JPS6122572Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はロータの回転数を設定値に保つように
した歯科用ハンドピースの回転数制御装置に関す
るものである。

歯科治療に用いられている切削用のハンドピー
スはヘツド部に取付けた工具を高速回転させてい
るが、負荷時には回転数がかなり低下するのが普
通である。この負荷時の回転数を知ることは、適
切な治療を行なうために望ましいことであり、ま
た臨床実験などにも有効であるほか、回転数を一
定に保つような制御を行なう場合などにも必要と
なる。このため、マイクロモータ駆動式のハンド
ピースにおいては、モータの電圧や電流によつて
回転数を検出し、回転数の表示や制御に利用する
ことが試みられているが、これは電圧や電流など
で間接的に回転数を知るものであつて誤差の多い
ものであり、またエアー駆動式のものにおいて
は、電気式のように間接的に回転数を知ることが
できないためほとんどの場合負荷時の実際の回転
数が全く不明であり、いずれにしても回転数の適
切な制御を行なうことは困難であつた。

これを解決するために、エアー駆動式のハンド
ピースにおいて、継手装置内の排気通路に振動検
出装置を設けて回転数を検出し（特開昭54−
27294号公報参照）、あるいはエアータービンの回
転軸の周面を磁化し、これと対向する位置に磁気
抵抗素子を配設して磁気的に回転数を検出し（特
開昭54−51300号公報参照）、検出結果をフイード
バツクして回転数を制御することが提案されてい
る。しかしながら、前者は振動検出装置の構造が
複雑であるとともに、振動によつてエアータービ
ンの回転数を間接的に検出するものであつて信頼
性が低く、また後者は軸受や周辺の部材を非磁性
材料で構成する必要があつたり、切削工具を保持
する超剛製のロータを磁化するか、このロータに
回転振れが出ないように真円度を高く保つて磁石
を取着しなければならないため設計に際して制約
を受けるとともに、構造が複雑になりやすいとい
う問題点がある。

本考案はこれらの問題点を解決し、ロータの回
転数を正確に検出して制御部にフイードバツクす
ることによりロータ回転数を設定値に保つ歯科用
ハンドピースの回転数制御装置を提供することを
目的としてなされたものである。すなわち本考案
は、歯科用ハンドピースのヘツド内部でエアーに
より駆動する羽根車の上下をエアー軸受またはボ
ールベアリング軸受により回転自在に軸支された
工具取付け用のロータ軸の下部外周面に設けられ
た断続反射面と、ハンドピース内部に設けられた
グラスフアイバを介してハンドピース内部または
外部に設けられた光源から送られる光線を前記断
続反射面に当てる発光部と、前記断続反射面から
の反射光を受光してハンドピース内部に設けられ
たグラスフアイバを介して制御部に送るハンドピ
ース内部又は外部に設けられた受光部とからなる
非接触式の回転数検出器をハンドピースに設ける
とともに、前記回転数検出器により検出されたロ
ータ回転数と予め設定されたロータ回転数とを比
較回路により比較し、両者の差をなくすようにパ
ルスモータを駆動し、このパルスモータがハンド
ピースの駆動エアーの圧力調整弁を操作すること
によりロータ回転数を設定された値に保つ歯科用
ハンドピースの回転数制御装置にある。

以下、本考案をエアー駆動式ハンドピースの場
合の実施例について説明する。まず、ハンドピー
スに内蔵された回転数検出器について説明すれ
ば、第１図は従来より周知のエアー駆動、エアー
軸受タイプのハンドピースにおける例であり、１
はハンドピース、２はヘツド、３はロータ軸７′
に圧入されたフロントガイド、４はロータ軸７′
の羽根車、５は羽根車４及び軸受部にエアーを供
給するノズル、６は水ノズルである。ロータ軸
７′の先端のロータ軸先端部７には工具着脱のた
めに面取り８を両側に形成し、この面取り８に接
近して端末が位置するように光伝送用の２本のグ
ラスフアイバ９，１０が配設されている。このグ
ラスフアイバ９，１０は真鋳製等のヘツド２に埋
込まれたステンレス製の保護チユーブ１１，１２
内に収納されている。ロータ軸先端部７は円周の
２個所が面取り８で切欠かれて不連続となつてお
り、面取り８以外の円周面の反射率を面取り８よ
りも高くして円周全体、すなわち、図示のように
ロータ軸７′下部外周面断続反射面１３を形成し
てある。一方、グラスフアイバ９，１０は第２図
ａに示すようにハンドピース１より導出され、グ
ラスフアイバ９は連続光を発生する白熱電球や発
光ダイオードのような発光素子１４に、またグラ
スフアイバ１０はフオトトランジスタのような受
光素子１５にそれぞれ接続されるものであり、グ
ラスフアイバ９の端末は発光部１６となり、グラ
スフアイバ１０の端末は受光部１７となつてい
る。すなわち、本実施例ではロータ軸先端部７の
円周に設けた断続反射面１３と、グラスフアイバ
９，１０の発光部１６及び受光部１７とで非接触
式の回転数検出器１８を構成しているのであり、
ロータ軸７′の回転に応じて１回転当り２個のパ
ルス状の光信号が受光部１７に入り、受光素子１
５において電気信号に変換される。なお、第２図
ｂに示すように、発光素子１４または受光素子１
５の一方あるいは両方をハンドピース１内に設け
てもよい。こうして得られた電気信号はロータ軸
７′の回転数に正確に対応したものとなつている
ので、この信号を後述するように制御部に送り、
電気的に処理して回転数を制御するのである。従
つて電圧や電流あるいは振動を介して間接的に回
転数を検出する場合に比べて回転数の検出精度は
大幅に向上し、より適切な制御が可能となるので
ある。

第３図は従来より周知のエアー駆動、ボールベ
アリング軸受タイプのハンドピースにおける回転
数検出器の例であるが、第１図に示したものと基
本的な構成は変らないので同一部分を同一符号で
表わし、詳細な説明を省略する。

以上の例では、断続反射面１３をロータ軸先端
部７の２個の面取り８を利用して形成している
が、第４図のように円筒状の円周面の一部に反射
率の異なる部分１９を形成したものとすることも
でき、その個数も１個から複数個まで任意に選定
できる。

また断続反射面１３は羽根車４の先端部分に設
けることができる。すなわち、第５図のように羽
根車の凹凸を利用して羽根の先端の円筒面部分を
断続反射面１３としたものであり、この場合には
ロータ軸７′の１回転ごとに羽根の枚数に等しい
パルス状の光信号が受光部１７に入力されること
になる。なお、ハンドピースにはヘツドに照明装
置を設け、照明用の光をグラスフアイバで伝送す
るようにしたものであり、照明用グラスフアイバ
は伝送量を大きくするためにかなり太いものが用
いられているが、上述の各例におけるグラスフア
イバ９，１０は信号の伝送が可能であればよいの
で、照明用よりもかなり細いものでよい。また発
光素子１４から光を伝送するグラスフアイバ９を
別途に設けず、照明用のものを利用するようにす
ることも可能である。

次に、回転数検出器１８によつて得られた検出
信号の電気的な処理と、これによる回転数制御に
ついて述べる。第６図は本実施例のブロツク図で
あり、第７図はそのタイミングチヤートである。
３１は発光素子１４によりハンドピース１に連続
光を供給する光源、３２はハンドピース１の回転
数検出器１８からの断続光を受光素子１５により
電気信号に変換する光電変換部であり、光電変換
部３２の出力信号は回転数検出器１８からの断続
光と同じ周波数を持つた第７図のａの信号とな
る。この出力信号ａはAC増幅回路３３で増幅さ
れて第７図のｂの波形となり、波形整形回路３４
で第７図のｃに示す矩形波に変換される。一方、
回転数設定回路３５は目標とする回転数に相当す
る周波数のパルス波ｄ（第７図の波形ｄ）を発生
しており、矩波形ｃとパルス波ｄはタイミング信
号発生回路３６によつて作られる第７図のｅに示
すゲートパルスにより、それぞれ第７図のc′及び
d′の波形に変換されてカウンターラツチ回路Ａ３
７とカウンターラツチ回路Ｂ３８に入力される。
これにより、カウンターラツチ回路Ａ３７にはハ
ンドピースのロータ回転数が、カウンターラツチ
回路Ｂ３８には設定回転数がそれぞれ入力された
ことになる。次に、タイミング信号発生回路３６
からのラツチパルスｆ（第７図の波形ｆ）によつ
て、各カウンターラツチ回路３７，３８の内容が
回転数表示回路３９及び設定回転数表示回路４０
に出力されてそれぞれデイジタル表示が行なわれ
ると同時に、比較回路４１によつて実際の回転数
と設定回転数の大小を比較し、加圧減圧判定回路
４２が加圧か減圧かの指令をロータ駆動部４３に
送る。また、ラツチパルスｆによつてカウンター
ラツチ回路Ｂ３８の内容が演算回路４４にプリセ
ツトされる。演算回路４４はアツプダウンカウン
ターにより構成されていて、ラツチパルスｆによ
つてダウンカウントモードになつている。次に第
７図のｇに示す演算パルスによつて、パルス
c″（第７図の波形c″）すなわち回転数を表わすパ
ルスが演算回路４４のクロツク端子に入力され、
カウンターの内容がカウントダウンされる。ここ
でパルスd′とパルスc″の大小関係がd′＞c″の場合
にはカウンターに残つた内容はd′−c″となり、ま
たd′＜c″の場合にはカウンターの内容は一度零と
なり、キヤリーアウト信号によりフリツプフロツ
プの出力が反転してカウンターはアツプカウント
モードになり、残りのパルスでカウントアップす
るように構成してある。従つて、この時のカウン
ターの内容はc″−d′となり、いずれの場合にもカ
ウンターで｜d′−c″｜の値が求められる。次に第
７図のｈに示すラツチパルスによつて、演算回路
４４の内容がラツチ回路４５を経てＤ−Ａ変換回
路４６に出力される。Ｄ−Ａ変換回路４６はラダ
ー抵抗よりなるもので、ラツチ回路４５からの信
号をアナログ量に変換してその出力をＶ−Ｆ変換
回路４７に送り込み、Ｖ−Ｆ変換回路４７によつ
て入力信号に比例した周波数のパルスが加圧減圧
判定回路４２に出力される。ロータ駆動部４３は
パルスモータ駆動回路４８、パルスモータ４９、
圧力調節弁５０からなるものであり、加圧減圧判
定回路４２からの加圧あるいは減圧の指令と｜
d′−c″｜に比例した出力電圧によつてパルスモー
タ駆動回路４８がパルスモータ４９を駆動し、パ
ルスモータ４９が圧力調節弁５０を操作するよう
になつている。すなわちハンドピースのロータに
かかる負荷が大きくなつて実際の回転数が設定回
転数よりも低くなると、圧力調節弁５０が加圧方
向に調節されて駆動用のエアー圧力を高くし、回
転数が設定回転数より高くなると、圧力調節弁５
０は減圧方向に調節されてエアー圧力を低くし、
実際の回転数が設定回転数に一致するように自動
的に制御されるのであり、また回転数と設定回転
数との差が大きいほどパルスモータ４９は早く回
転し、速やかに回転数を設定値に回復させて、ロ
ータ回転数を常に一定に保つように作動する。第
７図のｉはタイミング信号発生回路３６からのリ
セツト信号であり、リセツト信号ｉによつて各カ
ウンターラツチ回路３７，３８はリセツトされ、
再び次のゲートパルスｅによつて上記の動作が繰
返される。こうして一定の周期で小刻みに回転数
の比較と修正が行なわれるのであり、この比較と
修正が行なわれる周期は、タイミング信号発生回
路３６内で発生している制御パルスｊ（第７図の
波形ｊ）によつて決定され、制御パルスｊの周期
を変えることによつて調整することができる。

第８図は圧力調節弁５０として用いられる可変
式減圧弁の一例を示すもので、バルブ本体６１の
内部に設けられた弁６２によつて接手６３，６４
間が開閉される構造となつている。弁６２の両側
には圧縮スプリング６５，６６が設けられ、接手
６３からのエアーの供給圧力が高くなると、その
圧力とスプリング６５との合力がスプリング６６
の力より大きくなつて弁６２が上昇して接手６
３，６４間が遮断され、遮断されると弁２と一体
になつたビストン６７に働く力が小さくなつて弁
２が降下して接手６３，６４間が開くという動作
が細かく繰返され、接手６４から供給されるエア
ー圧力はほぼ一定に保たれる。一方、スプリング
６６の上端を支えるねじ軸６８はカツプリング６
９を介して伝達軸７０に連結されており、パルス
モータ４９の作動に応じて伝達軸７０が回転して
ねじ軸６８が上下動し、スプリング６６の圧縮力
を変えることによつて接手６４から供給するエア
ー圧力が調整される。こうして、前述したような
制御が行なわれるのである。

第９図は第８図に示した圧力調節弁５０を用い
たエアー管路の一例であり、８１はエアー源、８
２はストツプバルブ、８８はフイルター及びエア
ー内の水を除去するためのオートドレイン、８４
はエアー源１の圧力を減圧して一定に保つ減圧弁
であり、減圧弁８４によつてハンドピース１に供
給される最高圧力が決定される。８５はエアー内
のごみを除去するためのコツトンフイルター、８
７はハンドピース１に供給されるエアー流量を決
定する絞り弁、８８はエアー管路のオン・オフを
制御する電磁弁である。圧力調節弁５０はコツト
ンフイルター８５と絞り弁８７の間に挿入されて
おり、前述したような作動によつてハンドピース
１に供給されるエアー圧力を調整してロータ回転
数を制御するのである。

以上述べたように、本考案は、ロータ軸に設け
た断続反射面とこれに対応した発光部及び受光部
からなる回転数検出器をヘツド内に設けてグラス
フアイバを介して光線の送受信を行ない、その検
出信号を制御部で電気的に処理してロータ回転数
を設定値に保つようにしたものであり、電圧、電
流、振動等によつて間接的に回転数を検出するも
のと異なつてロータの回転数を直接検出すること
ができるので、回転数の制御を正確且つ的確に行
なうことが可能となり、また磁気を利用して検出
する場合のような軸受等の材質や構造に対する制
約がなく、しかもグラスフアイバを利用して光の
送受信を行なつているためロータに接近した位置
に発光部と受光部を配置することが容易で、ハン
ドピースの構造が簡単になる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図はいずれも本考案の実施例に
おける回転数検出器を示すものであり、第１図
ａ，ｂはエアー軸受タイプのハンドピースの要部
の側断面図及び底面図、第２図ａ，ｂは接続状況
を示す側面図、第８図ａ，ｂはボールベアリング
軸受タイプのハンドピースの要部の側断面図及び
底面図、第４図ａ，ｂは他の変形例の要部の側面
図及び斜視図、第５図は更に他の変形例の要部の
斜視図、第６図は別の実施例の要部の斜視図であ
る。第６図は本考案の回転数制御装置の一実施例
のブロツク図、第７図は同上のタイミングチヤー
ト図、第８図は同実施例における圧力調節弁の一
部破断側面図、第９図は同上におけるエアー管路
図である。 符号の説明、１……ハンドピース、２……ヘツ
ド、７′……ロータ軸、９，１０……グラスフア
イバ、１３……断続反射面、１６……発光部、１
７……受光部、１８……回転数検出器、３１……
光源、４１……比較回路、４３……ロータ駆動
部、５０……圧力調節弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 歯科用ハンドピースのヘツド内部でエアーによ
   り駆動する羽根車の上下をエアー軸受またはボー
   ルベアリング軸受により回転自在に軸支された工
   具取付け用のロータ軸の下部外周面に設けられた
   断続反射面と、ハンドピース内部に設けられたグ
   ラスフアイバを介してハンドピース内部または外
   部に設けられた光源から送られる光線を前記断続
   反射面に当てる発光部と、前記断続反射面からの
   反射光を受光してハンドピース内部に設けられた
   グラスフアイバを介して制御部に送るハンドピー
   ス内部又は外部に設けられた受光部とからなる非
   接触式の回転数検出器をハンドピースに設けると
   ともに、前記回転数検出器により検出されたロー
   タ回転数と予め設定されたロータ回転数とを比較
   回路により比較し、両者の差をなくすようにパル
   スモータを駆動し、このパルスモータがハンドピ
   ースの駆動エアーの圧力調整弁を操作することに
   よりロータ回転数を設定された値に保つ歯科用ハ
   ンドピースの回転数制御装置。