(57)【要約】【課題】ねじ連結式装置を取り付けたり取り外したりするためのトルク装置を提供すること。【解決手段】本発明の装置は、内部キャビティを構成するヘッドと、少なくとも１つの板ばね要素を含み第１部分と第１部分に対して折り曲げられた第２部分とを有する板ばね１２０と、ヘッドのキャビティ内に配置され、一体の駆動インサートを含み、径方向に延びる複数の駆動歯を有し、駆動歯が、一方向の傾斜側部と反対方向の平らな側部とを構成する非対称な側部を有し、一の回転方向において板ばね要素に係合して予め設定されたトルクの限度を一回転方向において定めるよう位置決めされているロータ１３０と、１つの板ばね要素とロータ駆動歯との間のインターフェースによって構成され、トルク限度を超えると、板ばね要素が滑ってロータ駆動歯を通り越すトルク制御機構とを備えている。【選択図】図１
2006075985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御された大きさのトルクをねじ連結部に加えるトルク装置であって、
ハンドルと、
該ハンドルに連結され、内部キャビティを構成するヘッドと、
前記内部キャビティ内に保持され、少なくとも１つの板ばね要素を含む少なくとも１つの板ばねであって、該板ばねが第１部分と、該第１部分に対して折り曲げられた第２部分とを有する板ばねと、
前記ヘッドのキャビティ内に配置され、一体の駆動インサートを含むロータであって、径方向に延びる複数の駆動歯を有し、該駆動歯が、一方向の傾斜側部と反対方向の平らな側部とを構成する非対称な側部を有し、少なくとも一の回転方向において前記少なくとも１つの板ばね要素に係合して予め設定されたトルクの限度を少なくとも一回転方向において定めるよう位置決めされているロータと、
前記少なくとも１つの板ばね要素と前記ロータ駆動歯との間のインターフェースによって構成され、トルク限度を超えると、前記板ばね要素が滑って前記ロータ駆動歯を通り越すトルク制御機構と、を備えている、
ことを特徴とするトルク装置。
【請求項２】
前記駆動インサートは、六角形のインターフェースを構成している、
請求項１に記載のトルク装置。
【請求項３】
前記駆動インサートは、前記ロータのキャビティと嵌合する別個の組立体である、
請求項１に記載のトルク装置。
【請求項４】
前記駆動インサートは、前記ロータの一部として一体成形されている、
請求項１に記載のトルク装置。
【請求項５】
前記ヘッドに設けられたキャビティは、六角形である、
請求項３または４に記載のトルク装置。
【請求項６】
前記六角形のキャビティは、前記少なくとも１つの板ばねを保持するような形状の少なくとも１つの停止部を有している、
請求項５に記載のトルク装置。
【請求項７】
キャップが、前記ヘッドのキャビティ上に着脱自在に設けられている、
請求項３ないし６のいずれか１項に記載のトルク装置。
【請求項８】
前記キャップは、掴み具合向上手段を有している、
請求項７に記載のトルク装置。
【請求項９】
前記キャップの掴み具合向上手段は、スカラップ又はぎざぎざ付きの器具を有している、
請求項８に記載のトルク装置。
【請求項１０】
前記各ロータ駆動歯の傾斜側部は、徐々に傾斜しており、
前記各ロータ駆動歯の平らな面は、急傾斜を付けられている、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のトルク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ連結部に加えられるトルクの大きさの制御に関する。特に、本発明は、ねじ連結式作業部材の取付け又は取外しを行うために制御された大きさのトルクを加える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トルクレンチは、大抵の場合、フォークト氏等に付与された米国特許第５，７３４，１１３号（以下、「フォークト氏等特許」という）に示されるような１又は２以上の弾性曲げロッド又はヒジエ氏に付与された米国特許第５，８５９，３７１号（以下、「ヒジエ氏特許」という）及びフラバロ氏等に付与された米国特許第５，９１１，８０１号（以下、「フラバロ氏等特許」という）に示されるような軸方向ばね装置をこれらトルク検出機構の一次動力源として常用している周知の器具である。これらトルクレンチは、ハンドルキャビティ内に封入された１又は２以上のコイルばね、ころ軸受及びロッド装置を用いることの多い複雑な機構を用いている。例えば、フラバロ氏等特許は、中空キャビティ内で回動し、摩擦を最小限に抑えるために少なくとも１つの回転本体を用いるプランジャロッドタイプの器具とインターフェースするレンチヘッドを教示している。次に、この機構は軸方向コイルばねとインターフェースする。これら内部機構は構造が非常に複雑なので滅菌を容易にするための分解をやりやすくすることができず、しかも非常に高価なので使い捨て可能なトルクレンチ器具として用いることができない。
【０００３】
例えばヴィルヌーヴ氏等に付与された米国特許第４，２４９，４３５号（以下、「ヴィルヌーヴ氏等特許」という）及びフォークト氏等特許のように特許文献の中には、内部構成部品の分解又は取外し及び交換について或る程度真正面から取り組んだものがある。これらトルク付与装置も又、内部構造が複雑であり、これらを費用効果よく分解し滅菌し、次に滅菌環境中での使用のために再び組み立てることはできない。
【０００４】
トルクレンチ技術に関するもう一つの技術的特徴としては、トルクレンチ内に設けられた滑り機構により過剰トルク付与を防ぐための機構の使用が挙げられる。板ばね式滑り機構を有する１つのトルクレンチが、ルエブ氏に付与された米国特許第５，２２４，４０３号（以下、「ルエブ氏特許」という）に示されている。このルエブ氏特許は、トルクの限度を越えると滑りを生じる片持ちばり形板ばね式トルクレンチ機構の２つの基本的な構成例を教示している。
【０００５】
第１の形態では、板ばねは、ハンドルから延びてレンチヘッドの単一の対称的な垂直の歯に垂直に当たる片持ちばりとして働く。トルクの値は、片持ちばりの有効長さを変えることによりハンドルで調節される。これと似た第２の形態では、ルエブ氏特許は、レンチヘッド内に設けられていて、複雑な二重形状の歯に係合する２つの垂直なばねを開示している。複雑な二重歯の歯車に係合する垂直のばねは、長さの短い剛性のはり（以下、「ビーム」ともいう）を形成する互いに異なる高さの２つの保持肩により、時計回りの方向よりも反時計回りの方向において大きな抵抗力で定位置に保持される。歯車の複雑な二重歯は各々、長い方の歯が係合する単一歯側部及び先ず最初に短い方の歯が係合し、次に長い方の歯が係合する二重歯側部を有している。時計回りの最大トルクは、長い方の歯が複雑な二重歯付き歯車の単一歯側で垂直の板ばねに係合し、垂直の板ばねがばね保持肩の抵抗反力を越えて押される際に達成される。下方の時計回り支持ばね保持肩は、長く且つ反力の小さな片持ちばりを形成する。
【０００６】
この第２の形態は、二重歯の形態と、ばねが第１の短い方の歯を乗り越え、次に第２の長い方の歯に当たる際にばねによって及ぼされる衝撃力との組み合わせを用いてねじ付き部材を調節しないで反時計回りの方向に取り外す。加うるに、長い反時計回り保持肩支持体は、時計回りの方向よりも大きな抵抗力を生じさせる短い片持ち式ばねを備えている。
【０００７】
ルエブ氏特許の第２の形態は、種々のトルクの値に合わせて調節することができず、しかも分解、滅菌及び滅菌環境中での使用のための再組立てを不可能にするほど内部構造が複雑なので、明らかに問題がある。その結果、この設計及び他の現行設計のトルクレンチでは、外科用器具を滅菌環境から取り出して、これらの作業部材を取り外して適当なトルクのものに交換する必要があり、次に外科用器具を再び滅菌しなければならない。例えば上述の機構及び医療に用いられる機構を有するトルクレンチは、一般に、滅菌環境中では使用されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、入手が容易な滅菌装置を用いて滅菌できる制御された大きさのトルクを及ぼす改良型装置が要望されている。この装置は構造が簡単であり分解及び再組立てが容易であり、しかも組立て時に較正を必要としないことが望ましい。使い捨てできるほど安価なトルク付与装置を提供することが望ましい。トルク付与装置は、種々のねじ付き部材用途に合わせて種々のトルクを加えることができ、しかも特定のねじ連結手段の取付け又は取り外しのために調整を必要としないことがさらに望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
複数の非対称的な駆動歯の側部に係合してねじ連結式装置の取付け及び取外しのための或る範囲の予め設定されたトルク値を定める複数の板ばね要素を用いるトルク装置が提供される。板ばねの使用個数を異なるものとし、板ばねの設計を異なるものにし又はロータの駆動歯の幾何学的形状を変えることにより予め設定されたトルク値を容易に変更できる。板ばねと駆動歯のインターフェースは、ねじ連結式形装置を取り付けるためのトルク値を越えた場合にトルクのかけ過ぎを防止する滑り機構となっている。レンチヘッドは、その好ましい形態では気密封止され、別の形態では、完全分解可能である。両方の形態は、オートクレーブ又はこれと類似した滅菌方法を用いて容易に滅菌できる。第２の形態は、本装置を滅菌環境内で較正する必要なく、種々のトルク用途に合わせて再構成できるという追加の利点を有している。レンチはまた、使い捨て器具として用いることができる。
【００１０】
添付の図面を参照して以下の詳細な説明を参照すると、本発明の内容およびこれにより得られる利点をよく理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図面、先ず最初に図１を参照すると、トルクレンチ１００は、ハンドル１１０、ヘッド１１２、少なくとも１つの板ばね１２０、少なくとも１つのロータ１３０、複数個の六角インサート１４０及びキャップ１５０を有している。キャップ１５０が定位置にあるとき、このキャップは、ロータ１３０及び六角インサート１４０をヘッド１１２内の定位置に保持する。キャップ１５０を超音波溶接又はこれと類似した技術を用いて気密封止部を形成するようヘッド１１２に固定的に連結してもよく、着脱自在に取り付けてもよく、或いはヘッド１１２の一体部分であってもよい。かくして、トルクレンチ１００は、気密封止組立体として容易に滅菌でき、又は分解して広く用いられている滅菌法を用いて滅菌されるよう構成されている。トルクレンチ１００は、使い捨て器具又は再使用可能な器具として構成できる。
【００１２】
次に、図２Ａを参照すると、トルクレンチ１００は、第１の端部にハンドル１１０及び反対側の第２の端部にヘッド１１２を有している。ハンドル１１０は、掴みやすいようにする人間工学的設計手段、例えばぎざぎざ（刻み目）、スカラップ（波形模様）又は凸凹を含む掴み具合向上手段１１１を有している。ヘッド１１２は、内部キャビティ１１４を構成する側壁１１３を有している。ヘッド１１２の内部キャビティ１１４は、この実施形態においては六角形の形をしており、２つの停止部１１６が側壁１１３の内側に設けられている。ハンドル１１０及びヘッド１１２は好ましくはプラスチック製である。ただし、他の医用材料、例えばステンレス鋼、チタン等も使用可能である。
【００１３】
図２Ｂでは、ハンドル１１０をキャップ１５０に一体化した変形実施形態が示されている。この実施形態では、キャップ１５０は、掴み具合向上手段１１１、例えばぎざぎざ、スカラップ又は半径方向に延びる凸凹を有し、ユーザは低いトルク値の範囲で十分なトルクを附与することができる。
【００１４】
図２Ｃでは、ハンドル１１０をヘッド１１２に一体化した別の実施形態が示されている。この実施形態では、ヘッド１１２は、掴み具合向上手段１１１、例えばぎざぎざ、スカラップ又は半径方向に延びる凸凹を有し、ユーザは低い値の範囲のトルクで十分なトルクを及ぼすことができる。トルク付与装置１００のこの形態は又、ねじ回し兼用トルクレンチの形態となるよう長手方向に延長されたものであってもよい。
【００１５】
次に図３Ａを参照すると、アンギュラー（角のある）板ばね１２０が、半径方向方位角から見て急傾斜をなし、設計品のトルク限定部品を構成するよう位置決めされた複数の新規な片持ちばり要素１２２を有している。各はり要素１２２は、第１の部分１２４及びビーム要素１２２内に設けられた第２の曲り部によって作られる第２の部分１２６を有している。第２の曲り部１２６は、適当な度合いの物理的インターフェースを常時維持しやすくする。第２の部分１２６は、摩擦力を最小限に抑えるよう設計された半径プロフィールと一致している内側端部コーナ部１２８を備えた端部を有している。
【００１６】
図３Ｂでは、板ばね１２０は、傾斜した片持ちばり要素１２２を備えた状態で示されている。板ばね１２０一つ当たりの板ばね要素１２２の個数は、設計に応じて様々であってよい。板ばね１２０は好ましくは板金のプレス加工で作られている。
【００１７】
次に図４Ａを参照すると、この実施形態のロータ１３０は、１２個の単純な半径方向に延びる単一歯の駆動歯１３１を有している。駆動歯１３１の個数は、設計に応じて様々であってよい。各駆動歯１３１は、時計回りの傾斜側部１３２及び反時計回りの平らな側部１３４を有している。ロータ１３０の頂部は、側壁１３８と協働して六角形のキャビティ１３６を構成している。ロータ１３０は好ましくは、医用プラスチック材料で作られている。
【００１８】
図４Ｂでは、ロータ１３０の駆動歯１３１の側部が非対称であることが示されている。この実施形態では、時計回りの傾斜側部１３２の勾配はなだらかであるが、反時計回りの平らな側部１３４の勾配は急である。側部１３２，１３４の非対称構成を別途用いると、この機構のトルク値の範囲を変えることができる。同様に、ロータ１３０の設計を逆にして、これが時計回りの方向の平らな側部１３４及び反時計回りの方向の傾斜側部１３２を有するようにしてもよい。
【００１９】
次に、図５を参照すると、駆動インサート１４０は、ねじ連結式器具の駆動機構インターフェースとして機能する。図５では、特にバレーラブ・インコーポレイテッドによって製造されたＣＵＳＡ EXcel 23 kHz とインターフェースするようになった９／３２インチ六角駆動インサート１４０が示されている。駆動インサート１４０の六角インターフェースは又、バレーラブ・インコーポレイテッドによって製造されたＣＵＳＡ EXcel 36 kHz とインターフェースするよう７／３２インチ六角駆動インサート用に構成してもよい。駆動インサート１４０の更に別の形態としては、他の六角形のサイズや六角キー、スロット又はフィリップヘッドねじ回し、或いはこれらと類似した任意の作業部材又は取付け式器具向きのインターフェースが挙げられる。すべての駆動インサート１４０、例えば７／３２駆動インサート１４０及び９／３２インサートは、同一寸法の六角形側壁１４４及び肩１４６を有し、かくして互換性がある。駆動インサート１４０は好ましくは金属で作られ、着脱自在な形態のキャップでは、滅菌環境で容易に交換できるよう特別に設計されている。
【００２０】
次に図１６を参照すると、トルクレンチ１００は部分的に組み立てられた状態で示されている。この例では、２つの板ばね１２０が、キャビティ１１４内の２つの停止部１１６相互間でヘッド１１２内に取り付けられている。トルクレンチ１００は、１又は２以上の板ばね１２０と協働して予め設定された間隔で異なる組をなすトルク値を定めることができる。トルク値は、気密封止形態では予め設定され、さらにトルクレンチ１００は、滅菌環境中において板ばね１２０をヘッド１１２に容易に追加し又はこれから取り外せるよう分解が容易に構成されたものであるのがよい。ロータ１３０は、板ばね要素１２２に係合するようにヘッド１１２内に配置されている。六角駆動インサート１４０は、別個の組立体であるのがよく、これはロータ１３０内に取り付けられ、或いは、これをロータ１３０の一体部分として構成してもよい。駆動インサート１４０は、別個の組立体としてロータ１３０内に収納されると、六角形のキャビティ１３６内に挿入される。
【００２１】
すると、ロータ１４０の側壁１４４は、六角形キャビティ１３６の側壁１３８と直接インターフェースする。ロータ１３０と駆動インサート１４０の組み合わせ形態の材料としては、両方の組立部品のための医用プラスチック又は金属、或いは異種材料を互いに接合した組合せが挙げられる。駆動インサート１４０は、ヘッド１１２とロータ１３０との間に載る肩１４６を有している。駆動インサート１４０は、滅菌環境中で取り外したり交換できるよう設計されており、圧力嵌め又は接着剤を用いないでロータ１３０の内側に保持される。
【００２２】
作用を説明すると、オペレータ又はユーザがトルクレンチ１００を時計回りの方向に回して作業部材を締め付けると、各板ばね要素１２２の付勢力は、ユーザの加えたトルクと一緒になって、ロータ駆動歯１３１、駆動インサート１４０及びかくしてねじ連結式器具を回転させ、ついにはトルク限度を越えるようになる。この過程において、傾斜側部１３２は、ビーム要素１２２の第２の部分１２６の複数の内側のコイニング加工が施された縁部１２８に係合する。内側縁部１２８のコイニング加工により、プラスチックロータ１３０と金属ビーム要素１２２との間に摩擦の殆ど無いインターフェースが得られる。摩擦を減少させているのでユーザは傾斜側部１３２への付与トルクを増大させ、少なくとも１つのアンギュラー板ばねの片持ちばり要素１２２のばね付勢力に起因する対向反力をそらしてこれに打ち勝つ必要があるだけである。各片持ちばり要素からの対向反力は、この片持ちばり要素が撓むと増大し、加えられるトルクは、第２の部分１２６の内側縁部１２８の先端部が傾斜側部１３２上に押し上げられるとその最大値に近づく。加えられたトルクは、板ばね要素１２２が傾斜側部１３２を越えて離れる直前に最大値に達する。ロータ駆動歯１３１の傾斜側部１３２上へのそしてこれを越える各板ばね要素１２２の滑りは、ロータ駆動歯１３１と駆動インサート１４０に加わるトルクを制限するトルク制御機構を構成する。１つの板ばね１２０をヘッド１１２内に収納した状態では、トルクレンチ１００は、ＣＵＳＡ EXcel 36 kHz 外科用器具の場合、解除前に時計回りの方向に約３０インチ−ポンド（１インチは、約２．５４cm、１ポンドは、約０．４５３６kgである）を達成し、２枚の板ばねを用いると、ＣＵＳＡ EXcel 23 kHz 外科用器具の場合、解除前に少なくとも約６０インチ−ポンドを達成する。
【００２３】
オペレータが反時計回りの回転で作業部材を取り外すと、ロータ１３０の複数の平らな側部１３４は、片持ちばり要素１２２の複数の第２のビーム部分１２６と面一のインターフェースをなす。この時点において、ビーム要素１２２は一義的には圧縮状態に、二義的には横方向撓み状態にある。平らな側部１３４が第２のビーム１２６を反時計回りの方向に圧縮するのに必要な作業部材の取外しトルクは、解除直前において傾斜側部１３２と第２のビーム１２６とのインターフェースによって達成される最大トルクの取付けトルクの少なくとも約１．５倍である。最大トルクを越えると、トルク制御機構は、ロータ駆動歯１３１の平らな側部１３４を越える板ばね要素１２２の解除又は滑りを行わせることによりロータ駆動歯１３１及び駆動インサート１４０に加わるトルクを制限する。レンチ１００は、この用途では駆動歯１３１の１個分の回転毎又は約３０°の回転毎にレンチ中にはっきりとした手応えをも感じさせるようにカチッと音がするよう構成されている。ロータ１３０は好ましくは、金属製ビーム要素１２２と駆動歯１３１の傾斜側部１３２及び平らな側部１３４との間の摩擦力を最小限に抑えるプラスチック系の材料で作られる。
【００２４】
トルクレンチの組立部品、例えばハンドル１１０、ヘッド１１２、板ばね１２０、ロータ１３０、駆動インサート１４０及びキャップ１５０（図１参照）を組立部品の総数が減少するよう組み合わせるのがよい。例えば、ロータ１３０及び駆動インサート１４０を単一の組立部品の状態に組み合わせるのがよく、キャップ１５０はハンドル１１０を有するのがよく、これと同様に、１又は２以上の板ばね１２０を、永続的にヘッド１１２内に組み込むのがよい。
【００２５】
次に図７を参照すると、この実施形態では、ＣＵＳＡ EXcel製造ラインの 23kHz 及び 36 kHz 外科用器具ハンドピースを保持するために保持器具１６０が設けられているが、これを任意個数の機構を保持するよう構成することができる。保持器具１６０は、再使用可能であって、作業部材又は先端部にトルクを加えてＣＵＳＡハンドピースに取り付け又はこれらをＣＵＳＡハンドピースから取り外しながらトルクレンチと連携して用いられる。保持器具１６０は、器具のハンドピースの金属部分を保持する少なくとも１対の掴み器具１６２を有し、外科用器具の本体全体を支持する。これにより、ハンドピースの脆弱なプラスチック領域の損傷の恐れが少なくなる。加うるに、保持器具１６０は、トルクを加えている間、機械的な利点をもたらす把手１６４をユーザに提供する。保持器具１６０の設計を工夫することより、オートクレーブからの取り出しの際に冷却を促進する迅速な冷却作用を発揮する幾何学的形状が得られる。
【００２６】
次に図８を参照すると、トルク装置キット１７０が示されており、このトルク装置キットは、例えば、１又は２以上のトルクレンチ１００、１組の板ばね１２０、１又は２以上のロータ１３０及び種々の用途への利用融通性がある１組の駆動インサート、例えば六角レンチ、六角キー、ねじ回し等、及びキャップ１５０のような構成部品から成る。
【００２７】
１組の板ばね１２０は、或る範囲のトルク値を生じさせる。最大２個の板ばねを使用できる現行のトルクレンチ１００の一構成例を用いると、第１の対をなす板ばね１２０は、所与のトルク値をもった状態でキット内に設けられ、その隣にこれよりも大きなトルク値をもつ第２の対をなす板ばねが設けられる。各板ばねには、個々に用いられる場合には両回転方向におけるそのトルク限度値、その対をなす板ばね１２０と組み合わされる場合にはその増大したトルク値がラベル表示され、キット内のその相対的保持箇所には、その個々のトルク値及び対の場合のトルク値がラベル表示される。同様に、１組の駆動インサート１４０を用いることにより、種々のタイプのねじ連結式装置を用いる用途に合った或る範囲のインサートを備えたトルクレンチ１００が得られる。
【００２８】
本発明の例示の実施形態を添付の図面を参照して説明したが、本発明は開示した形態そのものに限定されず、当業者であれば本発明の範囲及び精神から逸脱することなく種々の他の設計変更例及び改造例を想到できよう。かかる設計変更例及び改造例は全て、本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】トルク装置の一構成例の拡大分解斜視図である。
【図２Ａ】トルク装置のハンドル及びヘッドの斜視図である。
【図２Ｂ】トルク装置の変形例としてのハンドル構成の斜視図である。
【図２Ｃ】トルク装置の追加のハンドル構成の図である。
【図３Ａ】板ばね部分の拡大平面図である。
【図３Ｂ】板ばね部分の拡大斜視図である。
【図４Ａ】半径方向駆動歯を示すロータの拡大斜視図である。
【図４Ｂ】駆動歯の非対称側部を示すロータの一部の拡大断面図である。
【図５】六角駆動インサートの一形態の拡大斜視図である。
【図６】１対の板ばね、ロータ及び駆動インサートが取り付けられた状態のトルクレンチのヘッドの拡大平面図であり、板ばねとロータの駆動歯との間の係合状態を示す図である。
【図７】制御された大きさのトルクを加える保持装置の斜視図である。
【図８】トルク付与装置、複数の板ばね、１又は２以上のロータ及び共通のコネクタインターフェースのための多くの駆動インサートを含むトルク装置キットの斜視図である。
【図１】
2006075985.tif 000003
【図２Ａ】
2006075985.tif 000004
【図２Ｂ】
2006075985.tif 000005
【図２Ｃ】
2006075985.tif 000006
【図３Ａ】
2006075985.tif 000007
【図３Ｂ】
2006075985.tif 000008
【図４Ａ】
2006075985.tif 000009
【図４Ｂ】
2006075985.tif 000010
【図５】
2006075985.tif 000011
【図６】
2006075985.tif 000012
【図７】
2006075985.tif 000013
【図８】
2006075985.tif 000014