JPWO2013108602A1 - 歯科用ハンドピースの制御装置 - Google Patents

Abstract

歯科用ハンドピースに内蔵され、当該歯科用ハンドピースに装着される切削工具（ファイル）を回転させるためのモータ２０に印加する電圧の極性を切り替えることでモータ２０の回転方向を正転及び逆転に切り替えるリレー１７と、ファイルの状態情報に対応付けられたモータ２０の正転時の回転角度θ_Ｆと逆転時の回転角度θ_Ｒに基づいてリレー１７における電圧の極性の切り替えを制御する制御部１１と、を備える歯科用ハンドピースの制御装置。

Description

本発明は、歯の根管を切削する歯科用ハンドピースの制御装置に関する。

歯の根管を切削する歯科用ハンドピースは、ファイルと称される切削工具をモータで回転させる構成となっている。
ここで、歯の根管を切削するファイルは細長い形態を有している。歯の根管の切削時に、ファイルが歯に食い込んでしまうと、ファイルにはねじり方向の力が作用し、その結果、ファイルが折れやすいと言う問題がある。

そこで、ファイルを、一定時間、一方向に回転させた後に反対方向に回転させる正逆回転（以下、単に「正逆回転」と言うことがある）を繰り返すことで、ファイルの歯の根管への食い込み、破損を防ぐ手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、このように正転、逆転を繰り返すことをレシプロ回転と言うことがある。また、正転及び逆転は特定の向きの回転を言うのではなく、先行する回転の向きを正転と称しているにすぎない。

正逆回転を実施する特許文献１の手法は、ファイルを時計回りまたは反時計回りに所望の第１の回転角度だけ回転し、次に、第１の回転角度とは反対方向に第２の回転角度だけ回転する。そして、ファイルが根管の清掃時に前進するとき、根管からはぎ取られた切削片が根管の表面から上方に排出されるように、第１の回転角度は第２の回転角度よりも大きくしている。

特表２００３−５０４１１３号公報

ところが、特許文献１の手法によると、第１の回転角度及び第２の回転角度が、例えば各々１２０度、９０度というように予め設定された値に固定されている。したがって、負荷が大きくなっても、設定された角度に達するまでファイルは回転し続けようとするので、ファイルが根管に食い込むことがあり、ファイルの折損につながる恐れがある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、レシプロ回転を行うファイルが根管に食い込むのを防止できる歯科用ハンドピースの制御装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の歯科用ハンドピースの制御装置は、歯科用ハンドピースに内蔵され、当該歯科用ハンドピースに装着される切削工具（ファイル）を回転させるためのモータに印加する電圧の極性を切り替えることでモータの回転方向を正転及び逆転に切り替える回転方向切替部と、切削工具の状態情報に対応付けられたモータの正転時の回転角度θ_Ｆと逆転時の回転角度θ_Ｒに基づいて回転方向切替部の電圧の極性の切り替えを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明の制御装置によれば、正転時の回転角度θ_Ｆと逆転時の回転角度θ_Ｒを、当該状態にある切削工具が根管に食い込まない値に設定しておくことで、切削工具が根管に食い込むのを防止できる。
なお、本発明において、正転時の回転角度θ_Ｆは一周期の正転時の回転角度、逆転時の回転角度θ_Ｒは一周期の逆転時の回転角度を言うものとする。

本発明の制御装置において、切削工具の状態情報は、モータの負荷トルクとすることができる。この場合、制御部は、負荷トルクに対応付けられた回転角度θ_Ｆ及び回転角度θ_Ｒに基づいて、回転方向切替部の電圧の極性の切り替えを制御することが好ましい。モータの負荷トルクが、切削工具の状態情報の中で、切削工具の食い込みをもっとも顕著に示すことができるからである。

本発明の制御装置において、モータの負荷トルクと回転角度θ_Ｆ、モータの負荷トルクと回転角度θ_Ｒとを、各々、比例関係にすることができる。
また、本発明の制御装置において、モータの負荷トルクにおける基準値を境界として、回転角度θ_Ｆと回転角度θ_Ｒとを相違させることもできる。

本発明によれば、レシプロ回転を行う切削工具（ファイル）が根管に食い込むのを防止できる歯科用ハンドピースの制御装置を提供できる。

本実施の形態（第１実施形態）における歯科用ハンドピースの制御装置の構成を説明する図である。 第１実施形態による制御装置における制御の手順を示す図である。 負荷トルクに対応付けられる正転時の回転角度及び逆転時の回転角度を示すグラフである。 第１実施形態によるレシプロ回転の一例を示すグラフである。 第２実施形態による制御装置における制御の流れを示す図である。 負荷トルクに対応付けられる正転時の回転角度及び逆転時の回転角度を示すグラフである。 第３実施形態における歯科用ハンドピースの制御装置の構成を説明する図である。 距離Ｌに対応付けられる正転時の回転角度及び逆転時の回転角度を示すグラフである。

［第１実施形態］
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、歯科用ハンドピース（以下、単にハンドピース）の制御装置１０は、図示を省略するハンドピースに内蔵されたモータ２０の作動を制御するためのものであり、制御部１１、表示部１２、設定部１３、電源１４、駆動部１５、センサ１６、リレー（回転方向切替部）１７、電流検出抵抗１８を備えている。

制御部１１は、ＣＰＵ、メモリ等を備えたコンピュータユニットである。
表示部１２は、モータ２０の作動状況として、回転速度や負荷トルクを示す情報や、制御部１１でモータ２０の作動設定等を行うための情報を表示するモニター、インジケータランプ等を備えている。
設定部１３は、制御部１１に対し、モータ２０の回転速度、トルク、回転角度等の作動条件を設定し、その設定情報を保持する。特に、本実施形態の設定部１３は、モータ２０を正転させる際の回転角度θ_Ｆ、逆転させる際の回転角度θ_Ｒに関する設定情報を保持している。

電源１４は、ハンドピースの制御装置１０及びモータ２０を機能させるための電力を供給する。
駆動部１５は、制御部１１からの指令に基づき、モータ２０に印加する電圧値を調整する。

センサ１６は、モータ２０の回転角度を検出するホール素子、エンコーダにより構成される。
リレー１７は、モータ２０への電圧印加極性の切り替えを行う。
電流検出抵抗１８は、リレー１７を経た電流を検出するもので、モータ２０に流れた電流（モータ電流）を電圧に変換し、制御部１１にフィードバックする。ＤＣモータは、モータ電流と負荷トルクが比例関係にあるので、制御部１１はフィードバックされた電圧値により、モータ２０の負荷トルクを測定することができる。
モータ２０の種類は問わないが、例えばブラシレス直流モータを用いることができる。

次に、上記のようなハンドピースの制御装置１０におけるモータ２０の作動制御内容について、図２、図３を用いて説明する。
ハンドピースを作動させるスイッチ等が操作されると、制御装置１０においては、予め設定されたコンピュータプログラムに基づき、以下のような制御を実行する。
まず、制御部１１からの指令により、モータ２０に電圧の印加を開始する（ステップＳ１０１）。ここで制御部１１は、センサ１６においてモータの回転速度を検出し、その検出値が、事前に設定部１３において設定されたモータ２０の回転速度の設定値（設定速度）に一致するようにモータ２０に印加する電圧を調整する。

制御部１１は、一方で、電流検出抵抗１８を介して負荷トルクを測定する（ステップＳ１０３）。
制御部１１は、測定された負荷トルクに基づいて、モータ２０が正転する際の回転角度θ_Ｆ、及び、逆転する際の回転角度θ_Ｒを、負荷トルクに応じて設定する（ステップＳ１０５，１０７）。この回転角度の設定は、前述したように、設定部１３に予め保持されている情報を参照することで行われる。その情報の一例を図３に基づいて説明する。

図３に示されるグラフは横軸が負荷トルク、縦軸が回転角度θを示している。
図３が示すように、正転時の回転角度θ_Ｆは負荷トルクが大きくなるにつれて小さくなり、逆に逆転時の回転角度θ_Ｒは負荷トルクが大きくなるにつれて大きくなるように比例関係で設定されている。例えば、負荷トルクＴ１のときには、切削を重視しており、回転角度θ_Ｆ（例えば、１５０度）が回転角度θ_Ｒ（例えば、３０度）よりも十分に大きく設定されている。負荷トルクＴ２（＞Ｔ１）のときには、切削と切削片の排出とのバランスを重視しており、回転角度θ_Ｆ（例えば、９０度）と回転角度θ_Ｒ（例えば、９０度）を同じにしている。そして、負荷トルクＴ３（＞Ｔ２）のときには、切削片の排出を重視しており、回転角度θ_Ｆ（例えば、３０度）よりも回転角度θ_Ｒ（例えば、１５０度）を大きく設定している。
制御部１１は、設定された回転角度θ_Ｆと回転角度θ_Ｒに基づいて、リレー１７を切り替え、モータ２０に印加する電圧の極性を切り替え、モータ２０を正転・逆転させる。

以上の例では、負荷トルクＴ１が測定されている間は１５０度だけ正転し、次いで３０度だけ逆転するというレシプロ回転が繰り返される。正転と逆転からなる一つのサイクルを通じたファイル（切削工具）の正味の回転角度は、回転角度θ_Ｆと回転角度θ_Ｒの差分（θ_Ｆ−θ_Ｒ）となる。
次いで、負荷トルクＴ２が測定されると、それ以降は９０度だけ正転し、次いで９０度だけ逆転するというレシプロ回転が繰り返されることになる。
以上の回転角度θ_Ｆ（１５０度，９０度，３０度）、回転角度θ_Ｒ（３０度，９０度，１５０度）の例でモータ２０が回転される様子を図４に示しておく。

このようにして、本実施形態による制御装置１０は、負荷トルクの大きさに応じて正転時の回転角度θ_Ｆ及び逆転時の回転角度θ_Ｒが定められるので、ファイルの食い込みを低減することでその折損を防ぐことができる。

［第２実施形態］
第１実施形態は、負荷トルクと回転角度θ_Ｆ及び回転角度θ_Ｒとが比例関係にある例を示したが、本発明はこれに限らない。その例を第２実施形態で説明する。なお、第２実施形態は、制御装置１０の基本的な構成は第１実施形態と同様であり、以下では第１実施形態との相違点を中心にして説明する。
第２実施形態による制御装置１０も、図５に示すように、負荷トルクを測定するところまでは、第１実施形態と同じである（ステップＳ２０１，２０３）。ところが第２実施形態は、基準トルクが予め設定部１３に設定、保持されており、制御部１１は測定された負荷トルクとこの基準トルクを比較する（ステップＳ２０５）。そして、負荷トルクが基準トルク未満であれば（ステップＳ２０５ Ｙｅｓ）、第１正転回転角度θ_Ｆ１及び第１逆転回転角度θ_Ｒ１が設定される（ステップＳ２０７，２０９）。一方、負荷トルクが基準トルク以上であれば（ステップＳ２０５ Ｎｏ）、第２正転回転角度θ_Ｆ２及び第２逆転回転角度θ_Ｒ２が設定される（ステップＳ２１１，２１３）。

第１正転回転角度θ_Ｆ１、第１逆転回転角度θ_Ｒ１、第２正転回転角度θ_Ｆ２及び第２逆転回転角度θ_Ｒ２の一例を図６に示す。
図６が示すように、第２実施形態は、基準トルクＴｒを境にして、第１正転回転角度θ_Ｆ１よりも第２正転回転角度θ_Ｆ２が小さく設定されており、また、第１逆転回転角度θ_Ｒ１よりも第２逆転回転角度θ_Ｒ２が大きく設定されている。つまり、第２実施形態においても、負荷トルクが小さい場合には正転の回転角度を大きくし、負荷トルクが大きい場合には逆転の回転角度を大きくする点では、第１実施形態と共通している。ただし、図５における第１正転回転角度θ_Ｆ１〜第２逆転回転角度θ_Ｒ２はあくまで本発明の一例に過ぎず、例えば、第１逆転回転角度θ_Ｒ１と第２逆転回転角度θ_Ｒ２を同じ値にするなど、種々の態様を採用することができる。

以上の通りであるから、第２実施形態においても、負荷トルクの大きさに応じて正転時の回転角度θ_Ｆ及び逆転時の回転角度θ_Ｒが定められるので、ファイルの食い込みを低減することでその折損を防ぐことができる。特に第２実施形態は、基準トルクまでは正転の回転角度を減じないので、第１実施形態よりも切削効率が重視された形態ということができる。逆に、第１実施形態の例は、ファイルの折損防止を重視した形態と言える。
なお、第１実施形態のように負荷トルクと回転角度θ_Ｆ及び回転角度θ_Ｒが比例関係にある情報と、本実施形態のように負荷トルクの閾値により回転角度θ_Ｆ及び回転角度θ_Ｒが特定される情報と、を併用して制御することもできる。

［第３実施形態］
以上の実施形態は、ファイル状態情報として負荷トルクを採用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、以下に第３実施形態として説明するように、根尖位置をファイル状態情報とすることができる。
図７に示すように、第３実施形態による制御装置２１０は、根尖位置検出部２１を備えるとともに制御装置２１０でモータ２０が制御されるハンドピース（図示省略）は根管長測定機能を備えている。この機能を備えるハンドピースは、根管治療を行ないながら根尖位置を検出することで根尖からファイル（先端）までの距離を測定する。つまり、ファイルに測定電極としての機能を持たせる一方、このファイルを歯の根管内に挿入して、別途設けられる口腔電極との間に電気的測定信号を印加し、根尖を検出する。なお、測定電極と口腔電極との間に電気的測定信号を印加し、根尖を検出する方法としては、根管内インピーダンスの変化を利用する方法、根管内インピーダンスの差を利用する方法、根管内インピーダンスの比値を利用して根尖を検出する方法が、少なくとも知られており、本発明ではこれらも含めいずれの検出方法をも採用することができる。根尖位置検出部２１は、測定した根尖とファイルの間の距離Ｌを制御部１１に与える。

設定部１３は、距離Ｌに対応する正転時の回転角度θ_Ｆ及び逆転時の回転角度θ_Ｒに関する情報を保持している。その例を図８に示すが、図３の横軸を距離Ｌにしたものを用いることができる。
制御部１１は、測定された距離Ｌに対応する回転角度（回転角度θ_Ｆ及び逆転時の回転角度θ_Ｒ）、つまり図８に示す情報を設定部１３から取得し参照するとともに、その回転角度に基づいてモータ２０の回転を制御する。

通常、根尖とファイルの間の距離Ｌが短くなるほどファイルが食い込みやすい傾向にあるが、第３実施形態によると、距離Ｌに応じて正転時の回転角度θ_Ｆ及び逆転時の回転角度θ_Ｒが定められるので、ファイルの食い込みを低減することでその折損を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、ファイル状態情報として、負荷トルク、根尖とファイルの間の距離Ｌを用いた例を示したが、ファイル（モータ）の回転速度をファイル状態情報として用いることもできるし、術者が治療を行っている最中のファイルの感触に基づいて正転時の回転角度θ_Ｆ及び逆転時の回転角度θ_Ｒを術者の指示に基づいて設定することを本発明は許容する。
また、以上説明した形態では、図３、６、８に示したファイル状態情報と回転角度とを関連付けた情報が当初より設定部１３に保持されているプリセットの例を示したが、術者が操作することで設定部１３にファイル状態情報と回転角度とを関連付けた情報を入力できるし、又は、プリセットされている当該情報を変更することもできる。

１０，２１０ 制御装置
１１ 制御部
１２ 表示部
１３ 設定部
１４ 電源
１５ 駆動部
１６ センサ
１７ リレー（回転方向切替部）
１８ 電流検出抵抗
２０ モータ
２１ 根尖位置検出部

かかる目的のもと、本発明の歯科用ハンドピースの制御装置は、歯科用ハンドピースに内蔵され、当該歯科用ハンドピースに装着される切削工具（ファイル）を回転させるためのモータに印加する電圧の極性を切り替えることでモータの回転方向を正転及び逆転に切り替える回転方向切替部と、切削工具の状態情報に対応付けられたモータの正転時の回転角度θ_Ｆと逆転時の回転角度θ_Ｒに基づいて回転方向切替部の電圧の極性の切り替えを制御する制御部と、を備える。本発明の制御装置において、切削工具の状態情報はモータの負荷トルクであり、制御部は、負荷トルクに対応付けられた回転角度θ _Ｆ 及び回転角度θ _Ｒ に基づいて、回転方向切替部の電圧の極性の切り替えを制御する。そして、本発明の制御装置は、モータの負荷トルクと回転角度θ _Ｆ 、モータの負荷トルクと回転角度θ _Ｒ とを、各々、比例関係にすることを特徴とする。
本発明の制御装置によれば、正転時の回転角度θ_Ｆと逆転時の回転角度θ_Ｒを、当該状態にある切削工具が根管に食い込まない値に設定しておくことで、切削工具が根管に食い込むのを防止できる。
なお、本発明において、正転時の回転角度θ_Ｆは一周期の正転時の回転角度、逆転時の回転角度θ_Ｒは一周期の逆転時の回転角度を言うものとする。
モータの負荷トルクが、切削工具の状態情報の中で切削工具の食い込みをもっとも顕著に示すことができるため、本発明では切削工具の状態情報としてモータの負荷トルクを用いる。

Claims (6)

1. 歯科用ハンドピースに内蔵され、当該歯科用ハンドピースに装着される切削工具を回転させるためのモータに印加する電圧の極性を切り替えることで前記モータの回転方向を正転及び逆転に切り替える回転方向切替部と、
   前記切削工具の状態情報に対応付けられた前記モータの正転時の回転角度θ_Ｆと逆転時の回転角度θ_Ｒに基づいて前記回転方向切替部の電圧の極性の切り替えを制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする歯科用ハンドピースの制御装置。
2. 前記切削工具の状態情報は、前記モータの負荷トルクであり、
   前記制御部は、前記負荷トルクに対応付けられた前記回転角度θ_Ｆ及び前記回転角度θ_Ｒに基づいて、前記回転方向切替部の電圧の極性の切り替えを制御する
   請求項１に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
3. 前記モータの前記負荷トルクと前記回転角度θ_Ｆ、前記モータの前記負荷トルクと前記回転角度θ_Ｒとが、各々、比例関係にある、
   請求項２に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
4. 前記モータの前記負荷トルクにおける基準値を境界として、前記回転角度θ_Ｆと回転角度θ_Ｒが相違する、
   請求項２に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
5. 前記回転方向切替部がリレーである、
   請求項１又は２に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。
6. 前記制御装置は、根尖と前記切削工具の先端との間の距離Ｌを検出する根尖位置検出部をさらに備えており、
   前記切削工具の状態情報は、前記距離Ｌである、
   請求項１に記載の歯科用ハンドピースの制御装置。

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