单块髋臼扩孔钻的制作方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2017年6月30提交的名为单块髋臼扩孔钻的美国临时申请us62/527,088的利益，据信其内容通过参考明确地结合于此并且依赖其内容以定义特征，当其整体对解决属于本发明的技术问题产生影响时，这些特征因此可以寻求保护，在下面可能提到的一些特征具有特殊的重要性。

版权与法律通知

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本发明涉及为接受髋臼移植做准备用于切削髋臼的扩孔钻及其制造工艺或方法。

背景技术：

当前的扩孔钻是金属冲压的并且然后被钻削以形成切削刃。但是这种冲压过程形成凹陷，骨头和软组织物质可能会陷于其中，使得清洗很困难。此外，利用冲压加工通常难以获得扩孔钻的精度和准确性。

因此需要更容易清洁的扩孔钻。此外，需要精确的并且容易制造的扩孔钻。

技术实现要素：

本发明的髋臼扩孔钻通过扩孔钻驱动装置满足这些要求，该扩孔钻驱动装置通常具有圆拱形外表面和与该圆拱形外表面同心的圆拱形内表面，因而限定了空心圆拱。至少一个切削齿设置在该空心圆拱上。基本上垂直于该至少一个齿的齿顶面测量的横截面厚度t大于该内外圆拱形表面之间的径向距离t。该扩孔钻包括圆拱形内表面，其中多个切削刃面向表面(facingsurfaces)完全延伸到该圆拱形内表面。面向表面的该切削刃通过钻削或铣削形成。这样避免了捕获骨渣或软组织的凹槽，并且在两次使用之间很容易清洗并应同时提高切削效率切削。

在该优选实施例中本发明的扩孔钻通过金属粉末注射成形(mim)并烧结制造。也可以用其他材料，例如塑料、填充碳纤维或玻璃纤维的塑料、树脂、陶瓷等。本发明不同于现有技术的扩孔钻，现有技术的扩孔钻通过等厚度的金属板的变形并且然后用焊接工艺将连接杆组装在扩孔钻外壳上。

本发明还描述了通过在烧结之前组装的两个部件的金属注射成型来制造髋臼扩孔钻的方法。该烧结的组件然后被机械加工以形成切削刃并且最终可选地热处理。

附图说明

附图以举例的方式描述本发明主题的不同实施例。

图1a是髋臼扩孔钻的透视图。

图1b是该髋臼扩孔钻的另一个透视图。

图2是该髋臼扩孔钻的横剖视图

图3a是该髋臼扩孔钻的仰视图。

图3b是该髋臼扩孔钻的不同实施例的仰视图。

图4是该髋臼扩孔钻切削齿的横剖视图。

图5是现有技术的髋臼扩孔钻切削齿的横剖视图。

图6是半完成状态中的髋臼扩孔钻的分解图。

图7是半完成状态中的髋臼扩孔钻的透视图。

图8是半完成状态中的髋臼扩孔钻外壳的透视图。

图9a是半完成状态中的髋臼扩孔钻的横剖视图。

图9b是半完成状态中的髋臼扩孔钻的切削齿的横剖视图。

图10是用于制造髋臼扩孔钻的方法的流程图。

图11是用于制造髋臼扩孔钻的不同方法的流程图。

图12a-12c是用在本发明的扩孔钻中的三种替代形状的示意图。

本领域技术人员应当理解，这些图中的元素为了简单和清楚起见而被图示出，并且不一定按比例绘制。例如，维度可能相对于其他元素被夸大以便帮助提高对于本发明及其实施例的理解。此外，当本文使用措词“第一”、“第二”等等时，其使用预期用于区分相似的元素并且不一定用于描述相继的或者按时间先后的顺序。而且，说明书中和/或权利要求书中像“前”、“后”、“顶部”和“底部”等等那样的相对的措词不一定用于描述排他性的相对位置。因此，本领域技术人员应当理解，这样的措词可能与其他措词互换，并且本文描述的实施例能够以明确说明或者以其他方式描述的那些取向不同的取向操作。

具体实施方式

在图1a和1b中，示出注射成型并组装其部件、烧结并机械加工切削刃之后的髋臼扩孔钻100。该髋臼扩孔钻典型地包括共同限定空心圆拱的圆拱形的外表面101，边缘103，和圆拱形的内表面110。该圆拱形外表面和圆拱形内表面是相互同心的并且因而被恒定的距离间隔开。该圆拱具有围绕该圆拱设置的切削齿102以确保当绕其主轴旋转时均匀地扩大臼部。连接杆104允许该髋臼扩孔钻连接于也叫做扩孔钻手柄的器械支架。

应当指出，虽然空心圆拱适合于切削髋臼，但是根据其应用利用其他形状(例如，见图12a—图12c)也能够获得本发明的许多益处。空心圆锥或其他旋转表面也用在特定的实施例中。

在一个实施例中，四个连接杆相互成90°设置，以形成十字杆件。具有至少一个其横截面尺寸大于该连接杆的直径的加强部分105设置在该十字杆件的中心。孔或开口106位于十字杆件(或加强部分105)的中心。沿着该连接杆104的底切108减少该连接杆的横截面并且在烧结过程期间减少该边缘103的变形。

在另一个实施例中，增加了沿着连接杆104的窗口107，用由于识别扩孔钻的尺寸。

在另一个实施例中，连接杆104邻接于该髋臼扩孔钻的边缘103并且完全设置在该空心圆拱的内表面110的里面。在一个不同的实施例中，该连接杆可以设置在该边缘103的上方或下方。在又一个不同的实施例中，该连接杆具有不同的形状和横截面形状。实际上，连接杆的数目可以增加或减少以适合于所用的扩孔钻驱动器。

现在参考图2，该圆拱形的内表面110在赤道区具有较大的横截面厚度，形成环形的加强凸缘201。

参考图3a，该扩孔钻的尺寸或任何其他信息301可以显示在连接杆的窗口107中。

参考图3b，示出扩孔钻的不同实施例，其中十字杆件的中心是实心的并且允许显示信息。

现在参考图4，切削齿102的横截面在从圆拱形外表面101、403延伸的齿圆拱形表面或齿顶面405上具有切削刃顶点401。齿圆拱形表面或齿顶面405基本上是以齿102为中心的线的径向突起(projection)，该线沿着齿的切削轨迹定向并突起(project)到齿的顶部。该齿圆拱形表面或齿顶面405将该齿外表面101连接到该切削刃顶点401。面向切削方向的齿切削表面402对圆拱形内表面110、404以一定角度406设置。该外表面403和内表面404之间的垂直距离t等于该扩孔钻空心圆拱的厚度。该齿圆拱形表面405和内表面404之间的垂直距离t明显大于该外表面403和内表面404之间的垂直距离t。齿孔109制造成通过外表面403、齿圆拱形表面405和内表面404以形成该齿的切削刃。齿孔109根据希望的切削性质可以是圆柱形、椭圆形、多边形、甚至正方形和/或锥形，或具有特定的几何形状。齿孔109通常以与平行于该空心圆拱形表面的轴线成90°到5°之间的一定角度406被机械加工。该角度406对应于我们能够在这里称之为该齿的切削角。因此考虑到切削方向，90°角是不锋利的，而5°角将是十分锋利的。

在图5所示的现有技术中，齿500通过等厚度的材料板变形而形成。一种冲压工具通常用来使该外壳变形并形成齿的几何形状。因此小内腔506形成在该外壳的内侧上，当外科手术之后清洗该髋臼扩孔钻时就可能成问题了。有时候为了清洗而进入这个内腔506是很难的。该空心圆拱100的外表面403和内表面404之间的垂直距离基本上等于该切削刃齿顶面501和齿内表面506之间的垂直距离t。这通常是由于，如上所述，设定厚度的金属板毛坯用来形成空心圆拱100。

再参考图4，另一方面，本发明的齿102不是通过等厚度的材料板变形而是通过注射成型形成。因此，该齿102的横截面厚度不是恒定不变的并且提供一个没有凹陷506的平坦的内圆拱形表面110。消除了骨屑聚集区并且因此能够更容易地清洗该装置。

虽然提到单个齿102，但是很显然，为了适当地切削髋臼通常一个以上的齿102是需要的。事实上，一般使用从空心圆拱100的顶点到边缘103、201以螺旋取向形成的许多个齿102。通常，根据扩孔钻的大小以及齿的大小和几何形状，所用的齿在15至100个之间。这些齿可以沿着螺旋方向取向或以任何合适的方式取向，当扩孔钻旋转时其切削该圆拱或其他形状的希望的旋转表面，从而均匀地切削骨骼。

现在参考图6，图6示出处在制造工艺的中间步骤的髋臼扩孔钻，其中该髋臼扩孔钻100由两个注射成型件—扩孔钻空心圆拱600和扩孔钻连接件601—组成。该扩孔钻连接件601优选用与扩孔钻空心圆拱600同样的注射成型工艺制造，并且在烧结和机加工该孔之前组装在一起。该扩孔钻空心圆拱600具有将用来形成齿102的齿圆拱606。一旦组装时，围绕空心圆拱600的边缘607设置的定位特征602确保与该扩孔钻连接件601的定位特征603正确取向。该扩孔钻连接件601具有组装时与圆拱形内表面110接触的内环形凸缘604和组装时与空心圆拱600的边缘607接触的底面凸缘605。由于在烧结期间可能产生显著的内应力和变形，该内环形凸缘604和底面凸缘605可设计成具有不同的形状、厚度和尺寸。对接表面可以是锥形的。沿着连接杆104的底切108对于部分地减少连接杆的横截面并且因此减少烧结过程期间所产生的内应力和引起该凸缘的最终变形是很重要的。底切108可以用能够增加或减少该区域的横截面的连接杆104的不同几何形状代替。位于十字杆(或加强部分105)中心的孔或开口106使得可直接进入该空心圆拱的内顶表面。特定的夹具在烧结过程期间用来从内部支持该空心圆拱的顶点，以避免其变形和下垂。

现在参考图7，图7示出扩孔钻空心圆拱600和扩孔钻连接件601的组件。在烧结该组件700之后，这两个部件将充分熔合在一起，仅示出了分型线701。定位特征602和603重合，示出分型线702。

现在参考图8，图8示出注射成型后的扩孔钻空心圆拱600(并且没有扩孔钻连接件601)。内表面800是光滑的。

现在参考图9a，图9a示出组装并烧结的扩孔钻空心圆拱600和扩孔钻连接件601的横截面，其中该两个部件将被充分熔合在一起。图9b也示出涉及在钻削或铣削切削刃之前的齿圆拱横截面的近观图。齿圆拱606的厚度大于该扩孔钻圆拱外壳的厚度。

现在参考图10，用于制造该髋臼扩孔钻100的方法1000包括若干步骤。在第一步1002中，该扩孔钻空心圆拱600和扩孔钻连接件601可以通过金属注射成型(mim)制造。在第二步1004中，该扩孔钻空心圆拱600和扩孔钻连接件601被组装到一起。定位特征603确保这两个部件的正确定位。在第三步1006中，这两个部件的组件在高温下烧结，其将这两个部件熔合在一起以仅形成为一件。在第四步1008中，齿孔109被机械加工在该烧结组件中以形成该齿的切削刃。在第五步1010中，可选地对组件进行热处理以赋予该材料所希望的硬度性质。

现在参考图11，用于制造该髋臼扩孔钻的另一种方法1100包括若干步骤。在第一步1002中，扩孔钻空心圆拱600和扩孔钻连接件601通过金属注射成型(mim)制造。在第二步1008中，齿孔109被加工在生胚空心圆拱600中，以形成该齿的切削刃。在第三步1004中，扩孔钻空心圆拱600和扩孔钻连接件601被组装到一起。定位特征603确保这两个部件的正确定位。在第四步1006中，这两个部件的组件在高温下烧结，其将这两个部件熔合在一起以仅形成为一件。在第五步1010中，可选地对该部件进行热处理以赋予该材料所希望的硬度性质。

重要的是，在注射成型之后或甚至更好地是在烧结之后机械加工该切削刃，使其能够形成具有良好切削性能的更有效的切削齿。该切削齿的切削刃不应在模压过程期间(如现有技术中那样)形成。

本发明的扩孔钻靠近该扩孔钻的凸缘具有至少一部分可见的分型线。

本发明可以被定义为具有如下特征组：

1.一种髋臼扩孔钻，包括圆拱形的外表面和与该圆拱形的外表面同心的圆拱形的内表面，从而限定出空心圆拱，其中至少一个切削齿被设置在该空心圆拱上，并且其中基本垂直于该至少一个齿的齿顶面测量的横截面厚度t大于内外圆拱表面之间的径向距离t。

2.特征组1的髋臼扩孔钻，其中该内圆拱表面被通过它的至少一个孔中断，形成该至少一个切削齿的切削刃和切削表面。

3.特征组2的髋臼扩孔钻，其中该通过它的至少一个孔是圆柱状的。

4.特征组2的髋臼扩孔钻，其中该通过它的至少一个孔是圆锥形的并且因此是倾斜的。

5.特征组1的髋臼扩孔钻，还包括至少一个与该空心圆拱的内表面接触的连接杆，其中该连接杆具有与该髋臼扩孔钻的旋转轴线对齐的开口。

6.特征组1的髋臼扩孔钻，还包括至少一部分靠近该扩孔钻的凸缘的可见的分型线。

7.一种用于制造髋臼扩孔钻的方法，包括如下步骤：

a)注射成型包括至少一个齿圆拱的该扩孔钻空心圆拱；

b)注射成型该扩孔钻连接件；

c)将该扩孔钻空心圆拱和该扩孔钻连接件组装在一起；

d)将该两个组装好的部件烧结在一起；以及

e)机械加工在该至少一个齿圆拱中的该至少一个孔，以产生该至少一个齿的切削刃。

8.特征组7的方法，其中该注射成型是金属粉末的注射成型(mim)。

9.特征组7的方法，还包括热处理该扩孔钻的步骤。

10.一种用于制造髋臼扩孔钻的方法，包括如下步骤：

a)注射成型包括至少一个齿圆拱的该扩孔钻空心圆拱；

b)注射成型该扩孔钻连接件；

c)机械加工在该至少一个齿圆拱中的该至少一个孔，以产生该至少一个齿的切削刃；

d)将该扩孔钻空心圆拱和该扩孔钻连接件组装在一起；以及

e)将这两个组装好的部件烧结在一起。11.特征组10的该方法，其中该注射成型是金属粉末的注射成型(mim)。

12.特征组10的该方法，还包括热处理该扩孔钻的步骤

13.特征组10的该方法，其中机械加工该至少一个孔以产生该至少一个齿的切削刃是在将该扩孔钻空心圆拱和该扩孔钻连接件组装在一起之后进行的。

14.特征组7或10的髋臼扩孔钻，其中面向表面的切削刃是通过钻削或铣削成形的或重新成形的。

15.一种制造髋臼扩孔钻的方法，包括如下步骤：

a)注射成型包括至少一个齿圆拱的该扩孔钻空心圆拱；

b)注射成型该扩孔钻连接件；

c)机械加工在该至少一个齿圆拱中的至少一个孔以形成该至少一个齿的切削刃；

d)至少一个牙齿切割表面(402)是圆柱形或锥形的。d)将该扩孔钻空心圆拱和该扩孔钻连接件组装在一起；以及

e)将这两个组装好的部件连接(bond)在一起。

16.特征组15的该方法，其中该连接选自包括环氧树脂连接或焊接的一组连接方法之一。

17.一种髋臼扩孔钻，包括圆拱形的内表面和完全延伸到该圆拱形的内表面的至少一个齿切削表面(402)。

18.特征组17髋臼扩孔钻，其中该至少一个齿切削表面(402)是圆锥形的或倾斜的(tapered)。

本发明的优点是提供一种髋臼扩孔钻，该髋臼扩孔钻在其内侧上具有光滑表面因而使该装置能够更加容易清洗。本发明的另一个优点是通过利用具有较少人工操作的重复性更高的工艺来提高该齿的定位和取向的精度。该扩孔钻的球形形式也被改进，因为这里没有如现有技术的扩孔钻那样冲压齿时外壳的变形。

应当理解，这里示出并描述的具体实施例代表了本发明及其最佳方式，并且无意以任何方式限制本发明的范围。

应当理解，可以阐述本发明的许多应用。而且，该系统预期具有类似于本文所描述的功能性的任何产品、服务或信息的使用、销售和/或配置。

正如本领域的技术人员所理解的，本发明可以作为一个系统、一种装置、或一种方法来实施。而且，该系统预期具有类似于本文所描述的功能性的任何产品、服务或信息的使用、销售和/或配置。

附图的说明应当被认为是说明性的方式而不是限制的方式，并且本文所描述的全部修改意图是被包括在要求保护的本发明范围内。因此，本发明的范围应当由权利要求(如它们当前存在，或如之后所修改或附加的，以及它们的法律等效物)来确定，而不是仅仅由上面所描述的例子来确定。任何方法或工艺权利要求中所描述的步骤，除非另有明确说明，可以以任何顺序执行而不限于任何权利要求中出现的特定顺序。还有，在装置权利要求中例举的元件或部件可以以各种排列被组装，或者另外以多种替代功能性地构造，以产生与本发明基本相同的结果。因此，本发明不应当被解释为限定于权利要求中举例说明的具体构造。

本文所提到的利益、其他优点和方案不被解释为任何和或全部权利要求的关键的、必需或必要的特征或部件。

正如本文所使用的，术语“包括”、“包含”或其各种变化意指非排他性的元件列表，这样，包括元件列表的元件、不包括例举的任何那些元件的本发明的任何装置、工艺、方法、产品或结构也可以包括另外的元件，例如在当前的说明书中所描述的那些元件。除非另有明确的说明，术语“包括”、“包含”或“基本包含”的使用不是想要将本发明的范围限制在其后举出的阐明的元件中，除非另外指出。在本发明的实践中所用的上面描述的元件、材料或结构组合和/或修改可以被本领域的技术人变化或修改成另外的设计而不脱离本发明的总的原则。

除非另有说明，以上提及的专利和文章据此通过引用并入本文，只要它们与本公开内容不矛盾即可。

此外，本发明应被认为包括在本说明书，所附权利要求和/或附图中描述的每个特征的所有可能的组合，这些特征可以被认为是新的，发明性的和工业上可应用的。

本发明的附加的特征和功能性描述在所附的权利要求中和/或摘要中。这些权利要求和/或摘要在此通过引用整体并入本说明书，并且应被认为是所提交的申请的一部分。

在此处所描述的本发明的实施例中多个变化和修改是可能的。虽然本发明的一些实例性实施例已经在这里被示出并描述。但是，在前述的公开中设想很大范围的变化、修改和替换。虽然上面的描述包含许多具体的细节，但是这些不应当被解释为对本发明范围的限制，而是示例其一个或另一优选实施例。在一些例子中可以使用本发明的一些特征而没有其他特征的相应使用。因此，应当理解前面的描述被广义地解释并且仅仅理解为示例性的，本发明的精神实质和范围只由这个申请中最终发布的权利要求来限定。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种髋臼扩孔钻，包括圆拱形的外表面和与所述圆拱形的外表面同心的圆拱形的内表面，因而限定出空心圆拱，其中至少一个切削齿被设置在所述空心圆拱上，并且其中基本垂直于至少一个齿的齿顶面测量的横截面厚度t大于内、外圆拱形表面之间的径向距离t,其中进一步地，所述空心圆拱的表面被穿过其中的至少一个孔中断，限定所述至少一个切削齿的切削刃和切削表面。

2.根据权利要求1所述的髋臼扩孔钻，其特征在于，所述穿过其中的至少一个孔是圆柱形的。

3.根据权利要求1所述的髋臼扩孔钻，其特征在于，所述穿过其中的至少一个孔是圆锥形的并且因而是倾斜的。

4.根据权利要求1所述的髋臼扩孔钻，其特征在于，还包括至少一个与所述空心圆拱的内表面接触的连接杆，其中所述连接杆具有与所述髋臼扩孔钻的旋转轴线对齐的开口。

5.根据权利要求1所述的髋臼扩孔钻，其特征在于，还包括靠近扩孔钻凸缘的至少一部分可见的分型线。

6.一种用于制造所述髋臼扩孔钻的方法，包括如下步骤：

a）注射成型包括至少一个齿圆拱的扩孔钻空心圆拱；

b）注射成型扩孔钻连接件；

c）将所述扩孔钻空心圆拱和所述扩孔钻连接件组装在一起；

d）将两个组装好的部件烧结在一起；以及

e）机械加工在所述至少一个齿圆拱中的至少一个孔，以产生至少一个齿的切削刃。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述注射成型是金属粉末的注射成型（mim）。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括热处理扩孔钻的步骤。

9.一种用于制造髋臼扩孔钻的方法，包括如下步骤：

a）注射成型包括至少一个齿圆拱的扩孔钻空心圆拱；

b）注射成型扩孔钻连接件；

c）机械加工在所述至少一个齿圆拱中的至少一个孔，以产生至少一个齿的切削刃;

d）将所述扩孔钻空心圆拱和所述扩孔钻连接件组装在一起；以及

e）将两个组装好的部件烧结在一起。

10.根据权利要求9所述的髋臼扩孔钻，其特征在于，所述注射成型是金属粉末的注射成型（mim）。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括热处理扩孔钻的步骤。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，机械加工至少一个孔以产生至少一个齿的切削刃是在将扩孔钻空心圆拱和所述扩孔钻连接件组装在一起之后进行的。

13.根据权利要求6或9所述的方法，其特征在于，面向表面的切削刃通过钻削或铣削成形或重新成形。

14.一种用于制造髋臼扩孔钻的方法，包括如下步骤：

a）注射成型包括至少一个齿圆拱的扩孔钻空心圆拱；

b）注射成型扩孔钻连接件；

c）机械加工在至少一个齿圆拱中的至少一个孔以形成至少一个齿的切削刃；

d）将所述扩孔钻空心圆拱和所述扩孔钻连接件组装在一起；以及

e）将两个组装好的部件连接在一起。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述连接选自包括环氧树脂连接或焊接的一组连接方法之一。

16.一种髋臼扩孔钻，其特征在于，包括圆拱形的内表面和完全延伸到所述圆拱形的内表面的至少一个齿切削表面（402）。

17.根据权利要求16所述的髋臼扩孔钻，其特征在于，该至少一个齿切削削面（402）是圆柱形的或倾斜的。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

d1在第0076段中披露了齿向径向突出，但未披露其厚度。权利要求1相对d1具备新颖性。d2公开了图2和图3的齿是通过冲孔产生的（见第0022段）。这意味着“基本上垂直于至少一个齿的齿顶面（凸起齿的轮廓线）测量的横截面厚度t”等于或小于“外部和内部圆拱形表面之间的径向距离t“。这是打孔过程的自然结果。用这种方法测量的齿厚不能比圆拱形材料的其余部分厚。因此，权利要求1要求以上述所限定的方式测量的该厚度为“更大”，其相对于d2具备新颖性。d3显示了看起来比圆拱形材料更厚的齿（图4），但对它们只字未提（见第10页第11行）。同时，它显示了“windows”420，但并不意味着它们限定了齿的切削刃。因此，目前提出的修改后的权利要求1是权利要求1和2的组合，相对于所有引用的技术是新颖的。由于现有技术中没有教导或启示导致技术人员从所引用的参考文献中获得本发明，因此，修改后的权利要求1及其所有从属权利要求都具备创造性。因此，本权利要求符合pct的可专利性条件。