(57)【要約】ファスナ機構は、ヘリコイル（１）を挟持する交互配置の２条螺旋ねじ山（５ａ、５ｂ）を有するねじ（４）またはボルトを備える。基体（９）がねじおよびコイル組合せからかなりの距離だけ退縮する場合であっても、ヘリコイルが拡張し、ねじおよびコイル組合せとねじおよびヘリコイルが挿入される基体（９）との間の保持およびパーチェスを維持するように種々の手段によりトルク付与される。ファスナ機構は、拘束力を最小限にするとともにヘリコイルの移動を最適化し、その結果、ねじまたはボルトが基体に押し込まれるようにする、コイルの傾倒をラッチする手段を備える。
2006508310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に挿入するための拡張可能なファスナ組立体であって、
（ａ）近位端および遠位端を有するねじ付きファスナであって、該近位端には回転手段を有する頭部が設けられ、該ファスナは、該頭部から前記遠位端にかけて長手方向軸に沿って延びるシャンクを有し、該シャンクには、該シャンクから半径方向に外側に延びる交互配置の２条螺旋ねじ山が設けられ、該ねじ山のそれぞれは、前記遠位端に概ね面する第１の表面もしくは前記近位端に概ね面する第２の表面、または該第１の表面および該第２の表面のどちらも有し、交互配置の２条螺旋ねじ山の対はそれぞれ、近位または遠位にある、ねじ付きファスナと、
（ｂ）該ねじ付きファスナの前記シャンクの前記交互配置の２条螺旋ねじ山の対間に巻き付けられる連続した拡張可能な螺旋コイル部材であって、該コイル部材は、半径方向に内側に面する部分および半径方向に外側に面する部分を有し、ねじ山接触面が該半径方向に内側に面する部分および該半径方向に外側に面する部分間に延びているとともに、前記ファスナの前記遠位端に概ね面しているか、または、他の実施形態では、前記ファスナの前記近位端に概ね面していてもよく、なお、前記基体への該ファスナ組立体の挿入前では、該コイル部材は半径方向に圧縮した形態である、連続した拡張可能な螺旋コイル部材と、
（ｃ）該コイル部材をその長さの少なくとも一部分に沿って半径方向に圧縮した形態で前記ファスナの前記シャンクに着脱自在に固着する、着脱自在な固着手段であって、該着脱自在な固着手段は、前記コイル部材と前記ファスナの接続を維持し、それにより、少なくとも、前記ファスナ組立体の半径方向に圧縮した部分が前記基体に完全にまたはほぼ完全にねじ込まれるまで、前記コイル部材を半径方向に圧縮した形態に維持する、着脱自在な固着手段と
を備える、拡張可能なファスナ組立体。
【請求項２】
前記コイル部材は、前記ファスナの前記シャンクに前記遠位端で恒久的に結合される、請求項１に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項３】
前記着脱自在な固着手段は、前記コイル部材および前記ファスナ間の接着、溶接または機械的結合、あるいは化学的結合を含む群から選択される、請求項１に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項４】
前記コイル部材の半径方向の拡張は、前記基体に対し前記コイル部材の前記半径方向に外側に面する部分を付勢させ、前記半径方向に内側に面する部分は、前記ファスナの前記交互配置の２条螺旋ねじ山の対と噛合したままである、請求項１に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項５】
前記コイル部材の前記ねじ山接触面は、間に枢軸を有する、半径方向内側部分および半径方向外側部分を含み、前記着脱自在な固着手段は、前記ねじ山接触面の前記半径方向外側部分を前記コイル部材の少なくとも一部に沿って前記ねじ山の前記第２の表面に着脱自在に結合し、前記枢軸は前記コイル部材に対し接線方向にある、請求項１に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項６】
前記枢軸を中心に前記コイル部材を捩ることにより、前記ねじ山の前記第２の表面から離れるように前記ねじ山接触面の前記半径方向外側部分を回転させて、前記着脱自在な固着手段が与えている結合に打ち勝たせる、請求項５に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項７】
前記枢軸を中心に前記コイル部材を捩ることにより、前記コイルの前記シャンク接触面を傾斜面２１ａに押し上げ、前記着脱自在な固着手段が与えている近位での結合に打ち勝たせる、または打ち勝たせやすくする、請求項５に記載のファスナ組立体。
【請求項８】
前記コイル部材の前記捩りにより、前記ねじ山接触面の前記半径方向外側部分が前記ファスナの前記遠位端の方へ軸方向に変位され、それにより、前記ねじ山の前記第２の表面と係合し、前記ファスナを基体および請求項５に記載のファスナ組立体に付勢し、いくつかの実施形態では、前記コイル部材の前記捩りにより、前記ねじ山接触面の前記半径方向外側部分が前記ファスナの前記近位端の方へ軸方向に変位され、それにより、前記ねじ山の前記第１の表面と係合し、前記基体から外すように前記ファスナを付勢する、請求項５に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項９】
前記コイル部材の捩りは、前記基体に前記ファスナを締結する際に生じ、これによって締め付けられることにより、前記近位端の方向に軸方向に前記ファスナが引かれ、前記ねじ山を前記コイル部材に押し付けることによって、前記ねじ山接触面とは反対の前記コイル部材の面および半径方向外側の前記枢軸が前記基体と係合するようにし、前記枢軸を中心に前記コイル部材を枢動させる、請求項８に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項１０】
前記コイル部材の捩りは、前記コイル部材を回転させることにより、前記螺旋コイル部材が半径方向に圧縮された形態になるように巻き付けられる際に生じ、前記コイル部材は傾倒が逆になるように前記枢軸を中心に傾倒し、次いで、前記コイル部材は、前記半径方向の圧縮および前記逆の傾倒を保持するように拘束され、それにより前記傾倒がラッチされ、前記拘束がなくなると、それにより前記傾倒がラッチ解除され、前記コイル部材の半径方向の拡張のほかに、前記ねじ山接触面とは反対の前記コイル部材の面および半径方向外側の枢軸が前記基体と係合し、該基体に前記ねじ付き部材を押し込む、請求項８に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項１１】
前記コイル部材の捩りは、前記コイル部材を回転させることにより、前記螺旋コイル部材が半径方向に圧縮された形態になるように巻き付けられる際に生じ、前記コイル部材は、傾倒が減少するようにその枢軸を中心に傾倒し、次いで、前記コイル部材は、前記半径方向の圧縮および前記減少した傾倒を保持するように拘束され、前記拘束がなくなると、前記コイル部材の半径方向の拡張のほかに、前記ねじ山接触面とは反対の前記コイル部材の面および半径方向外側の枢軸が前記基体と係合し、該基体に前記ねじ付き部材を押し込む、請求項８に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項１２】
前記ファスナを締結することにより生じる前記コイル部材の前記捩りにより、前記コイル部材が、前記ファスナの前記遠位端への方向に前記ねじ山の前記第２の表面に、軸方向に向けられた付勢力をかけることになる、請求項８に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項１３】
前記コイル部材の前記半径方向に外側に面する部分は、前記コイル部材が半径方向に圧縮した形態にある場合、前記ねじ山の半径方向に外側に延びる、請求項８に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項１４】
前記交互配置の２条螺旋ねじ山間には、前記ねじ山接触面とは反対の前記ねじ付き部材の表面を前記ねじ付き部材の前記長手方向軸に平行な方向に移動させるのに十分大きく、前記コイル要素と前記ねじ山の結合の破断も容易にし、かつ／または前記コイルのラッチおよびラッチ解除を容易にする、スペース２１を有し得る、請求項１に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項１５】
前記コイル部材および／または前記交互配置の２条螺旋ねじ山の表面上にラチェット要素が設けられ、該ラチェット要素は前記コイルの拡張が前記ねじ付き部材から離れて半径方向に前記基体に入り込むことを可能にするが、前記締結機構に沿ったいずれかの地点にて拡張が起こると前記拡張を後退させないように作用する、請求項１に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項１６】
前記固着手段は、水溶性であるか、何らかの他の溶質に可溶性であるか、または生分解性である接着剤である、請求項３に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項１７】
前記コイル部材は形状記憶合金から成り、該合金のマルテンサイト状態は、前記コイル部材の半径方向に圧縮した形態に対応し、該合金のオーステナイト状態は、前記コイルの半径方向に拡張した形態に対応し、前記形状記憶合金は、前記ファスナが前記基体に挿入された後、前記マルテンサイト状態から前記オーステナイト状態に変質する、請求項８に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項１８】
前記コイル部材は、中空管状断面または波形断面形状を有し、この形状は、前記ファスナが締結されると変形し、前記形状記憶合金が前記マルテンサイト状態から前記オーステナイト状態に変質すると復元する、請求項１７に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項１９】
前記近位ねじ山の第１の表面の表面の１つは湾曲しており、そのため、前記コイルが前記締結部材から離れて拡張する際に前記コイルを回転させることで、該ファスナ組立体を前記基体に押し込む、請求項１に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項２０】
前記近位ねじ山の前記第２の表面および前記遠位ねじ山の前記第１の表面がどちらも、前記コイル部材が前記締結部材の前記シャンクから離れて拡張すると、前記コイル部材が前記遠位ねじ山から横転しないように前記コイル部材と接触させ、前記締結部材が前記基体に締結される、またはどちらも行われる、請求項１に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項２１】
前記コイル部材は、交互配置の２つのコイル、すなわち前記ねじ山の前記第１の表面と係合する第１のコイルおよび該コイルの第２の表面と係合する第２のコイルを含む、請求項１に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項２２】
前記コイル部材およびまたは前記ねじ山は、前記コイルがいずれの地点においても負荷されていない場合に前記コイルと前記ねじ山の相対運動を高める、テフロン（登録商標）等の材料で被覆される、請求項１に記載の拡張可能なファスナ組立体。
【請求項２３】
基体に挿入するための拡張可能なファスナ組立体であって、
（ａ）近位端および遠位端を有するねじ付きファスナであって、該近位端には回転手段を有する頭部が設けられ、該ファスナは、該頭部から前記遠位端にかけて長手方向軸に沿って延びるシャンクを有し、該シャンクには、該シャンクから半径方向に外側に延びる交互配置の２条螺旋ねじ山が設けられ、該ねじ山は、前記遠位端に概ね面する第１の表面もしくは前記近位端に概ね面する第２の表面、または該第１の表面および該第２の表面のどちらも有し、交互配置の２条螺旋ねじ山の対がそれぞれ、近位または遠位にある、ねじ付きファスナと、
（ｂ）該ねじ付きファスナの前記シャンクに巻き付けられる連続した螺旋コイル部材であって、該コイル部材は、半径方向に内側に面する部分および半径方向に外側に面する部分を有し、ねじ山接触面が該半径方向に内側に面する部分および該半径方向に外側に面する部分間に延びているとともに、前記ファスナの前記遠位端に概ね面しているか、または、他の実施形態では、前記ファスナの前記近位端に概ね面していてもよく、なお、前記基体への該ファスナ組立体の挿入前では、該コイル部材は半径方向に圧縮した形態である、連続した螺旋コイル部材と
を備え、
前記コイル部材の前記ねじ山接触面は、間に枢軸を有する、半径方向内側部分および半径方向外側部分を含み、前記ねじ接触面の前記半径方向外側部分は、前記基体への前記ファスナの挿入前に前記遠位ねじ山対の前記第２の表面と係合し、前記基体への前記ファスナの締結により、前記枢軸を中心とした前記コイル部材の捩りが生じ、それにより、前記ねじ山の第２の表面の方への前記コイルの前記半径方向内側部分の回転が生じるようにし、前記コイル部材の前記第１の表面と前記ねじ付き部材の前記第２の表面の相補的な形状を組み合わせての前記コイル部材の前記捩りにより、前記コイル部材が平衡地点に近接するように移動することで、ラッチ解除され、次いで、前記コイルの前記半径方向内側部分が、前記遠位ねじ山の前記第２の表面の前記半径方向内側表面と接触し、前記コイルの前記第１の表面の前記半径方向外側表面が、前記ねじ山の前記半径方向外側部分から離れるように移動し、前記表面は、前記ファスナの前記遠位端の方に軸方向に変位し、それにより、前記基体に前記ファスナを付勢する、拡張可能なファスナ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明の分野は、主として整形外科用途、高振動環境、および浸食に晒される基体のための、メカニカルファスナである。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００１年６月１８日付けで出願された米国特許出願第０９／８８２，０７２号の一部継続出願である。
【０００３】
［発明の背景および概要］
ねじは、様々な材料を一緒に保持するのに用いられ、概して、ねじ山およびねじ軸を基体に楔作用でねじ込むことに依っており、基体にねじがねじ込まれて固定接続するようになっている。しかしながら、この楔作用は、力およびその結果もたらされる応力を基体に加え、この力および応力により、ある特定の環境では、ねじと基体の境界面におけるまたはそれに近接した基体の劣化を早め、このことは、ねじの緩みにつながりかねない。
【０００４】
この作用の一例は、骨にねじ込まれる整形外科用ねじにおいて見られる。これらのねじは、骨とねじの境界面におけるおよびその付近の骨細胞に損傷を与えかねず、そのため、骨がねじから徐々に退縮し、最終的にねじを緩めさせることになる。別の例は、木材に見られ、この場合は、楔作用力により木材とねじの境界面に近接した木材が破損する。石材およびコンクリートもまた、通常のねじおよびボルトの楔作用力により、特に縁付近にねじおよびボルトが配される場合に亀裂が入ることが多い。ねじの楔作用が金属基体にねじ込まれる金属製造では、ねじと基体の境界面にすぐ隣接した基体の冶金が変わり得る。このような冶金変更は、ある特定の環境では、腐食を早め、最終的にファスナの故障につながりかねない。
【０００５】
多くの場合、ねじがねじ込まれる基体の弾性範囲は非常に限られている。基体とねじの最初の境界面からの基体のいかなる退縮も、剛直な基体によりかけられている反作用力が基体の退縮に伴いただちに低下するため、パーチェス（purchase）および保持のためにねじが依存する楔作用力を劇的に低減させることになる。
【０００６】
ねじの保持力を増大させるのに現在用いられている一方法は、ねじの頭部の下にばね座金を取り付けることであり、それにより、ねじ山とねじがねじ込まれる基体との間の摩擦力および楔作用力を増大させる。このアプローチに伴う難点は、ばね座金が、ねじを押し込むのではなく、ねじがねじ込まれる内腔からねじを引張るという点である。ねじが何らかの理由で緩む場合、この引張力は、ねじの緩みをさらに促進させる働きをする可能性がある。この方法に伴うさらなる難点は、この方法により、多くの場合、ねじ山の種々の部分に不均一な圧力が加わるという点である。この圧力が不均一に加わる結果、ねじを基体に固定しておくのに利用可能な摩擦の全体が低減しかねず、場合によっては、基体に対する損傷が増し、このことがさらに緩みを生じさせることになりかねない。
【０００７】
パーチェスおよび保持を基体に維持するのに主として楔作用力に依存しないねじ機構が必要とされている。
【０００８】
ねじを引張るのではなく、ねじがねじ込まれる基体にねじを押し込みやすいねじ機構も必要とされている。
【０００９】
ねじとねじが摺動する線条の間の境界面に沿って摩擦力が均一に分布するねじ機構も必要とされている。
【００１０】
基体がねじから退縮しても、安定した保持力を維持することができるねじ機構も必要とされている。
【００１１】
UnsworthおよびWaramによる「Self Adjusting Screw System」と題する米国特許出願第０９／５４１，５０８号（特定の参照により本明細書に援用される）は、上記の要件を満たすための様々な手段を記載している。本発明は、より高い保持力を維持することを可能にさせる機構を記載し、いくつかの好適な実施形態では、挿入前にコイルに対しトルクの印加および半径方向の負荷を行うために、機構のねじおよびコイルを一緒に保持するのに接着剤を必要としない。
【００１２】
本発明は、基体がねじと基体の境界面から退縮したとしても、また、退縮したときに、ねじの長手方向軸に垂直な比較的低い一定の力を維持することにより、パーチェスおよび保持を基体に維持するねじ機構である。上記ねじの長手方向軸に垂直なこの力は、比較的一定に保たれ、様々な特定の目的のために予め確立されて、ねじが挿入される基体に対する不必要な損傷を防止するようにすることができる。また、ねじ機構は、基体が退縮する際に拡張して、基体との間に密接な接触を維持する。さらに、ねじ機構は、ねじの長手方向軸に平行な制御された比較的一定の力を加え、ねじがねじ込まれる穴にねじを押し込み、ねじおよびねじが螺合する線条間の摩擦が増大することによって、ねじが穴から出て戻る可能性が減る。
【００１３】
本発明の好適な実施形態は、ねじおよびコイルまたはヘリコイル（これらの用語は本特許明細書中では同義である）から成る機構である。ねじおよびコイルの双方とも、基体に挿入される。ヘリコイルは、通常は金属ワイヤから形成されるコイルであるが、コイルに弾力性を付与することができる任意の材料（例えばプラスチックおよび生分解性プラスチック）から形成されることができる。ねじはコイルの中央に通され、コイルのターンの内表面にはねじ山と噛合するねじ山が示されている。また、コイルの外側は、ねじおよびコイル機構がねじ込まれる基体の穴の内壁に雌ねじを切られているかまたは刻み込まれている線条に螺合することができるねじ山を形成している。穴の壁が線条を有さずに作製される場合、コイルがさらに穴にねじ込まれ、コイル自体が、コイルの外側のこれらのねじ山（コイルの巻きにより形成される）と噛合する線条を押圧するかまたは刻み込むことになる。
【００１４】
ねじとコイルのこのような組み合わせは当該技術分野に既知である。Reece他による米国特許第４，７１２，９５５号は、ねじの傾斜状ねじ山およびコイルの内側の受容部を利用して、ねじがヘリコイルよりも大きく、コイルおよびねじの長手方向軸に垂直にヘリコイルを強制的に現出させる、ねじおよびヘリコイル機構を記載している。この作用により、基体の穴にねじおよびコイル組立体を保持する非常に強力な楔作用力が生じる。この方法は、いくつかの目的には適しているが、基体がコイルと基体との最初の境界面から退縮しやすい場合には適さない。上記に説明したように、楔作用力は、非常に高くても、コイルおよびねじの長手方向軸に垂直な小距離にわたって維持され、基体が上記境界面から退縮すると劇的に低下する。
【００１５】
本発明の好適な実施形態は、コイルおよびねじ機構を備えるが、コイルは、個別に基体に挿入されると様々な手段により拡張しやすくなるのであって、装着機構の別の要素によりそのように強制されることによるのではない。これらの手段は、「拡張手段」として本明細書に言及されている。拡張は望ましいことであるが、その犠牲として、基体の退縮に追随するコイルに応じてコイルがねじから離れて移動する際に基体からねじが緩んではならない。上記に言及したUnsworthおよびWaramによる米国特許出願第０９／５４１，５０８号は、ねじとコイルの間の接続がこれらの条件下で維持されることを確実にする手段を記載しており、これらの手段は、同じ目的を達成するために、本明細書に記載された好適な実施形態と組み合わせることができる。
【００１６】
従来のねじまたは従来のねじおよびコイルの組合せの楔作用とは異なり、基体が基体とコイルの最初の境界面から離れて退縮した後に、コイルが比較的大きな距離だけ半径方向に拡張し、特に超弾性形状記憶合金（ＳＭＡ）材料がコイルに用いられる場合、ねじおよびコイルがねじ込まれる基体の境界面にコイルの拡張により加えられる力は、比較的均一であり、予測可能であるとともに反復性がある。また、拡張ねじおよびコイルの組合せは、下記に記載する様々な手段により、上記ねじおよびコイルの組合せがねじ込まれる基体の内腔でのねじおよびコイルの組合せのパーチェスおよび保持を維持する。
【００１７】
本発明の好適な一実施形態は、コイルおよびねじ間の摩擦を増大させるとともに、ねじおよびコイルが挿入される基体の内腔にねじをさらに引き込みやすくさせる手段を備える。これらの手段は、本明細書中「トルク付与手段」および「波形付与手段」と呼ばれる。
【００１８】
本発明の好適な実施形態は、コイルが基体に挿入されるとコイルを拡張させやすい特徴、またはコイルおよびねじ間の摩擦を増大させるとともに上記内腔にねじを引き込みやすい特徴のいずれか、あるいはそのどちらも組み込み得る。
【００１９】
拡張手段は、ねじにコイルを巻き付けること、次いでコイルを拡張させる新たな条件を導入することを含む。第１のかかる手段は、無負荷状態では、コイルが巻き付けられるねじの外径よりも大きい内腔径を有する、弾力性を有するコイルで開始することである。コイルがねじにきつく巻き付けられると、コイルのターンが、噛合するようにねじの交互配置の２条ねじ山間に入るため、コイルはよりコンパクトな直径を呈することになり、このコンパクト形態が何らかの手段により拘束されている場合はこの拘束手段が後で取り除かれるとコイルが拡張する。ばね性材料としては従来のばね金属プラスチックまたは超弾性材料が挙げられ、超弾性材料は、その圧縮形態および拡張形態のいずれにおいてもオーステナイト仕上げ温度を超える形状記憶合金（ＳＭＡ）材料である。
【００２０】
このようなコイルの拡張を行うための第２の手段は、形状記憶合金（ＳＭＡ）材料（高温で形が定まる形状となっている）から成るコイルを用いて、ねじ（コイルが巻き付けられる）の外径よりも大きい内腔径を有するコイルを形成することである。コイルは、マルテンサイト仕上げ温度未満に冷却される（すなわち柔軟性がある）と、ねじの外径にきつく巻き付けられるため、コイルのターンが、噛合するようにねじの交互配置の２条ねじ山間に入る。この場合、コイルは、冷却前のヒートセットサイズよりもコンパクトな直径を呈する。次に、コイルは、オーステナイト仕上げ温度以上の温度に加熱されると高温またはより大きな直径形状に戻り、拡張する。
【００２１】
トルク付与手段も同様にコイルに付与されるためのものとすることができる。トルク付与は、ワイヤの長手方向軸（コイルを形成する）に沿ってワイヤに捩りが付与される場合に生じ、または、コイルが管から作製されている場合では、捩りが管の長手方向軸に沿って管状部材（コイルを形成する）に付与される場合に生じる。トルク付与は、グロスコイルの長手方向軸（コイルを形成する部材の長手方向軸とは区別される）に沿ってコイルばねを単に圧縮または引張することにより生じる得る。トルク付与はまた、コイルを形成するワイヤまたは管状部材を通って長手方向に延びる軸に沿って、コイルばねの一部分または複数部分を把持して捩ることにより、さらに直接的な方法で生じ得る。トルクをばねに加えるこのような特別な方法は、本特許明細書では「傾倒付与」と呼ぶ。
【００２２】
例えば、コイルは、慣例的な円形の断面ではなく矩形の断面を有するワイヤから成ることができ、短辺がコイルの外表面および内表面を成し、長辺がコイルのターン間の対向面を成す。かかるコイルはＳｌｉｎｋｙ−Ｔｏｙ（商標）のようなものである。例えばＳｌｉｎｋｙ−Ｔｏｙ（商標）のこれらのターンは平坦であり、矩形断面の長手方向軸がグロスコイルの長手方向軸にほぼ垂直である。これらのターンの当該断面が、Ｓｌｉｎｋｙ−Ｔｏｙ（商標）とは異なり、当該断面の長手方向軸がグロスコイルの長手方向軸を垂直方向に通る平面に対し４５度の角度をなすように無負荷状態で傾斜しているのであれば、コイルの各ターン（固体ループから成る場合）は円錐形状をなすであろう。この形状は、全く同じとは言わないまでもベルビルワッシャ（bellevill washer）の形状と同様である。コイルがばね性材料から成っているのであれば、ターンを移動させるように力が加えられた場合、コイルの各ターンはベルビルワッシャのように作用するか、または、無負荷状態の傾斜した円錐形状から負荷状態の平坦形状（または無負荷状態の形状とは異なる角度を有する何らかの形状）に断面を傾倒させるであろう。いかなるコイルも傾倒することができるが、矩形、ひし形、カム状、または三角形等、パーチェス点を与える断面を有するコイルが最も都合が良い。
【００２３】
傾倒付与（上述したようにトルクを加える特別な方法）手段は、拡張手段と同様に、物理的に関連した２つの方策により行われ得る。第１の方策は、直前のパラグラフに記載されているようにばね性材料のコイルターンを傾倒し、次いで、ねじの表面のすべてまたは一部に沿ってコイルのターンを着脱自在に装着することであり、装着による拘束がなくなると、そのように扱われたコイルのターンが無負荷となってはね戻り、一方で基体の内腔の線条に対し、他方でねじ山に対し作用することにより、ねじがねじ込まれる基体にねじをさらに突入しやすくするようになっている。コイルを構成するばね性材料としては、従来のばね金属、プラスチック、または超弾性材料を挙げることができ、超弾性材料は、その圧縮形態および拡張形態のいずれにおいてもオーステナイト仕上げ温度を超える形状記憶合金（ＳＭＡ）である。
【００２４】
第２の方策は、形状記憶合金（ＳＭＡ）材料からコイルをつくり、例えばニチノールＳＭＡの場合では、高温（通常は４００〜５００°Ｃの範囲）で、コイルがマルテンサイト仕上げ温度以下に冷却されてから、オーステナイト仕上げ温度以上の温度に加熱されると元に戻る断面形状を与えることである。このようにして与えられた形状は、マルテンサイト開始温度未満に抑えられてから、続いてオーステナイト仕上げ温度以上に加熱されると、コイルのターンに傾倒を与えるようになっている。ＳＭＡ材料は、オーステナイト仕上げ温度以上に加熱されているため、超弾性およびばね性があり、よって、はね戻ることができ、先の例でのように、コイルが巻かれたねじを基体に押し進めやすくなる。高温での断面形状が先の例と同じ場合、すなわち、無負荷状態のコイル断面の長手方向軸が、グロスコイルの長手方向軸を垂直方向に通る平面に対し４５度傾斜している場合、また、その一方、マルテンサイト仕上げ温度未満では、コイル断面の同じ長手方向軸がグロスコイルの長手方向軸を垂直方向に通る平面に対し平行であるように平坦となる場合、また、その際にコイルがその平坦な断面を維持するように拘束される場合、コイルはオーステナイト仕上げ温度以上に加熱されると傾倒することになる。コイルは、傾倒すると、超弾性およびばね性となるため、はね戻り、先の例でのように、ねじを基体に押し進めやすくする。
【００２５】
コイルのターンに傾倒を与えるのではなく波形を与えることもできる。コイルは、波形の畝がコイルの内腔から始まり、放射状に広がるか、または、通常はコイルの長手方向軸に対し垂直にコイルの外表面に出るように前後方向に蛇行するが、他の角度または湾曲を以下の図面の詳細な説明において記載されるいくつかの好適な実施形態において用いることができる。このような形式の措置は、本発明のいくつかの好適な実施形態では、ほぼ正方形または矩形の断面を有するコイルであるＳｌｉｎｋｙ−Ｔｏｙ（商標）タイプのコイルに適用される。この措置は、本明細書の他の箇所で言及されている傾倒付与手段に加えるか、または該傾倒付与手段の代わりとすることができる。この措置を達成する手段は、上記の拡張手段を実施するのに用いるものと同様である。波形状コイルは、ばね性材料から成ることができ、その無負荷状態では、平坦であり、ねじに着脱自在に装着することにより拘束され得る。コイルは、無負荷になると波形形態に解放され、はね戻るため、一方で基体の内腔の線条に対し、他方でねじ山に対し作用することにより、ねじがねじ込まれる穴にねじをさらに突入しやすくする。このばね性材料としては、従来のばね金属、プラスチック、または超弾性材料が挙げられ、超弾性材料は、その圧縮形態および拡張形態のいずれにおいてもオーステナイト仕上げ温度以上である形状記憶合金（ＳＭＡ）材料である。同様に、この材料は、形状記憶金属（ＳＭＡ）材料から成ることができ、この方法は形状復元型を用いる。復元形状は波形状であり得る。波形状コイルは、マルテンサイト仕上げ温度以下の温度で平坦となって非波形状形態になり、ねじに装着され得る。波形状は、そのオーステナイト仕上げ温度以上に加熱され、平坦形状になるように拘束されると、波形状が復元し、負荷され、超弾性となり、それ以上拘束されなくなると、はね戻り、一方で基体の内腔の線条に対し、他方でねじ山に対し作用することにより、ねじがねじ込まれる穴にねじをさらに突入しやすくする。当然のことながら、コイルを、波形状にするのではなく、中空管にし、コンパクトな拡張形態にすることができ、ねじをさらに基体内に進ませるようにはね戻りを与えるとともにねじを所定位置に維持する摩擦力を増大させるという同じ目的ために、波形状コイルと同じ手段による効果から拡張される。
【００２６】
最終的に、傾倒付与手段はさらに、コイルの内側でねじを回転させることによる上述の方法のいずれかまたはいずれかの組合せに適用することができるとともに、コイルのターンは、ねじおよびコイルが挿入される基体の線条により拘束され、ねじの前方への進入は、ねじの頭部が上記基体に当接することにより、またはねじの先端が基体の一部に当たることにより止まることで、ねじがそれ以上さらに前進しないようになっている。これが起こると、ねじ山は、噛み合っているコイルの内側を、ねじが基体の穴にねじ込まれる方向とは反対の方向に引張る傾向がある。このことは特に、コイルのターンが交互配置の２条ねじ山間に緩合する場合、および／またはコイルの半径方向直径が遠位または近位ねじ山の半径方向直径よりも大きい場合、あるいはそのどちらもの場合にあてはまる。ねじがもはや回らなくなり、また、上記コイルがばね性材料から成っている場合、上記コイルのはね戻りにより、一方で基体の内腔の線条に対し、他方でねじ山に対し作用することにより、ねじがねじ込まれる穴にねじをさらに突入しやすくする。
【００２７】
コイルは拡張すると巻装も緩むため、非常に長い螺合区間が必要とされる場合、一連の小コイルの端をつなぎ合わせて、所望の長区間を構成するようにすることが好ましい。これにより、コイルと基体の境界面における摩擦が減る（摩擦が減らない場合、コイルの巻装の緩みおよび拡張が妨げられる可能性がある）。これらの小コイルは、基体の上記穴の内腔内に配されると分離するように別個にまたは着脱自在に装着され得る。コイルの着脱自在な装着を行う最も容易な手段は、コイルを形成するワイヤの長さに沿って所定の間隔で隙間または溝を導入することであり、それにより、ねじが十分に回されたときに捩り力がコイルに与えられることで分離が行われるようにする。
【００２８】
タング付きまたはタングなしのコイルを、当該技術分野に既知のヘリコイル挿入装置を用いて基板に挿入することができる場合、好適な実施形態は、上述で想定したようにコイルをねじに巻装してから基体に挿入する。挿入工具を用いてコイルを基体に挿入する場合、本明細書でさらに詳細に説明するねじおよびコイルの組合せにおいて用いられるものと同様のコイルを着脱自在に装着する手段が必要であることは明らかであり、そのため、本発明の好適な一実施形態は、本明細書で説明するねじおよびコイルの組合せと同じ特徴を有する挿入工具を備える。
【００２９】
本特許明細書において言及されるこれらの拘束手段は、たいていの場合、コイルとねじの境界面に沿った１つまたは複数の場所（当業者に既知である）に着脱自在な装着部を必要とし、圧入、圧接、仮付溶接、接着剤、柔軟性接着剤、および生分解性接着剤、ならびに水溶性接着剤を含み、水溶性接着剤は、整形外科用および木工用に特に使用される。また、生分解性であるか、もしくはコイルとねじが基体にねじ込まれると単に剥離、分割、または変形するプラスチッククリップまたはプラスチックシースが用いられる。好適な実施形態は、ねじが最終的に締結されてコイルがねじの作用により変形する際に、ねじがコイルに十分な捩り力を与えると、着脱自在な装着部を破断させる手段を有する。仮付材はまた、水等の溶媒の存在下で経時的に生分解性および溶解性であり得るか、または、生物化学的または電気化学作用（例えば電食作用）により腐食し得る。コイルとねじの間の接着剤材料または機械的装着は、コイルワイヤまたは管の軸に対し平行にではなく横断方向に弱くなっているが、この理由は、コイルが、コイルの曲げ力が必要とされる平行方向よりもトルク付与力に応じた横断方向に容易に回転するためである。これにより、コイルとねじの結合が比較的弱くてもコイルを基体に引き込むことができ、この結合を破断するには、基体に挿入されると、比較的小さなトルク付与作用（コイルをねじに巻き付かせる）を与えるだけでよい。
【００３０】
整形外科用途の場合、コイルおよびねじの組合せを用いることにより、骨組織に損傷を与えずにねじを取り外すことが非常に容易となる。ねじは向きを変えることができ、ねじ山は、骨に沿って擦動するのではなく、コイルのターンに沿って摺動する。コイルは、当業者に既知のヘリコイル取り外し装置を用いて引き抜かれるが、たいていの場合、コイルが小さく、骨の成長により早くに埋没するため、骨内に残されたままとなる。整形外科用途では、コイルが超弾性形状記憶合金（ＳＭＡ）材料から成る場合、本発明の主題である本機構は、装着機構と骨の相対位置が骨の退縮および成長により変わる場合であっても、かなりの範囲にわたって比較的一定の力で結合力を加えるというさらなる利点を有する。
【００３１】
超弾性材料（例えば超弾性ニチオール合金）から成るコイルが基体に加える均一な予測可能な力は主として、ねじ／コイル組立体の設置後または設置中に「巻装状態」の拘束されたコイルが解放されるかまたははね戻る際に、基体にかかる半径方向力としてコイルのターンが加える比較的一定の無負荷の曲げ力によるものである。超弾性コイルのターンのすべてまたは一部は最初に、ねじ−コイル組立体を設置する前に、曲げモーメントを加えることにより曲げ状態に予め負荷し、それにより、各予め負荷されたターンの曲率が、曲げモーメントが加えられていない無負荷状態のターンの曲率に比して増大するようにする。超弾性コイルのターンを予め負荷する際の考えられ得る負荷経路は、図９の経路ＡＢＤであるが、複数の他の負荷経路もあり、そのため、負荷はＢおよびＤ間の地点、例えばＣに起こり得る。ねじ／コイル組立体の設置中または設置後、予め負荷したターンは無負荷となるため、基体の退縮、または基体の剛性の減少に応じて、半径方向の拡張を受ける。このような無負荷は、多数の考えられ得る方法で行われ得る。１つの考えられ得る無負荷経路は、図９の経路ＤＥＧであるが、経路ＤＥＦＧＡに沿ったＤを超える任意の地点、例えばＥおよびＧの間の地点Ｆに無負荷をとることが可能である。予負荷が図９のＢおよびＤ間の地点でなされる場合、無負荷は多数の他のサブ経路に沿って任意の地点に生じることができ、かかる例の１つはＣＧＡである。予め負荷してから、超弾性コイルのターンを容易に部分的に無負荷にし、その後、基体の内腔内にねじ／コイル組立体の設置を行うことも可能である。
【００３２】
同様に、コイルのターンの傾倒付与またはトルク付与からのはね戻りにより、上述の超弾性曲げモーメント−曲率挙動と同様にコイルのターンの超弾性負荷および無負荷のトルク−捩り挙動に起因して、基体の内腔にねじを押し込み続ける均一な予測可能なスラスト力が与えられる。
【００３３】
整形外科用途では、コイルを負荷および衝撃に対し骨自体と同じように応じさせることで、修復部位における応力集中を低減するように設計することができる。ねじ機構を、２本の骨をつなぎ合わせるのに用いる場合、コイルの傾倒の強度およびコイルの拡張量が骨の成長および回復を促進させるよう２本の骨をつなぎ合わせるのに必要とされる最適圧力に設定され得る。この特徴は他のすべての用途にもあてはまる。
【００３４】
本特許明細書の主題である本機構は、温度が大幅に変動する環境または振動が存在する環境に特によく適している。温度が大幅に変動する空間構造は、本明細書に記載の装着機構から利点が得られる。エンジンおよび機体もまた、本明細書に記載の装着機構を使用することができる。
【００３５】
詳細な説明にあたり、特に添付の図面を参照する。
【００３６】
［図面の詳細な説明］
図１は、１つまたは複数のターン２を有し得るとともに、用いられる用途に要求される寸法を有するコイル１を示す。断面３は、図２に示すねじ４および図３に示すように上記コイル１の内腔に通されているそのねじ山５ａおよび５ｂに、ならびに図４に示す基体９内側のの両側の線条すなわち表面１０にパーチェスを与える任意の形状とすることができる。ねじは、ねじを回す手段（この例ではねじ４の頭部７にあるスロット８）を有する。断面は、図１に示すような面取りされた矩形のような形状、または基体９およびねじ４に上記の必要なパーチェスを提供する任意の他の形状を含み得る。断面３の形状は、基体の機械的特性、特にその強度、および経時的にコイル１と基体９の最初の境界面から離れる退縮傾向に大きく左右される。同様に、ねじ４およびねじ山５ａおよび５ｂの断面形状は、コイル１と適正に噛合し、かつ、コイルの拡張およびねじ４と基体９に対するコイルの位置の制御を可能にするような任意の形状とすることができる。互いに対する、およびコイルのターン（ねじ山が挟持している）に対するねじ山の高さは、基体および使用の要件に応じて変わり得る。
【００３７】
本発明の顕著な特徴は、コイル１を挟持する２条螺旋ねじ山５ａおよび５ｂである。図５は、概して明確にするためにコイルのターン２を２つだけ示す。示した好適な実施形態は、本明細書中の本発明を組み込む多数の組合せのうちの１つに過ぎない。遠位ねじ山５ｂおよび近位ねじ山５ａの相対サイズは変えることができ、それらの形状は、要求される負荷およびねじが挿入される基体に応じて変わり得る。交互配置の螺旋ねじ山５ａおよび５ｂは、別個のねじ山として言及しているが、１条ねじ山として製造することもでき、その場合は、同様の構成を形成するようにねじ山に刻み込まれる種々の形状の溝を有することを理解されたい。
【００３８】
コイルを挟持する２条ねじ山を用いることの利点は多い。まず、コイルが、上述したようにはね戻る１２ように、かつ、ねじ４を図６に示す方向１４に押すように作製される場合、適切に半径方向に拡張する前に、挟持ねじ山がコイルを負荷位置に接着剤に頼らずに維持することができ、種々の手段により、コイル４を遠位ねじ山もしくは近位ねじ山に、またはその両方に他の地点で着脱自在に装着することが、本発明のいくつかの好適な実施形態における一選択肢として残されるが、尚早の拡張を防止するためにコイルがねじの遠位端および近位端への何らかの装着形態を有するものとする。上述の手段により、基体が退縮し、半径方向に負荷されたコイルが拡張すると、図６に示すコイル２ａは自在にはね戻ることができ、近位ねじ山５ａの方に曲がる。近位ねじ山５ａが遠位ねじ山５ｂよりも短いことにより、コイルのターン２がねじ４から半径方向に小範囲だけ拡張したとしてもこのはね戻り回転が可能となる。このようにして、このはね戻り回転により、ねじ４を方向１４に押すことができ、それにより、ねじ４から基体９が早期の段階で退縮したとしても、ねじが基体によりしっかりと押し込まれる。近位ねじ山５ａはまた、同じ効果を生むように、図２に詳細に示す湾曲１１とすることができる。近位ねじ山を湾曲にすることにより、遠位ねじ山５ｂに対する面を大きくすることができ、このことは、用途によっては有利となり得る。したがって、遠位ねじ山と近位ねじ山の相対サイズおよび形状はいずれも、ねじ機構を特定の目的に合わせるように形状およびサイズを組み合わせることによって変わり得る。
【００３９】
図５はまた、長手方向軸に沿ってねじの遠位端から近位端におよぶ横力（ねじのトルク付与によってねじ４により基体９に加えられる）が、遠位ねじ山５ｂおよび近位ねじ山５ａとコイルのターン２の間に分布する様子を示す。この横力により、ねじ機構は、さらにより頑強となり、ねじに高トルク負荷を要求する用途に好適となる。
【００４０】
近位ねじ山５ａはまた、コイルが半径方向に拡張する際に、コイルのターン２が遠位ねじ山５ｂから、はね戻り方向１２とは反対の方向に回転して外れるのを防止する。このことは、ねじに対し高トルク負荷を可能にするとともに、ねじ機構が拡張して退縮している基体に追随することを可能にする本機構の主要な利点である。小さい近位ねじ山５ａを用いることで、本発明の好適な一実施形態においてこれが達成され得るということは、変位し過ぎていない分厚い基体が存在し、したがって、線条間でねじをしっかり保持することができることを意味する。
【００４１】
挟持型コイル機構のさらなる利点は、遠位ねじ山５ｂおよび近位ねじ山５ａ間の距離を延ばすことができ、そのため、図５および図６に示す方向１２にコイルのターンを回転させることができるか、または、ねじの頭部が基体に接触することで基体への前方への移動が止まった後、オペレータがねじを回すことによってコイルのターン２のトルク付与を可能にする反対方向に回転させることができるという点である。したがって、ターンのトルク付与がなされると、ターンは、方向１２にはね戻り、それにより、図６に示す方向１４にねじ４が基体９にさらに押し込まれる。ねじ山にトルク付与作用を与える方法は、本明細書に記載した他の方法のほかに、それら方法の１つまたはいずれかを組み合わせて用いることができるようになっている。
【００４２】
図５は、ばねコイルが、半径方向に負荷されているか、もしくは傾倒しているか、またはそのどちらも行われており拘束されている場合の、もしくは、熱を加えたときに復元する形状を付与されている場合、または両方の場合の機構を示す。
【００４３】
図６は、ばねコイルが拘束から解放されているか、またはオーステナイト仕上げ温度以上に加熱されており、より大きな直径もしくは傾倒形状またはそのどちらもが復元している場合の機構を示す。また、ねじ４の最後のターンにはさらなるトルクまたは傾倒が負荷され得り、そのため、ターンが解放されるか、または方向１２にはね戻るようになっている。図６はまた、基体９がコイルとの最初の境界面から退縮している場合を示し、コイル１のターン２ａの概ね面取りされた矩形の断面が、退縮している基体に追随するため、コイルとのねじのねじ山の、および基体９の線条１０とのコイルのパーチェスが維持される。
【００４４】
基体９は、ねじおよびコイル機構が挿入され得る任意の材料とすることができる。これには、整形外科用途の骨または軟骨、構造または装飾用途の金属およびプラスチックならびに木材が挙げられる。
【００４５】
本機構は、端をつなぎ合わせた複数のコイル（１つだけではない）を含むことができる。これらは、状況に応じて、当接していてもよく、または離間していてもよい。図１は、この例では３つの別個のコイルを形成するように着脱自在に装脱されるコイルを示す。コイル１の長手方向ワイヤ軸に対し概ね横断方向にコイル１の外表面内に形成されるとともに外表面の周りに延びる溝６は、基体９の内側に配されると、捩られるかまたはトルクを付与されたときにコイルが分離することを可能にする脆弱ラインを形成する。このような捩りまたはトルクの付与は、ねじが適所に締め付けられるときに生じるが、基体がコイルとの最初の境界面から退縮し始める際、コイルが拡張し始めるか、またはそのトルク付与作用を解放し始める場合にも生じ得る。コイルのこのような分離により、コイルの表面および境界面９の噛合面１０間に過剰な摩擦抵抗を有さずに、基体でコイルが拡張した際に長手方向軸に沿ってコイルの巻装をほどくようにすることができる。コイルを着脱自在に装着するこれらの手段は、複数のコイルを用いる場合のほんの例に過ぎず、２つほど挙げれば、例えば接着剤またはスポット溶接の使用等の、コイルを着脱自在に装着する他の方法が当該技術分野に既知である。
【００４６】
ねじ４にコイル１を装着する手段を以下に詳細に説明するが、ねじおよびコイルを基体に一緒に回し込むことができるようにするために、少なくともコイルの遠位端をねじの遠位端に固定する必要があり、かかる装着部は着脱自在に装着することが可能であり得る。かかる着脱自在な装着部は、接着剤、生分解性接着剤、溶接、もしくはフックあるいは圧入ほぞ穴およびテンドン等の機械的結合、または当該技術分野に既知のそのような他の手段の使用によるものとすることができる。基体の内側に配置されると、装着手段は、おそらくはねじおよびコイルの遠位端を除いて、コイル１と基体９の境界面の退縮に伴い、コイルが自由に拡張するように着脱自在であるべきである。このような脱離は、例えば、ねじを締め付けることにより、または上述の接着剤結合の生物学的分解により、コイルに付与されるトルク付与作用により生じ得る。コイルをねじに装着する方法は、上記で言及したUnsworthおよびWaramの米国特許出願第０９／５４１，５０８号において説明されており、これらの方法はすべて、本発明の好適な実施形態の装着に利用することができる。しかしながら、本発明の好適な実施形態では、コイルは交互配置の２条螺旋ねじ山間に配されるため、多くの場合、コイルは、ねじの遠位端および近位端の両端に着脱自在に装着されるだけでよい。
【００４７】
図７は、コイル１がねじ４の近位端に着脱自在に装着され得る１つの機械的な方法を示す。遠位ねじ山および近位ねじ山間のスペースは、近位端でより大きく、コイル１の近位端が湾曲するスペースを設け、この場合、ねじ山の一方（この場合は細部１６ａに示す近位ねじ山５ａ）に、レーザ溶接、または当該技術分野に既知の他の適した手段により仮付け１７が行われる。装着点は、コイルの近位端の湾曲区画１６に力１８を加える基体９にねじの一部を単に回し込むことによって破断することができ、図７の細部１６ｂおよび１６ｃに示すように、遠位ねじ山５ｂに向かって上記近位端をまっすぐにして移動させる。あるいは、オペレータは、例えば把持手段を用いて、コイル１が着脱自在に装着されているねじ山から離れるように遠位湾曲タブを曲げるように力１９を単に加えることができ、それにより、装着部を破断し、コイル１をねじ４から離して拡張させるようにすることができる。１６ｃに示すように、コイル１が拡張すると、ターン２の一部は、方向２０に移動しやすくなる。
【００４８】
コイルの種々の区画、区域、または領域は、その可撓性に起因してたとえどのような断面を有していようとも、ある程度個別に作用するため、基体９による不均一な退縮を、退縮している基体９の線条１０をコイルが追随する際にコイル１により対処することができることに留意すべきである。
【００４９】
ねじ４の遠位先端およびコイル１の遠位端での装着は、最も好適な実施形態では、着脱自在に装着可能であるが、恒久的であってもよい。この遠位での接続は、ねじ４およびコイル１の最初の数ターンが基体に入り込むと、コイルが引き込まれ、基体９の線条１０がコイルおよびねじの次の近接した部分をガイドするため、基体９に組立体をねじ込む際に重要となる。
【００５０】
上述のように、近位ねじ山および遠位ねじ山の相対サイズは、使用目的に応じて変わり得る。ねじ山自体の形状も変えることができ、図１０ａ、図１０ｂ、図１１ａ、および図１１ｂに示す近位ねじ山５ａのように、小ノッチに類似したものであってもよい。いくつかの好適な実施形態では、ねじ山の片側のみが露呈しており、他方のねじ山と相互配置をなす螺旋溝すなわちノッチを形成し、図１４に示すように、ねじの小さい方の小径よりも小さい半径を有している。または、近位ねじ山５ａは、後述するように、図１２ｃに示すように、全くなしで済ませてもよいが、ただし、ねじ山がラッチされる場合に限る。
【００５１】
図１１ａおよび図１１ｂは、コイルのターン２がねじ４上で負荷をかけられる一方法であって、無負荷にする前にコイルの傾倒を好適な位置で効果的にラッチする方法を示す。例えば、コイルがほぼ矩形の断面を有し（このようなコイルは上記でＳｌｉｎｋｙ−Ｔｏｙ（商標）と類似しているものとして言及した）、上述したような傾倒を有する場合、ねじの軸を中心に、ねじ５ａおよび５ｂ間でコイルのターンを捩って締め付けることにより半径方向に圧縮させるときに、コイルのターン２の傾倒が増すことになる。図１１ｂおよび図１１ｃを参照すると、図１１ｂに示すように、コイルのターン２が無負荷状態で傾倒している場合、コイル１が図１１ｃに示すようにねじ上で半径方向の負荷をかけられている際の締め付けおよび捩りにより、コイル１が半径方向に圧縮しているときに傾倒が大きくなる。コイルのターン２の傾倒を増大させるこの力は、方向１２ａ１を有する力として示され、その結果生じる傾倒は、図１１ｃに示す傾倒に類似する。この現象は、一担基体に挿入されると、方向１２に自由に無負荷となったときにねじを基体にさらに押し込むことができるように、反対方向１２ａに傾倒するよう負荷をかけるのに必要な力を増大させる。このことはまた、無負荷にする前に拘束手段もより頑強とならねばならないことを要求する。本明細書中で説明した本発明の好適な一実施形態は、この難点を都合良く克服し、要求される拘束力を大幅に低減する。
【００５２】
図１１ａを参照すると、好適な実施形態の傾倒が、方向１２とは反対の方向１２ａに、コイルのターン２のほぼ矩形の断面の主要な側面がバルクコイルの主軸にほぼ垂直１２ｂである地点（概ね平衡な地点）を超えて負荷される場合、すなわち上述のように捩りおよび締め付けにより半径方向に圧縮されるとき、方向１２にでもなく、図１１ｃの方向１２ａ１にでもなく、方向１２ａに大きく傾倒し、その位置で傾倒が効果的にラッチされ、傾倒が逆になる。コイル１がこのようにして半径方向に圧縮され負荷され、ねじ山５ａおよび５ｂ間で拘束されており、コイル１のターン２が、それらの拘束の一部またはすべてから解放され、無負荷となる場合、コイルが半径方向に拡張したとしても、コイルのターン２は方向１２に移動し、それによりねじを基体にさらに押し込み、また同時に半径方向外側１３に移動する。このことは、図１１ｃに示す場合とは対照的となるものであり、図１１ｃでは、拘束の解除は、初めに方向１２ａへの移動をもたらすことで基体内でねじを緩めやすくする。好適な実施形態では、コイル１を半径方向に圧縮させ負荷させるように加えられる捩りおよび締め付け力により、コイルをコイルの全長に沿ってねじの表面と密接させることで、それらの間の摩擦を増大させるだけでなく、それにより、装着手段に関する要求が減り、また、ねじ山の遠位先端２２に沿ってコイルをねじ山に押し付けることにも留意されたい。遠位ねじ山先端でのこのような確実な接触により、ねじおよびコイルが基体に容易に入り込み、２重螺合の可能性が最小となることが保証される。
【００５３】
本発明は、ラッチに関しては、矩形断面を有するねじ山に限定されず、コイルの軸に垂直な断面がコイルの軸に平行な断面よりも大きい場合のすべての断面を含むことを理解されたい。
【００５４】
図１０ａおよび図１０ｂに示した本発明の好適な一実施形態では、コイル１のターン２とねじ山の間にスペース２１が設けられる。このスペース２１により、画定されている基体にコイルを回し込む際にコイルを捩じらせ、それによりスペースが減っていき、１７ｂでのコイルのターン２とねじ山５ｂの着脱自在な脱離を行う手段が提供される。このスペースが減るにつれ、スペースが完全になくなる前のある地点にて、コイルのターン２の断面の長手方向軸が、バルクコイル１の長手方向軸に垂直な線１２ｂを超えて方向１２に回転する。上記コイルのターン２がこの線を越えて回転するにつれ、コイルを半径方向に圧縮し負荷する捩り力はもはや、コイルをラッチする働きをせず、コイルは、他の方法で拘束されない限り、基体９がねじ４から退縮するにつれ方向１２に移動する。
【００５５】
本発明のいくつかの好適な実施形態では、図１１ａに示すように、コイルの表面１１ｂの形状またはねじ山５ｂの形状、あるいはそのどちらもの形状は、支点を形成するようになっている。図１０ａに示す好適な実施形態では、この支点は、着脱自在な装着点１７ａにてまたはその付近に形成される。この好適な実施形態のねじ山５ｂの遠位先端２２付近に支点を移動させる目的は、ねじ山とコイル１のターン２の間のスペース２１をなくすのに必要とされる力を減らすことである。このスペースがなくなることにより、コイルのターン２を捩り、着脱自在な装着点１７ａが破断され、最終的に傾倒を無負荷にし、その結果、方向１２に、バルクコイルの長手方向軸に垂直な線１２ｂを超えてコイルのターン２を回転させる。本発明のいくつかの好適な実施形態は、コイルのターン２およびねじ山５ｂ間にねじ４の近位端に着脱自在な装着点１７ａを１つだけしか有していないが、他の実施形態では、多数の着脱自在な装着点またはその連続領域がある。本発明のいくつかの好適な実施形態は、図１６ａおよび図１６ｂに示すように傾斜平面２１ａを有する。この平面により、コイル１のターン２が、ねじ４が基体９に回し込まれる際に、画定されている基体９によりねじ山５ｂに押し付けられたときに方向２３に移動する。方向２３へのこの移動により、着脱自在な装着部１７ａを脱離するせん断作用が引き起こされる、かつ／または付与される。いくつかの好適な実施形態では、テフロン（登録商標）等の表面皮膜をねじ機構の構成部材に施して、ねじ４に対するコイル４のターン２の移動を高める。
【００５６】
ねじおよびコイル機構のコイル１およびねじ４間の遠位端での装着は、いくつかの好適な実施形態では恒久的であるが、他の場合では、着脱自在な形式である。装着の遠位端では、たいていの場合、スペース２１はなく、コイルの傾倒は、コイルおよびねじ山間の装着を高めるように、かつ基体に容易に刻み込むねじ山外形を提供するように変更または低減される。
【００５７】
ねじ４にコイル２を着脱自在に装着するための、および恒久的に装着するための種々の手段を上記で言及してきたが、その例としては、接着剤およびスポット溶接、リベット締め、ならびにそれらの組合せが挙げられ、これらの方法はすべて当該技術分野に精通している者にとって既知である。
【００５８】
本発明の他の好適な実施形態は、図１２ａ、図１２ｂ、図１３、および図１４に示すように、コイル２およびねじ５ｂ間に、コイルとねじ山の境界面のすべてまたは一部に沿ったスペース２１をほとんど有さないか、または全く有さない。ラッチは、図１２ａに示すように、コイルのターンが線１２ｂを超えて反対方向１２に拘束されることにより生じる。本発明のこれらの実施形態は、スペース２１がないとしてもなおも、上述したように捩ることによって、コイルを半径方向に圧縮することにより、法線１２ｂを超えて方向１２ａに傾倒をラッチすることができる。この傾倒のラッチ解除は、拘束が傾倒位置を維持しており、かつ／または半径方向の圧縮が解放されている場合にのみ生じる。スペース２１を有さないこれらの実施形態は、図７ならびに図１０ａ、図１０ｂ、および図１０ｃに示すような、通常はねじの近位端に配されている、コイル１およびねじ山５ａ、５ｂ間の１つまたは複数の着脱自在な装着点に依存している。
【００５９】
方向１２および１２ａに作用する力は拮抗している。ねじおよびコイルの幾何学形状、ならびに用いる材料を調整することにより、これらの拮抗する力を特定用途の要件を満たすように合わせることができる。また、方向１２へのコイルのはね返りを防止するように作用するラッチの強度は、コイルが方向１２ａに法線１２ｂを超えて負荷される範囲によって決まる。いくつかの好適な実施形態では、コイル２は、法線１２ｂをちょうど超えたところでラッチされて、ヘアートリガ（hair-trigger）を生じる。他の好適な実施形態では、コイルが法線１２ｂから方向１２にさらにラッチされる場合があり、この結果、方向１２にコイルを不慮に無負荷にしないより頑強な錠止が得られる。
【００６０】
本明細書での本発明の説明を簡単にするため、方向１２および／または１２ａに作用する２つの群の拮抗する力間の平衡地点として法線１２ｂを参照する。実際、平衡地点は、対向する方向１２および１２ａに作用する拮抗する力が実際に等しい点である。しかしながら、たいていの場合、この平衡地点は、本明細書で言及した法線１２ｂに非常に近接している。
【００６１】
いくつかの好適な実施形態は、コイルのターン２およびねじ山５ｂの対向面に、またはそれらの一方に連続的または断続的に延びるリッジ（ridge）等を含め、ラチェット要素を備える。他の好適な実施形態もまた、ねじ山のターン２およびねじ山５ａに、またはそれらの一方にラチェット要素を備える。他の好適な実施形態は、コイルのターン２およびねじ山５ｂおよび５ｃの面の任意に組合せ面にラチェット要素を備える。これらのリッジ、ピット、または凹凸の目的は、コイルのターン２およびねじ山５ｂ間にラチェット作用を与えることであり、それにより、コイル２が半径方向外側に移動する際に後退しにくくなるようにする。好適な実施形態は、コイル２およびねじ山５ｂの対向面に沿って長手方向軸に延びるリッジを備え、互いに接触移動するが、その際、ラチェットのように係合するような形状となっている。この形状、すなわち鋸歯状の凹凸、相補的なリッジおよび溝、相補的なピットおよび穴、またはラッチ目的のための他のそのような形状は当該技術分野に既知であり、任意のかかる形状を上述の目的に用いることができる。好適な実施形態は、コイルのターン２およびねじ山５ｂの上記の対向面の一方および双方に容易に機械加工されることができるリッジを用いる。図１５ａ、図１５ｂ、および図１５ｃは、コイルのターン２およびねじ山５ｂが、接触移動する際に係合する様子を示す。任意の方法で離間した任意の数のリッジまたは凹凸を、ねじの使用に応じて用いることができる。図１５ｄは、ねじ山５ｂのみにリッジを有する機構を示し、ねじ山５ｂのリッジと係合するようにねじ山２の下縁で支えられている。
【００６２】
本発明の好適な実施形態はねじ山５ｂにコイル１のターン２をラッチさせるが、この構成を逆にして、ねじ山５ａおよび５ｂの幾何学形状ならびにコイルの上記ターン２の傾倒を逆にし、ねじ山５ａにコイルのターン２をラッチさせることもでき、また、このことが、他の場合で同様にして行われる場合、コイルの傾倒は、無負荷になると基体９からねじ４を引張りやすくするであろうことをを理解されたい。しかしながら、このことは、用途によっては重要でない場合もあり、少なくとも、基体にねじ山を幾分きつく保持し、振動または他の要因によるねじの反転を防止するものであり、これらは当該技術分野に既知である。
【００６３】
上述したコイルのトルクおよび拡張を与えるために、コイルの形状を復元するよう熱を与える様々な手段がある。基体の温度が形状記憶合金（ＳＭＡ）材料のオーステナイト仕上げ温度以上であり、形状記憶合金（ＳＭＡ）材料のマルテンサイト開始温度未満ではない場合（この場合、コイルの強度および形状が緩まる）、基体自体の熱に頼ることが可能である。コイルの尚早の作動を防ぐために、ねじおよびコイルが基体の内腔に設置されている間、一時的に基体の温度を形状記憶合金（ＳＭＡ）材料のオーステナイト開始温度未満に下げ、その後、一旦ねじおよびコイルが基体の内腔内に適正に設置されると能動的または受動的手段によりオーステナイト仕上げ温度以上に上げることができる。形状記憶合金（ＳＭＡ）材料がオーステナイト開始温度を有し、または、おそらく状況によっては、出荷、貯蔵、および設置時の環境下での周囲温度以下のオーステナイト仕上げ温度を有する場合、コイルは、製造後、設置される前に、冷蔵庫、または液体窒素への含浸等、何らかの手段により冷却されるか、ドライアイス詰めされる。整形外科用途の場合では、この方法は、形状記憶合金（ＳＭＡ）材料のオーステナイト開始温度または状況によってはオーステナイト仕上げ温度が体温以下である場合に用いられることがほとんどである。
【００６４】
説明を簡潔にするため、ねじおよびコイルはその遠位先端がテーパ状になっているものとして示していないが、通常は、テーパ状がほとんどの用途にあてはまるが、いずれにしても、その形状は、本明細書中で説明した好適な実施形態の主要な特徴を変更するものではないことにも留意すべきである。説明を簡潔にするため、図面は、コイルのターンまたはねじ山のすべてを示していないことにも留意すべきである。
【００６５】
好適な実施形態の説明では、コイル１を拡張させる特徴のほかに、ねじ４のターン２を傾倒することによりトルク付与作用を生じさせる特徴を組み合わせているが、本発明のある特定の実施形態は、これらの特徴を双方とも一緒に含んでもよく、またはそれらのうち一方を含んでもよいことを理解されたい。
【００６６】
コイルの説明では中実または中空の管が含まれているが、コイルは、複数のワイヤもしくは管またはそれらの双方から構成され、織組され、または相互に巻き付くことができることを理解されたい。１つではなく複数のコイルを用いることができることも理解されたい。これらのコイルは、例えば２重螺旋または３重螺旋の形態で相互に巻き付くことができる。
【００６７】
ねじに関する説明では、コイルと噛合することができるねじ山を有するいかなる締結具、例えばラグボルト、またはボルトおよびナットあるいは螺合基体もを備えることができることを理解されたい。上記の好適な実施形態で説明したように、例えば、コイルは基体に着脱自在に装着されることができ、次いで、ねじを基体およびコイル組立体にねじ込むことができる、すなわちこの好適な実施形態は、上記の好適な実施形態のちょうど逆とすることができる。
【００６８】
ある特定の例示的な角度の傾倒の説明では、負荷時および負荷時の傾倒角度は用いる締結具に応じて変わることを理解されたい。
【００６９】
本発明を好適な実施形態とともに説明してきたが、当業者が容易に理解するように、本発明の精神または範囲から逸脱せずに変更および変形を行うことができることを理解されたい。かかる変更および変形は、本発明の範囲および添付の特許請求の範囲内にあるものと見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ほぼ矩形の断面を有するコイル１の斜視図である。
【図２】交互配置の２条螺旋ねじ山５ａおよび５ｂを有するねじ４の断面図である。
【図３】ねじ山５ａおよび５ｂがコイルのターン２間にある、ねじ４に巻装された上記コイル１の斜視図である。
【図４】穴が穿孔されている基体９の断面図であり、コイル１およびねじ４を受け入れるように穴の壁に線条１０が刻み込まれている。
【図５】基体９の穴にねじ込まれているねじ４およびコイル１の断面図である。この図のコイルの断面形状３は、ねじ山５ａおよび５ｂを組み合わせると単一のより頑強なねじ山を形成する面取り縁を有するほぼ矩形の形状をしている。図５はまた、近位ねじ山５ａおよび遠位ねじ山５ｂの対がコイルのターンをトルク付与位置に保持して、コイルが半径方向に拡張する前に半径方向に負荷されるとともにはね戻りを防止するようにする様子を示す。
【図６】図５に示すようなねじ４およびコイル１の断面図であるが、基体９がねじと基体の最初の境界面から離れて退縮しており、半径方向に負荷されたコイルが外側に拡張して、基体の穴の内壁の線条との接触を維持している。図６は、部分的に拡張した形態のコイル１を示し、コイルのターン２ａが、基体９の内腔にねじ４を押し込む１４ように完全にトルク付与される位置からはね返っている。図６はまた、遠位ねじ山５ｂおよび近位ねじ山５ａを示し、近位ねじ山５ａにより、そのサイズがより小さいことによって、およびいくつかの好適な形態では、近位ねじ山５ａが湾曲面１１を有することによって、コイルのターン２がはね戻ることができる。
【図７】ねじ山５ａおよび５ｂがコイルのターン２間にある、ねじ４の断面図に巻装された上記コイル１の斜視図である。図７はまた、コイルのターン２の近位端の湾曲部１６に力１８または１９を加えることにより、ねじ４に対しコイルの近位端を着脱自在に装着する方法を示す。
【図８】波形断面２ｃを有するコイル１を示す図である。
【図９】曲げ部材の曲率に応じた曲げモーメントの挙動を示すグラフである。
【図１０ａ】小さな直径の近位ねじ山５ａ、および当該近位ねじ山５ａとその対応する遠位ねじ山５ｂの間の比較的大きなスペースを示すねじ機構の断面図である。
【図１０ｂ】小さな直径の近位ねじ山５ａ、および当該近位ねじ山５ａとその対応する遠位ねじ山５ｂの間の比較的大きなスペースを示すねじ機構の断面図である。
【図１１ａ】コイルが半径方向かつ軸方向に負荷されていない場合に傾倒によりねじが基体にさらに押し込まれるように、ねじ山５ａおよび５ｂ間のコイルの傾倒をラッチする手段を示す、ねじ機構の断面図である。
【図１１ｂ】コイルが半径方向かつ軸方向に負荷されていない場合に傾倒によりねじが基体にさらに押し込まれるように、ねじ山５ａおよび５ｂ間のコイルの傾倒をラッチする手段を示す、ねじ機構の断面図である。
【図１１ｃ】コイルが半径方向かつ軸方向に負荷されていない場合に傾倒によりねじが基体にさらに押し込まれるように、ねじ山５ａおよび５ｂ間のコイルの傾倒をラッチする手段を示す、ねじ機構の断面図である。
【図１２ａ】コイルとねじ山５ｂの間のスペースがほとんどないか、または全くなく、どこかでの着脱自在な装着に依存して、半径方向の拡張コイルおよび／または傾倒の軸方向の無負荷を拘束する、ねじ機構の断面図である。
【図１２ｂ】コイルとねじ山５ｂの間のスペースがほとんどないか、または全くなく、どこかでの着脱自在な装着に依存して、半径方向の拡張コイルおよび／または傾倒の軸方向の無負荷を拘束する、ねじ機構の断面図である。
【図１２ｃ】コイルとねじ山５ｂの間のスペースがほとんどないか、または全くなく、どこかでの着脱自在な装着に依存して、半径方向の拡張コイルおよび／または傾倒の軸方向の無負荷を拘束する、ねじ機構の断面図である。
【図１３】近位ねじ山５ａがより大きいことを除いて、図１２ａおよび１２ｂに示すようなねじ機構の断面図である。
【図１４】部分的に埋没した近位ねじ山５ａを有し、その結果、ねじ山ｂと交互配置される溝が得られる、ねじ機構の断面図である。
【図１５ａ】基体９がねじから離れて退縮する際にねじを締結状態に維持するように、遠位ねじ山５ｂおよびコイルのターン２にラチェット要素が設けられたねじ機構の断面図である。
【図１５ｂ】基体９がねじから離れて退縮する際にねじを締結状態に維持するように、遠位ねじ山５ｂおよびコイルのターン２にラチェット要素が設けられたねじ機構の断面図である。
【図１５ｃ】基体９がねじから離れて退縮する際にねじを締結状態に維持するように、遠位ねじ山５ｂおよびコイルのターン２にラチェット要素が設けられたねじ機構の断面図である。
【図１５ｄ】基体９がねじから離れて退縮する際にねじを締結状態に維持するように、遠位ねじ山５ｂおよびコイルのターン２にラチェット要素が設けられたねじ機構の断面図である。
【図１６ａ】コイルのターン２とねじ山５ｂの間にせん断力を生じさせる傾斜面２３を有し、ねじ４が基体９に向きを変える際、コイルターン２は、画定されている基体９によってねじ山５ｂに押し付けられるため、コイルターン２とねじ山５ｂの両間の離脱をしやすくさせるねじ機構の断面図である。
【図１６ｂ】コイルのターン２とねじ山５ｂの間にせん断力を生じさせる傾斜面２３を有し、ねじ４が基体９に向きを変える際、コイルターン２は、画定されている基体９によってねじ山５ｂに押し付けられるため、コイルターン２とねじ山５ｂの両間の離脱をしやすくさせるねじ機構の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１５ｄ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【国際調査報告】
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