(57)【要約】      （修正有）【課題】柔軟性、切削性、耐破折性に優れた歯科用ファイルを提供する。【解決手段】本発明の歯科用ファイル１０は、螺旋状で先端に向かって断面が小さくなっている作業部１１を有し、その作業部１１の任意の位置での断面形状が１本の円弧４０と３本の線４１，４２，４３で構成される略長方形であり、その略長方形の四隅の点は、前記円弧４０を一部分とする仮想円５０の円上と仮想円５０の内側にそれぞれ２点ずつ配置されており、かつ前記略長方形の内側に仮想円５０の中心位置があり、前記円弧４０を一部分とする仮想円５０の中心位置から前記３本の線４１，４２，４３までのそれぞれの垂線の長さのうち最短の垂線の長さが、前記仮想円５０の半径に対して４５％以上６５％以下であることとする。【選択図】図１
2019180864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状で先端に向かって断面が小さくなっている作業部を有し、
前記作業部の任意の位置での断面形状が１本の円弧と３本の線で構成される略長方形であり、
前記略長方形の四隅の点は、前記円弧を一部分とする仮想円の円上と前記仮想円の内側にそれぞれ２点ずつ配置されており、かつ前記略長方形の内側に前記仮想円の中心位置があり、
前記仮想円の中心位置から前記３本の線までのそれぞれの垂線の長さのうち最短の垂線の長さが、前記仮想円の半径に対して４５％以上６５％以下であることを特徴とする歯科用ファイル。
【請求項２】
前記作業部の螺旋状が、先端に近いほど螺旋ピッチが狭いことを特徴とする請求項１に記載の歯科用ファイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯科治療において根管の拡大・清掃に用いられる歯科用ファイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科治療において根管の拡大や清掃に用いられる歯科用根管切削具として、リーマやファイルがある（特許文献１参照）。リーマは主に回転させることで根管内を切削し、ファイルは回転させたり軸方向に押し引きしたりして根管内の切削をするものである。
【０００３】
従来の歯科用根管切削具はステンレス製であったが、近年は湾曲した根管の治療に適した弾力性の高いニッケルチタン製が用いられることがある。更に、動力としては手動式だけでなく、歯科用ハンドピース（エンジン）に接続して用いられる電動式も増えている。そして、電動式にすることで、治療を迅速に行うことを可能としている。
【０００４】
図７は、一般的な歯科用ファイルの平面図である。ここに示した歯科用ファイル１００は、歯科用ハンドピースに接続して用いられるものである。この歯科用ファイル１００は、螺旋状で先端に向かって細くなっている形状の切刃からなる作業部１０１と、その作業部１０１の後端に連なるシャフト１０２と、そのシャフト１０２の後端に連なり歯科用ハンドピースに取り付けられる把持部１０３と、を有している。
【０００５】
このような歯科用ファイルの一般的な製造方法は、まず、細い線材から作業部になる部分をセンターレス加工機により一定のテーパー率（例えば、６／１００等）になるように加工し、その後、刃溝研削機により作業部の切刃になる溝を形成する。ここで、太い線材から加工すれば、作業部になる部分のテーパーと、切刃になる溝とを同時に形成することが技術的には可能であるが、研削量が多く砥石を傷めやすいことから、細い線材からテーパー形成と切刃形成の２段階に研削するという方法を採用することが多い。ニッケルチタン製の歯科用ファイルの場合は、特に砥石を傷めやすいので、細い線材から形成するのがよい。
【０００６】
歯科用ファイルに要求される主な性能としては、複雑な形状の根管に追従できる柔軟性、根管を適切に切削できる切削性、作業中に破損することがない耐破折性などが挙げられる。これらの性能が高い程、根管形成を容易かつ素早く行うことが可能となり、施術者及び患者の負担を軽減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４２４７３４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような事情に鑑み、本発明は、柔軟性、切削性、耐破折性に高い性能を有する歯科用ファイルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために本発明の歯科用ファイルは、螺旋状で先端に向かって断面が小さくなっている作業部を有し、その作業部の任意の位置での断面形状が１本の円弧と３本の線で構成される略長方形であり、その略長方形の四隅の点は、前記円弧を一部分とする仮想円の円上と仮想円の内側にそれぞれ２点ずつ配置されており、かつ前記略長方形の内側に仮想円の中心位置があり、仮想円の中心位置から前記３本の線までのそれぞれの垂線の長さのうち最短の垂線の長さが、仮想円の半径に対して４５％以上６５％以下であることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、作業部の螺旋状が、先端に近いほど螺旋ピッチが狭いことにするとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の歯科用ファイルによれば、柔軟性、切削性、耐破折性に高い性能を発揮することができるという効果を奏する。さらに、螺旋ピッチを先端に近いほど狭いことにすると、根管からの引き上げ荷重を低減することができ、より根管形成作業を容易に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は歯科用ファイルの平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図２】歯科用ファイルの製造工程を説明する図であって、（ａ）は線材の平面図、（ｂ）はテーパー材の平面図、（ｃ）は歯科用ファイルの平面図である。
【図３】歯科用ファイルの断面形状を説明する図であり、（ａ）はコアが３辺に接している図、（ｂ）はコアが１辺に接している図、（ｃ）はコアが２辺に接している図である。
【図４】コア率の違いによる断面形状を比較する図であって、（ａ）はコア率４５％、（ｂ）はコア率６５％である。
【図５】作業部の螺旋ピッチを変化させた比較図であって、（ａ）は等ピッチの歯科用ファイル、（ｂ）は先端に向かってピッチが狭い歯科用ファイルである。
【図６】性能比較を行った作業部の断面形状であって、（ａ）は従来品の断面、（ｂ）は本発明の断面である。
【図７】一般的な歯科用ファイルの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１（ａ）は本発明の歯科用ファイルの平面図であり、図１（ｂ）はＡ−Ａ線拡大断面図である。
【００１５】
歯科用ファイル１０は、根管を切削する作業部１１と、その作業部１１の後端に連なるシャフト１２と、そのシャフト１２の後端に連なり歯科用ハンドピースに取り付けられる把持部（図示省略）と、を有している。ここで、作業部１１は、先端に向かって断面が小さくなるテーパー形状であり、かつ、相似形の断面が螺旋状に繋がった構成をしている。作業部１１の任意位置での断面形状は、３つの線４１，４２，４３と、1つの円弧４０（以下、「ランド」とする。）で外縁が形成された略長方形である。つまり、断面形状の概観は長方形であって、３つの線４１，４２，４３は、直線又は直線に近い曲線という意味である。なお、作業部１１の断面形状の詳細については、さらに後で述べる。
【００１６】
図２は、歯科用ファイルの製造工程を説明する図であって、（ａ）は線材の平面図、（ｂ）はテーパー材の平面図、（ｃ）は歯科用ファイルの平面図である。歯科用ファイル１０の作業部１１は、以下の製造工程により形成される。
【００１７】
まず、ニッケルチタン製品の線材３０を用意する。この線材３０の断面は円形で、長さは完成品の歯科用ファイル１０の長さに基づいて決定される。ニッケルチタン製品にするのは、弾力性に富んだ素材であり、複雑な形状の根管に追従し易いからである。
【００１８】
次に、線材３０を研削し、先端に向かって一定の割合で細くなっているテーパー部分３２を有するテーパー材３１を形成する。テーパー部分３２は、完成品では作業部１１になる部分なので、作業部１１に相当する長さ及びテーパー率の円錐形状とする。ここで、テーパー部分３２の任意の位置における断面の半径をＲとすると、軸方向に対する直径２Ｒの変化率がテーパー率であり、そのテーパー率は、例えば４／１００〜６／１００（片側の勾配は２／１００〜３／１００）の所定の値とすることができる。
【００１９】
最後に、テーパー部分３２を図１（ｂ）の断面形状が螺旋状に繋がるように、さらに研削して、作業部１１が形成される。
【００２０】
図３は、歯科用ファイルの断面形状を説明する図であり、（ａ）はコアが３辺に接している図、（ｂ）はコアが１辺に接している図、（ｃ）はコアが２辺に接している図である。
【００２１】
作業部１１の断面形状において、ランド４０はテーパー部分３２の表面のままで研削せず、３つの線４１，４２，４３の部分のみ研削して形成されている。ここで、線４１と線４２、及び、線４２と線４３は、互いに直交している。つまり、線４１と線４３は平行であり、線４２が線４１及び線４３のいずれとも直交している。また、線４１とランド４０の交点が切削刃１５となるので、切削刃１５に掬い角を形成するために、線４１は僅かに反った曲線になることがある。また、線４２と線４３についても、作業部１１が螺旋状であることから、完全な直線に研削するのは難しく、直線に近い曲線になると考えられる。従って、線４１と線４３も、完全な平行ではない場合もあり、また線４２と線４１とのなす角及び、線４２と線４３とのなす角についても、９０°ではない場合もある。ただし、これらは緩い曲線なので、作業部１１の断面形状の概観としては、長方形と言ってもよい。よって、線４１，４２，４３は、直線とみなして以下の説明をする。
【００２２】
テーパー材３１の軸心位置をＯとし、任意の位置の断面におけるテーパー部分３２の半径をＲとする。そして、完成品である歯科用ファイル１０において、軸心位置Ｏを中心とした半径Ｒの円を仮想円５０とする。つまり、ランド４０は仮想円５０の一部分ということになるので、ランド４０の両端の点は仮想円５０の円上にあることになる。そして、軸心位置Ｏは、仮想円５０の中心位置Ｏであり、当然この中心位置Ｏは、作業部１１の断面形状である略長方形の内側に位置している。
【００２３】
仮想円５０の中心位置Ｏから３本の線４１，４２，４３までの距離は、中心位置Ｏから３本の線４１，４２，４３にそれぞれ降ろした垂線の長さということになる。ここで、この垂線のうち最短のものの長さをｒ０とすると、中心位置Ｏから半径ｒ０の円形部分は、螺旋状の作業部１１の全長に亘って連続する部分であり、これを歯科用ファイル１０のコア５１とする。なお、半径ｒ０は歯科用ファイル１０の先端に向かって小さくなるので、コア５１は先端に向かって細くなる円錐形状ということになる。
【００２４】
図３（ａ）は、線４１，４２，４３に降ろした垂線の長さが等しい場合の図であり、言い換えると、コア５１が作業部１１の断面の３辺である線４１，４２，４３に接している場合の図である。したがって、作業部１１の断面は、テーパー部分３２の円形断面に対し３方向から（Ｒ−ｒ０）の深さだけ研削することで形成されたことになる。なお、このようにそれぞれの垂線の長さが等しい場合を基本とするが、垂線の長さをそれぞれ違う値にすることもできる。
【００２５】
図３（ｂ）は、線４２に降ろした垂線の長さｒ０が最短になる場合の図であり、言い換えると、コア５１が作業部１１の断面の１辺である線４２にのみ接している場合の図である。ここで、ｒ０以外の垂線の長さをｒ１及びｒ２とすると、ｒ０＜ｒ１、ｒ０＜ｒ２であり、ｒ１＝ｒ２となる場合もある。なお、図示していないが、コア５１が接する線が線４１や線４３の場合もあり、そのときは最短の垂線の位置が変わることになる。また、作業部１１の断面は、テーパー部分３２の円形断面に対し３方向からそれぞれ、（Ｒ−ｒ０）、（Ｒ−ｒ１）、（Ｒ−ｒ２）の深さだけ研削することで形成されたことになる。
【００２６】
図３（ｃ）は、線４１及び線４３に降ろした垂線の長さｒ０，ｒ０が最短になる場合の図であり、言い換えると、コア５１が作業部１１の断面の２辺である線４１及び線４３に接している場合の図である。なお、図示していないが、コア５１が接する２辺は、線４１と線４２であってもよいし、線４２と線４３であってもよい。また、作業部１１の断面は、テーパー部分３２の円形断面に対し３方向からそれぞれ、（Ｒ−ｒ０）、（Ｒ−ｒ０）、（Ｒ−ｒ３）の深さだけ研削することで形成されたことになる。
【００２７】
また、コア半径ｒ０と仮想円半径Ｒの割合（ｒ０／Ｒ×１００）をコア率とすると、コア率は作業部１１の全長に亘って一定の値になる。具体的には、コア率は４５％以上６５％以下とするのがよい。図４は、コア率の違いによる断面形状を比較する図であって、（ａ）はコア率４５％、（ｂ）はコア率６５％である。なお、ここでは、コア５１は、作業部１１の断面の３辺に接する場合を例示している。
【００２８】
ここで、仮にコア率を４５％より小さくすると、作業部１１の断面形状は、図４（ａ）よりも断面が細長い略長方形になり、強度が足りなくなるという問題が生じる。また、コア率を約７０％にすると線４１と線４２の交点１６、及び、線４２と線４３の交点１７が、それぞれほぼ仮想円５０の円上になるので、根管を切削する際に、これらの交点１６，１７が根管の壁に食い込み易くなり、柔軟性や耐破折性に影響を及ぼすことになるという問題が生じる。したがって、線４１と線４２の交点１６及び線４２と線４３の交点１７は、いずれも仮想円５０の内側に配置されていることとする。このとき、根管で曲がった箇所においては、交点１６，１７が根管壁に当接することもあるが、それによって柔軟性や耐破折性が下がることはない。却って、交点１６，１７が、緩やかに削る切削刃として機能し切削性に寄与することも考えられる。
【００２９】
作業部１１の断面の重心位置をＧとすると、中心位置Ｏと重心位置Ｇは、３つの線４１，４２，４３を形成したことによって、図３（ａ）に図示しているように、ランド４０の方にずれることになる。このような状態をオフセンターという。本発明の歯科用ファイル１０は、オフセンターになっていることで柔軟性や耐破折性に優れているとともに、切削片の排出性が良いため切れ味が滑らかになるという特徴がある。
【００３０】
また、テーパー率が４／１００のときは、コア率を６０％以上６５％以下、テーパー率が６／１００のときは、コア率を５５％以上６０％以下にすると、より柔軟性や耐破折性の性能がよいことが試験により分かっている。
【００３１】
図３（ａ）の場合、ランド長Ｌは、Ｌ＝２Ｒ×ａｒｃｓｉｎ（ｒ／Ｒ）で求められるので、コア率が決定されれば、ランド長Ｌを求めることができる。例えば、コア率が４５％以上６５％以下の場合、ランド長Ｌは、０．９３Ｒ≦Ｌ≦１．４２Ｒということになる。つまり、コア５１が作業部断面の３辺に接する場合には、コア率の代わりにランド長Ｌが０．９５Ｒ以上１．４０Ｒ以下という範囲で本発明の歯科用ファイル１０を定義することも可能である。
【００３２】
更に性能の良い歯科用ファイルを求めて、作業部の螺旋ピッチを変化させて、性能比較をしてみた。図５は、作業部の螺旋ピッチを変化させた比較図であって、（ａ）は等ピッチの歯科用ファイル、（ｂ）は先端に向かってピッチが狭い歯科用ファイル（以下、「前詰めピッチ」とする。）である。なお、ピッチを分かりやすくするために、ランド４０の見える部分は、塗りつぶして記載している。等ピッチのものは、全てピッチが同一であるが、前詰めピッチのものは、先端に近いほどピッチが狭くなる構成である。なお、図５（ｂ）とは逆に先端に向かってピッチを広くした製品も考えられるが、その場合は、先端付近の強度が弱くなり、変形が生じやすくなってしまうため、比較対象からは除外することとした。
【００３３】
比較試験としては、作業部１１が根尖へ進む力を推定するスクリューリング試験と、根管から引き抜く際の引き上げ荷重の比較を行った。その結果、根尖へ進む力は、ピッチを変えてもほぼ同程度であったが、引き上げ荷重は、前詰めピッチの方が軽くなった。これは、前詰めピッチの方が、作業部１１の根元側のピッチが広いために、切削刃１５の掬い角が根管壁に対して鈍くなり、抵抗が小さくなったためだと考えられる。
【００３４】
したがって、歯科用ファイル１０の性能をより高めるためには、螺旋ピッチを先端に向かって前詰めにするのが効果的であることが分かった。
【００３５】
本発明の歯科用ファイルの性能を評価するために、従来品と性能比較を行った。図６は、性能比較を行った作業部の断面形状であって、（ａ）は従来品の断面、（ｂ）は本発明の断面である。従来品の作業部１１１の断面は、平行な線１４１，１４３と、相対するランド１４０，１４２によって形成された略長方形であり、切削刃１１５は２カ所に形成されることになる。一方、本発明に係る作業部１１の断面は、１本のランド４０と３本の線４１，４２，４３で形成された略長方形であり、切削刃１５は１カ所のみである。
【００３６】
まず、柔軟性や切削性を比較するために、根管追従性試験を行った。根管追従性試験は、根管を模したＳ字根管模型にそれぞれの作業部１１１，１１を挿入し、切削したときに、根管壁が均等に切削されているかを評価する試験である。つまり、根管の片側の壁のみが大きく切削されること（トランスポーテーション）を抑制できるか否かを評価する試験である。
【００３７】
根管追従性試験の結果、従来品の歯科用ファイル１１０よりも本発明の歯科用ファイル１０の方が根管壁が均等に切削されたので、根管追従性が優れていることが分かった。その理由としては、本発明に係る作業部１１の断面は、従来品よりも断面二次モーメントが小さいので柔軟性が高いことと、ランドが1カ所で断面がオフセンターなので、従来品よりも根管壁との間に隙間があるということが考えられる。したがって、本発明の歯科用ファイル１０の方が、Ｓ字等に曲がった根管においても、その根管形状に追従し易い構造であると考えられる。さらに、本発明の歯科用ファイル１０は、適度な長さのランドを有し、切削刃１５が１カ所なので、根管を削り過ぎず適度に切削することができる。それとともに、根管で曲がった箇所においては、交点１６，１７が根管壁に当接し、緩やかに削る切削刃として機能するので、Ｓ字等に曲がった根管においても、根管壁を均等に切削することができたと考えられる。
【００３８】
また、耐破折性を比較するために、ＩＳＯ規格になっている捩り破断角度比較試験や疲労破断試験を行った。捩り破断角度の比較は、歯科用ファイルを捩じって、破断した際の角度を測る試験であるが、従来品は６８０°であったのに対し本発明ファイルは５９０゜であり、本発明ファイルの方が破断角度は小さかったものの、いずれも５００゜以上の捩り破断角度を得ることができたので、性能的には、問題ないと考えられる。また、疲労破断試験については、湾曲根管を模擬した冶具に歯科用ファイルを挿入し、破断するまでの回転数を測る試験であるが、疲労破断試験では従来品が２８００回転であったのに対し、本発明ファイルが３９５０回転という結果であり、従来品よりも本発明ファイルの方が１．４倍以上疲労耐久性に優れているという結果を得ることができた。これは、本発明に係る作業部１１は、ランドが１カ所でオフセンターになっているとともに、ランドが適度な長さであり柔軟性が高いので、根管壁からの圧力に対して疲労が蓄積されにくいためであると考えられる。
【００３９】
以上より、本発明の歯科用ファイルは、柔軟性、切削性、耐破折性のいずれにおいても優れた性能を有していることが分かった。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 歯科用ファイル
１１ 作業部
１２ シャフト
１５ 切削刃
１６，１７ 交点
３０ 線材
３１ テーパー材
３２ テーパー部分
４０ 円弧（ランド）
５０ 仮想円
５１ コア
Ｒ 仮想円半径
ｒ０ コア半径（最短の垂線の長さ）
Ｌ ランド長
【図１】
2019180864.tif 000003
【図２】
2019180864.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019180864.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月11日(2019.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図３（ａ）の場合、ランド長Ｌは、Ｌ＝２Ｒ×ａｒｃｓｉｎ（ｒ０／Ｒ）で求められるので、コア率が決定されれば、ランド長Ｌを求めることができる。例えば、コア率が４５％以上６５％以下の場合、ランド長Ｌは、０．９３Ｒ≦Ｌ≦１．４２Ｒということになる。つまり、コア５１が作業部断面の３辺に接する場合には、コア率の代わりにランド長Ｌが０．９５Ｒ以上１．４０Ｒ以下という範囲で本発明の歯科用ファイル１０を定義することも可能である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
比較試験としては、作業部１１が根尖へ進む力を推定するスクリューイング試験と、根管から引き抜く際の引き上げ荷重の比較を行った。その結果、根尖へ進む力は、ピッチを変えてもほぼ同程度であったが、引き上げ荷重は、前詰めピッチの方が軽くなった。これは、前詰めピッチの方が、作業部１１の根元側のピッチが広いために、切削刃１５の掬い角が根管壁に対して鈍くなり、抵抗が小さくなったためだと考えられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
また、耐破折性を比較するために、捩り破断角度比較試験や疲労破断試験を行った。捩り破断角度の比較は、歯科用ファイルを捩じって、破断した際の角度を測る試験であるが、従来品は６８０°であったのに対し本発明ファイルは５９０゜であり、本発明ファイルの方が破断角度は小さかったものの、いずれも５００゜以上の捩り破断角度を得ることができたので、性能的には、問題ないと考えられる。また、疲労破断試験については、湾曲根管を模擬した冶具に歯科用ファイルを挿入し、破断するまでの回転数を測る試験であるが、疲労破断試験では従来品が２８００回転であったのに対し、本発明ファイルが３９５０回転という結果であり、従来品よりも本発明ファイルの方が１．４倍以上疲労耐久性に優れているという結果を得ることができた。これは、本発明に係る作業部１１は、ランドが１カ所でオフセンターになっているとともに、ランドが適度な長さであり柔軟性が高いので、根管壁からの圧力に対して疲労が蓄積されにくいためであると考えられる。