(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】2024-02-21
(54)【発明の名称】外科用二重バネハンマーインパクトツール
(51)【国際特許分類】
A61B 17/56 20060101AFI20240214BHJP
A61B 17/32 20060101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
A61B17/56
A61B17/32
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023552050
(86)(22)【出願日】2022-02-23
(85)【翻訳文提出日】2023-10-24
(86)【国際出願番号】 US2022017537
(87)【国際公開番号】W WO2022182772
(87)【国際公開日】2022-09-01
(31)【優先権主張番号】63/154,219
(32)【優先日】2021-02-26
(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】デイビッド レビー
【テーマコード（参考）】
4C160
【Ｆターム（参考）】
4C160LL01
4C160LL03
4C160LL28
(57)【要約】
本明細書において、外科用二重バネハンマーインパクトツール及びその使用方法を開示する。外科用二重バネハンマーインパクトツールは、ハウジングの中に配置され、中間領域にインパクトフランジを含む細長駆動ロッドを含むことができる。器具は、細長駆動ロッドの第１の端部に取り付けできる。インパクトシャトルは、細長駆動ロッドに取り付けでき、インパクトフランジの対向する面に対向する第１及び第２のインパクト面を含むことができる。複数の環状歯が、インパクトシャトルの外面によって画定される。第１のバネ及び第２のバネは、インパクトシャトルの対向する端部に対して配置できる。駆動シャフトに取り付けられ、インパクトシャトルの複数の環状歯と係合するために移動可能な部分歯ピニオンを含むことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外科用二重バネインパクトツールであって、ハウジングと、
前記ハウジングの中に配置され、中間領域にインパクトフランジを含む細長駆動ロッドと、
前記細長駆動ロッドの第１の端部に取り付けられた器具と、
前記細長駆動ロッドに取り付けられ、前記インパクトフランジの対向する面に対向する第１のインパクト面と第２のインパクト面とを含み、外面に複数の環状歯を含む、インパクトシャトルと、
前記インパクトシャトルの第１の端部に対して配置された第１のバネと、
前記インパクトシャトルの第２の端部に対して配置された第２のバネと、
駆動シャフトを有するモータと、
前記駆動シャフトに取り付けられ、前記インパクトシャトルの前記複数の環状歯と係合するために移動可能な部分歯ピニオンと、
を備える、外科用二重バネインパクトツール。
【請求項2】
前記ハウジングは、ハンドルを含み、さらに前記ハンドルに取り付け可能なバッテリパックを備える、請求項１に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項3】
前記駆動ロッドは、前記ハウジングの後部エンドキャップ及び前部エンドキャップによって支持される、請求項１から請求項２の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項4】
前記インパクトシャトルは、前方ベアリング及び後方ベアリングによって前記細長駆動ロッド上に支持される、請求項１から請求項３の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項5】
前記第１のバネ及び前記第２のバネは、前記インパクトシャトルと一体的に形成される、請求項１から請求項４の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項6】
前記細長駆動ロッドの後端は、その後端にストッパカラーを含む、請求項１から請求項５の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項7】
さらに、前記モータの前記駆動シャフトを支持する１対のベアリングを支持し、前記細長駆動ロッド及び前記インパクトシャトルをその中に受け入れるための開口を画定するモータブロックを備える、請求項１から請求項６の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項8】
さらに、前記ハウジング内での前記細長駆動ロッドの行程量を選択的に制限することによって、前記外科用二重バネインパクトツールの力レベルを調節するための力制御機構を備える、請求項１から請求項７の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項9】
前記力制御機構は、前記駆動ロッドの後端に固定され、回転部材内に調節可能に配置された対応する第２の螺旋面に係合する第１の螺旋面を含むシャフトヘリックス部材を含む、請求項８に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項10】
前記回転部材は、複数のデテントを含み、前記力制御機構は、複数の位置において前記回転部材を固定するために前記複数のデテントと係合するボール部材を支持するヨークを含む、請求項９に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項11】
前記シャフトヘリックス部材は、１対の第１の螺旋面を含み、前記回転部材は、前記１対の第１の螺旋面に係合する１対の第２の螺旋面を含む、請求項９に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項12】
前記デテントの半径は、前記螺旋面の半径より大きい、請求項１０に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項13】
前記デテントの半径は、平均螺旋半径の半径の約２倍である、請求項１０に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項14】
外科用二重バネインパクトツールであって、ハウジングと、
前記ハウジングの中に配置され、中間領域にインパクトフランジを含む、細長駆動ロッドと、
前記細長駆動ロッドの第１の端部に取り付けられた器具と、
前記細長駆動ロッドに取り付けられ、前記インパクトフランジの対向する面に対向する第１のインパクト面及び第２のインパクト面を含み、複数の歯車歯を含む、インパクトシャトルと、
前記インパクトシャトルの第１の端部に対して配置された第１のバネと、
前記インパクトシャトルの第２の端部に対して配置された第２のバネと、
駆動シャフトを含むモータと、
前記駆動シャフトに取り付けられ、前記インパクトシャトルの前記複数の歯車歯と係合するために移動可能なピニオンと、
前記ハウジング内での前記細長駆動ロッドの行程量を選択的に制限することによって、前記外科用二重バネインパクトツールの力レベルを調節するための力制御機構と、
を備える、外科用二重バネインパクトツール。
【請求項15】
前記駆動ロッドは、前記ハウジングの後部エンドキャップ及び前部エンドキャップによって支持される、請求項１４に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項16】
前記インパクトシャトルは、前方ベアリング及び後方ベアリングによって前記細長駆動ロッド上に支持される、請求項１４から請求項１５の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項17】
前記第１のバネ及び前記第２のバネは、前記インパクトシャトルと一体的に形成される、請求項１４から請求項１６の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項18】
前記細長駆動ロッドの後端は、その後端にストッパカラーを含む、請求項１４から請求項１７の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項19】
さらに、前記モータの前記駆動シャフトを支持する１対のベアリングを支持し、前記細長駆動ロッド及び前記インパクトシャトルをその中に受け入れるための開口を含むモータブロックを備える、請求項１４から請求項１８の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項20】
前記力制御機構は、前記駆動ロッドの後端に固定され、回転部材内に調節可能に配置された対応する第２の螺旋面に係合する第１の螺旋面を含むシャフトヘリックス部材を含む、請求項１４から請求項１９の何れか１項又はその任意の組合せに記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項21】
前記回転部材は、複数のデテントを含み、前記力制御機構は、複数の位置において前記回転部材を固定するために前記複数のデテントと係合するボール部材を支持するヨークを含む、請求項２０に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項22】
前記シャフトヘリックス部材は、１対の第１の螺旋面を含み、前記回転部材は、前記１対の第１の螺旋面に係合する１対の第２の螺旋面を含む、請求項２０に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項23】
前記デテントの半径は、前記螺旋面の半径より大きい、請求項２１に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【請求項24】
前記デテントの半径は、平均螺旋半径の半径の約２倍である、請求項２３に記載の外科用二重バネインパクトツール。
【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、２０２１年２月２６日に提出された「力制御を有する二重バネ電動インパクトツール」と題する米国仮特許出願第６３／１５４，２１９号に対する優先権を主張し、その内容は、参照によりその全体が本明細書に援用される。
本出願は、２０２１年２月２６日に提出された「力制御を有する二重バネ電動インパクトツール」と題する米国仮特許出願第６３／１５４，２１９号に対する優先権を主張し、その内容は、参照によりその全体が本明細書に援用される。
【0002】
本開示は、概略的に外科用器具及びその使用に関する。具体的には、本開示は、外科用二重バネインパクトツール及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【0003】
整形外科医は、通常、埋伏力をツールへ伝達するためにハンマー又はマレットを必要とする骨を切断する又は削るためのツールを使用する。一例では、股関節インプラントのステムを受け入れるために、大腿骨の近位端を準備するために使用されるブローチツールである。このようなブローチは、医師が使用するハンマー又は空気圧「ジャックハンマー」式のツールと一緒に使用できる。しかし、ハンマーでブローチツールを打つことは、厄介であり、医師自身の肩関節などの関節に大きなストレスを生じる可能性がある。さらに、空気圧インパクトツールは、エアホースに接続する必要があり、これは、不便であり、医師が思い通りにツールの向きを定める能力を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、特に課題を解決し本明細書において論じる利点を与えるための本開示の内容の特定の形態を詳述する。
【0005】
実施例１は、ハウジングと、ハウジングの中に配置され中間領域の中にインパクトフランジを含む細長駆動ロッドと、細長駆動ロッドの第１の端部に取り付けられた器具と、細長駆動ロッドに取り付けられ、インパクトフランジの対向する面に対向する第１のインパクト面及び第２のインパクト面を含み、外面に複数の環状歯を含むインパクトシャトルと、インパクトシャトルの第１の端部に対して配置された第１のバネと、インパクトシャトルの第２の端部に対して配置された第２のバネと、駆動シャフトを有するモータと、駆動シャフトに取り付けられ、インパクトシャトルの複数の環状歯と係合するために移動可能な部分歯ピニオンと、を備える、外科用二重バネインパクトツールである。
【0006】
実施例２において、実施例１の内容は、任意に、ハウジングがハンドルを含み、さらにハンドルに取り付け可能なバッテリパックを備える、ことを含む。
【0007】
実施例３において、実施例１から実施例２の１つ又は複数の内容は、任意に、駆動ロッドがハウジングの後部エンドキャップ及び前部エンドキャップによって支持される、ことを含む。
【0008】
実施例４において、実施例１から実施例３の何れか１つ又は複数の内容は、任意に、インパクトシャトルが、前方ベアリング及び後方ベアリングによって細長駆動ロッド上に支持される、ことを含む。
【0009】
実施例５において、実施例１から実施例４の何れか１つ又は複数の内容は、任意に、第１のバネ及び第２のバネが、インパクトシャトルと一体的に形成される、ことを含む。
【0010】
実施例６において、実施例１から実施例５の何れか１つ又は複数の内容は、任意に、細長駆動ロッドの後端がその後端にストッパカラーを含む、ことを含む。
【0011】
実施例７において、実施例１から実施例６の何れか１つ又は複数の内容は、任意に、モータの駆動シャフトを支持する１対のベアリングを支持し、細長駆動ロッド及びインパクトシャトルをその中に受け入れるための開口を画定するモータブロックを含む。
【0012】
実施例８において、実施例１から実施例７の何れか１つ又は複数の内容は、任意に、ハウジング内での細長駆動ロッドの行程量を選択的に制限することによってインパクトツールの力レベルを調節するための力制御機構を含む。
【0013】
実施例９において、実施例８の内容は、任意に、力制御機構が、駆動ロッドの後端に固定され、回転部材内に調節可能に配置された対応する第２の螺旋面に係合する第１の螺旋面を含むシャフトヘリックス部材を含む、ことを含む。
【0014】
実施例１０において、実施例９の内容は、任意に、回転部材が複数のデテントを含み、力制御機構が、複数の位置で回転部材を固定するために複数のデテントと係合するボール部材を支持するヨークを含む、ことを含む。
【0015】
実施例１１において、実施例９から実施例１０の１つ又は複数の内容は、任意に、シャフトヘリックス部材が、１対の第１の螺旋面を含み、回転部材が、１対の第１の螺旋面に係合する１対の第２の螺旋面を含む、ことを含む。
【0016】
実施例１２において、実施例１０から実施例１１の１つ又は複数の内容は、任意に、デテントの半径が螺旋面の半径より大きい、ことを含む。
【0017】
実施例１３において、実施例１０から実施例１２の何れか１つ又は複数の内容は、任意に、デテントの半径が平均螺旋半径の半径の約２倍である、ことを含む。
【0018】
実施例１４は、ハウジングと、ハウジングの中に配置され、中間領域にインパクトフランジを含む細長駆動ロッドと、細長駆動ロッドの第１の端部に取り付けられた器具と、細長駆動ロッド上に取り付けられ、インパクトフランジの対向する面に対向する第１のインパクト面及び第２のインパクト面を含み、複数の歯車歯を含むインパクトシャトルと、インパクトシャトルの第１の端部に対して配置された第１のバネと、インパクトシャトルの第２の端部に対して配置された第２のバネと、駆動シャフトを含むモータと、駆動シャフトに取り付けられ、インパクトシャトルの複数の歯車歯と係合するために移動可能なピニオンと、ハウジング内での細長駆動ロッドの行程量を選択的に制限することによってインパクトツールの力レベルを調節するための力制御機構と、を備える外科用二重バネインパクトツールである。
【0019】
実施例１５において、実施例１４の内容は、任意に、駆動ロッドがハウジングの後部エンドキャップ及び前部エンドキャップによって支持される、ことを含む。
【0020】
実施例１６において、実施例１４から実施例１５の１つ又は複数の内容は、任意に、インパクトシャトルが前方ベアリング及び後方ベアリングによって細長駆動ロッド上に支持される、ことを含む。
【0021】
実施例１７において、実施例１４から実施例１６の何れか１つ又は複数の内容は、任意に、第１のバネ及び第２のバネがインパクトシャトルと一体的に形成される、ことを含む。
【0022】
実施例１８において、実施例１４から実施例１７の何れか１つ又は複数の内容は、任意に、細長駆動ロッドの後端が、その後端にストッパカラーを含む、ことを含む。
【0023】
実施例１９において、実施例１４から実施例１８の何れか１つ又は複数の内容は、任意に、モータの駆動シャフトを支持する１対のベアリングを支持し、細長駆動ロッド及びインパクトシャトルをその中に受け入れるための開口を含むモータブロックを含む。
【0024】
実施例２０において、実施例１４から実施例１９の任意の１つ又は複数の内容は、任意に、力制御機構が、駆動ロッドの後端に固定され回転部材内に調節可能に配置された対応する第２の螺旋面に係合する第１の螺旋面を含むシャフトヘリックス部材を含む、ことを含む。
【0025】
実施例２１において、実施例２０の内容は、任意に、回転部材が複数のデテントを含み、力制御機構が、複数の位置で回転部材を固定するために複数のデテントと係合するボール部材を支持するヨークを含む、ことを含む。
【0026】
実施例２２において、実施例２０から実施例２１の１つ又は複数の内容は、任意に、シャフトヘリックス部材が１対の第１の螺旋面を含み、回転部材が１対の第１の螺旋面に係合する１対の第２の螺旋面を含む、ことを含む。
【0027】
実施例２３において、実施例２１から実施例２２の１つ又は複数の内容は、任意に、デテントの半径が螺旋面の半径より大きいことを含む。
【0028】
実施例２４において、実施例２３の内容は、任意に、デテントの半径が、平均螺旋半径の半径の約２倍である、ことを含む。
【0029】
実施例２５において、実施例１から実施例２４の何れか１つ又はその任意の組合せの外科用インパクトツール、システム及び／又は方法は、任意に、言及される全ての要素又は選択肢が使用可能又は選択可能であるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【0030】
図面（必ずしも縮尺通りではない）において、同様の数字は、異なる図面において同様のコンポーネントを示すことができる。異なる接尾部を有する同様の数字は、同様のコンポーネントの異なる例を表すことができる。図面は、限定的ではなく例として概略的に、本文献において論じる様々な実施形態を図解する。
【0031】
【0032】
対応する参照符号は、いくつかの図面を通じて対応する部品を示す。本明細書において示す例証は、本開示の好ましい実施形態を示すものであり、このような例証は、決して、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【発明を実施するための形態】
【0033】
空気圧ピストン駆動システムの代替品として、本明細書においては、ばね駆動システムを開示する。具体的には、本明細書において開示する外科用インパクトツールは、二重バネ設計を含む。本明細書において開示する外科用インパクトツールは、第１の端部と第２の端部と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、複数の刻み目を形成できる。本明細書において開示するように、シャトルに近接して配置されたピニオンは、ピニオンの回転時に複数の刻み目と噛み合うサイズの複数の突出部を有することができる。第１のバネ及び第２のバネは、ハウジングをシャトルに機械的に結合できる。第１の方向へのピニオンの回転は、ハウジングの第１の端部へ向かって第１の方向にシャトルを並進でき、第２の方向へのピニオンの回転は、ハウジングの第２の端部へ向かって第２の方向にシャトルを並進できる。
【0034】
使用時に、突出部と刻み目が噛合い係合しなくなったとき、バネは、シャトルを駆動ロッドの周りで動かすことができる。駆動ロッドは、ハウジングの軸線に沿って方向付けをすることができ、ハウジングの第１の端部からハウジングの第２の端部まで延びるこができる。駆動ロッドカラーは、駆動ロッドに固着できる。インサートは、第１のバネに結合され、複数の突出部が複数の刻み目から外れると駆動ロッドカラーに衝突するように配列できる。駆動ロッドカラーに衝突するシャトルのインパクトによって、駆動ロッドは、外科用インパクトツールのチャックに取り付けられたやすり、ブローチ等のツールへインパクト力を伝達できる。
【0035】
上記の論証は、本特許出願の内容の概要を提示することを意図する。これは、本発明の排他的又は網羅的説明を提示することを意図しない。下の説明は、本特許出願に関する更なる情報を提供するために含まれる。
【0036】
次に図面を参照すると、図１は、本開示の少なくとも１つの実施例に従った外科用二重バネハンマーインパクトツール１の実施例を示す。図２は、起動を待つ中立位置にある外科用二重バネハンマーインパクトツール１の切断斜視図である。図３は、モータ取付ブロック１５０の周辺領域の拡大図である。
【0037】
本明細書において開示するように、外科用二重バネハンマーインパクトツール１は、外科処置に使用するための単純で効率よくかつ丈夫な電池式手持ち外科用二重バネハンマーインパクトツールを提供できる。外科用二重バネハンマーインパクトツール１は、上側ハンドル部分１４９の中にグリップ１８２とトリガ１８１とを有するハンドル１８０を含むことができる。ハンドルのベース１８３は、制御回路を収容し、取外し可能充電式バッテリ１８４を受け入れることができる。ハンドル１８０の上部は、モータ取付ブロック１５０に接続できる。モータ取付ブロック１５０は、歯車モータ２３０（図９及び図１０参照）用の取付け具及びバネ－シャトルチューブ１１０を収容できる。
【0038】
図２に示すように、バネ－シャトルチューブ１１０は、遠位バネ１６０Ｄ、近位バネ１６０Ｐ、シャトル１７０及びドライバ１２０を収容できる外側チューブ１１１を含むことができる。バネ－シャトルチューブ１１０の遠位端には、外側チューブ１１１の遠位端に接続できるエンドキャップ１１２Ｂとされ、カバーキャップ１１２Ａはエンドキャップ１１２Ｂに接続できる。
【0039】
外側チューブ１１１の近位端には、エンドキャップ１１３とすることができる。エンドキャップ１１３は、開口を含むことができ、ドライバ１２０の近位端が開口を通過して延びる。ツールホルダ１１４は、ドライバ１２０の近位端に取り付けできる。ドライバ１２０は、細長駆動ロッド１２２を含むことができる。ストッパカラー１２１は、ロッド１２２の遠位端に取り付けできる。ストッパカラー１２１は、クランプ留め、スクリュー留め、クリップ留め又はその他の接続方法によって取り付けできる。インパクトフランジ１２３は、ロッド１２２の中央領域に配置できる。インパクトフランジ１２３は、構造上の無欠性のためにロッド１２２と一体的に形成できる。ツールホルダ１１４は、必要な場合には容易に交換できるように、例えばネジ式で、駆動ロッド１２２の近位端に取り付けできる。
【0040】
ソフトブロークリップ４４４は、駆動ロッド１２２にスナップ式に嵌めることができる。又は、ソフトブロークリップ４４４は、エンドキャップ上を滑動させて、所望のインパクト強度を得るように様々に設定するために所定の場所にカチッと嵌めることによって、いくつかの異なる変位設定を可能にできる。
【0041】
本明細書において開示するように、回転スリーブ１１７は、エンドキャップ１１３とツールホルダ１１４との間に配置でき、回転部の一部分に配置された内部シェルフ１１８を含み、エンドキャップ１１３の近位面に配置されたこれに噛み合う同様に制約されたシェルフ１１９と係合するために回転できる。シェルフ１１８及び１１９に隣接する螺旋傾斜路は、スリーブ１１７の回転によって同様の変位を与えることによってユーザがソフトブロークリップ４４４の機能性にアクセスできるようにする。
【0042】
中立状態のとき、遠位ダイバネ１６０Ｄ及び近位ダイバネ１６０Ｐは、その最大偏位状態の約半分（例えば、その自由長さの約４５％）まで圧縮（即ち予負荷）できる。バネ１６０Ｄ及び１６０Ｐの端部は、それぞれシャトル１７０を押圧する遠位及び近位バネ端部がシャトル１７０及び駆動ロッド１２２との同軸整列を維持するために、それぞれシャトル１７０のカウンタボア１７１Ｄ及び１７１Ｐの中に置くことができる。
【0043】
バネ１６０Ｄ及び１６０Ｐは、「コイル」であるダイバネとすることができ、ラビング（即ち特に強く圧縮される場合、エネルギーロス）に繋がる可能性のある横に歪む可能性が小さいように、バネに側方剛性を与えるために長方形断面の材料から作ることができる。本明細書において開示するように、螺旋（即ちコイル）バネは、圧縮されたとき僅かに回転する可能性がある。したがって、２つのバネがシャトル１７０に対して予負荷されたとき、バネ１６０Ｄ又は１６０Ｐの一方は、時計回り螺旋に、１６０Ｄ又は１６０Ｐの他方は半時計回り螺旋に作られ、相互の回転を相殺して、ラビングによって誘発されるエネルギーロス及び摩耗を最小限に抑えることができる。
【0044】
図３を参照すると、シャトル１７０は、前方及び後方インパクトのために適切な前後位置を取れるようにシャトル１７０の中心平面に対してオフセットできる一体的環状歯車ラック駆動歯１７５（例えば、図３には１６のピッチで６つの歯を示す）を有することができる。部分歯ピニオン３００は、駆動のためにシャトル１７０に係合できる。シャトル１７０の３つの環状歯１７５（例えば駆動歯１７５Ｐ（近位）、１７５Ｍ（中間）及び１７５Ｄ（遠位））は、シャトル１７０を前方へ駆動するために使用でき、３つの環状歯（例えば、後退歯１７５ＲＰ、１７５ＲＭ及び１７５ＲＤ）は、シャトル１７０を前方へ後退させるために使用できる。Ｐ／２のシャトル１７０中心からのオフセットは、シャトル１７０を移動してバネ１６０を変位するためのプロセスの開始時に部分歯ピニオン３００の歯３０２Ｃの初期係合のために遠位駆動歯１７５Ｄを位置付けることができる。但し、部分歯ピニオン３００しか使用されないので、歯３０２Ａがラックに再係合するとき、約Ｐ／２（本明細書に開示する１６ピッチ歯車の場合、プラス約１ｍｍ）の付加的なオフセットを使用して、駆動歯１７５Ｍ（即ち中間駆動歯）と衝突しないようにできる。
【0045】
外科用二重バネインパクトツール１は、一体的歯車ラック駆動歯１７５を有するシャトル１７０の両側に取り付けできるダイバネ１６０Ｄ及び１６０Ｐを使用できる。ピッチ直径は、歯１７５のフランクがインボリュートではなく直線であるように無限とすることができる。環状歯１７５は、シャトル１７０の円周の周りに巻き付くことができ、コイルバネが圧縮されたとき僅かに回転する可能性がある。歯車ラックの従来の区分（即ち直線的で巻き付かない）が、シャトル１７０に機械加工された（又は取り付けられた）場合、シャトル１７０がバネ（例えば、１６０Ｐ及び１６０Ｄ）を圧縮するとき、その回転は、直線歯１７５を回転させ駆動歯車３００に端部荷重を加えて、接触応力を高め、早期に歯を摩耗させる。このタイプの応力負荷は、環状歯車歯１７５を有するシャトル１７０においては生じない。
【0046】
シャトル１７０は、それぞれ遠位及び近位滑り接触フランジ付きベアリング１７４Ｄ及び１７４Ｐによって、駆動ロッド１２２に対して同心に保持できる。バネが設置されてシャトル１７０に対して予負荷されると、バネ１６０Ｄ及び１６０Ｐの端部は、ベアリング１７４Ｄ及び１７４Ｐを所定の場所に保持できる。ＰＥＥＫは、滑り接触においてドライ運転が可能であり、蒸気滅菌できるので、ベアリング材料として使用できる。ベアリング１７４ＤＤ及び１７４ＰＰは、それぞれハウジングエンドキャップ１１２ｂ及び１１３において駆動ロッド１２２を中心に定めることができる。ベアリング１７４Ｄ及び１７４Ｐは、コッキング中に駆動ロッド１２２上でシャトル１７０を中心に定めることができ、シャトル１７０がドライバ１２０の中央インパクトフランジ１２３に衝突するために高速で移動するときに、名目上駆動ロッドを中央に維持できる。
【0047】
本明細書において開示するように、外科用二重バネインパクトツール１の様々な要素は、共線的とすることができ、駆動ロッド１２２は、バネ１６０及びシャトル１７０の中心に嵌めるために長細くすることができる。したがって、駆動ロッド１２２の質量、プラスツールホルダ１１４及びその中に保持されたツールの質量を、シャトル１７０からのインパクト力によって駆動されるシステム質量と考えることができる。駆動ロッド１２２の質量を小さくすることは、より大きいエネルギーをツール（例えば、ブローチ）に伝達することができる。駆動ロッド１２２は、また、コッキングの間にシャトル１７０を支持でき、歯車歯分離力が駆動ロッド１２２をそのサイズにしては半径方向に強く押しすぎる場合、駆動ロッドを逸らせて、歯車歯をスキップできる。
【0048】
ドライバ１２０のインパクトフランジ１２３の遠位側がシャトル１７０の遠位フランジ１７３に衝突した直後などの中立状態において、バネ１６０は、インパクト後の数サイクルの間揺らぐものの、落ち着き得る。例えば、５サイクルから１０サイクルが生じ、これは、シャトル１７０の固有振動数が約４０Ｈｚなので、約１００から２００ミリ秒程度掛かる。インパクトは、弾性インパクト及び非弾性インパクトの混合とすることができる。重すぎるシャトルは固有振動数が低い可能性があり、休止するまでに掛かる時間を含めて速度を遅くする可能性があるため、より軽いシャトル１７０ではなくより重いシャトル１７０は、必ずしもエネルギー伝達が良くない。
【0049】
医師が要求する秒あたりのブロー又はインパクトは、１から１０の範囲とすることができ、医師が選択し、ベース１８３の中の制御回路によって制御することができる。秒あたりのインパクトは、歯車モータ２３０による部分歯ピニオン３００の回転によって管理できる。歯車モータ２３０は、設定インパクト率での使用期間中に一定速度で回転することができ、部分歯ピニオン３００における歯車モータ２３０の反射回転慣性（かなりの量になる可能性がある）は、次のストライクのためにシャトル１７０をコックするために寄与して、システム全体の効率及びバッテリ寿命の延長に役立つ。
【0050】
設定インパクト率として一定速度で回転するために、最終歯３０２Ａがシャトルの近位駆動歯１７５Ｐを離れたら、シャトル１７０は、バネ１６０Ｄ及び１６０Ｐに蓄積されたエネルギーによって前方へ推進される。本明細書において開示するように、各々剛度ｋの２つの対向する圧縮バネは、相互に対して予負荷できるので、システムの前方エネルギーに寄与できる。バネは、相互に対して予負荷される限り、二方向剛度２ｋを有する１つのバネとして作用できる。一方、シャトル１７０が前方へ加速してその運動エネルギーを増大するとき、バネ１６０Ｄ及び１６０Ｐに蓄積されたポテンシャルエネルギーからシャトル１７０へ伝達されるため、部分歯ピニオン３００は回転し続けられる。シャトル１７０は、ドライバ１２０に衝突して、部分歯ピニオンの歯３０２Ｃが回って図２及び図３に示すようにシャトルの遠位駆動歯１７５Ｄと接触するための時間に合わせて落ち着くことができる。
【0051】
完全強度の前方インパクトのために、ユーザは、ソフトブロークリップ４４４（又は別のスペーサの実施形態）がエンドキャップ１１３の近位面に対して押圧されるように、外科用二重バネインパクトツール１を前方へ押すことができる。これによってドライバ１２０のインパクトフランジ１２３を後方へ変位できる。その遠位面は、その後、シャトル１７０のインパクトフランジ１７３の近位面に押圧できる。この時点で、部分歯ピニオン歯３０２Ｃは、シャトルの遠位駆動歯１７５Ｄに係合して、図に示すように反時計回りの回転は、シャトル１７０を図４及び図５に示す発射準備完了位置まで戻すことができる。図１６は、初期の歯の接触（ａ）から、インボリュート歯の間の転がり接触の終了（ｂ）、歯３０２Ａがシャトルの近位駆動歯１７５Ｐとの接触から外れる最終変位位置までのステップの進行を示す。
【0052】
初期接触から最終回転時までの部分歯ピニオン３００の回転は、ラックの線形運動を生じることができる。歯３０２Ａがシャトルの駆動歯１７５Ｐとの接触から外れ、シャトル１７０が解放されてドライバ１２０のインパクトフランジ１２３へ向かって加速するまで、付加的運動が発生する可能性がある。この運動中に、歯３０２Ａと歯１７５Ｐとの間に滑り接触があり得る。もっと微小な運動分解能が好ましい場合には、もっと微小なピッチを使用できるものの、これによって歯がもっと小さくなり、かつ、弱くなる可能性がある。
【0053】
歯車歯基礎原料（例えば１７５及び３０２）は、硬化して、丸みのある先端で研摩し、物理蒸着によって施された炭化タングステンなどの耐摩耗コーティングでコーティングできる。歯は接触応力の深さに比べて大きくないので、典型的には無心焼き入れできる。二硫化タングステンＷＳ２、グラファイト／ＭｏＳ２と同様の軟質層状材料などの乾燥層状ソリッド潤滑剤も、コーティングプロセスにおいて加えることができる。また、コーティングは、歯車の基礎スチールよりずっと高い弾性率及び強度を有することができるため、接触応力はスチールの応力によって制限され、スチールがコーティング層厚みより下方側で降伏する場合には、コーティングが剥がれる可能性がある。全円周歯を有する歯車が全円周歯を有する別の歯車に係合する場合、歯の先端は、高い接触応力を持たないので、概ねラウンドオーバーしないが、この場合、最終歯の先端は、発射直前にラック歯と大きい力で接触する可能性がある。この歯先端のエッジ-エッジ接触は、トリガシステムのエッジと同様であり、許容されない摩耗を防止するために注意が必要である。
【0054】
ドライバ１２０のインパクトフランジ１２３は、遠位駆動フランジ１７３の近位面によって対象物（例えば大腿骨又は上腕骨）の中へツール（例えば、やすり又はブローチ）を推し進めるための前方（近位）方向への力を生じるために、その遠位面にインパクトを受けることができる。遠位駆動フランジ１７３は、最高応力の対象となり得るのでシャトル１７０と一体的に作ることができる。遠位バネ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るので、力は、ドライバフランジ１２３に衝突するフランジの反対側に直接加えることができ、それによって丈夫な設計とすることができる。
【0055】
図６及び図７（及びシャトル１７０のコンポーネントについては図２及び図１２）に示すように、ドライバ１２０を後退させるために、シャトル１７０の近位端のカウンタボア面１７７に対して着座することができるフランジインサート１７８は、内部スナップリング１７９で所定の場所に保持できる。後退モードのとき、力はそれほど高くする必要はない。これは、ストッパカラー１２１上のドライバ１２０のエンドクランプをインパクトフランジ１２３に近づけることによって（図１３参照）、組立て時に調節できる。
【0056】
ツール取出しのために後方インパクトを与えるために、ストッパエンドカラー１２１がエンドキャップ１１２Ｂのカウンタボアに押圧され、ドライバ１２０のインパクトフランジ１２３の近位面がシャトルのフランジインサート１７８の遠位面と対面するように、ユーザは、外科用二重バネインパクトツール１を後方へ引くことができる。リバースを選択し（例えば、ハンドル１８０のリバースボタンによって）、歯車モータ２３０を起動する（例えば、ハンドル１８０のスイッチ１８１によって）と、部分歯ピニオン３００は、前方インパクトの方向と反対方向に回転することができる。回転は、部分歯ピニオン歯３０２Ａをシャトル１７０の近位後退歯１７５ＲＰに係合させることができ、図に示す時計回りに回転し、図８に示すように、歯３０２Ｃがシャトル１７０の遠位後退歯１７５ＲＤとの接触から外れるまで、シャトル１７０を発射準備完了位置まで前方へ移動できる。接触から外れたら、バネ１６０は、ドライバのインパクトフランジ１２３の近位面がシャトルのフランジインサート１７８の遠位面に衝突するまで、高速でシャトル１７０を後方へ移動できる。
【0057】
シャトル１７０は、後退のための３つの歯１７５ＲＰ、１７５ＲＭ及び１７５ＲＤ（それぞれ近位、中間及び遠位後退歯）を有することができ、各々、本実施形態において、部分歯ピニオン３００の３つの歯と係合する。ツールの前方インパクトのための歯はオフセットし、部分歯ピニオン３００には３つの歯しかないので、後方（引出し）エネルギーは、前方エネルギーより約３０％低い可能性がある。しかし、これは、例えばブローチを骨の中へ推し進めるよりもブローチを引き出すための力の方が小さいので、妥当である。
【0058】
シャトル１７０の円形歯車ラック駆動歯１７５は、歯車モータのＤ字形出力シャフト２３３に滑り嵌めするようにＤ字形孔３０１を有することができる部分歯ピニオン３００（図１１）の歯３０２によって駆動できる。図３においては、歯車モータ２３０の前面フランジしか見えないが、これを所定の場所に保持するボルト２３４の１つを示す。平先端セットスクリュー３１３は部分歯ピニオン３００を所定の場所に保持できるが、後に論じるように、部分歯ピニオン３００は、歯車モータシャフト及びアウトリガー支持ベアリング（図９参照）によって軸方向に拘束できる。本明細書において開示するように、歯車ピッチ及びピッチ直径によって決められる３つの歯３０２Ａ、３０２Ｂ及び３０２Ｃは、ラックをいずれかの方向に所望の距離だけ駆動するために必要とされる。
【0059】
ロッド１２２上の後部カラー１２１は、固定Ｃクランプカラーとすることができるが、後退力を調節するために、医師がカラーを回してフランジ１２３に対するその軸方向の位置を調節できるようにシャフト上のネジ切りカラーとすることができる。この場合、リードキャップ１１２Ａは、取外し可能であるか又は位置をダイアルするための突出部を有するネジ切りカラーとすることができる。
【0060】
前方及び後方インパクトにおいて、エネルギーは、フランジ１２３に衝突する前にシャトルが走行（即ち加速）する距離を変更することによって変更できる。したがって、バネ剛性（例えば、バネサイズ）は、これまでに必要とされたものの最大に固定でき、ブロー当たりのエネルギーは、シャトルキャビティ１７６内部のフランジ１２３の位置を変更することによって容易に調節できる。これによって、スリップクラッチ又はその他のエネルギー浪費要素ではないので、非常に丈夫な設計を得ることができる。
【0061】
モータギアボックス結合体（歯車モータ）、特に高比率を有するものは、非常に高いトルクを出力できる。多くの場合、このトルクは、結合要素によって別のシャフトへ伝達できる。ときには、歯車又は滑車は、歯車モータ出力シャフトに直接取り付けできる。しかし、本明細書において開示するように、駆動歯車（例えば部分歯ピニオン３００）に対する衝撃荷重が突然に解放される可能性があり、歯車のピッチ半径で割った伝達されたトルクの等価半径荷重が、歯車モータ２３０の出力シャフト２３３に対する許容可能な半径荷重を上回る可能性がある。歯車がシャフト２３３に沿って離れるとき、問題は悪化する可能性がある。
【0062】
この問題の解決策は、図９及び図１０に示すように、モノリシックのモータ取付ブロック１５０である。高品質の歯車モータ前面は、出力シャフト２３３を支持する内側ベアリングと同軸とすることができる精密ラウンド位置決めボスを有することができる。したがって、これらを取付けて、ボスは、精密アウトリガーベアリング２８０を配置できるモータ取付ブロック１５０の他方の側までシャトル１７０が通過する領域を横切って延びることができる精密孔１５３に滑り嵌めできる。位置決めボスのための孔直径は、直線孔作用が作られ、公差に合わせて孔をリーミングできるように、アウトリガーベアリング２８０に必要とされる孔１５３と同じとすることができる。したがって、整列は、あまり苦労せず１０ミクロン以内の整列とすることができる。
【0063】
精密孔１５３が作られた構造体の中央領域において、一体的に形成された歯車シャフト構造体３１１上に部分歯ピニオン３００を収容するキャビティを作ることができる。この歯車シャフト構造体３１１上で、歯車端（例えば、部分歯ピニオン３００）において、直径は、カップリングの必要なくトルク伝達が得られるように、フラット、キー溝又はスプラインなどのシャフト特徴部を含む精密孔が、歯車モータシャフト２３３と噛み合うために充分な大きさにすることができる。シャフト構造体３１１の他方の端は、アウトリガーベアリング２８０の中へ嵌まるシャフト３１０を有することができる。２つのベアリング２８０を、付加的なモーメント支持及び剛性を与えるために使用できる。効果は、中間に歯車（例えば、部分歯ピニオン３００）を有する支持されたシャフト（例えば、構造体３１１）であり、歯車歯（３０２Ｂ）接線力からの半径方向荷重並びに歯車歯分離力を、歯車モータシャフト支持ベアリングとアウトリガーベアリング２８０によって分担できることである。精密嵌合い及び整列は、このような配列によって得ることができ、これはモータ取付ブロック１５０のモノリシック構造によって可能になる。
【0064】
図９及び図１０に示すように、歯車歯の接線力及び分離力は、常に基本的に正味上向き方向に増すので、アウトリガーベアリングの孔１５３は、ファン形アクセス１５２を形成し、部分歯ピニオン３００を所定の場所まで滑動できるようにするために、その下四半分を緩和することができる。孔１５３の中のスナップリング溝１５４は、孔１５３の中でベアリングを軸方向に保持するためにスナップリング２８１を保持でき、孔は、完全組立て機器においては、キャップ１４５によって被覆できる（図１参照）。ボルト２３４を締め、歯車モータ２３０のギアヘッド２３２をハウジング１４９にしっかりと保持するために、上部アクセスポート１５５は、アクセスできるようになっている。このアクセスポートは、完全組立て機器においてキャップ１４６によって被覆できる（図１参照）。孔２３５は、高い精密さのために一線上の孔となるように孔１５３と共線的かつ同じ直径とすることができる。したがって、歯車モータ前部ボス２３９は、上で論じたように同心的に精密に保持でき、歯車モータ２３０の精密な整列のために、製造者によって公差内に合わせられる。ボス２３９と同じ外径を有するようにアウトリガーベアリング２８０Ａ及び２８０Ｂを選択することによって、１０ミクロンオーダーの精密な位置合わせが可能であるため、部分歯ピニオンシャフト３１０がベアリング２８０の孔に嵌まり、部分歯ピニオンＤ字形孔３０１が歯車モータシャフト２３３上を滑動するときに、歯車モータ２３０のベアリングは、シャフト３１０のショルダ３１６に着座するアウトリガーベアリング２８０ａ及び２８０ｂによって過剰に拘束されない。その結果、歯車歯３０２に対する接線力及び歯車歯分離力による高い半径荷重は、歯車モータ２３０のベアリング及びアウトリガーベアリング２８０によって分担できる。
【0065】
本明細書において開示する円形歯車ラック歯１７５の場合、歯車ラック歯のクラウンは、不整列がないことを意味する。このクラウンは、駆動歯車と係合する従来のフラットフランク歯車ラック歯の場合より大きい接触応力を生じる可能性があるが、歯車歯強度だけではなく円形歯車歯ラック歯１７５との駆動歯車歯３０２の接触応力の計算を含むシステムの分析によって本明細書において開示するように処理できる。
【0066】
要素の長さ寸法は、機械的コイルバネに蓄積されるエネルギーを、バネの圧縮の二乗で変動できるようにする。したがって、バネの圧縮及び自由長さから開始する。繰り返しの圧縮によってバネに過度な応力が生じる可能性があるため、バネの圧縮された長さは、バネの固体高さではない。
【0067】
従って、駆動ロッド１２２の長さの計算によって、ユーザがツールを押したときに、駆動ロッド１２２の端部に取り付けられるツールホルダ１１４の後面は、システム外側チューブ１１１前部の前部エンドキャップ１１３と接触することができる。シャトル１７０がコックされたときに、その近位フランジ（例えばツールホルダ１１４に最も近い）内面がぴったり接触するか、又は、駆動歯車３００がシャトル１７０を解放して発射する前に、もう少しだけ進まなければならないが、駆動ロッド１２２のインパクトフランジ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条件を防止するために、約１ｍｍの公差クリアランスで、駆動ロッド１２０の中央インパクトフランジ１２３をシステム内に配置することができる。
【0068】
図１７及び図１８は、２つのバネ５６０Ｐ及び５６０Ｄと、一体的歯車歯を有するシャトル区分５７０とを含むことができる、モノリシックバネ-シャトル構造体５００を示す。バネは、５６０Ｐを時計回りに（ＣＷ）、５６０Ｄを反時計回りに（ＣＣＷ）に機械加工できる。バネは、スチールロッド又はチューブからバネを機械加工することによって一体的にすることができる。円形ラック歯１７５は、シャトル区分５７０に機械加工できる。ツールを前方へ推し進めるための前方インパクト面は、シャトル５００と一体とすることができるが、高い力容量スナップリングを使用することもできる。注文製造バネは、より大きい直径を持つことによって利点を与えることができ、多少短いバネを使用でき、バネ－シャトルチューブ１１０と噛み合うために必要とされるエンドキャップを組み込むこともできる。この例において、１つのバネ５６０を時計回りに、他方を反時計回りに加工できるため、外側チューブ１１１に取り付ける端部への正味トルクがあまり生じない。したがって、滑り又は摩耗を回避及び／又は減少できる。予荷重は、システムの外側チューブ１１１をシャトル５００に被せて配置し、チューブの近位端をフランジ５６１に着座するときに得られる。シャトル５００は、内部から（例えば拡張ツールを使用して）掴み、スナップリングが溝５７１の中へ嵌まるまで張力をかけて引っ張ることができる。シャトル区分５７０の前方（即ち、駆動）及び後方（即ち、後退）インパクト作動のための円形ラック歯車１７５Ｐ、１７５Ｍ、１７５Ｄ、１７５ＲＰ、１７５ＲＭ及び１７５ＲＤの外径より２ｍｍから３ｍｍ大きい直径とすることができるエンドボス５６２及び５７２によって、シャトル５００は、外側ハウジングチューブ１１１の中で中心を維持できる。
【0069】
本明細書において開示するように、外科用二重バネインパクトツール１は、インパクト当たり最大約４ジュールの約６Ｈｚインパクトを加えるように設計できる。図１、図２、図４及び図６に示すようなソフトブロークリップ４４４は、駆動バネの有効行程を減少することによって、インパクト力を下げることができる単純な力制御機構を与えることができる。
【0070】
図１９を参照すると、連続的可変力制御機構６００は、エンドキャップ１１２Ａの代わりに外側チューブ１１１の後端に取り付けられた、ハンドル６０６の中に受け入れられたシャフトヘリックス６０２及びヨーク６０４を含むことができる（図２１参照）。シャフトヘリックス６０２は、回転しないように固定できる駆動シャフト１２２の後面に取り付けできる（セットスクリューなどによって）。図２０に示すように、シャフトヘリックス６０２は、力制御ハンドル６０６と相互作用する螺旋面をそれぞれ有する１対のヘリックス６０８を含むことができる。２つのヘリックス６０８を使用することによって、噛合いヘリックスによるインパクトの間における駆動シャフトへの側方負荷を排除できる。外科用二重バネインパクトツール１によって与えられるインパクト力の範囲は、ヘリックス６０８の勾配及びハンドル６０６の回転角度によって決めることができる。最大力の５０％の選ばれた形状を与えるために、ヘリックスは、１１２度の回転で６ｍｍのライズを有することができるが、他の設計も他のライズ量で実現できる。
【0071】
図２２に示すように、ハンドル６０６は、シャフトヘリックス６０２のヘリックス６０８と噛み合う１対の噛合いヘリックス６１０をハンドル６０６の内部に含むことができる。ハンドル６０６を回すと、駆動シャフト１２２を前方へ変位でき、シャトル１７０がインパクトフランジ１２３に衝突するまでの駆動シャフト１２２の行程を減少し、それによってツール頭部へ伝達される力を減少できる。このことは、制御ハンドル６０６がインパクトの間に、負荷の一部を受けることができることを意味する。Ｏリング６１２は、ほぼ円周をハンドル６０６の前縁に沿って配置でき、高圧滅菌のために力制御機構６００を密閉できる。Ｏリング６１２は、また、インパクト変位に対抗するダンピング及び摩擦トルクも与えることができる。デテント６１４は、外周に近接してハンドル６０６の内面に設けることができる。
【0072】
図１９に示すように、ヨーク６０４は、ハンドル６０６を越えて延びて外側チューブ１１１の噛合いフランジ６１８に着座するフランジ６１６を含むことができる。図２３に示すように、ヨークは、ハンドル６０６の中まで延びるアーム構造体６２０を含むことができ、図２４に示すようにバネ式ボールベアリング６２４を支持するための開口６２２を含むことができる。ヨーク６０４は、外側チューブ１１１に対して固定でき、バネ式ボールベアリング６２４は、ハンドル６０６の内部でデテント６１４と相互作用できる。ヨーク６０４は、外側チューブ１１１へのハンドル６０６の取付けを可能にする。
【0073】
図２４は、シャフトインパクト力と所望の力制御設定を維持する際に関わる変数との間の一般化された関係を示す。図２４において、ヘリックス６０８は、高さＨ及びヘリックス６０８円周の変位距離に等しい底πＲω／１８０を有する二次元傾斜として処理できる。ここで、Ｒは、半径（ヘリックスの接触の平均半径中心まで計測）であり、ωは、角度で計測したハンドルの回転である。
【0074】
システムの他の要素は、医師が望む力設定をツールの６Ｈｚインパクトより下に維持できるＯリング６１２及びバネ式ボールベアリングデテント６１４／６２４を含むことができる。
【0075】
図２４を参照すると、ｘ軸方向の力の合計、即ち、シャフトインパクトによって生成された半径方向の力は、１）へリックスの内部摩擦、２）Ｏリングによって課された摩擦、及び、３）ボールベアリングデテント６１４／６２４を変位するために必要な力、によって対抗することができ、下記のように集約される：
Σ(x): Ｆｓｈａｆｔ（ｘ）＝Ｆｏ－ｒｉｎｇ＋Ｆｈｅｌｉｘ＋Fｄｅｔｅｎｔ （式１）
Σ(x): Ｆｓｈａｆｔ（ｘ）＝Ｆｏ－ｒｉｎｇ＋Ｆｈｅｌｉｘ＋Fｄｅｔｅｎｔ （式１）
【0076】
各項を別個に分析すると、
Ｆｓｈａｆｔ（ｘ）．＝ＦｓｈａｆｔｓｉｎΘ＝Ｆｓｈａｆｔ*１８０Ｈ／πＲω （式２）
Ｆｏ－ｒｉｎｇ＝μｏ－ｒｉｎｇＦｓｈａｆｔ （式３）
Ｆｈｅｌｉｘ＝（摩擦のＸ方向成分）＝ＮμｈｅｌｉｘｃｏｓΘ （式４）
Ｆｓｈａｆｔ（ｘ）．＝ＦｓｈａｆｔｓｉｎΘ＝Ｆｓｈａｆｔ*１８０Ｈ／πＲω （式２）
Ｆｏ－ｒｉｎｇ＝μｏ－ｒｉｎｇＦｓｈａｆｔ （式３）
Ｆｈｅｌｉｘ＝（摩擦のＸ方向成分）＝ＮμｈｅｌｉｘｃｏｓΘ （式４）
【0077】
Ｆｄｅｔｅｎｔは、デテントの評価を必要とし得る。
【0078】
図２５を参照すると、Ｆｄｅｔｅｎｔを見出すために、一次的な内部変数Ｆｂａｌｌを導入することができ、
Ｆｂａｌｌ，＝ボールに加える力
＝Ｆｓｈａｆｔ（ｘ）－Ｆｏ－ｒｉｎｇ－Fｈｅｌｉｘ （式５）
である。
Ｆｂａｌｌ，＝ボールに加える力
＝Ｆｓｈａｆｔ（ｘ）－Ｆｏ－ｒｉｎｇ－Fｈｅｌｉｘ （式５）
である。
【0079】
トルク分析は、以下の場合に、ボールベアリングがキャビティから押し出されることを示す。
Ｆｂａｌｌｈ＞Ｆｓｐｒｉｎｇ ｒｃｏｓφ （式６）
Ｆｂａｌｌｈ＞ＫＸ ｒｃｏｓφ （式７）
Ｆｂａｌｌｈ＞Ｆｓｐｒｉｎｇ ｒｃｏｓφ （式６）
Ｆｂａｌｌｈ＞ＫＸ ｒｃｏｓφ （式７）
【0080】
ここで、Ｋはバネ定数であり、Ｘは予荷重距離である。
【0081】
一時的な内部変数Ｆｂａｌｌを消去するために式を解くと、以下の関係に従って、デテントボール６２４は、デテント６１４から押し出される。
（Ｆｓｈａｆｔ １８０Ｈ／πＲω－μｏ－ｒｉｎｇ Ｆｓｈａｆｔ
－Ｎμｈｅｌｉｘ ｃｏｓΘ）ｈ＞ＫＸｒ ｃｏｓφ （式８）
（Ｆｓｈａｆｔ １８０Ｈ／πＲω－μｏ－ｒｉｎｇ Ｆｓｈａｆｔ
－Ｎμｈｅｌｉｘ ｃｏｓΘ）ｈ＞ＫＸｒ ｃｏｓφ （式８）
【0082】
上記の分析は、二次元表示である。長軸に沿って見ると、４つの項が実際には３つの異なる半径において生じることは明らかである。図２６を参照すると、ヘリックス６０８／６１０の間のシャフト力及び摩擦係合はＲに生じ、Ｏリング６１２の摩擦力はＲｏ－ｒｉｎｇに生じ、デテントの力はＲｄに生じる。この設計の態様は、Ｏリング及びデテント力の両方が、半径の約半分で加えられる、駆動シャフトによって加えられる力よりも顕著な機械的利点を有することができる。このことは、上記の式７に加えて、Ｏリング６１２及びデテント６１４／６２４が感じる力に対する、ドライバによってヘリックス６０８／６１０を通じて加えられる力の間の比率が、それぞれＲ／Ｒｏ及びＲ／Ｒｄだけ減少することを意味する。
【0083】
数式
（Ｆｓｈａｆｔ １８０Ｈ／πＲω－μｏ－ｒｉｎｇ Ｆｓｈａｆｔ
－Ｎμｈｅｌｉｘ ｃｏｓΘ）ｈ＞ＫＸｒ ｃｏｓφ （式９）は、
（Ｆｓｈａｆｔ １８０Ｈ／πＲω－μｏ－ｒｉｎｇ Ｆｓｈａｆｔ
－Ｎμｈｅｌｉｘ ｃｏｓΘ）ｈ＞ＫＸｒ ｃｏｓφ （式９）は、
【0084】
設定を変更するためにインパクトが繰り返されるとしても、力設定を確実に保持するために、設計者が下記の変数を使用できることを証明する。
【0085】
直交図で示される異なる半径に関して、設計は、Ｏリング６１２及びデテント６１４／６２４を可能な限り中心から離して配置して、駆動ロッドからのインパクトがデテント６１４／６２４を解除する可能性を小さくして、Ｏリング６１２によって与えられる相対力を増加するといった機械的利点を与える。設計者は、設計目的を与えるために、いずれかの分析を単独で又は組み合わせて使用できる。
【0086】
（注記）
上記の詳細な説明は、詳細な説明の一部を成す添付図面の参照を含む。図面は、本発明を実施できる具体的実施形態を例として示す。これらの実施形態を、本明細書においては「実施例」とも呼ぶ。これらの実施例は、図示する又は説明する要素に加えて他の要素を含むことができる。しかし、当該発明者は、図示又は説明する要素のみを含む実施例も想定する。さらに、当該発明者は、特定の実施例（又はその１つ又は複数の形態）に関してあるいは図示する又は本明細書において説明する他の実施例（又はその１つ又は複数の形態）に関して、図示又は説明する要素（又はその１つ又は複数の形態）の任意の組合せ又は置換を使用する実施例も想定する。
上記の詳細な説明は、詳細な説明の一部を成す添付図面の参照を含む。図面は、本発明を実施できる具体的実施形態を例として示す。これらの実施形態を、本明細書においては「実施例」とも呼ぶ。これらの実施例は、図示する又は説明する要素に加えて他の要素を含むことができる。しかし、当該発明者は、図示又は説明する要素のみを含む実施例も想定する。さらに、当該発明者は、特定の実施例（又はその１つ又は複数の形態）に関してあるいは図示する又は本明細書において説明する他の実施例（又はその１つ又は複数の形態）に関して、図示又は説明する要素（又はその１つ又は複数の形態）の任意の組合せ又は置換を使用する実施例も想定する。
【0087】
本文献と参照により援用される文献との間に矛盾する使用がある場合、本文献の使用が優先する。
【0088】
本文献において、単数冠詞は、特許文献において一般的であるように、「少なくとも１つの」又は「１つ又は複数」の他の事例又は使用とは別に、１つ又は１つを超える数を含むものとして使用する。本文献において、「又は」は、特に指示されない限り、非排他性を意味するようにすなわち「Ａ又はＢ」が「ＢではなくＡ」、「ＡではなくＢ」及び「Ａ及びＢ」を含むように使用される。本文献において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「そこで（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれ「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「そこにおいて（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」の平易な英語の同義語として使用する。また、以下の請求項において、「含む」及び「備える」は、制限がない、即ち、請求項においてこの用語の後に列記される要素に加えて他の要素を含むシステム、機器、品目、組成、公式又はプロセスも、その請求項の範囲内にあると見なされる。さらに、以下の請求項において、「第１」、「第２」及び「第３」は、単なる符号として使用しており、その対象に数値的要件を課すことを意図しない。
【0089】
上記の説明は、制約的ではなく例示的であることを意図する。例えば、上述の実施例（又はその１つ又は複数の形態）は、相互に組み合わせて使用できる。他の実施形態は、上記の説明を読めば当業者などによって使用できる。「要約」は、読み手が技術的開示の性質を速やかに確認できるようにするために連邦規則集３７巻§１．７２（ｂ）に準拠して提出する。要約は、請求の範囲又は意味を解釈又は限定するために使用されないと言う了解のもとに提供する。又、上記の「詳細な説明（発明を実施するための形態）」において、様々な特徴は、開示を簡潔化するためにグループ化する場合がある。これは、請求せず開示する特徴が請求にとって必須であることを意図するものとして、解釈されるべきではない。むしろ、発明の内容は、特定の開示される実施形態の特徴の全てに満たないものであり得る。したがって、以下の請求項は、実施例又は実施形態として「詳細な説明」に援用され、各請求項は、別個の実施形態として独立し、このような実施形態は、様々な組合せ又は置換で相互に組み合わせることができるものと想定される。本発明の範囲は、請求が権利を有する同等物の全範囲と一緒に請求項を参照して決定すべきである。
【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18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【国際調査報告】