JP5777914B2

JP5777914B2 - エアタービンハンドピース

Info

Publication number: JP5777914B2
Application number: JP2011071913A
Authority: JP
Inventors: 健嗣長谷川
Original assignee: Yoshida Dental Mfg Co Ltd
Current assignee: Yoshida Dental Mfg Co Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP2012205643A

Description

本発明は、タービンを駆動する給気を停止してもタービン羽根が惰性回転してタービン室内に負圧が発生するのでこの負圧発生を防止するためにタービンを駆動した後の排気を給気側に還流させ、またタービンの駆動中には、タービンを駆動した後の排気を給気側に還流させるとともに、タービン羽根に向かって給気を噴射することによりタービンの駆動力を増強するエアタービンハンドピースに関する。

従来のエアタービンハンドピースは、タービンの駆動を終了する際に、駆動媒体である加圧エアの供給を遮断する。しかし加圧エアの供給を遮断してもタービン羽根は自身の慣性力にて惰性回転が続行されるために、この回転にてタービン室内の空気が排出され、タービン室内に負圧が生じる。またタービン室内の空間は、回転軸近傍の隙間を介して外気に連通しているので、内部が負圧になることによりタービン室に外気が吸入され、この外気の吸入とともに患者の唾液や血液等の汚染物質が吸引される。これによりヘッド部内および／またはハンドピースに接続されたジョイント金具や給排気ホース内が汚染される。このようにハンドピース内が汚染されると、ハンドピースを介して患者や術者あるいは患者相互間にて交叉感染が生じる恐れがあることから、この問題を改善するために今までに各種技術が開発され、例えば次に述べる特許文献１から７の発明が公知となっている。

特許文献1の発明は、圧縮空気源からの圧縮空気をエアタービンに供給する給気管路と、その排気を行う排気管路とを有するとともに、この給気管路に給気弁を、排気管路に排気弁を設けて成り、ハンドピースの駆動終了時に給気弁および排気弁を同時に閉止し、もしくは排気弁を閉止した後に給気弁を閉止するなどにより、ハンドピース内に負圧が生じることを阻止し、ハンドピース内に汚染物質が吸入されることを防止するものである。

特許文献２の発明は、ハンドピースのヘッド部に形成された内空部に回転自在に収容された翼車と、翼車に向けて空気を供給するための給気口及び翼車に供給された空気を排出するための排気口と、翼車の回転によって遠心力が与えられた空気が送り込まれて加圧状態で蓄積される一つ又は複数の緩衝空間と、緩衝空間に蓄積された加圧空気を翼車と共に回転する工具の周囲から大気中に放出するための通路と、排気口と上記翼車の間にあって翼車から排気口に移動する空気に抵抗を与えるために周方向に位置する側壁部と、更に、緩衝空間を翼車の回転方向に対向させた構成である。

そしてこの構成のハンドピースは、ハンドピースの駆動を終了して給気を停止しても翼車の惰性回転によりタービン室内の空気が排気されるが、翼車と排気口との間に介在する側壁部によって翼車から排気口に向かって移動する空気の流れが阻害され、翼車と共に回転する空気が、空気に付与された遠心力に基づいて、翼車の外側に形成された緩衝空間内に加圧状態で蓄積される。更にこの蓄積された空気をヘッド部に形成された空気通路を介して工具周辺から大気中に放出することでサックバックの防止を可能にすることができるとしている。

特許文献3の発明は、圧力媒体の供給を止めた後のタービン羽根車の惰性回転中にタービン室内で回転している圧力媒体が排出管路を通って放出されるのを防ぐ手段が設けられている、特に医療または歯科医療目的のハンドピースにおいて、上記手段はタービン室の領域に配置されており、機能的作動において、タービン室内で回転している圧力媒体を、出口開口部を越えて偏向し、上記手段にて回転している圧力媒体の流れの中へ突出し、機能的作動において回転している圧力媒体用の流れ段部を形成する流れウェッブを有していることを特徴とし、ポンプ機能や吸入あるいは吸い戻しを防止するものである。そして中間ウェッブは、ほぼタービン羽根車の中間の横平面に位置決めされており、これにより入口開口部は中間ウェッブとタービン室の関連側壁部との間に存在する入口チャンネルとほぼ整合して配置されており、中間ウェッブは丸いウェッブ先端部が回転方向に向いた状態で流入方向に対して収束方向または斜めに延びていることによりタービンのパワーが増大されるとしている。

特許文献4の発明は、タービンに駆動空気を供給する空気通路と、タービン室の円筒表面内に直結し、タービン室から排出する排出空気通路とを有する手動歯科用装置において、排出空気通路が、接続通路を介してタービン室の軸近傍、およびロータと工具側軸受との間の領域に開口し、または、排出空気通路が、工具側に設けられた軸受における工具側で、ヘッドの収容孔の円筒状壁に接続通路を介して開口し、または、排出空気通路が、タービン室の軸近傍の領域、および／またはロータの工具側とは反対側における工具操作機構近傍の中空室に接続通路を介して開口した構成であり、排出空気通路に接続された接続通路が軸周辺の領域に開口することによりロータの惰性回転によって発生する負圧にて外気が吸入されることが防止するものである。

特許文献5の発明は、形態1として、ヘッド部のチャンバには、前記ロータのタービンブレード部に向けて空気を噴出するためのノズル開口と、噴出された空気を外部に排出するための排出口とが開口しており、タービンブレード部の円周方向に沿った弧状の前記ノズル開口の幅Ｗは、前記ロータの回転軸線方向の高さＨの2倍以上に設定されていることを特徴とするものである。

そしてこのハンドピースは、タービンブレード部に向けて空気を噴射するためのノズル開口の周方向の円弧幅Ｗがロータの回転軸線方向の高さＨの2倍以上に設定され、かつこのノズル開口が周方向に長い形状になっている故に、ノズル開口から噴射される空気がタービンブレード部のタービン翼の軸線方向中央部に集中的に作用し、またノズル開口の面積も大きいので、その送給量も多く、ロータを効率良く、高トルクで回転駆動することができるとしている。

また本発明の形態2として、ヘッド部に形成されたチャンバ内に配設され、回転軸と一体的に軸受手段を介して回転自在に支持され、該回転軸に工具が着脱自在に装着されるロータとを含み、前記ロータのタービンブレード部は、ハブ部と、このハブ部の外周面に周方向に実質上等間隔を置いて設けられた複数個のタービン翼とを有しており、各タービン翼は、前記ロータの回転方向に実質上円弧状に凸状に延びる第1 の翼部と、該第1の翼部に実質上連続して、該第1の翼部から離れる方向に向けて前記ロータの回転方向後方に延びる第2の翼部とを有するエアタービンハンドピースにおいて、前記チャンバには、前記タービン翼の前記第1の翼部に向けて空気を噴出するためのノズル開口と、前記タービン翼に向けて噴出された空気を外部に排出するための排出開口とが開口しており、前記ハブ部の外周面は、上端から下端に向けて半径方向内方に凹状に円弧状に延びており、前記ノズル開口から前記タービン翼の第1翼部に噴出された空気は、前記第1の翼部によって案内されて前記回転方向後方に流れ、さらに前記第2の翼部によって案内されて前記第1の翼部から離れる方向に向けて前記回転方向後方に向けて下方に導かれ、その後前記排出開口を通して外部に排出されることを特徴とするものである。

そしてこの構成のハンドピースは、ロータの各タービン翼が、ロータの回転方向に実質上円弧状に凸状に延びる第1の翼部と、この第1の翼部から実質上連続してこれから離れる方向に前記回転方向後方に延びる第2の翼部とを有し、ノズル開口からの空気は、タービン翼の第1の翼部に向けて噴射される。それ故に、ノズル開口から噴射された空気は、第1の翼部の円弧状面に沿って回転方向後方に流れ、さらに第1の翼部に続く第2の翼部に沿って回転方向に導かれ、タービン翼に沿って流れる空気の流れがスムースになる。したがって、タービンブレード部に向けて噴射された空気は、タービン翼に沿ってスムースに流れて回転抵抗としてほとんど作用せず、ロータを効率良く回転駆動することができる。また本発明では、ハブ部の外周面が、上端から下端に向けて半径方向内方に凹状に円弧状に延びているので、ノズル開口からの空気がハブ部に作用し、ロータの回転トルクを上昇することができるとしている。

また本発明の形態3として、前記ハブ部の上部である第1の部分の外周面は、上端から下端に向けて半径方向内方に凹状に円弧状に延び、ハブ部の下部である第2の部分の外周面は、前記ロータの回転軸線方向下方に延びていることを特徴としている。また本発明は、前記ノズル開口から噴出された空気の一部が、前記ハブ部の前記第1および第2の部分によって案内された後、前記タービン翼に導かれることを特徴としている。そしてこの構成のハンドピースは、タービンブレード部のハブ部が、ロータの半径方向内方に向けて実質上円弧状に延びる第1の部分と、この第1の部分からロータの回転方向に延びる第2の部分とを有するので、ノズル開口から噴射された空気のうちハブ部に作用する一部が、この第1の部分から第2の部分に沿ってタービン翼に導かれ、更に、このタービン翼に作用することによって、ロータの回転トルクが上昇するとしている。

特許文献6の発明は、給気路先端の給気口の口径に対し、排気路の入口端の排気口の口径を大きく設定し、かつ、上記給気口から排気口に至るハウジング内を周回するエア通路を、給気口から排気口側にかけて順次拡大させ、さらに、前記タービン翼を、回転軸を同一にした上下2個の連接方式とし、2個のタービンの間にはセパレーターを設けて、各タービンに対応してヘッド部チャンバ内、並びにネック部の給気路、排気路及びエア通路を2系統に分離したことを特徴とするものである。また、上記構成に加えて、タービン翼とチャンバの上下内壁面の間隙を狭くとったことを特徴とし、特に切削工具を回転させるトルクの増大を図ったものである。

前記において、第1タービン翼及び第2タービン翼は、回転軸の軸方向からみてタービン翼とチャンバの上下内壁面との上下間隔を狭くとり、タービン翼に噴射された加圧空気が上下間隔の空隙によって急激に拡散することを防止し、給気速度が低下しないようにしている。また、給気路の給気口の口径に対し、ヘッドハウジングのチャンバ内を周回しエアを排気する排気口の口径を大きく設定し、上記給気口から排気口に至るエア通路を、給気路先端の給気口を起点として順次断面積を増大させ、排気口にて排気路の口径と一致するようにし、また、各タービン翼の先端部とチャンバ内左右の外周内壁面との左右間隙を、給気口より順次曲率半径を拡大させて排気口に至るようにしている。

この構成のハンドピースは、給気口から噴射された加圧空気の衝撃的圧力でタービン翼を回転させた後、チャンバの内部を、ヘッド部を上から見て時計回りに内壁面に沿って周回し排気させ、このとき、通気路であるチャンバの容積は、給気口を起点として、順次拡大してゆくので、加圧空気は急激に拡散することなく、給気速度を急速に低下させタービン翼の回転を妨げる抵抗作用を防止している。さらに、排気口においては、排気の容積を排気路と同一にしているので、給気と排気の過程におけるチャンバの内部を周回する加圧空気の流れは、チャンバ内の順次拡大された部分を通り排気路と同口径の排気口に至り、空気密度が順次低くなるので、タービン翼の回転を低下させる抵抗作用を防止できるとしている。

さらに、第1タービン翼及び第2タービン翼の連接方式とし、回転軸を同一として、同一回転数でトルクのパワーを倍増させている。また、給気及び排気系を上下2個のタービンに対応して上下2つに分け、エア供給上の損失を少なくしている。このために、上下のタービン翼の間に軸側セパレーター及びハウジング側セパレーターが設けられており、以上の作用により、タービンの効率は大きく向上し、回転する切削工具のトルクを増大させるとしている。

特許文献7の発明は、歯科用エアタービンハンドピースのロータを提供するもので、このロータは、回転軸に垂直であって、ロータ羽根の周囲に位置した空気受取り帯を等分する厚さのはずみ車を有し、このはずみ車の位置は、高位置を取ってもよければ低位置を取ってもよいが、好ましくは中間位置を取り、この中間位置を取るときは、ロータを推進するのに、一層能率的としている。その上、上列の各くさび状帯の垂直面は、下列の各くさび状帯の垂直面に関して規則正しく重なっているときは、ロータの1回転あたりの空気の原動数を増加させ、始動速度の増加および高回転状態におけるトルクの維持が可能としている。下列の各くさび状帯の垂直面に関する上列の各くさび状帯の垂直面の重なりが、半帯分だけずれていてもよい。また空気噴出流が1本だけで利用できるが、効率を高めるために、通常の1本の空気噴流を、直径の等しいあるいは直径の小さい2本あるいは複数本の噴流に分割して、くさび状の一元的空気受取り帯への加圧空気の到着を効率的に集中し、始動速度の増加および高回転状態におけるトルクの維持が可能になるというものである。

特開平０６−０４７０６０号公報ＷＯ２００６／１０１１３３号公報特許第４１００８３３号公報特許第３９０７２８４号公報特許第３２０８３４５号公報特許第３６８４６４３号公報特開平０１−１０４２５４号公報

しかしながら、前記特許文献1の場合は、給気弁および排気弁を設ける必要があり、更に排気弁を作動させるための電気信号(電磁弁を作動させる電気信号)、あるいは空気信号(エアバルブを作動させる空気信号)が必要となる。また当該回路をより有効に作用させるためには、排気弁を閉じた後に、給気弁を閉じるように作動させる必要があり、この順序で作動させるコントロール回路が不可欠となる。その他に、部品や回路の追加が必要でありコストアップになる。更にこの回路は、新たに工場から出荷される製品に適用されるものであって、市場の既存品には対応しにくいという問題がある。

特許2の場合は、ハンドピースのヘッド部における翼車に向けて空気を供給するための給気口、および供給された空気の排出口に加え、ヘッド部内で、翼車の回転にて遠心力が付与された空気が送り込まれ、加圧状態になって蓄積される緩衝空間、および排気口と翼車との間に位置し、翼車から排気口に流れる空気に抵抗を付与する周方向の側壁部を設ける必要がある。そして、その効果を有効に発揮するには緩衝空間が翼車の回転方向に対向して開口することによってサックバックを防止することができるものであるので、構造が複雑かつ煩雑であり、コストアップになってしまうという問題がある。

特許文献3の場合は、タービン室の領域に配置された出口開口部や出口開口部につながる流れ溝、およびウェッブの加工が煩雑であり、コストアップになるため、簡単な構造で経済的な構成の製品を提供することができないという問題がある。そして、タービン羽根車のほぼ中間の横平面に位置決めされた中間ウェッブと、入口開口部若しくはタービン室の関連側壁部との配置により、中間ウェッブの丸いウェッブ先端部が回転方向に向いた状態で流入方向に対して収束方向または斜めに延びていることによりタービンのパワーが増大されるとしているが、これは、中間ウェッブの形状と入口開口部、および出口開口部に繋がる経路と位置関係が円滑な流れを作り、功を奏しているものと考えられるが「パワーの増大」の程度は示されていない。しかも、タービン羽根車に中間ウェッブを設けることは非常に煩雑な加工となり更なるコストアップとなる。

特許文献4の場合は、排出空気通路に連通すると共に、軸周辺の領域に開口する接続通路の加工が容易ではなく、前記と同様にコストアップになるという問題がある。なお、この発明は本願発明に類似した構成ではあるが、本願発明とは異なり、排出空気通路に連通する接続通路を、タービン室の負圧発生部分から離れた軸周辺の領域等に開口し、負圧の発生を直接阻止するものではなく、発生した負圧の影響を緩和するもので、しかも構造上から加工コストが嵩むものであり、全く異なる構成である。

特許文献5の形態1は、ロータのタービンブレード部に向けて噴出させた空気を（流れ方向にある）複数枚のタービンブレードに効率よく当てることによって高トルクで回転駆動させることを意図しているが、タービンブレード部に向けて空気を噴出させるためのノズル開口の幅Ｗを、ロータの回転軸線方向の高さＨの2倍以上に設定する必要があり、通常のノズル径1.0mm乃至1.5mm程度の開口部を前記高さＨ（通常3.0mm乃至3.5mm 程度）の2倍以上に拡幅させる加工は容易ではなく、前記と同様にコストアップになるという問題がある。

形態2は、ノズル開口から噴射された空気が、第1の翼部の円弧状面に沿って回転方向後方に流れ、さらに第1の翼部に続く第2の翼部に沿って回転方向に導かれ、タービン翼に沿って流れ、空気の流れがスムースになっている。従って、タービンブレード部に向けて噴射された空気は、タービン翼に沿ってスムースに流れ、回転抵抗としてほとんど作用せず、ロータを効率良く回転駆動することができるとしている。また、ハブ部の外周面は、上端から下端に向けて半径方向内方に凹状に円弧状に延びているので、ノズル開口からの空気がハブ部に作用し、ロータの回転トルクを上昇することができるとしている。このような（各タービン翼から成る）ロータの形状は三次元的（略三次元的）に加工されて初めて成すものであり、その加工および加工プログラム作成の煩雑さは筆舌に尽くせないものが想像される。さらに、多くの加工時間が費やされることも想像に難くなく、大きなコストアップとなる。

形態3は、ノズル開口から噴射された空気のうちハブ部に作用する一部は、この第1の部分から第2の部分に沿ってタービン翼に導かれていて、このタービン翼に作用することにより、ロータの回転トルクに寄与し、ロータの回転トルクを上昇することができるとしている。この場合、各タービン翼から成るロータの形状は上記と同様に三次元（略三次元）形状を成しているばかりでなく、上下2段のタービン翼群から構成され下段が小径（略逆円錐）状になっていて、その加工および加工プログラム作成の煩雑さは筆舌に尽くせないものが想像される。さらに、多くの加工時間が費やされることも想像に難くなく、大きなコストアップとなる。

特許文献6の場合は、排気路を給気口より順次曲率半径を拡大させて排気口に至るように加工する必要があり、略円筒状の形状をしたヘッドの（チャンバ）内壁をヘッドのセンター（ロータ回転軸）に対して逐次、偏芯させながら排気路を形成していかなければならず、本願発明に比しても、その加工が煩雑であることは明白である。さらに、第1タービン翼及び第2タービン翼を連接方式とした場合にいたっては、給気及び排気系を上下2個のタービンに対応して上下2つに分けることを提案しており、給排気系を追加することは加工工数を増やすことでありコストアップとなる。

特許文献7の場合は、始動速度の増加および高回転状態におけるトルクの維持が可能というものであり、いわゆる「はずみ車」をロータの一部に組み込んだことが発明の主要件となっている。従って本願のエアタービンハンドピースの回転駆動力を増強し、省エネ効果を奏するものとは異なるものである。

以上、前記特許文献1から7はいずれも構造が複雑でコストが嵩み、しかも、本願のエアタービンハンドピースにおける、主要な要件である給気をタービン室に給気を噴射すると同時に排気をタービン室に還流せることにより駆動力を増強し、省エネ効果を奏するとともに、駆動停止時には排気をタービン室に還流させることによりタービン室に負圧が発生することを防止する構成について開示されていない。

よって、本発明は前記特許文献１から７における問題点を鑑みて、ハンドピースのタービン駆動終了のために給気を停止してもタービン羽根が惰性回転することによりタービン室に負圧が生じることを防止するために排気をタービン室に還流させ、またタービン駆動中にはタービン室に排気を還流させると同時に、タービン羽根に向かって給気を噴射させることによりタービン羽根の回転駆動力を増強することを目的として開発されたものである。

本願発明者は、先に出願した発明、（特願2010-211589エアタービンハンドピース）において、タービンを駆動する給気を停止してもタービン羽根が惰性回転することによりタービン室内に負圧が生じ、この負圧にて外気とともに患者の唾液や血液等の汚染物質がヘッド内に吸入されるという問題を解決するために負圧発生を防止する技術について開示したところである。その後、本願発明者は前記発明の技術に関連して更に研究を進めた結果、前記負圧発生防止技術に加えて、タービン駆動後の排気をタービン室に還流させ，同時にタービン羽根に給気を噴射することにより著しく駆動力を向上させることができる技術を開発した。

本発明の請求項1は、内部にタービン室を形成するとともに該タービン室内に回転自在なタービン羽根が設けられたヘッド部と、該ヘッド部に連設され術者に把持されるネック部と、該ネック部の後方に連設されたグリップ部とを備え、かつ前記タービン羽根を駆動するためにエア供給口から給気するエア供給管路および給気にて前記タービン羽根を回転した後に排気口から排気する排気管路を備えたハンドピースにおいて、前記排気管路に、還流入口としての一端を開口するとともにその他端としての排気出口を前記タービン室に開口する排気の還流管路を形成し、当該還流管路の前記還流出口の口径を、前記エア供給管路のエア供給口の口径で除した値を1以下に設定して構成し、かつ当該還流管路の前記還流出口を、前記エア供給口と前記排気出口との間における前記エア供給口近傍のタービン室に開口することにより構成したことを特徴とするエアタービンハンドピースであるとともに、請求項２の発明は、内部にタービン室を形成するとともに該タービン室内に回転自在なタービン羽根が設けられたヘッド部と、該ヘッド部に連設され術者に把持されるネック部と、該ネック部の後方に連設されたグリップ部とを備え、かつ前記タービン羽根を駆動するためにエア供給口から給気するエア供給管路および給気にて前記タービン羽根を回転した後に排気口から排気する排気管路を備えたハンドピースにおいて、前記排気管路に、還流入口としての一端を開口するとともにその他端としての排気出口を前記タービン室に開口する排気の還流管路を形成し、当該還流管路の前記還流出口の口径を、前記エア供給管路のエア供給口径をＤ_０とし、前記還流出口の口径をＤ_１とするときに、Ｄ_０：Ｄ_１＝1：0.62〜0.92として設定して構成し、かつ当該還流管路の前記還流出口を、前記エア供給口と前記排気出口との間における前記エア供給口近傍のタービン室に開口することにより構成したことを特徴とするエアタービンハンドピース、
そして請求項３の発明は、前記還流出口の口径を、前記エア供給管路のエア供給口径をＤ_０とし、前記還流出口の口径をＤ_１とするときに、Ｄ_０：Ｄ_１＝1：0.77として設定して構成し、かつ当該還流管路の前記還流出口を、前記エア供給口と前記排気出口との間における前記エア供給近傍のタービン室に開口することにより構成したことを特徴とする請求項２記載のエアタービンハンドピースである。

本発明のエアタービンハンドピースは、一端を排気管路に連通した還流管路の他端をエア供給管路のエア供給口近傍のタービン室に開口することにより、タービン室内の最も負圧が生じやすい部分に対して排気を直接に還流し、還流した排気にて負圧の発生を効率よく防止することができる。これによりエアタービンハンドピース内に負圧が発生した際に異物がハンドピース内に吸入されることを防止することができ、エアタービンハンドピースを介して生じる患者・術者または患者相互間の交叉感染を防止することが可能となる。更に還流管路の還流出口径を、前記エア供給管路のエア供給口径で除した値を1以下（≦1）に設定することによりハンドピースの使用中に、エア供給管路からタービン羽根に向かって噴射される給気に加えて、還流管路を介してタービン室の負圧発生部に供給される還流排気によりエア供給量が増加し、エアタービンハンドピースの回転駆動力が増強され、省エネ効果が得られる。また、還流管路の構成は簡単かつ加工が容易であるのでエアタービンハンドピースを廉価にて提供することができる。

（a）（b）は還流管路をエア供給口近傍のタービン室に向かって開口させた構成を示す縦および横断面図である。は還流の作用説明図である。排気を還流したタービン駆動の回転数と仕事率を示す線図である。排気を還流したタービン駆動の還流管路口径と仕事率を示す線図である。はエアタービンハンドピース全体の外観を示す斜視図である。

エアタービンハンドピースの駆動を停止するために駆動用の吸気を停止してもタービン羽根が惰性回転することによりタービン室内に負圧が生じることを防止するという目的を、一端の還流入口を排気管路に開口し、他端の還流出口をエア供給管路のエア供給口近傍のタービン室に開口する還流管路を設けることにより簡単な構成で達成することができた。またハンドピースの回転駆動力を増強し、省エネ効果を図るという目的を、還流管路の還流出口径を、前記エア供給管路のエア供給口径で除した値を1以下（≦1）に設定することにより達成することができた。

図5に示すように本発明を適用する本実施例のエアタービンハンドピース1は、術者により把持されるネック部2と、ネック部2の尖端側に連設されたヘッド部3と、ネック部2の後方に連設されたグリップ部4とからなり、グリップ部4の後端には図示しない給気管および排気管を内蔵するホース5が連結されている。

図1に示すようにエアタービンハンドピース1のヘッド部3内部には、タービン室15が形成され、その内部に位置するタービン羽根6が工具7を支持するチャック8に固定され、チャック8を介し、上下一対のボールベアリング9にて回転自在に軸支されている。なおチャック8の上端にはプッシュボタン10が設けられ、プッシュボタン10をバネ10aの付勢に抗して押圧することにより工具7の着脱が可能に構成されている。更にヘッド部3のネック部2側には、タービン羽根6を回転させるためのエア供給管路11およびタービン羽根6を回転した後のエアを排出する排気管路12が設けられ、更にエア供給管路11の出口側にはノズル13が連設され、エアはノズル13の尖端に形成されたエア供給口14からタービン室15に向かってエアが噴射される構成になっている。

本実施例では、前記構成において排気管路12に排気の還流入口19を介して還流管路16を連設するとともに、この還流管路16の他端の還流出口17をエア供給管路11のエア供給口14の近傍におけるタービン室15に開口させている。この構成のエアタービンハンドピース1は、エア供給管路11からのエア供給を停止した際に、図2中の矢印で示すように、排気管路12に流れ込んだ排気の一部が還流管路16を通って還流出口17からタービン室15におけるエア供給口14近傍のA領域に流れ込む。このA領域は吸気を停止した際に最も負圧が発生しやすい部分であり、このA領域に排気が直接に還流することで負圧の発生を効率よく防止することが可能になる。更にハンドピース1のタービン駆動中は、エア供給口14から噴射する供給エア、即ち加圧給気に加えて、還流排気が還流管路16を経てエア供給口近傍のタービン室に流れ込むことにより、エア供給量が増加し、タービンの回転駆動力が増強される。これにより省エネ効果を奏することが可能となる。

しかるに、上記回転駆動力の増強については、下記試験を行っているのでその説明をす
る。一例として、図1におけるエア供給口14の径を1.3mmとし場合、図3（a）から（g）の縦軸に仕事率、横軸に回転数を示す線図において、（a）は還流回路16を設けない場合で、20万回転で最高仕事率23.50Wを示している。これに対して還流回路16を設けた（b）では22万回転で23.66W、（c）では23万回転で25.91W、（d）では25万回転で27.48W、(e)では24万回転で25.53W、（f）では24万回転で26.34W、（g）では23万回転で23.44Wを示しており、還流管路径を変えた各々のハンドピースにおいて、無負荷運転時の手元圧の設定を0.22MPa(2.2bar)に設定しているので、エアの供給量は一定ではなく、減って行く傾向である。還流回路16を設けて排気をタービン室15に還流することにより供給エア量が増加し、その結果、回転数が20万から25万回転に増加して図中の矢印で示すように仕事率が著しく向上することが確認できた。

また図1におけるエア供給口14の径を1.3mmとし場合、図４の縦軸に仕事率、横軸に還流管路出口径を示す線図においては、還流管路16を形成しない従来型のエアタービンハンドピース1では最大仕事率が23.50Wとなることに対して、還流管路16を形成した本願のエアタービンハンドピースにおいては還流管路16の還流出口17の径1mm付近で仕事量26.95Wと最高値になり、著しく仕事量が増加したことを示している。

以上の試験結果から、還流回路１６の還流口径１７は、エア供給口１４の径が１．３ｍｍに対して０．８ｍｍから１．２ｍｍで効果がみられ、０．８ｍｍ以下及び１．２ｍｍ以上の範囲では次第に効果が低下する傾向にある。
また、前記範囲の０．８ｍｍから１．２ｍｍのうち０．９ｍｍから１．２ｍｍであることが好ましく、１．０ｍｍであることが最も好ましいことが判明した。

従って、本発明ではタービン羽根高さを３ｍｍとしエア供給口径を１．３ｍｍとした場合の回転駆動力が効率的に増強される還流出口径としては、還流出口径が０．９ｍｍから１．２ｍｍであることが好ましく、１．０ｍｍであることが最も好ましい。これを口径比で表せば、還流出口径をエア供給口径で除した値が１以下であることが好ましく、０．６９〜０．９２であることが効果的であり、０．７７であることが最も好ましい結果となった。

なお、タービン室15の容量によりエア供給口の径を1.3mmより小さくすると回転速度が上がりすぎることは同業者では周知の事実である。つまり、タービン羽根6の回転速度が上がりすぎない、即ち騒音が大きくならない程度のエア供給が可能な口径であれば、上記の口径に限定されない。また、逆にエア供給口の径を1.3mmより大きくすると、タービン羽根6の回転速度300000rpm〜400000rpm、好ましくは350000rpm〜400000rpmが得られないことが危惧される。しかし、一定の流速（所望の回転速度）が保てれば、エア供給口の径が1.3mmよりも大きくても、同様に上記の口径に限定されない。

以上により本発明のエアタービンハンドピースは、エア供給を停止した際に、排気が
エア供給口14近傍のタービン室に還流され、タービン室内に負圧が発生することを効率よく防止できる。またタービン駆動中は、エア供給管路11からタービン室に噴射される給気に加えて排気がタービン室に還流されることによりタービン室15に供給されるエアの量が増加し、タービン羽根6の回転駆動力が増強される。これにより省エネ効果を奏することができる。なお、タービン駆動停止時における排気の還流は、上記に限定されるものではなく、エア供給口14近傍に還流されればよい。またエア供給管路11や還流管路16の径も上記に限定されるものではない。また構造も簡単であり廉価に提供できる。

1 エアタービンハンドピース
2 ネック部
3 ヘッド部
4 グリップ部
5 ホース
6 タービン羽根
7 工具
8 チャック
9 ボールベアリング
10 プッシュボタン
11 エア供給管路
12 排気管路
13 ノズル
14 エア供給口
15 タービン室
16 還流管路
17 還流出口
18 排気口
19 還流入口

Claims

内部にタービン室を形成するとともに該タービン室内に回転自在なタービン羽根が設けられたヘッド部と、該ヘッド部に連設され術者に把持されるネック部と、該ネック部の後方に連設されたグリップ部とを備え、かつ前記タービン羽根を駆動するためにエア供給口から給気するエア供給管路および給気にて前記タービン羽根を回転した後に排気口から排気する排気管路を備えたハンドピースにおいて、
前記排気管路に、還流入口としての一端を開口するとともにその他端としての排気出口を前記タービン室に開口する排気の還流管路を形成し、前記エア供給管路のエア供給口径をＤ_０とし、前記還流出口の口径をＤ_１とするときに、当該還流管路の前記還流出口の口径を、Ｄ_０：Ｄ_１＝１：０．６９〜０．９２として設定して構成し、かつ当該還流管路の前記還流出口を、前記エア供給口と前記排気出口との間における前記エア供給口近傍のタービン室に開口することにより構成したことを特徴とするエアタービンハンドピース。
前記エア供給管路のエア供給口径をＤ_０とし、前記還流出口の口径をＤ_１とするときに、前記還流出口の口径を、Ｄ_０：Ｄ_１＝１：０．７７として設定して構成し、かつ当該還流管路の前記還流出口を、前記エア供給口と前記排気出口との間における前記エア供給口近傍のタービン室に開口することにより構成したことを特徴とする請求項２記載のエアタービンハンドピース。