WO2018015994A1

WO2018015994A1 - 医療デバイス保持装置

Info

Publication number: WO2018015994A1
Application number: PCT/JP2016/071131
Authority: WO
Inventors: 雅史原口
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2018-01-25
Also published as: CN109475267A; JPWO2018015994A1; US20190133713A1; JP6669865B2; US11446115B2; CN109475267B

Abstract

カウンタウエイトの可動域がせまくても荷重をささえることができる機構により、支持装置の小型化を実現するために、医療デバイスＥを保持する保持部２を遠位端に有する第１のアーム機構３と、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４と、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５を有するベース６と、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１２とを有する医療デバイス保持装置１００であって、第２のアーム機構は、支柱と回動可能に接続する支点４ｂを有し、第１のカウンタウエイト部は、第２のアーム機構の基端部に接続し支点で第２のアーム機構が回動した際に第２のアーム機構の基端部をガイドするスリット１３と、第２のアーム機構の基端部が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１５とを有する。

Description

医療デバイス保持装置

　本発明は、医療デバイス保持装置に係り、内視鏡などの医療デバイスを任意の位置に維持するための保持装置に用いて好適な技術に関する。

　術後の回復の観点で患者へのメリットが大きいため、内視鏡を用いた腹腔鏡下手術が行われる。腹腔鏡下手術では、しばしば内視鏡を保持するスコピストの手振れ防止、疲労軽減などを目的としてスコープホルダ（保持装置）が用いられている。スコープホルダを用いることによって、楽にスコープの位置姿勢を操作することができるようになる。

　その結果として、ブレの少ない良好な視野を実現したり、執刀医自らがスコープを操作できるなどの手術における大きなメリットが生じる。一部のスコープホルダの動作制御には、簡単な機構で実現するためにカウンタバランス方式が採用される。これは、機能を簡便な機構で実現できるからである。

　特許文献１には、支持対象の位置をカウンタウエイトでバランスするカウンタバランス機構を備えることによって、アームで支持した支持対象を少ない力で自由に動かす例が記載されている。ここでは、支点を中心に支持対象とカウンタウエイトとは回動するため、釣り合いのバランスが常に取られている。

　特許文献２には、巻き取り式定荷重バネと電磁ロックとでアームをバランスするバランス機構を備えるものが記載されている。

特開２００９－２７３７１４号公報特開２０１５－１８８５６５号公報

　特許文献１記載の技術では、カウンタウエイトの動作が他の機器との接触や、看護師等の作業を阻害する虞があることから、カウンタウエイトの動きを制限しても、同様の効果を得ることができる構成が要求されている。
　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。

　しかしながら、より広範囲のアーム可動域を確保しようとすると、ホルダの各関節においてより大きなトルクが必要になるため、カウンタウエイトの重量やカウンタウエイトの可動範囲が増加し、装置の小型軽量化ができていないという課題が発生する。
　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。

　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、広範囲のアーム可動域を確保可能とし、カウンタウエイトの可動域がせまくても必要なウエイトとして動作し力を作用することができる機構により、支持装置の小型化を実現するという目的を達成しようとするものである。

　本発明の医療デバイス保持装置は、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。

　本発明の医療デバイス保持装置は、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。

　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により、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。同時に、スリットを曲線状に形成することで、スリット内で移動する第２のアーム機構の基端部の移動を滑らかにし、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。
　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。

　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。

　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ことにより、第２のアーム機構が急激に回動することを防止して、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。

　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。

　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により、第２のアーム機構の基端部からスリットにかかる荷重を正確に規制して、第２のアーム機構の回動変位を平衡に保持する状態を正確に設定することが可能となり、これにより、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可能となる。

　本発明によれば、内視鏡などの医療デバイスを保持するための保持装置において、カウンタバランス機構を備え、その機構にあるカウンタウエイトをベースの接地面に対して鉛直方向に移動させるためのガイド部を設けるため、より広範囲の可動域を確保した場合でも、保持装置の各関節においてより大きなトルクが必要になることに対応可能として、カウンタウエイトの重量を増加させることなく可動範囲を増加して、装置の小型軽量化を図ることができるという効果を奏することができる。

本発明に係る医療デバイス保持装置の第１実施形態を示す斜視図である。本発明に係る医療デバイス保持装置の第１実施形態におけるカウンタバランス機構を示す正面図である。本発明に係る医療デバイス保持装置の第１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る。本発明に係る医療デバイス保持装置の第１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。本発明に係る医療デバイス保持装置の第１実施形態におけるスリットを示す正面図である。本発明に係る医療デバイス保持装置の第１実施形態におけるスリットと接触部との接触状態を示す正面図である。本発明に係る医療デバイス保持装置の第１実施形態におけるスリットにおける作用力を説明するための模式図である。本発明に係る医療デバイス保持装置の第１実施形態におけるブレーキ機構を示す断面図である。本発明に係る医療デバイス保持装置の第１実施形態におけるブレーキ機構を示す断面図である。本発明に係る医療デバイス保持装置の第２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る。本発明に係る医療デバイス保持装置の第２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。本発明に係る医療デバイス保持装置の他の実施形態におけるカウンタバランス部の例を示す正面図である。

　以下、本発明に係る医療デバイス保持装置の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
　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。

　本実施形態における医療デバイス保持装置１００は、手術室、検査室、処置室等に配置され、顕微鏡、内視鏡、医療用処置具、医療用表示装置等の医療デバイスを保持し、周囲環境に係わらず、その位置を三次元空間内で自由に移動可能とすることにより、その医療デバイスの機能を十分に発揮させると共に、医師等の術者に与える疲労感を可能な限り低減したものである。

　医療デバイス保持装置１００は、図１，図２に示すように、医療デバイスを保持する保持部２を遠位端に有する第１のアーム機構３と、遠位端で前記第１のアーム機構３の基端を回動可能に接続する第２のアーム機構４と、第２のアーム機構４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５を有するベース６と、医療デバイスを上下方向および水平方向に自由に移動可能とするためのカウンタバランス機構１０とを有する。

　第２のアーム機構４の基端側と、カウンタバランス機構１０と、支柱５とは、筒状としてベース６上に立設されたカバー部７内に収納されている。
　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。

鉛直軸Ｏ１と回動軸Ｏ２に記載については問題ないですが、図3の支柱5は支柱ではありません。カウンタバランス機構20におけるカウンタウェイト部22です。※ここは、まだ実施例１の説明です。説明資料(ppt)の実施例１の図から見ると「図3の支柱5は支柱」のように思えますが・・・（今野）
　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は、基端側では軸受部４ａを支点４ｂとして水平軸Ｏ２を中心に回動自在に支柱５の先端側で支持されるとともに、先端には水平軸（軸）Ｏ２に平行で軸受部３ａを挿通する水平軸Ｏ３回りに第１のアーム機構３が回動可能として接続されている。
　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は、その基端側において第２のアーム機構４の先端位置に軸受部３ａを介して水平軸Ｏ２と平行な水平軸（軸）Ｏ３を中心に回動可能に支持された旋回部３ｂと、旋回部３ｂに対して軸受部３ｃを介して第１のアーム機構３の延在する軸Ｏ４方向を中心に回動可能として軸Ｏ４の径方向に湾曲された横延長部３ｄと、第１のアーム機構３の先端側に位置し、軸Ｏ４と一致する位置まで延在するように軸Ｏ４の径方向に湾曲された横延長部３ｅと、を有している。第１のアーム機構３の水平軸Ｏ３回りの回動は、軸受部３ａに、後述する第２のアーム機構４の軸受部４ａと同様に、回動を抑止するブレーキ機構４０を有することができる。また、第１のアーム機構３において横延長部３ｄおよび横延長部３ｅの軸Ｏ４回りの回動は、軸受部３ｃに、後述するように、回動を抑止するブレーキ機構５０を有することができる。

　第１のアーム機構３は、横延長部３ｄおよび横延長部３ｅによって、軸Ｏ４と平行な位置に延在するとともに、この状態で、軸Ｏ４回りに回動することができる。これにより、第１のアーム機構３を軸Ｏ４回りに回転させても、内視鏡等の医療デバイスは位置および姿勢が変化せず、内視鏡による観察視野も変化しない。また、第１のアーム機構３と術者、助手又は鉗子等の周囲の機器との干渉を避けて移動することができ、医療デバイス保持装置１００の全体の設置位置を変更することなく、容易に作業スペースを確保できる。
　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。

　保持部２は、医療デバイスとともに、第１のアーム機構３の軸Ｏ４と、軸Ｏ４上の共通の一点を通り互いに直交する軸Ｏ５と、軸Ｏ６とに対して、それぞれ中心軸線として回動することができるとともに、この回動に要する力量を回転力量調節部で調節可能とされている。これらの３つの中心軸Ｏ４，Ｏ５，Ｏ６が互いに直交するように配置することが好ましい。また、保持部２はこの医療デバイスを軸Ｏ６に沿って移動し、軸Ｏ６を中心として回動し、所要の軸方向位置および回動位置で確実に固定可能であることが好ましい。

　このように第１のアーム機構３に、保持部２を３軸方向に傾動可能な機構が設けられることにより、保持部２に保持した医療デバイスの配置位置に加え、その姿勢を様々に調整することができる。特に、医療デバイスが、顕微鏡、内視鏡、医療用表示器機または医療用処置具などの少なくとも一つである場合には、正確な位置および姿勢制御を行うことができ、その機能を十分に活用することができる。

　図３は、本実施形態における医療デバイス保持装置１００のカウンタバランス機構１０を示す斜視図である。
　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。

　第１のカウンタウエイト部１２は、例えば金属等からなる板状の錘とされ、第１のカウンタウエイト部１２の主面が、水平軸Ｏ２と略直交するように延在する。つまり、第１のカウンタウエイト部１２は、バランス部材４ｃの旋回面に対して略平行状態となるように配置されている。第１のカウンタウエイト部１２は、ガイド部１５によって支柱５に対して鉛直方向に移動可能に取り付けられてその移動方向を規制されている。第１のカウンタウエイト部１２の輪郭形状は略矩形とされることができるが、カバー部７内に収納されて鉛直方向に移動可能であれば、その形状は限定されない。

　ガイド部１５は、第１のカウンタウエイト部１２を厚さ方向に貫通する長穴１５ａとされ、その延在する方向が鉛直方向とされるとともに、支柱５側に固定されて、長穴１５ａ内に位置するように支柱５に固定された位置規制突起１５ｂとから構成されている。なお、図３に示す例では、ガイド部１５が第１のカウンタウエイト部１２の上下端位置にそれぞれ設けられているが、第１のカウンタウエイト部１２の滑らかな移動規制が可能であれば、この構成に限定されるものではない。

　図４は、本実施形態における医療デバイス保持装置１００のカウンタバランス機構１０の動作を示す模式図であり、図５は、本実施形態における医療デバイス保持装置１００のスリット１３を示す模式図であり、図６は、本実施形態における医療デバイス保持装置１００のスリット１３と接触部１４との接触状態を示す模式正面図である。なお図において、符号４ｚは、第２のアーム機構４における荷重（回転モーメント）を模式的に示している。

　スリット１３は、支点４ｂの鉛直下側位置１３ａを中心として、その左右両側に延在するように第１のカウンタウエイト部１２を厚さ方向に貫通する長穴状に形成されている。
　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。

　スリット１３は、図４，図５に示すように、支点４ｂの鉛直下側位置１３ａが最下位置とされ、この最下位置１３ａから水平方向の両端に向けて滑らかに上昇する下凸の曲線状に形成されている。スリット１３は、図４，図５に示すように、支点４ｂの鉛直下側位置１３ａに対して左右対称な形状とされることができるが、第２のアーム機構４の回動範囲に対応して、その全域で接触部１４が可動なようにスリット１３の配置範囲を設定することができる。すなわち、第２のアーム機構４の回動範囲に対応してスリット１３が左右対称とされない場合もあり得る。

　スリット１３の上側輪郭線は、図５に示すように、支点４ｂの鉛直下側位置１３ａを通り水平方向に延在する直線１３ｚと、支点４ｂの鉛直下側位置１３ａを通り支点４ｂを中心とする円弧１３ｙとの間に位置している。鉛直下側位置１３ａは、第２のアーム機構４が設定された旋回領域の中央位置（例えば鉛直方向上向き）になったときに接触部１４が接触する点とされており、同時に、バネ１６の付勢力が最小となる点とされている。
　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。

　接触部１４は、バランス部材４ｃからその旋回面に対して直交するように突出して形成され、スリット１３内に位置し、バランス部材４ｃが回動した場合でも、スリット１３内でスリット上面との接触状態が変化せずに、水平軸Ｏ２と略平行な直線状としてスリット上面と接触可能とされている。つまり、図４～図６に示すように、第１のカウンタウエイト部１２の厚さ方向視した際に、接触部１４とスリット１３とが点接触可能とされている。このため、接触部１４は、例えば円筒状とされて、スリット１３との接触位置が変化しても直線状の接触状態が変化しないようになっている。

　また、接触部１４は、円筒状の軸線に対して、その周面が回転可能なカムフォロアとして構成されることができる。接触部１４の径寸法は、スリット１３の幅寸法とほぼ等しく、スリット１３内を移動可能な程度に小さく設定されていることが好ましい。接触部１４は、第２のアーム機構４からの加重をスリット１３に対して伝達するものとされている。

　バネ（付勢手段）１６は、第１のカウンタウエイト部１２の下端位置と支柱５側とに接続されて、第１のカウンタウエイト部１２を鉛直下向きに付勢するよう設けられている。バネ（付勢手段）１６の付勢力は、後述するようにばね定数ｋが所定の値となるようにして設定される。

　次に、スリット１３の形状について説明する。

　湾曲形状とされたスリット１３は、上述したように、支点４ｂの鉛直下側位置１３ａを通り水平方向の直線１３ｚと支点４ｂを中心とする円弧との間の形状を有するとともに、下凸の二次曲線として表現可能な形状とされている。
　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。

　図７は、本実施形態における医療デバイス保持装置１００のスリット１３における作用力を説明するための模式図である。
　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。

　ここで、第１のカウンタウエイト部１２が鉛直方向に移動範囲を規制されていることにより、図６に示すように、第１のカウンタウエイト部１２の荷重Ｗは鉛直下向きに作用するが、スリット１３が角度θの傾きを有する点で接しているため、傾きに沿ってロス分Ｆ０となり、これを差し引いた実際に接触部１４に対して作用する力Ｆlossは、
Ｆloss ＝Ｗtan^２θ
となる。

　これに対し、図７に示すように、スリット１３が横方向ｘに対して関数ｆ（ｘ）で表される形状であるとすると、Ｘ_０からＸ_１まで接触部１４が移動した際に高さ方向に
ｄ＝ｆ（ｘ_０）－ｆ（ｘ_１）
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。

　したがって、第１のカウンタウエイト部１２の荷重がロスした分Ｆlossが、アシスト力Ｆassistと等しければ、医療デバイス保持装置１００のカウンタバランス機構１０が充分に荷重４ｚを支持して、バランスさせることができるので、
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。

　図８は、本実施形態における医療デバイス保持装置１００のブレーキ機構４０を示す断面図である。
　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４０により、第２のアーム機構４の基端に設けた軸受部３ａを支柱５に対して水平軸Ｏ２回りの回動を抑止するものとされ、摩擦状態、すなわち第２のアーム機構４における任意の回転位置において摩擦力で水平軸Ｏ２回りの回転荷重を低減することができる。

　このブレーキ機構４０は、短軸４ａ２の先端に同軸に形成したねじ４１に螺合するナット状の押さえリング４２と、２枚の摩擦板４３ａ，４３ｂと、摩擦板４３ａ，４３ｂ間に挟まれた摩擦板４４と、皿バネ４５とを配置する。摩擦板４３ａ，４３ｂは例えば、樹脂からなることができ、摩擦板４４は、例えば、金属からなることができる。

　ブレーキ機構４０は、短軸４ａ２に回転自在として装着した押さえリング４２を水平軸Ｏ２回りに回転させて水平軸Ｏ２方向に沿って移動することにより、短軸４ａ２に固定された摩擦板４３ａ，４３ｂと、支柱５に固定された摩擦板４４との摩擦力を調整するように構成される。

　押さえリング４２を第２のアーム機構４側にねじ込むと、皿バネ４５の付勢力が増大して、２枚の摩擦板４３ａ，４３ｂと、摩擦板４３ａ，４３ｂ間に挟まれた摩擦板４４との間の摩擦力を増大する。反対に、押さえリング４５をねじ戻すと、摩擦力が低下する。この摩擦力を適宜に調整することにより、支柱５に対する水平軸Ｏ２回りの第２のアーム機構４の回動力を摩擦力により適宜調整することができる。このようなこのブレーキ機構４０の皿バネ４５は、例えば１枚から４枚等、その数を増減することにより、付勢力に従って、摩擦力を調整してもよい。

　図９は、本実施形態における医療デバイス保持装置１００のブレーキ機構５０を示す断面図である。
　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。

　押さえリング３５を旋回部３ｂ側にねじ込むと、皿バネ３５の付勢力が増大して、旋回部３ｂと横延長部３ｄとの間の摩擦力を増大する。反対に、押さえリング３５をねじ戻すと、摩擦力が低下する。この摩擦力を適宜に調整することにより、横延長部３ｄを適宜位置に保持することができる。このようなブレーキ機構５０の皿バネ３５は、例えば１枚から４枚等、その数を増減することにより、付勢力に従って、摩擦力を調整してもよい。

　本実施形態における医療デバイス保持装置１００は、保持部２によって、医療デバイスを保持した状態で、第１のアーム機構３、第２のアーム機構４を任意の角度に設定して、その荷重バランスをとることができる。

　具体的には、図４に示すように、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荷重４ｚが作用している際に、第２のアーム機構４が所定の角度となるように移動させた場合、支点４ｂを中心として、第２のアーム機構４が回動（旋回）する。これにともなって、接触部１４も、支点４ｂを中心として、荷重４ｚと対称に回動する。

　このとき、ブレーキ機構４０による摩擦力により第２のアーム機構４に対する回転力が規制されていると、荷重４ｚと摩擦力との差分力が接触部１４からスリット１３に作用して、第１のカウンタウエイト１２が鉛直方向に作用力を受ける。

　これにより、接触部１４の移動軌跡とスリット１３の形状とによって規定される鉛直位置まで、ガイド部１５によって規制された第１のカウンタウエイト１２が移動する。
　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。

　あらかじめ、ブレーキ機構４０の摩擦力と、バネ１６の付勢力とを設定することで、荷重４ｚと摩擦力との差分力が、第１のカウンタウエイト１２の重さＷとバネ１６の付勢力との合計力とバランスが取れている状態とすることができるため、第２のアーム機構４は、任意の位置でバランスされて静止することができるため、第２のアーム機構４がどのような姿勢でも荷重４ｚをバランスさせて、この姿勢を維持することができる。

　このとき、接触部１４が移動した際に、スリット１３が上述した形状とされていることにより、接触部１４の移動にともなった荷重４ｚの変化分は、第１のカウンタウエイト１２の高さ方向への移動によるバネ１６の付勢力の変化で相殺され、第２のアーム機構４の角度にかかわらず荷重バランスを維持することができる。

　ここで、スリット１３の上側輪郭線が、図５に示すように、支点４ｂの鉛直下側位置１３ａを通り水平方向に延在する直線１３ｚとされた場合には、接触部１４が移動した際に、接触部１４の移動範囲の全域にわたって、接触部１４からスリット１３に荷重４ｚからの力が作用し、第１のカウンタウエイト１２の全重量を第２のアーム機構４に負荷させることができるが、接触部１４の高さ変化分に等しい距離を第１のカウンタウエイト１２が移動することが必要であるため、第１のカウンタウエイト１２の移動範囲を大きくすることが必要となってしまう。

　また、スリット１３の上側輪郭線が、図５に示すように、支点４ｂの鉛直下側位置１３ａを通り支点４ｂを中心とする円弧１３ｙとされた場合には、接接触部１４が移動した際に、触部１４の移動範囲の全域にわたって、接触部１４からスリット１３に荷重４ｚからの力が作用せず、第１のカウンタウエイト１２は鉛直方向に移動しないとともに、接触部１４とスリット１３との接触面が傾斜しているために、この傾斜分だけ接触位置によって作用力が増減し、接触位置によってはこれらの力をバランスさせることができず、第２のアーム機構４の姿勢を維持することができないため、第１のカウンタウエイト１２の重量を増大させることが必要となってしまう。

　これに対し、本実施形態の医療デバイス保持装置１００においては、スリット１３が上述した形状とされていることにより、スリット１３に対する接触部１４の接触位置変化にともなって、第１のカウンタウエイト１２の重量からの負荷がスリット１３傾斜分だけ変化（ロス）するが、第１のカウンタウエイト１２にバネ１６を接続して高さ位置に応じた付勢力を付与することで、第１のカウンタウエイト１２の高さ位置（上下方向変位）に応じてスリット１３傾斜分だけロスしてしまう第１のカウンタウエイト１２の重量を補うことができる。これにより、第２のアーム機構４の角度にかかわらず、荷重４ｚと第１のカウンタウエイト１２とを重力でバランスさせることが可能となる。

　なお、本実施形態においては、以下の条件で、第１のカウンタウエイト１２の重量を削減することができる。
　　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。

　以下、本発明に係る医療デバイス保持装置の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
　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。

　本実施形態における医療デバイス保持装置２００は、図１０に示すように、複数のキャスター６ａによって床面等を移動可能なベース６を備えている。このベース６には、軸受部５ａが設けられ、この軸受部５ａでベース６に対して例えば鉛直軸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。この支持アーム５の上端には軸受部（支点）４ａが設けられている。この軸受部４ａには、鉛直軸Ｏ１に対して直交する方向に回動軸（水平軸）Ｏ２が設けられ、この回動軸Ｏ２回りに回動（揺動）自在な回動部材として第２のアーム機構４としての第１のアーム（アーム）４ｅが装着されている。

　この第１のアーム（第１のアーム）４ｅの一端には軸受部４ａが、他端には軸受部３ａがそれぞれ設けられている。この軸受部４ａには、軸受部４ａを挿通する回動軸Ｏ２回りに回動可能にアーム（第３のアーム）４ｇの一端が接続されている。軸受部３ａには、回動軸Ｏ２に平行として軸受部３ａを挿通する回動軸（水平軸）Ｏ３回りに回動可能にアーム（第４のアーム）４ｈの一端が接続されている。なお、軸受部４ａは、アーム４ｅの下端に設けられていることが小型化にとって好適である。

　さらに、それぞれアーム４ｇ，４ｈの他端には、軸受部４ｊ，４ｋが設けられている。これら軸受部４ｊ，４ｋには、軸受部４ｊ，４ｋを挿通する軸Ｏ２、Ｏ３回りに回動可能、かつ、アーム（第１のアーム）４ｅに対して平行にアーム（第２のアーム）４ｆの両端が連接されている。したがって、これら４つのアーム４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈと４つの軸受部４ａ，３ａ，４ｋ，４ｊとにより医療デバイス保持装置２００の平衡手段に相当する平行四辺形リンク機構４ｐが構成されている。

　アーム４ｅは軸受部３ａと反対側が軸受部４ａよりも平行四辺形リンク機構４ｐの外側に延出されている。また、アーム４ｇは軸受部４ａと反対側が軸受部４ｊよりも平行四辺形リンク機構４ｐの外側に延出されている。また、アーム４ｈは軸受部４ｋと反対側が軸受部３ａよりも平行四辺形リンク機構４ｐの外部に延出されている。

　アーム４ｅ，４ｆはアーム４ｇ，４ｈよりも長尺に形成されていることが好適である。また、アーム４ｅは、他のアーム４ｆ，４ｇ，４ｈよりも幅広に形成され、平行四辺形リンク機構４ｐとしての稼働がアーム４ｅの幅寸法程度内でおこなうこともできる。
　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。

　そして、この平行四辺形リンク機構４ｐの１つの軸受部３ａには、旋回部３ｂが接続され、旋回部３ｂにはさらに軸受部３ａの軸Ｏ３に対して直交した軸Ｏ４を有する軸受部３ｃが配設されている。この軸受部３ｃには医療デバイスの支持手段として長尺のアーム（第１のアーム機構）３の近位端（基端）が支持され、支持アーム３の基端とアーム４ｈとが一体として連接されている。

　アーム３の基端側は軸Ｏ４から離間するように湾曲する横延長部３ｄを有しており、
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。

　アーム３の先端には、医療デバイスを保持する保持部２が設けられている。保持部２は、軸Ｏ４を中心として回動可能な回転力量調節部によってアーム３に支持されており、さらに、保持する医療デバイスとともに軸Ｏ４と直交する軸Ｏ５，Ｏ６を中心として回動することができ、この回動に要する力量が回転力量調節部で調節される。

　一方、上述した軸受部３ａに対して対角上の軸受部４ｊよりも平行四辺形リンク機構４ｐの外方に延出されたアーム４ｇの他端には、カウンタバランス機構２０としての第２のカウンタウエイト２２が接続されている。この第２のカウンタウエイト２２は、保持部２で支持する医療デバイス等の重量物による軸Ｏ３回りに発生する慣性（回転）モーメントを相殺し、医療デバイス支持装置２００の姿勢をバランスするべく、所定の重量を備えている。なお、この第２のカウンタウエイト２２は、その重量が上述した重量物や軸Ｏ２までの距離によって適宜に選択可能であることもできる。

　さらに、上述した軸受部５ａには、ベース６に対する支柱５の軸Ｏ１回りの回動を電気的に規制する例えば電磁ブレーキ（電磁クラッチ）が配設されていてもよい。
　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。

　一方、上述した軸受部４ｋに対して対角上の軸受部４ａよりも平行四辺形リンク機構４ｐの外方に延出されたアーム４ｅの基端には、カウンタバランス機構１０としての第１のカウンタウエイト部１２が接続されている。この第１のカウンタウエイト部１２は、保持部２で支持する医療デバイス等の重量物による軸Ｏ２回りに発生する慣性（回転）モーメントを相殺し、医療デバイス支持装置２００の位置をバランスするべく、所定の重量を備えている。
　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。

　カウンタバランス機構２０は、図１０～図１２に示すように、第２のカウンタウエイト部２２と、第２のカウンタウエイト部２２を鉛直下向きに付勢するバネ（付勢手段）２６と、を有する。

　第２のカウンタウエイト部２２は、アーム４ｇに取り付けられている。第２のカウンタウエイト部２２の輪郭形状は略矩形とされることができるが、カバー部７内に収納されて鉛直方向に移動可能であれば、その形状は限定されない。

　アーム４ｅの基端側と、カウンタバランス機構１０と、カウンタバランス機構２０と、支柱５とは、筒状としてベース６上に立設されたカバー部７内に収納されている。なお、アーム４ｅにカバー部を設けて、アーム４ｆ，４ｇ，４ｈ等を内部に収納することもできる。

　スリット１３の形状は、第１実施形態と同様にして、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Ｅ等の重量、および、第２のカウンタウエイト部２２の重量から作用する荷重４ｚ、ブレーキ機構４０の摩擦力、および、カウンタバランス機構１０におけるこれらに対応する作用を考慮して設定される。

　本実施形態の医療デバイス保持装置２００においては、スリット１３、スリット２３がそれぞれ所定の形状として設定されていることにより、スリット１３に対する接触部１４の接触位置変化にともなって、第１のカウンタウエイト１２の重量からの負荷がスリット１３傾斜分だけ変化（ロス）するが、第１のカウンタウエイト１２にバネ１６を接続して高さ位置に応じた付勢力を付与することで、第１のカウンタウエイト１２の高さ位置（上下方向変位）に応じてスリット１３傾斜分だけロスしてしまう第１のカウンタウエイト１２の重量を補うことができる。
　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。

　これらにより、荷重４ｚと、第１のカウンタウエイト１２および第２のカウンタウエイト２２と、をいずれも重力でバランスさせ、平行四辺形リンク機構４ｐの変形状態およびアーム４ｇとアーム４ｅの角度にかかわらず、カウンタバランス機構２０によって医療デバイス支持装置２００の姿勢をバランスするとともに、カウンタバランス機構１０によって医療デバイス支持装置２００の位置をバランスし、医療デバイスＥの姿勢を保持し三次元空間内での位置を自由に移動可能とすることが可能となる。したがって、カウンタウエイト１２，２２の可動域のスペースを削減するとともにこれらの重量を削減して、小型軽量化を実現することができる。

　なお、本実施形態においては、以下の条件で、カウンタウエイト１２の重量を削減することができる。
　　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

　さらに、平行四辺形リンク機構４ｐにおける各アームの長さなど、以下の条件を満たすと好適である。
　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

　また、上記の実施形態においては、バネ１６をカウンタウエイト１２の下端に接続したが、図１３に示すように、ガイド部１５の長穴１５ａ内にバネ１６を設けることもできる。このように、バネ１６の伸縮方向を長穴１５ａの延在する方向と一致させて長穴１５ａ内に収納し、バネ１６の端部を長穴１５ａの端部と位置規制突起１５ｂとに当接させることにより、カウンタウエイト１２下端側における省スペース化を図り、さらに装置の小型化をおこなうことが可能となる。

　なお、各アームの長さが半径上述の数値として設定されたスコープホルダの場合、通常、カウンタウエイト１２は３０ｋｇ～５０ｋｇ程度になるのに対して、本実施形態における医療デバイス保持装置２００では、同等の可動域を有する場合において装置重量を９０％程度削減することができた。

　あるいは、本実施形態における医療デバイス保持装置では、装置重量が同等の重量を有する場合において、保持部２の可動域を拡大することができる。

　本発明の活用例として、カウンタウエイトを用いることによって、ロボットアームで保持対象を従来より少ない動力で動かせるものを挙げることができる。

１００，２００　　医療デバイス保持装置
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

Claims

　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。