歯科用ハンドピースのモータ制御方法及び制御装置
【課題】切削工具の折損を防止しながらも、切削工具の回転が停止した際の違和感を低減することのできる歯科用ハンドピースのモータ制御方法。
【解決手段】切削工具を回転駆動させるモータを備える歯科用ハンドピースのモータ制御方法に関する。この制御方法は、切削工具に加わる負荷トルクが予め設定された制限トルク値に達すると、モータ電流を第１制限電流Ｉ１に制限するステップ（ａ）と、モータの回転が停止したことを検出すると、モータ電流を第１制限電流Ｉ１よりも低い第２制限電流Ｉ２まで下げるステップ（ｂ）と、を備える。
【解決手段】切削工具を回転駆動させるモータを備える歯科用ハンドピースのモータ制御方法に関する。この制御方法は、切削工具に加わる負荷トルクが予め設定された制限トルク値に達すると、モータ電流を第１制限電流Ｉ１に制限するステップ（ａ）と、モータの回転が停止したことを検出すると、モータ電流を第１制限電流Ｉ１よりも低い第２制限電流Ｉ２まで下げるステップ（ｂ）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具により歯牙の切削又は根管形成を行う歯科用ハンドピースのモータ制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯牙の切削、根管形成の施術を行う際、電動モータを駆動源とする歯科用のハンドピースを使用する。術者は施術目的に合わせ数種類の切削工具を使い分けながら施術を行う。
ところで、このような歯科用ハンドピースのモータを制御する方法として、モータの回転速度を検出しながら、モータの駆動電圧の増減を行い、設定された回転速度を維持するようにモータを制御するフィードバック制御が知られている。
したがって、フィードバック制御を使用するモータ制御装置では、切削工具の負荷トルクが大きくなり回転速度が低下した場合は、モータの駆動電圧を上げ設定された回転速度まで戻す制御を行う。
【０００３】
しかしながら、細く折れ易い切削工具を使用する根管形成などの施術においてフィードバック制御を使用すると、切削工具に過剰なトルクが加わり破損したり、根管に切削工具が食い込むなど、操作性の点で課題がある。
そこで、このような課題を解決するため、特許文献１のモータ制御装置は、フィードバック制御を行わず切削工具に加わる負荷トルクが大きくなるに従い回転速度を低下させるモータの出力特性とし、切削工具に加わる負荷トルクが予め設定された基準トルクに達すると、（１）回転速度を低下させる、（２）停止させる、（３）逆転させる、のいずれかにモータを制御することを提案している。
このようにすることで、特許文献１は、切削工具の折損を防止できるとともに、切削工具が根管に食い込んだ際もモータを逆転させ自動で解除させることができ、操作性を向上させることができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２６４６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のモータ制御装置は、切削工具の破損、根管への食い込みは防止できるが、負荷トルクの増加に伴い切削工具の回転速度が低下するので、切削効率の点ではフィードバック制御に比べ劣るという課題がある。
また、モータを停止させる上記（２）の場合、特許文献１の図５の線図ａ、ｂに示されるようにモータへの駆動電圧の印加を止めることでモータの回転を停止させているので、モータ（切削工具）の回転方向のトルクが急に抜け、このトルクが抜ける反動で患者及び術者にショック（以下、両者を合わせて違和感という）を与えるという課題もある。
また、モータを逆転させる上記（３）の場合も、逆転の前にはモータへの駆動電圧を止めモータの回転を停止させるので、上記（２）と同様に違和感与えることになる。
【０００６】
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、切削工具の折損を防止しながらも効率よく切削でき、更に施術中の患者及び術者に対する違和感を緩和できる歯科用ハンドピースのモータ制御方法及び制御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】
【０００７】
本発明は、切削工具を回転駆動させるモータを備える歯科用ハンドピースのモータ制御方法に関し、本発明のモータ制御方法は、切削工具に加わる負荷トルクが予め設定された制限トルク値に達すると、モータ電流を第１制限電流に制限するステップ（ａ）と、モータの回転が停止したことを検出すると、モータ電流を第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げるステップ（ｂ）と、を備えることを特徴とする。
本発明の制御方法によれば、モータ電流を第１制限電流に制限することで、切削工具に加わる負荷トルクの増加に伴ってモータ（切削工具）の回転を停止（回転数＝０）させ切削工具の折損を防止できる。更に、モータの回転が停止してもモータには第１制限電流が印加されているので、トルク抜けは生じない。そして、モータの回転が停止したことを検出したら、モータ電流を第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げていくので、この間に負荷トルクは低減されるものの、やはり、トルク抜けは生じない。
【０００８】
本発明の制御方法は、モータ電流を第２制限電流まで下げてからの動作として、以下の３つのモードのいずれかを実行することができる。
一つ目のモードは、ステップ（ｂ）においてモータ電流が第２制限電流まで下がった後に、モータへの電力供給を停止するものである。このモードは、モータの回転が停止した後に継続して施術を行わない場合に対応している。
二つ目のモードは、ステップ（ｂ）においてモータ電流が第２制限電流まで下がった後に、モータを逆転させるものである。このモードは、根管に食い込んでいる切削工具を逆転させることで根管への食い込みを解くことが必要な場合に対応している。
三つ目のモードは、ステップ（ｂ）においてモータ電流が第２制限電流まで下がった後に、モータを逆転させ、しかる後に、モータを逆転前の向きである正転をさせるものである。このモードは、根管に食い込んでいる切削工具を逆転させることで根管への食い込みを解くとともに、その後も継続して施術を行う場合に対応している。
【０００９】
本発明は以上の制御方法を実施する制御装置も提供する。
本発明の制御装置は、切削工具に加わる負荷トルクを検出する負荷トルク検出部と、モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、モータの回転速度及びモータ電流を制御する制御部とを備える。
この制御部は、負荷トルク検出部で検出された負荷トルクに応じて、モータ電流を以下のように制御する。
つまり、制御部は、負荷トルクが予め設定された制限トルク値に達すると、モータ電流を第１制限電流に制限する。
また、制御部は、負荷トルクが制限トルクを超え、かつモータの回転が停止したことを回転速度検出部が検出すると、モータ電流を第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げる。
本発明の制御装置は、モータ電流を第１制限電流に制限することにより切削工具の破損を防止する。また、モータの回転が停止したことを検出したら、モータ電流を第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げるが、この間に負荷トルクが低減されるので、トルク抜けを低減させることができる。
【００１０】
本発明による制御装置においては、駆動電流を第２制限電流まで下げてからの動作として、以下の３つのモードのいずれかを実行することができる。
一つ目のモードは、モータ電流が第２制限電流まで下がったら、モータへの電力供給を停止するものである。
二つ目のモードは、モータ電流が第２制限電流まで下がったら、モータを逆転させるものである。
三つ目のモードは、モータ電流が第２制限電流まで下がったら、モータを逆転させ、しかる後、モータを逆転前の向きである正転をさせるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータ制御方法は、切削工具に過剰な負荷トルクが加わらないように負荷トルクを監視しながらモータの動作を制御するので、切削工具の破損を防止できる。
また、本発明のモータ制御方法は、切削工具に加わる負荷トルクが制限トルク値に達すると、モータの回転が停止した後も、モータ電流を突然停止するのではなく、モータ電流を低減させた後に停止させている。したがって、この間にトルクを漸減させることができるので、トルク抜けによる患者及び術者への違和感を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】モータ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明のモータ制御方法の停止モードの制御手順を示すフローチャート図である。
【図３】本実施のモータ制御方法の停止モードの負荷トルクに対する制御特性図である。
【図４】本発明のモータ制御方法の逆転モードの制御手順を示すフローチャート図である。
【図５】本発明のモータ制御方法の逆転モードの負荷トルクに対する制御特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示す本実施形態によるモータ制御装置１は、歯科用ハンドピースに内蔵された３相ブラシレスモータであるモータ２１を制御するものであり、制御部３と、記憶部２５と、駆動部５と、操作部１１と、表示部１３と、フットぺダル１５と、モータ電流検出部２０と、回転速度検出部２７と、負荷トルク検出部２６と、電源部１７とを備えている。
本実施の形態におけるモータ２１の駆動方式は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動方式であり、制御部３で生成したＰＷＭ信号により駆動部５を制御しモータ２１に駆動電圧を供給する。
なお、以後の説明では、歯牙を切削できるモータ２１の回転方向を正転とし、それとは反対の回転方向を逆転とし説明する。
以下、各構成について詳細に説明する。
【００１４】
＜制御部３＞
制御部３は、モータ２1の回転速度Ｒｒ、負荷トルクＴｒ、モータ電流Ｉｍを検出し、これらの検出値と記憶部２５に格納された駆動条件を比較しながら、所定の回転速度Ｒｒ及びモータ電流ＩｍになるようにＰＷＭ信号を生成し、モータ２１の制御をする。また、制御部３は、モータ２１の正逆転の回転方向も制御をする。
【００１５】
＜記憶部２５＞
記憶部２５には、制御部３がモータ２１を制御するためのプログラムの他、モータ２１の正転時の最大回転速度である第１制限回転速度Ｒ１、逆転時の最大回転速度である第２制限回転速度Ｒ２、制限トルクＴ１、第１制限電流Ｉ１及び第２制限電流Ｉ２など、モータ２１の駆動を制御するのに必要な条件が記憶されている。
これらの駆動条件のうち、第１制限回転速度Ｒ１、第２制限回転速度Ｒ２、制限トルクＴ１、第２制限電流Ｉ２については、術者が施術内容、切削工具の種類などを考慮し任意の値に設定することができる。
【００１６】
第１制限電流Ｉ１は、設定された制限トルクＴ１に相当するモータ２１のモータ電流が設定される。
また、記憶部２５には、停止モード及び逆転モードの２種類の切削モードの駆動プログラムが記憶されている。停止モードとは、正転中のモータ２１の回転速度等が、所定の条件に合致したらモータ２１への電力供給を停止させる駆動プログラムであり、逆転モードは、正転中のモータ２１の回転速度等が、所定の条件に合致したら逆転させる駆動プログラムである。なお、それぞれの条件については、各モードの制御方法のところで詳細に説明する。
【００１７】
＜モータ電流検出部２０＞
モータ電流検出部２０は、電流検出用抵抗（図示せず）を備え、モータ２１に流れる電流であるモータ電流Ｉｍを電圧に変換する。
＜回転速度検出部２７＞
回転速度検出部２７は、モータ電流検出部２０で得られた電圧値からモータ２１の誘起電圧を推定し、更にこの誘起電圧からモータ２１の回転速度Ｒｒを推定する。
＜負荷トルク検出部２６＞
負荷トルク検出部２６は、モータ電流Ｉｍと負荷トルクＴｒが比例関係にあることを利用し、モータ電流検出部２０で得られた電圧値から負荷トルクＴｒを換算する。
【００１８】
＜操作部１１＞
操作部１１は、複数の設定ボタン（図示せず）、選択ボタン（図示せず）を備える。
術者は、設定ボタンによりモータ２１の第１制限回転速度Ｒ１、第２制限回転速度Ｒ２、制限トルクＴ１、モード選択などのモータ２１の制御に必要な駆動条件の設定を行う。
また、選択ボタンにより表示部１３の表示内容の選択及び切削モードの選択を行う。
ここでいう表示内容とは、駆動条件の設定内容の表示、駆動中のモータ２１の回転速度Ｒｒ及び負荷トルクＴｒの表示などである。
【００１９】
＜駆動部５＞
駆動部５は、６個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって構成されたインバータ回路を備え、制御部３に設けられるＰＷＭ信号生成回路からのＰＷＭ信号に基づき各ＦＥＴはＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）制御され、モータ２１に駆動電圧Ｖｄが印加される。
モータ２１の回転速度Ｒｒは、ＰＷＭ信号の１周期に対するＯＮ信号の割合であるデューティー比により決まる。つまり、このデューティー比を高くするとモータ２１に印加される駆動電圧Ｖｄの実効値が大きくなるため、それにより回転速度Ｒｒを増加させることができ、逆にデューティー比を低くすると回転速度Ｒｒを減少させることができる。
また、切削工具に加わる負荷トルクＴｒが大きくなると、モータ２１の回転速度Ｒｒが低下するが、この場合においても、ＰＷＭ信号のデューティー比を高くし、駆動電圧Ｖｄの実効値を大きくする。そうすると、モータ２１のモータ電流Ｉｍが上がるのに伴って駆動トルクが増加し、結果的に回転速度Ｒｒを上げることができる。
このように、本実施形態によるモータ制御装置１は、ＰＷＭ信号のデューティー比を制御することで、モータ２１を所望の回転速度Ｒｒに制御することができる。
【００２０】
また、駆動部５は、モータ２１への出力部にリレー（図示せず）を備え、制御部３が、このリレーを制御することにより、モータ２１の正転／逆転の回転方向を制御する。
【００２１】
＜表示部１３＞
表示部１３は、記憶部２５に記憶されている各種の駆動条件を表示する他、施術中のモータ２１の回転速度Ｒｒ、負荷トルクＴｒなどを表示する。この表示部は、これら駆動条件を数値で示してもよいし、視覚的な認識を向上するためにグラフ化して示すこともできる。
＜フットぺダル１５＞
フットペダル１５は、モータ２１の回転のＯＮ／ＯＦＦを制御する。制御部３は、フットペダル１５からの信号の有無を検出し、信号が有りの場合、駆動条件に従いモータ２１を駆動する。
＜電源部１７＞
電源部１７は、交流電源７からの交流電圧を整流し変圧し、制御部３、駆動部５に対し所望の直流電圧を印加する。
【００２２】
次に、本実施形態のモータ制御方法における停止モードと逆転モードの内容について詳細に説明する。
[停止モード]
＜停止モードの制御フロー＞
本実施形態に係る停止モードの処理手順を、図２に基づいて説明する。
術者がフットペダル１５を踏むと、モータ制御装置１は、モータ２１の正転を開始する（ステップＳ１０１）。
制御部３はモータ２１の負荷トルクＴｒと制限トルクＴ１とを比較する（ステップＳ１０３）。
ステップＳ１０３の比較の結果、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達していない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、モータ２１の回転速度を制限回転速度Ｒ１に制御する。この制御は以下のように行われる。
【００２３】
回転速度Ｒｒと第１制限回転速度Ｒ１の差を求める（ステップＳ１０５）。
差が０（ゼロ）を超える場合（ステップＳ１０５：＞０）、回転速度Ｒｒを下げるために、制御部３はモータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを下げる（ステップＳ１０７）。なお、前述したように、本実施形態のモータ制御装置１は、ＰＷＭ駆動方式を採用しているので、ここでいう駆動電圧Ｖｄを下げるとは、ＰＷＭ信号のデューティー比を下げることを意味する。以下も同様である。
差がゼロの場合（ステップＳ１０５：＝０）、回転速度Ｒｒを維持するように、制御部３はモータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを維持する（ステップＳ１０９）。
差が０未満の場合（ステップＳ１０５：＜０）、回転速度Ｒｒを上げるために、制御部３はモータ２１の駆動電圧Ｖｄを上げる（ステップＳ１１１）。
以上のように、制御部３は、モータ２１の回転速度Ｒｒが第１制限速度Ｒ１になるように制御する。
ステップＳ１０７、Ｓ１０９、またはＳ１１１の処理の後、再度、ステップＳ１０３の判断に戻る。
【００２４】
以上のように、本実施形態によるモータ制御装置１は、フィードバック制御によりモータ２１の回転速度を制御する。つまり、切削が進むと負荷トルクＴｒが大きくなるが、本実施形態は、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達するまでは、モータ２１の回転速度Ｒｒが第１制限回転速度Ｒ１に一致するように制御する。したがって、モータ制御装置１は、高い切削効率を得ることができる。
【００２５】
次にフィードバック制御中に負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１を超えた場合について説明する。
ステップＳ１０３の判断の結果、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１を超えた場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、モータ電流Ｉｍを第１制限電流Ｉ１に制御する。この制御は以下のように行われる。
【００２６】
モータ電流Ｉｍと第１制限電流Ｉ１の差を求める（ステップＳ１２１）。
差が０を超える場合（ステップＳ１２１：＞０）、モータ電流Ｉｍを下げるために、制御部３はモータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを下げる（ステップＳ１２３）。
差がゼロの場合（ステップＳ１２１：＝０）、モータ電流Ｉｍを維持するように、制御部３はモータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを維持する（ステップＳ１２５）。
差が０未満の場合（ステップＳ１２１：＜０）、モータ電流Ｉｍを上げるために、制御部３はモータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを上げる（ステップＳ１２７）。
以上のように、制御部３は、モータ電流Ｉｍが第１制限電流Ｉ１を維持するように制御する。
【００２７】
ステップＳ１２３、Ｓ１２５、またはステップＳ１２７の処理の後、モータ２１（切削工具）が停止したか否か、つまり回転速度Ｒｒが０か否かの判断をする（ステップＳ１２９）。そして、回転速度Ｒｒが０でない、つまりモータ２１が回転を続けている場合（ステップＳ１２９：Ｎｏ）には、ステップＳ１０３に戻り、以後の処理が行われる。ここで、ステップＳ１０３に戻ることにより、術者が作業を中断し切削工具を根管から引き抜いて無負荷になっても、モータ２１の回転速度Ｒｒが第１制限回転速度Ｒ１を超えることがないので、モータ２１が発熱することはない。
【００２８】
ステップＳ１２９の判断の結果、モータ２１の回転速度Ｒｒが０、つまりモータ２１の回転が停止した場合（ステップＳ１２９：Ｙｅｓ）、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２まで下げる処理を以下のように行う。この処理は、駆動電圧Ｖｄ（ＰＷＭ信号のデューティー比）を低減させることで、行われる。
【００２９】
モータ電流Ｉｍと第２制限電流Ｉ２を比較する（ステップＳ１３１）。
その結果、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２を超えている場合（ステップＳ１３１：Ｎｏ）、モータ電流Ｉｍを下げるために、モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを下げる（ステップＳ１３３）。ステップＳ１３１の判断の結果、モータ電流Ｉｍが制限電流Ｉ２以下まで下がったら（ステップＳ１３１：Ｙｅｓ）、駆動電圧Ｖｄを印加するのを止めて、モータ２１への電力供給を停止する（ステップＳ１３５）。
以上が、本実施形態のモータ制御装置１の停止モードの制御方法である。ここで、モータ２１の回転速度Ｒｒが０になる（モータ２１の回転が停止する）のと同時に、モータ２１に駆動電圧Ｖｄを印加するのを止めてモータ電流Ｉｍを０にすると、患者及び術者はトルク抜けを感じる。しかし、本実施の形態では、モータ電流Ｉｍが第１制限電流Ｉ１から第２制限電流Ｉ２まで下がった後に、モータ２１への電力供給を停止する。このモータ２１の回転が停止してから電力供給を停止するまで間、モータ電流Ｉｍを第１制限電流Ｉ１から第２制限電流Ｉ２を漸減させると、トルク抜けを感じることはない。
なお、モータ２１への電力供給の停止後、術者がフットペダル１５を踏み直すと、制御部３は、ステップＳ１０３から処理を開始する。
【００３０】
＜停止モードの制御特性＞
図３は、図２の本発明の実施形態である停止モードの制御特性を示す図である。図３において、左側の縦軸はモータ２１の回転速度Ｒｒであり、右側の縦軸はモータ２１のモータ電流Ｉｍを、横軸はモータ２１の負荷トルクＴｒを示している。
モータ２１が正転し、第１制限回転速度Ｒ１に達するまでモータ２１の回転速度Ｒｒは増加する。
モータ２１の回転速度Ｒｒが第１制限回転速度Ｒ１に達すると、回転速度Ｒｒを第１制限回転速度Ｒ１に維持するようにフィードバック制御が行われる。
切削が進むに従い切削工具に加わる負荷トルクＴｒも増えるが、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達するまで、回転速度Ｒｒを第１制限回転速度Ｒ１に維持し、一方、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達すると、モータ電流Ｉｍを第１制限電流Ｉ１に維持する。
切削工具に加わる負荷トルクＴｒが増加し、モータ２１の駆動トルクが負荷に抗しきれなくなるとモータ２１の回転は停止する。
モータ制御装置１は、モータ２１の回転が停止したことを検知すると、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２になるまでモータ２１の駆動電圧Ｖｄ（ＰＷＭ信号のデューティー比）を下げ、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２に達したならば、モータ２１への電力供給を止める。
【００３１】
以上のように本実施形態によれば、制限トルクＴ１を超えないようにフィードバック制御を行うので、切削工具の破損を防ぐとともに効率良く施術を行うことができる。
また、本実施形態によれば、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達した後、モータ２１への駆動電圧Ｖｄの印加を突然停止するのではなく、供給する電力を漸減させてから停止することができるので、患者及び術者へ与える違和感を低減させることができる。
なお、第２制限電流Ｉ２は０に設定しても良いが、本発明者の知見によれば、第２制限電流Ｉ２は、第１制限電流Ｉ１の１／５以下、好ましくは１／７以下、より好ましくは１／１０以下にすると違和感を低減させることができる。
【００３２】
［逆転モード］
＜逆転モードの制御フロー＞
次に、逆転モードを、図４に基づいて説明する。
なお、図４のステップＳ１０１からステップＳ１３３までは、図２に示した停止モードと同じ処理が行われるので、それ以降の処理について説明する。
ステップＳ１３１の判断の結果、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２を超えた場合（ステップＳ１３１：Ｙｅｓ）は、制御部３はモータ２１を逆転させる（ステップＳ１４１）。
モータ２１が逆転を始めると、モータ２１の回転速度Ｒｒが第２制限回転速度Ｒ２に達した否かを判断する（ステップＳ１４３）。
ステップＳ１４３の判断の結果、モータ２１の回転速度Ｒｒが第２制限回転速度Ｒ２以下の場合（ステップＳ１４３：Ｎｏ）、回転速度Ｒｒを上げるために、制御部３は、モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを上げ（ステップＳ１４５）、再度ステップＳ１４３の判断をする。
すなわち、モータ２１の回転速度Ｒｒが第２制限回転速度Ｒ２を超えるまで、モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを漸増させていく。
【００３３】
ステップＳ１４３の判断の結果、モータ２１の回転速度Ｒｒが第２制限回転速度Ｒ２を超えた場合（ステップＳ１４３：Ｙｅｓ）、モータ２１の回転速度Ｒｒを下げるために、制御部３は、モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを下げる（ステップＳ１４７）。
ステップＳ１４３では、根管に食い込んだ切削工具が解除されたかどうかをモータ２１の回転速度Ｒｒから判断するので、術者が切削工具を根管から引き抜いたときの無負荷時の回転速度Ｒｒに第２制限回転速度Ｒ２を設定する。
【００３４】
次に、モータ２１（切削工具）が停止したか否か、つまり回転速度Ｒｒが０であるか否かを判断する（ステップＳ１４９）。
ステップＳ１４９の判断の結果、回転速度Ｒｒが０ではない場合（ステップＳ１４９：Ｎｏ）には、未だモータ２１の回転が停止していないので、再度ステップＳ１４７に戻って回転速度Ｒｒを下げる。このように、ここではモータ２１の回転が停止するまでモータ２１の回転速度Ｒｒを漸減させる。
ステップＳ１４９の判断の結果、回転速度Ｒｒが０（ゼロ）の場合（ステップＳ１４９：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１に戻り、モータ２１を正転させる。
以上のように本実施形態によれば、制限トルクＴ１を超えないようにフィードバック制御を行うので、切削工具の破損を防ぐとともに、切削工具が根管に食い込んだとしても逆転させ食い込みを解除し、再度正転するので効率良く施術を行うことができる。
また、モータ電流Ｉｍが第１制限電流Ｉ１から第２制限電流Ｉ２まで下がった後に、モータ２１を逆転させるので、モータ２１の逆転の際に生じるトルク抜けを低減できる。
【００３５】
この本実施形態では、第２制限回転速度Ｒ２を無負荷時の回転速度Ｒｒに設定すると説明したが、経験上、食い込みが解除されたと判断できる回転速度Ｒｒが判明しているのであれば、その回転速度Ｒｒにすれば良く、第２制限回転速度Ｒ２の設定値は無負荷時の回転速度Ｒｒに限定されるものではない。
【００３６】
＜逆転モードの制御特性＞
図５は、図４の本発明の実施形態である逆転モードの制御特性を示す図である。
図５において、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達し、その後モータ２１の回転が停止し、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２までの制御特性は停止モードと同じであるので、それ以降について説明する。
モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを下げ、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２まで低下すると、モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄの向きを変えることで、モータ２１を逆転させる。
駆動電圧Ｖｄが増加し、モータ２１の回転速度Ｒｒが第２制限回転速度Ｒ２に達すると、モータ電流Ｉｍが０になるまで駆動電圧Ｖｄが減少する。モータ電流Ｉｍが０になったらモータ２１は正転する。
このように、逆転モードでは、食い込んで回転しにくくなった切削工具を逆転させ、さらに正転させるので、切削工具の根管への食い込みを解除後、余計な操作を行うことなく、施術を続けることができる。
【００３７】
以上説明したように、本発明に係る実施形態は、負荷トルクを監視しながらフィードバック制御を行うため、切削工具の破損を防止できることに加え、切削効率に優れているフィードバック制御の利点を生かしながら施術を進めることができる。
また、モータ電流Ｉｍが第１制限電流Ｉ１から第２制限電流Ｉ２まで下がった後に、モータ２１への電力供給を停止するか、又は、モータ２１を逆転させるので、トルク抜けによる違和感を低減できる。
なお、本実施形態では外部の交流電源を使用する構成で説明したが、これに限られるものではなく、電源に電池を使用したコードレス方式の歯科用ハンドピースに回路を内蔵することで対応することもできる。
また、本実施形態ではＰＷＭ駆動方式によりモータ２１の回転速度を制御しているが、本発明はこれに限定されず、例えばＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）駆動方式などの他の駆動方式を採用することができる。ＰＡＭ駆動方式を採用する場合、ブラシモータを用いる。
さらに、逆転モードでは、モータ２１を逆転させた後に正転させる例を示したが、モータ２１を逆転させた後にモータ２１を停止させることもできるのは、以上示した実施形態より明らかである。
【符号の説明】
【００３８】
１ モータ制御装置
３ 制御部
５ 駆動部
７ 交流電源
１１ 操作部
１３ 表示部
１５ フットぺダル
１７ 電源部
２０ モータ電流検出部
２１ モータ
２５ 記憶部
２６ 負荷トルク検出部
２７ 回転速度検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具により歯牙の切削又は根管形成を行う歯科用ハンドピースのモータ制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯牙の切削、根管形成の施術を行う際、電動モータを駆動源とする歯科用のハンドピースを使用する。術者は施術目的に合わせ数種類の切削工具を使い分けながら施術を行う。
ところで、このような歯科用ハンドピースのモータを制御する方法として、モータの回転速度を検出しながら、モータの駆動電圧の増減を行い、設定された回転速度を維持するようにモータを制御するフィードバック制御が知られている。
したがって、フィードバック制御を使用するモータ制御装置では、切削工具の負荷トルクが大きくなり回転速度が低下した場合は、モータの駆動電圧を上げ設定された回転速度まで戻す制御を行う。
【０００３】
しかしながら、細く折れ易い切削工具を使用する根管形成などの施術においてフィードバック制御を使用すると、切削工具に過剰なトルクが加わり破損したり、根管に切削工具が食い込むなど、操作性の点で課題がある。
そこで、このような課題を解決するため、特許文献１のモータ制御装置は、フィードバック制御を行わず切削工具に加わる負荷トルクが大きくなるに従い回転速度を低下させるモータの出力特性とし、切削工具に加わる負荷トルクが予め設定された基準トルクに達すると、（１）回転速度を低下させる、（２）停止させる、（３）逆転させる、のいずれかにモータを制御することを提案している。
このようにすることで、特許文献１は、切削工具の折損を防止できるとともに、切削工具が根管に食い込んだ際もモータを逆転させ自動で解除させることができ、操作性を向上させることができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２６４６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のモータ制御装置は、切削工具の破損、根管への食い込みは防止できるが、負荷トルクの増加に伴い切削工具の回転速度が低下するので、切削効率の点ではフィードバック制御に比べ劣るという課題がある。
また、モータを停止させる上記（２）の場合、特許文献１の図５の線図ａ、ｂに示されるようにモータへの駆動電圧の印加を止めることでモータの回転を停止させているので、モータ（切削工具）の回転方向のトルクが急に抜け、このトルクが抜ける反動で患者及び術者にショック（以下、両者を合わせて違和感という）を与えるという課題もある。
また、モータを逆転させる上記（３）の場合も、逆転の前にはモータへの駆動電圧を止めモータの回転を停止させるので、上記（２）と同様に違和感与えることになる。
【０００６】
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、切削工具の折損を防止しながらも効率よく切削でき、更に施術中の患者及び術者に対する違和感を緩和できる歯科用ハンドピースのモータ制御方法及び制御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】
【０００７】
本発明は、切削工具を回転駆動させるモータを備える歯科用ハンドピースのモータ制御方法に関し、本発明のモータ制御方法は、切削工具に加わる負荷トルクが予め設定された制限トルク値に達すると、モータ電流を第１制限電流に制限するステップ（ａ）と、モータの回転が停止したことを検出すると、モータ電流を第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げるステップ（ｂ）と、を備えることを特徴とする。
本発明の制御方法によれば、モータ電流を第１制限電流に制限することで、切削工具に加わる負荷トルクの増加に伴ってモータ（切削工具）の回転を停止（回転数＝０）させ切削工具の折損を防止できる。更に、モータの回転が停止してもモータには第１制限電流が印加されているので、トルク抜けは生じない。そして、モータの回転が停止したことを検出したら、モータ電流を第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げていくので、この間に負荷トルクは低減されるものの、やはり、トルク抜けは生じない。
【０００８】
本発明の制御方法は、モータ電流を第２制限電流まで下げてからの動作として、以下の３つのモードのいずれかを実行することができる。
一つ目のモードは、ステップ（ｂ）においてモータ電流が第２制限電流まで下がった後に、モータへの電力供給を停止するものである。このモードは、モータの回転が停止した後に継続して施術を行わない場合に対応している。
二つ目のモードは、ステップ（ｂ）においてモータ電流が第２制限電流まで下がった後に、モータを逆転させるものである。このモードは、根管に食い込んでいる切削工具を逆転させることで根管への食い込みを解くことが必要な場合に対応している。
三つ目のモードは、ステップ（ｂ）においてモータ電流が第２制限電流まで下がった後に、モータを逆転させ、しかる後に、モータを逆転前の向きである正転をさせるものである。このモードは、根管に食い込んでいる切削工具を逆転させることで根管への食い込みを解くとともに、その後も継続して施術を行う場合に対応している。
【０００９】
本発明は以上の制御方法を実施する制御装置も提供する。
本発明の制御装置は、切削工具に加わる負荷トルクを検出する負荷トルク検出部と、モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、モータの回転速度及びモータ電流を制御する制御部とを備える。
この制御部は、負荷トルク検出部で検出された負荷トルクに応じて、モータ電流を以下のように制御する。
つまり、制御部は、負荷トルクが予め設定された制限トルク値に達すると、モータ電流を第１制限電流に制限する。
また、制御部は、負荷トルクが制限トルクを超え、かつモータの回転が停止したことを回転速度検出部が検出すると、モータ電流を第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げる。
本発明の制御装置は、モータ電流を第１制限電流に制限することにより切削工具の破損を防止する。また、モータの回転が停止したことを検出したら、モータ電流を第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げるが、この間に負荷トルクが低減されるので、トルク抜けを低減させることができる。
【００１０】
本発明による制御装置においては、駆動電流を第２制限電流まで下げてからの動作として、以下の３つのモードのいずれかを実行することができる。
一つ目のモードは、モータ電流が第２制限電流まで下がったら、モータへの電力供給を停止するものである。
二つ目のモードは、モータ電流が第２制限電流まで下がったら、モータを逆転させるものである。
三つ目のモードは、モータ電流が第２制限電流まで下がったら、モータを逆転させ、しかる後、モータを逆転前の向きである正転をさせるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータ制御方法は、切削工具に過剰な負荷トルクが加わらないように負荷トルクを監視しながらモータの動作を制御するので、切削工具の破損を防止できる。
また、本発明のモータ制御方法は、切削工具に加わる負荷トルクが制限トルク値に達すると、モータの回転が停止した後も、モータ電流を突然停止するのではなく、モータ電流を低減させた後に停止させている。したがって、この間にトルクを漸減させることができるので、トルク抜けによる患者及び術者への違和感を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】モータ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明のモータ制御方法の停止モードの制御手順を示すフローチャート図である。
【図３】本実施のモータ制御方法の停止モードの負荷トルクに対する制御特性図である。
【図４】本発明のモータ制御方法の逆転モードの制御手順を示すフローチャート図である。
【図５】本発明のモータ制御方法の逆転モードの負荷トルクに対する制御特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示す本実施形態によるモータ制御装置１は、歯科用ハンドピースに内蔵された３相ブラシレスモータであるモータ２１を制御するものであり、制御部３と、記憶部２５と、駆動部５と、操作部１１と、表示部１３と、フットぺダル１５と、モータ電流検出部２０と、回転速度検出部２７と、負荷トルク検出部２６と、電源部１７とを備えている。
本実施の形態におけるモータ２１の駆動方式は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動方式であり、制御部３で生成したＰＷＭ信号により駆動部５を制御しモータ２１に駆動電圧を供給する。
なお、以後の説明では、歯牙を切削できるモータ２１の回転方向を正転とし、それとは反対の回転方向を逆転とし説明する。
以下、各構成について詳細に説明する。
【００１４】
＜制御部３＞
制御部３は、モータ２1の回転速度Ｒｒ、負荷トルクＴｒ、モータ電流Ｉｍを検出し、これらの検出値と記憶部２５に格納された駆動条件を比較しながら、所定の回転速度Ｒｒ及びモータ電流ＩｍになるようにＰＷＭ信号を生成し、モータ２１の制御をする。また、制御部３は、モータ２１の正逆転の回転方向も制御をする。
【００１５】
＜記憶部２５＞
記憶部２５には、制御部３がモータ２１を制御するためのプログラムの他、モータ２１の正転時の最大回転速度である第１制限回転速度Ｒ１、逆転時の最大回転速度である第２制限回転速度Ｒ２、制限トルクＴ１、第１制限電流Ｉ１及び第２制限電流Ｉ２など、モータ２１の駆動を制御するのに必要な条件が記憶されている。
これらの駆動条件のうち、第１制限回転速度Ｒ１、第２制限回転速度Ｒ２、制限トルクＴ１、第２制限電流Ｉ２については、術者が施術内容、切削工具の種類などを考慮し任意の値に設定することができる。
【００１６】
第１制限電流Ｉ１は、設定された制限トルクＴ１に相当するモータ２１のモータ電流が設定される。
また、記憶部２５には、停止モード及び逆転モードの２種類の切削モードの駆動プログラムが記憶されている。停止モードとは、正転中のモータ２１の回転速度等が、所定の条件に合致したらモータ２１への電力供給を停止させる駆動プログラムであり、逆転モードは、正転中のモータ２１の回転速度等が、所定の条件に合致したら逆転させる駆動プログラムである。なお、それぞれの条件については、各モードの制御方法のところで詳細に説明する。
【００１７】
＜モータ電流検出部２０＞
モータ電流検出部２０は、電流検出用抵抗（図示せず）を備え、モータ２１に流れる電流であるモータ電流Ｉｍを電圧に変換する。
＜回転速度検出部２７＞
回転速度検出部２７は、モータ電流検出部２０で得られた電圧値からモータ２１の誘起電圧を推定し、更にこの誘起電圧からモータ２１の回転速度Ｒｒを推定する。
＜負荷トルク検出部２６＞
負荷トルク検出部２６は、モータ電流Ｉｍと負荷トルクＴｒが比例関係にあることを利用し、モータ電流検出部２０で得られた電圧値から負荷トルクＴｒを換算する。
【００１８】
＜操作部１１＞
操作部１１は、複数の設定ボタン（図示せず）、選択ボタン（図示せず）を備える。
術者は、設定ボタンによりモータ２１の第１制限回転速度Ｒ１、第２制限回転速度Ｒ２、制限トルクＴ１、モード選択などのモータ２１の制御に必要な駆動条件の設定を行う。
また、選択ボタンにより表示部１３の表示内容の選択及び切削モードの選択を行う。
ここでいう表示内容とは、駆動条件の設定内容の表示、駆動中のモータ２１の回転速度Ｒｒ及び負荷トルクＴｒの表示などである。
【００１９】
＜駆動部５＞
駆動部５は、６個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって構成されたインバータ回路を備え、制御部３に設けられるＰＷＭ信号生成回路からのＰＷＭ信号に基づき各ＦＥＴはＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）制御され、モータ２１に駆動電圧Ｖｄが印加される。
モータ２１の回転速度Ｒｒは、ＰＷＭ信号の１周期に対するＯＮ信号の割合であるデューティー比により決まる。つまり、このデューティー比を高くするとモータ２１に印加される駆動電圧Ｖｄの実効値が大きくなるため、それにより回転速度Ｒｒを増加させることができ、逆にデューティー比を低くすると回転速度Ｒｒを減少させることができる。
また、切削工具に加わる負荷トルクＴｒが大きくなると、モータ２１の回転速度Ｒｒが低下するが、この場合においても、ＰＷＭ信号のデューティー比を高くし、駆動電圧Ｖｄの実効値を大きくする。そうすると、モータ２１のモータ電流Ｉｍが上がるのに伴って駆動トルクが増加し、結果的に回転速度Ｒｒを上げることができる。
このように、本実施形態によるモータ制御装置１は、ＰＷＭ信号のデューティー比を制御することで、モータ２１を所望の回転速度Ｒｒに制御することができる。
【００２０】
また、駆動部５は、モータ２１への出力部にリレー（図示せず）を備え、制御部３が、このリレーを制御することにより、モータ２１の正転／逆転の回転方向を制御する。
【００２１】
＜表示部１３＞
表示部１３は、記憶部２５に記憶されている各種の駆動条件を表示する他、施術中のモータ２１の回転速度Ｒｒ、負荷トルクＴｒなどを表示する。この表示部は、これら駆動条件を数値で示してもよいし、視覚的な認識を向上するためにグラフ化して示すこともできる。
＜フットぺダル１５＞
フットペダル１５は、モータ２１の回転のＯＮ／ＯＦＦを制御する。制御部３は、フットペダル１５からの信号の有無を検出し、信号が有りの場合、駆動条件に従いモータ２１を駆動する。
＜電源部１７＞
電源部１７は、交流電源７からの交流電圧を整流し変圧し、制御部３、駆動部５に対し所望の直流電圧を印加する。
【００２２】
次に、本実施形態のモータ制御方法における停止モードと逆転モードの内容について詳細に説明する。
[停止モード]
＜停止モードの制御フロー＞
本実施形態に係る停止モードの処理手順を、図２に基づいて説明する。
術者がフットペダル１５を踏むと、モータ制御装置１は、モータ２１の正転を開始する（ステップＳ１０１）。
制御部３はモータ２１の負荷トルクＴｒと制限トルクＴ１とを比較する（ステップＳ１０３）。
ステップＳ１０３の比較の結果、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達していない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、モータ２１の回転速度を制限回転速度Ｒ１に制御する。この制御は以下のように行われる。
【００２３】
回転速度Ｒｒと第１制限回転速度Ｒ１の差を求める（ステップＳ１０５）。
差が０（ゼロ）を超える場合（ステップＳ１０５：＞０）、回転速度Ｒｒを下げるために、制御部３はモータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを下げる（ステップＳ１０７）。なお、前述したように、本実施形態のモータ制御装置１は、ＰＷＭ駆動方式を採用しているので、ここでいう駆動電圧Ｖｄを下げるとは、ＰＷＭ信号のデューティー比を下げることを意味する。以下も同様である。
差がゼロの場合（ステップＳ１０５：＝０）、回転速度Ｒｒを維持するように、制御部３はモータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを維持する（ステップＳ１０９）。
差が０未満の場合（ステップＳ１０５：＜０）、回転速度Ｒｒを上げるために、制御部３はモータ２１の駆動電圧Ｖｄを上げる（ステップＳ１１１）。
以上のように、制御部３は、モータ２１の回転速度Ｒｒが第１制限速度Ｒ１になるように制御する。
ステップＳ１０７、Ｓ１０９、またはＳ１１１の処理の後、再度、ステップＳ１０３の判断に戻る。
【００２４】
以上のように、本実施形態によるモータ制御装置１は、フィードバック制御によりモータ２１の回転速度を制御する。つまり、切削が進むと負荷トルクＴｒが大きくなるが、本実施形態は、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達するまでは、モータ２１の回転速度Ｒｒが第１制限回転速度Ｒ１に一致するように制御する。したがって、モータ制御装置１は、高い切削効率を得ることができる。
【００２５】
次にフィードバック制御中に負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１を超えた場合について説明する。
ステップＳ１０３の判断の結果、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１を超えた場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、モータ電流Ｉｍを第１制限電流Ｉ１に制御する。この制御は以下のように行われる。
【００２６】
モータ電流Ｉｍと第１制限電流Ｉ１の差を求める（ステップＳ１２１）。
差が０を超える場合（ステップＳ１２１：＞０）、モータ電流Ｉｍを下げるために、制御部３はモータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを下げる（ステップＳ１２３）。
差がゼロの場合（ステップＳ１２１：＝０）、モータ電流Ｉｍを維持するように、制御部３はモータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを維持する（ステップＳ１２５）。
差が０未満の場合（ステップＳ１２１：＜０）、モータ電流Ｉｍを上げるために、制御部３はモータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを上げる（ステップＳ１２７）。
以上のように、制御部３は、モータ電流Ｉｍが第１制限電流Ｉ１を維持するように制御する。
【００２７】
ステップＳ１２３、Ｓ１２５、またはステップＳ１２７の処理の後、モータ２１（切削工具）が停止したか否か、つまり回転速度Ｒｒが０か否かの判断をする（ステップＳ１２９）。そして、回転速度Ｒｒが０でない、つまりモータ２１が回転を続けている場合（ステップＳ１２９：Ｎｏ）には、ステップＳ１０３に戻り、以後の処理が行われる。ここで、ステップＳ１０３に戻ることにより、術者が作業を中断し切削工具を根管から引き抜いて無負荷になっても、モータ２１の回転速度Ｒｒが第１制限回転速度Ｒ１を超えることがないので、モータ２１が発熱することはない。
【００２８】
ステップＳ１２９の判断の結果、モータ２１の回転速度Ｒｒが０、つまりモータ２１の回転が停止した場合（ステップＳ１２９：Ｙｅｓ）、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２まで下げる処理を以下のように行う。この処理は、駆動電圧Ｖｄ（ＰＷＭ信号のデューティー比）を低減させることで、行われる。
【００２９】
モータ電流Ｉｍと第２制限電流Ｉ２を比較する（ステップＳ１３１）。
その結果、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２を超えている場合（ステップＳ１３１：Ｎｏ）、モータ電流Ｉｍを下げるために、モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを下げる（ステップＳ１３３）。ステップＳ１３１の判断の結果、モータ電流Ｉｍが制限電流Ｉ２以下まで下がったら（ステップＳ１３１：Ｙｅｓ）、駆動電圧Ｖｄを印加するのを止めて、モータ２１への電力供給を停止する（ステップＳ１３５）。
以上が、本実施形態のモータ制御装置１の停止モードの制御方法である。ここで、モータ２１の回転速度Ｒｒが０になる（モータ２１の回転が停止する）のと同時に、モータ２１に駆動電圧Ｖｄを印加するのを止めてモータ電流Ｉｍを０にすると、患者及び術者はトルク抜けを感じる。しかし、本実施の形態では、モータ電流Ｉｍが第１制限電流Ｉ１から第２制限電流Ｉ２まで下がった後に、モータ２１への電力供給を停止する。このモータ２１の回転が停止してから電力供給を停止するまで間、モータ電流Ｉｍを第１制限電流Ｉ１から第２制限電流Ｉ２を漸減させると、トルク抜けを感じることはない。
なお、モータ２１への電力供給の停止後、術者がフットペダル１５を踏み直すと、制御部３は、ステップＳ１０３から処理を開始する。
【００３０】
＜停止モードの制御特性＞
図３は、図２の本発明の実施形態である停止モードの制御特性を示す図である。図３において、左側の縦軸はモータ２１の回転速度Ｒｒであり、右側の縦軸はモータ２１のモータ電流Ｉｍを、横軸はモータ２１の負荷トルクＴｒを示している。
モータ２１が正転し、第１制限回転速度Ｒ１に達するまでモータ２１の回転速度Ｒｒは増加する。
モータ２１の回転速度Ｒｒが第１制限回転速度Ｒ１に達すると、回転速度Ｒｒを第１制限回転速度Ｒ１に維持するようにフィードバック制御が行われる。
切削が進むに従い切削工具に加わる負荷トルクＴｒも増えるが、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達するまで、回転速度Ｒｒを第１制限回転速度Ｒ１に維持し、一方、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達すると、モータ電流Ｉｍを第１制限電流Ｉ１に維持する。
切削工具に加わる負荷トルクＴｒが増加し、モータ２１の駆動トルクが負荷に抗しきれなくなるとモータ２１の回転は停止する。
モータ制御装置１は、モータ２１の回転が停止したことを検知すると、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２になるまでモータ２１の駆動電圧Ｖｄ（ＰＷＭ信号のデューティー比）を下げ、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２に達したならば、モータ２１への電力供給を止める。
【００３１】
以上のように本実施形態によれば、制限トルクＴ１を超えないようにフィードバック制御を行うので、切削工具の破損を防ぐとともに効率良く施術を行うことができる。
また、本実施形態によれば、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達した後、モータ２１への駆動電圧Ｖｄの印加を突然停止するのではなく、供給する電力を漸減させてから停止することができるので、患者及び術者へ与える違和感を低減させることができる。
なお、第２制限電流Ｉ２は０に設定しても良いが、本発明者の知見によれば、第２制限電流Ｉ２は、第１制限電流Ｉ１の１／５以下、好ましくは１／７以下、より好ましくは１／１０以下にすると違和感を低減させることができる。
【００３２】
［逆転モード］
＜逆転モードの制御フロー＞
次に、逆転モードを、図４に基づいて説明する。
なお、図４のステップＳ１０１からステップＳ１３３までは、図２に示した停止モードと同じ処理が行われるので、それ以降の処理について説明する。
ステップＳ１３１の判断の結果、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２を超えた場合（ステップＳ１３１：Ｙｅｓ）は、制御部３はモータ２１を逆転させる（ステップＳ１４１）。
モータ２１が逆転を始めると、モータ２１の回転速度Ｒｒが第２制限回転速度Ｒ２に達した否かを判断する（ステップＳ１４３）。
ステップＳ１４３の判断の結果、モータ２１の回転速度Ｒｒが第２制限回転速度Ｒ２以下の場合（ステップＳ１４３：Ｎｏ）、回転速度Ｒｒを上げるために、制御部３は、モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを上げ（ステップＳ１４５）、再度ステップＳ１４３の判断をする。
すなわち、モータ２１の回転速度Ｒｒが第２制限回転速度Ｒ２を超えるまで、モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを漸増させていく。
【００３３】
ステップＳ１４３の判断の結果、モータ２１の回転速度Ｒｒが第２制限回転速度Ｒ２を超えた場合（ステップＳ１４３：Ｙｅｓ）、モータ２１の回転速度Ｒｒを下げるために、制御部３は、モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを下げる（ステップＳ１４７）。
ステップＳ１４３では、根管に食い込んだ切削工具が解除されたかどうかをモータ２１の回転速度Ｒｒから判断するので、術者が切削工具を根管から引き抜いたときの無負荷時の回転速度Ｒｒに第２制限回転速度Ｒ２を設定する。
【００３４】
次に、モータ２１（切削工具）が停止したか否か、つまり回転速度Ｒｒが０であるか否かを判断する（ステップＳ１４９）。
ステップＳ１４９の判断の結果、回転速度Ｒｒが０ではない場合（ステップＳ１４９：Ｎｏ）には、未だモータ２１の回転が停止していないので、再度ステップＳ１４７に戻って回転速度Ｒｒを下げる。このように、ここではモータ２１の回転が停止するまでモータ２１の回転速度Ｒｒを漸減させる。
ステップＳ１４９の判断の結果、回転速度Ｒｒが０（ゼロ）の場合（ステップＳ１４９：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１に戻り、モータ２１を正転させる。
以上のように本実施形態によれば、制限トルクＴ１を超えないようにフィードバック制御を行うので、切削工具の破損を防ぐとともに、切削工具が根管に食い込んだとしても逆転させ食い込みを解除し、再度正転するので効率良く施術を行うことができる。
また、モータ電流Ｉｍが第１制限電流Ｉ１から第２制限電流Ｉ２まで下がった後に、モータ２１を逆転させるので、モータ２１の逆転の際に生じるトルク抜けを低減できる。
【００３５】
この本実施形態では、第２制限回転速度Ｒ２を無負荷時の回転速度Ｒｒに設定すると説明したが、経験上、食い込みが解除されたと判断できる回転速度Ｒｒが判明しているのであれば、その回転速度Ｒｒにすれば良く、第２制限回転速度Ｒ２の設定値は無負荷時の回転速度Ｒｒに限定されるものではない。
【００３６】
＜逆転モードの制御特性＞
図５は、図４の本発明の実施形態である逆転モードの制御特性を示す図である。
図５において、負荷トルクＴｒが制限トルクＴ１に達し、その後モータ２１の回転が停止し、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２までの制御特性は停止モードと同じであるので、それ以降について説明する。
モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄを下げ、モータ電流Ｉｍが第２制限電流Ｉ２まで低下すると、モータ２１に印加する駆動電圧Ｖｄの向きを変えることで、モータ２１を逆転させる。
駆動電圧Ｖｄが増加し、モータ２１の回転速度Ｒｒが第２制限回転速度Ｒ２に達すると、モータ電流Ｉｍが０になるまで駆動電圧Ｖｄが減少する。モータ電流Ｉｍが０になったらモータ２１は正転する。
このように、逆転モードでは、食い込んで回転しにくくなった切削工具を逆転させ、さらに正転させるので、切削工具の根管への食い込みを解除後、余計な操作を行うことなく、施術を続けることができる。
【００３７】
以上説明したように、本発明に係る実施形態は、負荷トルクを監視しながらフィードバック制御を行うため、切削工具の破損を防止できることに加え、切削効率に優れているフィードバック制御の利点を生かしながら施術を進めることができる。
また、モータ電流Ｉｍが第１制限電流Ｉ１から第２制限電流Ｉ２まで下がった後に、モータ２１への電力供給を停止するか、又は、モータ２１を逆転させるので、トルク抜けによる違和感を低減できる。
なお、本実施形態では外部の交流電源を使用する構成で説明したが、これに限られるものではなく、電源に電池を使用したコードレス方式の歯科用ハンドピースに回路を内蔵することで対応することもできる。
また、本実施形態ではＰＷＭ駆動方式によりモータ２１の回転速度を制御しているが、本発明はこれに限定されず、例えばＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）駆動方式などの他の駆動方式を採用することができる。ＰＡＭ駆動方式を採用する場合、ブラシモータを用いる。
さらに、逆転モードでは、モータ２１を逆転させた後に正転させる例を示したが、モータ２１を逆転させた後にモータ２１を停止させることもできるのは、以上示した実施形態より明らかである。
【符号の説明】
【００３８】
１ モータ制御装置
３ 制御部
５ 駆動部
７ 交流電源
１１ 操作部
１３ 表示部
１５ フットぺダル
１７ 電源部
２０ モータ電流検出部
２１ モータ
２５ 記憶部
２６ 負荷トルク検出部
２７ 回転速度検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具を回転駆動させるモータを備える歯科用ハンドピースのモータ制御方法であって、
前記切削工具に加わる負荷トルクが予め設定された制限トルク値に達すると、前記モータに流れるモータ電流を第１制限電流に制限するステップ（ａ）と、
前記負荷トルクが前記制限トルクを超え、かつ前記モータの回転が停止したことを検出すると、前記モータ電流を前記第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げるステップ（ｂ）と、
を備えることを特徴とする歯科用ハンドピースのモータ制御方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）において前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、
前記モータへの電力供給を停止する、
請求項１に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｂ）において前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、
前記モータを逆転させる、
請求項１に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）において前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、
前記モータを逆転させ、しかる後、前記モータを前記逆転前の向きである正転をさせる、
請求項１に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御方法。
【請求項５】
切削工具を回転駆動させるモータを備える歯科用ハンドピースのモータ制御装置であって、
前記切削工具に加わる負荷トルクを検出する負荷トルク検出部と、
前記モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記モータの回転速度及びモータ電流を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記負荷トルク検出部で検出された前記負荷トルクが予め設定された制限トルク値に達すると、前記モータ電流を第１制限電流に制限し、
前記負荷トルクが前記制限トルクを超え、かつ前記モータの回転が停止したことを前記回転速度検出部が検出すると、前記モータ電流を前記第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げる、
ことを特徴とする歯科用ハンドピースのモータ制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、前記モータへの電力の供給を停止する、
請求項５に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、前記モータを逆転させる、
請求項５に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、
前記モータを逆転させ、しかる後、前記モータを前記逆転前の向きである正転をさせる、
請求項５に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御装置。
【請求項１】
切削工具を回転駆動させるモータを備える歯科用ハンドピースのモータ制御方法であって、
前記切削工具に加わる負荷トルクが予め設定された制限トルク値に達すると、前記モータに流れるモータ電流を第１制限電流に制限するステップ（ａ）と、
前記負荷トルクが前記制限トルクを超え、かつ前記モータの回転が停止したことを検出すると、前記モータ電流を前記第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げるステップ（ｂ）と、
を備えることを特徴とする歯科用ハンドピースのモータ制御方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）において前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、
前記モータへの電力供給を停止する、
請求項１に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｂ）において前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、
前記モータを逆転させる、
請求項１に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）において前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、
前記モータを逆転させ、しかる後、前記モータを前記逆転前の向きである正転をさせる、
請求項１に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御方法。
【請求項５】
切削工具を回転駆動させるモータを備える歯科用ハンドピースのモータ制御装置であって、
前記切削工具に加わる負荷トルクを検出する負荷トルク検出部と、
前記モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記モータの回転速度及びモータ電流を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記負荷トルク検出部で検出された前記負荷トルクが予め設定された制限トルク値に達すると、前記モータ電流を第１制限電流に制限し、
前記負荷トルクが前記制限トルクを超え、かつ前記モータの回転が停止したことを前記回転速度検出部が検出すると、前記モータ電流を前記第１制限電流よりも低い第２制限電流まで下げる、
ことを特徴とする歯科用ハンドピースのモータ制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、前記モータへの電力の供給を停止する、
請求項５に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、前記モータを逆転させる、
請求項５に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記モータ電流が第２制限電流まで下がったら、
前記モータを逆転させ、しかる後、前記モータを前記逆転前の向きである正転をさせる、
請求項５に記載の歯科用ハンドピースのモータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１０６８（Ｐ２０１２−１１０６８Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５１８４６（Ｐ２０１０−１５１８４６）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００１５０３２７）株式会社ナカニシ (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００１５０３２７）株式会社ナカニシ (43)
【Ｆターム（参考）】
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