JP4447780B2 - シャフトを切断するためのツール - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、普通には金属シャフトであるシャフトの切断に関し、シャフトを破断面に沿って切断するために、接触シャフト長が互いに相対的に捩じ込まれる。本発明は、ロック可能なねじ組立体への特定用途を持ち、上に配置されて普通はロックされるナットの露出表面に実質的に整列する破断面のところで、シャフトが切断される。この用途は、外科手術用途において特に価値があり、このようなねじ組立体は、個々の状態に対して即座に適合可能な長さを持つ皮質骨用ねじとして用いられる。
【０００２】
多くの分野では、与えられた不定の長さに対して用いることができ、しかも露出面から長さ方向に突出することを許容しないねじとボルトに対するニーズがある。特に外科手術においては、繋プレートの露出面で、実質的に滑らかな表面を備える骨へ繋プレートを確実に取付けるために、これまでは正しい長さの皮質骨用ねじを注意深くして選択する必要があった。
【０００３】
本発明によると、シャフト切断用ツールは２個の整列管状要素を備え、その各々は、同シャフトの接触長を受容する端部を有する。受容されたシャフト長との相対回転に抗して各端部をロックするために手段が提供され、そして要素は、端部をそのようにロックしたまま、互いに回転して、シャフト長を相対的に捩じ込み、両者間の界面でその長さを剪断するように成される。要素の端部は普通には並置面を有し、それらの面は相対回転する際に、シャフト長が相互に捩じ込まれるのに伴って、互いに向き合う方向へ移動されるのが好ましい。これが、破断面での実質的に平らな面の達成を支援する。圧縮ワッシャ（座金）を並置面間に配設してもよい。これにより、シャフト切断時に移動部品を安定させるが、管状要素上のねじ部は普通には、要素の相互に向合う方向の移動に影響を及ぼし、そしてこのこと自体が、十分な安定性を持つことができる。
【０００４】
本発明によるツール内の管状要素は常時は同軸に整列している。しかし、作動要素の共通軸からオフセットした軸に沿ってツール内に装着されて切断されるシャフトを備えることには有利な点がある。これにより、シャフト内に幾らかの付加剪断力が発生し、破断面に沿う平坦面の創成に貢献するが、シャフト断面内の１点での剪断力が増加すると、当然のことながら破断面上の反対位置での剪断力の減少をもたらすことが理解されよう。これらの編成において、シャフトが管状要素に対して偏心配置されているか否かにかかわらず、管状要素は、それら自体がテレスコピックに係合されることによって、同軸アライメントの維持を支援するのが好ましい。
【０００５】
シャフトの接触長をツールの各要素と相対的にロックするために、異なる技術を用いてもよい。１つの機構は、スリーブを間に配設して、各管状要素の端部に把持構成要素を備える。このスリーブは、把持構成要素に整列する収束方向の円錐台面を有し、そして、円錐台面の上で相互に向けて構成要素を付勢するための手段が備えられ、それによって、半径方向内側方向でシャフトと係合し、これを把持する。好ましい実施の形態では、把持構成要素は、管状要素が相対回転しながら相互に向き合う方向へ移動するとともに、把持要素が駆動されてシャフトと係合するように、管状要素の並置面間に配置される。
【０００６】
上に記載の機構の把持構成要素はそれぞれ、把持面がシャフトに向けられた、頭蓋断片（cranate segment）の環状アレイの形態をとることができる。この種の機構は、ねじを支えるような、不規則外側表面を伴なうシャフト上での使用に特に適している。把持構成要素がシャフトに係合すると、それらは、有効な接触を確保するために、この表面に切り込んでいくか、あるいはねじを切る。シャフト全体が非円形断面を有する場合、把持構成要素の構成をそれに対応させることができる。
【０００７】
もう一つのロック機構は、管状要素開口部の端部における特定の装備、および、それ自身は非円形でなければならない、シャフト断面の一致に基づく。ツールが所定位置にあり、そしてシャフトが両要素の端部の開口部内に受容されている状態で、管状要素の相対回転は対応する相対回転をシャフト上に課し、その結果、両端部間の突き当てに相当する破断面に沿って、シャフトを切断する。本発明のこの変形は、上記の外科手術用途に特に関連性を持ち、その場合ナットは、ねじ付シャフト上に配置され、選択された軸方向位置にロックされるようになっている。この変形では、本発明によるツールは、ナットを支承するねじ付シャフトの切断での使用に適し、このシャフトは、軸方向に延在する少なくとも２つの弧状領域において、上に外形部を持つ。ナットは、シャフトの非円形領域を補完する軸端領域を有し、それに１つの方向付けを形成し、延在する非円形断面は、ツールの１つの管状要素の端部の開口のそれ一致する。シャフト自身の断面は当然のことながら、他方の要素の端部の開口と一致する。上記の機械の特定使用において、本発明はまた、ねじとナットを備えるねじ組立体を提供し、そこでナットは、選択された軸方向位置に直ちに配置されてロックされ、そしてシャフトは、実質的に滑らかな表面を残すように、ナット面のところで瞬時に切断されることができる。シャフトは、軸方向に延在して常時は平行な少なくとも２つの弧状領域に形成される雄ねじを有する。ナットは、相補雌ねじを同じく少なくとも２つの弧状領域に有し、そしてシャフトとナットの各ねじ領域は不整列可能なので、ナットは、回転することなく、もしくは少なくとも、係合したねじ部とともに回転することなく、シャフトに沿って並進移動できる。ナットがその意図された最終位置に近づいた状態で、それは、ねじ部を係合させるよう回転され、そして表面へナットを最終締め付けできるようにするために、一定範囲の回転角を超えて回転してもよい。ナットが、ツールの第１要素によって係合されることができる断面を有するよう、その最大回転角度範囲にあるとき、ナットは、シャフトの断面延在部と結合する断面延在部を有する。ナットの延在部から突出するシャフトの長さは、ツールの第２要素によって係合されることができ、そして、ツールの第１と第２要素間の結合部がナットの延在部の露出面へ接近するとともに、２つの要素は、延在ナット部分の端面で実質的にシャフトを切断するために、互いに相対回転されることができる。シャフト上のねじ部は普通には、軸方向に延在する２つの正反対の弧状領域を有し、その間に実質的に平行なフランクを備える。そのような編成におけるナットの延在部は、シャフト上の角配向のその拡大範囲でねじ付弧状領域に整列するための２つの胸壁を備える。
【０００８】
本発明者は、本発明の実施において、要素が相対回転して、シャフトの突出長をその隣接長に対して捩じ込む間、剪断力が実質的に捩じ込みの平面で発生し、その結果、この平面でシャフトが徐々に加工硬化、即ち脆性化され、最後にこの平面のところで切断されることを見出した。シャフト上のナットの有無に関らず、同じ現象が現れる。破断の達成に必要な２つの要素の相対回転運動の範囲および数は当然のことながら、シャフトの材料、その寸法、および相対回転の速度に依存する。一般に、回転の速度が低いと、加工硬化の効果が向上し、破断面で形成される表面を滑らかにする。
【０００９】
ねじ付シャフトをナット端面で奇麗に切断できる手段の提供に加え、本発明はまた、相対回転を防ぐためにシャフトとナットのねじ部を効果的にロックする手段を提供する。突出シャフト長が、ナットで制限されたシャフトに対して捩じ込まれると、シャフト上のねじ部が塑性変形して、ナット上のねじ部と不規則に係合し、シャフトに対する回転に抗してナットを効果的にロックする。これは、装着された組立体のための付加的保護を提供し、ねじ組立体が効果的に単一プロセスで、所望の破断面においてロックされて切断されることを可能にする。
【００１０】
上記に従って、ここに説明した種類の組立体のねじ付シャフト上にナットを嵌合してロックする本発明に基づく方法は、典型的には以下のステップを含む：
ａ）ナットとシャフトのねじが不整列の状態で、シャフトが受容される表面とナットが係合するまで、シャフトに沿ってナットを移動し；
ｂ）ナットを、その最大回転角度範囲まで回転し；
ｃ）ナットと、ナット内のシャフトとを、それらの確定配向に保持し；そして、
ｄ）ナットの延在部から突出するシャフト長を回転することにより、ナット内のシャフトを捩じ込んで、相互にねじ部をロックするとともに、ナットの延在部の端面でシャフトを切断する。
【００１１】
上記の方法で用いるツールは、共通軸を中心に相対回転可能な２つの同軸管状要素を備え、外側要素は、第１断面を備える端部を有し、内側要素は、外側要素端から軸方向に離間する第２断面を備える端部を有する。第１断面は、シャフトの断面と、組立体のナットの延在部との結合に嵌合するように成され、第２断面は、シャフト周りに嵌合するように成される。手段は、ナット内のシャフトに対して、ナットから突出するシャフトを捩じ込むために、内外要素の各端部がシャフトとナット、およびシャフトに嵌合された状態で、内側要素と外側要素を相対回転することにより、ナット延在部の面のところの平面でシャフトを切断するために手段が提供される。典型的には、本発明のツールの回転手段は、実質的に同一平面上にあって、要素の共通軸から横断方向に延在する２本のアームを備える。この形態において、シャフトの金属を破断面で加工硬化即ち脆性化する役を果たす初期捩じ込みを成すべく、両アームは、両手で容易に保持されて一緒にすることができる。アームは、加工硬化即ち脆性化プロセスを継続する逆動作をさせて、それらの元位置へ戻されることができ、シャフトが破断するまで、これらの動きを繰返すことができる。管状要素の相対回転を遅くすると、破断面でより滑らかな表面が形成されることが分かった。一般には、２または３回の捩じ込み移動は１８０°前後で十分である。普通、各回転は、約１３５°を超える管状要素の相対回転を生ずる。
【００１２】
本発明は一般には、金属、典型的にはステンレス鋼のシャフトとナットの組立体の具体化を意図する。医療用途のためには、標準で３１６L comp. D.の移植（インプラント）鋼を使用するのがよい。この材料で直径約３．５ｍｍのシャフトは、本発明を具体化する皮質骨用ねじの基本構成要素として良好に機能し、突出シャフトの１３５°にわたる２回の相対捩じ込みにより、ナットの延在部の露出面で奇麗に破断できることが分かった。しかし、本発明は、ＡＢＳのようなプラスチック材料を含め、他の材料でできたシャフトを切断する場合にも役立つ。
本発明は、実施例と添付の概略図面を参照して以下説明される。
【００１３】
図１に示す組立体は、除去ダクト６が、ねじの両側に平行に切削されているフランク８へ延在する鋭端部４を有するねじ２から成る。見ての通り、フランクは、ねじ山の根元より十分下側まで切削されている。ナット１０は一般に、その内側面にシャフト２上の雄ねじに合致する雌ねじを形成する２つの直立突出部１２を持つ半球状基部を有する。ナットの突出部１２上の各ねじ領域の周辺範囲は、シャフト２上の各フランク８を形成するために切削されたねじ部の概略的な周辺長さ未満である。従って、各ねじ部が並んでいない場合はねじ部同志が係合せずに、ナット１０はシャフト２に沿って並進移動できる。しかし、これは必須ではない。この組立体は、当然のことながら、ナットの全ての面にねじ部を設けた場合でもその並進移動を達成するためにナットの回転を必要とするが、非常に有効に機能し、そしてこれはある状況において好ましい。
【００１４】
図２は、基材に対してプレート１４をその上で保持するナット１０を用いて、基材に取り付けられるシャフト２を示す。ナット１０は、示す位置までシャフトに沿って（並進）移動させてある。ツール（図示せず）を次いでシャフト２上のナット１０を回転して各ねじ部を係合位置へ導くよう用いられる。この係合位置はまた、それを基材１６に対して堅固に保持するためにプレート１４に対してナット１０を最終的に締め付る役目を果たすことができる。しかし、ナットのねじが引続きシャフト上のねじ部に係合する時、最終締め付けはそれ以降に完了されてもよい。
【００１５】
ナット１０が最終位置にあり、且つナットとシャフト上の各ねじ部位置が完全な係合状態にあると、シャフト上のフランク８は、ナット突出部１２の側部１８で整列する。この配向では、ロッキングおよびブレーク・イン・ツールの外側管状要素２０をシャフトとナットの上に嵌合してそれらをその相対配向で保持する。同時に、内側管状要素２２は、フランク８を係合するシャフト２の突出長にわたって滑動する。内側と外側要素が所定位置にあるままで、シャフトの突出長をナット内部のシャフトに関して捩じ込むよう、それらは相互に関連して回転される。これにより、平面２４でシャフトの金属を当初は硬化させる作用をしたナット突出部１２の露出面であったであろう部位に剪断力を生じ、結果的にその平面でそのシャフトを切断する。この方法でシャフトを切断すると、破断面で実質的に平滑な表面がもたらされ、明らかに表面が外科手術において許容できるほど十分滑らかであることを見出した。
【００１６】
上記のように、破断面２４でシャフトを相対的に捩じ込むことにより、破断面で実質的にシャフトを脆弱化し、結果として切断するだけでなく、シャフトに関する不用意な後続の回転に抗してナットを効果的にロックするためにシャフトのねじの塑性変形を達成する。この結果、シャフトが破断面で切断される場合に、ナットもシャフト２へロックされ、プレート１４がそれによって基材１６に抗して安全に固定される。
【００１７】
本発明は、その両側に平らなフランク８を有するシャフト、および突出部１２上の相補的で平らな表面１８を有するナットに関して特に記載してきたが、シャフトとナットの種々の断面を使用できることは明らかであろう。例えば、シャフトの断面は一般にナットとシャフトのそれぞれが４つの弧状ねじ部領域を有しながら、十字形であってもよい。ロッキングおよび切断ツールの外側要素上のフランジ２６の内側断面と、内側要素とは、当然のことながら、いずれの改良されるシャフトおよびナットの断面にも一致しなければならないであろう。
【００１８】
図３Ａは、シャフトとナットを省いた、捩じ込みツールの同軸管状要素の詳細図を示す。見ての通り、外側要素２０は内部方向に向けられるフランジ２６で終端を成し、それは、ねじ部が完全に接触している場合に、シャフト２とナット突出部１２の断面を補完するこのフランジ２６の内側境界である。内側管状要素は、少なくともこの端部において完全に外側管状要素内部にあり、外側要素２０のフランジ２６上に載置されるか、実質的に載置される。内側要素２２は、平らな面８を持つシャフト２に合致する内部断面を有する。
【００１９】
図３Ｂは、更に捩じ込みおよび切断ツール全体の縮小図を示す。見ての通り各要素２０、２２は、管状要素の共通軸３２を中心にして回転されて互いに関して各シャフト部分を捩じ込むそれぞれのアーム、即ちハンドル２８、３０に接続される。
【００２０】
図４は、シャフト２の接触長に抗するそれぞれの要素２０と２２をロックするためのロック機構の別の態様を示す。要素２２は要素２０内で受容され、３４で示されるねじによってそれへ接続される。従って、管状要素が互いに関して回転されると、それらの並置端３６と３８は互いに向かって移動する。それらの間には、２本のスリーブ４４の円錐台面上に配設される２つの環状把持構成要素４０と４２がある。従って、要素２０と２２の端部域３６と３８が互いに向かって移動すると、把持構成要素４０と４２は傾いて、シャフト２の接触長との把持係合状態になる。要素２０と２２の回転が続くと、シャフトの把持された領域は、互いに関して回転され、最終的に破断面４６におけるシャフトの切断をもたらす。スリーブ４４の間に、実質的には破断面に設置されるワッシャ５０は、シャフト長との相対回転を容易にする。
【００２１】
図５は、管状要素２０と２２の端部における開口部が共通回転軸に関して偏心している編成であり、それによって、シャフトがこれらの開口部に設置される場合、その回転軸は、管状要素の共通軸から離間される。管状要素２０と２２の端部におけるそれぞれの開口部の表面は、管状要素が互いに関して回転される際に、シャフト２の表面と係合を強いられる把持表面とともに形成される。最終結果は、シャフトがこの偏心での捩じ込み結果として、それぞれの管状要素の端部における開口部間の破断線に沿って切断されることである。この局面では、それぞれのシャフト長に適用される把持が管状要素が相対的に回転されるにつれて、増加することが理解されよう。
【００２２】
図５に示す実施の形態では、圧縮ワッシャ４８は、それぞれの管状要素の端部領域間のシャフト周りに配設される。これは、管状要素の端部が要素が相互に関連して回転されるにつれて、制御された方法で互いに向かって移動し、シャフトを切断するのに備えられる。
【００２３】
更に、図５は、シャフト上に設置されるナット５２を、管状要素２０の端部における開口部に設置されるその延在領域とともに示す。ナットの延在領域はシャフト２上の一部もしくは全体で形成されるねじ部へ加えられる幾らかの付加的軸圧縮に備えるために、下方切欠き、またはあり継ぎされた突起物を有することができる。
【００２４】
他の把持およびロック機構は、接触シャフト長を係合し、それによって破断面でのその切断を容易にするために用いられてもよいことが理解されよう。
【００２５】
本発明は、骨繋プレート（bone plate）または他の要素が骨に抗して固定される必要がある場合の手術における特定用途を有する。本発明によるねじ組立体は、皮質骨用ねじとして用いることができ、非常に有利な点は、当然のことながら、同じ長さのシャフトを各固定作業において用いることができることである。予め骨に穴をあけた後、シャフトは、露出長の断面を係合するよう適合されたツールを用いて所望の深さで嵌合され、そして深く打ち込まれる。次いでナットは、露出したシャフト長にわたって嵌合され、その最終位置へ実質的に移され、ここで、それは、必要な角度にわたり回転されてナットを最終的に締付け、ナット突出部とロッキング及び切断ツールの外側管状要素のフランジに受容されて嵌合されるよう適合されるシャフト断面を作成する。ツールは次いで、ナット上のシャフトのみを係合する内側要素と嵌合し、そしてツールは上に記載の方法で操作される。予めシャフトのねじ部は、シャフト上のナットをロックするために塑性変形され、捩じ込みを続けるにつれ、シャフトが破断面で徐々に脆くなり、結果として滑らかな露出面を残すよう切断される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 シャフトとナットを備える、本発明による組立体を示す斜視図である。
【図２】 シャフトとナットがプレートに挿入され、ロックツールがその上に配設されていることを示す長手方向断面図である。
【図３】 捩じ込みツールの構成要素を図解する縮尺断面図である。
【図４】 代替ロック機構を図解する拡大断面図である。
【図５】 本発明のツールによる管状要素の、シャフトに対する偏心移動が、剪断システムが作動されるとともに、どのようにして発生するかを示す図である。

Claims (15)

1. シャフトを切断するためのツールであって：
   共通軸に沿って整列した２つの管状要素であって、一方の管状要素が他方の管状要素の内部に係合されているとともに、前記シャフトの連続した長さ部分を該共通軸上に受容するための端部を有する２つの管状要素；
   前記２つの管状要素の各端部が各端部内に受容されたシャフトの長さ部分に対して回転しないように各端部をロックするためのロック手段；および、
   前記端部をロックした状態で前記２つの管状要素を相対的に回転させることにより、前記シャフトの長さ部分を相対的に捩じり前記端部間の界面で前記長さ部分を剪断するための回転手段；を備えるツール。
2. 前記２つの管状要素端部は互いに隣置された面を有する、請求項１のツール。
3. 前記相対回転の間、前記隣置面を相互に向けて付勢する手段を含む、請求項２のツール。
4. 前記付勢手段は、前記管状要素上に設けた互いに螺合するねじ部を備える、請求項３のツール。
5. 前記隣置面の間に配設された圧縮ワッシャを含む、請求項２から４の何れかのツール。
6. ロック手段は：
   各管状要素の端にある把持構成要素；
   各管状要素と把持構成要素の間に配設されたスリーブであって、把持構成要素と整列する集束円錐台面を有するスリーブ；および、
   前記円錐台面上で相互に向けて前記把持構成要素を付勢し、それにより前記把持構成要素を前記シャフトに半径方向内方に係合して把持させるための付勢手段；を備える、請求項１から５の何れかのツール。
7. 前記２つの管状要素端部はそれぞれ隣置された面を有するとともに、前記把持構成要素は、該隣置面の間に配設される、請求項６によるツール。
8. 前記ロック手段を構成すべく、各管状要素の前記端部は、前記シャフトの長さ部分を受容するための非円形開口部を有するとともに、前記シャフトは管状要素の非円形開口部に対応する非円形断面部を備え、シャフトの非円形断面部が管状要素の非円形開口部に嵌合状態にあるときシャフトの回転を制限するよう構成された、請求項１から５の何れかのツール。
9. ナットを支承するねじ付シャフトを切断するための請求項８のツールであって、前記シャフトは、軸方向に延在する少なくとも２つの弧状領域で、表面上に形成された雄ねじ部を有し、前記ナットは前記シャフトの前記非円形断面部を補完する軸方向の端部領域を有し、該端部領域は、ひとつの配向状態において、シャフトの前記非円形断面部とともに、一方の管状要素の前記端部にある開口部の延在する非円形断面と一致する非円形断面延在部を形成し、前記シャフト自身の断面は、前記他方の管状要素の端部にある前記開口部と一致するように構成された、請求項８のツール。
10. 軸方向に延在する少なくとも２つの弧状領域で、表面上に雄ねじが形成されたシャフト；
    該雄ねじに対応する雌ねじが内部に形成されたナットであって、前記ナットがロック手段により保持されるべく最大限回転させた角度位置にある時に、前記シャフトの断面と一致する断面を持つ延在部を有するナット；を備え、
    前記ナットの前記延在部の端面で前記シャフトを切断するために、前記ナットの前記延在部から突出する前記シャフトの長さ部分は、前記ロック手段に対して回転可能である、ねじ組立体。
11. 前記ナットの前記ねじ部は少なくとも２つの弧状領域が形成され、前記シャフトおよびナットの各ねじ領域は、前記ナットが回転しないでシャフトに沿って並進移動できるような非螺合状態を保持することが可能な範囲であるとともに、被取付体の表面に前記ナットを最終締付できるような回転角度範囲にわたり螺合状態を保持することが可能な範囲である；請求項１０のねじ組立体。
12. 前記シャフトのねじ部は、軸方向に延在する２つの対向する弧状領域を有するとともに両者間に実質的に平行な側部を備え、そして前記ナットの前記延在部は、シャフト上でナットがその前記最大限回転させた角度位置にあるとき、前記ねじ付弧状領域と整列する２つの胸壁を含むものである；請求項１０のねじ組立体。
13. 請求項１０または１１の組立体でのねじ付シャフト上のナットに隣接するシャフトを切断するための、請求項１から９の何れかのツールであって、一方の要素の前記端部における前記ロック手段は、前記シャフト上で駆動するように成され、他方の要素の前記端部における前記ロック手段は、前記シャフトと前記ナットの延在部分との組合せ部分に対して作用するよう成されるツール。
14. 請求項１０から１２の何れかの組立体における、ねじ付きシャフト上のナットに隣接するシャフトを切断するためのツールであって：
    共通軸を中心に相対回転可能な２つの、同軸管状外側及び内側要素を備え；
    前記外側要素は、第１断面を備える端部を有し、前記内側要素は、外側要素端から軸方向に離間した第２断面を備える端部を有し；
    前記第１断面は、前記シャフトと前記組立体の前記ナットの延在部との組み合わせ部分に嵌合するよう成され；
    前記第２断面は、前記シャフト周りに嵌合するよう成され；
    前記内側要素の端部をそれぞれ前記シャフトとナットに、前記外側要素の端部を前記シャフトとナットにそれぞれ嵌合した状態で、前記内側と外側要素を相対回転させるための手段であって、前記ナットの前記延在部の前記端面を含む平面内で前記シャフトを切断するよう、前記ナット内の前記シャフトに対して、前記ナットから突出する前記シャフトを捩じ込むための手段を有してなるツール。
15. 請求項１０から１２の何れかの組立体のねじ付シャフト上のナットを嵌合してロックする方法であって：
    ａ．前記ナットとシャフトの前記ねじが未螺合の状態で、前記シャフトが受容される前記表面とナットが係合するまで、前記シャフトに沿って前記ナットを移動し；
    ｂ．ナットをその最大限回転させた角度位置まで回転し；
    ｃ．前記ナットと、前記ナット内のシャフトとをそれらの確定配向に保持し、そして、
    ｄ．前記ナットの前記延在部から突出するシャフト長さ部分を回転して、前記ナット内の前記シャフトを捩じ込んで、前記ねじ部を相互にロックするとともに、前記ナットの前記延在部の端面でシャフトを切断する；ことを含む方法。

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