JP2012196257A - 歯の切削方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】治療中の患者及び治療者の負担を大きくすることなく効率的に歯を切削することができる歯の切削方法及び装置を提供する。
【解決手段】切削具を高速回転させる切削装置を用いた歯の切削方法において、歯には超音波振動を付与せず、切削具にのみ超音波振動を付与する。また、その方法のために用いる切削装置は、マイクロモータで発生させた回転を切削具の回転に変換して歯を切削する装置１において、ヘッド部３内部の切削具保持部８あるいは回転筒９に固定した圧電素子１０に超音波振動数を有する交流電圧を印加する。
【選択図】図３

Description

本発明は、先端に取り付けられたダイヤモンド製や超硬合金製の切削具を高速回転させることにより歯を切削する方法及び装置に関する。特に、マイクロモータを駆動源として歯を切削するマイクロモータ式の歯の切削装置に関する。

歯科診療においては、歯の切削に係る時間を短縮し、患者の負担をより小さくすることが求められている。

エアタービン式の切削装置は、切削具が連結された回転筒に設けられた羽根に圧縮空気を吹き付けて回転させ、切削具を回転させる装置であり、最高で500,000rpmという高速で回転させることができるものの、回転軸まわりのトルクが小さい。そのため、歯の切削時に切削具を歯に押し当てる力が大きくなると急速に回転速度が低下し、安定して歯の切削を行うことが難しい。

エアタービン式の切削装置では、水道水を使用してエアタービンや歯への注水を行っている。このための流路が装置内部に設けられており、切削装置全体を滅菌することが難しい。従って、埋伏歯の抜歯など、高い滅菌状態を維持しなければならない手術を行う場合には、エアタービン式の切削装置を用いることができない。

一方、マイクロモータを駆動源とする切削装置も用いられている。マイクロモータ式の切削装置の場合、回転速度は最高で約40,000rpmであり、エアタービン式の切削装置に比べると切削効率は落ちるものの、歯車を介してモータの回転を回転筒に伝達し、切削具を回転させるため、エアタービン式の切削装置に比べて回転軸まわりのトルクが大きい。従って、歯に押し当てる力が大きい場合でも急激に回転数が低下せず、安定して切削を行うことができる。

マイクロモータ式の切削装置を用いる場合、切削具の先端や歯への注水には滅菌チューブを用いる。エアタービン式の切削装置のように流路が装置本体の内部に設けられておらず、また滅菌チューブは使い捨てが可能であるため、常に滅菌状態の水を供給することができる。従って、埋伏歯の抜歯など、高い滅菌状態を維持しなければならない手術を行う場合にも好適に使用することができる。

マイクロモータ式の切削装置に歯車を追加して回転速度を５倍に上昇させる、高速コントラアングルハンドピースと呼ばれる装置も用いられている。高速コントラアングルハンドピースを用いれば、上記のマイクロモータ式の切削装置の利点を生かしつつ、ヘッドを最高約200,000rpmで高速回転させて歯の切削を行うことができる。
高速コントラアングルハンドピースを用いれば、エアタービン式の切削装置と同等以上の切削効果を得ることができるとの報告がなされている（非特許文献１参照）。

特公昭６０−２７２９８号公報 特公昭６０−５８８５３号公報

岡本 武司,他3名, "マイクロモーター用高速コントラアングルによる切削の評価", 歯科学会雑誌第36巻3号, 2010年2月, pp.145-154

上述のような、切削装置のヘッドの回転速度を高めることにより歯の切削効率を高める方法以外にも、例えば特許文献１及び特許文献２に記載の装置が提案されている。これらの装置では、切削しようとする歯に超音波振動を与えつつ、エアタービン式の切削装置を用いて切削を行う。これにより、歯を超音波振動させない場合よりも効率的に歯を切削することができる。

しかし、この方法では、患者の歯に直接超音波振動を与えるため、患者が感じる不快感が大きい。また、切削する歯自体を超音波振動させるため、治療者が正確に歯の切削を行うことが難しい。さらに、上述のとおり、エアタービン式の切削装置は回転トルクが小さいことから、歯に押し当てる力が大きくなると切削具の回転速度が急速に低下してしまうため、安定して切削を行うことも難しい。

本発明が解決しようとする課題は、治療中の患者及び治療者の負担を大きくすることなく効率的に歯を切削することができる歯の切削方法及び装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る歯の切削方法は、切削具を高速回転させる切削装置を用いた歯の切削方法において、前記切削具にのみ超音波振動を付与することを特徴とする。
また、本発明に係る方法に好適に用いることのできる歯の切削装置は、マイクロモータを駆動源として歯を切削する切削具を回転させるマイクロモータ式の歯の切削装置であって、前記切削具を超音波振動させる超音波振動発生部を備えることを特徴とする。

本発明に係る歯の切削方法では、切削具は高速回転しつつ、かつ、超音波周波数で振動する。このため、この切削具を用いて歯を切削する際、切削具が歯への接触と離間を繰り返し、この間、接触している間にはその高速回転により歯の表面を切削し、離間している間には接触により低下した回転速度が高速に回復する。更に、離間状態から接触状態に変化する際、瞬間的な歯への衝撃力が働く。これらの作用により、本発明に係る歯の切削方法では従来の、単に切削装置のみで歯を切削する場合よりも歯の切削効率が向上する。
また、本発明に係る歯の切削方法では、切削具にのみ超音波振動を付与し、患者の歯自体には直接振動を与えないため、患者が不快感を感じることがない。また、治療者にとっても、患者の歯への振動付与のための装置上、処置上の注意を払う必要がないため、切削装置の操作に注意を集中することができ、より高度な治療を施すことができる。

さらに、本発明に係る歯の切削装置はマイクロモータ式の切削装置であり、回転トルクが大きいことから、安定して歯の切削を行うことができる。また、上述の通り、常に滅菌状態の水を供給することができるため、高い滅菌状態を維持しなければならない手術にも好適に使用することができる。

前記超音波振動発生部は、前記切削具に超音波振動を付与する圧電素子や磁歪素子とすることができる。圧電素子を用いる場合には超音波周波数の交流電圧を、磁歪素子とする場合には超音波周波数の交流磁場を、それぞれの素子に印加すればよい。
また、前記超音波振動発生部は、前記切削具の磁性回転軸に超音波周波数の振動磁場を印加する装置としてもよい。

前記超音波振動発生部は、前記マイクロモータで発生させた回転を前記切削具に伝達するために用いる歯車のうちの一つに設けられた、該歯車の正常な噛合を阻害する形状に変更された形状変更部とすることもできる。これにより、歯車の回転と同期した振動を切削具に与えることができる。

本発明に係る歯の切削方法によれば、従来の方法よりも効率的に歯の切削を行うことができる。また、患者の歯自体には直接振動を与えないため、患者が不快感を感じることがなく、治療者が正確な歯の切削を行う際に困難も生じない。さらに、本発明に係る方法に用いる切削装置は、基本的にマイクロモータ式の切削装置であることから、安定して歯の切削を行うことができる。その他、装置内部の滅菌状態を維持することができるため、患者に細菌を感染させる恐れがなく、高い滅菌状態を維持しなければならない手術にも好適に使用することができる。

歯牙模型に超音波振動を与えて切削具による歯牙模型の切削効率を向上させる効果を説明する図。 本発明に係る切削装置の一実施例の外観図。 本発明に係る切削装置の一実施例について説明する図。 本発明に係る切削装置の別の実施例について説明する図。 本発明に係る切削装置の変形例について説明する図。

まず、歯の切削時に歯と切削具の間に超音波振動を付与することによる歯の切削効率向上の効果について説明する。

7mm×7mm×3mmの大きさの金銀パラジウム合金補綴物（パラゼット12）である歯牙模型を、エアタービン（株式会社モリタ製作所、ツインパワータービンＰスタンダードタイプ）により高速回転させた切削具の側部で切削した。上記補綴物は歯科治療における補綴物として一般的に用いられるものであり、歯と同等の硬度（ビッカース硬さ200）を有している。切削具は市販のダイヤモンドバー（株式会社松風、102R）を用いた。

無負荷状態での回転速度が60,000rpm（1,000Hz）、180,000rpm（3,000Hz）、402,000rpm（6,700Hz）の3種類の速度でダイヤモンドバーを回転させ、その側部を1Nの力で15秒間、歯牙模型に押し当てた。歯牙模型に、切削面に垂直な方向に28,000Hzの超音波振動を付与した場合と超音波振動を付与しない場合とについて、それぞれ歯牙模型の切削深さを測定した。その結果を図１に示す。

60,000rpm（1,000Hz）でダイヤモンドバーを回転させた場合には歯牙模型の切削深さに差が見られないが、180,000rpm（3,000Hz）、402,000rpm（6,700Hz）で回転させた場合には超音波振動を付与することにより切削効率が向上している。特に、回転速度を402,000rpm（6,700Hz）とした場合に顕著な切削効率の向上が確認できる。

歯牙模型に超音波振動を与えつつ切削具で歯牙模型の切削を行うと、切削具と歯牙模型が接触と離間を繰り返す。この間、切削具が歯牙模型に接触している間はその高速回転により歯牙模型の表面を切削し、離間している間は接触により低下した回転速度が高速に回復する。更に、離間状態から接触状態に変化する際、瞬間的な歯への衝撃力が働く。そのため、歯牙模型に超音波振動を与えた場合に、歯の切削効率が向上する。

上記はエアタービン式の歯の切削装置を用いた試験の結果であるが、上記の歯と切削具の接触・離間の繰り返しによる切削効率の向上作用・効果は工具の回転駆動方式に依存しないと考えられるため、マイクロモータ式の切削装置でも同様に切削具に超音波振動を付与することにより切削効率向上の効果を得ることができると考えられる。
また、上記の試験は、切削具は超音波振動させず、歯牙模型を超音波振動させて行った。しかし、両者の接触・離間は相対的なものであり、力学的にはいずれか一方に超音波振動を与えればよい。従って、切削具を超音波振動させても同様の効果が得られると考えられる。

本実施例に係るマイクロモータ式の切削装置について図２〜図５を用いて説明する。

図２は本発明に係るマイクロモータ式の切削装置の外観図である。本発明に係るマイクロモータ式の切削装置１は、握持部２、ヘッド部３、切削具４からなる。握持部２内にはマイクロモータが内蔵されている。

図３に切削装置１のヘッド部３近傍の断面図を示す。なお、図３及び後述の説明で使用する図４、図５では切削具のチャック機構等の図示を省略している。
ヘッド部３近傍には、マイクロモータに連結された回転軸５、回転軸５の先端部に設けられた第一歯車６、切削具４を保持する切削具保持部８、切削具保持部８に連結された回転筒９、回転筒９の外周に設けられて第一歯車６と噛合する第二歯車７が設けられている。切削具保持部８及び回転筒９は、ボールベアリングによりヘッド部３の本体内に保持されている。

また、超音波振動発生部である圧電素子１０が、回転筒９を上方から回転自在に保持するボールベアリングの上面に固定されている。圧電素子１０には、（図３において）一点鎖線で示す配線１１により、図示しない高周波電圧発生部から超音波周波数の交流電圧が印加される。圧電素子１０の取り付け方向及び交流電圧の印加方向は、電圧印加時に圧電素子１０が切削具４の回転軸に平行な方向に振動するように設定されている。

超音波周波数の交流電圧が印加されると、上述の通り圧電素子１０は切削具４の回転軸に平行な方向に超音波振動する。圧電素子１０で発生した超音波振動は、切削具保持部８を通じて切削具４に伝達される。これにより、切削具４がその回転軸に平行な方向に超音波振動する。

圧電素子１０の取り付け位置を変更することによって、切削具４の回転軸に垂直な方向に切削具４を超音波振動させることもできる。切削具４をその回転軸に垂直な方向に超音波振動させる場合の構成を図４に示す。この例では、超音波振動発生部である圧電素子１０が、回転筒９を側方から回転自在に保持するボールベアリングの外側に固定されている。圧電素子１０の取り付け方向及び交流電圧を印加する方向は、圧電素子１０が回転筒９の側面に垂直な方向に振動するように設定されている。

超音波周波数の交流電圧が印加されると、圧電素子１０は上述の通り回転筒９の側面に垂直な方向に、即ち切削具４の回転軸に垂直な方向に、超音波振動する。この超音波振動は、回転筒９及び切削具保持部８を通じて切削具４に伝達される。これにより、切削具４がその回転軸に垂直な方向に超音波振動する。

上記は圧電素子１０を用いて切削具４を所望の方向に超音波振動させる方法であるが、磁歪素子を用いても、同様に切削具４を超音波振動させることができる。磁歪素子を用いる場合は、上記（図３、図４）の構成において圧電素子１０に代えて磁歪素子を使用し、磁歪素子に超音波周波数の交流磁場を印加することにより、切削具４をその回転軸に平行な方向、あるいは垂直な方向に超音波振動させることができる。

また、図５に示すように、ヘッド部３の内壁に電磁石１２を取り付けて超音波振動発生部とすることもできる。この場合には回転筒９には通常の鋼等の磁性体を使用する。そして、電磁石１２により回転筒９近傍に超音波周波数の振動磁場を印加すれば、電磁石１２と回転筒９の間の磁性吸引・反発力により、切削具４に超音波振動を発生させることができる。

上記のような超音波振動発生素子を用いる方法の他、切削具４を回転させるための機構の内部に超音波振動発生部を設けることもできる。例えば、マイクロモータで発生させた回転を前記切削具に伝達するために用いる歯車の一つに該歯車の正常な噛合を阻害する所定数の微細な突起部などで構成される形状変更部を設けることにより、切削具４を超音波振動させることもできる。
形状変更部の構成は、形状変更部を設ける歯車の回転数に応じて適宜変更すればよい。例えば、高速コントラアングルハンドピースの場合、その歯車は通常のマイクロモータ式の切削装置の歯車よりも高速で回転するため、より少数の突起部により形状変更部を構成して切削具４を超音波振動させることができる。

上記各実施例はいずれも理解の容易さのために具体例を挙げたものであって、それらは本発明の趣旨に沿って適宜変形や修正を行うことが可能である。例えば、図４に示した構成において、圧電素子１０が切削具４の回転軸に平行な方向に超音波振動するように、圧電素子１０の取り付け方向や交流電圧の印加方向を設定して、切削具４をその回転軸に平行な方向に超音波振動させてもよい。

１…切削装置
２…握持部
３…ヘッド部
４…切削具
５…回転軸
６…第一歯車
７…第二歯車
８…切削具保持部
９…回転筒
１０…圧電素子
１１…配線
１２…電磁石

Claims (8)

1. 切削具を高速回転させる切削装置を用いた歯の切削方法において、前記切削具にのみ超音波振動を付与することを特徴とする歯の切削方法。
2. 前記切削具の回転の軸に平行な方向に超音波振動を付与することを特徴とする請求項１に記載の歯の切削方法。
3. 前記切削具の回転の軸に垂直な方向に超音波振動を付与することを特徴とする請求項１に記載の歯の切削方法。
4. マイクロモータで発生させた回転を切削具の回転に変換して歯を切削する装置であって、前記切削具を超音波振動させる超音波振動発生部を備えることを特徴とする歯の切削装置。
5. 前記超音波振動発生部が、前記切削具に超音波振動を付与する圧電素子であることを特徴とする請求項４に記載の歯の切削装置。
6. 前記超音波振動発生部が、前記切削具に超音波振動を付与する磁歪素子であることを特徴とする請求項４に記載の歯の切削装置。
7. 前記超音波振動発生部が、前記切削具の磁性回転軸に超音波周波数の振動磁場を印加する装置であることを特徴とする請求項４に記載の歯の切削装置。
8. 前記超音波振動発生部が、前記マイクロモータで発生させた回転を前記切削具に伝達するために用いる歯車のうちの一つの歯車に設けられた、該歯車の正常な噛合を阻害する形状に変更された形状変更部であることを特徴とする請求項４に記載の歯の切削装置。

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