(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラー(６)からの信号を電動式ハンドピースに内蔵されているマイクロモーター(Ｍ)に印加する電圧に変換させ増幅させるための増幅手段(１)と該マイクロモーター(Ｍ)に対する切削又は研磨作業による回転負荷を電流の変化として検出する電流検出手段(２)とで該マイクロモーター(Ｍ)の回転数フィードバック機構が形成されていて且つ該マイクロモーター(Ｍ)に流れる最大電流値を制限する電流制限手段(３)を持つ電動式ハンドピースの制御装置において、該電動式ハンドピースに内蔵されているマイクロモーター(Ｍ)の最大電流値未満の所定の制限電流値を設定し該制限電流値を超え最大電流値未満の回転負荷を与えながらマイクロモーター(Ｍ)を回転させ続けたときに該マイクロモーター(Ｍ)に印加する電圧を下げる機能及び当該回転負荷を取り除いた時にマイクロモーター(Ｍ)の回転を自動的に復帰させる機能を持つ保護手段(５)と該制限電流値を超える電流が流れた時から前記保護手段(５)が作動するまでの時間を設定するための時間設定手段(４)とから成る保護機構が付加されていることを特徴とする電動式ハンドピース制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マイクロモーターを駆動源とする回転駆動機構を内蔵し、この回転駆動機構の先端部に切削具や研磨具等を装着して、歯科治療や歯科技工などの歯科分野において代表される医科分野や装飾分野において使用される電動式ハンドピースの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医科分野や装飾分野において使用される電動式ハンドピースの把持部に駆動源として内蔵されているマイクロモーターの発熱や極端な場合の焼け付きによる回転不能、そしてマイクロモーターの回転等を制御する制御回路の故障等を生じせしめる原因にもなっている過負荷による過電流等からマイクロモーター自身やその制御回路を保護する手段として従来から用いられてきたのは、マイクロモーター又はその制御回路全体の電流を検出できる位置にヒューズやブレーカーを組み込むことであった。しかしながらこのような手段を採用したのでは、切削具や研磨具等を装着して切削や研磨の作業を行っている時に、マイクロモーターに対する過負荷（装着された切削具や研磨具を通じての回転に対する抵抗が大きくなって限度を超えた場合を言う）が加わってマイクロモーターや制御回路に過電流が流れてしまうと、ヒューズやブレーカーが装置全体の電流を遮断してしまうため、一度このヒューズ又はブレーカーが作動してしまうとそれまで行っていた切削や研磨の作業を必然的に中断しなければならず、ヒューズを交換するか又はブレーカーを手動（使用者が自ら又は他の人の手を借りて）により復帰させなければ切削や研磨の作業を再開できなかった。
【０００３】
そこで手動によらなければ電動式ハンドピースを復帰させることができないという煩わしさを解消するために、マイクロモーターに流れる電流を常時検出していてマイクロモーターの絶対定格電流値（使用者や装置自身の安全のために超えて使用することができない最大の電流値を意味しており、この電流値を超えるような電流が流れた場合にはヒューズ又はブレーカーが作動することになる）未満の電流値を予め最大電流値として設定しておき、この最大電流値を超えるような過電流が流れ出すとその過電流に対応するだけマイクロモーターに印加する電圧を低下させて予め決められた最大電流値を維持させるような手段を付加するという工夫が施された。この手段の付加により切削や研磨の作業中にマイクロモーターに過負荷が加わった時でも制御回路やマイクロモーターの最大電流値を超えることがなくなり、しかもヒューズ又はブレーカーが動作してしまうことによって切削や研磨の作業を中断してヒューズを交換したりブレーカーを手動復帰しなければならないという問題が解消できたのである。
【０００４】
ところで、電動式ハンドピースが最もよく使用されている歯科医療の現場において一般的に用いられている電動式ハンドピースの場合を例に取り上げて説明すると、その絶対定格電流値は３〜５Ａで、動作電圧は０〜４０Ｖであるが、前述の最大電流値は普通には作業能率を考えて絶対定格電流値近くに設定しがちであるので、術者が過負荷に近い状態であることを気付かずにマイクロモーターを長時間連続して駆動していると、前述したような最大電流値付近の大きな電流が流れるような切削や研磨作業による回転負荷を加え続けることになってマイクロモーターのコイル抵抗による電力消費が増大して発熱してしまい、結果的にはマイクロモーターの寿命を短くしていたのである。この点を改善すべく絶対定格電流値よりも小さな数値（例えば絶対定格電流値の７０％程度）の電流値をその制限電流値として設定したりすると、確かにマイクロモーターの発熱は抑えることができるが今度は作業能率が落ちてしまうという別な問題が発生するのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上に述べたように最大電流値を抑制させるような手段を付加した結果として新たな問題を派生させてしまった従来のマイクロモーターの制御手段に置き換えるものとして、使用者が切削や研磨の作業を行っている時にマイクロモーターに過電流が流れてしまうような回転負荷（過負荷）を加えた場合でもヒューズの交換やブレーカーの手動復帰等の人手によらなければならない作業を未然に防止しながら、効率の良い絶対定格電流値近くで作業をも行えるようにし、加えてマイクロモーターの発熱によるその寿命の低下を防止するため使用者に現作業がマイクロモーターにとって過負荷の作業であることを知らしめるような工夫を付加し、そして過負荷となっている回転負荷を加えることを止めれば通常の使用状態にて使用可能であるような保護手段も付加した電動式ハンドピース制御装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者はかかる課題を解決すべく鋭意検討した結果、コントローラーからの信号を電動式ハンドピースに内蔵されているマイクロモーターに印加する電圧に変換させ増幅させるための増幅手段と該マイクロモーターに対する切削又は研磨作業による回転負荷を電流の変化として検出する電流検出手段とで該マイクロモーターの回転数フィードバック機構が形成されていて且つ該マイクロモーターに流れる最大電流値を制限する電流制限手段を持つ電動式ハンドピースの制御装置において、該電動式ハンドピースに内蔵されているマイクロモーターの最大電流値未満の所定の制限電流値を設定し該制限電流値を超え最大電流値未満の回転負荷を与えながらマイクロモーターを回転させ続けたときに該マイクロモーターに印加する電圧を下げる機能及び当該回転負荷を取り除いた時にマイクロモーターの回転を自動的に復帰させる機能を持つ保護手段と該制限電流値を超える電流が流れた時から前記保護手段が作動するまでの時間を設定するための時間設定手段とから成る保護機構を付加すれば、前記した課題が解決できることを究明して本発明を完成したのである。
【０００７】
【実施例】
以下、図面により本発明に係る電動式ハンドピース制御装置について詳細に説明する。
図１は本発明に係る電動式ハンドピース制御装置の１実施例における回路説明図、図２は本発明に係る電動式ハンドピース制御装置によるマイクロモーターの電流と電圧の特性の変化とその制御の関係を示す説明図である。
【０００８】
図面中、１はマイクロモーターＭの回転を増減させるためにフットコントローラーの如きコントローラー６からの信号電圧を抵抗Ｒ１とＲ２とで分圧した後、マイクロモーターＭに加える電圧ａとして増幅（本実施例においては抵抗Ｒ３とＲ４との関係において得られる値を増幅の倍数として採用する）させるアンプの機能を持つ増幅手段である。
【０００９】
２はマイクロモーターＭに流れる電流を抵抗Ｒ５で電圧信号として検出しこれを増幅（本実施例においては抵抗Ｒ６とＲ７との関係において得られる値を増幅の倍数として採用する）させると共に、マイクロモーターＭ対する切削又は研磨作業による回転負荷を電流の変化として検出する電流検出手段である。
【００１０】
ところで、切削（研磨）の作業時に被切削（被研磨）物に押し当てられた切削（研磨）具が受ける抵抗がマイクロモーターＭに対する回転負荷であるので、この回転負荷が加わるとマイクロモーターＭに流れる電流が増加することになる。また、電流検出手段２からの出力電圧ｂは回転負荷が加わった後（即ち電流増加後）の出力電圧であるので、マイクロモーターＭの回転負荷当初の電圧と比較すればその電圧は上昇したものとなっている。そして、この出力電圧ｂは元々のコントローラー６からの信号（電圧）に対して抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との関係で得られる割合で信号電圧ｆに加算される。よって、信号電圧ｆが増加して増幅手段１に入力されることになり、このようにしてコントローラー６からの信号電圧が一定でもマイクロモーターＭに印加する電圧ａを増加させることが可能となるので、増幅手段１と電流検出手段２とを組合わせることでマイクロモーターＭの回転数を一定に保ち得る回転数フィードバック機構を構成することになる。
【００１１】
３は前述した電流検出手段２によってマイクロモーターＭに流される電流が増大してもその電流値がマイクロモーターＭや制御回路の絶対定格電流値を超えないようにするための電流制限手段である。この電流制限手段３は、電流検出手段２の出力電圧ｂがツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧とトランジスタＴｒ１のベース，エミッタ間の電圧の和である電圧ｃを超えるとトランジスタＴｒ１が作動（ＯＮ）して増幅手段１の入力電圧ｆを低下させることでマイクロモーターＭに印加する電圧を下げる機能を持ち、これによりマイクロモーターＭに流れる最大電流値ｉ1（本実施例においては電圧ｃと抵抗Ｒ５，Ｒ６及びＲ７との関係において得られる）が制限されるのである。
【００１２】
５はマイクロモーターＭの最大電流値未満の所定の制限電流値ｉ2を設定しこの制限電流値ｉ2を超え最大電流値未満の回転負荷を与えながらマイクロモーターＭを回転させ続けたときにマイクロモーターＭに印加する電圧を下げる機能及び当該回転負荷を取り除いた時にマイクロモーターＭの回転を自動的に復帰させる機能を持つ保護手段であり、この保護手段５で設定した制限電流値ｉ2を超える電流が流れた時から保護手段５が作動するまでの時間が時間設定手段４で設定される。
【００１３】
即ち、電流検出手段２の出力電圧ｂが増加方向にある時のみ保護手段５が作動するまでの遅延時間を時間設定手段４で設定し、この時間設定手段４の出力電圧ｄを保護手段５の反転入力に入力し、前述した電流制限手段３のしきい電圧である電圧ｃ以下ではあるが連続的にマイクロモーターＭを動作せしめるとコイルが発熱してマイクロモーターＭが劣化する恐れがある電流値（制限電流値）ｉ2を流した場合に電流検出手段２の出力電圧ｂに現れる電圧と同等の電圧ｅ(H)（本実施例においては制限電流値ｉ2と抵抗Ｒ５，Ｒ６及びＲ７との関係において得られる）が、この保護手段５の出力が高(High)の時にのみ保護手段５の非反転入力に入力させておくのである。
【００１４】
しかして、電流検出手段２の出力電圧ｂ（即ち保護手段５の反転入力への入力）が電圧ｅ(H)より高い電圧〔マイクロモーターＭの回転負荷が過負荷（制限電流値ｉ2を超えている状態）となっている状態〕のまま時間設定手段４により設定された遅延時間を超えて持続されると、保護手段５の出力が反転して低(Low)になり増幅手段１の入力電圧ｆをツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧とダイオードＤ２の順方向電圧の和である電圧ｇまで下げる。ここで、この時間設定手段４にて設定される時間がマイクロモーターＭに対する過負荷の回転負荷を許容する制限時間となり、概ね１〜５秒間とすることがマイクロモーターＭの寿命を保護する意味で好ましいのである。そして、マイクロモーターＭに印加される電圧として反映される増幅手段１の入力電圧ｆが電圧ｇまで低下したことにより、マイクロモーターＭに印加される電圧ａは電圧ｈ（本実施例においては電圧ｇと抵抗Ｒ３及びＲ４との関係において定める）まで低下することになる。
【００１５】
このようにマイクロモーターＭには前述した制限電流値ｉ2を超える電流が流れるような過負荷の状態であったために、マイクロモーターＭに印加される電圧ａは電圧ｈまで低下し、結果としてその回転が回転に対する負荷により停止させられてしまうのである。このように、マイクロモーターＭが外力によって停止させられている場合、マイクロモーターＭのインピーダンスはマイクロモーターＭ自体のコイル抵抗Ｒｍであるので、マイクロモーターＭの両端に印加されているのが電圧ｈであればそこを流れる電流値ｉ5はこの両者の関係において容易に求めることができる。また、この時の消費電力は電圧ｈとコイル抵抗Ｒｍとの関係において与えられ、この消費電力を概ね１０Ｗ以下にすることによりマイクロモーターＭの異常な発熱を抑制することが可能となる。更に、マイクロモーターＭの一般的なコイル抵抗Ｒｍは２〜５Ω程度であることからこの電圧ｈが求められ、しかして抵抗Ｒ３とＲ４との関係から電圧ｇを定めることができるのである。
【００１６】
そして、マイクロモーターＭに電圧ｈが印加されている状態（即ち電流値ｉ5が流れている状態）下では、電流検出手段２の出力電圧ｂは電圧ｊ（本実施例においては電流値ｉ5と抵抗Ｒ５，Ｒ６及びＲ７との関係において定まる）となる。この電圧ｊが時間設定手段４を通して保護手段５の反転入力に入力されるのである。
【００１７】
しかし、ここで保護手段５の非反転入力の電圧ｅは保護手段５自体の出力によって変化するので、前述したように保護手段５の出力が反転して一旦低(Low)となった場合には、保護手段５の非反転入力の電圧ｅは電圧値ｊ以下の電圧ｅ(L)となるようにされている。この電圧ｅ(L)はマイクロモーターＭに印加される電圧が電圧ｈであり、マイクロモーターＭが外力により停止させられている時に流れている電流値ｉ5未満でマイクロモーターＭの無負荷時の電流値ｉ4より大きい電流値ｉ3を設定した時において、この電流値ｉ3がマイクロモーターＭに流れた時の電流検出手段２に出力電圧ｂに現れる電圧と同等の電圧である。そして、この電流値ｉ3（抵抗Ｒ５，Ｒ６及びＲ７との関係において定まる）までマイクロモーターＭの電流値が減少しない限りは保護手段５の出力は低(Low)を保ったままとなるのである。ところで保護手段５の非反転入力の電圧ｅ(H)とｅ(L)との差（幅）及びそれぞれの値は、本実施例においては保護手段５に配備されてい抵抗Ｒ１０とＲ１１及び可変抵抗Ｒ１３との関係において、その出力の高(High)と低(Low)とによって定めることができるようにされているものである。
【００１８】
そして、マイクロモーターＭの電流値を減少させるためマイクロモーターＭに対する回転負荷を取り除く（即ち、被切削物又は被研磨物から切削具又は研磨具を離す）と、本来マイクロモーターＭには電圧ｈが印加されているのでマイクロモーターＭは再び回転を始めることになる。このマイクロモーターＭの回転の再開時には回転に対する負荷が無いので、マイクロモーターＭを流れる電流値は電圧ｈが印加されている時の無負荷電流値ｉ4まで減少することになる。従って、保護手段５の反転入力の電圧は非反転入力の電圧ｅ(L)以下になる。しかして保護手段５の出力が高(High)に復帰することになるので、増幅手段１の入力電圧を電圧ｇまで下げていた印加電圧制限が解除され通常の回転制御が可能になるのである。
【００１９】
【作用】
上記した如き構成の本発明に係る電動式ハンドピース制御装置に作用について図２に基づいて説明する。
コントローラー６からの信号（電圧）によりマイクロモーターＭに電圧ｋが印加されるとする。この時マイクロモーターＭに対する回転負荷が無ければ、マイクロモーターＭの無負荷時の動作直線Ｐ−０と電圧ｋとの交点がマイクロモーターＭの動作開始点である無負荷電流値ｉ4の位置となる。そして切削又は研磨作業によりマイクロモーターＭを流れる電流が増大すると、これに比例して電圧も上昇する。即ちマイクロモーターＭを流れる電流は動作直線Ｐ−１上を右上がり（正の傾き）に移動することになる。
【００２０】
マイクロモーターＭに対する回転負荷が増して過負荷となってマイクロモーターＭに流れる電流が予め設定されたマイクロモーターＭの最大電流値ｉ1（動作直線Ｐ−１と電流値ｉ1との交点Ｓ）に至ると、電流制限手段３が作動して電圧を電流値ｉ1線上のＴ点まで下げることになる。このＴ点は、マイクロモーターＭのコイルが本来持つインピーダンスとの関係において得られる直線Ｐ−２と電流値ｉ1線との交点である。前述したような動きを辿る場合の他の場合（即ち、電流値ｉ1から電流値ｉ2までの範囲内にあるような回転負荷が加わる場合）には保護手段５が作動するのである。そして、電流制限手段３が作動した場合又は電流値ｉ2より大きな電流値（但し、電流値ｉ1未満）のまま切削又は研磨作業が行われた場合のいずれにおいても時間設定手段４で予め設定されている時間を超えた瞬間に保護手段５が作動して結果的にマイクロモーターＭに印加する電圧を電圧ｈまで下げることになる。しかしてマイクロモーターＭの回転は加えられている回転負荷と合わせて電圧が低下してしまうことで停止するのである。
【００２１】
マイクロモーターＭに対する回転負荷を除く（即ち、被切削又は被研磨対象から切削具又は研磨具を離す）と、マイクロモーターＭにはこの状態でも電圧ｈが印加されているので、マイクロモーターＭは回転を再開するのである。この時、マイクロモーターＭの電流値は電流値ｉ3以下（但し、電流値ｉ4以上）まで減少し、しかして保護手段５の出力が高(High)に復帰することなるので、マイクロモーターＭに印加される電圧は電圧ｋに戻ることになるのである。
【００２２】
【発明の効果】
以上に詳述した如く本発明に係る電動式ハンドピース制御装置は、電動式ハンドピースの使用者が切削や研磨の作業を行っている時に電動式ハンドピースのマイクロモーターに過電流が流れてしまうような過負荷な回転負荷を加えた場合にもヒューズの交換やブレーカーの手動復帰等の人手によらなければならない作業を未然に防止しながら、効率の良い絶対定格電流値近くで作業を行うことを可能とし、加えてマイクロモーターの発熱によるその寿命の低下を防止するため使用者に現作業がマイクロモーターにとって過負荷であるような作業であることを知らしめるような工夫が付加されており、そしてマイクロモーターにとって過負荷となっている回転負荷を加えることを止めれば通常の使用状態にて再び使用することができる状態に復帰するのである。
従って、医科分野や装飾分野における電動式ハンドピースの使用者が安心して電動式ハンドピースを使用することが可能となるのであり、その医科分野や装飾分野にに貢献するところの非常に大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動式ハンドピース制御装置の１実施例における回路説明図である。
【図２】本発明に係る電動式ハンドピース制御装置によるマイクロモーターの電流と電圧の特性の変化とその制御の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  増幅手段
２  電流検出手段
３  電流制限手段
４  時間設定手段
５  保護手段
６  コントローラー
Ｍ  マイクロモーター
Ｔｒ１  トランジスタ
Ｄ１    ダイオード
Ｄ２    ダイオード
ＺＤ１  ツェナーダイオード
ＺＤ２  ツェナーダイオード
Ｒ１  抵抗
Ｒ２  抵抗
Ｒ３  抵抗
Ｒ４  抵抗
Ｒ５  抵抗
Ｒ６  抵抗
Ｒ７  抵抗
Ｒ１０  抵抗
Ｒ１１  抵抗
Ｒ１３  可変抵抗
ａ    マイクロモーターに加わる電圧
ｂ    電流検出手段からの出力電圧
ｃ    ツェナー電圧とベース，エミッタ間との電圧の和である電圧
ｄ    時間設定手段の出力電圧
ｅ    保護手段の非反転入力への入力電圧
ｅ(H)    マイクロモーターに制限電流値ｉ2が流れた時に電流検出手段の出力電圧に現れる電圧と同等の電圧
ｅ(L)    マイクロモーターに電流値ｉ3が流れた時に電流検出手段の出力電圧に現れる電圧と同等の電圧
ｆ    増幅手段への入力電圧
ｇ    ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧とダイオードＤ２の順方向電圧の和である電圧
ｈ    保護手段の出力が低(Low)の時にマイクロモーターの両端に印加されている電圧
【図１】
0003683305.tif 000002
【図２】
0003683305.tif 000003