JP2010530512A

JP2010530512A - 変化する間隙を有するねじ連結部

Info

Publication number: JP2010530512A
Application number: JP2010512796A
Authority: JP
Inventors: アルデコア、エドゥアルドアニテュア
Original assignee: バイオテクノロジーインスティチュート、アイエムエーエスディー、エス．エル．
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2028-06-16
Also published as: CN101796312B; BRPI0811711A2; ES2333188A1; CN101796312A; CL2008001780A1; WO2008155633A2; ATE537369T1; ES2333188B1; EP2158408B1; RU2472983C2; EP2158408A2; RU2010101224A; KR20100018620A; PT2158408E; ES2379537T3; WO2008155633A8; CO6251340A2; JP5296783B2; KR101166847B1; AR067036A1

Abstract

雄型部品２と雌型部品１との間、特にねじと人工歯根との間のねじ連結部であって、両方の部品１、２が螺旋を有するねじ山形状を備え、雄型部品２のねじ山形状のねじ山の段４ｂが、雌型部品１のねじ山形状のねじ山の段４ａとは異なり、両部品の間に制御された間隙３を得る。本発明によれば、２つの部品１、２のうちの一方が、変化するねじ山の段を有する。したがって、両方の部品１、２の間のねじ連結部が、非線形の方式で変化する間隙３を呈する。ねじ山の段の特定の設計を適切に調整することによって、その用途の関心に従ってねじ連結部全体にわたる応力分布を制御することが可能となる。

Description

本発明は、たとえば、人工歯根と、義歯を保持するために使用されるねじとの間のねじ連結部などの、すべてのタイプのねじ連結部に適用可能である、ねじ付き雄型部品とねじ付き雌型部品との間のねじ連結部に関する。

（一連の螺旋からなるねじ山形状を備えた）雄型部品と（一連の螺旋からなるねじ山形状をやはり備え、雄型部品のねじ山形状が中に完全に嵌る）雌型部品との間の従来のねじ連結部は、間隙のないように、すなわち言い換えると、両部品のねじ山形状が互いに完全に嵌るように設計されている。これらの連結部を分析した結果、ねじ連結部の耐用寿命の間、螺旋にかかる応力の分布によって、いくつかの螺旋が他の螺旋よりも大きい張力に耐えているという結論に達した。より具体的には、より大きい応力に耐えている螺旋は第１螺旋であり、すなわち、言い換えると、ねじの頭部に最も近い、又は同じく、ねじの先端部から最も離れた螺旋である。

外側部品（雄）及び内側部品（雌）のねじ山形状と雌型部品のねじ山形状との間に間隙があるねじ連結部について述べる、米国特許第３６６４５４０号及び米国特許第２８７０６６８号などのいくつかの特許が知られている。応力を均一に分散するために、すなわち言い換えると、すべての螺旋がおよそ同じ張力に耐えるように、間隙は直線的に大きくなっている。

しかしながら、この直線的に大きくなる間隙によって、ねじ連結部全体にわたる応力の分布を制御することはできず、これは、異なる応力の分布を有するねじ連結部が望まれる特定の用途には興味深いことになろう。これらの特定の用途では、（第１螺旋に最も大きい応力がかかる）従来のねじ連結部、又は、（すべての螺旋に同じ応力がかかる）米国特許第３６６４５４０号若しくは米国特許第２８７０６６８号にあるようなねじ連結部のいずれも、適当ではないであろう。その代わりに、これらの特定の用途においては、興味深いことに、応力のピークがねじ連結部の螺旋のいずれにも、最終螺旋にさえも発生する。たとえば、航空学において使用されるねじ連結部では、ねじが破損した場合に、確実にねじの大部分が残り（したがって作用し続け）、ねじ連結部が確実に保持されるように、最終の螺旋が最も負担を受けなければならない。或いは、ねじが壊れた場合に、ねじの頭部に断裂が生じ、それによってねじを抜くのを容易にするように、ねじ連結部を設計することも、また、興味深い。

本発明は、応力分布が均等になる必要がないか、又は、第１螺旋に最も大きい応力がかかる必要のない用途に適するねじ連結部の設計を提供することを目指す。

本発明の目的は、螺旋からなるねじ山形状をともに備える雄型部品と雌型部品とのねじ連結部であり、雄型部品のねじ山形状のねじ山が、雌型部品のねじ山形状のねじ山とは異なり、両部品の間に制御された間隙がある。本発明によれば、２つの部品（雄型又は雌型）のうちの一方が、変化するねじ山の段を呈する。したがって、（両部品のねじ山の段がわずかに異なるが、常に一定であり、線形に変化する間隙を作る米国特許第３６６４５４０号及び米国特許第２８７０６６８号の間隙とは異なり）、両部品の間のねじ連結部には、非線形の状態で変化する間隙がある。ねじ山の段の特定の設計（及びしたがって非線形のタイプの間隙）を適切に調整することによって、それぞれの特定の用途の関心に従って、ねじ連結部全体にわたる応力分布を制御することが可能である。したがって、本発明は、より大きい応力がかかるねじ連結部の領域を構成又は選択することができるようにし、したがって、連結部のどの領域で破損が起こるかを制御できるようにする。

変化するねじ山の段は、雄型部品又は雌型部品のいずれにあってもよい。雄型部品に適用される場合、通常、拡大するねじ山の段であり、一方、雌型部品に適用される場合、通常、縮小するねじ山の段であることを考慮しなければならない。他方の部品は、一定のねじ山の段を備えたねじ山形状を有することになる。

「拡大」及び「縮小」という用語は、ねじ連結部を頭部から雄型部品（雄型部品は通常ねじ又は同様の物である）の先端部に向かって見て用いられることに留意されたい。

好ましくは、非線形に変化する間隙は、実質的に勾配ｎの放物線形、楕円形、又は多項形の変化を呈する。あるタイプの間隙か別のタイプの間隙かの選択は、本発明が使用される用途に依存する。

本発明の詳細は、本発明の範囲を限定するようには意図しない添付の図において理解されよう。

間隙のない従来のねじ連結部を示す図である。本発明によるねじ連結部の図である。図２のねじ連結部の連続する複数の螺旋の拡大図である。図１のねじ連結部全体にわたる応力分布を表す図である。図２のねじ連結部の応力分布を表す図である。間隙に対する応力のグラフである。間隙のない従来のねじ連結部、線形に拡大する間隙を有する従来のねじ連結部、及び図２に示される本発明によるねじ連結部における、螺旋全体にわたる力の分布を示すグラフである。従来の連結部及び本発明の複数の実施例の間隙の値を詳細に示す表である。図８の間隙のグラフ表示である。

図１は、雌型部品（１）と雌型部品（２）との間の従来のねじ連結部を示し、両部品（１、２）の間には間隙はない。

図２は、雌型部品（１）と雄型部品（２）との間の、本発明によるねじ連結部の一実施例を示し、雌型部品（１）のねじ山の段（４）と雄型部品（２）のねじ山の段（４）とが異なっている結果、両部品（１、２）の間に間隙（３）が形成されている。本発明によれば、２つの部品（１、２）のうちの一方のねじ山の段（４）が、ある螺旋から別の螺旋へと一定でない方式で拡大する。したがって、間隙（３）の幅は、非線形の状態で拡大する。図に示される実施例では、拡大するねじ山の段（４）を呈するのは雌型部品（１）であり、一方で、雄型部品（２）は一定のねじ山の段（４）を呈する。「ねじ山の段（４）」とは、ねじ山形状におけるある螺旋と次の螺旋との間の距離であると理解されたい。

図３は、雌型部品（１）と雄型部品（２）との間のねじ連結部における連続する異なる螺旋の拡大図を表す。雄型部品（２）のねじ山の段（４ｂ）は一定であり、一方、雌型部品（１）のねじ山の段（４ａ、４ａ’、４ａ”）は連続する螺旋において拡大している。好ましくは、ねじ山の段（４ａ、４ａ’、４ａ”、４ｂ）は、間隙（３）の幅が実質的に放物線形、楕円形、又は勾配ｎの多項式形の変化を呈するようなものである。

間隙（３）が実質的に放物線形の方式で大きくなるためには、雄型部品（２）のねじ山の段（４ｂ）が一定である一方で、雌型部品（１）のねじ山の段（４ａ、４ａ’、４ａ”）が螺旋数に対して線形関数に従う、すなわち、ねじ山の段とその前のねじ山の段との間の開きが一定の値である。言い換えると、螺旋数に従う雌型部品（１）のねじ山の段のグラフ表示は直線になる。たとえば、雄型部品（２）のねじ山の段（４ｂ）が一定値「ｐ」である場合、雌型部品（１）のねじ山の段（４ａ、４ａ’、４ａ”）は、それぞれｐ＋ｋ、ｐ＋２ｋ及びｐ＋３ｋであり、このときｋは一定である。したがって、この場合、間隙（３、３’、３”）の幅は、それぞれｋ、３ｋ及び６ｋである。大きい螺旋数では、完全な間隙幅の列は、ｋ、３ｋ、６ｋ、１０ｋ、１５ｋ、２１ｋ、２８ｋなどとなり、すなわち言い換えると、幅は、図９に見られるように、螺旋数に従って実質的に放物線形の方式で大きくなる。

間隙（３）が実質的に楕円形の方式で大きくなるためには、雄型部品（２）のねじ山の段（４ｂ）が一定である一方で、雌型部品（１）のねじ山の段（４ａ、４ａ’、４ａ”）が螺旋数に対して放物線形関数に従う。たとえば、雌型部品（１）のねじ山の段は、第２のねじ山が第１のねじ山より一定の値だけ長くなり、第３のねじ山が第２のねじ山の２倍の長さであるなどというように大きくなる。より具体的には、雄型部品（２）のねじ山の段（４ｂ）が一定値「ｐ」である場合、雌型部品（１）のねじ山の段（４ａ、４ａ’、４ａ”）は、それぞれｐ＋ｋ、ｐ＋３ｋ及びｐ＋６ｋであり得る。したがって、得られる間隙（３、３’、３”）の幅は、それぞれｋ、４ｋ及び１０ｋである。大きい螺旋数では、完全な間隙幅の列は、ｋ、４ｋ、１０ｋ、２０ｋ、３５ｋ、５６ｋ、８４ｋなどとなり、すなわち言い換えると、幅は、図９に見られるように、螺旋数に従って実質的に楕円形の方式で大きくなる。

間隙（３）が実質的に勾配ｎの多項式方式で大きくなるためには、雄型部品（２）のねじ山の段（４）が一定である一方で、雌型部品（１）のねじ山の段（４ａ、４ａ’、４ａ”）が、螺旋数に対して勾配（ｎ−１）の多項式関数に従う。たとえば、勾配５を有する多項式に従って幅が大きくなる間隙（３、３’、３”）では、雌型部品（１）のねじ山の段（４ａ、４ａ’、４ａ”）は、勾配４を有する多項式関数に従って大きくならなければならない。例として特定の値を見ると、雄型部品（２）のねじ山の段（４ｂ）が一定値「ｐ」である場合、雌型部品（１）のねじ山の段（４ａ、４ａ’、４ａ”）は、それぞれｐ＋ｋ、ｐ＋５ｋ及びｐ＋１５ｋとなり得る。したがって、得られる間隙（３、３’、３”）の幅は、それぞれｋ、６ｋ及び２１ｋである。大きい螺旋数では、完全な間隙幅の列は、ｋ、６ｋ、２１ｋ、５６ｋ、１２６ｋ、２５２ｋ、４６２ｋなどとなり、すなわち言い換えると、幅は、図９に見られるように、螺旋数に従って実質的に勾配５の多項式方式で大きくなる。

論理上は、放物線形の拡大及び楕円形の拡大の場合は、勾配ｎの多項式形の拡大の特定の場合であり、このときそれぞれｎ＝２及びｎ＝３である。

図４は、図１の従来のねじ連結部全体にわたる応力分布を表し、応力値（ＭＰａ）の大きさを異なるレベルの灰色で示している。図から分かるように、（ほぼ白色の色調である）高応力レベルは、雄型部品（ねじ）の第１螺旋（図の左側）に集中している。このように、（異なる色調の灰色で示されている）比較的急激な移行の後、（濃い灰色及び黒の）多数の緊張の緩い螺旋が雄型部品の先端部にある。雄型部品によって耐えられる最大応力値は、約７５２ＭＰａである。

図５は、図２のねじ連結部全体にわたる応力分布を表す。この場合、本発明は興味深い効果に至る。第１に、すべての螺旋が均等に応力を加えられており、これは灰色の各レベル間の移行が、図４におけるよりスムーズであることから分かる。第２に、雄型部品にかかる最大値又は応力のピークが、５６８ＭＰａ程度の値まで低下している。言い換えると、図４のねじ連結部と比較して、雄型部品（本図及び他の図の下部分）にかかる最大応力値が、約２０％低下する。

図６は、ねじ山の段の拡大がパラメータで示される上述の「ｋ」パラメータ（ｍｍ）に対する、ねじ連結部によって耐えられる最大応力値（Ｎ／ｍｍ^２）を表すグラフである。本発明による放物線形に拡大する間隙を有するねじ連結部に関連した連続曲線と、米国特許第３６６４５４０号又は米国特許第２８７０６６８号による線形に拡大する間隙を有するねじ連結部に関する破線の曲線との２つの曲線が示されている。両連結部とも、ねじ連結部によって耐えられる最大応力が最小となる最適な「ｋ」値を選択することを目指している。また、放物線形に拡大する間隙を有するねじ連結部は、線形に拡大する間隙を有するねじ連結部よりも、概ね低い最大応力値を示し、より大きい「ｋ」値ではこの差がより大きくなることが分かる。したがって、適切な「ｋ」値を有する本発明によるねじ連結部を使用すると、米国特許第３６６４５４０号及び米国特許第２８７０６６８号における連結部と比較して、最大応力をかなり低減することが可能となる。

図７は、（螺旋数によって示される）ねじ連結部を構成する螺旋全体にわたる各螺旋によって耐えられる接触力（Ｎ）の分布のグラフである。間隙のない従来のねじ連結部に関する連続曲線と、米国特許第３６６４５４０号又は米国特許第２８７０６６８号による線形に拡大する間隙を有する従来のねじ連結部に関する破線の曲線と、放物線形に拡大する間隙を有する本発明によるねじ連結部に関する一点破線の曲線との３つの曲線が示されている。図に示すように、間隙のない従来のねじ連結部では、第１螺旋が極めて高い力（２７５Ｎ程度）を吸収し、以降の螺旋では力が急速に低下する。線形に拡大する間隙を有するねじ連結部では、第１螺旋がより低い負担を受け、最大の力が第９及び第１０の螺旋にかけられ、最大値は１７５Ｎ程度である。しかしながら、本発明によるねじ連結部では、すべての螺旋が均等な方式で荷重をかけられており、これは、いくつかの螺旋が他の螺旋より非常に大きな負担を受けるときに通常起こる螺旋の破断の危険を低下させるので有利である。さらに、耐えられる最大の力の値は、２つの従来のねじ連結部におけるよりはるかに低くなり、実際、８０Ｎ程度となり、これは、２つの従来のねじ連結部と比較して、それぞれ７０％及び５５％の低減に対応する。

図８は、複数の多項式形の拡大の列、すなわち勾配１（従来技術において既知の線形の拡大）、勾配２（放物線形の拡大）、勾配３（楕円形の拡大）、勾配４、勾配５及び勾配６によって得られる拡大する間隙を表す表である。図９は、螺旋数に対するこれらの間隙のグラフ表示である。このグラフ表示は、本発明に従う間隙の放物線形、楕円形などの拡大を観察する助けとなる。

本発明のねじ連結部は、機械加工、射出、積層などの任意の従来の適用可能な手順を使用して製造でき、これには、一定でないねじ山（これらの方法のいずれによっても完璧に達成可能であると考えられる）を作ることが可能でなければならないことのみを考慮すべきである。製造手順は、特別な工具、又は従来のねじ連結部の製造手順よりも長い生産時間は必要としない。

他の留意点として、最適なねじ山の段の拡大パラメータは存在しないことを指摘しなければならない。最適なねじ山の段のパラメータは、ねじ山の寸法、ねじ山の材料、ねじ連結部にかかる荷重などに依存する。各用途の必要性に依存して、異なる最適なパラメータが計算される。

特に有利な構成では、本発明によるねじ連結部は、人工歯根と人工歯根の連結ねじとの間の連結部に適用され、このとき、人工歯根が雌型部品（１）であり、ねじが雄型部品（２）である。人工歯根に連結される部品は、通常、柱状のピンであるが、瘢痕化ピン、ＵＣＬＡピンなどの他の任意の補綴用構成要素であってもよい。いずれにせよ、本発明による外側連結部は、従来のねじ連結部において提供される機械的セットと比較して、より堅牢な機械的セット（インプラント、ねじ及び補綴用構成要素）を提供する。したがって、通常使用される材料とは異なる材料を使用する必要なく、また、機械的セットに含まれる異なる要素の製造コストを上昇させる必要なく、セットの堅牢性が増す。

Claims

雌型部品（１）と雄型部品（２）との間のねじ連結部であって、両方の部品（１、２）が、一連の螺旋からなるねじ山形状を備え、両ねじ山形状の間に大きくなる間隙（３）が作られるように、２つの前記部品（１、２）のうちの少なくとも一方のねじ山形状が、変化するねじ山の段（４ａ、４ｂ）を有するねじ連結部において、
前記部品（１、２）の前記ねじ山の段の間の開きが螺旋数に従って一定とならず、前記間隙（３）が非線形の方式で変化することを特徴とするねじ連結部。
部品（１、２）の前記ねじ山の段の間の開きが勾配（ｎ−１）の多項式関数に従い、前記間隙（３）が勾配ｎの多項式関数に従って変化することを特徴とする、請求項１に記載のねじ連結部。
部品（１、２）の前記ねじ山の段の間の開きが線形関数に従い、前記間隙（３）が放物線形（勾配２）に変化することを特徴とする、請求項２に記載のねじ連結部。
部品（１、２）の前記ねじ山の段の間の開きが放物線形関数（勾配２）に従い、前記間隙（３）が楕円形（勾配３）に変化することを特徴とする、請求項２に記載のねじ連結部。
前記雄型部品（２）が一定のねじの山段（４ｂ）を有し、前記雌型部品（１）が変化するねじ山の段（４ａ）を有することを特徴とする、請求項１に記載のねじ連結部。
前記雄型部品（２）が変化するねじ山の段（４ｂ）を有し、前記雌型部品（１）が一定のねじ山の段（４ａ）を有することを特徴とする、請求項１に記載のねじ連結部。
人工歯根と前記人工歯根に別の部品を連結する連結ねじとの間の連結部における、請求項１から６のいずれか一項に記載のねじ連結部の使用であって、前記人工歯根が前記雌型部品（１）であり、前記ねじが前記雄型部品（２）である、ねじ連結部の使用。