JP5507096B2 - 歯科用プローブの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、歯科治療用ハンドピースにおいて、光ファイバで伝送されたレーザ光を被照射位置に導くために用いられる歯科用プローブの製造方法に関する。

近年、歯牙のう（齲）蝕除去、象牙質除去、エナメル質切除等、歯牙の硬質組織の処置を対象とした歯科用レーザ治療装置が提供されるようになっている。
歯科用レーザ治療装置に用いられるレーザハンドピースは、光ファイバから出射したレーザ光を治療部位（被照射位置）に導く先端部分を備えている。この先端部分は、歯牙の治療部位や治療態様に適合した形状及び構造を有するとともに、レーザ光が照射される患部を冷却し、蒸散物を除去可能であることが望ましい。
このため、光ファイバで伝送されたレーザ光を被照射位置に導くプローブを備えるレーザハンドピースにおいて、プローブの出射端近傍で水を噴射する注水管と、プローブの出射端近傍でガス（空気）を噴射する給気管とを備え、プローブの先端部分の形状がレーザハンドピースの軸に対して光ファイバからのレーザ出射方向が斜めとなるようにプローブが形成されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特許第３１２４６４３号公報

しかしながら、歯科治療用においては、歯牙の硬質組織を除去するために、パワーが強いレーザ光が照射される。一方、プローブの先端部において光ファイバの先端部を曲げているので、光ファイバの曲げ損失によってレーザ光の一部が光ファイバの外側に漏洩し、その漏洩したパワーが熱に変換されることで、プローブ先端部の温度が上昇する、という問題を生じる。プローブ先端部の温度が上昇すると、患者がプローブ先端部の高熱を感じて不快に感じるおそれがある。また、プローブ先端部の温度上昇が著しい場合は、プローブ先端部の側面が口腔や歯茎等に触れることで、火傷を起こすおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、先端部の温度上昇を防ぐことが可能な歯科用プローブの製造方法を提供する。

前記課題を解決するため、本発明は、歯科治療用レーザハンドピースにおいて、光ファイバで伝送されたレーザ光を被照射位置に導くために用いられる歯科用プローブの製造方法であって、水の流路と、エアの流路と、光ファイバが挿通される管路がそれぞれ互いに離隔されて貫通穴として内部に形成された可とう性を有する高分子化合物からなるマルチルーメンチューブと、クラッドの外周上に設けられた樹脂被覆層、および前記樹脂被覆層の外周上に設けられた金属被覆層を有する光ファイバであって、その金属被覆層が前記光ファイバの曲げ変形に対応して変形可能であるとともに、曲げ変形された前記光ファイバの形状を保持可能であり、その樹脂被覆層における屈折率が前記クラッドより低い光ファイバとを用意し、前記マルチルーメンチューブの管路に前記光ファイバを挿通してプローブ先端部を構成し、前記水の流路および前記エアの流路内に着脱可能な補強材を充填し、前記光ファイバおよび前記マルチルーメンチューブの周囲に溶融樹脂を供給して固化させることにより、前記光ファイバの外面形状を型として、光ファイバ通路を有するプローブ本体部を前記マルチルーメンチューブと一体にインサート成形することを特徴とする歯科用プローブの製造方法を提供する。
前記プローブ本体部は、前記マルチルーメンチューブの後端外周に前記マルチルーメンチューブと一体に成形された高分子化合物からなり、前記マルチルーメンチューブにおける前記水の流路および前記エアの流路のそれぞれの後端が前記プローブ本体部内において閉塞され、前記プローブ本体部の側面に設けた２つの切り欠きのそれぞれの内部において、前記マルチルーメンチューブが露出され、その露出部それぞれに前記水の流路又は前記エアの流路についての導入口が設けられていることが好ましい。
前記プローブ本体部を成形する成形金型の内面に前記導入口を塞ぐ凸部を設けて前記溶融樹脂が供給されないようにすることにより、前記切り欠きを形成することが好ましい。

本発明によれば、樹脂被覆層が、クラッドの屈折率より低い屈折率を有する高分子化合物からなるので、光ファイバにおいて第２のクラッドとして機能し、曲げ損失によるレーザ光の漏洩を抑制することができる。これにより、プローブの温度上昇を防止することができる。

本発明の歯科用プローブの一例を示す図面であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は先端部を除く部分の背面図、（ｃ）はＳ−Ｓ線に沿う先端部の断面図である。 図１に示す歯科用プローブの軸方向に沿う断面図である。 図１に示す歯科用プローブを備えたレーザハンドピースの構成例を示す模式図である。

以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。なお、図２および図３においては、プローブ先端部１１の中間部を省略して歯科用プローブを現している。

図１に示すように、本形態例の歯科用プローブ１０は、その先端部１１が、水の流路３１と、エアの流路３２と、光ファイバ２０が挿通される管路３３が内部に形成されたマルチルーメンチューブ３０、および管路３３に挿通された光ファイバ２０からなり、光ファイバ２０は、コア２１およびクラッド２２と、クラッド２２の外周上に設けられた樹脂被覆層２３、および樹脂被覆層２３の外周上に設けられた金属被覆層２４を有し、樹脂被覆層２３は、屈折率がクラッド２２の屈折率より低い高分子化合物からなるものである。

光ファイバ２０のコア２１およびクラッド２２は、石英系光ファイバ、ポリマークラッド光ファイバ、フッ化物光ファイバ、カルコゲナイドガラス光ファイバ等の各種光ファイバで構成することができる。本形態例では、コア径が通常の通信用光ファイバのコアよりも大きい（例えばコア径４００μｍ）大口径光ファイバが用いられている。本発明は、大口径ファイバだけではなく、イメージファイバ（マルチコア光ファイバ）やポリマークラッドファイバといったエネルギー伝送用光ファイバに適用可能であり、特にファイバ種や構造を制限するものではない。

樹脂被覆層２３は、クラッド２２の屈折率より低い屈折率を有する高分子化合物からなる。樹脂被覆層２３に用いられる高分子化合物の材質は、クラッド２２の屈折率に応じて選択される。例えばクラッド２２が純粋石英ガラスからなる場合、純粋石英ガラスの屈折率（１．４６３程度）より低い屈折率を有する高分子化合物としては、シリコン樹脂、フッ化アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂などが挙げられる。これに対して、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリカーボネート等は、純粋石英ガラスより屈折率が高い。純粋石英ガラスより屈折率が高い樹脂であっても、コアおよびクラッドの屈折率が該樹脂の屈折率より高い場合には、本発明に適用可能である。
樹脂被覆層２３の屈折率は、純粋石英の屈折率よりも０．０４以上小さいことが好ましい。

金属被覆層２４は、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属や、Ｃｕ合金、Ｓｎ合金、Ｎｉ合金などの合金から構成することができる。金属被覆層２４を電解めっきで作製する場合には、樹脂被覆層２３の表面に導電性を付与するため、無電解めっき、スパッタ、真空蒸着、ＣＶＤ等の手法により下地金属層が形成される。
金属被覆層２４は、図１（ａ）に示すように、プローブ先端部１１の内部で曲がった状態で設けられる光ファイバ２０の形状を保持することができる、十分な厚さを有することが好ましい。さらに、図１（ａ）の二点鎖線に示すように、プローブ先端部１１を真っ直ぐに伸ばしたり、所望の形状に屈曲または湾曲させたりすることができるよう、光ファイバ２０が可塑性（変形性）を有する程度の厚さに金属被覆層２４を設けることが好ましい。一般に、プローブは金属被覆層を有しているので、仮にプローブが曲がって漏れ光が発生した場合であっても、プローブ外部へ漏れ光を出さない構成となっている。

図１（ｃ）に示すように、マルチルーメンチューブ３０は、その内部に、水の流路３１と、エアの流路３２と、光ファイバ２０が挿通される管路３３を有する。管路３３内には光ファイバ２０が挿通されている。マルチルーメンチューブ３０の一端は、先端面３９である。また、マルチルーメンチューブ３０の他端は、図１および図２に示すように、プローブ本体部１２の内部に収容されている。
光ファイバ２０の出射端２６の形状は、光軸に垂直な平面に限らず、斜面や円錐形に形成（研磨など）することもできる。

本形態例においては、プローブ先端部１１がマルチルーメンチューブ３０および光ファイバ２０からなる。マルチルーメンチューブ３０は、ウレタン等の高分子化合物やステンレス等から構成することができる。

マルチルーメンチューブ３０が可とう性を有する高分子化合物からなる場合、プローブ先端部１１を手指で所望の形状に変形させることができるので好ましい。本形態例のプローブ１０では、光ファイバ２０に金属被覆層２４が設けられているので、プローブ先端部１１を曲げたり、曲げ形状を任意に変化（変形）させたりしても、内部の光ファイバ２０に加わるストレスを軽減し、光ファイバ２０の損傷や破断を抑制することができる。

図１および図２に示すように、光ファイバ２０が挿通される管路３３は、マルチルーメンチューブ３０の先端面３９から反対側の端面３９ａまで連続して形成されている。図１（ｃ）では、管路３３と光ファイバ２０との間にクリアランスが示されているが、管路３３への光ファイバ２０の挿入に支障がない程度に両者が密着していても良い。

水の流路３１とエアの流路３２との間は、隔壁３６によりチューブ全長にわたって仕切られている。水の流路３１およびエアの流路３２は、マルチルーメンチューブ３０の先端面３９において開口している。光ファイバ２０の出射端２６からレーザ光を照射する際、水およびエアをそれぞれ流路３１，３２の開口（出口）から噴出することにより、被照射位置を冷却し、蒸散物を除去することができる。

プローブ本体部１２は、高分子化合物（樹脂、ゴム等）や金属等の各種材料から構成でき、その構造は特に限定されない。本形態例の場合、プローブ本体部１２は、高分子化合物製であり、高分子化合物製のマルチルーメンチューブ３０と一体に成形されている。プローブ本体部１２の側面には切欠１４，１５が設けられ、それぞれの切欠１４，１５においてマルチルーメンチューブ３０が露出され、さらにそのマルチルーメンチューブ３０の薄肉部３４，３５が切り開かれることにより、水の流路３１の導入口３７およびエアの流路３２の導入口３８が形成されている。マルチルーメンチューブ３０の先端面３９とは反対側の端面３９ａにおいて、水の流路３１のおよびエアの流路３２は、プローブ本体部１２内で閉塞されている。

光ファイバ２０の入射端２５は、マルチルーメンチューブ３０の端面３９ａよりも後方（図２の右方）に延び、プローブ本体部１２内部の光ファイバ通路１６を通ってプローブ本体部１２の後端面１２ａから突出している。プローブ本体部１２をインサート成形で製造するときは、流路３１，３２内に着脱可能な補強材が充填され、管路３３に光ファイバ２０が挿通されたマルチルーメンチューブ３０を用意し、光ファイバ２０およびマルチルーメンチューブ３０の周囲に溶融樹脂を供給して固化させることにより、光ファイバ２０の外面形状を型として光ファイバ通路１６を形成することができる。その際、導入口３７，３８に通じる切欠１４，１５は、プローブ本体部１２の後加工で開口する必要はなく、例えば成形金型の内面に導入口３７，３８を塞ぐ凸部を設け、切欠１４，１５の部分に溶融樹脂が供給されないようにすることでも形成することができる。

本形態例の歯科用プローブ１０は、歯科治療用レーザハンドピースにおいて、光ファイバ２０で伝送されたレーザ光を被照射位置に導くために用いることができる。
図３に、レーザハンドピースの構成例を示す。ここで例示するハンドピース４０は、術者（特に歯科医）が手に持って操作できるように構成されており、歯科用プローブ１０は、ハンドピース本体４１の先端側に設けられたレセプタクル４２に対して着脱可能に装着されている。レセプタクル４２は、例えばスプリング４３等でプローブ本体部１２の外周面をその中心軸に向かう方向に押圧し、光軸の位置を安定させる。また、ファスナ４９をプローブ本体部１２の外面に突出形成されたフランジ部１３に係合させることにより、使用時に歯科用プローブ１０が意図せず脱落することを防止することができる。歯科用プローブ１０をハンドピース本体４１から取り外すときには、ファスナ４９を上げ、図示しない操作手段を介してエジェクタ４８をハンドピース本体４１の先端側（図３の左側）に移動させ、歯科用プローブ１０をレセプタクル４２から押し出す。

ハンドピース本体４１には、給水管４４および給気管４５が設けられている。給水管４４および給気管４５は、図示しない水およびエアの供給装置に接続されている。
給水管４４はプローブ本体部１２の切欠１４に設けられた水導入口３７（図２参照）に接続されている。また、給気管４５は切欠１５に設けられたエア導入口３８（図２参照）に接続されている。

ハンドピース本体４１の後端側には、レーザ光を供給するためレーザ光源に接続された光ファイバ４６が保持されている。光源側の光ファイバ４６と、プローブ１０の光ファイバ２０とは、コリメートレンズ４７等を介して非接触で光結合されている。このため、光ファイバ２０，４６の端面同士を突き合わせて接続する場合に比べて、プローブ１０の着脱の際に光ファイバ２０，４６の端面に外力が加わらず、光ファイバ２０，４６の端面の損傷を防ぐことができる。

歯科治療の際、術者はハンドピース本体４１に適宜の先端形状を有するプローブ１０を装着してハンドピース４０を構成し、患部に水およびエアを供給しながらレーザ光を照射することで、歯牙組織の処置を行うことができる。プローブ先端部１１が所望の形状に曲げられていても、光ファイバ２０からの漏れ光によるプローブ先端部１１の温度上昇が抑制されるので、患者がプローブ先端部１１の高熱を感じて不快感を覚えたり、火傷を起こしたりするおそれがない。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、実施例の形状や寸法のみを対象としたものではなく、コア径・クラッド径・ファイバ長さ・曲げ角度・被覆径・金属コート径・チューブ構造などを初めとする形状や寸法、さらに材質などを特に制限するものではない。

＜実施例１＞
・図１（ｃ）に示すように、大口径ファイバ（コア径；φ４００μｍ、クラッド径；φ５００μｍ）の外側に厚さ５０μｍのシリコン樹脂（屈折率；１．３５）の樹脂層と、その外側に厚さ５０μｍの銅をコートした金属コート光ファイバを用いた。前記金属コート光ファイバは、長さが４０ｍｍで、中央部に３０°の曲げ角度を有した構造となっており、これをマルチルーメン構造のウレタン製チューブに挿入し、モールドにて一体成形したプローブを作製した。

＜実施例２＞
・シリコン樹脂に代えて、フッ化アクリル樹脂（屈折率；１．４２）を用いたこと以外は実施例１と同じにして、プローブを作製した。

＜実施例３＞
・シリコン樹脂に代えて、酢酸ビニル樹脂（屈折率；１．４６）を用いたこと以外は実施例１と同じにして、プローブを作製した。

＜比較例１＞
・シリコン樹脂に代えて、ポリメタクリル酸メチル（屈折率；１．４９）を用いたこと以外は実施例１と同じにして、プローブを作製した。

＜比較例２＞
・シリコン樹脂に代えて、ポリイミド樹脂（屈折率；１．５２）を用いたこと以外は実施例１と同じにして、プローブを作製した。

＜比較例３＞
・シリコン樹脂に代えて、ポリカーボネート樹脂（屈折率；１．５９）を用いたこと以外は実施例１と同じにして、プローブを作製した。

＜試験例＞
・実施例と比較例の試料（ｎ＝１０）について、エルビウム・ＹＡＧレーザを用いて、出力；３５０ｍＪ、繰返し速度１０ｐｐｓにて、１０秒間連続照射した。そして３０°の曲げを有したプローブの中央部を市販の接触式温時計にて連続照射直後（１０秒後）の温度を測定した。試験は室温（２３℃）で実施した。

＜試験結果＞
・試験結果を表１に示す。表中の測定温度は、ｎ＝１０の平均値である。

＜考察＞
表１に示す試験結果からわかるように、樹脂被覆層の屈折率がクラッド（純粋石英ガラス）の屈折率より大きいもの（比較例１〜３）は、曲げ加工されている箇所でレーザ光が漏れ光となって金属コート層側に拡散されているものと考えられる。逆に、樹脂被覆層の屈折率がクラッドの屈折率より小さいもの（実施例１〜３）は、曲げ加工されている箇所でレーザ光が漏れ光とならず、金属コート層側への拡散が制限されているものと考えられる。

純粋石英層の屈折率は１．４６３程度であることが知られている。比較例１ではそれより若干屈折率が高いため、数度の温度上昇が確認されているので好ましくないことは明らかである。

実施例３は、純粋石英層の屈折率と同レベルであって、それほどの温度上昇は確認されていない。しかしながら、角度を３０°以上に曲げた場合や、もっとハイパワーで長時間のレーザ照射を想定すると、温度上昇のマージンが少ないように思われる。

以上より、本発明の歯科用プローブで用いる樹脂被覆層の屈折率は、純粋石英層の屈折率よりも小さいこと、好ましくは純粋石英層の屈折率よりも、０．０４以上小さい屈折率であるほうがよいことが判明した。
また、漏れ光の有無は、光ファイバのクラッドとその外側の樹脂被覆層との屈折率差によるものであるから、クラッドの材質が純粋石英層でない場合も同様に、樹脂被覆層の屈折率がクラッドの屈折率より小さくすることにより、温度上昇を抑制することができる。

１０…歯科用プローブ、１１…プローブ先端部、２０…光ファイバ、２１…コア、２２…クラッド、２３…樹脂被覆層、２４…金属被覆層、３０…マルチルーメンチューブ、３１…水の流路、３２…エアの流路、３３…管路、４０…レーザハンドピース。

Claims (4)

1. 歯科治療用レーザハンドピースにおいて、光ファイバで伝送されたレーザ光を被照射位置に導くために用いられる歯科用プローブの製造方法であって、
   水の流路と、エアの流路と、光ファイバが挿通される管路がそれぞれ互いに離隔されて貫通穴として内部に形成された可とう性を有する高分子化合物からなるマルチルーメンチューブと、
   クラッドの外周上に設けられた樹脂被覆層、および前記樹脂被覆層の外周上に設けられた金属被覆層を有する光ファイバであって、その金属被覆層が前記光ファイバの曲げ変形に対応して変形可能であるとともに、曲げ変形された前記光ファイバの形状を保持可能であり、その樹脂被覆層における屈折率が前記クラッドより低い光ファイバと
   を用意し、
   前記マルチルーメンチューブの管路に前記光ファイバを挿通してプローブ先端部を構成し、
   前記水の流路および前記エアの流路内に着脱可能な補強材を充填し、前記光ファイバおよび前記マルチルーメンチューブの周囲に溶融樹脂を供給して固化させることにより、前記光ファイバの外面形状を型として、光ファイバ通路を有するプローブ本体部を前記マルチルーメンチューブと一体にインサート成形することを特徴とする歯科用プローブの製造方法。
2. 前記プローブ本体部は、前記マルチルーメンチューブの後端外周に前記マルチルーメンチューブと一体に成形された高分子化合物からなり、
   前記マルチルーメンチューブにおける前記水の流路および前記エアの流路のそれぞれの後端が前記プローブ本体部内において閉塞され、
   前記プローブ本体部の側面に設けた２つの切り欠きのそれぞれの内部において、前記マルチルーメンチューブが露出され、その露出部それぞれに前記水の流路又は前記エアの流路についての導入口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の歯科用プローブの製造方法。
3. 前記プローブ本体部を成形する成形金型の内面に前記導入口を塞ぐ凸部を設けて前記溶融樹脂が供給されないようにすることにより、前記切り欠きを形成することを特徴とする請求項２に記載の歯科用プローブの製造方法。
   
4. 前記樹脂被覆層の屈折率が、前記クラッドの屈折率よりも０．０４以上小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯科用プローブの製造方法。

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