JP4657751B2 - 歯科用あるいは外科用パワード・ハンドピース - Google Patents

Description

本発明は、歯科用あるいは外科用のパワード・ハンドピースに関する。

特に、本発明は、固定された管状のシース内のベアリングに搭載され、その長軸を中心に回転可能な中空シャフトと、前記中空シャフトの前端部に搭載され、着脱可能なツールのシャンクを収納する中央チャネルを有するクランプと、前記クランプは、その長軸周囲に配置された軸方向アームを有し、前記各軸方向アームは、中央チャネル内に把持用あごを具備し、前記中空シャフトにより支持され、前記クランプの把持用あご間にシャンクを保持するために、前記クランプの各アームの支持表面に求心力をかけるように構成された固定機構と、そのシャフトが前記中空シャフトの延長部に配置される駆動源とを有し、前記２本のシャフトの隣接する両端部は、ポジティブ・カップリングにより回転可能に接続されるハンドピースに関する。

ヨーロッパ特許出願第６７０１４９号明細書 米国特許出願第２００２／０１５１９０２ Ａ１号明細書

この種のパワード・ハンドピースは、特許文献１（特許出願第６７０１４９号明細書）で公知である。クランプを支える中空シャフトは、ハンドピースの前部分の構造体内で２個のベアリングに搭載され、一方電動モータのシャフトは後部構造体内の別の２個のベアリングにより支持されている。これら２つの構造体が端部同士が組合わさってハンドピースの中央部分で互いにねじ込まれている。この２本の同軸シャフトもまた端部同士で組み合わされている。流体駆動のモータを具備する同一構造の構造体が特許文献２（米国特許出願第２００２／０１５１９０２ Ａ１号明細書）の図２−５に示されている。

この従来構造体の第１の欠点はその長さにあり、特に電動モータを組み込んだハンドピースの場合には、利用者の手には後部が極めて重くなるという不都合な点があった。さらに別の欠点は、２本のシャフトの同軸（同心）性と整合性を良好に維持することが困難な点である。これらの欠点により、この種のタイプで使われるような高速回転において、振動と騒音が必然的に起こる。

本発明の目的は、上記の従来技術の欠点を回避するためになされたもので、本発明の構成は、ハンドピースのベアリングの構造を単純化し、且つよりコンパクトな構造にして振動の発生を少なくする。本発明のさらに別の目的は、複数のベアリングに分散されるような軸方向に予めかけた力を得ることである。

上記に基づいて、上記に示された種類のパワード・ハンドピースが提供され、その特徴は２本のシャフトの隣り合う端部は、中部ベアリングの同一の内側リングにより両方ともサポートされる点にある。結合部分は中部ベアリングの内側リング内に配置されるのが好ましい。

かくして本発明によりパワード・ハンドピースの回転部分全体が、３個のベアリングにのみ搭載される。一方モータのシャフトと、クランプと、ツールをサポートするシャフトは同軸に整合されてある軸方向の遊びを取れるような結合を維持する。

かくして２本のシャフトは、常にその結合領域で完全に同軸に維持され、中部ベアリングの内側リングによりそれらはこの領域に正確に維持される。２本のシャフトの整合性に関し、若干の誤差がある場合でも、すなわち２本の軸の間にわずかな角度が付いた場合でも、振動は発生しない。

本発明の実施例によれば、第１スプリングが、先端部で前記中空シャフトを支持するベアリングを介して前記中空シャフトに連続的な軸方向の力を加えるよう適合された予め力を加えている。

一方、第２スプリングが、ポジティブ・カップリングの領域で、２本のシャフトの間に配置され、予め力を加えている。

これにより、軸方向の力を一方シャフトから他方のシャフトに伝達する。また第２スプリングは、第１のスプリングよりも弱く、これにより、これら軸方向の力の差が前記中央ベアリングに伝達される。

第２スプリングの力が、第３ベアリングに予め力をかけておくのに役立つ。

図１は、本発明のさまざまな実施例による歯科用あるいは外科用のハンドピース１を示し、これに関し以下説明する。ハンドピース１は、取り外し／回転可能なツール２に円筒状のシャンク３で取り付けられる。このシャンク３は、ハンドピース１の回転可能なクランプに把持されている。これは、モータすなわち電動モータを具備し、ツール２を高速で回転させる。モータは、ハンドピース１の本体４内に収納される、ハンドピース１の後部に接続された導電ケーブル５を介して、外部ユニットから動力が送られ制御される。オペレータは、クランプの固定（締め付け）と解放（取り外し）を本体４の上に回転可能に搭載されたスリーブ６を一定方向あるいは反対方向に回転させることにより行う。参照番号７および８は通気孔を示す。このような器具の応用例は、特に歯科用、歯科研究用および微細外科手術用である。ここに示した実施例は、２．３５ｍｍの標準直径のシャンクを具備したツールを用いた歯科研究用器具である。

ツールを把持するクランプ１０とこのクランプ１０を固定および解放する機構の第１実施例を図２−５を参照して次に説明する。クランプ１０は、電動モータ１３のシャフト１２に結合された中空回転シャフト１１内のハンドピースの前端内に配置される。中空回転シャフト１１は、ハンドピースの本体４に取り付けられたシース１６内の前部ボールベアリング１４と中部ボールベアリング１５によりサポートされて、ここに示した医療用の装置においては、５万回／分の速度で回転する。しかし、クランプ１０のような把持用クランプは、数十万回／分で回転するようなツール、特に空気タービンで駆動されるツールでも使用されることもある。

クランプ１０を固定する固定機構１７が、中空回転シャフト１１に搭載され、それともに回転する。クランプ１０を解放する解放機構１８は、スリーブ６を回転することにより制御され、回転しないシース１６に搭載され、固定機構１７上で駆動して、回転が停止したときにツールを解放する。これらの機構を以下詳述する。

図３−５は、特にクランプ１０の第１実施例を示し、この場合、シャンク３を収納するためにクランプの中央チャネル１９の周囲に均一に分配された３個の把持用あご２０を有する。各把持用あご２０は、シャンク３にあたって係合する円筒状の表面部分２１を有する。

前端においては、クランプ１０は、できるだけツールの中心を合わせるように高い精度で適合した軸方向ホール２３を具備するほぼ円筒状の挿入筒２２を有する。図２からわかるように、後部案内筒２４は、クランプ１０の後部で中空回転シャフト１１内に固定され、ツールシャンクの端部をガイドするための中央ホール２５を有する。

各把持用あご２０はレバー２６と一体に形成される。このレバー２６は、挿入筒２２から後部方向に向かって軸方向に延び、フレキシブル部分２７によりそこに取り付けられてジョイントを形成し、そこにレバー２６がシャフトの回転軸３０方向にピボット状に取り付けられる。各レバー２６上では、把持用あご２０は、レバーの自由端２８よりもフレキシブル部分２７の方にはるかに近く配置される。その結果、自由端２８に近いレバーに加わる半径方向の力が、把持用あご２０のレベルで非常に強い把持力を生成する。

図に示したクランプ１０は、金属（例：鉄）の単一片から形成されるのが好ましい。レバー２６は、軸方向スリット３１により互いに分離され、それぞれスロット３２を介して挿入筒２２の後部内に延びる。ピン３３は、クランプ１０と中空回転シャフト１１を回転可能に保持し、各スロット３２内に係合する。横方向スリット３４は、その元部でレバー２６の厚さを減少させ、かくしてクランプの断面の３つの周囲領域にフレキシブル部分２７を形成する。挿入筒２２の前部で、内側環状溝３５がＯリング３６用に具備され、外側環状溝３７が固定キャップ３８のリップ用に具備され、ネジ部３９が軸方向にクランプ１０を軸方向から保持するために中空回転シャフト１１にねじ込まれる。ネジ部３９には固定キャップ３８の下に若干の空気圧を形成するため換気用フィン３９ａを具備し、固定キャップ３８と挿入筒２２の間のスリット内にゴミが入るのを阻止する。さらに、ネジ部３９は、中空回転シャフト１１の端部１１ａを挿入筒２２に対して半径方向に固定し、この端部は薄く、軸方向スリットによりフレキシブルなタブに分割されている。これにより遊びを持たずに（動かずに）中空シャフトの中心にクランプ１０を配置できるようになる。

図示しない変形例においては、挿入筒２２は、クランプ１０の一部を構成しない別の部品（ピース）でもよい。このクランプの前端を短い環状部分で形成し、そこにレバー２６をジョイントで取り付ける。この環状部分は、必要によっては、レバーとは別の部品でもよいが、一体の構成物が通常好ましい。

固定機構１７はスリーブ４０を有し、このスリーブ４０は中空回転シャフト１１の周囲にスライド可能に搭載される。この中空回転シャフト１１とスリーブ４０は、中空回転シャフト１１の軸方向スリットとスリーブ４０に係合するクロスバー４１により回転可能に保持される。後部案内筒２４に配置される圧縮バネ４２は、クロスバー４１を後部方向に向かって軸方向に押す。スリーブ４０の前端は、円錐状表面４４により前端に形成された内側溝４３を有する。３個のボール４５は、中空回転シャフト１１の対応する穴内に収納され、中空回転シャフト１１の内側とスリーブ４０の内側溝４３のベースとの間の距離に合った直径を有する。各ボール４５は、レバーの自由端２８に近いクランプ１０のレバー２６の１つの外側表面上に搭載される。

スリーブ４０は解放機構１８から解放されると、それは圧縮バネ４２の軸方向圧力の影響で後部方向にスライドする傾向にある。その結果、その円錐状表面４４がレバー２６の端部を、対応するボール４５を介して半径方向内側に押す。レバーがフレキシブル部分２７上をピボット状に保持されているために、この力はレバーの把持用あご２０上に増強した形態で伝搬され、作業中非常にきっちりと連続的にツールシャンクを把持する。

当業者に公知なように、クランプのレバー２６は、このような固定機構では剛性を有するか若干柔軟性があるかのいずれかである。レバー２６が剛性を有する場合には、それらの端部の半径方向の位置のずれは非常に小さく、同じことがスリーブ４０の軸方向のずれについても言える。両方の場合とも、把持用あご２０のレベルにおける高い把持力が連続的に維持されるが、これは、クランプのレバーの影響の結果としておよび回転軸３０に対し円錐状表面４４が若干傾斜している結果として、圧縮バネ４２が比較的小さい場合でも当てはまる。この若干の傾斜は、レバー２６上に働く遠心力は圧縮バネ４２の影響に打ち勝つことができないことを意味する。ボール４５を介した力の伝搬は非常に小さな摩擦で達成されることに加えて、これは、所定の把持力を維持するのを補助する。しかし、これらのボールは本発明に必要不可欠なものではなく、中空回転シャフト１１を通りレバー２６上に働く他の伝達要素で置換することもできる。

ユーザが制御用のスリーブ６を解放方向に本体４上で回転させる場合には、解放機構１８は、スリーブ４０を圧縮バネ４２の力に抗して前方に押すよう設計されている。解放機構１８は、制御用のスリーブ６に回転可能に接続されたブッシング５０と、１個又は複数個のボール５１（この場合ハンドピースの回転軸３０に対し対称に配置された２個のボール）と、シース１６内にスライド可能に搭載されたスラスト・カラー５２とを有する。、スラスト・カラー５２は、スリーブ４０の外側フランジ５４が回転しない場合には、それに対し軸方向にサポートする内側肩部５３を前端に有する。ボール５１は、スラスト・カラー５２の外側環状溝５５内に係合する。さらにまた各ボール５１は、ブッシング５０の対応する軸方向溝５６内とシース１６の傾斜したスリット５７（図６）内に係合する。各スリット５７のコースは、ボール５１のある軸方向のずれを決定するように螺旋状であり、その端部はボールの停止位置をより正確に規定するよう若干傾斜している。

図６に示した一実施例においては、スリット５７の後端は、スラスト・カラー５２の収納位置に対応し、そしてかくしてクランプ１０の固定位置に対応して、フレキシブル・タブ５８に適合しており、その端部は突起部を有し、この突起部がスリット５７の端部で係合することによりボール５１を保持している。これにより、回転可能な制御用のスリーブ６は、偶発的な動作を阻止するために弾性状態（柔軟性をもって）で保持され、ユーザに対しクランプの通常の作業位置から離れたことを知らしめる。フレキシブル・タブ５８はスリット５９をシース１６内で機械加工することにより形成される。

本発明のハンドピースの顕著な態様は、図２に特に示されるが、回転部分がわずか３個のベアリング構造で支持されている点である。すなわち前部ボールベアリング１４と中部ボールベアリング１５と後部ボールベアリング６０であり、２本の同軸シャフトである中空回転シャフト１１とシャフト１２の両方は、中部ボールベアリング１５により支持されている。中部ボールベアリング１５内ではそれらは互いにポジティブ・カップリング６１により回転可能に接続されている。これらは図２，７，８に特によく示されている。中空回転シャフト１１の後端は肩部６２を有し、この肩部６２は中部ボールベアリング１５の内側リング６３に当接している。さらにそれは内側リング６３内に挿入された一組の歯部６４を有し、この場合３個の歯が円周上に互いに１２０°ずれて配置されている。

モータ用のシャフト１２の前端は、中部ボールベアリング１５の内側リング６３内に挿入されるが、好ましくはスライド可能に挿入され、熱膨張、ベアリングの軸方向の遊びおよび他の許容誤差から生じる小さな軸方向のズレを吸収可能なようにしている。シャフト１２のこの端部は歯部６５を有し、この歯部６５は他のシャフトの歯部６４の間を軸方向に延びて、２本のシャフトの間で両方向にトルクの伝達を可能にしている。中間ピース６６は、好ましくは合成材料製で、シリンダ状の円筒状本体６７と半径方向フィン６８とを有し、これらが歯部６４と６５との間に配置されてクッションの役目をしている。さらに中間ピース６６は、シャフト１２内に収納された圧縮スプリング６９により中空回転シャフト１１に対し軸方向に予め力がかけられている。この機能の概要を次に説明する。

前部ボールベアリング１４は、ダイアフラム・スプリング７０の手段により予め力が加えられ、ベアリングの外側リング７１をシース１６内をスライドして後部方向に押す。この軸方向の予め加えられた力は、前部ボールベアリング１４と中空回転シャフト１１を介して中部ボールベアリング１５の領域まで伝達され、そこで一部は中間ピース６６とモータ用のシャフト１２を介して圧縮スプリング６９の軸方向の圧力に等しくなるまで部分的に分配され、残りは予めかけられた力の形態で中部ボールベアリング１５内に分配され、そしてこれがベアリングの外側リング７２を介してシース１６に戻る。圧縮スプリング６９がシャフト１２にかける軸方向の力は、後部ボールベアリング６０の軸方向に予めかかる力を構成する。２本のシャフトの間のポジティブ・カップリング６１の軸方向の遊びの結果として、この力は、ユーザがツールに軸方向の圧力をかけた時でも変わらない。その理由は、この圧力は中部ボールベアリング１５により完全に吸収され、その外側リング７２はシース１６の後端にねじ込まれた本体４の管状部材７３の端部により支持されているからである。

上記の本発明の構造は、軸方向の力を吸収する点において、４個のベアリングを具備した従来の構造と同一の効果を有するが、本発明のハンドピースの全長は従来構造に比較して大幅に短くなる。このような全長の短縮は、オペレータが取り扱う際の精度が増す利点があり、導電ケーブル５が器具の後端にかける応力の効果を低減することにより特に利点がある。

本発明の別の利点は、２本のシャフト１１、１２の隣接する端部が同一のリングによりサポートされ且つ中心に配置されている時には、その同心性は別の措置を施すことなく確保できる。

図９は固定機構１７の第２実施例を示し、これはハンドピースの第１実施例に対し、大幅に単純化されている。固定機構１７は、図９に示したレイアウトに対し説明したものとは異なり、図２に示した圧縮バネ４２を取り除いている。かくして解放機構１８は、固定解放の制御手段として機能する。

図９に示すように、スリーブ４０の前端は環状のアーク形状のプロファイルの環状溝８０を追加することにより変更されている。この溝は、円錐状表面４４から円筒状表面の短い部分により分離されており、これが隣接する表面に対し半径方向突起部８１を形成する。この場合、各クランプ１０のレバー２６は若干柔軟性があり、これにより固定機構１７が以下に述べるように機能する。

図９は解放状態を表し、この状態においては各ボール４５は内側溝４３の底部方向に下って行くことができ、その結果クランプ１０の各レバー２６は中空回転シャフト１１の内側表面にそれが当たるまで離れる方向に移動することができる。クランプ１０の把持用あご２０はその後最大距離まで離れならが移動し、そしてツールのシャンク３が挿入されるあるいは取り除かれる。

その後クランプ１０を固定するために、スリーブ４０は、前の実施例と同様にスリーブ６を回転することにより収納される。しかし、スリーブ４０の軸方向の動きはより大きい。その理由は環状溝８０がボール４５の場所にくるまで行われるからである。最初にボール４５上を円錐状表面４４が動くことにより、レバー２６を中心方向に押し、クランプの把持用のあごがツールシャンク上に十分な抵抗にあったときにそれらを曲げる。変形の結果として、円筒状の半径方向突起部８１はボールの上を通過して、その後環状溝８０がボールに係合し、スライドするスリーブ４０を、ボール４５にかかるレバー２６の反作用に基づいてその位置に保持する。

この解放ステップは第１実施例とほぼ同一方法で実行されるが、これは、制御用のスリーブ６（図６）を回転させることにより、内側肩部５３とスリーブが図９に示す位置まで前進することにより行われる。

図２に示す圧縮バネ４２を取り除くことのできる可能性により極めて重要な利点が提供できる。第１に、回転部分のバランスが良くなることである。その理由は、このようなスプリングはそれを収納する穴の中心に完全にはこないからである。重量が増加することもこれに寄与する。第２に、このスプリングを取り除くことにより、解放機構１８による前方向の力がスライドするスリーブ４０にかかる。その結果中空回転シャフト１１にかかる軸方向の力を低減できる。その後、この力はこのシャフトをサポートするベアリング、特に前部ボールベアリング１４にかかる。これは出来るだけ小さく、軸方向の力に大きすぎてはならない。図９による構成においては、解放時に中空回転シャフト１１にかかる最大軸方向力は、ボール４５が環状溝８０から出るのに必要な力である。その値は、この溝に形成されたプロファイルにより容易に予め決定できる。

図９に示すように、フランジ８２あるいは一連の等価の突起部が、ボール４５を含む円筒状ホール７８の内側端部内に具備される。これによりクランプ１０が取り除かれた時にボールを保持する。このフランジは形成するのが簡単ではないために、このフランジは、クランプのアームであるレバー２６を若干短くしたホール７８の出口上の後部案内筒２４の小さな突起物で置換可能である。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。

本発明によるハンドピースの斜視図。 ボール型固定機構に取り付けられたクランプを有する、図１のハンドピースの第１実施例の軸方向断面図。 ボール型固定機構に取り付けられたクランプを有する、図１のハンドピースの第１実施例の軸方向断面図。 図２に示されたクランプを表す斜視図。 図２に示されたクランプの軸方向断面図。 図２に示されたクランプの側面図。 クランプを把持する制御装置の部分斜視図。 ハンドピースの２本のシャフトの間の結合状態装置を表す図。 結合装置の中間部分を表す図。 図２のボール型固定機構の変形例である第２実施例を表す軸方向部分の詳細断面図。

符号の説明

１ ハンドピース
２ ツール
３ シャンク
４ 本体
５ 導電ケーブル
６ スリーブ
７，８ 通気孔
１０ クランプ
１１ 中空回転シャフト
１１ａ 端部
１２ シャフト
１３ 電動モータ
１４ 前部ボールベアリング
１５ 中部ボールベアリング
１６ シース
１７ 固定機構
１８ 解放機構
１９ 中央チャネル
２０ 把持用あご
２１ 表面部分
２２ 挿入筒
２３ 軸方向ホール
２４ 後部案内筒
２５ 中央ホール
２６ レバー
２７ フレキシブル部分
２８ 自由端
３０ 回転軸
３１ 軸方向スリット
３２ スロット
３３ ピン
３４ 横方向スリット
３５ 内側環状溝
３６ Ｏリング
３７ 外側環状溝
３８ 固定キャップ
３９ ネジ部
３９ａ 換気用フィン
４０ スリーブ
４１ クロスバー
４２ 圧縮バネ
４３ 内側溝
４４ 円錐状表面
４５ ボール
５０ ブッシング
５１ ボール
５２ スラスト・カラー
５３ 内側肩部
５４ 外側フランジ
５５ 外側環状溝
５６ 軸方向溝
５７ スリット
５８ フレキシブル・タブ
５９ スリット
６０ 後部ボールベアリング
６１ ポジティブ・カップリング
６２ 肩部
６３ 内側リング
６４ 歯部
６５ 歯部
６６ 中間ピース
６７ 円筒状本体
６８ 半径方向フィン
６９ 圧縮スプリング
７０ ダイアフラム・スプリング
７１ 外側リング
７３ 管状部材
７８ 円筒状ホール
８０ 環状溝
８１ 半径方向突起部
８２ フランジ

Claims (8)

1. （Ａ） 固定された管状のシース（１６）内のベアリングに搭載され、その長軸を中心に回転可能な中空シャフト（１１）と、
   （Ｂ） 前記中空シャフト（１１）の前端部に搭載され、着脱可能なツールのシャンク（３）を収納する中央チャネル（１９）を有するクランプ（１０）と、
   前記クランプは、その長軸周囲に配置された軸方向アームを有し、前記各軸方向アームは、中央チャネル（１９）内に把持用あご（２０）を具備し、
   （Ｃ） 前記中空シャフト（１１）により支持され、前記クランプの把持用あご（２０）間にシャンク（３）を保持するために、前記クランプの各アームの支持表面（４６，８５）に求心力をかけるように構成された固定機構（１７）と
   （Ｄ） そのシャフト（１２）が前記中空シャフト（１１）の延長部に配置される駆動源（１３）と、
   を有し
   前記２本のシャフト（１１，１２）の対向する端部は、ポジティブ・カップリング（６１）により回転可能に接続され、
   前記２本のシャフト（１１，１２）の対向する端部は、両方とも中央ベアリング（１５）の内側リング（６３）により支持されている
   ことを特徴とするハンドピース。
2. 前記中央ベアリング（１５）は、前記シース（１６）内に搭載される
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドピース。
3. 前記中空シャフト（１１）は、前記内側リング（６３）に軸方向で当接し、
   前記駆動源（１３）のシャフト（１２）の端部は、前記内側リング（６３）内にスライド可能に搭載される
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドピース。
4. 前記ポジティブ・カップリング（６１）は、前記内側リング（６３）内に配置される
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドピース。
5. 前記駆動源（１３）のシャフト（１２）の後端は、第３のベアリング（６０）により支持される
   ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載のハンドピース。
6. 先端部で前記中空シャフト（１１）を支持するベアリング（１４）を介して前記中空シャフト（１１）に連続的な軸方向の力を加えるよう適合された予め力を加えておく第１スプリング（７０）と
   前記ポジティブ・カップリング（６１）の領域で、２本のシャフト（１１、１２）の間に配置された、予め力を加えておく押しつけて第２スプリング（６９）と
   を有し、
   これにより、軸方向の力を一方シャフトから他方のシャフトに伝達し、
   前記第２スプリングは、第１のスプリングよりも弱く、
   これら軸方向の力の差が、前記中央ベアリング（１５）に伝達される
   ことを特徴とする請求項５記載のハンドピース。
7. 前記中空シャフト（１１）の後端は、前記内側リング（６３）に半径方向で当接する複数個の軸方向に突出した第１突起部（６４）を有し、
   前記駆動源（１３）のシャフト（１２）の前端は、前記内側リング（６３）に半径方向で当接する複数個の軸方向に突出した第２突起部（６５）を有し、
   第２突起部（６５）は、第１突起部（６４）の間に配置される
   ことを特徴とする請求項１記載のハンドピース。
8. 前記ポジティブ・カップリング（６１）内に収納され、前記２本のシャフト（１１，１２）の突起部（６４，６５）の間に配置される中間ピース（６６）を更に有する
   ことを特徴とする請求項７記載のハンドピース。

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