帶有光源的超聲牙科器械的制作方法

專利名稱：帶有光源的超聲牙科器械的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲牙科器械，更具體說，是涉及一種帶有光源的超聲牙科器械。
背景技術：
牙科開業醫生使用超聲牙科器械(工具)，施行牙科療法和手術，諸如刮牙術、牙周療法、根管治療等。超聲牙科器械通常包括一端(即近端)通過纜線與電源及液體源耦聯的手柄。纜線包括提供液體(例如水)的軟管，和提供電能的導線。
手柄的另一端(即遠端)有開孔，用來接受可替換的插件，插件上裝有換能器(例如磁致伸縮換能器)。換能器從插件的近端伸延進手柄中空的內部。作超聲振動的工作尖，從插件的遠端伸出。
因為在其中工作的口腔，是小的空間，即使在最佳的條件下，常常也難看清楚口腔中所有區域。當牙科開業醫生不能看清楚工作的視場時，很可能出現痛苦的失誤。以超聲頻率振動的常常是尖銳的器具，能對軟組織(例如牙齦組織)造成頗大傷害，導致出血和痛苦。
當牙科開業醫生在病人口腔中使用超聲牙科器械，貼近地靠向病人，在口腔內受限制的空間中工作時，掛在工作場所上大而聚光的燈，常常被阻擋。突然變暗的視場，使精細的工作變得更為困難。能夠導致小的失誤和傷害。
因此，有必要提供一種能直接把光引進工作視場(例如病人的口腔)的超聲牙科器械。如果用已有的超聲牙科器械中早已可用的能源，提供這樣的光，則能降低電路的復雜性和能量的需求。

發明內容
在本發明的示范實施例中，超聲牙科插件至少有一個光源。超聲牙科插件包括產生超聲振動的第一換能器。超聲牙科插件還包括有近端和遠端的連接體，工作尖裝配在遠端上。近端裝配第一換能器，以便從換能器接收超聲振動，并把超聲振動傳輸至裝配在遠端的工作尖。
第二換能器配置在插件上，基本上貼近連接體，并響應連接體一部分的運動，按照超聲振動而產生電壓信號。基本上貼近工作尖的至少一個光源，與電壓信號連接，并從第二換能器接收電壓信號而產生光。
為向第一換能器提供產生超聲振動的電磁能，可以把超聲牙科插件插入手柄，形成有光源的超聲牙科器械。
在本發明另一個示范實施例中，給出一種產生光的方法，供牙科手術時使用。超聲振動是用裝配在連接體近端的第一超聲換能器產生的，該連接體有近端和遠端，工作尖裝配在遠端上。超聲振動通過連接體，向裝配在連接體遠端的工作尖傳輸。用第二換能器響應連接體一部分的運動，按照超聲振動而產生電壓信號，該第二換能器順著插件放置，基本上靠近連接體。基本上靠近工作尖，并與第二換能器連接的至少一個光源，利用該電壓信號發射光。
在本發明又一個示范實施例中，給出一種照亮工作區的方法。在發電機上接收機械能，所述發電機在機械上由該器械的提手支持，所述器械的提手適合支持超聲器械的工作尖。該機械能被轉換為電磁能，然后用所述電磁能的至少一部分，照亮工作區。
在本發明再一個示范實施例中，給出一種清洗牙齒表面的方法。在牙科器械手柄上接收超聲信號。把超聲信號轉換為支持牙科器械工作尖的連接體的超聲運動。把所述連接體的超聲運動，耦聯至發電機。用所述發電機產生電流。用所述電流激勵至少一個光源。牙科器械的工作尖與牙齒表面接觸。鄰近所述牙科器械的工作尖的牙齒表面，被所述光源照亮。
在本發明又再一個示范實施例中，給出一種超聲牙科插件。該超聲牙科插件包括電動機、工作的工作尖、和位于所述電動機與所述工作的工作尖之間的耦聯單元，所述耦聯單元適合從所述電動機接收機械能。一個發電機在機械上與所述耦聯單元耦聯，所述發電機適合從所述耦聯單元接收一部分所述機械能。用有第一端的電的導線，與所述發電機進行電的耦聯。至少一個光源的電輸入，與所述導線的第二端在電上耦聯。


本發明的上述和其他方面，通過參看下面的詳細說明，可以得到了解，下面的說明是結合附圖作出的，附圖有圖1畫出一種超聲牙科單元(或系統)，包括與電源和液體源上的超聲牙科器械聯結的超聲牙科器械；圖2是牙科器械插件的頂視圖，在本發明的一個示范實施例中，該牙科器械插件有集成的光源；圖3是圖2的牙科器械插件的側視圖，本圖已經把圖2畫出的頂視圖轉過約90度；圖4畫出圖2的牙科器械插件使用的工作尖；圖5畫出已經轉過約90度的圖4的工作尖；圖6A是圖2的牙科器械插件沿線6-6截取的截面圖；圖6B畫出本發明另一個示范實施例，表明牙科器械插件的部分截面圖；圖7是圖2的牙科器械插件的分解透視圖；圖8、9、和10畫出本發明示范實施例中，集成光源的光發射電路；圖11是超聲牙科手柄的側視圖，可用該手柄與圖2的牙科器械插件結合，形成超聲牙科器械；圖12是圖11的超聲牙科手柄的分解透視圖；圖13是超聲牙科單元(或系統)另一個例子的方框圖，該超聲牙科單元(或系統)包括壓電發電機；圖14是另一種超聲牙科單元(或系統)的方框圖，該單元包括摩擦發光材料；和圖15是流程圖，表明一種用本發明示范實施例的超聲牙科器械，照亮工作區的方法。
具體實施例方式
在本發明的示范實施例中，超聲牙科插件至少有一個集成的光源，例如發光二極管(LED)，該光源能使牙科開業醫生把光投射在工作視場上的同時，把器械作用在牙齒上。光源被早已可用的超聲振動能量激勵，因此無需另外的能量源。作為例子，提供諸如和/或包括照明能量線圈的換能器，并裝配在光源上，于是，光源可以用被換能器轉換的振動能量激勵。舉例說，當牙科插件的連接體快速運動時，在照明能量線圈中產生交流(ac)電壓，該交流電壓與光源(例如發光二極管(LED))串聯，提供光發射的能量。在其他實施例中，可以用任何其他適當的換能器，把振動能量轉換為光發射的能量。“光源”這個詞，如在本文中使用那樣，可以包括一個或多于一個光源。
圖1畫出的超聲牙科單元，包括通過纜線12與電源和液體源14聯結的超聲牙科器械10。從電源和液體源14到超聲牙科器械10的纜線12，包括載運液體的導管和載運電信號的電線。超聲牙科器械10包括手柄200和插入手柄200中的插件100。從圖1可見，光源101已經集成在插件100的遠端附近，基本上貼近工作尖102。在另一個實施例中，多個光源集成在插件100的遠端附近。在其他實施例中，光源可以包括兩個或更多燈(例如在圖10所示的LED 151和161)。在另外的其他實施例中，光源可以不與插件集成，而代之以非集成地裝配在插件上和/或抓手上，或者只有一個光源與插件集成，而另外的則否。
現在參考圖2和3，牙科插件100包括在其遠端的工作尖102，和在其近端的超聲換能器108。工作尖102通過連接體103與換能器108耦聯，連接體103可取通筒的形式。工作尖102可以可拆卸地裝配在連接體103上，以便根據需要的應用，更換工作尖。此外，工作尖102，當被拆卸，把它與超聲牙科插件其余部分分離后，可以銷毀或蒸氣消毒，或另行滅菌。例如，工作尖102可以用高溫塑料例如ULTEM制作，ULTEM是一種無定形熱塑性聚醚酰亞胺，或用Xenoy樹脂制作，Xenoy樹脂是聚碳酸酯和聚丁烯對酞酸鹽(polybutyleneterephthalate)的復合物，或用Lexan塑料制作，Lexan塑料是聚碳酸酯和異酞酸鹽對酞酸鹽間苯二酚(isophthalateterephthalate resorcinol)樹脂的共聚物，所有這些材料都可從GEPlastics購得，也可以用任何其他合適的樹脂塑料或復合物。工作尖還可以由金屬或金屬合金例如不銹鋼制成。本文使用的術語“塑料”，一般指合成聚合物材料，例如樹脂。
連接體由適合傳輸超聲振動的材料，例如不銹鋼制成。用連接體把換能器108產生的超聲振動傳遞到工作尖102。換能器108例如通過低溫焊、熔焊、激光熔焊，和/或任何其他適當方法，裝配到連接體103上。例如，連接體103和換能器108之間的焊接，可以是用銅釬焊焊料形成的銅釬焊焊接，銅釬焊焊料包括無鎘的銀焊料和高溫銅釬焊焊劑。
當用連接體在圍繞連接體至少一部分的照明能量線圈中產生電壓時，連接體最好用有磁導率的材料制作，最好有良好的磁導率。作為例子，17-4PH的不銹鋼不但適合傳輸超聲振動，還有中等的磁性。因此，由17-4PH不銹鋼形成的連接體，通過在照明能量線圈架126上安裝的照明能量線圈內的快速運動(例如25kHz或更快)，在照明能量線圈上產生ac電壓。雖然圖2和3中只畫出照明能量線圈架126的一端，但在圖示的實施例中，照明能量線圈架126實際包裹連接體103很大部分，下面還將參照圖6和7說明。
已經在連接體103上安裝的環形扣環111，也可以用金屬例如不銹鋼制成。扣環111有連接部分113，其內形成一般是圓柱形的腔，以壓入配合關系接納連接體103的對應部分。扣環不動地裝配在(扣鎖在)連接體103上，使扣環既不能轉動，也不能沿連接體的軸作側向運動。
超聲牙科插件100還包括抓手104，抓手可以用高溫樹脂制作。例如，抓手104可以用熱塑性合成橡膠制成，例如可從MonsantoCompany購得的SANTOPRENE，或者用于構成某些工作尖的材料，或任何其他合適的材料。抓手104可以在照明能量線圈及光源101安裝到穿過照明能量線圈架126的連接體103之后，用注模法形成。
在其他實施例中，抓手104可以是單體的抓手，通過抓手在照明能量線圈架126上的滑動，安裝到包圍連接體103的照明能量線圈架126上。在還有的其他實施例中，可以使用多體的抓手。舉例說，兩體的抓手可以在照明能量線圈架126上用超聲熔焊在一起。單體的或兩體的抓手的制作，例如可以用ULTEM、SANTOPRENE、Xenoy、或Lexan，或其他合適的樹脂塑料。
抓手104一般呈圓柱形，安裝在照明能量線圈架126上并緊固在應有的位置中(例如通過在照明能量線圈架126上直接注模)。抓手104在放置光源101(LED)端部的一側，還有略為突起的部分98。在其他實施例中，可以不用扣環111。
沿抓手的外表面，在略為突起部分98的另一側，抓手104有一定的輪廓線，并有略為凹陷的區域107，使它容易被牙科開業醫生抓緊。抓手104還有形成在其外表面的多個凸緣105(即圖2所示的條形凸起)，進一步便于牙科開業醫生把裝置抓緊。一些抓手104甚至可以按人類工程學方式設計。在圖示的實施例中，工作尖102上形成直線的溝槽110(例如通路)，以便把液體(例如水)和/或空氣傳送到病人的牙齦或牙齒。
工作尖的類型，可以是牙垢刮刀、牙髓牙科鋸、鉆頭、或其他對牙周療法有用的類型。如上所述，工作尖還可以用金屬或塑料制成。它們的一些還可以有傳送液體和/或空氣的能力。
扣環111上形成開孔112，以便從手柄200接受液體。液體可以通過形成在工作尖102基座上的直線溝槽110流出。在其他實施例中，插件可以在它工作尖102一端有開孔，或有外接的管，可使液體流出插件。此外，作為替代，可以用形成在線圈架或抓手上的開孔，把液體噴向口腔。
換能器108例如可以包括薄的彼此平行排列的鎳板堆。因為換能器108在牙科器械中產生超聲振動，所以也可以把換能器108看作電動機。在一個實施例中，薄鎳板包括16層疊層的鎳合金帶，是90％的鎳錳(NiMn)。鎳板可以例如用包括無鎘銀焊料和高溫銅釬焊焊劑的銅釬焊焊料，在兩端以銅釬焊焊接起來。圖上畫出的插件100，是磁致伸縮型插件，其中，當手柄中的線圈(例如在圖12中的線圈238)用纜線的電信號激勵時，鎳板108能作超聲振動。在其他實施例中，超聲牙科插件可以用壓電換能器，這在歐洲是常見的。
插件100上安裝有O形環106，用于與手柄200的內表面嚙合和壓緊，形成不漏水的密封。對有可轉動的轉動頭的手柄，O形環106可以與轉動頭嚙合，使超聲牙科插件與轉動頭一起轉動。
工作時，薄鎳板堆108的振動頻率，等于鎳堆響應手柄200線圈的激發而產生的固有頻率。在插件放進手柄中并接通電源之后，操作者可以手動調諧電源頻率，直至達到諧振頻率即插件的固有頻率為止。或者是，一旦接通電源，自動調諧單元自動鎖定在插件的諧振頻率上。此時，鎳堆開始振動。鎳堆的振動被放大，并通過連接體103發送到工作尖102。任何放大裝置都可以考慮。美國使用的超聲插件，通常按25kHz或30kHz振動頻率設計。
連接體的工作尖響應薄鎳板堆108的超聲振動而振動(例如，沿連接體103的軸向快速前后運動)。作為例子，沿軸向的運動可以在.00125厘米(cm)到.00375cm之間，取決于諸如振動頻率、連接體103使用的材料、連接體103的長度，等等因素。
現在參考圖4和5，工作尖有細長的錐形部分115和圓柱形的對接部分114(“基座”)。從圖5可見，錐形部分115是彎曲的。錐形部分115有圓的橫截面，從毗鄰對接部分114的一端(“近端”)到工作尖的另一端(“遠端”)，直徑逐漸減小。進行牙科手術時，遠端是作用于病人牙齦/牙齒的一端。
從圖4可見，圓柱形對接部分114，有順著插件100軸的方向形成的直線溝槽110。在圖示的實施例中，流經照明能量線圈架126的液體，通過直線溝槽110流出。在其他實施例中，工作尖可以有細的通路在其中通過，用于把水或其他液體輸送到口腔中正在操作的區域。
工作尖102可以與連接體103形成單一的整體。在其他實施例中，工作尖需要在對接部分裝配一帶螺紋的部分，以便與連接體上形成的帶螺紋開孔嚙合(如圖6B所示)。使用這種螺紋嚙合，工作尖可以做成可拆卸的。這種可拆卸性，使工作尖成為可銷毀的，該工作尖在單個病人使用后被替換而銷毀。在再有的其他實施例中，可拆卸工作尖還可以通過壓入配合，壓進連接體上對應的開孔。
現在參考圖6A和7，連接體103還在靠近其遠端上形成圓形溝槽138。O形環136置于溝槽138中。當把照明能量線圈架126安裝在連接體103上時，O形環136提供連接體103與照明能量線圈架126之間的密封，防止不希望有的液體泄漏。
照明能量線圈架126可以作為單體形成，且可以滑到并扣鎖在/壓入配合到連接體和/或扣環111上。
扣環111有一般的圓柱形，且在其上形成連接部分113，套在連接體103對應的圓柱形部分上。從手柄接收液體的兩個開孔112，形成在連接部分113的相對兩側。扣環111在其緊靠連接部分113上，形成圓形溝槽120，用于安放外置的O形環136。
在扣環111的遠端，形成一對相互對著的夾緊單元132。每一夾緊單元，有對著另一個夾緊單元端部向內突出的端部。連接體103上形成一對凹槽139，以接納夾緊單元突出的端部，使夾緊單元132扣鎖在凹槽139中。這樣的嚙合，使圖示實施例的扣環111相對該連接體既不轉動，也不側向運動，鎖定在連接體103上。扣環111上還形成圓形凸緣121、124，和圓形溝槽122。圓形溝槽122用于安放O形環134。
從圖6A和7可見，照明能量線圈99繞在照明能量線圈架126上，后者包圍連接體103安裝。線圈架126例如可以用高溫塑料制成，諸如ULTEM或任何其他合適的材料。照明能量線圈99中產生的電壓值，取決于例如線圈匝數、照明能量線圈99相對于連接體103的位置、連接體運動的速度和頻率、連接體使用的材料、等等因素。
作為例子，當照明能量線圈推薦用18號銅線繞成，并有許多匝，而連接體推薦用17-4PH不銹鋼制成時，在振動頻率為25kHz情形下，產生的電壓信號約為1伏到約10伏之間，最可能是約1到5伏峰峰值。本領域熟練人員顯然知道，產生的電壓值將隨匝數和/或振動頻率的增加而增加。
此外，在圖示實施例中，如果照明能量線圈架126(從而照明能量線圈99)安裝在更接近連接體103的節點，而不是接近裝配工作尖的遠端，可以使電壓增加。節點是連接體的縱波幅度接近零，但縱向應力為最大的地方，在圖6A中，節點在夾緊單元132裝配到連接體103的位置(即凹槽139)。
從圖6A和7可見，照明能量線圈架126上形成托架141和基座142，供LED 101安裝于其上。此外，照明能量線圈架126上形成凸緣143和一般是圓柱形的室144，照明能量線圈99安裝在它們之間。一般是圓柱形的室144，在其上形成凸緣145。照明能量線圈架126還包括裝配在室144上的環區146。當超聲牙科插件100已經組裝好時，環區146毗鄰扣環111的凸緣121。
照明能量線圈架126上形成遠離環區146的管狀部分140，包裹連接體103接近工作尖102的部分。在圖示的實施例中，液體通過環區146進入照明能量線圈架126，又通過管狀部分140從照明能量線圈架126流出。
圖6B的超聲牙科插件，除工作尖102′在它的對接部分114′裝配帶螺紋的部分109′外，基本上與圖6A的超聲牙科插件相同，帶螺紋的部分109′用于與連接體103′遠端形成帶螺紋的接納部分119′(“嚙合部分”或“帶螺紋的嘴”)嚙合。與超聲牙科插件100類似，圖6B的超聲牙科插件有光源101′(例如LED)安裝在線圈架126′上。在線圈架126′上安裝照明能量線圈99′，并與光源101′電耦聯，以便照明能量線圈99′把超聲振動能量轉換為電能，供光源101′的發射使用。在圖6B中，抓手104′至少部分地包裹線圈架126′和照明能量線圈99′。
可替換的工作尖102′，可由金屬(例如不銹鋼)或塑料(例如ULTEM)制成。因為工作尖102′的直徑非常小，如果對它施加太多的超聲振動，會使之破裂。相反，如果施加的振動不充分，超聲牙科器械不可能有效地工作。因此，連接體103′和工作尖102′的設計，要能把適當水平的振動施加到工作尖上。因為塑料的工作尖比金屬的工作尖更容易斷裂，所以在連接體103′上，使用沖擊吸收機構，降低對塑料工作尖的沖擊。
連接體103′上形成帶螺紋的嘴119′，供工作尖102′擰進。“嘴”這個字，本文此后將指形成在連接體103′遠端的帶螺紋的開孔，用于與帶螺紋部分109′嚙合。帶螺紋部分109′與帶螺紋的嘴119′內表面的對應螺紋嚙合，使工作尖102′能被連接體103′接納。
連接體103′形成一對溝槽141′和143′，包圍帶螺紋的嘴119′，以便分別安放O形環140′和142′。O形環吸收沖擊，減小工作尖“感受到”的振動(即被阻尼)，從而降低塑料工作尖斷裂的機會。在其他的實施例中，連接體上可以安裝僅一個或兩個或更多的O形環，用于該種吸收沖擊的目的。在還有的其他實施例中，帶螺紋部分的直徑，基本上與對接部分的直徑相同，而帶螺紋的嘴部分的直徑，可以相應地更大，以便接納帶螺紋的部分。
在圖8的光發射電路中，光源是與照明能量線圈99串聯的LED151。因為LED 151只響應單極性電壓而發射光，而照明能量線圈99產生的是ac電壓信號，所以LED 151只有一半時間發光。但是，因為LED 151以超聲頻率(例如25kHz)接通和斷開，LED如此快速地開關，人眼一般是感覺不到的，所以LED 151似乎是連續地接通的。在其他實施例中，光源101可以是任何其他合適的發光裝置，諸如白熾燈(例如鹵素燈泡)。
在圖9的光發射電路中，齊納二極管150與LED 151并聯。電阻152連接在照明能量線圈99和齊納二極管150之間，而電阻154連接在齊納二極管150和LED 151之間。齊納二極管150把電壓箝位，使從LED 151看到的電壓差別，不致升到某一預定電壓以上。這樣，即使照明能量線圈99開始產生更高的電壓，但LED 151的亮度仍可保持基本均勻。舉例說，齊納二極管150可以把電壓箝位在5伏(V)，于是，從LED 151看到的電壓將不大于5V。
圖10中，LED 161與LED 151以反并聯關系連接，使它們沿相反方向并聯。這樣，LED 151和161響應照明能量線圈99產生的ac電壓，交替地導通。因為ac電壓的頻率是超聲頻率(例如25kHz)，LED 151和161的接通和斷開，人眼是感覺不到的，所以，LED 151和161似乎是連續地接通的。在其他實施例中，可以用齊納二極管與圖9的LED 151和161每一個并聯，以便對兩個LED的電壓箝位。
如所指出，光源可以是單個LED或多個LED。多個LED可按任何方式排列，但最好是緊湊的排列，使光源的總體大小最小。也可結合各種排列，最好用受微處理器控制的LED同心陣列排列，以便需要時能改變照明面積。還可以用光傳輸設備，把LED置于連接體內，使工作尖凸出部分的大小最小。傳輸設備還可以包括濾波器或反射鏡，用于改變照明面積的大小。本文所說的光源，是指照明源，諸如LED或光傳輸設備，或是它們的組合。
光源可以是單個光源或多個光源，基本上靠近工作尖放置，并從第二換能器接收電壓信號，產生光或發射光。多個光源可以按變化的距離彼此分開，但最好仍然是放置在工作尖附近。
圖11畫出手柄200的側視圖，該手柄能夠接納例如圖1所示插件100。手柄200包括手柄體202、轉動頭204、和互連端206。位于手柄200遠端的轉動頭204，可轉動地與手柄200的其余部分耦聯。當插件100插進手柄200后，O形環106與轉動頭204的內表面壓力配合，使插件100與轉動頭204一起轉動。
位于手柄200近端的互連端206，與向手柄200提供電信號和液體(例如水)的纜線(例如圖1的纜線12)耦聯。互連端206有在其上形成的應變消除器，以消除互連端206與纜線之間的應變。
轉動頭204有一般的圓柱形形狀、中空的內部、和在內部兩端的開孔，一端的開孔用于接納手柄體202的遠端，另一端開孔用于接納牙科插件。例如，轉動頭204在遠端有形成在其上的開孔211，用于接納超聲牙科插件100。
圍繞轉動頭204外周邊表面，有多個凹槽210。每一凹槽210有長橢圓形狀(或矩形)，長橢圓的主軸在方向上與手柄200的中心軸平行。凹槽210有利于牙科開業醫生抓握轉動頭204，使轉動頭例如相對于手柄體202轉動(例如只用一只手)。在其他實施例中，轉動頭204上可以形成許多代替凹槽的隆起。
手柄體202上形成一對溝槽203，基本上與頂部等距并基本上橫貫手柄體202整個長度。溝槽203用于安裝手柄200上的抓手212。手柄體202還在其底部接近手柄體202的遠端上，有多個基本上均勻分開的切208，用于使抓手212沿手柄200的軸向保持不動。手柄體202還在其接近近端的底部，有與切口208共線的溝槽205。溝槽205使抓手212與溝槽203嚙合一起，保持抓手212不繞手柄200的中心軸轉動。在其他實施例中，可以不用這些溝槽。
抓手212有嚙合部分214，一般呈圓柱形并有中空的內部。嚙合部分214類似套筒那樣滑移到手柄體202上，并與手柄體202嚙合，使嚙合部分包裹一部分手柄體202。嚙合部分上形成彈性的支架部分218，用于與手柄體202上切口208之一嚙合。嚙合部分214在它的底部表面，裝配了提手216，供牙科開業醫生在牙科手術時抓住手柄200之用。提手還有利于用一只手使轉動頭204轉動。提手216在它的背面形成多個凹槽或隆起220，便于牙科開業醫生抓握。
手柄200包括至少一個線圈，安裝在線圈架(示于圖12)上，用于向鎳板堆提供能量，使鎳板108以超聲頻率振動。線圈通過圖1所示纜線12，從電源和液體源14接收能量。
現在參考圖12，手柄200還包括夾持環230，由金屬例如不銹鋼制成。夾持環230基本上呈圓形，但不完全形成完整的圓。夾持環230是柔性的(彈性的)，且不連在一起的兩端能通過施加壓力而更緊地靠在一起，但當撤除壓力時它們分開，因而能像彈簧一樣工作。
轉動頭204在其近端的內表面上，形成圓形溝槽231，用于與夾持環230嚙合。例如，通過對夾持環230施加壓力壓緊它，然后一旦夾持環230已經與溝槽231對準，即把夾持環230釋放，從而把夾持環230安裝進圓形溝槽231。安裝后，夾持環230被鎖定在轉動頭204上并相對于轉動頭204不動。
在把夾持環230鎖定在溝槽231后，通過把手柄體202遠端收進轉動頭近端的開孔，使轉動頭204與手柄體202耦聯。手柄體202在它的遠端形成嚙合部分209，嚙合部分209的半徑，比手柄體202其余部分的半徑小。嚙合部分209與手柄體202其余部分之間的結合部，在嚙合部分209的外表面上，形成基本上是圓形的溝槽250。當把嚙合部分209插入轉動頭204時，夾持環230可轉動地與溝槽250嚙合，使轉動頭204可轉動地與手柄體202耦聯。在其他實施例中，夾持環230與手柄體202的耦聯是不動的，而與轉動頭204的耦聯是可轉動的。
手柄體202有內表面，定義穿過手柄體202形成的空腔228，線圈架236被收進該空腔中。在典型的超聲牙科器械手術時，液體通過纜線和手柄200，泵浦到插件的工作尖。振動的插件工作尖使液體流碎裂為水霧。水霧不僅使工作尖冷卻，還使牙齒表面冷卻，并保護組織免受損壞。液體流經手柄200(通過線圈架236)的路徑必須密封，不能出現泄漏，直到液體流穿越液體傳送通道，從插件的遠端流出。在一些實施例中，空腔228可以有多于一個分隔間，空氣和水分別通過這些分隔間傳送。在一個優選實施例中，分隔間是一個疊在另一個上。空氣通過下面的分隔間傳送，而水通過上面的分隔間傳送，于是，空氣/水的混合物變成細的霧，代替水流，更輕柔地作用在牙齒上。
線圈架236一般呈圓柱形，并靠近它的遠端形成一對環形溝槽252和254。溝槽252和254分別與O形環232和234嚙合，用于防止液體從手柄200漏出。舉例說，O形環232與轉動頭204的內表面形成水密封，而O形環234與嚙合部分209的內表面形成水密封。
線圈架236上還形成一對基本上圓形的凸緣256和258。在凸緣256和258之間的線圈架236上，安裝長的線圈238。線圈架236還在靠近其近端上，有一對基本上圓形的凸緣260和262。線圈架在凸緣260和262之間，安裝短的線圈240。這些線圈，例如由絕緣的導線制成。在其他實施例中，這些線圈可以有基本上相同的長度，或者，較長的線圈可以安裝在靠近線圈架236的近端。
線圈架236在它的近端附近，有形成在其上的圓形溝槽272，用于放置O形環242。通過把O形環242放進溝槽272，在線圈架236與手柄體202內表面之間形成水密封，使液體不能從手柄200泄漏。
線圈架236有內表面，定義一般是圓柱形的腔，用于液體從近端到遠端的傳輸，線圈架236在它的近端還有開孔264，用于接收進入圓柱形腔的液體。線圈架236還在它的近端形成多個(例如三個)開孔266，用于接納插入線圈架236的插針248。插針248由導電材料例如銅制成。線圈架236、手柄體202、轉動頭204、抓手212、和互連端206外殼，均由合適的合成聚合物材料，如通常稱為“塑料”(例如高溫樹脂)的材料制成。例如，它們可以用ULTEM制作，ULTEM是一種無定形熱塑性聚醚酰亞胺，可從GE Plastics購得，也可以用上面公開的其他材料。
線圈架236上還形成多個直線溝槽268，這些溝槽與相應的開孔266對準，并從相應的開孔266伸延至線圈238和/或240。在開孔266和溝槽268中分別安裝的插針248，通過焊接和/或別的電學方法，連接至線圈238和/或240，以便傳輸電信號，該電信號來自電能源和液體和/或空氣源，經過纜線，再通過互連端206。
互連端206上還形成多個分別與開孔266嚙合的長的插座246。長的插座246，例如形成在互連端206的連接器部分244。長的插座246在其內形成電觸點，分別與插針248實現電的連接。電觸點的另一端，在電上例如連接至纜線中的導線，以便向線圈238和240提供電能，激勵線圈。
如以上所指出，在歐洲，一般都使用壓電換能器，為牙科器械產生超聲振動。當這種牙科器械工作時，向壓電晶體施加適當頻率的電信號。該電信號把電壓加到晶體兩端。晶體響應該電壓而膨脹和/或收縮，用該膨脹和/或收縮驅動器械的工作尖。
本領域熟練人員周知，壓電效應是可逆的。向壓電晶體施加適當的應力，可使晶體兩端出現電壓。接著可以用該電壓，驅動電流通過電負載，例如通過發光二極管。因此，在圖13所示本發明的一個實施例中，壓電發電機312，在機械上與適合支持牙科器械300的器械工作尖316的連接體耦聯。
牙科器械300包括手柄304和牙科插件308。手柄304包括換能器306，換能器306可以是或包括線圈，用于激勵超聲牙科插件308中的超聲發生器314。手柄304從電能、液體和/或氣體源302接收電能和液體和/或氣體(例如水)。舉例說，手柄300可以基本上與圖11和12所示手柄200相同。牙科插件308包括耦聯至壓電發電機312的光源310。電源302向換能器306提供電信號。換能器306接收電信號并產生交變的磁場。
工作時，超聲發生器314置于磁場內，并響應該磁場的變化而振動。超聲發生器314在機械上與工作尖316和壓電發電機312耦聯。壓電發電機312產生電流，被光源310接收。光源310可以與牙科插件308集成在一起，還可以包括兩個或更多光源。
壓電發電機312包括壓電體，例如石英晶體、Rochelle鹽晶體、或鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷。器械的工作尖316和/或連接體311的振動，在壓電體兩端產生電壓。電壓驅動電流通過由牙科器械300的牙科插件支持的光源310，例如發光二極管。按照本發明的一個方面，是用光源310發出的光，照亮牙科器械300工作尖316附近的工作區。
圖14畫出有手柄304′和牙科插件308′的牙科器械300′。牙科器械300′與電能、液體和/或氣體源302′耦聯，除了牙科插件308′包括摩擦發光材料312′外，與圖13的牙科器械300工作方式相同，摩擦發光材料312′最好位于工作尖316′附近，以便提供工作區的照明。因為，例如當用超聲發生器314′產生并通過連接體311′傳輸的振動能量，使摩擦發光材料312′受力/變形時，摩擦發光材料312′便發射光，所以不需要獨立的光源。超聲發生器314′的能量，由手柄304′中的換能器306′提供。
圖15畫出的是，如何用本發明示范實施例的超聲牙科器械，照亮工作區，諸如病人的口腔。首要的是，在發電機(例如照明能量線圈99)上接收機械能。發電機在機械上由器械的提手(例如手柄200)支持。器械的提手適合支持超聲器械的工作尖(例如工作尖102)。與之相應，在電磁換能器(例如線圈238)的輸入上，接收電能(320)。在電磁換能器內形成磁場(322)。用該磁場使機電換能器，例如超聲換能器108運動(324)。通過用機電換能器，使發電機的輸入單元，例如連接體103運動，于是發電機接收機械能(326)。使輸入單元運動，可以包括使該輸入單元以約25kHz到約30kHz的頻率作往復運動。
把機械能轉換為電磁能(328)。為此，使磁化單元，例如使連接體103運動，在電的線圈中通過，該線圈包括至少一個螺旋繞組的電的導線。磁化單元的這種運動，可以包括使磁化單元基本上以直線運動形式滑動，和/或使磁化單元繞轉動軸轉動。在其他實施例中，機械能轉換為電磁能，可以參照上面圖13的討論，通過對壓電單元施加應力，在壓電單元兩端產生電壓。在還有的其他實施例中，可以參照上面圖14的討論，用摩擦發光材料提供照明。
至少一部分這樣產生的機械能，被用于照亮工作區(330)。當把機械能轉換為照亮工作區的電磁能時，首先用發電機產生電能。然后通過電的導線，在光源輸入上接收電信號，該光源可以是LED或白熾電燈(例如鹵素燈泡)。利用該電能，使光源發射可見光。作為例子，發電機可以置于器械的提手內。
如圖15所示，借助這種照明，可以用器械的提手施行牙科手術(332)。在進行牙科手術時，作為例子，牙齒與器械的工作尖接觸，而工作尖在機械上與器械的提手耦聯，使牙齒表面置于工作區之內。
本領域熟練人員應當意識到，本發明在不偏離其精神或基本特征的情況下，能夠以其他具體形式體現。因此，可以認為，本說明在所有方面都是示例性的，而不是限制。本發明的范圍，由附于后面的權利要求書指出，而在與之等價的意義及范圍內的一切變化，都將涵蓋其中。
權利要求
1.一種超聲牙科插件，包括產生超聲振動的第一換能器；連接體，有近端和遠端，工作尖裝配在遠端上，近端裝配第一換能器，以便從換能器接收超聲振動，并把超聲振動傳輸至裝配在遠端的工作尖；第二換能器，基本上貼近連接體放置，以便按照超聲振動，響應連接體一部分的運動，產生電壓信號；和基本上貼近工作尖的至少一個光源，所述至少一個光源連接至來自第二換能器的電壓信號，并接收該電壓信號而產生光。
2.按照權利要求1的超聲牙科插件，其中的第二換能器，包括圍繞所述連接體部分的線圈。
3.按照權利要求2的超聲牙科插件，其中所述至少一個光源，是連接在該線圈第一端和線圈第二端之間的LED。
4.按照權利要求3的超聲牙科插件，還包括連接在線圈第一端和線圈第二端之間的齊納二極管，該齊納二極管把LED兩端的電壓箝位在預定值。
5.按照權利要求2的超聲牙科插件，其中所述至少一個光源包括在線圈第一端和線圈第二端之間，彼此以反并聯關系連接的第一LED和第二LED，使第一LED和第二LED響應線圈產生的電壓信號而交替導通，所述電壓信號是交流電壓信號。
6.按照權利要求2的超聲牙科插件，還包括包裹連接體的至少所述部分的抓手。
7.按照權利要求6的超聲牙科插件，其中的線圈至少部分地置于該抓手內。
8.按照權利要求7的超聲牙科插件，還包括線圈架，該線圈架至少部分地與連接體的所述部分成包圍關系，置于該抓手內，其中的線圈和所述至少一個光源，都安裝在該線圈架上。
9.按照權利要求6的超聲牙科插件，其中的抓手，是用注模法在連接體的至少所述部分上形成的。
10.按照權利要求6的超聲牙科插件，其中的抓手，包括兩個用超聲焊接的半抓手。
11.按照權利要求1的超聲牙科插件，其中的第一換能器，包括鎳板堆。
12.按照權利要求1的超聲牙科插件，其中的工作尖，可拆卸地裝配在連接體的遠端，使該工作尖能夠用其他工作尖替換。
13.按照權利要求1的超聲牙科插件，其中的工作尖，可拆卸地裝配在該遠端。
14.按照權利要求13的超聲牙科插件，其中可拆卸的工作尖，由金屬、塑料、或它們的組合構成，其中的連接體在工作尖附近有沖擊吸收機構，用于減少工作尖所受沖擊。
15.按照權利要求8的超聲牙科插件，還包括扣環，扣鎖在連接體上，其中的線圈架不動地裝配在扣環上。
16.一種產生光的方法，供牙科手術時使用，本方法包括用裝配在連接體近端的第一換能器產生超聲振動，該連接體有近端和遠端，工作尖裝配在遠端上；通過連接體向裝配在連接體遠端的工作尖傳輸超聲振動；用基本上靠近連接體放置的第二換能器，按照超聲振動響應連接體一部分的運動，產生電壓信號；和從至少一個光源發射光，該至少一個光源，基本上靠近工作尖并與第二換能器連接，利用該電壓信號發射光。
17.按照權利要求16的方法，其中所述發射，包括使所述至少一個光源發射光，該至少一個光源與包圍所述連接體部分的線圈連接。
18.按照權利要求17的方法，其中所述發射，包括使連接在線圈第一端和線圈第二端之間的LED發射光。
19.按照權利要求18的方法，還包括使用連接在線圈第一端和線圈第二端之間的齊納二極管，該齊納二極管把LED兩端的電壓箝位在預定值。
20.按照權利要求17的方法，其中所述發射，包括使第一LED和第二LED發射光，該第一LED和第二LED彼此以反并聯關系連接在線圈第一端和線圈第二端之間，以便第一LED和第二LED響應線圈產生的電壓信號而交替導通，所述電壓信號是交流電壓信號。
21.一種超聲牙科器械，包括超聲牙科插件，包含產生超聲振動的第一換能器；連接體，有近端和遠端，工作尖裝配在遠端上，近端裝配第一換能器，以便從換能器接收超聲振動，并把超聲振動傳輸至裝配在遠端的工作尖；第二換能器，基本上貼近連接體放置，以便按照超聲振動，響應連接體一部分的運動，產生電壓信號；和基本上貼近工作尖的至少一個光源，所述至少一個光源連接至來自第二換能器的電壓信號，并接收該電壓信號而產生光；和用于握持超聲牙科插件，并向第一換能器提供產生超聲振動的電磁能的手柄。
22.按照權利要求21的超聲牙科器械，其中的手柄有手柄體，和與該手柄體可轉動地耦聯的可轉動頭。
23.按照權利要求22的超聲牙科器械，其中的手柄還包括夾持環，夾持環與手柄體和轉動頭之一不動地耦聯，并可轉動地與手柄體和轉動頭的另一個耦聯，以便使轉動頭可轉動地與手柄體耦聯。
24.一種照亮工作區的方法，包括在發電機上接收機械能，所述發電機在機械上由器械的提手支持，所述器械提手適合支持超聲器械的工作尖；把所述機械能轉換為電磁能；和用所述電磁能的至少一部分，照亮工作區。
25.按照權利要求24的照亮工作區的方法，其中所述在發電機上接收機械能，包括在電磁換能器的輸入上接收電能；在所述電磁換能器內形成磁場；用所述磁場使機電換能器運動；和使所述發電機輸入單元隨所述機電換能器運動，所述發電機據此接收所述機械能。
26.按照權利要求25的照亮工作區的方法，其中所述使所述發電機的輸入單元運動，包括使所述輸入單元以約25KHz到約30KHz的頻率，作往復運動。
27.按照權利要求24的照亮工作區的方法，其中所述把所述機械能轉換為電磁能，包括使磁化單元運動，通過導電的線圈。
28.按照權利要求27的照亮工作區的方法，其中所述導電線圈，至少包括一個螺旋繞組的電的導線。
29.按照權利要求27的照亮工作區的方法，其中所述使磁化單元運動，包括使所述磁化單元基本上沿直線滑動。
30.按照權利要求27的照亮工作區的方法，其中所述使磁化單元運動，包括使所述磁化單元繞軸轉動。
31.按照權利要求24的照亮工作區的方法，其中所述把所述機械能轉換為電磁能，包括向壓電單元施加壓力，使所述壓電單元兩端產生電壓。
32.按照權利要求24的照亮工作區的方法，其中所述把所述機械能轉換為電磁能，包括用所述發電機產生電信號；在光源的輸入上，通過電的導線接收所述電信號；和從所述光源發射可見光。
33.按照權利要求32的照亮工作區的方法，其中所述光源，選自包括發光二極管和白熾燈的一組光源。
34.按照權利要求24的照亮工作區的方法，其中，所述發電機置于所述器械的提手內。
35.按照權利要求24的照亮工作區的方法，還包括用所述器械提手施行牙科手術時，包括以所述超聲器械工作尖與牙齒接觸，所述超聲器械工作尖在機械上與所述器械提手耦聯，使所述牙齒表面位于所述工作區內。
36.按照權利要求24的照亮工作區的方法，其中所述把所述機械能轉換為電磁能，包括對摩擦發光材料施加應力。
37.一種清洗牙齒表面的方法，包括在牙科器械手柄上接收超聲信號；把所述超聲信號，轉換為支持牙科器械工作尖的連接體的超聲運動；把所述連接體的所述超聲運動，耦聯至發電機；用所述發電機產生電流；用所述電流激勵至少一個光源；把所述牙科器械工作尖與牙齒表面接觸；和用所述光源照亮緊鄰所述牙科器械工作尖的所述牙齒表面。
38.按照權利要求37的清洗牙齒表面方法，其中所述把所述超聲信號轉換為牙科器械工作尖的超聲運動，包括用所述超聲信號產生磁場，以及把該磁場加在磁致伸縮換能器上，并相應地使所述磁致伸縮換能器以所述超聲信號相關的頻率振蕩。
39.按照權利要求38的清洗牙齒表面方法，其中所述把所述牙科器械工作尖所述超聲運動耦聯至發電機，包括在機械上把所述磁致伸縮換能器耦聯至連接體，和在機械上把所述連接體耦聯至所述牙科器械工作尖。
40.按照權利要求37的清洗牙齒表面方法，其中所述把所述超聲信號轉換為牙科器械工作尖的超聲運動，包括接收所述超聲信號，送進壓電換能器，并相應地使所述壓電換能器的輸出單元以所述超聲信號相關的頻率振蕩。
41.按照權利要求40的清洗牙齒表面方法，其中所述把所述牙科器械工作尖所述超聲運動耦聯至發電機，包括在機械上把所述壓電換能器的輸出單元耦聯至連接體，和在機械上把所述連接體耦聯至所述牙科器械工作尖。
42.按照權利要求40的清洗牙齒表面方法，其中所述用所述發電機產生電流，包括周期地壓縮和釋放壓電體。
43.按照權利要求42的清洗牙齒表面方法，其中所述壓電體，包括與所述壓電換能器的壓電體相同的普通壓電體。
44.按照權利要求37的清洗牙齒表面方法，其中所述用所述發電機產生電流，包括使緊鄰螺旋形排列的電導線的磁化單元振蕩。
45.按照權利要求37的清洗牙齒表面方法，其中所述用所述發電機產生電流，包括周期地壓縮和釋放壓電體。
46.按照權利要求45的清洗牙齒表面方法，其中所述壓電體，包括石英晶體。
47.按照權利要求45的清洗牙齒表面方法，其中所述壓電體，包括Rochelle鹽晶體。
48.按照權利要求45的清洗牙齒表面方法，其中所述壓電體，包括PZT陶瓷。
49.一種牙科器械，包括把機械能加到支持單元的裝置；把所述機械能的第一部分，加到工作表面的裝置；把所述機械能的第二部分，轉換為電能的裝置；和把所述電能的至少一部分，轉換為可見光的裝置。
50.按照權利要求49的牙科器械，其中所述把機械能加到支持單元的裝置，包括磁致伸縮超聲換能器。
51.按照權利要求49的牙科器械，其中所述把機械能加到支持單元的裝置，包括壓電超聲換能器。
52.按照權利要求49的牙科器械，其中所述把所述機械能第二部分轉換為電能的裝置，包括電磁發電機。
53.按照權利要求49的牙科器械，其中所述把所述機械能第二部分轉換為電能的裝置，包括壓電發電機。
54.按照權利要求49的牙科器械，其中所述把所述電能至少一部分轉換為可見光的裝置，包括發光二極管。
55.按照權利要求49的牙科器械，其中所述把所述電能至少一部分轉換為可見光的裝置，包括白熾燈。
56.按照權利要求55的牙科器械，其中所述白熾燈，包括鹵素燈泡。
57.按照權利要求49的牙科器械，其中所述把所述機械能第一部分加到工作表面的裝置，包括牙科器械工作尖。
58.一種超聲牙科插件，包括電動機；工作的工作尖；置于所述電動機和所述工作的工作尖之間的耦聯單元，所述耦聯單元適合從所述電動機接收機械能；發電機，所述發電機在機械上與所述耦聯單元耦聯，所述發電機適合從所述耦聯單元接收一部分所述機械能；有第一端的電的導線，所述第一端在電上與所述發電機耦聯；和至少一個光源，所述光源有電的輸入，所述電輸入，在電上與所述電的導線第二端耦聯。
59.按照權利要求58的超聲牙科插件，其中所述至少一個光源，包括發光二極管。
全文摘要
一種有至少一個光源(101)的超聲牙科插件。第一換能器(108)產生超聲振動。連接體(103)有近端和遠端，工作尖(102)裝配在遠端上。近端裝配第一換能器(108)，以便從換能器接收超聲振動，并把超聲振動傳輸至裝配在遠端的工作尖(102)。第二換能器(99)基本上貼近連接體(103)放置，用于響應連接體(103)部分的運動，按照超聲振動而產生電壓信號。基本上貼近工作尖(102)的至少一個光源(101)，連接至來自第二換能器(99)的電壓信號，并接收該電壓信號而產生光。該超聲牙科插件可以插入手柄，以便向第一換能器(108)提供電磁能，產生超聲振動。
文檔編號A61C3/00GK1812749SQ200480018155
公開日2006年8月2日 申請日期2004年6月28日 優先權日2003年6月27日
發明者海姆·雷維 申請人:底斯柯斯牙齒印模公司