JPWO2012002325A1 - 医療用切削器具 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロウ付けにより高い接合強度を安定して発揮することができる医療用切削器具を提供する。【解決手段】切削器具（Ａ）は、丸棒状のステンレス鋼又は工具鋼によって形成されたシャンク部（１）の先端に超硬合金又はセラミックスによって形成された作業部（２）を設けて構成される。シャンク部（１）と作業部（２）とはロウ付け部（３）を介して接続されており、ロウ付け部（３）は、シャンク部（１）又は作業部（２）の何れか一方又は両方に形成された突出部を設けたロウ付け面を相互に接触させてロウ付けされている。ロウ付け面に設けられた突出部は頂点（５ａ）を有する傾斜面（５ｂ）として形成されており、傾斜面（５ｂ）の高さはシャンク部（１）ロウ付け面の直径の０．５％以上８％以下の範囲に設定されている。
Description
本発明は、歯科治療を行う際に用いる歯牙の表層や歯槽骨を含めた骨等を切削するための医療用切削器具に関するものである。
例えば歯科治療では、歯牙の表層を切削して目的の治療を行うことがある。このような治療に際して用いる医療用切削器具は、ハンドピースのチャックに把持されるシャンク部と、シャンク部に連続して形成され外周から先端部分にかけて表層を切削するための切刃を形成した作業部と、を有して構成されている。そして、医師がハンドピースを操作して医療用切削器具を回転させつつ、作業部を治療すべき部位に押圧することで、表層を切削して目的の治療を施している。
上記の如く構成された医療用切削器具に於いて、作業部は硬い表層に対する切削性能を確保するために、タングステンカーバイドに代表される超硬合金を用いるのが一般的である。しかし、シャンク部まで超硬合金によって形成したのでは、加工に要する時間数が多くなるという問題が生じる。
このため、医療用切削器具として、シャンク部をステンレス鋼や工具鋼によって構成し、このシャンク部の先端に作業部を構成する超硬合金を突き合わせ接合して構成したものが提供されている。このように、ステンレス鋼や工具鋼と超硬合金、のように異なる金属どうしを接合する場合、摩擦圧接、抵抗溶接、ロウ付け、等の方法を選択的に採用するのが一般的である。
シャンク部を構成するステンレス鋼或いは工具鋼と、作業部を構成する超硬合金とを摩擦圧接或いは抵抗溶接した医療用切削器具では、接合面に於ける接合強度にばらつきが生じ、不良率が高くなるという問題がある。
また、シャンク部を構成するステンレス鋼或いは工具鋼と、作業部を構成する超硬合金とをロウ付けした医療用切削器具では、シャンク部と作業部の接合面を互いに平坦な面として形成し、これらの接合面を突き合わせてロウ付けしている。このような医療用切削器具の場合でも、接合面どうしの間隔が変化すると接合強度が変化してしまうという問題が生じている。
本発明の目的は、高い接合強度を安定して発揮することができる医療用切削器具を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明に係る医療用切削器具は、丸棒状のステンレス鋼又は工具鋼によって形成されたシャンク部の先端に超硬合金又はセラミックスによって形成された作業部を設けた医療用切削器具であって、前記シャンク部を構成するステンレス鋼又は工具鋼と、作業部を構成する超硬合金又はセラミックスとはロウ付け部を介して接続されており、該ロウ付け部は、シャンク部又は作業部の何れか一方又は両方に形成された突出部を設けたロウ付け面を相互に接触させた状態でロウ付けされているものである。
上記医療用切削器具に於いて、前記ロウ付け面に設けられた突出部は頂点を有する傾斜面として形成されており、前記頂点が、対向するロウ付け面に設けられた頂点を有する傾斜面に於ける頂点を含む傾斜面又は平坦な面に接触した状態でロウ付けされていることが好ましく、前記頂点を有する傾斜面はシャンク部を構成する丸棒状のステンレス鋼又は工具鋼の軸方向の端部に形成されたロウ付け面に形成されており、該傾斜面の高さはステンレス鋼又は工具鋼のロウ付け面の直径の０．５％以上８％以下の範囲に設定されていることがより好ましい。
本発明に係る医療用切削器具では、シャンク部の端部に形成されたロウ付け面、作業部の端部に形成されたロウ付け面、の何れか一方又は両方に突出部を設け、これらのロウ付け面を対向させて相互に接触させた状態でロウ付けされている。即ち、シャンク部のロウ付け面と作業部のロウ付け面は、互いに対向して接触していることから、一方のロウ付け面に設けられた突出部を構成する外面の一部は、他方の面に設けられた突出部を構成する外面の一部、或いは突出部以外の形状に形成された表面の一部と接触している。
このため、接触したロウ付け面どうしの間には、突出部どうしの形状に応じた空間、或いは突出部と突出部以外の形状に応じた空間が構成されることになる。そして、前記空間の間隔は両ロウ付け面が相互に接触していることから変化することがない。従って、ロウ付けに際し、ロウが充填される空間の容積は一定となり、ばらつきのない安定したロウ付け作業を行うことが可能となり、この結果、高い接合強度を安定して発揮することができる。
特に、ロウ付け面に設ける突出部を頂部を有する傾斜面として形成すると共に、この頂点を、対向するロウ付け面に設けた頂点を有する傾斜面に於ける頂点を含む傾斜面、或いは平坦な面に接触させることで、この接触部位は略点接触となる。このため、対向するロウ付け面どうしの間に形成された空間は頂点に向かって間隔が狭くなる形状となる。従って、前記空間は毛細管現象を発揮し、該空間に充填したロウが溶融したとき、このロウは頂点に向かって引きつけられて外部への流出が抑えられ、安定したロウ作業を実現することができる。
更に、傾斜面の高さをロウ付け面の直径の０．５％以上８％以下の範囲とすることによって、対向するロウ付け面間の距離を小さくすることができ、毛細管現象をより安定して発揮させることができる。
Ａ 切削器具
１ シャンク部
１ａ 把持部
１ｂ ネック部
１ｃ 接合座
１ｄ ロウ付け面
２ 作業部
２ａ 切刃
２ｂ ロウ付け面
３ ロウ付け部
５ａ 頂点
５ｂ 傾斜面
６ ロウ
７ 素材
８ 中間素材
１ シャンク部
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６ ロウ
７ 素材
８ 中間素材
以下、本発明の医療用切削器具（以下「切削器具」という）について説明する。本発明の切削器具は、医師が手で把持して操作するハンドピースのチャックに装着されて回転し、作業部が歯牙の表層や歯槽骨を含む骨等の表面を押圧して該表層或いは表面を切削するものである。特に、作業部を超硬合金或いはセラミックスによって構成することで良好な切削性能を確保し、シャンク部をステンレス鋼或いは工具鋼によって構成することで高い耐久性を発揮し得るようにしたものである。
本発明の切削器具に於いて、シャンク部はステンレス鋼或いは工具鋼からなる丸棒状に形成され、端部にロウ付け面が形成されている。シャンク部を構成するステンレス鋼としては析出硬化型ステンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼或いはオーステナイト系ステンレス鋼を採用することが可能であり、工具鋼としては炭素工具鋼や高速度工具鋼或いは合金工具鋼等の工具鋼を選択的に採用することが可能である。
また、作業部は超硬合金或いはセラミックスからなり、端部にロウ付け面が形成されている。作業部を構成する超硬合金としては機械加工に於ける切削具として用いられるタングステンカーバイド（ＷＣ）やチタンカーバイドを採用することが可能であり、セラミックスとしてはサーメットに代表される超硬セラミックスを採用することが可能である。
シャンク部のロウ付け面及び作業部のロウ付け面の何れか一方、或いは両方に設けられた突出部の機能は、シャンク部のロウ付け面と作業部のロウ付け面との間隔を設定すると共に、ロウ付け作業中に於ける前記間隔を保持するものである。このように、ロウ付け面に設けた突出部を対向するロウ付け面に相互に接触させることによって、ロウ付け面の間の間隔を保持することが可能となる。このため、ロウ付け面の間隔を安定して保持した状態でロウ付け作業を行うことが可能となり、ロウ付け作業に起因する強度のばらつきを排除することが可能となる。
ロウ付け面に設ける突出部としては、上記機能を発揮し得るものであれば良く、形状を特に限定するものではない。このような突出部として、曲面状、円錐状、角錐状等があり、これらの形状を含むどのような形状であっても良い。
しかし、シャンク部や作業部を構成する材料に対する加工の容易さ等の条件を考慮すると、突出部としては頂点を有する傾斜面として形成されていることが好ましい。そして、一方のロウ付け面に設けられた突出部を構成する傾斜面の頂点を、対向する他方のロウ付け面に設けられた突出部を構成する頂点を含む傾斜面、或いは平坦な面に接触させた状態でロウ付けされていることが好ましい。
上記したように、ロウ付け面に設ける突出部は、シャンク部のロウ付け面、作業部のロウ付け面の何れか一方或いは両方である。特に、突出部をシャンク部又は作業部の何れか一方のロウ付け面に設ける場合、シャンク部が加工性の優れたステンレス鋼或いは工具鋼によって構成されることから、該シャンク部のロウ付け面に設けることが好ましい。そして、シャンク部に於ける長手方向（軸方向）の端部にロウ付け面を形成することが好ましい。
ロウ付け面に設ける頂点を有する傾斜面は、対向するロウ付け面の頂点を含む傾斜面或いは平坦な面と接触した状態でロウ付けされる。即ち、傾斜面の高さが対向する二つのロウ付け面の間隔を規定することとなり、ロウ付け部に於けるロウの容量を設定することとなる。このため、傾斜面の高さは、シャンク部と作業部との接合部に於ける太さに対応して変化させることが好ましい。
本件発明者等の実験では、ロウ付け面に設けた傾斜面の高さは、該ロウ付け面の直径の０．５％以上８％以下の範囲に設定されていることが好ましい。前記範囲よりも高さが小さい場合、ロウの量が少なくなって十分な接合強度を得ることが困難である。また前記範囲よりも高さが大きい場合、ロウの量が大きくなって作業性が劣化し、且つコストが上昇すると共に接合強度にばらつきが生じる。特に、より均一で充分に大きい接合強度を得るためには、ロウ付け面に設けた傾斜面の高さは、該ロウ付け面の直径の１％以上５％以下の範囲に設定されていることが好ましい。
シャンク部と作業部とはロウ付け部を介して接続されている。ロウ付け部を構成する際に用いるロウの材質は特に限定するものではないが、比較的低温で溶融する銀ロウであることが好ましい。また、銀ロウの性状も特に限定するものではなく、箔状、棒状、ペースト状の何れであっても良い。しかし、切削器具は作業部の太さが１ｍｍ前後と細いため、ペースト状であることが好ましい。
次ぎに、本実施例に係る切削器具の構成を図１、２により具体的に説明する。
図に於いて、切削器具Ａは、図示しないハンドピースのチャックに装着されるシャンク部１と、図示しない歯牙の表層を切削する作業部２と、を有して構成されている。本実施例に於いて、シャンク部１はオーステナイト系ステンレス鋼を材料として構成されており、作業部２はＷＣを材料として構成されている。そして、シャンク部１と作業部２はロウ付け部３でロウ付けにより接続されて一体化することで、切削器具Ａが構成されている。
切削器具Ａに於ける作業部２の外形形状や太さ及び長さ等の仕様は、切削すべき部位や程度等の治療目的に対応させて設定されている。このため、図１に示す切削器具Ａは、切削器具Ａの一例に過ぎない。例えば、作業部２の形状は、図１に示す先端が球形で太さが一定の丸棒状、先端が球形で太さが先端ほど細いテーパ状、球形状等がある。そして、作業部２の外周面には、複数の螺旋状の切刃２ａが形成されている。
また、作業部２のシャンク部１側の端面にはロウ付け面２ｂが形成されている。特に、図２に示すように、本実施例では、作業部２のロウ付け面２ｂは平坦な面として形成されている。
シャンク部１はハンドピースのチャックに装着された状態で回転し且つ操作される。このため、シャンク部１の一方側にはチャックに装着される把持部１ａが形成されている。この把持部１ａは作業部２の形状や太さ及び長さの如何に関わらず、チャックのサイズに対応した一定の太さを有している。
また、シャンク部１には把持部１ａに連続してテーパ状のネック部１ｂが形成されており、該ネック部１ｂの先端に接合座１ｃが形成されている。そして、接合座１ｃの端面にロウ付け面１ｄが形成されており、このロウ付け面１ｄに頂点５ａを有する傾斜面５ｂが形成されている。
前述したように、作業部２の太さは仕様に対応して適宜設定されている。このため、ネック部１ｂの最も細い部分の径を作業部２の太さに対応させて設定すると、シャンク部１の種類は大きなものになる。このため、ネック部１ｂの先端に接合座１ｃを形成することで、シャンク部１の種類を少なくして在庫点数の軽減をはかるようにしている。
接合座１ｃは作業部２の外径と等しい径を有しており、且つ外周面に切刃２ａの一部が連続して形成されている。このため、接合座１ｃはシャンク部１を構成するネック部１ｂの最も細い部位の太さよりも大きい径を持って形成されている。
シャンク部１のロウ付け面１ｄに形成された頂点５ａを有する傾斜面５ｂは、加工の容易さから円錐状の傾斜面として形成されている。傾斜面５ｂを円錐状とすることによって、丸棒状の素材からシャンク部１を回転切削する際に、他の部位、例えばネック部１ｂ、接合座１ｃの加工と同時にロウ付け面１ｄの加工を行うことが可能となり有利である。
本実施例では、傾斜面５ｂの高さは、作業部２の太さが１．２ｍｍの切削器具Ａの場合、０．０３８ｍｍであり、作業部２の太さの約３．１％に設定されている。また、作業部２の太さが１．０ｍｍの切削器具Ａの場合、０．０３１ｍｍであり、作業部２の太さの３．１％に設定されている。更に、作業部２の太さが０．８ｍｍの切削器具Ａの場合、０．０２２ｍｍであり、作業部２の太さの約２．８％に設定されている。
ここで、作業部２の太さが１．０ｍｍで傾斜面５ｂの高さを変化させたときの曲げ強度について説明する。
本件発明者は、作業部２の太さを１．０ｍｍに設定すると共にロウ付け面２ｂを平坦な面とし、シャンク部１のロウ付け面１ｄに傾斜面５ｂを設けると共に該ロウ付け面の高さを０．００３ｍｍ〜０．０９ｍｍの範囲で８種類設定し、設定された寸法毎に１０本のテストピースを製作してＪＩＳ Ｔ ５５０２：２００１（歯科用回転器具−試験方法）３．３けい部強さ試験に規定された方法で曲げ試験を行った。歯牙や歯槽骨等の硬い層を切削する切削器具Ａに要求される曲げ強度を３５Ｎ（ニュートン）以上とした。
試験１、ロウ付け面の高さ：０．００３ｍｍ、作業部２の太さに対する比率：０．３０％（以下同じ）、１０本のテストの曲げ試験の結果（以下同じ）曲げ強度は２９Ｎであった。この曲げ強度では実用上不充分と判定される。
試験２、ロウ付け面の高さ：０．００５ｍｍ、作業部２の太さに対する比率：０．５０％、曲げ強度は３５Ｎであった。この曲げ強度は実用上充分と判定される。
試験３、ロウ付け面の高さ：０．０２ｍｍ、作業部２の太さに対する比率：２．００％、曲げ強度は４１Ｎであった。この曲げ強度は実用上充分と判定される。
試験４、ロウ付け面の高さ：０．０３ｍｍ、作業部２の太さに対する比率：３．００％、曲げ強度は４５Ｎであった。この曲げ強度は実用上充分と判定される。
試験５、ロウ付け面の高さ：０．０４ｍｍ、作業部２の太さに対する比率：４．００％、曲げ強度は４２Ｎであった。この曲げ強度は実用上充分と判定される。
試験６、ロウ付け面の高さ：０．０６ｍｍ、作業部２の太さに対する比率：６．００％、曲げ強度は３８Ｎであった。この曲げ強度は実用上充分と判定される。
試験７、ロウ付け面の高さ：０．０８ｍｍ、作業部２の太さに対する比率：８．００％、曲げ強度は３６Ｎであった。この曲げ強度は実用上充分と判定される。
試験８、ロウ付け面の高さ：０．０９ｍｍ、作業部２の太さに対する比率：９．００％、曲げ強度は２７Ｎであった。この曲げ強度は実用上、不充分と判定される。
上記試験１〜８の結果、最も良好な曲げ強度を発揮し得る高さが存在し、このときの高さを頂点として低くなっても、高くなっても曲げ強度は低下する。そして、高さが低く過ぎても、高く過ぎても、曲げ強度は実用上不充分となる。即ち、上記試験結果のグラフは、比率：３．００％で、曲げ強度：４５Ｎを頂点とする二次曲線となる。
従って、実用的な曲げ強度を発揮し得る範囲は、ロウ付け面の直径の０．５％以上８％以下であるといえる。特に、曲げ強度が約４０Ｎよりも大きい範囲にあることを示す、ロウ付け面の直径に対する比率が、１％以上５％以下の範囲であることがより好ましいといえる。
ロウ付け部３は、シャンク部１のロウ付け面１ｄに設けられた傾斜面５ｂの頂点５ａが、作業部２のロウ付け面２ｂの平坦な面に接触しており、これにより、二つのロウ付け面１ｄ、２ｂの間に傾斜面５ｂの高さに対応した間隔を持った隙間が形成されている。そして、前記隙間に充填されたロウ６によって、シャンク部１と作業部２とが一体的に接合されている。
シャンク部１と作業部２をロウ付けする際に用いるロウは、特に限定するものではないが、比較的溶融温度の低い銀ロウであることが好ましい。また、ロウ付け作業を行う際に用いるロウの性状は、箔状、棒状であって良いが、ペースト状であると好ましい。
上記の如く構成された切削器具Ａは、ハンドピースに把持され高速回転して目的の部位を切削するため、シャンク部１の回転軸心と作業部２の回転軸心とが正確に一致していないと、作業部２が偏心回転して破断する虞がある。
このため、本実施例に係る切削器具Ａでは、図３に示すようにして製造されている。即ち、予め切刃２ａを形成した作業部２としての超硬合金をシャンク部１にロウ付けするのではなく、目的の作業部２の太さや長さよりも十分に大きい超硬合金をシャンク部１にロウ付けした後、該超硬合金を加工することで、回転軸心の一致した切削器具Ａを製造している。
先ず、図３（ａ）に示すように、シャンク部１の接合座１ｃに形成したロウ付け面１ｄに、目的の作業部２の太さと長さよりも十分に大きい超硬合金の素材７を対向させる。このとき、素材７のシャンク部１のロウ付け面１ｄと対向する面は作業部２のロウ付け面２ｂとなるものであり、平坦な面として形成されている。
その後、シャンク部１のロウ付け面１ｄに設けた傾斜面５ｂの頂点を素材７の端面に形成されたロウ付け面２ｂに接触させてロウ付け部３を構成し、この状態を保持して両ロウ付け面１ｄ、２ｂの間にロウ６を充填してロウ付け部３を加熱する。ロウ付け部３の加熱によってロウ６が溶融し、溶融したロウは傾斜面５ｂと平坦な面との間で生じる毛細管現象によって確実に中心部分に入り込み、空隙を生じさせることがない。
ロウ付け部３を所定時間加熱した後、該ロウ付け部３を冷却すると、この冷却に伴ってロウが固化し、シャンク部１と作業部２を構成する素材７がロウ付けされて一体化する。このとき、シャンク部１の回転軸心と素材７の回転軸心が一致していることの保証はない。
次ぎに、図３（ｂ）に示すように、素材７を加工して中間素材８を構成する。この作業は、シャンク部１の把持部１ａを図示しない加工装置に装着し、この状態で回転させつつ、素材７を研削して目的の作業部３の太さとするものである。このように、シャンク部１の把持部１ａの回転軸心が切削器具Ａの回転軸心となることから、素材７の回転軸心がシャンク部１の回転軸心と一致していない場合であっても、中間素材８の回転軸心はシャンク部１の回転軸心に正確に一致することとなる。
次ぎに、図３（ｃ）に示すように、中間素材８を加工して半球状の端部を形成すると共に外周面に螺旋状の切刃２ａを形成する。これらの加工を経ることによって、素材７から中間素材８を経て作業部２が形成され、これにより、切削器具Ａが製造される。
本発明の切削器具では、作業部２が極めて硬い超硬合金で構成されているため、歯牙の硬い表層や歯槽骨、或いは歯科治療に限定されることなく一般外科に於ける骨等を含む硬い部位を切削する際に用いて有利である。
Claims (3)
- 丸棒状のステンレス鋼又は工具鋼によって形成されたシャンク部の先端に超硬合金又はセラミックスによって形成された作業部を設けた医療用切削器具であって、
前記シャンク部を構成するステンレス鋼又は工具鋼と、作業部を構成する超硬合金又はセラミックスとはロウ付け部を介して接続されており、該ロウ付け部は、シャンク部又は作業部の何れか一方又は両方に形成された突出部を設けたロウ付け面を相互に接触させた状態でロウ付けされていることを特徴とする医療用切削器具。 - 前記ロウ付け面に設けられた突出部は頂点を有する傾斜面として形成されており、前記頂点が、対向するロウ付け面に設けられた頂点を有する傾斜面に於ける頂点を含む傾斜面又は平坦な面に接触した状態でロウ付けされていることを特徴とする請求項１に記載した医療用切削器具。
- 前記頂点を有する傾斜面はシャンク部を構成する丸棒状のステンレス鋼又は工具鋼の軸方向の端部に形成されたロウ付け面に形成されており、該傾斜面の高さはステンレス鋼又は工具鋼のロウ付け面の直径の０．５％以上８％以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項２に記載した医療用切削器具。
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