Arri re-plan de l'invention
(i) Domaine de l'invention
Cette invention concerne une pi ce Ù main du type comportant une turbine entraÖn e par un fluide, qui est utile aux artisans, en chirurgie ou dans le domaine dentaire (appel e ci-apr s "petite pi ce Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide").
Plus particuli rement, cette invention concerne une pi ce Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide, dont les dimensions ont t diminu es, qui permet d'augmenter la vitesse des pales de la turbine de la chambre de tÅte, c'est-Ù-dire le couple de rotation de l'arbre du rotor de la turbine portant les pales de la turbine sur une portion de sa paroi p riph rique, qui peut porter diff rents outils dispos s axialement dans sa partie centrale, qui n cessite moins d' nergie et qui est tr s performante en d pit de sa petite taille.
(ii) Description de l'art connexe
On utilise actuellement et depuis fort longtemps, des petites pi ces Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide, par exemple pour couper et/ou pour fraiser des mat riaux ou, dans les applications en m decine ou dans le domaine dentaire pour ouvrir, tr paner, couper ou trancher des os et les dents, lors d'op rations chirurgicales (chirurgie du cerveau, chirurgie plastique, chirurgie du larynx ou chirurgie des oreilles) ou lors d'interventions sur les dents.
Parmi les petites pi ces Ù main susmentionn es ayant une turbine entraÖn e par un fluide, les petites pi ces Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide o¶ on utilise de l'air comprim comme fluide comprim , c'est-Ù-dire comme milieu d'entraÖnement de la turbine, sont appel es "pi ces Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air". Elles ont l'aspect externe illustr sur la fig. 1. On va revenir Ù cette figure lors de la description technique de la structure de la pi ce Ù main de la pr sente invention.
Comme cela ressort de la fig. 1, la pi ce Ù main (de dentiste) A avec une turbine Ù air est plus particuli rement constitu e d'une portion de tÅte H et d'une portion de pr hension G. Une portion de cou N de la portion de pr hension G est connect e sans discontinuit Ù la portion de tÅte H et elle est quip e Ù l'int rieur avec un moyen pour alimenter en air comprim la turbine Ù air agenc e Ù l'int rieur de la tÅte H et pour vacuer l'air comprim hors de la tÅte H. La lettre B de la fig. 1 indique un outil mont d'une mani re rigide Ù l'arbre du rotor de la turbine Ù air.
On va faire ci-apr s la description de la pi ce Ù main de l'art conventionnel et celle de la pr sente invention, en prenant comme exemple, pour des raisons de commodit , une pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air dont il est question ci-dessus, qui utilise de l'air comprim comme milieu d'entraÖnement pour la turbine, et qui constitue un exemple repr sentatif des petites pi ces Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide.
Il va de soi que dans la pr sente invention, le milieu d'entraÖnement de la turbine n'est pas limit Ù l'air comprim susmentionn .
Concr tement, le fluide comprim comme milieu d'entraÖnement pour une turbine n'est pas limit Ù l'air comprim , et on peut utiliser diff rents fluides comprim s, par exemple des liquides comprim s et des gaz comprim s (y compris la vapeur d'eau sous pression).
Les termes "alimentation en air", "orifice d'alimentation en air", " vacuation de l'air (d charge)" et "orifice d' vacuation de l'air" utilis s ici en relation avec l'air comprim doivent naturellement Åtre compris comme concernant une "alimentation", un "orifice d'alimentation", une " vacuation (d charge)" et un "orifice d' vacuation" pour d'autres fluides comprim s.
L'utilisation des petites pi ces Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide concern es par la pr sente invention n'est pas limit e au domaine dentaire susmentionn , et elle s' tend au domaine m dical et Ù d'autres domaines o¶ il faut couper et/ou fraiser des mat riaux.
Il va de soi que dans ces applications, on peut utiliser les petites pi ces Ù main selon la pr sente invention non seulement en les tenant Ù la main (comme l'entend le terme "pi ce Ù main"), mais galement comme l ment d'un appareillage (composante, l ment ou similaire).
Les fig. 16 et 17 montrent plus particuli rement la structure interne d'une pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) A min avec une turbine entraÖn e par l'air, utilis e dans le domaine dentaire, et comprenant une portion de tÅte H min et une portion de cou N min reli e sans dis continuit Ù la portion de tÅte H min .
Concernant les fig. 16 et 17 qui montrent la structure interne de la pi ce Ù main conventionnelle A min avec une turbine Ù air, la fig. 16 est une vue en coupe verticale lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe de l'arbre du rotor 3 min de la turbine, alors que la fig. 17 est une vue en coupe prise dans la direction des fl ches XVII-XVII de la fig. 16.
Comme cela ressort de la fig. 16, la portion de tÅte H min de la pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) A min avec une turbine entraÖn e par l'air a des pales 2 min de turbine, mont es sur une paroi p riph rique de l'arbre du rotor 3 min de la turbine, et dispos es dans une chambre 11 min d'une tÅte 1 min et cette tÅte 1 min supporte en rotation le rotor 3 min de la turbine par l'interm diaire des paliers 4 min agenc s Ù l'int rieur de la tÅte 1 min .
La tÅte 1 min est constitu e d'un corps principal 12 min et d'une portion de capuchon 13 min . La chambre 11 min agenc e Ù l'int rieur du corps principal 12 min de la tÅte est form e pour loger les pales 2 min de la turbine et les paliers 4 min sont agenc s pour supporter en rotation l'arbre du rotor 3 min de la turbine.
Par ailleurs, un arbre 5 min d'un outil de dentiste pour couper, fraiser ou similaire est tenu d'une mani re fixe dans une position centrale de l'arbre du rotor 3 min de la turbine en s' tendant axialement, pour pouvoir effectuer diff rents traitements. En plus, un mandrin de serrage 51 min est agenc pour tenir l'arbre 5 min de l'outil, comme repr sent sur les dessins, par la surface p riph rique de l'arbre 5 min de l'outil. Bien que le mandrin de serrage illustr soit un m canisme contr l par la friction, on peut galement utiliser un m canisme de mandrin de serrage actionn par contact.
Comme repr sent sur la fig. 16, chaque palier 4 min est un palier Ù billes constitu par un chemin de roulement interne 41 min , un chemin de roulement externe 42 min , des billes 43 min et un dispositif de retenue 44 min . On peut pr voir le long d'une paroi p riph rique externe ou d'une portion terminale de chaque palier 4 min , un joint torique ou un m canisme connu pour augmenter la rigidit axiale, afin de rendre le palier 4 min centrip te. Bien que les paliers illustr s soient des paliers Ù billes utilisant les billes 43 min , on peut utiliser tout m canisme de palier connu, par exemple du type d nomm "palier d'air".
Un aspect de la structure d'une pi ce Ù main conventionnelle A min (de dentiste) avec une turbine entraÖn e par l'air (repr sent e sur la fig. 16) qui requiert une attention particuli re est la mani re dont est agenc le syst me d'alimentation et le syst me d' vacuation de l'air comprim , ainsi que fa¸on dont sont dispos es les pales 2 min de la turbine par rapport au syst me d'alimentation et d' vacuation de la chambre 11 min .
L'art conventionnel est caract ris , comme cela est repr sent sur la fig. 16, par le fait que les pales 2 min de la turbine sont r alis es avec un intervalle particuli rement grand (d1 min ) entre les pales 2 min de la turbine et chacune des parois internes inf rieure et sup rieure 111 min , 112 min , lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe de l'arbre du rotor 3 min de la turbine. Sur le dessin, l'intervalle (d2 min ) entre une paroi lat rale p riph rique interne 113 min de la chambre 11 min et les pales 2 min de la turbine est g n ralement plus troit que l'intervalle susmentionn (d1 min ).
Parmi les articles conventionnels, par exemple ceux ayant des pales (2 min ) de turbine avec une hauteur de 2,8 mm, lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe de l'arbre du rotor 3 min de la turbine, on en connaÖt o¶ l'intervalle (d1 min ) est de 1,150 mm (1150 mu m).
L'intervalle en question (d1 min ) dans les articles conventionnels est particuli rement important par comparaison avec l'intervalle correspondant des articles selon la pr sente invention. La raison en sera donn e plus loin, lors de la description du syst me d'alimentation en air et d' vacuation de l'air, dont l'agencement est la caract ristique la plus importante de la pr sente invention.
Comme repr sent sur les fig. 16 et 17, la portion de cou N min et, en particulier, sa portion de corps principale 6 min , comporte:
- un canal d'alimentation en air 7 min et un orifice d'alimentation en air 71 min , con¸us tous deux pour amener de l'air comprim aux pales 2 min de la turbine agenc e dans la chambre 11 min , et
- un canal d' vacuation de l'air 8 min et un orifice d' vacuation de l'air 81 min , con¸us tous deux pour vacuer l'air comprim hors de la chambre 11 min .
Il est Ù noter que, strictement parlant, l'expression " vacuer l'air comprim de la chambre 11 min " n'est pas correcte, parce que l'air comprim fourni depuis l'orifice d'alimentation en air 71 min dans la chambre 11 min subit une expansion brutale et une d pressurisation en passant par l'orifice d'alimentation en air 71 min , et il ne reste pas Ù l' tat comprim qu'il avait au moment de son arriv e.
Toutefois, dans la description qui suit, on adoptera l'expression ci-dessus dans l'expression "air comprim fourni par l'orifice d'alimentation en air". De mani re similaire, un flux d'air dans la chambre sera galement d crit en utilisant l'expression "flux d'air comprim ".
Dans la pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) A min d crite ci-dessus, le corps principal 12 min de la portion de tÅte H min ou le corps principal 6 min de la portion de cou N min peut Åtre pourvu d'un moyen d' clairage pour clairer l'emplacement en cours de traitement, ou d'un canal d'amen e d'eau permettant de projeter de l'eau ou du s rum physiologique sur l'emplacement en cours de traitement, pour vacuer la chaleur produite en coupant ou en fraisant un os ou une dent, ou pour laver cet os ou cette dent.
La fig. 17 illustre la mani re dont l'air comprim est amen et vacu dans la pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) A min avec une turbine Ù air.
Plus pr cis ment, l'alimentation et l' vacuation de l'air comprim dans une pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) A min avec une turbine Ù air, s'effectue de la mani re illustr e dans le dessin, c'est-Ù-dire en amenant l'air comprim au canal d'alimentation agenc dans le corps principal 6 min de la portion de cou N min , en guidant l'air comprim par l'orifice d'alimentation 71 min dans la chambre 11 min , en projetant l'air comprim contre les pales 2 min pour produire une force d'entraÖnement en rotation au niveau de l'arbre du rotor 3 min de la turbine et ensuite en vacuant l'air comprim hors de la chambre 11 min .
Concr tement, dans la pi ce Ù main conventionnelle A min avec une turbine Ù air, l'arriv e de l'air comprim contre les pales 2 min de la turbine et l' vacuation de l'air comprim hors de la chambre 11 min d coulent de la mani re dont le syst me d'alimentation et d' vacuation de l'air est agenc (voir fig. 17).
On va d crire maintenant en d tail le syst me d'alimentation en air et d' vacuation de l'air. Comme repr sent sur la fig. 17, l'air com prim est inject contre les pales 2 min de la turbine, lesquelles pales sont dispos es dans la chambre 11 min , en arrivant par le canal d'alimentation en air 7 min am nag dans le corps principal 6 min de la portion de cou N min et ensuite par l'orifice d'alimentation en air 71 min . L'air comprim est oblig d'effectuer un trajet en U en circulant autour de l'arbre du rotor 3 min de la turbine Ù l'int rieur de la chambre 11 min et il est ensuite guid hors de l'orifice d' vacuation 81 min qui est agenc dans le corps principal 6 min de la portion de cou N min , vers le canal d' vacuation 8 min , pour aboutir Ù l'ext rieur.
Sur la fig. 17, on a indiqu le flux d'air comprim dans la chambre 11 min par "b", les lignes continues repr sentant un coulement circonf rentiel dans l'intervalle d2 min (voir fig. 16) et la ligne discontinue repr sentant l' coulement circonf rentiel dans l'intervalle (d1) (voir fig. 16).
Dans le syst me d'alimentation en air et d' vacuation de l'air de la pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) A min avec une turbine Ù air, l'air comprim est, comme repr sent sur la fig. 17, forc de suivre un trajet en U (flux circonf rentiel indiqu par les traits pleins et la ligne discontinue) en circulant dans la chambre 11 min autour de la circonf rence de l'arbre du rotor 3 min de la turbine, depuis l'orifice d'alimentation 71 min jusqu'Ù l'orifice d' vacuation 81 min , comme indiqu par les fl ches b. On pense que cette conception d coule de l'id e de base, que l'air comprim continue Ù fournir de l' nergie d'entraÖnement aux pales de la turbine sur tout le trajet circonf rentiel, ce qui contribuerait Ù augmenter le couple de rotation de l'arbre du rotor 3 min de la turbine.
Comme le syst me conventionnel d'alimentation en air et d' vacuation de l'air comprim dans une pi ce conventionnelle (de dentiste) A min avec une turbine Ù air est bas sur la conception nonc e ci-dessus (concept de construction), l'orifice d' vacuation 81 min est agenc de mani re Ù ce que l'air comprim inject par l'orifice d'alimentation 71 min soit vacu apr s qu'il a suivi un trajet circonf rentiel dans la chambre 11 min , et il est dispos plus particuli rement comme repr sent sur les fig. 16 et 17.
Concr tement, comme repr sent sur les fig. 16 et 17, l'orifice d' vacuation 81 min est dispos Ù un emplacement sensiblement sym trique par rapport Ù l'orifice d'alimentation 71 min , avec une distance pr d ter min e (C) entre les deux.
Pour des raisons d'efficacit du transfert de l' nergie cin tique de l'air comprim aux pales 2 min de la turbine et galement pour assurer une vacuation efficace de l'air comprim hors de la chambre, l'orifice d'alimentation 71 min est agenc pour que, comme repr sent sur la fig. 16, l'air comprim soit inject contre des parties sensiblement centrales des pales 12 min de la turbine, lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe de l'arbre du rotor 3 min de la turbine, alors que l'orifice d' vacuation 81 min se trouve en une position centrale qui est au mÅme niveau que l'orifice d'alimentation 71 min , en tant espac de ce dernier par la distance (C) susmentionn e. Pour assurer une vacuation efficace, l'orifice d' vacuation a g n ralement une section transversale sup rieure Ù celle de l'orifice d'alimentation associ .
Pour assurer une augmentation du couple de rotation (puissance fournie) de l'arbre du rotor 3 min de la turbine de la pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) A min quip e avec un syst me d'alimentation en air et d' vacuation de l'air bas sur le syst me de conception conventionnelle d crit ci-dessus, th oriquement il suffirait d'augmenter la vitesse d'alimentation en air comprim Ù l'orifice d'alimentation en air 71 min ou d'augmenter la quantit d'air comprim fournie par unit de temps.
L'id e de base est que la force re¸ue de l'air comprim par l'arbre du rotor 3 min de la turbine est gale Ù l' nergie cin tique que les pales 2 min de la turbine re¸oivent du flux d'air comprim par unit de temps, ou, autrement dit, au produit de la vitesse d'alimentation en air comprim par le volume de l'air d'alimentation fourni (introduit) par unit de temps.
En outre, la vitesse de l'air d'alimentation et le volume de l'air d'alimentation susmentionn s d pendent, comme repr sent sur les fig. 18 et 19, de la pression de l'air comprim fourni et de la section transversale de l'orifice d'alimentation. Pour augmenter le couple de rotation (puissance fournie), il suffirait donc d'augmenter la pression de l'air comprim ou d'augmenter la section transversale de l'orifice d'alimentation. Ces mesures ont t souvent adopt es.
Les graphiques des fig. 18 et 19 ont t r alis s de la mani re d crite ci-apr s. Dans un syst me o¶ de l'air comprim est fourni de puis un compresseur et inject dans une chambre, on consid re Ù titre d'hypoth se que l'on a affaire Ù un coulement isentropique d'un gaz compressible sans viscosit (c'est-Ù-dire Ù un coulement r versible qui n'est pas accompagn par une friction, dans un syst me adiabatique).
En utilisant:
- une quation obtenue en introduisant des "conditions pour un coulement isentropique" et "l' quation d' tat d'un gaz" dans l' quation d' nergie obtenue en int grant l' quation d'Euler pour le mouvement r gulier et unidimensionnel du flux d'un gaz compressible sans viscosit suivant une ligne de flux, c'est-Ù-dire dans l' quation de Bernoulli, et
- l' quation d'Euler concernant la continuit d'un coulement stable unidimensionnel,
on a d termin les vitesses d' coulement Ù un orifice d'alimentation en air de la chambre (vitesse de l'air d'alimentation correspondant Ù des vitesses pr d termin es de l'air comprim , voir fig. 18) et les d bits massiques (volumes d'air d'alimentation correspondant Ù des pressions pr d termin es de l'air comprim , voir fig. 19). Ces vitesses d' coulement et ces d bits massiques ont alors t port s sur des graphiques.
Toutefois, en r alit , on observe les ph nom nes suivants lorsqu'on tente d'augmenter la vitesse d'alimentation en air comprim et le volume de l'air d'alimentation susmentionn s dans un syst me de turbine Ù air (de dentiste), log dans une chambre ayant un orifice d'alimentation en air et un orifice d' vacuation de l'air d'une taille et d'une capacit pr d termin es.
En fait, on a obtenu les r sultats qui suivent en effectuant des exp riences avec un appareil exp rimental de syst me de turbine Ù air fabriqu en r sine synth tique transparente et copiant la turbine Ù air de la pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) A min d crite ci-dessus en relation avec les fig. 16 et 17, en l'occurrence du "JET MASTER FAR-E2" (nom commercial, fabriqu par J. MORITA MFG. CORP.).
(1) Lorsque la pression de l'air comprim est augment e pour augmenter la vitesse de l'air d'alimentation:
Comme cela ressort de la fig. 18, il n'a pas t possible d'augmenter la vitesse de l'air d'alimentation au-delÙ de la vitesse du son, mÅme lorsque la pression de l'air comprim tait augment e au-delÙ de 1 kgf /cm<2>. Des pressions d'air comprim sup rieures Ù ce niveau ne contribuent donc pas Ù une augmentation du couple de rotation.
(2) Lorsque la pression de l'air comprim tait augment e pour augmenter le volume de l'air d'alimentation:
La proportionnalit d crite ci-dessus a commenc Ù perdre sa validit , conduisant Ù une perte d'efficacit du transfert de l' nergie de l'air d'alimentation.
Concr tement, l'air comprime ainsi fourni n'a pas permis d'augmenter le couple de rotation (vitesse maximale) du rotor 3 min de la turbine proportionnellement Ù l'augmentation du volume de l'air d'alimentation, par exemple proportionnellement Ù l'augmentation du volume d'air d'alimentation r alis e en changeant la pression de l'air comprim de 2,0 kgf /cm<2> Ù 3,0 kgf/cm<2>, comme cela est repr sent sur la fig. 19.
Ceci peut Åtre d aux raisons suivantes:
(i) Une augmentation du volume de l'air d'alimentation conduit Ù une augmentation de la pression dans la chambre 11 min et, par cons quent, Ù une diminution de la vitesse de l'air d'alimentation.
(ii) L'air comprim ainsi fourni vient frapper contre les pales 2 min de la turbine et s' coule ensuite d'une mani re circonf rentielle dans la chambre 11 min , dans la mÅme direction que la direction de rotation de l'arbre du rotor 3 min de la turbine. Par comparaison avec la vitesse de l'arbre du rotor 3 min de la turbine, la vitesse de l' coulement circonf rentiel est toutefois extrÅmement basse, de sorte que l' coulement circonf rentiel commence Ù agir comme une r sistance Ù l'int rieur de la chambre. Cette r sistance augmente avec la pression de l'air comprim .
(3) Lorsque la section transversale de l'orifice d'alimentation en air tait augment e pour augmenter le volume d'alimentation en air:
L'air comprim ainsi fourni commen¸ait Ù agir en tant que r sistance dans la chambre 11 min , comme dans la situation (2) d crite ci-dessus. Cet effet tait toutefois plus prononc que dans la situation (2) ci-dessus, lorsque la pression de l'air comprim d'alimentation tait augment e.
Ceci peut Åtre attribu au fait que, lorsque la surface transver sale de l'orifice d'alimentation en air augmente, l'air comprim inject par l'orifice d'alimentation en air peut se r pandre rapidement dans la chambre 11 min et sa vitesse est donc diminu e, ce qui renforce l'effet de r sistance. Dans ces conditions, l'air comprim inject par un orifice d'alimentation en air qui est large rencontre l'effet de r sistance susmentionn , ce qui aboutit Ù une d t rioration de l'efficacit de transfert de l' nergie de l'air d'alimentation aux pales 2 min de la turbine plus importante que dans la situation d crite ci-dessus en (2).
Parmi les techniques conventionnelles recommandant un agrandissement de l'orifice d'alimentation en air selon la description faite ci-dessus en (3), on peut citer, par exemple, celle consistant Ù pr voir dans les pi ces Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air, un syst me d'alimentation en air Ù deux canaux, comme propos dans les brevets U.S. N<o> 3 893 242 et 4 020 556, accord s Ù Lieb et col.
Chacun des brevets U.S. ci-dessus permet la r alisation des pi ces a main (de dentiste) avec une turbine Ù air pr sentant de nouvelles caract ristiques, avec un m canisme de serrage pour fixer l'arbre d'un outil sur l'arbre du rotor de la turbine, un syst me Ù fibres optiques assurant une transmission efficace de la lumi re (en particulier, un moyen connecteur pour les faisceaux de fibres optiques Ù l'int rieur de la portion de poign e (portion de pr hension) et un moyen pour fournir de l'air comprim Ù une turbine. Les fig. 2, 3 et 9 des brevets U.S. d crivent une forme d'ex cution avec le syst me Ù deux canaux d'alimentation en air (ayant donc deux orifices d'alimentation), c'est-Ù-dire une forme d'ex cution dans laquelle la section transversale de l'orifice d'alimentation en air a t augment e pour augmenter le volume d'alimentation (introduit) de l'air comprim .
Plus particuli rement, la pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air dans chacun des brevets U.S. ci-dessus est con¸ue pour que deux canaux d'alimentation en air soient agenc s dans le mÅme plan horizontal par rapport au logement de la turbine. En d'autres termes, deux orifices d'alimentation en air sont dispos s avec un angle mutuel souhait , l'air comprim tant inject depuis chaque orifice d'alimentation en air contre les pales de la turbine se trouvant dans le logement de la turbine au voisinage imm diat de l'orifice d'alimentation en air, pour appliquer une force de rotation Ù la turbine, l'air tant en suite vacu par les orifices d' vacuation.
Au vu de la description de chaque brevet U.S. et des fig. 3 et 9 du brevet, les orifices d' vacuation sont agenc s respectivement au-dessus et en dessous de l'orifice d'alimentation en air.
On va maintenant faire la description des diff rences majeures de construction entre la pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air d crite dans les brevets U.S. ci-dessus et celle de la pr sente invention. Ces diff rences conduisent Ù des diff rences substantielles dans les effets avantageux entre les deux. Cet aspect sera d crit plus en d tail ci-apr s, Ù l'aide de donn es concr tes.
Lorsqu'on compare la pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air selon la pr sente invention Ù celle d crite dans les brevets U.S., elles diff rent sur les points suivants:
- Elles sont totalement diff rentes pour ce qui concerne le syst me d'alimentation en air comprim et le syst me d' vacuation de l'air comprim . Plus pr cis ment, la pr sente invention pr voit un seul orifice d'alimentation en air, alors que les brevets U.S. pr voient deux orifices d'alimentation en air et les orifices d'alimentation en air en question sont agenc s Ù des positions telles que l'air comprim est inject contre les pales adjacentes.
- On va maintenant examiner l'intervalle (d1 min ) entre les pales de la turbine dispos es dans la chambre et chacune de parois internes sup rieure et inf rieure, qui a t d crit ci-dessus en se rapportant Ù la fig. 16.
Plus particuli rement, au vu des fig. 3 et 9 des brevets U.S., et en particulier pour ce qui concerne l'intervalle (d1 min ), on constate que la pi ce Ù main utilise un syst me d'alimentation en air et d' vacuation de l'air appartenant Ù l'art conventionnel.
- Il y a des diff rence absolues dans les deux cas, dans la taille de l'orifice d'air comprim d'alimentation. A cet gard, les brevets U.S. ne donnent aucune information quantitative sp cifique concernant la taille des deux orifices d'alimentation en air. Au vu des formes d'ex cution des fig. 3 et 9 toutefois, les brevets U.S. pr voient des orifices d'alimentation en air ayant une taille (diam tre de chaque orifice d'alimentation) quivalente Ù environ 50% de la hauteur des pales de la turbine, lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe de l'arbre du rotor de la turbine.
La taille totale des deux orifices d'alimentation est tr s grande.
Par contre, la pi ce Ù main selon la pr sente invention n'est pourvue que d'un orifice d'alimentation en air, comme d crit ci-dessus. En outre, la taille du seul orifice d'alimentation en air est petite et repr sente environ 50% de la hauteur des pales de la turbine.
Il est bien vident de ce qui pr c de, que la pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air des brevets U.S. a t con¸ue dans un esprit tout Ù fait diff rent de celui de la pr sente invention, et on pense que l'objectif tait d'augmenter le nombre d'orifices d'alimentation en air, pour augmenter la section transversale totale des orifices d'alimentation en air. En d'autres termes, ils ont adopt l'approche consistant Ù augmenter la section transversale de l'orifice d'alimentation en air afin que le volume de l'air d'alimentation augmente, pour augmenter le couple de rotation de l'arbre du rotor de la turbine.
Toutefois, les brevets U.S. ci-dessus sont innovateurs dans la mani re (position) dont sont agenc s les deux orifices d'alimentation en air. Par comparaison avec le simple largissement de la section transversale d'un seul orifice d'alimentation en air comme expliqu ci-dessus en (3), l'air comprim ainsi fourni peut se r pandre Ù une vitesse inf rieure dans la chambre 11 min . L'efficacit de la transmission de l' nergie de l'air comprim fourni est ainsi am lior e d'une mani re correspondante, tout en demeurant m diocre.
Dans les syst mes conventionnels de turbines Ù air utilis s par les dentistes, on peut galement envisager d' liminer l'inconv nient d crit ci-dessus en agrandissant l'orifice d' vacuation de l'air par rapport Ù l'orifice d'alimentation en air, pour que l'effet de r sistance Ù l'air comprim puisse Åtre limin .
Toutefois, lorsque l'orifice d' vacuation de l'air est agrandi par rapport Ù l'orifice d'alimentation en air, l'air comprim inject depuis l'orifice d'alimentation en air peut se r pandre rapidement dans la chambre et ensuite Åtre vacu . La quantit d'air comprim qui vient frapper contre les pales 2 min de la turbine est donc diminu e, de sorte que l'efficacit du transfert de l' nergie de l'air comprim ainsi fournie diminue, ce qui produit une diminution brutale du couple de rotation (puissance fournie) du rotor 3 min de la turbine.
Les limitations des dispositifs conventionnels d crits ci-dessus en se r f rant aux fig. 16 et 17 et apr s diff rentes am liorations, en particulier celles propos es dans les brevets U.S. ci-dessus, seront d montr es ici sur la base de donn es exp rimentales expliqu es lors de la description des caract ristiques techniques de la pr sente invention.
R sum de l'invention
Un objet de la pr sente invention est de surmonter les limitations de l'art conventionnel (concept conventionnel), observ es avec les petites pi ces Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide, destin es Ù Åtre utilis es dans le domaine dentaire et dans d'autres applications, et de fournir une petite pi ce Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide d'une conception totalement nouvelle, qui est tr s performante.
La pr sente invention a t rendue possible grssce Ù la d couverte que, dans une petite pi ce Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide, par exemple du type utilis par les dentistes, une reconstruction du syst me d'alimentation en air comprim et d' vacuation de l'air comprim , d'une conception tout Ù fait nouvelle, permet de diminuer la taille du syst me de turbine, par comparaison avec le syst me de turbine conventionnel similaire et par ailleurs d'am liorer d'une mani re consid rable l'efficacit du transfert d' nergie entre l'air d'alimentation et l'arbre du rotor de la turbine, ce qui permet d'augmenter le couple de rotation (c'est-Ù-dire la puissance fournie).
En bref, la pr sente invention concerne une pi ce Ù main (A) avec une turbine entraÖn e par un fluide, ladite pi ce Ù main tant constitu e d'une portion de tÅte (H) et d'une portion de cou (N) reli e sans discontinuit Ù ladite portion de tÅte (H), ladite portion de tÅte (H) ayant une tÅte (1) d limitant une chambre int rieure (11), des pales (2) de turbine tant mont es sur un arbre du rotor (3) de la turbine et agenc es Ù l'int rieur de ladite chambre (11), ledit arbre du rotor (3) de la turbine tant support en rotation dans ladite tÅte (1) par l'interm diaire de portions de palier (4) et ladite portion de cou (N) ayant un corps principal (6), un canal d'alimentation (7) agenc dans ledit corps principal (6) pour amener un fluide comprim aux dites pales (2) de la turbine dans ladite chambre (11) et un canal d' vacuation (8) agenc dans ledit corps principal (6)
pour vacuer le fluide comprim hors de ladite chambre (11), caract ris e en ce que:
(i) ledit canal d'alimentation (7) a un seul orifice d'alimentation (71); et
(ii) qu'il existe une relation particuli re entre la position dudit seul orifice d'alimentation (71) et l'orifice d' vacuation (81) dudit canal d' vacuation (8), telle que ledit orifice d' vacuation (81) soit agenc dans une position tr s proche dudit orifice d'alimentation (71).
La petite pi ce Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide destin e Ù Åtre utilis e dans le domaine dentaire et dans d'autres applications, conforme Ù la pr sente invention, a t con¸ue et r alis es sur des bases qui sont totalement diff rentes de celles sur lesquelles reposent les pi ces Ù main conventionnelles.
En particulier, la pr sente invention concerne un syst me d'alimentation en fluide et d' vacuation de fluide comprim pour les pales de turbine d'un arbre de rotor de turbine, lesdites pales de turbine tant agenc es dans la chambre de ladite portion de tÅte de la pi ce Ù main, pour que, imm diatement apr s l'impact du fluide comprim contre les pales de la turbine, le fluide comprim soit promptement vacu de la chambre et pour viter une influence n gative sur la rotation des pales de la turbine dans la chambre.
Grssce au syst me d'alimentation et d' vacuation d crit ci-dessus et en particulier grssce Ù la nouvelle mani re d'agencer l'orifice d'alimentation et l'orifice d' vacuation, la petite pi ce Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide selon la pr sente invention peut am liorer consid rablement la vitesse de l'arbre du rotor de la turbine (en d'autres termes, le couple de rotation), par rapport aux pi ces conventionnelles, tout en conservant la mÅme pression et le mÅme volume d'alimentation du fluide comprim .
Suite Ù l'am lioration significative susmentionn e de la vitesse de l'arbre du rotor de la turbine, la petite pi ce Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide selon la pr sente invention a apport de nombreux avantages significatifs, tels qu'une diminution du bruit produit par la rotation (c'est-Ù-dire une diminution du bruit produit par la pi ce Ù main), moins de contraintes au niveau de la r sistance du tube d'alimentation en air aux pressions lev es, une am lioration de la man[uvrabilit par suite de l'utilisation d'un tube d'alimentation en air flexible (cet avantage est li Ù l'avantage pr c dent), une rapidit d'op ration grssce au couple de rotation lev , la possibilit de r aliser une pi ce Ù main portative du type aliment Ù partir d'une bouteille de fluide comprim ,
parce que le mÅme couple de rotation est obtenu avec moins d' nergie apport e par le fluide que dans le cas des pi ces Ù main conventionnelles et une diminution globale de la taille de l' quipement.
Br ve description des dessins
La fig. 1 est une vue en perspective d'une petite pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air, selon la pr sente invention;
la fig. 2 est une vue partielle en coupe verticale d'une petite pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air selon une premi re forme d'ex cution de la pr sente invention;
la fig. 3 est une vue en coupe prise dans la direction des fl ches III-III de la fig. 2;
les fig. 4A et 4B illustrent un premier exemple de pales de turbine utilisables dans la petite pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine, selon la pr sente invention;
les fig. 5A et 5B illustrent un second exemple de pales de turbine utilisables dans la petite pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air, selon la pr sente invention;
les fig. 6A et 6B illustrent un troisi me exemple de pales de turbine utilisables dans la petite pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air, selon la pr sente invention;
les fig. 7A et 7B illustrent un quatri me exemple de pales de turbine utilisables dans la petite pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air, selon la pr sente invention;
la fig. 8 est une vue lat rale d'un mod le exp rimental quivalent Ù une petite pi ce Ù main du mÅme type que celle de la pr sente invention, o¶ certaines parties sont montr es en transparence, pour illustrer le syst me d'alimentation en air et d' vacuation de l'air;
la fig. 9A est une vue en plan d'un l ment de logement H1 de la fig. 8, et la fig. 9B est une vue en coupe prise dans la direction des fl ches IXB-IXB de la fig. 9A;
la fig. 10 est une vue en coupe prise dans la direction de l'axe du canal d'alimentation en air 7, c'est-Ù-dire dans la direction des fl ches X-X de la fig. 9A;
la fig. 11 est une vue lat rale d'un mod le exp rimental quivalent Ù une petite pi ce Ù main du mÅme type que dans l'art conventionnel, o¶ certaines parties sont montr es en transparence, pour illustrer le syst me d'alimentation en air et d' vacuation de l'air;
la fig. 12A est une vue en plan de l' l ment de logement H1 de la fig. 12, et la fig. 12B est une vue en coupe prise dans la direction des fl ches XIIB-XIIB de la fig. 12A;
la fig. 13 est une vue en coupe prise dans la direction de l'axe du canal d'alimentation en air 7 min , c'est-Ù-dire dans la direction des fl ches XIII-XIII de la fig. 12A;
la fig. 14 est une vue partielle en coupe verticale d'une petite pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air selon une seconde forme d'ex cution de la pr sente invention;
la fig. 15 est une vue en coupe prise dans la direction des fl ches XV-XV de la fig. 14;
la fig. 16 est une vue partielle en coupe verticale d'une pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) avec une turbine Ù air;
la fig. 17 est une vue en coupe prise dans la direction des fl ches XVII-XVII de la fig. 16;
la fig. 18 est un graphique montrant la relation (valeurs th oriques) entre la pression de l'air d'alimentation et la vitesse de l'air d'alimentation dans une turbine Ù air;
et
la fig. 19 est un graphique montrant la relation (valeurs th oriques) entre la pression de l'air d'alimentation et le volume de l'air d'alimentation (introduit) dans la turbine Ù air.
Description d taill e de l'invention
Les caract ristiques techniques et les formes d'ex cution de la pr sente invention seront d crites ci-apr s d'une mani re d taill e en se reportant aux dessins illustrant la pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air dont il est question ci-dessus.
Il va sans dire qu'il faut se souvenir de ce que la pr sente inven tion n'est pas limit e aux formes d'ex cution illustr es dans les dessins.
Le point de d part de la pr sente invention est la d couverte des faits suivants, d coulant d'une exp rimentation effectu e en introduisant des billes de r sine de polystyr ne expans e de petit diam tre, dans l'air comprim ou dans la chambre d'un appareil exp rimental qui avait t fabriqu en utilisant une r sine synth tique transparente et en reproduisant la pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) avec une turbine Ù air qui est d crite ci-dessus Ù l'aide des fig. 16 et 17 et qui est en fait l'appareil "JET MASTER FAR-E2" (nom commercial; fabriqu par J. MORITA MFG. CORP.).
(i) Lorsque la pression de l'air comprim d'alimentation tait augment e Ù 0,5 kgf/cm<2> (10-25 I/min), on a not que l'air comprim circulait d'une mani re circonf rentielle dans une direction oppos e Ù la direction de rotation du rotor de la turbine autour de l'arbre du rotor de la turbine dans la chambre, cons cutivement Ù son impact contre les pales de la turbine. Ce flux d'air agissait comme une r sistance Ù la rotation du rotor de la turbine.
(ii) Lorsque la pression de l'air comprim d'alimentation d passait 0,5 kgf/cm<2>, le bruit de la rotation et le bruit de l'air d'alimentation et de l'air d' vacuation changeaient brutalement et, en mÅme temps, l'air comprim commen¸ait Ù circuler dans la chambre d'une mani re circonf rentielle, dans la mÅme direction que la direction de rotation du rotor de la turbine. La vitesse du flux circonf rentiel r sultant tait toutefois tr s basse par comparaison avec la vitesse du rotor de la turbine.
(iii) Pour am liorer la vitesse (couple de rotation) du rotor de la turbine, on a augment la pression de l'air comprim d'alimentation ou le volume de l'air comprim d'alimentation. Lorsque la pression de l'air comprim d'alimentation tait augment e, par exemple Ù 2,5 kgf/cm<2> (45 I/min) ou plus, la pression de l'air dans la chambre augmentait, de sorte que l'air comprim ainsi fourni se comportait comme s'il y avait une r sistance dans la chambre (en d'autres termes, l'air comprim ne contribuait en aucune mani re Ù augmenter d'une mani re substantielle le couple de rotation, et l'effet pouvait mÅme Åtre n gatif).
(iv) Lorsque l'orifice d' vacuation tait agrandi pour am liorer la situation d crite en (iii), la pression de l'air dans la chambre diminuait. Toutefois, on a observ une diminution du couple de rotation, parce que l'air comprim inject par l'orifice d'alimentation en air pouvait se r pandre promptement et Åtre ensuite vacu .
Afin de r duire ou d' liminer les effets n gatifs d crits en (iii) et en (iv), les auteurs de la pr sente invention ont effectu une tude de la conception de base elle-mÅme des pi ces Ù main conventionnelles (de dentiste), pourvues d'une turbine Ù air.
Le concept de base des pi ces Ù main conventionnelles est d crit en d tail ci-dessus dans la rubrique "Description de l'art connexe".
Le r sultat a t , que les inventeurs de la pr sente invention ont trouv que dans la pi ce Ù main (de dentiste) conventionnelle pourvue d'une turbine Ù air, le syst me d'alimentation en air comprim des pales de la turbine et le syst me d' vacuation de l'air comprim hors de la chambre (et surtout ce dernier syst me) pouvaient Åtre am lior s consid rablement pour assurer en particulier une efficacit lev e du transfert d' nergie depuis l'air d'alimentation (augmentation du couple de rotation).
Les modifications consistent essentiellement Ù passer
- du syst me conventionnel, o¶ l'air comprim est forc de circuler d'une mani re circonf rentielle dans la chambre (appel e ici Ù " coulement du type circonf rentiel") et de l'agencement conventionnel des orifices d'alimentation en air et d' vacuation de l'air comprim , assurant un coulement du type circonf rentiel,
- Ù un syst me o¶ l'air comprim est empÅch autant que possible d'avoir un coulement circonf rentiel dans la chambre (l' coulement selon cette invention est appel ci-apr s " coulement de type non circonf rentiel" pour le distinguer de l' coulement conventionnel du type circonf rentiel) et Ù un agencement des orifices d'alimentation en air et d' vacuation de l'air assurant un coulement de type non circonf rentiel.
Dans l' coulement conventionnel du type circonf rentiel, un espace important est laiss entre l' l ment de logement de la chambre et les pales de la turbine (voir l'intervalle d1 min sur la fig. 16) pour permettre Ù l'air comprim d'avoir un coulement circonf rentiel dans la chambre. L' coulement de type non circonf rentiel permet d' liminer cet espace, et on a trouv qu'il tait possible d'obtenir les effets particuli rement avantageux d crits ci-dessus, tout en diminuant la taille de la turbine.
Cette invention est bas e sur les d couvertes et tudes d crites ci-dessus et faites par les auteurs et elle diff re totalement de l'approche conventionnelle.
La petite pi ce Ù main (de dentiste ou pour d'autres utilisations) avec une turbine entraÖn e par un fluide selon la pr sente invention, fait appel Ù un coulement de type non circonf rentiel et Ù un syst me d'alimentation en fluide comprim et d' vacuation du fluide comprim con¸u pour assurer un coulement du type non circonf rentiel.
Plus particuli rement, la conception de l'agencement de l'orifice d'alimentation en fluide et de l'orifice d' vacuation du fluide comprim permettant un coulement du type non circonf rentiel de cette invention est totalement diff rente de la conception conventionnelle; concr tement, dans la nouvelle conception, apr s l'injection du fluide comprim par l'orifice d'alimentation contre les pales de la turbine destin es Ù tourner dans la chambre et donc Ù exercer une force de rotation sur l'arbre du rotor de la turbine, le fluide comprim est promptement vacu par l'orifice d' vacuation au lieu d'avoir un coulement circonf rentiel dans la chambre, comme c'est le cas dans la conception conventionnelle.
Exemples
Premier exemple
L'innovation ci-dessus consistant Ù vacuer promptement le fluide comprim de la chambre repose sur la d couverte que, comme d crit ci-dessus, le fluide comprim restant dans la chambre agit comme une r sistance.
La pi ce Ù main (de dentiste) A avec une turbine Ù air selon la premi re forme d'ex cution de la pr sente invention sera d crite en se reportant aux fig. 1 Ù 3.
Comme repr sent dans les dessins, la pi ce Ù main (de dentiste) A avec une turbine Ù air selon la premi re forme d'ex cution de la pr sente invention est constitu e par une portion de tÅte H, une portion de pr hension G et une portion de cou N qui est une portion terminale de la portion de pr hension G et qui est reli e sans discontinuit Ù la portion de tÅte H.
Les l ments individuels (constitutifs) de la pi ce Ù main conventionnelle (de dentiste) A min avec une turbine Ù air des fig. 16-17 ont t r f renc s avec des chiffres auxquels on a adjoint le symbole "prime" (1 min , 2 min , etc); par contre, les l ments (constitutifs) qui constituent la pi ce Ù main (de dentiste) A avec une turbine Ù air selon la premi re forme d'ex cution de la pr sente invention seront r f renc s par des chiffres sans symbole "prime" ( min ) dans la description qui suit. Comme les r f rences identiques indiquent des l ments (constitutifs) identiques, leur description ne sera pas r p t e ici.
Ici, l'agencement de l'orifice d'alimentation en air et de l'orifice d' vacuation de l'air utilis pour obtenir un coulement non circonf rentiel, constituant la caract ristique majeure de la pr sente invention, sera d crit en d tail.
Comme repr sent sur les fig. 2-3, un canal d'alimentation en air 7 pourvu d'un seul orifice d'alimentation en air 71 est agenc Ù l'int rieur d'un corps principal 6 d'une portion de col N, de mani re Ù ce que l'air comprim puisse Åtre inject contre des parties sensiblement centrales, lorsqu'on regarde dans une direction axiale, des pales 2 de la turbine, dispos es Ù l'int rieur d'une chambre 11 d'une tÅte 1.
Le terme "direction axiale des pales 2 de la turbine" utilis ici indique la direction qui coÒncide avec la direction de l'axe de l'arbre du rotor 3 de la turbine. Il va de soi que la position et l'agencement de l'orifice 71 d'alimentation en air doivent Åtre choisis de mani re Ù ce que l'air comprim inject puisse transmettre le plus d' nergie possible a chaque pale 2 de la turbine tournant dans la chambre 11.
D'autre part, pour assurer une vacuation prompte de l'air comprim hors de la chambre 11 imm diatement apr s l'impact de l'air comprim contre les pales 2 de la turbine, on pr voit deux orifices d' vacuation de l'air 81, 91 qui sont dispos s en substance l'un imm diatement au-dessus du seul orifice d'alimentation en air 71 et l'autre imm diatement en dessous de celui-ci, ces deux orifices tant tous deux Ù l'in t rieur du corps principal 6 de la portion de cou N, comme repr sent sur les fig. 2 et 3.
Pour permettre une vacuation prompte de l'air comprim depuis l'int rieur de la chambre 11 imm diatement apr s l'impact de l'air comprim contre les pales 2 de la turbine, la pr sente invention pr voit que les orifices d' vacuation soient dispos s Ù des emplacements tr s proches de l'orifice d'alimentation en air. Incidemment, l'agencement de l'orifice l'alimentation en air et des orifices d' vacuation de l'air d crit ci-dessus constitue une forme d'ex cution de la pr sente invention. Il est Ù noter, que la pr sente invention ne se limite pas Ù cette forme d'ex cution.
Lorsque les orifices d' vacuation de l'air 81, 91 sont dispos s tout pr s de l'orifice d'alimentation en air 71 comme d crit ci-dessus, l'air comprim forme un flux d'air comprim "a", comme indiqu par la fl che en trait plein, imm diatement apr s son impact contre une des pales 2 de la turbine, quelle que soit la vitesse de l'arbre du rotor 3 de la turbine, comme illustr sur la fig. 3.
Ce flux d'air comprim "a" est totalement diff rent du flux d'air comprim "b" dans un coulement du type circonf rentiel conventionnel repr sent sur la fig. 17.
Pour assurer concr tement l' coulement d'air comprim du type "a" dans une pi ce Ù main (de dentiste) A selon la premi re forme d'ex cution de la pr sente invention, il est essentiel de satisfaire les conditions suivantes, dans le cas de la forme d'ex cution d crite ci-dessus:
(i) Le canal d'alimentation en air 7 a un seul orifice d'alimentation en air 71 et
(ii) La disposition relative du seul orifice d'alimentation 71 et des orifices d' vacuation de l'air 81, 91 du canal d' vacuation de l'air 8, doit Åtre telle que les orifices d' vacuation de l'air 81, 91 se trouvent tr s pr s de l'orifice d'alimentation 71.
La condition (i) ci-dessus est naturellement n cessaire pour pouvoir diminuer la taille de la pi ce Ù main et les co ts de fabrication et pour augmenter la durabilit (solidit de la portion de cou) de cette pi ce Ù main.
En outre, pour assurer l' coulement d'air comprim "a", il est galement important de diminuer l'intervalle (d1 min ) entre les pales de la turbine dispos es dans la chambre et chacune des parois sup rieure et inf rieure de la chambre, comme d crit en relation avec la fig. 16 (art ant rieur). Sur la fig. 2 (forme d'ex cution selon la pr sente invention), cet intervalle devient d1.
Pour permettre une vacuation prompte de l'air comprim de la chambre 11 sans provoquer son coulement circonf rentiel dans la chambre 11 apr s son impact contre la pale 2 de la turbine, le volume spatial de la chambre 11 est de pr f rence identique Ù la taille des pales 2 de la turbine, agenc es Ù l'int rieur de la chambre 11.
Lorsque le volume spatial de la chambre 11 et la taille des pales 2 de la turbine sont sensiblement identiques, l'air comprim assurant la rotation des pales 2 de la turbine Ù l'int rieur de la chambre 11 a plus de chances d'avoir un coulement non circonf rentiel ("a" sur la fig. 3) plut t que d'avoir un coulement circonf rentiel ("b" sur la fig. 17), de sorte que l'air comprim est promptement vacu hors de l'orifice d' vacuation.
Pour rendre le volume spatial de la chambre 11 sensiblement identique Ù la taille des pales 2 de la turbine comme d crit ci-dessus, on diminue l'intervalle (d1) entre chacune des parois internes sup rieure et inf rieure 111, 112 de la chambre 11 et les pales 2 de la turbine, dispos es Ù l'int rieur de la chambre 11, comme repr sent sur la fig. 2.
L'intervalle (d1) doit Åtre ajust de mani re Ù ce que l'air comprim Ù l'int rieur de la chambre 11 ait un coulement non circonf rentiel ou que la probabilit d'apparition d'un coulement non circonf rentiel devienne tr s lev e.
L'intervalle d1 d crit ci-dessus peut Åtre ajust conform ment Ù diff rents crit res.
Lorsqu'on utilise la hauteur (h) des pales (2) de la turbine (en regardant dans la direction de l'axe de l'arbre du rotor 3 de la turbine) comme r f rence (voir fig. 4, qui sera d crite plus tard), il suffit d'ajuster l'intervalle (d1) Ù une valeur ne d passant pas 1/10 de la hauteur (h). Incidemment, on connaÖt des articles conventionnels ayant une hauteur (h) gale Ù 2,8 mm.
Lorsqu'on utilise comme r f rence l'intervalle (d2) entre les pales (2) de la turbine et une paroi p riph rique interne 113 de la chambre 11 (en regardant dans une direction perpendiculaire Ù la direction de l'axe de l'arbre du rotor 3 de la turbine), il suffit d'ajuster l'intervalle (d1) a une valeur ne d passant pas 2,5 fois l'intervalle (d2) ci-dessus. Incidemment, on connaÖt des articles conventionnels ayant un intervalle (d2 min ) (voir fig. 16) correspondant Ù l'intervalle (d2), qui est gal Ù 100-200 mu m (voir fig. 16). Par exemple, on trouve des pi ces Ù main conventionnelles (de dentiste) avec une turbine Ù air ("JET MASTER FAR-E2") fabriqu es par J. MORITA MFG. CORP, ayant un intervalle (d2 min ) de 100 mu m.
On va d crire la valeur de l'intervalle (d1) en termes de valeur absolue et non plus en terme de valeur relative par rapport Ù la hauteur (h) ou l'intervalle (d2). L'intervalle (d1 min ) des pi ces Ù main conventionnelles (de dentiste) avec une turbine Ù air est tr s important, concr tement de 1150 mu m (voir fig. 16). Il est toutefois pr f rable d'ajuster la valeur de l'intervalle (d1) Ù une valeur capable d'assurer avec une haute probabilit un coulement non circonf rentiel, par exemple Ù 500 mu m ou moins, la pr f rence allant Ù une valeur de 200-100 mu m.
De pr f rence, la valeur de l'intervalle (d1) est choisie pour Åtre la plus petite possible. Toutefois, ceci n cessite alors que les composantes (constitutives) soient usin es avec une tr s grande pr cision. Un intervalle (d1) ne d passant pas 500 mu m peut produire des effets suffisants.
Comme cela sera d montr Ù l'aide de donn es exp rimentales qui seront fournies plus loin, la pr sente invention ne peut pas apporter les avantages escompt s lorsque l'intervalle (d1) ci-dessus est choisi pour Åtre gal Ù l'intervalle (d1 min ) de l'article conventionnel, c'est-Ù-dire gal Ù 1150 mu m ou mÅme lorsqu'il est diminu de 1150 mu m Ù 600 mu m. Il est donc surprenant que d'excellents r sultats soient obtenus dans une plage ne d passant pas 500 mu m.
Dans la pi ce Ù main (de dentiste) A avec une turbine Ù air selon la premi re forme d'ex cution de la pr sente invention, la taille du seul orifice d'alimentation en air 71 est faible et correspond Ù 50% ou moins de la hauteur (h) des pales 2 de la turbine (voir fig. 4). Sa taille est naturellement en rapport avec la taille de chaque orifice d' vacuation.
Plus pr cis ment, et comme cela sera d montr plus loin Ù l'aide de donn es exp rimentales, la taille de l'orifice d'alimentation en air 71 peut avoir, par exemple 0,60-1,50 mm (valeur absolue), pour une hauteur h des pales 2 de la turbine de 2,8 mm.
La taille susmentionn e de l'orifice d'alimentation en air 71, qui est la taille (hauteur ou diam tre) de cet orifice lorsqu'on regarde dans la direction axiale de la turbine (c'est-Ù-dire dans la direction de l'axe de l'arbre du rotor de la turbine) est prise comme valeur de r f rence.
Dans la pi ce Ù main (de dentiste) A selon la premi re forme d'ex cution de la pr sente invention, la mani re dont est agenc e le canal d'alimentation en air 7 peut Åtre choisie avec une certaine libert .
A condition d'avoir un seul orifice d'alimentation en air 71, le canal d'alimentation en air 7 n'est pas limit au canal unique repr sent sur les fig. 2-3, mais, bien entendu, il peut Åtre form avec plusieurs canaux. Naturellement, la mani re dont est r alis le canal d'alimentation en air a une incidence sur l' paisseur et la solidit du corps principal 6 de la portion de cou N.
Dans la pi ce Ù main (de dentiste) A avec une turbine Ù air selon la premi re forme d'ex cution de la pr sente invention, la taille totale des orifices d' vacuation de l'air 81, 91, dispos s tr s pr s de l'orifice d'alimentation en air 71, est de pr f rence sup rieure Ù la taille de l'orifice d'alimentation en air 71, pour assurer une bonne efficacit de l' vacuation.
Comme cela sera d montr par les donn es exp rimentales d crites plus loin, la taille de chaque orifice d' vacuation de l'air peut Åtre, par exemple, de 1,0 mm (valeur absolue) pour une hauteur (h) de 2,8 mm des pales (2) de la turbine. Cette taille va toutefois d pendre de l'orifice d'alimentation en air 71.
Comme c' tait le cas de la taille susmentionn e de chaque orifice d' vacuation de l'air 81, 91, la taille (hauteur ou diam tre) de l'orifice d'alimentation en air, (lorsqu'on regarde dans la direction axiale des pales de turbine, c'est-Ù-dire dans la direction de l'axe de l'arbre du rotor de la turbine) est utilis e comme r f rence de compa raison.
Dans la pi ce Ù main (de dentiste) A avec une turbine Ù air selon la premi re forme d'ex cution de la pr sente invention, aucune limitation particuli re n'est impos e Ù la forme transversale de l'orifice d'alimentation en air 71 et aux orifices d' vacuation de l'air 81, 91. Par exemple, il pourrait s'agir d'orifices avec une section transversale circulaire ou rectangulaire.
En outre, le canal d'alimentation en air 7 communiquant avec un seul orifice d'alimentation en air 71 et les canaux d' vacuation de l'air 8, 9 communiquant respectivement avec les orifices d' vacuation 81, 91, peuvent Åtre dispos s avec une certaine libert , Ù condition de tenir compte de la forme des pales 2 de la turbine (en particulier le nombre de pales sur la turbine), de la solidit du corps principal du cou 6, et similaire. Bien que des diff rences puissent Åtre observ es, par exemple dans la mani re dont est agenc le canal d'alimentation en air et le canal d' vacuation de l'air de la fig. 3 et celle d crite ici plus loin, ces canaux ne sont pas limit s aux formes d crites et ils peuvent Åtre r alis s avec une certaine libert .
Pour vacuer l'air comprim de la chambre 11 de la tÅte 1 aussi promptement que possible apr s son impact contre les pales de la turbine dans la pi ce Ù main Ù usage m dical A avec une turbine Ù air, selon la pr sente invention, il est important d'adopter pour le syst me d'alimentation et d' vacuation de l'air comprim , un concept de r alisation qui est totalement diff rent du concept conventionnel d crit ci-dessus. De ce point de vue, on pr f re galement utiliser des pales de turbine ayant une forme susceptible de favoriser l' vacuation de l'air.
Les fig. 4A et 4B et les fig. 7A et 7B illustrent des pales de diff rentes formes. Dans chacun de ces dessins, le chiffre 21 indique un support de pales sur lequel les pales 2 de la turbine sont mont es d'une mani re fixe. Dans les diff rents dessins, ceux r f renc s par A sont des vues partielles en coupe alors que ceux r f renc s par B sont des vues en plan des pales.
Dans chacune des pales des fig. 4A Ù 7B, une surface contre laquelle vient frapper l'air comprim est form e par une ou deux surfaces courbes pour que l'air puisse Åtre guid vers l'orifice d' vacua tion le long de la ou des surfaces courbes. Il va de soi que la pr sente invention n'est pas limit e aux pales ayant une ou de telles surfaces courbes et on peut utiliser des pales ayant une surface plane, comme repr sent sur la fig. 7. En outre, aucune limite n'est impos e sur le nombre de pales qui peuvent Åtre utilis es.
Dans la pi ce Ù main (de dentiste) A avec une turbine Ù air selon la pr sente invention, la mani re dont se fait l'alimentation et l' vacuation de l'air comprim n'est pas limit e Ù celle de la premi re forme d'ex cution d crite ci-dessus.
Concr tement, la mani re dont se fait l'alimentation en air comprim et l' vacuation de l'air comprim n'est pas limit e Ù la forme d'ex cution des fig. 2 et 3, o¶ l'air comprim est inject par l'orifice d'alimentation 71 sensiblement contre la partie centrale de la pale 2 de la turbine, effectue promptement un virage en U suivant deux directions, une vers le haut et une vers le bas de la pale 2, et l'air ayant effectu le virage en U est alors vacu par deux orifices d' vacuation de l'air 81, 91, dispos s s par ment juste au-dessus et juste en dessous de l'orifice d'alimentation en air.
Bien entendu, l'air comprim peut Åtre d vi et inject contre les parties sup rieures ou inf rieures des pales de la turbine et son vacuation peut Åtre r alis e lat ralement depuis les parties vers lesquelles l'air comprim d'alimentation a t d vi .
Dans l'agencement des orifices d' vacuation de l'air comprim qui sont situ s tr s pr s de l'orifice d'alimentation en air, les orifices d' vacuation de l'air peuvent Åtre agenc s juste au-dessus et/ou juste en dessous (lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe de l'arbre du rotor 3 de la turbine), c'est-Ù-dire dans des positions tr s proches de l'orifice d'alimentation en air lorsqu'on regarde dans une direction verticale ou dans des positions tr s proches lorsqu'on regarde dans les directions horizontales, ou ces positions peuvent Åtre combin es ensemble.
Donn es concernant le premier exemple et les exemples comparatifs
Mod les
Pour d montrer la sup riorit du mod le de la pr sente invention par rapport au mod le conventionnel, on va d crire ci-apr s des exp riences.
On va d'abord d crire les mod les exp rimentaux qui ont t fabriqu s pour faciliter l'obtention et la comparaison directe de diff rentes donn es exp rimentales caract risant fid lement la pi ce Ù main de la pr sente invention et la pi ce Ù main conventionnelle.
Le mod le exp rimental selon l'invention est le reflet fid le de la structure d crite ci-dessus en relation avec les fig. 2-3 et illustr e sur les fig. 8 Ù 10.
Le mod le exp rimental de l'appareil conventionnel est le reflet fid le de la structure d crite ci-dessus en relation avec les fig. 16 et 17 et repr sent e sur les fig. 11 Ù 13.
(1) Mod le exp rimental de l'invention:
(1)-(i) Descriptif bref du mod le exp rimental selon la pr sente invention
Le mod le exp rimental de l'appareil de l'invention est illustr sur la fig. 8.
La lettre H sur la fig. 8 indique une portion de tÅte dont les l ments de logement sont r alis s Ù partir des trois plaques H1, H2 et H3 en une r sine synth tique transparente (r sine acrylique). Un canal d'alimentation 7 et des canaux d' vacuation 8, 9 pour l'air comprim sont form s dans la plaque de r sine synth tique centrale H1, comme repr sent sur le dessin. Il va de soi que les paliers sont dispos s dans des cavit s int rieures, qui sont indiqu es par les lignes discontinues dans les l ments de logement H2, H3. Une r sine synth tique a t utilis e pour former les l ments de logement, parce qu'elle convient bien pour mettre en [uvre diff rentes conditions exp rimentales (par exemple pour modifier la taille, la forme et similaire des orifices d'alimentation et d' vacuation).
La fig. 9A est une vue en plan de l' l ment de logement H1, alors que la fig. 9B est une vue en coupe prise dans la direction des fl ches IXB-IXB de la fig. 9A. La mani re dont sont agenc s le canal d'alimentation en air 7 et les canaux d' vacuation de l'air 8, 9 est illustr e sur ces dessins.
La fig. 10 est une vue en coupe du mod le exp rimental de la fig. 9, avec les pales de la turbine dispos es dans une chambre 11, lorsqu'on regarde dans la direction de l'axe du canal d'alimentation en air 7. Plus pr cis ment, la fig. 10 est une vue en coupe prise suivant la direction des fl ches X-X de la fig. 9A. Les autres l ments de logement H2, H3 sont galement repr sent s pour indiquer clairement la direction d' coulement de l'air sous pression. Il est Ù noter que les hachures ont t omises sur l' l ment de logement H1 pour montrer d'autres composants importants.
Dans le dessin, le symbole 4a indique que les pales de la turbine ont la forme illustr e sur la fig. 4A. D'autre part, d1 indique l'intervalle entre les pales de la turbine et chacun des l ments de logement sup rieur et inf rieur H2, H3.
Il est entendu de ce qui pr c de, que la tÅte 1 de la portion de tÅte H et le corps principal 6 de la portion de cou N de la petite pi ce Ù main ayant une turbine entraÖn e par un fluide selon la pr sente invention, peuvent Åtre r alis s en une r sine synth tique. Dans ce cas, il va de soi que la pr f rence va Ù une r sine synth tique qui pr sente une bonne r sistance contre la chaleur et contre les vibrations produites par le syst mes de la turbine qui tourne Ù haute vitesse.
La fabrication des parties d crites ci-dessus avec une r sine synth tique permet, dans la pr sente invention, de r aliser une petite pi ce Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide qui est sup rieure sur le plan du co t de revient et qui est plus l g re que les pi ces Ù main conventionnelles r alis es en m tal comportant une turbine entraÖn e par un fluide, sans mentionner la facilit de fabrication.
(1)-(ii) Conditions exp rimentales pour le mod le exp rimental de l'invention
Les conditions exp rimentales pour le mod le exp rimental de la pr sente invention d crit ci-dessus sont comme suit:
Conditions exp rimentales
- Pression de l'air comprim d'alimentation (pression de l'air comprim ), 2,5 kgf/cm<2>.
- Diam tre interne de la chambre de la tÅte 11, 9,1 mm.
- Taille et nombre de pales sur la turbine (voir fig. 4A et 4B), w1 = 1,3 mm sur la fig. 4A, h = 2,8 mm, w2 = 0,8 mm et w3 = 0,13 mm sur la fig. 4B. Huit pales ont t mont es sur le support 21 pour pales de turbine.
- Intervalle (d1) entre les l ments de logement H2, H3 et les pales de la turbine, et paisseur de l' l ment de logement H1:
d1: essentiellement 150 mu m, mais des valeurs de 1150-600 mu m ont galement t utilis es, Ù des fins de comparaison avec le mod le conventionnel.
Epaisseur de H1: 5,1 mm
(Note): Comme l' paisseur de H1 tait de 5,1 mm et que la hauteur (h) des pales de la turbine tait de 2,8 mm, un espace de 1150 mu m de largeur a t form aussi bien au-dessus qu'en dessous des pales de la turbine (1150 mu m x 2 = 2,3 mm) lorsque les pales de la turbine taient dispos s d'une mani re centrale par rapport Ù l' paisseur de H1.
- Positions de l'agencement des orifices d'alimentation en air et d' vacuation de l'air et leur taille:
Positions de l'agencement des orifices d'alimentation en air et d' vacuation de l'air, voir fig. 9A et 9B.
Diam tre de l'orifice d'alimentation en air 71 du canal d'alimentation en air 7, variable dans les deux sens Ù partir d'une valeur centrale de 1,2 mm (voir tableaux 1 et 2).
Taille (e1 x e2) des orifices d' vacuation de l'air 81, 91 des canaux d' vacuation de l'air 8, 9, variables dans les deux sens Ù partir d'une valeur centrale de 4,55 x 1 mm (voir tableaux 1 et 2).
(2) Mod le exp rimental du type conventionnel:
(2)-(i) Description succincte du mod le exp rimental conventionnel
Le mod le exp rimental conventionnel est illustr sur les fig. 11 Ù 13.
Les fig. 11 Ù 13 correspondent aux fig. 8 Ù 10 et elles montrent le mod le exp rimental de l'invention, de sorte que leurs diff rences sont facilement visibles.
Des diff rences particuli rement importantes se trouvent dans la mani re dont sont agenc s le canal/l'orifice d'alimentation en air (7 min /71 min ) et le canal/l'orifice d' vacuation de l'air (8 min /81 min ) et galement dans le fait que, comme illustr sur la fig. 13, l'intervalle (d1 min ) entre les l ments de logement H2 min , H3 min et les pales 4a de la turbine est important, pour permettre un coulement circonf rentiel de l'air comprim dans la chambre 11 min .
Il est Ù noter que, sur la fig. 13, les hachures ont t omises de l' l ment de logement H1 min pour montrer d'autres composantes importants.
(1)-(ii) Conditions exp rimentales pour le mod le exp rimental conventionnel
Les conditions exp rimentales pour le mod le exp rimental conventionnel sont comme suit:
Conditions exp rimentales
On a mis en [uvre exactement les mÅmes conditions exp rimentales qu'avec le mod le exp rimental, sauf pour ce qui suit:
- L'intervalle (d1 min ) entre les l ments de logement H2 min , H3 min et les pales de la turbine:
d1 min : essentiellement 1150 mu m, mais la valeur de 150 mu m a galement t utilis e, Ù des fins de comparaison avec le mod le de l'invention.
(Note): La valeur de 1150 mu m prise pour d1 min a t emprunt e Ù un article conventionnel.
L' paisseur de l' l ment de logement H1 min tait la mÅme que l' paisseur correspondante dans le mod le selon l'invention.
- Positions de l'agencement des orifices d'alimentation en air et d' vacuation de l'air, et leurs tailles:
Positions de l'agencement des orifices d'alimentation en air et d' vacuation de l'air, voir fig. 12A et 12B.
Diam tre de l'orifice d'alimentation en air 71 min du canal d'alimentation en air 7 min , 1,2 mm.
Taille (e1 x e2) de l'orifice d' vacuation de l'air 81 min du canal d' vacuation de l'air 8, variable entre un diam tre de 3,0 mm et de 2,5 mm et galement entre 3,8 x 3,8 mm et de 3,8 x 3,0 mm en termes de e1 x e2. Incidemment, le diam tre de 1,2 mm en tant que taille de l'orifice d'alimentation en air et un diam tre de 2,5 mm en tant que taille de l'orifice d' vacuation de l'air ont t emprunt s aux articles conventionnels.
(3) Mod le exp rimental USP:
Un autre mod le exp rimental a t r alis , qui avait la structure d crite dans les brevets U.S. N<o> 3 893 242 et 4 020 556 d crite ci-des sus en tant qu'art conventionnel. Ce mod le a t fabriqu et inclus dans le protocole exp rimental en tant que "mod le exp rimental USP".
Le mod le exp rimental USP est un mod le exp rimental fabriqu avec les d tails techniques d crits dans les brevets U.S. ci-dessus, en particulier ceux fournis par la fig. 2, la fig. 3 et la fig. 9, et galement en prenant en consid ration les l ments suivants:
- Compte tenu de ce que la taille (diam tre) de chacun des deux orifices d'alimentation en air est sensiblement identique Ù la hauteur des pales de la turbine, deux orifices d'alimentation en air (1,2 mm de diam tre x 2) ont t am nag s dans le mod le exp rimental de l'invention pour que le rapport de la somme des diam tres des deux orifices d'alimentation en air sur la hauteur (h = 2,8 mm) de pales soit augment . En outre, les orifices individuels d'alimentation en air ont t am nag s pour injecter de l'air comprim contre des pales adjacentes respectives.
Incidemment, le pourcentage de la taille (totale) de l'orifice d'alimentation en air (s) par rapport Ù la hauteur des pales (h) tait de 43% (1,2/2,8) dans le mod le selon l'invention et de 86% (2,4/2,8) dans le mod le USP.
- L'intervalle (d1 min ) entre chacune des parois internes sup rieure et inf rieure de la chambre et les pales de la turbine a t ajust dans la plage 1150-600 mu m, tout comme dans le cas du mod le de l'art conventionnel.
Dans ces exp riences, on a mesur les vitesses maximales de rotation (X) et les volumes (Y) par unit de temps sous une pression pr d termin e (2,5 kgf/cm<2>) de l'air comprim d'alimentation sur les diff rents mod les exp rimentaux d crits ci-dessus.
Param tres d' valuation
Avant de pr senter les r sultats des exp riences, on va d crire les param tres utilis s pour l' valuation des r sultats des exp riences.
Il va de soi que les auteurs de la pr sente invention consid rent une pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air comme "excellente" lorsque le couple de rotation (puissance fournie) de l'arbre du rotor de la turbine est "excellent".
En outre, les auteurs de la pr sente invention consid rent galement comme pr f rable d'utiliser les crit res d' valuation suivants pour valuer si oui ou non le couple de rotation (performance) d'un arbre de sortie de la turbine est "excellent".
(1) Une vitesse de rotation maximale d'un niveau pr f r peut Åtre atteinte pour une alimentation (introduction) avec un volume d'air par unit de temps.
Il va de soi qu'une augmentation du couple du rotation (une am lioration de la puissance fournie) doit de pr f rence Åtre telle, que la vitesse maximale de rotation de l'arbre du rotor de la turbine soit plus lev e dans une plage pr f r e.
En outre, la vitesse maximale de rotation du rotor de la turbine doit Åtre troitement d pendante du volume de l'air d'alimentation (introduit) par unit de temps.
Les auteurs de la pr sente invention consid rent donc que le rapport de la vitesse de rotation maximale (X) sur le volume d'air d'alimentation (Y) par unit de temps, repr sente l'efficacit pour un volume d'air d'alimentation et X/Y constitue donc un premi re crit re d' valuation.
Les auteurs de la pr sente invention consid rent que le crit re d' valuation ci-dessus Ù une valeur pratique. L'approche consistant Ù augmenter d'une mani re progressive et substantielle le volume d'air d'alimentation (Y) par unit de temps pour augmenter la vitesse maximale de rotation (X) est utile si elle ne s'accompagne pas de contraintes excessives sur le syst me d'alimentation en air, ou si elle n'oblige pas Ù proc der Ù des modifications des syst mes d'alimentation en air existants ou encore Ù acheter de nouvelles installations entraÖnant des co ts lev s.
L'am lioration du premier crit re d' valuation d crit ci-dessus est utile pour les installations existantes d'alimentation en air pour une pi ce Ù main (de dentiste), si l'am lioration de l'efficacit (X/Y) pour un volume d'air d'alimentation se fait sans aucune contrainte additionnelle sur le syst me d'alimentation en air (compresseur ou similaire) et sans augmenter le bruit de fonctionnement.
(1) L'aptitude Ù couper est lev e
Il faut garder pr sent Ù l'esprit que lors de l' valuation des donn es exp rimentales obtenues en utilisant le premier crit re d' valuation d crit ci-dessus, on obtient une valeur lev e de l'efficacit pour un volume d'air d'alimentation (X/Y) lorsque dans le syst me de turbine, le volume d'air (Y) est petit et que la vitesse de rotation (X) est relativement lev e (mais pas Ù un niveau pr f r ).
Cela signifie que, mÅme lorsqu'on trouve que la pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air a une bonne efficacit pour un volume donn d'air d'alimentation (X/Y) conform ment au premier crit re d' valuation d crit ci-dessus, la pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air est peu efficace pour couper si elle est utilis e Ù vitesse faible pour cette op ration.
Pour valuer la performance en termes d'aptitude Ù couper, les auteurs de la pr sente invention ont par cons quent utilis un second crit re d' valuation, en plus du premier crit re d' valuation, qui est la vitesse maximale de rotation (X) multipli e par le premier crit re d' valuation (X/Y), indiquant l'aptitude Ù couper.
L'aptitude Ù couper est donc exprim e par (X).(X/Y) = X<2>/Y. Bien videmment, une pi ce Ù main (de dentiste) avec une turbine Ù air pr sentant une bonne aptitude Ù couper selon le second crit re d' valuation (X<2>/Y) produit moins de vibrations lorsqu'elle travaille et elle permet des traitements sophistiqu s sur les dents. Sur le plan clinique, ceci a l'avantage que les patients n' prouvent ni douleur, ni sensation d sagr able. En outre, on peut pousser encore plus loin la r duction de la taille de la pi ce Ù main, parce qu'il est possible d'obtenir la mÅme efficacit qu'avec des pi ces Ù main conventionnelles, en utilisant de plus petits rotors de turbine.
Dans ces conditions, les r sultats exp rimentaux pr sent s ci-dessous doivent Åtre analys s d'une mani re compl te sur la base de:
(1) l'efficacit pour un volume d'air d'alimentation X/Y comme premier crit re d' valuation et
(2) l'aptitude Ù couper (X<2>/Y) comme second crit re d' valuation.
R sultats exp rimentaux et discussion
Les r sultats des exp riences effectu es en utilisant les mod les exp rimentaux d crits ci-dessus sont pr sent s dans les tableaux 1 et 2. Les exp riences ont t men es Ù temp rature ambiante, c'est-Ù-dire Ù 25 DEG C.
Dans les deux tableaux, les diff rents termes utilis s ont la signification suivante:
(1) Mod le de l'invention: cela signifie que l'on a utilis le mod le exp rimental selon l'invention.
(2) Mod le conventionnel: cela signifie que l'on a utilis le mod le exp rimental conventionnel.
(3) Mod le USP: cela signifie que l'on a utilis un mod le exp rimental reproduisant les articles d crits dans les brevets U.S. N<o> 3 893 242 et 4 020 556. Concr tement, on a construit un mod le selon l'invention ayant deux orifices d'alimentation en air d'une taille pr d termin e, conform ment Ù l'article d crit dans les brevets U.S. ci-dessus.
(4) Diam tre de l'orifice d'alimentation en air: la forme en coupe de l'orifice l'alimentation tait circulaire (unit : mm).
Voir fig. 8.
(5) Taille du ou des orifices d' vacuation de l'air (e1 x e2): la forme en coupe transversale de l'orifice d' vacuation de l'air tait rectangulaire (unit : mm<2>). e1 est l'extr mit et e2 est le c t , voir fig. 9A et 9B.
(6) Diam tres du ou des orifices d' vacuation: la forme en coupe transversale de chaque orifice d' vacuation de l'air tait circulaire (unit , mm<2>).
Voir fig. 12A et 12B.
(7) d1: intervalle entre la paroi interne de la chambre et les pales de la turbine dans le mod le de l'invention (voir fig. 10), d1 = 150 mu m.
(8) d1 min : intervalle entre la paroi interne de la chambre et les pales de la turbine dans le mod le conventionnel (voir fig. 13), d1 min = 1150-600 mu m.
(9) Vitesse maximale (X): vitesse de rotation maximale du syst me de turbine lorsque l'air est fourni Ù une pression lev e et constante (2,5 kgf/cm<2>) (unit , 10<4> tours/minute).
(10) Volume d'air d'alimentation (Y): volume de l'air fourni (introduit) dans le syst me de turbine, apr s conversion Ù la valeur Ù la pression normale et Ù 25 DEG C (unit , litres/minute).
(11) X/Y: premier crit re d' valuation (efficacit bas e sur le volume de l'air d'alimentation).
(12) X.X/Y:
second crit re d' valuation (aptitude Ù couper).
(13) La pression d crite ci-dessus de l'air d'alimentation a t mesur e par un d tecteur de pression num rique et elle est indiqu e en kgf/cm<2>.
(14) La vitesse maximale ci-dessus (X) a t mesur e en comptant les signaux d'un commutateur photo lectrique d'un mod le Ù r ponse rapide (signaux par unit de temps) et les r sultats sont donn s en 10<4> rotations/minute.
(15) Le volume de l'air d'alimentation (Y) a t mesur avec un d tecteur thermique de mesure du flux massique et les valeurs sont donn es apr s conversion aux conditions de pression normale et Ù 25 DEG C.
<tb><TABLE> Columns=10 Tableau 1
<tb>Head Col 1 to 2 AL=L: Exp rience
N<o>
<tb>Head Col 3 to 6 AL=L: Mod le de l'invention
<tb>Head Col 7 to 10 AL=L:
Mod le conventionnel
<tb>Head Col 3 AL=L: 1
<tb>Head Col 1: 2
<tb>Head Col 2: 3
<tb>Head Col 3: 4
<tb>Head Col 4: 5
<tb>Head Col 5: 6
<tb>Head Col 6: 7
<tb>Head Col 7: 8
<tb><SEP>Diam tre de l'orifice d'alimentation<SEP>1,2 mm<SEP>1,2 mm<SEP>1,2 mm<CEL AL=L>1,2 mm<SEP>1,2 mm<SEP>1,2 mm<SEP>1,2 mm<SEP>1,2 mm
<tb><SEP>Taille du ou des orifices d' vacuation
d'air (e1 . e2)<SEP>9,1/1 deux<SEP>4,55/1 deux<SEP>4,0/1 deux<SEP>2,3/1 un<SEP>3,8/3,8 un<CEL AL=L>3,8/3,0<SEP>- (SEP)<->(TB><SEP>(diam.)<SEP>-<SEP>-<SEP>-<SEP>-<SEP>-<CEL AL=L>-<SEP>3,0<SEP>2,5
<tb><SEP> d1Ê plage du mod le de l'invention<SEP>Vitesse max (X)<SEP>45,0<CEL AL=L>47,5<SEP>49,0<SEP>37,0<SEP>-<SEP>-<SEP>37,6<SEP>37,6
<tb><SEP>Volume de l'air d'aliment.
(X)<SEP>42,0<SEP>39,0<SEP>38,5<SEP>37,0<SEP>-<SEP>-<SEP>40,5<SEP>40,5
<tb><CEL CB=2 AL=L>X/Y<SEP>1,07<SEP>1,22<SEP>1,27<SEP>1,00<SEP>-<SEP>-<SEP>0,93<SEP>0,93
<tb><CEL CB=2 AL=L>X.X/Y<SEP>48,2<SEP>58,0<SEP>62,2<SEP>37,0<SEP>-<SEP>-<SEP>34,9<SEP>34,9
<tb><CEL AL=L> d1 min Ê plage du mod le conventionnel<SEP>Vitesse max (X)<SEP>41,9<SEP>41,3<SEP>-<SEP>-<CEL AL=L>41,6<SEP>41,8<SEP>42,4<SEP>42,0
<tb><SEP>Volume de l'air d'alimen.
(X)<SEP>45,5<CEL AL=L>39,0<CEL AL=L>-<SEP>-<SEP>45,0<SEP>43,7<SEP>40,3<SEP>39,6
<tb><SEP>X/Y<SEP>0,92<SEP>1,06<CEL AL=L>-<SEP>-<SEP>0,92<SEP>0,96<SEP>1,05<SEP>1,06
<tb><SEP>X.X/Y<SEP>38,6<SEP>43,7<CEL AL=L>-<SEP>-<SEP>38,4<SEP>40,0<SEP>44,6<SEP>44,5
<tb></TABLE>
<tb><TABLE> Columns=12 Tableau 2
<tb>Head Col 1 to 2 AL=L: Exp rience N<o>
<tb>Head Col 3 to 6 AL=L: Mod le de l'invention
<tb>Head Col 7 to 12 AL=L:
Mod le USP
<tb>Head Col 3 AL=L: 9
<tb>Head Col 1: 10
<tb>Head Col 2: 11
N<o> 2
<tb>Head Col 3: 12
<tb>Head Col 4: 13
<tb>Head Col 5: 14
<tb>Head Col 6: 15
<tb>Head Col 7: 16
<tb>Head Col 8: 17
<tb>Head Col 9: 18
<tb><SEP>Diam tre de l'orifice d'alimentation<SEP>0,60 un<SEP>0,90 un<CEL AL=L>1,20 un<SEP>1,50 un<SEP>1,20 deux<SEP>1,20 deux<SEP>1,20 deux<SEP>1,20 deux<SEP>1,2 deux<SEP>1,2 deux
<tb><SEP>Taille du/des orifices d' vacuation
d'air (e1-e2) (deux orifices)<SEP>4,55
x 1<SEP>4,55
x 1<SEP>4,55
x 1<SEP>4,55
x 1<SEP>4,55
x 1<SEP>4,55
x 1<SEP>4,55
x 1<SEP>9,1
x 1<SEP>4,0
x 1<SEP>2,3
x 1
<tb><SEP>Pression de l'air d'alimentation<SEP>2,5<SEP>2,5<SEP>2,5<SEP>2,5<CEL AL=L>2,5<SEP>1,0<SEP>0,75<SEP>1,0<SEP>1,0<SEP>1,0
<tb><SEP> d1Ê
mod le inven-tion<SEP>Vitesse max (X)<SEP>19,0<SEP>42,4<SEP>47,5<SEP>51,0<SEP>-<SEP>-<CEL AL=L>-<SEP>-<SEP>- (SEP)
<->(TB><SEP>Volume de l'air d'aliment. (X)<SEP>10,0<SEP>22,6<CEL AL=L>39,0<SEP>58,5<SEP>-<SEP>-<SEP>-<SEP>-<SEP>- (SEP)<->(TB><SEP>X/Y<SEP>1,90<CEL AL=L>1,88<SEP>1,22<SEP>0,87<SEP>-<SEP>-<SEP>-<SEP>-<SEP>- (SEP)<->(TB><CEL CB=2 AL=L>X.X/Y<CEL AL=L>36,1<SEP>79,7<SEP>58,0<SEP>44,5<SEP>-<SEP>-<SEP>-<SEP>-<SEP>- (SEP)<->(TB><CEL AL=L> d1Ê
plage mod le conventionnel<SEP>Vitesse max (X)<SEP>12,7<SEP>27,6<SEP>41,3<SEP>42,5<SEP>51,8<CEL AL=L>44,9<SEP>40,3<SEP>45,1<SEP>45,6<SEP>37,3
<tb><SEP>Volume de l'air d'alimen.
(X)<CEL AL=L>10,5<CEL AL=L>23,0<SEP>39,0<SEP>60,0<SEP>71,0<SEP>44,5<SEP>38,0<SEP>49,0<SEP>43,9<SEP>42,4
<tb><CEL CB=2 AL=L>X/Y<SEP>1,21<SEP>1,20<SEP>1,06<SEP>0,71<SEP>0,73<SEP>1,01<SEP>1,06<SEP>0,92<CEL AL=L>1,04<SEP>0,88
<tb><SEP>X/Y<SEP>15,4<SEP>33,5<SEP>30,1<SEP>30,1<SEP>37,8<CEL AL=L>45,3<SEP>42,7<SEP>41,5<SEP>47,4<SEP>32,8
<tb></TABLE>
(2) Discussion des r sultats exp rimentaux
(i) Discussion des r sultats exp rimentaux du tableau 1
Le tableau 1 donne les r sultats exp rimentaux obtenus avec le mod le de l'invention (exp riences N<o> 1-4) et avec le mod le conventionnel (exp riences N<o> 5-8).
Concr tement, le tableau 1 montre les r sultats des exp riences dans lesquelles on a tudi les changement des caract ristiques dans les deux mod les lorsque la taille et la position du ou des orifices d'alimentation en air taient chang es et lorsque les valeurs des intervalles (d1, d1 min ) taient chang es, en conservant constante la valeur de la pression de l'air comprim d'alimentation, ainsi que la valeur du diam tre et celle de la surface transversale de l'orifice d'alimentation en air, respectivement Ù 2,5 kgf/cm<2>, 1,2 mm et 1,13 mm.
- Comme cela ressort clairement du tableau 1, il a t trouv que le mod le de l'invention avait un effet sup rieur Ù celui du mod le conventionnel, aussi bien lorsqu'on consid re le premier crit re d' valuation (X/Y) que le second crit re d' valuation (X.X/Y).
- Les donn es des colonnes des exp riences N<o> 1 et 2 et sur la ligne d1 sont les r sultats obtenus lorsque dans le mod le selon l'invention di tait chang de 150 mu m en d1 min (1150-600 mu m), pour que la valeur de (d1) soit proche de la valeur de l'intervalle du mod le conventionnel.
Dans ce cas, les valeurs caract ristiques subissaient une d gradation substantielle, indiquant que le mod le de l'invention et le mod le conventionnel taient diff rents sur le plan de la conception et fournissaient des r sultats diff rents.
- Par ailleurs, les donn es dans les colonnes des exp riences 7 et 8 et sur la ligne de d1 sont les r sultats obtenus lorsque dans le mod le exp rimental conventionnel d1 min tait chang de 1150-600 mu m Ù d1 (150 mu m), c'est-Ù-dire que seule la valeur (d1) tait conforme Ù la pr sente invention.
Ici encore, les valeurs caract ristiques se d t rioraient d'une mani re significative tout comme dans les exp riences d crites ci-dessus, indiquant que le mod le selon la pr sente invention et le mod le conventionnel taient totalement diff rents sur le plan de la conception et donnaient des r sultats diff rents.
(ii) Discussion des r sultats exp rimentaux du tableau 2
Le tableau 2 donne les r sultats exp rimentaux obtenus avec le mod le de l'invention (exp riences N<o> 9-12). L'exp rience N<o> 11 est la mÅme que l'exp rience N<o> 2 d crite pr c demment et les exp riences N<o> 13-16 concernent le mod le USP.
Concr tement, le tableau 2 montre les r sultats d'exp riences dans lesquelles on a examin comment les param tres caract ristiques changeaient dans les deux mod les lorsque la taille du seul orifice d'alimentation en air tait choisie conforme Ù l'invention (pour permettre une comparaison avec le type USP ayant deux orifices d'alimentation de 1,2 mm de diam tre, comme d crit ci-dessus), tout en maintenant constantes la pression de l'air comprim d'alimentation et la taille (e1 x e2) de l'orifice d' vacuation, respectivement Ù 2,5 kgf/cm<2> et Ù 4,55 x 1.
Le tableau 2 montre galement les r sultats des exp riences (exp riences N<o> 14-15) dans lesquelles on a chang la pression de l'air d'alimentation des deux canaux d'alimentation du mod le USP, ayant un diam tre de 1,2 mm.
En outre, le tableau 2 donne galement les r sultats d'exp riences (exp riences N<o> 16-17) o¶ on a modifi dans le mod le USP ayant deux orifices d'alimentation de 1,2 mm de diam tre, la taille des orifices d' vacuation de l'air, en conservant les conditions de pression de l'air comprim d'alimentation de l'exp rience N<o> 14 (1 kg/cm<2>).
- Comme cela ressort clairement du tableau 2, il a t trouv que le mod le selon l'invention (exp riences N<o> 9-12) apportait des avantages consid rables par rapport au mod le USP (exp rience N<o> 13), et cela que l'on se base sur le premier ou le second crit re d' valuation. Ceci indique que le seul agrandissement de la section transversale de l'orifice d'alimentation en air est insuffisant pour fournir une pi ce Ù main pr sentant d'excellentes caract ristiques.
L'exp rience N<o> 9 concernant le mod le selon l'invention, permet de comprendre l'importance d'utiliser simultan ment le premier crit re d' valuation (X/Y) et le second crit re d' valuation (X.X/Y) comme d crit ci-dessus.
- Dans les exp riences N<o> 9-12, les donn es pour d1 min sont celles ob tenues lorsque d1 tait chang de 150 mu m Ù d1 min (1150-600 mu m) dans le mod le selon l'invention; en d'autres termes, seule la valeur de d1 tait rapproch e de celle de l'art conventionnel. On constate une diminution importante de la performance.
- Dans l'exp rience 13 concernant le mod le USP, le volume de l'air d'alimentation (Y = 71,0 I/min) imposait des contraintes excessives sur le syst me d'alimentation en air.
Dans les exp riences N<o> 14-15, la pression de l'air comprim d'alimentation tait chang e pour diminuer les contraintes excessives que cela provoquait et on a cherch Ù savoir si les r sultats pr f r s pouvaient Åtre obtenus ou non avec le mod le USP.
*Comme le montrent les r sultats, d'assez bons r sultats ont t obtenus en ajustant les conditions de pression de l'air d'alimentation. Ces r sultats obtenus avec le mod le USP sont meilleurs que ceux obtenus en changeant d1 en d1 min dans le mod le exp rimental selon l'invention, mais ils sont bien moins bons que ceux du mod le exp rimental selon l'invention. En outre, les r sultats obtenus avec le mod le USP montrent une certaine tendance Ù l'am lioration par rapport au mod le conventionnel du tableau 1 (exp riences N<o> 5-8).
- Comme l'exp rience N<o> 14 concernant le mod le USP montrait une certaine am lioration par rapport Ù l'exp rience N<o> 13 comme d crit ci-dessus, les conditions de l'exp rience N<o> 14 ont t chang es pour d terminer si de meilleurs r sultats taient possibles. Ces r sultats correspondent aux exp riences N<o> 16-18.
Comme le montrent les r sultats, une certaine am lioration pouvait Åtre observ e (exp rience N<o> 17), mais le mod le USP reste de loin inf rieur sur le plan de la performance au mod le exp rimental de l'invention.
Comme cela ressort clairement des tableaux 1 et 2 et galement de la discussion ci-dessus des r sultats exp rimentaux, le mod le de l'invention peut apporter des effets qui sont excellents par comparaison avec le mod le conventionnel et le mod le USP.
Par exemple, et comme cela sera ais ment compris en comparant le mod le de l'invention et le mod le conventionnel, le mod le de l'invention peut facilement am liorer la vitesse de rotation (en d'autres ter mes le couple de rotation) avec un faible volume d'air d'alimentation (de 424 000 tours/min dans l'exp rience N<o> 7 Ù 490 000 tours/min dans l'exp rience N<o> 3). En d'autres termes, le mod le selon l'invention peut assurer la mÅme vitesse de rotation que le mod le conventionnel avec une pression de l'air d'alimentation ou un volume de l'air d'alimentation plus faible ou beaucoup plus faible que dans le mod le conventionnel.
Le mod le selon l'invention peut donc amener des avantages tels que:
- Le bruit de rotation peut Åtre diminu (diminution du bruit produit par la pi ce Ù main).
- La conduite d'alimentation en air comprim peut avoir une moindre r sistance Ù la pression.
- On peut utiliser une conduite d'alimentation en air plus flexible, ce qui facilite les interventions.
- La consommation d' nergie de l'installation pour comprimer le fluide (compresseur) peut Åtre diminu e.
En outre, on peut am liorer d'une mani re substantielle la vitesse maximale de rotation pour obtenir un couple de rotation beaucoup plus important que dans les pi ces Ù main conventionnelles, ce qui am liore l'aptitude Ù couper et permet de travailler plus rapidement.
En plus, on peut obtenir un couple de rotation important, mÅme avec un apport d' nergie plus faible du fluide. Ceci a permis de fabriquer des pi ces Ù main portatives entraÖn es par un fluide fourni par une bouteille ou des pi ces Ù main Ù vitesse de rotation ou Ù couple de rotation constant/contr l .
Comme cela ressort des exp riences N<o> 7-8 concernant le mod le conventionnel, sa performance diminue d'une mani re substantielle lorsqu'on diminue sa taille (diminution de la taille par une diminution de l'intervalle d1 min ). Le mod le de pi ce Ù main selon l'invention autorise toutefois une diminution de la taille d'une pi ce Ù main avec une turbine Ù air, si bien que la pr sente invention permet de r aliser des pi ces Ù main avec une turbine entraÖn e par un fluide, de petites dimensions mais tr s performantes.
Egalement, il ressort clairement des r sultats exp rimentaux concernant le mod le de l'invention et le mod le USP, que la pr sente invention permet de r aliser une turbine Ù air de dentiste tr s perfor mante pr sentant les caract ristiques avantageuses d crites ci-dessus sans les difficult s de fabrication ou les co ts additionnels associ s au fait d'avoir deux canaux d'alimentation en air (deux orifices d'alimentation en air) agenc s dans la portion de cou.
Maintenant, on va d crire la seconde forme d'ex cution de la pr sente invention.
Les fig. 14-15 illustrent une pi ce Ù main (de dentiste) A avec une turbine Ù air selon la seconde forme d'ex cution de la pr sente invention.
La pi ce Ù main Ù air (de dentiste) A selon la seconde forme d'ex cution est sensiblement diff rente de la pi ce Ù main Ù air de la premi re forme d'ex cution d crite ci-dessus, dans la conception des paliers 4. Le restant de la construction est sensiblement identique dans les deux formes d'ex cution.
Plus pr cis ment, les paliers 4 sont diff rents en ce que dans la premi re forme d'ex cution d crite ci-dessus, ce sont des paliers Ù billes, alors que dans la seconde forme d'ex cution, ce sont des paliers Ù air 4 utilisant un flux d'air (couche d'air).
Les paliers 4 qui utilisent des couches d'air sont constitu s du palier 46 comportant des trous traversants radiaux 45 et une portion d'arbre 31 dispos e Ù l'int rieur du palier 46 ou s' tendant depuis l'int rieur du palier jusqu'Ù une portion lat rale du palier. Cette portion d'arbre peut faire partie int grante de l'arbre 3 du rotor de la turbine.
Chaque palier 46 est tenu d'une mani re lastique sur une paroi lat rale 12 d'une portion de tÅte H par un support 47 de palier dispos sur une paroi p riph rique externe du palier.
Dans la seconde forme d'ex cution, les canaux en d rivation 72, 73 partent du canal d'alimentation en air 7 comme repr sent sur la fig. 14, ce qui permet d'amener l'air aux unit s de palier d'air (c'est-Ù-dire aux paliers 46 d crits ci-dessus).
En amenant l'air dans les espaces entre les paliers 46 et la portion d'arbre 31 par les canaux en d rivation 72, 73 et les trous traversants 45, la portion d'arbre 31 (c'est-Ù-dire le rotor 3 de la turbine) est tenue dans un tat de flottement par l'interm diaire de couches d'air, arrivant dans les espaces, sans contact avec les paliers 46, de sorte que le rotor de la turbine est support en rotation.
En relation avec la fig. 14 de la seconde forme d'ex cution, l'intervalle (d1) entre les pales de la turbine et chacune des parois internes sup rieure et inf rieure de la chambre 11 de la premi re forme d'ex cution devrait Åtre consid r comme quivalent Ù l'intervalle (d1) entre les pales 2 de la turbine et chacune des surfaces sup rieure et inf rieure de la portion d'arbre 31. L'approche d crite ici en relation avec la seconde forme d'ex cution de l'invention permet d'avoir une pi ce Ù main (de dentiste) A pr sentant des effets avantageux similaires Ù ceux de la premi re forme d'ex cution.