JP2008532600A - 回転部品とそのベアリング機構とを備える医療・歯科医療用ハンドピース - Google Patents

Abstract

ツール（４）を有する医療・歯科医療ハンドピース（１）において、ツール（４）の駆動構造は、ベアリング機構（３０，１３０）により回転自在に取り付けられた少なくとも一つの回転部品（２０）を有する。ベアリング機構（３０，１３０）は、内側トラック（３１ａ，１３１ａ）と外側トラック（３１ｂ，１３１ｂ）との間に配置された複数のボール（３１，１３１）を備える少なくとも一つのボールベアリングを含み、ボールベアリングの内側トラック（３１ａ，１３１ａ）は、回転部品（２０）とともに回転自在な第１ベアリング部（３２，１３２）の端面により形成され、外側トラック（３１ｂ，１３１ｂ）は、回転部品（２０）に対して固定された第２ベアリング部（３３，１３３）の端面により形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ツールを有する医療・歯科医療用ハンドピースに関連し、ツールの駆動構造は、ベアリング機構により回転自在に取り付けられた少なくとも一つの回転部品を有し、ベアリング機構は、内側トラックと外側トラックとの間に配置された複数のボールを有する少なくとも一つのボールベアリングを含む。更に本発明は、回転部品を回転自在に取り付けるための、特に医療・歯科医療用ハンドピースに使用するために設けられたベアリング機構に関連する。

設計及び構造、ツールのタイプ及びツールの動き、更に駆動のタイプに関して多様な形態の医療用・歯科医療用ハンドピースが見られる。例えば、長形で直線又は屈曲したグリップ部品の形のハンドピースが知られている。治療のために設けられるツールは、例えば回転ツール又は前後移動自在なツールである。そのための駆動装置としては、回転自在に取り付けられた駆動シャフトを有する機械的駆動装置、又は、空気圧ラインが後部から前方へ延在する前方ハンドピース範囲に配置されることが好ましいタービンを有する空気圧駆動装置が、ハンドピースに設けられる。

そのため、医療用、特に歯科医療用ハンドピースは、高い回転速度から低い回転速度までの機能的動作のために設けられた、長さ方向の何れかの範囲に回転自在に取り付けられた回転部品を有する。高い回転速度での機能的動作は、たいていの場合、物質除去加工のため、例えば虫歯の除去のためのツールに使用される。しかし、低い回転速度で駆動されるツールを備えるハンドピースも存在する。例えば、歯科インプラントの装着又は除去のためのインプラント治療の場合など、機能的動作でスクリュ加工を実行するツールの場合には、かなり低い回転速度、しかしおそらくは高いトルクが見られる。

回転部品の回転自在な取り付けは、ハンドピースのベース部品に対する回転部品の回転を可能にするベアリングの使用により実施される。

標準的なボールベアリングとは別に、いわゆるニードルベアリング又は他の構造を持つベアリングの使用も知られている。場合によっては、いわゆるエアベアリングの使用も考えられる。しかし大部分の用途では、内側リングと外側リングとの間に配置された複数のボールを有するいわゆるボールベアリングが使用される。こうして内側リングと外側リングとがいわゆるトラックをそれぞれ形成し、ボールは２本のトラック内を移動できる。内側リングが外側リングに対して回転する際にボールがトラック上で一定の間隔を置いて回転するように、相互から所定の距離にボールを保持するいわゆるケージも使用されることが多い。内側リング及び外側リングにも、ボールにも、異なる材料を使用できる。通常は鋼で構成されるが、特にボールにはセラミック材料の代替使用も知られている。

医療・歯科医療用ハンドピースでは、ハンドピース内の制限されたスペース条件が小型サイズのベアリングの使用のみを可能にするので、このようなボールベアリングは通常、小型のものだけに使用される。しかしこれは、狭い内側リングと外側リング、そして小型のボールはある程度までの負荷しか支えないので、ベアリングの負荷は大きくすべきでないということも意味する。

外科的用途のために設けられたハンドピースではこのようなベアリングの負荷は非常に大きいことが現在では分かっている。特に回転速度は低いがトルクは高い場合には、負荷が非常に高いため標準的なボールベアリングはもはや使用できない。このようなハンドピースでは通常、スライドベアリングが使用されるが、これは高い摩擦損失につながる。

従って本発明は、医療・歯科医療用ハンドピースの場合に回転部品を簡単かつ有効な方法で取り付けることが可能であることを示すという目的に基づいている。すなわち、若干の摩擦損失を呈するが負荷に対して可能な限りの耐性を持つベアリング機構が設けられるのである。

この目的は、請求項１の特徴を持つ医療・歯科医療用ハンドピースによって達成される。この目的は更に、請求項１４に記載された、医療・歯科医療用ハンドピースの場合に使用されるベアリング機構によって達成される。本発明の更に好都合な他の改良は、従属する請求項の主題である。

本発明による解決法は、ボールベアリングの内側トラックと外側トラックの形成について、従来のようにそれぞれがトラックを形成する内面及び外面に二つのリング部を使用しないという考えに基づいている。代わりに本発明によれば、相互に軸方向にオフセットした二つのベアリング部が使用され、相互に対向する端面が、ボールのトラックを形成するような構造を持つ。

そのため本発明の第一の面によれば、ツールを有する医療・歯科医療用ハンドピースが提案され、ツールの駆動構造は、ベアリング機構により回転自在に取り付けられた少なくとも一つの回転部品を有し、ベアリング機構は、内側トラックと外側トラックとの間に配置された複数のボールを備える少なくとも一つのボールベアリングを含む。本発明によれば、ボールベアリングの内側トラックは、回転部品とともに回転自在な第１ベアリング部の端面により形成され、外側トラックは回転部品に対して固定された第２ベアリング部の端面により形成される。

本発明による解決法では、ベアリング部の端面の材料除去加工、特に旋盤加工により、ベアリングのトラックを簡単な方法で形成できる。これは部品の生産で生じる費用に関して好都合であるばかりでなく、それ以上に、優れた転がり性能が達成され、特にベアリングは最小の構造的形状でも負荷を処理する高い能力を持つ。そのためベアリングの転がり性能は、トラックにボールを的確に配置するための独立したケージの使用を不要にするという利点がある。従って、生産コストばかりでなく動作性能に関しても、標準的なボールベアリングに対して明白な利点を持つ特に簡単な構造的形状のベアリングが得られる。

本発明の好都合な改良では、二つのベアリング部の一方が他のベアリング部に対して軸方向に付勢される。この付勢は例えば、付勢されるベアリング部と、回転部品の周囲に嵌合する中間部材の肩範囲又は端面との間に配置されるばね要素により実施できる。このばね要素は、特に薄板ばねにより形成することができる。

内側トラックを形成するベアリング部は、回転部品に固定状態で配置されてともに回転する、回転部品に配置されたベアリングブシュにより形成される。また第２ベアリング部は、回転部品に対して固定された外側リングにより形成される。

本発明によりベアリング機構の内側トラックと外側トラックとを形成する二つのベアリング部の端面は、相互に対向する２本のトラックがボールのために形成されるように四分の一円としての構造を持つことが好ましい。

回転部品は二つの端部においてそれぞれ、本発明による構造を持つボールベアリングを介して取り付けられる。しかしこれ以外にも、いわゆるニードルベアリングを介して付加的な取り付けが実施されてもよい。この場合、ニードルベアリングの回転体は、回転部品の外壁と中間部材のリング状凹部の内壁との間に配置される。

本発明によれば、医療・歯科医療用ハンドピースに少なくとも一つの回転部品を取り付けるためのベアリング機構も提案され、ベアリング機構は、内側トラックと外側トラックとの間に配置された複数のボールを有するボールベアリングを含み、本発明によれば、ボールベアリングの内側トラックは回転部品とともに回転自在な第１ベアリング部の端面により形成され、外側トラックは回転部品に対して固定された第２ベアリングの端面により形成される。

以下、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

図１は、連結部材２ａと、前方端部にハンドピースヘッド３が配置された中間部材２ｂとを備える屈曲グリップスリーブ２を有する、概ね参照符号１で表された歯科用ハンドピースを示す。ハンドピースヘッド３には、歯科治療ツール４が軸５を中心として回転自在に取り付けられている。図の実施例では、特に、低い回転速度であるが比較的高いトルクでツール４を作動させるための歯科治療用ハンドピースが取り上げられている。

図１に図示されたハンドピース１が連結される不図示のモータ部材に配置されるモータの使用により、ツール４の駆動が実施される。このため、詳細には図示されていない連結要素により、ハンドピース１はモータ部材に載置され、次にハンドピース１の駆動構造の嵌合部材１１がモータ部材に連結され、これに対応して駆動構造を介してツール４が回転する。駆動構造の個別部品については以下で説明する。

最初に、駆動構造は、スリーブ２の連結部材２ａに配置され、モータとの連結のための嵌合部材１１を後方端部に有する第１シャフト１０で構成される。このシャフト１０の取り付けは、例えばボールベアリングである複数のベアリング１２，１３，１４により、連結部材２ａ内で実施される。この連結部材２ａでは、スペース条件から大型の構造のベアリングの使用が可能なので、ボールベアリングの使用も可能である。

第２シャフト２０は、連結部材２ａに対して屈曲した中間部材２ｂの中に配置される。ツール４の回転を発生させるため第１シャフト１０の回転をヘッドピース３に伝達するのは、この第２シャフト２０の仕事である。そのため、第２シャフト２０は、シャフト１０の連結部品１５と協働する第１連結部品２１を後方端部に有する。第２シャフト２０は更に、詳細には図示されていないヘッドピース３内の連結部品と協働する連結部品２２を前方端部に有する。

第２シャフト２０の取り付けは、図２から詳細な構造を知ることのできる二つのベアリング２３，３０によって実施される。中間部材２ｂ内のスペース条件は小型サイズのベアリングの使用のみを可能にすることを考慮すべきである。しかし、図２と３を参照して後で説明するように、特にシャフトの後方範囲では大きな負荷が発生するので、本発明によれば、シャフト２０の取り付けのために特にこの範囲でベアリング機構３０が使用される。

さて、本発明によるベアリング機構３０は、ボールベアリングとしての構造を持ち、複数の、好ましくは１４個のボール３１を有し、ボールは、参照符号３１ａ，３１ｂが付けられた２本のトラックの間を案内されて、グリップスリーブ２内に延在するいわゆる固定中間部材３５に対するシャフト２０の回転を可能にする。中間部材３５はハンドピースのヘッド部品３に連結され、そのためヘッド部品は、後部に突出して中間部材３５に嵌合するスリーブ６を有する。後方端部範囲においてスリーブ６は、中間部材の凹部３５ａに嵌合して、これにより二つの部品の係止及び軸方向締結を行うラッチピン７を有する。

標準的なボールベアリングの形成のため、ボールの内側トラック及び外側トラックは通常、外側又は内側表面にリング状くぼみ又は凹部を有してトラックを形成する二つのベアリングリングにより形成される。本発明によるベアリング機構でも、対応の構造を持つベアリング部３２，３３によりトラック３１ａ，３１ｂが形成されるが、転がり面は、二つのベアリング部の外面又は内面には形成されず、代わりにその端面に形成される。

図２の例示から理解できるように、二つの単面は断面において四分の一円の形状の構造を持ち、相互に対面する転がり面がここに形成され、一方はシャフト２０に面する外面と当接し、他方はボール３１の外面と当接する。従って、シャフト２０に固定状態で配置されてともに回転する第１ベアリング部３２の端面はボール３１の内側トラック３１ａを形成する一方で、対照的に第２ベアリング部３３の端面はボール３１の外側トラック３１ｂを形成する。第２ベアリング部３３もスリーブ状部品により形成されるが、シャフト２０とともに回転せず、これに対して固定状態で配置される。

そのため、二つのベアリング部３２，３３の端面は、ボール３１の周囲とほぼ完全に嵌合するトラックを形成する。こうして非常に安定したベアリングの配置が得られ、トラック内にボール３１を的確に配置するのに通常使用されるケージを不要にすることができる。二つのベアリング部３２，３３の端面の構造は、例えば適切な旋盤加工により実施され、これはベアリングの製造におけるコスト支出に関する長所となる。

ケージのない本発明によるベアリング機構３０では、ボール３１がトラック３１ａ，３１ｂ内に確実に固定状態で配置される場合には特に、良好な転がり性能が得られる。従って、二つのベアリング部３２，３３の一方が他方に対して軸方向に付勢されることが考えられる。図の実施例では、図３の拡大図から特に理解できるように、中間部材３５の端面又は肩部３５ｂを押圧する薄板ばね３４が第２ベアリング部３３の後方端面に配置されることで、これが実施される。このようにして第２ベアリング部３３が第１ベアリング部３２の方向に付勢されるため、トラック３１ａ，３１ｂ内でのボール３１の確実な取り付けが得られる。こうして行われるシャフト２０全体の取り付けは、図４の図からも理解できる。

他に、ハンドピースヘッド３に面するベアリング２３も進歩性を持つ方法で構成される。ゆえに、このベアリング２３でも、シャフト２０に接続された連結部品２２と中間部材３５の相互に対向する端面は、ボールのトラック２３ａ，２３ｂを形成する。これに関連して、本発明によるベアリングの構造は、力の授受に関して特に利点をもたらすことも指摘しなければならない。すなわち、図２の矢印Ｉで概略的に表されているように、ハンドピースの動作では、ドリル４の方向からベアリング２３に向かって斜め上向きに延在する主負荷方向が見られる。図２ａの拡大図に対応して、トラックの構造は、ボールが力方向に正確に包囲されるようなものである。ゆえに、ベアリングによる理想的な力の授受が行われ、これは転がり性能のさらなる向上につながる。

本発明によるベアリング機構３０の顕著な長所は、更に、一方では使用される部品の数が少なく、他方ではトラック３１ａ，３１ｂを形成するベアリング部３２，３３が或るサイズ又は広さを持つような構造にすることができるということにある。これにより、少なくとも、例えば高いトルクでの動作に見られる大きな負荷にも耐えるようにベアリング部を構成することが可能である。こうして本発明によるベアリング機構は、小型の内側及び外側リングを備える従来のボールベアリングと比較して、かなり大きな力を授受することが可能である。それでも、本発明による装置の転がり性能は標準的なボールベアリングに少なくとも匹敵し、そのため、毎分４０，０００回転までのこの範囲での速度の使用も考えられる。本発明による機構の高性能に決定的なのは、特に、薄板ばねの使用による付勢によって実施される二つのベアリング部の相互の一体的配置である。ベアリング機構のすべての部品が高硬度材料、例えば鋼で構成されるべきであることは言うまでもないが、例えばセラミックボールの使用も考えられるだろう。

図５は、図４の例示によるシャフト２０の取り付けの変形例を示す。図５による変形例では、シャフト２０の付加的取り付けに使用されるニードルベアリング３６が、シャフト２０の前方端部に設けられる。この場合、シャフト２０の外壁と、中間部材３５のリング状凹部３５ｃの内壁との間に、ニードルベアリング３６のローラ本体３７が配置される。また、本発明による機構によって後方ベアリング３０が形成され、ベアリング部３２，３３の端面によりトラックが形成される。

最後に図６は、同じ要素に同じ参照符号が付けられた、シャフト２０の取り付けについての別の実施例を示す。図６による実施例の改良は、シャフト２０の前方端部範囲にあるベアリング１３０の場合にも、内側トラックを形成するための付加的ベアリング部が設けられることにある。ゆえに、ボール１３１の取り付けのために二つのベアリング部１３２，１３３が設けられ、その端面は、ボール１３１のための内側及び外側トラック１３１ａ，１３１ｂを形成する。内側トラック１３１ａを形成するベアリング部１３２はこの場合、同時に歯科用ハンドピース１のヘッド部分３内の駆動構造との連結のための連結部材となり、対照的に、第２ベアリング部１３３は中間部材３５により形成される。また、二つのベアリング部１３２，１３３の二つの端面は、ボール１３１のトラックを形成するように四分の一円の形状を持つ構造である。

全体として、本発明により、特に医療・歯科医療用ハンドピースに回転部品を回転自在に取り付けるための新型のベアリング機構が設けられるが、若干の構造的サイズが高い負荷を受ける。それにもかかわらず、本発明によるベアリングが多様な用途を持ち、高い動作安定性を持つように、優れた転がり性能が得られる。更に本発明によるベアリング機構の構造は、ベアリング機構の経済的な製造も可能にする。

本発明によるベアリング機構が使用される、横断面図における歯科医療用ハンドピース 図１のハンドピースのヘッド範囲の拡大図 （ａ）図２の前方ベアリングの詳細図 本発明によるベアリング機構の詳細 本発明によるベアリング機構を使用したシャフトの回転自在な取り付け 図４の機構の変形例 本発明によるシャフトの取り付けの別の変形例

符号の説明

１ 医療・歯科医療ハンドピース
４ ツール
２０ 回転部品
３０、１３０ ベアリング機構
３１、１３１ ボール
３１ａ、１３１ａ 内側トラック
３１ｂ、１３１ｂ 外側トラック
３２、１３２ 第１ベアリング部
３３、１３３ 第２ベアリング部
３４ ばね要素
３５ 中間部材
３５ｂ 中間部材の肩部又は端面
３５ｃ 中間部材のリング状凹部
３６ ニードルベアリング
３７ ローラ本体

Claims (22)

1. ツール（４）を有する医療・歯科医療用ハンドピース（１）であって、該ツール（４）の駆動構造が、ベアリング機構（３０，１３０）により回転自在に取り付けられた少なくとも一つの回転部品（２０）を有し、
   前記ベアリング機構（３０，１３０）が、内側トラック（３１ａ，１３１ａ）と外側トラック（３１ｂ，１３１ｂ）との間に配置された複数のボール（３１，１３１）を備える少なくとも一つのボールベアリングを含み、
   前記ボールベアリングの前記内側トラック（３１ａ，１３１ａ）が、前記回転部品（２０）とともに回転自在な第１ベアリング部（３２，１３２）の端面により形成され、前記外側トラック（３１ｂ，１３１ｂ）が、該回転部品（２０）に対して固定された第２ベアリング部（３３，１３３）の端面により形成されることを特徴とする医療・歯科医療用ハンドピース。
2. 前記二つのベアリング部（３２，３３；１３２，１３３）の一方が、他のベアリング部（３２，３３；１３２，１３３）の方向へ軸方向に付勢されることを特徴とする請求項１に記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
3. 前記対応のベアリング部（３２，３３；１３２，１３３）と、前記回転部品（２０）の周囲に嵌合する中間部材（３５）の肩部又は端面（３５ｂ）との間に配置されたばね要素（３４）により、前記付勢が実施されることを特徴とする請求項２に記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
4. 前記ばねが薄板ばね（３４）により形成されることを特徴とする請求項３に記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
5. 前記第１ベアリング部（３２，１３２）が、前記回転部品（２０）に配置されたベアリングブシュにより形成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
6. 前記第２ベアリング部（３３，１３３）が前記回転部（２０）に対して固定された外側リングにより形成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
7. 前記内側トラック（３１ａ，１３１ａ）と前記外側トラック（３１ｂ，１３１ｂ）とを形成する前記二つのベアリング部（３２，３３；１３２，１３３）の前記端面がほぼ四分の一円の形状であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
8. 前記回転部品（２０）がボールベアリングを介して両端部で取り付けられることを特徴とする請求項１乃至７に記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
9. 更にニードルベアリング（３６）を介して前記回転部品（２０）の取り付けが実施されることを特徴とする請求項１乃至８に記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
10. 前記ニードルベアリング（３６）のローラ本体（３７）が、前記回転部品（２０）の外壁と前記中間部材（３５）のリング状凹部（３５ｃ）の内壁との間に配置されることを特徴とする請求項３又は請求項９に記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
11. 前記二つのベアリング部（３２，３３；１３２，１３３）が高硬度材料、特に高硬度鋼によるものであることを特徴とする請求項１乃至１０に記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
12. 前記ボール（３１，１３１）が高硬度鋼又はセラミック材料によるものであることを特徴とする請求項１乃至１１に記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
13. 歯科治療用ハンドピースが包含されることを特徴とする請求項１乃至１２に記載の医療・歯科医療用ハンドピース。
14. 医療・歯科医療用ハンドピースに回転部品を取り付けるためのベアリング機構（３０，１３０）であって、
    内側トラック（３１ａ，１３１ａ）と外側トラック（３１ｂ，１３１ｂ）との間に配置された複数のボール（３１，１３１）を備えるボールベアリングを含むベアリング機構（３０，１３０）であり、
    前記ボールベアリングの前記内側トラック（３１ａ，１３１ａ）が前記回転部品（２０）とともに回転自在な第１ベアリング部（３２，１３２）の端面により形成され、前記外側トラック（３１ｂ，１３１ｂ）が該回転部品（２０）に対して固定された第２ベアリング部（３３，１３３）の端面により形成されることを特徴とするベアリング機構。
15. 前記二つのベアリング部（３２，３３；１３２，１３３）の一方が、他のベアリング部（３２，３３；１３２，１３３）の方向へ軸方向に付勢されることを特徴とする請求項１４に記載のベアリング機構。
16. 対応のベアリング部（３２，３３；１３２，１３３）と、前記回転部品（２０）の周囲に嵌合する中間部材（３５）の肩部又は端面（３５ｂ）との間に配置されたばね要素（３４）により、前記付勢が実施されることを特徴とする請求項１５に記載のベアリング機構。
17. 前記ばね要素が薄板ばね（３４）により形成されることを特徴とする請求項１６に記載のベアリング機構。
18. 前記第１ベアリング部（３２，１３２）が前記回転部品（２０）に配置されたベアリングブシュにより形成されることを特徴とする請求項１４乃至１７の何れかに記載のベアリング機構。
19. 前記第２ベアリング部（３３，１３３）が、前記回転部品（２０）に対して固定された外側リングにより形成されることを特徴とする請求項１４乃至１８の何れかに記載のベアリング機構。
20. 前記内側トラック（３１ａ，１３１ａ）と前記外側トラック（３１ｂ，１３１ｂ）とを形成する前記二つのベアリング部（３２，３３；１３２，１３３）の端面が、ほぼ四分の一円の形状であることを特徴とする請求項１４乃至１９の何れかに記載のベアリング機構。
21. 前記二つのベアリング部（３２，３３；１３２，１３３）が、高硬度材料、特に高硬度鋼によるものであることを特徴とする請求項１４乃至２０の何れかに記載のベアリング機構。
22. 前記ボール（３１，１３１）が高硬度鋼又はセラミック材料によるものであることを特徴とする請求項１４乃至２１の何れかに記載のベアリング機構。

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