JP2012157460A - 歯科用ハンドピース - Google Patents

Abstract

【課題】より高いトルクの負荷にも耐えられるハンドピースを提供する。
【解決手段】後部ケーシング２Ｒ内に回転可能に支持され、駆動源の回転が伝達される第１回転軸３と、前部ケーシング２Ｆ内に回転可能に支持され、第１回転軸３の回転が伝達される第２回転軸９と、を備え、前部ケーシング２Ｆ内に固定されるジャケット８において所定の間隔を隔てて配置され、第２回転軸９を回転可能に支持する軸受け１２及び軸受け１４に加えて、軸受け１２及び軸受け１４の間に軸受け１３を配置する。軸受け１３は、第２回転軸９の振れ回りを低減することで、第１歯車５と第２歯車１０の噛合い位置のずれ、第３歯車１１と第４歯車７３の噛合い位置のずれ、による各歯車の歯の摩耗、欠けを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯科用ハンドピースに関し、特にインプラント用ドリルシステムに対応できる歯科用ハンドピースに関するものである。

インプラント用ドリルシステム（以下、単にインプラント）は、骨や歯牙を切削して穴を開けたり、この穴に螺子を切ったり、あるいは、その穴に義歯を埋め入れて固定したりする等の施術に使用するものであって、骨や歯牙を切削するための治療工具を先端に備えた歯科用ハンドピース（以下、単にハンドピース）と、このハンドピース後端に接続してバーを回転させるための電動モータを備えた回転駆動部と、この回転駆動部に接続してこれを操作するための制御ユニットとを備えている。インプラント用のハンドピースは、比較的低回転速度において高トルクの条件下で使用されるところに特徴がある。

例えば特許文献１に開示されるコントラアングルのハンドピース２００は、図４に示されるように、電動モータＭの出力軸２０１に係合して回転する第１回転軸２０２と、第１回転軸２０２に対して傾斜する第２回転軸２０３と、第１回転軸２０２と第２回転軸２０３の間に介在する第１歯車列２０４と、第２回転軸２０３と直交する工具回転軸２０５と、第２回転軸２０３と工具回転軸２０５の間に介在する第２歯車列２０６と、を備える。
ハンドピースが高い速度で回転する必要がある用途に対しては、電動モータの回転速度を増やすために、例えば第１歯車列２０４、第２歯車列２０６における速度比を１未満の値に設定する。図４に示されるハンドピースは、この速度比にしたがって作製されたものである。一方、ハンドピースが低い速度で回転する必要がある用途に対しては、電動モータの回転速度を減らすために、例えば第１歯車列における速度比を１超の値に設定する。歯車列の増・減速だけで所望する回転速度を治療工具に与えることができない場合には、遊星歯車機構を第１回転軸２０２と第２回転軸２０３の間に介在させる。

特開２００５−３４２４０３号公報

インプラント用のハンドピースは、前述したように、高トルクが負荷される条件下で使用される。したがって、このハンドピースは高トルクが負荷されても耐えられるように作製されている。ところが、最近、インプラント用のハンドピースに対してより高いトルク（例えば、８０Ｎ・ｃｍ）の負荷にも耐えられることが要求されている。
そこで本発明は、より高いトルクの負荷にも耐えられるハンドピースを提供することを目的とする。

本発明者らは、より高いトルクを負荷する条件の試験をハンドピースに課したところ、二つの歯車列（第１歯車列２０４、第２歯車列２０６に相当）の歯の摩耗がこれまでになく大きくなり、駆動時間が長くなると歯が欠けるという異常を確認した。しかしながら、この異常はある程度予想されたものである。高トルクが負荷されると、より高い荷重が歯車に負荷されるからである。そこで本発明者らは、歯の摩耗及び歯欠けの低減のために歯車の硬度を高くすることを検討した。しかし、この対策では期待していたほどの効果が得られなかった。このことは、歯車に高い荷重が負荷されたことだけが摩耗増大、歯欠けの原因ではないことを示唆している。
本発明者らは、摩耗増大、歯欠けの原因を究明するべく高トルクが負荷されて駆動しているハンドピースのいくつかの部位の挙動を解析したところ、第２回転軸２０３が撓み、触れ回っていることを確認した。本発明者らは、このように第２回転軸２０３が触れ回ると歯車同士の歯の噛合いの位置がずれることにより、歯の摩耗が大きくなり、駆動時間が長くなる、あるいは噛合いの位置ずれが大きくなると歯欠けが生じるものと推察した。そこで歯の噛合い位置の挙動をも観察したところ、二つの歯車列ともに歯車の噛合いの位置がずれることを確認するに到った。
本発明者らは、以上の検討結果に基づいて、駆動中の第２回転軸２０３の撓み（振れ回り）を防止するべく、軸受けを当該回転軸の中間部に設けて高トルクが負荷される条件の試験を試みた。その結果、軸受けを設けないのに比べて、少なくとも４倍の試験時間を経過しても歯欠けが生じないことが判明した。

以上の知見に基づく本発明の歯科用ハンドピースは、治療工具が着脱可能に保持され、駆動源からの回転に従って回転駆動される工具回転軸を有するヘッド部を備える前部ケーシングと、前部ケーシングに対して斜めに連接される後部ケーシングと、を備える。
後部ケーシング内には、駆動源の回転が伝達される第１回転軸が回転可能に支持される。前部ケーシング内には、第１回転軸の回転が伝達される第２回転軸が回転可能に支持される。
第１回転軸の回転は第１歯車列を介して第２回転軸に伝達され、第２回転軸の回転は第２歯車列を介して工具回転軸に伝達される。
第２回転軸は、第１軸受け及び第２軸受けにより回転可能に支持される。第１軸受け及び第２軸受けは、前部ケーシング内において所定の間隔を隔てて配置される。
本発明のハンドピースは、第２回転軸を支持する第１軸受け及び第２軸受けの間に、第３軸受けを設けることを特徴としている。
本発明は、この第３軸受けが第２回転軸の振れ回りを低減することにより、第１歯車列及び第２歯車列における摩耗増大、刃欠けを防止する。

本発明において、第１軸受け及び第２軸受けの間であればいかなる位置においても、第３軸受けを配置することによる振れ回り低減の効果を得ることができる。しかるに、本発明者らによる挙動観察によると、振れ回り（撓み）は、第１軸受けと第２軸受けにより規定される第２回転軸の支持点間距離をＬとすると、１／２Ｌの位置で最大となる。また、第１歯車列のすぐ近くに第３軸受けを配置すると、第３軸受けと第２軸受けの距離が長くなるために第２回転軸が振れ回り易くなる。同様に、第２歯車列のすぐ近くに第３軸受けを配置すると、第３軸受けと第１軸受けの距離が長くなるために第２回転軸が振れ回り易くなる。これらのことを考慮し、本発明における第３軸受けは、第１軸受けによる支持点から１／４Ｌ〜３／４Ｌの範囲から選ばれた位置に配置されるのが好ましい。なおここでは、第１歯車列に近い側に第１軸受けが配置されているものとする。

本発明のハンドピースは、インプラント用のハンドピースに好適であることは先に述べた通りである。そして、このハンドピースは駆動源であるモータの回転速度を減速する、したがって、本発明は、第１歯車列が第１回転軸の回転速度を減速して第２回転軸に伝達し、さらに第２歯車列が第２回転軸の回転速度を減速して工具回転軸に伝達するハンドピースに適用されることが好ましい。

本発明によれば、第２回転軸を支持する第１軸受け及び第２軸受けの間に、第３軸受けを設けることにより、第２回転軸の振れ回りを低減することにより、第１歯車列及び第２歯車列における摩耗増大、刃欠けを防止する。したがって本発明のハンドピースは、高トルクが負荷される条件で使用されても十分な耐久性を備える。

本実施形態におけるハンドピースを示す縦断面図である。 図１のハンドピースのジャケットを示す縦断面図である。 本実施の形態におけるハンドピースの一部を模式的に示し、（ａ）は両端部に設けた軸受け（第１軸受け、第２軸受け）で支持される第２回転軸の振れ回りを、（ｂ）は第１軸受けの近くに第３軸受けを配置した場合の第２回転軸の振れ回りを、（ｃ）は第２軸受けの近くに第３軸受けを配置した場合の第２回転軸の振れ回りを、示している。 従来のハンドピースを示す縦断面図である。

以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態による歯科用のハンドピース１００は、治療工具Ｔが着脱可能に取り付けられるヘッド部７を先端部に備える把持部１を有している。
把持部１は筒状のケーシング２を備えており、ケーシング２は前部ケーシング２Ｆと後部ケーシング２Ｒとからなる。前部ケーシング２Ｆと後部ケーシング２Ｒは所定の傾斜角をなして連接されており、ハンドピース１００はコントラアングルのハンドピースである。

＜後部ケーシング２Ｒにおける構成＞
後部ケーシング２Ｒ内には、第１回転軸３が軸受け４を介して回転可能に支持されている。第１回転軸３の後端側には図示を省略する駆動源であるモータの出力軸に係合可能な連結部３０が設けられている。一方、第１回転軸３の前端側には、第１歯車５が設けられている。第１歯車５は、遊星歯車機構１５を介して第１回転軸３に接続される基部５１と、基部５１の前端に形成される歯部５２と、からなる。基部５１は、後部ケーシング２Ｒ内に固定される一対の軸受け６を介して回転可能に前後端が支持されている。これにより、出力軸の回転が連結部３０を介して伝達されると、歯部５２がモータよりも減速されて回転する。
なお、本発明のハンドピース１００において、ヘッド部７を備える側を前、モータが連結される側を後とする。

＜前部ケーシング２Ｆにおける構成＞
前部ケーシング２Ｆ内には、ジャケット８が嵌合により固定されている。ジャケット８は、ヘッド部７の外周面から第１歯車５に向けて延設されている。前部ケーシング２Ｆとは別体として作製されるジャケット８は、中空円筒状の部材であり、第２回転軸９が貫通する軸貫通孔８１と、３つの軸受け収容部８２、８３、８４と、を備えている。ジャケット８の外周部には２つの大径部８５、８６が設けられており、ジャケット８は大径部８５、８６が前部ケーシング２Ｆの内壁に押し付けられることにより固定される。なお、ジャケット８は第２回転軸９が装着された状態で、前部ケーシング２Ｆの後端から挿入される。

＜第２回転軸９＞
第２回転軸９は、ジャケット８を介して、前部ケーシング２Ｆ内に回転可能に支持されている。第２回転軸９はジャケット８を貫通して設けられているが、後端側から突出する部分には第２歯車１０が、また、前端側から露出する部分には第３歯車１１が形成されている。
第２回転軸９の第２歯車１０は第１歯車５と噛合うことで、第１回転軸３の回転を第２回転軸９に伝達する。この第１歯車５と第２歯車１０とからなる歯車列（第１歯車列）は、歯数の多い内歯車である第２歯車１０に第１歯車５が内接しており、第２回転軸９は第１回転軸３よりも減速される。
第２回転軸９の第３歯車１１は、ヘッド部７に設けられる第４歯車７３と噛合うことで、第２回転軸９の回転をヘッド部７の工具回転軸７２に伝達する。この第３歯車１１と第４歯車７３とからなる歯車列（第２歯車列）は、第３歯車１１の歯数が少ないので、工具回転軸７２は第２回転軸９よりも減速される。
ハンドピース１００は、このようにしてモータ（出力軸）の駆動力を第１回転軸３、第２回転軸９を介してヘッド部７に伝達し、治療工具Ｔを駆動する。

第２回転軸９は、軸受け収容部８２、８３、８４に各々収容される軸受け１２、１３、１４によりジャケット８（前部ケーシング２Ｆ）に回転可能に支持される。本実施形態は、第２回転軸９を３つの軸受け１２、１３、１４により支持しており、特に第２回転軸９の軸方向の中間部に軸受け１３を配置しているところに特徴がある。以下この点について説明する。
第２回転軸９を回転可能に支持するだけであれば、２つの軸受け１２（第１軸受け）、１４（第２軸受け）を用いれば足りる。しかし、ヘッド部７の工具回転軸７２に高いトルクが負荷されるような条件でハンドピース１００が継続して使用されると、摩耗が激しく、歯欠けに到ることは上述の通りである。本発明者等の検討によるとこの歯欠けの原因は、第２回転軸９が回転しながら撓む、つまり触れ回るために、第１歯車５と第２歯車１０との噛合いの位置ずれが大きくなることにある。この撓みを防止するために、ハンドピース１００は、第２回転軸９の中間部に軸受け１３（第３軸受け）を配置するのである。第２回転軸９の機械的な支持は２つの軸受け１２、１４で担っており、軸受け１３は専ら第２回転軸９の振れ回りを防止すればよいので、軸受け１２、１４よりも耐荷重の低い小型のものを用いることができる。

＜ヘッド部７＞
図１に示すように、ヘッド部７は工具回転軸７２を備え、この工具回転軸７２には治療工具Ｔが着脱可能に取り付けられるようになっている。工具回転軸７２の周囲には、第４歯車７３が形成されている。第４歯車７３は第２回転軸９の第３歯車１１と噛合うことで、第２回転軸９の回転を工具回転軸７２に伝達する。第３歯車１１と第４歯車７３により第２歯車列が構成されるが、本実施形態では、第３歯車１１の歯数よりも第４歯車７３の歯数が多く設定されている。したがって、第２回転軸９の回転は第２歯車列を介して減速されて工具回転軸７２に伝達される。
ヘッド部７には開口７０が形成される。第３歯車１１はこの開口７０を通って工具回転軸７２の第４歯車７３と噛合う。

＜作用・効果＞
以上説明したハンドピース１００は、駆動源である電動モータ（図示省略）の回転が伝達されて第１回転軸３が回転し、この回転が遊星歯車機構１５、第１歯車列を構成する第１歯車５、第２歯車１０を介して第２回転軸９に伝達される。さらに、第２回転軸９の回転が第２歯車列を構成する第３歯車１１、第４歯車７３を介して工具回転軸７２に伝達されて、治療工具Ｔが回転し、インプラントなどの施術が行われる。
そして、この施術の最中に治療工具Ｔに高いトルクが負荷されたとしても、第２回転軸９は軸受け１２、１４により支持されるのに加えて、そのほぼ中間地点において軸受け１３により支持されているので、第２回転軸９に振れ回りが生ずることがないか、生じたとしてもわずかである。したがって、第１歯車５と第２歯車１０の噛合い、第３歯車１１と第４歯車７３の噛合いが適切に行われる結果、高トルクで使用されても第１歯車５〜第４歯車７３に歯欠けが生ずるのを防止できる。

＜軸受け１３の配置位置＞
以上の実施形態では、軸受け１３を軸受け１２と軸受け１４のほぼ中間地点に配置した。これは、本発明において好ましい形態ではあるものの、本発明はこの位置に限定されるものでない。このことを図３に基づいて説明する。
図３（ａ）は、軸受け１２（第１軸受け）と軸受け１４（第２軸受け）により両端近傍が支持された第２回転軸９が振れ回る様子を示している。なお、破線で示される曲線（符号９）が、振れ回る第２回転軸９を示している。図３（ａ）に示されるように、第２回転軸９の最大振れ回り量（撓み量）δｍａｘは、軸受け１２と軸受け１４により規定される第２回転軸９の支持点間距離をＬとすると、１／２Ｌの位置に生ずる。振れ回り量が大きく生ずる位置に軸受け１３（第３軸受け）を設けることが第２軸受け９の振れ回りを低減するのに最も効果的であるから、最大振れ回り量δｍａｘが生ずる１／２Ｌの位置に軸受け１３を配置することが最も効果的である。ただし、高トルクの中でも相対的に低いトルクが負荷される場合には振れ回り量も小さくなるので、１／２Ｌの位置に限らず、軸受け１２と軸受け１４の間に軸受け１３を設けることで第２軸受け９の振れ回りを、第１歯車５と第２歯車１０の噛合い及び第３歯車１１と第４歯車７３の噛合いに支障のない範囲に低減できることは明らかである。

次に、図３（ｂ）に示されるように、軸受け１４（第２軸受け）の近くに軸受け１３（第３軸受け）を配置すると、軸受け１４と軸受け１３の間では第２回転軸９の振れ回りがほとんど生じないが、軸受け１３と軸受け１２の間では相当量の第２回転軸９の振れ回りが生ずる。
また、図３（ｃ）に示されるように、軸受け１２（第１軸受け）の近くに軸受け１３（第３軸受け）を配置すると、軸受け１２と軸受け１３の間では第２回転軸９の振れ回りがほとんど生じないが、軸受け１３と軸受け１４の間では相当量の第２回転軸９の振れ回りが生ずる。
以上のことを考慮すると、軸受け１４は、軸受け１２（第１軸受）による支持点から１／４Ｌ〜３／４Ｌの範囲から選ばれた位置に配置されることが好ましい。

噛合いの位置ずれは、第１歯車列（第１歯車５と第２歯車１０の間）、第２歯車列（第３歯車１１と第４歯車７３の間）において生じ得る。そして、第１歯車列及び第２歯車列はともに減速を伴うものであり、第１歯車５に比べて第２歯車１０の歯数が多く、第３歯車１１に比べて第４歯車７３の歯数が多い。そもそも、歯科用のハンドピース１００に用いられる第２回転軸９は径が２〜３ｍｍ程度に抑えられるため、第１歯車５〜第４歯車７３を構成する歯も微小である。したがって、歯数の多い第２歯車１０及び第３歯車１１は強度が十分でないために、第１歯車５及び第３歯車１１に比べて歯欠けが生じやすいと言える。そして、第２歯車１０の方が第３歯車１１よりも強度が大きいものとすれば、第３歯車１１の方が歯欠けは生じやすいことになる。逆に、第３歯車１１の方が第２歯車１０よりも強度が大きいものとすれば、第２歯車１０の方が歯欠けは生じやすいことになる。この観点からすると、軸受け１４（第３軸受け）は、１／４Ｌ〜３／４Ｌの範囲内において、歯の強度の小さい第２歯車１０又は第３歯車１１の一方の側に近づけて配置することが好ましいことになる。なお、歯の強度は、許容トルク又は許容伝達動力により特定することができる。

＜軸受けの種類＞
以上説明した軸受け１２、１３、１４は全てラジアル方向に支持する玉軸受け（ボールベアリング）を適用したが、すべり軸受けを本発明の軸受けとして用いることができるし、玉軸受けとすべり軸受けとを組み合わせて用いることができる。一例として、第２回転軸９の荷重を専ら支持する軸受け１２、１４を玉軸受けとし、軸受け１３をすべり軸受けとする、というように組み合せることができる。他の軸受け４、６についても同様である。

＜軸受けの軸方向長さ＞
第２回転軸９の振れ回り低減を目的とする軸受け１３は、軸方向の長さが長いほどその効果が顕著になる。しかし一方で、玉軸受けを用いたとしても軸受け１３は第２回転軸９の回転に対する抵抗となるものであり、この抵抗は軸受け１３の軸方向長さが長くなるほど大きくなる。したがって、振れ回り低減と回転抵抗を比較考慮した上で、軸方向長さを決定すればよい。

以上、本実施形態によるハンドピース１００を説明したが、ケーシング２（前部ケーシング２Ｆ、後部ケーシング２Ｒ）、第１回転軸３などの形態、第１回転軸３の支持形態などはあくまで例示であり、本発明を限定するものではない。
また、第１回転軸３から第２回転軸９への回転の伝達、第２回転軸９から工具回転軸７２への回転の伝達は、間接又は直接を問うものでない。
さらに、本実施形態によるハンドピース１００は、第１回転軸３と第１歯車５の間に遊星歯車機構１５を設けているが、遊星歯車機構１５は本発明において任意の構成要素である。遊星歯車機構１５を設けるとしても、第１回転軸３と第１歯車５の間に限るものではない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。

１００ ハンドピース
１ 把持部
２ ケーシング
２Ｆ 前部ケーシング
２Ｒ 後部ケーシング
３ 第１回転軸
５ 第１歯車（第１歯車列）
７ ヘッド部
７２ 工具回転軸
７３ 第４歯車（第２歯車列）
９ 第２回転軸
１０ 第２歯車（第１歯車列）
１１ 第３歯車（第２歯車列）
１２ 軸受け（第１軸受け）
１３ 軸受け（第２軸受け）
１４ 軸受け（第３軸受け）

Claims (3)

1. 治療工具が着脱可能に保持され、駆動源からの回転に従って回転駆動される工具回転軸を有するヘッド部を備える前部ケーシングと、
   前記前部ケーシングに対して斜めに連接される後部ケーシングと、
   前記後部ケーシング内に回転可能に支持され、前記駆動源の回転が伝達される第１回転軸と、
   前記前部ケーシング内に回転可能に支持され、前記第１回転軸の回転が伝達される第２回転軸と、
   前記第１回転軸の回転を前記第２回転軸に伝達する第１歯車列と、
   前記第２回転軸の回転を前記工具回転軸に伝達する第２歯車列と、
   前記前部ケーシング内において所定の間隔を隔てて配置され、前記第２回転軸を回転可能に支持する第１軸受け及び第２軸受けと、
   前記第１軸受及び前記第２軸受の間に配置される第３軸受けと、
   を備えることを特徴とする歯科用ハンドピース。
2. 前記第１軸受けと前記第２軸受けにより規定される前記第２回転軸の支持点間距離をＬとすると、
   前記第３軸受けは、前記第１軸受けによる支持点から１／４Ｌ〜３／４Ｌの範囲から選ばれた位置に配置される、
   請求項１に記載の歯科用ハンドピース。
3. 前記第１歯車列は、前記第１回転軸の回転速度を減速して前記第２回転軸に伝達し、
   前記第２歯車列は、前記第２回転軸の回転速度を減速して前記工具回転軸に伝達し、
   請求項１又は２に記載の歯科用ハンドピース。

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