许多牙齿处理必需使用专用的器件，例如但不限于各种牙齿手工工 具和洗涤器(syringe)。众所周知的是，通过重复使用未完全消毒的医 疗器件(例如，牙钻)能够将传染物(例如病毒和细菌)从一个人传染 给他人。

本发明是压缩气体驱动型的一次性牙科器件，用于对工件(例如， 牙齿或填充物)进行牙科处理时使用。在一个实施方案中，细长的本体 具有穿透位于本体一端的底部的管道。该管道可允许光束、加压的水流 和压缩气流进入所述本体。所述底部包括用于将所述本体固定到所述光 束、加压的水流和压缩气流的附着装置。多个通道与所述管道连通用于 将所述光束、加压的水流和压缩气流引导通过所述本体。所述本体包括 外壳和芯体。所述外壳可被构建为中空的一整块壳或一对配合壳。所述 配合壳相结合以在其内限定出空腔，并可以用传统的注塑技术来容易地 形成。所述空腔包括第一组整体形成的槽，所述芯体具有用于与所述第 一组槽相配合的第二组整体形成的槽。当其配合时，第一组和第二组整 体形成的槽在形状上相匹配，从而沿着本体的纵轴形成封闭通道。
在一个实施方案中，位于所述细长本体一端的头部具有为高速涡轮 叶轮轴提供轴承座的衬套。所述可旋转的轴可包括涡轮叶轮和用于将牙 钻附着于所述轴的可拆卸的附着器件。气流驱动所述叶轮高速旋转，用 于使所述牙钻绕旋转轴旋转。
在另一个实施方案中，所述头部可包括衬套，所述衬套支撑用于可 旋转地安装所述叶轮轴的单独轴承。所述轴包括涡轮叶轮和用于将牙钻 附着于所述轴的可拆卸的附着装置。气流高速驱动所述叶轮，用于使所 述牙钻绕旋转轴旋转。
本体中邻近头部的开口允许光束、加压的水流和加压的气流的一部 分以朝向牙钻末端的方向释放出来，从而使得所述牙钻、光束、水流和 气流都汇聚在工件处，以在牙科处理的过程中进行照明、冷却和从工件 中去除碎片。优选地，一个通道包含透明的光导杆，用于将光束有效地 从所述底部传输到所述开口。气流的主要部分被导向涡轮叶轮，并且气 流的一小部分被转向穿过所述通道之一、通过所述开口，并朝着所述工 件移动。
本发明的多种优选实施方案的制造成本低廉，从而使得在给一个病 人使用后将其处理掉是可行的。这样的使用大量地降低了疾病在病人之 间传染的危险。这些优选的实施方案轻便、易于掌握和操作，可以快速 地连接到标准的气源、水源和光源，并且便于快速和方便地更换各种尺 寸和形状的牙钻，使得并非必须对每一个病人使用多个一次性钻孔机。 这些优选实施方案的其它特征允许快速地替换牙钻，而不会显著地增加 所述器件的大小。该优选实施方案的其它特征使得能够在单一的牙科器 件中将水、气体和光传输到工作位置。该优选的实施方案另外为牙钻提 供了高度的扭矩和控制，使得牙科医生可以容易和舒适地使用该器件。 这些优选的实施方案的另一个优点是，它们能够使用先进的塑料焊接工 艺进行批量生产，以提供消除气体和水泄漏可能性的完全密封的壳体 (housing)，它们还包括改进的轴承座和改进的生产处理过程以确保平 滑、安静的轴承操作以及增加的耐用性，并且附加地为牙钻提供高度的 扭矩和控制，使得其便于牙科医生使用。
通过以下结合相应附图所做出的更详细的描述，本发明的其它特征 和有益效果将变得显而易见，下面的描述通过实施例的方式示出了本发 明的原理。

本发明的上述和其它特征、方面和有益效果将参照优选实施方案的 附图进行描述，所述优选实施方案用于描述而不是限制本发明。附图包 括四个图。
图1是根据本发明优选实施方案的牙科器件的侧视立体图；
图2是牙科器件的分解图，示出了其所有的组件；
图3是牙科器件的部分左侧截面图，示出了气体通道、光杆和叶轮 组件；
图4是牙科器件的部分的右侧视图，示出了中心芯体、光杆和叶轮 组件；
图5是牙科器件右侧截面图，示出了气体通道、水通道和叶轮组件；
图6是牙科器件的右侧截面图，示出了其内部组件；
图7是示出了叶轮组件、轴承和牙钻的详细立体图；
图8是示出了叶轮组件的详细的右侧截面图；
图9是示出了叶轮组件的详细的左侧截面图；
图10是示出了具有桨轮叶片(paddle-wheel vane)结构的叶轮组件 的另一个实施方案；以及
图11是图10中的叶轮组件的详细截面图，其中，叶轮轴在锥形衬 套的内部轴承表面上转动，所述锥形衬套支撑在牙科器件的本体内部。 优选实施方案的详细描述
参照图1，图1显示了压缩气体驱动型的一次性牙科器件的完整视图。 该一次性牙科器件在对工件(例如牙齿或补牙填充料)进行牙科处理时 使用。便携式细长本体10具有外表面12，外表面12具有适于允许牢固 抓取和操作本体10的各种不同纹理(texture)或覆盖层(coating)。管 道14从本体10的一个端部穿入本体10的底部16，并允许光束18、加 压的水流20和压缩气流22进入本体10。管道14还提供了使返回的气流 从本体10排出的出口。底部16还包括连接系统24，用于将本体10固定 到光束18、加压的水流20和压缩气流22的源(未示出)。连接系统24 优选为一体地形成于底部16的外螺纹，用于与上述源(未示出)中的内 螺纹配合。底部16的端部和上述源之间的垫圈(未示出)可防止通过上 述源的内螺纹和底部的外螺纹的气体和水泄漏。多个内通道26(在图2 中显示)与管道14连通，用于导引光束18、水流20和气流22通过本体 10。在本发明的一个实施方案中，可以将水引入到气流中，以对涡轮轴 进行润滑，以及为驱动下面描述的涡轮提供附加的功率。优选地，本发 明可完全或部分地由相对廉价的材料(例如，塑料)制成。因此，本发 明的成本非常低廉，从而能够在使用后处理掉，或提供给病人以备日后 使用。
如图2所示的实施方式，本体10可以由左半壳30、右半壳32和芯 体34构造。左半壳30和右半壳32结合形成本体10的外表面12，并在 其内限定出空腔36，其能够容易地由传统的注塑技术来形成。空腔36包 括通常与本体10的纵轴对齐的第一组整体形成的槽40。芯体34具有与 第一组槽40配合的第二组整体形成的槽42。当其配合时，第一组槽40 和第二组整体形成的槽42在形状上匹配，从而主要沿着本体10的纵轴 形成封闭通道26。
图3显示了芯体34的左侧详细立体图，而没有显示半壳30和32。 在本发明的一个实施方案中，整体形成的槽42允许压缩气体和水通过底 部16进入，并横向地沿芯体34朝着头部44传送。
图4显示了芯体34的右侧详细立体图，而没有显示半壳30和32。 从头部44返回的气体横向地沿芯体34的右侧传送以返回到底部16。光 管52可位于芯体34的右侧内，以允许光从底部朝头部44传送。
在本发明的另一个优选实施方案中，本体10可以由整块的中空外壳 (未示出)和芯体34构造。与左半壳30和右半壳32相似，该整块的中 空的壳包括本体10的外表面12，并在其内部限定出空腔36。芯体34方 便地设置在整块的外壳内的空腔36中。整块的外壳也可以容易地用传统 的注塑技术形成。本体10内的所有与芯体34相配的内空腔在两块外壳 的实施方案中和整块外壳的实施方案中具有相同的构造。
图5和8示出了本发明的一个实施方案，其中，将多个管道14中被 指定为用于承载水流20的一个筒形管道46设置为穿透底部16。水流20 被从侧向环绕芯体34的筒形管道46导引以到达通常位于上述芯体的侧 面的位置。此后，水在芯体34的下表面附近纵向地移动，以到达用于排 出水流20的水流开口或管口48。
本体10中邻近头部44的光开口54允许光束18逸出。压缩气流22 的一部分或返回的压缩气体可以围绕水流开口48。在水流开口48处，加 压的水流20和压缩气流部分一起以朝向牙钻56顶端的方向流动。牙钻 56、光束18、水流20和气流22都汇聚到工件，以在牙科处理的过程中 进行照明、冷却和从工件中去除碎屑。光导杆58(见图6)填充光开口 54。也可以使用其它的光传输系统(例如但不限于光纤)。优选地，通 道26中的一个包含透明的光导杆58，该光导杆58具有高度抛光的表面， 用于将光束18有效地从底部16导引到光开口54。同样地，筒形管道14 中的一个优选地包含高度抛光的光导杆短管(stub)60，用于有效地将光 束18穿过底部16从光源(未示出)导引到光导杆58。
位于本体10另一端的头部44包含有位于衬套66中的轴承64，衬套 66附着到支撑轴72的上部68和下部70。衬套66可以简化轴承安装， 减少噪音和振动，并提供缓冲效果，这允许牙科医生在工作时接收反馈 感觉。衬套66可以由各种不同的材料(包括但不限制于橡胶、塑料、金 属或合成物)制成。轴承64可以通过压配合、专用扣件、粘胶剂或环氧 树脂附着到衬套66。衬套66使得轴承64可准确地设置在头部44内，防 止在对工件进行处理时产生令人不适的振动和噪音。振动和噪音的减少 可以在牙科处理时为病人提供更加舒适的环境。
如图7所示，支撑轴72包括涡轮叶轮74和牙钻拆卸系统，优选地 包括用于插入拆卸工具的通孔80，以将牙钻56从支撑轴72中推出。也 可以使用其它的牙钻拆卸系统例如牙钻排除器，其中内装式机械装置被 并入到该一次性牙科器件中以帮助拆卸牙钻。气流22高速驱动叶轮74 以使牙钻56绕旋转轴旋转。牙钻56由夹紧系统(未示出)以从头部44 向下突出的方向支撑。牙钻56包括牙钻安装轴82，并可以是大量不同牙 科工具(例如但不限于钻头、预防杯(prophylactic cup)、抛光器或金刚 石切割工具)中的任意一个。
头部44还包括用于接纳衬套66的一对安装空腔84(见图2)。轴 承64方便地置于衬套66内。形成安装空腔84的目的在于推动衬套66， 并因此使得轴承64的外套圈彼此相对以获得预定量的预加负荷。同样地， 支撑轴72被限制为仅做旋转运动，同时支撑轴72的侧向运动被有效地 限制。
由于本发明的一次性牙科工具不需要长期的工作可靠性，所以轴承 64可以是传统的金属轴承，或者可选地可以由较便宜的非金属材料(例 如，硬塑料)来形成。在本发明的一个优选实施方案中，轴承64可以设 计为浮动轴承，其中该轴承完全由浮动媒介，例如水、空气、油或它们 的任意组合包围。处于压力下的浮动媒介能够施加至浮动轴承，或者轴 承能够封闭在填充有浮动媒介的腔室中，以确保最小的摩擦，从而减少 振动和噪声。
图10和11中示出了本发明的另一个优选实施方案，其中衬套125 和126安装在牙科器件的头部127内。叶轮轴130由这些衬套可旋转地 支撑，并且衬套的内壁提供了轴承表面，用于叶轮轴的高速旋转。衬套 125和126可由包括烧结金属(sintered metal)的适合金属，或例如特氟 纶的合适的塑料来构造。
有益地，衬套125和126具有锥形的外部结构135，锥形外部结构 135与头部127内相应的锥形空腔136相接合，以限制轴130相对于衬套 125和126横向运动。
锥形空腔中的管道150可以用来将处于压力下的水或其它润滑剂引 到衬套的内部轴承壁表面(该内部轴承壁表面在叶轮轴130被转动时对 其进行支撑)，以此进一步减少轴130和衬套125、126的轴承表面之间 的摩擦。在一个实施方案中，迫使处于压力下的水通过由多孔材料(例 如，烧结金属)形成的衬套125和126的壁，以润滑该内部轴承表面。 使用润滑还起到在钻孔时进行消声的作用，这对于牙科医生和病人都有 好处。
在图7-9中显示的本发明的一个优选实施方案中，支撑轴72的牙钻 夹紧系统包括与支撑轴72的旋转轴对齐的夹紧孔88。该夹紧孔可以具有 比牙钻安装轴82的直径小的直径，以此使该夹紧孔能够提供对牙钻安装 轴82的过盈配合(interference fit)。该夹紧孔还具有一连串的释放开口 (relief cutout)(未示出)，以允许侧壁(未示出)强迫打开以容纳牙钻 安装轴82。牙钻56可以插入到该夹紧孔内，以通过上述侧壁牢固地保持 在适当位置。头部44还包括大致与支撑轴72的旋转轴对齐的通道孔86 和牙钻拆卸系统，由此可以使牙钻56脱离支撑轴72，从而插入新的牙钻。 支撑轴72提供了自定心(self-center)的功能，并允许重复取出和插入牙 钻56。
图8和9示出了牙科器件头部44、气体、水和光分布区域，以及配 合面(用于确保避免气体和水泄漏的牢固、精确连接)的一个实施方案 的详细视图。以下将对配合面进行更为详细的描述。
气流22的主要部分被导引至涡轮叶轮74。叶轮74具有用于接受气 流22冲击的多个叶片90。可以通过至少一个单独的气体通道92导引气 流22使其冲击叶轮叶片90。该气体通道可包括各种不同形状的管口100， 管口100使得能够对叶片90有效地传输压缩气体能量，以提供转矩来驱 动叶轮74。可以相对于叶轮74设置一个或多个管口100，从而使得叶片 90中的至少一个在叶轮74的各个旋转位置处，接纳主要垂直于叶片90 中的至少一个的表面气流22的一部分。将气体精确地注入到叶轮叶片90 的表面能够在牙科工具中提供一致的高转矩力。
用于导引气流22冲击叶轮74的叶片90的气体管口100能够使用不 同的形状来设计。本发明的第二个实施方案可以结合使用文氏管(venturi) 以加速气流从而提供更快速的气流。快速的气流可以改进涡轮驱动效率。
可以使用各种不同形状的涡轮叶片来有效地转动叶轮，并提供更有 效的转矩以及消声操作，从而为牙科器件使用者和病人提供舒适的环境。 例如，杯状涡轮叶片能够用来更有效地将压缩气体能量转换为强转矩。 图10中示出了叶轮的另一个实施方案，其中叶轮140具有桨轮配置叶片 145以提供增加的转矩。
在操作中，牙科医生为所要进行的牙科处理选择适当的牙钻56，并 将牙钻56的牙钻安装轴82插入到支撑轴72的夹紧孔中。夹紧孔88的 侧壁(未示出)弯曲以允许将牙钻安装轴插入，侧壁材料中的至少一些 被替换为减压开口(未示出)。接下来，牙科医生使用本体10的连接系 统24将本体10的底部16连接到加压的水源、加压的空气源和光源。在 典型的牙科处理中，牙科医生在上述源处将加压气体和光一起启动，并 用脚踏开关或其它启动器来启动加压的水，以冷却工件和将碎片冲洗掉。
当他例如通过脚踏开关或水源处的其它控制装置(未示出)启动加 压的水源时，在芯体34上方的位置，水被推动以通过底部16的管道14 中之一。然后，水侧向地绕芯体34前进以到达芯体34侧面的位置，并 接着通过一个槽或通道42向头部44传送。接下来，水流通过水流开口 48以朝向牙钻56的末端的方向流出，从而将碎片冲洗掉，并将水施加到 工件用于冷却。水流开口48能够调节以允许更多或更少的水从一次性牙 科器件流出。
当光源被启动时，光通过光导杆短管60穿过底部16向光导杆58传 输，在光导杆58中，光穿过开口54射向工件，从而照亮工件。还可以 使用光纤来代替光导杆58。从开口54出来的光的聚焦是可以调整的，从 而给操作人员提供照明良好的工作区域。
当加压的气体源被启动时，气流22流过管道14中的一个，并流过 槽或通道42中的一个，以及通过用于导引气流22冲击叶轮74的叶片90 的气体管口100。冲击叶片90的气体力使叶轮旋转，从而驱动牙钻56。 接下来，气体通过至少一个返回气体通道102离开头部50。返回气流22 中的一小部分可以被引导至穿过环绕在水管口48周围的孔104。该气流 22中的一小部分可以被导引为与水流20一起流向工件，以去除来自工件 的碎片。该返回的气体还能够在不带有水的情况下吹走来自工件的碎片 以干燥工件。
当需要牙钻56的牙科处理结束后，牙科医生将细长的物体通过头部 44的通道孔86插入，以将牙钻56从夹紧孔88中去除。可以插入新的牙 钻，或者如果所有的处理结束，可以废弃本发明的一次性手工工具。
为了保证两个半壳30和32的高质量的、完全对齐的、防止泄漏的 配合，在各个半壳中引入了专用的配合面。图8示出了突出的方形的弯 折的配合面(square angled mating surface)108，该配合面108沿右半壳 32的外边缘设置，并有益地环绕在光导杆58的端部和孔98的周围。图 9示出了沿着左半壳30的外边缘的三角形凹面110，该三角形凹面110 有益地环绕在光导杆58的端部和孔104的周围。三角形凹面110直接相 对于右半壳32的方形的成角度配合面108设置。
可以利用各种不同的生产处理(包括但不限于热塑料焊接、声波塑 料焊接等)将半壳30和32结合在一起。在处理过程中，当两个半壳30 和32设置在一起时，半壳30的三角形凹陷110的有棱角的表面允许半 壳32的方形的弯折的配合面108方便地将其自身与三角形凹面110对齐。 在结合处理中，方形的弯折的配合面的附加材料提供了允许将两个半壳 30和32完全结合的足够材料。该足够的材料和精确的对齐结合设计提供 了坚固的、防止泄漏的可以有效操作的一次性牙科器件。
当然，前面的描述是对本发明的具有某些特征、方面和有益效果的 优选结构的描述。可以在不背离由所附实施方案所限定的本发明的精神 和范围的情况下对上述结构进行各种改变和修改。
本申请要求在2003年3月13日递交的、题目为“一次性牙科器件” 的第60/455,078号美国临时申请的优先权，其全部内容并入本文作为参 考。