专利名称：能弹性弯曲的连接体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的用于高频工作器械的 能弹性弯曲的连接体。
背景技术：
在权利要求书和说明书中高频应理解为几kHz至40及以上kHz的频 率。对于常见的牙科应用中，高频尤其在15kHz至25kHz的范围内。在DE 42 38 384 Al中介绍了 一种用于牙科的高频工作器械。该高频 工作器械包括一超声波驱动单元，该超声波驱动单元包括一拉长的串联压 电片堆。这个片堆安装在工作器械的手柄内。连接体设计成具有四个沿周 向均勻分布的振动最大值的环形振荡器。振动最大值之一与超声波驱动单 元连接， 一相对于该振动最大值错开90°的振动最大值与工具连接。因此 该工具进行其方向与超声波驱动单元的输出运动方向翻转卯。的运动。上述类型的工作器械特别是用在牙科领域中，以清理牙齿表面或在牙 中产生空腔。这里连接体必须具有比较小的尺寸，以使 使医生在患者口腔内窄小的 情况下也能很好地看清相应的工作部位。按现有技术的具有小直径的环形 连接体只有在它被高精度地加工和由特殊的贵重材料制成时才能可靠地工作。若不遵守这些条件，则会导致连接体断裂并进而造成工作器械失效。 发明内容通过本发明应这样改进按权利要求1的前序部分所述的连接体，使该 连接体能较方便地制造并且较少倾向于材料断裂。 按照本发明，所述目的通过具有在权利要求l中所述特征的连接体来 实现。在按照本发明的连接体中这样来激发固有振动，即用 一扭矩作用在弯 曲臂的规定点上。该扭矩由通过杠杆臂作用在被驱动的弯曲臂上的力产生。 本发明有利的改进结构在从属权利要求中给出。按照权利要求2得到弯曲臂固有振动的特别有效的激振，因为在弯曲 臂的一个点上输入驱动的翻转运动，该弯曲臂在这一点上具有固有振动的 一个节点。按照权利要求3的本发明改进结构鉴于被驱动的弯曲臂的对称的振动 情况和对称的载荷是有利的。用按照权利要求4的本发明改进结构实现了 ，不受驱动的弯曲臂也相 对于横向的臂中心平面对称地振动和受力。按照权利要求5的连接体具有两条带有装在相同方向上的、起质量体 作用的驱动体的弯曲臂，所述驱动体的重心分别离开支承它们的弯曲臂的 中性纤维(neutraler Faser)。若对弯曲臂沿纵向加力，则离开一定距离 装上的、起质量体作用的驱动体便由于其惯性造成两条弯曲臂同方向弯曲。因为弯曲臂的两个被驱动的端部和两个驱动的自由端通过连接臂连 接，所以在弯曲臂的驱动端处使在那里的连接臂运动，连接臂的运动垂直 于两条弯曲臂的纵向并因此也垂直于与此平行的驱动运动，该驱动运动施 加在连接弯曲臂的被驱动端部的连接臂上。因此，按权利要求5的连接体可以看作具有能弯曲的平行边的框架， 所述平行边支承离开框架棱边一定距离装上的、起质量体作用的驱动体。 因此，连接体构成带有装上起质量体作用的驱动体的能弹性变形的平行四 边形杆系，这些驱动体使施加的高频直线交变输入运动转变成相对于该输 入运动翻倒/倾斜的基本上直线的同频率交变输出运动。按照权利要求6的本发明改进结构鉴于同样调整两条弯曲臂内的载荷 和运动情况是有利的。在按照权利要求7的连接体中，对于由驱动体之一产生的惯性矩可以
从通过不同的臂夹紧的框架的横向尺寸方面得到益处。因此， 一个驱动体 的质量可以选择得略小一些。这里按照权利要求8，当由弯曲臂和连接臂构成的框架加速时，尽管 驱动体的质量不同，但起质量体作用的驱动体施加在弯曲臂上的扭矩仍能 相互平衡。按照权利要求9的本发明改进结构鉴于连接体紧凑的尺寸是有利的。 按照权利要求10的本发明改进结构鉴于连接体光滑的边界面是有利的。按照权利要求11的连接体的突出之处在于，由弯曲臂和连接臂构成的 框架沿弯曲臂轴线方向的加速(度)特别有效地转变成弯曲振动。这里，按照权利要求12可以赋予位于框架内部的驱动体特别大的质量。按照权利要求13的本发明改进结构鉴于强烈地产生弯曲振动也是有 利的。由此引出的沿工具轴线方向的输出运动相应地强，该输出运动由工 具侧的连接臂提供。权利要求14提供了一种特别简单和可靠的连接超声波振动单元/声导 杆(Sonotrode)与连接体的可能性。按照权利要求15的连接体使得由连接体和超声波振动单元输出端构 成的单元在垂直于框架平面的方向上构造得特别短。按照权利要求16的改进结构也用来将机械载荷均匀分布在两条弯曲按照权利要求17的本发明改进结构鉴于精确和可靠地传入驱动运动 和鉴于工具的精确和可靠/安全的运动是有利的。 这更适用于按照权利要求18的连接体。在按照权利要求19的连接体中，在不受力状态所占据的几何形状是矩 形。弯曲臂的偏转向由它们构成的矩形棱边的两侧对称地进行，由此能使 平行于输入运动的、在弯曲臂偏转较大时保留的剩余运动分量保持非常小， 或者像这里所关心的那样，在偏转小时实际上为零。
按照权利要求20的本发明改进结构鉴于避免连接体材料内的局部应 力是有利的。在按照权利要求21的连接体中，质量体和连接臂基本上位于同 一平面 内，而位于框架内部的驱动体不妨碍框架变形。因此，连接体可以由平面 平行的毛坯用简单的方法制造。按照权利要求22的本发明改进结构鉴于工具简单而可靠地固定在连 接体的驱动部分上是有利的。按照权利要求23的本发明改进结构实现了与工具相邻的连接体构造 得特別细长。这鉴于良好地视觉接触工作部位是有利的。按照权利要求24得到连接体与驱动单元简单和能承载的连接。所述驱 动单元例如可以简单地由超声波发生器或带有连接在后面的超声波振动单 元的超声波发生器构成。按照权利要求25的本发明改进结构鉴于用连接体实现的工作器械的 有利的人机工程学是有利的。按照权利要求26的本发明改进结构鉴于可由平面平行的毛坯制造连 接体是有利的。此外，直角棱柱形的弯曲臂基本几何形状允许预先精确计 算振动频率。最后通过矩形形状精确预先确定弯曲振动。在弯曲臂内诱导 的振动相对于弯曲臂纵轴线在很大程度上不受扭转。上述优点更适用于按照权利要求27和按照权利要求28的连接体。按照权利要求29的本发明改进结构鉴于连接体和包含该连接体的手 持件在工作位置附近的紧凑结构是有利的。这^^于在空间狭小的情况下操 作和视觉接触工作位置。按照权利要求30的连接体的突出之处在于特别长的使用寿命。
下面借助于实施例参照附图详细说明本发明。附图中示出 图1示出一牙科超声波手持件的侧视图，其中示意示出该手持件的各 主要元件；
图2示出可用在按照图1的超声波手持件中的连接体的侧视图；图3示出按照图2的连接体在一运动阶段内的示意图，在此阶段内在连接体上施加一在图中指向右的拉力；图4示出类似于图3的视图，但其中在连接体上施加一在图中指向左的压力；图5示出用于按照图1的工作器械的连接体的一种实际实施形式的透 视图；图6示出按图5的连接体的纵剖视； 图7示出另一种变型的连接体的透视图；图8示出按图7的连接体连同超声波振动单元输出端的中心剖视图；以及图9示出类似于图7的视图，其中示出又一种变型的连接体。
具体实施方式
在图1中用IO总体表示一超声波手持件，它用来驱动工具12。工具12例如可以是柳叶刀形的扁平工具，用它可以处理牙齿的侧面。 工具12沿图中所示箭头14的方向运动。在用工具12工作期间，通过喷嘴 16向该工具喷射工作液射束18，该工作液包含悬浮在水中的研磨介质。为了产生工具12的在图1中竖直的、其幅值为几十至几百ium的往复 运动，采用一安装在手持件10的手柄22内部的超声波发生器20。该超声 波发生器20包括多个沿轴向相继堆放的压电片，并在其在图1中位于左边 的输出端部上与一超声波振动单元24连接。该超声波振动单元用来通过 "漏斗效应"集中超声波能量并在输出端提供相应放大的运动幅值。超声波振动单元24的端部与一连接体26连接。该连接体将超声波振 动单元24的指向手柄22轴向的、在图中水平的输出运动转变为工具12 的垂直于手柄22轴线的、在图中竖直的运动。图2示意示出连接体26的结构。该连接体具有两条相互平行的等长弯 曲臂28、 30，它们分别具有矩形横截面，其中横截面的长侧边垂直于图2
的图纸平面。弯曲臂28、 30的端部通过连接臂32、 34封闭成一矩形框架 36，其内边缘在拐角处具有四分之一圓形的圓角38。连接臂32、 34在垂直于图2图纸平面的方向具有和弯曲臂28、 30相 等的尺寸，但具有明显比弯曲臂的宽度b大的宽度B。因此，此外也更短 的连接臂32、 34相对于弯曲臂28、 30可以看作是基本上刚性的。弯曲臂28、 30在其中心支承起质量体作用的相同的驱动体40、 42， 其重心向上偏离弯曲臂28、 30的中性纤维相同的距离D。驱动体40、 42 在垂直于图2图纸平面的方向同样具有和弯曲臂28、 30及连接臂32、 34 相同的尺寸。因此，整个连接体26可以通过从一平面平行的毛坯上锯削制 造而成。起质量体作用的驱动体40、 42基本上具有轴向短的柱体的形状，并通 过交接段44、 46与相邻的弯曲臂28、 30连接。交接段44、 46在其两侧分别通过圆角48、 50与弯曲臂28、 30连接。在使用状态下，位于图中左侧的连接臂34经由一未示出的夹钳与工具 12连接，而位于图中右侧的连接臂32经由一在图2中未示出的连接头与 超声波振动单元24的输出段连接。在图3和4中示出，当向位于图中右侧的连接臂32施加一指向右的拉 力或指向左的压力时，连接体如何变形。如图3所示，如果在连接臂32上施加一指向右的力，则驱动体40、 42的惯性造成弯曲臂28、 30向下弯曲。因为驱动体40、 42关于其几何形 状、材料和重量精确相同，所以两条弯曲壁28、 30以同样的方式向下弯曲。 因为其长度保持不变并且其自由端同样运动，所以位于图左侧的连接臂34 平行于连接臂32向下运动。相反，如果在右连接臂32上施加一指向左的力，则由于驱动体40、 42的惯性，与上面所述类似地，造成弯曲臂28、 30同方向和同样大小的 向上弯曲，从而导致连接臂34向上沿精确地平行于连接臂32的延伸方向 的方向运动。可以看到，由此连接体26将施加在位于右侧的被驱动的连接臂32上 的、在超声波振动单元24的轴线内进而以及也在超声波发生器20和手柄 22的轴线内进行的交变运动转变成垂直于超声波振动单元24的轴线进而 以及垂直于手柄22的轴线进行的工具运动。由图2至4可见，位于框架36内部并由下弯曲臂28支承的驱动体40 距离位于上面的、在框架36之外的弯曲臂30这样远，使其弯曲运动不受 影响。因为如图所示，两条弯曲臂28、 30在相同方向偏转相同的量，驱动 体40和弯曲臂30之间的这个距离不需要很大。图5和6示出连接体26的一个实际实施例。连接体26的、其功能与 上面参照图2至4所述的相应零件相当的零件也配设有同一图形标记，并 且在其基本性能方面不需要再作详细说明。按照图5的连接体26可以由一平面平行的毛坯这样制造，即在该毛坯 中在弯曲臂28、 30的区域内制造两个长孔，它们在其端部处分别通过一半 柱形面48终结。然后在在两个长孔之间留出的筋中铣一条槽52，由此得 到下驱动体基体40。类似地，在毛坯的上段内产生另两个长孔，它们被压平的半柱面50 终结，并且所述半柱面中的左侧一个向上和向左这样打开，使该长孔的底 面一直延续到连接体26的水平自由端，并且该长孔向上在长孔的右端面之 前不远处打开。类似地，这样铣削在图5中的右长孔上方的上材料段，使得得到基本 上T形的驱动体42。在连接体的位于右侧的连接臂32上形成一连接头54，该连接头具有 向右开放的螺紋孔56，超声波振动单元24的配设有螺紋的端部段可柠入 此孔内。连接头54的上边界面和下边界面这样布置，使得位于连接头中心的孔 56大致位于上弯曲臂30的高度上。这些上、下边界面到连接体本身的交 接面是翘曲的，如在图中用58和60所示。连接头54的棱边通过倒角62 断去。连接体26的位于图5左侧的端部段具有一竖直的中心槽64,该槽通
向竖直孔66。在左侧区域内，连接臂34的外侧分别相对于纵向中心平面 对称地配设斜面68，从而得到位于左侧的连接臂34的夹紧段70、 72。与孔66平行地，在连接臂34内安装一轴向开槽的接纳套74，工具柄 部可装入此套内。通过一未示出的夹紧螺钉可使夹紧段70、 72克服其弹性力相向运动， 以便将工具的柄部牢固夹紧在接纳套74内。上驱动体42具有一朝其上端面开放的竖直中心槽78，在其底部中设 置有一通孔80。该通孔与驱动体基体40中的固定孔82对齐。在固定孔82内牢固地安装(焊接)有一刚性杆/实心杆84的柄部，该 刚性杆在具有侧向间隙的情况下延伸穿过通孔80和槽78,因此刚性杆84 即使在对连接体26加载超声波时也不侧向碰撞。刚性杆84的端面和驱动体42的上侧基本上是共面的。驱动体基体40和刚性杆84的几何形状和质量这样选择，使连接区相 对于弯曲臂28的总惯性矩基本上等于驱动体42相对于其在弯曲臂30上的 连接区的惯性矩。在功能方面，按图5和6的连接体26与按图2至4的连接体相当。采用钛作为连接体26和有时其零件的材料。图7和8示出一变型的连接体26，该连接体在垂直于弯曲臂28、 30 的轴线的方向上结构较紧凑。已经参照以上
过的元件配设有相同 的图形标记，即使它们在几何形状方面设计得略有不同，只要它们的功能 是相当的。向外突出于连接体26的框架的驱动体42缩小并仅略微伸入框架内部。 伸入框架内部的驱动体40以其平的端面一直被引导到弯曲臂30的内侧之 前不远处。驱动体40用作用于超声波振动单元的连接段。为此，在该驱动体内设 有螺紋孔56。此外，在连接臂32内设有一通孔86，超声波振动单元24 的输出段88可以以一定的间隙延伸穿过该通孔。孔86的轴线平行于弯曲臂28、 30分布并在它们中间，因而输出段88 以一杠杆臂(经由驱动体40)作用在弯曲臂28上。由于力导入的这种几 何条件，保证了由弯曲臂28、 30和连接臂32、 34构成的连接体框架很好 地起振，尽管驱动体40、 42与其它实施例相比具有小得多的质量。按照图7和8的连接体26的突出之处在于特别紧凑的结构以及输入运 动^艮好地转向成与它成90。倾斜分布的输出运动。按照图9的连接体在很大程度上类似于按照图7的连接体。但是现在驱动体42消失了 ，驱动体40的端面更进一步靠近地压在弯 曲臂30的内表面上，根据制造工艺尽可能地靠近。制造这样进行，即，铣出具有希望外轮廓的板状毛坯并在该毛坯中产 生两个带圆角38、 48的开口，其中首先留出一连续的中心筋，该筋稍后形 成驱动体40。然后在这样得到的其造型基本上相当于一个"8"字的半成 品中钻通孔86，并加工与该通孔对齐的螺紋孔56。然后根据制造工艺用窄的盘铣刀尽可能接近弯曲臂30的内侧地铣削 槽52。弯曲臂28由于由其支承的驱动体40而具有与具有相同横截面但未装 驱动体的弯曲臂不同的振动特性。为了补偿这个差别，位于图9下方的弯曲臂设计成比弯曲臂28宽约 25% (图9中沿竖直方向的尺寸)。用这种方法使两条弯曲臂28、 30具有 相同的固有频率，并以其与连接臂34相邻的端部同相、等幅地振动。在一实际的实施例中，连接体26在纵向(在图中沿水平方向)测量具 有24.2mm的总长度，在横向(图中的竖直方向)测量，连接体26的下边 界面离其纵向轴线具有4mm的距离，而连接体26的上外表面离纵向轴线 只有3.6mm的距离。距离差相当于位于图9下方的弯曲臂30的加大的横 向尺寸。在这个实际实施例中，制造连接体26的板的厚度为5mm,通孔86的 直径为4mm，螺紋孔56的直径为3.5mm。 钛用作连接体26的材料。
权利要求
1. 一种用来连接驱动单元(20，24)和工具(12)的能弹性弯曲的连接体，此连接体将沿输入轴线进行的输入运动转变成沿与该输入轴线不同的输出轴线进行的输出运动，其特征在于所述连接体具有两条平行的等长弯曲臂(28，30)，所述弯曲臂在其端部通过横向连接臂(32，34)连接；高频弯曲力通过杠杆臂作用在所述弯曲臂(28，30)的至少一条上。
2. 根据权利要求1所述的连接体，其特征在于弯曲力作用在通过 该弯曲力带动的弯曲臂(28)的固有振动的一节点上。
3. 根据权利要求2所述的连接体，其特征在于通过弯曲力带动的 弯曲臂(28)基本上对称于臂的横向中心平面，并且弯曲力作用在臂中心 平面内。
4. 根据权利要求3所述的连接体，其特征在于第二弯曲臂(30) 也基本上对称于臂的横向中心平面。
5. 根据权利要求1至4之任一项所述的连接体，其特征在于弯曲 臂(28， 30)支承同方向一黄向偏离中心的构成质量体的驱动体(40， 42; 40, 42， 84)。
6. 根据权利要求5所述的连接体，其特征在于构成质量体的驱动 体(40， 42; 40， 42， 84)相对于其在所属弯曲臂(28， 30)上连接区的 惯性矩基本上相等。
7. 根据权利要求5或6所述的连接体，其特征在于构成质量体的 驱动体(40， 42， 84)的重心离各自所属弯曲臂(28， 30)的距离各不相 同。
8. 根据权利要求6和7所述的连接体，其特征在于构成质量体的 驱动体(40， 42， 48)的质量根据其离各自所属弯曲臂(28， 30)距离的 不同而不同。
9. 根据权利要求5至8之任一项所述的连接体，其特征在于构成 质量体的驱动体(40， 42, 84)横向嵌套。
10. 根据权利要求5至9之任一项所述的连接体，其特征在于构成 质量体的两个驱动体(40， 42, 84)的端面基本上相互平行，优选共面。
11. 根据权利要求5至10之任一项所述的连接体，其特征在于构 成质量体的驱动体(40， 42)沿相同的绝对方向从所属弯曲臂(28， 30) 突起，使得驱动体(40, 42)中的第一个(40)伸入由弯曲臂(28， 30) 和连接臂(32， 34)形成的框架内部，而驱动体(40， 42)中的第二个(42) 突出于由弯曲臂(28， 30)和连接臂(32， 34)形成的框架的净轮廓。
12. 根据权利要求5至10之任一项所述的连接体，其特征在于两 个驱动体(40， 42)具有相同的几何形状，优选圆盘几何形状。
13. 根据权利要求1至4之任一项所述的连接体，其特征在于由弯 曲臂(28, 30)之一 (28)横向分布地支承的驱动体(40)配设有连接结 构(56)，超声波振动单元(24)的输出段(88)能连接在该连接结构上。
14. 根据权利要求13所述的连接体，其特征在于连接结构(56) 具有螺紋孔。
15. 根据权利要求13或14所述的连接体，其特征在于连接臂(32, 34)中的第一个(32)配设有与弯曲臂(28， 30)平行的通孔(86)，超 声波振动单元(24)的输出段(88)能带有间隙地引导穿过该通孔。
16. 根据权利要求1至15之任一项所述的连接体，其特征在于弯 曲臂(28， 30)具有这样的边缘轮廓和/或横截面，使得所述弯曲臂具有相 同的振动频率，以及所述弯曲臂的输出侧端部同相地振动。
17. 根据权利要求1至16之任一项所述的连接体，其特征在于与 弯曲臂(28， 30)的抗弯刚性相比，连接臂(32, 34)具有大的抗弯刚性。
18. 根据权利要求17所述的连接体，其特征在于连接臂(32, 34) 基本上是刚性的。
19. 根据权利要求1至18之任一项所述的连接体，其特征在于连 接臂(32， 34)垂直于弯曲臂(28， 30)。
20. 根据权利要求1至19之任一项所述的连接体，其特征在于驱 动体(40， 42)通过弯曲的交接面(48， 50)与弯曲臂(28， 30)的侧面 连接。
21. 根据权利要求1至20之任一项所述的连接体，其特征在于由 弯曲臂(28， 30)之一 (28)支承的朝向连接体内部的质量体(40)以小 的距离终止于另一弯曲臂(30)内侧之前。
22. 根据权利要求1至21之任一项所述的连接体，其特征在于工 具侧的连接臂(34)设计成夹钳(64, 74)。
23. 根据权利要求22所述的连接体，其特征在于工具侧的连接臂 具有减小的厚度(68)。
24. 根据权利要求1至12之任一项所述的连接体，其特征在于能 与驱动单元(20， 24)连接的连接臂具有连接头(54)，该连接头配设有 用于连接在驱动单元(20， 24)上的结构(56)。
25. 根据权利要求24所述的连接体，其特征在于连接体(54)具 有与弯曲臂(28， 30)之一 (30)的中心平面基本上对齐的轴线。
26. 根据权利要求1至25之任一项所述的连接体，其特征在于弯 曲臂(28， 30)的基本形状相当于具有矩形横截面的棱柱体。
27. 根据权利要求26所述的连接体，其特征在于棱柱体横截面的 宽度显著大于其高度。
28. 根据权利要求27所述的连接体，其特征在于棱柱体横截面的 宽度大致相当于棱柱体横截面高度的3至6倍，优选大致为4至5倍。
29. 根据权利要求1至28之任一项所述的连接体，其特征在于连 接臂(32, 34)的外侧是倒圆的，优选是光滑连接弯曲臂(28, 30)的外 侧的;^主面。
30. 根据权利要求1至29之任一项所述的连接体，其特征在于所 述连接体由钛制成。
全文摘要
本发明涉及一种能将直线输入运动转变为横向于该输入运动的直线输出运动的连接体(26)，所述连接体具有两条平行的等长弯曲臂(28，30)，所述弯曲臂在端部通过横向连接臂(32，34)连接。所述弯曲臂(28，30)支承同方向和以相同的距离离开所述连接臂中心线的、构成质量体的驱动体(40，42)。
文档编号A61C1/07GK101400314SQ200780008649
公开日2009年4月1日 申请日期2007年3月8日 优先权日2006年3月10日
发明者M·汤姆斯, U·基尔斯特根 申请人:杜尔牙科器械两合公司