JP7064004B2 - 歯科用ファイル - Google Patents

Description

本発明は、歯科治療において根管の拡大・清掃に用いられる歯科用ファイルに関する。

歯科治療において根管の拡大や清掃に用いられる歯科用根管切削具として、リーマやファイルがある（特許文献１参照）。リーマは主に回転させることで根管内を切削し、ファイルは回転させたり軸方向に押し引きしたりして根管内の切削をするものである。

従来の歯科用根管切削具はステンレス製であったが、近年は複雑に湾曲した根管の治療に適した弾力性の高いニッケルチタン製が用いられることがある。更に、動力としては手動式だけでなく、歯科用ハンドピース（エンジン）に接続して用いられる電動式も増えている。そして、電動式にすることで、治療を迅速に行うことを可能としている。

図６は、一般的な歯科用ファイルの平面図である。ここに示した歯科用ファイル１００は、歯科用ハンドピースに接続して用いられるものである。この歯科用ファイル１００は、螺旋状で先端に向かって細くなっている形状の切刃からなる作業部１０１と、その作業部１０１の後端に連なるシャフト１０２と、そのシャフト１０２の後端に連なり歯科用ハンドピースに取り付けられる把持部１０３と、を有している。

このような歯科用ファイルの一般的な製造方法は、まず、細い線材から作業部になる部分をセンターレス加工機により一定のテーパー率（例えば、６／１００等）になるように加工し、その後、刃溝研削機により作業部の切刃になる溝を形成する。ここで、太い線材から加工すれば、作業部になる部分のテーパーと、切刃になる溝とを同時に形成することが技術的には可能であるが、研削量が多く砥石を傷めやすいことから、まず細い線材からテーパーを形成し、その後、切刃の形成をするといった、２段階に研削する方法を採用することが多い。ニッケルチタン製の歯科用ファイルの場合は、特に砥石を傷めやすいので、細い線材か２段階に研削する製造方法がよい。

歯科用ファイルは、複雑に湾曲した根管に追従して切削できる性能が求められる。つまり、切削性が高くても、柔軟性に乏しければ、根管の曲線に沿って曲がりきれず、直進方向に切削してしまい、根管の先端付近に切削していない箇所を残してしまうという不具合を生じることがある。

特許第４２４７３４６号

上記のような事情に鑑み、本発明は、適度な切削性を保ちつつ、柔軟性に優れることで、根管追従性能の高い歯科用ファイルを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明の歯科用ファイルは、螺旋状の作業部を有し、その作業部の任意位置での断面形状の外縁が１本の円弧と３本以上の線で構成され、前記円弧の一端が第１の切削刃であって、前記３本以上の線は円弧を一部分に含む仮想円の内側に位置していることとする。また、前記円弧の長さが仮想円の円周長さの１／１２以上１／３以下であることとするとよい。

さらに、仮想円の内側に第２の切削刃を有することにしてもよいし、作業部の螺旋状が、先端に近いほど螺旋ピッチが狭いことにしてもよい。

本発明の歯科用ファイルによれば、柔軟性に高い性能を有するので、複雑な形状の根管にも追従して切削することができるという効果を奏する。

（ａ）は歯科用ファイルの平面図であり、（ｂ）はＡ－Ａ線拡大断面図である。 従来品と本発明の作業部の断面形状である。 歯科用ファイルの製造工程を説明する図であって、（ａ）は線材の平面図、（ｂ）はテーパー材の平面図、（ｃ）は歯科用ファイルの平面図である。 歯科用ファイルの断面形状を説明する図であり、（ａ）はコアが３辺に接している図、（ｂ）はコアが１辺に接している図、（ｃ）はコアが２辺に接している図である。 作業部の螺旋ピッチを変化させた比較図であって、（ａ）は等ピッチの歯科用ファイル、（ｂ）は先端に向かってピッチが狭い歯科用ファイルである。 一般的な歯科用ファイルの平面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１（ａ）は本発明の歯科用ファイルの平面図であり、図１（ｂ）はＡ－Ａ線拡大断面図である。

歯科用ファイル１０は、根管を切削する作業部１１と、その作業部１１の後端に連なるシャフト１２と、そのシャフト１２の後端に連なり歯科用ハンドピースに取り付けられる把持部（図示省略）と、を有している。歯科用ファイル１０の素材としては、複雑に湾曲した根管の治療に適する弾力性の高いニッケルチタン製にするのがよい。ここで、作業部１１は、先端に向かって断面が小さくなるテーパー形状であり、かつ、相似形の断面が螺旋状に繋がった構成をしている。作業部１１の任意位置での断面形状は、１本の円弧４０（以下、「ランド」とする。）を有するものとする。

ランド４０は円弧形状なので、このランド４０を一部に含む仮想円５０が存在する。つまり、ランド４０は仮想円５０の円周上の円弧であり、ランド４０以外の作業部１１は全てこの仮想円５０の内側に収まっている。例えば、作業部１１の断面形状の外縁が、ランド４０と３本の線４１，４２，４３で形成された略四角形の場合は、ランド４０以外の３本の線４１，４２，４３は全て仮想円５０の内側にあることになる。なお、仮想円５０の内側に収まっている断面形状は、略四角形を基本とするが、特に限定しないので、略四角形以外の形状であってもよい。つまり、作業部１１の断面形状の外縁は、１本のランド４０（円弧）と３本以上の線で構成されていればよい。また、線４１，４２，４３の形状は、直線に近い曲線を基本とするが、特に限定せず、曲線でもよいし、直線であってもよい。ただし、作業部１１の断面形状があまりに小さい場合は、曲げや破断に対する強度が足りなくなるので、一定の強度を確保できる程度の断面形状にする必要はある。

ランド４０の長さＬは、長すぎると根管に接触する面積が大きくなって抵抗が増えたり、また、断面が大きくなって柔軟性に問題を生じることがある。逆にランド長Ｌが短すぎると、断面形状が小さくなるので強度が足りなくなってしまう。そこで、ランド長Ｌとしては、仮想円５０の円周長さの１／１２から１／３の長さにするとよい。つまり、仮想円の半径をＲとすると、ランド長Ｌは、２πＲ×１／１２≦Ｌ≦２πＲ×１／３となる。言い換えると、ランド４０の円弧の中心角θが３０゜以上１２０゜以下ということになる。なお、柔軟性がかなり重要になるので、好ましくはランド長Ｌの長さは、仮想円５０の円周長さの２／７以下にするのがよい。つまり、中心角θが、およそ１００゜以下ということになる。

ランド４０の一端は、根管内を切削する第１の切削刃１５とする。また、この第１の切削刃１５以外に仮想円５０の内側に第２の切削刃１６を設けてもよい。ここで、第１の切削刃１５は、第２の切削刃１６よりも外側にあるので、第１の切削刃１５が、この歯科用ファイル１０の切削能力に大きく寄与することになり、第２の切削刃１６は補助的な役割になる。図１（ｂ）に示した断面の例では、線４２，４３の交点が第２の切削刃１６となっている。なお、仮想円５０の内側に切削刃を設けないこともあるし、仮想円５０の内側にある線４１と線４２の交点や線４２と線４３の交点は、丸まっていることもある。

図２は、従来品と本発明の作業部の断面形状である。最も基本的な断面形状として、略長方形（略四角形）のもので比較した。従来品の作業部１１１の断面形状は、ほぼ平行な線１４１，１４３と、相対するランド１４０，１４２によって形成された略長方形であり、切削刃１１５は仮想円１５０上の２カ所に形成されることになる。一方、本発明に係る作業部１１の断面形状は、１本のランド４０と３本の線４１，４２，４３で形成されており、第１の切削刃１５は仮想円５０上に１カ所のみであり、第２の切削刃１６は仮想円５０の内側に設けられている。当然、線４１，４２，４３は、直線であってもよい。

従来品と本発明を比較して、切削刃１１５が２カ所で機能する従来品の歯科用ファイル１１０の方が、基本的に切削能力は高くなる。しかし、従来品は、断面が大きく、かつ、切削能力が高いので、複雑に湾曲した根管を切削するときに、根管形状に追従せずに、直進方向に切削することが懸念される。それに対して、本発明の歯科用ファイル１０では、第１の切削刃１５に第２の切削刃１６を付加することで切削能力をある程度確保しつつ、断面が従来品よりも小さい。つまり、削り過ぎず、かつ、柔軟性に優れることから、複雑に湾曲した根管にも追従し易い構成になっている。

第２の切削刃１６の位置は、仮想円５０に近すぎると切削能力が高くなってしまうし、仮想円５０の中心Ｏに近すぎると切削能力がほとんどなくて切削刃を設ける意味がなくなってしまう。したがって、第２の切削刃１６の位置としては、仮想円５０の中心Ｏから仮想円５０の半径Ｒの０．６倍から０．８倍の位置にあるのが好ましいと考える。なお、第１の切削刃１５で十分な切削能力を有する場合は、第２の切削刃を設けない場合もある。

図３は、歯科用ファイルの製造工程を説明する図であって、（ａ）は線材の平面図、（ｂ）はテーパー材の平面図、（ｃ）は歯科用ファイルの平面図である。歯科用ファイル１０の作業部１１は、以下の製造工程により形成される。

まず、ニッケルチタン製品の線材３０を用意する。この線材３０の断面は円形で、長さは完成品の歯科用ファイル１０の長さに基づいて決定される。ニッケルチタン製品にするのは、弾力性に富んだ素材であり、複雑に湾曲した根管であっても追従し易いからである。

次に、線材３０を研削し、先端に向かって一定の割合で細くなっているテーパー部分３２を有するテーパー材３１を形成する。テーパー部分３２は、完成品では作業部１１になる部分なので、作業部１１に相当する長さ及びテーパー率の円錐形状とする。なお、この円錐形上の断面形状は、まさに仮想円５０になっている。ここで、テーパー部分３２の任意の位置における断面の半径をＲとすると、軸方向に対する直径２Ｒの変化率がテーパー率であり、そのテーパー率は、例えば４／１００～６／１００（片側の勾配は２／１００～３／１００）の所定の値とすることができる。

最後に、テーパー部分３２を図１（ｂ）の断面形状が螺旋状に繋がるように研削して、作業部１１が形成される。ここで、作業部１１の断面形状において、ランド４０はテーパー部分３２の表面のままで研削せず、仮想円５０の内側の部分のみ研削することになる。

図４は、歯科用ファイルの断面形状を説明する図であり、（ａ）はコアが３辺に接している図、（ｂ）はコアが１辺に接している図、（ｃ）はコアが２辺に接している図である。

作業部１１の断面形状において、ランド４０はテーパー部分３２の表面のままで研削せず、３つの線４１，４２，４３の部分のみ研削して形成されている。ここで、線４１と線４２、及び、線４２と線４３は、互いに直交している。つまり、線４１と線４３は平行であり、線４２が線４１及び線４３のいずれとも直交している。また、線４１とランド４０の交点が切削刃１５となるので、切削刃１５の掬い角を大きく（鋭く）形成するために、線４１は僅かに反った曲線になることがある。また、線４２と線４３についても、作業部１１が螺旋状であることから、完全な直線に研削するのは難しく、直線に近い曲線になると考えられる。従って、線４１と線４３も、完全な平行ではない場合もあり、また線４２と線４１とのなす角及び、線４２と線４３とのなす角についても、９０°ではない場合もある。ただし、これらは緩い曲線なので、作業部１１の断面形状の概観としては、略長方形と言ってもよい。よって、線４１，４２，４３は、直線とみなして以下の説明をする。

テーパー材３１の軸心位置をＯとし、任意の位置の断面におけるテーパー部分３２の半径をＲとする。そして、完成品である歯科用ファイル１０において、軸心位置Ｏを中心とした半径Ｒの円を仮想円５０とする。つまり、ランド４０は仮想円５０の一部分ということになるので、ランド４０の両端の点は仮想円５０の円上にあることになる。そして、軸心位置Ｏは、仮想円５０の中心位置Ｏであり、当然この中心位置Ｏは、作業部１１の断面形状である略長方形の内側に位置している。

仮想円５０の中心位置Ｏから３本の線４１，４２，４３までの距離は、中心位置Ｏから３本の線４１，４２，４３にそれぞれ降ろした垂線の長さということになる。ここで、この垂線のうち最短のものの長さをｒ０とすると、中心位置Ｏから半径ｒ０の円形部分は、螺旋状の作業部１１の全長に亘って連続する部分であり、これを歯科用ファイル１０のコア５１とする。なお、半径ｒ０は歯科用ファイル１０の先端に向かって小さくなるので、コア５１は先端に向かって細くなる円錐形状ということになる。

図４（ａ）は、線４１，４２，４３に降ろした垂線の長さが等しい場合の図であり、言い換えると、コア５１が作業部１１の断面の３辺である線４１，４２，４３に接している場合の図である。したがって、作業部１１の断面は、テーパー部分３２の円形断面に対し３方向からＲ－ｒ０の深さだけ研削することで形成されたことになる。このように、垂線の長さが等しければ研削する量も等しくなるので、同じ研削プログラムを９０度回転させて３回繰り返せばよいことになり、製造を簡素化することができる。そして、製造の簡素化によって、量産化や品質の安定に寄与することができる。なお、このようにそれぞれの垂線の長さが等しい場合を基本とするが、垂線の長さをそれぞれ違う値にすることもできる。

図４（ｂ）は、線４２に降ろした垂線の長さｒ０が最短になる場合の図であり、言い換えると、コア５１が作業部１１の断面の１辺である線４２にのみ接している場合の図である。ここで、ｒ０以外の垂線の長さをｒ１及びｒ２とすると、ｒ０＜ｒ１、ｒ０＜ｒ２であり、ｒ１＝ｒ２となる場合もある。なお、図示していないが、コア５１が接する線が線４１や線４３の場合もあり、そのときは最短の垂線の位置が変わることになる。また、作業部１１の断面は、テーパー部分３２の円形断面に対し３方向からそれぞれ、Ｒ－ｒ０、Ｒ－ｒ１、Ｒ－ｒ２の深さだけ研削することで形成されたことになる。

図４（ｃ）は、線４１及び線４３に降ろした垂線の長さｒ０，ｒ０が最短になる場合の図であり、言い換えると、コア５１が作業部１１の断面の２辺である線４１及び線４３に接している場合の図である。なお、図示していないが、コア５１が接する２辺は、線４１と線４２であってもよいし、線４２と線４３であってもよい。また、作業部１１の断面は、テーパー部分３２の円形断面に対し３方向からそれぞれ、Ｒ－ｒ０、Ｒ－ｒ０、Ｒ－ｒ３の深さだけ研削することで形成されたことになる。

なお、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に例示された歯科用ファイルの断面形状の場合、以下のような特徴がある。まず、仮想円５０の中心位置Ｏとランド４０の中央を結んだ線で断面を切断した場合、切断した部分同士は対称となる。つまり、断面形状の対角線の長さは等しくなる。また、ランド４０に隣接する線４１，４３同士は平行であり、ランド４０に隣接する線４１，４３とランド４０に対向する線４２は垂直に交わる。また、ランド４０の端部同士を結んだ仮想線は、ランド４０に対向する線４２と平行になる。

作業部１１の断面の重心位置Ｇは、仮想円５０の中心位置Ｏとは、ずれることになる。このような状態をオフセンターという。本発明の歯科用ファイル１０は、オフセンターになっていることで柔軟性や耐破折性に優れているとともに、切削片の排出性が良いため切れ味が滑らかになるという特徴がある。

図２に示した断面形状の従来品１１０と本発明の歯科用ファイル１０について、根管追従性試験を行った結果、従来品の歯科用ファイル１１０よりも本発明の歯科用ファイル１０の方が、根管壁を均等に切削できることから、根管追従性が優れていることが分かった。その理由としては、本発明に係る作業部１１の断面は、従来品よりも断面二次モーメントが小さいので柔軟性が高いことと、ランドが1カ所で断面がオフセンターなので、従来品よりも根管壁との間に隙間があるということが考えられる。したがって、本発明の歯科用ファイル１０の方が、Ｓ字等に曲がった根管においても、その根管形状に追従し易い構造であると考えられる。さらに、本発明の歯科用ファイル１０は、適度な長さのランドを有し、仮想円上の第１の切削刃１５により、根管を削り過ぎず適度に切削することができる。それとともに、根管で曲がった箇所においては、第２の切削刃１６が根管壁に軽く当接し、緩やかに削る切削刃として機能するので、Ｓ字等に曲がった根管においても、根管壁を均等に切削することができたと考えられる。

更に性能の良い歯科用ファイルを求めて、作業部の螺旋ピッチを変化させて、性能比較をしてみた。図５は、作業部の螺旋ピッチを変化させた比較図であって、（ａ）は等ピッチの歯科用ファイル、（ｂ）は先端に向かってピッチが狭い歯科用ファイル（以下、「前詰めピッチ」とする。）である。なお、ピッチを分かりやすくするために、ランド４０の見える部分は、塗りつぶして記載している。等ピッチのものは、全てピッチが同一であるが、前詰めピッチのものは、先端に近いほどピッチが狭くなる構成である。なお、図５（ｂ）とは逆に先端に向かってピッチを広くした製品も考えられるが、その場合は、先端付近の強度が弱くなり、変形が生じやすくなってしまうため、比較対象からは除外することとした。

比較試験としては、作業部１１が根尖へ進む力を推定するスクリューリング試験と、根管から引き抜く際の引き上げ荷重の比較を行った。その結果、根尖へ進む力は、ピッチを変えてもほぼ同程度であったが、引き上げ荷重は、前詰めピッチの方が軽くなった。これは、前詰めピッチの方が、作業部１１の根元側のピッチが広いために、切削刃１５の掬い角が小さくなって根管壁に対して鈍く当たるようになり、抵抗が小さくなったためだと考えられる。

したがって、歯科用ファイル１０の性能をより高めるためには、螺旋ピッチを先端に向かって前詰めにするのが効果的であることが分かった。

以上より、本発明の歯科用ファイルは、十分な切削性を有しながら、高い柔軟性を有しているため、根管追従性に優れた性能を発揮することができるものである。また、切削片の排出性もよく、更に螺旋ピッチを変えることで、より高い性能を有する歯科用ファイルとすることができる。

１０ 歯科用ファイル
１１ 作業部
１２ シャフト
１５ 第１の切削刃
１６ 第２の切削刃
３０ 線材
３１ テーパー材
３２ テーパー部分
４０ 円弧（ランド）
５０ 仮想円
Ｒ 仮想円半径
Ｌ ランド長

Claims (4)

1. 螺旋状の作業部を有し、
   前記作業部の任意位置での断面形状の外縁が１本の円弧と３本以上の線で構成され、前記円弧の一端が第１の切削刃であって、
   前記３本以上の線は前記円弧を一部分に含む仮想円の内側に位置しており、前記仮想円上にある切削刃は前記第１の切削刃のみであることを特徴とする歯科用ファイル。
2. 前記円弧の長さが前記仮想円の円周長さの１／１２以上１／３以下であることを特徴とする請求項１に記載の歯科用ファイル。
3. 前記仮想円の内側に第２の切削刃を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歯科用ファイル。
4. 前記作業部の螺旋状が、先端に近いほど螺旋ピッチが狭いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の歯科用ファイル。

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