JP7098598B2 - リーマの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、外科的股関節手術の間に患者の寛骨臼空洞を削ることを目的とするミリングカッタのような、リーマを製造する方法に関する。

穿孔した壁を持つ実質的に半球状の中空カッターボディを有する、患者の寛骨臼空洞を削ることを目的とするミリングカッタのような、リーマは、既知である。そのようなミリングカッタに歯を形成するために、以下の３つの連続するステップによって進行することが特許文献１から知られている：
－ 第１のステップでは、舌部の輪郭を形成するためにカッターボディの壁に孔を形成し、
－ 第２のステップでは、ミリングにより、基準エッジを正確に形成するとともに、前記舌部の自由端に切削エッジを、ミリングにより、正確に鋭くし、
－ 第３のステップでは、刃先から離れて位置した領域の折り曲げを引き起こすことにより、パンチとアンビルの間の前記舌部の閉じ込めを通じて正確な角度で舌部を持ち上げる。

カッターボディの壁に対して切削エッジを突出させるために舌部を持ち上げる前のステップで切削エッジを形成することは、製造方法を長くかつ高価にする。さらに、折り曲げられた舌部によって形成されたそのような歯は、弱い構造的剛性を有し、外科医によって力が加えられると変形する傾向がある。したがって、そのようなミリングカッタの切削特性は、経時的に信頼できるものでも耐久性のあるものでもない。

特許文献２乃至５は、それらの部分に関して、以下のステップを含む製造方法を記載している：
－ 壁に対して実質的に直角に穿孔方向にカッターボディの壁を穿孔し、
－ 鋭い輪郭を有する切削エッジを形成するように、得られた孔の周囲を（ドリルまたはミリングカッタを用いて）機械加工することによって面取りし、
－ 歯を形成するように、プレス加工によって、壁に形成された孔から半径方向に且つ孔から離れて延びる壁の一部を塑性変形させる。

機械加工による面取り部の製造及びプレス加工による塑性変形のステップの順番は時には逆にされる。

そのような方法では、切削エッジは、孔の周囲での壁の構成物質の一部の機械加工（除去）によって作られ、それは長くて費用がかかる。面取り部の傾斜面は、孔の周囲における半径方向の徐々の厚さの増加をもたらし、それからプレス加工作業は、この面取り部の一部が中空カッターボディの実質的に半球状の外面に対して突き出て、外科的股関節手術中に患者の寛骨臼空洞を削ることで骨質を切削する歯を得ることを可能にする。

しかし、面取り部は必ずしも十分な切削能力を得ることを可能にするわけではないので、突出した面取り部の手動の鋭利化がしばしば行われる。この鋭利化は歯ごとに行われ、長い時間がかかる。したがって、製造コストは、健康施設における感染の危険性の低減のための使い捨てのリーマ方針を実施する可能性を排除する。

さらに、比較的均一な切削特性を有する歯を得るために、鋭利化を担当するオペレータがある程度の器用さを有することが不可欠である。鋭利化の最後に歯が十分に均一な切削特性を有していない場合、骨に偏在する力が寛骨臼空洞の削り中に発生し、寛骨臼空洞に（円形ではなく）実質的に多角形である断面を与える可能性がある振動を生じる可能性がある。その場合、寛骨臼空洞へのカップの正しい設置および骨融合は危うくされることがある。

最終的に、歯は急速に磨耗する傾向がある。したがって、リーマの切削特性は、時間が経つとかなり急速に（あまりにも早くさえ）減少する。それは、その取得コストを償却するために、リーマを複数回再使用する可能性を危うくする。

特許文献２乃至５では、実際にはパンチのみが使用されていることが留意されるべきである。それに対して押圧を行うことができるアンビルの使用はどこにも説明されていない。

特許文献６及び特許文献７は、請求項１の前段部に記載の製造方法を記載している。孔のエッジは、カッターボディの壁に突出した歯を形成するプレス加工の前または後に、鋭利化を受けない。したがって、特許文献６及び特許文献７の製造方法は、それほど高価ではない。しかし、歯の切削特性の経時的な耐久性および信頼性は比較的不十分である。歯の切削特性は、実際には歯ごとにかなり異なり、経時的に、特にリーマを何度か使用した後は、急速に劣化する傾向がある。

欧州特許出願公開第０８７９５７７号 米国特許出願公開第２０１４／１８８１１６号 国際公開第２０１６／０７１８６７号 米国特許出願公開第２００６／０９５０４１号 米国特許出願公開第２００３／１３２２１９号 米国特許出願公開第２００３／０１８１９１６号 米国特許出願公開第２００５／０１１３８３７号

本発明が提示する１つの課題は、患者の寛骨臼空洞を削ることを目的とするミリングカッタのような、リーマを製造するための迅速かつ安価な方法を提案することである。

同時に、本発明は、容易に自動化することができ、何度か使用した後でも、経時的により信頼性がありかつより耐久性のある切削特性を得ることを可能にする製造方法を提供することを目的とする。

これらの目的および他の目的を達成するために、本発明は、患者の寛骨臼空洞を削ることを目的とし、穿孔した壁を持つ実質的に半球状の中空カッターボディを有する、ミリングカッタのようなリーマの製造方法を提案し、方法は、少なくとも１つの歯が、壁に形成された孔から半径方向に且つ孔から離れて延びる壁の一部を塑性変形させるパンチを用いて壁をプレス加工することによって形成されるステップを含み；本発明によれば、歯のプレス加工において、孔に隣接する壁の変形部分の領域が、薄くされ、アンビルに対してパンチによって押圧される。

プレス加工とそれに続く変形した壁部分の領域のパンチとアンビルとの間の押圧は、カッターボディの壁に突出した歯を形成するために延伸される壁の薄肉化をもたらす。この薄肉化は、適当に形成された歯の自由端に切削能力をもたらす。押圧力を適切に制御することによって、全ての歯の間のより均一な切削特性のためにより良く制御され且つ繰り返し可能な薄肉化が達成される。

この薄肉化は、材料の除去によってではなく、延伸によって行われ、次いで応力をかけること及び挟み込む際のクリープによって行われる。このようにして、切削エッジはプレス加工で形成される。押圧（または挟み込み）において、その後、リーマの再使用中に、構造強度の増大および経時的な耐久性の向上をもたらす、ある種の歯の局所冷間加工（または材料の繊維配向）が生じる。

歯の形成は容易に自動化されることができ、迅速であり、そして例えば後続ツールで容易に実施することができる。したがって、リーマの製造コストは大幅に削減される。

好ましくは、以下が提供されることができる：
－ 設定された押圧面を持つ自由端を有するパンチ、
－ 歯の形成のステップにおいて、押圧面の母線は、孔のオリフィスによって規定される平面に対して傾斜している。

そのようなパンチは、比較的単純且つ製造が安価である。

好ましくは、以下が提供されることができる：
－ その母線が孔のオリフィスによって規定される平面に対して傾斜している設定された押圧面を有するアンビル、
－ 歯の形成において、アンビルの押圧面の母線と孔のオリフィスによって規定される平面との間の角度は、パンチの押圧面の母線と孔のオリフィスによって画定される平面との間の角度よりも小さい。

この角度の差は、（歯の切削エッジを形成することを目的にした）歯の自由端の近くにおける材料の強い冷間加工または繊維配向を伴う良好な漸進的薄肉化を得ることを可能にする。他方で、より厚い材料の厚さは、切削エッジからおよび孔から離れるように移動することによって保持され、それは歯に良好な構造的剛性を与える。実際には、角度の差は、好ましくは約２度であり得る。

有利には、歯を形成するステップまで、カッターボディが穿孔した平坦な金属ブランクの形態をとるようにすることが提供されることができる。したがって、複数の互いに平行なパンチの使用によって、いくつかの歯を同時に形成することが可能である。

有利には、平坦な金属ブランクは、約０．４ｍｍから約１ｍｍの間の厚さを有することができる。

好ましくは、歯の形成後、平坦なブランクは、切断されて、花弁部がそこから自由端まで延びる中央領域から半径方向に延び、半径方向の横方向スペースによって互いに分離された複数の穿孔した且つ歯付き花弁部を得ることができる。

有利には、花弁部を形成するように平坦なブランクを切断した後、以下のことが可能である：
－ 平坦なブランクを半球のように成形し、
－ 花弁部の自由端を少なくとも部分的に円形のベースボディに加えて固定する。

有利には、カッターボディはステンレス鋼、好ましくは３０４Ｌまたは３１６Ｌグレードのステンレス鋼で作ることができる。

本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面に関連して与えられる、特定の実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。

本発明によるリーマの例示的な実施形態の斜視図である。 後続ツールワークステーションの斜視図である。 パンチの正面図である。 図３のパンチの側面図である。 図３のパンチの斜視図である。 平坦な金属ブランクが歯を形成するためにプレス加工される第２のワークステーションの斜視図および断面図である。 平坦な金属ブランクが歯を形成するためにプレス加工される第２のワークステーションの斜視図および断面図である。 平坦な金属ブランクが歯を形成するためにプレス加工される第２のワークステーションの斜視図および断面図である。 図８の詳細な側面図である。 歯を形成するための平坦な金属ブランクのプレス加工後の図２のワークステーションの斜視図および断面図である。 歯を形成するためのプレス加工後の金属ブランクの斜視図である。 図１のリーマを製造するための方法を示す概略斜視図である。

図１は、患者の寛骨臼空洞を削ることを目的にしたミリングカッタであるリーマ１を示す。リーマ１は、穿孔した壁３を持つ実質的に半球状の中空カッターボディ２を有する。複数の歯４が、壁３の変形によって形成されている。以下、図２～図１２を用いて説明するように、それらの形成は、後続ツールにおけるプレス加工によって特に行われる。

上記のプレス加工では、図３乃至５に示すようなパンチ５が使用される。パンチ５は、横断面が半径Ｒの円弧の形をしている設定押圧面５ｂを有する自由端５ａを有する（図３）。パンチ５は、変形されることになる壁３が図６に示される平面Ｐ１内に配置されている間に、二重矢印６で示される軸方向ＩＩＩ－ＩＩＩの二方向並進運動によって駆動されるように意図されている。歯４を形成するステップでは、押圧面５ｂの母線Ｉ－Ｉは平面Ｐ１に対して傾斜している（図９）。

上記のプレス加工では、図２に示すようなアンビル７が同時に使用される。アンビル７は、半径Ｒよりもわずかに大きい半径の円弧の形の断面も有する設定押圧面７ａを有する。図６において特に見えるように、アンビル７の押圧面７ａの母線ＩＩ－ＩＩは、アンビル７と接触していない壁３の面が位置する平面Ｐ１に対して傾斜している。より具体的には、平面Ｐ１は、壁３に形成された孔１０のオリフィス９によって規定される。

押圧面５ｂおよび７ａは異なる形状の断面を有することができる。例えば、特に第１および第３の半径が等しく且つ第２の半径より小さい、異なる半径の３つの円弧の連続からなる断面を想定することが可能である。その場合、押圧面５ｂは、（押圧面７ａが底部を有する一方で）少し平らになった頂点を有する。

歯４を形成する際のパンチ５とアンビル７との間の協働をより具体的に示す図９の詳細図において、アンビル７の押圧面７ａの母線ＩＩ－ＩＩと平面Ｐ１との間の角度Ａ２は、パンチ５の押圧面５ｂの母線Ｉ－Ｉと平面Ｐ１との間の角度Ａ１より小さいことを見ることができる。この差は約２度である。

図１のリーマ１の製造において、歯４を形成するステップまで、カッターボディ２は、図６に部分的に示されている平坦な金属ブランク１１の形態をとる。この平坦な金属ブランク１１は、オリフィス９を持つ孔を備える。この孔１０は好ましくは、後続ツールの先行するワークステーション上で作り出され、その上にブランク１１がプレス加工によって切断される。孔１０は平面Ｐ１を規定し、これはここでは平坦な金属ブランク１１の上面１１ａの平面と一致する。

平坦な金属ブランク１１は、約０．４ｍｍから約１ｍｍの間の厚さＥを有する。平坦な金属ブランク１１は、３０４Ｌまたは３１６Ｌグレードのステンレス鋼でできている。

図６では、ブランク１１は、面１１ｂによってアンビル７に載って圧迫している。壁３の一部８は、壁３に形成された孔９から半径方向に且つ孔９から離れて延び、アンビル７の押圧面７ａに対応するように配置されている。

図７に示される次のステップにおいて、パンチ５は、平面Ｐ１に対して実質的に直角に軸方向ＩＩＩ－ＩＩＩにアンビル７に向かって（矢印１２で示されるように）変位させられる。

この変位において、パンチ５は図８に示すように壁３の部分８を塑性変形させる。材料の保存の原理により、孔１０に隣接する壁３の変形部分８の領域８ａは、平坦なブランク１１の面１１ｂに対するその突出する変位のおかげで、薄肉化を被る。

パンチ５の特定の行程の終わりに、孔１０に隣接する壁３の変形部分８の領域８ａが、パンチ５によってアンビル７に対して押圧される（図９）。

プレス加工およびその後のパンチ５と壁３の変形部分８の領域８ａのアンビル７との間の押圧は、歯４を形成するための壁３の延伸および薄肉化を提供する。この薄肉化は、適当に形成された歯４に自由端４ａに切削能力を与える。押圧力を適切に制御することによって、全ての歯４に対して実質的に同一である切削特性のためのより良く制御されかつ繰り返し可能な薄肉化が達成される。

パンチ５とアンビル７との間の挟み込みは、歯４の一種の局所冷間加工（または材料の繊維配向）を提供し、それは、強度の増大およびリーマ１の使用中の経時的なより良い耐久性を与える。

ここでは、壁３の部分８の全てがパンチ５の押圧面５ｂとアンビル７の押圧面７ａとの間に挟まれている。しかし、部分８の一部のみを挟むことが可能であり、その部分は、満足のいく切削特性および構造強度を与えることによって少なくとも歯４の自由端４ａを形成するための孔１０から延びる。

図９に見られるように、角度Ａ１とＡ２との間の差によって、歯４を形成する部分８の厚さは、歯４の自由端４ａから離れるにつれて漸進的に増加する。

次にパンチ５は、図７の矢印１２によって示されるのとは逆である動きによってアンビル７から離れるように変位する。ブランク１１は、その後、図１０に示される構成になり、次いでイジェクタによってアンビル７から取り外される。

図１１は、面１１ｂに突起部を形成する歯４を備えたブランク１１を部分的に示す。

全ての歯４が平坦な金属ブランク１１に形成されると、平坦な金属ブランク１１が切断されて、そこから花弁部１３ａ－１３ｈが自由端１３０ａ－１３０ｈまで延びる中央領域１４から半径方向に延びる複数の穿孔した且つ歯付き花弁部１３ａ－１３ｈを得る。花弁部１３ａ－１３ｈは、半径方向の横方向スペースによって互いに分離されている（図１２のステップａ））。

次に、ステップｂ）において、平坦なブランク１１は半球に成形される。次に、ステップｃ）において、花弁部１３ａ－１３ｈの自由端１３０ａ－１３０ｈを少なくとも部分的に円形のベースボディ１５上に加えて固定する。次いで、ブランク１１は実質的に半球状のドーム形に保持されて、患者の寛骨臼空洞を削ることができるカッターボディ２を形成する。

本発明は、明示的に説明された実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲に含まれる様々な変形形態およびその一般化を含む。

Claims (10)

1. 患者の寛骨臼空洞を削ることを目的とするミリングカッタのような、リーマの製造方法であって、前記ミリングカッタは穿孔した壁を持つ半球状の中空カッターボディを有し、前記方法は、
   ａ） パンチ及びアンビルを有するプレス加工するためのツールを提供するステップと；
   ｂ） 前記穿孔した壁を構成するように設計された平坦な金属ブランクを提供するステップと；
   ｃ） 前記平坦な金属ブランクに孔をプレス加工するステップと；
   ｄ） 前記パンチを用いて前記平坦な金属ブランクをプレス加工し、前記壁に前もって形成されたプレス加工された前記孔から半径方向に且つ前記孔から離れて延びる前記平坦な金属ブランクの一部を塑性変形させることによって少なくとも１つの歯を形成するステップと；を含み、
   前記ステップｃ）及びステップｄ）は別個であり、前記ステップｄ）は前記ステップｃ）の後に実行され、
   前記ステップｄ）の間、前記孔に隣接する前記平坦な金属ブランクの変形部分の領域が、塑性変形され、薄くされ、前記アンビルに対して前記パンチによって押圧されて、自由切断端を形成する、
   製造方法。
2. － 前記パンチは、設定された押圧面を持つ自由端を有し、
   － 前記歯の形成の前記ステップにおいて、前記押圧面の母線は、前記孔のオリフィスによって規定される平面に対して傾斜している、
   請求項１に記載の製造方法。
3. － 前記アンビルは、設定された押圧面であって、前記押圧面の母線が前記孔の前記オリフィスによって規定される前記平面に対して傾斜している、設定された押圧面を有し、
   － 前記歯の形成において、前記アンビルの前記押圧面の前記母線と前記孔の前記オリフィスによって規定される前記平面との間の角度は、前記パンチの前記押圧面の前記母線と前記孔の前記オリフィスによって画定される前記平面との間の角度よりも小さい、
   請求項２に記載の製造方法。
4. 前記アンビルの前記押圧面の前記母線と前記孔の前記オリフィスによって規定される前記平面との間の角度は、前記パンチの前記押圧面の前記母線と前記孔の前記オリフィスによって画定される前記平面との間の角度より２度だけ小さい、
   請求項３に記載の製造方法。
5. 前記歯の形成の前記ステップまで、前記カッターボディは穿孔した平坦な金属ブランクの形態をとる、
   請求項１に記載の製造方法。
6. 前記平坦な金属ブランクは、０．４ｍｍから１ｍｍの間の厚さを有する、
   請求項５に記載の製造方法。
7. 前記歯の形成後、前記平坦な金属ブランクは、切断されて、中央領域から自由端まで半径方向に延び、半径方向の横方向スペースによって互いに分離された複数の穿孔され且つ歯付きの花弁部を得る、
   請求項５に記載の製造方法。
8. 前記花弁部を形成するように前記平坦な金属ブランクを切断した後：
   － 前記平坦な金属ブランクは半球のように成形され、
   － 前記花弁部の前記自由端は、円形のベースボディに加えられて固定される、
   請求項７に記載の製造方法。
9. 前記カッターボディはステンレス鋼で作られる、
   請求項１に記載の製造方法。
10. 前記カッターボディは３０４Ｌまたは３１６Ｌグレードのステンレス鋼で作られる、
    請求項９に記載の製造方法。

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