CN109475267B - 医疗器械保持装置 - Google Patents

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Abstract

为了利用即使平衡配重的可动范围狭小也能够支承负荷的机构来实现保持装置的小型化，医疗器械保持装置(100)包括：第一臂机构(3)，其在远端具有用于保持医疗器械(E)的保持部(2)；第二臂机构(4)，其中第一臂机构的根端被可转动地连接于第二臂机构；基座(6)，其具有在铅垂方向上竖立设置的支柱(5)，第二臂机构被可转动地连接于该支柱；和第一平衡配重部(12)，其与第二臂机构的根端部连接，第二臂机构具有可转动地与支柱连接的支点(4b)，第一平衡配重部包括：隙缝(13)，其与第二臂机构的根端部连接，在第二臂机构绕支点转动时对第二臂机构的根端部进行引导；和引导部(15)，其用于承受当第二臂机构的根端部被隙缝引导而移动时产生的力，使第一平衡配重部在铅垂方向上移动。

Description

医疗器械保持装置
技术领域
本发明涉及医疗器械保持装置，涉及适用于将内窥镜等医疗器械维持在任意的位置上的保持装置的技术。
背景技术
由于从术后恢复的观点来看对患者有很大的好处，使用内窥镜的腹腔镜下手术得到了广泛实施。在腹腔镜下手术中，出于防止保持内窥镜的持镜助手发生手抖和减轻持镜助手的疲劳等目的，常常使用内窥镜保持架(保持装置)。通过使用内窥镜保持架，能够轻松地操作内窥镜的位置姿态。
其结果是在手术中能够带来较大的好处，例如，能够实现抖动较少的良好的视野，或主刀医师能够亲自操作内窥镜等。一部分的内窥镜保持架为了能够用简单的机构实现动作控制而采用了对重平衡(counter balance)方式。这是因为，采用对重平衡方式能够以简单的机构实现其功能。
专利文献1记载了这样的例子，其中通过设置利用平衡配重使支承对象的位置取得平衡的对重平衡机构，来以较小的力使被臂支承的支承对象自由移动。此处，因为支承对象和平衡配重是以支点为中心转动的，所以始终能够保持平衡。
专利文献2记载了一种结构，其中设置有利用发条式恒力弹簧和电磁锁使臂取得平衡的平衡机构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-273714号公报
专利文献2：日本特开2015-188565号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
专利文献1记载的技术存在平衡配重的动作与其他器械接触或妨碍护士等的操作的风险，所以要求实现一种即使限制平衡配重的移动也能够得到同样效果的结构。
专利文献2记载的技术实际上在没有电磁锁时无法进行臂的保持，因此并不优选。
另外，还存在想要确保更宽广的臂可动范围这一要求。并且由于手术室的空间是受限的，所以还存在想要使装置小型化的要求。
然而，若要确保更宽广的臂可动范围，则保持架的各关节需要更大的转矩，所以存在平衡配重的重量和平衡配重的可动范围增大，无法实现装置的小型轻量化的问题。
尤其是，在维持了同等的臂可动范围的情况下，存在不容易减小平衡配重自身体积的问题。而对重平衡依赖于平衡配重的质量，所以存在若缩小平衡配重的可动范围则平衡配重所需的重量增大的问题。
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于，利用一种可确保宽广的臂可动范围、即使平衡配重的可动范围狭小也能够作为必要的配重动作而产生作用力的机构，来实现保持装置的小型化。
解决问题的技术手段
本发明的医疗器械保持装置具有下述特征，从而能够解决上述问题。其特征在于，包括：
第一臂机构，其在远端具有用于保持医疗器械的保持部；
第二臂机构，其中所述第一臂机构的根端被可转动地连接在所述第二臂机构的远端；
基座，其具有在铅垂方向上竖立设置的支柱，所述第二臂机构被可转动地连接于该支柱；和
第一平衡配重部，其与所述第二臂机构的根端部连接，
所述第二臂机构可绕支点相对于所述支柱转动，并在所述支点处与所述支柱连接，
所述第一平衡配重部包括：
隙缝，其与所述第二臂机构的根端部连接，在所述第二臂机构绕所述支点转动时对所述第二臂机构的根端部进行引导；和
引导部，其用于承受当所述第二臂机构的根端部被所述隙缝引导而移动时产生的力，使所述第一平衡配重部在铅垂方向上移动。
本发明更优选的是，所述隙缝设置为下凸的曲线形状。
本发明的医疗器械保持装置能够构成为，所述第二臂机构包括：
第一臂，其将远端与所述第一臂机构连接，将根端与所述第一平衡配重部连接；和
第二臂，其设置在与所述第一臂平行的位置，将远端与所述第一臂机构连接，将根端经由第三臂与第二平衡配重部连接，其中所述第三臂设置在与所述第一臂机构平行的位置。
在本发明中，在所述支点处设置有能够抑制所述第二臂机构转动的制动机构。
本发明的医疗器械保持装置也可以是，设置有对所述第一平衡配重部向铅垂方向下方施力的施力单元，
设定所述隙缝的形状，使得所述施力单元的作用力、所述制动机构对所述第二臂机构的转动的抑制力、对所述第二臂机构的根端部进行引导时所述隙缝中产生的力取得平衡。
本发明优选的是，所述第二臂机构的根端部设置有接触部，所述接触部在所述隙缝部对所述第二臂机构的根端部进行引导的引导方向与所述隙缝点接触。
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于，利用一种可确保宽广的臂可动范围、即使平衡配重的可动范围狭小也能够作为必要的配重进行动作而产生作用力的机构，来实现保持装置的小型化。
本发明的医疗器械保持装置包括：
第一臂机构，其在远端具有用于保持医疗器械的保持部；
第二臂机构，其中所述第一臂机构的根端被可转动地连接在所述第二臂机构的远端；
基座，其具有在铅垂方向上竖立设置的支柱，所述第二臂机构被可转动地连接于该支柱；和
第一平衡配重部，其与所述第二臂机构的根端部连接，
所述第二臂机构可绕支点相对于所述支柱转动，并在所述支点处与所述支柱连接，
所述第一平衡配重部包括：
隙缝，其与所述第二臂机构的根端部连接，在所述第二臂机构绕所述支点转动时对所述第二臂机构的根端部进行引导；和
引导部，其用于承受当所述第二臂机构的根端部被所述隙缝引导而移动时产生的力，使所述第一平衡配重部在铅垂方向上移动。
由此，在使保持医疗器械的保持部相对于基座在上下和左右方向上移动，导致第二臂机构发生了转动时，该第二臂机构的根端部被上述隙缝引导而移动，由此，移动受到引导部限制的第一平衡配重部在铅垂方向上移动，能够维持保持了医疗器械的保持部与第一平衡配重部之间的经由臂实现的平衡状态。
尤其是，利用随着第二臂机构的根端部的圆弧状的移动而在水平方向上引导该根端部的隙缝，由于负荷从第二臂机构的根端部施加在该隙缝的隙缝面上，因而平衡配重——其被引导部限制在铅垂方向上——能够支承较大的负荷，所以能够相比以往减小平衡配重的可动范围。
在本发明中，通过将所述隙缝设置为下凸的曲线形状，能够利用从第二臂机构的根端部承受负荷的隙缝面的倾斜，来支承较大的负荷以相比以往减小平衡配重的可动范围。同时，通过将隙缝形成为曲线形状，能够使在隙缝内移动的第二臂机构的根端部的移动变得顺畅，使医疗器械的保持状态变得顺畅，使得操作感变得稳定。
尤其是，通过使用于进行水平方向上的引导的隙缝的形状弯曲为曲线形状，对于移动被限制在铅垂方向上的平衡配重的可动范围，能够利用承受从第二臂机构的根端部施加的负荷的隙缝面的倾斜，来支承较大的负荷以相比以往减小平衡配重的可动范围。
在本发明的医疗器械保持装置中，所述第二臂机构包括：
第一臂，其将远端与所述第一臂机构连接，将根端与所述第一平衡配重部连接；和
第二臂，其设置在与所述第一臂平行的位置，将远端与所述第一臂机构连接，将根端经由第三臂与第二平衡配重部连接，其中所述第三臂设置在与所述第一臂机构平行的位置。
由此，该第一臂机构、第一臂、第二臂和第三臂构成平行四边形，形成了通过彼此的连结而联动的平行四边形连杆机构，容易使第二臂机构的转动位移保持平衡。
在本发明中，通过在所述支点处设置能够抑制所述第二臂机构转动的制动机构，能够防止第二臂机构急剧转动，能够在将第二臂机构的转动位移保持平衡时支承较大的负荷，能够相比以往减小平衡配重的可动范围，并且容易减轻平衡配重的重量，减小平衡配重的体积。
并且，在本发明的医疗器械保持装置中，设置有对所述第一平衡配重部向铅垂方向下方施力的施力单元，
设定所述隙缝的形状，使得所述施力单元的作用力、所述制动机构对所述第二臂机构的转动的抑制力、对所述第二臂机构的根端部进行引导时所述隙缝中产生的力取得平衡。
由此，在将隙缝设定为随着从隙缝中心位置——其位于第二臂机构的支点的铅垂下方——向两端位置去而上升的曲线形状的状态下，通过利用制动机构和施力单元的作用力进一步调节，能够在第二臂机构的转动位移保持平衡时支承较大的负荷。进而，由于采用了相比水平方向发生了弯曲的隙缝，能够利用平衡配重的可动范围和承受负荷的面的倾斜，由弹簧等施力单元对平衡配重进行辅助，能够相比以往减小平衡配重的可动范围，并且，能够容易减轻平衡配重的重量、减小平衡配重的体积，并且能够使医疗器械的保持状态变得顺畅，使得操作感变得稳定。
并且，所述第二臂机构的根端部设置有接触部，所述接触部在所述隙缝部对所述第二臂机构的根端部进行引导的引导方向与所述隙缝点接触。由此，能够准确地限制从第二臂机构的根端部对隙缝施加的负荷，准确地设定将第二臂机构的转动位移保持平衡的状态，从而能够支承较大的负荷以相比以往减小平衡配重的可动范围。
发明效果
依照本发明，在用于保持内窥镜等医疗器械的保持装置中设置有平衡机构，并设置有用于使该机构中的平衡配重相对于支承基座的面在铅垂方向上移动的引导部，因此，即使在确保了更宽广的可动范围的情况下，也能够应对保持装置的各关节需要更大的转矩这一状况，实现这样的效果，即，能够增大可动范围而无需增大平衡配重的重量，能够实现装置的小型轻量化。
附图说明
图1是表示本发明的医疗器械保持装置的第一实施方式的立体图。
图2是表示本发明的医疗器械保持装置的第一实施方式中的平衡机构的正视图。
图3是表示本发明的医疗器械保持装置的第一实施方式中的平衡机构的动作的立体图。
图4是表示本发明的医疗器械保持装置的第一实施方式中的对重平衡机构的动作的示意图。
图5是表示本发明的医疗器械保持装置的第一实施方式中的隙缝的正视图。
图6是表示本发明的医疗器械保持装置的第一实施方式中的隙缝与接触部的接触状态的正视图。
图7是用于说明本发明的医疗器械保持装置的第一实施方式中的隙缝处的作用力的示意图。
图8是表示本发明的医疗器械保持装置的第一实施方式中的制动机构的截面图。
图9是表示本发明的医疗器械保持装置的第一实施方式中的制动机构的截面图。
图10是表示本发明的医疗器械保持装置的第二实施方式中的对重平衡机构的动作的立体图。
图11是表示本发明的医疗器械保持装置的第二实施方式中的对重平衡机构的动作的示意图。
图12是表示本发明的医疗器械保持装置的其他实施方式中的平衡部的例子的正视图。
具体实施方式
下面基于附图说明本发明的医疗器械保持装置的第一实施方式。
图1是表示本实施方式的医疗器械保持装置的立体图，图2是表示本实施方式的医疗器械保持装置的对重平衡(counter balance)机构的局部透视正视图，图中标记100是医疗器械保持装置。
本实施方式的医疗器械保持装置100被配置在手术室、检查室、处置室等中，用于保持显微镜、内窥镜、医疗用处置器具、医疗用显示装置等医疗器械，能够与周围环境无关地使该医疗器械的位置在三维空间内自由移动，来充分发挥该医疗器械的功能，并尽可能减轻医师等术者的疲劳。
医疗器械保持装置100如图1、图2所示，包括第一臂机构3、第二臂机构4、基座6和对重平衡机构10，其中，第一臂机构3在远端具有用于保持医疗器械的保持部2，上述第一臂机构3的根端被可转动地连接在第二臂机构4的远端，基座6包括在铅垂方向上竖立设置的支柱5，第二臂机构4被可转动地连接在支柱5上，对重平衡机构10用于使医疗器械能够在上下方向和水平方向上自由移动。
第二臂机构4的根端侧、对重平衡机构10和支柱5被收纳在罩部7内，该罩部7在基座6上竖立设置为筒状。
基座6的底面一侧设置有多个脚轮6a，构成为能够在地面等上移动。基座6上也可以设置阻止脚轮6a旋转、或者阻止基座6相对于地面移动的适当的制动单元或固定单元，以及作为其操作部的脚踏开关6b等。
在罩部7的上侧，设置有在移动医疗器械保持装置100时握持的握持部7a。
基座6上设置有轴承部5a，可相对于基座6绕铅垂轴O1转动的支承臂(支柱)5的下端被该轴承部5a支承。
支柱5沿铅垂轴(轴)O1延伸，在其上端侧即支承臂5的前端，在与铅垂轴O1正交的水平方向上设置有转动轴(水平轴)O2，作为可经由轴承部4a绕该转动轴O2转动(摆动)的转动部件，安装有臂(第二臂机构)4。
该支柱5能够相对于铅垂轴O1旋转，也可构成为，能够通过旋转力量调节部5b而相对于基座6旋转。此时，优选水平轴O2位于与铅垂轴O1相交的位置。
第二臂机构4在根端侧以轴承部4a作为支点4b、按照能够以水平轴O2为中心转动的方式被支承于支柱5的前端侧，并且在其前端以能够绕水平轴O3转动的方式连接有第一臂机构3，其中，水平轴O3是与水平轴(轴)O2平行的插通于轴承部3a的轴。
在第二臂机构4的根端侧，在比轴承部4a更靠根端侧的位置上，以在第二臂机构4的轴向上延伸的方式连接有平衡部件4c，平衡部件4c上设置有如后所述地与平衡配重部12接触来取得平衡的接触部14。在作为支点4b的轴承部4a上，设置有能够阻止第二臂机构4绕水平轴O2转动的制动机构40。关于制动机构40将在后文中叙述。
第一臂机构3包括回转部3b、横向延长部3d和横向延长部3e，其中，回转部3b在第一臂机构3的根端侧经由轴承部3a按照能够以与水平轴O2平行的水平轴(轴)O3为中心转动的方式被支承于第二臂机构4的前端位置，横向延长部3d能够经由轴承部3c相对于回转部3b以轴O4为中心转动，且在轴O4的径向上弯曲，轴O4的方向是第一臂机构3的延伸方向，横向延长部3e位于第一臂机构3的前端侧且在轴O4的径向上弯曲以延伸至与轴O4一致的位置。针对第一臂机构3绕水平轴O3的转动，能够与后述的第二臂机构4的轴承部4a同样地，在轴承部3a上设置可阻止转动的制动机构40。针对第一臂机构3中横向延长部3d和横向延长部3e绕轴O4的转动，如后所述的那样，能够在轴承部3c上设置可阻止转动的制动机构50。
第一臂机构3通过横向延长部3d和横向延长部3e以与轴O4平行的方式延伸，并且能够在该状态下绕轴O4转动。由此，即使使第一臂机构3绕轴O4旋转，内窥镜等医疗器械的位置和姿态也不会变化，内窥镜的观察视野也不会变化。并且，能够避免第一臂机构3与术者、助手或钳子等周围的器件发生干涉地使医疗器械移动，无需改变医疗器械保持装置100整体的设置位置就能够容易地确保作业空间。
在第一臂机构3的前端侧，经由横向延长部3e安装有圆筒状的保持部2，能够将内窥镜等医疗器械固定在该保持部2的内孔中。
保持部2能够与医疗器械一起，以第一臂机构3的轴O4和经过轴O4上的同一点且彼此正交的轴O5、轴O6分别为中心轴线转动，并且该转动所需的力量能够由旋转力量调节部调节。优选的是，这3个中心轴O4、O5、O6以彼此正交的方式配置。还优选的是，保持部2能够使该医疗器械沿轴O6移动并以轴O6为中心转动，从而能够将该医疗器械可靠地固定在所希望的轴向位置和转动位置上。
这样，通过在第一臂机构3上设置能够使保持部2在3轴方向上倾动的机构，除了能够对保持部2所保持的医疗器械的配置位置进行调节之外，还能够对其姿态进行各种调节。尤其是，在医疗器械是显微镜、内窥镜、医疗用显示设备或医疗用处置器具等的至少一种的情况下，能够进行准确的位置和姿态控制，能够充分利用其功能。
图3是表示本实施方式的医疗器械保持装置100的对重平衡机构10的立体图。
对重平衡机构10如图1～图3所示，包括第一平衡配重部12、隙缝13、接触部14、引导部15和弹簧(施力单元)16，其中，隙缝13设置在第一平衡配重部12上，平衡部件4c被可滑动地连接于该隙缝13，接触部14在与水平轴O2平行的方向上从平衡部件4c突出而位于隙缝13内并可在其中滑动，引导部15用于承受当接触部14随第二臂机构4的转动而被隙缝13引导并移动时产生的力，从而使第一平衡配重部12在铅垂方向上移动，弹簧16对第一平衡配重部12向铅垂方向下方施力。
第一平衡配重部12例如是由金属等构成的板状的配重，第一平衡配重部12的主面以与水平轴O2大致正交的方式延伸。即，第一平衡配重部12被配置为与平衡部件4c的回转面大致平行的状态。第一平衡配重部12被安装成可通过引导部15相对于支柱5在铅垂方向上移动，其移动方向被限制。第一平衡配重部12的轮廓形状可大致为矩形，但其形状并不受限定，只要能够收纳在罩部7内并在铅垂方向上移动即可。
引导部15包括长孔15a和限位突起15b，其中长孔15a在厚度方向上贯通第一平衡配重部12且在铅垂方向上延伸，限位突起15b以位于长孔15a内的方式被固定于支柱5一侧。在图3所示的例子中，在第一平衡配重部12的上下端位置分别设置有引导部15，但并不限定于该结构，只要能够顺畅地限制第一平衡配重部12的移动即可。
图4是表示本实施方式的医疗器械保持装置100的对重平衡机构10的动作的示意图，图5是表示本实施方式的医疗器械保持装置100的隙缝13的示意图，图6是表示本实施方式的医疗器械保持装置100的隙缝13与接触部14的接触状态的示意正视图。在图中，标记4z示意性地表示第二臂机构4的负荷(旋转力矩)。
隙缝13形成为在厚度方向上贯通第一平衡配重部12的长孔形状，该隙缝13以支点4b的铅垂下侧位置13a为中心向其左右两侧延伸。
隙缝13如图4、图5所示，在弯曲了的水平方向的整个范围具有大致相同的宽度尺寸，而其水平方向的长度尺寸是与第二臂机构4的回转范围对应地设定的。
隙缝13如图4、图5所示，形成为以支点4b的铅垂下侧位置13a为最下方位置，并随着从该最下方位置13a去往水平方向的两端而平滑地上升的下凸的曲线形状。隙缝13可如图4、图5所示的那样，形成为相对于支点4b的铅垂下侧位置13a左右对称的形状，但也可以与第二臂机构4的转动范围对应地，以接触部14可在其整个范围内移动的方式设定隙缝13的配置范围。即，也可能存在与第二臂机构4的转动范围对应地、隙缝13并非左右对称的情况。
隙缝13的上侧轮廓线如图5所示位于直线13z与圆弧13y之间，其中直线13z是经过支点4b的铅垂下侧位置13a并在水平方向上延伸的直线，圆弧13y是经过支点4b的铅垂下侧位置13a并以支点4b为中心的圆弧。铅垂下侧位置13a是第二臂机构4在所设定的回转区域的中央位置(例如朝向铅垂方向上方)时接触部14与隙缝13接触的点，同时也是弹簧16的作用力最小的点。
此处，圆弧13y是与以支点4b为中心的接触部14的移动轨迹基本相同的形状。而直线13z是在隙缝13的整个范围内的任意位置，作用于接触部14的负荷都是同样的第一平衡配重部12的负荷的形状。
接触部14从平衡部件4c以与其回转面正交的方式突出地形成并位于隙缝13内，并构成为，即使在平衡部件4c转动了的情况下，该接触部14的在隙缝13内与隙缝顶面的接触状态也不发生变化，能够以与水平轴O2大致平行的直线形状与隙缝顶面接触。即，如图4～图6所示，在沿第一平衡配重部12的厚度方向观察时，接触部14与隙缝13能够为点接触。因此，接触部14例如形成为圆筒状，使得即使其与隙缝13的接触位置发生变化，直线形状的接触状态也不变化。
接触部14能够构成为周面可相对于轴线旋转的圆筒状的凸轮从动件。接触部14的直径尺寸设定为与隙缝13的宽度尺寸大致相等，并优选稍小地设定为能够在隙缝13内移动的程度。接触部14将来自第二臂机构4的负荷传递至隙缝13。
弹簧(施力单元)16被设置成与第一平衡配重部12的下端位置和支柱5一侧连接，对第一平衡配重部12向铅垂方向下方施力。弹簧(施力单元)16的作用力如后所述，以弹簧常数为规定值的方式设定。
接着说明隙缝13的形状。
弯曲形状的隙缝13如上所述，具有经过支点4b的铅垂下侧位置13a且位于水平方向的直线13z和以支点4b为中心的圆弧之间的形状，并且其形状能够描述为下凸的二次曲线。
具体而言，隙缝13的弯曲形状被配置为与随第二臂机构4的动作而运动的接触部14的轨道相仿，按下述方式设定。
图7是用于说明本实施方式的医疗器械保持装置100的隙缝13处的作用力的示意图。
在本实施方式的隙缝13中，如图6所示，在接触部14与隙缝13接触的点处，作为图4所示的负荷4z，由第一臂机构3、第二臂机构4和被保持部2保持的医疗器械等的重量而产生的作用力Fw从接触部14向铅垂方向上方作用到隙缝13上。在接触部14的接触点处，与隙缝13接触的倾角由角度θ表示。
此处，由于第一平衡配重部12的移动范围被限制在铅垂方向上，所以如图6所示，第一平衡配重部12的负荷W向铅垂方向下方作用，不过，因为隙缝13在倾角为角度θ的点处与接触部接触，所以倾角方向的损失量F0，减去损失量而得到的实际对接触部14作用的力Floss为Floss＝Wcos2θ。
而如图7所示，如果隙缝13是由横轴x的函数f(x)描述的形状，则接触部14从X0移动至X1时，在高度方向上高度发生d＝f(x0)-f(x1)的相对变化。从而，弹簧16的长度相对于第一平衡配重部12发生变化，作为助力Fassist产生与弹簧常数k成正比的作用力。
其中，接触部14与隙缝13接触的点x处的倾角满足tanθ＝f＇(x)。
从而，若第一平衡配重部12的负荷的损失量Floss与助力Fassist相等，则医疗器械保持装置100的对重平衡机构10能够充分地支承负荷4z而使其平衡，所以优选以使得Fassist＝Floss的方式决定隙缝形状f(x)。
图8是表示本实施方式的医疗器械保持装置100的制动机构40的截面图。
制动机构40如图8所示设置在轴承部4a的前端侧，其中轴承部4a由固定在支柱5上的环状部4a1和固定在第二臂机构4上的短轴4a2形成。
通过制动机构40，能够抑制设置在第二臂机构4的根端的轴承部4a相对于支柱5绕水平轴O2转动，能够利用摩擦状态、即在第二臂机构4的任意的旋转位置利用摩擦力降低绕水平轴O2的旋转负荷。
该制动机构40中配置有螺母状的压环42、2片摩擦片43a、43b、夹在摩擦片43a、43b之间的摩擦片44和碟形弹簧45，其中压环42被螺合在同轴地形成于短轴4a2前端的螺钉41上。摩擦片43a、43b例如能够由树脂构成，摩擦片44例如能够由金属构成。
制动机构40构成为，能够通过使可旋转地安装在短轴4a2上的压环42绕水平轴O2旋转而使其沿水平轴O2的方向移动，来调节固定在短轴4a2上的摩擦片43a、43b与固定在支柱5上的摩擦片44之间的摩擦力。
在将压环42向第二臂机构4一侧拧入时，碟形弹簧45的作用力增大，2片摩擦片43a、43b与夹在摩擦片43a、43b之间的摩擦片44之间的摩擦力增大。相反，在将压环42拧回时，摩擦力降低。通过适当调节该摩擦力，能够利用摩擦力适当调节第二臂机构4相对于支柱5绕水平轴O2转动的转动力。该制动机构40的碟形弹簧45可以通过增减其数量——例如从1片到4片等，来按照其作用力调节摩擦力。
图9是表示本实施方式的医疗器械保持装置100的制动机构50的截面图。
制动机构50如图9所示，在第一臂机构3的根端设置于轴承部3c的前端侧，其中轴承部3c包括固定在回转部3b上的短轴3c2和固定在横向延长部3d上的环状部3c1。
制动机构50中配置有螺母状的压环32、2片摩擦片33、34和碟形弹簧35，其中压环32被螺合在同轴地形成于短轴3c2前端的螺钉31上。
通过该制动机构50，能够利用摩擦力将横向延长部3d相对于第一臂机构3的回转部3b保持为半固定状态，即，将第一臂机构3的横向延长部3d保持在绕轴O4的任意的旋转位置上。并且，通过在横向延长部3d上施加超过该摩擦力的力，能够使横向延长部3d立刻转动，重新配置至所希望的位置。
在将压环35向回转部3b一侧拧入时，碟形弹簧35的作用力增大，回转部3b与横向延长部3d之间的摩擦力增大。相反，在将压环35拧回时，摩擦力降低。通过适当调节该摩擦力，能够将横向延长部3d保持在适当的位置。这样的制动机构50的碟形弹簧35可以通过增减其数量——例如从1片到4片等，来按照其作用力调节摩擦力。
本实施方式的医疗器械保持装置100能够在利用保持部2保持医疗器械的状态下，将第一臂机构3、第二臂机构4设定为任意的角度，并取得其负荷的平衡。
具体而言，如图4所示，在第一臂机构3、第二臂机构4和被保持部2保持的医疗器械等的负荷4z作用时，在使第二臂机构4移动至规定角度的情况下，第二臂机构4以支点4b为中心转动(旋转)。接触部14也随之以支点4b为中心与负荷4z对称地转动。
此时，若利用制动机构40的摩擦力限制第二臂机构4上的旋转力，则负荷4z与摩擦力的差值力从接触部14作用到隙缝13上，第一平衡配重12在铅垂方向上承受作用力。
由此，受引导部15限制的第一平衡配重12移动至由接触部14的移动轨迹和隙缝13的形状规定的铅垂位置处。
同时，随着第一平衡配重12的移动，第一平衡配重12从发生了伸缩的弹簧16受到作用力。
通过预先设定制动机构40的摩擦力和弹簧16的作用力，能够实现负荷4z与摩擦力的差值力与第一平衡配重12的重量W与弹簧16的作用力的合力取得平衡的状态，所以第二臂机构4能够在任意的位置实现平衡而静止，因此无论第二臂机构4处于怎样的姿态都能够平衡负荷4z，维持该姿态。
此时，在接触部14移动时，由于隙缝13构成为上述的形状，随接触部14的移动而产生的负荷4z的变化量被因第一平衡配重12在高度方向上移动而产生的弹簧16的作用力的变化抵消，能够与第二臂机构4的角度无关地维持负荷平衡。
此处，在隙缝13的上侧轮廓线为如图5所示经过支点4b的铅垂下侧位置13a并在水平方向上延伸的直线13z的情况下，在接触部14移动时，来自负荷4z的力在接触部14的整个移动范围内都会从接触部14作用到隙缝13上，能够使第二臂机构4承受第一平衡配重12的全部重量，但是第一平衡配重12需要移动与接触部14的高度变化量相等的距离，所以需要增大第一平衡配重12的移动范围。
而在隙缝13的上侧轮廓线为如图5所示经过支点4b的铅垂下侧位置13a并以支点4b为中心的圆弧13y的情况下，在接触部14移动时，来自负荷4z的力并不在接触部14的整个移动范围内从接触部14作用到隙缝13上，第一平衡配重12不在铅垂方向上移动，并且，由于接触部14与隙缝13的接触面是倾斜的，所以取决于接触位置的不同，作用力会发生与倾斜量相应的增减，因此在某些接触位置处无法使这些力取得平衡，不能维持第二臂机构4的姿态，所以需要增大第一平衡配重12的重量。
而在本实施方式的医疗器械保持装置100中，通过使隙缝13构成为上述的形状，虽然随着接触部14与隙缝13的接触位置的变化，由第一平衡配重12的重量产生的负荷会发生与隙缝13的倾斜量相应的变化(损失)，但是通过在第一平衡配重12上连接弹簧16来施加与第一平衡配重12的高度位置相应的作用力，能够按照第一平衡配重12的高度位置(上下方向位移)来补偿发生了与隙缝13的倾斜量相应的损失的第一平衡配重12的重量。由此，能够与第二臂机构4的角度无关地，利用重力使负荷4z与第一平衡配重12取得平衡。
本实施方式能够通过以下条件减轻第一平衡配重12的重量。
弹簧16的初张力＝需要的第一平衡配重12的重力
弹簧常数k＝第一平衡配重12的重力损失的比例
这是因为，在由第一平衡配重12的重量产生的负荷中，因接触部14的位置而损失的部分与第一平衡配重12的重量成正比，是由隙缝13处的接触角度θ决定的。
下面基于附图说明本发明的医疗器械保持装置的第二实施方式。
图10是表示本实施方式的对重平衡机构的动作的立体图，图11是表示本实施方式的对重平衡机构的动作的示意图。在本实施方式中，对与上述第一实施方式对应的结构标注相同标记并省略部分说明。
本实施方式的医疗器械保持装置200如图10所示，包括能够通过多个脚轮6a在地面等上移动的基座6。该基座6上设置有轴承部5a，可相对于基座6例如绕铅垂轴O1转动的支承臂(支柱)5的下端被该轴承部5a支承。该支承臂5的上端设置有轴承部(支点)4a。在该轴承部4a，在与铅垂轴O1正交的方向上设置有转动轴(水平轴)O2，作为可绕该转动轴O2转动(摆动)的转动部件，安装有作为第二臂机构4的第一臂(臂)4e。
该第一臂(第一臂)4e的一端设置有轴承部4a，另一端设置有轴承部3a。臂(第三臂)4g的一端以可绕插通于轴承部4a的转动轴O2转动的方式与该轴承部4a连接。臂(第四臂)4h的一端以可绕转动轴(水平轴)O3转动的方式与轴承部3a连接，其中转动轴O3是与转动轴O2平行地插通于轴承部3a的轴。通过将轴承部4a设置在臂4e的下端，适于实现小型化。
在各臂4g、4h的另一端设置有轴承部4j、4k。在该轴承部4j、4k上，以可绕插通于轴承部4j、4k的轴O2、O3转动、且相对于臂(第一臂)4e平行的方式连接了臂(第二臂)4f的两端。从而，由这4个臂4e、4f、4g、4h和4个轴承部4a、3a、4k、4j构成了相当于医疗器械保持装置200的平衡单元的平行四边形连杆机构4p。
臂4e的与轴承部3a相反的一侧相比轴承部4a延伸到平行四边形连杆机构4p的外侧。臂4g的与轴承部4a相反的一侧相比轴承部4j延伸到平行四边形连杆机构4p的外侧。臂4h的与轴承部4k相反的一侧相比轴承部3a延伸到平行四边形连杆机构4p的外部。
臂4e、4f优选形成得比臂4g、4h长。也可以是，将臂4e形成得比其他臂4f、4g、4h宽，使平行四边形连杆机构4p的动作在臂4e的宽度尺寸的范围内进行。
臂4e对应于上述第一实施方式的第二臂机构4。
在该平行四边形连杆机构4p的1个轴承部3a上连接有回转部3b，回转部3b上进而设置有轴承部3c，该轴承部3c的轴O4与轴承部3a的轴O3正交。作为医疗器械的支承单元的长条形的臂(第一臂机构)3的近端(根端)被支承在该轴承部3c上，支承臂3的根端与臂4h连接成一体。
臂3的根端侧具有以离开轴O4的方式弯曲的横向延长部3d，因此，臂3的根端和臂4h被设置在与轴O4相同的轴上，并且臂3和臂4h被设置于与轴O4平行的状态。该臂3的远端(前端)具有横向延长部3e，该横向延长部3e弯曲以使得臂3的前端靠近轴O4直至与轴O4一致的位置。
臂3的前端设置有用于保持医疗器械的保持部2。保持部2由能够以轴O4为中心转动的旋转力量调节部支承于臂3，能够与所保持的医疗器械一起以与轴O4正交的轴O5、O6为中心转动，该转动所需的力量能够由旋转力量调节部调节。
另一方面，在臂4g的另一端——该另一端相比上述轴承部3a的对角位置上的轴承部4j延伸到平行四边形连杆机构4p的外侧——连接有作为对重平衡机构20的第二平衡配重22。该第二平衡配重22具有规定的重量，以抵消因保持部2所支承的医疗器械等重物绕轴O3产生的惯性(旋转)力矩，使医疗器械保持装置200的姿态平衡。该第二平衡配重22的重量也能够根据其到上述重物和轴O2的距离来适当选择。
在上述轴承部5a上，可以设置以电气方式限制支柱5绕轴O1相对于基座6转动的例如电磁制动器(电磁离合器)。
轴承部4a上设置有限制臂4e绕轴O2转动的制动机构40。轴承部3a上按照与制动机构40相同的结构设置有限制臂4h绕轴O3转动的制动机构。轴承部3c上设置有限制臂3绕轴O4转动的制动机构50。保持部2上也能够设置限制其相对于臂3转动的制动机构。
该制动机构40、制动机构50均对应于上述第一实施方式的制动机构40、制动机构50。
在臂4e的根端——该根端相比上述轴承部4k的对角位置上的轴承部4a延伸到平行四边形连杆机构4p的外侧——连接有作为对重平衡机构10的第一平衡配重部12。该第一平衡配重部12具有规定的重量，以抵消因保持部2所支承的医疗器械等重物绕轴O2产生的惯性(旋转)力矩，使医疗器械保持装置200的位置平衡。
图10、图11中省略了对重平衡机构10的图示。
对重平衡机构20如图10～图12所示，包括第二平衡配重部22和对第二平衡配重部22向铅垂方向下方施力的弹簧(施力单元)26。
第二平衡配重部22安装在臂4g上。第二平衡配重部22的轮廓形状可大致为矩形，但其形状并不受限定，只要能够收纳在罩部7内并在铅垂方向上移动即可。
臂4e的根端侧、对重平衡机构10、对重平衡机构20和支柱5被收纳在罩部7内，该罩部7在基座6上竖立设置为筒状。也可以在臂4e上设置罩部，将臂4f、4g、4h等收纳在内部。
关于隙缝13的形状，与第一实施方式同样地，能够考虑第一臂机构3、第二臂机构4和保持部2所支承的医疗器械E等的重量、由第二平衡配重部22的重量产生的负荷4z、制动机构40的摩擦力以及对重平衡机构10中的与它们对应的作用，来设定隙缝13的形状。
在本实施方式的医疗器械保持装置200中，通过将隙缝13设定为规定的形状，虽然随着接触部14与隙缝13的接触位置的变化，由第一平衡配重12的重量产生的负荷会发生与隙缝13的倾斜量相应的变化(损失)，但是通过在第一平衡配重12上连接弹簧16来施加与第一平衡配重12的高度位置相应的作用力，能够按照第一平衡配重12的高度位置(上下方向位移)来补偿发生了与隙缝13的倾斜量相应的损失的第一平衡配重12的重量。
如图11所示，负荷4z的重心G位于臂4e。
由此，负荷4z与第一平衡配重12和第二平衡配重22都能够通过重力取得平衡，能够与平行四边形连杆机构4p的变形状态以及臂4g和臂4e的角度无关地，利用对重平衡机构20使医疗器械保持装置200的姿态平衡，并利用对重平衡机构10使医疗器械保持装置200的位置平衡，能够保持医疗器械E的姿态，使其位置可在三维空间内自由移动。从而，能够缩小平衡配重12、22的可动范围的空间并减轻它们的重量，实现小型轻量化。
本实施方式能够通过以下条件减轻平衡配重12的重量。
弹簧16的初张力＝需要的第一平衡配重12的重力
弹簧常数k＝第一平衡配重12的重力损失的比例
进而，优选平行四边形连杆机构4p中的各臂的长度等满足以下条件。
臂3：约600mm
连杆4e、4f：约550mm
4g、4h：约40mm
轴O2到平衡配重的负荷位置24的距离：约80mm
上述实施方式中，弹簧16连接在平衡配重12的下端，但也可以是，如图12所示，将弹簧16设置在引导部15的长孔15a内。这样，通过将弹簧16以其伸缩方向与长孔15a的延伸方向一致的方式收纳在长孔15a内，并使弹簧16的端部与长孔15a的端部和限位突起15b抵接，能够节省平衡配重12下端侧的空间，进一步实现装置的小型化。
在各臂的长度设定为上述数值的现有的内窥镜保持架的情况下，平衡配重12通常为30kg～50kg左右，而在本实施方式的医疗器械保持装置200中，在具有同等可动范围的情况下装置重量能够减轻90％左右。
或者，在本实施方式的医疗器械保持装置中，在装置重量相同的情况下，能够扩大保持部2的可动范围。
工业利用性
作为本发明的应用例，能够列举通过使用平衡配重，来利用机械臂通过比以往更少的动力使保持对象移动的结构。
附图标记说明
100，200 医疗器械保持装置
2 保持部
3 第一臂机构
3b 回转部
3d，3e 横向延长部
3a，3c，4a，4j，4k，5a 轴承部
4 第二臂机构
4b 支点
4c 平衡部件
4e 臂(第一臂)
4f 臂(第二臂)
4g 臂(第三臂)
4h 臂(第四臂)
4p 平行四边形连杆机构
O1 铅垂轴(轴)
O2，O3 水平轴O2(轴)
O4，O5，O6 轴
5 支柱
6 基座
7 罩部
10，20 对重平衡机构
12 第一平衡配重部
13 隙缝
14 接触部
15 引导部
16 弹簧(施力单元)
22 第二平衡配重部
40，50 制动机构
E 医疗器械

Claims (4)

1.一种医疗器械保持装置，包括：
第一臂机构，其具有用于保持医疗器械的保持部；
第二臂机构，其中所述第一臂机构被可转动地支承于所述第二臂机构；
基座，其具有在铅垂方向上竖立设置的支柱，所述第二臂机构被可转动地支承于该支柱；和
第一平衡配重部，其与所述第二臂机构的根端部连接，
所述医疗器械保持装置的特征在于：
所述第二臂机构可绕支点相对于所述支柱转动，并在所述支点处与所述支柱连接，
所述第一平衡配重部包括：
隙缝，其与所述第二臂机构的根端部连接，在所述第二臂机构绕所述支点转动时对所述第二臂机构的根端部进行引导；
引导部，其用于承受当所述第二臂机构的根端部被所述隙缝引导而移动时产生的力，使所述第一平衡配重部在铅垂方向上移动；和
对所述第一平衡配重部向铅垂方向下方施力的施力单元，
其中，在所述支点处，设置有能够抑制所述第二臂机构转动的制动机构，所述隙缝设置为下凸的曲线形状。
2.如权利要求1所述的医疗器械保持装置，其特征在于：
所述第二臂机构包括：
第一臂，其远端与所述第一臂机构连接，根端与所述第一平衡配重部连接；
第二臂，其设置在与所述第一臂平行的位置；
与所述第二臂连接的第三臂，该第三臂的远端与所述第一臂连接，根端与不同于所述第一平衡配重部的第二平衡配重部连接；和
第四臂，其设置在与所述第三臂平行的位置，该第四臂的远端与所述第一臂连接，根端与所述第二臂连接。
3.如权利要求1所述的医疗器械保持装置，其特征在于：
设定所述隙缝的形状，使得所述施力单元的作用力、所述制动机构对所述第二臂机构的转动的抑制力、对所述第二臂机构的根端部进行引导时所述隙缝中产生的力取得平衡。
4.如权利要求1所述的医疗器械保持装置，其特征在于：
所述第二臂机构的根端部设置有接触部，所述接触部在所述隙缝部对所述第二臂机构的根端部进行引导的引导方向上与所述隙缝点接触。
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