JP4282230B2 - プログラミング可能な回転旋盤上の旋盤加工のための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は材料の回転技術による加工のための特別な方法と、この方法の主たる適用に関する。
【０００２】
原則的に従来の旋盤技術は、例えば木、金属あるいはプラスチック製の材料の切削製造のための非常に昔から周知の方法である。最近旋盤技術は、数値制御の導入と再開発によりその可能性を急速に広げている。現在例えば表面輪郭に沿って一定の切断速度を守ることは問題がない。非常に複雑な形でも適切なプログラミングにより比較的簡単に実現でき、非常に短い加工時間で製造可能である。更にこの種のマシンは工具駆動の装備により非常に能力が上昇した、なぜならこのように複雑な形状の材料を張って固定することにより回転・フライス盤加工技術と同じように加工できるからである。この場合、ファクターである時間あるいは一定の造形に関する一定の限界が生じる。例えば回転技術による製造がフライス盤加工より一般に短い加工時間を可能にすることは事実である。更に回転により、より良い表面の質が生じる。このため、材料の形状が理由でフライス盤加工だけしか考えられない場合、必然的に非常に長い加工時間あるいは不均一な表面を甘受しなければならない。更にフライス盤加工技術の製造には、造形に制限がある。例えばフライス軸の放射状の面でフライス盤加工された輪郭の全てのエッジは、使用されるフライスの半径より鋭くはならない。鋭いエッジの輪郭は確かに丸みの除去、衝撃、あるいは腐食により達成されるが、このために他のマシンが材料を引き続き加工しなくてはならない。腐食のケースでは、時間が非常にかかる。確かに非円形の輪郭の切削製造のために数年前からいわゆるフォームボーリング・またはフォーム回転装置が市場に出ているが、これらの装置は高価で、ある程度の規模の投資を必要とする。更にこれらの装置は備えられたインターフェースにしか接続できず、二次元の非円形を持つ一定の輪郭に制限される。
【０００３】
既に昔、旋盤を、非円形な材料の加工のための特別に機械的な構成用部品を追加して改良するという実験が存在した。適切な旋盤がドイツ公開特許公報ＤＥ２５１５１０６で提案されている。これらの旋盤の製造は非常に手間がかかり製造費が高く、更に、二次元の非円形な造形の製造に限られるという欠点を持つ。
【０００４】
非円形加工の造形的可能性は、刃の駆動が自由にプログラミング可能に制御できる場合、例えば旋盤に装備できる工具に関して拡張可能である。このような工具は例えばドイツ公開特許公報ＤＥ３５０９２４０Ａ１により周知である。ここでは、材料と相対的なダイナミックな刃の移動を適切な電気的コントロールにより実現するために、圧電あるいは磁気ひずみのサーボコンポーネントが利用される。しかしこれにより非常に短い調整距離しか達成できない。例えばマグネトダイナミックなシステムの使用により基本的により長い調整距離を達成するのは確かに技術的に可能であろうが、これは以前のようにいくつかの加工軸に制限されるであろう。一定の不連続な三次元の加工の達成のためには、二番目のあるいは三番目の直角に配置された運動ユニットを追加することにより、複雑な運動方向を持つ工具を作り出すことが必要であろうが、いずれにせよこれは製造に手間がかかり必要な制御エレクトロニクスに対する要求が多い。
【０００５】
例えば内燃エンジンのためのピストンのゆがみの加工のために開発された特別な旋盤も周知である。現代的なピストンは、加熱での異方性の伸びを補正するために、少しゆがんだ、通常楕円の断面を持つ。いずれにせよここでは円形から少し逸脱するだけであり、その際更に輪郭は柔らかく流れる推移を示す。ジャンプあるいは極端な不連続性は存在しない。これによりこのような旋盤の施工は非常に難しくはならない。原則的に、直径方向に該当するｘ軸中の回転ノミを小さな振幅で振動させ、スリットがｚ軸中の材料に沿って走行されるので十分である。その際回転ノミの先端のたわみのカーブは多かれ少なかれｓｉｎ形の推移を示し、その結果極端な加速は全く必要でない。極端な加速はシステムの寸法を小さくしてもいずれにせよ実現が難しい。このような旋盤はｘ軸の動きと材料回転の連携を必要とし、ｚ軸の送りは自由に操作できる。実際に非円形の輪郭の製造はその際二次元の直径面に制限され、ｚ軸により三次元で単に延長されるだけである。しかしその際ｚ軸は非円形の輪郭生成の中に実際には関係しない。ジャンプ中のｚ軸に沿ったスリットの方法あるいは少しオーバーラップした振動は計画されない。
【０００６】
上述の種類の特別な旋盤は例えばドイツ公開特許公報ＤＥ４０３１０７９Ａ１で述べられ、その際提案されているのは、回転ノミの振動運動のために備えられる駆動の制御のために（例えば電気的なリニアモーターあるいは油圧システム）、現存のマシン制御の他に、例えばパソコンによる付加的なコンピューター制御を使用することである。しかし基盤となる運動学的な方法の修正なしには、このようなマシンの可能性は意図されたまた類似した適用に限られる。更にこのような特別マシンの製造はかなり高価である。
【０００７】
このため、一方では、質量の慣性により克服し同時に生成される輪郭の不連続性に関する自由度を少なくとも付加的な装備なしに、マシンに既に存在するコラムサドルとＮＣ制を利用して、輪郭が不連続な材料の回転技による加工方法を作るという課題が存在する。その際目標となったのは、従来のフライス盤加工技術の操作を新しい方法にできるだけ広範囲に反映することであった。
【０００８】
上記課題を解決する本発明のプロセスは、輪郭において少なくとも部分的に突出する複数の部分を有する部材を切削製造する旋盤加工のためのプロセスであって、被加工材料がマシンスピンドルにチャックされて回転される間に、切削工具が、ネジ切りプログラムを利用してスピンドルの回転に同期して動かされることで、幾何学的形状の組合せからなる所定の非円形の輪郭が形成され、前記ネジ切りプログラムはジャンプ機能を有し、輪郭において少なくとも部分的に突出する複数の部分を加工するのに、前記ネジ切りプログラムにおいて使用されるパラメーターである直径（Ｘ）、長さ（Ｚ）、およびピッチ（Ｆ）の値を伴う命令文の結合によって前記輪郭が形成されることを特徴とする。
本発明において、好ましくは、前記突出する複数の部分の加工は少なくとも２つの加工サイクルを組み込むことにより達成され、最初のサイクルにおいて前記突出する複数の部分の内の回転方向から順に１番目、３番目、５番目等の輪郭が加工され、かつ２番目、４番目、６番目等の前記突出する複数の部分がスキップされ、続いて、それらスキップされた前記突出する複数の部分が加工され、その際先に加工された前記突出する複数の部分の加工がスキップされる。
上記本発明のプロセスは、たとえば、ねじ込み式人工股関節ソケット上にねじ山を備えた部材を切削製造するために使用される。
【０００９】
ほとんどの処理タスクのプログラムブロックチェーンにおける、少なくとも１つのアドレスパラメーターに対する複数の数値間に形成される増分は、各値グループ内に少なくとも１つの数値を有する複数の値グループのでこぼこ旋削シーケンスを表わす。その際、例えば１つの値グループ内の対応する数値は、他の値グループ内のそれより大きく、および／または、１つの値グループ内では符号は正であり他の値グループ内では負である。原則的に、何らかのアドレスパラメーターについてのプログラムブロックチェーン内のプログラム値は、数値のシーケンスを形成し、その中で、命令されたジャンプ機能は、複数のでこぼこ旋削ステップとして表現される。
【００１０】
方法は全ての３次元への適用可能性に特に優れ、ｙ軸を使用することがない。この加工の柔軟さは、でこぼこステップがＸ、Ｚ、Ｆによりそれぞれ１つだけあるいは互いを組み合わせるようにプログラミングできることにより生じる。
【００１１】
このプロセスは、本発明により、ジャンプシステムにより拡大され、その中で、意図された不連続性が、幾何学的に対向する互い違いに配列された旋盤加工サイクルからなる連続したシーケンスで生成される。
【００１２】
本発明によるプロセスは、特別な装備も付加的なＮＣ制御も必要とせず、マシン制御と適切なソフトウエアにより与えられる可能性の使用にのみ基づいており、また、全体的なシステムのダイナミクスによってのみ制限される。これは例えば、周知のコマンドブロックであるＧ３１、Ｇ３３、Ｇ３４、Ｇ３７またはＧ１３１等を含むことが可能であり、その際、例えばアドレスパラメーターであるＸ（直径寸法）、Ｚ（長手方向寸法）、Ｆ（ネジ山のピッチ）、Ｂ（加工開始点までの長さ）、Ｐ（加工長）、Ｃ（スピンドルのスタート角度）、Ｈ（Ｆに関する基準方向）、およびＥ（ピッチの変化）を使用してもよく、または、特別なソフトウエアを有するブロックを挿入することもできる。更に、ここに提案するプロセスに基づいて、将来、拡大されたプログラミング可能性が、標準として、業界に提供されるであろう。
【００１３】
全体的システムの上述のダイナミクスは、マシンの機械的ダイナミクスおよび電子的ダイナミクスからなる。機械的ダイナミクスは、複式取付け台（compound seat）の質量（mass）および、例えばねじ切りスピンドル、モーター、ギア等からなるドライブの反応速度に依存する。これに対し、電子的ダイナミクスは、制御プロセッサの速度および、制御プロセッサの電気モータードライブとのリンクに依存する。したがって、デジタルドライブおよび最速コンピューターを備える最新世代の旋盤が、極度に不連続な輪郭の加工に適し、これに対し、このプロセスを旧式のマシンに適用することは、制限を伴う。
【００１４】
方法の非常に簡単な適用は例えば偏心のタペットの回転技術による製造である。このために命令文の連鎖により、例えばＧ３３により、ＸとＺでそれぞれのスタート座標が、またＦでピッチがプログラミングされることにより、材料の回転角度にふさわしい１８０°の分解が実現され、その際上述の角度ステップのためにそれぞれＺで１８０°にプログラミングされた値の間のインクリメントは原則的に半分にプログラミングされたピッチ値に匹敵しなければならない。これに対して各々の１８０°−半分ステップ中のＸのための値はより大きくプログラミングされた直径値とより小さくプログラミングされた直径値の間をいったりきたりし、その際理論的に平均値は直径に匹敵し、半分の差は製造されるタペットの偏心率に匹敵する。プログラミングの簡易化のために、Ｚ中または直径中で繰り返されるジャンプがいくつかの制御ではいわゆる変数として入力される。上述の加工例のために直径変化は通常、ピッチの造形中の意図される送りより大きいので、マシン制御は通常のケースではＸ軸の送りを持つプログラミングされたピッチを算定する。このためリバースが命令文、例えばＨにより妨げられない場合、直径に関して回転ごとにプログラミングされた経路のＦのピッチのために、二倍の直径差を入力しなければならない。上述のプログラミングにより、連続したジグザグラインの形のコラムサドルの理論的な軌道カーブが生じる。実際には、例えば大きなコラムサドル寸法とクローズドループの不充分な耐久性のような様々に緩衝するファクターが理由で、送り中のコラムサドルの恒常的に繰り返されるほぼｓｉｎ形の運動推移は材料に沿って達成され、その結果原則的にはプリミティブなプログラミングにもかかわらず偏心のタペットの驚くべき丸みが生じる。他方このひずみから、材料で繰り返し測定される寸法が正確にはプログラミングされた値に一致しないということが生じる。このためプログラミングされる数値をテストピースにより算定しなければならない。これにより数値はそれぞれのマシンの上で高い精度で再現可能である。
【００１５】
上述の措置は、プログラミングされたジグザグカーブを二倍の分解により、つまり回転角度にふさわしい９０°のステップにより決めることにより、楕円のボディの回転技術による製造に適用可能である。こうして２つの交互にプログラミングされる直径は楕円の理論的な最大直径と最小直径を描く。通常Ｘ軸の制御により算定されるピッチは４倍の直径差によりプログラミングされなければならない。
【００１６】
多角形（いわゆる環状カーブ）を作る場合、適切な方法で行なわれ、その際６０°の角度ステップの分解が必要である。このような加工は、現在例えばストップディスクの注油切り込み溝やブレーキディスクの洗浄切り込み溝として知られている、例えばプラン段階で備えられる切込み溝の造形のために重要である。上述の例では規則通りの機能のための正確に描かれた切込み溝軌道は不必要で、その結果場合によってはあり得る軌道逸脱は重要でない。
【００１７】
上述の例は、固定的にプログラミングされたピッチでの縦軸中の一定の送りを伴う、比較的調和の取れた不連続な輪郭の加工に関する。上記のプログラミングは、完全な輪郭を生成する目的で、補助ポイントを付加することにより、容易に拡大することができる。本発明に従ったこのプロセスは、よりさらに拡大することが可能であるが、そのために、可変ピッチ値を導入することにより、たとえば輪郭のより高い分解能にも関連して、切削技術を使用して、輪郭がよりさらに不連続でありかつ角張った材料を生成するか、または、より高い軌道精度を実現することが提案される。プログラム中では、特定の輪郭を達成するために複式取付け台によって辿られるべき軌道は、たとえばＧ３３を伴ってつなぎ合わされたブロックの形で記述され、各プログラムブロックには異なるピッチが特定される。極端な場合、たとえばＦについての非常に小さな値の後に次のプログラムブロックにおいて非常に大きな値のＦが続き、その結果、たとえば、複式取付け台の静かな動きの後に急激な動きが続くシーケンスとなる。このプロセスは、非常に多様な不連続性の旋盤加工が達成されるのを可能にし、またたとえば、湾曲した本体の表面シェルの達成も可能にする。同様に、このプロセスを使用して、Ｘ値およびＺ値のみから、またはＦ値とも関連して、作られたプログラムブロックにおいてプログラムされた座標チェーンを使用することにより、上述したような不連続な輪郭の加工を実現可能にする。
【００１８】
同じ方法により、このような不連続な輪郭推移を実現するために、それぞれのＸ・Ｚ値１つだけからのあるいはジャンプするＦ値と結合した、プログラムセット中の座標チェーンが使用される。このようにして例えば１つあるいは２つの軸の送りがいわゆるステップバックとしてプログラミング可能であり、その際一定の送り経路の後に、それぞれ、再び例えばより大きな送り経路が後接続される例えば突然の（短い）戻りジャンプが続く。このような加工は例えばチェーンとなった右・左ネジの交互の刃として、事情によっては非対称なネジピッチにより理解できる。
【００１９】
本発明によるプロセスは、斜めのまたは曲がったシェル表面から突出する不連続な輪郭エレメントを切削することを可能にし、その際、工具の側部は主に、不連続な輪郭エレメントのフランクを加工し、工具の先端は主に、表面シェルを切削する。この場合、開始点および終了点ならびにピッチを好適にプログラミングすることにより、工具の先端が、表面シェルに対してその大部分が接線方向に走るトラックに沿って制御されるようになり、また、工具の側部が、接線方向の移動速度および／または移動方向のプログラムされた変更によって制御される、不連続な輪郭エレメントのフランクを生成するようになる。
【００２０】
上述のプログラミングでは特に、従来アドレスパラメーターＨと称された基準方向がＦのために正しく使用されることに留意しなければならない。周知なのは、Ｈがその軸により送りを算定し、ＨはＦとしてプログラミングされたネジピッチに匹敵することである。記載なしにあるいはＨ＝０により、送りはｚ軸に関連する、つまり原則的に、ｚ軸に対して最大４５°までの縦・球・適切に連結したネジに関連する。Ｈが１にセットされると、送り算定はｘ軸に該当する、つまり基本的に、Ｘ軸に対して最大４５°までのプラン・球・適切に連結したネジに該当する。その他にＨ＝３により送りはネジ軌道に関連可能である。曲げられた面の上の連結したネジでは、４５°の限界値を上回りマシン制御が自動的に他の軸算定にリバースすることが簡単に生じる。これをその後、例えば換算により算定しプログラム中で意識的に変更して記載しなければならない、あるいは制御が適切な命令文を既に持っている場合、ソフトウエアごとのリバースを阻止しなければならない。
【００２１】
本発明によるプロセスは、マシンダイナミクスの制限による適用限界を克服する目的で、極端な機械加工ジオメトリに対して、加工シーケンスのインタリーブを使用するという提案により、更に拡大される。これは一種のジャンププロセスであるが、その中で、たとえば最初の加工サイクルが、その軌道が安定にされているとき、最初の輪郭エレメントを加工すると同時に第２の輪郭エレメントをスキップし、続いて第３の輪郭エレメントを加工し、等の加工を行なう。第１の加工サイクルで加工されなかった輪郭エレメントは、第２の加工サイクルで切削され、その際、第１の加工サイクルで加工された輪郭エレメントがスキップされる。このプロセスは、最大移動速度でプログラムされた急激な運動の結果としての全体的システムのオーバランにより、全体的システムが近距離で続く輪郭エレメントをトラックできず、また所望の態様で移動できない、という点を考慮している。加工を行なうのに２つ以上の加工サイクルを必要とすることは時間がかかることを意味するが、それでも、フライス削り技術に要される時間よりもはるかに短い時間で済む。
【００２２】
本発明とともに、当該プロセスの好ましい応用例もまた提案される。この応用例は、複数の応用例に基づく当該プロセスのより詳細な説明を提供するのにも役立つ。
【００２３】
提案される応用例は、人体に対するいわゆるセメントを含まないインプラント用の、セルフタッピングねじ込み式股関節ソケットの、ねじ山の製造に関する。この種のねじ込み式ソケットは、様々な形態で市場に出ている。インプラント手術中の、信頼できるまた耐久性のある組み込みと簡単な取り扱いを保証する目的で、ねじ山の設計は非常に重要である。今のところ、座面（bearing surface）に対するインプラントの応力ピークのない大きな接触面積および、ソケットの極に向かって傾斜したねじ切りプロファイルが、ゆるみを防ぐ最良の前提条件を生み出すことが知られている。その一方、そのようなねじ込み式ソケットは、良好な触感を提供せねばならない。ここで、触感とは、ねじ込み式ソケットをねじ込む際に、股臼中の準備された骨面上にソケット本体を載置するときの外科医の「手触り」を表現する言葉である。既存のタイプのねじ込み式ソケットには改善が必要である。というのも、それらを使用した際に、インプラント後に骨との境界面に不所望な自由空間が残るか、または、ねじ込むのに多大な力を要するか、または、それらの触感が不十分であるか、のいずれかだからである。
【００２４】
ネジソケットのグループは、ネジリップの横の面が互いに平行であるいわゆる面ネジを備える。ネジリップを一定の間隔の切断エッジ形成の目的で削りくず切り込み溝の取り付けにより中断することが普通である。この種類のネジではネジ固定での自動切断するネジの切断力は完全に放射状から外部を示すネジリップのヘッド面、あるいはそこの切断エッジにもたらされなければならない。しかし他の措置なしにネジソケットの極側からの軸方向の俯瞰中の、個々のネジ刃のヘッド面により表されるカーブ移動は、その正確な軌道がねじソケットの覆いボディの形とネジのピッチに依存する螺旋を描く。これにより前進的なねじれにより、極性の中心点からの放射状のカーブの間隔が増大する。各々のネジ刃の終端はこのため、外部に向かってその開始点より放射状に広く突出する。この方法でこのようなネジソケットのネジ固定では、インプラントのけばだてた表面から骨製の材料に作用するやすりかけ力によってのみ弱められる挟み込み効果が生じる。このためこのようなインプラントには不必要に高いネジ固定力需要がつきものである。
【００２５】
他方、そのネジ刃がグループのオーバーフライス盤加工によりクリアランス角度を備える、面ネジを持つネジソケットが知られている。選択された加工方法から、それぞれの切断エッジから形成される旋回円に対して弦として戻り移動して推移するまっすぐなヘッド側の面が生じる。これによりこのようなネジを持つネジソケットは確かに比較的簡単にネジ固定できるが、短くなったネジの歯が理由で力の伝達のために小さな面しか持たない。非常に欠点となるのは特に、インプラントと骨の間のネジ歯ヘッド領域の間隙形成と、骨製の土台に作用する、深く切断し過ぎた歯の刻み目が理由のてこの作用である。このためこのようなネジソケットも純粋に医学的な観点から危険である。
【００２６】
ＵＳ特許４，９９７，４４７により、個々のネジ刃のそのヘッド面が弓形に推移するネジソケットが提案され、その際クリアランス角度は、ネジソケットから出発するこの弓の半径が切断エッジから離れるにつれ小さくなることにより実現される。このネジソケットではその優れたネジ固定挙動を失うことなく、上述の間隙形成の危険を著しく減少できる。いずれにせよその製造のために非常に長い時間を予定しなければならない、なぜなら提案された造形はフライスによる完全な歯型を要求するからである。
【００２７】
面ネジを持つ上述の種類のネジソケットは今まで一定の市場しか獲得しなかった。現在いわゆるＶネジを持つネジソケットが更に広まっているようである。しかしこのグループでも原則的に、接触ゾーン中の許容できないネジ固定挙動と間隙形成に関する上述の問題が存在する。ネジ固定力需要の減少のための様々な実験により特に、フライス盤加工された切断切り込み溝がネジ刃のおかげで非常に広く開くようになった。これにより、伸びた中空空間の形成と結合してあるいは力伝達から除外された骨領域により価値の高い接触面が失われる。
【００２８】
今までＶネジを持つネジソケットに関して、個々のネジセグメントのクリアランス角度を持つ施工形態は市場に出ていない。これは恐らく、適切な実現化が非常に難しく、まず初めに提供されるフライス盤加工技術での製造が非常に手間のかかるプログラミングと非常に長い加工の手間を要求するからであろう。この難しさは、Ｖネジでは切断切り込み溝のそれぞれの推移に応じて少なくとも1つのネジの歯の横の面を切断エッジ形成のために使用しなければならないことが原因である。切断エッジの後にクリアランス角度が形成される場合、それぞれのネジ刃の適切な横の面を次の切断切り込み溝まで、完全に等しい横角度により後からフライス盤加工しなければならない。その際、曲げられたカバー面でのフライスが同時にはネジ逃げ溝の底を輪郭に忠実に加工できないという問題が生じる。歯プロフィルに沿ってますます増大する刻み目状の窪みを甘受するか、適切に増大する階段状の残存物を甘受するかが選択される。この残滓は少なくとも1つの他のフライス盤加工プロセスにより引き続き除去しなければならないであろう。
【００２９】
本発明によるプロセスによれば、股関節ソケットのためのねじ山を、旋盤加工技術を使用して、短時間にかつ高精度で切削することが可能である。その際、個々のねじ山ブレードの何らかのパターンを作るための不連続性機械加工が、その極で行なわれるか、その赤道で行なわれるか、その頭部側表面で行なわれるか、あるいは複数表面のうちいくつかの上で行なわれるか、は、無関係である。機械加工の軌道を自由にプログラム可能であるので、ねじ歯のどのような所望のプロファイルも習得することが可能であるばかりでなく、生成されるねじ山のリブ部分の角度パターンも、実質的に自由に選択することが可能である。同時に、ねじ山全体は、ソケット本体の外部シェルに完璧に適合できる。したがって、本発明は、球状、非球面、準球状（parapherical）、円錐球状、円錐状、円筒状、放物線状、ドーナツ状（toroidal）等の公知のすべてのシェル形状に適用することができる。
【００３０】
本発明による方法は、股関節ソケットのためのネジの製造のための他の周知の方法と問題なく組み合わせできる、例えばヨーロッパ特許明細書ＥＰ０４８０５５１により周知の方法、あるいは可変の修正可能なネジプロフィルを持つネジの製造のためにドイツ公開特許公報ＤＥ４４００００１により提案される方法と。特に優れているのはソケット極に対して転覆されたネジの歯のプロフィルと、国際特許出願ＷＯ９７／３９７０２に従う流れて変化するネジのピッチである。
【００３１】
これに関連して本発明により、ネジの歯のヘッドに向けて先細りする歯のプロフィルを持つ合成の股関節ソケットでは、削りくず切り込み溝の間に形成されるネジ刃をそれぞれいわゆるネジ面により製造し、削りくず切り込み溝のねじれ角度に依存するそれぞれの伸び方向により水平スイングさせることが提案される。その際ネジ面とは、コンスタントな直径とピッチを持つ一定の歯プロフィルの回転によりソケット軸の回りで生成される面である。例えば台形の歯のプロフィルでは結果として３つのネジ面が形成され、１つのヘッド側の面と２つの横面である。その際ネジ面とは、ソケット軸とコンスタントな放射状の間隔を持つ一定の歯プロフィルと、ソケット軸の回りのピッチの回転により生成される面である。それぞれのネジ刃の初めに続く面の刃はニュートラルの角度を持つ、つまり挟み込み角度でもクリアランス角度でもない。これにより望ましくない挟み込み効果が除去され、それにもかかわらずネジ刃の全ての側の骨との接触が保証される。それぞれのネジ刃の初めに存在する刃がその作用を最適に展開できるように、刃は先頭を走るネジ刃から突き出る。これは最初のステップで、次のネジ刃のネジ面のために、先頭を走るネジ刃のネジ面のためより大きな半径が使用されることにより達成される。更に個々のネジ刃の伸びは削りくず切り込み溝のねじれ角度に依存して互いに相対的に旋回され、その際、ポジティブな切断エッジの突出部を実現するために、ねじれ角度に近い旋回方向が優先される。
【００３２】
本発明を優先される適用に関して以下の１２の図をもとに詳述する。
図1は約１〜３倍に拡大した例をもとに、先行技術による面ネジを持つ半球のネジソケット１の極側の外観を示す。この例のために定格直径が５４ｍｍに、平均の歯の高さが２．６ｍｍに、ピッチが５ｍｍに、床穴直径が２２ｍｍに決められた。この基盤寸法は図２から４に関してより良く比較できるように保持された。
【００３３】
ネジソケット１の床穴９に、覆いボディのドーム形のネジのない領域６が接続する。覆いボディの直径は図では赤道の周辺領域１０によってのみ表現される。ネジの移動は極側では最初のネジ刃７で始まり、ネジ刃２の前までは全長まで上昇する。２つのネジ刃（２，３）は符号を備える、なぜならこれらは図５中の詳細な表現に備えられているからである。ヘッド側の面（４）も個々のネジ刃の多いボディの歯のフットにそれぞれ形成されるエッジ（５）も−ネジの移動の開始・終端領域を除き−二次元の表現でそれぞれ螺線形のカーブの上にある。その際全てのネジの移動はおよそ４回転する。ネジ刃の間のネジ底８は、覆いボディの半球のカバーを形成する。削りくず切り込み溝（１１）または切断エッジを生成するために、循環するネジリップはねじれ角度なく１２重にスリットを付けられる。その際スリットは、ネジの歯のヘッドでそれぞれ正の切削角度を形成するために、約１０°の角度で沈む。
【００３４】
先行技術による面ネジを持つ図２のネジソケット１２の施工例は、フライス盤加工技術で使う平ネジ１を示す。このためネジ刃と覆いボディの間の相応の床穴２０、ドーム領域１７、ネジ底１９、定格直径２１とスリット２２、エッジ（１６）は図１と全く同じである。コンスタントな平均的ネジ歯高さを維持するために、半球の覆い輪郭が理由で、ネジ刃が個々に後からフライス盤加工される。その際極側のネジ開始はネジ刃１８に移動する。個々のネジ刃のまっすぐな外部面１５は、ねじ固定方向でその都度前方にあるヘッド側の切断エッジの旋回円との弦として推移し、ネジスリットと、その都度の旋回円と関連してクリアランス角度が形成されるように同期する。ネジ固定力の需要の低下に対する切断エッジの作用は、切断エッジのソケット軸との放射状の間隔が先頭を走るネジ刃の終端の放射状の間隔より常に大きいことにより考慮されない。符号１３と１４を備える２つのネジ刃に関しては後で図６の中で詳述する。
【００３５】
図３で示される本発明によるネジソケット２３の施工例はその半球の覆いの形と基本寸法、床穴３１、接続されるドーム領域２８、ネジ刃とネジカバーの間のエッジ（２７）、ネジ底３０、直径３２、ネジスリット３３に再び図１の施工例に匹敵する。平ネジのネジの移動は、それぞれ脈絡なく拡大する歯の高さを持つ他の４つのネジ刃の連続に続く、低い歯の高さの最初のネジ刃２９により始まり、ネジリップがネジ刃２４により全高に到達するまで続く。個々のネジ刃の各々の平行に推移する側面は、ネジソケット軸に同軸のシリンダー軸２６から、その都度外部にある断片を区分し、その際ネジ刃からネジ刃への基盤となるシリンダー直径は段階的に増大する。この造形原則は選択的にその都度の断片によっても、適切に同軸に位置するネジ面により実現可能である。上述の造形により、ネジ刃では挟み込み角度もクリアランス角度も形成されない。クリアランス角度はここでは全く不必要である、なぜならニュートラルな相対運動での（例えばネジソケット表面の砂噴射により生成される）表面のざらつきから出発するやすりかけ力は、ネジ固定プロセス中の挟み込みを阻止するからである。これによりまず初めにインプラントと骨製の軸受けの間の間隙の形成が抑制される。それにもかかわらずネジ刃のそれぞれ前方外部にある切断エッジが幅をきかす、なぜならこの切断エッジのソケット軸との放射状の間隔が先頭を走る切断エッジより大きいからである。この結果優れた触感を持つ非常に低いネジ固定力の需要と、インプラントな卓越した一次・二次固定が可能になる。
【００３６】
本発明による半球のネジソケット３４の他の施工例が図４で示される。ここでも様々な詳細、すなわち床穴４２、ドーム領域３９、ネジ底４１、直径４３、ネジスリット４４が前に示された施工例から変化せず引き継がれる。これとは逆に、示されるネジでは原則的に三角形のねじの歯のプロフィルを持つＶネジが問題である。この事実は二次元の表現からは読み取れない。前と同様にネジの移動は最初の小さなネジ刃４０から始まり、ネジ刃３５の前で最終的な（平均的）歯の高さを達成するために、複数の段階をへて歯の高さを増大する。ネジの歯の実際にとがった三角断片では実際にはラインとしてのみ存在する歯のヘッドにより形成されるエッジ（３７）は、個々のネジ刃各々のために、図からはソケット中心点から出発する固定した半径を持つ弧としかわからない、ネジソケット軸とコンスタントな間隔を持つネジラインである。選択されたＶネジでは削りくず切り込み溝４４のねじれがないので、切断エッジが２つのネジ歯プロフィルに形成される。切断エッジは、削りくず切り込み溝の適切なねじれ角度が存在する場合、ネジの歯プロフィルに移動する。示される例の個々のネジ刃の両側の側面はねじ面であり、その際、光学的な印象が赤道に向かって増加するソケット直径が理由で他の状況を思わせたとしても、極側の面のピッチは赤道側の面のピッチと等しい。これにより、ネジソケットのネジ刃と覆いカバーの間の歯のフットのところに形成されるエッジ３８は後に向かって覆いカバー中に推移するように見える。２つのネジ固定のネジ面のためにそれぞれより大きな直径のすぐ次のネジ刃が使用された後、両側の切断エッジは先頭を走るそれぞれのネジ刃に対して、ネジプロフィルの横にあるいは外に向かって放射状に突出し、ネジ固定の時の簡単に到達できる断片を提供する。このケースでも、ネジ刃がその伸びの中で形成したニュートラルな角度が原因で、骨との接触領域の間隙の発生が抑制される。
【００３７】
先行技術によりまた本発明の施工例により作られた上述の記載を以下に詳細を拡大してより明らかにする、なぜならその都度の全ての外観中の一定の詳細を認識するのが難しいからである。
【００３８】
図５では図１のネジ刃２，３が拡大されている。このうちネジ刃２はそのヘッド側の面４６の正面に切断エッジ４５を持ち、ネジ刃３は同じ切断エッジ４７を呼応する面４８に持つ。ネジソケットのネジ固定中切断エッジ４５により描かれるソケット中央軸のまわりの固定した半径を持つ旋回円４９は、一点鎖線で記入される。それぞれのネジ刃の一部が旋回円からはみでていることが良くわかり、これでは一般に挟み込み効果に行き着くに違いない。
【００３９】
図６で示される図２の例に従うネジ刃１３，１４の施工形態はこのような挟み込み効果を恐れる必要はない、なぜならヘッド側の面５１または５３が切断エッジ５０または５２によりクリアランス角度で後からフライス盤加工されるからである。その際切断エッジ５０の１点鎖線で表現される旋回円５４はいかなる箇所でもネジ刃のヘッド側の面と接触しない。この領域にはその都度望ましくない自由空間がとどまる。この空間は、削りくず切り込み溝の数が減ると大きくなる。ここでは特に、例えば６つの削りくず切り込み溝しか持たないネジソケットは非常に劣る。示される造形は円錐のネジソケットで良く使われる、なぜならネジ刃をいわゆるパックで非常に急速にオーバーフライス盤加工できるからである。しかし医学的観点からはこの論拠を拒絶しなければならない。
【００４０】
上述の問題点は図７のネジ刃６０，６１の造形により一定の範囲で緩和できる。ここでも正面の切断エッジ５５と５７の後のネジ刃のヘッド側の面５６，５８は、旋回円５９に関してクリアランス角度を備え、その結果ネジ固定の時の挟み込みが回避される。しかし面５６，５８が弧形状なので、間隙を形成する自由空間は比較的小さく、このため許容できる。この弧形状は今までフライス盤加工の手間が非常にかかった、なぜなら製造の時の個々のネジ刃が原則的に個々に接線にスタートしなければならなかったからである。本発明による方法により、個々のネジ刃の示される幾何学的造形は現在非常に早く、ＣＮＣ旋盤への適合によってのみ製造できる。
【００４１】
比較のために、既に図３で示されたいわゆるネジ面としての、個々のネジ刃のそれぞれの外部面の本発明により特に提案される施工形態を、図８では２つの拡大したネジ刃２４，２５をもとに示す。ネジ刃の、切断エッジ６２または６４から出発するヘッド面６３または６５は、ネジソケット軸６７と切断エッジの間隔によりそれぞれ決まる固定した半径を持つ。図ではこのため、切断エッジ６２を通り抜ける、固定した半径６６による１点鎖線で表現される旋回円がヘッド面６３と完全に等しく描かれる。ネジ刃２５の適切な半径がより大きいので、その切断エッジ６４はネジ刃２４のネジ固定の時に先頭を走る切断エッジ６２から突き出る。それぞれの切断エッジと、接続される、ポジティブな切削角度中で使われる正面は、鉋加工する骨材料中に侵入し、比較的簡単な切断により削りくずは削りくず切り込み溝に流出する。
【００４２】
図４を拡大し図９で示される状況は図８の施工形態に対して、ネジがその歯プロフィルにおいて平らであるだけでなくＶネジであることが異なる。しかしここでも個々のネジ刃３５，３６の外部の面はそれぞれネジ面として作られている。斜めの側面角度とネジ刃のピッチあるいは使用、半球の覆い輪郭が理由で、それぞれ覆いカバーの歯のフットに形成されるエッジはその後方の終端７３，７４により、覆いボディ中に推移する。しかし実際にはネジソケットの回転の時、設計された歯断面の放射状の移動は生じない、なぜならそれぞれの外部エッジ６９，７１の半径はネジソケット軸に対して不変であるからである。示される例のための三角形の歯の断面の使用により、それぞれの切断エッジは少なくとも１つの、あるいは削りくず切り込み溝のためにはねじれなく、それぞれのネジ刃の２つの横面に移動する。図では極側のそれぞれの切断エッジ６８，７０がわかる。後方のそれぞれの切断エッジは遮蔽されている。ヘッド側のネジ歯エッジ６９の旋回円はネジソケット軸７５のまわりの固定した半径により表現される。この施工形態のネジ固定力の需要の減少により、個々のネジ刃の相互の放射状の移動が生じ、これにより個々の切断エッジは先頭を走るそれぞれの切断エッジに対して横にも外部に向かっても突き出す。
【００４３】
ネジソケットネジの製造のために提案される優先される適用のための方法の施工のやり方をより良く理解するために、図３と８で周知の状況を図１０から１２でもう一度示す。図の全てでは平ネジの３つのネジの、ネジ刃２４，２５、７６、ヘッド側の面６３のところの切断エッジ６２、ネジソケット軸からの距離である、参照番号６６で示す半径を持つ１点鎖線で描かれるその旋回円７７が示される。その際図の尺度は前の図と比べて少しだけ小さい。
【００４４】
図１０は、加工工具（例えばスローアウェイチップ）により描かれる、個々のネジのネジ刃のヘッド側の面と等間隔に移動される軌道７８が示され、この軌道７８は、示される形では適切なプログラミングにより極度にダイナミックな旋盤により達成可能である。切削加工される輪郭と軌道の間隔は、軌道推移の完全な伸びを見ることができるように選ばれた。軌道７８中には２つの不連続７９と８０が含まれ、これらは、プログラミングにより意図的に、ネジのスリットの次の加工ではフライス盤加工により除去される位置に設けられた。軌道７８の不連続７９，８０が存在するにもかかわらず、連続するネジ刃の間では放射状のジャンプ機能が働く。この放射状のジャンプ機能はいかなる場合も、提案されたプログラミングに関して存在し、その際少なくとも２つの連続する座標は同じ直径を、Ｚ中の加工課題に適合された方法と適切なピッチにより、また続いては直径のジャンプが最大の送り（例えば１００ｍｍ／Ｕ）により入力されなければならない。許容できる加工結果のために、材料のところの移行領域が削りくず切り込み溝の備えられる幅より広くてはいけない。
【００４５】
現在使用可能な大部分のＣＮＣ旋盤によっては、図１０で示す切断軌道の生成は不可能である、なぜならこれらのマシンの全ての動きは、要求される路線内のコラムサドルを他の直径の上で動かし、その際同時に十分な軌道の精度を遵守するには不充分だからである。本発明によりこのケースのために、この問題を原則的に克服するジャンプ方法が提案される。適切な理論的背景を図１１により明らかにする。軌道カーブ８１をもとに示される作業方法では、最初の加工シーケンスにより例えば最初、３番目、５番目、７番目などのネジ刃を加工しその後２番目、４番目、６番目などをスタートさせる。マシン緩衝に基づくジャンプ機能を用いたプログラミングからそれぞれ生じる軌道８１の移行機能はその際、最初の反応のポイント８２により工具を、すぐ次の切断エッジの上へ持ち上げるので、エッジが丸くなるあるいは損傷されるということはない。目標とされる軌道への工具の戻りのために、例えばポイント８３まで、削りくず切り込み溝により制限されない軌道が使用できる。こうして、二番目の作業シーケンス中でスタートされる輪郭エレメントを取り戻し、その際既に加工されたものを適切にスキップするのが簡単に可能となる。
【００４６】
クローズドループの適切な耐久性を持つより古い旋盤では、オーバースイングが軌道カーブを付加的にゆがめることを考慮しなければならない。この効果は図１２の軌道８４により明白である。プログラミングされた規定に基づく、ポイント８５での工具の動きの突然の反応により、軌道のオーバースイングが生じ、これはポイント８６で最大となる。オーバースイングは続いて、軌道がほぼポイント８７で再びプログラミングされた規定に従うまで滑らかにスタートして消える。例では上述の効果は提案されたジャンプ方法により２つの加工シーケンス中でまだ支配的である。しかし場合によっては、ジャンプ方法を簡単に３つあるいはそれ以上のシーケンスに拡張できる。
【００４７】
様々なバリエーションにより述べた方法は、例えば図９のネジ刃の横面のためと同様に、斜めの歯のヘッド面のために適用可能である。その際上述のジャンプ機能は全てあるいは部分的にｘ軸からｚ軸に移動する。このケースのために工具により示されるでこぼこ軌道は図では示されないが、原則に従い歯のヘッド加工のための示されるジャンプ方法のそれに匹敵する。
【００４８】
実際には方法により提供される可能性はほぼ無制限である。可能性は、ネジ切りプログラムの使用、直径、長さ、あるいはピッチのためのアドレスパラメーターのでこぼこ値の取り入れまたは組み合わせ、また選択的にステップバック技術または上述の組み込み可能な加工シーケンスの利用により生じる。これにより現在、今まで時間がかかりフライス盤加工により部分的に表面の質が悪くならざるを得なかった加工が、ＣＮＣ旋盤で非常に早く可能となる。
【００４９】
方法の適用のために提案された、切断エッジの後のニュートラル角度を持つネジ面からの特別なネジとネジ刃を持つ合成の股関節ソケットは、非常に小さなネジ固定力、優れた触感、骨製の軸受け面への非常に削りくずの少ない移行部により納得が行く。特に優れているのは、Ｖネジ、ツイストした削りくず切り込み溝、ねじれ角度への方向で互いに相対的に旋回されるネジ刃を持つ装備である。これによりインプラント中の取り扱いが明らかに改善されるだけでなく、一次・二次固定が著しく良くなり、これにより早過ぎる緩みの危険がほぼなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術によるヘッド側を挟み込む面ネジを持つ半球のネジソケットを示す図である。
【図２】 先行技術による、クリアランス角度を備えた面ネジを持つ半球のネジソケットを示す図である。
【図３】 ヘッド側のネジ面を持つネジ刃から構成される面ネジを持つ本発明による半球のネジソケットを示す図である。
【図４】 全ての側のネジ面を持つネジ刃から構成されるＶネジを持つ本発明による半球のネジソケットを示す図である。
【図５】 図１のネジソケットの２つのネジ刃を示す図である。
【図６】 図２のネジソケットの２つのネジ刃を示す図である。
【図７】 クリアランス角度と弓型のヘッド面を持つ２つのネジ刃を示す図である。
【図８】 図３のネジソケットの２つのネジ刃を示す図である。
【図９】 図４のネジソケットの２つのネジ刃を示す図である。
【図１０】 図３のネジソケットの３つのネジ刃とハイダイナミックな工具軌道を示す図である。
【図１１】 図３のネジソケットの３つのネジ刃と、ジャンプ方法による中ぐらいのダイナミックの工具軌道を示す図である。
【図１２】 図３のネジソケットの３つのネジ刃と、ジャンプ方法によるオーバースイングする工具軌道を示す図である。

Claims (2)

1. 輪郭において少なくとも部分的に突出する複数の部分を有する部材を切削製造する旋盤加工のための方法であって、
   被加工材料がマシンスピンドルにチャックされて回転される間に、切削工具が、ネジ切りプログラムを利用して前記マシンスピンドルの回転に同期して動かされることで、幾何学的形状の組合せからなる所定の非円形の輪郭が形成され、
   前記突出する複数の部分の加工は少なくとも２つの加工サイクルを組み込むことにより達成され、
   最初のサイクルにおいて前記突出する複数の部分の内の回転方向から順に１番目、３番目、５番目等の部分の輪郭が加工され、かつ２番目、４番目、６番目等の前記突出する複数の部分がスキップされ、続いて、それらスキップされた前記突出する複数の部分が加工され、その際先に加工された前記突出する複数の部分の加工がスキップされることを特徴とする、方法。
2. 輪郭において少なくとも部分的に突出する複数の部分を有する前記部材はねじ込み式人工股関節ソケット上にねじ山を備えたものであり、これを切削製造するために使用する、請求項１に記載の方法。

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