JP2003524529A

JP2003524529A - 非平滑旋回方法およびその好ましい適用

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Publication number: JP2003524529A
Application number: JP2001501948A
Authority: JP
Inventors: ヘルマンスドゥルファー，ゲルト
Original assignee: ヘルマンスドゥルファー，ゲルト
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2003-08-19
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: ES2247739T3; EP1218803A1; EP1522281B1; ES2200887T3; HUP0201701A2; DE19925924A1; HU225272B1; CA2636020A1; EP1522281A1; AU5679700A; AU2417399A; DE59814247D1; CZ298130B6; DE50002480D1; HUP0100057A3; ATE305277T1; ATE398985T1; CA2316898C; US20090165611A1; CA2636020C

Abstract

(57)【要約】不円滑ないし不規則な輪郭を有する工作物を、市場で一般的なプログラム可能旋盤で切削加工するための方法が提案されるが、それによると、ねじサイクルと直径方向軸および長手方向軸の乱高下する値、ないしピッチからなるプログラミング、バックステップ技術、ならびに入り組んだ加工シーケンスの適用および組み合わせによって、ほとんど無限の可能性が開かれる。この方法の好ましい実施形態によると、例えば人工股関節臼または骨ねじのような、ねじ込み本体上の特殊ねじが、例えばねじ刃が中立ないしほぼ任意の取り付け角または逃げ角を備えるよう製造可能であり、また例えばいわゆる円形くさび接続のための工作物における内部および外部輪郭が製造可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

この発明は、旋盤技術による工作物の特殊な加工方法およびその方法の好まし
い適用に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

本来、従来の旋盤技術は、例えば木、金属または合成樹脂からなる工作物の切
削製造方法としてずっと古くから知られているものである。この旋盤技術は最近
になって、数値制御の導入および開発によりその可能性を急速に拡大してきた。
したがって今日では、例えば表面の輪郭に沿って一定の切削速度を維持すること
は全く問題ではない。回転対称の複雑な形状でさえ、適切なプログラミングによ
り比較的容易に実現可能であり、極めて短い加工時間で製造可能である。さらに
そのような機械は、工具駆動装置の装備により、そのように複雑な形状の工作物
を固定して旋盤およびフライス盤で製造加工することが可能なので、一層高価値
となった。しかしながらこれには、時間または特定の形状という要因に関して一
定の制約がある。例えば、旋盤による製造は一般に、フライス盤より明らかによ
り短時間での加工を可能にする。旋盤ではさらに、より優れた表面品質が得られ
る。したがって、工作物形状のためフライス盤加工による製造しか考えられない
場合は必然的に、明らかにより長時間の加工ないし不均一な表面を甘受せねばな
らない。しかしながらフライス盤による製造であっても、形状についての可能性
には限界がある。例えば、フライス加工された輪郭の、フライス盤軸の半径平面
における角はどれも、使用されたフライス盤の半径よりも決して尖鋭とはなり得
ない。縁の角張った輪郭はブローチ削り、立て削り、または腐蝕によって得るこ
とができるが、そのためには工作物を他の機械にかけねばならない。腐蝕の場合
には、膨大な時間を必要とする。いびつな輪郭の切削製造用にこの二、三年、い
わゆる形状ボーリング機器ないし形状旋盤機器が市場に出ているが、これらの機
器にはそれなりの値がついており、相当な額の資本の投資が必要となる。さらに
、これらの機器はあらかじめ意図された切削箇所にのみ接続可能であり、かつい
びつさが二次元の、あらかじめ定められた輪郭に限定される。

【０００３】既に早くから、不円滑な工作物の加工のため、特殊な機械構造群を取り付ける
ことにより旋盤機能をより強化する試みがなされてきた。そのような機械がドイ
ツ公開公報ＤＥ２５１５１０６に提案されている。この機械は、建造コス
トが極めて高く、かつ故障しやすいという以外に、使用可能性が極めて制限され
ており、不円滑性が二次元の形状の製造に限られる。

【０００４】不円滑加工の形状については、旋盤に装備可能な工具の場合、例えば切削駆動
装置が自由なプログラムで制御可能であれば、その可能性を広げることができる
。そのような工具は例えばドイツ公開公報ＤＥ３５０９２４０Ａ１によ
って知られている。ここでは、適切な電気制御により工作物に対して動力学的切
削変位を実現するため、圧電調整要素または磁気ひずみ調整要素が援用される。
しかしながらそれによって得られるのは、極めて短い調整区間のみである。例え
ば磁気動力学システムの応用によって、はるかに長い調整区間を得ることは技術
的には可能であろうが、これは依然として運動軸がただ一つの場合に限られるで
あろう。特定の三次元不連続加工を達成するには、第二の、あるいはさらに第三
の、それぞれ垂直に配置される運動ユニットを追加することにより、工作機械に
複雑な運動方向を与えることが必要であろうが、これにはいずれにせよ建造コス
トがかかり、高度な制御電子機器が必要となろう。そのような工作機械は今日で
は未だ存在しない。

【０００５】また、例えば内燃機関用ピストンの不円滑加工のために開発された特殊な旋盤
が知られている。すなわち最近のピストンは、加熱の際の異方性膨張を補整する
ため、わずかにいびつな、通例は楕円形の断面を有する。いずれにせよこれは円
形からのごくわずかな偏差であり、その輪郭はまたしなやかに流れるようである
。そこには亀裂や、過度の不連続性は存在しない。したがって、そのような機械
の構造設計の難易度はさほど高くない。原則としては、工作物に沿ってキャリッ
ジがＺ軸方向に移動する間、旋盤たがねを直径にあたるＸ軸においてわずかな振
幅で振動させるだけで十分である。その際、旋盤たがねの先端の偏向曲線は多か
れ少なかれ正弦形状を描くであろうから、極端な加速は全く必要ない。これはシ
ステムの質量が減じられても、いずれにせよ実現困難である。そのような機械で
は、工作物の回転をＸ軸運動に連結させる必要があるのは自明であるが、Ｚ軸で
の送りは自由に設計可能である。実際には、不円滑輪郭の製造はここでは二次元
の直径平面に限られており、Ｚ軸によって三次元に拡張されるのみである。しか
しながら、Ｚ軸はここでは不円滑輪郭の形成に実際には関与しない。キャリッジ
がＺ軸に沿って走行する際に跳躍したり、例えば振動が重ねられたりすることは
想定されていない。

【０００６】上記のような特殊な機械は例えば、ドイツ公開公報ＤＥ４０３１０７９Ａ１に記載されているが、そこでは、旋盤たがねの振動制御用に設けられた駆
動装置（例えば電気リニアモータまたは液圧式システム）に、備え付けの機械制
御装置に加え、さらに例えばパーソナルコンピュータのような計算制御器を援用
することが提案されている。しかしながら、その根底にある運動経過を改良しな
ければ、そのような機械の可能性はあらかじめ想定された相応の適用範囲に限定
される。さらにそのような特殊な機械は、調達コストが比較的高い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

したがって、輪郭が不規則または不連続な工作物の旋盤加工について、質量慣
性に伴う諸問題を克服し、また同時に、製造可能な輪郭の不連続性についての自
由度を少なくとももう一次元拡張するのに、さらなる機器を追加せずとも、機械
自体に備わるクロスキャリッジおよびＮＣ制御についての諸条件を利用する方法
を提供する、という課題が生まれた。またさらに、これまでのフライス盤による
操作をできるかぎりこの新しい方法によって代替させることが、その目標となっ
た。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この発明によると上記の課題は、出願人が非平滑旋回と名付けた旋盤技術によ
って解決するが、それによると、工作物が機械スピンドルのチャックで、好まし
くは一定の回転数で回転し、その際切削工具を具えたクロスキャリッジは、例え
ばねじ軸プログラミングまたはＣ軸プログラミングを利用し、スピンドル角と同
期化されてピッチ軸を走行し、不円滑な特定の、移行形状エレメントからなる輪
郭が、直径（Ｘ）、長さ（Ｚ）および角度（Ｃ）またはピッチ（Ｆ）のアドレス
パラメータの値をコマンドブロックと結びつけることによる跳躍関数のプログラ
ミングを用いて形成されるが、この場合プログラムブロックチェーン内のこれら
のパラメータの少なくとも一つにつき、各値グループの少なくとも一つの数値を
有する一連の乱高下する値のグループが使用される。この方法は、適切な装備の
機械におけるパラメータＹ（高さ）の援用により、さらに拡張可能である。

【０００９】プログラムブロックチェーンの大抵の処理タスクにおいて少なくとも一つのア
ドレスパラメータの数値間に形成される増分は、各値グループの少なくとも一つ
の数値を有し、乱高下する一連の値グループを表す。その際、例えばある値グル
ープ内部の対応する数値は、他の値グループ内のそれより大きく、かつ／または
一方の値グループ内の符号は正であり、他方のグループ内の符号は負である。原
則として、ある特定のアドレスパラメータについてプログラムされた、プログラ
ムブロックチェーン中の値は、コマンドされた跳躍関数がいわゆる非平滑ステッ
プとして現れる一連の数値を形成する。

【００１０】この方法が特別な意味をもつのは、Ｙ軸を援用せずとも三次元全てにおいて適
用可能である点である。この加工自由度は、プログラムパラメータＸ，Ｚ，Ｆお
よびＣがそれぞれ単独で、または互いに組み合わせて非平滑ステップをプログラ
ム可能であることに起因する。

【００１１】この発明によるとこの方法は、互いにずれた回転サイクルの連続するシーケン
スによって所望の不規則性が形成される跳躍システムにより拡張される。

【００１２】この発明による方法は特殊な機器も、さらなるＮＣ制御も必要とせず、機械制
御およびそのソフトウェアによって得られる可能性の応用のみに依拠し、システ
ム全体の動力学によってのみ制限をうける。これには例えば周知のコマンドブロ
ックＧ０１、Ｇ３１，Ｇ３３，Ｇ３４，Ｇ３７ないしＧ１３１など、ならびに例
えば直径（Ｘ）、長さ（Ｚ）、ねじピッチ（Ｆ）、始動長さ（Ｂ）、オーバーラ
ンの長さ（Ｐ）、スピンドル角（Ｃ）、Ｆの基準方向（Ｈ）およびピッチ変化（
Ｅ）のアドレスパラメータが使用可能であり、あるいは個々のソフトウェアによ
って挿入可能なブロックが使用され得る。また、この発明の方法に基づき将来、
さらなるプログラミングの可能性が産業側から連続して提供されるかもしれない
。

【００１３】上述のシステム全体の動力学とは、機械の機械的および電子工学的動力学から
なる。機械的動力学は、クロスキャリッジの質量および、例えばねじスピンドル
、モータおよび伝動装置からなる駆動装置の反応速度に依存する。これに対し電
子工学的動力学は、制御装置の計算速度と、その電子駆動装置との結合剛性とに
よって決まる。したがって、デジタル駆動装置と最速計算機とを備える最も新し
い世代の旋盤は極めて不規則な加工に適しているが、この方法を旧式の機械に適
用するには制約がある。この制約は、切削中の切削速度を下げることにより部分
的に抑えられるが、これはスピンドル回転数が下がり、それに応じて送り速度が
減じられるからである。

【００１４】この方法の極めて簡単な適用例は、例えば偏心ジャーナルの旋盤による製造で
ある。ここでは、例えばコマンドブロックの連結、例えばＧ３３との連結により
、ＸおよびＺについてのそれぞれの数値からなる座標チェーンならびにピッチＦ
がプログラムされて、工作物に対する１８０°の回転角分解能が実現する。その
際、それぞれ１８０°の上記角度ステップについてプログラムされた値の間の増
分は原則として、プログラムされたピッチの値の半分に相当しなければならない
。それに対し１８０°の半分のステップにおけるＸの値は、プログラムされた、
より大きい直径値とより小さい直径値との間で前後に飛ぶが、理論的には平均値
が直径に、差の半分が、製造されるジャーナルの偏心度に対応する。プログラミ
ングを簡単にするため、例えば長手方向軸ないし直径軸に繰り返し現れる跳躍が
２、３の制御装置に変数として入力され得る。上述の加工例では、直径の変化は
一般にピッチの形での意図された送りよりも大きいので、機械制御は通常、プロ
グラムされたピッチをＸ軸の送りと差し引き計算するであろう。したがってピッ
チＦについては、例えばＨについてのコマンドブロックによってリセットが阻止
されなければ、直径の一回転につきプログラムされた路程、したがって直径差の
二倍が入力されねばならない。上述のプログラミングによって、クロスキャリッ
ジの理論的トラック曲線は前進するジグザグ線となる。実際には、例えばクロス
キャリッジの高質量や制御回路の不十分な剛性といった様々な抑制要因のため、
工作物に沿って走行する間クロスキャリッジはほぼ正弦状の動きを絶えず繰り返
し、その結果、基本的には簡単なプログラミングであっても驚くほど円滑な偏心
ジャーナルが得られる。一方、このひずみによって、後ほど測定される工作物の
寸法がプログラムされた値と精確に対応しないという結果になる。したがって、
プログラムの数値は試験片を用いて算出しなければならない。いずれにせよそう
すれば、それぞれの機械においてより高い精度で、プログラムの数値を再生産す
ることができる。

【００１５】上記の方法は、プログラムされたジグザグ曲線が二倍の分解能で、すなわち９
０°の回転角ステップで確定されることにより、楕円体の旋盤製造に転用可能で
ある。ここで交互にプログラムされた直径は、楕円の理論上最大の直径と最小の
直径とを表す。次に、通常Ｘ軸の制御によって算出されるピッチが、四倍の直径
差でプログラムされねばならない。

【００１６】６０°の角度ステップの分解能が必要な多角形（いわゆる等径ひずみ円）の製
造の場合も、同様の手順で進められる。そのような加工は、例えば今日始動ディ
スクの潤滑溝やブレーキ板の洗浄溝として知られるような、例えば平面側に刻ま
れる溝の形成に有利である。上記の例では規則正しい関数のために、精確な溝の
軌道は必要とされず、したがって軌道から逸脱することがあっても問題ではない
。

【００１７】上記の例は、固定したピッチがプログラムされ、長手方向軸における送りが一
定の、比較的調和のとれた不円滑加工のものである。補助点を追加することによ
り上記のプログラミングを拡大し、完璧な輪郭を得ることは容易に可能である。
しかしながらこの発明ではさらに進んで、輪郭がより不規則で角張った工作物の
切削製造のため、またはより精確な軌道を実現するために、変化するピッチの値
を、例えばまた輪郭のより微細な分解能と結びつけて、援用するよう提案される
。特定の輪郭を得るためクロスキャリッジが走行する軌道は、プログラムでは連
鎖するブロック、例えばＧ３３で表され、各々のプログラムブロックにつき異な
るピッチが確定されるが、極端な場合、例えば第一のプログラムブロックのＦの
値は極めて小さく、また次のプログラムブロックのそれは極めて大きくなり、そ
の結果、クロスキャリッジの動きは例えば柔軟で不意な動きの連続となる。この
方法によると、旋盤による様々な不規則加工が実現可能であり、例えば湾曲した
物体の外被表面等の加工も可能である。

【００１８】同様にこの方法によると、そのような不規則な輪郭線を実現するため、それぞ
れＸおよびＺの値からのみなる、あるいはまた跳躍するＦの値と結びつけられて
プログラムブロックに整理された座標チェーンが、援用可能である。その場合、
ある一定の送り区間毎に例えば突然（短い）戻り跳躍が続き、その後また例えば
より大きな送り区間が続く、いわゆるバックステップとして例えば一方の軸、ま
たは双方の軸の送りがプログラム可能である。したがってそのような加工は例え
ば、場合によってはねじピッチが非対称の、連鎖する右ねじ山と左ねじ山の交互
の切削として解釈され得る。

【００１９】この発明の方法によるとまた、傾斜または湾曲した外被表面から突き出す不規
則な輪郭エレメントの切削製造が可能であるが、その場合、旋盤たがねの側面は
、基本的に不規則な輪郭エレメントのフランクを、旋盤たがねの先端は、基本的
に外被表面が加工される。ここでは、始発点および目標点ならびにピッチを適切
にプログラムすることにより、旋盤たがねの先端は主として外被表面上を走る軌
道の上を導かれ、さらに走行速度および／または走行方向の変化がプログラムさ
れることにより、旋盤たがねの側面が不規則な形状の輪郭エレメントのフランク
を形成する。

【００２０】上記のプログラミングでは特に、通常アドレスパラメータＨで示されるＦの基
準方向が正しく使用されるよう、留意されねばならない。周知のように、Ｆでプ
ログラムされたねじピッチに対応する送りを算出するのに、どの軸が使用される
かはＨで確定する。特に指定されなければ、あるいはＨ＝０の場合、送りはＺ軸
を基準とし、したがって原則的にはＺ軸に対し最大４５°までの縦ねじ、円錐ね
じおよび同様の連結ねじを基準とする。さらにＨ＝３であれば、送りはねじ軌道
を基準とすることができる。湾曲した表面上にある連結ねじの場合、４５°の限
界値を越えて機械制御が自動的にその他の軸計算に跳躍する、という事態が容易
に生じ得る。その場合、例えば換算によってこれを算出し意識的に変造してプロ
グラムに入力するか、あるいは制御装置が既に、例えば横方向ピッチについては
Ｉ、縦方向ピッチについてはＫというように、対応するコマンドブロックを保持
する場合、ソフトウェアによってこの跳躍が阻止されねばならない。

【００２１】さらに、目標座標ＸおよびＺをピッチＦと結合しねじ用コマンドブロック（例
えばＧ３３）としてプログラムする場合、実際に生じるゼロピッチが制御装置に
よって受け入れられないという問題がある。この場合、この障害を克服するには
、このパラメータをプログラム可能な最小増分（例えば０．００１ｍｍ）に設定
するという方法がある。

【００２２】しかしながらこの発明によると、４５°での跳躍を回避するのみならず、同時
にプログラミングの労力も軽減する、より巧みな方法でこの問題が除去される。
それによると、例えばコマンドブロックＧ０１による不円滑プログラムがＸおよ
びＺからなる座標チェーンによって形成され、それぞれのスピンドル角はＣとし
て入力される。この場合それぞれのピッチの算出は、スピンドル角Ｃに対する、
それぞれの場合に選択された基準パラメータ（ＺまたはＸ）の差から得られるの
で、必要ない。したがって、プログラムブロックにおいて連続するスピンドル角
の間の角度ステップが同じであるか、あるいは一定の規則性をもって、例えば非
平滑リズムで繰り返されるならば、Ｃの値は変数としてプログラムされ得る。こ
のパラメータの値は、それぞれのプログラムブロックが終了した後、同様に変数
または固定値としてプログラム可能なそれぞれの角度ステップの値だけ引き上げ
られるか、または引き下げられる。都合により極めて長いプログラムの変更が必
要な場合は、一般にわずかな固定値または変数の書き換えで十分である。

【００２３】上述のスピンドル角のプログラミング方法はいずれにせよ、最新の開発基準に
対応する特定の機械およびＮＣ制御装置においてのみ可能である。それらの機械
では、スピンドルが駆動モータと一体化され、ユニット全体が回転軸としても、
またＣ軸としても制御可能である。同様に高速ＮＣ制御装置では、プログラミン
グに関してスピンドルの回転速度に一定の等値が成立するが、これによって例え
ば、Ｃ軸が高回転数（場合によっては数千回転／分）まで利用可能である。した
がって、Ｃ軸のプログラミングによって、通常の旋盤操作速度に対応する切削速
度が実現可能である。

【００２４】この発明による方法は、極端な加工形状には入り組んだ加工シーケンスを援用
することで機械動力学に基づく応用の限界を超克するという提案によって、さら
に拡張される。これは一種の跳躍工程であり、これは第一の加工サイクルにおい
ては例えば第一の輪郭エレメントが加工されるが、第二エレメントは飛ばされて
、第三輪郭エレメントが再び静かな軌道で切削される、といった具合である。第
一の加工サイクルで飛ばされた輪郭エレメントは第二の加工サイクルで切削され
、第一の加工サイクルからの輪郭エレメントは放置される。この方法は、短い間
隔で連続する輪郭エレメントを所望の様態で切削できないシステム全体の、最大
走行速度でプログラムされた急激な動きに起因するオーバーシュートを考慮した
ものである。したがってこの方法を実施するためには、例えば二つ以上のシーケ
ンスのためにより多くの時間を必要とするが、それでもなお、フライス盤製造に
比すれば劇的に短い時間である。

【００２５】この発明では同時に、この方法の好ましい適用例が提案される。これらの適用
例は同時に実施例を参考として、この方法のより詳細な説明に資するべきもので
ある。

【００２６】提案された応用例の一つは、例えば木ねじ、合成樹脂ねじまたは骨ねじのよう
な様々な、特に撓みやすい材料にねじ込み可能なセルフタップ式ねじ込み本体の
製造に関連するものであり、その中には、例えば大腿骨頸ねじ、融合体、いわゆ
る外部固定具用（ＦｉｘａｔｅｕｒＥｘｔｅｒｎｅ）のねじ、歯移植組織のた
めのねじ込み支柱、または人工股関節臼のような移植組織も含まれる。

【００２７】もう一つの適用例は、機械建造結合エレメントの内部または外部連結表面の、
いわゆる円形くさび状プロフィールの低コストの製造に該当する。

【００２８】上に提案された適用例の一つは、いわゆるセメント無用の人体移植のための、
好ましくはセルフタップ式でねじ込み可能な人工股関節臼（ソケット）に関する
ものである。そのようなねじソケットは様々な形で市場に出ている。確実で耐久
性のある融合、および移植の際に取り扱いが容易であるためには、ねじの形が決
定的な意味を持つ。一方、周知のようにぐらつきを避けるには、負荷頂点がなく
骨軸受けに対する移植組織の接触表面が大きいこと、ねじのプロフィールがソケ
ットの極に向けて傾斜していることが、優れた前提条件である。さらにそのよう
なねじソケットは、ねじ込みの間ねじソケットによって伝えられる、臼蓋窩内に
準備された骨の受容表面上への外殻体の座り具合を表す触知性に優れていなけれ
ばならない。しかしながらこれまでのタイプのねじソケットは、移植後骨側の境
界表面との間に望ましくない隙間を生じたり、懸命に力をかけないとねじ込めな
いか、あるいは触知性に乏しいため、改善が必要である。

【００２９】あるグループのねじソケットには、ねじリブの側面が互いに並行な、いわゆる
角ねじが設けられる。通常、切断縁を形成するため一定の間隔で削りノッチが入
ることでねじリブは中断される。このようなねじでは、セルフタップ式ねじ込み
の際の切断力は全て、半径方向において外側に向かうねじリブの頭部表面ないし
、そこの切断面によって提供されねばならない。しかしながらさらなる措置が施
されなければ、個々のねじの刃の頭部表面が示す曲線は軸方向の上方において、
ねじソケットの極側からみると渦巻き曲線であり、その精確な軌道は、ねじソケ
ットの外殻体の形とねじピッチとによって決まる。したがって巻きが進むにつれ
、軸方向の中央線からの半径方向における曲線の間隔が大きくなる。したがって
、それぞれのねじ刃の端部は半径方向において、その発端部よりもさらに外側に
突き出す。この種のねじソケットをねじ込む際には、このようにして締め付け効
果が生じるが、これは移植組織の粗い表面から骨材料にかかる摩擦力によっての
み緩和される。したがって、そのような移植組織は不必要に大きなねじ込み力を
常に必要とする。

【００３０】一方、グループごとにフライス加工が加えられることによりねじ刃に逃げ角が
設けられる、角ねじつきねじソケットが知られている。いずれにせよ選択された
加工方法によって、それぞれの切断縁によって形成される旋回円に対し後方変位
された弦として延びる真っ直ぐな頭部側表面が得られる。これによって、そのよ
うなねじを備えたねじソケットは幾分容易にねじ込み可能ではあるが、ねじ歯の
高さが低くなるので伝動表面は小さくなる。極めて不利なのは特に、移植組織と
骨との間のねじ歯頭部領域に生じる隙間、ならびに刻まれた歯の溝が深すぎるた
め骨基盤にかかるてこ作用である。したがってそのようなねじソケットもまた、
純粋に医学的な見地からの批判には絶え得ない。

【００３１】上述のような角ねじを備えたねじソケットはこれまでわずかな市場占有率を占
めるにとどまった。現在では、いわゆる三角ねじを備えたねじソケットがより普
及しているようである。しかしながらこのグループもまた原則的には、前に述べ
られた容認できないねじ込み様態や接触区域における間隙形成に関して、複雑な
諸問題を抱えている。ねじ込みに必要な力を減じるための様々な試みの結果、ね
じ刃を犠牲にして、フライス加工で刻む削りノッチの幅を極めて大きく設計する
ことになった。それによって貴重な接触表面は失われ、中空空間や動力伝達には
関わり得な骨領域が広がることとなった。

【００３２】ＵＳ特許４，９９７，４４７に提案された、ねじ溝が丸く、個々のねじ刃の頭
部表面が弦形状であるねじソケットでは、ソケット極からのびるこの弦の半径が
切断縁から遠ざかるにつれ徐々に小さくなることにより、逃げ角が実現される。
このねじソケットでは、その優れたねじ込み様態を失うことなく、直線上の頭部
表面に対する間隙形成範囲が著しく減じられるであろう。いずれにせよ提案され
た形では、歯先の長さ全体にわたりフライス盤で切削しなければならないので、
その製造にはこれまで実に膨大な時間が必要とされてきた。

【００３３】三角ねじを備えたねじソケットについては、個々のねじセグメントが逃げ角を
有する実施形態はこれまで市場で全くみられなかった。これはおそらく、それを
実現するには大変な困難が伴い、かつまず考えられるフライス盤加工ではプログ
ラミングの大変な労力の他、膨大な時間がかかることと関連する。この問題は、
三角ねじでは削りノッチのパターンにしたがって、ねじ歯の少なくとも一つの側
面が切断縁を形成するため援用されねばならない点に起因する。ここで切断縁の
後ろに中立角または逃げ角が形成されねばならない場合、それぞれのねじ刃の対
応する側面は次に続く削りノッチまで、全く同じ外側角でフライス加工されねば
ならない。その際、フライス盤が湾曲した外被表面において同時にねじ溝の基底
部を輪郭に忠実に加工することはできない、という問題が浮上する。この場合、
歯のフランクに沿ってどんどん深くなる溝状のくぼみか、同様に階段状に増大す
る残存物のいずれかを甘受するしかない。この残存物が許容できなければ、引き
続きフライス加工を少なくとももう一度行うことにより、これを除去せねばなら
ない。

【００３４】この発明の方法によると、股関節臼のそのようなねじを旋盤により極めて短い
時間で、かつ完璧に製造することが可能である。その際、個々のねじ刃の一定の
パターンを作り出すための不規則加工が、その極部表面、赤道部表面または頭部
表面のいずれで行われるか、あるいはその複数表面で行われるかは、全く問題で
はない。加工軌道は自由にプログラム可能であるため、ねじ歯の個々の任意のプ
ロフィールが制御可能であるのみならず、作られたねじ溝セグメントのそれぞれ
の角度パターンもまたほぼ自由に決められる。同時に、ねじの全展開をソケット
本体の外殻被に完璧に合わせることができる。したがってこの発明は、既知の全
ての外殻形状、例えば球面状、非球面状、準球面状、円錐球面状、円錐状、円筒
状、放物線状、ドーナッツ状等の形状に適用可能である。

【００３５】この発明による方法は、周知のその他の股関節臼用ねじ製造方法、例えばヨー
ロッパ特許ＥＰ０４８０５５１による方法や、ドイツ公開公報ＤＥ４４
００００１に提案されたプロフィールが修正可能なねじの製造方法と、問題な
く組み合わせ可能である。特に有利にみえるのは、国際特許出願ＷＯ９７／３
９７０２による、ソケットの極に向けて大きく傾斜したねじ歯プロフィールと、
流れるように変化するねじピッチとの組み合わせである。

【００３６】この発明ではこれに関連して、ねじ歯のプロフィールが歯の頭部に向けて次第
に先細りする人工股関節臼において、削りノッチの間に形成されるねじ刃をそれ
ぞれいわゆるねじ面から形成し、かつその延長方向をそれぞれ選択的に、削りノ
ッチのねじれ角度に応じて旋回させるよう、提案される。ここでのねじ面とは、
ソケット軸から半径方向に一定の間隔で、かつ同じ軸を中心にあるピッチで特定
の歯プロフィールが回転することにより形成されるような面のことである。した
がって、例えば台形の歯プロフィールの場合三つのねじ面が、一つは頭部側の面
として、二つは側面として形成される。その際これらのねじ面は、ある特定の外
被形状においてねじソケットの歯プロフィールが外被表面に合流する場合、その
基底部領域の延長方向に沿った高さが低くなり得る。そうすると、それぞれのね
じ刃の発端部の刃先に続く表面が中立角となり、締め付け角や逃げ角とはならな
い。これにより、望ましくない締め付け効果は除去されながら、ねじ刃の全面的
な骨との接触が保証される。それぞれのねじ刃の発端部にある刃先がその効果を
最大に発揮し得るには、先行するねじ刃より突き出なければならない。これは第
一の段階としては、後続するねじ刃のねじ面に、先行するねじ刃のねじ面よりも
大きな半径が採用されることによって達成される。好ましくは個々のねじの延長
方向が、削りノッチのねじり角度にしたがって互いに旋回されるが、正の切削角
度を有する側部切断縁の張り出しを実現するには、ねじり角度に近づく旋回方向
が望ましい。

【００３７】この発明のもう一つの有利な実施形態では、そのようなねじ製造の際、非平滑
跳躍のプログラミングによって、ねじ溝の定められた位置において切削軌道のオ
ーバーシュート移行関数が現れ、かつこれが、それぞれねじ込み方向において削
りノッチに後続する切断縁が歯のプロフィールより突き出すように、削りノッチ
と同期する。したがって、歯翼部の残りの領域は切断縁より後退し、その結果切
断縁の後ろには逃げ角のような領域が形成される。

【００３８】この発明のもう一つの適用例は、一般機械工学におけるいわゆる円形くさび連
結または３Ｋ連結に関するものである。これは、例えばシャフトとハブとの間の
摩擦結合による拡張接続であり、これにより自動ロック式ではあるが、再び解除
可能な接続が可能となる。

【００３９】ある円形くさび接続では、円筒状横圧結合とは反対に、シャフトとハブの接合
表面が丸くなく、その周囲にいわゆるくさび表面を有する。くさび表面は大抵三
つである。これらの表面は、互いにねじれた同一の、例えば対数螺旋状の、螺旋
セグメントからなる。ある一定の比較的小さな角度（例えば１５°）だけひねっ
て固定すると、必要とされる均一な表面接触が得られ、したがってシャフトとハ
ブとの間に最大限の力による接続が成立する。円形くさび接続は伝達される力の
有益な移行を保証し、かつ優れた形状剛性を有する。周囲の三つの円形くさびと
の接続は、自動的に中心合わせされる。くさび表面の半径方向のピッチが１：５
０から１：２００の範囲で選択されれば、そのような円形くさび接続は通常自動
ロック式である。

【００４０】生産数が大変多く、かつ技術的要望があまり高くなければ、円形くさびプロフ
ィールは切削によらず、したがって比較的低コストで生産可能である。一方、生
産数が少なく、かつ品質要求が高ければ、フライス旋盤やさらなる研磨技術を用
いた相当コストの製造がこれまでは必要であった。その場合、フライス盤ないし
研磨ディスクの直径のため、個々の円形くさび表面の移行部に利用不可能な領域
ができる。このため、継ぎ合わせに必要な相対的ねじり角もあいまって、この接
続の力は部分的のみにしか利用されない結果となる。

【００４１】この発明の方法では、入り組んだ加工シーケンスをより高い精度かつ低コスト
で利用することにより、極めてわずかな生産数であっても、そのような円形くさ
び接続を旋盤技術によって製造することが可能である。さらに、要望が有ればそ
のような接続を円錐形に設計する可能性さえ開かれる。

【００４２】次に、１７の図面を元に好ましい実施形態の観点から、この発明がより詳細に
説明される。

【００４３】

【発明の実施の形態】

図１は、約１．３倍の例で示された、現行技術による角ねじを備えた半球形ねじ
ソケット１の極側からの上面図である。この例では、公称直径は５４ｍｍ，中央
の歯の高さは２．６ｍｍ，ピッチは５ｍｍ、さらに基底部の穴の直径は２２ｍｍ
と定められた。これらの基本寸法は、製図上の理由から選択されたものであり、
かつ図２から４についても比較が容易なように同じ寸法で示された。同様に、製
図の手間を省くため、削りノッチのねじり角度もまた０°に統一された。ねじれ
た削りノッチには、有利な切削角度および均等に分散される動力伝達において利
点があることが知られている。

【００４４】ねじソケット１の基底部の穴９には、ドーム形状でねじのない、外殻領域６が
続く。外殻体の直径は図面では赤道上の縁部領域１０によって表される。ねじ溝
は、極側の最初のねじ刃７で始まり、ねじ刃2の前までに最大限の高さに達する
。ねじ刃のうちの二つ（２，３）に参照記号が付されるが、これは図５の詳細図
のためのものである。個々のねじ刃の頭部側表面（４）と、それぞれ外殻体の歯
基底部に形成された縁（５）とは共に、ねじ溝発端領域ないし端部領域は例外と
して、平面的図面ではそれぞれ渦巻き曲線上にある。ここでねじ溝全体は約四回
転している。ねじ刃の間をとおるねじ基底部８は外殻体の半球形外被を形成する
。削りノッチ（１１）ないし切断縁を作るため、円周状のねじ溝には１２箇所ね
じれ角のないスリットが入れられる。このスリットは約１０°で入り、ねじ歯頭
部にそれぞれ正の切削角度を形成する。

【００４５】角ねじを備えた、現行技術による図２のねじソケット１２の実施例は、図１の
ねじソケットに後からフライス加工が施されたものである。したがって基底部の
穴２０、ドーム領域１７、ねじ基底部１９、公称直径２１およびスリット２２、
ならびにねじ刃と外殻体の間の縁（１６）は、図１と全く同様である。ねじ歯を
一定の平均的高さに保つため、外殻体は半球体なので、ねじ刃一つ一つに後から
フライス加工が施された。その際、極側のねじ発端部はねじ刃１８にずれる。個
々のねじ刃の真っ直ぐな外部表面１５は、ねじ込み方向においてそのつど前方に
ある頭部側の切断縁の旋回円に向けて、ねじのスリット入れと同期して弦を描き
、それぞれの旋回円に対し逃げ角を形成する。切断縁の、ねじ込みに必要な力を
減じる効果は、切断縁のソケット軸からの半径方向における距離が常に、先行す
る刃端部のソケット軸からの同じく半径方向における距離よりも大きいことによ
って、発揮される。参照記号１３および１４が付されたねじ刃については後ほど
図６において、より詳細に説明される。

【００４６】この発明による方法で加工された、図３のねじソケット２３の実施例は、その
半球形外殻形状、基本寸法、並びに基底部の穴３１、それに続くドーム領域２８
、ねじ刃と外殻被との間の縁（２７）、ねじ基底部３０、直径３２およびねじス
リット３３がまた、図１の実施例と同様である。角ねじのねじ溝は、歯があまり
高くない第一のねじ刃２９に始まり、それにそれぞれ歯の高さが飛躍的に大きく
なる四つのねじ刃が続き、続くねじ刃２４でねじ溝の完全な高さに達する。並行
して走る、個々のねじ刃のフランクはそれぞれ、ねじソケット軸と同軸の円筒表
面２６の、外側にあるセグメントに隣接するが、根底にある円筒の直径はねじ刃
からねじ刃へと段階的に大きくなる。この形状の原理はまた、場合によっては同
じように同軸のねじ面の個々のセグメントによっても実現可能である。上記の形
状では、ねじ刃に締め付け角も逃げ角も形成されない。そこでは、中立的相対運
動が起これば（例えばねじソケット表面の砂研磨によって）粗い表面による摩擦
力で、ねじ込み過程での膠着が妨げられるため、そもそも逃げ角は必要ない。こ
うしてまず移植組織と骨軸受けとの間における、問題の間隙形成が阻止される。
にもかかわらず、ねじ刃のそれぞれ前方外側にある切断縁は、そのソケット軸か
らの半径方向の距離が、先行する切断縁のそれより大きいので、有効である。結
果として得られるのは、中程度の触知性で若干減じられたねじ込み力、ならびに
移植組織の一次および二次定着の改善である。

【００４７】この発明の方法で加工された半球形ねじソケット３４のもう一つの実施例が図
４に示される。ここでもまた、基底部の穴４２、ドーム領域３９、ねじ基底部４
１、直径４３、およびねじスリット４４などの詳細については前に示された図面
がそのまま継承された。ただし、この図面のねじは原則として三角ねじの歯プロ
フィールを有する三角ねじである。これは平面図からは見て取れない。前のねじ
のように、ねじ溝は第一の小さなねじ刃４０から始まり、その歯の高さは数段階
を経て高くなり、ねじ刃３５までにその最終的（平均的）歯の高さに達する。歯
頭部によって形成される縁（３７）は、ねじ歯の鋭角の三角横断面では実際直線
としてのみ存在し、個々のねじ刃一つ一つにとっては、ねじソケット軸からの距
離が一定のねじ線であるが、図ではソケットの中心点から延びる定まった半径を
有する曲線としか見えない。この選択された三角ねじでは、削りノッチ４４がね
じれていないので、切断縁がねじ歯の両方のフランクに形成される。削りノッチ
が相応のねじれ角を有する場合には、切断縁はねじ歯フランクの一つに移動する
。図示された例の個々のねじ刃の両側表面はねじ面であり、極側表面のピッチは
赤道表面のそれに対応するが、赤道部に向けてソケットの直径が大きくなるので
、視覚的にはそのようには見えない。したがって、ねじソケットのねじ刃と外殻
被との間の歯基底部に形成された縁３８は、外殻被の中へ後退して延びるように
見える。ねじ込みの際そのつど後続するねじ刃のねじ面について、ソケット軸か
らの半径方向の距離をより大きくすると、両側の切断縁はそれぞれ先行するねじ
刃に対し、ねじプロフィールの側部側、ないし半径方向において外側に突き出し
、ねじ込みの際の切削が容易となる。この場合もまた、ねじ刃によってその延長
方向に形成される中立角のため、骨との接触領域に間隙が生じることはない。

【００４８】現行技術および、この発明による方法の実施例についての上記の説明は、全体
図では理解しがたい細部もあるが、以下の部分拡大図の詳細においてより明確と
なろう。

【００４９】図５には、図１の二つのねじ刃２，３が拡大して示される。そのうちのねじ刃
２は、その頭部側表面４６の前面に切断縁４５を備え、ねじ刃３は同じく表面４
８に同じ切断縁４７を備える。ねじソケットがねじ込まれる際に切断縁４５が描
く、ソケット中心点を中心として定まった半径を有する旋回円４９は、一点鎖線
で示される。それぞれのねじ刃の一部が旋回円を越えているのが分かるが、一般
にはこれによって必ず膠着が生じる。

【００５０】図６に示された、図２の例によるねじ刃１３，１４の実施例では、切断縁５０
ないし５２の後ろの頭部側表面５１ないし５３が逃げ角を有するように後からフ
ライス加工される。この場合、切断縁５０の一点鎖線で示された旋回円５４に、
ねじ刃の頭部側表面は全く接触しない。ただし、この領域には望ましくない自由
空間がそれぞれ残る。この自由空間は、削りノッチの数が少ないほど大きい。こ
こでは特に、ねじソケットに例えば六つの削りノッチがあるだけで、極めて不利
となっている。図の形状は円錐形のねじソケットに好んで利用されるが、これは
その場合、ねじ刃がいわゆるパッケージでまとめて合理的にフライス加工可能で
あるからである。しかしながら医学的見地から、この議論は却下される。

【００５１】上述の問題点は、図７に示されたねじ刃６０，６１の形状である程度緩和され
る。ここでも、正面側切断縁５５および５７の後方にあるねじ刃の頭部側表面５
６，５８には、旋回円５９に対し逃げ角が設けられ、その結果ねじ込みの際の膠
着が阻止される。しかしながら、表面５６，５６が曲線状であるため、間隙を形
成する自由空間は比較的小さく、したがってより許容可能である。いずれにせよ
これまでの曲線形状は、製造の際には個々のねじ刃が原則として一つ一つ接線で
研磨されねばならなかったので、フライス加工が大変であった。この発明の方法
によって、図示された個々のねじ刃の形状は極めて合理的に、ＣＮＣ旋盤に一度
固定するだけで製造可能である。

【００５２】比較のため、この発明によって製造可能な、個々のねじ刃のそれぞれの外側表
面の実施例が、既に図３に示されたようないわゆるねじ面として、図８に拡大さ
れた二つのねじ刃２４，２５で示される。ねじ刃の切断縁６２ないし６４からそ
れぞれ延びる頭部表面６３ないし６５は、それぞれねじソケット軸６７からの切
断縁の距離で規定される固定した半径を有する。したがって図では、切断縁６２
によって描かれる一点鎖線の、固定半径６６からなる旋回円は、頭部表面６３と
ぴったりと重なる。ねじ刃２５の対応する半径はより大きいので、その切断縁６
４は、ねじ込みの際先行するねじ刃２４の切断縁６２よりも突出する。したがっ
て、それぞれの切断縁および、それに続く正の切削角の正面は、切削される骨材
料内に侵入可能であり、比較的軽い切断で削りくずを削りノッチ内に一掃するこ
とができる。

【００５３】図９に示された図４の部分拡大図が図８の実施例と異なるのは、ねじの歯プロ
フィールがここでは角ねじでななく、三角ねじである点である。しかしながら個
々のねじ刃３５，３６の全外部表面はここでもそれぞれねじ面として形成される
。傾斜した外側角と、ねじ刃のピッチないし角度、ならびに半球形の外殻輪郭の
ため、外殻被に向かう歯基底部にそれぞれ形成される縁は、その後方端部７３，
７４が外殻体内に入っていくように見える。しかしながら実際ねじソケットが回
転すると、それぞれの外部縁６９，７１のねじソケット軸に対する半径は変わら
ないので、歯の投影横断面が半径方向にずれることはない。図の例には横断面が
三角形の歯が用いられた結果、それぞれの切断縁はそれぞれのねじ刃の少なくと
も一つの側面に、ねじれのない削りノッチの場合はその両側面に変位する。図で
は、それぞれ極側の切断縁６８，７０が見えるだけである。それぞれの後方切断
縁は隠れている。頭部側ねじ刃縁６９の旋回円は、ねじソケット軸７５を中心と
する固定半径７２を有するものとして描かれる。この実施例においてねじ込みに
必要な力が極度に減じられるのは、個々のねじ刃が互いに半径方向にオフセット
されているからであり、これによって個々の切断縁はそれぞれ先行する切断縁に
対し、側面方向に置いても、また外側に向けても突出する。

【００５４】ねじソケット用ねじの製造に好ましい形で応用するための、この工程の実施方
法についてより理解を得るため、図３および８に示された諸特徴を図１０から１
２で再び取り上げる。いずれの図面にも角ねじの三つのねじ刃２４，２５，７６
と、さらに頭部側表面６３にある切断縁６２、一点鎖線で示された、ねじソケッ
ト軸から出る半径６６を有する旋回円７７とが示される。ただし図面の尺度は、
これまでの図面よりわずかに縮小された。

【００５５】図１０には、加工工具（例えば旋回切削プレート）によって描かれた、個々の
ねじ刃の頭部表面に対し等距離でオフセットされた軌道７８が示される。この軌
道の図のような形は、適切なプログラミングで極めて動力学的な旋盤を使用する
ことにより達成可能である。したがって、切削されるべき輪郭からの軌道の距離
は、軌道の流れがその全長にわたって見えるように、選択されたものである。軌
道７８には二つの不連続箇所７９，８０があるが、これらはプログラミングによ
って意識的に、ねじにスリットをいれるための後続フライス加工で除去される位
置に設けられたものである。軌道７８の不連続箇所７９，８０は移行関数ではあ
るが、連続するねじ刃の間にそのようにして半径方向の跳躍関数が生じる。ただ
し、この半径方向の跳躍は提案されたプログラミングによって成立するが、その
際には、直径の等しい、互いに連続する少なくとも二つの座標が、加工タスクに
合わされた工程路Ｚとともに入力され、また適切なピッチないし適切なスピンド
ル角が、続いて最大送り（例えば１００ｍｍ／Ｕ）の直径跳躍が入力されねばな
らない。許容可能な加工結果を得るには、工作物の移行領域の幅が、削りノッチ
の所定の幅よりも大きくてはならない。

【００５６】現在利用可能な大抵のＣＮＣ旋盤では、所望の区間内でクロスキャリッジを別
の旋回直径に移動させ、かつ同時に十分な軌道精度を維持するには、その力動性
が不十分であるため、図１０に示され切削軌道を生み出すことは不可能である。
この発明では、原則としてこの問題を克服可能な跳躍工程が提案される。その理
論的背景は図１１において明確となるであろう。軌道曲線８１で示された加工方
法は、第一の加工シーケンスで、例えば第一、第三、第五、第七などのねじ刃だ
けを加工し、第二、第四、第六等のねじ刃は放置する、というものである。この
場合、機械の減衰のため跳躍機能のプログラミングによってそれぞれ得られる軌
道８１の移行関数は、８２地点での初めての反応後、後続する切断縁が丸くなっ
たり破損したりしないよう、工具を切断縁上に持ち上げるに十分でなければなら
ない。次に工具を本来の軌道に戻すには、例えば８３地点までの区間があるが、
この区間は削りノッチの幅によって限定されない。したがって、残された輪郭エ
レメントの処理を第二の加工シーケンスで挽回し、その際既に加工されたエレメ
ントを同様に飛び越すことは、容易に可能である。

【００５７】したがって制御回路が不活性な古い旋盤では、この大きなスイング（オーバー
シュート）によって軌道曲線がさらに歪むことを計算に入れねばならない。この
効果は、図１２の軌道８４によって明らかとなるであろう。８５地点において工
具の動きがプログラムされた基準値に突然反応した後、軌道は大きく旋回し８６
地点で最大となる。これは続いて緩やかに惰走し、軌道がほぼ８７地点でプログ
ラムされた基準値に再び対応するまでに、縮小する。この例では、このような効
果は提案された跳躍工程の二つの加工シーケンスで依然制御可能であろう。しか
しながら場合によっては、跳躍工程を簡単に三つまたは複数のシーケンスに拡大
することも可能であろう。

【００５８】上に様々な形態で説明された方法は、例えば図９のねじ刃の側面と全く同様に
、傾斜した歯頭部表面にも適用可能である。その場合、上述の跳躍関数は全て、
または部分的にＸ軸からＺ軸に移動する。これらの場合、工具によって描かれる
非平滑軌道は図示できないが、原則としては歯頭部加工について示された跳躍工
程のそれと同じである。

【００５９】既に上に述べられたように、この発明によってさらに、ねじ刃の逃げ角を作る
ため機械のオーバーシュート工程を直接利用する可能性も開ける。図１３から１
５によって、精確な手順がより詳細に説明されるであろう。図１３から１５は、
変位された歯のフランクの概略的例に関連して、三つの曲線が拡大図で示される
。これらの曲線は、空間を占める構成要素を省くことにより工具軌道の注目すべ
き運動成分を明らかにするにとどめられた。この運動成分は実際には一つ以上の
平面上にある。

【００６０】図１３には、跳躍コマンドが一つだけの、プログラミングのコマンドによる工
具軌道８８が示される。座標点８９，９０，９１および９２は対応するＸおよび
Ｚの値で入力される。図では垂直成分であるＺの変化のみが分かるが、それぞれ
のＸの値はこの図からは分からない。座標点の間の水平方向における間隔は、パ
ラメータＣ（スピンドル角）を介して直接に、あるいはＦ（ピッチ）を介して間
接的にプログラム可能な、それぞれのスピンドル角に比例する。ここで注意すべ
きは、パラメータＦが用いられる場合、それぞれのＮＣ制御で許容される最大値
を超えることはないが、スピンドル角のプログラミングでは角度の跳躍が容易に
０°となり得る。原則としては、複数の跳躍コマンドを互いに連結することもで
きる。

【００６１】図１４は、図１３のコマンドチェーンの結果、削りノッチがフライス盤によっ
て切削される前に工作物において測定されたねじ歯フランクの形状を示す。図示
された曲線９３は移行関数からなるが、これは機械および制御装置の慣性および
制御剛性に起因する。この曲線は滑らかな流れ９４に始まり、９５地点で跳躍コ
マンドに同期して突如軌道からそれる。そして最大オーバーシュート地点９６に
達し、これに戻りスイング９７が続く。その後、この曲線は規則的流れ９９に移
行するまで、振幅のより小さい後スイング９８が続く。

【００６２】図１５には、削りノッチ製造後の工作物の側部輪郭が示される。削りノッチの
フランクは二つの一点鎖線１０２，１０３で示唆された。ここではねじ刃の二つ
のフランク１００，１０１が形成されている。削りノッチの位置は、先行するね
じ刃の端部１０４が９５地点の偏向より前におかれる一方、逃げ角が設けられた
切断縁１０５の張出部が後続するねじ刃に形成されるように、ねじ歯フランクの
輪郭と同期化される。後スイングによる小さな隆起９８の振幅は、使用される機
械および制御装置、ならびに例えば、適用される切削速度にも依存する。この隆
起は実際のことろ、主要な製造対象である突き出した切断縁の一般的有効性なら
びに逃げ角には全く影響がない。

【００６３】例として図示された、二つの連続するねじ歯フランクの曲線は、個々のねじ刃
の延び方向における相対するスイングを含む。このスイングの程度は構造上の条
件に依存する。ただしこのスイングは最小化または完全な除去が可能であり、そ
れによってオーバーシュート（９６）の名残だけが切断縁１０５の形で、ないし
その一部が、先行するねじ刃の端部１０４より突き出す。

【００６４】図１３から１５を援用して説明されたこの方法は同様に、例えば角ねじの半径
方向において外側に向かう歯頭部に適用可能であり、またその他のねじにおいて
もねじ歯プロフィールの二つ以上の表面に適用可能である。

【００６５】この発明による方法のもう一つの適用が、一つの例を引いて図１６および１７
に示される。ここでは、機械工学全般において使用されるいわゆる円形くさび接
続が取り上げられる。図１６は、中央部１０７を有する連結スリーブ１０６を示
す。内壁には三つの円形くさび表面１０８，１０９，１１０が形成され、これら
の表面は跳躍部１１１，１１２，１１３によって互いに隣接する。内部プロフィ
ールに合わせられたジャーナル１１４が図１７に示される。このジャーナルは、
中央軸１１５を中心とする三つの外部円形くさび表面１１６，１１７，１１８を
有し、これら表面は跳躍部１１９，１２０，１２１によって互いに同化する。ス
リーブ１０６およびジャーナル１１４にある円形くさび表面は、それぞれの隣接
箇所で突然始まり、終わる螺旋のセグメントである。この発明の方法によってこ
の円形くさび表面を製造する際には原則として、それがアルキメデス螺旋、対数
螺旋、双曲線螺旋またはフェルマー螺旋のいずれのセグメントであるかは、重要
ではない。いずれにせよ、対数螺旋からなる円形くさび表面はピッチ角度が一定
であるため、固定の際にかかる材料負荷に関し有利である、と言える。

【００６６】内側および外側円形くさび表面の製造において重要なのは、基準値にほぼ完全
に対応する湾曲の実現と、さらには跳躍部において無駄にされる、後の接触表面
ができるだけ少ないようにすることである。この発明の方法によるとこの課題は
、上に既に述べられた跳躍システムを取り入れることにより容易に解決可能であ
る。ＣＮＣ旋盤上で例えば円形くさびスリーブ１０６を切削製造するには、まず
適切な未加工品にあらかじめ穴があけられ、場合によっては粗仕上げ工程によっ
て初期寸法まで仕上げられる。中ぐり棒による、例えば旋回切削プレートを用い
た仕上げ加工は原則として以下のように行われる。すなわち、工作物が回転する
間、工具は半径方向における外側に向け円形くさび表面の端部まで小さな送りで
送られ、次に内側に向かう跳躍コマンドによって円形くさび表面から持ち上げら
れる。プログラムのこの跳躍コマンドによって、移行エレメントからなり、中心
１０７を指すオーバーシュートを伴う工具軌道が成立するが、このオーバーシュ
ートの大きさは、工具が次の円形くさび表面の発端部から明らかに距離を有する
ように、プログラミングによって定められる。プログラムにおいて連続するコマ
ンドチェーンは、次の円形くさび表面を飛び越し、工具が安定した軌道でその次
の円形くさび表面の加工を始めるよう、設計される。図１６に示された実施例で
は、工作物は旋盤たがねに対し上面図の右に回転しなければならないが、その場
合三つの円形くさび表面１０８，１０９，１１０の加工順序は、例えば円形くさ
び表面１０８に始まり、以下のようになるであろう。

【００６７】１０８ ― １１２から１１１まで加工１１０ ― 飛び越し１０９ ― １１３から１１２まで加工１０８ ― 飛び越し１１０ ― １１１から１１３まで加工１０９ ― 飛び越し１０８ ― １１２から１１１まで加工以下省略

【００６８】この発明によるＮＣプログラムの設計には多くの自由がある。例えば、特定の
湾曲表面を実現するために、半径方向の送りはピッチとして、修正関数（例えば
パラメータＥによる）と重ねられてプログラムされるか、あるいは固定座標を介
してプログラムされるか、選択可能である。工具の軸方向における運動について
は、適切な工具の送りを維持しながらより小さな送り値を利用するか、あるいは
個々の円形くさび表面の切削の間だけ、または飛び越しの際の切削の休止中だけ
送りを利用するかのいずれかが選択される。

【００６９】一方、これにぴったりと合うジャーナルの円形くさび表面の製造方法は原則と
して、スリーブについて説明された手順と同様である。両部材がうまく嵌合する
よう、寸法の適切な許容差を考慮せねばならない。この発明の加工によって得ら
れる跳躍表面は円周の小さな部分を占めるだけなので、嵌め合わされた両部材間
に形成される、動力伝達に関わり得ない隙間は極小となる。

【００７０】実際、この方法によって提供される可能性はほとんど無限である。それらの可
能性はＣＮＣプログラムの応用により、キャリッジの動きを機械のスピンドル回
転と結びつけ、かつ直径、長さ、ないしピッチまたはスピンドル角についてのア
ドレスパラメータの不規則な値を利用または組み合わせ、またバックステップ技
術ないし前述の交互に組込可能な加工シーケンスを選択的に利用することによっ
て、得られるものである。したがって以前は時間をかけ、部分的にはフライス盤
による粗悪な表面品質で処理せざるを得なかった加工が、今ではＣＮＣ旋盤で極
めて合理的に処理される。

【００７１】この方法の適用が提案される、特殊ねじと、切断縁の後ろが中立角であるねじ
面からなるねじ刃とを備える人工股関節臼は、ねじ込みに必要な力が極めて少な
く、ねじの巻き過ぎに対する安全性が高く、触知性に秀で、さらに骨の軸受け表
面への移行部にほぼ全く隙間がない点において、信頼性がある。特に有利なのは
、三角ねじ、ねじれた削りノッチ、およびねじれ角への方向において互いに旋回
するねじ刃を備えた、そのような実施形態である。これによって、移植の際の操
作の改善が顕著であるだけでなく、一次ないし二次定着度が大幅に上がる結果、
早々にゆるんだりすることはまずあり得ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】頭部側に締め付け角ねじを備える、現行技術での半球形ねじソケ
ットの図である。

【図２】角ねじに逃げ角が設けられた、現行技術での半球形ねじソケット
の図である。

【図３】ねじ面が頭部側にあるねじ刃からなる角ねじを備えた、この発明
にしたがって加工された半球形ねじソケットの図である。

【図４】全面がねじ面であるねじ刃からなる三角ねじを備えた、この発明
にしたがって加工された半球形ねじソケットの図である。

【図５】図１のねじソケットの、二つのねじ刃の図である。

【図６】図2のねじソケットの、二つのねじ刃の図である。

【図７】逃げ角と、弦形状の頭部表面とを備える、二つのねじ刃の図であ
る。

【図８】図３のねじソケットの二つのねじ刃の図である。

【図９】図４のねじソケットの二つのねじ刃の図である。

【図１０】図３のねじソケットの三つのねじ刃と、高い力動性を備える工
具の軌道とを示す図である。

【図１１】図３のねじソケットの三つのねじ刃と、跳躍を伴う平均的力動
性を備える工具の軌道とを示す図である。

【図１２】図３のねじソケットの三つのねじ刃と、跳躍工程を伴う工具の
オーバーシュート軌道とを示す図である。

【図１３】跳躍コマンドによって得られた、工具の理論的軌道の図である
。

【図１４】移行関数によって得られた、工作物の輪郭の図である。

【図１５】さらに加工された後の、工作物の最終形状の図である。

【図１６】円形くさび接続のためのスリーブの図である。

【図１７】円形くさび接続のためのジャーナルの図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作物が機械スピンドルのチャックで回転し、例えば形状移
行エレメントから形成、または構成される特定の不円滑な輪郭が、工具によって
工作物に少なくとも部分的に切削される、プログラム可能な旋盤における不円滑
旋回のための旋盤技術の方法であって、旋回は非平滑であり、一方、切削工具を
備えるクロスキャリッジはスピンドル角と同期して送られ、かつ例えば直径（Ｘ
）、長さ（Ｚ）、ピッチ（Ｆ）またはＣ（角度）のような選出されたアドレスパ
ラメータの値がコマンドブロックと結びつけられた跳躍関数からなるプログラミ
ングによって、不円滑な輪郭が生まれることを特徴とし、プログラムブロックチ
ェーン内の前記アドレスパラメータの少なくとも一つに、非平滑な、すなわち跳
躍関数を有する一連のアドレスパラメータ値が用いられる、方法。
【請求項２】さらに高さ（Ｙ）のパラメータがコマンドブロックにおいて
利用されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項３】ねじプログラミングが利用されることを特徴とする、請求項
１または２に記載の方法。
【請求項４】前記プログラムブロックチェーン内の前記アドレスパラメー
タの少なくとも二つに、非平滑な一連のアドレスパラメータが使用されることを
特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】前記プログラムブロックチェーンが、周期的な一連の非単調
増分が重ねられた回転対称の輪郭を描くことを特徴とする、請求項１から４のい
ずれかに記載の方法。
【請求項６】前記アドレスパラメータの少なくとも一つについて、プログ
ラムブロックチェーンのアドレスパラメータ値の間に生じる増分が非平滑な連続
としてプログラムされることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の
方法。
【請求項７】バックステップ工程のプログラミングによって、工具が前方
運動および後方運動の順で走行することにより、不規則な輪郭が作られることを
特徴とし、一方の運動が他方の運動よりも大きい、請求項１から６のいずれか一
つまたは複数に記載の方法。
【請求項８】少なくとも二つの加工シーケンスを重なり合わせることによ
り不円滑ないし不規則な輪郭が生まれることを特徴とし、第一のシーケンスによ
り、第一の輪郭エレメントが作られ、次の輪郭エレメントは飛ばされ、それに続
く輪郭エレメントが再び作られ、かつ第二のシーケンスにより、一つまたは複数
の飛ばされた輪郭エレメントが加工され、既に加工された輪郭エレメントは飛ば
される、請求項１から７のいずれか一つまたは複数に記載の方法。
【請求項９】旋盤たがねの側部では、主として不規則な曲線の輪郭エレメ
ントが加工され、旋盤たがねの先端部では、主として外被表面が加工される、傾
斜または湾曲した外被表面から突き出す不規則な曲線の輪郭エレメントを切削製
造するための、請求項１から８のいずれか一つまたは複数に記載の方法であって
、旋盤たがねの先端部は、外被表面に基本的に正接の軌道上を導かれ、かつ旋盤
たがねの側部は、正接走行速度および／または走行方向のプログラムされた変化
によって、不規則な輪郭エレメントのフランクを作ることを特徴とする、方法。
【請求項１０】プログラミングの跳躍コマンドから帰結する旋盤のオーバ
ーシュート特性が、不規則で不円滑、ないし湾曲した輪郭の製造に直接援用され
ることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一つまたは複数に記載の方法。
【請求項１１】旋盤のオーバーシュート特性が、ねじセグメントないしね
じ刃に逃げ角がある切断縁の製造に直接使用されることを特徴とする、請求項１
０に記載の方法。
【請求項１２】旋盤のオーバーシュート特性によってできたねじ刃のセグ
メント領域に、少なくとも部分的フライス盤加工により削りノッチが作られ、か
つその際の逃げ角はオーバーシュートの残存物であることを特徴とする、請求項
１１に記載の方法。
【請求項１３】例えば、骨ねじ、大腿骨頸ねじ、融合体、いわゆる外部固
定具用ねじ、歯移植組織用ねじ支柱、またはねじ込み可能な人工股関節臼のよう
に、撓みやすい材料のための、ねじ込み本体における特殊ねじを切削製造するた
めの、特に中立、ないし任意の締め付け角または逃げ角をねじ刃に作るための、
請求項１から１２のいずれか一つまたは複数に記載の方法の適用。
【請求項１４】例えば球状、偏球状、円錐形、円錐球状、放物線状など、
任意の外部輪郭を有する外殻被と、例えば中立、またはソケットの極に向けて倒
されるなど、歯の配置が任意で、かつ例えば一定の、または変動する任意のピッ
チを有し、さらに削りノッチによって互いに分離された個々のねじ刃を有する、
外殻被上のねじとを備える、ねじ込み可能な人工股関節臼を、ねじ歯表面の少な
くとも一つにいわゆる中立角ないし逃げ角を作る目的で切削製造するための、請
求項１から１２のいずれか一つまたは複数に記載の方法の、適用。
【請求項１５】例えば球面状、準球面状、円錐形、円錐球面状、放物線状
など、任意の外部輪郭を有する外殻被と、例えば中立、またはソケットの極に向
けて倒されるなど、歯の配置が任意で、かつ例えば一定の、または変動する任意
のピッチを有し、さらに削りノッチによって互いに分離された個々のねじ刃を有
する、外殻被上のねじとを備える、ねじ込み可能な人工股関節臼を、ねじ歯表面
の少なくとも一つにいわゆるねじ面を作る目的で切削製造するための、請求項１
から９のいずれか一つまたは複数に記載の方法の、適用。
【請求項１６】任意のねじ込み本体を、ねじ刃を互いに向けて旋回させる
目的で切削製造するための、請求項１から１５のいずれか一つまたは複数に記載
の方法の、適用。
【請求項１７】不円滑輪郭が、反復する輪郭エレメントを備える閉じた表
面として形成されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】円形くさびプロフィールないし円形くさび接続を製造する
ための、請求項１７に記載の方法の、適用。