空气驱动旋转切削器 |
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| 申请号 | CN201010526237.5 | 申请日 | 2010-10-29 | 公开(公告)号 | CN102048588B | 公开(公告)日 | 2014-12-17 |
| 申请人 | 株式会社莫利嗒制作所; | 发明人 | 高志哲也; 中山照三; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种空气驱动旋转切削器。该空气驱动旋转切削器在维持 转子 的转矩的同时、降低转子的转速，此外，也能够谋求使头部更加小型化。该空气驱动旋转切削器包括两段式转子(14)，其特征在于，从朝向转子(14)的旋 转轴 线(41a)的方向看构成转子(14)的第1 涡轮 叶片 部(15)中的第1涡轮叶片(151)的侧面形状是自上述转子(14)的旋转方向(42)的上游侧朝向下游侧凹陷的凹曲形状，构成转子(14)的第2涡轮叶片部(16)中的第2涡轮叶片(161)的同一侧面形状是向与该第1涡轮叶片(151)相反的方向凹陷的凹曲形状。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种空气驱动旋转切削器，该空气驱动旋转切削器包括由手术人员把持的把手部、设置在上述把手部的前端部的头部及借助轴承能够绕旋转轴旋转地支承在形成于上述头部的中空部的转子； |
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| 说明书全文 | 空气驱动旋转切削器技术领域背景技术[0002] 本申请人的专利文献1～4中公开了一种可作为医疗用、牙科用、或者其他切削加工用的空气驱动旋转切削器。这些专利文献中公开的空气驱动旋转切削器作为有效地将加压空气的能量转换为旋转力的部件，均包括两段式(日文：2段式)转子。该两段式转子由环状的轮毂、形成在该轮毂的外周面上的第1涡轮叶片部及第2涡轮叶片部构成。而且，第1涡轮叶片部和第2涡轮叶片部分别包括自轮毂中心以放射状延伸的多个第1涡轮叶片和第2涡轮叶片。 [0003] 专利文献1～4中公开的空气驱动旋转切削器均包括由手术人员把持的把手部、及设置在该把手部的前端部的头部，其构成为手持件形状。在上述头部形成有中空部，在该中空部收容有具有与中空部的内表面形状相对应的外形的筒状的内侧壳体，在该内侧壳体的内部收容有上述转子及能够使该转子轴旋转地支承该转子的轴承机构部。转子能够沿着其轴心部装卸自由地安装各种切削工具。在头部和内侧壳体中还形成有用于向转子的第1涡轮叶片部喷射加压空气的供气通路、及用于将自第2涡轮叶片部输送来的空气排出的排气通路。而且，在内侧壳体中形成有将自第1涡轮叶片部输送来的加压空气引导到第2涡轮叶片部的中继通路(导入部)。因而，自供气通路喷射来的加压空气首先遇到第1涡轮叶片部的第1涡轮叶片，利用其作用使转子绕旋转轴旋转。接着，加压空气从中继通路被输送到第2涡轮叶片部，遇到第2涡轮叶片，进行作用，从而进一步推进上述转子绕旋转轴的旋转。之后，加压空气通过排气通路被排出到外部。 [0004] 这样，在采用两段式转子的牙钻手机中，加压空气的能量能够在两个涡轮叶片部有效地利用，因此，与以往的牙钻手机相比，具有能够在更高速旋转的条件下带有更高转矩特性地使切削工具旋转这样的优点。 [0005] 专利文献1：日本专利第3208345号公报 [0006] 专利文献2：日本专利第3672781号公报 [0007] 专利文献3：WO2006/101133A1号公报 [0008] 专利文献4：日本专利第4160319号公报 [0009] 牙科用的牙钻手机是向患者的口腔内插入牙钻手机的头部来对牙进行切削诊疗等的牙钻手机，为了缓和患者的不适感，或者为了尽量不遮挡手术人员的视场而改良操作性，优选为小型。为了使头部小型化，一般考虑减小上述转子的直径，但在减小转子的直径之后欲获得规定的转矩时，需要加快转子的旋转。但是，安装于转子的切削工具的耐用转速受到限制(通常的牙科用切削工具的情况下，转速为45万rpm以下)，而且，过度提高切削工具的转速时，有可能导致切削工具折损、自工具保持部飞出等状况，也会引起切削时的噪音或者发热增大等问题。因而，不提高转子的转速而使头部小型化是非常困难的。 [0010] 在专利文献2中公开了一种牙钻手机，该牙钻手机采用两段式转子，由单一的构件形成用于向第2涡轮叶片部引导来自第1涡轮叶片部的空气的第2空气通路，并且，使形成有第2空气通路的区域大于形成有供气通路的区域，从而，消除加压空气的泄漏，能够在维持高转矩的同时、稍稍降低转子的转速。但是，在此获得的转子的转速并不足以消除上述的问题点，寻求在维持着转矩的状态下更有效地降低转子的转速。另外，在本专利文献所示的牙钻手机的情况下，在头部内，隔着空气导环收容支承转子等，该空气导环的存在也是难以使头部更小型的原因之一。 发明内容[0011] 本发明即是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种在维持转子的转矩的同时降低转子的转速、此外也能够谋求使头部更加小型化的空气驱动旋转切削器。 [0012] 第1发明的空气驱动旋转切削器包括由手术人员把持的把手部、设置在上述把手部的前端部的头部、及借助轴承能够绕旋转轴旋转地支承在形成于上述头部的中空部的转子，上述转子一体地具有沿着上述旋转轴的周围配置多个第1涡轮叶片的第1涡轮叶片部、及同样地沿着上述旋转轴的周围配置多个第2涡轮叶片的第2涡轮叶片部，在上述头部的中空部设有用于自设置于上述把手部的供气通路朝向上述转子的第1涡轮叶片部喷出空气的供气口、将来自上述第1涡轮叶片部的空气引导到上述第2涡轮叶片部的导入部、及用于将来自上述第2涡轮叶片部的空气排出到设置于上述把手部的排气通路的排气口，自上述供气口喷出的空气从实质上与上述转子的旋转轴垂直的方向作用于上述第1涡轮叶片部，使上述转子绕上述旋转轴的轴心旋转，该空气经过在上述各第1涡轮叶片之间形成的第1空气通路，自上述第1涡轮叶片沿着旋转轴的轴线方向被排出，并且，经过在上述导入部形成的第2空气通路被引导到第2涡轮叶片，引导到该第2涡轮叶片的空气在实质上与上述旋转轴垂直的方向上作用于上述第2涡轮叶片部而推进上述转子的旋转，经过在上述各第2涡轮叶片之间形成的第3空气通路从上述排气口被排出，其特征在于，上述第1涡轮叶片的从朝向上述旋转轴的方向看到的侧面形状是自上述转子的旋转方向上游侧朝向下游侧地凹陷的凹曲形状，上述第2涡轮叶片的同一侧面形状是向与该第1涡轮叶片相反的方向凹陷的凹曲形状。 [0013] 本发明优选为，上述第2空气通路由多个凹状空部位构成，该凹状空部位由设置在形成于上述头部的中空部的内周上且与上述旋转轴平行的多个壁部、以及形成在该壁部之间且横穿与上述旋转轴平行的面的底壁部形成，上述凹状空部位由构成上述底壁部的表面的第1面、由自该第1面中的相对于上述旋转轴的离心侧部连续地上升的曲面构成的第2面、以及位于上述底壁部的两侧的、构成上述壁部的底壁部侧内表面的第3及第4面形成。 [0014] 在这种情况下，上述底壁部也可以自上述旋转轴的轴心朝向放射方向、或者相对于来自上述旋转轴的轴心的放射方向以朝向上述转子的旋转方向下游侧离心的方式倾斜。还优选为，上述第1及第2面与上述第3及第4面的连接部利用曲面连续地形成。还优选为，在上述第3及第4面中的、位于上述转子的旋转方向上游侧的第3面上形成有第5面，该第5面是通过切削上述凹状空部位的开口侧部分并朝向上述底壁部倾斜而成的。 [0015] 第2发明的空气驱动旋转切削器包括由手术人员把持的把手部、设置在上述把手部的前端部的头部、及借助轴承能够绕旋转轴旋转地支承在形成于上述头部的中空部的转子，上述转子一体地具有沿着上述旋转轴的周围配置多个第1涡轮叶片的第1涡轮叶片部、及同样地沿着上述旋转轴的周围配置多个第2涡轮叶片的第2涡轮叶片部，在上述头部的中空部设有用于自设置于上述把手部的供气通路朝向上述转子的第1涡轮叶片部喷出空气的供气口、将来自上述第1涡轮叶片部的空气引导到上述第2涡轮叶片部的导入部、及用于将来自上述第2涡轮叶片部的空气排出到设置于上述把手部的排气通路的排气口，自上述供气口喷出的空气从实质上与上述转子的旋转轴垂直的方向作用于上述第1涡轮叶片部而使上述转子绕上述旋转轴的轴心旋转，该空气经过在上述各第1涡轮叶片之间形成的第1空气通路，自上述第1涡轮叶片沿着旋转轴的轴线方向被排出，并且，经过在上述导入部形成的第2空气通路被引导到第2涡轮叶片，引导到该第2涡轮叶片的空气在实质上与上述旋转轴垂直的方向上作用于上述第2涡轮叶片部而推进上述转子的旋转，经过在上述各第2涡轮叶片之间形成的第3空气通路从上述排气口被排出，其特征在于，上述第2空气通路由多个凹状空部位构成，该凹状空部位由设置在形成于上述头部的中空部的内周上且与上述旋转轴平行的多个壁部以及形成在该壁部之间且横穿与上述旋转轴平行的面的底壁部形成，上述凹状空部位由构成上述底壁部的表面的第1面、由自该第1面中的相对于上述旋转轴的离心侧部连续地上升的曲面构成的第2面、以及位于上述底壁部的两侧的构成上述壁部的底壁部侧内表面的第3及第4面形成，在上述第3及第4面中的、位于上述转子的旋转方向上游侧的第3面上形成有第5面，该第5面是通过切削上述凹状空部位的开口侧部分并朝向上述底壁部倾斜而成。 [0016] 在上述任一项发明中，也可以在以上述旋转轴为中心的圆周方向上，使形成有上述第2空气通路的区域大于形成有上述供气口的区域。在这种情况下，优选为形成有上述第2空气通路的区域在以上述旋转轴为中心的圆周方向上遍布在除靠近上述排气口一侧之外的整周上。 [0017] 另外，也可以是形成有上述第2空气通路的区域由多个区域构成，上述各区域所包含的各个第1面相对于上述旋转轴的放射方向具有不同的角度。在这种情况下，优选为对于在使上述第1面自上述第1面的上述旋转轴侧端部向上述旋转轴侧延长的线、与通过上述第1面的上述旋转轴侧端部且自上述旋转轴侧端部向上述转子的旋转方向延伸的切线之间形成的切线角，上述各区域所包含的上述第1面的切线角被设定为朝向上述转子的旋转方向下游侧变小。 [0018] 在上述任一项发明中，上述转子具有包含大径环部和与该大径环部同心的小径环部的环状轮毂，上述第1涡轮叶片部形成在上述大径环部的外周部，上述第2涡轮叶片部形成在上述小径环部的外周部。 [0019] 采用第1发明的空气驱动旋转切削器，手术人员通过把持把手部，能够使设置在上述把手部的前端部的头部朝向切削对象部位地进行切削作业。在形成于上述头部的中空部，转子借助轴承能够绕旋转轴旋转地被支承，该转子由两段式转子构成，自供气口喷出的空气作用于构成两段式转子的第1涡轮叶片部及第2涡轮叶片部，其能量高效地用于转子的上述旋转。此时，自供气口喷出到第1涡轮叶片部的空气作用于第1涡轮叶片部而使上述转子绕上述旋转轴的轴心旋转之后，利用形成于头部的中空部的导入部被引导到达第2涡轮叶片部。到达第2涡轮叶片部的空气作用于第2涡轮叶片部而进一步推进上述转子的旋转，之后从上述排气口被排出。导入到第1涡轮叶片部及第2涡轮叶片部的空气实质上作用于分别形成在其上的第1涡轮叶片及第2涡轮叶片。在这种情况下，由于第1涡轮叶片的从朝向上述旋转轴的方向看到的侧面形状是自上述转子的旋转方向上游侧朝向下游侧地凹陷的凹曲形状，因此，自供气口喷出的空气所保有的能量通过该第1涡轮叶片被高效地用作绕上述旋转轴的轴心旋转的动力。而且，从上述导入部到达第2涡轮叶片部的空气作用于第2涡轮叶片而进一步推进转子的旋转，但由于该第2涡轮叶片的上述侧面形状是向与第1涡轮叶片相反的方向凹陷的凹曲形状，因此，实质上以沿着第2涡轮叶片的凸曲面部流动的方式进行作用。因而，被导入到第2涡轮叶片部的空气的旋转推进力并没有那么大，转子在此的转速提高程度较小，能够抑制转子的转速。但是，由于自供气口喷出的空气所保有的能量在第1涡轮叶片部被高效地使用，因此，能够充分确保转子所保有的转矩。 [0020] 只要上述第2空气通路由多个凹状空部位构成，该凹状空部位由设置在形成于上述头部的中空部的内周上且与上述旋转轴平行的多个壁部、以及形成在该壁部之间且横穿与上述旋转轴平行的面的底壁部形成，就不需要构成上述专利文献2所示的空气引导环的构件，能够谋求使头部小型化。而且，只要该凹状空部位由第1～第4面形成，就能够仅通过对头部的中空部内周进行切削加工而容易且准确地加工为期望的形状。只要使上述底壁部形成为自上述旋转轴的轴心朝向放射方向，就容易进行该加工。另外，只要使该底壁部相对于来自上述旋转轴的轴心的放射方向以朝向上述转子的旋转方向下游侧离心的方式倾斜，空气就会自第1涡轮叶片部的第1空气通路顺畅地流入到第2空气通路，能够减小此处的压力损失。并且，在上述第1及第2面与上述第3及第4面的连接部利用曲面连续地形成的情况下，空气能够在第2空气通路中压力损失较少地顺畅地流通。此外，在位于上述转子的旋转方向上游侧的第3面上形成有通过切削上述凹状空部位的开口侧部分并朝向上述底壁部倾斜的第5面的情况下，空气自第1空气通路更顺畅地流入到第2空气通路，该顺畅性与上述第2涡轮叶片的形状的特性叠加，维持转子的转矩的转速抑制效果更加显著。 [0021] 采用第2发明的空气驱动旋转切削器，除了与上述同样地将供给空气的能量有效地用于转子的上述旋转这样的两段式转子特有的效果之外，能够谋求头部的小型化，而且，利用具有上述第5面的第2空气通路的特有构造，能够在维持所需的转矩的同时、获得降低了转速的转子。而且，通用于第1及第2发明，第2空气通路由多个凹状空部位构成，该凹状空部位由设置在形成于上述头部的中空部的内周上且与上述旋转轴平行的多个壁部、以及形成在该壁部之间且横穿与上述旋转轴平行的面的底壁部形成，因此，导入到第1涡轮叶片部的空气随着转子的旋转，在以压缩的方式被导入到该凹状空部位内的同时、被导入到第2涡轮叶片部，由此，头部内始终是正压状态。因而，像上述专利文献3或4中公开的那样，也能获得阻断供给空气而使转子停止旋转时的回吸防止功能。 [0022] 在第1及第2发明中，在以上述旋转轴为中心的圆周方向上，使形成有上述第2空气通路的区域大于形成有上述供气口的区域的情况下，自供气口喷出的空气能够可靠地经过第1空气通路流入到第2空气通路。在这种情况下，只要形成有上述第2空气通路的区域在以上述旋转轴为中心的圆周方向上遍布在除靠近上述排气口一侧之外的整周上，流入到第2空气通路的空气就不会立即朝向排气口而会临时滞留在第2空气通路中，因此，上述回吸防止效果进一步提高，并且，由于能够将自第1涡轮叶片部导入的空气从第2空气通路顺畅地导入到第2涡轮叶片，因此，能够在维持着转子的转矩的状态下抑制转速。 [0023] 另外，在第1及第2发明中，在形成有上述第2空气通路的区域由多个区域构成，上述各区域所包含的各个第1面相对于上述旋转轴的放射方向具有不同的角度的情况下，在各区域中流入到第2空气通路的空气的作用不同。因而，通过适当地设定各区域的每个角度来协调空气向第3空气通路的导入功能和空气在第2空气通路中的临时滞留功能，能够高效地进行转子的转速降低及回吸防止功能这两者。特别是，只要对于在使上述第1面自上述第1面的上述旋转轴侧端部向上述旋转轴侧延长而成的线、与通过上述第1面的上述旋转轴侧端部且自上述旋转轴侧端部向上述转子的旋转方向延伸而成的切线之间形成的切线角，上述各区域所包含的上述第1面的切线角被设定为朝向上述转子的旋转方向下游侧变小，就能够谋求在转子的旋转方向上游侧空气临时滞留在第2空气通路中，谋求在下游侧能够迅速地流入到第3空气通路中。 [0024] 并且，在第1及第2发明中，只要上述转子具有包含大径环部和与该大径环部同心的小径环部的环状轮毂，上述第1涡轮叶片部形成在上述大径环部的外周部，上述第2涡轮叶片部形成在上述小径环部的外周部，就能够容易地加工两段式转子。附图说明 [0025] 图1是作为本发明的空气驱动旋转切削器的一个实施方式的牙科用气涡轮牙钻手机的侧视图。 [0026] 图2是该牙科用气涡轮牙钻手机的主要部分的纵剖视图。 [0027] 图3是该牙科用气涡轮牙钻手机的主要部分的局部断裂、局部纵剖及局部立体图。 [0028] 图4是图2中的IV-IV向视剖视图。 [0029] 图5是表示组装于该牙科用气涡轮牙钻手机的转子的一个例子的立体图。 [0030] 图6是该牙科用气涡轮牙钻手机的头部的俯视图。 [0031] 图7是图6中的VII-VII向视剖视图。 [0032] 图8是图6中的VIII部的放大图。 [0033] 图9是图7中的IX部的放大图。 [0034] 图10是图6中的X-X向视剖视图。 [0035] 图11是将该牙科用气涡轮牙钻手机中的转子的转速与转矩的关系和比较例一同表示曲线图。 [0036] 图12是表示头部的另一实施方式的概略俯视图。 具体实施方式[0037] 下面，根据附图说明本发明的空气驱动旋转切削器的实施方式。图1是表示作为本发明的空气驱动旋转切削器的一个实施方式的牙科用气涡轮牙钻手机的整体结构的侧视图。在图1中，牙钻手机1具有供手术人员在治疗时手持的部分、即把手部2，在该把手部2的基端部，与以往的牙钻手机同样地设有用于与空气、水等作用介质的供给管3相连接的连接部2a，在把手部2的前端部，通过颈部2b连结有头部4。在该头部4能够装卸自由地安装切削工具5。图2～图4是将图1的头部4及其附近部放大后的图。如这些附图所示，头部4一体地包括连结在把手部2的前端的轴部40、及收容上述切削工具5和驱动该切削工具5的驱动部6的筒状壳体部41，筒状壳体部41的中心轴线(相当于后述的切削工具的旋转中心轴线，之后称作旋转轴线)41a如图2所示地相对于轴部40的轴心40a垂直或大致垂直地定向。 [0038] 如图2～图4所示，头部4的轴部40具有被加工为能够插入固定于筒状把手部2的前端的尺寸和形状的截面缩小部40b。在轴部40还形成有使把手部2侧的后端面40c(图3及图4所示的附图上右侧的端面)与筒状壳体部41的内壁面流体连通的多个通孔。在这多个通孔中包含用于向切削工具驱动部6供给加压空气的供气通路71～73、及用于将来自切削工具驱动部6的加压空气排出的排气通路81、82。 [0039] 供气通路71～73连接于供气管7，该供气管7自与图1所示的作用介质供给管3的连接部2a沿着把手部2的长轴方向配设在该把手部2的内部。如图4所示，各供气通路71～73通过将轴部40自其把手部2侧的后端面40c和截面缩小部40b的外周面朝向筒状壳体部41的内壁面地加工出规定长度的孔而形成。供气通路71与打孔加工于上述轴部40中的供气管7的连接部70相通，供气通路72、73通过打孔加工于轴部40中的连结通路72a、 73a与上述连接部70相通。因而，自供气管7供给的加压空气经过各供气通路71～73被导入到筒状壳体部41内。上述供气通路72、73的基部侧在截面缩小部40b的外周面开口，因此，在该供气通路72、73的该开口侧的中途压入密闭有球形密封构件(例如钢球)72b、 73b。在图示例子中，连结通路73a形成为横穿供气通路72地与供气通路72相通，并且也与供气通路73相通。各供气通路71～73在其前侧具有小径的喷嘴部710、720、730，该喷嘴部710、720、730的前端在上述筒状壳体部41的内壁面开口而成为供气口711、721、731(也参照图10)。喷嘴部710、720、730优选配置为，利用自喷嘴部710、720、730喷射的加压空气，使配置在筒状壳体部41的内侧的切削工具5受到以旋转轴线41a为中心地向箭头42方向(图4中的顺时针方向)旋转的力。具体地讲，优选将供气口711、721、731配置成沿着圆周方向排列在筒状壳体部41的圆筒内表面上，并且，如图4所示，将喷嘴部710、720、730的中心轴线与通过筒状壳体部41的圆筒内表面上的点且与该中心轴线交叉的点的切线的交角(喷嘴切线角：α)设定为约10～50°。 [0040] 另外，各喷嘴部710、720、730分别通过锥形部连接于供气通路71～73，该供气通路71～73的通过锥形部的连接部分的总横截面积形成得大于各喷嘴部710、720、730在上述筒状壳体部41的内壁面开口的部分的总横截面积。各锥形部的角度(锥角)优选约15～45°。还优选为，为了使自各喷嘴部710、720、730喷射的空气的流速大于自上述连接部70供给的空气的流速，总计喷嘴部710、720、730的横截面积而成的有效截面积小于供气管7的有效截面积。 [0041] 如图10所示，供气口711、721、731的形状通常为椭圆形，但并不限定于此，也可以是方形(未图示)。另外，如上所述，上述连接部70与轴部40的轴心40a平行地形成，加压空气的供气管7通过连接构件连接于该连接部70。因此，例如与连接部70相对于轴部40的轴心40a倾斜地形成的情况相比，能够有效地利用与轴部后端面40c相邻的空间。如图2所示，排气通路81、82形成在供气通路71～73的下方，其由自轴部后端面40c贯穿于筒状壳体部41的内壁面的孔构成。排气通路81、82的前端部在筒状壳体部41的内壁面开口而成为排气口811、821(参照图10)，而且，排气通路81、82的基端部在上述轴部后端面40c开口，其将把手部2的内筒部作为排气通路，通过图1所示的上述连接部2a和供给管3与未图示的排气部件相通。并且，在上述轴部40配设有用于照明上述切削工具5的前端部的导光体9，还设有用于朝向切削工具5的前侧注水的芯部空气管路10。另外，与芯部空气管路10相通的供水管路及供水管路的图示省略。 [0042] 如图2及图3所示，头部4的筒状壳体部41具有与驱动部6的外侧形状相对应的形状和尺寸的圆筒状中空部410，该驱动部6用于将自上述供气通路71～73喷出的加压空气转换为切削工具5的旋转力。该中空部410在其上部和下部的开口部411、412处开放(也参照图10)。而且，上述驱动部6可从上部开口部411插入到中空部410中，切削工具5能够相对于在插入到中空部410的驱动部6设置的后述的工具支承部50装卸自由地通过下部开口部412安装在该工具支承部50上。另外，为了将配置在中空部410中的驱动部 6保持在该中空部410的规定位置，在上部开口部411装卸自由地设有环状副壳体413。该副壳体413在其外周部形成有阳螺纹，与形成在开口部411的内周部的阴螺纹部螺纹接合，利用安装于头部4的小螺钉414锁定该螺纹接合状态(也参照图1)。在该副壳体413的上表面还设有盖支承环415，盖11利用该盖支承环415装卸自由地安装在开口部411。该盖支承环415卡定盖11的周缘部，从而不容许盖11在沿着旋转轴线41a的方向上下运动，能够阻止盖11向上方脱出。在本实施方式中，如图2所示，在盖11的内侧与驱动部6之间弹性安装有弹簧构件(图示例子中是防松垫圈)111，利用该弹簧构件111的施力，盖11稳定地保持在图示的位置。该弹簧构件111在上述弹性安装状态下发挥功能，从而对以横跨(日文：跨る)后述的上部轴承部12的外侧环122和上述盖支承环415的方式设置的按压环112施力，将驱动部6保持在规定位置。通过克服弹簧构件111的弹力地按压上述盖11，能够解除工具支承部(例如卡盘)50对切削工具5的把持来更换切削工具5。 [0043] 如图2所示，切削工具5驱动部6具有沿着中空部410的旋转轴线41a支承切削工具5的工具支承部50。在工具支承部50中形成有距其一端部(图2及图3中的下端部)规定深度的孔(工具支承孔)51。工具支承部50还包括用于保持插入到工具支承孔51中的切削工具5的卡盘机构(未图示)。该卡盘机构是公知的机构，能够在按压盖11时解除保持来更换切削工具5，在离开开盖11的状态下锁定切削工具5，解除锁定而能够在按压盖11的状态下更换切削工具5。工具支承部50并不限定于卡盘方式，也可以包括利用橡胶等弹性构件的摩擦力作用能够装卸地保持切削工具5的方式。 [0044] 上述工具支承部50被分别设置在其上部和下部的上部轴承部12和下部轴承部13以旋转轴线41a为中心旋转自由地支承。上部轴承部12和下部轴承部13基本上具有相同的结构，在本实施方式中采用公知的球轴承。但是，轴承的构造并不限定于球轴承，也可以采用其他的轴承构造(例如滑动轴承、空气轴承等)。具体地讲，上部轴承部(球轴承)12具有内侧环121、同心地配置于该内侧环121的外侧环122、及配置在这些内侧环121与外侧环122之间的多个滚珠123。而且，内侧环121外嵌固定于工具支承部50。另一方面，外侧环122隔着O型密封圈124以压入状态固定在上述副壳体413上。在副壳体413的内周部形成有收容该O型密封圈124的周槽413a。利用该O型密封圈124防止喷射到后述的转子14上的加压空气向上方泄漏。 [0045] 下部轴承部13与上部轴承部12同样地由球轴承构成，该下部轴承部(球轴承)13与上部轴承部12同样地由内侧环131、外侧环132和配置在它们之间的多个滚珠133构成。而且，内侧环131外嵌固定于工具支承部50。另一方面，外侧环132隔着O型密封圈134以压入状态固定在筒状壳体部41的中空部410上。利用该O型密封圈134防止加压空气向下方泄漏。筒状壳体部41的中空部410形成为与配置有上述上部轴承部12、下部轴承部 13和后述的转子14的部位相对应的尺寸形状，其概略地由内径较大的上部大径筒部416、内径较小的下部小径筒部417、及配置在两筒部416、417之间的台阶部418构成(也参照图 10)。设置于上述下部轴承部13的O型密封圈134收容在形成于下部小径筒部417的内周的周槽417a中。 [0046] 接着，也参照图5说明转子14的结构。在上述工具支承部50中的位于上述上部轴承部12与下部轴承部13之间的部分一体设有两段式转子14，该两段式转子14用于利用自上述供气通路71～73喷射的加压空气使工具支承部50、进而通过该工具支承部50使切削工具5绕上述旋转轴线41a旋转。如图5中的转子部的立体图详细所示，转子14由环状的轮毂140构成，该环状轮毂140同心地包括中央的通孔141、上端的大径环部142、及下段的小径环部143。通孔141的内径与支承转子14的工具支承部50中的大致中途部分的外径大致相等，通过向该通孔141中按压工具支承部50的该中途部分，使转子14和工具支承部50一体化。作为该一体化，也可采用热装、铆接、或者键结合等方法。上述大径环部142及小径环部143上下两段地一体化，在上段的大径环部142的外周部设有第1涡轮叶片部15，在下段的小径环部143的外周部设有第2涡轮叶片部16。 [0047] 第1涡轮叶片部15由形成在轮毂140的上端部的圆形的上部顶壁144、以及自该上部顶壁144的底部(下表面)沿着上述大径环部142的外周部向下方延伸且向半径方向外侧突出的许多个(本实施方式中为18个)突出壁(第1涡轮叶片151)构成。第1涡轮叶片151沿着大径环部142的圆周方向等间隔地设置。在各第1涡轮叶片151中还包括第1涡轮叶片151的一个面(在转子14的旋转方向42上位于上游侧的作用面152)和另一个面(在转子14的旋转方向42上位于下游侧的引导面153)，在相邻的各第1涡轮叶片151之间，由该作用面152及引导面153、上部顶壁144的下表面、大径环部142的外周部形成第 1空气通路154。第1空气通路154的高度位置(沿着上述旋转轴线41a的高度位置)设定为在将转子14设置于上述中空部410的状态下，自上述供气喷嘴部710、720、730喷射来的加压空气可吹入到第1空气通路154的上部这样的位置。另外，各第1空气通路154中的从上述上部顶壁144的下表面到大径环部142的外周部的形状形成为朝向半径方向内侧弯曲的曲面(曲面形状在图2中表示得最明显)155，从转子14的半径方向外侧吹入到第1空气通路154中的空气沿着上述曲面155带有最小的空气阻力地顺畅地向下方变换方向。 另外，各第1涡轮叶片151的从朝向上述旋转轴线41a的方向看到的侧面形状为从上述转子的旋转方向42的上游侧朝向下游侧凹陷的凹曲形状。 [0048] 第2涡轮叶片部16由利用上述第1空气通路154的下端和内侧的缘部将外周切边而成的下部顶壁145、以及自该下部顶壁145的底部沿着小径环部143的外周部向下方延伸且向半径方向外侧突出的许多个(本实施方式中为18个)突出壁(第2涡轮叶片161)构成。第2涡轮叶片161沿着圆周方向等间隔地设置。在各第2涡轮叶片161中还包括第2涡轮叶片161的一个面(在转子14的旋转方向42上位于上游侧的作用面162)和另一个面(在转子14的旋转方向42上位于下游侧的引导面163)，在相邻的各第2涡轮叶片161之间，由该作用面162及引导面163、下部顶壁145的下表面、小径环部143的外周部形成第 3空气通路164。特别是，各第3空气通路164中的从上述下部顶壁145的下表面到小径环部143的外周部的形状形成为朝向半径方向内侧弯曲的曲面(曲面形状在图2中表示得最明显)165，从转子14的半径方向外侧吹入到第3空气通路164中的空气沿着上述曲面165带有最小的空气阻力地顺畅地向下方变换方向。另外，第3空气通路164的高度位置(沿着上述旋转轴线41a的高度位置)设定为在将转子14设置于上述中空部410的状态下，第 3空气通路164的底部处于与上述排气通路81、82大致相同的位置。而且，各第2涡轮叶片 161的从朝向上述旋转轴线41a的方向看到的侧面形状为向与上述第1涡轮叶片151相反的方向凹陷的凹曲形状。第2涡轮叶片161的下片朝向上述旋转方向42侧地弯曲，相对于与上述旋转轴线41a平行的方向的弯曲角度β被设定为大于0°且小于等于70°。 [0049] 如图2所示，用于将来自上述第1涡轮叶片部15的空气引导到第2涡轮叶片部16的空气的导入部17设置在上述头部4中的上述中空部410的内周、详细地讲是上述台阶部418。也参照图6～图10说明该导入部17。自上述供气通路71～73喷出到中空部410的加压空气自第1空气通路154的半径方向外侧朝向内侧地被引导，而且，从第1空气通路 154的下端部排出的加压空气自第3空气通路164的半径方向外侧朝向内侧地被引导。上述导入部17由用于自第1空气通路154的下端部向第3空气通路164引导空气的多个(图示例子中为7个)的第2空气通路170构成，该多个第2空气通路170沿着以上述旋转轴线41a为中心的圆周方向并列设置，其形成的区域171在该圆周方向上遍布在除靠近上述排气口811、821一侧之外的整周上(参照图6)。另外，该多个第2空气通路170所形成的区域171不包含上述供气通路71～73的供气口711、721、731所形成的区域74，且形成得大于供气口711、721、731所形成的区域74(参照图4及图6)。 [0050] 上述多个第2空气通路170自上述中空部410中的台阶部418形成到小径筒部417的内周。形成为：在将上述驱动部6收容于中空部410时，转子14的第1涡轮叶片部15带有些许间隙地嵌入到大径筒部416的内周部，第2涡轮叶片部16带有些许间隙地嵌入到小径筒部417的内周部。而且，上述供气口711、721、731以在大径筒部416的内表面上开口地与上述第1空气通路154相对的方式定位，排气口811、821在小径筒部417的内表面上开口地定位在上述第3空气通路164的下端部位。并且，在上述台阶部418的与上述排气通路81、82相对应的部位，与该排气通路81、82相通的辅助排气口83以长孔状开口，导入到第1空气通路154中的空气的一部分不朝向第2及第3空气通路170、164，而直接自排气通路81、82排气。 [0051] 上述第2空气通路170由多个凹状空部位18构成，该凹状空部位18由设置在形成于上述头部4的中空部410的内周上且与上述旋转轴线41a平行的多个壁部181、以及形成在该壁部181之间且横穿与上述旋转轴线41a平行的面的底壁部182形成。上述凹状空部位18由构成上述底壁部182的表面的第1面18a、由自该第1面18a中的相对于上述旋转轴线41a的离心侧部连续地上升的曲面构成的第2面18b、以及位于上述底壁部182的两侧的、构成上述壁部181的底壁部侧内表面的第3及第4面18c、18d形成。而且，在上述第3及第4面18c、18d中的、位于上述转子14的旋转方向42的上游侧的第3面18c上形成有第5面18e，该第5面18e是通过切削上述凹状空部位18的朝上开口侧部分并朝向上述底壁部182倾斜而形成的。这样，通过形成第5面18e，自第1空气通路154向第2空气通路170的空气流入性升高，由此，能够有效地抑制转子14的转速、并防止回吸(日文：サツクバツク)。并且，上述底壁部182、即第1面18a以自上述旋转轴线41a的轴心朝向放射方向、且相对于该放射方向朝向上述转子14的旋转方向42的下游侧离心的方式倾斜。通过这样地将第1面18a以朝向转子14的旋转方向42的下游侧离心的方式倾斜地形成，使流入的空气易于暂时滞留在凹状空部位18中，能够使上述回吸防止功能更加显著。如图8所示，第1面18a的中心线与该中心线同上述小径筒部417内周交叉的部分的切线所成的角度(切线角)γ被设定为45°～60°。另外，上述第1及第2面18a、18b与上述第3及第4面18c、18d的连接部利用曲面连续地形成，由此，第2空气通路170中的空气流通压力损失较少，非常顺畅。该连接部的曲面的曲率半径优选为0.1mm以上。 [0052] 在使用如上所述地构成的牙钻手机1切削牙齿的情况下，如图1所示，选择适合目标作业的切削工具5，将其从下方安装在工具支承部50上。接着，从未图示的加压空气供给源供给来的加压空气通过供给用管3被输送到各供气通路71～73。接着，加压空气从各供气通路71～73被供给到喷嘴部710、720、730。在喷嘴部710、720、730中通过的加压空气加速，朝向与转子14的旋转轴线41a正交的方向(转子14的旋转方向42上的下游侧)自供气口711、721、731喷出。于是，通过向上述第1空气通路154中吹入加压空气，对图5所示的第1涡轮叶片部15中的第1涡轮叶片151的上述作用面152作用以加压空气的能量，使转子14绕旋转轴线41a的轴心向箭头42方向旋转。随着该旋转，向通过供气口711、721、731的对置部的第1空气通路154中依次吹入加压空气，转子14继续上述旋转。由于第1涡轮叶片151的上述侧面形状做成向旋转方向42凹陷的凹曲形状，因此，吹入到第1空气通路154中的加压空气的能量作用于该作用面152，作为转子14的旋转动力被高效地消耗。因而，在该阶段中，转子14会在高转速且保有较大转矩的状态下旋转。 [0053] 然后，供给到第1空气通路154的加压空气在各第1涡轮叶片151之间的第1空气通路154中向下方流动。然后，在转子14旋转的同时第1空气通路154移动到形成于头部4的筒状壳体部41的第2空气通路170的对置位置时，空气从第1空气通路154的底部开口部流入到第2空气通路170。此时，由于第5面18e形成在凹状空部位18的上游侧且朝向第1面18a(底壁部182)倾斜，因此，空气会顺畅地流入到第2空气通路170。进入到第2空气通路170的空气沿着形成该第2空气通路170的凹状空部位18的第1～第5面18a～18e，朝向转子14的半径方向内侧被输送到转子14的第3空气通路164。由于凹状空部位18以其第1面18a如图8所示地以角度γ向离心方向倾斜的状态形成，因此，流入到凹状空部位18的空气易于临时滞留，在提高了其内压的状态下被输送到第3空气通路 164。流入到第3空气通路164的加压空气被在形成该第3空气通路164的各第2涡轮叶片161之间以及在这之间夹着的内侧的曲面165引导而向下方移动，通过排气口811、821被输送到排气通路81、82。输送到排气通路81、82的空气经过把手部2的内筒部，通过连接于牙钻手机1的作用介质供给管3被放出到外部。 [0054] 流入到第3空气通路164的加压空气作用于构成第2涡轮叶片部16的第2涡轮叶片161的上述作用面162，进一步推进转子14的上述旋转。但是，由于第2涡轮叶片161的侧面形状做成向与第1涡轮叶片151相反的方向凹陷的凹曲形状，因此，第2涡轮叶片161的作用面162成为与作用的空气流相对的凸曲面，流入到第3空气通路164的空气以沿着该凸曲面流动的方式进行作用。因而，导入到第2涡轮叶片部16的空气的旋转推进力并没有那么大，转子14在此的转速提高的程度较小，能够抑制转子14整体的转速。但是，利用加压空气对第1涡轮叶片部15的作用，转子14充分地保有转矩，因此，能够维持用于切削牙齿所要求的切削能力。而且，通过抑制转子14的转速，能够使其小于等于切削工具5的耐用转速，也不存在切削工具5折损、自工具保持部50飞出等隐患，并且，切削时的噪音或者发热变小，也不会使患者产生不适感。在停止喷出加压空气时，转子14停止旋转，但在转子14的旋转过程中，在上述凹状空部位18始终充满空气，该部分的内压为较高的状态，因此，即使停止喷出加压空气，也不会进行回吸，不会将切削屑、治疗液从牙齿的切削部位吸引到头部4的机械部内。 [0055] 参照图11对上述那样通过大致维持转子的转矩并降低转速而获得的牙科用气涡轮牙钻手机的功能特性进行说明。图11是表示在使转子旋转的同时使切削工具作用于牙齿的情况下的转子的转速与此时牙齿所负荷的转矩的关系的曲线图。由该曲线图可知，自无负荷状态使切削工具作用于牙齿，随着加强该作用力，转子的转速降低，但牙齿所承受的负荷、即转矩变大。在转速为零时，转矩最大，将此时的转矩称作锁定转矩(日文：ロツクトルク)，是在临床现场受到重视的转矩。该锁定转矩越高，越能够以较强的力切削牙齿，通常说气涡轮牙钻手机的转矩较高。 [0056] 图11中的曲线a表示以往的气涡轮牙钻手机的例示，在这种情况下，在欲使锁定转矩为等级A时，需要为转子无负荷时的转速(旋转数，下同)60万rpm左右。这样，由于远远大于切削工具的临界转速45rpm，因此产生上述隐患。因此，如曲线b所示，降低喷到转子上的加压空气的压力而使其为转速40万rpm时，锁定转矩也降低到等级B左右，牙齿的切削能力降低，作为气涡轮牙钻手机的实用性降低。像上述专利文献2中提出的那样，曲线c通过设计转子等的构造，不降低锁定转矩而降低转子的转速，不会导致牙齿的切削能力降低。但是，无法使转子的转速为切削工具的临界转速以下，无法消除切削工具产生不良的隐患。曲线d表示具有上述结构的气涡轮牙钻手机1的情况下的同样的关系，表示能够在将锁定转矩维持在对等级A的状态下将转子的转速降低到40万rpm。在图11中，将曲线a、c与曲线d进行比较，例如在转子的转速为20万rpm时，曲线d情况下的转矩值低于曲线a、c情况下的转矩值。但是，由于锁定转矩在等级A处相同，因此，实质上的切削能力没有变化，手术人员的切削感也不变。 [0057] 这样，构成转子14的第1及第2涡轮叶片151、161与第2空气通路170各自特有的结构叠加，能够在维持着转矩的状态下实现降低转子14的转速。由此，能够使转子14为小径，能够使头部4小型化，牙科用气涡轮牙钻手机1的各种适应性显著提高。而且，由于在头部4的中空部410中直接形成第2空气通路170，因此，能有效地利用中空部410的空间，更加有助于小型化。 [0058] 图12是表示头部4的另一实施方式的俯视图，作为与图6相对应的概略图来表示。在本实施方式中，形成有多个(图示例子中为6个)第2空气通路170的区域由多个区域构成，上述各区域所包含的各个第1面相对于上述旋转轴的放射方向具有不同的角度。即，该角度与图8所示的角度(切线角)γ相对应，在图12中，6个第2空气通路170自上述旋转方向42的上游侧朝向下游侧地每两个(170-1、170-2、170-3)成一对，各对构成上述区域，各个区域中的上述角度γ像γ-1、γ-2、γ-3那样被设定为朝向转子14的旋转方向 42的下游侧变小。这样，通过将角度γ设定为朝向转子14的旋转方向42的下游侧变小，在转子14的旋转方向上游侧，谋求使空气临时滞留在第2空气通路170中，在下游侧，能够谋求迅速地流入到第3空气通路164中。由此，能够适当地调整转子14的转速抑制与上述回吸防止功能的平衡。 [0059] 在图12中，将6个第2空气通路170分为每两个一组，将其做成多个区域，使这些各区域的上述切线角γ朝向下游侧地依次不同，但区域的构成方式并不限定于此。例如，也能够由一个第2空气通路170构成各区域，而且，也能够使各区域所包含的第2空气通路170的数量不同。 [0060] 图12所示的各第2空气通路170-1、170-2、170-3省略添加附图标记，但其均由与上述相同的具有第1～第5面18a～18e的凹状空部位18构成。另外，由于其他结构也与图6相同，因此，省略添加各个附图标记及其说明。 [0061] 另外，在上述实施方式中，举例说明了牙科用的气涡轮牙钻手机，但也能够将本发明应用于由手术人员使用的其他的空气驱动旋转切削器。另外，构成第1及第2涡轮叶片部15、16的第1及第2涡轮叶片151、161的数量、以及构成导入部17的第2空气通路170的数量并不限定于例示的数量。 |
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