WO2011052034A1

WO2011052034A1 - ハンドピースの治療用工具把持装置

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Publication number: WO2011052034A1
Application number: PCT/JP2009/068388
Authority: WO
Inventors: 邦司相馬
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Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-05-05
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Abstract

　ハンドピースの治療用工具把持装置に関し、治療用工具を強固に把持しつつ、高い振動吸収性を実現することのできるハンドピースの治療用工具把持装置を提供する。　回転自在に配設されたスピンドル１８と、スピンドル１８の内部に配設されて該スピンドル１８と一体に回転するコイルスプリング２８と、を有し、スピンドル１８の先端からコイルスプリング２８の内部に挿入された治療用工具を、該コイルスプリング２８の把持部の内径面で把持するハンドピースの治療用工具把持装置において、コイルスプリング２８は、固有振動数が不定となるように形成されている。好ましくは、コイルスプリング２８は、その中央の領域に把持部２８１を有し、該把持部２８１の内径は他の部位のそれよりも小さく形成されている。

Description

ハンドピースの治療用工具把持装置

　この発明は、医科あるいは歯科で用いられるハンドピースの治療用工具を把持する装置の構造に関する。

　医科あるいは歯科で用いられるハンドピースは、治療目的、治療部位、あるいは治療方法などによって、治療用工具を高速回転させるものから往復運動や振動させるものまで多種に亘っている。また、その治療用工具の種類も豊富に用意されている。これらの治療用工具は、ハンドピースの把持装置（チャック）によって着脱可能に装着されており、容易に交換できる構造を有している。したがって、医科歯科用ハンドピースの治療用工具を把持するチャック構造においては、治療用工具をいかなる条件下でも強固に把持する性能と耐久性、信頼性が要求される。また、ハンドピースのヘッド部は、治療操作がし易いように、極力小型であることが要求される。更に、医科歯科用ハンドピースに欠かすことのできない性能として、耐薬品性、耐オートクレーブ性、および耐食性も配慮されている。
　

　この点、例えば、日本特開昭６０－９０６０９号公報には、コイルスプリング状の絞止体を用いて治療用工具を把持するハンドピースのチャック構造が提案されている。このチャック構造は、より具体的には、コイルスプリング状の絞止体を備えている。そして、該絞止体を巻き方向と反対方向へねじることにより、該絞止体の内径を開いて、治療用工具の取り付けを可能にし、かつ該絞止体の復元力によって治療用工具を把持する仕組みになっている。このようなハンドピースのチャック構造によれば、コイルスプリングの小さな容積によって、治療用工具を効果的に強固に把持することができる。しかしながら、その反面、治療時に治療用工具によって捲起される振動が該コイルスプリングに伝わり、共振して異常振動を誘発してしまうことがある。この場合、コイルスプリングの絞止体としてのチャック力が弱まり、正確な治療の遂行を損なうばかりか、強いては治療用工具がハンドピースから抜け出るような不安全な状態に至ることがあった。

日本特開昭６０－９０６０９号公報日本特開昭５９－５１８４６号公報日本実開昭６１－３９５２０号公報

　上述した従来のチャック構造は、熟者が種々の治療用工具を用いて治療している最中に該治療用工具によってもたらされる様々な振動が、コイルスプリング状の絞止体に伝わる。この絞止体としてのコイルスプリングは固有振動数が一定であるため、かかる振動が共振して増幅してしまうおそれがある。この場合、絞止体の把持力低下を招き、治療用工具が治療中にスリップやとび跳ねを起こし、意図したような治療ができないばかりか、ハンドピースから該治療用工具が抜け出すなどの不安全さがあった。このことは、上述したコイルスプリング状の絞止体を利用したチャック構造に限らず、ハンドピースの治療用工具把持装置として主力をなしている円筒形状の弾性スパンを利用したチャック構造にも共通した課題である。

　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ハンドピースに治療用工具を容易に着脱でき、かつ該治療用工具を強固に把持しつつ、高い振動吸収性を実現することのできるハンドピースの治療用工具把持装置を提供することを目的とする。

　第１の発明は、上記の目的を達成するため、回転自在に配設されたスピンドルと、前記スピンドルの内部に配設されて該スピンドルと一体に回転するコイルスプリングと、を有し、前記スピンドルの先端から前記コイルスプリングの内部に挿入された治療用工具を、該コイルスプリングの把持部の内径面で把持するハンドピースの治療用工具把持装置において、
　前記コイルスプリングは、固有振動数が不定であることを特徴とする。

　また、第２の発明は、第１の発明において、
　前記コイルスプリングは、その一部の領域に前記把持部を有し、前記把持部の内径は、他の領域のそれよりも小さいことを特徴とする。

　また、第３の発明は、第２の発明において、
　前記コイルスプリングは、その中央の領域に前記把持部を有していることを特徴とする。

　また、第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
　前記コイルスプリングは、ピッチ角が一定でないことを特徴とする。

　また、第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
　前記スピンドルの後端部と前記コイルスプリングとの間に配設された押圧部材を有し、前記スピンドルの後端側から前記押圧部材を押圧することにより、前記コイルスプリングを圧縮させる圧縮機構を更に備え、
　前記把持部の内径は、前記圧縮機構が動作していない状態では前記治療用工具の外形よりも小さく、前記圧縮機構が動作している状態では前記治療用工具の外形よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする。

　また、第６の発明は、第５の発明において、
　前記把持部の内径部には、前記圧縮機構が動作している状態において前記治療用工具の外形面に沿った面となる研削面が形成されていることを特徴とする。

　また、第７の発明は、第５または第６の発明において、
　前記コイルスプリングは、その一部の領域に前記把持部を有し、前記把持部のピッチ角は、他の領域のそれよりも大きいことを特徴とする。

　また、第８の発明は、第５乃至第７の何れか１つの発明において、
　前記コイルスプリングは、前記圧縮機構が動作していない状態において、所定の与圧が付勢されていることを特徴とする。

　第１の発明によれば、治療用工具は、固有振動数が不定のコイルスプリングによって把持される。このため、本発明によれば、該コイルスプリングが特定の振動を受けて共振してしまう事態を回避することができるので、高い振動吸収性能と安定した把持性能とを実現することができる。

　第２の発明によれば、コイルスプリングの把持部のコイル内径が他の領域のそれよりも小さい。このため、本発明によれば、該把持部によって治療用工具を強固に把持することができる。また、当該コイルスプリングは、その領域によってコイル内径が異なる。このため、本発明によれば、バネ定数を有効に非線形にして固有振動数を不定にすることができる。

　第３の発明によれば、コイルスプリングは、その中央の領域がくびれた鼓型の形状を有している。このため、本発明によれば、該コイルスプリングのバネ定数を有効に非線形にして固有振動数を不定にすることができる。

　第４の発明によれば、ピッチ角が一定でないコイルスプリングが使用される。このため、本発明によれば、該コイルスプリングのバネ定数を有効に非線形にして固有振動数を不定にすることができる。

　コイルスプリングが圧縮されると、該コイルスプリングの内径は大きくなる。第５の発明によれば、圧縮機構によりコイルスプリングが圧縮されると、把持部の内径が一時的に治療用工具の外径よりも大きくなる。この状態で該治療用工具をコイルスプリング内に挿入し圧縮を開放すると、把持部の内径が該治療用工具の外径よりも小さくなろうとして該治療用工具が固く締め上げられる。このため、本発明によれば、簡易な構成で治療用工具の着脱ができるとともに、強固な把持力を得ることができる。

　第６の発明によれば、把持部の内径部には、圧縮機構によって把持部を圧縮させた場合に、治療用工具の外形面に沿った面となる研削面が形成されている。このため、本発明によれば、圧縮時と通常時の内径差を該研削面がない場合に比して大きくすることができるので、治療用工具をより強固に把持することができる。また、治療用工具は該研削面のエッジ部で締め付けられて把持されるので、更なる把持力を奏することもできる。また、コイルスプリングの研削面は、把持部を圧縮させた状態において、該治療用工具の外形面に沿って形成されるため、コイルスプリングの内径の製品誤差を許容することができる。

　第７の発明によれば、把持部のピッチ角は他の領域よりも大きく形成されている。このため、本発明によれば、スプリングの圧縮時における把持部の内径の拡大量を効果的に増大させることができる。

　第８の発明によれば、前記コイルスプリングには所定の与圧が付勢されているので、該コイルスプリングのピッチ角は小さくなっている。このため、治療時に治療用工具から入力された振動がコイルスプリングへ伝達されると、該コイルスプリングが振動によって不規則に密着、離反を繰り返しやすくなる。これにより、固有振動数を著しく変化させることができるので、この制振作用によって共振を抑制してスムースな治療を行うことができる。

本発明の実施の形態１に用いられる医科歯科用ハンドピースのヘッド部分の断面を示す図である。本発明の実施の形態１に用いられる医科歯科用ハンドピースにおいて、プッシュボタン３２が押圧された状態を示す断面図である。本実施の形態１のコイルスプリング２８の構成を詳細に説明するための図である。本実施の形態２の治療用工具把持装置で使用されるコイルスプリング２８の構造を説明するための図である。図４において円形で囲まれたコイルスプリング２８の把持部２８１の一部を軸方向に切断した断面を示す図である。

　以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
　図１は、本発明の実施の形態１に用いられる医科歯科用ハンドピースのヘッド部分の断面を示す図である。尚、本実施の形態１の医科歯科用ハンドピースは、圧縮空気の供給を受けて回転駆動するエアタービン式のハンドピースとして構成されている。図１に示すとおり、ハンドピースのヘッド部１０は、ヘッドハウジング１２を備えている。ヘッドハウジング１２は、ハンドピースのグリップ部（図示せず）に接続されており、該グリップ部の内部を通じて、該ヘッドハウジング１２内に圧縮空気が導入される仕組みになっている。尚、圧縮空気の導入および排出に関する構造は、本発明の主要部ではなく、また公知の構造であるため、その詳細な説明を省略する。

　ヘッドハウジング１２内には、カートリッジ１４が収納されている。カートリッジ１４は、ヘッドハウジング１２に螺合されたヘッドキャップ１６を取り外すことにより、簡易に着脱できる仕組みになっている。以下、カートリッジ１４の内部構成について詳細に説明する。

　カートリッジ１４は、治療用工具を把持するためのスピンドル１８を備えている。スピンドル１８の外周中央部には、圧縮空気によって該スピンドル１８を回転駆動するための複数の回転翼２０が設けられている。また、回転翼２０を挟んでスピンドル１８の上方部および下方部となる位置には、該スピンドル１８を該カートリッジ１４内において回転自在に配設するためのボールベアリング２４，２６がそれぞれ設けられている。

　スピンドル１８の内部には、治療用工具を把持するためのコイルスプリング２８、および該コイルスプリング２８を軸方向へ圧縮するための押圧部材３０が挿設され、後端止めねじ１８１によって該スピンドル１８内に押圧セットされている。コイルスプリング２８は、医科歯科用ハンドピースに要求される耐久性、耐オートクレーブ性、耐薬品性、耐食性、および安全性を担保するために、高強度バネ用材料が使用されている。押圧部材３０は、一端に設けられた固定部３０１が該コイルスプリング２８に固定され、他端に設けられた押圧部３０２が該スピンドル１８の後端止めねじ１８１から突出している。また押圧部材３０の固定部３０１側には、治療用工具が挿入されるための挿入部３０３が形成されている。コイルスプリング２８は、該押圧部材３０とスピンドル１８の段差部１８２との間に、所定の与圧が付与された状態で配設されている。尚、コイルスプリング２８の形状に関しては、詳細を後述する。

　ヘッドキャップ１６には、押圧部材３０の押圧部３０２を押圧するためのプッシュボタン３２が設けられている。プッシュボタン３２は、スプリング３４によって該押圧部材３０の押圧方向に対向する方向に付勢されている。

　このようなハンドピースにおいて、治療用工具を着脱する際には、プッシュボタン３２が押圧される。図２は、本発明の実施の形態１に用いられる医科歯科用ハンドピースにおいて、プッシュボタン３２が押圧された状態を示す断面図である。この図に示すとおり、プッシュボタン３２が押圧されると、これに伴い押圧部材３０が軸方向下方へ移動する。これにより、コイルスプリング２８は所定量圧縮されるので、該コイルスプリング２８の内径が所定量拡大する。本実施の形態のハンドピースでは、この特性を利用して治療用工具が把持される。すなわち、コイルスプリング２８の治療用工具把持部は、圧縮前が治療用工具の外径よりも小径であり、圧縮後がそれよりも大径となるようなコイル内径に設計されている。このため、このような治療用工具把持構造によれば、簡易な構成で治療用工具を強固に把持することができる。

［実施の形態１の特徴的構成］
　次に、図３を参照して、本実施の形態の特徴的構成について詳細に説明する。上述したとおり、本実施の形態のハンドピースの治療用工具把持装置は、コイルスプリング２８の内径面で治療用工具を把持する構造を有している。このような把持構造によれば、スピンドル１８内の小スペースで螺旋状に構成された有効スパンを利用して強固に治療用工具を把持することができる。

　しかしながら、医科歯科用ハンドピースは、様々な治療部位および治療形態に応じて種々の治療用工具が用いられる。このため、治療時には、治療用工具自身に様々な振動が生じ、これらがコイルスプリング２８に伝達される。これらの振動が該コイルスプリング２８の固有振動と共振してしまうと、振幅の急激な増幅により振動増大や把持力の低下を招くおそれがある。

　そこで、本実施の形態のハンドピースでは、固有振動数が一定でないコイルスプリングを用いることとしている。図３は、本実施の形態１のコイルスプリング２８の構成を詳細に説明するための図である。尚、図３中（Ａ）は、コイルスプリング２８の圧縮前の状態を、図３中（Ｂ）は、コイルスプリング２８の圧縮後の状態を、それぞれ示している。

　この図に示すとおり、コイルスプリング２８は、その中央部に位置する把持部２８１のコイル内径が上端部２８２および下端部２８３のそれよりも小径に形成されている。また、把持部２８１のピッチ角は、上端部２８２および下端部２８３のそれよりも大きくなるように形成されている。

　このような形状のコイルスプリング２８を用いると、以下の効果を奏する。すなわち、コイルスプリング２８は、把持部２８１のコイル内径およびピッチ角が、上端部２８２および下端部２８３のそれらと相違している。このため、該コイルスプリング２８は、バネ定数が非線形となり、固有振動数は一定の値を有さないこととなる。したがって、コイルスプリング２８が特定の振動数によって共振してしまう事態を効果的に抑制することができる。これにより、治療用工具を強固に把持しつつ、高い振動吸収性を実現することができる。これにより、熟者が適切にハンドピースを操作することができるばかりか、高い安全性と耐久性とを得ることができる。

　また、上述したコイルスプリング２８は、把持部２８１のピッチ角が、上端部２８２および下端部２８３のそれよりも大きくなっている。このため、プッシュボタン３２を押圧して該コイルスプリング２８を圧縮した場合に、該把持部２８１の内径をより拡大させることができる。尚、把持部２８１のピッチ角は、可能な範囲で最大のピッチ角とすることが好ましい。これにより、該把持部２８１の内径を最大限に拡大させることができる。

　また、上述したコイルスプリング２８は、回転駆動時にコイル内径が締まる方向となる巻き方向に設定されている。より具体的には、本実施の形態のハンドピースでは、右回転のハンドピースに対して、左巻きのコイルスプリング２８を使用することとしている。これは、回転方向が１方向のエアタービン式のハンドピースにおいては特に有効であり、これにより、治療用工具の把持力を効果的に高めることができる。

　また、上述したコイルスプリング２８には、所定の与圧が付勢されているため、上端部２８２および下端部２８３のピッチ角は、圧縮によって小さくなっている。このため、治療時に治療用工具から入力された振動が該コイルスプリング２８へ伝達されると、上端部２８２および下端部２８３は、かかる振動によって不規則に密着、離反を繰り返しやすくなる。これにより、固有振動数を著しく変化させることができるので、この制振作用によって共振を抑制してスムースな治療を行うことができる。

　ところで、上述した実施の形態１では、把持部２８１の内径が、上端部２８２および下端部２８３のそれらと異なるコイルスプリング２８を用いることとしているが、コイルスプリング２８の形状はこれに限られない。すなわち、コイルスプリングの固有振動数を不定にするために、コイル内径が一定でないコイルスプリングとして、例えば、円錐型のコイルスプリングを用いることとしてもよいし、また、コイル内径が中央部に向かうにつれて徐々に大きくなるたる型のコイルスプリングを用いることとしてもよい。

　また、上述した実施の形態１では、把持部２８１のピッチ角が、上端部２８２および下端部２８３のそれらと異なるコイルスプリング２８を用いることとしているが、コイルスプリング２８の形状はこれに限られない。すなわち、コイルスプリングの固有振動数を不定にするために、コイルスプリングのピッチ角が一定でないコイルスプリングとして、ピッチ角が徐変しているコイルスプリングを用いることとしてもよいし、また、ピッチ角が段階的に変化しているコイルスプリングを使用することとしてもよい。

　また、上述した実施の形態１では、コイルスプリング２８の把持部２８として３巻き程度を使用しているが、把持部２８１の巻き数はこれに限られない。すなわち、ヘッド部１０の有効スパンとの関係で、所定のコイル内径の変化量を確保できるような巻き数を適宜設定することとしてもよい。

　また、上述した実施の形態１では、プッシュボタン３２を押圧して押圧部材３０をコイルスプリング２８の圧縮方向へ移動させることにより、把持部２８１の内径を拡大させることとしているが、該把持部の内径を拡大させる方法はこれに限られない。すなわち、コイルスプリング２８の圧縮動作に加えて、更に該コイルスプリング２８を巻き方向と反対方向へねじる構成を更に備えることとしてもよい。これにより、把持部２８１の内径を更に拡大させることが可能となる。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
　次に、図４または図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１のハンドピースの治療用工具把持装置では、コイルスプリング２８を圧縮させたときの内径の変化を利用して、治療用工具を着脱することとしている。また、上述した実施の形態１では、把持部２８１のピッチ角を大きくすることで、コイル内径の変化量を大きくして把持力を増大させることとしている。

　しかしながら、コイルスプリング２８に用いられる材料は高弾性材料であるため、その特性上コイリング加工精度に難点がある。このため、コイル内径のバラツキが大きくなることにより、治療用工具の把持性能にバラツキが生じてしまうことが懸念される。

　そこで、本実施の形態２では、コイルスプリング２８に更なる加工を施すこととしている。図４は、本実施の形態２の治療用工具把持装置で使用されるコイルスプリング２８の構造を説明するための図である。この図に示すとおり、コイルスプリング２８は、把持部２８１の内径面に研削加工が施されている。図５は、図４において円形で囲まれたコイルスプリング２８の把持部２８１の一部を軸方向に切断した断面を示す図である。尚、図５中の（Ａ）は、プッシュボタン３２が押圧されていない状態のコイルスプリングを、図５中の（Ｂ）は、プッシュボタン３２が押圧された状態のコイルスプリングを、それぞれ示している。

　この図に示すとおり、研削面２８４は、内径面２８５の一部領域を研削して形成されている。より具体的には、図５中の（Ｂ）に示すとおり、研削面２８４は、プッシュボタン３２が押圧された状態、すなわち、コイルスプリング２８が圧縮された状態で、該コイルスプリング２８の内径面２８５を所定の内径に研削することで形成される。

　このようなコイルスプリング２８によれば、コイル内径の精度管理が容易になる。すなわち、上述したとおり、コイルスプリング用の高弾性材料は、その特性上コイル内径のバラツキが大きくなってしまう。このため、本実施の形態におけるコイルスプリング２８のように、圧縮状態でコイル内径を所定のコイル内径に研削することで、治療用工具の挿入時のコイル内径の精度を効果的に高めることができ、更にコイルスプリング２８が撓みやすくなる。

　また、プッシュボタン３２の押圧が解除され、コイルスプリング２８の圧縮量が変化すると、該コイルスプリング２８の素線にねじれが発生する。このとき、図５（Ａ）に示すとおり、研削面２８４のエッジ部２８６がねじれて、コイル中心方向へ張り出す。このため、本実施の形態の治療用工具把持装置によれば、挿入された治療用工具の外形をかかるエッジ部２８６で強固に把持することが可能となる。

　更に、図５（Ｂ）に示す状態においては、研削面２８４のエッジ部２８６がコイル中心方向と反対方向へ引っ込むことにより、コイル内径が更に大径となる。このため、研削面２８４が形成されていないコイルスプリング２８を用いる場合に比して、治療用工具の着脱時におけるコイル内径の拡大量を効果的に増大させることができる。

１０　ヘッド部
１２　ヘッドハウジング
１４　カートリッジ
１６　ヘッドキャップ
１６　ヘッドキャップ
１８　スピンドル
１８１　後端止めねじ
１８２　段差部
２０　回転翼
２４，２６　ボールベアリング
２８　コイルスプリング
２８１　把持部
２８２　上端部
２８３　下端部
２８４　研削面
２８５　内径面
２８６　稜線部
３０　押圧部材
３０１　固定部
３０２　押圧部
３０３　挿入部
３２　プッシュボタン
３４　スプリング

Claims

　回転自在に配設されたスピンドルと、前記スピンドルの内部に配設されて該スピンドルと一体に回転するコイルスプリングと、を有し、前記スピンドルの先端から前記コイルスプリングの内部に挿入された治療用工具を、該コイルスプリングの把持部の内径面で把持するハンドピースの治療用工具把持装置において、
　前記コイルスプリングは、固有振動数が不定であることを特徴とするハンドピースの治療用工具把持装置。
　前記コイルスプリングは、その一部の領域に前記把持部を有し、前記把持部の内径は、他の領域のそれよりも小さいことを特徴とする請求項１記載のハンドピースの治療用工具把持装置。
　前記コイルスプリングは、その中央の領域に前記把持部を有していることを特徴とする請求項２記載のハンドピースの治療用工具把持装置。
　前記コイルスプリングは、ピッチ角が一定でないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のハンドピースの治療用工具把持装置。
　前記スピンドルの後端部と前記コイルスプリングとの間に配設された押圧部材を有し、前記スピンドルの後端側から前記押圧部材を押圧することにより、前記コイルスプリングを圧縮させる圧縮機構を更に備え、
　前記把持部の内径は、前記圧縮機構が動作していない状態では前記治療用工具の外形よりも小さく、前記圧縮機構が動作している状態では前記治療用工具の外形よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のハンドピースの治療用工具把持装置。
　前記把持部の内径部には、前記圧縮機構が動作している状態において前記治療用工具の外形面に沿った面となる研削面が形成されていることを特徴とする請求項５記載のハンドピースの治療用工具把持装置。
　前記コイルスプリングは、その一部の領域に前記把持部を有し、前記把持部のピッチ角は、他の領域のそれよりも大きいことを特徴とする請求項５または６記載のハンドピースの切削工具把持装置。
　前記コイルスプリングは、前記圧縮機構が動作していない状態において、所定の与圧が付勢されていることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項記載のハンドピースの治療用工具恥装置。