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KR20030043722A - 섕크에 연결된 지지 요소에 로드형 요소를 고정하기 위한체결 장치 - Google Patents

섕크에 연결된 지지 요소에 로드형 요소를 고정하기 위한체결 장치 Download PDF

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KR20030043722A
KR20030043722A KR1020020073766A KR20020073766A KR20030043722A KR 20030043722 A KR20030043722 A KR 20030043722A KR 1020020073766 A KR1020020073766 A KR 1020020073766A KR 20020073766 A KR20020073766 A KR 20020073766A KR 20030043722 A KR20030043722 A KR 20030043722A
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KR
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fastening
rod
shank
legs
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루츠 비더만
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비이더만 모테크 게엠베하
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Abstract

섕크(1) 및 로드(100)에 연결되기 위해서 섕크(1)에 연결되는 지지 요소(2; 21; 21')를 갖는 요소가 제공된다. 지지 요소(2; 21; 21')는 일 단부(6; 28)에서 두 개의 개방 레그(4, 5; 26, 27)와 개방 레그 상에 내부 나사산(7; 29)을 갖는 로드를 수용하는 U자형 단면을 갖는 홈 및 외벽의 적어도 일 영역에 외부 나사산(9)을 갖는 체결 요소(8)를 포함하며, 외부 나사산(9)은 레그의 내부 나사산(7; 29)과 결합하며, 외벽을 통하여 실질적으로 축 방향으로 연장되는 슬릿(14)을 갖는 것을 특징으로 하는 체결 요소(8, 80)는 중앙 보어를 갖는다.

Description

섕크에 연결된 지지 요소에 로드형 요소를 고정하기 위한 체결 장치{Locking device for securing a rod-shaped element in a holding element connected to a shank}
본 발명은 척주 시술 또는 사고 시술 시에 사용되는 섕크(shank)에 연결된 지지 요소(holding element)에 로드형 요소(rod-shaped element)를 고정하기 위한 체결 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 섕크를 갖는 요소 및 이러한 종류의 체결 장치를 갖는 로드에 연결하기 위하여 이 요소에 연결되는 지지 요소에 관한 것이다.
WO 95/01132 및 US 6,224,598 B1에는 각각 로드를 수용하기 위한 U자형의 홈을 갖는 수용부를 갖는 척주 삽입물(spinal column implant)이 공지된다. 여기에서, U자형 홈에 의해서 형성되는 개방 레그(leg)에는 내부 나사산이 형성된다. 로드를 고정하기 위해서, 레그들 사이에서 나사 결합될 수 있으며 외부 나사산, 내부 나사산을 갖는 중앙 보어, 및 체결 요소에 나사 결합될 수 있는 내부 나사를 갖는 체결 요소가 제공된다. WO 95/01132에 공지된 장치에서는, 레그의 벌어짐을 방지하기 위하여, 외부로부터 레그를 둘러싸는 안전 슬리브가 사용된다.
본 발명의 목적은 체결 요소가 느슨해지거나 이탈되는 것을 방지하여 안전성의 향상을 보장하고 이와 동시에 콤팩트하게 소형으로 조립되며 제조가 쉬운 상기한 바와 같은 종류의 체결 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 의한 체결 장치 또는 청구항 5에 의한 요소에 의해서 성취된다. 또한, 본 발명의 다른 특징들이 종속항들에 의해서 달성된다.
본 발명은 체결 메커니즘이 느슨해지거나 이탈되는 것을 방지하도록 고정적으로 봉쇄되도록 결합되는 최종 상태에서 로드 또는 로드와 본 나사(bone screw)의헤드의 고정을 허여하기 때문에, 단축 또는 다축의 본 나사 모두에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 분해 사시도이다.
도 2a는 내부 나사가 결합되기 전 도 1의 체결 요소에 작용하는 힘을 도시하는 개략도이다.
도 2b는 내부 나사가 결합된 후 도 1의 체결 요소에 적용하는 힘을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예의 상세 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예의 상세 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예의 상세 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 7 실시예의 상세 단면도이다.
이하, 본 발명의 특징 및 장점은 첨부하는 도면들을 참조하는 실시예들에 의해서 상세히 설명된다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서 본 발명에 따른 요소는 단축의 본 나사로 구성된다. 이 요소는 본 나사부를 갖는 섕크(1) 및 본 나사를 다른 본 나사들에 연결하는 로드(100)를 수용하기 위하여 섕크(1)에 고정적으로 연결된 수용부(2)를 갖는다. 이러한 목적 때문에, 수용부(2)는 U자형의 절단면을 갖는 홈(3)을 구비하며, 홈(3)의 이러한 U자형 절단면은 로드(100)가 홈(3)의 바닥면에 설치되어 들어맞기에 충분한 크기로 형성된다. U자형 홈(3)에 의해서 두 개의 개방 레그(4, 5)가 형성되며, 각각 수용부(2)의 상부 가장자리를 형성하는 하나의 개방 단부(6)를 갖는다. 레그(4, 5)들은 개방 단부(6)에 근접하여 내부 나사산(7)을 갖는다.
홈(3) 내에 로드(100)를 체결하기 위하여, 레그(4, 5)들 사이에 나사 결합될 수 있는 슬리브형 또는 너트형의 체결 요소(8)가 구비되며, 체결 요소(8)는 레그(4, 5)의 내부 나사산(7)과 결합되는 외부 나사산(9) 및 내부 나사산(10)을 갖는다. 체결 요소(8)는 제 1 전방 단부(11) 및 이와 마주보는 제 2 단부(12)를 갖는다. 방사상으로 복수 개로 형성된 노치(13)들이 나사 결합 도구와 맞물리기 위하여 제 1 전방 단부(11)에 형성된다. 노치(13)들 중 어느 하나가 축 방향으로 체결 요소(8)로 연장되어, 체결 요소(8)가 인장 링과 같은 특정한 탄성체를 갖도록하는 슬릿(14)을 형성한다. 체결 요소(8)의 축 방향으로의 길이는 체결 요소(8)가 레그(4, 5) 사이에서 완전히 나사 결합될 수 있는 길이로 형성된다.
또한, 체결 요소(8)로 나사 결합될 수 있으며, 체결 요소(8)의 내부 나사산(10)과 외부 나사산(16)을 갖는 내부 나사, 클램핑, 또는 고정 나사(15)가 제공된다. 내부 나사(15)의 일 단부에는 나사 결합 도구와 맞물리기 위한 홈(17)이 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같은 실시예에 있어서, 레그(4, 5)의 내부 나사산(7), 체결 요소(8)의 외부 나사산(9), 체결 요소(8)의 내부 나사산(10), 및 내부 나사(15)의 외부 나사산(16)은 미터 나사산(metric thread)으로 형성된다.
작동 시에, 본 나사가 먼저 본(bone)에 나사 결합되고, 로드(100)가 이에 설치된다. 그리고 나서, 체결 요소(8)는 이미 나사 결합되어 있으나 로드(100)가 그의 밑면과는 아직 접촉되지 않은 내부 나사(15)에 나사 결합되어, 로드(100)가 기울어져 빠져 나오는 것이 방지될 뿐이고 여전히 이동이 가능한 위치에 있게 된다. 체결 요소(8)가 나사 결합되면, 슬릿(13)과 그의 탄성 구조 때문에 레그(4, 5)가 벌어지게 된다. 그러나, 도 2a에서 내부로 향하는 화살표들로 표시되는 바와 같이, 레그(4, 5)는 압박하고자 하는 슬릿 체결 요소에 대한 저항을 나타낸다. 그 후, 내부 나사(15)는 로드(100)에 그의 바닥면이 압박되어 로드(100)를 고정하도록 나사 결합된다. 도 2b에서 화살표들로 표시되는 바와 같이, 내부 나사(15)의 조임 때문에, 체결 요소(8)에는 방사상으로 외부로 향하는 힘 성분이 작용하여, 체결 요소(8)의 외부 나사산(9)이 레그(4, 5)의 내부 나사산(7)으로 압박되어 봉쇄된다.그에 의해서, 느슨해지지 않도록 확고하게 고정되는 체결이 보장된다.
도 3에 도시된 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 요소는 본 나사산 및 수용부(21)에 연결되는 구형의 단편과 같은 형상의 헤드(20)를 갖는 나사산 섕크(thread shank)를 갖는 나사 요소를 포함하는 다축의 나사(polyaxial screw)로 형성된다. 수용부(21)는 그의 일 단부에 제 1 보어(22)를 갖는다. 제 1 보어(22)는 축에 대하여 대칭적으로 정렬되며, 제 1 보어(22)의 직경은 섕크(1)의 나사산 부의 직경보다는 크고 헤드(2)의 직경보다는 작다. 수용부(21)는 또한 동축의 제 2 보어(23)를 갖는다. 제 2 보어(23)는 제 1 보어(22)와 마주보는 단부에서 개방되며, 나사 요소가 제 1 보어(22)를 통한 나사산부 및 헤드(20)를 갖는 개방 단부를 통하여 제 2 보어(23)의 바닥면까지 삽입되기에 충분한 크기의 직경을 갖는다. 제 1 및 제 2 보어(22, 23) 사이에는 제 1 보어(22)에 바로 인접하여 개방 단부를 향하여 구형으로 형성되는 적은 면적의 동축부가 구비된다. 동축부의 반경은 실질적으로 구형의 단편과 같은 형상의 헤드(20)의 부위와 실질적으로 동일하다. 제 1 실시예의 수용부(2)와 같이, 수용부(21)는 U자형의 홈(25)을 갖으며, U자형 홈(25)은 수용부(21)의 중앙에 대해서 대칭적으로 배열되며, U자형 홈(25)의 바닥은 제 1 보어(22)를 향하도록 형성되어 있으며, U자형 홈(25)에 의해서 두 개의 개방 레그(26, 27)들이 형성된다. 개방 레그(26, 27)의 개방 단부(28)는 수용부(21)의 가장자리를 형성한다. 레그(26, 27)는 개방단(28)에 근접한 부위에 내부 나사산(29)을 갖는다.
또한, 헤드(20)를 향한 측면에 구형이며 그의 반경은 구형의 단편과 같은 형상의 헤드(20)의 부위의 반경과 실질적으로 동일한 오목 자국(31)을 갖도록 압력 요소(30)가 구비된다. 압력 요소(30)가 수용부(21) 내에서 슬라이딩 운동을 실행할 수 있도록, 즉, 헤드(20)를 향하여 이동될 수 있도록, 압력 요소(30)의 외경이 선택된다. 또한, 압력 요소(30)는 나사 결합 도구와 맞물리기 위한 나사 머리(20) 내부의 홈(33)에 접근하기 위한 동축 보어(32)를 갖는다.
체결 요소(8) 및 내부 나사산(15)의 구조는 제 1 실시예에서와 동일하다.
작동 시에, 나사 요소가 수용부(21)로 설치된 이후에 본에 나사 결합된다. 그리고 나서, 압력 요소(30) 및 로드(100)가 차례로 삽입된다. 이 단계에서, 나사 헤드(20)는 여전히 회전이 가능하다. 제 1 실시예에서와 동일한 방식으로 체결 요소(8) 및 내부 나사산(15)을 나사 결합함으로써, 나사 요소 및 수용부(21)가 서로에 대하여 고정되며, 그에 의해서 로드(100)도 또한 고정된다.
도 4에 도시된 제 3 실시예는 또한 다축의 본 나사를 설명한다. 제 2 실시예에서와 동일한 부분들은 동일한 참조 번호들로 표시된다. 제 3 실시예는 압력 요소(40)의 구조에 있어서 제 2 실시예와 실질적으로 상이하다.
제 3 실시예의 압력 요소(40)는 압력 요소(40)가 수용부(21')의 제 2 보어(23) 내에서 슬라이드될 수 있도록 선택되는 외경을 갖는 실질적으로 원통 형상으로 형성된다. 압력 요소(40)의 일 단부에는 구형의 단편과 같은 형상으로 형성되며 그 단부를 향하여 확장된 홈(41)이 구비된다. 수용부(21')로 삽입된 상태에서 나사 요소의 헤드(20)를 부분적으로 둘러싸도록 홈(41)의 구형의 반경이 선택된다. 제 2 실시예의 압력 요소(30)와 실질적인 차이는 제 3 실시예의 압력요소(40)는 레그(26, 27)의 개방 단부(28)의 방향으로 연장된다는 것이다. 이러한 목적 때문에, 압력 요소(40)는 마주 보는 단부에 구형의 단편과 같은 형상의 U자형의 홈(42)을 갖으며, 압력 요소(40)의 U자형 홈(42)의 치수는 로드(100)가 홈(42)에 의해서 형성된 채널에 설치될 수 있도록 설정된다. 수용부(21')의 원통형 축의 방향에서 보여지는 U자형 홈(42)의 깊이는 수용되는 로드(100)의 직경보다 커서, 압력 요소(40)는 측면 레그(43)를 갖고 설치된 로드(100) 위로 돌출한다. 또한, 압력 요소(40)는 그에 연장된 중앙 보어(44)를 갖는다. 중앙 보어(44)의 직경은 헤드(20) 내에 구비되는 홈(33)과 맞물리는 나사 결합 도구가 그를 통하여 가이드되기에 충분하도록 설정된다.
체결 요소(8) 및 내부 나사산(15)의 구조는 제 1 및 제 2 실시예들에서와 동일하다.
작동 시에, 도 4에 도시된 제 3 실시예는 헤드(20)가 체결 요소(8)를 통하여 체결 요소(8)가 압력 요소(40)의 연장된 레그(43)를 압박하여 결국 헤드(20)를 압박하는 위치에서 최초로 봉쇄된다는 점에 있어서 도 3에 도시된 제 2 실시예와 상이하다. 내부 나사(15)를 조임으로써, 로드(100)가 헤드(20)와는 관계없이 고정된다. 그렇지 아니하면, 체결 요소(8) 및 내부 나사(15)와의 결합에 의해 야기되는 체결 효과는 제 1 및 제 2 실시예들에서와 동일하다.
도 5 내지 도 7에 도시된 실시예들은 수용부(21')의 레그(26, 27)의 내부 나사산(7) 및 그에 대응하는 체결 수단(8)의 외부 나사산(9)의 타입에 있어서 도 4에 도시된 제 3 실시예와는 상이하다. 이러한 실시예들에 있어서 체결 수단(8)의 내부 나사산(10) 및 내부 나사(15)의 외부 나사산(16)은 각각 미터 나사산으로 형성된다.
도 5에 도시된 실시예에 있어서, 레그(26, 27)의 내부 나사산(29)은 개방 단부로부터 떨어진 플랭크(29a)가 수용부(21')의 중앙축(M)에 수직인 면과의 음의 각도(α)를 나타내도록 형성된다. 이에 상응하여, 나사 결합된 상태에서 개방 단부로부터 떨어진 체결 요소(8)의 외부 나사산(9)의 플랭크(9b)는 나사축(S)에 수평인 면과의 음의 각도를 나타내도록 형성된다. 레그(26, 27)의 내부 나사산(29) 및 체결 요소(8)의 외부 나사산(9)의 치수는 공차 상태에서 상기한 플랭크(29a, 29b) 사이에 간격이 존재하도록 설정된다.
작동 시에, 체결 요소(8)가 조여지게 되면, 플랭크의 음의 각도에 의해서 방사상으로 내부로 향하는 힘 성분이 레그(26, 27)에 작용하여, 레그(26, 27)가 함께 약간 당겨지도록 플랭크(29a, 10b)가 각각 서로의 상단 부분에 위치하게 된다. 그에 의해서, 압력 요소(40)를 통하여 헤드(20)가 견고하게 봉쇄된다. 내부 나사(15)가 나사 결합되면, 방사상으로 외부로 향하여 레그(26, 27)를 함께 당기는 힘에 대항하도록 작용하는 힘 성분 때문에, 체결 요소(8)는 벌어진다. 로드가 고정되며 동시에 서로에 대하여 체결 요소(8) 및 레그(26, 27)는 봉쇄된다.
도 6에 도시된 실시예는 나사산(28, 9)의 구조에 있어서 도 5에 도시된 실시예와는 상이하다. 즉, 로드 플랭크(load flank; 29a 또는 19b)를 갖는 톱날 나사산들이 중심축(M) 또는 나사축(S)에 대하여 수평으로 형성된다. 이러한 구조 역시 본 발명에 따른 체결 요소(8)의 기능을 나타낸다.
도 7에 도시된 실시예는 레그(26, 27)의 내부 나사산(29) 및 체결 요소(8)의 외부 나사산(9)이 납작 나사산(flat thread)으로 형성된다. 이러한 납작 나사산은 각각 중심축(M) 또는 나사축(S)에 수평인 두 개의 플랭크(29a, 29b 또는 9a, 9b)를 갖는다. 나사산의 절단면은 실질적으로 직사각형 형상으로 형성된다. 이러한 구조 역시 본 발명에 따른 체결 요소(8)의 기능을 나타낸다.
또한, 내부 나사(15)가 나사 결합된 후에 체결 요소(8)의 봉쇄가 가능하도록, 플랭크 유극(flank play)이 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 형태의 나사산에 구비된다.
도 8에 도시된 실시예에서는, 체결 요소(80)는 노치(13)를 갖는 전방 단부에 링 형상의 돌기(81)를 구비한다. 이러한 경우에 체결 요소(8)에서처럼, 슬릿(14)은 적어도 외부 나사산(9)이 구비되는 축 부위로 연장된다. 그러나, 돌기(81)로는 연장되지 아니한다. 또한, 슬릿(14)은 어느 하나의 노치(13)로 연장되도록 원주 방향으로 배열된다.
작동 시에, 체결 요소(80)가 나사 결합되면, 돌기(81)는 압력 요소에 가해지는 힘을 미리 설정된 값으로 제한하도록 중지하는 역할을 한다.
본 발명의 다른 실시예들이 도 1에 도시된 제 1 실시예에 따른 단축 나사 또는 도 3에 도시된 제 2 실시예에 따른 다축 나사에서 도 5 내지 도 6에 도시된 실시예들에 따른 나사산 및/또는 도 8에 도시된 체결 요소의 다양한 형태들로 적용이 가능하다.
수용부가 본 나사에 연결되는 상기한 실시예들 이외에, 수용부는 척주의 뼈 돌기 후방에서 걸어 당기기 위한 척주 시술에 사용되는 후크(hook)에도 연결될 수 있다.
다축 나사를 나타내는 실시예들의 또 다른 변형예에 있어서는, 나사산이 형성된 섕크(1) 또는 후크 이외에, 상기한 종류의 수용부에 연결되는 구형의 단편과 같은 형상의 헤드를 양 단부에 갖는 바(bar) 또는 로드(rod) 형상의 요소가 구비된다. 상기 방식으로, 이러한 종류의 요소는 두 개의 로드(100) 사이의 연결 요소로 사용될 수 있다.

Claims (17)

  1. 척주 시술 또는 사고 시술 시에 사용되는 섕크(1)에 연결된 지지 요소(2; 21; 21')에 로드형 요소를 고정하기 위한 체결 장치에 있어서,
    회전축을 갖는 실질적으로 공동의(hollow) 원통 형상이며 외부 나사산(9) 및 내부 나사산(10)을 갖는 체결 요소(8; 80)를 갖으며,
    체결 요소(8)를 통하여 축 방향으로 연장되는 슬릿(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 체결 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 체결 요소(8; 80)로 나사 결합될 수 있는 내부 나사(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 체결 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내부 나사산(10)은 미터 나사산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 체결 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 나사산(9)은 미터 나사산, 로드 플랭크와 수평이거나 음의 각도를 갖는 나사산, 또는 수평인 두 개의 플랭크를 갖는 납작 나사산인 것을 특징으로 하는 체결 장치.
  5. 섕크(1) 및 로드(100)에 연결되기 위해서 섕크(1)에 연결되는 지지 요소(2;21; 21')를 갖는 요소에 있어서,
    지지 요소(2; 21; 21')는 일 단부(6; 28)에 두 개의 개방 레그(4, 5; 26, 27)와 개방 레그 상에 내부 나사산(7; 29)을 갖는 로드를 수용하는 U자형 단면을 갖는 홈 및 외벽의 적어도 일 영역에 외부 나사산(9)을 갖는 체결 요소(8)를 포함하며,
    외부 나사산(9)은 레그의 내부 나사산(7; 29)과 결합하며, 외벽을 통하여 실질적으로 축 방향으로 연장되는 슬릿(14)을 갖는 것을 특징으로 하는 체결 요소(8, 80)는 중앙 보어를 갖는 것을 특징으로 하는 요소.
  6. 제 5 항에 있어서, 체결 요소(8, 80)는 내부 나사산(10)을 갖으며, 체결 요소에 나사 결합되기 위한 내부 나사(15)가 구비되는 것을 특징으로 하는 요소.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 체결 요소(8; 80)의 내부 나사산(10) 및 그와 결합하는 내부 나사(15)의 외부 나사산(16)은 미터 나사산인 것을 특징으로 하는 요소.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 레그(4, 5; 26, 27)의 내부 나사산(7)은 미터 나사산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 요소.
  9. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 레그(4, 5; 26, 27)의 내부나사산(7)은 로드 플랭크의 음의 플랭크 각도를 갖는 나사산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 요소.
  10. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 레그(4, 5; 26, 27)의 내부 나사산(7)은 로드 플랭크(29a)와 실질적으로 수평인 각도를 갖는 톱날 나사산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 요소.
  11. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 레그(4, 5; 26, 27)의 내부 나사산(7)은 수평하는 두 개의 플랭크(29a, 29b)를 갖는 납작 나사산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 요소.
  12. 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 체결 요소(8, 80)의 외부 나사산(9)은 레그(4, 5; 26, 27)의 내부 나사산(7)과 나사산 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 요소.
  13. 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 체결 요소(80)는 중지부(81)를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소.
  14. 제 5 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 섕크(1) 및 지지 요소(2)는 단축으로 연결되는 것을 특징으로 하는 요소.
  15. 제 5 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 섕크(1) 및 지지 요소(21; 21')는 다축으로 연결되는 것을 특징으로 하는 요소.
  16. 제 15 항에 있어서, 체결 요소(8, 80)가 섕크(1)의 각도 위치를 고정하는 역할을 하는 지지 요소(21')에 구비되는 압력 요소(40)가 형성되는 것을 특징으로 하는 요소.
  17. 제 16 항에 있어서, 섕크(1)의 각도 위치는 내부 나사(15)에 의해서 체결 요소(8, 80) 및 로드를 통하여 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 요소.
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