JPH0767470B2 - 歯石除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は歯石を除去するため歯科の分野で利用される電
気的装置である。

このような装置は歯石除去装置の名称で広く知られ、診
療室で日常使用され、歯科医の作業負担の軽減に寄与し
ている。この装置は円筒状を呈し、一端に可撓ケーブ
ル、他端に振動スクレーパを具備する。スクレーパを歯
石に接触させると、スクレーパの高速運動により歯石を
砕き、これが固着している歯から取除くことができる。

市販の実施例においては、円筒筐体内に設けた振動圧電
トランスジューサにスクレーパが取付けられている。ト
ランスジューサはケーブルに接続された電極から成り、
前記ケーブルは装置に電気エネルギーを供給する交流電
源に接続される。この交流電圧がトランスジューサに供
給され、これを振動させるのである。電源によって供給
される電気エネルギーからスクレーパ端によって利用さ
れる機械エネルギーへ変換効率を高めるためには、電圧
の周波数がスクレーパと結合しているトランスジューサ
の基本共振周波数、即ち、約50KHzに等しくなければな
らない。スクレーパの振動振幅は電圧の振幅によって決
定され、好ましい条件で作用できるためには、この電圧
が600ボルト程度でなければならない。

しかし、使用に際してこのような公知装置には２つの重
大な不都合がある。

第１に、スクレーパを歯に当てると、本来設定されてい
るトランスジューサの共振周波数が変ってしまう。その
結果、トランスジューサの効率が低下するから、スクレ
ーパの振幅を一定に維持するためには、電極に供給され
る電圧を上げねばならない。その場合、トランスジュー
サの熱散逸が大きくなり、円筒筐体が熱くなって持ち辛
くなるおそれがある。

第２に、トランスジューサには約600ボルトという高い
電圧が供給されるだけに、ケーブルの絶縁が悪ければ、
患者にとっても医師にとっても感電死の危険がある。こ
の危険を少なくするためには、ケーブルに充分な絶縁を
施す必要がある。即ち、ケーブルは必然的に太くなる。
その結果、ケーブルの可撓性が損なわれ、筐体の操作を
困難にし、しかもケーブルの最も酷使される部分の絶縁
が摩耗することから生ずる危険が完全になくなるわけで
はない。

本発明の目的は上記不都合のない歯石除去装置を提供す
ることにある。

本発明はこの目的を、グリップとして機能できる中空筐
体を含み、この筐体内に 電気的入力及び出力を有し、振動の節及び腹を発生させ
る振動圧電トランスジューサ、 振動の腹に相当する位置でトランスジューサに結合さ
れ、一部が筐体から突出しているスクレーパ、及び 機能に必要な電気エネルギーを供給する外部電源にケー
ブルを介して接続することのできる導電体 が組込まれている歯石除去装置であって、前記筐体がほ
かに入力、出力及び２つの給電端子を有する電子的増幅
回路を含み、増幅回路の入出力がトランスジューサの出
入力とそれぞれ接続して発振回路を形成し、スクレーパ
と結合しているトランスジューサが共振子の役割を果
し、増幅回路が駆動回路の役割を果し、導電体への給電
端子が電源から直流電圧を受けることを特徴とする歯石
除去装置によって達成する。

本発明の利点はトランスジューサの基本共振周波数がス
クレーパと共に発振回路の周波数を決定するから、たと
え周波数がスクレーパの動作に伴って変化しても、トラ
ンスジューサは常にその共振周波数で、即ち、極めて能
率的に振動することにある。

他の利点は増幅回路がケーブルを介して例えば24ボルト
という全く危険を伴わない低い直流電圧が供給されるこ
とにある。

本発明の上記以外の特徴及び長所は添付図面に沿って以
下に述べる実施例の説明から明らかになるであろう。な
お、図中同じ参照番号は類似の素子を示す。

第１図は本発明による歯石除去装置の実施例を示す外観
図であり、 第２図は第１図の歯石装置を構成する種々の素子の配置
を示す断面図であり、 第３図はトランスジューサ及びその電極、スクレーパと
共に電極が接続している増幅回路の構成を示す部分回路
図である。

第１図は本発明による歯石除去装置の一実施例を示し、
１は医師がグリップとして把持するように形成された、
例えば長さが15cm、直径が2cmのほぼ円筒形を呈する中
空筐体である。複数の円筒体を順次螺合して筐体を組立
て、個々の円筒体を分離して内部素子に接近できるよう
にすれば便利である。

筐体の一端から、図示しない歯石を除去するためのスク
レーパ２が突出している。筐体１の他端には電気ケーブ
ル３が接続している。このケーブルは２本の導線から成
り、スクレーパ２を振動させるのに必要な電気エネルギ
ーを歯石装置に供給する。図示しない回路に接続された
定電圧源に筐体を接続する。筐体１へのケーブル３の接
続は歯石装置からケーブルを容易に分離させることがで
きるように、図示しない公知の自在コネクタを介して行
うことが好ましい。同じケーブルを歯石除去装置への給
電だけでなく、フライスなどの工具への給電にも利用で
きる。さらに、例えば水や空気などの流体を送る導管を
もケーブルと連携させ、筐体内に組込まれ、スクレーパ
の近傍に開口する対応の導管に自在コネクタを介して前
記流体送入導管を接続し、前記流体が歯に達するように
構成できることはいうまでもない。

第２図は歯石除去装置の内部構造を示す断面図である。
筐体１は３つの中空部分1a,1b,1cから成り、部分1aを中
央にして隙間なく配列されている。各部分を隣接の部分
に螺合することにより一体的に中空円筒体を形成する。

筐体１の中央部分1a内には詳しくは後述する圧電トラン
スジューサ４が配置されている。このトランスジューサ
は細長い円筒状を呈し、その対称軸線XX′は第２図から
明らかなように筐体中心軸線と一致する。２個の弾性リ
ング５がトランスジューサと部分1aの互いに対向する面
に形成した内溝と当接することによりトランスジューサ
を部分1aの内部に懸架する。振動の腹に相当するトラン
スジューサ作用端は直接、または後述する連結素子6,7
を介して、筐体１の部分1bから突出するスクレーパ２を
支持する。

部分1c内には電子的増幅回路８が収納されている。この
増幅回路は入力、出力及び２つの給電端子を含む。入力
及び出力が図示しない結線を介してトランスジューサ４
と接続し、給電端子は自在コネクタの一部を形成する２
つの導電体9,10と接続している。

詳細を第３図に示すトランスジューサ４は尾部20、頭部
21、６個の圧電素子22a〜22f、及び７個の電極23a〜23g
から成る。

尾部20は軸線XX′をその対称軸線とする金属円筒体であ
り、その寸法はトランスジューサの総重量のうちの大部
分をこの尾部が占めるように設定してあるから、この尾
部は大きい慣性を有する。従って、トランスジューサが
振動しても尾部はほとんど動かず、トランスジューサの
振動の節となる。

圧電素子22a…22fは互いに全く同じ扁平円板であり、各
素子は軸方向押圧応力がそ主要面の一方に正電荷を発生
させ、他方に負電荷を発生させるように切削加工されて
いる。素子22a…22fは軸線XX′に沿って順次整列し、素
子22aは尾部20と対向している。また、圧電素子の向き
はこれらの素子に軸方向応力が作用する隣接面が同符号
電荷を帯びるように設定されている。素子22fの自由主
要面に頭部21が当接し、この頭部21は尾部20よりも軽量
の金属円板から成る。圧電素子22a…22fの主要面間に電
極23a…23gが配置され、電極23aは尾部20と素子22aの間
に、電極23bは素子22aと素子22bの間という順序であ
り、電極23gは素子22fと頭部21の間に配置される。

図示の便宜上、第３図では圧電素子22a…22fの間にそれ
ぞれギャップを設け、それぞれのギャップ内に電極23a
…23gを配置するかのように図示してあるが、実際には
圧電素子及び電極は尾部20と頭部21の間に互いに圧接状
態となるように挟まれる。従って、全体として接着手段
及び尾部と頭部を結合する図示しない中心ねじを介して
種々の素子が組立て状態に維持されたブロックを形成す
る。

電極23a,23c、23e及び23g,即ち、トランスジューサの一
端から数えて奇数番目の電極はすべてトランスジューサ
の設地端子24に接続され、電極23d及び23f、即ち、尾部
20から数えて２番目の電極を除く偶数番目の電極は入力
端子25に接続され、２番目の電極23bは出力端子26に接
続される。端子25,24はトランスジューサの入力を、端
子26,24は出力をそれぞれ形成する。

端子25,24間に交流電圧が加わると、トランスジューサ
はこの電圧の周波数で振動する。同じ周波数の電圧が端
子26,24間に現われ、この電圧の振幅は振動振幅に比例
する。

トランスジューサの尾部20はほとんど静止したままであ
り、最大振幅で振動してトランスジューサの振動腹を構
成するのは素子22f及び頭部21である。端子25,24間に加
わる電圧の周波数がスクレーパと結合しているトランス
ジューサの基本共振周波数に等しければ、頭部の振動振
幅は最大限を越える。この振幅が歯石除去装置の最適作
用条件と一致するためには電圧が600ボルト程度でなけ
ればならない。

スクレーパ２はトランスジューサの振動腹の位置直接固
定すればよく、この場合、振動振幅は頭部21の振動振幅
と同じである。しかし、スクレーパの効率を高めるには
その振動を頭部の振動振幅よりも増幅することが好まし
い。このため本発明では、スクレーパを支持する錘体７
及び錘体と頭部の間に設けた弾性連結手段６から成る継
手手段を介してスクレーパ２の頭部21に接続する。錘
体、スクレーパ及び連結手段が振動系を形成する。この
振動系の共振周波数を頭部の振動周波数とほぼ等しい周
波数に一致させ、錘体及びスクレーパの重量をトランス
ジューサの作用端の重量よりも小さく設定すれば、スク
レーパの振動振幅は頭部の振動振幅よりも大きくなる。
錘体７は球形とするのが好ましく、連結手段６は軸線X
X′を中心とする指数方程式曲線27の回転体として形成
し、この連結手段の最も太い部分が頭部21の側に来るよ
うに配置するのが好ましい。頭部21、錘体７及び連結手
段６は同一金属片で一体的に形成するのが好ましい。

トランスジューサ４の入力電圧は第３図に示す増幅回路
８よって供給される。第３図において、30は２つの端子
32,33を有する１次コイル31、及び２つの全く同じ巻線3
4,34′で形成された２次コイルから成る降圧変圧器であ
り、１次コイルと一方の２次巻線の巻数比は1000程度で
ある。同様に、35は端子37に接続している中央タップを
有する１次コイル36と、２つの端子39,40を有する２次
コイル38から成る昇圧変圧器であり、１次コイル及び２
次コイルの巻数比は約1/10である。端子33,40は増幅回
路８のアースを構成する端子と接続し、増幅器８の入力
は端子32,46によって形成され、出力は端子39,46によっ
て形成される。

変圧器30の２次コイルと変圧器35の１次コイルの間に、
２つの対称部分から成る公知の電力増幅回路を挿入す
る。対称部分の一方において、NPN双極トランジスタ41
は巻線34の端子の１つ及び巻線36の端子の１つに接続す
るエミッタを有する。このトランシスタのベースは約６
マイクロファラッドのコンデンサ42を介して巻線34の他
方の端子と接続する。約2000オームの分極抵抗43がベー
スをトランジスタ41のコレクタと接続し、コレクタは端
子44と接続する。対称部分の他方は素子41,42,43とぞれ
ぞれ全く同じ素子41′,42′,43′を素子41,42,43と同様
の態様で、ただし、巻線34′と巻線36の他方の端子との
間に接続して構成されている。端子37,44は回路の給電
端子として作用し、自在コネクタの導電体9,10にそれぞ
れ接続される。

増幅回路を挟む巻線端子における信号はその振幅が小さ
いから、この回路には直流低電圧を供給すればよい。

トランジスタ41,41′のコレクタは端子44と接続してい
るから、この端子は装置アースを兼ねる筐体１のアース
に接続することが好ましい。即ち、パワートランジスタ
の場合と同様に、コレクタは排熱に寄与するアース電極
と一体であるから、電極を筐体１に直接固定することに
よりトランジスタを冷却効果をさらに高めることができ
る。アース及び装置アースにそれぞれ対応する端子46,4
4はそれぞれ独立に接続してもよいが、好ましくは約0.1
マイクロファラッドの減結合コンデンサ45を介して一緒
に接続する。

トランスジューサ４は増幅回路８と接続して発振回路を
形成し、スクレーパ２と結合されたトランスジューサは
共振子の機能を果し、増幅回路は駆動回路の機能を果
す。全体の結合は端子24,25,26を端子46,39,32にそれぞ
れ接続することによって達成される。電源から、例えば
24ボルトの直流電圧Ｕを供給すると、端子44が端子37に
対して正となり、もし増幅回路のゲインがトランスジュ
ーサのロスを補償すれば発振回路が始動し、この場合、
振動の振幅は電圧Ｕの値に応じて異なる。

本発明の範囲を逸脱することなく、以上に述べた歯石除
去装置に種々の変更を加えることは当業者にとって容易
であろう。

例えば、トランスジューサを複数の異なる圧電素子で構
成し、端子２つだけとなるようにこれらの圧電素子の間
に電極を接続してもよい。増幅回路も、もしトランスジ
ューサが端子を２つだけ含む場合なら、このトランスジ
ューサと共にコルピッツ発振回路を形成するように実施
することも可能である。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】グリップとして利用できる中空筐体（１）
   を含み、この筐体（１）内に、 電気的入力（25,24）及び出力（26,24）を有し、振動の
   節及び腹を発生させる振動圧電トランスジューサ（４）
   と、 振動の腹に相当する位置でトランスジユーサに結合さ
   れ、一部が筐体（１）から突出しているスクレーパ
   （２）と、 機能するのに必要な電気エネルギーを供給する外部電源
   にケーブル（３）を介して接続することのできる導電体
   （9,10）と が組込まれている歯石除去装置であって、 前記筐体（１）が、他に入力（32,46）、出力（39,46）
   及び２つの給電端子（37,44）を有する電子的増幅回路
   （８）を含み、 この電子的増幅回路（８）の入力及び出力が、前記振動
   圧電トランスジューサ（４）の出力（26,24）及び入力
   （25,24）と夫々接続して発振回路を形成し、 前記スクレーパ（２）と結合している前記振動圧電トラ
   ンスジューサ（４）が、 複数の圧電素子（22a,22b……）により夫々共振子とし
   て作用し、 これら複数の圧電素子（22a,22b……）が、 前記筐体（１）の円筒形の尾部（20）と前記スクレーパ
   （２）に連らなる軸線（Ｘ−Ｘ′）に沿って列装され、
   軸線（Ｘ−Ｘ′）の方向に振動を伝達し、 前記電子的増幅回路（８）が、駆動回路として作用し、 前記導電体（9,10）への給電端子が、 前記電源から直流電圧（Ｕ）を受ける ことを特徴とする歯石除去装置。
2. 【請求項２】トランスジューサ（４）が、 トランスジューサの総重量の大きな部分を占める重量を
   有するほぼ円筒形の前記尾部（20）の延長上に順次配置
   され、全体で共通の対称軸線（Ｘ−Ｘ′）を画定し、前
   記尾部（20）と当接した状態で圧縮・伸長し、尾部（2
   0）から最も遠い素子（22f）が前記振動の腹を、尾部
   （20）が前記振動の節を夫々構成するＮ個の円筒形圧電
   材素子（22a…22f）を具備し、 各圧電素子（22a,22b……）の対向面間に配置されたＮ
   −１個の内側電極（23b…23f）と、第１圧電素子（22
   a）及び最終圧電素子（22f）の外面に配置された２個の
   外側電極（23a,23g）とから成り、 外側電極の１つから数えて奇数番目の電極（23a,23c,23
   e,23g）が、アース端子（24）と接続し、 電極（23b）を除く偶数番目の電極（23d,23f）が、入力
   端子（25）と接続し、 残る１つの偶数番目の電極が出力端子（26）と接続し、 入力及び出力端子がアース端子と共にトランスジューサ
   （４）の前記入力及び出力を夫々形成するように構成し
   た合計Ｎ＋１個の電極（23a…23g）と、 前記振動の腹に相当する位置で圧電素子と接触するよう
   に前記対称軸線（Ｘ−Ｘ′）に沿って配置され、スクレ
   ーパ（２）を支持する頭部（21）と から成る ことを特徴とする請求項第１項に記載の歯石除去装置。
3. 【請求項３】前記頭部（21）が回転体の形状を有し、そ
   の回転軸線が前記トランスジューサ（４）の前記対称軸
   線（Ｘ−Ｘ′）と一致する ことを特徴とする請求項第２項に記載の歯石除去装置。
4. 【請求項４】電子的増幅回路（８）が、 増幅回路の前記入力を構成する１次コイル（31）と、１
   次コイルよりも巻数の少ない２次コイル（34,34′）を
   含む降圧変圧器（30）と、 １次コイル（36）と、 １次コイルよりも巻数が多く、増幅回路の前記出力を構
   成する２次コイル（38）を含む昇圧変圧器（35）と、 降圧変圧器（30）の２次コイル（34）の接続する入力
   と、 昇圧変圧器（35）の１次コイル（36）に接続する出力
   と、 増幅回路の前記給電端子を構成する２つの端子（37,4
   4）を含む電力増幅回路（41,42,43,41′,42′,43′）と から成る ことを特徴とする請求項第１項から第３項の何れか１項
   に記載の歯石除去装置。
5. 【請求項５】増幅回路（８）の前記給電端子（37,44）
   に印加される電圧（Ｕ）が直流低電圧であり、この電圧
   の値がスクレーパ（２）の振動振幅を決定する ことを特徴とする請求項第１項からの第４項の何れか１
   項に記載の歯石除去装置。
6. 【請求項６】トランスジューサ（４）とスクレーパ
   （２）の間に、 振動の腹に相当する位置で、トランスジューサ（４）に
   固定された弾性連結手段（６）及び この弾性連結手段（６）に固定されて前記スクレーパ
   （２）を支持し、スクレーパ（２）及び弾性連結手段
   （６）と共にトランスジューサ（４）の振動周波数にほ
   ぼ等しい共振周波数を有する錘体（７） をも含む ことを特徴とする請求項第１項から第５項の何れか１項
   に記載の歯石除去装置。
7. 【請求項７】前記弾性連結手段（６）を前記トランスジ
   ューサ（４）の前記頭部に位置するスクレーパ（２）に
   固定した ことを特徴とする請求項第６項に記載の歯石除去位置。
8. 【請求項８】前記弾性連結手段（６）及び前記錘体
   （７）が、回転体であり、その回転軸線が前記トランス
   ジューサ（４）の前記対象軸線（Ｘ−Ｘ′）と一致する ことを特徴とする請求項第６項または第７項の何れか１
   項に記載の歯石除去装置。
9. 【請求項９】共振周波数における錘体（７）の振動振幅
   が、 頭部（21）の振動振幅よりも大きくなるように錘体
   （７）の重量を頭部（21）の重量よりも小さく設定した ことを特徴とする請求項第６項から第８項の何れか１項
   に記載の歯石除去装置。
10. 【請求項１０】前記弾性連結手段（６）が、 指数方程式曲線（27）によって形成される回転体であ
    り、 弾性連結手段（６）の太い部分が頭部（21）の側に位置
    する ことを特徴とする請求の範囲第６項から第９項の何れか
    １項に記載の歯石除去装置。
11. 【請求項１１】前記錘体（７）、前記頭部（21）及び前
    記弾性連結手段（６）が金属一体片を構成する ことを特徴とする請求項第６項から第10項の何れか１項
    に記載の歯石除去装置。