СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЕ АБРАЗИВНЫЕ СБОРНЫЕ УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ СБОРКИ Российский патент 2015 года по МПК A61C3/06 

В настоящем изобретении предлагаются сборные абразивные устройства и соответствующие способы их сборки. В частности, данные сборные устройства и способы предназначены для приложений, связанных с вытачиванием, шлифованием и полированием стоматологических материалов.

Абразивные устройства широко используются в стоматологии для вытачивания, шлифования и полировки различных стоматологических объектов и материалов, таких как натуральные зубы, зубные протезы и пломбировочные полимерные материалы. Упомянутые стоматологические операции часто используются для оптимизации прикуса и придания естественного и эстетичного вида зубам пациента.

Сборные стоматологические абразивные устройства могут иметь самые различные конфигурации, определяемые конкретным их приложением. Так, например, в некоторых устройствах используются абразивные частицы, нанесенные в виде покрытия на вращающийся диск. Диск, как правило, имеет круглое или некруглое отверстие, расположенное по центру на оси его вращения. Такое отверстие в диске входит в зацепление с подходящим вращающимся электроинструментом, обеспечивающим вращение диска с большой скоростью.

В прочих сборных устройствах используются структурно целые диски из композитных полимерных материалов, в которые встроены абразивные частицы. Композитному диску при формовании может быть придана любая требуемая форма, подходящая для полировки того или иного стоматологического объекта или материала. Опять же, такие формованные композитные диски, как правило, закрепляются на электрический инструмент, обеспечивающий их вращение, при котором абразивные частицы воздействуют на полируемую поверхность. Преимуществом таких формованных композитов является то, что появляется большая свобода в выборе формы абразивного элемента, наиболее подходящей для конкретного приложения, возникающего в стоматологической практике.

Как абразивные диски с покрытием, так и композитные диски подвержены быстрому естественному износу при их использовании для выполнения соответствующих операций. Для облегчения замены дисков, в том числе композитных, сборные абразивные устройства часто включают одноразовый компонент - насадку и компонент многоразового пользования - привод. Насадочный компонент содержит абразив для стоматологических материалов и имеет конфигурацию, позволяющую стоматологу быстро и удобно установить его на приводной компонент и снять с него.

Несмотря на то, что конструкция со съемным насадочным компонентом действительно обеспечивает удобство замены изделий с абразивным покрытием при выполнении операций с абразивами или между такими операциями, ряд технических проблем при этом остается. Так, например, силы, требующиеся для введения насадочного компонента в зацепление с инструментом и для выведения их из зацепления, должны быть относительно малыми, чтобы пользователь мог легко заменить насадочный компонент. И в то же время данные силы должны быть достаточно большими, чтобы исключить болтание абразивного элемента на инструменте, или его самопроизвольный выход из зацепления с инструментом. Кроме того, механическое сцепление между насадочным компонентом и приводным компонентом должно быть достаточным для эффективного приведения насадочной части во вращение на больших частотах без проскальзывания.

В настоящем изобретении предлагаются сборные абразивные устройства, сочетающие насадочную часть, включающую структурно целый абразивный элемент, и приводную часть, включающую цилиндрический дискодержатель. Абразивный элемент имеет гнездо, выполненное с возможностью приема рабочего конца дискодержателя. При введении абразивного элемента в зацепление с дискодержателем или выведении из зацепления с дискодержателем, гнездо упруго расширяется, а рабочий конец дискодержателя упруго сжимается, при взаимодействии их друг с другом. В некоторых воплощениях гнездо и рабочий конец дискодержателя имеют форму, обеспечивающую контакт между данными элементами по обширной области. В некоторых воплощениях абразивный элемент, будучи введен в зацепление, сжат в обоих направлениях: параллельно и перпендикулярно продольной оси дискодержателя.

В одном из воплощений обеспечивается вращающееся стоматологическое сборное абразивное устройство. Вращающееся стоматологическое сборное абразивное устройство содержит: единый целый абразивный элемент, имеющий в целом круглое гнездо, имеющее минимальный внутренний диаметр, когда абразивный элемент находится в исходном состоянии, при этом абразивный элемент содержит упругий полимерный композит, содержащий частицы абразива, и в целом цилиндрический дискодержатель, имеющий наружную поверхность, продольную ось и луковицеобразный рабочий конец, вставленный в гнездо, и при этом рабочий конец разделен на множество секций удлиненными пазами, протяженными от наружной поверхности дискодержателя в сторону продольной оси, при этом рабочий конец имеет максимальный наружный диаметр, когда дискодержатель находится в исходном состоянии, и множество секций и абразивный элемент, взаимодействуя друг с другом, изгибаются при введении абразивного элемента в зацепление с дискодержателем и его выведении из зацепления с дискодержателем.

В другом воплощении предлагается вращающееся стоматологическое сборное абразивное устройство, содержащее: единый целый абразивный элемент, имеющий в целом круглое гнездо с вогнутой внутренней поверхностью, при этом абразивный элемент содержит упругий полимерный композит, содержащий распределенные в нем частицы абразива; и в целом цилиндрический дискодержатель, имеющий наружную поверхность, продольную ось и луковицеобразный рабочий конец, вставленный в гнездо, и при этом его рабочий конец разделен на множество секций удлиненными пазами, протяженными в радиальном направлении от наружной поверхности дискодержателя в сторону продольной оси, при этом внутренняя поверхность является сопряженной по отношению к рабочему концу дискодержателя, и множество секций и абразивный элемент, взаимодействуя друг с другом, изгибаются при введении в зацепление абразивного элемента с держателем и его выведении из зацепления с дискодержателем.

Еще в одном воплощении предлагается способ сборки вращающегося стоматологического полирующего сборного устройства, содержащий этапы: обеспечения дискодержателя, имеющего наружную поверхность, продольную ось и рабочий конец в форме луковицы, разделенный на множество секций, разделенных удлиненными пазами, протяженными от наружной поверхности к продольной оси; введения рабочего конца в гнездо, расположенное на абразивном элементе, что заставляет множество секций изгибаться в сторону друг к другу, в то время как части абразивного элемента, расположенные вокруг гнезда, упруго расширяются; и фиксации рабочего конца в гнезде таким образом, что абразивный элемент находится в контакте с дискодержателем вдоль как вогнутой, так и выпуклой поверхности рабочего конца.

Предлагаемые сборные абразивные устройства и способы позволяют изготавливать абразивный элемент и дискодержатель с более высокими допустимыми отклонениями размеров. Такое преимущество достигается за счет того, что упругость одного элемента компенсирует отклонения размеров другого элемента, допущенные при его изготовлении, и наоборот. Более того, упругость дискодержателя дает возможность использовать абразивные элементы для работы с более высокими абразивными нагрузками, обеспечивая при этом ту же степень надежности фиксации и фрикционного зацепления. Упругость дискодержателя позволяет также сделать стенки абразивного элемента толще, сохраняя при этом ту же степень надежности фиксации и фрикционного зацепления. И, наконец, такое сборное устройство в целом может допускать гораздо большую степень износа дискодержателя при сохранении достаточного сцепления между абразивным элементом и дискодержателем. Это повышает надежность сцепления между ними и продлевает срок службы дискодержателя.

Фиг. 1. Аксонометрический вид стоматологического абразивного сборного устройства в соответствии с одним из воплощением настоящего изобретения.

Фиг. 2. Вид сбоку сборного устройства, изображенного на фиг. 1.

Фиг. 3. Сечение сборного устройства, изображенного на фиг. 1-2, по плоскости 3-3, обозначенной на фиг. 2.

Фиг. 4. Увеличенное и более подробное сечение фрагмента, обозначенного кругом на фиг. 3, сборного устройства, изображенного на фиг. 1-3.

Фиг. 5а. Вид с торца первого компонента сборного устройства, изображенного на фиг. 1-4.

Фиг. 5b. Вид спереди фрагмента компонента сборного устройства, изображенного на фиг. 5а.

Фиг. 6. Сечение второго компонента сборного устройства, изображенного на фиг. 1-4.

Фиг. 7. Вид стоматологического абразивного сборного устройства в соответствии с еще одним воплощением.

Фиг. 8. Сечение сборного устройства, изображенного на фиг. 5, по плоскости 5-5, обозначенной на фиг. 5.

Фиг. 9. Увеличенное и более подробное сечение фрагмента, обозначенного кругом на фиг. 6, сборного устройства, изображенного на фиг. 5-6.

Фиг. 10а и 10b. Аксонометрический вид и сечение абразивного элемента в соответствии с еще одним воплощением.

Фиг. 10а и 11b. Аксонометрический вид и сечение абразивного элемента в соответствии с еще одним воплощением.

Сборное абразивное устройство в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения показано на фиг. 1-4 и в совокупности обозначено номером позиции 100. Сборное устройство 100 включает абразивный элемент 102 и дискодержатель 104 (виден на фиг. 1, 3 и 4), связанный с абразивным элементом 102.

Как показано на фиг. 1-2, абразивный элемент 102 является формованным в виде щетки, имеющей единую целую конструкцию и содержащей центральную кольцеобразную ступицу 106 и множество лопастей 108, протяженных наружу от ступицы 106 в целом в радиальных направлениях. В воплощении, показанном на данных чертежах, абразивный элемент 102 имеет тридцать лопастей 108. Однако число лопастей в абразивном элементе может быть и большим, и меньшим, в зависимости от конкретного приложения, для которого предназначен данный элемент. Ступица 106 расположена симметрично на продольной оси 122, перпендикулярной плоскости чертежа фиг. 2. Кроме того, симметрично относительно продольной оси 122 расположено находящееся на противоположной стороне ступицы 106 гнездо 110 (видно на фиг. 3 и 4), имеющее в целом круглую форму.

Абразивный элемент 102 изготовлен из композитного абразива, предпочтительно из упругого полимерного композитного абразива. В некоторых воплощениях композитный абразив включает термопластический материал и абразивные частицы, распределенные в термопластическом материале.

В некоторых воплощениях абразивный элемент 102 содержит один или более термопластических эластомеров. Подходящие термопластические эластомеры включают сегментированные термопластические эластомеры на основе полимеров сложных эфиров, сегментированные термопластические эластомеры на основе полиуретанов, сегментированные термопластические эластомеры на основе полиамидов, смеси термопластических эластомеров и термопластических полимеров, а также иономерные термопластические эластомеры. Сегментированные термопластические эластомеры подробно описаны в патенте США 5,903,951. Предпочтительными термопластическими эластомерными полимерами являются сегментированные термопластические эластомеры на основе полимеров сложных эфиров, включая эластомеры производства E.I. du Pont de Nemours (Вилмингтон, штат Делавэр, США), предлагаемые к продаже под торговой маркой HYTREL.

Абразивный элемент 102 не обязательно должен быть изготовлен из термопластического эластомера. Вместо этого, абразивный элемент 102 может содержать полимерный композит, изготовленный из обычной резины или эластомерного материала. Подходящие эластомерные материалы включают, например, силиконы, полиуретаны и фторполимерные эластомеры.

В некоторых воплощениях абразивные частицы равномерно распределены в абразивном элементе 102. Абразивные частицы могут быть органическими, неорганическими или композитными из органических, неорганических веществ, или и тех, и других. Состав, концентрация и размеры абразивных частиц могут быть подобраны в соответствии с природой обрабатываемой поверхности и требуемым действием, которое должен оказывать формованный в виде щетки абразивный элемент на обрабатываемую поверхность.

Подходящие неорганические частицы включают частицы карбида кремния, талька, граната, стеклянные пузыри, стеклянные шарики, частицы кубического нитрида бора, алмазов и оксида алюминия, включая керамический оксид алюминия, такой, как CUBITRON производства 3М Company (Сент-Пол, штат Миннесота, США). Подходящие органические абразивные частицы включают частицы измельченных термопластических или термоотвержденных полимерных материалов.

В некоторых воплощениях формованный в виде щетки абразивный элемент включает композитные абразивные частицы. Композитные абразивные частицы включают агломераты, содержащие неорганические частицы, закрепленные в органическом полимерном связующем. Могут также использоваться абразивные частицы, имеющие точно выдержанную форму. Размеры абразивных частиц могут быть различными. Так, средний диаметр частиц может составлять от менее чем 1 мкм до примерно половины толщины кончика щетинки формованной щетки. Концентрация абразивных частиц в формованных щетках может составлять от нуля до более чем 50%.

Формованные щетки могут также содержать добавки, такие как смазки, красители, средства, способствующие адгезии, вещества, улучшающие совместимость, вещества, облегчающие извлечение из формы, зародышеобразующие добавки и им подобные, известные сведущим в данной области техники.

Абразивные частицы и добавки могут быть встроены в формуемый органический полимер во время формования или, в качестве альтернативы, абразивные частицы и/или добавки могут быть смешаны с формуемым органическим полимером до его формования. Кроме того, маточная смесь может быть формована, или смешана с дополнительным формуемым органическим полимером, или другими маточными смесями, а затем формована.

Упоминаемые в настоящем описании предпочтительные размеры и материалы выбраны таким образом, чтобы обеспечить формование щетки при поддержании термопластического материала при достаточно высокой температуре, что позволяет хорошо заполнить форму материалом. На основании сведений, приводимых в настоящей заявке, сведущий в данной области техники может подобрать толщину, материалы и температурные параметры для формования, не обязательно входящие в диапазоны, упоминаемые как особо предпочтительные. Более того, расположение шлюзов формы и толщина ступицы могут быть также оптимизированы сведущими в данной области техники. Дополнительные подробности конфигураций формуемых за единое целое щеток и способы их изготовления приводятся в патенте США 5 903 951 (Ionta с соавторами).

Как показано на фиг. 3 и 4, сборное устройство 100 дополнительно включает дискодержатель 104, сопрягающийся с абразивным элементом 102 и имеющий в целом цилиндрическую форму. Дискодержатель 104 в целом симметричен относительно своей продольной оси 122, но не обязательно должен иметь поперечное сечение постоянного диаметра вдоль продольной оси 122. Так, например, как показано в виде поперечного сечения на фиг. 3, дискодержатель 104 включает части, имеющие различные диаметры. Дискодержатель 104 предпочтительно изготовлен из металла, такого как нержавеющая сталь серии 300 или 400, допускающего автоклавирование без возникновения коррозии. В качестве альтернативы, дискодержатель может быть изготовлен из таких металлов, как бронза или титан, или даже из неметаллических материалов, таких как полимерные композиты с наполнителями.

Дискодержатель 104 имеет бочкообразную секцию 112 и луковицеобразный рабочий конец 114, протяженный наружу от бочкообразной секции 112. Рабочий конец 114 имеет максимальный диаметр, немного меньший, чем максимальный диаметр бочкообразной секции 112. Кроме того, рабочий конец 114 имеет диаметр, который меняется вдоль продольной оси 122, и дополнительно включает шейку 116, расположенную в непосредственной близости к бочкообразной секции 112. За счет наличия шейки 116 меньшего диаметра, расположенной в непосредственной близости к бочкообразной секции 112, рабочий конец 114 имеет подрез, способствующий фиксации абразивного элемента 102 на дискодержателе 104 после введения их в зацепление. Кроме того, возможен, как в данном воплощении, небольшой зазор между дном гнезда 110 и самым кончиком рабочего конца 114.

На фиг. 5а, 5b и 6 показаны дополнительные элементы и особенности дискодержателя 104 и абразивного элемента 102, находящихся в исходном состоянии.

На фиг. 5а показан вид с торца рабочего конца 114 дискодержателя 104. Как показано на данном чертеже, рабочий конец 114 разбит на четыре отдельные секции 124 парой удлиненных прорезей 120, протяженных от наружной поверхности 118 дискодержателя 104 к его продольной оси 122. Удлиненные прорези 120 пересекаются друг с другом по продольной оси 122, разделяя тем самым рабочий конец 114 на секции 124, имеющие сходные размеры и форму. Кроме того, как это показано на виде сбоку на фиг. 5b, удлиненные прорези пересекают не только рабочий конец 114, но также и существенную часть бочкообразной секции 112.

И хотя упомянутое число и расположение прорезей были определены, как особенно подходящие, их не следует рассматривать как ограничивающие настоящее изобретение. Так, например, если желательна меньшая степень гибкости, может использоваться всего лишь одна прорезь, разделяющая рабочий конец 114 на две секции. И наоборот, если желательна большая степень гибкости, могут использоваться дополнительные прорези, разделяющие коней 114 более чем на четыре секции. В таких воплощениях площадь секций в поперечном сечении уменьшается с ростом числа разделяющих их прорезей, и тем самым обеспечивается повышенная гибкость. При необходимости степень гибкости при заданном сжимающем усилии может также обеспечиваться за счет выбора длины прорезей, измеренной вдоль продольной оси бочкообразной секции 112.

Дискодержатель 104 включает также полочку 144, расположенную в месте, где относительно большая бочкообразная секция 112 соединяется с относительно малым рабочим концом 114. Полочка 144 является протяженной по окружности вдоль наружной поверхности 104 и обеспечивает твердый упор при посадке абразивного элемента 102 на рабочий конец 114 дискодержателя 104, как показано на фиг. 3 и 4. В некоторых воплощениях полочка 144 имеет диаметр, составляющий от 60 до 90% от максимального наружного диаметра 126 рабочего конца 114.

Как показано на фиг. 3, дискодержатель 104 включает также приводной конец 115, расположенный удаленно от рабочего конца 114. Как показано на данном чертеже, приводной конец 115 имеет такие элементы, как вырезы или подрезы, несимметричные относительно продольной оси 122, для лучшего механического сцепления между дискодержателем 104 и электрическим инструментом. Подходящим является электрический инструмент, который может вращать абразивный элемент 102 на высоких частотах при выполнении операций, связанных с использованием абразива.

Абразивный элемент 102, сопрягающийся с дискодержателем, в своем исходном состоянии показан на фиг. 6, и на данном чертеже можно видеть дополнительные особенности гнезда 110 и ступицы 106. В частности, гнездо 110 имеет внутреннюю поверхность, включающую вогнутые боковые поверхности 132 и в целом плоское дно 134. Гнездо 110 имеет форму, в целом сопряженную с формой рабочего конца 114, когда дискодержатель 104 находится в исходном состоянии. Как показано на данном чертеже, вогнутые боковые поверхности 132 гнезда 110, в сущности, сопрягаются с ответными выпуклыми поверхностями на боковых сторонах рабочего конца 114. Кроме того, плоская поверхность 134 дна сопрягается к кончиком рабочего конца 114, который также является плоским.

В качестве дополнительной возможности, и как это показано на чертежах, по меньшей мере часть боковых поверхностей 132 или поверхности 134 дна, сопрягающейся с рабочим концом 114, обращена в направлении, имеющем составляющую в направлении выведения рабочего конца 114 из зацепления с гнездом 110. Иными словами, по меньшей мере часть внутренней поверхности, сопрягающейся с рабочим концом 114, имеет вектор нормали с осевой составляющей, параллельной продольной оси 122, при этом осевая составляющая определяет направление выведения рабочего конца 114 из зацепления с гнездом 110.

Как показано далее на фиг. 6, гнездо 110 имеет проточку 138, имеющую минимальный внутренний диаметр 128, обеспечивающую требуемое усилие сопротивления при введении рабочего конца 114 дискодержателя в зацепление с гнездом 110 и при выведении его из зацепления с гнездом 110. Гнездо 110 имеет также определенный максимальный внутренний диаметр 138 в месте, расположенном между проточкой 138 и поверхностью 134 дна.

Ступица 106 концентрически окружает гнездо 110. Как показано на фиг. 6, ступица 106 имеет первый диаметр 140 ступицы, когда абразивный элемент 102 находится в исходном состоянии. В альтернативных воплощениях, однако, ступица 106 может иметь другие формы, включая формы с переменным диаметром. В таких случаях под первым диаметром 140 ступицы подразумевается наибольший размер ступицы 106 в диаметральном направлении вдоль продольной оси 122.

Легким нажатием пальцем стоматолог может защелкнуть абразивный элемент 102 в дискодержатель 104, в результате чего получается конфигурация, изображенная на фиг. 3. Как показано на данном чертеже, когда абразивный элемент 102 и дискодержатель 104 находятся в зацеплении друг с другом, рабочий конец 114 дискодержателя 104 располагается в гнезде 110. Как упоминалось выше, и как это показано на фиг. 5а и 5b, рабочий конец 114 в свободном состоянии имеет максимальный наружный диаметр 126. За счет того, что рабочий конец 114 разделен на четыре отдельные секции 124 канавками, 120, при введении дискодержателя 104 в зацепление с абразивным элементом 102 рабочий конец 114 может быть упруго сжат до диаметра, несколько меньшего, чем наружный диаметр 126.

Более подробно данный процесс можно описать следующим образом. Когда стоматолог подводит рабочий конец 114 к гнезду 110, четыре секции 124 дискодержателя 104 и ступица 106 абразивного элемента 102 в совокупности отгибаются от своего положения, позволяя луковицеобразному рабочему концу 114 скользящим образом пройти мимо проточки 138. Иными словами, секции 124 упруго сгибаются вовнутрь, то есть друг к другу, в то время как гнездо 110 упруго расширяется в диаметре. После этого секции 124 упруго разжимаются, или же обратно расширяются, возвращаясь в свою исходную конфигурацию. За счет этого возникают направленные наружу силы давления на внутренние поверхности гнезда 110, способствующие надежному креплению абразивного элемента 102 на дискодержателе 104.

Когда рабочий конец 114 полностью посажен в гнездо 110, секции 124 возвращаются в свою исходную конфигурацию и гнездо 110 снова уменьшается, возвращаясь к своему исходному диаметру, в результате чего создается достаточно плотная посадка. Примечательно, что абразивный элемент 102 находится при этом в контакте с дискодержателем 104 как вдоль вогнутых, так и вдоль выпуклых поверхностей рабочего конца 114, что способствует надежному удержанию абразивного элемента 102 на дискодержателе 104. Еще одним преимуществом такой конструкции является то, что остаточные сжимающие силы, действующие между абразивным элементом 102 и дискодержателем 104, способствуют предотвращению проскальзывания, то есть относительного вращения, между абразивным элементом 102 и дискодержателем 104 во время использования абразивного элемента. Использование структурно целого абразивного элемента 102 также несет в себе определенные преимущества, поскольку абразивные частицы находятся в непосредственном контакте с рабочим концом 114, тем самым усиливая фрикционное зацепление между двумя данными компонентами.

Минимальный внутренний диаметр 128 гнезда 110 и максимальный наружный диаметр 126 рабочего конца 114 подобраны таким образом, чтобы обеспечивались одновременно тугая посадка и механическая фиксация между абразивным элементом 102 и дискодержателем 104. Натяг между абразивным элементом 102 и дискодержателем 104 (по диаметру) предпочтительно превышает 100 мкм вдоль по меньшей мере части сборного устройства 100. Более предпочтительно, чтобы натяг по диаметру превышал по меньшей мере 250 мкм вдоль по меньшей мере части сборного устройства 100.

Когда рабочий конец 114 расположен в гнезде 110, ступица 106 расширяется и принимает второй диаметр 142 ступицы, больший, чем первый ее диаметр 140. Подразумевается, что второй диаметр 142 ступицы измерен в том же положении на оси ступицы, что и первый диаметр 140 ступицы. Разность между вторым диаметром 142 ступицы и первым диаметром 140 ступицы предпочтительно составляет от 1 до 50% от разности между максимальным наружным диаметром 126 рабочего конца 114 и минимальным внутренним диаметром 128 проточки 138 гнезда 110. Более предпочтительно, чтобы разность между вторым диаметром 142 ступицы и первым диаметром 140 ступицы составляла от 10 до 40% от разности между максимальным наружным диаметром 126 и минимальным внутренним диаметром 128. И наиболее предпочтительно, чтобы разность между вторым диаметром 142 ступицы и первым диаметром 140 ступицы составляла от 15 до 30% от разности между максимальным наружным диаметром 126 и минимальным внутренним диаметром 128.

Сжимаемость дискодержателя 104 уменьшает также требуемую степень расширения абразивного элемента 102. Абразивный элемент 102 предпочтительно имеет диаметр (например, определяемый, как диаметр ступицы или иной размер в радиальном направлении), увеличивающийся при введении абразивного элемента 102 в зацепление с дискодержателем 104, и при этом изгиб секций 124 вовнутрь уменьшает увеличение диаметра на величину, составляющую от 10 до 90% от увеличения диаметра, которое имело бы место, если бы секции 124 были жесткими (смотри примеры ниже). Более предпочтительно, чтобы изгиб секций 124 вовнутрь уменьшал увеличение диаметра на величину, составляющую от 30% до 70% увеличения диаметра, которое имело бы место, если бы секции 124 были жесткими. И наиболее предпочтительно, чтобы изгиб секций 124 вовнутрь уменьшал увеличение диаметра на величину, составляющую от 40% до 60% увеличения диаметра, которое имело бы место, если бы секции 124 были жесткими.

В некоторых воплощениях по меньшей мере некоторая часть абразивного элемента 102 вводится в одну или более канавок 120 при введении абразивного элемента 102 и дискодержателя 104 в зацепление друг с другом. Такая конструкция дает особенное преимущество в виде дополнительной механической фиксации абразивного элемента 102 и дискодержателя 104 друг с другом, предотвращающей проскальзывание (относительное вращение) между двумя данными компонентами во время операций с использованием абразива.

Преимуществом такого разделения структурных изгибов между абразивным элементом 102 и дискодержателем 104 дает преимущество в виде повышенных отклонений размеров двух данных компонентов, которые могут быть допущены в процессе производства. Дополнительным преимуществом является то, что композитный материал, используемый для изготовления абразивного элемента 102, может быть сделан значительно более жестким, благодаря тому, что дискодержатель 104 является сжимаемым. Это, в свою очередь, допускает более высокие нагрузки на абразивные частицы и/или использование термопластиков с более высокой температурой стеклования (T_g), чем это было возможно ранее, что облегчает задачу оптимизации свойств абразивного элемента 102. Если жесткость абразивного элемента 102 фиксирована, такая конфигурация все равно дает преимущества, поскольку обеспечивается большая широта выбора размеров абразивного элемента 102 в соответствии с конкретными особенностями приложения.

Еще одним уникальным преимуществом такой конструкции является то, что сборное устройство 100 обеспечивает сжатие абразивного элемента 102 не только в радиальном, но и в осевом направлении. Так, например, части абразивного элемента 102, расположенные в непосредственной близости к шейке 116, сжимаются в направлениях, параллельных продольной оси 122, силами, действующими на абразивный элемент 102 со стороны рабочего конца 114 и полочки 144, то есть направленными в противоположные стороны. За счет того, что абразивный элемент 102 сжимается в направлениях, как параллельном, так и перпендикулярном продольной оси 122, сборное устройство 100 обеспечивает тугую посадку абразивного элемента 102 на дискодержатель 104 вдоль значительной области границы соприкосновения абразивного элемента 102 и дискодержателя 104, что дополнительно усиливает фрикционное зацепление между двумя данными компонентами.

Такое сочетание расширяющегося абразивного элемента 102 со сжимаемым дискодержателем 104 обеспечивает также практические преимущества для стоматолога. Так, использование двух деформируемых сопрягаемых элементов обеспечивает их тугую взаимную посадку, причем силы натяга равномерно распределены вдоль относительно большой области границы их соприкосновения. Это уменьшает проскальзывание между абразивным элементом 102 и дискодержателем 104 и обеспечивает высокую степень управляемости совершаемой операции с абразивом. Распространение тугой посадки вдоль относительно большой области помогает также избежать «болтания» абразивного элемента 102 на высоких частотах вращения. Использование двух сопрягаемых элементов позволяет изготовить абразивный элемент 102 с более высоким содержанием наполнителей, а также требующим относительно малого усилия для введения его в зацепление с дискодержателем и выведения его из зацепления с дискодержателем. И, наконец, такая конфигурация с сопряжением сводит к минимуму эффекты износа дискодержателя 104, что продлевает срок его службы.

На фиг. 7-9 показано абразивное сборное устройство 200 в соответствии с альтернативным воплощением настоящего изобретения. Как показано на данных чертежах, сборное устройство 200 включает абразивный элемент 202, имеющий гнездо 210 и дискодержатель 204, имеющий рабочий конец 214. Подобно сборному устройству 100, рабочий конец 214 принимается гнездом 210. Однако в отличие от сборного устройства 100, гнездо 210 представляет собой сквозное отверстие, связывающее друг с другом противоположные стороны абразивного элемента 202. При полном введении в зацепление наружный кончик рабочего конца 214 располагается в гнезде 210 таким образом, что не может произойти ненамеренный контакт между металлическим рабочим концом 214 дискодержателя 204 и тканями зубов или десен пациента во время проведения операции с абразивом.

Остальные элементы сборного устройства 200 аналогичны соответствующим элементам сборного устройства 100, и их описания не повторяются.

На фиг. 10а, 10b, 11а, и 11b показаны абразивные элементы 302, 304 в соответствии с еще двумя дополнительными воплощениями. Абразивный элемент 302 имеет заостренный наконечник, обеспечивающий доступ стоматолога к углубленным областям структур ротовой полости пациента. Абразивный элемент 402 имеет форму чаши с краями и облегчает, например, доступ врача к интерпроксимальным областям. Оба абразивных элемента 302 и 402 могут использоваться с дискодержателем 104. Остальные элементы абразивных элементов 302, 402 были, в сущности, описаны в контексте предыдущих воплощений, и их повторное описание не приводится.

Изготовление абразивного диска

Были спроектированы абразивные диски, имевшие конфигурацию, аналогичную изображенной на фиг. 1-4 и 6, и определенные размеры, приведенные в Таблице 1, и под данные размеры были изготовлены стальные формы для инжекционного формования. В частности, в целях испытаний изготовили диски с тремя различными минимальными внутренними диаметрами ступицы. Приведенные в таблице значения минимального внутреннего диаметра ступицы соответствуют диаметру 128 на фиг. 6, а под наружным диаметром диска понимается расстояние от кончика щетинки до противоположного кончика щетинки, то есть измеренное по прямой, проходящей через центр ступицы, например по прямой 3-3 на фиг. 2. Для сравнительного абразивного диска с металлическим кольцом минимальный внутренний диаметр ступицы определяли, как минимальный внутренний диаметр металлического кольца.

Общеиспользуемыми методами смешивали пластмассовые гранулы в составе, приведенном в Таблице 2.

Пластмассовые гранулы загружали в экструдер при температуре 450 F (232°C) и заполняли расплавом форму. Форму охлаждали и извлекали из нее готовую деталь, тем самым получая готовый абразивный диск.

Дискодержатель, использованный во всех примерах, имел монолитную конструкцию из нержавеющей стали. Такой дискодержатель имеется в продаже как дискодержатель типа RA, поставляемый с системой шлифовки и полировки SOF-LEX производства 3М ESPE (Сент-Пол, штат Миннесота, США). Абразивные диски, использованные в сравнительном примере, имеющие металлическую ступицу, также поставляются с системой SOF-LEX.

Измерение силы снятия

Абразивный диск закрепляли в неподвижном зажиме прибора Instron (Норвуд, штат Массачусетс, США), и вставляли дискодержатель в ступицу диска. После этого дискодержатель зажимали в подвижном зажиме, который вытягивал дискодержатель из ступицы. Измеряли при этом усилие, требующееся для извлечения дискодержателя (в кг-силах). Размер образца для дисков со всеми размерами ступицы принимали, как равный 5. Результаты, приведенные в таблице 3, показывают, что для каждого из трех размеров ступицы было получено немного меньшее значение силы снятия диска с дискодержателя, чем для сравнительного образца, однако было проверено на практике, что сила снятия для дисков всех трех размеров была вполне приемлемой.

Измерение силы, требующейся для проворачивания диска на дискодержателе Абразивные диски фиксировали в зажиме и в ступицу диска вставляли дискодержатель. После этого дискодержатель фиксировали в зажиме прибора для измерения момента силы и измеряли силу, вызывавшую проворачивание дискодержателя в ступице. Размер образца для дисков со всеми размерами ступицы принимали равным 5. Результаты измерений приведены в Таблице 4, и они показывают, что значения момента силы для проворачивания диска на дискодержателе для испытуемых образцов меньше, чем для сравнительного образца, но тем не менее достаточны для работы под нагрузкой, типичной при полировании зуба.

Измерения размеров абразивного диска и ступицы в исходном состоянии (не в зацеплении с дискодержателем)

Измерения минимального диаметра абразивного диска проводили с помощью мерных цилиндрических щупов, а наружных диаметров дискодержателя - с помощью оптического компаратора. Максимальный внутренний диаметр ступицы было значительно сложнее измерить с помощью имевшихся измерительных приборов, поэтому его значение считали равным номинальному. Результаты измерений приведены в Таблице 5. Приведенные в таблице значения минимального внутреннего диаметра ступицы и минимального наружного диаметра дискодержателя соответствуют диаметру 128 на фиг. 6, а значения максимального внутреннего диаметра ступицы и максимального наружного диаметра дискодержатель соответствуют диаметру 130 на фиг. 6.

Измерения размеров абразивного диска и ступицы в зацеплении с дискодержателем

Чтобы измерить степень сжатия дискодержателя при введении его в зацепление с абразивным диском, проводили измерения наружного диаметра ступицы диска с помощью оптического компаратора. Измерения проводили на наружной стороне ступицы в месте, соответствующем минимальному внутреннему диаметру 140 ступицы, как показано на фиг. 6. Первое измерение (соответствующее исходному состоянию) проводили без дискодержателя, вставленного в ступицу. Второе измерение (дискодержатель с прорезями) проводили со вставленным в ступицу, согласно примеру 2, дискодержателем с прорезями. Третье измерение (сплошной дискодержатель) проводили с модифицированным дискодержателем, вставленным в ступицу, согласно примеру 2. Для имитации сплошного дискодержателя пазы дискодержателя с прорезями заполняли эпоксидным цементом для предотвращения изгиба сегментов дискодержателя. Результаты измерений показаны в Таблицы 6.

Функционирование в реальных условиях эксплуатации

Абразивные диски на дискодержателях устанавливали на держатель модели PD-58 производства Patterson Dental (Сент-Пол, штат Миннесота, США) для низкоскоростного пневматического привода, обеспечивавшего частоту вращения 0-17000 об/мин. Держатель подключали к обычному пневматическому двигателю (модель PD-20 BC/RM производства Patterson Dental, Сент-Пол, штат Миннесота, США) и стоматологической установке (модель 5200 производства Forest Dental Products, Хиллсборо, штат Орегон, США). Собранное устройство использовали для обтачивания и полировки модельной реставрации из композита Filtek Supreme (3М ESPE). Были получены результаты, отвечающие предъявленным требованиям.

Все упомянутые выше патенты и патентные заявки включены в настоящую явным образом посредством ссылки. Описанные выше воплощения являются примерами возможной реализации настоящего изобретения, и возможны также и прочие варианты конструкции. Соответственно, настоящее изобретение не должно быть ограничено воплощениями, подробно описанными выше и изображенными на прилагаемых чертежах. Скорее, оно должно быть ограничено общим масштабом воплощений, сформулированных в формуле изобретения, и их эквивалентами.

Группа изобретений включает стоматологические абразивные сборные устройства (варианты) и способы их сборки, относится к области медицинской техники, в частности к стоматологическим инструментам, и предназначена для использования при вытачивании, шлифовании и полировании стоматологических материалов. В первом варианте вращающееся стоматологическое сборное абразивное устройство содержит структурно целый абразивный элемент и в целом цилиндрический дискодержатель. Структурно целый абразивный элемент имеет в целом круглое гнездо, имеющее минимальный внутренний диаметр, когда абразивный элемент находится в исходном состоянии, при этом абразивный элемент содержит упругий полимерный композит, содержащий абразивные частицы. В целом цилиндрический дискодержатель имеет наружную поверхность, продольную ось и луковицеобразный рабочий конец, вставленный в гнездо. Рабочий конец разделен на множество секций удлиненными прорезями, протяженными от наружной поверхности дискодержателя к продольной оси. Рабочий конец имеет максимальный наружный диаметр, когда он находится в исходном состоянии, и множество секций и абразивный элемент совместно изгибаются при введении абразивного элемента в зацепление с дискодержателем и выведении его из зацепления с дискодержателем. В момент, когда дискодержатель находится в зацеплении с гнездом абразивного элемента, рабочий конец упруго сжимается до диаметра, меньшего, чем максимальный наружный диаметр, а гнездо упруго расширяется до диаметра, большего, чем минимальный внутренний диаметр. Группа изобретений включает второй вариант стоматологического абразивного сборного устройства и способ сборки. Изобретения обеспечивают превосходную фиксацию, сопротивление проскальзыванию, простоту в использовании и более высокие допустимые отклонения при изготовлении абразивного элемента и дискодержателя. 3 н. и 21 з.п.ф-лы, 11 ил., 6 табл.

1. Вращающееся стоматологическое сборное абразивное устройство, содержащее:
структурно целый абразивный элемент, имеющий в целом круглое гнездо, имеющее минимальный внутренний диаметр, когда абразивный элемент находится в исходном состоянии, при этом абразивный элемент содержит упругий полимерный композит, содержащий абразивные частицы; и
в целом цилиндрический дискодержатель, имеющий наружную поверхность, продольную ось и луковицеобразный рабочий конец, вставленный в гнездо, при этом рабочий конец разделен на множество секций удлиненными прорезями, протяженными от наружной поверхности дискодержателя к продольной оси, при этом рабочий конец имеет максимальный наружный диаметр, когда он находится в исходном состоянии, и множество секций и абразивный элемент совместно изгибаются при введении абразивного элемента в зацепление с дискодержателем и выведении его из зацепления с дискодержателем, и при этом, когда дискодержатель находится в зацеплении с гнездом абразивного элемента, рабочий конец упруго сжимается до диаметра, меньшего, чем максимальный наружный диаметр, а гнездо упруго расширяется до диаметра, большего, чем минимальный внутренний диаметр.

2. Сборное устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренний диаметр гнезда и наружный диаметр рабочего конца имеют относительные размеры, обеспечивающие степень натяга по диаметру сборного устройства, большую чем 100 мкм.

3. Сборное устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутренний диаметр гнезда и наружный диаметр рабочего конца имеют относительные размеры, обеспечивающие степень натяга по диаметру сборного устройства, большую чем 250 мкм.

4. Сборное устройство по п. 1, отличающееся тем, что рабочий конец и гнездо имеют формы, сопряженные по отношению друг к другу, когда дискодержатель и абразивный элемент находятся в исходных состояниях.

5. Сборное устройство по п. 1, отличающееся тем, что абразивный элемент дополнительно содержит кольцеобразную ступицу, концентричную по отношению к гнезду и окружающую рабочий конец, при этом ступица имеет первый диаметр ступицы, когда она находится в исходном состоянии, и второй диаметр ступицы, когда рабочий конец находится в гнезде, при этом разность между вторым диаметром ступицы и первым диаметром ступицы составляет от 1 до 50% от разности между наружным диаметром рабочего конца и внутренним диаметром гнезда.

6. Сборное устройство по п. 5, отличающееся тем, что разность между вторым диаметром ступицы и первым диаметром ступицы составляет от 10 до 40% от разности между наружным диаметром рабочего конца и внутренним диаметром гнезда.

7. Сборное устройство по п. 6, отличающееся тем, что разность между вторым диаметром ступицы и первым диаметром ступицы составляет от 15 до 30% от разности между наружным диаметром рабочего конца и внутренним диаметром гнезда.

8. Сборное устройство по п. 1, отличающееся тем, что абразивные частицы равномерно распределены в полимерном композите.

9. Сборное устройство по п. 1, отличающееся тем, что рабочий конец разделен по меньшей мере на четыре секции по меньшей мере двумя прорезями, пересекающимися друг с другом по продольной оси.

10. Сборное устройство по п. 1, отличающееся тем, что дискодержатель имеет полочку, расположенную в непосредственной близости к рабочему концу и протяженную по окружности вокруг наружной поверхности дискодержателя.

11. Сборное устройство по п. 10, отличающееся тем, что полочка имеет габаритный диаметр, составляющий от примерно 60 до примерно 90% от наружного диаметра рабочего конца.

12. Сборное устройство по п. 11, отличающееся тем, что абразивный элемент сжат в направлениях, параллельных продольной оси, силами, воздействующими на абразивный элемент со стороны рабочего конца и полочки и направленными в противоположные стороны.

13. Сборное устройство по п. 1, отличающееся тем, что гнездо является отверстием, сообщающимся с противоположными сторонами абразивного элемента.

14. Сборное устройство по п. 1, в отличающееся тем, что гнездо включает поверхность дна, сопряженную по отношению к рабочему концу дискодержателя.

15. Сборное устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит электроинструмент, соединенный с дискодержателем на конце, удаленном от рабочего конца.

16. Вращающееся стоматологическое сборное абразивное устройство, содержащее:
структурно целый абразивный элемент, имеющий в целом круглое гнездо с вогнутой внутренней поверхностью, при этом абразивный элемент содержит упругий полимерный композит с распределенными в нем абразивными частицами; и
в целом цилиндрический дискодержатель, имеющий наружную поверхность, продольную ось и луковицеобразный рабочий конец, вставленный в гнездо, при этом рабочий конец разделен на множество секций удлиненными прорезями, протяженными в радиальном направлении от наружной поверхности дискодержателя к продольной оси, при этом внутренняя поверхность является сопряженной по отношению к рабочему концу дискодержателя, и множество секций и абразивный элемент совместно изгибаются при введении абразивного элемента в зацепление с дискодержателем и выведении его из зацепления с дискодержателем, при этом, когда дискодержатель находится в зацеплении с гнездом абразивного элемента, рабочий конец упруго сжимается, а гнездо упруго расширяется.

17. Сборное устройство по п. 16, отличающееся тем, что по меньшей мере часть внутренней поверхности имеет вектор нормали, имеющий осевую составляющую, параллельную продольной оси, при этом упомянутая осевая составляющая определяет направление выведения рабочего конца из зацепления с гнездом.

18. Сборное устройство по п. 16, отличающееся тем, что гнездо дополнительно содержит поверхность дна, сопряженную по отношению к рабочему концу дискодержателя.

19. Способ сборки роторного стоматологического полировочного устройства, содержащий этапы:
обеспечения дискодержателя, имеющего наружную поверхность, продольную ось и луковицеобразный рабочий конец, разделенный на множество секций удлиненными прорезями, протяженными от наружной поверхности к продольной оси;
введения рабочего конца в гнездо, расположенное на абразивном элементе, обеспечивая тем самым сгибание множество секций в сторону друг к другу, в то время как части абразивного элемента, расположенные вокруг гнезда, упруго расширяются; и
фиксации рабочего конца в гнезде таким образом, что абразивный элемент будет находиться в контакте с дискодержателем вдоль как вогнутой, так и выпуклой поверхностей рабочего конца.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что абразивный элемент имеет размер, измеренный в радиальном направлении, увеличивающийся при введении абразивного элемента в зацепление с дискодержателем, и при этом изгиб множества секций вовнутрь уменьшает увеличение упомянутого размера в радиальном направлении на величину, составляющую от 10 до 90% от увеличения, которое наблюдалось бы, если бы секции были жесткими.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что изгиб множества секций вовнутрь уменьшает увеличение размера в радиальном направлении на величину, составляющую от 30 до 70% от увеличения, которое наблюдалось бы, если бы секции были жесткими.

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что изгиб множества секций вовнутрь уменьшает увеличение размера в радиальном направлении на величину, составляющую от 40 до 60% от увеличения, которое наблюдалось бы, если бы секции были жесткими.

23. Способ по п. 19, отличающийся тем, что при введении рабочего конца в гнездо абразивные частицы сжимаются в направлениях параллельных и направлениях перпендикулярных продольной оси, тем самым усиливая механическую фиксацию абразивного элемента и дискодержателя друг с другом.

24. Способ по п. 19, отличающийся тем, что абразивный элемент содержит упругий полимерный композит с распределенными в нем абразивными частицами и при этом абразивные частицы находятся в непосредственном контакте с рабочим концом, что усиливает фрикционное зацепление между абразивным элементом и дискодержателем.