JP2023526401A - 超音波工具、および工具を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

超音波器具において用いるための超音波切削工具が設計される。工具は、少なくとも第１のブレード層（１１２）および第２のブレード層（１１３）から製造される扁平部（１１）を含むブレード（１０）であり、第１および第２のブレード層の各々は互いに対して平行に配置され且つ互いに結合される金属平板である。

Description

本発明は、超音波器具の分野に関する。本発明は、超音波器具において用いるための、特に切削または研磨機械加工のための超音波工具、およびこの工具を製造するための方法に関する。

超音波器具は、超音波エネルギーの発生器と、その近位端が発生器から超音波エネルギーを受信し、これをチップの遠位端に伝達する細長いチップまたは工具またはブレードとを有する。用途に応じて、遠位端は、プローブとして用いられる、および／または軟組織を貫通する、骨組織を切削、加工する等のための機器のために成形することができる。

冷却液のための導管を有する超音波工具を提供することが知られている。流体は、水、または水とエタノールおよび／もしくは消毒液との混合物とすることができる。流体は、ブレードを冷却し、切削された材料を洗い流すために用いられる。米国特許第４５１５５８３号および米国特許第６１６５１５０号に示されているように、導管は流体材料を吸引するための更なる導管を提供するために二重の壁とすることができる。さらに、導管は、米国特許第５１８８１０２号におけるように、開口部を出る場合に複数に分岐する冷却水チャネルを有するか、または米国特許出願公開第２０１５／０００５７７４号におけるように、超音波切削ブレードの表面を通じて水が出ることを可能にする、多孔焼結材料から作製されることが知られている。骨の切削中にブレードの効率的な冷却を得ることは、依然として今日の課題である。

ＥＰ３０６１４１５は、ブレードの長手方向軸に沿って分離されたブレードの２つの半分を製造し、ブレードの各半分において導管の一部分を切削し、ブレードの２つの半分を溶接して１つのブレードにし、ブレードを導波路の遠位端に溶接することによって、製造され導波路に取り付けられるブレードを開示している。

米国特許出願公開第２００５／１６５３４５号は、脂肪除去デバイスにおける電気焼灼に用いられる３層電極（絶縁体によって分離された２つの導体）を示している。電極は、回転ブレードに取って代わることができる。

米国特許第５６９５５１０号は、ねじを用いた差込継手によるブレードの取付けを示している。

これらのデバイスは、一般的に、機械加工または焼結等の緻密なまたは時間のかかるプロセスによって製造され、これによってコストが高くなる。効率的かつ経済的に製造することができる単純な構造の超音波切削器具が必要とされている。

したがって、本発明の目的は、上述した欠点を克服する、最初に述べたタイプの超音波工具を作成することである。更なる目的は、工具を製造するための方法を生成することである。

これらの目的は、特許請求の範囲による、超音波工具およびこの工具を製造するための方法によって達成される。

１つの利点は、冷却剤および洗浄液が工具の内部から供給されることである。これにより、作業エリア内での水の大きな噴流の発生を回避し、それによって作業エリアにおける視認性を改善することができる。

超音波器具において用いるための超音波切削工具は、ブレードであり、少なくとも第１のブレード層および第２のブレード層から製造された扁平部を含み、第１のおよび第２のブレード層はそれぞれ、互いに平行に配置され、互いに結合された金属平板である。任意選択で、第１のブレード層と第２のブレード層との間に１つまたは複数の更なるブレード層が配置されてもよい。

これによって、ブレードの成形において高い自由度を有する薄いブレードの作成が可能になる。扁平部は、例えば、打抜きまたはレーザ切削によって、および／または光化学エッチングもしくはフォトエッチングを用いて安価に製造することができる。そのような動作は、（ブレードの内部で）チャネルとしての役割を果たすブレード層上の構造、ならびに（ブレードの外側における）切削および研磨動作のために工具を用いるための、歯等の他の構造を作成することも含むことができる。

工具の長さは、例えば、１０ｍｍ～１００ｍｍ、特に、２０ｍｍ～８０ｍｍ、特に３０ｍｍ～６０ｍｍとすることができる。扁平部の厚みは、０．３ｍｍまたは０．５ｍｍ～３ｍｍとすることができる。

工具は、切削または研磨機械加工のためのブレードとして超音波振動発生器に結合された超音波器具において用いることができる。工具は、長手方向に沿って工具に冷却剤を流すことによって内部から冷却することができる。逆に、工具の付近から材料を吸引することができる。扁平部は、切削工具を形成するように製造することができる。特に、扁平な平面は、やすりまたは石目やすりを構成するように成形することができ、および／または扁平部の縁部は、やすりまたは石目やすりまたはナイフを構成するように成形することができる。

実施形態において、扁平部は、ブレードの内部に沿って流体を誘導するのに適した１つまたは複数のチャネルを形成する。チャネルは、冷却液をブレードの端部に移送することができ、および／またはブレードを通じて液体もしくは粒子を吸引することができる。

これによって、冷却液をブレード、特に扁平部の内部を通じてこれに沿って誘導することが可能になる。そしてこれがブレードおよびその周囲を冷却する役割を果たすことができる。外部冷却と比較して、作業エリアにおける視認性がより良好である。

流体が取付領域および扁平部の内部を通じて誘導されることによって、工具が、工具を保持し動かすロボットと組み合わせて用いるために特に適したものとなる。なぜなら、冷却剤を提供するための外部のチューブまたはホースがなくなるためである。

実施形態において、第１のブレード層または第２のブレード層または双方は、他方のブレード層に向いた面上に、ブレードに沿って流体を誘導するのに適したチャネルを画定する凹部を含み、特に、凹部は、サブトラクティブ法、特に機械加工またはフォトエッチングによって作成される。

これによって、チャネルの成形において高い自由度が存在する。チャネルは、一方または双方の層の内部に凹部を作成することによって容易に作成することができる。チャネルの形状、特に幅は、冷却要件に対し適合させることができ、高い冷却および洗浄効率を可能にする。チャネルが扁平部を出る場所は、それに応じて凹部を成形することによって画定することができる。

エッチング、特にフォトエッチングは、製造を容易にスケーリングすることができるという利点を有する。例えば、エッチングはロールツーロールプロセスとして実行することができる。チャネルを画定する凹部または切欠きは、各層の外形輪郭と同時に作成することができる。これは、精密であり、大量生産にとってコスト効率が良い。

実施形態において、第１のブレード層および第２のブレード層は互いに溶接される。
実施形態において、扁平部は、１つまたは複数の溶接線を含み、１つまたは複数の溶接線によって、第１のブレード層および第２のブレード層は、第１のブレード層および第２のブレード層が互いに当接する面において互いに溶接される。

換言すれば、２つのブレード層は、第１の縁部および第２の縁部等の長手方向の縁部において互いに溶接されない。

実施形態において、溶接線は、扁平部が延在する長手方向に沿って延び、特に、１つの溶接線が扁平部の第１の長手方向縁部に隣接して延び、別の溶接線が第２の長手方向縁部に隣接して延びる。

他の実施形態において、溶接線は、チャネルの２つの側面に隣接して延びる。
実施形態において、溶接線は、溶接線がチャネルの一部に交差する場所において遮断される。

実施形態において、扁平部は、ブレードを超音波発生器に取り付けるための取付部に接合され、特に、取付部は回転対称の本体を有する。

そのような本体は、特に、以下で説明するように、回転対称の本体が、その周りにリングが配置される取付本体である場合に、取付部の構造を単純化する。

実施形態において、扁平部は、特に圧入により取付部の締め付け用スリット内に保持される。

実施形態において、扁平部は、例えば溶接、はんだ付けまたは接着剤によって締め付け用スリット内に結合される。

実施形態において、扁平部は、扁平部が締め付け用スリット内で保持される領域において、第１のブレード層および第２のブレード層のうちの少なくとも一方が、チャネルと液体連通するブレード入口を構成する孔を含む。

これは、ブレード層のうちの１つの面を通じてチャネル内へ（またはチャネルから出るように）流体を誘導する、取付部からチャネルへの導管を作成する。

実施形態において、孔は、ブレード層のうちの一方にのみあり、他方にはない。これにより、径方向の導管と反対方向で導管が閉じられる。

実施形態において、取付部は、ブレード入口と液体連通する径方向の導管を備え、特に、径方向の導管は、長手方向の導管と液体連通する。

このため、流体は、長手方向の導管から径方向の導管およびブレード入口を通じてチャネル内に、および反対方向に誘導することができる。

実施形態において、取付部は、締め付け用スリットが配置される取付本体を備え、リングが取付本体の周りに、特に取付本体を圧縮するように配置される。

実施形態において、リングは径方向の導管のための封止部としての役割を果たす。
実施形態において、中空の導管または針がチャネル内に配置され、中空針と取付部との間に液密接続を伴って扁平部から取付部内に長手方向に延在する。扁平部内で、中空針は、扁平部の遠位端まで、または取付部から遠位端までの距離の少なくとも半分または４分の３延在することができる。

実施形態において、取付部は雌ねじまたは雄ねじを含む。
実施形態において、扁平部は、１つまたは複数のチャネルと流体連通する１つまたは複数の孔を含む。

実施形態において、扁平部の１つまたは複数の縁部は歯を含む。
実施形態において、扁平部の１つまたは複数の縁部は、刃先を構成するように機械加工される。

実施形態において、扁平部の１つまたは複数の縁部は、１つまたは複数のチャネルと液体連通する開口部を構成する１つまたは複数のノッチを含む。

実施形態において、扁平部の外面は、特に歯または溝を有する構造化表面を含むように成形される。構造化表面はやすりとして機能することができる。

歯および／または刃先および／またはノッチおよび／または構造化表面および／または孔の存在により、切削および／または研磨の効率を改善することができる。特に、孔の縁部は、切削および／または研磨に関与することができる。チャネルと液体連通した孔および／またはノッチは、切削および／または研磨が行われる場所、および冷却効果が最も必要とされ得る場所に液体を誘導する役割を果たす。

ブレードを製造するための方法は、
・ 第１のブレード層および第２のブレード層を設けることであって、これらのうちの少なくとも１つは、ブレードにおけるチャネルとしての役割を果たす凹部を含むこと、
・ 第１のブレード層および第２のブレード層を、それらの間に凹部が配置された状態で互いに結合し、それによってブレードの扁平部を形成すること、
・ 扁平部を取付部の締め付け用スリット内で締め付けることによって扁平部を取付部に接合すること、
を含む。

代替的に、方法は、
・ 第１のブレード層および第２のブレード層および１つまたは複数の更なるブレード層を設けることであって、これらのうちの少なくとも１つは、ブレードにおけるチャネルとしての役割を果たす凹部または切欠きを含むこと、
・ 第１のブレード層と第２のブレード層との間に凹部または切欠きが配置された状態で、第１のブレード層および第２のブレード層および１つまたは複数の更なるブレード層を互いに結合することであって、それによってブレードの扁平部を形成すること、
・ 扁平部を取付部の締め付け用スリット内で締め付けることによって扁平部を取付部に接合すること、
を含む。

実施形態において、扁平部を取付部に接合することは、取付部を加熱し、扁平部を取付部の締め付け用スリットに挿入し、取付部を冷却することを含む。

実施形態において、方法は、取付部と、ブレード層のうちの少なくとも１つとを通じて孔を機械加工し、それによってチャネルと液体連通する径方向の導管を作成する更なるステップを含む。

実施形態において、孔はブレード層のうちの１つのみを通じて機械加工される。
実施形態において、径方向の導管、および長手方向の導管の傾斜部は、取付部の取付本体の円周位置から開始して機械加工され、その後、径方向の導管と傾斜部との間で閉じた導管を作成するように覆われる。

同じ円周位置から径方向の導管および傾斜部を機械加工することによって、これらが液体連通する。次に、機械加工プロセスに必要とされ、機械加工プロセスによって作成される開口部が閉じられる。

実施形態において、径方向の導管、および長手方向の導管の傾斜部は、取付本体の周囲にリングを嵌めることによって覆われる。

そのようなリングは、製造が単純であり、ブレードの対称性を平衡状態に保ち、振動に関して有利である。

他の実施形態において、導管は、ねじによって、または溶接によって、または開口部を閉じるための別の手段によって封止される。

本発明の態様によれば、本明細書に記載の切削工具を備えるように構成されたロボットシステムが提供され、ロボットシステムは、物体または工作物を機械加工するよう工具を適用するようにプログラムされる。

実施形態において、工作物は、動物または人間の組織の一片、特に骨である。
実施形態において、ロボットシステムは、工作物を機械加工する間、切削工具に流体冷却剤を供給するように構成される。

工具が内部的に冷却されることにより、工具の連続的冷却をより効率的な方式で、冷却の、このため工具の温度のより良好な制御を有して行うことが可能になる。そしてこれにより、より長い機械加工時間窓が可能になる。

そして、より長い機械加工時間窓により、工具を回収することなく工作物を機械加工することが可能になる。そうでない場合、工具を再挿入することになり、精密性が損なわれる。さらに、同じ工具を用いた異なる機能を、工具を回収することなく実施することができる。そのような機能は、材料の切削、鋸引き、やすりがけ、冷却および吸引である。

工具をロボットマニピュレータと組み合わせることにより、それぞれ３次元切削部および形状の制御された切削または機械加工が可能になる。

実施形態において、ロボットシステムは、工具が取り付けられ、工具を動かすことが可能なマニピュレータアームを備え、工具は、マニピュレータアームを通じて冷却液を提供され、特に、マニピュレータアームの少なくとも１つの最も遠位のリンクのケーシング内部に冷却液導管が配置される。

実施形態において、ロボットシステムは、工具が工作物に適用される領域から工具を回収することなく、工作物を中断なしで順次機械加工するように工具を適用するようにプログラムされる。

実施形態において、ロボットシステムは、工具を回収することなく工具の２つ以上の異なる機能を用いて工作物を機械加工するように工具を適用するようにプログラムされ、特に、機能は、材料の切削、鋸引き、やすりがけ、および吸引である。

実施形態において、ロボットシステムは、工作物の異なる側面、特に、工作物の表面法線が互いに４５°超または９０°超の角度に向けられた工作物の表面を、機械加工するように工具を適用するようにプログラムされる。

すなわち、工具を用いて、工具の２つ以上の異なる側面を機械加工する。
実施形態において、ロボットシステムは、工作物を、少なくとも２分または３分または４分または５分または６分間、中断なしで順次機械加工するように工具を適用するようにプログラムされる。

実施形態において、工具は、やすり、鋸またはナイフのうちの少なくとも２つの機能を含むように成形される。

例えば、工具は、やすりおよび鋸、または鋸およびナイフ等を含むことができる。これにより、機械動作を中断して工具を回収する必要なく工具を適用することが可能になる。

実施形態において、工具は、同じ機能であるが異なるパラメータを有する少なくとも２つの変形を含むように成形される。

例えば、工具は、粗いやすりおよび精細なやすり、または粗い鋸および精細な鋸を含むことができる。

実施形態において、ロボットシステムは、工作物に対し工具によって加えられる工具力を測定するように構成された検知ユニットを備え、測定された工具力に従って工具の動きを制御するように構成される。

これによって、所望の機械加工力を維持するために、工具の動きを制御することが可能になる。そして、これを用いて、機械加工速度を最適化し、および／または工具の過剰な加熱を阻止することができる。

実施形態において、ロボットシステムは、工具に冷却液を間欠的に、特に、冷却液が提供される第１の持続時間と、冷却液が提供されない第２の持続時間とを交互にして提供するように構成された冷却剤供給ユニットを備え、特に、第１の持続時間がその後に生じる期間は、１～１０秒、特に、２～５秒である。

換言すれば、冷却液が提供される第１の持続時間は、冷却液のパルスに対応し、パルスは、期間に応じた期間長で繰り返すことができる。

冷却液の流れが間欠的であることによって、流体の緩衝物が生成され、工具と工作物との間に維持され、それによって工具の動作が阻害されることが阻止される。冷却剤パルス中、工具の動作からのデブリを洗い流すことができる。

実施形態において、ロボットシステムまたは冷却剤供給ユニットは、工具温度を測定するように構成された検知ユニットと、測定された工具温度に従って工具への冷却液の流れを制御するように構成された制御ユニットとを備える。

これによって、冷却剤の流れを実際の冷却要件に適合させることが可能になり、そしてこれは、工具と工作物との間の作動条件に依拠する。

流れの制御は、流れを連続的に変動させることによって、または特に、流れをオンおよびオフにすることによって、すなわち脈動流によって別個のステップにより行うことができる。後者の場合、コントローラは、パルス幅、またはパルス周波数または冷却剤パルスを設定することができる。

実施形態において、検知ユニットは、工具のドライバ振動周波数に基づいて工具温度を決定するように構成され、ドライバ振動周波数は、工具の実際の共振周波数に対し連続的に適合される。

これは、工具の温度が工具の機械特性、特にその長さに、したがって工具の実際の更新周波数に影響を及ぼすという観測に基づいている。実際の共振周波数は、その動作周波数を工具の実際の共振周波数に自動的に適合させる超音波ドライバを用いることによって決定することができる。この自動周波数適合は、多くの既存の超音波ドライバの特徴である。

結果として、冷却剤の流れは、超音波ドライバの実際の動作周波数に従って制御することができる。

本明細書に記載のように、工具に冷却液を間欠的に提供し、および／または流体の流れを制御し、および／または温度を測定することは、ロボットシステムが存在しない設定の一部である冷却剤供給ユニットによって実施することもできる。

更なる実施形態は、従属請求項から明らかである。方法請求項の特徴は、デバイス請求項の特徴と組み合わせることができ、逆もまた同様である。

本発明の主題を、添付の図面に示される例示的な実施形態を参照して以下の本文でより詳細に説明する。添付の図面は以下を概略的に示す。

１つの実施形態によるブレードの異なる図および部分。 １つの実施形態によるブレードの異なる図および部分。 １つの実施形態によるブレードの異なる図および部分。 １つの実施形態によるブレードの異なる図および部分。 異なるチャネル形状を有するブレード層。 異なるチャネル形状を有するブレード層。 異なるチャネル形状を有するブレード層。 異なるチャネル形状を有するブレード層。 それぞれの断面および立面図における更なる実施形態。 それぞれの断面および立面図における更なる実施形態。 それぞれの断面および立面図における更なる実施形態。 それぞれの断面および立面図における更なる実施形態。 それぞれの断面および立面図における更なる実施形態。 それぞれの断面および立面図における更なる実施形態。 立面図における更なる実施形態。 立面図における更なる実施形態。 更なる実施形態のための、単独の、および第２のブレード層と組み合わされた第１のブレード層。 流体を工具の扁平部に誘導するための軸方向の中空針を有する実施形態。 流体を工具の扁平部に誘導するための軸方向の中空針を有する実施形態。

原則として、同一の部品は図面において同じ参照符号を設けられる。
図１～４は、１つの実施形態によるブレードの異なる図および部分を示す。図１は斜視図を示し、図２は、ブレード１０が位置する面に対し垂直な視野を有する長手方向部を示し、図３は、上記平面に平行な視野を有する長手方向部を示し、図４は展開図を示す。

ブレード１０は、取付部１４によって保持される扁平部１１を含む。扁平部１１は、作動部、すなわち、物質、特に骨および／または軟組織を切削または研磨するための部分を構成する。扁平部１１は、好ましくは金属製の扁平部品である第１のブレード層１１２および第２のブレード層１１３を含む。２つの層は、例えば溶接によって互いに結合される。対応する溶接線２４は、点線によって表される。これらは長手方向の第１の縁部２５および第２の縁部２６に隣接して延びる。層のうちの少なくとも１つは、扁平部１１の長さに沿ってチャネル２０を形成する凹部を含む。チャネル２０は、取付部１４を介して提供される冷却剤を誘導、分配および分注する役割を果たすことができる。

取付部１４によって、ブレード１０は、例えば、示すように雄ねじ１５によって、または雌ねじによって超音波振動発生器に取り付けることができる。

流体の移送および分注は、ブレード１０、特に扁平部１１の超音波振動によって生じるポンピング効果によって向上させるかまたは促進することができる。

近位端において、扁平部１１は、取付部１４の一部である取付本体１３１に配置された締め付け用スリット１３５において締め付けられる。

扁平部１１は、取付部１４を加熱し、取付部１４が熱い間に扁平部１１を挿入し、再び取付部１４を冷却し、それによって圧入を生成することによって、締め付け用スリット１３５において締め付けることができる。さらにまたは代替的に、この接続は、溶接、はんだ付け、糊付け等の接着によって行うことができる。

リング１３０が取付本体１３１の周りに嵌められ、取付本体１３１によって扁平部１１に加えられる締め付け力を増大させることができる。リング１３０は、取付部１４における長手方向の導管３２から扁平部１１におけるチャネル２０へ（または他の方向に）流体を導くための導管を閉じる役割も果たす。導管は、取付本体１３１の円周上のポイントから開始して、扁平部１１につながる径方向の導管１３３、および長手方向の導管３２の一部となる傾斜導管部１３２を機械加工することによって成形される。機械加工後、２つの導管がリング１３０によって閉じられる。

径方向の導管１３３によって、流体が第１のブレード層１１２および第２のブレード層１１３のうちの１つの側面からチャネル２０内に誘導される。これは、流体を扁平部１１の比較的薄い近位縁部を通じて誘導するよりも信頼性が高く、達成するのが容易である。

扁平部１１および取付部１４およびリング１３０等のブレード１０の主要部品は通常、チタンおよび／または医療用ステンレススチールから製造される。いくつかの部分はアルミニウム合金から作製することができる。

実施形態において、扁平部１１およびリング１３０はステンレススチールから作製され、取付部１４もステンレススチールから作製される。圧入を生成するとき、取付部１４は、扁平部１１を挿入する前に、例えば摂氏約４００°～５００°に加熱される。

チャネル２０または対応する単数もしくは複数の凹部は、エッチング、レーザ彫刻、電気化学機械加工および他の方法によって成形することができる。

図５～８は、異なるチャネルおよびブレード形状を有するブレード層を示す。これらの例は、ブレード１０の形状およびチャネル２０の形状の双方について容易に圧制することができる変形を示す。示された形状は、第１のブレード層１１２、第２のブレード層１１３または双方における凹部を表す。溶接線２４は、チャネル２０の形状および／またはブレードの外形輪郭に従って適合される。図５は、ブレード入口１３４から前縁部２７につながる直線状のチャネル２０を示す。図６は、前縁部２７における出口に加えて、第１の縁部２５および第２の縁部２６に沿って出口につながる側方チャネルまで分岐するチャネル２０を示す。溶接線２４は、側方チャネルに交差する場所で中断する。図７は、ブレード入口１３４から前縁部２７につながり、前縁部２７に向かって広がるチャネル２０を示す。図８は、振動時に切削動作を行うように成形された前縁部２７を有する扁平部１１を示し、直線状のチャネル２０がブレード入口１３４から前縁部２７につながっている。

図示されない実施形態において、２つ以上の別個のチャネル２０が存在する。別個のチャネルは、扁平部１１に沿って冷却剤を均一に配分するために用いることができる。代替的にまたは加えて、これらを異なる目的で用いることができる。少なくとも１つの冷却剤チャネルは、冷却剤を扁平部１１に提供するために用いることができ、少なくとも１つの吸引チャネルは、扁平部１１を取り囲む領域から材料を吸引するために用いることができる。

２つのチャネル２０は、通常、互いに対し横方向に変位されている。それぞれ２つのチャネルのうちの１つにつながる２つの径方向の導管１３３が存在し得る。２つの径方向の導管１３３は、同じ側から、または反対側から扁平部１１内につながることができる。このため、後者の場合、径方向の導管１３３のうちの一方は、第１のブレード層１１２におけるブレード入口１３４を通り、他方は第２のブレード層１１３におけるブレード入口１３４を通る。他の実施形態において、チャネルのうちの１つが取付本体１３１内で軸方向に向けられた（または長手方向の）チャネルと液体連通している。

図１～８は、単純化された表現において、ブレードの縁部を鈍縁として示している。実際の実施形態では、縁部は先鋭であってもよく、および／または以下に示すように鋸歯もしくはノッチを含んでいてもよい。

図９～１６は、ブレード１０の扁平部１１の横方向の断面および立面図を示し、通常、長手方向の溶接線２４が第１の長手方向の縁部２５および第２の長手方向の縁部２６に隣接している。扁平部１１の主平面は、通常、歯または溝等の構造化表面２３を含む。図は、層のうちの一方のみにおいて成形されたチャネル２０を示しているが、各事例において、これらは双方において成形されてもよいことが理解される。

通常、第１の長手方向の縁部２５、第２の長手方向の縁部２６および前縁部２７は、ノッチ２１、歯、鋸歯状の縁を有して、もしくはブレードとして、またはこれらのおよび更には他の要素との組み合わせで、異なる形で成形されても、同じ方式で成形されてもよい。単数または複数のチャネル２０の形状は、それに応じて適合される。

図９～１０は、単一の長手方向のチャネルを有するブレード１０の扁平部の横方向の断面および立面図を示す。チャネル２０の対応する形状は図５または図７に示すようなものとすることができる。

図１１～１２は、ブレード１０の扁平部の横方向の断面および立面図を示し、単一のチャネル２０（図示されていない）または２つの平行なチャネル２０に対する開口部を構成する孔２２が存在する。各チャネルは、２つの層のうちの対応する一方において成形される。結果として、単一のタイプの層のみが製造されればよい。孔の縁部は切削効果を有することができる。孔２２の直径は、扁平部１１の長さに沿った冷却剤の分配を制御するために、長手方向に沿って変動する。これは、流れを均一に分配する役割を果たすことができる。

図１３～１４は、ブレード１０の扁平部の横方向の断面および立面図を示し、第１の縁部２５および／または第２の縁部２６および／または前縁部２７のうちの１つまたは複数にノッチ２１が存在する。ノッチ２１は、一方で切削のための鋸歯状縁としての役割を果たし、他方で、冷却剤をチャネル２０から出す導管としての役割を果たす。チャネル２０の対応する形状は図６に示すようなものとすることができる。

図９～１４は、溶接線２４、構造化表面２３、孔２２およびノッチ２１等の要素を別個に示す。他の実施形態において、これらは組み合わされる。例えば、図１５によれば、ノッチ２１は第１の縁部２５に存在し、孔２２は第２の縁部２６の近くに配置され、第２の縁部２６は刃先として成形することができる。これに対応して成形されたチャネル２０（図示されていない）は、孔２２およびノッチ２１と流体接続するように配置される。

更なる実施形態において、間のチャネル２０の形状に応じて、２つ以上の溶接線２４が存在する。溶接線２４を用いて、扁平部１１の構造を強化し、それによって、特に横方向の寄生振動を低減することによって、その固有振動周波数を変更することができる。図１６は、フィッシュボーンパターンの溶接線２４を示す。

図１７は、第１のブレード層１１２および第２のブレード層１１３がそれぞれ取付部１４の一部を含む更なる実施形態を示す。これは、層を接合するとき、円筒形の、特に管状の取付部１４を形成する。管状部は、１つまたは複数のチャネル２０（図示されていない）と液体連通する。２つの層は、モールドまたは深絞りによって製造することができる。

図１７および図１９は、冷却剤が扁平部１１を通じて中空針２８内を誘導される更なる実施形態を示す。中空針は、ブレード１０の長手方向に延在する。扁平部１１において、中空針はチャネル２０内に位置する。例示の目的で、図は、中空針２８と扁平部１１の部品との間の間隙を示す。しかしながら、実際には、中空針２８は、熱伝達を可能にするために、扁平部１１、すなわち、第１のブレード層１１２および第２のブレード層１１３と密接するように配置および／または成形されてもよい。実施形態において、良好な熱伝導性を有する充填剤が中空針２８と扁平部１１との間に配置される。中空針２８は、扁平部１１から取付部１４内に延在し、取付部１４において例えば圧入により据え付けることができる。これによって、取付部１４から扁平部１１内への液密の導管が可能になる。

孔２２およびノッチ２１等の切欠きは、例えば、打抜きまたはレーザ切削によって、特に、扁平部１１または層の形状が機械加工されるのと同時に機械加工することができる。構造化表面２３等の他のより小さな構造を、レーザ彫刻またはエッチングによって作成することができる。第１のブレード層１１２および第２のブレード層１１３を互いに溶接する前に、またはその後に、これらに切欠きおよび他の構造を作成することができる。

構造化表面２３は、ブランクを扁平にして扁平部１１を形成するプロセスにおいて作成することができる。

ブレード１０は、２６ｋＨｚの動作周波数を有する超音波ドライバで動作することができる。

本発明は、本実施形態において説明されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の適用範囲内で別様に様々な形で具現化および実施することができるが明確に理解される。

Claims (41)

1. 超音波器具において用いるための超音波切削工具であって、前記工具はブレード（１０）であり、前記ブレード（１０）は、
   少なくとも第１のブレード層（１１２）および第２のブレード層（１１３）から製造された扁平部（１１）であって、前記第１および第２のブレード層はそれぞれ、互いに平行に配置され、互いにまたは１つもしくは複数の中間層に結合された平板であり、特に、前記ブレードのうちの少なくとも１つは金属またはセラミック材料から作製される、扁平部（１１）を含む、工具。
2. 前記第１のブレード層（１１２）または前記第２のブレード層（１１３）または双方は、他方のブレード層に向いた面上に、前記ブレード（１０）に沿って流体を誘導するのに適したチャネル（２０）を画定する凹部を含み、特に、前記凹部は、サブトラクティブ法、特に機械加工またはフォトエッチングによって作成される、請求項１に記載の工具。
3. 第１のブレード層（１１２）および第２のブレード層（１１３）は互いに溶接される、請求項１または２に記載の工具。
4. 前記扁平部（１１）は、１つまたは複数の溶接線（２４）を含み、前記１つまたは複数の溶接線（２４）によって、前記第１のブレード層（１１２）および前記第２のブレード層（１１３）は、前記第１のブレード層（１１２）および前記第２のブレード層（１１３）が互いに当接する面において互いに溶接される、先行する請求項のいずれか１項に記載の工具。
5. 前記溶接線（２４）は、前記扁平部（１１）が延在する長手方向に沿って延び、特に、１つの溶接線（２４）が前記扁平部（１１）の第１の長手方向縁部（２５）に隣接して延び、別の溶接線（２４）が第２の長手方向縁部（２６）に隣接して延びる、請求項４に記載の工具。
6. 前記溶接線（２４）は、前記溶接線（２４）が前記チャネル（２０）の一部に交差する場所において遮断される、請求項４または５に記載の工具。
7. 前記扁平部（１１）は、前記ブレード（１０）を超音波発生器に取り付けるための取付部（１４）に接合され、特に、前記取付部（１４）は回転対称の本体を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載の工具。
8. 前記扁平部（１１）は、特に圧入により前記取付部（１４）の締め付け用スリット（１３５）に保持される、請求項７に記載の工具。
9. 前記扁平部（１１）は、前記扁平部（１１）が前記締め付け用スリット（１３５）内で保持される領域において、第１のブレード層（１１２）および第２のブレード層（１１３）のうちの少なくとも一方が、前記チャネル（１２０）と液体連通するブレード入口（１３４）を構成する孔を含む、請求項８に記載の工具。
10. 前記取付部（１４）は、前記ブレード入口（１３４）と液体連通する径方向の導管（１３３）を備え、特に、前記径方向の導管（１３３）は、長手方向の導管（３２）と液体連通する、請求項９に記載の工具。
11. 前記取付部（１４）は、前記締め付け用スリット（１３５）が配置される取付本体（１３１）を備え、リング（１３０）が前記取付本体（１３１）の周りに、特に前記取付本体（１３１）を圧縮するように配置される、請求項７～１０のいずれか１項に記載の工具。
12. 前記リング（１３０）は、前記径方向の導管（１３３）のための封止部としての役割を果たす、請求項１０に従属する請求項１１に記載の工具。
13. 中空の導管または針（２８）が前記チャネル（２０）内に配置され、前記中空針（２８）と前記取付部（１４）との間に液密接続を伴って前記扁平部（１１）から前記取付部（１４）内に延在する、先行する請求項のいずれか１項に記載の工具。
14. 前記取付部（１４）は雌ねじまたは雄ねじ（１５）を備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の工具。
15. 前記扁平部（１１）は、前記１つまたは複数のチャネル（２０）と流体連通する１つまたは複数の孔（２２）を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の工具。
16. 前記扁平部（１１）の１つまたは複数の縁部（２５）、（２６）、（２７）は歯を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の工具。
17. 前記扁平部（１１）の１つまたは複数の縁部（２５）、（２６）、（２７）は、刃先を構成するように機械加工される、先行する請求項のいずれか１項に記載の工具。
18. 前記扁平部（１１）の１つまたは複数の縁部（２５）、（２６）、（２７）は、前記１つまたは複数のチャネル（２０）と液体連通する開口部を構成する１つまたは複数のノッチ（２１）を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の工具。
19. 前記扁平部（１１）の外面は、特に歯または溝を有する構造化表面（２３）を含むように機械加工される、先行する請求項のいずれか１項に記載の工具。
20. 特に先行する請求項のいずれか１項に記載のブレード（１０）を製造するための方法であって、前記方法は、
    ・ 第１のブレード層（１１２）および第２のブレード層（１１３）を提供すること、
    ・ 前記第１のブレード層（１１２）および前記第２のブレード層（１１３）を互いに結合し、それによって、前記ブレード（１０）の扁平部（１１）を形成すること、
    ・ 前記扁平部（１１）を前記取付部（１４）の締め付け用スリット（１３５）において締め付けることによって前記扁平部（１１）を取付部（１４）に接合すること、
    を含む、方法。
21. 特に請求項１～２０のいずれか１項に記載のブレード（１０）を製造するための方法であって、前記方法は、
    ・ 第１のブレード層（１１２）および第２のブレード層（１１３）および１つまたは複数の更なるブレード層を設けること、
    ・ 前記第１のブレード層（１１２）および前記第２のブレード層（１１３）および前記１つまたは複数の更なるブレード層を互いに結合し、それによって前記ブレード（１０）の扁平部（１１）を形成すること、
    ・ 前記扁平部（１１）を前記取付部（１４）の締め付け用スリット（１３５）において締め付けることによって、前記扁平部（１１）を取付部（１４）に接合すること、
    を含む、方法。
22. 前記第１のブレード層（１１２）および前記第２のブレード層（１１３）および任意選択で更なるブレード層のうちの少なくとも１つは、前記ブレード（１０）におけるチャネル（２０）としての役割を果たす凹部または切欠きを含み、
    ・ 前記第１のブレード層（１１２）および前記第２のブレード層（１１３）および任意選択で１つまたは複数の更なるブレード層を互いに結合するとき、前記第１のブレード層（１１２）と前記第２のブレード層（１１３）との間に前記凹部または前記切欠きが配置される、請求項２０または２１に記載の方法。
23. ・ 前記第１のブレード層（１１２）および前記第２のブレード層（１１３）および任意選択で１つまたは複数の更なるブレード層を互いに結合するとき、前記層のうちの２つの間に少なくとも１つの中空針（２８）が配置され、
    ・ 前記扁平部（１１）を前記取付部（１４）に接合するとき、前記扁平部（１１）から外に延在する前記中空針（２８）の一部が前記取付部（１４）に挿入され、それらの間に液密接続が確立される、請求項２０または２１に記載の方法。
24. 前記扁平部（１１）を前記取付部（１４）に接合することは、前記取付部（１４）を加熱し、前記扁平部（１１）を前記取付部（１４）の締め付け用スリット（１３５）に挿入し、前記取付部（１４）を冷却することを含む、請求項２０～２３のいずれか１項に記載の方法。
25. 前記取付部（１４）と、前記ブレード層のうちの少なくとも１つとを通じて孔を機械加工し、それによって前記チャネル（２０）と液体連通する径方向の導管（１３３）を作成する更なるステップを含む、請求項２０～２４のいずれか１項に記載の方法。
26. 前記径方向の導管（１３３）、および長手方向の導管（３２）の傾斜部（１３２）は、前記取付部（１４）の取付本体（１３１）の円周位置から開始して機械加工され、その後、前記径方向の導管（１３３）と前記長手方向の導管（３２）との間で閉じた導管を作成するように覆われる、請求項９に記載の工具を製造するための請求項２５に記載の方法。
27. 前記径方向の導管（１３３）、および前記長手方向の導管（３２）の前記傾斜部（１３２）は、前記取付本体（１３１）の周囲にリング（１３０）を嵌めることによって覆われる、請求項２６に記載の方法。
28. 前記ブレード層（１１２、１１３）を設ける前記ステップは、前記層のうちの少なくとも１つにおいて、フォトエッチングによって、好ましくはロールツーロールプロセスにおいて、チャネル（２０）を画定する凹部を作成することを含む、請求項２０～２７のいずれか１項に記載の方法。
29. 請求項１～２８のいずれか１項に記載の切削工具を装備するように構成されたロボットシステムであって、前記ロボットシステムは、前記工具を適用して、物体または工作物を機械加工するようプログラムされる、ロボットシステム。
30. 前記工具が取り付けられ、前記工具を動かすことが可能なマニピュレータアームを備え、前記工具は、前記マニピュレータアームを通じて冷却液を提供され、特に、前記マニピュレータアームの少なくとも１つの最も遠位のリンクのケーシング内部に冷却液導管が配置される、請求項２９に記載のロボットシステム。
31. 前記工具が前記工作物に適用される領域から前記工具を回収することなく、前記工作物を中断なしで順次機械加工するように前記工具を適用するようにプログラムされた、請求項２９または３０に記載のロボットシステム。
32. 前記工具を回収することなく前記工具の２つ以上の異なる機能を用いて前記工作物を機械加工するように前記工具を適用するようにプログラムされ、特に、前記機能は、材料の切削、鋸引き、やすりがけ、および吸引である、請求項３１に記載のロボットシステム。
33. 前記工作物の異なる側面、特に、前記工作物の表面法線が互いに４５°超または９０°超の角度に向けられた工作物の表面を、機械加工するように工具を適用するようにプログラムされた、請求項２９～３２のいずれか１項に記載のロボットシステム。
34. 前記工作物を、少なくとも２分または３分または４分または５分または６分間、中断なしで順次機械加工するように前記工具を適用するようにプログラムされた、請求項２９～３３のいずれか１項に記載のロボットシステム。
35. 前記工具は、やすり、鋸またはナイフのうちの少なくとも２つの機能を含むように成形される、請求項２９～３４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
36. 前記工具は、同じ機能であるが異なるパラメータを有する少なくとも２つの変形を含むように成形される、請求項３５に記載のロボットシステム。
37. 前記工作物に対し前記工具によって加えられる工具力を測定するように構成された検知ユニットを備え、測定された前記工具力に従って前記工具の動きを制御するように構成された、請求項２９～３６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
38. 前記工具に冷却液を間欠的に、特に、冷却液が提供される第１の持続時間と、冷却液が提供されない第２の持続時間とを交互にして提供するように構成され、特に、第１の持続時間がその後に生じる期間は、１～１０秒、特に、２～５秒である、請求項２９～３７のいずれか１項に記載のロボットシステム。
39. 工具温度を測定するように構成された検知ユニットと、測定された工具温度に従って前記工具への冷却液の流れを制御するように構成された制御ユニットとを備える、請求項２９～３８のいずれか１項に記載のロボットシステム。
40. 前記検知ユニットは、前記工具のドライバ振動周波数に基づいて前記工具温度を決定するように構成され、前記ドライバ振動周波数は、前記工具の実際の共振周波数に対し連続的に適合される、請求項３９に記載のロボットシステム。
41. 前記超音波ドライバの実際の動作周波数に従って前記工具への冷却液の流れを制御するように構成された、請求項２９～４０のいずれか１項に記載のロボットシステム。

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