CN109172010A - 一种基于sma丝的牙冠去除装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于SMA丝的牙冠去除装置，其利用SMA丝受热时发生相变而快速收缩的原理，驱动拔牙钩输出单次的大拉力将牙冠取下。该装置的SMA丝通过紧固拉头安装在上、下绝缘基座之间，下绝缘基座固定在套筒内，上绝缘基座通过传动杆带动拔牙钩随SMA丝的收缩而运动。初始状态下，预压缩的回复弹簧为SMA丝提供一定的应力，SMA丝受拉张紧。工作时，回路通电，SMA丝受热收缩，驱动拔牙钩工作，回复弹簧被进一步压缩。复位时，回路断电，SMA丝冷却，在回复弹簧的弹性回复力的作用下，SMA恢复到初始长度，上绝缘基座、传动杆与拔牙钩回到初始位置，装置复位。本发明结构简单、能自动产生拉力，响应迅速、噪音小，寿命长，可连续重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及口腔牙冠去除器械。
背景技术
拔牙术是口腔颌面外科手术中最常见的治疗方式，也是种植牙的基础，对种植牙的时机选择和方式选择具有直接的决定性作用。牙冠去除术是拔牙手术中的重要步骤，传统的牙冠去除术采用牙凿、牙锤、牙钳等器械进行手术。这些器械，不仅在手术中给患者带来巨大的心理压力，造成局部组织的肿胀、疼痛和出血，甚至是血压、体温、脉搏的波动，术后还存在短期的进食困难以及长期的疼痛、肿胀等不良反应。
随着医药科技和口腔颌面外科学的发展，微创拔牙理念逐步深入，微创拔牙技术和器械的革新与成功应用不仅简化了拔牙过程，缩短了手术时间，减轻了患者的恐惧和痛苦，也有效减少了并发症的发生。
单拉式去冠器是目前微创拔牙术中常用的一种牙冠去除器械，其利用单次的大拉力将牙冠去除。现有的单拉式牙冠去除器，或需要手部施加较大力将牙冠去除，典型的为巴基斯坦的Deluxe牙冠去除器；或需提前蓄力，释放产生瞬间大拉力将牙冠去除，如弹簧蓄力式牙冠去除器。这两种原理的单拉式牙冠去除器均属于手动式的牙冠去除器械，使用时需手部试加较大力，导致一次性去除率低，需多次反复操作，且使用时响应慢，产生的振动和噪音大，不仅对患者心理造成影响，而且导致手术时间延长。
发明内容
本发明针对现有手动或半自动的单拉牙冠去除装置的不足，提供了一种通电后能够自动产生拉力的牙冠去除装置。该装置基于SMA丝受热时发生相变而快速收缩的原理，对装置通电从而迅速地产生拉力将牙冠取下，响应时间短，噪音小，提高了口腔手术中牙冠去除步骤的效率，可以有效缩短手术进程，减轻现有单拉式牙冠去除器械对患者心理造成的影响。
本发明采用的技术方案为：一种基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，该装置包括：套筒、帽罩、底盖、上绝缘基座、下绝缘基座、SMA丝、上紧固拉头、下紧固拉头、回复弹簧、上导线、下导线、开关、传动杆、拔牙钩。
其中，套筒、帽罩与底盖组成外壳体，套筒与帽罩、套筒与底盖均通过螺纹连接；SMA丝通过上、下紧固拉头安装在上、下绝缘基座之间，下绝缘基座固定在套筒内，上绝缘基座可随SMA丝的收缩而沿套筒轴向运动。
其中，传动杆一端与上绝缘基座连接，另一端从帽罩顶部的开口伸出后与拔牙钩连接，两处连接均采用螺纹配合，通过传动杆可带动拔牙钩随上绝缘基座同步运动。
其中，套筒内设有上下两处限位结构，上限位结构用以限制上绝缘基座的最大位移，防止SMA丝断裂，下限位结构用以固定下绝缘基座。
其中，上导线、上紧固拉头、SMA丝、下紧固拉头、下导线、开关构成通电回路，SMA丝两端分别焊接在上、下紧固拉头上；上、下紧固拉头材料为不锈钢，与通电导线焊接，确保导电性；开关闭合时，回路通电，SMA丝受热内部发生相变而收缩。
其中，SMA丝、上绝缘基座、下绝缘基座、上紧固拉头、下紧固拉头、回复弹簧构成作动系统，SMA丝通电收缩，带动上紧固拉头、上绝缘基座、传动杆、拔牙钩一同运动，并压缩回复弹簧，产生回复力，当回复弹簧产生的回复力与SMA丝的相变驱动力相等时，SMA丝收缩过程停止。通电回路断电，SMA温度降低，在弹簧回复力的作用下，SMA恢复原长。
其中，上导线与下导线为铜制导线，直径为2mm，表面做绝缘处理。
其中，上绝缘基座和下绝缘基座采用绝缘陶瓷材料，具有良好的绝缘性能。
本发明的原理在于：
在高应力状态下，SMA丝受热时发生非孪晶马氏体向奥氏体转变，宏观表现为应变突然减小，长度缩短；SMA丝冷却后，奥氏体转变为孪晶马氏体后，在应力的作用下又转变为非孪晶马氏体，应变突然增加，宏观表现为恢复到初始长度。因此，利用这一特性，对SMA丝通电加热，可实现拉力输出，驱动拔牙钩去除牙冠，断电冷却后，可实现机构回复。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)结构简单，自动产生拉力。本发明依靠SMA丝通电后自动产生的拉力驱动拔牙钩工作，无需复杂的机械结构，且通电电流相同，输出拉力相同，工作稳定，无冲击振动。
(2)响应迅速。牙冠去除装置从接通电流到完成单次收缩的响应时间不超过0.2s。
(3)驱动器噪音小。采用SMA丝作为驱动器，SMA丝通电收缩时作动声音极小，避免了牙冠去除手术时对患者的心理造成影响。
(4)寿命长，可连续重复使用。通电时SMA收缩，带动拔牙钩将牙冠取下，断电时SMA自动回复原状，若一次未将牙冠取下，可多次重复上述过程，直至取下，SMA寿命长达8000次以上。
附图说明
图1为本发明外形示意图；
图2为本发明通电回路示意图；
图3为本发明SMA丝、紧固拉头与绝缘基座装配剖视图；
图4为本发明总体结构剖视图；
图5为本发明SMA丝工作原理图。
附图标号说明：1.拔牙钩；2.传动杆；3.帽罩；4.套筒；5.底盖；6.上紧固拉头；7.上绝缘基座；8.上导线；9.SMA丝；10.开关；11.回复弹簧；12.下绝缘基座；13.下紧固拉头；14.下导线。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明提供一种基于SMA丝的牙冠去除装置，如图1所示，该装置外壳体由帽罩3、套筒4和底盖5共同组成，帽罩3呈锥形，上部开口，传动杆2从中穿出后与拔牙钩1连接。
如图2所示，开关10、上导线8、下导线14、SMA丝9、上紧固拉头6与紧固拉头13共同构成通电回路。SMA丝9两端分别与上紧固拉头6和下紧固拉头13焊接；两个紧固拉头结构完全相同，分别通过上导线8和下导线14连接开关10，形成回路。
如图3所示，上紧固拉头6与下紧固拉头13分别置于上绝缘基座7和下绝缘基座12的凹槽内，下绝缘基座12固定不动；传动杆2与上绝缘基座7通过螺纹连接，SMA丝9收缩时，通过上紧固拉头6带动上绝缘基座7和传动杆2向下运动，从而驱动拔牙钩1工作。
如图4所示，回复弹簧11安装在上绝缘基座7与下绝缘基座12之间，初始状态长度为180mm，线径1mm，中心直径19mm，始终处于压缩状态。开关10断开时，回复弹簧11提供50N的回复力，为SMA丝9的相变提供一定的应力。开关10闭合后，通电回路接通，SMA丝9受热收缩，带动上紧固拉头6和上绝缘基座7向下运动，输出驱动力，并进一步压缩回复弹簧11；当SMA丝9收缩量达到最大行程20mm时，回复弹簧11提供150N回复力，SMA丝9的收缩过程停止。开关10再次断开，SMA丝9冷却，回复弹簧11回复力逐渐由150N减小为50N，SMA丝9恢复到初始状态长度，上绝缘基座7与上紧固拉头6回到初始位置。
图5所示为本发明SMA丝9的工作原理图，当开关10处在图示实线位置时为断开状态，开关10处在图示虚线位置时为闭合状态。初始状态下，开关10断开，SMA丝9受回复弹簧11作用而存在内部应力，开关10闭合后，SMA丝9受热后温度升高，内部发生相变，长度缩短，从而驱动拔牙钩1工作。
本发明的工作过程如下：
初始状态下，通电回路断开，回复弹簧11处于压缩状态，SMA丝9受拉张紧。工作时，开关10闭合使通电回路接通，SMA丝9受热收缩，输出驱动力，带动拔牙钩1向下运动，利用单次的大拉力将牙冠取下，回复弹簧11被进一步压缩。复位时，通电回路断开，SMA丝9失去热源而冷却，并在回复弹簧11的弹性回复力的作用下恢复到初始长度，上绝缘基座7、上紧固拉头6、传动杆2与拔牙钩1回到初始位置，装置复位。
需要说明的是，以上所述涉及方位的表述，如上、下、内、外等，均基于附图所示方向和位置关系，仅为了便于描述，而不是指示或暗示所涉及的零件必须具有特定的方位、构造或操作。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明的实施例子，并不用以限制本发明，凡依据本发明的原理和技术实质所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于：包括拔牙钩(1)、传动杆(2)、帽罩(3)、套筒(4)、底盖(5)、上紧固拉头(6)、上绝缘基座(7)、上导线(8)、SMA丝(9)、开关(10)、回复弹簧(11)、下绝缘基座(12)，下紧固拉头(13)、下导线(14)；
其中，帽罩(3)、套筒(4)与底盖(5)组成外壳体，传动杆(2)上端从帽罩(3)上部的开口伸出与拔牙钩(1)连接，传动杆(2)下端连接在上绝缘基座(7)上；SMA丝(9)通过紧固拉头(6，13)安装在上、下绝缘基座(7，12)之间，下绝缘基座(12)固定在套筒(4)内，上绝缘基座(7)随SMA丝(9)的收缩而沿套筒(4)轴向运动，并带动拔牙钩(1)工作；开关(10)、上导线(8)、下导线(14)、SMA丝(9)、上紧固拉头(6)与下紧固拉头(13)组成通电回路；回复弹簧(11)安装在上绝缘基座(7)与下绝缘基座(12)之间，始终处于压缩状态，为SMA丝(9)提供回复力；
初始状态下，通电回路断开，SMA丝(9)受拉张紧；工作时，开关(10)闭合使通电回路接通，SMA丝(9)受热收缩，输出驱动力，带动拔牙钩(1)向下运动，利用单次的大拉力将牙冠取下，回复弹簧(11)被进一步压缩；复位时，通电回路断开，SMA丝(9)在回复弹簧(11)的弹性回复力作用下恢复到初始长度，上绝缘基座(7)、上紧固拉头(6)、传动杆(2)与拔牙钩(1)回到初始位置，装置复位。
2.根据权利要求1所述的基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，套筒(4)与帽罩(3)、套筒(4)与底盖(5)的连接均采用螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，传动杆(2)与拔牙钩(1)、传动杆(2)与上绝缘基座(7)的连接均采用螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，SMA丝(9)与上紧固拉头(6)、下紧固拉头(13)的连接方式为焊接。
5.根据权利要求1所述的基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，套筒(4)内部设有上下两处限位结构。
6.根据权利要求1所述的基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，上绝缘基座(7)、下绝缘基座(12)上设有凹槽，分别用以安装上紧固拉头(6)和下紧固拉头(13)。
7.根据权利要求1所述的基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，上紧固拉头(6)与下紧固拉头(13)结构完全相同，材料为不锈钢。
8.根据权利要求1所述的基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，上绝缘基座(7)与下绝缘基座(12)材料为绝缘陶瓷。
9.根据权利要求1所述的基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，回复弹簧(11)始终工作于压缩状态，初始状态长度为180mm，线径1mm，中心直径19mm，SMA丝(9)收缩量为0时，提供50N回复力，SMA丝(9)收缩量为20mm时，提供150N回复力。
10.根据权利要求1所述的基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，输出最大行程为20mm，响应时间不超过0.2s。
11.根据权利要求1所述的基于SMA丝的牙冠去除装置，其特征在于，SMA丝(9)的使用寿命至少为8000次。
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