专利名称：具有可换工具的振动器具的制作方法图I示出了一个超声波治疗仪器100，该仪器包括一个超声波发生器110，通过软线111连接到手柄120。一个振动器具130，也称为“音极”或“插件”或“尖头”，该器具设计为可以在声频或超声波频率下振动，并且安装在手柄120的顶部部分上。众所周知，手柄120包含一个变换器(未示出)，该变换器例如是由压电材料构成，并且用机械方式接合到插件130，以便能向插件130传输振动波，振幅取决于超声波发生器110所传递的功率。 如图2所示，振动器具130主要由两个部分构成，即，一个基底或近端部分133，该部分设计为牢固地紧固在元件123上，该元件123固定到手柄120的变换器(未示出);还有一个工作部分或工具132，该部分设计为再生手柄120所传输的振动。该振动器具130大体上通过螺钉紧固而配合到手柄120，该器具的基底133包含攻螺纹133a，该攻螺纹拧到紧固元件123上，紧固元件123固定到该变换器，并且具有互补的螺纹123a。该工作部分或工具132对应于器具的“有用”部分，即实施治疗用的部分。该器具的工作部分的形状，特别是该工作部分的端部132a的形状，取决于要实施的治疗。举例来说，器具130带有一个工作部分132，其中该工作部分的端部132a适于进行积垢移除治疗。图3A到3C示出了器具的一些实例，其中这些工作部分或工具的形状分别适于实施以下治疗移除积垢和/或外来物质(插件140，图3A);在将修补物放置于合适位置之前的准备性治疗(插件150，图3B);和无损伤性提取与分离治疗(插件160，图3C)。在文档US6312256和US4283175中特别描述了振动器具的其他实例。每次在进行新的治疗时，甚至在一次治疗中的某些阶段时，医师需要更换手柄上的器具，即，将先前使用的器具的基底拧掉，并且拧上另一个适于进行新的治疗或适于治疗的下个步骤的器具。在单一个工作日期间，医师可能就需要多次重复这个操作。但是，虽然这个操作本身并不困难，可是医师每次必须都对此付出很大的注意力，以便确保器具组装正确。为了良好操作，需要将振动器具适当地拧到手柄上，并且充分拧紧，以便与变换器形成良好的机械接合，并且变换器能够使用测力仪夹具来实现此目的。因此，需要在更换器具时，特别是更换工作部分或工具时，减少所花费的时间并且简化操作。文档JP2002/065700中披露了一种刷子，用可装卸方式安装在一个固定到超声波手柄上的工具支架上。但是，在该文档中，用于将刷子附接到工具支架上的系统适于允许将振动良好地传输到刷子，即，传输到一个不算刚性并且质量较大的工具。此外，在该文档中所述的系统中，接合部分和附接部分是相同的。这种附接系统不适合将超声波振动正确地传输到刚性的工具或工作部分，例如上述工具或工作部分。
本发明的一个目标是提出一个解决方案，使得能用可释放的方式安装振动器具的工作部分或工具，并且不需要每次都将整个器具从手柄上拧下来，但是同时又能确保将(声音或超声波)振动从手柄良好地传输到器具的工作部分。这个目标是通过一种振动器具来实现，该振动器具包括工具，该工具可释放地安装在工具支架上，所述工具支架设计成以牢固的方式机械地与振动发生器装置相接合，该工具沿着纵轴依次包括以下部分工作部分，其具有用于再生该振动发生器装置所传输的振动的自由端；接合部分；以及可弹性变形的附接部分，其设置在该接合部分的上游；该工具支架沿着纵轴依次包括以下部分容纳部，其 容纳所述工具的附接部分；以及接合支座，其至少部分地环绕该工具的接合部分；以及该工具的附接部分的外部尺寸相对于该工具支架的容纳部的内部尺寸适配，以便在该工具的接合部分与该工具支架的该接合支座相接触时，防止所述附接部分与所述容纳部之间的接触。因此，当向该工具的工作部分施加轴向和/或径向推力时，即，当工作部分与要治疗的物件(例如牙齿)接触时，工具支架与工具之间的仅有接触是位于工具的接合部分与工具支架的接合支座之间。因此，通过避免因为工具和工具支架的除了匹配的接合元件之外的部分发生接触而在这两者之间发生的任何衰减，可以确保振动从工具支架良好地传输到工具。此外，因为工具的接合部分位于工具的附接部分与工具的工作部分之间，所以也能确保在工具支架与工具之间良好地传输振动。因此，可以将工具的接合部分从工具支架的接合支座接收的振动直接传输到工作部分，而不需要经过工具的其他部分(这样可能会减弱超声波的振幅)。此外，本发明的工具，通过其可弹性变形的附接部分，可以快速便捷地组装在工具支架中。同样，本发明的工具可以快速便捷地从工具支架中卸掉。因此，由于本发明中的振动器具的工作部分组合在可快速便捷地安装到工具支架(固定在振动发生器装置上)上和从工具支架上卸下的工具中，所以能够在很短的时间更换工作部分，特别是这个更换时间与使用现有技术的振动器具更换工作部分相比很短，在现有技术的振动器具中，更换工作部分需要将两个不同的器具分别完全从振动发生器装置下卸下和安装到振动发生器装置上。在本发明的振动器具的变体实施例中，该工具的接合部分和该工具支架的接合支座可以具有互补的截头圆锥形状或圆柱形形状，或者实际上都具有互补的截头圆锥形状的第一部分和圆柱形形状的第二部分。当工具的接合部分和工具支架的接合支座具有圆柱形形状时，工具的接合部分在其与所述工具的工作部分接合的端部处包含轴向基台，这个轴向基台的直径大于工具支架的接合支座的直径。当工具的接合部分和工具支架的接合支座具有互补的截头圆锥形状时，这两个元件本身就形成了一个轴向邻接系统。根据本发明的另一个特性，该工具的所述附接部分包含保持元件，其设置在接合部分的上游，而且该工具支架的容纳部包含保持部分，其用来容纳工具的保持元件。根据本发明的又一个特性，该工具的接合部分包含径向基台，并且该工具支架包含中空区段，其用于容纳所述径向基台，该径向基台和该中空区段形成一个旋转限制装置，用于限制工具在工具支架中转动。在本发明的一个方面中，附接部分之所以具有弹性，是因为在其中形成了至少一个纵向的狭槽。该附接部分还可包含至少一个横截面缩小的部分，其大致位于所述附接部分的中央。根据本发明的另一个特性，该工具支架包含一个内部通道，其适合与所述手柄中的内部通道协同操作，并且该工具包含一个内部通道，其适合与该工具支架的内部通道协同操作，并且敞开到该工作部分中。 本发明还提供一种超声波牙科治疗仪器，其包括至少一个连接到振动发生器的外科手术手柄，并且其特征在于其进一步包括至少一个根据本发明的振动器具。
通过以下作为非限制性实例参照附图对本发明的特定实施例的描述，可以得知本发明的其他特性和优点，其中·图I是超声波牙科仪器的立体图；·图2是现有技术中在安装在手柄上之前的振动器具的立体图；·图3A到3C示出了具有不同形状的振动器具的实例；·图4是根据本发明一个实施例的在将工具安装到振动器具的工具支架之前的立体图，并且局部是截面图； 图5A到图5C示出了将超声波工具安装在图4的振动器具的工具支架中的操作；·图6示出了当将轴向推力施加于工具的工作部分时的图5C的振动器具； 图7和8是根据本发明另一实施例的振动器具的截面图；·图9是根据本发明又一实施例的振动器具的截面图；·图IOA和图IOB分别是示出放置于图4的振动器具上的旋转限制器装置的立体图和截面图；并且 图IlA和图IlB分别是示出放置于图7的振动器具上的旋转限制器装置的立体图和截面图。

图5A到图5C示出了工具220插入到工具支架210中。工具220的附接部分222通过将引导部分2224啮合到容纳部的入口中(图5A)而插入到工具支架210的容纳部214中。形成从附接部分222突出的环的保持元件2223接着与容纳部的内壁接触，该内壁形成横截面缩小的部分2141中的通路，当附接部分静止时，所述通路的直径D2141小于保持元件2223的宽度D2223。该保持元件可以穿过横截面缩小的部分2141，因为存在纵向的狭槽2225，这个狭槽让附接部分222能够弹性变形，并且还因为存在形成在保持元件上的平坦部2223a和2223b，狭槽2225的每一侧上各一个(图5B)。每个平坦部2223a和2223b在垂直于狭槽2225的平面的方向上延伸。平坦部2223a和2223b之间的距离小于或等于横截面缩小的部分的直径D2141。当保持元件达到保持部分2142时，附接部分222返回到其初始形状(图5C和图6)。保持元件2223接着容纳在保持部分2142所形成的空间中。轮缘2142a防止工具220从工具支架210的容纳部214移动回去，只要没有很大的牵引力施加到工具上即可。根据本发明，为了确保在工具支架210与工具220之间良好地传输超声波，将这两 个元件的尺寸确定为，使得当工具的接合部分和工具支架的接合支座在所谓的“工作”接触状态时，即，当轴向和/或径向压力被施加到工具的工作部分时，工具与工具支架的其他部分的其余部分之间，即工具的附接部分与工具支架的容纳部之间，没有其他接触。当这个工作接触未实现时，工具只是通过附接部分的保持元件保持在工具支架中。更准确地说，且如图5C所示，工具220的接合部分223具有公截头圆锥形状，平均直径为D223，而工具支架210的接合支座215的内表面具有母截头圆锥形状，平均直径为D2150这些互补的形状让这两个元件能够相互啮合并且接合在一起。此外，直径D223与D215之间的差异和接合部分223与接合支座215之间的锥度的差异(都构成锥形啮合的机械加工公差)，会影响接合部分223进入接合支座215的穿透深度。因此，这些差异经过确定使得当工具的接合部分和工具支架的接合支座处在工作接触状态时，这两个元件的其他部分并不接触。在图5C中，接合部分223和接合支座215的内表面具有截头圆锥形状，其具有大致相同的锥度。工具的附接部分222的保持元件2223的宽度I2223小于工具支架的容纳部214的保持部分2142的宽度12142，以便在这两个部分之间留下中等大小的轴向间隙或空隙J5和
J7 °工具的附接部分222的引导部分2224的长度I2224小于工具的容纳部214的端部2143的长度12143，以便在这两个部分之间留下中等大小的轴向间隙或空隙J6。工具的伸长部分2222在其最大部分中的直径D2222小于工具支架的容纳部214的横截面缩小的部分2141的直径D2141,以便在这两个部分之间留下较小尺寸的径向间隙或空隙J2。工具的保持元件2223的直径D2223小于容纳部214的保持部分2142的直径D2142,以便在这两个部分之间留下中等大小的径向间隙或空隙J3。工具的引导部分2224的直径D2224小于容纳部的端部2143的直径D2143,以便在这两个部分之间留下中等大小的径向间隙或空隙J4。保持元件2223放置在工具的附接部分222上的确定位置处，这个位置能够使得在保持元件的上游面与容纳部214的保持部分2142的上游边缘之间提供间隙或空隙J7。
根据本发明，工具的附接部分222的几个部分与工具支架的容纳部214的几个部分之间存在空隙J2到J7,这些空隙确定为在接合部分223和接合支座215的内表面接触时，能够防止附接部分222与容纳部214之间发生接触。如图6所示，当在工具220的工作部分221上施加轴向推力Fa时，只有工具的接合部分223和工具支架210的接合支座215处在工作接触状态，工具的附接部分和工具支架的容纳部的其他部分并不接触。因此，工具支架从手柄接收的超声波振动只通过接合部分223与接合支座215之间形成的接触表面传输到工具。以此方式，就不存在工具的其他部分与工具支架的其他部分之间的接触使此振动衰减的风险，因而使得能够获得超声波振动在工具支架与工具之间的良好传输。同样，当将横向或径向推力施加到工作部分221时，获得相同的配置，即，只有工具的接合部分223与工具支架210的接合支座215之间存在接触，而工具的附接部分与工具支架的容纳部之间没有接触。 保持元件的上游面与容纳部214的保持部分2142的上游边缘之间的空隙J7小于接合部分223的延伸长度，以便避免接合部分在器具的某些位置上完全从工具支架上脱离，即，以便避免接合部分不再处在面向工具支架的接合支座的至少一部分的位置上。如上所述，该工具需要由足够刚性的材料构成，以便能正确地再生手柄所产生的超声波振动。因此，纵向的狭槽的存在使得能够向工具的附接部分施加用于变形和弹性的容积，这足以使得工具能够分别被插入和保持在工具支架中。被狭槽分开的附接部分的两个部分可以朝彼此移动，以便允许保持元件穿过横截面缩小的部分(图5B)，并且一旦保持元件已经到达容纳部的保持部分，便可以随后返回到其初始位置，因此能够确保工具保持在工具支架中(图5C)。通过在离开容纳部的方向在工具上施加牵引力，例如，通过在与插入方向相反的方向上在工作部分上牵拉，可以从工具支架上抽取工具。在这样的情况下，工具220的附接部分222会变形，从而让保持元件2223可以从保持部分2142上脱离，并且穿过横截面缩小的部分2141，如图5B所示。为了进一步增加工具220的附接部分222的用于弹性变形的容积，在其伸长部分2222上制作横截面缩小的部分2222a和2222b (例如，通过铣削获得)，因此能够局部上减小刚性材料的厚度。此外，在保持元件2223上机械加工两个平坦部2223a，以便使其能够进入工具支架的容纳部中，特别是进入横截面缩小的部分2141中。在狭槽2225的每一侧上制作平坦部2223a，并且这些平坦部在垂直于狭槽的平面的方向上延伸。此外，保持元件2223可以在其边缘上包含斜面2223c和2223d，以便于将工具插入到工具支架中的容纳部中，和将工具从工具支架的容纳部中移除。斜面2223c特别用于在工具上施加了牵引时便于保持元件2223从保持部分2142的轮缘2142a脱离。纵向的狭槽2225的宽度取决于附接部分的变形(此处为收聚变形)而确定，这个变形需要让保持元件2223能够进入横截面缩小的部分2141中。如图6所示，通过使工具支架210的接合支座215与工具220的接合部分223相接触，可以实现工具支架210与工具220之间的用于传输超声振动波的机械接合。在所述的实施例中，这两个部分具有互补的锥形形状。图7示出了本发明的振动器具的另一个实施例。图7的振动器具与图4和5A到图5C所示的振动器具的区别主要在于，工具的结合部分和工具的接合支座都具有圆柱形的形状，而不是像上文一样的截头圆锥形状。与上述振动器具200 —样，图7的振动器具600是由工具支架610和工具620形成。工具支架610是单件式零件，包含主体611，该主体与上述工具支架210—样具有第一端部或基底(图7未示出)，用于牢固地紧固到手柄。工具支架的基底和其用于紧固到手柄的构件的形状可以改变(攻螺纹、永久紧固、手柄的延伸部分等等)。工具支架610的主体611的第二端部613沿着纵轴XX’依次包括以下部分接合支座615，用于环绕工具620的接合部分623，并且用于与接合部分623和容纳部614协同操作，容纳部614要容纳工具620的附接部分622。容纳部614具有从接合支座615到容纳部614的端部的变化形状，形成横截面缩小的部分6141 ;保持部分6142 ;和端部6143。端部6143经由内部流动通道616连接到工具支架的紧固基底(图7未示出)的端部，内部流动通道616形成在主体611内部，用于与手柄的紧固元件中的内部通道 协同操作。超声波工具620沿着纵轴XX’依次包括以下元件工作部分621 ;接合部分623 ;和附接部分622 ;该接合部分623在其与工作部分621的接点处进一步包含轴向的基台624。工具620还可像上述工具220 —样，包含内部通道，用于容纳通过工具支架的内部通道从手柄传送的流体，并且通过开口(图7中未示出)敞开到工作部分的面中。附接部分622包括伸长部分6222和保持元件6223。附接部分622还包含狭槽6225，狭槽6225在保持元件6223和伸长部分6222中纵向延伸。通过在工具上施加推力和/或牵引力，能够将工具620插入到工具支架610中和/或从工具支架610中抽出，这时候因为存在狭槽6225和平坦部6223a和6223b，所以工具的附接部分622会弹性变形，这让工具的保持元件6223能够啮合到工具支架的保持部分6142中和/或从保持部分6142中脱离。此外，根据本发明，这两个元件的尺寸确定成当工具安装在工具支架中时，如图7所示，工具的接合部分与工具支架的接合支座之间存在的空隙小于工具的其余部分与工具支架之间存在的空隙。更准确地说，工具620的接合部分623的直径D623小于工具支架610的接合支座615的直径D615,以便在这两个部分之间留下中等大小的空隙Jltl，从而使得它们可以彼此啮
入
口 ο工具的附接部分622的保持元件6223的宽度I6223小于工具支架的容纳部614的保持部分6142的宽度16142，以便在这两个部分之间留下中等大小的轴向空隙J11和J16。工具的伸长部分6222的直径D6222小于工具支架的容纳部614的横截面缩小的部分6141的直径D6141，以便在这两个部分之间留下中等大小的径向空隙J13。工具的保持元件6223的直径D6223小于容纳部614的保持部分6142的直径D6142,以便在这两个部分之间留下中等大小的径向空隙J14。工具620的接合部分623的长度I623小于工具支架610的接合支座L615的长度1615，以便在这两个部分之间提供中等大小的空隙J15。保持元件6223放置在工具的附接部分622上的确定位置处，这个位置能够使得在保持元件的上游面与容纳部614的保持部分6142的上游边缘之间提供空隙J16。根据本发明，工具的附接部分622的几个部分与工具支架的容纳部614的几个部分之间存在空隙J1(l、J11和J13到J16，这些空隙确定成在接合部分623和接合支座615的内表面处在工作接触状态时，能够防止附接部分622与容纳部614之间发生接触。如图8所示，当在工具620的工作部分621上施加径向推力Fr时，只有工具的接合部分623和工具支架610的接合支座615处在工作接触(两个元件之间的接触点)，工具的附接部分的其他部分和工具支架的容纳部的其他部分并不接触，特别是因为存在空隙J13、J14和J16。因此，工具支架从手柄接收的超声波振动通过接合部分623与接合支座615之间的接触而通过工具被传输。以此方式，就不存在工具的其他部分与工具支架的其他部分之间的接触使此振动衰减的风险，因而使得能够获得超声波振动在工具支架与工具之间的良好传输。当向工具620的工作部分621施加轴向推力Fa时(图7)，工具620与工具支架610之间的机械接合主要通过工具的轴向基台624而发生，此基台靠在工具支架的接合支座615的端部上，工具的附接部分的其他部分和工具支架的容纳部的其他部分并不接触，特别是因为存在空隙J11和J15。 保持元件的上游面与容纳部614的保持部分6142的上游边缘之间的空隙J16小 于接合部分623的延伸长度，以便避免接合部分在器具的某些位置上完全从工具支架上脱离，即，以便避免接合部分不再面向工具支架的接合支座的至少一部分。图9示出了本发明的振动器具的另一个实施例。图9的振动器具400与图4和5A到图5C所示的器具的区别在于，工具420的接合部分423和工具410的接合支座415都具有互补的圆柱形与锥形形状。更准确地说，工具420的接合部分包括截头圆锥形的第一部分4201和圆柱形的第二部分4202，而工具支架410的接合支座415同样包含截头圆锥形的第一部分4151和圆柱形的第二部分4152。工具420的其他元件或部分(即，工作部分和附接部分)和工具支架410的其他元件或部分(即，容纳部)，与上述振动器具200的这些部分完全一样。根据本发明，且如上所述，工具的附接部分与工具支架的容纳部之间存在的空隙J21到J25,并且工具420的截头圆锥形的第一部分4201与工具支架410的截头圆锥形的第一部分4151之间的直径和锥度差，限定成使得当向工具420的工作部分421施加轴向和/或径向推力时，只有工具的接合部分423和工具支架的接合支座415处在工作接触状态，工具的附接部分的其他部分和工具支架的容纳部的其他部分并不接触。鉴于上述实施例，本领域的技术人员将不难设计本发明的振动器具的其他实施例。总地来说，为了优化工具支架与工具之间的振动传输，这两个元件的尺寸确定成，首先使得工具的附接部分与工具支架的容纳部之间的轴向空隙大于工具的接合部分穿透到工具支架的接合支座中的深度，其次使得工具的附接部分与工具支架的容纳部之间的径向空隙大于工具的接合部分与工具支架的接合支座之间存在的径向空隙。在上述的振动器具200、400和600中，将工具220和620安装成可以自由地在工具支架210和610中转动，前提是给定了所述工具支架的接触支座2140和6140以及所述工具的接合部分2221和6221的表面的形状。在这些情况下，工具随着其接触表面的变化而自动采用一个定向(即，其发生转动)。举例来说，由于能自由地旋转移动，所以能够使用同一个工具在一颗牙齿的整个周边上工作。图IOA和IOB示出了振动器具700的一个实施例，它与图4和5A到图5C示出的器具200的区别在于，工具720的接合部分723在接合部分的下游部分中包含一个径向基台7230，而且，工具支架710的接合支座715在其自由端713中具有一个中空区段7150。当工具720插入到工具支架710中时，这个径向基台7230容纳在中空区段中，从而形成了一个旋转限制装置，可以防止工具在工具支架中转动。中空区段7150的弧的长度I715tl相对于径向基台7230的宽度I723tl限定了工具720在工具支架710中的转动的角度限制。工具720的其他部分和器具700的工具支架710的其他部分与上述工具220和器具200的工具支架210的这些部分完全一样，为了简明起见，不再加以赘述。图IlA和图IlB示出了振动器具300的实施例与参照图8所述的器具600的区别在于，工具320的接合部分323的轴向基台324包含一个径向基台3230，而且工具支架310的接合支座315在其自由端313上具有中空区段3150。当工具320插入到工具支架310中时，这个径向基台3230容纳在中空区段内部，从而形成一个旋转限制装置，可以限制工具在工具支架中转动。中空区段3150的弧的长度I315tl相对于径向基台3230的宽度I323tl限定了工具320在工具支架310中的转动的角度限制。工具320的其他部分和器具300的工具支架310的其他部分与上述工具620和器具600的工具支架610的那些部分完全一样，为了简明起见，不再加以赘述。在图10A、图10B、图IlA和图IlB所示出的实施例中，通过让工具的径向基台的宽度与工具支架的中空区段的弧的长度匹配，可以阻挡工具在工具支架中的转动。还应观察到，也可在不包含中空区段的工具支架中使用不包含径向基台元件的工具。 鉴于上文的说明，本领域的技术人员将不难设计工具与工具支架之间的旋转限制装置的其他实施例。可配合用于牙科使用的周边仪器(例如，用于使用声音或超声波振动进行治疗的仪器)(考虑到其功能及其人类工程学设计)使用本发明的振动器具或插件，构成上述图I所示出的类型的成品。这些插件也可配合用于与专用产品(例如，牙医诊所的工作台)中的其他模块一起集成(原始设备制造商(OEM)技术)的模块形式的仪器使用。


本发明涉及一种振动器具(200)，包括工具(220)，该工具可移除地安装在工具支架(210)上，所述工具支架设计成牢固地并且机械地接合至振动发生器装置。该工具(220)沿着纵轴依次包括以下部分工作部分(221)，其具有用于再生该振动发生器装置所传输的振动的自由端；接合部分(223)；和可弹性变形的附接部分(222)，其设置在该接合部分(223)的上游。该工具支架(210)沿着纵轴依次包括以下部分容纳部(214)，其容纳所述工具的该附接部分(222)；和接合支座(215)，其至少部分地环绕该工具(220)的接合部分(223)。该工具(220)的附接部分(222)的外部尺寸适配于该工具支架(210)的容纳部(214)的内部尺寸，以便在该工具(220)的接合部分(223)与该工具支架(210)的接合支座(215)接触时，防止所述附接部分与所述容纳部之间的接触。