JP5455625B2 - 非交差軸を有する歯科用ハンドピースドライブトレイン - Google Patents

Description

本発明は装置内で使用される噛み合いギアのドライブトレインを対象としており、特に歯科用ハンドピースにおいて使用される噛み合いギアのドライブトレインを対象とする。

歯科医(dental professionals)は、様々な歯科処置のために、歯科用ツールを支持する回転ヘッドを含む動力付き(powered)歯科用ハンドピースを用いる。好ましくは、長時間ハンドピースを握る際の使用者のストレスレベルを低減するために人間工学的に使いやすい形状になるようにハンドピースは構成されている。ハンドピースの内部に配置されている回転自在なシャフトに取り付けられているギアは互いに噛み合っており、ハンドピースに付随する駆動源から歯科用ツールを回転自在に駆動させる。

図１に示されているように、典型的な人間工学的ハンドピース１０はヘッド２７に延在し、第二の部分２５に対して２１度の角度で配置されている第一の部分２１を有する本体２０を含む。従って、図１に示すように、本体２０の内部に配置されているドライブトレイン１５はハンドピース本体の角度のついた内壁の空間的制限に適合しなければならない。ハウジング２３は駆動源（不図示）によって回転自在に駆動する駆動ギア２２を軸２４に対して回転自在に担持(carry)している。駆動ギア２２は他端にギア３０を含んでいるシャフト２６の一端でギア２８と噛み合っている。シャフト２６は軸３１に対して回転するように構成されている。ギア３０は他端にギア３６を含んでいるシャフト３２の一端に配置されているギア３４に噛み合っている。シャフト３２は軸３８に対して回転するように構成されている。ギア３６は他端に歯科用ツールを固定するためのコレット４４を含むシャフト４０の一端でギア４２に噛み合っている。シャフト４０は軸４６に対して回転するように構成されている。従って、駆動源に応じて、駆動ギア２２及びシャフト２６、３２、４０は軸２４、３１、３８、４６それぞれに対して回転運動に付勢され、コレット４４に取り付けられている歯科用ツールは軸４６に対して回転自在に動作する。

ドライブトレイン１５の軸２４、３１、３８、４６は同一平面上に配置されている。同一平面とは、ここでは、軸２４、３１、３８、４６がそれぞれ単一の垂直に配置された平面に一致することを示唆するように定義づけられる。図１に示されるように、軸２４、３１、３８、４６のうちの少なくとも一つの軸はまた他の同一平面上の軸に対して平行ではなく、結果として、ドライブトレイン１５は相当な費用及び性能の不利益を有する。本体部２１、２５の間に形成された人間工学的に扱いやすい角度のおかげで、本体２０の部分を通してのみ延在する軸２４、３１、３８は互いに平行ではない。図１に示されるように、軸３１、３８は互いに平行ではない。軸３１、３８に対して回転するギア３０、３４は噛み合っているので、ギア３０、３４の双方ではないが、少なくとも一つはテーパー化されている。テーパー化されたギアは、特別な製造方法が必要となるので、製造するためにより高価となる。代替として、テーパー化されたギアの代わりにフェイスギアを用いることも可能であるが、フェイスギアもまたテーパー化されたギアと同一の不利益を被る。加えて、駆動ギア２２及び軸２４、２６、３８の非平行配置は特に取り付け距離及び角度の誤差に敏感であり、特にテーパー化されたギア若しくはフェイスギアのどちらかが用いられた際には、動作における多量のノイズを生み出す傾向にある。

必要なものは、ハンドピースの第一及び第二の部分の間の接合部に隣接して配置されているギアにおいてテーパー化されたギア若しくはフェイスギアのどちらも必要としない人間工学的歯科用ハンドピースのためのドライブトレインである。

本発明は互いに人間工学的角度で配置されている第一及び第二の部分を有する本体を含む歯科用ハンドピースに関する。駆動ギアが第二の部分から第一の部分へ延在している。駆動ギアは第一の回転軸を有しており、第二の回転軸を有する少なくとも一つの被駆動ギアを回転自在に駆動させる。少なくとも一つの被駆動ギアは第一の部分に配置されているバー(bur)に作動連結されており、第三の回転軸に対してバーを回転自在に駆動させる。駆動ギア及び少なくとも一つの被駆動ギアはテーパー化されたギア若しくはフェイスギアを含まない。

本発明は互いに人間工学的角度で配置されている第一及び第二の部分を有する本体を含む歯科用ハンドピースにさらに関する。駆動ギアが第二の部分から第一の部分へ延在しており、第一の回転軸を有する。駆動ギアは第二の回転軸を有する第一の被駆動ギアを回転自在に駆動し、第一の被駆動ギアは同様に第二の回転軸を有する第二のギアに固定連結されている。第二のギアは第三の回転軸を有する第三のギアを回転自在に駆動させ、第三のギアは第一の部分に配置され、第四の回転軸を有するバーに作動連結されている。第二の回転軸は第一の回転軸若しくは第三の回転軸に交差しない。

本発明は互いに人間工学的角度で配置されている第一及び第二の部分を有する本体を含む歯科用ハンドピースにさらに関する。円筒形駆動ギアは第一の回転軸を有し、第二の回転軸を有する少なくとも一つの円筒形被駆動ギアを回転自在に駆動させる。少なくとも一つの被駆動ギアは第一の部分に配置されているバーに作動連結されており、第三の回転軸に対してバーを回転自在に駆動させる。

本発明の利点は、第一及び第二の部分の間の接合部に隣接して配置されているドライブトレインギアのいずれもテーパー化されておらず、テーパー化されたドライブトレインギアの不利益無しに安価に装置を製造できることである。

本発明のさらなる利点は、第一及び第二の部分の間の接合部に隣接して配置されているドライブトレインギアのいずれもフェイスギアではなく、同様にフルフェイスドライブトレインギアの不利益無しに安価に装置を製造できることである。

本発明のさらなる利点は、ドライブトレインギアがより静音で動作することである。

本発明の他の特徴及び利点は例示的に本発明の原理を描写する添付図面と併せて、以下の好適な実施例のより詳細な記述によって明らかになるであろう。

従来の歯科用ハンドピースの正面図である。 本発明の歯科用ハンドピースの部分断面上面図である。 本発明の図２の歯科用ハンドピースの正面図である。 本発明の図２の歯科用ハンドピースの拡大部分断面斜視図である。 本発明の歯科用ハンドピースの実施例の正面図である。 本発明の歯科用ハンドピースの実施例の正面図である。 本発明の歯科用ハンドピースの実施例の図３の７−７線に沿った断面図である。 本発明の歯科用ハンドピースの実施例の部分断面斜視図である。 本発明の図８の歯科用ハンドピースの部分断面側面図である。 本発明の歯科用ハンドピースの実施例の図８の１１−１１線に沿った断面図である。

可能な限り、図面を通して同一若しくは同等の部品を指す場合には同一の参照符号を用いる。

本発明は図２乃至４に描写されている歯科用ハンドピース１００を対象とするものである。ハンドピース１００は第二の部分２５に対して約２１度の角度で配置されるヘッド２７に延在する第一の部分２１を有する本体２０を含む。第一及び第二の部分２１及び２５の間の角度はハンドピース１００を握っている間、使用者の手に人間工学的に適合するように構成されている。従って、本体２０の内部に配置されているドライブトレイン１５は図２に示されているように、ハンドピース本体２０の角度を有する内壁の空間的制限に適合しなければならない。ハウジング２３は軸２４に対して回転を可能にし、空気、水力、若しくは電気モーター（不図示）のような動力源(source)によって回転自在に駆動する駆動ギア２２を回転自在に担持している。駆動ギア２２は他端にギア３０を含むシャフト２６の一端でギア２８に噛み合っている。ハウジング３３は軸３１に対して回転を可能にするシャフト２６を回転自在に支持している。ギア３０は他端にギア３６を含むシャフト３２の一端に配置されているギア３４と噛み合っている。好ましくは、ハウジング２９は軸３８に対して回転を可能にするシャフト３２を回転自在に支持している。ハウジング２３、３３、２９は、好ましくは駆動ギア２２及びシャフト２６、３２のそれぞれによる円滑な回転運動を提供するために軸受を含んでいる。ギア３６は、図３に示されるように内部に歯科用ツール４８を固定するために他端にコレット４４を含むシャフト４０の一端でギア４２に噛み合っている。シャフト４０は軸３８にほぼ垂直な軸４６に対して回転するように構成されている。従って、駆動源に応じて、駆動ギア２２及びシャフト２６、３２、４０が軸２４、３１、３８、４６それぞれに対しての回転運動に付勢され、コレット４４に取り付けられている歯科用ツール４８が軸４６に対して回転自在に動作(carry)する。別の言い方をすると、駆動ギア２２はギア２８（被駆動ギア）を駆動し、ギア３０はギア３４（被駆動ギア）を駆動し、且つギア３６はギア４２（被駆動ギア）を駆動する。厳密に言えば、ギア３０及び３６は駆動ギアとして通常呼ばれるけれども、単純化のため、また駆動ギア２２が駆動源に結合しているという事実のために、ギア２２のみを駆動ギア２２として統一的に指定する。

ドライブトレイン１５の配置は少なくとも一態様、回転軸３１が軸２４、３８、４６とも同一平面上にない、という点で以前のドライブトレイン配置とは異なっている。加えて、軸３１は軸２４に対してねじれの位置にある(skew)、つまり、交差しておらず、同一平面上にない。図２乃至４の一実施例に示されているように、平面３５（図２参照）は軸４６、３８（図３参照）によって画定される。加えて、軸２４は、必要ではないが、平面３５の同一平面上にあることができる。しかしながら、軸３１は軸４６、３８によって画定される平面に対して同一平面上にない。図３の７−７線に沿って切り取られた図７に示されるように、ギア３０は軸３８から軸３１へ垂直に延在する線５４によって示されるように、軸３８及び軸４６（１２時及び６時）に対して約３時の位置でギア３４に噛み合っている。代わりに、ギア３０を軸４６に対して約９時の位置でギア３４に噛み合うように配置することも出来る。回転軸３１、３８は非交差なので、噛み合っているギア３０、３４それぞれの歯をテーパー化する必要はなく、従ってテーパー化されたギアの動作に伴うノイズの増加と共に、ギアにテーパーを形成する際の追加の費用を含むテーパー化されたギアに伴う不利益を排除する。ここで用いられているように、そのようなテーパー化されていないギアを回転軸に垂直に切り取った断面積が一定である円筒形ギアと呼ぶ。らせん(helical)ギアの場合には、ギアの異なった場所で切り取った断面積がギアの回転軸に対して回転するように現れることは当業者には理解される。さらに、円筒形ギアが半径方向に延在し、ギアの回転軸に平行に向いている歯を有している際に、ギアはスパー(spur)ギアと呼ばれる。ここでの目的のために、円筒形ギアはテーパーを有するギアを含まない。テーパー化されたギアは全ての傾斜(bevel)ギアを含み、フェイスギアを含む、つまりフェイスギアは傾斜がついている。ギア３４に噛み合っている並び(disposing)ギア３０は、軸３８に垂直であり、且つ軸３８から軸３１に延在する線５４から評価されるように、軸４６、３８によって画定される平面３５から９０度の角度で示されているが、線５４と平面３５の間の角度を噛み合っているギア３０，３４どちらもテーパー化をまた必要としない鋭角を画定するいかなる他の位置に配置することが出来ることが理解されるであろう。

円筒形、つまり非テーパー、且つ傾斜フェイスギアを含まない、ギアは第一の部分２１及び第二の部分２５の間の接合部に隣接して配置されることが理解されるであろう。典型的には、例えば、ハンドピースの頭部内でギア４２に噛み合っているギア３６はフェイスギアである。しかしながら、ギア３６はハンドピースの頭部に隣接して配置されているので、ギア３６は第一及び第二の部分２１、２５の接合に隣接しない。第一及び第二の部分２１、２５に隣接するギア及びそれらを相互連結するシャフトは第一及び第二の部分２１、２５の間の角度変化の全てとまではいかないが、ほとんどを典型的に説明する。決定的に(critical)重要なことは、前に議論した有利な理由のために、第一及び第二の２１、２５の間の接合部の噛み合っているギアが円筒形であることである。

図２乃至４に示されているハンドピースに互換性のあるギアトレイン構成の三つの例を提供する。ギアの歯とギアの回転軸との間の角度は０度であるスパーギアを用いない限り、関連するギアのらせん角はギアの歯とギアの回転軸との間の角度であることを当業者は理解する。

例１：
駆動ギア２２：スパーギア
ギア２８：スパーギア
ギア３０：１０．５°
ギア３４：１０．５°

例２：
駆動ギア２２：スパーギア
ギア２８：７°
ギア３０：７°
ギア３４：７°

例３：
駆動ギア２２：３．５°
ギア２８：３．５°
ギア３０：３．５°
ギア３４：３．５°

ギア２２、２８、３０、３４のいかなる他の組み合わせも２１度の角度の人間工学的配置と共に費用バランス(balance cost)、ノイズレベル、ギアの中心間距離、ハンドピースの強度及び形状に互換性があるように利用できることがまた理解されるであろう。しかしながら、２１度の角度の基準から逸脱するようなハンドピースの新規な角度配置が用いられる場合には、そのような逸脱は新規なハンドピース配置に互換性のあるらせん角度配置に単純に取り入れることが出来ることが理解されるであろう。

図５に示される他の実施例では、ドライブトレイン１５とは異なった構成をしているが、有利なギア配置を維持している、つまり噛み合っているギアはテーパーを有さない、ドライブトレイン１５０をハンドピース２００は有している。シャフト２６は一端にタービン１２８、他端にギア３０を含んでおり、軸受５０によって支持されており、軸３１に対して回転自在である。タービン１２８はタービン１２８を超えて本体２０内部を流れる気体源（不図示）からの高速ガスを受け、シャフト２６が軸３１の周りで回転運動させる。ギア３０と噛み合って係合した状態で配置されているギア３４は他端にギア３６を有するシャフト３４の一端に配置されている。シャフト３２は軸受５０によって軸３８に対して回転自在に担持されている。同様に、ギア４２はギア３６と噛み合って係合した状態でシャフト４０の一端に配置されており、シャフト４０の他端に隣接してコレット４４は配置されており、シャフト４０は軸受５０によって回転自在に支持されている。本体２０内部を流れる高速ガス源に応答して、噛み合っているギア３０、３４及び３６、４２は軸３１、３８、４６を回転運動に付勢する。しかしながら、図５に示されているギア配置では、軸３１及び３８は本体２０の外壁(envelope)の内部に適合しながら平行にすることが出来、軸４６は軸３１、３８にほぼ垂直となる。軸３１、３８は互いにほぼ平行のままであるおかげで、噛み合っているギア３０、３４はテーパー化する必要が無くなるだけでなく、スパーギア、つまり安く作ることが出来る軸に平行な半径方向の歯を有するギアを画定することも出来る。

図６に示される、さらなる実施例では、軸２４、３１、３８は好ましくは互いに平行である。図５及び図６のハンドピースの実施例の間の違いは、図６の実施例は高圧ガスに対して電気モーターのようなモーター５２によって回転自在に駆動し、駆動ギア２２がギア２８を回転運動させる。

ギア２８、３０は分離したギア２８、３０として示されている一方で、単一の細長いギアに結合することも出来る。

図８乃至１０に示される代わりの実施例では、ドライブトレイン１５とは異なった構成をしているが、有利なギア配置を維持している、つまり噛み合っているギアはテーパーを有さない、ドライブトレイン２５０をハンドピース３００は有している。以前に議論したドライブトレイン１５と同様に、駆動源によって回転自在に駆動する軸２４に対して回転自在である駆動ギア２２を回転自在に支持するハウジング２３をドライブトレイン２５０は含んでいる。駆動ギア２２は他端にギア３０を含んでいるシャフト２６の一端でギア２８と噛み合っている。しかしながら、ドライブトレイン２５０では、同様に以前に議論したように、ギア３０は軸４６に対して回転するように構成されているシャフト４０の一端でギア４２に噛み合っている。換言すれば、ドライブトレイン２５０では、ドライブトレイン１５と比較して、両端に配置されているギア３４、３６を有するシャフト３２は取り外されている。シャフト３２及び関連するギア３４、３６を排除したおかげで、ドライブトレイン２５０ではパーツが少なくなり、作動ノイズの低レベル化がなされる。図８及び図９に示されるように、シャフト２６は軸２４に対して合成角(compound angle)を画定し、シャフト２６の軸３１は軸２４に平行ではなく、軸３１は軸２４に対して正面角(transverse angle)θ_１、θ_２を形成している。別の言い方をすれば、図９に示されるように、θ_２は軸２４、３１間の角度の垂直成分を表している。同様に、図８に示されるように、θ_１は軸２４、３１間の角度の水平成分を表している。角度θ_１、θ_２の大きさはギアのサイズやハンドピース３００の望ましい形状によって変化するので、シャフト２６を軸２４に平行にすることも可能であることが理解されるであろう。

本発明は好適な実施例を参照して記述された一方で、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な修正を加えること、及び要素を同等物で置き換えることができることが当業者には理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲を逸脱することなく、本発明の教示に特定の状況若しくは部材を適応させるように様々な修正を加えることが出来る。従って、本発明を実施するために意図された最適なモードとして開示されている特定の実施例に本発明は限定されないが、本発明は添付の請求項の範囲内に収まる全ての実施例を含むことが意図される。

Claims (9)

1. 歯科用ハンドピースであって、
   第一の部分及び第二の部分を有しており、前記第一及び第二の部分は互いに人間工学的角度で配置されている、本体と、
   前記第二の部分から前記第一の部分へ延在しており、第一の回転軸を有しており、第二の回転軸を有している少なくとも一つの被駆動ギアを回転自在に駆動させ、前記少なくとも一つの被駆動ギアは前記第一の部分内に配置されているバーに作動連結されることによってバーを第三の回転軸に対して回転自在に駆動させる、駆動ギアと、
   を備えており、
   前記駆動ギア及び前記少なくとも一つの被駆動ギアはテーパー化されたギア若しくはフェイスギアを含まず、
   前記第一の回転軸及び前記第二の回転軸は平行であることを特徴とする歯科用ハンドピース。
   
2. 前記駆動ギア及び前記少なくとも一つの被駆動ギアはそれぞれ円筒形ギアを画定する請求項１に記載の歯科用ハンドピース。
   
3. 前記駆動ギア及び前記少なくとも一つの被駆動ギアのうちの少なくとも一つはスパーギアを画定する請求項１に記載の歯科用ハンドピース。
   
4. 前記駆動ギアはタービンによって回転自在に駆動する請求項１に記載の歯科用ハンドピース。
   
5. 前記駆動ギアは電気モーターによって回転自在に駆動する請求項１に記載の歯科用ハンドピース。
   
6. 前記駆動ギアは水力によって回転自在に駆動する請求項１に記載の歯科用ハンドピース。
   
7. 歯科用ハンドピースであって、
   第一の部分及び第二の部分を有しており、前記第一及び第二の部分は互いに人間工学的角度で配置されている、本体と、
   前記第二の部分から前記第一の部分へ延在しており、第一の回転軸を有しており、第二の回転軸を有している第一の被駆動ギアを回転自在に駆動させ、前記第一の被駆動ギアは前記第二の回転軸を同様に有している第二のギアに固定連結されており、前記第二のギアは第三の回転軸を有している第三のギアを回転自在に駆動させ、前記第三のギアは前記第一の部分内に配置されているバーに作動連結されており、前記バーは第四の回転軸を有している、駆動ギアと、
   を備えており、
   前記駆動ギア、前記第一の被駆動ギア、前記第二のギア及び前記バーに作動連結されている前記第三のギアはテーパー化されたギア若しくはフェイスギアを含まず、
   前記第一、第二及び第三の回転軸それぞれは互いに平行であることを特徴とする歯科用ハンドピース。
   
8. 前記第二の回転軸から前記第一の回転軸に延在する垂直線は前記第一の回転軸及び前記第四の回転軸によって画定される平面から角度を持って配置されていることを特徴とする請求項７に記載の歯科用ハンドピース。
   
9. 前記平面と前記線の間の配置角は９０度であることを特徴とする請求項８に記載の歯科用ハンドピース。

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