JP3184884B2 - 超音波研削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯科、或いは医科の研
磨又は切削作業に好適に使用される超音波研削装置、お
よびその装置に使用する研削チップに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、歯石やプラークの除去（スケーリ
ング）、クラウン、ブリッジ、ピンの除去、アマルガム
のコンデンセーション等に、超音波振動を利用した歯科
用超音波装置およびその装置に使用されるチップが、例
えば、米国特許3,076,904 号公報、3,956,826 号公報、
3,654,540 号公報、特許公告公報昭57-52059号等により
知られている。これらの従来の装置は、振動素子とし
て、例えば電磁コイルや水晶等の圧電素子を使用し、チ
ップを振動素子に接続して、これを超音波域で振動させ
る。そして、例えば、チップ先端を歯表面に付着した歯
石等に押し当ててこれを除去したり、根管内の治療や、
クラウン、ブリッジ、ピンに振動を加えてこれを取り外
す等の目的で使用されている。このような従来の歯科用
超音波装置は、歯石、歯垢の除去や、根管内の治療、ク
ラウン、ブリッジ、ピンの除去等の、歯肉より外方に出
ている歯の表面の治療等に使用され、チップを振動させ
る起振源として大きなパワーのものが使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、歯周
治療の中でも極めて重要な処置の一つとしての歯根面の
スケーリングや、壊死セメント質の除去し、根面の無毒
化を図り、結果として歯根面を滑沢にするルートプレー
ニングには、手用のキュレットスケーラを用いて行われ
ているが、歯根の複雑さと合わせて直視出来ないため
に、ポケットが深くなればなる程、処理時間が長く掛か
り、術者の体力的負担は極めて大きく、確実な処置が難
しかった。

【０００４】このような歯根面のスケーリングやルート
プレーニングに上述した超音波装置の使用が渇望されて
いる。しかしながら、従来の歯科用超音波装置は、チッ
プを振動させるパワーが大きく、チップを指で摘んで保
持すると、指を損傷してしまう程のパワーを有してい
る。このため、歯肉より外方に出ている歯面の歯石の除
去等には威力を発揮するが、歯肉に埋もれた歯根の治療
に、フラップを行わなわずに閉鎖形で上述した超音波装
置を使用すると軟組織を損傷させてしまうので、極めて
危険である。そこで、超音波装置のパワーを落としてこ
れを歯根面の治療に用いようとしても、従来のチップで
はパワーが小さすぎて効率のよい治療が行えなかった。

【０００５】本発明は、軟組織には何らの損傷も与え
ず、安全確実に、しかも短時間に硬組織のスケーリング
やプレーニングを行うことができ、研磨作業のみならず
切削作業にも使用できる超音波研削装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、チップ先端部が所要の形状
に湾曲して形成され、所定の固有振動数を有する研削チ
ップ、この研削チップの基端部が着脱自在に接続され、
研削チップを、その基端部の軸方向に超音波域の周波数
で振動させる圧電素子と、この圧電素子に交番電圧を印
加する電極手段とを備えたハンドピース、および圧電素
子の所定固有振動数近傍の周波数で交番電圧を発生さ
せ、前記電極手段に出力する起振信号発生手段と、操作
者の調整操作に応じて前記起振信号発生手段が発生させ
る交番電圧の周波数を変化させ、該交番電圧の周波数を
前記研削チップの所定固有振動数に合致させる周波数調
整手段と、操作者の調整操作に応じて前記起振信号発生
手段が発生させる交番電圧の電圧値を、前記チップ基端
部における振幅が所定値以下の範囲で変化させる電圧調
整手段と、前記電圧調整手段が調節した電圧値を表示す
る電圧表示手段とを備えた発振回路装置を含んでなり、
前記チップ基端部の軸線方向の振幅を３μｍ以下、チッ
プ先端部の、前記軸線に直交する方向の振幅を１０μｍ
以下の範囲で振動させることを特徴とする超音波研削装
置が提供される。

【０００７】

【０００８】

【０００９】更に好ましくは、発振回路装置は周波数調
整手段が変化させた交番電圧の周波数を表示させる周波
数表示手段を備えることが望ましい。

【００１０】

【作用】本発明の超音波研削装置は周波数調整手段、電
圧表示手段および電圧調整手段を備えており、電圧表示
手段の表示を観察しながら、この周波数調整手段により
起振信号の発生周波数を変化させて研削チップをその所
定固有振動数で振動させ、電圧調整手段によってチップ
基端部の振幅を所定値以下で振動させることにより、極
めて小さなパワーで研削チップの先端振幅を大きくする
ことができる。そして、研削チップの振幅が、チップ基
端部において３μｍ以下、チップ先端部において１０μ
ｍ以下の範囲に抑えられる。これらの振幅は、軟組織に
対してはこれを損傷させるだけの大きさを有しないけれ
ど、硬組織に対してはこれを研磨や切削するに十分な大
きさである。研削チップの形状等を調整して研削チップ
の固有振動数を圧電素子の固有振動数に合致させると、
小さい印加電圧で作業に適した振幅が得られる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を添付図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明に係る超音波研削装置の
概略構成図であり、装置本体１０、ハンドピース２０、
研削チップ３０等から構成されている。先ず、ハンドピ
ース２０から説明すると、ハンドピース２０は、装置本
体１０とケーブル３２を介して接続されている。ハンド
ピース２０は、術者が指で持って操作し易い大きさと重
量を有していなければならず、グリップ２０ａは適宜形
状の樹脂製のものが採用される。そして、グリップ２０
ａの内部に振動素子である圧電素子組立体２５が組み込
まれている。

【００１２】圧電素子組立体２５は、数枚（実施例では
３枚）の圧電素子２５ａと、各圧電素子２５ａの両端面
に形成させた正電極２５ｂおよび負電極２５ｃとで構成
され、これらが一体に積層されている。圧電素子２５ａ
としては特に限定されないが、例えば圧電効果の大き
い、適宜厚みを有するＰＺＴセラミックスが好適に使用
される。正および負の各電極２５ｂ，２５ｃはリード線
２５ｅ，２５ｆを介して装置本体１０の出力端子１０
ａ，１０ｂにそれぞれ接続されている。なお、負電極側
のリード線２５ｆにはジャンパー線２５ｇの一端が接続
され、その他端は装置本体１０の出力端子１０ｃに接続
されている。

【００１３】圧電素子組立体２５は、その一端面が絶縁
層２５ｄを介して基端側の銅パイプ２１に、他端面が先
端側の銅パイプ２２に挟み込まれるように接続されてい
る。基端側の銅パイプ２１には、フィッテイグ２１ａが
固設され、このフィッテング２１ａには、可撓チューブ
３３が接続される。一方、先端側の銅パイプ２２には、
細径の先端パイプ２３が固設されており、これらの銅パ
イプ２１、圧電素子組立体２５、銅パイプ２２および先
端パイプ２３は一直線上に延び、これらの軸線に沿って
洗浄水や消毒液が流れる貫通孔３３ａが形成されてい
る。先端パイプ２３の先端外周面には雄ねじ２３ａが螺
刻されており、後述する研削チップ３０が取り付けられ
る。なお、チューブ３３および前述してリード線２５ｅ
〜２５ｇは前述したケーブル３２内に組み込まれてい
る。

【００１４】研削チップは、歯の治療の目的に応じた種
々の形状を有しているが、図２に示す研削チップ３０
は、歯周組織、特に歯肉下の歯根面の治療に好適な形状
を有するものである。この研削チップ３０は、耐蝕性に
優れ、ばね性の高い鋼材、例えばステンレススチール等
により作製される。チップ３０の基端３０ａは、軸線に
沿って直線状に延び、中間部３０ｃは、基端３０ａに対
して一方向に屈曲し、先端部３０ｂは中間部３０ｃに対
して更に屈曲すると共に、複雑な根面、直視できない根
分岐部内や根管内に良好に適合するために繊細、且つ、
前後、左右に複雑に湾曲しており、チップ３０は全体と
して３次元的に湾曲して基端３０ａから先端部３０ｂに
向かって先細りに形成されている。基端３０ａには、前
述した先端パイプ２３のねじ２３ａが螺合する雌ねじが
形成されており、この基端側から中間部３０ｃの開口３
０ｅまで軸線に沿って洗浄水通路３３ｄが形成されてい
る。この通路３３ｄを介して供給される洗浄水は前述の
開口３０ｅから先端部３０ｂに向けて噴射あるいは噴霧
される。

【００１５】先端部３０ｂには、その湾曲内側面に刃部
３０ｆが形成されている。この刃部３０ｆは、歯根面に
堆積した歯垢や歯石等の沈着物、病変により壊死した歯
根面の硬組織、病変により壊死した歯肉ポケット内の病
変軟組織などを除去、廓清、洗浄、研磨、滑沢化に好適
な、鋭利な刃が形成されている。刃部３０ｆは、目的に
応じて種々の形態のものが考えられ、匙型、鎌型、やす
り型、鍬型、のみ型等の適宜形状に形成される。また、
刃部３０ｆには、ダイヤモンド等の砥粒を適宜なバイン
ダで結着させ、砥粒層を形成させるようにしてもよい。

【００１６】本発明の研削チップ３０は、前述した圧電
素子組立体２５の固有振動数（例えば、３０ＫＨｚ）に
略等しい固有振動数を有している。研削チップ３０の固
有振動数は、チップの形状、使用する鋼材の種類等によ
り決定されるが、このチップ３０を圧電素子組立体２５
に結合させて振動させたとき、圧電素子組立体２５の固
有振動数からのずれが所定許容範囲（例えば、±５ＫＨ
ｚ）内であるように調整することが必要である。固有振
動数のずれがこれより大きいと、後述する周波数調整が
困難になる。研削チップ３０の固有振動数の調整は、チ
ップ３０の基端３０ａの一部を削ったり、上述した洗浄
水通路３３ｄの断面形状を偏平等に調整することが有効
であり、先端刃部３０ｆの振動方向、振幅等を考慮して
基端３０ａの削る位置等を決定するとよい。このように
基端部３０ａの形状調整は、チップ全体の形状、すなわ
ち作業目的に必要な形状に影響を与えずにチップの固有
振動数の調整を行うことができる。

【００１７】次に、図１および図３を参照しながら装置
本体１０の説明をすると、装置本体１０は、安定して一
定電圧を発生させる定電圧回路１１０、ハンドピース２
０の圧電素子組立体２５に供給する交番電圧を発生する
出力トランス１２０、この出力トランス１２０の入力側
に定電圧回路１１０の一定電圧を所望の周波数で印加さ
せる発振回路１３０、発振回路１３０の発振周波数を分
析してバンド毎にその出力分布を表示する周波数アナラ
イザ（周波数表示手段）１３５、洗浄水の供給を制御す
る電磁バルブ１４０等から構成されている。

【００１８】定電圧回路１１０は、商用１００Ｖ交流電
源５０を電源として出力側に直流の一定電圧（例えば、
２４Ｖ）を発生させるもので、その回路構成は特に限定
されない。この定電圧回路１１０は、メインスイッチ４
０を閉じることにより電源５０から電力が供給され、更
にフットスイッチ４１を操作者が足で踏み込むことによ
り作動してその出力側に上述した一定電圧が発生するよ
うに構成されている。定電圧回路１１０は、出力電圧を
調整するための可変抵抗１１１を備えており、この可変
抵抗１１１の抵抗値調整により出力トランス１２０の交
番電圧の出力電圧値を変化させることができる。可変抵
抗１１１の抵抗値は、装置本体１０の筐体１００の前面
パネルに取りつけられたパワー調整用摘み１１２を操作
者が操作して適宜値に設定され、可変抵抗１１１とこの
摘み１１２とで電圧調整手段を構成する。

【００１９】発振回路１３０はＬＣ回路による自己帰還
型のもので、可変コイル１３１のインダクタンスＬを調
整することによりトランジスタＴｒのスイッチング周波
数を所望値に設定することができる。可変コイル１３１
のインダクタンス値Ｌは、筐体１００の前面パネルに取
りつけた共振周波数調整摘み１３２を操作者が操作して
適宜値に設定され、この摘み１３２、可変コイル１３１
等により周波数調整手段を構成する。発振回路１３０に
より発生させる交番電圧の周波数は、この実施例では上
述の圧電素子組立体２５の固有振動数（例えば、３０Ｋ
Ｈｚ）を中心に、前後±５ＫＨｚの範囲で調整可能であ
る。

【００２０】周波数アナライザ１３５は、上述した通り
出力トランス１２０に発生する交番電圧の周波数を分析
するためのもので、図示しない多数のバンドパスフィル
タから構成され、各バンドパスフィルタの出力パワーを
検出することにより周波数分析を可能にする公知のもの
である。各周波数帯の出力パワーの大きさは、例えばＬ
ＥＤで構成されるバーグラフ表示装置１３６に表示させ
ることができる。出力端子１０ａ，１０ｂ間の出力電圧
の大きさは、電圧計１３８で検出することができ、検出
値はこれもＬＥＤ等のバーグラフで表示することができ
る。バーグラフ表示装置１３６および電圧計１３８も筐
体１００の前面パネルにそれぞれ取りつけられる。な
お、バーグラフ表示装置１３６や電圧計１３８に代え
て、ＣＲＴや指針計等により周波数分布や電圧値を表示
することもできる。

【００２１】筐体１００の背面には、図示しないウオー
タポンプや水道からの洗浄水が供給される洗浄水ポート
１０ｄが備えられ、このポートには前述した可撓チュー
ブ３３が接続される。可撓チューブ３３の途中には電磁
弁１４０と水量調整用のバルブ１４１とが配設されてい
る。水量調整用バルブ１４１は、操作者の操作により洗
浄水の水量を所望量に調整するものであり、電磁バルブ
１４０は操作者が前述したフットスイッチ４１を踏み込
んだときに付勢されて開弁し、ウオータポンプから圧送
される洗浄水を流通させる。水量調整用バルブ１４１の
摘みは筐体１００の前面パネルに配設される。

【００２２】以上のように構成される超音波研削装置の
作用を次に説明する。先ず、ハンドピース２０から研削
チップ３０を取り外した状態でスイッチ４０および４１
をオンにして圧電素子２５を振動させる。このとき、電
圧計１３８を監視しながらパワー調整用摘み１１２を操
作して出力電圧値を適宜値に設定しておく。次に、バー
グラフ表示装置１３６と電圧計１３８を監視しながら共
振周波数調整摘み１３２を操作して圧電素子２５の電極
２５ｂ，２５ｃに印加される交番電圧の周波数を圧電素
子２５の共振周波数に調整する。圧電素子２５が共振周
波数で振動すると、圧電素子２５に印加する電圧値が最
小値を示すので共振周波数に調整できたか否かは電圧計
１３８の電圧値の変化から判定することができる。この
ときの電圧値は記憶しておく。

【００２３】次に、ハンドピース２０に研削チップ３０
を取りつけ、電源をオンにしてチップ３０を振動させ
る。このとき、洗浄水の水量を水量調整用バルブ１４１
の摘みを操作して適宜量に調整しておく。圧電素子２５
に研削チップ３０を取りつけたことにより、圧電素子２
５の共振周波数は僅かにシフトしてしまい、同じ周波数
で交番電圧を印加しても、電圧計１３８の指示値は記憶
した電圧値より高い値を示す。そこで、電圧計１３８を
監視しながら再び共振周波数調整摘み１３２を操作して
研削チップ３０の固有振動数と圧電素子２５の共振周波
数とが合致する振動数を探す。共振周波数が合致すると
電圧値の低下が観察されること、また、バーグラフ表示
装置１３６に表示される出力パワー分布が共振周波数位
置でピーク値を示すことから調整の可否を判別すること
ができる。研削チップ３０はその先端部３０ｂが使用に
より消耗したり、研削により短くなってもその固有振動
数を変化させる。共振周波数調整摘みはこのような場合
にも発振周波数を変化させることにより研削チップをそ
の固有周波数位置で振動させることができる。なお、研
削チップ３０の固有振動数が圧電素子２５の共振振動数
より掛け離れた値を有するものである場合には、そのチ
ップ３０は使用せず別のチップを使用したほうがよい。

【００２４】次いで、パワー調整用摘み１１２を操作し
て出力電圧値を治療に最適な値に設定する。歯周や歯根
の治療には、チップ基端部３０ａにおいて、軸方向の振
幅が３μｍ以下、チップ先端部３０ｂにおいて基端軸線
に直交する方向に１０μｍ以下に調整するのがよい。チ
ップ先端部３０ｂにおける振幅は、パワーを上昇させて
いき、チップ先端部３０ｂを指で摘んで耐えることがで
きる最大出力のとき、略１０μｍ程度であるからこれを
目安に出力電圧の設定を行えばよい。指で摘んで耐える
ことのできるチップ先端部３０ｂの振幅は、歯周や歯根
に隣接する軟組織に損傷を与えない安全なパワーである
ことを意味する。軟組織に損傷を与える心配がなければ
パワーを適宜目的に応じて増減すればよい。

【００２５】上述のように調整が終われば、研削チップ
３０の先端部３０ｂを歯周ポケットに差し入れて歯根面
の治療を行う。このとき、術者はフットスイッチ４１を
オンオフさせて病巣の除去等の作業を実際に行うときに
のみ、装置を作動させればよい。図４は、分岐部の歯根
面治療時の研削チップ３０の使用態様を示す。本発明の
超音波研削装置に依ると、研削チップ３０の基端軸線方
向（図中、Ｘ方向）の振幅は３μｍ以下であり、従来知
られているこの種の歯科用超音波装置のチップを振動さ
せる出力パワーより極めて小さい値で使用される。一
方、研削チップ３０を固有振動数近傍で振動させるか
ら、研削チップ３０は、圧電素子２５の振動に共振して
基端軸線方向に対して直交する方向（図中、Ｙ方向）に
も大きく振動することになる。すなわち、小さいパワー
でチップ先端の振幅は大きく設定することができ、この
振動が歯根面治療に有利に作用するのである。

【００２６】なお、上述の実施例では、振動素子として
圧電素子を用いた超音波研削装置について説明したが、
振動素子としては特に限定されず、電磁コイルを用いた
もの等であってもよい。また、研削チップ３０は歯根の
病巣の除去等、硬組織の研磨に使用されるが、このチッ
プを病巣の切削用に使用してもよいし、別の切削チップ
を使用し、組織の切開を行うようにしてもよい。要する
に、本発明の研削チップには、歯科用や医科用に使用さ
れる研磨チップおよび切削、切除チップが含まれる。

【００２７】更に、上述の実施例では、共振周波数調整
摘み１３２を操作して研削チップ３０の固有振動数と圧
電素子２５の共振周波数とが合致する振動数を探して研
削チップ３０をその振動数で振動させるようにしたが、
研削チップ３０は必ずしも固有振動数で振動させる必要
はなく、歯根等の治療に最適な振動数で振動させればよ
い。

【００２８】更にまた、従来の歯科用超音波装置におい
ても、発振回路の交番電圧の周波数を圧電素子の共振振
動数に調整するチューニングコイルと呼ばれるコイルを
備えているものがあるが、このコイルは、装置の工場出
荷時における調整が終了するとペイント等で固定され、
しかも筐体内部に隠され、術者が実際にこの装置を使用
する際にチューニングコイルを操作することは出来ない
ようになっている。本発明装置の共振周波数調整摘み１
３２は、筐体１００の前面パネルに配置され、使用する
研削チップに応じてインダクタンスＬを術者自身が調整
して発振回路の交番電圧の周波数を変化させることがで
きるのである。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
装置および研削チップに依れば、チップ先端部が所要の
形状に湾曲して形成され、所定の固有振動数を有する研
削チップをハンドピースの振動素子に接続し、起振信号
発生手段に起振信号を発生させてこれを振動素子に出力
させる一方、操作者が周波数調整手段を操作して起振信
号発生手段が発生させる起振信号の発生周波数を、必要
に応じて周波数表示手段に表示させながら変化させ、研
削チップの振動に好適な振動数、好ましくは研削チップ
の固有振動数に確実に合致させるようにし、又、操作者
が電圧調整手段を操作して起振信号発生手段が発生させ
る交番電圧の電圧値を、チップ基端部における振幅が所
定値以下の範囲で変化させる電圧に調整するようにした
ので、研削チップを、軟組織には損傷を与えることのな
い極微小パワーで振動させる一方、硬組織に対してはス
ケーリングやルートプレーニング等を効率よく、しかも
安全且つ確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波研削装置の外観を示す正面
図である。

【図２】本発明に係る研削チップを取りつけた状態のハ
ンドピースの内部構成を示す図である。

【図３】図１の装置本体１０の内部構成を示す回路図で
ある。

【図４】本発明に係る研削チップを使用して直視出来な
い複雑な歯根面の治療を実施している様子を示す使用態
様図である。

【符号の説明】

１０ 装置本体 ２０ ハンドピース ２５ 圧電素子（振動素子） ３０ 研削チップ ３３ｄ 洗浄水通路 ３０ｅ 開口 １１０ 定電圧回路 １１１ 可変抵抗（電圧調整手段） １２０ 出力トランス（起振信号発生手段） １３０ 発振回路 １３１ 可変コイル（周波数調整手段） １３５ 周波数アナライザ（周波数表示手段） １３６ バーグラフ表示装置（周波数表示手段） １３８ 電圧計（電圧表示手段）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チップ先端部が所要の形状に湾曲して形
   成され、所定の固有振動数を有する研削チップ、この研
   削チップの基端部が着脱自在に接続され、研削チップ
   を、その基端部の軸方向に超音波域の周波数で振動させ
   る圧電素子と、 この圧電素子に交番電圧を印加する電極手段とを備えた
   ハンドピース、および圧電素子の所定固有振動数近傍の
   周波数で交番電圧を発生させ、前記電極手段に出力する
   起振信号発生手段と、 操作者の調整操作に応じて前記起振信号発生手段が発生
   させる交番電圧の周波数を変化させ、該交番電圧の周波
   数を前記研削チップの所定固有振動数に合致させる周波
   数調整手段と、 操作者の調整操作に応じて前記起振信号発生手段が発生
   させる交番電圧の電圧値を、前記チップ基端部における
   振幅が所定値以下の範囲で変化させる電圧調整手段と、 前記電圧調整手段が調節した電圧値を表示する電圧表示
   手段と を備えた発振回路装置を含んでなり、 前記チップ基端部の軸線方向の振幅を３μｍ以下、チッ
   プ先端部の、前記軸線に直交する方向の振幅を１０μｍ
   以下の範囲で振動させ ることを特徴とする超音波研削装
   置。
2. 【請求項２】 前記発振回路装置は前記周波数調整手段
   が変化させた交番電圧の周波数を表示させる周波数表示
   手段を備えることを特徴とする、請求項１記載の超音波
   研削装置。