特許 5918498 歯科ハンドピース用発電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5918498

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】歯科ハンドピース用発電機

(51)【国際特許分類】

   A61C 1/06 20060101AFI20160428BHJP

   H02K 21/14 20060101ALI20160428BHJP

   H02K 7/18 20060101ALI20160428BHJP

   H02K 3/44 20060101ALI20160428BHJP

【ＦＩ】

   A61C1/06

   H02K21/14 G

   H02K7/18 Z

   H02K3/44 B

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2011-229646(P2011-229646)

(22)【出願日】2011年10月19日

(65)【公開番号】特開2013-85750(P2013-85750A)

(43)【公開日】2013年5月13日

【審査請求日】2014年8月8日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002325

【氏名又は名称】セイコーインスツル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000150327

【氏名又は名称】株式会社ナカニシ

(74)【代理人】

【識別番号】100096655

【弁理士】

【氏名又は名称】川井 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100091225

【弁理士】

【氏名又は名称】仲野 均

(72)【発明者】

【氏名】中村 芳文

(72)【発明者】

【氏名】富士根 孝

(72)【発明者】

【氏名】高木 新

【審査官】 宮崎 敏長

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０４３１４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５２−１２８５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０４３１４３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｃ １／００ − Ａ６１Ｃ １／０７

Ｈ０２Ｋ ３／４４

Ｈ０２Ｋ １５／１０

Ｈ０１Ｆ ４１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧蒸気滅菌の対象となる治療用の歯科ハンドピースに使用される発電機であって、
回転する軸と、
前記軸に固定され、外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石と、
前記永久磁石とエアーギャップを介して対向した位置に円筒胴部を有するコイル装着部材と、
前記コイル装着部材と接合して円筒状の収容部を形成する外装部材と、
前記収容部内で、前記円筒胴部の外周部に固定されたコイルと、
前記収容部内で、前記コイルに対向して前記外装部材の内周側に配置されたヨークと、
前記収容部内において、少なくとも前記コイル装着部材に固定されたコイルとその周縁を覆う範囲に充填された樹脂と、を備え、
前記コイルは、ポリアミドイミド銅線又はポリイミド銅線により形成され、且つ、前記収容部内に充填する樹脂は、シリコーン系樹脂であり、
前記コイル装着部材は、液晶ポリマー、または、ポリエーテルエーテルケトン材である、
ことを特徴とする歯科ハンドピース用発電機。

【請求項2】

前記外装部材は、液晶ポリマー、または、ポリエーテルエーテルケトン材であることを特徴とする請求項１に記載の歯科ハンドピース用発電機。

【請求項3】

前記樹脂は、前記コイル装着部材と前記外装部材との接合部分を覆うように充填されていることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の歯科ハンドピース用発電機。

【請求項4】

前記コイル装着部材と前記外装部材とは、その接合面が前記円筒胴部の径方向となるように接合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１の請求項に記載の歯科ハンドピース用発電機。

【請求項5】

更に、前記回転軸に固定された発電用タービン羽根と、
を具備することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の歯科ハンドピース用発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高圧蒸気滅菌の対象となる歯科ハンドピースに使用される発電機に関する。

【背景技術】

【0002】

モータや発電機ではコイルが使用されているが、このコイルの被覆材としは、一般に銅線に焼き付けて被覆するＵＥＷ（ポリウレタンエナメルワイヤー）、ＰＥＷ（ポリエステルエナメルワイヤー）、ＰＥＳＶＷ（ポリエステル系樹脂を焼付硬化させたワイヤー）等が、安価な被覆材として大量に生産され使用されている。
これらＵＥＷ、ＰＥＷ等を使用した発電機等は、通常高温の雰囲気であっても特に性能の劣化が起こることはなかった。
例えば、ＵＥＷを使用した発電機を１００℃のお湯に浸けておいても、その後発電機としての性能劣化による問題は起こらなかった。また、１３５℃以上の気圧、気体中（雰囲気）に置いた場合であっても性能劣化は起こっていなかった。

【0003】

しかし近年の医療の現場では、各種病原菌の患者間の感染を防止するため、使用器具は滅菌消毒されている。その滅菌消毒の方法として、主に高圧蒸気滅菌処理（オートクレーブ１３５℃、蒸気圧２ａｔｍ）が実施されている。
そして、ＵＥＷ等を使用した発電機は、上述のように高温のお湯につけても、高温高圧にあっても性能の劣化が無かったのに対し、高圧蒸気滅菌処理を行うと性能が劣化するという新たな課題を知見するに至った。
ここで、具体的な性能の劣化としては、ＵＥＷ等の被覆材質の加水分解等の劣化が見られ、これを原因とするコイル抵抗値の低下がある。

【0004】

このような高温蒸気滅菌処理における課題に対し、電線の表面にセラミック絶縁被覆膜と融着皮膜を形成した特許文献１記載技術等のように、被覆材に無機物などを入れ耐食性を向上させたり、銅に被覆を覆った被覆銅線を使用することも考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−２２２６１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１記載の電線では、耐食は得られても被覆の厚みが厚すぎて、発電機の特性を十分に満足するものでは無かった。
そこで本発明は、高圧蒸気滅菌処理によっても性能劣化が起きにくい歯科ハンドピース用発電機４０を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）請求項１記載の発明では、高圧蒸気滅菌の対象となる治療用の歯科ハンドピースに使用される発電機であって、回転する軸と、前記軸に固定され、外周に複数の磁極を周方向に配列してなる永久磁石と、前記永久磁石とエアーギャップを介して対向した位置に円筒胴部を有するコイル装着部材と、前記コイル装着部材と接合して円筒状の収容部を形成する外装部材と、前記収容部内で、前記円筒胴部の外周部に固定されたコイルと、前記収容部内で、前記コイルに対向して前記外装部材の内周側に配置されたヨークと、前記収容部内において、少なくとも前記コイル装着部材に固定されたコイルとその周縁を覆う範囲に充填された樹脂と、を備え、前記コイルは、ポリアミドイミド銅線又はポリイミド銅線により形成され、且つ、前記収容部内に充填する樹脂は、シリコーン系樹脂であり、前記コイル装着部材は、液晶ポリマー、または、ポリエーテルエーテルケトン材である、ことを特徴とする歯科ハンドピース用発電機を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記外装部材は、液晶ポリマー、または、ポリエーテルエーテルケトン材であることを特徴とする請求項１に記載の歯科ハンドピース用発電機を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記樹脂は、前記コイル装着部材と前記外装部材との接合部分を覆うように充填されていることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の歯科ハンドピース用発電機を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記コイル装着部材と前記外装部材とは、その接合面が前記円筒胴部の径方向となるように接合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１の請求項に記載の歯科ハンドピース用発電機を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、更に、前記回転軸に固定された発電用タービン羽根と、を具備することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の歯科ハンドピース用発電機を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る歯科ハンドピース用発電機４０によれば、コイルにＡＩＷ又はＰＩＷを使用することで、高圧蒸気滅菌処理後の性能を長期にわたり維持することができる。

【0009】

本発明に係る歯科用又は医療用のハンドピースは、上述した回転電機を備えているので、エネルギー効率が高く、ハンドピースの発光部品の照度を上げることができる。また、ハンドピース自体の低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態における歯科ハンドピース用発電機４０の断面図である。

【図2】円筒型コイルの外観を示した説明図である。

【図3】亀甲巻の円筒型コイルを作成する各行程についての説明図である。

【図4】第１実施形態の歯科ハンドピース用発電機４０の変形例を表した断面図である。

【図5】歯科ハンドピース用発電機４０を組み込んだ歯科ハンドピースの断面図である。

【図6】第２実施形態における歯科ハンドピース用発電機４０の断面図である。

【図7】第２実施形態における、コイルを巻いたヨークをコイル装着部材に配置した状態の斜視図である。

【図8】実施例１、２、比較例１〜４に対する測定結果を表した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明における、歯科用のハンドピースに使用する発電機の好適な実施の形態について、図１から図８を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施形態の発電機は、歯科治療用の工具を回転させるためのエアーを駆動力として、発電機の回転軸に取り付けた発電用タービンを回転させることで発電する。発電した電力は、歯科治療に必要な機器、例えば照明用のＬＥＤに供給される。

【0012】

本実施形態の歯科ハンドピース用発電機は、歯科用のハンドピースに組み込まれた状態で、高圧蒸気滅菌処理（例えば、１３５℃、蒸気圧２ａｔｍ）の対象となる。
この高圧蒸気滅菌処理に対応するため、本実施形態の発電機では、コイル被覆ＡＩＷ（ポリアミドイミド銅線）を使用することで耐食性の向上を実現し、また、熱可塑性部材で形成する円筒胴部との密着性が高いシリコーン系樹脂を充填して該樹脂と円筒胴部とでコイルを包みこむことで耐食性の向上を実現する。
具体的には、高圧蒸気滅菌処理における滅菌消毒に対し、耐久性及び高特性を維持することができる、コイル材料と構造の発電機として次の構成を採用する。
（ａ）コイル被覆材質においては、被覆劣化の無いＡＩＷ、又は、ＰＩＷ（ポリイミド銅線）を使用する。
このＡＩＷは、従来から高温に耐えうるモータコイルとして知られているが、他の性能については知られていなかった。
出願人は、高圧蒸気滅菌処理に耐えうる材料として種々の材料を試した結果、ＡＩＷが耐高温性だけでなく、耐高圧蒸気性を有するという知見を得た。そこで、本実施形態では、歯科ハンドピース用発電機４０のコイルとしてＡＩＷ、又はＰＩＷを使用することとした。
（ｂ）コイルの隙間及びステータ、ヨーク材等の部品間に出来る隙間に、シリコーン系樹脂を充填することで、コイル等を高圧蒸気から保護している。シリコーン系樹脂は、密着性が高いことから、コイル等を充分に保護することができる。
（ｃ）効率良く回転させるためにコイルと磁石間に配置される円筒胴部（内ケース）を、絶縁体からなる熱可塑性樹脂、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材等の耐熱性樹脂（熱変形温度２００°Ｃ以上）を使用する。

【0013】

（２）実施形態の詳細
図１は第１実施形態における歯科ハンドピース用発電機４０の構成図である。
歯科ハンドピース用発電機４０の円筒軸中心には、軸４６が配設されており、軸４６は、ラジアル軸受けとして機能する軸受４７，４８により回転自在に軸支されている。
軸受４８は軸受保持部材５４に保持され、軸受４７は軸受保持部材５３に保持されている。
この軸受４８及び軸受４７は、永久磁石の磁束の影響を受けないものが好ましい。本実施形態では、例えば銅を主成分とする含油軸受が使用されているが、玉軸受け等を採用するようにしてもよい。

【0014】

軸４６の外周面には、軸受４８と軸受け４７の間に永久磁石４５が軸４６と共に回転可能に取り付けられている。
本実施形態における永久磁石４５は、Ｓｍ−Ｃｏ焼結の異方性磁石で２極の着磁がされている。
但し、永久磁石４５はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石を用いてもよい。また、永久磁石４５は、焼結磁石ではなく、ボンド磁石を用いてもよい。また、永久磁石４５は、等方性磁石を用いてもよい。また、永久磁石４５は、２極以上の複数の極で構成されていてもよい。

【0015】

この永久磁石４５と所定の間隔（エアーギャップ）を介してコイル装着部材４２が、軸４６と同心上に配置されている。
コイル装着部材４２は、両端が開放した円筒胴部４２ａと、円筒胴部４２ａの端部から外方に向けて延びるように一体形成された外延円環部４２ｂとを有している。
コイル装着部材４２は、絶縁体からなる熱可塑性樹脂、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）材等の耐熱性樹脂（熱変形温度２００°Ｃ以上）が使用される。本実施形態のコイル装着部材４２は、ＧＦ（ガラス繊維）４０％入りのＰＰＳが使用されている。
円筒胴部４２ａの厚さは、強度が確保でき、かつ薄いことが好ましく、例えば０．３ｍｍの厚さが好ましい。但し、円筒胴部４２ａの厚さは、上記に限定されず、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さでもよい。

【0016】

この場合、コイル装着部材４２（後述の外装部材５０も同じ）は、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上の樹脂で成形されることが好ましい。このように樹脂で形成することが漏れ電流を防ぐことができ、曲げ弾性率を５０００ＭＰａ以上とすることで、加工時の変形が防止されて高精度に、かつ薄肉に加工できるため、回転電機を小型軽量にすることができる。

【0017】

コイル装着部材４２の外延円環部４２ｂには、歯科ハンドピース用発電機４０による発電電力を出力するための端子ピン４９が、外延円環還部４２ｂを貫通して２本配設されている。
端子ピン４９の、円筒胴部４２ａ側の一端部には、界磁コイル（本実施形態では円筒型コイル４４）の端末線が取り付けられている。
外延円環部４２ｂには、端子ピン４９用の貫通孔の他に、後述する樹脂充填用の貫通孔も形成されている。

【0018】

コイル装着部材４２の一端側には軸受保持部材５４が嵌合され、外延円環部４２ｂが配設された他端側には軸受保持部材５３が嵌合されている。
軸受保持部材５４の中心には凹部が形成され、この凹部内に軸受４８が固定されている。また凹部の中心には軸４６の径よりも大径の貫通孔が形成されており、この貫通孔と軸受４８を軸４６が貫通している。なお、図１では、軸受４８が固定される凹部が、軸受保持部剤５４の永久磁石４５側に形成されているが、その反対側に形成するようにしてもよい。
軸受け保持部材５３の中心には、永久磁石４５側に凹部が形成され、この凹部内に軸受け４７が固定されている。また凹部の底には更に第２凹部が形成され、この第２凹部にはスラスト軸受けとして機能するセラミック製の軸受け球が配置され、軸４６の端部が当接している。
なお、図１では、軸受４８、４７がそれぞれ軸受保持部材５４、５３を介してコイル装着部材４２に固定されているが、コイル装着部材４２の内周面に直接固定されるようにしてもよい。この場合、軸受４８、４７の外形をコイル装着部材４２の内径に併せて大きくするか、又は、コイル装着部材４２の両端側の肉厚を軸受４８、４７の外形に併せて厚くするようにする。

【0019】

コイル装着部材４２の円筒胴部４２ａ外周面には、内周面が永久磁石４５と対向する領域に、円筒型コイル４４が巻き付けられ、固定されている。円筒型コイル４４の端部は端子ピン４９に接続されている。
本実施形態の円筒型コイル４４は、被覆劣化の無いＡＩＷ（ポリアミドイミド銅線）、又は、ＰＩＷ（ポリイミド銅線）を使用する。
このように、本実施形態では、歯科ハンドピース用発電機４０に使用するコイルとして、ＡＩＷやＰＩＷを使用することで、高圧蒸気滅菌処理を行っても性能劣化を防止することができる。

【0020】

図２は、本実施形態で使用する円筒型コイル４４について表したものである。
円筒型コイル４４は、１ターンが多角形状をした巻線を円筒型に配列したコイルであり、大別すると、図２（ａ）に示す亀甲巻の円筒型コイル４４、図２（ｂ）に示す菱形巻の円筒型コイル４４ｂ、図２（ｃ）に示すハネカム巻の円筒型コイル４４ｃ、の３種類がある。
亀甲巻は、巻線が自己融着線から形成され、加熱等によって巻線の被膜同士が融着、固着されて形成される。亀甲巻は円筒軸上に巻線の一部が揃うので、トルクの発生に寄与する円筒軸方向の直線導体部が円筒の巻線の中央部に存在し、磁極の受ける力が有効に回転トルクに働く。そのため、亀甲巻は３つの巻線方式で一番効率が良いとされている。
一方、菱形巻はトルクに寄与する円筒軸方向の直線導体部がなく、全体が傾斜した導体部となっているので、巻線の利用効率が亀甲巻に比べて悪い。そのため、菱形巻は高効率化に際しては、あまり好ましい巻線工法ではない。
また、ハネカム巻は菱形巻と同様にトルクに寄与する円筒軸方向の直線導体部がなく、亀甲巻に比べて巻線の利用効率が悪い。
以上の理由から本実施形態では、亀甲巻の円筒型コイル４４を採用しているが、菱形巻やハネカム巻の円筒型コイルを使用するようにしてもよい。

【0021】

図３は、亀甲巻の円筒型コイル４４の作成方法について表したものである。
亀甲巻の円筒型コイル４４は、巻回作業、平板状作業、カーリング作業、アニール作業により作成する。
まず巻回作業では、図３（ａ）に示すように、六角形の巻枠６１に整列した巻線６２を巻回し、巻枠６１に巻回した状態で、巻崩れ防止のためにテープ６３で仮固定する。その状態で、その六角形の巻枠６１から抜き取る。
平板状作業では、図３（ｂ）に示すように、巻枠６１から抜き取った巻線６２の六角形の一対の対向面を巻枠軸方向に倒して、平板状にする。
カーリング作業では、図３（ｃ）に示すように、平板状にした巻線をカーリング棒６４に巻き付ける。その際カーリング成形した外周にテープを巻き付ける。
アニール作業では、図３（ｄ）に示すように、カーリング棒６４を取り外した円筒型コイル６５を加熱し、円筒成形治具６６で円筒型コイル６５をプレスして円筒度が良くなるように整形する。巻線は自己融着線を使用しているので、加熱することで巻線同士が融着して巻崩れしない。
以上の工程によって亀甲巻の円筒型コイル４４が作成され、この円筒型コイル４４はコイル装着部材４２の円筒胴部４２ａに挿入される。

【0022】

なお、本実施形態の円筒型コイル４４では、上記カーリング作業とアニール作業を廃止して、巻回作業で多角形状の巻枠に巻回した巻線を、平板状作業で巻枠軸方向に倒して平板状にした後、直接コイル装着部材４２の円筒胴部４２ａ外周面に巻き付けて円筒形状を形成するようにしてもよい。
これにより、カーリング作業、アニール作業により、あらかじめ円筒形状に形成した円筒型コイル４４をコイル装着部材４２の円筒胴部４２ａに挿入する場合に比べて、円筒胴部４２ａと円筒型コイル４４とをより密着させることができ、隙間を小さくできる。さらに、円筒胴部４２ａの円筒形状に倣ってコイルを成形するため、コイルの円筒形状を高精度に形成することができ、円筒胴部４２ａの外周面と、後述するヨーク４３との隙間を小さく設定することができる。
これにより、永久磁石４５とヨーク４３との隙間を小さくでき、回転電機のエネルギー効率を高くすることができる。また、多くの手間が掛かって作業性が悪かった円筒型コイル４４の加工の手間を一部省略することができる。

【0023】

図１に戻り、円筒型コイル４４の外周と対向した位置には、円筒型コイル４４の外周全体を囲うようにヨーク４３が配設されている。
ヨーク４３は、永久磁石４５の磁極同士を磁気的に接続するもので、電磁鋼鈑、珪素鋼板などの磁性薄板を円環形状（ドーナツ型）に形成し、これを複数枚（例えば、３４枚）積層して構成されている。なお、ヨーク４３は、例えば単一鋼塊の磁性材料で形成されてもよい。

【0024】

ヨーク４３の外周側には外装部材５０（外ケース）が、軸４６と同心上に配置されている。
外装部材５０は、両端が開放した円筒胴部５０ａと、円筒胴部５０ａの端部（コイル装着部材４２の外延円環部４２ｂの配置側と反対側の端部）には、円筒胴部５０ａから内方に向けて延びるように一体形成された内延円環部５０ｂとを有している。
なお、図１に示した外装部材５０の円筒胴部５０ａの直径は、ヨーク４３が配設されている部分の直径よりも、ヨーク４３が配設されていない内延円環部５０ｂ側の領域部分の直径が小さく形成されているが、全長に渡って同じ径に形成することもできる。

【0025】

外装部材５０とコイル装着部材４２とは、その両側端部同士が接着剤などにより接合されることで、両部材間に円筒状の収容部が形成されている。この円筒状収容部には、コイル接着部材４２の外周に巻かれた円筒型コイル４４、外延円環部４２ｂを貫通した端子ピン４９の一部、外装部材５０の内周面に接着剤などで固定されたヨーク４３が収容されている。
更に円筒状収容部内全体には、外延円環部４２ｂに形成されている樹脂充填用の貫通孔から充填された、樹脂が充填されている。この樹脂により、円筒状収容部内における円筒径コイル４４、ヨーク等の各部品間にできる隙間が充填される。

【0026】

外装部材５０とコイル装着部材４２間に充填される樹脂としては、ＰＰＳ等で形成されるコイル装着部材４２との密着性が高い樹脂として、シリコーン系樹脂を使用する。
これにより、コイル装着部材４２とシリコーン系樹脂とが強力に密着して円筒型コイル４４を包み込むことで、高圧蒸気滅菌処理における高圧蒸気がコイルに直接接触する状態を回避し、耐食性を向上している。

【0027】

さらに、図１で円内に示した前方接合部４１ａ、後方接合部４１ｂのように、外装部材５０とコイル装着部材４２の両接合面が、共に径方向となるように接合されている。
すなわち、前方接合部４１ａでは、内延円環部５０ｂの軸４６側端部の内側（外延円環部４２ｂ側）面と、コイル装着部材４２の円筒胴部４２ａの外延円環部４２ｂが形成されていない側の端部の端面とが接合されている。
また、後方接合部４１ｂでは、外延円環部４２ｂの径方向外側端部の内側（内延円環部５０ｂ側）面と、外装部材５０の円筒胴部５０ａの内延円環部５０ｂが形成されていない側の端部の端面とが接続されている。
このように外装部材５０とコイル装着部材４２の接合面を、軸方向ではなく、径方向とすることで、高圧蒸気滅菌処理における高圧蒸気が円筒状収容部内に進入しにくくしている。

【0028】

また、外装部材５０の材質として、コイル装着部材４２と同じＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂を使用することで、内部に充填されるシリコーン系樹脂との高い密着性により、更に高圧蒸気の進入がしにくくなっている。

【0029】

以上の通り構成された歯科ハンドピース用発電機４０は、軸４６の軸受保持部材５４から突き出た部分に、発電用タービン羽根が配設される。
そして、歯科ハンドピースの治療工具を回転させるためのエアの供給通路の途中に発電用タービン羽根が配置されるように歯科ハンドピース用発電機４０を配置する。
これにより、エアが発電用タービン羽根４０と軸４６を回転し、軸４６の外周面に備えられた永久磁石４５は、軸４６と一体となって回転し、円筒型コイル４４に誘起電圧を発生させ、端子ピン４９から出力される。

【0030】

図４は、歯科ハンドピース用発電機４０の変形例を表した断面図である。
この変形例にかかる歯科ハンドピース用発電機４０は、発電用タービン羽根を組み込んだもので、そのまま歯科ハンドピースへの設置が容易になる。
なお、この変形例における歯科ハンドピース用発電機４０において、図１で説明した歯科ハンドピース用発電機４０と同様の部分については同一の符号を付して適宜その説明を省略することとする。

【0031】

この変形例では、図４に示すように、軸受４８ｂが軸４６の途中ではなく、軸４６の端部に配設されている。この軸受４８ｂと永久磁石４５との間の軸４６に発電用タービン羽根３７が固定されている。
また、歯科ハンドピース用発電機４０は、後段ハウジング３８と、この後段ハウジング３８の一端側内周面と嵌合する前段ハウジング３９を備えている。
後段ハウジング３８内周面には外装部材５０の円筒胴部５０ａ外周面が密着した状態で、永久磁石４５、円筒型コイル４４、ヨーク４３等から構成される発電部分が収容される。
前段ハウジング３９の内側には、所定間隔を置いて発電用タービン羽根３７が収容されている。

【0032】

前段ハウジング３９には、エアが導入される貫通孔が貫通している。
この前段ハウジング３９の内側には、軸受４８ｂを保持する軸受保持部材５４ｂが嵌合している。
軸受保持部材５４ｂは、発電用タービン羽根３７の羽根の部分が収容される凹部を有すると共に、この凹部の側面には、前段ハウジング３９に形成された貫通孔と連続して貫通する貫通孔が形成され、両貫通孔によりエア導入孔９０が形成される。複数のエア導入孔９０は、発電用タービン羽根３７が回転する方向に向けて貫通、形成されている。
軸受保持部材５４ｂに形成された発電用タービン羽根３７を収容する凹部の底部には、更に軸受４８ｂが収容される凹部が形成されている。そして、軸受４８ｂ用の凹部の外側には、発電用タービン羽根３７を回転させた後のエア通路となるエア通路孔９１が形成されている。このエア通路孔９１を通過したエアは、後述する工具用タービン２１の回転に使用される。

【0033】

図５は、歯科ハンドピース用発電機４０を組み込んだ歯科ハンドピース１の断面を表したものである。
この歯科ハンドピース１には、図４で説明した、発電用タービン羽根３７が予め組み込まれた歯科ハンドピース用発電機４０が使用されている。
図５に示すように、歯科ハンドピース１は、治療用工具２２を軸線Ｌ回りに回転駆動する工具用タービン２１と、該工具用タービン２１を回転自在に保持するヘッド部２と、操作者によって把持される把持部３とを備えている。

【0034】

把持部３は、後端部に給気管５６および給水管５７が前方に延びている。
把持部３は、給気管５６から供給されるエアの通路となると共に、歯科ハンドピース用発電機４０が収容される収容部８０を備えている。

【0035】

給気管５６から供給されてきたエア流は、後段ハウジング３８と把持部３との間を通り、更に、前段ハウジング３９と軸受保持部材５４に設けられたエア導入孔９０において絞られて発電用タービン羽根３７に導入され、軸４６を回転させる。軸４６の外周面に備えられた永久磁石４５は、軸４６と一体となって回転し、円筒型コイル４４に誘起電圧を発生させる。
円筒型コイル４４に発生した電極は、端子ピン４９を介して電線３２を通ってＬＥＤ３１に供給される。ＬＥＤ３１は、治療用工具２２に向けてその周辺に配置されており、歯科ハンドピース用発電機４０から供給される電力により、歯科ハンドピース１による治療箇所周辺を照明することができる。

【0036】

一方、発電用タービン羽根３７を回転させた後のエアは、軸受保持部材５４に形成されたエア通路孔９１を通り、歯科ハンドピース用発電機４０から排出され、更に、エア通路３３を通って工具用タービン２１に導入されて、治療用工具２２を回転させる。

【0037】

次に歯科ハンドピース用発電機４０における第２実施形態について図６、図７を参照して説明する。
この第２実施形態では、図６に示すように、第１実施形態で説明した円筒型コイル４４に変えて、積層した珪素鋼板に内向きに突出形成された２個のティースに、コイル４４ａとコイル４４ｂが巻かれている。
なお、第２実施形態における歯科ハンドピース用発電機４０において、図１、図４で説明した歯科ハンドピース用発電機４０と同様の部分については同一の符号を付して適宜その説明を省略することとする。

【0038】

図７は、第２実施形態における、コイル４４ａ、４４ｂを巻いたヨーク４３ｐをコイル装着部材４２に配置した状態の斜視図である。
図７に示すように、第２実施形態のヨーク４３ｐは１０枚の珪素鋼板の積層により形成されている。ヨーク４３ｐは、中央部がＨ型に打ち抜かれた円板部４３ｐａと、円板部４３ｐａから中心方向に向けて対向して形成された２個のティース４３ｐｂを備えている。
ヨーク４３ｐの円板部４３ｐａは、ティース４３ｐｂを除いた部分が矩形に形成され、矩形の対向する２辺から中心に向けた内方に２個のティース４３ｐｂが形成される。両ティース４３ｐｂ、４３ｐｂには、コイル４４ａ、４４ｂが巻かれており、コイルの端部は図示しない端子ピン４９に接続されている。
このコイル４４ａ、４４ｂが巻かれた両ティース４３ｐｂの間には、コイル装着部材４２の円筒胴部４２ａが配設されている。

【0039】

なお、両ティース４３ｐｂは、円板部４３ｐａと一体形成されているが、別々に形成して結合するようにしてもよい。
また、図７に示したティース４３ｐｂの中心側端部は平面状に形成されているが、円筒胴部４２ａに全体が密着するように円筒胴部４２ａの外周面と同じ曲率に湾曲するように形成してもよい。
さらに、説明した実施形態では、図４で説明した歯科ハンドピース用発電機４０と同様に、予め発電用タービン羽根３７を組み込んだ歯科ハンドピース用発電機４０を例に説明したが、図１で説明した歯科ハンドピース用発電機４０と同様に、発電用タービン羽根３７を備えない歯科ハンドピース用発電機４０として構成してもよい。この場合、軸受保持部材５４、軸受４８、軸４６は図１と同様に構成する。

【0040】

次に、このように形成した歯科ハンドピース用発電機４０における、性能テストの結果について説明する。
この性能テストでは、第１実施形態及び第２実施形態の歯科ハンドピース用発電機４０を使用した実施例１、実施例２、及び比較例１〜４の歯科ハンドピース用発電機４０に対して、高圧蒸気滅菌処理（連続高圧蒸気滅菌１３５℃、蒸気圧２ａｔｍ）を行った場合の、コイルの抵抗値の変化を測定した。

【0041】

（ａ）実施例１
実施例１では、図１、図４に示した第１実施形態の歯科ハンドピース用発電機４０を対象とした。
コイル装着部材４２（内ケース）をＧＦ（ガラス繊維）４０％入りのＰＰＳで内径φ５．５に形成し、φ０．１のＡＩＷで作製した亀甲巻の円筒型コイル４４を巻き付け、絶縁テープにて固定させた。また、亀甲巻の円筒型コイル４４の外周にφ９×φ７×ｔ０．３の珪素鋼板３４枚で構成したヨーク４３を設置し、シリコーン系樹脂を注入後、外装部材５０（外ケース）で完全密閉した。また、軸４６（シャフト）に、φ４×φ１×ｔ１０の２−１７系ＳｍＣｏ（サマリウム、コバルト）焼結磁石で構成した永久磁石４５を取り付け、コイル装着部材４２の内側に軸受４７、４８で軸支した。なお径φの単位はｍｍである（以下同じ）。
以上の、歯科ハンドピース用発電機４０を、５万ｒｐｍにて回転させ、発電電力（ワット数）を測定後、連続高圧蒸気滅菌１３５℃、蒸気圧２ａｔｍに投入（高圧蒸気滅菌処理）し、コイルの抵抗値を測定した。

【0042】

（ｂ）実施例２
実施例２では、図６、７に示した第２実施形態の歯科ハンドピース用発電機４０を対象とした。
φ９×φ５．５×ｔ０．７４珪素鋼板１０枚で形成したヨーク４３ｐのティース４３ｐｂに、φ１．０のＰＩＷを巻き付けコイル４４ａ、４４ｂを製作した。これを、ＧＦ（ガラス繊維）４０％入りのＰＰＳで形成したコイル装着部材４２の円筒胴部４２ａに挿入した後、シリコーン系樹脂を注入し、外装部材５０で完全密閉した。また、軸４６に、φ７×φ１×ｔ１０のＮｄ（ネオジウム）系焼結磁石で構成した永久磁石４５を取り付け、コイル装着部材４２の内側に軸受４７、４８で軸支した。
以上の、歯科ハンドピース用発電機４０を、３万ｒｐｍにて回転させ、発電電力（ワット数）を測定後、連続高圧蒸気滅菌１３５℃蒸気圧２ａｔｍに投入（高圧蒸気滅菌処理）し、コイルの抵抗値を測定した。

【0043】

（ｃ）比較例１
比較例１では、実施例１のコイル装着部材４２の材質を、ＰＰＳからアルミに変更した以外は同等に製作した。
（ｄ）比較例２
比較例２では、実施例１の円筒型コイル４４を、ＡＩＷからＵＥＷに変更した以外は同等に製作した。
（ｅ）比較例３
比較例３では、実施例１の注入樹脂を、シリコーン系樹脂からエポキシ系樹脂に変更した以外は同等に製作した。
（ｆ）比較例４
比較例４では、実施例２のコイル４４ａ、４４ｂを、ＡＩＷからＰＥＷに変更した以外は同等に製作した。

【0044】

図８は、上記実施例１、２、比較例１〜４に対する測定結果を表したものである。
図８（ａ）は、各実施例、比較例について連続高圧蒸気滅菌を行う前における出力電力（ワット数）の測定値を表したものである。
また図８（ｂ）は、連続高圧蒸気滅菌を行うことにより、各実施例、比較例におけるコイルの抵抗値の時間変化を表したものである。
高圧蒸気滅菌処理は繰り返し行われることが通常であることから、一定時間以上の連続高圧蒸気滅菌に対しても歯科ハンドピース用発電機４０の性能が劣化しないこと、すなわち、コイルの抵抗値が低下しないことが必要である。本実施形態では、連続高圧蒸気滅菌に対して要求性能を維持していると判断される基準時間Ｔとしては２５０時間を想定している。

【0045】

図８（ｂ）に示されるように、コイルをＡＩＷにし、シリコーン系樹脂を充填した実施例１、２の場合には２０００時間以上経過しても、抵抗の低下はなく、２５０時間を大きく超える充分な結果が得られた。
これに対し、コイルはＡＩＷを使用するが、シリコーン系樹脂ではなくエポキシ系樹脂を充填した比較例３の場合には、ＡＩＷの効果によって、基準時間である２５０時間を超え、約３００時間までは抵抗値の低下が見られなかった。ただし、それ以降は抵抗が大きく低下し、錆び膨れ問題の為、後に断線している。

【0046】

一方、コイルに従来のＵＥＷやＰＥＷを使用し、シリコーン系樹脂を充填した比較例２、比較例４の場合には、基準時間の２５０時間をクリアすることはできず、５０時間程度で抵抗が大きく低下し、いずれも２００時間程度で断線しており、基準時間をクリアすることはできなかった。

【0047】

以上から、コイルをＡＩＷとすることで、コイルの抵抗の劣化開始を３００時間程度まで延ばすことが可能になる。
そして、コイルをＡＩＷとすることに加え、更にシリコーン系樹脂を充填することにより、２０００時間を超えて抵抗の劣化を防止することが可能になる。

【0048】

なお、比較例１では、コイルにＡＩＷを使用し、シリコーン系樹脂を充填しているため、抵抗値の劣化自体は起こっていない。
しかし、コイル装着部材４２の材質にアルミを使用しているので渦電流が発生し、ロスが出でることから、図８（ａ）に示されるように、発電電力が０．２ワットであり１個のＬＥＤに必要な電力（０．５Ｗ）を得ることはできなかった。

【0049】

以上説明したように本実施形態の歯科ハンドピース用発電機４０によれば、コイル４４、４４ａ、４４ｂにＡＩＷ、又はＰＩＷを使用することで、耐高温性能だけでなく、高圧蒸気滅菌処理においても、基準時間Ｔを超えて充分に性能を維持することができる。
これにより、歯科ハンドピース用発電機４０の高圧蒸気滅菌処理を繰り返して使用できる回数を増やすことができる。

【0050】

更に、本実施形態では、コイル装着部材４２と外装部材５０とで形成される円筒状収容部内をシリコーン系の樹脂で充填することで、コイル装着部材４２との密着性が向上し、コイル４４、４４ａ、４４ｂを隙間無く包みこむことができる。
これにより、ＡＩＷ又はＰＩＷでコイル４４、４４ａ、４４ｂを形成すると共に、充填材としてシリコーン樹脂を使用することで、コイルの永続的な劣化防止をすることができ、繰り返し高圧蒸気滅菌処理を行いながら歯科ハンドピース用発電機４０を使用することが可能になる。

【0051】

以上、本発明の歯科ハンドピース用発電機４０における各実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
例えば、説明した実施形態では、コイル４４、４４ａ、４４ｂにＡＩＷ又はＰＩＷを使用すると共に、充填材としてシリコーン樹脂を使用する場合について説明したが、何れか一方だけを採用するようにしてもよい。なお、シリコーン樹脂を充填しない場合には、エポキシ系樹脂等の他の耐熱性樹脂を充填することが好ましい。

【0052】

また、説明した実施形態では、インナーロータ型の歯科ハンドピース用発電機４０について説明したが、アウターロータ型の歯科ハンドピース用発電機４０としてもよい。この場合にもコイルとしてＡＩＷ又はＰＩＷの使用、及び、シリコーン樹脂の充填の何れか一方、又は双方を採用する。シリコーン樹脂を充填しない場合には、エポキシ系樹脂等の耐熱性樹脂を充填することが好ましい。
なお、アウターロータ型の場合には、コイルと永久磁石間に、コイル又はコイルとヨークを収容する外筒を配置し、この外筒の内周面にコイルを密着又は近接配置する。そして、外筒内に樹脂を充填することで、樹脂と外筒によりコイルを包み込む。

【0053】

また第１実施形態で説明した円筒型コイル４４を製作する場合の巻枠は、六角形に限定されるものではなく、多角形であれば良い。
更に、説明した第１実施形態では円筒型コイル４４を使用する場合について説明したが、第２実施形態で説明した他の形式のコイルを使用するようにしてもよい。

【0054】

また、本実施形態では、回転電機のうち歯科ハンドピース用発電機４０について説明したが、歯科ハンドピースに限定されず、高圧蒸気滅菌処理の対象となる発電機に使用することも可能である。

【0055】

さらに発電機に限定されず、高圧蒸気滅菌処理の対象となるモータに使用することも可能である。この場合、例えば３相のコイルにＡＩＷ又はＰＩＷを使用し、このコイルに交番電流を順次切り替えるように供給して、永久磁石を回転させるモータとして利用することも可能である。
モータは、インナーロータ型、アウターロータ型の何れも可能であるが、樹脂を充填する場合にはシリコーン系樹脂が好ましいが他の樹脂でもよい。
また、モータとする場合には、図４、図６で説明した発電用タービン羽根３７、前段ハウジング３９等は不要であり、図１に示した軸受４８、軸受保持部材５４、軸４６を採用する。

【0056】

また説明した実施形態では、２極の場合について説明したが、ステータ、ロータの極数はこれに限らず任意の極数とすることが可能である。

【0057】

また、説明した実施形態では、収容部内にシリコーン系樹脂を充填する場合について説明したが、コイルの材料としてＡＩＷやＰＩＷを使用していれば、充填すうる樹脂はシリコーン系樹脂ではなく、エポキシ系樹脂等の他の耐熱性樹脂を使用するようにしてもよい。

【0058】

また、説明した実施形態では、コイル装着部材４２と外装部材５０とで形成される円筒状の収容部全体にシリコーン系樹脂を充填する場合について説明したが、収容部内の全体ではなく、少なくともコイル装着部材４２に固定されたコイルとその周縁を覆う範囲に樹脂を充填するようにしてもよい。この場合の樹脂としては、シリコーン系樹脂が好ましいが、エポキシ系樹脂であってもよい。
このように収容部内の全体に樹脂を充填しない場合、樹脂でコイルを覆うと共に、コイル装着部材４２と外装部材５０との接合部分を樹脂で覆うように充填することが好ましい。

【符号の説明】

【0059】

１ 歯科ハンドピース
２ ヘッド部
３ 把持部
２０ ロータ
２１ 工具用タービン
２２ 治療用工具
３１ ＬＥＤ
３２ 電線
３３ エアー通路
３７ 発電用タービン羽根
３８ 後段ハウジング
３９ 前段ハウジング
４０ 歯科ハンドピース用発電機４０
４１ａ 前方接合部
４１ｂ 後方接合部
４２ コイル装着部材
４２ａ 円筒胴部
４２ｂ 外延円環部
４３、４３ｐ ヨーク
４３ｐａ 円板部
４３ｐｂ ティース
４４ 円筒型コイル
４４ａ、４４ｂ コイル
４５ 永久磁石
４６ 軸
４７、４８ 軸受
５０ 外装部材
５０ａ 円筒胴部
５０ｂ 内延円環部
５３、５４ 軸受保持部材
５６ 給気管
５７ 給水管
６１ 巻枠
６２ 巻線
６３ テープ
６４ カーリング棒
６５ カーリングした円筒型コイル
６６ 円筒成形治具
８０ 収容部
９０ エア導入孔
９１ エア通路孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】