JPH04500477A - 歯科・医科用殺菌処理可能無潤滑回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｍ… 歯科・医科用殺菌処理可能無潤滑回転装置１訓豊炭１ 本発明は、歯科／医科用の機械的に動力駆動される器具に関し、より詳細には、 本発明は、少なくとも転勤素子がセラミック材料からなる低摩擦ベアリング組立 体を具えた無潤滑の歯科用ハンドピースに関する。

１班豊薯１ 近年、伝染病の伝染を防止するために、医科・歯科用の動力器具を熱殺菌消毒す ることに関心が高まりつつある。このような動力器具は、その耐用期間中、何回 もの殺菌処理を受けることになる。当業界で望まれる動力器具、すなわち、ハン ドピースは、その性能を悪化させることなく、繰り返し行われる殺菌消毒サイク ルに耐えるようにできていなければならない。

歯科用ハンドピースのような、ある種の動力器具は、ハンドピースの端部近傍を 一対の低摩擦ベアリング組立体によって回転自在に支持された高速タービンを有 し、歯の治療時に加えられるラジアル荷重及びスラスト荷重に耐え得るようにな っている。このようなベアリングは非常に小さく、直径が約１ミリの転勤素子す なわちボールを有するものである。このレース及びボールは、一般的に、ステン レス鋼から製造される。

多くの高速歯科用ハンドピースでは、エア駆動タービンがドリルや砥石のような 工具を回転させる。その速度は４００．０００ｒｐ＋ｍ以上であり、あるもので は５００．００Ｏｒｐｍにも達する。スラスト荷重をかけないときでも、この回 転速度では、かなりの摩擦をベアリング組立体に発生させる。

市場で入手可能な事実上全ての歯科用ハンドピースでは、ベアリング組立体を潤 滑すること、すなわち、組立体の周囲に潤滑剤のミストを送るようにして連続的 に潤滑したり、ハンドピースの洗浄及び殺菌消毒時に間欠的に潤滑したりして、 摩擦を低減させている。

ベアリング組立体の潤滑は上述の摩擦問題をいくらか改善するものであるが、潤 滑をすることによって他の問題が生じた０例えば、要求される潤滑剤を正確な量 で送ることが難しい０時には、一般の使用者によって行われる潤滑は異なる結果 を生じることも多い、また、潤滑剤は殺菌消毒における問題を生じる。

高速歯科用ハンドピースが１９６０年代に初めて導入されたとき、代表的な潤滑 式低摩擦ベアリング組立体の寿命は約１０時間未満であった。何年か経ち、小さ な低摩擦ベアリング組立体の製造分野において多くの改良がなされ、その結果、 今日では、市場で満足される歯科用ハンドピースは２０００時間の耐久寿命テス トに耐えなければならない、耐久寿命テストは、５秒間の停止、１０秒間の組合 せ始動回転スラスト荷重における設定速度及び回転への加速（９オンスで加えら れるスラスト荷重を５秒間を含む）からなり、合計１５秒のサイクルタイムから なる。また、同じ耐久寿命テスト操作がいわゆる低速ハンドピースにも行われた 。この作動速度は５．０００乃至６０．０００ｒｐｍの範囲である。

ハンドピースの完全な殺菌消毒は、一般的に、圧力釜や化学釜のようなもので熱 を与えることからなる０代表的は圧力釜では、ベアリング組立体を有するハンド ピースは、約２７５”Ｆの温度で蒸気熱雰囲気に曝される。

化学釜では、水及びホルムアルデヒドをある程度含む存在下で気相アルコールが 使用される。圧力釜及び化学釜殺菌消毒操作において代表的な殺菌消毒時間は約 １５乃至２０分間である。いわゆる乾燥釜操作では、その温度は３７５°Ｆにも なる。

上述の殺菌消毒操作中にハンドピースに付加される高温は、ベアリング組立体の 耐水性及び耐薬品性の腐食抵抗を悪化させる。そして、ベアリング組立体の多く は、ボール間にスペースをもたせるために、通常有機繊維を含むフェノール樹脂 からなるリテーナを具えているから、一体化されたリテーナにも熱及び薬品反応 による悪影響が及ぶ。

熱殺菌消毒の寿命低下効果を異なる観点から見ると、殺菌消毒を受けない代表的 な高速歯科用ハンドピースは最低限度の修理（１０乃至２０％の部品交換）で約 ２０年間も歯科に使用される。ところが、前述のような殺菌消毒を受けた同じハ ンドピースは、多くの修理（８０乃至９０％の部品交換）を必要とする上に、１ 乃至２年しかもだない。

１　Ｂ 以下の特許は歯科用ハンドピースに関するものである。

サフィアによる米国特許第３．０７１．８６］号は、顎付きベアリングを利用し た歯科用ハンドピースタービン組立体を開示している。その第１図及び第３図を 参照、デフォレストによる米国特許第４，５６８．６４２号は、スラスト荷重を 受けるための顎付きベアリングを開示している。その第４図参照、カタオカによ る米国特許第４，１５３，９９３号は、空気軸受と対向磁石とを利用した歯科用 ハンドピースタービンベアリング組立体を開示している。ブレームによる米国特 許第３．４２１　、２２４号は、プラスチック材料からなる歯科用ハンドピース タービン組立体を開示している。

ストーントによる米国特許第３．２４８．７９２号は、プラスチック材料からな るベアリングボールリーテナ（第１９図及び第２０図）を有する歯科用ハンドピ ースを開示している。また、サファーによる米国特許第３．４６９．３１８号は 、歯科用ハンドピースベアリング組立体に関するものである。カーフットによる 米国特許第４，２４９，８９６号も同じくこれに関するものである。

鋼量外の材料からなる低摩擦ベアリング組立体は以下の特許に開示されている。

バイントルホーファーによる米国特許第１．３３２．１７６号は、めのう、水晶 、トパーズ、ガーネット、エメラルド、サファイヤ及びダイヤモンドのような材 料からなる転勤素子を有する低摩擦ベアリング組立体を開示している。シヨロー ダーによる米国特許第２．１５８．１５６は、全部がセラミック材料からなるベ アリング組立体を開示している。シュルツによる米国特許第２、５３４．、９２ １は、ベリリューム鋼のレースとガラスのボールとの組合せを利用したボールベ アリング組立体を開示しており、これは無潤滑・低荷重・低速の条件下で作動さ せることができる。テーラ−による米国特許第３，０９７、８９７号は、高密度 アルミナのような耐火材料からなる低摩擦ベアリング組立体と、高密度炭化チタ ンセルメットのレースを開示している。なお、レース間のボールを分離させてお くためのスペーサ素子はあってもなくても構わない、ロツカクによる米国特許第 ４．７７０．５４９号及びヤマシタによる米国特許第４．７９２．２４４号は、 比較的最近になって注目されているセラミックベアリング組立体にを開示してい る。

発」升ＩＬ貝ゴ勺 本発明の主の目的は、耐久性に優れた無潤滑で殺菌処理可＠　（ｓｔｅｒｉｌｉ ｚａｂｌｅ）な消毒ハンドピースを提供することである。

本発明の他の目的は、熱殺菌消毒操作において遭遇する苛酷な雰囲気にも抵抗で き、最小の保守でも十分な耐用年数を維持することのできる歯科用ハンドピース を提供することである。

他の目的として、本発明は、公知の市場で入手可能なハンドピースの欠点を解決 し、無潤滑で作動でき、且つ、高温の苛酷な雰囲気でも繰り返し殺菌消毒できる 、改良された歯科用ハンドピースを提供する。

１吋豊１１ より詳細には、本発明は、公知のハンドピースに関連する問題を解決し、潤滑が 不要で、高温の殺菌処理を繰り返し行っても耐え得るベアリング構造を利用する ことによって、前述の目的を達成するものである。要約すると、このことは、治 療部位に操作する回転工具を支持ようになっている端部を具えた動力手持ち器具 であって、環状インナーレース、環状アウターレース、及び前記レース間に配置 された複数の転勤素子からなるベアリング組立体を有し、転勤素子が、無潤滑で 工具を高速回転させ且つ潤滑を施すことなしに繰り返し殺菌処理を行えるように レースと協働するような、硬く高密度で耐摩耗性のある不活性材料からなってい るベアリング組立体により達成される。

の　゛　た　日 本発明による前述及び他の目的、特徴並びに効果は、添付図面を参照して、以下 の詳細な説明から明らかになる。

第１図は、本発明による実施例の歯科用ハンドピースの部分斜視図である。

第２図は、第１図の２−２線拡大断面図である。

第３図は、第２図の３−３線拡大断面図である。

の 図面に示されるように、第１図は、本発明による実施例の歯科用ハンドピース１ ０を示している。本発明は特定の用途があり、以下、歯科用ハンドピースにフい て説明がなされるが、本発明はまた、ボーンリーマ−（ｂｏｎｅｒｅａｍｅｒ） のような他のハンドピースや、種々の医科用途において使用される動力装置にも 用途がある。ここで、医科用途どは、回転工具が石膏型用回転鋸のように、解剖 （治療）部位に接近して使用されるものである。

図示のハンドピース１０は、ハンドル部分１１と、第１図に示された砥石（ｂｕ ｒｒ）　１３のような工具を回転可能に取付けた頭部１２を有してなる。第２図 に詳細に示されるように、頭部１２は中空であり、軸１５に取付けられた多数の 周面パケット１４を有するタービンＴを具えている。砥石１３は、軸１５に接続 されたコレット（ｃｏｌｌｅｔ）　１６に着脱可能に把持されている。タービン Ｔは導管１７により供給される空気によって回転させられる。導管１７は、ハン ドル１１の長手方向に延びており、３０乃至３５ｐｓｉ程度の圧力の圧力源に接 続されている。軸１５は、上部及び下部低摩擦ベアリング組立体１８．１９によ って、頭部１２に取付けられている。上部及び下部低摩擦ベアリング組立体１８ ．１９は同じ構造である。従って、以下、下部低摩擦ベアリング組立体】９につ いて説明がなされるが、上部ベアリング組立体１８も同じことであることを理解 されたい。

上述のように、歯科用ハンドピース１０は従来の設計構造のものである。このよ うな構造、組立体及び動作の詳細な説明は、カーフヮト（Ｋｅｒｆｏｏｔ　）に よる米国特許第４．２４９．８９６号にあり、その中の該当部分が本発明の説明 として引用される。

このカーフット特許に示されるように、上部及び下部低摩擦ベアリング組立体１ ８．１９は、５ＡＥ５２１００ステンレス鋼と呼ばれる高炭素クローム鋼のよう なステンレス鋼からなっている。下部ベアリング組立体１９のような各々のベア リング組立体は、軸１５に取付けられた環状インナーレース１９ａと、インナー レース１９ａを囲繞する環状アウターレース１９ｂと、インナーレース１９ａ及 びアウターレース１９ｂとの間に挿入された複数の転勤素子１９ｅを有してなる 。転動素子１９ｃは、インナーレースを支持し、従って、軸１５、コレット１６ 及び砥石１３はアウターレース１９ｂ及びその支持頭部１２に対して回転可能で ある。

好ましくは、カーフット特許に示されるように、転勤素子１９ｃには好適設計実 務により予圧がかけられている。第２図の実施例において、上部低摩擦ベアリン グ組立体１８のインナーレースは下方に予圧がかけられており、下部ベアリング 組立体１９のインナーレース１９ａは軸方向上方に予圧がかけられている。また 、この予圧は、横方向、すなわち、砥石１３の回転軸に対して横方向にも、転勤 素子１９ｃにかかっている。

第２図の実施例に示されるように、転勤素子１９ｅは、球形のボールである。し かし、本発明では、円筒状、円錐状等のような他の形状及び構造の転勤素子を利 用することができることはいうまでもない、しかし、前述したように、ある種の セラミック材料からなる球状の素子がテストされ、望ましい耐用年数をもたらす ことが判明した。

前述のカーフット特許では、転動素子１９ｃは、リテーナすなわちスペーサ（Ｂ Ｕ示せず）により、インナーレースとアウターレースとの間で間隔をもって維持 されている。リテーナの目的の１つは、転勤素子が互いに接触することを防止し 、このようにすることにより、摩擦及び熱の発生を防止し、これにより、ベアリ ング組立体の性能及び寿命に悪影響が及ぶことを防止する０本発明ではリテーナ を必ずしも必要とはしていないが、仮に使用するとすれば、リテーナすなわちス ペーサを、金属材料、非金属材料、又は、現在のきわめて大きい分子量のエンジ ニアリンググレードのプラスチック材料から製造することができる。非金属材料 の例としては、フェノ・−非樹脂がある。エンジニアリンググレードのプラスチ ック材料では、ボイアミド、ポリイミド、登録商標トーロン（ＴＯＲＬＯＮ）と して販売されているポリカーボネートが通常使用される。

前述したように、従来の歯科用ハンドピースでは、タービンに供給されベアリン グ組立体の周りを循環する空気に含まれる潤滑剤を連続に供給すること、又は、 ハンドピースを一般的な保守のために若しくは殺菌消毒のために点検を行うとき などにベアリング組立体を間欠的に潤滑することによって、ベアリング組立体を 潤滑している。ときには、ある製造業者によって推奨されているように、潤滑は 殺菌消毒後に行われる。しかし、これは、潤滑剤が殺菌消毒操作の効果を破壊す る汚染物質を含むという理由で望ましくない、さらに、前述したように、ハンド ピースを繰り返し殺菌消毒することは、ベアリング組立体の機能低下を促し、ベ アリング組立体の使用年数を短くする。

本発明は、従来のハンドピースにおける前述の欠点を解決し、長寿命で殺菌消毒 ができ、無潤滑で使用できるハンドピースを提供する。これらの効果は、少なく とも転勤素子をセラミック材料のような非金属材料で製造することにより達成さ れる。このような材料の転勤素子では、リテーナを完全になくすることができる 。

転勤素子が製造される材料は、非金属であるだけでなく、硬く、密度が高く、耐 摩耗性があり、不活性であるべきである。好ましい材料は、約５．０ｇ／ｃｍａ 未満の密度、２０℃においてロックウェル硬さのＣスケールで少なくとも約７５ の硬さ、上述のタイプのステンレス鋼に対して＃（１，３０未満の乾燥滑り＊擦 係数を有している。セラミック材料は、好適には加熱下及び圧力下で、約０．５ 乃至５゜０ｍｍのような比較的小さな直径の球形に焼結される０図示されたよう に、ベアリング組立体に組込まれたとき、潤滑剤は供給されず、ベアリング組立 体は実質的に無潤滑状態であった。

望ましい転勤素子材料の他の物理的特性は以下のとおりである。これは、後述の テスト品に使用される窒化珪素についての例である。

１−一性　値 曲げ強さ　１４０Ｘ１０”ｐｓｉ 圧縮強さ　４３５Ｘ１０”ｐｓｉ ヘルツ圧縮強さ　１４５０Ｘ１０”ｐｓｉ（一定応力での最大） 破壊靭性　４．　９Ｘ１０”　本°ラド／平方インチヤング率　４５Ｘ１０’ｐ ｓｉ 熱膨張　１．９Ｘ１０−’　（＠Ｆ）”’熱膨張　２　２　０　ＢＴＵ−インチ ／ｈｒ−平方７４−ト°　Ｆ最大使用温度　２３７０°Ｆ 臨界焼戻温度　１１１０”Ｆ 硬度　７８　ロヲクウエル硬さ　Ｃスケール　２０℃本発明に利用できることが 判明したセラミック材料には実質的に２種類ある。これらの材料は、非酸化セラ ミックと、酸化セラミックのグループに分けられる。非酸化セラミックの好まし い材料には、窒化物、炭化物及び硼化物が含まれる。最も好ましいものは、窒化 珪素及び炭化珪素である。酸化タイプセラミックには、酸化アルミニウム、酸化 ジルコニウム、ジルコニア（表面処理の有無に拘らず）及びジルコニア硬化アル ミナがある。よす詳細には、これらのセラミック材料のうち好ましい材料は、窒 化硼素、焼結されたＳ　ｉ　３　Ｎ４　（窒化珪素）、焼結されたＡｌＳｉＣ， 炭化硼素、オキシ窒化珪素、オキシ窒化硼素、硼化チタン、硼素窒化チタン硼化 物である。

説明の実施例では、転勤素子のみがセラミック材料から製造されている。インナ ーレース及びアウターレースは、両方ともベアリング用鋼から製造されている、 このようなベアリング用鋼には、　４４０Ｇステンレス鋼、Ｍ−５０ベアリング 鋼、５ＡＥ５２１００鋼がある。これらのベアリング鋼は金属材料としては好ま しいが、他の耐腐食性金属をレースに使用することもできる。しかし、望ましく は、レースの一方又は両方を転勤素子のセラミック材料のようなセラミック材料 から製造することができる。又は、これらのレースを転勤素子のセラミック材料 とコンパチブル（ＣＯ■ｐａｔｉｂｌｅ）なセラミック材料から製造することも できる。経済性及び従来の装置への使用を考慮すると、現時点では、インナーレ ース及びアウターレースにステンレス鋼を使用することが望ましい。

リテーナがない場合、転勤素子は、レースの間で回転するように第３図に示され る如く配置される。従って転勤素子は互いに接触を行うことになる。しかし、転 勤素子間の摩擦係数が比較的低い場合（０，１７程度あれば）、従来のベアリン グ組立体のように間隔を保持するリテーナは不要である。しかし、望ましくは、 前述のような金属材料又は非金属材料のリテーナが、リテーナを要求するベアリ ング組立体には使用される。

窒化珪素が、直径１ａｉｍの球に成形され、第３図に示されるように、リテーナ なしに、組立体に組込まれた。ベアリング組立体は、第１図に示されるように、 歯科用ハンドピースに組付けられた。ハンドピースは、前述の作動耐久寿命テス トを受けた。ベアリング組立体には潤滑剤は全く供給されなかった。

本発明によって構成されたハンドピースは、無潤滑で損傷することなく、２００ ０時間以上も問題なく作動することが判明した。充分な作動とは、工具の回転速 度が無負荷状態で設定速度の１０％以内に保持された時に存在するものとして定 義される。同じ材料のハンドピースで、８１ｉＪ／１日の間隔で熱殺菌消毒をし た付属テストでは、１０００時間以上も充分な性能を維持し、この出願の完成時 点でもテストは問題なく継続していた。

前述のように、本発明が歯科用途における使用に特に適した改良型ハンドピース を提供できることは明白であろう、しかし、本発明はまた、殺菌処理できる回転 工具を必要とする種々の医学用途への使用にも適している。

本発明のハンドピースは、腐食を伴う熱殺菌消毒操作の劣悪な影響にも抵抗力が ある。そのハンドビー又は、潤滑剤がない状態で使用されても、連続的又は間欠 的に潤滑を行う必要性を完全になくする。さらに、繰り返し殺菌消毒を行ったり 、潤滑剤のない場合であっても、そのハンドピースは市場で要求される信頼性及 び寿命を満足させる。

本発明の好適実施例を詳細に説明（、だが、種々の改変、転用及び変更を請求の 範囲により定められる本発明の趣旨及び範囲から離れることなくなしうるもので ある。

補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 平成３年１月８日

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．定期的な殺菌処理が要求される医科用途及び歯科用途に特に好適に使用され る手持ち器具［１０］であって、害器具［１０］がハンドル［１１］と前記ハン ドル［１１］に取付けられるようになっている回転工具［１３］と前記工具を前 記ハンドル［１１］に回転可能に支持するための低摩擦ベアリング組立体［１８ ，１９］とを有し、前記器具のハンドル［１１］が前記器具［１０］を定期的に 殺菌処理するように前記回転工具［１３］のための動力供給源に着脱自在に固定 されるようになっており、前記ベアリング組立体［１８，１９］が複数の転動素 子［１９ｃ］を内部に含むインナー及びアウターレース［１９ａ，１９ｂ］を有 してなる器具において、少なくとも前記転動素子［１９ｃ］が硬く高密度で耐摩 耗性のある非金属材料からなり、前記器具［１０］が苛酷な雰囲気下で前記ベア リンケ組立体［１８，１９］の性能に悪影響を及ぼすことなく繰り返し殺菌処理 されうるようになっていることを特徴とする、器具。
2. ２．前記ベアリング組立体［１８，１９］に潤滑剤が含まれていない、請求項１ 記載の器具［１０］。
3. ３．前記転動素子［１９ｃ］が前記レース［１９ａ，１９ｂ］の間でランダムに 離間配置されている、請求項１記載の器具［１０］。
4. ４．前記転動素子材料が、約５．０ｇ／ｃｍ３未満の密度で、２０°Ｃにおいて ロックウェル硬さＣスケールで少なくとも約７５の硬さを有する、請求項１記載 の器具［１０］。
5. ５．前記材料がセラミックである、請求項１記載の器具［１０］。
6. ６．前記材料が窒化珪素である、請求項１記載の器具［１０］。
7. ７．前記転動素子［１９ｃ］が球である、請求項１記載の器具［１０］。
8. ８．前記転動素子［１９ｃ］が約０．５乃至約５．０ｍｍの範囲の直径を有する 、請求項１記載の器具［１０］。
9. ９．前記レース［１８，１９］の少なくとも一方が、前記転動素子［１９ｃ］の 材料と同じような材料からなる、請求項１記載の器具［１０］。
10. １０．治療部位上又は近傍に使用される回転工具［１３］を支持ようになってい る端部［１２］を具えた動力式手持ち器具［１０］であって、前記工具［１３］ を回転自在に支持するように前記端部［１２］に取付けられたベァリング組立体 ［１８，１９］を有し、該ベアリンケ組立体［１８，１９］が環状インナーレー ス［１９ａ］と環状アウターレース［１９ｂ］とそれらが互いに相対移動できる ようにするために前記レース［１９ａ，１９ｂ］間に配置された複数の転動素子 とを有する器具において、少なくとも前記転動素子［１９ｃ］が、前記工具［１ ３］を無潤滑で３００，０００ｒｐｍを越える速度で回転させ且つ潤滑を施すこ となしに前記器具［１０］の繰り返し殺菌処理を行えるように前記レース［１９ ａ，１９ｂ］と協働するような、硬く高密度で耐摩耗性のある材料からなってい ることを特徴とする、器具。
11. １１．前記材料が非金属である、請求項１０記載の器具［１０］。
12. １２．前記非金属材料がセラミックである、請求項１１記載の器具［１０］。
13. １３．前記セラミックが、窒化物、炭化物及び硼化物からなる群から選ばれる、 請求項１２記載の器具［１０］。
14. １４．前記材料が、少なくとも５．０ｇ／ｃｍ３の密度で、２０°Ｃにおいてロ ックウェル硬さＣスケールで少なくとも約７５の硬さで、ステンレス鋼に対して 約０．３０未満の乾燥滑り摩擦係数を有する、請求項１３記載の器具［１０］。
15. １５．前記材料が窒化珪素である、請求項１４記載の器具［１０］。
16. １６．治療部位上又はその近傍において回転工具［１３］を作動させるようにな っている無潤滑の殺菌可能な動力式手持ち器具［１０］であって、前記器具［１ ０］に前記工具［１３］を回転自在に支持するように前記器具［１０］に取付け られたベアリング組立体［１８，１９］を有し、該ベアリング組立体［１８，１ ９］が環状インナーレース［１９ａ］と環状アウターレース［１９ｂ］と前記レ ース［１９ａ，１９ｂ］間に配置された複数の転動素子とを有し、少なくとも前 記転動素子［１９ｃ］が、前記工具［１３］を無潤滑で３００，０００ｒｐｍを 越える速度で回転させ且つ潤滑を施すことなしに前記器具［１０］の繰り返し殺 菌処理を行えるように前記レース［１９ａ，１９ｂ］と協働するような、硬く高 密度で耐摩耗性のある非金属材料からなっている、器具。
17. １７．前記レース［１９ａ，１９ｂ］の少なくとも一方が前記転動素子［１９ｃ ］の前記材料のような材料からなる、請求項１６記載の器具［１０］。
18. １８．前記転動素子［１９ｃ］が前記インナー及びアウターレース［１９ａ，１ ９ｂ〕間で間隔をもって互いに相対移動可能である、請求項１６記載の器具［１ ０］。
19. １９．前記転動素子［１９ｃ］がセラミック材料からなる、請求項１６記載の器 具［１０］。
20. ２０．前記セラミック材料が、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウム及び酸化 ジルコニウムからなる群から選ばれる、請求項１９記載の器具［１０］。
21. ２１．前記レース［１９ａ，１９ｂ］間で前記転動素子［１９ｃ］を離間させる リテーナを有する、請求項１６記載の器具［１０］。