JPS6058853B2 - 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疼痛や不快感、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てある
。

疼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、歯牙の動的変動を
なくし、止むを得ない場合には麻酔注射あるいは笑気麻
酔することがその疼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
る従来の麻酔が利用できない場合が最近非常に多くなつ
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、恐怖感や疼痛を惑じさせずに治療するのが
理想である。 本発明は永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。 １）の歯牙の固定に際しては従来か
ら行なわれてきたようなブリッジ法による物理的な手法
がとられることは周知のところであるが、本発明ではブ
リッジという具体的な器具を使用せずに後述する理由に
よつてばね定数を極大化して見掛け上固定するところに
特長がある。

２）の切削力の軽減について説明する。

この切削力の軽減のためにとられてきた従来の方法は、
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３０五目の回転数をさらに高速化すれ
は合印こおける切削力よりもさらにその切削力が軽減す
る効果がもたらされることが考えられるが、今日の技術
をもつてしては３０万回転程度が限界のようである。
第１図は、この高速切削および振動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およびグツシ
ユポツト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をまず、矢印８の方向に高速回転
させて切削する場合を考える。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胞
の変動を感受する神経を含めて、これを支えるばね９、
１０およびダツシユポツト１１、１２によつて、その動
的変位が決つて、これが疼痛となつて感知されるものと
考えられる。すなわち、この疼痛伝達系と終端における
疼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、まず、歯牙切削時
の歯牙１の動的挙動が少なければ疼痛が軽減されること
がわかる。

高速回転させたときの切削力波形はＰ＋Ｐｓｉｎωｔで
表わされる（Ｐ：静的切削力，ｐ：動的切削力，ω：切
削力波形の角速度）。

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
、３０万回転する切削工具７の切削力波形の振動数ｆ（
ｆ＝ｉν）に比べると、極めて低いので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Ｐとい
う値となる（ｋ：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つて疼痛をやわらげる
ことになる。さて、次に、切削工具を矢印２０の方向に
ねじり超音波振動あるいは矢印２１の方向に縦超音波振
動させて、かつこれを矢印８の方向に回転させてえられ
るパルス切削力波形（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／Ｆ．．〉１のとき、歯牙１の変位置
Ｐｘ″は予・ｋとなつてｌ？の関係で明らかなように
見掛け上は、ばね定数ｋが閥倍大きくなつた効果がもた
らされる。

すなわち、歯牙１の変位Ｘ″は切削工具７を高速回転の
みさせたときの変位ｘ＝■に比べて♀と小さくなる画期
的効果がもたらされ疼痛がより少くなる。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。これによつて歯牙に作用する切削力を激減させる
・ことができる。さて、次にはね定数の極大化のための
具体的方法について考える。

いまここに、ω。＝Ｊ？（ωｎ：角固有振動数，ｋ：ば
ね定数，ｍ：質量）の関係がある。質量ｍが一定の歯牙
を電わい，磁わい振動子１４と先端を絞つて、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
たせた形状とした振幅拡大用ホーンを兼ねた接触子１５
によつて矢印１７の方向に軽く加圧して矢印１６の方向
に振動数Ｆ１振幅Ａ、例えば５０ｋＨｚ１振幅４μｍ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、この関フ係式によつてわかるよう
にｍが一定の歯牙の固有振動数ω。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たことにな
る。歯牙１の固有振動数は３００Ｈｚ〜２０００Ｈｚ程
度である。いま、たとえば歯牙１の固有振動数を５００
Ｈｚとする７と、］面Ｙ−１００、すなわち約１０００
０ｆ８ば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て歯牙が振動するとはノ
限らないが、接触子の振動数に近い振動数で振動し、歯
牙の見掛上の固有振動数を高めたことになり見掛上の歯
牙のはね定数を歯牙本来のばね定数より高める。このよ
うな超音波域の極めて高い振動数における振幅３〜４μ
ｍ程度の微小変位による神経への刺戟は疼痛伝達神経系
と終端における疼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、神経系はまつたく感受し得な
いのでこのための疼痛は皆無となる。

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
せて疼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。前述のパルス切削力波形によ
るときの閥は大体３〜１咽度であつたため、ばね定数は
３〜１咋程度であつたが、この歯牙を直接振動させる方
法によると実に１００００近い値に高めることができる
。

すなわち、大きくぐらくらと動き易い歯牙を数μｍ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。振動方向は歯牙１が振動し
易い方向に向つて与える。このようにすると、歯牙１の
その状態におけるばね定数が見掛け上大きくなつたばね
定数Ｋとなる。したがつて歯牙１の変位Ｘ″はνとなつ
て、この場合の切削力が仮に他の方法の場合の切削力と
同一てあるとしても歯牙１の変位Ｘ″は極めて小さい値
となつて変位するので神経６を刺戟しないことになる。
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
生して見掛け上機械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。このよう
な状態になつている歯牙１に対して前記した縦超音波振
動あるいはねじり超音波振動するダイヤモンドパーによ
るパルス切削力波形を作用させて切削すると切削力は激
減し、見掛け上のはね定数を激増させるので歯牙は超音
波振動エネルギーによつて与えられた超音波振動数と微
小振幅をもつて安定した超音波振動を持続し、これに力
学的麻酔効果が加味されて、歯牙切削時の疼痛を皆無と
する画期的効果が得られる。

次に本発明の各実施例を第２図以下に示す。

第２図は本発明の第１実施例て縦超音波振動子１４とこ
の振動子１４の振動数で共振する長さをもつた縦超音波
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は電わいあるいは磁わい振動子を用いる。
その振動数は２０ｋＨｚ以上の超音波域の高い振動数と
する。このような高い振動数とすることによつて本発明
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
によつ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ることから、丸
味を設け、歯牙表面を傷つけないような形状とする。場
合によつては歯牙表面との接触状態を安定させるために
面接触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
。用途によつては、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と別体にしておいて、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、このグリップを握つてホーン接触子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２０あるいは矢印２１の
方向に超音波振動し、かつ、矢印８の方向に回転する切
削工具７を利用して切削する。第３図は本発明の第２実
施例で切削工具であるバーを超音波縦あるいはねじり振
動させ、かつ回転させる装置である。

図はねじり振動の場合について説明するものである。固
有振動数ｆの電わいねじり振動子２２を用い、これをこ
のｆの振動数で１波長の長さをもつて共振する回転主軸
２３とねじ結合する。回転主軸２３の２の振動節にまた
がるスリーブ２４を設け、そのスリーブの両端を本体２
７に固定した軸受２５，２６によつて支え、ねじり超音
波振動する回転主軸２３をその振動姿態をさまたげるこ
となく振れなく回転させることができるようにする。主
軸２３の先端には可撓線２８を結合する。

この可撓線の長さは振動数ｆをもつて共振するｎ波長の
長さとして、その先端にはねじを設け、切削工具である
バーをねじ結合する。そして、可撓線２８に生する振動
節の位置に軸受２９，３０，３１・・を設け、これらの
軸受を可撓管３２に固定し、ねじり振動しかつ回転する
可撓線２８を支持し、これを円滑に回転させる。可撓管
３２の一端は本体２７に取付けて、他端を握つてバー先
端がノ自由自在に希望の治療患部に移動できるようにす
る。一方、スリーブ２４の一端にはスリップリング３２
，３３を設けて、固定フラッシュ３４および３５を接触
させる。

超音波発振機の出力端子と７Ａ，Ｂ端子とを結線して、
励振電圧を与えると先端切削工具バー７は矢印２０の方
向に超音波ねじり振動する。これをベルト３６を利用し
て、ねじり振動する切削工具バー７を矢印８の方向に回
転させる。このようにして、第１実施例で説明したフ装
置によつて矢印１６の方向に超音波振動する歯牙１に対
してパルス切削力波形を作用させて切削することができ
、本発明が実施される。いま、ねじり振動の場合、振動
数ｆ＝５０ｋＨｚ，振幅ａ＝１２μｍとすれば、パルス
切削力波形が作用させられる切削速度の最高値ν。

は２２５ｍ／Ｍｉｎとなる。常用する切削速度υｃ／２
程度までであるのでその切削速度は約１００ｒｎ／Ｍｉ
ｎとなる。直径１朗のバーを使用するとして約毎分３万
回転程度となる。この程度の回転数までパルス切削力波
形を作用させて歯牙に作用する切削力を激減させること
ができる。また、縦振動の場合についても振動数ｆ＝５
０ｋＨｚ，振幅ａ＝７μｍとすれば、直径１ｍのバーに
ついて低速回転から約毎分５〜６万回転程度の回転数ま
でパルス切削力波形を作用させることができる。

剛性を有する可撓軸２８を支持するのに数個の軸受を利
用している。この軸受には回転速度特性があつて、無暗
に高速回転ができない。また、動的バランスの影響もあ
るのでこれを考慮して回転数を選定せねばならない。本
発明での切削工具パーの回転数は毎分１万〜５万回転程
度が適当てある。従来の空気タービンの回転数は約毎分
３０万回転てある。切削温度は回転数に比例して上昇す
る。切削温度の上昇は切削工具バーの工具寿命を低下さ
せる。本発明の回転数はその約１１５以下であり、しか
も、パルス状の切削力波形であるために切削温度もパル
ス状に発生し、平均切削温度はほとんどゼロに等しくな
る。すなわち、口腔内温度；と等しい状態で切削するこ
とができ、本発明によつて工具寿命を約３〜１Ｃ＠にも
延ばし、切削熱による疼痛を激減させる効果がもたらさ
れる。歯牙切削時の疼痛は、歯牙の固定、切削力の軽減
および麻酔の利用によつて軽減される。本発明の実施に
よつて、歯牙は不動化され、切削力は軽減され、疼痛伝
達系の周波数特性を利用した力学的麻酔効果が発揮され
、従来麻酔注射，笑気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疼
痛や不快感，恐怖惑を与えずに切削治療することができ
る。特に薬物によるショックなどの理由て麻酔が利用で
きない場合の切削治療に際しては特効的効果を発揮する
。実施効果例を次にあける。

歯牙を振動数６５ｋＨｚ，振幅４μｍて振動させ、切削
工具バーを振動数５０ｋＨｚ，振幅１２μｍでねじり振
動させ、これを毎分１万回転て回転させて、象牙質知覚
過敏症の歯牙に対して患者に全く疼痛を与えずに理想的
な窩洞形成ができた。

また、カリエス３度の急性歯髄炎の歯牙に対して患者に
全く疼痛を与えずに歯髄の天蓋まで切削することができ
た。これらを麻酔をせずに、患者にいつ治療が終つたの
かわからない状態で治療し終えるという画期的成果をあ
げることができた。

【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図は本発明の第１実施例正断面図、第
３図は本発明の第２実施例正断面図である。 １・・・・・・歯牙、７・・・・・・切削工具、１４・
・・・・・縦超音波振動子、２２・・・・・・電わいね
じり振動子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波ねじりあるいは縦振動して、かつ回転する切
   削工具とそれ自体は切削機能を持たない超音波振動装置
   とからなり、前記超音波振動装置は、前記切削工具によ
   り切削中の歯牙に対してさらに超音波振動を与えること
   を特徴とする歯牙切削装置。