JPH0448053B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、手術用顕微鏡を保持する架台等に備
えられた俯仰装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕

近年、医学のめざましい進歩に伴つて、新しい
手術、手技が開発されてきているが、微細な手術
を顕微鏡で拡大観察しながら行うマイクロサージ
エリーの分野でも、これらの進歩に伴つて、より
高性能な手術用顕微鏡が要求されるようになつて
いる。

特に脳外科手術においては、手術用顕微鏡の位
置決めの円滑さ及び容易さが厳しく要求され、手
術中に頻繁に行われるであろう観察角度の変更に
要する時間を極力短くしなければならない。即
ち、外科手術用顕微鏡は、後者の邪魔になること
なしに、作業空間内の所望位置に迅速且つ適確に
位置決めされ、且つその位置に固定できるよう
に、スタンドや天井懸架部に支持されていなけれ
ばならない。

又、最近では、各種症状の記録のために、顕微
鏡に写真撮影装置を取付けたり、医師や看護婦の
教育のために顕微鏡にTVカメラを取付けたりす
ることが多い。これは手術用顕微鏡を重くする結
果となり、そのため上記操作性を保持しながら手
術用顕微鏡の荷重を補償するアーム及び架台が必
要である。

これらの要求を満たすため、例えば、特公昭55
−36116号公報には、ハンドルにより互いに直交
する三つの軸の周りの自由な合成回転を可能にす
る３軸自在カルダンリンク機構を介して固定の支
持体に支承されたリンク機構から成り、立体空間
内で自由に角度位置を変え得る該リンク機構の端
部材に光学観察器具を取付けるようにした位置調
節用スタンド装置が開示されているが、この装置
に用いられている３軸自在カルダンリンク機構で
は、三つの互いに直交する回転軸の交点に光学観
察器具又は顕微鏡（好ましくは、顕微鏡の重心）
が在るように顕微鏡を支持することが肝要であ
り、このため、３軸自在カルダンリンク機構を構
成する各アームは形状が複雑となり高価となるば
かりか、顕微鏡付近にカルダンアームが存在して
スタンド装置全体が大型になり、操作上自由に利
用できる空間が著しく狭められてしまう。又、各
回転軸のバランスを釣り合い用の重錘によりとつ
ているので、重錘の重量は顕微鏡の重量と同じに
なり、顕微鏡を移動させる際に生じる装置全体の
慣性は著しく大きくなる。従つて、顕微鏡が一度
働き出すと、所望位置に顕微鏡を迅速且つ確実に
停止させるのが大変難しくなるという欠点があ
る。

従つて、本発明の主目的は、常にバランスのと
れた状態で且つ軽い操作力で手術用顕微鏡の配向
位置又は角度位置を変化させることのできる、手
術用顕微鏡のための俯仰装置を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、比較的小型であるにも拘
らず広い手術用操作空間を確保出来る手術用顕微
鏡のための俯仰装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、構成が簡単で安価に
製作し得る、手術用顕微鏡のための俯仰装置を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

本発明による俯仰装置は、架台に垂下される支
持部材の回転軸に対して一定の角度を有する傾斜
軸の周りを回転自在な第一の支持部と、該第一の
支持部上の端部及び中間部に前記傾斜軸に直交し
て夫々設けられた平行な二軸の周りを夫々回転自
在な第二の支持部と、該第二の支持部の各々の回
転運動を連動せしめる連動部材とから成り、一方
の前記第二の支持部に顕微鏡を取付けると共に、
前記他方の第二の支持部の前記傾斜軸及び該傾斜
軸と直交する一方の軸上から外れた延長端と前記
支持部材との間に弾性部材を設けることにより、
操作に必要な力や慣性質量が小さくなり、装置を
リンクとコイルバネ等から構成でき、コイルバネ
等を顕微鏡取付け部と同じ側に設けるようにした
ものである。

〔実施例〕

以下、図示した一実施例に基づき本発明を詳細
に説明する。

第１図は本発明による俯仰装置の一実施例の斜
視図、第２図は上記実施例の原理構成図、第３図
は上記実施例を懸吊する架台又はスタンド装置の
斜視図、第４図は上記実施例の顕微鏡焦準部の拡
大斜視図、第５図は上記実施例の作用を説明する
ための概略斜視図、第６図は上記実施例の操作モ
ーメントのバランスの状態を示す図である。

第１図及び第２図において、１は焦準部２ｂに
より観察光軸Ｃに沿つて上下動可能に支持されて
いる周知の顕微鏡である。焦準部２ｂは垂直アー
ム３の下部に後述する取付け部材を介して取付け
られた平行四辺形リンクとして構成された支持手
段４のリンクアーム２ａに後述の如く相対位置調
整可能に取付けられている。リンクアーム２ａに
は２本の互いに平行なリンクアーム５，６が枢軸
O₅，O₆により回転可能に接続されている。リン
クアーム５，６の各他端は枢軸O₃，O₄によりリ
ンク２ａと平行なリンクアーム７と夫々回転可能
に結合している。リンクアーム５は、枢軸O₅よ
り所定距離離れた端部が前記取付け部材８に枢軸
O₃，O₅と直交する軸線O₂と同心的に回転可能に
連結している。又、取付け部材８は、垂直アーム
３と直交する頂面を有する突出アーム部８ａと、
支持手段４を回転可能に支持するアーム部８ｂと
が角度をなすように形成されている。リンクア
ーム５の取付け部材８への取付け端部は中空の円
筒体５ａとして形成されていて、この円筒体５ａ
の内部にはリンクアーム６に一端部が枢着された
リンクアーム７が挿入されている。リンクアーム
７の他端には、回転し得るようにリンクアーム５
に軸受けされた枢軸O₃が固着されていて、この
枢軸O₃が円筒体５ａ内に取付けられた電磁ブレ
ーキ１２αにより必要に応じ固定状態に保持され
るようになつている。円筒体５ａには軸線O₂と
同心のシヤフト１２が設けられている。このシヤ
フト１２は取付け部材８のアーム部８ｂに回転可
能に軸受さていて、取付け部材８の内部に設けら
れた電磁ブレーキ１２βにより必要に応じ固定状
態に保持されるようになつている。又、取付け部
材８には前記の垂直アーム３が固着されていて、
取付け部材８は垂直アーム３を介して後述する架
台に垂直な軸線O₁の周りに回転自在に取付けら
れている。リンクアーム５及び６の中央部には、
リンクアーム２ａ及び７と平行にこれらと同様に
リンクアーム５及び６に枢着された中間リンクア
ーム１９が設けられている。枢軸O₇は中間リン
クアーム１９とリンクアーム５とを回転可能に接
続し、中間リンクアーム１９とリンクアーム６と
を結合する枢軸O₈は一端が中間リンクアーム１
９に固着されていてリンクアーム６に回転可能に
軸受されている。枢軸O₈の他端は内方へ延びて
いて、そこに同一方向に延びた細長い支持部材２
０が固着されている。即ち、支持部材２０は中間
リンクアーム１９と一体に連結されている。この
支持部材２０には、その長手方向に延びたねじ２
１が回転可能に軸受けされていて、このねじ２１
には支持部材２０により摺動可能に支持された柱
２２が螺合されている。従つて、ねじ２１を回す
ことにより柱２２は支持部材２０上をその長手方
向に移動し得る。柱２２にはもう一つの柱２３が
垂直方向へ摺動可能に乗せられていて、この柱２
３には垂直方向へ貫通した形でねじ２４が螺合さ
れている。ねじ２４の下端は柱２２に回転可能に
軸受けされている。従つて、ねじ２４を回すこと
により柱２３は柱２２に案内されながら垂直方向
へ移動し得る。柱２３の頂部の延長端９と取付け
部材８のアーム部８ａの突出端１０との間にはガ
ススプリングとして構成された圧縮バネ１８が初
期弾圧力を与えられた状態で連結されている。延
長端９と突出端１０はリンクアーム７が図示の垂
直位置（初期状態）にある時垂直線Ｂ上にある。
又、この時顕微鏡１の重心Ｇにかかる顕微鏡１の
重量Ｆ及び観察光軸Ｃも平行四辺形リンク４を含
む平面Ｈ内に含まれる。但し他の各機構部分の重
量は顕微鏡１の重心にかかる重量Ｆで代表してい
る。上記軸線O₁，O₂は互いに斜交し且つ軸線O₂
と枢軸O₅は互いに直交していて、顕微鏡１は、
顕微鏡１に設けられた後述のハンドルでその位置
を初期状態から三次元空間中を移動する時各枢軸
は回転角に対応した角度で配向されて位置づけら
れる。

次に第３図においては３３は架台、１３は架台
３３のベース、１４はベース１３上に立てられた
支柱、１５は支柱１４上に垂直軸線O₉の周りに
回転自在に支持された第１アーム、１６は第１ア
ーム１５の他端に垂直軸線O₁₀の周りに回転自在
で且つ第１アーム１５に直交する平面内で回転し
得るように支持された第２アーム１６が設けられ
ている。第２アーム１６の先端部には、第１図の
垂直アーム３を回転自在に軸受するための軸受け
部１７が設けられている。第２アーム１６の内部
には軸受け部１７にかかる負荷のバランスをとる
ためのバランス機構が内蔵されており（図示せ
ず）、また、上記平行支持手段４によつて操作者
は軽い力で垂直アーム３を垂直に保つたまま顕微
鏡１を三次元的に移動させることができる。

第４図に示した如く、リンクアーム２ａの枢軸
O₅の他端部は焦準部２ｂの側壁に回転可能に軸
受けされており、焦準部２ｂの内部に突出した枢
軸O₅の先端にはウオームホイール２５が固着さ
れている。焦準部２ｂの内部には、ウオームホイ
ール２５に噛合するウオーム２６とこれと一体の
ウオームホイール２７が回転可能に軸受けされて
おり、更にウオームホイール２７に噛合するウオ
ーム２８が回転可能に軸受けされている。ウオー
ム２８の焦準部２ｂの外部に突出した回転軸端に
はハンドル２９が固着されている。従つて、通常
は、リンクアーム２ａと焦準部２ｂとは一体に動
くが、ハンドル２９を回わすと、その回転はウオ
ームホイール２５に伝達されるため、焦準部２ｂ
はウオームホイール２５の回転角に相当する角度
だけ枢軸O₅の周りに回動する結果となる。これ
は、ハンドル２９を回わすことによつて顕微鏡１
を動かし重心Ｇの位置を移動させることが出来る
ことを意味する。

次に上記俯仰装置の作用を第５図を参照しなが
ら説明する。

第５図は説明を簡単にするためにリンク、軸を
一致させた図面であつて、第１図の装置において
顕微鏡１を軸線O₂と枢軸O₅の周りに若干回転さ
せた状態を示している。

まず、顕微鏡１の重心Ｇにかかる荷重Ｆによつ
て生じる回転モーメントを説明する。即ち、顕微
鏡１を軸線O₂と回転軸O₅の周りに回転させるこ
とにより、点P₂又は重心Ｇはリンクアーム５の
点P₁を回転中心として球面運動をする。今点P₁
を原点として重力と反対方向の軸をｚ座標軸と
し、ｚ座標軸と垂直なｘ座標軸、ｙ座標軸を含む
直交座標系ｘ−ｙ−ｚを考えると、上記回転モー
メントは、ｘ座標軸成分とｙ座標軸成分とに分解
して説明できる。

ここで、 重心Ｇに働く荷重 Ｆ 原点P₁から重心Ｇまでの距離 Ｒ ｘ軸の周りの回転角 α ｙ軸の周りの回転角 β 距離Ｒのｙ−ｚ平面への投影像 Rα 距離Ｒのｘ−ｚ平面への投影像 Rβ とし、 ｘ軸，ｙ軸にそれぞれ作用する回転モーメント
をMx，Myとすると M_x＝Ｆ・Rα・sinα、 M_y＝Ｆ・Rβ・sinβ、と表わせる。

ただし、 である。

上式M_x及びM_yは、夫々sinα、sinβが一次でき
いて、変化している。

次に顕微鏡１を上記のように移動させた時のリ
ンクアーム６と接続された中間リンクアーム１９
の延長上の点P₃にバネ１８の弾力によつて作用
する回転モーメントについて考える。即ち、顕微
鏡１を軸線O₂と枢軸O₃の周りに回転させると中
間リンクアーム１９の延長端９は、初期状態にあ
る延長端９と突出端１０とを結ぶ垂直線Ｂと軸線
O₂との交点P₄を回転中心に該延長端９の距離Rs
を半径として球面運動する。この場合も前述の場
合と同様に交点P₄を原点として重力と反対方向
の軸をz′座標軸としz′座標軸と垂直なx′座標軸、
y′座標軸を含む直交座標系x′−y′−z′を考えると、
バネ１８の弾性力によつて点P₃に作用する回転
モーメントは、x′軸，y′軸にそれぞれ作用する回
転モーメントが複合されたものと考えることがで
きる。

ここで、 バネ１８の弾性力 F_s 原点P₄から中間リンクアーム１９の先端９まで
の距離 Rs x′軸に関する回転角 α y′軸に関する回転角 β ばね１８の長さ Ｌ 距離R_sのy′−z′平面への投影像 R_s〓 距離R_sのx′−z′平面への投影像 R_s〓 距離Ｌのy′−z′平面への投影像 L〓 距離Ｌのx′−z′平面への投影像 L〓 距離L〓の距離R_s〓とのなす角 θ〓 距離L〓の距離R_s〓とのなす角 θ〓 原点P₄から垂直アームの突出端１０までの距
離をＺとし、バネ１８の弾性力Fsによるx′軸，
y′軸に関する回転モーメントをそれぞれMx′，
My′とすると M_x′＝F_s・R_s〓・sinθ〓・cos〓 M_y′＝F_s・R_s〓・sinθ〓・cos〓 ただし、 F_s＝Ｋ（Ｌ−L₀）＋P₀ Ｋ：バネ１８のバネ定数 L₀：バネ１８の自由長 P₀：バネ１８の初弾力 であり、バネ１８が圧縮バネであるので、 Ｌ＝√²−2_s〓＋_s ² θ〓＝180−α−tan^-1 （R_s〓sinα／Ｚ−R_s〓cosα） θ〓＝180−β−tan^-1 （R_s〓sinβ／Ｚ−R_s〓cosβ） である。又、 cos〓＝L〓／Ｌ cos〓＝L〓／Ｌ である。ここで、距離Ｚを大きくし且つ距離Rs
を小さくすると、 cos〓≒１ cos〓≒１ となり、 M_x′≒Ｆ−R_s〓・sin〓〓 M_y′≒Ｆ−R_s〓・sin〓〓 となる。

上式M_x′，M_y′も夫々sinθ〓，sinθ〓が一次の形
で含まれている。又角度θ〓は回転角α→０となる
とき又は回転角β→０となる時θ〓→α又はθ〓→β
となる。

第６図には回転角αが一定の場合、回転角βを
変化させたときの重心による回転モーメントM_y
の変化を示す曲線と、これと並行的に角度θ〓を回
転角βに置換した場合の回転モーメントM_y′の変
化を示す曲線が示されている。回転角βが一定の
場合に回転角αを変化させたときの回転モーメン
トM_x，M_x′についても、上記条件式より、回転
モーメントM_y，M_y′と同様の曲線で示し得る。
尚、図中、比較のために回転モーメントM_x′，
M_y′は符号（極性）を反転して示している。

顕微鏡１を上下動させ且つ旋回させる総ゆる調
節過程において、回転モーメントのバランスがと
れた状態は、 M_x＋M_x′＝０かつM_y＋M_y′＝０ となることによつて実現される。即ち、ｘ（x′）
軸とｙ（y′）軸について装置可動部の重量による
回転モーメントとバネ１８の弾力による回転モー
メントがつりあえばよい。ここで、上記各条件式
のパラメータを適切に決めると、第６図に示すよ
うに、任意の回転角α，βについてある範囲Ｄに
わたつてM_xとM_x′，M_yとM_y′とが良好なバラン
スを保つて同時につりあうようにすることができ
る。この場合、少々のアンバランスは第１図には
図示しない従来から使われている重さ出し機構に
より摩擦力を軸の回転方向に作用させて無効にす
るが、バネによるバランス力が働いているので、
最小限の摩擦が適用されればよく、従つて顕微鏡
１は極めて軽い力で俯仰操作され得る。

次に上記俯仰装置の操作方法を説明する。先づ
顕微鏡１を移動させたい時は、顕微鏡１に取付け
られたハンドルに装備されているスイツチを操作
して、電磁ブレーキ１２α及び１２βの制動作用
を解除させる。これにより、顕微鏡１は、アーム
１５及び１６、取付け部材８及び支持手段４を介
して架台３３上に懸吊された状態で、三次元的に
自由な位置で而も所望の傾斜姿勢をとるように調
節される。かかる調節操作は、顕微鏡１の重量に
よる回転モーメントと圧縮バネ１８による反回転
モーメントとのバランスにより各回転軸部分に片
寄つた力が作用することはないから、極めて軽快
に行われ、また、バランスをとるため重りを使用
している従来装置とは異なり慣性質量が小さいた
め、所望位置での顕微鏡の停止が容易である。か
くして、顕微鏡１を所望の位置へ所望の傾斜姿勢
で持ち来たした時、上記スイツチを再び操作して
電磁ブレーキ１２α及び１２βを作動させれば、
顕微鏡１はその状態に保持され得る。

又、この実施例によれば、顕微鏡１に前述の如
き各種のアクセサリが取付けられているので、重
心Ｇの位置が正規の位置（図示位置）よりずれて
第５図により説明した関係が成立しなくなつた場
合でも、ねじ２１及び２４を回して延長端９を移
動させたり、或はハンドル２９を回して顕微鏡１
全体を動かしたりして、第５図に示された関係が
保持され得るように微調整し、常に最良のバラン
スを保持させることが可能である。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による手術用顕微鏡の俯仰
装置は、常にバランスのとれた状態で且つ軽い操
作力で手術用顕微鏡の配向位置又は角度位置を変
化させることができ、比較的小型であるにも拘わ
らず広い手術操作空間を確保でき、構成が簡単で
安価に製作し得るという実用上重要な利点を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による俯仰装置の一実施例の斜
視図、第２図は上記実施例の原理構成図、第３図
は上記実施例を懸吊する架台またはスタンド装置
の斜視図、第４図は上記実施例の顕微鏡焦準部の
拡大斜視図、第５図は上記実施例の作用を説明す
るための概略斜視図、第６図は上記実施例の操作
モーメントのバランスの状態を示す図である。 １…顕微鏡、２ａ，５，６，７…リンクアー
ム、２ｂ…焦準部、３…垂直アーム、４…支持手
段、５ａ…円筒体、８…取付部材、９…延長端、
１０…突出端、１２…シヤフト、１２α，１２β
…電磁ブレーキ、１３…ベース、１４…支柱、１
５…第１アーム、１６…第２アーム、１７…軸受
け部、１８…圧縮バネ、１９…中間リンクアー
ム、２０…支持部材、２１，２４…ねじ、２２，
２３…柱、２５，２７…ウオームホイール、２
６，２８…ウオーム、２９…ハンドル、架台…３
３。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 架台３３と顕微鏡１との間にあつて該顕微鏡
   １を三次元的に移動可能に支持するための手術用
   顕微鏡の俯仰装置において、 前記架台３３に垂下される取付部材８の回転軸
   に対して一定の角度を有する傾斜軸の周りを回転
   し得るリンクアーム５と、前記傾斜軸の軸線O₂
   と直交し且つ前記リンクアーム５の端部に設けら
   れた軸O₅と、該軸O₅と平行に前記リンクアーム
   ５の中間部に設けられた軸O₇とに夫々枢支され
   た一対のリンクアーム２ａ，１９と、該一対のリ
   ンクアーム２ａ，１９の夫々の回転運動を連動せ
   しめるリンクアーム６とから成り、 前記一対のリンクアームの一方２ａに顕微鏡鏡
   １を取り付け、他方１９に柱２３が載置された支
   持部材２０を連結すると共に、前記柱２３の頂部
   の延長端９が前記傾斜軸の軸線O₂と前記軸O₇の
   軸線上から外れた位置にあるように取付け、前記
   延長端９と前記取付部材８との間に弾性部材１８
   を設けたことを特徴とする手術用顕微鏡の俯仰装
   置。 ２ 顕微鏡１の重心が傾斜軸の軸線O₂と軸O₅と
   の交点を通る鉛直線上に重なつたとき、弾性部材
   １８と取付部材８との連結点、弾性部材１８と延
   長端９との連結点及び前記傾斜軸の軸線O₂と軸
   O₇の軸線との交点が一直線上に位置するように
   なつていることを特徴とする、特許請求の範囲１
   に記載の装置。