專利名稱：外科器械用的末端封閉的管件的制造技術(shù)
本發(fā)明涉及外科器械的制造，具體地說，涉及這樣一種外科器械，它的帶有切割器械的內(nèi)管在一個外管內(nèi)運動，而該外管上具有一個將該切割器械暴露在人體組織中的切割窗口。
一般，這種外科器械的內(nèi)管和外管具有封閉的遠端，并且，該切割器械和切割窗口是在該遠端上或其附近作出的。通常，該切割器械為邊緣磨得鋒利的一個孔。在這種情況下，該切割窗口的邊緣也是磨成鋒利的。在某些情況下，該切割器械和窗口就作在封閉的遠端本身上。
一般，該管件由二個零件構(gòu)成-一個二端開放的金屬管；和一個一端開放、另一端封閉的空心的延展金屬尖物。該尖物的開放端利用，例如，等離子體弧焊與該管件的一端(例如遠端)固定。然后利用，例如，無心磨將焊接接頭磨光滑。
由一個零件制成該管件的一種方法稱為“旋壓成形”法。利用這種方法時，該管件的開放的遠端上切出一個小角度，形成一個細長的、一般為在側(cè)面上的孔。然而，使該管件和支承心軸高速旋轉(zhuǎn)，并向前進入一個模具中。該管件與模具之間的摩擦，將該管件加熱至塑性狀態(tài)，因此，該模具將該孔周圍的材料壓向一側(cè)。這可在該管件的遠端尖端上形成一個圓形的封閉端，和靠近該遠端尖端的一個側(cè)面孔。
本發(fā)明的特點為利用下述方法和裝置來制造用于外科器械的一個單件式的內(nèi)管或外管制造包含一個配置在外管內(nèi)作運動的內(nèi)管的方法包括下列步驟構(gòu)成一個作為內(nèi)管或外管的管件，該管件具有一開口的遠端并模鍛該管件的遠端，使其封閉；制造包含一個可以在一個外管內(nèi)作運動的內(nèi)管的裝置包括一個模鍛工位，用于接收具有一個開口遠端的管件，并用于模鍛該管件的遠端，使其封閉，因此，該管件可以用作內(nèi)管或外管。除了其它一些優(yōu)點外利用本發(fā)明的模鍛(swaging)方法封閉該管件，可減少制造的復(fù)雜性-取消了將二個零件固定的方法中相應(yīng)的幾個步驟(例如，拉直由二個零件構(gòu)成的管件，和將尖物與管件之間的接頭磨光滑)。另外，不需要如在旋壓成形法中那樣，在管件上切出一個細長的開口。
優(yōu)選實施例可以包括一個或多個下述的特點。
模鍛可以用旋轉(zhuǎn)模鍛法來進行。管件結(jié)構(gòu)包括形成遠端上的一個孔的遠端邊緣。模鍛可使管件上靠近該遠端邊緣的區(qū)域擠壓在一起的封閉該孔。在模鍛之前，該遠端邊緣圍繞著管件的軸線對稱分布，并與管件軸線垂直；因此，模鍛可使管件口相鄰的區(qū)域，相對于管件軸線對稱地擠在一起。
模鍛在管件遠端的材料上產(chǎn)生一條縫，并且這個材料可以在該縫處熔合在一起。優(yōu)選的辦法是，這種熔合由焊接遠端來達到。
模鍛還會使管件材料在該縫處凸出來。在焊接之前要切去所選擇數(shù)量的凸出部分。進行這個工序有助于控制管件的最終長度，以及在遠端的管件壁厚。
管件的封閉遠端可以作成所選擇的形狀。優(yōu)選辦法是，將管件的遠端壓緊在形成所選定形狀的二個模具之間。
根據(jù)一個可供選擇的方案，該所選擇的形狀作成圓形，使管件的遠端形成凸的(例如，基本上為半球形)內(nèi)外表面。這使得該管件可以適用于標(biāo)準半徑的各種外科器械。根據(jù)另一個可供選擇的方案，該所選擇的形狀作成平面形，使管件的遠端形成平面形的內(nèi)外表面。在這種情況下，該管件可用于末端切割的外科器械。
該管件可以作為外科器械的內(nèi)管。在這種情況下，切割器械設(shè)置在該管件的遠端。然后，使該管件在外科器械的外管內(nèi)轉(zhuǎn)動。
該管件也可以作為外科器械的外管。在這種情況下，在該管件的遠端可以作出一個窗口，將內(nèi)管上所帶的切割器械露出。
可以提供第二根管作為另一個內(nèi)管或外管。利用模鍛將第二根管的開放遠端封閉。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，模鍛、切割、熔合和成形工序是在不同的工位上進行的。在一個優(yōu)選實施例中，管件在各個工位之間由傳送裝置傳送，一個控制器控制傳送的過程，并協(xié)調(diào)各個工位的工作。
本發(fā)明提供了一種單一一個零件組成的管件，其封閉遠端的尺寸和形狀精確，公差嚴格。這使得可將內(nèi)外管之間的間隙設(shè)計得較小，以提高切割效率。另外，單一一個零件組成的管件結(jié)構(gòu)的剛性，比一般二個零件組成的管件剛性高，因為沒有需要利用無心磨削等磨光的焊接接頭。即使管件在使用過程中，受到大的側(cè)向負荷作用，剛性高可保持在管件遠端整個圓周周圍和管件的遠端最頂端嚴格的轉(zhuǎn)動配合。
本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點，從下面的說明中將會清楚。


圖1為制造外科器械管的裝配線各個工位的方框圖；圖2A～2C表示旋轉(zhuǎn)模鍛工位和該工位的一些組成部分；圖2D表示被該旋圍模鍛工位封閉的管件的末端；圖3表示清潔工位；圖4表示修整工位；圖5表示熔合工位；圖6表示檢驗工位；圖7A表示將管的封閉端作成半球形形狀的成形工位；而圖8A則表示部分切開的這種成形管；圖7B表示將管的封閉端作成平面形狀的成形工位；而圖8B則表示部分切開的這種成形管；圖9A和9B表示具有由圖1所示的裝配線制造的管件的外科器械。
圖1表示由管件坯料<例如二端開放的管件>制造一個外科器械的內(nèi)外管的裝配線10。裝配線10包括如下所述的對管件坯料進行各種加工的工位12～26，和在各個工位12～26之間傳送管件坯料的轉(zhuǎn)移部件28a～29g。一個計算機控制裝置30，通過將指令發(fā)送至總線32上來控制各個工位12～26的工作；并通過經(jīng)由總線34，將控制信號送至轉(zhuǎn)移部件28a～28g，而協(xié)調(diào)各個工位的工作與管件坯料在工位12～26之間的轉(zhuǎn)移。
如下面將要說明的那樣，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置工位12～26，裝配線10可以制造具有各種切割結(jié)構(gòu)(例如，標(biāo)準半徑的切除器，末端切刀等)和尺寸(例如，名義外徑為4.5mm，5mm等)的外科器械的內(nèi)管和外管。一般，工位12～26調(diào)整至可以大批量生產(chǎn)(例如1000件)具有所選擇的尺寸和切割結(jié)構(gòu)(例如，外徑為4.5mm的標(biāo)準半徑切除器的1000個內(nèi)管)的管件。然后，重新布置各個工位12～26，以批量生產(chǎn)不同形狀或尺寸的管件。
下面來詳細說明工位12～26進行的工序。一般，裝配線10利用旋轉(zhuǎn)模鍛方法來封閉每一根管的遠端；然后分成各個階段，處理該封閉的遠端，為最終成形作準備；最后，將該封閉遠端作成適合于在外科器械上使用的所選擇的形狀。例如，如果該管件坯料要成為一個標(biāo)準半徑切除器(例如Andover，MA的Smith & Nephew公司制造的鋒利的標(biāo)準半徑和主要用于切牙的刀片)的內(nèi)管或外管，則管的封閉遠端作成凸形(例如，半球形)形狀。另一種情況是，如果該管件坯料要成為一個末端切刀(例如Smith & Nephew公司制造的剃刀切刀和切刀刀片)的內(nèi)管或外管，則管件的封閉遠端在裝配線10上被弄平。當(dāng)然，還可以有其他的形狀。
裝配線10的第一個工位為上料工位12。該工位包括一個漏斗(沒有單獨示出)，可以裝多達1000件管件坯料。在放到上料工位12上之前，管件坯料中的每一根管件應(yīng)切斷至適當(dāng)長度。如下所述，管件坯料的正確長度對旋轉(zhuǎn)模鍛過程很重要。對于上述的Smith & Nephew公司的刀片，將作為內(nèi)管的管件坯料的長度應(yīng)為6.917英寸；而外管坯料的長度應(yīng)為5.693英寸。不要將內(nèi)管和外管的管件坯料與不同形狀(或不同尺寸)的外科器械的管件坯料混合。即是說，對于裝配線10的一個給定的生產(chǎn)批量，裝入上料工位12的管件坯料應(yīng)有一個選擇的直徑，并預(yù)先切斷成適合于在該生產(chǎn)批量中制造的管件的長度。
上料工位12包括一個測量部件13，它測量由漏斗送來的每一根管的長度。如果測量結(jié)果是可接受的(例如，公差在0.005英寸以內(nèi))，則轉(zhuǎn)移部件28a將該管傳送至裝配線10的下一個工位，即旋轉(zhuǎn)模鍛工位14。否則，該管被拒絕，而落入廢品箱(沒有示出)中。為了質(zhì)量控制的目的，如果連續(xù)三根管都被拒絕，則控制裝置30斷開裝配線10，因為很可能漏斗中裝入了尺寸錯誤的管件。
參見圖2A～2C，旋轉(zhuǎn)模鍛工位14包括一臺旋轉(zhuǎn)模鍛機40，其型號為HE16D，由德國Stein市的Gehr.Felss GmbH公司銷售。旋轉(zhuǎn)模鍛機40裝有三個旋轉(zhuǎn)模鍛拼合模塊42，它們彼此隔開120°。拼合模塊42具有形狀相同的模鍛表面44，其尺寸與要加工的管件坯料的尺寸相適應(yīng)。即是說，對于每一種尺寸的外科器械(例如，外徑為4.5mm，5mm等)，使用尺寸不同的拼合模塊42，來模鍛分制作為內(nèi)管和外管的管件坯料。對于給定尺寸的管件坯料，旋轉(zhuǎn)模鍛機40使用相同的拼合模塊42來生產(chǎn)標(biāo)準半徑的器械和末端切割器械用的管件。
圖2B為一個拼合模塊42向放大的橫截面圖，它在二維平面上表示模鍛表面44的形狀。然而，大家知道，模鍛表面44是三維的，它在第三個尺寸上是曲線形的(即杯子形)，以便容納管件坯料的曲線形壁面。當(dāng)在橫截面看時，每一個模鍛表面44都以一個向外擴張的近端區(qū)域43，通過一個直的中間區(qū)域45，延伸至基本上為S形的遠端區(qū)域47。S形的遠端區(qū)域47沿軸向方向，從一個較淺的凹形引導(dǎo)端46，通過一個較深地凹進去的中間區(qū)域48，最后終止在一個凸形的尾端50上。
拼合模塊42放置在一個模鍛軸頭的三個零件52之間的徑向?qū)虿壑?。在該?dǎo)向槽中的每一個拼合模塊42的外端，沿徑向方向放置一個止推件54和一個墊片56。該模鍛軸頭由一個滾子隔圈58包圍，該隔圈包括一系列在圓周方向彼此隔開一定距離的滾子60。滾子60按將要說明的方式，與止推件54的傾斜末端表面64接合。滾子隔圈58放在一個外環(huán)66內(nèi)。
旋轉(zhuǎn)模鍛機40是所謂的內(nèi)轉(zhuǎn)子機。即是說，在模鍛過程中，模鍛軸頭轉(zhuǎn)動(按箭頭68的方向)，而外環(huán)66保持靜止不動。由轉(zhuǎn)動的模鍛軸頭作用在拼合模塊42上的離心力，迫使拼合模塊沿徑向方向向外運動。當(dāng)止推件54位于滾子60之間時，拼合模塊42打開最大。當(dāng)止推件54轉(zhuǎn)動，進入與滾子60接合時，止推件被迫沿徑向方向向內(nèi)運動，將拼合模塊42推到一起。當(dāng)止推件54在滾子60下面定心時，拼合模塊42完全關(guān)閉(雖然在尾端50處，拼合模塊之間會保留一個小的間隙)。這樣，在模鍛軸頭轉(zhuǎn)動過程中，拼合模塊42在徑向，按照箭頭70的方向振動。滾子隔圈58也可以在外環(huán)66內(nèi)轉(zhuǎn)動，因此，模鍛軸頭的轉(zhuǎn)動也可使?jié)L子隔圈58轉(zhuǎn)動，如箭頭74所示那樣。
現(xiàn)參見圖2C。在討論旋轉(zhuǎn)模鍛工位14的工作之前，先簡要地說明從上料工位12接收的管件80的結(jié)構(gòu)。管80由304L不銹鋼制成，并沿著縱軸線82，在一個開放的近端84和一個開放的遠端86之間延伸。管80的壁88為圓柱形，其終端在相應(yīng)的近端和遠端的環(huán)形邊緣90、92處。該環(huán)形邊緣圍繞著軸線82是對稱的，并與軸線82垂直。因此，近端84和遠端86上的孔，在與軸線82垂直的平面內(nèi)。
旋轉(zhuǎn)模鍛工位14包括一個心軸和管件驅(qū)動機構(gòu)102。該機構(gòu)根據(jù)從控制裝置30的總線32上傳來的指令，使一個前進組件106動作，將管件和送入旋轉(zhuǎn)模鍛機40中。雖然，圖中沒有表示與總線32的連接，然而，控制裝置30也可控制旋轉(zhuǎn)模鍛機40的工作。在將管80送入旋轉(zhuǎn)模鍛工位14中以后(如箭頭103所示)，作動器102使心軸100前進，進入管件80中，直至心軸100的圓形遠端104稍微靠近管件的遠端86為止?？刂蒲b置30起動旋轉(zhuǎn)模鍛機40，讓拼合模塊42在徑向振動(如箭頭70所示)，并起動作動器102，使前進組件106，沿軸間方向推動心軸100和管件80一起前進，進入旋轉(zhuǎn)模鍛機40中(沿著箭頭108的方向)。
拼合模塊42上的有錐度的近端區(qū)域43，保證管件80的遠端86在進入模鍛機40時，不會損壞。在制造內(nèi)管過程中使用的拼合模塊42的中間區(qū)域45的尺寸作成，可使得當(dāng)拼合模塊42完全關(guān)閉時，該中間區(qū)域45形成一個比管件80的外徑略大的通道。結(jié)果，當(dāng)管件向著上述拼合模塊上的S形區(qū)域47前進時，該拼合模塊上的中間區(qū)域不會對管件的遠端86進行模鍛。
相反，當(dāng)調(diào)整模鍛機40模鍛管件80以形成外管時，使用的拼合模塊42的中間區(qū)域45的尺寸作成，當(dāng)該拼合模塊42關(guān)閉時，形成一個比管件80的外徑略小的通道。結(jié)果，當(dāng)這些管件的遠端進入旋轉(zhuǎn)模鍛機40中時，拼合模塊上的中間區(qū)域45重復(fù)地錘擊管壁88，驅(qū)使或“敲擊”管壁對稱地向內(nèi)延伸，從而使管件80變窄。結(jié)果，管壁88的外徑和內(nèi)徑減小，因此，外管的遠端區(qū)域比其近端區(qū)域，更緊密地與內(nèi)管配合(用以提高切割效率)。
旋轉(zhuǎn)模鍛方法使管件的遠端封閉(內(nèi)管或外管)的工作是如下這樣進行的。當(dāng)管件80在拼合模塊42的S形遠端區(qū)域47之間前進時，該拼合模塊上的模鍛表面46、48、50重復(fù)地錘擊靠近管件遠端邊緣92的管壁88的區(qū)域。管壁88的這些區(qū)域，是相對于管件軸線82對稱地被敲擊在一起的。這種“冷加工”可使管件材料變硬。在模鍛過程中，噴射器(未示出)連續(xù)地將油噴射至管件80和拼合模塊42之間。油有助于避免拼合模塊42卡住，和對模鍛的管件造成損壞。一種適合的油是由Conshohocken，PA的Twin Specialties公司銷售的Twin-Draw#244。在模鍛過程中，心軸100在徑向支承著管件80鄰近近端的區(qū)域，以防止由拼合模塊42產(chǎn)生的大的作用力造成的變形。心軸100的圓形遠端104保證管壁88的模鍛區(qū)域為圓形形狀，以便于接下去的制造容易進行。
當(dāng)管件80在拼合模塊42之間前進時，模鍛就繼續(xù)下去。這時，模鍛表面44上的一部分48，在管壁88向遠端延伸時，使管壁88更加靠近在一起。當(dāng)管件80完全進入旋轉(zhuǎn)模鍛機40中時，模鍛表面44上的尾端50迫使管壁88靠近在一起，從而封閉管件的遠端86，并形成一個延伸至管件遠端邊緣92的，由管壁材料壓縮構(gòu)成的乳頭狀突出部分87。雖然，在乳頭狀突出部分87處的管壁88的內(nèi)表面之間形成一條縫89，但因縫89是不漏氣的，因此，管件的遠端86完全封閉。
圖2D詳細地表示用作外管的一個管80的封閉的遠端86。(注意在管件80的遠端區(qū)域和管件80的其余區(qū)域之間，有一個環(huán)形的過渡區(qū)域81。如上所述，管件的遠端區(qū)域已被模鍛成一個狹窄的形狀)。在該管件的封閉遠端86上，管壁88的內(nèi)表面形成一個會切點83。該會切點83靠近在乳頭狀突出部分87上的縫89。會切點83的深度為管壁88與縫89的交點，與代表管件遠端86的半球形的一條假想曲線85之間的距離。如果會切點深度太淺，則管壁88將太厚(甚至在工位18經(jīng)過修整后)，并且在成形工位24，難以將該管件的封閉遠端86作成所希望的最終形狀。相反，如果會切點太深，則在修整后管壁88太??；這樣，在熔合過程中(工位20)，在管件的遠端86上可能形成許多孔。利用外徑為4.5mm的外科器械作為一個例子，我們發(fā)現(xiàn)，對于用作外管的管件80，該會切點深度應(yīng)為0.0138英寸；而對于用作內(nèi)管的管件80，該會切點深度應(yīng)為0.0014英寸。
會切點深度與作動器102推動管件80進入旋轉(zhuǎn)模鍛機40中的距離(稱為行程距離D，見圖2C)成反比。如果該行程距離D太長，則管件80進入上述三個拼合模塊42的三個尾端表面50之間太多，會使會切點83太淺。相反，如果行程距離D不夠長，則管件80達到上述拼合模塊的尾端表面50的長度不夠，因此，會切點83將太深。行程距離D還影響在修整上述乳頭狀突出部分87以后(在修整工位18)，留下的管件80的總長度。即是說，如果行程距離D太長，則乳頭狀突出部分87也太長，這樣，修整的管件80會太短。另一方面，如果行程距離D不夠長，則乳頭狀突出部分87太短，這樣，即使在下述的修整和成形步驟后，對于外科器械而言，該管件80將太長。
當(dāng)模鍛完成時，作動器102使前進組件106的動作反向，將管件80從旋轉(zhuǎn)模鍛機40中抽出，并將心軸100從管件中取出。接著，轉(zhuǎn)移部件28b將管件80傳送至清潔工位16(圖1)。
參見圖3，清潔工位16噴射壓縮空氣至管件80的內(nèi)表面和外表面上，清除在旋轉(zhuǎn)模鍛工位14上殘留的潤滑油。根據(jù)經(jīng)過總線32送出的控制裝置30的指令，作動器120將一個通氣桿122向前送入管件80中，靠近管件封閉的遠端86處；并將一個空氣噴咀124放置在管件遠端86附近，靠近管件80的外表面處。通氣桿122和噴咀124將壓縮空氣(例如，壓力為60磅/平方英寸)噴射在管件的內(nèi)表面和外表面上，同時，作動器120將通氣桿122和噴咀124退回至管件近端(沿著箭頭126的方向)。壓縮空氣將多余的油，沿著管件的內(nèi)表面和外表面吹至管件80的近端84。在近端84處，油被真空收集系統(tǒng)(未示出)收集起來。
再參見圖4，當(dāng)清潔工作完成時，轉(zhuǎn)移部件28C將管件80送至修整工位18。在修整工位，磨削乳頭狀突出部分87，以除去多余的管件材料。修整工序可以在成形工位24(圖1)上最終成形后，有助于控制管件86的總長度和封閉遠端86的壁厚。
根據(jù)從控制裝置30發(fā)出的指令，在修整工位18，管件80被鎖緊就位(利用一個夾具，圖中沒有示出)，作動器136使一個切削砂駐132前進(在箭頭134所示的方向上)，與乳頭狀突出部分87接觸。切削砂輪132以高速回轉(zhuǎn)。當(dāng)作動器136繼續(xù)沿著箭頭134，推動砂輪132前進時，砂輪132將該乳頭狀突出部分87的大部分磨掉。作動器136使砂輪132前進一個預(yù)先確定的距離，然后將砂輪132退回。這個距離對于內(nèi)管和外管是不同的，它應(yīng)這樣選擇如果適當(dāng)調(diào)整上述的行程距離D(圖2C)，使管件80具有正確的長度，則在砂輪132退回后在乳頭狀突出部分87處留下的壁厚應(yīng)為0.008～0.010英寸。當(dāng)乳頭狀突出部分87修整過后，控制裝置30操縱作動器136，將砂輪132退回，并起動轉(zhuǎn)移部件28d(圖1)，將管件80傳送至熔合工位20。
參見圖5，在熔合工位20上，通過焊接將縫89周圍的管壁88熔合在一起，從而消除了縫89，并在管件封閉遠端的最尖端形成一個單一的整體結(jié)構(gòu)。另外，熔合過程可將管件封閉遠端86的尖端倒圓，消除在管壁88的模鍛區(qū)域上的皺皮、折痕或其他結(jié)構(gòu)上的缺陷。焊接還可使管件遠端尖端退火，減少材料的硬度。如下所述，在成形工位2 4，該尖端的材料會再次硬化。
如下所述，熔合工位20包括二個等離子體焊頭140、142，它們交替地焊接管件80。熔合工位20還包括單一一個焊槍144和作動器146。如下所述，作動器146根據(jù)從控制裝置30接收到的指令，操縱該二個等離子體焊頭140、142和焊槍144。
焊頭140、142是相同的，因此圖中只詳細地表示了一個焊頭140。每一個焊頭140、142包括一個套筒147和一個尺寸與具體的管件尺寸相適應(yīng)的焊接心軸148。即是說，為了制造內(nèi)管和外管和不同尺寸的外科器械的管，在焊頭140、142中應(yīng)裝入不同的一對套筒147和心軸148。焊接心軸148由青銅制成，例如銅和鉻的C-2合金(CDA18200，RWMA組A，二級，洛氏硬度至少為65B)。每一個焊頭140、142還包括一個擋塊149，用于使管件80相對于焊槍144正確定位。
當(dāng)管件80被送入二個焊頭140、142中的一個中時，轉(zhuǎn)移部件28d將管件80放入套筒147中。作動器146推動焊接心軸148前進，通過管件80，直至心軸148的遠端尖端與管件封閉遠端86處的管壁88的內(nèi)表面接觸，和將乳頭狀突出部分87推壓在擋塊149(在圖5中用虛線表示的位置)上為止。然后，作動器將套筒147圍繞著管件80合攏，牢固地夾緊管件80；并將擋塊149拉回，使乳頭狀突出部分87暴露在焊槍144之下。(雖然在圖5中，只在管件80的兩側(cè)表示了套筒147，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)合攏時，套筒147完全包圍管件80的外表面)。
接著，作動器146使焊槍144前進，在乳頭狀突出部分87處，與管件的遠端86接觸；并起動焊槍144。焊槍144，焊接心軸148和管件80之間的電流，將乳頭狀突出部分87處的管壁88的材料加熱至熔融狀態(tài)，使管件封閉遠端86的尖端處的材料熔合在一起，將縫89消除。遠端尖端為圓形的焊接心軸148用作一個散熱裝置，以防止對管件遠端86的損壞，還可以控制熔融的管壁材料流動，因此，焊接心軸的遠端尖端作成圓形。為了保證管件80的遠端尖端均勻地熔合，在焊槍144起動時，作動器146使套筒147(因而也是管件80)以100轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。當(dāng)焊接完成時，作動器146使焊槍144和焊接心軸148退回，并打開套筒147，使轉(zhuǎn)移部件28e(圖1)抓住管件80和傳送至檢驗工位22。
控制裝置使焊頭140、142，焊槍144和轉(zhuǎn)移部件28d、28e的工作同步。例如，當(dāng)一根管件80在焊頭140中焊接時，控制裝置30命令轉(zhuǎn)移部件28d將第二根管件送入焊頭142中。當(dāng)在焊頭140中，焊槍144完成焊接時，控制裝置30命令作動器146將焊槍144移動至焊頭142中的焊接位置(如箭頭150所示)，起動轉(zhuǎn)移部件28e，將焊接完成的管件80從焊頭140，傳送至檢驗工位22，并命令轉(zhuǎn)移部件28d將另一根管件80送入焊頭140中。在焊槍144完成在焊頭142中對管件80的焊接以后，控制裝置30重復(fù)這個過程。
對于各種不同尺寸的管件80，和各種形式要制造的管件(半球形末端，平的末端)，熔合過程都用同樣的方法進行。因為要作內(nèi)管的管件80比作為外管的管件80的直徑小，在熔合過程中，作動器146控制焊槍144，將較小的電流加在作為內(nèi)管的管件80上。
參見圖6，在檢驗工位22，作動器162驅(qū)動一個檢驗裝置160(例如，一個大功率光源)前進，通過管件80，到達管件的封閉遠端86；并起動該檢驗裝置。所有這些工作都是由控制裝置30控制的。檢測器164檢測從該光源發(fā)出的光是否照亮了管壁88，并將結(jié)果報告給控制裝置30。檢測到從光源發(fā)出的光，意味著在管件的遠端86上有氣泡孔或其他孔(這是由例如，若在乳頭狀突出部分87處，管件的遠端86的壁太薄，在熔合工位22進行焊接過程中的燒接造成的)?？刂蒲b置30命令轉(zhuǎn)移部件28f，將這種有缺陷的管件80從裝配線10上取下，并放入一個廢品漏斗(未示出)中。另一方面，如果檢測器164沒有檢測到光，則控制裝置30起動轉(zhuǎn)移部件28f，將管件80傳送至成形工位24。
圖7A表示成形工位24，它被調(diào)整至將管件的遠端86作成適用于一個標(biāo)準半徑的切割器的內(nèi)管或外管的半球形形狀。該半球形形狀是由一個模具170和一個心軸176形成的。該模具的外表面172上作出一個半球形的凹部174，而該心軸的遠端178則具有與該凹部互補的形狀。(下面還要討論用于制造末端切割器械的、帶有平面形遠端的內(nèi)管或外管的成形工位24的結(jié)構(gòu)配置。)模具170由硬質(zhì)合金材料制成(例如，82％的碳化鎢加上18％的鈷粘合劑)，其硬度為87.5(RWA)，橫向斷裂強度為448000磅/平方英寸。心軸176由M2器械鋼制成，其硬度為61～63洛氏C級。為了減小心軸與管件遠端86之間的表面摩擦，從而避免擦傷或冷焊合，心軸176上涂敷一個/微末厚的硝酸鈦層。
轉(zhuǎn)移部件28f將管件80送入夾具180中。該夾具沿著管件80的整個長度延伸，以便在成形過程中支承管件80。(雖然，圖中只在管件80的兩側(cè)表示了夾具180，但應(yīng)理解，夾具180是完全包圍管件80的外表面的)。
成形工位24是根據(jù)通過總線32，由控制裝置30送出的指令，按下述方式工作的。首先，作動器182使夾具180圍繞著管件80緊密地合拋，然后，由氣動裝置推動心軸176前進，通過管件80，直至心軸的遠端178位于鄰近(仍離一定距離，例如0.1英寸)管件80的封閉遠端86的內(nèi)表面的位置為止。氣動裝置使心軸176快速前進，以減少成形循環(huán)的總時間。
另外，作動器182給一個液壓驅(qū)動裝置184發(fā)信號，將模具170錘擊管件80的夾緊的遠端86(按照箭頭186的方向)。這個動作可在凹入的表面172和心軸遠端178(作為第二模具)之間壓縮管件的遠端86，將該遠端86作成半球的形狀。為了保證管件遠端86充分成形，作動器182驅(qū)動液壓驅(qū)動裝置184，使它將模具170稍微地從管件80上退回，然后再重復(fù)錘擊的步驟。當(dāng)成形過程完成時，作動器182將心軸176退回，并松開夾具180。
因為管件遠端86具有預(yù)先確定的壁厚(如上所述，由旋轉(zhuǎn)模鍛和修整工序決定)，因此，當(dāng)接受成形加工時，一定量的管件材料移動，得到最終的形狀(在這個例子中為半球形)，并使管壁88的厚度減小，使遠端86的硬度增加。即是說，成形過程的冷加工迫使管壁材料的晶粒邊界互相摩擦，從而使管壁變薄，硬度增加。因此，可以看出，在裝配線10上，管件遠端86的材料硬度首先是增加(在旋轉(zhuǎn)模鍛工位14)，再減小(在熔合工位20)，最后再增加(在成形工位24)。在成形以后，管件遠端的最終硬度最好在210威氏硬度～390威氏硬度范圍內(nèi)(例如，254威氏硬度或23洛氏C硬度)。
參見圖8A，這時將完成在裝配線10上管件80的制造。管件80的遠端86已經(jīng)變成圓形，形成了可適用于標(biāo)準半徑的切割器的遠端半球形外表面190和相應(yīng)的遠端半球形內(nèi)表面191。(圖8A還表示了以上討論的模鍛的過渡區(qū)81。)控制裝置30指示轉(zhuǎn)移部件28g將管件80從夾具180上取下，并將管件80傳送至卸料工位26。
再參見圖7B和圖8B，如果管件80要成為一個末端切刀的內(nèi)管或外管，則在成形工位24中使用模具170’和心軸176’代替半球形的模具170和心軸176。模具170’的外表面172’形成一個凹部174’。該凹部帶有一個平的底面和與該底面相交的圓柱形側(cè)面，拐角處倒圓。心軸176’的遠端178’的形狀，與凹部174’的平面形狀互補。(該模具和心軸的材料，與上述的半球形模具和心軸的材料相同。)成形工位24與上述同樣方式使用。結(jié)果，模具170’和心軸176’將管件80的遠端86壓平，形成可適用于(例如)一個末端切割器械的遠端平的外表面190’和相應(yīng)的遠端平的內(nèi)表面191’。
根據(jù)要由管件80制成給定尺寸(例如，外徑為5.5mm)的外科器械的內(nèi)管還是或外管的不同，模具凹部174，174’和心軸176、176’的尺寸不同。另外，還可以使用其他各種的模具(未示出)來制造其他尺寸(例如，外徑為4.5mm)的外科器械的內(nèi)管和外管。
卸料工位26(圖1)包括裝有由轉(zhuǎn)移部件28g送來的加工完畢的管件80的二個貯存托盤27。當(dāng)一個托盤27裝滿時，控制裝置30給操作者發(fā)信號更換該托盤，并起動轉(zhuǎn)移部件28g，將管件80裝入另一個托盤27中。卸下的管件80再經(jīng)進一步的制造(未示出)，將它們制成外科器械的內(nèi)管和外管。
例如，在管件80的遠端86上作出相應(yīng)形狀的窗口，并將該窗口的邊緣磨得鋒利(帶有光滑或鋸齒形的表面)，以形成組織切割器械。管件80的近端84固定在塑料輪轂零件上，使該外科器械能裝在一個電動的機頭(未示出)中和被該電動機頭驅(qū)動進行工作。作成外科器械外管的管件80的遠端區(qū)域經(jīng)過模鍛，減小其內(nèi)徑，并使它與內(nèi)管更好地轉(zhuǎn)動配合。
圖9A表示一個標(biāo)準半徑的切割器200，它具有外管202和內(nèi)管204。外管和內(nèi)管中的每一根管均由裝配線10生產(chǎn)的管件80制成。在外管202和內(nèi)管204的遠端，具有相應(yīng)的切割器械206、208(在這種情況下是帶有光滑的、磨得鋒利的邊緣的窗口)。外管202和內(nèi)管204的近端，分別固定在一個塑料輪轂214的靜止零件210和轉(zhuǎn)動零件212上。
圖9B表示帶有外管222和內(nèi)管224的一個末端切刀220。該外管和內(nèi)管均由裝配線10生產(chǎn)的管件80制成。在外管222和內(nèi)管224的遠端，形成相應(yīng)的切割器械216、218；而外管222和內(nèi)管224的近端，則分別固定在輪轂234的塑料零件230和232上。
在外科手術(shù)過程中使用帶有電動機頭的器械200和220是大家所熟知的，這里僅利用外科器械200作為一個例子作簡要的說明。將輪轂214插入機頭中，使得輪轂的靜止零件210牢固地固定，讓輪轂的轉(zhuǎn)動零件212與機頭的電機接合。當(dāng)起動電機時，電機使內(nèi)管204在外管202內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(例如，轉(zhuǎn)速高達5000轉(zhuǎn)/分)，使切割器械206、208切斷通過外管窗口進入的身體組織。切斷的組織碎片，通過內(nèi)管204被吸出清除掉。
裝配線10上進行的制造工序，可以制造出單一一個零件構(gòu)成的管件80。該管件80具有形狀精確的封閉遠端190和190’，這些遠端可以適應(yīng)外科器械200和220的高回轉(zhuǎn)速度。制造由一個零件構(gòu)成的管件，不需要將成形的遠端固定在一個末端開放的管件上，因此可使制造簡單。另外，一個零件構(gòu)成的管件結(jié)構(gòu)，比一般的二個零件構(gòu)成的管件的剛度高，因為沒有需要用無心磨削等方法來磨光的焊接接頭。即使在使用過程中，管件受到大的側(cè)向負荷作用，剛度高也可保持在管件遠端的整個圓周周圍和該管件遠端的尖端上的精確的轉(zhuǎn)動配合。
其他實施在下述權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
例如，可以使用其他形式的模鍛機，例如外轉(zhuǎn)子式的旋轉(zhuǎn)模鍛機。
檢驗工位22可以使用其他形式的檢驗裝置和檢測器。例如，檢驗裝置可將壓縮空氣噴射至管件的封閉遠端上，檢測器則檢測噴射空氣的壓力。這樣，可以檢測在管壁上是否有孔。
還可以使用其他形式的熔合方法。例如，可以利用不同的焊接方法(例如，tigweloling，激光束焊或電阻焊)來代替等離子體弧焊。
裝配線10可以包括其他適當(dāng)?shù)墓の唬缭谘b配線的其他地方的檢驗工位。
裝配線10還可用來制造遠端具有其他形狀的管件。
權(quán)利要求
1.一種制造外科器械的方法，該外科器械包含在一個配置在外管內(nèi)作運動的內(nèi)管；該方法包括下列步驟構(gòu)成一個作為內(nèi)管或外管的管件，該管件具有一開口的遠端并模鍛該管件的遠端，使其封閉。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于它還包括利用旋轉(zhuǎn)模鍛的方法進行模鍛。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該管件包括在遠端限定一個孔的遠端邊緣；并且該模鍛工序包括將該管件鄰近其遠端邊緣的區(qū)域擠壓在一起，將該孔封閉起來。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在模鍛之前，要將管件的遠端邊緣圍繞著管件的軸線對稱配置，所述模鍛包括將該管件的相鄰區(qū)域，相對于該軸線對稱地擠壓在一起。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，在模鍛之前，使該管件的遠端邊緣與管件的軸線垂直配置。
6.如上述權(quán)利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，模鍛工序在該管件的遠端材料上形成一項縫，并且還包括將該縫處的材料熔合在一起。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該熔合工序是通過焊接管件的遠端來進行的。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，模鍛工序在該管件的上述縫的材料上形成一個突出部分，并且還包括在進行熔合之前，切去所選定數(shù)量的該突出部分的步驟。
9.如上述權(quán)利標(biāo)中任何一項所述的方法，其特征在于它還包括將該管件的封閉遠端作成所選定的形狀的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該所選定的形狀為圓形，使該管件的遠端限定凸形的遠端內(nèi)、外表面。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該二個凸形的遠端表面基本上為半球形。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該所選擇的形狀為平面形，使該管件的這端限定平的遠端內(nèi)、外表面。
13.如權(quán)利要求9～12中任何一項所述的方法，其特征在于，它還包括通過將該管件的遠端，在限定所選定形狀的二個模具之間進行壓縮來完成所述的成形。
14.如上述權(quán)利要求中任何一項的所述的方法，其特征在于，將該管件構(gòu)成外科器械的內(nèi)管包括下列步驟在模鍛以后，將一個切割器械配置在該管件的遠端。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，它還包括將該管件這樣配置，使它在外科器械外管內(nèi)能轉(zhuǎn)動。
16.如權(quán)利要求1～13中任何一項所述的方法，其特征在于，它還包括下列步驟提供該管件作為外科器械的外管，在模鍛以后，在該管件的遠端作出一個窗口，露出內(nèi)管所帶的切割器械。
17.如權(quán)利要求1～13中任何一項所述的方法，其特征在于，它還包括下列步驟提供第二管件，作為另一個內(nèi)管或外管，該第二管件具有一開口的遠端，并模鍛該第二個管件的遠端，使其封閉。
18.如權(quán)利要求9～13中任何一項所述的方法，其特征在于，它還包括如下步驟使管件在進行模鍛、切割、熔合和成形的工位之間傳送，并控制該傳送與協(xié)調(diào)各個工位的操作。
19.一種制造外科器械的裝置，該外科器械包含一個可以在一個外管內(nèi)運動的內(nèi)管，該裝置包括一個模鍛工位，用于接收具有一個開口遠端的管件，并用于模鍛該管件的遠端，使其封閉，因此，該管件可以用作內(nèi)管或外管。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，該模鍛工位包括一臺旋轉(zhuǎn)模鍛機。
21.如權(quán)利要求19或20所述的裝置，其特征在于，模鍛在該管件遠端的材料上形成一項縫，該裝置還包括一個熔合工位、用于將在該縫處的材料熔合在一起。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，該熔合2位包括一臺焊接裝置。
23.如權(quán)利要求21或22所述的裝置，其特征在于，模鍛在該管件的上述縫處的材料上形成一個突出部分，該裝置還包括一個位于模鍛工位和熔合工位之間的一個切割工位，用于切去所選定數(shù)量的該突出部分。
24.如權(quán)利要求19～23中任何一項所述的裝置，其特征在于，它還包括一個成形工位，用于將該管件的封閉遠端作成所選定的形狀。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，該所選定的形狀為圓形，使該管件遠端限定凸形的遠端內(nèi)、外表面。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，該二個凸形的遠端表面基本上為半球形。
27.如權(quán)利要求24～26中任何一項所述的裝置，其特征在于，它還包括在各個工位之間傳送管件的一些裝置和一個用于控制這些傳送裝置并協(xié)調(diào)各個工位操作的控制器。
全文摘要
本發(fā)明說明了制造外科器械用的由一個零件構(gòu)成的管件的制造方法。該管件的內(nèi)管(204)帶有一個切割器械(208);可在一個外管(200)中運動。外管上有一個切割窗口(206),用于將該切割器械暴露在組織中。利用模鍛來使可作為內(nèi)管或外殼的管件(80)的遠端(86)封閉。還進行其他的加工工序。例如,切去由模鍛形成的突出部分(87)的一個所選擇的量;在模鍛形成的縫(89)處,使管件材料熔合在一起;和將該管件(80)的封閉遠端作成所選擇的形狀。該所選擇的形狀,例如,可為圓形,因此該管件遠端形成凸形(例如,基本上為半球形)的遠端內(nèi)表面和遠端外表面(190)。這使該管件可適用于標(biāo)準半徑的外科器械。另一種可供選擇的方案是,該所選擇的形狀為平面形。因此,該管件的遠端形成平的遠端內(nèi)表面(191’)和平的遠端外表面(190’)。在這種情況下,該管件可用于末端切割外科器械中。
文檔編號B23K9/00GK1390162SQ00815772
公開日2003年1月8日 申請日期2000年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月20日
發(fā)明者E·蒂安, R·A·梅維勒, J·F·赫克斯特拉, J·L·奧布里恩 申請人:史密夫和內(nèi)修有限公司