JPS6027298B2 - 歯牙切削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 歯牙切削治療時における疹痛や不快感，恐怖感を少しで
も和らげることは誰しもが期待しているところである。

切削工具によって削るという力学的治療を行っているの
であるから、わずかでもその切削力を軽減し、切削時の
歯牙の動的な変動をなくして神経への動的刺戟の要因を
少〈することがその１つの方法として考えられる。疹痛
を軽減させる方法の順序として、１）歯牙の固定、２）
切削力の軽減、３）麻酔効果の利用が考えられる。すな
わち、切削時の切削力を軽減し、歯牙の動的挙動をなく
し、止むを得ない場合には麻酔注射あるし「は笑気麻酔
をすることがその疹痛を感じさせない方法であると考え
る。

しかし、薬物によるショックなどの理由で薬物による従
釆の麻酔が利用できない場合が最近非常に多くなってき
ている。また、麻酔を利用できたとしても回復には長時
間を必要としている。この麻酔を利用しないでも不快感
，苦痛，恐怖感や塔痛を感じさせずに治療することが理
想である。本発明は氷らく夢みてきたこの理想を実現さ
せることのできる画期的な新しい歯牙切削装置に関する
ものである。まず切削力を軽減させることを考える。

この切削力の軽減のためにとられてきた従釆の方法は、
切削工具の回転数の高速化による方法である。

すなわち、空気タービンによる３０万回転程度の高速切
削による方法である。この３０万回の回転数をさらに高
速化すれば今日における切削力よりもさらにその切削力
が軽減されることが考えられるが、今日の技術をもって
しては３０万回程度が限界のようである。第１図は、こ
の高速切削中の切削工具と歯牙との振動系をモデル化し
て示したものである。

歯牙１は歯槽骨１３に対して、ばね２，３およびダッシ
ュポット４，５を介して固定されているとして考え、こ
の歯牙１を切削工具７を矢印８の方向に高速回転させて
切削する。神経６は歯牙１の振動に比例して加圧変形，
変位され、象牙質細管内歯液で支えられているトームス
繊維および象牙芽細胞と繊維芽細砲の変動を感受する神
経を含めて、これを支えるばね９，１０およびダッシュ
ポット１１，１２によって、その動的変位が決って、こ
れが塔痛となって感知されるものと考えられる。すなわ
ち、この疹痛伝達系と終端における疹痛判断機能を含め
た神経系にも周波数特性があるものとして考える。この
ように考えると歯牙切削時の歯牙１の動的挙動が少なけ
れば疹痛が軽減させることがわかる。高速回転させたと
きの切削力波形はＰ＋ｐｓｌｎ のｔで表わされる（Ｐ
は静的切削力、ｐは動的切削力、のは切削抵抗波形の角
速度）。

この波形を固有振動数ｆｎの歯牙１に作用させると、歯
牙１の固有振動数ｆｎは約３００〜２０００ＨＺ程度で
、３０方回転する切削工具７の切削力波形の振動数ｆ（
ｆ＝券）に比べると・極めて低・のでｆ／ｆｎ》１の条
件が満足され、切削力による歯牙１の変位Ｘは毒という
値となる（ｋは、ばね２，３のばね定数）。すなわち、
時間的な変動がなくなり、歯牙１が振れ動かなくなるの
で静的変位のみの神経の刺戟となって客痛をやわらげる
こととなる。さて、このとき、パルス切削力波形竿Ｐ＋
者Ｐ ｔｃ 三ｉｎ 打でＯＳｎ のｔ （Ｐ：パルス切削力、ｔｃ：パルス切削力作用時間、Ｔ
：パルス切削力が作用する周期）を作用させると、ｆ／
ｆｎ》１のとき、歯牙１の変位れま羊．毒となって雫欄
豚明ら仰臥湖。

地減少し脳拙い鍬轍砂議大きく なった効果がもたらされる。

すなわち、歯牙１の変位刈ま切削工具７を高速回転のみ
させたときの数Ｘ宅批べて竿と小さくなる画期的効賊も
たらされ疹痛がより少くなる。

すなわち、工具を超音波振動させ、これを回転させて切
削する装置である。この切削工具を超音波振動させ、そ
の振動速度と切削速度との間に関係をもたせることによ
ってえられるパルス切削力波形に対して、歯牙１を超音
波振動させ切削工具は振動速度とは無関係に現在の技術
でなし得るかぎりの高速回転とさせ振動速度を送り速度
との間に関係をもたせ、送り速度を振動速度よりも遅く
することによってパルス切削力波形を発生させることが
でき、歯牙に作用する切削力を激減させることができる
。

次に、ばね定数ｋを極大化することを考える。

それには、隣合っている歯牙を利用して固定してしまう
ブリッジ法が用いられる。これは従来から行なわれてい
る方法である。しかし、この切削工具を使用して歯牙を
切削治療する場合にいちいち、このブリッジ法を利用す
るのは大変面髄なため、実際には用いられておらず患者
に疾病を我慢することが強要されているのが現状である
。

そこで、歯牙の構造特性に注目して、その特性を利用し
て見掛け上、ばね定数ｋを極大化することを考える。

さて・し、まここ１こ、折馬〜：鋼機 動数、ｋ：‘まね定数、ｍ：質量）の関係がある。

質量ｍが一定の歯牙を竜わし、、磁わし、振動子１４と
先端を絞って、切削することを目的とせずに加圧するこ
とを目的として丸味をもたせた形状として振幅拡大用ホ
ームを兼ねた接触子１５によって矢印１７の方向に軽く
加圧して矢印１６の方向に振動数Ｆ、振幅ａ、例えば５
０ｋＨＺ、振幅４仏ｍの微小振幅で超音波振動させると
歯牙はこの振動数、振幅に近い状態で振動し、この関係
式によってわかるようにｍが一定の歯牙の固有振動数の
ｎを見掛け上高くすることに相当してそのばね定数を見
掛け上高めることになる。歯牙１の固有振動数は３００
ＨＺ〜２０００ＨＺ程度である。いま、たとえば歯牙１
の固有振動数を５ｏｏＨＺとすると、聖砦。≦ｌｏｏす
なわち約１００の部まね定数を高めたことになる。実際
には、超音波振動する接触子を歯牙に押しあてて歯牙を
振動させるため接触子の振動数と同一振動数で歯牙が振
動するとは限らないが、接触子の振動数に近い振動数で
振動し、歯牙の見掛け上の固有振動数を高めたことにな
り見掛け上の歯牙のばね定数を歯牙本来のばね定数より
高める。振動方向は歯牙１が振動し易い方向に向って与
える。

すなわち、ぐらぐらと大きく動き易い固有振動数の低い
歯牙１を数一ｍ程度の微少振幅の範囲で超音波振動エネ
ルギーを与えて振動させることによって歯牙１の本釆の
状態におけるばね定数を見掛け上大きくして数ｒｍ程度
の微少振幅の範囲にその変位をとどめられるようにばね
定数を高めることができる。このような超音波域の極め
て高い振動数における振幅３〜４Ａｍ程度の微少変位に
よる神経への刺戟は、塔痛伝達神経系と終端における疹
痛判断機能を含めた全神経系の低い周波数特性では追従
できず、神経系はまった〈感受し得ないのでこのための
疹痛は皆無となる。

この神経系の周波数特性を利用して歯牙を超音波振動さ
せて疹痛を感じさせないようにする方法を歯牙に対する
力学的麻酔法と名付ける。また、一方、歯牙のエナメル
質、象牙質のような脆性材料を超音波振動させると、そ
の振動にともなう応力ひずみが発生して見掛け上磯級的
性質が変位して切削抵抗が約１．５〜３倍程度下る現象
があることを発見した。

したがって、歯牙１を超音波振動させて切削することは
、切削力そのものを軽減させることができる上、ばね定
数を激増させ、歯牙が大きな変位で変動することを防ぎ
、神経の刺戟を少くする効果に加えて、力学的麻酔効果
が加味されて歯牙切削時の疾病を皆無とする画期的効果
が得られることになる。

すなわち、固有振動数の低い歯牙１を図のようにして超
音波振動させると、歯牙１はその振動数で超音波振動し
与えた超音波振動エネルギーによって見掛け上のばね定
数は激増し、この歯牙１を高速回転するダイヤモンドバ
ーで高速切削するとその切削力は激減し、歯牙の振動姿
態をさまたげなくなる。

したがって、歯牙は与えた超音波振動数と微少振動をも
って安定した超音波振動を持続し、この程度の微少振幅
は無視でき、歯牙は不動状態を維持して、神経を大きく
動揺させずに、これにさらに力学的麻酔効果が加味され
、歯牙切削時の疹痛を皆無とする画期的効果が得られる
。その上、患者は治療中顔をそむけることもないので治
療時における安全性が高められるなどの２次的効果も得
られる。次に本 明の実施例を第２図以下に示す。

第２図は縦超音波振動子１４とこの振動子１４の振動数
で共振する長さをもった縦超音波振動ホーン接触子１５
とを利用する場合である。

縦超音波振動子１４は露わいあるし・は磁わし・振動子
を用いる。その振動数は２０ｋ日２以上の超音波城の高
い振動数とする。このような高い振動数とすることによ
って本発明の歯牙振動装置を軽量・小型にすることがで
きる。ホーン接触子１５の材質は一般には金属棒を用い
るが場合によっては弾性変形し易い非金属棒を用いるこ
ともある。

その先端は、歯牙１と接触させて、これを切削すること
なく歯牙１を振動させることを目的とすことから、丸味
を設け、歯牙表面を傷つけないような形状とする。場合
によっては歯牙表面との接触状態を安定させるために面
接鮫させるような曲面形状とすることもある。この先端
接触子１５ｂは切削工具と異り摩耗しないので交換の必
要がなくホーン１５ａと一体で製作することができる。
用途によっては、直径の細いもの、太いものとを用意す
る必要があるときがあるので、このときは、先端接触子
１５ｂをホーン１５ａと別体しておいて、ねじあるいは
テーパ結合して使用する。振動装置の端子１９を超音波
発振機の出力端子に接続すると接触子１５ｂの先端は矢
印１６の方向に超音波振動する。

このホーン１５ａの振動節を利用してグリップ１８をも
うける。そして、このグリップを握ってホーン接触子１
５先端を歯牙１に対して矢印１７の方向に軽く加圧して
歯牙１を振動させ、これを矢印８の方向に高速回転する
ダイヤモンド砥石よりなる切削工具７を利用して切削す
る。歯牙１の前面に金属冠などがかぶされているときな
どでは金属冠を介しての振動駆動は十分でないので冠の
かぶっていない裏面へホーン接触子１５を接触させる必
要が生ずる。

第３図はこのような場合のために考案した装置である。

すなわち、縦超音波振動子１４とこの振動子１４の振動
数で共振する長さをもった縦振動ホーン２０の先端に、
その振動数で曲げ共振する形状の接触子２１をその振動
復において取付けた形状による歯牙振動装置である。接
触子２１の先端の振動復の位置に第２図のホーン接触子
１５の先端形状と同様に丸味をつけた突起部を設ける。

この突起部は矢印１６の方向に超音波振動する。これを
矢印１７の方向に加圧して歯牙１を振動させ、該歯牙１
を高速回転する切削工具７によって切削する。第４図は
縦振動子１４と馨曲した振幅拡大用ホーン接舷子２２と
よりなる歯牙振動装置である。

この装置によって矢印１６の方向に接触子２２の先端が
振動する。これを歯牙１に対して矢印１７の方向に軽く
加圧して歯牙１を振動させ、該歯牙１を高速回転する切
削工具７によって切削する。第５図はねじり振動子２６
とこの振動子２６の振動数で共振する長さをもつたねじ
り超音波振動ホーン２３とねじり振動接触子あるいは曲
げ振動接触子２５とよりなる歯牙振動装置である。振動
装置の端子２８を超音波発振機の出力端子に接続すると
ホーン２３の先端は矢印２４の方向にねじり振動する。
このホーン２３の振動節を利用してグリップ２７をもう
ける。ホーン２３の先端にねじりあるいは曲げ振動接触
子２５を、その振動節を利用して取付ける。このように
して接触子２５の先端を矢印１６の方向に超音波振動さ
せることができる。グリップ２７を握って該接触子２５
の先端を歯牙１に対して矢印１７の方向に軽く加圧して
歯牙１を振動させ、該歯牙１を切削工具７によって切削
する。切削抵抗の軽減効果を確認するために、象牙およ
び抜歯した歯牙を２８ｋＨＺの振動数で超音波振動する
ホーンの先端に接着剤を用いて接着し、ホ−ン先端の振
幅８ムｍ、振動数２８ｋＨＺで象牙および歯牙を超音波
振動させ、これをダイヤモンドバイトあるいはダイヤモ
ンド砥石を用いて定荷重方式で切削してその切削量を比
較してみた。

その結果一定時間内の切削量が象牙あるいは歯牙を超音
波振動させない従来の方法のときの切削量の約２〜６倍
多いことがわかった。このように象牙や歯牙に対して一
定荷重で加圧して切削したときの切削量が多いことはそ
れだけ切削力が小さいことを意味するものであるから、
この方法は象牙や歯牙に対して切削力を軽減させる新し
い技術の１つであることがわかる。そして、従来のエア
ータービンでの高速回転のみによるときは、工具の切れ
味がわずかでも低下すると、患者は不快感，疹楠を感じ
るので、その時点を工具寿命として、工具を交換せざる
を得ないという極めて工具寿命が短い状態であったが、
本発明によると工具寿命は３〜１ぴ部こも延びる効果が
得られ、さらに、切削力波形がパルス状であるように、
歯牙切削時に発生する切削熱の波形もパルス状波形とな
り、力学系での周波数特性と同様に熱伝達系でも周波数
特性が現われて、切削熱による疹痛も激減され、又麻酔
をして切削しなければならない状態の歯牙に対しても、
麻酔を省略することができ、薬物によるショックなどの
理由でこの麻酔が利用できない場合などのときでも、疹
痛や不快感，恐怖感を与えずに切削することができると
いう従来の歯牙切削に対する理論と技術ではなしえなか
った、画期的効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は歯牙と切削工具との振動系をモデル化して示し
た正断面図、第２図乃至第４図は本発明の第１乃至第３
実施例の正断面図である。 第５図は本発明の第４実施例を示し、Ａは正断面図、Ｂ
は平面図である。１・・・歯牙、７・・・切削工具、１
４・・・縦超音波振動子、１５・・・ホーン振動子、１
５ａ，２０，２３．．・ホーン、１５ｂ，２１，２２，
２５・・・接触子。 第２図第４図 第１図 第３図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 切削しようとする歯牙に超音波振動を伝達する部材
   を先端に有する超音波振動装置と高速回転の先端チツプ
   を有する切削工具とからなる歯牙切削装置。