专利名称：具有缓慢旋转运动的牙科工具位移装置与方法历史上，已经开发出一些牙髓科设备，它们可应用于宽范围的以下运动上下振荡运动、旋转运动和多种组合运动。当提供超过一种模式的运动时，不同模式的运动的频率通常是类似的。对于以旋转运动模式进行操作的装置，旋转速度通常是超过约200 rpm，在许多例子中，达到数千rpm。本发明特别涉及子类工具，它们的主要运动是纵向往复运动，也就是，沿着对应于该工具的长度的线性方向来往复运动。一个非限制但特别优选的实施例是在专利号为EP 1708638 Bl的欧洲专利的文本中所描述的自调节工具，该文献在这里整体引入作为参考。在单纯纵向往复运动的工具的操作过程中，存在这样的风险该工具会发生不均勻的磨损，和/或工具的不均衡地旋转会导致对于所治疗的组织的不一致的结果。特定的提供往复运动的商业化使用的机头在使用过程中，可让该工具自由旋转，降低在工具内的压力。然而，这种自由旋转不能确保在使用过程中会发生旋转。因此，有必要开发一种与现有机头一起使用的牙科工具位移装置机头或者附件， 它会提供工具的缓慢旋转，同时该工具经受相对较高频率的往复运动，因而增强了该工具的操作的一致性。它也具有特别的优势，提供紧凑且有效的传输装置，该装置使得能够以源于单独的驱动电机的任意想要的比率同时进行往复运动和旋转运动。
本发明是一种牙科工具位移装置以及相应的方法。根据本发明的教导，提供了一种与电动能源手柄一起使用以使牙科工具移动的牙科工具位移装置，所述位移装置包括(a)工具架，具有用于接纳所述牙科工具的容座，所述容座限定工具轴；(b)驱动装置，与所述工具架和电动能源手柄相关联；所述驱动装置限定从所述电动能源手柄到所述工具架的传送，以致所述工具架以每分钟第一振荡频率平行于所述工具轴进行往复运动，并以每分钟第二旋转频率围绕所述工具轴进行旋转；其中，所述第一振荡频率是比所述第二旋转频率至少大一个数量级。根据本发明的进一步特征，所述驱动装置限定从所述电动能源手柄到所述工具架的传送，以致对于所述工具架平行于所述工具轴的每次往复运动，所述工具架旋转的梯级不超过围绕所述工具轴旋转一圈的四十分之一。根据本发明的进一步特征，所述第一振荡频率是比所述第二旋转频率至少大两个数量级。根据本发明的进一步特征，所述驱动装置限定从所述电动能源手柄到所述工具架的传送，以致当所述工具架经受的扭矩比相对的围绕所述工具轴的所述旋转的极限值更大时，所述旋转被中断，同时所述往复运动不受影响。根据本发明的进一步特征，所述电动能源手柄具有偏心安装在输出驱动轴上的驱动销；所述驱动装置包括外接所述工具轴的环状槽，所述环状槽是在第一相对表面与第二相对表面之间形成的，所述环状槽接纳所述偏心安装的驱动销，以致所述驱动销在所述环形槽内的运动产生所述工具架的所述往复运动；所述第一相对表面是以一列轴向突出的齿轮齿的方式来提供，这些齿轮齿围绕所述工具轴，以致在所述输出驱动轴的旋转一圈的过程中，所述驱动销接合所述齿轮齿，产生所述第一相对表面的旋转梯级，并与所述齿轮齿解除接合。根据本发明的进一步特征，所述第一相对表面是与所述工具架机械地整合的。根据本发明的进一步特征，所述驱动装置还包括设置在所述第一相对表面与所述工具架之间的补充传送阶级，以致所述第一相对表面的给出的旋转梯级产生所述工具架的不同的旋转梯级。根据本发明的进一步特征，所述的补充传送阶级包括设置在所述工具轴中心的行星齿轮装置。根据本发明的教导，还提供了一种牙科工具机头，包括(a)根据权利要求1所述的牙科工具位移装置；以及(b)电动能源手柄，所述牙科工具位移装置是与所述电动能源手柄接合的，以致所述牙科工具位移装置是由所述电动能源手柄来驱动。根据本发明的教导还提供了一种操作牙科工具的方法，所述方法包括以下步骤 (a)提供一种具有工具轴的牙科工具，该工具被配置用于通过轴向振荡运动来操作；(b)将所述牙科工具设置在与牙组织并列；(c)产生每分钟第一振荡频率的轴向振荡运动；以及 (d)在所述轴向振荡运动过程中，产生每分钟第二旋转频率的围绕所述工具轴的旋转；其中，所述第一振荡频率是比所述第二旋转频率至少大一个数量级。根据本发明的教导还提供了一种与电动能源手柄一起使用以使牙科工具移动的牙科工具位移装置，所述电动能源手柄具有偏心安装在输出驱动轴上的驱动销，所述位移装置包括(a)工具架，具有用于接纳所述牙科工具的容座，所述容座限定工具轴；(b)驱动装置，与所述工具架和电动能源手柄相关联；所述驱动装置包括外接所述工具轴的环状槽， 所述环状槽是在第一相对表面与第二相对表面之间形成的，所述环状槽接纳所述偏心安装的驱动销，以致所述驱动销在所述环形槽内的运动产生所述工具架平行于所述工具轴的每分钟第一振荡频率的往复运动；所述第一相对表面是以一列轴向突出的齿轮齿的方式来提供，这些齿轮齿围绕所述工具轴，以致在所述输出驱动轴的旋转一圈的过程中，所述驱动销接合所述齿轮齿，产生所述第一相对表面的旋转梯级，并与所述齿轮齿解除接合，因而产生所述工具架围绕所述工具轴的每分钟第二旋转频率的旋转。根据本发明的进一步特征，所述第一相对表面是与所述工具架机械地整合的。根据本发明的进一步特征，所述驱动装置还包括设置在所述第一相对表面与所述工具架之间的补充传送阶级，以致所述第一相对表面的给出的旋转梯级产生所述工具架的不同的旋转梯级。根据本发明的进一步特征，所述补充传送阶级设置在所述工具轴中心的行星齿轮直ο
本发明在这里仅通过实施例结合所附的附图的方式进行描述，在这些附图中 图1是根据本发明的教导所构建和操作的一种牙科工具位移装置的方块示意图； 图2是图1所示的牙科工具位移装置的一个具体实施例的等比例视图3是图2所示的牙科工具位移装置的部分分解的等比例视图； 图4A和图4B是根据图2所示的牙科工具位移装置的两个可替换的
的驱动装置的侧视图5A至图5E是一组示意图，它们显示了来自图2所示的牙科工具位移装置的驱动装置的一部分的操作；
图6是从图2所述的牙科工具位移装置剖开的纵向截面视图； 图7是图4B所示的牙科工具位移装置的一部分的爆炸等比例视图；以及图8是图2所示的牙科工具位移装置的顶视图，盖元件已经移除，以暴露根据图2所示的牙科工具位移装置的一个
的行星齿轮级降装置。

，所述第一振荡频率是比所述第二旋转频率至少大一个数量级。在这个阶段，已经清楚地表明，本发明的一个
提供了一种高度优势的位移装置，其中，工具的往复操作的一致性是通过在主要的往复运动上叠加较慢的旋转运动来确保的。结果，该工具围绕它的周围的任意不均衡的动作是在旋转过程中被均勻化的。本发明的特定实施方式的这个和其他优势将通过后续的实施例来更清楚地说明。在这点上，定义在本说明书和权利要求中所采用的特定术语是有帮助的。首先，关于“电动能源手柄12”，它是指一种手柄，由使用者在操作牙科工具时握持，动力能源是从该手柄供应以使该牙科工具移动。这个运动动力可以是由定位在该手柄内的电动机来产生， 来源于例如通过电力或者压缩空气，或者可通过来自远程电机的机械连接来提供。该电动能源手柄可以是一种标准的现成产品，例如用于驱动往复工具的商业化应用的机头，或者可以是一种指定的设备，可选地与所述牙科工具位移装置的其他部分整合在一起。这里所采用的术语“容座”是指用于接合工具的任意结构。在许多例子中，该容座是容纳牙科工具的柄部的插座，但所有其他适用于限定在牙科工具与它的工具架之间的有效机械接合的结构也都落入术语“容座”的范围之内。这里所采用的术语“牙科工具”总体上是指在牙科应用中采用的任意工具。与本发明的特定实施方式的特别相关的是牙髓工具，例如用于制备牙齿根管的工具。所述工具本身，或者该工具以工具架支持的方式，限定了一个“工具轴”，沿着该工具轴发生主要的往复运动。在柔性工具的例子中，工具的不同部分可向不同方向延伸，所述 “工具轴”被定义为该工具的柄部的中心轴。术语“机械地整合”是指部件是快速附着或整体形成的，以致作为一个单独的机体来一起移动。术语“频率”是用来指周期运动的平均频率，以每分钟发生的周期总数来定义。这个术语是用来指整个运动，不论该运动是实施为平滑连续运动还是一系列小的离散步骤。现在转到图2至图9，显示了图1所示的位移装置的一个示例性
。在图6中可清楚地看到，位移装置10在这里被显示为一个非限制性的实施例，该装置是与一个电动能源手柄12 —起操作的，该电动能源手柄12通过旋转的驱动轴20来提供运动，该旋转的驱动轴是在偏心安装的驱动销22处终止的。驱动轴20的旋转使驱动销22以周期运动方式移动。在图4A和图4B的两个变化实施例中显示的驱动装置19包括外接工具轴沈的环形槽M，在该环形槽M内接纳偏心安装的驱动销22。驱动销22在槽M内的接合将驱动销22的周期运动改变为前述的工具架16的轴向往复运动。驱动装置18是以预定的与电动能源手柄12相关联的方式通过外壳60来支持，被配置为使能够产生驱动装置18的所需的往复运动和旋转运动，正如在图2、图3和图6中所示。环形槽M是划分为第一相对表面28和第二相对表面30。在这里所示的
中，第一相对表面观是提供为一列轴向突出的齿轮齿32，这些齿轮齿围绕所述工具轴的周围。结果，在驱动轴20的旋转一圈期间，驱动销22接合齿轮齿32，产生第一相对表面 28围绕工具轴的旋转梯级，以及从所述齿轮齿32。需要注意的是，这些齿轮齿32是指在感觉上轴向突出的，它们位于下表面观的水平之上，因而区别于径向突出的齿轮齿，但并不意味着任何特殊轴向特征或几何构型。在环形槽M内的驱动销22的相互作用以及所导致的相对表面观和30的运动都图解地表示在图5A至图5E中。为便于理解这个运动，采用一个虚线的圆34来指示驱动销 22的运动周期，穿过该圆的中心显示了虚线的十字线，对应于所述电动能源手柄的驱动轴 20的旋转轴。图5A显示了驱动销22在它的最高位置的任意选择的起始位置，邻接第二相对表面30。在这种状态下，在水平十字线与表面30之间的轴向距离是最大的，标记为之。当驱动轴20连续旋转时，驱动销22相继移动到在图5B和图5C中所示的位置，接合齿轮齿32。 这个运动向下压在表面观上，因而使所述装置向下位移，直到它达到它的最低点，正如在图5C中所示，在水平十字线与表面30之间的轴向距离是标记为、。与齿轮齿32接合的驱动销22的运动的水平装置也会导致表面28围绕轴沈角位移，达到一个角阶Δ θ，此时驱动销22离开齿轮齿32 (图5D)。当驱动销22完成它的旋转周期，回复到它的最高点时，如在图5Ε中所示，该驱动销22向上挤在表面30上，因为使装置向上位移，以使垂直位置恢复到之在水平十字线之上。在该水平方向，驱动销22相对于平滑表面30滑动，使该周期净旋转梯级Δ θ，然后重复进行。因此，驱动轴20的每圈旋转的总效果是这样一个周期以振幅⑷-、)轴向往复运动，以及围绕轴26的梯级为△ θ的旋转。该旋转梯级的大小可以是变化的，但主要是由驱动销22的偏心偏移的大小以及表面观的直径来决定。在特定优选的实施例中，Δ θ是不大于旋转一圈的四十分之一，相当于围绕表面观设置至少四十个齿32。由这个装置所示例的本发明的特定实施例的另一个有价值的特征是当遇到明显阻力时，旋转的中断。特别地，需要注意的是，驱动销22是与齿轮齿32脱离的，在每个周期的显著部分期间(参见图5D和图5Ε)。结果，该工具遇到的扭矩大于相对旋转的特定极限值时，该装置会倾向于反弹，使驱动销22脱离齿轮齿32，因而减少或取消前述周期的旋转梯级Δ θ，并避免可能的高旋转力矩对于牙科工具的损坏。同时，主要的轴向往复运动继续进行，因而使得该工具的操作继续进行。在特定的实施例中，由在槽M内的驱动销22的相互作用所产生的前述运动是适当的，在这样的例子中，第一相对表面28优选地是与工具架16机械地整合在一起，正如在图4Α的
中图解地所示。在本例中，工具架(和工具，未示出)的整体运动在使用过程中将会是相同的，正如参考上面的图5Α至图5Ε所描述的，也就是，在第一频率的轴向往复运动结合以较低频率的围绕轴的旋转，通常，在往复运动的每40-50个周期进行一次旋转。在特定的实施例中，可取的是，获得了在轴向振荡与旋转运动的频率之间的整体比率，在能直接由前述方法获得的范围之外。在这些例子中，驱动装置18优选地还包括在第一相对表面与工具架之间设置的第二级降(或级升)传送阶级，以致第一相对表面的给出的旋转梯级产生不同的工具架的旋转梯级。这样一个具体实施例可参考图4Β和图6-8以及相关说明。图4Β所示的驱动机构18的结构和原理将同时参考图6和图7来得以最好的理解， 其中，图7所示的爆炸视图清楚地显示了每个组件的结构，而图6所示的截面视图显示了当组装后在这些组件之间的相互关系。槽M是由表面30限定的，由中空旋转体36来提供， 而相对表面观是以齿轮环38来提供，它们机械地整合在一起，例如，通过压合方式。旋转体36的上端终止于中空轴40，太阳齿轮42附着到该中空轴40，这样形成行星齿轮装置的中心。至少两个，优选是三个或以上的行星齿轮44是旋转地安装到固定支持座48的柱46 上，该支持座48是优选地相对于电动能源手柄12的壳体来固定的。外环齿轮50接合行星齿轮44。该行星齿轮装置的整体布置最好参见图8。一个连接盖52是机械地整合到外环齿轮50，并整合到通过中空轴40从工具架16向上突起的轴向根部Μ。一个或多个轴承套圈56是从工具架16插入在工具架16与旋转体36之间，以致保持这些部件的同心对齐，同时使得工具架16与旋转体36能低摩擦地相对旋转。这这里所示的
中，压缩弹簧58在支持块48与旋转体36之间施加一个偏移力，以便使工具架偏移到它的降低的位置，当不处于运动时，并保持在多个不同移动部件之间的更好限定的摩擦接触。在操作中，通过在槽M内的驱动销22的运动，驱动轴20将旋转运动传递到旋转体36，如上面参见图5Α至图5Ε的说明所述。太阳齿轮42与旋转体36 —起旋转，导致行星齿轮44围绕它们的固定轴(柱46)旋转。这样导致外环齿轮50转动，因而也转动连接盖 52和工具架16。整体结果是工具架16通过在太阳齿轮42与外环齿轮50之间的齿的数量的比率来相对于旋转体36以一定频率移动一些角阶。在这里所示的例子中，由行星齿轮装置提供的次级传送所提供的附加级降比率是约4:1。这使得驱动装置18的实施方式在整体上使在往复运动的频率与旋转运动的频率之间的区别有两个数量级。通过实施例，本发明的特定实施例示主要用于使牙科工具以“低速”使用，通常限定为速度低于每分钟20，000振荡频率(opm)。通常，特定实施例是以超过2，000 opm进行往复运动的，更优选的范围是3，000-5，000 opm。在这个优选的3，000-5，000 opm的范围内，图4A所示的单个阶级的
优选地导致在约60至120 rpm的旋转频率，而在图4B所示的两个阶级的
优选地将旋转运动频率降低到低于40 rpm，通常是在10-30 rpm的范围。如更前所述，本发明的特定实施例是具有特别值的，当用于牙髓工具时，特别是主要以轴向往复运动操作时，但它具有开放的结构(例如，至少50%开放)，或者它在围绕所述轴旋转时是另外显著不对称的。在这样的例子中，围绕所述轴的附加的旋转运动有助于确保所述工具的均衡操作。用于结合本发明的特定实施例来使用的工具的特别优选的例子是前述专利号为EP 1708638 Bl的欧洲专利的自调节工具。附加说明地，对于次级传送，虽然这里描述的特定示例性实施方式的内容中是增加的级降比率，需要注意的是，行星齿轮装置显然也能重新布置为提供级升齿轮比率，因而例如降低在往复频率与旋转频率之间的整体比率到显著低于40-50比率，对于驱动销传送装置而言，而在一些例子中，整体比率降低到低于10:1。这个特定想要的输出比率是根据每个给出的应用的考虑来确定的，基于这里描述的结构原理，也是本领域普通技术人员所清楚的。虽然本发明已经描述了特定实施例以说明较宽范围的特征，但应当明确的是，本发明并不限于这些特殊的
。例如，需要注意的是，类似的效果可在一些例子中获得，通过以某种材料和/或表面特征来提供在槽M的相对侧面的表面观和30，这样使得提供相对高摩擦的一个表面与相对低摩擦的另一个表面，因而获得正如销22与一个表面接触移动而不与另一表面接触的平行位移。而且，本发明并不限于采用电动驱动手柄，以偏心驱动销作为输出界面，也可同样地由其他形式的界面来提供部分或全部运动动力，例如通过旋转的齿轮。需要明确的是，上述说明书仅是试图作为示例，而有许多其他
都是可行的，它们都落入所附的权利要求所定义的本发明的范围之内。


一种与电动能源手柄一起使用以使牙科工具移动的牙科工具位移装置，所述位移装置包括工具架，具有用于接纳所述牙科工具的容座，所述容座限定工具轴；以及驱动装置。该驱动装置限定从所述电动能源手柄到所述工具架的传送，以致所述工具架以每分钟第一振荡频率平行于所述工具轴进行往复运动，并以每分钟第二旋转频率围绕所述工具轴进行旋转。在一些例子中，这两种类型的运动是由偏心驱动销接合环形槽来产生的，该环形槽具有沿着一侧的齿轮齿，因而在每次往复运动期间产生所述工具架的角旋转梯级。