手術用腕支持装置
【課題】部品にバラツキや経年変化が生じていても制御ロジックの複雑化を招くことなく腕台の固定力を確実に得ることができ、しかも、動作音を小さくし、さらに、電動モーターによらなくても腕台の固定及び解除の切替を行えるようにする。
【解決手段】外筒部１０の内側に内筒部材１１を配置し、内筒部材１１の内側に昇降棒１３を配置する。昇降棒１３に腕台１４を揺動可能に取り付ける。腕台１４と内筒部材１１とをリンク部材１５で連結する。外筒部１０の締結具１６を設ける。モーター１７の締結具１６への伝達トルクを所定値以下とするトルクリミッター機構１８を設ける。トルクリミッター機構１８は、リミッター側ジョイント６１と対向面部５１ｃとの間に配置されるローラーと、保持プレート６３とを備えている。保持プレート６３は、ローラーの中心線がリミッター側ジョイント６１の径方向に対し所定の角度を持って傾斜するようにローラーを保持する。
【解決手段】外筒部１０の内側に内筒部材１１を配置し、内筒部材１１の内側に昇降棒１３を配置する。昇降棒１３に腕台１４を揺動可能に取り付ける。腕台１４と内筒部材１１とをリンク部材１５で連結する。外筒部１０の締結具１６を設ける。モーター１７の締結具１６への伝達トルクを所定値以下とするトルクリミッター機構１８を設ける。トルクリミッター機構１８は、リミッター側ジョイント６１と対向面部５１ｃとの間に配置されるローラーと、保持プレート６３とを備えている。保持プレート６３は、ローラーの中心線がリミッター側ジョイント６１の径方向に対し所定の角度を持って傾斜するようにローラーを保持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手術時に術者の腕を支持する手術用腕支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、手術においては微細な作業を長時間に亘って続けなければならず、術者には精神的な負担以外にも、肉体的にも大きな負担が生じることになる。そこで、例えば、特許文献１に開示されているような腕支持装置を用いて術者の腕を支持することで、術者の上肢を安定させ、ひいては微細な作業を行う際の主に肉体的な負担を軽減することが考えられている。
【０００３】
特許文献１の腕支持装置は、装置本体に設けられた外筒部と、外筒部内に配置された内筒部材と、内筒部材内に配置された昇降棒と、昇降棒の上端部に水平方向に延びる揺動軸周りに揺動可能に支持された腕台と、腕台及び内筒部材を連結するリンク部材とを備えている。外筒部及び内筒部材は、拡径及び縮径が可能となっており、外筒部には、該外筒部を拡径及び縮径させることによって内筒部材を締め付けるための締結具が設けられている。さらに、装置本体には、締結具を回転させるためのモーターが設けられている。
【０００４】
上記腕支持装置によれば、モーターにより締結具を緩めた状態では、内筒部材及び昇降棒が外筒部に対し昇降動作可能となって腕台の高さを変更できるとともに、内筒部材及び昇降棒が外筒部に対し回動可能となって腕台の向きを変更でき、さらに、内筒部材のみを昇降動作させることにより、リンク部材を動かすことが可能となって腕台の傾斜角度を変更することができるようになっている。一方、モーターにより締結具を締めた状態では、外筒部が内筒部材と共に縮径し、内筒部材が昇降棒を締め付けるとともに、外筒部が内筒部材を締め付ける。これにより、腕台の上記した３方向の動きが阻止され、腕台を所望の高さ、向き及び傾斜角度で固定することができるようになっている。
【特許文献１】特許第３６５３５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のものでは、モーターにより締結具を回転させて腕台の固定と解除との切り替えを行うようにしている。腕支持装置を構成する各部品には、製造公差の範囲内でバラツキが生じるとともに、経年変化も生じるものなので、モーターを常に一定に回転させた場合には、締結具の締め付け力が不足して腕台の固定力が弱くなってしまうことが考えられる。このことを回避するために、各種センサ等を用いてモーターを制御することが考えられるが、そのようにした場合、センサの誤検出に対応する制御ロジック等の検討が新たに必要となって複雑化し、ひいては製品コストが高騰する。
【０００６】
また、手術室には患者の状態を音で知らせる装置等があり、手術中にはこれら装置の音が術者にとって手技を進めて行く上で非常に重要な情報となる。ところが、術者は手術中に一定の姿勢ではなく、姿勢を変えるために腕台の固定及び解除の切り替えを行うことがある。このときの動作音が、患者の状態を報知する装置から発せられる音の邪魔になると、術者が音による情報を得られなくなるという問題がある。さらに、動作音が術者の会話の邪魔にもならないように配慮しなければならない。
【０００７】
また、例えば停電時等、腕支持装置のモーターを作動させることができなくなることが考えられるが、そのような場合であっても手術は続行されるので、腕台の固定及び解除の切替はモーターの作動によらなくても簡単にできるようにしたいという要求もある。
【０００８】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品にバラツキや経年変化が生じていても、制御ロジックの複雑化を招くことなく腕台の固定力を確実に得ることができるようにし、しかも、動作音を小さくし、さらに、モーターによらなくても腕台の固定及び解除の切替を簡単に行えるようにして安全な手技をサポートできるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、モーターと締結具との間にトルクリミッター機構を設け、さらに、このトルクリミッター機構の構造に工夫を凝らすことで固定及び解除の切替に伴う動作音を小さくした。
【００１０】
具体的には、第１の発明では、手術時に術者の腕を支持するように構成された手術用腕支持装置であって、装置本体と、上記装置本体に一体に設けられた上下方向に延びる外筒部と、上記外筒部の内側において上下方向に延び、該外筒部の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置された内筒部材と、上記内筒部材の内側において上下方向に延び、該内筒部材の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置された昇降棒と、上記昇降棒の上部に、該昇降棒の中心線と交差する方向に延びる揺動軸周りに揺動可能に取り付けられた腕台と、上記腕台の揺動軸から離れた部位と上記内筒部材とに回動軸を介して連結されるリンク部材と、上記外筒部を上記内筒部材に締め付けることにより該内筒部材を上記昇降棒に締め付けるように構成された締結具と、上記締結具を締め付け方向及び緩み方向に回転させるモーターと、上記モーターの上記締結具への伝達トルクを所定値以下とするトルクリミッター機構とを備え、上記トルクリミッター機構は、上記モーターにより駆動される回転部材と、上記締結具に設けられ、上記回転部材と中心線方向に対向するように設けられた対向面部と、上記回転部材及び上記対向面部の間に中心線が該対向面部に沿って延びるように配置されるローラーと、該ローラーを上記回転部材及び上記対向面部の間で保持する保持部と、上記回転部材と上記対向面部との少なくとも一方を他方に接近する方向に付勢する付勢部とを備え、上記保持部は、上記ローラーの中心線が上記回転部材の中心線の径方向に対し所定の角度を持って傾斜するように該ローラーを保持する構成とする。
【００１１】
この構成によれば、腕台を固定する場合には、モーターを締結具の締め付け方向に回転させる。すると、まず、モーターにより回転部材が回転し、このとき、ローラーが回転部材及び締結具の対向面部に圧接しながら転動する。このローラーは自身の中心線周りに回転しながらその回転方向に移動しようとするが、ローラーの中心線は回転部材の中心線の径方向に対し傾斜していて、しかも、ローラーが保持部で保持されることによって自由な移動が規制されている。これにより、ローラーと回転部材との間、及びローラーと対向面部との間には摩擦力が発生する。この摩擦力により、モーターのトルクが締結具に伝達されて締結具が締め付け方向に回転する。所定の締め付け力になると、摩擦力に抗して締結具の回転が停止し、モーターは空転状態となる。つまり、部品のバラツキや経年変化を見込んでモーターのトルクを大きめに設定して固定力を十分に確保する場合に、トルクリミッター機構により必要以上のトルクが各部品に作用するのが阻止されて各部品が保護されることになる。よって、複雑な制御ロジックは不要になる。
【００１２】
このようにトルクの伝達時にローラーが回転しているので、例えば締め付け時に所定の締め付け力になって締結具の回転が停止しモーターが空転を続けた場合には、ローラーが回転を続けるだけであり、異音の発生は殆ど無い。
【００１３】
また、モーターが作動しない場合には、締結具との間にトルクリミッター機構が介在していることにより、モーターを締結具側から回転させることなく、締結具のみを締め付け方向や緩み方向に回転させることが可能になる。これにより、腕台の固定及び解除の切替を簡単に行える。
【００１４】
第２の発明では、第１の発明において、締結具は、雌ねじ部材と、該雌ねじ部材に螺合する雄ねじ部材とを備え、上記雄ねじ部材の長手方向一側にトルクリミッター機構が配設され、上記雄ねじ部材の長手方向他側には、該雄ねじ部材を回転させるための工具が係合する工具係合部が設けられている構成とする。
【００１５】
この構成によれば、雄ねじ部材の長手方向一側にモーターのトルクが作用し、雄ねじ部材が回転する。一方、停電時等でモーターが作動しない場合には、雄ねじ部材の長手方向他側の工具係合部に工具を係合させることで、雄ねじ部材を締め付け方向や緩み方向に容易に回転させることが可能になる。
【００１６】
第３の発明では、第１または２の発明において、モーターを制御する制御部と、上記制御部に接続される第１及び第２スイッチとを備え、上記制御部は、上記第１スイッチが操作されたことを検出すると上記モーターを締結具の締め付け方向に回転させる一方、上記第１及び第２スイッチが操作されたことを検出すると上記モーターを締結具の緩み方向に回転させるように構成されているものとする。
【００１７】
この構成によれば、第１スイッチのみ、あるいは第２スイッチのみが操作されても、腕台の固定が解除されず、第１及び第２スイッチの両方が操作されてはじめて腕台の固定が解除されることになる。よって、腕台の固定が不意に解除され難くなる。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、モーターと締結具との間にトルクリミッター機構を配設したので、制御ロジックの複雑化を招くことなく部品のバラツキや経年変化を吸収して腕台の固定力を確実に得ることができるとともに、モーターの動作によることなく腕台の固定及び解除の切替を簡単に行うことができる。さらに、トルクリミッター機構の作動時に異音が発生し難く、腕台の固定及び解除の切替により発生する音を小さくでき、患者の状態を報知する装置から発せられる音や術者の会話の邪魔にならない。よって、安全な手技をサポートすることができる。
【００１９】
第２の発明によれば、モーターが作動しない場合に、雄ねじ部材を締め付け方向や緩み方向に容易に回転させることができ、腕台の固定及び解除の切替を簡単に行うことができる。
【００２０】
第３の発明によれば、腕台の固定が不意に解除され難くなるので、より一層安全な手技を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る手術用腕支持装置１を一対備えた術者用椅子１００を示すものである。この椅子１００は脳外科手術の際に手術室内に配置されて術者（主に執刀医）が座って使用するものである。
【００２３】
腕支持装置１は、椅子１００のシートクッション１０１の両側方にそれぞれ位置するように、椅子１００に固定され、術者の腕を支持して上肢を安定させるためのものである。２つの腕支持装置１は、同じものであるため、以下、一方の構造について詳細に説明する。
【００２４】
腕支持装置１は、図２にも示すように、椅子１００に固定される装置本体１０と、装置本体１０に一体に設けられる外筒部１１と、外筒部１１の内側に配置された内筒部材１２と、内筒部材１２の内側に配置された昇降棒１３と、昇降棒１３の上部に取り付けられた腕台１４と、腕台１４と内筒部材１２とに連結されるリンク部材１５と、外筒部１１を内筒部材１２に締め付けるための締結具１６と、締結具１６を締め付け方向及び緩み方向に回転させる電動モーター１７と、電動モーター１７と締結具１６との間に配設されるトルクリミッター機構１８とを備えている。装置本体１０には、電動モーター１７を制御するための制御部２０が設けられている。また、腕台１４には、制御部２０に接続される第１及び第２スイッチ２１，２２が設けられている。
【００２５】
装置本体１０は、締結具１６や電動モーター１７を覆うためのカバー２５（図１に示す）と、カバー２５の底板２５ａから下方へ延びる取り付け棒２６と、底板２５ａから上方へ突出するフレーム２７と、底板２５ａから上方へ突出しフレーム２７に固定される円筒部材２８とを備えている。取り付け棒２６は、図示しない金具により椅子１００に取り付けられるようになっている。図３に示すように、円筒部材２８は、上方に開放している。円筒部材２８内の上側には、スリーブ２９が嵌め込まれて固定されている。円筒部材２８内のスリーブ２９よりも下側には、コイルスプリング３０が上下方向に伸縮可能に配設されている。尚、コイルスプリング３０の代わりにガススプリング等を用いてもよい。
【００２６】
外筒部１１は、円筒部材２８の上端部から上方へ延びる円筒形状を有している。外筒部１１の下端部は、円筒部材２８の上端部の外側に嵌まるように形成され、該円筒部材２８の上端部に固定されている。外筒部１１の上下方向中間部は、上方へ行くほど径が小さくなるように形成されている。外筒部１１の上側部分は、上下両端に亘って同一径となっている。
【００２７】
外筒部１１には、周方向の一部に上下方向に延びるスリット１１ａが形成されている。このスリット１１ａの形成により、外筒部１１は、縮径方向に力を加えた際及び拡径方向に力を加えた際に弾性変形するようになる。外筒部１１の上端近傍には、スリット１１ａの両縁部に対応する部位にそれぞれ第１及び第２締結板３５，３６が設けられている。第１及び第２締結板３５，３６は、外筒部１１の径方向外方へ突出して上下方向に延びている。図２に示すように、第１及び第２締結板３５，３６には、締結具１６が挿通する締結孔３５ａ，３６ａが貫通形成されている。
【００２８】
内筒部材１２は、外筒部１１の内側において上下方向に延び、該外筒部１１の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置されている。内筒部材１２にも外筒部１１と同様に上下方向に延びるスリット１２ａが形成されており、内筒部材１２も縮径方向及び拡径方向に弾性変形するようになっている。内筒部材１２の上端部には、径方向外方へ突出するリンク取付板３７が設けられている。内筒部材１２のリンク取付板３７よりも下側部分が外筒部１１に挿入可能となっている。
【００２９】
昇降棒１３は、内筒部材１２の内側において上下方向に延び、該内筒部材１２の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置されている。昇降棒１３の長さは外筒部１１や内筒部材１２よりも長く設定されている。図３に示すように、昇降棒１３の下部は、スリーブ２９に挿入されて該スリーブ２９により支持されている。昇降棒１３の下端面には、昇降棒１３の径よりも大きい外径を有する円形の下板４０が取り付けられている。この下板４０の下面にコイルスプリング３０の上端が当接しており、昇降棒１３がコイルスプリング３０によって上方に付勢されている。
【００３０】
また、昇降棒１３の上下方向中間部は内筒部材１２を介して外筒部１１の上側部分により支持されている。昇降棒１３の上端部にも、昇降棒１３の径よりも大きい外径を有する円形の上板４１が取り付けられている。図２に示すように、この上板４１と内筒部材１２の上端部との間にはコイルスプリング４３が上下方向に伸縮可能に配設されている。このコイルスプリング４３により、内筒部材１２が昇降棒１３を基準にして下方へ付勢されるようになっている。図１や図３に示すように、コイルスプリング４３は通常時には蛇腹状カバー４４により覆われている。尚、コイルスプリング４３の代わりにガススプリング等を用いてもよい。
【００３１】
昇降棒１３の上端部には、腕台１４を取り付けるための取付部１３ａが上板４１よりも上方へ突出するように設けられている。この取付部１３ａには、水平方向に貫通孔（図示せず）が形成されている。
【００３２】
腕台１４は、図１に示すように、金属板材を折り曲げ成形してなるものであり、所定方向に延びる長方形の上板部１４ａと、上板部１４ａの幅方向両側縁部から下方へ突出する一対の側板部１４ｂ，１４ｂと、上板部１４ａの下面から下方へ突出する取付板部４５（図２及び図３に示す）とを備えている。取付板部４５は、上板部１４ａに対し略垂直に下方へ突出して該上板部１４ａの長手方向に延びており、上板部１４ａの長手方向一側（図２、３の左側で術者の肘）に寄りに位置している。取付板部４５の下部は側板部１４ｂの下縁よりも下方へ突出している。取付板部４５には、昇降棒１３の取付部１３ａの貫通孔に一致する軸受孔（図示せず）が形成されている。この軸受孔及び貫通孔には水平に延びる揺動軸４６が挿通されており、腕台１４は揺動軸４６周りに揺動可能に昇降棒１３に取り付けられている。取付板部４５の軸受孔から長手方向に離れた部位には、リンク取付部４５ａが形成されている。
【００３３】
また、第１スイッチ２１は、腕台１４の一方の側板部１４ｂの長手方向他端部（術者の手首側）近傍に取り付けられている。第２スイッチ２２は、腕台１４の上板部１４ａの長手方向の他端部に取り付けられている。第１スイッチ２１は、押すとＯＮとなり、離すとＯＦＦとなるプッシュ型スイッチである。第２スイッチ２２は、上板部１４ａの幅方向に揺動させることによりＯＮ／ＯＦＦを切り替える揺動型スイッチであり、常時ＯＦＦポジションとなるように付勢されている。第１及び第２スイッチ２１，２２は、片手で操作できるように互いに接近している。
【００３４】
リンク部材１５は大略上下方向に延びている。リンク部材１５の下端部は、内筒部材１２のリンク取付板３７に対し水平方向に延びる回動軸４７を介して取り付けられ、上端部は、腕台１４のリンク取付部４５ａに水平方向に延びる回動軸４８を介して取り付けられている。
【００３５】
図２に示すように、締結具１６は、ロックナット（雌ねじ部材）５０と、該ロックナット５０に螺合する回転軸（雄ねじ部材）５１とで構成されている。ロックナット５０は、外筒部１０に固定されている。回転軸５１は、略水平に延びている。回転軸５１の基端側（図２、３における右側）に電動モーター１７のトルクが入力されるようになっている。回転軸５１は、その先端側（図２、３における左側）から第２締結板３６の締結孔３６ａ及び第１締結板３５の締結孔３５ａに順に挿通されるようになっている。
【００３６】
回転軸５１の先端側の所定領域には雄ねじ部５１ａが形成され、この雄ねじ部５１ａがロックナット５０に螺合するようになっている。また、回転軸５１の先端面には、電動モーター１７が作動しない非常時に回転軸５１を工具（図示せず）で回転させる際に該工具が係合する工具係合部５１ｂが形成されている。この工具係合部５１ｂは、回転軸５１の先端面から中心線方向に突出する六角柱状をなしており、工具として周知の六角ソケットが係合するようになっている。
【００３７】
回転軸５１の中間部には径方向へ突出して周方向に連続して延びる突出板部５１ｃが形成されている。また、回転軸５１の突出板部５１ｃよりも基端側にも雄ねじ部５１ｄが形成されている。
【００３８】
ロックナット５０は、第１締結板３５の第２締結板３６と反対側に配置されている。ロックナット５０と第１締結板３５との間には平座金５５が設けられている。
【００３９】
第２締結板３６の第１締結板３５と反対側には、内輪部材５６とスラストベアリング５７とが配置されており、これらは第２締結板３６と回転軸５１の突出板部５１ｃとで挟持されている。
【００４０】
トルクリミッター機構１８は、回転軸５１の基端側に設けられている。トルクリミッター機構１８は、図４に示すように、後述のモーター側ジョイント６０に連結されるトルクリミッター側ジョイント（回転部材）６１と、回転軸５１の突出板部５１ｃにおけるトルクリミッター側ジョイン６１と対向する面で構成された対向面部５１ｅと、トルクリミッター側ジョイント６１及び対向面部５１ｅの間に配置される複数のローラー６２と、ローラー６２を保持する保持プレート（保持部）６３と、トルクリミッター側ジョイント６１を対向面部５１ｅに接近する方向に付勢するためのバネ座金６４（図２に示す）と、スラストベアリング６５と、トルクリミッター側ジョイント６１を回転軸５１に取り付けるためのナット６６とを備えている。
【００４１】
トルクリミッター側ジョイント６１は、回転軸５１と同心上に配置される円柱状をなしている。トルクリミッター側ジョイント６１には、回転軸５１の突出板部５１ｃよりも基端側が挿通する挿通孔６１ａが中心部を貫通するように形成されている。トルクリミッター側ジョイント６１の突出板部５１ｃと対向する端面は、中心線と直交する平坦面で構成されている。また、トルクリミッター側ジョイント６１におけるローラー６２と反対側には、溝６１ｂが形成されている。この溝６１ｂは、トルクリミッター側ジョイント６１の中心線を通り径方向両端に亘って延び、両端部はトルクリミッター側ジョイント６１の外周面で開放している。
【００４２】
また、トルクリミッター側ジョイント６１の溝６１ｂには、バネ座金６４及びスラストベアリング６５を収容できるようになっている。
【００４３】
回転軸５１の対向面部５１ｅは、トルクリミッター側ジョイント６１の対向する端面と略平行に延びる平坦面で構成されている。
【００４４】
各ローラー６２は、その中心線方向両端部に亘って略同じ外径を有している。また、図５に示すように、各ローラー６２の両端面は、凸球面状に形成されている。ローラー６２は、回転軸５１の周方向に等間隔に配置されている。ローラー６２の中心線Ｂは、対向面部５１ｅに沿い、かつ、回転軸５１の径方向（一点鎖線Ａで示す）に対し所定の角度αを持って傾斜している。
【００４５】
図４に示すように、保持プレート６３は、回転軸５１を囲む環状をなしており、中心部に回転軸５１の基端側が挿入されて、対向面部５１ｅとトルクリミッター側ジョイント６１との間に配置されている。保持プレート６３は、回転軸５１に軸支された状態で該回転軸５１周りに回転可能となっている。
【００４６】
図５に示すように、保持プレート６３には、ローラー６２を保持するスリット６３ａがローラー６２の数と同じだけ、該ローラー６２の位置に対応して形成されている。このスリット６３ａには、ローラー６２が中心線Ｂ周りにのみ回転可能に収容されている。保持プレート６３の厚さ寸法は、ローラー６２の外径寸法よりも短く設定されており、従って、ローラー６２はスリット６３ａに保持された状態で保持プレート６３の両側面から突出している。
【００４７】
図２に示すように、ナット６６を回転軸５１の雄ねじ部５１ｄに螺合させて締め付けることで、トルクリミッター側ジョイント６１が回転軸５１の対向面部５１ｅに接近する方向に押し付けられる。このときのトルクリミッター側ジョイント６１の付勢力はバネ座金６４によって得られる。トルクリミッター側ジョイント６１の付勢力により、ローラー６２が対向面部５１ｅ及びトルクリミッター側ジョイント６１の端面に圧接する。ローラー６２の対向面部５１ｅ及びトルクリミッター側ジョイント６１への圧接力は、ナット６６の締め付け力により調整することができる。
【００４８】
電動モーター１７は、減速機を内蔵した周知のものである。電動モーター１７のローター軸（図示せず）は上下方向に延びており、ローター軸の回転力は減速機を介して水平方向に延びる出力軸１７ａに伝達されるようになっている。この電動モーター１７はモーター取付金具６８を介してフレーム２７に固定されている。
【００４９】
出力軸１７ａにはモーター側ジョイント６０が固定されている。このモーター側ジョイント６０は、厚肉板状の基部６０ａと、基部６０ａから突出する突出部６０ｂとを備えている。突出部６０ｂは、回転軸５１の径方向に延びる板状をなしている。図３に示すように、電動モーター１７をフレーム２７に固定した状態でモーター側ジョイント６０の突出部６０ｂは、トルクリミッター側ジョイント６１の溝６１ｂに入り込み、両ジョイント６０，６１が接続される。
【００５０】
制御部２０は、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２の操作信号を得て、電動モーター１７の回転方向を決定し、該電動モーター１７を所定時間だけ回転させるように構成されている。すなわち、制御部２０は、第１スイッチ２１が押されてＯＮ状態となったことを検出すると、電動モーター１７を締結具１６の締め付け方向に回転させ、第２スイッチ２２のみがＯＮ状態とされた場合には、電動モーター１７を回転させない。また、第２スイッチ２２を揺動させてＯＮ状態とし、かつ、第１スイッチ２１を押してＯＮ状態とした場合には、電動モーター１７を締結具１６を緩める方向に回転させる。さらに、電動モーター１７が締結具１６を締め付ける方向に回転した後に、第１スイッチ２１のみ、または第２スイッチ２２のみが操作された場合には、電動モーター１７を回転させずに、締結具１６を締め付け状態で維持できるようになっている。電動モーター１７の回転時間は一定時間とされ、所望の締め付け力を得るのに十分な時間、例えば５秒程度に設定されており、単純な制御ロジックとされている。
【００５１】
図１に示すように、カバー２５は、電動モーター１７、締結具１６、トルクリミッター機構１８、ジョイント６０，６１及び制御部２０を覆うように形成されている。このカバー２５には、回転軸５１の工具係合部５１ｂに対応する部位に工具挿通孔２５ｂが貫通形成されている。この工具挿通孔２５ｂに工具を挿通することで、工具を工具係合部５１ｂに係合させることができる。
【００５２】
次に、上記のように構成された手術用腕支持装置１の動作について説明する。まず、締結具１６が緩んでいる場合について説明する。締結具１６が緩んでいると、内筒部材１２が外筒部１１に対しフリーな状態になるとともに、昇降棒１３が内筒部材１２に対しフリーな状態となる。内筒部材１２及び昇降棒１３を外筒部１１に対し上方へ移動させると腕台１４が上昇し、内筒部材１２及び昇降棒１３を外筒部１１に対し下方へ移動させると腕台１４が下降し、これにより、腕台１４の高さを調節できる。また、内筒部材１２及び昇降棒１３を外筒部１１に対し中心線周りに回動させると腕台１４が回動し、これにより、腕台１４の向きを調節できる。さらに、昇降棒１３を内筒部材１２に対し上下方向に動かすと、腕台１４がリンク部材１５によって内筒部材１２に連結されていることにより、腕台１４が揺動軸４６周りに揺動して腕台１４の傾斜角度を調節できる。
【００５３】
術者が腕台１４を所望の高さ、向き及び傾斜角度とした後に、第１スイッチ２１を押すと、制御部２０は電動モーター１７を締結具１６の締め付け方向に回転させる。電動モーター１７の回転力は、モーター側ジョイント６０を介してトルクリミッター側ジョイント６１に伝達され、該トルクリミッター側ジョイント６１が回転し、ローラー６２が回転軸５１の対向面部５１ｅ及びトルクリミッター側ジョイント６１の端面に圧接しながら自身の中心線Ｂ周りに転動しようとする。このようにローラー６２はその中心線Ｂ周りに転動して矢印Ｘ方向に移動しようとするが、中心線Ｂは、回転軸５１の径方向に対し傾斜しているので、保持プレート６３により自由な動きが規制されながら回転軸５１の周方向（矢印Ｙ）に強制的に案内されることになる。これにより、ローラー６２とトルクリミッター側ジョイント６１の端面との間、及びローラー６２と回転軸５１の対向面部５１ｅとの間には、摩擦力が発生する。この摩擦力の大きさにより伝達トルクの最大値が決定され、最大値はナット６６の締め付け度合いによって簡単に調節できる。
【００５４】
この摩擦力の発生時には、ローラー６２は中心線Ｂ周りに回転しながら、トルクリミッター側ジョイント６１の端面と対向面部５１ｅとを滑っているので、動摩擦による安定した抵抗力が得られる。
【００５５】
これにより、トルクリミッター側ジョイント６１の回転力が回転軸５１に伝達されて該回転軸５１が締め付け方向に回転し、雄ねじ部５１ａがロックナット５０に螺合して第１締結板３５と第２締結板３６とが互いに接近していき、外筒部１１が縮径する。外筒部１１が縮径すると、内筒部材１２が縮径して昇降棒１３を締め付け、さらに、外筒部１１が内筒部材１２を締め付ける。締め付け力は、伝達トルクの最大値に対応する値となり、各部品のバラツキや経年変化を見込んで、十分に大きな値としておく。
【００５６】
設定された締め付け力に達すると、回転軸５１が停止し、電動モーター１７が空転状態となる。回転軸５１が停止しても、ローラー６２がトルクリミッター側ジョイント６１の端面と対向面部５１ｅとの間で回転を続けるだけであり、異音の発生は殆ど無い。
【００５７】
そして、電動モーター１７は所定の回転時間だけ回転した後、停止する。以上のようにして締結具１６が締め付け状態となり、腕台１４が固定される。
【００５８】
制御部２０は、第１スイッチ２１をＯＮ状態とし、かつ、第２スイッチ２２をＯＮ状態として始めて電動モーター１７を緩み方向に回転させるように構成されているので、腕台１４が固定された状態で、例えば、第１スイッチ２１にのみ触れた場合や、第２スイッチ２２にのみ触れた場合には、電動モーター１７は回転せず、腕台１４が固定されたまま保持される。
【００５９】
また、術者が腕台１４の固定を解除しようとする場合には、第１及び第２スイッチ２１，２２をＯＮ状態とする。このとき、第１及び第２スイッチ２１，２２は腕台１４の手首側にあり、しかも、片手で操作できるように互いに接近しているので、操作性は良好である。第１及び第２スイッチ２１，２２の操作により、電動モーター１７が締結具１６の緩み方向に回転して腕台１４の固定が解除される。
【００６０】
また、停電や電動モーター１７が故障した場合には、カバー２５の工具挿通孔２５ｂに挿通した工具を回転軸５１の工具係合部５１ｂに係合させる。そして、工具を操作して回転軸５１を緩み方向に回転させると、締結具１６が緩んだ状態となり、反対側に回転させると締結具１６が締め付け状態となる。
【００６１】
電動モーター１７は減速機を有しているので、出力軸１７ａ側から回転させるのは困難であるが、この実施形態では、回転軸５１を工具で回転させる際には、電動モーター１７との間にトルクリミッター機構１８が介在しているので、電動モーター１７を回転軸５１側から回転させずに済む。よって、腕台１４の固定及び解除の切替を容易にできる。
【００６２】
以上説明したように、この実施形態に係る手術用腕支持装置１によれば、電動モーター１７と締結具１６との間にトルクリミッター機構１８を配設したので、制御ロジックの複雑化を招くことなく部品のバラツキや経年変化を吸収して腕台１４の固定力を確実に得ることができるとともに、電動モーター１７の動作によることなく腕台１４の固定及び解除の切替を簡単に行うことができる。さらに、トルクリミッター機構１８の作動時に異音が発生し難く、腕台１４の固定及び解除の切替により発生する音を小さくでき、患者の状態を報知する装置から発せられる音や術者の会話の邪魔にならない。よって、安全な手技をサポートすることができる。
【００６３】
また、腕台１４の固定を解除する場合には第１及び第２スイッチ２１，２２を操作しなければならないので、腕台１４の固定が不意に解除され難くなり、より一層安全な手技を行うことができる。
【００６４】
また、電動モーター１７が作動しない場合に、回転軸５１を工具により締め付け方向や緩み方向に容易に回転させて、腕台１４の固定及び解除の切替を簡単に行うことができる。
【００６５】
尚、手術用腕支持装置１は、心臓外科手術、歯科神経手術、内視鏡手術、眼科における手術、整形外科手術でも使用することができる。
【００６６】
また、手術用腕支持装置１は、椅子１００以外にも手術用ベッド等に固定して使用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上説明したように、本発明に係る手術用腕支持装置は、例えば、脳外科手術を行う場合に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施形態に係る手術用腕支持装置を備えた手術用椅子の斜視図である。
【図２】手術用腕支持装置の分解斜視図である。
【図３】手術用腕支持装置の部分断面図である。
【図４】トルクリミッター機構の分解斜視図である。
【図５】保持プレートの一部を拡大して示す平面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 手術用腕支持装置
１０ 装置本体
１１ 外筒部
１２ 内筒部材
１３ 昇降棒
１４ 腕台
１５ リンク部材
１６ 締結具
１７ 電動モーター
１８ トルクリミッター機構
２０ 制御部
２１ 第１スイッチ
２２ 第２スイッチ
４６ 揺動軸
４７ 回動軸
４８ 回動軸
５０ ロックナット（雌ねじ部材）
５１ 回転軸（雄ねじ部材）
５１ｅ 対向面部
５１ｂ 工具係合部
６１ リミッター側ジョイント
６２ ローラー
６３ 保持プレート（保持部）
６４ バネ座金（付勢部）
１００ 椅子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手術時に術者の腕を支持する手術用腕支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、手術においては微細な作業を長時間に亘って続けなければならず、術者には精神的な負担以外にも、肉体的にも大きな負担が生じることになる。そこで、例えば、特許文献１に開示されているような腕支持装置を用いて術者の腕を支持することで、術者の上肢を安定させ、ひいては微細な作業を行う際の主に肉体的な負担を軽減することが考えられている。
【０００３】
特許文献１の腕支持装置は、装置本体に設けられた外筒部と、外筒部内に配置された内筒部材と、内筒部材内に配置された昇降棒と、昇降棒の上端部に水平方向に延びる揺動軸周りに揺動可能に支持された腕台と、腕台及び内筒部材を連結するリンク部材とを備えている。外筒部及び内筒部材は、拡径及び縮径が可能となっており、外筒部には、該外筒部を拡径及び縮径させることによって内筒部材を締め付けるための締結具が設けられている。さらに、装置本体には、締結具を回転させるためのモーターが設けられている。
【０００４】
上記腕支持装置によれば、モーターにより締結具を緩めた状態では、内筒部材及び昇降棒が外筒部に対し昇降動作可能となって腕台の高さを変更できるとともに、内筒部材及び昇降棒が外筒部に対し回動可能となって腕台の向きを変更でき、さらに、内筒部材のみを昇降動作させることにより、リンク部材を動かすことが可能となって腕台の傾斜角度を変更することができるようになっている。一方、モーターにより締結具を締めた状態では、外筒部が内筒部材と共に縮径し、内筒部材が昇降棒を締め付けるとともに、外筒部が内筒部材を締め付ける。これにより、腕台の上記した３方向の動きが阻止され、腕台を所望の高さ、向き及び傾斜角度で固定することができるようになっている。
【特許文献１】特許第３６５３５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のものでは、モーターにより締結具を回転させて腕台の固定と解除との切り替えを行うようにしている。腕支持装置を構成する各部品には、製造公差の範囲内でバラツキが生じるとともに、経年変化も生じるものなので、モーターを常に一定に回転させた場合には、締結具の締め付け力が不足して腕台の固定力が弱くなってしまうことが考えられる。このことを回避するために、各種センサ等を用いてモーターを制御することが考えられるが、そのようにした場合、センサの誤検出に対応する制御ロジック等の検討が新たに必要となって複雑化し、ひいては製品コストが高騰する。
【０００６】
また、手術室には患者の状態を音で知らせる装置等があり、手術中にはこれら装置の音が術者にとって手技を進めて行く上で非常に重要な情報となる。ところが、術者は手術中に一定の姿勢ではなく、姿勢を変えるために腕台の固定及び解除の切り替えを行うことがある。このときの動作音が、患者の状態を報知する装置から発せられる音の邪魔になると、術者が音による情報を得られなくなるという問題がある。さらに、動作音が術者の会話の邪魔にもならないように配慮しなければならない。
【０００７】
また、例えば停電時等、腕支持装置のモーターを作動させることができなくなることが考えられるが、そのような場合であっても手術は続行されるので、腕台の固定及び解除の切替はモーターの作動によらなくても簡単にできるようにしたいという要求もある。
【０００８】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品にバラツキや経年変化が生じていても、制御ロジックの複雑化を招くことなく腕台の固定力を確実に得ることができるようにし、しかも、動作音を小さくし、さらに、モーターによらなくても腕台の固定及び解除の切替を簡単に行えるようにして安全な手技をサポートできるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、モーターと締結具との間にトルクリミッター機構を設け、さらに、このトルクリミッター機構の構造に工夫を凝らすことで固定及び解除の切替に伴う動作音を小さくした。
【００１０】
具体的には、第１の発明では、手術時に術者の腕を支持するように構成された手術用腕支持装置であって、装置本体と、上記装置本体に一体に設けられた上下方向に延びる外筒部と、上記外筒部の内側において上下方向に延び、該外筒部の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置された内筒部材と、上記内筒部材の内側において上下方向に延び、該内筒部材の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置された昇降棒と、上記昇降棒の上部に、該昇降棒の中心線と交差する方向に延びる揺動軸周りに揺動可能に取り付けられた腕台と、上記腕台の揺動軸から離れた部位と上記内筒部材とに回動軸を介して連結されるリンク部材と、上記外筒部を上記内筒部材に締め付けることにより該内筒部材を上記昇降棒に締め付けるように構成された締結具と、上記締結具を締め付け方向及び緩み方向に回転させるモーターと、上記モーターの上記締結具への伝達トルクを所定値以下とするトルクリミッター機構とを備え、上記トルクリミッター機構は、上記モーターにより駆動される回転部材と、上記締結具に設けられ、上記回転部材と中心線方向に対向するように設けられた対向面部と、上記回転部材及び上記対向面部の間に中心線が該対向面部に沿って延びるように配置されるローラーと、該ローラーを上記回転部材及び上記対向面部の間で保持する保持部と、上記回転部材と上記対向面部との少なくとも一方を他方に接近する方向に付勢する付勢部とを備え、上記保持部は、上記ローラーの中心線が上記回転部材の中心線の径方向に対し所定の角度を持って傾斜するように該ローラーを保持する構成とする。
【００１１】
この構成によれば、腕台を固定する場合には、モーターを締結具の締め付け方向に回転させる。すると、まず、モーターにより回転部材が回転し、このとき、ローラーが回転部材及び締結具の対向面部に圧接しながら転動する。このローラーは自身の中心線周りに回転しながらその回転方向に移動しようとするが、ローラーの中心線は回転部材の中心線の径方向に対し傾斜していて、しかも、ローラーが保持部で保持されることによって自由な移動が規制されている。これにより、ローラーと回転部材との間、及びローラーと対向面部との間には摩擦力が発生する。この摩擦力により、モーターのトルクが締結具に伝達されて締結具が締め付け方向に回転する。所定の締め付け力になると、摩擦力に抗して締結具の回転が停止し、モーターは空転状態となる。つまり、部品のバラツキや経年変化を見込んでモーターのトルクを大きめに設定して固定力を十分に確保する場合に、トルクリミッター機構により必要以上のトルクが各部品に作用するのが阻止されて各部品が保護されることになる。よって、複雑な制御ロジックは不要になる。
【００１２】
このようにトルクの伝達時にローラーが回転しているので、例えば締め付け時に所定の締め付け力になって締結具の回転が停止しモーターが空転を続けた場合には、ローラーが回転を続けるだけであり、異音の発生は殆ど無い。
【００１３】
また、モーターが作動しない場合には、締結具との間にトルクリミッター機構が介在していることにより、モーターを締結具側から回転させることなく、締結具のみを締め付け方向や緩み方向に回転させることが可能になる。これにより、腕台の固定及び解除の切替を簡単に行える。
【００１４】
第２の発明では、第１の発明において、締結具は、雌ねじ部材と、該雌ねじ部材に螺合する雄ねじ部材とを備え、上記雄ねじ部材の長手方向一側にトルクリミッター機構が配設され、上記雄ねじ部材の長手方向他側には、該雄ねじ部材を回転させるための工具が係合する工具係合部が設けられている構成とする。
【００１５】
この構成によれば、雄ねじ部材の長手方向一側にモーターのトルクが作用し、雄ねじ部材が回転する。一方、停電時等でモーターが作動しない場合には、雄ねじ部材の長手方向他側の工具係合部に工具を係合させることで、雄ねじ部材を締め付け方向や緩み方向に容易に回転させることが可能になる。
【００１６】
第３の発明では、第１または２の発明において、モーターを制御する制御部と、上記制御部に接続される第１及び第２スイッチとを備え、上記制御部は、上記第１スイッチが操作されたことを検出すると上記モーターを締結具の締め付け方向に回転させる一方、上記第１及び第２スイッチが操作されたことを検出すると上記モーターを締結具の緩み方向に回転させるように構成されているものとする。
【００１７】
この構成によれば、第１スイッチのみ、あるいは第２スイッチのみが操作されても、腕台の固定が解除されず、第１及び第２スイッチの両方が操作されてはじめて腕台の固定が解除されることになる。よって、腕台の固定が不意に解除され難くなる。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、モーターと締結具との間にトルクリミッター機構を配設したので、制御ロジックの複雑化を招くことなく部品のバラツキや経年変化を吸収して腕台の固定力を確実に得ることができるとともに、モーターの動作によることなく腕台の固定及び解除の切替を簡単に行うことができる。さらに、トルクリミッター機構の作動時に異音が発生し難く、腕台の固定及び解除の切替により発生する音を小さくでき、患者の状態を報知する装置から発せられる音や術者の会話の邪魔にならない。よって、安全な手技をサポートすることができる。
【００１９】
第２の発明によれば、モーターが作動しない場合に、雄ねじ部材を締め付け方向や緩み方向に容易に回転させることができ、腕台の固定及び解除の切替を簡単に行うことができる。
【００２０】
第３の発明によれば、腕台の固定が不意に解除され難くなるので、より一層安全な手技を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る手術用腕支持装置１を一対備えた術者用椅子１００を示すものである。この椅子１００は脳外科手術の際に手術室内に配置されて術者（主に執刀医）が座って使用するものである。
【００２３】
腕支持装置１は、椅子１００のシートクッション１０１の両側方にそれぞれ位置するように、椅子１００に固定され、術者の腕を支持して上肢を安定させるためのものである。２つの腕支持装置１は、同じものであるため、以下、一方の構造について詳細に説明する。
【００２４】
腕支持装置１は、図２にも示すように、椅子１００に固定される装置本体１０と、装置本体１０に一体に設けられる外筒部１１と、外筒部１１の内側に配置された内筒部材１２と、内筒部材１２の内側に配置された昇降棒１３と、昇降棒１３の上部に取り付けられた腕台１４と、腕台１４と内筒部材１２とに連結されるリンク部材１５と、外筒部１１を内筒部材１２に締め付けるための締結具１６と、締結具１６を締め付け方向及び緩み方向に回転させる電動モーター１７と、電動モーター１７と締結具１６との間に配設されるトルクリミッター機構１８とを備えている。装置本体１０には、電動モーター１７を制御するための制御部２０が設けられている。また、腕台１４には、制御部２０に接続される第１及び第２スイッチ２１，２２が設けられている。
【００２５】
装置本体１０は、締結具１６や電動モーター１７を覆うためのカバー２５（図１に示す）と、カバー２５の底板２５ａから下方へ延びる取り付け棒２６と、底板２５ａから上方へ突出するフレーム２７と、底板２５ａから上方へ突出しフレーム２７に固定される円筒部材２８とを備えている。取り付け棒２６は、図示しない金具により椅子１００に取り付けられるようになっている。図３に示すように、円筒部材２８は、上方に開放している。円筒部材２８内の上側には、スリーブ２９が嵌め込まれて固定されている。円筒部材２８内のスリーブ２９よりも下側には、コイルスプリング３０が上下方向に伸縮可能に配設されている。尚、コイルスプリング３０の代わりにガススプリング等を用いてもよい。
【００２６】
外筒部１１は、円筒部材２８の上端部から上方へ延びる円筒形状を有している。外筒部１１の下端部は、円筒部材２８の上端部の外側に嵌まるように形成され、該円筒部材２８の上端部に固定されている。外筒部１１の上下方向中間部は、上方へ行くほど径が小さくなるように形成されている。外筒部１１の上側部分は、上下両端に亘って同一径となっている。
【００２７】
外筒部１１には、周方向の一部に上下方向に延びるスリット１１ａが形成されている。このスリット１１ａの形成により、外筒部１１は、縮径方向に力を加えた際及び拡径方向に力を加えた際に弾性変形するようになる。外筒部１１の上端近傍には、スリット１１ａの両縁部に対応する部位にそれぞれ第１及び第２締結板３５，３６が設けられている。第１及び第２締結板３５，３６は、外筒部１１の径方向外方へ突出して上下方向に延びている。図２に示すように、第１及び第２締結板３５，３６には、締結具１６が挿通する締結孔３５ａ，３６ａが貫通形成されている。
【００２８】
内筒部材１２は、外筒部１１の内側において上下方向に延び、該外筒部１１の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置されている。内筒部材１２にも外筒部１１と同様に上下方向に延びるスリット１２ａが形成されており、内筒部材１２も縮径方向及び拡径方向に弾性変形するようになっている。内筒部材１２の上端部には、径方向外方へ突出するリンク取付板３７が設けられている。内筒部材１２のリンク取付板３７よりも下側部分が外筒部１１に挿入可能となっている。
【００２９】
昇降棒１３は、内筒部材１２の内側において上下方向に延び、該内筒部材１２の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置されている。昇降棒１３の長さは外筒部１１や内筒部材１２よりも長く設定されている。図３に示すように、昇降棒１３の下部は、スリーブ２９に挿入されて該スリーブ２９により支持されている。昇降棒１３の下端面には、昇降棒１３の径よりも大きい外径を有する円形の下板４０が取り付けられている。この下板４０の下面にコイルスプリング３０の上端が当接しており、昇降棒１３がコイルスプリング３０によって上方に付勢されている。
【００３０】
また、昇降棒１３の上下方向中間部は内筒部材１２を介して外筒部１１の上側部分により支持されている。昇降棒１３の上端部にも、昇降棒１３の径よりも大きい外径を有する円形の上板４１が取り付けられている。図２に示すように、この上板４１と内筒部材１２の上端部との間にはコイルスプリング４３が上下方向に伸縮可能に配設されている。このコイルスプリング４３により、内筒部材１２が昇降棒１３を基準にして下方へ付勢されるようになっている。図１や図３に示すように、コイルスプリング４３は通常時には蛇腹状カバー４４により覆われている。尚、コイルスプリング４３の代わりにガススプリング等を用いてもよい。
【００３１】
昇降棒１３の上端部には、腕台１４を取り付けるための取付部１３ａが上板４１よりも上方へ突出するように設けられている。この取付部１３ａには、水平方向に貫通孔（図示せず）が形成されている。
【００３２】
腕台１４は、図１に示すように、金属板材を折り曲げ成形してなるものであり、所定方向に延びる長方形の上板部１４ａと、上板部１４ａの幅方向両側縁部から下方へ突出する一対の側板部１４ｂ，１４ｂと、上板部１４ａの下面から下方へ突出する取付板部４５（図２及び図３に示す）とを備えている。取付板部４５は、上板部１４ａに対し略垂直に下方へ突出して該上板部１４ａの長手方向に延びており、上板部１４ａの長手方向一側（図２、３の左側で術者の肘）に寄りに位置している。取付板部４５の下部は側板部１４ｂの下縁よりも下方へ突出している。取付板部４５には、昇降棒１３の取付部１３ａの貫通孔に一致する軸受孔（図示せず）が形成されている。この軸受孔及び貫通孔には水平に延びる揺動軸４６が挿通されており、腕台１４は揺動軸４６周りに揺動可能に昇降棒１３に取り付けられている。取付板部４５の軸受孔から長手方向に離れた部位には、リンク取付部４５ａが形成されている。
【００３３】
また、第１スイッチ２１は、腕台１４の一方の側板部１４ｂの長手方向他端部（術者の手首側）近傍に取り付けられている。第２スイッチ２２は、腕台１４の上板部１４ａの長手方向の他端部に取り付けられている。第１スイッチ２１は、押すとＯＮとなり、離すとＯＦＦとなるプッシュ型スイッチである。第２スイッチ２２は、上板部１４ａの幅方向に揺動させることによりＯＮ／ＯＦＦを切り替える揺動型スイッチであり、常時ＯＦＦポジションとなるように付勢されている。第１及び第２スイッチ２１，２２は、片手で操作できるように互いに接近している。
【００３４】
リンク部材１５は大略上下方向に延びている。リンク部材１５の下端部は、内筒部材１２のリンク取付板３７に対し水平方向に延びる回動軸４７を介して取り付けられ、上端部は、腕台１４のリンク取付部４５ａに水平方向に延びる回動軸４８を介して取り付けられている。
【００３５】
図２に示すように、締結具１６は、ロックナット（雌ねじ部材）５０と、該ロックナット５０に螺合する回転軸（雄ねじ部材）５１とで構成されている。ロックナット５０は、外筒部１０に固定されている。回転軸５１は、略水平に延びている。回転軸５１の基端側（図２、３における右側）に電動モーター１７のトルクが入力されるようになっている。回転軸５１は、その先端側（図２、３における左側）から第２締結板３６の締結孔３６ａ及び第１締結板３５の締結孔３５ａに順に挿通されるようになっている。
【００３６】
回転軸５１の先端側の所定領域には雄ねじ部５１ａが形成され、この雄ねじ部５１ａがロックナット５０に螺合するようになっている。また、回転軸５１の先端面には、電動モーター１７が作動しない非常時に回転軸５１を工具（図示せず）で回転させる際に該工具が係合する工具係合部５１ｂが形成されている。この工具係合部５１ｂは、回転軸５１の先端面から中心線方向に突出する六角柱状をなしており、工具として周知の六角ソケットが係合するようになっている。
【００３７】
回転軸５１の中間部には径方向へ突出して周方向に連続して延びる突出板部５１ｃが形成されている。また、回転軸５１の突出板部５１ｃよりも基端側にも雄ねじ部５１ｄが形成されている。
【００３８】
ロックナット５０は、第１締結板３５の第２締結板３６と反対側に配置されている。ロックナット５０と第１締結板３５との間には平座金５５が設けられている。
【００３９】
第２締結板３６の第１締結板３５と反対側には、内輪部材５６とスラストベアリング５７とが配置されており、これらは第２締結板３６と回転軸５１の突出板部５１ｃとで挟持されている。
【００４０】
トルクリミッター機構１８は、回転軸５１の基端側に設けられている。トルクリミッター機構１８は、図４に示すように、後述のモーター側ジョイント６０に連結されるトルクリミッター側ジョイント（回転部材）６１と、回転軸５１の突出板部５１ｃにおけるトルクリミッター側ジョイン６１と対向する面で構成された対向面部５１ｅと、トルクリミッター側ジョイント６１及び対向面部５１ｅの間に配置される複数のローラー６２と、ローラー６２を保持する保持プレート（保持部）６３と、トルクリミッター側ジョイント６１を対向面部５１ｅに接近する方向に付勢するためのバネ座金６４（図２に示す）と、スラストベアリング６５と、トルクリミッター側ジョイント６１を回転軸５１に取り付けるためのナット６６とを備えている。
【００４１】
トルクリミッター側ジョイント６１は、回転軸５１と同心上に配置される円柱状をなしている。トルクリミッター側ジョイント６１には、回転軸５１の突出板部５１ｃよりも基端側が挿通する挿通孔６１ａが中心部を貫通するように形成されている。トルクリミッター側ジョイント６１の突出板部５１ｃと対向する端面は、中心線と直交する平坦面で構成されている。また、トルクリミッター側ジョイント６１におけるローラー６２と反対側には、溝６１ｂが形成されている。この溝６１ｂは、トルクリミッター側ジョイント６１の中心線を通り径方向両端に亘って延び、両端部はトルクリミッター側ジョイント６１の外周面で開放している。
【００４２】
また、トルクリミッター側ジョイント６１の溝６１ｂには、バネ座金６４及びスラストベアリング６５を収容できるようになっている。
【００４３】
回転軸５１の対向面部５１ｅは、トルクリミッター側ジョイント６１の対向する端面と略平行に延びる平坦面で構成されている。
【００４４】
各ローラー６２は、その中心線方向両端部に亘って略同じ外径を有している。また、図５に示すように、各ローラー６２の両端面は、凸球面状に形成されている。ローラー６２は、回転軸５１の周方向に等間隔に配置されている。ローラー６２の中心線Ｂは、対向面部５１ｅに沿い、かつ、回転軸５１の径方向（一点鎖線Ａで示す）に対し所定の角度αを持って傾斜している。
【００４５】
図４に示すように、保持プレート６３は、回転軸５１を囲む環状をなしており、中心部に回転軸５１の基端側が挿入されて、対向面部５１ｅとトルクリミッター側ジョイント６１との間に配置されている。保持プレート６３は、回転軸５１に軸支された状態で該回転軸５１周りに回転可能となっている。
【００４６】
図５に示すように、保持プレート６３には、ローラー６２を保持するスリット６３ａがローラー６２の数と同じだけ、該ローラー６２の位置に対応して形成されている。このスリット６３ａには、ローラー６２が中心線Ｂ周りにのみ回転可能に収容されている。保持プレート６３の厚さ寸法は、ローラー６２の外径寸法よりも短く設定されており、従って、ローラー６２はスリット６３ａに保持された状態で保持プレート６３の両側面から突出している。
【００４７】
図２に示すように、ナット６６を回転軸５１の雄ねじ部５１ｄに螺合させて締め付けることで、トルクリミッター側ジョイント６１が回転軸５１の対向面部５１ｅに接近する方向に押し付けられる。このときのトルクリミッター側ジョイント６１の付勢力はバネ座金６４によって得られる。トルクリミッター側ジョイント６１の付勢力により、ローラー６２が対向面部５１ｅ及びトルクリミッター側ジョイント６１の端面に圧接する。ローラー６２の対向面部５１ｅ及びトルクリミッター側ジョイント６１への圧接力は、ナット６６の締め付け力により調整することができる。
【００４８】
電動モーター１７は、減速機を内蔵した周知のものである。電動モーター１７のローター軸（図示せず）は上下方向に延びており、ローター軸の回転力は減速機を介して水平方向に延びる出力軸１７ａに伝達されるようになっている。この電動モーター１７はモーター取付金具６８を介してフレーム２７に固定されている。
【００４９】
出力軸１７ａにはモーター側ジョイント６０が固定されている。このモーター側ジョイント６０は、厚肉板状の基部６０ａと、基部６０ａから突出する突出部６０ｂとを備えている。突出部６０ｂは、回転軸５１の径方向に延びる板状をなしている。図３に示すように、電動モーター１７をフレーム２７に固定した状態でモーター側ジョイント６０の突出部６０ｂは、トルクリミッター側ジョイント６１の溝６１ｂに入り込み、両ジョイント６０，６１が接続される。
【００５０】
制御部２０は、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２の操作信号を得て、電動モーター１７の回転方向を決定し、該電動モーター１７を所定時間だけ回転させるように構成されている。すなわち、制御部２０は、第１スイッチ２１が押されてＯＮ状態となったことを検出すると、電動モーター１７を締結具１６の締め付け方向に回転させ、第２スイッチ２２のみがＯＮ状態とされた場合には、電動モーター１７を回転させない。また、第２スイッチ２２を揺動させてＯＮ状態とし、かつ、第１スイッチ２１を押してＯＮ状態とした場合には、電動モーター１７を締結具１６を緩める方向に回転させる。さらに、電動モーター１７が締結具１６を締め付ける方向に回転した後に、第１スイッチ２１のみ、または第２スイッチ２２のみが操作された場合には、電動モーター１７を回転させずに、締結具１６を締め付け状態で維持できるようになっている。電動モーター１７の回転時間は一定時間とされ、所望の締め付け力を得るのに十分な時間、例えば５秒程度に設定されており、単純な制御ロジックとされている。
【００５１】
図１に示すように、カバー２５は、電動モーター１７、締結具１６、トルクリミッター機構１８、ジョイント６０，６１及び制御部２０を覆うように形成されている。このカバー２５には、回転軸５１の工具係合部５１ｂに対応する部位に工具挿通孔２５ｂが貫通形成されている。この工具挿通孔２５ｂに工具を挿通することで、工具を工具係合部５１ｂに係合させることができる。
【００５２】
次に、上記のように構成された手術用腕支持装置１の動作について説明する。まず、締結具１６が緩んでいる場合について説明する。締結具１６が緩んでいると、内筒部材１２が外筒部１１に対しフリーな状態になるとともに、昇降棒１３が内筒部材１２に対しフリーな状態となる。内筒部材１２及び昇降棒１３を外筒部１１に対し上方へ移動させると腕台１４が上昇し、内筒部材１２及び昇降棒１３を外筒部１１に対し下方へ移動させると腕台１４が下降し、これにより、腕台１４の高さを調節できる。また、内筒部材１２及び昇降棒１３を外筒部１１に対し中心線周りに回動させると腕台１４が回動し、これにより、腕台１４の向きを調節できる。さらに、昇降棒１３を内筒部材１２に対し上下方向に動かすと、腕台１４がリンク部材１５によって内筒部材１２に連結されていることにより、腕台１４が揺動軸４６周りに揺動して腕台１４の傾斜角度を調節できる。
【００５３】
術者が腕台１４を所望の高さ、向き及び傾斜角度とした後に、第１スイッチ２１を押すと、制御部２０は電動モーター１７を締結具１６の締め付け方向に回転させる。電動モーター１７の回転力は、モーター側ジョイント６０を介してトルクリミッター側ジョイント６１に伝達され、該トルクリミッター側ジョイント６１が回転し、ローラー６２が回転軸５１の対向面部５１ｅ及びトルクリミッター側ジョイント６１の端面に圧接しながら自身の中心線Ｂ周りに転動しようとする。このようにローラー６２はその中心線Ｂ周りに転動して矢印Ｘ方向に移動しようとするが、中心線Ｂは、回転軸５１の径方向に対し傾斜しているので、保持プレート６３により自由な動きが規制されながら回転軸５１の周方向（矢印Ｙ）に強制的に案内されることになる。これにより、ローラー６２とトルクリミッター側ジョイント６１の端面との間、及びローラー６２と回転軸５１の対向面部５１ｅとの間には、摩擦力が発生する。この摩擦力の大きさにより伝達トルクの最大値が決定され、最大値はナット６６の締め付け度合いによって簡単に調節できる。
【００５４】
この摩擦力の発生時には、ローラー６２は中心線Ｂ周りに回転しながら、トルクリミッター側ジョイント６１の端面と対向面部５１ｅとを滑っているので、動摩擦による安定した抵抗力が得られる。
【００５５】
これにより、トルクリミッター側ジョイント６１の回転力が回転軸５１に伝達されて該回転軸５１が締め付け方向に回転し、雄ねじ部５１ａがロックナット５０に螺合して第１締結板３５と第２締結板３６とが互いに接近していき、外筒部１１が縮径する。外筒部１１が縮径すると、内筒部材１２が縮径して昇降棒１３を締め付け、さらに、外筒部１１が内筒部材１２を締め付ける。締め付け力は、伝達トルクの最大値に対応する値となり、各部品のバラツキや経年変化を見込んで、十分に大きな値としておく。
【００５６】
設定された締め付け力に達すると、回転軸５１が停止し、電動モーター１７が空転状態となる。回転軸５１が停止しても、ローラー６２がトルクリミッター側ジョイント６１の端面と対向面部５１ｅとの間で回転を続けるだけであり、異音の発生は殆ど無い。
【００５７】
そして、電動モーター１７は所定の回転時間だけ回転した後、停止する。以上のようにして締結具１６が締め付け状態となり、腕台１４が固定される。
【００５８】
制御部２０は、第１スイッチ２１をＯＮ状態とし、かつ、第２スイッチ２２をＯＮ状態として始めて電動モーター１７を緩み方向に回転させるように構成されているので、腕台１４が固定された状態で、例えば、第１スイッチ２１にのみ触れた場合や、第２スイッチ２２にのみ触れた場合には、電動モーター１７は回転せず、腕台１４が固定されたまま保持される。
【００５９】
また、術者が腕台１４の固定を解除しようとする場合には、第１及び第２スイッチ２１，２２をＯＮ状態とする。このとき、第１及び第２スイッチ２１，２２は腕台１４の手首側にあり、しかも、片手で操作できるように互いに接近しているので、操作性は良好である。第１及び第２スイッチ２１，２２の操作により、電動モーター１７が締結具１６の緩み方向に回転して腕台１４の固定が解除される。
【００６０】
また、停電や電動モーター１７が故障した場合には、カバー２５の工具挿通孔２５ｂに挿通した工具を回転軸５１の工具係合部５１ｂに係合させる。そして、工具を操作して回転軸５１を緩み方向に回転させると、締結具１６が緩んだ状態となり、反対側に回転させると締結具１６が締め付け状態となる。
【００６１】
電動モーター１７は減速機を有しているので、出力軸１７ａ側から回転させるのは困難であるが、この実施形態では、回転軸５１を工具で回転させる際には、電動モーター１７との間にトルクリミッター機構１８が介在しているので、電動モーター１７を回転軸５１側から回転させずに済む。よって、腕台１４の固定及び解除の切替を容易にできる。
【００６２】
以上説明したように、この実施形態に係る手術用腕支持装置１によれば、電動モーター１７と締結具１６との間にトルクリミッター機構１８を配設したので、制御ロジックの複雑化を招くことなく部品のバラツキや経年変化を吸収して腕台１４の固定力を確実に得ることができるとともに、電動モーター１７の動作によることなく腕台１４の固定及び解除の切替を簡単に行うことができる。さらに、トルクリミッター機構１８の作動時に異音が発生し難く、腕台１４の固定及び解除の切替により発生する音を小さくでき、患者の状態を報知する装置から発せられる音や術者の会話の邪魔にならない。よって、安全な手技をサポートすることができる。
【００６３】
また、腕台１４の固定を解除する場合には第１及び第２スイッチ２１，２２を操作しなければならないので、腕台１４の固定が不意に解除され難くなり、より一層安全な手技を行うことができる。
【００６４】
また、電動モーター１７が作動しない場合に、回転軸５１を工具により締め付け方向や緩み方向に容易に回転させて、腕台１４の固定及び解除の切替を簡単に行うことができる。
【００６５】
尚、手術用腕支持装置１は、心臓外科手術、歯科神経手術、内視鏡手術、眼科における手術、整形外科手術でも使用することができる。
【００６６】
また、手術用腕支持装置１は、椅子１００以外にも手術用ベッド等に固定して使用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上説明したように、本発明に係る手術用腕支持装置は、例えば、脳外科手術を行う場合に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施形態に係る手術用腕支持装置を備えた手術用椅子の斜視図である。
【図２】手術用腕支持装置の分解斜視図である。
【図３】手術用腕支持装置の部分断面図である。
【図４】トルクリミッター機構の分解斜視図である。
【図５】保持プレートの一部を拡大して示す平面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 手術用腕支持装置
１０ 装置本体
１１ 外筒部
１２ 内筒部材
１３ 昇降棒
１４ 腕台
１５ リンク部材
１６ 締結具
１７ 電動モーター
１８ トルクリミッター機構
２０ 制御部
２１ 第１スイッチ
２２ 第２スイッチ
４６ 揺動軸
４７ 回動軸
４８ 回動軸
５０ ロックナット（雌ねじ部材）
５１ 回転軸（雄ねじ部材）
５１ｅ 対向面部
５１ｂ 工具係合部
６１ リミッター側ジョイント
６２ ローラー
６３ 保持プレート（保持部）
６４ バネ座金（付勢部）
１００ 椅子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術時に術者の腕を支持するように構成された手術用腕支持装置であって、
装置本体と、
上記装置本体に一体に設けられた上下方向に延びる外筒部と、
上記外筒部の内側において上下方向に延び、該外筒部の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置された内筒部材と、
上記内筒部材の内側において上下方向に延び、該内筒部材の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置された昇降棒と、
上記昇降棒の上部に、該昇降棒の中心線と交差する方向に延びる揺動軸周りに揺動可能に取り付けられた腕台と、
上記腕台の揺動軸から離れた部位と上記内筒部材とに回動軸を介して連結されるリンク部材と、
上記外筒部を上記内筒部材に締め付けることにより該内筒部材を上記昇降棒に締め付けるように構成された締結具と、
上記締結具を締め付け方向及び緩み方向に回転させるモーターと、
上記モーターの上記締結具への伝達トルクを所定値以下とするトルクリミッター機構とを備え、
上記トルクリミッター機構は、上記モーターにより駆動される回転部材と、上記締結具に設けられ、上記回転部材と中心線方向に対向するように設けられた対向面部と、上記回転部材及び上記対向面部の間に中心線が該対向面部に沿って延びるように配置されるローラーと、該ローラーを上記回転部材及び上記対向面部の間で保持する保持部と、上記回転部材と上記対向面部との少なくとも一方を他方に接近する方向に付勢する付勢部とを備え、
上記保持部は、上記ローラーの中心線が上記回転部材の中心線の径方向に対し所定の角度を持って傾斜するように該ローラーを保持することを特徴とする手術用腕支持装置。
【請求項２】
請求項１に記載の手術用腕支持装置において、
締結具は、雌ねじ部材と、該雌ねじ部材に螺合する雄ねじ部材とを備え、
上記雄ねじ部材の長手方向一側にトルクリミッター機構が配設され、
上記雄ねじ部材の長手方向他側には、該雄ねじ部材を回転させるための工具が係合する工具係合部が設けられていることを特徴とする手術用腕支持装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の手術用腕支持装置において、
モーターを制御する制御部と、
上記制御部に接続される第１及び第２スイッチとを備え、
上記制御部は、上記第１スイッチが操作されたことを検出すると上記モーターを締結具の締め付け方向に回転させる一方、上記第１及び第２スイッチが操作されたことを検出すると上記モーターを締結具の緩み方向に回転させるように構成されていることを特徴とする手術用腕支持装置。
【請求項１】
手術時に術者の腕を支持するように構成された手術用腕支持装置であって、
装置本体と、
上記装置本体に一体に設けられた上下方向に延びる外筒部と、
上記外筒部の内側において上下方向に延び、該外筒部の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置された内筒部材と、
上記内筒部材の内側において上下方向に延び、該内筒部材の中心線周りに回動可能に、かつ、昇降可能に配置された昇降棒と、
上記昇降棒の上部に、該昇降棒の中心線と交差する方向に延びる揺動軸周りに揺動可能に取り付けられた腕台と、
上記腕台の揺動軸から離れた部位と上記内筒部材とに回動軸を介して連結されるリンク部材と、
上記外筒部を上記内筒部材に締め付けることにより該内筒部材を上記昇降棒に締め付けるように構成された締結具と、
上記締結具を締め付け方向及び緩み方向に回転させるモーターと、
上記モーターの上記締結具への伝達トルクを所定値以下とするトルクリミッター機構とを備え、
上記トルクリミッター機構は、上記モーターにより駆動される回転部材と、上記締結具に設けられ、上記回転部材と中心線方向に対向するように設けられた対向面部と、上記回転部材及び上記対向面部の間に中心線が該対向面部に沿って延びるように配置されるローラーと、該ローラーを上記回転部材及び上記対向面部の間で保持する保持部と、上記回転部材と上記対向面部との少なくとも一方を他方に接近する方向に付勢する付勢部とを備え、
上記保持部は、上記ローラーの中心線が上記回転部材の中心線の径方向に対し所定の角度を持って傾斜するように該ローラーを保持することを特徴とする手術用腕支持装置。
【請求項２】
請求項１に記載の手術用腕支持装置において、
締結具は、雌ねじ部材と、該雌ねじ部材に螺合する雄ねじ部材とを備え、
上記雄ねじ部材の長手方向一側にトルクリミッター機構が配設され、
上記雄ねじ部材の長手方向他側には、該雄ねじ部材を回転させるための工具が係合する工具係合部が設けられていることを特徴とする手術用腕支持装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の手術用腕支持装置において、
モーターを制御する制御部と、
上記制御部に接続される第１及び第２スイッチとを備え、
上記制御部は、上記第１スイッチが操作されたことを検出すると上記モーターを締結具の締め付け方向に回転させる一方、上記第１及び第２スイッチが操作されたことを検出すると上記モーターを締結具の緩み方向に回転させるように構成されていることを特徴とする手術用腕支持装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２０１０２５（Ｐ２０１０−２０１０２５Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５０９３３（Ｐ２００９−５０９３３）
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（５０７０６２３４７）株式会社豊國 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（５０７０６２３４７）株式会社豊國 (2)
【Ｆターム（参考）】
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