带有光源的超声牙科器械的制作方法

专利名称：带有光源的超声牙科器械的制作方法
带有光源的超声牙科器械 交叉参考相关申请0001本申请要求临时专利申请序列号60/654,306的权益，该申 请于2005年2月17日提交，标题"Ultrasonic Dental Tool having a Light Source",这里引用该申请内容，供参考。技术领域
在一个实施例中，电动机可以是磁致伸缩换能器。在另一 个实施例中，电动机可以是压电换能器。0022牙科插件可以包括紧邻的磁性材料或源，用于在使用时增 强和/或保持光源输出光的亮度。磁性材料或源，例如磁铁，可以用于
激发和其后重新建立偶联单元的适当磁化，以便使偶联单元在插件工 作过程中，产生电磁场。
本发明的上述和其他方面，通过参看下面的详细说明，可 以得到了解，下面的说明是结合附图作出的，附图有


图13是超声牙科单元(或系统)另一个例子的方框图， 该超声牙科单元(或系统)包括压电发电机；0050图14是另一种超声牙科单元(或系统)的方框图，该单 元包括摩擦发光材料；和0051]图15是流程图，表明一种用本发明示范实施例的超声牙 科器械，照亮工作区的方法。
具体实施方式
在本发明的示范实施例中，超声牙科插件至少有一个集成 的光源，例如半导体发光装置；例如可以是固态LED的发光二极管 (LED)发光芯片；可见光发射二极管(VLED) ; LED阵列；如此 等等，它们能使牙科开业医生把光投射到工作视场的同时，把器械运 用于牙齿。牙科插件包括紧邻插件和/或连接体的磁性材料或源，用于 激发、重新建立、增强和/或保持连接体适当的磁化。连接体的磁化又 可以导致在LED使用时输出光亮度的激发、重新建立、增强和/或保 持。在一个方面中，集成光源可以有小的尺寸，以便容易集成在插件 内。0055]光源是由已经可用的超声振动能量激励的，这样可以不需 要额外的能量源.举例说，提供并安装于光源上的换能器，诸如和/ 或包括照明能量线围，以便用该换能器转换的振动能量，激励光源. 举例说，用第一换能器产生超声振动.该超声振动在插件操作期间， 引起连接体迅速运动，产生电磁场。随着牙科插件连接体的运动，在 照明能量线團中产生交流(ac)电压，该交流电压与光源(例如发光 二极管(LED))串联，提供光发射的能量.在其他实施例中，可以 用任何其他适当的换能器，把振动能量转换为光发射的能量."光源" 这个词，如在本文中使用那样，可以包括一个或多于一个光源.00561图1画出的超声牙科单元，包括通过缆线12与电源和液 体源14联结的超声牙科器械10。从电源和液体源14到超声牙科器械10的缆线12，包括栽运液体的导管和载运电信号的电线。超声牙科 器械10包括手柄200和适合插入手柄200中的插件100。插件100包 括外壳104，外壳104的一部分可以用作例如抓手，也以104表示。 插件100可以有安装在其上的O形环106，用于与手柄200的内表面 啮合和压紧，形成不漏水的密封，如在下面图2或3中示范地表示。
如前面所述，工作尖102可以作为与连接体103集成的单 体形成。在其他的实施例中，工作尖102可以在对接部分114装配带 螺紋的部分，以便与连接体103上形成的带螺紋开孔啮合。这种结构 在图6B中画出。
换能器108，如在图2和3所示，例如可以包括薄的彼此 平行排列的镍板堆.因为换能器108在牙科器械中产生超声振动，所 以也可以把换能器108看作电动机。在一个实施例中，薄镍板可以包
括16层叠层的镍合金带，是卯％的镍锰(NiMn)。镍板可以例如 用包括无镉银焊料和高温铜钎焊焊剂的铜钎焊焊料，在两端以铜钎焊 焊接起来。图上画出的插件100，是磁致伸缩型插件100，其中，当 手柄200中的线團(例如在图12中的线團238)用缆线12的电信号 激励时，镍板108能作超声振动。在其他实施例中，超声牙科插件100 可以用压电换能器108，这在欧洲是常见的。
如以上所指出，在欧洲， 一般都使用压电换能器为牙科器 械10产生超声振动。当这种牙科器械工作时，向压电晶体施加适当 频率的电信号，该电信号把电压加到晶体两端，晶体响应该电压而膨 胀和/或收缩，用该膨胀和/或收缩驱动器械的工作尖。0090I本领域熟练人员周知，压电效应是可逆的.向压电晶体施 加适当的应力，可使晶体两端出现电压.接着可以用该电压，驱动电 流通过电负载，例如通过发光二极管。因此，在图13所示本发明的 一个实施例中，压电发电机312，在机械上与适合支持牙科器械300 的器械工作尖316的连接体偶联。0091工作时，超声发生器314可以置于磁场内，并响应该磁场 的变化而振动。超声发生器314的振动，在机械上与工作尖316和压 电发电机312偶联。该例子在下面的图13中进一步示范说明。
压电发电机312包括压电体，例如石英晶体、Rochelle盐 晶体、或锆钛酸铅(PZT)陶瓷。器械的工作尖316和/或连接体311 的振动，在压电体两端产生电压。该电压驱动电流通过由牙科器械300 的牙科插件308支持的光源310，例如发光二极管。按照本发明的一 个方面，是用光源310发出的光，照亮牙科器械300工作尖316附近 的工作区，如在图13中所示。0093令人惊讶的是，发现当连接体103或插件100各部分被有 效地磁化时，光源，诸如LED101的输出，有足够的亮度可用于工作 对象上。在一个实施例中，当用这种中等磁性的材料作连接体103时， 可以用磁性源，例如永久磁铁、稀土磁铁、或磁场，在连接体103高 压消毒或暴露于不适当环境，诸如冲击之后，激发和/或再重新建立金 属连接体103的适当磁化。当完成这种重新磁化时，光源，诸如LED IOI的亮度，约比不磁化的连接体超出50%,甚至超过中等磁化的连 接体。磁性源400可以紧靠连接体103或插件100放置。例如，磁性 源400可以埋藏在插件的外壳中，如图6A所示。在另一个示范实施 例中，磁性源410可以可拆卸地与连接体103'偶联，例如，如图6B 和7D所示。如图所示，图6B和7D画出基本上是环形夹持器147' 形状的磁性源或材料410，在环形夹持器147'基本上相反侧上，放置 磁性材料或源149'，该环形夹持器147'有内螺紋表面420,适合接纳 连接体103'的外螺紋部分。在一种情形下，连接体103'可以有缩减的 直径部分，适合接纳环形夹持器147',以便夹持器147'不用从连接体 103'凸出。在另一种情形下，环形夹持器147'可以从连接体103'凸出。 但是，本领域熟练人员将感到，可以有许多偶联的变化模式，诸如卡 口安装、压力配合、粘结剂安装、或它们的组合，从而这些偶联模式 包括在本发明的范围内。00941在又一个实施例中，连接体103和/或插件100的至少一部 分，可以包括磁性材料或源400，诸如永久磁铁或稀土磁铁。稀土金
属，诸如钕-硼、或钐-钴，可以形成连接体103向着工作尖102的至 少一部分，例如，类似于图7D中所示的夹持器147'可以是超声插件 100的整体部分，或者插件的一部分，而不是可拆卸部分，如图7D 中所示。在一种情形中，夹持器147'可以不从连接体103'的其他部分 凸出.在另一种情形中，夹持器147'可以从连接体103'凸出。
扣环111有一个或两个开孔112形成在其上，前面已经指 出，用于接收来自手柄200的液体。当有两个开孔时，它们形成在连 接部分113相对两侧。液体可以通过形成在工作尖102基座114上的 直线沟槽110流出，如图4或5中所示，也可以经任何其他型式流出， 如上面讨论的图3A、 6C、 3C、或3D所示型式。
作为例子，如上所述，当照明能量线團例如用18号铜线 绕成，并有许多匝，而连接体103例如用17-4 PH不锈钢或420不锈 钢制成时，在振动频率为25kHz情形下，产生的电压信号约为例如l 伏到约10伏之间，更多是例如在约1到约5伏#值之间。本领域 熟练人员显然知道，产生的电压值一般将随匝数和/或振动频率的增加 而增加。01181此外，在图示实施例中，照明能量线團架126 (从而照明 能量线團99)安装在更接近连接体103的节点，而不是装配工作尖 102的远端，可以使电压增加。节点是连接体的纵波幅度接近零，但 纵向应力为最大的地方，在图6A中，节点在夹紧单元132装配到连
接体103的位置(即凹槽139)上。0119令人惊讶的是，磁性材料的存在，能够使光源的亮度增加 到这种程度，以致它使照明架126的安装位置变成不重要的，从而增 加制造的灵活性和耐久性。01201从图6A和7可见，在照明能量线圏架126上，例如形成 托架141和座142，供LED101安装于其上。此外，照明能量线團架 126上形成凸缘143和一般是圆柱形的室144，照明能量线围99安装 在它们之间。 一般是圃柱形的室144,在其上形成凸缘145。照明能 量线團架126还包括装配在室144上的环区146。当超声牙科插件100 已经组装好时，环区146毗邻扣环111的凸缘121。
图7A、 7B、和7C画出图7的照明能量线围架126示范实 施例，表明磁性材料或源400的可能位置。如在图7A中的分解视图 所见，照明能量线團架126上形成远离环区146的管部分140，它包 袠靠近工作尖102 (未画出)的连接体103部分。在图示实施例中， 液体通过环区146进入照明能量线團架126，又通过管部分140流出 照明能量线團架126。如图7C中所示，照明能量线團99分别通过线 團端部99a、 99b,与光源101的针或电极101a、 101b对接，使电能 可以从照明能量线團99到达光源101。照明能量线團99还可以有胶 带或其他夹持材料97，例如放在线團的一部分上，用于保持适当定位 和防止线闺99松开。01221按照本发明的示范实施例，架126还包括切口或其他夹持 的外形147，置于包括光源101和照明能量线困99的光发射电路附近， 如图7A-C中所示。在本实施例中，切口或夹持的外形147可以例如 是箱型形状，且可以适合接纳和保存光发射电路附近的磁铁或磁性源 400或单元149，以便^tiL、增加、保持、或重新磁化插件100和工 作尖102，连接体103在插件100操作期间产生电磁场，以激励装配 的光源IOI，如LED,夹持器147可以紧靠抓手104内的线围99(这 里没有画出)，该抓手104用于产生提供功率的电磁场，点亮与插件 IOO连接的LED 101。上面已经说明，该磁性材料或源400的存在，
能使连接体103即使在暴露于热或物理冲击之后，也能以最佳方式保 持它的磁性性质。
图10中，LED 161与LED 151以反并联关系连接，使它 们沿相反方向并联。这样，LED 151和161响应照明能量线團99产 生的ac电压，交替地导通。因为ac电压的频率是超声频率(例如25 kHz) ， LED 151和161的接通和断开，人眼是感觉不到的，所以， LED151和161似乎是连续地接通的，在其他实施例中，可以用齐纳 二极管150与图9的LED 151和161每一个并联，以便对两个LED 151 和161的电压箝位.0126如所指出，光源IOI可以是单个LED、多个LED、或阵 列。 一个例子在上面讨论的图10中画出。多个LED 151、 161，可按 任何方式，例如按紧凑配置方式排列，使光源的总体大小最小.也可 以用LED的同心阵列结合各种例如受微处理器控制的配置，以便需 要时能改变照明面积。还可以用光传输设备，以便把LED151置于连
接体内，使工作尖102凸出部分的大小最小。传输设备还可以包括滤 波器或反射器，用于改变照明面积的大小。本文使用的光源101，是 指照明源，诸如LED 151或光传输设备，或是它们的组合。
位于手柄200近端的互连端206，与向手柄200提供电信 号和液体(例如水)的缆线(例如图1的缆线12)偶联.互连端206 上可以形成应变消除器207，以消除互连端206与缆线12之间的应变。
转动头204有一般的圃柱形形状、中空的内部、和在内部 两端的开孔， 一端的开孔用于接纳手柄200的手柄体202远端，另一 端开孔用于接纳牙科插件100。例如，转动头204远端上有形成的开 孔211,用于接纳超声牙科插件IOO。
线围架236在它的近端附近，有形成在其上的圆形沟槽 272，用于放置O形环242。通过把O形环242放进沟槽272，在线 團架236与手柄体202内表面之间形成水密封，使液体不能从手柄200 泄漏.
线團架236有内表面，定义一般是圆柱形的腔，用于液体 从近端到远端的传输，线團架236在它的近端还有开孔264，用于接 收进入圃柱形腔的液体。线團架236还在它的近端形成多个(例如三 个)开孔266，用于接纳插入线围架236的插针248。插针248由导 电材料例如铜制成。线團架236、手柄体202、转动头204、抓手212、 和互连端206外壳，均由合适的合成聚合物材料，诸如上述那些适合 用于抓手104的材料制成。例如，它们可以用ULTEM逸、液晶聚合物、 以及上面公开的其他材料制成，ULTE1V^是一种无定形热塑性聚醚酰 亚胺，可从GE Plastics购得。
线團架236上还形成多个直线沟槽268,这些沟槽与相应 的开孔266对准，并从相应的开孔266伸延至线團238和/或240.在 开孔266和沟槽268中分别安装的插针248，是通过焊接和/或别的电 学方法，连接至线闺238和/或240，以便传输从电能源和液体和/或空 气源，经过缆线，再通过互连端206来的电信号。
在本发明的另一个实施例中，如在图13中所示，牙科器 械300包括手柄304和牙科插件308。手柄304包括换能器306,换 能器306可以是或包括线團，用于激励超声牙科插件308中的超声发 生器314。手柄304从电能、液体和/或气体源302接收电能和液体和 /或气体(例如水)。举例说，手柄300可以基本上与图11和12所示 手柄200相同。牙科插件308包括偶联至压电发电机312的光源310。 电源302向换能器306提供电信号。换能器306接收电信号并产生交 变的磁场。
0145操作中，如上面所指出，超声发生器314置于磁场内并响 应交变的磁场而振动。超声发生器314的振动，在机械上耦合到工作 尖316和压电发电机312。压电发电机312产生的电流，被光源310 接收。类似于前面的讨论，光源310可以与牙科插件308集成，且可 包括两个或多个光源。[t)1461图14画出有手柄304'和牙科插件308'的牙科器械300'。 牙科器械300'与电能、液体和/或气体源302'偶联，除了牙科插件308' 包括摩擦发光材料312'外，按上面讨论与图13的牙科器械300相同 的方式工作，该摩擦发光材料312'位于工作尖316'附近，以便提供工 作区的照明。因为，例如当用超声发生器314'产生并通过连接体311' 传输的振动能量，使摩擦发光材料312'受力/变形时，摩擦发光材料 312'便发射光，所以不需要独立的光源，超声发生器314'的能量，由 手柄304'中的换能器306'提供。
0147图15画出用本发明示范实施例的超声牙科器械，照亮工 作区，诸如病人口腔的例子.首先，在发电机(例如照明能量线困99) 上接收机械能。发电机在机械上由器械的提手(例如手柄200)支持。 器械的提手适合支持超声器械的工作尖(例如工作尖102).与之相 应，在电磁换能器(例如线團238)的输入上，接收电能(320)。在 电磁换能器内形成磁场(322)。该磁场使机电换能器，例如超声换
能器108运动，该超声换能器108或者是使用该磁场的磁致伸缩型， 或者是使用该磁场的压电型(324)。通过用机电换能器移动发电机 的输入单元，例如连接体103，发电机接收机械能(326)。移动输入 单元，可以包括使该输入单元以约25 kHz到约30 kHz的频率作往复 运动。[0148把机械能转换为电磁能(328)。为此，使磁化单元，例 如使连接体103运动，通过电的线團，该线團包括至少一匪螺旋绕组 的电的导线。磁化单元的这种运动，可以包括使磁化单元基本上以直 线运动形式滑动，和/或使磁化单元绕转动轴转动。在其他实施例中， 机械能转换为电磁能，可以参照上面图13的讨论，通过对压电单元 施加应力，在压电单元两端产生电压。在还有的其他实施例中，可以 参照上面图14的讨论，用摩擦发光材料提供照明。0149至少一部分这样产生的机械能，被用于照亮工作区(330 )。 当把机械能转换为照亮工作区的电磁能时，首先用发电机产生电能. 然后通过在光源输入上的导电线接收电信号，该光源可以是LED或 白炽电灯(例如卤素灯泡)。利用该电能，使光源发射可见光。作为 例子，发电机可以置于器械的提手内。0150如图15所示，借助这种照明，可以用器械的提手施行牙 科手术(332).在进行牙科手术时，作为例子，牙齿与器械的工作 尖接触，而工作尖在机械上与器械的提手偶联，使牙齿表面置于工作 区之内。[0151I本领域熟练人员应当意识到，本发明在不偏离其精神或基 本特征的情况下，能够以其他具体形式体现。因此，可以认为，本^兌 明在所有方面都是示例性的，而不是限制.本发明的范围，由附于后 面的权利要求书指出，而在与之等价的意义及范围内的一切变化，都 将涵盖其中。
权利要求
1.一种超声牙科插件，包括第一换能器，用于产生超声振动；有近端和远端的连接体，远端有工作尖装配于其上，近端装配该第一换能器，以便从该近端接收超声振动和把超声振动向装配在远端的工作尖传输；第二换能器，基本上靠近连接体放置，用于响应连接体按照超声振动的部分的运动，产生电压信号；至少一种磁性材料，紧靠连接体；和至少一个光源，基本上靠近工作尖，所述至少一个光源连接到并接收来自第二换能器的电压信号，以产生光。
2. 按照权利要求1的超声牙科插件，其中的磁性材料，是永久 地或可拆卸地装配到牙科插件上。
3. 按照权利要求1或2的超声牙科插件，其中的磁性材料，包 含在靠近连接体的夹持器内。
4. 按照权利要求3的超声牙科插件，其中所述磁性材料，是用 粘结剂粘结于夹持器部分。
5. —种超声牙科插件，包括 笫一换能器，用于产生超声振动；有近端和远端的连接体，远端有工作尖装配于其上，近端装配该 第一换能器，以便从该近端接收超声振动和把超声振动向装配在远端 的工作尖传输，所迷连接体至少一部分包括永久磁性材料；第二换能器，基本上靠近连接体放置，用于响应连接体按照超声振动的部分的运动，产生电压信号；和至少一个光源，基本上靠近工作尖，所述至少一个光源连接到并 接收来自第二换能器的电压信号，以产生光。
6. 按照权利要求5的超声牙科插件，其中所述磁性材料，包括 基本上环形的夹持器的一部分，该环形夹持器一体地或可拆卸地在工 作尖附近装配到插件上。
7. 按照前面权利要求任一项的超声牙科插件，其中的第二换能 器包括包围连接体的所述部分的线團。
8. 按照权利要求7的超声牙科插件，其中所述至少一个光源， 是连接在线團的第一端和线圏的第二端之间的LED。
9. 按照权利要求7或8的超声牙科插件，还包括齐纳二极管， 连接在线團的第一端和线闺的第二端之间，该齐纳二极管把LED上 的电压箝位在预定值。
10. 按照权利要求7、 8、或9的超声牙科插件，其中所述至少 一个光源，包括在线围的第一端和线围的第二端之间以彼此反并联关 系连接的第一 LED和第二 LED,该第一 LED和第二 LED响应线團 产生的电压信号交替导通，所述电压信号是ac电压信号。
11. 按照权利要求1-10任一项的超声牙科插件，还包括至少包 裹连接体所述部分的抓手。
12. 按照权利要求7、 8、 9、 10、或ll任一项的超声牙科插件， 其中的线團，至少部分地置于抓手内。
13. 按照权利要求12的超声牙科插件，还包括至少部分地置于 抓手内的架，与连接体的所述部分成包围关系，其中的线團和所述至 少一个光源，安装在该架上。
14. 按照权利要求10-13任一项的超声牙科插件，其中的抓手包 括至少一个较软部分和一个较硬部分。
15. 按照权利要求ll的超声牙科插件，其中所述磁性材料是在 抓手之内.
16. 按照前面权利要求任一项的超声牙科插件，其中的第一换能 器，包括磁致伸缩型或压电型换能器.
17. 按照前面权利要求任一项的超声牙科插件，其中的磁性材料， 包括永久磁铁、稀土磁铁、或它们的组合.
18. 按照前面权利要求任一项的超声牙科插件，其中的磁性材料 包括有髙磁导率的材料。
19. 按照前面权利要求任一项的超声牙科插件，还包括扣锁在连 接体上的扣环，其中的架固定地装配于扣环上。
20. 按照前面权利要求任一项的超声牙科插件，其中所述工作尖 包括牙科刮刀、锉、或牙科钻。
21. 按照权利要求20的超声牙科插件，其中所述工作尖包括向 着光源弯曲或背离光源弯曲的锥形部分。
22. 按照前面权利要求任一项的超声牙科插件，还包括手柄，用 于夹持超声牙科插件和用于向第一换能器提供电磁能，以产生超声振 动。
23. 按照权利要求22的超声牙科插件，其中的手柄有手柄体和 可转动地与手柄体偶联的转动头，其中的超声牙科插件与该转动头啮 合。
24. —种超声器械，包括 电动机，用于产生机械能； 工作的工作尖；和偶联单元，置于所述电动机和所述工作尖之间，所述偶联单元适 合从所述电动机接收机械能；发电机，机械上偶联到所述偶联单元，所述发电机适合从所述偶 联单元接收所述机械能的一部分；导电体，有第一端与所述发电机电耦合；至少一种磁性材料，紧靠偶联单元；和至少一个光源，有电输入在电上耦合到所述导电体的第二端。
25. 按照权利要求24的超声器械，其中用于产生机械能的所述 电动机，包括磁致伸缩超声换能器或压电超声换能器，
26. 按照权利要求24或25的超声器械，其中的磁性材料是永久 地或可拆卸地装配到该器械上.
27. 按照权利要求24、 25、或26的超声牙科器械，其中的磁性 材料包括永夂磁铁、稀土磁铁、或它们的组合。
28. 按照权利要求24、 25、 26、或27的超声牙科器械，其中的 磁性材料包括有高磁导率的材料。
29. 按照权利要求24-28任一项的超声牙科器械，还包括至少包 裹偶联单元一部分的抓手。
30. 按照权利要求29的超声牙科器械，其中的磁性材料是在抓 手之内。
31. 按照权利要求24-30任一项的超声牙科器械，其中的磁性材 料，包含在靠近偶联单元的夹持器内。
全文摘要
一种有至少一个光源的超声牙科插件。第一换能器产生超声振动。连接体有近端和远端，工作尖装配在远端上。近端装配第一换能器，以便从换能器接收超声振动，并把超声振动传输至装配在远端的工作尖。第二换能器基本上贴近连接体放置，用于响应连接体部分的运动，按照超声振动而产生电压信号。紧邻插件提供包括磁场源的磁性材料。基本上贴近工作尖的至少一个光源，连接至来自第二换能器的电压信号，并接收该电压信号而产生光。该超声牙科插件可以插入手柄，以便向第一换能器提供电磁能，产生超声振动。
文档编号A61C1/07GK101119685SQ200680005218
公开日2008年2月6日 申请日期2006年2月17日 优先权日2005年2月17日
发明者史蒂文·津巴 申请人:底斯柯斯牙齿印模公司