JP2006503298A - 高速かつ低トルクでの歯科用ハンドピースのパワーを測定する二重糸動力計 - Google Patents

高速かつ低トルクでの歯科用ハンドピースのパワーを測定する二重糸動力計 Download PDF

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Abstract

二重糸張力動力計（１）は、試験車輪（１２）に約９０°で巻き付けられる２本の糸（１０、１１）を利用する。総横力の正味値がゼロであるように、横力（Ｅ、Ｆ）の釣り合いが取られる。これにより、純粋な捩り荷重が得られる。

Description

本発明は、包括的には、高速かつ低トルクの歯科用ハンドピースのパワーを測定するために用いられる、糸張力動力計に関する。より詳細には、本発明は、試験車輪に横力が加わることを避けるために二重すなわち２本の糸を用いるような動力計に関する。複数の横力は平衡して、総横力の正味値がゼロになる。
［発明の背景］
エアタービンハンドピース等の高速かつ低トルクの歯科用ハンドピースのパワー出力は、糸張力動力計を用いて測定することができる。例えば、Ｋｅｒｆｏｏｔ糸張力動力計を用いることが知られており、この動力計は、ハンドピースのチャックに取り付けられたプーリに掛けられた糸を介して、ハンドピースに荷重を加える装置である（図１を参照）。糸張力は、糸の端部が取り付けられる重り付きダイヤルの撓みによって測定される。定常状態の条件下では、糸に加わる正味張力にプーリの半径を乗じたものは、ハンドピースのトルクに等しい。
一試験プロトコルによると、プーリの表面は、光学式タコメータを用いた速度検出のために半分黒くなっている。プーリ軸は、ＤＩＮ１３９５０およびＩＳＯ１７９７に従ったものである（直径０．０６２８インチ、すなわち１．５９５ミリメートル）。プーリ車輪は軽量アルミニウムであり、非同心度（unconcentricity）は０．０００３インチ未満である。各プーリを用いた新しいハンドピースの自由回転のＲＰＭを記録することにより、最高５００，０００ＲＰＭの速度で各プーリの釣り合いを試験し、統計的外れ値であった場合はそのプーリを廃棄する。ハンドピースの最大パワー出力は、無負荷（または自由回転）速度の約半分の速度である。パワー出力を判定するためには、最高速度および最高速度の半分の速度でのトルクを測定する。トルクおよびパワーは、以下のように測定することができる。
Ｐ＝ｖＴ（式中、ｖ＝ＲＰＭ（２π）／６０、Ｔ＝（ＴＲ−ＴＬ）ｍｇＲ）
Ｐは、パワーのワット数である。
ｖは、ラジアン毎秒の角速度として表される速度である。
ＲＰＭは、トルクが測定された毎分回転数での速度である。
πは、定数３．１４１５９である。
Ｔは、ニュートンメートルとして表されるトルクである。
ＴＲおよびＴＬは、右側ダイヤル撓みおよび左側ダイヤル撓みの読み取り値である（図１を参照）。
ｍは、キログラムで表されるダイヤル重量である。
ｇは、約９．８メートル毎秒毎秒の重力加速度である。
Ｒは、メートルでのプーリ半径（例えば、０．１００インチ、すなわち２．５４×１０−３メートル等）である。実際のプーリ半径は、糸の太さを補償するように調整される。糸の半径を含む有効プーリ半径は０．１００インチである。
このような動力計は、パワーを判定するには有用であることが分かっているが、試験車輪にわずかな横力が加わる。したがって、純粋な捩り荷重は存在しないため、測定誤差が大きくなる。したがって、捩り荷重により誘導される誤差を避ける糸張力動力計が必要とされる。
［発明の概要］
本発明による二重糸張力動力計は、２本の糸を利用する。総横力の正味値がゼロであるように、横力の釣り合いが取られる。これにより、純粋な捩り荷重が得られる。
［発明を実施するための好ましい形態］
単一糸（single-string）動力計は、１本の荷重糸の両端間の張力の差がその特定の半径の試験車輪に加わる力と等しいことを前提として機能する。ベクトルを合計することにより、合成ベクトルが得られる。この合成ベクトルは、動力計の動作の性質上、ゼロにはなり得ない。さらに、このベクトルは、荷重糸が試験車輪に接して取り付けられていない場合、直交成分を含み得る。本発明によれば、第２の糸を加えることにより、第２の組の力が導入される。適当な張力の大きさを等しく保つことにより、正味の力はゼロになる。これは、純粋な捩り荷重の状態になっていることを意味する。
本発明による二重糸動力計１は、２本のフィラメント１０および１１を含み、これらは試験車輪１２に約９０°で巻き付けられる。等しい張力を維持し、横荷重をゼロにするために、従来の制御装置（図示せず）を導入してもよい。パワーの値は、角速度データを用いてトルク値を乗算することにより確定される。このような関係は、以下の式に従って表され、式中、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＦは、図２に示すようなフィラメント１０および１１の対応地点における力のベクトルである。
Ｅ＝Ａ＋Ｃ
Ｆ＝Ｂ＋Ｄ
Ｅ＋Ｆ＝０
図２に示すように、Ａは、糸１０の一端に加わる張力であり、Ｂは、糸１１の同じ側の端に加わる張力であり、Ｃは、糸１０のＡとは反対側の端に加わる張力であり、Ｄは、糸１１のＢとは反対側の端に加わる張力である。
説明する二重糸動力計１は横荷重をなくすため、荷重状態の確実性が得られる。高速かつ低トルクのパワーデータを、その他の点では従来通りの方法で正確に得ることができる。
本発明によれば、２本の糸を用いるいかなる構成を用いてもよいことが理解されよう。試験の状況に合わせるために、糸の巻き角、車輪のサイズ、および糸の材料を変更してもよい。糸張力を制御する任意の手段を、様々な精度で用いることができる。さらに、このような装置は、高速かつ低トルクの歯科用ハンドピースを試験するのに特に有用であるが、このような装置は多くの用途に用いられる。本発明は、本明細書では単に例示として、歯科用ハンドピースの試験に関して説明したが、必ずしもこれに限定されるべきではない。本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
左側ダイヤル撓みおよび右側ダイヤル撓みの読み取り値をそれぞれＴＬおよびＴＲとして示す、従来技術の単一糸張力動力計の概略図である。ＴＳにおける張力を表す力のベクトルは、ＴＬとＴＲの和と等しい。 本発明による二重糸張力動力計の概略図である。

Claims (3)

  1. 試験車輪と、該試験車輪に巻き付けられる第１のフィラメントと、前記試験車輪に巻き付けられる第２のフィラメントとを有する、糸張力動力計であって、
    前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントは、ほぼ対向して前記試験車輪に巻きつけられ、前記第１のフィラメントおよび前記第２のフィラメントに加わる横力は、総横力の正味値が実質的にゼロであるように、実質的に釣り合いが取られる、糸張力動力計。
  2. 前記第１のフィラメントは、約９０°の角度を形成するように前記試験車輪に巻き付けられる、請求項１に記載の糸張力動力計。
  3. 前記第２のフィラメントは、約９０°の角度を形成するように前記試験車輪に巻き付けられる、請求項２に記載の糸張力動力計。
JP2004545568A 2002-10-18 2003-10-20 高速かつ低トルクでの歯科用ハンドピースのパワーを測定する二重糸動力計 Pending JP2006503298A (ja)

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