JP7128549B2 - 手持型空気圧駆動医療機器 - Google Patents

Description

本発明は、医療機器技術分野に関し、特に、手持型空気圧駆動医療機器に関する。

タービンハンドピースは、圧縮空気をローターに吹き付けることによって動力が発生し、歯を削るためによく使用されている。通常、タービンハンドピースのヘッド部の切削回転数は、２０万回転／分程度であり、歯を削るときにヘッド部が十分なトルクを発生できるようにすることで、ヘッド部のスタックまたは回転数が低くなりすぎて作業効率に影響を与えないようにする。

ただしタービンハンドピースの切削回転数を確保するため、ヘッド部の空転回転数が３０～４５万回転／分以上に達していたことで、ヘッド部ベアリングの寿命が大幅に短縮していた。このため業界では高品質の高速ベアリングを用いてヘッド部の高回転数に耐え、ベアリングの寿命を延ばしているが、高速ベアリングは、高価であるためコストが大幅に増加する。またヘッド部の主給気孔への圧力制限により、主給気孔での圧縮空気の流速を制限してヘッド部の回転数の低下、ベアリングの寿命の延長という目的を達成するが、ヘッド部のトルクが不十分になり、歯医者の作業に影響を及ぼしていた。

これに鑑みて、本発明は、上記問題点を効果的に解決できる手持型空気圧駆動医療機器を提供する。

ヘッド部を備えた手持型空気圧駆動医療機器であって、前記ヘッド部は、ハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に設けられたローターと、を備え、前記ハウジング内に前記ローターを収容するための収容空洞が形成され、前記ハウジングに前記収容空洞に連通する主給気孔および排気孔が形成され、前記ハウジングの収容空洞を取り囲む壁面に複数の凹溝が設けられ、前記凹溝はハウジングの周方向に沿って間隔を置いて配置される。

一実施例では、前記収容空洞の壁面の周方向において、前記凹溝は主給気孔と排気孔との間に配置され、前記凹溝全体と主給気孔との間の周方向における間隔が前記凹溝全体と排気孔との間の周方向における間隔よりも大きい。

一実施例において、前記凹溝の数は、３～１５０である。任意の隣り合う２つの凹溝の中心間の周方向における間隔に対応する弧長は、半円周より小さい。

一実施例において、収容空洞の壁面に対して前記凹溝の半径方向における凹み深さは、１．０ｍｍ未満である。

一実施例において、前記凹溝の軸方向の長さは、１０ｍｍ未満であり、各凹溝がハウジングの軸線に対して平行な連続的または断続的な直溝である。もしくは、各凹溝は、ハウジングの軸線に対して一定の角度で傾斜した連続的または断続的な斜溝である。各凹溝は、収容空洞の壁面に沿って螺旋状に延びる螺旋溝である。

一実施例において、前記凹溝の半径方向横断面は、円弧形、放物線状、三角形、台形または不規則な形状である。

一実施例において、前記凹溝の壁面は、円弧形であり、対応する円弧半径が前記凹溝の半径方向の深さよりも大きい。

従来技術と比較して、本発明の手持型空気圧駆動医療機器は、ローターを取り囲むハウジングの壁面に溝を形成するように凹んでおり、凹溝に吹き付けられる回転気流を反射し、気流の方向および速度の変更を引き起こして干渉気流を形成すると、ヘッド部の空転時の回転数を効果的に下げ、歯を削る時のヘッド部のトルク出力を効果的に保証でき、かつ全体的な構造も単純で成形し易く、コストも抑えることが可能となっている。

本発明の一実施例に係る手持型空気圧駆動医療機器の構造模式図である。 図１に示される手持型空気圧駆動医療機器の半径方向断面図である（図内の矢印は、内部気流の流れ方向を模式的に示している）。 図１に示す手持型空気圧駆動医療機器の軸方向断面図である。 図１に示す手持型空気圧駆動医療機器のヘッド部ハウジングの軸方向断面図である。 図４に示すハウジングのＡ－Ａ線に沿った断面図である。 図５に示すハウジングのＢ－Ｏ－Ｂ線に沿った断面展開図である。 様々な形態の凹溝を示す図である。

本発明の理解を容易にするため、以下は関連の添付図面を参照しつつ本発明をより完全に描写する。本発明に開示された技術的手段の理解をより正確かつ完全にするように、本発明の１つまたは複数の実施例が例示的に添付図面に示されている。ただし、本発明は多種多様な形態で実施することができ、以下に描写される実施例に限定されないことを理解されたい。

図１に示すように、本発明の一実施例に係る手持型空気圧駆動医療機器は、ヘッド部１０と、ヘッド部１０に接続されたグリップ部２０と、を含む。前記グリップ部２０は、歯医者などの使用者が握るのに便利である。図２および図３を同時に参照すると、前記ヘッド部１０は、ハウジング１２と、前記ハウジング１２に接続された背面カバー１４と、前記ハウジング１２内に回転可能に設けられた中間シャフト１６と、前記中間シャフト１６を外嵌するローター１８と、を備える。図４に示すように、前記ハウジング１２は、全体として円筒状の構造であり、内部に貫通の軸孔１２０を形成している。前記背面カバー１４は、ハウジング１２の軸方向の一側端部を覆い被せ、前記中間シャフト１６が軸孔１２０内に回転可能に設けられ、中間シャフト１６の一端が前記背面カバー１４を支持し、他端が前記ハウジング１２の軸線の他方の一側端部を挿通して外側に延在する。前記ローター１８は、中間シャフト１６を外嵌し、中間シャフト１６を同期回転させ、両者が締まりばめ、ボンディング、スナップフィット等であり得る。

前記ハウジング１２の内壁面の軸方向中央部分は、半径方向に沿って凹んで前記軸孔１２０を取り囲み、前記ローター１８を設けるための収容空洞１２２を形成している。図２を同時に参照すると、前記ローター１８の直径は、前記収容空洞１２２の直径よりもわずかに小さく、ローター１８が前記ハウジング１２内に取付けられた後、その外縁部と前記収容空洞１２２を取り囲むハウジング１２の壁面１２３との間が半径方向に間隔を置き、両者の間に前記ローター１８を取り囲む流路１２５を形成する。好ましくは、前記ハウジング１２の内壁面は、収容空洞１２２の軸方向両側端で半径方向に沿って凹んで前記軸孔１２０を取り囲む収容空間１２４を形成し、前記各収容空間１２４内に前記中間シャフト１６の高速回転を支持するためのベアリング１９が設けられる。前記ベアリング１９は、好ましくはボールベアリングであり、ベアリング１９の半径方向外壁面１２９と前記ハウジング１２の内壁面との間にシールリング１１が設けられる。

図４乃至図６を同時に参照すると、前記ハウジング１２には、前記収容空洞１２２と連通し、各々圧縮空気の流入と流出のための主給気孔１２６および排気孔１２７が形成される。本実施例において、前記主給気孔１２６および排気孔１２７は、前記ハウジング１２とグリップ部２０との接続位置に形成され、ハウジング１２内のローター１８に面する。圧縮空気は、前記主給気孔１２６からハウジング１２の収容空洞１２２内に入り、ローター１８と収容空洞１２２を取り囲む壁面１２３との間の流路１２５に沿って前記排気孔１２７に流れて（図２に示すのは、時計回りに流れる）回転気流３０を形成し、最終的に排気孔１２７から外部に排出される。前記回転気流３０は、ハウジング１２を通って流れるとき、前記ローター１８に枢着された中間シャフト１６を時計回り方向に回転させるよう前記ローター１８を駆動する。その他の実施例において、前記圧縮空気は、反時計回り方向に回転する回転気流を形成し、そしてローター１８および中間シャフト１６を反時計回り方向に回転するよう駆動することもでき、本実施例に限定されない。

図２、図３に示すように、収容空洞１２２を取り囲む前記ハウジング１２の壁面１２３に複数の凹溝１２８が設けられる。示される実施例において、これらの凹溝１２８は、壁面１２３を半径方向に凹ませることによって形成される。壁面１２３に対して前記凹溝１２８の半径方向における凹み深さＴは、ハウジング１２の半径方向の厚さよりもはるかに小さく、すなわち凹溝１２８はハウジング１２を貫通しない盲溝であり、その半径方向の深さが１．０ｍｍ未満であり、好ましくは０．１～０．５ｍｍである。前記凹溝１２８の形状は、様々な構造を有することができ、例えばその半径方向の横断面が円弧形、台形、三角形、不規則な形状等であり得る。本実施例において、前記各凹溝１２８の断面は、円弧形であり、前記円弧の半径Ｒが０．５ｍｍで、壁面１２３に対して凹溝１２８の凹み深さＴがその半径Ｒよりも小さく、最大で０．３ｍｍである。

前記各凹溝１２８は、前記ハウジング１２の軸方向に平行に延在し、その軸方向の長さが前記ローター１８の軸方向の高さに近く、軸方向に前記ローター１８に面している。好ましくは、前記凹溝１２８の軸方向の長さＬは、１０ｍｍ未満である。本実施例において、前記凹溝１２８は、ハウジング１２の軸方向に平行な連続した直溝であり、その軸方向の長さＬが３ｍｍ程度である。その他の実施例において、前記凹溝１２８もハウジング１２の軸線に対し一定の角度で傾斜した斜溝であり得るか（図７Ａおよび図７Ｂ）、または収容空洞１２２の壁面１２３に沿って螺旋状に延びる螺旋溝であり得る（図８Ａおよび８Ｂ）。なお、いくつかの実施例において、前記各凹溝１２８は、断続的であり得る（図９Ａおよび９Ｂ）。

前記凹溝１２８は、ハウジング１２の内壁面の周方向に沿って、主給気孔１２６から排気孔１２７へ順に配置され、その数が好ましくは３～１５０である。圧縮空気への干渉作用を高めるため、任意の隣り合う２つの凹溝１２８の中心間の周方向における間隔に対応する弧長は、半円周より小さい。図５に示すように、本実施例において、前記凹溝１２８の数は、１０であり、それらは互いに等間隔に配置され、気流方向に沿った先頭の凹溝１２８は、周方向において前記主給気孔１２６から一定の距離を離れ、末尾の凹溝１２８が周方向において前記排気孔１２７に比較的近い。換言すれば、先頭の凹溝１２８と主給気孔１２６との間の周方向距離は、前記末尾の凹溝１２８と排気孔１２７との間の周方向距離よりも大きい。すなわち、前記凹溝１２８全体と主給気孔１２６との間の周方向距離は、前記凹溝１２８全体と排気孔１２７との間の周方向距離よりも大きい。本実施例において、ハウジング１２の周方向において前記１０つの凹溝１２８が占める弧長は、約半円周であり、すなわち１８０度の中心角に相当する。隣り合う２つの凹溝１２８の中心の周方向における間隔に対応する弧長は、円周の約１／１８で、すなわち２０度の中心角に相当する。

前記凹溝１２８は、収容空洞１２２を取り囲むハウジング１２の壁面１２３が凹んでから成り、凹溝１２８を取り囲む壁面１２９および収容空洞１２２を取り囲む壁面１２３は、異なる曲率を有するため、壁面１２９の各部位の接線方向が壁面１２３の接線方向と異なり、本実施例のように前記凹溝１２８の壁面１２９と収容空洞１２２の壁面１２３の接合部において、壁面１２９の接線方向と壁面１２３の接線方向との間で夾角αを形成し、前記夾角αが約５２度である。前記圧縮空気がハウジング１２内において流路１２５に沿って流れるとき、前記収容空洞１２２を取り囲む壁面１２３に沿って流れ、一部気流が凹溝１２８内に吹き付けられ、凹溝１２８の壁面１２９で反射され、図２に示すように、凹溝１２８によって反射された気流は、方向が変わるだけでなく、エネルギーも損失することで、速度が低下し、干渉気流３２となる。

本発明の手持型空気圧駆動医療機器が使用されているとき、圧縮空気は前記主給気孔１２６を経由してヘッド部１０の収容空洞１２２内に入り、前記ローター１８と収容空洞１２２を取り囲む壁面１２３との間の流路１２５に沿って高速に流動し、回転気流３０を形成してローター１８を駆動することで、中間シャフト１６を高速回転させる。ローター１８を取り囲む壁面１２３に凹溝１２８が形成されるため、一部の回転気流３０が壁面１２３に沿って流れながら凹溝１２８に入ると共に凹溝１２８によって反射され、方向および速度が一貫しない干渉気流３２を形成し、前記干渉気流３２は、ローター１８の高速回転を妨害し、ローター１８の回転数を低下させる。前記凹溝１２８の数が多いほど、より多くの干渉気流３２が形成され、ローター１８の回転数低下が益々明確となる。なお、前記回転気流３０の速度が速いほど、干渉気流３２を受ける影響が大きくなり、ローター１８の回転数低下も明確になる。

本発明の手持型空気圧駆動医療機器が歯を削るときに十分なトルクを発生できるよう確保するため、主給気孔１２６を通過する圧縮空気の流速または気圧をできる限り増加させ、ローター１８により大きな駆動力を得させることができる。前記手持型空気圧駆動医療機器が空転しているとき、ローター１８は、負荷がかからず、回転数は比較的高く、理論的には３０～４５万回転／分以上に達することができる。凹溝１２８によって形成された干渉気流３２が回転気流３０に影響を与えるため、それはローター１８を妨害し、前記手持型空気圧駆動医療機器の実際の空転速度が明らかに下がらせ、これにより前記ベアリング１９により長い寿命を持たせることができる。前記手持型空気圧駆動医療機器が歯を削るとき、ローター１８の回転数は負荷の影響のため２０万回転／分程度に下がり、この時ローター１８の回転数が回転気流３０の回転速度よりはるかに遅い。ローター１８の回転数が負荷によって２０万回転／分程度に低下したとき、凹溝１２８の作用で形成された干渉気流３２がローター１８に及ぼす影響は、基本的に無視できるものであり、前記手持型空気圧駆動医療機器が十分なトルクを出力するよう確保し、ヘッド部１０のスタックまたは回転数が低くなりすぎることを防ぎ、本発明の手持型空気圧駆動医療機器の作業効率を確保する。

本発明の手持型空気圧駆動医療機器は、ローター１８を取り囲むハウジング１２の壁面１２３に凹溝１２８が設けられ、凹溝１２８に吹き付けられる回転気流３０が反射され、方向および速度の変化を引き起こして干渉気流３２を形成し、前記干渉気流３２はヘッド部１０が空転しているときにローター１８に明らかな干渉を引き起こし、ローター１８の回転数を効果的に低下させ、ベアリング１９の寿命を延ばす。同時にヘッド部１０は、歯を削るときに負荷の影響を受けてローター１８の回転数は大幅に低下し、歯を削るときの干渉気流３２がローター１８に及ぼす影響は、負荷の影響よりもはるかに小さいため、干渉気流３２が基本的に歯を削るときのヘッド部１０の回転数に応答せず、十分なトルク出力を確保する。本発明は、凹溝１２８の設置を通じて削るときのトルク出力を確保すると同時に、無負荷時の回転数を効果的に低下し、ベアリング１９の寿命を延ばすことができる。前記凹溝１２８は、ＮＣ旋盤で成形スロッティングツールを往復運動させてスロッティングしてから成ることができ、ミーリング機能付きのＮＣ旋盤で切削バイト付き刃物台を駆動して加工されることもでき、製造工程が単純であり、基本的に全体的なコストに影響を及ぼさない。

言及すべき点では、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の創造的精神によれば、当業者は他の変化も行うことができ、本発明の創造的精神に従ってなされたこれらの変更は、すべて本発明によって主張される保護の範囲内に網羅される。

Claims (9)

1. ハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に設けられたローターと、を備えたヘッド部を含む手持型空気圧駆動医療機器であって、前記ハウジング内に前記ローターを収容するための収容空洞が形成され、前記ハウジングに前記収容空洞に連通する主給気孔および排気孔が形成され、前記主給気孔は、圧縮空気が前記収容空洞に流入されて、前記収容空洞内に前記ローターを駆動して回転させる回転気流を形成し、前記排気孔は、前記回転気流を前記収容空洞から流出させ、前記ハウジングの前記収容空洞を取り囲む壁面に複数の凹溝が設けられ、前記凹溝は前記ハウジングの周方向に沿って間隔を置いて配置され、前記収容空洞の壁面に対して前記凹溝の半径方向における凹み深さは、１．０ｍｍ未満であることを特徴とする手持型空気圧駆動医療機器。
2. 前記回転気流の方向において、前記凹溝は前記主給気孔から前記排気孔まで間隔を置いて配置され、前記凹溝全体と前記主給気孔との間の間隔が前記凹溝全体と前記排気孔との間の間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の手持型空気圧駆動医療機器。
3. 前記凹溝の数は、３～１５０であることを特徴とする請求項１に記載の手持型空気圧駆動医療機器。
4. 任意の隣り合う２つの前記凹溝の中心間の前記回転気流の方向における間隔に対応する弧長は、半円周より小さいことを特徴とする請求項１に記載の手持型空気圧駆動医療機器。
5. 前記凹溝の軸方向の長さは、１０ｍｍ未満であり、各前記凹溝が前記ハウジングの軸線に対して平行な連続的または断続的な直溝であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の手持型空気圧駆動医療機器。
6. 前記凹溝の軸方向の長さは、１０ｍｍ未満であり、各前記凹溝が前記ハウジングの軸線に対して一定の角度で傾斜した連続的または断続的な斜溝であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の手持型空気圧駆動医療機器。
7. 前記凹溝の軸方向の長さは、１０ｍｍ未満であり、各前記凹溝が前記収容空洞の壁面に沿って螺旋状に延びる螺旋溝であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の手持型空気圧駆動医療機器。
8. 前記凹溝の半径方向横断面は、円弧形、放物線状、三角形、台形または不規則な形状であることを特徴とする請求項１に記載の手持型空気圧駆動医療機器。
9. 前記凹溝の壁面は、円弧形であり、対応する円弧半径が前記凹溝の半径方向の深さよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の手持型空気圧駆動医療機器。

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