JPWO2018015994A1 - 医療デバイス保持装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2記載は、実際には電磁ロックがないとアームの保持ができないため好ましくない。
さらに、より広範囲のアーム可動域を確保したいという要求がある。また、手術室の空間は限られたスペースであるため、装置を小型化したいという要求もあった。
特に、同等のアーム可動範囲を維持した場合、カウンタウエイト自体の体積を削減することが難しいという問題があった。また、カウンタバランスをカウンタウエイトの質量に頼っているため、カウンタウエイトの可動範囲を狭くすると必要な重量が多くなるという問題があった。
遠位端で前記第1のアーム機構の基端を回動可能に接続する第2のアーム機構と、
前記第2のアーム機構に回動可能に接続するとともに鉛直方向に立設された支柱を有するベースと、
前記第2のアーム機構の基端部に接続する第1のカウンタウエイト部と、
を有する医療デバイス保持装置であって、
前記第2のアーム機構は、前記支柱と回動可能に接続する支点を有し、
前記第1のカウンタウエイト部は、
前記第2のアーム機構の基端部に接続し、前記支点で前記第2のアーム機構が回動した際に前記第2のアーム機構の基端部をガイドするスリットと、
前記第2のアーム機構の基端部が前記スリットにガイドされて移動した際に生じる力を受けて前記第1のカウンタウエイト部を鉛直方向に移動させるためのガイド部と、
を有することにより上記課題を解決した。
本発明において、前記スリットは、下凸の曲線状として設けられていることがより好ましい。
本発明の医療デバイス保持装置には、前記第2のアーム機構は、
遠位端を前記第1のアーム機構に接続し、基端を前記第1のカウンタウエイト部と接続する第1のアームと、
前記第1のアームと平行な位置に設けられ、遠位端を前記第1のアーム機構に接続し、基端を前記第1のアーム機構と平行な位置に設けられた第3のアームを介して第2のカウンタウエイト部と接続する第2のアームと、
を有することが可能である。
また、本発明において、前記支点は、前記第2のアーム機構の回動を抑止するブレーキ機構を有する手段を採用することもできる。
また、前記第1のカウンタウエイト部を鉛直下向きに付勢する付勢手段が設けられ、
前記付勢手段の付勢力と、前記ブレーキ機構における前記第2のアーム機構の回動抑止力と、前記第2のアーム機構の基端部をガイドする際の前記スリットに生じる力とをバランスするよう前記スリットの形状が設定されることができる。
また、前記第2のアーム機構の基端部が前記スリットに対してガイド方向に点接触する接触部を有することが好ましい。
遠位端で前記第1のアーム機構の基端を回動可能に接続する第2のアーム機構と、
前記第2のアーム機構に回動可能に接続するとともに鉛直方向に立設された支柱を有するベースと、
前記第2のアーム機構の基端部に接続する第1のカウンタウエイト部と、
を有する医療デバイス保持装置であって、
前記第2のアーム機構は、前記支柱と回動可能に接続する支点を有し、
前記第1のカウンタウエイト部は、
前記第2のアーム機構の基端部に接続し、前記支点で前記第2のアーム機構が回動した際に前記第2のアーム機構の基端部をガイドするスリットと、
前記第2のアーム機構の基端部が前記スリットにガイドされて移動した際に生じる力を受けて前記第1のカウンタウエイト部を鉛直方向に移動させるためのガイド部と、
を有することにより、医療デバイスを保持する保持部がベースに対して上下および左右方向に移動して第2のアーム機構が回動したときに、この第2のアーム機構の基端部が前記スリットにガイドされて移動することにより、ガイド部に移動を規制された第1のカウンタウエイト部を鉛直方向に移動して、医療デバイスを保持した保持部と第1のカウンタウエイト部との間のアームを介する平衡状態を維持することが可能となる。
特に、第2のアーム機構の基端部の円弧状の移動にしたがって水平方向のガイドとなるスリットにより、スリット面に対して第2のアーム機構の基端部から荷重のかかることで、ガイド部により鉛直方向に規制されているカウンタウエイトが大きな加重を支えることが可能となるため、カウンタウエイトの可動域を従来より小さくすることができる。
特に、水平方向のガイドとなるスリット形状を曲線状に湾曲させることで、鉛直方向に規制されているカウンタウエイトの可動域に対して、第2のアーム機構の基端部から荷重のかかるスリット面の傾斜によって、大きな加重を支えてカウンタウエイトの可動域を従来より小さくすることができる。
遠位端を前記第1のアーム機構に接続し、基端を前記第1のカウンタウエイト部と接続する第1のアームと、
前記第1のアームと平行な位置に設けられ、遠位端を前記第1のアーム機構に接続し、基端を前記第1のアーム機構と平行な位置に設けられた第3のアームを介して第2のカウンタウエイト部と接続する第2のアームと、
を有することにより、これら第1のアーム機構と第1のアームと第2のアームと第3のアームとが平行四辺形となり、相互の連結により連動する平行四辺形リンク機構を形成し、第2のアーム機構の回動変位を平衡に保持することが容易となる。
前記付勢手段の付勢力と、前記ブレーキ機構における前記第2のアーム機構の回動抑止力と、前記第2のアーム機構の基端部をガイドする際の前記スリットに生じる力とをバランスするよう前記スリットの形状が設定されることにより、第2のアーム機構の支点から鉛直下向き位置とされるスリットの中心位置から、両端位置に向かって上昇するスリットの曲線形状を設定した状態で、ブレーキ機構と付勢手段の付勢力とによりさらに調節して、第2のアーム機構の回動変位を平衡に保持する際に、大きな加重を支えることを可能とすることができる。さらに、水平方向から湾曲したスリットにより、カウンタウエイトの可動域と荷重のかかる面の傾斜によって、カウンタウエイトをバネ等の付勢手段でアシストして、カウンタウエイトの可動域を従来より小さくし、また、カウンタウエイトの重量を削減してカウンタウエイトの体積を削減することが容易となるとともに、医療デバイスを保持した状態を滑らかにして操作感を一定にすることができる。
図1は、本実施形態における医療デバイス保持装置を示す斜視図であり、図2は、本実施形態における医療デバイス保持装置のカウンタバランス機構を示す一部を透視した正面図であり、図において、符号100は、医療デバイス保持装置である。
ベース6底面側には複数のキャスター6aが設けられて床面等を移動可能とされている。ベース6には、キャスター6aの回転を阻止し、または、床に対するベース6の移動を阻止する適宜の制動手段または固定手段およびその操作部としてのフットペダル6b等を設けることも可能である。
カバー部7の上側には、医療デバイス保持装置100を移動する際に把持する把持部7aが設けられている。
ベース6には、軸受部5aが設けられ、この軸受部5aでベース6に対して鉛直軸O1回りに回動自在な支持アーム(支柱)5の下端が支持されている。
支柱5は、鉛直軸(軸)O1に沿って延在し、その上端側で、支持アーム5の先端には、鉛直軸O1に対して直交する水平方向に回動軸(水平軸)O2が設けられ、この回動軸O2回りに軸受部4aを介して回動(揺動) 自在な回動部材としてアーム(第2のアーム機構)4が装着されている。
この支柱5は、鉛直軸O1に対して回転可能として回転力量調節部5bにより、ベース6に対して回転可能とすることもできる。この際、水平軸O2は、鉛直軸O1と交差するように位置することが好ましい。
第2のアーム機構4の基端側には、軸受部4aよりもさらに基端側位置に第2のアーム機構4の軸方向に延長するようにバランス部材4cが接続され、バランス部材4cには、後述するようにカウンタウエイト部12と接触してバランスをとる接触部14が設けられる。支点4bとなる軸受部4aには、第2のアーム機構4における水平軸O2回りの回動を抑止するブレーキ機構40を有する。ブレーキ機構40に関しては後述する。
第1のアーム機構3の先端側には、横延長部3eを介して円筒状の保持部2が取付けられ、この保持部2の内孔内に内視鏡等の医療デバイスを固定することができる。
カウンタバランス機構10は、図1〜図3に示すように、第1のカウンタウエイト部12と、この第1のカウンタウエイト部12に設けられバランス部材4cが摺動可能に接続されるスリット13と、バランス部材4cから水平軸O2と水平な方向に突出してスリット13内に位置して摺動可能に設けられた接触部14と、第2のアーム機構4の回動にしたがって接触部14がスリット13にガイドされて移動した際に生じる力を受けて第1のカウンタウエイト部12を鉛直方向に移動させるためのガイド部15と、第1のカウンタウエイト部12を鉛直下向きに付勢するバネ(付勢手段)16と、を有する。
スリット13は、図4,図5に示すように、湾曲した水平方向の全長にわたって略同幅寸法とされ、第2のアーム機構4の旋回範囲に対応してその水平方向の長さ寸法が設定されている。
ここで、円弧13yは支点4bを中心とする接触部14の移動軌跡にほぼ匹敵する形状である。また、直線13zは、スリット13全長において、第1のカウンタウエイト部12の荷重が接触部14に作用する状態となる形状である。
具体的には、スリット13は、第2のアーム機構4の動作にともなって動く、接触部14の軌道に倣うように配置された湾曲形状であるが、これは、次のように設定される。
本実施形態におけるスリット13においては、図6に示すように、接触部14がスリット13に接触している点において、図4に示す荷重4zとして、第1のアーム機構3、第2のアーム機構4および、保持部2によって支持している医療デバイス等の重量から作用する力Fwが、接触部14からスリット13に鉛直上向きに作用している。接触部14の接している点において、スリット13との接触する傾きは角度θで表される。
Floss = Wtan2θ
となる。
d = f(x0)−f(x1)
だけ高さが変化することになる。したがって、第1のカウンタウエイト部12に対するバネ16の長さが変わることになり、ばね定数kに比例した付勢力kdとしてのアシスト力Fassistが作用する。
また、接触部14がスリット13に接している点xでの傾きは、
tanθ = f’(x)
となっている。
Fassist = Floss
となるように、スリット形状f(x)を決定することが好適である。
ブレーキ機構40は、図8に示すように、支柱5に固定されたリング状部4a1と第2のアーム機構4に固定された短軸4a2とにより形成された軸受部4aの先端側に設けられている。
ブレーキ機構50は、図9に示すように、第1のアーム機構3の基端において、旋回部3bに固定されたリング状部3c1と横延長部3dに固定された短軸3c2とにより形成された軸受部3cの先端側に設けられている。
ブレーキ機構50は、短軸3c2の先端に同軸に形成したねじ31に螺合するナット状の押さえリング32と、2枚の摩擦板33,34と、皿バネ35とを配置する。
このブレーキ機構50により、第1のアーム機構3の旋回部3bに対する横延長部3dを半固定状態、すなわち第1のアーム機構3の横延長部3dを軸O4回りの任意の回転位置に摩擦力で保持することができる。また、この摩擦力を超える力を横延長部3dに作用させることにより、直ちに回動し、所望する位置に再配置することが可能となる。
同時に、第1のカウンタウエイト12の移動にともなって、伸縮したバネ16から第1のカウンタウエイト12が付勢力を受ける。
バネ16の初張力 = 必要な第1のカウンタウエイト12の重力
ばね定数k = 第1のカウンタウエイト12の重力をロスする割合
これは、第1のカウンタウエイト12の重量から作用する負荷のうち、接触部14の位置によってロスする分が、第1のカウンタウエイト12の重量に比例して、スリット13における接触角度θにより決まるためである。
図10は、本実施形態におけるカウンタバランス機構の動作を示す斜視図であり、図11は、本実施形態におけるカウンタバランス機構の動作を示す模式図である。本実施形態において、上述した第1実施形態と対応する構成には同一の符号を付して一部その説明を省略する。
なお、アーム4eは、前述した第1実施形態における第2のアーム機構4に相当する構成とされる。
このため、アーム3の基端とアーム4hとは、軸O4上の同一軸上に配設されているとともに、アーム3とアーム4hとは、軸O4と平行状態として配設されている。また、このアーム3の遠位端(先端)は、アーム3の先端が軸O4と一致する位置まで軸O4に近接するように湾曲した横延長部3eを有している。
また、軸受部4aにはアーム4eの軸O2回りの回動を規制するブレーキ機構40が設けられている。軸受部3aにはアーム4hの軸O3回りの回動を規制するブレーキ機構がブレーキ機構40と同等の構成として設けられている。軸受部3cにはアーム3の軸O4回りの回動を規制するブレーキ機構50が設けられている。さらに、保持部2にもアーム3に対してその回動を規制するブレーキ機構が設けられることができる。
これらブレーキ機構40、ブレーキ機構50は、いずれも、前述した第1実施形態におけるブレーキ機構40、ブレーキ機構50にそれぞれ相当する構成とされる。
なお、図10,図11においては、カウンタバランス機構10の図示を省略している。
なお、図12に示すように、荷重4zに対する重心Gは、アーム4eと一致する。
バネ16の初張力 = 必要な第1のカウンタウエイト12の重力
ばね定数k = 第1のカウンタウエイト12の重力をロスする割合
アーム3:約600mm、
リンク4e、4f:約550mm、
4g、4h:約40mm
軸02からカウンタウェイトの荷重箇所24までの距離:約80mm
2 保持部
3 第1のアーム機構
3b 旋回部
3d,3e 横延長部
3a,3c,4a,4j,4k,5a 軸受部
4 第2のアーム機構
4b 支点
4c バランス部材
4e アーム(第1のアーム)
4f アーム(第2のアーム)
4g アーム(第3のアーム)
4h アーム(第4のアーム)
4p 平行四辺形リンク機構
O1 鉛直軸(軸)
O2,O3 水平軸O2(軸)
O4,O5,O6 軸
5 支柱
6 ベース
7 カバー部
10,20 カウンタバランス機構
12 第1のカウンタウエイト部
13 スリット
14 接触部
15 ガイド部
16 バネ(付勢手段)
22 第2のカウンタウエイト部
40,50 ブレーキ機構
E 医療デバイス
遠位端で前記第1のアーム機構を回動可能に支持する第2のアーム機構と、
前記第2のアーム機構に回動可能に支持するとともに鉛直方向に立設された支柱を有するベースと、
前記第2のアーム機構の基端部に接続する第1のカウンタウエイト部と、
を有する医療デバイス保持装置であって、
前記第2のアーム機構は、前記支柱と回動可能に接続する支点を有し、
前記第1のカウンタウエイト部は、
前記第2のアーム機構の基端部に接続し、前記支点で前記第2のアーム機構が回動した際に前記第2のアーム機構の基端部をガイドするスリットと、
前記第2のアーム機構の基端部が前記スリットにガイドされて移動した際に生じる力を受けて前記第1のカウンタウエイト部を鉛直方向に移動させるためのガイド部と、
を有することにより上記課題を解決した。
本発明において、前記スリットは、下凸の曲線状として設けられていることがより好ましい。
本発明の医療デバイス保持装置には、前記第2のアーム機構は、
前記第1のアーム機構と遠位端で接続し、前記第1のカウンタウエイト部と基端で接続する第1のアームと、
前記第1のアームと平行な位置に設けられた第2のアームと、
前記第1のアームと遠位端で接続し、前記第1のカウンタウエイト部と異なる第2のカウンタウエイト部と基端で接続し、前記第2のアームに接続する第3のアームと、
前記第1のアームと遠位端で接続し、前記第2のアームと基端で接続し、前記第3のアームと平行な位置に設けられた第4のアームと、
を有することが可能である。
また、本発明において、前記支点は、前記第2のアーム機構の回動を抑止するブレーキ機構を有する手段を採用することもできる。
また、前記第1のカウンタウエイト部を鉛直下向きに付勢する付勢手段が設けられ、
前記付勢手段の付勢力と、前記ブレーキ機構における前記第2のアーム機構の回動抑止力と、前記第2のアーム機構の基端部をガイドする際の前記スリットに生じる力とをバランスするよう前記スリットの形状が設定されることができる。
また、前記第2のアーム機構の基端部が前記スリットに対してガイド方向に点接触する接触部を有することが好ましい。
遠位端で前記第1のアーム機構を回動可能に支持する第2のアーム機構と、
前記第2のアーム機構に回動可能に支持するとともに鉛直方向に立設された支柱を有するベースと、
前記第2のアーム機構の基端部に接続する第1のカウンタウエイト部と、
を有する医療デバイス保持装置であって、
前記第2のアーム機構は、前記支柱と回動可能に接続する支点を有し、
前記第1のカウンタウエイト部は、
前記第2のアーム機構の基端部に接続し、前記支点で前記第2のアーム機構が回動した際に前記第2のアーム機構の基端部をガイドするスリットと、
前記第2のアーム機構の基端部が前記スリットにガイドされて移動した際に生じる力を受けて前記第1のカウンタウエイト部を鉛直方向に移動させるためのガイド部と、
を有することにより、医療デバイスを保持する保持部がベースに対して上下および左右方向に移動して第2のアーム機構が回動したときに、この第2のアーム機構の基端部が前記スリットにガイドされて移動することにより、ガイド部に移動を規制された第1のカウンタウエイト部を鉛直方向に移動して、医療デバイスを保持した保持部と第1のカウンタウエイト部との間のアームを介する平衡状態を維持することが可能となる。
特に、第2のアーム機構の基端部の円弧状の移動にしたがって水平方向のガイドとなるスリットにより、スリット面に対して第2のアーム機構の基端部から荷重のかかることで、ガイド部により鉛直方向に規制されているカウンタウエイトが大きな加重を支えることが可能となるため、カウンタウエイトの可動域を従来より小さくすることができる。
前記第1のアーム機構と遠位端で接続し、前記第1のカウンタウエイト部と基端で接続する第1のアームと、
前記第1のアームと平行な位置に設けられた第2のアームと、
前記第1のアームと遠位端で接続し、前記第1のカウンタウエイト部と異なる第2のカウンタウエイト部と基端で接続し、前記第2のアームに接続する第3のアームと、
前記第1のアームと遠位端で接続し、前記第2のアームと基端で接続し、前記第3のアームと平行な位置に設けられた第4のアームと、
を有することにより、これら第1のアーム機構と第1のアームと第2のアームと第3のアームとが平行四辺形となり、相互の連結により連動する平行四辺形リンク機構を形成し、第2のアーム機構の回動変位を平衡に保持することが容易となる。
支柱5は、鉛直軸(軸)O1に沿って延在し、その上端側で、支持アーム5の先端には、鉛直軸O1に対して直交する水平方向に回動軸(水平軸)O2が設けられ、この回動軸O2回りに軸受部4aを介して回動(揺動) 自在な回動部材としてアーム(第2のアーム機構)4が装着されている。
この支柱5は、鉛直軸O1に対して回転可能として回転力量調節部5bにより、ベース6に対して回転可能とすることもできる。この際、水平軸O2は、鉛直軸O1と交差するように位置することが好ましい。
なお、図11に示すように、荷重4zに対する重心Gは、アーム4eと一致する。
Claims (6)
- 医療デバイスを保持する保持部を遠位端に有する第1のアーム機構と、
遠位端で前記第1のアーム機構の基端を回動可能に接続する第2のアーム機構と、
前記第2のアーム機構に回動可能に接続するとともに鉛直方向に立設された支柱を有するベースと、
前記第2のアーム機構の基端部に接続する第1のカウンタウエイト部と、
を有する医療デバイス保持装置であって、
前記第2のアーム機構は、前記支柱と回動可能に接続する支点を有し、
前記第1のカウンタウエイト部は、
前記第2のアーム機構の基端部に接続し、前記支点で前記第2のアーム機構が回動した際に前記第2のアーム機構の基端部をガイドするスリットと、
前記第2のアーム機構の基端部が前記スリットにガイドされて移動した際に生じる力を受けて前記第1のカウンタウエイト部を鉛直方向に移動させるためのガイド部と、
を有する、
医療デバイス保持装置。 - 前記スリットは、下凸の曲線状として設けられている請求項1に記載の医療デバイス保持装置。
- 前記第2のアーム機構は、
遠位端を前記第1のアーム機構に接続し、基端を前記第1のカウンタウエイト部と接続する第1のアームと、
前記第1のアームと平行な位置に設けられ、遠位端を前記第1のアーム機構に接続し、基端を前記第1のアーム機構と平行な位置に設けられた第3のアームを介して第2のカウンタウエイト部と接続する第2のアームと、
を有する請求項1または2に記載の医療デバイス保持装置。 - 前記支点は、前記第2のアーム機構の回動を抑止するブレーキ機構を有する請求項1から3に記載の医療デバイス保持装置。
- 前記第1のカウンタウエイト部を鉛直下向きに付勢する付勢手段が設けられ、
前記付勢手段の付勢力と、前記ブレーキ機構における前記第2のアーム機構の回動抑止力と、前記第2のアーム機構の基端部をガイドする際の前記スリットに生じる力とをバランスするよう前記スリットの形状が設定される請求項4に記載の医療デバイス保持装置。 - 前記第2のアーム機構の基端部が前記スリットに対してガイド方向に点接触する接触部を有する請求項1から5に記載の医療デバイス保持装置。
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