JPH08266556A - 回転角によって決まる回転モーメントを平衡させるための補正装置及びそのような補正装置を有する医療用スタンド - Google Patents

回転角によって決まる回転モーメントを平衡させるための補正装置及びそのような補正装置を有する医療用スタンド

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JPH08266556A
JPH08266556A JP8065190A JP6519096A JPH08266556A JP H08266556 A JPH08266556 A JP H08266556A JP 8065190 A JP8065190 A JP 8065190A JP 6519096 A JP6519096 A JP 6519096A JP H08266556 A JPH08266556 A JP H08266556A
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Christof Poglitsch
クリストフ・ポクリシュ
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転角によって決まる回転モーメントを平衡
させるためのコンパクトな構成の補正装置を提供する。 【解決手段】 質量が回転軸を中心として回転運動する
ときに発生する回転角によって決まる回転モーメントを
補正するための装置において、その回転運動は、移動自
在に支承されている摺動装置が摺動軸に沿って回転角に
従って定義通りに決まる大きさで、直線的に移動する運
動に変換される。摺動装置と協働する弾性補正要素を介
して、それぞれの時点で作用している回転モーメントを
補正する。このような装置は医療用スタンドにおいて回
転角によって決まる回転モーメントを補正するのに特に
適している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、質量が回転軸を中
心として回転運動するときに起こる回転角によって決ま
る回転モーメントを平衡させるための補正装置に関す
る。さらに、本発明は、少なくとも１つの回転軸を有
し、この回転軸にそのような補正装置が取り付けられて
いる医療用スタンドをも対象としている。
【０００２】
【従来の技術】医療技術の分野では、様々に異なる医学
治療用機器及び／又は医学診断用機器を取り付けるため
に利用するスタンドが知られている。そのようなスタン
ドは、たとえば、手術すべき患者に対してできる限り最
適の観察位置をとるために手術用顕微鏡を複数の自由度
をもって空間内位置決めできるように、通常は一連の回
転軸を含む。この場合、使用するスタンドによってでき
る限り広範囲にわたる空間的操縦性を得ることが期待さ
れる。加えて、力がいらず、微細な調整ができるような
位置決め、すなわち、スタンドに取り付けられた機器の
容易な操作が要求される。この目的を達成するために、
それぞれの質量により発生する様々な回転軸に対する回
転モーメントを、通常釣合いおもりを介して又はばね運
動を経て補正する。
【０００３】ところが、たとえば、ドイツ特許第２１６
１３９６号又はドイツ特許第２３２０２６６号から知ら
れている周知の釣合いおもり平衡機構においては、それ
らの機器を使用することにより回転モーメントの平衡が
可能になるにもかかわらず、平衡をとるべき軸に対する
位置決めの際に相対的に大きい慣性モーメントが発生す
るという欠点がある。さらに、もう１つの欠点は、釣合
いおもりが必要であるためにシステム全体の質量が見す
ごすことのできないほど増加してしまうことである。加
えて、そのような釣合い質量を使用する場合に総じてス
タンド全体が相対的に大型の構成になる。
【０００４】これに代わる構成として知られているばね
機構は、重量とスタンド全体の大きさに関しては問題を
解決するまずまず妥当な方法を提供するが、発生する回
転モーメントの補正は必ずしも完全ではない。この点に
ついては、たとえば、この種のばね平衡機構をそれぞれ
説明している米国特許第３，７７６，６１４号又は欧州
特許第００４８４０４号を参照のこと。
【０００５】ばね機構の運動を適用する場合にも、回転
角によって決まる回転モーメントの補正という問題は依
然として残る。そのような場合には、回転角によって決
まる可変補正力がその都度必要であり、周知の構造では
補正力は確保されない。この問題は、たとえば、回転運
動の進行中に作用している回転モーメントにおける重力
の割合が可変であるときに起こる。そのような状況で
は、通常、回転軸は地面に対して９０°とは異なる角度
を成している。
【０００６】ところが、似たような問題は医療用スタン
ドのみならず、別の構造においても起こり、それぞれの
場合に、質量が回転軸を中心として回転運動するときに
起こる回転角によって決まる回転モーメントを補正しな
ければならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、従来の技術の先に説明したような欠点を回避し且つ
回転角によって決まる回転モーメントを平衡させるため
のコンパクトな構成の補正装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
特徴をもつ補正装置によって解決される。本発明による
補正装置の有利な構成は従属特許請求の範囲の方策から
明白である。すなわち、本発明は、質量が回転軸を中心
として回転運動するときに発生する回転角によって決ま
る回転モーメントを平衡させるための補正装置であっ
て、その回転運動は移動自在に支承されている摺動装置
を摺動軸に沿って、回転角に応じて直線的に移動させ、
その直線的な運動に従って決まる大きさで、移動の方向
とは逆の方向に作用し、且つ生じている回転モーメント
を補正する補正力を摺動装置に加える、少なくとも１つ
の弾性補正要素が設けられていることを特徴とするもの
である。そのような補正装置を少なくとも１つ備えた医
療用スタンドも本発明の対象である。
【０００９】本発明によれば、発生している質量の回転
運動を移動自在に支承された摺動装置の定義通りの直線
運動に変換する。摺動軸に沿って摺動自在に支承された
摺動装置には、同様に回転角によって決まる実際の直線
移動の量に応じて、適切な弾性補正要素により加えられ
る補正力が作用する。そこで、その都度発生している回
転モーメントは、それぞれの回転角に従って補正され
る。この目的のために、本発明による補正装置の相応す
るオアラメータを所定の値に従って、すなわち、回転角
による回転モーメントに従って適切に確定する。
【００１０】本発明による解決方法を利用すると、先に
述べた回転モーメント補正のための大きな質量を回避で
きる。さらに、弾性補正要素を適切に選択することによ
り、様々に異なる回転モーメントのほぼ百パーセントの
補正が実現される。本発明による補正装置の有利な一実
施形態では、これは、回転角に応じて摺動装置を決めら
れた通りに直線的に移動させるように制御カムの寸法を
定めることにより可能である。
【００１１】本発明による装置は医療用スタンドにおい
ては原理上は平衡させるべき全ての軸に有利に適用でき
る。その他にも、別の領域への適用もいつでも可能であ
る。本発明による装置のその他の利点並びに詳細は、添
付の図面に基づく以下の一実施形態の説明から明らかに
なるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、医療用スタンド（１）を
それに取り付けられた手術用顕微鏡（２）を含めて概略
的に示す図である。スタンド１は、一般に良く知られて
いる二重平行四辺形構造を有し、一連の軸（３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄ，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対して運
動自在である。図１の図においては、それら全ての軸は
図面の平面に対して垂直に向いている。さらに、手術用
顕微鏡（２）は軸（５）に対して回転自在であるように
スタンドに配置されており、この軸（５）もその他のス
タンド軸（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄ）と同じ向きを有する。スタンド回転軸のうち
２つの軸（３ｂ，４ａ）並びに手術用顕微鏡の回転軸
（５）には本発明による補正装置（６ａ，６ｂ，６ｃ）
が付属しており、各々の軸に作用する、回転角によって
決まる回転モーメントを確実に補正する。図１では、回
転軸（３ｂ，４ａ，５）に対応する本発明の補正装置
（６ａ，６ｂ，６ｃ）はそれぞれごく概略的に示されて
いる。本発明による装置の可能な実施形態については、
以下に図２〜図４を参照して詳細に説明する。
【００１３】図示した実施形態では、スタンドを利用し
て手術用顕微鏡（２）を空間位置決めする間、付属する
本発明による補正装置（６ａ，６ｂ，６ｃ）を含めて回
転軸（３ｂ，４ａ，５）の向きは変わらない。すなわ
ち、これらの３つの軸（３ｂ，４ａ，５）は常に水平方
向にアライメントされたままである。図１に本発明によ
る補正装置の可能な１つの配置例が示されているにすぎ
ないことは自明である。従って、装置を別の構成をもつ
スタンドに適用すること、あるいは、２つまでの軸又は
４つ以上の軸を装置によって平衡させることなどはいつ
でも可能である。回転角によって決まる回転モーメント
を補償するための本発明による補正装置（６ｃ）の一実
施形態の縦断面図を図２に示す。
【００１４】図３には、本発明による補正装置（６ｃ）
の図２に記入されている平面（III−III）に沿った断面
図を示す。この場合、図面の平面は回転平面と一致す
る。図２及び図３に示す補正装置（６ｃ）の一実施形態
は、たとえば、図１に図中符号（５）を伴って指示され
ている手術用顕微鏡の回転軸に配置するのに適してい
る。図２及び図３には共にスタンドの一部分（２５）も
示されており、本発明による補正装置（６ｃ）はスタン
ドのその部分にねじ結合によって固定される。
【００１５】補正装置（６ｃ）の円筒形ハウジング（１
０）の中に摺動装置（１１）が摺動軸（１２）に沿って
直線的に摺動できるように支承されている。摺動軸（１
２）は円筒形ハウジング（１０）の長手方向軸及び回転
軸（５）と一致する。当該質量の本来の回転運動は摺動
軸（１２）を中心として起こる。この回転運動に際して
発生する、回転角に従って決まる回転モーメントを本発
明による補正装置（６ｃ）を使用して平衡させるべきで
ある。摺動軸（１２）に沿って摺動装置（１１）を直線
的に精密且つ確実に案内するために、補正装置のハウジ
ング１０に２本の案内溝（２１ａ，２１ｂ）が設けられ
ており、それらの溝に摺動装置（１１）の２本の案内ピ
ン（２０ａ，２０ｂ）が係合する。
【００１６】図を見やすくするため、回転させるべき質
量、すなわち、この場合には設けられている手術用顕微
鏡は図２には示されていない。手術用顕微鏡が取り付け
られ且つ補正装置（６ｃ）と結合する結合要素（１３）
のみが図示されている。この場合、結合要素（１３）は
補正装置（６ｃ）のハウジング（１０）の凹部より上方
へ突出している。
【００１７】結合要素（１３）は、摺動軸（１２）又は
回転軸（５）に対して回転できるが、摺動軸（１２）の
長手方向に固定配置されているスリーブ（１４）とさら
に結合する。スリーブ（１４）を摺動軸（１２）に対し
て回転できるように取り付けるために、スリーブ（１
４）をできる限り摩擦を少なく回転させることができる
玉軸受（１５ａ，１５ｂ，１６，１７）が設けられてい
る。玉軸受（１５ａ，１５ｂ，１６，１７）は回転自在
のスリーブ（１４）のフランジ形支承面（１６）に当接
する玉軸受内側リング（１６ａ）と、ハウジング（１
０）の固定支承面（１７）に当接する玉軸受外側リング
（１７ａ）と、その間に配置された個々の玉（１５ａ，
１５ｂ）とを含む。
【００１８】スリーブ（１４）は、フランジ形支承面
（１６）とは反対側の長手方向端部に、習動装置（１
１）が当接する２つの対称の制御カムを有する。図２の
図中符号（１８ａ）と（１８ｂ）は制御カムの面を指示
し、摺動装置（１１）は、摺動装置（１１）の支持部分
（２０）に配置された２つの回転自在の玉支承リング
（１９ａ，１９ｂ）を介してそれらの面に当接してい
る。それらのリング（１９ａ，１９ｂ）の回転軸はそれ
ぞれ摺動軸（１２）に対して垂直に向いている。
【００１９】２つの対称の制御カム、すなわち、摺動装
置（１１）が当接する対応する支承面（１８ａ，１８
ｂ）の配置並びにスリーブ（１４）の構造は、図４ａ〜
図４ｃのスリーブ（１４）の様々な部分図からさらに明
らかである。大きな回転モーメント又は直線力が作用し
た場合でも、本発明による装置のある一定の寿命を確保
するために、制御カムの少なくとも支承面（１８ａ，１
８ｂ）を硬化させて構成するのが好ましい。
【００２０】摺動装置１１は、先に説明した案内ピン
（２０ａ，２０ｂ）を有する支持部分（２０）の他に、
スリーブ（１４）の中に摺動方向に、すなわち、ハウジ
ングの長手方向に移動自在に支承されている円筒形引張
り棒（２２）をさらに含む。玉支承リング（１９ａ，１
９ｂ）を介して制御カム（１８ａ，１８ｂ）に当接する
支持部分（２０）は、引張り棒（２２）の一端部に螺合
自在に固定されている。引張り棒（２２）の他端部にも
同様にねじ結合を介して板（２３）が配置されており、
その板（２３）に一連の隣接して配列された板ばね（２
４ａ，．．．，２４ｅ）が当接している。板ばね（２４
ａ，．．．，２４ｅ）は補正装置（６ｃ）のハウジング
（１０）の固定突起部分にも当接し、摺動装置（１１）
が右へ動いたとき、作用している回転モーメントとは逆
の方向に作用する補正力を摺動装置（１１）に加える。
【００２１】従って、結合要素（１３）、すなわち、質
量が図面の平面に対し垂直に旋回すると、制御カムの選
択された傾斜に従って、摺動装置（１１）は回転軸に沿
って長手方向右側へ移動する。ところが、同時に、この
ときには圧縮されている板ばね（２４ａ，．．．，２４
ｅ）のばね力は右への移動に抗して作用する。板ばね
（２４ａ，．．．，２４ｅ）の大きさを適切に定めるこ
とにより、その都度作用する回転モーメントを定義通り
に補正できる。このためには、補正レベルに応じて作用
中の回転モーメントに対する相応する対抗力を発生する
ように、板ばね（２４ａ，．．．，２４ｅ）を組合わせ
なければならない。さらに、旋回角度に従って摺動軸又
は回転軸（１２）に沿って摺動装置（１１）が常に直線
運動するように、制御カムの傾斜を選択すべきである。
そこで、その結果として起こる動きに応じて、板ばね
（２４ａ，．．．，２４ｅ）の適切に大きさを定められ
た補正力が作用し、作用中の回転モーメントを平衡させ
る。
【００２２】図３は、回転平面における本発明による補
正装置の断面図を示す。図では、回転すべき質量が取り
付けられる結合要素を明確に認めることができる。その
他の点については、先に図２で使用したのと同じ図中符
号により同一の部分を指示している。
【００２３】先に説明した実施形態の場合のように板ば
ねを使用できる他にも、本発明による補正装置の内部
で、その都度の回転モーメントを補正する別の弾性補正
要素を使用することもそれぞれ可能である。たとえば、
この補正要素としては、他のばね、油圧系、気体圧力系
又は圧縮空気系なども考慮できる。必要な弾性補正要素
は補正すべき回転モーメントに従って選択される。すな
わち、その寸法が決められる。
【００２４】制御カムの寸法の確定と、使用される弾性
補正要素の対応する寸法の確定とは反復計算方式で実行
される。この場合、回転角及びその他の所定の条件に従
って適応させるべきパラメータを段階的に最適化する。
【００２５】以上説明した実施形態に加えて、本発明に
よる補正装置を別の形で機械的に構成することも可能で
ある。本発明の概念においては、各質量の回転運動が同
様に弾性補正要素の補正力に抗して作用する摺動装置の
直線運動に変換されることが重要である。その場合に起
こる直線運動の大きさも、同じように、作用している回
転モーメントの回転角従属性に対して定義された関係に
ある。この場合、それぞれの回転モーメントの回転角従
属性は回転軸の所定の空間的な向きに対して同じままで
ある。すなわち、回転軸が別の向きをとる場合には、別
の従属性が生じる。ところが、回転角と発生する回転モ
ーメントとの関係が別の形に変更されるならば、すなわ
ち、たとえば、先に説明した回転軸の水平の向きとは異
なる別の向きをとるならば、それに相応して形成された
制御カムを確定することはいつでも可能である。このよ
うに、本発明による装置は様々に異なる条件に対し柔軟
に適応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による補正装置がスタンドの複数の回
転軸のうちいくつかの軸に一体に取り付けられている医
療用スタンドの概略図。
【図２】 本発明による補正装置の一実施形態の断面
図。
【図３】 図２に示す補正装置の部分図。
【図４】 図２及び図３に示す実施形態の１つの要素を
様々に示す図。
【符号の説明】
１…医療用スタンド、２…手術用顕微鏡、３ａ〜３ｄ，
４ａ〜４ｄ，５…回転軸、６ａ〜６ｃ…補正装置、１０
…円筒形ハウジング、１１…摺動装置、１２…摺動軸、
１３…結合要素、１４…スリーブ、１８ａ，１８ｂ…制
御カムの面、１９ａ，１９ｂ…玉支承リング、２０…支
持部分、２０ａ，２０ｂ…案内ピン、２１ａ，２１ｂ…
案内溝、２２…引張り棒、２４ａ〜２４ｅ…板ばね。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 質量が回転軸（３ｂ，４ａ，５）を中心
    として回転運動するときに発生する回転角によって決ま
    る回転モーメントを平衡させるための補正装置におい
    て、回転運動は移動自在に支承されている摺動装置（１
    １）を摺動軸（１２）に沿って、回転角に従って定めら
    れた長さだけ直線的に移動させ、その直線的な運動に従
    って決まる大きさで、移動の方向とは逆の方向に作用す
    るとともに生じている回転モーメントを補正する補正力
    を摺動装置（１１）に加える少なくとも１つの弾性補正
    要素（２４ａ，．．．，２４ｅ）が設けられている補正
    装置。
  2. 【請求項２】 摺動装置（１１）の直線案内部（２０
    ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ）がハウジング（１０）の
    中に配置されている請求項１記載の補正装置。
  3. 【請求項３】 運動させるべき質量は少なくとも１つの
    結合要素（１３）を介して摺動軸（１２）に対して回転
    自在に支承されており且つ回転平面は摺動軸（１２）に
    対して場所が固定されている請求項２記載の補正装置。
  4. 【請求項４】 結合要素（１３）は少なくとも１つの制
    御カム（１８ａ，１８ｂ）を有するスリーブ（１４）と
    結合しており且つスリーブ（１４）は摺動軸（１２）に
    対して回転自在に支承されている請求項３記載の補正装
    置。
  5. 【請求項５】 摺動装置（１１）はスリーブ（１４）の
    少なくとも１つの制御カム（１８ａ，１８ｂ）と力ばめ
    接触状態にある請求項４記載の補正装置。
  6. 【請求項６】 摺動装置（１１）は引張り棒（２２）
    と、引張り棒（２２）の一端部に配置された支持部分
    （２０）とを有し、摺動装置（１１）は弾性補正要素
    （２４ａ，．．．，２４ｅ）の補正力に抗して、支持部
    分（２０）を介して少なくとも１つの制御カム（１８
    ａ，１８ｂ）に当接する請求項５記載の補正装置。
  7. 【請求項７】 スリーブ（１４）は２つの対称な制御カ
    ム（１８ａ，１８ｂ）を有し、且つ支持部分（２０）は
    回転運動時に制御カム（１８ａ，１８ｂ）に沿ってころ
    がる２つの玉軸受（１９ａ，１９ｂ）を有する請求項６
    記載の補正装置。
  8. 【請求項８】 引張り棒（２２）は他端部で板形に構成
    されており、少なくとも１つの弾性補正要素（２４
    ａ，．．．，２４ｅ）がその板の内面に当接する請求項
    ６記載の補正装置。
  9. 【請求項９】 弾性補正要素（２４ａ，．．．，２４
    ｅ）として複数の相前後して配置された板ばねが設けら
    れている請求項８記載の補正装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれか１項に記載
    の補正装置（６ａ，６ｂ，６ｃ）が配置されている、少
    なくとも１つの回転軸（２４ａ，．．．，２４ｅ）を有
    する医学治療用及び／又は医学診断用機器を取り付ける
    ためのスタンド。
JP8065190A 1995-03-11 1996-02-28 回転角によって決まる回転モーメントを平衡させるための補正装置及びそのような補正装置を有する医療用スタンド Pending JPH08266556A (ja)

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