アーム装置
【課題】容易かつ迅速に対象物を任意の空間位置で固定することのできるアーム装置を提供する。
【解決手段】着脱自在に取り付けられた対象物Ｏを任意の空間位置で固定するためのアーム装置１であって、基台２に設けられた第１の関節機構３と、基端部４１が前記第１の関節機構３によって継合され、当該第１の関節機構３によって軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとが行われ、先端部４２に前記対象物Ｏを着脱自在に取り付ける対象物着脱手段６を備えるアーム部４と、前記基端部４１と前記先端部４２との間に、前記アーム部４の軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとを行う少なくとも１つの第２の関節機構５と、を有し、第１の関節機構３および第２の関節機構５はともに、伸縮する軸部材７１の伸縮に応じて縮径および拡径するように固定されたボール部７２を有するボールジョイント７４であることを特徴とする。
【解決手段】着脱自在に取り付けられた対象物Ｏを任意の空間位置で固定するためのアーム装置１であって、基台２に設けられた第１の関節機構３と、基端部４１が前記第１の関節機構３によって継合され、当該第１の関節機構３によって軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとが行われ、先端部４２に前記対象物Ｏを着脱自在に取り付ける対象物着脱手段６を備えるアーム部４と、前記基端部４１と前記先端部４２との間に、前記アーム部４の軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとを行う少なくとも１つの第２の関節機構５と、を有し、第１の関節機構３および第２の関節機構５はともに、伸縮する軸部材７１の伸縮に応じて縮径および拡径するように固定されたボール部７２を有するボールジョイント７４であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーム装置に関し、より詳しくは、着脱自在に取り付けられた対象物を任意の空間位置で固定するアーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医師や補助者が超音波診断装置のエコープローブなどの対象物を同じ位置で長時間固定して保持するのは大変な重労働となる。そのため、そのような対象物を任意の空間位置で長時間固定して保持することのできる装置が開発されている。
【０００３】
対象物を任意の空間位置で長時間固定して保持し得る装置として、例えば、特許文献１には、図４および図５に示すように、ロック機構１３０を備えた多関節アーム（第１アーム１１１、第２アーム１１２）を有する作業補助装置１００が記載されている。この作業補助装置１００は、多関節アームの先端にホルダ１２０が取り付けられ、該ホルダ１２０に対象物を脱着可能に装着した状態で、該対象物を所望の位置に位置決めした後に前記ロック機構１３０を作動させて前記多関節アームをロックすることにより、前記対象物を前記所望の位置に保持する。具体的には、前記した多関節アームと前記ホルダ１２０との間に設けられた自在継手（球面継手１２１）および該自在継手をロックするロック機構１３０と、前記多関節アームを駆動するための駆動手段（第１サーボモータ１０５、第２サーボモータ１０６）と、を有することを特徴としている。
【０００４】
この作業補助装置１００は、対象物の位置決めを次のようにして行う旨が記載されている。まず、駆動手段である第１サーボモータ１０５を駆動させて、シートバック１０１の高さ方向（図５のＸ方向）に延設される第１支柱１０３のガイドレール１０３ａに沿って第２支柱１０４を任意の位置まで案内する。次いで、第２サーボモータ１０６を駆動させて第２支柱１０４の軸線方向（図４、図５のＺ方向）に第１アーム１１１を任意の高さに案内する。そして、第１軸１１３、第２軸１１４、第３軸１１５、第４軸１２２および球面継手１２１を適宜動かし、前記したロック機構１３０でロックし、対象物（デンタルミラー１２５）を固定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８９２３３号公報（請求項１、段落［００５６］〜［００７２］、図５、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の作業補助装置１００では、多関節アームの位置（水平方向の位置および高さ方向の位置）を変位させるために駆動手段を用いなければならず、位置決めを容易かつ迅速に行うことができないという問題があった。なお、特許文献１には、駆動手段によらず手動で行うこともできる旨記載されているが、多関節アームの位置（水平方向の位置および高さ方向の位置）を変位させるのは容易でないという問題がある。
【０００７】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、駆動手段を用いず、容易かつ迅速に対象物を任意の空間位置で固定することのできるアーム装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）前記課題を解決した本発明は、着脱自在に取り付けられた対象物を任意の空間位置で固定するためのアーム装置であって、基台に設けられた第１の関節機構と、基端部が前記第１の関節機構によって継合され、当該第１の関節機構によって軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとが行われ、先端部に前記対象物を着脱自在に取り付ける対象物着脱手段を備えるアーム部と、前記基端部と前記先端部との間に、前記アーム部の軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとを行う少なくとも１つの第２の関節機構と、を有し、前記第１の関節機構および前記第２の関節機構はともに、アクチュエータによって伸縮する軸部材と、当該軸部材の伸縮に応じて縮径および拡径するように固定された、１つのボール状の構造体を２つ以上に分割してなるボール部と、当該ボール部の形状に対応する形状の滑り面を有する継手部と、で形成されるボールジョイントであることを特徴とするアーム装置である。
【０００９】
このようにすれば、アクチュエータによって軸部材を伸縮させてボール部を縮径させることでアーム部の軸回りの回動と角度の変位とを行わせることができ、アクチュエータによって軸部材を伸縮させてボール部を拡径させることでアーム部の動作のロックを行うことができる。したがって、アーム部は、第１の関節機構および第２の関節機構によって軸回りの回動と角度の変位とを自由に行うことができ、また、第１の関節機構および第２の関節機構によってアーム部の動作のロックを行うことが可能であるので、アーム部の先端部に備えられた対象物着脱手段を任意の空間位置で固定することができる。つまり、当該対象物着脱手段に着脱自在に取り付けられた対象物を容易かつ迅速に任意の空間位置で固定することができる。
【００１０】
（２）前記アーム部はカバー部材を有し、前記カバー部材内に前記アクチュエータを設けるのが好ましい。このようにすれば、機械的な構成物が人目に付き難く、すっきりした外観となる。そのため、例えば、診断や医療等で本発明に係るアーム装置を用いた場合に、患者に威圧感や不安感を与えずに済む。
【００１１】
（３）前記アクチュエータは油圧シリンダであるのが好ましい。このようにすれば、小型でありながら大きな力で軸部材を伸縮させることが可能であり、アーム部の動作のロックを確実に行うことができる。
【００１２】
（４）前記第１の関節機構および前記第２の関節機構における動作のロックの操作を行うフットスイッチを備えているのが好ましい。このようにすれば、脚でフットスイッチを操作して関節機構をロックすることができるため、アーム装置を操作する操作者は両手を自由に使うことができるようになり、他の作業を滞りなく行うことが可能となる。
【００１３】
（５）前記対象物着脱手段は、前記対象物の取り付け角度を調整する角度調整手段を有しているのが好ましい。このようにすれば、対象物をより適切な角度で取り付けることができる。
【００１４】
（６）前記対象物着脱手段は、一定方向のスライドを許容するスライド許容手段と、前記スライドに対する反発力を発生させる反発力発生手段と、を有するスライド機構を備えるのが好ましい。このようにすれば、スライド許容手段によって対象物着脱手段をスライドさせることができるので、対象物着脱手段に取り付けられた対象物が他の物体に当接した場合であっても、当該対象物を損壊し難くすることができる。また、反発力発生手段を有しているため、許容されるスライドに抗ずる反発力を得ることができる。したがって、対象物着脱手段に取り付けられた対象物を他の物体に押し当てて第１の関節機構および第２の関節機構の動作をロックすれば、ロックを解除するまで一定の圧力で対象物を他の物体に押し当て続けることができる。
【００１５】
（７）本発明は、前記基台の水平方向における旋回とロックを行う旋回手段をさらに備えているのが好ましい。このようにすれば、基台の可動範囲が広がるので、より自在かつ適切に対象物を任意の空間位置でロックすることができる。
【００１６】
（８）前記対象物が超音波診断装置のエコープローブであり、当該エコープローブを前記対象物着脱手段に取り付けることとしてもよい。このようにすれば、患者の同じ診断箇所にエコープローブを長時間当て続けることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るアーム装置によれば、駆動手段を用いず、容易かつ迅速に対象物を任意の空間位置で固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るアーム装置の一実施形態を示す一部切り欠き正面図である。
【図２】第１の関節機構および第２の関節機構を説明する図であって、（ａ）は、その縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ方向矢視断面図であり、（ｃ）は、（ａ）で図示するボール受け座部を外してＢ方向から見たＢ方向矢視図である。
【図３】本発明に係るアーム装置の他の実施形態を示す正面図である。
【図４】従来のアーム装置の一例を説明する正面図である。
【図５】図４に示すアーム装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、適宜図面を参照して本発明に係るアーム装置を実施するための一形態について説明する。
【００２０】
本発明に係るアーム装置１は、着脱自在に取り付けられた対象物Ｏを任意の空間位置で固定するためのものであって、図１に示すように、基台２に設けられた第１の関節機構３と、アーム部４と、第２の関節機構５と、を有しており、アーム部４の先端部に備えられた対象物着脱手段６に前記した対象物Ｏを取り付けている。
【００２１】
ここで、対象物Ｏとしては、診断や医療で用いる場合は、例えば、超音波診断装置のエコープローブなどが該当し、また、工業製品の製造に用いる場合は、製造しようとする製品などが該当する。なお、かかる対象物Ｏは、対象物着脱手段６によって着脱自在に取り付けられるものであればよく、前記したものに限定されないことは言うまでもない。なお、工業製品の製造とは、例えば、工業製品の溶接や絵付けなどが該当する。
【００２２】
基台２は、この第１の関節機構３によってアーム部４を継合するので、高い剛性を有するようにする必要がある。そのため、例えば、ステンレス鋼などの高剛性の素材を用いたＩ形鋼、Ｈ形鋼、Ｔ形鋼などで構成するのが好ましい。かかる基台２は、高さ位置を調節することができるように、ネジ部材などの高さ調節手段２１を用いて、支持柱２２に対して上下動可能に固定するのがよい。
【００２３】
また、基台２は、水平方向における旋回とロックを行う旋回手段２３を備えているのがより好ましい。基台２の旋回は、基台２の一部に設けられた軸孔に回転軸２４を挿通してなる回転軸構造により具現することができる。また、基台２の旋回のロックは、例えば、油圧シリンダ２５などのアクチュエータによって動作するディスクブレーキ２６などにより行うことができる。
【００２４】
アーム部４は、その基端部４１が第１の関節機構３によって継合されている。また、アーム部４は、当該第１の関節機構３によってアーム部４の軸回りの回動と、角度の変位と、これらの動作のロックと、が行われ、先端部４２に前記した対象物Ｏを着脱自在に取り付ける対象物着脱手段６を備えている。
【００２５】
対象物着脱手段６は、例えば、対象物Ｏを把持する把持爪とすることや、対象物Ｏに係合を可能とする係合穴や係合爪が形成されている場合はこれに係合する係合爪や係合穴などとすることができる。なお、対象物着脱手段６は、対象物Ｏに応じて適宜の形状とすることができ、前記したものに限定されないことは言うまでもない。例えば、面ファスナーのようなものであってもよい。
【００２６】
また、対象物着脱手段６は、対象物Ｏをより適切な角度で取り付けることができるように、対象物Ｏの取り付け角度を調整する角度調整手段６１を有するのが好ましい。
【００２７】
このような角度調整手段６１は、例えば、アーム部４の先端にネジ穴（図示せず）を設けるとともに、対象物着脱手段６にも同じ径のネジ穴（図示せず）を設け、これらのネジ穴にツマミとなるネジ部材６２を螺入することによって具現できる。このようにすれば、ネジ部材６２によってきつく締めたり、緩めたりすることで対象物着脱手段６を任意の角度に調整し、固定することができる。
【００２８】
また、角度調整手段６１は、対象物着脱手段６との対向面に中心部から周縁部にかけて放射状に凹凸を設けた咬合部材（図示せず）をネジ部材６２と対象物着脱手段６との間に介在させ、対象物着脱手段６にも、この咬合部材が当接する箇所に、咬合部材の凹凸に対応する凹凸を設けておくとよい。ネジ部材６２によって締められると咬合部材の凹凸と対象物着脱手段６に設けられた凹凸とが咬合するため、より高い拘束力で対象物着脱手段６を固定することができる。
【００２９】
対象物着脱手段６は、対象物着脱手段６が一定方向にスライドするのを許容するスライド許容手段と、スライドに対する反発力を発生させる反発力発生手段と、を有するスライド機構６３を備えているのが好ましい。ここで、スライド許容手段は、公知のスライド部材を用いることができ、反発力発生手段は、スライド部材に取り付けられるバネ、ゴムなどの弾性部材を用いることができる。また、スライド機構６３は、スライド量を調節するスライド量調整手段（例えば、ネジ部材などを用いたストッパーなど）を設けておくのもよい。
【００３０】
このようなスライド機構６３を備えることにより、スライド許容手段によって対象物着脱手段６をスライドさせることができるので、対象物着脱手段６に取り付けられた対象物Ｏが他の物体ＯＯに当接した場合であっても、当該対象物Ｏの損壊を抑制することができる。また、反発力発生手段を有しているため、許容されるスライドに抗ずる反発力を得ることができる。
したがって、対象物着脱手段６に取り付けられた対象物Ｏを他の物体ＯＯに押し当てて第１の関節機構３および第２の関節機構５の動作をロックすれば、ロックを解除するまで反発力発生手段により一定の圧力で対象物Ｏを他の物体ＯＯに押し当て続けることができる。
【００３１】
そして、第２の関節機構５は、アーム部４の軸回りの回動と、角度の変位と、これらの動作のロックと、を行うものであり、アーム部４の基端部４１と先端部４２との間に少なくとも１つ設けられている。
なお、第２の関節機構５は、アーム部４の軸回りの回動と、角度の変位と、これらの動作のロックと、を行うことができる限り、設ける数に制限はないが、後記するように動作のロックを行うためにアクチュエータ７（図２（ａ）参照）を多く必要とし、重量が増してしまう。重量が増すと、操作者がアーム装置１を操作して位置決めする際に慣性によって位置がずれてしまうおそれがある。そのため、第２の関節機構５は、第２の関節機構５の動作の自由度にもよるが３つ以下とするのが好ましい。図１では、第２の関節機構５を３つ設けたアーム装置１を図示している。
【００３２】
ここで、図２を参照して第１の関節機構３および第２の関節機構５について説明する。
図２の（ａ）に示すように、第１の関節機構３（および第２の関節機構５）は、アクチュエータ７によって伸縮する軸部材７１と、当該軸部材７１の伸縮に応じて縮径および拡径するように接続された、１つのボール状の構造体を２つ以上に分割してなるボール部７２と、当該ボール部７２の形状に対応する形状の滑り面７３３、７３４を有する継手部７３と、で形成されるボールジョイント７４とする。
【００３３】
アクチュエータ７は、アクチュエータ７の小型化、軽量化および十分な圧力を得る観点、そしてバックラッシュを防止する観点から油圧シリンダを用いるのが好ましい。アクチュエータ７として油圧シリンダを用いる場合、油圧ホース７５（図１参照）を介して接続された油圧ポンプ（図示せず）により油圧を加えるようにするとよい。より高い油圧を得ることができるからである。
【００３４】
前記したように、ボール部７２は、軸部材７１の伸縮に応じて縮径および拡径するように固定された、１つのボール状の構造体を２つ以上に分割してなる。具体的には、ボール部７２は、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、アーム部４のカバー部材４３にネジ等により一方のフランジ部４４１が固定された管部材４４と、当該管部材４４の他方のフランジ部４４２にネジ等によりボール分割体７２１（１つのボール状の構造体を２つ以上に分割した構成体をいう。）が固定されて構成されている。
【００３５】
ボール分割体７２１は、アーム部４の動作の固定を十分に行う拘束力を得る観点から４分割とするのが好ましいが、これに限定されるものではない。例えば、２分割、３分割、５分割またはそれ以上に分割することもできる。なお、図２は、４分割したボール分割体７２１を備えた第１の関節機構３（および第２の関節機構５）を図示している。
アーム部４の動作の固定を十分に行う拘束力、つまり、第１の関節機構３、第２の関節機構５および旋回手段２３（図１参照）における拘束力はそれぞれ、例えば、３．９〜１４．７Ｎｍ（０．４〜１．５ｋｇｍ）程度あればよい。
【００３６】
管部材４４の他方のフランジ部４４２に固定されたボール分割体７２１の内部には、管部材４４の内径と略同じ径の連通部７２２と、この連通部７２２と繋がって形成され、前記した管部材４４に固定されていない先端部分に向けて拡径するテーパ部７２３と、が形成されている。
【００３７】
軸部材７１は、管部材４４内および連通部７２２を通って、ボール部７２の先端部分近傍であって継手部７３の滑り面７３３、７３４に当接しない位置まで延設されており、その端部には、前記したテーパ部７２３の形状に対応する形状で形成された錐体部材４５が取り付けられている。
【００３８】
なお、継手部７３は、図２の（ａ）に示すように、ボール部７２の形状に対応する形状の滑り面７３３、７３４を有するボール受け座部７３１とリング部７３２とを組み合わせて構成するとよい。
つまり、ボール受け座部７３１は、例えば、ボール部７２の先端部分から最大径までの滑り面７３３を有するように形成され、リング部７３２は、例えば、前記した最大径から径の小さくなった任意の位置までの滑り面７３４を有するように形成され、継手部７３はこれらを組み合わせて構成するとよい。このようにすれば、例えば、第１の関節機構３として基台２に継手部７３を設け、アーム部４の基端部４１をボール部７２とするボールジョイント７４とした場合、アーム部４が抜け落ちず、好適である。
【００３９】
そして、第１の関節機構３をこのような構成とした場合、アクチュエータ７によって軸部材７１を縮退させると軸部材７１の端部に取り付けられた錐体部材４５もアクチュエータ７に近接する方向に移動する。その結果、錐体部材４５によってくさび効果が発揮され、ボール分割体７２１を押し広げてボール部７２の径を拡径させる。拡径したボール部７２は継手部７３の滑り面７３３、７３４を押圧し、その押圧力によって強固に固定される。
【００４０】
他方、アクチュエータ７によって軸部材７１を伸長させると、軸部材７１の端部に取り付けられた錐体部材４５はアクチュエータ７から離間する方向に移動し、錐体部材４５によるくさび効果がなくなる。その結果、拡径していたボール部７２は縮径し、継手部７３の滑り面７３３、７３４を押圧していた押圧力がなくなり、第１の関節機構３によって継合されていたアーム部４は、軸回りの回動と、角度の変位と、を自由に行うことができるようになる。なお、アーム部４の軸回りの回動は、例えば、右回転、左回転ともに１８０°回動可能とし、角度の変位は、例えば、アーム部４の軸方向（長手方向）に対して横方向および縦方向ともに±４５°（つまり９０°）の範囲で変位可能とするとよい。
【００４１】
継手部７３とボール部７２の取り付け関係は、前記した例と逆にすることもできる。つまり、基台２にボール部７２を設け、アーム部４に継手部７３を設けるようにすることもできる。
なお、第２の関節機構５においても、かかる構成、動作およびその変形例を同様に採用することができる。
また、第１の関節機構３および第２の関節機構５は、アーム部４を構成する棒状部材４６（図１参照）の動作の支点となり、棒状部材４６の先端部は作用点となるため、支点から作用点までの距離、すなわち棒状部材４６の長さをなるべく短くした方がアーム部４の動作およびロックの安定性が高くなるので好ましい。
【００４２】
アーム部４を構成する部品は、軽量化のため、極力、アルミニウム合金などの軽金属で作製されたものを用いるのが好ましい。重量が増すと、操作者がアーム装置１を操作して位置決めする際に慣性によって位置がずれてしまうおそれがある。
【００４３】
アクチュエータ７が備えられたアーム部４は、当該アクチュエータ７を覆うようにカバー部材４３内に設けるのが好ましい。機械的な要素が人目に付き難く、すっきりした外観となるので、例えば、診断や医療等でアーム装置１を用いる場合に、患者Ｃ（図１参照）に威圧感や不安感を与えずに済む。
【００４４】
なお、アクチュエータ７の操作、つまり、アーム部４の第１の関節機構３および第２の関節機構５における動作のロックの操作とその解除の操作は、操作者の脚で行うことができるよう、フットスイッチ（図示せず）を備えているのが好ましい。フットスイッチでの操作は、例えば、フットスイッチを踏んでいるときだけアクチュエータ７で発生させる圧力を小さくするようにし、フットスイッチを踏んでいないときはアクチュエータ７で発生させる圧力を高くするようにするとよい。このようにすれば、アーム装置１が前記した構成の第１の関節機構３および第２の関節機構５を有している場合、フットスイッチを踏んでいるときは第１の関節機構３および第２の関節機構５のロックが解除され、アーム部４の軸回りの回動および角度の変位が可能となり、フットスイッチを踏んでいないときは第１の関節機構３および第２の関節機構５をロックし、これらの動作を行わせないようにすることができる。
【００４５】
なお、フットスイッチでの操作は、アクチュエータ７や油圧ユニットの設定を変更することにより任意に設定することが可能であり、例えば、前記したものとは逆の操作、つまり、フットスイッチを踏んでいるときだけ第１の関節機構３および第２の関節機構５をロックし、フットスイッチを踏んでいないときに第１の関節機構３および第２の関節機構５のロックを解除するように設定することもできる。フットスイッチによる操作は、基台２の旋回とそのロックを行う旋回手段２３についても同様に適用することができる。
また、第１の関節機構３、第２の関節機構５および旋回手段２３のロックとその解除は、フットスイッチの操作によって同じ動作を同時に行うようにするのが好ましいが、別々に行うようにしてもよい。かかる設定もアクチュエータ７や油圧ユニットの設定により変更することができる。
【００４６】
以下に、超音波診断を行う際の補助装置としてアーム装置１を使用する場合を例にとり、アーム装置１の一使用例について説明する。
なお、アーム装置１の動作のロックとその解除の操作は、フットスイッチによるものとし、その設定は、操作者がフットスイッチを脚で踏んでいるときにロックを解除し、フットスイッチを踏んでいないときにロックをすることとする。
【００４７】
超音波診断を行う患者Ｃ（図１参照）をベッドＢに寝かせる。このとき、アーム装置１の操作者である医師は、フットスイッチを踏んでいないので、第１の関節機構３、第２の関節機構５および基台２の旋回手段２３はロックされており、アーム部４は動かない。
【００４８】
次いで、操作者は、アーム部４を動かして患者Ｃの診断箇所に、対象物着脱手段６に取り付けられた対象物Ｏであるエコープローブを当接させるため、フットスイッチを踏む。すると、アクチュエータ７である油圧シリンダが作動して、油圧シリンダに接続された軸部材７１が伸長し、軸部材７１の端部に取り付けられた錐体部材４５が油圧シリンダから離間する方向に移動する。その結果、錐体部材４５によるくさび効果がなくなり、拡径していたボール部７２は縮径するため継手部７３の滑り面７３３、７３４を押圧していた押圧力がなくなる。その結果、第２の関節機構５および基台２の旋回手段２３のロックは解除され、アーム部４は、軸回りの回動と、角度の変位と、を自由に行うことができるようになる。
【００４９】
次いで、操作者は、フットスイッチを踏んだままアーム部４の先端部４２の対象物着脱手段６に備えられたエコープローブを任意の空間位置に移動させる。
そして、操作者は、患者Ｃの診断箇所にエコープローブを適切な角度および適度な圧力をもって当接するように位置決めする。このとき、対象物着脱手段６が備えているスライド機構６３のスライド許容手段が機能して、対象物着脱手段６が若干スライドするとともに、反発力発生手段によってスライドに対する反発力が生じる。これにより、前記したように適度な圧力を付与する。なお、エコープローブの角度は、予め対象物着脱手段６の有する角度調整手段６１によって任意の角度に調整されている。
【００５０】
エコープローブの位置決めをしたら、操作者は、フットスイッチから脚を離す。すると、油圧シリンダが作動して軸部材７１が縮退し、軸部材７１の端部に取り付けられた錐体部材４５が油圧シリンダに近接する方向に移動する。その結果、錐体部材４５によってくさび効果が発揮され、ボール分割体７２１を押し広げてボール部７２を拡径させ、これによりボール部７２は継手部７３の滑り面７３３、７３４を押圧し、その押圧力によって第１の関節機構３、第２の関節機構５および基台２の旋回手段２３は強固に固定される。つまり、アーム部４の動作はロックされる。
【００５１】
動作がロックされたアーム部４は、患者Ｃに対し、適切な角度および適度な圧力でエコープローブを固定し続ける。これにより、操作者（医師）がマニュアル操作で選択した位置での超音波画像をハンドフリーの状態でモニタリングすることができるようになる。また、超音波画像による臓器運動の長時間の観察が容易となるため、炭素線治療や放射線治療において、金属片などのマーカーを用いないで（マーカーレスで）腹部臓器の運動のモニタリングが可能となる。そのため、患者Ｃに与える負担を軽減することができる。さらに、エコープローブを取り付けたアーム装置１によれば、長時間、臓器運動をモニタリングすることができるので臓器運動と同期させてより高精度に炭素線や放射線を照射させることができるようになる。
【００５２】
診断終了後、操作者は、診断箇所からエコープローブを離すため再びフットスイッチを踏む。すると、前記と同様に、油圧シリンダを作動させて軸部材７１を伸長させ、軸部材７１の端部に取り付けられた錐体部材４５が油圧シリンダから離間する方向に移動する。その結果、くさび効果がなくなって継手部７３の滑り面７３３、７３４を押圧していた押圧力がなくなるため、第１の関節機構３、第２の関節機構５および基台２の旋回手段２３のロックは解除され、アーム部４を自由に動かすことができるようになる。アーム部４を自由に動かすことができるようになったら、エコープローブを患者Ｃから離間させて診断を終了する。
【００５３】
以上、発明を実施するための形態により本発明に係るアーム装置の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の内容は前記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変、変形等することができ、これらも本発明の技術的範囲内に含まれる。
【００５４】
例えば、前記した実施形態では、ネジ部材などの高さ調節手段２１を有する支持柱２２に基台２を固定するのがよい旨説明したが、基台２は、図３に示すように、天井１０や部屋の壁などに固定してもよい。なお、図３は、放射線治療室内に設置されたアーム装置１の一例を説明している。図３に示すように、アーム装置１は、前記した第１の関節機構３および第２の関節機構５とアーム部４とを設けているので、対象物Ｏを任意の空間位置で固定することができ、また、アーム部４を自由に動かしてロックすることができるので、荷電粒子線や電子線などの放射線を射出する射出端１１と、患者Ｃとの間で邪魔にならないようにアーム部４および対象物Ｏを固定することができる。
なお、アーム装置１のアーム部４は１つである必要はなく、必要に応じて増やすこともできる。例えば、図３に示すように２つとしてもよい。
【００５５】
また、前記ではアルミニウム合金などの軽金属を用いるとよい旨説明したが、ステンレス鋼などを用いることもできる。
さらに、アクチュエータ７として油圧シリンダを用いるのが好ましい旨説明したが、エアシリンダや電動モータなどを用いることもできる。
【符号の説明】
【００５６】
１ アーム装置
２ 基台
２１ 調節手段
２２ 支持柱
２３ 旋回手段
２４ 回転軸
２５ 油圧シリンダ
２６ ディスクブレーキ
３ 第１の関節機構
４ アーム部
４１ 基端部
４２ 先端部
４３ カバー部材
４４ 管部材
４４１ フランジ部
４４２ フランジ部
４５ 錐体部材
４６ 棒状部材
５ 第２の関節機構
６ 対象物着脱手段
６１ 角度調整手段
６２ ネジ部材
６３ スライド機構
７ アクチュエータ
７１ 軸部材
７２ ボール部
７２１ ボール分割体
７２２ 連通部
７２３ テーパ部
７３ 継手部
７３１ ボール受け座部
７３２ リング部
７３３ 滑り面
７３４ 滑り面
７４ ボールジョイント
７５ 油圧ホース
１０ 天井
１１ 射出端
Ｂ ベッド
Ｃ 患者
Ｏ 対象物
ＯＯ 他の物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーム装置に関し、より詳しくは、着脱自在に取り付けられた対象物を任意の空間位置で固定するアーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医師や補助者が超音波診断装置のエコープローブなどの対象物を同じ位置で長時間固定して保持するのは大変な重労働となる。そのため、そのような対象物を任意の空間位置で長時間固定して保持することのできる装置が開発されている。
【０００３】
対象物を任意の空間位置で長時間固定して保持し得る装置として、例えば、特許文献１には、図４および図５に示すように、ロック機構１３０を備えた多関節アーム（第１アーム１１１、第２アーム１１２）を有する作業補助装置１００が記載されている。この作業補助装置１００は、多関節アームの先端にホルダ１２０が取り付けられ、該ホルダ１２０に対象物を脱着可能に装着した状態で、該対象物を所望の位置に位置決めした後に前記ロック機構１３０を作動させて前記多関節アームをロックすることにより、前記対象物を前記所望の位置に保持する。具体的には、前記した多関節アームと前記ホルダ１２０との間に設けられた自在継手（球面継手１２１）および該自在継手をロックするロック機構１３０と、前記多関節アームを駆動するための駆動手段（第１サーボモータ１０５、第２サーボモータ１０６）と、を有することを特徴としている。
【０００４】
この作業補助装置１００は、対象物の位置決めを次のようにして行う旨が記載されている。まず、駆動手段である第１サーボモータ１０５を駆動させて、シートバック１０１の高さ方向（図５のＸ方向）に延設される第１支柱１０３のガイドレール１０３ａに沿って第２支柱１０４を任意の位置まで案内する。次いで、第２サーボモータ１０６を駆動させて第２支柱１０４の軸線方向（図４、図５のＺ方向）に第１アーム１１１を任意の高さに案内する。そして、第１軸１１３、第２軸１１４、第３軸１１５、第４軸１２２および球面継手１２１を適宜動かし、前記したロック機構１３０でロックし、対象物（デンタルミラー１２５）を固定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８９２３３号公報（請求項１、段落［００５６］〜［００７２］、図５、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の作業補助装置１００では、多関節アームの位置（水平方向の位置および高さ方向の位置）を変位させるために駆動手段を用いなければならず、位置決めを容易かつ迅速に行うことができないという問題があった。なお、特許文献１には、駆動手段によらず手動で行うこともできる旨記載されているが、多関節アームの位置（水平方向の位置および高さ方向の位置）を変位させるのは容易でないという問題がある。
【０００７】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、駆動手段を用いず、容易かつ迅速に対象物を任意の空間位置で固定することのできるアーム装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）前記課題を解決した本発明は、着脱自在に取り付けられた対象物を任意の空間位置で固定するためのアーム装置であって、基台に設けられた第１の関節機構と、基端部が前記第１の関節機構によって継合され、当該第１の関節機構によって軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとが行われ、先端部に前記対象物を着脱自在に取り付ける対象物着脱手段を備えるアーム部と、前記基端部と前記先端部との間に、前記アーム部の軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとを行う少なくとも１つの第２の関節機構と、を有し、前記第１の関節機構および前記第２の関節機構はともに、アクチュエータによって伸縮する軸部材と、当該軸部材の伸縮に応じて縮径および拡径するように固定された、１つのボール状の構造体を２つ以上に分割してなるボール部と、当該ボール部の形状に対応する形状の滑り面を有する継手部と、で形成されるボールジョイントであることを特徴とするアーム装置である。
【０００９】
このようにすれば、アクチュエータによって軸部材を伸縮させてボール部を縮径させることでアーム部の軸回りの回動と角度の変位とを行わせることができ、アクチュエータによって軸部材を伸縮させてボール部を拡径させることでアーム部の動作のロックを行うことができる。したがって、アーム部は、第１の関節機構および第２の関節機構によって軸回りの回動と角度の変位とを自由に行うことができ、また、第１の関節機構および第２の関節機構によってアーム部の動作のロックを行うことが可能であるので、アーム部の先端部に備えられた対象物着脱手段を任意の空間位置で固定することができる。つまり、当該対象物着脱手段に着脱自在に取り付けられた対象物を容易かつ迅速に任意の空間位置で固定することができる。
【００１０】
（２）前記アーム部はカバー部材を有し、前記カバー部材内に前記アクチュエータを設けるのが好ましい。このようにすれば、機械的な構成物が人目に付き難く、すっきりした外観となる。そのため、例えば、診断や医療等で本発明に係るアーム装置を用いた場合に、患者に威圧感や不安感を与えずに済む。
【００１１】
（３）前記アクチュエータは油圧シリンダであるのが好ましい。このようにすれば、小型でありながら大きな力で軸部材を伸縮させることが可能であり、アーム部の動作のロックを確実に行うことができる。
【００１２】
（４）前記第１の関節機構および前記第２の関節機構における動作のロックの操作を行うフットスイッチを備えているのが好ましい。このようにすれば、脚でフットスイッチを操作して関節機構をロックすることができるため、アーム装置を操作する操作者は両手を自由に使うことができるようになり、他の作業を滞りなく行うことが可能となる。
【００１３】
（５）前記対象物着脱手段は、前記対象物の取り付け角度を調整する角度調整手段を有しているのが好ましい。このようにすれば、対象物をより適切な角度で取り付けることができる。
【００１４】
（６）前記対象物着脱手段は、一定方向のスライドを許容するスライド許容手段と、前記スライドに対する反発力を発生させる反発力発生手段と、を有するスライド機構を備えるのが好ましい。このようにすれば、スライド許容手段によって対象物着脱手段をスライドさせることができるので、対象物着脱手段に取り付けられた対象物が他の物体に当接した場合であっても、当該対象物を損壊し難くすることができる。また、反発力発生手段を有しているため、許容されるスライドに抗ずる反発力を得ることができる。したがって、対象物着脱手段に取り付けられた対象物を他の物体に押し当てて第１の関節機構および第２の関節機構の動作をロックすれば、ロックを解除するまで一定の圧力で対象物を他の物体に押し当て続けることができる。
【００１５】
（７）本発明は、前記基台の水平方向における旋回とロックを行う旋回手段をさらに備えているのが好ましい。このようにすれば、基台の可動範囲が広がるので、より自在かつ適切に対象物を任意の空間位置でロックすることができる。
【００１６】
（８）前記対象物が超音波診断装置のエコープローブであり、当該エコープローブを前記対象物着脱手段に取り付けることとしてもよい。このようにすれば、患者の同じ診断箇所にエコープローブを長時間当て続けることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るアーム装置によれば、駆動手段を用いず、容易かつ迅速に対象物を任意の空間位置で固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るアーム装置の一実施形態を示す一部切り欠き正面図である。
【図２】第１の関節機構および第２の関節機構を説明する図であって、（ａ）は、その縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ方向矢視断面図であり、（ｃ）は、（ａ）で図示するボール受け座部を外してＢ方向から見たＢ方向矢視図である。
【図３】本発明に係るアーム装置の他の実施形態を示す正面図である。
【図４】従来のアーム装置の一例を説明する正面図である。
【図５】図４に示すアーム装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、適宜図面を参照して本発明に係るアーム装置を実施するための一形態について説明する。
【００２０】
本発明に係るアーム装置１は、着脱自在に取り付けられた対象物Ｏを任意の空間位置で固定するためのものであって、図１に示すように、基台２に設けられた第１の関節機構３と、アーム部４と、第２の関節機構５と、を有しており、アーム部４の先端部に備えられた対象物着脱手段６に前記した対象物Ｏを取り付けている。
【００２１】
ここで、対象物Ｏとしては、診断や医療で用いる場合は、例えば、超音波診断装置のエコープローブなどが該当し、また、工業製品の製造に用いる場合は、製造しようとする製品などが該当する。なお、かかる対象物Ｏは、対象物着脱手段６によって着脱自在に取り付けられるものであればよく、前記したものに限定されないことは言うまでもない。なお、工業製品の製造とは、例えば、工業製品の溶接や絵付けなどが該当する。
【００２２】
基台２は、この第１の関節機構３によってアーム部４を継合するので、高い剛性を有するようにする必要がある。そのため、例えば、ステンレス鋼などの高剛性の素材を用いたＩ形鋼、Ｈ形鋼、Ｔ形鋼などで構成するのが好ましい。かかる基台２は、高さ位置を調節することができるように、ネジ部材などの高さ調節手段２１を用いて、支持柱２２に対して上下動可能に固定するのがよい。
【００２３】
また、基台２は、水平方向における旋回とロックを行う旋回手段２３を備えているのがより好ましい。基台２の旋回は、基台２の一部に設けられた軸孔に回転軸２４を挿通してなる回転軸構造により具現することができる。また、基台２の旋回のロックは、例えば、油圧シリンダ２５などのアクチュエータによって動作するディスクブレーキ２６などにより行うことができる。
【００２４】
アーム部４は、その基端部４１が第１の関節機構３によって継合されている。また、アーム部４は、当該第１の関節機構３によってアーム部４の軸回りの回動と、角度の変位と、これらの動作のロックと、が行われ、先端部４２に前記した対象物Ｏを着脱自在に取り付ける対象物着脱手段６を備えている。
【００２５】
対象物着脱手段６は、例えば、対象物Ｏを把持する把持爪とすることや、対象物Ｏに係合を可能とする係合穴や係合爪が形成されている場合はこれに係合する係合爪や係合穴などとすることができる。なお、対象物着脱手段６は、対象物Ｏに応じて適宜の形状とすることができ、前記したものに限定されないことは言うまでもない。例えば、面ファスナーのようなものであってもよい。
【００２６】
また、対象物着脱手段６は、対象物Ｏをより適切な角度で取り付けることができるように、対象物Ｏの取り付け角度を調整する角度調整手段６１を有するのが好ましい。
【００２７】
このような角度調整手段６１は、例えば、アーム部４の先端にネジ穴（図示せず）を設けるとともに、対象物着脱手段６にも同じ径のネジ穴（図示せず）を設け、これらのネジ穴にツマミとなるネジ部材６２を螺入することによって具現できる。このようにすれば、ネジ部材６２によってきつく締めたり、緩めたりすることで対象物着脱手段６を任意の角度に調整し、固定することができる。
【００２８】
また、角度調整手段６１は、対象物着脱手段６との対向面に中心部から周縁部にかけて放射状に凹凸を設けた咬合部材（図示せず）をネジ部材６２と対象物着脱手段６との間に介在させ、対象物着脱手段６にも、この咬合部材が当接する箇所に、咬合部材の凹凸に対応する凹凸を設けておくとよい。ネジ部材６２によって締められると咬合部材の凹凸と対象物着脱手段６に設けられた凹凸とが咬合するため、より高い拘束力で対象物着脱手段６を固定することができる。
【００２９】
対象物着脱手段６は、対象物着脱手段６が一定方向にスライドするのを許容するスライド許容手段と、スライドに対する反発力を発生させる反発力発生手段と、を有するスライド機構６３を備えているのが好ましい。ここで、スライド許容手段は、公知のスライド部材を用いることができ、反発力発生手段は、スライド部材に取り付けられるバネ、ゴムなどの弾性部材を用いることができる。また、スライド機構６３は、スライド量を調節するスライド量調整手段（例えば、ネジ部材などを用いたストッパーなど）を設けておくのもよい。
【００３０】
このようなスライド機構６３を備えることにより、スライド許容手段によって対象物着脱手段６をスライドさせることができるので、対象物着脱手段６に取り付けられた対象物Ｏが他の物体ＯＯに当接した場合であっても、当該対象物Ｏの損壊を抑制することができる。また、反発力発生手段を有しているため、許容されるスライドに抗ずる反発力を得ることができる。
したがって、対象物着脱手段６に取り付けられた対象物Ｏを他の物体ＯＯに押し当てて第１の関節機構３および第２の関節機構５の動作をロックすれば、ロックを解除するまで反発力発生手段により一定の圧力で対象物Ｏを他の物体ＯＯに押し当て続けることができる。
【００３１】
そして、第２の関節機構５は、アーム部４の軸回りの回動と、角度の変位と、これらの動作のロックと、を行うものであり、アーム部４の基端部４１と先端部４２との間に少なくとも１つ設けられている。
なお、第２の関節機構５は、アーム部４の軸回りの回動と、角度の変位と、これらの動作のロックと、を行うことができる限り、設ける数に制限はないが、後記するように動作のロックを行うためにアクチュエータ７（図２（ａ）参照）を多く必要とし、重量が増してしまう。重量が増すと、操作者がアーム装置１を操作して位置決めする際に慣性によって位置がずれてしまうおそれがある。そのため、第２の関節機構５は、第２の関節機構５の動作の自由度にもよるが３つ以下とするのが好ましい。図１では、第２の関節機構５を３つ設けたアーム装置１を図示している。
【００３２】
ここで、図２を参照して第１の関節機構３および第２の関節機構５について説明する。
図２の（ａ）に示すように、第１の関節機構３（および第２の関節機構５）は、アクチュエータ７によって伸縮する軸部材７１と、当該軸部材７１の伸縮に応じて縮径および拡径するように接続された、１つのボール状の構造体を２つ以上に分割してなるボール部７２と、当該ボール部７２の形状に対応する形状の滑り面７３３、７３４を有する継手部７３と、で形成されるボールジョイント７４とする。
【００３３】
アクチュエータ７は、アクチュエータ７の小型化、軽量化および十分な圧力を得る観点、そしてバックラッシュを防止する観点から油圧シリンダを用いるのが好ましい。アクチュエータ７として油圧シリンダを用いる場合、油圧ホース７５（図１参照）を介して接続された油圧ポンプ（図示せず）により油圧を加えるようにするとよい。より高い油圧を得ることができるからである。
【００３４】
前記したように、ボール部７２は、軸部材７１の伸縮に応じて縮径および拡径するように固定された、１つのボール状の構造体を２つ以上に分割してなる。具体的には、ボール部７２は、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、アーム部４のカバー部材４３にネジ等により一方のフランジ部４４１が固定された管部材４４と、当該管部材４４の他方のフランジ部４４２にネジ等によりボール分割体７２１（１つのボール状の構造体を２つ以上に分割した構成体をいう。）が固定されて構成されている。
【００３５】
ボール分割体７２１は、アーム部４の動作の固定を十分に行う拘束力を得る観点から４分割とするのが好ましいが、これに限定されるものではない。例えば、２分割、３分割、５分割またはそれ以上に分割することもできる。なお、図２は、４分割したボール分割体７２１を備えた第１の関節機構３（および第２の関節機構５）を図示している。
アーム部４の動作の固定を十分に行う拘束力、つまり、第１の関節機構３、第２の関節機構５および旋回手段２３（図１参照）における拘束力はそれぞれ、例えば、３．９〜１４．７Ｎｍ（０．４〜１．５ｋｇｍ）程度あればよい。
【００３６】
管部材４４の他方のフランジ部４４２に固定されたボール分割体７２１の内部には、管部材４４の内径と略同じ径の連通部７２２と、この連通部７２２と繋がって形成され、前記した管部材４４に固定されていない先端部分に向けて拡径するテーパ部７２３と、が形成されている。
【００３７】
軸部材７１は、管部材４４内および連通部７２２を通って、ボール部７２の先端部分近傍であって継手部７３の滑り面７３３、７３４に当接しない位置まで延設されており、その端部には、前記したテーパ部７２３の形状に対応する形状で形成された錐体部材４５が取り付けられている。
【００３８】
なお、継手部７３は、図２の（ａ）に示すように、ボール部７２の形状に対応する形状の滑り面７３３、７３４を有するボール受け座部７３１とリング部７３２とを組み合わせて構成するとよい。
つまり、ボール受け座部７３１は、例えば、ボール部７２の先端部分から最大径までの滑り面７３３を有するように形成され、リング部７３２は、例えば、前記した最大径から径の小さくなった任意の位置までの滑り面７３４を有するように形成され、継手部７３はこれらを組み合わせて構成するとよい。このようにすれば、例えば、第１の関節機構３として基台２に継手部７３を設け、アーム部４の基端部４１をボール部７２とするボールジョイント７４とした場合、アーム部４が抜け落ちず、好適である。
【００３９】
そして、第１の関節機構３をこのような構成とした場合、アクチュエータ７によって軸部材７１を縮退させると軸部材７１の端部に取り付けられた錐体部材４５もアクチュエータ７に近接する方向に移動する。その結果、錐体部材４５によってくさび効果が発揮され、ボール分割体７２１を押し広げてボール部７２の径を拡径させる。拡径したボール部７２は継手部７３の滑り面７３３、７３４を押圧し、その押圧力によって強固に固定される。
【００４０】
他方、アクチュエータ７によって軸部材７１を伸長させると、軸部材７１の端部に取り付けられた錐体部材４５はアクチュエータ７から離間する方向に移動し、錐体部材４５によるくさび効果がなくなる。その結果、拡径していたボール部７２は縮径し、継手部７３の滑り面７３３、７３４を押圧していた押圧力がなくなり、第１の関節機構３によって継合されていたアーム部４は、軸回りの回動と、角度の変位と、を自由に行うことができるようになる。なお、アーム部４の軸回りの回動は、例えば、右回転、左回転ともに１８０°回動可能とし、角度の変位は、例えば、アーム部４の軸方向（長手方向）に対して横方向および縦方向ともに±４５°（つまり９０°）の範囲で変位可能とするとよい。
【００４１】
継手部７３とボール部７２の取り付け関係は、前記した例と逆にすることもできる。つまり、基台２にボール部７２を設け、アーム部４に継手部７３を設けるようにすることもできる。
なお、第２の関節機構５においても、かかる構成、動作およびその変形例を同様に採用することができる。
また、第１の関節機構３および第２の関節機構５は、アーム部４を構成する棒状部材４６（図１参照）の動作の支点となり、棒状部材４６の先端部は作用点となるため、支点から作用点までの距離、すなわち棒状部材４６の長さをなるべく短くした方がアーム部４の動作およびロックの安定性が高くなるので好ましい。
【００４２】
アーム部４を構成する部品は、軽量化のため、極力、アルミニウム合金などの軽金属で作製されたものを用いるのが好ましい。重量が増すと、操作者がアーム装置１を操作して位置決めする際に慣性によって位置がずれてしまうおそれがある。
【００４３】
アクチュエータ７が備えられたアーム部４は、当該アクチュエータ７を覆うようにカバー部材４３内に設けるのが好ましい。機械的な要素が人目に付き難く、すっきりした外観となるので、例えば、診断や医療等でアーム装置１を用いる場合に、患者Ｃ（図１参照）に威圧感や不安感を与えずに済む。
【００４４】
なお、アクチュエータ７の操作、つまり、アーム部４の第１の関節機構３および第２の関節機構５における動作のロックの操作とその解除の操作は、操作者の脚で行うことができるよう、フットスイッチ（図示せず）を備えているのが好ましい。フットスイッチでの操作は、例えば、フットスイッチを踏んでいるときだけアクチュエータ７で発生させる圧力を小さくするようにし、フットスイッチを踏んでいないときはアクチュエータ７で発生させる圧力を高くするようにするとよい。このようにすれば、アーム装置１が前記した構成の第１の関節機構３および第２の関節機構５を有している場合、フットスイッチを踏んでいるときは第１の関節機構３および第２の関節機構５のロックが解除され、アーム部４の軸回りの回動および角度の変位が可能となり、フットスイッチを踏んでいないときは第１の関節機構３および第２の関節機構５をロックし、これらの動作を行わせないようにすることができる。
【００４５】
なお、フットスイッチでの操作は、アクチュエータ７や油圧ユニットの設定を変更することにより任意に設定することが可能であり、例えば、前記したものとは逆の操作、つまり、フットスイッチを踏んでいるときだけ第１の関節機構３および第２の関節機構５をロックし、フットスイッチを踏んでいないときに第１の関節機構３および第２の関節機構５のロックを解除するように設定することもできる。フットスイッチによる操作は、基台２の旋回とそのロックを行う旋回手段２３についても同様に適用することができる。
また、第１の関節機構３、第２の関節機構５および旋回手段２３のロックとその解除は、フットスイッチの操作によって同じ動作を同時に行うようにするのが好ましいが、別々に行うようにしてもよい。かかる設定もアクチュエータ７や油圧ユニットの設定により変更することができる。
【００４６】
以下に、超音波診断を行う際の補助装置としてアーム装置１を使用する場合を例にとり、アーム装置１の一使用例について説明する。
なお、アーム装置１の動作のロックとその解除の操作は、フットスイッチによるものとし、その設定は、操作者がフットスイッチを脚で踏んでいるときにロックを解除し、フットスイッチを踏んでいないときにロックをすることとする。
【００４７】
超音波診断を行う患者Ｃ（図１参照）をベッドＢに寝かせる。このとき、アーム装置１の操作者である医師は、フットスイッチを踏んでいないので、第１の関節機構３、第２の関節機構５および基台２の旋回手段２３はロックされており、アーム部４は動かない。
【００４８】
次いで、操作者は、アーム部４を動かして患者Ｃの診断箇所に、対象物着脱手段６に取り付けられた対象物Ｏであるエコープローブを当接させるため、フットスイッチを踏む。すると、アクチュエータ７である油圧シリンダが作動して、油圧シリンダに接続された軸部材７１が伸長し、軸部材７１の端部に取り付けられた錐体部材４５が油圧シリンダから離間する方向に移動する。その結果、錐体部材４５によるくさび効果がなくなり、拡径していたボール部７２は縮径するため継手部７３の滑り面７３３、７３４を押圧していた押圧力がなくなる。その結果、第２の関節機構５および基台２の旋回手段２３のロックは解除され、アーム部４は、軸回りの回動と、角度の変位と、を自由に行うことができるようになる。
【００４９】
次いで、操作者は、フットスイッチを踏んだままアーム部４の先端部４２の対象物着脱手段６に備えられたエコープローブを任意の空間位置に移動させる。
そして、操作者は、患者Ｃの診断箇所にエコープローブを適切な角度および適度な圧力をもって当接するように位置決めする。このとき、対象物着脱手段６が備えているスライド機構６３のスライド許容手段が機能して、対象物着脱手段６が若干スライドするとともに、反発力発生手段によってスライドに対する反発力が生じる。これにより、前記したように適度な圧力を付与する。なお、エコープローブの角度は、予め対象物着脱手段６の有する角度調整手段６１によって任意の角度に調整されている。
【００５０】
エコープローブの位置決めをしたら、操作者は、フットスイッチから脚を離す。すると、油圧シリンダが作動して軸部材７１が縮退し、軸部材７１の端部に取り付けられた錐体部材４５が油圧シリンダに近接する方向に移動する。その結果、錐体部材４５によってくさび効果が発揮され、ボール分割体７２１を押し広げてボール部７２を拡径させ、これによりボール部７２は継手部７３の滑り面７３３、７３４を押圧し、その押圧力によって第１の関節機構３、第２の関節機構５および基台２の旋回手段２３は強固に固定される。つまり、アーム部４の動作はロックされる。
【００５１】
動作がロックされたアーム部４は、患者Ｃに対し、適切な角度および適度な圧力でエコープローブを固定し続ける。これにより、操作者（医師）がマニュアル操作で選択した位置での超音波画像をハンドフリーの状態でモニタリングすることができるようになる。また、超音波画像による臓器運動の長時間の観察が容易となるため、炭素線治療や放射線治療において、金属片などのマーカーを用いないで（マーカーレスで）腹部臓器の運動のモニタリングが可能となる。そのため、患者Ｃに与える負担を軽減することができる。さらに、エコープローブを取り付けたアーム装置１によれば、長時間、臓器運動をモニタリングすることができるので臓器運動と同期させてより高精度に炭素線や放射線を照射させることができるようになる。
【００５２】
診断終了後、操作者は、診断箇所からエコープローブを離すため再びフットスイッチを踏む。すると、前記と同様に、油圧シリンダを作動させて軸部材７１を伸長させ、軸部材７１の端部に取り付けられた錐体部材４５が油圧シリンダから離間する方向に移動する。その結果、くさび効果がなくなって継手部７３の滑り面７３３、７３４を押圧していた押圧力がなくなるため、第１の関節機構３、第２の関節機構５および基台２の旋回手段２３のロックは解除され、アーム部４を自由に動かすことができるようになる。アーム部４を自由に動かすことができるようになったら、エコープローブを患者Ｃから離間させて診断を終了する。
【００５３】
以上、発明を実施するための形態により本発明に係るアーム装置の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の内容は前記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変、変形等することができ、これらも本発明の技術的範囲内に含まれる。
【００５４】
例えば、前記した実施形態では、ネジ部材などの高さ調節手段２１を有する支持柱２２に基台２を固定するのがよい旨説明したが、基台２は、図３に示すように、天井１０や部屋の壁などに固定してもよい。なお、図３は、放射線治療室内に設置されたアーム装置１の一例を説明している。図３に示すように、アーム装置１は、前記した第１の関節機構３および第２の関節機構５とアーム部４とを設けているので、対象物Ｏを任意の空間位置で固定することができ、また、アーム部４を自由に動かしてロックすることができるので、荷電粒子線や電子線などの放射線を射出する射出端１１と、患者Ｃとの間で邪魔にならないようにアーム部４および対象物Ｏを固定することができる。
なお、アーム装置１のアーム部４は１つである必要はなく、必要に応じて増やすこともできる。例えば、図３に示すように２つとしてもよい。
【００５５】
また、前記ではアルミニウム合金などの軽金属を用いるとよい旨説明したが、ステンレス鋼などを用いることもできる。
さらに、アクチュエータ７として油圧シリンダを用いるのが好ましい旨説明したが、エアシリンダや電動モータなどを用いることもできる。
【符号の説明】
【００５６】
１ アーム装置
２ 基台
２１ 調節手段
２２ 支持柱
２３ 旋回手段
２４ 回転軸
２５ 油圧シリンダ
２６ ディスクブレーキ
３ 第１の関節機構
４ アーム部
４１ 基端部
４２ 先端部
４３ カバー部材
４４ 管部材
４４１ フランジ部
４４２ フランジ部
４５ 錐体部材
４６ 棒状部材
５ 第２の関節機構
６ 対象物着脱手段
６１ 角度調整手段
６２ ネジ部材
６３ スライド機構
７ アクチュエータ
７１ 軸部材
７２ ボール部
７２１ ボール分割体
７２２ 連通部
７２３ テーパ部
７３ 継手部
７３１ ボール受け座部
７３２ リング部
７３３ 滑り面
７３４ 滑り面
７４ ボールジョイント
７５ 油圧ホース
１０ 天井
１１ 射出端
Ｂ ベッド
Ｃ 患者
Ｏ 対象物
ＯＯ 他の物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着脱自在に取り付けられた対象物を任意の空間位置で固定するためのアーム装置であって、
基台に設けられた第１の関節機構と、
基端部が前記第１の関節機構によって継合され、当該第１の関節機構によって軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとが行われ、先端部に前記対象物を着脱自在に取り付ける対象物着脱手段を備えるアーム部と、
前記基端部と前記先端部との間に、前記アーム部の軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとを行う少なくとも１つの第２の関節機構と、を有し、
前記第１の関節機構および前記第２の関節機構はともに、
アクチュエータによって伸縮する軸部材と、
当該軸部材の伸縮に応じて縮径および拡径するように固定された、１つのボール状の構造体を２つ以上に分割してなるボール部と、
当該ボール部の形状に対応する形状の滑り面を有する継手部と、
で形成されるボールジョイントである
ことを特徴とするアーム装置。
【請求項２】
前記アーム部はカバー部材を有し、
前記カバー部材内に前記アクチュエータを設けた
ことを特徴とする請求項１に記載のアーム装置。
【請求項３】
前記アクチュエータが油圧シリンダである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアーム装置。
【請求項４】
前記第１の関節機構および前記第２の関節機構における動作のロックの操作を行うフットスイッチを備えている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のアーム装置。
【請求項５】
前記対象物着脱手段が、前記対象物の取り付け角度を調整する角度調整手段を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１に記載のアーム装置。
【請求項６】
前記対象物着脱手段が、一定方向のスライドを許容するスライド許容手段と、前記スライドに対する反発力を発生させる反発力発生手段と、を有するスライド機構を備えている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１に記載のアーム装置。
【請求項７】
前記基台の水平方向における旋回とロックを行う旋回手段をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１に記載のアーム装置。
【請求項８】
前記対象物が超音波診断装置のエコープローブであり、当該エコープローブを前記対象物着脱手段に取り付けたことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１に記載のアーム装置。
【請求項１】
着脱自在に取り付けられた対象物を任意の空間位置で固定するためのアーム装置であって、
基台に設けられた第１の関節機構と、
基端部が前記第１の関節機構によって継合され、当該第１の関節機構によって軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとが行われ、先端部に前記対象物を着脱自在に取り付ける対象物着脱手段を備えるアーム部と、
前記基端部と前記先端部との間に、前記アーム部の軸回りの回動と角度の変位とこれらの動作のロックとを行う少なくとも１つの第２の関節機構と、を有し、
前記第１の関節機構および前記第２の関節機構はともに、
アクチュエータによって伸縮する軸部材と、
当該軸部材の伸縮に応じて縮径および拡径するように固定された、１つのボール状の構造体を２つ以上に分割してなるボール部と、
当該ボール部の形状に対応する形状の滑り面を有する継手部と、
で形成されるボールジョイントである
ことを特徴とするアーム装置。
【請求項２】
前記アーム部はカバー部材を有し、
前記カバー部材内に前記アクチュエータを設けた
ことを特徴とする請求項１に記載のアーム装置。
【請求項３】
前記アクチュエータが油圧シリンダである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアーム装置。
【請求項４】
前記第１の関節機構および前記第２の関節機構における動作のロックの操作を行うフットスイッチを備えている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のアーム装置。
【請求項５】
前記対象物着脱手段が、前記対象物の取り付け角度を調整する角度調整手段を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１に記載のアーム装置。
【請求項６】
前記対象物着脱手段が、一定方向のスライドを許容するスライド許容手段と、前記スライドに対する反発力を発生させる反発力発生手段と、を有するスライド機構を備えている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１に記載のアーム装置。
【請求項７】
前記基台の水平方向における旋回とロックを行う旋回手段をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１に記載のアーム装置。
【請求項８】
前記対象物が超音波診断装置のエコープローブであり、当該エコープローブを前記対象物着脱手段に取り付けたことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１に記載のアーム装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５６４６（Ｐ２０１２−５６４６Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４４０２３（Ｐ２０１０−１４４０２３）
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（３０１０３２９４２）独立行政法人放射線医学総合研究所 (149)
【出願人】（５０４０２６２４７）三樹工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（３０１０３２９４２）独立行政法人放射線医学総合研究所 (149)
【出願人】（５０４０２６２４７）三樹工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]