(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源手段（１）を含む超音波発生器によって駆動される歯科用ハンドピース（５）のサーボ制御のための装置であって、
‐それが２つの回路、すなわち、端子（Ｓ１、Ｓ２）に対して超音波発生器が接続される加工用回路と制御回路とを備え、
‐前記加工用回路はその出力端子（Ｓ１、Ｓ２）間に並列にインダクタンス（Ｌｓ）が接続されており、電源（１）が、計器用変圧器（Ｔ１）を経由して前記加工用回路に接続され、
‐前記電源（１）は、その入力（Ｉ，Ｊ）上に加えられている電圧（Ｖｒ）と同相の電圧（Ｖｓ）を出力（Ａ，Ｂ）において供給することができ、
‐制御回路は計器用変流器（Ｔ２）によって構成され、その一次側（７）は、加工用回路において直列に配置され、その二次側（１１）は二次側コイルに接続するコンデンサ（１３）および抵抗器（１５）によってＲＬＣ回路を形成し、抵抗器（１５）の端子における電圧が前記電源（１）の入力に送られるようになっており、
‐制御回路はコンデンサ（１３）の値、および計器用変流器（Ｔ２）の二次側（１１）の自己誘導コイルの値を変えるための手段を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、計器用変流器（Ｔ２）の二次側（１１）が、そのインダクタンス（Ｌ２）を変化させることができる巻線の内部に移動コアを含むことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、前記加工用回路の出力端子（Ｓ１，Ｓ２）間に配置されるインダクタンス（Ｌｓ）が前記ハンドピース（５）の固有キャパシタンスおよびその内部抵抗が、共振に近いＲＬＣ回路が形成されるように前記加工用回路の出力端子（Ｓ１，Ｓ２）間にインダクタンス（Ｌｓ）が配置されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、工具の振動が圧電変換器によって得られるタイプの歯科用ハンドピースに対する電子サーボ制御装置に関する。
【０００２】
超音波信号を発生する圧電変換器は、可能な場合、振動の最大振幅およびパワーを得るために共振状態で使用されることが知られている。工具が機械的に結合される上記変換器が加工の段階で異なる性質の組織、すなわち、硬い組織、柔らかい組織、液体が存在するか、あるいは存在しないかなどの組織に出会うと、その共振回路は加工中に変化する。上記ハンドピースにおいては、変換器の振動の速度は、その中で循環する電流の直接関数であること、そしてこの振動のために必要な作用は、前記変換器の端子における電源電圧の直接関数であることが知られている。ハンドピースが最適の出力で動作することが望ましい場合、その変換器の振動は、このハンドピースの直列共振に対応しなければならず、加工中にその動作状態が共振状態を持続するように変化しなければならない。
【０００３】
本発明によれば、供給される電圧と電流との間に存在する位相シフトを観察することによって、またその変換器の固有容量を電気的に補正することによってその周波数が追跡される。上記電気回路は、低いインピーダンスおよびゼロの位相シフトによって直列共振状態になる。
【０００４】
それ故、本発明の目的は、このハンドピースが装備される工具上の組織の性質がどのようなものであっても、直列共振周波数において永久的に動作することができる、歯科用ハンドピースに対する振動発生器の圧電変換器のサーボ制御のための上記装置を提案することである。
【０００５】
それ故、本発明の目的は、所与の周波数の電源手段を備える、超音波発生器によって駆動される歯科用ハンドピースのサーボ制御のための装置に関し、
【０００６】
‐前記装置が、２つの回路、すなわち、超音波発生器がその端子に接続される加工用回路（ｗｏｒｋ  ｃｉｒｃｕｉｔ）と制御回路を備え、
【０００７】
‐前記加工用回路はその出力端子間に並列に接続されたインダクタンスを含み、
【０００８】
‐前記電源はその入力に供給される電圧と同相の電圧を出力において供給することができ、
【０００９】
‐制御回路は計器用変流器によって構成され、その一次巻線は加工用回路において直列に配置され、その二次巻線はそれに関連する容量および抵抗器と一緒にＲＬＣ回路を形成し、抵抗器の端子における電圧が前記電源の入力に送られ、
【００１０】
‐制御回路は計器用変流器の二次側の容量の値および／または自己誘導コイルの値を変化させるための手段を含む。
【００１１】
計器用変流器の二次側は、そのインダクタンスを変化させることができる移動コアをその巻線の内部に含むことが好ましい。
【００１２】
１つの好適な実施形態においては、電源手段は一次側および二次側のインダクタンスが高い計器用変圧器を経由して加工用回路に接続される。
【００１３】
本発明の実施形態の１つの興味深い形式においては、加工用回路の出力端子間に配置されるインダクタンスは、そのハンドピースの固有容量およびその内部抵抗と一緒に、共振に近いＲＬＣ回路が形成されるようなものである。
【００１４】
添付の図面を参照しながら、本発明の１つの形式の実施形態について説明するが、これは例示としてのものであって、本発明を制限するものではない。
【００１５】
図１に示されている周波数追跡発振器は、２つの出力端子ＡとＢとの間に計器用変圧器Ｔ１の一次側に供給する電圧Ｖｐを発生することができる電源１によって本質的に構成されている。この変圧器の二次側４の端子のうちの１つＣが、ハンドピース５の入力Ｅ１が接続される回路の出力Ｓ１に接続される。この同じ二次側４の他の端子Ｄは、計器用変流器Ｔ２の一次側７が挿入される回路の他の出力Ｓ２に接続される。ハンドピース５の第２の入力Ｅ２は端子Ｓ２に接続される。値Ｌｓのインダクタンス９がハンドピース５の入力端子Ｅ１とＥ２との間に並列に配置される。
【００１６】
図１に示されているように、計器用変流器Ｔ２の二次側１１は、値Ｃ２のコンデンサ１３および値Ｒ２の抵抗器１５と直列に配置され、抵抗器１５はこのようにして形成されるＲＬＣ回路の寄生抵抗を表している。
【００１７】
抵抗器１５の端子ＧおよびＨは、電源１の入力端子ＩＪに接続される。
【００１８】
それ故、２つの回路、すなわち、ハンドピース５を制御する加工用回路と、ＲＬＣ回路によって構成される制御回路とがある。
【００１９】
電源１は、その端子Ａ、Ｂ上に発生される電圧Ｖｐが入力端子ＩとＪとの間に存在しているＶｒと同相であるように構成される。
【００２０】
これらの条件下で、図２に概略的に示されているように、自己誘導コイル１１と、コンデンサ１３と、抵抗器１５とによって構成される発振器が振動状態に入るには、抵抗器Ｒ２の端子に集められている電圧Ｖｒの信号がＶｓと同相でなければならず、その条件はφ２＝−φ１である場合に満足される。実際に、φ２およびφ１は発振制御のＲＬＣ回路において、およびハンドピース５の振動を制御する加工用回路においてそれぞれ電圧と強度との間の位相シフトを表す。
【００２１】
電源１の入力端子ＩとＪとの間に存在している電圧Ｖｒが、変流器Ｔ２の一次側７を循環している電流Ｉ１の関数として表される場合、電流Ｉ１は、電圧Ｖｓに対して（あるいは電圧Ｖｐに対して）位相がφ１だけ遅れており、電圧Ｖｒは電流Ｉ２と同相であることに留意されたい。
【００２２】
変流器の式が考慮される場合、複素数表記を使用することによって下式が得られる。
Ｖ１＝Ｚ１Ｉ１＋ｊｍωＩ２  （但し、Ｚ１＝ｊＬ１ω）  （１）
０＝Ｚ２Ｉ２＋ｊｍωＩ１  （但し、Ｚ２＝Ｒ２＋ｊ（Ｌ２ω−１／Ｃ２ω））  （２）
【００２３】
ここで、ｍは、変流器の巻線の他の巻線における相互インダクタンスの係数を表す。
【００２４】
計器用変流器である変流器Ｔ２は、既知の方法で一次側巻線に及ぼす二次側巻線の影響を無視することができ、したがって、式ｊｍωＩ２＝０であり、Ｉ１の値が式（１）から以下のように導かれるようにすることができる。
Ｉ１＝Ｖ１／ｊＬ１ω＝−ｊＶ１／Ｌ１ω
【００２５】
この値を式（２）に入れることによって、ＲＬＣ回路の中の電流Ｉ２の関数としての加工用回路の中の電流Ｉ１の式が以下のように得られる。
Ｉ１＝１／ｍω（１／Ｃ１ω−Ｌ２ω＋ｊＲ２）Ｉ２
【００２６】
これらの条件下で、電流Ｉ１に関する電流Ｉ２の位相シフトは以下のようになる。
ｔｇφ２＝Ｒ２／ω／（１／Ｃ２ω−Ｌ２ω）＝Ｒ２Ｃ２ω／１−Ｌ２Ｃ２ω２（３）
【００２７】
これらの条件下で、以前に説明されたように、φ２＝−φ１またはｔｇφ２＝−ｔｇφ１の場合、発振が生じる。すなわち、式（３）から、
Ｒ２Ｃ２ω／１−Ｌ２Ｃ２ω２＝−ｔｇφ１            （４）
【００２８】
図３は、振動周波数を表すωの値の関数として、ｔｇφ１の値の変動を、２πの値の範囲内で（ω＝２πＮ）示している。
【００２９】
ハンドピースのない場合、加工用回路の中の発振器の負荷は、回路の出力端子Ｓ１とＳ２との間に並列に配置されるインダクタンスＬｓの値にまで低減する。さらに、Ｒｓが発振器の内部抵抗を示している場合、Ｖｓに関する電流Ｉ１の位相シフトは下式によって表される。
ｔｇφ＝Ｌｓ／Ｒｓ
【００３０】
その後、発振の条件ｔｇφ２＝−ｔｇφ１は以下のようになる。
Ｒ２Ｃ２ω／（１−Ｌ２Ｃ２ω２）＝−Ｌｓωｓ／Ｒｓ
【００３１】
または
ω２＝（Ｌｓ＋ＲｓＲ２Ｃ２）／（ＬｓＬ２Ｃ２）                        （５）
【００３２】
変流器Ｔ２の二次側１１の巻線のＬ２の値および／またはコンデンサ１３の値Ｃ２の値を変えることによって、発振器の周波数を負荷なしで調整することができ、図３に示されている同期化曲線が修正されるようにすることができる。
【００３３】
実際に、Ｒ２は回路の寄生抵抗を表し、Ｃ２は一定値に保たれる。
【００３４】
所与の系列の各装置に対して、電圧Ｔ１が回路の中で巡回している電流Ｉ１と同相になるまで、変流器Ｔ２の二次側１１の値Ｌ２を十分変化することができる。
【００３５】
その後、その装置が校正され、発振器は誘導性の遅延負荷Ｌｓ上で「ロック」する。
【００３６】
さらに、図４に示されているように、ハンドピース５の端子Ｅ１、Ｅ２におけるパワーの変動、およびその端子における電流と強度との間の位相シフトの値の変動を表す曲線が利用できる。したがって、決定された工具によって提供される各タイプのハンドピース５は、このタイプの曲線を有する。
【００３７】
図４の例において、約３０ｋＨｚの周波数に対して、パワーが最大で位相シフトがゼロであることが観察される。図３の中で点Ｘでのプロットされたこの値は、ＲＬＣ回路の調整が正しいことを示している。何故なら、この周波数に対するｔｇφ１の値が０に近づいているからである。
【００３８】
もちろん、ハンドピースの動作時に、位相シフトがゼロである最大の振動が得られる周波数の値が、一方において、そのハンドピースの物理的性質の関数として、また処理されるべき材料の表面状態の関数としても変動することが知られている。ハンドピースおよび所与の工具に対して、２つの限界の周波数Ｎ１およびＮ２が得られ、それらは柔かい組織および硬い組織について作業する工具に対応しており、それに対して図３に示されているようにωのＸ１およびＸ２の値が対応する。
【００３９】
一般に、周波数Ｎは約３０ｋＨｚにあることが観察されている。これらの条件下では、作り出される各回路の負荷なし調整は、加工中に、図３に示されているように点Ｘ１およびＸ２が、ｔｇ１がゼロに近いゾーン内に実際にあるように（例えば、Ｌ２の値を調整することによって）進められる。
【００４０】
インダクタンスＬ２の変動は特に、自己誘導コイル１１の中心にあるコアを変位させることによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による周波数追跡装置を概略的に示す。
【図２】  図１に示されているタイプの回路における電流と強度との間の位相シフトを概略的に示す。
【図３】  本発明による回路における電流と電圧との間の位相シフトの変動を複数の周波数の関数として表している曲線である。
【図４】  周波数の、特定のハンドピースに供給されるパワーの、および電流と強度との間の対応している位相シフトの関数として、それぞれの変動を表している曲線である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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