(57)【要約】【課題】  穿孔後の組織（神経等）を損傷させる事態を抑制できるとともに、ブレが抑制されて高精度な穿孔が可能な穿孔用ドリル及びその操作制御装置を提供する。【解決手段】  穿孔用ドリル１の先端部の外周に沿って一部突出する突出刃２Ａが設けられており、穿孔用ドリル１を回転駆動させる駆動手段３０と、穿孔用ドリル１を回転させて骨を穿孔したことを検出する検出部２２と、穿孔用ドリル１の回転方向・回転速度や切削する深さを制御する制御部２０を備え、前記制御部２０は、前記突出刃２の先端側Ｈ１から基端側Ｈ３までの設定高さを利用して研削の深さを制御するとともに、穿孔用ドリル１の回転方向・回転速度を制御する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の刃を備えて、脊髄や頭蓋骨などの骨に穿孔を形成する医療用分野や加工対象物に穿孔を形成する産業用分野などに使用される穿孔用ドリルにおいて、円筒状の刃の先端部の外周に沿って一部突出する突出刃が設けられており、前記突出刃の刃先部分は、前記円筒状の刃の先端部の幅よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする穿孔用ドリル。
【請求項２】
前記円筒状の刃の中心位置には、当該円筒状の刃ないしは前記突出刃のブレを防止するための中心軸が設けられ、この中心軸の先端が加工対象物に当接することを特徴とする請求項１記載の穿孔用ドリル。
【請求項３】
円筒状の刃を備えて、脊髄や頭蓋骨などの骨に穿孔を形成する医療用分野や加工対象物に穿孔を形成する産業用分野などに使用される穿孔用ドリルの操作制御装置において、前記円筒状の刃の先端部の外周に沿って一部突出する突出刃が設けられており、前記円筒状の刃の中心位置には、当該円筒状の刃ないしは前記突出刃のブレを防止するための中心軸が設けられており、前記ブレ止めのための中心軸が昇降動作して加工対象物に当接すると、前記突出刃が形成された穿孔用ドリルが回転しながら昇降動作することを特徴とする穿孔用ドリルの操作制御装置。
【請求項４】
円筒状の刃を備えて、脊髄や頭蓋骨などの骨に穿孔を形成する医療用分野や加工対象物に穿孔を形成する産業用分野などに使用される穿孔用ドリルの操作制御装置において、前記円筒状の刃の先端部の外周に沿って一部突出する突出刃が設けられており、前記穿孔用ドリルを回転駆動させる駆動手段と、前記穿孔用ドリルを回転させて骨を穿孔したことを検出する検出部と、前記穿孔用ドリルの回転方向・回転速度や切削する深さを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記突出刃の先端側から基端側までの設定高さを利用して研削の深さを制御するとともに、穿孔用ドリルの回転方向・回転速度を制御することを特徴とする穿孔用ドリルの操作制御装置。
【請求項５】
円筒状の刃を備えて、脊髄や頭蓋骨などの骨に穿孔を形成する医療用分野や加工対象物に穿孔を形成する産業用分野などに使用される穿孔用ドリルの操作制御装置において、前記円筒状の刃の先端部の外周に沿って一部突出する突出刃が設けられており、前記穿孔用ドリルを回転駆動させる駆動手段と、前記穿孔用ドリルを回転させて加工対象物を穿孔したことを検出する検出部と、前記穿孔用ドリルの回転方向や回転速度を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記突出刃の先端側が加工対象物を一部分穿孔したことを検出した場合に、回転方向を逆にして回転させるか、又は、回転方向を逆にしたり当初の回転方向にしたりを繰り返えさせるかを行うことを特徴とする穿孔用ドリルの操作制御装置。
【請求項６】
円筒状の刃を備えて、脊髄や頭蓋骨などの骨に穿孔を形成する医療用分野や加工対象物に穿孔を形成する産業用分野などに使用される穿孔用ドリルの操作制御装置において、前記円筒状の刃の先端部の外周に沿って一部突出する突出刃が設けられており、前記円筒状の刃の中心位置には、当該円筒状の刃ないしは前記突出刃のブレを防止するための中心軸が設けられており、前記制御部は、前記突出刃の先端側が骨を一部分穿孔したことを検出した場合に、前記突出刃の前記中心軸に対する傾斜角度を検出して、その傾斜角度が所定の値よりも大きいときには、穿孔用ドリルの回転速度を減速させるか又は停止させることを特徴とする請求項４又は５記載の穿孔用ドリルの操作制御装置。
【請求項７】
前記突出刃は、円筒状の刃の先端側に複数個設けられており、前記検出部が前記複数の突出刃の一つが穿孔したことを検出した場合に、前記制御部は、前記複数の突出刃の他方が穿孔するまで回転駆動させることを特徴とする請求項４又は５記載の穿孔用ドリルの操作制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状の刃を備えて、脊髄や頭蓋骨などの骨に穿孔を形成する医療用分野や加工対象物に穿孔を形成する産業用分野などに使用される穿孔用ドリル及びその操作制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外科手術などでは、脊髄や頭蓋骨などの骨の切除や切削を行うに際して、骨の近くの神経や動脈・静脈等を損傷させないようにする必要がある。すなわち、切削工具を貫通した状態で数ミリ以上に穿孔（切削）させてしまうと、神経，脳，脊髄，動脈，静脈，筋肉，筋膜や間接腔構造などの組織を損傷させてしまう危険がある。そこで、切削工具を用いる医師等は、骨を切削しすぎて神経等を損傷しないように注意する必要があるが、このような事態を防止する方法が特許文献等に開示されている。
また、骨の患部を検査したり治療したりした後は、穿孔された貫通穴に、切り出した骨を埋め戻す作業が必要になる場合があり、このような埋め戻し操作に使用する工具に関連する特許文献も開示されている。なお、上記埋め戻される骨としては、その切り出しから切り終わりにおいて、高精度な加工が要求される。その精度としては、穿孔される場所にもよるが、１ｍｍ以下の高い精度が要求される。
【０００３】
特許文献１（特開２０１２−１６１４０１号公報）には、「（段落００３３）・・・貫通孔を開けた後、穿孔用ドリル１４がさらに進むと、硬膜５６、神経根６２を 損傷する恐れがある。そこで、穿孔用ドリル１４は、貫通孔が開いたならば、できるだけ即時的にそれ以上進まず、回転を止めることが好ましい。そのためには、穿孔用ドリル１４が貫通孔を形成した瞬間をできるだけ正確に把握することが必要である。本発明はその瞬間を、穿孔用ドリル１４を回転させる駆動手段３０の負荷電流で検出しようというものである。」と記載されている。また、「（段落００２６）制御部２０は、制御回路３０と、ハンドル本体１２の駆動回路である駆動手段４を含んで構成される。制御回路３０は、ハンドル本体１２の駆動手段３０の電流である負荷電流を検出する負荷電流検出部３２と、穿孔加工の過程における負荷電流の変化に基づいて、穿孔状況に関する信号を出力する信号出力部３４と、穿孔過程において孔が生体組織を貫通したことを示す貫通信号が出力されたときに、駆動手段３０を逆回転させて電気ブレーキを掛ける電気ブレーキ作動部３６と、貫通信号が出力されたときに、電気ブレーキ作動と協働しながら駆動手段３０への駆動電流の供給を止めて駆動手段３０の駆動を停止させる駆動停止部３８を含んで構成される。」と記載されている。さらに、「（段落００２８）したがって、対象物に孔を開けるとき、対象物が軟質のときは負荷が軽いので、負荷による電流は少なく、対象物が硬質のときは負荷が重くなって電流が多くなる。対象物に孔を開けることが進行して、貫通直前になると、正確な理由はまだ明らかになっていないが、負荷電流が一時的に急上昇する。そして、貫通して穿孔用ドリル１４の先端に負荷がなくなると、負荷電流は小さい値となる。このように、孔が貫通するときは、貫通直前に負荷電流が急増し、貫通と共に負荷電流が急減する負荷電流ピーク特性を示す。」と記載されている。
【０００４】
特許文献２（特開２０１５−９１６１２号公報）には、「（段落００４４）切削工具の加工対象が骨である場合、本発明者らの知見によれば、次のような現象を生じる。すなわち、加工初期においては、骨はほぼ剛体に近似できるので、切削工具による切削が実行される。このため、切削工具の回転量と駆動手段の電流値とは概ね一定の関係を保つ。つまり、切削抵抗がほぼ一定となる。そして、加工が進み、骨の貫通直前になると、骨の残厚が薄くなって、骨膜近傍部分が残る。すると、その部分が塑性変形し、工具が空転しやすくなる。骨の残存部分を、図４（ｂ）において符号１００ａで示す。このため、切削抵抗が低下する。逆に言えば、切削作業後に切削抵抗が低下すれば、そのことにより、工具の空転を生じていると推測できる。」とされ、「（段落００４５）そこで、工具の空転を識別することにより、骨の貫通直前に切削作業を停止させることができる。」と記載されている。
【０００５】
特許文献３（特表２０１１−５２５８４４号公報）では、「（段落００２６）  或る実施形態では、機器は、回転速度（例えば、米国特許第４，７２３，９１１号に記載されている速度デバイス参照），加速度，減速度あるいはトルクを計測する計測器（メータ：ｍｅｔｅｒ）を備えていてもよい。計測器は、組織の異なる層を貫通する通路に関連する情報を、執刀医に与えることができる。例えば、皮質骨を貫通して髄様骨に入る，髄様骨から皮質骨への、或いは皮質骨から軟質の組織への、ドリルビットの動作である。前記装置は、穿通している組織が密度の高い皮質骨であるのか海綿（スポンジ：ｓｐｏｎｇｅ）状の髄様骨であるか、穿痛している組織に対する感触を執刀医に与えながら、回転および漸進をもたらす。」とされ、「（段落００５４）執刀医は軸方向に圧力を加えて、まず回転操作制御装置を所望の速度に働かせる。執刀医は、骨の密度およびユーザの好みに応じて、軸方向の操作制御装置を継続的に若しくは漸増的に働かせ続ける。穴あけは、皮質骨を貫通し髄様骨を貫通して続き、遠位側の皮質骨へ入って貫通する。予め設定された深さ制御手段，軸方向の抵抗，ドリルの回転速度からの聴覚によるフィードバック及び／又は加速度センサ若しくはトルクセンサからの聴覚によるフィードバックによって定められているように、遠位側の皮質骨を貫通すると、軸方向の動作は停止される。」と記載されている。
【０００６】
特許文献４（特表２００１−５１６６１０号公報）には、「（段落０００２）（背景技術）外科用機器技術においてよく知られているように、頭蓋骨に穴をあけるための管錐、または頭蓋ドリルまたは穿孔器は、ある一定の深さに到達すると、即座に停止しなければならない。これは、穴あけが頭蓋骨の深さを越えて骨構造の下に ある脳脊髄硬膜および／または脳脊髄硬膜の下にある脳に貫入しないためには、非常に重要である。この機能を備えた頭蓋ドリル機器を開示した従来の特許は数多く、そのほとんどの部分において、これらの機器は、同心型穴あけ機または内側ビット（前側ドリルヘッド組立体）と外側ビット（後続外側ドリル）を含む頭蓋ドリルを使用している。内側ビットは、オペレータがドリルにかけた圧力に起因する骨に対する負荷を感知し、内側ビットが抵抗力を感じなくなると穴あけは、内側ドリルビットの軸方向の位置に呼応するクラッチ型機構によって停止する。」と記載されている。
【０００７】
特許文献５（特表２００６−５１２１４４号公報）には、先端が凸形状となっている詮索用ドリルが開示されている。すなわち、『（段落００９０）図１７から図１７Ａは、突き錐１１０を示す。突き錐１１０は、閉鎖時に（図１７に示す）ドリル型先端を形成する複数の収納式「花弁（ｐｅｔａｌ）」１１２を含む。開放時には（図１７Ａに示す）、花弁１１２はポリマーおよび縫合糸を管腔１１４を通して送ることができる。弁は、スプリング機構（図示せず）または他の適切なアクチュエータを用いて開けたり閉じたりされてもよい。』と記載され、『（段落００９１）には「図１８から１８Ａは、開放管腔１２４に交差するように放射状に伸びるブレード１２２を有する切削頭部１２０を示す。ブレード先端の間の開放部分は結び目のある縫合糸の送出を可能にする小穴１２６を形成する。」と記載され、また、「（段落００９２）図１９は、複数の鋸歯状切削／研磨管１２８、ポリマーおよび縫合糸を通過させて送ることができる中央管腔１３０、および吸引により骨片／破片を切削部位から取り出すための抽出管を含む穿孔器を示す。所望であれば、抽出管の内容物は穿孔器の筒、または外科用器具の他の場所、骨片／破片をポリマーの送り前にポリマーに混合できる部位に送り込まれてもよい。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−１６１４０１号公報
【特許文献２】特開２０１５−９１６１２号公報
【特許文献３】特表２０１１−５２５８４４号公報
【特許文献４】特表２００１−５１６６１０号公報
【特許文献５】特表２００６−５１２１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、頭蓋骨や脊髄などの手術では、内部中空で筒状の刃（ドリル）を用いて、貫通状態になるまで穿孔させて、筒状の骨を切り出して、検査や治療した後は、筒状に切り出した骨を埋め戻す操作が必要になる場合がある。このような埋め戻しが必要になる場合は、その切り出しや切り終わりなどの加工精度が高く要求される。
しかしながら、特許文献１は、単に穿孔を形成するものであり、筒状の骨を研削して、再利用に供するものではないと考えられる（筒状の内部に刃が設けられていたり、内部に向かって十字形などの刃が設けられている。）。そして、特許文献１では、円筒状の刃のドリルで、回転制御するものであるが、骨に対して一度に円周状の刃で貫通させるので、研削精度の高い筒状の骨を切り出したり戻したりすることはできなかった。また、その他の特許文献のいずれも、円筒状に切削したものを元の骨の部分に埋め戻すときに使用するものとしては、高精度の寸法で戻すことには十分なものとは言えなかった。
また、脊髄や頭蓋骨などの手術では、平坦な箇所にドリルを穿孔させるわけではなく、骨に対して斜めにドリルを当てる必要や、凹凸の表面にドリルを当てなければならない場合があり、このような場合にも、骨の近くの神経や組織等を損傷させないようにしなければならない。
さらに、穿孔用ドリルが振動等の原因でブレると、高精度な穿孔ができない問題を有するが、特に、ドリルの先端の刃の形状によっては、その高精度な穿孔のための制御ができなくなる問題を有していた。
【００１０】
そこで本発明の目的は、一部突出する突出刃を使用して、一部分穿孔（貫通）してからその研削範囲を広くするように制御することで、穿孔後の組織（神経等）を損傷させる事態を抑制することができるとともに、ブレが抑制されて高精度な穿孔が可能な穿孔用ドリル及びその操作制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の穿孔用ドリルは、円筒状の刃を備えて、脊髄や頭蓋骨などの骨に穿孔を形成する医療用分野や加工対象物に穿孔を形成する産業用分野などに使用される穿孔用ドリルにおいて、円筒状の刃の先端部の外周に沿って一部突出する突出刃が設けられており、前記突出刃の刃先部分は、前記円筒状の刃の先端部の幅よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、前記突出刃は、前記突出刃の刃先部分は、前記円筒状の刃の先端部の幅よりも狭くなるように形成されていることから、加工対象物（ワーク）に対する穿孔による加工、すなわち穿孔の開始の切り込みと、穿孔（貫通）した後の骨（或いは、ワーク）にかかる負荷を軽減するので、穿孔加工がし易く高精度の加工が可能になる。特に患部に対して凹凸のある個所や斜めに穿孔用ドリルを当てる場合において、小さな穿孔穴を開けて、これをできるだけ大きくしないで穿孔操作を行うことができる。したがって、これを使用して穿孔した後（貫通後）に、切り出した筒状の骨は、その形状や大きさが整えられているので（特に切り終わり残留片を少なくできる。）、埋め戻し寸法精度の高いものとなる。
【００１２】
本発明としては、前記突出刃の前記円筒状の刃の中心からの距離が、前記円筒状の刃の先端径の距離よりも長く形成されていることが好ましい。
本発明によれば、前記突出刃の先端が円筒状の刃の外周部の径よりも大きな径として形成されているので（外側に広がるように形成されている）、一部分穿孔（貫通）してからその範囲を広くするように制御することが行いやすくなる。すなわち、前記突出刃の先端が前記円筒状の刃の先端と同じ径であるかそれよりも小さいとすると、一部分穿孔（貫通）してからその範囲を広くするように制御することは、その後に径を広くして行く必要があるために難しいが、予め広がった外側に前記突出刃の先端が穿孔するので、それ以上広くする必要がなくなり、穿孔する範囲を広くする加工が容易になる。
【００１３】
本発明としては、前記円筒状の刃の中心位置には、当該円筒状の刃ないしは前記突出刃のブレを防止するための中心軸が設けられ、この中心軸の先端が加工対象物に当接することを特徴とする。
本発明によれば、上記中心軸の先端が加工対象物に突き刺さるので、穿孔用ドイルのブレを防止して正確な穿孔が行われる。
また、前記突出刃の部分は、左右の角部にＲ形状を有する凸形状として形成されているか、又は、凹凸の角部がＲ形状とされた凹凸形状に形成されていることを特徴とする。ここで、左右の角部のＲ形状は、円筒状の刃の外周形状の径よりも大きな径（Ｒ形状）により形成されていることが好ましい。
本発明によれば、円筒状の外周部の径よりも大きな径（Ｒ形状）等により形成されている場合、脊髄や頭蓋骨などの骨（或いは、ワーク）に対する穿孔による加工、すなわち穿孔の開始の切り込みと、切り終わりの穿孔加工がし易く、高精度の加工となる。また、ドリル（刃）にかかる負荷を軽減するのみならず（ドリルに加わるトルクが減少する。）、患部にかかる負荷を軽減する。そして、これを使用して穿孔した後（貫通後）に、切り出した筒状の骨は、その形状や大きさが整えられているので、埋め戻し寸法精度の高いものとなる。
本発明としては、前記円筒状の刃の先端側から前記突出刃の部分に亘って溝形状のパターンで砥粒が付着されていることが好ましい。溝形状のパターンとしては、円周の斜めや螺旋状等が好ましく、所定間隔で、砥粒が付着されている箇所と付着されていい箇所があることが好ましい。
本発明によれば、砥粒が付着されている箇所では、研削効果が高くなり、砥粒の付着されていない、溝のパターンの部分から研削屑を排出することができる。
【００１４】
一方、穿孔用ドリルの操作制御装置は、円筒状の刃を備えて、脊髄や頭蓋骨などの骨に穿孔を形成する医療用分野や加工対象物に穿孔を形成する産業用分野などに使用される穿孔用ドリルの操作制御装置において、前記円筒状の刃の先端部の外周に沿って一部突出する突出刃が設けられており、前記円筒状の刃の中心位置には、当該円筒状の刃ないしは前記突出刃のブレを防止するための中心軸が設けられており、前記ブレ止めのための中心軸が昇降動作して加工対象物に当接すると、前記突出刃が形成された穿孔用ドリルが回転しながら昇降動作することを特徴とする。
本発明によれば、前記中心軸によりブレないように構成されているので、前記一部突出した突出刃が設けられていても、前記円筒状の刃としての全体的なバランスを失うことなく切削加工が可能になる。また、本願装置を斜めに傾けて使用する場合でも、前記中心軸が中心になって安定した加工を行うことができる。
また、本発明としては、円筒状の刃を備えて、脊髄や頭蓋骨などの骨に穿孔を形成する医療用分野や加工対象物に穿孔を形成する産業用分野などに使用される穿孔用ドリルの操作制御装置において、前記円筒状の刃の先端部の外周に沿って一部突出する突出刃が設けられており、前記穿孔用ドリルを回転駆動させる駆動手段と、前記穿孔用ドリルを回転させて加工対象物を穿孔したことを検出する検出部と、前記穿孔用ドリルの回転方向や回転速度を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記突出刃の先端側が加工対象物を一部分穿孔したことを検出した場合に、回転方向を逆にして回転させるか、又は、回転方向を逆にしたり当初の回転方向にしたりを繰り返えさせるかを行うことを特徴とする。
本発明によれば、前記突出刃の先端部側から基端側までの設定高さを利用して制御するので、一部穿孔（突出刃により一部貫通）したことを検出した後は、一部穿孔した貫通穴を徐々に拡大する制御が可能であり、貫通後の組織（神経等）を損傷させる事態を抑制することができる。すなわち、円筒状の刃の部分を使用せずに、前記突出刃の部分のみで研削加工するので、円筒状の刃による大きな穿孔穴（貫通穴）は形成されずに、一部突出した突出刃によって、できるだけ小さな穿孔穴（貫通穴）を基準にその範囲を徐々に大きくしていく研削加工ができる。
【００１５】
また、本発明の穿孔用ドリルの操作制御装置は、前記穿孔用ドリルを回転させて骨を貫通させて穿孔したことを検出する検出部と、前記穿孔用ドリルを第１および第２のモードで回転駆動する制御部を備え、前記制御部は、前記突出刃の先端側が骨を一部分穿孔したことを検出した場合に、回転方向を逆にして回転させるか、又は、回転方向を逆にしたり当初の回転方向にしたりを繰り返えさせるかを行う。
本発明によれば、前記制御部は、前記検出部が一部穿孔（突出刃により一部貫通）したことを検出した場合に、回転方向を逆にして回転させるか、又は、回転方向を逆にしたり当初の回転方向にしたりを繰り返すかすることにより、一部穿孔した貫通穴を徐々に拡大する制御が可能であり、貫通後の組織（神経等）を損傷させる事態を抑制することができる。
【００１６】
本発明としては、前記突出刃は、左右の角部にＲ形状を有する凸形状として形成されているか、又は、凹凸の角部がＲ形状とされた凹凸形状に形成されており、前記制御部は前記検出部が前記突出刃の一方のＲ形状分部が穿孔したことを検出した場合に、前記制御部は、前記突出刃の他方のＲ形状部が穿孔するまで回転駆動させることを特徴とする。また、前記突出刃は、円筒状の刃の先端側に少なくとも複数個設けられており、前記検出部が前記少なくとも複数の一方が穿孔したことを検出した場合に、前記制御部は、前記突出刃の他方が穿孔するまで回転駆動させることを特徴とする。
本発明によれば、前記突出刃の左右の角部のＲ形状や複数の突出刃を利用して、回転方向の切り出し側と切り終わり側（逆回転の切り出し側）とを変更制御して、最適な切り出しや切り終わりを制御することが可能になる。すなわち、円筒状の刃の部分を使用せずに、前記突出刃の部分のみで研削加工するので、円筒状の刃による大きな穿孔穴（貫通穴）は形成されずに、一部突出した突出刃によって、できるだけ小さな穿孔穴（貫通穴）を基準にその範囲を徐々に大きくしていく研削加工ができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の穿孔用ドリルによれば、加工対象物に対して小さな穿孔を開けてから徐々にその穿孔の大きさを大きくして行きながら、大きな穿孔（貫通）にする加工に優れる。したがって、埋め戻しなどに使用する再利用する骨として高精度の研削加工が可能になる。
また、本発明の穿孔用ドリルの操作制御装置によれば、円筒状の刃の部分を使用せずに、前記突出刃の部分のみで研削加工できるので、円筒状の刃による大きな穿孔穴（貫通穴）は形成されずに、一部突出した突出刃によって、できるだけ小さな穿孔穴（貫通穴）を基準にその範囲を大きくしていく研削加工ができる。また、前記中心軸によりブレないように構成されているので、前記一部突出した突出刃が設けられていても、前記円筒状の刃としての全体的なバランスを失うことなく安定した切削加工が可能になる。したがって、貫通後の組織（神経等）を損傷させる事態を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の穿孔用ドリルの構成を説明する斜視図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の穿孔用ドリルを示す図であり、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図３】前記実施形態の穿孔用ドリルに砥粒が付着した例を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の穿孔用ドリルの他の例を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の穿孔用ドリルの操作制御装置の制御回路と駆動回路を説明する図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の穿孔用ドリルの操作の例を説明する図である。
【図７】上記実施の形態の穿孔用ドリルの操作制御装置を使用して頭蓋骨の模型に穿孔用ドリルを穿孔加工する例を説明する図である。
【図８】本発明に係る実施の形態の穿孔用ドリルの操作制御装置を使用して筒状の骨の模型を研削により切り取った例を説明する図である。
【図９】本発明に係る実施の形態の突出刃を有する穿孔用ドリルと、突出刃を有しないドリルとを比較して説明する図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態の砥粒が付着された穿孔用ドリルを製造する装置を説明する図である。
【図１１】本発明に係る第２の実施の形態の穿孔用ドリルの構成を説明する斜視図である。
【図１２】上記実施の形態の穿孔用ドリルの断面図である。
【図１３】上記実施の形態の中心軸の先端の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。
図１は、穿孔用ドリルの操作制御装置１０の構成を説明する図である。この穿孔用ドリルの操作制御装置１０は、先端に穿孔用ドリル１を有するハンドル本体１２と連結して、ハンドル本体１２の駆動制御を行う制御部１１とを備え、本発明に係る穿孔用ドリル１を操作制御する。図２は、ドリルチャック１４の中心穴および円筒ドリル中心を通って、穿孔用ドリル１と連結される中心軸１５が設けられている。
本実施の形態の穿孔用ドリルの操作制御装置１０は、頭蓋骨に貫通孔を開けるための穿孔用ドリルの操作制御装置を例に説明するが、頭蓋骨以外の生体組織に貫通孔を開けるものであってもよい。
なお、ハンドル本体を固定式の操作制御装置１０に固定して、下方に向けた固定式装置としての穿孔用ドリルの操作制御装置として、骨組織への穿孔を行うことも可能である。
ハンドル本体１２は、操作者が手で把持して操作するものであり、駆動モータである駆動手段３０の出力軸が回転自在に保持されて先端から突き出されている。駆動手段３０は、毎分所定回数（例えば１，５００回転から２００，０００回転）で動作する駆動モータである。
ハンドル本体１２を備えた本体部（操作制御部１０）は、突出刃２Ａの穿孔加工を制御する制御部２０と、制御部２０からの指令で駆動する駆動手段３０を備え、制御部２０は、突出刃２Ａにかかる駆動力の大きさの相違や電流の負荷の相違を検出して、回転方向や回転速度等を制御する。
【００２０】
穿孔用ドリル１は、内部中空の円筒状の刃２Ａを備えたものであり、先端部に一部突出した突出刃２Ａが形成されている。この穿孔用ドリル１は、ハンドル本体１２の先端から突き出る出力軸に設けられる挟持部で着脱自在で取り付けられる（図１（ｂ））。突出刃２Ａを有する穿孔用ドリル１は、突出刃２Ａの刃先（凸状の形状や凹凸形状）の大きさや形状が異なるものを複数用意して、交換して使用される。
【００２１】
穿孔用ドリル１の円筒状の刃３の先端部に突出刃２Ａが設けられている。この突出刃２Ａの部分は、高精度な切削を行うために設けられたものであり、本実施の形態では、一つの凸状として突出形成されている。突出刃２Ａの先端側の幅Ｈａは、円筒状の先端部の外周部２の幅Ｈｂよりも狭く形成されている。また、円筒状の外周部２ｂの径よりも大きな径（Ｒ形状）ｒ１，ｒ２を有するとともに、先端部ｒ３が平坦な凸形状に形成されている。治療や検査対象の骨（或いは、ワーク）に鋭く入り込むとともに、切り終わりも奇麗に切断させるためである。
ここで、円筒状の刃３の先端部に凹凸形状や波形を形成したものでも良いが、円筒状の刃２Ａの先端部に凹凸形状や波形を形成したものよりも、上記突出刃２Ａの部分は、角部がＲ形状を有する凸形状に形成されているもののほうが好ましい。また、この突出刃２Ａの部分は、角部がＲ形状を有する凸形状に形成されている突出刃２Ａは複数配置されているものでも良い。
円筒状の刃３の先端部を凹凸形状２Ｂにする例としては、図４（ｂ）に示すように、円筒形状の刃３の先端部を凹凸形状に形成したものであり、外周にはレーザ光により螺旋状の溝８が形成されている。一部突出した突出刃である凹凸形状は、角部がＲ形状の波形形状で形成されているものでも良い。図６（ｂ）に示す例では、円筒状の刃３の外周に拡径部３ｂが設けられており、この拡径部３ｂよりも径の小さな先端部に、前記凹凸形状２Ｂが形成されている。そして、この凹凸形状２Ｂの部分に砥粒Ｆが付着されていることが好ましい。
また、前記少なくとも複数の突出刃２Ａは、形状や大きさが異なっており、この相違による駆動手段にかかる負荷や電流、電圧の相違を検出部２２で検出しても良い。
また、前記凸状の突出刃２Ａは、左右の角部に有するＲ形状の大きさや形状が異なっており、この相違による駆動手段にかかる負荷や電流、電圧の相違を検出部２２で検出しても良い（図４（ａ））。すなわち、左右の角部ｒ１，ｒ２に有するＲ形状の大きさや形状が他方側のＲ形状が一方側よりも大きな角度で形成された突出刃２Ｃとして形成されているものでも良い（図４（ａ））。
また、図２（ｂ）に示すように、筒状の回転刃３の回転軌道よりも突出刃２Ａの回転軌道が外側に広がるように設定することが好ましい（図２中のＧ１＜Ｇ２）。前記突出刃２Ａの先端の中心軸２から径Ｇ２が前記円筒状の刃３の先端と同じ径Ｇ１と同じであるかそれよりも小さいとすると、一部分穿孔（貫通）してからその範囲を広くするように制御することは、その後に径を広くして行く必要があるために難しいからである。このため、前記突出刃２Ａの先端を外側に向けて配置することで対応可能である。前記円筒状の刃３の先端と同じ径であるかそれよりも小さいとすると、一部分穿孔（貫通）してからその範囲を広くするように制御することは難しい。本実施の形態は、予め広がった外側に前記突出刃２Ａの先端が穿孔するので、それ以上広くする必要がなくなり、穿孔する範囲を広くする加工が容易になる。
【００２２】
また、前記円筒状の刃３の先端側から前記突出刃２Ａの部分に亘って溝形状のパターン８で砥粒が付着されているものでも良い（図３（ａ）（ｂ））。円筒状の刃３の先端側３ａから突出刃２Ａにかけて、更に、突出刃２Ａの部分にかけて砥粒４が付着されていても良い。なお、砥粒の粒子は、平均粒径[ｍｍ]０２．〜０．０４（＃80〜＃400程度）が一般的に使用される。
本実施の形態では、円筒状の外周に螺旋状のパターン８がレーザ光又は電子ビームにより溶融されて形成されているとともに、前記螺旋状のパターン８が前記円筒状の先端部の突出刃２Ｂの部分にまで及んでいるものであり、このパターン８に沿って砥粒が付着されている。そして、凹凸形状の先端部２Ｂの凹部に前記パターン８が連結されている。レーザ光によって溶融するパターンは、砥粒９が付着されている部分と付着されていない部分があっても良く、付着されていない部分に溝８を形成することで、研削の屑を排出することができる。
したがって、操作制御装置１０により穿孔用ドリル２が回転して、先端の突出刃２Ａの研削に続いて円筒状の刃の外周部においても研削が続けられる。
【００２３】
前記突出刃２Ａの部分や円筒状の刃３の外周に溝形状のパターン８で砥粒９を付着させるに際しては、図９に示すように、レーザ加工装置４０と一体的に設けられる砥粒噴射装置５０を使用して、レーザ光で所定パターン８に溶融した箇所に砥粒噴射装置５０ら噴射された砥粒９を付着させる。レーザ光により、砥粒９を付着させる箇所の他、研削屑の排出のための溝８を形成することが好ましい。
なお、前記突出刃２Ａの研削力を向上させるためには、前記突出刃である先端刃２Ａの表裏や外周端部から外側に突出するように砥粒９を付着させることが好ましい。
【００２４】
本実施の形態は、金属製の円筒状の刃３の先端部に突出刃２Ａが凸状に形成されるとともに、先端部に砥粒９が付着しており、突出刃２Ａの先端部側Ｈ１〜Ｈ３の範囲で切削加工を行う（図６（ｂ））。砥粒９の付着は、レーザ加工等で所定パターン８で溶融箇所を作って、そこに一部突出するように埋め込む。メッキを使用しても良いが、環境への配慮から、レーザ加工等で行うことが好ましい。例えば、操作制御装置１１の制御部２０は、前記検出部１２が前記突出刃２Ａの一方のＲ形状分部が穿孔したことを検出した場合に、前記制御部１１は、前記突出刃２Ａの他方のＲ形状ｒ１が穿孔するまで回転駆動させることにより、高精度な穿孔加工ができる。
前記突出刃２の凸状の形状は、左右の角部が同じ形状のＲ形状であるが、異なるＲ形状や異なる大きさであっても良い。これにより、凸状の突出刃２Ａの左右の角部（Ｒ形状）ｒ１，ｒ２にかかる駆動力の大きさの違いや電流負荷の相違を前記検出部２２で検出して、回転方向や駆動手段３０による回転速度等を制御する。
ここで、突出刃２Ａを設けることが可能である。二つの突出刃２Ａは、同じ形状であるが、異なる大きさや形状のものを設けても良い。異なる形状や大きさの突出刃２Ａとすることで、突出刃にかかる負荷電流の相違を検出して、突出刃２Ａの回転方向・回転速度や研削する深さを制御することができる（図４（ｃ））。
【００２５】
操作制御装置１０は、制御部２０である制御回路と駆動手段３０である駆動回路を備え、制御部２１はハンドル本体１２の先端の穿孔用ドリル１の回転数を設定したり、ハンドル本体１２の駆動手段３０に適当な駆動電流を供給し、穿孔用ドリル１を回転させ、また、制御部２０の動作を停止させ、ハンドル本体１２の駆動手段３０の動作を停止させることができる。また、制御部２０は、制御回路３０と、ハンドル本体１２の駆動回路である駆動手段３０を備え、制御回路３０は、ハンドル本体１２の駆動手段３０の電流である負荷電流や駆動力の大きさを検出部２２で検出したり、穿孔加工の過程における負荷電流の変化等に基づいて、穿孔状況に関する信号を出力する。穿孔過程において貫通穴が生体組織を貫通したことを示す貫通信号が出力されたときに、駆動手段３０を逆回転させて電気ブレーキ３１を掛けると、貫通信号が出力されたときに、電気ブレーキ３１の作動と協働しながら駆動手段３０への駆動電流の供給を止めるなどの制御を行う。
【００２６】
ここで、制御部２２による、突出刃２Ａによる穿孔加工の制御の一例を説明する。
穿孔用ドリル１の突出刃２Ａの負荷が重くなることを検出部１２が検出すると、その負荷の重さに応じて電流が多くなり、他方、負荷が軽くなると電流が少なくなるので、駆動手段３０の負荷電流を検出することで、穿孔用ドリル１にかかる負荷の大きさの程度が分かる。頭蓋骨などの骨Ｄに穿孔を開けたとき、すなわち突出刃２Ａが骨を貫通して、突出刃２Ａの先端側の形状に沿うように穿孔を開けると、負荷による電流は少なくなるため、その負荷電流を検出部２２が検出して、これを制御部２２は信号として受信して、回転方向を逆にする指令を出して、それ以上深く移動しないようにする。すなわち、穿孔の深度を停止して、回転方向を制御したり、回転速度を制御したりする。
この点、従来の穿孔用ドリル（従来の特許文献に示されるような筒状のみのドリル）やその制御では、いくら負荷電流の特性を示す状態で制御しても、いち早く貫通後の組織を損傷させないようにするには限界があった。円筒状の刃３の部分が全部貫通することを検出していたことが原因である。
これに対して、本願発明に係る実施の形態装置１０による制御では、穿孔用ドリル１の突出刃２Ａがその負荷に対して反応するので、貫通の瞬間を正確に把握することが可能である。本発明者の知見によれば、突出刃２Ａの形状は、穿孔用ドリル１の先端の外周形状（円周形状）よりも大きさが小さいものであり（幅間隔が狭いものでありＨａ＜Ｈｂ）、その切れ味が鋭ければ鋭いほどよく（例えば、穿孔用ドリル１の先端の外周形状（円周形状）よりも薄い刃であることが好ましい。さらに、突出刃２Ａの部分は、角部がＲ形状を有する凸形状の左右のＲ形状ｒ１とＲ形状ｒ２との間には、一定の平坦部ｒ３があることが好ましく、急減に減少（傾斜）する形状は好ましくない。検出部２５による電流の負荷や駆動手段３０の駆動力の違いを検出するために、前記平坦部ｒ３が必要になる。
そして、前記突出刃２Ａは、左右の角部にＲ形状を有する凸形状に形成され、前記左右のＲ形状の大きさや形状が異なる場合は、回転方向の切り出し側と切り終わり側（逆回転の切り出し側）とを変更制御して、最適な切り出しや切り終わりを制御することが可能になる。
【００２７】
図４〜図１０は、頭蓋骨の模型（石膏製品）を使用して、穿孔用ドリルの操作制御装置１０により、実施に穿孔加工を行った例を説明する図である。穿孔用ドリル１は、頭蓋骨の模型に対して、斜めに入り込んで回転する場合の例を示す（図６（ｂ））。この場合、凸形状の突出刃２Ａの骨組織Ｄに貫通孔を開けると、円弧形状（三日月形状）の穴Ｓ１が開けられる（図６（ｂ））。この円弧形状の穴Ｓ１が形成されると、回転速度を遅くするか停止させるとともに深さ位置がそれ以上下方に進まないようにする（深さＨ１〜Ｈ３の範囲で制御する）。このとき、一旦、上昇させるように制御しても良い。
そして次に、穿孔用ドリル１の回転を逆回転させて、穿孔された三日月形の穿孔Ｓ１を徐々に大きく形成する。一度貫通穴Ｓ１が開けられると、同じ高さ位置で逆方向に回転しても、円弧形状の穴Ｓ１は、徐々に大きく形成される。これを繰り返して、円弧形状に空いた穴（貫通穴）Ｓ１を大きく形成して行く（図６（ｃ）：Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３）。すなわち、逆方向に回転させたり、最初の回転方向と逆方向の回転とを繰り返す。このようにして円弧形状（三日月形）の穿孔の開口（貫通穴）Ｓ１を徐々に大きくして、徐々に円形Ｓに近づけて行く加工をする（図７（ａ）（ｂ）（ｃ））。
ここで、円筒状の刃３のみからなる穿孔用ドリル１００の場合と比較して、前記突出刃２との駆動力にかかる相違や電流の負荷の相違や電圧の相違を比較して、前記突出刃による穿孔（貫通状態）であることを検出部２２が検出するものでも良い。
【００２８】
（実施例）
図８（ａ）（ｂ）は、頭蓋骨の模型Ｄを使用して、直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍの筒状の骨Ｄａを研削して切り出した例を示している。
本実施例によれば、１ｍｍ以下の高い精度が要求される箇所でも、その条件をクリアすることができる。また、特に切り終わり残留片を少なくできることが分かる。
なお、図９に示す例は、突出刃２Ａを一つ設けたドリル１と、２つ設けたドリル１と、突出刃２Ａを設けずに、筒状の刃３の先端側に砥粒を付着した穿孔用ドリル７を使用して、穿孔状態の負荷の軽減する順序を調べたとところ、ドリル１の駆動力にかかる負荷等は、突出刃を有しないドリル７よりも小さなものであった。
【００２９】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の穿孔用ドリル１は、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、前記中心軸１５の先端が穿孔用ドリル１の先端部付近まで延設されており、この中心軸１５の先端１５ａが加工対象物（ワーク）に当たるか、突き刺さることにより、穿孔用ドリル１の回転姿勢のブレを防止するブレ止め機構５１を備えている。第２の実施の形態では、装置本体の昇降動作もブレ止め機構に昇降動作も可能であるが、ブレ止め機構５１としては、動かず固定されて、円筒ドリル３とドリルチャック１４が前後するようにすることも可能である。また、ブレ止め機構５１は、中心軸１５の先端１５ａが加工対象物を刺したときに加工対象物（ワーク）から少し抜けにくいような形状にすることも可能である。例えば、中心軸１５の先端１５ａが円錐形の矢印のようにしたり、Ｌ字状にして、引っ掛りやすくするなどである。そのことによって円筒ドリル１が貫通後、切り取った部分がブレ止め機構５１にくっついてきて自然と加工対象物（ワーク）から外れるようにすることができる。
また、図１１（ｂ）に示すように、筒状の回転刃３の回転軌道よりも突出刃２Ａの回転軌道が外側に広がるように設定することが好ましい（図１１中のＧ１＜Ｇ２）。
したがって、ブレ止め機構５１は、器具本体５０から伸びておりドリルチャック１２の中心穴および円筒ドリル中心を通ってワーク（或いは骨）に刺さるが、加工対象物（ワーク）９に刺さったブレ止め機構５１に沿って円筒ドリル１が昇降動することでブレを防止する。
また、中心軸１５の先端差し込み部１５ａに対する突出刃２の先端の傾斜角度が所定値を超えた場合、減速したり停止したりする制御を行うことにより、ブレ止めと傾き防止ができるようになっている（図５の符号２３）。また、前記中心軸１５の先端差し込み部１５ａが突出刃２Ａの先端２Ａａよりも突出する加工や、突出刃２Ａの先端２Ａａの方が前記中心軸１５の先端１５ａよりも突出する加工を制御する。
ここで、前記中心軸１５の先端形状としては、尖った先端差し込み部１５ａの他に、図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、球状、凸状、凹状、先端が平坦な形状の多角形状などで構成することができる。
そして、前記中心軸１５は昇降動作するので、前記突出刃２Ａとの突出する位置関係を調節することができる（図１２（ａ）（ｂ））。すなわち、加工対象物（ワーク）に応じて、前記中心軸１５の先端差し込み部１５ａが突出刃２Ａの先端２Ａａよりも突出する加工や（図１２（ａ））、突出刃２Ａの先端２Ａａの方が前記中心軸１５の先端１５ａよりも突出するようにして加工することも可能である（図１２（ｂ））。したがって、前記中心軸１５により、一部突出した突出刃２Ａが設けられていても、前記円筒状の刃３としての全体的なバランスを失うことなく切削加工ができるとともに、斜めに傾斜した使用する場合でも安定した加工を行うことができる。
【００３０】
以上、穿孔用ドリルの操作制御装置１０として、頭蓋骨に貫通孔を開けるための穿孔用ドリルの操作制御装置を例に説明するが、頭蓋骨以外の生体組織に貫通孔を開けるものであってもよく、骨のような硬質部であれば、骨の部分以外の外科手術にも使用可能であることは勿論、切削工具などとして用いる産業用の分野などにも応用して使用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１              本発明の穿孔用ドリル、
２，２２ＡＢ    突出刃、２Ａ  凸状の突出刃、  ２Ｂ  凹凸形状の突出刃、
２Ａａ          突出刃の先端、
３              円筒状の刃、３ａ    円筒状の刃の先端部、
ｒ１，ｒ２      凸形状の突出刃のＲ形状の角部、ｒ３  平坦部（突出刃の先端部）、
８              砥粒が付着されるパターン、
９              砥粒、
１０            本発明の穿孔用ドリルの操作制御装置、
１１            制御装置、
１２            ハンドル本体、
１４            ドリルチャック、
１５            中心軸、１５ａ  中心軸の先端（先端差し込み部）、
２２            検出部、
２９            制御部（制御回路）、
３０            駆動手段、
５１            ブレ止め機構、
Ｇ１            筒状の回転刃の回転軌道、Ｇ２  突出刃２Ａの回転軌道、
Ｄ            加工対象物（頭蓋骨などの骨、ワーク）、Ｄａ  切り出した再利用の骨、
Ｓ，Ｓ１〜Ｓ３  穿孔（貫通穴、円弧形状の穴）、
Ｈ１〜Ｈ３      突出刃の操作制御範囲（深さ方向の制御）、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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