CN1114551A - 具有流体驱动涡轮的小机头 - Google Patents

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Abstract

具有流体驱动涡轮的小机头(A)，由头部(H)和连续地连接在头部(H)上的颈部(N)组成。头部(H)具有一个在其内确定了一个腔室(11)的头(1)，涡轮叶片(2)安装在涡轮转子转轴(3)上并安置在腔室(11)内，涡轮转子转轴(3)通过轴承部分(4)可转动地支承在头(1)上。颈部(N)具有一个主体(6)，供给通道(7)配置在主体(6)内，以便把加压的流体供给到腔室(11)内的涡轮叶片(2)上，一个配置在主体(6)内的排放通道(8)，以便把加压流体从腔室(11)内排放出去。

Description

具有流体驱动涡轮的小机头
本发明涉及用于手工制造业的或医学的或牙科治疗的具有流体驱动涡轮的小机头(以后称为具有流体驱动涡轮的小机头)。
更特殊地，本发明涉及一种就其本身尺寸已经缩小的具有流体驱动涡轮的小机头，使它有可能增加在头部腔室内的涡轮叶片的转速，亦即，在供给较小的能量的情况下，增加涡轮转子转轴的输出扭矩，所说的涡轮转子转轴在其周围壁部份具有涡轮叶片，且在其轴向延伸的中心部份具有各种不同工具中的一种，所说的小机头除出它具有小的尺寸之外还具有高性能。
具有流体驱动涡轮的小机头现已广泛使用，例如，用于切削和/或磨削材料，或者，作为医学或牙科上的应用，在外科中在实施修复手术时(脑外科，整形外科，喉外科或耳鼻喉科学或在牙科中在实现口腔内治疗时用于打开切口，环钻术，切削或切除骨或牙齿。
在上述各具有流体驱动涡轮的小机头当中，在各具有流体驱动的小牙科机头当中，其中，把压缩空气作为加压流体使用，亦即，作为涡轮的驱动介质，例如，称之为″牙科空气涡轮机头″。它们具有如图1所示的外观，它将涉及接下去要说明的本发明的技术结构。
如图1所示，特别说明了一种牙科空气涡轮机头A，它由头部H和把手部份G所组成。把手部份G的颈部N顺序地连接到头部H上，且内部装有用来把压缩空气供给装在头H内的空气涡轮并从头H排出压缩空气的装置。图1中标注的符号B是一个固定地支托在空气涡轮的转子转轴上的工具。
为说明方便起见，下面将对常规技术和本发明同时进行说明，如上所述的用压缩空气作为用于涡轮的驱动介质的牙科空气涡轮机头将作为具有流体驱动涡轮的小机头的代表性例子。简言之，在本发明中，用于涡轮的驱动介质不限于如上所述的压缩空气。
换言之，作为用于涡轮驱动介质的压缩流体不限于压缩空气，而且，各种不同的加压流体，例如，加压液体和包括压缩蒸气在内的压缩气体都可以使用。
在下面的说明中有关于压缩空气所使用的术语″空气供给″和″空气供给口″和″空气排放(排出)″和″空气排放口″，对于应用其它加压流体时，因此必需显然读成″供给″和″供给口″和″排放(排出)和″排放口″。
有关于本发明的具有流体驱动涡轮的小机头的应用并不限于如上所述的牙科领域，且也可以在医学领域和切削和/或磨削材料领域中应用。
在这些应用领域中，可以使用按照本发明的小机头，简言之，不仅仅可以以手持方式与术语″机头″相结合，而且也可以作为设备的另件(另件，部件或类似的东西)。
图16和图17示出了常规的牙科空气涡轮机头A′，特别是其头部H′和与之顺序相连的颈部N′的内部结构。
图16和图17所示的通常的牙科空气涡轮机头A′中，其中图16是按涡轮转子转轴3′的轴向剖视的垂直剖面图，而图17是按图16的箭头XVII-VII方向的剖面图。
正如图16中所示，通常的牙科空气涡轮机头A′的头部H′具有装在涡轮转子转轴3′的周围壁上的并安置在机头1′的腔室11′内的涡轮叶片2′，它还通过装在头1′内的轴承4′可转动地支承涡轮转子3′。
头1′是由头主体12′和帽部分13′组成。在头主体12′内，形成适合于接纳涡轮叶片2′的腔11′，且还装有轴承4′，以便可转动地支承涡轮转子转轴3′。
简单地说，牙科的切削或磨削工具或类似物的工具轴5′固定地支托在涡轮转子转轴3′的轴向延伸的中心部份中，以便实现不同的治疗。此外，如在附图中所示的用于支托工具轴5′的夹具51′安置在工具轴5′的周围臂上。尽管所示的夹具是摩擦止动爪机构，公知的触模操纵的夹具机构也可以使用。
如图16所示，每个轴承4′是由滚珠轴承构成，所说的滚珠轴承是由内套41′，外套42′，滚珠43′和保持架44′组成。沿每个轴承4′的外周壁或端部，可以安装一个O形环或公知的用于加强轴承的轴向刚性的机构，以便使轴承4′向心。尽管所示的轴承是采用滚珠43′的滚珠轴承，它们也可以是任何称之为″气浮轴承″的气浮轴承机构。
在图16所示的通常牙科空气涡轮机头A′的结构中要求特别关注的问题是用于压缩空气的供给和排放系统的安置方式，还有与腔室11′内的供给的排放系统有关的涡轮叶片2′的安置方式。
通常技术的特征在于，如图16所示，涡轮叶片2′如按涡轮转子转轴3′的轴线方向观察，在涡轮叶片2′和每一个上、下内壁111′，112′之间离开相当大的间隔(d1′)配置的。在附图中，腔室11′的周边内侧壁113′和涡轮叶片2′之间的间隔(d2′)一般比上述间隔(d1′)小。
在通常产品中，例如，如按涡轮转子转轴3′的方向观察，它们具有的涡轮叶片(2′)的高度为2.8mm，而在这些公知产品中，间隔(d1′)为1.150mm(1150μm)。
在通常产品中上述的间隔(d1′)比按照本发明的的产品的相应间隔要大得多。其原因在以后说明本发明空气供给和排放系统，亦即本发明真正特有特征时再行说明。
如图16和17所示，颈部N′，特别是它的颈部主体6′具有以下组成：
—一个空气供给通道7′和一个空气供给口71′，两者都用于把压缩空气供给到安置在腔室11′内的涡轮叶片2′上，和
—一个排放通道8′和一个空气排放口81′，两者都用于把压缩空气从腔室11′中排放。
应该注意，精确地讲，″用于把压缩空气从腔室11′中排放″的表达法是不正确的，因为从空气供给口71′送入腔室11′的压缩空气在通过空气供给口71′时已经受了急剧的膨胀和减压，这压缩空气已不再保持压缩空气在它供给时刻的压缩状态。
然而在下面的说明中，上述的表达法将采纳以″通过空气供给口供给的压缩空气″的表达方法。同样，在腔室中的空气流动也使用术语″压缩气流″表达。
在如上所述的通常的牙科空气涡轮机头A′中，头部H′的头部主体12′或颈部N′的主体6′可配有一个照明装置，该装置用于照明治疗部位，或者可配有一个供水通道，用于将水或生理食盐水喷洒到治疗部位上，由此来去除切削或磨削骨或牙齿的热量，或者清洗骨或牙齿。
图17示出了在通常的牙科空气涡轮机头A′中供给和排放压缩空气的方式。
特别要说明的，在已有的牙科空气涡轮机头A′中供给和排放压缩空气是按附图中所示方式实施的，亦即，通过把压缩空气供给到安置在颈部N′的主体6′内的供给通道内，再通过供给口71′把压缩空气引入腔室11′内，然后，把压缩空气对着叶片2′喷射，以便在涡轮转子转轴3′上产生转动驱动力，然后将压缩空气从腔室11′中排放。
换言之，在通常的空气涡轮机头A′中压缩空气是对着涡轮叶片2′供给并从腔室11′中排放，这种方式的实施是以假定存在图17所示的空气供给和排气系统为前提的。
现在来详细说明空气供给和排放系统。如在图17中所示，压缩空气从安置在颈部N′的主体6′内的空气通道7′且然后通过空气供给口71′朝着安置在腔室11′内的涡轮叶片2′喷射，压缩空气由于在腔室11′内围绕涡轮转子转轴3′流动而成U形旋转，然后从安置在颈部N′的主体6′内的排放口81′导入排放通道8′，以便排出。在图17中示出了在腔室11′内的压缩空气流b，其中实线表示通过间隔d2′(见图16的环形气流，而虚线表示通过间隔(d1′)(见图1)的环形气流。
在通常的牙科空气涡轮机头A′的压缩空气供给和排放系统中，如图17所示，压缩空气由于从供给口71′围绕涡轮转子转轴3′流动到在腔室11′内的排出口81′(如箭头b所示)而形成U形转动(由实线和虚线所示的环形流动)。这可以相信是归因于这样想法的存在，作为一个基础是压缩空气流在它们的环形流动过程中连续的把驱动能量供给到涡轮叶片上，并因此贡献于增加涡轮转子转轴3′的转动扭矩。
由于通常的牙科空气涡轮机头A′的压缩空气供给和排放系统是基于上述思路(设计思想)来配置排放口81′，由此，通过供给口71′喷射的压缩空气是在它已经在腔室11内环形地流动后排放的，特别是在图16和17所示位置。
换言之，正如在图16和图17中所示，排放口81′与供给口71′在基本对称的位置上配置，且两个口之间离开一个预定间隔(C)。
按照从压缩空气到涡轮叶片2′的能量传输效率的观点，也从来自腔室的压缩空气的排放效率的观点来配置供给口71′，因此如图16和17所示，压缩空气朝涡轮叶片12′的基本中心部份喷射，这是当按涡轮转子转轴3′的轴线方向观察时，而排放口81′配置在中心水平与供给口71′公共位置上且按上述间隔(C)离开供给口71′。按照排放效率的观点，排放口一般具有比相应的供给口更大的开口面积。
为了实现在配有以前所述通常的设计思想的空气供给和排放系统的牙科空气涡轮机头A′中的涡轮转子转轴3′的(输出)转动扭矩的增加，就理论上而言，只需要增加在空气供给口71′处的压缩空气的供给速度，或增加每单位时间的压缩空气的供给量。
基本的原理是涡轮转子转轴3′接受来自这样供给的压缩空气的力是等于移动的能量，即涡轮叶片2′每单位时间接收来自压缩空气流的移动能量，换言之，等于压缩空气的供给速度和单位时间的空气供给量(引入)量的乘积。
此外，上述供给空气的速度和供给(引入)空气的是(如图18和19所示)是决定于如此供给的压缩空气的压力和供给口的截面积。为了实现增加(输出)扭矩，因此只需要增加压缩空气的压力或加大供给口的截面积。这些方法已作为常规途径采纳。
已制成的图18和图19将在下面再说明。在一个系统中，压缩空气由压缩机提供并射入腔室内，假想认为可压缩的非粘性气体的等熵气流(亦即，一种在绝热系统中不可能由任何摩擦伴随的可逆气流)。通过使用：
—通过把″用于等熵流动的条件″和″气体状态方程式″引入能量方程式所获得的方程式，所说的能量方程式已通过对一维可压缩的非粘滞性气体的稳定流动沿流动方向积分欧拉(Euler)运动方程式获得，亦即，将″用于等熵气流条件″和″气体状态方程式″引入贝努里(Bernoulli)方程式内，和
—一维稳定流动欧拉连续性(Euler)方程式，以便确定在腔室的空气供给口处的流速(相应于预定的压缩空气压力的空气供给速度)(见图18)和质量流率(相应于预定的压缩空气压力的空气供给量)(见图19)。然后将这些流速和质量流率标成图。
然而，接下去要说明当试图增加容纳在具有预定大小和预定容量的空气供给口和排放口的腔室中的牙科空气涡轮系统里的上述供气速度和供气量时，实际观察到的现象。
顺便需要说明的，下列的观察结果是通过进行实验获得，当使用一个由透明合成树脂用复制的方式制造的实验装置作为空气涡轮系统，即上述参照附图16和图17说明的通常的牙科空气涡轮机头A′，特别是″JET MASTER FAR-E2″(商标名称，由J.MORITA MFG.CORP.制造)。(1)当提高压缩空气的压力时，以便增加供气速度，
正如从图18所能理解的，不可能把供气速度增加到声速之上。即使压缩空气的压力上升计1kgf/cm2以上。因此，高于上述水平的压缩空气的压力，不对扭矩的增加作出贡献。(2)当压缩空气的压力提高时，以便增加供气量：
上述比例开始破坏，导致来自供给空气的能量的传输效率上的恶化。
特别需要说明的，如此供给的压缩空气不可能与增加供给气量成比例的增加涡轮转子3′的扭矩(最大速度)，例如，该与之成比例的增加供气量是通过改变压缩空气的压力达到的，如在图19中所示的由2.0kgf/cm2到3.0kgf/cm2。
这可以归结为下列原因：
(ⅰ)供气量的增加导致在腔室11′内的压力增加，其结果却是导致产生在供气速度上的减少。
(ⅱ)如此供给的压缩空气将碰撞涡轮叶片2′，然后按涡轮转子转轴3′的转动方向的相同方向在腔室11内环状流动。不过与涡轮转子转轴3′的速度比较，环流速度是非常低的，因此，环流相反地开始在腔室的内部起到阻力的作用。而该阻力随压缩空气的压力一起变得更大。(3)当空气供给口的截面积做得很大时，以便增加供气量：
如此供给的压缩空气开始在腔室11′内起到如上述情况(2)所说明的阻力作用。而且，这种趋向比上述的增加要供给的压缩空气的压力的情况(2)更加强。
这可以归结为下列事实。当空气供给口的截面积增加时，通过该口喷射的加压空气使得它在腔室11′内快速的扩散，因此，降低了速度，最终加强了阻力作用。因此，通过加大的空气供给口喷射的压缩空气遇到上述的阻力作用，因而，从供给空气开始至涡轮叶片2′的能量传输效率将比上述的情况(2)更为恶化。
通常技术以按上述(3)使空气供给口加大为特征包括，例如，由Lieb等在美国专利US-3893242和US-4020556中所提出的具有双空气供给通道系统的牙科空气涡轮机头。
上述每一个美国专利都提供了具有新的技术特征的牙科空气涡轮机头的结构，包括用于把工具轴固定到涡转转子轴上的板紧机构，保证光传输效率的光纤系统(特别是用于光纤束在手柄部分内部的连接装置)，和用于对涡轮提供压缩空气的装置。美国专利的图2、3和图9公开了一种具有双空气供给通道系统的实施例(因此，它具有两个空气供给口)，换言之，在一个实施例中已经加大了空气供给口的截面积，以便增加压缩空气供给(引入)量。
更特殊地，上述每一个美国专利中的牙科空气涡轮机头具有两个相对于涡轮壳体在相同水平面上配置的空气供给通道的结构，换言之，两个空气供给口彼此按所要求的角度配置，压缩空气从每一个空气供给口对着装在涡轮壳体内的并位于靠近空气供给口处的涡轮叶片喷射，以便把转动力施加到涡轮上，然后，空气从排放口排放。
按照上述每个美国专利的说明书和图3和图9所说明的观点，排放口分别配置在空气供给口的上面和下面。
现在来说明上述美国专利所公开的牙科空气涡轮机头与本发明的机头之间在结构上的明显的差异。这些差异导致它们之间在有益的效果方面的实质性差异。这些将在后面在实际数据的基础上作详细地说明。
与按照本发明的牙科空气涡轮机头相比较，美国专利所公开的在以下几个方面存在着差异：
—它们总的差异在于压缩空气的供给和排放系统上。特别要说明的是本发明只有一个空气供给口，而美国专利有两个空气供给口，且各个空气供给口按这样的位置配置的，即压缩空气朝着相邻的叶片喷射。
—现在注意前面引用图16已经说明的位于腔室内的涡轮叶片和腔室的上、下壁内壁之间的间隔(d1′)。参看美国专利中图3和图9，特别是间隔(d1′)，在美国专利中所公开的机头被认为使用了属于通常技术的空气供给和排放系统。
—它们在压缩空气供给口的大小上彼此绝对地是不同的。在这个方面，美国专利没有公开有关于两个供给口大小任何特定的定量的数值。然而，参看图3，9实施例，美国专利公开的空气供给口的大小(每个空气入口的直径)等于当在涡轮转子转轴的轴向方向观察时的涡轮叶片高度的50％。两个供给口的总的大小是相当大的。
另一方面，按照本发明的机头如上所述只配有一个。另外，单个空气供给口的大小约为涡轮叶片的高度的50％那么小。
从前述很明显的可以看出，按照美国专利的思路所构成的牙科空气涡轮机头与下面将要说明的本发明的思路完全不同，且可以相信，已经采用的增加空气供给口数目的途径将加大空气供给口的整个截面积，换言之已经采用的增加空气供给口截面积的途径为了增加涡轮转子转轴的扭矩将要提供更大的供气量。
然而，上述美国专利在两个空气供给口的安置方式(位置)上发挥了创造性。与前面在(3)中所说明的简单的加大单个空气供给口的截面积相比较，这样供给的压缩空气在腔室11′内将以低的速率扩散。因此，这样供给的来自压缩空气的能量传输效率相应地得到了改进，但仍然太低。
在通常的牙科空气涡轮系统中，为了消除上述缺陷，也试图制造相对于供给口更大的空气排出口，由此，压缩空气的阻力作用可以消除。
如果空气排出口做得相对于空气供给口更大，然而，使来自空气供给口喷射的压缩空气将快速地在腔室内扩散，然后被排出。因此，碰撞涡轮叶片2′的压缩空气的量将减少，因此，这样供给的后端空气能量的传输效率恶化，最终使涡轮转子3′的扭矩(输出)显著地下降。
结合附图16和17如上所述的通常技术和实现各种包括在上述美国专利中所提出的改进都带有局限性，这些局限性将在对本发明的技术特征的说明时，在具体的数据的基础上，此后作进一步的说明。
本发明的目的在于克服通常技术通常的设计思想的限制，所说的限制是在用于牙科和其它领域的具有流体驱动涡轮的小机头上见到的，并且在整个新的设计构思的基础上提供一种流体驱动涡轮的小的高性能机头。
本发明已基于在具有流体驱动涡轮的小机头上的发现而完成，例如，牙科空气涡轮机头，重建用于压缩空气的供给和排放系统，更特殊地，按照全新的思路，使它能够与同样型式的通常涡轮系统相比减小子涡轮系统的大小，且进一步在从供气到涡轮转子转轴的能量传输效率方面达到显著的改进，因此，增加了扭矩(即输出)。
简单地说，因此本发明所提供的一种具有流体驱动涡轮的小机头(A)，所说的机头是由头部(H)和连续地与所说头部H相连接的颈部(N)，所说的头部(H)具有在其内确定一个腔室(11)的头(1)，所说的涡轮叶片(2)安装在涡轮转子转轴(3)上，并安装在所说有腔室(11)内，所说的涡轮转子转轴(3)通过轴承部份(4)可转动地支承在所说的头(1)内，所说的颈部(N)具有一个主体(6)，一个安装在所说的主体(6)内的供给通道(7)，以便把所说加压流体供给到在所说的腔室(11)内的所述的涡轮叶片(2)，和安装在所说主体(6)中的排放通道(8)，以便把加压的流体从所说的腔(11)内排放，其特征在于：
(ⅰ)所说的供给通道(7)具有单个供给口(71)；和
(ⅱ)所说的单个供给(71)和所说的排放通道(8)的排放口(81)之间的位置关系是固定的，因此，所说的排入口(81)是配置在靠近所说的供给口(71)的位置上。
本发明，换句话说用于牙科和其它领域的具有流体驱动涡轮的小机头已经基于与通常的设计概念完全不同的设计概念完成。
更特殊地，本发明已经改进了用于涡轮转子转轴的涡轮叶片的加压流体的供给排放系统。所说的涡轮叶片是安置在机头头部的腔室内，由此，加压流体碰撞涡轮叶片之后，使加压流体急速从腔室中排放，以便避免对在腔室内的涡轮叶片的转动有负影响。
通过如上所述的供给和排放系统，更特殊地，通过供给口和排放口的新的安置方式，按照本发明的具有流体驱动涡轮的小机头可以显著地改进涡轮转子转轴的速度(换言之扭矩)，且超过在相同的加压流体的供给压力和供给量条件下的任何一种已有的机头。
由于在涡轮转子转轴速度上的上述显著的改进，按照本发明的具有流体驱动涡轮的小机头带来许多优良的优点，如减少转动噪音(亦即减少了由机头产生的噪音)，减轻了用高压阻住空气供给管的要求，由于可弯曲的空气供给管的可适用性，改进了操作的轻便性(该优点与上面刚说明的优点有关连)，在大的扭矩的情况下加快了治疗，因为甚至可以用小的流体能量可以获得由通常的机头可获得的相同的扭矩，因而保障了流体缸驱动型可携带的机头，和减小了设备的大小。
图1是按照本发明的小的(牙科)空气涡轮机头的透视图；
图2是按照本发明的第一个实施例的小的空气涡轮机头的局部垂直剖面图；
图3是按图2的III-III箭头方向的剖面图；
图4A和4B表示用于按照本发明的小的(牙科)空气涡轮机头上的涡轮叶片的第一个例子；
图5A和5B表示用于按照本发明的小的(牙科)空气涡轮机头上的涡轮叶片的第二个例子；
图6A和6B表示用于按照本发明的小的(牙科)空气涡轮机头上的涡轮叶片的第三个例子；
图7A和7B表示用于按照本发明的小的(牙科)空气涡轮机头上的涡轮叶片的第四个例子；
图8是等效于与本发明相同型号的小的空气涡轮机头的实验模型的侧视图，其中看穿示出了一些部件，以便指示空气供给和排放系统；
图9A是图8中壳体件H1的平面视图，图9B是按图9A的IXB-IXB箭头方向的剖面图；
图10是按空气供给通道7的轴线方向，亦即按图9A的X-X箭头方向的剖面图；
图11是等效于与通常技术相同型号的小的空气机头的实验模型的侧视图，图中看穿示出了一些部件，以便指示空气供给和排放系统；
图12A是在图11中的壳体件H1的平面视图；图12B是按图12A的XIIB-XIIB箭头方向的剖面图；
图13是按空气供给通道7′的轴线方向，亦即按图12A的XIII-XIII箭头方向的剖面图；
图14是按照本发明的第二个实施例的小的空气涡轮机头的局部垂直剖面图；
图15是按图14的XV-XV箭头方向的剖面图；
图16是通常的医学(牙科)空气涡轮机头的局部垂直剖面图；
图17是按图16的XVII-XVII箭头方向的剖面图；
图18是表示在空气涡轮中供气压力和供气速度之间关系(理论值)的图表；
图19是表示在空气涡轮中供气压力和供气量(引入量)的关系(理论值)的图表。
本发明的技术特征和实施例下面将参照附图且还是参照上面所述的牙科空气涡轮机头进行详细的说明。
不用说，然而应该记住，本发明并不限于附图中所示实施例。
本发明的起点在于发现下述情况，由于通过把小直径的泡沫聚苯乙烯树脂球放入实验装置的压缩空气或腔室内所进行的实验结果，所说的实验装置是用透明的合成树脂通过复制如前述的通常的牙科涡轮机头参照附图16和17所说明的，特别是″JET MASTER    FAR-E2″(商品名；由J.MORITA MAG.CORP.制造)制成的。
(ⅰ)在此供给的压缩空气的压力最大为0.5kgf/cm2(10-15l/min)，所观察的压缩空气围绕在腔室内的涡轮转子转轴的涡轮转子转动方向的相反方向成环状流动，这是在它碰撞涡轮叶片之后。该气流对涡轮转子的转动起到阻力作用。
(ⅱ)当供给的压缩空气的压力超过0.5kgf/cm2时，转动噪声和空气供给和排放的噪声两者急剧地变化，同时，压缩空气开始成环状流动，且其流动方向与在腔室内的涡轮转子的转动方向相同。然而，最终的环流速度比涡轮转子的速度低得多。
(ⅲ)考虑到接着进行在涡轮转子的速度(或扭矩)方面的改进，增加所供给的压缩空气的压力或者压缩空气的引入量。例如，增加要供给的压缩空气的压力到2.5kgf/cm2(45l/min)或更高时，腔室内的空气压力升高，由此，这样供给的和引入的压缩空气的行为好象它在腔室内起到阻力的作用(换言之，压缩空气对增加扭矩没有实质性的贡献，或者只是相反的贡献)。
(ⅳ)当加大排出口时，以便能对上述现象(ⅲ)能有所改进，这时腔室内的空气压力将变得更低。不过相反地，也观察到在扭矩上的下降，因为从空气供给口喷射的压缩空气被使得急剧扩散并排放。
考虑到要减少或消除上述负作用(ⅲ)和(ⅳ)，本发明人通过回溯甚至到通常的牙科空气涡轮机头的设计思想来进行研究。
通常的机头的设计思想在上面说明相关技术时已作了详细的说明。
结果是，本发明人已经发现，在压缩空气的供给系统到涡轮叶片和来自腔室的压缩空气的排放系统中，特别是在通常的牙科空气涡轮机头中来自腔室的压缩空气的排放系统，极好的优良的效果，特别是供给的空气的高效能量传输(扭矩增加)可以在作出改进时达到：
—从通常的机头类型，使压缩空气在腔室内环流(以后称为″环流型″)，且通常的空气供给口和空气排放口的配置方式是按环流型的观点确定的，
—到这样的类型，尽可能的避免压缩空气在腔室内的环形流动(本发明的这种流动类型以后称之为″非环流型″，以便与通常的环流类型区分开来)，且空气供给口和空气排放口的配置方法是按非环流型的观点确定的。
在通常的环流型中，在腔室的壳体部件和涡轮叶片之间有一个大的空间(见图16中的d1′)，以便使压缩空气能在腔室内环形流动。非环流型使得可能减小这个空间，最终发现上述优良的有益效果可以用还更小尺寸的涡轮系统实现。
本发明是基于上述本发明人的发现和研究结果，它与通常的途径完全不同。
按照本发明的具有流体驱动涡轮的牙科或类似的小机头采用非环流型机头，且还按照非环流型的观点设计加压流体的供给和排放系统。
更特殊地，在本发明的非环流型条件下，用于加压流体的供给口和排放口的安置方式已经在与通常的设计思想完全不同的设计思想下研制了，亦即，在该设计思想下，把来自供给口的加压流体朝可转动地安置在腔室内的涡轮叶片喷射之后，而因此把转动力施加到涡轮转子转轴上，加压的流体通过排放口急速排放，而不是使它能在腔室内环状地流动，如在通常设计思想中那样。例子：
<第一个例子>
上述思想，即从腔室被急速排放的加压的流体，如上所述，以发现保持在腔室内的加压的流体将起到阻力的作用为基础。
按照本发明的第一个实施例的牙科空气涡轮机头将结合图1至图3说明。
如在附图中所示，按照本发明的第一个实施例的牙科空气涡轮机头是由一个头部H，一个手柄部份G和一个颈部N组成，所说的颈部N是手柄部份G的一个端部并连续地连接到头部H上。
虽然在图16-17中的通常牙科空气涡轮机头A′的各个组成部份(部件)用带撇号的数字1′，2′，等表示，而组成按照本发明的第一个实施例的牙科空气涡轮机头A的组成部份(部件)用标号表示，但在之后没有撇号(′)。由于相同的标号指示类似的组成部份(部件)，它们的说明在此将省略。
此处，非环流型中的空气供给口和空气排放口的配置方式将作详细地说明，所说的配置方式是本发明最大的技术特征。
如图2-3所示，配有单个空气供给口71的空气供给通道7是配置在颈部N的主体6之内，由此，压缩空气可以朝基本上中心的部件喷射，这是当在装在头1的腔室11内的涡轮叶片2的轴向上观察时。
在此使用术语″涡轮叶片2的轴向″意指与涡轮转子转轴3的轴向相重合的方向。不用说，空气供给口71的安置位置也就应该确定了，由此，喷射的压缩空气可以把最大的能量传输给在腔室11内转动的每一片涡轮叶片2。
在另一方面，为了使来自腔室11的压缩空气在使它能在碰撞涡轮叶片2之后立即迅速排出，总共安置了两个排放口81，91，其中一个在单个空气供给口71的右上方，另一个在供给口71的右下方，如图2和图3所示两者都在颈部N的主体6内。
为了使来自腔室11内的压缩空气在它碰撞涡轮叶片2之后能立即排放，本发明要求排放口配置在靠近空气供给口的位置上。顺便说一下，上述的空气供给口和空气排放口的配置方式是本发明的一个实施例。应该注意，本发明不限于该实施例。
如图3所示，如上所述，空气排出口81、91配置在靠近空气供给口71的位置上，由实线箭头所示，压缩空气立即形成压缩空气流，这是在碰撞涡轮叶片2之一后而不管涡轮转子转轴3的速度。
该压缩空气流a与图17所示的通常的环流型的压缩空气流b完全不同。
为了切实地能在按照本发明的第一个实施例的牙科空气涡轮机头A内产生上述的压缩空气流a，对上述实施例实际上有下列基本要求：
(ⅰ)空气供给通道7具有单个的空气供给口71，以及
(ⅱ)空气供给口71和空气排放通道8的空气排放口81，91之间安置位置关系是确定的，由此，空气排放口81、91应配置在靠近供给口71的位置上。
上述要求(ⅰ)显然从设备尺寸减小，经济(设备制造上的成本标准)耐用性(颈部相对的强度要求)上看是必需的。
因此，为了保证压缩空气流a的实现，同样重要地是减少安置在腔室内的涡轮叶片和参照附图16所示的腔室的每一个上、下壁之间的间隔(d1′)，并与本发明的实施例联系起来，亦即图12中的间隔(d1′)。
为了使来自腔室11的压缩空气在它碰撞涡轮叶片2后没有使它能在腔室11中形成环流就迅速排放，腔室11的空间大小优选的是与安置在腔室11内的涡轮叶片2的大小相同。
当腔室11的空间大小与涡轮叶片2的大小实质上是相同时，以便保证涡轮叶片2的转动，腔室11内的压缩空气具有形成非环流的(图3中的a)可能性高于形成环流的(图17中的b)可能性，由此，压缩空气可以迅速通过排放口排放。
为了使腔室11的空间大小如如上所述的实际上能与涡轮叶片2的大小相同，意味着要置定一个小的间隔(d1′)，即如图2中所示的腔室的每一个上、下内壁111，112和装在腔室11内的涡轮叶片2之间的间隔(d1)。
间隔(d1)已如此置定，由此，腔室11内的压缩空气形成非环流，而没有环流形成，或者形成非环流的可能性变得比较高。
上述的间隔d1可按照不同的标准制定。
当涡轮叶片(2)的高度(h)，(当按滑轮转子转轴3的轴向观察)作为标准使用，例如(见接下去要说明的图4)，只需置定的间隔(d1)在数值上不超过所说高度(h)的1/10。附带说一下，已知的通常的产品包括高度为2.8mm的产品。
当涡轮叶片(2)和腔室11周边侧壁113的之间的间隔(d2)(当按垂直于涡轮转子轴转轴3的轴线方向观察时)作为标准时，(见图2)，只需要置(d1)在数值上不超过上述间隔(d2)的2.5倍。顺便提一下，已知的通常的产品，包括这些间隔(d2′)为100-200μm相应于间隔(d2)的产品(图16)。例如，由J.MORITA MFG.CORP.制造的″JET MASTERFAR-E2型)牙科空气涡轮机头包括这些具有100μm间隔(d2′)的产品。
进一步按照绝对值来替代关于高度(h)或间隔(d2)的值来说明间隔(d1)的数值，通常的牙科空气涡轮机头的间隔(d1′)是非常大的，为1150μm(图16)。然而，优选的是置定的间隔(d1)的值是在能够给出形成非环流型的值高几率的，亦即在500μm或更小，更优选的是200-100μm。
作为间隔值(d1)，优选的是把它置定得尽可能的小。然而，其结果是要求组成部份(部件)的高精度。间隔(d1)不大小500μm可以产生足够的效果。
正如由此处即将说明的实验数据所表明的，如果上述间隔(d1)置定等于通常产品的间隔(d1′)，亦即，1150μm，或者甚致间隔(d1)从1150μm下降到600μm，本发明也不可能取得任何效果。因此，意外的是好的效果是在不大于500μm范围内产生。
按照本发明第一个实施例的牙科空气涡轮机头A中，单个空气供给口71的大小是涡轮叶片2的高度(h)的50％或者更小(见图4)，尽管它关联到每个空气排放口的大小。
特别需要说明的，正如由此处即将说明的实验数据所指出的，空气供给口71的大小可以是，例如，相对于涡轮叶片2的高度(h＝2.8mm)为0.60-1.50mm(绝对值)。
正如上述的空气供给口71的大小，空气供给口的大小(高度或直径)，当按涡轮叶片的轴向观察时(亦即涡轮转子转轴的轴向)，作为比较标准。
按照本发明第一个实施例的牙科空气涡轮机头A，空气供给通道7的安置方式可以按要求确定。
在配有单个空气供给口71的条件下，空气供给通道7不限于图1-3所示的单个通道，但不用说，它也可以具有多个通道，虽然空气供给通道的构造方式与颈部N的主体6的厚度和强度有关。
在按照本发明第一个实施例的牙科空气涡轮机头A中，置在靠近空气供给口71位置上的整个空气排放口81、91的大小从排放效率的观点优选的是大于空气供给口71的大小。
正如由此处接下去要说明的实验数据所指出的，每个空气排放口的大小可以是，例如，相对于涡轮叶片2的高度(h＝2.8mm)为1.0mm(绝对值)，虽然它与空气排放口71的大小有关。
正如上述每个排放口81、91的大小，每个空气供给口的大小(高度或直径)，当按涡轮叶片的轴向观察时，(亦即，涡轮转子转轴的轴向)，可以作为比较标准用。
按照本发明第一个实施例的牙科空气涡轮机头A，空气供给口71和空气排放口81、91在截面形状上没有特别的限制。例如，可以明显是圆的或矩形的横截面。
此外，空气供给通道7与单个空气供给口71相通，而空气排放通道8、9分别与空气排放口81、91相通，它们可以按要求安置，当考虑到涡轮叶片2的形状(包括涡轮叶片数)、颈部主体6的强度和其它时即可。尽管看到有差异，例如，在图3中空气供给口和空气排放口的安置方式之间，而这些将在此后说明，这些通道不限于它们，但也可以按要求安置。
为了使来自头部1的腔室11的压缩空气能尽快地在碰撞按照本发明的医用空气涡轮机头A的涡轮叶片后排放，重要的对于压缩空气的供给和排放系统采用与上述通常设计思想完全不同的设计思想。按这种关系，也可以优选地供涡轮叶片采用这些具有能促进排放空气的形状。
图4A和图4B到图7A和图7B示出了叶片的不同形状。在这些附图的每一个中，序号21表示叶片支承体，涡轮叶片2固定地支承在叶片支承体上21。在每个附图中，这些一致地用A表示的局部剖面图，而由B表示叶片的平面顶视图。
在图4A到图7B的每一种叶片.中，压缩空气碰撞的表面可以由一个或两个弓形表面构成，因此，空气可以沿弓形表面引入空气排放口。不用说，本发明不限于具有这种弓形表面或表面的叶片，它也可以用具有图7所示平面的表面的叶片。此外，对叶片的数目不作限制。
在按照本发明的牙科空气涡轮机头A中，压缩空气的供给和排放的方式并不限于如上所述的第一实施例的方式。
亦即，压缩空气的供给和排放方式不限于图2和图3所示的实施例的方式，来自空气供给口71的压缩空气对着涡轮叶片2的基本为中心部份喷射，并导致迅速地在涡轮叶片2的上、下两个方向上都形成U形转动，且所述的U形转动气流然后通过两个排放口81，91排放，所说的排放口81，91分别配置在空气供给口的右上方和右下方。
显然，压缩空气可以向前偏移并对着涡轮叶片上、下部份喷射，而它的排放可以从压缩空气所偏向的另件的侧面完成。
如果空气排放口安置方式是在靠近空气供给口的位置上，空气排放口可以安置在右上方和/或右下方，这是当按涡轮转子转轴3的轴线方向观察时，(亦即在靠近空气供给口的位置上，这是与在垂直方向观察时)；或在接近位置上，这是当按水平方向观察时，或者这些位置可以组合在一起。
第一个例子和对比例子的数据。
<装置>
为了说明本发明相对于通常型的优越性，下面将对实验进行说明。
首先说明是如何制作实验模型，所做的模型应能收集和直接比较不同实验的数据，并能如实反映本发明的类型和通常的类型。
本发明的实验模型如实地反映参照附图2-3所述的结构，并示于图8到图10。
通常类型的实验模型如实反应参照图16和17所述的结构，并示于图11到图13。
(1)本发明类型的实验模型：
(1)-(ⅰ)按照本发明的类型的实验模型的外形：
本发明类型的实验模型的外形如图8所示。
图8中字母H表示头部，它的外壳件是由三个透明的合成树脂(聚丙烯树酯)板H1、H2、H3组成。用于压缩空气的供给通道7和排放通道8、9是在附图中所示的中间的合成树酯板H中形成。不用说，轴承装在由在外壳件H2、H3中的虚线所示的内腔内。用合成树酯来形成外壳件是因为合成树酯是适合于设置不同的实验条件(例如，供给口和排放口的大小形状和其它)。
图9A是外壳件H1的平面图，图9B是取自图9A的IXB-IXB箭头方向的剖面图。空气供给装通道9和空气排放通道8、9的配置方式在这些图中已经示出。
图10是具有装在腔室11内的涡轮叶片的图9的实验模型的剖面图，这是当按空气供给通道7的轴线方向观察时。亦即，图10是取自图9A的X-X箭头方向的剖面图。另外的外壳件H2、H3也清楚地示出了加压空气流的流向。应该注意，来自外壳件H1的图中影线省略了，以显示其它重要元件。
在附图中，符号4A表示具有如图4A中所示形状的涡轮叶片。另一方面，d1表示涡轮叶片和每一个上、下外壳件H2、H3间的间隔。
正如从前面所述的可以了解到，按照本发明的具有流体驱动涡轮的小机头中的头部H的颈部N的主体6显然也可以用合成树脂制造。在这种情况下，不用说，优选的选取合成树脂，它具有抗由高速转动的涡轮系统产生的热和振动的耐用性。
本发明用这样的合成树酯制成的上述部件使得能够提供具有流体驱动涡轮的小机头，它在经济上和减轻重量方向远远超出通常以用金属制造的具有流体驱动涡轮的机头，且母庸说在易于制造上。
(ⅰ)-(ⅱ)用于本发明类型的实验模型的实验条件：
用于上述本发明类型的实验模型的实验条件如下：
<实验条件>
-供给的压缩空气的压力(压缩空气压力)：2.5kgf/cm2
-头部腔室11的内径：9.1mm
-涡轮叶片的大小和数目(见图4A和4B)：W1＝1.3mm(在图4A中)；h＝2.8mm，W2＝0.8mm，和W3＝0.13mm(在图4B中)，在涡轮叶片支承体21上装有8片叶片；
-外壳件H2、H3和涡轮叶片间的间隔(d1)和外壳件H1的厚度：
d1：基本为150μm，但为了与通常型比较，也采用1150μm-
     600μm。
H1的厚度：5.1mm。
(注意)当H1的厚度为5.1mm，涡轮叶片的高度为2.8mm，形成在宽度上的间隔为1150μm，
上、下涡轮叶片两者为1150μm×2＝2.3mm，这是当涡轮叶片相对于H1的厚度是中心安置时。
-空气供给口和排放口的安置位置和它们的大小：
空气供给口和排放口的安置位置：见图9A和图9B。
空气供给口71和空气供给通道7的直径：以1.2mm为中心值在两个方向上变化(见表1和表2)。
空气排放通道8，9的空气排放口81、91的大小
(e1×e2)：以4.55×1mm为中心值在两个方向上变化(见表1和表2)。
(2)通常类型的实验模型：
(2)-(ⅰ)通常类型的实验模型外形
通常类型的实验模型的外形在图11到13中示出。
图11到图13相应于图8到图10所示的本发明类型的实验模型，因此，它们的差异是一目了然的。
可以发现特别大的差异在于空气供给通道(口)7′(71′)和空气排放通道(口)8′(81′)，且在于，如图13所示，外壳件H2′、H3′和涡轮叶片4a间的间隔大，以便使在腔室11中的压缩空气能成环流。
应该注意：在图13中来自外壳件H1的图中影线省略了以便显示其它重要元件。
(ⅰ)-(ⅱ)用于通常类型的实验模型的试验条件：
用于上述通常类型的实验模型的试验条件如下：
<实验条件>
为了与本发明类型的实验模型的试验条件进行比较，严格地使用相同的条件，除出下列之外：
-外壳件H2′，H3′与涡轮叶片间的间隔(d1′)：
d1′：基本为1150μm，为了与本发明的类型比较，也采用150μm
(注意)上述的1150μm作为d1′这个数值是采用通常产品的。
外壳件H1′的厚度与相应的在本发明类型中的厚度相同。
-空气供给口和排放口的配置位置和它们的大小：
空气供给口和排放口的配置位置：见图12A和图12B。
空气供给通道7′的空气供给口71′的直径：1.2mm。
空气排放通道8′的排放口81′的大小(e1×e2)：在直径3.0mm和2.5mm间变化，
e1×e2在3.8×3.8mm和3.8×3.0mm间变化。附带说明，1.2mm直径尺寸的空气供给口和直径尺寸为2.5mm的空气排放口是采用通常产品的尺寸。
(3)美国专利类型的实验模型：
此外，具有作为通常技术的上述美国专利US-3893242和4020556所公开的结构的实验模型(以后称之为USP型实验模型)与本发明的类型实验模型一起进也进行了制造和实验。
USP型实验模型是按美国专利所公开的技术细节，特别是它们的图2，图3和图9，并进一步考虑到下列因素制造的。
-按其特征，两个空气供给口的每一个的大小(直径)实际上是与涡轮叶片的高度相同，两个空气供给口(直径为1.2mm×2)按本发明类型的实验模型安置，因此，两个空气供给口的直径之和与叶片的高度h(＝2.8mm)之比变得比较大。此外，单个空气供给口的配置使所喷射的压缩空气是分别对着相邻的叶片之一。顺便说明，各空气供给口的(总)尺寸相对于叶片高度(h)的百分比，对本发明类型为43％(1.2/2.8)，对USP类型为86％(2.4/2.8)。
-腔室的每一个上、下内壁和各涡轮叶片间的间隔类似于已有技术的设计思想置定在1150-600μm的范围内。
在这些实验中，使用如上所述不同实验模型在预定供给的压缩空气的压力(2.5kgf/cm2)的条件下测量最大转动速度(X)和每单位时间的空气量(Y)。
<评价标准>
在给出实验结果之前，现在必需说明用于评价实验结果的评价标准。
不用说，本专利的发明人认为一种优良的牙科空气涡轮机头是在于它在涡轮转子转轴的扭矩(输出)性能上是优良的。
进而，本专利的发明人还认为在做出评价涡轮转子转轴的扭矩(输出)性能是否优良时优选地使用下列评价标准。
(1)优选水平的最大转速可以通过每单位时间的供气量(引入的空气量)实现。
不用说，增加扭矩(改进输出)所希望地应该是使得涡轮转子转轴的最大转速在优选的范围内变得更高的。
进而，涡轮转子的最大转速应该具有与每单位时间的供气量(引入空气量)强的相关性。
本发明人因此相信，最大转速与每单位时间的供气量(Y)之比，亦称供气量基本效率(X/Y)是第一个实际上的评价标准。
本发明人相信上述的评价标准是现实的，因为按照这种方法每单位时间的供气量(Y)是渐进地并实质地增加，使最大转速(X)能更高，但这种方法对于在空气供给系统的过大负载的应用被评价过低，这样必不可少的改进已有的空气供给系统(亦即，由于缺乏能力，需要在新设备方面大的投资)和类似物。
显然地，上述第一评价标准通常都带来优点，一种已存在的设备可以用作空气供给系统，所说的系统用于具有高供气量基本效率(X/Y)的牙科空气涡轮机头，无高负载施加到空气供给系统(压缩机或类似物)，且使用噪音低。
(2)为了具有大的切削能力
应该记住按照上述第一评价标准的实验数据的评价是指示大的值，如供给空气量基本效率(X/Y)，当供气量(X)是小的，且在涡轮系统中实现稍高的转速Y(但不是优选水平)。
这意味着即使所评价的牙科空气涡轮机头按照上述的第一个评价标准具有良好的供气量基本效率(X/Y)，但这样的牙科空气涡轮机头在切削能力上是低下的，这是从它低转速的切削工作，也就是它的主要工作来看。
为了根据切削量评价性能，因此，本发明人建立了第二个评价标准，该标准通过把表示与切削量强相关的最大转动速度(X)加到上述的第一评价标准(X/Y)上，即下面将说明的由最大转速(X)加权的切削量基本效率。
切削量基本效率由下式表示：
(X)·(X/Y)＝X2/Y
显然，按照第二个评价标准评价的具有高切削量基本效率(X2/Y)的牙科空气涡轮机头产生更小的切削振动，并能完成复杂的牙科治疗。临床上，它具有使病人没有不舒服的感觉或不疼痛的优点。此外，还进一步实现减小机头大小，因为它能实现与通常产品相同的功能，即使不使用更小的涡轮转子。
因此，下面列出的实验结果必须基于的下几个方面作全面分析：
(ⅰ)以供气量基本效率(X/Y)作为第一评价标准；
(ⅱ)以切削量基本效率(X2/Y)作为第二评价标准。
<实验结果与讨论>
用上述实验模型进行实验的结果列于表1和表2。实验是室温下，即25℃的条件下进行的。
在两个表中，每一项具有如下含义：
(1)发明类型：是指用上述本发明类型的实验模型的实验。
(2)通常类型：是指用上述通常类型的实验模型的实验。
(3)USP类型：是指用从上述美国专利US-3893242和US4020556所公开的类型所复制的实验模型的实验。即本发明类型的实验模型配有两个预定大小的空气供给口，以便复制上述美国专利所公开的装置。
(4)空气供给口的直径：空气供给口的截面是圆形(单位：mm)，见图8。
(5)各排放口的大小(e1·e2)：空气排放口的截面形状是矩形的(单位：mm2)，端边(e1)X侧边(e2)，见图9A和9B。
(6)各排放口的直径：每个空气排放口的截面形状是圆形的(单位：mm2)，见图12A和图12B。
(7)d1：在本发明类型的模型中(见图10)腔室内壁和涡轮叶片间的间隔，d1＝150μm。
(8)d1′：通常类型的模型中(见图13)腔室内壁和涡轮叶片间的间隔，d1′＝1150-600μm。
(9)最大速度(X)：当空气以恒定升高的压力(2.5kgf/cm2)供给时，涡轮系统的最大转速(单位104rpm)。
(10)供气量(Y)：供给到(引入的)涡轮系统的空气量。转换成在常压且25℃时的值(单位：l/min)。
(11)X/Y：第一评价标准(供气量基本效率)。
(12)X·X/Y：第二评价标准(切削量基本效率)。
(13)上述供给的空气压力是用数字压力传感器测量，用单位(kgf/cm2)给出。
(14)上述最大速度(X)是通过来自高速响应型的光电开关的计数信号由计数器测量(每单位时间的计数器)，用单位104rppm表示。
(15)上述供气量(Y)是通过热质量流速传感器测量，并通过转换成正常压力和在25℃的条件下的值给出。
                                                            表1
                      本发明类型                          通常类型
      实验号      1      2      3     4      5      6     7      8
   空气供给孔直径    1.2mm    1.2mm    1.2mm    1.2mm    1.2mm    1.2mm   1.2mm    1.2mm
  (各)空气排放口大小(e1·e2)    9.1·1(两个口)    4.55·1(两个口)    4.0·1(两个口)    2.3·1(两个口)    3.8·3.8    3.8·3.0    -    -
             (直径)     -      -     -     -     -     -    3.0    2.5
本的发范明围    最大速度      (X)    45.0    47.5    49.0    37.0     -     -    37.6    37.6
供气量(Y) 42.0 39.0 38.5 37.0 - - 40.5 40.5
    X/Y    1.07    1.22    1.27    1.00     -     -    0.93    0.93
    X·X/Y    48.2    58.0    62.2    37.0     -     -    34.9    34.9
    通常的产范品围     最大速度     (X)    41.9    41.3     -     -    41.6    41.8    42.4    42.0
    供气量(Y)    45.5    39.0     -     -    45.0    43.7    40.3    39.6
    X/Y    0.92    1.06     -     -    0.92    0.96    1.05    1.06
    X·X/Y    38.6    43.7     -     -    38.4    40.0    44.6    44.5
                                                   表2
                  本发明类型                                USP类型
实验号 9 10     11(＝No.2) 12 13 14 15 16 17 18
供气口直径    0.60(一个口)    0.90(一个口)    1.20(一个口)    1.50(一个口)    1.20(二个口)    1.20(二个口)    1.20(二个口)    1.20(二个口)    1.20(二个口)    1.20(二个口)
   空气排放口大小(e1·e2)(配置两个口) 4.55·1 4.55·1 4.55·1 4.55·1 4.55·1 4.55·1 4.55·1 9.1·1 4.0·1 2.3·1
   供气压力    2.5    2.5    2.5    2.5    2.5    1.0    0.75    1.0    1.0   1.0
   本发明范围    最大速度    19.0    42.4    47.5    51.0     -     -     -     -     -     -
   供气量    10.0    22.6    39.0    58.5     -     - -     -     -     -
   X/Y    1.90    1.88    1.22    0.87     -     -     -     -     -     -
   X·X/Y    36.1    79.7    58.0    44.5     -     -     -     -     -     -
  通品常范产围    最大速度    12.7    27.6    41.3    42.5    51.8    44.9    40.3    45.1    45.6    37.3
   供气量    10.5    23.0    39.0    60.0    71.0    44.5    38.0    49.0    43.9    42.4
   X/Y    1.21    1.20    1.06    0.71    0.73    1.01    1.06    0.92    1.04    0.88
   X·X/Y    15.4    33.5    43.7    30.1    37.8    45.3    42.7    41.5    47.4    32.8
(2)实验结果讨论：
(ⅰ)实验结果(表1)的讨论：
表1示出了本发明类型(实验号1-4)和通常类型(实验号5-8)的实验结果。
亦即，表1示出了实验结果，其中，研究了确定在两种类型中特征如何变化，这是当各空气排放口的大小和(各个)位置，和间隔(d1，d1′)的值变化，而供给的压缩空气的压力和空气供给口的直径及横载面积分别保持在常数，2.5kgf/cm2，1.2mm和1.13mm2。
-从表1中清楚地表明，发现本发明类型的模型在第一评价标准(X/Y)和第二评价标准(X·X/y)下相对于通常类型的模型显示出优良的性能。
-在实验号1和2这两列和d1′这一行的数据是当在本发明类型的模型中的d1从150μm变化到d1′(1150-600μm)时所获得的数据，亦即，仅使d1值接近于通常的设计思想。
在这种情况下，特征值实际上变坏了，由此表明本发明类型和通常类型在设计思想上和有益的效果上是完全不同的。
-另一方面，在实验号7、8这两列和d1行的数据是在通常类型的模型中的d1′从1150-600μm变化到d1(150μm)时获得的数据，亦即，只使(d1′)的值接近于本申请的设计思想。
此处再次，一旦特征值类似于上述实验明显地恶化，由此指出本类型和通常类型在设计思想上和有利的效果上是完全不同的。
(ⅱ)实验结果(表2)的讨论
表2所列是本发明类型(实验号9-12，其中实验号11与上述实验号2相同)和USP类型(实验号13-16)的实验结果。
即表2示出实验结果，其中，进行研究的是确定在两种类型中的特征如何变化，这是当在本发明类型的单个空气供给口的大小变化时(以便能与如上所述的具有两个直径为1.2mm的空气供给口的USP类型比较)，而使供给的压缩空气的压力和空气排放口的大小(e1×e2)保持为常值，它们分别为2.5kgf/cm2，和4.55×1。
表2示出了实验结果(实验号14-15)，其中，在具有两个直径为1.2mm的空气供给口的USP类型中，供给的压缩空气的压力是变化的。
此外，表2也列出了实验结果(实验号16-17)，其中在具有两个直径为1.2mm的空气供给口的USP类型中，空气排放口的大小在实验号14中供给的压缩空气的压力为1kgf/cm的条件下是变化的
-正如从表2中看到的，本发明类型的模型(实验号9-12)在第一评价标准和第二评价标准两方面都比USP类型(实验号13)显示出极好的优点。这表明仅加大空气供给口的截面积不能提供优良性能的机头。
在针对本发明类型式的实验号9中，基于如上所述的性能评价的第一评价标准(X/Y)和第二评价标准(·X/Y)的分析重要性是可以理解的。
在实验号9-12中，d1′的数据是在本发明类型的模型中d1从150μm变化到d1′时(1150-600μm)获得的，换言之，只是使d1的值接近于通常技术的设计思想时。在性能上实质性的减退也是预计到的。
-实验13号是针对USP类型的，供气量Y(Y＝71.01/min)的过重的负荷加到空气供给系统。实验号14-15中，所供给的压缩空气的压力变化到改善过重负荷，并进行研究确定由USP类型能否获得优选的结果。
正如结果所表明的，还算好的结果可以通过调节要供给的空气压力状态获得。这些改进的USP类型的数据比在本发明类型的试验模型中通过把d1改变到d1′所得到的数据更好，但仍远比本发明类型的实验模型的数据差。此外，USP类型改进的数据表明某些改进超过表1中的通常类型的趋势(实验号5-8)。
-实验号16-18，由于实验号14是针对某些改进超过如上所述的实验号13的USP类型，在实验14号中改变条件以确定是否能够获得较好结果。
正如结果所表明的，可以看到某些改进(实验号17)，但USP类型的实验模型在性能上远不如本发明类型的实验模型。
正如从表1和表2所看到的，且也可以从上述实验结果的讨论中看到，本发明类型可以带来比通常类型和USP类型有更佳的效果。
例如，如从本发明的类型和通常类型之间的比较很容易可以理解，本发明类型实际上通过小的供气量(从实验号7的424000rpm到实验号3的490000 rpm)来改进转速(换言之，扭矩)，换言之，本发明类型可以提供与通常类型相同的转速，这是在供气压力或供气量比通常类型置定的更低或小得多时。因此，本发明类型产生如下的有益效果：
-可以降低转动噪音(减少由机头产生的噪音)。
-对空气供给可以减小高压阻力的要求。
-可以使用具有更高挠性的空气供给管，导致易于手持方面的改进。
-可以减少流体压缩装置，如压缩机的能源消耗。
此外，在最大转速方面的实质性改进使得能够获得比通常机头大得多的扭矩，因此，提供了良好的切削能力并允许更快的治疗。
另外，大扭矩甚至可以通过较小的流体能量获得。这样已使得有可能制造通过来自流压缸的流体驱动的机头，或转速(扭矩)常值控制型的机头。
正如由针对通常类型的实验7-8号的指出的，通常类型遭到在性能上的实际减少，这是当减小尺寸时(通过使间隔d1′变窄来减少尺寸)。然而，本发明类型允许在空气涡轮机头上尺寸减小，由此，本发明可以实现小型的，但具有流体驱动涡轮的高性能机头。
正如从本发明类型和USP类型的实验结果还可以明显看出，本发明可以提供高性能的牙科空气涡轮机头，该机头具有如上所述的有益的效果，且在制造上不存在困难或者在经济上的缺点，亦即在颈部内安置两个空气输送通道(因此，有两个空气供给口)。
下面，将说明本发明的第二个实施例。
图14-15所示的是按照本发明的第二个实施例的牙科空气涡轮机头A。
按照本发明第二个实施例的牙科空气涡轮机头A与上述按照第一个实施例的空气涡轮机头在轴承4的结构上存在实质性差异。在两个实施例中其余的结构实际上是相同的。
特别要说明的，它们的差异在于，上述第一个实施例的轴承4使用由滚珠轴承制成的滚珠轴承单元，而在第二个实施例中的轴承4使用气浮轴承单元，该轴承单元使用气流(空气层)。
使用上述气浮轴承单元的轴承4每一个是包括一个轴承46，轴承46确定了一个穿过其的径向通孔45，和一个装在轴承46中的或者从该轴承的内侧延伸到此轴承侧面部份的转轴部份31。该转轴部份可以与涡轮转子转轴3是一体的。
每个轴承46通过位于在该轴承外周壁上的轴承支承体47弹性地支托在头部H的侧壁12上。
在第二个实施例中，分支通道72，73如图14所示从空气供给通道7延伸，由此，空气可以供给到空气轴承单元上(亦即，如上所述的轴承46)。
通过分支通道72，73和通孔45把空气供给到轴承46和转轴部份31之间的间隙内，转轴部份31，亦即涡轮转子3通过空气层按悬浮状态支托，所说的空气层是供入间隙的。而不与轴承46接触，因此，涡轮转子是转动地支承。
联系第二个实施例的图14，涡轮叶片和在第一实施例中的腔室11的每一个上、下内壁间的间隔(d1)应该说明是与涡轮叶片2和转轴部份31的每个上下表面间的间隔d1相互等同的。使用通过本发明教导的方法可使这第二实施例的牙科机头显示出如上述第一实施例的机头相同的有益效果。

Claims (16)

1.一种具有流体驱动涡轮的小机头，所说的机头由一个头部(H)和一个连续连接到所说的头部(H)上的颈部(N)组成，所说的头部(H)具有一个其内确定了一个腔室(11)的头(1)，涡轮叶片(2)安装在涡轮转子转轴(3)上并安置在所说的腔室(11)内，而所说的涡轮转子转轴(3)通过轴承部份(4)可旋转地支托在所说的头(1)内，所说的颈部(N)具有一个主体(6)，一个安置在所说主体(6)内的供给通道(7)，以便把加压的流体供给到在所说的腔室(11)内的涡轮叶片(2)上，一个安置在所说主体(6)内的排放通道(8)，以便从所说的腔室(11)排放加压流体，其特征在于：
(ⅰ)所说的供给通道(7)具有单个的供给口(71)；和
(ⅱ)所说的单个供给口(71)和所说的排放通道(8)的排放口(81)之间的位置关系是置定的，由此，所说的排放口(81)配置在靠近所说的供给口(71)位置上。
2.按照权利要求1所述的小机头，其中配置在所说的头(1)的腔室(11)内的所述涡轮叶片(2)的整个大小基本上与所说的腔室(11)的空间大小相同。
3.按照权利要求1所说的小机头，其中所说的涡轮叶片(2)整个大小是置定的，因此，d1不大于h的1/10，其中d1意指所说的各涡轮叶片和所说的腔室(11)的每个上、下内壁之间的间隔，h意指所说涡轮叶片(2)的高度，两者都是按所说的涡轮转子转轴(3)的轴线方向观察的。
4.按照权利要求3所述的小机头，其中间隔d1不大于500μm但大于0μm。
5.按照权利要求4所述的小机头，其中间隔d1是从100μm到200μm。
6.按照权利要求1所述的小机头，其中所说的涡轮叶片(2)的整个大小是置定的，由此，d1不大于2.5倍d2，但大于0倍的d2，其中d1意指所说的各涡轮叶片和所说的腔室(11)的上、下内壁间的间隔，这是当按所说涡轮转子转轴(3)的轴线方向观察时，而d2意指各涡轮叶片(2)和所说的腔室(11)的周边内侧壁间的间隔，这时当按垂直于所说的涡轮转子转轴(3)的轴的方向观察的。
7.按照权利要求1所述的小机头，其中所说的间隔d2是150μm。
8.按照权利要求1所述的小机头，其中所说的通道(7)的单个供给口(71)具有不大于50％的但大于0％的所说的涡轮叶片(2)的高度h，这是当按所说的涡轮转子转轴(3)的轴向观察时。
9.按照权利要求1所述的小机头，其中所说的供给通道(7)的单个供给口(71)和所说的排放通道(8)的排放口(81)间的位置关系是置定的，由此，所说的排放口(81)配置在垂直地或水平地接近所说的供给口(71)的位置上。
10.按照权利要求1所述的小机头，其中所说的供给通道(7)的单个排放口(71)和所说的排放通道(8)的排放口(81)之间的位置关系是置定的，所说的排放口(81)配置在所说的供给口(71)的直接上方或直接下方。
11.按照权利要求1所述的小机头，其中所说的排放口(81)的开口面积大于所说的单个供给口(71)的开口面积。
12.按照权利要求1所述的小机头，其中所说的供给通道(7)的单个供给口(71)配置在一个位置上，由此，来自所说的供给口(71)的加压流体实际上对着所说的涡轮叶片的基本中心部份喷射，这是当按所说的涡轮转子转轴(3)的轴线方向观察时。
13.按照权利要求1所述的小机头，其中所说的轴承部份(4)是滚珠轴承。
14.按照权利要求1所述的小机头，其中所说的轴承部份(4)是气浮轴承。
15.按照权利要求1所述的小机头，其中所说头(1)和所说的颈部的主体(6)是用合成树酯制成的。
16.按照权利要求1-15中任何一个所述的小机头，进一步包括用于医用或牙料治疗的工具，所说的工具是可拆卸地装在所说的涡轮转子转轴(3)上。
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