JP2010521250A - 歯科用途向けまたは外科用途向けのハンドピース - Google Patents

Abstract

本発明は、静的構成要素、すなわち頭部および本体、ならびに動的構成要素、すなわち歯車、原車、タービンを備える、歯科用途向けまたは外科用途向けのハンド・ヘルド部品において、静的および／または動的構成要素の少なくともいくつかは、その体積部分において少なくとも部分的に非晶相にて固化する金属合金から作製されることを特徴とする、ハンド・ヘルド部品に関する。

Description

本発明は、歯科用途向けまたは外科用途向けのハンドピースに関する。より具体的には、本発明は、容易に機械加工可能な軽量材料から本体が構成される、歯科用途向けまたは外科用途向けのこのタイプの器具に関する。

２つの主要な系統の、歯科用途向けまたは外科用途向けのハンド・ヘルド器具が存在する。これらのうちの第１の系統のものには、タービン（すなわち、例えばバーなどの工具がモータに結合され、加圧空気により駆動される器具）として知られているものが含まれる。このモータは、典型的には約２．５から３バールの大きさの空気圧により、分速数十万回転で回転することが可能である。タービンは、本体を備え、この本体により、施術者はこの器具を掌中にて保持することが可能となる。一般的には、この本体は、コネクタおよび可撓性ホースにより、電力および流体（空気、水）供給ユニットに連結される。

歯科用途向けまたは外科用途向けの工具の第２の系統のものには、ハンドピースおよびコントラアングル・ハンドピースとして知られているものが含まれる。ハンドピースおよびコントラアングル・ハンドピースは、ハンドピースの本体がほぼ直線状であるのに対し、コントラアングル・ハンドピースの本体はその全長のある箇所にてある角度を成す点で、本質的に異なる。その他の点においては、これら２つのタイプの器具は、非常に類似している。ハンドピースまたはコントラアングル・ハンドピースに固定され、分速数万回転で回転することが可能なモータが、固定式または回転式コネクタ・ホースにより、供給ユニットに連結される。

便宜上の理由により、「ハンドピース」という表現が正真のハンドピースおよびタービンおよびコントラアングル・ハンドピースのすべてを含むという認識に基づき、上述のものなどの歯科用途向けまたは外科用途向けの工具を、「ハンドピース」という包括的な表現によって指し示すこととする。

基本的に、ハンドピースは、掌中に保持させることを可能にする本体、および工具を担持する頭部から作製される。一般的には、これらの要素は、真鍮またはステンレス鋼の棒材から製造される。これらの要素は、極めて複雑な外部形状および内部形状を有するが、それらの機械加工（切削、穿孔、ねじ切り、打抜き加工、等々）には長い時間および高額の費用がかかり、最大で８つの異なる機械加工軸を有し得る高性能工作機械が必要とされる。さらに、使用される機械加工装置がいかに高性能のものであっても、これらの要素に与えることが可能な形状には常に限界がある。

また、使用される材料、すなわち真鍮またはステンレス鋼は、利点を有する一方で、また欠点を有することに留意すべきである。例えば真鍮は、機械加工が容易であるため、設計者による評価が高い材料である。しかし、真鍮は、容易に酸化するという欠点を有し、したがって、不酸化層の堆積による表面処理を施されなければならない。これらの比較的脆い層は、容易に磨耗するおよび擦り傷がつく傾向があり、基礎を成す真鍮層を露出させるおそれがあり、この真鍮層の露出により、その器具の品質があまり良くないという印象を施術者に与える。さらに、いくつかの層がニッケルを含むが、それらの層が露出した場合には、施術者がこのニッケルに対してアレルギー反応を発症することがある。

それとは相反して、ステンレス鋼は、本質的に、腐食に対して非常に抵抗があり、したがってこの点においてはいかなる特定の処理も必要とはしない。さらに、ステンレス鋼は、真鍮よりも軽く、したがって、施術者の掌中にて比較的軽いハンドピースを製作するために使用することが可能であり、そのため、数時間の作業後に施術者が感じることのある疲労が軽減される。しかし、ステンレス鋼は、機械加工が困難であるという欠点を有する。

これらの問題を解決するために、すでに、いくつかのハンドピース構成要素は、塑性材料を射出成形することにより構成されている（動力および制御ユニットにハンドピースを連結するための要素、電気コネクタ用の絶縁要素、タービンの羽根、等々）。使用される塑性材料のいくつかは、生体適合性であり、そのため施術者または患者に接触することとなる構成要素の製造が可能となる。また、塑性材料を射出成形することにより、製作される要素の形状に関するほぼすべての制約が取り除かれる。また、このことにより、これらの要素を、高レベルの精度で製作することが可能となり、鋳型からの除去後にほぼ使用可能な状態で提供することが可能となる。しかし、これらの塑性材料は、時間の経過とともに機械的性能上の問題を引き起こし、施術者からはよく見えないため、塑性材料の使用は普及していない。

したがって、塑性材料の利点（軽量性、形状に関する自由度、精度、再現性、および射出成形の迅速性）と金属材料の利点（寿命、機械的性能）とを兼ね備えた材料に対する要望が、最新技術において存在した。

本発明の１つの目的は、固定式構成要素および可動式構成要素を備える歯科用途向けまたは外科用途向けのハンドピースであって、これらの固定式および／または可動式構成要素の少なくともいくつかが、金属合金から作製され、この金属合金のバルクが、少なくとも部分的に非晶相にて固化することを特徴とする、ハンドピースを提供することにより、この期待に応えることである。

ハンドピースの固定式構成要素には、とりわけ、そのハンドピースの頭部およびハンドル部が含まれる。可動式構成要素には、とりわけ、歯車、工具に駆動トルクを伝達するための原車、およびいくつかの電気モータ構成要素が含まれる。

これまでこのようなバルク非晶質金属合金の使用とは相容れなかった主要な障害は、このような材料にはある特殊な製作工具が使用されなければならないと考えられていたことに起因する。本出願人は、塑性材料を射出成形するために一般的に使用されるものと同一の機械により、非晶質系材料を射出成形することが可能であることに気づいた。これは、これらの合金が、典型的には６００℃以下の低い軟化および融解温度を有することによる。したがって、新規の製作工具を購入するための多額の支出が不要となる。また、種々の構成要素に与えることが可能な形状に関する自由度が大きく、製造精度のレベルも高い。この製造精度は、とりわけ、冷却の際に結晶相の形成がないことによる。したがって、原子の再配列が見られないため、射出成形される部品の収縮率がはるかに低くなる。さらに、これらの構成要素は、鋳型からの取出しの後にはほぼ使用可能状態にある。表面処理または装飾的コーティングの堆積などの仕上げステップのみが必要となる。さらに、このようにして得られた金属構成要素は、優れた機械特性を有しており、腐食抵抗性があり、使用される合金の成分に応じてステンレス鋼構成要素よりも１５から３０％軽い。さらに、これらの合金のいくつかは、生体適合性である。また、本明細書中で該当する非晶質金属合金のいくつかは、有利な磁気特性を有し、とりわけ渦電流損が低く、いくつかの電気モータ部品の製造に必然的に適したものとなることに留意されたい。

本発明の補足的な特徴によれば、この金属合金は、少なくとも５０％のバルク非晶相を含む。

本発明の別の特徴によれば、この金属合金は、完全にバルク非晶質である。

任意の完全なバルク固化非晶相の金属合金を、本発明の範囲内において使用することが可能である。非晶質合金のバルク固化は、秒速５００°Ｋ以下の低い冷却速度で冷却させることが可能な、非晶質原子構造をある程度維持する系統の非晶質合金を基準とする。換言すれば、結晶学的観点からすると、これらのバルク非晶質金属合金は、いくつかの単結晶粒が中に分散し得る非晶質構造を有する。

バルクが非晶相にて適切に固化する非晶質金属合金の１つの典型的な例としては、Ｚｒ−Ａｌ−Ｒ合金、Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ合金、およびＺｒ−Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｂｅ合金が挙げられ、これらには、イットリウムを添加することが可能である。より具体的には、これらの金属合金は、以下の分子式、すなわち、
− Ｚｒ_xＡｌ_yＲ_z、但し、ｘ、ｙ＜１００、ｚ＝ｘ−ｙ、
− Ｚｒ₅₅Ａｌ₁₅Ｎｉ₁₀Ｃｕ₂₀）_100-xＹ_x、但し、ｘは０から１０の範囲内である、
− Ｚｒ₆₅Ａｌ_7.5Ｎｉ₁₀Ｂｅ_22.5）_100-xＹ_x、但し、ｘは０から６の範囲内である、
− Ｚｒ₄₁Ｔｉ_l4Ｃｕ_12・5Ｎｉ₁₀Ｂｅ_22.5）₉₈Ｙ₂、および
− Ｚｒ₃₄Ｔｉ₁₅Ｃｕ₁₂Ｎｉ₁₁Ｂｅ₂₈Ｙ₂
によって記述される。

言うまでもないが、本発明は、説明された実施形態に限定されず、当業者は、この特許出願に添付された特許請求の範囲により規定される本発明の範囲から逸脱することなく、種々の簡単な代替形態および変形形態を予期し得る。これらの非晶質合金に固有の特徴の１つは、固相から液相に直接変化する従来の金属とは異なり、明確な変形可能な塑性相を経て変化することにより固相から液相に変化する点にあることに、とりわけ留意されたい。この特徴により、通常は他の材料に使用される実施手段を用いることが可能となる。

Claims (9)

1. 静的構成要素および動的構成要素を備える、歯科用途向けまたは外科用途向けのハンドピースにおいて、前記静的および／または動的構成要素の少なくともいくつかは、バルクが非晶相にて固化する金属合金から作製されることを特徴とする、ハンドピース。
2. 前記金属合金は、少なくとも５０％のバルク非晶相を含むことを特徴とする、請求項１に記載のハンドピース。
3. 前記金属合金は完全なバルク非晶質であることを特徴とする、請求項２に記載のハンドピース。
4. 前記非晶質金属合金は、６００℃以下の軟化および融解温度を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のハンドピース。
5. 前記非晶質金属合金は、固相と液相との間に、塑性的に変形可能となる相を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のハンドピース。
6. 前記非晶質金属合金は生体適合性であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のハンドピース。
7. 前記非晶質金属合金は、Ｚｒ−Ａｌ−Ｒ、Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ、またはＺｒ−Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｂｅの合金であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のハンドピース。
8. Ｚｒ−Ａｌ−Ｒ、Ｚｒ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ、またはＺｒ−Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｂｅの前記非晶質金属合金は、イットリウムをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載のハンドピース。
9. 前記非晶質金属合金は、任意の以下の分子式、すなわち、
   − Ｚｒ_xＡｌ_yＲ_z、但し、ｘ、ｙ＜１００、ｚ＝ｘ−ｙ、
   − Ｚｒ₅₅Ａｌ₁₅Ｎｉ₁₀Ｃｕ₂₀）_100-xＹ_x、但し、ｘは０から１０の範囲内である、
   − Ｚｒ₆₅Ａｌ_7.5Ｎｉ₁₀Ｂｅ_22.5）_100-xＹ_x、但し、ｘは０から６の範囲内である、
   − Ｚｒ₄₁Ｔｉ_l4Ｃｕ_12・5Ｎｉ₁₀Ｂｅ_22.5）₉₈Ｙ₂、および
   − Ｚｒ₃₄Ｔｉ₁₅Ｃｕ₁₂Ｎｉ₁₁Ｂｅ₂₈Ｙ₂
   によって記述されることを特徴とする、請求項８に記載のハンドピース。