JPH0191847A - 手術用顕微鏡の俯仰装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、手術用顕微鏡を保持する架台等に備えられた
俯仰装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕近年
、医学のめざましい進歩に伴って、新しい手術９手技が
開発されてきているが、微細な手術をａｉｍで拡大観察
しながら行うマイクロサージ工り−の分野でも、これら
の進歩に伴って、より高性能な手術用顕微鏡が要求され
るようになっている。

特に脳外科手術においては、手術用顕微鏡の位置決めの
円滑さ及び容易さが厳しく要求され、手術中に頻繁に行
われるであろう観察角度の変更に要する時間を極力短く
しなければならない。即ち、外科手術用￥ａ微鏡は、術
者の邪魔になることなしに、作業空間内の所望位置に迅
速且つ適確に位置決めされ、且つその位置に固定できる
ように、スタンドや天井懸架部に支持されていなげれば
ならない。

又、最近では、各種症状の記録のために、顕微鏡に写真
撮影装置を取付けたり、医師や看護婦の教育のためにｕ
微鏡にＴＶカメラを取付けたりすることが多い、これは
手術用顕微鏡を重くする結果となり、そのため上記操作
性を保持しながら手術用顕微鏡の荷重を補償するアーム
及び架台が必要である。

これらの要求を満たすため、例えば、特公昭５５−３６
１１６号公報には、ハンドルにより互いに直交する三つ
の軸の周りの自由な合成回転を可能にする３軸自在力ル
ダンリンク機構を介して固定の支持体に支承されたリン
ク機構から成り、立体空間内で自由に角度位置を変え得
る該リンク機構の端部材に光学観察器具を竜付けるよう
にした位ＩＦ！ＩＩ節用スタンド装置が開示されている
が、この装置に用いられている３軸自在力ルダンリンク
機構では、三つの互いに直交する回転軸の交点に光学観
察器具又は顕微鏡（好ましくは、顕微鏡の重心）が在る
ように顕微鏡を支持することが肝要であり、このため、
３軸自在力ルダンリンク機構を構成する各アームは形状
が複雑となり高価となるばかりか、顕微鏡付近にカルダ
ンアームが存在してスタンド装置全体が大型になり、操
作上自由に利用でき空間が著しく狭められてしまう。又
、各回転軸のバランスを釣り合い用の重錘によりとって
いるので、重錘の重量は顕微鏡の重量と同じになり、顕
微鏡を移動させる際に生じる装置全体の慣性は著しく大
きくなる。従って、顕微鏡が一度働き出すと、所望位置
に顕微鏡を迅速且つ確実に停止させるのが大変難しくな
るという欠点がある。

従って、本発明の主目的は、常にバランスのとれた状態
で且つ軽い操作力で手術用顕微鏡の配向位又は角度位置
を変化させることのできる、手術用顕微鏡のための俯仰
装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、比較的小型であるにも拘らず広い
手術用操作空間を確保出来る手術用顕微鏡のための俯仰
装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、構成が簡単で安価に製作し得
る、手術用顕微鏡のための俯仰装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
俯仰装置は、架台上に三次元的に移動可能に懸吊される
べき取付は部材と、下方へ傾斜する第１回転軸と該第１
回転軸の一端部上にあって該第１回転軸と直交する第２
回転軸と該第１回転軸の中間部上にあって該第２回転軸
と平行で且つ該第２回転軸と同期して回転する第３回転
軸とを有していて、前記第１回転軸の他端部が前記取付
は部材に回転可能に取付けられ且つ前記第２回転軸に顕
微鏡が取付けられる支持部材と、前記第３回転軸に取付
けられたアーム部材と前記取付は部材との間に連結され
た弾性部材とを備えていて、前記支持部材を介して顕微
鏡の重心の旋回移動に伴う顕微鏡の重量による回転モー
メントが前記弾性部材の弾性力による逆の回転モーメン
トにより打消されるようにしたことにより、操作に必要
な力や慣性質量が小さくなり、装置をリンクとコイルバ
ネ等から構成でき、コイルバネ等を顕微鏡取付は部と同
じ側に設けるようにしたものである。

〔実施例〕

以下、図示した一実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る。

第１１！ｌは本発明による俯仰装置の一実施例の斜視図
、第２図は上記実施例の原理構成図、第３図は上記実施
例を懸吊する架台又はスタンド装置の斜視図、第４図は
上記実施例の顕微鏡照準部の拡大斜視図、第５図は上記
実施例の作用を説明するための概略斜視図、第６図は上
記実施例の操作モーメントのバランスの状態を示す図で
ある。

第１図及び第２図において、１は照準部２ｂにより観察
光軸Ｃに沿って上下動可能に支持されている周知のＷ４
微鏡である。照準部２ｂは垂直アーム３の下部に後述す
る取付は部材を介して取付けられた平行四辺形リンクと
して構成された支持手段４のす５ンクアーム２ａに後述
の如く相対位置調整可能に取付けられている。リンクア
ーム２ａには２本の互いに平行なリンクアーム５，６が
枢軸Ｏｓ、Ｏｈにより回転可能に接続されている。リン
クアーム５．６の各他端は枢軸○８，０４によりリンク
２ａと平行なリンクアーム７と夫々回転可能に結合して
いる。リンクアーム５は、枢軸ＯＳより所定距離熱れた
端部が前記取付は部材８に枢軸０３　、Ｏｓ　と直交す
る軸線０２と同心的に回転可能に連結している。又、取
付は部材８は、垂直アーム３と直交する頂面を有する突
出アーム部８ａと、支持手段４を回転可能に支持するア
ーム部８ｂとが角度ψをなすように形成されている。リ
ンクアーム５の取付は部材８への取付は端部は中空の円
筒体５ａとして形成されていて、この円筒体５ａの内部
にはリンクアーム６に一端部が枢着されたリンクアーム
７が挿入されている。リンクアーム７の他端には、回転
し得るようにリンクアーム５に軸受けされた枢軸０．が
固着されていて、この枢軸０．が円筒体５ａ内に取付け
られたｔ磁ブレーキ１２αにより必要に応じ固定状態に
保持されるようになっている０円筒体５ａには軸線Ｏｓ
と同心のシャフト１２が設けられている。このシャフト
１２は取付は部材８のアーム部８ｂに回転可能に軸受さ
れていて、取付は部材８の内部に設けられた電磁ブレー
キ１２βにより必要に応じ固定状態に保持されるように
なっている。又、取付は部材８には前記の垂直アーム３
が固着されていて、取付は部材８は垂直アーム３を介し
て後述する架台に垂直な軸線０１　の周りに回転自在に
取付けられている。リンク５及び６の中央部には、リン
クアーム２及び７と平行にこれらと同様にリンクアーム
５及び６に枢着された中間リンクアーム１９が設けられ
ている。中間リンクアーム１９とリンクアーム６とを結
合する枢軸ｏ８は一端が中間リンクアーム１９に固着さ
れていてリンクアーム６に回転可能に軸受されている。

枢軸０．の他端は内方へ延びていて、そこに同一方向に
延びた細長い支持部材２０が固着されている。即ち、支
持部材２０は中間リンク１９と一体に連結されている。

この支持部材２０には、その長手方向に延びたねじ２１
が回転可能に軸受けされていて、このねじ２１には支持
部材２０により摺動可能に支持された柱２２が螺合され
ている。従って、ねじ２１を回すことにより柱２２は支
持部材２０上をその長手方向に移動し得る。柱２−２に
はもう一つの柱２３が垂直方向へ摺動可能に乗せられて
いて、この柱２３には垂直方向へ貫通した形でねじ２４
が螺合されている。ねし２４の下端は柱２２に回転可能
に軸受けされている。従って、ねじ２４を回すことによ
り柱２３は柱２２に案内されながら垂直方向へ移動し得
る。柱２３の頂部の延長端９と取付は部材８のアーム部
８ａの突出端１０との間にはガススプリングとして構成
された圧縮バネ１８が初期弾圧力を与えられた状態で連
結されている。延長端９と突出端１０はリンクアーム７
が図示の垂直位置（初期状Ｂ）にある時垂直線Ｂ上にあ
る。又、この時顕微鏡１の重心Ｇにかかる顕微鏡ｌの重
量Ｆ及び観察光軸Ｃも平行四辺形リンク４を含む平面Ｈ
内に含まれる。但し他の各機構部分の重量は顕微鏡１の
重心にかかる重量Ｆで代表している。上記軸線Ｏｒ、Ｏ
＊は互いに斜交し且つ軸ｖＡＯｔと枢軸０．は互いに直
交していて、ａｍ鏡ｌは、顕微鏡１に設けられた後述の
ハンドルでその位置を初期状態がら三次元空間中を移動
する時各枢軸は回転角に対応した角度で配向されて位置
づけられる。

次に第３図においては１３はベース、１４はベース１３
上に立てられた支柱、１５は支柱１４上に垂直軸線０．
の周りに回転自在に支持された第１アーム、１６は第１
アーム１５の他端に垂直軸線０１０の周りに回転自在で
且つ第１アーム１５に直交する平面内で回転し得るよう
に支持された第２アーム１６が設けられている。第２ア
ーム１６の先端部には、第１図の垂直アーム３を回転自
在に軸受するための軸受は部１７が設けられている。

第２アーム１６の内部には軸受は部１７にががる負荷を
バランスするためのバランス機構が内蔵されており（図
示せず）、また、上記平行支持手段４によって操作者は
軽い力で垂直アーム３を垂直に保ったまま顕微鏡１を三
次元的に移動させることができる。

第４図に示した如く、リンクアーム２ａの枢軸ＯＳの他
端部は焦準部２ｂの側壁に回転可能に軸受けされており
、焦準部２ｂの内部に突出した枢軸Ｏ１の先端にはウオ
ームホイール２５が固着されている。焦準部２ｂの内部
には、ウオームホイール２５に噛合するウオーム２６と
これと一体のウオームホイール２７が回転可能に軸受け
されており、更にウオームホイール２７に噛合するウオ
ーム２８が回転可能に軸受けされている。ウオーム２８
の焦準部２ｂの外部に突出した回転軸端にはハンドル２
９が固着されている。従って、通常は、リンクアーム２
ａと焦準部２ｂとは一体に動くが、ハンドル２９を回わ
すと、その回転はウオームホイール２５に伝達されるた
め、焦準部２ｂはウオームホイール２５の回転角に相当
する角度だけ枢軸ＯＳの周りに回動する結果となる。こ
れは、ハンドル２９を回わすことによって顕微鏡１を動
かし重心Ｇの位置を移動させることが出来ることを意味
する。

次に上記俯仰装置の作用を第５図を参照しながら説明す
る。

第５図は説明を簡単にするためにリンク、軸を一致させ
た図面であって、第１図の装置において顕微鏡ｌを軸線
Ｏｓ　と枢軸ＯＳの周りに若干回転させた状態を示して
いる。

まず、顕微鏡１の重心Ｇにかがる荷重Ｆによって生じる
回転モーメントを説明する。即ち、顕微鏡１を軸線Ｏｔ
と回転軸０．の周りに回転させることにより、点Ｐｔ又
は重心Ｇはアーム５の点Ｐｌを回転中心として球面運動
をする。合点Ｐ１を原点として鉛直線と平行つまり重力
と同じ方向の軸を２座標軸とし、２座標軸と垂直なＸ座
標軸、Ｘ座標軸を含む直交座標系ｘ−ｙ−ｚを考えると
、上記回転モーメントは、Ｘ座標軸成分とＸ座標軸成分
とに分解して説明できる。

ここで、 重心ｇに働く重量　　　　　　　　Ｆ 原点Ｐ＋　から重心Ｇまでの距ｊ！ＩＲＸ軸の周りの回
転角　　　　　　　α ｙ　　　　　　″　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　βＲのｙ−ｚ平面への投影像　　　　ＲａＲの
ｘ−ｚｓＲβ とし、 Ｘ軸、ｙ軸にそれぞれ作用する回−転モーメントをＭ、
、Ｍ、とすると、 Ｍ＋＋　−Ｆ−Ｒａ・ｓｉｎ　ａ、 Ｍ、−Ｆ−Ｒａ・ｓｉｎ　β、と表わせる。

ただし、 上式Ｍ、及びＭｖは、夫々ｓｉｎ　ａ　、　　ｓｉｎβ
が一次できいて、変化している。第６図には、αが一定
（α−ａ）として、βを連続的に変化させた場合のＭ、
（モーメント）の変化を示す。

次に顕ｍａｌｌを上記のように移動させた時のリンク６
と接続されたリンク１９の延長上の点Ｐ。

にバネ１８の弾力によって作用する回転モーメントにつ
いて考える。即ち、ｕ徽鏡１を軸線０□と枢軸０３の周
りに回転させるとリンク１９の延長端９は、軸線０２と
初期状態にある延長端９と突出端１０を結ぶｖＡＢとの
交点Ｐ、と該延長端９の距離Ｒ１を半径として球面運動
する。この場合も前述の場合と同様に交点Ｐ４を原点と
して鉛直線と平行つまり重力と同じ方向の軸を２′座標
軸とし、２′座標軸と垂直なＸ′座標軸、ｙ゛座標軸を
含む直交座標系ｘ’−ｙ’−ｚ’を考えると、バネ１８
の弾性力によって点Ｐ、に作用する回転モーメントは、
Ｘ′軸、ｙ′軸にそれぞれ作用する回転モーメントが複
合されたものと考えることができる。

ここで、 バネ１８の弾性力　　　　　　　　　　　　　Ｆ。

原点Ｐ４からリンク１９の先端９までの距離　Ｒ。

Ｘ′軸に関する回転角　　　　　　　　　　　　αｙ′
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　βバネの長
さ　　　　　　　　　　　　　　　　　ＬＲｌのｙ、”
　−ｚ　’平面への投影像　　　　　　ＲｓａＲ１のｘ
’−ｚ’　　　　　　　　　　　　　Ｒ１＃Ｌのｙ’　
　Ｚ　’　　　　　　　　　　　　　　　ＬａＬのｘ　
’　−ｚ　’　　　　　　　　　　　　　　　ＬｓをＺ
とし、バネ１８の弾性力Ｆ、によるＸ′軸。

ｙ′軸に関する回転モーメントをそれぞれＭ、′。

Ｍｙ　′とすると Ｍｘ　　’　　＝　　Ｆ　ｓ　　−Ｒｓａ−ｓｉｎ　θ
αＭｖ　　’−Ｆｍ　　・ＲｓＪ−ｓｉｎ　　０戸ただ
し、 Ｆｌ　＝Ｋ　（Ｌ−Ｌ、＞　）　＋ｐ。

Ｋ　：バネ１８のバネ定数 Ｌｏ　：バネ１８の自由長 Ｐｏ　：バネＩ８の初弾力 であり、バネ１８が圧縮バネであるので、である、又、 ｍ ｃｏｓ　（／Ｌ＝　− ■。

Ｉ ｃｏｓヂｐ”□ である、ここで、Ｚを大きくし且つＲ８を小さくすると
、 ｃｏｓ　４７区ζ１ ｃｏｓ＋ｔ／ｐ＃１ となり、 Ｍ＋＋　　’＃Ｆ−ＲＢ・ｓｉｎ　　θαＭｙ　　′”
＋　Ｆ　−Ｒ５１−ｓｉｎ　　θ〆となる。

上式Ｍ、’、Ｍ、　　′も夫々ｓｉｎθａ、ｓｉｎθ！
が一次の形で含まれている。又θ久はα→０、となると
き又はβ→０となる時θη　−α又はθ−→βとなる。

第６図にはα−ａの時、βを変化させた場合の重心によ
るＭ、（モーメント）の変化を示す曲線と並行的に変数
θＩを変数βに置換した場合のＭ。

′の変化が示されている。Ｍ、、Ｍ、’についても同様
の曲線で示し得る。

顕微鏡１を上下動させ且つ旋回させる総ゆる調節過程に
おいて、回転モーメントのバランスがとれた状態は、 Ｍ　Ｘ　＋　Ｍ　１１　　’　＝　ＯかつＭ、＋Ｍ、　
　＝０となることによって実現される。即ら、ｘ（ｘ’
）軸とｙ（ｙ’）軸について装置可動部の重量による回
転モーメントとハネ１８の弾力による回転モーメントが
つりあえばよい。ここで、適当に条件を決めると任意の
回転角α、βについである範囲りにわたって第６図に示
すように、ＭつとＭ、’、Ｍ、とＭｙ　′とが同時につ
り合うようにすることができる。第６図は、α＝ａと固
定し、βを連続的に変化させた場合のＭ８とＭ８　′又
はＭ、とＭ、′の状態つまりバランス状態を示す、ここ
では、比較のためにＭ、　　′、Ｍ、’の符号は反転さ
せて表示されている。この図かられかるように、ある範
囲において非常に良好なバランスが実現される。少々の
アンバランスは第１図には図示しない従来から使われて
いる重さ出しｍ横により摩擦力を軸の回転方向に作用さ
せて無効にするが、バネによるバランス力が働いている
ので、最小限の摩擦が適用されればよく、従って顕微鏡
１は極めて軽い力で俯仰操作され得る。

次に上記俯仰装置の操作方法を説明する。先づ顕微鏡１
を移動させたい時は、顕微鏡１に取付けられたハンドル
に装備されているスイッチを操作して、ｔｍブレーキ１
２α及び１２βの制動作用を解除させる。これにより、
顕微鏡１は、アーム１５及び１６．取付は部材８及び支
持手段４を介して架台１３上に懸吊された状態で、三次
元的に自由な位置で而も所望の傾斜姿勢をとるように調
節される。かかる調節操作は、顕微鏡１の重量による回
転モーメントと圧縮バネ１Ｂによる反回転モーメントと
のバランスにより各回転軸部分に片寄った力が作用する
ことはないから、極めて軽快に行われ、また、バランス
をとるため重りを使用している従来装置とは異なり慣性
質量が小さいため、所望位置での顕微鏡の停止が容易で
ある。かくして、顕微鏡１を所望の位置へ所望の傾斜姿
勢で持ち来たした時、上記スイッチを再び操作して電磁
ブレーキ１２α及び１２βを作動させれば、ａｍ鏡１は
その状態に保持され得る。

又、この実施例によれば、顕微鏡１に前述の如き各種の
アクセサリが取付けられているので、重心Ｇの位置が正
規の位置（図示位置）よりずれて第５図により説明した
関係が成立しなくなった場合でも、ねじ２１及び２４を
回して延長端９を移動させたり、或はハンドル２９を回
してＷＡ徽鏡１全体を動かしたりして、第５図に示され
た関係が保持され得るように微調整し、常に最良のバラ
ンスを保持させることが可能である。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による手術用顕微鏡の俯仰装置は、
常にバランスのとれた状態で且つ軽い操作力で手術用顕
微鏡の配向位又は角度位置を変化させることができ、比
較的小型であるにも拘わらず広い手術操作空間を確保で
き、構成が簡単で安価に製作し得るという実用上重要な
利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による俯仰装置の一実施例の斜視図、第
２図は上記実施例の原理構成図、第３図は上記実施例を
懸吊する架台またはスタンド装置の斜視図、第４図は上
記実施例の顕微鏡照準部の拡大斜視図、第５図は上記実
施例の作用を説明するための概略斜視図、第６図は上記
実施例の操作モーメントのバランスの状態を示す図であ
る。 １・・・・顕微鏡、２ａ、５，６．７・・・・リンクア
ーム、２ｂ・・・・照準部、３・・・・垂直アーム、４
・・・・支持手段、５ａ・・・・円筒体、８・・・・取
付部材、９・・・・延長端、１０・・・・突出端、１２
・・・・シャフト、１２α、１２β・・・・電磁ブレー
キ、１３・・・・ベース、１４・・・・支柱、１５・・
・・第１アーム、１６・・・・第２アーム、１７・・・
・軸受は部、１Ｂ・・・・圧縮バネ、１９・・・・中間
リンクアーム、２０・・・・支持部材、２１．２４・・
・・ねじ、２２．２３・・・・柱、２５．２７・・・・
ウオームホイール、２６．２８・・・・ウオーム、２９
・・・・ハンドル。 第１図 第３図 ０１牙５図 □ 手続補正書（自発） 昭和６２年１０月１４日 回

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）架台上に三次元的に移動可能に懸吊されるべき取
   付け部材と、下方へ傾斜する第１回転軸と該第１回転軸
   の一端部上にあって該第１回転軸と直交する第２回転軸
   と該第１回転軸の中間部上にあって該第２回転軸と平行
   で且つ該第２回転軸と同期して回転する第３回転軸とを
   有していて、前記第１回転軸の他端部が前記取付け部材
   に回転可能に取付けられ且つ前記第２回転軸に顕微鏡が
   取付けられる支持部材と、前記第３回転軸に取付けられ
   たアーム部材と前記取付け部材との間に連結された弾性
   部材とを備えていて、前記支持部材を介して顕微鏡の重
   心の旋回移動に伴う顕微鏡の重量による回転モーメント
   が前記弾性部材の弾性力による逆の回転モーメントによ
   り打消されるようにした手術用顕微鏡の俯仰装置。
2. （２）弾性部材の取付け部材に対する取付け点を通る鉛
   直線上に第１回転軸と第３回転軸の交点が位置すること
   を特徴とする特許請求の範囲（１）に記載の俯仰装置。