(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動的散水強度システムであって、
ハンドピースであって、
近位端、遠位端、並びに該近位端及び該遠位端間に延びる本体と、
該ハンドピースの前記遠位端に組み立てられる回転先端と、
前記先端の動きを測定する手段と、
前記先端を駆動する手段と、
前記近位端から前記遠位端に延びる、前記本体内の水管路と、
前記近位端から前記遠位端に延びると共に、前記水管路と合わさって前記回転先端に近接して位置するワークピースに散水を供給する、前記本体内の空気管路と、
をさらに備える、ハンドピースと、
水供給源と、
前記ハンドピースの前記近位端で前記水管路に接続される水導管と、
空気供給源と、
前記ハンドピースの前記近位端で前記空気管路に接続される空気導管と、
前記ハンドピースを通る水の流量を前記先端の動きと直接的に比較する手段と、
前記先端の測定された動きに直接的に基づいて前記ワークピースに対する水の流量を調整する手段と、
を備える、動的散水強度システム。
【請求項２】
動的散水強度システムであって、
ハンドピースであって、
近位端、遠位端、並びに該近位端及び該遠位端間に延びる本体と、
該ハンドピースの前記遠位端に位置する、圧縮空気によって動力を供給される回転可能なエアタービンであって、１組のベアリングを含む、エアタービンと、
回転先端を取り外し可能に挿入する、前記エアタービンに取り付けられるチャックと、
組み立てられた先端の前記回転先端の速度を検出するセンサと、
前記近位端及び前記遠位端間に延びる、前記本体内の水管路と、
前記近位端から前記遠位端に延びると共に、前記水管路と合わさって前記組み立てられた先端に近接して位置するワークピースに散水を供給する、前記本体内の第１の空気管路と、
前記近位端から前記回転可能なエアタービンに延びる、前記本体内の第２の空気管路と、
をさらに備えるハンドピースと、
水供給源と、
前記ハンドピースの前記近位端に接続され、前記水供給源から前記ハンドピースに水を供給して、前記回転先端に近接して位置するワークピースに或る水の流量を供給する導管と、
前記導管を通る水の流量を決定する手段と、
前記導管を通る水の流量を前記先端の回転速度と比較する手段と、
前記回転先端の速度に基づいて前記導管を通る水の流量を調整する手段と、
前記ハンドピースの前記近位端と連通して、前記第１の空気管路と前記第２の空気管路に圧縮空気を供給する圧縮空気供給源と、
前記第２の空気管路に対する空気の流量を調整する手段と、
を備える、動的散水強度システム。
【請求項３】
動的散水強度システムであって、
ハンドピースであって、
近位端、遠位端、並びに該近位端及び該遠位端間に延びる本体と、
該ハンドピース内に位置する電気モータと、
前記電気モータによって回転する回転先端を取り外し可能に挿入するチャック及び一組のベアリングと、
組み立てられた先端の前記回転先端の速度を検出するセンサと、
前記近位端及び前記遠位端間に延びる、前記本体内の水管路と、
前記近位端から前記遠位端に延びると共に、前記水管路と合わさって前記組み立てられた先端に近接して位置するワークピースに散水を供給する、前記本体内の空気管路と、
をさらに備える、ハンドピースと、
水供給源と、
前記ハンドピースの前記近位端に接続され、前記水供給源から前記ハンドピースに水を供給して、前記回転先端に近接して位置するワークピースに或る水の流量を供給する、導管と、
前記導管を流れる水の流量を前記先端の回転速度と比較する手段と、
前記回転先端の速度に基づいて、前記導管を通る水の流量を調整する手段と、
前記ハンドピースの前記近位端と連通して前記空気管路に圧縮空気を供給する圧縮空気供給源と、
前記電気モータに動力を供給する電気供給源と、
を備える、動的散水強度システム。
【請求項４】
動的散水強度システムであって、
ハンドピースであって、
近位端、遠位端、並びに該近位端及び該遠位端間に延びる本体と、
該ハンドピース内に位置する電気モータと、
該ハンドピースの前記遠位端から延びる回転先端と、
前記電気モータによって回転する回転先端を取り外し可能に挿入するチャック及び一組のベアリングと、
前記回転先端の速度を示す前記先端の周期的な作用を検出するセンサと、
前記近位端及び前記遠位端間に延びる、前記本体内の水管路と、
をさらに備える、ハンドピースと、
前記近位端から前記遠位端に延びると共に、前記水管路と合わさって前記組み立てられた先端に近接して位置するワークピースに散水を供給する、前記本体内の空気管路と、
前記ハンドピースに動力を供給して前記回転先端を駆動する手段と、
前記水管路と連通して前記回転先端に近接して位置するワークピースに或る水の流量を供給する水供給源と、
前記ハンドピースを通る水の流量を決定する手段と、
前記ハンドピースを通る水の流量を前記先端の回転速度と比較する手段と、
前記ハンドピースを通る水の流量を調整する手段と、
前記センサと通信して前記ハンドピースの周期的な作用を検出し、且つ、前記水の流量を調整する手段と通信する、コントローラであって、該コントローラは、前記ハンドピースを通る水の流量を調整する手段を調整して、前記ハンドピースを通る水の流量を比較する手段が前記検知された回転先端の速度に基づいて水の流量が調整を必要とすることを示す場合に前記ハンドピースに対する流体を計量するコントローラと、
を備える、動的散水強度システム。
【請求項５】
動的散水強度システムであって、
ハンドピースであって、
近位端、遠位端、並びに該近位端及び該遠位端間に延びる本体と、
該ハンドピースの前記遠位端から延びる回転先端と、
前記回転先端が受けるトルクを決定する手段と、
前記ハンドピースに動力を供給して前記回転先端を駆動する手段と、
前記近位端から前記遠位端に延びる、前記本体内の水管路と、
前記近位端から前記遠位端に延びると共に、前記水管路と合わさって前記回転先端に近接して位置するワークピースに散水を供給する、前記本体内の空気管路と、
をさらに備え、
前記水管路と連通する水供給源と、
前記空気管路と連通して前記空気管路に空気を供給する空気供給源と、
前記ハンドピースの前記近位端で前記水管路に接続される導管を通る水の流量を前記回転先端が受けるトルクと比較する手段と、
前記回転先端が受けるトルクに基づいて、前記ワークピースに対する水の流量を調整する手段と、
を備える、動的散水強度システム。
【請求項６】
動的散水強度システムであって、
歯科用ハンドピースであって、
近位端、遠位端、並びに該近位端及び該遠位端間に延びる本体と、
該ハンドピースの前記遠位端に組み立てられる回転先端と、
前記回転先端を駆動する手段と、
前記近位端から前記遠位端に延びる、前記本体内の水導管と、
前記近位端から前記遠位端に延びると共に、前記水導管と合わさって前記回転先端に近接して位置するワークピースに散水を供給する、前記本体内の空気管路と、
を備える、歯科用ハンドピースと、
前記水導管を通る水の流量を測定する手段と、
前記先端の周期的な作用を測定する手段と、
前記回転先端が受けるトルクを決定する手段と、
前記導管を通る水の流量を前記回転先端が受けるトルクと比較する手段と、
前記回転先端が受けるトルクに基づいて、前記ワークピースに対する水の流量を調整する手段と、
前記導管を通る水の流量を前記回転先端の測定された周期的な作用と比較する手段と、
前記先端の測定された周期的な作用に基づいて、前記ワークピースに対する水の流量を調整する手段と、
前記回転先端が受けるトルクに基づくワークピースに対する水の流量の調整と前記先端の測定された周期的な作用に基づくワークピースに対する水の流量の調整との間で選択可能なスイッチと、
を備える、動的散水強度システム。
【請求項７】
動的散水強度システムであって、
歯科用ハンドピースであって、
近位端、遠位端、並びに該近位端及び該遠位端間に延びる本体と、
該ハンドピースの前記遠位端に組み立てられる回転先端と、
前記回転先端を駆動する手段と、
前記近位端から前記遠位端に延びる、前記本体内の水導管と、
前記近位端から前記遠位端に延びると共に、前記水導管と合わさって前記回転先端に近接して位置するワークピースに散水を供給する、前記本体内の空気管路と、
を備える、歯科用ハンドピースと、
前記水導管を通る水の流量を制御する手段と、
前記先端の周期的な作用を測定する手段と、
前記回転先端が受けるトルクを決定する手段と、
前記導管を通る水の流量を、前記回転先端が受けるトルクと、及び前記回転先端の測定された周期的な作用と比較し、さらに、該回転先端が受けるトルク及び該回転先端の測定された周期的な作用の一方の優先度に基づいて前記水導管を通る水の流量を決定する、コントローラであって、さらに、前記水導管を通る水の流量を制御する手段と通信する、コントローラと、
を備える、動的散水強度システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調整可能な散水（water spray：水噴射）強度を有する歯科用ハンドピース、特に、器具の速度又は器具が受ける負荷に基づいて自動的に調整される散水強度を有する歯科用ハンドピースに関する。
【背景技術】
【０００２】
たいていの歯科用ハンドピースは、ワークピース（workpiece：ワーク、工作物）、典型的には歯又は他の歯科用構造物に当てることができる水及び空気の供給を行う。水及び空気がワークピースに当たるように供給される。この空気はチップエアー（chip air）と呼ばれ、歯科用ハンドピースの遠位端に固定された切削器具を回転させるエアタービンに動力を供給するのに別個の空気供給に依存する特定タイプの歯科用ハンドピースである空気圧式ハンドピースに動力を供給するのに用いられる空気とは区別されるものである。
【０００３】
水の流量を増大させることにより、ハンドピースの遠位端に固定された器具の一定負荷での切削能力を高め、切削効率を上げ、且つ切削作業時間を減らすことは、当該技術分野において既知である。散水はワークピースすなわち歯を冷却状態に保つのに役立つ。散水は切削作業の際に必要不可欠な潤滑も与える。さらに、散水により、水が流れ、小さな粒子が運び去られるため（そうでない場合、この粒子は器具の表面に埋没することになり、切削能力を下げるであろう）、器具自体の詰まりが最小限に抑えられる。これらの利点は、非特許文献１の論文に概説されている。図１は、歯科用ワークピースに対して冷却水の量を変えることの効果を示す。水の量が増大すると切削時間が減少することは明らかである。
【０００４】
手動又は足による調整によって歯科用ワークピースに対する水の流量を物理的に増大させることが所望される場合、歯科専門医がそのようにすることを可能にする器具が現在利用可能である。多くの器具では、これにより、切削率が低い場合でも増大した水の流量が供給される。
【０００５】
水の流量を増大させることは概して望ましいが、それに伴う問題がいくつかある。具体的には、除去吸引を行う場合であっても口腔内に水が溜まる可能性がある。さらに、このような過剰な水が、歯科専門医が軽度の切削に携わっている場合のような必要でない場合であっても供給される。過剰な水は最終的に、作業の開始又は退避（backing off：バックオフ）の際に生じる可能性のある過剰な散水（spray）をもたらし、この過剰な散水が視覚的な検査を行う際に歯科専門医の視界を隠し、その技量を妨げる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】CRA Newsletter Volume 25, Issue 9, September 2001, p. 2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記欠点を克服しつつ水の流量を改善するという利点を与える歯科用ハンドピースが求めに応じられていないため、そのようなハンドピースが歯科専門医に大望されており、本発明はかかる装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ハンドピースの周期的な作用（function）に基づいて歯科用ハンドピースに水を供給する動的散水強度システムである。歯科用ワークピースは、典型的には患者の口内の歯科用構造物である。ハンドピースの周期的な作用はハンドピースの器具の周期的な動き等の動き、回転先端の速度、又はハンドピースに組み立てられる回転先端が受けるトルク等の何らかの測定可能なパラメータを含み得る。一定の流量で水を供給する代わりに、本発明は、トルク又は先端速度等のハンドピースの周期的な作用を、ハンドピースに関連するパラメータを測定することによって求める。その際、動的散水強度システムが、検知されたパラメータ又は周期的な作用に基づいてハンドピースからの水の流量を自動的に調整する。
【０００９】
動的散水強度システムは歯科用ハンドピースを備える。慣例であるように、歯科用ハンドピースは近位端、遠位端、並びに近位端及び遠位端間に延びる本体を備える。本体は通常、ハンドピースを使用する歯科専門医の快適さのために人間工学的に設計される。回転先端はハンドピースの遠位端に取り外し可能に組み立てられ、ハンドピースから遠くへ延びる。ハンドピースは、回転先端を駆動する手段をさらに備える。先端の動きを測定する手段も本システムに設けられる。先端の動きは先端の周期的な作用に関連し得るため、先端の動きを測定する手段は、先端の周期的な作用を測定する手段を含み得る。水管路がハンドピース本体内に位置し、近位端から遠位端に延びる。さらに、空気管路がハンドピース本体内に位置し、近位端から遠位端に延びる。この空気管路が水管路からの水と合わさって回転先端の近接で散水を供給し、歯科用ワークピースの、回転先端が歯科用ワークピースに接触する場所又はその付近に向けられる。この空気は当該技術分野ではチップエアーと呼ばれ、空気管路はチップエアー管路と呼ばれる。
【００１０】
動的散水強度システムは、ハンドピース本体内の水管路と連通して水の供給を行う水供給源をさらに備える。導管が水供給源の間に延び、ハンドピース本体内の水管路に連結される。空気供給源がハンドピース本体内のチップエアー管路と連通して空気の供給を行う。さらに、ハンドピースを通る水の流量をハンドピースの動きと比較する手段が設けられる。ハンドピースの動きに基づいてワークピースに対してハンドピースを通る水の流量を調整する手段も設けられる。この調整する手段により、ハンドピースの測定された動きに基づいて適正な流量への水の流量の調整が可能となる。
【００１１】
本発明はさらに、動力を供給する手段によって器具又は先端が駆動される際に、器具又は先端の速度を示すハンドピースの周期的な作用を測定する手段を意図する。水の流量を器具の測定された速度と比較する手段も設けられる。水の流量と器具の速度を示すハンドピースの動作上の周期的な作用とを比較する手段が、水の流量が調整されねばならないことを示す場合、ワークピースに対する水の流量を調整する手段が、器具の測定された速度（典型的には器具又は先端の回転速度である）と一致するよう、水の流量を増減するように調整される。
【００１２】
回転先端を駆動する手段は空気圧式又は電動式とすることができる。遠位端に位置するチャックを用いて回転先端を取り外し可能に固定する。回転先端を駆動する手段が空気圧式である場合、チャックは回転可能なエアタービンに取り付けられる。かかる空気圧式ハンドピースでは、第２の空気管路が本体内で該本体の近位端から回転可能なエアタービンに延びる。第２の空気管路は圧縮空気供給源に接続され、タービンを駆動するように空気を供給し、排気管路はこの駆動空気をタービンから運び去る。第２の空気管路への空気の供給は、調整する手段により調整される。かかる空気圧式ハンドピースは、チャックの回転を促す一組のベアリングを備えることもできる。
【００１３】
ハンドピースを回転させる手段が電動式である場合、電気モータは慣例的に、回転先端を駆動するようにハンドピースの本体内に含まれており、電気モータは典型的に、患者に対する電気ショックのいかなる可能性も防止するように、チャック、ベアリング及び先端とは二重絶縁される。電気モータは、ＡＣ線への適当な接続によって又はハンドピース内に含まれているバッテリによって動力が供給され得る。
【００１４】
本発明の利点は、ワークピースに供給される水の量が器具の測定された周期的な動きに基づいているということである。ワークピースに供給される水の量は、この器具の測定された周期的な動きに比例し得るため、患者の快適さが維持され、切削器具の効率が改善され、ワークピースは歯科専門医の視界から不必要に見えにくくなることがない。
【００１５】
本発明の別の利点は、歯科専門医が、歯科用ワークピース及び器具の双方に適量の水を供給することをシステムに依存することができるということである。これにより、ワークピースを過熱しないようにすることができると共に器具の寿命も延ばすことができる。
【００１６】
本発明のさらに別の態様は、ハンドピース及び器具の切削効率を、行われている作業に基づいて必要とされる適量の水を選択することによって改善することができる。これにより、電力要件がより低い小型装置を使用することができる。切削効率を改善することによって、散水システムのデューティサイクルを延ばすことができる。
【００１７】
本発明の他の特徴及び利点は、例として本発明の原理を示す添付の図面と共に、好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】歯科手技の際の切削時間に対する水の量の増大の寄与を示す、従来技術のグラフ図である。
【図２】空圧供給源によって動力が供給される本発明の歯科用ハンドピースのための調整可能な動的散水強度システムの第１の実施形態を示す図である。
【図３】電気モータによって動力が供給される本発明の歯科用ハンドピースのための調整可能な動的散水強度システムの第２の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の好適なハンドピースの詳細な概略図である。
【図５】電動式ハンドピースの場合での使用のために構成された本発明の調整可能な動的散水強度システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、動的散水強度システムであって、散水強度が、該システムの一部である器具の測定された周期的な作用（器具の周期的な動き等）に基づいて決定及び調整される、動的散水強度システムを提供する。本発明は、水の流量を変えることによってハンドピースの遠位端における先端又は器具の測定された作用に基づいてワークピースに向けられる散水（スプレー）強度を自動的に調整するシステムに関する。散水強度はまた、実質的に同様にして水の流量と共にチップエアーの流量を同時に調整することによって調整することもでき、本発明はかかるチップエアーの制御も包含することが当業者には理解されるであろう。
【００２０】
動的散水強度システムはハンドピースと、ハンドピースに接続されるチップエアー供給源と、ハンドピースに接続される水供給源とを備える。水供給源を調整する手段も設けられる。ハンドピースは近位端、遠位端、並びに近位端及び遠位端間に延びる本体を有する。本体は、歯科専門医が快適に把持することができるように人間工学的に設計される。先端はハンドピースの遠位端に取り外し可能に組み立てられて遠位端から延びることで、歯の施術が患者の口に向けて行うことができるようになっている。歯の施術は、往復の動き又は実質的に線形の動き若しくは８の字型の動きを用いるクリーニングとすることができるか、又は従来的に切削器具の回転を伴う切削作業であってもよい。取り外し可能な切削器具は従来的に回転先端であり、この取り外し可能な先端はバー、やすり若しくはファイル又はドリルビットである。この先端は典型的にチャックに組み立てられる。チャックは従来的に、駆動する手段に接続される。駆動する手段がチャックを回転させ、次にチャックが回転先端を回転させる。典型的には、チャックは一組のボールベアリングに取り付けられ、このボールベアリングはチャック、バー及びボールベアリングが駆動する手段によって回転する際に、それらのチャック、バー及びボールベアリングから構成されているアセンブリの滑らかな回転を促す。ハンドピースは、ハンドピースの周期的な作用を測定する手段を含む。本発明の動的散水強度システムはまた、ハンドピースを通る水の流量をハンドピースの測定された周期的な作用と比較する手段を含む。説明の大部分は回転可能な切削器具に関しているが、クリーニング作業は線形の動き（これもまた周期的である）を伴い、本動的散水強度システムはそのような方式と共に用いることができることが当業者には理解されるであろう。
【００２１】
先端は典型的に、ハンドピースの遠位端から延びる。先端はハンドピースの遠位端のチャック式機構（a chuck-type device）に挿入される交換可能な器具である。器具は、歯科専門医が行っている施術に応じて変わる構成を有するものとすることができる。ハンドピース及び器具は、歯のクリーニング又は虫歯除去及び修復等の標準的な歯科手技に用いることができるか、又は歯周病の手術等の特殊な歯科手技に用いることができる。これらの手技の全てにおいて、水が歯科用構造物又はワークピースに供給され得る。
【００２２】
歯科手技の際の水の流量が切削効率に影響を及ぼす。これまで、歯科手技の際に水をチップエアーと合わせて歯科用ワークピースに散水を供給してきた。散水の変更は、手技の際の歯科専門医による水の流量の手動での変更又はフットペダルの使用等、水の流量の物理的な操作によるのもであった。水は散水形態で供給されて歯科用ワークピースを冷却し、切削の際に潤滑を与え、削屑（chips）すなわち切削作業により生じる屑を運び去る。この屑は器具又はバーに詰まって切削を損ねる可能性がある。しかしながら、散水形態の水の量が多すぎると、手技を進めている際に歯科専門医がワークピースを見ることができなくなる可能性があり、水が口腔内に溜まるため患者を不快にする可能性がある。本明細書で使用する場合、ワークピースとは患者の歯科用構造物を指すが、より一般的には、ワークピースは患者の歯科用構造物のレプリカであり得る。
【００２３】
本発明は、ハンドピースの測定された作用に基づいてワークピースに供給される水の流量を自動的に調整する。例えば、水の流量は、高率の切削が先端によって高速及び低負荷で行われている場合には、最大限の潤滑及び冷却を与えると共に作業部位から屑を取り除くように調整され、低率の切削がバーによって低速及び低負荷で行われている場合にはワークピースに対する水の流量を最小限にするように調整される。これにより、切削の際の歯科専門医の視界が改善され、口腔内での水の溜まりを減らすことで患者の不快を最小限にしつつも、なおもバーの切削性能に悪影響を及ぼすことがない。ハンドピースの測定された周期的な作用は切削率の示度である。この作用はセンサ等、ハンドピース内にあるこの周期的な作用を測定する手段によって測定される。この測定された値に基づいて、ハンドピースに供給される水を調整する手段によって水の流量が調整される。測定された周期的な作用が、切削率が増大しているか又は高いことを示す場合、ハンドピースに供給される水を調整する手段はハンドピースに対しより多くの量の水を供給するように調整される。測定された周期的な作用が、切削率が減少しているか又は低いことを示す場合、ハンドピースに供給される水を調整する手段はハンドピースに対しより少ない量の水を供給するように調整される。しかしながら、散水量及び口腔内での水の溜まりが減りつつも、なおも十分な冷却、潤滑及び屑除去を行う程度に十分な水が供給される。このことは自動的に且つ歯科専門医によるさらなる措置を全く必要とせずに達成される。
【００２４】
交換可能な器具の形態の回転先端に動力を供給する手段が設けられる。先端に動力を供給する種々の手段が利用可能である。先端の回転速度を測定する手段も設けられる。水の供給は歯科用構造物又はワークピースに向けられる。歯科用構造物に向けられる水の供給は、水供給源からハンドピース本体内の導管を通って流れ、遠位端にてチップエアーと合わさり、回転先端に近接して位置する歯科用構造物又はワークピースに向けられる。動力を供給する手段及び水供給源からの水用のチャネルが便宜的に、ハンドピース本体内に通っているか又は該本体内に含まれる。
【００２５】
図２は、空気圧式に動力を供給される本発明の動的散水強度システム２の第１の実施形態を示す。本システム２は、近位端１２、遠位端１４、並びに近位端１２及び遠位端１４間に延びる本体１６を有するハンドピース１０を備える。チャック１８とエアタービンに接続されるベアリングとから成る回転タービンアセンブリ１７が遠位端１４に位置する。バー２０がチャック１８に組み立てられ（ここでは、機械的に固定される）、バーは、歯科専門医が歯科手技の際にハンドピースを操作することができるように遠位端から離れた方向に延びる。ハンドピース１０はさらに、ハンドピースの近位端１２から遠位端１４に延びる第１の空気管路５２及び水管路５４を含む。第１の空気管路５２はチップエアーを供給し、ハンドピースの遠位端１４にて水管路と合わさって、バー２０にて（この位置はハンドピースがワークピースに近接している場合の歯科用ワークピースの位置である）散水を向ける。回転タービンアセンブリ１７のエアタービンは圧縮空気によって空気圧式に駆動される。この空気は、ハンドピースの近位端１２からタービンアセンブリ１７に延びる第２の空気管路５６によって供給され、タービンアセンブリからハンドピースの近位端へ逆に延びる排気管路５０によってハンドピース１０から排気される。
【００２６】
チップエアーを供給する第１の空気管路５２は、第１の空気導管７６を介して空気供給源４４に接続される。回転先端を駆動する手段である第２の空気管路５６は、第２の空気導管６０を介して空気供給源に接続される。これらの導管は継手（coupler：連結器）を介して各管路に接続され（この接続はよく知られている）、継手は水導管７５を介して、ハンドピース１０内の水管路５４への水供給源７４の接続をさらに容易にし、水の流量は、比例制御される弁とすることができる調整器７２によって制御される。これらの管路のそれぞれを通って流れる空気の量を調整する別個の調整器を設けることで、管路内の空気の流量を別個に制御することができるようにする。図示の比例制御される弁７２、１００、１０２等、これらの調整器は、単純に制御することができるか、管路に供給される流体の流量を慎重に計量するように設計された機器によって制御することができるか、又は単純な弁によって制御されることができる。これらの導管は、ホース継手３２の嵌合及びハンドピース継手２２の嵌合を介してハンドピースに便宜的に組み立てられる空圧供給ホース４０の一部として図２に示す。
【００２７】
図２はさらに、機械的な作用を検出する手段７０を含む。本明細書で使用する場合、機械的な作用とはハンドピース１０の動作によって発生する任意の周期的な機械的なアーチファクトである。機械的なアーチファクトとして、ハンドピースの任意の周期的な機械的な振動、その動作に起因する圧力、音響波又は振動が挙げられるがこれらに限定されない。検出する手段はセンサであり、センサは、電気的な速度検出手段又は磁気的な速度検出手段、又はハンドピース内での電気的な速度検出手段と機械的な速度検出手段の組み合わせを含むこともでき、これは周期的にバー又はタービンの回転速度の示度を与える。好ましい実施形態では、検出される機械的な作用は、回転タービンアセンブリのベアリングの振動等、ハンドピース内に伝わる回転器具の周期的な振動であり、この機械的な機能を検出する好適な手段は加速度計である。しかしながら、監視される機械的な作用に応じて、検出する手段は様々であってもよい。検出する手段として、圧力変換器、音響変換器、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）、マイクロフォン、又はハンドピースの動作からの音響伝達を検出する音響装置を挙げることができる。圧力変換器を用いてハンドピースの平均圧力を検出してもよい。代替的に、圧力変換器を用いて入口圧力と出口圧力の差圧を検出してもよく又は圧力脈動を検出してもよい。検出する手段は、ハンドピース内の周期的な振動が器具の先端の回転速度を示すため、かかる振動を検出する（光学又は他の）任意の手段であってもよい。検出する手段は、回転器具に関連する光学信号発生器からの光学信号を検出するための、光学エンコーダ等の光学速度検出手段であってもよい。検出手段はまた、回転速度を求めるための、磁気インパルス及び電気インパルスを用いるホール効果タイプのエンコーダであってもよい。ホール効果装置では、回転磁石が電界を発生し、この電界を検出することができる。センサ７０は周期的な作用の正確な決定を得ることができる任意の場所に位置し得る。ハンドピース１０、空圧供給管路４０、及びハンドピース１０と空圧供給管路４０との間の継手が考えられ得る場所である。しかしながら、ハンドピース１０内に位置する場合、センサを損傷せずに滅菌を達成することができるようにセンサを密閉せねばならない。所要の滅菌手技において用いられる流体及び温度への曝露による劣化に耐性がある場合は、センサを密閉しなくともよい。
【００２８】
センサ７０は、ハンドピース１０を通る水の流量を先端の検出された周期的な作用と比較する手段であるコントローラ９０と通信する。図２の実施形態では、センサ７０は先端の回転速度を検出し、その回転速度をコントローラ９０に送信する。センサ７０は、添付の図２に示すように、埋め込まれたセンサリード線８０によってコントローラ９０に接続されるものとして図示されているが、本発明は、よく知られているようにＲＦ信号送信等による、センサ７０とコントローラ９０との間の無線通信を意図する。水供給源からの水の流量もまたコントローラによって制御される。これは、ソレノイド弁の使用によるか又は調整器によるものとすることができる。ソレノイド弁又は調整器は、較正された可変流量弁の使用等によって、流量情報を提供するように較正することができる。代替的に、水供給源からの流量は質量流量計によって制御されることができる。さらに別の実施形態では、流量センサは流量情報をコントローラに提供し、次いでコントローラはセンサ読み取り値に基づいて流量を調整するように弁又は調整器に信号を送ることができる。
【００２９】
コントローラは、バー又は先端２０の回転速度をハンドピースに供給される水の流量と比較する。この水量は、コントローラとも通信する比例制御される水弁７２からコントローラに供給されることができる。コントローラは、先端の測定された回転速度をハンドピースへの水の流量と比較するアルゴリズムでプログラミングされることができる。代替的に、コントローラは、測定された回転速度に基づいて所要の水の流量を特定する所定のルックアップテーブルを有し得る。所要の水の流量及び測定された回転速度が適正である場合、コントローラは何の措置もとらない。所要の水の流量が先端２０の測定された回転速度から逸脱している場合、コントローラは、先端の測定された回転速度に基づいて、ハンドピースに対する水の流量を適宜変えるように、比例制御される水弁又は質量流量計に信号を送る。コントローラは、プログラミング可能なコンピュータ又はマイクロプロセッサ等の任意のプログラミング可能な装置であってもよく、又は、上記の措置を達成することが可能なプログラミング不可能な専用装置であってもよい。
【００３０】
図３は、本発明の調整可能な動的散水強度システムの第２の実施形態を示す。この実施形態は図２に示す実施形態と実質的に同じであるが、ただし、動力が空気供給源ではなく、電気モータ１０４によって供給される。電動式ハンドピースと空気圧式ハンドピースとでは動作上では著しい相違点が存在するが、それらの相違点は、本明細書において述べる場合を除き、本発明の動作にとっては重要ではない。当然のことながら、電動式ハンドピース自体は、電源であるバッテリを含むか、又は電源への接続線である電線を含まなければならないが、第２の空気管路及び排気管路は電動式ハンドピースの場合には必要とされない。電気モータはハンドピースを駆動する動力を供給する。回転先端の機械的な作用を検出する手段はセンサ７０であり、好ましくは加速度計である。これは、先端の回転速度に関連するフィードバックをコントローラ９０に提供する。加速度計は前述したようにハンドピース内に位置しても継手内に位置してもよい。代替的に、先端の回転速度はモータが引き出す電流に関連し得る。この電流は適当な計量器によって電源にて測定され、先端速度の決定のためにコントローラに供給され得る。水の流量とハンドピースの回転速度の関係は、本発明の第１の実施形態において明記するようなものである。
【００３１】
コントローラ９０は本発明の重要な構成要素である。コントローラは単純なマイクロプロセッサ又は他の電子装置であって、本発明の動作に必要とされるいくつかの機能を実行すると共に本発明の動作に必要とされる機器と通信することができる。通信は典型的に、直接接続又はＲＦによる信号によるものである。コントローラ９０はアナログ信号を受信し、それらの信号をデジタル信号に変換することができるか、又は、通信せねばならない機器からデジタル信号を受信することができる。同様にして、コントローラ９０は、コントローラからの信号を受信する機器が要求する入力に応じて、アナログ信号又はデジタル信号を送信することができる。コントローラ９０は本発明の動的散水強度システムにおける各種状態を示す信号を受信することができ、これにより水の流量を制御することが可能となる。コントローラはまた、バー又は先端２０が受ける回転速度又はトルク等の先端の測定された状態と水の流量の関係を提供するアルゴリズムを格納及び実行することができる。アルゴリズムは、水の流量と先端速度の関係を厳密に計算する複雑な数学的関係、又は先端の状態範囲に対応する所要の流量範囲を要求する単純な数表（ルックアップテーブル）とすることができる。コントローラは、格納したアルゴリズムの実行に基づいて水の流量を増減するように、水の流量を制御する手段に信号を送ることもできる。本システムが水の流量を測定するセンサを含む場合、コントローラは、測定された水の流量が、水供給源からの水の流量及び先端の測定された状態に基づいた所要の水の流量と一致することを確実にするためにフィードバックループを有するように設定されることができる。コントローラはまた、可変流量弁、水の流量を制御するソレノイド弁、又は水の流量をより厳密に制御するより複雑な質量流量計等の水制御手段に信号を送る能力を含み、水の流量を制御するこれらの手段は、コントローラからの信号に応答する。より複雑な構成では、コントローラは、動的散水強度に対するチップエアー成分も、水の流量に基づいて又は先端の測定された状態に基づいて直接変えることができるよう、チップエアーの流量を制御するように配置されることができる。さらなるアルゴリズム又はルックアップテーブルが、コントローラがチップエアーの流量と水の流量又は先端の測定された状態の関係を確立することができるように必要とされる。当然のことながら、システム自体はチップエアーの流量を調整する手段、及びコントローラとチップエアー流を調整するチップエアー流量調整器との間の通信手段を含まねばならない。チップエアーの流量を調整するこの手段は、コントローラからの信号に基づいて動作可能なソレノイド弁若しくは流量調整器ほどの単純なものとすることができるか、又はよりコストの高い質量流量計とすることができる。コントローラは、ハンドピースが受けるどの作用でワークピースに対する水の流量を制御すべきかを、例えば、ハンドピースを通る、ワークピースに対する水の流量が、動作先端の速度によって決定されると共に制御されるべきであるか又は動作先端が受けるトルクによって決定されると共に制御されるべきであるかを判定するアルゴリズムも含むことができる。このコントローラの動作の記載は新規であり、本発明に特有に明記されるが、本明細書に開示されるようなコントローラの動作及び設計は、本発明の知識を有するコントローラの技術分野におけるルーチンワーク内にあるものとする。
【００３２】
先端の作用を求める手段７０もまた本発明の重要な側面である。水管路内の水の流量は最終的に、先端速度を示すのか、先端が受けるトルクを示すのか、動力を示すのか又は切削に対する何らかの他の作用を示すのかにかかわらず、その作用の正確な測定とその作用を示す信号のコントローラへの送信に応じて決まる。この最も広範な実施形態では、先端の作用を求める手段が先端の重要な作用を測定し、この作用の測定値がコントローラに伝達されねばならない。したがって、先端の速度が重要な作用である場合、センサは先端の速度を正確に測定すると共にその速度をコントローラ９０に伝達することが可能でなければならない。この状態では、センサ７０は、ハンドピース内の可動部品の周期的な振動を測定する加速度計とすることができる。通常、かかる振動はベアリングと関連するがそれに限定されない。代替的に、センサ７０はマイクロフォンとすることができ、ハンドピース１０内に位置していてもよく、又はハンドピースの外部にあってもよいがハンドピースに近接して位置し得る。ここでもまた、マイクロフォンは先端の動きに関連する周期的な音を拾う。
【００３３】
代替的に、先端の作用を求める手段は、先端が受けるトルクが増大する場合に生じるような回転先端の耐性（レジスタンス）を測定することができる。電気モータの場合では、トルクのこのような増大は、モータを回転させるのにモータが必要とする電流の増大に関連し得る。したがって、電源での電流計がこの電流を正確に求め、この測定された値をコントローラに伝達することができ、したがって、コントローラは回転部品（the rotating piece）が受けるトルクを求めることができる。代替的に、だが幾分関係して、先端に供給される動力は先端に対する水の流量の要件に関連し得る。したがって、モータに関連した動力設定又はモータが引き出す動力も用いることができる。トルクは空気圧式ハンドピース内でも評価され得る。実質的に一定の予め選択された圧力での空気供給により動力が供給されて回転先端を駆動する。この圧力をコントローラに伝達することができる。コントローラはアルゴリズムに基づいて、予め選択された空気圧力及び回転先端の速度に応じて回転先端が受けたトルクを求めることができるか、又は、受けたトルクをルックアップテーブルを用いて概算することができる。低いトルク値に対しては、水の流量を低くする必要があるため、歯科専門医の視界は良好である。しかしながら、トルクが増大するにつれ、ワークピースを冷却状態に保ち、潤滑を増大させ、作業領域から屑を取り除き、且つ先端又はバーが詰まらないようにするために、水の流量を増大させる必要がある。
【００３４】
流体制御装置もまた本発明の重要な側面である。流体制御装置がハンドピース内の又はハンドピースに対する水の流量を正確に制御することができることは、適正な水の流量をワークピースに供給するのに必要である。適正な流体制御装置は、コントローラからの信号に応答して流体の流量を増減することが可能でなければならない。信号の伝達はＲＦ信号を介するものであってもよく、又はコントローラへの直接接続によるものであってもよい。流体制御装置の１つのタイプは、流体の流量を正確に計量する。これらの装置は、較正されたソレノイド弁又は較正された比例制御される弁を含み得る。別の、より高価な流体制御装置は、コントローラと通信する質量流量計と共に用いられる単純な弁であってもよい。質量流量計は、マイクロプロセッサを有する複雑な装置とすることができ、それ自体が先端の作用を求める手段７０から信号を受信すると共に受信した信号に直接応答するコントローラ９０であるか、又はコントローラと通信する別品の機器であってもよい。質量流量計は流体の非常に厳密な計量を行う。流体制御装置は水の流量を制御するのに用いられ、水管路５４内、ハンドピースに至る継手内又は水供給源から継手に至る管路内の水の流量を制御するようにハンドピース１０内に含まれていてもよい。流体制御装置はまた、チップエアー管路５２内、ハンドピースに至る継手内又は空気供給源からハンドピースに至る管路内のチップエアーの流量を制御するのに用いられる。調整可能な動的散水強度システムが水の流量と共にチップエアーの流量を制御するように構成されている場合、上述のようにチップエアーの流量を制御することができる。流体制御装置はまた空気圧式システム内で用いられて、エアタービンに動力を供給するのに用いられる第２の空気管路５６（図２）内の駆動空気の流量を制御する。この実施形態では、エアタービンに動力を供給するのに用いられる空気は、行われている歯科手技に基づいて歯科専門医が決定する可変関数（variable function:可変作用）とすることができる。タービンに動力を供給するのに用いられる空気流量の正確な決定を用いて、歯科手技の際に冷却を与えるのに必要とされる水の流量を求めることができる。
【００３５】
任意の測定装置は流体流管路内に流量測定装置を含む。これらの任意の流量測定装置は、導管及び管路内の実際の流量状態を正確に求める。これらの流量測定装置は一般に、流量状態のリアルタイムの情報を直接接続又はＲＦ（高周波）によってコントローラに伝達するように設計された単純なセンサである。単純な装置であるこれらのセンサをコントローラ及び前述した流体制御装置と共に用いて、水管路５４内の又は水管路５４に対する水の流量、チップエアー管路５２内の又はチップエアー管路５２に対するチップエアーの流量、及び／又は空気圧式ハンドピースの場合ではエアタービンを駆動するように第２の空気管路５６内の又は第２の空気管路５６に対する駆動空気の流量を迅速且つ正確に制御するフィードバックループを形成することができる。
【００３６】
本発明のハンドピース１０の好ましい実施形態は、図４の拡大断面図でより詳細に示す。ハンドピース１０は近位端１２、遠位端１４、並びに近位端１２及び遠位端１４間に延びる本体１６を備える。螺合接続部（threaded connection）１１０が継手との組立てのために近位端に組み立てられる。回転先端２０又はバーがハンドピースの遠位端１４に組立てられる。チップエアーはチップエアー管路５２を通って供給され、水は水管路５４を通って供給され、これらの管路はオリフィス１１４で合わさって、その位置が先端２０の端部であるワークピース（図示せず）に散水を向ける。先端を回転させる手段が設けられる。空気圧式ハンドピースの場合、この回転させる手段は、ベアリング１０８に取り付けられる任意のエアタービン１０６であり、このエアタービンは動力を供給されて、回転アセンブリ１７を構成するベアリング、ベアリング１０８、チャック１８及び先端２０を回転させる。回転させる手段はまた、第２の空気管路５６又は駆動空気管路によって供給される駆動空気、及び排気管路５８によって供給される排気空気５８を含み、これらの管路は空気圧式ハンドピース内においてのみ必須である。電気モータによって動力を供給されるハンドピースの場合、回転させる手段は任意の電気モータ１０４である。電気モータ１０４を外部電源に接続する線１１２が示されているが、電源は本体内に位置する好ましくは充電可能なバッテリであってもよいことが当業者には理解されるであろう。この実施形態では、先端２０の周期的な作用を測定する手段、好ましくはセンサ７０が本体１６内に位置する。センサ７０は周期的な音を測定することができるマイクロフォンであってもよい。より好ましくは、センサはベアリングによって生じる振動等、回転アセンブリの周期的な振動を検出するように調整される加速度計である。周期的な作用を測定する手段はより複雑である場合もあり、アセンブリ１７の回転速度の厳密な測定のために回転アセンブリ内に含まれる光学エンコーダ又はホール効果エンコーダを含み得る。どのようなセンサが選択されようとも、センサは検出された周期的な作用の測定値をコントローラ９０（図４には図示せず）に伝達する。
【００３７】
図４のハンドピース１０は複数の選択肢を含む。ハンドピースは水管路１１６内の水の流量を調整する手段、及び空気管路１２０内のチップエアーの流量を調整する手段を含み得る。これらの調整する手段は、空気及び水の調整を制御する上述の装置のうちのいずれかであってもよい。さらに、小型コントローラ１１８がハンドピース内に含まれていてもよく、調整可能な動的散水システムを実質的に内蔵し、単にチップエアー及び水の接続だけを必要とする。バッテリ形態の内蔵式となっていない場合、動力は別個の電源から供給され得る。
【００３８】
図５は、歯科用ハンドピースと共に使用する本発明の調整可能な動的散水強度システムの概略図を示す。図５は、調整可能な動的散水ユニットが従来の歯科用送達ユニット１３０と共に使用されることができる方法を示す。従来の歯科用ユニット１３０は電動式ハンドピース、空気圧式ハンドピース、又は、光の特定の周波数を用いる硬化等、光に依存する作業のための供給源を支援するように構成される。フットペダル１３２は、水、光又は空気を制御するように選択可能な加減抵抗器（rheostat）である。送達ユニット１３０は或る流量の駆動空気、チップエアー、水又は動力を供給することができる供給源と接続される。送達は、手動により調整可能な弁である、チップエアーの流量を制御する第１の弁１３４、駆動空気の流量を制御する第２の弁１３６、及び水の流量を制御する第３の弁１３８を含む。記載の弁のそれぞれは手動で調整可能であり、図示のように上記ユニットの内部にあってもよく、又はユニットの外部にあってもよい。当然のことながら、送達ユニット１３０は水供給源、空気供給源及び電気供給源に接続される。ユニット１３０が電動式ハンドピースを支援するように接続されるため、駆動空気が必要とされない理由から、第２の弁はこの例では閉じている。駆動空気、チップエアー、水及び動力のための接続線１４０がハンドピースモータコントローラユニット１５０への接続に利用可能である。ハンドピースモータコントローラ１５０は、電動式ハンドピース又は空気圧式ハンドピースと共に使用するように構成される。
【００３９】
図５に示す実施形態では、ハンドピースモータコントローラ１５０は、スケーリングされたアナログ出力１５６と通信する、比例制御されるチップエアー弁１５２及び比例制御される水弁１５４を含み、スケーリングされたアナログ出力１５６は、必要に応じてアナログ出力をデジタル出力に変換することができるコントローラ１６０に接続される。比例制御されるチップエアー弁１５２は、チップエアーの流量を制御するようにチップエアー管路１６２内に位置し、比例制御される水弁１５４は、水の流量を制御するように水管路１６４内に位置する。ハンドピースモータコントローラ１６０が空気圧式ハンドピースを支援するのに用いられている場合に空気圧力を検知するように、圧力センサ１６６が駆動空気管路１６８内に位置し、この圧力センサはモータコントローラ１６０と通信する。図５では、ユニットが電動式ハンドピースを制御するように構成されているため、圧力センサ１６６は作動していない。
【００４０】
モータコントローラ１６０は、空気圧式ハンドピース又は電動式ハンドピースを支援するように構成され、空気は駆動空気管路１６８を通って供給され、電気は従来の供給源（図示せず）から供給される。モータ電源１７０と、センサ７０（図２及び図３）を含むモータフィードバック検知回路１７４とは、使用するハンドピースのタイプに応じて、電動式又は空気圧式に支援することができる。ハンドピースモータコントローラ１６０からの接続線１７２が空気圧式ハンドピース又は電動式ハンドピースと接続する。ユニットが電動式ハンドピースを支援するか又は空気圧式ハンドピースを支援するかは、ユーザインタフェース１７６上の選択可能な機能とすることができるか、又はモータフィードバック検知回路１７４からのフィードバックに基づいてコントローラが自動的に判定することができる。
【００４１】
別の実施形態では、図５に図示のようなコントローラは、ハンドピースがトルクに関連した作用に応答しているのか又は速度に関連した作用に応答しているのかを歯科専門医に判断させるユーザ選択可能な設定を含むことができる。これは、コントローラがトルクに関連した作用及び速度に関連した作用に異なる形で応答するようにプログラミングされることができるという理由から重要である。速度を水の流量を制御する決定因子として用いる場合、アルゴリズムに従って、切削速度が高い場合には、より多くの量の水がワークピースに向けられ、切削速度が低い場合には、より少ない量の水がワークピースに向けられる。これは、軽度の切削の場合での状態、すなわち負荷が低い場合に典型的である。しかしながら、トルクが水の流量を制御する決定因子である場合、トルクが高い場合には、より多くの量の水がワークピースに向けられ、この状態は通常、前進への抵抗により先端が減速する場合に生じる。これらの状態では、より多くの動力が先端にかけられている。トルクが低い場合には必要とされる水の量が少ないため、視界は改善される。選択により、行われている作業に対応するモードを歯科専門医が選ぶことが可能である。
【００４２】
さらに別の実施形態では、上述の選択可能な設定は、以下で明らかとなるような自動式と呼ばれる設定を含む。トルク検知性能及び速度検知性能の双方を含むシステムが、回転先端の速度及び該回転先端が受けるトルクに基づいて、適当なアルゴリズム又はルックアップテーブルの使用によって速度で水の流量を制御すべきであるか又はトルクで水の流量を制御すべきであるかを自動的に判定するように構成されることができる。かかる設定により、歯科専門医がコントローラに適切な設定を判定させることが可能となる。先端の作用を検出する或る手段が先端速度に関連したハンドピースの特性を判定し、先端の特性を検出する別の手段がトルクに関連した先端の特性を判定し、そのデータをコントローラに供給する。コントローラは、トルクが低いと判定した場合、速度で水の流量を制御させる。コントローラが、トルクが所定のレベルを超えて増大していると判定した場合、先端の測定された速度に関係なく、トルクにより、ワークピースに向けられる水の流量を制御する。この自動制御機能のさらなる変形形態として、トルクで水の流量を制御すべきであるとコントローラが判定するトルク値を歯科専門医が選択することを可能にする、加減抵抗器と同様に動作する機能を、ユーザインタフェース１７６内に含むことが可能である。この機能は、システムの動作が他の場合では自動式であるが、行われている手技に基づいて歯科専門医がトルクのオーバーライド値を選択しているため、自動機能の部分的なオーバーライドとして表示することができる。コントローラの操作によるこのシステムの動作、そのソフトウェア又は機械的制御、及び本明細書に記載の成果を達成するセンサ（簡潔にするため、これらは特に概説しない）の多くの変形形態が本発明の範囲内にある。
【００４３】
好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行い、且つ本発明の要素を均等物で置換することができることは、当業者には理解されるであろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状態又は材料を本発明の教示に適応させるように多くの変更を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために意図された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されないことを意図するが、添付の特許請求の範囲内にある全ての実施形態を包含する。
【図１】
0005473608.tif 000002
【図２】
0005473608.tif 000003
【図３】
0005473608.tif 000004
【図４】
0005473608.tif 000005
【図５】
0005473608.tif 000006