KR101831319B1

KR101831319B1 - 초음파 에너지 도입용 소노트로드

Info

Publication number: KR101831319B1
Application number: KR1020137024039A
Authority: KR
Inventors: 마르코 스토플; 우베 베르너
Original assignee: 넥실리스 아게
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2018-02-22
Also published as: EP2683318A2; JP5876891B2; KR20140020271A; CN103429189B; WO2012123182A2; JP2014508609A; CN103429189A; AU2012228589A1; US9629690B2; CA2827268A1; ES2574814T3; WO2012123182A3; US20140051035A1; EP2683318B1

Abstract

본 명세서에는 연결부(4)를 포함하는 초음파 진동 변환기(2, 3)에의 연결을 위한 소노트로드(18)로서, 상기 연결부(4)는 제 1 축선(16)을 따라 연장하고, 제 1 단부(42)에 의해 상기 진동 변환기(2, 3)에 부착되거나 연결되고, 상기 연결부(4)는 상기 초음파 진동 변환기(2, 3)에 의해 거의 전적으로 상기 제 1 축선(16)을 따라 진동하도록 구성되는 소노트로드(18)가 기재되어 있다. 상기 소노트로드는 상기 제 1 단부(42)로부터 반대측의 상기 연결부(4)의 자유 단부(43)에서, 제 2 축선(8)을 따라 연장하는 실질적으로 원통형인 제 1 슬리브(5) 및 제 3 축선(17)을 따라 연장하는 실질적으로 원통형인 제 2 슬리브(6)가 공통의 교차 영역(36)에 배치되고, 상기 제 1 축선(16)은 상기 제 2 축선(8)과 100 ~ 140° 범위의 제 1 각도(γ)를 형성하고, 상기 제 1 축선(16)은 상기 제 3 축선(17)과 100 ~ 140° 범위의 제 2 각도(β)를 형성하고, 상기 3 개의 축선(8, 16, 17)은 실질적으로 하나의 소노트로드 평면(41) 내에 배치되는 것을 특징으로 한다. 더욱이, 대응하는 소노트로드 공구 및 이와 같은 소노트로드 공구의 용도가 기재되어 있다.

Description

초음파 에너지 도입용 소노트로드{SONOTRODE FOR THE INTRODUCTION OF ULTRASONIC ENERGY}

본 발명은 특히 다공질 리세스(recess) 내에 초음파 에너지의 도입을 위한 소노트로드, 이와 같은 소노트로드를 구비하는 소노트로드 공구 뿐만 아니라 이와 같은 장치의 용도에 관한 것이다.

초음파는 가공물 사이의 연결하기 위해 점점 많이 사용되고, 초음파 작용에 의해 자체가 액화되는 재료가 연결점에 도입되고, 이것은 초음파에 의해 액화되고, 추후에 확실한 및/또는 재료-피트(material-fit) 연결이 2 개의 가공물 사이에 형성된다.

액화를 효율적으로, 즉 가능한 한 적은 진동 에너지를 사용하여, 그리고 가능한 한 국부적으로 발생시키기 위해, 요구되는 용도에 대해 최적의 배향으로 초음파 진동을 도입하는 것을 가능하게 하는 장치를 제공할 필요가 있다. 게다가, 도입점에서 진동의 편향을 실행함으로써 종종 곤란한 공간 조건을 만족시키는 것이 또한 중요하다.

따라서, 의료 분야에서 뿐만 아니라 비의료 분야에는 초음파의 도입을 가능하게 하는 소노트로드 공구로 알려진 다수의 특수 장치가 있다.

여기서, 예를 들면, US 5100321, US 2003/0157458, EP 0535542, US 5899693, 또는 EP 1530953의 각각에서와 같이, 적용 영역에서의 초음파의 편향은, 초음파의 이러한 실제의 표적화된 편향의 경우에 언급할 수 있는 한, 좁은 공간 조건에 적합된 후크 형상을 갖는 소노트로드를 초음파를 발생하는 장치에 결합함으로써 보장되고, 따라서 이 소노트로드를 이용하여 진동 에너지가 이 후크 형상의 장치의 선단부(tip) 상의 원하는 위치로 확실하게 전달될 수 있다. 이와 같은 장치의 문제는 초음파 진동의 편향이 복잡한 문제이고, 따라서, 이와 같은 장치는, 예를 들면, 초음파 진동이 결합점에서 축선 방향으로 가해지는 경우, 이 결합점에 대해 각을 이루는 소노트로드의 선단부에서도, 초음파 진동이 선단부의 축선을 따라서만 가해지는 것이 보장될 수 없다는 것이다. 따라서, 선단부에서 특히 횡방향 진동을 발생시키고, 이 진동은, 한편으로 처리 중에 환자에게 불쾌한 고통을 유발시킬 수 있을 뿐만 아니라, 주위 조직에 지속될 수 있는 손상을 유발시킬 수 있기 때문에, 예를 들면 특히 의료 분야에서 극히 바람직하지 않다. 또한, 이것은 비효율적인 에너지 투입 및 이에 따라 원하지 않는 처리 시간의 연장을 초래한다.

다른 한편, 특히 초음파 진동을 전환시키기 위한 목적을 갖는 장치가 있다. 이것은 적절하게 특수 설계된 소노트로드의 휨 진동(bending vibration)을 통해 실시되고, 다시 말하면 소노트로드의 기부(foot)에서 체결 축선을 따라 가해지는 축선 진동은 통상적으로 특히 소노트로드의 만곡된 중간 요소에서 이 목적을 위해 휨 진동으로 변환되고, 다음에 소노트로드의 단부에서, 휨 진동을 수행하는 이 결합 요소는, 선단부에서 축선 방향의 초음파 진동이 표적화된 방식으로 이 선단부 요소에 가해지도록, 기하학적으로 배치되는 선단부에서 전달된다. 휨 진동을 전달받는 환형 또는 원형의 중간 요소를 통상적으로 갖는 이러한 유형의 장치는, 예를 들면, EP 0594541, WO 2005/009256, US 2010/0130867 또는 DE 20113692로부터 공지되어 있다.

이와 같은 장치는 휨 진동을 수행하는 만곡된 중간 요소는 복잡하고, 특히 고도로 응력을 받는 요소이므로, 마모가 발생하기 쉽고 또한 큰 공간을 요구하는 단점을 갖는다. 동일한 원리에 기초하는 하나의 구성이 WO 2007/101362로부터 공지되어 있으나, 여기서는 완전한 링 형상의 휨 진동 중간 요소가 사용되지 않고, 부분적인 원 형상의 만곡된 휨 진동 요소만이 사용된다.

따라서, 본 발명의 목적은 개선된 소노트로드, 특히 어떤 각도의 작은 공간 내에서 하나의 축선을 따라서만, 즉 제 2 축선을 따라 발진하는 초음파 진동이 실질적으로 이 제 2 축선을 따라서만 발생하도록, 발진하는 초음파 진동의 편향을 확실하게 전환시킬 수 있는 소노트로드를 제공하는 것이다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 연결부를 포함하는 초음파 진동 변환기에 연결하기 위한 소노트로드로서, 제 1 축선을 따라 연장하고, 진동 변환기에 제 1 단부에 의해 부착되거나 연결되고, 연결부는 초음파 진동 변환기에 의해 거의 전적으로 제 1 축선을 따라 진동하도록 구성되는 소노트로드를 제안하는 것이다.

이 목적은 청구항 1의 특징에 의해 달성된다.

더 구체적으로, 본 명세서에서 제안되는 소노트로드는 제 1 단부의 반대측의 연결부의 자유 단부에서, 제 2 축선을 따라 연장하는 실질적으로 원통형인 제 1 슬리브 및 제 3 축선을 따라 연장하는 실질적으로 원통형인 제 2 슬리브의 양자 모두가 공통의 교차 영역에 배치되고, 제 1 축선은 제 2 축선과 100 ~ 140° 범위의 제 1 각도를 형성하고, 제 1 축선은 제 3 축선과 100 ~ 140° 범위의 제 2 각도를 형성하고, 3 개의 축선은 실질적으로 하나의 소노트로드 평면 내에 배치되는 것을 특징으로 한다.

전형적으로, 제 1 및 제 2 슬리브는 원형의 원통형 설계를 갖는 것이 바람직하지만, 또한 상이한 단면, 예를 들면, 난형 또는 다각형 단면을 가질 수 있다. 연결부는 또한 원형의 원통형 설계를 가질 수 있으나, 또한 상이한 단면, 예를 들면, 직사각형 단면 또는 임의의 다른 다각형 또는 난형의 단면을 가질 수 있다.

본 발명의 핵심적인 양태는, 제 1 방향으로부터 제 2 방향으로의 편향을 위해 휨 진동을 전형적으로 이용하는 종래 기술에 따른 복잡한 편향 장치(이 장치는 이 휨 진동에 견딜 수 있는 적절한 주 요소를 필요로 한다)와 대조적으로, 여기서는 Y자형 구조가 이용되고, 이 구조는 질량 분배 및 기하학적 형태에 관하여, 모든 암을 따르는 초음파 진동이 실질적으로 각 암의 축선을 따라서만 가해지도록, 설계된다. 다시 말하면, 균형을 이루는 구조가 제공되고, 이 구조는 작은 공간 내에서 축선 방향으로 초음파 진동의 표적화된 편향을 가능하게 한다. 바람직하게, 암 내에서, 특히 슬리브의 선단부에서, 중공 원통형 구조의 슬리브의 경우에 환형 에지에서, 즉 전방 개구의 영역 내의 각 슬리브의 선단부에서, 축선 방향이 아닌 진동(즉, 암이나 교차점 주위에서의 휨 진동)의 비율은 전체 초음파 진동 에너지의 15% 이하, 바람직하게는 10% 이하, 특히 5% 이하이다.

즉, 각 암에서, 특히 슬리브의 선단부에서, 중공 원통형 구조의 슬리브의 경우 환형 에지에서, 즉 전방 개구의 영역 내의 각 슬리브의 선단부에서, 대부분의 진동 에너지, 즉 85%를 초과하는 에너지, 바람직하게는 90%를 초과하는 에너지, 특히 바람직하게는 95%를 초과하는 에너지, 그리고 가장 바람직하게는 최소 98% 이상의 에너지는 축선 방향의 진동으로서 가해진다.

제 1 바람직한 실시형태에 따르면, 2 개의 슬리브에 대한 제 2 축선 및 제 3 축선의 각각을 따라 연장하는 길이 대 외경의 비율은 2:1 ~ 10:1의 범위, 바람직하게는 3:1 ~ 6:1의 범위이다. 연결부를 따르는 축선 방향 진동을 2 개의 상이한 공간 방향으로 대칭으로 실질적으로 분할하고, 또한 이들 2 개의 상이한 공간 방향에서 축선 방향의 진동이 제공되는, 2 개의 슬리브의 이와 같은 치수를 사용하면, 이러한 비율에 의해 전술한 질량 분배가 보장되는 것이 밝혀졌다. 특히, 2:1 미만의 비율은 불만족스러운 진동 거동이 초래되고, 10:1을 초과하는 비율에서 대응하는 슬리브가 지나치게 길고, 플래핑(flapping)이 시작됨을 보여준다. 더욱이, 연결부는 전술한 대칭을 더 최적화하도록 2 개의 슬리브로서 유사한 길이로 설계되는 것이 바람직하다. 가능한 세부 치수는 이하에서 더 개괄적으로 설명된다.

전술한 대칭 및 진동의 최적 분배를 보장하기 위해, 제 1 각도(γ) 및 제 2 각도(β)는 바람직하게 110 ~ 130° 범위, 바람직하게 115 ~ 125° 범위, 특히 바람직하게는 118 ~ 122° 범위를 가진다. 2 개의 각도가 3회 회전 축선을 갖는 대칭 요소가 존재하도록 실질적으로 120°인 것이 특히 바람직하다.

추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 제 1 각도(γ) 및 제 2 각도(β)는, 최대 편차가 5° 이하, 바람직하게는 2° 이하인, 등각이다. 가장 바람직한 것은 2 개의 각도가 실질적으로 정확하게 등각인 것이다.

추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 제 2 축선 및 제 3 축선은 100 ~ 140° 범위, 특히 110 ~ 130° 범위, 특히 바람직하게는 105 ~ 125° 범위인 제 3 각도(α)를 형성한다.

바람직하게, 제 1 슬리브 및 제 2 슬리브의 양자 모두는 원형의 원통형 외면을 갖는 원형의 원통체로서 설계된다. 더 바람직하게, 연결부는 또한 원형 원통체로서 설계된다.

더 바람직하게, 제 1 슬리브의 외경(D)은 제 2 슬리브의 외경(d)보다 크다. 그러므로, 상이한 리세스에 대해 2 개의 슬리브를 사용하는 것이 가능하고, 따라서 그 대칭 구조를 통해 횡방향 진동이 없이 2 개의 방향으로 축선을 따라 초음파 진동의 최적의 편향을 보장하는 공구가 얻어질 수 있고, 동시에 2 개의 슬리브는 실제의 작업 단계를 위해 사용될 수 있고, 단지 하나가 아닌 슬리브가 그러므로 초음파 진동의 편향을 균형잡기 위한 목적을 위해 제공된다. 게다가, 특히 2 개의 슬리브는 상이한 용도를 위해 사용될 수 있다. 바람직하게, 큰 직경은 작은 직경보다 1.1 ~ 3 배, 특히 바람직하게는 1.2 ~ 2 배 크다.

추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 각각 제 2 축선과 제 3 축선을 따라 연장하는 길이(l, L)에 대한 외경(d, D)의 비율은 또한 가장 효율적인 질량 분배가 보장되도록 2 개의 슬리브에 대해 실질적으로 동일하다.

추가의 특히 바람직한 실시형태는 제 1 슬리브 및/또는 제 2 슬리브, 바람직하게 양자 모두는 전방 개구를 형성하는 각각의 자유 단부를 향해 개방되는 중심 축선 방향 원통형 리세스를 갖는 것을 특징으로 한다. 다시 말하면, 2 개의 슬리브는 중공 원통체로서 구성되고, 그러나 중실(solid) 원통체로서 구성될 수도 있다. 따라서, 이와 같은 소노트로드는 WO 2009/141252에 개시된 것과 같은 공정에서 사용될 수 있다. 슬리브 중 하나는 중공 원통체로서, 그리고 하나는 중실 원통체로서 제공하는 것도 가능하다. 하나(또는 양자 모두)의 슬리브가 중실 원통체로서 구성되는 경우, 이것은 WO 2009/141252에 따른 방법에서 안내 핀의 기능을 취하고, 하나(또는 양자 모두)의 슬리브가 중공 원통체로서 구성되는 경우, 이것은 바람직한 선택이고, 이것은 WO 2009/141252에 따른 방법의 관점에서 슬리브로서 사용된다. 중공 원통체로 구성되는 경우에는 어느 경우에도, 형성된 원통형 내부 공간은 길이에 걸쳐 일정한 단면을 갖는다. 또한 슬리브 중 하나만 중공 원통체로 구성하고, 다른 슬리브는, 예를 들면, 짧고 따라서 가능한 한 공간을 절약하는, 그러나 축선 방향의 진동만이 가해지도록 중공 슬리브 내에서 진동 특성을 조절하기 위한 형상 및 질량을 갖는 중실 원통체로서 구성할 수 있다.

바람직하게, 각 슬리브의 이 전방 개구의 영역에 형성되는 환형 에지는 선단부를 향해 원추형으로 테이퍼를 형성하도록 설계되는 것이 바람직하고, 즉, 내측 단부에서, 슬리브의 직경은 중공 원통체의 내경과 일치하고, 날카로운 에지가 존재하는 것이 바람직하다. 원추형의 테이퍼는 직선을 따라 취해진 종단면도에서 계단 형상이거나 심지어 오목한 원추형일 수 있다. 이것은 또한 2009/141252에 따른 방법에 관련된 용도를 최적화하고, 다시 말하면, 개선될 리세스의 다공질 벽 구조 내에 침투하는, 상기 방법에서 안내 핀의 주위에 가해지는 초음파에 의해 액화 가능한 칼라를 제공한다..

추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 중공 원통체의 내측에 한정되는 리세스는 전체 길이를 따라 일정한 내경을 갖는 관통-보어이고, 이 관통-보어는 또한 각각의 후방 개구를 통해 교차 영역의 각각의 위치에서 접근할 수 있으므로, 적절한 외경을 갖는 안내 핀은 전방 및 후방의 양쪽 방향에서 삽입되거나 완전히 통과하도록 압입될 수 있다.

추가의 바람직한 실시형태는, 연결부 및 2 개의 슬리브의 양자 모두는 튜브형 중공 원통체로서 설계되고, 이 중공 원통체는 (예를 들면, 소노트로드가 일체로 형성되는 경우) 교차 영역 내에 수렴되고, 또 (예를 들면, 개개의 요소가 상호 나사체결되는 경우) 교차 영역에서 상호 연결되는 것을 특징으로 한다. 이것은, 양 측으로부터 양 슬리브(5, 6)를 통해 접근될 수 있는 관통-개구가 제공되고, 연결부의 자유 단부에 전방 개구가 제공되는 방식으로, 실시된다. 그러나, 이 전방 개구는, 예를 들면 위생 상의 이유로, 핀 등에 의해 폐쇄될 수 있다. 연결부가 중공 원통체로서 형성되는 경우, 이 중공 원통체는 벽 두께 및/또는 외경 및/또는 길이에 관하여 슬리브 중 하나 또는 양자 모두의 치수와 유사한 것이 바람직하다.

추가의 바람직한 실시형태는, 제 1 슬리브 및 제 2 슬리브가 특히 제 1 축선을 통해 배치되는 거울면 및 소노트로드 평면에 수직한 평면에 대해 대칭적 질량 분배를 갖는 것을 특징으로 한다. 이 것은, 예를 들면, 길이 및/또는 직경 및/또는 내경의 차이, 또는 2 개의 슬리브의 재료의 차이를 보상하기 위해 교차 영역에서 소노트로드에 재료 비대부 및/또는 재료 리세스를 제공함으로써 보장되는 것이 바람직하다. 이와 같은 비대부는 또한 안정화를 위해 사용될 수 있고, 및/또는 연결부의 자유 단부의 영역에 제공될 수 있다. 교차 영역은 연결 영역 및 2 개의 슬리브가 형성되거나 2 개의 슬리브가 나사 체결되는 별도의 블록으로서 형성될 수도 있다. 따라서, 교차 영역은, 예를 들면, 상이한 용도를 위한 상이한 슬리브의 부착을 위해 설계될 수 있고, 또한 교차 영역은 특수한 질량 분배를 통해 소노트로드의 진동 거동을 테어링(tare)하도록 사용될 수도 있으므로, 단순한 중공 원통체로서 설계되는 상이한 슬리브는 단부에서 나사 체결될 수도 있고, 최적의 진동 분배 기능이 교차 영역의 설계에 의해 취해지므로 이 슬리브는 더 이상 최적의 진동 분배를 위해 특별히 설계되지 않는다.

추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 소노트로드는 선택적으로 코팅된 금속 재료로 제작된다. 이 재료는 알루미늄, 철, 티타늄, 강, 및 이들을 주로 함유하거나 이들로 구성되는 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

일반적으로, 전술한 바와 같이, 예를 들면 전술한 재료 중의 하나로 일체로 소노트로드를 설계하는 것이 가능하다. 이 경우, 소노트로드는, 예를 들면, 가공물 블록(work block)으로부터 밀링 가공될 수 있다. 대안적으로, 또한 전술한 바와 같이, 상호 연결된 개별 요소로 소노트로드를 설계하는 것이 가능하다. 개별의 상호 연결되는 요소는, 예를 들면, 2 개의 슬리브, 즉 교차부와 연결부일 수 있다. 연결은 폼-피트(form-fit) 및/또는 억지끼워맞춤(force-fit)에 의해 실현되는 것이 바람직하다. 재료-피트는 대안적으로 또는 추가적으로 가능하지만, 이것으로 인해 이와 같은 연결 방식의 일부에서 발생하는 것과 같은 초음파 특성과의 불리한 상호 작용이 발생되어서는 안 된다. 따라서, 예를 들면, 연결부 및/또는 교차 영역 및/또는 제 1 슬리브 및/또는 제 2 슬리브가 함께 나사 체결/삽입/압착/리벳 이음되므로, 연결 나사 체결, 삽입, 압착 또는 리벳 이음되는 요소로부터 소노트로드를 설계하는 것이 가능하다. 예를 들면, 추후에 각각 수나사산과 슬리브를 갖는 단순한 중공 원통체로서 형성되는 연결부가 대응하는 영역 내에 나사 체결될 수 있도록, 대응하는 각도로 분기되는 3 개의 암나사산을 갖는 블록의 형태로 설계하는 것이 가능하다. 바람직하게, 소노트로드는 진동 거동에 악영향을 줄 수 있는 용접부를 갖지 않는다. 전술한 바와 같이, 코팅, 특히 슬라이딩 특성, 위생의 특성 및/또는 진동 전달 특성에 영향을 주는 코팅이 사용될 수 있다. 예를 들면, 특히 슬리브의 영역에서, PTFE와 같은 플라스틱 코팅이 가능하다.

크기에 관하여, 예를 들면, 특히 가구 산업에서 보어의 개선을 위해, 또는 일반적으로 목재, 발포재(금속 발포재, 플라스틱 발포재 등), 복합재와 같은 다공질 재료의 연결을 위해, 또는 의료 분야에서, 예를 들면, 뼈나 다공질 조직 내에 보어를 형성할 때, 2 개의 슬리브가 5 ~ 50 mm 범위, 바람직하게는 10 ~ 25 mm 범위의 길이, 및 2 ~ 15 mm 범위, 바람직하게는 2.5 ~ 10 mm 범위, 특히 바람직하게는 2.5 ~ 7 mm 범위의 직경을 갖는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다. 이미 전술한 바와 같이, 예를 들면, 2 개의 슬리브의 외경에 관한 치수가 특히 2 개의 표준 보어 직경으로 설계되는 경우에 유리하고, 예를 들면, 제 1 슬리브는 4.3 mm의 외경을 갖고, 제 2 슬리브는 3.5 mm의 외경을 갖는 것이 고려될 수 있다.

바람직한 슬리브 쌍의 크기는 다음과 같다:

- 소노트로드 내의 2 개의 작은 직경인 2.8 mm(제 1 슬리브의 외경) 및 3.5 mm(제 2 슬리브의 외경)의 조합;

- 2 개의 큰 직경인 4.3 mm(제 1 슬리브의 외경) 및 5.3 mm(제 2 슬리브의 외경)의 조합.

그러나, 원칙적으로 다른 조합도 실시될 수도 있다. 질량 분배를 보상하기 위해, 길이를 약간 조절하는 것, 즉 더 굵은 외경을 갖는 슬리브보다 더 가늘고 약간 긴 외경을 갖는 슬리브를 설계하는 것이 가능하다. 상기 2 개의 치수의 경우, 예를 들면, 4.3 mm의 외경 및 약 15 mm의 길이를 갖는 슬리브 및 3. 5 mm의 외경 및 16 mm의 길이를 갖는 슬리브를 설계하는 것이 가능하다. 특유의 진동 거동의 특유의 조절 및 밸런싱(balancing)은 통상적으로 주로 슬리브의 이와 같은 길이 조절에 의해 달성될 수 있으므로 진동 특성의 최적화는 실험이나 시뮬레이션에 의해 비교적 쉽게 결정될 수 있다. 추가의 조절은 교차 영역의 설계에 의해, 예를 들면, 재료 비대부 또는 리세스에 의해 달성될 수 있다.

2 개의 이와 같은 슬리브를 통한 대응하는 관통-개구는 동일한 안내 핀이 사용될 수 있도록 내경에 관하여 동일한 설계를 가질 수 있다. 그러나, 각각의 슬리브를 통해 조절되는 관통-개구는 (예를 들면, 최적의 벽 두께를 유지하기 위해) 상이하게 설계될 수도 있고, 상이한 슬리브를 사용하는 경우에는 또한 상이한 안내 핀이 사용되어야 한다.

바람직하게 폼-피트 및/또는 억지끼워맞춤 결합 영역의 형태로, 특히 바람직하게는 나사, 플랜지, 그루브 또는 베요넷 캐치의 형태로, 연결부의 제 1 단부에 초음파 진동 변환기에의 부착을 위한 접합부가 제공되는 것이 바람직하다.

더욱이, 본 발명은 상술된 바와 같이 초음파 진동 변환기 및 소노트로드를 갖는 소노트로드 공구에 관한 것으로서, 진동 변환기는 핸들로서 뿐만 아니라 부스터로서 형성되는 컨버터를 포함하는 것이 바람직하고, 소노트로드는 부스터에 고정되고 또 부스터와 일체로 설계된다. 적절한 공구는 전형적으로 전기 접속부 및 가해지는 진동을 조절할 수 있는 제어기를 갖는다. 전형적으로 20 ~ 120 kHz 범위, 바람직하게는 30 ~ 80 kHz 범위, 더 바람직하게는 50 ~ 80 kHz 범위의 진동이 가해진다.

이와 같은 소노트로드 공구는 의료 분야, 특히 임플란트 분야, 특히 치과 분야를 위한 수 공구(hand tool)로서 설계되는 특징을 갖는 것이 바람직하다.

더욱이, 본 발명은, 특히 WO 2009/141252에 상세히 기재된 바와 같은 방법의 구성 내에서, 이와 같은 소노트로드의 용도 또는 리세스의 개선을 위한 이와 같은 소노트로드 공구의 용도에 관한 것이다. 이것은 의료 방법 또는 비의료 방법일 수 있다. 따라서, 방법에 관하여 WO 2009/141252의 개시 내용이 본 명세서 내에 명시적으로 포함된다. 다시 말하면, 이것은 다공질의, 소공형, 그리고 중공 공간 재료를 노출하는 리세스를 통한 리세스의 개선 방법이고, 외경을 갖는 원통형 횡방향 표면 및 안내 핀을 수용하기 위한 중심 리세스를 갖는하는 2 개의 원통형 슬리브 중 하나가 사용되고, 안내 핀은 기계적 에너지를 가하기 전에 리세스의 베이스를 향해 실질적으로 하방으로 삽입되도록 제공되고, 안내 핀은 리세스의 베이스에 대면하는 단부의 영역에서 기계적 에너지에 의해 액화될 수 있는 재료로 제작되는 개선 칼라(amelioration collar)에 의해 포위되고, 개선 칼라의 원통형 횡방향 표면은 실질적으로 슬리브와 동일한 외경을 갖고, 안내 핀은, 기계적 에너지가 가해진 경우 슬리브가 리세스의 베이스를 향하는 방향으로 안내 핀에 대해 변위되면서 개선 칼라의 재료를 액화시키고 또한 횡방향 및/또는 종방향으로 변위시킬 수 있도록, 변위 가능한 방식으로 중심 리세스 내에 수용된다.

추가의 실시형태는 종속 청구항에서 한정된다.

본 발명의 바람직한 실시형태는 도면에 기초하여 이하에서 설명되고, 도면은 예시적인 것일 뿐이고, 한정적인 방식으로 해석되어서는 안 된다.

도 1은 소노트로드 공구의 측면도로서, 소노트로드는 축선 방향으로 부분 절개도로 도시되고, 또한 지면 내에 위치되고, 안내 핀은 제 1 슬리브의 전방으로부터 돌출해 있다;
도 2의 a)는 도 1에 따른 소노트로드의 측면도로서, 안내 핀은 제 1 슬리브의 후방으로부터 돌출해 있고, 도 2의 b)는 긴 안내 핀을 갖는 도 1 에 따른 소노트로드 공구로서, 긴 안내 핀은 제 1 슬리브로부터 양측으로 돌출해 있다;
도 3은 아래 턱 내에 형성된 보어의 상측의 구강 내에 삽입된 소노트로드 공구의 개략 사시도이다;
도 4는 제 1 슬리브 상의 소노트로드 평면을 따라 도시된 소노트로드이다;
도 5는 소노트로드의 사시도이다;
도 6은 소노트로드의 가능한 치수를 도시한다.

특히 의료 분야, 특히 임플란트 분야, 구체적으로는 치과 임플란트의 분야에서, 다공질 재료 내의 리세스의 개선 방법은, 예를 들면, WO 2009/141252로부터 공지되어 있다. 이 경우, 초음파에 의해 액화되는 재료의 실질적으로 원통형 칼라가 초음파의 영향 하에서 이 재료를 이용하여 액화 방식으로 리세스의 벽 영역의 기공을 충전하기 위해 사용된다. 이것은, 각각 축선방향의 리세스를 갖는 슬리브 내에서 안내되는 안내 핀이 안내 요소로서 이미 제공된 보어 내에 삽입되고, 다음에 그 상측에 슬라이드 장착되는 슬리브가 리세스의 베이스를 향해 하방으로 가압되도록, 실시된다. 선단부 영역에서 안내 핀의 주위에 액화 가능한 재료의 중공 원통체가 제공되고, 이것은 재료 칼라의 하방 이동 및 기공 내로 외방향으로 동시적 액화에 의해, 개선될 보어의 내경에 실질적으로 대응하는 외주를 갖는 슬리브에 의해 변위되고, 따라서 재료 내의 공극을 충전한다.

이와 같은 방법에 관련하여, 액화될 재료가 어떤 경우에도 슬리브와 접촉한 부위에서만 액화되도록 초음파 진동이 안내 핀 상에서 안내되는 슬리브에만 가해지는 것이 유리하다. 더욱이, 이 슬리브에서 횡방향 초음파 진동은 회피되어야 하고, 즉 초음파 진동은 이 슬리브의 축선을 따라 연장되어야 한다. 치과 분야에서는 특히 공간이 제한되므로, 휴대형 장치의 초음파 진동을 일방향으로 편향시킨 다음 보어의 기계 가공에서 최적으로 사용될 수 있도록 하는 장치에 대한 요구가 존재한다. 이와 같은 장치는 이하에서 설명된다.

도 1은 실제 초음파가 발생되는 컨버터(2)의 형태의 핸들을 갖는 소노트로드 공구(1)의 측면도를 도시한다. 초음파는, 예를 들면, 30 내지 70 kHz 범위의 주파수로 가해지고, 진폭은 약 1 ~ 5 마이크로미터이고, 초음파 진동은 화살표(9)로 개략적으로 나타낸 바와 같이 축선 방향으로 연장한다. 초음파 진동은 먼저 소위 부스터(3)에 전달되고, 여기서 실제 소노트로드(18)의 영역에서의 초음파 진동이 5 ~ 25 마이크로미터 범위의 진폭을 가지도록 진폭이 증폭된다.

이 부스터(3)에 실제의 소노트로드 요소(18)가 부착된다. 이것은, 예를 들면, 나사 형태의 결합점을 통해 실시되지만, 또한 다른 결합 가능성도 생각할 수 있다. 실제의 소노트로드(18)는 원통형 연결부(4)를 갖고, 이 경우 이 것은 중공 원통체로서 형성되고, 즉 축선(16)을 따라 연장하는 내부 공동부(13)를 갖는다. 이 공동부는 전방을 향해 개방되고, 즉 전방 개구(31)가 있다.

소노트로드(18)의 연결부의 전방 자유 단부에는 교차 영역(36)이 위치된다. 이 교차 영역(36)에서, 소노트로드(18)는 다른 방향을 지향하는 2 개의 슬리브, 즉 더 큰 외경을 갖는 제 1 슬리브(5) 및 더 작은 외경을 갖는 제 2 슬리브(6)로 분기된다. 2 개의 부분(5, 6)은 대칭적으로 분기되고, 즉, 제 1 슬리브(5)의 축선(8)과 제 2 슬리브(6)의 축선(17)은 120 도의 각도를 형성하고, 상기 축선은 다시 연결부(4)의 전술한 축선(16)과 등각을 형성하고, 이 트리포드(tripod)의 개별 암은 도면부호 41로 개략적으로 나타낸 공통의 평면에 모두 위치되고, 이것은 본 도면에서 지면에 위치된다.

제 1 슬리브(5) 및 제 2 슬리브(6)의 양자 모두는 중공 원통체로서 설계되고, 즉, 이들 각각은 공동부(15) 및 공동부(14)를 각각 둘러싼다. 이 공동부는 전체 소노트로드 영역을 통하는 관통-개구로서 설계되고, 즉 제 1 슬리브의 전방 단부에는 전방 개구(27)가 그 후방에는 후방 개구(28)가 있고, 제 2 슬리브(6)에도 전방 개구(29) 및 후방 개구(30)가 있다(또한 도 2 참조). 전체 길이에 걸쳐 일정한 내경을 갖는 이들 각각의 관통-개구 내에 안내 핀(7)이 슬라이딩에 의해 삽입될 수 있다. 초음파 진동이 화살표(9)에 따라 축선 방향으로 부스터(3) 상에 가해지는 경우, 이것에 의해, 화살표(10)로 개략적으로 나타낸 바와 같이, 연결부(4) 내에도 축선 방향 초음파 진동이 유발된다. 2 개의 암(5, 6)의 각각의 대칭적 설계로 인해, 이 축선 방향 진동은 화살표(11, 12)로 나타낸 바와 같이 각 슬리브 내에서 2 개의 축선 방향 진동으로 분할된다. 이것은, 예를 들면, 유사한 대칭 기(group)를 갖는 분자의 진동 거동으로부터 공지된 바와 같은 대칭의 현상과 완전히 일치한다. 소노트로드(18)가 완전한 대칭으로, 즉 슬리브(5, 6)의 양자 모두가 동일한 길이, 동일한 벽두께, 동일한 재료 및 동일한 직경으로 설계된 경우, 특히 각 암이 각 축선을 따라 120도의 각도를 형성하는 경우에, 진동은 2 개의 슬리브(5, 6) 상에 균일하게 축선 방향으로 각각 분배되고, 또한 이들 슬리브 내에서 연장한다.

그러나, 동시에, 목적은 슬리브(5, 6)의 2 개의 암이 상이한 용도를 위해 사용될 수 있도록 하는 것, 즉 상이한 직경을 갖는 보어에 대해 상이한 외경으로 사용될 수 있도록 하는 것이므로, 여기서 이 완전 대칭이 제공되지 않지만, 한편으로, 더 큰 직경을 갖는 더 짧은 슬리브 부분(5)보다 약간 더 길고 더 작은 직경을 갖는 슬리브 부분(6)을 설계함으로써, 그리고 교차 영역에서 암(6) 상에 추가의 재료 비대부(24)를 그리고 요소(5)의 영역(23)에서 대응하는 재료 비대부를 제공함으로써, 각각의 암 내에서의 완전히 순수한 축선 방향 진동을 보장하기 위해 이 사실이 고려된다. 따라서, 진동 특성은 균형을 이룰 수 있고, 도 1에 화살표로 도시된 바와 같은 축선 방향의 진동만이 개별 암에 실제로 가해지는 것이 보장될 수 있다.

서두에 언급한 WO 2009/141252에 따른 방법을 실시하기 위해, 각 슬리브(5, 6)의 선단부의 환형 에지, 즉 원위 에지(distal edge; 19)는 안내 핀(7) 상에서 압출되는 액화 가능한 재료로 이루어지는 재료 슬리브의 고도로 집중되는 횡방향 변위를 보장하기 위해 원추형으로 테이퍼진 형태를 갖는다.

도 2는 안내 핀(7)이 슬리브(5) 내의 중심 관통-개구를 통해 압입될 수 있는 방법을 도시하는 것으로, 도 2의 a)에서 안내 핀(7)은 후방으로 가압되고, 도 2의 b)에서는 전체 관통-개구를 통해 연장하는, 다시 말하면, 그 후방 단부(32)가 후방으로 돌출하는 긴 안내 핀이 제공된다. 안내 핀(7)은 또한 상이한 길이의 요구에 따라 제공될 수 있고, 예를 들면, 플라스틱 재료로 제작될 수 있다.

도 3은 횡방향의 주위의 다공질 벽 영역(39)을 포함하는 보어(37)가 아래 턱(33)에 제공되는 치과 분야에서 이와 같은 소노트로드(18)의 용도의 개략도를 도시한다. WO 2009/141252에 따른 방법에서는 안내 핀(여기서 도시되지 않음)이 보어 내에 삽입되고, 보어 내로 돌출하는 단부에 진동의 효과에 의해 액화되는 재료의 환형 재료 칼라가 제공된다. 도 3에서 슬리브(5)는 보어 내로의 연속적인 하방 운동으로 내측으로 이동되고, 따라서 중공의 원통형 재료 칼라는, 안내 핀이 고정된 상태로 유지되어 있는 동안에, 슬리브의 원위 단부와 접촉하는 영역에서 상부로부터 하부를 향해 연속적으로 액화되고, 다공질 영역(39) 내에서 횡방향으로 변위된다.

도 4 및 도 5는 이와 같은 소노트로드의 사시도를 도시하고, 여기서 교차 영역(36)이 블록 형태로 설계되는 방법을 인식할 수 있고, 특히 그 설계는 또한 진동 조건에 적합될 수 있다. 도 6은 이와 같은 소노트로드의 가능한 치수 및 설계를 도시하고, 예를 들면, 10 ~ 20 mm 범위, 예를 들면, 약 15 mm의 제 1 슬리브(5)의 가능한 길이(L)를 갖고, 외경(D)은, 예를 들면, 4.3 mm이고, 내경(Di)은 3 mm의 외경을 갖는 안내 핀(7)을 사용할 수 있도록 3 mm이다. 따라서, 3 mm의 내경 및 4.3 mm의 외경을 갖는 액화 가능한 재료의 재료 칼라가 사용될 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같이, 제 2 슬리브(6)는 진동의 균형을 위해 10 ~ 20 mm 범위, 여기서 특히 약 16 mm의 약간 더 긴 길이(I)를 갖고, 외경(d)은 3.5 mm이고, 내경은 2.5 mm이다. 따라서, 3.5 mm의 외경을 갖는 더 작은 보어를 위해 이 슬리브가 사용되는 경우, 2.5 mm의 외경을 갖는 안내 핀(7)이 사용된다. 따라서, 2.5 mm의 내경 및 3.5 mm의 외경을 갖는 액화 가능한 재료의 재료 칼라가 사용될 수 있다.

이전의 도면에서 이미 도시된 바와 같이, 또한 연결부(4)는 중공 원통체로서 형성되고, 즉 공동부를 둘러싼다. 이 부분은 전형적으로 각 슬리브의 길이와 대략 동등한 길이(k)를 갖는다. 본 명세서에 도시되는 특정의 경우에서, 이 부분은 약 15 mm의 길이(k)를 갖는다. 3 개의 암은 각각 각도(α, β, γ)를 형성하고, 본 명세서에 제시된 특정 실시예에서 이들 각도는 모두 120도이다.

1: 소노트로드 공구
2: 컨버터
3: 부스터
4: 소노트로드의 연결부
5: 소노트로드의 제 1 연결부, 큰 직경을 갖는 제 1 슬리브
6: 소노트로드의 제 2 연결부, 작은 직경을 갖는 제 2 슬리브
7: 안내 핀
8: 제 1 슬리브의 축선, 제 2 축선
9: 부스터의 진동 방향
10: 연결부에서의 진동 방향
11: 제 1 슬리브의 진동 방향
12: 대략 제 2 슬리브의 진동 방향
13: 연결부 내의 공동부
14: 제 2 슬리브 내의 공동부
15: 제 1 슬리브 내의 공동부
16: 연결부의 축선, 제 1 축선
17: 제 2 슬리브의 축선, 제 3 축선
18: 소노트로드
19: 제 1 슬리브의 원위 에지
20: 제 2 슬리브의 원위 에지
21: 요소(4 ~ 6)의 교차점
22: 연결부의 교차 영역에서의 재료 비대부
23: 제 1 슬리브의 교차 영역에서의 재료 비대부
24: 제 2 슬리브의 교차 영역에서의 재료 비대부
25: 축선의 자유 원위 단부
26: 안내 핀의 원통형 주위면
27: 제 1 슬리브의 전방 개구
28: 제 1 슬리브의 후방 개구
29: 제 2 슬리브의 전방 개구
30: 제 2 슬리브의 후방 개구
31: 전방 개구
32: 안내 핀의 후방 단부
33: 아래 턱
34: 위 턱
35: 구강
36: 소노트로드의 교차 영역
37: 아래 턱에 제공된 보어
38: 보어의 베이스
39: 보어의 다공질 벽 영역
40: 부스터 내의 소노트로드를 위한 고정 개구
41: 소노트로드 평면
42: 연결부의 후방 단부, 연결부의 연결측
43: 연결부의 자유 단부
α: 제 1 슬리브의 축선과 제 2 슬리브의 축선 사이의 개방 각도
β: 연결부의 축선과 제 2 슬리브의 축선 사이의 개방 각도
γ: 연결부의 축선과 제 1 슬리브의 축선 사이의 개방 각도, 제 1 각도
L: 제 1 슬리브의 작업 부분의 길이
D: 제 1 슬리브의 외경
Di: 제 1 슬리브의 내경
L: 제 2 슬리브의 작업 부분의 길이
D: 제 2 슬리브의 외경
Di: 제 2 슬리브의 내경
K: 연결부의 부스터와 교차 영역 사이의 길이

Claims

연결부(4)를 포함하는, 초음파 진동 변환기(2, 3)에 연결하기 위한 소노트로드(18)로서, 상기 연결부(4)는 제 1 축선(16)을 따라 연장하고, 상기 진동 변환기(2, 3)에 제 1 단부(42)에 의해 부착되거나 연결되고, 상기 연결부(4)는 상기 초음파 진동 변환기(2, 3)에 의해 전적으로 상기 제 1 축선(16)을 따라 진동하도록 구성되고,
상기 제 1 단부(42)의 반대측의 상기 연결부(4)의 자유 단부(43)에서, 제 2 축선(8)을 따라 연장하는 원통형인 제 1 슬리브(5) 및 제 3 축선(17)을 따라 연장하는 원통형인 제 2 슬리브(6)의 양자 모두가 공통의 교차 영역(36)에 배치되고, 상기 제 1 축선(16)은 상기 제 2 축선(8)과 100 ~ 140° 범위의 제 1 각도(γ)를 형성하고, 상기 제 1 축선(16)은 상기 제 3 축선(17)과 100 ~ 140° 범위의 제 2 각도(β)를 형성하고, 3 개의 축선(8, 16, 17)은 하나의 소노트로드 평면(41) 내에 배치되는, 소노트로드.
제 1 항에 있어서,
2 개의 슬리브(5, 6)에 대하여, 각각 상기 제 2 축선(8)과 상기 제 3 축선(17)에 따른 길이(l, L) 대 외경(d, D)의 비율은 2:1 ~ 10:1의 범위를 갖는, 소노트로드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 각도(γ) 및 상기 제 2 각도(β) 중 하나 또는 양자 모두는 110 ~ 130°의 범위를 갖는, 소노트로드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 각도(γ) 및 상기 제 2 각도(β)는 5° 이하의 최대 편차로 동일하고, 상기 제 2 축선(8)과 상기 제 3 축선(17)은 제 3 각도(α)를 형성하고, 상기 제 3 각도(α)는 100 ~ 140°의 범위인, 소노트로드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 슬리브(5) 및 상기 제 2 슬리브(6)의 양자 모두는 원통형 외면을 갖는 원형의 원통체로서 설계되고, 상기 제 1 슬리브(5)의 외경(D)은 상기 제 2 슬리브(6)의 외경(d)보다 크고, 각각 상기 제 2 축선(8)과 상기 제 3 축선(17)을 따른 길이(l, L)에 대한 외경(d, D)의 비율은 2 개의 슬리브(5, 6)에 대해 동일한, 소노트로드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 슬리브(5) 및 상기 제 2 슬리브(6) 중 하나 또는 양자 모두는 전방 개구(27, 29)를 형성하도록 각각의 자유 단부를 향해 개방되는 중심 축선 방향 원통형 리세스(14, 15)를 갖고, 상기 전방 개구(27, 29)의 영역 내에 형성되는 각각의 슬리브(5, 6)의 환형 에지는 원추형으로 테이퍼지게 설계되고, 상기 리세스(14, 15)는 각각의 후방 개구(28, 30)를 통해 상기 교차 영역(36)의 각각의 위치에서 접근할 수 있는 일정한 내경(Di, di)을 갖는 관통-보어인, 소노트로드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 연결부(4) 및 2 개의 슬리브(5, 6)의 양자 모두는 튜브형 중공 원통체로서 설계되고, 상기 중공 원통체는 상기 교차 영역(36) 내에서 수렴하고 또 상기 교차 영역(36)에서 상호 연결되고, 각각 양 측으로부터 제 1 및 제 2 슬리브(5, 6)를 통해 접근할 수 있는 관통-개구(27 ~ 30)가 제공되고, 상기 연결부(4)의 자유 단부(43)에 전방 개구가 제공되고, 상기 전방 개구는 폐쇄 요소에 의해 폐쇄될 수 있는, 소노트로드.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 슬리브(5) 및 상기 제 2 슬리브(6)는, 상기 제 1 축선(16)을 통해 배치되는 거울면 및 소노트로드 평면(41)에 수직한 평면에 대해 대칭적 질량 분배를 갖고,
상기 제 2 축선(8)과 상기 제 3 축선(17)에 따른 길이(l, L)의 차이, 상기 제 1 슬리브(5)와 제 2 슬리브(6)의 외경(D, d)의 차이, 및 상기 내경(Di, di)의 차이 중 하나 이상을 보상하기 위해, 재료 비대부(23, 24) 및 재료 리세스 중 하나 또는 양자 모두가 상기 교차 영역(36)에서 상기 소노트로드(18)에 형성되는, 소노트로드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 소노트로드는 금속 재료로 제작되고, 상기 소노트로드는 일체로 형성되고, 단일의 가공물 블록으로부터 기계 가공되고, 또는 상기 소노트로드는 함께 나사 체결되는 나사산을 갖는 요소에 의해 형성되고, 상기 연결부(4), 상기 교차 영역(36), 상기 제 1 슬리브(5), 및 상기 제 2 슬리브(6) 중 하나 이상은 함께 나사 체결되는, 소노트로드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
2 개의 슬리브(5, 6)는 5 ~ 50 mm 범위의 길이(L, I) 및 2 ~ 15 mm 범위의 직경을 갖는, 소노트로드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 연결부(4)의 제 1 단부(42)에 상기 초음파 진동 변환기(2, 3)에 대한 부착을 위해, 폼-피트(form-fit) 및 억지끼워맞춤(force-fit) 결합 영역 중 하나 또는 양자 모두의 형태로 접합부(interface)가 제공되는, 소노트로드.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 소노트로드(18) 및 초음파 진동 변환기(2, 3)를 갖는 소노트로드 공구(1)로서, 상기 진동 변환기는 핸들형 컨버터(2) 및 부스터(3)를 포함하고, 상기 소노트로드는 상기 부스터에 고정되거나 상기 부스터와 일체로 설계되는, 소노트로드 공구.
제 12 항에 있어서,
상기 소노트로드 공구(1)는 의료 분야를 위한 수 공구(hand tool)로서 설계되는, 소노트로드 공구.
리세스의 개선을 위해 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 소노트로드(18)를 이용하는 방법으로서, 외경을 갖는 원통형 횡방향 표면 및 안내 핀(7)을 수용하기 위한 중심 리세스(14, 15)를 갖는 2 개의 원통형 슬리브(5, 6) 중 하나가 사용되고, 상기 안내 핀(7)은 기계적 에너지를 가하기 전에 상기 리세스의 베이스를 향해 하방으로 삽입되도록 제공되고, 상기 안내 핀(7)은 상기 리세스의 베이스에 대면하는 단부의 영역에서 기계적 에너지에 의해 액화될 수 있는 재료로 제작되는 개선 칼라(amelioration collar)에 의해 포위되고, 상기 개선 칼라의 원통형 횡방향 표면은 상기 슬리브(5, 6)와 동일한 외경을 갖고, 상기 안내 핀(7)은, 기계적 에너지가 가해진 경우 상기 슬리브(5, 6)가 상기 리세스의 베이스를 향하는 방향으로 상기 안내 핀(7)에 대해 변위되면서 동시에 상기 개선 칼라의 재료를 액화시키고 또한 횡방향 및 종방향 중 하나 또는 양자 모두로 변위시킬 수 있도록, 변위 가능한 방식으로 상기 중심 리세스(14, 15) 내에 수용되는, 소노트로드를 이용하는 방법.