KR20140114435A - 정형외과용 나사 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

뼈 나사 및 이의 제조 방법은 나사산의 전연 및 후연 및/또는 나사산 사이의 축에 하나 또는 그 이상의 홈 컷을 갖는 나사산 형상을 포함한다. 다른 구현은 하나 또는 그 이상의 홈 안에 소면(facets)의 결합을 포함한다. 하나 또는 그 이상의 홈의 구현은 정형외과용 나사의 표면적을 증가시키고, 일단 삽입된 후에는 뼈 안에서 뼈나사의 앵커링을 증가시킴으로써 삽입 후에 나사가 빠질 가능성을 줄여주는 기능을 한다.

Description

정형외과용 나사 및 이의 제조 방법 {BONE SCREW AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 정형외과용(뼈) 나사에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 나사산의 표면적이 증가된 정형외과용 나사 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

의료용 나사 또는 정형외과용(뼈) 나사 및 나사 핀은 하나 또는 복수의 뼈를 안전한 위치에 교정 할 필요가 있을 때 주로 사용되는데, 1) 나사가 사용되는 인접한 뼈 또는 뼈 부분에 대하여 또는 2) 뼈 또는 교정 나사가 사용되어 소정 위치에 유지되는 교정용 부목이나 다른 외부 고정기구에 뼈를 고정하는 경우에 사용되고 있다. 본문에 있어서 “뼈 나사” 및/또는 “정형외과용 나사”의 어구는 서로 치환 가능하도록 사용되었으며, 인간 및/또는 동물의 뼈에 이용되는 모든 종류의 의료용 및 정형외과용 나사, 나사 핀 및/또는 임플란트를 포함하는 것으로 한다.

뼈 나사를 사용함에 있어서, 한가지 공통적인 문제점은 나사를 삽입하는 동안의 뼈 갈라짐이다. 뼈의 균열은 소재(예를 들면, 뼈)가 본래 잘 부서지기 쉬운 경우와 나사와 뼈 사이의 마찰이, 적절한 장착을 위하여 충분히 관통이 이루어지도록 더 높은 회전력(토크)을 필요로 하는 경우에 자주 발생한다.

또 다른 문제점은, 삽입 후에 나사가 느슨해지거나 “빠짐(back out)”에 대한 가능성이다. 이 느슨해짐은 뼈의 오장착을 야기하며, 이것을 보완하기 위하여 행해져야 하는 추가 조치들을 필요로 한다.

따라서, 뼈 나사의 설치 및 제거에 있어 현재 용인되는 시술에 대한 변경을 필요로 하지 않으면서, 상기 문제들을 해결할 수 있는 뼈 나사의 제공이 요구된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 정형외과용 나사의 제조 방법은 나사 커팅기에 소재 바를 로딩하는 단계; 커팅 툴을 이동시켜 설정된 시간 동안 소재 바에 접촉하여 나사산을 커팅하는 단계; 커팅 툴을 설정된 시간의 종료 전에 소재 바의 커팅 접촉으로부터 제거하고; 소재 바나 커팅 툴을 회전시키며; 커팅 툴을 두 번째 설정된 시간 동안 소재 바에 접촉되도록 복귀시켜서 나사산의 다른 부분을 커팅하는 단계; 두 번째 설정된 시간의 종료 전에 커팅 툴을 소재 바의 커팅 접촉으로부터 제거하는 단계를 포함한다. 소재 바의 커팅은 최소한 두 개의 인접한 컷이 소재 바의 중심축에 대하여 서로 다른 반경을 갖도록 행해진다.

본 발명의 다른 형태 및 특징은 첨부도면과 함께 하기의 상세한 설명으로부터 밝혀질 것이다. 그러나 도면은 예시 목적을 위하여 설계되었을 뿐, 본 발명의 한정을 정의하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 한정적 정의에 대해서는 첨부의 특허청구의 범위의 기재가 참조되어야 한다. 더욱이, 도면은 축척에 맞게 도시될 필요가 없으며, 그 밖에 명시되지 않는 이상 여기에 기술된 구조 및 과정을 개념적으로 도시하고자 하는 의도로서 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 다면의(faceted) 뼈 나사는 또한, 이식된 장치의 다면의 나사산과 뼈 사이의 접합력(osteointegration)을 향상시킴으로써 뼈 나사 및 나사핀이 뼈로부터의 빠짐(backing out)의 가능성을 감소시킨다.

도 1은 종래 기술에 따른 뼈 나사의 단면도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 실시예에 따른 다면(faceted)의 뼈 나사의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 뼈 나사의 제조에 사용되는 뼈 나사 커팅기의 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 뼈 나사의 제조에 사용되는 뼈 나사 커팅기의 평면도이다.
도 3c는 본 발명의 뼈 나사 제조에 사용되는 나사 커팅기에서 회전하는 가이드 부시의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다면의 뼈 나사의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다면의 뼈 나사의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 나사산의 다양한 부분을 설명하기 위하여 도시된 두 나사산의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산 구조의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 두 개의 나사산의 측면도이다.
도 9a 및 9b는 도 8에 도시된 두 개의 나사산의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 12a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 12c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도; 이며,
도 21a 및 도 21b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 뼈/정형외과용 나사의 나사산의 측면도이다.

도 1은 종래 기술에 따른 뼈 나사(10)의 단면도를 나타낸 것이다. 축(12)은, 그 전체 길이를 포함하여 그 축(12)의 임의 길이에 걸쳐 연장하는 나사산(14)을 포함한다. 나사산은 일반적으로 나사의 특정 용도에 따라 일정하고 불변하는 깊이(D)를 가진다. 대부분의 뼈 나사 및 파스너에서 인접하는 나사산 사이의 간격인 피치 또한 일정하다.

해당 기술분야의 통상의 기술자는 축(12)의 한 개 또는 복수의 다른 부분이 나사산(14)을 포함할 수 있고, 또는 반대로 축(12) 전체가 나사산이 될 수 있음을 인지할 것이다. 이와 동일한 원리가 본 발명의 뼈 나사에 적용된다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다면의 뼈 나사(20)의 단면도를 나타낸 것이다. 이 뼈 나사(20)는 하나 또는 그 이상의 소면(facet; 26a, 26b 및 26c)을 포함한 나사산(24)을 구비한 축(22)을 포함한다. 이런 소면들은 대체로 나사산 홈에 대해 가로질러 놓여지며, 나사산의 일부 또는 그 전체에 대하여 횡단하여 연장된다. 나사산에 대하여 횡단하도록 도시되어 있으나, 각 소면들은 나사산 홈(groove)과의 순수한 횡단관계를 벗어날 수 있다. 소면(26)들을 나사산 홈(24) 안에서 축과 결합하여, 복수의 정점(28) 및 골(30)이 그 안에 형성된다. 소면(26)은 다음에 인접하는 면에 대해 서로 다른 각도 α 및 β로 배치된다. 각도 α는 90~170°의 범위일 수 있고, 각도 β는 100~175°의 범위일 수 있다. 소면(26)의 구현은 나사산의 다양한 깊이(D)를 생성한다.

도시된 바와 같이, 소면(26)들에 의하여 나사산의 범위 안에서 다양한 깊이를 갖는 다수의 정점(28) 및 골(30)이 형성되며, 각각 정점 및 골은 축(22)의 회전 방향에 따라 상승/하강하는 부분을 가진다.

이 정점 및 골들은 상승/하강하는 부분과 함께 뼈와 나사 사이의 마찰을 감소시키도록 작용하며, 이로써 뼈 나사를 뼈에 삽입 또는 제거하기 위해 필요한 회전력을 감소시키는 작용을 한다. 말하자면, 축(22)이 한쪽 방향으로 회전하면, 각 정점의 상승하는 부분이 서서히 뼈를 관통하도록 작용할 것이며, 정점이 접촉한 다음에는 뼈가 정점의 하강하는 부분을 통과하면서 뼈와 나사산 사이의 마찰은 실질적으로 감소하게 된다.

나사산의 구조와 같이 이러한 과정을 연속으로 반복함으로써, 뼈 나사를 움직이기 위해 요구되는 전체적인 회전력은 50%까지 감소될 수 있다(관통되는 나사와 뼈의 사이즈에 따라서).

일단 뼈에 삽입되면, 뼈는 소면(26; 정점 및 골을 포함하여)과의 접합을 허용하고, 의사에 의해 삽입된 후 소면은 나사의 느슨해짐(즉, “백킹아웃”)을 방지하기 위하여 앵커처럼 된다. 반면, 뼈 나사를 빼내야 할 경우에는, 단순히 느슨해지는 방향으로 마찰을 적용시키는 것으로 뼈를 소면(26)으로부터 느슨하게 하여 해방시키게 되며, 소면은 또다시 뼈 나사를 제거할 때에 필요하게 되는 회전력을 감소시키도록 작용한다.

도 2b는 소면(36)이 실질적으로 오목한 형태이고, 정점들은 각 오목한 소면(36) 사이의 꼭지점(38)에 의해 형성되는 뼈 나사(20)의 또 다른 실시예를 나타낸 것이다. 이 실시 형태에서는, 골은 각 오목한 소면(36)의 중심부에 해당하며, 마찰감소는 전 방향이다(즉, 시계 방향 및 반시계 방향의 양쪽 모두 동일하게 작용한다).

도시된 바와 같이 오목한 소면(36)과 해당 정점 및 골들의 형상의 결과로써 각기 다른 반경(R1, R2, R3)들이 존재한다.

뼈 나사를 재현 가능하고, 검증된 방법으로 제조하기 위해서는 스위스 타입 나사 가공기를 사용하는 정밀한 제조 기술을 필요로 한다. 당업자라면 이 타임 튜닝(time tuning; 즉, 선반) 또는 다축 스위스타입 CNC(Computer Numerically Controlled; 컴퓨터 수치 제어 방식) 나사 가공기가 여기에 개시된 다면 뼈 나사를 제조하기 위하여 적절하게 설계될 수 있는 기계의 일례일 뿐이며, 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다른 타입의 기계도 구현될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.

도 3a는 본 발명의 뼈 나사의 제조에 이용되는 스위스 커팅기(300)의 평면도를 나타낸 것이다. 이것은 통상 헤드스톡(302), 가이드 부싱(또는, 가이드 콜릿; 304), 라이브 툴 홀더(306), 보조 스핀들(308) 및 툴 홀더 슬라이드(310)로 구성되어 있는 헤드스톡 슬라이딩 타입의 CNC 자동 선반이다. 툴 홀더 슬라이드는, 다른 절삭 프로세스로 사용될 수 있는 한 개 또는 그 이상의 툴 또는 다이스(311)를 포함한다. 예시적 목적을 위해서 여기에 도시되었으나, 본 발명은 다면 뼈 나사의 제조 과정에서 툴 홀더 슬라이드(310)를 필요로 하지 않을 수 있다.

헤드스톡(302)은 메인 스핀들(312)과 슬라이드 유닛(도시되지 않음)을 포함한다. 메인 스핀들(312)은 가이드 부싱(304)에 소재 바를 고정한 후 소재 바에 대하여 회전 운동을 제공한다. 슬라이딩 유닛은 CNC 제어에 의해 소재 바에 대하여 Z축 방향(세로방향)으로의 왕복운동을 제공한다. 기계가공이 이루어지는 동안 소재 바의 ZI 축 방향 운동은 헤드스톡에 의하여 이루어진다. 라이브 툴 홀더(306)는 나사산 가공에 이용되는 (와이어) 소재 바에 나사산을 커팅하는 툴 또는 커터(307)를 포함한다.

도 3b는 나사 커팅 선반/기(300)의 라이브 툴 홀더(306)의 평면도를 나타낸 것이다. 라이브 툴 홀더는 CNC 제어에 의해, X축 및 Y축으로의 왕복운동이 가능하고, 메인 기계가공이 이루어지는 동안, 소재 바에 대하여 지름 방향(diametric direction) 운동을 제공한다. 툴 포스트는 커팅 툴을 가이드 부싱(304)에 인접하여 소재 바에 접촉시키고, 헤드 스톡(302)과 함께 공동으로 기계가공을 실행한다. 툴 포스트에는 툴 홀더(도시되지 않음), 4-스핀들 슬리브 홀더(314) 및4-스핀들 크로스 드릴링/밀링(천공) 유닛(316)이 부착된다. 커팅 툴은 툴 홀더에 부착되어 회전을 실행한다.

프런트 머시닝(front machining) 툴 홀더는 슬리브 홀더(314)에 부착되어 프론트의 드릴링, 태핑 및 천공 등을 실행한다. 전동 툴(Power driven tools)은 4-스핀들 크로스 유닛(316)에 부착될 수 있으며, 교차 또는 프런트 드릴링, 태핑 및 밀링(천공)을 수행하기 위하여 드릴링, 태핑 및 엔드 밀링(end milling) 등을 위한 회전운동을 제공한다.

X축은 툴 홀더의 지름 방향 공급 및 4-스핀들 크로스 드릴링/밀링 유닛의 툴 선택을 수행한다. Y축은 툴 홀더의 툴 선택, 슬리브 홀더(314)의 툴 선택 및 4-스핀들 크로스 드릴링/밀링 유닛(316)의 지름 방향 공급을 실행한다.

가이드 부싱(304)은 가공 위치에 근접하여 소재 바를 지탱하여 재료가 휘어지는 것을 방지하고, 이로써 매우 정확하고 재현성이 높은 기계가공의 실현을 돕는다.

이 유닛에서, 가이드 부싱(304)은 지름 방향에서 대부분의 절삭 하중(cutting load)을 지탱하며, 기계 가공의 정확도는 가이드 부싱(304)과 소재 바 사이의 간극(clearance)에 의해 다소 달라질 수 있다. 그러므로, 본 발명에서 소재 바의 선택은 나사산으로 가공되는 재료의 바깥지름에 대해 요구되는 정밀도에 근거하여 이루어진다. 가이드 부싱(304)은 메인 스핀들과 동기화된 회전형 가이드 부시(320)인 것이 바람직하다(도 3c 참조). 일반적으로, 가이드 부시(320)는 가이드 부싱(304) 내에 배치된다.

보조 스핀들(313)은 가이드 부싱(콜렛; 304)과 함께 소재 바를 고정해서 회전운동을 제공한다. 슬라이딩 유닛은 CNC 제어와 함께 재료에 대해 ZB축 방향(세로 방향) 및 XB축 방향으로의 왕복운동을 제공한다.

툴 홀더(310)는 백 머시닝(back machining)에서 ZB 축 방향 공급을 제공하고, 서브 스핀들 유닛(308)의 툴 선택 시에는 XB 축 방향 공급을 제공한다. 백 어태치먼트 머시닝(back attachment machining)의 다양한 역할은 대체로 다음과 같이 분류될 수 있다.

논-핍 머시닝(Non-pip machining): 백 어태치먼트는 커팅 프로세스에서 작업물을 고정하고, 메인 스핀들과의 동시 회전에 의해 커팅 프로세스를 수행하여 다우얼(dowel) 없이 절단면을 얻는다.

Z-ZB동기 제어(Z-ZB synchronous control): 백 어태치먼트는 메인 가공이 이루어지는 동안 절삭 과정에서 메인 스핀들과 동시에 작업물을 고정한다. 이것은 또한 메인 스핀들과 함께 Z/ZB축 방향에서 동시 작동을 수행하거나, 동시 회전하여 소재 바의 휨과 뒤틀림을 억제한다.

백 머시닝(Back machining): 라이브 툴 홀더(306)는 툴 포스트의 후방 보조-스핀들과 함께 절삭 말단면(cutting-end surface) 및 그 주위의 후방 가공을 수행한다.

서브 스핀들 유닛(308)＜이것은 540S타입 머신에는 포함되지 않는다＞: 절삭 말단면의 가공을 위한 툴 홀더(306)가 후방 가공 서브 스핀들 유닛(308)에 부착되어, 후면의 드릴링, 태핑 및 보어링(천공)을 수행한다.

전동 어태치먼트(이것은 옵션임)를 위한 구동 시스템의 선택은 전동 툴 유닛의 부착과 백 오프 센터(back off-center)의 태핑/밀링 가공을 허용한다.

도 4는 반 자동의 구현에 따른 다면 뼈 나사의 제조 방법(400)을 나타낸 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원하는 재료의 바가 바 피더(bar feeder)에 로딩된다(402). 콜렛은 작업 홀딩 축 안에 설치된다(404). 요구되는 간극 관련 조화(clearance related harmonics) 수준의 생성에 필요한 사이즈에 맞춰 주문제작된 가이드 부싱이 머신 스핀들 축에 설치된다(406). 원하는 나사산 형태를 형성하도록 가공된 원형 나사 가공 툴이 라이브 툴 홀더에 설치된다(408).

일면에 의하면, 다면 뼈 나사의 소면은 나사 가공이 이루어지는 동안 간극 관련 조화를 적용하여, 정밀하게 제어되는 진동 효과를 통해 만들어진다. 즉, 가이드 부싱(가이드 콜렛)의 사이즈를 조정함으로써, 그것과 소재 바 사이의 간극을 정할 수 있다. 소재 바가 회전하는 원형 나사 가공 툴에 의해 나사 가공되면서 스핀들 축을 통해서 공급될 때, 이 “간극(clearance)”이 간극 관련 조화(또는 제어된 진동효과)를 생성시킨다. 간극 제어를 통해 진동 효과가 정밀하게 제어된다. 이 간극은 예를 들면 0.0002~0.005인치이다.

당업자라면 스위스 타입 나사 가공기는 컴퓨터로 제어가 가능한 기계이고, 따라서 상기한 프로세스는 컴퓨터 제어가 가능하며, 프로그램화된 기계에 의해 컴퓨터 제어될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 가공기는 소재 바의 사이즈, 가공되는 재료의 양 및 원하는 마감에 따라 1회 또는 복수 회에 걸쳐 나사산을 형성하도록 프로그램될 수 있다.

다른 다면 뼈 나사의 여러 특징들, 예를 들어, 나사 헤드의 형성, 세부 파일롯의 드릴링, 드라이브 구조, 코팅 및/또는 그 외 표면 준비 처리 등은 나사산이 소재 바에 형성되기 이전 또는 이후에 실행될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 뼈 나사의 또 다른 제조방법을 나타낸 것이다. 상기한 바와 같이, 뼈 나사를 재현가능하고, 검증된 방식으로 제조하기 위해서는 스위스 타입 가공기를 사용한 정밀 제조 기술이 필요하다. 앞서 기술된 스위스 타입 나사 가공기는 본 발명의 뼈 나사를 제조하기 위한 바람직한 기계의 한 예이며, 선택 가능한 소재 바의 회전과 그의 가공을 가능케 하는 다른 기계류 또한 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다. 이 방법(500)에 따르면, 소재 바가 나사산 커팅기에 로딩된다(502). 이 로딩은 소재 바에 헤드가 형성되기 전 또는 후에 이루어질 수 있다. 일례로, 로딩되고 나면 소재 바는 각각의 점차적 회전 사이에 구분되는 정지와 함께 점차적으로 회전된다(504). 또 다른 한 예로, 소재 바가 정지된 상태로 커팅 툴이 점차적으로 소재 바 주위를 회전한다. 소재 바 또는 커팅 툴의 점차적인 회전 사이 각각의 정지 시간은 원하는 나사산 모양과 구조에 따라 달라질 수 있다. 이러한 시간주기는 0.1 에서 5초 사이 아무 때 일 수 있다. 이 정지 기간 동안, 나사산 커팅 툴이 이동하여 소재 바와 접촉되고 소재 바를 커팅한다(506). 소재 바에 접촉하도록 커팅 툴이 이동하는 것은 소재 바에 대하여 방사상으로 이루어지거나, 또는 방사상 접근으로부터 각도상으로 상쇄되어 나사산의 형상이 도 6-20과 같이 다양하게 될 수 있다. 이 방법에서, 커팅 툴이 소재 바에 들어가는 깊이(또는 방사상 관통)는 무한하게 다양해 질 수 있고(나사 제조에 사용된 소재 바의 본질은 그대로 두면서), 따라서 다면의 나사 제조를 야기하는 나사산 커팅을 통하여 서로 다른 반경(즉, 나사 축의 중심으로부터 측정된 반경, 도 2b 참조)을 형성할 수 있다. 정지 기간 동안 커팅이 완료되면 커팅 툴은 소재 바로부터 제거되며(508), 이 주기는 소재 바에 원하는 나사산의 형상이 커팅될 때까지 반복된다(510).

소재 바가 정지상태로 있는 상기 실시예에 따르면, 회전하는 커팅 헤드/툴은 커팅 작업 사이에 설정된 시간에 실행되는 나사산 커팅을 부여하도록 제어된다. 여기서, 회전하는 커팅 툴은 커팅 툴을 정지한 소재 바에 전달하기 전에 0.01-90°사이의 어느 각도에서 회전될 수 있다. 회전하는 커팅 툴의 소재 바에 대한 방사상 관통은 소재 바에 면의 형상을 전달하기 위해 달라질 수 있다. 각각의 커팅 작업은 커팅 헤드를 소재 바에서 떨어뜨리기 전에 설정된 시간동안 이루어진다. 예를 들면, 1차 커팅 후에, 회전하는 커팅 툴은 정지한 소재 바로부터 제거되고, 설정된 시간동안 회전한 후 나사산의 다음 부분에서 두 번째 커팅을 실현하기 위하여 두 번째 설정된 시간동안 정지한 소재 바와 또다시 접촉된다.

당업자라면 반경이 서로 미세한 차이가 있는 두 개의 인접한 컷은 인접한 오목한 나사산 컷의 형상을 야기하며 이로써 그 컷 안에 오목한 면을 형성하게 됨을 이해할 수 있을 것이다.

도 6은 같은 제품의 다양한 부분을 나타내기 위하여 도시된 나사 파스너(600)의 측면도이다. 당업자라면 모든 파스너는 인접한 나사산(604) 사이의 거리인 나사산 피치(P)를 갖는 것을 분명히 인지할 것이다. 축(602)은 소재 바 안에 형성된 나사산(604) 사이에 남아있는 소재 바의 일부이다. 각각의 나사산(604)은 정점 또는 마루(610)에서 연결되는 전연/표면(606)과 후연/표면(608)을 포함한다. 나머지 실시 형태와 관련된 하기의 기술과 같이, 여기에 개시된 본 발명의 범위 내에서 다음의 실시형태 중의 하나 또는 그 이상의 조합으로 하나의 뼈/정형외과용 나사가 만들어질 수 있다.

도 7은 하나 또는 그 이상의 홈(702)이 나사산의 후연에 커팅된 뼈/정형외과용 나사(700)를 나타낸 것이다. 각각의 홈(702) 안에는 다른 바람직한 형태의 추가 나사산(704)이 있다. 도시된 예에서, 추가 나사산(704)은 뒤집힌 V형 단면을 갖는다. 홈(702)이 나사산의 후연에 커팅됨으로써, 후연의 표면적이 증가된다. 안쪽 나사산(704)을 추가함으로써, 뼈가 끼워질 수 있는 추가 표면 영역이 생기게 되고, 그 접합을 더욱 증가시킨다. 일례에 따르면, 홈(702)은 인접한 두 개의 홈의 양쪽 면 사이의 피치를 생성하기 위하여 서로 떨어져서 그러나 충분히 가깝게 배치된다. 다시 말하면, 인접한 홈(702) 사이의 소재는 더 큰 나사산의 후연에서 더 작은 오목한 나사산을 추가하는 마루를 형성한다.

도 8은 추가된 홈(702)의 다른 예를 보여준다. 왼쪽 예시에서, 홈(702)은 주위를 둘러싸면서 나사산의 후연에 커팅되고, 홈(702)안에 커팅된 하나 또는 그 이상의 소면(804)을 포함한다. 오른쪽 예시에서, 홈(802)은 나사의 후연 및 전연에서 방사상으로 커팅되고, 홈(802) 안에 커팅된 하나 또는 그 이상의 소면(804)을 포함한다.

도 9a 및 9b는 주위를 둘러싸는 홈(704)을 도시한 도 8의 왼쪽 및 오른쪽 예의 횡단면도를 나타낸 것이다. 이 형태에서, 홈(702 또는 802)의 추가는 큰 나사산의 표면적을 증가시키고, 소면이 없는 나사에서 소면을 도입하여 활용 면적을 최대화시킨다.

도 10은 추가 나사산(704)이 그 표면에 하나 또는 그 이상의 소면(1000)을 포함하는 도 7의 변형된 형태의 예를 나타낸 것이다. 다시 한번, 홈(702)의 추가는 그 안에 배치된 나사산(704)과 함께 나사산의 후연의 활용 표면적을 증가시킨다. 소면(1000)을 더 추가하는 것은 나사산(704)의 이미 증가된 표면적을 더욱 증가시킨다.

도 11은 도 10에 도시된 형태의 더욱 변형된 예를 나타낸 것이다. 이 형태에서, 후연의 홈(702) 사이에 남아있는 공간은 한 개 또는 그 이상의 소면(1010)을 포함한다.

도 12a는 본 발명에 따른 뼈/정형외과용 나사(1200)의 한 예를 나타낸 것이다. 여기서, 나선형 홈(1202)은 인접한 나사산 사이의 축에 추가된다. 나선형 홈(1202)은 나사산 사이의 축 부분의 표면적을 증가시킨다. 본 예에서, 홈(1202) 사이의 간극(1203)의 크기는 원하는 형상의 고안에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 간극(1203)은 각 나사산(604)의 공간에 따라서 0.0001~0.5인치 이내일 수 있음이 고려된다. 도 12b 및 12c는 간극(1203)이 줄어들어 홈(1202)이 나사의 축 범위 내 또 다른 나사산을 필수적으로 생성하게 되는 원리를 보여준다. 여기서, 각 간극(1203)은 홈(1202)에 의해 새롭게 형성된 나사산의 마루 또는 정점으로서 기능한다. 도 12c의 예에서, 소면들은 홈(1202)에 추가되며, 또 홈(1202) 사이에서 간극(1203)에 의해 형성된 마루의 표면에 추가될 수 있다. 여기서, 추가된 홈은 원래의 나사/축의 형상을 벗어나지 않는 범위 내에서 뻗어있다(즉, 나사의 축 안으로 오목하게 된다).

도 13은 하나 또는 그 이상의 소면(1204)이 홈(1202)에 추가되는 또 다른 형태를 나타낸 것이다. 도 14는 홈 안에 배치된 추가 나사산(1208)과 홈(1202)을 나타낸 것이다. 추가 나사산(1208; 또는 뒤집힌 V 횡단면)은 홈(1202)의 노출된 표면적을 더욱 증가시키는 작용을 한다. 도 15는 그 위에 하나 또는 각각의 표면에 하나 또는 그 이상의 소면(1210)을 구비하는 나사산(1208)을 나타낸 것이다. 도 16은 간격(spacing; 1203)이 하나 또는 그 이상의 소면(1600)을 포함하는 더욱 변형된 예를 나타낸 것이다. 또 다른 예시 형태에서, (도 12b 및 12c에 도시된 바와 같이) 간격(1203)은 인접한 나선형 홈(1202) 사이에서 매우 작게 형성되어 간격(1203) 그 자체로서 인접한 나선형 홈(1202) 사이의 마루를 형성한다. 이 마루는 축 안에 형성된 홈들 사이에서 조금 더 큰 직경의 나사산으로서 추가로 기능할 것이다.

도 17 및 18은 본 발명에 따른 뼈/정형외과용 나사(1700)의 또 다른 형태를 나타낸 것이다. 여기서, 홈(1710)은 횡단면으로 V형상이다. 하나 또는 그 이상의 소면(1712)이 V형상의 홈의 각 표면 또는 양 표면에 추가될 수 있다(도 18). 도 12b및 12c에 도시된 형태대로, 인접한 홈(1710) 사이의 간격은 홈 사이의 마루가 홈(1710)에 의해 형성된 안쪽 나사산의 마루 또는 정점으로 역할하도록 형성된다.

도 19 및 20은 본 발명에 따른 뼈/정형외과용 나사(1900)의 또 다른 형태를 나타낸 것이다. 여기서, 소면(1902)은 나사산의 후연에 추가되고, 또한 소면(1904)은 나사산의 전연에 추가될 수 있다. 도시된 형태에서, 이러한 면들은 나사산의 전연 또는 후연에 방사상으로 배치되되, 위에서 달리 고려된 형태로 기술된 바와 같이; 소면 배치는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 주위를 둘러싸는 형식, 세로 및/또는 방사상 방향으로 형성될 수 있다. 나사산 사이의 축은 또한 소면(1902 및 1904) 이외에도 또 다른 소면(1906)을 포함할 수 있다.

도 21a는 뼈 나사에 있어서, 나사산의 정점 또는 마루(2110)가 후연(2108)과 전연(2106) 사이에서 확대된 다른 예를 나타낸 것이다. 도 21b는 뼈 나사에 있어서, 홈(2112)이 확대된 정점/마루(2110)로 커팅된 다른 예를 나타낸 것이다. 이것은 정점/마루(2110)의 표면적을 증가시키는 작용을 하며, 정점/마루의 접합력을 현저하게 증가시킨다.

당업자라면 뼈 나사가 사용되길 원하는 용도 또는 특정 용도에 따라서 상기 다양화된 뼈 나사와 추가 홈 및/또는 서로 다른 소면(facet) 형상은 서로 혼합 및 결합하여 사용될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다. 그러한 적용은 피층의 나사에 한정되지 않으며, 헤드가 없는 압박 나사, 외부 고정 나사 및/또는 핀, 가이드 와이어, 임플란트, 임플란트 앵커 등을 포함할 수 있다.

달리 고려되는 형태에 따르면, 상기 발명의 뼈/정형외과용 나사 및/또는 그 안의 홈(groove) 컷은 나아가 코팅되거나 상기 나사의 해당 착용을 강화시키기 위한 다양한 방식의 코팅/트리트먼트가 적용될 수 있다. 여기서, 이러한 코팅들은 뼈 나사의 일부분 또는 하나의 부재에 대해 적용될 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 뼈 나사는 제조된 후 접합을 유도하고 감염을 방지하는 약품 또는 다른 트리트먼트로 코팅될 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 약품은 뼈 나사 주위(즉, 뼈 안에 삽입된 나사 주위 뼈의 영역 및/또는 뼈 안이 아닌 환자의 체내에 있는 뼈 나사의 영역)에 전달된다. 이러한 코팅의 몇 가지 예시 및 적용 방법들은 여기에 결합되어 인용된 미국 특허 제7875285호, 제7879086호, 제8028646호, 제7913642호 및 제7901453호에서 찾아볼 수 있다. 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 코팅 또는 트리트먼트가 뼈/정형외과용 나사에 추가될 수 있음을 이해할 것이다. 이것은 인체 내에서 들어가면 용해되는 필름 또는 코팅을 포함할 수 있다. 뼈의 성장을 촉진시키는 기타 이용 가능한 코팅 또는 파일들도 포함될 수도 있다(예를 들면, 뼈 성장 호르몬).

당업자라면, 본 명세서에 걸쳐 사용되는 “소재 바”란 뼈 나사가 만들어지는 재료의 예시로서, 현재는 티타늄, 스테인리스 스틸, 코발트 크로뮴 및 생체 흡수 플라스틱 등이 사용되고 있음을 이해할 것이다. 본 발명은 또한 뼈 장착에 사용되는 다른 알려지거나 또는 아직 알려지지 않는 재료가 적용될 수 있다. 여기에서 뼈 나사의 헤드 및/또는 팁은 특정 뼈 장착/관통을 위해 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 선에서 다른 원하는 형상으로 만들어질 수도 있음이 고려된다. 또한, 나사산이 적용되는 소재 바는 속이 비어있을 수 있고 다른 고정 장치나 기타 정형외과용 지지 장치와의 연결을 위하여 내부 나사산을 포함할 수 있음이 고려된다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어(firmware), 특정용도 프로세서 또는 이들의 조합으로 다양한 형태로 실시될 수 있음을 이해하여야 한다. 바람직하게는, 본 발명은 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 실시될 수 있다. 게다가 소프트웨어는 바람직하게는 프로그램 저장장치에 물리적으로 구현된 실행 프로그램으로서 실시된다. 이 실행 프로그램은 임의의 적절한 설계를 구비한 기기에 업로드되거나 실행될 수 있다. 바람직하게는, 이 기기는 하나 또는 그 이상의 중앙 처리장치(CPU), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 입력/출력(I/O) 인터페이스 등의 하드웨어를 갖는 컴퓨터 플랫폼 위에서 구현된다. 컴퓨터 플랫폼은 오퍼레이팅 시스템 및 마이크로 명령 코드를 더 포함한다. 여기에 기술한 다양한 프로세스나 기능은, 오퍼레이팅 시스템을 통하여 실행되는 마이크로 명령 코드의 일부 또는 애플리케이션 프로그램의 일부(또는 이의)일 수도 있다. 추가로 다른 다양한 주변 기기, 예를 들면, 별도의 저장장치나 프린터 장치들을 컴퓨터 플랫폼에 접속할 수 있다.

한층 더 이해해야 할 것은, 몇몇 도시된 시스템 구성 및 방법 단계는 소프트웨어에서 실현되는 것이 바람직하므로, 시스템 구성(또는, 프로세스 단계) 간의 실제의 연결은 본 발명이 프로그램되는 방식에 따라 달라질 수 있다. 여기에 교시된 것을 토대로, 통상의 기술자라면, 본 발명의 이들 및 유사한 실시 형태 또는 형상을 예상할 수 있을 것이다.

본 발명의 기본적인 신규한 특징에 대해 도시하고, 기술하고, 지적해 왔지만, 기술한 방법 및 도시된 장치의 상세 및 이들의 작동에 대해서는, 그 원리를 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 다양한 생략 치환 및 변경을 할 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 실질적으로 동일한 방법으로 실질적으로 동일한 기능을 발휘해 동일한 결과를 실현하는 요소 및/또는 방법 단계의 모든 조합은 본 발명의 범위이다. 또, 모든 개시 형태 또는 본 발명의 실시 형태에 관련한 도시 및/또는 기술된 구조 및/또는 요소 및/또는 방법 단계는, 일반적인 설계적 선택사항으로써 다른 개시, 기술과 결합될 수 있다. 그러므로 여기 청구항의 범위에서 지정된 대로 한정하는 바이다.

Claims (12)

1. 나사 커팅기에 소재 바를 로딩하는 단계;
   커팅 툴을 이동시켜 설정된 시간 동안 소재 바에 접촉하여 나사산을 커팅하는 단계;
   커팅 툴을 설정된 시간의 종료 전에 소재 바의 커팅 접촉으로부터 제거하는 단계;
   소재 바 또는 커팅 툴을 회전시키는 단계;
   커팅 툴을 두 번째 설정된 시간 동안 소재 바에 접촉되도록 복귀시켜서 나사산의 다른 부분을 커팅하는 단계; 및
   두 번째 설정된 시간의 종료 전에 커팅 툴을 소재 바의 커팅 접촉으로부터 제거하는 단계; 를 포함하되,
   적어도 인접한 두 개의 컷은 소재 바의 중심축에 대하여 서로 다른 반경을 갖도록 소재 바의 커팅이 행해지는 정형외과용 나사를 제조하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 커팅 툴이 소재 바와의 접촉을 위하여 이동하는 반경거리는 후속하는 설정된 시간 주기에 따라서 달라지게 되어 2개의 인접한 컷이 나사산의 오목한 면을 형성하는 정형외과용 나사를 제조하는 방법.
3. 청구항 2항에 있어서, 상기 커팅 툴(날)의 이동 반경 범위는 0.001~0.01인치 사이인 정형외과용 나사를 제조하는 방법.
4. 축;
   상기 축의 적어도 한 부분에 커팅되어 전연과 후연 및 깊이를 갖는 나사산;
   상기 전연이나 후연의 어느 한 곳에 형성되어 각각의 전연 또는 후연의 표면적을 증가시키기 위한 적어도 하나의 홈(groove);
   을 포함하는 정형외과용 나사.
5. 청구항 4항에 있어서, 상기 나사는 적어도 하나의 홈에 하나 또는 그 이상의 소면(Facets cut)을 더 구비한 정형외과용 나사.
6. 청구항 5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈은 상기 나사산의 전연 또는 후연에서 방사상 컷으로 형성되는 정형외과용 나사.
7. 청구항 4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈은 상기 나사산의 전연 또는 후연에서 홈과 연결되는 축에 대하여 다양한 반경으로 커팅되는 정형외과용 나사.
8. 청구항 4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈은 V-형 단면인 정형외과용 나사.
9. 청구항 4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈은 뒤집힌 V-형 단면인 정형외과용 나사.
10. 축;
    상기 축의 적어도 한 부분에 커팅되어 전연과 후연 및 깊이를 갖는 나사산;
    상기 축의 적어도 하나의 전연과 후연 사이에 형성되어 축의 표면적을 증가시키기 위한 하나의 나선형 홈;
    을 포함하는 정형외과용 나사.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 나선형 홈은 나사산 내에서 나사산의 형상으로 형성되고, 인접한 홈들에 의해 생긴 공간은 나사산 내에서 나사산의 마루를 형성하는 정형외과용 나사.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 나사는 상기 홈 안에 배치된 적어도 하나의 소면을 더 포함하는 정형외과용 나사.

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