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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024014264
(43)【公開日】2024-02-01
(54)【発明の名称】歯科用エアタービンハンドピースの制御システム
(51)【国際特許分類】
A61C 1/05 20060101AFI20240125BHJP
A61C 1/08 20060101ALI20240125BHJP
【ＦＩ】
A61C1/05 A
A61C1/08 Z
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022116961
(22)【出願日】2022-07-22
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-10-20
(71)【出願人】
【識別番号】000141598
【氏名又は名称】株式会社吉田製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】山中 通三
(72)【発明者】
【氏名】熊地 智
(72)【発明者】
【氏名】川原 恒夫
【テーマコード（参考）】
4C052
【Ｆターム（参考）】
4C052AA13
4C052BB03
4C052CC02
4C052CC11
4C052EE05
4C052GG02
4C052GG09
4C052GG21
(57)【要約】
【課題】簡易な構成で既存の歯科用エアタービンハンドピースにも適用でき、切削負荷変動が生じてもタービン羽根の回転に関する特性をより良好に制御できる歯科用エアタービンハンドピースの制御システムを提供する。
【解決手段】歯科用エアタービンハンドピースの制御システム１は、ホース先端装着部４０内、または接続ホース５０のホース先端装着部４０側の端部における接続ホース５０内に設けられ、外部排気チューブ５２を流れる排出エア３４の変動を検出する排出エア変動検出手段６０と、排出エア３４の変動に応じて外部給気チューブ５１を流れる圧縮エア３３の供給量を調整し、タービン羽根１９の回転に関する特性としての回転速度の変動を抑えるようにしたエア流量調整手段７０と、を備える。
【選択図】図３
【解決手段】歯科用エアタービンハンドピースの制御システム１は、ホース先端装着部４０内、または接続ホース５０のホース先端装着部４０側の端部における接続ホース５０内に設けられ、外部排気チューブ５２を流れる排出エア３４の変動を検出する排出エア変動検出手段６０と、排出エア３４の変動に応じて外部給気チューブ５１を流れる圧縮エア３３の供給量を調整し、タービン羽根１９の回転に関する特性としての回転速度の変動を抑えるようにしたエア流量調整手段７０と、を備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部給気チューブと外部排気チューブとを内装する接続ホースの先端に設けられたホース先端装着部に着脱可能に装着され、歯科診療ユニットの圧縮エア供給源から前記外部給気チューブを経て供給された圧縮エアによりタービン室に設けられたタービン羽根が回転駆動されるとともに、前記タービン室を経た前記圧縮エアを排出エアとして前記外部排気チューブに向けて排出する歯科用エアタービンハンドピースの制御システムであって、
前記ホース先端装着部内、または前記接続ホースの前記ホース先端装着部側の端部における前記接続ホース内に設けられ、前記外部排気チューブを流れる排出エアの変動を検出する排出エア変動検出手段と、
前記排出エアの変動に応じて前記外部給気チューブを流れる圧縮エアの供給量および供給圧の少なくとも一方を調整し、前記タービン羽根の回転に関する特性の変動を抑えるようにした供給エア調整手段と、
を備えることを特徴とする歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
前記ホース先端装着部内、または前記接続ホースの前記ホース先端装着部側の端部における前記接続ホース内に設けられ、前記外部排気チューブを流れる排出エアの変動を検出する排出エア変動検出手段と、
前記排出エアの変動に応じて前記外部給気チューブを流れる圧縮エアの供給量および供給圧の少なくとも一方を調整し、前記タービン羽根の回転に関する特性の変動を抑えるようにした供給エア調整手段と、
を備えることを特徴とする歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項2】
前記排出エア変動検出手段は、前記外部排気チューブの側面を覆うように配置されており、前記外部排気チューブの外形の変化を検出することで前記排出エアの変動を検出することを特徴とする請求項１に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項3】
前記排出エア変動検出手段は、前記外部排気チューブの外形の変化によって抵抗値が変動する変動抵抗を含むホイートストンブリッジ回路を有することを特徴とする請求項２に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項4】
前記排出エア変動検出手段は、
前記外部排気チューブの側面を覆う円筒の一部を構成する断面Ｃ字形状のＣ形状筒と、
前記Ｃ形状筒の内側面または外側面に設置され、前記ホイートストンブリッジ回路に含まれる４つの抵抗のうちの少なくとも一つを構成する前記変動抵抗としてのひずみゲージと、
を有することを特徴とする請求項３に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
前記外部排気チューブの側面を覆う円筒の一部を構成する断面Ｃ字形状のＣ形状筒と、
前記Ｃ形状筒の内側面または外側面に設置され、前記ホイートストンブリッジ回路に含まれる４つの抵抗のうちの少なくとも一つを構成する前記変動抵抗としてのひずみゲージと、
を有することを特徴とする請求項３に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項5】
前記排出エア変動検出手段の径方向外側に位置する前記接続ホースの径方向外側に、前記排出エア変動検出手段を保護する円筒形状の保護筒が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項6】
前記排出エア変動検出手段は、前記外部排気チューブの外側面に貼付され、前記ホイートストンブリッジ回路に含まれる４つの抵抗のうちの少なくとも一つを構成する前記変動抵抗としてのひずみゲージを有することを特徴とする請求項３に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項7】
前記排出エア変動検出手段の径方向外側に位置する前記接続ホースの径方向外側に、前記排出エア変動検出手段を保護する円筒形状の保護筒が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項8】
前記排出エア変動検出手段は、
前記外部排気チューブの外側面の一方側に接触するダイヤフラムを有するシリコン単結晶と、
前記シリコン単結晶を支持する台座と、
前記台座に固定され、前記外部排気チューブの外側面の他方側に接触するハウジングと、
前記ダイヤフラム上に形成され、前記ホイートストンブリッジ回路に含まれる４つの抵抗のそれぞれを構成する前記変動抵抗としてのピエゾ抵抗と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
前記外部排気チューブの外側面の一方側に接触するダイヤフラムを有するシリコン単結晶と、
前記シリコン単結晶を支持する台座と、
前記台座に固定され、前記外部排気チューブの外側面の他方側に接触するハウジングと、
前記ダイヤフラム上に形成され、前記ホイートストンブリッジ回路に含まれる４つの抵抗のそれぞれを構成する前記変動抵抗としてのピエゾ抵抗と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項9】
前記排出エア変動検出手段は、前記接続ホース内に充填された充填部材に埋設されていることを特徴とする請求項８に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項10】
前記排出エア変動検出手段は、前記外部排気チューブを流れる排出エアを分岐し、分岐された排出エアの圧力の変動を半導体圧力センサにて検出することを特徴とする請求項１に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項11】
前記排出エア変動検出手段は、前記外部排気チューブの外形の変化を、気体または液体の圧力の変化に変換して半導体圧力センサにて検出することを特徴とする請求項１に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項12】
前記供給エア調整手段は、前記歯科診療ユニットにおける前記接続ホースの基端が接続される側の一部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項13】
前記供給エア調整手段は、圧縮エアの供給量を調整するエア流量調整手段であって、入力信号に比例した流量を出力として制御する比例電磁弁を備えることを特徴とする請求項１２に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項14】
前記供給エア調整手段は、圧縮エアの圧力を調整するエア圧力調整手段であって、入力信号に比例した圧力を出力として制御する比例電磁弁を備えることを特徴とする請求項１２に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、歯科用エアタービンハンドピースの制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、歯科用エアタービンハンドピースにおいては、圧縮エアにより回転駆動されるタービン羽根の回転軸に装着された回転器具に、患部の切削中に負荷が加わった場合、タービン羽根の回転速度等の回転に関する特性が低下して良好な切削特性が得られないおそれがあった。
【0003】
したがって、歯科用エアタービンハンドピースにおいて、切削負荷を受けた際のタービン羽根の回転速度等の回転に関する特性の低下を低減し、回転に関する特性を一定に維持する制御システムの構築が望まれている。
【0004】
例えば、引用文献１には、ハンドピース内に設置された磁気センサによりロータの回転速度をダイレクトに検出し、これに応じて駆動流体の供給バルブの開閉をコントロールする技術が開示されている（図２参照）。
引用文献２には、ハンドピースからの排出エアをチューブを介して送り、該チューブの基端が接続される側の歯科診療ユニット内に設けたロータを回転させてその回転速度を検出し、これに応じて圧縮エアの供給バルブの流入量を調整する技術が開示されている（図３参照）。
引用文献３には、ハンドピース内の排気管路に設けたダイヤフラムで排出エアの変動を検出し、これに応じてハンドピース内にある給気管路を流れる空気の流量を調整する技術が開示されている（図６参照）。
引用文献２には、ハンドピースからの排出エアをチューブを介して送り、該チューブの基端が接続される側の歯科診療ユニット内に設けたロータを回転させてその回転速度を検出し、これに応じて圧縮エアの供給バルブの流入量を調整する技術が開示されている（図３参照）。
引用文献３には、ハンドピース内の排気管路に設けたダイヤフラムで排出エアの変動を検出し、これに応じてハンドピース内にある給気管路を流れる空気の流量を調整する技術が開示されている（図６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第５３１４７４６号公報
【特許文献2】特許第６３７１７９３号公報
【特許文献3】米国特許第３８６５５０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、引用文献１，３に記載の技術は、ハンドピース内に、回転速度や排気圧の変動を検出する検出機構を新たに設ける必要がある。このため、ハンドピース自体に特別な細工を行わなければならず、専用の高価な歯科用エアタービンハンドピースとなってしまう。しかも、既存の歯科用エアタービンハンドピースに対して上記技術を適用することは困難である。
また、引用文献２に記載の技術は、チューブの基端が接続される側の歯科診療ユニット内に設けたロータの回転速度を検出するため、ハンドピースから延びるチューブの長さや材質の影響を受けて検出に遅れが生じるおそれがあり、フィードバック制御の応答性が良好とは言えなかった。
また、引用文献２に記載の技術は、チューブの基端が接続される側の歯科診療ユニット内に設けたロータの回転速度を検出するため、ハンドピースから延びるチューブの長さや材質の影響を受けて検出に遅れが生じるおそれがあり、フィードバック制御の応答性が良好とは言えなかった。
【0007】
本発明は、簡易な構成で既存の歯科用エアタービンハンドピースにも適用でき、切削負荷変動が生じてもタービン羽根の回転に関する特性をより良好に制御できる歯科用エアタービンハンドピースの制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、外部給気チューブと外部排気チューブとを内装する接続ホースの先端に設けられたホース先端装着部に着脱可能に装着され、歯科診療ユニットの圧縮エア供給源から前記外部給気チューブを経て供給された圧縮エアによりタービン室に設けられたタービン羽根が回転駆動されるとともに、前記タービン室を経た前記圧縮エアを排出エアとして前記外部排気チューブに向けて排出する歯科用エアタービンハンドピースの制御システムであって、前記ホース先端装着部内、または前記接続ホースの前記ホース先端装着部側の端部における前記接続ホース内に設けられ、前記外部排気チューブを流れる排出エアの変動を検出する排出エア変動検出手段と、前記排出エアの変動に応じて前記外部給気チューブを流れる圧縮エアの供給量および供給圧の少なくとも一方を調整し、前記タービン羽根の回転に関する特性の変動を抑えるようにした供給エア調整手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、簡易な構成で既存の歯科用エアタービンハンドピースにも適用でき、切削負荷変動が生じてもタービン羽根の回転に関する特性をより良好に制御できる歯科用エアタービンハンドピースの制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第１実施形態に係る歯科用エアタービンハンドピースの制御システムが搭載された歯科診療ユニットの概略構成を示す斜視図である。
【図2】歯科用エアタービンハンドピースをホース先端装着部に装着する様子を示す側面図である。
【図3】第１実施形態に係る歯科用エアタービンハンドピースの制御システムを示す概略構成図である。
【図7】排出エア変動検出手段を保護する保護筒を示す概略断面図である。
【図8】適正な排気圧で排出エアが外部排気チューブ内を流れる様子を示す概略斜視図である。
【図10】通常よりも減少した排気圧で排出エアが外部排気チューブ内を流れる様子を示す概略斜視図である。
【図12】ひずみゲージである抵抗の抵抗値とホイートストンブリッジ回路の出力電圧との関係を示す図である。
【図13】ホイートストンブリッジ回路の出力電圧と排気圧との関係を示す図である。
【図14】第２実施形態に係る排出エア変動検出手段のＣ形状筒および抵抗と外部排気チューブとを示す概略斜視図である。
【図15】第２実施形態に係る排出エア変動検出手段のホイートストンブリッジ回路を示す概略構成図である。
【図16】第３実施形態に係る排出エア変動検出手段の抵抗と外部排気チューブとを示す概略斜視図である。
【図17】第４実施形態に係る排出エア変動検出手段と外部排気チューブとを示す概略軸直角断面図である。
【図20】充填部材に埋設された排出エア変動検出手段を示す概略軸方向断面図である。
【図21】第５実施形態に係る排出エア変動検出手段と外部排気チューブとを示す概略軸方向断面図である。
【図23】第６実施形態に係る排出エア変動検出手段と外部排気チューブとを示す概略軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
各図において、共通する部材や同種の部材については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。なお、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
各図において、共通する部材や同種の部材については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。なお、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
【0012】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る歯科用エアタービンハンドピースの制御システムが搭載された歯科診療ユニット１１の概略構成を示す斜視図である。
図１は、本発明の第１実施形態に係る歯科用エアタービンハンドピースの制御システムが搭載された歯科診療ユニット１１の概略構成を示す斜視図である。
【0013】
図１に示すように、歯科診療ユニット１１は、基礎ユニット２と、ドクター用の診療テーブル３と、アシスタント用のアシスタントテーブル８と、椅子モジュール９と、フットコントローラ１３と、を有している。診療テーブル３は、基礎ユニット２を含む構造体に主アーム４、バランスアーム５を介して連絡されるとともに、インスツルメントモジュール６を備えている。アシスタントテーブル８は、基礎ユニット２に補助アーム７を介して位置調整可能に連結されている。アシスタントテーブル８のハンガー８Ａには、バキュームチップやシリンジ等のインスツルメント類が着脱可能に配置されている。椅子モジュール９は、基礎ユニット２の隣りに配置した患者用の椅子本体１０を含む。フットコントローラ１３は、基礎ユニット２に電気系、エア系を含んで接続しており、ドクターが足踏みで入力操作を行う装置である。
【0014】
基礎ユニット２には、スピットン置台１２、スピットン１２ａ、うがいの為のコップに給水するための給水口１４が設けられている。診療テーブル３を構成するハンガー３Ａには、歯科用エアタービンハンドピース（例えば、第１の歯科用エアタービンハンドピース１８ａ）等のインスツルメント類１５を着脱可能に配置されている。基礎ユニット２には、例えば既設の電源供給ケーブル２１、水供給管２２、エア供給管２３が接続されている。また、基礎ユニット２の隣りには、配管ボックス２０が配置されている。
【0015】
本実施形態においては、ハンガー３Ａに、例えば４個の、すなわち、第１～第４の歯科用エアタービンハンドピース１８ａ～１８ｄが列設配置されている。そして、これら第１～第４の歯科用エアタービンハンドピース１８ａ～１８ｄのうちのいずれかをハンガー３Ａから取り外したとき、ハンガー３Ａに予め設けた外部パイロット信号出力部（図示省略）からの信号に基づいて流路が切り替えられて、取り外された歯科用エアタービンハンドピースに向けて圧縮エアが送出するように構成されている。
【0016】
図２は、歯科用エアタービンハンドピース１８（第１～第４の歯科用エアタービンハンドピース１８ａ～１８ｄの総称）をホース先端装着部４０に装着する様子を示す側面図である。図２に示すように、ホース先端装着部４０は、外部給気チューブ５１および外部排気チューブ５２（図３参照）を内装する接続ホース５０の先端に設けられている。歯科用エアタービンハンドピース１８は、ホース先端装着部４０に着脱可能に装着される。歯科用エアタービンハンドピース１８は、回転する回転器具３０によって患部である歯牙を切削する際に使用される。
【0017】
図３は、第１実施形態に係る歯科用エアタービンハンドピースの制御システム１を示す概略構成図である。図４は、図３に示される排出エア変動検出手段６０と、供給エア調整手段としてのエア流量調整手段７０とを示す概略構成図である。
【0018】
図３に示すように、歯科診療ユニット１１の圧縮エア供給源３１から圧縮エア３３が外部給気チューブ５１を通って送られる。外部給気チューブ５１を通って送られる圧縮エア３３は、エア流量調整手段７０の比例電磁弁７５を経た後、歯科用エアタービンハンドピース１８内の給気管路２４に供給され、タービン室３２に設けたタービン羽根１９を回転駆動する。歯科用エアタービンハンドピース１８は、タービン室３２を経た圧縮エアを排出エア３４として、歯科用エアタービンハンドピース１８内の排気管路２５を経て外部排気チューブ５２に向けて排出する。
【0019】
歯科用エアタービンハンドピースの制御システム１（以下、単に「制御システム１」ともいう）は、排出エア変動検出手段６０と、エア流量調整手段７０とを備えている。
【0020】
排出エア変動検出手段６０は、図３では、ホース先端装着部４０内に設けられている。なお、排出エア変動検出手段６０は、接続ホース５０のホース先端装着部４０側の端部における接続ホース５０内に設けられてもよい（図７参照）。この場合、接続ホース５０のホース先端装着部４０側の端部とは、例えばホース先端装着部４０の基端側の端面と該端面からホース先端装着部４０の長さ分だけ基端側の位置との間に位置する接続ホース５０の部分である。排出エア変動検出手段６０は、外部排気チューブ５２の側面を覆うように配置されており、外部排気チューブ５２の外形の変化を検出することで外部排気チューブ５２を流れる排出エア３４の変動を検出するものである。
【0021】
エア流量調整手段７０は、圧縮エア３３の供給量を調整する。エア流量調整手段７０は、歯科診療ユニット１１における接続ホース５０の基端（ホース先端装着部４０とは反対側端）が接続される側の一部に設けられている。例えば、エア流量調整手段７０は、歯科診療ユニット１１の配管ボックス２０内や基礎ユニット２内に収納可能である。エア流量調整手段７０は、排出エア変動検出手段６０により検出された排出エア３４の変動に応じて外部給気チューブ５１を流れる圧縮エア３３の供給量を調整し、タービン羽根１９の回転に関する特性としての回転速度の変動を抑えるように構成されている。エア流量調整手段７０は、排出エアの変動に関する信号を受けて動作するフィードバック制御回路７１と、フィードバック制御回路７１により制御される比例電磁弁７５とを有している。比例電磁弁７５は、本実施形態では、入力信号に比例した流量を出力として制御する電磁弁である。
【0022】
外部給気チューブ５１は、第１～第４の歯科用エアタービンハンドピース１８ａ～１８ｄに向けて４系統に分岐している。比例電磁弁７５は、圧縮エア供給源３１側から見て、４系統に分岐する手前の外部給気チューブ５１に設けられている。
【0023】
図４に示すように、排出エア変動検出手段６０は、外部排気チューブ５２（図３参照）の外形の変化によって抵抗値が変動する変動抵抗を含むホイートストンブリッジ回路６２を有している。排出エア変動検出手段６０は、排出エア３４の変動に関する信号として、ホイートストンブリッジ回路６２から得られる出力電圧Ｅout＝ｅ１（Ｖ）に対応する電圧信号を出力する。
【0024】
エア流量調整手段７０のフィードバック制御回路７１は、基準電圧出力回路７２と、電圧比較回路７３と、エア供給量補正信号生成回路７４とを有している。基準電圧出力回路７２は、予め設定した比例電磁弁７５の適正な開度に相当する出力電圧Ｅout＝ｅ２（Ｖ）に対応する基準電圧信号を出力する。電圧比較回路７３は、ホイートストンブリッジ回路６２からの電圧信号と基準電圧出力回路７２からの基準電圧信号とを比較する。エア供給量補正信号生成回路７４は、電圧比較回路７３による比較結果に応じたエア供給量補正信号を比例電磁弁７５に送り、排出エア３４（図３参照）の圧力である排気圧Ｐ（Ｐａ）の変動を抑えるように、比例電磁弁７５の弁の開度を調整する。そして、排気圧Ｐ（Ｐａ）の変動を抑えることによって、タービン羽根１９（図３参照）の回転速度の変動が抑えられる。
【0025】
フィードバック制御回路７１に変えて、或いは併用して、ＰＩＤ制御によるフィードバック制御プログラムを実行してもよい。この場合、ＰＩＤ制御の各要素、Ｐ（比例制御），Ｉ（積分制御），Ｄ（微分制御）は次のような働きをする。
ホイートストンブリッジ回路６２からの電圧信号ｅ１と、目標とする基準電圧出力回路７２からの基準電圧信号ｅ２との差（偏差）の大きさに比例した比例制御弁の制御を行うことが比例制御（Ｐ）に相当する。
また、短時間で電圧信号ｅ１を基準電圧信号ｅ２に近づけるように制御するためには、目標値を超えないように抑える働きする必要がある。これが微分制御（Ｄ）に相当し、目標値を超えた場合は目標値との差をなくすような働きをする必要がある。これが積分制御（Ｉ）に相当する。
これらＰＩＤ制御のプログラムを実行することで、オーバーシュートやアンダーシュートを発生させずに遅延のないフィードバック制御が可能になり、比例電磁弁７５に入力するための適正なエア供給量補正信号を生成することができる。
ホイートストンブリッジ回路６２からの電圧信号ｅ１と、目標とする基準電圧出力回路７２からの基準電圧信号ｅ２との差（偏差）の大きさに比例した比例制御弁の制御を行うことが比例制御（Ｐ）に相当する。
また、短時間で電圧信号ｅ１を基準電圧信号ｅ２に近づけるように制御するためには、目標値を超えないように抑える働きする必要がある。これが微分制御（Ｄ）に相当し、目標値を超えた場合は目標値との差をなくすような働きをする必要がある。これが積分制御（Ｉ）に相当する。
これらＰＩＤ制御のプログラムを実行することで、オーバーシュートやアンダーシュートを発生させずに遅延のないフィードバック制御が可能になり、比例電磁弁７５に入力するための適正なエア供給量補正信号を生成することができる。
【0026】
図５は、図３に示される排出エア変動検出手段６０のＣ形状筒６１および抵抗Ｒ１と外部排気チューブ５２とを示す概略斜視図である。図６は、図３に示される排出エア変動検出手段６０のホイートストンブリッジ回路６２を示す概略構成図である。
【0027】
図５に示すように、排出エア変動検出手段６０は、Ｃ形状筒６１と、ひずみゲージである抵抗Ｒ１とを有している。Ｃ形状筒６１は、外部排気チューブ５２の側面を覆う円筒の一部を構成しており、断面Ｃ字形状を呈している。抵抗Ｒ１は、本実施形態ではＣ形状筒６１の内側面に設置されている。具体的には、抵抗Ｒ１は、その長手方向が周方向に沿うように、Ｃ形状筒６１の内側面に貼付されている。外部排気チューブ５２は、例えばシリコーンチューブ等の樹脂製チューブであり、Ｃ形状筒６１は、例えばウレタン等の樹脂製である。Ｃ形状筒６１は、外部排気チューブ５２よりも少し硬度が大きい材質から形成されていることが好ましい。
【0028】
図６に示すように、抵抗Ｒ１は、ホイートストンブリッジ回路６２に含まれる４つの抵抗Ｒ１～Ｒ４のうちの一つを構成する変動抵抗としてのひずみゲージである。図６では、他の３つの抵抗Ｒ２～Ｒ４は、抵抗値が変動しない固定抵抗である。図６に示すようなホイートストンブリッジ回路６２を利用することで、ひずみゲージの抵抗値の微細な変化を効率良く計測できる。外部排気チューブ５２（図５参照）内に排出エア３４（図３参照）が流れていない状態（無負荷状態）で、４つの抵抗Ｒ１～Ｒ４の抵抗値をそれぞれＲ１～Ｒ４と表すと、Ｒ１×Ｒ３＝Ｒ２×Ｒ４が成り立つように構成することで、ブリッジ電圧Ｅinに対する出力電圧Ｅoutは、０Ｖになる。なお、抵抗Ｒ１～Ｒ４の抵抗値は、一般に無負荷状態において同一に設定される。外部排気チューブ５２内に排出エア３４（図３参照）が流れると、ひずみゲージである抵抗Ｒ１の抵抗値が変化し、排気圧Ｐに比例した出力電圧Ｅoutを得ることができる。
【0029】
図７は、排出エア変動検出手段６０を保護する保護筒５３を示す概略断面図である。
図７に示すように、排出エア変動検出手段６０の径方向外側に位置する接続ホース５０の径方向外側には、排出エア変動検出手段６０を保護する円筒形状の保護筒５３が設けられている。保護筒５３は、接続ホース５０よりも剛性が大きい例えば金属や硬質樹脂から形成されている。
図７に示すように、排出エア変動検出手段６０の径方向外側に位置する接続ホース５０の径方向外側には、排出エア変動検出手段６０を保護する円筒形状の保護筒５３が設けられている。保護筒５３は、接続ホース５０よりも剛性が大きい例えば金属や硬質樹脂から形成されている。
【0030】
本実施形態に係る制御システム１は、第１～第４の歯科用エアタービンハンドピース１８ａ～１８ｄのうちのいずれか一つが圧縮エア３３の供給によって動作する場合において、その排出エア３４の変動を捉え、圧縮エア３３の供給量を調整してその動作中の歯科用エアタービンハンドピースのタービン羽根１９の回転速度の変動を抑えるようにしたものである。
【0031】
次に、図８～図１３を参照して本実施形態に係る制御システム１の動作について説明する。
図８は、適正な排気圧Ｐ２で排出エア３４が外部排気チューブ５２内を流れる様子を示す概略斜視図である。図９は、図８に示す場合のホイートストンブリッジ回路６２におけるひずみゲージの抵抗値の変化を説明するための図である。
図８に示すように、外部排気チューブ５２内を適正な排気圧Ｐ２で正常に排出エア３４が排出されると、外部排気チューブ５２が膨らむように外形（特に外径）が変化する。このため、外部排気チューブ５２を内包するＣ形状筒６１には内径を広げようとする力が働く。これにより、Ｃ形状筒６１筒の内側面に貼付されたひずみゲージである抵抗Ｒ１は、長手方向に伸びる力が働き、抵抗値が増す。このとき、図９に示すように、抵抗Ｒ１の抵抗値（Ω）はＲ１＋ΔＲ１ｂに、排気圧Ｐ（Ｐａ）はＰ２に、ホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅout（Ｖ）はe２になる。
図８は、適正な排気圧Ｐ２で排出エア３４が外部排気チューブ５２内を流れる様子を示す概略斜視図である。図９は、図８に示す場合のホイートストンブリッジ回路６２におけるひずみゲージの抵抗値の変化を説明するための図である。
図８に示すように、外部排気チューブ５２内を適正な排気圧Ｐ２で正常に排出エア３４が排出されると、外部排気チューブ５２が膨らむように外形（特に外径）が変化する。このため、外部排気チューブ５２を内包するＣ形状筒６１には内径を広げようとする力が働く。これにより、Ｃ形状筒６１筒の内側面に貼付されたひずみゲージである抵抗Ｒ１は、長手方向に伸びる力が働き、抵抗値が増す。このとき、図９に示すように、抵抗Ｒ１の抵抗値（Ω）はＲ１＋ΔＲ１ｂに、排気圧Ｐ（Ｐａ）はＰ２に、ホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅout（Ｖ）はe２になる。
【0032】
図１０は、通常よりも減少した排気圧Ｐ１で排出エア３４が外部排気チューブ５２内を流れる様子を示す概略斜視図である。図１１は、図１０に示す場合のホイートストンブリッジ回路６２におけるひずみゲージの抵抗値の変化を説明するための図である。
図１０に示すように、患部の切削中に過負荷が加わって排出エア３４が減少すると、Ｃ形状筒６１は内径を狭める方向に変化するため、抵抗Ｒ１の長手方向に伸びる量は減る。このとき、図１１に示すように、抵抗Ｒ１の抵抗値（Ω）はＲ１＋ΔＲ１ａに、排気圧Ｐ（Ｐａ）はＰ１に、ホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅout（Ｖ）はe１になる。
図１０に示すように、患部の切削中に過負荷が加わって排出エア３４が減少すると、Ｃ形状筒６１は内径を狭める方向に変化するため、抵抗Ｒ１の長手方向に伸びる量は減る。このとき、図１１に示すように、抵抗Ｒ１の抵抗値（Ω）はＲ１＋ΔＲ１ａに、排気圧Ｐ（Ｐａ）はＰ１に、ホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅout（Ｖ）はe１になる。
【0033】
図１２は、ひずみゲージである抵抗Ｒ１の抵抗値とホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅoutとの関係を示す図である。図１３は、ホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅoutと排気圧Ｐとの関係を示す図である。
図１２、図１３に示すように、タービン羽根１９が回転していないときのＣ形状筒６１の内側面に貼付されたひずみゲージである抵抗Ｒ１の抵抗値（Ω）はＲ１であるが、正常状態の適正な排気圧Ｐ２でタービン羽根１９が回転しているときの抵抗値（Ω）はＲ１＋ΔＲ１ｂに変化し、このときホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅout（Ｖ）はｅ２になる。一方、患部の切削中に過負荷が加わった状態になると抵抗値（Ω）はＲ１＋ΔＲ１ａに変化し、このときホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅout（Ｖ）はｅ１に、排気圧Ｐ（Ｐａ）はＰ１に下がる。この場合、出力電圧Ｅout（Ｖ）のｅ１がｅ２と比較して等しくなるように比例電磁弁７５に流れる圧縮エア３３の流量（供給量）を調整することで、排気圧Ｐ（Ｐａ）が適正な排気圧Ｐ２と等しくなるように制御される。
図１２、図１３に示すように、タービン羽根１９が回転していないときのＣ形状筒６１の内側面に貼付されたひずみゲージである抵抗Ｒ１の抵抗値（Ω）はＲ１であるが、正常状態の適正な排気圧Ｐ２でタービン羽根１９が回転しているときの抵抗値（Ω）はＲ１＋ΔＲ１ｂに変化し、このときホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅout（Ｖ）はｅ２になる。一方、患部の切削中に過負荷が加わった状態になると抵抗値（Ω）はＲ１＋ΔＲ１ａに変化し、このときホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅout（Ｖ）はｅ１に、排気圧Ｐ（Ｐａ）はＰ１に下がる。この場合、出力電圧Ｅout（Ｖ）のｅ１がｅ２と比較して等しくなるように比例電磁弁７５に流れる圧縮エア３３の流量（供給量）を調整することで、排気圧Ｐ（Ｐａ）が適正な排気圧Ｐ２と等しくなるように制御される。
【0034】
前記したように、本実施形態に係る歯科用エアタービンハンドピースの制御システム１は、ホース先端装着部４０内、または接続ホース５０のホース先端装着部４０側の端部における接続ホース５０内に設けられ、外部排気チューブ５２を流れる排出エア３４の変動を検出する排出エア変動検出手段６０と、排出エア３４の変動に応じて外部給気チューブ５１を流れる圧縮エア３３の供給量を調整し、タービン羽根１９の回転速度の変動を抑えるようにしたエア流量調整手段７０と、を備える。
【0035】
このような本実施形態では、排出エア３４の変動を検出する排出エア変動検出手段６０が、ホース先端装着部４０内、または接続ホース５０のホース先端装着部４０側の端部内に設けられている。これにより、歯科用エアタービンハンドピース１８自体に特別な細工を行うことなく、歯科用エアタービンハンドピース１８の近傍において排出エア３４の変動の検出が可能となる。つまり、安価な構成で切削負荷による排出エアの変動を瞬間的に検出できる。このため、フィードバック制御において遅延が生じにくく、タービン羽根１９の回転速度を精密に制御することが可能となる。また、従来のように磁気センサ等を新たに歯科用エアタービンハンドピース１８内に設ける必要がないため、既存の歯科用エアタービンハンドピースをそのまま使用できる。そして、歯科用エアタービンハンドピース１８は、切削負荷を受けてタービン羽根１９の回転速度が低下して排出エア３４が減少することのないように、排出エア変動検出手段６０によって検出される排出エア３４の変動に応じて圧縮エア３３の供給量を調整することで、タービン羽根１９の一定回転を維持することができる。
したがって、本実施形態によれば、簡易な構成で既存の歯科用エアタービンハンドピースにも適用でき、切削負荷変動が生じてもタービン羽根１９の回転速度をより良好に制御できる歯科用エアタービンハンドピースの制御システム１を提供することができる。
したがって、本実施形態によれば、簡易な構成で既存の歯科用エアタービンハンドピースにも適用でき、切削負荷変動が生じてもタービン羽根１９の回転速度をより良好に制御できる歯科用エアタービンハンドピースの制御システム１を提供することができる。
【0036】
また、本実施形態では、排出エア変動検出手段６０は、外部排気チューブ５２の側面を覆うように配置されており、外部排気チューブ５２の外形の変化を検出することで排出エア３４の変動を検出する。このような構成では、外部排気チューブ５２の構成を変えることなく、外部排気チューブ５２の膨張、収縮を利用して、より簡易な構成によって排出エアの変動を検出することができる。
【0037】
また、本実施形態では、排出エア変動検出手段６０は、外部排気チューブ５２の外形の変化によって抵抗値が変動する変動抵抗を含むホイートストンブリッジ回路６２を有している。このような構成では、外部排気チューブ５２の外形の微小な変化を高感度に検出できる。このため、切削負荷変動が生じてもタービン羽根１９の回転速度をより良好に制御できる。
【0038】
また、本実施形態では、排出エア変動検出手段６０は、外部排気チューブ５２の側面を覆う円筒の一部を構成する断面Ｃ字形状のＣ形状筒６１と、Ｃ形状筒６１の内側面に設置され、ホイートストンブリッジ回路６２に含まれる４つの抵抗Ｒ１～Ｒ４のうちの一つを構成する変動抵抗としてのひずみゲージである抵抗Ｒ１と、を有する。このような構成では、Ｃ形状筒６１を外部排気チューブ５２の側面を覆うように取り付けるだけで、排出エア変動検出手段６０を容易に設置することができ、Ｃ形状筒６１の変形によるひずみゲージである抵抗Ｒ１の抵抗値の変動によって外部排気チューブ５２の外形の変化を検出することができる。
なお、抵抗Ｒ１～Ｒ４のうち、Ｃ形状筒６１の内側面に貼付されるひずみゲージである抵抗は、図５では１つであるが、２つであってもよい。この場合、２倍の出力を得ることや温度補償が可能となる。また、ひずみゲージである抵抗は、Ｃ形状筒６１の外側面に設置されてもよい。この場合、外部排気チューブ５２が膨らんでＣ形状筒６１に内径を広げようとする力が働くと、Ｃ形状筒６１筒の外側面に貼付されたひずみゲージである抵抗は、長手方向に縮む力が働き、抵抗値が減ることになる。
なお、抵抗Ｒ１～Ｒ４のうち、Ｃ形状筒６１の内側面に貼付されるひずみゲージである抵抗は、図５では１つであるが、２つであってもよい。この場合、２倍の出力を得ることや温度補償が可能となる。また、ひずみゲージである抵抗は、Ｃ形状筒６１の外側面に設置されてもよい。この場合、外部排気チューブ５２が膨らんでＣ形状筒６１に内径を広げようとする力が働くと、Ｃ形状筒６１筒の外側面に貼付されたひずみゲージである抵抗は、長手方向に縮む力が働き、抵抗値が減ることになる。
【0039】
また、本実施形態では、排出エア変動検出手段６０の径方向外側に位置する接続ホース５０の径方向外側に、排出エア変動検出手段６０を保護する円筒形状の保護筒５３が設けられている。このような構成では、保護筒５３は、外部排気チューブ５２の外形の変化によるＣ形状筒６１の変形の自由度を確保しつつ、接続ホース５０の曲がり等による外力から排出エア変動検出手段６０を保護することができる。
【0040】
また、本実施形態では、エア流量調整手段７０は、歯科診療ユニット１１における接続ホース５０の基端が接続される側の一部に設けられている。このような構成では、十分に確保可能なスペースに、仕様に応じた適切なエア流量調整手段７０を設置することができる。
【0041】
また、本実施形態では、供給エア調整手段は、圧縮エア３３の供給量を調整するエア流量調整手段７０であって、入力信号に比例した流量を出力として制御する比例電磁弁７５を備えている。このような構成では、排出エア変動検出手段６０により検出された排出エアの微小な変動に応じて、圧縮エア３３の供給量を細かく調整することができる。この場合、ＯＮ／ＯＦＦ制御ではなく、任意のエア流量を連続的に制御可能となる。すなわち、排出エア３４の変動をリアルタイムに検出して高精度にフィードバックすることが可能となり、タービン羽根１９の回転速度の変動を抑えるように、一定の回転速度に制御することができる。例えば歯牙の切削などソフトタッチで優れた切れ味が必要とされる切削に適している。
【0042】
［第２実施形態］
次に、図１４、図１５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図１４は、第２実施形態に係る排出エア変動検出手段６０のＣ形状筒６１および抵抗Ｒ１～Ｒ４と外部排気チューブ５２とを示す概略斜視図である。図１５は、第２実施形態に係る排出エア変動検出手段６０のホイートストンブリッジ回路６２ａを示す概略構成図である。なお、第１実施形態と共通する点についての説明は省略する。
次に、図１４、図１５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図１４は、第２実施形態に係る排出エア変動検出手段６０のＣ形状筒６１および抵抗Ｒ１～Ｒ４と外部排気チューブ５２とを示す概略斜視図である。図１５は、第２実施形態に係る排出エア変動検出手段６０のホイートストンブリッジ回路６２ａを示す概略構成図である。なお、第１実施形態と共通する点についての説明は省略する。
【0043】
第２実施形態は、ホイートストンブリッジ回路６２ａに含まれる４つの抵抗Ｒ１～Ｒ４のすべてが変動抵抗としてのひずみゲージである点で、第１実施形態と相違している。ここでは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３とは、その長手方向が周方向に沿うように、Ｃ形状筒６１の内側面に貼付され、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４とは、その長手方向が周方向に沿うように、Ｃ形状筒６１の外側面に貼付されている。排出エア３４の圧力が加わると外部排気チューブ５２が膨らんで抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３とが伸びる。同時に抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４とが縮む。このときのホイートストンブリッジ回路６２ａの出力電圧Ｅoutを求めることで、外部排気チューブ５２を流れる排出エア３４の変動を検出することができる。この場合、４倍の出力を得ることや温度補償が可能となる。
【0044】
［第３実施形態］
次に、図１６を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
図１６は、第３実施形態に係る排出エア変動検出手段６０の抵抗Ｒ１と外部排気チューブ５２とを示す概略斜視図である。なお、第１実施形態と共通する点についての説明は省略する。
次に、図１６を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。
図１６は、第３実施形態に係る排出エア変動検出手段６０の抵抗Ｒ１と外部排気チューブ５２とを示す概略斜視図である。なお、第１実施形態と共通する点についての説明は省略する。
【0045】
第３実施形態は、ホイートストンブリッジ回路６２に含まれる４つの抵抗Ｒ１～Ｒ４のうちの一つである変動抵抗としての抵抗Ｒ１が、外部排気チューブ５２の外側面に貼付されている点で、第１実施形態と相違している。つまり、この実施形態では、Ｃ形状筒６１は存在しない。具体的には、ひずみゲージである抵抗Ｒ１は、その長手方向が周方向に沿うように、外部排気チューブ５２の外側面に直接貼付されている。排出エア３４の圧力が加わると外部排気チューブ５２が膨らんで抵抗Ｒ１が伸びる。このときのホイートストンブリッジ回路６２の出力電圧Ｅoutを求めることで、外部排気チューブ５２を流れる排出エア３４の変動を検出することができる。
【0046】
第３実施形態では、ひずみゲージを外部排気チューブ５２の外側面に貼付することで、排出エア変動検出手段６０を容易に設置することができ、外部排気チューブ５２の変形によるひずみゲージの抵抗値の変動によって外部排気チューブ５２の外形の変化を検出することができる。
また、第３実施形態においても、保護筒５３（図７参照）が設けられている。このような構成では、保護筒５３は、外部排気チューブ５２の外形の変化によるひずみゲージの抵抗値の変動の信頼性を確保しつつ、接続ホース５０の曲がり等による外力から排出エア変動検出手段６０を保護することができる。
なお、抵抗Ｒ１～Ｒ４のうち、外部排気チューブ５２の外側面に貼付されるひずみゲージである抵抗は、図１６では１つであるが、２つまたは４つであってもよい。
また、第３実施形態においても、保護筒５３（図７参照）が設けられている。このような構成では、保護筒５３は、外部排気チューブ５２の外形の変化によるひずみゲージの抵抗値の変動の信頼性を確保しつつ、接続ホース５０の曲がり等による外力から排出エア変動検出手段６０を保護することができる。
なお、抵抗Ｒ１～Ｒ４のうち、外部排気チューブ５２の外側面に貼付されるひずみゲージである抵抗は、図１６では１つであるが、２つまたは４つであってもよい。
【0047】
［第４実施形態］
次に、図１７～図２０を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。
図１７は、第４実施形態に係る排出エア変動検出手段６０ａと外部排気チューブ５２とを示す概略軸直角断面図である。図１８は、図１７に示されるダイヤフラム６４周辺の概略拡大断面図である。図１９は、図１７に示されるダイヤフラム６４の概略拡大平面図である。図２０は、充填部材５４に埋設された排出エア変動検出手段６０ａを示す概略軸方向断面図である。なお、第１実施形態と共通する点についての説明は省略する。
次に、図１７～図２０を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。
図１７は、第４実施形態に係る排出エア変動検出手段６０ａと外部排気チューブ５２とを示す概略軸直角断面図である。図１８は、図１７に示されるダイヤフラム６４周辺の概略拡大断面図である。図１９は、図１７に示されるダイヤフラム６４の概略拡大平面図である。図２０は、充填部材５４に埋設された排出エア変動検出手段６０ａを示す概略軸方向断面図である。なお、第１実施形態と共通する点についての説明は省略する。
【0048】
【0049】
シリコン単結晶６３は、外部排気チューブ５２の外側面の一方側に接触するダイヤフラム６４を有する。台座６５は、シリコン単結晶６３を支持する。台座６５は、例えばガラス製であり、ダイヤフラム６４の変形時に空気が通過する貫通孔６７を有している。貫通孔６７は、ダイヤフラム６４と台座６５との間に形成された空間を大気に開放する空気孔である。ハウジング６６は、台座６５に固定されており、外部排気チューブ５２の外側面の他方側に接触する。ハウジング６６は、排気圧Ｐによって変形が殆ど生じない例えば金属や硬質樹脂から形成されている。ハウジング６６の外部排気チューブ５２と接触する部分は、円弧面状に形成されていることが好ましい。ハード素材のハウジング６６とシリコン単結晶６３のダイヤフラム６４との間に、外部排気チューブ５２が挟まれる。
【0050】
図１８、図１９に示すように、ピエゾ抵抗Ｒａ～Ｒｄは、ダイヤフラム６４上に形成されており、ホイートストンブリッジ回路６２ｂに含まれる４つの抵抗のそれぞれを構成している。具体的には、シリコン単結晶６３のダイヤフラム６４上に、不純物拡散などで直接、ピエゾ抵抗Ｒａ～Ｒｄが形成されている。ピエゾ抵抗Ｒａ～Ｒｄを用いた排出エア変動検出手段６０ａは、排気圧Ｐの印加によるダイヤフラム６４の変形（図１８の二点鎖線参照）を、ダイヤフラム６４上のひずみ（応力）として測定する。ダイヤフラム６４に排気圧Ｐを加えると、ピエゾ抵抗Ｒｂ，Ｒｃの抵抗値は増加し、ピエゾ抵抗Ｒａ，Ｒｄの抵抗値は減少する。これにより、ホイートストンブリッジ回路に不均衡が生じ、排気圧Ｐに比例した出力電圧Ｅoutを得ることができる。
【0051】
第４実施形態では、ダイヤフラム６４の僅かな機械的変形によってピエゾ抵抗Ｒａ～Ｒｄの抵抗値の大きな変化が得られるため、外部排気チューブ５２の外形の微小な変化を検出することができる。
また、外部排気チューブ５２をダイヤフラム６４とハウジング６６との間に挟み込むように取り付けるだけで、排出エア変動検出手段６０ａを容易に設置することができる。さらに、ダイヤフラム６４は、排出エア変動検出手段６０ａの内部に配置されることになるため、外乱の影響を受けにくくなる。これにより、外部排気チューブ５２の外形の変化をより精度良く検出することができる。
また、外部排気チューブ５２をダイヤフラム６４とハウジング６６との間に挟み込むように取り付けるだけで、排出エア変動検出手段６０ａを容易に設置することができる。さらに、ダイヤフラム６４は、排出エア変動検出手段６０ａの内部に配置されることになるため、外乱の影響を受けにくくなる。これにより、外部排気チューブ５２の外形の変化をより精度良く検出することができる。
【0052】
また、図２０に示すように、第４実施形態では、排出エア変動検出手段６０ａは、接続ホース５０内に充填された充填部材５４に埋設されている。なお、充填部材５４は、貫通孔６７の充填部材５４外への連通が確保されるように構成されている。このような構成では、充填部材５４は、排出エア変動検出手段６０ａを埋設してもダイヤフラム６４（図１７参照）が排出エア変動検出手段６０ａの内側に存在するので検出に支障を与えることがなく、接続ホース５０の曲がり等による外力から排出エア変動検出手段６０ａを保護することができる。
【0053】
［第５実施形態］
次に、図２１、図２２を参照して、本発明の第５実施形態について説明する。
図２１は、第５実施形態に係る排出エア変動検出手段６０ｂと外部排気チューブ５２とを示す概略軸方向断面図である。図２２は、図２１に示される半導体圧力センサ８０の構造の一例を示す概略拡大断面図である。なお、第４実施形態と共通する点についての説明は省略する。また、図２２では、半導体圧力センサ８０は、説明の都合上、図２１とは上下逆に描いてある。
次に、図２１、図２２を参照して、本発明の第５実施形態について説明する。
図２１は、第５実施形態に係る排出エア変動検出手段６０ｂと外部排気チューブ５２とを示す概略軸方向断面図である。図２２は、図２１に示される半導体圧力センサ８０の構造の一例を示す概略拡大断面図である。なお、第４実施形態と共通する点についての説明は省略する。また、図２２では、半導体圧力センサ８０は、説明の都合上、図２１とは上下逆に描いてある。
【0054】
図２１に示すように、第４実施形態に係る排出エア変動検出手段６０ｂは、外部排気チューブ５２を流れる排出エア３４を分岐し、分岐された排出エア３４の圧力の変動を半導体圧力センサ８０にて検出するものである。排出エア変動検出手段６０ｂは、例えば、外部排気チューブ５２を流れる排出エア３４を分岐する分岐管路８３と、分岐管路８３に設けられた分岐部８４から分岐された排出エア３４が通る接続管８５と、接続管８５を経て送られる排出エア３４の圧力の変動を検出する半導体圧力センサ８０とを有している。
【0055】
図２２に示すように、半導体圧力センサ８０は、分岐された排出エア３４を導入する排出エア導入部８１と、排出エア導入部８１から導入された排出エア３４の圧力を検知する圧力検知部８２とを有する。排出エア導入部８１は、接続管８５（図２１参照）に接続される。半導体圧力センサ８０の圧力検知部８２は、図１７に示したものと同様のピエゾ抵抗型圧力センサであって、ピエゾ抵抗Ｒａ～Ｒｄから成るひずみゲージの電気抵抗の変化を電圧変化として取り出して排気圧Ｐを検知するものである。電気抵抗の変化はホイートストンブリッジ回路を構成することにより高感度が得られる。前記した第４実施形態では、外部排気チューブ５２の外側面の一方側にダイヤフラム６４を直接接触させているが、第５実施形態では、排気圧Ｐを半導体圧力センサ８０の排出エア導入部８１に加えることでダイヤフラム６４を変形させることができる。
【0056】
［第６実施形態］
次に、図２３を参照して、本発明の第６実施形態について説明する。
図２３は、第６実施形態に係る排出エア変動検出手段６０ｃと外部排気チューブ５２とを示す概略軸方向断面図である。なお、第５実施形態と共通する点についての説明は省略する。
次に、図２３を参照して、本発明の第６実施形態について説明する。
図２３は、第６実施形態に係る排出エア変動検出手段６０ｃと外部排気チューブ５２とを示す概略軸方向断面図である。なお、第５実施形態と共通する点についての説明は省略する。
【0057】
図２３に示すように、第６実施形態に係る排出エア変動検出手段６０ｃは、外部排気チューブ５２の外形の変化を、気体または液体の圧力の変化に変換して半導体圧力センサ８０にて検出するものである。排出エア変動検出手段６０ｃは、例えば、外部排気チューブ５２の側面との間に空間８７が形成されるように密閉して覆う密閉管８６と、密閉管８６に設けられた孔部８８を介して空間８７と連通する内部を有する接続管８５と、空間８７および接続管８５の内部に充填される気体または液体の圧力の変動を検出する半導体圧力センサ８０とを有している。
第６実施形態では、外部排気チューブ５２の外形変化を密閉管８６内に密封された気体または液体の圧力の変化に変えて、半導体圧力センサ８０の排出エア導入部８１に加えることでダイヤフラム６４を変形させることができる。
第６実施形態では、外部排気チューブ５２の外形変化を密閉管８６内に密封された気体または液体の圧力の変化に変えて、半導体圧力センサ８０の排出エア導入部８１に加えることでダイヤフラム６４を変形させることができる。
【0058】
以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記した実施形態や変形例に記載した構成に限定されるものではない。本発明は、前記した実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【0059】
例えば、前記した実施形態においては、供給エア調整手段は、圧縮エア３３の供給量を調整するエア流量調整手段７０であって、入力信号に比例した流量を出力として制御する比例電磁弁７５を備えているが、これに限定されるものではない。
供給エア調整手段は、圧縮エア３３の圧力を調整するエア圧力調整手段であって、入力信号に比例した圧力を出力として制御する比例電磁弁を備えていてもよい。この場合、ＯＮ／ＯＦＦ制御ではなく、任意のエア圧力を連続的に制御可能となる。すなわち、排出エア３４の変動をリアルタイムに検出してフィードバックすることにより、タービン羽根１９の回転トルクの変動を抑えるように、一定の回転トルクに制御することができる。例えば、外的要因を受けても（回転器具３０先端に過負荷が発生しても弾かれることなく）安定した回転トルクで切削が可能になる。したがって、例えば補綴物の切削など安定した回転トルクの必要な切削に適している。
なお、圧縮エア３３の供給量および供給圧の両方の制御が可能な比例電磁弁を使用すれば、上記両方の特徴を兼ね備えた制御が可能となる。またエア流量調整手段とエア供給圧調整手段の両方を切換可能な切換スイッチを用意して、切削目的に応じて任意に切換えて使用してもよい。
また、前記した実施形態においては、歯科用エアタービンハンドピースを４個含む構成としたが、歯科用エアタービンハンドピースの個数は、適宜変更可能である。
供給エア調整手段は、圧縮エア３３の圧力を調整するエア圧力調整手段であって、入力信号に比例した圧力を出力として制御する比例電磁弁を備えていてもよい。この場合、ＯＮ／ＯＦＦ制御ではなく、任意のエア圧力を連続的に制御可能となる。すなわち、排出エア３４の変動をリアルタイムに検出してフィードバックすることにより、タービン羽根１９の回転トルクの変動を抑えるように、一定の回転トルクに制御することができる。例えば、外的要因を受けても（回転器具３０先端に過負荷が発生しても弾かれることなく）安定した回転トルクで切削が可能になる。したがって、例えば補綴物の切削など安定した回転トルクの必要な切削に適している。
なお、圧縮エア３３の供給量および供給圧の両方の制御が可能な比例電磁弁を使用すれば、上記両方の特徴を兼ね備えた制御が可能となる。またエア流量調整手段とエア供給圧調整手段の両方を切換可能な切換スイッチを用意して、切削目的に応じて任意に切換えて使用してもよい。
また、前記した実施形態においては、歯科用エアタービンハンドピースを４個含む構成としたが、歯科用エアタービンハンドピースの個数は、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0060】
１ 歯科用エアタービンハンドピースの制御システム
１１ 歯科診療ユニット
１８ 歯科用エアタービンハンドピース
１９ タービン羽根
３１ 圧縮エア供給源
３２ タービン室
３３ 圧縮エア
３４ 排出エア
４０ ホース先端装着部
５０ 接続ホース
５１ 外部給気チューブ
５２ 外部排気チューブ
５３ 保護筒
５４ 充填部材
６０，６０ａ～６０ｃ 排出エア変動検出手段
６１ Ｃ形状筒
６２，６２ａ，６２ｂ ホイートストンブリッジ回路
６３ シリコン単結晶
６４ ダイヤフラム
６５ 台座
６６ ハウジング
７０ エア流量調整手段
７５ 比例電磁弁
８０ 半導体圧力センサ
Ｒ１～Ｒ４ 抵抗
Ｒａ～Ｒｄ ピエゾ抵抗
１１ 歯科診療ユニット
１８ 歯科用エアタービンハンドピース
１９ タービン羽根
３１ 圧縮エア供給源
３２ タービン室
３３ 圧縮エア
３４ 排出エア
４０ ホース先端装着部
５０ 接続ホース
５１ 外部給気チューブ
５２ 外部排気チューブ
５３ 保護筒
５４ 充填部材
６０，６０ａ～６０ｃ 排出エア変動検出手段
６１ Ｃ形状筒
６２，６２ａ，６２ｂ ホイートストンブリッジ回路
６３ シリコン単結晶
６４ ダイヤフラム
６５ 台座
６６ ハウジング
７０ エア流量調整手段
７５ 比例電磁弁
８０ 半導体圧力センサ
Ｒ１～Ｒ４ 抵抗
Ｒａ～Ｒｄ ピエゾ抵抗
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【手続補正書】
【提出日】2023-07-24
【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】
外部給気チューブと外部排気チューブとを内装する接続ホースの先端に設けられたホース先端装着部に着脱可能に装着され、歯科診療ユニットの圧縮エア供給源から前記外部給気チューブを経て供給された圧縮エアによりタービン室に設けられたタービン羽根が回転駆動されるとともに、前記タービン室を経た前記圧縮エアを排出エアとして前記外部排気チューブに向けて排出する歯科用エアタービンハンドピースの制御システムであって、
前記接続ホース、前記ホース先端装着部及び前記歯科用エアタービンハンドピースを複数組備えるとともに、
複数の前記歯科用エアタービンハンドピースのそれぞれに対応して複数の前記ホース先端装着部内、または複数の前記接続ホースの前記ホース先端装着部側の端部における前記接続ホース内にそれぞれ設けられ、前記外部排気チューブを流れる排出エアの変動を検出する複数の排出エア変動検出手段と、
前記排出エアの変動に応じて前記外部給気チューブを流れる圧縮エアの供給量および供給圧の少なくとも一方を調整し、前記タービン羽根の回転に関する特性の変動を抑えるようにした供給エア調整手段と、
を備えることを特徴とする歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
前記接続ホース、前記ホース先端装着部及び前記歯科用エアタービンハンドピースを複数組備えるとともに、
複数の前記歯科用エアタービンハンドピースのそれぞれに対応して複数の前記ホース先端装着部内、または複数の前記接続ホースの前記ホース先端装着部側の端部における前記接続ホース内にそれぞれ設けられ、前記外部排気チューブを流れる排出エアの変動を検出する複数の排出エア変動検出手段と、
前記排出エアの変動に応じて前記外部給気チューブを流れる圧縮エアの供給量および供給圧の少なくとも一方を調整し、前記タービン羽根の回転に関する特性の変動を抑えるようにした供給エア調整手段と、
を備えることを特徴とする歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項2】
前記排出エア変動検出手段は、前記外部排気チューブの側面を覆うように配置されており、前記外部排気チューブの外形の変化を検出することで前記排出エアの変動を検出することを特徴とする請求項１に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項3】
前記排出エア変動検出手段は、前記外部排気チューブの外形の変化によって抵抗値が変動する変動抵抗を含むホイートストンブリッジ回路を有することを特徴とする請求項２に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項4】
前記排出エア変動検出手段は、
前記外部排気チューブの側面を覆う円筒の一部を構成する断面Ｃ字形状のＣ形状筒と、
前記Ｃ形状筒の内側面または外側面に設置され、前記ホイートストンブリッジ回路に含まれる４つの抵抗のうちの少なくとも一つを構成する前記変動抵抗としてのひずみゲージと、
を有することを特徴とする請求項３に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
前記外部排気チューブの側面を覆う円筒の一部を構成する断面Ｃ字形状のＣ形状筒と、
前記Ｃ形状筒の内側面または外側面に設置され、前記ホイートストンブリッジ回路に含まれる４つの抵抗のうちの少なくとも一つを構成する前記変動抵抗としてのひずみゲージと、
を有することを特徴とする請求項３に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項5】
前記排出エア変動検出手段の径方向外側に位置する前記接続ホースの径方向外側に、前記排出エア変動検出手段を保護する円筒形状の保護筒が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項6】
前記排出エア変動検出手段は、前記外部排気チューブの外側面に貼付され、前記ホイートストンブリッジ回路に含まれる４つの抵抗のうちの少なくとも一つを構成する前記変動抵抗としてのひずみゲージを有することを特徴とする請求項３に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項7】
前記排出エア変動検出手段の径方向外側に位置する前記接続ホースの径方向外側に、前記排出エア変動検出手段を保護する円筒形状の保護筒が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項8】
前記排出エア変動検出手段は、
前記外部排気チューブの外側面の一方側に接触するダイヤフラムを有するシリコン単結晶と、
前記シリコン単結晶を支持する台座と、
前記台座に固定され、前記外部排気チューブの外側面の他方側に接触するハウジングと、
前記ダイヤフラム上に形成され、前記ホイートストンブリッジ回路に含まれる４つの抵抗のそれぞれを構成する前記変動抵抗としてのピエゾ抵抗と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
前記外部排気チューブの外側面の一方側に接触するダイヤフラムを有するシリコン単結晶と、
前記シリコン単結晶を支持する台座と、
前記台座に固定され、前記外部排気チューブの外側面の他方側に接触するハウジングと、
前記ダイヤフラム上に形成され、前記ホイートストンブリッジ回路に含まれる４つの抵抗のそれぞれを構成する前記変動抵抗としてのピエゾ抵抗と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項9】
前記排出エア変動検出手段は、前記接続ホース内に充填された充填部材に埋設されていることを特徴とする請求項８に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項10】
前記排出エア変動検出手段は、前記外部排気チューブを流れる排出エアを分岐し、分岐された排出エアの圧力の変動を半導体圧力センサにて検出することを特徴とする請求項１に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項11】
前記排出エア変動検出手段は、前記外部排気チューブの外形の変化を、気体または液体の圧力の変化に変換して半導体圧力センサにて検出することを特徴とする請求項１に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項12】
前記供給エア調整手段は、前記歯科診療ユニットにおける前記接続ホースの基端が接続される側の一部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項13】
前記供給エア調整手段は、圧縮エアの供給量を調整するエア流量調整手段であって、入力信号に比例した流量を出力として制御する比例電磁弁を備えることを特徴とする請求項１２に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【請求項14】
前記供給エア調整手段は、圧縮エアの圧力を調整するエア圧力調整手段であって、入力信号に比例した圧力を出力として制御する比例電磁弁を備えることを特徴とする請求項１２に記載の歯科用エアタービンハンドピースの制御システム。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0008】
本発明は、外部給気チューブと外部排気チューブとを内装する接続ホースの先端に設けられたホース先端装着部に着脱可能に装着され、歯科診療ユニットの圧縮エア供給源から前記外部給気チューブを経て供給された圧縮エアによりタービン室に設けられたタービン羽根が回転駆動されるとともに、前記タービン室を経た前記圧縮エアを排出エアとして前記外部排気チューブに向けて排出する歯科用エアタービンハンドピースの制御システムであって、前記接続ホース、前記ホース先端装着部及び前記歯科用エアタービンハンドピースを複数組備えるとともに、複数の前記歯科用エアタービンハンドピースのそれぞれに対応して複数の前記ホース先端装着部内、または複数の前記接続ホースの前記ホース先端装着部側の端部における前記接続ホース内にそれぞれ設けられ、前記外部排気チューブを流れる排出エアの変動を検出する複数の排出エア変動検出手段と、前記排出エアの変動に応じて前記外部給気チューブを流れる圧縮エアの供給量および供給圧の少なくとも一方を調整し、前記タービン羽根の回転に関する特性の変動を抑えるようにした供給エア調整手段と、を備えることを特徴とする。