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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-07
(54)【発明の名称】二重スプリング式手術用衝撃工具
(51)【国際特許分類】
A61B 17/56 20060101AFI20231130BHJP
A61B 17/16 20060101ALI20231130BHJP
【ＦＩ】
A61B17/56
A61B17/16
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023527766
(86)(22)【出願日】2021-11-10
(85)【翻訳文提出日】2023-07-06
(86)【国際出願番号】 US2021058776
(87)【国際公開番号】W WO2022103835
(87)【国際公開日】2022-05-19
(31)【優先権主張番号】63/111,789
(32)【優先日】2020-11-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】502427840
【氏名又は名称】ジンマー，インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100160705
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 健太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100227835
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 剛孝
(72)【発明者】
【氏名】アレクサンダー スロカム
(72)【発明者】
【氏名】ニコラス オブラス
(72)【発明者】
【氏名】トム オドンネル
【テーマコード（参考）】
4C160
【Ｆターム（参考）】
4C160LL01
4C160LL04
4C160LL11
4C160LL27
(57)【要約】
本明細書中で開示されているのは、二重スプリング式手術用衝撃工具及びその使用方法である。二重スプリング式手術用衝撃工具は、ハウジング、シャトル、ピニオン及び第１及び第２のスプリングを含むことができる。ハウジングは、第１の端部及び第２の端部を有するキャビティを画定することができる。シャトルは、キャビティ内に配置され、複数の刻み目を画定することができる。ピニオンは、シャトルの近傍に配置され、ピニオンの回転中に複数の刻み目と噛合するように寸法決めされた複数の突出部を有することができる。第１及び第２のスプリングは、ハウジング及びシャトルに対して機械的に結合され得る。第１の方向でのピニオンの回転は、シャトルをハウジングの第１の端部に向かって第１の方向に並進運動させることができる。第２の方向でのピニオンの回転は、シャトルをハウジングの第２の端部に向かって第２の方向に並進運動させることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
二重スプリング式手術用衝撃工具において、第１の端部及び第２の端部を有するキャビティを画定するハウジングと；
前記キャビティ内に配置され、複数の刻み目を画定するシャトルであって、第１の端部及び第２の端部を有するシャトルと；
前記シャトルの近傍に配置され、ピニオンの回転中に複数の前記刻み目と噛合するように寸法決めされた複数の突出部を有するピニオンと；
前記ハウジングの前記第１の端部を前記シャトルの前記第１の端部に機械的に結合する第１のスプリングと；
前記ハウジングの前記第２の端部を前記シャトルの前記第２の端部に機械的に結合する第２のスプリングと；
を含み、
第１の回転方向における前記ピニオンの回転が、前記シャトルを前記ハウジングの前記第１の端部へ向けて第１の直線方向に並進運動させ、第２の回転方向における前記ピニオンの回転が、前記シャトルを前記ハウジングの前記第２の端部へ向けて第２の直線方向に並進運動させる、二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項2】
前記ピニオンは：ピニオンキャリッジと；
複数の前記突出部を形成する複数の軸受と；
を含む、請求項１に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項3】
前記ピニオンキャリッジは、複数のスポークを画定するピニオンプレートを含み、複数の前記軸受は、前記ピニオンプレートのスポークに各々連結されている、請求項２に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項4】
前記ピニオンキャリッジは、複数のスポークを画定する第１のピニオンプレート及び第２のピニオンプレートを含み、複数の前記軸受は、前記第１のピニオンプレート及び前記第２のピニオンプレートの前記スポークの間に各々配置されている、請求項２に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項5】
前記ハウジングの前記第１の端部から前記ハウジングの前記第２の端部まで延在する前記ハウジングの軸線に沿って配向された駆動ロッドをさらに含み、前記シャトルは前記駆動ロッドに沿って並進可能であり、前記シャトル及び前記駆動ロッドは、前記ハウジングの前記軸線に沿って前記第１の直線方向及び前記第２の直線方向に移動可能である、請求項１に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項6】
前記第１のスプリング及び前記第２のスプリングは、前記駆動ロッドの長手方向軸線に沿って軸方向に配置されている、請求項５に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項7】
前記駆動ロッドに取り付けられた駆動ロッドカラーと；前記第１のスプリングに結合され、複数の前記突出部が複数の前記刻み目から係合解除された時点で、前記駆動ロッドカラーに衝撃を加えるように配設されたインサートと；
をさらに含む、請求項５に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項8】
モータと；スイッチと；
前記シャトルの位置を検出するように配設され、前記スイッチと導通状態にあるセンサと、
をさらに含み、
前記シャトルが、前記シャトルの複数の前記刻み目と前記ピニオンの複数の前記突出部との噛合を可能にする位置から外れている場合に、前記スイッチが、電源に対する前記モータの導通状態を切断する、請求項１に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項9】
前記センサがホール効果センサである、請求項６に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項10】
前記シャトルに対して機械的に結合されたチャックをさらに含む、請求項１に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項11】
二重スプリング式手術用衝撃工具において：ハウジングの第１の端部からハウジングの第２の端部まで延在するハウジング軸線を有するキャビティを画定するハウジングと；
前記ハウジング軸線に対し平行に配向された駆動ロッド軸線を有する駆動ロッドと；
前記駆動ロッドに連結された駆動ロッドカラーと；
前記駆動ロッドに沿って並進運動可能であり、複数のシャトル歯を有するシャトルと；
前記シャトルの近傍に配置され、複数の前記シャトル歯と噛合するように寸法決めされた複数のピニオン歯を有するピニオンと；
前記ハウジングの前記第１の端部を前記シャトルの前記第１の端部に機械的に結合し、前記駆動ロッドと同軸的に配置された第１のスプリングと；
前記ハウジングの前記第２の端部を前記シャトルの前記第２の端部に機械的に結合し、前記駆動ロッドと同軸的に配置された第２のスプリングと；
を含み、
第１の回転方向における前記ピニオンの回転が、前記シャトルを前記ハウジングの前記第１の端部へ向けて第１の方向に並進運動させ、第２の回転方向における前記ピニオンの回転が、前記シャトルを前記ハウジングの前記第２の端部へ向けて第２の方向に並進運動させ、
複数の前記シャトル歯と複数の前記ピニオン歯との噛合を可能にする位置から前記シャトルが外れている場合に、前記シャトルは、前記第１のスプリング及び前記第２のスプリングによって移動可能である、
二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項12】
前記ピニオンは：ピニオンキャリッジと；
前記歯を形成する複数の軸受と；
を含む、請求項１１に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項13】
前記ピニオンキャリッジは、複数のスポークを画定するピニオンプレートを含み、複数の前記軸受が前記ピニオンプレートのスポークに各々連結されている、請求項１２に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項14】
前記ピニオンキャリッジは、複数のスポークを画定する第１のピニオンプレート及び第２のピニオンプレートを含み、複数の前記軸受は、前記第１のピニオンプレート及び前記第２のピニオンプレートのスポークの間に各々配置されている、請求項１２に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項15】
モータと；スイッチと；
前記シャトルの位置を検出するように配設され、前記スイッチと導通状態にあるセンサと、
をさらに含み、
前記シャトルが、前記シャトルの複数の前記シャトル歯と複数の前記ピニオン歯との噛合を可能にする位置から外れている場合に、前記スイッチが、電源に対する前記モータの導通状態を切断する、請求項１１に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項16】
二重スプリング式手術用衝撃工具において：ハウジングの第１の端部からハウジングの第２の端部まで延在するハウジング軸線を有するキャビティを画定するハウジングと；
前記ハウジング軸線に対し平行に配向された駆動ロッド軸線を有する駆動ロッドと；
前記駆動ロッドに連結された駆動ロッドカラーと；
前記駆動ロッドに沿って並進運動可能であり、複数のシャトル歯を有するシャトルと；
前記シャトルの近傍に配置され、複数の前記シャトル歯と噛合するように寸法決めされた複数のピニオン歯を有するピニオンと；
前記ハウジングの前記第１の端部に機械的に結合され、前記駆動ロッドと同軸的に配置された第１のスプリングと；
前記シャトル及び前記第１のスプリングと結合され、前記駆動ロッドカラーと接触し、前記第１のスプリングが生成する第１の力の下で第１の直線方向に前記駆動ロッドを駆動するように配設された第１のインサート肩部を画定する、第１のインサートと；
前記ハウジングの前記第２の端部に機械的に結合され、前記駆動ロッドと同軸的に配置された第２のスプリングと；
前記シャトル及び前記第２のスプリングと結合され、前記駆動ロッドカラーと接触し、前記第２のスプリングが生成する第２の力の下で第２の直線方向に前記駆動ロッドを駆動するように配設された第２のインサート肩部を画定する、第２のインサートと；
を含み、
第１の回転方向における前記ピニオンの回転が、前記シャトルを第２の直線方向に並進運動させ、第２の回転方向における前記ピニオンの回転が、前記シャトルを第１の直線方向に並進運動させ、
複数の前記シャトル歯と複数の前記ピニオン歯との噛合を可能にする位置から前記シャトルが外れている場合に、前記シャトルは、前記第１のスプリング及び前記第２のスプリングによって第１の方向及び第２の方向に移動可能である、二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項17】
前記ピニオンは：ピニオンキャリッジと；
複数の前記ピニオン歯を形成する複数の軸受と；
を含む、請求項１７に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項18】
前記ピニオンキャリッジは、複数のスポークを画定するピニオンプレートを含み、複数の前記軸受は、前記ピニオンプレートのスポークに各々連結されている、請求項１７に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項19】
前記ピニオンキャリッジは、複数のスポークを画定する第１のピニオンプレート及び第２のピニオンプレートを含み、複数の前記軸受は、前記第１のピニオンプレート及び前記第２のピニオンプレートのスポークの間に各々配置されている、請求項１７に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【請求項20】
モータと；スイッチと；
前記シャトルの位置を検出するように配設され、前記スイッチと導通状態にあるセンサと、
をさらに含み、
前記シャトルが、前記シャトルの複数の前記シャトル歯と複数の前記ピニオン歯との噛合を可能にする位置から外れている場合に、前記スイッチが、電源に対する前記モータの導通状態を切断する、請求項１６に記載の二重スプリング式手術用衝撃工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、内容全体が参照により本明細書に組込まれている、２０２０年１１月１０日出願の「二重スプリング式動力衝撃工具」という表題の米国仮特許出願第６３／１１１，７８９号に対する優先権を主張するものである。
【0002】
本開示は概して、手術器具及びその使用に関する。より具体的には、本開示は、二重スプリング式手術用衝撃工具及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【0003】
整形外科医は、一般に、衝撃力を工具に伝達するためにハンマ又はマレットを必要とする骨の切断又は彫刻用の工具を利用する。一例としては、股関節インプラントを収容するために大腿骨の近位端部を準備するのに使用されるブローチ工具がある。このようなブローチは、医師が扱うハンマ又は空気式「ジャックハンマ」様の工具と共に使用可能である。しかしながら、ハンマを用いてブローチ工具を叩くのは疲れることであり得、医師自身の関節、例えば肩関節に対しストレスがかかる可能性がある。さらに、空気式衝撃工具は、空気ホースへの連結を必要とし、これは不便なことであり得、かつ工具を望ましい形で配向する医師の能力を潜在的に制限する可能性がある。
【発明の概要】
【0004】
以下の非限定的な実施例は、課題を解決し、なかでも本明細書中で論述される利益を提供するための本主題のいくつかの態様を詳述するものである。
【0005】
実施例１は、二重スプリング式手術用衝撃工具において、第１の端部及び第２の端部を有するキャビティを画定するハウジングと；キャビティ内に配置され、複数の刻み目を画定するシャトルであって、第１の端部及び第２の端部を有するシャトルと；シャトルの近傍に配置され、ピニオンの回転中に複数の刻み目と噛合するように寸法決めされた複数の突出部を有するピニオンと；ハウジングの第１の端部をシャトルの第１の端部に機械的に結合する第１のスプリングと；ハウジングの第２の端部をシャトルの第２の端部に機械的に結合する第２のスプリングと；を含み、第１の回転方向でのピニオンの回転が、シャトルをハウジングの第１の端部に向かって第１の直線方向に並進運動させ、第２の回転方向でのピニオンの回転が、シャトルをハウジングの第２の端部に向かって第２の直線方向に並進運動させる、二重スプリング式手術用衝撃工具である。
【0006】
実施例２において、実施例１に記載の主題には、任意には、ピニオンが；ピニオンキャリッジと；複数の突出部を形成する複数の軸受と；を備えることが含まれる。
【0007】
実施例３において、実施例２に記載の主題には、任意には、ピニオンキャリッジが、複数のスポークを画定するピニオンプレートを含み、複数の軸受の各々がピニオンプレートのそれぞれのスポークに連結されている、ことが含まれる。
【0008】
実施例４において、実施例２から３の何れか１つ又は複数に記載の主題には、任意には、ピニオンキャリッジが、複数のスポークを画定する第１及び第２のピニオンプレートを備え、複数の軸受の各々が、第１及び第２のピニオンプレートのそれぞれのスポークの間に配置されている、ことが含まれる。
【0009】
実施例５において、実施例１から４の何れか１つ又は複数に記載の主題には、任意には、ハウジングの第１の端部からハウジングの第２の端部まで延在するハウジングの軸線に沿って配向された駆動ロッドをさらに含み、シャトルが駆動ロッドに沿って並進可能であり、シャトル及び駆動ロッドがハウジングの軸線に沿って第１及び第２の直線方向に移動可能である、ことが含まれる。
【0010】
実施例６において、実施例５に記載の主題には、任意には、第１及び第２のスプリングが駆動ロッドの長手方向軸線に沿って軸方向に配置されている、ことが含まれる。
【0011】
実施例７において、実施例５から６の何れか１つ又は複数に記載の主題には、任意には、駆動ロッドに取り付けられた駆動ロッドカラーと；第１のスプリングに結合され、複数の突出部が複数の刻み目から係合解除された時点で駆動ロッドカラーに衝撃を加えるように配設されたインサートとが含まれる。
【0012】
実施例８において、実施例１から７の何れか１つ又は複数に記載の主題には、任意には、モータと；スイッチと；シャトルの位置を検出するように配設され、スイッチと導通状態にあるセンサと、が含まれており、ここでシャトルが、シャトルの複数の刻み目とピニオンの複数の突出部との噛合を可能にする位置から外れている場合に、スイッチは電源に対するモータの導通状態を切断する。
【0013】
実施例９において、実施例６から８の何れか１つ又は複数に記載の主題には、任意には、センサがホール効果センサである、ことが含まれている。
【0014】
実施例１０において、実施例１から９の何れか１つ又は複数に記載の主題には、任意には、シャトルに対して機械的に結合されたチャックが含まれる。
【0015】
実施例１１は、二重スプリング式手術用衝撃工具において、ハウジングの第１の端部からハウジングの第２の端部まで延在するハウジング軸線を有するキャビティを画定するハウジングと；ハウジング軸線に対し平行に配向された駆動ロッド軸線を有する駆動ロッドと；駆動ロッドに連結された駆動ロッドカラーと；駆動ロッドに沿って並進運動可能であり、複数のシャトル歯を有するシャトルと；シャトルの近傍に配置され、複数のシャトル歯と噛合するように寸法決めされた複数のピニオン歯を有するピニオンと；ハウジングの第１の端部をシャトルの第１の端部に機械的に結合し、駆動ロッドと同軸的に配置された第１のスプリングと；ハウジングの第２の端部をシャトルの第２の端部に機械的に結合し、駆動ロッドと同軸的に配置された第２のスプリングと；を含み、第１の回転方向でのピニオンの回転が、シャトルをハウジングの第１の端部に向かって第１の方向に並進運動させ、第２の回転方向でのピニオンの回転が、シャトルをハウジングの第２の端部に向かって第２の方向に並進運動させ、複数のシャトル歯と複数のピニオン歯との噛合を可能にする位置からシャトルが外れている場合に、シャトルは、第１及び第２のスプリングによって移動可能である、二重スプリング式手術用衝撃工具である。
【0016】
実施例１２において、実施例１１に記載の主題には、任意には、ピニオンが：ピニオンキャリッジと；歯を形成する複数の軸受と；を備えることが含まれる。
【0017】
実施例１３において、実施例１２に記載の主題には、任意には、ピニオンキャリッジが、複数のスポークを画定するピニオンプレートを含み、複数の軸受の各々がピニオンプレートのそれぞれのスポークに連結されている、ことが含まれる。
【0018】
実施例１４において、実施例１２から１３の何れか１つ又は複数に記載の主題には、任意には、ピニオンキャリッジが、複数のスポークを画定する第１及び第２のピニオンプレートを含み、複数の軸受の各々が、第１及び第２のピニオンプレートのそれぞれのスポークの間に配置されている、ことが含まれる。
【0019】
実施例１５において、実施例１１から１４の何れか１つ又は複数に記載の主題には、任意には、モータと；スイッチと；シャトルの位置を検出するように配設され、スイッチと導通状態にあるセンサと、が含まれており、ここでシャトルが、その複数のシャトル歯と複数のピニオン歯との噛合を可能にする位置から外れている場合に、スイッチは電源に対するモータの導通状態を切断する。
【0020】
実施例１６は、二重スプリング式手術用衝撃工具において、ハウジングの第１の端部からハウジングの第２の端部まで延在するハウジング軸線を有するキャビティを画定するハウジングと；ハウジング軸線に対し平行に配向された駆動ロッド軸線を有する駆動ロッドと；駆動ロッドに連結された駆動ロッドカラーと；駆動ロッドに沿って並進運動可能であり、複数のシャトル歯を有するシャトルと；シャトルの近傍に配置され、複数のシャトル歯と噛合するように寸法決めされた複数のピニオン歯を有するピニオンと；ハウジングの第１の端部に機械的に結合され、駆動ロッドと同軸的に配置された第１のスプリングと；シャトル及び第１のスプリングに結合され、駆動ロッドカラーと接触し、第１のスプリングが生成する第１の力の下で第１の直線方向に駆動ロッドを駆動するように配設された第１のインサート肩部を画定する、第１のインサートと；ハウジングの第２の端部に機械的に結合され、駆動ロッドと同軸的に配置された第２のスプリングと；シャトル及び第２のスプリングに結合され、駆動ロッドカラーと接触し、第２のスプリングが生成する第２の力の下で第２の直線方向に駆動ロッドを駆動するように配設された第２のインサート肩部を画定する、第２のインサートと；を含み、第１の回転方向でのピニオンの回転が、シャトルを第２の直線方向に並進運動させ、第２の回転方向でのピニオンの回転が、シャトルを第１の直線方向に並進運動させ、複数のシャトル歯と複数のピニオン歯との噛合を可能にする位置からシャトルが外れている場合に、シャトルは、第１及び第２のスプリングによって第１及び第２の方向に移動可能である、二重スプリング式手術用衝撃工具である。
【0021】
実施例１７において、実施例１６に記載の主題には、任意には、ピニオンが：ピニオンキャリッジと；複数のピニオン歯を形成する複数の軸受と；を備えることが含まれる。
【0022】
実施例１８において、実施例１７に記載の主題には、任意には、ピニオンキャリッジが、複数のスポークを画定するピニオンプレートを含み、複数の軸受の各々がピニオンプレートのそれぞれのスポークに連結されていることが含まれる。
【0023】
実施例１９において、実施例１７から１８の何れか１つ又は複数に記載の主題には、任意には、ピニオンキャリッジが、複数のスポークを画定する第１及び第２のピニオンプレートを含み、複数の軸受の各々が、第１及び第２のピニオンプレートのそれぞれのスポークの間に配置されていることが含まれる。
【0024】
実施例２０において、実施例１６から１９の何れか１つ又は複数に記載の主題には、任意には、モータと；スイッチと；シャトルの位置を検出するように配設され、スイッチと導通状態にあるセンサと、が含まれており、ここで、シャトルが、その複数のシャトル歯と複数のピニオン歯との噛合を可能にする位置から外れている場合に、スイッチは電源に対するモータの導通状態を切断する。
【0025】
実施例２１において、実施例１から２０の何れか１つ又は何れかの組合せの二重スプリング式手術用衝撃工具又はシステムは、任意には、上述の全ての要素又はオプションが、使用のため又はその中から選択するために利用可能となるように構成され得る。
【0026】
必ずしも原寸に比例して描かれていない図面中では、同様の数字は、異なる図中の類似の構成要素を表すことができる。異なる接尾文字を有する同様の数詞は、類似の構成要素の異なる事例を表わし得る。図面は概して、非限定的に、一例として本明細書中で論述されるさまざまな実施形態を例示している。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【0028】
対応する参照文字は、複数の図全体を通して、対応する部品を標示する。本明細書中に記載の例証は、本開示の例示的実施形態を示し、このような例証は、決して本開示の範囲を限定しているとみなされるべきものではない。
【発明を実施するための形態】
【0029】
空気圧ピストン駆動型システムに対する一変形形態として、本明細書中では、スプリング駆動型システムが開示されている。具体的には、本明細書中で開示される手術用衝撃工具は、二重スプリング式の設計を含む。本明細書中で開示される手術用衝撃工具は、第１の端部及び第２の端部を有するキャビティを画定するハウジングを含むことができる。キャビティ内に配置されたシャトルは、複数の刻み目を画定し得る。本明細書中で開示されているように、シャトルの近傍に配置されたピニオンは、ピニオンの回転中に複数の刻み目と噛合するように寸法決めされた複数の突出部を有することができる。第１及び第２のスプリングが、ハウジングをシャトルに機械的に結合することができる。第１の方向でのピニオンの回転は、シャトルをハウジングの第１の端部に向かって第１の方向に並進運動させることができ、第２の方向でのピニオンの回転は、シャトルをハウジングの第２の端部に向かって第２の方向に並進運動させることができる。
【0030】
使用中、突出部及び刻み目がもはや噛合係合状態になくなった時点で、スプリングは、駆動ロッドを中心としてシャトルを移動させることができる。駆動ロッドは、ハウジングの軸線に沿って配向させることができ、ハウジングの第１の端部からハウジングの第２の端部まで延在することができる。駆動ロッドに駆動ロッドカラーを取り付けることができる。第１のスプリングにインサートを結合し、複数の刻み目から複数の突出部が係合解除された時点で、駆動ロッドカラーに衝撃を加えるように配設することができる。駆動ロッドカラーを叩くシャトルの衝撃は、駆動ロッドに、手術用衝撃工具のチャックに取付けられたラスプ、ブローチなどの工具に衝撃力を加えさせることができる。
【0031】
ピニオンは、ピニオンキャリッジ及び複数の軸受を含むことができる。軸受は、複数の突出部を形成することができる。ピニオンキャリッジは、複数のスポークを画定する１つ又は複数のピニオンプレートを含むことができる。複数の軸受の各々は、ピニオンプレートのそれぞれのスポークに連結され得る。ピニオンが２つのピニオンプレートを含む場合、複数の軸受の各々を、第１及び第２のピニオンプレートのそれぞれのスポーク間に配置することができる。
【0032】
手術用衝撃工具は、ピニオンを回転させシャトルを移動させるモータを含むことができる。モータ及びセンサに対し、スイッチを電気的に結合させることができる。センサは、シャトルの位置を検出するように配設され得る。シャトルが、その複数の刻み目とピニオンの複数の突出部の噛合を可能にする位置から外れている場合、スイッチは、電源に対するモータの導通状態を切断することができる。センサは、ホール効果センサであり得る。
【0033】
以上の論述は、本特許出願の主題の概要を提供するように意図されたものである。このことは、本発明の排他的又は網羅的説明を提供するように意図されてはいない。以下の説明は、本特許出願についてのさらなる情報を提供するために含められるものである。
【0034】
ここで図を参照すると、図１は、本開示のさまざまな原理に係る二重スプリング式動力衝撃工具１の一実施形態を示す。図２は、作動することを待機するニュートラル位置にある二重スプリング式動力衝撃工具１の等角断面図を示す。図３は、モータ組付けブロック（ＭＭＢ）１５０の周りの領域の拡大図を示す。二重スプリング式動力衝撃工具１は、上位ハンドル部分１４９内のグリップ１８２とトリガ１８１とを伴うハンドル１８０を有することができる。ハンドルのベース１８３は、制御回路を格納することができ、コードレス動力工具で一般に使用されているような、取外し可能かつ再充電可能なバッテリ１８４を収容することができる。ハンドル１８０の頂部は、モータ組付けブロック１５０に連結可能である。モータ組付けブロック１５０は、ギヤモータ２３０（図９及び１０を参照）及びスプリング及びシャトル管（ＳＳＴ）１１０のためのマウントを格納し得る。
【0035】
図２に示されているように、スプリング及びシャトル管１１０は、遠位スプリング１６０Ｄ及び近位スプリング１６０Ｐ、シャトル１７０及びドライバ１２０を格納する外側管１１１を含むことができる。スプリング及びシャトル管１１０の遠位端部は、外側管１１１の遠位端部に連結されたエンドキャップ１１２Ｂを含むことができ、このエンドキャップ１１２Ｂにカバーキャップ１１２Ａが連結される。エンドキャップ１１３が、外側管１１１の近位端部に具備され得る。エンドキャップ１１３は、開口部を含むことができ、この開口部を通ってドライバ１２０の近位端部が延在している。工具ホルダ１１４をドライバ１２０の近位端部に取付けることができる。ドライバ１２０は、細長い駆動ロッド１２２を含むことができる。ロッド１２２の遠位端部上に、ストッパカラー１２１を取付けることができる。ストッパカラー１２１は、クランプオン、スクリューオン、クリップオン又は他の連結方法によって取付け可能である。ロッド１２２の中央領域上に、衝撃フランジ１２３を配置することができる。衝撃フランジ１２３は、構造的無欠性を目的としてロッド１２２と一体化して形成され得る。工具ホルダ１１４を、例えば螺切によって駆動ロッド１２２の近位端部に取付けることができ、こうして必要な場合に容易に交換可能である。
【0036】
駆動ロッド１２２上にソフトブロークリップ（ＳＢＣ）４４４をスナップ留めすることができる。ソフトブロークリップ４４４は、代替的にはエンドキャップ１１２Ｂ上を摺動させることができ、このエンドキャップは、所望される衝撃強度についての異なる設定値を提供するために所定の場所にクリックすることによって、複数の異なる変位設定値を可能にすることさえ可能にし得る。類似のクリップを、駆動ロッドの遠位端部で使用することができる。
【0037】
別の実施形態においては、エンドキャップ１１３と工具ホルダ１１４の間に回転スリーブを配置することができ、回転スリーブには、回転スリーブの一部分の上のみに配置された内部棚を含むことができ、この棚は、エンドキャップ１１３の近位面上に配置された、嵌合し、かつ、同様に制限された棚と係合するように回転可能である。これらの棚に隣接する螺旋状の傾斜路によって、ユーザは、類似の変位を提供するスリーブの回転によるソフトブロークリップ４４４の機能性にアクセスできることになる。
【0038】
ニュートラル状態において、遠位ダイスプリング１６０Ｄ及び近位ダイスプリング１６０Ｐは、それらの最大撓み状態のおおよそ半分（典型的にはそれらの自由長の約４５％）まで圧縮（予圧）され得る。スプリング１６０Ｄ、１６０Ｐの端部は、それぞれシャトル１７０及び駆動ロッド１２２との同軸整列を維持するためにシャトル１７０に押圧するそれぞれ遠位及び近位スプリング端部のためのシャトル１７０内のカウンタボア１７１Ｄ及び１７１Ｐ内に常在し得る。
【0039】
「コイル」が矩形横断面の材料で作られて、スプリングに横方向の剛性を与える傾向が有るため、擦れを導き得る（エネルギ損失、特に強く圧縮された場合）横方向の座屈が起こりにくいので、スプリング１６０Ｄ、１６０Ｐは、ダイスプリングであり得る。効率の良いロバスト（低摩耗）なメカニズムの別の設計詳細は、螺旋（コイル）スプリングが、圧縮されたときにわずかに回転できるという点にある。したがって、２つのスプリングがシャトル１７０に対して予圧される場合、スプリング１６０Ｄ、１６０Ｐのうちの一方は、時計回り方向の螺旋を伴って作製され得、スプリング１６０Ｄ、１６０Ｐのうちの他方は反時計回り方向の螺旋を伴って作製され得、こうして互いの回転に対抗し、擦れにより誘発されるエネルギ損失及び摩耗を最小限に抑えることができる。さらに、スプリング及びシャトルメカニズムの低い摩擦回転を可能にするため、スラスト座金を使用することができる。
【0040】
図３を参照すると、シャトル１７０は、順方向及び逆方向の衝撃のための適切な前後位置を可能にするため、シャトル１７０の中央平面に対してオフセットされた一体型の環状ギヤラック駆動歯１７５（１６のピッチを伴う６個の歯が示されている）を有することができる。部分歯ピニオン３００が、シャトル１７０を駆動係合し得る。シャトル１７０を順方向に駆動するために、シャトル１７０の３つの環状歯１７５（駆動歯１７５Ｐ（近位）、１７５Ｍ（中央）及び１７５Ｄ（遠位））を使用することができ、シャトル１７０を順方向に後退させるために、３つの環状歯（後退歯１７５ＲＰ、１７５ＲＭ及び１７５ＲＤ）を使用することができる。遠位駆動歯１７５ＤがＰ／２という距離だけシャトル１７０の中心からオフセットされている場合、遠位駆動歯１７５Ｄは、シャトル１７０を移動させてスプリング１６０を変位させるためプロセスの開始時点で部分歯ピニオン３００の歯３０２Ｃの初期係合用に位置付けされる。しかしながら、部分歯ピニオン３００のみが使用されることから、歯３０２ａがラックと再係合するために回って来るにつれて、駆動歯１７５Ｍ（中央駆動歯）と衝突しないように保証するべく、約Ｐ／２（以下で論述するように１６ピッチのギヤについてはプラス約１ｍｍ）の追加のオフセットが必要とされる。
【0041】
スプリング１６０Ｄ、１６０Ｐは、一体型「環状」ギヤラック駆動歯１７５（ピッチ直径は無限であるため、歯１７５の側面はインボリュートである必要がなくむしろ直線である）を用いて、シャトル１７０のいずれの側にでも組付け可能である。環状歯１７５はシャトル１７０の周囲を包み込むことができるが、これは、コイルスプリングが圧縮された時点で、シャトルはわずかに回転し得、（まっすぐ横断し環状に包まれていない）ギヤラックの従来の区分がシャトル１７０内に機械加工された（又は組付けられた）としても、シャトル１７０がスプリング（例えば１６０Ｐ及び１６０Ｄ）を圧縮するにつれて、その回転は、まっすぐ横断する歯１７５を回転させ、駆動ギヤ３００をエッジローディングさせ、高い接触応力及び早期のギヤ摩耗を結果としてもたらし得る。シャトル１７０は、図３に示されたように寸法決めされ得る内側キャビティ１７６を含むことができる。
【0042】
シャトル１７０は、それぞれ、遠位及び近位の摺動接触フランジ付き軸受１７４Ｄ、１７４Ｐを用いて、駆動ロッド１２２に対し同心的に保持され得る。フランジ付き軸受１７４Ｄ、１７４Ｐは、駆動ロッドひいては工具ホルダ１１４の回転を防止できる。ひとたび設置され、スプリングがシャトル１７０に対し予圧された時点で、スプリング１６０Ｄ、１６０Ｐの端部は、軸受１７４Ｄ、１７４Ｐを所定の場所に保つことができる。軸受は、摺動接触を可能にするためにＰＥＥＫから製造され得、かつ、蒸気滅菌可能である。軸受１７４ＤＤ、１７４ＰＰは、それぞれハウジングエンドキャップ１１２ｂ、１１３内で駆動ロッド１２２を中心に置くことができる。軸受１７４Ｄ、１７４Ｐは、コッキング中に駆動ロッド１２２上でシャトル１７０を中心に置くことができ、シャトル１７０が高速で移動してドライバ１２０の中心衝撃フランジ１２３に衝撃を加えている間、シャトルを中心に置いた状態に維持することができる。
【0043】
本明細書中で開示されているように、要素は共線的であり得、したがって、結果として駆動ロッド１２２はスプリング１６０及びシャトル１７０の中心下で適合するように細身のものとなり得る。質量の観点から見ると、このことは、駆動ロッド１２２の質量に工具ホルダ１１４及びその中に保持された工具の質量を加えたものが全て、シャトル１７０からの衝撃力によって駆動されているシステム質量とみなされ得ることから、有益であり得る。しかしながら、本明細書中で開示されているように、駆動ロッド１２２は同様に、コッキングされている間のシャトル１７０を支持することもでき、ギヤ歯分離力が、サイズにしては過度に激しく駆動ロッド１２２を半径方向に押した場合、駆動ロッドは撓み、ギヤ歯をスキップさせる可能性がある。
【0044】
ドライバ１２０の衝撃フランジ１２３がシャトル１７０の遠位フランジ１７３によってその遠位側に衝撃を受けた直後などのニュートラル状態において、スプリング１６０は、衝撃後数サイクルにわたり振動してはいるものの、典型的には、シャトル１７０の固有振動数が約４０Ｈｚであり得るためおよそ１００から２００ミリセカンドかかる５から１０サイクルの後に休止した可能性がある。衝撃は、弾性と非弾性の混合であり得、エネルギ伝達のためにはシャトル１７０を重くするのがよいと考えがちではあるものの、過度に重いと、固有振動数は低くなることから休止に至る時間を含め速度は遅くなる。典型的には１から１０の範囲内の毎秒打撃数は、外科医によって選択され、ギヤモータ２３０による部分歯ピニオン（ＰＴＰ）３００の回転によって支配されているベース１８３内の制御回路によって制御さ得る。ギヤモータ２３０は、設定された衝撃速度の使用期間中、一定の速度で回転することができ、このことは、かなりの大きさであるＰＴＰ３００におけるギヤモータ２３０の反射回転慣性が、別の打撃のためにシャトル１７０をコッキングする努力に寄与し、このことは、システム全体の効率及びバッテリ寿命の増加に役立つ。
【0045】
設定された衝撃速度について恒常な速度で回転するために、最後の歯３０２Ａがひとたびシャトルの近位駆動歯１７５Ｐをクリアした時点で、シャトル１７０は、スプリング１６０Ｄ、１６０Ｐ内の貯蔵されたエネルギによって順方向に推進され得る。本明細書中で開示されているように、各々ｋという剛性を有する２つの相対する圧縮スプリングは、両方共、互いに対して予圧されていることから、システムの順方向エネルギに寄与し得る。これらのスプリングは、互いに対し予圧されているかぎりにおいて、２方向性の剛性２ｋを有する１つのスプリングとして作用する。その間、シャトル１７０が順方向に加速して、スプリング１６０Ｄ、１６０Ｐ内の貯蔵ポテンシャルエネルギからシャトル１７０に伝達される運動エネルギを増大させるにつれて、ＰＴＰ３００は回転し続ける。シャトル１７０は、駆動ロッド１２０に衝撃を加え、図２及び３においてシステムのニュートラル位置で示されているように、ＰＴＰ歯３０２Ｃが到来してシャトルの遠位駆動歯１７５Ｄと接触するのに合わせて静止する。
【0046】
最大強度の順方向衝撃のためには、ソフトブロークリップ（ＳＢＣ）４４４（又は別のスペーサ実施形態）がエンドキャップ１１３の近位表面に対して押圧され得、これにより駆動ロッド１２０の衝撃フランジ１２３を後向きに変位させるように、ユーザは、二重スプリング式手術用衝撃工具１を順方向に押すことができる。衝撃フランジ１２３の遠位面は、このときシャトル１７０の衝撃フランジ１７３の近位面に対し押圧され得る。この時点で、ＰＴＰ歯３０２Ｃは、シャトルの遠位駆動歯１７５Ｄとすでに係合している可能性があり、図示されている通りに反時計回り方向に回転されると、シャトル１７０を、図４及び５に示されている発射準備完了位置まで戻るよう移動させることになる。図１６は、歯の初期接触時点（ａ）からインボリュート歯間の回転接触の終了時点（ｂ）まで、歯３０２Ａがシャトルの近位駆動歯１７５Ｐとの接触を中断する最終変位位置までのステップの進捗を示す。
【0047】
初期接触から回転の最終時点までのＰＴＰ３００の回転が、図１６に示されているラックの直線運動をひき起こし得る。歯３０２Ａは、シャトル駆動歯１７５Ｐとの接触を中断することができ、シャトル１７０はこうして解放され、ドライバ１２０の衝撃フランジ１２３に向かって加速する。この運動期間中、歯３０２Ａと１７５Ｐとの間には摺動接触があり得る。運動により細かな分解能が所望される場合、より細かいピッチを使用することができるが、その場合、歯はより小さく弱いものとなり得る。
【0048】
ギヤ歯ベース材料（例えば１７５及び３０２）は、硬化され（ＲＣ５０以上）、研削され、先端部は丸く研磨され、物理蒸着によって適用される炭化タングステンなどの耐摩耗性コーティングでコーティングされ得る。歯は接触応力深さに関して大きくないことから、無心焼入れされ得る。黒鉛／ＭｏＳ２に類似した軟質の層状材料である二硫化タングステンＷＳ２などの乾燥した薄層状の固体潤滑剤も同様に、コーティングプロセス中に適用可能である。同様に、コーティングはギヤのベース鋼よりもはるかに高い弾性係数及び強度を有することから、接触応力は鋼の応力によって制限され得る、ということに留意されたい。これは、鋼がコーティング層の厚み以下で降伏したとすると、コーティングは、剥離することが考えられるからである。全周歯で別のギヤと係合している全周歯ギヤにおいては、歯の先端縁部は高い応力で接触せず、したがって、一般に丸みを帯びない；しかしながら、最後の歯の先端部は、発射の直前にラックの歯と高い力で接触する。この歯の先端部の縁部同士の接触は、トリガシステムの縁部と同様であり、したがって、許容できない摩耗を防止するためには、配慮が必要とされ得る。
【0049】
遠位駆動フランジ１７３の近位面により対象物（例えば大腿骨）内に工具を駆動するために（近位の）順方向で力を生成するべく、ドライバ１２０の衝撃フランジ１２３をその遠位面上に激突させることができる。遠位駆動フランジ１７３は、最大の応力を受け得ることから、シャトル１７０と一体的に製造され得る。遠位スプリング１６０Ｄは、ドライバ１２０及びフランジ１２３と同軸とすることができ、したがって、ドライバフランジ１２３に衝撃を加えるフランジの反対の側に力を直接加えることができ、こうして非常にロバストな設計が得られる。
【0050】
図６及び７に示されているように（シャトル１７０の構成要素については図２及び１２を参照のこと）、ドライバ１２０の後退のためには、シャトル１７０の近位端部においてカウンタボア面１７７に対して据え付けることのできるフランジインサート１７８を、内部スナップリング１７９で所定の場所に保持することができる。後退モードでは、力はさほど強くなくてよい。これは、ストッパカラー１２１にドライバ１２０の端部を挟持させることによって、組立て時に調整可能である（図１３を参照）。スナップリングは荷重を取り込むことができるものの、一体型フランジ１７３と比べると幾分か散逸性が高い（すなわち効率が悪い）可能性がある。
【0051】
工具を引き抜くための後方向への衝撃については、ユーザは、二重スプリング式衝撃工具１を後向きに引張り、こうしてストッパエンドカラー１２１がエンドキャップ１１２Ｂ内のカウンタボアに対し押圧され、ドライバ１２０の衝撃フランジ１２３の近位表面がシャトルのフランジインサート１７８の遠位表面に面するようにすることができる。逆方向を選択し（例えばハンドル１８０上の逆方向ボタンによる）、ギヤモータ２３０を作動する（例えばハンドル１８０上のスイッチ１８１を用いて）と、ＰＴＰ３００は、順方向衝撃のために反対方向に回転することができ、このときＰＴＰ歯３０２Ａはシャトル１７０の近位後退歯１７５ＲＰと係合することができ、図示されているように時計回り方向に回転すると、歯３０２Ｃがシャトル１７０の遠位後退歯１７５ＲＤとの接触を中断するまで、シャトル１７０を図８に示された発射準備完了位置まで順方向に移動させることができ、この接触中断時点で、スプリング１６０は、ドライバの衝撃フランジ１２３の近位表面がシャトルのフランジインサート１７８の遠位表面による衝撃を受けるまで、高速で後方向にシャトル１７０を移動させる。シャトル１７０は、３つの後退用の歯、１７５ＲＰ、１７５ＲＭ、及び１７５ＲＤ（すなわち、それぞれ近位、中央、遠位後退歯）を有することができ、その各々がこの実施形態において、ＰＴＰ３００上の３つの歯によって係合され得る。
【0052】
シャトル１７０の円形ギヤラックの駆動歯１７５は、ギヤモータのＤ字形出力シャフト２３３上に摺動嵌合するためにＤ字形のボア３０１を有し得る、部分歯ピニオン３００上の歯３０２（図１１参照）によって駆動され得る。図３には、ギヤモータ２３０の前方フランジが見えるが、それを所定の場所に保持するボルト２３４の１つは、部分歯ピニオン３００の後ろに隠されている。先端平坦型止めねじ３１３などの締結具が、部分歯ピニオン３００を所定の場所に保持できるが、以下で論述するように、ＰＴＰ３００は、ギヤモータシャフト及びアウトリガ支持軸受によって軸方向に拘束されている（図９参照）。例示されている実施形態については、ラックを何れかの方向に所望の距離だけ駆動するために、ギヤピッチ及びピッチ直径によって決定される３つの歯３０２Ａ、３０２Ｂ、３０２Ｃが必要とされる。
【0053】
ロッド１２２上の後方カラー１２１は、固定したクランプカラーとして示されているが、後退力を調整するため、外科医がカラーを回転させフランジ１２３に対する軸方向位置を調整できるように、シャトル上のねじ付きカラーにすることは容易に可能であると思われる。この場合、後方キャップ１１２Ａが取外し可能であるか、又はねじ付きカラーに、位置をダイヤル調節するための突出部を貫通させることが可能である。
【0054】
順方向及び逆方向の衝撃において、エネルギは、フランジ１２３に衝撃を加える前にシャトルが走行する（加速する）距離を変更することによって変更可能である。したがって、スプリングの剛性（スプリングサイズ）を、必要とする可能性のある最大値に固定することができ、打撃一回あたりに達成されるエネルギは、シャトルキャビティ１７６の内部のフランジ１２３の位置を変更することによって、高い感度で容易に調整される。これは、スリップクラッチ又は他のエネルギを奪う要素でないことから、設計の大きなロバスト性が可能となり得る。
【0055】
モータギヤボックスの組合せ（「ギヤモータ」）、詳細には、高いギヤ比を有する組合せは、非常に大きなトルクを出力することができる。多くの場合、このトルクは、カップリングを用いて別のシャトルに伝達され得る。時として、ギヤ又はプーリを、ギヤモータ出力シャフトに直接取付けることができる。しかしながら、この場合、特に駆動ギヤ（ＰＴＰ３００）上の負荷が突然解放される衝撃荷重があるため、伝達されたトルクをギヤのピッチ半径で除した等価半径方向荷重が、ギヤモータ２３０の出力シャフト２３３上の許容可能な半径方向荷重を上回る可能性がある。ギヤ歯（例えば歯３０２）を、ギヤハブが外部にある状態でモータの面に対し密に位置することが可能であり得るが、ここでは、シャトル１７０の円形ラック歯１７５がギヤモータ２３０の面と接触すると考えられることから、図示されていない。
【0056】
図９及び１０に示されているように、ギヤモータの前面には、出力シャフト２３３を支持するそれらの内側軸受と同心的であり得る精密丸形位置設定用ボスを有することができる。したがって、ボスが精密ボア１５３に摺動嵌合するように取り付けることができ、この精密ボア１５３は、シャトル１７０が通過する領域を横切って、精密アウトリガ支持軸受２８０を配置することができるＭＭＢ１５０の反対側まで延在することができる。位置設定用ボスのためのボア直径は、アウトリガ軸受２８０に求められるボア１５３と同じであり得、したがって、直線的貫通ボア作業を行なうことができ、孔を正確な公差でリーマ加工することができる。
【0057】
精密ボア１５３が中に作られた構造の中心領域内に、一体として形成されたギヤシャフト構造３１１上に部分歯ピニオン（ＰＴＰ）３００を格納するキャビティを形成することができる。このギヤシャフト構造３１１では、ギヤ端部（ＰＴＰ３００）において、直径をギヤモータシャフト２３３と嵌合するのに十分な精密ボアとすることができ、平坦、キー溝、又は、スプラインなどのシャフト特徴部を含むので、カップリングを必要とせずに優れたトルク伝達を得ることができる。シャフト３１１のもう一方の端部は、アウトリガ軸受２８０内に嵌合するシャフト３１０を有し得る。幾分かの追加のモーメントサポート及び剛性を提供するために、２つの軸受２８０を使用することができる。この結果、ギヤ（ＰＴＰ３００）を実質的に中間に配置した単純支持シャフト（構造３１１）とすることができ、ギヤ歯（３０２Ｂ）の接線力によるラジアル荷重とギヤ歯の離間力は、ギヤモータシャフト支持軸受とアウトリガ軸受２８０によって分担される。しかしながら、この配設によって得られる精密嵌合及び整列は、モータ組付けブロックのモノリシック構造によって可能にすることができる。
【0058】
図９及び１０に示されているように、ギヤ歯の接線力及び分離力は、つねに、本質的に加算して、正味の上向き方向を有することになるため、アウトリガ軸受のボア１５３の下位四分円は解放されて、部分歯ギヤ３００が所定の場所へ摺動させられるのを可能にする扇形のアクセス１５２を形成する。ボア１５３内のスナップリング溝１５４は、ボア１５３内に軸受を軸方向に保定し得るスナップリング２８１を保持することができ、これは完全に組立てられた装置において、キャップ１４５によってカバーされ得る（図１参照）。頂部アクセスポート１５５が、ボルト２３４を締めてギヤモータ２３０のギヤヘッド２３２をしっかりとハウジング１４９に保持するためのアクセスを可能にし得る。このアクセスポートは、完全に組立てられた装置では、キャップ１４６によりカバーされ得る（図１参照）。ボア２３５はボア１５３と共線的でかつそれと同じ直径を有することができ、こうして、これらのボアは、高い精度を得るようライン穿孔され得る。ギヤモータの前方ボス２３９は、上述のように同心的に精確に保持され得る。ボス２３９と同じ外径を有するようにアウトリガ軸受２８０Ａ、２８０Ｂを選択することにより、ＰＴＰシャフト３１０は、軸受２８０のボア内に嵌合することができ、ＰＴＰのＤ字形ボア３０１は、ギヤモータシャフト２３３上を摺動でき、ギヤモータ２３０内の軸受は、アウトリガ軸受２８０Ａ、２８０Ｂによって過剰に拘束されなくなり、これらをシャフト３１０の肩部３１６に接して据え付けることが可能である。その結果、ギヤ歯３０２上の接線力及びギヤ歯分離力に起因する高い半径方向荷重を、ギヤモータ２３０及びアウトリガ軸受２８０内の軸受によって分担することができる。
【0059】
本明細書中で示されている円形ギヤラック歯１７５の場合、ギヤラック歯のクラウンは、不整列を妨止するように動作し得る。このクラウニングは、駆動ギヤと係合する従来の平坦な側面のギヤラック歯が経験すると思われるものよりも高い接触応力を結果としてもたらし得るものの、これは、ここで示されているように、ギヤ歯の強度の計算のみならず円形ギヤラック歯１７５と駆動ギヤ歯３０２との接触応力の計算も含むシステムの最新の解析を用いて工学処理され得る、ということに留意されたい。
【0060】
駆動ロッド１２２の端部に取付けられ得る工具ホルダ１１４の後方面は、システムの外側管１１１の前方エンドキャップ１１３と接触することができる。駆動ロッド１２０の中央衝撃フランジ１２３は、シャトル１７０がコックされるとき、その近位フランジ（工具ホルダ１１４に最も近い）の内面がちょうど接触するように、又は、駆動ギヤ３００がシャトル１７０を解放して発射できるようになるまであと少ししかないが、駆動ロッド１２２の衝撃フランジ１２３がすでにシャトル１７０の近位フランジ内面に接触している過剰拘束状態を防止するために、約１ｍｍの公差クリアランスがあるように、システム内に配置され得る（図２及び図３を参照）。
【0061】
図１７に示されている第２の実施形態において、モノリススプリングシャトル構造（ＳＳＳ）５００は、２つのスプリング５６０Ｐ、５６０Ｄ及び一体型ギヤ歯を伴うシャトル部５７０を含むことができる。ばねは、５６０ＰがＣＷ（時計回り）であり、５６０ＤがＣＣＷ（反時計回り）となるように機械加工され得る。それは、棒鋼又は鋼管からスプリングを機械加工することによって一体形成され得る。円形ラック歯１７５は、なおも、シャトル部５７０内に機械加工可能である。工具を順方向に駆動するための順方向衝撃表面は、シャトル５００と一体にすることができるが、所望する場合には、高い力容量のスナップリングを使用できると考えられる。カスタム機械加工されたスプリングを使用した場合の利点は、スプリング及びシャトル管（ＳＳＴ）１１０と噛合する必要のあるエンドキャップも包含する、直径がより大きく長さが幾分か短かいスプリングを使用することができるという点にある。この場合、一方のスプリング５６０は時計回り方向であり、他方は反時計回り方向で機械加工されているため、外側管１１１に取付けられる端部上に評価可能な正味のトルクは存在せず、したがって摺動又は摩耗は回避される。システムの外側管１１１がＳＳＳ５００上に設置され、その近位端部がフランジ５６１と接して据え付けられたときに、予圧を得ることができる。ＳＳＳ５００は、内部から（例えば拡張工具を用いて）把持され、スナップリングが溝５７１内に嵌合されるまで、張力で引張られる。ＳＳＳ５００は、シャトル部５７０の順方向（駆動）及び後方向（後退）衝撃起動のために円形ラックギヤ１７５Ｐ、１７５Ｍ、１７５Ｄ及び１７５ＲＰ、１７５ＲＭ、１７５ＲＤの外径よりも通常約２～３ｍｍ大きい直径を有すると考えられるエンドボス５６２、５７２によって、外側ハウジング管１１１内で中心に維持され得る。
【0062】
図１８Ａは、本開示の少なくとも１つの実施例に一致した二重スプリング式手術用衝撃工具１８００を示す。図１８Ｂは、本開示の少なくとも１つの実施例に一致した二重スプリング式手術用衝撃工具１８００の断面図を示す。衝撃工具１８００は、チャック１８０２、チャックシュラウド１８０４、ハウジング１８０６、エンドキャップ１８０８、トリガ群１８１０、及びバッテリ１８１２を含むことができる。チャックシュラウド１８０４は、チャック１８０２が、本明細書中で開示されている駆動ロッド１８１６を露出させることなく、矢印１８１４で標示された通りに移動できるようにすることができる。使用中、外科医は、本明細書中で開示されているように、第１のトリガ１８１８を押圧して工具を駆動させ、第２のトリガ１８２０を押圧して工具を引き抜くことができる。例えば、ブローチを駆動するために、外科医は、第１のトリガ１８１８を押圧でき、ブローチを骨から取り出すために外科医は第２のトリガ１８２０を押圧することができる。
【0063】
ハウジング１８０６は、第１の端部１８２４と第２の端部１８２６を有するキャビティ１８２２を画定し得る。シャトル１８２８は、キャビティ１８２２の内部に配置され得、時としてシャトル歯と呼ばれる複数の刻み目１８３０を画定することができる。シャトル１８２８は、第１の端部１８３２と第２の端部１８３４を有することができる。シャトル１８２８は、貫通孔１８３６を画定することができる。駆動ロッド１８１６は、貫通孔１８３６内を通過することができ、シャトル１８２８は、衝撃力及び引抜き力を生成するため本明細書中で開示されているように駆動ロッド１８１６に沿って第１の方向及び第２の方向に並進運動することができる。例えば、ピニオン１８３８は、シャトル１８２８の近傍に配置され得、本明細書中で開示されているように、ピニオン１８３８の回転中に刻み目１８３０と嵌合するように寸法決めされた、時としてピニオン歯と呼ばれる複数の突出部１８４０を有することができる。
【0064】
第１のスプリング１８４２が、ハウジング１８０６の第１の端部１８２４をシャトル１８２８の第１の端部１８３２に対し機械的に結合させることができる。例えば、第１のスプリング１８４２は、インサート１８４４及びプラグ１８４６の一部分を取り巻くことができる。プラグ１８４６は、エンドキャップ１８０８の一部分であるか又はエンドキャップ１８０８に連結された別個の構成要素であり得る。図１８Ｂに示されているように、インサート１８４４は、本明細書中で開示されているように第１のスプリング１８４２がシャトル１８２８上に力を及ぼしてシャトル１８２８の直線運動をひき起こすことができるようにする肩部１８４８を画定することができる。プラグ１８４６又はエンドキャップ１８０８は同様に、第１のスプリング１８４２が静止表面上に載ることができるようにするため、肩部１８５０を画定することもできる。
【0065】
第２のスプリング１８５２が、ハウジング１８０６の第２の端部１８２６をシャトル１８２８の第２の端部１８３４に対し機械的に結合させることができる。例えば、第２のスプリング１８５２は、インサート１８５４の一部分及び前方エンドキャップ１８５８の一部分１８５６を取り巻くことができる。図１８Ｂに示されているように、インサート１８５４は、本明細書中で開示されているように第２のスプリング１８５２がシャトル１８２８上に力を及ぼしてシャトル１８２８の直線運動をひき起こすことができるようにする肩部１８６０を画定することができる。前方エンドキャップ１８５８は同様に、第２のスプリング１８４２が静止表面上に載ることができるようにするため、肩部１８６２を画定することもできる。
【0066】
プラグ１８４６及び前方エンドキャップ１８５８は各々、環状キャビティ１８６４、１８６６をそれぞれ画定することができる。第１及び第２のスプリング１８４２、１８５２は、駆動ロッド１８１６の長手方向軸線に沿って軸方向に配置され得る。キャビティ１８６４、１８６６は、第１のスプリング１８４２及び第２のスプリング１８５２が半径方向に撓み無く圧縮できるようにすることができる。軸方向のみに圧縮するように第１のスプリング１８４２及び第２のスプリング１８５２を拘束することにより、圧縮時に第１のスプリング１８４２及び第２のスプリング１８５２の中に蓄えられたエネルギは、半径方向におけるスプリングの移動によるエネルギの無駄が無いことから、より効率良く放出され得る。
【0067】
本明細書中で開示されているように、矢印１８６８によって標示されている第１の方向でのピニオン１８３８の回転は、ハウジング１８０６の第１の端部１８２４に向かって、矢印１８７０により標示されている第１の方向にシャトル１８２８を並進運動させることができる。矢印１８７２により標示されている第２の方向でのピニオン１８３８の回転は、ハウジング１８０６の第２の端部１８２６に向かって、矢印１８７４によって標示された第２の方向にシャトル１８２８を並進運動させることができる。本明細書中で開示されているように、シャトル１８２８は、直線的に移動し得る。シャトル１８２８が位置を外し、ピニオン１８３８がシャトル１８２８の刻み目１８３０と嵌合しなくなった場合、シャトル１８２８は、第１及び第２のスプリング１８４２、１８５２によって自由に移動可能である。
【0068】
駆動ロッドカラー１８７６を、駆動ロッド１８１６に取り付けることができる。例えば、図１８Ｂに示されているように駆動ロッドカラー１８７６を駆動ロッド１８１６に取り付けるために１つ又は複数のロールピン１８７８を使用することができる。止めねじ、溶接、エポキシなどの他の取付けメカニズムを使用して、駆動ロッドカラー１８７６を駆動ロッド１８１６に取り付けることができる。本明細書中で開示されているように、シャトル１８２８が矢印１８７０によって標示されている第１の方向に走行しピニオン１８３８がもはやシャトル１８２８と係合しない場合、第１のスプリング１８４２は、矢印１８７４によって標示されている第２の方向にシャトル１８２８を走行させることができ、インサート１８４４は、駆動ロッドカラー１８７６と接触して衝撃力を生成することができる。衝撃力は、駆動ロッド１８１６を介してチャック１８０２及び例えばラスプなどの工具に伝達され得る。引抜き力を生成するためには、これと反対のことが起こり得る。例えば、シャトル１８２８を矢印１８７４によって標示されている第２の方向に移動させることができ、ピニオン１８３８がもはやシャトル１８２８と係合していない場合、第２のスプリング１８５２は、インサート１８５４を駆動ロッドカラー１８７６に衝突させて後退力を生成させることができる。後退力は、駆動ロッド１８１６を介してチャック１８０２及び工具に伝達され得る。
【0069】
図１９Ａ、１９Ｂ及び１９Ｃは各々、本開示の少なくとも１つの実施例に一致した図１８Ａの二重スプリング式手術用衝撃工具１８００のモータピニオンアセンブリ１９００を示す。モータピニオンアセンブリ１９００は、ピニオン１８３８が組付けられたシャフト１９０４を有するモータ１９０２を含むことができる。モータ１９０２をバッテリ１８１２、トリガ群１８１０、スイッチ１９０６及びセンサ１９０８に対して電気的に結合させるために、１つ又は複数のケーブル１９０６を使用することができる。
【0070】
図１９Ｂに示されているように、ピニオン１８３８は、ピニオンキャリッジ１９１０を含むことができる。ピニオンキャリッジ１９１０は、第１のピニオンプレート１９１２と第２のピニオンプレート１９１４を含むことができる。第１及び第２のピニオンプレート１９１２及び１９１４の間に、１つ又は複数の軸受１９１６を配置することができる。軸受１９１６は、刻み目１８３０と噛合する複数の突出部を形成することができる。軸受１９１６の非限定的例としては、ころ軸受、ジャーナル軸受などが含まれる。軸受１９１６は、軸受１９１６と刻み目１８３０を形成する表面との間のあそびを最小限に抑える目的で、図１８Ｂに示されている刻み目１８３０と噛合するように寸法決めされ得る。軸受１９１６の表面が刻み目１８３０の表面を横断して回転することから、刻み目１８３０及び軸受１９１６の接触表面の摩耗を、グリース、オイル、他の潤滑を必要とすることなく最小限に抑えることが可能である。軸受スリーブを用いて、軸受表面上の均等な半径方向荷重を可能にすることができる。
【0071】
第１及び第２のピニオンプレート１９１２及び１９１４は各々、複数のスポーク１９１８を画定できる。軸受１９１６の各々を、それぞれのスポーク１９１８に連結することができる。図１９Ｂは２つのピニオンプレートを示しているものの、本明細書中で開示されている実施形態は、１つ又は２つのピニオンプレートを使用し得る。例えば、第１のピニオンプレート１９１２などの単一のピニオンプレートを使用し、ボルト又は他の締結具を介して第１のピニオンプレート１９１２に軸受１９１６をしっかり固定することができる。同様に、図１８Ｂから１９Ｃは、ピニオンプレート１９１２、１９１４に取付けられた軸受１９１６を示しているものの、軸受１９１６をシャトル１８２８に取付けることができ、かつ、ピニオン１８３８は、シャトル１８２８に取付けられた軸受１９１６と噛合する刻み目を画定することができる。
【0072】
モータ１９０２は、スイッチ１９０６と導通状態にあり得る。シャトル１８２８の位置を検出するために、センサ１９０８を配設することができる。例えば、センサ１９０８は、その移動が磁場又は磁束の変化をひき起こす可能性のある鉄合金又は他のあらゆる材料であり得る駆動ロッド１８１６の移動に起因する磁束の変化を測定するホール効果センサであり得る。センサ１９０８は同様に、スイッチ１９０６と導通状態にもあり得る。シャトル１８２８が、軸受１９１８又はピニオン１８３８の何れかの突出部と刻み目１８３０との噛合を可能にする位置から外れていることをセンサ１９０８が検出した場合、スイッチ１９０６は、モータ１９０２と電源（すなわちバッテリ１８１２）の導通状態を切断することができる。例えば、ピニオン１８３８とシャトル１８２８の結合又は他の不一致を防止するためには、センサ１９０８は、シャトル１８２８の位置を検出し、シャトル１８２８がスポーク１９１８と刻み目１８３０との噛合を可能にする位置にない場合、モータ１９０６の回転を停止させることができる。
【0073】
可変的な大きさの衝撃を可能にするべく、筒形カム１８８０を軸方向に並進運動させて駆動ロッド１８１６と結合された駆動ロッドカラー１８７６の位置を連続的に調整するようにエンドキャップ１８０８を回転させることができる。図２０Ａ及び２０Ｂに示されているように、筒形カム１８８０は、スロット２００２及びピン２００４を含むことができる（図２０Ａ及び２０Ｂには１本のピンしか見られない）。例えばエンドキャップ１８０８を回転させることによって、又はレンチ、ソケットなどを使用することによって、筒形カム１８８０を回転させることができる。筒形カム１８８０の回転により、ピン２００４をスロット２００２内部で移動させることができる。ピン２００４の移動により、駆動ロッド１８１６を連続して再配置することができる。
【0074】
図２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃは、本開示の少なくとも１つの実施例に一致した軸受１９１６（個別に軸受１９１６Ａ、１９１６Ｂとラベル付けされている）及びシャトル１８２８を示す。本明細書中で開示されているように、軸受１９１６及びシャトル１８２８は、より大きい力及びトルクの生成を可能にし得る。軸受１９１６及びシャトル１８２８は同様に、従来のラックアンドピニオンシステムにおいて経験し得る解放点における曲げ荷重及び摺動接触応力に起因するエネルギ損失を削減することもできる。歯間の回転接触は、接触が失われる直前の瞬間でさえも起こり得ることから、接触摩耗は全く存在しない。
【0075】
非限定的な例として、軸受１９１６は、１２．５ｍｍのＯＤを有し、１０．４ｍｍの直径を有し得るピニオンプレート１９１８上に設置され得る。軸受１９１６は、９０度の間隔をおくことができる。シャトル１８２８は、丸く研磨された頂部２００８を含み得る台形歯２００６（個別に歯２００６Ａ、２００６Ｂと表示される）を含み得る。上述の軸受サイズについては、歯２００６は、１６．５ｍｍ間隔で配置され得る。歯の中心の初期の場所により、５Ｊのエネルギを有する順方向運動、及び、後退については約２．５Ｊの運動が可能となり得る。これにはまた、何れかの方向での衝撃のために駆動ロッド１８１６及びチャック１８０２を位置付けするのに、ユーザが順方向に１２ｍｍ又は後向きに１２ｍｍ引張るだけでよい。
【0076】
図２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃに示されているように、ピニオンプレート１９１８が矢印１８６８によって標示されている第１の回転方向に回転するにつれて、軸受１９１８Ａは、歯２００６Ａと接触することができる（図２１Ａ）。ピニオンプレート１９１８の継続的回転は、軸受１９１８Ａが歯２００６Ａとの接触を解除する前に歯１９１６Ｂを歯２００６Ｂと接触させ、こうして、ぎくしゃく感及び／又は滑りを低減することができる。ピニオンプレート１９１８の継続的回転は、最終的に、歯１９１６に歯２００６から接触を断ち、シャトル１８２８が第１及び第２のスプリング１８４２及び１８５２の力の下で移動することを可能にする。
【0077】
図２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃは、２つの歯を示しているものの、任意の数の歯が存在してもよい。例えば、図１８Ｂは、３つの歯を有するシャトル１８２８を示す。本明細書中で開示されているように、第３の歯は、２つの主要な歯よりも短かいものであり得る「逆方向歯」であり得る。より短かい歯は、６Ｎ－ｍのトルク容量を有するモータが６Ｊの順方向エネルギ及び３Ｊの後退エネルギを達成することを可能にし得る。
【0078】
牽引又は引抜き力を生成するために、ピニオンプレート１９１８を、矢印１８７２によって標示されている第２の方向に回転させることができる。第２の方向での回転は、上述の通り、逆方向の順序で軸受１９１８を歯２００６と接触させることができる。
注記
注記
【0079】
以上の詳細な説明は、詳細な説明の一部を成す添付図面に対する参照を含む。図面は、例示として、本発明を実施できる特定の実施形態を示す。これらの実施形態は同様に、本明細書中において「実施例」とも呼ばれている。このような実施例は、図示又は説明されたものに追加の要素を含むことができる。しかしながら、発明人は、図示又は説明されている要素のみが提供されている実施例も企図している。さらに、発明人らは、特定の実施例（又はその１つ又は複数の態様）に関してか又は本明細書中で図示又は説明されている他の実施例（又はその１つ又は複数の態様）に関して、図示又は説明された要素（又はその１つ又は複数の態様）の任意の組合せ又は再配列を用いた実施例をも企図している。
【0080】
参照によりそのように組込まれた何れかの文書と本明細書との間に、矛盾する使用法が存在する場合、本明細書中の使用法が支配する。
【0081】
本書中、「ａ」又は「ａｎ」なる用語は、特許文書中で一般的であるように、「ａｔ ｌｉｅａｓｔ ｏｎｅ（少なくとも１つ）」又は「ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ（１つ又は複数）」の他の任意の事例又は使用法とは独立して、１つ又は２つ以上を内含するように使用される。本書中「ｏｒ（又は）」なる用語は、非排他的ｏｒを意味するものとして使用され、したがって「Ａ ｏｒ Ｂ」は、別段の標示が無いかぎり、「ＢではなくＡ」、「ＡではなくＢ」そして「ＡとＢ」を含むことになる。本書中、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（～を含む）」及び「ｉｎ ｗｈｉｃｈ（ここで）」なる用語は、それぞれの用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（～を含む）」及び「ｗｈｅｒｅｉｎ（ここで）」の平易な英語の等価物として使用されている。同様に、以下の請求の範囲において、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」は、オープンエンドである、すなわち、請求の範囲の中でそのような用語の後に列挙されているものに追加した要素を含むシステム、装置、物品、組成、調合又はプロセスはなお、その請求の範囲内に入るものとみなされる。その上、以下の請求の範囲において、「第１」、「第２」及び「第３」などの用語は、単なる「ラベル」として使用され、それらの目的語に対し数値的な要件を課すべく意図されたものではない。
【0082】
以上の説明は、限定的ではなく例示的であるように意図されている。例えば、上述の実施例（又はその１つ又は複数の態様）を互いに組合せて使用することが可能である。例えば、当業者であれば、以上の説明を精査した上で他の実施形態を使用することができる。「要約書」は、読者が技術的開示の内容を素早く確認できるようにするために、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に適合するように提供されている。これは、請求の範囲又は意味を解釈するか又は限定するために使用されるものではないという理解の下で提出される。また、上述の「詳細な説明」においては、本開示を簡素化するために、さまざまな特徴がまとめられている可能性がある。これは、請求対象でない開示された特徴がいずれの請求の範囲にとっても本質的なものであることを意図するものとして解釈されるべきことではない。むしろ、発明力ある主題は、特定の開示された実施形態の全ての特徴より少ない特徴の中に存在し得る。したがって、以下の請求の範囲は、これにより実施例又は実施形態として「詳細な説明」中に組込まれ、各請求の範囲は、別個の実施形態として自立しており、このような実施形態をさまざまな組合せ又は再配列の中で互いに組合せることができる、ということが企図されている。本発明の範囲は、添付の請求の範囲、ならびにこのような請求の範囲が権利を有する全範囲の等価物を参照して決定されなければならない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図20A】
【図20B】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【国際調査報告】