JP2016013434A - 歯科用途または外科用途のハンドピース - Google Patents

Abstract

【課題】押しボタンの過熱の問題を解決できる歯科用途または外科用途のハンドピースを提供する。【解決手段】歯科用途または外科用途のハンドピースであって、バーなどのツールを回転可能にクランプするためのチャック2であって、ツールがその回転軸Rの周りで回転するように、駆動機構と駆動可能に接続可能である、チャックと、チャックと連動する押しボタン5であって、押しボタンを押圧すると、ツールをチャックから解放するように構成されている押しボタンと、を含み、球状要素、好ましくはボール7が、押しボタン内に嵌め込まれまたは押しボタンに載置され、押しボタンが押圧されたときに球状要素がチャックに接触し始めるように配置かつ構成されており、球状要素は、ビッカーススケールで＞２０００の高硬度材料を含むことを特徴とするハンドピース。【選択図】図３

Description

本発明は、ハンドピースに関し、特に、歯科用途または外科用途のハンドピースに関する。

歯科用途または外科用途のハンドピースは、多数の臨床手技（clinical procedures)で使用されている。それらの手技は、幅広くそろったバー(切削器具：bur)により行われる。手技中に、または手技と手技の間に、押しボタンによって達成されるハンドピースのヘッド内の機構により、バーの交換が行われる。バーを解放／導入するために、押しボタンを押圧（押し下げる）して、チャックの解放機構(a release mechanism)を作動させる。手技中に、特に歯科手技中に、ハンドピースを口腔内に挿入して、例えばう蝕（虫歯）を除去する。前庭側(vestibular side)から歯に近づくには、ハンドピースとバーに必要な空間を形成するために、軟組織（頬）を押しのけなくてはならない。もし、それを、ハンドピース自体を用いて行った場合、バーが回転しているにも拘わらず手技中に押しボタンが押圧されるリスクがあり、これにより、チャックの回転部分と、回転しない（非回転の）押しボタンとの間に摩擦が生じる。回転速度が40000〜400000rpmの範囲にあるとき、熱は極めて急速に増大し、軟組織を火傷するリスクがある。

ハンドピースに関する出願人の公開特許出願FR2679804A1は、チャックの回転部分に載置されたステンレス鋼のベアリングボールにより、押しボタンの過熱の問題を解決する初期のアプローチについて開示している。押しボタンは、押圧されたときに、ボールに接触し始める。ベアリングボールと押しボタンとの間の小さい接触表面（理論的には、一点）は、チャックが回転したとしても、押しボタン内での発熱(heat build-up)を制限する。押しボタンの摩滅を制限するために、硬質金属の小さいワッシャが、押しボタンの内側にはんだ付けされており、発熱を遅らせていた。それにも拘わらず、摩擦は、最終的には硬質金属ワッシャ内に熱を発生させて、熱を押しボタンに直接伝達し、そして潜在的には患者に伝達するだろう。最終的には、ステンレス鋼のボールは、時間と共に摩滅して、押しボタンとの接触面積が増加する。

問題を解決するために、以下のようないくつかの代替のアプローチが開発されてきた。
−押しボタンにボールベアリングを組み入れ、ボールベアリングの内側リングと外側リングを用いて、押しボタンを熱伝達から絶縁する。しかしながら、費用のかかる解決方法であるのに加えて、ボールベアリングは、ボールベアリングの早期の摩滅をもたらすような方法で使用される。
−チャック機構に、硬質金属の丸い端部を提供する。しかしながら、大きい幾何学形状(large geometry)のため、このデザインの熱防御は極めて制限される。

そこで、本発明の目的は、チャックと、バーなどのツールを解放可能に保持するように連動する(または作動的に接続した:operatively connected)押しボタンとを有し、押しボタンの過熱の問題を解決できる歯科用途または外科用途のハンドピースを提供することである。

本発明のさらなる目的は、過熱保護を提供する部品の摩滅を著しく低減して、ハンドピースの寿命を伸ばすことを確実にすることである。

本発明の上述の目的は、歯科用途または外科用途のハンドピースにより解決され、ハンドピースは、バーなどのツールを回転可能にクランプするためのチャックであって、前記チャックは、前記ツールがその回転軸の周りで回転するように、駆動機構と駆動可能に接続可能であるチャックを含んでいる。押しボタンは前記チャックと連動しており、前記押しボタンを押圧すると、前記ツールを前記チャックから解放するように構成されている。ハンドピースは、球状要素、好ましくはボールが、前記押しボタン内に嵌め込まれまたは前記押しボタンに載置され、前記押しボタンが押圧されたときに前記球状要素が前記チャックに接触し始めるように配置かつ構成されていることを特徴とする。前記球状要素は、ビッカーススケールで＞２０００（すなわち、ＨＶ＞２０００）の高硬度材料を含んでいる。好ましい実施形態では、ビッカーススケールで＞２３００（すなわち、ＨＶ＞２３００）の高硬度材料を含んでいる。

球状要素の材料は、この要素が断熱要素として機能できるように選択される。

一方では断熱要素の特徴を有し、他方では高い耐摩耗性を有する材料または材料のグループを選択するために、実験が行われた。球状要素の摩耗は、押しボタンとチャックとの間の増加した接触領域または熱橋(thermal bridge)をもたらすので、耐摩耗性は極めて重要である。

本発明の最も重要な利点は、チャックの回転部分と押しボタンとの間の効率的な断熱を提供することによって、押しボタンを偶然に押圧または誤用(misuse)したときに、押しボタンの過熱に起因する負傷を回避できることである。既知の解決手段に対する本発明のさらなる利点は、断熱要素の摩耗を実質的に低減し、それにより、押しボタンのみならずハンドピース全体の寿命を延ばせることである。

発明のさらなる特徴および利点は、記載により、および図面を参照して、以下に詳述される。

図１は、歯科用途または外科用途のハンドピースおよびその様々な要部の側面図を示しており、ハンドピースには、切削バーが取り付けられている。 図２は、歯科用途または外科用途のハンドピース、すなわちそのヘッド部分の側面図を示している。 図３は、本発明に係る歯科用途または外科用途のハンドピースのヘッド部分の拡大断面図を示している。 図４は、本発明に係るハンドピースの別の実施形態のヘッド部分の拡大断面図を示している。 図５は、本発明に係るハンドピースの別の実施形態のヘッド部分の拡大断面図を示している。 図６は、実施された一連の実験についてプロットした結果を示す。

注記：図面は一定の縮尺で描かれておらず、説明の目的のため、およびより良い理解に役立てるためだけに提供されており、発明の範囲を規定するものではない。これらの図面から、いかなる発明の特徴の限定も推測されるべきではない。

本特許出願では特定の用語が使用されており、それらの明確な語句(formulation)は、選択された特定の用語によって制限されると解釈されるべきではなく、明細書の用語の背後にある一般的な概念に関連する。

以下に、説明図を参照しながら発明を説明する。

図１は、歯科用途または外科用途のハンドピース10の側面図であり、その要部、すなわちグリップ部分21とヘッド部分23を特定している。ハンドピースは、例えば切削バー(a drilling bur)などのツール100を受容するように構成されている。

ハンドピース10のヘッド部分23のさらなる詳細は、図２の分解部分断面図(the exploded partial side view)に示されている。図示されているように、ヘッド部分23は、チャック2（その延在部分(または外延部分:an extension)だけが図２で見えている）と押しボタン5を受容しており、チャック2は、ツール100と共に回転軸Rの周りで回転するように配置されており、受容するように構成されている。

本発明によれば、いわゆる３Ｄ球状要素を用いている。好ましくは、全ての実施形態において、球状要素としてボール7を使用する。

本発明の球状要素は、凸状形状の、囲まれた表面(an enclosing surface)を含む。好ましくは、全ての実施形態の球状要素は回転対称である。

楕円形状を有する球状要素は適している。完全なボール状またはほぼ完全なボール状を有する球状要素は、特に適している。以下に、球状要素として機能するボール7を有する実施形態について述べる。

球状要素、好ましくはボール7は、押しボタン5に載置、またはその中に配置されており、組み立てた状態で、ハンドピース10が、（上から下に向かって）押しボタン5と、それに続いて球状要素と、そして次はそれに続いて小さいエアギャップ10とチャック2とを含んでいる（図４および図５参照）。押しボタン5を押し下げると、球状要素はチャック2に接触する。この状態では、エアギャップ10はもはや存在しない。

図４または図５に概略を示すように、好ましくは、全ての実施形態の押しボタン5は、ドーム形状の、または凸状上側部分および凸状下側部分を備えた、ディスク（円盤）またはプレート（板）の形状を有する。図３では、凸状上側部分が上を向いており、凸状下側部分がチャック2と向かい合っている。全ての実施形態の球状要素は、押しボタン5の凹状の下側に位置(sit)している。

図４および図５に図示されているように、球状要素と押しボタン5との間の最小接触を確実にするために、押しボタン5は、多角形の断面形状11を有する湾状部または受容区画(a bay or receiving section)を含む。これらの図面は単なる概略図であって、様々な要素は一定の縮尺で描かれていない。図４および図５から導き出せるように、湾状部または受容区画は、中央位置にある。球状要素と押しボタン5との間の最小数の接触点を提供するために、多角形配置に、平坦で湾曲していない表面を有するのが好ましい。多角形配置は、断面において、ピラミッド状（角錐状）または台形状を有してもよい。球状要素と押しボタン5との間の接触が小さいと、球状要素から押しボタン5への熱伝導が少なくなる。

さらに、実験により、球状要素の材料として、一方では良好な断熱材であり、他方では、摩耗が球状要素とチャック2との間の増加した表面接触をもたらすため可能なかぎり硬質であるような材料を選択することが重要であることが、明らかになった。

本発明によれば、球状要素は、ビッカーススケールで＞２０００の高硬度材料を含むのが好ましい。

セラミック材料が特に適している。よって、好ましい実施形態は、セラミックの球状要素、好ましくはセラミックボール7を含んでいる。

最適な材料を見つけるために、様々な配列(constellations)および配置による実験が行われた。これらの実験は、全てのセラミック材料が適しているわけではないことを明らかにした。

図６は、実施された一連の実験についてプロットした結果を示す。ルビー、酸化アルミニウム（Al₂O₃）、硬質金属、ＲＡ(リファレンス設計、または参照設計:reference design)、および酸化ジルコニウム(ZrO₂)を、球状要素用として可能性のある材料またはデザインとして試験した。図表から、酸化ジルコニウム(ZrO₂)はそれほど適していないことが明らかになった。材料の摩滅が早いので、球状要素の接触表面が増加して加熱が起こった。

全ての実施形態の球状要素の材料は、好ましくは、天然または合成のルビー、酸化アルミニウム(Al₂O₃)、(鉱石の)コランダム、天然または工業用のダイアモンド、金属炭化物(例えばベリリウムカーバイド)、硬質金属(例えばチタンカーバイド、タンタルカーバイド、またはタングステンカーバイド)、サファイア、窒化ケイ素(Si₃N₄)を含む群から選択されるのが好ましい。

さらに好ましいのは、上述のグループの材料のいずれかに基づいて、適合化された(または誂えた:tailored)材料である。適合化された材料の例は、不動態化または硬化された表面を備えた酸化アルミニウム(Al₂O₃)である。硬質金属は、被覆（例えばTiN(窒化チタン)、TiC(チタンカーバイド)）を適用することにより、適合化できる。

酸化アルミニウムを用いる場合には、この材料は、ビッカーススケールで＞２０００、好ましくは＞２５００の高硬度を有するように、選択され処理される。ルビーは、ビッカーススケールで約２４００の硬度を有する。硬質金属は、ビッカーススケールで＞２０００の硬度を有するように、選択され処理される。

図３は、本発明に係るハンドピース10のヘッド部分23の拡大断面を示しており、特に、押しボタン5を押圧（ブロック状の矢印Pで示す）したときに、押しボタン5をチャック2と連動させるための、熱橋を制限する解決方法を図示している。

図４は、本発明に係るハンドピースの別の実施形態のヘッド部分の拡大された部分概略図を示している。この実施形態は、（非押圧状態において）エアギャップ10により球状要素から分離されたチャック2を含む。

図５は、本発明に係るハンドピースのさらに別の実施形態のヘッド部分の拡大された部分概略図を示している。この実施形態は、ボール7と接触するチャック2の一部での摩耗をさらに低減するために、ボール7と接触するワッシャまたはインサート9を備えたチャック2を含む。好ましくは、全ての実施形態のワッシャまたはインサートは、硬質金属またはセラミック材料から成る。

好ましくは、全ての実施形態のハンドピース10は、押圧した後に押しボタン5を静止位置(a resting position)に戻すための復帰力Fr（図３参照）を提供するように配置されたコイルばねなどの弾性部材6を含む。

好ましくは、全ての実施形態のハンドピース10は、断熱材を含む押しボタン5を含んでおり、発熱が球状要素から押しボタン5の外面に伝達するのを防止する。

当然のことながら、特許請求の範囲で特定される発明の範囲を逸脱せずに、上述の特定の構造に基づいて、多くの変形を適応できると理解されるであろう。

１０ ハンドピース
２１ グリップ部分
２３ ヘッド部分
２ チャック
Ｒ 回転軸
ＲＡ リファレンス設計
５ 押しボタン
６ 弾性部材
７ 球状要素、ボール
９ ワッシャ、インサート
１０ エアギャップ
１１ 多角形断面
１００ ツール

Claims (9)

1. 歯科用途または外科用途のハンドピース(10)であって、
   バーなどのツール(100)を回転可能にクランプするためのチャック(2)であって、前記チャック(2)は、前記ツール(100)がその回転軸(R)の周りで回転するように、駆動機構と駆動可能に接続可能である、チャック(2)と、
   前記チャック(2)と連動する押しボタン(5)であって、前記押しボタン(5)を押圧すると、前記ツール(100)を前記チャック(2)から解放するように構成されている押しボタン(5)と、を含み、
   球状要素、好ましくはボール(7)が、前記押しボタン(5)内に嵌め込まれまたは前記押しボタン(5)に載置され、前記押しボタン(5)が押圧されたときに前記球状要素(7)が前記チャック(2)に接触し始めるように配置かつ構成されており、
   前記球状要素は、ビッカーススケールで＞２０００の高硬度材料を含むことを特徴とするハンドピース(10)。
2. 前記チャック(2)と前記押しボタン(5)との間の熱橋現象を低減するために、前記球状要素は、多角形の断面形状を有する湾状部または受容区画内に据え付けられていることを特徴とする請求項１に記載のハンドピース(10)。
3. 前記球状要素は、熱伝導率の低い材料から成ることを特徴とする請求項１または２に記載のハンドピース(10)。
4. 前記球状要素は、ルビー、酸化アルミニウム(Al₂O₃)、コランダム、ダイアモンド、金属炭化物、硬質金属、サファイア、Si₃N₄の群から選択される材料から成ることを特徴とする請求項３に記載のハンドピース(10)。
5. 前記チャック(2)は、前記球状要素と接触するワッシャまたはインサート(9)を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハンドピース(10)。
6. 前記ワッシャまたはインサートは、前記ワッシャ(9)と前記球状要素との間の摩擦による摩滅を制限するように、硬質金属から成ることを特徴とする請求項５に記載のハンドピース(10)。
7. 前記ハンドピース(10)は、グリップ部分(21)とヘッド部分(23)とを含み、
   前記ツール(100)は、前記ヘッド部分(23)から突出し、
   前記押しボタン(5)は、本質的に、前記ツール(100)とは反対側の前記ヘッド部分(23)の端部に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のハンドピース(10)。
8. コイルばねなどの弾性部材(6)が、押圧した後に前記押しボタン(5)を静止位置に戻すための復帰力(Fr)を提供するように配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のハンドピース(10)。
9. 前記押しボタン(5)は断熱材を含み、発熱が、前記球状要素から前記押しボタン(5)の外面に伝達するのを防止することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のハンドピース(10)。

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