JP2022510877A

JP2022510877A - 成形された非線形の力伝達のためのカウンタバランスばねを備えた可動ラックアーム

Info

Publication number: JP2022510877A
Application number: JP2021529466A
Authority: JP
Inventors: ホナーヤーババック; イランネジャッドマニ
Original assignee: アルコンインコーポレイティド
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2039-10-17
Also published as: US20200191322A1; EP3860499A1; US11187369B2; WO2020128654A1; JP7535513B2

Abstract

本開示は、成形された非線形の力伝達のための、カムハウジング、円形ギア、ラックアーム、カム及びばねアセンブリを含む可動ラックアームアセンブリに関する。

Description

本開示は、アームに対する成形された非線形の力伝達を可能にする、カウンタバランスばねを備えた可動ラックアームを提供する。本開示は、手術用機器、特にそのような可動ラックアームを含む眼用手術用機器などの機器も提供する。

可動式ラックアームは、多くの場合、アームが所与の方向に過度に簡単に移動することを防ぐカウンタバランスばねから恩恵を受ける。例えば、多くの場合、手術中に操作できるように、例えば手術野に出し入れするか、又は患者若しくは外科医に対して移動させることができるように手術用機器を可動ラックアームに取り付けることが有用である。しかしながら、手術が中断されるか又は患者が怪我を負う可能性があるため、多くの場合、可動ラックアーム及び取り付けられた機器が非常に移動し易いことも重要である。カウンタバランスばねは、多くの場合、偶発的な衝突などに応じて、可動ラックアーム及び取り付けられた機器が過度に簡単に移動することを防ぐために使用される。

本開示は、ベース、トレイ若しくはスクリーンアセンブリ、平行四辺形アーム及びベース、トレイ若しくはスクリーンアセンブリ又は平行四辺形アームに取り付けられた可動ラックアームアセンブリを含む手術用コンソールに関する。可動ラックアームアセンブリは、内部ラックアームガイドピン及び車軸を含むカムハウジングと、円形ギア歯を含み、及び車軸に取り付けられ且つその周りで回転可能な円形ギアと、ラックアームと、カムと、ばねアセンブリとを含む。ラックアームは、ベース、トレイ若しくはスクリーンアセンブリ又は平行四辺形アームに取り付けられたラックアームアタッチメントと、ラックギア歯を含むラックギアと、ラックアームが伸長又は収縮されるにつれて、円形ギアが車軸の周りで回転されるように、ラックアームがカムハウジングに対して伸長又は収縮されるにつれて、ラックギア歯を円形ギア歯と係合させて保持するために、内部ラックアームガイドピンに関連付けられたラックアームトラックとを含む。カムは、ラックアームが伸長又は収縮されるにつれて、円形ギアが車軸の周りで回転するとき、対応する方法でカムが回転するように円形ギアに取り付けられる。カムは、内側端部及び外側端部を有する湾曲したカム溝を含み、内側端部は、外側端部よりも車軸に半径方向近くに配置される。ばねアセンブリは、ばねと、第１の端部でばねに取り付けられ、且つ第１の端部の反対側のばねアームの第２の端部にフォロワピンを含むばねアームであって、フォロワピンは、カムが回転するときにばねアームが移動し、ばねに力を加えるようにカム溝に配置される、ばねアームと、ベース、トレイ若しくはスクリーンアセンブリ又は平行四辺形アームにも取り付けられたばねアームアタッチメントとを含む。

本開示は、平行四辺形アーム、手術用マイクロスコープ、アームヘッド、アームベース及び平行四辺形アーム、アームヘッド又はアームベースに取り付けられた可動ラックアームアセンブリを含む手術用マイクロスコープアセンブリに関する。可動ラックアームアセンブリは、内部ラックアームガイドピン及び車軸を含むカムハウジングと、円形ギア歯を含み、及び車軸に取り付けられ且つその周りで回転可能な円形ギアと、ラックアームと、カムと、ばねアセンブリとを含む。ラックアームは、平行四辺形アーム、アームヘッド又はアームベースに取り付けられたラックアームアタッチメントと、ラックギア歯を含むラックギアと、ラックアームが伸長又は収縮されるにつれて、円形ギアが車軸の周りで回転されるように、ラックアームがカムハウジングに対して伸長又は収縮されるにつれて、ラックギア歯を円形ギア歯と係合させて保持するために、内部ラックアームガイドピンに関連付けられたラックアームトラックとを含む。カムは、ラックアームが伸長又は収縮されるにつれて、円形ギアが車軸の周りで回転するとき、対応する方法でカムが回転するように円形ギアに取り付けられる。カムは、内側端部及び外側端部を有する湾曲したカム溝を含み、内側端部は、外側端部よりも車軸に半径方向近くに配置される。ばねアセンブリは、ばねと、第１の端部でばねに取り付けられ、且つ第１の端部の反対側のばねアームの第２の端部にフォロワピンを含むばねアームであって、フォロワピンは、カムが回転するときにばねアームが移動し、ばねに力を加えるようにカム溝に配置される、ばねアームと、平行四辺形アーム、アームヘッド又はアームベースに取り付けられたばねアームアタッチメントとを含む。

本開示は、第１の部材と、第２の部材と、カムと、ばねとを含むカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリに関する。第１の部材は、拘束され、それにより、第１の部材は、単一の軸に沿ってのみ移動することができる。第２の部材も拘束され、それにより、第２の部材は、単一の軸に沿ってのみ移動することができる。第１の部材は、ギアなどを用いてカムに機械的に結合され、それにより、第１の部材がその移動軸に沿って移動するにつれて、それは、カムを回転させる。一方、カムは、第２の部材に機械的に結合され、及びカムの回転は、第２の部材をその移動軸に沿って移動させる。第２の部材の移動は、ばねに力を与え、ばねをたわませる。

本開示は、内部ラックアームガイドピン及び車軸を含むカムハウジングと、円形ギア歯を含み、及び車軸に取り付けられ且つその周りで回転可能な円形ギアと、ラックアームと、カムと、ばねアセンブリとを含む可動ラックアームアセンブリに関する。ラックアームは、ラックギア歯を含むラックギアと、ラックアームが伸長又は収縮されるにつれて、円形ギアが車軸の周りで回転されるように、ラックアームがカムハウジングに対して伸長又は収縮されるにつれて、ラックギア歯を円形ギア歯と係合させて保持するために、内部ラックアームガイドピンに関連付けられたラックアームトラックとを含む。カムは、ラックアームが伸長又は収縮されるにつれて、円形ギアが車軸の周りで回転するとき、対応する方法でカムが回転するように円形ギアに取り付けられる。カムは、内側端部及び外側端部を有する湾曲したカム溝を含み、内側端部は、外側端部よりも車軸に半径方向近くに配置される。ばねアセンブリは、ばねと、第１の端部でばねに取り付けられ、且つ第１の端部の反対側のばねアームの第２の端部にフォロワピンを含むばねアームであって、フォロワピンは、カムが回転するときにばねアームが移動し、ばねに力を加えるようにカム溝に配置される、ばねアームとを含む。

上記の手術用コンソール、手術用マイクロスコープアセンブリ、カスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ又は可動ラックアームは、明らかに相互に排他的でない限り、互いに又は本開示の他の態様と組み合わせることができる以下の追加機能の１つ以上をそれぞれ有し得る：
ｉ）湾曲したカム溝は、内側端部からの湾曲したカム溝の距離が増大するにつれて一貫して増大する、車軸からの半径方向距離を有し得、
ｉｉ）湾曲したカム溝は、内側端部からの湾曲したカム溝の距離が増大するにつれて増大及び減少する、車軸からの半径方向距離を有し得、
ｉｉｉ）ばねは、伸長ばねであり得、及び
ｉｖ）ばねは、圧縮ばねであり得る。

本開示並びにその特徴及び利点のより詳細な理解は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって得ることができ、ここで、図面は、必ずしも縮尺どおりではなく、同様の参照番号は、同様の特徴を示す。

図１Ａは、可動ラックアームが伸長された可動ラックアームアセンブリの概略立面図である。図１Ｂは、可動ラックアームが収縮された、図１Ａの可動ラックアームアセンブリの概略立面図である。図２は、図１Ａ及び図１Ｂの可動ラックアームアセンブリを有する、手術用トレイを含む手術用コンソールの概略立面図である。図３Ａは、図１Ａ及び図１Ｂの可動ラックアームアセンブリを有する手術用眼科マイクロスコープの概略立面図である。図３Ｂは、中央位置にある、図１Ａ及び図１Ｂの可動ラックアームアセンブリを有する手術用眼科マイクロスコープアームの概略立面図である。図３Ｃは、上昇位置にある、図１Ａ及び図１Ｂの可動ラックアームアセンブリを有する手術用眼科マイクロスコープアームの概略立面図である。図３Ｄは、下降位置にある、図１Ａ及び図１Ｂの可動ラックアームアセンブリを有する手術用眼科マイクロスコープアームの概略立面図である。図４は、図１Ａ及び図１Ｂの可動ラックアームアセンブリにおけるカムの回転度の関数としてのラックアームの変位を示すグラフである。図５は、図１Ａ及び図１Ｂの可動ラックアームアセンブリにおけるラックアームの変位の関数としての伸長カウンタバランスばねのばね力を示すグラフである。図６は、図１Ａ及び図１Ｂの可動ラックアームアセンブリにおけるラックアームの変位の関数としての、カウンタバランス力としても特徴付けられ得るユーザ入力力を示すグラフである。図７Ａは、第１の部材が伸長されたカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリの第１の実施形態の概略立面図である。図７Ｂは、第１の部材が収縮されたカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリの第１の実施形態の概略立面図である。図８Ａは、第１の部材が伸長されたカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリの第２の実施形態の概略立面図である。図８Ｂは、第１の部材が収縮されたカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリの第２の実施形態の概略立面図である。

本開示は、可動ラックアームに対する成形された非線形の力伝達を可能にする、カウンタバランスばねを備えた可動ラックアームを含む可動ラックアームアセンブリを提供する。本開示は、手術用機器、特にそのような可動ラックアームアセンブリを含む眼用手術用機器などの機器も提供する。

図１Ａ及び図１Ｂ（まとめて図１と呼ばれる）は、カムハウジング２、ラックアーム３、円形ギア４、カム５及びばねアセンブリ６を含む可動ラックアームアセンブリ１を示す。

カムハウジング２は、取り付けられた内部ラックアームガイドピン９、ラックアームガイド１１及び車軸１４を互いに対して所定の位置に保持するのに十分な任意の形状であり得る。

ラックアーム３は、ラックアーム３の外面に配置されたラックギア７を含む。ラックアーム３は、ラックアーム３の内部を通して全体的又は部分的に形成され、且つカムハウジング２に取り付けられる内部ラックアームガイドピン９に密に適合するサイズの空洞であるラックアームトラック８も含む。ラックアームトラック８は、ラックアームガイド１１の一部であるラックアームガイドピン１０にも密に適合し得る。内部ラックアームガイドピン９及びハウジング壁ラックアームガイドピン１０は、一緒になって、ラックアーム３が伸長及び収縮するとき、ラックギア７の歯が円形ギア４の歯と接触して係合するように保つことを促進する。ラックアームガイド１１は、ラックアーム３が伸長及び収縮するときに通過するラックアームガイドオリフィス１３を含み得る。ラックアームガイドオリフィス１３は、ラックアーム３が伸長及び収縮するとき、ラックギア７の歯が円形ギア４の歯と接触して係合するようにラックアーム３を適切な位置に保つことも促進し得る。ラックアームガイドピン１０は、示されるように、ラックアームガイドオリフィス１３又はラックアームガイド１１の別の部分に配置され得る。

ラックアーム３は、カムハウジング２の外部の端部において、円形ギア４と係合する端部の反対側にラックアーム取り付けオリフィス１２も含み得る。ラックアーム取り付けオリフィス１２は、トレイ、スクリーン、マイクロスコープ又は取り付けブラケットなどの医療機器の更なるアーム又は構成要素などの追加のオブジェクトへの取り付けを可能にし得る。

一部品として形成された線形ラックアームとして、ラックアーム３が図１に示されている。しかしながら、ラックアーム３は、湾曲した部分を含み得、複数の部品として形成され得る。

円形ギア４は、ラックギア７の歯が円形ギア４の歯と係合することにより、ラックアーム３の移動に応じて車軸１４の周りで回転し得るように車軸１４に取り付けられる。

円形ギア４は、例えば、接着剤、溶融、ねじ留め具、リベット留め又は溶接によってカム５に取り付けられ得るか、又は円形ギア４の回転動作がカム５の対応する回転動作を引き起こすように、プラスチック射出成形又は金属鋳造で可能であるように円形ギア４をカム５と一体的に形成し得る。車軸１４は、ハウジング２に確実に取り付けられて、カム５及びギア４又はその両方に取り付けられたピボット穴又はラジアルベアリングを通過し得る。代わりに、車軸１４は、カム５若しくはギア４又はその両方に確実に取り付けられて、ハウジング２に取り付けられたピボット穴又はベアリングを通過し得る。

カム５は、湾曲したカム溝１５を含み、これは、カム５の円形ギア４と同じ側又は反対側に配置され得る。カム溝１５は、カム５の内部を通して全体的又は部分的に形成され得る。湾曲したカム溝１５は、フォロワピン１６が、湾曲したカム溝１５に沿って移動できるように、フォロワピン１６に密に適合するサイズであるが、ラックアームトラック８の長さによって許容されるようなラックアーム３の全体の伸長又は収縮全体にわたり、ばね２０によって力が与えられた場合でも、所定の位置に留まるのに十分な静止摩擦を用いて、湾曲したカム溝１５の壁に係合する。

湾曲したカム溝１５は、内側端部１７及び外側端部１８を有する。内側端部１７は、外側端部１８よりも車軸１４からの半径方向距離が短い。内側端部１７からの湾曲したカム溝１５の距離の関数として、車軸１４からの半径方向距離の増大は、変化し得る。加えて、図１は、内側端部１７からの湾曲したカム溝１５の距離が増大するにつれて、車軸１４からの半径方向距離が一貫して増大する湾曲したカム溝１５を示すが、内側端部１７からの湾曲したカム溝１５の距離が増大するにつれて、車軸１４からの半径方向距離が増大及び減少するような他の溝構成が可能である。そのような湾曲したカム溝１５は、波形状を呈する。

ラックアーム３に加えられた力に応じてカム５が回転すると、フォロワピン１６がカム溝１５内を移動する。フォロワピン１６は、ばねアセンブリ６のばねアーム１８の一部であるため、ばねアーム１８も移動する。フォロワピン１６は、ラジアルボールベアリング（図示せず）を含んで、カム溝１５とのより低い摩擦接触を可能にし得る。ばねアーム１８の移動は、例えば、ばね取り付け穴２１によってばねアーム１８に取り付けられるばね２０により、且つ例えば、ばねカムハウジング２３に取り付けられるばね取り付けピン２２により、ばねカムハウジング２３に対して抵抗される。

ばねアーム１８は、ばねアームオリフィス２４を通してカムハウジング２に出入りすることができる。ばねアームは、ばねアーム１８が通過するばねアームガイド２５によって所定の位置に保持され得る。ばねアームガイド２５は、一端において、ばねアームオリフィス２４若しくはばねハウジング２３に確実に保持され得るか又はその両方に配置され得る。ばねハウジング２３は、ばねアームオリフィス２４の周りでカムハウジング２にも取り付けられ得る。

ばねアセンブリ６、特にばねハウジング２３は、カムハウジング２の外部の端部及び反対側のフォロワピン１９においてばねアーム取り付けオリフィス２６も含み得る。ばねアーム取り付けオリフィス２６は、取り付けブラケット及びシャーシなどの追加のオブジェクトへの取り付けを可能にし得る。

示されるように、ばね２０は、ばね２０を軸方向に長くする力に抵抗する伸長ばねである。ばね２０は、ばね２０を軸方向に短くする力に抵抗する圧縮ばねでもあり得る。他のばねフォーマットも使用できる。

図１Ａでは、ラックアーム３は、完全に伸長された位置にある。図１Ｂでは、ラックアーム３は、完全に収縮された位置にある。可動ラックアームアセンブリ１の使用中、ラックアーム３は、完全に伸長された位置と、完全に収縮した位置との間を移動することができ、それにより、フォロワピン１６が、湾曲したカム溝１５に沿って、図１Ａ又は図１Ｂに示されているものと異なる位置にあり、且つばね２０が異なって伸長又は圧縮されるように、円形ギア４及びカム５も移動する結果となり得ることが理解されるであろう。

図２に示されるように、可動ラックアームアセンブリ１は、手術用コンソール１０１の一部であり得る。手術用コンソール１０１は、取り付けアタッチメント１０３が取り付けられるベース１０２を含む。平行四辺形アーム１０７は、取り付けアタッチメント１０３をトレイジョイント１０６に接続し、アームジョイント１０８に取り付ける。アームジョイント１０８は、例えば、ねじ、ボルト又はシャフトを使用して、示されるように動作し得る。アームジョイント１０８は、フランジ、スロット又はスナップジョイントなどの他の機構を使用しても動作し得る。可動ラックアームアセンブリ１は、ラックアーム３及び／又はばねアセンブリ６を使用して平行四辺形アーム１０７に取り付けることができる。ラックアーム３及び／又はばねアセンブリ６は、例えば、ラックアーム取り付けオリフィス１２及び／又はばねアセンブリ取り付けオリフィス２６を通して配置されたねじ、ボルト又はシャフトを使用して、示されるように平行四辺形アーム１０７に取り付けられ得る。ラックアーム３及びばねアセンブリ６は、同様の方法でベース１０２又は取り付けアタッチメント１０３に直接取り付けることができる。加えて、ラックアーム３及びばねアセンブリ６は、平行四辺形アーム１０７、取り付けアタッチメント１０３に取り付けられ得るか、又はフランジ及びスロット又はスナップジョイントなどの他の取り付け機構を使用してベース１０２に直接取り付けられ得る。

手術用コンソール１０１は、例えば、アームジョイント１０８において、平行四辺形アーム１０７に取り付けられ得るトレイ１０４も含む。図示されるように、トレイ１０４は、トレイジョイント１０６に取り付けられたトレイアーム１０５に取り付けられる。図２は、平行四辺形アーム１０７によって取り付けアタッチメント１０３に接続されたトレイジョイント１０６も示す。しかしながら、トレイアーム１０５、トレイジョイント１０６又はトレイ１０４は、ラックアーム３、ばねアセンブリ６及び／又は平行四辺形アーム１０７に直接取り付けられ得る。

手術用コンソール１０１は、トレイ１０４を用いて示されているが、スクリーンなどの他のオブジェクトがトレイ１０４と同様の方法で取り付けられ、トレイ１０４の代わりに使用され得る。

加えて、図２は、手術用コンソール１０１を形成するためのベース１０２へのトレイ１０４又は同様のオブジェクトの取り付けを示すが、壁又はベッドマウントがベース１０２の代わりに使用され得る。

図３Ａに示されるように、可動ラックアームアセンブリ１は、手術用マイクロスコープシステム２０１の一部であり得る。手術用マイクロスコープシステム２０１は、アーム本体２０３が取り付けられるベース２０２を含む。アーム本体２０３は、平行四辺形アーム２０６及びアームヘッド２０７を介してマイクロスコープマウント２０５に取り付けられ得る。アーム本体２０３は、平行四辺形アーム２０６のための取り付けポイントである。アーム本体２０３は、ベース２０２の一部であり得る。可動ラックアームアセンブリ１は、例えば、ばねアセンブリ取り付けオリフィス２６及びラックアーム取り付けオリフィス１２を通して配置されたねじ、ボルト又はシャフトを使用して、示されるように平行四辺形アーム２０６に取り付けられ得る。ばねアセンブリ６及びラックアーム３は、フランジ及びスロット又はスナップジョイントなどの他の取り付け機構を使用しても平行四辺形アーム２０６に取り付けられ得る。

手術用マイクロスコープシステム２０１は、眼用手術用マイクロスコープであり得る手術用マイクロスコープ２０４も含む。手術用マイクロスコープ２０４は、マイクロスコープマウント２０５に取り付けられ得る。手術用マイクロスコープ２０４、アームヘッド２０７又はアーム本体２０３は、ラックアーム取り付けオリフィス１２又はばねアセンブリ取り付けオリフィス２６を通して配置されたねじ、ボルト又はシャフトを介してラックアーム３又はばねアセンブリ６に直接取り付けられ得る。加えて、ラックアーム３及びばねアセンブリ６は、フランジ、スロット又はスナップジョイントなどの他の取り付け機構を使用して取り付けられ得る。

手術用マイクロスコープシステム２０１は、手術用マイクロスコープ２０４を用いて示されているが、他のオブジェクト、特にＯＣＴスキャナなどの他の測定機器が手術用マイクロスコープ２０４と同様の方法で取り付けられ得、手術用マイクロスコープ２０４の代わりに使用され得る。

加えて、図３Ａは、アーム本体２０３のベース２０２への取り付けを示すが、壁又はベッドマウントがベース２０２の代わりに使用され得る。更に、平行四辺形アーム２０７は、ベース２０２に取り付けられ得るか、又は壁若しくはベッドマウントに取り付けられ得る。

使用中、ラックアーム３の伸長又は収縮に応じた、湾曲したカム溝１５に沿ったフォロワピン１６の移動により、ばね２０の圧縮又は伸長のために力の非線形伝達が生じる。結果として、ラックアーム３を伸長させて収縮させるために、それがすでにどの程度伸長又は収縮されるかに応じて異なる量の力が必要とされる。

図３Ｂは、平行四辺形アーム２０６が中央位置にある、図３Ａの拡大図を示す。

図３Ｃは、平行四辺形アーム２０６が移動終了の上昇位置にある、図３Ａの拡大図を示す。平行四辺形アーム２０６が移動終了位置にある場合でも、フォロワピン１６は、湾曲したカム溝１５の端部にない場合がある。したがって、機構によって許可される動作の範囲は、平行四辺形アームが必要とする範囲を超え得る。

図３Ｄは、平行四辺形アーム２０６が移動終了の下降位置にある、図３Ａの拡大図を示す。平行四辺形アーム２０６が移動終了位置にある場合でも、フォロワピン１６は、湾曲したカム溝１５の端部にない場合がある。したがって、機構によって許可される動作の範囲は、平行四辺形アームが必要とする範囲を超え得る。

図４は、カム５の回転度の関数としてのラックアーム３の変位を示す、５次多項式を使用して生成された代表的なグラフである。

図５は、ラックアーム３の変位の関数としての伸長カウンタバランスばね２０のばね力の代表的なグラフである。図示されるように、ラックアーム３の変位は、ばね２０の伸長の直線的な増大を引き起こさないため、ばね力は、ラックアーム３の変位と直線的に対応しない。代わりに、ばね２０の伸長は、カム５の回転及び湾曲したカム溝１５内のフォロワピン１６の移動によって変調される。

図６は、図５と同じシステムにおける、ラックアーム３の変位の関数としてのユーザ入力力を示す代表的なグラフである。図６が明らかにするように、ラックアーム３の更なる変位を引き起こすのに必要な力の量は、一定ではない。代わりに、それは、カム５の回転により、あるポイントまで増大し、次いで減少する。

図６に示されるような変位プロファイルに対してユーザ力を呈する可動ラックアームアセンブリ１は、偶発的な衝突が懸念される状況に対して有用であろう。偶発的な衝突がラックアーム３を大きく移動させるのに十分である可能性は、低いであろう。しかしながら、ラックアーム３は、十分な力を与えることによって意図的に移動させることができ、次いで１つのラックアーム３の延長部分が特定の距離に達する最小の力を使用して、その位置を微調整することができる。

他の力プロファイルも同様に生成することができる。例えば、カム５に波形状の湾曲した内溝５がある場合、変位プロファイルに対するユーザ力は、それらの間に谷がある２つの丘を呈し得る。プロファイルなどは、ラックアーム３の中間変位が望まれ、且つそれらの変位長でのみ微調整が必要である場合に役立ち得る。

可動ラックアームアセンブリ１は、アーム移動の加速及びアームの痙動も低減することができる。

ラックアーム３の動作を引き起こすのに必要な力は、可動ラックアームアセンブリ１の使用に応じて変化し得るが、典型的には手術用機器に対して２～２０、２～１０又は２～４（両端値を含む）の力が使用され得る。典型的には、８～１２（両端値を含む）、特に約１０ｌｂｆの力がトレイ１０４及び同様のオブジェクトなどの手術用トレイに使用され得る。典型的には、２～４（両端値を含む）ｌｂｆの力が手術用マイクロスコープ２０４及び同様のオブジェクトなどの手術用マイクロスコープに使用され得る。

上記の説明では、開示の原理を説明するために単一の可動アーム１を使用しているが、同じ又は異なるタイプのばね及び同じ又は異なるばね定数を有する複数の可動ラックアームアセンブリ１を組み合わせて、変位プロファイルに対してより複雑なユーザ力を生成することができる。

図７Ａ及び図７Ｂ（まとめて図７と呼ばれる）は、第１の部材７０１、第２の部材７０４、カム７０６、ギア７０７及びハウジング７１０を含むカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ７１１の第１の実施形態を示す。

ハウジング７１０は、カスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ７１１の他の構成要素に対して、第１の拘束部７０３及び第２の拘束部７０５を所定の位置に保持するためのアンカーとして機能する。

第１の拘束部７０３及び第２の拘束部７０５は、第１の部材７０１及び第２の部材７０４のみが伸長及び収縮することを可能にするアパーチャ壁である。第１の拘束部７０３は、伸長及び収縮中、第１の部材７０１をギア７０７と係合させ続ける。ギア７０７は、カム７０６に接続されるため、第１の部材７０１が伸長又は収縮すると、カム７０６が回転する。

この実施形態では、カム７０６は、ピン７０８を介して第２の部材７０４に機械的に結合される。ピン７０８は、湾曲した溝７０９にスロットインするため、カム７０６が回転すると、ピン７０８は、湾曲した溝７０９に沿ってスライドする。湾曲した溝７０９がギア７０８の中心に向かって湾曲しているため、カム７０６が回転すると、ピン７０８は、第２の部材７０４をギア７０８の中心に向かって引っ張る。

図７では、第２の部材７０４は、ばね７０２に直接取り付けられるため、第２の部材７０４がギア７０８の中心に向かって引っ張られると、ばね７０２がたわむ。ばね７０２のたわみは、第１の部材７０１を伸長又は収縮させるのに必要な力を増大又は減少させ得る。

図７Ａは、完全に伸長された第１の部材７０１を示す。この実施形態では、第１の部材７０１が完全に伸長されると、ばね７０２が圧縮されて、ピン７０８は、湾曲した溝７０９の最も外側の端にある。しかしながら、他の実施形態では、第１の部材７０１を伸長させることにより、ばね７０２は、伸長され得るか、又はピン７０８は、湾曲した溝７０９内の別のポイントにあり得る。

図７Ｂは、完全に収縮された第１の部材７０１を示す。この実施形態では、第１の部材７０１が完全に収縮されると、ばね７０２が伸長され、ピン７０８は、湾曲した溝７０９の内側の最も端部にある。しかしながら、他の実施形態では、第１の部材７０１を収縮させることにより、ばね７０２は、収縮され得るか、又はピン７０８は、湾曲した溝７０９内の別のポイントにあり得る。他の実施形態では、湾曲した溝７０９は、異なる曲率を有し得、これにより異なる力プロファイルを生成することになる。

図８Ａ及び図８Ｂ（まとめて図８と呼ばれる）は、第１の部材８０１、第２の部材８０４、カム８０６、ギア８０７及びハウジング８０９を含むカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ８１０の第２の実施形態を示す。

ハウジング８０９は、カスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ８１０の他の構成要素に対して、第１の拘束部８０３及び第２の拘束部８０５を所定の位置に保持するためのアンカーとして機能する。

第１の拘束部８０３及び第２の拘束部８０５は、第１の部材８０１及び第２の部材８０４のみが伸長及び収縮することを可能にするアパーチャ壁である。第１の拘束部８０３は、伸長及び収縮中、第１の部材８０１をギア８０７と係合させ続ける。ギア８０７はカム８０６に接続されるため、第１の部材８０１が伸長又は収縮すると、カム８０６が回転する。

この実施形態では、カム８０６は、カムフォロワ８０８を通して第２の部材８０４に機械的に結合される。カムフォロワ８０８は、針状軸受として示されているが、ローラ軸受又は他の任意のタイプのカムフォロワであり得る。カム８０６の長方形形状により、カム８０６が回転すると、カムフォロワ８０８が第２の部材８０４を押し出す。カム８０６は、異なる形状であり得、異なる形状は、異なる力プロファイルを作成することになる。

図８では、第２の部材８０４は、ばね８０２に直接取り付けられるため、第２の部材８０４がギア８０８の中心に向かって引っ張られると、ばね８０２がたわむ。ばね８０２のたわみは、第１の部材８０１を伸長又は収縮させるのに必要な力を増大又は減少させ得る。

図８Ａは、完全に伸長された第１の部材８０１を示す。この実施形態では、第１の部材８０１が完全に伸長されると、ばね８０２が圧縮されて、カム８０６がカムフォロワ８０８をその最も遠い範囲まで押し出す。しかしながら、他の実施形態では、第１の部材８０１を伸長させることにより、例えばカムフォロワ８０８がその最も内側の範囲にあるように、カム８０６を別の向きに配置し得る。

図８Ｂは、完全に収縮された第１の部材８０２を示す。この実施形態では、第１の部材８０１が完全に収縮されると、ばね８０２が伸長され、カムフォロワ８０８がその最も内側の範囲にある。しかしながら、他の実施形態では、第１の部材８０１を伸長することにより、例えばカムフォロワ８０８がその最も外側の範囲にあるように、カム８０６を別の向きに配置し得る。

本開示及びその利点が詳細に説明されてきたが、以下の特許請求の範囲によって定義される開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更形態、置換形態及び変換形態がなされ得ることを理解されたい。

Claims

手術用コンソールであって、
ベースと、
トレイアセンブリと、
第１のバー及び第２のバーを含む平行四辺形アームと、
前記平行四辺形アームの少なくとも１つのバーに取り付けられた可動ラックアームアセンブリであって、
内部ラックアームガイドピン及び車軸を含むカムハウジングと、
円形ギア歯を含み、及び前記車軸に取り付けられ且つその周りで回転可能な円形ギアと、
ラックアームであって、
前記ベース、前記トレイアセンブリ又は前記平行四辺形アームのバーに取り付けられたラックアームアタッチメントと、
ラックギア歯を含むラックギアと、
前記ラックアームが伸長又は収縮されるにつれて、前記円形ギアが前記車軸の周りで回転されるように、前記ラックアームが前記カムハウジングに対して伸長又は収縮されるにつれて、前記ラックギア歯を前記円形ギア歯と係合させて保持するために、前記内部ラックアームガイドピンに関連付けられたラックアームトラックと
を含むラックアームと、
カムであって、前記ラックアームが伸長又は収縮されるにつれて、前記円形ギアが前記車軸の周りで回転するとき、前記カムが対応する方法で回転するように前記円形ギアに取り付けられ、内側端部及び外側端部を有する湾曲したカム溝を含み、前記内側端部は、前記外側端部よりも前記車軸に半径方向近くに配置される、カムと、
ばねアセンブリであって、
ばねと、
ばねアームであって、第１の端部で前記ばねに取り付けられ、且つ前記第１の端部の反対側の前記ばねアームの第２の端部にフォロワピンを含み、前記フォロワピンは、前記カムが回転するときに前記ばねアームが移動し、前記ばねに力を加えるように、前記カム溝に配置される、ばねアームと、
ばねアームアタッチメントであって、
前記ラックアームアタッチメントが前記平行四辺形アーム又は前記トレイアセンブリのいずれかに取り付けられる場合には前記平行四辺形アーム又は前記ベース、又は
前記ラックアームアタッチメントが前記平行四辺形アーム又は前記ベースのいずれかに取り付けられる場合には前記平行四辺形アーム又は前記トレイアセンブリ
に取り付けられるばねアームアタッチメントと
を含むばねアセンブリと
を含む可動ラックアームアセンブリと
を含む手術用コンソール。
前記湾曲したカム溝は、前記内側端部からの湾曲したカム溝の距離が増大するにつれて一貫して増大する、前記車軸からの半径方向距離を有する、請求項１に記載の手術用コンソール。
前記湾曲したカム溝は、前記内側端部からの湾曲したカム溝の距離が増大するにつれて増大及び減少する、前記車軸からの半径方向距離を有する、請求項１に記載の手術用コンソール。
前記ばねは、伸長ばねである、請求項１に記載の手術用コンソール。
前記ばねは、圧縮ばねである、請求項１に記載の手術用コンソール。
１つの可動ラックアームアセンブリを含む、請求項１に記載の手術用コンソール。
手術用マイクロスコープアセンブリであって、
第１のバー及び第２のバーを含む平行四辺形アームと、
アーム本体と、
アームヘッドと、
手術用マイクロスコープと、
前記平行四辺形アームの少なくとも１つのバーに取り付けられた可動ラックアームアセンブリであって、
内部ラックアームガイドピン及び車軸を含むカムハウジングと、
円形ギア歯を含み、及び前記車軸に取り付けられ且つその周りで回転可能な円形ギアと、
ラックアームであって、
前記アームヘッド、前記平行四辺形アーム又は前記アーム本体に取り付けられたラックアームアタッチメントと、
ラックギア歯を含むラックギアと、
前記ラックアームが伸長又は収縮されるにつれて、前記円形ギアが前記車軸の周りで回転されるように、前記ラックアームが前記カムハウジングに対して伸長又は収縮されるにつれて、前記ラックギア歯を前記円形ギア歯と係合させて保持するために、前記内部ラックアームガイドピンに関連付けられたラックアームトラックと
を含むラックアームと、
カムであって、前記ラックアームが伸長又は収縮されるにつれて、前記円形ギアが前記車軸の周りで回転するとき、前記カムが対応する方法で回転するように前記円形ギアに取り付けられ、内側端部及び外側端部を有する湾曲したカム溝を含み、前記内側端部は、前記外側端部よりも前記車軸に半径方向近くに配置される、カムと、
ばねアセンブリであって、
ばねと、
ばねアームであって、第１の端部で前記ばねに取り付けられ、且つ前記第１の端部の反対側の前記ばねアームの第２の端部にフォロワピンを含み、前記フォロワピンは、前記カムが回転するときに前記ばねアームが移動し、前記ばねに力を加えるように、前記カム溝に配置される、ばねアームと、
ばねアームアタッチメントであって、
前記ラックアームアタッチメントが前記平行四辺形アーム又は前記アームヘッドに取り付けられる場合には前記平行四辺形アーム又は前記アーム本体、又は
前記ラックアームアタッチメントが前記平行四辺形アーム又は前記アーム本体に取り付けられる場合には前記平行四辺形アーム又は前記アームヘッド
に取り付けられるばねアームアタッチメントと
を含むばねアセンブリと
を含む可動ラックアームアセンブリと
を含む手術用マイクロスコープアセンブリ。
前記湾曲したカム溝は、前記内側端部からの湾曲したカム溝の距離が増大するにつれて一貫して増大する、前記車軸からの半径方向距離を有する、請求項７に記載の手術用マイクロスコープアセンブリ。
前記湾曲したカム溝は、前記内側端部からの湾曲したカム溝の距離が増大するにつれて増大及び減少する、前記車軸からの半径方向距離を有する、請求項７に記載の手術用マイクロスコープアセンブリ。
前記ばねは、伸長ばねである、請求項７に記載の手術用マイクロスコープアセンブリ。
前記ばねは、圧縮ばねである、請求項７に記載の手術用マイクロスコープ。
１つの可動ラックアームアセンブリを含む、請求項７に記載の手術用コンソール。
カスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリであって、
第１の部材であって、前記第１の部材が第１の機能軸に沿ってのみ移動することができるように第１の拘束部によって拘束された第１の部材と、
カムであって、前記第１の機能軸に沿った前記第１の部材の移動が前記カムを回転させるように、ギアを用いて前記第１の部材に機械的に結合されたカムと、
第２の部材であって、
前記第２の部材が第２の機能軸に沿ってのみ移動することができるように第２の拘束部によって拘束され、及び
前記カムの前記回転が前記第２の部材を前記第２の機能軸に沿って移動させるように、前記カムに機械的に取り付けられる、第２の部材と、
ばねであって、前記第２の部材が前記第２の機能軸に沿って移動し、前記ばねに力を加えるときに前記ばねがたわむように、前記第２の部材に機械的に取り付けられたばねと
を含むカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ。
前記カウンタバランスばねは、カムハウジングを更に含み、
前記カムハウジングは、車軸を含み、
前記第１の拘束部は、内部ラックアームガイドピンを含み、
前記第１の機能軸は、伸長及び収縮を含み、
前記ギアは、前記車軸の周りで回転する歯を含む円形ギアであり、
前記第１の部材は、
ラックアームと、
ラックギア歯と、
前記ラックアームが前記カムに対して伸長又は収縮されるにつれて、前記ラックギア歯を前記円形ギア歯と係合させて保持するために、前記内部ラックアームガイドピンに関連付けられたラックアームトラックと
を更に含み、
前記カムは、前記円形ギアに取り付けられ、且つ内側端部及び外側端部を有する湾曲したカム溝を更に含み、前記内側端部は、前記外側端部よりも前記車軸に半径方向近くに配置され、及び
前記第２の部材は、
ばねアームであって、
前記ばねに機械的に取り付けられた第１の端部、
前記第１の端部の反対側の第２の端部
を含み、前記カム溝に配置されている、前記第２の端部におけるフォロワピンを用いて前記カムに機械的に取り付けられる、ばねアーム
を更に含む、請求項１３に記載のカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ。
前記湾曲したカム溝は、前記内側端部からの湾曲したカム溝の距離が増大するにつれて一貫して増大する、前記車軸からの半径方向距離を有する、請求項１３に記載のカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ。
前記湾曲したカム溝は、前記内側端部からの湾曲したカム溝の距離が増大するにつれて増大及び減少する、前記車軸からの半径方向距離を有する、請求項１３に記載のカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ。
前記ばねは、伸長ばねである、請求項１３に記載のカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ。
前記ばねは、圧縮ばねである、請求項１３に記載のカスタマイズ可能な力プロファイルばねアセンブリ。