KR101200448B1 - 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터는 외측면과 선단면에 절삭날이 형성된 헤드와, 헤드에 연장하여 형성되며 환봉 형상인 샤프트로 구성되어 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터에 있어서, 상기 헤드는, 십자형태로 배열된 절삭날로 구성되고, 상기 십자형태로 배열된 절삭날의 중심부에 경사지게 형성된 제1칩배출홈; 상기 절삭날의 전면에 호형으로 형성되며 15°의 헬릭스각으로 형성되는 제2칩배출홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 헤드의 커터날에 칩배출홈을 형성하여 칩 배출이 용이하도록 하고, 부하를 감소시켜 안정적인 드릴링이 수행될 수 있어 작업 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터{CUTTER FOR ARTIFICIAL JOINT'S COMBINATION FURROW}

본 발명은 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공관절 치환술을 시행함에 있어서 피부의 절개를 최소화하고, 슬개골 주변 조직의 손상 없이 최대한 안전하고 정확하게 무릎관절에 인공관절을 결합할 수 있는 홈을 형성하기 위한 것이다.

일반적으로 최근 노령 인구 증가로 관절염 및 고관절부 골다공성 골절이 증가하고 있는 추세이다.

과거처럼 약물 치료, 물리 치료, 관절 내 주사 치료 등과 같은 간접적인 방법보다는 적극적으로 인공관절 치환술을 시행함으로써 통증 없이 조기 거동이 가능해졌으며, 또한 관절역학의 발달로 인한 인공관절의 수명도 20년 이상 증가되고 있다.

약물 치료, 물리 치료, 관절 내 주사 치료 등과 같은 보존적 치료인 비수술적 치료 방법에도 불구하고, 더 이상 증상 호전이 없으며 관절 변화가 계속 진행하여 일상 생활에 지장을 줄 경우 수술적 치료를 하게 된다.

수술적 치료에는 관절 내시경 수술, 절골술, 연골 세포 이식술, 인공관절 치환술 등이 있으며, 중증인 환자는 인공관절 수술을 받아야 한다.

인공관절 수술은 원래의 관절을 인조 금속과 플라스틱 또는 세라믹 등으로 바꾸어 주는 것을 말한다. 즉, 실제로는 뼈의 끝에 덮여 있는 연골 부분을 포함하여 약8~9mm 두께로 잘라내고 여기에 인조물을 끼워 넣는 것이라고 할 수 있다.

최근에는 컴퓨터에 입력된 정보에 따라 로봇의 위치 가변형 팔의 말단부에 장착된 회전형 커터의 행로를 제어하여 순차적으로 무릎뼈를 깍아 인공무릎관절 즉, 임플란트를 결합할 수 있는 뼈의 면을 형성하는 로봇을 이용한 무릎관절 절삭방법 즉, 로봇을 이용하는 무릅 인공관절 수술이 도입되었다.

상기 회전형 커터는 외측면과 선단면에 절삭날이 형성된 헤드와, 헤드에 연장하여 형성되며 환봉 형상인 샤프트로 되어 있고, 이 샤프트의 후단측은 로봇의 위치 가변형 팔의 선단측에 설치된 모터와 연결되어 있다.

이와 관련하여 대한민국 등록특허 제0873014호에는 「로봇을 이용한 관절 절삭시스템」이 개시되어 있다.

상기 선행기술을 살펴보면, 환봉 형상으로 되어 있음과 함께 슬리브 내에 모터에 의해 회전할 수 있도록 결합 위치되고 슬리브외측으로 연장된 외팔보 형태를 취하고 있는 샤프트와, 슬리브 외측으로 연장된 샤프트의 선단부에 형성된 헤드를 포함하며, 헤드 측면은 측면 절삭시 원활한 칩 배출을 위하여 중심축선에 대하여 10~20°의 헬리스각을 갖는 커터를 포함하고 있다.

그러나 상기 종래 기술에 따른 커터는 칩 배출이 여전히 용이하지 않은 문제점이 상존하였고, 칩 배출이 여의치 않아 부하가 걸림으로써 채터링 현상이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 헤드의 커터날에 칩배출홈을 형성하여 칩 배출이 용이하도록 하고, 부하를 감소시켜 안정적인 드릴링이 수행될 수 있도록 하는 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 외측면과 선단면에 절삭날이 형성된 헤드와, 헤드에 연장하여 형성되며 환봉 형상인 샤프트로 구성되어 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터에 있어서, 상기 헤드는, 십자형태로 배열된 절삭날로 구성되고, 상기 절삭날의 중심부에 경사지게 형성된 제1칩배출홈; 상기 절삭날의 전면에 호형으로 형성되며 15°의 헬릭스각으로 형성되는 제2칩배출홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터에 의해 달성될 수 있다.

상기 절삭날은 상기 선단면을 기준으로 상단은 15°의 경사각으로 연장되다 하단은 40°의 경사각으로 연장되어 형성된 것

상기 절삭날의 측면에는 회전방향으로 돌출형성되는 측면날이 형성된 것

상기 절삭날의 폭은 헤드 직경에 대해 1/4~2/4에 해당되는 길이로 형성되는 것

상기 절삭날의 후면 상단에는 중심부로부터 경사지게 형성된 제3칩배출홈이 형성된 것

한편 상기한 본 발명의 목적은, 외측면과 선단면에 절삭날이 형성된 헤드와, 상기 헤드에 연장하여 형성되며 환봉 형상인 샤프트로 이루어지며, 상기 헤드는, 전체직경 6.2 mm 대 코어 직경 2.8mm 를 지니는 열십자형상으로 절삭날을 형성하고, 상기 절삭날의 사이마다 가상전체 직경라인으로부터, 내측으로 전체 직경 6.2mm를 기준으로 2분의 1에 해당하는 직경을 가지는 부분 원통형상의 제2칩배출홈이 15°의 헬릭스각으로 형성되며, 상기 절삭날은 상기 선단면을 기준으로 상단은 15°의 경사각으로 연장되다 하단은 40°의 경사각으로 연장되어 형성되고, 측면에는 회전방향으로 돌출형성되는 측면날이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따르면 헤드의 커터날에 칩배출홈을 형성하여 칩 배출이 용이하도록 하고, 부하를 감소시켜 안정적인 드릴링이 수행될 수 있어 작업 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 절삭 커터를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 절삭 커터를 나타낸 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 절삭 커터를 나타낸 측면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 절삭 커터를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 절삭 커터를 나타낸 정면도, 도 3은 본 발명에 따른 절삭 커터를 나타낸 측면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터(A)는, 외측면과 선단면에 절삭날(3)이 형성된 헤드(1)와, 헤드(1)에 연장하여 형성되며 환봉 형상인 샤프트(2)로 이루어진 것으로, 샤프트(2)의 후단이 로봇 핸드의 회전부에 장착된다.

이는 공지의 기술 사상이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편 본 발명은 드릴링 작업을 정교하게 수행하기 위해 샤프트(2)에 슬리브(미도시)가 결합되어 채터링을 억제하고, 시술 위치를 정밀하게 타겟팅할 수 있도록 하기 위해 헤드(1)의 절삭날(3)을 개선하였다.

즉 상기 헤드(1)는 십자형태로 배열된 절삭날(3)로 구성되며, 바람직하게는 절삭날(3)은 4개가 한조를 이루도록 형성되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 마치 바람개비와 같은 형상으로 이루어진다.

또 4개의 절삭날(3)은 한방향을 향해 트위스팅되어 드릴링이 용이하도록 형성되고, 아울러 드릴링 과정에서 발생되는 칩을 용이하게 배출될 수 있는 구조를 가진다.

본 발명의 주요 특징은 칩 배출을 더욱 향상시키기 위해 4개의 절삭날(3)이 집중된 중심부에 경사지게 제1칩배출홈(41)이 약 10~20°의 헬릭스각으로 형성된다는 점이다.

즉 뼈를 절삭해서 제거하기 위해서 헤드(1)의 측면은 측면 절삭시의 칩 배출을 용이하게 하는 것은 헬릭스 각에 의해 가능해진다.

이때 헬릭스 각이 너무 크면 원치 않는 뼈의 오버컷을 일으킬 위험성이 있고, 반대로 헬릭스 각이 너무 작으면 절삭력을 많이 발생시키게 되고 커터의 변형을 가져옴으로써 언더컷이 발생할 소지가 있다.

따라서 가장 적정한 헬릭스 각은 10~20°이며, 이렇게 헬릭스 각이 형성됨으로써 불균일한 밀도의 뼈의 절삭시 최적화 되도록 제작되었다.

또 상기 4개의 절삭날(3)의 각각에는 제2칩배출홈(42)이 형성된다.

상기 제2칩배출홈(42)은 절삭날(3)의 전면을 호형으로 절삭가공하여 형성되는데 적당한 기울기로 형성된다.

적당한 기울기라 함은 칩 배출의 성능을 최상으로 향상시키기 위해 제2칩배출홈(42)은 15°의 헬릭스각으로 형성됨이 바람직하다.

즉 절삭날(3)의 전면은 편편한 평판상이었지만 본 발명은 절삭날(3)에 제2칩배출홈(42)을 형성함으로써 칩 배출의 성능이 보다 향상될 수 있는 것이다.

또 상기 절삭날(3)은 상기 선단면을 기준으로 상단은 15°의 경사각으로 연장되다 하단은 40°의 경사각으로 연장되어 형성될 수 있다.

상기 절삭날(3)의 측면에는 회전방향으로 돌출형성되는 측면날(5)이 형성되는데, 절삭날(3)의 측면을 경사지게 절삭 가공하여 측면날(5)을 형성하되 상기 측면날(5)은 2단의 각도로 형성되어 제1 및 제2절삭면(51,52)이 형성된다.

즉 상기 측면날(5)은 절삭날(3)의 일단에서 10~12°의 경사도를 갖도록 제1절삭면(51)이 형성된 후 이 제1절삭면(51)에 이어져 13~15°의 경사도를 갖도록 제2절삭면(52)이 형성되어 2단으로 이루어진다.

또 상기 절삭날(3)의 폭, 즉 헤드(1)를 위에서 내려다보았을때 절삭날(3)의 일단에서 타단까지의 길이는 헤드(1)의 직경에 대해 1/4~2/4에 해당되는 길이로 형성된다.

즉 4개의 절삭날(3)의 중심부에 제1칩배출홈(41)이 형성되므로 이 제1칩배출홈(41)의 깊이를 감안하여 길이가 설정된다.

한편 상기 절삭날(3)의 후면 상단에는 중심부로부터 경사지게 형성된 제3칩배출홈(43)이 형성된다.

제3칩배출홈(43)은 제1칩배출홈(41)과 사실상 통하며 제1칩배출홈(41)을 크게 확장시킨 것과 마찬가지이므로 칩의 배출율이 향상될 수 있다.

실시예

본 발명에 따른 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터는

외측면과 선단면에 절삭날(3)이 형성된 헤드(1)와, 헤드(1)에 연장하여 형성되며 환봉 형상인 샤프트(2)로 이루어진다.

상기 헤드(1)는 전체직경 6.2 mm 대 코어 직경 2.8mm 를 지니는 열십자형상으로 절삭날을 형성하고, 칩 배출을 위해, 상기 절삭날(3)의 사이마다 가상전체 직경라인으로부터, 내측으로 전체 직경 6.2mm를 기준으로 2분의 1에 해당하는 직경을 가지는 부분 원통형상의 칩 배출홈이 15°의 헬릭스각으로 형성되며, 상기 절삭날은 상기 선단면을 기준으로 상단은 15°의 경사각으로 연장되다 하단은 40°의 경사각으로 연장되어 형성되고, 측면에는 회전방향으로 돌출형성되는 측면날(5)이 형성되어 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

로봇 핸드의 회전부에 연결된 슬리브를 관통하여 샤프트(2)가 삽입하여 본 발명에 따른 절삭 커터(A)를 장착하여 드릴링 작업을 준비한다.

이후 시술 위치, 예를 들어 관절뼈의 일 부위까지 본 발명에 따른 절삭 커터(A)를 삽입한 후 회전시켜 절삭을 실시한다.

절삭날(3)의 절삭과정에서 발생되는 조직이나 뼈 등의 칩은 제1 내지 제3칩배출홈(41~43)을 통해 후방으로 배출된다.

이때 찌꺼기가 절삭날(3)에 끼이거나 하는 폐단이 최소화될 수 있어 절삭 부위가 깔끔하게 형성될 수 있다.

따라서 시술 부위를 최소화할 수 있고 주변 조직의 손상을 최소화할 수 있어 수술 후의 통증을 줄여줄 수 있으며, 환자의 수술 만족도가 향상될 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

1 : 헤드 2 : 샤프트
3 : 절삭날 5 : 측면날
41~43 : 제 1 ~ 제3칩배출홈 51 : 제1절삭면
52 : 제2절삭면

Claims (7)

1. 외측면과 선단면에 절삭날이 형성된 헤드와, 헤드에 연장하여 형성되며 환봉 형상인 샤프트로 구성되어 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터에 있어서,
   상기 헤드는,
   십자형태로 배열된 절삭날로 구성되고,
   상기 절삭날의 중심부에 경사지게 형성된 제1칩배출홈;
   상기 절삭날의 전면에 호형으로 형성되며 15°의 헬릭스각으로 형성되는 제2칩배출홈
   을 포함하고,
   상기 절삭날은 상기 선단면을 기준으로 상단은 15°의 경사각으로 연장되다 하단은 40°의 경사각으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 절삭날의 측면에는 회전방향으로 돌출형성되는 측면날이 형성된 것을 특징으로 하는 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 측면날은 2단의 상이한 각도로 형성되는 제1 및 제2절삭면을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 절삭날의 후면 상단에는 중심부로부터 경사지게 형성된 제3칩배출홈이 형성된 것을 특징으로 하는 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터.
6. 외측면과 선단면에 절삭날이 형성된 헤드와, 상기 헤드에 연장하여 형성되며 환봉 형상인 샤프트로 이루어지며,
   상기 헤드는,
   전체직경 6.2 mm 대 코어 직경 2.8mm 를 지니는 열십자형상으로 절삭날을 형성하고,
   상기 절삭날의 사이마다 가상전체 직경라인으로부터, 내측으로 전체 직경 6.2mm를 기준으로 2분의1에 해당하는 직경을 가지는 부분 원통형상의 제2칩배출홈이 15°의 헬릭스각으로 형성되며,
   상기 절삭날은 상기 선단면을 기준으로 상단은 15°의 경사각으로 연장되다 하단은 40°의 경사각으로 연장되어 형성되고,
   측면에는 회전방향으로 돌출형성되는 측면날이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 절삭날의 후면 상단에는 중심부로부터 경사지게 형성된 제3칩배출홈이 형성된 것을 특징으로 하는 인공관절 결합홈을 형성하는 절삭 커터.

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