JP6284222B2

JP6284222B2 - 粉体流通装置

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Publication number: JP6284222B2
Application number: JP2013246742A
Authority: JP
Inventors: 石崎　勉; 勉石崎; 荒川　正嘉; 正嘉荒川
Original assignee: Sangi Co Ltd
Current assignee: Sangi Co Ltd
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2033-11-28
Also published as: JP2015104429A

Description

本発明は主に歯科治療において粉体を高速流通する際に用いられる粉体流通装置に関する。

歯科治療において、洗浄、研磨、治療のための成膜などを目的として粉体を歯に吹き付けることが行われる。このような粉体を歯に吹き付けるための装置としてハンドピースがある。ハンドピースに収められた粉体は、流通のための管を経由して圧縮した空気などにより吹き付けられる。

特開２００１−２９３００９

ところで、特許文献１に開示されているような従来の技術においては、流通のための管内にて粉体が凝集してしまうことがある。かかる凝集は、湿気による粉体粒子間の液架橋力や静電引力やファンデルワールス力などにより生じる。粉体が凝集したまま吹き付けられると、対象との衝突や接触にむらが生じてしまう。例えば、洗浄を目的とする場合においては、対象に粉体が届かない領域が生じてしまい隅々まで洗浄効果を得ることができなくなる。また、成膜を目的とする場合においては、対象に膜を形成できない領域が生じたり、形成した膜厚が不均一となったり、凝集した塊が膜を破壊してしまい表面に凸凹が生じてしまったりすることがある。このように、粉体が凝集したまま吹き付けられると、洗浄、成膜などの意図した効果を得ることができなくなる場合がある。

そこで、本発明は、ハンドピースなどの装置内部で粉体が凝集した場合であっても、その凝集体を破砕して吹き付けることが可能な粉体流通装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、以下の粉体流通装置などを提供する。すなわち、粉体流入口と、粉体流入口から流入した粉体を高速流通する流通管と、流通管の途中又は／及び終端に設けられ流通管を粉体が高速流通する間に凝集した凝集体を破砕するために流通管を分割する分割部と、を有する粉体流通装置を提供する。

また、上記の構成を備え、分割部が網である粉体流通装置を提供する。また、上記いずれかの構成を備え、分割部は、流通管をハチの巣構造に分割するハチの巣構造体である粉体流通装置を提供する。また、上記いずれかの構成を備え、分割部は、着脱自在である粉体流通装置を提供する。

また、上記いずれかの構成を備え、粉体流入口から流入する粉体は、人の歯を被覆するためのハイドロキシアパタイト粉体であって、粒子径が０．０１〜１００μｍである粉体流通装置を提供する。また、上記いずれかの構成を備え、分割部は、目開きが１〜５００μｍである粉体流通装置を提供する。また、上記いずれかの構成を備え、流通管は、曲がっている部分を有する粉体流通装置を提供する。また、上記いずれかの構成を備え、流通管を高速流通する粉体は、一部で吸引力による流通であり、他の一部で噴射力による流通である粉体流通装置を提供する。また、上記いずれかの粉体流通装置を有するハンドピースを提供する。

本発明によれば、ハンドピースなどの装置内部で粉体が凝集した場合であっても、その凝集体を破砕して吹き付けることが可能な粉体流通装置を提供することが可能となる。

実施形態１の粉体流通装置の一例を示す概念図実施形態１の粉体流通装置の一例を示す概念図吸引力により粉体を高速流通する粉体流通装置の一例を示す概念図分割部の例を示す概念図実施形態２の分割部を示す概念図実施形態３の粉体流通装置の一部を示す概念図試験に用いた歯科用ハンドピースを示す図試料として作製したエナメル質の表面形状を示す図試料としたエナメル質の表面の平面像、傾斜像、断面プロファイルを示す図分割部を設けないハンドピースによる成膜試験の結果を示す図分割部を設けないハンドピースによる成膜試験の結果を示す図分割部を設けたハンドピースによる成膜試験の結果を示す図分割部を設けたハンドピースによる成膜試験の結果を示す図

以下に、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。なお、実施形態１は、主に請求項１、２、５から９について説明する。実施形態２は、主に請求項３について説明する。実施形態３は、主に請求項４について説明する。
≪実施形態１≫
＜実施形態１：概要＞

本実施形態の粉体流通装置は、粉体が凝集した凝集体を分割部によって破砕することを特徴とする。図１は、本実施形態の粉体流通装置の一例を示す概念図である。本図は、「粉体流通装置」（０１００）を歯科治療用のハンドピースとして具現した態様を示している。歯の洗浄や成膜のための粉体は、粉体が流通する流通管の終端となる「ノズル」（０１０１）から噴出する。そして、そのノズルの先端の開口部分は、凝集体を破砕するための分割部である「網」（０１０２）によって被覆されている。粉体がノズルまで流通する過程において凝集した場合、その凝集体は流通経路の最終端であるノズル先端の網に衝突して破砕され、網の目開きよりも粒径が大きい凝集体のままで噴出することはない。すなわち、凝集が解消され分散した状態の粉体が噴出することになる。
＜実施形態１：構成＞

図２は、本実施形態の粉体流通装置の一例を示す概念図である。「粉体流通装置」（０２００）は、「粉体流入口」（０２０１）と、「流通管」（０２０２）と、「分割部」（０２０５、０２０６）を有する。

「粉体流入口」（０２０１）は、粉体が後述する流通管へ流入するために備わる。図示した場合においては、「粉体」（０２０３）を収納するための「収納領域」（０２０７）の一角に粉体流入口が設けられている。

「流通管」（０２０２）は、粉体流入口から流入した粉体を高速流通する。例えば、粉体の収納領域の上流側に備わる「エアーポンプ」（０２０４）により供給される空気の流れにより、粉体は粉体流入口から流通管に流入し、さらに流通管を高速で流通し流通管の終端から噴出する。すなわち、流通路は、所定の収納領域に収納される粉体が本粉体流通装置の外へ噴出するまでの流路である。

「高速流通」とは高速での流通をいい、粉体を高速流通させるための仕組みとしては、例えば、上記のエアーポンプにより生じる空気を流通管内に噴射し、その噴射力により粉体を高速流通させる場合がある。また、窒素やヘリウムなどの圧縮ガスを収納したガスボンベから噴出するガスを流通路内に噴射し、その噴射力により粉体を高速流通させる場合がある。

なお、エアーポンプは気体に運動エネルギーを付与するものであり、インペラ式やダイヤフラム式やピストン式など種々の方式が存在するが、いずれの方式を採用するものであって構わない。また、運動エネルギーを付与する気体についても、空気に限らず窒素やヘリウムなどの他の気体であって構わない。

また、空気やガスが流通するための管を別途設け、当該空気又はガスを流通させるための管と流通路とが合流するように構成し、空気又はガスを流通させるための管内に空気又はガスを高速流通させ、その空気又はガスの流れにより流通管内に負圧を生じさせ、その負圧により粉体を吸引し、その吸引力により粉体を高速流通させてもよい。

図３は、上記の吸引力により粉体を高速流通する粉体流通装置の一例を示す概念図である。図示するように、「粉体」（０３０１）は所定の「収納領域」（０３０９）に収められ、「流通管」（０３０２）を流通する。流通管の終端には、「分割部」（０３０３）が設けられる。そして、流通管と合流する「空気又はガスが高速流通する管」（０３０４）と、その上流側に「エアーポンプ」（０３０５）とが備わる。

エアーポンプにより高速流通する空気又はガスの流れを破線矢印（０３０６）で示す。この空気の流れは流通管との合流箇所（０３０８）を経て流通管の終端に向けて高速流通する。一方、粉体は、空気又はガスの流れにより生じる負圧により上記合流箇所に吸引される。この吸引力により高速流通する粉体の流れが実線矢印（０３０７）で示されている。そして、上記合流箇所まで吸引された粉体は、その後空気又はガスの流れによる噴射力によって流通管の終端まで高速流通する。

なお、図３において、流通管の最上流部分は粉体流通装置の外から空気を導入するために開口しているが、このような導入口から空気を導入する構成に替え、最上流部分にエアーポンプやガスボンベを設けそれらから噴出するエアー又はガスにより粉体を高速流通させるように構成してもよい。

粉体は、あらかじめ粉体として収納されている場合だけに限られず、例えば、粉体の原材料となるバルク体や粉体を圧縮したペレットを収納領域に収納しておき、適時にペレットを粉砕又は研削、切削して粉体を生成してもよい。粉体を生成するための部材には、砥石、ブラシ、網、切削刃等を用いることができる。また、それらの部材を駆動するためにはモータや超音波振動子などを用いることができる。

粉体は、ハイドロキシアパタイト（Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂）、白色系セラミックス粉体、有色性セラミックス粉体、有機性成分、金属粉体などを用いることができる。前記白色系セラミックスとしては、具体的には、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、等が挙げられる。前記有色系セラミックス粉体としては、具体的には、酸化ビスマス等が挙げられる。前記有機性成分としては、具体的には、ポリアクリル酸メチル粉体、ポリスチレン球、ナイロン球、等が挙げられる。

このうちハイドロキシアパタイトは、歯科治療において注目されている材料であり、例えば、ハイドロキシアパタイトの粉体を人の歯の表面に吹き付けて、その表面にハイドロキシアパタイトの膜を形成して虫歯の治療や予防を行うことができる。このような歯科治療に用いられるハイドロキシアパタイト粉体の粒子径は、概ね０．０１〜１００μｍである。このような範囲を設定するのは、歯科治療に好適なハイドロキシアパタイト膜を形成するためには１００μｍ以下であれば足り、また、０，０１μｍよりも粒子径を小さくすることは、薄くきめ細かい膜の形成を可能にする利点より技術的困難性や経済的不利益が上回ってしまう場合があるからである。

「分割部」（０２０５、０２０６）は、流通管の途中又は／及び終端に設けられ流通管を粉体が高速流通する間に凝集した凝集体を破砕するために流通管を分割する。図２においては、流通管の途中に分割部（０２０５）を設けるとともに、流通管の終端にも分割部（０２０６）を設けている。分割部は、凝集体と接触乃至衝突することにより凝集体を破砕し得ればよく、例えば、流通管断面に格子や網、多孔板を設けて流通管断面を細分し凝集体が素通りできないようにすればよい。なお、「凝集体を破砕する」とは、凝集を完全に消失せしめ粉体とすることを意味するだけでなく、分割部を経ることにより凝集体がより小さな凝集体となることをも意味する。

粉体は粉体粒子間の液架橋力や静電引力やファンデルワールス力などにより高速流通する間に凝集してしまうことがある。しかし、流通管に設けられる分割部によりそのような粉体の凝集体は破砕され、凝集が解消した粉体として高速流通し、粉体流通装置から噴出する。

分割部は種々の態様にて具現される。図４は、分割部の例を示す概念図である。いずれも円形断面の流通管を分割する態様を示す概念図である。図４（ａ）は十字の格子を用いた分割部である。図４（ｂ）は放射状の格子を用いた分割部である。図４（ｃ）は一方向にて並列する格子を用いた分割部である。図４（ｄ）は、網を用いた分割部である。図４（ｅ）は、放射の格子と同心円の格子とを組み合わせて用いた分割部である。図４（ｆ）は多くの孔を開けた多孔板を用いた分割部である。なお、金属を主材料とする多孔板をパンチングメタルと称する。

なお、分割部はメッシュシートやパンチングメタルなどのようにシートや板状体といった二次元的な構造だけでなく、角柱や円柱などを束にした三次元的な構造によって構成してもよい。

分割部により細分された流通管の個々の流通領域の大きさを「目開き」という。「目開き」は、一般的に網目の大きさを網目の内径で示すものである。本実施形態においては、網目の内径だけでなく、例えば、パンチングメタルの孔の内径や並列して隣接する格子の間隔や一の流通領域を通過し得る最大の球の直径などを個々の流通領域の大きさを示すものとして「目開き」に含むものとする。

目開きは粉体の材料や粉体の用途などに応じて適宜定め得るが、好ましくは１〜５００μｍである。１μｍよりも小さい場合流通管の透過率（流通管の断面積のうち、流通可能な領域と流通不能な領域との比から求める）が極めて低くなり、粉体を噴出する効率が低下し実用に適さなくなるおそれがある。一方、５００μｍを上回ると凝集体を破砕して細粒化するという目的を十分に果たせないおそれがある。

分割部を構成する材料について特段限定するものではなく、粉体の化学性質や性状に応じて適宜定め得る。例えば、ポリエチレンテレフタラートや脂肪族ポリアミド及び芳香族ポリアミドなどの合成樹脂材料や、炭素材料、チタン、ステンレス、アルミニウム、ニッケル、銅などの金属材料を用いることができる。

図２に示すように、分割部は流通管の途中に設けてもよいし、流通管の終端に設けてもよい。また、流通管の途中及び終端に設けてもよい。分割部を一つだけ設ける場合には、流通管の終端に設けることが好ましい。ノズルから噴出する直前に分割部により凝集体は破砕されるため再度凝集するおそれがない。また、複数の分割部を設ける場合には、終端に設ける分割部の目開きほど小さくすることが好ましい。係る場合、凝集体を段階的に細粒化することで、終端から噴出する粉体の粒子径をより均一化し得る場合がある。

また、図１に示すように、本実施形態の粉体流通装置を歯科治療用のハンドピースとして具現する場合、口腔内の治療を行いやすくするために流通管が曲がっている部分を有する場合がある。このような場合、分割部は当該曲がっている部分よりも終端側に設けることが好ましい。すなわち、流通管の曲がっている部分では空気等の気体の流れにムラがあり、そのためまっすぐの部分よりも凝集が生じやすい場合があるからである。

以上のように、凝集体は分割部を経ることにより、凝集が解消され、あるいは、凝集が細粒化する。したがって、対象に対して最小な粒子である粉体又は微小な凝集体を吹き付けることが可能となる。その結果、洗浄のために吹き付ける場合には、対象の隅々まで粉体が行き届き優れた洗浄効果を得ることができる。また、成膜のために吹き付ける場合においても、対象の隅々に行き届くとともに粒子の大きさにばらつきを小さくすることができ、薄く均一な厚みと平滑な膜表面を形成することができる。

なお、本実施形態の粉体流通装置による粉体吹き付けの対象は、人の歯に限定されず、インプラント体、骨、ガラス、爪、人工関節等、種々なる対象に向けて用いることができる。また、本実施形態の粉体流通装置は、歯科治療だけでなくプリント基板に対する配線や、精密機械の洗浄等の様々な目的についても利用することが可能である。
＜実施形態１効果＞

本実施形態により、ハンドピースなどの装置内部の流通管内で粉体が凝集した場合であっても、その凝集体を破砕して吹き付けることが可能な粉体流通装置を提供することができる。
＜実施形態２＞
＜実施形態２概要＞

本実施形態の粉体流通装置は、分割部をハチの巣構造に分割することに特徴を有する。略正六角形柱を隙間なく並べて分割部を構成することにより、分割部を設けることによる粉体の流通効率の低下を最小限にすることができる。
＜実施形態２構成＞

本実施形態は、実施形態１を基本として、分割部は、流通管をハチの巣構造に分割するハチの巣構造体である。図５は、本実施形態の分割部を示す概念図である。「分割部」（０５０１）は、「正六角柱」（０５０２）を隙間のないよう７つ並べたような構造が流通管内に収められている。なお、正六角柱を並べた構造と流通管内壁との隙間についても粉体の流通は可能となっている。

ハチの巣構造は、ハニカム構造とも称されており、正六角形又は正六角柱を隙間なく並べた構造である。正六角形は平面充填可能であるため、多孔板などと比べると分割部を設けることによる粉体の流通可能な面積の低下を最小限に止めることができる。したがって、全体としての粉体の流通効率の低下を最小限としつつ、流通管を分割することが可能となる。また、正六角形は、平面充填可能であって、周の長さが最も短い。したがって、正六角形と同様に平面充填可能な三角形や四角形で流通管を分割するよりも少ない部材で分割することが可能である。
＜実施形態３＞
＜実施形態３概要＞

本実施形態の粉体流通装置は、分割部が着脱自在であることを特徴とする。分割部が着脱自在であることにより、用途に応じて種々の分割部を付け替えることが容易にできる。また、分割部の洗浄や修復等を行いやすくすることが可能となる。
＜実施形態３構成＞

図６は、本実施形態の粉体流通装置の一部を示す概念図である。図示したのは、流通管の終端に設けられる分割部が着脱自在である粉体流通装置である。図示するように、「粉体流通装置」（０６０１）の「流通管の終端」（０６０２）において、分割部は設けられていない。本実施形態における「分割部」（０６０３）は、流通管の終端に被せてネジ止め可能に形成され、これを被せることにより流通管の終端を網により分割するものである。

なお、着脱自在の分割部は、流通管の終端に設けられる場合の他、流通管の途中に設けられるよう構成してもよい。例えば、粉体流通装置の外から流通管を横断して分割部を挿しこむための挿入口を設けてもよい。また、複数の分割部をあらかじめ粉体流通装置内に収め、いずれか一の分割部が流通管を横断する位置に案内される機構を設けてもよい。
＜実施形態３効果＞

本実施形態の粉体流通装置により、用途に応じて種々の分割部を付け替えることが容易にできる。
＜試験＞

上記各実施形態において説明した粉体流通装置を有するハンドピースを用いて成膜試験を行った。本試験は、分割部の有無による成膜の違いを観察し、分割部の効果を検討するために行うものである。

図７に示すように、本試験に用いたハンドピースは、歯科用のコントラアングルのハンドピースであり、粉体の流通管と空気又はガスが高速流通する管とを備えるものである。流通管の終端であるノズル部分にメッシュシートによる分割部を設けた。このメッシュシートの目開きは１００μｍである。

試験方法及び測定方法は、以下の通りである。
成膜対象：ヒトエナメル質（研磨表面）。成膜処理は、エナメル質表面にマスキング部分を設けて、非成膜面（エナメル質）と成膜層とを区別した。
噴射粉体：ハイドロキシアパタイト粉体。粒子径：１〜２０μｍ。平均粒子径：約３μｍ。
成膜条件：加速圧/供給圧：0.50/0.50（MPa：Mega Pascal）。成膜時間は3分である。
観察機器：デジタルマイクロスコープ VHX-1000（キーエンス）。観察倍率は500倍である。この観察機器は、表面観察を行うことにより、平面像、傾斜像、断面プロファイルの観察及び測定が可能である。

成膜対象となるエナメル質の表面形状については、表面形状の違いが成膜層の形成に影響を及ぼさないように、同様の表面形状となるように作製した。方法は、ダイヤモンドディスクを用いてエナメル質の表層部を除去し、耐水ペーパー（P4000、Buehler）にて注水下にて平滑になるように研磨した。深い研磨傷が消失して平滑な表面状態となるように研磨した試料を作製した。図８は、試料として作製したエナメル質の表面形状を示すものである。また、図９は、このエナメル質の表面を、平面像（ａ）、傾斜像（ｂ）、断面プロファイル（ｃ）の各像として撮像したものである。

試料としたエナメル質の表面をマスキングテープによりマスキングして上記成膜条件に基づき成膜試験を行った。成膜試験後にマスキングテープを除去し、マスキングによりそのままのエナメル質表面と成膜した表面とを同時に、上記デジタルマイクロスコープにより撮像して観察した。

図１０及び図１１は、メッシュシートによる分割部を設けないハンドピースによる成膜試験の結果を示す図である。図１０の（ａ）は平面図、（ｂ）は傾斜図である。図１１は断面プロファイルである。図示するように、向かって左側がエナメル質表面で右側が成膜表面である。とくに傾斜図を参照すると膜厚が一定でなく、マスキング領域との境界において膜が形成されていないことが分かる。また、断面プロファイルからも明らかなように、膜厚が一定ではなく、また、その表面に凹凸が生じていることが分かる。このような凹部は噴射ノズルから噴射された粉体の塊が、成膜層を破壊することにより、成膜層の薄い部分が生じたためと考えられる。

図１２及び図１３は、メッシュシートによる分割部を設けたハンドピースによる成膜試験の結果を示す図である。図１２の（ａ）は平面図、（ｂ）は傾斜図である。図１３は断面プロファイルである。とくに傾斜図から明らかなように、マスキング領域との境界に至るまでほとんど一定の膜厚となっており、かつ、その表面が平滑であることが分かる。また、とくに断面プロファイルから明らかなように、成膜表面を表す線が滑らかで、膜厚が均一であることが分かる。

分割部を設けることにより、凝集化した粉体の噴出を妨げることができ、より小さくて粒子径のばらつきが少ない粉体を噴出することが可能となる。その結果、図１２及び図１３から明らかになったように、とくに成膜を目的とする場合には、均一な膜厚と成膜表面の平滑さが得られることが分かった。

０１００粉体流通装置
０１０１ノズル
０１０２網

Claims

粉体流入口と、
粉体流入口から流入した粉体を高速流通し、終端から粉体を噴出させるための流通管と、
流通管の途中又は／及び終端に設けられ流通管を粉体が高速流通する間に凝集した凝集体を破砕するために流通管を分割する分割部と、
を有する歯科用ハンドピース。
前記分割部は、網である請求項１に記載の歯科用ハンドピース。
前記分割部は、流通管をハチの巣構造に分割するハチの巣構造体である請求項１に記載の歯科用ハンドピース。
前記分割部は、着脱自在である請求項１から３のいずれか一に記載の歯科用ハンドピース。
前記粉体流入口から流入する粉体は、人の歯を被覆するためのハイドロキシアパタイト粉体であって、粒子径が０．０１〜１００μｍである請求項１から４のいずれか一に記載の歯科用ハンドピース。
前記分割部は、目開きが１〜５００μｍである請求項１から５のいずれか一に記載の歯科用ハンドピース。
前記流通管は、曲がっている部分を有する請求項１から６のいずれか一に記載の歯科用ハンドピース。
前記流通管を高速流通する粉体は、一部で吸引力による流通であり、他の一部で噴射力による流通である請求項１から７のいずれか一に記載の歯科用ハンドピース。