JP3122302B2

JP3122302B2 - 小型流体駆動タービンハンドピース

Info

Publication number: JP3122302B2
Application number: JP06036404A
Authority: JP
Inventors: 昌松井; 義典森田
Original assignee: J Morita Manufaturing Corp
Current assignee: J Morita Manufaturing Corp
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 2001-01-09
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JPH07222755A; KR950024745A; CN1114551A; KR0142362B1; CN1101171C; CH690643A5; DE19504298B4; US5562446A; DE19504298A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工工作用や医療用な
どとして有用な小型の流体駆動タービン方式のハンドピ
ースに関する。更に詳しくは、本発明は、ハンドピース
自体の小型化を図るとともに、少ないエネルギー供給に
よるヘッドチャンバー内におけるタービンブレードの回
転数の向上が可能な、即ち周縁部に前記ブレードを有す
るとともに軸心部に各種工具を固定保持するタービンロ
ータシャフト（軸）のトルクアップ（出力向上）を図っ
た小型化高性能の小型流体駆動タービンハンドピースに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より小型流体駆動タービンハンドピ
ースは、例えば、材料の切削加工に使用されたり、ある
いは医療用として・外科（脳外科、整形外科、口腔外科、耳鼻科）におけ
る整形手術において、・歯科における口腔内治療において、骨や歯牙の開削、開孔、切削、切断などに広く使用され
ているものである。

【０００３】前記した小型流体駆動タービンハンドピー
スにおいて、例えばタービンの駆動媒体である加圧流体
として加圧空気を使用した歯科用の小型流体駆動タービ
ンハンドピースは、歯科用エアータービンハンドピース
と呼ばれ、その外観形状は、後述する本発明の技術的構
成の説明で引用する図１に示されるようなものである。
即ち、図１に示されるように、前記歯科用エアータービ
ンハンドピース（Ａ）は、ヘッド部（Ｈ）とグリップ部
（Ｇ）からなるものである。そして前記グリップ部
（Ｇ）のネック部（Ｎ）は、前記ヘッド部（Ｈ）に連接
されるとともにヘッド部（Ｈ）内に配設されたエアータ
ービンへ加圧空気を供給、排出する機構を内部に有する
ものである。図１において、（Ｂ）はエアータービンの
ロータ軸に固定保持された工具を示す。以下、説明の便
宜のために、小型流体駆動タービンハンドピースの代表
例として、タービンの駆動媒体として加圧空気を利用し
た前記歯科用エアータービンハンドピースを例にとって
従来技術及び本発明を説明する。

【０００４】いうまでもないことであるが、本発明にお
いて、タービンの駆動媒体は前記加圧空気に限定される
ものではない。例えば、タービンの駆動媒体としての加
圧流体は、加圧空気に限定されずに加圧液体、加圧蒸気
を含む加圧気体などの各種のものが使用される。従っ
て、以下の説明において加圧空気との関連で使用した給
気路・給気口や排気路・排気口という用語は、他の加圧
流体を適用するものにおいては供給路・供給口や排出路
・排出口に読みかえなければならないことはいうまでも
ないことである。また、本発明の小型流体駆動タービン
ハンドピースの応用分野としては、前記した歯科用に限
定されずに広く材料の切削加工や医療用などの分野に応
用されるものである。更にまた、これら応用分野におい
てハンドピースということで手に把持されて使用される
形態のものだけでなく、機器の一構成要素（部材、部
品）として使用されてもよいことはいうまでもないこと
である。

【０００５】従来の歯科用エアタービンハンドピース
（Ａ' ）、特にそのヘッド部（Ｈ' ）及び前記ヘッド部
（Ｈ' ）に連接されたネック部（Ｎ' ）の内部構造は、
図１６〜図１７に示される。即ち、従来の歯科用エアー
タービンハンドピース（Ａ' ）の内部構造を説明する図
１６〜図１７において、図１６はタービンロータ軸
（３' ）の軸方向にみた縦断面図、図１７は図１６のＣ
−Ｃ線断面図を示すものである。

【０００６】図１６に示されるように前記ヘッド部
（Ｈ' ）は、ヘッド（１' ）のチャンバー（１１' ）内
に、周縁部にタービンブレード（２' ）を有するタービ
ンロータ軸（３' ）を配置させるとともに、ヘッド
（１' ）内部に前記タービンロータ軸（３' ）を回転自
在に軸受部（４' ）を介して支承している。前記ヘッド
（１' ）は、ヘッド本体（１２' ）とキャップ部（１
３' ）からなる。そして、前記ヘッド本体（１２' ）の
内部に、前記タービンブレード（２'）を配置するため
のチャンバー（１１' ）が形成されるとともに、前記タ
ービンロータ軸（３' ）を回転自在に支承するための軸
受部（４' ）が配設される。いうまでもないことである
が、タービンロータ軸（３' ）の軸心部には、歯科用切
削工具などの工具軸（５' ）が固定保持され、各種の治
療行為がおこなわれる。なお、前記工具軸（５' ）の周
側部には、図示されるように工具軸（５' ）を把持する
ためのチャック（５１' ）が配設されている。図示のも
のは摩擦式チャック機構のものであるが、公知のワンタ
ッチチャック機構のものであっても良い。

【０００７】図１６に示されるように軸受部（４' ）
は、内輪（内レース）（４１' ）、外輪（外レース）
（４２' ）、ボール（４３' ）、及びリテーナ（４４'
）からなるボールベアリングより構成される。なお、
軸受部（４' ）の外周や側部には、求軸芯のためのＯ−
リングや軸剛性を高める公知の機構が配設されていても
よい。図示のものはボール（４３' ）を利用した玉軸受
機構のものであるが、エアーベアリングと称する公知の
空気軸受機構のものであってもよい。

【０００８】従来の歯科用エアータービンハンドピース
の構造を示す図１６において、特に配慮すべき点は、加
圧空気の給気・排気システムとの関連で詳しく後述され
るが、チャンバー（１１' ）内へのタービンブレード
（２' ）の配設方式である。即ち、従来技術において、
図１６に示されるようにタービンブレード（２' ）は、
タービンロータ軸（３' ）の軸方向にみて、タービンブ
レード（２' ）とチャンバー（１１' ）の上下内壁面
（１１１' 、１１２' ）の間隔（ｄ₁' ）を広くとって
配設されているという点である。図中、チャンバー（１
１' ）の周側壁部（１１３' ）とタービンブレード
（２' ）の間隔（ｄ₂' ）は、一般に前記間隔（ｄ₁'
）よりも狭いものである。従来製品において、例えば
タービンロータ軸（３' ）の軸方向にみてタービンブレ
ード（２' ）の高さが２．８mmのものにおいて、（前記
間隔（ｄ₁' ）が１．１５０mm（1150μm)であるものが
知られている。なお、従来製品の前記間隔（ｄ₁' ）
は、本願発明のものと比較すると極めて大きいものであ
るが、その理由は後述される。

【０００９】図１６に示されるように前記ネック部
（Ｎ' ）は、そのネック本体（６' ）が、・チャンバー（１１' ）内に配設されたタービンブレー
ド（２' ）に加圧空気を供給するための給気路（７' ）
と給気口（７１' ）、・チャンバー（１１' ）内の加圧空気を排気するための
排気路（８' ）と排気口（８１' ）、を有するもので構成される。なお、前記した「チャンバ
ー（１１' ）内の加圧空気を排気する」という表現は、
正確には正しくない。これは、給気口（７１' ）からチ
ャンバー（１１' ）内に給気された加圧空気が、給気口
（７１' ）を通過する際、急激に膨脹、減圧し、給気時
の加圧状態を維持しないためである。しかしながら、以
下の説明では、給気口から給気された加圧空気という表
現との関連で前記した表現を採用する。また、同様に、
チャンバー内の空気の流れも加圧空気流という用語で説
明される。前記した従来の歯科用エアータービンハンド
ピース（Ａ' ）において、図示しないが、前記ヘッド部
（Ｈ' ）のヘッド本体（１２' ）あるいはネック部
（Ｎ'）の本体（６' ）には、治療部位を照明するため
の照明用システム、治療部位を水もしくは生理食塩水に
て散水して骨及び歯牙の切削熱を除去したり洗浄するた
めの給水路などが配設されてもよいものである。

【００１０】図１７は、従来の歯科用エアータービンハ
ンドピース（Ａ' ）の加圧空気の給気・排気の態様を説
明するものである。即ち、従来の歯科用エアータービン
ハンドピース（Ａ' ）において、加圧空気をネック部
（Ｎ' ）の本体（６' ）に配設された給気路（７' ）に
給気し、該加圧空気を給気口（７１' ）を通してチャン
バー（１１' ）内に導きタービンブレード（２' ）に噴
射させ、タービンロータ軸（３' ）に回転駆動力を発生
させたあと、チャンバー（１１' ）内から加圧空気を図
示の態様で排出させることによって行なわれている。別
言すれば、従来の歯科用エアータービンハンドピース
（Ａ' ）のタービンブレード（２' ）に対する加圧空気
の給気、及びチャンバー（１１' ）内からの加圧空気の
排出は、図１７に示される給気・排気の考え方を前提に
して行なわれている。

【００１１】即ち、図１７に示されるように、加圧空気
を、ネック部（Ｎ' ）の本体（６'）内に配設された加
圧空気の給気路（７' ）からその給気口（７１' ）を通
じてチャンバー（１１' ）内に配置されたタービンブレ
ード（２' ）に噴射させ、チャンバー（１１' ）内をタ
ービンロータ軸（３' ）を中心として周回させながらＵ
ターンさせて、ネック部（Ｎ' ）の本体（６' ）内に配
設された排気口（８１' ）から排気路（８' ）へ案内さ
せて排気している。図１７中、チャンバー（１１' ）内
の加圧空気流（ｂ）において、実線は前記間隔（ｄ₂'
）（図１６参照）を通じて周回することを、また点線
は前記間隔（ｄ₁' ）（図１６参照）を通じて周回する
ことを示している。

【００１２】前記従来の歯科用エアータービンハンドピ
ース（Ａ' ）の加圧空気の給気・排気システムにおい
て、図１７に示されるように加圧空気をチャンバー（１
１' ）内で供給口（７１' ）から矢線（ｂ）のごとくタ
ービンロータ軸（３' ）を中心として周回させながらＵ
ターンさせて排出口（８１' ）へ至らしめる理由は、該
周回過程においても加圧空気の流れがタービンブレード
（２' ）に運動量を与え続け、タービンロータ軸（３'
）の回転トルクの増大に付与するという考え方が根底
にあったからと思われる。このため、従来の歯科用エア
ータービンハンドピースの加圧空気の給気・排気システ
ムにおいては、前記した考え方（設計思想）をベースに
しているため、排気口（８１' ）は、給気口（７１' ）
から噴射された加圧空気がチャンバー（１１' ）内を周
回した部位で排出されるように、図１７に示される部位
に配設される。即ち、図１６〜図１７に示されるごと
く、排気口（８１' ）は給気口（７１'）に対して所定
の間隔（Ｃ）をおいてほぼ対称の位置に配設される。ま
た、タービンブレード（２' ）への加圧空気による運動
量の伝達効率、及びチャンバー内からの加圧空気の排気
効率から、図１６に示すように給気口（７１' ）は加圧
空気をタービンロータ軸（３' ）の軸方向にみてタービ
ンブレード（２' ）の略中央部位に噴射させるように配
置され、排気口（８１' ）は給気口（７１' ）の中心レ
ベルを共有する位置において、前記した所定の間隔
（Ｃ）をおいた部位に配設される。なお、排気効率の関
係から、一般的には排気口は給気口より開口面積が大き
いものである。

【００１３】前記した従来の設計思想に基づく歯科用エ
アータービンハンドピース（Ａ' ）において、タービン
ロータ軸（３' ）のトルクアップ（出力向上）を図るた
めには、理論的には加圧空気による給気口（７１' ）で
の空気の給気速度を速めるか、加圧空気の単位時間当た
りの給気量を増大させれば良い。これは、供給する加圧
空気からタービンロータ軸（３' ）が受ける力は、ター
ビンブレード（２' ）が加圧空気流から得る単位時間当
たりの運動量、即ち加圧空気の供給速度と単位時間当た
りの給気（入）量の積に等しいからである。更に、前記
した給気速度や給気（入）量は、図１８〜図１９に示さ
れるように、給気される加圧空気圧や給気口の断面積に
依存しており、トルクアップのために加圧空気圧を高め
たり、給気口の断面積を大きくすることは常套手段とな
っている。なお、前記図１８〜図１９は、コンプレッサ
ーから加圧空気を給気し、チャンバー内に噴射される系
において、圧縮性非粘性気体の等エントロピー流れ（断
熱系において、かついかなる摩擦も伴なわない可逆的流
れ）を仮定し、・圧縮性非粘性気体の一次元定常流れに関するオイラー
の運動方程式（Euler's equation of motion）を流線
（stream line ）に沿って、積分して得られるエネルギ
ーの式、即ちベルヌーイの式（Bernoulli's equation）
に、［等エントロピー流れ（insentropic flow）の条
件］と［気体の状態方程式（equation of state ）］を
代入した式、及び、・圧縮性一次元定常流れに関するオイラーの連続の方程
式（equation of continuity）、を用いて、理論値とし
てのチャンバーの給気口での流速（所定加圧空気圧に対
する給気速度）（図１８参照）、及び質量流量（所定加
圧空気圧に対する給気量）（図１９参照）を求め、これ
らをグラフに示したものである。

【００１４】しかしながら、現実的には従来の所定の大
きさの給排気口をもつ所定容量のチャンバー内に収納さ
れた歯科用エアータービン系において、前記した給気速
度や給気（入）量を増大させようとすると、次のことが
観察される。なお、下記の観察結果は、エアータービン
系として、前記図１６〜図１７を引用して説明した従来
の歯科用エアータービンハンドピース、例えば株式会社
モリタ製作所製のジェットマスター（ＦＡＲ−Ｅ２）を
忠実にコピーした透明合成樹脂製の実験装置を製作し、
該装置を使用し実験したときのものである。

【００１５】（１）給気速度を増大させようとして加圧
空気圧を増大させた場合：図１８からわかるように、加
圧空気圧を１kgf/cm²以上に増大させても、給気速度を
音速以上に増大させることが出来ず、タービンロータ軸
（３' ）のトルク増大には寄与しない。

【００１６】（２）給気量を増大させようとして、加圧
空気圧を増大させた場合：前記比例則がくずれはじめ、
給気エネルギーの伝達効率が悪化する。即ち、給気され
た加圧空気は、給気量を増大させた割合に比例して、例
えば図１９に示される加圧空気圧を２．０kgf/cm²から
３．０kgf/cm²に変化させた時の給気量の増大する割合
に比例してタービンロータ（３' ）のトルク（最高回転
数）を増大させることができない。これは、次の理由に
よるものである。 (i) 給気量の増大によりチャンバー（１１' ）内の圧力
が上昇し、その結果、前記給気速度の低下を生じさせる
ことがある。 (ii) 給気された加圧空気は、タービンブレード（２'
）に衝突した後、タービンロータ軸（３' ）と同方向
にチャンバー（１１' ）内を周回するが、タービンロー
タ軸（３' ）の回転速度に比較してその周回速度は極め
て低く、チャンバー内で抵抗体として作用し始め、また
その量が増加する。

【００１７】（３）給気量を増大させようとして給気口
の断面積を増大させた場合：前記（２）と同様に給気さ
れた加圧空気はチャンバー（１１' ）内で抵抗体として
作用し始めるが、その傾向は前記(2) の給気する加圧空
気圧を増大させる方法よりも強いものである。これは、
給気口の断面積が大きくなると、給気口から噴射された
加圧空気はチャンバー（１１' ）内に急速に拡散し、速
度が低下して抵抗作用を強めるからである。このため、
大きな給気口から噴射される加圧空気は、該抵抗作用に
直面し、タービンブレード（２' ）への給気エネルギー
の伝達効率が前記（２）よりも悪化する。

【００１８】前記（３）の給気口の断面積を大きくする
従来技術として、例えば米国特許（U.S.Patent）第３，
８９３，２４２号及び同４，０２０，５５６号に二本の
給気路系を有する歯科用エアータービンハンドピースが
提案されている。前記米国特許は、歯科用エアータービ
ンハンドピースの構造において、タービンロータ軸に工
具軸を固定するためのレンチ (wernch) 機構、効率的な
光伝送を保証する光ファイバーシステム（特に、ハンド
ル内部における光ファイバー束の連結手段）、及びター
ビンに対する加圧空気の供給手段、に新しい特徴をもた
せようとするものであり、その第２図〜第３図及び第９
図に二本の給気路系を有するもの（従って二つの給気口
を有するもの）、即ち給気口の断面積を大きくし、加圧
空気の給気（入）量を増大させたものを開示している。
より詳しくは、前記米国特許の歯科用エアータービンハ
ンドピースは、タービンハウジングに対して同一水平面
上に二本の給気路、従って二つの給気口を所望の角度を
もって配設し、夫々の給気口から、タービンハウジング
内に配設され、かつ隣接するタービンブレードに対し
て、加圧空気を噴射させてタービンに回転力を付与し、
その後に空気を排気口から排気させる構造のものであ
る。なお、前記排気口は、前記米国特許の明細書の説明
ならびに第３図と第９図からみて給気口の上下に配設さ
れるものである。

【００１９】ここで、前記米国特許に開示された歯科用
エアータービンハンドピースの構造と後述される本発明
のものにおける大きな相違点を説明する。なお、これら
の相違点は発明の作用効果に格段の相違をもたらすもの
であり、この点は実証データをもって詳しく後述される
ところである。本発明の歯科用エアータービンハンドピ
ースと比較して、前記米国特許に開示のものは、下記の
点で相違するものである。・加圧空気の給排気システムが全く異なる。即ち、本発
明は一個の給気口を有し、米国特許は二個の給気口を有
するものであり、かつ夫々の給気口を隣接するブレード
に加圧空気を噴射する部位に配設している。・前記米国特許の第３図、第９図からみて、米国特許の
開示のものは、前記図１６により説明したチャンバー内
に配置されたタービンブレードとチャンバーの上下内壁
面との間隔（ｄ₁' ）に注目すれば、この間隔（ｄ₁'
）の観点では従来技術に属するものである。・加圧空気の給気口の大きさが全く異なるものである。
この点、米国特許においては、二個の給気口の大きさに
関する具体的な定量的数値を開示していないものの、そ
の第３図及び第９図の態様からみて、タービンロータ軸
の軸方向にみて、タービンブレードの高さの約５０％に
相当するもの（給気口一個の口径）を開示している。即
ち二個の給気口の合計量は相当に大きなものである。な
お、本発明の一個の給気口の大きさは、高々、前記ター
ビンブレードの高さの５０％程度のものである。

【００２０】前記したことから明らかのように、前記米
国特許の歯科用エアータービンハンドピースは、後述す
る本発明の設計思想とは全く異なる考え方で構成されて
いるものであり、給気口の数を増加させて給気口の断面
積を大きくするというアプローチを採用していること、
別言すればタービンロータ軸のトルク増大を図るために
給気量を増大させるために給気口の断面積を増大させる
というアプローチを採用しているものと認められる。し
かしながら、前記米国特許のものにおいては二個の給気
口の配設方式（配設位置）に工夫をこらしていることか
ら、前記（３）で説明したように一個の給気口の断面積
を単純に大きくするものよりも給気された加圧空気がチ
ャンバー（１１' ）内で拡散する割合が低いものの、依
然として給気エネルギーの伝達効率が悪いものである。

【００２１】一方、従来の歯科用エアータービン系にお
いて、前記欠点を解消するために供給口に対して排出口
を大きくし、加圧空気の抵抗作用を除去しようとする試
みが考えられる。しかしながら、給気口に対して排気口
を大きくした場合、チャンバー（１１'）内の空気圧が
低下し、給気口から噴射された加圧空気はチャンバー内
に急激に拡散して、排出されることになり、タービンブ
レード（２' ）に衝突する加圧空気量が減少するため給
気エネルギーの伝達効率が悪化し、タービンロータ
（３'）のトルク（出力）が急激に低下してしまう。な
お、前記図１６〜図１７を引用して説明した従来技術や
前記米国特許において提案された改善策を含む種々の改
善策の限界については、本発明の技術的構成を説明する
ときに実証データをもって後述される。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、歯科用など
の小型流体駆動タービンハンドピースにみられる従来技
術（従来の設計思想）の限界を克服し、全く新しい設計
思想に基づいた高性能の小型流体駆動タービンハンドピ
ースを提供しようとするものである。本発明は、小型流
体駆動タービンハンドピースにおいて、例えば歯科用エ
アータービンハンドピースにおいて、特に加圧空気の給
気・排気システムを全く新しい考え方のもとに再構成し
たとき、同種の従来のタービン系と比較して小型化する
ことができるとともに格段に向上したタービンロータ軸
に対する給気エネルギー伝達効率、従って、トルクアッ
プが得られるという知見をベースにして完成されたもの
である。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は、ヘッド（１）のチャンバー（１１）内に、ター
ビンブレード（２）を有するタービンロータ軸（３）が
配置されるとともに、ヘッド（１）内部に前記タービン
ロータ軸（３）が回転自在に軸受部（４）を介して支承
されたヘッド部（Ｈ）、及び、前記ヘッド部（Ｈ）に連
接されたネック部（Ｎ）であって、その本体（６）内部
に前記チャンバー（１１）内のタービンブレード（２）
へ加圧流体を供給する供給路（７）とチャンバー（１
１）内の前記加圧流体を排出する排出路（８）を有する
ネック部（Ｎ）、とから構成される小型流体駆動タービ
ンハンドピース（Ａ）において、(i) 前記タービンブレード（２）の大きさが、前記チャ
ンバー（１１）の空間容積と略同一のもので構成され、 (ii) 前記供給路（７）が、一個の供給口（７１）を有
し、かつ、(iii) 前記排出路（８）が、少なくとも一個の排出口か
ら成る排出口（８１、８２、……）を有するもので構成
され、かつ、(iv) 前記一個の供給口（７１）と前記少なくとも一個
の排出口から成る排出口（８１、８２、……）の配設位
置関係が、前記供給口（７１）の近傍部位に前記少なく
とも一個の排出口から成る排出口（８１、８２、……）
の全てが配設されたものであること、を特徴とする小型
流体駆動タービンハンドピースに関するものである。

【００２４】以下、本発明の技術的構成及び実施態様
を、引続き前記した歯科用エアータービンハンドピース
を引用しつつ図面を参照して詳しく説明する。なお、本
発明は、図示のものに限定されないことはいうまでもな
いことである。

【００２５】本発明者らによる本発明の契機は、前記図
１６〜図１７を引用して説明した従来の歯科用エアータ
ービンハンドピース、例えば株式会社モリタ製作所製の
ジェットマスター（ＦＡＲ−Ｅ２）を忠実にコピーした
透明合成樹脂製の実験装置を製作し、該装置を使用し、
かつそのチャンバー内や加圧空気に小径の発泡スチロー
ル樹脂球を入れて実験して、以下のような知見を得たこ
とにある。即ち、本発明者らは、 (i) 給気する加圧空気圧が、０．５kgf/cm²（１０〜２
５ｌ（リットル）／分）位までの場合、加圧空気はター
ビンブレードに衝突した後、タービンロータとは逆方向
にチャンバー内をタービンロータ軸を中心として周回す
ることが観察された。この空気流はタービンロータの回
転の抵抗体となる。 (ii) 給気する加圧空気圧が、０．５kgf/cm²を超える
と、回転音、給排気音の急激な変化とともに、加圧空気
はタービンロータと同方向にチャンバー内を周回し始め
る。また、その周回速度はタービンロータの回転速度に
比べて極めて遅いものである。 (iii) 更に、タービンロータの回転数（トルク）を改善
しようとして、給気する加圧空気圧を増大させたり給入
量を増大させた。例えば給気する加圧空気圧を２．５kg
f/cm²（４５ｌ（リットル）／分）以上にすると、チャ
ンバー内の空気圧が上昇し、給入した加圧空気がチャン
バー内で抵抗体として作用するような挙動をふるまう
（別言すればトルクアップにほとんどないしはネガティ
ブにしか寄与しない）。 (iv) 前記(iii) の現象を改善するために、排気口を大
きくした場合、チャンバー内の空気圧が低下するもの
の、給気口から噴射された加圧空気が急激に拡散して排
気されてしまうため、逆にトルクダウンが観察される。
という知見を得た。

【００２６】そして、本発明者らは、前記(iii) 及び(i
v)のマイナス効果を低減もしくは解消するために、従来
の歯科用エアータービンハンドピースの設計思想にまで
遡って検討を加えた。前記従来の設計思想については、
「従来の技術」の項で詳述した通りである。その結果、
本発明者らは、従来の歯科用エアータービンハンドピー
スにおける加圧空気のタービンブレードへの給気システ
ム及び加圧空気のチャンバー内からの排気システムにお
いて、特にチャンバー内からの排気システムにおいて、・従来のチャンバー内に加圧空気を周回させる方式（以
下、周回タイプともいう。）及び前記周回タイプを前提
にした給気口・排気口の配設方式を、・チャンバー内に極力、加圧空気を周回させない方式
（前記の従来タイプと区別するために、以下本発明方式
を非周回タイプともいう。）及び前記非周回タイプを前
提にした給気口・排気口の配設方式に改めた場合、格段
に優れた作用効果、即ち高い給気エネルギー伝達効率
（トルクアップ）が発現されるという知見を得た。

【００２７】また、従来の周回タイプにおいては、チャ
ンバー内に加圧空気を周回させるということから、チャ
ンバーハウジング部材とタービンブレードとの間の空間
スペース（図１６の間隔ｄ₁' 参照）を大きくとってい
るが、非周回タイプでは前記した空間スペースを排除す
ることができることから、小型化されたエアータービン
系のもとで前記した優れた作用効果が発現されるという
知見を得た。本発明は、本発明者らの前記した知見、及
び検討結果をベースとするものであり、従来のアプロー
チとは全く異なるものである。

【００２８】即ち、前記本発明の歯科用などの小型流体
駆動タービンハンドピースは、非周回タイプ及び該非周
回タイプを前提とした加圧流体の供給・排出システムを
採用するものである。より具体的には、本発明の非周回
タイプのもとでの加圧流体の供給口・排出口の配設方式
は、供給口から加圧流体をチャンバー内に回動自在に配
設されたタービンブレードに噴射し、タービンロータ軸
に回動力を与えた後、従来の設計思想のように前記加圧
流体をチャンバー内で周回させるのでなく、即座に排出
口から排出させるという従来とは全く異なる設計思想の
もとで構成されるものである。前記したチャンバー内か
ら即座に加圧流体を排出させるという考え方のベースに
は、タービンブレードに噴射されたあと、チャンバー内
に残留する前記加圧流体が抵抗体として作用するという
考え方があることは前記した通りである。

【００２９】以下、本発明の実施態様を、引き続き前記
した歯科用エアータービンハンドピースを例にとり、図
を参照してより詳しく説明する。いうまでもないことで
あるが、本発明は図示のものに限定されない。図１〜図
３は、本発明の第一実施態様の歯科用エアータービンハ
ンドピース（Ａ）を説明するものである。図１はハンド
ピース全体の斜視図である。図２はハンドピース（Ａ）
のタービンロータ軸の軸方向にみた一部縦断面図を示
す。図３は、図２のＡ−Ａ線水平断面図である。

【００３０】図示のように、本発明の歯科用エアーター
ビンハンドピース（Ａ）は、ヘッド部（Ｈ）、グリップ
部（Ｇ）、及び前記グリップ部（Ｇ）の一端部であって
前記ヘッド部（Ｈ）に連接されるネック部（Ｎ）から構
成される。なお、以下の説明において本発明の歯科用エ
アータービンハンドピース（Ａ）を構成する部材（部
品）は、従来のハンドピース（Ａ' ）の各部材（部品）
が図１６〜図１７においてダッシュ記号（´）をもつ数
字符号（１' 、２' など）により説明されているが、本
発明においてはダッシュ記号を省いた数字符号で説明さ
れており、同じ数字符号は対応する部材（部品）を示し
ている。

【００３１】ここで、本発明の最大の特徴点である非周
回タイプのもとでの加圧空気の給気口・排気口の配設方
式について詳しく説明する。図２〜図３に示されるよう
に、ネック部（Ｎ）の本体（６）の内部に、ヘッド
（１）のチャンバー（１１）内に配置されたタービンブ
レード（２）の軸方向の略中央部に対して加圧空気を噴
射するために、一個の給気口（７１）を有する給気路
（７）が配設される。なお、前記タービンブレード
（２）の軸方向とは、タービンロータ軸（３）の軸方向
と一致する方向である。また、給気口（７１）の配設位
置は、噴射される加圧空気が、チャンバー（１１）内で
回転する各タービンブレード（２）に対して最大のエネ
ルギーを伝達するように配設されることはいうまでもな
いことである。一方、ネック部（Ｎ）の本体（６）の内
部に、加圧空気をタービンブレード（２）に衝突させた
直後に、加圧空気をチャンバー（１１）内から即座に排
気させるために、図２〜図３に示されるように、前記一
個の給気口（７１）の直上と直下に、排気路（図中８、
８または８（８）で示されている。）に連通する合計二
個の排気口（８１、８２）が配設される。なお、前記排
気路（８（８））は、ネック部（Ｎ）またはグリップ部
（Ｇ）の内部において一体化されてよいものであるが、
図２〜図３は図示の部位においてそれぞれが独立してい
る状態を示している。この意味において、前記排気路
（８（８））は、以下の説明において単に排気路（８）
と表記される場合がある。

【００３２】本発明に従えば、前記した加圧空気をター
ビンブレード（２）に衝突させた直後に、加圧空気をチ
ャンバー（１１）内から即座に排気させるためには、排
気口は給気口の近接部位に配設されなければならない。
なお、前記した給気口・排気口の配設態様は、本発明の
一実施態様であるが、本発明はこれに限定されない。前
記したように、排気口（８１、８２）が給気口（７１）
の近接部位に配設されると、タービンロータ軸（３）の
回転数にかかわらず図３に示されるように、加圧空気が
タービンブレード（２）に衝突した直後、実線矢線で示
される加圧空気流（ａ）が実現される。この加圧空気流
（ａ）は、図１７に示される従来の周回タイプの加圧空
気流（ｂ）と全く異なる空気流である。

【００３３】即ち、本発明の歯科用エアータービンハン
ドピース（Ａ）において、前記加圧空気流（ａ）を実現
させるためには、前記した態様でいえば、 (i) 給気路（７）が、一個の給気口（７１）を有するも
ので構成され、 (ii) 前記排気路（８）が、二個の排気口（８１、８
２）を有するもので構成され、かつ、 (iii) 前記一個の吸気口（７１）と二個の排気口（８
１、８２）の配設位置関係が、吸気口（７１）の近傍部
位に排気口（８１、８２）を配設したものであること、
という要件は必須のものである。なお、前記(i) の要件
は、機器の小型化、経済性（機器製造上のコストメリッ
ト）、耐久性（ネック部の強度的な問題）から要求され
ることはいうまでもないことである。

【００３４】本発明において、更に前記加圧空気流
（ａ）の実現を加速するためには、図１６（従来技術）
で説明したチャンバー内に配置されたタービンブレード
とチャンバーの上下壁面との間隔（ｄ₁' ）、本発明の
実施態様でいえば図２の間隔（ｄ₁）を小さくすること
も重要である。即ち、加圧空気をタービンブレード
（２）に衝突させた後にチャンバー（１１）内を周回さ
せずに、即座にチャンバー（１１）内から排気させるた
めには、チャンバー（１１）の空間容積と、該チャンバ
ー（１１）内に配置されるタービンブレード（２）の大
きさが略同一の大きさのものであることが好ましい。前
記したように、チャンバー（１１）の空間容積とタービ
ンブレード（２）の大きさが、タービンブレード（２）
の回転を保証した略同一の大きさであるとき、チャンバ
ー（１１）内の加圧空気は、周回流（図１７のｂ）を形
成するよりも非周回流（図３のａ）を形成する確率が高
められ、即座に排気口から排気されることになる。

【００３５】前記したチャンバー（１１）の空間容積と
タービンブレード（２）の大きさを略同一のものとする
ということは、前記間隔（ｄ₁）、即ち図２に示される
チャンバー（１１）の上下内壁面（１１１、１１２）と
チャンバー（１１）内に配置されたタービンブレード
（２）との間隔（ｄ₁）を小さく設定するということで
ある。前記間隔（ｄ₁）は、前記したようにチャンバー
（１１）内の加圧空気が周回流を形成せずに非周回流を
形成するように、あるいはその形成確立が高くなるよう
に設定されなければならない。前記間隔（ｄ₁）は、種
々の基準に従って設定すればよい。例えば、タービンロ
ータ軸（３）の軸方向にみたタービンブレード（２）の
高さ（ｈ）（後述の図４参照）を基準にしたとき、間隔
（ｄ₁）が前記高さ（ｈ）の１／１０以下になるように
設定すればよい。なお、従来品において、前記高さ
（ｈ）が２．８mmのものが知られている。

【００３６】また、タービンロータ軸（３）の軸方向に
垂直な方向にみて、タービンブレード（２）とチャンバ
ー（１１）の周側内壁面（１１３）の間隔（ｄ₂）（図
２参照）を基準にしたとき、間隔（ｄ₁）が前記間隔
（ｄ₂）の２．５倍以内の大きさになるように設定すれ
ばよい。なお、従来品において、前記間隔（ｄ₂）に対
応する間隔（ｄ₂' ）（図１６参照）として、１００〜
２００μm のものが知られている。例えば、株式会社モ
リタ製作所製の歯科用エアータービンハンドピース（ジ
ェットマスター：ＦＡＲ−Ｅ２）は、間隔（ｄ₂' ）が
１００μm のものである。更に、前記間隔（ｄ₁）の大
きさを、前記高さ（ｈ）や間隔（ｄ₂）に対する比較値
でなく、絶対値で説明すれば、従来製品の歯科用エアー
タービンハンドピースの間隔（ｄ₁' ）（図１６参照）
が１１５０μm と極めて大きいのに対して、非周回流の
形成の確立が高くなる５００μm 以下、好ましくは２０
０〜１００μm の値に設定することが好ましい。なお、
前記間隔（ｄ₁）値としては極力、小さいものが好まし
いが、部材（部品）の精度要求が高くなるため、前記し
た５００μm 以下で十分な効果が発現される。本願発明
において、後述する実験データが示すように、前記間隔
（ｄ₁）を従来製品の間隔（ｄ₁' ）である１１５０μ
m 、更には１１５０μm から６００μm に小さくしても
全く効果がなく、５００μm 以下の領域で優れた効果が
発現されることは特異的なものである。

【００３７】本発明の歯科用エアータービンハンドピー
ス（Ａ）において、前記一個の給気口（７１）の大きさ
は、排気口の大きさとの関連もあるが、高々、タービン
ブレード（２）の高さ（ｈ）（図４参照）の５０％以下
のものでる。より具体的には、後述する実験データにも
示されるように、例えばタービンブレード（２）の高さ
（ｈ＝２．８mm）に対して給気口（７１）の大きさは
０．６０〜１．５０mm（絶対値）である。なお、前記し
た給気口（７１）の大きさとは、タービンブレードの軸
方向（タービンロータ軸の軸方向）にみた給気口の大き
さ（高さ、または直径）が比較基準となる。また、本発
明の歯科用エアータービンハンドピース（Ａ）におい
て、給気路（７）の配設方式は適宜に決定すればよい。
即ち、一個の給気口（７１）を有するという条件のもと
に、給気路（７）が図２〜図３に示される一本のものに
限定されず、ネック部（Ｎ）の本体（６）の太さや強度
との関連性もあるが複数本のもので構成してもよいこと
はいうまでもないことである。

【００３８】本発明の歯科用エアータービンハンドピー
ス（Ａ）において、前記給気口（７１）の近接部位に配
設される排気口（８１、８２）の大きさは、排気効率の
観点から、前記給気口（７１）の大きさよりも大きいも
のが好ましい。前記排気口（８１、８２）の大きさは、
前記給気口（７１）の大きさとの関連もあるが、後述す
る実験データに示されるように、例えば、タービンブレ
ード（２）の高さ（ｈ＝２．８mm）に対して排気口（８
１、８２）の１つの大きさは、１．０mm（絶対値）であ
る。なお、前記した排気口（８１、８２）の大きさと
は、タービンブレードの軸方向（タービンロータ軸の軸
方向）にみた排気口の大きさ（高さ、または直径）が比
較基準となる。

【００３９】本発明の歯科用エアータービンハンドピー
ス（Ａ）において、前記給気口（７１）及び排気口（８
１、８２）の断面形状は、特段の制約を受けるものでは
ない。例えば、断面円形のものや矩形状のものであって
もよいことはいうまでもないことである。また、一個の
給気口（７１）に連通する給気路（７）、及び二個の排
気口（８１、８２）に連通する排気路（８、８）は、タ
ービンブレード（２）の形状（タービンブレードの枚数
を含む。）やネック本体（６）の強度などを勘案して適
宜に配設すればよい。例えば、図３と後述する図１５の
給気路・排気路の配設方式において相違がみられるが、
これらに限定されずに適宜に配設すればよい。

【００４０】本発明の医療用エアータービンハンドピー
ス（Ａ）において、タービンブレードに衝突させたあと
の加圧空気を、極力、ヘッド（１）のチャンバー（１
１）内から即座に排気させるためには、前記したように
加圧空気の給気・排気システムを従来とは全く異なる設
計思想に基づいて構成することが重要であるが、それと
の関連において所望枚数の排気を促進させる形状のブレ
ードを用いることも好ましいことである。図４（ａ）
（ｂ）〜図７（ａ）（ｂ）は、各種のブレード形状を示
すものである。なお、図中２１はタービンブレード
（２）を固定しているブレード支持体を示す。また、各
図において、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）はブレードの
頂部平面図を示す。図４〜図６のものは、加圧空気が衝
突する面を一または二つの円弧面とし、その弧面に沿っ
て排気を排気口へ導くようにしたものである。本発明
は、このような円弧面を有するブレードに限定されず、
図７に示す平坦面を有するものであってよいことはいう
までもないことである。

【００４１】本発明の歯科用エアータービンハンドピー
ス（Ａ）において、加圧空気の給気・排気方式は前記し
た態様のものに限定されない。即ち、図２〜図３に示さ
れるように給気口（７１）から加圧空気をタービンブレ
ード（２）の略中央部に当てるとともに、タービンブレ
ード（２）の上下方向に即座にＵターンさせ、該Ｕター
ンした空気流を給気口の直上及び直下に別々に配設した
二個の排気口（８１、９１）より排気させる態様のもの
に限定されない。例えば、加圧空気をタービンブレード
の上部または下部に片寄せして衝突させるようにし、排
気を片寄せした反対側の一方から行なうようにしてもよ
いことはいうまでもないことである。また、排気口を給
気口の近接部位に配設する態様として、タービンロータ
軸（３）の軸方向にみて直上及び／又は直下（給気口の
上下方向の近接部位）に設けたりあるいは左右方向の近
接部位に設けてもよく、更にはこれらを組合わせてもよ
いことはいうまでもないことである。

【００４２】次に、本発明方式と従来方式の優位性を比
較するための実験例を示す。まず、各種の実験データを
入手、直接比較し易いように製作した本発明方式と従来
方式を忠実に反映する実験装置について説明する。本発
明方式の実験装置は図２〜図３で説明した構造を忠実に
反映するもので、図８〜図１０に示される。従来方式の
実験装置は、前記図１６〜図１７で説明した構造を忠実
に反映するもので、図１１〜図１３に示される。

【００４３】（１）本発明方式の実験装置（１）-(i)本発明方式の実験装置の概要本発明方式の実験装置の概要は、図８に示されている。
図中、Ｈはヘッド部を示し、そのハウジング部材を透明
な合成樹脂板（アクリル樹脂）Ｈ₁、Ｈ₂、Ｈ₃で構成
した。そして、Ｈ₁（中央の合成樹脂板）に図示される
ように加圧空気の給気路（７）と排気路（８、８）を形
成した。また、ハウジング部材Ｈ₂及びＨ₃の点線で示
される内部空間部には、軸受部が収納されることはいう
までもないことである。なお、ハウジング部材を合成樹
脂製とした理由は、種々の実験条件（例えば給排気口の
大きさ、形状など）を設定する上で好適であるからであ
る。図９（ａ）はＨ₁の平面図、図９（ｂ）は図９
（ａ）のＤ−Ｄ線断面図であり、給気路（７）と排気路
（８、８）の配設態様が示されている。図１０は、図９
においてチャンバー（１１）内にタービンブレードを配
設したあと、給気路（７）の軸線方向にみた断面図、即
ち図９（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。なお、他のハウ
ジング部材（Ｈ₂，Ｈ₃）も、加圧空気流の流れ方向を
明確にするために描かれている。また、ハウジング部材
（Ｈ₁）において、他の重要な構成要素を示すためにハ
ッチングが省略されている。図中４ａは、前記図４の
（ａ）で示される形状のタービンブレードであることを
示す。またｄ₁ は、タービンブレードと上下のハウジン
グ部材（Ｈ₂とＨ₃）の間の間隔を示す。前記したこと
からわかるように、本発明の小型流体駆動タービンハン
ドピースにおいて、ヘッド部（Ｈ）のヘッド（１）及び
ネック部（Ｎ）の本体（６）は、合成樹脂で構成されて
もよいことはいうまでもないことである。その際、高速
回転のタービン系が発生する熱や振動に対して耐久性の
ある合成樹脂を選択することが好ましいことはいうまで
もないことである。本発明において、前記部位を合成樹
脂化することにより、従来の金属製の流体駆動タービン
ハンドピースに対して製造の容易性はもとより経済性と
軽量化に優れた小型流体駆動タービンハンドピースが提
供される。

【００４４】（１）-(ii) 本発明方式の実験装置の実験
条件前記した本発明方式の実験装置の実験条件は下記の通り
である。＜実験条件＞・給気する加圧空気圧（加圧空気圧）：２．５kgf/cm² ・ヘッドチャンバー（１１）の内径：φ９．１mm ・タービンブレードの大きさ及び枚数（図４（ａ）、図
４（ｂ）参照）：図４（ａ）においてｗ₁＝１．３mm、図４（ｂ）におい
てｈ＝２．８mm，ｗ₂＝０．８mm、ｗ₃＝０．１３mmタ
ービンブレードの支持体（２１）に配設されたブレード
数は８枚である。・ハウジング部材（Ｈ₂，Ｈ₃）とタービンブレードの
間隔（ｄ₁）／ハウジング部材（Ｈ₁）の厚さ：ｄ₁：基本的には１５０μm であるが、従来方式と比較
するために１１５０〜６００μm の値も採用した。Ｈ₁の厚さ：５．１mm （注）Ｈ₁の厚さ５．１mm、タービンブレードの高さ
（ｈ）２．８mmであることから、Ｈ₁の厚さの中央部位
にタービンブレードを配設したとき、タービンブレード
の上下に１１５０μm （１１５０μm ×２＝２．３mm）
の幅の空間スペースが形成される。・給・排気口の配設位置とその大きさ：給・排気口の配設位置（図９参照）給気路（７）の給気口（７１）の口径： φ１．２mmを中心に変化させた（表１、表２参照）排気路（８、８）の排気口（８１、８２）の大きさ（ｅ
₁×ｅ₂）：４．５５×１mmを中心に変化させた（表１、表２参照）

【００４５】（２）従来方式の実験装置（２）-(i)従来方式の実験装置の概要従来方式の実験装置の概要は、図１１〜図１３に示され
ている。図１１〜図１３は、前記本発明の実験装置を示
す図７〜図９に対応しているので、容易に両者の相違点
がわかる。特に大きく異なる点は、給気路（口）（７'
、７１' ）と排気路（口）（８'、８１' ）の配設方
式、及び図１３に示されるように加圧空気をチャンバー
（１１' ）内に周回させるためにハウジング部材
（Ｈ₂' 、Ｈ₃' ）とタービンブレード（４ａ）の間隔
（ｄ₁' ）が大きいという点である。なお、図１３のハ
ウジング部材（Ｈ₁' ）において、他の重要な構成要素
を示すためにハッチングが省略されている。

【００４６】（２）-(ii) 従来方式の実験装置の実験条
件前記した従来方式の実験装置の実験条件は下記の通りで
ある。＜実験条件＞本発明方式の＜実験条件＞と比較して、次
の点が異なるだけであり、その他は全く同じである。・ハウジング材（Ｈ₂' ，Ｈ₃' ）とタービンブレード
の間隔（ｄ₁' ）：ｄ₁' ：基本的には１１５０μm 、であるが、本発明方
式と比較するために１５０μm の値も採用した。（注）なお、前記ｄ' の値１１５０μm は、従来製品の
値を採用したものである。また、ハウジング部材Ｈ₁'
の厚さは、本発明方式と同じである。・給・排気口の配設位置とその大きさ：給・排気口の配
設位置（図１２参照）給気路（７' ）の給気口（７１' ）の口径：φ１．２m
m。排気路（８' ）の排気口（８１' ）の大きさ：φ（１．
２mm，３．０mm）、及びｅ₁×ｅ₂（３．８×３．８，
３．８×３．０mm）に変化させた。なお、前記給気口の
大きさがφ１．２mmのもの、及び排気口の大きさがφ
２．５mmのものは従来製品の値を採用したものである。

【００４７】前記本発明方式の実験装置及び従来方式の
実験装置を用いて、種々の実験条件で実験をした。更
に、従来技術として説明したU.S.Patent 第３，８９
３，２４２号及び同４，０２０，５５６号に開示の構成
を前記本発明方式の実験装置に基本に組込んだ実験装置
（以下、ＵＳＰ方式の実験装置という。）を用いて実験
した。前記、ＵＳＰ方式の実験装置は、該U.S.Patentに
開示された技術内容、特にその Fig２〜 Fig３、及び F
ig９を参酌し、次の点を考慮して実験装置を製作した。・二個の給気口の大きさ（直径）が、タービンブレー
ドの高さと略同じであることを考慮し、本発明方式の実
験装置において、二個の給気口の直径の合計量のブレー
ドの高さ（ｈ）（ｈ＝２．８mm）に対する割合が大きく
なるように二個の給気口（φ１．２×２個）を配設し
た。なお、ブレードの高さ（ｈ）に対する給気口の大き
さの割合は、本発明方式は４３％（１．２／２．８）、
ＵＳＰ方式は８６％（２．４／２．８）である。・チャンバー上下内壁面とタービンブレードの間の間
隔は、従来技術の設計思想と同様（ｄ₁' ）＝１１５０
〜６００μm であるとした。前記実験装置を用いて所定
の給気する加圧空気圧（２．５kgf/cm²）のもとでの最
高回転数（Ｘ）と単位時間当たりの給気量（Ｙ）を測定
した。実験は室温２５℃で行なった。前記給気空気圧
は、デジタル圧力センサーにより測定し、単位kgf/cm²
で表示した。前記最高回転数は、高速応答タイプの光電
スイッチからの信号をカウンター（計数計）により測定
し、１０⁴・rpm で表示した。前記給気量は、熱式質量
流量センサーにより測定し、常圧、２５℃換算の値で表
示した。

【００４８】＜評価基準＞実験結果を示す前に、ここで
実験結果を評価するため評価基準について説明する。

【００４９】本発明者らは、優れた歯科用エアータービ
ンハンドピースとは、いうまでもないことであるが、タ
ービンロータ軸のトルク（出力）性能に優れているもの
であると考えている。そして、前記タービンロータ軸の
トルク（出力）性能が優れているか否かという評価は、
次の評価基準で評価することが好ましいて考えている。 (1) 単位時間当たりの給気（入）量に対して好ましいレ
ベルの最高回転数が実現されること。いうまでもないこ
とであるが、トルクアップ（出力向上）とは、タービン
ロータ軸の最高回転数が好ましいレベルにおいて、より
高いものであることが望ましい。そして、前記タービン
ロータ軸の最高回転数は単位時間当たりの給気（入）量
に強い相関を有する。このため、本発明者らは、単位時
間当たりの給気量（Ｙ）に対する最高回転数（Ｘ）の
比、即ち対給気量効率（Ｘ／Ｙ）が現実的な第一評価基
準であると考える。本発明者が前記評価基準を現実的で
あると考えるのは、最高回転数（Ｘ）を高めるために単
位時間当たりの給気量（Ｙ）をどんどん増大させていく
アプローチは、給気システムに過大な負荷をかけるこ
と、既存の給気システムの変更を強いること（能力不足
による新規の高価な設備投資の要求）などから、前記ア
プローチが低く評価されるためである。なお、いうまで
もないことであるが、前記第一評価基準において、高い
対給気量効率（Ｘ／Ｙ）を有する歯科用エアータービン
ハンドピースは、給気システムとして既存の設備が利用
でき、給気システム（コンプレッサーなど）に高い負荷
をかけず、かつ作動音が小さいという効果を共有するも
のである。

【００５０】(2) 切削能力が大きいこと。前記第一評価
基準をもって実験データを評価するに際して留意しなけ
ればならないことは、例えば給気量（Ｘ）が少なく、か
つ当該タービン系においてそこそこの回転数（Ｙ）（但
し、好ましいレベルのものではない）が得られたとき、
対給気量効率（Ｘ／Ｙ）として高い値を示すということ
である。従って、前記した対給気量効率（Ｘ／Ｙ）が良
好な歯科用エアータービンハンドピースであっても、そ
の主要な作業内容である切削作業において、その回転数
が低いレベルのものであることから切削能力に劣るもの
がある。そこで、本発明者らは、切削量性能を評価する
上で、該切削量と強い相関を示す最高回転数（Ｘ）を前
記第一評価基準（Ｘ／Ｙ）に加味した、即ち最高回転数
（Ｘ）で重みづけをした次の対切削量効率を第二評価基
準に設定した。前記対切削量効率は、（Ｘ）・（Ｘ／
Ｙ）＝Ｘ²／Ｙで表わされるものである。なお、いうま
でもないことであるが、前記第二評価基準において、高
い切削量効率（Ｘ²／Ｙ）を有する歯科用エアータービ
ンハンドピースは、切削振動が少なく高度の歯科治療を
行なうことができ、臨床的には不快感、痛みの開放とい
う利点を持ち、更に小型タービンロータを用いても従来
品と同一性能が得られるためハンドピースの一層の小型
化が実現される。

【００５１】従って、以下に示す実験結果は、（１）前
記第一評価基準である対給気量効率（Ｘ／Ｙ）、及び、
（２）前記第二評価基準である対切削量効率（Ｘ²／
Ｙ）、に基づいて、総合的に判断されるべきである。

【００５２】＜実験結果と考察＞（１）実験結果前記した実験装置を用いて行なった実験結果を、以下の
表１〜表２に示す。各表において、表中の各項目は、次
のことを意味するものである。 (1) 本発明方式：前記本発明方式の実験結果による実験
を意味する。 (2) 従来方式：前記従来方式の実験装置による実験を意
味する。 (3) ＵＳＰ方式：U.S.Patent 第３，８９３，２４２
号、同４，０２０，５５６号、に記載の方式を再現した
実験を意味する。即ち、本発明方式の実験装置におい
て、所定の大きさの給気口を二個配設して前記米国特許
に開示の装置を再現したものである。 (4) 給気口（φ）：給気口の断面形状が円形のもの（単
位mm）。直径（φ）。図８参照。 (5) 排気口（ｅ₁・ｅ₂）：排気口の断面形状が矩形状
のもの。（単位mm²）。縦（ｅ₁）×横（ｅ₂）。図９
参照。 (6) 排気口（φ）：排気口の断面形状が円形のもの（単
位mm₂）。直径（φ）。図１２参照。 (7) ｄ₁：本発明方式装置におけるチャンバー内壁面と
タービンブレードの間隔（図１０参照）。ｄ₁＝１５０
μm 。 (8) ｄ₁' ：従来方式装置におけるチャンバー内壁面と
タービンブレードの間隔（図１３参照）。ｄ₁´＝１１
５０〜６００μm 。 (9) 最高回転数（Ｘ）：一定加圧空気（２．５kgf/c
m²）のもとで給気した時のタービン系の最高回転数
（単位１０⁴rpm ）。 (10) 給気量（Ｙ）：タービン系への給気（入）量で、
常圧２５°変換の値（単位：ｌ（リットル）／分）。 (11) Ｘ／Ｙ：第一評価基準（対給気量効率） (12) Ｘ・Ｘ／Ｙ：第二評価基準（対切削量効率）

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】（２）実験結果の考察 (i) 実験結果（表１）の考察表１は本発明方式（実験No. １〜４）と従来方式（実験
No. ５〜８）の実験結果を示す。即ち、表１は、給気す
る加圧空気圧を一定（２．５kgf/cm²）、かつ給気口を
一定（φ１．２mm、断面積１．１３mm²）にし、・排気口の大きさと設定位置、・間隔（ｄ₁，ｄ₁' ）の設定値、を変化させた場合、
両方式において特性がどのようになるかを調べたもので
ある。

【００５６】・表１から明らかのように、本発明方式
のものは従来方式のものと比較して、第一評価基準（Ｘ
／Ｙ）及び第二評価基準（Ｘ・Ｘ／Ｙ）の両者において
優れた効果を奏することがわかる。・実験 No.１〜 No.２の（ｄ₁' ）の欄のデータは、
本発明方式の装置において（ｄ₁）（１５０μm ）→
（ｄ₁' ）（１１５０〜６００μm ）へ変化させた場
合、即ち（ｄ₁）値のみを従来の設計思想に近づけた場
合のデータである。この場合、特性値は大幅に悪化し、
本発明方式と従来方式の設計思想ならびに作用効果が全
く異なることを示している。・一方、実験 No.７〜８の（ｄ₁）欄のデータは、従
来方式の装置において（ｄ₁' ）（１１５０〜６００μ
m ）→（ｄ₁）（１５０μm ）へ変化させた場合、即
ち、（ｄ₁' ）値のみを本発明の設計思想に近づけた場
合のデータである。この場合も前記と同様に特性値は大
幅に悪化し、両者の設計思想ならびに作用効果が全く異
なることを示している。

【００５７】(ii) 実験結果（表２）の考察表２は、本発明方式（実験 No.９〜１２）（但し、実験
No.１１は前記実験 No.２と同じである。）とＵＳＰ方
式（実験 No.１３〜１６）の実験結果を示す。即ち、表
２は、給気する加圧空気圧を一定（２．５kgf/cm²）、
かつ排気口を一定（ｅ₁×ｅ₂＝４．５５×１）にし、・本発明方式の一個の給気口の大きさを変化させたと
き（これは、前記したようにφ１．２mmの給気口を２個
有するＵＳＰ方式のものと比較できるように変化させた
ものである。）両方式の特性がどのようになるかを調べ
たものである。また、表２は、給気口としてφ１．２mm
×２個を有するＵＳＰ方式において、給気する加圧空気
圧を変化させたときの実験結果（実験 No.１４〜１５）
についても示している。更に、表２は、給気口としてφ
１．２mm×２個を有するＵＳＰ方式において実験 No.１
４の給気する加圧空気圧の条件（１kgf/cm²）のもとで
排気口を変化させたときの実験結果（実験 No.１６〜１
７）についても示している。

【００５８】・表２から明らかのように、本発明方式
のもの（実験 No.９〜１２）はＵＳＰ方式のもの（実験
No.１３）と比較して、第一評価基準及び第二評価基準
において優れた効果を奏することがわかる。これは単純
に給気口の断面積を大きくしても特性に優れたものが得
られないことを示すものである。なお、本発明方式の実
験 No.９において、前記した通り性能評価に際して第一
評価基準（Ｘ／Ｙ）と第二評価基準（Ｘ・Ｘ／Ｙ）を総
合的に判断すべきであるとの重要性が読みとれる。・実験 No.９〜１２において、（ｄ₁' ）のデータ
は、本発明方式の装置において（ｄ₁）（１５０μm ）
→（ｄ₁' ）（１１５０〜６００μm ）へ変化させた場
合、即ち（ｄ₁）値のみを従来技術の設計思想に近付け
た場合のデータであり、性能は大幅にダウンすることが
わかる。・前記ＵＳＰ方式の実験 No.１３のデータにおいて、
給気量（Ｙ）（Ｙ＝７１．０ｌ／分）はあまりにも給気
系に負荷をかけるため、これを改善すべく給気する加圧
空気圧を変化させ、ＵＳＰ方式で好ましい結果が得られ
るかどうかをみたのが実験 No.１４〜１５である。結果
が示すように、給気圧条件を調整することにより、かな
り良い結果が得られる。しかしながら、これらＵＳＰ方
式の改善データは、本発明方式においてｄ₁→ｄ₁' に
変化させた場合のものより良好であるが、本発明方式の
ものと比較すれば格段に悪いものである。また、これら
ＵＳＰ方式の改善データは、表１の従来方式（実験 No.
５〜８）より幾分、改善される傾向を示している。・前記したようにＵＳＰ方式の実験 No.１４は、実験
No.１３に比較して改善効果を示したので、実験 No.１
４の条件を変化させて良好な結果が得られるかどうかを
みたのが実験 No.１６〜１８である。結果が示すよう
に、ある程度の改善効果（実験 No.１７）が認められる
ものの、本発明方式の性能には大きく及ばないものであ
る。

【００５９】表１〜表２から明らかのように、また前記
実験結果の考察から明らかのように本発明方式は従来方
式及びＵＳＰ方式に比較して優れた効果を奏するもので
ある。例えば本発明方式と従来方式を比較すれば容易に
わかるように、少ない給気量で回転数（別言すればトル
ク）を大幅に向上（実験 No.７の４２．４万→実験No.
３の４９．０万rpm ）させることができるため、別言す
れば従来より極めて少ない給気圧、給気量のもとで従来
と同じ回転数が得られることから、・回転音を低減させることができる（装置発生音の低減
化）、・給気チューブの耐圧性を下げることができる、・給気チューブの可能性が高まり、操作性が改善でき
る、・コンプレッサーなどの流体加圧装置の省電力化を図る
ことができる、などの効果が得られる。また、最高回転
数の大幅な向上により、従来より大幅なトルクが得られ
るため切削性が良く治療の迅速性が図られる。更に、低
流体エネルギーによっても大きなトルクが得られるた
め、流体ボンベ駆動のポータブル式ハンドピースや回転
数（別言すればトルク）一定制御方式のハンドピースの
製作が可能となる。更にまた、従来方式の実験 No.５〜
No.６に示されるように、従来方式においては小型化
（間隔ｄ₁' の狭小化による小型化）すると大幅な性能
ダウンに遭遇するが、本発明方式はエアータービンハン
ドピースの小型化が可能であり、本発明により小型化高
性能の小型流体駆動タービンハンドピースが実現され
る。一方、本発明方式とＵＳＰ方式の実験結果から明ら
かのように、本発明においては、前記した効果に加えて
ネック部内に二本の給気路（従って二個の給気口）を配
設するという製造上の困難さや経済性のデメリットを受
けることなく、しかも高性能の歯科用エアータービンハ
ンドピースを提供することが出来る。

【００６０】次に、本発明の第二実施態様を説明する。
図１４〜図１５は、本発明の第二実施態様の歯科用エア
ータービンハンドピースＡ）を説明するものである。第
二実施態様の歯科用エアーハンドピース（Ａ）が、前記
した第一実施態様のエアーハンドピース（Ａ）と大きく
異なる点は軸受部（４）の構成であり、その他両者とも
本質的に同じものである。即ち、前記第一実施態様の軸
受部（４）は、ボールベアリングを利用した玉（ころが
り）軸受機構を採用しているのに対し、第二実施態様の
軸受部（４）は、空気流（空気層）を利用した空気軸受
機構を採用している点で異なる。前記空気軸受機構を用
いた軸受部（４）は、周方向にいくつかの貫通孔（４
５）を有した軸受（４６）と、前記軸受（４６）の内部
あるいはその内部から側方にまで及ぶ軸部（３１）（タ
ービンロータ軸（３）と一体であってもよい。）によっ
て構成されている。そして、前記軸受（４６）は、その
外周にある軸受支持部材（４７）によってヘッド周側部
（１２）に弾性的に保持されている。また、第二実施態
様のものは、前記空気軸受機構（前記軸受（４６））へ
空気を給気するために、図１４に示されるように給気路
（７）から分岐路（７２、７３）を形成している。軸部
（３１）即ちタービンロータ軸（３）は前記分岐路（７
２、７３）から前記貫通孔（４５）を通じて前記軸受
（４６）と前記軸部（３１）の隙間に空気を供給するこ
とにより、その隙間に供給された空気の層を介して、前
記軸受（４６）と接する事無く浮いた状態となり、回転
自在に支えられる。第二実施態様の図１４の場合におい
て、前記第一実施態様でのタービンブレード（２）とチ
ャンバー（１１）の上下内壁面の間隔（ｄ₁）は、ター
ビンブレード（２）と軸部（３１）の上下面の間隔（ｄ
₁）と解すべきであり、本発明に示される方法を用いる
と、この第二実施態様の歯科用ハンドピース（Ａ）にお
いても、前記第一実施態様のものと同様な効果を発現さ
せることが出来る。

【００６１】

【発明の効果】本発明は、歯科用等の小型流体駆動ター
ビンハンドピースは、従来と全く異なる設計思想に基づ
いて構成されるものである。特に、本発明は、該ハンド
ピースのヘッド部チャンバー内に配置されたタービンロ
ータ軸のタービンブレードに対する加圧流体の供給・排
出システムを、加圧流体がタービンブレードに衝突した
直後に、チャンバー内でタービンブレードの回転に負
（ネガティブ）の影響を与えないようにするために、チ
ャンバー内から即座に排出するように改めるものであ
る。

【００６２】前記した供給・排出システム、より具体的
には新しい供給口・排出口の配設方式により、本発明の
小型流体駆動タービンハンドピースは、従来のものと比
較して同一の加圧流体の供給圧・供給量のもとで、格段
にタービンロータ軸の回転数（別言すればトルク）を向
上させることが出来る。

【００６３】そして、前記タービンロータ軸の大幅な回
転数の向上により、回転音の低減化（装置発生音の低減
化）、給気チューブの耐圧性の低減化、前者と関連した
可撓性の給気チューブの使用による操作性の向上、大ト
ルクのもとでの治療行為の迅速性、あるいは低流体エネ
ルギーによっても従来と同じトルクが得られるため流体
ボンベ駆動方式などによるポータブル式ハンドピースの
提供、更には機器の小型化など、種々の優れた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の小型（歯科用）エアータービンハン
ドピースの斜視図である。

【図２】本発明の第一実施態様の小型（歯科用）エア
ータービンハンドピースの要部縦断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】本発明の小型（歯科用）エアータービンハン
ドピースに適用される第一実施態様のタービンブレード
を説明する図である。

【図５】本発明の小型（歯科用）エアータービンハン
ドピースに適用される第二実施態様のタービンブレード
を説明する図である。

【図６】本発明の小型（歯科用）エアータービンハン
ドピースに適用される第三実施態様のタービンブレード
を説明する図である。

【図７】本発明の小型（歯科用）エアータービンハン
ドピースに適用される第四実施態様のタービンブレード
を説明する図である。

【図８】本発明方式の小型エアーハンドピースと等価
の実験装置の側面図であり、給排気システムを示すため
一部を透視した図である。

【図９】図８のハウジング部材（Ｈ₁）の平面図
（ａ）と、Ｄ−Ｄ線断面図（ｂ）である。

【図１０】図８の給気路（７）の軸線方向のＥ−Ｅ線
断面図である。

【図１１】従来方式のエアーハンドピースと等価の実
験装置の側面図であり、給排気システムを示すため一部
を透視した図である。

【図１２】図１１のハウジング部材（Ｈ₁' ）の平面
図（ａ）と、Ｆ−Ｆ線断面図（ｂ）である。

【図１３】図１１の給気路（７' ）の軸線方向のＧ−
Ｇ線断面図である。

【図１４】本発明の第二実施態様の小型（歯科用）エ
アータービンハンドピースの要部縦断面図である。

【図１５】図１４のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１６】従来の医療用（歯科用）エアータービンハ
ンドピースの要部縦断面図である。

【図１７】図１６のＣ−Ｃ線断面図である。

【図１８】エアータービンにおける給気空気圧と給気
速度の相関（理論値）を示すグラフである。

【図１９】エアータービンにおける給気空気圧と給気
（入）量の相関（理論値）を示すグラフである。

【符号の説明】

Ａ ……………本発明の小型（歯科用）エアータービ
ンハンドピースＡ´ ……………従来の医療用（歯科用）エアータービ
ンハンドピースＨ，Ｈ´ ………ヘッド部Ｇ，Ｇ´ ………グリップ部Ｎ，Ｎ´ ………ネック部Ｂ ……………工具１，１´ ………ヘッド１１，１１´……チャンバー２，２´ ………タービンブレード３，３´ ………タービンロータ軸４，４´ ………軸受部５，５´ ………工具（軸）６，６´ ………ネック本体７，７' ………給気路７１，７１' ……給気口８，８，８' ……排気路８１，８２，８１' ……排気口（ａ），（ｂ） ………加圧空気流Ｈ₁，Ｈ₂，Ｈ₃，Ｈ₁' ，Ｈ₂' ，Ｈ₃'……………
………………ヘッド部を構成するハウジング部材１２，１２´ …………周側部１３，１３´ …………キャップ部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ヘッド（１）のチャンバー（１１）内
に、タービンブレード（２）を有するタービンロータ軸
（３）が配置されるとともに、ヘッド（１）内部に前記
タービンロータ軸（３）が回転自在に軸受部（４）を介
して支承されたヘッド部（Ｈ）、及び、前記ヘッド部
（Ｈ）に連接されたネック部（Ｎ）であって、その本体
（６）内部に前記チャンバー（１１）内のタービンブレ
ード（２）へ加圧流体を供給する供給路（７）とチャン
バー（１１）内の加圧流体を排出する排出路（８）を有
するネック部（Ｎ）、とから構成される小型流体駆動タ
ービンハンドピース（Ａ）において、(i) 前記タービンブレード（２）の大きさが、前記チャ
ンバー（１１）の空間容積と略同一のもので構成され、 (ii) 前記供給路（７）が、一個の供給口（７１）を有
し、かつ、(iii) 前記排出路（８）が、少なくとも一個の排出口か
ら成る排出口（８１、８２、……）を有するもので構成
され、かつ、(iv) 前記一個の供給口（７１）と前記少なくとも一個
の排出口から成る排出口（８１、８２、……）の配設位
置関係が、前記供給口（７１）の近傍部位に前記少なく
とも一個の排出口から成る排出口（８１、８２、……）
の全てが配設されたものであること、を特徴とする小型流体駆動タービンハンドピース。
【請求項２】ヘッド（１）のチャンバー（１１）内に
配置されたタービンブレード（２）の大きさが、タービ
ンロータ軸（３）の軸方向にみてタービンブレード
（２）とチャンバー（１１）の上下内壁面の間隔を（ｄ
₁）及びタービンブレード（２）の高さを（ｈ）とした
とき、前記（ｄ₁）が前記（ｈ）の１／１０以下の大き
さになるようにタービンブレード（２）の大きさを設定
したものである請求項１に記載の小型流体駆動タービン
ハンドピース。
【請求項３】間隔（ｄ₁）が、５００μm 以下である
請求項２に記載の小型流動駆動ハンドピース。
【請求項４】間隔（ｄ₁）が、１００μm 〜２００μ
m である請求項３に記載の小型流動駆動ハンドピース。
【請求項５】ヘッド（１）のチャンバー（１１）内に
配置されたタービンブレード（２）の大きさが、タービ
ンロータ軸（３）の軸方向にみてタービンブレード
（２）とチャンバー（１１）の上下内壁面（１１１、１
１２）の間隔を（ｄ₁）、及びタービンロータ軸（３）
の軸方向に垂直な方向にみてタービンブレード（２）と
前記周側内壁面（１１３）の間隔を（ｄ₂）としたと
き、前記（ｄ₁）が前記（ｄ₂）の２．５倍以下の大き
さになるようにタービンブレード（２）の大きさを設定
したものである請求項１に記載の小型流体駆動タービン
ハンドピース。
【請求項６】間隔（ｄ₂）が、１５０μm である請求
項５に記載の小型流動駆動ハンドピース。
【請求項７】供給路（７）の一個の供給口（７１）の
大きさが、タービンロータ軸（３）の軸方向にみて、タ
ービンブレード（２）の高さ（ｈ）の５０％以下の大き
さである請求項１に記載の小型流体駆動タービン。
【請求項８】供給路（７）の一個の供給路（７１）と
排出路（８）の少なくとも一個の排出口から成る排出口
（８１、８２……）の配設位置関係が、供給口（７１）
の上下及び／又は左右方向の近傍部位に少なくとも一個
の排出口から成る排出口（８１、８２、……）の全てが
配設されたものである請求項１に記載の小型流体駆動タ
ービンハンドピース。
【請求項９】供給路（７）の一個の供給口（７１）と
排出路（８）の少なくとも一個の排気路から成る排気口
（８１、８２、……）の配設位置関係が、供給口（７
１）の直上及び／又は直下に少なくとも一個の排出口か
ら成る排出口（８１、８２、……）の全てが配設された
ものである請求項１に記載の小型流体駆動タービンハン
ドピース。
【請求項１０】排出路（８）の少なくとも一個の排出
路から成る排出口（８１、８２、……）の各排出口の開
口面積が、供給路（７）の一個の供給口（７１）の開口
面積より大きいものである請求項１に記載の小型流体駆
動タービンハンドピース。
【請求項１１】供給路（７）の一個の供給口（７１）
の配設位置が、供給口（７１）からの加圧流体がタービ
ンロータ軸（３）の軸方向にみてタービンブレード
（２）の略中央部位に当たる位置に配設されたものであ
る請求項１に記載の小型流体駆動タービンハンドピー
ス。
【請求項１２】軸受部（４）が、ボールベアリングに
よる玉軸受機構のものである請求項１に記載の小型流体
駆動タービンハンドピース。
【請求項１３】軸受部（４）が、エアーベアリングに
よる空気軸受機構のものである請求項１に記載の小型流
体駆動タービンハンドピース。
【請求項１４】ヘッド（１）及びネック部本体（６）
が合成樹脂で構成されたものである請求項１に記載の小
型流体駆動タービンハンドピース。
【請求項１５】医科及び歯科治療に用いられる請求項
１〜１４のいずれか１項に記載の小型流体駆動タービン
ハンドピース。