１２はひずまない。

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。

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。

クラッチ２０がロックされた状態では、レバー１２の係合部１３と回転プレート１１の挟持部１４とが面接触状態で係合しているため横アーム２は大きく回転しない。

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。

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。

非均衡時の水平アーム２の回転力は挟持部１４を介して係合部１３に作用して水平回動軸３のまわりのレバー１２の回転力となる。そのため水平回動軸３から挟持部１４方向に延在するレバー１２および係合部１３に応力が発生してそこにひずみが生じる。ひずみセンサー１５は圧縮方向又は引張方向でのひずみを検出することにより、レバー１２の変形方向を検出して、それに応じた信号を出力することができる。またひずみの方向により回転力の向きを検出することができる。本実施形態ではレバー１２に設けられた力学的センサであるひずみセンサ１５が回転力によるひずみを検出して電気信号に変換しプリアンプを介して制御部１８に出力する。

ひずみセンサー１５が検出状態になると、ひずみセンサー１５から制御部１８にひずみεに応じた信号が出力され、ひずみεを減少させる方向にモータ８を駆動制御する。バランスが均衡状態となると、レバー１２がひずまなくなるため、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。

その後、クラッチ２０が再度フリーとなって再度通常使用状態に戻る。

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、単にひずみセンサー１５だけで横アーム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信頼性が高い。

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、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、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。

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 ひずみセンサー
１９ フランジ（クラッチ手段）
２０ クラッチ（クラッチ手段）

Claims (2)

1. 第１アームと、
   該第１アームに回転自在に支持される水平回動軸が一体形成された第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接触状態で挟持する一対の挟持部を有する回転プレートと、
   前記第１アーム側に固定され、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、
   前記レバーに設けられ、レバーの変形ひずみを検出して調整手段へ重量バランスを均衡させる信号を出力するひずみセンサーとを設け、
   通常時には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、重量バランスの非均衡時の回転力により生じるレバーの変形ひずみをひずみセンサーにより検出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。
2. 調整手段が、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。
   
   

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