(57)【要約】回転加工運動により歯科材料を研磨によって除去するファイル（３）と、２つの相対する回転バースに応じた前記加工運動で前記ファイル（３）を駆動するＡＣまたはＤＣモータ（２）と、ファイル（３）の角度位置を評価して、その後モータ（２）を制御するために、駆動シャフトに直交して取り付けられた位置（４）を制御する一対の光学または磁気エンコーダと、を備える、歯内治療装置（１）。【選択図】図１Ａ
2013512719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転加工運動によって歯科材料を研磨によって除去する歯根管器具（３）と、
２つの相対する回転バースに応じた前記加工運動で前記歯根管器具（３）を駆動する駆動手段（２）と、
前記駆動手段（２）に作用する、前記歯根管器具（３）の位置を制御する手段（４、５）であって、角度位置を測定する手段（４）を備える手段（４、５）と、を備える、歯内治療装置（１）であって、
前記角度位置を測定する手段が、前記駆動手段（２）の駆動シャフト（２１）に応じて配列された１以上の光学または磁気エンコーダ（４）を備える、歯内治療装置（１）。
【請求項２】
前記歯根管器具がファイル（３）である、請求項１に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項３】
前記１以上のエンコーダ（４）の下流で前記駆動シャフト（２１）に結合された減速機（３２）を備える、請求項１又は２に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項４】
前記１以上のエンコーダが、前記歯根管器具（３）の回転バースについての表示を提供する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項５】
前記角度位置を測定する手段が、互いに直交するよう配列された一対の光学又は磁気エンコーダ（４）を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項６】
安定状態において、実質的に一定の角速度を提供する前記歯根管器具（３）の角速度を制御する手段（５）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項７】
前記駆動手段（２）のトルクを制御する手段（４、５）であって、過電流、過電圧または過熱から前記駆動手段（２）を保護する手段（４、５）を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項８】
前記歯根管器具（３）のつまりを検出して、前記歯根管器具（３）の加工運動を中断させるかまたは方向を反転させる手段（５）をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項９】
前記歯根管器具（３）のつまりが検出される場合、例えば、音響タイプである警告手段をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、根管治療の実行に適した歯内治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
市場には、研磨によって歯の表面を除去することに適した歯根管器具、特に、１以上の交換可能なファイルと、予め設定された典型的には一方向の回転加工運動によって該器具を駆動する関連したモータと、を主として備える歯内治療装置がある。
【０００３】
具体的には、歯内治療装置専用の多様なタイプのマイクロモータが使用されており、その全てが、加工中に装置が使用するファイルのタイプに関連する非常によく似た特徴を有している。しかしながら、使用されるモータはすべて、最大トルク制限がおよそ８Ｎｃｍの毎分１００〜８００回転の回転速度のファイルを有している。
【０００４】
一般的に言えば、公知の装置は、主加工バース（verse）および反対バースの両方にファイルを回転させる可能性があるが、後者は、加工材料内で動かなくなった器具を解放するために必要なときのみであるため、切削能力を有していない。
【０００５】
近年では、振動に適するとともに両バースにおける移動の回転速度および角度に特定の値を必要とする歯根管器具が開発されてきた。しかしながら、この場合においても、切削能力は時計回りの運転中にのみ維持され、反時計回り方向では加工残留物の除去を助ける。
【０００６】
歯根管器具に効果的な両バースの回転加工運動を提供可能な装置の開発は、特にねじり疲労による断裂に関して、器具自体の使用寿命を延ばし、概して、全体としての装置の信頼性を高めるのでむしろ望ましい。しかしながら、上述したとおり、実のところ、このような双方向性を実際の加工運動において提供するものは既知の器具にはなく、上述のバースの振動が可能な装置であっても、要求される加工仕様を再現する能力をほとんど満たしていない。
【０００７】
後者の態様に関して、いくつかのモデルは、ＤＣモータを使用して、逆電動力（counter-electrodriving force）値を利用してモータ速度を決定しており、及び従って、回転時間を測定することによってファイル位置を突き止めることに留意されたい。しかしながら、位置の基準の逆作用（reference retroaction）が存在しないため、負荷の変動によるばらつきにより、補償することができないエラーが引き起こされる。
【０００８】
モータトルクに基づく制御に関しては、動作の速さが、一方で、トルクの正確な測定を妨げ、他方で、慣性を安定化させるための十分な時間がないためにトルクの発達を自動的に制限する。
【０００９】
スイス国特許第６７０７５６号明細書は、角運動が２０°の範囲に制限された研磨部材を備える歯科装置を開示している。こうした器具は、研磨部材の位置を検出するために研磨部材上に基準点を設けている。
【００１０】
国際公開第２００５／０３７１２４号は、研磨部材と、０〜９０°の間の角度範囲における器具自体のロータの角度位置を特定するための、磁気抵抗センサまたはホール効果を有するセンサと、を備える歯科装置を開示している。
【発明の概要】
【００１１】
本発明によって位置づけられて解決される技術的課題は、公知技術に関する上述の欠点を取り除くことを可能にする歯内治療装置を提供することである。
【００１２】
このような課題は請求項１に記載の装置によって解決される。
【００１３】
本発明の好ましい特徴は、該請求項に従属する請求項において提示される。
【００１４】
本発明は、いくつかの重要な利点を提供する。主な利点は、提案された歯内治療装置が、エンコーダを用いて行われる光学または磁気位置制御の結果、広範な角度範囲において両移動バースに効果的に回転加工運動することを可能にすることにある。このタイプの制御は、典型的にはファイルである歯根管器具の角度位置の正確性を最大限に保証する。
【００１５】
好ましい態様では、装置は、周囲の条件は別として回転速度を一定に保つことを保証するために回転速度の二次制御を提供し、及び、さらに好ましい態様では、過電流または過熱から装置を保護することによってモータがストールすることを回避するトルク制御を提供する。
【００１６】
本発明のその他の利点、特徴および使用の態様は、制限する目的でなく例示目的のために示されるいくつかの実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなろう。添付の図面における図を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係る歯内治療装置を例示する側面斜視図である。
【図１Ａ】図１の装置のブロック図である。
【図２】図１の装置のモータに関連付けられたエンコーダの分解概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１および図１Ａを参照すると、本発明の好ましい実施形態に係る歯内治療装置の全体を１として表す。
【００１９】
装置１は、ハンドピース状に形成された本体１０を備える。
【００２０】
装置１は、本体１０の内部に、具体的には公知の減速機である伝動手段３２のあり得る介在によって、本例ではファイルである歯根管器具３を回転駆動することに適した駆動手段２を備える。
【００２１】
駆動手段２は、例えば、公知のタイプのＡＣ、ＤＣまたはＢＬＤＣ（「ブラシレスＤＣ」）のモータもしくはマイクロモータから形成されることが可能であり、及び従って、本明細書では詳述しない。
【００２２】
好ましくは、減速機３２は、歯の表面に対して垂直にファイル３を動作させることができるように約２１°の典型的なフォルド（カウンターアングル（counterangle））αを有する。好ましくは、機械的なタイプである場合、減速機３２のギアの特別なバックラッシュを補償するための（図示しない）手段が提供される。
【００２３】
本例では、減速機３２は６：１の減速比を有する。
【００２４】
位置およびトルクの検出手段がモータ２に関連付けられている。検出手段は、図１Ａにおいて、簡略な、単純な例として、同一ブロックに組み込まれたものとして表され、全体を４として表される。このような検出手段４は後に詳述する。
【００２５】
装置１は、同一のモータ２が組み込まれる場合に、典型的にはマイクロプロセッサによって組み込まれる制御ユニット５であって、図１において別々の機能ブロックとして示される制御ユニット５を備える。制御ユニット５は、ユーザインタフェース６に接続されることが可能であり、ユーザインタフェース６は、単純な情報の機能を有することができるか、または制御ユニット５と実際にユーザとの間の双方向のデータ交換を許容することができるため、後者の場合、加工データを選択して設定の状態を制御することを可能にする。
【００２６】
インタフェース６の複雑性の高低は、市場のニーズ次第であり、制御ユニット５のリソースの選択に影響する。
【００２７】
例示として、図１Ａには、制御ユニット５とモータ２との間に、この２つのユニットと双方向に接続する駆動部材２５が示されている。
【００２８】
駆動部材２５は、パルス幅変調（いわゆる「ＰＷＭ」）タイプの信号によって制御されることが可能である。
【００２９】
さらに例示として、図１Ａでは、装置１は、制御ユニット５とモータ２と駆動部材２５とに接続される電源手段７を組み込んだものとして示されている。
【００３０】
機能的に言うと、制御ユニット５は、駆動部材２５によって、適切に処理された検出手段４から受信した信号に応じて、モータ２の電源を制御して駆動する。具体的には、図１Ａには、それぞれ５１および５２として表される制御ユニット５の２つの異なる入力であって、それぞれモータ２によって伝送されたトルク信号専用および位置制御信号専用である入力が示されている。
【００３１】
以後、手段４によって行われる上述のトルクおよび位置検出が詳述される。
【００３２】
上述した専用フィードバックインレット５１および５２によって、すなわち、一度初期化されると、制御ユニット５を実装するマイクロプロセッサの追加のリソースを要せず独立して動作するインレットによって、検出手段４が管理される。
【００３３】
具体的には、トルクインレット５１で、モータ２によって伝送されたトルクに比例する電圧を測定する信号が受信される。このような読み取りは、モータにおいて直接的になされ得るが、これは、モータ自体から生成する電気ノイズから信号をフィルタする必要があり、所定の時間における読み取りを、駆動部材２５を駆動するＰＷＭ信号と同期させる必要がある。この理由により、図１Ａの好ましい実施形態の変形は、トルク検出手段が、同一のドライバ２５に組み込まれることを定める。具体的には、後者は、信号をフィルタするために必要なすべての処理を行うことによって、伝送されたトルクに比例する電圧を測定可能な搭載回路を有するため、制御ユニット５のハードウェアおよびソフトウェア資源を解放する。
【００３４】
図２に示すとおり、本実施形態では、位置検出手段は、減速機３２の上流で、減速機に結合する側の駆動シャフト２１の端とは反対の端で、駆動装置２の駆動シャフト２１に直接取付けられた光学または磁気エンコーダ４１に基づいている。
【００３５】
好ましい実施形態では、このようなエンコーダ４１は、円周上に等間隔に配置された例えば６４個の穴を有する回転盤からなり、この回転盤は、衝突するビームの強度が変動するたびに電圧変動を提供する固定された光検出ダイオードに対向する固定された発光ＬＥＤと関連付けられている。
【００３６】
第２の類似したディスク−ＬＥＤ−ダイオードのグループを第１のものに対して９０°ずらして（すなわち、後者に対して直交）配置することで、分解能を２倍にし、駆動シャフトがどの方向に回転しているかを検出することができる。
【００３７】
好ましくは、検出された角度位置信号の処理は、センサからの信号の両エッジにおいて（すなわち、ダイオードによる光検出に相当する「ポジティブ」ステップと、信号がないときに相当する「ネガティブ」ステップの両方において）行われる。
【００３８】
所定の時間範囲においてエンコーダによって提供されたパルスの読み取りは、制御ユニット５のレベルにおいて直接的に、駆動シャフトの瞬時の回転速度の測定を提供し、及び従って、当業者の理解内である適切な処理を用いると、最終器具３の瞬時の回転速度の測定を提供する。それゆえ、本発明によると、駆動シャフト２１の位置は機器３の位置を制御する目的で検出され、後者の位置は駆動シャフト２１の位置から直接推定され得る。
【００３９】
同一の基準に従い、かつ、異なる瞬間に関する瞬時の角速度を比較することによって、角加速度の算出が可能である。
【００４０】
さらに、制御ユニット５のレベルで、適切なソフトウェア手段によって、要求された動作を最終の歯根管器具３に提供することに適した、駆動手段２を制御するアルゴリズムも実装される。
【００４１】
この点、アルゴリズムは、実際の位置と以前の位置との差を算出して、エラー信号を生成し、これを用いてモータ電源電圧の値を補正するか、または検出された位置値と予測された位置値とを比較し、この差を用いて上述のエラー信号を生成することができる。
【００４２】
さらに図２において、ケーブル４２と、エンコーダ４１に関連付けられたコネクタ４３と、が示されている。
【００４３】
本発明の利点をより良く説明するために多数の適用例が提案される。
【００４４】
それぞれのエンコーダディスクに対して６４個の穴がある上述の場合において、６４回転で異なる状況が記される。６４パルス／回転を選択すると、少しの減速があったとしても、より大きな分解能が得られる。
【００４５】
具体的には、考慮する例において各センサに対して１２８のエッジ、すなわち、駆動シャフトの回転ごとに全２５６のパルスが利用可能である。従って、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジのどちらについても、３６０°：２５６＝１．４６°のシャフトの分解能が得られる。６：１の減速ハンドピースでは、ファイルにおいて０．２４°の分解能が得られ、１６：１の減速ハンドピースでは約０．１０°である。このような分解能は、例えば、公知技術のホール効果を有するセンサにより許容される分解能よりも明らかに高いことが理解されるだろう。
【００４６】
ファイル３の最大回転速度が５００ｒｐｍであることを考慮すると、減速ハンドピース６：１では、シャフトにおいて３０００ｒｐｍが得られ、１６：１ではシャフトにおいて８０００ｒｐｍが得られる。２０：１減速ハンドピースによる最低の使用の場合、０．５ｎｓ毎にパルスが得られる。
【００４７】
例示として、モータ２の機械的時定数が７．７４ｍｓであり、ＰＷＭの周波数が２０ｋＨｚ、それゆえ５０μｓ周期を有する場合、制御ユニット５の内部にあるタイマによって生成される「割り込み」に従うことによって、プログラムＰＷＭ値の補正が２ｍｓ毎に行われる。
【００４８】
上述したとおり、記載した解決方法によって、一方向回転運動および往復運動のどちらも扱うことができる。
【００４９】
回転運動の場合、上述のエンコーダを、好ましくは例えば、１６ビットのマイクロプロセッサを有する制御ユニット５と関連づけて採用すると、加速及び減速は非常に短時間で扱うことができるため、速度自体の時間経過における過度の伸び（overelongation）を回避することで、高い精度で速度を制御することが可能になるため、より大きな制御効率が得られる。
【００５０】
往復運動に関する場合、トルクに基づく制御を回避することができるが、モータが停止して連続して反対方向に再始動しなければならないため、推奨されない。実際、この状況では、モータは、加速フェーズにあっては反電動力発動機として反応する巻線のインダクタンス、それゆえ実質上は、電力回路によって提供されたものに加わる逆電流のインダクタンスにより、すぐ電流が上昇し、その後、定常電流まで減少する初期加速の影響下にある。モータが、停止し反対方向に回転する直前である整定速度に達した場合、信頼できる電流表示が得られる。この時点では、電流は非常に急なコースを有し、上昇ピークおよび、その後、回転方向の反転に続く下降ピークの形成を伴い、上述したものとは対称的となる。回転が一定である期間においてのみ読み取りを行うことができるよう、読み取りを行うことと、モータ位置とが同期している条件下のみで信頼できる電流測定が可能となる。
【００５１】
しかしながら、臨床的実践は、歯の管（dental channel）の研磨は、ファイル自体の６０°〜１８０°に制限された回転で行われ、このルート範囲（route range）では、器具が、自身の制限された疲労で最小のねじりを受けるため、往復運動するファイルを使用して作業することによって、機械の電力に制限を課すのは正しくないと提案する。他方、往復運動は、ファイルが管の内部にあるとき、ファイルのねじり疲労を軽減するために生成される。
【００５２】
逆行回転（retrograde rotation）では、このフェーズにおいて、非常に縦長のピッチを有するスクリュー状の形態の効果により、歯の管から研磨されたデブリを排出しさえすればよいため、ファイルは、動力（effort）の影響下にない。
【００５３】
これまで説明した装置１において、電流が安定している間に電流測定が行われるが、これは、運動または伸びの補正を行うためでなく、端部においてファイルが固定され、代わりに当初の部分において回転させられ、それゆえ長期間でみるとファイル自身のファイバを損傷しうるねじりが生成されるという事実として解釈される過剰な動力がないように制御するためのみに行われる。
【００５４】
制御ユニット５及び検出手段４は、歯根管器具３の詰まりを検出して、モータ２によって歯根管器具３の動作を中断するか、または加工運動の方向を反転させることに適したソフトウェアおよび／またはハードウェア手段をさらに備える。好ましくは、このような詰まり手段は、例えば、かかる事象が発生すると起動する音響タイプの警告手段と関連づけられる。
【００５５】
最後の特徴を技術的に詳述すると、モータのストール状況（器具３の詰まりに明らかに対応する）は、同期間に多くの事象が発生するときに制御ユニット５を実装するマイクロプロセッサによって感知される。具体的には、本例では、マイクロプロセッサは、２ｍｓ毎に運動状況のチェックを行う。駆動シャフト２１の所望の位置と実際の位置との差として測定される位置誤差が、モータの機械的時定数の二倍に等しい期間にわたり所定の値より高い状態が続く状況であり、これがモータによって消費される電流の増加と同時に起きる場合を、モータのストールであると解釈することができる。実際には、いわゆるモータの「軸の逸出（escape of axes）」を示すパラメータが制御されている。「逸出」状況が特定されると、制御ユニット５は、要求された位置／速度プロファイルの回復の不可能性を確立し、以下のプログラムされたアクションから選ばれる１つを実行する。
−回転制限角度の反転、
−モータブレーキを用いて停止、
−モータブレーキを用いずに停止、
−モータブレーキを用いて、または用いずに停止し、反時計回りに再開、
−モータブレーキを用いて、または用いずに停止し、反時計回りに所定の時間にわたり再開し、その後モータ停止、
−モータブレーキを用いて、または用いずに停止し、反時計回りに所定の時間にわたり再開し、その後通常回転方向で実行。
【００５６】
上述した装置１が、必要な機能をすべて一体化し、集積回路内に実装することができるため、わずかな構成要素で実装することができるため、エンドユーザに数時間の自立を与える電池を用いて装置を電源供給することによってエネルギーを節約することができることが理解されるだろう。
【００５７】
本発明は、好ましい実施を参照して記載された。後述するクレームの保護範囲によって画定される同一の発明の要旨に属するその他の実施形態が存在できることを意味する。
【図１】
2013512719.tif 000003
【図１Ａ】
2013512719.tif 000004
【図２】
2013512719.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月29日(2012.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転加工運動によって歯科材料を研磨によって除去する歯根管器具（３）と、
２つの相対する回転方向に応じた前記加工運動で前記歯根管器具（３）を駆動する駆動手段（２）と、
前記駆動手段（２）に作用する、前記歯根管器具（３）の位置を制御する手段（４、５）であって、前記駆動手段（２）の駆動シャフト（２１）の角度位置を測定する手段（４）を備える手段（４、５）と、を備える、歯内治療装置（１）であって、
前記角度位置を測定する手段が、前記駆動手段（２）の前記駆動シャフト（２１）に配列された１以上の光学または磁気エンコーダ（４）を備え、
前記１以上のエンコーダ（４）が、前記歯根管器具（３）の回転方向についての表示を提供し、
前記歯根管器具（３）の位置を制御する手段が、前記駆動シャフト（２１）の瞬間的な回転速度から前記歯根管器具（３）の位置を推定する手段を備え、
当該歯内治療装置（１）が、
前記１以上のエンコーダ（４）の下流で前記駆動シャフト（２１）に結合された減速機（３２）を備える、歯内治療装置（１）。
【請求項２】
前記歯根管器具がファイル（３）である、請求項１に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項３】
前記角度位置を測定する手段が、互いに直交するよう配列された一対の光学又は磁気エンコーダ（４）を備える、請求項１又は２に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項４】
安定状態において、実質的に一定の角速度を提供する前記歯根管器具（３）の角速度を制御する手段（５）を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項５】
前記駆動手段（２）のトルクを制御する手段（４、５）であって、過電流、過電圧または過熱から前記駆動手段（２）を保護する手段（４、５）を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項６】
前記歯根管器具（３）のつまりを検出して、前記歯根管器具（３）の加工運動を中断させるかまたは方向を反転させる手段（５）をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項７】
前記歯根管器具（３）のつまりが検出される場合、例えば、音響タイプである警告手段をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月6日(2012.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転加工運動によって歯科材料を研磨によって除去する歯根管器具（３）と、
２つの相対する回転方向に応じた前記加工運動で前記歯根管器具（３）を駆動する駆動手段（２）と、
前記駆動手段（２）に作用する、前記歯根管器具（３）の位置を制御する手段（４、５）であって、前記駆動手段（２）の駆動シャフト（２１）の角度位置を測定する手段（４）を備える手段（４、５）と、を備える、歯内治療装置（１）であって、
前記角度位置を測定する手段が、前記駆動手段（２）の前記駆動シャフト（２１）に配列された１以上の光学または磁気エンコーダ（４）を備え、
前記１以上のエンコーダ（４）が、前記歯根管器具（３）の回転方向についての表示を提供し、
前記歯根管器具（３）の位置を制御する手段が、前記駆動シャフト（２１）の瞬間的な回転速度から前記歯根管器具（３）の回転速度を推定する手段を備え、
当該歯内治療装置（１）が、
前記１以上のエンコーダ（４）の下流で前記駆動シャフト（２１）に結合された減速機（３２）を備える、歯内治療装置（１）。
【請求項２】
前記歯根管器具がファイル（３）である、請求項１に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項３】
前記角度位置を測定する手段が、互いに直交するよう配列された一対の光学又は磁気エンコーダ（４）を備える、請求項１又は２に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項４】
安定状態において、実質的に一定の角速度を提供する前記歯根管器具（３）の角速度を制御する手段（５）を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項５】
前記駆動手段（２）のトルクを制御する手段（４、５）であって、過電流、過電圧または過熱から前記駆動手段（２）を保護する手段（４、５）を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項６】
前記歯根管器具（３）のつまりを検出して、前記歯根管器具（３）の加工運動を中断させるかまたは方向を反転させる手段（５）をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【請求項７】
前記歯根管器具（３）のつまりが検出される場合、例えば、音響タイプである警告手段をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の歯内治療装置（１）。
【国際調査報告】
2013512719.tif 000006
2013512719.tif 000007
2013512719.tif 000008