JP2009201882A - Tapping screw for bone - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外科手術において骨をプレートで固定するために使用される骨用タッピンねじに関する。 The present invention relates to a bone tapping screw used to fix a bone with a plate in a surgical operation.
頭蓋骨をはじめとした骨をプレートを使って固定するために使用される骨用タッピンねじは、身体に使用するものであるから、特に安全性に注意を払った物でなければならない。例えば材料については、耐食性に優れ、且つ軽くて丈夫であるチタン合金を用いることが多い。また、チタン合金には、金属アレルギーを起こしにくいとか、熱を伝えにくいといった特徴もあり、人体への影響を小さくすることができる。 Bone tapping screws used to fix bones, including skulls, with a plate are intended for use on the body and must be particularly safe. For example, as a material, a titanium alloy which is excellent in corrosion resistance and is light and strong is often used. Titanium alloys also have features such as being less likely to cause metal allergies and less likely to transmit heat, and can reduce the influence on the human body.
材料だけでなく、形状についても注意を払っている。例えば、特許文献1(特開2005−177473)では、ねじ山のピッチや先端部などの形状を限定することで、骨或いは骨断片の中に簡単に且つ急速にねじ込むことができ、ねじ込む際にねじ先端が曲がったり壊れたりすることを予防できるといった効果を奏するねじを提供している。 Attention is paid not only to the material but also to the shape. For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-177473), it is possible to easily and rapidly screw into a bone or bone fragment by limiting the shape of the thread pitch and the tip, and the like. Provided is a screw that has an effect of preventing the screw tip from being bent or broken.
これらの形状は安全性と同時に作業の容易性・迅速性を考慮して決定されたものであるが、ねじのトルク管理についてはほとんど言及されていない。トルク管理を正確に行わなければ、締め過ぎてねじが空転したり、骨を傷める原因となることがある。また、逆に締め付けが弱すぎるとプレートを確実に固定できないといった問題も生じ得る。したがって、手術における骨用タッピンねじのトルク管理は、重要な事項の一つであると考えられる。
そこで本発明は、締め終わりに近づいたときにトルクが急激に大きくなることで、締め終わりのタイミングを容易に判断することができる骨用タッピンねじを提供することを目的としている。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a bone tapping screw that can easily determine the timing of tightening end when the torque suddenly increases when approaching the end of tightening.
本発明は、骨をプレートで固定するために使用される骨用タッピンねじであって、ねじ込むためにトルクが付与されるねじ頭部と、ねじ先端付近に位置し、ねじ山を備えた概円錐形状の先端ねじ部と、円筒形状の軸部に前記先端ねじ部から続くねじ山を備えた直線ねじ部と、前記ねじ頭部と前記直線ねじ部との間に位置し、前記直線ねじ部の谷径よりも大きい径であってねじ山を設けていない無ねじ部と、を有し、前記無ねじ部の軸方向長さの最短部の長さが0.12mm以下であることを特徴としている。 The present invention relates to a bone tapping screw used to fix a bone with a plate, a screw head to which torque is applied for screwing, and a general cone located near the screw tip and provided with a screw thread. A tip screw portion having a shape, a linear screw portion having a thread extending from the tip screw portion to a cylindrical shaft portion, and located between the screw head and the linear screw portion, and An unthreaded portion having a diameter larger than the valley diameter and not provided with a thread, and the length of the shortest portion of the axial length of the unthreaded portion is 0.12 mm or less. Yes.
また、前記骨用タッピンねじの山径が1.4〜2.0mmである構成としたり、山径と谷径との差が、直径で0.45〜0.85mmである構成としたり、ねじの軸方向とねじ山との間の角度を55〜65゜としたり、ねじ頭部の皿下面を曲率半径1.0〜2.0mmで凸の曲面形状とすることができる。 The bone tapping screw has a mountain diameter of 1.4 to 2.0 mm, a difference between the mountain diameter and the valley diameter is 0.45 to 0.85 mm in diameter, The angle between the axial direction of the screw and the screw thread can be set to 55 to 65 °, or the countersunk bottom surface of the screw head can be formed into a convex curved surface with a curvature radius of 1.0 to 2.0 mm.
本発明の骨用タッピンねじによれば、無ねじ部をほとんど設けないことで、ねじ山が終了するのとほぼ同時に、急激にトルクを大きくすることができ、締め終わりの判断が容易になるという優れた効果を奏し得る。 According to the bone tapping screw of the present invention, by providing almost no unthreaded portion, it is possible to increase the torque abruptly almost simultaneously with the end of the thread and to easily determine the end of tightening. An excellent effect can be achieved.
また、直線ねじ部の谷径をできるだけ細くすることで、ねじ込みのトルクを小さくすることができる。そして、ねじ山の角度を限定することで、ねじ込むときにねじ山が折れ曲がるのを防止したり、皿下面の形状を凸の曲面にすることで、ねじ込むときに点接触から面接触でプレートに設けたねじ貫通穴の凹部にぴったりと適合することができるため、締め付け完了を感知しやすくするとともに、仮にねじが斜めにねじ込まれたとしても、プレートの凹部になじみ易いという効果を奏し得る。 Moreover, the screwing torque can be reduced by making the valley diameter of the straight thread portion as thin as possible. And by limiting the angle of the screw thread, it prevents the screw thread from bending when screwing, or by making the shape of the bottom surface of the pan a convex curved surface, it is provided on the plate from point contact to surface contact when screwing Therefore, it is easy to sense the completion of tightening, and even if the screw is obliquely screwed in, it can be easily adapted to the concave portion of the plate.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明による骨用タッピンねじ10の図で、(a)は上面図、(b)は正面図である。
FIG. 1 is a diagram of a
本発明の骨用タッピンねじ10は自己穿孔式なので、ねじ頭部11にトルクを付与すると、骨に穴を明けながら螺合する構造になっている。つまり、先端ねじ部13がねじ山を備えた概円錐形状となっているために、穴を徐々に形成しながら、骨にねじ込まれる。そうしてある程度までねじ込まれると、ねじ径が一定の直線ねじ部12となるので、穴はそれ以上大きくならない。
Since the
また、骨用タッピンねじ10は、ねじ頭部11と直線ねじ部12との間に、直線ねじ部12の谷径Dよりも大きい径であってねじ山を設けていない無ねじ部14を備えている。無ねじ部14は、ねじ山の端部から頭部11の下端までの部分で、ねじの螺旋に沿って形成され、本発明では、その無ねじ部14の軸方向長さの最短部分の長さSを0.12mm以下にした。この範囲であれば、ねじ山が徐々に低くなるのではなく、突然ねじ山がなくなるので、締付トルクが急に大きくなり、締め終わりの判断が容易になると考えられる。ここで、無ねじ部14の最短部分の長さSは薄い程、効果がより明確になると考えられる。したがって、無ねじ部14を設けない(S=0mm)のが最も効果的である。しかし、生産性等を考慮すると、0mmは困難であり、0.12mm以下であれば、締付トルクを急激に大きくすることができ、0.12mmを越えると、締付トルクの変化が減少してしまうことが分かった。
Further, the
なお、無ねじ部14の最短部分の長さSの寸法が0mmであっても、無ねじ部14全体が無くなる訳ではない。無ねじ部14がねじの螺旋に沿って形成されるから、無ねじ部14の最短部分の長さが0になっても、180゜反対側には、ねじ山ピッチの1/2の長さの無ねじ部が形成されていることになる。
In addition, even if the dimension of the length S of the shortest portion of the
ねじ山ピッチPは、本発明では、0.6〜0.75mmの範囲にした。パラメータを変えて骨用タッピンねじ10を試作したところ、ねじ山ピッチPが0.6mmのとき、トルクがピークに達するまでの回転数は6回転くらいであるが、ねじ山ピッチPを0.75mmにすると4.5回転くらいでピークに達する。このようにねじ山ピッチPを大きくした方が、回転数を減らすことができるのでねじ込み作業を迅速にできるが、0.75mm以上に大きくすると、逆にねじを押し込む力を大きくしなければならなくなるという不都合が生じるので、ねじ山ピッチPの値は0.75mm以下が望ましい。
In the present invention, the thread pitch P is in the range of 0.6 to 0.75 mm. When the
本発明では、直線ねじ部12の谷径Dは、0.85〜1.4mmの範囲とし、山径は、1.4〜2.0mmとし、且つ山径と谷径Dの差が0.45〜0.85mmの範囲に入るようにした。谷径Dは、できる限り細くした方が、骨と骨用タッピンねじ10との摩擦面が小さくなるので、締付トルクが小さくなり作業上は良好なのだが、山径と谷径Dの差を0.85mmより大きくするとねじ込み時に谷部がせん断破壊する危険性が高くなる。また、谷径Dを1.4mmより太くすると、摩擦によってねじ込みのトルクが大きくなってしまうため、本発明では最大1.4mmにした。一方、山径と谷径Dの差を0.45mmより小さくすると、締め付けトルクの差が小さくなるため、締め終わりの判断がしにくくなる。頭部11の山径は2.5〜3.5mmとしたが、これは、従来の骨用タッピンねじの大きさの範囲内である。
In the present invention, the valley diameter D of the straight threaded
ねじの軸方向とねじ山との間の角度αは、本発明では55〜65゜の範囲にした。角度αが65゜を越えると、ねじ山の先端部分が曲がってしまうという不都合が生じるためである。55゜未満の場合は、締付トルクが大きくなりすぎるからである。 In the present invention, the angle α between the axial direction of the screw and the thread is in the range of 55 to 65 °. This is because when the angle α exceeds 65 °, there is a disadvantage that the tip portion of the screw thread is bent. This is because if the angle is less than 55 °, the tightening torque becomes too large.
図2は、本発明の骨用タッピンねじ10をプレート20を介して骨25に固定した状態を示す断面図である。頭部11の下面15をプレート20のねじ貫通孔の皿部21に沿うような曲面とすることにより、プレート20の安定性が良くなる。また、骨用タッピンねじ10がまっすぐにねじ込まれなかった場合にもなじみ易い。頭部11の下面15の曲率半径Rは、プレート20の厚さや骨用タッピンねじ10の大きさを考慮して、1.0〜2.0mmの範囲にした。下面15をこのような曲率半径とすることによって締め付け完了を感知しやすくすることができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the
図3は、従来型と本発明の骨用タッピンねじ(実施例4)のねじ込み時のトルク変化を比較したグラフである。資料数nはそれぞれ3本で、骨に近い素材として使用されている人工木材のトレウッド(登録商標)にねじ込んだ各々のトルクの平均値をプロットしたものである。トレウッドは、ポリスチレンを素材とし、軽い発泡層を高密度で強固なスキン層で包み込んだ構造で、軽くて堅牢な性質を有するものである。 FIG. 3 is a graph comparing torque changes during screwing of the conventional tapping screw (Example 4) of the present invention. The number of materials n is 3 each, and the average value of each torque screwed into Trewood (registered trademark) of artificial wood used as a material close to bone is plotted. Trewood is made of polystyrene and has a light foam layer wrapped with a high density and strong skin layer, and has a light and robust property.
表1は、本発明の骨用タッピンねじ10(実施例1〜4および好ましい範囲)と、従来型との各パラメータを示した表である。本試験に用いた本発明と従来型の骨用タッピンねじの違いは、無ねじ部14の軸方向長さの最短部の厚さS(無ねじ部分長さ)を本発明では0〜0.12mm以下としたことおよび、山径と谷径Dとの差を0.45〜0.85mmとしたことである。実施例1では、山径と谷径の差を0.85mm(山径2.0mm)とするとともに、無ねじ部分長さを0.12mmとし、実施例2では山径と谷径の差を0.45mm(山径1.85mm)とするとともに、無ねじ部分長さを0mmとし、実施例3では山径と谷径の差を0.7mm(山径1.9mm)とするとともに、無ねじ部分長さを0mmとし、実施例4では山径と谷径の差を0.55mm(山径1.4mm)とするとともに、無ねじ部分長さを0mmとした。頭部11の下面15の曲率半径Rは、今回の試験結果には特に影響を及ぼさないと考えられる。
Table 1 is a table showing the parameters of the
表1に示す「傾き(N/cm/rad)」は、図3におけるトルクの変化曲線における締付完了時のトルクの変化傾向を示す直線a、bの勾配を示す値で、傾きの数字が大きくなると、締付トルクが急激に上昇することを示す。トルクが急激に上昇することで、締付が完了したことを明瞭に自覚することができることになる。この直線の勾配が、従来品の直線bでは、1.5であったのが、本発明の直線a(実施例4)では2.6となり、大幅に改良することができた。従来品と各実施例のネジの締め付けについて医師の使用感を調査したところ、従来品については締付が完了したことが判別しにくかったのに対し、実施例1〜4とも締付が完了したことを明瞭に自覚することができた。実施例では傾きは2.1以上であることから、傾き(N/cm/rad)は2.0程度以上が好ましいと考えられる。 “Inclination (N / cm / rad)” shown in Table 1 is a value indicating the gradient of the straight lines a and b indicating the torque change tendency at the completion of tightening in the torque change curve in FIG. A larger value indicates that the tightening torque increases rapidly. When the torque rises rapidly, it is possible to clearly recognize that the tightening has been completed. The slope of this straight line was 1.5 for the straight line b of the conventional product, but 2.6 for the straight line a (Example 4) of the present invention, which was a significant improvement. As a result of investigating the doctor's feeling about tightening the screws of the conventional product and each example, it was difficult to determine that the tightening of the conventional product was completed, but the tightening of all of Examples 1 to 4 was completed. I was able to recognize this clearly. In the example, since the inclination is 2.1 or more, it is considered that the inclination (N / cm / rad) is preferably about 2.0 or more.
また、図3のグラフより、トルクのピークまでの回転数が、従来型では5回転程度であるのに対し本発明の骨用タッピンねじでは6回転程度であり、1回転程度の差が見られる。ねじ山ピッチPが0.6mmで同じであることから、これは、試験で用いた本発明の骨用タッピンねじでは無ねじ部14を設けなかったことから、ねじ山の数が増加したために生じた差である。
Further, from the graph of FIG. 3, the number of rotations up to the peak of the torque is about 5 rotations in the conventional type, but about 6 rotations in the bone tapping screw of the present invention, and a difference of about 1 rotation is seen. . Since the thread pitch P is the same at 0.6 mm, this is caused by an increase in the number of threads because the bone tapping screw of the present invention used in the test did not have the unthreaded
トルクを比較すると1回転目あたりまではほとんど差はないが、その後、本発明の骨用タッピンねじの方が僅かにトルクが小さくなり、そのまま推移している。1回転目あたりまでは先端ねじ部13の軸は円錐状なので直線ねじ部12の谷径Dの違いによる差は現れないが、それ以降は、谷径Dの違いによるトルク抵抗の差が現れていると考えられる。
When the torque is compared, there is almost no difference until around the first rotation, but after that, the torque of the bone tapping screw of the present invention is slightly smaller and remains unchanged. Until the first rotation, the shaft of the
また、従来型はピークに向かって比較的なだらかにトルクが増えているのに対し、本発明の骨用タッピンねじでは5回転目を過ぎたあたりから急にトルクが大きくなっていることがわかる。更にトルクのピーク値は従来型の約1.5倍になっていることから、ねじ込み作業を行ったときの従来型と本発明の違いは明確である。このようなトルクの変動の違いが生じる要因は、表1に記載した従来型と本発明の骨用タッピンねじ10の各種パラメータの比較により、無ねじ部14のSの大きさの影響が大きいと考えられる。Sが0ないし、非常に小さいので、ねじ切りがいきなり終わりトルクが急激に大きくなるものと考えられる。
Further, it can be seen that the torque of the conventional type gradually increases toward the peak, whereas in the bone tapping screw of the present invention, the torque suddenly increases after the fifth rotation. Furthermore, since the peak value of the torque is about 1.5 times that of the conventional type, the difference between the conventional type and the present invention when the screwing operation is performed is clear. The cause of such a difference in torque fluctuation is that the influence of the size of S of the
なお、図3のトルクの変化を示す曲線では、ピークを越えた後、トルクが低下しているが、これは、いわゆるねじがバカになった状態であり、骨に使用すると、骨を破損した状態となる。したがって、実際には、ピークになる手前で骨用タッピンねじの締付を完了させることになる。 In the curve showing the change in torque in FIG. 3, the torque decreases after exceeding the peak, but this is a state where a so-called screw has become stupid, and when used for bone, the bone is damaged. It becomes a state. Therefore, actually, the tightening of the bone tapping screw is completed before the peak.
10 骨用タッピンねじ
11 ねじ頭部
12 直線ねじ部
13 先端ねじ部
14 無ねじ部
15 下面
20 プレート
P ねじ山ピッチ
α ねじの軸方向とねじ山との間の角度
D 直線ねじ部の谷径
R 皿下面の曲率半径
S 無ねじ部の軸方向長さが最短部分の厚さ
10
Claims (4)
ねじ込むためにトルクが付与されるねじ頭部と、
ねじ先端付近に位置し、ねじ山を備えた概円錐形状の先端ねじ部と、
円筒形状の軸部に前記先端ねじ部から続くねじ山を備えた直線ねじ部と、
前記ねじ頭部と前記直線ねじ部との間に位置し、前記直線ねじ部の谷径よりも大きい径であってねじ山を設けていない無ねじ部と、を有し、
前記無ねじ部の軸方向長さの最短部の長さが0.12mm以下であることを特徴とする骨用タッピンねじ。 A bone tapping screw used to fix the bone with a plate,
A screw head to which torque is applied for screwing;
A substantially conical tip threaded portion with a thread located near the screw tip;
A linear threaded portion having a thread extending from the tip threaded portion to a cylindrical shaft portion;
A non-threaded portion that is located between the screw head and the straight threaded portion and has a diameter larger than the root diameter of the straight threaded portion and is not provided with a thread;
The bone tapping screw, wherein the length of the shortest axial length of the screwless portion is 0.12 mm or less.
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