(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収縮可能ドリルであって、
ドリルビットを受け取るよう構成され且つ寸法付けられたチャック、
シリンダ内で直線的に移動可能であるピストンロッドと、一対の相互連結スプラインと、を含んでいるピストン、及び
モータ区画
を備え、
ここで、該モータ区画は該ピストン及び該チャックの回転を駆動し、且つ
前記シリンダ内に該ピストンロッドを引っ込めることは、該チャックの該ピストンに対する回転を止めることである、上記収縮可能ドリル。
【請求項２】
該一対の相互連結スプラインは、該ピストンロッド上の複数の相補的な歯と相互連結するように構成された該シリンダ上の複数の溝を備えている、請求項１に記載の収縮可能ドリル。
【請求項３】
該ピストンロッドは、そこから延在する半径方向突出部を備えている、請求項２に記載の収縮可能ドリル。
【請求項４】
該シリンダは、該ピストンロッドの該半径方向突出部と結合するように構成され且つ寸法付けられた内部レッジを備えている、請求項３に記載の収縮可能ドリル。
【請求項５】
該シリンダ内で封止チャンバーを形成するように、該半径方向突出部と該内部レッジとの間に置かれたＯリングを備えている、請求項４に記載の収縮可能ドリル。
【請求項６】
該モータ区画は、該シリンダ内の該封止チャンバーを圧縮空気で充填するための、及び該封止チャンバーから大気へ該圧縮空気を排気するための機構を備えている、請求項５に記載の収縮可能ドリル。
【請求項７】
該封止チャンバーから大気へ該圧縮空気を排出することは、該シリンダ内に該ピストンロッドを押入れる、請求項６に記載の収縮可能ドリル。
【請求項８】
該シリンダ内に該ピストンロッドを引っ込めることは、該対の相互連結スプラインの複数の溝と複数の相補的な歯とを解放する、請求項７に記載の収縮可能ドリル。
【請求項９】
該対の相互連結スプラインの複数の溝と複数の相補的な歯との解放は、該ピストンに相対的な該チャックの回転を止める、請求項８に記載の収縮可能ドリル。
【請求項１０】
該ピストンロッドの該シリンダ内への引き込みは、物質から該ドリルビットを後退させる、請求項７に記載の収縮可能ドリル。
【請求項１１】
該シリンダと該モータ区画の間に第２の対の相互連結スプラインを備えている、請求項１に記載の収縮可能ドリル。
【請求項１２】
物質（人体を除く）にドリルで穴開けする方法であって、
収縮可能ドリルを準備することであって、該収縮可能ドリルは、（i）ドリルビットを受け取るように構成され且つ寸法付けられたチャック、（ii）シリンダ内で直線的に移動可能であるピストンロッドと、一対の相互連結スプラインと、を含んでいるピストン、及び（iii）モータ区画を含んでいること、
該モータ区画により該ピストンおよび該チャックの回転を駆動すること、及び
該ピストンに対する該チャックの回転を止めるために前記シリンダ内に該ピストンロッドを引っ込めること、
を含む、上記方法。
【請求項１３】
前記ピストンロッドから延在する半径方向突出部を該シリンダの内部レッジに対して置くために、該ピストンの前記シリンダ内の封止チャンバーに圧縮空気を充填することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
伸長された位置にドリルビットを維持するために、該封止チャンバー内の圧力を維持することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
該ピストンに相対的に該チャックの回転を駆動するために、該ピストンの前記シリンダ上の複数の溝と該対の相互連結スプラインの該ピストンの前記ピストンロッド上の複数の相補的な歯との相互連結をすることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
該ピストンロッドを該シリンダ内に引っ込めるために、該封止チャンバーを排気することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
該ピストンロッドを該シリンダ内に引っ込めることは、該シリンダ上の複数の溝を該対の相互連結スプラインの該ピストンロッド上の複数の相補的な歯から解放することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
該シリンダ上の複数の溝を該対の相互連結スプラインの該ピストンロッド上の複数の相補的な歯から解放することは、該ピストンに対する該チャックの回転を止めることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
該ピストンロッドを該シリンダ内に引っ込めることは、該ドリルビットを該物質から引っ込めることを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国暫定特許出願第61/880,174号、発明の名称「収縮可能ドリルおよび関連する使用方法」、出願日2013年9月19日、に対する優先権の利益を請求し、その開示は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
技術分野
本発明は、収縮可能ドリルおよび関連する使用方法に関し、特にスピンを防ぎ、及び／又は、ドリルで穴開けされる物質の貫通についてのドリルビットの前進を妨げる収縮可能ドリルに関する。
【背景技術】
【０００３】
構造体内のドリル穴は、医療および産業分野の両方において共通の要求でありうる。例えば医療分野において、軟骨、及び／又は、骨に孔を開けることが望まれる。産業分野における別の例として、木材、れんが、鋼鉄、及び／又は、乾式壁に穴を開けることが望まれる。一般に、ドリルビットを備える標準ドリルが、組織体又は物質に所望の穴を開けるのに利用されうる。従来のドリルのいくつかは、電動化システムにより回転されうるチャックで固定されたドリルビットを含んでいる。したがって、ドリルに加えられる何らかの力、又は直線的な移動は、ドリルビットへ直接に転送されうる。
【０００４】
標準ドリルは、幾つかのシナリオにおいて成功的に利用され得るけれども、別のシナリオにおいては、ドリルビットの組織体又は物質への侵入の深さは、重要な意味を有している。例えば医療分野において、組織体、例えば血管、及び／又は、神経は、ドリルされる軟骨、及び／又は、骨の背後に存在しえて、これら組織体への不注意による損傷は、破壊的、例えば血管損傷及び神経損傷などになりうる。同様に産業分野において、構造、例えば電線は、ドリルで穴開けされる物質の背後に存在しえて、これら構造への不注意による損傷は、ユーザに破壊的又は有害な、例えば感電傷害などを与えうる。これによりドリルビットの不注意な「前進」、例えばドリルで穴開けされる物質を越えていくドリルビットは、回転するドリルビット自身により、及び／又は、構造への直接の侵入を通して物質の背後の構造の損傷を導きうる。
【０００５】
従来は、そのような損傷の防止は、例えばドリル押さえ又は類似の器具によってドリルビットを固定の又は所定の距離だけ移動させることを許容することであった。しかし、この方法においては、ドリルで穴開きされる物質の厚さが正確に知られていなければならない。多くのシナリオにおいて、ドリルで穴開けされる物質の厚さは、例えば乾式壁、又は変化しうる、例えば曲がった骨をドリルで穴開けするユーザには知られえない。こうして、共通のシナリオは、ドリルで穴開けされる物質の遠位面、例えば内側面はユーザによって見られないという、目隠し的ドリルを含んでいる。したがって、物質の厚さ、例えば骨の厚さ、ドリルビットによる物質への侵入の現在の深さ、及び／又は、ドリルで穴開けされる物質の背後の組織体、例えば血管、神経、及び電線などは知られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、組織体に侵入するとドリルビットの回転、及び／又は前進を防ぐところのドリル及び関連する方法に対する必要性がある。ドリルで穴開けされる物質を貫通すると、ドリルのドリルビットを該物質の向こう側の組織から離れて後退させるところのドリル及び関連する使用方法に対する別の必要性もある。これらの及び別の必要性が、ここで開示された収縮可能なドリル及び関連する使用方法によって取り組まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、典型的な収縮可能ドリルおよび関連する使用方法を提供する。このようにして、１つの局面において、開示は、チャック、ピストン、およびモータ区画を含む又は備える収縮可能ドリルを提供する。典型的な実施態様において、該チャックは、ドリルビットを受け取るよう構成され且つ寸法付けられている。追加の実施態様において、該モータ区画は、該ピストン及び該チャックの回転を駆動する。幾つかの実施態様において、該ピストンの引き込みは、該チャックの該ピストンに対する回転を止める。
【０００８】
ここに記載された実施態様のいずれにおいても、該ピストンは、シリンダ内を直線的に移動しうるピストンロッドを含んでいる。幾つかの実施態様において、相互連結スプラインの対は、該ピストンロッド上の複数の相補的な歯と相互連結又は係合するように構成された、該シリンダ上の複数の溝を包含している。或る実施態様において、該一対の相互連結スプラインは、該ピストンロッド上の複数の相補的な溝と相互連結または係合するように構成された、該シリンダ上の複数の歯を包含している。
【０００９】
追加的な実施態様において、該ピストンロッドは、そこから延在する半径方向突出部を包含している。幾つかの実施態様において、該シリンダは、該ピストンロッドの該半径方向突出部と結合するように構成され且つ寸法付けられた内部レッジを包含している。幾つかの実施態様において、該収縮可能ドリルは、該シリンダ内で封止チャンバーを形成するように、該半径方向突出部と該内部レッジとの間に置かれた封止部、例えばＯリングを包含している。
【００１０】
或る実施態様において、該モータ区画は、該シリンダ内の該封止チャンバーを圧縮空気で充填するための機構を包含している。或る実施態様において、該モータ区画は、該封止チャンバーから大気へ該圧縮空気を排気するための機構を包含している。幾つかの実施態様において、該封止チャンバーから大気へ該圧縮空気を排出することは、該シリンダ内に該ピストンロッドを引っ込め込る。追加的な実施態様において、該シリンダ内に該ピストンロッドを引っ込めることは、該対の相互連結スプラインの複数の溝と複数の相補的な歯とを解放する。別の実施態様において、該対の相互連結スプラインの複数の溝と複数の相補的な歯との解放は、該ピストン、例えば該ピストンの該シリンダに相対的な該チャックの回転を止める。
【００１１】
或る実施態様において、該ピストンロッドの該シリンダ内への引っ込めは、該物質から該ドリルビットを自動的に後退させる。幾つかの実施態様において、該収縮可能ドリルは、該シリンダと該モータ区画の間に第２の対の相互連結スプラインを包含している。
【００１２】
追加の局面において、本開示は、ここで記載されたような収縮可能ドリルを準備することを含む、物質にドリルで穴開けする典型的な方法を提供する。或る実施態様において、該典型的な方法は、該モータ区画により該ピストンおよび該チャックの回転を駆動することを含んでいる。或る実施態様において、該典型的な方法は、該ピストンに対する該チャックの回転を止めるために該ピストンを引っ込めることを含んでいる。
【００１３】
追加的な実施態様において、該典型的な方法は、ピストンロッドから延在する半径方向突出部を該シリンダの内部レッジに対して置くために、該ピストンのシリンダ内の封止チャンバーに圧縮空気を充填することを含んでいる。或る実施態様において、該典型的な方法は、伸長された位置にドリルビットを維持するために、該封止チャンバー内の圧力を維持することを含んでいる。
【００１４】
或る実施態様において、典型的な方法は、該ピストンに対して該チャックの回転を駆動するために、該ピストンのシリンダ上の複数の溝と該対の相互連結スプラインの該ピストンのピストンロッド上の複数の相補的な歯との相互連結または係合することを含んでいる。或る実施態様において、典型的な方法は、該ピストンに相対的な該チャックの回転を駆動するために、該ピストンのシリンダ上の複数の歯を該対の相互連結スプラインの該ピストンのピストンロッド上の複数の相補的な溝と相互連結または係合することを含んでいる。
【００１５】
追加的な実施態様において、典型的な方法は、該ピストンロッドを該シリンダ内に引っ込めるために、該封止チャンバーを排気することを含んでいる。幾つかの実施態様において、該ピストンロッドを該シリンダ内に引っ込めることはさらに、該シリンダ上の複数の溝と該対の相互接続スプラインの該ピストンロッド上の複数の相補的な歯との係合を解放することを含んでいる。幾つかの実施態様において、該ピストンロッドを該シリンダ内に引っ込めることはさらに、該シリンダ上の複数の歯と該対の相互接続スプラインの該ピストンロッド上の複数の相補的な溝との係合を解放することを含んでいる。
【００１６】
或る実施態様において、該シリンダ上の複数の溝と該対の相互接続スプラインの該ピストンロッド上の複数の相補的な歯との係合を解放することは、該ピストンに相対的な該チャックの回転を停止することを含んでいる。或る実施態様において、該シリンダ上の複数の歯と該対の相互接続スプラインの該ピストンロッド上の複数の相補的な溝との係合を解放することは、該ピストンに相対的な該チャックの回転を停止することを含んでいる。
【００１７】
或る実施態様において、該ピストンロッドを該シリンダ内に引っ込めることは、該ドリルビット１１２を該物質から自動的に引き抜くことを含んでいる。
【００１８】
別の目的及び特徴は、添付の図面を組み合わせた以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかし、図面は、説明のためのみに描かれ発明の限界を定義するようには描かれていないことが理解されるべきである。
【００１９】
該開示された収縮可能ドリルおよび関連する方法を製作し及び用いる当業者を助けるために、添付の図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ドリルで穴開けされる物質を完全に貫く前の、伸長され且つ係合された位置にある典型的な収縮可能ドリルの横方向部分断面図である。
【図２】ドリルで穴開けされる物質を完全に貫く前の、伸長され且つ係合された位置にある典型的な収縮可能なドリルの詳細な横方向断面図である。
【図３】ドリルで穴開けされる物質を完全に貫いた後の、収縮され且つ解放された位置にある典型的な収縮可能なドリルの横部分断面図である。
【図４】ドリルで穴開けされる物質を完全に貫いた後の、収縮され且つ解放された位置にある典型的な収縮可能ドリルの横詳細断面図である。
【００２１】
以下は、本発明の実用の際、当業者を助けるために与えられる本発明の詳細な記載である。当業者は、本発明の精神または範囲を逸脱することなく、ここで記載された実施態様における修正および変形を為しうる。別に規定されない限り、ここで用いられる全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属している分野の当業者に共通して理解されるのと同じ意味を有している。本発明の記載において用いられる用語は、ここでは特定の実施態様のみを記述するためであり、本発明を限定することを意図していない。ここで述べられた全ての出版物、特許出願、特許、図面、及び他の引用文献は、参照することによって全体として明示的に組み込まれる。
【００２２】
値の範囲が与えられるところでは、文脈が明確に別のことを述べるまでは、その範囲の上限と下限の間の、下限の単位の十番目まで、各中間の値およびその記載された範囲内の任意の別に記載された又は中間の値は、本発明内に取り込まれていると理解される。任意の下限から任意の上限までの範囲が予期されている。より小さな範囲内に独立して含まれうるところのこれらより小さな範囲の上限及び下限は、また記載された範囲の何らかの特別に除外された限度値を入れることを条件として本発明内に取り込まれている。記載された範囲は、限度値の１つ又は両方を含み、含まれている限度値の両方を除外する範囲もまた、本発明に含まれる。
【００２３】
本明細書及び添付された請求項で使われたような「１の」または「一の」は、文脈が明確に別のことを指示しない限り、１つまたは１以上の文法上の対象を指すのに用いられる。１例として、「１の要素」は、１つの要素または１つ以上の要素を意味する。
【００２４】
詳細な説明及び請求項内の全ての数値は、指された値を「約」又は「近似的に」によって変更され、そして当業者により予想されうる実験的な誤差及び変動を考慮される。
【００２５】
本明細書及び請求項において用いられているように、「及び／又は」は、等位結合される複数の要素の「どちらか、又は両方」、例えば、ある場合には結合的に存在する且つ別の場合には離接的に存在する複数の要素、を意味すると理解されるべきである。「及び／又は」を伴って挙げられた多数の要素は、同じ仕方、例えば等位結合される要素の「１以上」で解釈されるべきである。別の要素は、具体的に同定されたこれら要素に関連していようと関連していなくても、「及び／又は」によって具体的に同定された要素以外は、任意的に存在しうる。このようにして、非限定的な例として、「Ａ及び／又はＢ」への言及は、無制約の言語、例えば「備える」と関連して用いられるとき、１の実施態様において、Ａのみ（任意的にはＢ以外の要素を含む）を指し、別の実施態様においては、Ｂのみ（任意的にはＡ以外の要素を含む）を指し、さらに別の実施態様においては、ＡとＢの両方（任意的には別の要素を含む）を指しうる。
【００２６】
本明細書および請求項において用いられているように、「又は」は、上で規定された「及び／又は」と同じ意味を有していると理解されるべきである。たとえば、列挙された事項を分離するとき、「又は」又は「及び／又は」は、包括的に、例えば、多数の又はリストされた要素の、少なくとも１つを包含するよう、しかし又１以上を包含するように、且つ任意的に追加的なリストされていない事項解釈されるべきである。反対に明確に指示された事項のみ、例えば「１つだけの」、又は「正確に１つの」、又は請求項に用いられたときの「から成る」は、多数の又はリストの要素の丁度１つのみ含むことを指している。一般に、用語「又は」は、ここで用いられているように、排他の用語、例えば「どちらかの」「１つの」「唯１つの」に先行されるとき、排他的な代替（即ち、「一方又は他方であって両方ではない」）を指すと解釈されるべきである。
【００２７】
本明細書及び請求項に用いられるように、１つ以上の要素のリストへの言及における「少なくとも１つの」という句は、要素のリスト内の何れか１つの又は複数の要素から選択された少なくとも１つの要素、しかし要素のリスト内の具体的に挙げられた各及び各々の要素の少なくとも１つを必ずしも含んでいない、及び要素のリスト内の要素の如何なる組合せをも除外しないことを意味するように理解されるべきである。この定義はまた、要素は、具体的に特定されたこれら要素に関連させられた又は関連させられていないかどうかにかかわらず、句「少なくとも１つの」が指す、要素のリスト内に具体的に特定された要素以外に任意的に存在しうることを許容する。このようにして、非限定的な例として、「Ａ及びＢの少なくとも１つ」（又は同等に「Ａ又はＢの少なくとも１つ」、又は同等に「Ａ及び／又はＢの少なくとも１つ」）は、１実施態様において、少なくとも１つの、任意的に２以上を含んでいる、Ａであって、Ｂは存在しない（且つ任意的にＢ以外の要素を含んでいる）を指しうる；別の実施態様においては、少なくとも１つの、任意的に２以上を含んでいる、Ｂであって、Ａは存在しない（且つ任意的にＡ以外の要素を含んでいる）を指しうる；さらに別の実施態様において、少なくとも１つの、任意的に２以上を含んでいる、Ａであって且つ少なくとも１つの、任意的に２以上を含んでいる、Ｂ（且つ任意的に別の要素を含んでいる）等を指しうる。
【００２８】
明確に反対のことを指示されるまで、ここでは２以上の工程又は動作を包含する、請求された何れの方法において、該方法の工程又は動作の順序は、該方法の該工程又は動作が記載されている順序に必ずしも限定されないことが、明確に理解されるべきである。
【００２９】
上記の明細書は勿論のこと、請求項において、用語、例えば「備える」「含む」「支持する」「有する」「伴う」「保持する」及び「構成される」などは、無制限である、即ち包含するが限定はしないことを意味すると理解されるべきである。「から成る」及び「から必須的に成る」という用語のみは、米国特許庁特許審査手続きマニュアル、区分2111.03に記載されているように、限定されている。
【００３０】
図１及び２に関連して、典型的な収縮可能ドリル１００（これ以降「ドリル１００」と呼ぶ）の側面の、部分断面図および詳細断面図が提示される。特にドリル１００は、ドリルで穴開けされる物質１０２、例えば壁、骨、及び軟骨などを完全に貫く前に伸長され且つ係合された位置において図式的に表示されている。ドリルで穴開けされる物質１０２は、外側表面１０４、例えばドリル１００がそれを通して穴開けを始める表面、および内側表面１０６、例えば貫通の後そこにある表面を規定し得、内部空洞１０８内へドリル１００が入るのを防ぐためにドリル１００を停止することが要求される。内部空洞１０８は、その中に１以上の組織体（図示されていない）、例えば、血管、神経、及び電線などを含み得、内部空洞１０８へドリル１００で突っ込むことを防止することは、１以上の組織体への損傷を防ぐために望まれている。
【００３１】
典型的なドリル１００は、ドリルビット１１２を受け取り、及び／又は、保持するように構成され且つ寸法を取られたチャック１１０を含んでいる。チャック１１０は、ユーザに必要とされる多様なドリルビット１１２サイズを受け取りうることが理解されるべきである。幾つかの実施態様において、チャック１１０は、産業において利用される標準チャックでありうる。幾つかの実施態様において、ドリルビット１１２は、産業において利用される標準ドリルビットでありうる。ドリル１００は、さらにピストン１１４及びモータ区画１１６を含んでいる。該ピストン１１４は、中心軸Ａに沿って配置されたピストンロッド１１８及びシリンダ１２０を含んでいる。該ピストンロッド１１８は、遠位端１２２及び近位端１２４を規定しうる。幾つかの実施態様において、該ピストンロッド１１８は、中実構造。例えば非中空構造を規定しうる。該シリンダ１２０は、遠位端１２６及び近位端１２８を規定しうる。
【００３２】
ピストン１１４は、相互連結スプラインの第１の対１３０、及び相互連結スプラインの第２の対１３２を含みうる。該相互連結スプラインの第１の対１３０は、シリンダ１２０の近位端１２８に置かれ得、モータ区画１１６とピストン１１４のシリンダ１２０の間の相互連結または係合インタフェースを提供しうる。幾つかの実施態様において、モータ区画１１６は、中心軸Ａの回りに半径方向に間隔を空けられた複数の溝１３４を含み得、該溝１３４は、複数の相補的歯１３６、例えば、シリンダ１２０の近位端１２８の外側表面の、中心軸Ａの回りに半径方向に間隔を空けられたリッジと相互連結するように構成され且つ寸法付けられている。幾つかの実施態様において、該モータ区画１１６は、半径方向に間隔を空けられた歯１３６を含み得、そしてシリンダ１２０の近位端１２８は、半径方向に間隔を空けられた相補的溝１３４を含みうる。相互連結スプラインの第１の対１３０は、ピストン１１４の回転を調整するためにトルクがモータ区画１１６からピストン１１４へ伝達されることを可能にする。例えば、モータ区画１１６は、中心軸Ａの回りに回転させるように溝１３４を作動させ又は溝１３４と係合し得、それは今度は中心軸Ａの回りに回転させるように相互連結歯１３６を作動させ又は相互連結歯１３６と係合しうる。図示されていないけれども、当業者は、モータ区画１１６が、相互連結スプラインの第１の対１３０の溝１３４の回転のためのトルクを生成するためのモータを含むことを理解すべきである。
【００３３】
相互連結スプラインの第２の対１３２は、シリンダ１２０の遠位端１２６に、且つピストンロッド１１８の遠位端１２２と近位端１２４の間の中間点に置かれうる。相互連結スプラインの第２の対１３２は、ピストンロッド１１８とピストン１１４のシリンダ１１８の間の相互連結または係合インタフェースを提供しうる。幾つかの実施態様において、シリンダ１２０の遠位端１２６の内側表面は、中心軸Ａの回りに半径方向に空間を空けられた複数の溝１３８を含み得て、該溝は、複数の相補的歯１４０、例えば、ピストンロッド１１８の外側表面の、中心軸Ａの回りに半径方向に間隔を空けられたリッジと相互連結するように構成され且つ寸法付けられている。幾つかの実施態様において、シリンダ１２０は、半径方向に空間を空けられた歯１４０を含むことができ、そしてピストンロッド１１８は、半径方向に空間を空けられた相補的溝１３８を含むことができる。相互結合スプラインの第２の対１３２は、該歯１４０と該溝１３８の係合によってシリンダ１１８、ピストンロッド１１８およびチャック１１０の間のトルク結合を可能にする。モータ区画１１６からのトルクは、それにより、ドリルビット１１２の回転を調整するためにチャック１１０へ転送されうる。
【００３４】
幾つかの実施態様において、ピストンロッド１１８の遠位端１２２は、チャック１１０に固定されることができ、そして遠位端１２４は、ピストン１１４のシリンダ１２０と可動的に係合されうる。特にピストンロッド１１８の近位端１２４は、中心軸Ａに沿ってシリンダ１２０内で直線的に移動可能でありうる。該シリンダ１２０は、シリンダ１２０の遠位端１２６と近位端１２８の間の中間点で、該シリンダ１２０の内側表面に沿って置かれた内側半径方向レッジ１４２を含みうる。該レッジ１４２は、シリンダ１２０の内側表面から中心軸Ａの方向に延在することができ、該ピストンロッド１１８を受け取るように寸法付けられた中央開口を形成するように構成されうる。該レッジ１４２は、該シリンダ１２０内での該ピストンロッド１１８の移動を制限するための停止部として作動しうる。例えば、該ピストンロッド１１８は、相互連結スプラインの第２の対１３２の歯１４０が該レッジ１４２と係合するまで、該シリンダ１２０内で中心軸Ａに沿って移動しうる。
【００３５】
ピストンロッド１１８の近位端１２４は、該ピストンロッド１１８から延在させられ且つ中心軸Ａから離れた半径方向突起部１４４を含みうる。特に、該ピストンロッド１１８の該近位端１２４は、該ピストンロッド１１８の全直径を横断して延在している実質的に平坦な表面を画定することができ、そして半径方向の突出部１４４はさらに、中心軸Ａから離れ近位端１２４から延在しうる。半径方向突出部１４４は、シリンダ１２０の内側壁にフィットするように構成され且つ寸法付けられうる。幾つかの実施態様において、半径方向の突出部１４４は、そこに固定されるＯリング１４６を含みうる。該ピストンロッド１１８は、半径方向突出部１４４がレッジ１４２とシリンダ１２０の近位端１２８との間に置かれように、シリンダ１２０とアセンブルされうる。それにより、該ピストンロッド１１８は、歯１４０がレッジ１４２と係合するまで、中心軸Ａに沿ってシリンダ１２０の近位端１２８の方向へ移動し得、そして半径方向突出部１４４がレッジ１４２と係合するまで、中心軸Ａに沿ってシリンダ１２０の遠位端１２６の方向へ移動しうる。
【００３６】
レッジ１４２と半径方向突出部１４４の係合は、シリンダ１２０の第１チャンバー１４８と第２チャンバー１５０との間の封止を形成しうる。該第１チャンバー１４８は、したがってシリンダ１２０の近位端１２８と該ピストンロッド１１８の半径方向突出部１４４との間に置かれたシリンダ１２０の内側空洞として規定されうる。該第２チャンバー１５０は、レッジ１４２とシリンダ１２０の遠位端１２６の間に置かれたシリンダ１２０の内側空洞として規定されうる。幾つかの実施態様において、ドリル１００は、センサ１５２、例えばモータ区画１１６とシリンダ１２０の近位端１２８との間に置かれた力変換器を含んでいる。該センサ１５２は、ドリルビット１１２からモータ区画１１６へ戻る反力を測定しうる。例えば、該センサ１５２は、ドリルビット１１２によって付与されたドリルで穴開けされる物質１０２に対する圧力を測定しうる。ドリルビット１１２がドリルで穴開けされる物質１０２の内側表面１０６を貫通するとき、反力における変化が該センサ１５２によって検出されうる。
【００３７】
幾つかの実施態様において、ドリル１００のモータ区画１１６は、その内部に圧縮空気機構１５４含みうる。該圧縮空気機構１５４は、入口１５８および出口１６０を有するコンプレッサ１５６含みうる。該圧縮空気機構１５４は、さらに、該コンプレッサ１５６を該シリンダ１２０の近位端１２８に接続するホース１６２、例えば可撓性空気ホースを含みうる。該コンプレッサ１５６は、該入口１５８を通して圧縮空気を取り入れ得、そして該圧縮空気を該ホース１６２を通して該シリンダ１２０の第１チャンバー１４８内へ通す。半径方向突出部１４４とレッジ１４２の間の封止は、該圧縮空気が第１チャンバー１４８内に保持されうるように第１チャンバー１４８を封止しうる。該コンプレッサ１５６は、該圧縮空気を該第１チャンバー１４８から該ホース１６２を通して該出口の外へさらに解放しうる。
【００３８】
引き続き図１及び２を参照して、ドリル１００が穴開けのための伸長された位置に置かれるとき、ピストンロッド１１８は、相互連結スプラインの第１及び第２の対１３０、１３２が相互連結又は係合するように、シリンダ１２０から伸長されうる。幾つかの実施態様において、ピストンロッド１１８は、該第１チャンバー１４８を圧縮空気機構１５４による圧縮空気で充填又は予め負荷をかけることによって伸長された位置に作動させられうる。例えば、圧縮空気は、ピストンロッド１１８の近位端１２４表面および半径方向突出部１４４表面に、力を分け与え得、ピストンロッド１１８をレッジ１４２の方向に直線的に移動させ、そして半径方向突出部１４４を該レッジ１４２に対して封止する。第１チャンバー１４８内の圧縮空気領域は、したがって、該レッジ１４２に対して半径方向突出部１４４及び／又はＯリング１４６を維持するように、半径方向突出部１４４に対してピストンロッド１１８の遠位端１２２の方向に圧力を分け与え且つ維持し得、それにより第１チャンバー１４８内の圧縮空気圧を維持する。
【００３９】
ピストンロッド１１８の伸長された位置への移動は、相互連結スプラインの第２の対１３２の溝１３８と歯１４０を相互連結することを可能にする。したがって、相互連結スプラインの第１の対１３０は、モータ区画１１６からシリンダ１２０へのトルクの伝達を可能にし、そして相互連結スプラインの第２の対１３２は、シリンダ１２０からピストンロッド１１８へトルク伝達を与えうる。ピストンロッド１１８は、今度はチャック１１０およびドリルビット１１２へトルクを与えうる。
【００４０】
幾つかの実施態様において、相互連結スプラインの第１及び／又は第２の対１３０、１３２は、ドリル１００のピストン１１４とモータ区画１１６の間の小さな動きを可能にする。ピストン１１４とモータ区画１１６の間の動きに基づいて、ピストン１１４とモータ区画１１６の間に置かれたセンサ１５２は、ドリルビット１１２からモータ区画１１６へ戻る反力を測ることができる。例えば、圧力が、ユーザの穴開け動作によって、ドリルビット１１２の先端部１６４、及び／又は、該先端部１６４に近接するドリルビット１１２の領域をドリルで穴開けされる物質１０２に対して押すことによって、中心軸Ａに沿って直線的に、及び／又は、非直線的にかけられるとき、該圧力はセンサ１５２により測定されうる。上で検討したように、圧縮空気機構１５４により第１チャンバー１４８内へ予め負荷された圧縮空気は、該ピストン１１４を伸長された位置に維持しうる。
【００４１】
ドリルによる穴開けの間、ユーザによってドリルビット１１２に対してかけられる圧力は変化しうる。したがって、圧縮空気機構１５４は、線形的な圧力の施与に抗するために且つピストン１１４を伸長された位置に維持するために、ピストン１１４の第１チャンバー１４８内の圧縮空気圧を維持又は増加させることが必要とされているので、追加の圧縮空気を入口１５８を通して第１チャンバー１４８内に吸い込みうる。幾つかの実施態様において、圧縮空気機構１５４は、第１チャンバー１４８内の該圧力を検出するセンサ（図示されていない）を含みうる。ピストン１１４の第１チャンバー１４８内の圧力の維持又は増加は、相互連結スプラインの第２の対１３２の溝１３８と歯１４０の間の相互連結又は係合を保持しうる。したがって、トルクは、モータ区画１１６からピストン１１４、チャック１１０及びドリルビット１１２へ伝達されうる。ドリルビット１１２は、それにより所望の速度で回転され得、ドリルで穴開けされる物質１０２を通して前進させられ得る。
【００４２】
図３及び４に移ると、典型的なドリル１００の横部分断面図および横詳細断面図が与えられている。特に、ドリル１００は、ドリルで穴開けされる物質１０２、例えば壁、骨、及び軟骨などを貫通した後の、収縮され且つ解放された位置において概略的に図示されている。図３及び４から分かりうるように、ドリルビット１１２の先端部１６４は、ドリルで穴開けされる物質１０２の内側表面１０６を含むドリルで穴開けされる物質１０２を完全に貫通している。
【００４３】
ドリルでの穴開け中、ドリルビット１１２がドリルで穴開けされる物質１０２の堅い物体を貫くとき、力又は圧力の突然の変化が、ドリルビット１１２に対して付与されるように生じる。力の変化は、ピストン１１４とモータ区画１１６の間に置かれたセンサ１５２によって検出しうる。ドリルビット１１２に付与された力の変化を検出すると、コンプレッサ１５６内に置かれたソレノイドバルブ（図示されていない）は、第１チャンバー１４８内の圧縮空気を出口１６０を通して大気へ排気するために開きうる。圧縮空気は、それによりピストン１１４から速やかに出ることができる。
【００４４】
第１チャンバー１４８内の圧力の減少は、該シリンダ１２０のレッジ１４２に対する該ピストンロッド１１８の半径方向突出部１４４に働く力を同時に減少させ、中心軸Ａに沿う該シリンダ１２０内でのピストンロッド１１８の移動を可能にする。このようにして、ドリルビット１１２にかけられる力の変化を検出すると、且つ圧縮空気を第１チャンバー１４８から排気すると、チャック１１０、ドリルビット１１２、およびピストンロッド１１８は、該ピストンロッド１１８の歯１４０がレッジ１４２に当接するまで、中心軸Ａに沿う移動によってピストン１１４のシリンダ１２０内へ収縮または引っ込められる。幾つかの実施態様において、該ピストンロッド１１８が該シリンダ１２０内に収縮または引っ込められうる距離は、例えばユーザによって望まれた領域、ユーザによって加えられた力、および期待された潜在的「突入」距離などに基づいて変化しうる。幾つかの実施態様において、該ピストンロッド１１８が該シリンダ１２０内に収縮または引っ込められうる距離は、ユーザ及び／又は製作者によって、ミリメータの距離からセンチメータの距離までの範囲に調節されうる。
【００４５】
ユーザによってドリル１００のハンドル（図示されていない）に加えられた連続する圧力又は力は、ドリルビット１１２により与えられた力なしにドリル１００を前へ動かすようにしうる。特に、ユーザが、ドリルによる穴開けを続けるためにドリル１００のハンドルに対して力を与え続けると、チャック１１０、ドリルビット１１２、およびピストンロッド１１８は、排気された第１チャンバー１４８によって、ピストン１１４のシリンダ１２０内へ収縮又は移動させられるように強制されうる。該第１チャンバー１４８内の圧力低下による、ピストンロッド１１８の中心軸Ａに沿うレッジ１４２の方向への移動は、ピストンロッド１１８とシリンダ１２０の間の相互連結スプラインの第２の対１３２を解放するよう強制する。相互連結スプラインの第２の対１３２の解放は、さらにシリンダ１２０からピストンロッド１１８、及び順次チャック１１０およびドリルビット１１２へのトルク伝達を解放する。したがってドリルビット１１２の回転は阻止される。
【００４６】
幾つかの実施態様において、ドリルビット１１２の回転を止めることは、またさらに、ドリルビット１１２を内部空洞１０８内の構造で裁断することを防ぐことによって、ドリルビット１１２のドリルで穴開けされる物質１０２の内部空洞１０８内への前進を止めうる。幾つかの実施態様において、ドリルビット１１２のドリルで穴開けされる物質１０２の内部空洞１０８内へのさらなる前進は、ピストンロッド１１８がシリンダ１２０内に移動するとき、自動的に且つ少なくとも部分的にドリルビット１１２を穴開けされる物質１０２に形成された穴から引き出すことによって防がれうる。
【００４７】
ユーザは、ピストン１１４が完全に収縮または引っ込められる前、例えばピストンロッド１１８の歯１４０がレッジ１４２に当接する前に、停止されたドリルビット１１２が、ドリルで穴開けされる物質１０２の堅い構造を超えた内部空洞１０８内の柔らかい物質、例えば神経及び血管などを貫通しないようにするために、一度、望ましい開口が形成されると、ドリル１００のハンドルに加えられた力を解放または減少させうる。産業的利用において、ユーザは、ピストン１１４が完全に収縮される前に、停止されたドリルビット１１２が、ドリルで穴開けされる物質１０２の堅い構造を超えた内部空洞１０８内の組織体、例えば電線などを貫通しないように、一度、望ましい開口が形成されると、ドリル１００のハンドルに加えられた力を解放または減少させうる。
【００４８】
幾つかの実施態様において、モータ区画１１６のソレノイドバルブは、負圧力容器（図示されていない）に対して開口しうる。幾つかの実施態様において、負圧力容器は、電気機械的に生成されうる。このようにして、圧力の低下がセンサ１５２により検出されるとき、第１チャンバー１４８内の圧縮空気は、能動的に膨張され得、第１チャンバー１４８は、能動的に収縮され得、且つピストンロッド１１８の歯１４０が該レッジ１４２に当接するまで、ピストンロッド１１８は、ピストン１１４のシリンダ１２０内に吸い込まれうる。チャック１１０およびドリルビット１１２は、それによりまた中心軸Ａに沿ってシリンダ１２０の方向に吸引されうる。ピストンロッド１１８、チャック１１０、およびドリルビット１１２の移動はさらに、ドリルビット１１２がドリルで穴開けされる物質１０２の内部空洞１０８内へ前進するのを防ぎうる。幾つかの実施態様において、ピストンロッド１１８、チャック１１０、およびドリルビット１１２の移動は、能動的に、及び／又は自動的にドリルビット１１２をドリルで穴開けされる物資１０２、及び／又は内部空洞１０８内の任意の組織体から引っ込めることができる。ドリル１００のハンドルに加えられる力は、それにより、ドリルビット１１２に加えられる力との結合を解かれ得て、ドリルで穴開けされる物質１０２の内部空洞１０８内の組織体に損傷を与えることを防止する。
【００４９】
もしユーザが、同一の又は別のドリルで穴開けされる物質１０２を通して、さらにドリルを望むと、ピストン１１４の第１チャンバー１４８は、例えばリセットボタンの作動、およびセンサ検出などを通して、圧縮空気を再充填されうる。第１チャンバー１４８を充填するために圧縮空気を用いるようにここで議論されたけれども、当業者は、例えば１以上の流体および１以上のバネなどを有するピストンのようなデザインを用いるどのような類似の機構も、ドリル１００を伸長、及び／又は、収縮させるために用いられうることを理解すべきである。
【００５０】
典型的な実施態様がここで記載されたが、これら実施態様は限定的に解釈されるべきではなく、むしろここで明示的に記載されたものへの追加および変更がまた、本発明の範囲に含まれることに留意されたい。さらに、ここで記載された様々な実施態様の特徴は、相互に排他的ではなく、本発明の精神および範囲から逸脱しないで、様々な実施態様および並べ替えと両立しうることが、例えそのような組合せまたは並べ替えがここで記載されていなくとも、理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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