JP2012504991A - 歯科又は外科用ハンドピース - Google Patents

Abstract

固定（２）部品と、可動部品とを含む歯科又は外科用ハンドピースであって、前記固定（２）及び／又は可動部品の少なくとも幾つかが、少なくとも２つの異なる基礎材料、すなわちマトリックス及び強化材の結合の結果生じた複合材料から作られており、複合材料が、１つ又は幾つかの層に堆積することを特徴とするハンドピース。

Description

本発明は、歯科又は外科用ハンドピースに関する。更に具体的には、本発明は、本体が、軽量の耐久性ある材料で作られている、歯科又は外科用のこのタイプの器具に関する。

歯科又は外科用手持ち式器具には、本質的に２つのファミリーがある。これらのファミリーの第１は、タービンと呼ばれるもの、すなわち工具、例えばバーが圧縮空気によって駆動されるモータに連結される器具をグループ化する。このタイプのモータは、概して約２．５〜３バールの空気圧で、１分間当たり数十万回転で、回転できる。タービンは、ユーザが器具を手に持てるようにするハンドルを含む。ハンドルは、従来コネクタ及び可撓管を介して電源及び流体供給（空気、水）ユニットに接続される。

歯科又は外科用器具の第２のファミリーは、ハンドピース及びコントラアングルとして知られるものをグループ化する。ハンドピース及びコントラアングルは、ハンドピースの本体が実質的に真っ直ぐであるが、コントラアングル本体がその長さのある一点で角度を成すことにおいて、本質的に異なる。他の点では、これら２つのタイプの器具は、非常に類似している。ハンドピース又はコントラアングルのハンドル内に収容され、かつ１分間当たり数万回転で回転できる電気モータは、固定又は回転コネクタを有する管を介して供給ユニットに接続される。

便宜上、上記の歯科又は外科用器具は、以下で総称「ハンドピース」によって参照され、この用語が、ハンドピースのみでなく、タービン及びコントラアングルもカバーすることを承知する。

ハンドピースは、手持ち式であることを可能にするハンドルと、工具を担持するヘッドとを本質的に含む。これらの要素は、従来真鍮又はステンレス鋼の棒から製造された。それらは極めて複雑な外部及び内部形状を有し、高価であり、かつ加工（切断、穿孔、ねじ切り、打抜き等）に時間がかかり、かつ８つまでの異なる機械軸を含むことがある高性能な工作機械を必要とする。更に、使用される工作機械がいかに高性能であろうと、これらの要素が与えられ得る、形状によって負わされる限界が常にある。

使用される材料−真鍮又はステンレス鋼−が、利点を有するが、欠点も有することも注目される。例えば真鍮は、加工しやすいので、製造業者により高く評価されている材料である。しかしながら、真鍮は酸化しやすい欠点を有し、かつ従って耐食性材料層の堆積を介して表面処理を受けねばならない。これらの比較的脆い層は、磨滅し、かつ擦り傷が付きやすい傾向にあり、かつその場で下層の真鍮層を露出し得るが、そのことは、器具が並以下の品質であるという印象をユーザに与える。更に、幾つかの層は、ニッケルを含むが、これらの層が露出される時、接触すると、ユーザにアレルギーを発症させ得る。

反対に、ステンレス鋼は、定義により良好な耐食性を有する材料であり、かつそれ故に、この観点からはいかなる特定の処理も必要としない。更に、ステンレス鋼は真鍮よりも軽量であり、かつ従ってユーザの手中で軽いハンドピースの製造を可能にでき、従ってユーザが数時間の作業後に感じ得る疲労を減少させる。しかしながら、ステンレス鋼は、加工しにくいという欠点を有する。

これらの問題を克服するために、幾つかのハンドピース部品（ハンドピースを供給及び制御ユニットに接続する要素、電気コネクタの絶縁要素、タービン翼等）は、プラスチック材料を射出することによりすでに作られている。使用されるプラスチック材料の幾つかは、生体適合性であり、ユーザ又は患者と接触する部品の製造を可能にできる。更に、プラスチック材料の射出は、真鍮又はステンレス鋼片を加工することによって得ることが困難であるか、不可能であろう形状が得られることを意味する。しかしながら、プラスチック材料を射出することにより得られる形状は、プラスチック材料が冷却された後にコア又はインサートを除去することによって引き起こされる問題により限定される。例えば、局部的に屈曲されるであろう一般的に円筒形状を有する部分からコアを除去することは、可能でない。更に、製造業者にとって利用可能なプラスチック材料の範囲は、歯科又は外科器具が受ける滅菌サイクルに対してこれら材料の大部分が耐久性を欠くために、非常に限られている。最後に、原則として、プラスチック材料は、ユーザにおいて良いイメージを受けない。

ハンドピースが、真鍮若しくはステンレス鋼から、又はプラスチック材料を射出することによって作られるにせよ、それらは完全に剛性であり、かつ従って操作中に発生した全ての振動を伝達し、そのことは、ユーザを疲れさせ、かつその動きを不正確にする。

それ故に、先行技術において、プラスチック材料（軽さ、形状に関する自由、精度、再現性及び射出の速さ）及び金属材料（寿命、機械的耐久性）の利点を組み合わせられ、それにもかかわらずハンドピースの操作によって発生する振動を吸収する特性を有し得る材料が必要であった。

固定部品と、可動部品とを含む歯科又は外科用ハンドピースであって、これら固定及び／又は可動部品の少なくとも幾つかが、少なくとも２つの異なる基礎材料、すなわちエポキシ樹脂マトリックス及び強化材の結合の結果生じた複合材料で作られてい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が、本発明の目的である。

マトリックスは、２つの部品を有するエポキシ樹脂を使用して得られ、かつ強化材は、繊維又は粒子の炭素、ガラス、ホウ素、ケブラー、セラミック、アラミド、ナイロン、鋼鉄又はタングステンを含む群から選択される。

複合材料で作られた部片において、エポキシ樹脂マトリックス及び強化材は、巨視的規模で密接に接触した状態に置かれ、マトリックスは、部片に所望の形状を与え、かつ強化材（繊維又は粒子）に、前記部片が受ける機械的応力を伝達し、そのことは、強化材材料の幾つかの特徴を改善する。

外科又は歯科ハンドピースのユーザにおける疲労の大きな原因は、前記ハンドピースの操作によって発生する振動に結び付けられる。非常に耐久性があることに加えて、エポキシ樹脂ハンドピースハンドルは、ある程度の可撓性を有し、かつハンドピースの操作によって発生する振動を吸収することが完全に可能であることが実現された。従って、例えば炭素繊維で作られたこのタイプのハンドルを取り付けられたハンドピースは、振動が少なく、そのことは、ユーザが、疲労を軽減され、かつ更に正確な動きをすることを意味する。

外科又は歯科ハンドピースの固定部品は、特に、かかるハンドピースのヘッドと、ハンドルと、ハンドピースを単に「ユニット」として良く知られる供給及び制御ユニットに接続する固定又は回転コネクタ部分とを含む。可動部品は、とりわけタービンモータと、ドライバと、更に一般的には、モータトルクをハンドピース又はコントラアングルの工具及び幾つかの部品に伝達する動力伝達系とを含む。

プラスチック材料は、歯科又は外科ハンドピースの部品を製造する分野で、前途有望な展望を開くように見えたが、かかる材料を射出する限界にすぐに達した。実際にプラスチック片を射出し得るために、一方で金型が、射出される部片の外部形状を取るために利用可能であるべきであり、かつ他方で前記部片の内部形状を画定する剛性コア又はインサートが利用可能であるべきである。プラスチック材料が、金型及びコアの間で空いた状態にされた容積内に射出された後、部片は、冷却され、かつ金型から除去され、かつコアが取り出される。問題を起こしているのは、コアを除去するこの最後のステップである。実際に、例えばその場で減少した直径又は屈曲部分を有する部片を作ることを検討することは、かかる場合に部片が冷却された後で剛性コアを除去することが可能でないので、可能でない。真鍮又はステンレス鋼片を加工することにより、又はプラスチック射出により、到達可能な形状は、本質的に円筒形状であるので、今まで満足させられなかった新規形状又は人間工学的形状を有するハンドピースが先行技術において必要であった。

本発明は、ヘッド又はハンドルのような外科又は歯科ハンドピース部品が、エポキシ樹脂で作られ得ることを教示することによって、これらの限界全部を克服できる。実際に、エポキシ樹脂部品を製造する技術における決定的要素は、シリコンのような圧縮性材料で作られたコア又はインサートの使用にある。更に具体的には、例えば炭素繊維片を作ろうと願うならば、作られる部片の内部形状を画定する圧縮性コアは、炭素繊維マット又は編物（ｐｌａｉｔｉｎｇ）内で被覆され、次に製造する部片の外部形状を取る金型に導入される。エポキシ樹脂は、次に金型及びコアの間で空いた状態にされた間隙に導入され、かつ炭素繊維を含浸する。樹脂が硬化した時、部片は金型から取り出され、かつコアが除去される。コアが圧縮性なので、変形でき、かつ従って部片が有するいかなる点も、例えば狭い区域又は屈曲部分を難なく通過できる。従って、複合材料から外科又は歯科用ハンドピース部品を作ることは、作られる部片の形状の点で、ほぼ全ての制約を取り除き、かつ従って、手に持ちやすい新規形状を有するハンドル又は人間工学的ハンドルを例えば有するハンドピースを提案できる。しかしながら、上記技術により炭素繊維ハンドピースハンドルを製造することは、例えばプラスチック射出によりハンドルを製造することよりも遙かに多くの注意を必要とすることが注目される。コアが炭素繊維マット又は編物内にコーティングされるステップは、特に高度の配慮を必要とする。実際に、結果として生じる部片の内部形状だけでなく、金型から、マット内にコーティングされるコアを隔て、かつ結果として生じる部片の厚さ、及び従って寸法との整合性を決定する間隙の厚さも尊重するように、炭素繊維マットがコアの形状にできるだけ密接に一致することを確実にするためには、配慮がなされねばならない。

複合材料からハンドピースを作ることは、軽量化も行えるようにする。従って、例えば１４ｇの重さを有する真鍮で作られたハンドルは、炭素繊維で作られる時に、４ｇの重さを有するにすぎない。従って１０ｇの重量利得が達成され、それは、概して約７０ｇである、器具の全重量に対して約１５％の利得に相当する。軽いハンドピースは、時に１日数時間、それを手に持たねばならないユーザにとって疲れにくいことが容易に理解される。

本発明は、歯科又は外科ハンドピースの固定及び／又は可動部品を製造する方法を実行するコアにも関し、前記部品は、少なくとも２つの異なる基礎材料、すなわちエポキシ樹脂マトリックス及び強化材の結合の結果生じた複合材料から作られる。前記方法において、コアは、前記部品を成形する金型に導入され、かつコアは、空気及び／又は水注入口、及び／又は光をハンドピースヘッドに供給する光ガイドのために、成形前に１つ又は幾つかの導管が収容される受取手段を含むことを特徴とする。好ましくは、受取手段は、例えば空気及び水供給用の導管と、タービンヘッドに光を供給するガラス棒又は光ファイバ束を収容する溝である。この技術の結果として、非常に複雑な形状を有する部片は、いかにして種々の導管及び光ガイドが手動で真鍮又はステンレス鋼から作られた同等のハンドピースに導入できるか心配する必要なく、作ることができる。種々の導管及び光ガイドが、溝に挿入された後、コアは、例えば炭素繊維マット内に包装され、かつ全体は、次に金型内に入れられる。繊維マットは次に硬化できるエポキシ樹脂によって含浸され、かつ次に部片は金型から除去される。導管及び光ガイドは、次に樹脂内に捕捉される。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明によるハンドピースの実施態様の以下の詳細な記載からより明瞭に現れ、この例は、添付図面を参照して専ら非限定的な例示として与えられる。

本発明によるタービンタイプハンドピースの断面図である。 本発明による炭素繊維ハンドルを製造する方法を示す金型の縦断面を示す。 炭素繊維ハンドルを製造するコアの代替的実施態様の斜視図である。

本発明は、歯科又は外科用ハンドピースの少なくとも幾つかの部品を、少なくとも２つの異なる基礎材料、すなわちエポキシ樹脂マトリックス及び強化材の結合の結果生じた複合材料から作ることからなる一般的な発明的着想から生じる。市場で入手可能な大部分のハンドピースは、真鍮又はステンレス鋼から、かつ極めて稀にプラスチック材料を射出することによって作られる。これらのハンドピースは、完全に剛性であり、かつ従って操作中に発生した全ての振動を伝達し、そのことは、ユーザを疲れさせ、かつその動きを不正確にする。エポキシ樹脂から作られたハンドピースハンドルは、ある程度の可撓性を有し、かつ振動を吸収することが完全に可能であることが実現され、それはユーザにとって更にくつろぐことができ、かつその動きの精度を改善できるようにする。更に、例えば、ハンドルがエポキシ樹脂から作られるハンドピースは、更に耐久性を有し、かつ軽い。最後に、エポキシ樹脂からハンドピースハンドルを作ることは、新規形状、又はハンドルを手に持ちやすくする人間工学的形状が生成できることを意味する。実際に、金型コア又はインサートは、圧縮性エラストマ材料から作られ、それは、コアが圧縮でき、減少した直径の区域を通過するので、ハンドルがその場で直径減少又は屈曲形状を有していても成形後に除去できることを意味する。

明確化のために、本発明は、エポキシ樹脂で含浸された炭素繊維から作られる歯科又は外科用ハンドピースハンドルの実施態様を参照して、記載される。しかしながら、この例が、純粋に非限定的な例示目的で与えられ、かつ本発明の応用例によれば、このハンドルは、エポキシ樹脂で含浸されたガラス、ホウ素、ケブラー、セラミック、アラミド、ナイロン、鋼鉄又はタングステン繊維を使用して同様に作られ得ることが理解されるべきである。同様に、本発明のもう一つの応用例によれば、本発明のハンドピースの固定及び／又は可動部品は、含浸繊維の１つ又は幾つかの層を使用して作ることがある。

図１は、タービンの縦断面である。このタービンは、全体として参照番号１で示され、簡易着脱連結器（図示せず）が作動流体（空気及び水）及び電気供給のために接続された容器８を取り付けるための、ノズル６とヘッド４が接続された炭素繊維から作られたハンドル２を含む。ヘッド４及びノズル６は、炭素繊維の黒色と対照的に例えばステンレス鋼から作られても良く、かつ従ってそれらが接続されるハンドル２の端部８ａ及び８ｂに有利な美的効果を提供する。

本発明による炭素繊維ハンドルを製造する方法の実施例は、図２を参照して説明される。シリコンのような圧縮性材料から作られ、かつ外部形状が製造されるハンドルの所望の内部プロフィルに一致するコア又はインサート１０は、炭素繊維マット１２内に被覆される。このように炭素繊維マット１２内に包装されたコア１０は、内部表面が製造されるハンドル２の所望の外部形状に一致する金型１６内部に配置される。炭素繊維マット１２の厚さは、概して０．３ミリメートルであり、かつコア１０と、金型１６との間の遊びは、約０．１ミリメートルである。従って、炭素繊維マット１２を含浸させるエポキシ樹脂は、コア１０と、金型１６との間の空いている空間に動かされる。例えばガラス又はホウ素繊維マットが、炭素繊維マットの代わりに同様に使用され得ることは、明らかであろう。

エポキシ樹脂が硬化した時、それにより得られた部分は、金型から除去される。コア１０が圧縮性なので、変形して、ハンドル２が屈曲されたか、又は減少した直径を有する場所を通過できる。それにより得られたハンドル２の表面状態は、金型１６の内部表面状態によって決定される。金型１６の内部表面が鏡面研磨された状態ならば、ハンドル２の表面は、平滑であり、かつ光沢を有する。反対に、金型１６の内部表面がその場で粗い区域を有するならば、ハンドル２の表面は、対応する場所で粗く、光沢のない表面を有する。これらの表面は、例えば、ユーザのためにハンドル２を把持できる区域を定められる。

本発明の応用例によれば、受取手段が、例えば空気及び水供給用の導管と、タービン１のヘッド４に光を供給するガラス棒又は光ファイバ束とを収容する、例えば溝の形状で、コア１０上に提供される。種々の導管及び光ガイドが溝１８に挿入された時、コア１０は、炭素繊維マット１２内に取り付けられる。炭素繊維マット１２が、その正常サイズの２倍まで引き伸ばせるので、導管及び光ガイドは、炭素繊維マット１２の係合に干渉しない。一連のその後の操作は、上記のそれと同一である。炭素繊維マット１２を有するコア１０は、金型内に入れられ、金型はその時、閉鎖される。繊維は、硬化できるエポキシ樹脂によって含浸され、次に部品は金型から除去され、かつ所望の形状及び寸法に切断される。最後に、コアが除去される。空気及び／又は水導管及び光ガイドは、エポキシ樹脂内部に捕捉される。この技術の結果として、非常に複雑な形状を有するハンドピースは、いかにして種々の導管及び光ガイドが手動で真鍮又はステンレス鋼から作られた同等のハンドピースに導入できるか心配する必要なく、製造できる。

１ ハンドピース； ２ ハンドル； ４ ヘッド； １０ コア；
１６ 金型； １８ 溝。

Claims (6)

1. 固定部品（２）と、可動部品とを含む歯科又は外科用ハンドピースであって、前記固定（２）及び／又は可動部品の少なくとも幾つかが、少なくとも２つの異なる基礎材料、すなわちエポキシ樹脂マトリックス及び強化材の結合の結果生じた複合材料から作られており、前記複合材料が、１つ又は幾つかの層に堆積されていることを特徴とするハンドピース。
2. 前記マトリックスが、２つの部品を有するエポキシ樹脂であり、かつ前記強化材が、繊維又は粒子の炭素、ガラス、ホウ素、ケブラー、セラミック、アラミド、ナイロン、鋼鉄又はタングステンを含む群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のハンドピース。
3. 外科又は歯科ハンドピース（１）の前記固定部品が、前記ハンドピースのヘッドと、ハンドル（２）と、前記ハンドピースを供給及び制御ユニットに接続する固定又は回転コネクタ部分とを含み、かつ前記可動部品が、タービンモータと、ドライバと、モータトルクをハンドピース又はコントラアングルの工具に伝達する動力伝達系とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のハンドピース。
4. 前記ハンドル（２）が、平滑な表面と、光沢のない表面とを有することを特徴とする請求項３に記載のハンドピース。
5. 歯科又は外科ハンドピース（１）の固定（２）及び／又は可動部品を製造する方法を実行し、前記部品が、少なくとも２つの異なる基礎材料、すなわちマトリックス及び強化材の結合の結果生じた複合材料から作られるコア（１０）であって、前記部品を成形する金型（１６）内に入れられ、かつ空気及び／又は水供給、及び／又は光をハンドピース（１）のヘッド（４）に供給する光ガイドのために、成形前に１つ又は幾つかの導管が収容される受取手段を含むことを特徴とするコア。
6. 前記受取手段が、溝（１８）であることを特徴とする請求項５に記載のコア。

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