(57)【要約】  本発明は、鳩尾状分離点（１０）によって個々の部品を結合することにより半径上の力の伝達を確実に保証する、可撓性を有する中空シャフト（１）に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動管（２）と、少なくとも１つの中間管（３）と、被駆動管（４）とからなる可撓性を有する中空シャフトであって、前記駆動管（２）、中間管（３）および被駆動管（４）が別個の互いに独立した部品である、可撓性を有する中空シャフト。
【請求項２】
前記中間管（３）が少なくとも１つの中間管要素（３０）からなる、請求項１に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項３】
複数の中間管要素（３０）のそれぞれが互いに独立した部品である、請求項２に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項４】
前記駆動管（２）、中間管（３）および被駆動管（４）がガイド管（５）内に保持され、案内される、請求項１に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項５】
前記中間管要素に（３０）は、シャフトの周面上においてシャフト軸線に垂直に延びる理論上の分離線（１０）上に位置する、包囲する鳩尾状終端（２０ｎ１）を有し、前記中間管要素は、他端において、隣接する中間管要素（３０）の最初の鳩尾状終端（２０ｎ１）と嵌合する終端（２０ｎ２）を有する、請求項１に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項６】
前記鳩尾状終端（２０１）は、前記鳩尾状終端（２０２）と嵌合する、請求項５に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項７】
前記駆動管（２）は、前記中間管（３）と対向する側において、シャフトの周面上においてシャフト軸線に垂直に延びる理論上の分離線（１０）上に位置する鳩尾状終端（２０２）を形成し、該終端（２０２）は前記理論上の分離線（１０）を囲む、請求項１に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項８】
前記被駆動管（４）は、前記中間管（３）に対向する側において、シャフトの周面上においてシャフト軸線に垂直に延びる理論上の分離線（１０）上に位置する鳩尾状終端（２０１）を形成し、該終端（２０１）は前記理論上の分離線（１０）を囲む、請求項１に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項９】
前記駆動管（２）の鳩尾状終端（２０２）の形状が、最初の中間管要素（３０）の第１の鳩尾状終端（２０ｎ１）の形状と合致する、請求項７に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項１０】
前記被駆動管（４）の鳩尾状終端（２０１）の形状が、最後の中間管要素（３０）の第２の鳩尾状終端（２０ｎ２）の形状と合致する、請求項８に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項１１】
１つの中間管要素（３０）の第２の鳩尾状終端（２０ｎ２）の形状が、隣の中間管要素（３０）の第１の鳩尾状終端（２０ｎ１）の形状と合致する、請求項２に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項１２】
前記駆動管（２）の終端（２０２）、前記中間管要素（３０）の終端（２０ｎ１、２０ｎ２）および前記被駆動管（４）の終端（２０１）において互いに係合するすべての鳩尾状終端間において０．０１〜０．５ｍｍの遊び（１１）が存在する、請求項５乃至１１のいずれか一項に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項１３】
前記可撓性を有する中空シャフト（１）がプラスチックコーティングを有し、該コーティングが、前記駆動管（２）、前記中間管要素（３０）および前記被駆動管（４）を被覆し、かつこれらの部品を接続する、請求項１に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項１４】
可撓性を有する中空シャフト（１）の内部において、すなわち前記駆動管（２）内、前記中間管（３）内、および前記被駆動管（４）内において、これらすべての部品の内径内を延びる薄いプラスチックホースと形状が合致して嵌合する、請求項１に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項１５】
プラスチックホースが前記可撓性を有する中空シャフト（１）上、すなわち前記駆動管（２）上、前記中間管（３）上、および前記被駆動管（４）上に配置され、該ホースは、前記中空シャフト（１）の部品と前記駆動管（５）との間に位置し、前記中空シャフト（１）の部品に対して固定連結される、請求項１２に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【請求項１６】
個々の部品としての前記駆動管（２）、すべての中間管要素（３０）、および被駆動管（４）は、最初はウェブ（２１）によって接続されるが、湾曲したガイド管（５）内において前記中空シャフト（１）の最初の回転が生じたときに前記駆動管（２）、中間管要素（３０）および被駆動管（４）が独立した部品となるように、前記ウェブ（２１）は小さな力がかかると破壊される、請求項１に記載の可撓性を有する中空シャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１のプリアンブルによる可撓性を有する中空シャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動シャフトとしての中空シャフトはさまざまな理由で望まれる場合がある。一つの理由は、同じ直径を有する中実シャフトと比較して、中空シャフトはかなり軽量であるが、トルク伝達性はほぼ同じである。もう一つの理由は、中空本体を通して材料を運ぶことができることである。これによって初めて、長い穴を掘削することが可能になる。掘削材料は、例えば洗浄水によって、中空シャフトを介して管の先端において上向きに工具から洗い流される。従ってこのタイプの典型的な用途は、水または原油のための深さのある穴である。掘削材料は、掘削工具が位置する管の先端において、上から導入される液体によって管の中心を通って排出される。
【０００３】
中空シャフトについての全く異なる用途は、全く異なるスケールであって、関節鏡視下手術である。特許文献１および２に提示されるような外科用切削器具は、一方が他方の内部を延びる２つの薄壁管の一端において取付けられる。このような器具は、用途に応じて様々な切断ヘッド、切刃および開口部が装備されているため、間接鏡視下手術において大きな成功を収めている。このような器具の使用の評判がよい理由は、関節における病理学的または事故的に誘起された変化の修正が、組織および筋肉に深刻な傷害を引き起こすことなく、最小のインターベンション技術にて精巧な方法で行うことができるという事実に起因する。このタイプの典型的な器具は特許文献２に示される。
【０００４】
切断ヘッドおよび切断形状の設計は、多くの出願で詳しく例示され、説明されている。この外科用切削器具は、除去された材料を管を介して排出する技術に常に基づいている。
そのような管が直線状である限りは、地面の穴においても、関節鏡視下手術における非常に精緻な使用においても、大きな問題が生じない。数ミリメートルの範囲の直径を有する薄壁管の製造は、今日知られている技術および材料でも問題はない。しかしながら、現在では、直線的な器具のみならず、「角部周辺」において作業を行うことができる湾曲した器具についての要求も出ている。このような外科用の湾曲した切削器具の設計のアイデアは、例えば特許文献３に見ることができる。地面の穴のためのこの使用法の１つの可能性は、１９４７年に特許文献４に示されていた。特許文献３に記載される設計の不都合な点は、回転時に幾分撓んで屈曲することを可能にする複数のスロット間において、器具が、各回転の間に弾性範囲内で屈曲し伸張する多数の「ブリッジ」を有することである。外科的に使用される中空シャフトが１０００ｒｐｍ／分より十分に高い回転速度で回転されたときに、ブリッジにかかる逆の曲げ荷重は巨大である。この結果、中空シャフトが頻繁に破壊される。したがって、この原理に従って製造された器具は信頼性に欠ける。可撓性を有する中空シャフト上で駆動される器具がより大きな力で掘削または切削をすべき場合には、上述した「ブリッジ」の破壊がまさに発生する。
【０００５】
ブリッジにかかるこの荷重を妥当な限界内に保つための１つの可能性は、当然ながら、屈曲角度をできるだけ小さく保つことである。この結果、このような中空シャフトが装備されている器具が描く湾曲の半径が比較的大きくなければならない。これは一方で、中空シャフトの長さがより長くなるほど、中空シャフトが駆動管と被駆動管との間で形成すべき所望の角度が大きくなることを意味する。したがって、割れ目に対処できる小さな半径は、このような設計によっては達成することができない。
【０００６】
特許文献３の出願人はこれを認識した上で、特許文献５に記載される新規なタイプの設計を出願した。外科用切削器具において使用するために、特許文献５の出願人は、地面の穴の分野で用いられ、かつザブリン(Zubliｎ) の特許文献４において１９４７年以来知られていた原理を使用した。スロットの螺旋状に延びる鳩尾状構成が選択されている。しかしながら、それにもかかわらず、実施においては問題が生じる。逆の曲げ荷重がかかる「ブリッジ」の数は非常に減少するが、完全にはなくならない。実施可能な最小半径は、それでもなお比較的大きい。かなりの長さの器具が必要な場合、この構成の可撓性を有する中空シャフトにおいて可能な角度はおよそ３０°である。
【０００７】
別の問題は、このような器具の強度である。この複雑な設計で生じる力を検知することは、非常に難しい。鳩尾形状による嵌合およびスロットの螺旋構成によって、どの位置で構造に主要な荷重がかかるかは明らかでない。したがって、生じる力に従って正しい位置で構造を構成することが困難である。この結果、可撓性を有するこの中空シャフトの使用において不確実性を生じさせる。また、このように設計されている可撓性を有する中空シャフトは、使用時に壊れることが知られている。
【０００８】
これらの可撓性を有する中空シャフトは、１０００ｒｐｍよりも十分に高い回転速度で作動させられる。中空シャフトは被包管内で動作する。これは、固定された「ブリッジ」について、１分あたり１０００よりも高い荷重の変化が起こることを意味する。１０〜２０分間にわたって高速での使用が継続され、したがって５００００までの荷重変化が起こると、材料が疲労する。金属の場合、非常に制限された範囲の弾性範囲において、そのような屈曲に対処できる。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ００／４５７１３号
【特許文献２】独国特許出願公開第４４２２４２６号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０４４５９１８号明細書
【特許文献４】米国特許第２５１５３６５号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第０８４０５７２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、材料が逆の曲げ荷重を受けることなく、数センチメートルの半径で９０°を超える湾曲で実施できる可撓性を有する中空シャフトを形成することである。この目的は、器具が１０００〜８０００回の方向変更を伴う振動と前進後退動作をするための１０００〜１６０００ｒｐｍの回転速度とを伴って用いられる場合でさえも達成されなければならない。現在公知の中空シャフト設計では、これを行うことができない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、請求項１に記載の特徴を有する本発明の可撓性を有するシャフトによって達成される。本発明のさらなる特徴は従属請求項から判明するものであり、利点は以下の記述において説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
各図面は、以下で説明される好ましい設計提案を示す。
図１は、駆動管２、中間管３および被駆動管４と、これらの要素を包むガイド管５とを有する本発明の可撓性を有する中空シャフト１を示す。これらの部品は、基本的には、相互に固定連結されておらず、互いに独立した別個の部品として設計される。
【００１２】
駆動管２は、一端において鳩尾状終端２０２を有する。他端においては、例えば外科用切削器具の場合には、タービン駆動機構によって１０００ｒｐｍを十分に超える回転速度を生成する駆動ユニットに対する接続部品が配置される。本発明の中空シャフトが、例えば深い穴のために使用される場合、回転速度はかなり遅い。
【００１３】
被駆動管４は、一端において鳩尾状終端２０１を有する。例えば、他端には、可撓性を有する中空シャフト１の駆動される部品としての器具が取り付けられる。外科用切削器具の場合には、該器具は例えば、図３に示されるように微細なメスを備えることができる。深い穴用の器具は、当該分野で通常使用されるようなドリルヘッドを備える。
【００１４】
試験により、中間管３は省いてもよいことが分かっている。この場合、駆動管２および被駆動管４は、互いに形状が合致して嵌合するそれぞれの終端２０２および２０１によって直接的に係合される。達成可能な角度βは、分離部によって達成することができる達成可能な角度αに対応する。
【００１５】
しかしながら、一般に、少なくとも１つの中間管要素３０からなる中間管３は、駆動管２と被駆動管４との間に挿入される。複数の中間管要素３０（図２）は、一端において鳩尾状終端２０１を有し、他端において鳩尾状終端２０２を有する。各鳩尾状終端２０１は鳩尾状終端２０２に外嵌され、遊び１１を有する緩嵌が形成される。この緩嵌によってトルクを伝達することができる。
【００１６】
鳩尾状終端２０２および２０１は、理論上の分離ポイント１０の周囲に形成される。実際の分離線は、管の周面に沿って、かつ理論上の分離ポイント１０の周りで鳩尾状に曲がりくねって延びる。所与の要件に応じて、実際の分離ポイント、鳩尾状終端２０２および２０１の間には、０．０１〜０．５ｍｍの遊び１１が設けられる。これは個々の要素、駆動管２、中間管３および被駆動管４の長手方向の軸線が互いに対して角度αをなすことを可能にする。その後、中空シャフトが回転すると、要素間における力の伝達は確保される一方で、遊び１１が鳩尾状終端２０２および２０１の周面に沿って「移動し」、これにより各軸線が互いに対して角度αをなして回転することが可能である。中間管３を介して中空シャフト１が「可撓性を有して屈曲する」ことができ、かつ所望される力の伝達が確保されるのは、弾性によるものではなく、ましてや金属の変形によるものでさえなく、理論上の分離ポイント１０の鳩尾状終端２０２および２０１の分離部の周面に沿って「移動する」遊び１１によるものである。
【００１７】
個々の要素が案内されるように、可撓性を有する中空シャフト１のすべての要素は、ガイド管５によって保持され、支持され、そして案内される。可撓性を有する中空シャフト１およびガイド管５からなる全体ユニット４０（図３）は、固定角度βをなして湾曲する。器具が完成後に描くこの角度βは、固定された角度であり、変わらない。しかしながら、ガイド管５内で案内される可撓性を有する中空シャフト１は、「屈曲部の周り」でトルクを伝達することができる。図３は、外科用切削器具４０における使用を示している。示されるタイプの可撓性を有する中空シャフト１は、小さな半径１２（例えば５〜１０ｃｍ）および１０００ｒｐｍを十分に上回る回転速度の条件下において、９０°までの角度を繋ぐことができる。
【００１８】
これは、可撓性を有する中空シャフトの示された設計によってのみ達成することができる性能である。これは、中間管要素３０の長さ３１（図２）および鳩尾状終端２０の高さ３２を適合させることにより達成される。小さな半径１２は、低い高さ３２の鳩尾状終端２０を有する複数の短い中間管要素３０によって達成することができる。しかしながら、機械的な理由により、中間管要素３０の最小寸法は、可撓性を有する中空シャフト１の直径１３（図２）によって制限される。繋ぐべき角度αの大きさは、使用される中間管要素の個数によって決定される。中間管要素３０の使用される個数が多いほど、角度βはより大きくなる。これは、角度βが個々の要素間の個々の角度αで構成されるためである。
【００１９】
鳩尾形状の構成は、中空シャフトの周面上にできる限りランダムに形成される。しかし終端２０１が終端２０２と常に嵌合していなければはならないため、被駆動管４の終端２０１および駆動管２の終端２０２はこの例では２０１および２０２としてそれぞれ設計され、隣接する中間管要素３０の終端２０１および終端２０２と嵌合させなければならない。
【００２０】
鳩尾状終端２０１および２０２の配置についての１つの可能性が図４に示されている。この例では、管の直径１３の３．１４倍に相当する円周１４上に個々の中間管要素３０が形成されている様子が示されている。配置は任意のものとすることができる。１つの要件は、終端２０１および２０２がいずれの場合においても対をなす他方と嵌合しなければならないことである。この例はまた、個々の中間管要素３０間の遊び１１が、対をなす終端２０１および２０２においてどのように形成されるかを示している。被駆動管４および駆動管２の終端２０１および２０２はそれぞれ、隣接する中間管要素３０の終端２０１および２０２とともに好適に一対を形成する。
【００２１】
図５には、複数の中間管要素３０からなる中間管３と、駆動管２と、被駆動管４とを有する可撓性を有する中空シャフト１が組み付けられた状態で示されている。可撓性を有する中空シャフト１が使用時により静かに動作を行うために、中間管要素３０の鳩尾状の分離線２０は、図４に示すように周面において規則的に分布しておらず、図５に示されるようにランダムに配置されている。
【００２２】
駆動管２、被駆動管４および中間管要素３０間の最適の遊び１１は、中空シャフトが、特にこの目的のために設けられるガイド管５内で動作することにより達成される。試験により、このように動作する可撓性を有する中空シャフト１によって、動作中に生成される騒音がかなり低減することが分かった。同時に、一対をなすように係合状態にあるすべての終端２０１および２０２間の遊び１１も、状況に応じて変化させる。
【００２３】
本願で示される中空シャフト１は、中間管要素３０同士の間、または中間管要素３０、駆動管２および被駆動管４の間において、０．０１〜０．５ｍｍの遊び１１を有する。この遊び１１により初めて、中空シャフト１がガイド管５内で回転することが可能になる。しかしながら、これは、遊び１１が湾曲した位置において湾曲の外径上に開口を形成するため、この開口が、中空シャフト１を介して逆流を確実に行う吸引除去を、不可能ではないまでも少なくとも妨害するという不都合な点がある。この不都合をなくすために、試験で技術的に試みられ、かつ実施される様々な方法がある。
【００２４】
ガイド管５内に導入される前の可撓性を有する中空シャフト１は、中空シャフト１の部品が可撓性を有するプラスチックコーティングで被覆されるように、プラスチック溶融液に浸漬されてもよい。遊び１１が０．１ｍｍの領域で開口を備えるため、中空シャフトの材料に付着する平均的な弾性を有する材料をこの目的のために使用してもよい。別の可能性は、中空シャフト１内に弾性材料からなるホースを導入し、ホースの材料が中空シャフトの材料に付着するように拡張器具によって前記ホースを押圧することである。拡張器具は、狭窄した冠状血管の拡張に使用するものに類似した膨張可能なバルーン様器具であってもよい。
【００２５】
最も簡単な方法は、ホースを中空シャフトの周りに取付けた後に、中空シャフトの外径の周りを収縮物によって包むことである。この方法の利点は、このように収縮させられる材料が、ホースおよび中空シャフトの材料の選択とは関係なく、固有の弾性ゆえに中空シャフトに付着することである。中空シャフト１は、上述されたこれらの手段の何れかを用いて効果的に密閉することができる。
【００２６】
中空シャフト１を製造する場合、製造プロセス、そしてとりわけ製造プロセスにおける中空シャフトの取扱いを簡素化する特殊な方法を使用することができ、図４に示されるように、ウェブ２１が中空シャフト１の個々の部品の間に設置される。ウェブは、ガイド管５内で行われる中空シャフト１の最初の屈曲中に、中空シャフト１の部品に痕跡を残さないで破壊される。図６は、破壊されたウェブ２１の残物が中空シャフトの部品にどのように残るかを示している。この方法の使用は、直線状の円筒中空シャフト１の製造プロセスでも完全に作用可能であるという利点がある。したがって、例えば、既に分離された部品の表面処理は、中空シャフト１が直線状の安定した形態を有する場合にはより単純な方法で行うことができる。部品２、３０および４は、この段階では既に互いに独立しており、互いに対して緩く保持されたこれらの部品２、３０および４の処理は困難であろう。特に、可撓性および弾性を有するホースを用いて中空シャフト１の導入や被包を行うことも、非常に困難であろう。
【００２７】
この場合、ガイド管５内への中空シャフト１の導入は、ウェブ２１によって保持される中空シャフト１が直線状の形態にあるときになされる。中空シャフト１の湾曲が発生すると、ウェブ２１が所定の破壊点において破壊される。しかしながら、ウェブ２１が破壊されるのは、最も遅くても、駆動シャフトとして使用される中空シャフト１が湾曲したガイド管５内において高い回転速度で回転し始めるときである。
【００２８】
所定の破壊点を有するそのようなウェブ２１の製造は、今日用いることができる製造技術において何ら問題がない。レーザ切断、腐食、エッチングなどのすべての製造方法は、耐え得るウェブ２１を残すのみならず、所定の破壊点として使用するウェブ２１において必要となるような寸法に形成することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】中間管要素を備えた可撓性を有する中空シャフトを示す図。
【図２】中間管要素を示す図。
【図３】可撓性を有する中空シャフトを備えた外科用切削器具を示す図。
【図４】鳩尾状接続部の配置を示す図。
【図５】複数の中間管要素を備えた可撓性を有する中空シャフトを示す図。
【図６】ウェブによって接続される複数の中間管要素を備えた可撓性を有する中空シャフトを示す図。
【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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【国際調査報告】
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