JP5258076B2 - 歯科用ハンドピースの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯の根管を切削する歯科用ハンドピースの制御装置に関する。

歯の根管を切削する歯科用ハンドピースは、モータで切削工具を回転させる構成となっている。
ここで、歯の根管を切削する切削工具は細長い形態を有している。歯の根管の切削時に、切削工具が歯に食い込んでしまうと、切削工具にはねじり方向の力が作用し、その結果、切削工具が折れやすいと言う問題がある。

そこで、切削工具を、一定時間、一方向に回転させた後に反対方向に回転させる正逆回転（以下、単に「正逆回転」ということがある）を実施させることで、切削工具の歯の根管への食い込み、破損を防ぐ手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

正逆回転を実施する従来の手法では、図１４に示すように、モータに電圧を印加し（ステップＳ１０１）、モータの回転速度が設定速度に達するまで印加する電圧を増加していく（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）。モータの回転速度が設定速度に達した後には、一定時間が経過する毎に、リレーを切り替え、電圧の印加方向を切り替える（ステップＳ１０４〜Ｓ１０７）。これにより、一定時間毎にモータが逆転し、切削工具の正逆回転を実施させる。

特表２００３−５０４１１３号公報

しかしながら、上記したような運転中においては、図１５に示すように、モータに印加する電圧は一定のままとしておき、一定時間毎にリレーを作動させることで、モータに印加する電圧の極性を切り替えるようになっている。すると、リレーを切り替えた直後において、モータに印加される電流が瞬間的に大きくなる（以下、これを突入電流と称する）。すると、切削工具には大きな回転トルクがかかり、ハンドピースにより治療を行っている術者と、治療対象の患者にショックを与えると言う問題がある。また、モータへの負荷にもなるため、モータが発熱するという問題もある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、歯科用ハンドピースを持っている術者と、治療対象の患者にショックを与えるのを防ぐことができ、モータへの負荷を軽減して、その発熱を抑えることができる歯科用ハンドピースの制御装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の歯科用ハンドピースの制御装置は、歯科用ハンドピースに内蔵され、当該歯科用ハンドピースに装着される切削工具を回転させるためのモータに電圧を印加する電圧印加部と、電圧印加部によりモータに印加する電圧の極性を切り替えることでモータの回転方向を切り替える回転方向切替部と、電圧印加部で印加する電圧の大きさを制御する制御部と、を備え、制御部は、回転方向切替部が行う電圧極性の切り替えに先立ち、電圧印加部からモータに印加する電圧（以下、「電圧印加部からモータに印加する電圧」を「モータ印加電圧」ということがある）を傾斜して低下させることを特徴とする。
このように、回転方向切替部が行う電圧極性の切り替えに先立ち、モータ印加電圧を傾斜して低下させ、その後、回転方向切替部で、モータ印加電圧の極性を切り替えると、モータに対しては、低い電圧が印加される。これにより、切り替え直後のモータの回転速度が抑えられる。
この効果をより顕著にするために、上記した電圧極性の切り替え後に、モータ印加電圧を傾斜して増加させることが好ましい。

ここで、制御部は、予め定めた一定時間が経過する毎に回転方向切替部が上記した電圧極性の切り替えを行うように制御するようにしても良い。
また、本発明の歯科用ハンドピースの制御装置は、モータの回転角度を検出するセンサをさらに備えることができる。この場合、制御部は、センサで検出されるモータの回転角度が予め定めた一定角度に到達すると、回転方向切替部が上記した電圧極性の切り替えを行うように制御することもできる。

ところで、制御装置により作動されるモータには個体差があり、この個体差も制御装置あるいはモータの使用期間により変動する。そこで、電圧を低下又は増加させる好適なレートを設定するために、本発明の制御部は、電圧印加部からモータに印加する電圧を低下又は増加させるレート（以下、「レートＲＴ」という）を較正する機能を備えることが好ましい。

本発明による制御部は、レートＲＴを可変制御することが好ましい。このようにレートＲＴを可変制御することは、詳しくは後述する実施の形態にて説明するように、本発明に種々の利益を与える。
この可変制御は少なくとも以下の形態ａ〜形態ｄを含んでいる。
形態ａ：モータの回転速度に応じて、レートＲＴを可変制御する。
形態ａは、モータに負荷がかかっていないか、かかっていたとしても微小な場合であって、定常期間における回転速度を可変する場合に有効である。なお、定常期間とは、回転の向きの切り替えに係る期間を除き、モータが一方向に回転している期間をいう。
形態ｂ：モータに加わる負荷トルクに応じて、レートＲＴを可変制御する。
形態ｂは、負荷トルクによりモータの回転速度が低下するのを避け、設定回転速度を維持しながらモータを回転させるのに有効である。

形態ｃ：電圧印加部からモータに印加する電圧を低下又は増加させる複数のレートが予め設定されている場合には、その複数のレートの中から選択されるレートに応じて、レートＲＴを可変制御する。
形態ｃは、ユーザである術者の意思により当該レートＲＴを変えたい、という要請に応える。
形態ｄ：治療対象の根尖から切削工具までの距離に応じて、レートＲＴを可変制御する。
形態ｃは治療の進行状況に合せて当該レートＲＴを変更する際に治療を中断する必要がある。これに対して形態ｄは、治療の進行状況に合せて当該レートＲＴを自動的に変更できる利点を有している。

本発明によると、負荷が軽減されることでモータの発熱を抑えることができるが、この発熱抑制の効果をより顕著にするための方策が与えられる。この方策は、制御部が、モータの発熱の程度に応じて、下記式２で特定されるモータの往復時間Ｔを可変制御する、というものである。
Ｔ＝Ｔｃｗ＋Ｔｓｔｏｐ＋Ｔｃｃｗ…式２
モータの往復時間Ｔ：モータが正転及び逆転に要する時間
Ｔｃｗ：モータが正転に要する時間
Ｔｃｃｗ：モータが逆転に要する時間
Ｔｓｔｏｐ：正転から逆転に回転方向を切り替えるときに要するモータの停止時間

本発明によれば、回転方向切替部でモータ印加電圧の極性を切り替えるに先立ち、モータ印加電圧を低下させる。その後、回転方向切替部でモータ印加電圧の極性を切り替えると、モータに対しては、低い電圧が印加される。これにより、回転方向切り替え直後のモータの回転速度が抑えられ、切削工具に大きな回転トルクがかかるのを防ぐことができる。その結果、歯科用ハンドピースを持っている術者と、治療対象の患者にショックを与えるのを防ぐことができ、モータへの負荷も軽減して、その発熱を抑えることができる。

本実施の形態（第１実施形態）における歯科用ハンドピースの制御装置の構成を説明する図である。 第１実施形態による制御装置における制御の流れを示す図である。 図２に示した制御の流れを実行したときの、回転角度、回転速度、モータ印加電圧、モータ電流の変化を示す図である。 第２実施形態による制御装置における制御の流れを示す図である。 図４に示した制御の流れを実行したときの、（ａ）は回転角度、（ｂ）は回転速度、（ｃ）はモータ電流の変化を示す図である。 第３実施形態による制御を実行したときの、（ａ）は回転速度、（ｂ）はモータ印加電圧の変化を示す図である。 （ａ）は、第３実施形態による制御を実行するときの、回転速度とモータ印加電圧との関係を示し、（ｂ）は加速レート及び減速レートを固定にしたときの回転速度と回転角度の関係を示す。 第３実施形態による制御を実行するための制御装置の構成を説明する図である。 第３実施形態による他の制御を実行したときの、（ａ）は回転速度、（ｂ）はモータ印加電圧、（ｃ）は負荷トルクの変化を示す図である。 第４実施形態による制御を実行したときの回転速度の変化を示し、（ａ）はモードＸ、（ｂ）はモードＹ、（ｃ）はモードＺを示す。 第５実施形態による制御を実行したときの回転速度の変化を示す。 第５実施形態にかかる制御装置の構成を説明する図である。 第６実施形態による制御を実行したときの回転速度の変化を示す。 従来の制御の流れを示す図である。 図１４に示した制御の流れを実行したときの、回転角度、回転速度、モータ印加電圧、モータ電流の変化を示す図である。

［第１実施形態］
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、歯科用ハンドピース（以下、単にハンドピース）の制御装置１０は、ハンドピースに内蔵されたモータ２０の作動を制御するためのものであり、制御部１１、表示部１２、設定部１３、電源１４、駆動部（電圧印加部）１５、センサ１６、リレー（回転方向切替部）１７、電流検出抵抗１８を備えている。

制御部１１は、ＣＰＵ、メモリ等を備えたコンピュータユニットである。
表示部１２は、モータ２０の作動状況として、回転速度や発生トルク等を示す情報や、制御部１１でモータ２０の作動設定等を行うための情報等を表示するモニター、インジケータランプ等である。
設定部１３は、制御部１１に対し、モータ２０の回転速度、トルク、回転角度等の作動条件を設定するための、操作ボタン、タッチパネル、スイッチ等により構成される。

電源１４は、ハンドピースの制御装置１０及びモータ２０を機能させるための電力を供給する。
駆動部１５は、制御部１１からの指令に基づき、モータ２０に印加する電圧値を調整する。

センサ１６は、モータ２０の回転角度を検出するホール素子等からなる。
リレー１７は、モータ２０への電圧印加極性の切り替えを行う。
電流検出抵抗１８は、リレー１７を経た電流を検出するもので、モータ２０に流れた電流（モータ電流）を電圧に変換し、制御部１１にフィードバックする。ＤＣモータは、モータ電流と負荷トルクが比例関係にあるので、制御部１１はフィードバックされた電圧値により、負荷トルクを検知することができる。
モータ２０の種類は問わないが、以下ではブラシレス直流モータを用いるものとして説明する。

次に、上記のようなハンドピースの制御装置１０におけるモータ２０の作動制御内容について、図２、図３を用いて説明する。
ハンドピースを作動させるスイッチ等が操作されると、制御装置１０においては、予め設定されたコンピュータプログラムに基づき、以下のような制御を自動的に実行する。
まず、制御部１１からの指令により、モータ２０に電圧の印加を開始する（ステップＳ２０１）。
そして、制御部１１では、駆動部１５により、予め定められたステップ量で印加する電圧を傾斜して増加させていく（ステップＳ２０２）。そうすると、モータ２０は印加される電圧に応じた比率で回転速度が増加される。この回転速度の増加比率を、加速レートという。この加速レート（印加電圧が増加する際のステップ量）は本発明において任意である。つまり、モータ２０の作動中に固定値で制御することもできるし、作動中に可変制御することもできる。またハンドピースを用いて治療を始める度に、術者の意思に基づいて加速レートを較正することもできる。この加速レートの制御、設定の具体例は、第２実施形態以降で説明する。

そして、制御部１１では、モータ２０の回転速度が設定速度に達しているか否かを判定する（ステップＳ２０３）。これには、センサ１６においてモータの回転速度を検出し、その検出値が、事前に設定部１３により設定されたモータ２０の回転速度の設定値（設定速度）に到達しているか否かを判定する。
その結果、設定速度に達していない場合には、ステップＳ２０２に戻り、モータ２０の回転速度が設定速度に到達するまで、モータ２０に印加する電圧を増加させていく。

モータ２０の回転速度が設定速度に達した後には、図３に示すように、予め定めた一定時間ｔ１に到達した時点で、モータ２０に印加する電圧を予め定められたステップ量で傾斜して低下させていく（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）。そうすると、モータ２０は印加される電圧に応じた比率で回転速度が減速される。この回転速度の減速比率を、減速レートという。この減速レート（印加電圧が低下する際のステップ量）は、モータ２０の作動中に固定値で制御することができるなど、上述の加速レートと同様に、本発明において任意である。電圧は、０Ｖとなるまで低下させてもよいし、予め定めた電圧値まで低下させてもよい。

その後、リレー１７を切り替え、モータ２０に印加する電圧の極性を切り替え、モータ２０の回転方向を切り替えて逆転させる（ステップＳ２０６）。

次いで、制御部１１では、前記のステップＳ２０２〜Ｓ２０３と同様にして、駆動部１５により、予め定められたステップ量で、印加する電圧を、モータ２０の回転速度が設定速度に達するまで傾斜して増加させていく（ステップＳ２０７、Ｓ２０８）。

モータ２０の回転速度が設定速度に達した後には、その方向に回転し始めてから予め定めた一定時間ｔ１に到達した時点で、前記のステップＳ２０２〜Ｓ２０３と同様にして、モータ２０に印加する電圧を傾斜して低下させていく（ステップＳ２０９、Ｓ２１０）。電圧は、０Ｖとなるまで低下させてもよいし、予め定めた電圧値まで低下させてもよい。

その後、リレー１７を切り替え、モータ２０に印加する電圧の極性を再び切り替え、モータ２０の回転方向を切り替えて正転させる（ステップＳ２１１）。
この後は、ステップＳ２０２に戻り、上記の処理を、ハンドピースの作動を停止させる操作がスイッチ等によりなされるまで、自動的に繰り返す。

このようにすると、ハンドピースは一定時間毎にモータ２０の回転方向が逆転し、切削工具が、一定時間毎に正転と逆転とを繰り返す、正逆回転動作を行う。
このとき、リレー１７を切り替えてモータ２０の回転方向を切り替える前に、つまり、モータ２０に印加する電圧の極性を切り替えるに先立ち、モータ２０に印加する電圧を低減させている。これにより、リレー１７を切り替えたときにモータ２０に突入電流が流れ込むのを防ぐことができ、モータ２０によって回転作動される切削工具に大きな回転トルクがかかるのを防ぐ。その結果、ハンドピースを持っている術者と、治療対象の患者にショックを与えるのを防ぐことができる。また、モータ２０への負荷を軽減でき、モータ２０の発熱を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、ステップＳ２０４、Ｓ２０９において、一定時間が経過する毎に、リレー１７を切り替えてモータ２０の回転方向を逆転させているが、これに限るものではなく、モータ２０が所定角度回転する毎に、リレー１７を切り替えてモータ２０の回転方向を逆転させる構成とすることも可能である。この場合、ステップＳ２０４、Ｓ２０９に変えて、センサ１６によりモータ２０の回転角度を検出し、その回転角度が、予め定めた一定角度に到達したか否かを判定し、一定角度に到達した時点で、ステップＳ２０５、Ｓ２１０に移行させる。
また、上記実施形態では、モータ２０に印加する電圧の極性を切り替え、モータ２０の回転方向を切り替えて逆転した後に、印加する電圧を傾斜して増加させている。これは本発明の好ましい形態であるが、垂直に立ち上がるように印加する電圧を増加させることを許容する。

なお、上記実施の形態では、ハンドピースの構成自体については何ら限定するものではない。
またハンドピースの制御装置１０についても、そのハードウェア的な構成や、ソフトウェアによる制御内容等、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

［第２実施形態］
ハンドピースの制御装置１０において、加速レート及び減速レートを固定値とすることもできることは、第１実施形態で述べた通りである。しかし、例えばモータ２０に個体差があり、この個体差も制御装置１０、モータ２０の使用期間により変動する。したがって、固定値である加速レート及び減速レートを用いていると、正転から逆転（又はその逆）に切り替える反転動作時に切削工具に大きな回転トルクがかかるのを防ぐことができる、という本発明の効果を十分に享受できなくなるおそれがある。一方で、加速レート及び減速レートを小さくすれば切削工具に大きな回転トルクがかかるのを防ぐことができるが、それは切削効率を低下させることを意味する。そこで、第２実施形態では、好ましい加速レート及び減速レートを設定するための較正（キャリブレーション；calibration）の例を、図４、図５を参照しながら説明する。

モータ２０を一方向に回転させている無負荷の状態では図５（ｃ）の電流値Ｉｒ（Rotation）が示すように電流値は一定であるのに対して、モータ２０を反転させると図５（ｃ）の電流値Ｉｔｗ（Twist）が示すように、突入電流が生じる。突入電流を低減させながらも、切削効率の著しい低下を避けることのできる好ましい加速レート又は減速レートを、電流値Ｉｒと電流値Ｉｔｗの関係に基づいて設定することを第２実施形態は提案する。
ここで、加速レート又は減速レートは、図５（ａ）、（ｂ）に示される、加速完了角度γ、減速開始角度α、反転時回転速度β及び設定回転速度から導き出される。したがって、これら加速完了角度γ等のパラメータを調整することで電流値Ｉｔｗを変動させ、制御装置１０の較正を行なう。この較正の手順は、制御部１１の指示に基づいてなされる。

この較正の手順を図４に示す。始めに、モータ２０を設定回転速度になるように回転させる（図４ ステップＳ３０１）。このときのモータ電流（電流値Ｉｒ）は電流検出抵抗１８を介して制御部１１にフィードバックされ、制御部１１に記憶される（図４ ステップＳ３０２）。記憶された電流値Ｉｒが、本較正の対象である加速レート又は減速レートを設定する基準となる。なお、ここでいうモータ２０の回転とは、正転又は逆転のいずれか一方向のみの回転をいう。

次に、制御部１１は、モータ２０を正転から逆転に反転させてから、設定回転速度になるように電圧を印加する（図４ ステップＳ３０３）。制御部１１は、加速完了角度γ、減速開始角度α及び反転時回転速度βの各々を初期設定しておき、この初期設定に基づいてモータ２０の正逆回転を実行させる。この反転したときのモータ電流（電流値Ｉｔｗ）も電流検出抵抗１８を介して制御部１１にフィードバックされ、制御部１１に記憶される（図４ ステップＳ３０４）。

次いで、制御部１１は、記憶された電流値Ｉｒ及び電流値Ｉｔｗが、下記の式１を満たすか否かを判断する（図４ ステップＳ３０５）。
Ｉｔｗ≦Ｉｒ・Ｋ … 式１
式１のＫは制御部１１に設定されている定数であり、電流値Ｉｒを基準にして電流値Ｉｔｗを所定の範囲内に規制するために設定されるものである。Ｋは、通常、１を超える値が与えられるが、Ｋが１に近いほど突入電流を小さく抑えることができるが切削効率は低下する傾向にある。逆にＫが１から遠ざかるほど突入電流は大きくなるが、切削効率は向上する傾向にある。制御部１１において、Ｋは変動させることもできる。

記憶された電流値Ｉｒ及び電流値Ｉｔｗが式１を満たすものと制御部１１が判断すると、初期設定されている当該設定回転速度、加速完了角度γ、減速開始角度α及び反転時回転速度βが制御部１１に記憶され、較正は終了する（図４ ステップＳ３０５（Ｙｅｓ）、ステップＳ３０９）。
記憶された電流値Ｉｒ及び電流値Ｉｔｗが式１を満たさないと制御部１１が判断すると、制御部１１は、初期設定されている減速開始角度α、反転時回転速度β及び加速完了角度γの各々を再設定する（図４ ステップＳ３０５（Ｎｏ）、ステップＳ３０６、ステップＳ３０７、ステップＳ３０８）。

その後、制御部１１は、従前のようにモータ２０の反転動作の実施（図４ ステップＳ３０３）、電流値Ｉｔｗの記憶（図４ ステップＳ３０４）、記憶された電流値Ｉｒ及び電流値Ｉｔｗが式１を満たすか否かの判断（図４ ステップＳ３０５）を行う。ステップＳ３０５でＹＥＳと判断されると、制御部１１は、再設定された加速完了角度γ、減速開始角度α及び反転時回転速度βを記憶し、較正を終了する（図４ ステップＳ３０９）。一方、記憶された電流値Ｉｒ及び電流値Ｉｔｗが式１を未だに満たさないと判断すると（ステップＳ３０５でＮＯと判断された場合）、減速開始角度α、反転時回転速度β及び加速完了角度γの各々の再設定（ステップＳ３０６、ステップＳ３０７、ステップＳ３０８）、電流値Ｉｔｗの記憶（図４ ステップＳ３０４）、記憶された電流値Ｉｒ及び電流値Ｉｔｗが式１を満たすか否かの判断（図４ ステップＳ３０５）を、制御部１１は、電流値Ｉｒ及び電流値Ｉｔｗが式１を満たすまで繰り返す。

以上説明したように、第２実施形態による較正を行なうことにより、モータ２０に個体差があっても、各々のモータ２０に適した加速レート、減速レートを設定できるので、術者と治療対象の患者にショックを与えるのを防ぎながら、切削効率の低下を最小限に抑えることができる。
また、第２実施形態によると、突入電流を効果的に抑えることができる。また、正逆回転時のモータ２０のトルク制御に電流値Ｉｔｗを用いることにより、トルク制御の精度を向上することができる。

［第３実施形態］
制御部１１は加速レート及び減速レートの一方又は双方を可変制御することができる。第３実施形態では、加速レート及び減速レートを可変制御する例を説明する。
図６はその一例であり、モータ２０の設定回転速度をＲ１〜Ｒ２の間で可変できることを前提にしており、この設定回転速度に応じて設定印加電圧をＶ１〜Ｖ２の間で可変制御する。この場合の制御部１１は、モータ２０の回転速度と印加電圧の関係を記憶しておく。例えば、図７（ａ）に示すように、回転速度Ｒ１、Ｒ２と、モータ印加電圧Ｖ１、Ｖ２が比例関係（モータ印加電圧Ｖ＝ａ×回転速度Ｒ，ａ：比例定数）にあるものとする。なお、この関係式は、モータ２０を無負荷で一方向に回転させることで求められる。

制御部１１は以上の関係式に基づいてモータ印加電圧を制御するが、その際、設定回転速度（＝設定電圧）に応じて、モータ２０の回転速度が設定回転速度に到達する時間を適宜設定する。例えば、正転を開始してから逆転に転じるまで（又はその逆）の１サイクルに要する時間（回転角度）をＴｘとし、モータ２０の回転速度を設定回転速度に到達させることのできる所要時間（回転角度）をＴｒとすると、Ｔｘに占めるＴｒの比率を一定に設定する。そうすることで、モータ２０の設定回転速度を可変制御するのに対応して、モータ２０は加速レート及び減速レートが可変制御されることになる。この制御は、図８に示すように、制御装置１１０の制御部１１が電圧検知線１９を介してモータ２０への印加電圧を検知することで実行される。
ここで、加速レート（ＵＲ）及び減速レート（ＤＲ）を固定値にして、モータ２０の設定回転速度を変更（設定回転速度が可変）すると、図７（ｂ）に示すように、回転速度が設定回転速度Ｒ２に到達しないことがある。これに対して、加速レート（ＵＲ）及び減速レート（ＵＲ）を可変制御することにより、設定回転速度がＲ２に変更されたとしても、回転速度を設定回転速度Ｒ２に到達させることができる。なお、ここでは設定回転速度が可変である場合について言及したが、１サイクルに要する正転（又は逆転）の角度、つまり設定回転角度を可変制御する場合についても同様である。

ところで、モータ２０の回転速度を検出するセンサの数が少ない場合、つまりモータ２０の回転速度の検出信号の分解能が低い場合には、当該センサの検出信号からの速度フィードバックだけでは、設定回転速度に到達するための時間Ｔｒ（角度）を一定にすることは困難である。しかし、以上説明した形態によれば、速度フィードバックを用いることがないので、回転速度の検出信号の分解能が低くても、加速レート及び減速レートの可変制御を行うことができる。もっとも、本発明は、加速レート及び減速レートの可変制御を行う形態を以上説明したものに限定するものではない。

以上説明した制御形態は、モータ２０に負荷が加わっていないことを前提にしているが、これは歯を全く切削していない場合だけを包含するものではなく、微小量の切削を行なう場合をも包含している。一方で、モータ２０に負荷が加わりトルク（負荷トルク）がかかると、以下説明するように、負荷トルクに応じて、加速レート及び減速レートの可変制御を行うことができる。

図９（ｃ）に示すように作動中のモータ２０に負荷トルクが加わると、設定モータ印加電圧（Ｖ１）がそのままであれば、モータ２０の回転速度は設定回転速度Ｒ２よりも低いＲ１となり、切削効率が低下してしまう。そこで、制御部１１はモータ２０に負荷トルクが加わると、図９（ｂ）に示すように、設定モータ印加電圧をＶ１からＶ２まで上げる補正を行なう。このモータ印加電圧の補正に応じて、モータ２０の回転速度は、図９（ａ）に示すように、設定回転速度Ｒ２に到達するように補正される。

制御部１１は、以上の補正を行うために、モータ２０に加わる負荷トルクと、負荷トルクが加わったときに補正すべきモータ印加電圧とを対応付けて記憶しておく。制御部１１は、モータ２０に加わるトルクを検知し、検知したトルクに応じて設定印加電圧の補正値を決定し、決定された電圧値によりモータ２０の作動を制御する。なお、モータ２０に加わる負荷トルクは、制御部１１が電流検出抵抗１８からフィードバックされた電圧値に基づいて検出することができる。
ここで、モータ２０の加速時及び減速時に設定回転速度に到達するまでの時間を上述したモータ２０が無負荷の場合と同様に設定することで、加速レート及び減速レートが可変制御される。加速と減速に挟まれる定常回転においては、制御部１１はモータ印加電圧を設定モータ印加電圧に維持することで、モータ２０が無負荷時と同様の回転速度Ｒ２となることを実現する。

以上説明したように、本実施形態によると、加速レート及び減速レートをモータ２０の負荷トルクに応じて変動させることで、モータ２０の回転速度を一定に制御することができるので、負荷トルクが変動しても切削効率を低下させない。

［第４実施形態］
術者の意思により加速レート及び減速レートを可変したいときがある。例えば、根管の浅い部分を施術する場合には切削効率を重視した加速レート、減速レートを採用し、作業長（根管形成の際の、基準点から根尖狭窄部までの距離）付近の深い部分を施術する場合にはショックを和らげることを重視した加速レート、減速レートを採用する。そこで、第４実施形態では、このような術者の要望に応える例について図１０を参照して説明する。
第４実施形態は、術者が加速レート、減速レートをモードＸ（図１０（ａ））、モードＹ（図１０（ｂ））及びモードＺ（図１０（ｃ））の３段階から選択することができる。モードＸ、モードＹ及びモードＺは、以下の基準により、制御部１１に設定される。そして、例えば、設定部１３にて、モードＸ、モードＹ及びモードＺのいずれかを選択できるように、表示部１２に表示させる。術者は設定部１３から当該施術に応じたモードを選択する。制御部１１は、設定部１３で選択されたモードＸ、モードＹ及びモードＺのいずれかに基づいて、モータ２０の作動を制御する。
モードＸ：根管の浅い部分を施術
モードＹ：モードＸとモードＺの中間
モードＺ：作業長付近の根管の深い部分を施術

モードＸ、モードＹ及びモードＺは具体的には以下のように設定することができる。
加速、減速も含めた正転の一周期（時間）をＴｃｗとすると、このＴｃｗの中で、加速、減速に費やされる時間の比率（％）を定める。この比率が小さいほど加速、減速が急峻となり切削効率を向上でき、この比率が大きいほど加速、減速が緩やかとなりショックを和らげることができる。例えば、モードＸについては１０％、モードＹについては２０％、モードＺについては３０％、という値に設定することができる。設定部１３にて、この「１０％」などの値を術者が選択できるように表示部１２に表示させることもできる。逆転についても、正転と同様にモードＸ、モードＹ及びモードＺを設定することができる。

以上の通りであり、第４実施形態によると、術者を含めた制御装置１０のユーザが、自己の意思に基づいて予め設定される複数の加速レート、減速レートから選択して設定することができるので、施術の部位、あるいは患者の状態に応じて好ましい施術を施すことができる。
また、根管の深い部分のように、慎重な施術が必要なために、従来手で切削工具を回転させ切削していた部分であっても、歯科用ハンドピースを使用し切削することができる。

図１０では加速レート、減速レートを３段階（モードＸ、Ｙ、Ｚ）にしているが、本発明はこれに限らず、２段階、あるいは４段階以上に加速レート、減速レートを設定することもできる。また、第４実施形態は、各段階の加速レート、減速レートを固定値としているが、ユーザが任意に加速レート、減速レートを設定することを本発明は包含する。例えば、設定部１３に加速レート、減速レートを調整するダイアルを設け、加速レート、減速レートを無段階に調整することもできる。
また、以上では、正転と逆転の両者にモードＸ、モードＹ及びモードＺを用いることにしているが、正転と逆転に異なるモードを設けることもできる。
さらに、以上では、モードＸ、モードＹ及びモードＺの各々の正転の一周期（Ｔｃｗ）、逆転の一周期（Ｔｃｃｗ）を一定にしているが、モードＸ、モードＹ及びモードＺの各々について正転の一周期、逆転の一周期を変えることもできる。以上では、正転と逆転の間のモータ２０の停止時間（Ｔｓｔｏｐ）も、モードＸ、モードＹ及びモードＺの各々で一致させているが、モードＸ、モードＹ及びモードＺの各々の停止時間（Ｔｓｔｏｐ）を変えることもできる。

［第５実施形態］
第４実施形態ではユーザが加速レート、減速レートを設定するようにしているが、この場合、治療の進行状況に合せて加速レート、減速レートを変更する際に治療を中断することになる。そこで、第５実施形態では、治療の進行状況に合せて加速レート、減速レートを自動的に変更することのできる例を示す。
第５実施形態にかかる制御装置２１０は、図１２に示すように、根尖位置検出部２１を備える。なお、制御装置２１０は、根尖位置検出部２１を備えることを除いて第１実施形態の制御装置１０と同じ構成要素を備えている。

第５実施形態は、制御装置２１０が根尖位置検出部２１を備えるとともに、制御装置２１０でモータ２０が制御されるハンドピースは根管長測定機能を備えている。この機能を備えるハンドピースは、根管治療を行ないながら根尖位置を検出することで根尖から切削工具までの距離を測定する。つまり、切削工具に測定電極としての機能を持たせる一方、この切削工具を歯の根管内に挿入して、別途設けられる口腔電極との間に電気的測定信号を印加し、根尖を検出する。なお、根尖を検出する方法としては、測定電極と口腔電極との間に測定信号を印加し、両電極間の抵抗値を検出し根尖を検出する方法、周波数の異なる複数の測定信号を印加し、各測定信号に対応して得られた根管内インピーダンスの比を利用して根尖を検出する方法などが知られており、本発明ではこれらいずれの検出方法をも採用することができる。根尖位置検出部２１は、測定した根尖と切削工具の間の距離Ｌを制御部１１に与える。

制御部１１は、根尖から切削工具までの距離Ｌに対応付けて加速レート、減速レートを予め記憶している。例えば、図１１に示すように、第４実施形態と同様にモードＸ、モードＹ及びモードＺと３つのモードを備え、各々、以下のように対応付けることができる。なお、Ｌ_０、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３は、Ｌ_０＜Ｌ_１＜Ｌ_２＜Ｌ_３の関係を有しており、Ｌ_３が作業長（根管長）に相当する。
モードＸ：Ｌ_２〜Ｌ_３（根管の浅い部分）
モードＹ：Ｌ_１〜Ｌ_２（モードＸとモードＺの中間）
モードＺ：Ｌ_０〜Ｌ_１（根尖近傍）
そして、第４実施形態と同様に、モードＸについては１０％、モードＹについては２０％、モードＺについては３０％、という値に加速レート、減速レートを設定する。そうすることで、制御装置２１０は、根管の浅い部分では切削効率を重視した加速レート、減速レートでモータ２０を作動させ、切削工具が根尖に近づくと、反転によるショックを和らげることを重視した加減速レートでモータ２０を作動させる。このように、制御装置２１０では、切削工具の位置に応じて加速レート、減速レートを自動的に変更させるので、術者は治療の途中に加速レート、減速レートの設定変更のための中断をする必要がないので、効率的な治療を行なうことができる。

第５実施形態においても加速レート、減速レートを３段階以外に設定することができる。また、加速レート、減速レートを根尖から切削工具までの距離Ｌに比例して予め設定しておく、あるいは、距離Ｌと加速レート、減速レートの関係式を備えておき取得した距離Ｌに基づいて加速レート、減速レートを算出することで、加速レート、減速レートを無段階に可変制御することもできる。その他、第４実施形態で指摘した正転と逆転にそれぞれ異なるモードを設定することなどを第５実施形態に適用できることは言うまでもない。

［第６実施形態］
以上の第１実施形態〜第５実施形態によると、切削工具に大きな回転トルクがかかるのを防ぐことができる結果、モータ２０への負荷が軽減されてその発熱を抑えることができる。以下に示す第６実施形態では、この発熱抑制の効果をより顕著にできる。
モータ２０が正転及び逆転を行なう一周期に要する時間（往復時間）Ｔは、下記の式２で示すように、正転（一周期）に要する時間Ｔｃｗ、回転方向の切り替えに要するモータ２０の停止時間Ｔｓｔｏｐ及び逆転（一周期）に要する時間Ｔｃｃｗの和で求めることができる。
Ｔ＝Ｔｃｗ＋Ｔｓｔｏｐ＋Ｔｃｃｗ…式２

往復時間Ｔの逆数が往復回数（又は周波数）ｆ（ｆ＝１／Ｔ）であり、モータ２０の往復回数ｆが大きいほどモータ２０の発熱量は多くなる。そこで、第６実施形態では、モータ２０の発熱の程度を求め、その程度に応じて往復回数ｆを制限する。つまり、発熱の程度がしきい値ｔｈに達するまでは、図１３（ａ）に示すように、往復時間Ｔ１は、正転時間Ｔ１ｃｗ、モータ２０の停止時間Ｔ１ｓｔｏｐ及び逆転時間Ｔ１ｃｃｗの和とする。しかし、発熱の程度がしきい値ｔｈを超えると、図１３（ｂ）に示すように、往復時間Ｔ２（＞Ｔ１）を、正転時間Ｔ２ｃｗ、モータ２０の停止時間Ｔ２ｓｔｏｐ及び逆転時間Ｔ２ｃｃｗの和とする。このように、往復時間Ｔを長く、つまり往復回数ｆを小さく制限することで、モータ２０の発熱を抑える。この際、加速レート、減速レートを抑えることで、Ｔ１ｃｗ＜Ｔ２ｃｗ、Ｔ１ｃｃｗ＜Ｔ２ｃｃｗを実現するとともに、反転時における回転角度を維持しながらも、往復回数ｆを小さくすることができる。
Ｔ１＝Ｔ１ｃｗ＋Ｔ１ｓｔｏｐ＋Ｔ１ｃｃｗ（モードI）
Ｔ２＝Ｔ２ｃｗ＋Ｔ２ｓｔｏｐ＋Ｔ２ｃｃｗ（モードII）
Ｔ１＜Ｔ２，Ｔ１ｃｗ＜Ｔ２ｃｗ，Ｔ１ｓｔｏｐ＜Ｔ２ｓｔｏｐ，Ｔ１ｃｃｗ＜Ｔ２ｃｃｗ

そのために、制御部１１は、制御パラメータとして、正転時間Ｔ１ｃｗ，Ｔ２ｃｗ、モータ２０の停止時間Ｔ１ｓｔｏｐ、Ｔ２ｓｔｏｐ、逆転時間Ｔ１ｃｃｗ、Ｔ２ｃｃｗを所持する。
また、制御部１１は、モータ２０の発熱の程度を得る。この発熱の程度は、種々の方法で得ることができる。より直接的な方法として、ハンドピース内のモータ２０の近傍に例えばサーミスタを備える温度センサを設け、測定された温度を発熱の程度として用いることができる。測定されたハンドピースの温度がしきい値ｔｈ以下では制御部１１はモードI（Ｔ１）によりモータ２０を制御し、ハンドピースの温度がしきい値ｔｈ超になると制御部１１はモードII（Ｔ２）によりモータ２０を制御する。ハンドピースの温度がしきい値ｔｈ超になった後にモータ２０をモードII（Ｔ２）により制御し、その後にハンドピースの温度がしきい値ｔｈ以下に下がると、制御部１１はモードI（Ｔ１）によりモータ２０を制御する。そうすることで、モータ２０の異常発熱を防止することができる。
以上では、Ｔ１ｃｗ、Ｔ１ｓｔｏｐ、Ｔ１ｃｃｗの全てを増加させる例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、Ｔ１ｃｗ、Ｔ１ｓｔｏｐ、Ｔ１ｃｃｗのいずれか１つを増加させることを許容する。

モータ２０の発熱の程度の判断に用いられる物理量は温度に限らない。例えば、モータ２０に供給される電力を用いて発熱の程度を特定することができる。この手法は、モータ２０に供給される電力を継時的に検出し、検出された値を積分し積分値を求める。そして、この積分値がしきい値以下であれば制御部１１はモードI（Ｔ１）によりモータ２０を制御し、この積分値がしきい値を超えると制御部１１はモードII（Ｔ２）によりモータ２０を制御する、というようにすることができる。この積分値は、電力を時間で積分したものであり、そのために、近似的には、モータ２０の発熱を示す基準とみなすことができる。

なお、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０，１１０，２１０ 制御装置
１１ 制御部
１２ 表示部
１３ 設定部
１４ 電源
１５ 駆動部（電圧印加部）
１６ センサ
１７ リレー（回転方向切替部）
１８ 電流検出抵抗
１９ 電圧検出線
２０ モータ
２１ 根尖位置検出部

Claims (11)

1. 歯科用ハンドピースに内蔵され、当該歯科用ハンドピースに装着される切削工具を回転させるためのモータに電圧を印加する電圧印加部と、
   前記電圧印加部により前記モータに印加する電圧の極性を切り替えることで前記モータの回転方向を切り替える回転方向切替部と、
   前記電圧印加部で印加する前記電圧の大きさを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記回転方向切替部が行う電圧極性の切り替えに先立ち、前記電圧印加部から前記モータに印加する電圧を傾斜して低下させる、
   ことを特徴とする歯科用ハンドピースの制御装置。
2. 前記電圧極性の切り替え後に、前記電圧印加部から前記モータに印加する電圧を傾斜して増加させる、
   請求項１に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
3. 前記制御部は、
   予め定めた一定時間が経過する毎に前記回転方向切替部が前記電圧極性の切り替えを行うように制御する、
   請求項１又は２に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
4. 前記モータの回転角度を検出するセンサをさらに備え、
   前記制御部は、
   前記センサで検出される前記モータの回転角度が予め定めた一定角度に到達すると、前記回転方向切替部が前記電圧極性の切り替えを行うように制御する、
   請求項１又は２に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
5. 前記制御部は、
   前記電圧印加部から前記モータに印加する電圧を低下又は増加させるレートＲＴを較正する機能を備える、請求項２に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
6. 前記制御部は、
   前記レートＲＴを可変制御する、
   請求項５に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
7. 前記制御部は、
   前記モータの回転速度に応じて、前記レートＲＴを可変制御する、
   請求項６に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
8. 前記制御部は、
   前記モータに加わる負荷トルクに応じて、前記レートＲＴを可変制御する、
   請求項６に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
9. 前記電圧印加部から前記モータに印加する電圧を低下又は増加させる複数のレートが予め設定されており、
   前記制御部は、
   前記複数のレートの中から選択されるレートに応じて、前記レートＲＴを可変制御する、
   請求項６に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
10. 前記制御部は、
    治療対象の根尖から前記切削工具までの距離に応じて、前記レートＲＴを可変制御する、
    請求項６に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
11. 前記制御部は、
    前記モータの発熱の程度に応じて、
    下記式２で特定される前記モータの往復時間Ｔを可変制御する、
    請求項１に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
    Ｔ＝Ｔｃｗ＋Ｔｓｔｏｐ＋Ｔｃｃｗ…式２
    モータの往復時間Ｔ：モータが正転及び逆転に要する時間
    Ｔｃｗ：モータが正転に要する時間
    Ｔｃｃｗ：モータが逆転に要する時間
    Ｔｓｔｏｐ：正転から逆転に回転方向を切り替えるときに要するモータの停止時間

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