JP2025533712A - 根管洗浄装置 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施例に係る根管洗浄装置は、電力の印加によって動作する音圧発生装置と；前記音圧発生装置を収容するハンドピースハウジングと；前記ハンドピースハウジングの内部に形成される冷却水通路と；前記ハンドピースハウジングに形成された前記冷却水通路と連通する冷却水注入口と；前記ハンドピースハウジングに設置される洗浄液ノズルと；を含む。前記音圧発生装置によって冷却水に印加される超音波音圧が洗浄液に伝達され、伝達された超音波音圧によって洗浄液内で蒸気気泡が発生し、前記蒸気気泡が洗浄液と共に治療対象歯に作用し、根管を始めとした歯の内部の洗浄対象物を除去する。前記洗浄液は、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ（脱気液）である。

Description

本発明は、根管洗浄装置に関する。

１９６７年、Ｋａｋｅｙａｓｈ等が、最初に歯髄炎の主な原因が細菌であることを無菌ネズミで証明して以来、根管の内部で群落をなす細菌であるバイオフィルム及び壊死組織が炎症反応の主な原因であることが明らかになった。成功的な神経治療のためには、根管内に存在する上記のような細菌及び壊死組織を完壁に除去することが必須である。

根管の治療過程は、大きく分けて、根管形成、根管洗浄、及び根管充填の３つの段階からなる。本発明は、これらのうち２番目の段階である根管洗浄に使用される装置に関する。

根管洗浄は、エンドファイル（ｅｎｄｏ ｆｉｌｅ）を用いて腐った神経を１次的に除去した後で行われ、感染微生物の除去に必須であるので、神経治療の成功に大きな影響を及ぼす重要な過程である。

従来技術の根管洗浄装置のうち、歯の根管内に洗浄液を充填し、超音波を発振するチップ（ｔｉｐ）を挿入し、根管を洗浄する装置であるＰＵＩ（ｐａｓｓｉｖｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ）が知られているが、この装置は、根管にチップを挿入するために根管拡張が必要であり、湾曲が激しい根管の場合は、チップを挿入しにくいという問題を有している。

上記で説明した従来技術の根管洗浄装置以外にも、本発明者等は、本発明に至るまで根管洗浄装置分野で有力な研究者等の多数の特許と論文を検討した。そのうち、代表的に、米国のソネンド社（Ｓｏｎｅｎｄｏ，Ｉｎｃ．）の米国登録特許第８，７５３，１２１Ｂ２号（以下、「‘１２１特許」という）とＵＳ１０，４２０，６３０Ｂ２（以下、「‘６３０特許」という）の技術を紹介することにする。米国のソネンド社の上記の米国登録特許の各技術は、前記ＰＵＩ装置の場合と異なり、根管洗浄時に洗浄装置を根管に直接挿入しなくてもよいという特徴を有する。これによって、チップが折れるなどの問題が発生することなく、１回の施術で多根管の同時洗浄が可能であるという利点がある。このような従来のＰＵＩ装置よりも有利な効果は、米国のソネンド社の上記の米国登録特許の各技術のみならず、本発明によっても共通的に達成されている。

まず、‘１２１特許の代表図面を本明細書に図１として添付する。この米国登録特許は、根管を洗浄する際、リキッドジェット（ｌｉｑｕｉｄ ｊｅｔ）という非常に高速且つ高圧で噴射された洗浄液を使用することを１次的な特徴とする。明細書の記載によると、リキッドジェットは、高圧ポンプシステムによって噴射される高速・高圧の流体を称する。図１で図面符号６０によって指示され、直線で歯の内部表面を打撃するように示したものがリキッドジェットである。明細書の記載では、圧力が７，０００ｐｓｉ（約４８，２６３ｋＰａ）以上で、速度が５０ｍ／ｓ以上である条件を満足しなければならない。このような高速・高圧の噴射液を使用する理由を大きく二つに分けると、１番目の理由は、蒸気気泡（ｖａｐｏｒ ｂｕｂｂｌｅ）を発生させるためであり、２番目の理由は、リキッドジェットを歯の内部の硬い組織である象牙質に衝突させる過程で音波（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）を発生させるためである。蒸気気泡と音波は、根管洗浄時、除去対象であるバイオフィルム及び／又は壊死組織の分離を促進する。ところが、このようなリキッドジェットを使用する従来技術では、リキッドジェットの高速・高圧による問題が発生する。リキッドジェットは非常に高速・高圧であるので、根管の内部に直接向かう場合に安全上の問題を発生させる。このようにリキッドジェットが根管の内部に直接向かう場合に安全上の問題を起こすが、口腔内の他の軟組織に接触する場合にはさらに大きな安全上の問題をもたらし得る。よって、この技術では、図１に示したように、リキッドジェットを必ず歯の壁における象牙質の硬組織に反射させた後、反射された洗浄液を根管の内部に導入させている。このような技術で根管洗浄を実施する際、リキッドジェットの正確な照準が難しいので、熟練度に劣る施術者には施術の負担を与えるという問題も同時に発生する。よって、米国のソネンド社の‘１２１特許に開示されたリキッドジェットを洗浄治療に使用するためには、安全上の問題を解決するための追加の構造が必要である。このような構造に関する特許として、‘１２１特許の改良特許である’６３０特許に開示された事項を検討することにする。‘６３０特許の代表図面を図２として添付する。

図２に開示されたように、‘６３０特許では、図面符号１００によって指示されるガイドチューブに沿ってリキッドジェット６０が案内され、最終的には、衝突部材（ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ ｍｅｍｂｅｒ）と命名された末端部の構成要素（図面符号１１０によって指示される）にリキッドジェット６０が衝突した後、広がる水柱を根管の内部に導入させている。このような措置を施行する理由に対して、‘６３０特許の明細書は下記のように記載している。

「Ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｕｉｄｅ ｔｕｂｅ １００ ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ａｎ ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ ｍｅｍｂｅｒ １１０ ｍａｙ ｒｅｄｕｃｅ ｏｒ ｐｒｅｖｅｎｔ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｄａｍａｇｅ ｔｈａｔ ｍａｙ ｂｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｊｅｔ ｄｕｒｉｎｇ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｅｎｔａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ ｍｅｍｂｅｒ １１０ ｍａｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｊｅｔ ｍａｙ ｕｎｄｅｓｉｒａｂｌｙ ｃｕｔ ｔｉｓｓｕｅ ｏｒ ｐｒｏｐａｇａｔｅ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｒｏｏｔ ｃａｎａｌ ｓｐａｃｅｓ ３０（ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｕｎｄｅｓｉｒａｂｌｙ ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅ ｔｈｅ ｃａｎａｌ ｓｐａｃｅｓ ｉｎ ｓｏｍｅ ｃａｓｅｓ）．」

‘６３０特許明細書の上記の引用された部分は、リキッドジェットの使用によって発生する問題、すなわち、患者の損傷（ｄａｍａｇｅ）に対して記載しており、組織を切断（ｃｕｔ ｔｉｓｓｕｅ）するか、根管内部の圧力を、安全上の問題をもたらす程度に高くするという問題を解決するために導入された構成要素であって、衝突部材１１０の機能に対して説明している。この衝突部材１１０が‘６３０特許の核心である。

本発明者等は、以上記述した米国のソネンド社の各特許で言及した従来技術の洗浄装置の問題を次のように把握した。まず、前記米国特許で言及した程度の高速・高圧流体の発生のためには特殊な高圧ポンプが使用されなければならない。併せて、ポンプなどの高圧発生ユニットのみならず、このような高圧の流体が流動する流体チューブなどの流体通路の耐久性が特別なレベルで管理されなければならない。また、‘６０３特許に紹介した衝突部材などの追加的な構成要素が必要である。これは、結局、洗浄治療のための装備の構造を複雑にし、装備の生産原価を上昇させる。さらに、高速・高圧のリキッドジェットを使用する以上は、上記で言及した安全上の問題、すなわち、患者の口腔内の組織を切断するか、根管内の圧力を過度に高くするという問題を根本的に解決できない。

このような問題を把握した後、本発明者等は、上記の米国登録特許で使用する高速・高圧の洗浄液よりも相対的に低速・低圧の洗浄液を使用しながらも洗浄効率を極大化できる装置の開発必要性を痛感し、研究開発に努力を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

本発明は、根管に対する洗浄治療を実施する際、根管拡張が必要でなく、湾曲が激しい根管の場合にも容易に洗浄を実施することができ、根管に洗浄装置を直接挿入しなくても洗浄を実施できるので、チップが折れるという問題が発生することなく、１回の施術で多根管の同時洗浄が可能な洗浄装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、根管洗浄のために高速・高圧のリキッドジェットを使用する従来技術に比べて低速・低圧で洗浄液を噴射しながらも、洗浄効果を極大化できる洗浄装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、洗浄液を低速・低圧で噴射し、洗浄液としてｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ（脱気液、当業界で「ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ」という用語の使用が一般的であるので、以下では、英語の用語であるｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄを日本語の用語と併記して使用するか、又は単独で使用する）を使用する環境でも効果的に蒸気気泡を発生できる超音波振動構造を含む洗浄装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、超音波振動を歯の内部に容易に伝達できる構造の洗浄装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ（脱気液）を使用した場合にも発生を完全に防止できないガス気泡（ｇａｓ ｂｕｂｂｌｅ）が根管通路を塞ぐことを防止できる洗浄装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施例に係る根管洗浄装置は、電力の印加によって動作する音圧発生装置と；前記音圧発生装置を収容するハンドピースハウジングと；前記ハンドピースハウジングの内部に形成される冷却水通路と；前記ハンドピースハウジングに形成された前記冷却水通路と連通する冷却水注入口と；前記ハンドピースハウジングに設置される洗浄液ノズルと；を含む。前記音圧発生装置によって冷却水に印加される超音波音圧が洗浄液に伝達され、伝達された超音波音圧によって洗浄液内で蒸気気泡が発生し、前記蒸気気泡が洗浄液と共に治療対象歯に作用し、根管を始めとした歯の内部の洗浄対象物を除去する。前記洗浄液は、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄである。

前記冷却水は、前記音圧発生装置を冷却させ、前記冷却水としてもｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄが使用され得る。

前記音圧発生装置は、電力の印加によって振動する振動子と、前記振動子に連結されて振動し、直線に延長する形状の振動ホーンとを含む。

前記洗浄液ノズルによって根管内で形成される噴射流動が根管通路を塞ぐガス気泡及び／又は根管から離脱した汚染物質を根管の外部に排出する。

前記ハンドピースハウジングは、端部で折れた形状を有し、この折れた部分に音響リフレクタが設置され、前記振動ホーンによって冷却水に印加される超音波が前記音響リフレクタによって反射される。

前記音響リフレクタは、振動ホーンの断面を基準にして所定角度だけ傾斜して配置される。

前記ハンドピースハウジングの上部面に気泡捕集空間が形成され、前記気泡捕集空間には、音響リフレクタ付近に集まる各気泡が浮力によって浮び上がって捕集される。

前記洗浄液ノズルの長さは、根管洗浄時に歯の根管窩洞（ａｃｃｅｓｓ ｃａｖｉｔｙ）に洗浄液を噴射するように設定され得る。

その他にも、追加的な構成が本発明に係る洗浄装置にさらに含まれ得る。

本発明によると、根管に対する洗浄治療を実施する際、根管拡張が必要でなく、湾曲が激しい根管の場合にも容易に洗浄を実施することができ、根管に洗浄装置を直接挿入しなくても洗浄を実施できるので、チップが折れるという問題が発生することなく、１回の施術で多根管の同時洗浄が可能な洗浄装置が提供される。

また、本発明によると、根管洗浄のために高速・高圧のリキッドジェットを使用する従来技術に比べて低速・低圧で洗浄液を噴射しながらも、洗浄効率を極大化できる洗浄装置が提供される。

また、本発明によると、洗浄液を低速・低圧で噴射し、洗浄液としてｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄを使用する環境でも効果的に蒸気気泡を発生できる超音波振動構造を含む洗浄装置が提供される。

また、本発明によると、超音波振動を歯の内部に容易に伝達できる構造の洗浄装置が提供される。

また、本発明によると、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄを使用した場合にも発生を完全に防止できないガス気泡が根管通路を塞ぐことを防止できる洗浄装置が提供される。

背景技術部分で説明した従来技術の米国登録特許（‘１２１特許）の代表図面である。

背景技術部分で説明した従来技術の米国登録特許（‘６３０特許）の代表図面である。

本発明者等の研究結果で明らかになったガス気泡と蒸気気泡の特性の差をまとめた表である。

従来の歯科用洗浄装置の写真である。

本発明の一実施例に係る洗浄装置の試製品の振動子と振動ホーンとが結合された状態を撮影した写真である。

本発明の一実施例に係る洗浄装置に使用される音響リフレクタの機能に対して概略的に説明するための図である。

音響リフレクタによる超音波伝達原理を説明するための図である。

音響リフレクタによって振動方向が転換され、振動が歯に至る状態を示す図である。

超音波出力測定を通じた音響リフレクタの性能検証のための実験に関する図である。

本発明の一実施例に係る洗浄装置１０の全体的な構造を示す図である。

根管洗浄における蒸気気泡とノズルの機能を示す図である。

ガス気泡が模型根管を塞ぎ、洗浄を妨害する状態を撮影した写真である。

本発明の一実施例に係る洗浄装置に使用されたノズル７の歯根端流出安定性の評価実験を示す図である。

本発明の一実施例に係る洗浄装置のハンドピースハウジングに提供された空間に気泡が捕集される状態を示す図である。

本発明の一実施例に係る洗浄装置の試製品を用いて模型根管に対する洗浄を実施した結果を撮影した写真である。

後述する本発明に対する詳細な説明は、本発明が実施され得る特定の実施例を例示として図示する添付の図面を参照する。このような実施例は、当業者が本発明を十分に実施できるように詳細に説明する。本発明の多様な実施例は、互いに異なるが、相互排他的である必要はないことを理解しなければならない。例えば、本明細書に記載されている特定の形状、構造及び特性は、本発明の精神と範囲を逸脱しない限り、一実施例から他の実施例に変更されて具現され得る。また、それぞれの実施例内の個別構成要素の位置又は配置も、本発明の精神と範囲を逸脱しない範囲で変更され得ることを理解しなければならない。よって、後述する詳細な説明は、限定的な意味で行われるものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲の各請求項が請求する範囲及びそれと均等な全ての範囲を包括するものとして受け入れなければならない。

以下では、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるようにするために、本発明の多くの好適な実施例に関して添付の図面を参照して詳細に説明する。

＜ガス気泡と蒸気気泡＞

図３は、本発明者等の研究結果で明らかになったガス気泡と蒸気気泡の特性の差をまとめた表である。図３の表にまとめたように、ガス気泡と蒸気気泡は、その特性において差が存在する。ガス気泡は、生存時間が長く、同時多発的に発生する。個別ガス気泡は、表面に沿って移動しながら気泡付近の狭い領域で粒子を比較的弱い力で洗浄する特性を示す。その一方で、蒸気気泡は、生存時間が相対的に短いが、生存時間の間の運動強度が強いので、一つの地点の広い領域で比較的強力な力で洗浄する特性を示す。二つの互いに異なる特性を示す気泡は、いずれも洗浄を促進するという効果を有するが、本発明者等は、これらのうち蒸気気泡のみの発生を追求した。その１番目の理由は、根管洗浄におけるガス気泡の致命的な短所を認識したためである。ガス気泡は、狭く且つ長い根管で気泡が詰まる現象を誘発し、このように気泡が詰まる現象を解決しない限り、狭く且つ細い根管の末端まで良好な洗浄を行うことが不可能であることが、本発明者等の研究結果で明らかになった。そして、２番目の理由は、蒸気気泡のガス気泡に比べて相対的に高い運動強度によって洗浄性能がさらに良いためである。

洗浄液内の蒸気気泡のみの発生を追求する目標設定によって、洗浄液としては当然にｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄを使用しなければならない。ガスが除去されないリキッドを洗浄液として使用すると、ガス気泡が発生することを防止できない。Ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄを洗浄液として使用した場合にも、ガス気泡の発生を１００％防止することはできなく、これによって、間欠的に発生するガス気泡が根管を塞ぐ現象を除去しなければならないという課題が残るが、これに対しては後で説明することにする。Ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄを洗浄液として用いて蒸気気泡を発生させるためには、図３の表にまとめたように、洗浄液に特定の臨界値以上の高い音圧をかけなければならない。本発明者等が洗浄液に高い音圧を印加するために導出した構成に対しては、次の項で説明することにする。

＜強力な超音波印加装置の必要性＞

蒸気気泡の発生のためには、超音波印加装置の出力（又は超音波音圧）が高くなければならない。高い超音波出力のためには、超音波振動子のみならず、振動子と結合されている振動印加用部品（スケーラーチップ、ファイル、振動ホーンなど）の断面積が一定面積以上でなければならなく、直線の形態であることが有利である。既存の歯科用洗浄装置では、口腔に適用するために薄く且つ曲がった形態の部品（スケーラーチップ又はファイルなど）を使用したが、これによって高い超音波出力を活用することは難しかった。

本発明者等は、振動子としてＢＬＴタイプ振動子を選択し、直線形態の振動ホーンを結合して使用する方案を考案するに至った。ＢＬＴは、Ｂｏｌｔ－ｃｌａｍｐｅｄ Ｌａｎｇｅｖｉｎ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒの略字であって、ＢＬＴタイプ振動子は、本発明の完成当時の時点で商業的に利用可能なニッケル振動子、フェライト振動子、圧電セラミック振動子、ＢＬＴ振動子、水晶振動子などの様々な振動子タイプのうち一つである。ＢＬＴタイプ振動子の使用目的は、高い超音波出力を達成することにある。高い出力のために、ＢＬＴ振動子の直径は、比較的大きい略３０ｍｍレベルとして決定された。本発明者等が様々なタイプの振動子のうちＢＬＴタイプを選択して使用したが、本発明に使用される振動子をＢＬＴタイプに制限して解釈してはならない。いずれのタイプの振動子を使用した場合にも、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄである洗浄液内で蒸気気泡を良好に発生できる超音波出力を提供する限り、本発明の範疇に属することを必ず理解しなければならない。

振動子以外の他の重要な構成要素は、振動子に結合され、振動子によって発生した振動を流体である媒質（冷却水と洗浄液）に伝達する振動伝達要素である。本実施例では、ＢＬＴ振動子で発生した超音波を流体媒質を介して口腔内に伝達するための振動伝達要素として振動ホーンが使用される。このように、本実施例では、振動伝達要素として振動ホーンを使用したが、振動ホーン以外にも、他の構造又は形状の振動伝達要素が使用され得ることを理解しなければならない。ＢＬＴ振動子で印加された超音波の出力損失を最小化するためには、直線形態の振動ホーンを使用することが有利である。本発明に係る洗浄装置は、動作時に患者の口腔に挿入される特性を有するので、振動ホーンの体積が制限されるしかないが、振動ホーンの体積が過度に小さいと、超音波出力の損失が誘発され、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ内で蒸気気泡を効果的に発生できないので、本発明者等は直線形態の振動ホーンを考案した。本発明者等は、断面の直径が略８ｍｍである直線形態の振動ホーンをＢＬＴタイプの振動子と結合するものを最終的に選択し、試製品を製作した。また、このような試製品を実際に適用し、洗浄性能を立証した。

歯科用洗浄装備において、超音波印加装置は、本発明以前にも使用された。図４は、従来の歯科用洗浄装置の写真である。これと対比する図５は、本発明の一実施例に係る洗浄装置の試製品の振動子と振動ホーンとが結合された状態を撮影した写真である。図４と図５を対比してみると、超音波を使用する既存の歯科用洗浄装置の振動印加用部品（薄いチップ又はファイル）と、本発明に係る装置の振動印加用部品（振動ホーン）との差が明確に現れ得る。図４に示した従来の歯科用洗浄装置は、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄで蒸気気泡を発生できる程度の超音波出力を発生させることがほとんど不可能であった。本明細書の背景技術部分で引用した二つの従来技術、すなわち、米国のソネンド社の‘１２１特許と‘６３０特許の発明者等は、患者の口腔内に挿入される歯科治療用装置のサイズの物理的な限界により、超音波振動発生装置を用いてｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄで蒸気気泡を発生させにくいという事実を認識し、高速・高圧のリキッドジェットを活用して蒸気気泡を発生させる方式に迂回したと理解される。

＜強力な超音波を口腔内に導入するための音響リフレクタ＞

図６は、本発明の一実施例に係る洗浄装置に使用される音響リフレクタの機能に対して概略的に説明するための図である。図５に示した超音波振動子、及びこれに連結された振動ホーンを患者の口腔に挿入する際に問題が発生する。直線の振動ホーンを使用することによって洗浄装置が長くなる。よって、振動ホーンによって発生する超音波振動を歯に伝達する際、追加の構成要素を導入する必要性が提起された。本発明者等は、本発明の一実施例に係る洗浄装置に、図６に示した音響リフレクタを含ませることによってこのような問題を解決した。音響リフレクタは、直線形態の超音波印加装置を含む洗浄装置を口腔に容易に位置させるための用途で導入された。音響リフレクタを使用することによって、高い出力の超音波が歯の根管窩洞及び根管に直接印加され得る。超音波は直進特性を示すが、音響リフレクタは、直進する超音波の進行方向を変更する機能を行う。

図７は、音響リフレクタによる超音波伝達原理を説明するための図である。振動ホーンで印加された超音波は、媒質（本発明の場合は冷却水）に伝播されながら圧力波（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｖｅ）を生成する。このとき、超音波は、振動ホーンの断面と垂直な方向に伝播される（超音波の直進性）。超音波は、音響インピーダンス（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）（各媒質での密度と音波伝達速度との積）が著しく異なる他の媒質に出会うと反射される特性を有する。このとき、反射された超音波の進行方向は、波動の入射角及び反射角の原理に従う。

図８は、音響リフレクタによって振動方向が転換され、振動が歯に至る状態を示す図である。図８に示したように、本発明の一実施例に係る洗浄装置に含まれる音響リフレクタは、超音波振動ホーンの断面を基準にして４５度の角度だけ傾斜して配置されることが良好である。音響リフレクタの材料として、一般的な固体素材をいずれも使用可能である。ただし、液体と音響インピーダンスの差が大きい材料であるほど、反射効率が優秀になり得る。このような側面で、プラスチック材質よりはガラス又は金属材質を使用する方が良い。図８は、音響リフレクタを平板として示したが、音響リフレクタは、平板以外にも、超音波を反射できるいずれの形状も有し得る。

図１９は、超音波出力の測定を通じた音響リフレクタの性能検証のための実験に関する図である。本発明者等は、音響リフレクタの性能を検証するために、図９に示した実験を行った。本発明者等は、振動ホーンによって印加される超音波音圧を、音響リフレクタがある条件と音響リフレクタがない条件でそれぞれ水中聴音機（ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ）で測定し、その比較を実施した。このような実験の結果として、音響リフレクタがある場合にも超音波が良好に伝達されることを確認できた。ただし、音響リフレクタを介して反射されたので、出力（音圧）の損失は多少発生することを確認できた。図９の右側の表にまとめたように、音響リフレクタを介して反射された超音波の出力は、略１５０ｋＰａから２２０ｋＰａに至ることが測定されたが、この程度の出力であれば、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄである洗浄液で蒸気気泡を生成するのに問題がないことが把握された。

＜本発明の一実施例に係る洗浄装置の全体的な構造＞

図１０を参照して、本発明の一実施例に係る洗浄装置１０の全体的な構造に対して説明する。洗浄装置１０は、電力の印加によって振動する音圧発生装置であって、振動子１と、前記振動子１に連結された直線形態の振動ホーン２とを含む。ここで、「連結」とは、直接連結、又は他の振動伝達媒介体を介した間接連結を含む意味である。ここで、「直線」とは、全体的に直線形態であることを意味する。部分的に曲がるか、又は多少反った部分があった場合にも、全体的に直線形態、すなわち、長さ方向に長く延長される形態であれば直線形態に該当すると言える。振動子１と振動ホーン２は、いずれもハンドピースハウジング３に収容される。振動子１の収容のためのハンドピースハウジングと振動ホーン２の収容のためのハンドピースハウジングは、分離型又は一体型で実施可能である。振動子１を収容するハンドピースハウジング３が残りの部分と分離可能である場合、追加的な利点が達成され得る。洗浄治療後には、患者の口腔と直間接的に接触していた部分を除去し、次回の洗浄治療には、衛生上、新しいハンドピース装置に取り替えることが好ましい。振動子１及び振動ホーン２を含む部分の取り替え時には費用負担が大きい。図１０から把握可能であるように、振動子１は、患者の口腔に適用されていた冷却水Ａ及び洗浄液Ｂと接触することなく、患者の口腔と接触する全体のハンドピース装置のうち患者の口腔から最も遠い場所に位置する。ハンドピースハウジング３を分離型で製作し、振動子１を収容するハンドピースハウジング３を残りの部分と分離可能にする場合、振動子１を収容するハンドピースハウジング３は取り替えず、これに結合される残りの部分のみを取り替えることが可能であるので費用の節減に有利である。

ハンドピースハウジング３は、その出口部分に至って９０度だけ折れた形状を有する。この折れた部分に音響リフレクタ４が設置される。良好な設置角度は、振動ホーンの断面を基準にして４５度だけ傾斜した角度である。このように設置された音響リフレクタ４により、超音波が反射されてから治療対象歯に伝達され得る。音響リフレクタ４の機能、原理及び超音波反射効果に対しては、本明細書の以前の項目で詳細に記述した。

ハンドピースハウジング３の内部には、冷却水Ａ（図１１で青色で表示される）の通路が形成される。ハンドピースハウジング３には冷却水注入口５が形成され、この冷却水注入口５は、ハンドピースハウジングの内部空間、すなわち、冷却水の通路と連通する。冷却水注入口５には冷却水注入ポンプ（図示せず）が連結され、冷却水貯蔵所に貯蔵された冷却水に圧力を印加し、注入口５を介してハンドピースハウジング３内部の冷却水通路に冷却水Ａを注入することができる。注入ポンプが印加する圧力で冷却水注入口５を介して冷却水通路に注入された冷却水Ａは、振動ホーン２を覆いながらハンドピースハウジング３の開放された出口に向かって移動する。本実施例では、冷却水注入ポンプの使用を例示したが、冷却水Ａは、必ずしも特定の圧力以上又は特定の速度以上に流動する必要はないので、冷却水注入ポンプの使用が排除されることもある。冷却水Ａは、超音波加振によって温度が上昇した振動ホーン２を冷却する機能を行う。冷却水Ａのさらに他の重要な機能は、洗浄液Ｂ（図１０で黄色で表示される）に超音波を伝達することである。図１０でハンドピースハウジング３の出口付近に矢印で示したように、振動ホーン２を冷却させ、洗浄液Ｂに超音波を伝達した冷却水Ａは、洗浄装置と歯との間の隙間に溢れて排出され得る。他の実施例として、冷却水Ａが洗浄装置と歯との間の隙間に溢れて排出されないようにし、別途の吸入手段の追加によって冷却水Ａを吸入して回収する方式も可能である。

ハンドピースハウジング３の出口には、洗浄液Ｂを歯の内部に注入する洗浄液ノズル７が配置される。洗浄液ノズル７は洗浄液通路６に連結され、洗浄液通路６は、圧力を提供する洗浄液注入ポンプ（図示せず）に連結される。本実施例では、洗浄液注入ポンプの使用を例示したが、ポンプ以外にも、洗浄液通路６とノズル７を介して排出される洗浄液Ｂに噴射圧力を印加できる手段であれば、いずれも本発明に係る洗浄装置に採用可能である。

以下で、洗浄液ノズル７の機能に対して説明する。図１１は、根管洗浄における蒸気気泡とノズル７の機能を示す図である。図１１に示したように、根管の壁面に付着した汚染物質は、蒸気気泡の洗浄力によって壁面から離脱する。壁面から離脱した場合にも、汚染物質は根管内に継続して留まり得るが、これを根管の外部に排出するためにはノズル７が必ず必要である。図１１は、赤色の折れた矢印によって「噴射流動による汚染物質排出」を概念的に示している。ノズル７によって歯の根管窩洞に噴射され、根管に導入される洗浄液は、根管内で噴射流動を生成することによって、蒸気気泡の洗浄力によって壁面から離脱した汚染物質を根管の外部に排出する。ノズル７によって生成された噴射流動は、ガス気泡が根管を塞ぎ、洗浄を妨害する問題も解決する。

図１２は、ガス気泡が模型根管を塞ぎ、洗浄を妨害する状態を撮影した写真である。本発明の特徴のうち一つは、冷却水Ａと洗浄液Ｂとしてｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄを使用することであって、このような特徴により、洗浄中の根管内のガス気泡の発生は最大限抑制され得るが、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄも１００％脱気された状態を保障することはできない。よって、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄに蒸気気泡を発生させる強力な超音波音圧によってガス気泡も間欠的に発生するようになる。本明細書のガス気泡と蒸気気泡の特徴に関する項目で説明したように、ガス気泡は、蒸気気泡に比べて生存時間が長いので、ガス気泡が根管を塞ぐと、長い時間の間、ガス気泡によって塞がった部分に対する洗浄が行われないので、根管で詰まったガス気泡は必ずしも外力を加えて除去しなければならない。本発明者等は、ノズル７によって発生した噴射流動が、根管で詰まったガス気泡に外力を作用し、ガス気泡を根管の外部に容易に排出させることを確認した。その反対に、ノズル７を使用しない構造では、ガス気泡が排出されないことも確認した。次に、洗浄液ノズル７の歯根端流出安定性に対して説明する。

図１３は、本発明の一実施例に係る洗浄装置に使用されたノズル７の歯根端流出安定性の評価実験に対して示す図である。本発明者等は、本発明の一実施例に係る洗浄装置に採用された噴射ノズルとニードルイリゲーション（ｎｅｅｄｌｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ）（従来の歯の洗浄のために使用されている方式）の安定性を歯根端圧力の測定を通じて比較した。歯根端で圧力が高いほど、実際の臨床での流出危険性が大きくなる。現在、歯科で根管洗浄のために使用されている方式と本発明の一実施例に係る方式は、いずれも図１３の左側に示す。噴射ノズルの機能を行うニードルの直径は、いずれも同一に３０ｇａｕｇｅ（１５０μｍ）である。ただし、本発明に係る洗浄装置に採用されたニードルは一般のニードルである一方で、対照群である従来の注射器洗浄装置に採用されたニードルはサイドベント（ｓｉｄｅ－ｖｅｎｔｅｄ）構造のニードルである。従来技術では、一般のニードルを使用する場合、歯根端に加えられる圧力が過度になる問題を解決するために、サイドベント構造のニードルを採用した。両者を比較すると、最も大きな差がニードルの噴射位置に存在する。従来技術では、根管の内部に洗浄液を注入するために根管の入口で洗浄液の噴射を実施する。その一方で、本発明の一実施例では、根管から多少離れた位置である根管窩洞で洗浄液の噴射を実施する。本発明の一実施例に係る洗浄装置の洗浄液噴射流速を１５ｍ／ｓとした場合と２０ｍ／ｓとした場合のいずれにおいても、歯根端圧力が従来の方式に比べて遥かに低いことが測定され、これにより、歯根端流出安定性の面で、本発明の一実施例に係る洗浄装置を使用したとき、従来技術に比べて著しく増加した安定性をもたらしたと評価することができる。

次に、図１０と図１４を参照して、本発明固有の特徴のうち一つであるハンドピースハウジング３に設置される気泡捕集空間に対して説明する。気泡捕集空間は、図１０で図面符号８によって指示される。気泡捕集空間８は、大きくなった各気泡Ｃが１ヶ所に閉じ込められるように設計される。不必要に生成されたガス気泡である各気泡Ｃが音響リフレクタ４付近に集まると、超音波伝達効率が急激に低下する。本発明者等は、併合されて大きくなった各気泡Ｃが浮力で浮び上がり、特定の空間に捕集され得るように気泡捕集空間８をハンドピースハウジング３内に設けた。気泡捕集空間８は、図１０と図１４に示したように、ドーム状であり得るが、各気泡Ｃの捕集が可能であればいずれの形状も有し得る。気泡捕集空間８は、音響リフレクタ４付近に集まる各気泡Ｃの捕集のためのものであるので、この空間が形成される位置がハンドピースハウジング３内の音響リフレクタ４付近であることが好ましい。図１０と図１４に示したように、４５度の角度だけ傾斜した音響リフレクタ４と連結されるハンドピースハウジング３の上部面の端部に気泡捕集空間８を提供すると、音響リフレクタ４付近に集まって超音波伝達効率を低下させる各気泡Ｃの捕集に有利である。図１４に示した３個の状態のうち左側の状態が本発明の一実施例に係る洗浄装置が正しく使用される状態、すなわち、洗浄装置のハンドピースが水平に使用される状態を示す。このように、気泡捕集空間８は、洗浄装置のハンドピースが水平に置かれた場合のために必要である。図１４の中央及び右側の状態のようにハンドピースが傾斜している場合は、音響リフレクタ４付近に気泡が集まることがない。ハンドピースが水平である状態で使用される本発明に係る洗浄装置において、気泡捕集空間８内に各気泡Ｃが捕集され、超音波伝達効率を良好に維持することは、本発明の重要な特徴のうち一つとして理解しなければならない。

上述した構造の洗浄装置を使用し、本発明者等は洗浄効果を検証した。洗浄条件は、次の表にまとめた通りである。

本発明者等は、洗浄に難しい環境を人為的に造成するために、上記の表に明示したように歯根端が塞がった条件を適用した。歯根端が開いた条件は、洗浄が相対的に容易な条件であって、歯根端が塞がった条件でも効果的な洗浄が可能であれば、歯根端が開いた条件での洗浄効果は十分に保障される。このような洗浄効果の検証実験結果を図１５に示す。本発明者等は、図１５の写真のような透明な模型根管を用いて実験を実施し、根管の洗浄が進行される過程を観察した後、次の３つの重要な結果を確認した。１番目に、本発明の一実施例に係る洗浄装置を用いて模型根管に対する洗浄を実施したとき、汚染前の根管と同等なレベルで多根管の同時洗浄が実施されることを確認した。２番目に、洗浄液Ｂと冷却水Ａをいずれもｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄとして使用する条件でも根管内で蒸気気泡が発生し、これらの作用で洗浄が行われることを確認した。３番目に、ガス気泡が間欠的に形成され、狭く且つ細い根管を塞ぐが、ノズル７の噴射流動によってガス気泡が根管の外部に排出されることを確認した。

最後に、本発明の一実施例に係る洗浄装置において、超音波音圧及び洗浄液の噴射圧力条件に対して記述する。

本発明者等がｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄである洗浄液で蒸気気泡を発生させるために実験を繰り返し実施した結果、超音波音圧の臨界値が略８０ｋＰａのレベルであることが把握された。上述した臨界値を超える超音波音圧を発生させ、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄで蒸気気泡を円滑に発生させるために、実際に、本発明者等が洗浄装置の試製品の音圧発生装置で発生させた超音波音圧は１５０ｋＰａ乃至２２０ｋＰａである。一方、本発明者等は、洗浄装置の試製品に装着されたノズル７から略６ｂａｒ乃至１２ｂａｒの噴射圧力で洗浄液Ｂを噴射した。このような噴射圧力を適用したとき、ノズル７からの洗浄液Ｂの噴射速度は略１５ｍ／ｓ乃至２０ｍ／ｓを記録した。上述した超音波音圧、噴射圧及び噴射速度は、例示的なものであるので、本発明に係る洗浄装置の構造を制限するものではない。上述した各数値は、本発明に係る洗浄装置を使用する場合、大略的にこのような程度の範囲で超音波音圧、噴射圧及び噴射速度を具現することができ、このようにすることによって円滑な洗浄が可能であることを参考として示す目的で活用しなければならない。

本明細書の背景技術部分に説明した米国のソネンド社の米国登録特許で使用しているリキッドジェットの噴射圧力は最小７０００ｐｓｉ（略４８３ｂａｒ）に、噴射速度は最小５０ｍ／ｓに至る。これらの数値を、本発明に係る洗浄装置で根管の洗浄のために具現した噴射圧力及び噴射速度と対比してみると、根管洗浄のために高速・高圧のリキッドジェットを使用する従来技術に比べて低速・低圧で洗浄液を噴射しながらも洗浄効果を極大化することができ、よって、装備の生産原価を低下させながらも安定性の面で遥かに進歩した根管洗浄装置を提供できるという本発明の代表的な効果が明確に理解され得る。

以上では、本発明を具体的な構成要素などの特定の事項と限定された実施例及び図面によって説明したが、これは、本発明のより全般的な理解を促進するために提供されたものに過ぎなく、本発明が前記各実施例に限定されることはなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正及び変形を図ることができる。

よって、本発明の思想は、前記説明した実施例に限定して定めてはならなく、後述する特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等に又は等価的に変形した全てのものは、本発明の思想の範疇に属すると言えるだろう。

Claims (8)

1. 電力の印加によって動作する音圧発生装置と、
   前記音圧発生装置を収容するハンドピースハウジングと、
   前記ハンドピースハウジングの内部に形成される冷却水通路と、
   前記ハンドピースハウジングに形成された前記冷却水通路と連通する冷却水注入口と、
   前記ハンドピースハウジングに設置される洗浄液ノズルと、を含み、
   前記音圧発生装置によって冷却水に印加される超音波音圧が洗浄液に伝達され、伝達された超音波音圧によって洗浄液内で蒸気気泡が発生し、前記蒸気気泡が洗浄液と共に治療対象歯に作用し、根管を始めとした歯の内部の洗浄対象物を除去し、
   前記洗浄液は、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ（脱気液）である、根管洗浄装置。
2. 前記冷却水は、前記音圧発生装置を冷却させ、
   前記冷却水は、ｄｅｇａｓｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄである、請求項１に記載の根管洗浄装置。
3. 前記音圧発生装置は、電力の印加によって振動する振動子と、前記振動子に連結されて振動し、直線に延長する形状の振動ホーンと、を含む、請求項２に記載の根管洗浄装置。
4. 前記洗浄液ノズルによって根管内で形成される噴射流動が、根管通路を塞ぐガス気泡及び／又は根管から離脱した汚染物質を根管の外部に排出する、請求項３に記載の根管洗浄装置。
5. 前記ハンドピースハウジングは、端部で折れた形状を有し、この折れた部分に音響リフレクタが設置され、前記振動ホーンによって冷却水に印加される超音波が前記音響リフレクタによって反射される、請求項４に記載の根管洗浄装置。
6. 前記音響リフレクタは、振動ホーンの断面を基準にして所定角度だけ傾斜して配置される、請求項５に記載の根管洗浄装置。
7. 前記ハンドピースハウジングの上部面に気泡捕集空間が形成され、
   前記気泡捕集空間には、音響リフレクタ付近に集まる各気泡が浮力によって浮び上がって捕集される、請求項６に記載の根管洗浄装置。
8. 前記洗浄液ノズルの長さは、根管洗浄時に歯の根管窩洞に洗浄液を噴射するように設定される、請求項７に記載の根管洗浄装置。