CN109561944B - 抛物线形器械 - Google Patents

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Abstract

一种器械，包括柄部和工作部分，所述工作部分具有末端部和多个刃槽，所述刃槽由具有刃带边缘的至少两个刃带限定；其中所述工作部分具有抛物线形横截面，该抛物线形横截面限定在至少两个相对的刃带边缘之间延伸的相对的外凸表面。

Description

抛物线形器械
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2017年3月29日提交的美国临时申请序列号为62/478,350的权益和优先权，该美国临时申请被出于各种目的通过援引加入并入本文中。
技术领域
本发明涉及钻头的领域，更具体地涉及医疗的和/或牙科的钻/锉刀的领域。
背景技术
现有技术的钻头设计可能在钻孔期间导致刃槽的堵塞。这个问题不是由切削效率所造成的，而是与将骨碎片移除的可用空间的缺乏直接地相关联。这意味着，外科医生必须停止钻孔，将钻移出并且手动地移除骨碎片。另外，如果在钻孔期间没有正确地移除骨碎片，则摩擦(扭矩)将更大，并且热效应也将更大。结果，骨坏死的风险将更高，并且植入物的骨整合可能受到影响。
发明内容
本发明的一个目的是基本上克服或至少改善上述缺点中的至少一个。
在第一方面中，本发明提供一种器械，其包括柄部和工作部分，所述工作部分具有末端部和多个刃槽，所述刃槽由具有刃带边缘的至少两个刃带限定；其中所述工作部分具有抛物线形横截面，该抛物线形横截面限定在至少两个相对的刃带边缘之间延伸的相对的外凸表面。
在另一个方面中，本发明的方面中的任何一个的特征还可通过以下特征中的一个或任何组合来进一步描述：每个刃带边缘由宽度W限定，并且芯部由厚度T限定，以使得至少一个刃带边缘的宽度W小于芯部的厚度T；每个刃带边缘的宽度W均小于芯部的厚度T；宽度W介于0.03mm至1.8mm之间；厚度T介于大约0.1mm至大约2.0mm之间；所述多个刃槽中的至少一个包含介于大约15°至大约50°之间的螺旋角；所述多个刃槽中的每一个均包含介于大约15°至大约50°之间的螺旋角；进一步包括所述多个刃槽的、介于91°至179°之间的打开角
Figure BDA0001960789960000021
在两根直径参考线RL1与RL2之间确定所述打开角
Figure BDA0001960789960000022
所述两根直径参考线位于垂直于中心轴线A的同一个平面中，其中RL1在第一刃带的前边缘区域与所述中心轴线A之间延伸并且RL2在第二刃带的尾边缘区域与所述中心轴线A之间延伸；所述器械为植入钻；或以上特征的任何组合。
在基本上任何所述工作部分的横截面中，所述外凸地弯曲的刃带前边缘区域可由多个离散的经倒角的表面限定。
附图说明
现在将参考附图仅以示例方式描述本发明的优选实施例，其中：
图1为本发明的第一实施例的透视图；
图2为图1中所示的第一实施例的另一个透视图；
图3A为图1中所示的第一实施例的局部视图；
图3B为图1中所示的第一实施例的局部透视图；
图3C为图1中所示的第一实施例的截面视图；
图3D为图1中所示的第一实施例的另一个截面视图；
图3E为图1中所示的第一实施例的另一个截面视图；
图3F为图1中所示的第一实施例的柄部的截面视图；
图4示出本发明的第二实施例的各种视图；
图5为本发明的第三实施例的截面视图；
图6A-6E示出各种现有技术的钻的横截面；
图7A为本发明的第四实施例的截面视图；
图7B为本发明的第五实施例的截面视图；
图8A为比较图6A-7B中所示的钻的最大的力的图表；
图8B为比较图6A-7B中所示的钻的最大扭矩的图表；
图9示出对本发明的第六实施例的横截面的打开角的表示；
图10A-10D示出本发明的另外的实施例；
图11A为具有2.2的打开角
Figure BDA0001960789960000031
的现有技术的麻花钻的截面视图；
图11B为本发明的、具有2.2的打开角
Figure BDA0001960789960000032
的抛物线形麻花钻的截面视图；
图11C为具有2.8的打开角
Figure BDA0001960789960000033
的现有技术的麻花钻的截面视图；
图11D为本发明的、具有2.8的打开角
Figure BDA0001960789960000034
的抛物线形麻花钻的截面视图；
图11E为具有4.2的打开角
Figure BDA0001960789960000035
的现有技术的麻花钻的截面视图；
图11F为本发明的、具有4.2的打开角
Figure BDA0001960789960000036
的抛物线形麻花钻的截面视图；
图12A为比较图11A-11F中所示的钻的最大的力的图表；
图12B为比较图11A-11F中所示的钻的最大扭矩的图表；以及
图12C为比较图11A-11F中所示的钻的最高温度的图表。
具体实施方式
“抛物线形”器械(例如，钻和/或锉刀)旨在由经过认证的牙科医生用于在放置牙科植入物之前修整以及移除骨。所述器械将由不同的材料制成，比如高速钢、不锈钢、不锈钢+医用涂层(AlTiN、DLC、TiN等)。应当理解的是，可将各种不锈钢用于本发明的抛物线形/蜗杆螺旋钻。根据在本项目期间所评估的切削性能，这些钻被证明是用于切骨术的非常好的器械。该器械将与在植入术中所使用的当前的手持件(反角件(contra-angle))机械地一起使用。该系统既不会涉及新的适应症，也不会使用除当前市场上销售的产品中所使用的那些技术之外的任何新技术。
据信，与当前市场上的钻相比，本发明的抛物线形/蜗杆螺旋钻的创新特征包含但不限于，外凸腹板(web)以及陡螺旋角(fast helix angle)，所述外凸腹板以及陡螺旋角允许通过显著地增加空的区域而改变空的区域和满的区域的比例。由于这一点，许多空间可用于移除骨碎片，从而限制摩擦。从而，螺杆效应的风险减少并且钻孔期间的热效应降低。本发明的另一个特征可包含高螺旋角(high helix angle)(陡螺旋线)，其减少侧向切削的影响并且有利于形成切骨术中所期望的圆柱形形状。
参考附图的图1、2、4以及5，根据第一实施例的钻头1具有终止于钻头1的前部操作端部处的钻末端部3中的斜切(tapered)切削端部部分2，与从钻头1的相对的后端部4b延伸的柄部4。相对的后端部4b可被构造成以通常的方式容纳于钻的卡盘内。钻头1的工作部分4a在切削端部部分2与柄部4之间延伸。在钻头1中形成多个刃槽5。在所示实施例中，存在三个刃槽5，每个所述刃槽均沿着工作部分4a从相邻的柄部4螺旋地延伸至切削端部部分2中，但是设想的是，钻头1可以仅具有两个刃槽5或三个或更多个刃槽5。每个刃槽5均朝向钻末端部3延伸至切削端部部分2中，但是由于切削端部部分2的斜切而在离钻末端部3不远处结束。
在所示实施例中，当从钻头1的后方观察时，钻头1被构造成沿顺时针方向旋转。在整个说明书中，钻头的各种特征将被称为“前”或“尾”，其中该术语分别表示当钻头以预期方式旋转时的前导或尾随的特征。每个刃槽5均具有刃槽前侧壁6(其背对预期的旋转方向)以及刃槽尾侧壁7(其面向预期的旋转方向)。刃槽前侧壁6通过位于刃槽前侧壁与刃槽尾侧壁7之间的刃槽基部8连接至刃槽尾侧壁。如在图5的截面视图中最好地示出的，刃槽前侧壁6、刃槽基部8以及刃槽尾侧壁7实际上形成光滑的连续的表面。刃槽5可每个均形成有至少大约15°、优选地至少大约20°、以及更优选地至少大约25°的螺旋角。此外，刃槽5可每个均形成有至多大约50°、优选地至多大约45°、以及更优选地至多大约40°的螺旋角。例如，刃槽5可每个均形成有介于大约15°至大约50°之间的、优选地介于大约20°至大约45°之间的、以及更优选地介于大约25°至大约40°之间的螺旋角。
刃槽基部8延伸至芯部13并且限定所述芯部，所述芯部具有至少大约0.1mm、优选地至少大约0.4mm、以及优选地至少大约0.7mm的腹板厚度T(例如，芯部13的直径)。此外，芯部13可具有至多大约2.0mm、优选地至多大约1.7mm、以及更优选地至多大约1.4mm的腹板厚度。例如，芯部13可具有介于大约0.1mm至大约2.0mm之间、优选地介于大约0.4mm至大约1.7mm之间、以及更优选地介于大约0.7mm至大约1.4mm之间的腹板厚度T。芯部13沿中心轴线A延伸，具有恒定的腹板厚度T(例如，圆柱形腹板和/或平行的腹板)，或者可相对于钻头的中心轴线A具有大约1度的轻微的锥度(例如，锥形腹板)，减小或增加刃槽5朝向柄部4或末端部3的深度。典型的锥度角将介于0°与5°之间。锥度可为恒定的或变化的。
在每个刃槽5之间限定刃带9。如在图5的截面视图中最好地示出的，每个刃带9可具有邻接相邻的刃槽5的相邻的刃槽尾侧壁7的刃带前边缘区域11，所述相邻的刃槽直接地在刃带9前方。刃带边缘10被限定为邻接并且尾随刃带前边缘区域11。而且，前边缘区域11可为前侧壁7的切削/刮削边缘。
尾侧壁6和/或前侧壁7可以以笔直的或弓形的方式分别在基部8与相对的刃带边缘10的尾边缘区域12和/或前边缘区域11之间延伸，以使得整个壁(例如，在尾边缘区域12、基部8与前边缘部分11之间延伸的尾侧壁6以及前侧壁7)限定大致外凸的构造。如图5中所示，尾侧壁6以及前侧壁7中每一者均限定大致笔直的侧壁段，但是被合在一起时(例如，在尾边缘区域12、基部8与前边缘部分11之间延伸)，可限定大致外凸的横截面。这可能与典型的现有技术的钻头形成对比，典型的现有技术的钻头在每个刃带的前边缘与相邻的刃槽尾侧壁之间的相交处限定内凹地弯曲的边缘。
如图10A-10D中所示，在三个双刃槽麻花钻(包含本发明的改进的抛物线形设计)之间进行了热研究。本发明的外凸腹板和/或陡螺旋角可允许通过显著地增加“空的”区域而改变“空的”区域/空间(例如，刃槽区域)相对于“满的”区域/空间(例如，刃带以及芯部区域)的比例。通过增加“空的”区域，当在骨或牙齿中形成孔时，可以更容易地移除额外的骨碎片或牙齿碎片，从而减少/限制摩擦。从而，减少螺杆效应的风险并且降低钻孔期间的热效应。
钻头1的工作部分4a可以不设置任何的第二切削边缘，从而将整个切削操作留给切削端部部分2，如将在下面进一步详细描述的。从而，如果操作者在钻孔过程期间使钻头偏离中心运动，则与在工作部分上设置锐利的第二切削边缘的情况相比，钻孔被钻头的未对准的工作部分切削并加宽的倾向更小。在牙科/医疗应用中损害软组织的可能性也降低，降低钻头的工作部分咬入软组织中并使软组织接合和包裹在工作部分周围的可能性。在每个刃带上设置大致钝角形的刃带前边缘区域也改善钻头的操作的顺畅性，降低钻头的接合的侵略性，使得能够在减小的扭矩下提供顺畅的切削过程。这些益处还可在不对钻头的结构一体性产生不利影响的情况下实现，因不需要在完整直径处减少钻头的工作部分中的材料的量而维持钻头的较大的惯性力矩以适应刃槽尾面与刃带之间的较大的角度，以软化第二切削边缘。可用多个离散的倒角表面而不是连续的曲线来实现刃带前边缘区域11的外凸曲率。
钻头1的工作部分4a通常可具有至少1.0mm、优选地至少2.2mm、以及更优选地至少3.4mm的总直径。此外，工作部分4a通常可具有至多8.0mm、优选地至多6.8mm、以及更优选地至多5.6mm的总直径。例如，钻头通常可具有介于1.0mm至8.0mm之间、优选地介于2.2mm至6.8mm之间、以及更优选地介于3.4mm至5.6mm之间的总直径。对于每个刃带而言，刃带前边缘区域11以及刃带尾边缘区域12通常可具有至少0.5mm且至多4.0mm的平均半径。
在两根直径参考线RL1与RL2之间确定刃槽5的打开角
Figure BDA0001960789960000061
所述两根直径参考线为径向的，亦即，位于垂直于中心轴线A的同一个平面中，其中RL1在前边缘区域11与中心轴线A之间延伸并且RL2在尾边缘区域12与中心轴线A之间延伸。打开角
Figure BDA0001960789960000071
可介于91°至179°之间、优选地介于125°至170°之间、以及更优选地介于140°至155°之间。
打开角与芯部的形状直接地相关联。打开角允许构建以及确定芯部的形状。若打开角不在90°与178°之间，则将具有扁平芯部、U型截面(图6A-6C以及6E)或J型截面(图6D)。陡螺旋角将允许促进骨碎片的移除并且允许改进钻的抗弯曲性。在没有这种陡螺旋角的情况下，可能难以用减小的芯部实现改进的特征。两者(陡螺旋角和/或打开角)都允许减小具有刃槽的刃带的宽度。
刃带边缘10构成刃带9的局部圆柱形部分，所述刃带未被从形成钻头1的圆柱形轴(柄部4)磨掉。刃带边缘10具有的宽度W(在相对于轴线A的横截面中测量)为至少0.03mm、优选地至少0.4mm、以及更优选地至少0.7mm。此外，应当理解的是，每个刃带边缘10通常可具有至多1.8mm、优选地至多1.5mm、以及更优选地至多1.2mm的平均宽度W。例如，每个刃带边缘10通常可具有的平均宽度W通常介于0.03mm至1.8mm之间、优选地介于0.4mm至1.5mm之间、以及更优选地介于0.7mm至1.2mm之间。每个刃带边缘10均位于这样的圆B上，该圆围绕中心轴线A延伸并且具有的直径等于钻头的总直径(在所示实施例中大致等于柄部4的直径)。对于每个刃带边缘10，宽度W可为相同的或不同的。
在一个优选实施例中，在垂直于中心轴线A延伸的横截面中取得的刃带边缘10的宽度W可小于芯部13的厚度T。
斜切切削端部部分2可具有传统的构造。替代地，切削端部部分2可有利地具有附图中所示的特定形式中的任一种。
在图6A-8B以及图11A-11F(其中图6A-6E、11A、11C以及11E为现有技术的钻的横截面并且图7A-7B、11B、11D以及11F为本发明的抛物线形钻的横截面)中所示的试验期间所使用的台架试验受到进给速率的控制，这意味着进给速率在钻孔期间保持恒定。通常，在钻孔期间记录扭矩以及负载，并且旋转速度为大约800rpm。图8A-8B以及图12A-12C示出了表示图6A-8B以及图11A-11F中所提供的数据的图表。
有利地，本发明的外凸腹板设计可减少与现有技术的器械/钻相关联的热效应。热效应为在外科手术中的骨加工期间从金属-骨界面所生成的热量。在钻孔期间所生成的热量由于切削工具与工件界面的摩擦而发生，并且将所施加的切削能量转换成导致骨组织的坏死以及燃烧的热能。
研究了骨植入期间的钻孔操作以及热损伤，并且观察到钻孔力引起温度的升高(例如，当钻在钻孔期间由于骨碎片未被正确地移除(摩擦)而堵塞时或者在切削边缘损坏时，钻孔力增加)。
据信，随着热效应增加，骨坏死的风险将更高，这可能导致植入物的骨整合受到影响。
当被构造成用作牙科/医疗钻头时，上述钻头通常将由不锈钢形成，但是可根据需要使用其它合适的高强度金属材料以适应各种应用。

Claims (9)

1.一种包括柄部和工作部分的器械，所述工作部分具有末端部和多个刃槽，所述刃槽由具有刃带边缘的两个刃带限定，每个刃带边缘具有尾边缘区域和前边缘区域；其中所述多个刃槽中的每个刃槽均具有背对预期的旋转方向的刃槽前侧壁以及面向该预期的旋转方向的刃槽尾侧壁，所述刃槽前侧壁通过位于所述刃槽前侧壁与所述刃槽尾侧壁之间的刃槽基部连接至所述刃槽尾侧壁；其中所述工作部分具有抛物线形的横截面，所述抛物线的横截面被构造成使所述刃槽尾侧壁和所述刃槽前侧壁以笔直的或弓形的方式分别在所述刃槽基部与相对的刃带边缘的尾边缘区域和前边缘区域之间延伸，以使得所述刃槽尾侧壁和所述刃槽前侧壁的整个壁限定大致外凸的构造；并且其中，在基本上任何所述工作部分的横截面中，每个刃带边缘的前边缘区域由多个离散的经倒角的表面限定。
2.根据权利要求1所述的器械，其特征在于，每个刃带边缘由宽度W限定，并且所述工作部分的芯部由厚度T限定，以使得至少一个刃带边缘的所述宽度W小于所述芯部的所述厚度T。
3.根据权利要求2所述的器械，其特征在于，每个刃带边缘的所述宽度W均小于所述芯部的所述厚度T。
4.根据权利要求2所述的器械，其特征在于，所述宽度W介于0.03mm至1.8mm之间。
5.根据权利要求4所述的器械，其特征在于，所述厚度T介于0.1mm至2.0mm之间。
6.根据权利要求1所述的器械，其特征在于，所述多个刃槽中的至少一个包含介于15°至50°之间的螺旋角。
7.根据权利要求1所述的器械，其特征在于，所述多个刃槽中的每一个均包含介于15°至50°之间的螺旋角。
8.根据权利要求1所述的器械，进一步包括所述多个刃槽的介于91°至179°之间的打开角
Figure FDA0003544278430000011
在两根直径参考线RL1与RL2之间确定所述打开角
Figure FDA0003544278430000021
所述两根直径参考线位于垂直于中心轴线A的同一个平面中，其中直径参考线RL1在第一刃带的前边缘区域与所述中心轴线A之间延伸并且直径参考线RL2在第二刃带的尾边缘区域与所述中心轴线A之间延伸。
9.根据权利要求1所述的器械，其特征在于，所述器械为植入钻。
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