(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置であって、該荷重トルクが質量ユニットたとえば手術用顕微鏡に作用しており、該質量ユニットが保持装置に旋回可能に支承されており、
直線的な力を発生させるためのユニットが設けられており、
直線的な力をトルクに変換する変換ユニットが設けられている形式のものにおいて、
変換ユニット（７，４６）と質量ユニット（２，４１）との間でトルクを伝達するための調節可能な連結ユニット（８，９，１０，５４，５５，５６）が設けられており、変換ユニット（７，４６）が、クランク機構として形成されており、変換ユニット（７，４６）において、直線的な力を発生させるためのユニット（５，４４）と作用結合されたクランクアームの長さ（ｂ，ｂ′）が調節可能であることを特徴とする、荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置。
【請求項２】
クランクアームの長さを調節するためにねじ山付スピンドル（１１，４８）が設けられている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
調節可能な連結ユニット（５４，５５，５６）が、ウォーム伝動装置を備えている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
調節可能な連結ユニット（８，９，１０）が、係止機構を備えている、請求項１または２記載の装置。
【請求項５】
係止機構が、係止車（８）を備えており、該係止車（８）に、係止ピン（１０）を係合させるための穴（９）が設けられている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
係止ピン（１０）に保持部材（１７）が配設されており、該保持部材（１７）が、案内溝（１６）内を案内されており、該案内溝（１６）における保持部材（１７）の移動によって、質量ユニット（２）と変換ユニット（７）とが、互いに連結可能かつ連結解除可能である、請求項５記載の装置。
【請求項７】
直線的な力を発生させるためのユニットが、ガス押圧ばね（５）またはガス引張ばねとして形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置を用いて、保持装置に旋回可能に支承された質量ユニットのトルク平衡状態を調節する方法において、
（イ）直線的な力をトルクに変換するための変換ユニット（７）から質量ユニット（２）を連結解除し、
（ロ）質量ユニット（２）が、重量の作用下で安定した平衡状態を占めるようにし、
（ハ）変換ユニット（７）が、直線的な力（５）を発生させるためのユニットの作用下で安定した平衡状態を占めるようにし、
（ニ）質量ユニットと変換ユニットとの安定した各平衡状態で、質量ユニット（２）を変換ユニット（７）に連結し、
（ホ）質量ユニット（２）と変換ユニット（７）とを連結したあとで、変換ユニット（７）におけるクランクアームの長さを調節することを特徴とする、保持装置に旋回可能に支承された質量ユニットのトルク平衡状態を調節する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置であって、荷重トルクが質量ユニット特に手術用顕微鏡に作用しており、質量ユニットが保持装置に旋回可能に支承されており、直線的な力を発生させるためのユニットが設けられており、直線的な力をトルクに変換する変換ユニットが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
また本発明は、荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置において、保持装置に旋回可能に支承された質量ユニットのトルク平衡状態を調節する方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
このような装置および方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３４４４３１３号明細書から公知である。この明細書には手術用顕微鏡のための懸架装置が記載されており、ここでは直線的なばねによって、手術用顕微鏡によって生じる荷重トルクのための補償トルクが形成される。この場合直線的なばねは、ケーブルを介して、旋回軸と相対回動不能に結合されたウォーム歯車に作用する。ウォーム歯車における調節機構によって、直線的なばねによって発生させられる補償トルクの振幅と、荷重トルクに関する補償トルクの位相とを調節することができる。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４２３１５１６号明細書から、旋回軸に懸架された手術用顕微鏡によって発生される荷重トルクを補償するために、調節ねじによってプレロード（予荷重）のかけられた渦巻ばねを設けることが公知である。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３９２１８５７号明細書には、顕微鏡スタンドにおいて拘束力を提供するためにリンク平行四辺形にガス押圧ばねを設けることが公知である。
【０００６】
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３４４４３１３号明細書
【特許文献２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４２３１５１６号明細書
【特許文献３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３９２１８５７号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような形式の、荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置を改良して、旋回軸線から間隔を有して位置する質量重心を有する質量ユニット、特に手術用顕微鏡の、旋回軸線を中心とするほとんど力のいらない運動が得られるものを提供することである。
【０００８】
また本発明の課題は、冒頭で述べたような形式の、保持装置に旋回可能に支承された質量ユニットのトルク平衡状態を調節する方法を改良して、旋回軸線の傍で設けられた質量ユニットに関して力平衡状態を簡単に調節する方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するための本発明の装置によれば、変換ユニットと質量ユニットとの間でトルクを伝達するための調節可能な連結ユニットが設けられている。
【００１０】
またこの課題を解決するための本発明の方法によれば、直線的な力をトルクに変換するための変換ユニットから質量ユニットを連結解除し、質量ユニットが、重量の作用下で安定した平衡状態を占めるようにし、変換ユニットが、直線的な力を発生させるためのユニットの作用下で安定した平衡状態を占めるようにし、質量ユニットと変換ユニットとの安定した各平衡状態で、質量ユニットを変換ユニットに連結する。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、特に調節可能な連結ユニットとは、調節可能な形式で、変換ユニットと質量ユニットとの間でトルク接続を形成するか、もしくはトルク伝達に関して変換ユニットと質量ユニットとを互いに分離することのできる連結ユニットと理解される。しかもそのような調節可能な連結ユニットは、変換ユニットと質量ユニットとのトルク伝達を分離する性能に対して追加的または選択的に、変換ユニットから提供されるトルクを質量ユニットに伝達することのできる連結ユニットとして形成することもでき、ここでは連結ユニットによって、提供されるトルクの位相の調節と、質量ユニットに伝達されるトルクの伝達とを行うことができる。
【００１２】
このようにして、保持装置に旋回可能に支承された質量ユニットの重心に作用する重量に起因する荷重トルクに対して、直線的な力を発生させるためのユニットと変換ユニットとによって形成される補償トルクの正しい位相の自動的な調節を実現する装置が提供される。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、変換ユニットが、クランク機構として形成されている。このようにしてトルクへの直線的な力の摩擦の僅かな変換が実現される。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、変換ユニットにおいて、直線的な力を発生させるためのユニットと作用結合されているクランクアームの長さが調節可能である。このようにして直線的な力を発生させるためのユニットによって形成される補償トルクの振幅を、補償されるべき荷重トルクに適合させることができる。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、クランクアームの長さを調節するためにねじ山付スピンドルが設けられている。このようにして補償トルクの振幅を正確に調節することができる。
【００１６】
本発明の別の実施形では、調節可能な連結ユニットが、ウォーム伝動装置を備えている。このようにして補償トルクの位相を正確に調節することができる。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、調節可能な連結ユニットが、係止機構を備えている。このようにして変換ユニットから質量ユニットに大きなトルクを伝達することができる。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、係止機構が、係止車を備えており、係止車に、係止ピンを係合させるための穴が設けられている。このようにして変換ユニットと質量ユニットとの摩耗の僅かな連結機構が提供される。
【００１９】
本発明の別の実施形態によれば、係止ピンに保持部材が配設されており、保持部材が、案内溝内を案内されており、案内溝における保持部材の運動によって、質量ユニットと変換ユニットとが、互いに連結可能かつ連結解除可能である。このようにして連結ユニットは、変換ユニットに作用するクランクアームの調節を介して作動させることができる。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、直線的な力を発生させるためのユニットが、ガス押圧ばねとして形成されている。このようにして荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置は、僅かな自重で製作することができ、この補償装置には、補償トルクを発生させるために大きな直線的な力が提供される。
【００２１】
本発明の方法によれば、保持装置に旋回可能に支承された手術用顕微鏡のためのトルク補償状態を迅速に調節することができる。
【００２２】
本発明の別の方法では、質量ユニットと変換ユニットとを連結したあとで、変換ユニットにおけるクランクアームの長さを調節する。このようにして手術用顕微鏡における補償トルクと荷重トルクとの精密な調整が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１に示された、荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置１は、手術用顕微鏡２を備えており、この手術用顕微鏡は、質量ユニットとして、旋回軸線３上で、図示されていないフリーホイール支承ユニットによって支承されている。手術用顕微鏡２は旋回軸線３の外側に位置する質量重心４を有している。質量重心４の位置は、手術用顕微鏡２の構造によって特定される。この位置は、原則として追加装置たとえば共同観察装置またはカメラなどを接続することによって変化する。手術用顕微鏡２の質量重心４に作用する重量によって、荷重トルクが生じ、この荷重トルクは、手術用顕微鏡２を安定した平衡姿勢に移動させようとしている。この安定した平衡姿勢に、旋回軸線３に対して垂直に延びる垂線上で旋回軸線３の下方における、手術用顕微鏡２の質量重心４のある姿勢が相応する。この手術用顕微鏡２の姿勢では、器具に作用する重量が荷重トルクを生じさせない。
【００２４】
この荷重トルクを補償するために、補償装置１にガス押圧ばね５が設けられている。しかもガス押圧ばね５の代わりに、ガス引張ばね、コイルばねの構成をした引張ばねまたは押圧ばね、もしくは直線的な力を提供するのに適した、別の形式で形成されたエネルギ蓄え器を同程度に良好に使用することができる。
【００２５】
ガス押圧ばね５は、球継手６によって、図示されていないスタンドに相対回動可能に支承されている。ガス押圧ばね５は、変換ユニット７と結合されており、この変換ユニット７は、ガス押圧ばね５によって発生される直線的な力を補償トルクに変換する。この補償トルクによって、手術用顕微鏡２に生じる荷重トルクが補償される。変換ユニット７は、クランク機構として形成されている。このクランク機構は、ねじ山付スピンドル１１に受容された溝付ブロック１４を備えている。この溝付ブロック１４に、ガス押圧ばね５が接続アーム１５で係合している。したがってねじ山付スピンドル１１と溝付ブロック１４とはクランクアームとして作用し、このクランクアームはガス押圧ばね５の直線的な力の作用下で、旋回軸線３を中心とした旋回運動を行うようにする。
【００２６】
手術用顕微鏡２にクランクアームを連結するために、調節可能な連結ユニットが設けられている。連結ユニットは係止機構を備えており、この係止機構は手術用顕微鏡２と相対回動不能に（つまり一緒に回転するように）結合された、穴９の設けられた係止車８を備えている。穴９の１つに係止ピン１０が係止する。係止ピン１０によって、ガス押圧ばね５によって発生される補償トルクが変換ユニット７から手術用顕微鏡２に伝達される。変換ユニット７におけるクランクアームの作用長さは、ねじ山付スピンドル１１の回動によって調節することができる。このためにねじ山付スピンドル１１は回転つまみ１２を備えており、この回転つまみ１２を用いて、ねじ山付スピンドル１１はねじ穴１３内を回動することができる。ねじ穴１３内でのねじ山付スピンドル１１の回動によって、溝付ブロック１４の位置が変化し、ひいてはガス押圧ばね５によって接続アーム１５を介してばね力の作用されるクランクアームの作用長さが変化する。
【００２７】
係止ピン１０は、保持部材１７に受容されており、この保持部材１７はねじ山付スピンドル１１に関して、溝付ブロック１４における案内溝１６の構造によって案内されている。ねじ山付スピンドル１１の回動によって、溝付ブロック１４は、旋回軸線３に対して垂直方向で往復移動することができる。溝付ブロック１４の移動によって、案内溝１６における保持部材の位置が変化する。溝付ブロック１４の姿勢に応じて、ガス押圧ばね５で負荷されるクランクアームの作用長さが変化し、種々異なる補償トルクが生じる。
【００２８】
溝付ブロック１４における案内溝１６は、第１の区分１８と第２の区分１９とを備えており、第１の区分１８では、案内溝１６は旋回軸線３に対して垂直に延びている。第２の区分１９では、案内溝１６は、旋回軸線３に対して角度を有して延びるように形成されている。溝付ブロック１４の移動によって、保持部材１７は、該保持部材１７に配置された係止ピン１０で、案内溝１６の前記領域では旋回軸線３の方向で移動される。これによって係止ピン１０は、係止車８における穴９に係合されるか、もしくは係止車８から係合解除される。溝付ブロック１４の移動と、この移動に応じた、係止車８に設けられた穴（この穴に係止ピン１０が係合状態にもたらされる）の適当な選択とによって、ガス押圧ばね５によって発生される補償トルクは、位相と振幅とに関して、所与の荷重トルクに適合させることができる。
【００２９】
図２には、手術用顕微鏡２１が側面図で示されており、この図は、旋回軸線２０の傍で設けられた（つまり旋回軸線に沿って偏心的に設けられた）手術用顕微鏡２１における、重心の変位と重心の変位に応じた荷重トルクの変化との関連性を表すものである。手術用顕微鏡２１は、位置２２で質量重心を有している。質量重心に作用する重量は、長さａ１のてこ腕２３を有して旋回軸線２０に作用し、そこで荷重トルクＭＬ１を生じさせる。追加装置たとえばビデオカメラ、追加レンズまたは付属モジュールの取付によって、質量重心は位置２２から位置２４に変位される。手術用顕微鏡装置の総質量の変化および質量重心の変位によって、荷重トルクの、これに対応する変化がもたらされる。
【００３０】
図２の手術用顕微鏡２１では、手術用顕微鏡装置の荷重トルクＭＬ１にとって、質量重心が位置２２では；
ＭＬ１＝ｍ１ｇａ１ｃｏｓ（α１）
が有効であり、ここでは；
ｍ１は、位置２２を有する質量重心の場合の手術用顕微鏡の総質量、
ｇは、一定の重力加速度、
ａ１は、旋回軸線２０からの、位置２２を有する手術用顕微鏡質量重心の間隔、α１は、水平線２５に対する、質量重心と旋回軸線２０との間の結合線の角度、
である。
【００３１】
追加装置の接続によって、手術用顕微鏡の総質量がｍ１からｍ２に変化される。同時に手術用顕微鏡の質量重心が位置２２から位置２４に変位される。この場合荷重トルクＭＬ２は；
ＭＬ２＝ｍ２ｇａ２ｃｏｓ（α２）
を成し、ここでは；
ｍ２は、位置２４を有する質量重心の場合の手術用顕微鏡の総質量、
ｇは、一定の重力加速度、
ａ２は、旋回軸線２０からの、位置２４を有する手術用顕微鏡重量重心の間隔、
α２は、水平線２５に対する、質量重心と旋回軸線２０との間の結合線の角度、
である。
【００３２】
したがって手術用顕微鏡の総質量の変化および手術用顕微鏡の重心の変位は、一般的に旋回軸線２０に生じる荷重トルクを変化させる。旋回軸線２０を中心とする手術用顕微鏡の力のいらない運動を実現するために、補償トルクの位相と振幅との適当な適合が必要である。
【００３３】
図３には、曲線３１で、回転軸線に関する手術用顕微鏡の角度位置αに関する荷重トルクＭＬの関係が示されている。この荷重トルクを完全に補償するために、補償トルクＭＫを提供する必要があり、その位相および振幅は、補償トルクＭＫと荷重トルクＭＬとが互いに完全に相殺し合うように、荷重トルクＭＬに適合されている。手術用顕微鏡において補償トルクＭＫが曲線３２に相応する経過を有していると、手術用顕微鏡は、手術用顕微鏡の受容されている旋回軸線に関してあらゆる角度位置において力平衡状態で存在する。したがって手術用顕微鏡を、この旋回軸線を中心にほとんど力をかけずに移動させることができる。
【００３４】
以下に、図１に基づいて、荷重トルクＭＬが所与されている場合にどのようにして適当な補償トルクＭＫを調節できるのかを説明する。このためには、まず係止機構の開放によって、手術用顕微鏡２が変換ユニット７およびガス押圧ばね５から連結解除される。その結果重力の作用下で、手術用顕微鏡２は旋回軸線３を中心に安定した平衡姿勢に傾動する。この安定した平衡姿勢では、手術用顕微鏡装置の質量重心４は旋回軸線３に対して鉛直に延びる位置に存在する。同時にガス押圧ばね５によって変換ユニット７は安定した平衡姿勢にもたらされ、この平衡姿勢では、ガス押圧ばね５のばねアームと、溝付ブロック１４およびねじ山付スピンドル１１から成る変換ユニット７のクランクアームとは、互いに平行に方向調整されている。手術用顕微鏡２と、ガス押圧ばね５に接続された変換ユニット７との、適当に互いに安定した平衡姿勢で、連結ユニットが閉鎖されると、手術用顕微鏡２から発生される荷重トルクＭＬと、ガス押圧ばね５によって発生される補償トルクＭＫとは、互いに１８０°ずらされた位相を有する。ねじ山付スピンドル１１の回動によって、変換ユニット７におけるクランクアーム７の作用長さを調節して、補償トルクＭＫの振幅は、荷重トルクＭＬの振幅に適合させることができる。その結果、旋回軸線３の傍で受容される手術用顕微鏡のための完全なトルク補償があらゆる角度位置で得られる。
【００３５】
図４には、図１の補償装置に対する選択的な実施例である、荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置４０が示されている。補償装置４０は、手術用顕微鏡４１を備えており、この手術用顕微鏡４１は、質量ユニットとして、旋回軸線４２上で図示されていないフリーホイール支承ユニットによって支承されている。手術用顕微鏡４１は、姿勢Ａにおいて、旋回軸線４２の外側で位置４３に存在する質量重心を有している。図１の補償装置１のように、図４の補償装置４０でも、質量重心の位置は、手術用顕微鏡４１の構造によって特定される。手術用顕微鏡４１の質量重心に作用する重量によって、荷重トルクが生じ、この荷重トルクは、手術用顕微鏡４１を姿勢Ａから安定した平衡姿勢に移動させようとする。この安定した平衡姿勢に、旋回軸線４２に対して垂直に延びる垂線上で回転軸線４２の下方における、質量重心の位置４３′を有する手術用顕微鏡の姿勢Ａ′が相応する。この手術用顕微鏡４１の姿勢では、手術用顕微鏡装置に作用する重量が荷重トルクを生じさせない。
【００３６】
この荷重トルクを補償するために、補償装置４０にガス押圧ばね４４が設けられており、しかもこのガス押圧ばね４４は、ガス引張ばね、コイルばねの構成をした引張ばねまたは押圧ばね、もしくは直線的な力を提供するのに適した適当な別の形式のエネルギ蓄え器としても同程度に良好に形成することができる。
【００３７】
ガス押圧ばね４４は、球継手４５によって、図示されていないスタンドに相対回動可能に支承されている。このガス押圧ばね４４は、クランク機構として形成された変換ユニット４６と結合されており、この変換ユニット４６はガス押圧ばね４４によって発生される直線的な力を補償トルクに変換する。図１の変換ユニット７のように、このクランク機構はねじ山付スピンドル４８を有するクランクブロック４７を備えており、このねじ山付スピンドル４８はクランクブロック４７におけるねじ山４９内を案内されている。クランクブロック４７に、ガス押圧ばね４４が接続アーム５０で係合している。ねじ山付スピンドル４８は、回転つまみを備えていて、かつ支承位置５１で受容部５２に回動可能に支承されている。
【００３８】
ねじ山付スピンドル４８およびクランクブロック４７はクランクアームとして作用し、このクランクアームは、ガス押圧ばね４４の直線的な力の作用下で、旋回軸線４２を中心に旋回運動を行うようになっている。ねじ山付スピンドル４８の回動によって、クランクアームの長さは調節することができる。
【００３９】
変換ユニットによって提供される補償トルクは、ウォーム伝動装置の構成をして調節可能な連結ユニットを介して手術用顕微鏡４１に伝達され、これによって手術用顕微鏡に生じる荷重トルクを補償することができる。このために受容部分５２における別の支承位置５３にウォーム５４が受容されており、このウォーム５４は回転つまみ５５を介して回動することができる。このウォーム５４はウォーム歯環５６に係合しており、このウォーム歯環５６は手術用顕微鏡４１と相対回動不能に結合された接続車５７に設けられている。この接続車５７は、ねじ山スピンドル４８を備えたクランクブロック４７とガス押圧ばね４４とによって発生される補償トルクを手術用顕微鏡４１に伝達する。ウォーム５４の回動によって、手術用顕微鏡４１は旋回軸線４２を中心に傾動することができる。これによって補償トルクの位相を、手術用顕微鏡４１にかかる荷重トルクに正確に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置の１実施例を示す斜視図である。
【図２】旋回軸線の傍で受容された手術用顕微鏡を示す側面図である。
【図３】荷重トルクと、トルク補償のための補償トルクとの位相を示す図である。
【図４】荷重トルクを少なくとも部分的に補償するための装置の別の１実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  補償装置、  ２  手術用顕微鏡、  ３  旋回軸線、  ４  質量重心、  ５ガス押圧ばね、  ６  球継手、  ７  変換装置、  ８  係止車、  ９  穴、  １０  係止ピン、  １１  ねじ山付スピンドル、  １２  回転つまみ、  １３  ねじ穴、  １４  溝付ブロック、  １５  接続アーム、  １６  案内溝、  １７保持部材、  １８  第１の区分、  １９  第２の区分、  ２０  旋回軸線、  ２１  手術用顕微鏡、  ２２  位置、  ２３  てこ腕、  ２４  位置、  ２５  水平線、  ３１  曲線、  ３２  曲線、  ４０  補償装置、  ４１  手術用顕微鏡、  ４２  旋回軸、  ４３  位置、  ４４  ガス押圧ばね、  ４５  球継手、４６  変換ユニット、  ４７  クランクブロック、  ４８  ねじ山付スピンドル、  ４９  ねじ山、  ５０  接続アーム、  ５１  支承位置、  ５２  受容部、  ５３  支承位置、  ５４  ウォーム、  ５５  回転つまみ、  ５６  ウォーム歯環、  ５７  接続車
【図１】
0004307051.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004307051.tif 000005