空気駆動回転切削器
【課題】ロータの回転トルクを維持しながら、ロータの回転速度を低減させ、加えて、ヘッド部の一層の小型化をも図ることができる空気駆動回転切削器を提供する。
【解決手段】２段式ロータ１４を備える空気駆動回転切削器であって、ロータ１４を構成する第１のタービンブレード部１５における第１のタービン翼１５１をロータ１４の回転軸４１ａに向かう方向から見た側面形状が、前記ロータ１４の回転方向４２の上流側から下流側に向かって凹む凹曲形状とされ、ロータ１４を構成する第２のタービンブレード部１６における第２のタービン翼１６１の同側面形状が、該第１のタービン翼１５１とは反対の方向に凹む凹曲形状とされていることを特徴とする。
【解決手段】２段式ロータ１４を備える空気駆動回転切削器であって、ロータ１４を構成する第１のタービンブレード部１５における第１のタービン翼１５１をロータ１４の回転軸４１ａに向かう方向から見た側面形状が、前記ロータ１４の回転方向４２の上流側から下流側に向かって凹む凹曲形状とされ、ロータ１４を構成する第２のタービンブレード部１６における第２のタービン翼１６１の同側面形状が、該第１のタービン翼１５１とは反対の方向に凹む凹曲形状とされていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧空気を利用して切削用工具を回転させる医療用、歯科用、或いは他の切削加工用の空気駆動回転切削器に関し、更に具体的には、例えば、歯科用エアタービンハンドピースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人に係る特許文献１〜４には、医療用、歯科用、或いは他の切削加工用として用いられる空気駆動回転切削器が開示されている。これら特許文献に開示された空気駆動回転切削器は、いずれも加圧空気のエネルギーを有効に回転力に変換する手段として、２段式ロータを備えている。この２段式ロータは、リング状のハブと、該ハブの外周面に形成された第１のタービンブレード部及び第２のタービンブレード部とよりなる。そして、第１のタービンブレード部及び第２のタービンブレード部は、ハブの中心から放射状に伸びる複数の第１のタービン翼及び第２のタービン翼をそれぞれ備えている。
【０００３】
特許文献１〜４に開示された空気駆動回転切削器は、いずれも術者により把持されるグリップ部と、該グリップ部の先端部に設けられたヘッド部とを備えて、ハンドピース形状に構成されている。前記ヘッド部には内空部が形成され、この内空部には、内空部の内面形状に対応した外形を有する筒状の内側ハウジングが収容され、この内側ハウジングの内部に、前記ロータ及び該ロータを軸回転可能に支持する軸受機構部が収容されている。ロータは、その軸心部に沿って各種切削工具を着脱自在に装着し得るよう構成されている。また、ヘッド部と内側ハウジングとには、ロータの第の１のタービンブレード部に加圧空気を噴出する為の給気路と、第２のタービンブレード部から送り出された空気を排気する為の排気路とが形成されている。そして、内側ハウジングには、第１のタービンブレード部から送り出された加圧空気を第２のタービンブレード部に案内する中継通路（導入部）が形成されている。従って、給気路から噴出された加圧空気は、まず第１のタービンブレード部の第１のタービン翼に当たり、その作用によってロータを回転軸周りに回転させる。次に、加圧空気は、中継通路から第２のタービンブレード部に送られ、第２のタービン翼に当たり、前記ロータの回転軸周りの回転を更に推進させるよう作用する。その後、加圧空気は排気路を通じて外部に排出される。
【０００４】
このように、２段式ロータを採用したハンドピースにおいては、加圧空気のエネルギーが、２つのタービンブレード部で有効に活用されることから、従来のハンドピースに比べて、より高速回転下での高トルク特性をもって切削工具を回転できるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２０８３４５号公報
【特許文献２】特許第３６７２７８１号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／１０１１３３Ａ１号公報
【特許文献４】特許第４１６０３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、歯科用のハンドピースは、患者の口腔内にハンドピースのヘッド部を挿入して歯牙の切削診療等を行うものであり、患者の不快感を緩和する為、或いは術者の視界をできるだけ遮らずハンドリング性を良くする為に、小型であることが望まれる。ヘッド部を小型化するには、前記ロータの径を小さくすることが考えられるが、ロータの径を小さくした上で所定のトルクを得ようとすると、ロータの回転を高める必要がある。しかし、ロータに装着される切削工具の耐用回転速度には制限があり（通常の歯科用切削工具の場合回転数が４５万ｒｐｍ以下）、また、切削工具の回転速度を高くし過ぎると切削工具の折損や、工具保持部からの飛び出し等の事態に至る懸念や、切削時の騒音或いは発熱が大きくなる等の問題も惹起される。従って、ロータの回転速度を高めることなくヘッド部を小型化することには難しさがあった。
【０００７】
特許文献２では、２段式ロータを採用するハンドピースであって、第１のタービンブレード部からの空気を第２のタービンブレード部に導く為の第２の空気通路を単一の部材で形成し、更に、第２の空気通路が形成されている領域を給気路が形成されている領域よりも大きくすることにより、加圧空気の漏れをなくし、高トルクを維持しながらロータの回転速度を僅かに下げることが可能とされたハンドピースが開示されている。しかし、ここで得られるロータの回転速度は、前記のような問題点を払拭するには充分ではなく、トルクを維持したまま、より効果的なロータの回転速度の低減が求められていた。また、本特許文献に示されたハンドピースの場合、ヘッド部内において、空気ガイドリングを介してロータ等を収容支持するよう構成されており、この空気ガイドリングの存在が、ヘッド部を更に小型することを難しくさせる要因の一つともなっていた。
【０００８】
本発明は、前記に鑑みなされたものであり、ロータの回転トルクを維持しながら、ロータの回転速度を低減させ、加えて、ヘッド部の一層の小型化をも図ることができる空気駆動回転切削器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】
第１の発明に係る空気駆動回転切削器は、術者により把持されるグリップ部と、前記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部と、前記ヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸周りに回転可能に支持されたロータとを有し、前記ロータは、前記回転軸の周りに沿って複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく前記回転軸の周りに沿って複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを一体に有しており、前記ヘッド部の内空部には、前記グリップ部に設けた給気路から前記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、前記第１のタービンブレード部からの空気を前記第２のタービンブレード部に導く導入部と、前記第２のタービンブレード部からの空気を前記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口とが設けられており、前記給気口から噴出した空気は、前記ロータの回転軸に実質垂直な方向から前記第１のタービンブレード部に作用して前記ロータを前記回転軸の軸心回りに回転させ、前記各第１のタービン翼間に形成した第１の空気通路を経て、前記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に沿って排出され、更に前記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導かれ、該第２のタービンブレードに導かれた空気は、前記回転軸と実質垂直な方向に前記第２のタービンブレード部に作用して前記ロータの回転を推進し、前記各第２のタービン翼間に形成した第３の空気通路を経て、前記排気口から排出されるようにした空気駆動回転切削器であって、前記第１のタービン翼の前記回転軸に向かう方向から見た側面形状は、前記ロータの回転方向上流側から下流側に向かって凹む凹曲形状とされ、前記第２のタービン翼の同側面形状は、該第１のタービン翼とは反対の方向に凹む凹曲形状とされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記第２の空気通路が、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなり、前記凹状空所は、前記底壁部の表面を構成する第１の面と、該第１の面における前記回転軸に対する遠心側部より連続して立ち上がる曲面からなる第２の面と、前記底壁部の両側に位置する前記壁部の底壁部側内面を構成する第３及び第４の面とより形成されていることが望ましい。
この場合、前記底壁部は、前記回転軸の軸心から放射方向に向けられ、或いは、前記回転軸の軸心からの放射方向に対し、前記ロータの回転方向下流側に向かって遠心するよう斜めに向けられていても良い。また、前記第１および第２の面と前記第３および第４の面との接続部が曲面によって連続的に形成されていることが望ましい。更に、前記第３および第４の面のうち、前記ロータの回転方向上流側に位置する第３の面には、前記凹状空所の開口側部分が切欠かれて、前記底壁部に向かって傾斜する第５の面が形成されていることが望ましい。
【００１１】
第２の発明に係る空気駆動回転切削器は、術者により把持されるグリップ部と、前記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部と、前記ヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸周りに回転可能に支持されたロータとを有し、前記ロータは、前記回転軸の周りに沿って複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく前記回転軸の周りに沿って複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを一体に有しており、前記ヘッド部の内空部には、前記グリップ部に設けた給気路から前記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、前記第１のタービンブレード部からの空気を前記第２のタービンブレード部に導く導入部と、前記第２のタービンブレード部からの空気を前記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口とが設けられており、前記給気口から噴出した空気は、前記ロータの回転軸に実質垂直な方向から前記第１のタービンブレード部に作用して前記ロータを前記回転軸の軸心回りに回転させ、前記各第１のタービン翼間に形成した第１の空気通路を経て、前記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に沿って排出され、更に前記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導かれ、該第２のタービンブレードに導かれた空気は、前記回転軸と実質垂直な方向に前記第２のタービンブレード部に作用して前記ロータの回転を推進し、前記各第２のタービン翼間に形成した第３の空気通路を経て、前記排気口から排出されるようにした空気駆動回転切削器であって、前記第２の空気通路は、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなり、前記凹状空所は、前記底壁部の表面を構成する第１の面と、該第１の面における前記回転軸に対する遠心側部より連続して立ち上がる曲面からなる第２の面と、前記底壁部の両側に位置する前記壁部の底壁部側内面を構成する第３及び第４の面とより形成され、前記第３および第４の面のうち、前記ロータの回転方向上流側に位置する第３の面には、前記凹状空所の開口側部分が切欠かれて、前記底壁部に向かって傾斜する第５の面が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
前記いずれかの発明において、前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記第２の空気通路の形成されている領域を、前記給気口が形成されている領域よりも大きくしても良い。この場合、前記第２の空気通路の形成されている領域は、前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記排気口に近い側を除く全周にわたっていることが望ましい。
【００１３】
また、前記第２の空気通路の形成されている領域が、複数の領域からなり、前記各領域に含まれるそれぞれの第１の面は、前記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有するようにしても良い。この場合、前記第１の面の前記回転軸側端部から前記第１の面を前記回転軸側に延長した線と、前記第１の面の前記回転軸側端部を通り且つ前記回転軸側端部から前記ロータの回転方向に伸ばした接線との間に形成される接線角に関して、前記各領域に含まれる前記第１の面の接線角は、前記ロータの回転方向下流側に向け小さくなるよう設定されていることが望ましい。
【００１４】
前記いずれかの発明において、前記ロータが、大径リング部と、該大径リング部と同心の小径リング部とを含むリング状ハブを有し、前記第１のタービンブレード部は、前記大径リング部の外周部に形成され、前記第２のタービンブレード部は、前記小径リング部の外周部に形成されているものとすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明に係る空気駆動回転切削器によれば、術者はグリップ部を把持することにより、前記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部を切削対象部位に向けて切削作業を行うことができる。前記ヘッド部に形成された内空部には、軸受を介してロータが回転軸周りに回転可能に支持されており、該ロータは、２段式ロータからなり、給気口から噴出される空気が、２段式ロータを構成する第１のタービンブレード部および第２のタービンブレード部に作用して、そのエネルギーがロータの前記回転に有効に活用される。このとき、給気口から第１のタービンブレード部に噴出される空気は、第１のタービンブレード部に作用して前記ロータを前記回転軸の軸心回りに回転させた後、ヘッド部の内空部に形成された導入部によって導かれて第２のタービンブレード部に至る。第２のタービンブレード部に至った空気は第２のタービンブレード部に作用して前記ロータの回転を更に推進し、その後、前記排気口から排出される。第１のタービンブレード部および第２のタービンブレード部に導入される空気は、実質上それぞれに形成された第１のタービン翼および第２のタービン翼に作用する。この場合、第１のタービン翼の前記回転軸に向かう方向から見た側面形状は、前記ロータの回転方向上流側から下流側に向かって凹む凹曲形状とされているから、給気口から噴出される空気が保有するエネルギーは、該第１のタービン翼を介してロータ前記回転軸の軸心回りに回転させる動力として効果的に使用される。そして、前記導入部から第２のタービンブレード部に至った空気は、第２のタービン翼に作用して、ロータの回転を更に推進するが、該第２のタービン翼の前記側面形状は、第１のタービン翼とは反対の方向に凹む凹曲形状とされているから、実質的に第２のタービン翼の凸曲面部に沿って流れるように作用する。従って、第２のタービンブレード部に導入された空気による回転推進力は左程大きくなく、ここでのロータの回転速度が高められる度合いは小さく、ロータの回転速度を抑えることができる。しかし、給気口から噴出される空気が保有するエネルギーは、第１のタービンブレード部で効果的に使用されるから、ロータが保有する回転トルクは充分に確保される。
【００１６】
前記第２の空気通路が、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなるものとすれば、前記特許文献２に示されるような空気ガイドリングを構成する部品が不要となり、ヘッド部の小型化を図ることができる。そして、この凹状空所が、第１〜第４の面により形成されているものとすれば、ヘッド部の内空部内周に切削加工するだけで所望の形状に容易且つ的確に加工することができる。前記底壁部を、前記回転軸の軸心から放射方向に向けられるように形成すれば、その加工はより容易となる。また、当該底壁部を、前記回転軸の軸心からの放射方向に対し、前記ロータの回転方向下流側に向かって遠心するよう斜めに向けられように形成すれば、第１のタービンブレード部の第１の空気通路から第２の空気通路への空気の流入が円滑になされ、ここでの圧損を少なくすることができる。更に、前記第１および第２の面と前記第３および第４の面との接続部が曲面によって連続的に形成されている場合、第２の空気通路での空気の流通が圧損少なく円滑になされる。加えて、前記ロータの回転方向上流側に位置する第３の面には、前記凹状空所の開口側部分が切欠かれて、前記底壁部に向かって傾斜する第５の面が形成されている場合、第１の空気通路から第２の空気通路への空気の流入がより円滑化され、この円滑性と前記第２のタービン翼の形状による特性とが相乗して、ロータの回転トルクを維持した回転速度の抑制効果がより顕著となる。
【００１７】
第２の発明に係る空気駆動回転切削器によれば、前記と同様に、供給空気のエネルギーがロータの前記回転に有効に活用されるという２段式ロータ特有の効果に加え、ヘッド部の小型化が図られ、且つ、前記第５の面を有した第２の空気通路の特有の構造により、所要の回転トルクを維持しながら低減された回転速度のロータを得ることができる。そして、第１及び第２の発明に共通して、第２の空気通路が、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなるから、第１のタービンブレード部に導入された空気は、ロータの回転に伴い、当該凹状空所内に圧縮されるように導入されながら、第２のタービンブレード部に導かれ、これによってヘッド部内が常に正圧状態とされる。従って、前記特許文献３或いは４に開示されたように、空気の供給を遮断してロータの回転を停止させたときのサックバック防止機能も得られる。
【００１８】
第１及び第２の発明において、前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記第２の空気通路の形成されている領域を、前記給気口が形成されている領域よりも大きくした場合、給気口から噴出される空気の、第１の空気通路を経た第２の空気通路への流入が確実になされる。この場合、前記第２の空気通路の形成されている領域が、前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記排気口に近い側を除く全周にわたっているものとすれば、第２の空気通路に流入した空気が直ぐに排気口に向かわず第２の空気通路に一時的に滞留することになるから、前記バックサック防止効果がより向上し、更に、第１のタービンブレード部から導かれた空気を、第２の空気通路から第２のタービンブレードへと円滑に導入することができるので、ロータの回転トルクを維持したまま、回転速度を抑制することができる。
【００１９】
また、第１及び第２の発明において、前記第２の空気通路の形成されている領域が、複数の領域からなり、前記各領域に含まれるそれぞれの第１の面は、前記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有するようにした場合、各領域での第２の空気通路に流入した空気の作用が異なる。従って、各領域毎の角度を適宜設定することにより、第３の空気通路への空気の導入機能と、第２の空気通路での空気の一時的滞留機能とを調和させて、ロータの回転速度低減及びサックバック防止機能の両方を効率よく行うことができる。特に、前記第１の面の前記回転軸側端部から前記第１の面を前記回転軸側に延長した線と、前記第１の面の前記回転軸側端部を通り且つ前記回転軸側端部から前記ロータの回転方向に伸ばした接線との間に形成される接線角に関して、前記各領域に含まれる前記第１の面の接線角が、前記ロータの回転方向下流側に向け小さくなるよう設定すれば、ロータの回転方向上流側では、第２の空気通路での空気の一時的滞留を図り、下流側では第３の空気通路への速やかな流入を図ることができる。
【００２０】
更に、第１及び第２の発明において、前記ロータが、大径リング部と、該大径リング部と同心の小径リング部とを含むリング状ハブを有し、前記第１のタービンブレード部は、前記大径リング部の外周部に形成され、前記第２のタービンブレード部は、前記小径リング部の外周部に形成されているものとすれば、２段式ロータを容易に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る空気駆動回転切削器の一実施形態としての歯科用エアタービンハンドピースの側面図である。
【図２】同歯科用エアタービンハンドピースの要部の縦断面図である。
【図３】同歯科用エアタービンハンドピースの要部の部分破断、部分縦断及び部分斜視図である。
【図４】図２におけるＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】同歯科用エアタービンハンドピースに組み込まれるロータの一例を示す斜視図である。
【図６】同歯科用エアタービンハンドピースのヘッド部の平面図である。
【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【図８】図６におけるＶＩＩＩ線部の拡大図である。
【図９】図７におけるＩＸ線部の拡大図である。
【図１０】図６におけるＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図１１】同歯科用エアタービンハンドピースにおけるロータの回転速度と回転トルクとの関係を比較例と共に示すグラフである。
【図１２】ヘッド部の他の実施形態を示す概略的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の空気駆動回転切削器の実施の形態について図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る空気駆動回転切削器の一実施形態としての歯科用エアタービンハンドピースの全体構成を示す側面図である。図１において、ハンドピース１は、術者が治療する際に手に持つ部分であるグリップ部２を有し、このグリップ部２の基端部には、従来のハンドピースと同様に空気や水などの作用媒体の供給チューブ３と接続する為の接続部２ａが設けられ、グリップ部２の先端部にはネック部２ｂを介してヘッド部４が連結されている。このヘッド部４には切削工具５が着脱自在に装着可能とされている。図２〜図４は、図１のヘッド部４及びその近傍部を拡大した図である。これらの図面に示すように、ヘッド部４は、グリップ部２の先端に連結される軸部４０と、前記切削工具５及び該切削工具５を駆動する駆動部６を収容する筒状ハウジング部４１とを一体的に備えており、軸部４０の軸心４０ａに対して、筒状ハウジング部４１の中心軸（後述する切削工具の回転中心軸に相当するもので以後回転軸と言う）４１ａが図２のように垂直又はほぼ垂直に方向付けられている。
【００２３】
図２〜図４に示すように、ヘッド部４の軸部４０は、筒状グリップ部２の先端に挿入固定できる大きさと形に加工された断面縮小部４０ｂを有する。また、軸部４０には、グリップ部２側の後端面４０ｃ（図３及び図４に示す図面上右側の端面）と筒状ハウジング部４１の内壁面とを流体的に連通する複数の貫通孔が形成されている。これら複数の貫通孔には、切削工具駆動部６に加圧空気を供給するための給気路７１〜７３と、切削工具駆動部６からの加圧空気を排気するための排気路８１，８２が含まれる。
【００２４】
給気路７１〜７３は、図１に示す作用媒体供給チューブ３との接続部２ａからグリップ部２の内部に該グリップ部２の長手軸方向に沿って配設された給気パイプ７に接続されている。各給気路７１〜７３は、図４に示すように軸部４０をそのグリップ部２側の後端面４０ｃ及び断面縮小部４０ｂの外周面から筒状ハウジング部４１の内壁面に向け所定の長さの穴を加工して形成されている。給気路７１は、前記軸部４０に穴加工された給気パイプ７の接続部７０に通じ、給気路７２，７３は軸部４０に穴加工された連結路７２ａ，７３ａを介して前記接続部７０に通じている。従って、給気パイプ７から供給される加圧空気は、各給気路７１〜７３を経て筒状ハウジング部４１内に導入される。前記給気路７２，７３の基部側は、断面縮小部４０ｂの外周面に開口しており、その為、該給気路７２，７３の当該開口側の途中には球形シール部材（例えば、鋼球）７２ｂ，７３ｂが圧入されて密閉されている。図例では、連結路７３ａは、給気路７２を横断して給気路７２に通じると共に給気路７３にも通じるよう形成されている。各給気路７１〜７３は、先側に小径のノズル部７１０，７２０，７３０を有し、該ノズル部７１０，７２０，７３０の先端が前記筒状ハウジング部４１の内壁面に開口して給気口７１１，７２１，７３１とされている（図１０も参照）。ノズル部７１０，７２０，７３０は、これらノズル部７１０，７２０，７３０から噴出される加圧空気によって、筒状ハウジング部４１の内側に配置される切削工具５が回転軸４１ａを中心として矢印４２方向（図４における時計周り方向）に回転力を受けるように配置するのが好ましい。具体的に、給気口７１１，７２１，７３１を筒状ハウジング部４１の円筒内面に周方向に沿って並ぶよう配置し、更に、図４に示すように、ノズル部７１０，７２０，７３０の中心軸と、筒状ハウジング部４１の円筒内面上の点であって該中心軸に交差する点を通る接線との交角（ノズル接線角：α）を、約１０〜５０°に設定することが好ましい。
【００２５】
また、各ノズル部７１０，７２０，７３０は、それぞれテーパ部を介して給気路７１〜７３に連接されているが、該給気路７１〜７３のテーパ部を介した連接部分の横断面積の合計が、各ノズル部７１０，７２０，７３０が前記筒状ハウジング部４１の内壁面に開口される部分の横断面積の合計よりも大きくなるように形成されている。各テーパ部の角度（テーパ角）は、約１５〜４５°とするのが好ましい。更に、各ノズル部７１０，７２０，７３０から噴出される空気の流速が前記接続部７０より供給される空気の流速よりも大きくなるように、ノズル部７１０，７２０，７３０の横断面積を合計した有効断面積は、給気パイプ７の有効断面積よりも小さくするのが好ましい。
【００２６】
給気口７１１，７２１，７３１の形は、通常、図１０に示すように、楕円形であるが、これに限らず方形（不図示）であってもよい。また、上述のように、前記接続部７０は軸部４０の軸心４０ａに平行に形成されており、この接続部７０に対して接続部材を介して加圧空気の給気パイプ７が接続される。そのため、例えば接続部７０が軸部４０の軸心４０ａに対して斜めに形成されている場合に比べて、軸部後端面４０ｃに隣接する空間を有効に利用できる。排気路８１，８２は、図２に示すように、給気路７１〜７３の下方に形成されており、軸部後端面４０ｃから筒状ハウジング部４１の内壁面に貫通する孔からなる。排気路８１，８２の先端部は、筒状ハウジング部４１の内壁面に開口して排気口８１１，８２１とされ（図１０参照）、また基端部は前記軸部後端面４０ｃに開口し、グリップ部２の内筒部を排気通路として、図１に示す前記接続部２ａ及び供給チューブ３を介して不図示の排気手段に通じている。更に、前記軸部４０には、前記切削工具５の先端部を照明する為の導光体９が配設され、また、切削工具５の先側に向け注水する為のチップエア管路１０が設けられている。尚、チップエア管路１０に通じる給水管路及び給気管路の図示は省略する。
【００２７】
図２及び図３に示すように、ヘッド部４の筒状ハウジング部４１は、前記給気路７１〜７３から噴出される加圧空気を切削工具５の回転力に変換する駆動部６の外側形状に対応した形と大きさの円筒状内空部４１０を有する。この内空部４１０は、その上部と下部の開口部４１１、４１２において開放されている（図１０も参照）。そして、前記駆動部６が上部開口部４１１から内空部４１０に挿入され、内空部４１０に挿入された駆動部６に設けた後記する工具支持部５０に対して下部の開口部４１２を介して切削工具５が着脱自在に装着できるよう構成されている。また、内空部４１０に配置された駆動部６を、該内空部４１０の所定位置に保持するために、上部の開口部４１１にはリング状サブハウジング４１３が着脱自在に設けられている。該サブハウジング４１３は、その外周部に雄ねじが形成され、開口部４１１の内周部に形成された雌ねじ部に螺合され、ヘッド部４に取付けられるビス４１４によって、その螺合状態がロックされるようになされている（図１も参照）。更に、該サブハウジング４１３の上面には、キャップ支持リング４１５が設置され、該キャップ支持リング４１５によってキャップ１１が、開口部４１１に着脱自在に装着されている。該キャップ支持リング４１５は、キャップ１１の回転軸４１ａに沿った方向での上下動は許容するも、キャップ１１の上方への抜け出しを阻止し得るようキャップ１１の周縁部を係止している。本実施形態では、図２に示すように、キャップ１１の内側と駆動部６との間にスプリング部材（図示では、ウエーブワッシャ）１１１が弾装され、このスプリング部材１１１の付勢力により、キャップ１１が図示する位置に安定して保持される。このスプリング部材１１１は、前記弾装状態では、後記する上部軸受部１２の外側リング１２２と前記キャップ支持リング４１５とに跨るように設置される押さえリング１１２に作用して、駆動部６を所定位置に保持するよう機能する。前記キャップ１１をスプリング部材１１１の弾力に抗して押圧することにより、工具支持部（例えば、チャック）５０での切削工具５の把持を解除して切削工具５の交換を行うことができる。
【００２８】
図２に示すように、切削工具５の駆動部６は、内空部４１０の回転軸４１ａに沿って切削工具５を支持する工具支持部５０を有する。工具支持部５０には、一端部（図２及び図３の下端部）から所定の深さの穴（工具支持穴）５１が形成されている。また、工具支持部５０は、工具支持穴５１に挿入された切削工具５を保持するチャック機構（図示せず）を備えている。このチャック機構は、公知の機構でありキャップ１１の押圧時に保持を解除して切削工具５の交換を可能とし、キャップ１１を離した状態で切削工具５をロックし、キャップ１１を押圧した状態で切削工具５を交換できるようにアンロックする。工具支持部５０は、チャック方式に限らず、ゴム等の弾性部材のフリクション作用によって、切削工具５を着脱可能に保持する方式を備えるものであってもよい。
【００２９】
前記工具支持部５０は、上部と下部にそれぞれ設けた上部軸受部１２と下部軸受部１３とによって、回転軸４１ａを中心に回転自在に支持されている。上部軸受部１２と下部軸受部１３は、基本的に、同一の構成を有し、本実施形態では周知の玉軸受を採用している。しかし、軸受の構造は玉軸受に限るものでなく、他の軸受構造（例えば、滑り軸受や空気軸受等）を採用してもよい。具体的には、上部軸受部（玉軸受）１２は、内側リング１２１と、この内側リング１２１に同心的に配置された外側リング１２２と、これら内側リング１２１と外側リング１２２との間に配置された複数のボール１２３を有する。そして、内側リング１２１は工具支持部５０に外装されて固定されている。他方、外側リング１２２は、前記サブハウジング４１３に対してＯリング１２４を介して圧入状態で固定されている。サブハウジング４１３の内周部には該Ｏリング１２４を収容する周溝４１３ａが形成されている。このＯリング１２４によって、後記するロータ１４に噴出される加圧空気の上方への漏れが防止される。
【００３０】
下部軸受部１３は、上部軸受部１２と同様に玉軸受からなり、該下部軸受部（玉軸受）１３は、上部軸受部１２と同様に、内側リング１３１と、外側リング１３２と、それらの間に配置された複数のボール１３３からなる。そして、内側リング１３１は、工具支持部５０に外装されて固定されている。他方、外側リング１３２は、筒状ハウジング部４１の内空部４１０に対してＯリング１３４を介して圧入状態で固定されている。このＯリング１３４によって、加圧空気の下方への漏れが防止される。筒状ハウジング部４１の内空部４１０は、前記上部軸受部１２、下部軸受部１３及び後記するロータ１４が配置される場所に対応した大きさの形状に形成されており、概略的に内径の大きい上部大径筒部４１６と、内径の小さい下部小径筒部４１７と、両筒部４１６，４１７間に形成される段部４１８とにより構成されている（図１０も参照）。前記下部軸受部１３に設けられるＯリング１３４は、下部小径筒部４１７の内周に形成される周溝４１７ａに収容されている。
【００３１】
次に、ロータ１４の構成について、図５も参照して説明する。前記工具支持部５０における前記上部軸受部１２と下部軸受部１３との間に位置する部分には、前記給気路７１〜７３から噴出される加圧空気を利用して、工具支持部５０、更に該工具支持部５０を介して切削工具５を前記回転軸４１ａ周りに回転させる為の２段式ロータ１４が一体に設けられている。ロータ１４は、図５のロータ部の斜視図に詳細に示すように、リング状のハブ１４０からなり、該リング状ハブ１４０は、中央の貫通孔１４１と、上段の大径リング部１４２と、下段の小径リング部１４３とを同心に備えている。貫通孔１４１の内径は、ロータ１４を支持する工具支持部５０における略中段部分の外径にほぼ等しくされ、この貫通孔１４１に工具支持部５０の当該中段部分を圧入することによって、ロータ１４と工具支持部５０とを一体化している。この一体化としては、焼嵌め、かしめ、或いはキー結合等の手段も採用される。前記大径リング部１４２及び小径リング部１４３は上下２段に一体とされ、上段の大径リング部１４２の外周部には第１のタービンブレード部１５が、下段の小径リング部１４３の外周部には第２のタービンブレード部１６が設けられている。
【００３２】
第１のタービンブレード部１５は、ハブ１４０の上端部に形成された円形の上部天井壁１４４と、この上部天井壁１４４の底部（下面）から前記大径リング部１４２の外周部に沿って下方に伸び且つ半径方向外側に突出した多数（本実施形態では１８個）の突出壁（第１のタービン翼１５１）からなる。第１のタービン翼１５１は、大径リング部１４２の周方向に沿って等間隔に設けられている。また、各第１のタービン翼１５１には、第１のタービン翼１５１の一方の面（ロータ１４の回転方向４２に関して上流側に位置する作用面１５２）と、他方の面（ロータ１４の回転方向４２に関して下流側に位置するガイド面１５３）とを備え、隣接する各第１のタービン翼１５１の間には、該作用面１５２及びガイド面１５３と、上部天井壁１４４の下面と、大径リング部１４２の外周部とによって、第１の空気通路１５４が形成されている。第１の空気通路１５４の高さ位置（前記回転軸４１ａに沿った高さ位置）は、ロータ１４を前記内空部４１０に設けた状態で、前記給気ノズル部７１０，７２０，７３０から噴出された加圧空気が第１の空気通路１５４の上部に吹き込まれるような位置に設定されている。また、各第１の空気通路１５４における前記上部天井壁１４４の下面から大径リング部１４２の外周部にかけての形状は、半径方向内側に向かって湾曲する曲面（曲面形状は図２に最もよく表されている）１５５とされ、ロータ１４の半径方向外側から第１の空気通路１５４に吹き込まれた空気が上記曲面１５５に沿って最小の空気抵抗をもって滑らかに下方に方向変換されるように形成されている。また、各第１のタービン翼１５１の前記回転軸４１ａに向かう方向から見た側面形状は、前記ロータの回転方向４２の上流側から下流側に向かって凹む凹曲形状とされている。
【００３３】
第２のタービンブレード部１６は、前記第１の空気通路１５４の下端・内側の縁部によって外周が縁取りされた下部天井壁１４５と、この下部天井壁１４５の底部から小径リング部１４３の外周部に沿って下方に伸び且つ半径方向外側に突出した多数（本実施形態では１８個）の突出壁（第２のタービン翼１６１）からなる。第２のタービン翼１６１は、周方向に等間隔に設けられている。また、各第２のタービン翼１６１には、第２のタービン翼１６１の一方の面（ロータ１４の回転方向４２に関して上流側に位置する作用面１６２）と、他方の面（ロータ１４の回転方向４２に関して下流側に位置するガイド面１６３）とを備え、隣接する各第２のタービン翼１６１の間には、該作用面１６２及びガイド面１６３と、下部天井壁１４５の下面と、小径リング部１４３の外周部とによって、第３の空気通路１６４が形成されている。特に、各第３の空気通路１６４における前記下部天井壁１４５の下面から小径リング部１４３の外周部にかけての形状は、半径方向内側に向かって湾曲する曲面（曲面形状は図２に最もよく表されている）１６５とされ、ロータ１４の半径方向外側から第３の空気通路１６４に吹き込まれた空気が上記曲面１６５に沿って最小の空気抵抗をもって滑らかに下方に方向変換されるように形成されている。また、第３の空気通路１６４の高さ位置（前記回転軸４１ａに沿った高さ位置）は、ロータ１４を前記内空部４１０に設けた状態で、第３の空気通路１６４の底部が前記排気路８１，８２とほぼ同一の位置になるように設定されている。そして、各第２のタービン翼１６１の前記回転軸４１ａに向かう方向から見た側面形状は、前記第１のタービン翼１５１とは反対の方向に凹む凹曲形状とされている。第２のタービン翼１６１の下片は、前記回転方向４２側に向くよう屈曲され、前記回転軸４１ａに平行な方向に対する屈曲角度βは、０°より大きく７０°以下に設定されている。
【００３４】
図２に示すように、前記第１のタービンブレード部１５からの空気を第２のタービンブレード部１６に導く為の空気の導入部１７が、前記ヘッド部４における前記内空部４１０の内周、詳しくは前記段部４１８に設けられている。この導入部１７について、図６〜図１０も参照して説明する。前記給気路７１〜７３から内空部４１０に噴出された加圧空気は、第１の空気通路１５４にその半径方向外側から内側に向かって導かれ、また、第１の空気通路１５４の下端部から排出された加圧空気は第３の空気通路１６４にその半径方向外側から内側に向かって導かれる。前記導入部１７は、第１の空気通路１５４の下端部から第３の空気通路１６４へ空気を導く為の複数（図例では７個）の第２の空気通路１７０からなり、該複数の第２の空気通路１７０は、前記回転軸４１ａを中心とする円周方向に沿って並設され、その形成されている領域１７１は、当該円周方向に関し、前記排気口８１１，８２１に近い側を除く全周にわたっている（図６参照）。また、該複数の第２の空気通路１７０が形成されている領域１７１は、前記給気路７１〜７３の給気口７１１，７２１，７３１が形成されている領域７４を含まず、且つ給気口７１１，７２１，７３１が形成されている領域７４より大きく形成されている（図４及び図６参照）。
【００３５】
前記複数の第２の空気通路１７０は、前記内空部４１０における段部４１８から小径筒部４１７の内周にわたるよう形成されている。前記駆動部６を内空部４１０に収容した際、ロータ１４の第１のタービンブレード部１５が、大径筒部４１６の内周部に若干の隙間をもって嵌まり込み、また、第２のタービンブレード部１６が、小径筒部４１７の内周部に若干の隙間をもって嵌まり込むように形成されている。そして、前記給気口７１１，７２１，７３１は大径筒部４１６の内面に開口して前記第１の空気通路１５４に対向するよう位置付けられ、排気口８１１，８２１は小径筒部４１７の内面に開口して前記第３の空気通路１６４の下端部位に位置付けられている。更に、前記段部４１８の前記排気路８１，８２に対応する部位には、該排気路８１，８２に通じる補助排気口８３が長孔状に開口しており、第１の空気通路１５４に導入された空気の一部が、第２及び第３の空気通路１７０，１６４に向かわず直接排気路８１，８２から排気されるように構成されている。
【００３６】
前記第２の空気通路１７０は、前記ヘッド部４に形成された内空部４１０の内周に設けられ、前記回転軸４１ａに平行な複数の壁部１８１と、該壁部１８１間に形成され前記回転軸４１ａに平行な面を横切る底壁部１８２とより形成される複数の凹状空所１８からなる。前記凹状空所１８は、前記底壁部１８２の表面を構成する第１の面１８ａと、該第１の面１８ａにおける前記回転軸４１ａに対する遠心側部より連続して立ち上がる曲面からなる第２の面１８ｂと、前記底壁部１８２の両側に位置する前記壁部１８１の底壁部側内面を構成する第３及び第４の面１８ｃ，１８ｄとより形成されている。そして、前記第３および第４の面１８ｃ，１８ｄのうち、前記ロータ１４の回転方向４２の上流側に位置する第３の面１８ｃには、前記凹状空所１８の上向き開口側部分が切欠かれて、前記底壁部１８２に向かって傾斜する第５の面１８ｅが形成されている。このように、第５の面１８ｅが形成されていることにより、第１の空気通路１５４から第２の空気通路１７０への空気の流入性が向上し、これによりロータ１４の回転速度の抑制や、サックバック防止が効果的になされる。更に、前記底壁部１８２、即ち、第１の面１８ａは、前記回転軸４１ａの軸心から放射方向に向けられ、且つこの放射方向に対し、前記ロータ１４の回転方向４２の下流側に向かって遠心するよう斜めに向けられている。このように第１の面１８ａをロータ１４の回転方向４２の下流側に向かって遠心するよう斜めに形成することにより、流入した空気を凹状空所１８に一時的に滞留し易くして、前記サックバック防止機能をより顕著にすることができる。図８に示すように、第１の面１８ａの中心線と、この中心線が前記小径筒部４１７内周に交差する部分における接線とのなす角度（接線角）γは、４５°〜６０°に設定されている。また、前記第１および第２の面１８ａ，１８ｂと前記第３および第４の面１８ｃ，１８ｄとの接続部が曲面によって連続的に形成されており、これによって第２の空気通路１７０での空気の流通が圧損少なく円滑になされる。この接続部の曲面の曲率半径は、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３７】
以上のように構成されたハンドピース１を用いて歯牙の切削を行なう場合、図１に示すように、目的の作業に適した切削工具５が選択されて、工具支持部５０にその下方から装着される。次に、図示しない加圧空気供給源から供給された加圧空気が供給用チューブ３を通じて各給気路７１〜７３に送り込まれる。次に、加圧空気は、各給気路７１〜７３から、ノズル部７１０，７２０，７３０に供給される。ノズル部７１０，７２０，７３０を通過する加圧空気は加速され、ロータ１４の回転軸４１ａと直交する方向に（ロータ１４の回転方向４２に関して下流側に）向け、給気口７１１，７２１，７３１より噴出される。そして、前記第１の空気通路１５４に加圧空気が吹き込まれることにより、図５に示す第１のタービンブレード部１５における第１のタービン翼１５１の前記作用面１５２に加圧空気のエネルギーが作用し、ロータ１４は回転軸４１ａの軸心周りに矢印４２方向に回転する。この回転に伴い、給気口７１１，７２１，７３１の対向部を通過する第１の空気通路１５４には順次加圧空気が吹き込まれ、ロータ１４の前記回転が継続される。第１のタービン翼１５１の前記側面形状が回転方向４２に凹む凹曲形状とされているから、第１の空気通路１５４に吹き込まれた加圧空気のエネルギーは、その作用面１５２に作用してロータ１４の回転動力として効果的に消費される。従って、この段階でロータ１４は高回転速度で大きな回転トルクを保有した状態で回転することになる。
【００３８】
そして、第１の空気通路１５４に供給された加圧空気は、各第１のタービン翼１５１の間の第１の空気通路１５４を下方に流れる。そして、ロータ１４の回転と共に第１の空気通路１５４がヘッド部４の筒状ハウジング部４１に形成されている第２の空気通路１７０の対向位置に移動すると、空気は、第１の空気通路１５４の底部開口部から第２の空気通路１７０に流入する。このとき、第５の面１８ｅが、凹状空所１８の上流側にあって第１の面１８ａ（底壁部１８２）に向かって傾斜するよう形成されているから、第２の空気通路１７０への空気の流入が円滑になされる。第２の空気通路１７０に入った空気は、この第２の空気通路１７０を形成している凹状空所１８の第１〜第５の面１８ａ〜１８ｅに沿って、ロータ１４の半径方向内側に向けて、ロータ１４の第３の空気通路１６４に送り込まれる。凹状空所１８は、その第１の面１８ａが図８に示すように遠心方向に角度γで傾いた状態で形成されているから、凹状空所１８に流入する空気が一時的に滞留し易く、その内圧を高めた状態で第３の空気通路１６４に送り込まれる。第３の空気通路１６４に流入した加圧空気は、この第３の空気通路１６４を形成している各第２のタービン翼１６１の間とそれらの間に挟まれた内側の曲面１６５に案内されて下方に移動し、排気口８１１，８２１を介し排気路８１，８２に送り出される。排気路８１，８２に送り出された空気は、グリップ部２の内筒部を経て、ハンドピース１に接続された作用媒体供給チューブ３を通じて外部に放出される。
【００３９】
第３の空気通路１６４に流入した加圧空気は、第２のタービンブレード部１６を構成する第２のタービン翼１６１の前記作用面１６２に作用して、ロータ１４の前記回転を更に推進する。しかし、第２のタービン翼１６１の側面形状は第１のタービン翼１５１とは逆方向に凹む凹曲形状とされているから、第２のタービン翼１６１の作用面１６２は作用する空気流に対向する凸曲面となり、第３の空気通路１６４に流入した空気はこの凸曲面に沿って流れるように作用する。従って、第２のタービンブレード部１６に導入された空気による回転推進力は左程大きくなく、ここでのロータ１４の回転速度が高められる度合いは小さく、全体としてのロータ１４の回転速度を抑えることができる。しかし、第１のタービンブレード部１５に対する加圧空気の作用によって、ロータ１４は回転トルクを充分に保有しているから、歯牙の切削用として求められる切削能力を維持することができる。しかも、ロータ１４の回転速度が抑制されることにより、切削工具５の耐用回転速度以下とすることが可能となり、切削工具５の折損や、工具保持部５０からの飛び出し等の懸念もなくし、更に、切削時の騒音或いは発熱が小さくなり、患者に不快感を与えることもなくなる。加圧空気の噴出を停止させると、ロータ１４の回転が停止するが、ロータ１４の回転中は、前記凹状空所１８に常時空気が充満され、この部分の内圧が高い状態とされるから、加圧空気の噴出を停止させても、サックバックがおこらず、歯牙の切削部位から切削屑や治療液等がヘッド部４の機構部内に吸引されることがない。
【００４０】
このように、ロータの回転トルクをほぼ維持し、回転速度を低下させることによる歯科用エアタービンハンドピースにおける機能特性について図１１を参照して説明する。図１１は、ロータを回転させながら切削工具を歯牙に作用させる場合におけるロータの回転速度と、その時に歯牙に負荷されるトルクとの関係を示すグラフである。このグラフから解るように、無負荷の状態から切削工具を歯牙に作用させ、その作用力を強めてゆくに従いロータの回転速度は低下するが、歯牙が受ける負荷、即ちトルクは大きくなる。回転速度がゼロになるとトルクは最大となり、この時のトルクをロックトルクと言い、臨床現場では重要視されるトルクである。このロックトルクが高い程、強い力で歯牙を切削することができ、一般的にエアタービンハンドピースのトルクが高いと言われる。
【００４１】
図１１におけるグラフａは、従来のエアタービンハンドピースの例を示しており、この場合においてロックトルクをレベルＡにしようとすると、ロータの無負荷時の回転速度（回転数、以下同様）６０万ｒｐｍ程度にする必要がある。これでは、切削工具の臨界回転速度４５ｒｐｍをはるかに超える為に前記の懸念が生じる。そこで、グラフｂに示すように、ロータに噴出させる加圧空気の圧力を下げて、回転速度４０万ｒｐｍ程度に下げると、ロックトルクもレベルＢ程度に下がり、歯牙の切削能力が落ち、エアタービンハンドピースとしての実用性が低下する。グラフｃは、前記特許文献２で提案したように、ロータ等の構造を工夫することによってロックトルクを下げずにロータの回転速度を下げるようにしたものであり、歯牙の切削能力の低下を来たすことがない。しかし、ロータの回転速度を切削工具の臨界回転速度以下とすることができず、切削工具の不具合が生じる懸念は払拭できなかった。グラフｄは、前記構成を備えるエアタービンハンドピース１の場合における同様の関係を示すものであり、ロックトルクをレベルＡに維持したまま、ロータの回転速度を４０万ｒｐｍに下げることができたことを示している。図１１において、グラフａ，ｃとグラフｄとを比較すると、例えば、ロータの回転速度が２０万ｒｐｍの時、グラフａ，ｃの場合よりグラフｄの場合の方がトルク値は低い。しかし、ロックトルクはレベルＡで同じであるから、実質的な切削能力は変らず、術者の切削感も変化がない。
【００４２】
このように、ロータ１４を構成する第１及び第２のタービン翼１５１，１６１と、第２の空気通路１７０とのそれぞれの特有の構成が相乗して、トルクを維持したままロータ１４の回転速度の低減を実現することができる。これによって、ロータ１４を小径のものとすることができ、ヘッド部４の小型化が可能となり、歯科用エアタービンハンドピース１の種々の適性が飛躍的に向上する。しかも、ヘッド部４の内空部４１０に直接第２の空気通路１７０を形成しているから、内空部４１０のスペースが有効に活用され、小型化に一層寄与する。
【００４３】
図１２は、ヘッド部４の他の実施形態を示す平面図であり、図６に対応する概略図として示している。この実施形態は、複数（図示では６個）の第２の空気通路１７０の形成されている領域が、複数の領域からなり、前記各領域に含まれるそれぞれの第１の面は、前記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有している。即ち、この角度は、図８に示す角度（接線角）γに対応し、図１２では、６個の第２の空気通路１７０が、前記回転方向４２の上流側から下流側に向け２個ずつ（１７０−１，１７０−２，１７０−３）の対とされ、各対が前記領域を構成し、それぞれの領域における前記角度γが、γ−１，γ−２，γ−３のようにロータ１４の回転方向４２の下流側に向け小さくなるよう設定されている。このように、角度γをロータ１４の回転方向４２の下流側に向け小さくなるよう設定することにより、ロータ１４の回転方向上流側では、第２の空気通路１７０での空気の一時的滞留を図り、下流側では第３の空気通路１６４への速やかな流入を図ることができる。これにより、ロータ１４の回転速度の抑制と前記サックバック防止機能とのバランスを適宜調整することができる。
図１２では、６個の第２の空気通路１７０を２個ずつに分け、これを複数の領域とし、これら各領域の前記接線角γを下流側に向け順次異ならせるようにしているが、領域の構成態様はこれに限られるものではない。例えば、各領域を１個の第２の空気通路１７０で構成することも可能であり、また、各領域毎に含まれる第２の空気通路１７０の数を異ならせることも可能である。
図１２に示す各第２の空気通路１７０−１，１７０−２，１７０−３は、符号の添付は省略するが、いずれも前記と同様の第１〜第５の面１８ａ〜１８ｅを有する凹状空所１８からなる。また、その他の構成も図６と同様であるので、それぞれの符号の添付及びその説明を省略する。
【００４４】
尚、前記の実施形態では、歯科用のエアタ−ビンハドピースを例に採って説明したが、術者によって使用されるその他の空気駆動回転切削器にも本発明を適用することができる。また、第１及び第２のタービンブレード部１５，１６を構成する第１及び第２のタービン翼１５１，１６１の数、更には導入部１７を構成する第２の空気通路１７０の数は、例示のものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１ ハンドピース（空気駆動回転切削器）
２ グリップ部
４ ヘッド部
４１０ 内空部
４１ａ 回転軸
７１〜７３ 給気路
７１１，７２１，７３１ 給気口
８１，８２ 排気路
８１１，８２１ 排気口
１２ 上部軸受部（軸受）
１３ 下部軸受部（軸受）
１４ ロータ
１４０ ハブ
１４２ 大径リング部
１４３ 小径リング部
１５ 第１のタービンブレード部
１５１ 第１のタービン翼
１５４ 第１の空気通路
１６ 第２のタービンブレード部
１６１ 第２のタービン翼
１６４ 第３の空気通路
１７ 導入部
１７０ 第２の空気通路
１８ 凹状空所
１８１ 壁部
１８２ 底壁部
１８ａ 第１の面
１８ｂ 第２の面
１８ｃ 第３の面
１８ｄ 第４の面
１８ｅ 第５の面
γ 接線角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧空気を利用して切削用工具を回転させる医療用、歯科用、或いは他の切削加工用の空気駆動回転切削器に関し、更に具体的には、例えば、歯科用エアタービンハンドピースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人に係る特許文献１〜４には、医療用、歯科用、或いは他の切削加工用として用いられる空気駆動回転切削器が開示されている。これら特許文献に開示された空気駆動回転切削器は、いずれも加圧空気のエネルギーを有効に回転力に変換する手段として、２段式ロータを備えている。この２段式ロータは、リング状のハブと、該ハブの外周面に形成された第１のタービンブレード部及び第２のタービンブレード部とよりなる。そして、第１のタービンブレード部及び第２のタービンブレード部は、ハブの中心から放射状に伸びる複数の第１のタービン翼及び第２のタービン翼をそれぞれ備えている。
【０００３】
特許文献１〜４に開示された空気駆動回転切削器は、いずれも術者により把持されるグリップ部と、該グリップ部の先端部に設けられたヘッド部とを備えて、ハンドピース形状に構成されている。前記ヘッド部には内空部が形成され、この内空部には、内空部の内面形状に対応した外形を有する筒状の内側ハウジングが収容され、この内側ハウジングの内部に、前記ロータ及び該ロータを軸回転可能に支持する軸受機構部が収容されている。ロータは、その軸心部に沿って各種切削工具を着脱自在に装着し得るよう構成されている。また、ヘッド部と内側ハウジングとには、ロータの第の１のタービンブレード部に加圧空気を噴出する為の給気路と、第２のタービンブレード部から送り出された空気を排気する為の排気路とが形成されている。そして、内側ハウジングには、第１のタービンブレード部から送り出された加圧空気を第２のタービンブレード部に案内する中継通路（導入部）が形成されている。従って、給気路から噴出された加圧空気は、まず第１のタービンブレード部の第１のタービン翼に当たり、その作用によってロータを回転軸周りに回転させる。次に、加圧空気は、中継通路から第２のタービンブレード部に送られ、第２のタービン翼に当たり、前記ロータの回転軸周りの回転を更に推進させるよう作用する。その後、加圧空気は排気路を通じて外部に排出される。
【０００４】
このように、２段式ロータを採用したハンドピースにおいては、加圧空気のエネルギーが、２つのタービンブレード部で有効に活用されることから、従来のハンドピースに比べて、より高速回転下での高トルク特性をもって切削工具を回転できるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２０８３４５号公報
【特許文献２】特許第３６７２７８１号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／１０１１３３Ａ１号公報
【特許文献４】特許第４１６０３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、歯科用のハンドピースは、患者の口腔内にハンドピースのヘッド部を挿入して歯牙の切削診療等を行うものであり、患者の不快感を緩和する為、或いは術者の視界をできるだけ遮らずハンドリング性を良くする為に、小型であることが望まれる。ヘッド部を小型化するには、前記ロータの径を小さくすることが考えられるが、ロータの径を小さくした上で所定のトルクを得ようとすると、ロータの回転を高める必要がある。しかし、ロータに装着される切削工具の耐用回転速度には制限があり（通常の歯科用切削工具の場合回転数が４５万ｒｐｍ以下）、また、切削工具の回転速度を高くし過ぎると切削工具の折損や、工具保持部からの飛び出し等の事態に至る懸念や、切削時の騒音或いは発熱が大きくなる等の問題も惹起される。従って、ロータの回転速度を高めることなくヘッド部を小型化することには難しさがあった。
【０００７】
特許文献２では、２段式ロータを採用するハンドピースであって、第１のタービンブレード部からの空気を第２のタービンブレード部に導く為の第２の空気通路を単一の部材で形成し、更に、第２の空気通路が形成されている領域を給気路が形成されている領域よりも大きくすることにより、加圧空気の漏れをなくし、高トルクを維持しながらロータの回転速度を僅かに下げることが可能とされたハンドピースが開示されている。しかし、ここで得られるロータの回転速度は、前記のような問題点を払拭するには充分ではなく、トルクを維持したまま、より効果的なロータの回転速度の低減が求められていた。また、本特許文献に示されたハンドピースの場合、ヘッド部内において、空気ガイドリングを介してロータ等を収容支持するよう構成されており、この空気ガイドリングの存在が、ヘッド部を更に小型することを難しくさせる要因の一つともなっていた。
【０００８】
本発明は、前記に鑑みなされたものであり、ロータの回転トルクを維持しながら、ロータの回転速度を低減させ、加えて、ヘッド部の一層の小型化をも図ることができる空気駆動回転切削器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】
第１の発明に係る空気駆動回転切削器は、術者により把持されるグリップ部と、前記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部と、前記ヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸周りに回転可能に支持されたロータとを有し、前記ロータは、前記回転軸の周りに沿って複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく前記回転軸の周りに沿って複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを一体に有しており、前記ヘッド部の内空部には、前記グリップ部に設けた給気路から前記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、前記第１のタービンブレード部からの空気を前記第２のタービンブレード部に導く導入部と、前記第２のタービンブレード部からの空気を前記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口とが設けられており、前記給気口から噴出した空気は、前記ロータの回転軸に実質垂直な方向から前記第１のタービンブレード部に作用して前記ロータを前記回転軸の軸心回りに回転させ、前記各第１のタービン翼間に形成した第１の空気通路を経て、前記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に沿って排出され、更に前記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導かれ、該第２のタービンブレードに導かれた空気は、前記回転軸と実質垂直な方向に前記第２のタービンブレード部に作用して前記ロータの回転を推進し、前記各第２のタービン翼間に形成した第３の空気通路を経て、前記排気口から排出されるようにした空気駆動回転切削器であって、前記第１のタービン翼の前記回転軸に向かう方向から見た側面形状は、前記ロータの回転方向上流側から下流側に向かって凹む凹曲形状とされ、前記第２のタービン翼の同側面形状は、該第１のタービン翼とは反対の方向に凹む凹曲形状とされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記第２の空気通路が、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなり、前記凹状空所は、前記底壁部の表面を構成する第１の面と、該第１の面における前記回転軸に対する遠心側部より連続して立ち上がる曲面からなる第２の面と、前記底壁部の両側に位置する前記壁部の底壁部側内面を構成する第３及び第４の面とより形成されていることが望ましい。
この場合、前記底壁部は、前記回転軸の軸心から放射方向に向けられ、或いは、前記回転軸の軸心からの放射方向に対し、前記ロータの回転方向下流側に向かって遠心するよう斜めに向けられていても良い。また、前記第１および第２の面と前記第３および第４の面との接続部が曲面によって連続的に形成されていることが望ましい。更に、前記第３および第４の面のうち、前記ロータの回転方向上流側に位置する第３の面には、前記凹状空所の開口側部分が切欠かれて、前記底壁部に向かって傾斜する第５の面が形成されていることが望ましい。
【００１１】
第２の発明に係る空気駆動回転切削器は、術者により把持されるグリップ部と、前記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部と、前記ヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸周りに回転可能に支持されたロータとを有し、前記ロータは、前記回転軸の周りに沿って複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく前記回転軸の周りに沿って複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを一体に有しており、前記ヘッド部の内空部には、前記グリップ部に設けた給気路から前記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、前記第１のタービンブレード部からの空気を前記第２のタービンブレード部に導く導入部と、前記第２のタービンブレード部からの空気を前記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口とが設けられており、前記給気口から噴出した空気は、前記ロータの回転軸に実質垂直な方向から前記第１のタービンブレード部に作用して前記ロータを前記回転軸の軸心回りに回転させ、前記各第１のタービン翼間に形成した第１の空気通路を経て、前記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に沿って排出され、更に前記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導かれ、該第２のタービンブレードに導かれた空気は、前記回転軸と実質垂直な方向に前記第２のタービンブレード部に作用して前記ロータの回転を推進し、前記各第２のタービン翼間に形成した第３の空気通路を経て、前記排気口から排出されるようにした空気駆動回転切削器であって、前記第２の空気通路は、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなり、前記凹状空所は、前記底壁部の表面を構成する第１の面と、該第１の面における前記回転軸に対する遠心側部より連続して立ち上がる曲面からなる第２の面と、前記底壁部の両側に位置する前記壁部の底壁部側内面を構成する第３及び第４の面とより形成され、前記第３および第４の面のうち、前記ロータの回転方向上流側に位置する第３の面には、前記凹状空所の開口側部分が切欠かれて、前記底壁部に向かって傾斜する第５の面が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
前記いずれかの発明において、前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記第２の空気通路の形成されている領域を、前記給気口が形成されている領域よりも大きくしても良い。この場合、前記第２の空気通路の形成されている領域は、前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記排気口に近い側を除く全周にわたっていることが望ましい。
【００１３】
また、前記第２の空気通路の形成されている領域が、複数の領域からなり、前記各領域に含まれるそれぞれの第１の面は、前記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有するようにしても良い。この場合、前記第１の面の前記回転軸側端部から前記第１の面を前記回転軸側に延長した線と、前記第１の面の前記回転軸側端部を通り且つ前記回転軸側端部から前記ロータの回転方向に伸ばした接線との間に形成される接線角に関して、前記各領域に含まれる前記第１の面の接線角は、前記ロータの回転方向下流側に向け小さくなるよう設定されていることが望ましい。
【００１４】
前記いずれかの発明において、前記ロータが、大径リング部と、該大径リング部と同心の小径リング部とを含むリング状ハブを有し、前記第１のタービンブレード部は、前記大径リング部の外周部に形成され、前記第２のタービンブレード部は、前記小径リング部の外周部に形成されているものとすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明に係る空気駆動回転切削器によれば、術者はグリップ部を把持することにより、前記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部を切削対象部位に向けて切削作業を行うことができる。前記ヘッド部に形成された内空部には、軸受を介してロータが回転軸周りに回転可能に支持されており、該ロータは、２段式ロータからなり、給気口から噴出される空気が、２段式ロータを構成する第１のタービンブレード部および第２のタービンブレード部に作用して、そのエネルギーがロータの前記回転に有効に活用される。このとき、給気口から第１のタービンブレード部に噴出される空気は、第１のタービンブレード部に作用して前記ロータを前記回転軸の軸心回りに回転させた後、ヘッド部の内空部に形成された導入部によって導かれて第２のタービンブレード部に至る。第２のタービンブレード部に至った空気は第２のタービンブレード部に作用して前記ロータの回転を更に推進し、その後、前記排気口から排出される。第１のタービンブレード部および第２のタービンブレード部に導入される空気は、実質上それぞれに形成された第１のタービン翼および第２のタービン翼に作用する。この場合、第１のタービン翼の前記回転軸に向かう方向から見た側面形状は、前記ロータの回転方向上流側から下流側に向かって凹む凹曲形状とされているから、給気口から噴出される空気が保有するエネルギーは、該第１のタービン翼を介してロータ前記回転軸の軸心回りに回転させる動力として効果的に使用される。そして、前記導入部から第２のタービンブレード部に至った空気は、第２のタービン翼に作用して、ロータの回転を更に推進するが、該第２のタービン翼の前記側面形状は、第１のタービン翼とは反対の方向に凹む凹曲形状とされているから、実質的に第２のタービン翼の凸曲面部に沿って流れるように作用する。従って、第２のタービンブレード部に導入された空気による回転推進力は左程大きくなく、ここでのロータの回転速度が高められる度合いは小さく、ロータの回転速度を抑えることができる。しかし、給気口から噴出される空気が保有するエネルギーは、第１のタービンブレード部で効果的に使用されるから、ロータが保有する回転トルクは充分に確保される。
【００１６】
前記第２の空気通路が、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなるものとすれば、前記特許文献２に示されるような空気ガイドリングを構成する部品が不要となり、ヘッド部の小型化を図ることができる。そして、この凹状空所が、第１〜第４の面により形成されているものとすれば、ヘッド部の内空部内周に切削加工するだけで所望の形状に容易且つ的確に加工することができる。前記底壁部を、前記回転軸の軸心から放射方向に向けられるように形成すれば、その加工はより容易となる。また、当該底壁部を、前記回転軸の軸心からの放射方向に対し、前記ロータの回転方向下流側に向かって遠心するよう斜めに向けられように形成すれば、第１のタービンブレード部の第１の空気通路から第２の空気通路への空気の流入が円滑になされ、ここでの圧損を少なくすることができる。更に、前記第１および第２の面と前記第３および第４の面との接続部が曲面によって連続的に形成されている場合、第２の空気通路での空気の流通が圧損少なく円滑になされる。加えて、前記ロータの回転方向上流側に位置する第３の面には、前記凹状空所の開口側部分が切欠かれて、前記底壁部に向かって傾斜する第５の面が形成されている場合、第１の空気通路から第２の空気通路への空気の流入がより円滑化され、この円滑性と前記第２のタービン翼の形状による特性とが相乗して、ロータの回転トルクを維持した回転速度の抑制効果がより顕著となる。
【００１７】
第２の発明に係る空気駆動回転切削器によれば、前記と同様に、供給空気のエネルギーがロータの前記回転に有効に活用されるという２段式ロータ特有の効果に加え、ヘッド部の小型化が図られ、且つ、前記第５の面を有した第２の空気通路の特有の構造により、所要の回転トルクを維持しながら低減された回転速度のロータを得ることができる。そして、第１及び第２の発明に共通して、第２の空気通路が、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなるから、第１のタービンブレード部に導入された空気は、ロータの回転に伴い、当該凹状空所内に圧縮されるように導入されながら、第２のタービンブレード部に導かれ、これによってヘッド部内が常に正圧状態とされる。従って、前記特許文献３或いは４に開示されたように、空気の供給を遮断してロータの回転を停止させたときのサックバック防止機能も得られる。
【００１８】
第１及び第２の発明において、前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記第２の空気通路の形成されている領域を、前記給気口が形成されている領域よりも大きくした場合、給気口から噴出される空気の、第１の空気通路を経た第２の空気通路への流入が確実になされる。この場合、前記第２の空気通路の形成されている領域が、前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記排気口に近い側を除く全周にわたっているものとすれば、第２の空気通路に流入した空気が直ぐに排気口に向かわず第２の空気通路に一時的に滞留することになるから、前記バックサック防止効果がより向上し、更に、第１のタービンブレード部から導かれた空気を、第２の空気通路から第２のタービンブレードへと円滑に導入することができるので、ロータの回転トルクを維持したまま、回転速度を抑制することができる。
【００１９】
また、第１及び第２の発明において、前記第２の空気通路の形成されている領域が、複数の領域からなり、前記各領域に含まれるそれぞれの第１の面は、前記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有するようにした場合、各領域での第２の空気通路に流入した空気の作用が異なる。従って、各領域毎の角度を適宜設定することにより、第３の空気通路への空気の導入機能と、第２の空気通路での空気の一時的滞留機能とを調和させて、ロータの回転速度低減及びサックバック防止機能の両方を効率よく行うことができる。特に、前記第１の面の前記回転軸側端部から前記第１の面を前記回転軸側に延長した線と、前記第１の面の前記回転軸側端部を通り且つ前記回転軸側端部から前記ロータの回転方向に伸ばした接線との間に形成される接線角に関して、前記各領域に含まれる前記第１の面の接線角が、前記ロータの回転方向下流側に向け小さくなるよう設定すれば、ロータの回転方向上流側では、第２の空気通路での空気の一時的滞留を図り、下流側では第３の空気通路への速やかな流入を図ることができる。
【００２０】
更に、第１及び第２の発明において、前記ロータが、大径リング部と、該大径リング部と同心の小径リング部とを含むリング状ハブを有し、前記第１のタービンブレード部は、前記大径リング部の外周部に形成され、前記第２のタービンブレード部は、前記小径リング部の外周部に形成されているものとすれば、２段式ロータを容易に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る空気駆動回転切削器の一実施形態としての歯科用エアタービンハンドピースの側面図である。
【図２】同歯科用エアタービンハンドピースの要部の縦断面図である。
【図３】同歯科用エアタービンハンドピースの要部の部分破断、部分縦断及び部分斜視図である。
【図４】図２におけるＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】同歯科用エアタービンハンドピースに組み込まれるロータの一例を示す斜視図である。
【図６】同歯科用エアタービンハンドピースのヘッド部の平面図である。
【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。
【図８】図６におけるＶＩＩＩ線部の拡大図である。
【図９】図７におけるＩＸ線部の拡大図である。
【図１０】図６におけるＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図１１】同歯科用エアタービンハンドピースにおけるロータの回転速度と回転トルクとの関係を比較例と共に示すグラフである。
【図１２】ヘッド部の他の実施形態を示す概略的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の空気駆動回転切削器の実施の形態について図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る空気駆動回転切削器の一実施形態としての歯科用エアタービンハンドピースの全体構成を示す側面図である。図１において、ハンドピース１は、術者が治療する際に手に持つ部分であるグリップ部２を有し、このグリップ部２の基端部には、従来のハンドピースと同様に空気や水などの作用媒体の供給チューブ３と接続する為の接続部２ａが設けられ、グリップ部２の先端部にはネック部２ｂを介してヘッド部４が連結されている。このヘッド部４には切削工具５が着脱自在に装着可能とされている。図２〜図４は、図１のヘッド部４及びその近傍部を拡大した図である。これらの図面に示すように、ヘッド部４は、グリップ部２の先端に連結される軸部４０と、前記切削工具５及び該切削工具５を駆動する駆動部６を収容する筒状ハウジング部４１とを一体的に備えており、軸部４０の軸心４０ａに対して、筒状ハウジング部４１の中心軸（後述する切削工具の回転中心軸に相当するもので以後回転軸と言う）４１ａが図２のように垂直又はほぼ垂直に方向付けられている。
【００２３】
図２〜図４に示すように、ヘッド部４の軸部４０は、筒状グリップ部２の先端に挿入固定できる大きさと形に加工された断面縮小部４０ｂを有する。また、軸部４０には、グリップ部２側の後端面４０ｃ（図３及び図４に示す図面上右側の端面）と筒状ハウジング部４１の内壁面とを流体的に連通する複数の貫通孔が形成されている。これら複数の貫通孔には、切削工具駆動部６に加圧空気を供給するための給気路７１〜７３と、切削工具駆動部６からの加圧空気を排気するための排気路８１，８２が含まれる。
【００２４】
給気路７１〜７３は、図１に示す作用媒体供給チューブ３との接続部２ａからグリップ部２の内部に該グリップ部２の長手軸方向に沿って配設された給気パイプ７に接続されている。各給気路７１〜７３は、図４に示すように軸部４０をそのグリップ部２側の後端面４０ｃ及び断面縮小部４０ｂの外周面から筒状ハウジング部４１の内壁面に向け所定の長さの穴を加工して形成されている。給気路７１は、前記軸部４０に穴加工された給気パイプ７の接続部７０に通じ、給気路７２，７３は軸部４０に穴加工された連結路７２ａ，７３ａを介して前記接続部７０に通じている。従って、給気パイプ７から供給される加圧空気は、各給気路７１〜７３を経て筒状ハウジング部４１内に導入される。前記給気路７２，７３の基部側は、断面縮小部４０ｂの外周面に開口しており、その為、該給気路７２，７３の当該開口側の途中には球形シール部材（例えば、鋼球）７２ｂ，７３ｂが圧入されて密閉されている。図例では、連結路７３ａは、給気路７２を横断して給気路７２に通じると共に給気路７３にも通じるよう形成されている。各給気路７１〜７３は、先側に小径のノズル部７１０，７２０，７３０を有し、該ノズル部７１０，７２０，７３０の先端が前記筒状ハウジング部４１の内壁面に開口して給気口７１１，７２１，７３１とされている（図１０も参照）。ノズル部７１０，７２０，７３０は、これらノズル部７１０，７２０，７３０から噴出される加圧空気によって、筒状ハウジング部４１の内側に配置される切削工具５が回転軸４１ａを中心として矢印４２方向（図４における時計周り方向）に回転力を受けるように配置するのが好ましい。具体的に、給気口７１１，７２１，７３１を筒状ハウジング部４１の円筒内面に周方向に沿って並ぶよう配置し、更に、図４に示すように、ノズル部７１０，７２０，７３０の中心軸と、筒状ハウジング部４１の円筒内面上の点であって該中心軸に交差する点を通る接線との交角（ノズル接線角：α）を、約１０〜５０°に設定することが好ましい。
【００２５】
また、各ノズル部７１０，７２０，７３０は、それぞれテーパ部を介して給気路７１〜７３に連接されているが、該給気路７１〜７３のテーパ部を介した連接部分の横断面積の合計が、各ノズル部７１０，７２０，７３０が前記筒状ハウジング部４１の内壁面に開口される部分の横断面積の合計よりも大きくなるように形成されている。各テーパ部の角度（テーパ角）は、約１５〜４５°とするのが好ましい。更に、各ノズル部７１０，７２０，７３０から噴出される空気の流速が前記接続部７０より供給される空気の流速よりも大きくなるように、ノズル部７１０，７２０，７３０の横断面積を合計した有効断面積は、給気パイプ７の有効断面積よりも小さくするのが好ましい。
【００２６】
給気口７１１，７２１，７３１の形は、通常、図１０に示すように、楕円形であるが、これに限らず方形（不図示）であってもよい。また、上述のように、前記接続部７０は軸部４０の軸心４０ａに平行に形成されており、この接続部７０に対して接続部材を介して加圧空気の給気パイプ７が接続される。そのため、例えば接続部７０が軸部４０の軸心４０ａに対して斜めに形成されている場合に比べて、軸部後端面４０ｃに隣接する空間を有効に利用できる。排気路８１，８２は、図２に示すように、給気路７１〜７３の下方に形成されており、軸部後端面４０ｃから筒状ハウジング部４１の内壁面に貫通する孔からなる。排気路８１，８２の先端部は、筒状ハウジング部４１の内壁面に開口して排気口８１１，８２１とされ（図１０参照）、また基端部は前記軸部後端面４０ｃに開口し、グリップ部２の内筒部を排気通路として、図１に示す前記接続部２ａ及び供給チューブ３を介して不図示の排気手段に通じている。更に、前記軸部４０には、前記切削工具５の先端部を照明する為の導光体９が配設され、また、切削工具５の先側に向け注水する為のチップエア管路１０が設けられている。尚、チップエア管路１０に通じる給水管路及び給気管路の図示は省略する。
【００２７】
図２及び図３に示すように、ヘッド部４の筒状ハウジング部４１は、前記給気路７１〜７３から噴出される加圧空気を切削工具５の回転力に変換する駆動部６の外側形状に対応した形と大きさの円筒状内空部４１０を有する。この内空部４１０は、その上部と下部の開口部４１１、４１２において開放されている（図１０も参照）。そして、前記駆動部６が上部開口部４１１から内空部４１０に挿入され、内空部４１０に挿入された駆動部６に設けた後記する工具支持部５０に対して下部の開口部４１２を介して切削工具５が着脱自在に装着できるよう構成されている。また、内空部４１０に配置された駆動部６を、該内空部４１０の所定位置に保持するために、上部の開口部４１１にはリング状サブハウジング４１３が着脱自在に設けられている。該サブハウジング４１３は、その外周部に雄ねじが形成され、開口部４１１の内周部に形成された雌ねじ部に螺合され、ヘッド部４に取付けられるビス４１４によって、その螺合状態がロックされるようになされている（図１も参照）。更に、該サブハウジング４１３の上面には、キャップ支持リング４１５が設置され、該キャップ支持リング４１５によってキャップ１１が、開口部４１１に着脱自在に装着されている。該キャップ支持リング４１５は、キャップ１１の回転軸４１ａに沿った方向での上下動は許容するも、キャップ１１の上方への抜け出しを阻止し得るようキャップ１１の周縁部を係止している。本実施形態では、図２に示すように、キャップ１１の内側と駆動部６との間にスプリング部材（図示では、ウエーブワッシャ）１１１が弾装され、このスプリング部材１１１の付勢力により、キャップ１１が図示する位置に安定して保持される。このスプリング部材１１１は、前記弾装状態では、後記する上部軸受部１２の外側リング１２２と前記キャップ支持リング４１５とに跨るように設置される押さえリング１１２に作用して、駆動部６を所定位置に保持するよう機能する。前記キャップ１１をスプリング部材１１１の弾力に抗して押圧することにより、工具支持部（例えば、チャック）５０での切削工具５の把持を解除して切削工具５の交換を行うことができる。
【００２８】
図２に示すように、切削工具５の駆動部６は、内空部４１０の回転軸４１ａに沿って切削工具５を支持する工具支持部５０を有する。工具支持部５０には、一端部（図２及び図３の下端部）から所定の深さの穴（工具支持穴）５１が形成されている。また、工具支持部５０は、工具支持穴５１に挿入された切削工具５を保持するチャック機構（図示せず）を備えている。このチャック機構は、公知の機構でありキャップ１１の押圧時に保持を解除して切削工具５の交換を可能とし、キャップ１１を離した状態で切削工具５をロックし、キャップ１１を押圧した状態で切削工具５を交換できるようにアンロックする。工具支持部５０は、チャック方式に限らず、ゴム等の弾性部材のフリクション作用によって、切削工具５を着脱可能に保持する方式を備えるものであってもよい。
【００２９】
前記工具支持部５０は、上部と下部にそれぞれ設けた上部軸受部１２と下部軸受部１３とによって、回転軸４１ａを中心に回転自在に支持されている。上部軸受部１２と下部軸受部１３は、基本的に、同一の構成を有し、本実施形態では周知の玉軸受を採用している。しかし、軸受の構造は玉軸受に限るものでなく、他の軸受構造（例えば、滑り軸受や空気軸受等）を採用してもよい。具体的には、上部軸受部（玉軸受）１２は、内側リング１２１と、この内側リング１２１に同心的に配置された外側リング１２２と、これら内側リング１２１と外側リング１２２との間に配置された複数のボール１２３を有する。そして、内側リング１２１は工具支持部５０に外装されて固定されている。他方、外側リング１２２は、前記サブハウジング４１３に対してＯリング１２４を介して圧入状態で固定されている。サブハウジング４１３の内周部には該Ｏリング１２４を収容する周溝４１３ａが形成されている。このＯリング１２４によって、後記するロータ１４に噴出される加圧空気の上方への漏れが防止される。
【００３０】
下部軸受部１３は、上部軸受部１２と同様に玉軸受からなり、該下部軸受部（玉軸受）１３は、上部軸受部１２と同様に、内側リング１３１と、外側リング１３２と、それらの間に配置された複数のボール１３３からなる。そして、内側リング１３１は、工具支持部５０に外装されて固定されている。他方、外側リング１３２は、筒状ハウジング部４１の内空部４１０に対してＯリング１３４を介して圧入状態で固定されている。このＯリング１３４によって、加圧空気の下方への漏れが防止される。筒状ハウジング部４１の内空部４１０は、前記上部軸受部１２、下部軸受部１３及び後記するロータ１４が配置される場所に対応した大きさの形状に形成されており、概略的に内径の大きい上部大径筒部４１６と、内径の小さい下部小径筒部４１７と、両筒部４１６，４１７間に形成される段部４１８とにより構成されている（図１０も参照）。前記下部軸受部１３に設けられるＯリング１３４は、下部小径筒部４１７の内周に形成される周溝４１７ａに収容されている。
【００３１】
次に、ロータ１４の構成について、図５も参照して説明する。前記工具支持部５０における前記上部軸受部１２と下部軸受部１３との間に位置する部分には、前記給気路７１〜７３から噴出される加圧空気を利用して、工具支持部５０、更に該工具支持部５０を介して切削工具５を前記回転軸４１ａ周りに回転させる為の２段式ロータ１４が一体に設けられている。ロータ１４は、図５のロータ部の斜視図に詳細に示すように、リング状のハブ１４０からなり、該リング状ハブ１４０は、中央の貫通孔１４１と、上段の大径リング部１４２と、下段の小径リング部１４３とを同心に備えている。貫通孔１４１の内径は、ロータ１４を支持する工具支持部５０における略中段部分の外径にほぼ等しくされ、この貫通孔１４１に工具支持部５０の当該中段部分を圧入することによって、ロータ１４と工具支持部５０とを一体化している。この一体化としては、焼嵌め、かしめ、或いはキー結合等の手段も採用される。前記大径リング部１４２及び小径リング部１４３は上下２段に一体とされ、上段の大径リング部１４２の外周部には第１のタービンブレード部１５が、下段の小径リング部１４３の外周部には第２のタービンブレード部１６が設けられている。
【００３２】
第１のタービンブレード部１５は、ハブ１４０の上端部に形成された円形の上部天井壁１４４と、この上部天井壁１４４の底部（下面）から前記大径リング部１４２の外周部に沿って下方に伸び且つ半径方向外側に突出した多数（本実施形態では１８個）の突出壁（第１のタービン翼１５１）からなる。第１のタービン翼１５１は、大径リング部１４２の周方向に沿って等間隔に設けられている。また、各第１のタービン翼１５１には、第１のタービン翼１５１の一方の面（ロータ１４の回転方向４２に関して上流側に位置する作用面１５２）と、他方の面（ロータ１４の回転方向４２に関して下流側に位置するガイド面１５３）とを備え、隣接する各第１のタービン翼１５１の間には、該作用面１５２及びガイド面１５３と、上部天井壁１４４の下面と、大径リング部１４２の外周部とによって、第１の空気通路１５４が形成されている。第１の空気通路１５４の高さ位置（前記回転軸４１ａに沿った高さ位置）は、ロータ１４を前記内空部４１０に設けた状態で、前記給気ノズル部７１０，７２０，７３０から噴出された加圧空気が第１の空気通路１５４の上部に吹き込まれるような位置に設定されている。また、各第１の空気通路１５４における前記上部天井壁１４４の下面から大径リング部１４２の外周部にかけての形状は、半径方向内側に向かって湾曲する曲面（曲面形状は図２に最もよく表されている）１５５とされ、ロータ１４の半径方向外側から第１の空気通路１５４に吹き込まれた空気が上記曲面１５５に沿って最小の空気抵抗をもって滑らかに下方に方向変換されるように形成されている。また、各第１のタービン翼１５１の前記回転軸４１ａに向かう方向から見た側面形状は、前記ロータの回転方向４２の上流側から下流側に向かって凹む凹曲形状とされている。
【００３３】
第２のタービンブレード部１６は、前記第１の空気通路１５４の下端・内側の縁部によって外周が縁取りされた下部天井壁１４５と、この下部天井壁１４５の底部から小径リング部１４３の外周部に沿って下方に伸び且つ半径方向外側に突出した多数（本実施形態では１８個）の突出壁（第２のタービン翼１６１）からなる。第２のタービン翼１６１は、周方向に等間隔に設けられている。また、各第２のタービン翼１６１には、第２のタービン翼１６１の一方の面（ロータ１４の回転方向４２に関して上流側に位置する作用面１６２）と、他方の面（ロータ１４の回転方向４２に関して下流側に位置するガイド面１６３）とを備え、隣接する各第２のタービン翼１６１の間には、該作用面１６２及びガイド面１６３と、下部天井壁１４５の下面と、小径リング部１４３の外周部とによって、第３の空気通路１６４が形成されている。特に、各第３の空気通路１６４における前記下部天井壁１４５の下面から小径リング部１４３の外周部にかけての形状は、半径方向内側に向かって湾曲する曲面（曲面形状は図２に最もよく表されている）１６５とされ、ロータ１４の半径方向外側から第３の空気通路１６４に吹き込まれた空気が上記曲面１６５に沿って最小の空気抵抗をもって滑らかに下方に方向変換されるように形成されている。また、第３の空気通路１６４の高さ位置（前記回転軸４１ａに沿った高さ位置）は、ロータ１４を前記内空部４１０に設けた状態で、第３の空気通路１６４の底部が前記排気路８１，８２とほぼ同一の位置になるように設定されている。そして、各第２のタービン翼１６１の前記回転軸４１ａに向かう方向から見た側面形状は、前記第１のタービン翼１５１とは反対の方向に凹む凹曲形状とされている。第２のタービン翼１６１の下片は、前記回転方向４２側に向くよう屈曲され、前記回転軸４１ａに平行な方向に対する屈曲角度βは、０°より大きく７０°以下に設定されている。
【００３４】
図２に示すように、前記第１のタービンブレード部１５からの空気を第２のタービンブレード部１６に導く為の空気の導入部１７が、前記ヘッド部４における前記内空部４１０の内周、詳しくは前記段部４１８に設けられている。この導入部１７について、図６〜図１０も参照して説明する。前記給気路７１〜７３から内空部４１０に噴出された加圧空気は、第１の空気通路１５４にその半径方向外側から内側に向かって導かれ、また、第１の空気通路１５４の下端部から排出された加圧空気は第３の空気通路１６４にその半径方向外側から内側に向かって導かれる。前記導入部１７は、第１の空気通路１５４の下端部から第３の空気通路１６４へ空気を導く為の複数（図例では７個）の第２の空気通路１７０からなり、該複数の第２の空気通路１７０は、前記回転軸４１ａを中心とする円周方向に沿って並設され、その形成されている領域１７１は、当該円周方向に関し、前記排気口８１１，８２１に近い側を除く全周にわたっている（図６参照）。また、該複数の第２の空気通路１７０が形成されている領域１７１は、前記給気路７１〜７３の給気口７１１，７２１，７３１が形成されている領域７４を含まず、且つ給気口７１１，７２１，７３１が形成されている領域７４より大きく形成されている（図４及び図６参照）。
【００３５】
前記複数の第２の空気通路１７０は、前記内空部４１０における段部４１８から小径筒部４１７の内周にわたるよう形成されている。前記駆動部６を内空部４１０に収容した際、ロータ１４の第１のタービンブレード部１５が、大径筒部４１６の内周部に若干の隙間をもって嵌まり込み、また、第２のタービンブレード部１６が、小径筒部４１７の内周部に若干の隙間をもって嵌まり込むように形成されている。そして、前記給気口７１１，７２１，７３１は大径筒部４１６の内面に開口して前記第１の空気通路１５４に対向するよう位置付けられ、排気口８１１，８２１は小径筒部４１７の内面に開口して前記第３の空気通路１６４の下端部位に位置付けられている。更に、前記段部４１８の前記排気路８１，８２に対応する部位には、該排気路８１，８２に通じる補助排気口８３が長孔状に開口しており、第１の空気通路１５４に導入された空気の一部が、第２及び第３の空気通路１７０，１６４に向かわず直接排気路８１，８２から排気されるように構成されている。
【００３６】
前記第２の空気通路１７０は、前記ヘッド部４に形成された内空部４１０の内周に設けられ、前記回転軸４１ａに平行な複数の壁部１８１と、該壁部１８１間に形成され前記回転軸４１ａに平行な面を横切る底壁部１８２とより形成される複数の凹状空所１８からなる。前記凹状空所１８は、前記底壁部１８２の表面を構成する第１の面１８ａと、該第１の面１８ａにおける前記回転軸４１ａに対する遠心側部より連続して立ち上がる曲面からなる第２の面１８ｂと、前記底壁部１８２の両側に位置する前記壁部１８１の底壁部側内面を構成する第３及び第４の面１８ｃ，１８ｄとより形成されている。そして、前記第３および第４の面１８ｃ，１８ｄのうち、前記ロータ１４の回転方向４２の上流側に位置する第３の面１８ｃには、前記凹状空所１８の上向き開口側部分が切欠かれて、前記底壁部１８２に向かって傾斜する第５の面１８ｅが形成されている。このように、第５の面１８ｅが形成されていることにより、第１の空気通路１５４から第２の空気通路１７０への空気の流入性が向上し、これによりロータ１４の回転速度の抑制や、サックバック防止が効果的になされる。更に、前記底壁部１８２、即ち、第１の面１８ａは、前記回転軸４１ａの軸心から放射方向に向けられ、且つこの放射方向に対し、前記ロータ１４の回転方向４２の下流側に向かって遠心するよう斜めに向けられている。このように第１の面１８ａをロータ１４の回転方向４２の下流側に向かって遠心するよう斜めに形成することにより、流入した空気を凹状空所１８に一時的に滞留し易くして、前記サックバック防止機能をより顕著にすることができる。図８に示すように、第１の面１８ａの中心線と、この中心線が前記小径筒部４１７内周に交差する部分における接線とのなす角度（接線角）γは、４５°〜６０°に設定されている。また、前記第１および第２の面１８ａ，１８ｂと前記第３および第４の面１８ｃ，１８ｄとの接続部が曲面によって連続的に形成されており、これによって第２の空気通路１７０での空気の流通が圧損少なく円滑になされる。この接続部の曲面の曲率半径は、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３７】
以上のように構成されたハンドピース１を用いて歯牙の切削を行なう場合、図１に示すように、目的の作業に適した切削工具５が選択されて、工具支持部５０にその下方から装着される。次に、図示しない加圧空気供給源から供給された加圧空気が供給用チューブ３を通じて各給気路７１〜７３に送り込まれる。次に、加圧空気は、各給気路７１〜７３から、ノズル部７１０，７２０，７３０に供給される。ノズル部７１０，７２０，７３０を通過する加圧空気は加速され、ロータ１４の回転軸４１ａと直交する方向に（ロータ１４の回転方向４２に関して下流側に）向け、給気口７１１，７２１，７３１より噴出される。そして、前記第１の空気通路１５４に加圧空気が吹き込まれることにより、図５に示す第１のタービンブレード部１５における第１のタービン翼１５１の前記作用面１５２に加圧空気のエネルギーが作用し、ロータ１４は回転軸４１ａの軸心周りに矢印４２方向に回転する。この回転に伴い、給気口７１１，７２１，７３１の対向部を通過する第１の空気通路１５４には順次加圧空気が吹き込まれ、ロータ１４の前記回転が継続される。第１のタービン翼１５１の前記側面形状が回転方向４２に凹む凹曲形状とされているから、第１の空気通路１５４に吹き込まれた加圧空気のエネルギーは、その作用面１５２に作用してロータ１４の回転動力として効果的に消費される。従って、この段階でロータ１４は高回転速度で大きな回転トルクを保有した状態で回転することになる。
【００３８】
そして、第１の空気通路１５４に供給された加圧空気は、各第１のタービン翼１５１の間の第１の空気通路１５４を下方に流れる。そして、ロータ１４の回転と共に第１の空気通路１５４がヘッド部４の筒状ハウジング部４１に形成されている第２の空気通路１７０の対向位置に移動すると、空気は、第１の空気通路１５４の底部開口部から第２の空気通路１７０に流入する。このとき、第５の面１８ｅが、凹状空所１８の上流側にあって第１の面１８ａ（底壁部１８２）に向かって傾斜するよう形成されているから、第２の空気通路１７０への空気の流入が円滑になされる。第２の空気通路１７０に入った空気は、この第２の空気通路１７０を形成している凹状空所１８の第１〜第５の面１８ａ〜１８ｅに沿って、ロータ１４の半径方向内側に向けて、ロータ１４の第３の空気通路１６４に送り込まれる。凹状空所１８は、その第１の面１８ａが図８に示すように遠心方向に角度γで傾いた状態で形成されているから、凹状空所１８に流入する空気が一時的に滞留し易く、その内圧を高めた状態で第３の空気通路１６４に送り込まれる。第３の空気通路１６４に流入した加圧空気は、この第３の空気通路１６４を形成している各第２のタービン翼１６１の間とそれらの間に挟まれた内側の曲面１６５に案内されて下方に移動し、排気口８１１，８２１を介し排気路８１，８２に送り出される。排気路８１，８２に送り出された空気は、グリップ部２の内筒部を経て、ハンドピース１に接続された作用媒体供給チューブ３を通じて外部に放出される。
【００３９】
第３の空気通路１６４に流入した加圧空気は、第２のタービンブレード部１６を構成する第２のタービン翼１６１の前記作用面１６２に作用して、ロータ１４の前記回転を更に推進する。しかし、第２のタービン翼１６１の側面形状は第１のタービン翼１５１とは逆方向に凹む凹曲形状とされているから、第２のタービン翼１６１の作用面１６２は作用する空気流に対向する凸曲面となり、第３の空気通路１６４に流入した空気はこの凸曲面に沿って流れるように作用する。従って、第２のタービンブレード部１６に導入された空気による回転推進力は左程大きくなく、ここでのロータ１４の回転速度が高められる度合いは小さく、全体としてのロータ１４の回転速度を抑えることができる。しかし、第１のタービンブレード部１５に対する加圧空気の作用によって、ロータ１４は回転トルクを充分に保有しているから、歯牙の切削用として求められる切削能力を維持することができる。しかも、ロータ１４の回転速度が抑制されることにより、切削工具５の耐用回転速度以下とすることが可能となり、切削工具５の折損や、工具保持部５０からの飛び出し等の懸念もなくし、更に、切削時の騒音或いは発熱が小さくなり、患者に不快感を与えることもなくなる。加圧空気の噴出を停止させると、ロータ１４の回転が停止するが、ロータ１４の回転中は、前記凹状空所１８に常時空気が充満され、この部分の内圧が高い状態とされるから、加圧空気の噴出を停止させても、サックバックがおこらず、歯牙の切削部位から切削屑や治療液等がヘッド部４の機構部内に吸引されることがない。
【００４０】
このように、ロータの回転トルクをほぼ維持し、回転速度を低下させることによる歯科用エアタービンハンドピースにおける機能特性について図１１を参照して説明する。図１１は、ロータを回転させながら切削工具を歯牙に作用させる場合におけるロータの回転速度と、その時に歯牙に負荷されるトルクとの関係を示すグラフである。このグラフから解るように、無負荷の状態から切削工具を歯牙に作用させ、その作用力を強めてゆくに従いロータの回転速度は低下するが、歯牙が受ける負荷、即ちトルクは大きくなる。回転速度がゼロになるとトルクは最大となり、この時のトルクをロックトルクと言い、臨床現場では重要視されるトルクである。このロックトルクが高い程、強い力で歯牙を切削することができ、一般的にエアタービンハンドピースのトルクが高いと言われる。
【００４１】
図１１におけるグラフａは、従来のエアタービンハンドピースの例を示しており、この場合においてロックトルクをレベルＡにしようとすると、ロータの無負荷時の回転速度（回転数、以下同様）６０万ｒｐｍ程度にする必要がある。これでは、切削工具の臨界回転速度４５ｒｐｍをはるかに超える為に前記の懸念が生じる。そこで、グラフｂに示すように、ロータに噴出させる加圧空気の圧力を下げて、回転速度４０万ｒｐｍ程度に下げると、ロックトルクもレベルＢ程度に下がり、歯牙の切削能力が落ち、エアタービンハンドピースとしての実用性が低下する。グラフｃは、前記特許文献２で提案したように、ロータ等の構造を工夫することによってロックトルクを下げずにロータの回転速度を下げるようにしたものであり、歯牙の切削能力の低下を来たすことがない。しかし、ロータの回転速度を切削工具の臨界回転速度以下とすることができず、切削工具の不具合が生じる懸念は払拭できなかった。グラフｄは、前記構成を備えるエアタービンハンドピース１の場合における同様の関係を示すものであり、ロックトルクをレベルＡに維持したまま、ロータの回転速度を４０万ｒｐｍに下げることができたことを示している。図１１において、グラフａ，ｃとグラフｄとを比較すると、例えば、ロータの回転速度が２０万ｒｐｍの時、グラフａ，ｃの場合よりグラフｄの場合の方がトルク値は低い。しかし、ロックトルクはレベルＡで同じであるから、実質的な切削能力は変らず、術者の切削感も変化がない。
【００４２】
このように、ロータ１４を構成する第１及び第２のタービン翼１５１，１６１と、第２の空気通路１７０とのそれぞれの特有の構成が相乗して、トルクを維持したままロータ１４の回転速度の低減を実現することができる。これによって、ロータ１４を小径のものとすることができ、ヘッド部４の小型化が可能となり、歯科用エアタービンハンドピース１の種々の適性が飛躍的に向上する。しかも、ヘッド部４の内空部４１０に直接第２の空気通路１７０を形成しているから、内空部４１０のスペースが有効に活用され、小型化に一層寄与する。
【００４３】
図１２は、ヘッド部４の他の実施形態を示す平面図であり、図６に対応する概略図として示している。この実施形態は、複数（図示では６個）の第２の空気通路１７０の形成されている領域が、複数の領域からなり、前記各領域に含まれるそれぞれの第１の面は、前記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有している。即ち、この角度は、図８に示す角度（接線角）γに対応し、図１２では、６個の第２の空気通路１７０が、前記回転方向４２の上流側から下流側に向け２個ずつ（１７０−１，１７０−２，１７０−３）の対とされ、各対が前記領域を構成し、それぞれの領域における前記角度γが、γ−１，γ−２，γ−３のようにロータ１４の回転方向４２の下流側に向け小さくなるよう設定されている。このように、角度γをロータ１４の回転方向４２の下流側に向け小さくなるよう設定することにより、ロータ１４の回転方向上流側では、第２の空気通路１７０での空気の一時的滞留を図り、下流側では第３の空気通路１６４への速やかな流入を図ることができる。これにより、ロータ１４の回転速度の抑制と前記サックバック防止機能とのバランスを適宜調整することができる。
図１２では、６個の第２の空気通路１７０を２個ずつに分け、これを複数の領域とし、これら各領域の前記接線角γを下流側に向け順次異ならせるようにしているが、領域の構成態様はこれに限られるものではない。例えば、各領域を１個の第２の空気通路１７０で構成することも可能であり、また、各領域毎に含まれる第２の空気通路１７０の数を異ならせることも可能である。
図１２に示す各第２の空気通路１７０−１，１７０−２，１７０−３は、符号の添付は省略するが、いずれも前記と同様の第１〜第５の面１８ａ〜１８ｅを有する凹状空所１８からなる。また、その他の構成も図６と同様であるので、それぞれの符号の添付及びその説明を省略する。
【００４４】
尚、前記の実施形態では、歯科用のエアタ−ビンハドピースを例に採って説明したが、術者によって使用されるその他の空気駆動回転切削器にも本発明を適用することができる。また、第１及び第２のタービンブレード部１５，１６を構成する第１及び第２のタービン翼１５１，１６１の数、更には導入部１７を構成する第２の空気通路１７０の数は、例示のものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１ ハンドピース（空気駆動回転切削器）
２ グリップ部
４ ヘッド部
４１０ 内空部
４１ａ 回転軸
７１〜７３ 給気路
７１１，７２１，７３１ 給気口
８１，８２ 排気路
８１１，８２１ 排気口
１２ 上部軸受部（軸受）
１３ 下部軸受部（軸受）
１４ ロータ
１４０ ハブ
１４２ 大径リング部
１４３ 小径リング部
１５ 第１のタービンブレード部
１５１ 第１のタービン翼
１５４ 第１の空気通路
１６ 第２のタービンブレード部
１６１ 第２のタービン翼
１６４ 第３の空気通路
１７ 導入部
１７０ 第２の空気通路
１８ 凹状空所
１８１ 壁部
１８２ 底壁部
１８ａ 第１の面
１８ｂ 第２の面
１８ｃ 第３の面
１８ｄ 第４の面
１８ｅ 第５の面
γ 接線角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
術者により把持されるグリップ部と、
前記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部と、
前記ヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸周りに回転可能に支持されたロータとを有し、
前記ロータは、前記回転軸の周りに沿って複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく前記回転軸の周りに沿って複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを一体に有しており、
前記ヘッド部の内空部には、前記グリップ部に設けた給気路から前記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、前記第１のタービンブレード部からの空気を前記第２のタービンブレード部に導く導入部と、前記第２のタービンブレード部からの空気を前記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口とが設けられており、
前記給気口から噴出した空気は、前記ロータの回転軸に実質垂直な方向から前記第１のタービンブレード部に作用して前記ロータを前記回転軸の軸心回りに回転させ、前記各第１のタービン翼間に形成した第１の空気通路を経て、前記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に沿って排出され、更に前記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導かれ、該第２のタービンブレードに導かれた空気は、前記回転軸と実質垂直な方向に前記第２のタービンブレード部に作用して前記ロータの回転を推進し、前記各第２のタービン翼間に形成した第３の空気通路を経て、前記排気口から排出されるようにした空気駆動回転切削器であって、
前記第１のタービン翼の前記回転軸に向かう方向から見た側面形状は、前記ロータの回転方向上流側から下流側に向かって凹む凹曲形状とされ、前記第２のタービン翼の同側面形状は、該第１のタービン翼とは反対の方向に凹む凹曲形状とされていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項２】
請求項１に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第２の空気通路は、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなり、
前記凹状空所は、前記底壁部の表面を構成する第１の面と、該第１の面における前記回転軸に対する遠心側部より連続して立ち上がる曲面からなる第２の面と、前記底壁部の両側に位置する前記壁部の底壁部側内面を構成する第３及び第４の面とより形成されていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項３】
請求項２に記載の空気駆動回転切削器において、
前記底壁部は、前記回転軸の軸心から放射方向に向けられていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項４】
請求項２に記載の空気駆動回転切削器において、
前記底壁部は、前記回転軸の軸心からの放射方向に対し、前記ロータの回転方向下流側に向かって遠心するよう斜めに向けられていることを特徴とする請求項２に記載の空気駆動回転切削器。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第１および第２の面と前記第３および第４の面との接続部が曲面によって連続的に形成されていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第３および第４の面のうち、前記ロータの回転方向上流側に位置する第３の面には、前記凹状空所の開口側部分が切欠かれて、前記底壁部に向かって傾斜する第５の面が形成されていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項７】
術者により把持されるグリップ部と、
前記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部と、
前記ヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸周りに回転可能に支持されたロータとを有し、
前記ロータは、前記回転軸の周りに沿って複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく前記回転軸の周りに沿って複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを一体に有しており、
前記ヘッド部の内空部には、前記グリップ部に設けた給気路から前記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、前記第１のタービンブレード部からの空気を前記第２のタービンブレード部に導く導入部と、前記第２のタービンブレード部からの空気を前記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口とが設けられており、
前記給気口から噴出した空気は、前記ロータの回転軸に実質垂直な方向から前記第１のタービンブレード部に作用して前記ロータを前記回転軸の軸心回りに回転させ、前記各第１のタービン翼間に形成した第１の空気通路を経て、前記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に沿って排出され、更に前記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導かれ、該第２のタービンブレードに導かれた空気は、前記回転軸と実質垂直な方向に前記第２のタービンブレード部に作用して前記ロータの回転を推進し、前記各第２のタービン翼間に形成した第３の空気通路を経て、前記排気口から排出されるようにした空気駆動回転切削器であって、
前記第２の空気通路は、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなり、
前記凹状空所は、前記底壁部の表面を構成する第１の面と、該第１の面における前記回転軸に対する遠心側部より連続して立ち上がる曲面からなる第２の面と、前記底壁部の両側に位置する前記壁部の底壁部側内面を構成する第３及び第４の面とより形成され、
前記第３および第４の面のうち、前記ロータの回転方向上流側に位置する第３の面には、前記凹状空所の開口側部分が切欠かれて、前記底壁部に向かって傾斜する第５の面が形成されていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の空気駆動回転切削器において、
前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記第２の空気通路の形成されている領域は、前記給気口が形成されている領域よりも大きいこと特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項９】
請求項８に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第２の空気通路の形成されている領域は、前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記排気口に近い側を除く全周にわたっていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項１０】
請求項２乃至７のいずれか１項に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第２の空気通路の形成されている領域は、複数の領域からなり、
前記各領域に含まれるそれぞれの第１の面は、前記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有することを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第１の面の前記回転軸側端部から前記第１の面を前記回転軸側に延長した線と、前記第１の面の前記回転軸側端部を通り且つ前記回転軸側端部から前記ロータの回転方向に伸ばした接線との間に形成される接線角に関して、前記各領域に含まれる前記第１の面の接線角は、前記ロータの回転方向下流側に向け小さくなるよう設定されていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の空気駆動回転切削器において、
前記ロータが、大径リング部と、該大径リング部と同心の小径リング部とを含むリング状ハブを有し、
前記第１のタービンブレード部は、前記大径リング部の外周部に形成され、前記第２のタービンブレード部は、前記小径リング部の外周部に形成されていること特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項１】
術者により把持されるグリップ部と、
前記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部と、
前記ヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸周りに回転可能に支持されたロータとを有し、
前記ロータは、前記回転軸の周りに沿って複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく前記回転軸の周りに沿って複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを一体に有しており、
前記ヘッド部の内空部には、前記グリップ部に設けた給気路から前記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、前記第１のタービンブレード部からの空気を前記第２のタービンブレード部に導く導入部と、前記第２のタービンブレード部からの空気を前記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口とが設けられており、
前記給気口から噴出した空気は、前記ロータの回転軸に実質垂直な方向から前記第１のタービンブレード部に作用して前記ロータを前記回転軸の軸心回りに回転させ、前記各第１のタービン翼間に形成した第１の空気通路を経て、前記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に沿って排出され、更に前記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導かれ、該第２のタービンブレードに導かれた空気は、前記回転軸と実質垂直な方向に前記第２のタービンブレード部に作用して前記ロータの回転を推進し、前記各第２のタービン翼間に形成した第３の空気通路を経て、前記排気口から排出されるようにした空気駆動回転切削器であって、
前記第１のタービン翼の前記回転軸に向かう方向から見た側面形状は、前記ロータの回転方向上流側から下流側に向かって凹む凹曲形状とされ、前記第２のタービン翼の同側面形状は、該第１のタービン翼とは反対の方向に凹む凹曲形状とされていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項２】
請求項１に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第２の空気通路は、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなり、
前記凹状空所は、前記底壁部の表面を構成する第１の面と、該第１の面における前記回転軸に対する遠心側部より連続して立ち上がる曲面からなる第２の面と、前記底壁部の両側に位置する前記壁部の底壁部側内面を構成する第３及び第４の面とより形成されていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項３】
請求項２に記載の空気駆動回転切削器において、
前記底壁部は、前記回転軸の軸心から放射方向に向けられていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項４】
請求項２に記載の空気駆動回転切削器において、
前記底壁部は、前記回転軸の軸心からの放射方向に対し、前記ロータの回転方向下流側に向かって遠心するよう斜めに向けられていることを特徴とする請求項２に記載の空気駆動回転切削器。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第１および第２の面と前記第３および第４の面との接続部が曲面によって連続的に形成されていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第３および第４の面のうち、前記ロータの回転方向上流側に位置する第３の面には、前記凹状空所の開口側部分が切欠かれて、前記底壁部に向かって傾斜する第５の面が形成されていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項７】
術者により把持されるグリップ部と、
前記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部と、
前記ヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸周りに回転可能に支持されたロータとを有し、
前記ロータは、前記回転軸の周りに沿って複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく前記回転軸の周りに沿って複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを一体に有しており、
前記ヘッド部の内空部には、前記グリップ部に設けた給気路から前記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、前記第１のタービンブレード部からの空気を前記第２のタービンブレード部に導く導入部と、前記第２のタービンブレード部からの空気を前記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口とが設けられており、
前記給気口から噴出した空気は、前記ロータの回転軸に実質垂直な方向から前記第１のタービンブレード部に作用して前記ロータを前記回転軸の軸心回りに回転させ、前記各第１のタービン翼間に形成した第１の空気通路を経て、前記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に沿って排出され、更に前記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導かれ、該第２のタービンブレードに導かれた空気は、前記回転軸と実質垂直な方向に前記第２のタービンブレード部に作用して前記ロータの回転を推進し、前記各第２のタービン翼間に形成した第３の空気通路を経て、前記排気口から排出されるようにした空気駆動回転切削器であって、
前記第２の空気通路は、前記ヘッド部に形成された内空部の内周に設けられ、前記回転軸に平行な複数の壁部と、該壁部間に形成され前記回転軸に平行な面を横切る底壁部とより形成される複数の凹状空所からなり、
前記凹状空所は、前記底壁部の表面を構成する第１の面と、該第１の面における前記回転軸に対する遠心側部より連続して立ち上がる曲面からなる第２の面と、前記底壁部の両側に位置する前記壁部の底壁部側内面を構成する第３及び第４の面とより形成され、
前記第３および第４の面のうち、前記ロータの回転方向上流側に位置する第３の面には、前記凹状空所の開口側部分が切欠かれて、前記底壁部に向かって傾斜する第５の面が形成されていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の空気駆動回転切削器において、
前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記第２の空気通路の形成されている領域は、前記給気口が形成されている領域よりも大きいこと特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項９】
請求項８に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第２の空気通路の形成されている領域は、前記回転軸を中心とする円周方向に関し、前記排気口に近い側を除く全周にわたっていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項１０】
請求項２乃至７のいずれか１項に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第２の空気通路の形成されている領域は、複数の領域からなり、
前記各領域に含まれるそれぞれの第１の面は、前記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有することを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の空気駆動回転切削器において、
前記第１の面の前記回転軸側端部から前記第１の面を前記回転軸側に延長した線と、前記第１の面の前記回転軸側端部を通り且つ前記回転軸側端部から前記ロータの回転方向に伸ばした接線との間に形成される接線角に関して、前記各領域に含まれる前記第１の面の接線角は、前記ロータの回転方向下流側に向け小さくなるよう設定されていることを特徴とする空気駆動回転切削器。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の空気駆動回転切削器において、
前記ロータが、大径リング部と、該大径リング部と同心の小径リング部とを含むリング状ハブを有し、
前記第１のタービンブレード部は、前記大径リング部の外周部に形成され、前記第２のタービンブレード部は、前記小径リング部の外周部に形成されていること特徴とする空気駆動回転切削器。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−９２４８０（Ｐ２０１１−９２４８０Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４９９８３（Ｐ２００９−２４９９８３）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【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２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【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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