JP2013085750A - Generator for dental handpiece - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧蒸気滅菌の対象となる歯科ハンドピースに使用される発電機に関する。 The present invention relates to a generator used in a dental handpiece that is an object of high-pressure steam sterilization.
モータや発電機ではコイルが使用されているが、このコイルの被覆材としは、一般に銅線に焼き付けて被覆するUEW(ポリウレタンエナメルワイヤー)、PEW(ポリエステルエナメルワイヤー)、PESVW(ポリエステル系樹脂を焼付硬化させたワイヤー)等が、安価な被覆材として大量に生産され使用されている。
これらUEW、PEW等を使用した発電機等は、通常高温の雰囲気であっても特に性能の劣化が起こることはなかった。
例えば、UEWを使用した発電機を100℃のお湯に浸けておいても、その後発電機としての性能劣化による問題は起こらなかった。また、135℃以上の気圧、気体中(雰囲気)に置いた場合であっても性能劣化は起こっていなかった。
Although coils are used in motors and generators, the coating material for these coils is generally UEW (polyurethane enamel wire), PEW (polyester enamel wire), PESVW (polyester resin) that are baked and coated on copper wire. Cured wires) are produced and used in large quantities as inexpensive coating materials.
The generators using these UEW, PEW, etc. did not particularly deteriorate in performance even in a high temperature atmosphere.
For example, even if a generator using UEW is immersed in hot water of 100 ° C., there is no problem due to performance deterioration as a generator thereafter. Moreover, even when it was placed in a pressure (atmosphere) of 135 ° C. or higher and in a gas (atmosphere), no performance degradation occurred.
しかし近年の医療の現場では、各種病原菌の患者間の感染を防止するため、使用器具は滅菌消毒されている。その滅菌消毒の方法として、主に高圧蒸気滅菌処理(オートクレーブ135℃、蒸気圧2atm)が実施されている。
そして、UEW等を使用した発電機は、上述のように高温のお湯につけても、高温高圧にあっても性能の劣化が無かったのに対し、高圧蒸気滅菌処理を行うと性能が劣化するという新たな課題を知見するに至った。
ここで、具体的な性能の劣化としては、UEW等の被覆材質の加水分解等の劣化が見られ、これを原因とするコイル抵抗値の低下がある。
However, in recent medical practice, instruments used are sterilized to prevent infection among patients with various pathogenic bacteria. As a sterilization method, high-pressure steam sterilization (autoclave 135 ° C.,
And, the generator using UEW or the like is not deteriorated in performance even when it is put in hot water as described above or in high temperature and high pressure, whereas the performance is deteriorated when the high pressure steam sterilization treatment is performed. It came to know a new subject.
Here, as specific performance degradation, degradation such as hydrolysis of a coating material such as UEW is observed, and there is a decrease in coil resistance value caused by this degradation.
このような高温蒸気滅菌処理における課題に対し、電線の表面にセラミック絶縁被覆膜と融着皮膜を形成した特許文献1記載技術等のように、被覆材に無機物などを入れ耐食性を向上させたり、銅に被覆を覆った被覆銅線を使用することも考えられる。
In response to such problems in high-temperature steam sterilization treatment, an inorganic substance or the like is added to the coating material to improve the corrosion resistance, as in the technique described in
しかし、特許文献1記載の電線では、耐食は得られても被覆の厚みが厚すぎて、発電機の特性を十分に満足するものでは無かった。
そこで本発明は、高圧蒸気滅菌処理によっても性能劣化が起きにくい歯科ハンドピース用発電機40を提供することを目的とする。
However, with the electric wire described in
Accordingly, an object of the present invention is to provide a
(1)請求項1記載の発明では、高圧蒸気滅菌の対象となる治療用の歯科ハンドピースに使用される発電機であって、回転する軸と、前記軸に固定され、外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石と、前記永久磁石とエアーギャップを介して対向した位置に円筒胴部を有するコイル装着部材と、前記コイル装着部材と接合して円筒状の収容部を形成する外装部材と、前記収容部内で、前記円筒同部の外周部に固定されたコイルと、前記収容部内で、前記コイル対向して前記外装部材の内周側に配置されたヨークと、前記収容部内において、少なくとも前記コイル装着部材に固定されたコイルとその周縁を覆う範囲に充填された樹脂と、を備え、前記コイルは、ポリアミドイミド銅線又はポリイミド銅線により形成されている、ことを特徴とする歯科ハンドピース用発電機40を提供する。
(2)請求項2記載の発明では、前記収容部内に充填する樹脂は、シリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の歯科ハンドピース用発電機40を提供する。
(3)請求項3記載の発明では、前記樹脂は、前記コイル装着部材と前記外装部材との接合部分を覆うように充填されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の歯科ハンドピース用発電機40を提供する。
(4)請求項4記載の発明では、前記コイル装着部材と前記外装部材とは、その接合面が前記円筒同部の径方向となるように接合されていることを特徴とする請求項1、請求項2、又は請求項3に記載の歯科ハンドピース用発電機40を提供する。
(5)請求項5記載の発明では、更に、前記回転軸に固定された発電用タービン羽根と、を具備することを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1の請求項に記載の歯科ハンドピース用発電機40を提供する。
(1) According to the invention described in
(2) In invention of
(3) In the invention described in
(4) In the invention according to claim 4, the coil mounting member and the exterior member are joined so that the joining surfaces thereof are in the radial direction of the cylindrical part. A
(5) The invention according to
本発明に係る歯科ハンドピース用発電機40によれば、コイルにAIW又はPIWを使用することで、高圧蒸気滅菌処理後の性能を長期にわたり維持することができる。
According to the
本発明に係る歯科用又は医療用のハンドピースは、上述した回転電機を備えているので、エネルギー効率が高く、ハンドピースの発光部品の照度を上げることができる。また、ハンドピース自体の低コスト化を図ることができる。 Since the dental or medical handpiece according to the present invention includes the rotating electrical machine described above, the energy efficiency is high and the illuminance of the light emitting component of the handpiece can be increased. In addition, the cost of the handpiece itself can be reduced.
本発明における、歯科用のハンドピースに使用する発電機の好適な実施の形態について、図1から図8を参照して詳細に説明する。
(1)実施形態の概要
本実施形態の発電機は、歯科治療用の工具を回転させるためのエアーを駆動力として、発電機の回転軸に取り付けた発電用タービンを回転させることで発電する。発電した電力は、歯科治療に必要な機器、例えば照明用のLEDに供給される。
A preferred embodiment of a generator used in a dental handpiece according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
(1) Outline of Embodiment The generator according to the present embodiment generates power by rotating a turbine for power generation attached to a rotating shaft of the generator using air for rotating a dental treatment tool as a driving force. The generated electric power is supplied to a device necessary for dental treatment, for example, an LED for illumination.
本実施形態の歯科ハンドピース用発電機は、歯科用のハンドピースに組み込まれた状態で、高圧蒸気滅菌処理(例えば、135℃、蒸気圧2atm)の対象となる。
この高圧蒸気滅菌処理に対応するため、本実施形態の発電機では、コイル被覆AIW(ポリアミドイミド銅線)を使用することで耐食性の向上を実現し、また、熱可塑性部材で形成する円筒胴部との密着性が高いシリコーン系樹脂を充填して該樹脂と円筒胴部とでコイルを包みこむことで耐食性の向上を実現する。
具体的には、高圧蒸気滅菌処理における滅菌消毒に対し、耐久性及び高特性を維持することができる、コイル材料と構造の発電機として次の構成を採用する。
(a)コイル被覆材質においては、被覆劣化の無いAIW、又は、PIW(ポリイミド銅線)を使用する。
このAIWは、従来から高温に耐えうるモータコイルとして知られているが、他の性能については知られていなかった。
出願人は、高圧蒸気滅菌処理に耐えうる材料として種々の材料を試した結果、AIWが耐高温性だけでなく、耐高圧蒸気性を有するという知見を得た。そこで、本実施形態では、歯科ハンドピース用発電機40のコイルとしてAIW、又はPIWを使用することとした。
(b)コイルの隙間及びステータ、ヨーク材等の部品間に出来る隙間に、シリコーン系樹脂を充填することで、コイル等を高圧蒸気から保護している。シリコーン系樹脂は、密着性が高いことから、コイル等を充分に保護することができる。
(c)効率良く回転させるためにコイルと磁石間に配置される円筒胴部(内ケース)を、絶縁体からなる熱可塑性樹脂、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド樹脂)、LCP(液晶ポリマー)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)材等の耐熱性樹脂(熱変形温度200°C以上)を使用する。
The generator for dental handpieces according to the present embodiment is a target of high-pressure steam sterilization (for example, 135 ° C.,
In order to cope with this high-pressure steam sterilization treatment, the generator of this embodiment achieves improved corrosion resistance by using a coil-coated AIW (polyamideimide copper wire), and a cylindrical body formed of a thermoplastic member Corrosion resistance is improved by filling a silicone resin having a high adhesiveness and enclosing the coil with the resin and the cylindrical body.
Specifically, the following configuration is adopted as a generator of a coil material and a structure capable of maintaining durability and high characteristics against sterilization in high-pressure steam sterilization.
(A) For the coil coating material, AIW or PIW (polyimide copper wire) without coating deterioration is used.
This AIW has been conventionally known as a motor coil that can withstand high temperatures, but other performance has not been known.
As a result of trying various materials as materials that can withstand high-pressure steam sterilization, the applicant has obtained knowledge that AIW has not only high-temperature resistance but also high-pressure steam resistance. Therefore, in the present embodiment, AIW or PIW is used as the coil of the
(B) The coil or the like is protected from high-pressure steam by filling the gap between the coil and the gap formed between the parts such as the stator and yoke material with silicone resin. Since the silicone-based resin has high adhesion, the coil and the like can be sufficiently protected.
(C) A cylindrical body (inner case) disposed between the coil and the magnet for efficient rotation is made of an insulating thermoplastic resin such as PPS (polyphenylene sulfide resin), LCP (liquid crystal polymer), PEEK. A heat-resistant resin (heat distortion temperature of 200 ° C. or higher) such as a (polyetheretherketone) material is used.
(2)実施形態の詳細
図1は第1実施形態における歯科ハンドピース用発電機40の構成図である。
歯科ハンドピース用発電機40の円筒軸中心には、軸46が配設されており、軸46は、ラジアル軸受けとして機能する軸受47,48により回転自在に軸支されている。
軸受48は軸受保持部材54に保持され、軸受47は軸受保持部材53に保持されている。
この軸受48及び軸受47は、永久磁石の磁束の影響を受けないものが好ましい。本実施形態では、例えば銅を主成分とする含油軸受が使用されているが、玉軸受け等を採用するようにしてもよい。
(2) Details of Embodiment FIG. 1 is a configuration diagram of a
A
The
The
軸46の外周面には、軸受48と軸受け47の間に永久磁石45が軸46と共に回転可能に取り付けられている。
本実施形態における永久磁石45は、Sm−Co焼結の異方性磁石で2極の着磁がされている。
但し、永久磁石45はNd−Fe−B磁石を用いてもよい。また、永久磁石45は、焼結磁石ではなく、ボンド磁石を用いてもよい。また、永久磁石45は、等方性磁石を用いてもよい。また、永久磁石45は、2極以上の複数の極で構成されていてもよい。
A
The
However, the
この永久磁石45と所定の間隔(エアーギャップ)を介してコイル装着部材42が、軸46と同心上に配置されている。
コイル装着部材42は、両端が開放した円筒胴部42aと、円筒胴部42aの端部から外方に向けて延びるように一体形成された外延円環部42bとを有している。
コイル装着部材42は、絶縁体からなる熱可塑性樹脂、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド樹脂)、LCP(液晶ポリマー)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)材等の耐熱性樹脂(熱変形温度200°C以上)が使用される。本実施形態のコイル装着部材42は、GF(ガラス繊維)40%入りのPPSが使用されている。
円筒胴部42aの厚さは、強度が確保でき、かつ薄いことが好ましく、例えば0.3mmの厚さが好ましい。但し、円筒胴部42aの厚さは、上記に限定されず、0.1mm以上0.5mm以下の厚さでもよい。
The
The
The
The thickness of the
この場合、コイル装着部材42(後述の外装部材50も同じ)は、曲げ弾性率が5000MPa以上の樹脂で成形されることが好ましい。このように樹脂で形成することが漏れ電流を防ぐことができ、曲げ弾性率を5000MPa以上とすることで、加工時の変形が防止されて高精度に、かつ薄肉に加工できるため、回転電機を小型軽量にすることができる。
In this case, the coil mounting member 42 (the same applies to an
コイル装着部材42の外延円環部42bには、歯科ハンドピース用発電機40による発電電力を出力するための端子ピン49が、外延円環還部42bを貫通して2本配設されている。
端子ピン49の、円筒胴部42a側の一端部には、界磁コイル(本実施形態では円筒型コイル44)の端末線が取り付けられている。
外延円環部42bには、端子ピン49用の貫通孔の他に、後述する樹脂充填用の貫通孔も形成されている。
Two
A terminal wire of a field coil (
In addition to the through hole for the
コイル装着部材42の一端側には軸受保持部材54が嵌合され、外延円環部42bが配設された他端側には軸受保持部材53が嵌合されている。
軸受保持部材54の中心には凹部が形成され、この凹部内に軸受48が固定されている。また凹部の中心には軸46の径よりも大径の貫通孔が形成されており、この貫通孔と軸受48を軸46が貫通している。なお、図1では、軸受48が固定される凹部が、軸受保持部剤54の永久磁石45側に形成されているが、その反対側に形成するようにしてもよい。
軸受け保持部材53の中心には、永久磁石45側に凹部が形成され、この凹部内に軸受け47が固定されている。また凹部の底には更に第2凹部が形成され、この第2凹部にはスラスト軸受けとして機能するセラミック製の軸受け球が配置され、軸46の端部が当接している。
なお、図1では、軸受48、47がそれぞれ軸受保持部材54、53を介してコイル装着部材42に固定されているが、コイル装着部材42の内周面に直接固定されるようにしてもよい。この場合、軸受48、47の外形をコイル装着部材42の内径に併せて大きくするか、又は、コイル装着部材42の両端側の肉厚を軸受48、47の外形に併せて厚くするようにする。
A
A recess is formed at the center of the
At the center of the
In FIG. 1, the
コイル装着部材42の円筒胴部42a外周面には、内周面が永久磁石45と対向する領域に、円筒型コイル44が巻き付けられ、固定されている。円筒型コイル44の端部は端子ピン49に接続されている。
本実施形態の円筒型コイル44は、被覆劣化の無いAIW(ポリアミドイミド銅線)、又は、PIW(ポリイミド銅線)を使用する。
このように、本実施形態では、歯科ハンドピース用発電機40に使用するコイルとして、AIWやPIWを使用することで、高圧蒸気滅菌処理を行っても性能劣化を防止することができる。
A
The
Thus, in this embodiment, by using AIW or PIW as a coil used for the
図2は、本実施形態で使用する円筒型コイル44について表したものである。
円筒型コイル44は、1ターンが多角形状をした巻線を円筒型に配列したコイルであり、大別すると、図2(a)に示す亀甲巻の円筒型コイル44、図2(b)に示す菱形巻の円筒型コイル44b、図2(c)に示すハネカム巻の円筒型コイル44c、の3種類がある。
亀甲巻は、巻線が自己融着線から形成され、加熱等によって巻線の被膜同士が融着、固着されて形成される。亀甲巻は円筒軸上に巻線の一部が揃うので、トルクの発生に寄与する円筒軸方向の直線導体部が円筒の巻線の中央部に存在し、磁極の受ける力が有効に回転トルクに働く。そのため、亀甲巻は3つの巻線方式で一番効率が良いとされている。
一方、菱形巻はトルクに寄与する円筒軸方向の直線導体部がなく、全体が傾斜した導体部となっているので、巻線の利用効率が亀甲巻に比べて悪い。そのため、菱形巻は高効率化に際しては、あまり好ましい巻線工法ではない。
また、ハネカム巻は菱形巻と同様にトルクに寄与する円筒軸方向の直線導体部がなく、亀甲巻に比べて巻線の利用効率が悪い。
以上の理由から本実施形態では、亀甲巻の円筒型コイル44を採用しているが、菱形巻やハネカム巻の円筒型コイルを使用するようにしてもよい。
FIG. 2 shows the
The
In the turtle shell winding, the winding is formed from a self-bonding wire, and the coating of the winding is fused and fixed by heating or the like. Tortoise shell winding has a part of the winding on the cylindrical shaft, so the linear conductor in the cylindrical axis direction that contributes to the generation of torque exists in the center of the cylindrical winding, and the force received by the magnetic pole effectively rotates the torque. To work. Therefore, Kameaki is considered to be the most efficient with three winding methods.
On the other hand, since the rhombus winding does not have a linear conductor portion in the cylindrical axis direction that contributes to torque and is a conductor portion inclined as a whole, the utilization efficiency of the winding is worse than that of the turtle shell winding. Therefore, the rhombus winding is not a preferable winding method for increasing the efficiency.
In addition, the honeycomb winding does not have a linear conductor portion in the cylindrical axis direction that contributes to torque like the rhombus winding, and the use efficiency of the winding is worse than that of the turtle shell winding.
For the above reasons, the turtle shell winding
図3は、亀甲巻の円筒型コイル44の作成方法について表したものである。
亀甲巻の円筒型コイル44は、巻回作業、平板状作業、カーリング作業、アニール作業により作成する。
まず巻回作業では、図3(a)に示すように、六角形の巻枠61に整列した巻線62を巻回し、巻枠61に巻回した状態で、巻崩れ防止のためにテープ63で仮固定する。その状態で、その六角形の巻枠61から抜き取る。
平板状作業では、図3(b)に示すように、巻枠61から抜き取った巻線62の六角形の一対の対向面を巻枠軸方向に倒して、平板状にする。
カーリング作業では、図3(c)に示すように、平板状にした巻線をカーリング棒64に巻き付ける。その際カーリング成形した外周にテープを巻き付ける。
アニール作業では、図3(d)に示すように、カーリング棒64を取り外した円筒型コイル65を加熱し、円筒成形治具66で円筒型コイル65をプレスして円筒度が良くなるように整形する。巻線は自己融着線を使用しているので、加熱することで巻線同士が融着して巻崩れしない。
以上の工程によって亀甲巻の円筒型コイル44が作成され、この円筒型コイル44はコイル装着部材42の円筒胴部42aに挿入される。
FIG. 3 shows a method for producing the
The turtle shell winding
First, in the winding operation, as shown in FIG. 3A, the
In the flat plate operation, as shown in FIG. 3B, a pair of hexagonal opposing surfaces of the winding 62 extracted from the winding
In the curling work, as shown in FIG. 3C, the flat winding is wound around the curling
In the annealing operation, as shown in FIG. 3D, the
The turtle shell winding
なお、本実施形態の円筒型コイル44では、上記カーリング作業とアニール作業を廃止して、巻回作業で多角形状の巻枠に巻回した巻線を、平板状作業で巻枠軸方向に倒して平板状にした後、直接コイル装着部材42の円筒胴部42a外周面に巻き付けて円筒形状を形成するようにしてもよい。
これにより、カーリング作業、アニール作業により、あらかじめ円筒形状に形成した円筒型コイル44をコイル装着部材42の円筒胴部42aに挿入する場合に比べて、円筒胴部42aと円筒型コイル44とをより密着させることができ、隙間を小さくできる。さらに、円筒胴部42aの円筒形状に倣ってコイルを成形するため、コイルの円筒形状を高精度に形成することができ、円筒胴部42aの外周面と、後述するヨーク43との隙間を小さく設定することができる。
これにより、永久磁石45とヨーク43との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。また、多くの手間が掛かって作業性が悪かった円筒型コイル44の加工の手間を一部省略することができる。
In the
Thereby, compared with the case where the
Thereby, the clearance gap between the
図1に戻り、円筒型コイル44の外周と対向した位置には、円筒型コイル44の外周全体を囲うようにヨーク43が配設されている。
ヨーク43は、永久磁石45の磁極同士を磁気的に接続するもので、電磁鋼鈑、珪素鋼板などの磁性薄板を円環形状(ドーナツ型)に形成し、これを複数枚(例えば、34枚)積層して構成されている。なお、ヨーク43は、例えば単一鋼塊の磁性材料で形成されてもよい。
Returning to FIG. 1, a
The
ヨーク43の外周側には外装部材50(外ケース)が、軸46と同心上に配置されている。
外装部材50は、両端が開放した円筒胴部50aと、円筒胴部50aの端部(コイル装着部材42の外延円環部42bの配置側と反対側の端部)には、円筒胴部50aから内方に向けて延びるように一体形成された内延円環部50bとを有している。
なお、図1に示した外装部材50の円筒胴部50aの直径は、ヨーク43が配設されている部分の直径よりも、ヨーク43が配設されていない内延円環部50b側の領域部分の直径が小さく形成されているが、全長に渡って同じ径に形成することもできる。
An exterior member 50 (outer case) is disposed concentrically with the
The
The diameter of the
外装部材50とコイル装着部材42とは、その両側端部同士が接着剤などにより接合されることで、両部材間に円筒状の収容部が形成されている。この円筒状収容部には、コイル接着部材42の外周に巻かれた円筒型コイル44、外延円環部42bを貫通した端子ピン49の一部、外装部材50の内周面に接着剤などで固定されたヨーク43が収容されている。
更に円筒状収容部内全体には、外延円環部42bに形成されている樹脂充填用の貫通孔から充填された、樹脂が充填されている。この樹脂により、円筒状収容部内における円筒径コイル44、ヨーク等の各部品間にできる隙間が充填される。
The
Further, the entire inside of the cylindrical housing portion is filled with a resin filled from a through hole for filling a resin formed in the extended
外装部材50とコイル装着部材42間に充填される樹脂としては、PPS等で形成されるコイル装着部材42との密着性が高い樹脂として、シリコーン系樹脂を使用する。
これにより、コイル装着部材42とシリコーン系樹脂とが強力に密着して円筒型コイル44を包み込むことで、高圧蒸気滅菌処理における高圧蒸気がコイルに直接接触する状態を回避し、耐食性を向上している。
As a resin filled between the
As a result, the
さらに、図1で円内に示した前方接合部41a、後方接合部41bのように、外装部材50とコイル装着部材42の両接合面が、共に径方向となるように接合されている。
すなわち、前方接合部41aでは、内延円環部50bの軸46側端部の内側(外延円環部42b側)面と、コイル装着部材42の円筒胴部42aの外延円環部42bが形成されていない側の端部の端面とが接合されている。
また、後方接合部41bでは、外延円環部42bの径方向外側端部の内側(内延円環部50b側)面と、外装部材50の円筒胴部50aの内延円環部50bが形成されていない側の端部の端面とが接続されている。
このように外装部材50とコイル装着部材42の接合面を、軸方向ではなく、径方向とすることで、高圧蒸気滅菌処理における高圧蒸気が円筒状収容部内に進入しにくくしている。
Further, like the front
That is, in the front
In addition, in the rear
Thus, the joint surface of the
また、外装部材50の材質として、コイル装着部材42と同じPPS、LCP、PEEK等の耐熱性樹脂を使用することで、内部に充填されるシリコーン系樹脂との高い密着性により、更に高圧蒸気の進入がしにくくなっている。
Further, by using the same heat-resistant resin such as PPS, LCP, PEEK, etc. as the
以上の通り構成された歯科ハンドピース用発電機40は、軸46の軸受保持部材54から突き出た部分に、発電用タービン羽根が配設される。
そして、歯科ハンドピースの治療工具を回転させるためのエアの供給通路の途中に発電用タービン羽根が配置されるように歯科ハンドピース用発電機40を配置する。
これにより、エアが発電用タービン羽根40と軸46を回転し、軸46の外周面に備えられた永久磁石45は、軸46と一体となって回転し、円筒型コイル44に誘起電圧を発生させ、端子ピン49から出力される。
In the
And the
As a result, the air rotates the power generating
図4は、歯科ハンドピース用発電機40の変形例を表した断面図である。
この変形例にかかる歯科ハンドピース用発電機40は、発電用タービン羽根を組み込んだもので、そのまま歯科ハンドピースへの設置が容易になる。
なお、この変形例における歯科ハンドピース用発電機40において、図1で説明した歯科ハンドピース用発電機40と同様の部分については同一の符号を付して適宜その説明を省略することとする。
FIG. 4 is a sectional view showing a modification of the
The
In addition, in the
この変形例では、図4に示すように、軸受48bが軸46の途中ではなく、軸46の端部に配設されている。この軸受48bと永久磁石45との間の軸46に発電用タービン羽根37が固定されている。
また、歯科ハンドピース用発電機40は、後段ハウジング38と、この後段ハウジング38の一端側内周面と嵌合する前段ハウジング39を備えている。
後段ハウジング38内周面には外装部材50の円筒胴部50a外周面が密着した状態で、永久磁石45、円筒型コイル44、ヨーク43等から構成される発電部分が収容される。
前段ハウジング39の内側には、所定間隔を置いて発電用タービン羽根37が収容されている。
In this modification, as shown in FIG. 4, the bearing 48 b is disposed not at the middle of the
The
A power generation portion composed of the
Inside the
前段ハウジング39には、エアが導入される貫通孔が貫通している。
この前段ハウジング39の内側には、軸受48bを保持する軸受保持部材54bが嵌合している。
軸受保持部材54bは、発電用タービン羽根37の羽根の部分が収容される凹部を有すると共に、この凹部の側面には、前段ハウジング39に形成された貫通孔と連続して貫通する貫通孔が形成され、両貫通孔によりエア導入孔90が形成される。複数のエア導入孔90は、発電用タービン羽根37が回転する方向に向けて貫通、形成されている。
軸受保持部材54bに形成された発電用タービン羽根37を収容する凹部の底部には、更に軸受48bが収容される凹部が形成されている。そして、軸受48b用の凹部の外側には、発電用タービン羽根37を回転させた後のエア通路となるエア通路孔91が形成されている。このエア通路孔91を通過したエアは、後述する工具用タービン21の回転に使用される。
The
A
The
A recess for accommodating the bearing 48b is further formed at the bottom of the recess for accommodating the power
図5は、歯科ハンドピース用発電機40を組み込んだ歯科ハンドピース1の断面を表したものである。
この歯科ハンドピース1には、図4で説明した、発電用タービン羽根37が予め組み込まれた歯科ハンドピース用発電機40が使用されている。
図5に示すように、歯科ハンドピース1は、治療用工具22を軸線L回りに回転駆動する工具用タービン21と、該工具用タービン21を回転自在に保持するヘッド部2と、操作者によって把持される把持部3とを備えている。
FIG. 5 shows a cross section of the
The
As shown in FIG. 5, the
把持部3は、後端部に給気管56および給水管57が前方に延びている。
把持部3は、給気管56から供給されるエアの通路となると共に、歯科ハンドピース用発電機40が収容される収容部80を備えている。
The
The
給気管56から供給されてきたエア流は、後段ハウジング38と把持部3との間を通り、更に、前段ハウジング39と軸受保持部材54に設けられたエア導入孔90において絞られて発電用タービン羽根37に導入され、軸46を回転させる。軸46の外周面に備えられた永久磁石45は、軸46と一体となって回転し、円筒型コイル44に誘起電圧を発生させる。
円筒型コイル44に発生した電極は、端子ピン49を介して電線32を通ってLED31に供給される。LED31は、治療用工具22に向けてその周辺に配置されており、歯科ハンドピース用発電機40から供給される電力により、歯科ハンドピース1による治療箇所周辺を照明することができる。
The air flow supplied from the
The electrode generated in the
一方、発電用タービン羽根37を回転させた後のエアは、軸受保持部材54に形成されたエア通路孔91を通り、歯科ハンドピース用発電機40から排出され、更に、エア通路33を通って工具用タービン21に導入されて、治療用工具22を回転させる。
On the other hand, the air after rotating the power
次に歯科ハンドピース用発電機40における第2実施形態について図6、図7を参照して説明する。
この第2実施形態では、図6に示すように、第1実施形態で説明した円筒型コイル44に変えて、積層した珪素鋼板に内向きに突出形成された2個のティースに、コイル44aとコイル44bが巻かれている。
なお、第2実施形態における歯科ハンドピース用発電機40において、図1、図4で説明した歯科ハンドピース用発電機40と同様の部分については同一の符号を付して適宜その説明を省略することとする。
Next, 2nd Embodiment in the
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, instead of the
In addition, in the
図7は、第2実施形態における、コイル44a、44bを巻いたヨーク43pをコイル装着部材42に配置した状態の斜視図である。
図7に示すように、第2実施形態のヨーク43pは10枚の珪素鋼板の積層により形成されている。ヨーク43pは、中央部がH型に打ち抜かれた円板部43paと、円板部43paから中心方向に向けて対向して形成された2個のティース43pbを備えている。
ヨーク43pの円板部43paは、ティース43pbを除いた部分が矩形に形成され、矩形の対向する2辺から中心に向けた内方に2個のティース43pbが形成される。両ティース43pb、43pbには、コイル44a、44bが巻かれており、コイルの端部は図示しない端子ピン49に接続されている。
このコイル44a、44bが巻かれた両ティース43pbの間には、コイル装着部材42の円筒胴部42aが配設されている。
FIG. 7 is a perspective view of a state in which the
As shown in FIG. 7, the
The disc portion 43pa of the
A
なお、両ティース43pbは、円板部43paと一体形成されているが、別々に形成して結合するようにしてもよい。
また、図7に示したティース43pbの中心側端部は平面状に形成されているが、円筒胴部42aに全体が密着するように円筒胴部42aの外周面と同じ曲率に湾曲するように形成してもよい。
さらに、説明した実施形態では、図4で説明した歯科ハンドピース用発電機40と同様に、予め発電用タービン羽根37を組み込んだ歯科ハンドピース用発電機40を例に説明したが、図1で説明した歯科ハンドピース用発電機40と同様に、発電用タービン羽根37を備えない歯科ハンドピース用発電機40として構成してもよい。この場合、軸受保持部材54、軸受48、軸46は図1と同様に構成する。
The teeth 43pb are integrally formed with the disc portion 43pa, but may be separately formed and coupled.
Further, although the center side end portion of the teeth 43pb shown in FIG. 7 is formed in a flat shape, it is curved to have the same curvature as the outer peripheral surface of the
Furthermore, in the described embodiment, as in the case of the
次に、このように形成した歯科ハンドピース用発電機40における、性能テストの結果について説明する。
この性能テストでは、第1実施形態及び第2実施形態の歯科ハンドピース用発電機40を使用した実施例1、実施例2、及び比較例1〜4の歯科ハンドピース用発電機40に対して、高圧蒸気滅菌処理(連続高圧蒸気滅菌135℃、蒸気圧2atm)を行った場合の、コイルの抵抗値の変化を測定した。
Next, the result of the performance test in the
In this performance test, for the
(a)実施例1
実施例1では、図1、図4に示した第1実施形態の歯科ハンドピース用発電機40を対象とした。
コイル装着部材42(内ケース)をGF(ガラス繊維)40%入りのPPSで内径φ5.5に形成し、φ0.1のAIWで作製した亀甲巻の円筒型コイル44を巻き付け、絶縁テープにて固定させた。また、亀甲巻の円筒型コイル44の外周にφ9×φ7×t0.3の珪素鋼板34枚で構成したヨーク43を設置し、シリコーン系樹脂を注入後、外装部材50(外ケース)で完全密閉した。また、軸46(シャフト)に、φ4×φ1×t10の2−17系SmCo(サマリウム、コバルト)焼結磁石で構成した永久磁石45を取り付け、コイル装着部材42の内側に軸受47、48で軸支した。なお径φの単位はmmである(以下同じ)。
以上の、歯科ハンドピース用発電機40を、5万rpmにて回転させ、発電電力(ワット数)を測定後、連続高圧蒸気滅菌135℃、蒸気圧2atmに投入(高圧蒸気滅菌処理)し、コイルの抵抗値を測定した。
(A) Example 1
In Example 1, the
The coil mounting member 42 (inner case) is formed with PPS containing 40% GF (glass fiber) to have an inner diameter of φ5.5, and a turtle-coiled
The
(b)実施例2
実施例2では、図6、7に示した第2実施形態の歯科ハンドピース用発電機40を対象とした。
φ9×φ5.5×t0.74珪素鋼板10枚で形成したヨーク43pのティース43pbに、φ1.0のPIWを巻き付けコイル44a、44bを製作した。これを、GF(ガラス繊維)40%入りのPPSで形成したコイル装着部材42の円筒胴部42aに挿入した後、シリコーン系樹脂を注入し、外装部材50で完全密閉した。また、軸46に、φ7×φ1×t10のNd(ネオジウム)系焼結磁石で構成した永久磁石45を取り付け、コイル装着部材42の内側に軸受47、48で軸支した。
以上の、歯科ハンドピース用発電機40を、3万rpmにて回転させ、発電電力(ワット数)を測定後、連続高圧蒸気滅菌135℃蒸気圧2atmに投入(高圧蒸気滅菌処理)し、コイルの抵抗値を測定した。
(B) Example 2
In Example 2, the
The
(c)比較例1
比較例1では、実施例1のコイル装着部材42の材質を、PPSからアルミに変更した以外は同等に製作した。
(d)比較例2
比較例2では、実施例1の円筒型コイル44を、AIWからUEWに変更した以外は同等に製作した。
(e)比較例3
比較例3では、実施例1の注入樹脂を、シリコーン系樹脂からエポキシ系樹脂に変更した以外は同等に製作した。
(f)比較例4
比較例4では、実施例2のコイル44a、44bを、AIWからPEWに変更した以外は同等に製作した。
(C) Comparative Example 1
In Comparative Example 1, the
(D) Comparative example 2
In Comparative Example 2, the
(E) Comparative Example 3
In the comparative example 3, it manufactured similarly except having changed the injection resin of Example 1 from the silicone resin to the epoxy resin.
(F) Comparative example 4
In Comparative Example 4, the
図8は、上記実施例1、2、比較例1〜4に対する測定結果を表したものである。
図8(a)は、各実施例、比較例について連続高圧蒸気滅菌を行う前における出力電力(ワット数)の測定値を表したものである。
また図8(b)は、連続高圧蒸気滅菌を行うことにより、各実施例、比較例におけるコイルの抵抗値の時間変化を表したものである。
高圧蒸気滅菌処理は繰り返し行われることが通常であることから、一定時間以上の連続高圧蒸気滅菌に対しても歯科ハンドピース用発電機40の性能が劣化しないこと、すなわち、コイルの抵抗値が低下しないことが必要である。本実施形態では、連続高圧蒸気滅菌に対して要求性能を維持していると判断される基準時間Tとしては250時間を想定している。
FIG. 8 shows the measurement results for Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4.
FIG. 8A shows measured values of output power (wattage) before performing continuous high-pressure steam sterilization for each example and comparative example.
FIG. 8B shows the change over time in the resistance value of the coil in each example and comparative example by performing continuous high-pressure steam sterilization.
Since the high-pressure steam sterilization process is usually repeated, the performance of the
図8(b)に示されるように、コイルをAIWにし、シリコーン系樹脂を充填した実施例1、2の場合には2000時間以上経過しても、抵抗の低下はなく、250時間を大きく超える充分な結果が得られた。
これに対し、コイルはAIWを使用するが、シリコーン系樹脂ではなくエポキシ系樹脂を充填した比較例3の場合には、AIWの効果によって、基準時間である250時間を超え、約300時間までは抵抗値の低下が見られなかった。ただし、それ以降は抵抗が大きく低下し、錆び膨れ問題の為、後に断線している。
As shown in FIG. 8 (b), in the case of Examples 1 and 2 in which the coil was AIW and filled with silicone resin, the resistance did not decrease even after 2000 hours or more, and greatly exceeded 250 hours. Satisfactory results were obtained.
On the other hand, although AIW is used for the coil, in the case of Comparative Example 3 in which the epoxy resin is filled instead of the silicone resin, the AIW effect exceeds the reference time of 250 hours, up to about 300 hours. The resistance value did not decrease. However, after that, the resistance is greatly reduced, and it is later disconnected due to the rust swelling problem.
一方、コイルに従来のUEWやPEWを使用し、シリーコーン系樹脂を充填した比較例2、比較例4の場合には、基準時間の250時間をクリアすることはできず、50時間程度で抵抗が大きく低下し、いずれも200時間程度で断線しており、基準時間をクリアすることはできなかった。 On the other hand, in the case of Comparative Example 2 and Comparative Example 4 in which the conventional UEW or PEW is used for the coil and the series resin is filled, the reference time of 250 hours cannot be cleared, and the resistance is reduced to about 50 hours. However, both of them were disconnected in about 200 hours, and the reference time could not be cleared.
以上から、コイルをAIWとすることで、コイルの抵抗の劣化開始を300時間程度まで延ばすことが可能になる。
そして、コイルをAIWとするこに加え、更にシリーコーン系樹脂を充填することにより、2000時間を超えて抵抗の劣化を防止することが可能になる。
From the above, by setting the coil to AIW, it is possible to extend the deterioration start of the resistance of the coil to about 300 hours.
Further, in addition to making the coil AIW, it is possible to prevent deterioration of the resistance for more than 2000 hours by further filling a series of corn resin.
なお、比較例1では、コイルにAIWを使用し、シリーコーン系樹脂を充填しているため、抵抗値の劣化自体は起こっていない。
しかし、コイル装着部材42の材質にアルミを使用しているので渦電流が発生し、ロスが出でることから、図8(a)に示されるように、発電電力が0.2ワットであり1個のLEDに必要な電力(0.5W)を得ることはできなかった。
In Comparative Example 1, since the coil uses AIW and is filled with a series of cone-cone resin, the resistance value itself does not deteriorate.
However, since aluminum is used as the material of the
以上説明したように本実施形態の歯科ハンドピース用発電機40によれば、コイル44、44a、44bにAIW、又はPIWを使用することで、耐高温性能だけでなく、高圧蒸気滅菌処理においても、基準時間Tを超えて充分に性能を維持することができる。
これにより、歯科ハンドピース用発電機40の高圧蒸気滅菌処理を繰り返して使用できる回数を増やすことができる。
As described above, according to the
Thereby, the frequency | count which can use repeatedly the high pressure steam sterilization process of the
更に、本実施形態では、コイル装着部材42と外装部材50とで形成される円筒状収容部内をシリコーン系の樹脂で充填することで、コイル装着部材42との密着性が向上し、コイル44、44a、44bを隙間無く包みこむことができる。
これにより、AIW又はPIWでコイル44、44a、44bを形成すると共に、充填材としてシリコーン樹脂を使用することで、コイルの永続的な劣化防止をすることができ、繰り返し高圧蒸気滅菌処理を行いながら歯科ハンドピース用発電機40を使用することが可能になる。
Furthermore, in this embodiment, the inside of the cylindrical housing portion formed by the
As a result, the
以上、本発明の歯科ハンドピース用発電機40における各実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
例えば、説明した実施形態では、コイル44、44a、44bにAIW又はPIWを使用すると共に、充填材としてシリコーン樹脂を使用する場合について説明したが、何れか一方だけを採用するようにしてもよい。なお、シリコーン樹脂を充填しない場合には、エポキシ系樹脂等の他の耐熱性樹脂を充填することが好ましい。
As mentioned above, although each embodiment in the
For example, in the embodiment described above, the case where AIW or PIW is used for the
また、説明した実施形態では、インナーロータ型の歯科ハンドピース用発電機40について説明したが、アウターロータ型の歯科ハンドピース用発電機40としてもよい。この場合にもコイルとしてAIW又はPIWの使用、及び、シリコーン樹脂の充填の何れか一方、又は双方を採用する。シリコーン樹脂を充填しない場合には、エポキシ系樹脂等の耐熱性樹脂を充填することが好ましい。
なお、アウターロータ型の場合には、コイルと永久磁石間に、コイル又はコイルとヨークを収容する外筒を配置し、この外筒の内周面にコイルを密着又は近接配置する。そして、外筒内に樹脂を充填することで、樹脂と外筒によりコイルを包み込む。
Moreover, although embodiment demonstrated demonstrated the
In the case of the outer rotor type, an outer cylinder that accommodates the coil or the coil and the yoke is disposed between the coil and the permanent magnet, and the coil is disposed in close proximity or close to the inner peripheral surface of the outer cylinder. And by filling resin in an outer cylinder, a coil is wrapped with resin and an outer cylinder.
また第1実施形態で説明した円筒型コイル44を製作する場合の巻枠は、六角形に限定されるものではなく、多角形であれば良い。
更に、説明した第1実施形態では円筒型コイル44を使用する場合について説明したが、第2実施形態で説明した他の形式のコイルを使用するようにしてもよい。
Moreover, the winding frame in the case of manufacturing the
Furthermore, although the case where the
また、本実施形態では、回転電機のうち歯科ハンドピース用発電機40について説明したが、歯科ハンドピースに限定されず、高圧蒸気滅菌処理の対象となる発電機に使用することも可能である。
Moreover, although this embodiment demonstrated the
さらに発電機に限定されず、高圧蒸気滅菌処理の対象となるモータに使用することも可能である。この場合、例えば3相のコイルにAIW又はPIWを使用し、このコイルに交番電流を順次切り替えるように供給して、永久磁石を回転させるモータとして利用することも可能である。
モータは、インナーロータ型、アウターロータ型の何れも可能であるが、樹脂を充填する場合にはシリコーン系樹脂が好ましいが他の樹脂でもよい。
また、モータとする場合には、図4、図6で説明した発電用タービン羽根37、前段ハウジング39等は不要であり、図1に示した軸受48、軸受保持部材54、軸46を採用する。
Furthermore, it is not limited to a generator, It can also be used for the motor used as the object of a high pressure steam sterilization process. In this case, for example, AIW or PIW may be used for a three-phase coil, and an alternating current may be supplied to this coil so as to be sequentially switched, so that it can be used as a motor that rotates a permanent magnet.
The motor can be either an inner rotor type or an outer rotor type, but when resin is filled, a silicone resin is preferable, but other resins may be used.
When the motor is used, the power
また説明した実施形態では、2極の場合について説明したが、ステータ、ロータの極数はこれに限らず任意の極数とすることが可能である。 In the embodiment described above, the case of two poles has been described. However, the number of poles of the stator and the rotor is not limited to this, and any number of poles can be used.
また、説明した実施形態では、収容部内にシリコーン系樹脂を充填する場合について説明したが、コイルの材料としてAIWやPIWを使用していれば、充填すうる樹脂はシリコーン系樹脂ではなく、エポキシ系樹脂等の他の耐熱性樹脂を使用するようにしてもよい。 Further, in the embodiment described above, the case where the silicone resin is filled in the housing portion has been described. However, if AIW or PIW is used as the coil material, the resin that can be filled is not a silicone resin but an epoxy resin. Other heat resistant resins such as resins may be used.
また、説明した実施形態では、コイル装着部材42と外装部材50とで形成される円筒状の収容部全体にシリコーン系樹脂を充填する場合について説明したが、収容部内の全体ではなく、少なくともコイル装着部材42に固定されたコイルとその周縁を覆う範囲に樹脂を充填するようにしてもよい。この場合の樹脂としては、シリコーン系樹脂が好ましいが、エポキシ系樹脂であってもよい。
このように収容部内の全体に樹脂を充填しない場合、樹脂でコイルを覆うと共に、コイル装着部材42と外装部材50との接合部分を樹脂で覆うように充填することが好ましい。
Further, in the embodiment described above, the case where the entire cylindrical housing portion formed by the
Thus, when not filling resin in the whole inside of an accommodating part, while filling a coil with resin, it is preferable to fill so that the junction part of the
1 歯科ハンドピース
2 ヘッド部
3 把持部
20 ロータ
21 工具用タービン
22 治療用工具
31 LED
32 電線
33 エアー通路
37 発電用タービン羽根
38 後段ハウジング
39 前段ハウジング
40 歯科ハンドピース用発電機40
41a 前方接合部
41b 後方接合部
42 コイル装着部材
42a 円筒胴部
42b 外延円環部
43、43p ヨーク
43pa 円板部
43pb ティース
44 円筒型コイル
44a、44b コイル
45 永久磁石
46 軸
47、48 軸受
50 外装部材
50a 円筒胴部
50b 内延円環部
53、54 軸受保持部材
56 給気管
57 給水管
61 巻枠
62 巻線
63 テープ
64 カーリング棒
65 カーリングした円筒型コイル
66 円筒成形治具
80 収容部
90 エア導入孔
91 エア通路孔
DESCRIPTION OF
32
41a Front
Claims (5)
回転する軸と、
前記軸に固定され、外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石と、
前記永久磁石とエアーギャップを介して対向した位置に円筒胴部を有するコイル装着部材と、
前記コイル装着部材と接合して円筒状の収容部を形成する外装部材と、
前記収容部内で、前記円筒同部の外周部に固定されたコイルと、
前記収容部内で、前記コイル対向して前記外装部材の内周側に配置されたヨークと、
前記収容部内において、少なくとも前記コイル装着部材に固定されたコイルとその周縁を覆う範囲に充填された樹脂と、を備え、
前記コイルは、ポリアミドイミド銅線又はポリイミド銅線により形成されている、
ことを特徴とする歯科ハンドピース用発電機。 A generator used for a dental handpiece for treatment subject to autoclaving,
A rotating shaft,
A permanent magnet fixed to the shaft and having a plurality of magnetic poles arranged in the circumferential direction on the outer periphery;
A coil mounting member having a cylindrical body at a position facing the permanent magnet via an air gap;
An exterior member that is joined to the coil mounting member to form a cylindrical housing portion;
A coil fixed to the outer peripheral portion of the cylindrical portion in the housing portion;
A yoke disposed on the inner peripheral side of the exterior member in the housing portion so as to face the coil;
In the housing portion, at least a coil fixed to the coil mounting member and a resin filled in a range covering the periphery thereof,
The coil is formed of polyamide-imide copper wire or polyimide copper wire,
A generator for dental handpieces.
を具備することを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1の請求項に記載の歯科ハンドピース用発電機。 Furthermore, a turbine blade for power generation fixed to the rotating shaft,
The dental handpiece generator according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
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