JP2009531166A - 吸引機械 - Google Patents

Abstract

歯科医用または外科医用の吸引機械が記載され、その吸引機械は、吸引された空気／液体／および場合によっては固体の混合物から液状成分と場合によっては固体成分を分離するための、ロータ（２２）を含む分離ユニット（２０）と吸引送風機（６０）を有しており、その吸引送風機は分離ユニット（２０）の空気出口（３７）に接続されており、かつハウジング（６１）と羽根車（６２）を有している。その場合に吸引送風機（６０）は、ラジアル送風機として形成されており、その羽根車（６２）は電気的に整流される電動機（４３）によって駆動され、その電動機は伝導機構（３６）を介して分離ユニット（２０）のロータ（２２）を一緒に駆動する。

Description

本発明は、吸引した空気／液体混合物から液体成分と場合によっては固体成分を分離するための分離ユニットと、吸引送風機とを有し、その吸引送風機に分離ユニットの空気出口が接続されている、吸引機械に関する。

この種の吸引機械は、特許文献１から知られている。そこに記載されている吸引機械は、分離ユニットを有しており、それが吸引送風機に接続されている。分離ユニットは、同軸に配置されたサイクロ（登録商標）ンと遠心分離器とを有している。

吸引機械は、歯科医または外科医の吸出し設備において使用される。その場合に、歯科医または外科医によって患者の口ないし手術領域から吸い出された空気／液体混合物は、まず分離ユニット内でその液体成分と場合によっては固体成分および空気成分に分離されなければならない。

分離ユニットの出口から空気成分を引き出し、かつ吸出しのための負圧を発生させる、吸引送風機として、現在では、ずっと静かに回転するサイド通路送風機が使用されている。

比較的小型の吸引機械は、処理ユニット内に直接統合することができ、比較的大型の、中央に設置される吸引機械は、複数の処置場所に同時に供給するために設けることができる。

現在使用されているサイド通路送風機は、最良点において段階当たり約０．２５−０．３の、比較的劣る効率しか持たない。さらに、その出力需要は、所望に負圧に伴って増大する。４カ所の処置場所のための吸引機械においては、たとえば約１．５ｋＷの接続出力を有する電動機が設けられなければならない。

通常、歯科医または外科医用吸引機械のための吸引送風機は、現在では、単相モータまたは三相モータによって駆動され、それらは６０−７０％の最大効率に達する。

さらに、まさに多数場所器具の場合に、吸引送風機を常に全負荷駆動で駆動する必要がないようにするために、吸引出力を必要に応じて制御することが望まれる場合がある。しかしこれは、技術的に複雑かつ高価な制御エレクトロニクスを必要とする。
欧州特許公開ＥＰ０４００４３１Ａ１

従って本発明の課題は、改良された効率を有し、特に複数の処置場所に供給するのに適した、冒頭で挙げた種類の吸引機械を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する吸引機械によって、解決される。
好ましい形態が、従属請求項から明らかにされる。

本発明によれば、冒頭で挙げた種類の吸引機械において、吸引送風機がラジアル送風機として形成されており、その羽根車は電気的に整流される電動機（ＥＣモータ）によって駆動される。

サイド通路送風機とは異なり、ラジアル送風機は、最良点において段階当たり約０．６−０．７の著しく高い効率を有している。さらに、部分負荷領域においてラジアル送風機の出力需要は、より少ない。というのは、ラジアル送風機は体積流が高くなるほど、より多くの出力を必要とするからである。しかしそれに対して、歯科医または外科医の吸出し設備において典型的にそうであるように、負圧が高く、しかし体積流がわずかである場合に、出力需要は比較的小さい。さらに、ラジアル送風機は、駆動中に、吸引された残留液、泡またはほこりに関して余り敏感ではない。サイド通路送風機に比較してラジアル送風機の羽根車の質量が小さいことによって、さらに、より迅速な立ち上がりが保証されている。

電気的に整流されるモータも、従来の単層モータまたは三相モータに比較して、約８０−８５％の、より高い効率を有している。それによって、電流消費と廃熱が少なくなる。
電気的に整流されるモータは、ブラシレスで作業するので、実際に磨耗がなく、より長い寿命を有している。

さらに、電気的に整流されるモータを駆動するために必要なエレクトロニクスは、回転数制御を許し、その回転数制御を介して多大な手間なしで需要に応じた吸引出力制御を実現することができる。

本発明によれば、分離ユニットとラジアル送風機は、好ましくは分離ユニットがラジアル送風機よりも低速で回転するように、機械的に互いに結合されている。すなわち、ＥＣモータによってラジアル送風機も分離ユニットも駆動することができ、２つの部分ユニットの異なる回転数要請を考慮することができる。

好ましくは、結合は、歯車伝導機構によって形成することができる。しかし代替的に、くさびベルト伝導機構、歯付きベルト伝導機構を介して、または摩擦車伝導機構を介しての結合も、考えられる。
斜めの歯を有する歯車伝導機構が、特に効果的であることが明らかにされている。
１つの歯車がプラスチックから形成され、その中に噛合する第２の歯車が金属から形成される場合に、特に静かな伝導機構結合が実現され、伝導機構は潤滑なしでも十分である。

ＥＣモータの制御エレクトロニクスが、モータチャンバ内に収容される場合に（それが特にコンパクトな組立て形状をもたらす）、好ましくはモータエレクトロニクスを冷却するためにファンが設けられる。ファンは、好ましくは、分離ユニットの駆動軸上に配置することができる。

分離ユニットの空気出口は、外部の導管を介して簡単にラジアル送風機の吸引短管と接続することができる。
好ましくは、分離ユニットは、同軸に配置されているサイクロ（登録商標）ン段とポンプ段または遠心分離段とを有している。それによって吸い出される空気／液体混合物の良好な分離が得られる。

電動機が、アウターロータモータとして形成されている場合に、吸引機械は特にコンパクトに構成される。さらに、アウターロータモータは、高いトルクの伝達を可能にし、高い回転数において駆動することができる。

他の利点は、図面を用いて以下で詳細に説明する、本発明の以下の実施例の説明から明らかにされる。

図１から５に示す吸引機械は、下方のハウジング蓋１１を有しており、その上に上から、分離ユニット２０の杯状のハウジングセグメント２１が螺合されている。
ハウジングセグメント２１は、上をリング形状の中間フランジ３０によって閉鎖されており、その中間フランジは中央に、液体成分を除かれた空気のための、下へ垂れ下がる出口短管９２を有している。

分離ユニット２０の流入短管２９は、接線状に側方でハウジング２１（図２を参照）内へ通じており、ハウジング２１の内部へ延びる螺旋通路３５内へ連通している。流入短管２９上に、ｙ字形状の分岐片２９’が螺合されており、その分岐片にたとえば２つの歯科医用の吸出し器を別々に接続することができる。

中間フランジ３０に、上からハウジングセグメント３１が螺合されており、そのハウジングセグメントの下方のチャンバが分離ユニット２０の空気出口チャンバとして用いられ、かつハウジングセグメントは側方において出口短管３７（図３を参照）を支持している。ハウジング３１の上方のチャンバは、歯車伝導機構３６を収容するために用いられる。

ハウジングセグメント３１は、上方へ向かって、モータチャンバとして用いられる他のハウジングセグメント４１によって閉鎖されており、そのハウジングセグメントは側方に変位して取り付けられており、その下側は、ハウジングセグメント３１の上方のチャンバのための蓋４７として形成されている。ハウジングセグメント４１は、上方へ向かって、蓋５１によって閉鎖されている。
蓋５１は、ハウジングセグメント４１を越えて半径方向に張り出しており、同時にラジアル送風機６０の螺旋ハウジング６１のための底を形成している。螺旋ハウジング６１は、蓋５１と共に羽根車６２のための作業チャンバ６７を形成する。

螺旋ハウジング６１の中央に、丸い空気通路６５が設けられており、その空気通路が入口チャンバ６６内へ開口しており、その入口チャンバがパイプ形状の吸引短管６３と連通している。その他においては丸い横断面を有している作業チャンバ６７は、接線状の空気出口開口部６８（図２を参照）を有しており、その空気出口開口部が螺旋通路６９内へ延びており、その螺旋通路が作業チャンバ６７を取り巻いてパイプ形状の空気出口へ通じている。図４には、螺旋通路６９の推移が、上面で示されている。
螺旋ハウジング６１は、図示されない丸い上方の薄板蓋によって、上を閉鎖される。

駆動条件下で、分離ユニット２０の空気出口１７が、ここには図示されていない、ホースまたはパイプであることができる、外部の導管を介して、ラジアル送風機６０の吸引短管６３と接続されている。
分離ユニット２０のハウジングセグメント２１内に、共通の駆動軸３４上に互いに重なり合ってポンプ羽根車２３とサイクロ（登録商標）ン段の、ベル形状に下方へ拡幅されたロータ２２が配置されている。

ロータ２２の上方の領域内に、リング螺旋の形状で形成された、ロータ２２を包囲するウェブが設けられており、そのウェブがハウジング２１の内壁に設けられた、対向するウェブと共に螺旋通路３５を形成し、その螺旋通路を介して、吸引された空気／液体混合物が分離ユニット２０内へ案内される。

ロータ２２は、上方の端縁に、周方向に分配された多数の径方向のポンプ羽根１９を有しており、それらポンプ羽根は中央に細い矩形の切欠きを有しており、中間フランジ３０の、対応して成形されたリブと共にポンプバック作用を有する動的なシールを形成するので、ハウジング２１の内部空間から中間フランジ３０の中央の透孔への直接的な流れ接続は生じない。

ロータ２２は、その内部空間内に、駆動軸３４とロータ２２の内壁との間で垂直方向および径方向に平面的に延びる、複数（たとえば６つ）の羽根２５を有しており、それらの羽根がロータ２２の内部空間を複数の、互いに対して側方を閉鎖されたセクタに分割している。

ロータ２２の下方に、リング溝形状のポンプ羽根車２３が設けられており、その外壁が、ロータ２２の下方の端縁を越えて斜め上方へ延びている。ポンプ羽根車２３の内部に、複数の径方向のウェブ２６が配置されている。ポンプ羽根車２３の外端縁に、多数のポンプ羽根２７が周面にわたって分配して設けられており、それらポンプ羽根は中央にそれぞれ細い矩形の切欠きを有している。

ポンプ羽根２７のリングの上方で、ハウジングセグメント２１の直径が段部２８内で縮小されており、それによってこの段部が底蓋１１と共に液体流出チャンバを画成している。
段部２８からリング状に、遮断ウェブ８１が下方へ張り出して、ポンプ羽根２７の矩形の凹部内へ突出している。このようにしてポンプ羽根２７が、段部２８およびこの段部からポンプ羽根２７の切欠き内へ突出する遮断ウェブ８１と共に、動的なシールを形成する。

ポンプ羽根２７は、段部２８を越えて下方内側のポンプ羽根車２３内へ達し、それによって、ロータ２２からポンプ羽根車２３内へ滴って、遠心力によって外側へ押しやられる液体を、液体流出短管２４（図３を参照）へ給送し、その液体流出短管は、段部２８の下方に位置するハウジングセグメント２１の下方の周壁から接線状に出ている。

流入短管２９から螺旋通路３５を介してハウジングセグメント２１内へ流入する、吸い込まれた空気／液体混合物が、旋回しながら下方へ流れ、そしてその後空気出口３７に接続されているラジアル送風機６０の吸引作用を受けて、羽根２５によって画成されるロータ２２のセクタ状のチャンバ内へ流入する。この途上で液状の残留成分が、サイクロ（登録商標）ン外壁において遠心力を受けて分離されて、その後直接ポンプ羽根車２３内へ滴り落ちる。

ロータ２２内では、たとえば一緒に引きずられた細かい液体滴と泡成分が遠心力作用によってロータ２２の内壁へ押しやられて、下方へ向かって拡幅する内壁に接して下方へ流れる。そこで、液体がポンプ羽根車２３内へ滴って、遠心力作用を受けて外側へ押しやられ、そこでポンプ羽根２７によって液体流出短管２４へ給送される。

分離ユニット２０の駆動軸３４は、中間フランジ３０内の空気流出開口部とハウジングセグメント３１の空気流出チャンバを通って、伝導機構３６まで延びている。
駆動軸３４の上方の端部に、大きい歯車３２が取り付けられており、その歯車は、より小さい歯車３３によって駆動される。変換比は、約１：３である。

歯車３３は、ハウジングセグメント４１の中央を通って羽根車６２まで延びる軸４２上に取り付けられている。ハウジングセグメント４１の内部において、軸４２上に電気的に整流される電動機（ＥＣモータ）４３のロータ４４が取り付けられており、その電動機は外部ロータモータとして形成されている。

通常、電動機においては、内側に位置するロータが回転し、外側のハウジングは静止している。ここで使用される外部ロータモータの場合には、これが逆になる。永久磁石を備えた、外側のモータハウジングが、ロータ４４として用いられて回転し、複数の空気コアコイルからなる電機子４５（ステータ）は、内側で静止している。これが、特別にコンパクトな構造をもたらし、かつ大きいトルクを可能にする。しかし代替的に、インサイドロータのＥＣモータを使用することもできる。

従来の電動機は、大体において、巻線内の電流方向を常に正しい時点で交代させるために、ブラシを用いて作業する。このブラシ装置が、機械的および電気的な損失をもたらし、磨耗が生じやすく、かつ電磁的な受信障害をもたらす。それに対して電気的に整流されるモータにおいては、電流交代は制御エレクトロニクス（モータ制御）によって実現され、その制御エレクトロニクスは電機子４５の空気コアコイルによって回転する磁場を発生させる。ここでは、上述したブラシの欠点は、生じない。それによって、ブラシレスモータは、改良された効率を有する。

杯状のロータ４４は、下側において軸４２と結合されており、上側においては開放している。
蓋５１から軸受ジャケット５３が、上から下へ張り出しており、その軸受ジャケット内に軸４２が軸承されており、かつその軸受ジャケットの外側に、電機子４５がその空気コアコイルによって取り付けられている。

モータ制御部が、ハウジングセグメント４１の内部の２つの導体プレート４６上に収容されており、その導体プレートのうちの下方の導体プレートは、ロータ４４を中心に同心に延びており、他方は電機子４２の上方で軸受ジャケット５３上に取り付けられている。もちろん代替的に、モータ制御部を、外部のハウジング内に収容することもできる。

モータ制御部を冷却するために、付加的に、ここには図示されていないファンを、ハウジングセグメント４１の内部に収容することができ、そのファンは、好ましくは軸４２によって一緒に駆動される。

モータ制御部を介して比較的簡単に、回転数の制御によって吸引機械の吸引出力を、処置場所（たとえば１−４の処置場所）における実際の需要に応じて、制御することができる。そのために、吸引導管内の負圧を測定して、それに応じて回転数を制御することができる。

さらに、エンジン制御部は、モータ電流制限を有する（ブロッキング安全装置）。
軸４２の上方の端部に、ラジアル送風機６０の羽根車６２が取り付けられている。羽根車は、下方の平坦なディスク７２と、上方の円錐台形状のディスク７２を有している。従って、ディスク間隔は、内側から外側へ向かって減少する。
２つのディスク７１、７２の間に、軸平行のジャケットラインを有する羽根７３が設けられており、それらの羽根は、湾曲されたライン上で中央からディスク７１、７２の端縁まで延びている。代替的に、径方向に終了する羽根も可能である。

羽根車６２の上方のディスク７１は、中央の空気入口を有しており、その空気入口は螺旋ハウジング６１の空気通路６５内へ連通している。作業チャンバ６７に対してより良くシールするために、空気入口に垂直の短管７４が取り付けられており、その短管は、空気通路６５に設けられた、下方へ達する、対応するカラー７５をわずかなあそびを持って包囲している。

羽根車６２が、ＥＣモータ４３によって高速回転された場合に、羽根車６２の中央の空気入口を通して空気が吸い込まれて、湾曲された羽根７３によって２つのディスク７１、７２の間の間隙を通して外側へ押しやられ、その後作業チャンバ６７内で回転して、空気流出開口部６８と螺旋通路６９を通って空気出口６４へ、そしてそこから屋根の上方で案内される導管を介して外部へ流れる。

羽根車６２、軸４２およびＥＣモータ４３は、１２、０００から１５、０００ｌ／ｍｉｎの領域の極めて高い回転速度用に設計されている。それに対して駆動軸３４およびそれに伴って分離ユニット２０のロータ２０とポンプ羽根車２３は、伝導機構変換（歯車３２、３３）によって、分離のために効果的であるような、２、８００から４、０００ｌ／ｍｉｎの領域の比較的低い回転数で回転する。

より低い速度によって、歯車３２は、たとえばＰＴＦＥまたはＰＥのような、プラスチックから形成することができ、それに対して歯車３３は金属から、たとえば真鍮または特殊鋼から形成されている。この材料組合せにおいては、伝導機構３６の潤滑を省くことができる。
歯車伝導機構３６の代わりに、分離ユニット２０とラジアル送風機６０を結合するために、プラネットギア、くさびベルト伝導機構または歯付きベルト伝動機構あるいは摩擦車伝導機構を使用することもできる。

ラジアル送風機６０の高速で回転する部分は、良好にバランスされなければならない。ここには示されていない、軸４２を軸承する玉軸受は、直径において小さく抑えられなければならない。付加的に、軸受冷却および高温グリースの使用と玉軸受のシールが必要になる場合がある。

それに対してラジアル送風機６０の軸方向の駆動間隙は、比較的大きく、約１−３ｍｍの領域にあることができる。これが、組立てを簡単にする。というのは、精確な離間は必要とされず、ラジアル送風機６０を吸引される泡やほこりに対して不感にするからである。螺旋ハウジング６１またはハウジングセグメント４１のような、ハウジング部分は、プラスチックから形成することができ、それが、より低い製造コストをもたらす。

羽根車６２自体は、比較的軽く、好ましくはアルミニウムから形成することができる。それが、吸引機械の迅速な立ち上がりを可能にする。代替的に、羽根車の下方のディスク７１だけ、アルミニウムから形成し、上方のディスク７２は羽根７３と共にプラスチックから形成することができ、その場合に両方の羽根７１、７２は、熱的にリベット止めされる。

ラジアル送風機６０とＥＣモータ４３の良好な効率に基づいて、４つまでの処置場所に供給するように設計されている吸引機械のためのモータ出力は、本実施例においては、０．９５ｋＷに過ぎない。

付加的に、ここには図示されていない展開において、例えば、えぐり取られたアマルガムのような、固体成分の分離を行うことができる。
そのために、ポンプ羽根車２３が、遠心分離ドラムに置き換えられ、その底は汚泥流出開口部を有しており、固体成分が遠心分離器から流出する際に、その汚泥開口部を通って収集容器内へ落下することができる。

吸引機械の断面図である。 図１に示す吸引機械を、約１２０°回動させて示す斜視図である。 図１に対して９０°回動された、吸引機械の側面図である。 図１に示す吸引機械の上面図である。 図１に示す吸引機械を下から示している。

Claims (10)

1. 吸引機械であって、
   吸引された空気／液体および場合によっては固体−混合物から液状成分と場合によっては固体成分を分離するための、ロータ（２２）を含む分離ユニット（２０）と、
   分離ユニット（２０）の空気出口（３７）に接続されており、かつハウジング（６１）と羽根車（６２）とを有している吸引送風機（６０）と、を備えるものにおいて、
   羽根車（６２）が、電気的に整流される電動機（４３）によって駆動され、かつ電動機が伝導機構（３６）を介して分離ユニット（２０）のロータ（２２）を一緒に駆動する、ことを特徴とする吸引機械。
2. 分離ユニット（２０）とラジアル送風機（６０）が伝導機構（３６）によって、分離ユニット（２０）がラジアル送風機（６０）よりも低速で回転するように、機械的に互いに結合されている、ことを特徴とする請求項１に記載の吸引機械。
3. 伝導機構（３６）が、歯車伝導機構または摩擦車伝導機構である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の吸引機械。
4. 伝導機構（３６）が、斜め歯を有する歯車伝導機構である、ことを特徴とする請求項３に記載の吸引機械。
5. 歯車伝導機構（３６）が、プラスチックからなる歯車（３２）と、その中へ噛合する、金属からなる歯車（３３）とを有している、ことを特徴とする請求項３または４に記載の吸引機械。
6. モータ（４３）が、モータ制御部（４６）と共にハウジングセグメント（４１）内に収容されており、かつモータ制御部（４６）を冷却するためのファンが設けられている、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の吸引機械。
7. モータ制御部（４６）のためのファンが、ラジアル送風機（６０）の駆動軸（４２）によって駆動されている、ことを特徴とする請求項６に記載の吸引機械。
8. 分離ユニット（２０）の空気出口（３７）が、外部の導管を介して吸引送風機（６０）の吸引短管（６３）と接続されている、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の吸引機械。
9. 分離ユニット（２０）が、同心に配置されているサイクロ（登録商標）ン段（２２）とロータ（２２）を含む遠心分離器段（２３）とを有している、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の吸引機械。
10. 電動機（４３）が、外部ロータモータである、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の吸引機械。

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