(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆への字形に屈曲又は湾曲したグリップと前記グリップの先端に設けたヘッドとを備え、前記ヘッドは前記グリップと連結する、内腔のあるヘッド連結部を備え、前記ヘッドに着脱自在に工具を装着する医科又は歯科用のハンドピースにおいて、
前記グリップの内部に、第１の回転軸と、第２の回転軸とを収容し、前記ヘッド連結部の内腔に第３の回転軸を収容し、
前記第１の回転軸から前記第２の回転軸に回転を伝達する第１の歯車機構と、
前記第２の回転軸から前記第３の回転軸に回転を伝達する第２の歯車機構とを有し、
前記第１の歯車機構は、前記第１の回転軸に固定された大径の内歯車と、前記第２の回転軸に固定された小径の外歯車を噛み合わせて構成され、
前記第２の歯車機構は、前記第２の回転軸に固定された大径の内歯車と、前記第３の回転軸に固定された小径の外歯車を噛み合わせて構成され、
前記第１の回転軸の中心軸と前記第２の回転軸の中心軸とでなす交角と、前記第２の回転軸の中心軸と前記第３の回転軸の中心軸とでなす交角は、それぞれ所定角度に設定されており、
前記第１及び第２の歯車機構の前記それぞれの内歯車は傘歯車で構成されており、
前記第１及び第２の歯車機構において、前記内歯車の周縁に接する仮想円筒面の内側に前記外歯車が実質的に内包され、
前記第１の歯車機構において、前記内歯車は第１の円錐角を有する第１のピッチ円錐をもって定義される歯車であり、前記外歯車は前記第１の円錐角よりも小さな第２の円錐角を有する第２のピッチ円錐をもって定義される歯車であり、前記第２のピッチ円錐の頂点が前記第１の回転軸の中心軸上にあることを特徴とするハンドピース。
【請求項２】
前記第１の歯車機構及び前記第２の歯車機構における軸角度の少なくとも１つが鈍角である請求項１に記載のハンドピース。
【請求項３】
前記第１のピッチ円錐の頂点と前記第２のピッチ円錐の頂点は一致しており、
前記第１のピッチ円錐に前記第２のピッチ円錐が内接している請求項１又は請求項２に記載のハンドピース。
【請求項４】
前記第１の歯車機構及び前記第２の歯車機構の少なくとも一方において、
前記内歯車の歯面は、前記第１のピッチ円錐を構成する任意の母線の方向から見たときに凹状をしている請求項３に記載のハンドピース。
【請求項５】
前記工具を把持するロータと一体に構成された歯車が設けてあり、
前記第３の回転軸に前記ロータと一体に構成された歯車と噛み合う別の歯車が設けてあり、
前記ロータと一体に構成された歯車と前記別の歯車が第３の歯車機構を構成しており、
前記ロータと一体に構成された歯車の歯数が前記別の歯車の歯数よりも多い請求項１から請求項４のいずれかに記載のハンドピース。
【請求項６】
前記第１の回転軸、前記第２の回転軸、及び前記第３の回転軸の少なくとも一つは中空の管で構成されており、前記中空の管を介して流体が前記グリップの内部を輸送されるようにしてある請求項１から請求項５のいずれかに記載のハンドピース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医科歯科用ハンドピース、特にコントラアングル型の医科歯科用ハンドピースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ駆動式のコントラアングル型医科歯科用ハンドピースが知られている。このコントラアングル型ハンドピースは、治療工具が着脱可能に取り付けられるヘッド部を備えた外筒部（グリップ部）と該外筒部に着脱自在に連結される駆動源を有する。また、外筒部は、接続部側の中心軸とヘッド部側の中心軸が所定の角度をもって交差するように、その途中で逆「へ」の字状に曲げられている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。
【０００３】
特許文献１と特許文献３に開示されたハンドピースは、駆動源から外筒部内の第１回転軸に伝達された回転力を、一対の歯車を介して第２回転軸に増速伝達し、第２回転軸から一対の歯車を介して第３回転軸に増速伝達し、さらに、第３回転軸によりヘッド部へ増速伝達して治療工具を駆動する三段増速型のハンドピースである。
【０００４】
特許文献２に開示されたハンドピースは、駆動源から外筒部内の第１回転軸に伝達した回転力を、一対の歯車を介して第２回転軸に増速伝達し、さらに、第２回転軸によりヘッド部へ増速伝達して治療工具を駆動する二段増速型のハンドピースである。
【０００５】
駆動源の回転力をヘッド部に伝達する伝達機構として、遊星歯車機構を備えたハンドピースの回転速度切換装置も知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５２０５８０号公報
【特許文献２】特開２００９−２８５１２号公報
【特許文献３】特公平７−５１１３６号公報
【特許文献４】特開２００５−４２８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１と特許文献３に開示されているハンドピースは、第１回転軸のヘッド部側に内歯車を有し、それが第２回転軸の接続部側外歯車に噛み合う構造、所謂インターナルギアシステムを採用している。このため、歯車間の噛み合い率が十分に大きく、歯と歯の円滑な噛み合わせが得られる結果、駆動時の騒音が少ない。歯車の噛み合い率は、互いに噛み合っている２つの歯車において同時に噛み合っている歯の組数を表し、その値が大きい程、回転伝達力を負担する歯の数が多いことから、円滑な回転が得られ、歯の磨耗が少なく、各歯に作用する力が少なくなる。そのため、一般的に、歯車が常時噛み合いを維持するためには、噛み合い率が１．０以上、実際には１．２以上であることが望ましい。
【０００８】
しかしながら、第２回転軸のヘッド部側と第３回転軸の接続部側は外歯車同士の噛み合いであることから、噛み合い率を大きくすることが難しい。その結果、噛み合う歯にかかる負荷（曲げ応力）が大きく、歯車の安定した噛み合わせが得られず、結果として、歯の噛み合い時に騒音が発生し、歯の磨耗が著しく、短期間の使用で歯が損傷する。
【０００９】
逆に、外歯車の噛み合い率の値を大きくするために両外歯車の径を大きくすると、これら外歯車を囲うハンドピース屈曲部の外径が大きくなり、術者が把持しにくかったり、歯牙切削時に該屈曲部が患者の前歯に接触したりして歯科治療が思うように行えないという問題を生じる。
【００１０】
特許文献２に開示されている医科歯科用ハンドピースにあっては、治療工具を所定の回転数で高速駆動させるため、第１回転軸のヘッド部側に位置する大径内歯車とこれに内接して第２回転軸の接続部側に位置する小径外歯車との歯数比が大きくなるように、大径内歯車の歯数に対して小径外歯車の歯数を小さくしている。しかし、小径外歯車の歯数が少なくなる程、両歯車間のバックラッシュが大きくなって騒音が大きくなり、１つの歯にかかる応力が大きくなり、歯の耐久性が低下する。
【００１１】
特許文献４に開示されている回転速度切換装置は、回転駆動機構として遊星歯車を採用しているため、その回転駆動機構の構成が極めて複雑である。
【００１２】
したがって、本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、その目的とするところは、歯厚を十分に確保した状態で歯車間の噛み合い率の値を大きくでき、歯車間に安定した噛み合わせが得られ、歯車の耐久性を向上し、かつ、治療工具を高速で回転駆動できる医科歯科用ハンドピースを提供することにある。また、本発明の他の目的は、歯牙切削時に術者が使用しやすい医科歯科用ハンドピースを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の医科歯科用ハンドピースは、逆への字形に屈曲又は湾曲したグリップと前記グリップの先端に設けたヘッドとを備え、前記ヘッドは前記グリップと連結する、内腔のあるヘッド連結部を備え、前記ヘッドに着脱自在に工具を装着する医科又は歯科用のハンドピースにおいて、前記グリップの内部に、第１の回転軸と、第２の回転軸とを収容し、前記ヘッド連結部の内腔に第３の回転軸を収容し、前記第１の回転軸から前記第２の回転軸に回転を伝達する第１の歯車機構と、前記第２の回転軸から前記第３の回転軸に回転を伝達する第２の歯車機構とを有し、前記第１の歯車機構は、前記第１の回転軸に固定された大径の内歯車と、前記第２の回転軸に固定された小径の外歯車を噛み合わせて構成され、
前記第２の歯車機構は、前記第２の回転軸に固定された大径の内歯車と、前記第３の回転軸に固定された小径の外歯車を噛み合わせて構成され、前記第１の回転軸の中心軸と前記第２の回転軸の中心軸とでなす交角と、前記第２の回転軸の中心軸と前記第３の回転軸の中心軸とでなす交角は、それぞれ所定角度に設定されており、前記第１及び第２の歯車機構の前記それぞれの内歯車は傘歯車で構成されており、前記第１及び第２の歯車機構において、前記内歯車の周縁に接する仮想円筒面の内側に前記外歯車が実質的に内包され、前記第１の歯車機構において、前記内歯車は第１の円錐角を有する第１のピッチ円錐をもって定義される歯車であり、前記外歯車は前記第１の円錐角よりも小さな第２の円錐角を有する第２のピッチ円錐をもって定義される歯車であり、前記第２のピッチ円錐の頂点が前記第１の回転軸の中心軸上にある。
【００１４】
前記第１の歯車機構及び前記第２の歯車機構における軸角度の少なくとも１つが鈍角であることが好ましい。
【００１５】
前記内歯車は第１の円錐角を有する第１のピッチ円錐をもって定義される歯車であり、前記外歯車は第１の円錐角よりも小さな第２の円錐角を有する第２のピッチ円錐をもって定義される歯車であり、第１のピッチ円錐の頂点と第２のピッチ円錐の頂点は一致しており、第１のピッチ円錐に第２のピッチ円錐が内接していることが好ましい。
【００１６】
前記第１の歯車機構及び前記第２の歯車機構の少なくとも一方において、前記内歯車の歯面は、前記第１のピッチ円錐を構成する任意の母線の方向から見たときに凹状をしていてもよい。
【００１７】
前記第１の歯車機構において、前記内歯車は前記第１の回転軸に固定され、前記外歯車は前記第２の回転軸に固定されており、前記第２の歯車機構において、前記内歯車は前記第２の回転軸に固定され、前記外歯車は前記第３の回転軸に固定されている。
【００１８】
前記工具を把持するロータと一体に構成された歯車が設けてあり、前記第３の回転軸に前記ロータと一体に構成された歯車と噛み合う別の歯車が設けてあり、前記ロータと一体に構成された歯車と前記別の歯車が第３の歯車機構を構成しており、前記ロータと一体に構成された歯車の歯数が前記別の歯車の歯数よりも多いことが好ましい。
【００１９】
第１の回転軸、第２の回転軸、及び第３の回転軸の少なくとも一つは中空の管で構成されており、前記中空の管を介してメンテナンス流体が前記グリップの内部を輸送される。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本発明のハンドピースによれば、第１の歯車機構及び第２の歯車機構をそれぞれ構成する一対のギアは、歯厚を十分に確保することができ、それらの歯面が極めて良好に噛み合い、駆動側のギアから従動側のギアに力が効率よく伝達される。それ故、駆動時の騒音等が軽減するとともに、ギアの耐久性が向上する。したがって、強度の高いギアの設計が可能となる。
【００２１】
また、噛み合う２つのギアを構成している一方の歯車の外径を収容し得る最小の大きさとすることができる。したがって、グリップの外径を出来るだけ小さくすることにより、ハンドピースをしっかりと握って治療ができ、更には施術中にグリップが人体（歯科治療であれば歯牙）に触れる事態を未然に防ぐことができる。  
【００２２】
更に、グリップで設けた２つの歯車機構で十分な増速が可能であり、ヘッド部に設けられた第３の歯車機構において、減速ができるため、同じ歯厚でヘッドの高さを小さくすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施の形態のハンドピースの全体外観図である。
【図２】図１におけるハンドピースの横断面図である。
【図３】第１の歯車機構における駆動側歯車と従動側歯車との噛み合い部分を説明する図である。
【図４】第２の歯車機構における駆動側歯車と従動側歯車との噛み合い部分、及び駆動側の歯車のピッチ円錐角を説明する図である。
【図５】第１の歯車機構における駆動側歯車と従動側歯車との軸角度を説明する図である。
【図６】第１の歯車機構の駆動側歯車の歯形と従動側歯車の歯形を説明する図である。
【図７】第１の歯車機構における駆動側歯車の軸心に対して従動側歯車の軸心が平行に形成されたハンドピースの他の形態である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係る医科歯科用ハンドピースについて、添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、「前」、「後」及び「上流」、「下流」それらの用語を含む用語を便宜上用いるが、これらは発明の解釈を容易にするためのものであり、それらの用語によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されるべきではない。なお、本明細書では、各構成要素の位置関係について、ハンドピースの後端側（駆動源側）を「接続部側」、ハンドピースの先端側を「ヘッド部側」という。
【００２５】
［全体構成］
図１、図２、及び図３に示すように、本発明の実施の形態に係る医科歯科用ハンドピース（以下、「ハンドピース」という。）１はコントラアングル型ハンドピースである。ハンドピース１は、図の左側に表されたヘッド２と図の右側に表されたグリップ３を有する。ヘッド２は、種々の切削工具５０が着脱自在に装着される部位である。グリップ３は、ハンドピース１を使用して医科治療又は歯科治療を行う術者（歯科医、歯科衛生士）に把持される逆「へ」の字形状の部位で、接続部側外筒部４と該接続部側外筒部４の先端側に連接されたヘッド部側外筒部５を有する。図示するように、接続部側外筒部４の中心軸６とヘッド部側外筒部５の中心軸８は所定の角度をもって交差している。角度α１は、両中心軸６，８の交点を通る接続部側中心軸６の延長線と、その交点からヘッド部側に伸びるヘッド部側中心軸８とのなす角の補角である。したがって、角度α１は９０度以上１８０度未満である。ヘッド部側中心軸８とヘッド２の中心軸９（この中心軸は切削工具５０の中心に一致する）のなす角度α２は約９０度である。
【００２６】
ヘッド２は、中空筒状のハウジング１０を有する。ハウジング１０の上部開口は着脱自在なキャップ１１で塞がれている。ハウジング１０の内側には、ヘッド中心軸９を中心に切削工具５０を保持するチャック機構付のロータ１２と、ロータ１２を回転可能に支持するベアリング１３，１４が収容されている。ロータ１２は、円筒形をしており、その下部外周面に、ヘッド中心軸９を中心とする円周に沿って多数の歯（ギア）を配置した傘歯車（以下、「ロータギア」という。）１５が一体的に形成されている。
【００２７】
ヘッド２は、ハウジング１０と一体的に形成されて接続部側に向かって伸びる連結部１６を備えており、この連結部１６にグリップ３が着脱自在に連結されている。図示するように、連結部１６とグリップ３はそれぞれ中空の筒形状をしている。具体的に、連結部１６は、ヘッド部側中心軸８に沿って伸びる内腔１７を有する。グリップ３は、中空部材（接続部側外筒部４とヘッド部側外筒部５）を有し、ヘッド部側外筒部５の先端側が連結部１６の後端側に着脱自在に連結されており、これらヘッド部側と接続部側の中空部材の内腔２０，２６が連結部１６の内腔１７とともに、以下に説明する回転伝達機構の収容空間を形成している。
【００２８】
［回転伝達機構］
回転伝達機構は、接続部側からヘッド部側に向かって順番に配置された３つの第１〜第３の回転伝達部１００，２００，３００を有する。実施の形態では、第１の回転伝達部１００と第２の回転伝達部２００は、グリップ３の接続部側外筒部４とヘッド部側外筒部５の内腔２０，２６に固定された筒状の位置決め部２３に保持されている。また、位置決め部２３は、円筒状のヘッド部側位置決め部材２４と、円筒状の接続部側位置決め部材２５を組み合わせて構成されている。回転伝達機構には、高強度及び高硬度が得られるＳＵＳ４２０Ｊ２やＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼が用いられる。
【００２９】
［第１の回転伝達部１００］
第１の回転伝達部１００は、第１の回転軸１０１を有する。第１の回転軸１０１は、グリップ３の接続部側中心軸６に沿って配置された第１のシャフト１０２を有する。第１のシャフト１０２は、２つの中空シャフト部−接続部側シャフト部１０３と該接続部側シャフト部１０３の先端側に外装されたヘッド部側シャフト部１０４−を有する。ヘッド部側シャフト部１０４は、ヘッド部側位置決め部材２４の内腔２６に固定された軸受１０５に回転可能に支持されている。接続部側シャフト部１０３は、ヘッド部側シャフト部１０４の内側に挿入され、接続部側シャフト部１０３に対して回転不能に且つ接続部側中心軸６に沿って接続部側シャフト部１０３に対して相対的に移動可能に保持されている。そのために、図２に示すように、実施の形態では、ヘッド部側シャフト部１０４内に形成された貫通孔１０６にボール１０７を収容し、このボール１０７を接続部側シャフト部１０３の外周に形成されたスラスト溝（軸方向溝）１０８に係合している。また、ヘッド部側シャフト部１０４の周囲にはヘリカルスプリング１０９が外装されており、そのヘッド部側が軸受１０５に当接され、その接続部側が接続部側シャフト部１０４の外周突部１１０に当接され、接続部側シャフト部１０３がヘッド部側シャフト部１０４に対して接続部側に付勢されている。
【００３０】
ヘッド部側シャフト部１０４の先端側は径方向外側に拡大して形成された第１フランジ部１１１と、該フランジ部１１１の外周端部をヘッド部側に伸ばして形成された第２フランジ部１１２を有し、該第２フランジ部１１２の後端側に内歯車（以下、「ドライブギア」という。）１１３が形成されている。図３に詳細に示すように、ドライブギア１１３は、周方向に一定のピッチで形成された多数の歯１１４を有する。このドライブギア１１３、特に、歯１１４の構成は、後に詳細に説明する。
【００３１】
［第２の回転伝達部２００］
第２の回転伝達部２００は、中空の管状部材からなる第２の回転軸２０１を有する。第２の回転軸２０１は、ヘッド部側位置決め部材２４のヘッド部側内腔２７に、ヘッド部側軸受２０２と接続部側軸受２０３を介して、回転自在に支持されている。図示するように、ヘッド部側位置決め部材２４に形成されている接続部側内腔２６とヘッド部側内腔２７は、それらの中心軸が、同一平面（図２の横断面）上で所定の角度α３をもって交差するように形成されている。第２の回転軸２０１はまた、接続部側が径方向外側に向けて拡大して大径部２０４が形成され、さらに、大径部２０４の外周に外歯車（以下、「ピニオンギア」という。）２０５が形成されており、また、ヘッド部側が径方向外側に向けて拡大して大径部２０６が形成され、さらに、大径部２０６のヘッド部側に傘歯車（以下、「中間ドライブギア」という。）２０７が形成されている。図３に示すように、ピニオンギア２０５は、ヘッド部側中心軸７を中心とする円周に沿って等ピッチに配置された多数の歯２０８を有し、この歯２０８がドライブギア１１３の歯１１４と噛み合うようにしてある。また、図４に示すように、中間ドライブギア２０７は、ヘッド部側中心軸７を中心とする円周に沿って等ピッチに配置された多数の歯２０９を有する。なお、実施の形態では、ヘッド部側軸受２０２と接続部側軸受２０３の間にヘリカルスプリング２１０が配置され、両軸受２０２，２０３がヘッド部側位置決め部材２４に対して位置決めされている。
【００３２】
［第３の回転伝達部３００］
第３の回転伝達部３００は、中空の管状部材からなる第３の回転軸３０１を有する。第３の回転軸３０１は、その中心軸をヘッド部側中心軸８に一致させてヘッド連結部１６の内腔１７に収容されており、ヘッド部側軸受３０２と接続部側軸受３０３により、ヘッド部側中心軸８を中心に回転可能に支持されている。第３の回転軸３０１はまた、接続部側を径方向外側に拡大して大径部３０４が形成され、さらに大径部３０４の外周に歯車（以下、「中間ドライブギア」という。）３０５が形成されており、ヘッド部側を径方向外側に拡大して大径部３０６が形成され、さらに大径部３０６の外周に歯車（以下、「フロントギア」という。）３０７が形成されている。図４に示すように、中間ドライブギア３０５は、ヘッド部側中心軸８を中心とする円周に沿って等ピッチに配置された多数の歯３０８を有し、この歯３０８が中間ドライブギア２０７の歯２０９と噛み合うようにしてある。また、図２に示すように、フロントギア３０７は、ヘッド部側中心軸８を中心とする円周に沿って等ピッチに配置された多数の歯３０９を有し、この歯３０９がロータギア１５と噛み合うようにしてある。なお、実施の形態では、ヘッド部側軸受３０２と接続部側軸受３０３の間にヘリカルスプリング３１０が配置され、両軸受３０２，３０３がヘッド連結部１６に対して位置決めされている。
【００３３】
［組立］
このような構成を備えたハンドピース１の組立、特に第１〜第３の回転伝達部１００，２００，３００の組み付けについて説明する。ヘッド２とグリップ３が分離されている状態で、第３の回転伝達部３００がヘッド２に組み付けられ、第１の回転伝達部１００と第２の回転伝達部２００がグリップ３に組み付けられる。
【００３４】
図２に示すように、実施の形態では、ヘッド２の連結部１６は、ハウジング１０と一体的に形成されたヘッド部側連結部３０と、このヘッド部側連結部３０の接続部側に連結される接続部側連結部３１を有する。また、第３の回転軸３０１は、中空シャフト３１１と、中空シャフト３１１の接続部側端部とヘッド部側端部に着脱自在に連結される歯車部材で構成されており、これら歯車部材に中間ドライブギア３０５、フロントギア３０７がそれぞれ形成されている。したがって、組み付け時、例えば、接続部側連結部３１の内腔（内腔１７）に中空シャフト３１１を配置する。次に、中空シャフト３１１の接続部側に、接続部側軸受３０３を外装し、中間ドライブギア３０５を固定する。また、中空シャフト３１１のヘッド部側に、ヘリカルスプリング３１０、ヘッド部側軸受３０２を外装し、フロントギア３０７を固定する。次に、このようにして第３の回転軸３０１を固定した接続部側連結部３１をヘッド部側連結部３０に連結し、フロントギア３１１をヘッド２のロータギア１５に噛み合わす。
【００３５】
第１の回転伝達部１００と第２の回転伝達部２００は、グリップ３に装着する前に、位置決め部２３に位置決めされる。そのために、第２の回転伝達部２００の第２の回転軸２０１は中空シャフト２１１を有し、該中空シャフト２１１のヘッド部側に中間ドライブギア２０７が一体に形成され、該中空シャフト２１１の接続部側に歯車部材が着脱自在に連結され、該歯車部材にピニオンギア２０５が形成されている。したがって、組み付け時、位置決め部材２４のヘッド部側内腔２７にそのヘッド部側から接続部側軸受２０３、ヘリカルスプリング２１０、ヘッド部側軸受２０２を順次挿入した後、ピニオンギア２０５を外した中空シャフト２１１を挿入し、それらの部材を位置決めする。次に、位置決め部材２４のヘッド部側内腔２７の接続部側から突出した中空シャフト２１１の接続部側端部にピニオンギア２０５を有する歯車部材を固定する。
【００３６】
一方、第１の回転伝達部１００については、ヘッド部側位置決め部材２４の接続部側内腔２６にヘッド部側シャフト部１０４を配置し、第１の回転軸１０１のドライブギア１１３を、ヘッド部側位置決め部材２４に位置決めされた第２の回転軸２０１のピニオンギア２０５を噛み合わせる。その後、ヘッド部側シャフト部１０４の周囲に軸受１０５を装着し、第１の回転軸１０１を回転可能に位置決めする。なお、第１の回転軸１０１のヘッド部側シャフト部１０４をヘッド部側位置決め部材２４に位置決めする作業は、第２の回転軸２０１をヘッド部側位置決め部材２４に位置決めする作業よりも先に行ってもよい。
【００３７】
次に、ヘリカルスプリング１０９を外装した接続部側シャフト部１０３のヘッド部側をヘッド部側シャフト部１０４の接続部側に挿入し、接続部側シャフト部１０３をヘッド部側シャフト部１０４とともに回転可能に且つ接続部側シャフト部１０３をヘッド部側シャフト部１０４に対して軸方向に相対的に移動可能に連結する。
【００３８】
最後に、接続部側位置決め部材２５をヘッド部側位置決め部材２４の接続部側に連結する。
【００３９】
このようにして第１の回転伝達部１００と第２の回転伝達部２００が組み付けられた位置決め部２３は、ヘッド部外筒部５にその接続部側から挿入されて位置決めされる。その後、ヘッド部側外筒部５の接続部側に接続部側外筒部５を連結し、グリップ３が完成する。
【００４０】
組み立てられたグリップ３は、そのヘッド部側をヘッド連結部１６の接続部側に連結する。このとき、第２の回転軸２０１の接続部側にある中間ドライブギア２０７が第３の回転軸３０１の接続部側にある中間ドライブギア３０５に噛み合わされる。
【００４１】
ハンドピース１の使用時、その接続部側に、モータを内蔵した駆動部（図示せず）が矢印方向から連結され、モータの駆動軸が第１の回転軸１０１を構成する接続部側シャフト部１０３の端部に連結される。このとき、接続部側シャフト部１０３はヘリカルスプリング１０９によって接続部側に付勢されているので、モータの駆動軸に確実に圧接して連結される。したがって、駆動部のモータの回転は、第１の回転軸１０１、第２の回転軸２０１、第３の回転軸３０１を介してロータ１２に伝達され、そこに装着された切削工具５０を回転する。
【００４２】
モータの回転数に対する切削工具５０の回転数の比率（増速率）は、複数の歯車機構を構成しているギアの歯数に依存する。実施の形態では、ドライブギア１１３の歯数が“２３”、ピニオンギア２０５の歯数が“５”、中間ドライブギア２０７の歯数が“１１”、中間ドライブギア３０５の歯数が“８”、フロントギア３０７の歯数が“１１”、ロータギア１５の歯数が“１２”に設計されている。したがって、モータの回転数は、第１の回転軸１０１から第２の回転軸２０１に回転を伝達する第１の歯車機構（ドライブギア１１３とピニオンギア２０５）１０００で増加し、さらに、第２の回転軸２０１から第３の回転軸３０１に回転を伝達する第２の歯車機構（中間ドライブギア２０７，３０５）２０００で更に増加し、そして、第３の回転軸３０１からロータ１２に回転を伝達する第３の歯車機構（フロントギア３０７とロータギヤ１５）３０００で減少し、全体として、モータの回転数は４．１５倍増速される。例えば、モータの回転数が４０，０００ｒｐｍの場合、回転数は第１の歯車機構１０００で１３２，０００ｒｐｍに増加し、第２の歯車機構２０００で１８５，０００ｒｐｍに増加し、最後に、第３の歯車機構３０００で１６６，０００ｒｐｍに調整される。このように、第３の歯車機構３０００では回転数が減少するため、この第３の歯車機構３０００を構成するフロントギア３０７とロータギア１５の受けるストレスが減少し、それらを長期間に亘って使用できる。また、フロントギア３０７を小径化できる結果、同じ歯厚でヘッド２の高さＳを短くできる。それ故、ヘッド２の小型化が図れ、歯牙切削時において人体の奥歯に治療工具５０が届かない問題を解消できる使いやすいハンドピース１を提供できる。
【００４３】
以上の構成に加えて、実施の形態のハンドピース１は、ヘッド２のハウジング１０の下部（切削工具５０の刃先に臨む箇所）に、エアー噴出口４０が形成され、そこから切削工具５０の先端部近傍にエアーが噴射されるようにしてある。例えば、エアー噴出口４０までのエアーの供給は、ハンドピース１の内部に形成されている空間を利用してもよいし、実施の形態のように第１〜第３の回転軸１０１，２０１，３０１を中空円筒部材で構成した場合、それら回転軸の内腔をエアー供給経路の少なくとも一部として利用することができる。なお、回転軸１０１，２０１，３０１の内腔は、ハンドピース１を洗浄するときの潤滑剤の供給経路としても使用できる。また、実施の形態のハンドピース１では、ハンドピース１の内腔にライトガイド４１を配置し、切削工具５０の刃先近傍に向けて光を照射するようにしてもよい。
【００４４】
［歯車機構の特徴１］
第１の歯車機構１０００と第２の歯車機構２０００の特徴ついて説明する。先ず、図３に示すように、第１の歯車機構１０００において、第１の回転軸１０１の中心軸６を中心とし、且つドライブギア１１３の周縁に接する円筒面１００１を仮想した場合、この仮想円筒面１００１にピニオンギア２０５の歯２０８が実質的に内包されている。なお、「実質的に内包されている」とは、歯２０８が完全に仮想円筒面１００１に内包されている場合だけでなく、一部の歯２０８の一部が僅かに仮想円筒面１００１の外側に存在する場合も含む。
【００４５】
同様に、図４に示すように、第２の歯車機構２０００において、第２の回転軸２０１の中心軸６を中心とし、且つ中間ドライブギア２０７の周縁に接する円筒面２００１を仮想した場合、この仮想円筒面２００１に中間ドライブギア３０５の歯３０８が実質的に内包されている。「実質的に内包されている」とは、歯３０８が完全に仮想円筒面２００１に内包されている場合だけでなく、一部の歯３０８の一部が僅かに仮想円筒面２００１の外側に存在する場合も含む。
【００４６】
このように、第１の歯車機構１０００、第２の歯車機構２０００が構成されていることにより、これら歯車機構１０００，２０００を内包するグリップ部分の内腔はそれぞれ、噛み合う２つの歯車を構成している一方の歯車の外径を収容し得る最小の大きさとすることができる。したがって、グリップ３の外径を出来るだけ小さくすることにより、施術中にグリップ３が人体（歯科治療であれば歯牙）に触れる事態を未然に防ぐことができる。
【００４７】
［歯車機構の特徴２］
第１の歯車機構１０００の別の特徴を説明する。図５に示すように、第１の歯車機構１０００を構成する一方のドライブギア１１３の第１のピッチ円錐１２０は、その頂点１２１が該ドライブギア１１３の末端側にあって、第１の回転軸１０１の中心軸６上にある。また、第１の歯車機構１０００を構成する他方のピニオンギア２０５の第２のピッチ円錐２２０も、その頂点２２１が同軸（中心軸６）上にあって上記第１のピッチ円錐１２０の頂点１２１と同じ位置にある。さらに、第２のピッチ円錐２２０が第１のピッチ円錐１２０に内接しており、第２のピッチ円錐２２０の底円２２２が第１のピッチ円錐１２０の底円１２２に内接している。そして、ドライブギア１１３の歯面（特に、ピニオンギア２０５と噛み合う部分）とピニオンギア２０５の歯面（特に、ドライブギア１１３と噛み合う部分）は、頂点１２１，２２１から伸びる線の延長上に形成されている。したがって、第１の歯車機構１０００を構成する２つのギア（ドライブギア１１３とピニオンギア２０５）はそれらの歯面が極めて良好に噛み合い、ドライブギア１１３からピニオンギア２０５に力が効率よく伝達される。
【００４８】
なお、第１の回転軸１０１の中心軸６と第２の回転軸２０１の中心軸７の交角である軸角度α３（図５（ｂ）参照）は、９０度以上で１８０度未満の範囲で設定される。実施の形態では、軸角度α３は約１７０度の鈍角に設定されている。なお、図示のとおり、軸角度α３は、第１のピッチ円錐１２０のピッチ円錐角δ１と第２のピッチ円錐２２０のピッチ円錐角δ２との差（δ１−δ２）の補角（＝１８０°−（δ１−δ２））に相当する。
【００４９】
本願明細書において軸角度とは、歯車対で、両歯車の回転の向きが逆になるように一方の軸を両歯車軸の共通垂線の周りに旋回させ、両軸を平行とするか、一致させるのに要する最小の角度のことをいう。
【００５０】
［歯車機構の特徴３］
図４に示すように、第２の歯車機構２０００を構成する一方の中間ドライブギア２０７の第３のピッチ円錐２３０は、その頂点２３１が該中間ドライブギア２０７の接続部側にあって、第２の回転軸２０１の中心軸７上にある。また、第２の歯車機構２０００を構成する他方の中間ドライブギア３０５の第４のピッチ円錐３３０も、その頂点３３１が同軸（中心軸２９）上にあって上記第３のピッチ円錐２３０の頂点２３１と同じ位置にある。さらに、第４のピッチ円錐３３０が第３のピッチ円錐２３０に内接しており、第４のピッチ円錐３３０の底円３３２が第３のピッチ円錐２３０の底円２３２に内接している。そして、２つの中間ドライブギア２０７，３０５の歯面（特に、他方のドライブギアと噛み合う部分）は、頂点２３１，３３１から伸びる線の延長上に形成されている。したがって、第２の歯車機構２０００を構成する２つのギア（中間ドライブギア２０７，３０５）はそれらの歯面が極めて良好に噛み合い、一方の中間ドライブギア２０７から他方の中間ドライブギア３０５に力が効率よく伝達される。
【００５１】
なお、第２の回転軸２０１の中心軸７と第３の回転軸３０１の中心軸８（ヘッド部側中心軸８）の交角である軸角度α４は、９０度以上で１８０度未満の範囲で設定される。実施の形態では、軸角度α４は約１６０度の鈍角に設定されている。上述の軸角度α３と同様に、軸角度α４は、第３のピッチ円錐２３０のピッチ円錐角δ３と第４のピッチ円錐３３０のピッチ円錐角δ４との差（δ３−δ４）の補角（＝１８０°−（δ３−δ４））に相当する。なお、実施の形態では、第１の歯車機構１０００の第１の回転軸１０１の中心軸６と第２の回転軸２０１の中心軸７の交角である軸角度α３と、第２の歯車機構２０００の第２の回転軸２０１の中心軸７と第３の回転軸３０１の中心軸８（ヘッド部側中心軸８）の交角である軸角度α４を共に９０度以上１８０度未満の鈍角に設定しているが、これに限らず、第１の歯車機構１０００及び第２の歯車機構２０００のうち、少なくとも一方の軸角度を９０度以上１８０度未満の鈍角に設定することも可能である。
【００５２】
［歯車機構の特徴４］
図６は第１の歯車機構１０００を構成するドライブギア１１３を示し、特に、図６（ｂ）はドライブギア１１３のピッチ円錐１２０を構成している任意の母線１２４に沿ってヘッド部側から歯１１４を見た図である。この図に示すように、ピニオンギア２０５と噛み合うドライブギア１１３の歯面１２５、特に、ピッチ円錐１２０の母線１２４に直交する断面ＶＩ-ＶＩ方向から見て歯元１２６から歯先１２７までの部分が、内側に向かって凹状に窪んだ曲面で形成されている。これに対し、ドライブギア１１３と噛み合うピニオンギア２０５の歯面（図示せず）は、通常の歯面のように、外側に凸状に突出した曲面で形成される。なお、凸状歯面はインボリュート歯形であってもよい。
【００５３】
図示しないが、同様に、第２の歯車機構２０００、第３の歯車機構３０００についても、それらを構成する従動側のギアの歯面を外側に凸状に突出した曲面とし、駆動側のギアの歯面をそれに対応する凹状曲面としてもよい。なお、従動側ギアの凸状歯面はインボリュート歯形であってもよい。
【００５４】
凹状曲面を有する歯車と平面（非凹面、非凸面）の歯面を有する歯車のそれぞれについて、これらが凸状歯面を有する歯車と噛み合うときの各歯に加わる最大せん断応力（Von Misesによる最大せん断応力）を有限要素法で計算した。その結果、平面の歯面を有する歯に作用する最大せん断応力は、凹状曲面の歯面を有する歯に作用する最大せん断応力の約１．２倍であるという計算結果を得た。この計算結果から明らかなように、駆動側ギアの歯面を凹状とすることにより、ギアの長寿命化を達成できることが理解できる。
【００５５】
以上の説明では、第１の歯車機構１０００と第２の歯車機構２０００は、一方のギアの中心軸と他方のギアの中心軸が交差する形態であったが、２つの歯車をそれぞれ平歯車（一方が内歯車で他方が外歯車）で構成し、両者の中心軸を平行に保った状態で噛み合わせてもよい。例えば、図７は、中心軸６に対して平行で且つ内向きの歯１１４’を内周縁部に備えた内歯車からなるドライブギア１１３’と、ドライブギア１１３’の歯１１４’に対して外側で噛み合い可能な歯２０８’を有する外歯車のピニオンギア２０５’をそれぞれ構成し、両ギアの中心軸を平行に保ち、内歯車のドライブギア１１３’と外歯車のピニオンギア２０５’を噛み合わせた形態を示す。なお、図７は第１の歯車機構１０００の他の形態を示すが、第２の歯車機構２０００も同様に構成できる。
【００５６】
この場合、歯１１４’の歯形を特に、歯元１２６から歯先１２７までの部分が、内側に向かって凹状に窪んだ曲面で形成することが好ましい。これに対し、ドライブギア１１３’と噛み合うピニオンギア２０５’の歯面（図示せず）は、通常の歯面のように、外側に凸状に突出した曲面で形成してもよいし、インボリュート歯形であってもよい。
【００５７】
以上、本発明に係るハンドピースの種々の形態を個別に説明したが、それらの形態は組み合わせることも可能であり、そのような組み合わせも本発明の技術的範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００５８】
１  ハンドピース
２  ヘッド
３  グリップ
４  接続部側外筒部
５  ヘッド部側外筒部
６  接続部側中心軸
８  ヘッド部側中心軸
９  ヘッド中心軸
１０  ハウジング
１１  キャップ
１２  ロータ
１３，１４  ベアリング
１５  ロータギア
１６  連結部（首部）
１７  内腔（連結部）
２０  内腔
２３  位置決め部
２４  ヘッド部側位置決め部材
２５  接続部側位置決め部材
２６  ヘッド部側位置決め部材の接続部側内腔
２７  ヘッド部側位置決め部材のヘッド部側内腔
３０  ヘッド部側連結部
３１  接続部側連結部
４０  エアー噴出口
４１  ライトガイド
５０  切削工具
１００  第１の回転伝達部
２００  第２の回転伝達部
３００  第３の回転伝達部
１０１  第１の回転軸
１０２  第１のシャフト
１０３  接続部側シャフト部
１０４  ヘッド部側シャフト部
１０５  軸受
１０６  貫通孔
１０７  ボール
１０８  スラスト溝
１０９  ヘリカルスプリング
１１０  外周突部
１１１  第１フランジ部
１１２  第２フランジ部
１１３  内歯車（ドライブギア）
１１４  歯
１２０  第１のピッチ円錐
１２１  ピッチ円錐頂点
１２２  底円
１２４  母線
１２５  歯面
１２６  歯底
１２７  歯先
２０１  第２の回転軸
２０２  ヘッド部側軸受
２０３  接続部側軸受
２０４，２０６  大径部
２０５  外歯車（ピニオンギア）
２０７  傘歯車（中間ドライブギア）
２０８  歯
２１０  ヘリカルスプリング
２１１  中空シャフト
２２０  第２のピッチ円錐
２２１  ピッチ円錐頂点
２２２  底円
２２３  歯面
２３０  第３のピッチ円錐
２３１  ピッチ円錐頂点
２３２  底円
３０１  第３の回転軸
３０２  ヘッド部側軸受
３０３  接続部側軸受
３０４，３０６  大径部
３０５  歯車（中間ドライブギア）
３０７  歯車（フロントギア）
３０８，３０９  歯
３１０  ヘリカルスプリング
３１１  中空シャフト
３３０  第４のピッチ円錐
３３１  ピッチ円錐頂点
３３２  底円
１０００  第１の歯車機構
１００１  仮想円筒面
２０００  第２の歯車機構
２００１  仮想円筒面
３０００  第３の歯車機構
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図４】
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【図７】
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