JP2000356234A - トーションスプリング - Google Patents

トーションスプリング

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JP2000356234A JP2000145568A JP2000145568A JP2000356234A JP 2000356234 A JP2000356234 A JP 2000356234A JP 2000145568 A JP2000145568 A JP 2000145568A JP 2000145568 A JP2000145568 A JP 2000145568A JP 2000356234 A JP2000356234 A JP 2000356234A
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    • F16B2/241—Clips, i.e. with gripping action effected solely by the inherent resistance to deformation of the material of the fastening of resilient material, e.g. rubbery material of metal of sheet metal
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクが加えられたときにそのコイルの周り
で実質的にバランスした応力分布を生じさせることがで
きるトーションスプリングを提供する。 【解決手段】 このトーションスプリングはコイル（12
a, 12b, 12c）の周りの角度位置によってコイルの横断
面積が不均一であり、コイルの横断面積は第１および第
２の延長部分（14, 16）と同じ側にあるコイル直径（2
0）上の位置で最小であり、第１および第２の延長部分
（14, 16）と反対側にあるコイル直径（20）上の位置で
最大であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、トーションスプ
リングに関し、特にそのコイル部分にバランスした応力
分布が生ずるようにしたトーションスプリングに関し、
さらにそのようなトーションスプリングを用いた動脈瘤
クリップに関する。
【０００２】
【従来の技術】トーションスプリングは、１つのコイル
軸とこのコイル軸にほぼ垂直な横方向の直径をもってほ
ぼ円形の環を形成する１またはそれ以上のコイルを有す
るコイル部分を備えている。ある種のトーションスプリ
ングは完全なコイルより小さいこともある。コイルの両
端は通常、スプリングにトルクを与える力を受けるため
にコイルから延びている。これらの延長部分は通常ほぼ
接線方向に延びるが、延長部分はコイルから任意の角度
で、トーションスプリングが置かれる用途によってコイ
ルの周りの任意の点から延びることができる。トーショ
ンスプリングにモーメント（このモーメントは力が延長
部分に加えられる点までのコイル中心線からの距離に当
該延長部分に加えられる力を掛けたものである。）が与
えられたとき、コイルは変形し、コイルを形成している
材料が応力の下に置かれる。モーメントが除かれると、
コイルは解放され、その元の形状に戻る。変形が増大す
ると、応力が材料の弾性限界に向けて増大する。もし弾
性限界を超えるとモーメントが除かれた後でもコイルは
永久変形したままとなる。加えられる特定のモーメント
のために望まれるコイルの最大変形は、スプリング設計
の重要な要素である。通常のスプリング設計において、
所望のスプリング性能を得るために、材料、形状、横断
面積およびコイルの数がとくに選択される。
【０００３】ある用途、例えば力をコイル中心線の近く
に加えなければならない場合、あるいはコイルの形状お
よび数が制限されるような限られた空間でコイルを使用
しなければならない場合においては、小さな変形でさえ
もコイルの周りの異なる点で応力の大きなばらつき、不
均一な応力分布を生じることがあり、小さな変形でもコ
イルのある部分は弾性限界に達することがある。
【０００４】力を受ける二つの延長部分がコイル軸の同
じ側で対面して延びるトーションスプリングを変形する
と、当該延長部分から離れたコイル部分で大きなモーメ
ントすなわち大きな応力がみられ、当該延長部分に近い
コイル部分で小さなモーメントすなわち小さな応力がみ
られる。このモーメントの小さな領域での材料のバルク
は材料を剛くし、この領域に付加された剛性はこの領域
を変形し難くする。この剛性はコイルの他の領域の変形
をもたらし、そしてコイルの他の材料の弾性限界に達す
る傾向を増大させるおそれがある。コイルのモーメント
が小さい領域すわなち応力が小さい領域において余分な
材料のバルクが存在することは、不均一な応力分布を助
長し、現実にスプリングの有効性を低下させると考えら
れる。一方、トーションスプリングは、広範な角度的変
形の全般にわたって単独で使用できるように、より均一
な応力分布を有していることが望ましい。
【０００５】本発明者が特に注目している用途の一つは
トーションスプリングの動脈瘤クリップであり、そこで
は力を受ける延長部分が動脈瘤クリップの肩部を形成す
るようにコイル軸の同じ側で対面して延びている。
【０００６】動脈瘤は、ある病理症状の結果として通常
は血管壁の弱化によってもたらされる血管壁の永久ディ
リテーション（dilitation）である。一般的に表現する
と、動脈瘤は血管壁の弱化および血管内の圧力が血管の
側方に風船のような付属物を作るように血管を膨張させ
たものである。この風船状付属物は血管壁から延びるネ
ック部とこのネック部に連なる膨張部とを有する場合が
多いが、動脈瘤は種々の形状をとり得る。
【０００７】動脈瘤を治療する一つの方法は、血管壁の
近くで動脈瘤のネック部を封止するようにクリップを取
り付けることで、これによって動脈瘤の弱くなった膨張
部が血圧にさらされなくなる。すなわち動脈瘤が破裂す
る可能性が低下し、または除かれる。クリップは血管が
治癒するように血管の弱くなった部分を封止することが
望まれる。
【０００８】従来、トーションスプリング型動脈瘤クリ
ップは特定の種類の動脈瘤の封止には有効に使用されて
きた。本発明が対象としている種類の動脈瘤クリップは
米国特許第３，８２７，４３８号に記載されており、こ
のトーションスプリング式動脈瘤クリップは、トーショ
ンスプリングのコイル部分と、このコイル部分の一端か
ら延び、コイルの一側にオフセットしている第１のアー
ムと、コイル部分の他端から延び、コイル部分の同じ側
にオフセットしている第２のアームとを有している。第
１および第２のアームは各々、肩部、交差部およびあご
部を有する。第１および第２のアームの肩部が互いに接
近する方向に（特別の鉗子とともに）移動してトーショ
ンスプリングにトルクを与えると、第１および第２のア
ームのあご部は互いに離れる方向に開放位置に向けて移
動し、これにより動脈瘤は２つの対面するあご部間に挟
まれて封止される。
【０００９】動脈瘤クリップの設計者は、いくつかの設
計上の制限を処理しなければならない。動脈瘤クリップ
は脳に使用され、そしてしばしば永久的に埋め込まれる
ので、極めて限られた空間内で使用できるようにできる
限り小さくなければならない。埋込物は生物学的に適合
するものでなければならず、そのために高強度合金のよ
うな限られた材料の使用が奨励されている。あご部を閉
じる力が動脈瘤を封止し、血管内の圧力の変化によって
影響を受けたり外れたりしないように十分に大きくなけ
ればならない。また動脈瘤クリップは異なる用途に使用
されるために、そのあご部は種々の形状、長さおよび角
度を有しているが、そのコイルスプリング部分は、同じ
サイズの鉗子にフィットするように一定である。またク
リップは、これが取り付けられる血管を引っ張らないよ
うに軽量であることが好ましい。
【００１０】すなわち動脈瘤クリップの設計者は、クリ
ップの材料、サイズ、重量および力の要件の制限に対処
しなければならない。
【００１１】動脈瘤クリップの設計者は、特定の形状の
トーションスプリングからできる限り大きなあご部変形
を得ることを望む。従来のトーションスプリングの用途
において、大きな変形を望むならば、大きいモーメント
を得るためにコイルスプリングの中心線から更に離れた
点に力を作用させる。しかし、これはクリップのサイズ
を大きくし別の鉗子を必要とするので、動脈瘤クリップ
にとっては不利である。また大型の動脈瘤のあるものは
最も入手しやすい動脈瘤クリップが許容する幅よりも広
くあご部を開くことができるクリップを要求するため、
外科医の多くはこのような大型動脈瘤の封止のためにト
ーションスプリングの使用を試みない。従来の動脈瘤ク
リップを用いて、そのあご部を大型動脈瘤を収容するの
に十分に広く開こうとすれば、あご部から離れた側に位
置するトーションスプリングのコイル部分でその材料の
弾性限界を超える応力が作用し、また、あご部に近い側
のトーションスプリングのコイル部分では材料のバルク
によりスプリングが剛くなり、不均一な応力分布を助長
するおそれがある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
はトーションスプリングにトルクが加えられたときにそ
のコイルの周りで実質的にバランスした応力分布を生じ
させることができるトーションスプリングを提供するこ
とを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明に係るトーショ
ンスプリングは、コイル軸の周りに巻回した少なくとも
１つのコイルからなり、コイル軸にほぼ直交するコイル
直径を有するコイル部分と、このコイル部分の一端およ
び他端からコイル直径に関してほぼ対称に、かつ、同じ
側に延びる第１および第２の延長部分とを備えたトーシ
ョンスプリングにおいて、トルクが加えられたときにコ
イルの周りで実質的にバランスした応力を生じさせるよ
うに、コイルの周りの角度位置によってコイルの横断面
積が不均一であり、コイルの横断面積は第１および第２
の延長部分と同じ側にあるコイル直径上の位置で最小で
あり、第１および第２の延長部分と反対側にあるコイル
直径上の位置で最大であることを特徴とするものであ
る。
【００１４】この発明の特徴はコイルの周りで実質的に
バランスした応力を生じさせるための手段を有すること
であり、これは、コイルの周りの角度位置によってコイ
ルの横断面積を変化させて、延長部分と同じ側にあるコ
イル直径上の位置でコイルの横断面積を最小にするとと
もに、延長部分と反対側にあるコイル直径上の位置でコ
イルの横断面積を最大にすることによって達成される。
【００１５】すなわち、コイルの全周にわたりコイルの
横断面積が均一である従来のトーションスプリングで
は、トルクが加えられたときに、非常に大きな応力が延
長部分と反対側にあるコイル直径上の位置（図７（Ａ）
の領域Ａ）で存在し、この部分がしばしばトーションス
プリングを形成する金属材料の弾性限界を超えることが
見出された。これに対し、この発明のトーションスプリ
ングでは、延長部分と反対側にあるコイル直径上の位置
（図７（Ｂ）の領域Ａ）での材料を増加するように横断
面積を大きくするように構成されているので、従来大き
な応力を発生しやすかったこの位置における応力を吸収
することができ、トーションスプリングを形成する金属
材料がその弾性限界を超える可能性を小さくすることが
できる。同時に、延長部分と同じ側にあるコイル直径上
の位置（図７（Ｂ）の領域Ｂ）での材料が減少するよう
に横断面積が小さくされているので、従来のコイルスプ
リングに存在するような余分の材料のバルクがスプリン
グを剛くしたり、不均一な応力分布を発生させたりする
事態も防止される。
【００１６】コイルの周りの角度位置によって横断面積
が不均一であるトーションスプリングを提供するため
に、この発明の一つの実施形態によれば、コイル軸にほ
ぼ平行な方向における厚さが実質的に均一であり、か
つ、コイル軸にほぼ直交する方向における幅が変化する
金属板をコイル状に形成し、コイルの内径を形成する空
間の中心がコイルの外径を形成する空間の中心からオフ
セットされるように（図５参照）コイルスプリングが成
形される。すなわち、コイルスプリングのコイル直径上
の延長部分と同じ側では高い応力レベルのポテンシャル
を減少させるためにコイルの幅が広くしてあり、また、
コイル直径上の延長部分の反対側では、スプリングが曲
げられるときに変形を容易にするとともに応力を均一に
分配させるために、コイルの幅が狭くなっている。さら
に、コイルの内径を形成している表面がコイル幅の広い
部分からコイル幅が狭い部分にかけてほぼ円筒形のスム
ースな輪郭を有することにより、コイルの周りでさらに
バランスした応力分布を形成することができる。
【００１７】コイルの周りの角度位置によって横断面積
が不均一であるトーションスプリングを提供するため
に、この発明のもう一つの実施形態によれば、コイル軸
にほぼ平行な方向における厚さが変化し、かつ、コイル
軸にほぼ直交する方向における幅が実質的に均一である
金属板をコイル状に形成することにより、コイルスプリ
ングが成形される。この実施形態のコイルスプリングに
よっても、コイルの周りの応力の高い点および低い点を
調節して、コイルの周りで実質的にバランスした応力分
布を形成することができる。これらの実施形態はコイル
材料が方形の横断面を有することを示唆する。しかし、
方形の横断面は好ましいものであるが、必ずしも必要な
ものではなく、種々の横断面形状、例えば、円形または
楕円形であってよい。好ましい実施形態において、コイ
ルはほぼ円形に巻かれるが、他の有利な形状に巻いても
よく、この発明の利点は失われない。この明細書におい
てコイル軸およびコイル直径の用語でコイルを説明する
が、コイルは円形のものだけに限らない。また、コイル
巻線によって形成される空間を軸方向に通る方向および
コイル巻線に対する横方向についてのみ述べる。
【００１８】好ましい実施形態において、トーションス
プリングのコイル部分の端から延びる延長部分は、コイ
ルスプリングから接線方向に延び、スプリングを曲げる
ための力を受けるための手段となる。この延長部分が接
線方向に延びていることは必要でなく、他の方向であっ
てもよく、また、トーションスプリングの意図された使
用に応じて、コイル部分の周りの任意の位置に置かれて
もよい。
【００１９】また、この発明に係るトーションスプリン
グを使用して動脈瘤クリップを形成すれば、コイルの周
りで実質的にバランスした応力を生じさせる動脈瘤クリ
ップが提供される。
【００２０】この動脈瘤クリップは、コイル軸の周りに
巻かれた少なくとも一つのコイルからなり、コイル軸と
ほぼ直交するコイル直径を有する少なくとも一つのコイ
ル部分と、コイル軸にほぼ直交するコイル直径を有する
コイル部分と、このコイル部分の一端および他端からコ
イル直径に関してほぼ対称に、かつ、同じ側に延びる第
１および第２のアームとを備えたトーションスプリング
を有し、これら第１および第２のアームは互いに交差
し、その交差部分に関してコイル部分と同じ側には肩部
を、コイル部分と反対側にはあご部をそれぞれ有し、肩
部が互いに接近するように動くときにあご部が開位置に
向けて互いに離れる動脈瘤クリップにおいて、トルクが
加えられたときにコイルの周りで実質的にバランスした
応力を生じさせるように、コイルの周りの角度位置によ
ってコイルの横断面積が不均一であり、コイルの横断面
積はコイル直径上の第１および第２のアームと同じ側の
位置で最小であり、コイル直径上の第１および第２のア
ームと反対側の位置で最大であることを特徴とするもの
である。
【００２１】この動脈瘤クリップでは、トーションスプ
リングについて述べたのと同様に、第１および第２のア
ームと同じ側にあるコイル直径上の位置（図７（Ｂ）の
領域Ａ）での材料を増加するように横断面積を大きくす
るように構成されているので、従来大きな応力を発生し
やすかったこの位置における応力を吸収することがで
き、金属材料がその弾性限界を超える可能性を小さくす
ることができ、したがって、金属材料の弾性限界を超え
ずに大型動脈瘤を十分に受け入れることができるだけ延
長部分すなわちアームを広く開くことができる。同時
に、第１および第２のアームと反対側にあるコイル直径
上の位置（図７（Ｂ）の領域Ｂ）での材料が減少するよ
うに横断面積が小さくされているので、従来のコイルス
プリングに存在するような余分の材料のバルクがスプリ
ングを剛くしたり、不均一な応力分布を発生させたりす
る事態も防止される。
【００２２】この動脈瘤クリップの好ましい実施形態に
おいて、コイルの内径を形成している表面がコイル幅の
広い部分からコイル幅が狭い部分にかけてほぼ円筒形の
スムースな輪郭を有することによって、コイルの周りで
さらにバランスした応力分布が達成される。
【００２３】この発明の上述および他の特徴および利点
は、図面を参照した以下の説明から明らかとなろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態によ
るトーションスプリングを示す図であり、図においてト
ーションスプリング１０はコイル部分１２と、このコイ
ル部分の一端から延びる第１の延長部分１４およびこの
コイル部分の他端から延びる第２の延長部分１６を有す
る。コイル部分１２はコイル軸１８を有し、その周りで
少なくとも１つのコイルが巻回されており、またコイル
部分１２はコイル軸１８にほぼ直交して位置するコイル
直径２０を有する。
【００２５】図１に示したスプリング１０は、３つのコ
イル１２ａ，１２ｂおよび１２ｃを有する。コイル直径
２０は図１の右側で０°の位置を、図１の左側で１８０
°の位置を示す。なお、図６を参照すると、グラフの横
軸には０°から４５０°までのコイルの角度が示されて
いるが、これはコイル１２ｂの全部と、延長部分１４お
よび１６が始まる点までのコイル１２ａおよび１２ｃの
一部での応力値を反映しており、トーションスプリング
１０の１巻数以上における応力分布を示すものである。
【００２６】図１の好ましい実施形態において、第１お
よび第２の延長部分１４および１６はコイル部分１２か
らほぼ接線方向に延び、コイル軸１８に対して同じ側に
延びている。図に示すように第２の延長部分１６は、第
１の延長部分１４に対しコイル直径２０に関してほぼ対
称に延びている。延長部分１４および１６は、トーショ
ンスプリングにトルクを加える力を受けるために用いら
れる。延長部分１４および１６は、トーションスプリン
グ１０に意図された用途に適した接線方向以外の方向に
延びていてもよい。
【００２７】また、図１の好ましい実施形態において
は、第１の延長部分１４はコイル直径２０からほぼ９０
°の位置でコイル部分の一端から延び、第２の延長部分
１６はコイル直径２０からほぼ２７０°の位置でコイル
部分の他端から第１の延長部分１４と同じ側に延びる。
しかし、延長部分１４および１６はトーションスプリン
グ１０に意図される用途に適する限り、コイル軸１８に
対して同じ側に延びる必要はなく、またコイル直径から
９０°および２７０°の位置でコイル部分から延びる必
要はない。
【００２８】トーションスプリング１０の側面図である
図５について述べると、コイル２０がコイル軸１８とと
もに示されている。図に示すように、コイル部分１２の
コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは横断面積がコイルの周
りにわたり変化していて、コイルの周りの角度的位置に
よってコイルの横断面積が不均一である。コイルの横断
面積はコイル直径２０上の前記延長部分１４および１６
と反対側の位置（すなわちコイル直径２０から０°の位
置）の横断面領域Ａで最大であり、コイル直径２０上の
延長部分１４および１６と同じ側の位置（すなわちコイ
ル直径２０から１８０°の位置）の横断面領域Ｂで最小
である。この実施形態において、コイル軸１８に平行な
方向のコイルの厚さはほぼ均一であるが、コイル軸１８
に直交する方向のコイルの幅は、領域Ａでの幅ｗ2 が直
径２０方向に対向する領域Ｂでの幅ｗ1 よりも大きいこ
とが理解される。コイルの横断面積は、領域Ａと領域Ｂ
との間でスムースな輪郭を有し、その結果、コイル内径
はほぼ円形であるが、その中心７４はコイル外径の中心
７８からオフセットされている。この発明のこの新規な
特徴は、コイル直径２０方向に対向した横断面領域Ａお
よびＢその他のコイルの周りの部分にバランスした応力
を生じさせることを意図するものである。すなわち、従
来のトーションスプリングでは延長部分１４および１６
が図示の方向に動かされたときに、非常に大きな応力が
コイルの横断面領域Ａに存在し、この部分がしばしばト
ーションスプリング１０を形成する金属材料の弾性限界
を超えることが見出された。これに対し、この発明のト
ーションスプリングでは、領域Ａでの材料を増加するよ
うに横断面積を大きくすることによって領域Ａにおける
大きな応力を吸収すると同時に、領域Ｂでの材料が減少
するように横断面積が小さくされているので、従来のコ
イルスプリングに存在するような余分の材料のバルクが
トーションスプリングを剛くしたり、不均一な応力分布
を発生させたりする事態を防止する。従来のトーション
スプリングでは、コイルの全周にわたってコイル直径方
向において均一な寸法を有しコイルの横断面積が均一で
あるために、領域Ａでの応力が領域Ｂでの応力に比べて
大きくなり、トーションスプリングに不均一な応力分布
を発生させる。これに対し、この発明では、領域Ａでの
横断面積を大きくすると同時にコイル直径方向に対向し
た領域Ｂでの横断面積を小さくするようにコイル部分１
２を形成することによって、トーションスプリング１０
における応力をコイルの周りで実質的にバランスさせる
ための手段を提供する。このように応力をバランスさせ
ることによって、トーションスプリング１０を形成する
金属材料がその弾性限界を超える応力を受けることなく
トーションスプリングの延長部分１４および１６がより
大きな円弧に沿って移動し、より大きな変形を受けるこ
とを可能とする。
【００２９】再び図１を参照すると、コイル軸１８に平
行な方向におけるコイルの材料の厚さがコイルの周りに
わたりほぼ均一である一方、コイル軸１８に直交する方
向におけるコイルの材料の幅がコイルの周りにわたり変
化している。コイルの周りでバランスした応力を生じさ
せるために重要な要素はコイルの横断面積であるので、
コイル軸１８に平行な方向におけるコイルの厚さがコイ
ルの周りにわたり変化する一方、コイル軸１８に直交す
る方向におけるコイルの幅がコイルの周りにわたりほぼ
均一であってもよい。さらに、横断面の形状は必ずしも
方形である必要はなく、コイルの周りで応力をバランス
させるために適した任意の形状であってよい。
【００３０】図４（Ａ）を参照すると、トーションスプ
リング１０を作るための平らなバーもしくは金属板３０
が示されている。金属板３０の部分８０がトーションス
プリング１０になる。追加の構造、例えば、動脈瘤クリ
ップの肩部およびあご部となる部分を金属板３０に加
え、公知の手段によって形成することもできる。ここで
はまず、トーションスプリング１０を作ることを検討
し、次に動脈瘤クリップの一部としてのトーションスプ
リング１０の使用を検討する。
【００３１】トーションスプリング１０は、通常は曲げ
加工による公知の手段によって作られ、したがってその
製造方法はこの分野の技術者にとって明らかであるの
で、ここでは検討を省略する。好ましい実施形態におい
て、金属板３０の部分８０はほぼ長方形の形状を有する
が、金属板材料の形状はトーションスプリング１０に意
図された用途に応じて変えることができる。この出発材
料はほぼ長方形または円形の横断面であるが、円形また
は楕円形のワイヤ材料とすることもできる。金属板材料
は好ましくは公知のダイスタンピング方法、あるいは同
様に公知の放電加工方法によって形成されるが、鍛造、
研削その他の方法によって形成してもよい。
【００３２】好ましい実施形態において、コイルの周り
で応力を実質的にバランスさせる手段を形成するため
に、実質的に均一な金属片（好ましくは高強度高合金か
らなる金属板）３０の幾何学的形状を調整する。しかし
ながら、コイル部分１２の異なる点での有効応力を調整
する他の方法を使用してもよく、例えば、金属板３０に
沿って異なる点で異なった熱処理方法を使用し、あるい
は金属板３０に沿って異なる点で異なった合金を形成し
てもよい。
【００３３】ここで、この発明の一実施形態による動脈
瘤クリップに成形する前の金属板３０を示す図４（Ａ）
を参照すると、ジグ３２が想像線で示されており、その
周りで金属板３０の部分８０がコイル部分１２を形成す
るように曲げられる。コイル軸１８はジグ３２の曲率中
心と一致して配置され、図４（Ａ）では、金属板３０の
部分８０がコイル１２に形成されるときの位置が示され
ている。金属板３０の部分８０の、コイル軸１８にほぼ
平行な方向における厚さ３６が実質的に均一である一
方、金属板３０の部分８０のコイル軸１８にほぼ直交す
る方向における幅３４は、図５について述べた領域Ａお
よび領域Ｂ間の横断面積の変化を与えるように変化して
いる。逆に、この発明の別の実施形態による動脈瘤クリ
ップに成形する前の金属板３０を示す図４（Ｂ）におい
ては、コイル軸１８にほぼ直交する方向における幅３４
が実質的に均一である一方、コイル軸１８にほぼ平行な
方向における厚さ３６が、領域Ａおよび領域Ｂ間の横断
面積の変化を与えるように変化している（図４（Ｃ）参
照）。
【００３４】図４（Ａ）において、金属板３０は、トー
ションスプリング１０のコイル部分１２よりも大きく、
トーションスプリング１０から延びる動脈瘤クリップの
部分も示している。動脈瘤クリップの一部としてトーシ
ョンスプリング１０を使用することについて、図２、図
３（Ａ）および図３（Ｂ）に基づいて以下に説明する。
【００３５】図２を参照すると、血管４０の側壁から延
出する動脈瘤４２をもった血管４０の一部が示されてい
る。図２に示した特定の動脈瘤４２は、ネック部４４お
よび膨張部４６を含むが、これは動脈瘤の特定の種類の
単なる例示である。動脈瘤は一般に、多種の動脈瘤クリ
ップを必要とするような多くの大きさおよび形状を有す
る。図２には、動脈瘤４２に使用するのに適した一つの
特定デザインの動脈瘤クリップ５０が動脈瘤４２のネッ
ク部４４に取り付けられている。
【００３６】図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照する
と、この発明のトーションスプリング１０を使用した動
脈瘤クリップ５０が、適用器具（一部のみを示す）のあ
ご部５２および５４に取り付けられ、開位置で示されて
いる。第１および第２の延長部分１４および１６がトー
ションスプリング１０のコイル部分１２から延びて、そ
れぞれ第１および第２のアームを形成している。第１お
よび第２のアーム１４および１６は互いに交差し、交差
部分６０および６２に関してコイル部分１２と同じ側に
それぞれ肩部５６および５８を一体的に有している。さ
らに、第１および第２のアーム１４および１６は、交差
部分６０および６２に関してコイル部分１２と反対側に
はそれぞれあご部６４および６６を一体的に有してい
る。動脈瘤クリップ５０は、肩部５６および５８が互い
に接近するように動くときに、あご部６４および６６が
開位置に向けて互いに離れるように動く。
【００３７】動脈瘤クリップ５０において、第１および
第２の延長部分１４および１６は、コイル軸１８にほぼ
平行な方向で短いほぼ長方形の横断面を有する。トーシ
ョンスプリングが動脈瘤クリップに使用される場合、ク
リップを形成する材料の寸法は、対面するあご部６４お
よび６６で広くなっていることが望ましいので、この材
料を９０°捻る必要がある。このため、肩部５６および
５８は、それぞれ点６８および７０で９０°捻られてい
る。この９０°の捻りは、図３（Ｂ）に示した実施形態
におけるように一個所で完全になされても、あるいは必
要に応じて一連の小さいステップでなされてもよい。ま
た動脈瘤クリップ５０は、一方のアームのあご部６６か
らコイル部分１２の方向に、他方のアームの交差部分６
０をまたいで延びるハサミ作用防止用延出部７２を有
し、あご部６４および６６が開閉されるときにこれらが
行き違って整合しない可能性をなくすようにしてもよ
い。
【００３８】図３（Ｂ）にあご部６４および６６が閉位
置にある動脈瘤クリップが示されている。
【００３９】コイル部分１２の内径を形成する空間の曲
率の中心は点７４に位置しており、またコイル部分１２
の外径の中心は、図５に関してすでに述べたとおり点７
４からオフセットされた点７８に位置している。図５に
ついて述べた領域Ａおよび領域Ｂ間の横断面積の変化の
率は、点７４および７８間のオフセットの程度に依存す
る。
【００４０】本発明者は、本発明のトーションスプリン
グ１０を動脈瘤クリップ５０に使用することで、材料の
弾性限界を超えることなしにあご部６４および６６を、
従来のトーションスプリングを使用した動脈瘤クリップ
に比べて広く開くことができることを見出した。
【００４１】使用時において、外科医は適用器具のあご
部５２および５４で動脈瘤クリップ５０のコイル部分１
２と肩部５６および５８をつかみ、コイル部分１２にト
ルクを与えて、あご部６４および６６を開くためにアー
ム１４および１６の肩部５６および５８を互いに近づく
ように操作する。次に、このあご部６４および６６が開
位置にある動脈瘤クリップ５０を、動脈瘤４２のネック
部４４の近くに挿入し、外科医が適用器具を開放する
と、あご部６４および６６がネック部４４を緊密に閉
じ、動脈瘤４２を閉塞する（図２参照）。
【００４２】図６を参照すると、図７（Ａ）に示す従来
の均一横断面を有するコイルにおける種々の角度位置で
の応力と、図７（Ｂ）に示すこの発明の一実施形態によ
る不均一横断面を有するコイルにおける種々の角度位置
での応力との比較が、コンピュータシミュレーションで
計算されたグラフで示されている。図６において、無次
元の応力比（縦軸）が、トーションスプリングのコイル
の周りの角度位置（横軸）に対して示されている。図１
に関して述べたように、グラフの横軸は、延長部分１４
が始まるコイル１２ｃの０°位置から変位させたコイル
部分１２の０°から４５０°までの角度位置を示す。図
７（Ａ）および図７（Ｂ）において、０°位置は横断面
領域Ａで示され、９０°位置は垂直頂部位置に示され、
１８０°位置は横断面領域Ｂで示され、２７０°位置は
垂直底部位置に示される。図６には２つのカーブが示さ
れており、「均一コイル」として示されるカーブが従来
の均一横断面を有するコイルのものであり、「成形コイ
ル」として示されるカーブが本発明により不均一横断面
を有するように成形されたコイルのものである。
【００４３】「均一コイル」のカーブは、均一横断面の
コイルのある点での応力を同じ負荷での当該コイルの周
りの平均応力で除した比を示す。また「成形コイル」の
カーブは、不均一横断面のコイルのある点での応力を同
じ負荷での当該コイルの周りの平均応力で除した比を示
す。これらのカーブは無次元のパラメータを示すもので
あり、本発明の成形コイルの利点を一般化した方法で示
すものと考えられる。
【００４４】コンピュータシミュレーションにおいて
は、「均一コイル」および「成形コイル」の両方に対し
て、図７（Ａ）および図７（Ｂ）の延長部分１４および
１６が互いに近づくように肩部５６および５８で同一の
力を加えた。この力は、図７（Ａ）に示したコンピュー
タシミュレーションされた従来の動脈瘤クリップに対し
ては、図７（Ａ）に示した均一コイルのコイル軸１８か
ら距離０．１５９インチ（約４ｍｍ）の肩部５６および
５８で加えられた。図７（Ａ）に示した均一コイルの外
径は０．１５３±０．００１インチ（約３．８８±０．
０２５ｍｍ）であり、この均一コイルのコイル軸に平行
な方向における厚さは均一であり、またこの均一コイル
の横断面領域ＡおよびＢでの幅は等しく０．０３２イン
チ（約０．８１ｍｍ）である。一方、図７（Ｂ）に示し
たコンピュータシミュレーションされた本発明の動脈瘤
クリップに対しても、図７（Ｂ）に示した成形コイルの
コイル軸１８から距離０．１５９インチ（約４ｍｍ）の
肩部５６および５８で同一の力が点に加えられた。図７
（Ｂ）に示した成形コイルは、コイル軸１８に平行な方
向において均一な厚さを有するが、この成形コイルのコ
イル軸１８に直交するコイル直径方向における横断面領
域Ａでの幅０．０３７インチ（約０．９４ｍｍ）が横断
面領域Ｂでの幅０．０２５インチ（約０．６３５ｍｍ）
と異なるため、この成形コイルは不均一横断面を有す
る。
【００４５】図６に示した応力は、コンピュータシミュ
レーションにより、ジュビナール（Robert C. Juvinal
l）著「Engineering considerations of stress, strai
n and strength （応力、歪および強度の工学的考
察）」（１９６７年）第２２頁、McGraw-Hill、に示さ
れたようにして計算されたフォン・マイセス（Von Mise
s）原理応力である。
【００４６】図６に示した値は、実際の応力値を示すこ
とを意図するものではなく、図７（Ａ）および図７
（Ｂ）に概略的に示した２つのコイルの内径の周りの応
力分布の比較を示すものである。図６に示すカーブに沿
ったある特定の点での実際の応力値はコンピュータシミ
ュレーションに用いた仮定によって変化し得るが、比較
は有効なものであり、この発明により不均一横断面を有
するように成形されたコイルが、トーションスプリング
のコイルの周りで実質的にバランスした応力を生じさせ
るために有用であることを示すものである。
【００４７】この発明を発明の好ましい実施形態につい
て説明してきたが、当業者は、この発明の範囲および趣
旨から逸脱することなく、これらの実施形態に多くの変
更を加えることができよう。したがって、これらの実施
形態はこの発明を限定するものではなく、この発明の範
囲は特許請求の範囲に基づいて決定されるべきである。
【００４８】なお、この発明の具体的な実施態様は次の
とおりである。 （１）前記横断面積が不均一なコイルは、コイル軸（1
8）にほぼ平行な方向における厚さ(36)が実質的に均一
であり、かつ、コイル軸（18）にほぼ直交する方向にお
ける幅(34)が変化する金属板（30）をコイル状に巻くこ
とにより形成され、この変化する幅によって前記コイル
の最小および最大の横断面積が与えられる請求項１また
は請求項２に記載のトーションスプリング。 （２）前記横断面積が不均一なコイルは、コイル軸（1
8）にほぼ平行な方向における厚さ(36)が変化し、か
つ、コイル軸（18）にほぼ直交する方向における幅(34)
が実質的に均一である金属板（30）をコイル状に巻くこ
とにより形成され、この変化する厚さによって前記コイ
ルの最小および最大の横断面積が与えられる請求項１ま
たは請求項２に記載のトーションスプリング。 （３）前記延長部分（14，16）は前記コイル部分(12)か
らほぼ接線方向に延びた請求項１または請求項２に記載
のトーションスプリング。
【００４９】
【発明の効果】以上述べたように、この発明のトーショ
ンスプリングによれば、コイルの周りの角度位置によっ
てコイルの横断面積が不均一であり、コイルの横断面積
は第１および第２の延長部分と同じ側にあるコイル直径
上の位置で最小であり、第１および第２の延長部分と反
対側にあるコイル直径上の位置で最大であるように構成
されているので、コイルの周りで実質的にバランスした
応力を生じさせることのできるトーションスプリングが
提供される。
【００５０】この発明のトーションスプリングでは、従
来大きな応力を発生しやすかった第１および第２の延長
部分と反対側にあるコイル直径上の位置での材料を増加
するように横断面積を大きくするように構成されている
ので、この位置における大きな応力を吸収することがで
き、このトーションスプリングを動脈瘤クリップの一部
として使用すれば、金属材料の弾性限界を超えずに大型
動脈瘤を十分に受け入れることができるだけ延長部分す
なわちアームを広く開くことができる。同時に、このト
ーションスプリングでは、第１および第２の延長部分と
同じ側にあるコイル直径上の位置での材料が減少するよ
うに横断面積が小さくされているので、従来のコイルス
プリングに存在するような余分の材料のバルクがスプリ
ングを剛くしたり、不均一な応力分布を発生させたりす
る事態も防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態によるトーションスプリ
ングの一部の斜視図である。
【図２】この発明のトーションスプリングを使用した動
脈瘤クリップを動脈瘤に取り付けた状態を示す図であ
る。
【図３】図３（Ａ）はこの発明のトーションスプリング
を使用した動脈瘤クリップの開いた状態を示す図、図３
（Ｂ）はこの発明のトーションスプリングを使用した動
脈瘤クリップの閉じた状態を示す図である。
【図４】図４（Ａ）はこの発明の動脈瘤クリップに曲げ
られる前の平らな金属片の一部切欠斜視図、図４（Ｂ）
はこの発明のもう一つの実施形態による動脈瘤クリップ
に曲げられる前の平らな金属片の部分側面図、図４
（Ｃ）は図４（Ｂ）に示した金属片の平面図である。
【図５】この発明の一実施形態によるトーションスプリ
ングの一部側面図である。
【図６】この発明の一実施形態によりにより不均一な横
断面を有するように成形したトーションスプリングおよ
び従来の均一な横断面を有するトーションスプリングに
おける応力分布を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は均一な横断面を有する従来の動脈
瘤クリップの一部側面図、図７（Ｂ）はこの発明の一実
施形態により不均一な横断面を有するように成形した動
脈瘤クリップの一部側面図である。
【符号の説明】
１０ トーションスプリング １２ コイル部分 １２ａ，１２ｂ，１２ｃ コイル １４，１６ 延長部分 １８ コイル軸 ２０ コイル直径 Ａ，Ｂ コイルの横断面領域 ３０ 金属板 ４０ 血管 ４２ 動脈瘤 ４４ ネック部 ４６ 膨張部 ５０ 動脈瘤クリップ ５６，５８ 肩部 ６０，６２ 交差部分 ６４，６６ あご部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500222386 Ｐａｃｅｌｌａ Ｐａｒｋ Ｄｒｉｖｅ, Ｒａｎｄｏｌｐｈ， ＭＡ 02368， Ｕ. Ｓ．Ａ. (72)発明者 ジョージ・キース・ジュニア アメリカ合衆国、41001 ケンタッキー州、 アレキサンドリア、モッキンバード・レイ ン ５ (72)発明者 チャールズ・ビー・ウォーリック・ザ・サ ード アメリカ合衆国、02341 マサチューセッ ツ州、ハンソン、ホイットマン・ストリー ト 586 (72)発明者 ジェフ・エイ・サンタンジェロ アメリカ合衆国、02717 マサチューセッ ツ州、イースト・フリータウン・ラウンズ エベール・ドライブ 16

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コイル軸（18）の周りに巻回した少なく
    とも一つのコイル（12a, 12b, 12c） からなり、前記コ
    イル軸とほぼ直交するコイル直径（20）を有するコイル
    部分(12)と、 前記コイル部分の一端から延びた第１の延長部分（14）
    と、 前記コイル部分の他端から、前記第１の延長部分と同じ
    側に、前記第１の延長部分に対し前記コイル直径（20）
    に関してほぼ対称に延びた第２の延長部分（16）とを備
    えたトーションスプリングにおいて、 トーションスプリングにトルクが加えられたときに前記
    コイルの周りで実質的にバランスした応力を生じさせる
    ように、コイルの周りの角度位置によってコイルの横断
    面積が不均一であり、前記コイルの横断面積は前記第１
    および第２の延長部分と同じ側にある前記コイル直径上
    の位置で最小であり、前記第１および第２の延長部分と
    反対側にある前記コイル直径上の位置で最大であること
    を特徴とするトーションスプリング。
  2. 【請求項２】 コイル軸（18）の周りに巻回した少なく
    とも一つのコイル（12a, 12b, 12c） からなり、前記コ
    イル軸とほぼ直交するコイル直径（20）を有するコイル
    部分（12）と、 前記コイル直径からほぼ９０°の位置で前記コイル部分
    の一端から延びた第１の延長部分（14）と、 前記コイル直径からほぼ２７０°の位置で前記コイル部
    分の他端から前記第１の延長部分と同じ側に延びた第２
    の延長部分（16）とを備えたトーションスプリングにお
    いて、 トーションスプリングにトルクが加えられたときに前記
    コイルの周りで実質的にバランスした応力を生じさせる
    ように、コイルの周りの角度位置によってコイルの横断
    面積が不均一であり、前記コイルの横断面積は前記コイ
    ル直径から０°の位置で最大であり、前記コイル直径か
    ら１８０°の位置で最小であることを特徴とするトーシ
    ョンスプリング。
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