JP4087539B2 - 引張り軸力ねじ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は締結部材に係り、より詳しくは、それ自体の長さ方向に引張り軸力を発生するように構成されたねじに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ねじは、対象物を互いに固定するために長年用いられている。ねじは、特定の用途のための要件に従って、多数の異なる形状及びサイズに構成することができる。ねじは、極めて多くの形態で製造されてきているが、大多数のものは、例えば木ねじの場合に見られるように、近接する対象物にねじ部を埋め込むことにより、一方の対象物の方向に頭部の下面をねじの長さ方向に引張る効果として、軸方向の圧縮力を発生させる。
【０００３】
従来の形態のねじは、ほとんどの目的に適するものであるが、頭部を有することが、機能的に、構造的に、または見栄え的に許容できない場合がある。従来のねじが適さない場合の対応として、種々のタイプの無頭ねじが開発されてきた。このようなねじに関する初期の例は、ラッセル(Russel)に付与された米国特許第187,023号明細書に記載されている。このねじは、頭部に頼ることなく圧縮力を発生させるために不定ねじピッチを利用している。ラッセルのねじは、ある程度の圧縮力を発生させはするが、先行する異なるピッチのねじ部によって生じる剥落のせいで、トレーリング端に向けて配置されるねじが、わずかな噛み合い効力しか発揮しないという事実によりその効果は限定的である。
【０００４】
ハーバート(Herbert)に付与された米国特許第4,175,555号明細書は、ねじ上にある後続のねじ部が雌ねじ部を拡大してしまうというラッセルの問題を克服している。特にハーバートのねじは、リーディング端付近にピッチが大きくねじ径が小さい領域と、トレーリング端付近にピッチが小さくねじ径が大きい領域とを有し、これらの領域が、ねじ切りされていない部分によって分離されている。残念ながらハーバートねじは他に多数の欠点を有する。ハーバートねじでは、リーディングねじ部がトレーリングねじ部より小さい径になっている。このことは、リーディングねじ部が骨断片付近の比較的大きな内径を通過して、奥側骨断片内のより径の小さい内径に噛み合うことを可能とするために必要である。大径のトレーリングねじ部は次いで骨断片付近の径の大きな穴部と噛み合う。このような構成の結果、ねじ込みの間に骨に食い込むねじ部が剥落するとすれば、それは常に奥側の骨内で起こる。もし手前側の骨断片内で剥落が生じ、手前側の骨が破損した場合でも、頭部を有するねじであれば、亀裂を圧縮するためになお使用することができる。しかし、剥落が奥側の骨の穴内部で生じた場合は、頭部を有する通常のねじは使用できず、別の穴をあけなければならない。
【０００５】
さらに、ハーバートねじは正しく位置決めされなければならない。すなわち、ハーバートの骨用ねじでは、それがねじ込まれた際に、ねじ切りされていない中央部を亀裂部が横断することが必須である。従って、ハーバートねじは、穴を形成する骨表面の極めて近くに存在する亀裂の処置には適していない。加えて、ハーバートねじは、その全長にわたってねじ切りされてはいないので、骨の中でねじによって得られるねじ止め効果は、全長にねじ切りされたねじを用いる場合ほど高くない。また、ハーバートねじをねじ込むためには、１つの穴ではなく、サイズが異なる２つの穴を形成しなければならない。
【０００６】
ハーバートねじのさらなる問題点は、ねじが骨断片を一体に引き寄せた後に、追加的に増し締めされた際に生じる剥落である。骨断片が互いに引き寄せられている最中、トレーリングねじ部Ｋ6の全ては、手前側断片を通る一経路に従って進む。同様に、リーディングねじ部Ｊ6の全ては、奥側断片を通る一経路に従って進む。しかし、骨断片同士が接触すると、２セットのねじ部はもはや独立に動くことはできない。骨断片同士が接触した後にハーバートねじをさらに回転させると、リーディングねじ部はトレーリングねじ部が許容するよりも速く奥側の骨を通って前進しようとするので、リーディングねじ部に剥落が起こることになる。“足とくるぶしの手術ジャーナル”，No.33,Vol.4., 1994年 の346〜354ページに記載の“足の手術におけるハーバートの骨用ねじの適用”を参照されたい。この論文は、手前側の骨断片にトレーリングねじ部が噛み合った後、わずか２回転で１０kgの圧縮力が発生することを発見した研究に関する報告である。後続するさらなる回転は圧縮力を減少させることになる。従って、ハーバートねじは、締付け過ぎないように注意を払う必要がある。
【０００７】
ハーバートねじに関する種々の問題点は、1999年2月16日にフーブナー(Heubner)に付与された米国特許第5,871,486号の明細書に記載のねじによって対策されている。この明細書の開示内容は本願明細書に含まれるものとする。ACUTRAKという商標名で販売されているフーブナーのねじは、そのほとんどの種類が、全長にねじ切りされ、全長にわたり変化するピッチを有している。ねじ部の外径は前方から後方へ向けてテーパー状になっており、従って、リーディングねじ部が残した痕跡をトレーリングねじ部がピッチ変化によって拡張する際に、トレーリングねじ部は無傷の材料を外側へ押し広げることになる。ACUTRAKねじは、その長さに沿って拡大するねじ径のおかげで、圧縮力の低下なしに望むところまでねじ込むことができる。加えて、ハーバートねじが先端部と後端部のみで圧縮力を発生させているのに対して、ACUTRAKねじは、その全長にわたって圧縮力を発生させる。従って、ACUTRAKねじは、亀裂部がその長さ方向のどこにあっても使用することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ACUTRAKねじは、ハーバートねじに対して大きな進歩を遂げたものであったが、ACUTRAKねじのねじ込みには注意が必要である。特に、このねじは主として、予め形成されたテーパー状の穴にねじ込まれる。このテーパー状の穴を形成することが難しい場合がある。というのは、テーパー状のドリル刃は骨で閉塞することがあるし、テーパー刃を進めるためには同様のストレートドリルの場合より大きな力が必要だからである。さらに、最良の結果を得るためには穴の深さをねじの長さに一致させるべきであるが、それは外科医に正確な穴あけを要求する。ねじ込みに関する他の領域の懸念は、ねじを駆動するために必要なトルクである。ねじの谷底部と穴のテーパーとが一致する点にねじが到達すると、駆動力は大幅に増大する。同様に、緻密な骨の場合には、駆動力に起因してねじ込みが困難となる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、独立請求項に記載した引張り軸力ねじによって上記課題を解決したものである。さらなる好適な手段は従属項に記載してある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明により構成されたねじの側面図である。
図２は、図１に示すねじのセルフカッティング先端部の斜視図である。
図３は、図１に示すねじの断面図である。
図４は、図１に示すねじと共に用いられるドリルの斜視図である。
図５は、図１に示すねじを利用する準備として、骨にガイドワイヤを配置する段階を示している。
図６は、必要なねじ長さを測定するために用いられる深さゲージの使用状況を示している。
図７は、図４のドリルの使用状況を示している。
図８は、図１のねじが部分的に骨にねじ込まれた状態を示している。
図９は、図１のねじが最終位置にある状態を示している。
図１０は、本発明により構成された別形態のねじを示している。
図１１は、図１０のねじがスリーブ及び駆動ハンドルに装着され、亀裂の入った骨に部分的にねじ込まれた状態を示している。
図１２は、図１１の骨の亀裂間隙がスリーブを回転させることによって減少した状態を示している。
図１３は、図１１の骨の亀裂間隙がスリーブ及びねじを回転させることによって減少した状態を示している。
図１４は、ねじがスリーブから離れて行く際の図１１の骨を示している。
図１５は、ねじ切りされていない中間部を有する本発明によるねじを示している。
図１６は、ねじ切りされていない中間部を有する本発明によるねじを示している。
図１７は、本発明によるねじの別形態を示している。
図１８は、円筒状のトレーリング部を有する本発明によるねじを示している。
図１９は、滑らかに変化する外径を有する本発明によるねじを示している。
図２０は、ねじ切りされていないリーディング延伸部及びトレーリング延伸部を有する本発明によるねじを示している。
図２１は、頭部を有する本発明によるねじを示している。
図２２は、ステップ状にテーパー形状が変化する本発明によるねじを示している。
【００１１】
本発明に係るねじの一実施形態を図１に符号１０で示す。ねじ１０は、前端部１２から後端部１４にわたり延在し、谷底部１６を備えている。谷底部１６はリーディング端１８及びトレーリング端２０を備え、これらは図１の実施形態においては、ねじ本体のリーディング端及びトレーリング端をもって空間的に終端している。他の実施形態として、ねじ本体を谷底部のいずれかの端部を超えて延在させることも可能である。
【００１２】
ねじ部２２が谷底部１６上に形成され、１条の連続的ねじとしてリーディング端からトレーリング端へと延在している。ねじ部２２は多数のねじ山２３を有し、それらは谷底部においてねじ間スペース２５によって離間されている。ねじ間スペースは、ねじ面高さと共にねじ山のピッチを構成する点に留意されたい。特に、ねじ間スペースまたはねじ面高さ（矩形ねじの場合を除く）を増大させることはピッチを増大させることになる。ねじ１０においては、谷底部の直径を比較的一定に保ちながらねじ外径を縮小させた場合にピッチが大きく変化するのを避けるために、ねじ間スペースを変化させている。ねじ外径を縮小すること及び／または谷底部の径を比較的一定に保つことは、ねじを前進させるために必要な駆動力を最小化するのに役立つ。ピッチ変化を吸収するために、ねじ部のランド部、すなわちねじ部の外側端の平坦部を変化させることができる点にも留意すべきである。
【００１３】
本発明に従ってねじを製造する一方法として、コンピューター制御のねじ切り機械または旋盤を用いることができる。典型的には１つの工具を用い、繰返される経路を通じてねじ切りがなされる。工具の形状はねじ面の角度を決定し、工具先端部の幅はねじ間スペースの最小値を決定する。より大きなねじ間スペースが必要な場合には、次の切削経路において工具位置をねじの長さ方向にシフトさせて幅広いねじ間スペースを切削する。角部は実際には少しの丸みまたは著しい丸みを有しているかもしれないが、ねじ間スペース及びランド部の寸法諸元の測定の際には、鋭い理論的完全角部として扱われる点に留意されたい。
【００１４】
ねじ部は、リーディング端に向けて配置されたリーディング部２４と、トレーリング端に向けて配置されたトレーリング部２６と、リーディング部とトレーリング部との間に配置された中間部または中央部とも称するくびれ部２８とを備えている。リーディング部は、リーディング端で大きくトレーリング端に向けて減少するピッチを有している。ここで用いているピッチは、図１において符号Ｐで示すように、連続するねじ部の対応点間の距離で規定されることに留意されたい。上記のようにピッチを配置することにより、リーディング部は、ねじ込まれた際にその両端部間に軸方向の圧縮力を発生させる。リーディング部におけるねじ外径は、リーディング端付近で小さく、トレーリング端に向けてテーパー状に大きくなっている。このテーパー形状は、ねじの軸線に対して約1.2°の角度をなしている。テーパー状の外径は、固定される対象物内でリーディングねじ部が剥落することを回避するために及び／または緩和するために役立つ。そのような剥落は、不定ピッチを有するねじでは起きても当然であり、ねじの長さ方向に発生する引張り力のために起こる場合もある。典型的なテーパー角またはテーパー比は、一般的に0.5〜5°である。
【００１５】
中央部２８は、リーディング部２４の後端部から始まるが、リーディング部のトレーリング側端におけるねじ部の外径と比較して縮小された外径を有している。中央部のねじ部のピッチは、リーディング部における平均ピッチよりも小さく、必須ではないが好ましくは、リーディング部の後端部におけるピッチにほぼ等しく形成される。このようにすることで、中央部のねじ部は、トレーリング部が噛み合うまでの間、リーディング部により発生した圧縮力または圧縮変形を保持することができる。ねじ部の外径は、図示のように一定でもよいし、あるいは、リーディング部と中央部との間のピッチの相違により発生する可能性のある剥落に配慮し、トレーリング端に向けてやや広がるテーパー状としてもよい。以下に説明するねじ無し谷底部の方式を採用したいのであれば、中央部のねじ部を省略することも可能である点に留意されたい。
【００１６】
トレーリング部のねじ部の外径は一定でもよいし、あるいは、トレーリング端に向けて広がるテーパー状としてもよい。リーディング部の場合と同様に、テーパー形状はピッチの相違に起因する剥落作用を低減するのに役立つ。トレーリング部におけるねじ部のピッチは、リーディング部におけるピッチより小さい。従って、ねじが前進すると谷底部の長さに沿って軸方向の圧縮力が発生する。トレーリング部におけるピッチは図示するように一定でもよいし、あるいは変化させてもよい。
【００１７】
谷底部の直径はねじ部と共に、リーディング部では広がるテーパー状をなし、中央部及びトレーリング部では一定である。トレーリング部における直径は中央部における直径よりいくらか大きい。図示する谷底部の形態は駆動トルクを低減するために望ましいものであるが、谷底部の形状はねじ部の外径とは本質的に無関係に、多くの別形態をとることができる。
【００１８】
ねじ１０は、トレーリング端に駆動用ソケット３０を有し、リーディング端にはセルフドリル先端部３２を有している。図２及び図３を参照されたい。ねじ本体を貫通して中央穴部３４が設けられ、ガイドワイヤの外側にねじ本体を配置できるようになっている。図２に示すように、セルフドリル先端部は、リーディング端の輪郭部に環状配置された複数の刃３６を有している。刃３６はねじが前進する際に、このねじのための経路を切削形成する。当該ねじ上のねじ部が、締結される対象物内に雌ねじをタップ形成するように、リーディング部前方のねじ部にノッチ３７を設けてもよい。
【００１９】
リーディング部は終端領域８０を有している。図２に示すように、この終端領域では、ねじ部が谷底部上の始点８２に向かって急激に縮小して行く。巻き先ねじ(gimlet point screw)の場合のように、終端領域におけるねじ径に対応して谷底部の直径が縮小して行くわけではない点に留意されたい。本発明にとって必須要件ではないが、図示する構成の利点は、ねじ部の直径ひいてはその保持力が、ねじ部の終わりまで保たれることである。このことは、固定されるべき接合部がねじの前端付近で砕けた場合に重要であると言える。セルフカッティング部及び終端領域は共に、ここに記載するどのねじにも適用可能である。別形態として、より慣用的なねじのように、パイロット穴と組合せて、あるいはパイロット穴なしで自己掛かり可能とするために、先端部を尖らせることはいずれのねじにおいても可能である。
【００２０】
図示するねじ１０は、亀裂の入った骨の修復のために特に適合化されたものである。このような用途においてねじ１０は、チタン、ステンレス鋼、再吸収可能物質、またはその他の生体適合性材料から形成される。骨の治癒または成長を促進するために、ねじに骨化材料を使用してもよい。骨化物質を再吸収可能なものにして、それでねじ構造体を形成してもよい。あるいは、骨化物質の調合物をねじ内に収容し、例えばねじ内に形成されたポートを通じて供給されるようにしてもよい。
【００２１】
図示するねじ１０の長さは約20mmである。医療用途として適切な典型的長さは、数mm〜10cmまたはそれ以上であり、最も一般的なサイズは約10mm〜40mmである。医療用途以外の場合には、その特定の用途に適した長さ及びサイズが選択される。ねじ１０のリーディング部の外径は、前側の約3.5mmから後側の約3.6mmにまで変化するテーパー状であり、一方谷底部は、同領域で約2.4mmから2.5mmに変化するテーパー状である。谷底部は、中央部では直径2.5mmの円筒状であり、トレーリング部では直径2.8mmの円筒状である。中央部及びトレーリング部におけるねじ部の外径は、それぞれ3.2mm、4.1mmである。
【００２２】
典型的なねじでは、トレーリング部におけるピッチは、リーディング部におけるピッチの１０〜９０％であり、またピッチ変化は５０％前後であって、これは，例えば整形外科用として典型的な値である。大なり小なりピッチが変化することは、特定の用途に要求される圧縮力と圧縮変形にもよるが、有効であることを理解されたい。整形外科用途では、ピッチは、典型的には1000分の10インチ〜1000分の100インチ(0.254〜2.54mm)の範囲に設定される。
【００２３】
ここに開示する実施形態では、ねじ１０を受容する穴部を形成するために使用されるドリルを図４において符号５０で示している。ドリル５０は円筒状のシャンク部５２を有しており、このシャンク部５２に図示していないハンドルまたはモーターが接続され、手動または電動穴あけ作業が可能となる。ねじに対して適切な形状及びサイズを有する穴を穿設するために、切削部５４がドリルのリーディング端に形成されている。切削部５４は、複数の切削刃５８を備えたリーディング端５６を有し、これに続いて、典型的には約6〜12mmの長さを有し切削用縦溝６２を備えた第１円筒部６０が設けられている。第１円筒部のトレーリング端付近では、切削部が、切削用縦溝６６を有する第２円筒部６４に向かって広がるテーパー状とされている。第１円筒部の直径は、トレーリング端の谷底部の直径よりわずかに、すなわち0.005インチ(0.127mm)大きい。第２円筒部の直径は、トレーリング端の谷底部の直径より約0.020インチ(0.508mm)大きい。第２部分の方が大きく構成されているのは、骨において硬い外殻にやや大きめの穴を形成することによって、トレーリング部のねじ部の通過に必要なトルクが過大とならないようにするためである。第２円筒部のトレーリング端には深さ目安溝６８が形成されている。これは、穴あけの際に適切な穴深さを実現するためのゲージとして使用される。ドリル５０は管状とされ、ガイドワイヤを覆って配置できるようになっている。
【００２４】
亀裂の入った骨を修復するためにねじ１０をねじ込む場合、外科医はまず、ガイドワイヤ７２を配置するが、その作業は、図５に示すようにＸ線を用いて骨内におけるガイドワイヤの位置及び深さをチェックしながら行う。次いでワイヤの深さをテンプレート７４を用いて測定する。図６に示すように、テンプレート７４はワイヤを覆うように装着する。深さを検知することにより、外科医は適切な長さのねじを選択することができる。次いで、ガイドワイヤを覆うようにドリルを装着し、深さ目安溝が骨表面に到達するまでドリル進める。図７を参照されたい。次に、図８に示すように、ワイヤを覆うようにねじを滑り込ませ、駆動して骨内にねじ込む。この際、不定ピッチがねじの長さ方向に圧縮力を発生させる。周囲の組織との干渉を避けるため、トレーリング端が骨表面より約0.1インチ(2.54mm)低くなるようにねじを着座させる。図９を参照されたい。ねじは、駆動先端部７８と、ハンドル８０と、それらの間に延在するシャンク部８２とを有する管状ドライバ７６を用いてねじ込む。
【００２５】
図１０は本発明による別形態のねじを示している。ねじ１１０は、前端部１１２と、後端部１１４と、谷底部１１６とを備えている。谷底部は、リーディング端１１８及びトレーリング端１２０を有している。ねじ１１０は、リーディング部１２４上及びトレーリング部１２６上に形成されたねじ部１２２と、それらの間に配置されたねじ無し部１２８とを備えている。ねじはまた、駆動用ソケット１３０と、先端部３２と類似の穴あけ先端部１３２とを有している。図示の形態では、リーディング部及びトレーリング部のねじ部のピッチは各部分内で一定となっているが、求められる圧縮力のタイプに応じて、一方あるいは両方の部分のピッチを変化させてもよい。ねじ１１０は、中心穴または管状部１３４を有している。
【００２６】
図１１〜図１４に示すように、ねじ１１０は、設置用スリーブ１４０を用いたねじ込みに適合化されている。スリーブ１４０は、大径化された外周部１４４を有する把持構造部１４２を備え、執刀医が把持できるようになっている。把持構造部から前側に延びる部分がシャフト１４６であり、その先は接触先端部１４８となっている。接触先端部１４８は、滑らかでわずかに丸みをおびた形状であることが好ましい。そのようにすると、接触先端部１４８は、対象物に押付けられても最小限のフリクションで回転することができる。図示していないが、対象物上で先端部が滑ることを排除するために、先端部を、何らかのタイプのベアリングを介してシャフトに接続することも可能である。シャフトは、ねじ１１０のトレーリング部１２６におけるねじ部に噛み合うようにねじ切りされた穴部１５０を有している。設置用スリーブを駆動シャンク部に摩擦接続するために、エラストマーリング１５２が穴部１５０内に配置されている。把持構造部を利用してスリーブの動きを規制しない限り、上記摩擦接続によって設置用スリーブ及び駆動シャンク部はユニットとして一体に回転する。
【００２７】
実際の使用に際しては、図１１に示すように、ねじ１１０のトレーリング端を穴部１５０内に部分的にねじ込む。次いで、ドライバの駆動シャンク部を反対側端部から穴部に挿入する。ドライバが所定位置に配置されると、リングはスリーブがドライバから滑り落ちるのを防ぐのであるが、シャンク部をエラストマーリングに通すためにドライバにかける圧力はわずかで十分である。スリーブが装着されたねじを、リーディング部が埋込まれ先端部１４８が対象物の表面に接触するまで固定されるべき対象物にねじ込む。ドライバ及びスリーブの続く回転においては、先端部１４８は標準ねじの頭部のような作用をし、ねじの軸方向に圧縮力が発生する。この状態は、図１１と図１３との比較で示す。この圧縮力は、スリーブがドライバと共に回転する限り増大し続ける。ねじを対象物にさらにねじ込むことなく追加的な圧縮力を発生させるためには、執刀医は、ドライバを静止させながら把持構造部を回転させればよい。こうして、図１１から図１２への変化で示すように、追加的な圧縮力または圧縮変形が得られる。望ましい圧縮力／圧縮変形が得られたら、執刀医は把持構造部を保持しながらドライバの回転を継続する。そうするとトレーリング部のねじ部が穴部から抜け、固定されるべき部材内へねじ込まれる。図１４を参照されたい。当初、スリーブの先端部によって保持されていた引張り力は、こうしてトレーリング部のねじ部に転送される。
【００２８】
ねじ１１０のリーディング部及びトレーリング部におけるねじ部の外径がテーパー状となっている点に留意されたい。このテーパー形状は必須要件ではないが、ねじ部に剥落を生じにくくするという利点がある。これらの部分のねじ部が剥落に強い理由は、各部分の後方に向けてねじの直径が拡大しているからである。ねじ部の直径が拡大していることによって、ねじが対象物内で前進する間、常に、全てのねじ部が無傷の材料に接触する。こうして、もしねじが瞬間的に停滞して対象物内の雌ねじに剥落が起きても、ねじが前進を開始すると直ちに全てのねじ部が新しい部分と噛み合う。
【００２９】
ストレートな外径を有するねじの場合には、剥落が起こると常に、リーディング端のねじ部のみが無傷の材料に侵入し、残りのねじ部は、十分前進して剥落が起きた全領域を通過するまで噛み合い部をもたないことになる。こうして、ストレートなリーディング端を有するねじは、剥落が起きた場合には、突発的に、ほぼ完全な圧縮力の消失を招くことになる。さらに、圧縮力の消失はねじを前進させただけでは回復しない。このような作用はハーバートねじでは明白であり、事実、リーディングねじ部の剥落に起因する圧縮力の突然の消失が起こることが知られている。ハーバートねじの場合は、本明細書で開示する多くのねじの場合と同様に、剥落は、リーディング部のねじ部とトレーリング部のねじ部との間のピッチの相違によって起こる。両部分において同一ピッチを有しているねじ１１０の場合には、剥落は、スリーブの先端部が対象物の表面に接触した後に引張り力が発生した際に起こる可能性がある。
【００３０】
図１５は、ねじ１１０に類似のねじ２１０を示している。しかし、ねじ２１０は、リーディング部２２４において大きいピッチを、トレーリング部２２６において小さいピッチを有し、それらの間にねじ切りされていない中央部２２８を有している。両部におけるピッチは異なるが、各部内のピッチは一定である。ねじ１１０に関する説明と同様にして、ねじ２１０はスリーブ１４０と共に使用することができるが、ピッチの相違のおかげで、スリーブなしでも圧縮力を発生させることができる。ねじ２１０はリーディング部及びトレーリング部にテーパー形状を有するように図示しているが、特定の用途においては、いずれか一方の部分のみをテーパー状にすることもできる。さらに、特定の用途に適合させるために、２つの部位の長さとねじ無し部の長さとの相対関係を変化させることができる。
【００３１】
図１６は、ねじ１１０に類似のねじ３１０を示しているが、ねじ３１０は、リーディング部３２４では不定ピッチを、トレーリング部３２６では一定ピッチを有している。ねじ２１０と同様にねじ３１０は、スリーブと共に、あるいはスリーブ無しで使用することができる。リーディング部３２４における不定ピッチのねじ部は、ねじのトレーリング端に向かって減少するピッチを有している。こうして、リーディング部のねじ部は、リーディング部とトレーリング部との間で発生する圧縮力に加えて、ある程度の内部圧縮力を発生させる。このことは、リーディング端付近に追加的な圧縮力または圧縮作用が要求される場合には利点となる。
【００３２】
追加的な圧縮力を発生させるために、ここに示す種々の実施形態のねじのトレーリング部に不定ピッチを与えることもできる点を理解されたい。ピッチ変化が過大でない限り、このようなねじはスリーブと共に用いることができる。その場合、スリーブ内におけるねじ部との嵌め合いをやや緩めとするか、あるいは、ねじ上のねじ部によって変形する程度に柔軟な内面を有するスリーブを使用する。
【００３３】
図１７は、リーディング部４２４と、トレーリング部４２６と、中間部４２８とを備えたねじ４１０を示している。各部ともねじ部を有し、ピッチパターンはねじ１０と同一である。ねじ１０のように、ねじ４１０もまたセルフドリル先端部４３２及び中心穴部４３４を有している。ねじ４１０は、ねじ部の外径が中間部においても拡大するテーパー状となっている点においてねじ１０と異なっている。特に図示の形態では、ねじ４１０は、リーディング部及びトレーリング部においては2°前後の角度で、中間部においては約1/2°の角度でテーパー形状をなしている。中間部のテーパー角を減少させることによって、ねじ１０と比較していくらかの追加的保持力を発生させながら、ねじをねじ込むための駆動力を低減することができる。中間部はテーパー無しとすることもできるし、あるいはトレーリング端に向かって縮小するテーパー形状を与えることもできる点に留意されたい。
【００３４】
他の実施形態と同様に、破線４３８は、軸線４４０周りのねじ山包絡面形状を示している。ねじ山包絡面は、リーディング部から中間部への移行領域４４２において、わずかなくびれ部またはステップ部を有していることが示されている。包絡面は次いで、中間部からトレーリング部への移行領域でステップ状に拡大している。
【００３５】
図１８は、リーディング部５２４及びトレーリング部５２６を有するねじ５１０を示している。リーディング部は、ねじの前端部付近で大きくトレーリング部に向かって減少する不定ピッチを有している。トレーリング部におけるねじ部は一定ピッチであり、かつそれはリーディング部のトレーリング端と同じピッチで始まっている。リーディング部はトレーリング部より短く、ねじ形成部の約1/3を構成している。リーディング部からトレーリング部への移行部分におけるねじ部の包絡面の外径は、凸状の移行部分を形成している。トレーリング部は一定の直径を有するように示しているが、別形態としてテーパー状にしてもよい。同様にピッチは一定であるように示しているが、要求される圧縮力に応じて不定ピッチを採用することもできる。
【００３６】
図１９は、リーディング部６２４と、トレーリング部６２６と、中間部すなわちくびれ部６２８とを備えたねじ６１０を示している。１条の連続的なねじ部６２２が、上記３つの全部分にわたって形成され、それは全長にわたってほぼ一定割合で変化するピッチを有している。前述したような他のピッチパターン、例えばリーディング部及びトレーリング部では一定ピッチで中間部では不定ピッチといったパターンを用いることもできる。ねじ６１０のねじ山は、ここに開示する他のねじと同様に、ねじの軸線６４０の周囲にねじ山包絡面を想定することができ、この面は破線６３８で示している。ねじ６１０のねじ山包絡面は、傾きまたは直径に関して急変する不連続性をもたず、滑らかに変化している。ねじ山包絡面は、リーディン部から中間部への移行部分では凸状であり、トレーリング部への移行部分では凹状となっている。ねじ６１０は中心穴部６３４及びセルフドリル先端部６３２を備えている。
【００３７】
図２０は、ねじ１０と類似のねじ７１０を示しているが、ねじ７１０は、ねじ切りされていないリーディング延伸部７４２及びねじ切りされていないトレーリング延伸部７４４を有している。２つの細長い部材を一体に固定した場合にはねじの軸に曲げ荷重が作用するが、このような曲げ荷重に抗するという点でねじ切りされていない延伸部は有効である。従ってねじ７１０は、例えば指節間の接合処置に有効である。ここで延伸部は、ねじ１０のような形態のねじに設けて図示しているが、本明細書に記載のどのねじにも設けることができる点を理解されたい。
【００３８】
図２１は、ねじ１０と類似形状のねじ８１０を示しているが、ねじ８１０はさらに頭部８４６を備えている。ねじ８１０は、一定ピッチのリーディング部８２４と、より小さい一定ピッチのトレーリング部８２６と、不定ピッチを有しリーディング部とトレーリング部とを接続している中間部８２８とを備えている。このピッチパターン及び外径形状は、本発明による頭部を有するねじに特有というわけではなく、また頭部を有するからといって要求されるものでもなく、ここに開示される他の実施形態に対しても頭部を設けることができる点を理解されたい。頭部を有すると、ねじを、接合される対象物の表面下までねじ込めなくなるという欠点をもつことになるが、頭部が有効な場合もある。例えば、板材が動かないようにする固定材または支持材としてねじを使用するような場合である。
【００３９】
図２２は、リーディング部９２４と、トレーリング部９２６と、中間部すなわちくびれ部９２８とを備えたねじ９１０を示している。リーディング部は円錐台形状であり、ねじの軸線９４０に対して約2°の角度を有するテーパー状をなしている。中間部におけるねじ山の外径は、リーディング部のトレーリング端からステップ状に、ほぼリーディング部始点の直径にまで縮小している。中間部におけるねじ山の外径は、次いで、トレーリング部内までつながるように滑らかに拡大するテーパー状をなしている。このように、中間部及びトレーリング部もまた、約2°の角度を有する円錐台形状となっている。リーディング部はねじ長さの約 1/3を占めているが、もちろん他の割合とすることもできる。図示するようにリーディング部のねじピッチは一定である。中間部及びトレーリング部のねじピッチも一定であるが、リーディング部のピッチよりは小さい。リーディング部、中間部、及びトレーリング部の全てにおけるねじピッチを不定ピッチとすることもできる。
【００４０】
ここに開示した本発明による種々のねじに関しては、整形外科用途に特化して説明してきたが、本発明によるねじ構成は他の締結目的にも使用できることを理解されたい。例えば、本発明によるねじは、木製フローリング材の下張り床への締結、被覆材料または石膏ボードの間柱への締結、あるいはその他多数の非医療用途に使用可能である。本発明によるねじは概して、圧縮力が必要な場合、あるいは、２つの対象物を一体に固定しなければならないが標準ねじや標準釘の頭部が機能的または外観的に好ましくない場合に特に有効である。
【００４１】
以上、本発明については好ましい実施形態を用いて説明してきたが、本発明は、ここに開示し図示した特定の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を構成することが可能である。本発明者は、ここに開示した種々の部材、特徴、機能、及び／または特性を組合せて構成される新規でかつ自明でない組合せ及び下位の組合せの全てが、本発明の主題に含まれるものと考える。開示した実施形態の特徴、機能、部材または特性は、ただ１つでは必須要件とならない。冒頭に記載の請求項は、新規でかつ自明ではないとみなされる組合せ及び下位の組合せを規定するものである。特徴、機能、部材及び／または特性の他の組合せ及び下位の組合せは、本出願または関連出願において、現請求項の補正により、または新たに提示される請求項により権利範囲として請求されるかもしれない。そのような請求項は、現請求項に対して広い範囲、狭い範囲、あるいは同等の範囲のいずれであっても、本発明者による発明の主題に含まれるものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明により構成されたねじの側面図である。
【図２】 図１に示すねじのセルフカッティング先端部の斜視図である。
【図３】 図１に示すねじの断面図である。
【図４】 図１に示すねじと共に用いられるドリルの斜視図である。
【図５】 図１に示すねじを利用する準備として、骨にガイドワイヤを配置する段階を示す断面図である。
【図６】 必要なねじ長さを測定するために用いられる深さゲージの使用状況を示す断面図である。
【図７】 図４のドリルの使用状況を示す断面図である。
【図８】 図１のねじが部分的に骨にねじ込まれた状態を示す断面図である。
【図９】 図１のねじが最終位置にある状態を示す断面図である。
【図１０】 本発明により構成された別形態のねじを示す側面図である。
【図１１】 図１０のねじがスリーブ及び駆動ハンドルに装着され、亀裂の入った骨に部分的にねじ込まれた状態を示す断面図である。
【図１２】 図１１の骨の亀裂間隙がスリーブを回転させることによって減少した状態を示す断面図である。
【図１３】 図１１の骨の亀裂間隙がスリーブ及びねじを回転させることによって減少した状態を示す断面図である。
【図１４】 ねじがスリーブから離れて行く際の図１１の骨を示す断面図である。
【図１５】 ねじ切りされていない中間部を有する本発明によるねじを示す側面図である。
【図１６】 ねじ切りされていない中間部を有する本発明によるねじを示す側面図である。
【図１７】 本発明によるねじの別形態を示す側面図である。
【図１８】 円筒状のトレーリング部を有する本発明によるねじを示す側面図である。
【図１９】 滑らかに変化する外径を有する本発明によるねじを示す側面図である。
【図２０】 ねじ切りされていないリーディング延伸部及びトレーリング延伸部を有する本発明によるねじを示す側面図である。
【図２１】 頭部を有する本発明によるねじを示す側面図である。
【図２２】 ステップ状にテーパー形状が変化する本発明によるねじを示す側面図である。
【符号の説明】
１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０…ねじ ； １６，１１６…谷底部 ； １８，１１８…リーディング端； ２０，１２０…トレーリング端 ； ２２，１２２，６２２…ねじ部 ；２３…ねじ山 ； ２４，１２４，２２４，３２４，４２４，５２４，６２４，７２４，８２４，９２４…リーディング部 ； ２５…ねじ間スペース ； ２６，１２６，２２６，３２６，４２６，５２６，６２６，７２６，８２６，９２６…トレーリング部 ； ２８，１２８，２２８，４２８，６２８，７２８，８２８，９２８…中間部（中間領域） ； ３２，１３２，４３２，６３２…セルフドリル先端部（セルフカッティング先端部） ； ３４，１３４，４３４，６３４…穴部（中心穴部） ； 終端領域…８０ ； ８２…始点 ； ４３８，６３８…ねじ山包絡面 ； ４４０，６４０，９４０…軸線 ； ４４２…移行部（移行領域） ； ７４２，７４４…延伸部 ； ８４６…頭部 ； Ｐ…ピッチ

Claims (50)

1. リーディング端と、
   該リーディング端に近接し複数のねじ山を有するリーディング部と、
   トレーリング端と、
   該トレーリング端に近接し複数のねじ山を有するトレーリング部と、
   前記リーディング部と前記トレーリング部との間に配置され少なくとも１周分のねじ山を有するくびれ部と、を備え、
   前記リーディング部のねじ山は、前記トレーリング部のねじ山より大きい平均ピッチと小さい最大外径とを有し、かつ前記くびれ部における少なくとも１周分のねじ山の最小外径は、前記リーディング部のねじ山の最大外径より小さく、
   前記くびれ部の外径は縮小され、前記くびれ部の長さにわたってねじ外径が実質的に一定であることを特徴とするねじ。
2. 前記リーディング部のねじ山の外径は、前記リーディング端に向けて縮小し、かつ前記トレーリング端に向けて拡大していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
3. 前記リーディング部のねじ部のピッチは、前記リーディング端に向けて減少し、かつ前記トレーリング端に向けて増大していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
4. 前記くびれ部領域の最小外径は、前記リーディング部の最大外径より少なくとも５％小さいことを特徴とする請求項１に記載のねじ。
5. 谷底部をさらに備え、該谷底部上にねじ山が形成され、かつ当該ねじにおいて前記谷底部より大きい径を有する部分は、前記ねじ山の存在部分だけであることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
6. 前記谷底部と前記ねじ山の外径との間で測定されるねじ面高さは、前記リーディング端付近では、前記リーディング部と前記トレーリング部との間の外径の変化代と少なくとも同寸法であることを特徴とする請求項５に記載のねじ。
7. 前記リーディング部のねじ面高さは、前記リーディング部における谷底部の半径と少なくとも実質的に同寸法であることを特徴とする請求項５に記載のねじ。
8. 前記谷底部の少なくとも一部分は、実質的に円筒状であることを特徴とする請求項５に記載のねじ。
9. 前記ねじ山の最大径は、当該ねじ全体の中の最大径であることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
10. 当該ねじの少なくとも一部では、外径が徐々に拡大するにつれてピッチが徐々に減少していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
11. 前記ねじ部の大部分では、ピッチが実質的に連続的に変化していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
12. 前記くびれ部は、複数のねじ山を有していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
13. 前記リーディング部、前記くびれ部、及び前記トレーリング部のねじ山は、連続的な１条のねじ部を形成していることを特徴とする請求項１２に記載のねじ。
14. 前記くびれ部のねじ山の外径は、実質的に一定であることを特徴とする請求項１２に記載のねじ。
15. 前記リーディング部のねじ山の外径は、前記トレーリング部に向けて平均０．８°〜３°の角度をもって広がるテーパー形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
16. 前記トレーリング部のねじ山の平均ピッチは、前記リーディング部のねじ山の平均ピッチの約９０％より小さいことを特徴とする請求項１に記載のねじ。
17. 前記各部はそれぞれ、当該ねじの長さの少なくとも１０％を占めていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
18. 当該ねじは軸線を有し、かつ該軸線に沿って当該ねじを貫通し延在する穴部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
19. 前記リーディング部のねじ山の外径は、当該ねじの軸線に対し０．５°〜５°の角度をもって広がるテーパー形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
20. 前記リーディング部のねじ山のピッチは、実質的に一定であることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
21. 前記トレーリング部のねじ山のピッチは、実質的に一定であることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
22. 前記トレーリング部のねじ山の平均ピッチは、実質的に前記リーディング部のねじ山の平均ピッチの少なくとも半分であることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
23. 前記くびれ部は、当該ねじの長さの少なくとも２０％を占めていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
24. 前記リーディング部のねじ山のピッチは、前記トレーリング部に向けて減少していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
25. 前記トレーリング部のねじ山のピッチは、前記リーディング部に向けて増大していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
26. 前記トレーリング部のねじ山の外径は、前記リーディング部に向けて縮小していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
27. 前記リーディング部の端部から前記トレーリング部の反対方向に突出し、かつねじ切りされていない延伸部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
28. 前記トレーリング部の端部から後方へ、すなわち前記リーディング部の反対方向に突出し、かつねじ切りされていない延伸部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
29. 前記ねじ山の外径は、当該ねじの軸線周りにねじ山包絡面を形成し、該ねじ山包絡面は、前記リーディング部から前記くびれ部への移行部で凸状をなし、かつ前記くびれ部から前記トレーリング部への移行部では凹状をなしていることを特徴とする請求項１６に記載のねじ。
30. 前記ねじ山包絡面は、前記リーディング部では概して円錐状であることを特徴とする請求項２９に記載のねじ。
31. 前記ねじ山包絡面は、前記トレーリング部では概して円筒状であることを特徴とする請求項２９に記載のねじ。
32. 前記リーディング部、前記くびれ部、及び前記トレーリング部を通って延在する谷底部をさらに備え、該谷底部の直径は前記リーディング部及び前記くびれ部において実質的に一定であることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
33. 谷底部をさらに備え、前記リーディング部のねじ山には終端領域が設けられ、該終端領域ではねじ山が、前記リーディング部のねじ山の略平均外径から前記谷底部の始点にまで減少し、かつ前記谷底部の直径は終端領域において実質的に縮小せず、前記リーディング部の外径は、前記終端領域の外側で１山毎に概して拡大していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
34. 前記終端領域は、１周分未満のねじ山を有していることを特徴とする請求項３３に記載のねじ。
35. 前記ねじ山包絡面は、前記トレーリング部において概して円錐状であることを特徴とする請求項２９に記載のねじ。
36. 前記各部はそれぞれ、該３つの部分の合計長さの少なくとも１５％を占め、かつ前記ねじの軸線に沿って延在していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
37. 前記各部のうち少なくとも１つの部分ではねじ山のピッチが変化していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
38. 前記くびれ部においてピッチが変化していることを特徴とする請求項３７に記載のねじ。
39. 前記３つの部分の全てにおいてピッチが変化していることを特徴とする請求項３７に記載のねじ。
40. 当該ねじは、生体適合性材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
41. 当該ねじは、再吸収可能材料から形成されていることを特徴とする請求項４０に記載のねじ。
42. 前記再吸収可能材料は、骨化材料であることを特徴とする請求項４１に記載のねじ。
43. 前記３つの部分の合体長さは、０．５〜４インチ（１２．７〜１０１．６ｍｍ）であることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
44. 谷底部をさらに備え、該谷底部上にはねじ山が形成され、かつ該ねじ山は谷底部にねじ間スペースを有し、さらに前記谷底部上のねじ間スペースは、前記３つの部分にわたって一定ではないことを特徴とする請求項１に記載のねじ。
45. 前記リーディング部の前記トレーリング部反対側端部に配置されたセルフカッティング先端部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
46. 頭部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
47. 当該ねじは、頭部を有していないことを特徴とする請求項１に記載のねじ。
48. 前記リーディング部のねじ山の外径は、前記トレーリング部に向けて当該ねじの軸線に対し０．５°〜２．５°の角度をもって広がるテーパー形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
49. 前記リーディング部は、少なくとも３つのねじ山を有していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。
50. 前記くびれ部は、前記リーディング部より小さい平均外径を有していることを特徴とする請求項１に記載のねじ。

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