(57)【要約】  空気圧式歯科用ハンドピースの回転工具先端の速度を遠隔で求める検出システム。回転工具先端の速度を検出する手段は、ハンドピースに接続されている空気圧ホースにおける周期的な機械的作用を監視する。監視される周期的な機械的作用は、回転工具先端の速度を制御するのに使用されるフィードバックを提供するのに役立つ。回転工具の速度を検出する手段は、回転工具先端の機械的作用を検出し、これが制御器へ送信される。制御器はさらに、検出された機械的作用に応答して空気供給弁の動作を調節する。この弁はハンドピースへの空気の流量を調節する。弁を介して空気圧ホースに入る空気の流量を連続的に調整することによって、回転工具の速度が所望の切削速度に維持される。
2011501974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気によって駆動される可動先端を有する歯科用ハンドピースへ空気を供給する結合システムであって、
前記先端を駆動する駆動空気の通路を有する雌型組立体であって、所定の軸方向位置を有する径を備える、雌型組立体と、
前記先端を駆動する駆動空気の通路を有する雄型組立体であって、可動リングをさらに備え、該可動リングは、該雄型組立体が前記雌型組立体から取り外されると前記駆動空気の通路を遮断する第１の位置と、該雄型組立体が前記雌型通路に組み込まれると前記駆動空気の通路から後退し、それによって、前記雌型組立体の前記径と接触することによって該リングが移動する結果として、該雄型組立体の前記駆動空気の通路から前記雌型組立体の前記駆動空気の通路へ駆動空気を流す所定サイズの開口を設ける、第２の位置とを有する、雄型組立体と、
を備える、結合システム。
【請求項２】
前記雄型組立体が前記雌型組立体から取り外されると前記可動リングを前記第１の位置へ付勢するばねをさらに含む、請求項１に記載の結合システム。
【請求項３】
前記雌型組立体及び前記雄型組立体は、迅速着脱装置を含む、請求項１に記載の結合システム。
【請求項４】
チップ空気の通路及びチップ水の通路をさらに含む、請求項１に記載の結合システム。
【請求項５】
排気用の通路をさらに含む、請求項１に記載の結合システム。
【請求項６】
電気配線用の通路をさらに含む、請求項１に記載の結合システム。
【請求項７】
検出器ハウジングをさらに含む、請求項１に記載の結合システム。
【請求項８】
空気圧式歯科用ハンドピースの回転先端の回転速度を遠隔で監視するシステムであって、
近位端、遠位端、及び該近位端から該遠位端への駆動空気の通路を有する歯科用ハンドピースと、
前記駆動空気の通路と流体連通する前記ハンドピースの前記遠位端に位置する回転先端と、
空気供給源と、
前記回転先端を駆動するように前記ハンドピースへ空気を供給する前記空気供給源に接続されている空気導管と、
前記導管及び前記ハンドピース間に位置付けられる結合システムであって、
前記先端を駆動する駆動空気の通路を有する雌型組立体であって、所定の軸方向位置を有する径を備え、前記ハンドピースの前記近位端において前記駆動空気の通路と流体連通している、雌型組立体と、
前記空気導管と流体連通している雄型組立体であって、前記先端を駆動する駆動空気の通路を有し、また、可動リングをさらに備え、該可動リングは、該雄型組立体が前記雌型組立体から取り外されると前記駆動空気の通路を遮断する第１の位置と、該雄型組立体が前記雌型通路に組み込まれると前記駆動空気の通路から後退し、それによって、前記雌型組立体の前記径と接触することによって該リングが移動する結果として、該雄型組立体の前記駆動空気の通路から前記雌型組立体の前記駆動空気の通路へ駆動空気を流す所定サイズの開口を設ける、第２の位置とを有する、雄型組立体と、
前記先端の回転先端速度を示す、前記ハンドピースの周期的な作用を検出する手段と、
をさらに備える、結合システムと、
前記空気供給源から該結合システムへの流体の流量を制御する弁と、
前記ハンドピースの周期的な作用を検出する手段及び前記弁と通信する制御器であって、前記周期的な作用を検出する手段からの信号を受信し、前記先端の前記回転速度を算出し、該算出された速度を予め設定されている速度範囲と比較し、且つ前記先端の前記算出された回転速度が前記予め設定されている速度範囲内にあるように、必要に応じて前記結合部への駆動空気を計量する前記弁を調整する、制御器と、
を備える、遠隔で監視するシステム。
【請求項９】
前記結合システムは検出器ハウジングをさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記先端の前記回転先端速度を示す、前記ハンドピースの周期的な作用を検出する手段は検出器である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記雄型組立体は、該雄型組立体が前記雌型組立体から分離されると前記可動リングを前記第１の位置へ付勢するばねをさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記所定の軸方向位置を有する前記雌型組立体の前記径は、前記可動リングが該径と接触すると所定の空気流量を供給するために必要とされる、前記可動リングの移動量に基づいて決定される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記雌型組立体が前記歯科用ハンドピースの前記近位端に組み込まれ、前記雄型組立体が前記空気導管に接続される、結合システムをさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
前記雌型組立体及び前記雄型組立体は迅速着脱装置を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記結合システムを介して前記ハンドピースへ延びるチップ空気導管及びチップ水導管をさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１６】
前記空気導管は、前記結合システムの前記チップ空気導管及び前記チップ水導管と連通しているチップ空気供給ライン及びチップ水供給ラインをさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
歯科用ハンドピースの先端を駆動する空気圧を制限する、歯科用ハンドピースシステムと共に用いる組立体であって、
雄型挿入体であって、
軸方向キャビティを有する結合器ハウジングと、
前記結合器ハウジングの前記軸方向キャビティと係合する挿入体であって、駆動空気の通路をさらに有する挿入体と、
をさらに備える、雄型挿入体と、
前記雄型挿入体に取着される認識弁組立体であって、前記雄型挿入体の前記駆動空気の通路と連通している駆動空気の通路と、前記駆動空気の通路を遮断する第１の位置から、該駆動空気の通路から後退する第２の位置へ移動可能なリングとを有し、前記第２の位置は、前記雄型挿入体への外力によって前記リングが移動する結果として、前記駆動空気の通路から駆動空気を流す所定サイズの開口を設ける、認識弁組立体と、
を備える、組立体。
【請求項１８】
外力が前記リングへ印加されないときに該リングを前記第１の位置へ付勢するばねをさらに含む、請求項１７に記載の認識弁組立体。
【請求項１９】
前記結合器ハウジングはステンレス鋼から成り、前記挿入体はプラスチックから成り、該挿入体は前記結合器ハウジングへ接着される、請求項１７に記載の雄型挿入体。
【請求項２０】
空気圧式空気供給源と共に使用する認識弁組立体であって、
前記空気圧式空気供給源と連通している空気の通路を有する本体と、
前記空気の通路を遮断する第１の位置から、前記駆動空気の通路から後退する第２の位置へ移動可能なリングであって、該第２の位置は、雄型挿入体への外力によって該リングが移動する結果として、前記駆動空気の通路から駆動空気を流す所定サイズの開口を設け、前記所定サイズは該リングが前記第２の位置にあるときに所定の最大空気圧を供給する、リングと、
を備える、認識弁組立体。
【請求項２１】
外力が前記リングへ印加されないときに該リングを前記第１の位置へ付勢するばねをさらに含む、請求項２０に記載の認識弁組立体。
【請求項２２】
認識弁システムであって、
駆動空気の通路を有する歯科用ハンドピースと、
認識弁であって、
駆動空気の通路を有する本体と、
前記本体の前記駆動空気の通路と前記歯科用ハンドピースとの連通部が実質的に遮断される第１の位置から、前記本体の前記駆動空気の通路と前記ハンドピースの前記駆動空気の通路との間が連通している第２の位置へ移動可能なリングと、
を備える、認識弁と、
前記認識弁の前記駆動空気の通路と連通している空気供給源と、
を備え、
所定サイズの開口が、前記ハンドピースを前記空気供給源へ結合する結果として、前記可動リングを前記第２の位置へ付勢するように該可動リングに外力を印加することによって生じ、前記ハンドピースへ組み込まれている工具を駆動するように前記ハンドピースへ空気を供給し、且つ前記リングが前記第２の位置にあるときに所定の最大空気圧を前記ハンドピースへ供給する、認識弁システム。
【請求項２３】
外力が前記リングへ印加されないときに該可動リングを前記第１の位置へ付勢するばねをさらに含む、請求項２２に記載の認識弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧式歯科用ハンドピースの回転速度を、当該ハンドピースが生成する周期的な機械的作用を検出及び監視することによって制御する装置にかかる。
【背景技術】
【０００２】
現在の空気圧式ハンドピースを用いる歯科治療では、工具先端又は針(bur)が所望の切削速度よりも速い速度で回転する。この速度は４５０，０００回転／分（ｒｐｍ）ほどの速さであり得る。切削負荷が印加されると、この空気圧式システムが大幅に低速となり、切削能力に悪影響を与える。歯科開業医は、切削処置を適切に達成するために、切削負荷と空気圧とのバランスを注意深くとることによって切削するのに好適なシステム速度を維持する必要がある。典型的には、切削処置中には、切削表面及び工具表面を冷却するために水も供給される。
【０００３】
速度を好適な値で制御するために、負荷下での回転針及び／又は回転タービンの速度を知ることが望ましく、且つ必要である。従来技術の装置では、工具先端付近に組み込まれる磁気抵抗要素又は弾性制御要素によって空気圧式ハンドピースの回転速度を検出する。
【０００４】
例えば、１９９６年１０月２２日にWohlgemuthへ発行された、「Dental Turbine Drive Having Means of Automatic Speed Control」と題する特許文献１（‘１５４号特許）、及び１９９６年３月５日にWohlgemuthへ発行された、「Dental Handpiece Having an Automatically Controlled Turbine Drive」と題する特許文献２（‘１７３号特許）は双方とも、弾性要素にかかる遠心力が小さくなるためタービン速度が下降すると絞り弁が開き、タービン速度が上昇すると逆に絞り弁が閉じる、エアタービン排気路に配置される比例弁の形態の制御要素による速度制御を開示している。この制御要素によってハンドピースが高価で複雑になる。そのような制御要素はまた、ハンドピースの滅菌中に劣化しやすい。‘１５４号特許は、制御要素をさらに支持するために圧力の変化に応答する圧力室を第２の要素としてさらに含む。これらの特徴部を組み込んでいる装置は現在市販されている。
【０００５】
１９８５年１月１５日にTachibanaへ発行された、「Dental Handpiece Having Non-contact Rotational Speed Detection Device」と題する特許文献３（‘６４３号特許）は、誘導パルス発生器を生成する磁性材料の円筒形回転子及びコイル巻線による速度検出を開示している。そのような検出手段によってハンドピースが高価で複雑になり、また、ハンドピースに必要な滅菌中に劣化しやすい。
【０００６】
１９７５年２月１１日にFlatlandへ発行された、「Speed Governor for a Dental Handpiece」と題する特許文献４（‘５０５号特許）は、排気チャネルにおける排出圧が小さくなるためタービン速度が下降すると絞り弁が開き、タービン速度が上昇すると逆に絞り弁が閉じる、タービン供給路に配置される比例バイパス弁による速度制御を開示している。これはまたハンドピースを高価で複雑にし、その制御装置がハンドピースの滅菌中に劣化しやすいため、劣ったものである。これらの特徴部を組み込んでいる装置は現在市販されている。
【０００７】
これらの従来技術の方法は、ハンドピースを高価なものにするため非実用的であるか又は望ましくない。これらの装置はまた、ハンドピース内に比較的大きい構造を必要とする可能性があるためハンドピースを保持しにくくし、一方で、嵩張るサイズを必要とする結果として一体化の問題にもつながる。これらの従来技術のユニットの検出器／制御要素はまた、設計次第では、ハンドピース滅菌中の損傷から保護することが難しくなる可能性がある。穿孔速度を遠隔で検出し、検出された穿孔速度に基づいて穿孔速度を調節する検出システムが望まれている。そのようなシステムは、回転速度を求めるのに排気圧力を検出することに依存しない。理想的には、検出システムは、ハンドピース滅菌において損傷を受けにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，５６７，１５４号
【特許文献２】米国特許第５，４９６，１７３号
【特許文献３】米国特許第４，４９３，６４３号
【特許文献４】米国特許第３，８６５，５０５号
【発明の概要】
【０００９】
検出システムが、空気圧式歯科用ハンドピースの回転工具先端の速度を遠隔で求める。本発明は、ハンドピース内に設置される排気圧によって動作する制御要素によらない。歯科用ハンドピースは、近位端及び遠位端と、遠位端に位置する、針とも呼ばれる回転工具先端とを有する。回転工具先端の速度を検出する手段が、ハンドピースに接続される空気圧ホース等の流体ホースにおいて、又は流体ホース内等のハンドピースの遠位端から離れた位置で、周期的な機械的作用を監視する。監視される周期的な機械的作用は工具先端の回転速度と関連する。監視される周期的な機械的作用は、回転工具先端の速度を制御するのに使用されるフィードバックを提供するのに役立つ。
【００１０】
回転工具の速度を検出する手段は、制御器と通信する。この手段は、回転工具先端と結びつけられる機械的作用を検出し、これが、典型的には信号として制御器に送信される。制御器はこの信号を受信し、回転先端の回転速度を算出し、算出された速度を予め設定されている速度範囲と比較し、且つ、駆動流体の流量を計量する流体供給弁を調整することによって、検出された機械的作用に応答してこの弁の動作を調節し、先端の回転速度を予め設定されている速度範囲内で維持する。したがって弁は、駆動流体、好ましくは圧力下での空気の、ハンドピースへの流量を調節する。弁を介して空気圧ホースに入る加圧駆動流体の流量を、必要に応じて連続的に調整することによって、回転工具の速度が所望の切削速度範囲内に維持される。
【００１１】
本発明は、ハンドピース、ハンドピースに取着される空気圧ホース内、又は空気圧ホースとハンドピースとの間に位置付けられる結合部に位置する、先端の速度に関連する振動等の機械的作用を検出する手段に依存する。したがって、滅菌するのが困難である「誘導パルス発生器」を生成する「磁性材料の円筒形回転子」及び／又はコイル巻線に必ずしもよらない。また、本発明は、滅菌による損傷を受けやすい、ハンドピース内に位置する検出器によらない。これは、検出器が、遠心力によって動作する弾性制御要素のようにハンドピース内に設置されず、滅菌を必要としないためである。ハンドピースから遠位に位置する、速度を検出する手段は、ハンドピースのサイズがより小さくなること、及び使用者、ここでは歯科医が使いやすいように人間工学的に設計されることの双方を可能にする。したがって、本発明の空気圧式ハンドピースは、よりコンパクトな電気モータ式ハンドピースを操作する「使用感」を再現することができる。それでもなお、本発明は、繰り返しの滅菌に耐えることができ、それによってハンドピース内に設置することができる高い耐温度機能を有する検出器を意図する。
【００１２】
本発明の監視・フィードバックシステムの別の利点は、空気圧式ハンドピースによって、使用中において大きいトルク及び動力がより広い範囲の動作速度にわたって送出されることである。
【００１３】
本発明のさらに別の利点は、工具先端、典型的には針及びダイヤモンドの寿命が長くなることである。空気圧モータはより低速な速度で操作することができるため、ハンドピース自身が、自由回転動作中に騒音をあまり発生しないことに加え、寿命も長くなることになる。
【００１４】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例として示す添付の図面と併せて読むと、好ましい実施形態の以下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】
【００１５】
【図１】本発明の歯科用ハンドピースの制御システムの概略断面図である。
【図２】本発明の新奇の結合部を使用して供給ホースに結合されるハンドピースの概略断面図である。
【図３】本発明の結合部の雌型組立体の断面図である。
【図４】図３の雌型組立体の分解図である。
【図５】本発明の結合部の雄型組立体の断面図である。
【図６】図５の雄型挿入体の分解図である。
【図７】図５の雄型組立体の認識弁（recognition valve）組立体の断面図である。
【図８】雄型組立体が雌型組立体に挿入されている結合部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、空気圧供給ホース４０に結合される空気圧式歯科用ハンドピース１０を備える。歯科用ハンドピース１０は、近位端１２と、遠位端１４と、近位端１２と遠位端１４との間に延びる本体１６とを有する。ハンドピースヘッド１８は遠位端１４に位置しており、針２０すなわち工具先端が挿入されている回転タービン組立体１７を収容する。ヘッド１８に取り付けられる針２０は、ハンドピース１０の遠位端１４から離れるように延びる。ハンドピースの設計に応じて、針は、ハンドピースの近位端１２と本体１６との間に延びる、ハンドピース１０を通る軸に対して実質的に平行に延びることができる。針は、この軸に対して実質的に垂直に延びてもよい。代替的には、針は該平行な軸と該垂直な軸との間の任意の角度で延びてもよい。図１に示すように、針は、平行な軸と垂直な軸との間の軸に対して或る角度で延びる。ハンドピース１０の近位端１２は、空気圧ホース４０の第１の端部を形成する空気圧ホース結合部３２と結合（interface）するように設計されるハンドピース結合部２２を含み、それによって、近位端から遠位端へ延びるハンドピース内の駆動空気通路を介して回転タービン組立体に空気を供給する気密な接合部を形成する。空気圧供給ホース４０は好ましくは可撓性であり、第１の結合端部３３と、任意の好適な結合部によって加圧空気供給源４４に接続される反対側の第２の端部４２とを有する。
【００１７】
空気圧供給ホース４０は、駆動空気をハンドピースに供給する空気供給通路６０及び排気通路５０を含む。空気供給制御弁１００が、例えば図１に示すように供給ホース４０の第２の端部４２で空気供給通路６０に接続され、空気供給源４４から空気供給通路６０への駆動空気の流量を調節する。水供給源７４に接続される水供給通路７２も供給ホース４０に含めることができるが、又は水供給源に接続される別個の水供給ホースを設けてもよい。空気供給源４４からの駆動空気は供給弁１００を介して、空気供給管６０及びハンドピース１０に入り、タービン及び取着されている針を駆動する。駆動空気は、ハンドピース１０の近位端１２から、ハンドピースを介して遠位端１４に導かれ、遠位端１４において、タービン組立体１７、よって工具先端２０を駆動するのに使用される。次いで、戻り空気(return air)が、ハンドピースを介して近位端へ、次に排気管５０へ移動し、排気管５０においてハンドピースから遠位に排気される。チップ空気（chip air）と呼ばれることもある加圧空気の別個の供給源を水供給源と相互作用するように設け、別個のチップ空気供給通路７６を介して水スプレーを供給してもよい。水供給通路７２をチップ空気供給通路７６の範囲内に、且つ同軸に配置することによって、遠位端において細かいミストの水スプレーを得ることができる。
【００１８】
空気ホース４０は空気供給通路６０及び排気通路５０と共に示されているが、空気供給源４４から弁を介してハンドピース１０へ駆動空気を送り込み、針２０を駆動した後でハンドピースから排気する任意の等価な構造を使用してもよいことが当業者には理解されるであろう。１つのそのような構造は、別個の空気供給管と別個の排気管又はポートを含み得る。
【００１９】
本発明は、機械的作用を検出する手段７をさらに含む。本明細書において使用する場合、機械的作用は、ハンドピース１０の操作によって生成される任意の周期的な機械的発生要素(artifact)である。機械的発生要素としては、ハンドピースにおける任意の周期的な機械的振動、ハンドピースの動作に起因する、圧力、音波又は揺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、針又はタービンの回転速度を周期的に示し、且つ針に負荷が加わる際に針の回転速度を調整して針の速度を維持するように試みるための基礎として使用される、ハンドピース内の電気的な若しくは磁気的な速度検出手段、又は電気的な速度検出手段及び機械的な速度検出手段の組み合わせも含み得る。好ましい実施形態では、検出される機械的作用は、ハンドピースを介して伝達される回転工具の周期的振動であり、この機械的作用を検出する好ましい手段は加速度計である。しかしながら、監視される機械的作用に応じて、検出する手段は変化し得る。検出する手段は、圧力変換器、音響変換器、線形差動変圧器（ＬＶＤＴ）、マイク、又はハンドピースの操作から音響伝達を検出する音響装置等、周期的な機械的作用を検出及び監視することができる任意の検出器を含み得る。圧力変換器は、ハンドピース内の平均圧力を検出するのに使用され得る。代替的に、圧力変換器は、入口圧力と出口圧力との間の圧力差を検出するか、又は圧力脈動を検出するのに使用してもよい。検出する手段はまた、ハンドピース内の周期的な振動を検出する（光学的又は他の）任意の手段であってもよい。これは、そのような振動が工具先端の回転速度を示すためである。検出する手段はまた、回転工具に結合する光信号発生器からの光信号を検出する光学的な速度検出手段であり得る。検出する手段はまた、回転速度を求めるのに磁気インパルス及び電気インパルスを使用するホール効果検出器であり得る。ホール効果装置において、回転磁石は、検出することができる電界を生成する。
【００２０】
機械的作用を検出する手段７０は、好ましくは空気ホース結合部３２に配置される検出器である。しかしながら、その配置はそのように限定されず、サイズを考慮すると近位端部位置１２が好ましいであろうが、代替的に可撓性供給ホース４０又は空気圧式ハンドピース１０自身に配置してもよい。
【００２１】
好ましい一実施形態では、検出器は、図２ａに示される新奇の空気圧ホース結合部１０２に位置し、この場合、雌型組立体１０４がハンドピース１０の近位端１２に組み込まれており、一方雄型組立体１０６が供給ホース４０に組み込まれている。図２ｂは、ｃ−ｃに沿った図２ａの断面図である。この新奇の結合部１０２は、雌型組立体１０４及び雄型組立体１０６を含む。図２では、雌型組立体１０４はハンドピース１０の近位端１２に組み込まれており、雄型組立体１０６が供給ホース４０に組み込まれている。この新奇の結合部１０２は、ハンドピース１０を供給ホース４０に迅速且つ適切に接続することを可能にし、且つホースが捩れないようにハンドピースが動作中にその接続部において旋回することができるようにする軽量且つ小型の機構であることを含む、結合部の必要条件を満たす。加えて、結合部１０２は、適切なハンドピースが供給ホースに結合されること、及びタービン供給空気流が適切に制限されることを確実にするさらなる機構を提供する。換言すると、結合部１０２は、ハンドピース１０に提供される空気圧が所定の限界を超えることを防止する。結合部１０２はまた、十分に少ない費用で作製することができる。加えて、新規の設計のため、雄型組立体は、十分に重量を減らして作製することができる。これは、歯科専門家が仕事中に受ける疲労をさらに低減する。
【００２２】
図３及び図４は、結合部１０２の雌型組立体１０４を示し、一方図５及び図６は結合部１０２の雄型組立体１０６を示す。この結合システムは、先端の回転速度を遠隔で監視する検出システムを有する歯科用ハンドピースと共に使用するのに特に好適であるが、そのように限定はされない。基本的には、結合部１０２は、所定の軸方向位置を有する径を備える、ハンドピース先端を駆動する駆動空気の通路を有する雌型組立体１０４と、雌型組立体１０４と嵌合すると共にハンドピース先端を駆動する駆動空気の通路も有する雄型組立体１０６とを備える。雄型組立体１０６は、雄型組立体１０６を雌型組立体１０４から取り外すと雄型組立体１０６の駆動空気通路又はポート１４０を遮断する第１の位置を有する可動リング１６４をさらに備える。雄型組立体は、雄型組立体１０６を雌型組立体１０４に組み込むと駆動空気通路又はポート１４０から後退する第２の位置を有し、それによって、リング１６４を移動させる外力の印加によってリングが移動する（ここでは雌型組立体１０４の径１１６との接触）結果として、雄型組立体１０６の駆動空気通路から雌型組立体１０４の駆動空気通路へ駆動空気を流す所定サイズの開口を設ける。外力が印加されなくなると、ばね１６６がリング１６４を第１の位置に付勢し、この第１の位置において、駆動空気通路又はポート１４０が閉じることによって実質的に駆動空気がポート１４０を介して移動しない。印加される外力は、ばね力に対抗するのに十分であり、リングを、開口が開く第２の位置へ移動させることができる。印加される外力は、ばね力に対抗することによって予め選択されたサイズを有する開口を設けるように選択される。これは、この所定サイズによって所定量の空気が流れることができるため、本発明の重要な態様である。この所定量の空気は、最大空気流量、したがって、雄型組立体から雌型組立体、したがってハンドピースへと通過可能である空気圧を決定する。
【００２３】
図３は、ハンドピース１０の近位端１２に組み込まれる雌型組立体１０４の好ましい実施形態を示し、図４は雌型組立体１０４の分解図である。好ましくはステンレス鋼である１対の管１１２、１１４が、前方雌型結合器１１０と後方雌型結合器１１８との間に位置付けられる。図３及び図４に示すように、導管１１２はチップ空気管であり、導管１１４はチップ水管である。しかしながら、ハンドピースの設計に応じて、これらは入れ替えてもよい。チップ水管１１４及びチップ空気管１１２は、ハンドピースの水供給通路及びチップ空気供給通路と流体連通している。前方雌型結合器１１０は、明白になるように、ハンドピースに送出される駆動空気圧を制御する臨界径１１６をさらに含む。雌型組立体１０４は、後方雌型結合器１１８の溝１３０内に組み込まれるＯリング１２０を含む。溝１３０は、後方雌型結合器１１８において、ハンドピースの内径と雌型組立体１０４の外径との間に封止を設ける。後方雌型結合器１１８は複数の開口１２２をさらに含む。図３及び図４は、後方雌型結合器の径１３２に沿って約１２０度ごとに３つの開口１２２を示すが、より多くの開口、又はわずか２つの開口がこの径に配置されてもよい。各開口は、雄型組立体１０６が雌型組立体１０４内で自由に回転することができるようにする軸受１２４を収容する。これらの軸受はまた、雄型挿入体１３３の周方向溝１７２内に捕捉され（図５及び図８を参照のこと）、適した方向に軸方向の力を印加することによって雌型組立体１０４を雄型組立体１０６に対して迅速に接続又は取り外しできるようにする。板ばね１２６が、軸受１２４を開口１２２内の位置に保持する。ねじ山付きナット１２８が、雌型組立体１０４をハンドピースの近位端１２内に係止する。ねじ山付きナットは、雌型組立体１０４が長期間を経てハンドピース内で緩まることを防止するさらなる予防手段を設けるように雌型組立体に塗布されるねじ山接着剤と共に使用され得る。
【００２４】
図５は、本発明の結合部の雄型組立体１０６の断面図を示す。雄型組立体１０６は、軸方向キャビティを有する雄型結合器ハウジング１３４及び挿入体１３６をさらに備える雄型挿入体１３３と、認識弁組立体１３７とを備える。図６は、雄型組立体１３３の分解図を示す。プラスチック材料から作製されるのが好ましいが、任意の好適な材料から作製してもよい挿入体１３６は、ステンレス鋼から作製されるのが好ましいが任意の好適な材料から作製されてもよい、雄型結合器ハウジング１３４のキャビティ内へ導入され、これと係合する。挿入体１３６は、任意の好適な手段によって雄型結合器ハウジング１３４に堅固に固着され、これは、好ましい実施形態では接着による接合によって達成される。挿入体１３６は、結合器ハウジング１３４に挿入される第１の端部と、供給ホース４０から空気及び水を供給する複数のポートを含む第２の端部とを含む。これらのポートは、チップ水ポート１３８と、駆動空気ポート１４０と、チップ空気ポート１４２とを含む。雄型結合器ハウジング１３４は、１対の駆動空気封止体１４６と、１対のチップ空気封止体１４８と、チップ水封止体とを含む。これらの封止体は、雄型組立体１０６が雌型組立体１０４内に適切に組み込まれると、これらの流体の流れを雌型組立体１０４の適切な領域へ誘導する。雄型挿入体は、ハンドピースからの排気を導く排気ポート１４４をさらに含む。電気配線を、排気ポート１４４を介して雄型組立体１０６の他の領域へ、又は雌型組立体へ、若しくはハンドピース自身へ導くことが便利であり得る。雄型挿入体１３３は、好ましくは検出器である、機械的作用を検出する手段７０を収容する検出器ハウジング１６８をさらに含む。座ぐり１７０が、空気圧供給ホース４０からの真鍮のホース口を受容することによってホースを挿入体１３６に捕捉する。好ましい実施形態におけるように挿入体１３６がプラスチックである場合、真鍮のホース口がプラスチックから形成される座ぐり１７０内で撓んでホース口を座ぐりへ固定する。したがって、結合部１０２は、ハンドピースの空気圧ホース供給源への迅速な取り付け及び取り外しを可能にするだけではなく、検出器を収容する望ましい配置も提供する設計を提供することが便利であり、その結果、検出器はその監視／フィードバック機能を行うことができ、さらに、滅菌による厳しい環境に曝されないように容易に取り出すことができる。結合部の他の利点は明らかになるであろう。
【００２５】
図７は、認識弁組立体１３７の詳細な断面図である。その最も簡単な形態では、認識弁組立体１３７は、空気供給源と直接的又は間接的に連通することができる空気の通路を有する本体である。認識弁組立体１３７は、空気通路を遮断する第１の位置から、駆動空気通路から後退する第２の位置へ移動可能なリング１６４をさらに含み、第２の位置は、雄型組立体への外力によるリングの移動の結果として、雄型組立体の駆動空気通路からハンドピースへ直接的又は間接的に駆動空気を流す所定サイズの孔又は開口を提供し、所定サイズの孔は、リングが第２の位置にあるときに所定の空気流、したがって所定の最大空気圧を提供する。この所定の最大空気圧は、ハンドピースに圧力定格を提供するのに使用され得る。
【００２６】
好ましい実施形態では、組立体１３７は、ハンドピース１０の遠位端における光の供給源である光源１６０を含む。光は、ハンドピース１０内の光ファイバー（図示せず）によって遠位端へ伝達される。接点１６２が、光源１６０への電気接続を設ける。接点１６２は、前述したように排気ポート１４４を通るワイヤによって電源に接続することができる。認識弁組立体１３７は、リング１６４まで延びる駆動空気通路又はポート１４０をさらに含む。このリング１６４は、前方位置から第２の位置へ移動可能である。雄型組立体１０６が雌型組立体１０４に組み込まれると、封止体１４８及び１５０が、チップ空気及びチップ水を供給ホースから雄組立体１０６を介して雌型組立体１０４内の適切な管１１２、１１４へ、次いでハンドピースへ導く。封止体１４６は、駆動空気が供給ホース４０から雄型挿入体１３２の駆動空気ポート１４０へ通過するように通路を固定し、この通路は認識弁組立体１３７、雌組立体１０４及びハンドピースへ続く。
【００２７】
認識弁組立体１３７及びその雌型組立体１０４との相互作用によって、空気の流量、したがってハンドピース１０へ流れ込む最大空気圧を制御するさらなる利点を提供する。認識弁組立体１３７に組み込まれるリング１６４は移動可能である。雄型組立体１０６が雌型組立体１０４から取り外されると、ばね１６６がリングを閉位置へ付勢する。しかしながら、適切な軸方向力を印加することによって雄型組立体１０６が雌型組立体１０４内へ挿入されると、好ましい実施形態では、軸受１２４が雄型組立体の溝１７２へ押し込まれるためリング１６４が雌型組立体１０４の径１１６と相互作用し、この作用によってリング１６４が移動してばね１６６の付勢力を克服することによって、雄型組立体１０６内の駆動空気通路又はポートから、雌型組立体１０４内の駆動空気通路、したがってハンドピース１０への駆動空気流用の孔を設ける。この孔は固定されているが、孔を介して流れる空気の量も予め定められている。雄型組立体１０６のリング１６４と雌型結合部の径１１６との相互作用によって空気流が一定となるため、駆動空気流は一定となるが変更することができる。したがって、結合部は、リング１６４と径１１６との相互作用を制御することによって最大空気流量を供給することができる。空気の流量を変更するには、径１１６とリング１６４との関係を変更する。好ましい実施形態では、径１１６は、孔のサイズ、したがって空気の流量を増減させるように、軸方向にハンドピースにより近位になるか又はハンドピースからより遠位になるように加工される。代替的には、リング１６４の位置、リング１６４のサイズ、又はリング１６４の幾何学的形状は、径との相互作用によって孔のサイズを増減させるように変更することができる。このように、結合部は、ハンドピースの最大圧力定格を設けることができる。したがって、ハンドピースには、例えば４５ｐｓｉａ、５０ｐｓｉａ、５５ｐｓｉａ等で結合部を介する駆動空気の最大流量に基づいてハンドピースを定格する結合部を設けることができる。好ましい実施形態は、径１１６によってリング１６４に力を印加することによってリング１６４を第２の位置へ移動させることを想定するが、リング１６４に力を印加してリングを第２の位置へ付勢する任意の他の方法又は構造が意図される。
【００２８】
図８は、雄型組立体１０６が雌型組立体１０４内に組み込まれている、組み立てられた結合部１０２を示す。結合部１０２は、ハンドピース１０の近位端１２に組み込まれ、供給ホース４０は雄型組立体１０６に取着される。軸受１２４は、溝１７２内に着座し、迅速着脱特徴部を提供する。分かるように、封止体１４６、１４８及び１５０は、供給ホース４０からハンドピース１０への駆動空気、チップ空気及びチップ水の経路を提供する。リング１６４が径１１６と接触して移動することによって、ハンドピースの所定の最大空気圧を決定する所定サイズの孔１８０を形成し、これを介して、上述したように駆動空気が流れる。機械的作用を検出する検出器又は手段７０が、図８では見ることができないが図５では結合部１０２に位置して見ることができるハウジング１６８内に収容される。
【００２９】
本発明はまた、検出器すなわちセンサを封止することができることによって検出器に損傷を与えることなく滅菌を達成することができる際、又はそうでなければ、検出器すなわちセンサが繰り返し滅菌されるという厳しい環境に耐えることができる場合に、遠位端１４に配置される検出器を意図する。検出器は、必要な滅菌処置において使用される流体及び温度への露出に起因する劣化に対して耐性がある場合には封止しなくてもよい。検出器７０は、制御器９０と通信する。検出器７０が検出する信号は、制御器９０へ送信される、工具先端２０又は空気タービン組立体１７の回転速度を示す周期的信号である。検出器７０は、添付の図１に示すように、埋め込みセンサリード線８０によって制御器９０に配線接続されているものとして示されているが、本発明は、既知であるＲＦ信号の送信等による、検出器７０と制御器９０との間の無線通信を意図する。
【００３０】
制御器９０は、検出器７０から受信した信号を調整及び増幅する信号調整器９２と、検出器７０が送信する信号がデジタルではない場合、アナログ信号をデジタル信号に変換する任意のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器９４と、デジタル信号プロセッサ９６と、縮尺変更（scaled）アナログ出力９８とを含み得る。制御器９０は、電子制御空気供給弁であることが好ましい空気供給弁１００と通信する。そのような弁は、例えばソレノイドを用いて制御され得る。制御器の出力は、チップの速度を所定範囲内に維持する必要に応じて弁を開閉する。空気供給弁１００を介する空気供給源からの空気の量を増減することによって先端部の速度を増減し、この空気流は検出器７０からのフィードバックによって制御される。針の速度はセンサ又は検出器７０によって監視されるため、これが、針又は空気タービンを実質的に一定の速度に維持するために制御器９０によって空気供給源からの駆動空気を変化させるのに後に使用され、結果として閉ループ速度制御システムとなる。
【００３１】
好ましい実施形態では、空気圧式歯科用ハンドピースの閉ループ制御は、ホース結合部３２に据え付けられる加速度計等の検出器７０によって、工具先端の回転速度、回転工具先端２０の操作によって生成される振動を示すハンドピースの周期的な機械的作用を感知することによって達成される。供給ホース４０を通って供給弁１００の位置にフィードバックされる、生成された信号は、リード線８０によって信号調整器へ送られる。次いで、調整された信号は、機器の予測動作範囲内で振動するようにフィルタリングされるか又は狭められてデジタル近似値に変換される。制御器９０内で、具体的にはデジタル信号プロセッサ９６によって、デジタル信号のフーリエ変換が計算され、回転速度に対応する基本周波数が論理アルゴリズムによって選択される。この回転速度は、供給弁１００を介する適切な空気量を計量するために供給弁１００の比例調整量を計算することを目的として予め設定されている動作速度と比較される。
【００３２】
閉ループ制御を含む本発明のハンドピースは、結合部１０２が装着されると、滅菌による厳しい環境への露出によって故障しないように容易に着脱可能な検出器を有するという利点を提供する。さらに、検出器が機能しなくなるであろう場合、雄型挿入体をホース組立体から取り出して新たな雄型挿入体と交換することができるように検出器を雄型挿入体１３３に収容する。代替的には、検出器１７０を検出器ハウジング１６８から取り出して交換することができる。結合部は、ハンドピースを最大圧力に基づいて定格化することを可能にし、これが、検出された機械的作用に応答する流体供給弁の操作をいくらか単純化する。ハンドピースの最大圧力定格を組み込むことによって、アルゴリズムはまた、流体供給弁が必要とする最大圧力を制限し、流体供給弁へのフィードバックを単純化することができる。アルゴリズムがこの制御を提供しない場合であっても、結合部の機械的特徴部が空気流を自動的に制御する。加えて、好ましい結合部は、空気圧供給ホース４０からのハンドピース１０の分離を可能にする迅速着脱特徴部を提供する。さらに、この分離は、供給ホースからの空気の供給を閉じる必要なく雄型組立体及び雌型組立体の独特の設計によって達成することができる。
【００３３】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を加え、本発明の要素の代わりに等価な物を用いてもよいことが当業者には理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に対して特定の状況又は材料に適合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、本発明を実施することを意図する最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【国際調査報告】
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