JP2023162858A - 歯科用口腔外吸引アーム - Google Patents

Abstract

【課題】診療時の姿勢を良好に保持しつつ、操作性にも優れる歯科用口腔外吸引アームを提供する。【解決手段】吸引アーム１は、床上に立設された固定用ポール１０の先端部に第１関節２１を介して連結され、第１関節２１を中心に回動して起立状態から傾倒する第１アーム部１１を含む。第１アーム部１１は、第１アーム部１１が傾倒したときに、第１アーム部１１に対して起立状態へと復帰する方向に反力を付与する反力機構３を備える。反力機構３は、第１アーム部１１の傾倒角度の増加に対して反力を非線形的に増加させる。【選択図】図２

Description

本発明は、歯科用口腔外吸引アームに関する。

特許文献１には、歯科用口腔外バキューム装置（以下「吸引アーム」という）が記載されている。この吸引アームは、床上に設置される固定用ポールと、複数の関節を介して互いに相対回動自在に連結された複数のアーム部と、複数のアーム部の先端に連結されたヘッド部とを備えている。使用者は、各アーム部を相対回動させることで、吸引アームを所望の姿勢に変化させることができる。

特許第５６２７０９５号公報

診療時には、患者の口元までヘッド部を近づける必要があり、複数のアーム部が水平方向へと展開した姿勢を、それぞれの関節が保持する必要がある。ヘッド部から最も離れた位置にある関節は、モーメントが最も大きく加わる部分となるので、強い保持力が要求される。一方で、治療後に吸引アームを収納する際にはなるべく弱い力で初期姿勢に戻すことができる操作性も求められる。特に、吸引アームは複数のアーム部によって姿勢が変化するので、そのときの姿勢によってアーム全体の重心位置が変化する。そのため、姿勢保持と操作性との両立させることが難しい。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、診療時の姿勢を良好に保持しつつ、操作性にも優れる歯科用口腔外吸引アームを提供することにある。

本発明の一態様に係る歯科用口腔外吸引アームは、
所定の固定部位に取り付けられ、複数の関節を介して互いに相対回動自在に連結された複数のアーム部と、
複数のアーム部の先端に連結され、先端側が開口されたヘッド部と、を備え、
複数のアーム部は、
固定部位の先端部に第１関節を介して連結され、第１関節を中心に回動して基準状態から傾倒する第１アーム部を含み、
第１アーム部は、
第１アーム部が傾倒したときに、第１アーム部に対して起立状態へと復帰する方向に反力を付与する反力機構を備え、
反力機構は、第１アーム部の傾倒角度の増加に対して反力を非線形的に増加させる。

本発明によれば、診療時の姿勢を良好に保持しつつ、操作性にも優れる、という効果が得られる。

図１は、本実施形態に係る歯科用口腔外吸引アーム及び歯科用口腔外吸引システムを示す説明図である。 第１アーム部及び反力機構の説明図である。 第１アーム部に作用するトルクを説明する図である。 第１関節の近傍を拡大して示す図である。 反力機構の動作を示す説明図である。 反力機構の動作を示す説明図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る歯科用口腔外吸引アームが適用される歯科用口腔外吸引システムを説明する。

図１及び図２に示すように、歯科用口腔外吸引システムは、吸引アーム１、弁装置６、及び吸引機（図示せず）を主体に構成されている。

吸引アーム１と吸引機とは、通気管５０、５１を介して接続されている。具体的には、吸引アーム１と弁装置６との間は第１通気管５０で接続され、弁装置６と吸引機との間は第２通気管５１で接続されている。吸引アーム１及び弁装置６は、診療室内に設置されている。吸引機は、診療室とは別の空間、例えば機械室などに設置されている。第２通気管５１は床下に敷設されている。

吸引アーム１は、診療室の床上に立設されている。吸引アーム１は、いわゆる垂直多関節型の態様を有し、複数のアーム部が関節を介して接続され姿勢変換可能に構成されている。吸引アーム１の先端部には、吸引口１６が開口している。吸引アーム１の内部には、吸引口１６からアーム基部まで連続する内部管路（図示せず）が形成されている。内部管路の一端は吸引口１６に接続して外部空間に開口し、内部管路の他端は第１通気管５０に接続している。

吸引アーム１は、使用者によって操作される吸引スイッチ１８を有している。吸引スイッチ１８は、吸引アーム１による吸引をオン及びオフするための操作スイッチである。吸引スイッチ１８は、例えば近接センサで構成されるが、これに限定されない。吸引スイッチ１８に対して手をかざすことで、吸引スイッチ１８は、所定の信号を弁装置６に出力する。

弁装置６は、第１通気管５０の開閉を行う。弁装置６は、例えば診療室の床上に設置されているが、弁装置６の全部の要素又は一部の要素は、床下に設置されてもよい。

弁装置６は、第１通気管５０を開閉する開閉弁と、開閉弁を回転駆動するモータと、制御基板とを備えている。制御基板は、吸引スイッチ１８からの信号に基づいてモータを制御して、開閉弁の開閉状態を切り換える。また、制御基板は、吸引スイッチ１８からの信号に基づいて、吸引機を動作させたり、吸引機を停止させたりするための信号を出力する。

吸引機は、第１及び第２通気管５０、５１を介して吸引アーム１と接続されている。吸引機は、吸引アーム１から外気を吸引する。

吸引機は、モータで駆動されるポンプと、モータの回転数を制御する制御装置とを有している。ポンプが動作することにより、吸引口１６の周囲の外気が、吸引アーム１、第１通気管５０、及び第２通気管５１を介して吸引される。吸引された空気は、フィルタによって診療などで生じた切削塵埃などが除去された後、外部の空間に排出される。

歯科診療に伴い、吸引アーム１を利用する場合、使用者は、吸引アーム１に設けられた吸引スイッチ１８に手をかざし、吸引アーム１による吸引をオンする操作を行う。これにより、吸引スイッチ１８から所定の信号が出力される。

吸引スイッチ１８から出力された信号は、弁装置６の制御基板へと入力される。制御基板は、吸引機を動作させるとともに、開閉弁を全開状態に設定する。

弁装置６の開閉弁が全開状態となることで、吸引アーム１の吸引口１６から外気が吸引され、第１通気管５０、弁装置６、及び第２通気管５１を通って吸引機に入る。吸引された外気は、吸引機の内部のフィルタを通って清浄化されて、外部に排気される。このようにして、診療に必要な流量で吸引口１６から外気が吸引される。

以下、実施形態の特徴の一つである吸引アーム１の構造を説明する。

吸引アーム１は、固定用ポール１０、第１アーム部１１、第２アーム部１２、第３アーム部１３、第４アーム部１４、及びヘッド部１５を有している。

固定用ポール１０は、床上に固定された台座１０ａから鉛直上方に延在する管状の支柱である。固定用ポール１０は第１アーム１１を固定する固定部位であり、固定用ポール１０の先端部には、第１アーム部１１を連結する第１関節２１が設けられている。

第１アーム部１１の基端部は、第１関節２１に対して連結されている。第１アーム部１１は、第１関節２１を中心に回動することで、基準状態である起立状態（例えば鉛直状態）から前側へと傾倒することができる。第１アーム部１１の先端部には、第２アーム部１２を連結する第２関節２２が設けられている。

第２アーム部１２の基端部は、第２関節２２に対して連結されている。第２アーム部１２は、第２関節２２を中心に回動することで、第１アーム部１１と第２アーム部１２のなす角度が大きくなるように展開することができる。第２アーム部１２の先端部には、第３アーム部１３を連結する第３関節２３が設けられている。

第３アーム部１３の基端部は、第３関節２３に対して連結されている。第３アーム部１３は、第３関節２３を中心に回動することができる。第３アーム部１３の先端部には、第４アーム部１４を連結する第１リンク軸関節２４ａが設けられている。第３アーム部１３には、吸引スイッチ１８が取り付けられている。

第４アーム部１４の基端部は、第１リンク軸関節２４ａに対して連結されている。第４アーム部１４は、第３アーム部１３の軸線周りに回動することができる。第４アーム部１４の先端部には、ヘッド部１５を軸線周りに回動自在に連結する第２リンク軸関節２４ｄが設けられている。

第４アーム部１４は、直列に連結された第１エルボ１４ａ、第２エルボ１４ｂ、及び第３エルボ１４ｃを有する。第２エルボ１４ｂは、第１エルボ１４ａに対して第１オフセット関節２４ｂを介して回動自在に連結され、第３エルボ１４ｃは、第２エルボ１４ｂに対して第２オフセット関節２４ｃを介して回動自在に連結されている。

ヘッド部１５は、先端に向かうに従って外径が拡張する円錐台形状に形成されている。ヘッド部１５の先端面の中央部には、吸引口１６が開口している。ヘッド部１５には、ハンドル１７が設けられている。ハンドル１７は、Ｌ字形状に突出して形成され、使用者が手で握れるようになっている。

このように、第１アーム部１１から第４アーム部１４は、複数の関節を介して互いに相対回動自在に連結されている。これにより、操作者の望むように各アーム部の姿勢を変更することで、ヘッド部１５の向き及び位置を操作することができる。

図２乃至図６を参照し、吸引アーム１が備える反力機構３について説明する。診療時において吸引アーム１を使用する際には、第１から第４アーム部１１～１４を水平方向へと展開し、ヘッド部１５の先端を患者の口元付近まで近づけて、尚且つ、その姿勢を保持する必要がある。そのため、第１アーム部１１から第４アーム部１４を連結する各関節には、所定のトルク以上で各アーム部が回動するように保持力が付与されている。

固定用ポール１０の先端部に第１関節２１を介して連結された第１アーム部１１は、第１関節２１を中心に回動して、所定の起立状態から角度θ１の範囲で傾倒する。第１関節２１は、ヘッド部１５から一番離れた位置にあるため、モーメントが最も大きく加わる部分となる。第１関節２１には、強い保持力が求められる。ただし、治療後、第１アーム部１１を起立状態へと復帰させて吸引アーム１を収納する際は、なるべく弱い力で操作しても第１アーム部１１が起立状態まで戻るような操作性が求められる。

保持力と操作性とを両立させるために、第１アーム部１１は、反力機構３を備えている。反力機構３は、第１アーム部１１が起立状態から傾倒したときに、第１アーム部１１に対して起立状態へと復帰する方向に反力を付与するものである。

反力機構３は、弾性部材３０を備えている。この弾性部材３０は、第１アーム部１１の傾倒角度の増加に応じて変位する（伸びる）ことにより、反力としての引張力を生成する。

弾性部材３０は、弾性体の一例であるスプリング３１と、連結部材３２と、ワイヤ部材３３とで構成されている。

第１アーム部１１の先端側の固定点Ｆｐ１には、連結部材３２が固定されている。スプリング３１の上端は連結部材３２に取り付けられており、スプリング３１は、第１アーム部１１の長手方向に沿って配索されている。ただし、スプリング３１の上端は、連結部材３２を介さずに、固定点Ｆｐ１にそのまま取り付けてもよい。

ワイヤ部材３３は、スプリング３１の下端に取り付けられている。ワイヤ部材３３は、スプリング３１の下端から、従動プーリー３５を経由して、第３固定点Ｆｐ３（図５及び図６参照）まで配索される。従動プーリー３５は、第１アーム部１１の基端側の第２固定点Ｆｐ２に回転自在に取り付けられている。第３固定点Ｆｐ３は、第１アーム部１１の回動に依存せずに、位置が固定された点である。

連結部材３２及びワイヤ部材３３は、第１アーム部１１が起立状態にあるときに、スプリング３１に一定のテンションが作用するように調整されている。そのため、弾性部材３０は、第１固定点Ｆｐ１から従動プーリー３５までの間、及び従動プーリー３５から第３固定点Ｆｐ３までの間が、それぞれ弛みなく直線的に延在している。

この弾性部材３０によれば、第１アーム部１１が傾倒すると、第１アーム部１１の基端側にある従動プーリー３５も、第１関節２１を中心に移動する。第３固定点Ｆｐ３は、第１アーム部１１の傾倒に拘わらず位置が同じなので、従動プーリー３５と第３固定点Ｆｐ３との距離が増加することとなる。これにより、スプリング３１の下端が引っ張られ、スプリング３１が変位する（伸びる）。スプリング３１の変位によって引張力が作用するので、第１アーム部１１には、起立状態へと復帰する方向に反力が付与される。

第１アーム部１１の傾倒角度が増加すると、従動プーリー３５と第３固定点Ｆｐ３との距離が比例的に増加する。すなわち、第１アーム部１１の傾倒角度の増加に応じて、スプリング３１の伸び（引張力）が大きくなり、第１アーム部１１を起立状態へと復帰させる方向に働く反力も大きくなる。

ところで、図３に示すように、第１アーム部１１を前側に倒したとき、アーム部全体に作用するモーメントＭは、以下の式１に示すような正弦波の関数で示される。ここで、ｍは、アーム部全体の重さ、θは第１アーム部１１の傾倒角度である。Ｒは、第１関節２１の回動中心からアーム部の重心までの距離である。
Ｍ＝（ｍｇ・sinθ）×Ｒ ・・・（式１）

吸引アーム１を実際に操作するときには、第１アーム部１１の傾倒角度θに合わせて、第２アーム部１２以降も展開した形で使用することが多い。そのため、アーム部全体の重心がさらに前側に移動することとなる。よって、モーメントＭは、単純な正弦波とはならない。そのため、吸引アーム１の操作によって変動するモーメントＭに近い形で、スプリング３１が変位する（伸びる）ことが求められる。

図４に示すように、反力機構３は、第１アーム部１１の傾倒角度θに応じて、スプリング３１に対して追加的な変位を与える調整部材４０を備えている。調整部材４０は、第１関節２１に設けられており、第１アーム部１１の回動に依存せずに、不動状態となるように取り付けられている。

調整部材４０は、一定の厚みを備えた環状の調整プレート４１から構成されている。調整プレート４１の上縁部４１ａは、概ね円弧形状に形成されており、周方向の位置によって、回動中心からの距離がそれぞれ異なるように設定されている。上縁部４１ａには、周方向に沿って溝部４２が形成されており、ワイヤ部材３３を保持することができるようになっている。

図５に示すように、第１アーム部１１が起立状態にある場合、ワイヤ部材３３は、調整プレート４１の上縁部４１ａから離間した状態、或いは上縁部４１ａに対して僅かに接触した状態となっている。

図６に示すように、第１アーム部１１を起立状態から傾倒させると、第１アーム部１１の基端側にある従動プーリー３５も、第１関節２１を中心に移動する。このため、従動プーリー３５から第３固定部Ｆｐ３まで配策されるワイヤ部材３３も傾倒し、調整プレート４１の上縁部４１ａに接触する。このとき、従動プーリー３５から第３固定部Ｆｐ３に至るワイヤ部材３３が、調整プレート４１の上縁部４１ａに倣うようになる。これにより、従動プーリー３５から第３固定部Ｆｐ３に至るワイヤ部材３３の配策長が、調整プレート４１の上縁部４１ａに倣った分だけ増加することとなる。この調整プレート４１によれば、第１アーム部１１の傾倒角度θに応じて、スプリング３１に対して追加的な変位を与えることができる。したがって、スプリング３１の変位（伸び）が大きくなり、第１アーム部１１を起立状態へと復帰させる方向に働く反力を増大させることができる。

調整プレート４１の上縁部４１ａの形状は、第１アーム部１１の傾倒したときに吸引アーム１の操作によって変動するモーメントＭに近い形でスプリング３１の変位が得られるように、実験又はシミュレーションを通じて決定される。これにより、調整プレート４１は、第１アーム部１１の傾倒角度θの増加に対して反力を非線形的に増加させる役割を果たすこととなる。

このように本実施形態によれば、反力機構３は、第１アーム部１１の傾倒角度θの増加に対して反力を非線形的に増加させることができる。これにより、各アーム部の状態によってアーム全体の重心位置が変化しても、この重心位置の変化に対応するように反力を付与することができる。これにより、吸引アーム１の姿勢保持と操作性との両立させることができる。

なお、調整部材４０（調整プレート４１）は、さまざまな形状のものを複数用意し、その中から使用者にとって使い勝手のよい反力特性が得られるものに交換可能としてもよい。例えば、調整部材４０（調整プレート４１）は第１関節２１に対して着脱可能に構成されてもよい。また、調整部材４０は、３６０°全周に亘る環状の調整プレートで構成し、周方向の位置によって、回動中心からの距離がそれぞれ異なるように設定してもよい。この場合、調整部材４０を周方向に回転させることで、ワイヤ部材３３と接触する領域を選択することができるので、反力特性を簡単に調整することができる。

なお、上述した実施形態では、吸引アーム１が、診療室の床上に立設されている形態を例示した。しかしながら、吸引アーム１は、診療室の天井から吊り下がるように配設されていてもよい。例えば、天井面から垂下するように固定用ポール１０が配設され、この固定用ポール１０の先端部に第１アーム部１１を連結する第１関節２１が設けられる。第１アーム部１１は、第１関節２１を中心に回動することで、基準状態である横姿勢状態（例えば水平状態）から下側へと傾倒することができる。この場合、反力機構３の弾性部材３０は、第１アーム部１１の傾倒角度の増加に応じて変位することにより反力としての引張力を生成するように配索され、調整部材４０は、第１アーム部の傾倒角度に応じて弾性部材３０に対して追加的な変位を与えるように配置される。なお、天井から吊り下げる場合、第１アーム部１１は横姿勢状態から下側へと傾倒する構造となるため、弾性部材３０の配索経路、調整部材４０の取り付け位置などの変更は可能であり、従動プーリーなどの必要な構成をさらに追加してもよい。

吸引アーム１が診療室の天井から吊り下がるように配設される場合、第２通気管５１は、例えば天井裏に敷設される。また、弁装置６は、天井面に敷設されてもいいし、弁装置６の全部の要素又は一部の要素が天井裏に設置されてもよい。

また、吸引アーム１は、診療室の床上や天井に固定的に取り付けられている形態に限らず、単体で移動可能な構造であってもよい。例えば、歯科用口腔外吸引システムは、吸引機を内部に搭載して床上を移動可能な本体部を備える。本体部の上面には、第１アーム１１を固定する固定部位であるアーム固定部が設けられ、アーム固定部の先端部に、第１アーム部１１を連結する第１関節２１が設けられる。第１アーム部１１は、第１関節２１を中心に回動することで、基準状態である起立状態（例えば鉛直状態）から前側へと傾倒することができる。この単体移動式の場合、吸引機と吸引アーム１とを通気管を介して直接接続することができるので、弁装置６を省略することができる。

本発明の実施形態は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよい。

１ 吸引アーム
１０ 固定用ポール
１１ 第１アーム部
１２ 第２アーム部
１３ 第３アーム部
１４ 第４アーム部
１４ａ 第１エルボ
１４ｂ 第２エルボ
１４ｃ 第３エルボ
１５ ヘッド部
１６ 吸引口
１７ ハンドル
１８ 吸引スイッチ
２１ 第１関節
２２ 第２関節
２３ 第３関節
２４ａ 第１リンク軸関節
２４ｂ 第１オフセット関節
２４ｃ 第２オフセット関節
２４ｄ 第２リンク軸関節
３ 反力機構
３０ 弾性部材
３１ スプリング
３２ 連結部材
３３ ワイヤ部材
３５ 従動プーリー
４０ 調整部材
４１ 調整プレート
４１ａ 上縁部
４２ 溝部
６ 弁装置
５０、５１ 通気管

Claims (4)

1. 所定の固定部位に取り付けられ、複数の関節を介して互いに相対回動自在に連結された複数のアーム部と、
   前記複数のアーム部の先端に連結され、先端側が開口されたヘッド部と、を備え、
   前記複数のアーム部は、
   前記固定部位の先端部に第１関節を介して連結され、前記第１関節を中心に回動して基準状態から傾倒する第１アーム部を含み、
   前記第１アーム部は、
   前記第１アーム部が傾倒したときに、前記第１アーム部に対して前記基準状態へと復帰する方向に反力を付与する反力機構を備え、
   前記反力機構は、前記第１アーム部の傾倒角度の増加に対して前記反力を非線形的に増加させる
   歯科用口腔外吸引アーム。
2. 前記反力機構は、
   前記第１アーム部の傾倒角度の増加に応じて変位することにより、前記反力としての引張力を生成する弾性部材と、
   前記第１アーム部の傾倒角度に応じて、前記弾性部材に対して追加的な変位を与える調整部材と、を備える
   請求項１記載の歯科用口腔外吸引アーム。
3. 前記弾性部材は、
   前記第１アーム部の先端側の第１固定点に取り付けられ、前記第１アーム部の長手方向に沿って配索される弾性体と、
   前記弾性体の下端に取り付けられ、前記第１アーム部の基端側の第２固定点に回転自在に設けられた従動プーリーを経由して、第３固定部まで配索されるワイヤ部材と、を備える
   請求項２記載の歯科用口腔外吸引アーム。
4. 前記第１アーム部の傾倒に応じて前記従動プーリーが移動することで、前記従動プーリーから前記第３固定部に至る前記ワイヤ部材が前記調整部材に接触し、前記従動プーリーから前記第３固定部に至る前記ワイヤ部材の配策長が、前記調整部材の形状に倣うように増加する
   請求項３記載の歯科用口腔外吸引アーム。

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