(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、ハウジング１６と、装置の長手方向軸線に対し実質的に平行な軸線を有し且つ、軸の回転により装置に動力を提供し得るようにされた回転軸７６と、装置の長手方向軸線に対し垂直に方位決めされた回転軸線を有し且つ、回転軸とかみ合うようにされた歯車３０を備える駆動組立体と、歯車に剛く取り付けられて、歯車が回転するときに回転し且つ、軸受組立体３４に取り付け得るようにされた歯車ハブ３６と、歯車ハブに剛く取り付けられた可動部材６４を有する軸受組立体と、ハウジングに剛く取り付けられた非可動部材６２と、可動部材と非可動部材との間に配置された１つ以上の摩擦減少部材６６と、駆動組立体を互いに保持するのを助ける対向する力を発生させ得るようにされた２つ以上の係止部材３２、５２、８８と、駆動組立体に剛く取り付けられた切削要素２８とを備え、歯車ハブ及び軸受組立体が互いに圧力嵌めされ、歯車及び歯車ハブの各々が相互係止する相補的な非円形の幾何学的諸元を有する、硬い組織及び該硬い組織と関係した柔軟な組織を機械加工する装置に関する。
2005500122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬い組織の表面から材料を除去する装置において、
ハウジングであって、
開口部を有し、該開口部が、
第一の直径を有する第一の部分と、
第二の直径を有する第二の部分と、
第三の直径を有する第三の部分とを有し、
これにより、前記第二の部分が前記第一の部分と第三の部分との間に配置され、前記第一及び第三の直径が前記第二の直径よりも大きいようにした前記ハウジングと、
該ハウジングの前記第一の部分内に配置されており、歯車歯と、貫通して伸びる軸方向開口部とを有する歯車と、
軸受組立体であって、
本体を有し、該本体が、
前記ハウジングの第二の部分内に配置された第一の部分と、
前記ハウジングの第三の部分内に配置された第二の部分とを有し、
前記本体の前記第二の部分が、前記ハウジングの第二の部分を通り抜けないような寸法とされ、
本体部分に対して回転可能であり且つ、貫通して伸びる通路を有する部材を備える前記軸受組立体と、
歯車開口部内に及び軸受組立体の可動部材の通路内に配置された歯車ハブであって、
第一の端部に隣接する拡大部分を有し、該拡大部分が、軸受組立体の前記可動部材の通路を通り抜けないような寸法とされ、
前記拡大部分に隣接しており、両者が互いに回転しないように軸受組立体の可動部材と相互接続し得るようにされた第一の部分と、
該第一の部分に隣接しており、両者が互いに回転しないように歯車開口部と相互接続し得るようにされた第二の部分と、
該第二の部分に隣接しており、歯車開口部を通り抜けないように寸法決めされた第三の部分とを有する前記歯車ハブとを備える硬い組織の表面から材料を除去する装置。
【請求項２】
前記歯車ハブが、前記第一、第二及び第三の部分を貫通して伸びる開口部を更に有し、該開口部が少なくとも部分的にねじ付きとされ、前記歯車ハブのねじ付き開口部と相互接続し得るようにされたねじ付き軸を有する切削要素を更に備える請求項１の装置。
【請求項３】
前記歯車ハブが、機械加工要素の軸を受け入れ得るようにされた中央開口部を有する請求項１の装置。
【請求項４】
前記ハウジングが基端及び末端を有し、該ハウジングの開口部が前記末端に及びハンドルに接続し得るようにされるため基端に近接する位置に配置される請求項１の装置。
【請求項５】
前記ハウジング開口部が装置の長手方向軸線に対し実質的に垂直である請求項４の装置。
【請求項６】
前記ハウジングが基端から前記第一の開口部まで伸びる第二の開口部を有し、歯車が実質的に円板であり、歯車の歯がその周りで周方向に隔てられ且つ、円板の縁部付近にて半径方向に伸び、これにより歯車の歯が、第二の開口部内に配置されて駆動軸と相互に接続し得るようにされた請求項４の装置。
【請求項７】
ハウジング開口部の前記第一、第二及び第三の部分が、全体として円筒状で且つ、全体として同軸状である請求項１の装置。
【請求項８】
前記歯車ハブの前記第一の部分及び前記可動部材の通路が円筒状であり、前記第一の部分の直径が、互いに組み立てられる前の前記通路の直径よりも大きい請求項１の装置。
【請求項９】
前記歯車ハブの前記第一の部分及び前記可動部材の通路が、非円筒状の相補的な幾何学的諸元を有する請求項１の装置。
【請求項１０】
前記歯車ハブの前記第二の部分及び歯車開口部が、非円筒状の相補的な幾何学的諸元を有する請求項１の装置。
【請求項１１】
前記歯車ハブの前記第二の部分の直径が、約２５．４μｍ（０．００１０インチ）以下だけ歯車開口部の直径よりも大きい請求項１の装置。
【請求項１２】
前記歯車ハブの前記第二の部分の直径が、約１．２７から約２５．４μｍ（０．００００５から０．００１０インチ）の範囲だけ歯車開口部の直径よりも大きい請求項１の装置。
【請求項１３】
前記歯車ハブの前記第二の部分の直径が約５．０８から約７．６２μｍ（０．０００２から０．０００３インチ）の範囲だけ歯車開口部の直径よりも大きい請求項１の装置。
【請求項１４】
前記歯車ハブの前記第三の部分が係止部材を有する請求項１の装置。
【請求項１５】
前記係止部材がニチノールリングである請求項１４の装置。
【請求項１６】
前記歯車ハブの前記第三の部分が、歯車、歯車ハブ、軸受組立体及びハウジングが組み立てられた後に膨張した部分を備える請求項１の装置。
【請求項１７】
前記歯車ハブの前記拡大部分が係止部材を有する請求項１の装置。
【請求項１８】
前記係止部材がニチノールリングである請求項１７の装置。
【請求項１９】
前記歯車ハブの前記拡大部分が、歯車、歯車ハブ、軸受組立体及びハウジングが組み立てられた後に膨張した部分を備える請求項１の装置。
【請求項２０】
約１１ｍｍ以下である第一の寸法と、約２０ｍｍ以下である第二の寸法とを有する請求項１の装置。
【請求項２１】
前記第一の寸法が約８．５ｍｍ以下である請求項２０の装置。
【請求項２２】
前記第二の寸法が約１２ｍｍから約１８ｍｍの範囲にある請求項２０の装置。
【請求項２３】
約１１ｍｍ以下である寸法を有する請求項１の装置。
【請求項２４】
約２０ｍｍ以下である寸法を有する請求項１の装置。
【請求項２５】
骨表面にキャビティを形成する装置において、
機械加工要素と、
ハウジングと、
歯車と、
軸受組立体と、
歯車ハブと、
ハウジングの開口部内に駆動機構を形成し得るように歯車、軸受組立体及び歯車ハブを互いに固定する第一の手段と、
機械加工要素を駆動機構に固定する第二の手段とを備え、
前記第一の手段が前記歯車に隣接する第一の係止部材と、前記ハブに隣接する第二の係止部材とを有し、これにより前記第一及び第二の係止部材が駆動機構を互いに保持する対向する力を提供するようにした骨表面にキャビティを形成する装置。
【請求項２６】
前記第二の手段が、前記機械加工要素から伸びるねじ付き軸と、前記駆動機構内に伸びる相応するねじ付き開口部とを備える請求項２５の装置。
【請求項２７】
第一の係止部材、第二の係止部材又はその双方が係止リングを備える請求項２５の装置。
【請求項２８】
係止リングが形状記憶合金を備える請求項２７の装置。
【請求項２９】
形状記憶合金がニチノールである請求項２８の装置。
【請求項３０】
歯車ハブが、
第一の端部に隣接する拡大部分であって、該拡大部分が軸受組立体の前記可動部材の通路を通り抜けないような寸法とされた前記拡大部分と、
該拡大部分に隣接する第一の部分であって、両者が互いに回転するように軸受組立体の可動部材と相互接続し得るようにされた前記第一の部分と、
該第一の部分に隣接しており、両者が互いに回転し得るように歯車開口部と相互接続し得るようにされた第二の部分と、
該第二の部分に隣接し歯車開口部を通り抜けないような寸法とされた第三の部分とを備える請求項２５の装置。
【請求項３１】
前記歯車ハブが前記第一、第二及び第三の部分を貫通して伸びる開口部を更に有し、該開口部が、少なくとも部分的にねじ付きとされ、前記歯車ハブのねじ付き開口部と相互接続し得るようにされたねじ付き軸を有する切削要素を更に備える請求項３０の装置。
【請求項３２】
前記歯車ハブが、機械加工要素の軸を受け入れ得るようにされた中央開口部を有する請求項２５の装置。
【請求項３３】
前記ハウジングが、
開口部を備え、該開口部が、
第一の直径を有する第一の部分と、
第二の直径を有する第二の部分と、
第三の直径を有する第三の部分とを有し、
これにより、前記第二の部分が前記第一の部分と第三の部分との間に配置され、前記第一及び第三の直径が前記第二の直径よりも大きいようにした請求項２５の装置。
【請求項３４】
前記ハウジングが、基端及び末端を有し、該ハウジングの開口部が、前記末端及びハンドルに接続し得るようにされた基端に近接する位置に配置される請求項３３の装置。
【請求項３５】
前記ハウジング開口部が、装置の長手方向軸線に対し実質的に垂直である請求項３４の装置。
【請求項３６】
前記ハウジングが、基端から前記第一の開口部まで伸びる第二の開口部を有し、歯車が円板であり、歯車の歯がその周りで周方向に隔てられ且つ、円板の縁部付近にて半径方向に伸び、これにより歯車の歯が、第二の開口部内に配置されて駆動軸と相互接続し得るようにされた請求項３４の装置。
【請求項３７】
ハウジング開口部の前記第一、第二及び第三の部分が、全体として円筒状で且つ、全体として同軸状である請求項３３の装置。
【請求項３８】
軸受組立体が、貫通して伸びる通路を備える、請求項３０の装置。
【請求項３９】
前記歯車ハブの前記第一の部分及び軸受組立体の通路の各々が円筒状であり、前記第一の部分の直径が、互いに組み立てられる前の前記通路の直径よりも大きい請求項３８の装置。
【請求項４０】
前記歯車ハブの前記第一の部分及び前記可動部材の通路が非円筒状の相補的な幾何学的諸元を有する請求項３８の装置。
【請求項４１】
歯車が、貫通して伸びる軸方向開口部を備える、３８項の装置。
【請求項４２】
前記歯車ハブの前記第二の部分及び歯車開口部が、非円筒状の相補的な幾何学的諸元を有する請求項４１の装置。
【請求項４３】
前記歯車ハブの前記第二の部分の直径が、約２５．４μｍ（０．００１０インチ）以下だけ歯車開口部の直径よりも大きい請求項４１の装置。
【請求項４４】
前記歯車ハブの前記第二の部分の直径が約１．２７から約２５．４μｍ（０．００００５から０．００１０インチ）の範囲だけ歯車開口部の直径よりも大きい請求項４３の装置。
【請求項４５】
前記歯車ハブの前記第二の部分の直径が約５．０８から約７．６２μｍ（０．０００２から０．０００３インチ）の範囲だけ歯車開口部の直径よりも大きい請求項４４の装置。
【請求項４６】
前記歯車ハブの前記第三の部分が、歯車、歯車ハブ、歯車組立体及びハウジングが組み立てられた後に膨張した部分を備える請求項３０の装置。
【請求項４７】
前記歯車ハブの前記拡大部分が、歯車、歯車ハブ、歯車組立体及びハウジングが組み立てられた後に膨張した部分を備える請求項３０の装置。
【請求項４８】
約１１ｍｍ以下である第一の寸法と、約２０ｍｍ以下である第二の寸法とを有する請求項２５の装置。
【請求項４９】
第一の寸法が、機械加工要素の外縁部とハウジングの反対側縁部との間にて測定した装置の厚さである、請求項４８の装置。
【請求項５０】
第二の寸法が、機械加工要素を亙って測定した装置の幅である、請求項４９の装置。
【請求項５１】
前記第一の寸法が約８．５ｍｍ以下である請求項４８の装置。
【請求項５２】
前記第二の寸法が約１２ｍｍから約１８ｍｍの範囲にある請求項４８の装置。
【請求項５３】
約１１ｍｍ以下である寸法を有する請求項２５の装置。
【請求項５４】
約２０ｍｍ以下である寸法を有する請求項２５の装置。
【請求項５５】
硬い組織及び該硬い組織と関係した柔軟な組織を機械加工する装置において、
ハウジングと、
装置の長手方向軸線に対し実質的に平行な軸線を有する回転軸であって、該軸の回転により装置に動力を提供し得るようにされた前記回転軸と、
駆動組立体であって、
装置の長手方向軸線に対し垂直に方位決めされた回転軸線を有し、回転軸とかみ合い得るようにされた歯車と、
歯車に剛く取り付けられ、歯車が回転するときに回転し且つ、軸受組立体に取り付け得るようにされた歯車ハブと、
歯車ハブに剛く取り付けられた可動部材と、ハウジングに剛く取り付けられた非可動部材と、可動部材と非可動部材との間に配置された１つ以上の摩擦減少部材とを有する軸受組立体と、
駆動組立体を互いに保持するのに役立つ対向する力を発生させ得るようにされた２つ以上の係止部材とを備える前記駆動組立体と、
駆動組立体に剛く取り付けられた切削要素と、
歯車ハブ及び軸受組立体が互いに圧力嵌めされ、歯車及び歯車ハブの各々が相補的な相互係止する非円形の幾何学的諸元を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
1．発明の分野
本発明は、全体として、機械加工器具、特に、比較的狭い又は制限された環境又は空間内で硬い組織を機械加工し、しかも、長期間、高信頼性を保つことのできる外科手術用器具に関する。
２．関連技術の説明
多岐に亙る外科手術法において、骨のような硬い組織を機械加工すること、すなわち、機械的手段によって硬い組織を切削し、研磨し、解消し又は除去することが必要である。これらの方法の幾つかにおいて、人間の解剖学的形態は、機械加工器具を操作し且つ、適正に位置決めするためのスペースを殆ど提供しない。更に、幾つかの方法の場合、機械加工器具が挿入される方向に対しある角度にて正確に機械加工しなければならない。少なくとも一部分、機械加工器具が使用される環境に起因するこれらの困難性は、顕著な設計上の制約を招来する。例えば、機械加工器具を形成するために使用される構成要素は、装置が制限され又は狭い解剖学的空間内に嵌まり且つ、作用し得るように小型でなければならないことがしばしばである。これと同時に、装置は、必要な斜め方向機械加工を行うため平行移動歯車を必要とし、このことは、器具に遥かに広い空間を占める。これら矛盾する条件間の均衡を図る結果、かかる装置に対し顕著な設計上の考量が為されることが多い。
【０００２】
これらの設計上の制約を満たすことに加えて、装置は、繰り返して使用する間、該装置に加わる力に抵抗し得なければならない。これらの力は、特に、構成要素の寸法が制限されることを考えるとき、相対的に顕著となる。
【０００３】
更に、典型的な外科手術用の機械加工方法において、機械加工工程の効率さに関心を払い且つ、非効率的な機械加工に起因する熱の発生を回避し得るようにしなければならない。過剰な熱の発生は、熱壊死の形態にて生体の硬い組織及びその他の周囲組織に望ましくない損傷を与えることになろう。特に、骨組織を機械加工するとき、過剰な熱は、機械加工工程を行う箇所付近にて骨芽細胞を殺し、その結果、癒合時間が長くなり且つ、機械加工装置によって形成されたキャビティ内へ植込んだ装置内への望ましい骨の内部成長を制限する可能性がある。機械加工効率を最大にするため、機械加工要素の回転速度及びトルクを、最適化しなければならない。このことは、比較的高速度及びトルク時、機械加工要素の低摩擦回転を提供する機械加工器具の設計とすることを必要とすることが多い。器具は、狭い空間内に嵌まる寸法でなければならないため、低摩擦、高速度、高トルクの設計であることを可能にすべく歯車、軸受又はその他の駆動機構に対し器具内で利用可能なスペースは殆ど無い。かかるスペースの制約は、高歯車比を使用することで満たされることが多いが、その結果、ピニオン歯車の幾何学的諸元は最適なものではなくなる。生成する磨耗は、かかる外科手術用器具の寿命を甚だしく制限することになる。
【０００４】
更に、これら型式の機械加工器具は、過酷な環境に繰り返して曝され、その結果、その有効寿命が短くなることもある。具体的には、これらの器具は、使用する前に、滅菌処理し又はオートクレーブ処理する間、繰り返す熱サイクル及び腐食性の洗浄剤に曝されることが多い。このため、機械加工器具を製造するために使用される材料は、生体適合性であり且つ、典型的に１３５℃を超える極度の滅菌処理温度に抵抗し得なければならない。更に、材料が繰り返して熱膨張し且つ、収縮する結果、装置内の機械的境界面の一部が劣化する可能性がある。その結果、かかる劣化を最小にし得るように装置を設計することが望ましい。
【０００５】
この型式の装置の一例は、椎骨体端板を機械加工するために使用されるフライス削り工具である。椎骨体端板は、脊柱板の人工装具を受け入れ得るように端板を準備すべく機械加工する必要があろう。椎間板人工装具を植込む方法の一例は、２００１年２月１３日付けで出願された、米国特許出願第０９／７８３，８６０号及び２００１年８月２７日付けで出願されたその一部継続出願に記載されており、その各々の内容の全体は、参考として引用し本明細書に含めてある。かかる方法において、機械加工器具は、比較的小さい椎間板空間内に挿入するのに十分、小さくなければならない。更に、機械加工面は、器具が椎間板空間内に挿入されるとき、器具の長手方向軸線に対し実質的に９０°の角度に配置しなければならない。この結果、このことは、装置が挿入される方向に対し約９０°にフライス削りすることのできる比較的小型の駆動構成要素を有する駆動機構を必要とする。このように、この出願は、人体の狭い空間内で操作するのに十分に小さく、しかも、難しい角度にて機械加工するのを容易にすることができ且つ、繰り返し使用することに耐えることのできる小型で且つ、堅固な駆動機構を有する精緻な器具を必要とする。
【０００６】
椎骨体端板を機械加工するための器具の一例は、米国特許第６，０８３，２２８号に記載されている。米国特許第６，０８３，２２８号は、該特許に開示された装置を製造する方法に関して何ら詳細を提供せず、また、上記に概説した問題点を対象としていない。
【０００７】
椎骨端板を機械加工するのに適した特定の器具は、スピナル・ダイナミックス・コーポレーション（Ｓｐｉｎａｌ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって設計及び製造されている。この設計は、全体として、１９９７年１０月６日付けで出願された米国特許出願第０８／９４４，２３４号、２００１年２月１３日付けで出願された米国特許出願第０９／７８３，８６０号、及び２００１年８月７日付けで出願されたその一部継続出願に記載されており、その各々の内容の全体は、引用し本明細書に含めてある。スピナル・ダイナミックスの設計は、図１に図示されており、また、切削要素２と、歯車４と、軸受組立体６とを備えており、これらは全てハウジング８内に取り付けられている。この設計によれば、軸受組立体６をハウジング８内で固定するため接着剤が使用される。更に、歯車４は、外側歯車リング１０に圧力嵌めされる軸方向ハブ１２を有している。この設計は、椎骨体端板を機械加工するのに効果的であるが、この出願の発明者等は、時間の経過と共に、装置の有用性が信頼し得なくなることが分かった。特に、装置を繰り返して使用する結果、軸方向ハブ１２を圧力嵌めすることにより加わる応力及び（又は）使用中に加わる荷重のため、外側歯車リング１０が破損する可能性がある。更に、装置を繰り返し滅菌処理することは、軸受組立体６をハウジングに固定するために使用される接着剤の効果を損なう可能性がある。これらの器具は、確かに、椎骨間植込みを成功させるのに十分であるが、より耐久性があり且つ、繰り返し使用することに耐える、改良された器具が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、骨のような硬い組織及び該硬い組織と関係した、より柔軟な組織を機械加工する装置に関する。該装置は、高速度回転、高トルク及び低摩擦を提供し且つ、人間又はその他の動物の解剖学的構造内の小さく狭い空間に嵌まり且つ、該空間内で作動し得るようにされている。該装置は、さもなければ施術者が到達することが難しい領域から及び角度にて組織を機械加工することを許容する。該装置は、堅牢であり且つ、装置が再使用されるときの極度の温度に繰り返して曝され、また、使用する前に、オートクレーブ処理又はその他の熱滅菌処理されることに耐えることのできる構成要素を保持する。
【０００９】
以下により詳細に説明するように、装置は、駆動軸によって供給された動力を受け取り且つ、その力を約９０°伝達し、施術者が組織内へ装置の挿入経路に対し略垂直に組織をフライス削りすることを許容する。このことは、装置を関節から組織を除去するのに極めて適したものとする。一例として、装置は、皮質骨を含む組織を椎骨関節から除去するため極めて効率的に使用することができる。このことは、例えば、インプラント又は人工装具を受け入れるため椎骨間空間を準備するときに行われよう。
【００１０】
本発明の装置において、装置の長手方向軸線に対して及び機械加工すべき解剖学的構造体への挿入経路に対して実質的に平行な軸線を有する、例えば、歯車付き軸のような、回転する軸から動力が得られる。回転軸は、装置の一端にてハウジング内に配置された垂直に方位決めした歯車の歯車歯とかみ合う。また、この歯車の回転によって歯車に取り付けられ且つ、軸受組立体の可動部材に取り付けられた歯車ハブが回転する。軸受組立体の可動部材は、ハウジングに固定された軸受組立体の非可動部材に対して動くことができ、また、１つ以上の摩擦減少部材によって非可動部材から分離されることが望ましい。器具の切削要素は、歯車又は歯車ハブに取り付けられ、該歯車又は歯車ハブの回転によって切削要素も回転する。次に、切削要素の旋削ブレードを除去すべき組織と接触させることができる。
【００１１】
特別な実施の形態において、切削要素は、その一側部に軸方向に伸びるブレード又は溝を有し且つ、反対側部に軸方向に伸びる軸を有しており、該軸方向に伸びる軸は、歯車又は歯車ハブ又はその双方の軸方向開口部内に伸び且つ、その内部に密着して嵌まるようにされた、切削円板とすることができる。
【００１２】
歯車ハブ及び軸受組立体は、互いに圧力嵌めし、また、歯車及び歯車ハブは、相補的な非円形の幾何学的形態を相互係止することにより互いに嵌まるようにすることが望ましく、また、３つの要素は全て、互いに係止されて、駆動組立体を形成し、該駆動組立体は、装置のハウジングに取り付けられ、また、該駆動組立体には、切削要素を取り外し可能に取り付けることができる。この係止機能は、任意の適宜な機構によって行うことができる。望ましくは、駆動組立体の要素は、一方が歯車に隣接して配置され、もう一方が歯車ハブに隣接して配置された２つの係止部材により互いに係止されるようにする。これらの係止部材は、例えば、圧縮力を発生させることにより、駆動機構を互いに保持する対向する力を発生させ得るようにされている。
【００１３】
装置のハウジングは、駆動組立体を受け入れ得るようにされた開口部を保持している。この開口部は、全体として同軸状であり且つ、以下に説明するように、駆動組立体の異なる部分を受け入れ得るように異なる直径を有する異なる幾つかの部分を保持している。
【００１４】
本発明は、添付図面及び以下の簡単な説明、並びに、本発明の特定の実施の形態に関する詳細な説明を参照することにより、一層明確に理解することができ、これらは全て、特許請求の範囲に記載した本発明の単に一例であり、限定的ではない。
【特定の実施の形態の詳細な説明】
【００１５】
全体として、本発明は、骨のような硬い組織を含む組織の表面から材料を除去する装置を提供する。好ましくは、該装置は、機械加工過程を通じて骨の表面にキャビティを形成するために使用されるものとする。
【００１６】
該装置は、歯車と、軸受組立体と、ハウジング内に配置された歯車ハブと、取り付け構造体に取り付けられたキャビティ形成部材とを有する駆動機構を備えている。好ましくは、キャビティ形成部材は、機械加工要素であり、より好ましくは、骨切削要素とする。該装置は、歯車、軸受組立体及び歯車ハブを互いに固定してハウジングの開口部内に駆動機構を形成する第一の手段と、機械加工要素を駆動機構に固定する第二の手段とを有している。本発明の１つの実施の形態によれば、第一の手段は、歯車に隣接する第一の係止部材と、ハブに隣接する第二の係止部材とを有している。第一及び第二の係止部材は、駆動機構を互いに保持する対向する力を提供する。
【００１７】
より具体的には、本発明の１つの実施の形態によれば、ハウジングは、第一の直径を有する第一の部分と、第二の直径を有する第二の部分と、第三の直径を有する第三の部分とを備える開口部を含む。第二の部分は、第一の部分と第三の部分との間に配置されている。更に、第一の直径及び第三の直径は第二の直径よりも大きい。
【００１８】
歯車は、実質的に中央に配置された開口部を有している。歯車はまた、その周縁の周りで半径方向に隔てられた歯車の歯を有している。歯車は、ハウジングの第一の部分内に配置されている。
【００１９】
軸受組立体は、ハウジングの第二の部分内に配置された第一の部分と、ハウジングの第三の部分内に配置された第二の部分とを有する本体を備えている。本体の第二の部分は、該第二の部分がハウジングの第二の部分を通り抜けないような寸法とされている。軸受組立体はまた、本体部分に対して回転可能な部材であって、貫通して伸びる通路を有する部材を備えている。
【００２０】
歯車ハブが、歯車開口部内に及び軸受組立体の可動部材の通路内に配置されている。歯車ハブは、第一の端部に隣接する拡大部分を有している。拡大部分は、軸受組立体の可動部材の通路を通り抜けないような寸法とされている。歯車ハブは、拡大部分に隣接する第一の部分を更に有しており、該第一の部分は、軸受組立体の可動部材と相互に接触しその両者が共に回転するようにしてある。歯車ハブはまた、両者が共に回転するように歯車開口部と相互接続し得るようにされた、第一の部分に隣接する第二の部分を有している。最後に、歯車ハブは、該歯車ハブが歯車開口部を通り抜けないような寸法とされた、第二の部分に隣接する第三の部分を有している。
【００２１】
次に、本発明の好ましい実施の形態に関して図面を参照しつつ説明する。先ず、図２を参照すると、本発明の特別な実施の形態によれば、本発明の機械加工装置１４は、その末端及びハンドル２６に接続し得るようにされた基端における開口部１８（図３参照）を有するハウジング１６と、駆動機構７６（図４参照）とを備えている。開口部１８は、機械加工装置１４の長手方向軸線に対し実質的に垂直である。図５に最も良く示すように、開口部１８は、全体として同軸状であり且つ、以下に説明する仕方にて軸受組立体３４及び歯車組立体を受け入れ得るようにされた第一、第二及び第三の円筒状部分２０、２２、２４を有している。
【００２２】
軸受組立体３４の断面図が図６に図示されており、全体として、上側部分９４及び下側部分６８を有している。より具体的には、図示するように、軸受組立体３４は、外側レース６２と、内側レース６４と、ボール６６と、歯車ハブ受け入れ開口部７０とを有している。外側レース６２は、組立体３４の周縁に沿って伸びている。内側レース６４は、組立体３４内の中央に配置され且つ、上側部分９４及び下側肩部分６８の双方を貫通して伸び、また、図６に示すように、外側レース６２の僅かに上方に伸びることが好ましい。内側レース６４は、組立体に対して自由に回転し得るように組立体３４に可動に取り付けられる。内側レース６４の内面は、歯車ハブ受け入れ開口部７０を画成する。図示した実施の形態によれば、内側レース６４の内面は、実質的に円形であり、このため、開口部７０は円筒状である。以下により詳細に説明するように、円筒状開口部７０は、内側レース６４と相互接続する歯車ハブ３６を受け入れ得るようにされている。１つの代替的な実施の形態によれば、内側レース６４の内面及び歯車ハブ３６の一部分の外面は、非円筒状（断面が円形でないという意味にて）とし、また、互いのその相互接続を容易にし得るように相補的であるようにすることができる。
【００２３】
図２に示した実施の形態によれば、歯車組立体は、歯車３０と、歯車ハブ３６と、係止部材３２とを有している。図７及び図８を参照すると、歯車３０の特定の実施の形態は、貫通して伸びる中央開口部３８を有する実質的に円形の円板である。この実施の形態において、中央開口部３８は、その軸線に沿って第一の部分４０及び第二の部分４２を有している。第一の軸方向部分４０は、全体として円筒状である一方、第二の軸方向部分４２は、四角形部分の中心が第一の軸方向部分４０の軸線上にある、例えば、四角形断面のような、非円形の断面を有することができる。歯車ハブ３６の歯車に相互接続する部分５６の幾何学的諸元に相応するならば、第二の軸方向部分４２に対しその他の幾何学的諸元を使用することもできる。
【００２４】
図示するように、第一の軸方向部分４０は、第二の軸方向部分４２よりも大きい直径を有している。非円形の幾何学的諸元を有する任意の要素の直径に言及することは、要素の周縁に沿った２つの点を接続し且つ、要素のほぼ中心を通る任意の線の長さを意味する。このため、四角形部分４２よりも大きい直径を有する円筒状部分４０に言及することは、四角形部分４２の中心を通り且つ、２つの周縁点を接続する任意の線の長さは、円筒状部分４０の直径よりも小さいことを意味する。これと逆に、円形の要素よりも大きい直径を有する四角形部分に言及するならば、このことは、四角形要素の中心を通り且つ、２つの周縁点を接続する少なくとも１つの線を円形の要素の直径よりも大きくするだけでよいであろう。
【００２５】
歯車３０の上面４４は、実質的に平坦である。歯車３０の下面４６は、その周りで周方向に隔てられ且つ、円板の縁部付近にて半径方向に伸びる歯車の歯４８を有している。歯車の歯４８は、その末端にかみ合う歯車の歯７８を有する駆動軸７６と相互に接続し得るようにされている（図４に示すように）。駆動軸７６は、ハウジング１６を貫通して長手方向に伸びる第二の開口部５０内に配置されることが好ましい（図４参照）。駆動軸７６は、駆動軸の末端が開口部１８内に伸びるように第二の開口部５０内に配置されている。
【００２６】
次に、図２及び図９を参照すると、歯車ハブ３６は、歯車３０を支持し且つ、軸受組立体３４と相互に接続し得る設計とされた全体として中空の管状部材である。歯車ハブ３６の１つの好ましい実施の形態は、肩部分５２と、軸受の相互接続部分５４と、歯車の相互接続部分５６と、係止部材の相互接続部分５８という、４つの部分を有している。肩部分５２は、歯車ハブ３６の基部の周りを伸びている。軸受の相互接続部分５４は、肩部分５２から伸び且つ、肩部分５２の外径よりも小さい外径を有し、これにより２つの部分の相互接続部にて肩部分のリップ部６０を画成する。
【００２７】
軸受の相互接続部分５４は、軸受組立体３４の歯車ハブを受け入れる開口部７０と相互に接続し得るようにされており、このため、２つの構成要素が組み立てられたとき、歯車ハブ３６及び内側レース６４は連動して回転する。図２に示した実施の形態において、軸受の相互接続部分５４の外面及び内側レース６４の内面（歯車ハブを受け入れる開口部７０を画成する）は共に円形である。この実施の形態によれば、軸受の相互接続部分５４の外径は、開口部７０の直径よりも僅かに大きく、２つの構成要素は、これらを互いに圧力嵌めすることによって組み立てられる。これと代替的に、２つの構成要素は、これらの構成要素が組み立てられたとき、これらが連動して回転することを可能にするような非円形のかみ合う幾何学的諸元を有するようにしてもよい。かかる代替的な実施の形態において、構成要素は、圧力嵌めによって組み立てなければならないような寸法とすることもでき、このことは、その互いの回転を更に容易にするであろう。しかし、圧力嵌めは必須ではない。この実施の形態において、内側レース６４は、軸受６６と相互に接続する円形の外側の幾何学的諸元を有することが望ましい。
【００２８】
歯車ハブ３６の歯車の相互接続部分５６は、軸受の相互接続部分５４から伸びており且つ、歯車開口部３８内に挿入し得るようにされている。歯車の相互接続部分５６は、歯車開口部３８の一部分の寸法及び形状と相補的な寸法及び形状とされた外側の幾何学的諸元を有している。上述したように、開口部３８は、その軸線に沿って第一の部分４０及び第二の部分４２を有している。部分の各々は、異なる幾何学的諸元の特徴を有している。歯車の相互接続部分５６の幾何学的諸元は、歯車開口部３８の第二の軸方向部分４２の寸法及び形状と相補的であることが好ましい。図２に示した実施の形態において、相補的な幾何学的諸元は非円形であり、また、実質的に四角形である。更に、歯車の相互接続部分５６は、開口部３８の第二の軸方向部分４２内に圧力嵌めすることを必要とするような寸法とすることができる。しかし、これら構成要素の幾何学的諸元の差は、これらが互いに圧力嵌めされたとき、歯車への過剰な荷重を回避するのに十分小さくなければならない。本発明の１つの実施の形態によれば、この直径の差は、約２５．４μｍ（０．００１０インチ）以下であり、また、約１２．７μｍ（０．００００５インチ）以上とすることができる。１つの好ましい実施の形態によれば、この差は、５０．８μｍ（０．０００２インチ）から７６．２μｍ（０．０００３インチ）の範囲にある。
【００２９】
歯車ハブ３６の係止部分の相互接続部材５８は、歯車の相互接続部分５６から伸びている。係止部材の相互接続部分５８は、係止部材３２を受け入れ得るようにされている。特に、係止部材３２は、係止部材の相互接続部分５８に確実に固定することができる任意の型式の機械的相互接続係止部とすることができ、この係止部は、以下により詳細に説明するように、歯車開口部３８の第二の軸方向部分４２と相互に接続し得るようにされている。
【００３０】
歯車ハブ３６は、切削要素２８の軸８０を受け入れる中央開口部８２を更に有している。中央開口部８２は、ハブの４つの部分の各々を貫通して伸び、また、切削要素の軸８０をハブ３６に固定し易くするため、その一部分に沿ってねじを形成することができる。好ましくは、ねじ部は、使用中、切削要素２８が回転する方向と反対方向に向けられるようにする。このことは、切削要素が使用中、反対方向に回転し且つ、開口部８２からら旋状に出る傾向に抵抗することになろう。１つの好ましい実施の形態によれば、切削要素２８は、反時計回り方向に回転し、また、右ねじ部が切削要素の軸８０に沿って含まれ、また、かみ合うねじ部は、ハブの中央開口部８２に沿って含まれている。
【００３１】
図２に示した好ましい実施の形態によれば、本発明の各種の構成要素は、次のようにして組み立てられる。歯車ハブ３６の上端（すなわち、ハブ係止部材の相互接続部分５８が配置される端部）は、軸受組立体３４の歯車ハブ受け入れ開口部７０内に配置されている。次に、歯車ハブ３６及び軸受組立体３４は、互いに圧力嵌めされて、軸受の内側レース６４がハブの軸受相互接続部分５４の周りに配置され、ハブの肩リップ部６０は、図４に示すように、内側レース６４の底面と当接する。歯車ハブ３６／軸受組立体３４の構成要素は、次に、ハウジング開口部１８内に配置される。特に、歯車ハブ３６の上端は、ハウジング開口部１８の底部（すなわち、開口部１８の第三の軸方向部分２４に隣接する端部）内に配置され、（１）軸受の肩部分６８が開口部１８の第三の軸方向部分２４内に配置され、（２）軸受の上側部分９４が開口部１８の第二の軸方向部分２２内に配置され、（３）ハブ歯車の相互接続部分５６及びハブ係止部材の相互接続部分５８は、開口部１８の第一の軸方向部分２０内に伸びるようにする。
【００３２】
次に、歯車の下面４６が、開口部１８に向けて下方に又は内方に向けた状態にて歯車３０をハウジング開口部１８の他端内に挿入する。歯車３０は、開口部１８内に配置され、歯車開口部３８が歯車ハブ３６の周りに配置されるようにする。特に、歯車３０は、次のように配置される、すなわち、ハブ３６の歯車相互接続部分５６が歯車開口部３８の第二の軸方向部分４２内に配置され、ハブ係止部材の相互接続部分５８は、歯車開口部３８の第一の軸方向部分４０内に伸びるようにする。
【００３３】
次に、係止部材３２を組立体の上に配置し、各種の構成要素を互いに固定することができる。１つの好ましい実施の形態によれば、係止部材３２は、形状記憶合金で形成されたリング部材である。係止部材３２は、歯車開口部３８の第一の軸方向部分４０内に配置され且つ、歯車ハブ３６の係止部材の相互接続部分５８の上方に配置される。次に、係止部材３２に熱を加えて、これにより、係止部材が収縮し且つ、歯車ハブ３６の係止部材の相互接続部分５８の上方に確実に嵌まる部分を形成する。係止部材３２を形成するのに適した形状記憶合金は、ニチノールを含む。更に、係止部材３２に対する代替的な設計は、係止部材３２とハブ係止部材の相互接続部分５８との間に確実な機械的相互係止部を提供する任意の設計のものを含む。かかる機械的相互係止部の一例は、保持クリップ及び溝を含む。
【００３４】
ハブ肩部５２及び軸受肩部６８に対する係止部材３２の対向する力は、繰り返して使用する間に器具が遭遇するであろう各種の力に抵抗することのできる確実な構造体を形成する。更に、この設計は、また、人間の解剖学的形態の狭小な空間内で使用することの必要性によって課される寸法上の制約内で必須の高速度、高トルク及び低摩擦の機械加工駆動機構をも提供する。
【００３５】
当該技術分野の当業者は、上記に概説したステップの順序は、重要でないことを理解すべきである。機械加工装置１４を組み立てる代替的な順序を使用することができる。
本発明の１つの代替的な実施の形態は、図１０、図１１及び図１２に図示されている。この実施の形態において、ハウジング１６、切削要素２８、歯車３０及び軸受組立体３４は、図２に示した実施の形態に関して上述したものと実質的に同一である。しかし、この代替的な実施の形態において、異なる歯車ハブ８４が使用される。歯車ハブ８４は、全体として中空の管状部材であり、また、貫通して伸びる開口部９０を有している。図１１に示すように、歯車ハブ８４の特別な実施の形態は、４つの部分を有しており、その内３つは、図９に示したハブ３６の相応する部分と同一である。これらの３つの部分は、肩部分５２と、軸受の相互接続部分５４と、歯車の相互接続部分５６とを有している。歯車ハブ８４の第４の部分は、膨張可能な係止部分８８である。
【００３６】
膨張可能な係止部分８８は、歯車の相互接続部分５６から伸び且つ、本発明の各種の構成要素を互いに固定する係止機構を提供し得るように膨張するようにされている。特に、図１１に最も良く図示するように、膨張可能な係止部分８８は、歯車の相互接続部分５６と実質的に同一の外側の幾何学的プロフィールを有している。しかし、開口部９０の幾何学的形態は、膨張可能な係止部分８８に沿って変化する。図示するように、開口部９０の直径は、その端部に向けて膨張可能な係止部分８８に沿って増大し、また、中空の管状ハブ８４を形成する材料の厚さはこの方向に向けて減少する。この厚さの減少は、膨張可能な係止部分８８が恒久的に変形するのを容易にし、このため、変形後、その外径の少なくとも一部分は、歯車の相互接続部分５６及び（又は）歯車開口部３８の第二の軸方向部分４２の外径よりも大きい（図１２参照）。この変形は、任意の既知の技術によって行うことができる。例えば、この変形は、据え込みによって行うことができ、この場合、膨張可能な係止部分８８は、該部分をステンレス鋼球にて加圧することにより変形させる。これと代替的に、膨張可能な係止部分８８は、その他の方法で膨張し得るようにしてもよい。例えば、該部分はハブ又は係止部分を形成するように選んだ材料によって変形し得るようにすることができる。これと代替的に、該部分は、目打線付き部分又は複数の部分的部分のような変形を容易にするその他の幾何学的諸元を使用することで変形し得るようにしてもよい。
【００３７】
使用時、ハウジング１６、切削要素２８、歯車３０及び軸受組立体３４は、図２に示した実施の形態に関して上述したのと同一の仕方にて組み立てられ、膨張可能な係止部分８８が歯車開口部３８の第一の軸方向部分４０内に伸びるようにする。次に、膨張可能な係止部分の直径の一部分が歯車開口部３８の第二の軸方向部分４２の直径よりも大きくなる迄、膨張可能な係止部分８８を膨張させることにより組立体を固定する。
【００３８】
本発明の更に別の実施の形態が図１３に図示されている。この実施の形態によれば、機械加工装置１４は、歯車ハブを除いて、図１０に示した実施の形態と実質的に同一である。図１３に示した実施の形態は、歯車ハブ９６を有している。歯車ハブ９６は、図１０に示した歯車ハブ８４と設計の点にて同様であるが、ハブの肩部分５２及び膨張可能な係止部分８８の位置は逆になっている。
【００３９】
図１３に示した実施の形態は、次のようにして組み立てる。歯車ハブ９６の下端（すなわち、膨張可能な係止部分８８が配置される箇所）は、歯車の上面４４に面する歯車開口部３８の側部の歯車開口部３８内に挿入される。歯車ハブ９６は、次のように歯車開口部３８内に配置される、すなわち、ハブ肩部分５２が歯車開口部３８の第一の軸方向部分４０内に配置され、ハブ９６の歯車相互接続部分５６が歯車開口部３８の第二の軸方向部分４２内に配置され、また、ハブの軸受相互接続部分５４及びハブの膨張可能な係止部分８８が、歯車の下面４６の下方を伸びるようにする。この実施の形態によれば、ハブの肩部分５２は、歯車開口部３８の第二の軸方向部分４２の直径よりも大きい、その一部分に沿った直径を有する外側幾何学的諸元を備えている。このことは、ハブ９６が、歯車開口部３８を貫通するのを防止する。
【００４０】
次に、歯車３０及び歯車ハブ９６の組み合わせをハウジングの開口部１８に挿入する。特に、歯車ハブ９６の下端を開口部１８の上端（すなわち第一の軸方向部分２０に隣接する端部）内に挿入する。歯車３０がハウジングの開口部１８の第一の軸方向部分２０内に配置され、ハブの軸受相互接続部分５４及び膨張可能な係止部分８８が開口部１８の第二の軸方向部分２２及び第三の軸方向部分２４内に伸びるように、歯車３０／歯車ハブ９６の組み合わせ体をハウジングの開口部１８内に配置する。
【００４１】
次に、軸受の上側部分９４を最初に挿入して、軸受組立体３４をハウジング開口部１８の他端（すなわち、第三の軸方向部分２４に隣接する端部）内に配置する。（１）軸受の肩部分６８が、開口部１８の第三の軸方向部分２４内に配置され、（２）軸受の上側部分９４が、開口部１８の第二の軸方向部分２２内に配置され、（３）ハブの軸受の相互接続部分５４が、軸受開口部７０内に伸び、（４）膨張可能な係止部分８８が、軸受肩部分６８の下方にて軸受開口部７０から伸びるように、組立体３４は位置決めされる。以前の実施の形態の場合と同様に、軸受肩部分６８の直径の一部分は、開口部１８の第三の軸方向部分２４の直径よりも大きい。その結果、軸受組立体３４は、ハウジングの開口部１８を通り抜けない。次に、歯車ハブ８４に関して上述したのと同一の仕方にて膨張可能な係止部分３８を膨張させることにより、ハウジング／歯車／歯車ハブ／軸受構造体を互いに固定することができる。
【００４２】
図１３に示した実施の形態において、各種の相互作用構成要素は、相補的な幾何学的諸元を有し且つ（又は）、本発明の他の実施の形態に関して説明したのと同一の仕方にて及び同一の程度だけ互いに圧力嵌めすることができることを認識すべきである。
【００４３】
最後に、本発明の機械加工装置は、狭い又は制約された解剖学的空間へアクセスするが、機械加工要素の低摩擦回転及び機械加工要素の相対的に高速度及び高トルクを提供する寸法とすることのできる設計を提供することを理解すべきである。特に、本発明の機械加工装置１４は、図３Ｃに示した平面における装置１４の組立体の垂直寸法は、約１１ｍｍ以下であり、また、好ましくは、約８．５ｍｍ以下であるような寸法とすることができる。更に、図３Ｂに示した平面における装置１４の組立体の垂直寸法は、約２０ｍｍ以下、好ましくは、１２ｍｍから１８ｍｍの範囲とすることができる。例えば、腰椎領域内で椎骨間空間を準備するときのような、所定の適用例において、図３Ｃに示した平面内の垂直方向寸法は、約６ｍｍ、約１６ｍｍの範囲、特に、約１０ｍｍ付近にて変更することができる。図３Ｂに示した垂直寸法は、約２６ｍｍから約３６ｍｍの範囲、より特定的には、約３０ｍｍに変更することができる。この設計は、約３０００から約１００００ｒｐｍ、より特定的には、約６０００から約６５００ｒｐｍの機械加工要素の速度及び約５から約１５インチ−オンス、より特定的には、約１０インチ−オンスのトルクを実現することも容易にする。
【００４４】
更に、本発明は、繰り返される滅菌処理サイクルに抵抗し得るようにされ且つ、長期間に亙って耐久性があり且つ、信頼し得るようにされた機械加工要素の設計を提供する。具体的には、切削要素、歯車、歯車ハブ、ハウジング、軸受レース及びボールは、ステンレス鋼にて出来ており、これらの構成要素を互いに保持するため、接着剤は使用しない。更に、設計における圧力嵌め応力は、特に、臨界的な歯車−ハブの相互接続部にて最小とされる。
【００４５】
上述した本発明の特定の実施の形態は、本発明を限定するものではなく、当該技術分野の当業者は、本発明の追加的な実施の形態及び特徴が特許請求の範囲及びその等価物の範囲に含まれることが容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】１つの代替的な機械加工装置の分解斜視図である。
【図２】本発明による機械加工装置の１つの実施の形態を示す分解斜視図である。
【図３】３（Ａ）は、ハンドルに取り付けられた装置を示す、本発明による機械加工装置の１つの実施の形態を示す斜視図である。３（Ｂ）は、図３（Ａ）の機械加工装置の底面図である。３（Ｃ）は、同一の機械加工装置の側面図である。３（Ｄ）は、同一の機械加工装置の頂面図である。
【図４】各種の構成要素を組み合わせる方法を示す、図２に示した機械加工装置の断面概略図である。
【図５】図２に示した機械加工装置のハウジングの側面断面概略図である。
【図６】図２に示した機械加工装置にて使用される軸受組立体の側面断面概略図である。
【図７】図２に示した機械加工装置にて使用される歯車の斜視図である。
【図８】図７に示した歯車の側面断面概略図である。
【図９】図２に示した歯車ハブの側面断面概略図である。
【図１０】本発明による機械加工装置の別の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図１１】図１０に示した機械加工装置の実施の形態にて使用される歯車ハブの側面断面概略図である。
【図１２】各種の構成要素を組み合わせる方法を示す、図１０に示した機械加工装置の実施の形態の断面概略図である。
【図１３】各種の構成要素を組み合わせる方法を示す、機械加工装置の別の実施の形態の断面概略図である。
【国際公開パンフレット】
2005500122.tif 000003
2005500122.tif 000004
2005500122.tif 000005
2005500122.tif 000006
2005500122.tif 000007
2005500122.tif 000008
2005500122.tif 000009
2005500122.tif 000010
2005500122.tif 000011
2005500122.tif 000012
2005500122.tif 000013
2005500122.tif 000014
2005500122.tif 000015
2005500122.tif 000016
2005500122.tif 000017
2005500122.tif 000018
2005500122.tif 000019
2005500122.tif 000020
2005500122.tif 000021
2005500122.tif 000022
2005500122.tif 000023
2005500122.tif 000024
2005500122.tif 000025
2005500122.tif 000026
2005500122.tif 000027
2005500122.tif 000028
2005500122.tif 000029
2005500122.tif 000030
2005500122.tif 000031
2005500122.tif 000032
2005500122.tif 000033
2005500122.tif 000034
2005500122.tif 000035
【国際調査報告】
2005500122.tif 000036
2005500122.tif 000037
2005500122.tif 000038