JP2862873B2 - 歯科器具用単一多機能ハンドピース - Google Patents

歯科器具用単一多機能ハンドピース

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JP2862873B2 JP63096959A JP9695988A JP2862873B2 JP 2862873 B2 JP2862873 B2 JP 2862873B2 JP 63096959 A JP63096959 A JP 63096959A JP 9695988 A JP9695988 A JP 9695988A JP 2862873 B2 JP2862873 B2 JP 2862873B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波スケーリングインサートと共に用い
られたとき超音波スケーリング（歯石除去）のために使
用でき、且つ空気研磨インサートと共に用いられたとき
歯を研磨により清浄にするように使用できる歯科用器具
に用いる単一ハンドピース器に関する。本発明において
は、独自のスイッチ回路が設けられ、これは同一ハンド
ピースに設けられた一連の各種インサートを使用可能に
する。磁気歪および／または電気歪トランスデューサを
正確に制御する方法と装置が提供される。このトランス
デューサを制御する方法と装置は、歯科用歯の掃除装置
を引用して説明するが、この方法と装置は、電気、機
械、または電気−機械装置の精密制御が必要な全ての用
途に使用可能である。
この種の従来技術としては、例えばウオラン（Warri
n）等の米国特許第4,492,574号に示されたものが知られ
る。これは、交番磁場を形成するコイルを備える超音波
による歯科歯内療法用ハンドピースとハウジングが設け
られ、このハウジングは、一端部に冷却液流入口を備
え、他端部が開放されて着脱自在インサートを受容、支
承するように構成されたものである。
また、ルツエビンスキー（Rzewinski）の米国特許第
4,494,932号には、空気流に洗浄粉体を含ませ、歯の表
面に向けて少しづつ出す装置が示してある。この装置
は、洗浄粉体供給源を含む液密室を備えている。加圧空
気がこの液密室に放出され、またこの液密室の側壁に設
けた流出口から空気および粉体が加圧下で放出できるよ
うに構成されている。
さて、歯の汚れは、喫煙や、かみたばこ、お茶の飲み
過ぎ、野菜源などの色々な種類の汚染源に端を発するも
のである。歯石の種類には幾つかのもの、例えば血清や
だ液からのものがあり、これらの歯石の堆積物は、歯の
間や、周囲の軟組織の間、だ液から生じた血清歯石の間
の空所の堆積するのが普通である。これらの歯石の成分
は沈殿し、歯の露出面に自然に結合する。
このような汚れた歯を洗浄する方法や装置は既に多く
のものが知られており、例えば手動による器具、軽石の
研磨ペーストを含む回転式ゴムカップなどがある。これ
らの方法の全ては歯石の除去に有効に用いられはする
が、いずれも、様々な汚れの除去、特に歯の全面にわた
る汚れの除去法としては満足なものではない。
ここで従来から知られている歯の洗浄法の超音波スケ
ーラーインサートを用いる方法がある。この超音波スケ
ーラを用いた方法では、トランスデューサの振動運動は
インサートチップのたわみまたは楕円運動に変換され
る。チップのこのような運動を利用して歯から歯石が除
去される。スケーラーにはまた、スケーラーチップの表
面を通して、またはこの表面にわたって液体、最もよく
用いられるものとしては水を小出しすることによりスケ
ーラーチップが用いられる歯の領域を潅注する手段が設
けられる。
更に従来から知られているものに、空気研磨装置を用
いるものがあり、これは歯のすき間から汚染物を除去す
るのに特に有用である。
歯科用として空気研磨装置を用いた場合、口腔中の懸
濁空気中の研磨粒子の送出および分散には問題点があ
り、歯の切削用に用いられる従来の装置では、負圧手段
により研磨粒子を把捉するように構成されたものもであ
る。しかしながら、この方式は崇高く、取扱いが面倒と
いう問題がある。更に、幾つかの従来の方式では、研磨
処置の後歯を水で洗浄する方法を提案しているが、この
ような連続する洗浄だけでは、軟組織上の研磨粒子およ
び口腔の他の部分の研磨粒子の初期分布についての問題
点を解決できなかった。これらの問題点を克服し、且つ
汚れや歯石を、簡単でしかも患者に与える不快感を最小
にして有効に除去できる空気研磨歯の掃除装置を提供す
るために、空気研磨吐出路およびこの吐出路を囲繞する
水吐出路を有するノズルを備えたハンドピースが設けら
れ、更に上記水吐出路を通して温水を放出し、且つ空気
研磨および水流により、これらを小出しした後研磨粒子
を把捉するための制御手段が設けられた。
この従来技術で設けられたハンドピースにおいては、
吐水路は、空気研磨流の入射領域のすぐ隣りに接し、ま
たは重畳する領域で洗浄される歯の表面に入射するよう
に向きが定められる。水流は、空気研磨流を囲繞するカ
ーテンを形成するように規定されることが好ましい。こ
の従来技術の最も有効な実施例においては、ハンドピー
スから小出しされる粉体および液体の運動により粉体と
水が混合され、その結果スラリーが形成される。歯に対
して最も有効な洗浄効果を与えるのが、この研磨粉体と
水のスラリーである。
従来方式により、医師は、上記の超音波スケーラと空
気研磨装置を共に用いて歯に対する歯の掃除治療を行う
と最も都合がよく、有効であることを見出している。し
かしながら、このような装置を共に用いるには、２組の
装置または少なくとも２つのハンドピースが必要であ
る。即ち、歯石や歯垢を除去するための超音波スケーリ
ング用ハンドピースと、汚れや歯垢を空気研磨し、除去
する第２のハンドピースが要求される。更に、装置の空
気研磨部に対し水ヒータの使用が望ましい。しかしなが
ら、通常は操作のために余分の空間はなく、明らかに上
記の装置は不都合である、更に、治療中にハンドピース
を変えるのはやっかいであり、時間がかかるという問題
がある。
ハンドピースのスケーラインサートを駆動する従来の
装置は、磁気歪トランスデューサと、信号発生器、電源
および或る種の帰還回路とを有している。
従来の帰還回路は３つの範ちゅうに分類できる。最も
簡単なものは、電圧が周波数の関数で、全ての内部位相
シフトの和に関係する。この形態の帰還は、誘起電圧値
が小さな特定の周波数領域で動作するように設計された
高品質のトランスデューサに使用されるだけである。
二番目のものは、純粋に電気的な帰還を用いるもので
ある。これらの２つの帰還回路には次のような問題点が
ある。
１）回路は２つの異なる位相条件のいずれかで起動する
が、機械的出力は非常に異なる。
２）このような位相条件の一方では、回路のインピーダ
ンスは無負荷状態でリアクタンスを惹起し、その結果起
動能力が減少する。
３）回路が高い負荷を処理できなければならないとき
は、通常は低負荷時の動作効率が低下する。
４）回路の同調は、常に高効率の要件と起動要件の間の
妥協でなければならない。
第３番目の回路は速度帰還測定を利用したものであ
る。この回路では、振動ピックアップ電圧は、利得が、
負荷にかかる電圧に機械的共振器の２端部間の速度の関
数である信号発生器を制御する。
この回路における速度帰還は共振状態になされるか、
波形成形され、増幅器に明瞭な周波数情報を与える。こ
れは、従来方式においては、速度ピックアップ信号を利
用する要件であると言われる。
そこで本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を克
服することにある。
本発明は、歯から、超音波スケーリングおよび研磨に
より汚れと垢を除去する単一多機能ハンドピース器を提
供するものである。本発明のハンドピース器は、細長い
ハウジングと、このハウジング内に設けられ、交番電磁
場を形成するコイルを備える。このハウジングは、液体
を内部に導入する少なくとも１つの液体流入口と、粉体
を内部に導入する少なくとも１つの粉体流入口とを備え
ている。このハウジングは更に、インサートをハウジン
グ内に封止嵌めできるようにした開口端部を備える。そ
してこのハウジングは、少なくとも超音波スケーラーイ
ンサートと空気研磨インサートを使用できるように構成
される。上記ハンドピースは更に、ハウジング内にある
インサートの種別を認識し、且つ使用インサートと関連
して使用されるハンドピースに送出が望まれる空気、粉
体、および水の正しい組合わせを制御する電気回路およ
び／またはその他のスイッチング手段を制御するスイッ
チング信号手段またはセンサを備えている。
本発明は更に、磁気的に付勢された加熱要素と研磨粉
体を小出しして歯から汚れと歯垢を除去するためのノズ
ルとを有した、ハンドピースに使用されるインサートを
備える。このノズルは、同心状チューブを備え、このチ
ューブには、空気と研磨粉体を小出しする内部チューブ
と、液体を小出しして研磨粉体とスラリーを形成する外
部チューブが設けられている。スラリーは、歯を研磨洗
浄し且つ大気中に逃げる研磨粉体量を最小にするのに有
効である。空気研磨インサートは磁気的加熱要素を備
え、この要素は、ハウジング内で交番電磁場により発生
されて治療時に使用される水を加熱するエネルギーを利
用して動作する。
本発明による装置は更に、接触検出応答付勢スイッチ
ング回路を備え、これは回路インピーダンスを制御し
て、空気、粉体、および水のハンドピースへの供給を制
御する遠隔回路を付勢するものである。
更に本発明は、トランスデューサ制御回路（コイル）
を、低負荷および高負荷条件の下で最大効率が維持され
るように、微同調をとる方法を電子回路を提供する。本
発明の同調回路は帰還回路からなり、この回路は、使用
時にトランスデューサの速度を測定し、且つ位相同期回
路でこれらの測定を利用して、負荷条件の如何に係わら
ず一定の機械的出力を維持するために装置に情報を与え
る。
本発明は、歯の掃除や洗浄に必要な幾つかの装置を１
つの装置に結合することにより作業環境を簡単にする。
更に、医師はハンドピースを変える必要がなく、且つ異
なるハンドピースと共に使用される異なる組のスイッチ
を付勢する必要がないので、歯を洗浄する手順が簡単に
なる。本発明の装置を用いると、医師は患者の前で彼の
ツールトレイ上に一連のインサートを配列することがで
き、且つ治療時の任意の時点で簡単、容易、迅速にイン
サートを変えることができ、更にハンドピース内に組み
込まれたスイッチング回路により、使用インサートと共
に用いられる適切な配合剤がハンドピースに自動的に供
給される。
本発明による帰還回路は、独自の付勢動作と共に、速
度帰還信号の修正なしにこの回路を動作させることによ
り、従来回路を超えた以下に示す利点を与える。
１） 機械出力の最大点で装置動作を正確に制御でき
る。
２） 負荷条件および無負荷条件のいずれにおいても起
動特性を改良できる。
３） 音響負荷能力を増加させることができる。
４） 装置パラメータの操作を可能にする。
５） 電気・機械動作効率を増加させることができる。
６） 装置の動作点が電源変動の影響を受けないように
することができる。
７） 同調制御を不要にできる。
８） 動作周波数範囲を拡大できる。
以下図面により本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明によるハンドピースおよびこれと共に
用いられる２つのインサートを示したものである。
図において、ハンドピース10は細長いハウジング12に
より構成され、このハウジング12は、その一端部がイン
サート20または30を受ける開口14を備え、他端部にはケ
ーブル15が装着されている。ケーブル15は、空気、粉
体、および水をハンドピースに供給するための空気およ
び水用ホースを内部に収容し、そして全ての電線はハン
ドピース内に設けたコイルの賦活に用いられる。
ハウジング12の粉体流出開口16は、空気研磨インサー
ト30がハンドピース10内で使用されるとき、粉体流入口
34を受けるように構成される。
空気、粉体、および水を空気研磨ハンドピースに供給
する方法は、米国特許第4,494,932号に示されてあり、
ここではその内容と共に引用により取り込む。
よく知られるように、スケーラーインサート20はトラ
ンスデューサスタック22により構成され、このトランス
デューサスタック22は、例えばハウジング12のコイルに
より形成された交番磁場と相互作用して、インサートの
超音波振動を形成する。スケーラーは歯石を取るように
構成された造形歯科用ツール24を備え、この歯科用ツー
ル24は、その使用時に、作業領域を潅注する手段を備え
る。
空気研磨インサート30は、発熱要素32と、ハウジング
12の粉体流出開口16に挿入自在に形成された粉体流入口
34とにより構成される。水流入口手段38が設けられ、こ
れは、発熱要素32にわたり、且つノズル50内に水を通過
せしめるものである。同心状チューブ36はノズル50の一
部である。図示した実施例においては、ノズル50は、ハ
ウジング12に螺合されるカラーにより構成される。
発熱要素32は、磁場に応答する中空管状材料により構
成される。この発熱要素32は、誘導加熱を利用して当該
要素32を通過する水を加熱するニッケルめっきされた管
状鉄材料であることが好ましい。一般に、熱は、交番電
磁場が発熱要素32に２次電流を生成するので、この発熱
要素32により発生される。これは渦電流加熱として知ら
れる。この発熱要素32を通過した水は加熱され、ノズル
50を通り、水流入口手段38を通して、同心状チューブ36
に送られる。
同様に、遠隔源からの空気と粉体はハウジング12を通
して、粉体流入口34そして同心状チューブ36に送られ
る。
次に、第２図は本発明の空気研磨インサートのノズル
を示したものである。
図において、同心状チューブ36は、外部チューブ40と
内部チューブ42により構成される。外部チューブ40は、
水などの液体を外部オリフィス44を通して配送するため
に用いられ、一方内部チューブ42は研磨粉体を内部オリ
フィス46を通して配送するために用いられる。外部オリ
フィス44を通る液体は、主として、空気研磨粉体と相互
作用するために用いられ、この空気研磨粉体は、内部オ
リフィス46を通して小出しされ、且つ研磨粉体とスラリ
ーを形成する。そしてこのスラリーは、歯を洗浄し、且
つ研磨粉体の大気中への放出を最小にするように作用す
る。当業者には明らかなように、使用液体は薬剤を含む
か、または治療上の活性を当えるようになされる。同心
上チューブ36にはガイド手段またはえくぼ部分48を有し
て、外部チューブ40と内部チューブ42の同心上関係を維
持し、これにより液体は、これが内部オイフィス46を出
るとき研磨粉体を包むようになされる。
次に、第３図および第４図はハンドピースのハウジン
グの他の実施例を示したものである。
図において、本発明による空気研磨ハンドピース60
は、円筒状をなし、そしてこのハンドピース内に設けた
粉体を配送するための手段62を備え、且つインサートに
水を配送するための水チューブ64を備える。更に、この
ハンドピースは例えばチューブ66と68を備えており、こ
れらのチューブは、薬剤やそれらの混合物を配送して、
研磨粉体と共に処理されるべき領域の潅注のために用い
られる。更に、他の特徴として、冷却水流復帰手段69が
ハンドピース内に設けられ、これは、ハンドピースの冷
却に用いらえる水を復帰させるように作用する。このよ
うなハンドピースは、潅注のために保証された滅菌水源
が必要な場合に使用できる。
なお、以上の実施例においては、梨状および円形状ハ
ンドピースが用いられたが、当業者には明らかなよう
に、本発明に従って、またハンドピースを通して小出し
される材料の種類並びに保持に最も都合がよい形状に依
存して、他の形状のハンドピースを設けてもよい。
ここで、第５図は本発明による空気研磨インサートの
ノズルを示したものである。
図において、インサート30のノズル50は、ねじ53を通
して孔52または類似の手段からなり、この孔は、水がハ
ウジング12から発熱要素端部56を過ぎ、流路54を通して
外部チューブ40に到らしめるものである。この後加熱水
は外部チューブ40を通り、外部オリフィス44から流出さ
れる。
同様に、空気と粉体は、ハウジング12の粉体流出開口
16から粉体流入口34に到り、テーパ状遷移部58および内
部チューブ42を通り、内部オリフィス46から流出され
る。
上記の内部チューブ42のテーパ状遷移部58は、大きな
流入口チューブ34から小さな内部チューブ42へ滑らかな
遷移を与える。このテープ状遷移部58を用いることによ
り、従来の装置で見られた目詰りが低減され、研磨粉体
は滑らかに流動できるようになる。
ハンドピースのハウジング12は、特定の使用インサー
トとの接触を検出し、且つその位置決めを行うように構
成され、更に上記検出に従ってハンドピースを付勢する
手段を備えている。この検出手段には、電気機械式また
は電気式のものが用いられる。応答付勢手段は、電気・
機械式スイッチング手段または電気スイッチング手段で
ある。本実施例においては、上記検出およびスイッチン
グ手段には電気および電気・機械式のものが用いられ
る。
上記の接触は、物理的な接触だけでなく、電磁的或は
電気的接触も含まれるものとする。ここで電磁的接触と
は、インサートにより電磁場が遮断され、および／また
はそれにより検出されることを意味する。
当業者には明らかなように、上記スイッチング回路は
装置内の空気圧の変化に基づいて動作する。例えば、イ
ンサートは、ハンドピース内に配置されると、ハンドピ
ース内の空気圧の変化を惹起し、これは該回路により検
知される。またインサートは、ハンドピースにより用い
られる材料の供給を制御するために使用される回路の制
御を使用することができる。
次に、第６図および第７図を参照すると、ハンドピー
スの駆動コイルが示してある。この駆動コイル72は、交
番電流源に接続され、分圧器19、21の間の二重コイルに
巻回され、ハンドピース10内に交番電磁場を生成する。
バッキングコイル74が設けられ、駆動コイル72と帰還コ
イル76の間の変圧器結合を最小にする。これらのバッキ
ングコイル74と駆動コイル72は、１本の連続する配線に
より端子27と28の間に接続される。駆動コイル72は端子
27に装着され、そして、例えば右回りに分圧器19から分
圧器21に、そしてその逆に巻回される。次に、駆動コイ
ル72からの配線は分圧器18と19の間の空間に沿って配線
され、そして分圧器17と18の間で左回りに巻回され、バ
ッキングコイル74を形成する。配線端部は端子28に接続
される。バッキングコイル74と駆動コイル72は直列に配
線され、そして逆方向に巻回され、従って電気的な位相
は180゜ずれている。
帰還コイル76は細線で形成され、例えばハンドピース
10の電磁場内での超音波スケーラインサート20の運動に
より生じた電圧を検出する。この帰還コイル76はハンド
ピースの分圧器17と18の間で、好ましくはバッキングコ
イル74の巻線の前に巻回され、そして端子28（接地）と
端子29に接続される。またこの帰還コイルはバッキング
コイルから電気的に絶縁される。
端子27、29に接続された配線は電源とレジスタの帰還
を与え、また端子28に接続された配線は共通接地をな
す。
本実施例においては、駆動コイル72は約140ターンの2
2番線からなり、バッキングコイル74は約９ターンの22
番線から、また帰還コイル76は約300ターンの38番線か
らなる。
次に第８図は本発明による回路とスイッチ機構を表わ
したものである。
図において、ハンドピース10内の各種インサートによ
り使用される材料の小出しを制御する論理回路は、トラ
ンスデューサの駆動および帰還信号を、これらが代数的
に加算される。回路網に供給することにより動作する。
この出力は、ハンドピースの状態に関係するレベルをも
つ直流電圧に変換される。ハンドピース内にトランスデ
ューサが挿入されていないときは、０〜２ボルトの範囲
の電圧が存在する。発熱インサート30がハンドピース内
にあるときは、４〜６ボルトの範囲の電圧が表わされ
る。ハンドピース内に超音波インサート20があるとき
は、８ボルト以上の電圧が発生する。
当業者には明らかなように、コイルの巻線は変更で
き、またインサートは異なる磁気的性質を持ってもよ
く、電源は広くて異なる範囲の帰還コイル、駆動コイ
ル、およびバッキングコイル電圧を与えるように変更す
ることができ、更に論理アレイは、本発明のハンドピー
スと共に用いられる広範な各種インサートに対する目的
（end）モード選択の識別を与えるために用いられる。
論理アレイ回路および気体、液体、および粉体をハン
ドピースに供給するスイッチは、電源、気体、液体、お
よび粉体をハンドピースに供給するために用いられるユ
ニットのシャーシアセンブリまたはキャビネットに関係
して用いられる。制御回路の動作時には、バッファ82か
らの出力は電圧コンパレータ84に送出される。この電圧
コンパレータ84は、４〜６ボルトの範囲の電圧が存在す
るときは、論理アレイ86の論理レベルが高くなる（論理
１）ように維持される。０〜２ボルトの範囲の入力およ
び８ボルト以上の入力が回路に存在するときは、論理ア
レイ86の論理レベルは低くなる（論理０）。論理アレイ
に対する第２入力は周波数弁別器88から与えられる。駆
動信号の周波数が超音波トランスデューサにより定めら
れる選択可能な範囲内にあるときは、周波数弁別器88か
ら論理アレイ86への出力は低信号になる。可能となる発
熱器と空気研磨ハンドピースに対する論理条件は共に高
くなければならず、周波数弁別器の信号も高く、更に電
圧コンパレータの信号も高くなければならない。従っ
て、空気および粉体の配送を制御する回路は、超音波イ
ンサート20が使用されるときは付勢されることはない。
回路が空気研磨インサート30により可能とされると、医
師は単にフットスイッチまたはフィンガスイッチを付勢
して熱を発生させ、そして空気、研磨粉体および水をハ
ンドピースに供給する回路を付勢するだけでよい。
同様に、本実施例においては、ハンドピース内にイン
サートがないとき、上記回路は付勢されず、またハンド
ピースへの粉体と水の流れを電気的に制御する弁は開放
されず、更に例えフットスイッチが偶然に操作されて
も、粉体および水がハウジング12を通して流れることは
ない。このようにして、本発明のスイッチング回路はオ
ペレータの手順を簡単にし、且つ時間のかかる操作のク
リーンアップを必要とする誤りの可能性を排除する。
本発明の装置を用いたとき、医師は、口におけるある
領域でスケーラーインサートを用いて装置を起動させる
か、この口における同じ領域での空気研磨処置と共に直
ちにスケーリング処置を取り、そして口における他の領
域で同じ手順を取ると最も都合が良いことを見出すこと
ができる。このような手順において、医師は、インサー
トを扱い易く保ち、また患者を動かさずに所望のインサ
ートの２回以上の（任意数の）変更を行うことができ
る。この結果、この装置は、洗浄手順において、一様で
連続的な流れのみならず医師の時間節約を保証できる。
なお、当業者には明らかなように、スイッチング回路
を用いたハンドピースは、以上の説明では磁気歪回路を
用いたが、電気歪回路などの他の手段を用いて付勢させ
ることもできる。
磁気歪および電気歪回路の両者においては、トランス
デューサはその共振周波数で駆動することが望まれる。
この周波数は、部分的には、インサート長、または物理
的寸法、トランスデューサ材料の温度特性、装置の機械
的負荷、およびトランスデューサ材料中の音速などの複
雑な相互作用により決定される。装置の出力は、インサ
ートまたはトランスデューサの作業端部（チップ）の機
械的ストロークまたは振動の形で与えられるので、装置
の全ての機械的変化、例えば温度、負荷、摩耗などの効
果を検出する最も有効な方法は、トランスデューサ自体
の実際の運動および運動の変化を検出することにより与
えられる。これは、作業チップに対向するトランスデュ
ーサの自由端部の運動を検出する速度ピックアップ手段
を用いることにより達成できることを示すことができ
る。
回路に用いられる諸要素を選択すると回路のバイアス
が与えられる。
次に本発明の制御部分の基礎的説明を与える。誘起磁
場により励起されると、トランスデューサ回路は、励起
周波数が回路の共振周波数に対応するときは常に、両自
由端部にその最大変位を発生する。機械装置の一方の自
由端部にピックアップコイル（帰還）を関係づけると、
周波数および位相情報を共に含む電気信号を生じる。こ
のピックアップはトランスデューサの運動または速度を
検出しているので、電気機械センサ信号の位相は、回路
で使用される諸要素に依存して、駆動信号から50゜〜13
0゜の位相角だけ変位され、この変位は70゜〜110゜の変
位より好ましく、更に90゜変位が最も好ましい。この帰
還の電気機械部分の他に、駆動コイルと帰還コイルの変
圧器結合作用に起因する付随する純粋に電気的な信号が
存在する。しかしながら、帰還コイルの信号は、２本の
巻線の方向に依存して０゜か180゜のいずれかの角度だ
け駆動コイルの信号から変位される。例えば、両コイル
が共に同じ方向に巻回されたときは、信号変位量は約０
゜になり、更に２本のコイルの巻線が逆方向に巻回され
ると、その変位は約180゜になる。回路の共振周波数が
温度や機械部分の摩耗または機械的負荷により修正され
ても、駆動および帰還信号間の電気機械的位相関係は比
較的一定に保たれることを示すことができる。
任意の負荷条件の下でトランスデューサの起動を保証
するには、任意の負荷条件の下で回路を動作周波数に同
期づけることが望ましい。この起動後、装置は、その制
御部分を用いて調整され、遭遇する作業条件の下での機
能低下が防止され、一方最適機械出力が維持される。
本発明は、 １） 速度形のピックアップの無修正位相情報を利用
し、 ２） 位相情報を用いて回路の中心周波数の自己同調を
取る制御回路の独自なバイアス法により、電気機械装置
の正確な動作制御を実現するものである。
ここで第９図を参照すると、電力が回路に印加される
と、回路の位相同期部分の内部発振器112は、その出力
を、出力ドライバ116から位相同期を分離するバッファ
増幅器114に供給する。回路の位相同期部分は、電圧制
御発振器112、増幅器118、低域フィルタ122、位相検波
器124、位相スプリッタ132、コンパレータ134と135、電
流源138、および固定抵抗器またはポテンショメーター1
46により構成される。ドライバ116は、初期電力信号を
出力コイル126に与える。先ず、回路の起動点は固定抵
抗器またはポテンショメータ146の値により決定され
る。
回路の初期周波数は共振周波数ではないので、トラン
スデューサは単に駆動信号を変圧器作用を介してピック
アップコイル128に結合するだけになる。この信号は純
粋に電気的なものである。ピックアップコイル128から
の帰還信号は位相スプリッタ132に供給され、このスプ
リッタの代数差信号がコンパレータ回路135に供給され
る。この部分に対するバイアスは、コンパレータ回路13
5が帰還に含まれる位相情報を独自に保持するように与
えられる。動作シーケンスのこの時点で、位相および周
波数情報がコンパレータ135の出力信号中に与えられ
る。この信号は、位相同期回路の位相検波入力に供給さ
れる。ここで、信号は、電圧制御発振器112の出力によ
り表わされる駆動信号と比較される。
位相検波器124は電圧制御発振器112に対する誤差信号
を与える。この補正または増強された信号は、既に説明
したものと同様にループ周りに供給される。回路が正し
い動作周波数に近づくと、帰還の位相信号はモーショナ
ル帰還の影響により電気・機械的になる。回路がその共
振周波数に達すると、位相誤差はゼロになり、回路は最
大機械出力点に同期づけられる。回路が真の位相点に同
期づけられると、分極効果、温度、負荷、およびインサ
ートまたはトランスデューサの摩耗による動作周波数の
変化は、真の位相同期特性がその基準として機械的振動
ピークを用いているので、自動的に補償される。
回路の同期が取られた後、帰還コイル128からの信号
の立上りおよび駆動コイル126からの信号の立下りはコ
ンパレータ134で処理され、その出力は、幅がこれらの
信号間の時間差（位相差）に比例するパルスである。こ
のパルスは積分され、電流源138に供給され、この電流
源138は直流電流を、中心周波数がこの電流により修正
される電圧制御発振器112に送出する。電流が増加する
と、電圧制御発振器の周波数が増加する。この方法は、
同期を失うことなく、２オクターブ周波数範囲にわたる
周波数トラッキングが得られることを示している。
電力出力または振幅制御はバッファ増幅器の電流を変
えることにより行われる。
本発明の適切な動作は、電圧または電流振幅変動の検
出には依存しない。帰還信号の振幅も最適動作点には影
響を与えない。本発明は、拡大された周波数および負荷
範囲にわたる正確な周波数制御の技術を進める他に、機
械的な単純化を保証し、必要構成要素を最小にする。更
に、装置の制御は実際の振動回路（トランスデューサ）
により与えられるので、電気および機械要素の選択は装
置動作にとって厳しいものではない。
以上の説明で装置の動作は位相同期回路を用いて示さ
れたが、その動作は、位相エラーを検出し、従って駆動
回路を調整または補正する任意の制御回路を用いても変
更されることはない。
以上本発明の実施例およびそれを実施する方法が図示
説明されたが、当業者には明らかなように、本発明は添
付した特許請求の範囲内で様々な形で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のハンドピース、およびこのハンドピ
ースと共に使用される２つのインサートを示す斜視図、 第２図は、本発明の空気研磨インサートのノズルの端面
図で、同心状配送チューブを示す図、 第３図は、潅注用薬剤の選択を可能にする、ハンドピー
スのハウジングの他の実施例を示す図、 第４図は第３図のハウジングの端面図、 第５図は本発明の空気研磨インサートのノズルの断面
図、 第６図はハンドピースのコイル配置の360゜の平面図、 第７図はハンドピースのコイル回路の回路図、 第８図は本発明の回路とスイッチ機構の概略ブロック
図、 第９図はスケーラーインサートにおけるトランスデュー
サの駆動システムを示すブロック図である。 10……ハンドピース 12……ハウジング 15……ケーブル 20、30……インサート 22……トランスデューサスタック 32……発熱要素 34……粉体流入口 36……同心状チューブ 38……水流入口手段 40……外部チューブ 42……内部チューブ 44、46……オリフィス 50……ノズル 58……テーパ状遷移部 72、76……コイル 82……バッファ 84……コンパレータ 86……論理アレイ 88……周波数弁別器 116……ドライバ 124……位相検波器 135……コンパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ａ６１Ｃ 17/00 Ａ６１Ｃ 17/00 Ｊ Ｂ０６Ｂ 1/06 17/02 Ｅ (72)発明者 リチヤード エツチ．パシユケ アメリカ合衆国．11763 ニユーヨーク, メドフオード，ペンシルヴアニア アヴ エニユー 61 (72)発明者 テオドール イー．コンスタンテイネス ク アメリカ合衆国．11102 ニユーヨーク, アストリア，サーテイサード ストリー ト 30―79 (72)発明者 ロバート マクギリ アメリカ合衆国．11368 ニユーヨーク, コロナ，サーテイーフオース アヴエニ ユー 9818 (56)参考文献 特開 昭60−58138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−147691（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61C 1/08 A61C 1/07 A61C 3/03 A61C 17/02 B06B 1/06

Claims (28)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）長手方向の穴を有し、その穴の中に
    種々の歯科用ツールのインサートを受容するようにされ
    ているハウジングと、 （ｂ）前記ハウジング内において、交番電磁場または交
    番電歪場を形成する手段と、 （ｃ）気体を前記ハウジング内に導入する少なくとも一
    つの流入口と、 （ｄ）使用される個々のインサートの有無を検出する手
    段と を有する多様な歯科治療用単一多機能ハンドピース。
  2. 【請求項２】前記インサートは、歯科用ツールに完全に
    接合されたトランスデューサースタックを有し、超音波
    スケーリングインサートであることを特徴とする請求項
    １に記載された単一多機能ハンドピース。
  3. 【請求項３】前記インサートは、汚れおよび歯垢の除去
    のための液体及び粉体を分配するようにされた同心管状
    部材を有する空気研磨インサートであることを特徴とす
    る請求項１に記載された単一多機能ハンドピース。
  4. 【請求項４】前記超音波スケーラーインサートは前記ハ
    ウジングと相互作用し、前記インサートが前記ハウジン
    グ内に配置されるときに、前記ハウジングの回路を通し
    て、前記ハンドピースを作動させるのに使用される認識
    可能な信号を発生することを特徴とする請求項２に記載
    された単一多機能ハンドピース。
  5. 【請求項５】前記空気研磨インサートは前記ハウジング
    と相互作用し、前記インサートが前記ハウジング内に配
    置されるときに、前記ハウジングの回路を通して、前記
    ハンドピースを作動させるのに使用される認識可能な信
    号を発生することを特徴とする請求項３に記載された単
    一多機能ハンドピース。
  6. 【請求項６】前記交番電磁場は、前記場が前記管状部材
    と相互作用するときに前記インサート内に熱を発生する
    ことを特徴とする請求項３に記載された単一多機能ハン
    ドピース。
  7. 【請求項７】前記ハウジングに隣接しかつ平行な中空管
    を有する粉体導入手段を有することの特徴とする請求項
    １に記載された単一多機能ハンドピース。
  8. 【請求項８】粉体導入手段が前記インサートに中空に加
    熱素子を有することを特徴とする請求項３に記載された
    単一多機能ハンドピース。
  9. 【請求項９】前記インサートは、加熱素子と、空気研磨
    用粉末および液体を分配するための同心管を有するノズ
    ルと、前記ハウジングから粉体を受容する粉体流入口と
    を有することを特徴とする請求項３に記載された単一多
    機能ハンドピース。
  10. 【請求項１０】前記同心管における内部管は空気研磨粉
    体を分配するために用いられ、前記内部管は前記粉体流
    入口における管から前記同心管におけるより小さな管に
    向かってテーパーをつけて変化することを特徴とする請
    求項９に記載された単一多機能ハンドピース。
  11. 【請求項１１】複数の内部管が、洗浄用液体および薬剤
    を送出するために前記ハンドピース内に設けられている
    ことを特徴とする請求項３に記載された単一多機能ハン
    ドピース。
  12. 【請求項１２】ハウジングを有し、そのハウジング内に
    長手方向の穴を有し、その穴の中に種々の歯科用ツール
    インサートを内部に受容するようにされたハンドピース
    に用いられるインサートであって、 前記ハンドピースは、その中に気体を導入する少なくと
    も一つの流入口、ハウジング内に交番電磁場を形成する
    ための手段とを有し、 前記インサートは中空管状部材を有し、該中空管状部材
    は、前記インサートから粉体及び液体を分配するように
    された二つの同心管を有するノズルに完全に接合されて
    おり、 前記ノズルは、そこから前記中間管状部材に平行に延在
    し、かつ、前記二つの同心管のうち内部管に通じている
    粉体流入口を有し、 前記二つの同心管の内部管は、ある直径からより小さな
    直径にテーパー状に変化し、 前記二つの同心管の外部管は、前記テーパー変化領域を
    取り囲んでおり、前記液体外部管への流入口は前記内部
    管の変化領域の近くに設けられており、 前記中空管状部材は、電磁エネルギーを熱に電歪的に変
    換する手段を有することを特徴とする非振動インサー
    ト。
  13. 【請求項１３】さらに鉄を含む加熱手段を有することを
    特徴とする請求項12に記載されたインサート。
  14. 【請求項１４】前記加熱手段は、板状にされた管状スチ
    ールであることを特徴とする請求項12に記載されたイン
    サート。
  15. 【請求項１５】駆動回路を選択する回路であって、 （ａ）交番電磁場を形成するための少なくとも一つの駆
    動コイルと、少なくとも一つのフィードバックコイルと
    を含み、前記回路は、前記駆動コイルおよびフィードバ
    ックコイルの巻線内に配置されたインサートの特性に対
    して電圧依存性を有し、 （ｂ）該駆動コイルにより形成された信号の周波数を検
    出するための周波数判別器と、 （ｃ）前記回路において異なる電圧及び異なる周波数を
    検出するようにされた電圧論理回路とを有し、 前記論理回路は直列は、 電圧信号をコンパレータに伝達するためのバッファと、 前記バッファからの電圧信号と内部参照信号とを比較す
    るための電圧コンパレータと、 該回路の該周波数を認識して信号化するための周波数判
    別器と、 前記駆動コイルの電圧及び前記フィードバックコイルに
    おける結果電圧を代数的に合計するための手段と、 論理アレイとを有し、 前記電圧コンパレータ及び周波数判別器からの入力は、
    受容した情報の値に基づいて、前記論理アレイにより生
    成される信号の値を決定することを特徴とする回路。
  16. 【請求項１６】電歪装置における機械的出力を微調整す
    る回路であって、 （ａ）長手方向の穴を有し、種々の歯科用ツールインサ
    ートを受容するようにされたハウジングと、 （ｂ）前記ハウジングの駆動コイルを有する交番電磁場
    を形成するための手段と、 （ｃ）前記ハウジングのインサートとを有し、前記イン
    サートはスケーリング歯科用ツールに完全に接合された
    トランスデューサースタックを有し、前記トランスデュ
    ーサースタックは前記長手方向の穴に含まれ、 前記回路は、前記ハウジングにおいて、さらに前記駆動
    コイル及び駆動回路と直列のフィードバックコイルを有
    し、 前記駆動コイルは前記トランスデューサーにおいて振動
    動作をひき起こし、前記トランスデューサーの自由振動
    端は、前記フィードバックコイルにおいて電圧を誘起
    し、前記電圧は前記装置の機械的出力を測定して得られ
    たものであり、前記フィードバックコイルにおいて誘起
    された電圧は周波数および位相のパラメータの両方を有
    し、前記パラメータのすべてはセンター信号を有し、前
    記センサー信号は、前記装置への電力供給を制御する駆
    動回路に与えられることを特徴とする回路。
  17. 【請求項１７】前記ノズルに取り付けられた粉体流入口
    を有し、 前記粉体流入口はハンドピースのハウジングから粉体を
    受容するようにされていることを特徴とする請求項12に
    記載されたインサート。
  18. 【請求項１８】さらに案内手段が前記同心管の内部管
    と、前記同心管の外部管との間に設けられており、前記
    案内手段は前記内部及び外部管の間の同心関係を維持す
    るようにされていることを特徴とする請求項12に記載さ
    れたインサート。
  19. 【請求項１９】前記駆動コイル及び前記フィードバック
    コイルは位相が180゜ずれていることを特徴とする請求
    項15に記載されたスイッチング回路。
  20. 【請求項２０】代数的に合計された電圧が、直流電圧に
    変換され、その大きさが論理アレイに入力されることを
    特徴とする請求項15に記載された回路。
  21. 【請求項２１】周波数判別器が、駆動信号の周波数が超
    音波トランスデューサーにより決められた範囲にあると
    きに信号を前記論理アレイに供給することを特徴とする
    請求項20に記載された回路。
  22. 【請求項２２】該合計された電圧は、その大きさが４か
    ら６ボルトであるときはハイ信号を、その大きさが０か
    ら２ボルトまたは８ボルトであるときはロー信号を、該
    論理アレイにおいて生成し、 該周波数判別器は、超音波インサートが使用されるとき
    はロー信号を生成し、空気研磨インサートが使用される
    ときはハイ信号を生成することを特徴とする請求項21に
    記載された回路。
  23. 【請求項２３】前記センサー信号の位相角が、前記駆動
    回路により生成される前記駆動信号から70から110度の
    位相角に置き換えられることを特徴とする請求項22に記
    載された機械的出力を微調整するための回路。
  24. 【請求項２４】前記センサー信号の位相角が、前記駆動
    信号から70から110度の位相角により置き換えられるこ
    とを特徴とする請求項23に記載された機械的出力を微調
    整するための回路。
  25. 【請求項２５】前記センサー信号の位相角が、前記駆動
    信号から90度の位相角に置き換えられることを特徴とす
    る請求項23に記載された機械的出力を微調整するための
    回路。
  26. 【請求項２６】内部発振器、バッファ増幅器、出力ドラ
    イバー、フィードバックコイル、増幅器、ローパスフィ
    ルタ、位相検出器、位相スプリッター、コンパレータ、
    電流源および電位差計を有することを特徴とする請求項
    16に記載された機械的出力を微調整するための回路。
  27. 【請求項２７】前記内部発振器は、その出力を、前記ド
    ライバーの出力から位相ロックを分離する前記バッファ
    増幅器に供給し、 前記フィードバックコイルからの信号は、前記位相スプ
    リッターに供給され、前記位相スプリッターの代数的な
    差信号はフィードバックコイルからの信号に含まれる位
    相情報を保持しており、 位相及び周波数情報は、前記コンパレータから前記位相
    検出器に流され、前記位相検出器においては、その情報
    は前記発振器から受容した情報と比較される ことを特徴とする請求項26に記載された機械的出力を微
    調整するための回路。
  28. 【請求項２８】前記位相検出器は、前記発振器のための
    エラー信号を供給し、 前記エラー信号は、前記発振器、バッファ増幅器、ドラ
    イバ、フィードバックコイル、位相スプリッター、コン
    パレータ及び位相検出器を有するループにおいて、共振
    周波数に達するまで、該信号の周囲に供給しまたは該信
    号に加算されることを特徴とする請求項27に記載された
    機械的出力を微調整するための回路。
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