JP4149267B2 - ハンドピース用コーティング - Google Patents

Description

本発明は、医療、歯科医療又は外科手術用ハンドピース用コーティング、該コーティングを有するハンドピース、若しくは、該ハンドピースの表面のコーティング方法に関する。

歯科医療又は外科手術用ハンドピースの表面特性は、特に重要である。ハンドピース技術が開始されてから、一方ではハンドピースの表面を衛生的な理由から汚れを寄付けないように、他方では特にハンドピースが湿っている時でさえ、ユーザの指の中で滑ることを防ぐような構造にするために尽力されてきた。

この要望を考慮して公知の解決策は、ハンドピースの表面に蜂の巣状の切子面を備えることである。これにより、ハンドピースの表面は確実な把持を提供する輪郭を有し、これに対応して操作性が向上する。しかしながら、この解決策では、従来どおり汚れが切子面に付着し得るために、完全に汚れを寄付けない表面を実現することは不可能である。

更に歯科用ハンドピースの場合の公知の解決策は、中央グリップ領域にいわゆるナールドリング（きざみ付きリング）を備えることである。しかしながら、これらのナールドリングでさえも汚れを寄付ける傾向がある。従って、別途開発されたものでは、ハンドピースの中央領域における表面は波形状に構成されると同時に表面が粗くなった。

上記の例より、ハンドピースの構成において、一方では表面は可能な限り滑らかで、他方では表面は可能な限り粗いという間で常に折衷しなければならないことは明白である。表面が滑らかであればあるほど、汚れを寄付ける傾向は減少する。また一方では、粗面であれば操作性が促進され、使用中にハンドピースが滑る危険性が減少する。

従って、本発明の目的は、一方では、汚れ又は液体、特に水を寄付ける傾向を減少させ、他方では、ハンドピースの最適な操作性を可能にすることで歯科医療又は外科手術用ハンドピースの表面の構成の更なる可能性を示すことである。

この目的は、請求項１に記載する特徴を有するハンドピース用コーティングの方法により達成される。

本発明によるコーティングは、所定の粗さを示す硬質材料層及び硬質材料層上に塗布される低湿潤性プラスチック層から成る。硬質材料層は、まずハンドピース表面を外的影響、特に機械的な影響から保護する目的を果たす。所定の粗さにより、湿った状態においてさえもハンドピースの安全な操作性を確実にする。硬質材料層上に塗布されるプラスチック層は、コーティングに汚れを寄付けない性質を与える。硬質材料層の粗さにより規定される表面変形量と比較して、プラスチック材層の厚さは非常に僅かだけであるので、硬質材料層により得られる本来の粗さは、添加されたコーティングを介してほんの僅かしか減少しない。好ましくは、硬質材料層は平均粗さ深さ（mean roughness depth）Ｒｚが約２〜１２μｍ―特に４〜８μｍ―及び、算術平均粗さＲａが約０．２〜１．０μｍである。理想的には、Ｒｚが約５〜６μｍ及びＲａが約０２．〜０．５μｍである。また、硬質材料層は好ましくは窒化クロム（ＣｒＮ）層である。プラスチック層は、例えばフッ素含有プラスチック、特にテフロン^（Ｒ）という名で知られるポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）により形成され得る。

プラスチック層の湿潤性は、鋼製ハンドピースの滑らかな表面の湿潤性に対して低い。プラスチック製ハンドピースは公知であるが、しかしながら、この用途にはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が用いられている。このプラスチックは、低湿潤性を示さない。低湿潤性のプラスチック層としては、非極性プラスチックが適している。非極性プラスチックのプラスチック層の湿潤性は、鋼及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）の湿潤性に対して、著しく低い。

本発明の別の態様による、複数の工程から成る、歯科又は外科手術用ハンドピースのグリップ領域の表面のコーティング方法を示す。第1の工程において、ハンドピース表面に所定の粗さを有する硬質材料層を塗布し、次の工程において、硬質材料層は湿潤性を低減させたプラスチック層により密封される。

硬質材料層の塗布は、好ましくは真空製膜法、特にいわゆるＰＶＤ―（物理的気相成長法―物理的手段で気相化して蒸着させる）により達成される。この目的のため、基板は真空室内に配置される。窒化クロム層を塗布するために、例えばクロムを室内で蒸発させると同時に、室内に適量の窒素を供給する。塗布は通常のＰＶＤ成膜方法と比べて高い圧力で行われるのが好ましく、高い圧力により、例えば、約０．８〜５．０×１０^−２ｍｂａｒの圧力により、硬質材料層に所望の粗さが得られる。

本発明の更なる発展形においては、硬質材料層を塗布する最終段階において、室内に導入された窒素はある程度まで不活性ガス、例えば、アルゴン又はその他の希ガスに交換される。これにより、硬質材料層の上部領域は、僅かに変化した化学的構造を有し、結果としてある種の灰青色調が得られる。不活性ガスによる窒素の部分的な交換は、硬質材料層を全体的に塗布する間、又は最後の４００ｎｍを塗布する間に実施するのが好ましい。

プラスチック層を用いた硬質材料層の密封は湿式化学反応により好適に達成される。プラスチック層の塗布の後に、約２６０℃で焼かれる。

本発明によるコーティングは、ハンドピースの操作性の良さを確実にする可能な限り粗い表面で、また汚れを寄付けない可能な限り滑らかな表面であるという間で最適に折衷する。更に、外的影響、特に機械的及び化学的なタイプの影響からは最適な保護が達成する。

本発明はまた、本発明によるコーティングを有する医療、歯科医療又は外科手術用ハンドピースに関する。上記の利点は、本発明によるハンドピース等にもまた適用される。従って、ハンドピースは、直線に伸びる形状、アーチ型に湾曲する形状、又は角度を有する形状のいずれであっても良く、これらは一般的な形状である。本発明によるコーティング及び本発明によるコーティング方法は、ハンドピースのこれらの形状に良く適している。

図１及び図２に示すハンドピース１は、歯科用ハンドピース、例えばドリルハンドピースである。もちろん、本発明によるコーティングは、他の全ての歯科又は外科手術用ハンドピースにもまた使用する事が可能である。図示されたハンドピース１は細長いグリップスリーブから成り、グリップスリーブは僅かに角度を有する（図１）又はアーチ型に湾曲している（図３）。前端には歯科器具を駆動するための―本実施例ではドリル４を駆動するための―駆動装置（図示せず）を格納するヘッドハウジング３が配置される。後端には、ハンドピース１が回転可能な結合部品５を介して供給及び治療媒体、光又は電気エネルギーの配送のために供給ホース６が結合される。器具はハンドピース１の前端に配置される保持装置に装着される。

使用の際に、ユーザは、ハンドピース１の前方グリップ領域２を握る。少なくとも前方グリップ領域２は本発明によるコーティングを有する。しかしながら、ハンドピース１の表面全体が本発明のコーティングを有することもまた考えられる。

本発明によるコーティングの製造方法を説明する前に、まず、図３に関連してコーティングの構造の説明をする。図３によりハンドピース表面の詳細Ａを部分拡大図で示す。ハンドピースの表面は参照番号１０で示し、ハンドピース表面上に１１及び１２の２層からなる本発明によるコーティングが配置される。

本発明によるコーティングの表面構造は、ハンドピース表面１０に塗布される硬質材料層１１、この場合は窒化クロム（ＣｒＮ）層により確定される。この材料は、硬度が極めて大きいため、しばしば印刷又はスタンピング技術に用いられ、若しくは、腐食に曝される器具の保護、及び装飾層として役立つ。

通常の窒化クロムコーティング又は、他の硬質材料層とも比較して、本発明による図示する硬質材料層１１は、著しくより高品位な粗さを有する。表面の粗さの特徴は、一般的に２つのパラメータにより画定されるが、１つは平均粗さ深さＲｚで、もう１つは算術平均粗さＲａである。平均粗さ深さＲｚは、複数の相互に隣接する計測区間において、それぞれの区間における粗さ深さの最大値の算術平均である。対照的に、より一般的に使用される算術平均粗さＲａは、所定の基準経路内の断面における偏差の絶対値の算術平均値である。この値は、粗さを有する同一断面において、平均粗さ深さＲｚの値よりも基本的に小さくなる。図３に示す硬質材料層１１は、好ましくは平均粗さ深さＲｚが約２〜１２μｍ―特に好ましくは約４〜８μｍ及び理想的には５〜６μｍ―並びに、算術平均粗さＲａが約０．２〜１．０μｍ又は好ましくは約０．２〜０．５μｍである。従って、滑らかな構造ではなく、多数の孔１３を備える構造に関係し、ハンドピースが湿っていても特に良い操作性を確実にする。

プラスチックシーリング１２は、硬質材料層１１の上側に塗布され、該シーリングにより本発明によるコーティングには、望まれている性質である第２の性質、すなわち可能な限り汚れ又は液体を寄付けない、又は撥水性であることが加わる。プラスチック層１２は、好ましくはポリ四フッ化エチレン層又は、他のフッ素含有プラスチックであり、硬質材料層１１の孔１３により規定される表面変形に対して大変薄く、従って硬質材料層１１の粗さの補正は非常に僅かな程度だけなので、ハンドピースの滑らない操作性は影響されない。更に硬質材料層１１及びプラスチック層１２はどちらも、外的影響からハンドピースを保護することにも役立つ。従って、硬質材料層１１は、特に、ハンドピースの機械的保護に役立ち、同時にプラスチックシーリング１２は化学的影響を減少させる。

次に、本発明によるコーティングを塗布する方法を説明する。下方の硬質材料層は、真空製膜方法、この場合は、いわゆるＰＶＤ（物理的気相成長法）方法により塗布される。従って、金属の出発原料は熱エネルギーの付加により固相から気相へ変化し、イオン化し、そして基板方向に加速される。製膜方法は真空室内で行われ、追加成分を活性ガスの形態で制御しながら導入することで所望の硬質材料層が達成される。

このような真空製膜を実施する方法及び装置は、例えば、独国特許第４１２５３６５号明細書に記載のように、既に十分に公知である。従って、方法については単に要約して以下に記載し、所望の粗さを達成するための特別な特徴を説明する。

コーティングは、好ましくは、減圧した気密真空室内において、いわゆるアーク蒸着（アークコーティング）により達成される。金属の除去は表面アーク放電により金属のドナーにおいて行われる。ドナーは、真空室内に予め取り付けられ、電気的に絶縁され及び室壁の電位に対して約３０ボルト負の電圧にバイアスされる。アークの高エネルギーにより、固体で存在するドナー材料は、局部的に蒸発し、イオン化する。負電圧によってイオンは基板方向に加速される。

窒化クロム層の塗布のために、純粋なクロムはドナー材料として使用される。真空室内へ純粋な窒素を付加的に導入することにより、ハンドピース表面においてクロムイオンは窒素の補給を受け、窒化クロムＣｒＮがコーティングされる。真空ポンプの排気力との均衡を保つようにした質量流量調整器を使用することにより、導入した窒素の量は製膜室内における全圧力が約０．８〜５．０×１０^−２ｍｂａｒとなるように設定することが可能である。

上記の圧力値は、従来の硬質材料層の蒸着における圧力よりも高い。これにより、通常よりも著しく粗い所望の表面構造が達成される。ハンドピース上に蒸着させる硬質材料層に特別な色を付けるには、全体又は最後の４００ｎｍの塗布の間に、真空室内に存在する窒素の気圧をアルゴンの付加により薄める。これにより、硬質材料層の上方領域は、僅かに変化した化学的構造を有し、結果として概して灰青色調が生じる。アルゴンの代わりに他の希ガス又は不活性ガスを用いてもよい。

記載したＰＶＤ‐ＡＲＣ方法の利点は、２００℃よりも低温の比較的低いコーティング温度下でさえも、層が蒸着可能なことである。その際、コーティングに先駆けて、基板表面をプラズマクリーニング方法により、付加的に洗浄することが好ましい。

その後のテフロン^（Ｒ）層の塗布は空気雰囲気下における湿式化学方法により達成される。上記方法後に、シーリングが約２６０℃で焼かれる。しかしながら、プラスチックシーリングは、これに代わる方法として、プラズマ重合、すなわち、薄層技術により塗布することも可能である。

従って、記載の方法は加工物をコーティングする既存の基礎的な知識に基づいており、より高い圧力値の選択を介して所望の粗さを達成し、及び他方では窒素をアルゴンで部分的に置き換えることで、硬質材料層に特殊な色を付けることが主に既知のＰＶＤ方法と違う点である。同時に本発明のコーティングは、一方で操作性が向上し、他方で汚れを寄付ける傾向を低減させる優れた特性をハンドピースに与える。これらの特性は、実は相互に相反するが、本発明の粗い硬質材料層と汚れを寄付けないプラスチックシーリングとの組合せにより特別に達成される。

次に、本発明は添付の図面に関連してより詳細に記載される。
図１は、一般的な形式の歯科医療ハンドピース。 図２は、修正された形式のハンドピース。 図３は、本発明によるコーティングを示す部分拡大図。

Claims (22)

1. 医療又は歯科医療用ハンドピース（１）であって、
   後端に供給ホース（６）と連結可能にする結合部品（５）を有し、及び前端に器具用の保持装置を有し、グリップ領域（２）を備える細長いグリップスリーブ、及び
   少なくともグリップ領域に粗い表面層
   を有し、表面層は粗い硬質材料層（１１）、及び硬質材料層（１１）上に塗布され、大変薄いので硬質材料層（１１）の粗さを僅かに補正する、湿潤性が低減されたプラスチック層（１２）から成り、プラスチック層（１２）がフッ素含有プラスチックにより形成されることを特徴とする、医療又は歯科医療用ハンドピース（１）。
2. 硬質材料層（１１）が窒化クロム（ＣｒＮ）であることを特徴とする請求項１に記載のハンドピース。
3. 硬質材料層（１１）がＲｚ＝２〜１２μｍ及びＲａ＝０．２〜１．０μｍの粗さを実質的に示すことを特徴とする請求項１又は２に記載のハンドピース。
4. 硬質材料層（１１）がＲｚ＝４〜８μｍ及びＲａ＝０．２〜１．０μｍの粗さを実質的に示すことを特徴とする請求項３に記載のハンドピース。
5. 硬質材料層（１１）がＲｚ＝５〜６μｍ及びＲａ＝０．２〜０．５μｍの粗さを実質的に示すことを特徴とする請求項４に記載のハンドピース。
6. プラスチック層（１２）がポリ四フッ化エチレン層であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のハンドピース。
7. ａ）所定の粗さを有する硬質材料層（１１）をハンドピース表面に塗布する工程、及び
   ｂ ) 硬質材料層（１１）を湿潤性が低減されたプラスチック層（１２）を用いて密封するので、プラスチック層（１２）は硬質材料層（１１）の粗さを少しだけ補正する
   工程からなり、プラスチック層（１２）がフッ素含有プラスチックにより形成される、歯科医療又は外科手術用ハンドピース（１）のグリップ領域（２）の表面をコーティングする方法。
8. 硬質材料層（１１）が窒化クロム（ＣｒＮ）であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. ａ）の工程において、硬質材料層（１１）を真空製膜方法により塗布する工程を特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
10. 硬質材料層（１１）塗布するために、ハンドピース（１）が真空室内に配置され、コーティングするためにクロムを蒸発させると同時に室内に窒素を供給することを特徴とする請求項８及び９に記載の方法。
11. コーティングが、全圧力が約０．８〜５．０×１０ ^−２ ｍｂａｒで行われることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. コーティングの最終段階の間、室内に導入される窒素が部分的に不活性ガスに交換されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
13. アルゴンが不活性ガスとして用いられることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 硬質材料層（１１）における最後の４００ｎｍを蒸着中に、窒素を不活性ガスに交換することが行われることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 硬質材料層（１１）がＲｚ＝２〜１２μｍ及びＲａ＝０．２〜１．０μｍの粗さを実質的に有することを特徴とする請求項７から１４のいずれかに記載の方法。
16. 硬質材料層（１１）がＲｚ＝４〜８μｍ及びＲａ＝０．２〜１．０μｍの粗さを実質的に有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 硬質材料層（１１）がＲｚ＝５〜６μｍ及びＲａ＝０．２〜０．５μｍの粗さを実質的に有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. ｂ）の工程において、プラスチック層（１２）が湿式化学反応により塗布される工程を特徴とする請求項７から１７のいずれかに記載の方法。
19. ｂ）の工程において、プラスチック層（１２）がプラズマ重合により塗 布される工程を特徴とする請求項７から１７のいずれかに記載の方法。
20. プラスチック層（１２）を塗布した後に、約２６０℃で焼くことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の方法。
21. ｂ）の工程において、フッ素含有プラスチック層を塗布する工程を特徴とする請求項７から２０のいずれかに記載の方法。
22. ｂ）の工程において、ポリ四フッ化エチレン層を塗布する工程を特徴とする請求項２０に記載の方法。

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