Brevet FR2577289A1 — publié le 19860814

i Z 2577289 DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT EN ROTATION La présente invention concerne d'une façon générale des mécanismes d'entraînement et, plus particulièrement, un dispositif pour faire tourner sélectivement un organe dans l'une ou l'autre des deux direc- tions. Les instruments chirurgicaux motorisés qui font tourner des outils chirurgicaux sont souvent utilisés pendant l'exécution d'opérations chirurgicales orthopédiques. Par exemple, un instrument chirurgical motorisé est souvent utilisé pour faire tourner des forets de percage, des entraîneurs de f-ils et des tarauds. Un foret est utilise pour réaliser dans un os des trous qui reçoivent des broches ou des vis. Un entraîneur de fils peut être enfonce dans un os et enlevé ensuite pour créer un passage de guidage qui reçoit un fil assurant l'assemblage des fragments d'un os rompu. En outre, l'entraîneur de fils peut être laissé dans l'os et utilisé comme un guide pour un foret creux, qui passe sur le fil à mesure que le foret pénètre dans l'os, ou bien pour fixer ensemble des morceaux d'os. Le taraud est utilisé pour créer un passage fileté dans un os. Pour utiliser les outils décrits ci-dessus, l'instrument chirurgi- cal motorisé doit pouvoir entraîner l'outil en rotation sélectivement dans l'une ou l'autre des deux directions. Couramment, l'outil est entraîné en rotation dans une direction directe ou d'avance pour faire pénétrer l'outil dans l'os, et dans une direction inverse ou de recul pour permettre de retirer l'outil de l'os. En conséquence, les techni- ciens de ce domaine ont mis au point des transmissions qui utilisent un arbre entraîné en rotation dans une seule direction par un moteur de façon à faire tourner un arbre de sortie sélectivement dans l'une ou l'autre de deux directions. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4 277 209 délivré à Benjamin et al., on décrit un auxiliaire de filetage comportant un entraîneur pouvant faire tourner un arbre mené, 2 2577289 sur lequel est monté un taraud, dans l'une ou l'autre de deux directions. Cependant, le dispositif d'actionnement de l'entralneur qui assure son accouplement avec les organes qui entraînent l'arbre mené dans l'une ou l'autre de deux directions doit tourner avec l'arbre mené. En consé- quence, les inversions rapides de la direction de rotation, qui sont souvent nécessaires lors de l'utilisation d'un instrument chirurgical motorisé, ne peuvent être réalisées de facon pratique avec l'entralneur décrit dans le brevet de Benjamin et al. Le dispositif décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 395 240 présente le même inconvé- nient. La demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique sous le numéro 336 050 le 31 décembre 1981 décrit une transmission ("la trans- mission Linden") qui a été incorporée à un instrument chirurgical motorisé disponible dans le commerce. La transmission Linden est capable d'effectuer des inversions rapides du sens de rotation de l'arbre de sortie mais elle nécessite la rotation manuelle d'un manchon pour produire l'inversion de rotation. Le manchon est entrainé en rotation de la façon la plus courante par la main du chirurgien qui ne tient pas l'instrument, ce qui peut causer une gêne au chirurgien pendant l'exé- cution d'une opération chirurgicale orthopédique. En conséquence, il est nécessaire de disposer d'un mécanisme permettant de faire tourner sélectivement un organe dans l'une ou l'autre de deux directions, qui permette des inversions rapides du sens de rotation de l'organe et qui ne nécessite pas une manipulation manuelle d'un organe pour produire une inversion du sens de rotation. La présente invention concerne un dispositif pour entraTner en rotation un organe. Le dispositif comprend un bâti ou chassis sur lequel est monté un organe mené qui est adapté pour tourner par rapport à celui-ci. Un premier organe tournant est prévu pour entraîner en rotation l'organe mené dans une première direction quand le premier organe tournant est accouplé mécaniquement à l'organe mené. Un second organe tournant est prévu pour faire tourner l'organe mené dans une seconde direction quand le second organe tournant est accouplé mécaniquement à l'organe mené. Il est prévu un mécanisme d'accouplement pour assurer sélectivement un accouplement mécanique entre les organes tournants et l'organe mené. Un dispositif d'actionnement fait en sorte que le méca- nisme d'accouplement assure l'accouplement des premier et second organes tournants avec l'organe mené. Le dispositif d'actionnement peut libre- 3 2577289 ment tourner par rapport au mécanisme d'accouplement et à l'organe mené. Le dispositif d'actionnement peut se déplacer entre une première posi- tion, dans laquelle le mécanisme d'accouplement assure l'accouplement du premier organe tournant avec l'organe mené, et une seconde position, dans laquelle le mécanisme d'accouplement assure l'accouplement du second organe tournant avec l'organe mené. L'organe mené est adapté pour être accouplé à l'organe tournant et il peut prendre par rapport au bâti une première position dans laquelle l'organe mene fait en sorte que le dispositif d'actionnement prenne sa première position, et une seconde position, par rapport au bâti, dans laquelle l'organe mené permet au dispositif d'actionnement de prendre sa seconde position. Un premier dispositif de poussée est prévu pour pousser le dispositif d'actionne- ment vers sa seconde position. De préférence, il est prévu un second dispositif de poussée servant à pousser le dispositif d'actionnement vers sa4remière position. De préférence, le second dispositif de poussée est plus puissant que le premier dispositif de poussée. La présente invention concerne un autre dispositif pour faire tourner un outil. Ce dispositif comporte un bâti et un arbre mené qui est monté de façon à tourner par rapport au bâti. L'arbre mené est adapté pour être rigidement accouplé à l'outil. Il est prévu des premier et second organes qui sont montés pour tourner par rapport au bâti. Un mécanisme est prévu pour faire tourner les premier et second organes dans des directions opposées l'un par rapport à l'autre. Un arbre de commande est monté de manière à tourner par rapport au bâti et il est accouplé mécaniquement à l'arbre mené pour faire en sorte que cet arbre mené tourne avec l'arbre de commande. Un premier coupleur peut prendre une première position dans laquelle l'arbre de commande est mécanique- ment accouplé avec le premier organe, et une seconde position dans laquelle l'arbre de commande n'est pas accouplé avec le premier organe. Un second coupleur peut prendre une première position dans laquelle l'arbre de commande est mécaniquement accouplé avec le second organe, et une seconde position dans laquelle l'arbre de commande n'est pas accou- plé avec le second organe. Un dispositif d'actionnement déplace les coupleurs entre leurs positions respectives. Le dispositif d'actionne- ment fait en sorte que le premier coupleur prenne sa première position, et le second coupleur sa seconde position, quand le dispositif d'action- nement se trouve dans une première position, et il fait en sorte que le premier coupleur prenne sa seconde position, et le second coupleur sa 4 2577289 première position, quand le dispositif d'actionnement se trouve dans une seconde position. L'arbre mené est mobile longitudinalement entre deux positions. L'arbre mené fait en sorte que le dispositif d'actionnement prenne sa première position quand l'arbre mené prend une première position. L'arbre mené permet au dispositif d'actionnement de se déplacer jusque dans sa seconde position quand l'arbre mené prend la seconde position. Il est prévu un dispositif de poussée servant a pousser le dispositif d'actionnement vers sa première position. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description d'un mode de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est une vue, en partie en coupe, montrant une partie d'un instrument chirurgical motorisé auquel a été incorporé le mode préféré de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une vue, en partie en coupe, montrant le mode préféré de réalisation représenté sur la figure 1, dans son mode direct; - la figure 3 est une vue, semblable e celle de la figure 2, mais avec le mode préféré de réalisation dans son mode inverse; - la figure 4 est une vue en coupe, faite selon la ligne IV-IV de la figure 2, montrant le mode préféré de réalisation représenté sur les figure 1 à 3; - la figure 5 est une vue en coupe, faite selon la ligne V-V de la figure 3, du dispositif représenté sur les figures 1 à 3; et - la figure 6 est une vue en coupe, faite selon la ligne VI-VI de la figure 2, du dispositif représenté sur les figures 1 à 3. Les figures représentent le mode préféré de réalisation de la présente invention, adapté pour être utilisé dans un instrument chirur- gical motorisé. L'instrument chirurgical fait tourner dans l'une ou l'autre de deux directions, un mandrin sur lequel peut être fixé un outil chirurgical. Le sens de rotation du mandrin dépend de la direction de la force exercée longitudinalement sur le mandrin avec la poignée. Si le chirurgien exerce une poussée sur le mandrin avec la poignée, le 2577289 mandrin tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, ou sens direct ou d'avance. Si le chirurgien tire sur le mandrin avec la poignée, le mandrin est entraîné en rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, ou sens inverse ou de recul. En conséquence, le chirurgien peut inversé le sens de rotation du mandrin en utilisant seulement la main qui tient l'instrument chirurgical et sans modifier sa prise sur l'instrument. Le mode préféré de réalisation est utilisable en particulier pour faire tourner un foret, un taraud ou un entraîneur de fils. Un entral- neur de fil est souvent utilisé pour (1) crier dans un os un passage étroit adapté pour recevoir des fils qui, lorsqu'ils sont disposés dans le passage, maintiennent ensemble des fragments d'os, (ii) pour servir, quand il est laissé dans les fragments d'os, à maintenir ensemble les fragments d'os; ou (iii) quand il est laissé dans l'os pour agir comme un guide pour un foret creux qui passe sur le fil et qui est guidé par l'entraîneur de fils. Les forets sont utilisés pour réaliser des trous dans un os, pour divers objectifs bien connus. Un taraud est utilisé pour créer dans un os un passage fileté qui reçoit une attache filetée. L'instrument est placé dans son mode direct en appliquant la pointe de l'outil contre un objet fixe, tel qu'un os, et en exerçant une poussée contre le mandrin. Egalement, le mode préférA de réalisation comporte un ressort qui pousse le mode préféré de réalisation dans sa direction d'avance ou directe quand aucune force longitudinale n'est exercée sur le mandrin. Pour permettre un mouvement d'écartement du carter par rapport au mandrin, afin d'exercer une force de traction sur le mandrin et de produire une inversion du sens de rotation, le mandrin doit être capable d'opposer une résistance au déplacement du carter de l'instrument. 'Les forets, les tarauds et les entraîneurs de fils opposent tous une résistance à leur retrait de l'os dans lequel ils sont engagés. Après que l'outil a été engagé dans l'os, le chirurgien peut tirer sur l'instrument, de manière à tirer sur le mandrin et " faire en sorte que l'instrument passe dans son mode inverse pour faciliter le retrait de l'outil hors de l'os. Les figures représentent un instrument chirurgical 12 qui comporte le dispositif d'entraînement en rotation 10 correspondant au mode préféré de réalisation de la présente invention. L'instrument chirur- gical 12 comporte un châssis ou carter 14. Un chapeau décoratif 16 comporte une partie filetée 18 qui est adaptée pour être vissée dans une 6 2577289 partie filetée 20 du carter 14. Un joint 122 est disposé à l'intérieur d'un évidement 124 ménagé dans le chapeau 16 et coopère avec le chapeau 16 pour empêcher des matières étrangères de pénétrer à l'inté- rieur du carter 14 par l'arriAre de l'instrument 12. L'instrument 12 comporte une gâchette d'actionnement 22 qui permet l'enclenchement du moteur de l'instrument 12. Lorsque l'on presse la gâchette 22, le moteur de l'instrument 12 fait tourner l'arbre menant 24 dans le sens des aiguilles d'une montre. Un roulement à billes 26 permet à l'arbre menant 24 de tourner par rapport au carter 14 et empêche un déplacement radial de cet arbre me- nant 24. Une extrémité de l'arbre menant 24 définit un pignon conique 28 qui pénètre dans un passage 30 défini par le carter 14. Il est prévu un mandrin 32 pour accoupler mécaniquement un outil chirurgical avec l'instrument 12. Le mandrin 32 peut être de tout type approprié connu. Cependant le type de mandrin représenté sur les figu- res 1 t 3 comprend un manchon intérieur (non représenté) qui est mobile entre deux positions par rapport au manchon extérieur 34 du mandrin 32. Dans une première position, le manchon intérieur fixe la tige de l'outil à l'intérieur du mandrin 32 et, dans la seconde position, la queue de l'outil peut être insérée dans, ou enlevée du mandrin 32. Un arbre de sortie 36 est fixé par une extrémité sur le mandrin 32 et il est main- tenu dans son ensemble à l'intérieur de la chambre 30 par un roulement à billes 38. Le roulement à billes 38 est disposé autour de l'arbre 36 et il est appliqué contre la surface intérieur du carter 14, à savoir contre un épaulement 40 qui est formé par un embout 42. L'arbre 36 définit une rainure annulaire 37 qui reçoit une bague de retenue 39, qui s'applique contre le roulement 38. Le carter 14 définit une partie filetée 132 sur laquelle peut être vissée une partie filetée 130, qui est définie par l'embout 42, de façon à fixer l'embout 42 sur le carter 14. Un ressort 44 est disposé autour de l'arbre de sortie 36. Une extrémité du ressort 44 est supportée par la bague de retenue 39 et l'autre extrémité du ressort 44 est supportée par le manchon intérieur du mandrin 32. Le ressort 44 fait en sorte que le manchon intérieur soit poussé vers la position o l'outil est fixé sur le mandrin 32. Pour fixer un outil sur le mandrin 32, le manchon 34 est poussé en direction de l'embout 42 en utilisant l'organe annulaire 46 du mandrin 32 jusqu'à ce que le manchon intérieur prenne sa seconde position. La queue ou tige d'un outil est introduite dans le mandrin 32 et le manchon 34 est 7 2577289 libéré.o Le ressort 44 pousse le manchon 34 en l'écartant de l'embout 42 Jusqu'A ce que le manchon intérieur prenne sa première position et fixe l'outil sur le mandrin 32. Un manchon 48 est fixé sur l'arbre de sortie 36 et limite la distance dont l'arbre 36 peut sortir du passage 30 (voir figure 4) du carter 14. Une bague de retenue 50 est fixée sur la surface de l'arbre de sortie 36 dans une position adjacente A une extrémité 52 du manchon 48. Un ressort 54 est disposé autour du manchon 48 entre le roulement a billes 38 et la bague de retenue 50. Une broche d'entral- nement 56, ayant une section droite carree, définit un tampon cylin- drique 58 qui est fixé dans l'arbre menant 36 pour le montage de la broche 56 en vue de l'entraînement de l'arbre 36. Un coussinet 60 définit un passage 62 qui reçoit une extrémité de la broche d'entraî- nement 56. En conséquence, une rotation du coussinet 60 produit une rotation correspondante de la broche d'entraînement 56, de l'arbre de sortie 36, du mandrin 32 et d'un outil fixé sur le mandrin 32. Un arbre de transmission 64 définit un passage cylindrique 66 qui reçoit le coussinet 60. Une broche 68 est fixée A la fois dans l'évide- ment 70 formé dans l'arbre 64 et dans un évidement 72 qui est formé dans le coussinet 60. La broche 68 empêche la rotation du coussinet 60 par rapport t l'arbre 64. L'arbre 64 est monté de manière a tourner t l'intérieur du passage 30 au moyen de deux roulements 74 et 76, qui s'appuient contre la surface intérieure du carter 14 qui définit le passage 30. Une bague d'arrêt 78 est fixée dans un évidement 80 ménagé dans le carter 14 et empêche tout déplacement du roulement 74 en direc- tion de l'embout 42. Deux pignons coniques 84 et 86 sont montés sur l'arbre 64 de façon a tourner autour de celui-ci. Le pignon 84 comporte des dents 88 qui sont adaptés pour entrer en prise avec des dents 90 de l'engrenage menant 28. Le pignon conique 86 comporte des dents 92 qui sont également adaptées pour entrer en prise avec les dents 90 de l'engrenage 28. Les dents 90, 88 et 92 sont disposées de telle sorte qu'une rotation de l'arbre 24 et de l'engrenage menant 28 produise une rotation du pignon 84 dans le sens opposé a celui dans lequel l'arbre d'entraînement 24 fait tourner le pignon 86. Le pignon conique 84 comporte huit fentes 94 (voir figure 4) qui sont chacune adaptées pour recevoir une partie d'un organe d'accouplement sphérique ou bille 96. De façon analogue, le pignon conique 86 comporte huit fentes 98 qui sont chacune adaptées pour recevoir une partie d'une bille d'accouple- 8e 2577289 ment 100. Chaque bille 96, 100 est disposée dans l'ensemble a l'intérieur d'une ouverture 102, 104, respectivement. Les billes 96 et sont empêchées de pénétrer complètemnent dans le passage 106 défini dans l'arbre 64 par un dispositif d'actionnement 108, qui est loge A S l'intérieur du passage 106. Le dispositif d'actionnement 108 peut tourner librement A la fois par rapport a l'arbre 64 et A la broche d'entraînement 56. Un ressort 110, qui est plus faible que le ressort 54, est disposé à l'intérieur du passage 106 entre l'extré- mité 112 du dispositif d'actionnement 108 et un épaulement 113, défini par un organe de retenue de ressort 114. L'organe de retenue de ressort 114 est maintenu en place par le ressort 110 et par une bague d'arrêt 118 fixée dans un évidement 120 défini dans l'arbre 64. Le ressort 110 fait en sorte que le dispositif d'actionnement 108 reste en contact avec la broche d'entraînement 56 pendant l'utilisation de l'instrument 12. Une entretoise 126 est disposée autour de l'arbre 64 entre le roulement 74 et le pignon 84 et elle coopère avec la bague d'arrêt 78 pour empêcher le déplacement longitudinal du roulement 74 par rapport au carter 14. De façon analogue, une bague d'arrêt 128 est logée dans un évidement annulaire 116 qui est défini dans l'arbre 64 et elle coopère avec une entretoise 134 pour empêcher le déplacement longitudinal du roulement 76 par rapport au carter 14. Le dispositif d'actionnement 108 comporte des parties d'actionne- ment 135 et 136. La partie d'actionnement 135 du dispositif d'actionne- ment 108 repousse les billes 96 dans quatre des fentes 94 afin d'accou- pler l'arbre 64 avec le pignon 84 quand le dispositif d'actionnement 108 se trouve dans la position représentée sur la figure 2. La partie d'actionnement 136 du dispositif d'actionnement 108 repousse les billes 100 dans quatre des fentes 98 pour accoupler l'arbre 64 avec le pignon 86 quand le dispositif d'actionnement 108 se trouve dans la position représentée sur la figure 3. Le ressort 54 fait en sorte que le dispositif d'actionnement 108 comprime le ressort 110, qui est plus faible que le ressort 54 et passe dans son mode direct mis en évidence sur la figure 2 lorsqu'aucune force n'est appliquée au mandrin 32. Egalement, quand un outil est fixé à l'intérieur du mandrin 32.et quand cet outil est appliqué contre une pièce A usiner par une force exercée sur le carter de l'instrument, le mandrin 32 coopère avec le ressort 54, par l'intermédiaire de l'arbre de sortie 36 et de la broche d'entrai- 9 2577289 nement 56, afin de comprimer le ressort 110 et de faire passer le dispositif d'actionnement 108 dans la position indiquée sur la figure 2 pour enclencher le mécanisme d'entraînement 10 dans son mode direct. Le ressort 110 pousse le dispositif d'actionnement 108 dans sa position correspondant au mode inverse quand le mandrin 32 et la broche d'entraînement 56 se trouvent dans les positions indiquées sur la figure 3. L'instrument 12 peut prendre la position indiquée sur la figure 3 par montage d'un outil dans le mandrin 32, ce qui permet de faire fonctionner l'instrument 12 dans son mode direct ou d'avance et d'enfoncer l'outil dans la pièce à travailler, puis de retirer l'ins- trument 12 en l'écartant de la pièce pour éloigner le carter 14 du mandrin 32. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. 2577289 REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'entrainement en rotation, caractérisé en ce qu'il comprend: - un carter (14); - un organe mené (36) monté sur ledit carter (14) et adapté pour tourner par rapport à celui-ci; - un premier organe tournant (84) adapté pour entraîner en rotation ledit organe mené dans une première direction quand ledit premier organe tournant est accouplé mécaniquement audit organe mené (36); - un second organe tournant (86) adapté pour entraîner en rotation ledit organe mené (36) dans une seconde direction quand ledit second organe tournant est accoupla mécaniquement audit organe mené; -des moyens (96, 100) pour accoupler mécaniquement et sélectivement lesdits organes tournants (84, 86) avec ledit organe mené (36); -un dispositif d'actionnement (108) faisant en sorte que lesdits moyens d'accouplement (96, 100) assurent l'accouplement dudit premier ou second organe tournant (84, 86) avec ledit organe mené (36), ledit dispositif d'actionnement pouvant librement tourner par rapport auxdits moyens d'accouplement et audit organe mené, ledit dispositif d'actionnement pouvant se déplacer entre une première position dans laquelle lesdits moyens d'accouple- ment (96, 100) assurent l'accouplement dudit premier organe tournant (84) avec ledit organe mené (36), et une seconde position dans laquelle lesdits moyens d'accouplement (96, 100) assurent l'accouplement dudit second organe tournant (86) avec ledit organe mené (36); - ledit organe mené (36) étant adapté pour être accouplé^à l'organe tournant (84, 86) et pouvant prendre, par rapport audit car- ter (14), une première position dans laquelle ledit organe me- né (36) fait passer ledit dispositif d'actionnement dans ladite première position, et une seconde position par rapport audit carter (14) dans laquelle ledit organe mené (36) permet audit dispositif d'actionnement (108) de prendre ladite seconde posi- tion; et - un premier moyen (54) pour pousser ledit dispositif d'actionne- ment (108) vers ladite seconde position. 11 2 577289 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second moyen (110) pour repousser ledit dispositif d'actionnement (108) vers ladite première position. 3.- Dispositif selon la. revendication 2, caractérisé en ce que ledit second moyen de poussée (110) est plus puissant que ledit premier moyen de poussée (54). 4.- Dispositif pour faire tourner un outil, caractérisé en ce qu'il comprend: - un carter (14); un arbre mené (36) qui est monté de maniére A tourner par rapport audit carter (14), ledit arbre mene étant adapté pour être rigide- ment accouplé6 avec l'outil; un premier et un second organes (84, 86) montés de façon a pouvoir tourner par rapport audit carter (14); -des moyens (96, 100) pour faire tourner lesdits premier et second organes dans des directions mutuellement opposées; -un arbre de commande (64) monté de façon à pouvoir tourner par rapport audit carter (14) et accouple mécaniquement audit arbre mené (36) pour faire en sorte que ledit arbre mené (36) tourne avec ledit arbre de commande (64); - un premier coupleur (135) pouvant prendre une première position dans laquelle ledit arbre de commande (64) est accouplé mécanique- ment avec ledit premier organe (84) et une seconde position dans laquelle ledit arbre de commande (64) n'est pas accouplé avec ledit premier organe (84); -un second coupleur (136) pouvant prendre une première position dans laquelle ledit arbre de commande (64) est accouplé mécanique- ment avec ledit second organe (86) et une seconde position dans laquelle ledit arbre de commande n'est pas accouplé avec ledit second organe; - un dispositif d'actionnement (108) servant à déplacer ledits coupleurs (135, 135) entre lesdites positions, ledit dispositif dkactionnement faisant passer ledit premier coupleur (135) dans ladite premiere position et ledit second coupleur (136) dans ladite seconde position quand ledit dispositif d'actionnement (108) se trouve dans une première position, ledit dispositif d'actionne- menit faisant passer ledit premier coupleur (135) dans ladite seconde position et ledit second coupleur (136) dans ladite 12 2577289 première position quand ledit dispositif d'actionnement (108) se trouve dans une seconde position; - ledit arbre mené (36) étant mobile longitudinalement entre deux positions, cet arbre mené faisant en sorte que ledit dispositif d'actionnement (108) prenne sa première position quand l'arbre mené prend ladite première position tandis que cet arbre mené permet au dispositif d'actionnement (108) de passer dans sa seconde position quand ledit arbre mené prend ladite seconde position; et - un moyen (54) pour pousser ledit dispositif d'actionnement (108) vers sa première position.