JP2008067590A - 外科用トレー上のツールの誘導的充電 - Google Patents

Abstract

【課題】コードレス電気ツールの滅菌性を維持しながら再充電を単純化するコードレス電気ツールの誘導的充電のための充電トレーを提供する。
【解決手段】電気装置は、再充電可能な電源を収容しているツールを載せることができる表面（２８）を備えたトレー（２０）と、トレーの表面の下方に配置された磁界発生器（３０）と、を具備し、磁界発生器は、ツール内の電源を誘導的に充電するようトレーの表面に十分な電力の時間的変動性磁界を発生させるよう動作する。
【選択図】図２

Description

開示の内容

〔発明の分野〕
本発明は、一般に、コードレス電気ツール、および特に、医療手技に用いられる電気ツールの誘導的再充電のための方法および装置に関する。

〔発明の背景〕
外科用電気ツールは、手術室で常用されている。例えば、電気焼灼装置が、多くの手技で用いられ、整形外科医は、一般に、電動ソー（鋸）およびドリルを用いている。手術室は、人員や器材で混雑している場合が多く、電動外科用ツールのための電気コードは、動作や手術の遂行の困難を増す。電力コード（ラインコード）の滅菌性もまた問題になる場合がある。これらの問題に応えて、コードレス電池式外科用ツール、例えばコードレス整形外科用ドリルやソーが、ますます普及している。

外科手技中、外科用ツール内の電池が切れる場合がある。この場合、滅菌状態を維持しながら電池を再充電しまたは交換しなければならない。ツール、場合によっては、電池および充電器（用いられる場合）は、一般に、滅菌に耐えることができなければならない。例えば、米国特許第４，２８８，７３３号明細書は、滅菌環境、例えば手術室内で用いられるのに適した電池充電器システムを記載している。このシステムは、滅菌可能なトレーインターフェイスを介して非滅菌状態の充電器に接続可能に構成された滅菌可能なバッテリパックを有している。トレーインターフェイスは、バッテリパックへの機械的および電気的接続のための接続構造体を上側に有し、かつ充電器への機械的および電気的接続のための付加的な接続構造体を下側に有している。滅菌可能なドレープが、トレーインターフェイスと充電器との間に配置されて充電器を滅菌環境から隔離するようになっている。

〔発明の概要〕
本発明の実施形態は、コードレス電気ツールの滅菌性を維持しながら再充電を単純化するコードレス電気ツールの誘導的充電のための充電トレーを提供する。トレーは、通常手術室で用いられているツールトレーの形態をしていてもよい。磁界発生器が、トレーの表面の下方に配置され、トレー上に置かれたツールを誘導的に充電するようトレーの表面に十分な電力の時間的変動性磁界（time-varying magnetic field）を発生させる。誘導充電は、この関係で有利である。なぜならば、誘導充電では、磁界発生器とツールとの間の物理的接触が存在することは必要ではないからである。ツールはトレー上に置かれたときはいつでも再充電され、かくして、ツールが手術中に電力を使い切る恐れが減少する。

本発明の幾つかの実施形態は、充電中にツールをあらかじめ決められた位置に保持する専用の受け具を用いないで、ツールをトレー上に恣意的な向きで置くことができるよう構成されている。典型的には、この目的のため、ツール内の誘導充電回路は、ツールの向きとは無関係に、磁界発生器により生じた磁界から電力を受け取るよう構成されている。この特徴は、例えば、向きが互いに異なる２つまたは３つ以上のレシーバコイルを充電回路内に組み込むことにより達成できる。かかる実施形態では、トレーはまた、その機能に悪影響を及ぼすことなく、滅菌ドレープで覆われていてもよい。

したがって、本発明の実施形態によれば、電気装置において、
再充電可能な電源を収容しているツールを載せることができる表面を備えたトレーと、
トレーの表面の下方に配置された磁界発生器と、
を具備し、磁界発生器は、ツール内の電源を誘導的に充電するようトレーの表面に十分な電力の時間的変動性磁界を発生させるよう動作する、電気装置が提供される。

トレーの表面は平らであってもよい。あるいは、トレーの表面は、ツールを受け入れる１つまたは２つ以上の凹部を有してもよい。

典型的には、磁界発生器は、トレー内に封入されたコイルを含む。

一実施形態では、電気装置は、トレー上のツールに被せて配置されるよう構成されたカバーを具備しており、これにより、磁界をトレーの付近に局限するようになっている。付加的に、または択一的に、電気装置は、トレーの表面上に敷かれる滅菌ドレープを具備していてもよく、この場合ツールは、ツールが滅菌ドレープ上に位置している間に磁界発生器により充電される。

また、本発明の実施形態によれば、電気装置において、
再充電可能な電源、および電源を充電する充電回路を含む、コードレス電動ツールと、
ツールを載せることができる表面を備えたトレーと、
トレーの表面の下方に配置された磁界発生器と、
を具備し、磁界発生器は、充電回路によりツール内の電源を誘導的に充電するようトレーの表面に十分な電力の時間的変動性磁界を発生させるよう動作する、電気装置がさらに提供される。

幾つかの実施形態では、磁界発生器、トレー、および充電回路は、表面上にツールが載置されたどの向きでも磁界発生器が電源を充電するよう構成されている。典型的には、充電回路は、互いに異なるそれぞれの軸線を備えている複数個のコイルであって、時間的変動性磁界からエネルギーを誘導的に受け取るように構成された複数個のコイルを含む。付加的または択一的には、磁界発生器およびトレーは、表面上のツールが配置されたどの場所でも磁界発生器が電源を充電するよう構成されている。

加うるに、本発明の実施形態によれば、再充電可能な電源を収容しているツールを再充電する方法において、
ツールをトレーの表面上に載せるステップと、
トレーの表面の下方に配置された磁界発生器を用いて、ツール内の電源を誘導的に充電するようトレーの表面で十分な電力の時間的変動性磁界を発生させるステップと、
を含む、方法が提供される。

本発明は、添付の図面と一緒にその実施形態についての以下の詳細な説明を読むとより深く理解されよう。

〔実施形態の詳細な説明〕
図１は、外科手技中の使用にあたって誘導充電能力を備えた本発明の実施形態のツールトレー２０を示す概略絵画図である。外科医２２は、手技中、コードレスの電動ツール２４，２６を用いる。所与のツールが用いられない場合、外科医は、このツールをツールトレー２０の表面２８上に置く。ツールがトレー上に置かれている間、ツールは、トレーの表面の下方に設けられた磁界発生器（次の図に示されている）により生じた磁界により誘導的に充電される。

ツールトレー２０およびツール２４，２６は、以下に説明するように、これらツールが載置されている向きとは無関係に、これらツールが充電されるように設計されていてもよい。充電磁界は、トレーの一領域に集中してもよく、または、トレー表面全体にわたって生じて、ツールがトレー上の載置場所とは無関係に充電されるようになっていてもよい。かくして、ツールをトレー上に保持する受け具は不要である。表面２８は、平らであってもよく、また、手術室スタッフは、このトレーを用いて、充電性能を備えていない従来型のツールトレーと同じようにツールを保持することもできる。トレーは、その機能を損ねることなく滅菌したドレープ２９で覆われていてもよい。あるいは、トレー２０は、トレーの使用と使用との間に滅菌できるよう構成されていてもよく、この場合、ドレープ２９は不要な場合がある。（ツール２４，２６は、典型的には、これらツールを当該技術分野において知られている方法、例えばオートクレーブ滅菌法または化学的滅菌法により滅菌できるよう構成されている。）

本発明の変形実施形態（図示せず）では、ツールトレーは、その上面に設けられていて、再充電のためにツールを載置する１つまたは２つ以上の凹部を有してもよい。かかる実施形態では、充電磁界は、凹部の領域内に局所化されてもよく、ツールは、凹部の形状により、磁界発生器からツールへのエネルギー伝達を最大にする向きに制限されてもよい。あるいは、トレー上でのツールの最適載置場所および向きが、トレー上にツールをどのように置くべきか、およびどこに置くべきかを外科医２２に指示するように、トレー表面またはドレープ上に単に図形的にマークされていてもよい。付加的に、または択一的には、ツール自体が、適正な向きを指示するようマーク付けされるか、かつ／または形作られてもよい。

図２は、本発明の実施形態によるツールトレー２０の概略底面図である。１つまたは２つ以上の磁界発生器３０が、トレーの表面２８の下方に設置されている。図示の実施形態では、磁界発生器は、トレー内に封入されてもよい平らなコイルの形態をしている。あるいは、磁界発生器をトレーの下方に設置してもよい。トレー２０は、典型的には、表面２８の下方の磁界発生器から表面の上に置かれたツールへの磁界の通過を遮断しないようプラスチックまたは他の非磁性材料で作られている。

図２に示す磁界発生器は、所定の形式のコイルを含むが、任意の適当な設計の磁界発生器、例えば他の形状および形態の（磁気コアの有無を問わない）のコイルまたは「鳥かご」状磁界発生器をトレー２０内に用いることもできる。１つまたは複数の磁界発生器は、磁界を表面２８の全体にわたって発生させるよう構成されているか、または、択一的には、磁界を表面の所定の１つまたは複数の領域に発生させるよう設置され、構成されていてもよい。磁界発生器は、典型的には、これらの磁気発生器が発生させる磁界がトレーの表面の近くに局所化され、これにより、手術室で用いられているセンサおよび他の器材に対する磁界による妨害を最小限に抑えるよう設計されている。他の器材に対する妨害を制限するためにも安全上の理由のためにも、遮蔽材をトレー（任意としてのトレーカバーを含む）に付加することもできる。

ドライバ回路３２が、所望の周波数で磁界を発生させるために、磁界発生器３０を介して交流電流を駆動させる。典型的には、磁界周波数は、ツール２４，２６内の充電回路の用途および共振周波数に応じて１００ｋＨｚ〜３０ＭＨｚのうちのいずれかであってもよい（これについては以下に更に説明する）。あるいは、これよりも高いか、または低い磁界周波数を使用してもよい。

図３は、本発明の実施形態による、ツール２６が表面２８上に置かれているツールトレー２０の概略側面図である。磁界発生器３０は、磁力線が表面２８を垂直方向に通り、ツール２６を遮る状態で、磁界を発生させる。選択的には、ツール２６を磁界発生器３０で充電している間、磁気シールド３４をツール２６上に下降させてもよい。このシールドは、典型的には、磁界の放射をトレー２０の領域に制限するために、高い透磁率を備えた金属またはその他の材料で構成される。

図４は、本発明の実施形態に従ってツールの取っ手４０内に収容された回路構成を示す、ツール２６の概略切除図である。コイル４４，４６が、コア４８に巻き付けられており、このコアは、典型的には、フェライトまたはその他の磁性材料で構成されている。この実施形態では、コイル４４，４６は、相互に直交する軸線を備えている。その結果、ツール２６をトレー２０上に置くと、コイル４４，４６のうち少なくとも一方は、ツールの向きとは無関係に、磁界発生器３０により生じた、表面２８に垂直な磁界からエネルギーを受け取るような適当な向きになっている。（この意味における「向き」は、ツールが向いている方向か、ツールの長手方向軸線を中心としたツールの回転角（roll angle）かのいずれか、またはこれらの両方を意味する場合がある。）最適なエネルギー伝達のためには、コイル４４，４６は、典型的には、共振周波数が磁界発生器３０の駆動周波数に適合したそれぞれの共振回路で接続される。

コイル４４，４６は整流回路５０に接続されており、この整流回路は、電源５２を充電するＤＣ入力をもたらす。整流回路は、電源の過充電を阻止するために、当該技術分野において知られているように、調整器および消費電力管理コントローラを備えていてもよい。電源５２は、当該技術分野において知られている任意の適当な形式のスーパーキャパシタまたは再充電可能な電池を含んでいてもよい。この実施形態における電源はエネルギーをモータ５４に供給し、モータ５４はシャフト４２を駆動する。あるいは、電源は、任意の他の適当な形式の機構体または装置、例えばソー、ドリル、電気焼灼メス、アブレーションヘッド、レーザまたは他の光源ならびに他の電気回路コンポーネント、例えば増幅器、マイクロコントローラおよびワイヤレス通信エレクトロニクスに結合されてもよい。

上述の実施形態は、例示として取り上げられており、本発明は、具体的に図示すると共に上述した形態には限定されないことは理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上述した種々の特徴のコンビネーションとサブコンビネーションの両方を含むと共に、上述の説明を読むと当業者には想到できかつ先行技術には開示されていない本発明の変形例および改造例を含むものである。

本発明の具体的な実施態様は、次の通りである。
（１）電気装置において、
再充電可能な電源を収容しているツールを載せることができる表面を備えたトレーと、
前記トレーの前記表面の下方に配置された磁界発生器と、
を具備し、
前記磁界発生器は、前記ツール内の前記電源を誘導的に充電するよう前記トレーの前記表面に十分な電力の時間的変動性磁界を発生させるよう動作する、電気装置。
（２）実施態様（１）記載の電気装置において、
前記磁界発生器および前記トレーは、前記表面上に前記ツールが載置されたどの向きでも前記磁界発生器が前記ツール内の前記電源を充電するよう構成されている、電気装置。
（３）実施態様（１）記載の電気装置において、
前記磁界発生器および前記トレーは、前記表面上の前記ツールが載置されたどの場所でも前記磁界発生器が前記ツール内の前記電源を充電するよう構成されている、電気装置。
（４）実施態様（１）記載の電気装置において、
前記トレーの前記表面は、平らである、電気装置。
（５）実施態様（１）記載の電気装置において、
前記トレーの前記表面は、前記ツールを受け入れる１つまたは２つ以上の凹部を有する、電気装置。
（６）実施態様（１）記載の電気装置において、
前記磁界発生器は、前記トレー内に封入されたコイルを含む、電気装置。
（７）実施態様（１）記載の電気装置において、
前記磁界を前記トレーの付近に局限するよう前記トレー上の前記ツールに被せて配置されるよう構成されたカバー、
を具備する、電気装置。
（８）実施態様（１）記載の電気装置において、
前記トレーの前記表面上に敷かれる滅菌ドレープ、
を具備し、
前記ツールは、前記ツールが前記滅菌ドレープ上に位置している間に前記磁界発生器により充電される、電気装置。

（９）電気装置において、
再充電可能な電源、および前記電源を充電する充電回路を含む、コードレス電動ツールと、
前記ツールを載せることができる表面を備えたトレーと、
前記トレーの前記表面の下方に配置された磁界発生器と、
を具備し、
前記磁界発生器は、前記充電回路により前記ツール内の前記電源を誘導的に充電するよう前記トレーの前記表面に十分な電力の時間的変動性磁界を発生させるよう動作する、電気装置。
（１０）実施態様（９）記載の電気装置において、
前記磁界発生器、前記トレー、および前記充電回路は、前記表面上に前記ツールが載置されたどの向きでも前記磁界発生器が前記電源を充電するよう構成されている、電気装置。
（１１）実施態様（１０）記載の電気装置において、
前記充電回路は、互いに異なるそれぞれの軸線を備えている複数個のコイルであって、前記時間的変動性磁界からエネルギーを誘導的に受け取るように構成された、複数個のコイル、を含む、電気装置。
（１２）実施態様（９）記載の電気装置において、
前記磁界発生器および前記トレーは、前記表面上の前記ツールが載置されたどの場所でも前記磁界発生器が前記電源を充電するよう構成されている、電気装置。
（１３）実施態様（９）記載の電気装置において、
前記トレーの前記表面は、平らである、電気装置。
（１４）実施態様（９）記載の電気装置において、
前記トレーの前記表面は、前記ツールを受け入れる１つまたは２つ以上の凹部を有する、電気装置。
（１５）実施態様（９）記載の電気装置において、
前記磁界発生器は、前記トレー内に封入されたコイルを含む、電気装置。
（１６）実施態様（９）記載の電気装置において、
前記磁界を前記トレーの付近に局限するよう前記トレー上の前記ツールに被せて配置されるよう構成されたカバー、
を具備する、電気装置。
（１７）実施態様（９）記載の電気装置において、
前記トレーの前記表面上に敷かれる滅菌ドレープ、
を具備し、
前記ツールは、前記ツールが前記滅菌ドレープ上に位置している間に前記磁界発生器により充電される、電気装置。

（１８）再充電可能な電源を収容しているツールを再充電する方法において、
前記ツールをトレーの表面上に載せるステップと、
前記トレーの前記表面の下方に配置された磁界発生器を用いて、前記ツール内の前記電源を誘導的に充電するよう前記トレーの前記表面に十分な電力の時間的変動性磁界を発生させるステップと、
を含む、方法。
（１９）実施態様（１８）記載の方法において、
前記磁界発生器および前記トレーは、前記表面上の前記ツールが載置されたどの場所でも前記磁界発生器が前記電源を充電するよう構成されている、方法。
（２０）実施態様（１８）記載の方法において、
前記磁界発生器および前記トレーは、前記表面上の前記ツールが載置されたどの場所でも前記磁界発生器が前記電源を充電するよう構成されている、方法。
（２１）実施態様（１８）記載の方法において、
前記トレーの前記表面は、平らである、方法。
（２２）実施態様（１８）記載の方法において、
前記トレーの前記表面は、前記ツールを受け入れる１つまたは２つ以上の凹部を有する、方法。
（２３）実施態様（１８）記載の方法において、
滅菌ドレープを前記トレーの前記表面上に敷くステップ、
を含み、
前記ツールを載せる前記ステップは、前記ツールを前記滅菌ドレープ上に置くステップを含む、方法。

外科手技中の使用にあたって誘導充電能力を備えた本発明の実施形態のツールトレーを示す概略絵画図である。 本発明の実施形態による誘導充電コイル付きツールトレーの概略底面図である。 本発明の実施形態による再充電可能なツールが置かれたツールトレーの概略側面図である。 本発明の実施形態による再充電可能なツールの概略切除図である。

Claims (23)

1. 電気装置において、
   再充電可能な電源を収容しているツールを載せることができる表面を備えたトレーと、
   前記トレーの前記表面の下方に配置された磁界発生器と、
   を具備し、
   前記磁界発生器は、前記ツール内の前記電源を誘導的に充電するよう前記トレーの前記表面に十分な電力の時間的変動性磁界を発生させるよう動作する、電気装置。
2. 請求項１記載の電気装置において、
   前記磁界発生器および前記トレーは、前記表面上に前記ツールが載置されたどの向きでも前記磁界発生器が前記ツール内の前記電源を充電するよう構成されている、電気装置。
3. 請求項１記載の電気装置において、
   前記磁界発生器および前記トレーは、前記表面上の前記ツールが載置されたどの場所でも前記磁界発生器が前記ツール内の前記電源を充電するよう構成されている、電気装置。
4. 請求項１記載の電気装置において、
   前記トレーの前記表面は、平らである、電気装置。
5. 請求項１記載の電気装置において、
   前記トレーの前記表面は、前記ツールを受け入れる１つまたは２つ以上の凹部を有する、電気装置。
6. 請求項１記載の電気装置において、
   前記磁界発生器は、前記トレー内に封入されたコイルを含む、電気装置。
7. 請求項１記載の電気装置において、
   前記磁界を前記トレーの付近に局限するよう前記トレー上の前記ツールに被せて配置されるよう構成されたカバー、
   を具備する、電気装置。
8. 請求項１記載の電気装置において、
   前記トレーの前記表面上に敷かれる滅菌ドレープ、
   を具備し、
   前記ツールは、前記ツールが前記滅菌ドレープ上に位置している間に前記磁界発生器により充電される、電気装置。
9. 電気装置において、
   再充電可能な電源、および前記電源を充電する充電回路を含む、コードレス電動ツールと、
   前記ツールを載せることができる表面を備えたトレーと、
   前記トレーの前記表面の下方に配置された磁界発生器と、
   を具備し、
   前記磁界発生器は、前記充電回路により前記ツール内の前記電源を誘導的に充電するよう前記トレーの前記表面に十分な電力の時間的変動性磁界を発生させるよう動作する、電気装置。
10. 請求項９記載の電気装置において、
    前記磁界発生器、前記トレー、および前記充電回路は、前記表面上に前記ツールが載置されたどの向きでも前記磁界発生器が前記電源を充電するよう構成されている、電気装置。
11. 請求項１０記載の電気装置において、
    前記充電回路は、互いに異なるそれぞれの軸線を備えている複数個のコイルであって、前記時間的変動性磁界からエネルギーを誘導的に受け取るように構成された、複数個のコイル、を含む、電気装置。
12. 請求項９記載の電気装置において、
    前記磁界発生器および前記トレーは、前記表面上の前記ツールが載置されたどの場所でも前記磁界発生器が前記電源を充電するよう構成されている、電気装置。
13. 請求項９記載の電気装置において、
    前記トレーの前記表面は、平らである、電気装置。
14. 請求項９記載の電気装置において、
    前記トレーの前記表面は、前記ツールを受け入れる１つまたは２つ以上の凹部を有する、電気装置。
15. 請求項９記載の電気装置において、
    前記磁界発生器は、前記トレー内に封入されたコイルを含む、電気装置。
16. 請求項９記載の電気装置において、
    前記磁界を前記トレーの付近に局限するよう前記トレー上の前記ツールに被せて配置されるよう構成されたカバー、
    を具備する、電気装置。
17. 請求項９記載の電気装置において、
    前記トレーの前記表面上に敷かれる滅菌ドレープ、
    を具備し、
    前記ツールは、前記ツールが前記滅菌ドレープ上に位置している間に前記磁界発生器により充電される、電気装置。
18. 再充電可能な電源を収容しているツールを再充電する方法において、
    前記ツールをトレーの表面上に載せるステップと、
    前記トレーの前記表面の下方に配置された磁界発生器を用いて、前記ツール内の前記電源を誘導的に充電するよう前記トレーの前記表面に十分な電力の時間的変動性磁界を発生させるステップと、
    を含む、方法。
19. 請求項１８記載の方法において、
    前記磁界発生器および前記トレーは、前記表面上に前記ツールが載置されたどの向きでも前記磁界発生器が前記電源を充電するよう構成されている、方法。
20. 請求項１８記載の方法において、
    前記磁界発生器および前記トレーは、前記表面上の前記ツールが載置されたどの場所でも前記磁界発生器が前記電源を充電するよう構成されている、方法。
21. 請求項１８記載の方法において、
    前記トレーの前記表面は、平らである、方法。
22. 請求項１８記載の方法において、
    前記トレーの前記表面は、前記ツールを受け入れる１つまたは２つ以上の凹部を有する、方法。
23. 請求項１８記載の方法において、
    滅菌ドレープを前記トレーの前記表面上に敷くステップ、
    を含み、
    前記ツールを載せる前記ステップは、前記ツールを前記滅菌ドレープ上に置くステップを含む、方法。

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