KR101544331B1 - 치과용 핸드피스의 제어 장치 - Google Patents

치과용 핸드피스의 제어 장치 Download PDF

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Abstract

치과용 핸드피스에 내장되고, 당해 치과용 핸드피스에 장착되는 절삭 공구(파일)를 회전시키기 위한 모터(20)에 인가하는 전압의 극성을 전환함으로써 모터(20)의 회전 방향을 정회전 및 역회전으로 전환하는 릴레이(17)와, 파일 상태 정보에 대응지어진 모터(20)의 정회전시의 회전 각도 θF와 역회전시의 회전 각도 θR에 근거하여 릴레이(17)에서의 전압의 극성 전환을 제어하는 제어부(11)를 구비하는 치과용 핸드피스의 제어 장치.

Description

치과용 핸드피스의 제어 장치{DEVICE FOR CONTROLLING DENTAL HANDPIECE}
본 발명은 치아의 근관(根管)을 절삭하는 치과용 핸드피스의 제어 장치에 관한 것이다.
치아의 근관을 절삭하는 치과용 핸드피스는 파일(file)이라고 불리어지는 절삭 공구를 모터로 회전시키는 구성으로 되어 있다.
여기서, 치아의 근관을 절삭하는 파일은 가늘고 긴 형태를 가지고 있다. 치아의 근관의 절삭시에, 파일이 치아에 침투해 버리면, 파일에는 비틀림 방향의 힘이 작용하여, 그 결과, 파일이 꺾이기 쉽다고 하는 문제가 있다.
그래서, 파일을, 일정 시간, 한 방향으로 회전시킨 후에 반대 방향으로 회전시키는 정역회전(이하, 간단히 「정역회전」이라고 하는 경우가 있다)을 반복함으로써, 파일의 치아의 근관으로의 침투, 파손을 막는 수법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또, 이와 같이 정회전, 역회전을 반복하는 것을 레시프로(reciprocating) 회전이라고 하는 경우가 있다. 또한, 정회전 및 역회전은 특정의 방향의 회전을 말하는 것이 아니라, 선행하는 회전의 방향을 정회전이라고 부르고 있는데 지나지 않는다.
정역회전을 실시하는 특허문헌 1의 수법은, 파일을 시계 회전 또는 반시계 회전으로 소망하는 제 1 회전 각도만큼 회전하고, 다음에, 제 1 회전 각도와는 반대 방향으로 제 2 회전 각도만큼 회전한다. 그리고, 파일이 근관의 청소시에 전진할 때, 근관으로부터 때어놓은 절삭편이 근관의 표면에서 위쪽으로 배출되도록, 제 1 회전 각도는 제 2 회전 각도보다 크게 하고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공표 제2003-504113호 공보
그런데, 특허문헌 1의 수법에 따르면, 제 1 회전 각도 및 제 2 회전 각도가, 예를 들면 각각 120도, 90도와 같이 미리 설정된 값으로 고정되어 있다. 따라서, 부하가 커져도, 설정된 각도에 이를 때까지 파일은 계속 회전하려고 하기 때문에, 파일이 근관에 침투하는 일이 있어, 파일의 파손으로 이어질 우려가 있다.
본 발명은, 이러한 기술적 과제에 근거하여 이루어진 것으로, 레시프로 회전을 행하는 파일이 근관에 침투하는 것을 방지할 수 있는 치과용 핸드피스의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 기초로, 본 발명의 치과용 핸드피스의 제어 장치는, 치과용 핸드피스에 내장되고, 당해 치과용 핸드피스에 장착되는 절삭 공구(파일)를 회전시키기 위한 모터에 인가하는 전압의 극성을 전환함으로써 모터의 회전 방향을 정회전 및 역회전으로 전환하는 회전 방향 전환부와, 절삭 공구의 상태 정보에 대응지어진 모터의 정회전시의 회전 각도 θF와 역회전시의 회전 각도 θR에 근거하여 회전 방향 전환부의 전압의 극성 전환을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제어 장치에 의하면, 정회전시의 회전 각도 θF와 역회전시의 회전 각도 θR을, 당해 상태에 있는 절삭 공구가 근관에 침투하지 못하는 값으로 설정해 둠으로써, 절삭 공구가 근관에 침투하는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 정회전시의 회전 각도 θF는 1주기의 정회전시의 회전 각도, 역회전시의 회전 각도 θR은 1주기의 역회전시의 회전 각도를 말하는 것으로 한다.
본 발명의 제어 장치에 있어서, 절삭 공구 상태 정보는 모터의 부하 토크로 할 수 있다. 이 경우, 제어부는, 부하 토크에 대응지어진 회전 각도 θF 및 회전 각도 θR에 근거하여, 회전 방향 전환부의 전압의 극성 전환을 제어하는 것이 바람직하다. 모터의 부하 토크가, 절삭 공구의 상태 정보 중에서, 절삭 공구의 침투를 가장 현저하게 나타낼 수 있기 때문이다.
본 발명의 제어 장치에 있어서, 모터의 부하 토크와 회전 각도 θF, 모터의 부하 토크와 회전 각도 θR을 각각, 비례 관계로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제어 장치에 있어서, 모터의 부하 토크에서의 기준값을 경계로 하여, 회전 각도 θF와 회전 각도 θR을 상위(相違)시킬 수도 있다.
본 발명에 의하면, 레시프로 회전을 행하는 절삭 공구(파일)가 근관에 침투하는 것을 방지할 수 있는 치과용 핸드피스의 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태(제 1 실시 형태)에서의 치과용 핸드피스의 제어 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 제 1 실시 형태에 따른 제어 장치에 있어서의 제어 순서를 나타내는 도면이다.
도 3은 부하 토크에 대응지어진 정회전시의 회전 각도 및 역회전시의 회전 각도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 제 1 실시 형태에 따른 레시프로 회전의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제 2 실시 형태에 따른 제어 장치에 있어서의 제어의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 부하 토크에 대응지어진 정회전시의 회전 각도 및 역회전시의 회전 각도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제 3 실시 형태에 있어서의 치과용 핸드피스의 제어 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 8은 거리 L에 대응지어진 정회전시의 회전 각도 및 역회전시의 회전 각도를 나타내는 그래프이다.
[제 1 실시 형태]
이하, 첨부 도면에 나타내는 실시 형태에 근거하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 치과용 핸드피스(이하, 간단히 핸드피스)의 제어 장치(10)은, 도시를 생략한 핸드피스에 내장된 모터(20)의 작동을 제어하기 위한 것이며, 제어부(11), 표시부(12), 설정부(13), 전원(14), 구동부(15), 센서(16), 릴레이(회전 방향 전환부)(17), 전류 검출 저항(18)을 구비하고 있다.
제어부(11)는 CPU, 메모리 등을 구비한 컴퓨터 유닛이다.
표시부(12)는, 모터(20)의 작동 상황으로서, 회전 속도나 부하 토크를 나타내는 정보나, 제어부(11)에서 모터(20)의 작동 설정 등을 행하기 위한 정보를 표시하는 모니터, 인디케이터 램프 등을 구비하고 있다.
설정부(13)는, 제어부(11)에 대해, 모터(20)의 회전 속도, 토크, 회전 각도 등의 작동 조건을 설정하고, 그 설정 정보를 유지한다. 특히, 본 실시 형태의 설정부(13)는, 모터(20)를 정회전시킬 때의 회전 각도 θF, 역회전시킬 때의 회전 각도 θR에 관한 설정 정보를 유지하고 있다.
전원(14)은 핸드피스의 제어 장치(10) 및 모터(20)를 기능시키기 위한 전력을 공급한다.
구동부(15)는, 제어부(11)로부터의 지령에 근거하여, 모터(20)에 인가하는 전압값을 조정한다.
센서(16)는 모터(20)의 회전 각도를 검출하는 홀 소자, 인코더에 의해 구성된다.
릴레이(17)는 모터(20)로의 전압 인가 극성의 전환을 행한다.
전류 검출 저항(18)은, 릴레이(17)를 거친 전류를 검출하는 것이며, 모터(20)에 흐른 전류(모터 전류)를 전압으로 변환해서 제어부(11)로 피드백한다. DC 모터는 모터 전류와 부하 토크가 비례 관계에 있기 때문에, 제어부(11)는 피드백된 전압값에 의해, 모터(20)의 부하 토크를 측정할 수 있다.
모터(20)의 종류는 따지지 않지만, 예를 들면 브러시리스 직류 모터를 이용할 수 있다.
다음으로, 상기와 같은 핸드피스의 제어 장치(10)에 있어서의 모터(20)의 작동 제어 내용에 대해 도 2, 도 3을 이용하여 설명한다.
핸드피스를 작동시키는 스위치 등이 조작되면, 제어 장치(10)에서는, 미리 설정된 컴퓨터 프로그램에 근거하여, 이하와 같은 제어를 실행한다.
우선, 제어부(11)로부터의 지령에 의해, 모터(20)에 전압의 인가를 개시한다(스텝 S101). 여기서 제어부(11)는, 센서(16)에서 모터의 회전 속도를 검출하고, 그 검출값이, 사전에 설정부(13)에서 설정된 모터(20)의 회전 속도의 설정값(설정 속도)에 일치하도록 모터(20)에 인가하는 전압을 조정한다.
제어부(11)는 한편으로, 전류 검출 저항(18)을 거쳐서 부하 토크를 측정한다(스텝 S103).
제어부(11)는, 측정된 부하 토크에 근거하여, 모터(20)가 정회전할 때의 회전 각도 θF, 및, 역회전할 때의 회전 각도 θR을 부하 토크에 따라 설정한다(스텝 S105, 107). 이 회전 각도의 설정은, 전술한 바와 같이, 설정부(13)에 미리 유지되어 있는 정보를 참조함으로써 행해진다. 그 정보의 일례를 도 3에 근거하여 설명한다.
도 3에 나타나는 그래프는 가로축이 부하 토크, 세로축이 회전 각도 θ를 나타내고 있다.
도 3이 나타내는 바와 같이, 정회전시의 회전 각도 θF는 부하 토크가 커짐에 따라 작아지고, 반대로 역회전시의 회전 각도 θR은 부하 토크가 커짐에 따라 커지도록 비례 관계로 설정되어 있다. 예를 들면, 부하 토크 T1일 때에는, 절삭을 중시하고 있어, 회전 각도 θF(예를 들면, 150도)가 회전 각도 θR(예를 들면, 30도)보다 충분히 크게 설정되어 있다. 부하 토크 T2(＞T1)일 때에는, 절삭과 절삭편의 배출의 밸런스를 중시하고 있어, 회전 각도 θF(예를 들면, 90도)와 회전 각도 θR(예를 들면, 90도)을 동일하게 하고 있다. 그리고, 부하 토크 T3(＞T2)일 때에는, 절삭편의 배출을 중시하고 있어, 회전 각도 θF(예를 들면, 30도)보다 회전 각도 θR(예를 들면, 150도)를 크게 설정하고 있다.
제어부(11)는, 설정된 회전 각도 θF와 회전 각도 θR에 근거하여, 릴레이(17)를 전환하고, 모터(20)에 인가하는 전압의 극성을 전환해서, 모터(20)를 정회전·역회전시킨다.
이상의 예에서는, 부하 토크 T1이 측정되고 있는 동안은 150도만큼 정회전하고, 그 다음으로 30도만큼 역전한다고 하는 레시프로 회전이 반복된다. 정회전과 역회전으로 이루어지는 하나의 사이클을 통한 파일(절삭 공구)의 순 회전 각도는 회전 각도 θF와 회전 각도 θR의 차분(θF-θR)으로 된다.
다음으로, 부하 토크 T2가 측정되면, 그 이후는 90도만큼 정회전하고, 다음에 90도만큼 역회전한다고 하는 레시프로 회전이 반복되게 된다.
이상의 회전 각도 θF(150도, 90도, 30도), 회전 각도 θR(30도, 90도, 150도)의 예에서 모터(20)가 회전되는 모양을 도 4에 나타내고 있다.
이렇게 해서, 본 실시 형태에 따른 제어 장치(10)는, 부하 토크의 크기에 따라 정회전시의 회전 각도 θF 및 역회전시의 회전 각도 θR이 정해지기 때문에, 파일의 침투를 저감함으로써 그 꺾임 파손을 막을 수 있다.
[제 2 실시 형태]
제 1 실시 형태는, 부하 토크와 회전 각도 θF 및 회전 각도 θR이 비례 관계에 있는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 그 예를 제 2 실시 형태에서 설명한다. 또, 제 2 실시 형태는, 제어 장치(10)의 기본적인 구성은 제 1 실시 형태와 같고, 이하에서는 제 1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 하여 설명한다.
제 2 실시 형태에 따른 제어 장치(10)도, 도 5에 나타내는 바와 같이, 부하 토크를 측정하는 곳까지는 제 1 실시 형태와 동일하다(스텝 S201, 203). 그런데 제 2 실시 형태는, 기준 토크가 미리 설정부(13)에 설정, 유지되어 있고, 제어부(11)는 측정된 부하 토크와 이 기준 토크를 비교한다(스텝 S205). 그리고, 부하 토크가 기준 토크 미만이면(스텝 S205, 예), 제 1 정회전 회전 각도 θF1 및 제 1 역회전 회전 각도 θR1이 설정된다(스텝 S207, 209). 한편, 부하 토크가 기준 토크 이상이면(스텝 S205, 아니오), 제 2 정회전 회전 각도 θF2 및 제 2 역회전 회전 각도 θR2가 설정된다(스텝 S211, 213).
제 1 정회전 회전 각도 θF1, 제 1 역회전 회전 각도 θR1, 제 2 정회전 회전 각도 θF2 및 제 2 역회전 회전 각도 θR2의 일례를 도 6에 나타낸다.
도 6이 나타내는 바와 같이, 제 2 실시 형태는, 기준 토크 Tr를 경계로 하여, 제 1 정회전 회전 각도 θF1보다 제 2 정회전 회전 각도 θF2가 작게 설정되어 있고, 또한, 제 1 역회전 회전 각도 θR1보다 제 2 역회전 회전 각도 θR2가 크게 설정되어 있다. 즉, 제 2 실시 형태에서도, 부하 토크가 작은 경우에는 정회전의 회전 각도를 크게 하고, 부하 토크가 큰 경우에는 역회전의 회전 각도를 크게 하는 점에서는 제 1 실시 형태와 공통되고 있다. 단, 도 5에서의 제 1 정회전 회전 각도 θF1~제 2 역회전 회전 각도 θR2는 어디까지나 본 발명의 일례에 불과하며, 예를 들면, 제 1 역회전 회전 각도 θR1과 제 2 역회전 회전 각도 θR2를 동일한 값으로 하는 등, 다양한 형태를 채용할 수 있다.
이상과 같기 때문에, 제 2 실시 형태에서도, 부하 토크의 크기에 따라 정회전시의 회전 각도 θF 및 역회전시의 회전 각도 θR이 정해지므로, 파일의 침투를 저감함으로써 그 꺾임 파손을 막을 수 있다. 특히 제 2 실시 형태는, 기준 토크까지는 정회전의 회전 각도를 줄이지 않기 때문에, 제 1 실시 형태보다 절삭 효율이 중시된 형태라고 할 수 있다. 반대로, 제 1 실시 형태의 예는 파일의 파손 방지를 중시한 형태라고 말할 수 있다.
또, 제 1 실시 형태와 같이 부하 토크와 회전 각도 θF 및 회전 각도 θR이 비례 관계에 있는 정보와, 본 실시 형태와 같이 부하 토크의 임계값에 의해 회전 각도 θF 및 회전 각도 θR이 특정되는 정보를 병용하여 제어할 수도 있다.
[제 3 실시 형태]
이상의 실시 형태는, 파일 상태 정보로서 부하 토크를 채용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 이하에 제 3 실시 형태로서 설명하는 바와 같이, 뿌리 위치를 파일 상태 정보로 할 수 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 제 3 실시 형태에 따른 제어 장치(210)는, 뿌리 위치 검출부(21)를 구비함과 아울러 제어 장치(210)에서 모터(20)가 제어되는 핸드피스(도시 생략)는 근관 길이 측정 기능을 구비하고 있다. 이 기능을 구비하는 핸드피스는, 근관 치료를 행하면서 뿌리 위치를 검출함으로써 뿌리로부터 파일(선단)까지의 거리를 측정한다. 즉, 파일에 측정 전극으로서의 기능을 갖게 하는 한편, 이 파일을 치아의 근관 내에 삽입하고, 별도 마련되는 구강 전극과의 사이에 전기적 측정 신호를 인가해서 뿌리를 검출한다. 또, 측정 전극과 구강 전극 사이에 전기적 측정 신호를 인가하여 뿌리를 검출하는 방법으로서는, 근관내 임피던스의 변화를 이용하는 방법, 근관내 임피던스의 차이를 이용하는 방법, 근관내 임피던스의 비율값을 이용하여 뿌리를 검출하는 방법이 적어도 알려져 있으며, 본 발명에서는 이들도 포함하여 어느 검출 방법도 채용할 수 있다. 뿌리 위치 검출부(21)는 측정한 뿌리와 파일 사이의 거리 L을 제어부(11)에 인가한다.
설정부(13)는, 거리 L에 대응하는 정회전시의 회전 각도 θF 및 역회전시의 회전 각도 θR에 관한 정보를 유지하고 있다. 그 예를 도 8에 나타내지만, 도 3의 가로축을 거리 L로 한 것을 이용할 수 있다.
제어부(11)는, 측정된 거리 L에 대응하는 회전 각도(회전 각도 θF 및 역회전시의 회전 각도 θR), 즉 도 8에 나타내는 정보를 설정부(13)로부터 취득하여 참조함과 아울러, 그 회전 각도에 근거해서 모터(20)의 회전을 제어한다.
통상, 뿌리와 파일 사이의 거리 L가 짧아질수록 파일이 침투하기 쉬운 경향이 있지만, 제 3 실시 형태에 따르면, 거리 L에 따라 정회전시의 회전 각도 θF 및 역회전시의 회전 각도 θR이 정해지기 때문에, 파일의 침투를 저감함으로써 그 꺾임 파손을 막을 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 한, 상기 실시 형태에서 취한 구성을 취사 선택하거나, 혹은 다른 구성으로 적절히 변경하는 것이 가능하다.
예를 들면, 파일 상태 정보로서 부하 토크, 뿌리와 파일 사이의 거리 L을 이용한 예를 나타냈지만, 파일(모터)의 회전 속도를 파일 상태 정보로서 이용할 수도 있고, 시술자가 치료를 행하고 있는 한창일 때의 파일의 감촉에 근거하여 정회전시의 회전 각도 θF 및 역회전시의 회전 각도 θR을 시술자의 지시에 근거해서 설정하는 것을 본 발명은 허용한다.
또한, 이상 설명한 형태에서는, 도 3, 6, 8에 나타낸 파일 상태 정보와 회전 각도를 연관지은 정보가 당초부터 설정부(13)에 유지되어 있는 프리셋의 예를 나타냈지만, 시술자가 조작함으로써 설정부(13)에 파일 상태 정보와 회전 각도를 연관지은 정보를 입력할 수 있거나, 또는, 프리셋되어 있는 당해 정보를 변경할 수도 있다.
10, 210: 제어 장치 11: 제어부
12: 표시부 13: 설정부
14: 전원 15: 구동부
16: 센서 17: 릴레이(회전 방향 전환부)
18: 전류 검출 저항 20: 모터
21: 뿌리 위치 검출부

Claims (6)

  1. 치과용 핸드피스에 내장되고, 상기 치과용 핸드피스에 장착되는 절삭 공구를 회전시키기 위한 모터에 인가하는 전압의 극성을 전환함으로써 상기 모터의 회전 방향을 정회전 및 역회전으로 전환하는 회전 방향 전환부와,
    상기 절삭 공구의 상태 정보에 대응지어진 상기 모터의 정회전시의 회전 각도 θF와 역회전시의 회전 각도 θR에 근거하여 상기 회전 방향 전환부의 전압의 극성 전환을 제어하는 제어부
    를 구비하되,
    상기 절삭 공구의 상태 정보는 상기 모터의 부하 토크이고,
    상기 제어부는, 상기 부하 토크에 대응지어진 상기 회전 각도 θF 및 상기 회전 각도 θR에 근거하여, 상기 회전 방향 전환부의 전압의 극성 전환을 제어하며,
    상기 모터의 상기 부하 토크와 상기 회전 각도 θF, 상기 모터의 상기 부하 토크와 상기 회전 각도 θR이 각각 비례 관계에 있는
    것을 특징으로 하는 치과용 핸드피스의 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 방향 전환부는 릴레이인
    치과용 핸드피스의 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 뿌리와 상기 절삭 공구의 선단(先端) 사이의 거리 L을 검출하는 뿌리 위치 검출부를 더 구비하고 있는 치과용 핸드피스의 제어 장치.
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