医療用切削装置及びそれを備える医療用切削実習装置
【課題】作業性に影響を与えることなく、切削時に切削工具に加わる荷重を即時的に把握することができる医療用切削装置、及び切削時に切削工具にかかる当該荷重に基づき実習評価を行う医療用切削実習装置を提供すること。
【解決手段】ハウジング１と、切削工具２と、工具保持部３と、荷重検出部５とを備える医療用切削装置である。ハウジング１は、工具保持部３及び荷重検出部５を保持する。工具保持部３は、切削工具２を保持する。荷重検出部５は、切削工具２に加わる荷重を検出する。
【解決手段】ハウジング１と、切削工具２と、工具保持部３と、荷重検出部５とを備える医療用切削装置である。ハウジング１は、工具保持部３及び荷重検出部５を保持する。工具保持部３は、切削工具２を保持する。荷重検出部５は、切削工具２に加わる荷重を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用切削装置及びそれを備える医療用切削実習装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯科治療では、医療用切削装置であるハンドピースを用いて歯牙を削る治療が行われている。この治療技術を習得するためには、切削実習を履修する必要がある。切削実習では、特許文献１に記載されているような、実習後の切削した人工歯牙の形状を測定し、測定した形状と教師の切削形状とを比較することで評価を行っている。
【０００３】
また、特許文献２では、切削実習の評価をリアルタイムに行えるよう、ハンドピースの軌跡を撮像カメラで記録する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９７１８７号公報
【特許文献２】特開２０００−２９８４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示す切削実習では、実習後に切削した人工歯牙の形状を測定するまでは、評価を行うことができず、リアルタイムに切削の善し悪しを評価することができなかった。また、特許文献１に示す切削実習では、人工歯牙の形状を測定するための３次元形状測定装置などの高価な装置が必要であった。
【０００６】
さらに、特許文献２に示す切削実習では、ハンドピースの軌跡を記録し易いようにハンドピースにターゲットを設けておく必要があった。また、特許文献２に示す切削実習では、ハンドピースの軌跡を記録するために、複数の撮像カメラを設ける必要があった。また、特許文献２に示す切削実習では、ハンドピースの軌跡のみで、切削時に切削工具に加わる荷重を測定することができなかった。
【０００７】
臨床現場においても、切削時に切削工具に加わる荷重を知ることで、過度の切削を回避することが可能となる。しかし、臨床現場では作業性が重視されるため、普段使用しているハンドピースと同じ形状等の範囲内で、切削時に切削工具に加わる荷重を測定する構成をハンドピースに設ける必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は、作業性に影響を与えることなく、切削時に切削工具に加わる荷重を即時的に把握することができる医療用切削装置、及び切削時に切削工具にかかる当該荷重に基づき実習評価を行う医療用切削実習装置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】
【０００９】
本発明の請求項１に係る医療用切削装置は、切削工具と、切削工具を保持する工具保持部と、切削工具に加わる荷重を検出する荷重検出部と、工具保持部及び荷重検出部を保持するハウジングとを備える。
【００１０】
本発明の請求項２に係る医療用切削装置は、請求項１に記載の医療用切削装置であって、荷重検出部は、一端がハウジングに、他端が工具保持部又は切削工具にそれぞれ固定された曲げ部材と、曲げ部材上に設けられ、曲げ部材の歪みを検出する歪み検出部とを備え、歪み検出部で検出した曲げ部材の歪みに基づき切削工具に加わる荷重を検出する。
【００１１】
本発明の請求項３に係る医療用切削装置は、請求項２に記載の医療用切削装置であって、曲げ部材は、ハウジング及び工具保持部又は切削工具のうち少なくとも一方が間接部材を介して固定される。
【００１２】
本発明の請求項４に係る医療用切削装置は、請求項２に記載の医療用切削装置であって、歪み検出部を設けた曲げ部材が複数設けられ、且つ個々の曲げ部材は切削工具の長軸を中心に、所定の角度ずらせて配置される。
【００１３】
本発明の請求項５に係る医療用切削装置は、請求項１に記載の医療用切削装置であって、荷重検出部は、ハウジングと、工具保持部又は切削工具とに挟持された圧力検出部を備え、圧力検出部で検出した圧力に基づき切削工具に加わる荷重を検出する。
【００１４】
本発明の請求項６に係る医療用切削装置は、請求項５に記載の医療用切削装置であって、圧力検出部は、ハウジング及び工具保持部又は切削工具のうち少なくとも一方が間接部材を介して挟持されている。
【００１５】
本発明の請求項７に係る医療用切削装置は、請求項５に記載の医療用切削装置であって、圧力検出部は、切削工具の長軸方向及び、それに対して垂直な方向に配置されている。
【００１６】
本発明の請求項８に係る医療用切削装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、前記ハウジングは、把持部と前記把持部の先端に設けられたヘッド部とを有し、前記把持部の長軸に対して所定の角度をなして前記切削工具の回転軸が設けられるように、前記ヘッド部内部に前記工具保持部が設けられ、前記ヘッド部内部にエアタービン駆動部を有している。
【００１７】
本発明の請求項９に係る医療用切削装置は、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、前記ハウジングは、把持部と前記把持部の先端に設けられたヘッド部とを有し、前記把持部の長軸に対して所定の角度をなして前記切削工具の回転軸が設けられるように、前記ヘッド部内部に前記工具保持部が設けられ、前記把持部内部にマイクロモータを有している。
【００１８】
本発明の請求項１０に係る医療用切削装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、前記切削工具は、スケーラチップである。
【００１９】
本発明の請求項１１に係る医療用切削装置は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを表示する表示部をさらに備える。
【００２０】
本発明の請求項１２に係る医療用切削装置は、請求項１１に記載の医療用切削装置であって、前記表示部は、前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを時系列的に表示する機能を有する。
【００２１】
本発明の請求項１３に係る医療用切削装置は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、前記荷重検出部で検出した荷重が所定の値以上になったことを知らせる報知部をさらに備える。
【００２２】
本発明の請求項１４に係る医療用切削装置は、請求項１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の医療用切削装置と、前記医療用切削装置から、前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを受け取り、当該荷重又は荷重ベクトルと所定の判定基準とを比較して、切削作業の評価判定を行う判定部と、前記判定部での評価判定結果を出力する出力部とを備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の請求項１に係る医療用切削装置では、切削工具に加わる荷重を検出できる荷重検出部をハウジング内に設けているので、作業性に影響を与えることなく、切削時に切削工具に加わる荷重を即時的に把握することができる。
【００２４】
本発明の請求項２に係る医療用切削装置では、歪み検出部で曲げ部材の歪みを検出し、当該検出結果に基づいて切削工具に加わる荷重を検出するので、荷重検出部を小型化することが可能になる。
【００２５】
本発明の請求項３に係る医療用切削装置では、曲げ部材を、間接部材を介してハウジングや工具保持部又は切削工具に固定するので、医療用切削装置内の曲げ部材や工具保持部などの構成部材のレイアウトに自由度が増す。
【００２６】
本発明の請求項４に係る医療用切削装置では、歪み検出部を設けた曲げ部材を、所定の配置で複数設けることで、切削工具に加えられる様々な方向の荷重を検出することができる。
【００２７】
本発明の請求項５に係る医療用切削装置では、圧力検出部で検出した圧力に基づいて切削工具に加わる荷重を検出するので、荷重検出部の構成を簡略化することが可能になる。
【００２８】
本発明の請求項６に係る医療用切削装置では、圧力検出部を、間接部材を介してハウジングや工具保持部又は切削工具に固定するので、医療用切削装置内の圧力検出部や工具保持部などの構成部材のレイアウトに自由度が増す。
【００２９】
本発明の請求項７に係る医療用切削装置では、圧力検出部を所定の配置で複数設けることで、切削工具に加えられる様々な方向の荷重を検出することができる。
【００３０】
本発明の請求項８又は９に係る医療用切削装置では、切削工具をエアタービン又はマイクロモータで駆動することができる。
【００３１】
本発明の請求項１０に係る医療用切削装置では、切削工具をスケーラチップとすることできる。
【００３２】
本発明の請求項１１に係る医療用切削装置では、表示部に荷重又は荷重ベクトルを表示するので、術者が切削作業中に切削工具に加わる荷重又は荷重ベクトルを、容易に認識することができる。
【００３３】
本発明の請求項１２に係る医療用切削装置では、表示部に荷重又は荷重ベクトルの時系列を表示するので、術者が切削作業中に切削工具に加わる荷重又は荷重ベクトルの時間的変化を、容易に認識することができる。
【００３４】
本発明の請求項１３に係る医療用切削装置では、報知部が、切削工具に加わる荷重が所定の値以上になったことを術者に知らせるので、過度の切削を回避することができる。
【００３５】
本発明の請求項１４に係る医療用切削装置では、切削工具に加わる荷重又は荷重ベクトルを検出できる医療用切削装置を用いるので、切削実習の評価を客観的データに基づき即時的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る医療用切削装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る医療用切削装置の荷重検出部の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る医療用切削装置の荷重検出を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る医療用切削装置の荷重検出を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る医療用切削装置のブロック図である。
【図６】エアータービンハンドピースのより全体的な部分を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の変形例に係る医療用切削装置の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１の変形例に係る医療用切削装置の荷重検出部の平面図である。
【図９】本発明の実施の形態１の変形例に係る医療用切削装置の断面図である。
【図１０】マイクロモータハンドピースのより全体的な部分を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る医療用切削装置の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る医療用切削装置の荷重検出部の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の変形例に係る医療用切削装置の断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る医療用切削実習装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（実施の形態１）
本実施の形態に係る医療用切削装置は、切削工具に加わる荷重を検出する荷重検出部をハウジング内に設けている。具体的に、本実施の形態に係る医療用切削装置では、荷重検出部として歪みゲージを用いる構成について説明する。図１に、本実施の形態に係る医療用切削装置であるエアータービンハンドピースの断面図を示す。図１に示すエアータービンハンドピースでは、ハウジング１に切削工具２を保持する切削工具保持部３と、切削工具２を駆動させるためのタービンのローター４と、切削工具２に加わる荷重を検出する荷重検出部５とが格納されている。
【００３８】
ハウジング１は、従来使用されているエアータービンハンドピースのハウジングと同じ材質で、且つほぼ同じ形状及びスケールである。但し、ハウジング１では、従来のハウジングに比べて、荷重検出部５を格納することができる分だけスペースを内部に確保する必要がある。
【００３９】
切削工具２も、従来使用されているエアータービンハンドピースに着脱可能な切削工具であればいずれの工具でも良い。切削工具２については、ＪＩＳ Ｔ ５５０１で定められている。また、切削工具２の軸部には、ステンレス鋼が使用される。切削工具２の作業部には、ダイヤモンド砥粒やタングステンカーバイド等にニッケルメッキやクロムメッキを施したものが使用される。なお、一般的に切削工具２の作業部がダイヤモンド砥粒で構成されているものを「ダイヤモンドバー」、タングステンカーバイドで構成されているものを「カーバイトバー」、ステンレス鋼を刃物形状にしたものを「ステンレスバー」、先端が円盤状のブラシ等で構成されているものを「ディスク」と呼ばれる。
【００４０】
切削工具保持部３は、切削工具２を直接保持する内側保持部３ａと、ハウジング１と嵌合する外側保持部３ｂと、内側保持部３ａと外側保持部３ｂとに挟持されるベアリング３ｃとを備えている。内側保持部３ａは、切削工具２を脱着可能なように保持している。また、内側保持部３ａは、ベアリング３ｃを介して外側保持部３ｂに対して回転可能な構成である。なお、図１に示す切削工具保持部３では、切削工具２の長軸Ｋの方向に対して上下２組のベアリング３ｃを用いて、外側保持部３ｂに対して内側保持部３ａが回転するように構成している。
【００４１】
ローター４は、図１に示すように上下２組のベアリング３ｃの間で、且つ内側保持部３ａに直接取り付けられている。そのため、エアータービンハンドピースに供給される駆動用の圧縮空気でローター４を回転させることで、内側保持部３ａを回転させ切削工具２を駆動する。
【００４２】
荷重検出部５は、曲げ部材５ａと、曲げ部材５ａ上に貼り付けられた歪みゲージ５ｂとを備えている。曲げ部材５ａは、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３にそれぞれ固定されている。そして、切削工具２に荷重が加えられ、切削工具保持部３の位置がずれることで曲げ部材５ａに歪みが生じる。この歪みを歪みゲージ５ｂで検出することで、切削工具２に加わる荷重を求めることができる。なお、図１に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａがハウジング１に対して間接部材６を介して固定されている。この間接部材６を設けることで、曲げ部材５ａを設ける位置に自由度が増し、荷重検出部５をハウジング１内でレイアウトし易くなる。図１では間接部材６をハウジング１側に設ける例を示したが、本発明はこれに限られず、切削工具保持部３側又はハウジング１及び切削工具保持部３の両側に設けても良い。また、図１に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａが外側保持部３ｂに固定されている。しかし、本発明はこれに限られず、内側保持部３ａや切削工具２と回転可能に固定しても良い。
【００４３】
より詳しく荷重検出部５を説明するために、図２に、図１のＡ−Ａ面から見た荷重検出部５の平面図を示す。図２に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａが十字形状部５ａ１を有し、この十字形状部５ａ１の中心部が間接部材６を介してハウジング１に固定されている。また、図２に示す荷重検出部５では、十字形状部５ａ１の周辺部が外側保持部３ｂに固定されている。そして、図２に示す荷重検出部５では、十字形状部５ａ１のそれぞれの辺に歪みゲージ５ｂが貼り付けられている。
【００４４】
なお、図２に示す曲げ部材５ａは、十字形状部５ａ１の中心部が連結部５ａ２で、周辺部が連結部５ａ３でそれぞれ接続される形状である。これは、組み立て作業の効率化を考慮した曲げ部材５ａの形状であり、切削工具２に加わる荷重を検出することのみ考慮すれば、４つの独立した曲げ部材５ａを十字形状に配置する構成でも良い。また、図２に示す荷重検出部５では、歪みゲージ５ｂを貼り付けた曲げ部材５ａを、切削工具２の長軸Ｋの周りに９０度ずつずらせて配置している。これは、図２に示す荷重検出部５が、切削工具２に加わる荷重を、長軸Ｋの方向及びこれに垂直な方向で検出可能とするための構成である。しかし、ある歪みゲージ５ｂを貼り付けた曲げ部材５ａと隣接する歪みゲージ５ｂを貼り付けた曲げ部材５ａとは、必ずしも９０度である必要はない。歪みゲージ５ｂを貼り付けたそれぞれの曲げ部材５ａを所定の角度（０度以上の角度）ずらせて配置すれば、荷重検出部５は、当該角度を考慮して演算することで長軸Ｋの方向及びこれに垂直な方向の荷重を求めることができる。また、歪みゲージ５ｂを貼り付けた曲げ部材５ａの数は４つに限られない。
【００４５】
次に、荷重検出部５の動作について説明する。図３では、切削工具２に図中左側（長軸Ｋに垂直な方向）から荷重が加えられた場合のエアータービンハンドピースの断面図を示している。また、図４では、切削工具２に図中下側（長軸Ｋの方向）から荷重が加えられた場合のエアータービンハンドピースの断面図を示している。
【００４６】
まず、図３に示すエアータービンハンドピースでは、切削工具２が左から右に押されるため、切削工具保持部３は左側に傾く。切削工具保持部３が左側に傾くと図中左側の曲げ部材５ａＬと図中右側の曲げ部材５ａＲには歪みが生じる。そのため、図３に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａＬ，５ａＲで生じた歪みを、それぞれに貼り付けた歪みゲージ５ｂＬ，５ｂＲで測定することで、切削工具２に加わる荷重の大きさのみならず、荷重を加えた方向も含む荷重ベクトルを求めることができる。
【００４７】
次に、図４に示すエアータービンハンドピースでは、切削工具２が下から上に押されるため、切削工具保持部３は上側に持ち上げられる。切削工具保持部３が持ち上げられると図中左側の曲げ部材５ａＬと図中右側の曲げ部材５ａＲには歪みが生じる。そのため、図４に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａＬ，５ａＲで生じた歪みを、それぞれに貼り付けた歪みゲージ５ｂＬ，５ｂＲで測定することで、切削工具２に加わる長軸Ｋに垂直な方向の荷重のみならず、長軸Ｋの方向の荷重も求めることができる。なお、切削工具２が上から下に引っ張られる場合にも、曲げ部材５ａＬ，５ａＲのそれぞれに歪みが生じる。なお、さらに詳しい荷重検出部（センサ基板２と歪みゲージ５）の動作については、特開２００４−２３９６２１に記載されている。
【００４８】
歪みゲージ５ｂで検出された信号は所定の処理が施されて、切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルとして算出される。算出された荷重又は荷重ベクトルは、表示部に表示される。この処理について、図５に示す本実施の形態に係る医療用切削装置のブロック図を用いて説明する。図５に示す医療用切削装置では、荷重検出部５を設けたハンドピース１０に、切削駆動回路１１と信号増幅器１２とが接続されている。この切削駆動回路１１及び信号増幅器１２は、ＣＰＵ１３に設けた制御回路１４に接続されている。切削駆動回路１１は、制御回路１４からの信号に基づき切削工具２の駆動を制御する。なお、ハンドピース１０がエアータービンハンドピースであれば、切削駆動回路１１からの信号以外に、駆動用の圧縮空気がハンドピース１０に供給される。
【００４９】
信号増幅器１２は、ハンドピース１０内の荷重検出部５と接続されている。信号増幅器１２は、荷重検出部５で検出した歪みの信号を制御回路１４で処理可能なレベルに増幅している。信号増幅器１２で増幅した信号に基づき、制御回路１４は、荷重検出部５で検出した歪み量から切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルを求める。なお、荷重検出部５で検出した歪み量から切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルを求める場合、切削工具２の長さや径、材質を考慮して求める必要がある。
【００５０】
切削工具２の全長は１６〜７０ｍｍであり、エアータービンハンドピースでは、標準的な切削工具２の長さが１９ｍｍである。なお、マイクロモータハンドピースの場合、コントラタイプの切削工具２では２２ｍｍ，ストレートタイプの切削工具２では４４．５ｍｍが標準である。切削工具２の直径は１．０７ｍｍから３ｍｍであり、エアータービンハンドピースでは、標準的な切削工具２の直径は２．３５ｍｍと１．６ｍｍとである。マイクロモータハンドピースでは、コントラタイプ及びストレートタイプともに切削工具２の直径は２．３５ｍｍが標準である。切削工具２の材質は、軸部がステンレス鋼で、作業部がダイヤモンド砥粒やタングステンカーバイド等にニッケルメッキやクロムメッキを施したものが使用される。
【００５１】
制御回路１４で求めた荷重又は荷重ベクトルは、表示部１５に表示される。なお、表示部１５には、ＣＰＵ１３に設けた記憶部（図示せず）に記録された過去の荷重又は荷重ベクトルと合わせて、時系列的に表示することも可能である。また、ＣＰＵ１３において、過剰切削等の不具合が発生する可能性がある荷重又は荷重ベクトルの値を閾値として設定することで、本実施の形態に係る医療用切削装置は、切削時に当該閾値を越えた場合に報知部１６から術者に当該事実を知らせることができる。それにより、術者は、切削工具２に過剰な荷重が加わった事実を切削中に知ることができる。報知部１６は、音声で知らせる構成でも、表示部１５を利用して画像で知らせる構成でも良い。
【００５２】
さらに、図５に示すブロック図では、ハンドピース１０の外に切削駆動回路１１及び信号増幅器１２を設ける構成である。しかし、本発明はこれに限られず、切削駆動回路１１及び信号増幅器１２をハンドピース１０の内に設けても良い。また、表示部１５をハンドピース１０の内に設けることも可能であり、術者は、手元のハンドピースから目を離すことなく、切削工具２に加わる荷重を知ることができる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態に係る医療用切削装置は、ハンドピース１０内に荷重検出部５を設けることで、作業性に影響を与えることなく、切削時に切削工具２に加わる荷重を即時的に把握することができる。
【００５４】
図６はエアータービンハンドピースのより全体的な部分を示す概略断面図である。このエアータービンハンドピースのハウジング１は、把持部１Ｂとヘッド部１Ｈとを有している。把持部１Ｂは、手により把持可能な部分である。ここでは、把持部１Ｂは、長尺棒状、より具体的には、先端側部分がなだらかに湾曲する長尺棒状に形成されている。また、ここでは、把持部１Ｂは、先端側部分１Ｂａと基端側部分１Ｂｂとの２分割構成とされている。
【００５５】
ヘッド部１Ｈは把持部１Ｂの先端部に設けられている。上記ヘッド部１Ｈ内には、切削工具保持部３が設けられている。工具保持部３には、保持対象となる切削工具２（図６では図示省略、図１等参照）の回転軸（Ｋ）が把持部１Ｂの長軸（より具体的には把持部１Ｂのうちヘッド部１Ｈに接続された近傍部分の長軸）に対して所定の角度をなすように、切削工具２が保持される。換言すれば、工具保持部３により保持される切削工具２は把持部１Ｂの長軸に対して斜め姿勢となる。
【００５６】
また、このヘッド部１Ｈ内部には、エアタービン駆動部１Ｔが設けられている。そして、図示省略のユニット本体から専用のチューブ及び把持部１Ｂ内を通って上記エアタービン駆動部１Ｔに圧縮空気が供給される。この圧縮空気により、エアタービン駆動部１Ｔの羽根車が高速回転される共に、その回転が工具保持部３を介して工具２に伝達され、切削工具２が高速回転するようになっている。
【００５７】
また、ヘッド部１Ｈのうち切削工具２をチャックする部分の上端に荷重検出部５が設けられている。荷重検出部５自体の具体的構成については既に説明した通りである。エアータービンハンドピース内には、荷重検出部５による検出信号を外部のユニット本体に伝達する電線１００が設けられている。電線１００は、ハウジングの把持部１Ｂ内を通って配設されている。かかる電線１００としては、例えば、エアータービンハンドピース内にはヘッド部１Ｈに設けた照明用ライトを点灯させるための電線を含む配線が設けられている場合、当該配線の一部を共用した構成とすることができる。
【００５８】
本実施形態では、ヘッド部１Ｂは、先端側部分１Ｂａと基端側部分１Ｂｂとの２分割構成とされているため、両者の接続部分では、先端側部分１Ｂａと基端側部分１Ｂｂとの合体及び分離により接触及び分離する接点構造を介して、先端側部分１Ｂａ側の電線１００ａと基端側部分１Ｂｂの電線１００ｂとを接続することができる。このような接点構造としては、例えば、先端側部分１Ｂａの接続面にリング状の接点部材１０２ａを設け、基端側部分１Ｂｂの接続面に接点部材１０２ｂを配設し、先端側部分１Ｂａと基端側部分１Ｂｂとを合体接続すると、リング状の接点部材１０２ａと接点部材１０２ｂとが導通する構成を採用することができる。この場合、コイルバネ等の付勢部材１０４によって少なくとも一方の接点部材を相手側に付勢するとよい。ここでは、付勢部材１０４によって接点部材１０２ｂを、リング状の接点部材１０２ａとの接続を維持する方向（押付ける方向）に付勢し、接点部材１０２ａと接点部材１０２ｂとがより確実に常時接触状態を維持できるようにしている。このような付勢部材としては、例えば、ボールジョイント部材等を用いることができる。
【００５９】
（変形例）
図１に示す医療用切削装置では、エアータービンハンドピースの例を説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、図７に示すスケーラが考えられる。図７に示すスケーラでも、ハウジング１に切削工具であるスケーラチップ２１を保持する切削工具保持部３と、スケーラチップ２１を駆動させるための駆動部４１と、スケーラチップ２１に加わる荷重を検出する荷重検出部５とが格納されている。
【００６０】
切削工具保持部３は、図１の場合と同様に、スケーラチップ２１を直接保持する内側保持部３ａと、ハウジング１と嵌合する外側保持部３ｂと、内側保持部３ａと外側保持部３ｂとに挟持されるベアリング３ｃとを備えている。
【００６１】
荷重検出部５は、図１の場合と同様に、曲げ部材５ａと、曲げ部材５ａ上に貼り付けられた歪みゲージ５ｂとを備えている。曲げ部材５ａは、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３の外側保持部３ｂにそれぞれ固定されている。なお、図７に示す荷重検出部５では、図１と異なり、曲げ部材５ａがハウジング１に対して直接固定されている。
【００６２】
また、図８に、図７のＢ−Ｂ面から見た荷重検出部５の平面図を示す。図８に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａが十字形状部５ａ１を有し、この十字形状部５ａ１の中心部が外側保持部３ｂに固定されている。また、図８に示す荷重検出部５では、十字形状部５ａ１の周辺部がハウジング１に固定されている。そして、図８に示す荷重検出部５では、十字形状部５ａ１のそれぞれの辺に歪みゲージ５ｂを貼り付けている。なお、図８に示す曲げ部材５ａでも、十字形状部５ａ１の中心部が連結部５ａ２で、周辺部が連結部５ａ３でそれぞれ接続される形状である。
【００６３】
その他、図７に示すスケーラの荷重検出及びその信号処理は、図１に示すエアータービンハンドピースの場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、図７に示すスケーラにおいて、図１に示すエアータービンハンドピースと同じ構成要素については、同じ構成番号を付与して詳細な説明を省略する。
【００６４】
さらに、エアータービンハンドピース以外に、図９に示すマイクロモータハンドピースが考えられる。図９に示すマイクロモータハンドピースでも、ハウジング１に切削工具２を保持する切削工具保持部３と、切削工具２を駆動させるための駆動機構４２と、切削工具２に加わる荷重を検出する荷重検出部５とが格納されている。
【００６５】
切削工具保持部３は、図１の場合と同様に、切削工具２を保持する内側保持部３ａと、ハウジング１と嵌合する外側保持部３ｂと、内側保持部３ａと外側保持部３ｂとに挟持されるベアリング３ｃとを備えている。
【００６６】
駆動機構４２は、図９に示すように上下２組のベアリング３ｃの間で、且つ内側保持部３ａに直接取り付けられているギア４２ａと、ギア４２ａと噛み合うギア４２ｂとを備えている。ギア４２ｂは、図示しないマイクロモータにより駆動される。マイクロモータは、駆動機構４２を用いて内側保持部３ａを回転させて切削工具２を駆動する。
【００６７】
荷重検出部５は、図１の場合と同様に、曲げ部材５ａと、曲げ部材５ａ上に貼り付けられた歪みゲージ５ｂとを備えている。曲げ部材５ａは、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３の外側保持部３ｂにそれぞれ固定されている。なお、図９に示す荷重検出部５では、図１と同様、曲げ部材５ａがハウジング１に対して間接部材６を介して固定されている。
【００６８】
その他、図９に示すマイクロモータハンドピースは、荷重検出部５の形状、荷重検出及びその信号処理について、図１に示すエアータービンハンドピースの場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、図９に示すマイクロモータハンドピースにおいて、図１に示すエアータービンハンドピースと同じ構成要素については、同じ構成番号を付与して詳細な説明を省略する。
【００６９】
図１０はマイクロモータハンドピースのより全体的な部分を示す概略断面図である。ここでは、図１０はコントラアングル型ハンドピースを示している。
【００７０】
このマイクロモータハンドピースのハウジング１は、把持部２０１Ｂとヘッド部２０１Ｈとを有している。把持部２０１Ｂは、手により把持可能な部分である。ここでは、把持部２０１Ｂは、長尺棒状、より具体的には、先端側部分がなだらかに湾曲する長尺棒状に形成されている。また、ここでは、把持部２０１Ｂは、先端側部分２０１Ｂａと基端側部分２０１Ｂｂとの２分割構成とされている。
【００７１】
ヘッド部２０１Ｈは把持部２０１Ｂの先端部に設けられている。上記ヘッド部２０１Ｈ内には、切削工具保持部３が設けられている。工具保持部３には、保持対象となる切削工具２の回転軸が把持部２０１Ｂの長軸（より具体的には把持部２０１Ｂのうちヘッド部２０１Ｈに接続された近傍部分の長軸）に対して所定の角度をなすように、切削工具２が保持される。換言すれば、工具保持部３により保持される切削工具２は把持部２０１Ｂの長軸に対して斜め姿勢となる。
【００７２】
また、把持部２０１Ｂ内部には、マイクロモータ２１０が設けられている。把持部２０１Ｂからヘッド部２０１Ｈ内の工具保持部３に至る部分に回転伝達機構２１２が設けられている。回転伝達機構２１２は、複数のギアの組合わせによって構成されており、マイクロモータ２１０の回転が本回転伝達機構２１２を介して工具保持部３に伝達され、切削工具２が回転駆動される。なお、この回転伝達機構２１２のギア比を変更することで、所望の回転速度で切削工具２の減速・等速・増速等を行なうことができる。
【００７３】
また、ヘッド部２０１Ｈのうち切削工具２をチャックする部分の上端に荷重検出部５が設けられている。荷重検出部５自体の具体的構成については既に説明した通りである。マイクロモータハンドピース内には、荷重検出部５による検出信号を外部のユニット本体に伝達する電線２２０が設けられている。電線２２０は、ハウジングの把持部２０１Ｂ内を通って配設されている。かかる電線２２０としては、例えば、マイクロモータハンドピース内にはマイクロモータ２１０を駆動するための電線を含む配線が設けられているため、当該配線の一部を共用した構成とすることができる。
【００７４】
本実施形態では、ヘッド部２０１Ｂは、先端側部分２０１Ｂａと基端側部分２０１Ｂｂとの２分割構成とされているため、両者の接続部分では、先端側部分２０１Ｂａと基端側部分２０１Ｂｂとの合体及び分離により接触及び分離する接点構造を介して、先端側部分２０１Ｂａ側の電線２２０ａと基端側部分２０１Ｂｂの電線２２０ｂとを接続することができる。このような接点構造としては、例えば、先端側部分２０１Ｂａの接続面に接点部材２２２ａを設け、基端側部分２０１Ｂｂの接続面に接点部材２２２ｂを配設し、先端側部分２０１Ｂａと基端側部分２０１Ｂｂとを合体接続すると、接点部材２２２ａと接点部材２２２ｂとが導通する構成を採用することができる。この場合、コイルバネ等の付勢部材２２４によって接点部材の少なくとも一方を相手側に付勢する構成とするとよい。ここでは、付勢部材２２４によって、接点部材２２２ａを、接点部材２２２ｂとの接続を維持する方向（押付ける方向）に付勢し、接点部材２２２ａと接点部材２２２ｂとがより確実に常時接触状態を維持できるようにしている。
【００７５】
（実施の形態２）
本実施の形態に係る医療用切削装置においても、実施の形態１と同様に、切削工具に加わる荷重を検出する荷重検出部をハウジング内に設けている。しかし、本実施の形態に係る医療用切削装置では、実施の形態１と異なり、荷重検出部に歪みゲージではなく、圧力センサを用いる構成である。図１１に、本実施の形態に係る医療用切削装置であるエアータービンハンドピースの断面図を示す。図１１に示すエアータービンハンドピースでは、ハウジング１に切削工具２を保持する切削工具保持部３と、切削工具２を駆動させるためのタービンのローター４と、切削工具２に加わる荷重を検出する荷重検出部７とが格納されている。なお、図１１に示すエアータービンハンドピースにおいて、図１に示すエアータービンハンドピースと同じ構成要素については、同じ構成番号を付与して詳細な説明を省略する。
【００７６】
荷重検出部７は、圧力センサを採用している。当該圧力センサとしては、フィルム形状やゴム等の弾性体形状の導電性圧力センサ、静電容量型圧力センサが考えられる。なお、これら以外、ハウジング１内に配置可能な圧力センサであれば、荷重検出部７として採用できる。荷重検出部７は、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３にそれぞれ固定されている。そして、切削工具２に荷重が加えられ、切削工具保持部３の位置がずれることで荷重検出部７に荷重がかかる。この荷重を荷重検出部７である圧力センサで検出することで、切削工具２に加わる荷重を求めることができる。なお、図１１では、切削工具２の長軸Ｋの方向に配置される荷重検出部７ａは、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３の内側保持部３ａに固定されている。また、切削工具２の長軸Ｋに対して垂直な方向に配置される荷重検出部７ｂは、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３の外側保持部３ｂに固定されている。なお、図１１に示す荷重検出部７ａは、内側保持部３ａに固定しているが、本発明はこれに限られず、外側保持部３ｂに固定、又は切削工具２と回転可能に固定しても良い。図１１に示す荷重検出部７ｂは、外側保持部３ｂに固定しているが、本発明はこれに限られず、内側保持部３ａや切削工具２と回転可能に固定しても良い。
【００７７】
より詳しく荷重検出部７を説明するために、図１２に、図１１のＣ−Ｃ面での荷重検出部７の断面図を示す。図１２に示す荷重検出部７ｂは、切削工具２の長軸Ｋの周りに９０度ずつずらせて外側保持部３ｂに配置されている。これにより、図１２に示す荷重検出部７ｂは、長軸Ｋに対して垂直な方向全てについて切削工具２に加わる荷重を検出することができる。しかし、隣接する荷重検出部７ｂの間の角度が、必ずしも９０度である必要はない。隣接する荷重検出部７ｂの間の角度が決まっていれば、当該角度を考慮して長軸Ｋの方向の荷重を演算し求めることができる。また、設ける荷重検出部７ｂの数は４つに限られない。なお、図１２では示していないが、長軸Ｋの方向の荷重は荷重検出部７ａで検出する。
【００７８】
図１１に示すエアータービンハンドピースでも、図５で示した構成で、荷重検出部７で検出した信号を処理して、切削工具２に加わった荷重又は荷重ベクトルを求める。但し、図１に示すエアータービンハンドピースでは、測定した歪み量から荷重に変換する必要があったが、図１１に示すエアータービンハンドピースでは圧力センサからの出力であるため上記のような変換は不要である。なお、図１１に示すエアータービンハンドピースの場合でも、荷重検出部７で検出した荷重に対して切削工具の長さ，径や材質を考慮して切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルを求める必要はある。
【００７９】
以上のように、本実施の形態に係る医療用切削装置では、ハンドピース１０内に圧力センサの荷重検出部７を設けることで、作業性に影響を与えることなく、切削時に切削工具２に加わる荷重を即時的に把握することができる。
【００８０】
（変形例）
図１１に示すエアータービンハンドピースでは、ハウジング１が１重構造の場合について説明したが、本発明はこれに限られず、図１３に示すような２重構造のハウジング１のエアータービンハンドピースであっても良い。図１３に示すエアータービンハンドピースでは、外側に位置するアウターハウジング部１ａと、内側に位置するインナーハウジング部１ｂと、アウターハウジング部１ａと嵌合するカプセルキャップ部１ｃとを備える２重構造のハウジング１を採用している。そのため、図１３に示す荷重検出部７は、一端がインナーハウジング部１ｂに、他端が切削工具保持部３の内側保持部３ａに固定されている。図１３に示すエアータービンハンドピースでは、カプセルキャップ部１ｃを長軸Ｋ方向に外し、インナーハウジング部１ｂを取り出すことができるため、メンテナンスが容易になる。このような、２重構造のハウジング１を採用するエアータービンハンドピースにも、図１３に示すよう荷重検出部７を設けることで、切削工具２（図１３では図示せず）に加わる荷重又は荷重ベクトルを検出することができる。なお、図１３に示すエアータービンハンドピースにおいて、図１１に示すエアータービンハンドピースと同じ構成要素については、同じ構成番号を付与して詳細な説明を省略する。また、図１３に示す２重構造のハウジング１は、歪みゲージ５ｂで荷重を検出する図１のエアータービンハンドピースにも同様に適用することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２では、切削時に切削工具２に加わる荷重を求める医療用切削装置について説明した。当該医療用切削装置は、臨床現場でも実習でも利用することが可能である。さらに、本実施の形態では、医療用切削装置を備え、実習での切削評価が可能な医療用切削実習装置について説明する。
【００８２】
図１４に、本実施の形態に係る医療用切削実習装置のブロック図を示す。図１４に示す医療用切削実習装置では、図５に示した医療用切削装置に、判定部１７を追加した構成である。判定部１７は、ＣＰＵ１３内で構成され、制御回路１４から得た切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルと、所定の判定基準とを比較して切削作業の評価判定を行う。所定の判定基準は、例えば、教師が行った人工歯牙の切削での切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルの基準履歴を採用する。評価判定では、例えば、この基準履歴に対して、実習者が行った人工歯牙の切削での切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルの実習履歴を比較し、統計的にどの程度差異があるかに基づいて判定する。なお、判定部１７は、図１４のようにＣＰＵ１３内でソフトウェアとして構成しても、ＣＰＵ１３の外部にハードウェアとして構成しも良い。
【００８３】
評価判定した結果は、表示部１５に表示される。なお、表示部１５を評価判定結果の出力部とせずに、プリンタ等の他の出力装置を出力部としても良い。また、図１４に示す医療用切削実習装置において、図５に示す医療用切削装置と同じ構成要素については、同じ構成番号を付与して詳細な説明を省略する。
【００８４】
以上のように、本実施の形態に係る医療用切削実習装置では、実施の形態１及び２に係る医療用切削装置と、その出力を利用して実習での評価判定を行う判定部１７と、評価結果を出力できる出力部とを備えるので、切削実習の評価を客観的データに基づき即時的に行うことができる。
【符号の説明】
【００８５】
１ ハウジング、１Ｔ エアタービン駆動部、２ 切削工具、３ 切削工具保持部、４ ローター、５，７ 荷重検出部、６ 間接部材、１０ ハンドピース、１１ 切削駆動回路、１２ 信号増幅器、１３ ＣＰＵ、１４ 制御回路、１５ 表示部、１６ 報知部、１７ 判定部、２１ スケーラチップ、４１ 駆動部、４２ 駆動機構、２１０ マイクロモータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用切削装置及びそれを備える医療用切削実習装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯科治療では、医療用切削装置であるハンドピースを用いて歯牙を削る治療が行われている。この治療技術を習得するためには、切削実習を履修する必要がある。切削実習では、特許文献１に記載されているような、実習後の切削した人工歯牙の形状を測定し、測定した形状と教師の切削形状とを比較することで評価を行っている。
【０００３】
また、特許文献２では、切削実習の評価をリアルタイムに行えるよう、ハンドピースの軌跡を撮像カメラで記録する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９７１８７号公報
【特許文献２】特開２０００−２９８４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示す切削実習では、実習後に切削した人工歯牙の形状を測定するまでは、評価を行うことができず、リアルタイムに切削の善し悪しを評価することができなかった。また、特許文献１に示す切削実習では、人工歯牙の形状を測定するための３次元形状測定装置などの高価な装置が必要であった。
【０００６】
さらに、特許文献２に示す切削実習では、ハンドピースの軌跡を記録し易いようにハンドピースにターゲットを設けておく必要があった。また、特許文献２に示す切削実習では、ハンドピースの軌跡を記録するために、複数の撮像カメラを設ける必要があった。また、特許文献２に示す切削実習では、ハンドピースの軌跡のみで、切削時に切削工具に加わる荷重を測定することができなかった。
【０００７】
臨床現場においても、切削時に切削工具に加わる荷重を知ることで、過度の切削を回避することが可能となる。しかし、臨床現場では作業性が重視されるため、普段使用しているハンドピースと同じ形状等の範囲内で、切削時に切削工具に加わる荷重を測定する構成をハンドピースに設ける必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は、作業性に影響を与えることなく、切削時に切削工具に加わる荷重を即時的に把握することができる医療用切削装置、及び切削時に切削工具にかかる当該荷重に基づき実習評価を行う医療用切削実習装置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】
【０００９】
本発明の請求項１に係る医療用切削装置は、切削工具と、切削工具を保持する工具保持部と、切削工具に加わる荷重を検出する荷重検出部と、工具保持部及び荷重検出部を保持するハウジングとを備える。
【００１０】
本発明の請求項２に係る医療用切削装置は、請求項１に記載の医療用切削装置であって、荷重検出部は、一端がハウジングに、他端が工具保持部又は切削工具にそれぞれ固定された曲げ部材と、曲げ部材上に設けられ、曲げ部材の歪みを検出する歪み検出部とを備え、歪み検出部で検出した曲げ部材の歪みに基づき切削工具に加わる荷重を検出する。
【００１１】
本発明の請求項３に係る医療用切削装置は、請求項２に記載の医療用切削装置であって、曲げ部材は、ハウジング及び工具保持部又は切削工具のうち少なくとも一方が間接部材を介して固定される。
【００１２】
本発明の請求項４に係る医療用切削装置は、請求項２に記載の医療用切削装置であって、歪み検出部を設けた曲げ部材が複数設けられ、且つ個々の曲げ部材は切削工具の長軸を中心に、所定の角度ずらせて配置される。
【００１３】
本発明の請求項５に係る医療用切削装置は、請求項１に記載の医療用切削装置であって、荷重検出部は、ハウジングと、工具保持部又は切削工具とに挟持された圧力検出部を備え、圧力検出部で検出した圧力に基づき切削工具に加わる荷重を検出する。
【００１４】
本発明の請求項６に係る医療用切削装置は、請求項５に記載の医療用切削装置であって、圧力検出部は、ハウジング及び工具保持部又は切削工具のうち少なくとも一方が間接部材を介して挟持されている。
【００１５】
本発明の請求項７に係る医療用切削装置は、請求項５に記載の医療用切削装置であって、圧力検出部は、切削工具の長軸方向及び、それに対して垂直な方向に配置されている。
【００１６】
本発明の請求項８に係る医療用切削装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、前記ハウジングは、把持部と前記把持部の先端に設けられたヘッド部とを有し、前記把持部の長軸に対して所定の角度をなして前記切削工具の回転軸が設けられるように、前記ヘッド部内部に前記工具保持部が設けられ、前記ヘッド部内部にエアタービン駆動部を有している。
【００１７】
本発明の請求項９に係る医療用切削装置は、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、前記ハウジングは、把持部と前記把持部の先端に設けられたヘッド部とを有し、前記把持部の長軸に対して所定の角度をなして前記切削工具の回転軸が設けられるように、前記ヘッド部内部に前記工具保持部が設けられ、前記把持部内部にマイクロモータを有している。
【００１８】
本発明の請求項１０に係る医療用切削装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、前記切削工具は、スケーラチップである。
【００１９】
本発明の請求項１１に係る医療用切削装置は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを表示する表示部をさらに備える。
【００２０】
本発明の請求項１２に係る医療用切削装置は、請求項１１に記載の医療用切削装置であって、前記表示部は、前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを時系列的に表示する機能を有する。
【００２１】
本発明の請求項１３に係る医療用切削装置は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、前記荷重検出部で検出した荷重が所定の値以上になったことを知らせる報知部をさらに備える。
【００２２】
本発明の請求項１４に係る医療用切削装置は、請求項１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の医療用切削装置と、前記医療用切削装置から、前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを受け取り、当該荷重又は荷重ベクトルと所定の判定基準とを比較して、切削作業の評価判定を行う判定部と、前記判定部での評価判定結果を出力する出力部とを備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の請求項１に係る医療用切削装置では、切削工具に加わる荷重を検出できる荷重検出部をハウジング内に設けているので、作業性に影響を与えることなく、切削時に切削工具に加わる荷重を即時的に把握することができる。
【００２４】
本発明の請求項２に係る医療用切削装置では、歪み検出部で曲げ部材の歪みを検出し、当該検出結果に基づいて切削工具に加わる荷重を検出するので、荷重検出部を小型化することが可能になる。
【００２５】
本発明の請求項３に係る医療用切削装置では、曲げ部材を、間接部材を介してハウジングや工具保持部又は切削工具に固定するので、医療用切削装置内の曲げ部材や工具保持部などの構成部材のレイアウトに自由度が増す。
【００２６】
本発明の請求項４に係る医療用切削装置では、歪み検出部を設けた曲げ部材を、所定の配置で複数設けることで、切削工具に加えられる様々な方向の荷重を検出することができる。
【００２７】
本発明の請求項５に係る医療用切削装置では、圧力検出部で検出した圧力に基づいて切削工具に加わる荷重を検出するので、荷重検出部の構成を簡略化することが可能になる。
【００２８】
本発明の請求項６に係る医療用切削装置では、圧力検出部を、間接部材を介してハウジングや工具保持部又は切削工具に固定するので、医療用切削装置内の圧力検出部や工具保持部などの構成部材のレイアウトに自由度が増す。
【００２９】
本発明の請求項７に係る医療用切削装置では、圧力検出部を所定の配置で複数設けることで、切削工具に加えられる様々な方向の荷重を検出することができる。
【００３０】
本発明の請求項８又は９に係る医療用切削装置では、切削工具をエアタービン又はマイクロモータで駆動することができる。
【００３１】
本発明の請求項１０に係る医療用切削装置では、切削工具をスケーラチップとすることできる。
【００３２】
本発明の請求項１１に係る医療用切削装置では、表示部に荷重又は荷重ベクトルを表示するので、術者が切削作業中に切削工具に加わる荷重又は荷重ベクトルを、容易に認識することができる。
【００３３】
本発明の請求項１２に係る医療用切削装置では、表示部に荷重又は荷重ベクトルの時系列を表示するので、術者が切削作業中に切削工具に加わる荷重又は荷重ベクトルの時間的変化を、容易に認識することができる。
【００３４】
本発明の請求項１３に係る医療用切削装置では、報知部が、切削工具に加わる荷重が所定の値以上になったことを術者に知らせるので、過度の切削を回避することができる。
【００３５】
本発明の請求項１４に係る医療用切削装置では、切削工具に加わる荷重又は荷重ベクトルを検出できる医療用切削装置を用いるので、切削実習の評価を客観的データに基づき即時的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る医療用切削装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る医療用切削装置の荷重検出部の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る医療用切削装置の荷重検出を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る医療用切削装置の荷重検出を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る医療用切削装置のブロック図である。
【図６】エアータービンハンドピースのより全体的な部分を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の変形例に係る医療用切削装置の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１の変形例に係る医療用切削装置の荷重検出部の平面図である。
【図９】本発明の実施の形態１の変形例に係る医療用切削装置の断面図である。
【図１０】マイクロモータハンドピースのより全体的な部分を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る医療用切削装置の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る医療用切削装置の荷重検出部の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の変形例に係る医療用切削装置の断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る医療用切削実習装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（実施の形態１）
本実施の形態に係る医療用切削装置は、切削工具に加わる荷重を検出する荷重検出部をハウジング内に設けている。具体的に、本実施の形態に係る医療用切削装置では、荷重検出部として歪みゲージを用いる構成について説明する。図１に、本実施の形態に係る医療用切削装置であるエアータービンハンドピースの断面図を示す。図１に示すエアータービンハンドピースでは、ハウジング１に切削工具２を保持する切削工具保持部３と、切削工具２を駆動させるためのタービンのローター４と、切削工具２に加わる荷重を検出する荷重検出部５とが格納されている。
【００３８】
ハウジング１は、従来使用されているエアータービンハンドピースのハウジングと同じ材質で、且つほぼ同じ形状及びスケールである。但し、ハウジング１では、従来のハウジングに比べて、荷重検出部５を格納することができる分だけスペースを内部に確保する必要がある。
【００３９】
切削工具２も、従来使用されているエアータービンハンドピースに着脱可能な切削工具であればいずれの工具でも良い。切削工具２については、ＪＩＳ Ｔ ５５０１で定められている。また、切削工具２の軸部には、ステンレス鋼が使用される。切削工具２の作業部には、ダイヤモンド砥粒やタングステンカーバイド等にニッケルメッキやクロムメッキを施したものが使用される。なお、一般的に切削工具２の作業部がダイヤモンド砥粒で構成されているものを「ダイヤモンドバー」、タングステンカーバイドで構成されているものを「カーバイトバー」、ステンレス鋼を刃物形状にしたものを「ステンレスバー」、先端が円盤状のブラシ等で構成されているものを「ディスク」と呼ばれる。
【００４０】
切削工具保持部３は、切削工具２を直接保持する内側保持部３ａと、ハウジング１と嵌合する外側保持部３ｂと、内側保持部３ａと外側保持部３ｂとに挟持されるベアリング３ｃとを備えている。内側保持部３ａは、切削工具２を脱着可能なように保持している。また、内側保持部３ａは、ベアリング３ｃを介して外側保持部３ｂに対して回転可能な構成である。なお、図１に示す切削工具保持部３では、切削工具２の長軸Ｋの方向に対して上下２組のベアリング３ｃを用いて、外側保持部３ｂに対して内側保持部３ａが回転するように構成している。
【００４１】
ローター４は、図１に示すように上下２組のベアリング３ｃの間で、且つ内側保持部３ａに直接取り付けられている。そのため、エアータービンハンドピースに供給される駆動用の圧縮空気でローター４を回転させることで、内側保持部３ａを回転させ切削工具２を駆動する。
【００４２】
荷重検出部５は、曲げ部材５ａと、曲げ部材５ａ上に貼り付けられた歪みゲージ５ｂとを備えている。曲げ部材５ａは、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３にそれぞれ固定されている。そして、切削工具２に荷重が加えられ、切削工具保持部３の位置がずれることで曲げ部材５ａに歪みが生じる。この歪みを歪みゲージ５ｂで検出することで、切削工具２に加わる荷重を求めることができる。なお、図１に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａがハウジング１に対して間接部材６を介して固定されている。この間接部材６を設けることで、曲げ部材５ａを設ける位置に自由度が増し、荷重検出部５をハウジング１内でレイアウトし易くなる。図１では間接部材６をハウジング１側に設ける例を示したが、本発明はこれに限られず、切削工具保持部３側又はハウジング１及び切削工具保持部３の両側に設けても良い。また、図１に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａが外側保持部３ｂに固定されている。しかし、本発明はこれに限られず、内側保持部３ａや切削工具２と回転可能に固定しても良い。
【００４３】
より詳しく荷重検出部５を説明するために、図２に、図１のＡ−Ａ面から見た荷重検出部５の平面図を示す。図２に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａが十字形状部５ａ１を有し、この十字形状部５ａ１の中心部が間接部材６を介してハウジング１に固定されている。また、図２に示す荷重検出部５では、十字形状部５ａ１の周辺部が外側保持部３ｂに固定されている。そして、図２に示す荷重検出部５では、十字形状部５ａ１のそれぞれの辺に歪みゲージ５ｂが貼り付けられている。
【００４４】
なお、図２に示す曲げ部材５ａは、十字形状部５ａ１の中心部が連結部５ａ２で、周辺部が連結部５ａ３でそれぞれ接続される形状である。これは、組み立て作業の効率化を考慮した曲げ部材５ａの形状であり、切削工具２に加わる荷重を検出することのみ考慮すれば、４つの独立した曲げ部材５ａを十字形状に配置する構成でも良い。また、図２に示す荷重検出部５では、歪みゲージ５ｂを貼り付けた曲げ部材５ａを、切削工具２の長軸Ｋの周りに９０度ずつずらせて配置している。これは、図２に示す荷重検出部５が、切削工具２に加わる荷重を、長軸Ｋの方向及びこれに垂直な方向で検出可能とするための構成である。しかし、ある歪みゲージ５ｂを貼り付けた曲げ部材５ａと隣接する歪みゲージ５ｂを貼り付けた曲げ部材５ａとは、必ずしも９０度である必要はない。歪みゲージ５ｂを貼り付けたそれぞれの曲げ部材５ａを所定の角度（０度以上の角度）ずらせて配置すれば、荷重検出部５は、当該角度を考慮して演算することで長軸Ｋの方向及びこれに垂直な方向の荷重を求めることができる。また、歪みゲージ５ｂを貼り付けた曲げ部材５ａの数は４つに限られない。
【００４５】
次に、荷重検出部５の動作について説明する。図３では、切削工具２に図中左側（長軸Ｋに垂直な方向）から荷重が加えられた場合のエアータービンハンドピースの断面図を示している。また、図４では、切削工具２に図中下側（長軸Ｋの方向）から荷重が加えられた場合のエアータービンハンドピースの断面図を示している。
【００４６】
まず、図３に示すエアータービンハンドピースでは、切削工具２が左から右に押されるため、切削工具保持部３は左側に傾く。切削工具保持部３が左側に傾くと図中左側の曲げ部材５ａＬと図中右側の曲げ部材５ａＲには歪みが生じる。そのため、図３に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａＬ，５ａＲで生じた歪みを、それぞれに貼り付けた歪みゲージ５ｂＬ，５ｂＲで測定することで、切削工具２に加わる荷重の大きさのみならず、荷重を加えた方向も含む荷重ベクトルを求めることができる。
【００４７】
次に、図４に示すエアータービンハンドピースでは、切削工具２が下から上に押されるため、切削工具保持部３は上側に持ち上げられる。切削工具保持部３が持ち上げられると図中左側の曲げ部材５ａＬと図中右側の曲げ部材５ａＲには歪みが生じる。そのため、図４に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａＬ，５ａＲで生じた歪みを、それぞれに貼り付けた歪みゲージ５ｂＬ，５ｂＲで測定することで、切削工具２に加わる長軸Ｋに垂直な方向の荷重のみならず、長軸Ｋの方向の荷重も求めることができる。なお、切削工具２が上から下に引っ張られる場合にも、曲げ部材５ａＬ，５ａＲのそれぞれに歪みが生じる。なお、さらに詳しい荷重検出部（センサ基板２と歪みゲージ５）の動作については、特開２００４−２３９６２１に記載されている。
【００４８】
歪みゲージ５ｂで検出された信号は所定の処理が施されて、切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルとして算出される。算出された荷重又は荷重ベクトルは、表示部に表示される。この処理について、図５に示す本実施の形態に係る医療用切削装置のブロック図を用いて説明する。図５に示す医療用切削装置では、荷重検出部５を設けたハンドピース１０に、切削駆動回路１１と信号増幅器１２とが接続されている。この切削駆動回路１１及び信号増幅器１２は、ＣＰＵ１３に設けた制御回路１４に接続されている。切削駆動回路１１は、制御回路１４からの信号に基づき切削工具２の駆動を制御する。なお、ハンドピース１０がエアータービンハンドピースであれば、切削駆動回路１１からの信号以外に、駆動用の圧縮空気がハンドピース１０に供給される。
【００４９】
信号増幅器１２は、ハンドピース１０内の荷重検出部５と接続されている。信号増幅器１２は、荷重検出部５で検出した歪みの信号を制御回路１４で処理可能なレベルに増幅している。信号増幅器１２で増幅した信号に基づき、制御回路１４は、荷重検出部５で検出した歪み量から切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルを求める。なお、荷重検出部５で検出した歪み量から切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルを求める場合、切削工具２の長さや径、材質を考慮して求める必要がある。
【００５０】
切削工具２の全長は１６〜７０ｍｍであり、エアータービンハンドピースでは、標準的な切削工具２の長さが１９ｍｍである。なお、マイクロモータハンドピースの場合、コントラタイプの切削工具２では２２ｍｍ，ストレートタイプの切削工具２では４４．５ｍｍが標準である。切削工具２の直径は１．０７ｍｍから３ｍｍであり、エアータービンハンドピースでは、標準的な切削工具２の直径は２．３５ｍｍと１．６ｍｍとである。マイクロモータハンドピースでは、コントラタイプ及びストレートタイプともに切削工具２の直径は２．３５ｍｍが標準である。切削工具２の材質は、軸部がステンレス鋼で、作業部がダイヤモンド砥粒やタングステンカーバイド等にニッケルメッキやクロムメッキを施したものが使用される。
【００５１】
制御回路１４で求めた荷重又は荷重ベクトルは、表示部１５に表示される。なお、表示部１５には、ＣＰＵ１３に設けた記憶部（図示せず）に記録された過去の荷重又は荷重ベクトルと合わせて、時系列的に表示することも可能である。また、ＣＰＵ１３において、過剰切削等の不具合が発生する可能性がある荷重又は荷重ベクトルの値を閾値として設定することで、本実施の形態に係る医療用切削装置は、切削時に当該閾値を越えた場合に報知部１６から術者に当該事実を知らせることができる。それにより、術者は、切削工具２に過剰な荷重が加わった事実を切削中に知ることができる。報知部１６は、音声で知らせる構成でも、表示部１５を利用して画像で知らせる構成でも良い。
【００５２】
さらに、図５に示すブロック図では、ハンドピース１０の外に切削駆動回路１１及び信号増幅器１２を設ける構成である。しかし、本発明はこれに限られず、切削駆動回路１１及び信号増幅器１２をハンドピース１０の内に設けても良い。また、表示部１５をハンドピース１０の内に設けることも可能であり、術者は、手元のハンドピースから目を離すことなく、切削工具２に加わる荷重を知ることができる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態に係る医療用切削装置は、ハンドピース１０内に荷重検出部５を設けることで、作業性に影響を与えることなく、切削時に切削工具２に加わる荷重を即時的に把握することができる。
【００５４】
図６はエアータービンハンドピースのより全体的な部分を示す概略断面図である。このエアータービンハンドピースのハウジング１は、把持部１Ｂとヘッド部１Ｈとを有している。把持部１Ｂは、手により把持可能な部分である。ここでは、把持部１Ｂは、長尺棒状、より具体的には、先端側部分がなだらかに湾曲する長尺棒状に形成されている。また、ここでは、把持部１Ｂは、先端側部分１Ｂａと基端側部分１Ｂｂとの２分割構成とされている。
【００５５】
ヘッド部１Ｈは把持部１Ｂの先端部に設けられている。上記ヘッド部１Ｈ内には、切削工具保持部３が設けられている。工具保持部３には、保持対象となる切削工具２（図６では図示省略、図１等参照）の回転軸（Ｋ）が把持部１Ｂの長軸（より具体的には把持部１Ｂのうちヘッド部１Ｈに接続された近傍部分の長軸）に対して所定の角度をなすように、切削工具２が保持される。換言すれば、工具保持部３により保持される切削工具２は把持部１Ｂの長軸に対して斜め姿勢となる。
【００５６】
また、このヘッド部１Ｈ内部には、エアタービン駆動部１Ｔが設けられている。そして、図示省略のユニット本体から専用のチューブ及び把持部１Ｂ内を通って上記エアタービン駆動部１Ｔに圧縮空気が供給される。この圧縮空気により、エアタービン駆動部１Ｔの羽根車が高速回転される共に、その回転が工具保持部３を介して工具２に伝達され、切削工具２が高速回転するようになっている。
【００５７】
また、ヘッド部１Ｈのうち切削工具２をチャックする部分の上端に荷重検出部５が設けられている。荷重検出部５自体の具体的構成については既に説明した通りである。エアータービンハンドピース内には、荷重検出部５による検出信号を外部のユニット本体に伝達する電線１００が設けられている。電線１００は、ハウジングの把持部１Ｂ内を通って配設されている。かかる電線１００としては、例えば、エアータービンハンドピース内にはヘッド部１Ｈに設けた照明用ライトを点灯させるための電線を含む配線が設けられている場合、当該配線の一部を共用した構成とすることができる。
【００５８】
本実施形態では、ヘッド部１Ｂは、先端側部分１Ｂａと基端側部分１Ｂｂとの２分割構成とされているため、両者の接続部分では、先端側部分１Ｂａと基端側部分１Ｂｂとの合体及び分離により接触及び分離する接点構造を介して、先端側部分１Ｂａ側の電線１００ａと基端側部分１Ｂｂの電線１００ｂとを接続することができる。このような接点構造としては、例えば、先端側部分１Ｂａの接続面にリング状の接点部材１０２ａを設け、基端側部分１Ｂｂの接続面に接点部材１０２ｂを配設し、先端側部分１Ｂａと基端側部分１Ｂｂとを合体接続すると、リング状の接点部材１０２ａと接点部材１０２ｂとが導通する構成を採用することができる。この場合、コイルバネ等の付勢部材１０４によって少なくとも一方の接点部材を相手側に付勢するとよい。ここでは、付勢部材１０４によって接点部材１０２ｂを、リング状の接点部材１０２ａとの接続を維持する方向（押付ける方向）に付勢し、接点部材１０２ａと接点部材１０２ｂとがより確実に常時接触状態を維持できるようにしている。このような付勢部材としては、例えば、ボールジョイント部材等を用いることができる。
【００５９】
（変形例）
図１に示す医療用切削装置では、エアータービンハンドピースの例を説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、図７に示すスケーラが考えられる。図７に示すスケーラでも、ハウジング１に切削工具であるスケーラチップ２１を保持する切削工具保持部３と、スケーラチップ２１を駆動させるための駆動部４１と、スケーラチップ２１に加わる荷重を検出する荷重検出部５とが格納されている。
【００６０】
切削工具保持部３は、図１の場合と同様に、スケーラチップ２１を直接保持する内側保持部３ａと、ハウジング１と嵌合する外側保持部３ｂと、内側保持部３ａと外側保持部３ｂとに挟持されるベアリング３ｃとを備えている。
【００６１】
荷重検出部５は、図１の場合と同様に、曲げ部材５ａと、曲げ部材５ａ上に貼り付けられた歪みゲージ５ｂとを備えている。曲げ部材５ａは、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３の外側保持部３ｂにそれぞれ固定されている。なお、図７に示す荷重検出部５では、図１と異なり、曲げ部材５ａがハウジング１に対して直接固定されている。
【００６２】
また、図８に、図７のＢ−Ｂ面から見た荷重検出部５の平面図を示す。図８に示す荷重検出部５では、曲げ部材５ａが十字形状部５ａ１を有し、この十字形状部５ａ１の中心部が外側保持部３ｂに固定されている。また、図８に示す荷重検出部５では、十字形状部５ａ１の周辺部がハウジング１に固定されている。そして、図８に示す荷重検出部５では、十字形状部５ａ１のそれぞれの辺に歪みゲージ５ｂを貼り付けている。なお、図８に示す曲げ部材５ａでも、十字形状部５ａ１の中心部が連結部５ａ２で、周辺部が連結部５ａ３でそれぞれ接続される形状である。
【００６３】
その他、図７に示すスケーラの荷重検出及びその信号処理は、図１に示すエアータービンハンドピースの場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、図７に示すスケーラにおいて、図１に示すエアータービンハンドピースと同じ構成要素については、同じ構成番号を付与して詳細な説明を省略する。
【００６４】
さらに、エアータービンハンドピース以外に、図９に示すマイクロモータハンドピースが考えられる。図９に示すマイクロモータハンドピースでも、ハウジング１に切削工具２を保持する切削工具保持部３と、切削工具２を駆動させるための駆動機構４２と、切削工具２に加わる荷重を検出する荷重検出部５とが格納されている。
【００６５】
切削工具保持部３は、図１の場合と同様に、切削工具２を保持する内側保持部３ａと、ハウジング１と嵌合する外側保持部３ｂと、内側保持部３ａと外側保持部３ｂとに挟持されるベアリング３ｃとを備えている。
【００６６】
駆動機構４２は、図９に示すように上下２組のベアリング３ｃの間で、且つ内側保持部３ａに直接取り付けられているギア４２ａと、ギア４２ａと噛み合うギア４２ｂとを備えている。ギア４２ｂは、図示しないマイクロモータにより駆動される。マイクロモータは、駆動機構４２を用いて内側保持部３ａを回転させて切削工具２を駆動する。
【００６７】
荷重検出部５は、図１の場合と同様に、曲げ部材５ａと、曲げ部材５ａ上に貼り付けられた歪みゲージ５ｂとを備えている。曲げ部材５ａは、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３の外側保持部３ｂにそれぞれ固定されている。なお、図９に示す荷重検出部５では、図１と同様、曲げ部材５ａがハウジング１に対して間接部材６を介して固定されている。
【００６８】
その他、図９に示すマイクロモータハンドピースは、荷重検出部５の形状、荷重検出及びその信号処理について、図１に示すエアータービンハンドピースの場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、図９に示すマイクロモータハンドピースにおいて、図１に示すエアータービンハンドピースと同じ構成要素については、同じ構成番号を付与して詳細な説明を省略する。
【００６９】
図１０はマイクロモータハンドピースのより全体的な部分を示す概略断面図である。ここでは、図１０はコントラアングル型ハンドピースを示している。
【００７０】
このマイクロモータハンドピースのハウジング１は、把持部２０１Ｂとヘッド部２０１Ｈとを有している。把持部２０１Ｂは、手により把持可能な部分である。ここでは、把持部２０１Ｂは、長尺棒状、より具体的には、先端側部分がなだらかに湾曲する長尺棒状に形成されている。また、ここでは、把持部２０１Ｂは、先端側部分２０１Ｂａと基端側部分２０１Ｂｂとの２分割構成とされている。
【００７１】
ヘッド部２０１Ｈは把持部２０１Ｂの先端部に設けられている。上記ヘッド部２０１Ｈ内には、切削工具保持部３が設けられている。工具保持部３には、保持対象となる切削工具２の回転軸が把持部２０１Ｂの長軸（より具体的には把持部２０１Ｂのうちヘッド部２０１Ｈに接続された近傍部分の長軸）に対して所定の角度をなすように、切削工具２が保持される。換言すれば、工具保持部３により保持される切削工具２は把持部２０１Ｂの長軸に対して斜め姿勢となる。
【００７２】
また、把持部２０１Ｂ内部には、マイクロモータ２１０が設けられている。把持部２０１Ｂからヘッド部２０１Ｈ内の工具保持部３に至る部分に回転伝達機構２１２が設けられている。回転伝達機構２１２は、複数のギアの組合わせによって構成されており、マイクロモータ２１０の回転が本回転伝達機構２１２を介して工具保持部３に伝達され、切削工具２が回転駆動される。なお、この回転伝達機構２１２のギア比を変更することで、所望の回転速度で切削工具２の減速・等速・増速等を行なうことができる。
【００７３】
また、ヘッド部２０１Ｈのうち切削工具２をチャックする部分の上端に荷重検出部５が設けられている。荷重検出部５自体の具体的構成については既に説明した通りである。マイクロモータハンドピース内には、荷重検出部５による検出信号を外部のユニット本体に伝達する電線２２０が設けられている。電線２２０は、ハウジングの把持部２０１Ｂ内を通って配設されている。かかる電線２２０としては、例えば、マイクロモータハンドピース内にはマイクロモータ２１０を駆動するための電線を含む配線が設けられているため、当該配線の一部を共用した構成とすることができる。
【００７４】
本実施形態では、ヘッド部２０１Ｂは、先端側部分２０１Ｂａと基端側部分２０１Ｂｂとの２分割構成とされているため、両者の接続部分では、先端側部分２０１Ｂａと基端側部分２０１Ｂｂとの合体及び分離により接触及び分離する接点構造を介して、先端側部分２０１Ｂａ側の電線２２０ａと基端側部分２０１Ｂｂの電線２２０ｂとを接続することができる。このような接点構造としては、例えば、先端側部分２０１Ｂａの接続面に接点部材２２２ａを設け、基端側部分２０１Ｂｂの接続面に接点部材２２２ｂを配設し、先端側部分２０１Ｂａと基端側部分２０１Ｂｂとを合体接続すると、接点部材２２２ａと接点部材２２２ｂとが導通する構成を採用することができる。この場合、コイルバネ等の付勢部材２２４によって接点部材の少なくとも一方を相手側に付勢する構成とするとよい。ここでは、付勢部材２２４によって、接点部材２２２ａを、接点部材２２２ｂとの接続を維持する方向（押付ける方向）に付勢し、接点部材２２２ａと接点部材２２２ｂとがより確実に常時接触状態を維持できるようにしている。
【００７５】
（実施の形態２）
本実施の形態に係る医療用切削装置においても、実施の形態１と同様に、切削工具に加わる荷重を検出する荷重検出部をハウジング内に設けている。しかし、本実施の形態に係る医療用切削装置では、実施の形態１と異なり、荷重検出部に歪みゲージではなく、圧力センサを用いる構成である。図１１に、本実施の形態に係る医療用切削装置であるエアータービンハンドピースの断面図を示す。図１１に示すエアータービンハンドピースでは、ハウジング１に切削工具２を保持する切削工具保持部３と、切削工具２を駆動させるためのタービンのローター４と、切削工具２に加わる荷重を検出する荷重検出部７とが格納されている。なお、図１１に示すエアータービンハンドピースにおいて、図１に示すエアータービンハンドピースと同じ構成要素については、同じ構成番号を付与して詳細な説明を省略する。
【００７６】
荷重検出部７は、圧力センサを採用している。当該圧力センサとしては、フィルム形状やゴム等の弾性体形状の導電性圧力センサ、静電容量型圧力センサが考えられる。なお、これら以外、ハウジング１内に配置可能な圧力センサであれば、荷重検出部７として採用できる。荷重検出部７は、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３にそれぞれ固定されている。そして、切削工具２に荷重が加えられ、切削工具保持部３の位置がずれることで荷重検出部７に荷重がかかる。この荷重を荷重検出部７である圧力センサで検出することで、切削工具２に加わる荷重を求めることができる。なお、図１１では、切削工具２の長軸Ｋの方向に配置される荷重検出部７ａは、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３の内側保持部３ａに固定されている。また、切削工具２の長軸Ｋに対して垂直な方向に配置される荷重検出部７ｂは、一端がハウジング１に、他端が切削工具保持部３の外側保持部３ｂに固定されている。なお、図１１に示す荷重検出部７ａは、内側保持部３ａに固定しているが、本発明はこれに限られず、外側保持部３ｂに固定、又は切削工具２と回転可能に固定しても良い。図１１に示す荷重検出部７ｂは、外側保持部３ｂに固定しているが、本発明はこれに限られず、内側保持部３ａや切削工具２と回転可能に固定しても良い。
【００７７】
より詳しく荷重検出部７を説明するために、図１２に、図１１のＣ−Ｃ面での荷重検出部７の断面図を示す。図１２に示す荷重検出部７ｂは、切削工具２の長軸Ｋの周りに９０度ずつずらせて外側保持部３ｂに配置されている。これにより、図１２に示す荷重検出部７ｂは、長軸Ｋに対して垂直な方向全てについて切削工具２に加わる荷重を検出することができる。しかし、隣接する荷重検出部７ｂの間の角度が、必ずしも９０度である必要はない。隣接する荷重検出部７ｂの間の角度が決まっていれば、当該角度を考慮して長軸Ｋの方向の荷重を演算し求めることができる。また、設ける荷重検出部７ｂの数は４つに限られない。なお、図１２では示していないが、長軸Ｋの方向の荷重は荷重検出部７ａで検出する。
【００７８】
図１１に示すエアータービンハンドピースでも、図５で示した構成で、荷重検出部７で検出した信号を処理して、切削工具２に加わった荷重又は荷重ベクトルを求める。但し、図１に示すエアータービンハンドピースでは、測定した歪み量から荷重に変換する必要があったが、図１１に示すエアータービンハンドピースでは圧力センサからの出力であるため上記のような変換は不要である。なお、図１１に示すエアータービンハンドピースの場合でも、荷重検出部７で検出した荷重に対して切削工具の長さ，径や材質を考慮して切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルを求める必要はある。
【００７９】
以上のように、本実施の形態に係る医療用切削装置では、ハンドピース１０内に圧力センサの荷重検出部７を設けることで、作業性に影響を与えることなく、切削時に切削工具２に加わる荷重を即時的に把握することができる。
【００８０】
（変形例）
図１１に示すエアータービンハンドピースでは、ハウジング１が１重構造の場合について説明したが、本発明はこれに限られず、図１３に示すような２重構造のハウジング１のエアータービンハンドピースであっても良い。図１３に示すエアータービンハンドピースでは、外側に位置するアウターハウジング部１ａと、内側に位置するインナーハウジング部１ｂと、アウターハウジング部１ａと嵌合するカプセルキャップ部１ｃとを備える２重構造のハウジング１を採用している。そのため、図１３に示す荷重検出部７は、一端がインナーハウジング部１ｂに、他端が切削工具保持部３の内側保持部３ａに固定されている。図１３に示すエアータービンハンドピースでは、カプセルキャップ部１ｃを長軸Ｋ方向に外し、インナーハウジング部１ｂを取り出すことができるため、メンテナンスが容易になる。このような、２重構造のハウジング１を採用するエアータービンハンドピースにも、図１３に示すよう荷重検出部７を設けることで、切削工具２（図１３では図示せず）に加わる荷重又は荷重ベクトルを検出することができる。なお、図１３に示すエアータービンハンドピースにおいて、図１１に示すエアータービンハンドピースと同じ構成要素については、同じ構成番号を付与して詳細な説明を省略する。また、図１３に示す２重構造のハウジング１は、歪みゲージ５ｂで荷重を検出する図１のエアータービンハンドピースにも同様に適用することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２では、切削時に切削工具２に加わる荷重を求める医療用切削装置について説明した。当該医療用切削装置は、臨床現場でも実習でも利用することが可能である。さらに、本実施の形態では、医療用切削装置を備え、実習での切削評価が可能な医療用切削実習装置について説明する。
【００８２】
図１４に、本実施の形態に係る医療用切削実習装置のブロック図を示す。図１４に示す医療用切削実習装置では、図５に示した医療用切削装置に、判定部１７を追加した構成である。判定部１７は、ＣＰＵ１３内で構成され、制御回路１４から得た切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルと、所定の判定基準とを比較して切削作業の評価判定を行う。所定の判定基準は、例えば、教師が行った人工歯牙の切削での切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルの基準履歴を採用する。評価判定では、例えば、この基準履歴に対して、実習者が行った人工歯牙の切削での切削工具２に加わる荷重又は荷重ベクトルの実習履歴を比較し、統計的にどの程度差異があるかに基づいて判定する。なお、判定部１７は、図１４のようにＣＰＵ１３内でソフトウェアとして構成しても、ＣＰＵ１３の外部にハードウェアとして構成しも良い。
【００８３】
評価判定した結果は、表示部１５に表示される。なお、表示部１５を評価判定結果の出力部とせずに、プリンタ等の他の出力装置を出力部としても良い。また、図１４に示す医療用切削実習装置において、図５に示す医療用切削装置と同じ構成要素については、同じ構成番号を付与して詳細な説明を省略する。
【００８４】
以上のように、本実施の形態に係る医療用切削実習装置では、実施の形態１及び２に係る医療用切削装置と、その出力を利用して実習での評価判定を行う判定部１７と、評価結果を出力できる出力部とを備えるので、切削実習の評価を客観的データに基づき即時的に行うことができる。
【符号の説明】
【００８５】
１ ハウジング、１Ｔ エアタービン駆動部、２ 切削工具、３ 切削工具保持部、４ ローター、５，７ 荷重検出部、６ 間接部材、１０ ハンドピース、１１ 切削駆動回路、１２ 信号増幅器、１３ ＣＰＵ、１４ 制御回路、１５ 表示部、１６ 報知部、１７ 判定部、２１ スケーラチップ、４１ 駆動部、４２ 駆動機構、２１０ マイクロモータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具と、
前記切削工具を保持する工具保持部と、
前記切削工具に加わる荷重を検出する荷重検出部と、
前記工具保持部及び前記荷重検出部を保持するハウジングとを備える医療用切削装置。
【請求項２】
請求項１に記載の医療用切削装置であって、
前記荷重検出部は、
一端が前記ハウジングに、他端が前記工具保持部又は前記切削工具にそれぞれ固定された曲げ部材と、
前記曲げ部材上に設けられ、前記曲げ部材の歪みを検出する歪み検出部とを備え、
前記歪み検出部で検出した前記曲げ部材の歪みに基づき前記切削工具に加わる荷重を検出することを特徴とする医療用切削装置。
【請求項３】
請求項２に記載の医療用切削装置であって、
前記曲げ部材は、前記ハウジング及び前記工具保持部又は前記切削工具のうち少なくとも一方が間接部材を介して固定されることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項４】
請求項２に記載の医療用切削装置であって、
前記歪み検出部を設けた前記曲げ部材が複数設けられ、且つ個々の前記曲げ部材は前記切削工具の長軸を中心に、所定の角度ずらせて配置されることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項５】
請求項１に記載の医療用切削装置であって、
前記荷重検出部は、
前記ハウジングと、前記工具保持部又は前記切削工具とに挟持された圧力検出部を備え、
前記圧力検出部で検出した圧力に基づき前記切削工具に加わる荷重を検出することを特徴とする医療用切削装置。
【請求項６】
請求項５に記載の医療用切削装置であって、
前記圧力検出部は、前記ハウジング及び前記工具保持部又は前記切削工具のうち少なくとも一方が間接部材を介して挟持されていることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項７】
請求項５に記載の医療用切削装置であって、
前記圧力検出部は、前記切削工具の長軸方向及び、それに対して垂直な方向に配置されていることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、
前記ハウジングは、把持部と前記把持部の先端に設けられたヘッド部とを有し、
前記把持部の長軸に対して所定の角度をなして前記切削工具の回転軸が設けられるように、前記ヘッド部内部に前記工具保持部が設けられ、
前記ヘッド部内部にエアタービン駆動部を有していることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、
前記ハウジングは、把持部と前記把持部の先端に設けられたヘッド部とを有し、
前記把持部の長軸に対して所定の角度をなして前記切削工具の回転軸が設けられるように、前記ヘッド部内部に前記工具保持部が設けられ、
前記把持部内部にマイクロモータを有していることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、
前記切削工具は、スケーラチップであることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、
前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを表示する表示部をさらに備えることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の医療用切削装置であって、
前記表示部は、前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを時系列的に表示する機能を有することを特徴とする医療用切削装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、
前記荷重検出部で検出した荷重が所定の値以上になったことを知らせる報知部をさらに備えることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の医療用切削装置と、
前記医療用切削装置から、前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを受け取り、当該荷重又は荷重ベクトルと所定の判定基準とを比較して、切削作業の評価判定を行う判定部と、
前記判定部での評価判定結果を出力する出力部とを備える医療用切削実習装置。
【請求項１】
切削工具と、
前記切削工具を保持する工具保持部と、
前記切削工具に加わる荷重を検出する荷重検出部と、
前記工具保持部及び前記荷重検出部を保持するハウジングとを備える医療用切削装置。
【請求項２】
請求項１に記載の医療用切削装置であって、
前記荷重検出部は、
一端が前記ハウジングに、他端が前記工具保持部又は前記切削工具にそれぞれ固定された曲げ部材と、
前記曲げ部材上に設けられ、前記曲げ部材の歪みを検出する歪み検出部とを備え、
前記歪み検出部で検出した前記曲げ部材の歪みに基づき前記切削工具に加わる荷重を検出することを特徴とする医療用切削装置。
【請求項３】
請求項２に記載の医療用切削装置であって、
前記曲げ部材は、前記ハウジング及び前記工具保持部又は前記切削工具のうち少なくとも一方が間接部材を介して固定されることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項４】
請求項２に記載の医療用切削装置であって、
前記歪み検出部を設けた前記曲げ部材が複数設けられ、且つ個々の前記曲げ部材は前記切削工具の長軸を中心に、所定の角度ずらせて配置されることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項５】
請求項１に記載の医療用切削装置であって、
前記荷重検出部は、
前記ハウジングと、前記工具保持部又は前記切削工具とに挟持された圧力検出部を備え、
前記圧力検出部で検出した圧力に基づき前記切削工具に加わる荷重を検出することを特徴とする医療用切削装置。
【請求項６】
請求項５に記載の医療用切削装置であって、
前記圧力検出部は、前記ハウジング及び前記工具保持部又は前記切削工具のうち少なくとも一方が間接部材を介して挟持されていることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項７】
請求項５に記載の医療用切削装置であって、
前記圧力検出部は、前記切削工具の長軸方向及び、それに対して垂直な方向に配置されていることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、
前記ハウジングは、把持部と前記把持部の先端に設けられたヘッド部とを有し、
前記把持部の長軸に対して所定の角度をなして前記切削工具の回転軸が設けられるように、前記ヘッド部内部に前記工具保持部が設けられ、
前記ヘッド部内部にエアタービン駆動部を有していることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、
前記ハウジングは、把持部と前記把持部の先端に設けられたヘッド部とを有し、
前記把持部の長軸に対して所定の角度をなして前記切削工具の回転軸が設けられるように、前記ヘッド部内部に前記工具保持部が設けられ、
前記把持部内部にマイクロモータを有していることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、
前記切削工具は、スケーラチップであることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、
前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを表示する表示部をさらに備えることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の医療用切削装置であって、
前記表示部は、前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを時系列的に表示する機能を有することを特徴とする医療用切削装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の医療用切削装置であって、
前記荷重検出部で検出した荷重が所定の値以上になったことを知らせる報知部をさらに備えることを特徴とする医療用切削装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の医療用切削装置と、
前記医療用切削装置から、前記荷重検出部で検出した荷重又は荷重ベクトルを受け取り、当該荷重又は荷重ベクトルと所定の判定基準とを比較して、切削作業の評価判定を行う判定部と、
前記判定部での評価判定結果を出力する出力部とを備える医療用切削実習装置。
【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】
【公開番号】特開２０１０−２６４２３３（Ｐ２０１０−２６４２３３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８０７５０（Ｐ２０１０−８０７５０）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００１３８１８５）株式会社モリタ製作所 (173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００１３８１８５）株式会社モリタ製作所 (173)
【Ｆターム（参考）】
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