专利名称：由周围空气冷却的发光器械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光器械，特别是涉及一种改进的由周围空气冷却的高亮度发光器械。
在进行视觉检查的许多情况下，都要求持续地使用光源，足以照亮所要检查的区域。一些可为检查或检验提供照明的手持式医用和牙科光源是众所周知的，并且已使用多年。这种装置的具体例子包括检眼镜、检耳镜、视网膜镜，以及其它类似的器械。在这些手持式装置中，光源通常是装在手柄里面的。把灯泡装在器械里面是有好处的，否则若将灯光装在远处，就需要采用光导纤维这样的传导装置将光引到所需的位置。虽然远处光源易于冷却，但它通常带来僵硬的光纤缆，从而明显地限制了器械的灵活性并增大了器械的制造成本。
近来，已经开发了象卤素或氪气灯泡这样高光强的光源，用它们为手持式牙科和医用器械提供更强的照明。它们的光强度一般比同等尺寸的普通真空灯泡高2-3倍，极大地提高了这些器械的性能。另外，对于真空灯泡来说，随着它的使用时间的延长，会由于钨粒沉积到灯壳上而使发光的数量和质量逐渐地退化。然而，卤素灯在其整个寿命期间都可以提供较为稳定的发光光通量及其质量，其部分原因是它的极高的灯壳表面温度(250-300℃)会使沉积在灯壳上的钨粒蒸发并重又沉积在钨丝上。
然而遗憾的是，高光强灯泡产生的这种高热通常会给手持式器械带来其它问题。显然，手柄里聚集的执量会使器械的使用者感到不适。随着器械工作周期的延长，这个问题变得更加严重。有些牙科或外科手术需要长时间地持续使用手持式器械，例如使用一个小时或更长。其它与热量有关的因素影响这些器械的问题包括使灯泡和器械材料加速退化，对器械施用到病人所造成潜在的伤害。
在光有技术中已多次指出使用高光强灯泡的手持式器械内的聚热问题。美国专利第4，334，863;4，477，252和5，033，960号都提出了解决牙科器械手柄内产生热问题的具体方案。美国专利第4，334，863和4，477，252号各提出一种牙科机头，其中利用空气驱动机头并冷却由装在机头内的光纤系统产生的热量。而美国专利第5，033，960则提出这样一种装置，它将牙科机头内的排气侧向引到灯座上，以冷却用于光纤系统中的灯泡。
与使用手持式医用和牙科器械有关的另一个问题是污染问题。众所周知，在医疗和治牙过程中必须要严加注意，以防疾病的交叉感染。许多严重的疾病，包括肝炎和致命的爱兹病，都能通过交叉感染而被传染上。最有效的控制交叉感染的措施就是对所用的医疗器械都进行消毒。对这类器械的常用消毒方法就是高压消毒。高压消毒过程要求将器械置于250°F的高压蒸汽下蒸煮一段时间。出现于发光器械中的一个潜在的问题就是高压消毒后残留有湿气，它可造成器械使用时会发生电路短路。因此，重要的一点就是要对器械中的电路做适当的密封，以防污染物和高压消毒蒸汽进入并接触电路。
但是，虽然对器械中的电路部分密封可防止它接触湿气，而与此同时这种密封也就把热量封闭在这部分里面。这样就必然要使器械有适当的散热能力。
因此，本发明的一个目的就是提供这样一种高性能的手持式器械，它具有散去由高光强光源产生的大部分热量的能力，并且在使用期间不会产生握持时的不适感。
本发明的另一个目的是提供这样一种带有手柄的器械，它不会明显地过热，不会使零部件和/或材料由此而老化失效。
本发明的再一个目的是提供这样一种带有手柄的器械，它不需要用压缩空气、液体或风扇来冷却。
本发明的又一个目的是提供一种被设计成可由使用者得心应手操纵的发光器械。
本发明的另一个目的是提供一种改进的发光器械，它能成本低地制造，并且能用医疗卫生领域的常用消毒方法进行有效的消毒。
下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明。
图1是本发明的高光强发光器械的一个平面图。
图2是图1所示器械主体的纵断面图。
图3是图1所示器械沿线3-3所截的横断面图。
图4是图1所示器械沿线4-4所截的横断面图。
图5是本发明的另一可选实施例的局部断面图。
现参见图1，一种高光强发光器械由标号10总体表示。器械10包括一壳体部件12，一个前端帽14和一个后端帽16。后端帽16具有一个用于连接目的的锯齿状环形表面16a。壳体12和端帽14、16最好由塑料或其他低吸热材料制成。壳体12的侧壁上开有许多平行通槽或孔17，它们在器械10的两侧成两排布置。在器械10的前端插有一个镜子18，镜子18具有一个柄部18a。镜子18具有美国专利US5，139，421所述的形式。在镜子18的位置上，可以结合器械10使用各种光导元件，如透光件等。最后，一根带有两条导线20a和20b的电缆20由线套22插入后端帽16，以提供操作器械10的动力。
从图2中可清楚地看到器械10的内部器件。壳体12的前端有一螺纹部分12a以及多个套爪24(见图4)，而壳体12的后端有一外伸的环形表面12b。前端帽14具有一个内螺纹部分14a，它与壳体12的外螺纹部分12a相啮合。当把镜子18(或任何传光器件)插入壳体12端部时，利用相配螺纹部分14a和12a将端帽14拧到壳体12上，使套爪24紧紧抱住镜子18的柄部18a，从而将镜子18固定到器械10的壳体12中。这样在使用器械10时，可以容易地更换各种相应器具。
一个散热器30装在壳体12的中部，它具有一个前端30a和一个扩口的后端30b。主体12内围绕散热器30的空间区域构成周围空气腔31。散热器30是个管形件，它由象铝或铜(它们具有高的传热系数)这样的传热材料制成。一个导光棒32设置在散热器30的前端中，此棒由适当的粘结剂，如耐高温胶，或通过压配合牢固地装在散热器30内(见图3)。在散热器30的后端中装有一个灯具组件34。灯具组件34具有一个螺纹部分34a和一个环形槽34b。导光棒32可由高质石英玻璃或其它具有高导光能力的材料制成。
散热器30由一个支座36固定在壳体12中的适当位置上。支座36具有一个内螺纹部分36a，它与灯具组件34的外螺纹部分34a相啮合。当组装好器械10时，穿过端帽16的线套22被固定在支座36中，与灯具组件34接触。利用相配的螺纹部分36a和34a将支座36拧到灯具组件34的前端部，从而将散热器30(当然还包括灯具组件34和导光棒32)固定到壳体12的后端，而且利用端帽16上的环形表面16a与壳体12的表面12b的配合，使散热器30保持在适当位置上。散热器30的前端利用导光棒32与主体12上靠近套爪24的前端内表面35的配合固定在适当位置上。
电缆20装在灯具组件34的部分34a中，电缆的导线20a和20b则由耐高温的常规装置分别连到一对电接头38a和38b上。一个高光强灯40连到接头38a和38b的两对应端。灯泡40装在散热器30中靠近棒32的地方，它具有一个用于能将光线聚焦进入棒32端部的透镜41。
灯具组件34用封装化合物或其它耐高温弹性材料42密封起来，由此把电缆20，导线20a和20b，接头38a和38b以及灯泡40全部包在一个防潮的单元中。这种结构便于在需要时更换整个单元。此外，一个由耐热材料制成的弹性密封件或密封圈44嵌入到环形槽34b中，与散热器30相配合，进一步防止湿气侵入散热器30或灯40内。
现在对本发明的发光装置的优点进行说明。再见图1和图2，当电缆20连到适当的电源上时，电源通过导线20a和20b以及接头38a和38b流动，最终流到灯40将它点亮。高强度光穿过聚焦透镜41进入棒32的端部。由于棒32是由高质导光材料制成的，所以灯40发出的光线基本上都沿导光棒32传到镜子18的柄部18a，在这里光线将以美国专利第5，139，421号所述的方式做最后的传输。任何可选择的导光装置，如透光件，都可随着光线穿过棒32的前端而发射出光线。
由于灯40发出高强度光，所以它也将产生相当高的热量。因为灯40装在散热器30内，所以热量沿散热器30的纵轴朝两个方向传导，并且由散热器30的表面散发到壳体12中围绕散热器30的周围空气腔31中。
当灯40开始点亮后，壳体12内的周围空气腔31中的空气温度大致与围绕发光器械10的环境温度相同。随着灯40的持续地产生高强光及其热量(此热量沿散热器30传导)，散热器30的温度将升到高于壳体12中周围空气的温度。由于散热器30的热力性能，使热量可以从散热器30传到壳体12内的腔31中的周围空气中。随着腔31内的空气温度升高，由于较轻的热空气上升并取代较重的冷空气，故会产生热流。这样，如果器械10处于图1和图2所示的位置，则壳体12内腔31中的受热空气将沿箭头A的方向穿出壳体12中成形的多个开孔17，进入周围环境。热空气沿箭头A的方向穿出器械10，使周围环境空气沿箭头B所示方向(见图2)从器械10的下侧地入主体2内的腔31中。这种由于器械10本身独特结构造成的空气穿过壳体12的持续运动，自动地冷却了器械10，而无需使用附加的可产生冷却流体的机械装置，这样就不会增加器械的复杂性、制造成本也不会限制器械的通用性。
现参见图5，它示出了本发明的发光器械的第二个实施例。在此实施例中，相同的部件以相同的标号表示。
器械10′与图1-4所示的器械10基本上是相同的，只是散热器30′、灯40′和灯具组件34′有所不同。散热器30′由两个部分30a′和30b′组成，这两部分由耐热粘结剂或其它任何适用的连接装置紧固在一起，确保防潮配合。灯40′是一个高光强灯，但它不带灯40所具有的内部透镜。这样，灯40′发出的光线是非相干性的，而且没有聚焦到导光棒32的端部，光线是由灯40′向各个方向散发。因此，在散热器30′的部件30a′的内表面上涂了一层反射涂层50，用于聚集这些非相干光束，并且把它们聚焦到导光棒32的端部。一层反射涂层52涂在散热器30′的部分30b′的端部，用于将那些设有对准棒32端部的光束反射回反射涂层50，然后再由涂层50将它们聚焦在棒32的端部。这种利用反射面将非相干光束聚焦到导光棒中的结构，使它能有效地使用不带末端透镜的高光强灯。
图5所示的实施例使用了一个单件模制灯具组件34′，它由耐高温的弹性材料制成，将电缆20、导线20a和20b、以及接头38a和38b封装成一个整体单元。组件34′有一个环形凸边34b′，用在散热器30′内构成一个有效的密封，以防潮气进入。组件34′用后端帽16′保持就位在器械10′中，后端帽16′具有一个可与主体12′的螺纹部分12b′相啮合的螺纹部分16a′。
在上述说明以及在下面的权利要求中，方向术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”等，都是为清楚起见以图面为基准的。正如本领域的普通技术人员所理解的，本发明的装置在使用期间可以处于任何位置，这完全取决于应用情况。
虽然根据优选实施例对本发明进行了图示和说明，但可以理解，本发明并不局限于任何一种特定的实施例，可以在不超出所附权利要求限定的发明范围和构思的情况下，对本发明进行各种修改和改变。例如，散热器的外表面可制成带槽或带翼片的形式，以增加散热器与周围空气的表面接触面积，从而提高散热器的散热能力。此外，所用的光源也可以适用于手持式器械的激光发生器。
权利要求
1.一种发光器械，它包括一个壳体；一个装在所述壳体中带有一个光源的部件；用于使所述壳体内部与围绕所述壳体的外部大气进行空气流通的通风装置，它穿过所述壳体；从而，由所述光源产生的热量从所述部件散发到所述壳体的内部，并通过所述通风装置传递到所述外部大气中。
2.一种根据权利要求1的器械，其中所述部件是与所述壳体内部热绝缘的。
3.一种根据权利要求2的器械，其中所述部件包括一个散热器。
4.一种根据权利要求3的器械，其中所述散热器由一个铝制圆筒构成。
5.一种根据权利要求3的器械，其中所述光源包括一个高光强光源。
6.一种根据权利要求5的器械，其中所述光源是卤灯。
7.一种根据权利要求2的器械，其中所述部件还包括一个用于从所述器械传递光线的导光棒，所述导光棒靠近所述光源。
8.一种根据权利要求7的器械，其中所述光源包括一个用于将光线引入所述导光棒的聚焦透镜。
9.一种根据权利要求1的器械，其中所述壳体由低吸热材料制成。
10.一种根据权利要求2的器械，其中所述部件是利用一个耐热材料制成的密封与所述壳体内部热绝缘的。
11.一种根据权利要求1的器械，其中所述通风装置包括多个沿所述壳体设置的孔。
12.一种手持式发光器械，它包括一个壳体，它有一个发光的前端和一个后端;一个与所述壳体内部热力隔绝的空心部件，它沿着所述壳体的前端至后端设置在所述壳体中;一个设置在所述部件中的光源;一个导光棒，它设置在所述部件中并位于所述光源和所述壳体的前端之间;用于通过所述壳体使所述壳体内部与围绕所述壳体的大气空气流通的通风装置;和用于启动所述光源的装置;这样，当所述光源启动时，光线从所述光源经所述导光棒传递，并传到所述壳体的发光的前端;而由所述光源产生的热量从所述部件散发出去，并通过所述通风装置散发到所述周围大气中，由此冷却所述器械。
13.一种根据权利要求12的器械，其中所述部件是一个散热器，而所述光源是一个高光强灯。
14.一种根据权利要求12的器械，其中所述部件是利用一个位于所述部件和所述壳体后端之间的弹性密封与所述壳体内部热绝缘的。
15.一种根据权利要求14的器械，其中所述部件包括一个由传热材料制成的圆筒形散热器。
16.一种根据权利要求12的器械，其中所述通风装置包括多个沿所述壳体设置的孔。
17.一种根据权利要求12的器械，其中所述部件包括一个包含所述光源的第一部分和一个包含所述导光棒的第二部分，所述第一和第二部分相连。
18.一种根据权利要求16的器械，其中所述孔从所述壳体前端到所述壳体后端以多排的形式设置。
19.一种根据权利要求12的器械，它还包括一个光线引导装置，此装置设置在所述壳体前端靠近所述导光棒的地方。
20.一种发光器械，它包括一个壳体，它具有一个发光的前端和一个后端;一个空心管形部件，它沿所述壳体的前端与后端设置在所述壳体中;一个设置在所述管形部件中的光源;和多个成形在所述壳体上的孔;从而，由所述光源产生的热量从所述管形件散发到围绕所述管形件的所述壳体内部，并且借助由热量增高所产生的热流通过所述壳体上的孔散发出去。
全文摘要
一种由周围空气冷却的高亮度发光器械，其中灯装在位于一壳体内的一个散热器中，该壳体上具有多个围绕散热器的通风孔。在器械用时，灯产生的热量沿着散热器传递，并散发到围绕散热器的腔室中，进而经通风孔散到周围大气中，这样与冷热空气交换形成热流。
文档编号A61B19/00GK1100620SQ94108220
公开日1995年3月29日 申请日期1994年7月7日 优先权日1993年7月9日
发明者格里格里·R·弗德伯 申请人:格莱格实验室公司