[发明专利]钻头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及刀头，更具体地涉及用于去除材料的钻头(bur)。

背景技术

可以各种方法来实现材料的去除。一种常用的方法涉及将旋转刀头与待去除的材料相接触。例如，在牙科手术过程中，牙医可操作其内安装有刀头的钻保持器或机头。在该应用中，该刀头称为牙科钻头或仅称为钻头，且具有设计成以可控和理想的无痛方式去除牙齿材料的表面。机头基本上是一个专门设计的钻（drill）或回转机。机头可以各种方式供电或驱动，例如凭借穿过空气涡轮机的压缩空气或通过经由电动马达的电力而供电或驱动，这样被卡在或以其他方式保持于机头中的钻头能以超过40万转每分钟的速率旋转。

虽然钻头可为单件构造，但是钻头往往是多个部件的组装件，以致力于降低制造成本和满足性能标准。例如，钻头可以是两件式的构造，其通常包括连接到柄部或杆部的头部。头部设计成用于去除目标材料，且为此目的而具有研磨表面或切削刃，如齿或刀片。在操作过程中，当钻头旋转并且头部的切削刃接触到较软材料时，所述刃切割或去除材料。再次参考牙科钻头的例子，在牙髓治疗期间牙科医生会使用钻头通过将旋转的头部与牙齿相接触来去除牙齿的一部分，诸如牙齿的珐琅质。

为了高速有效地去除材料，刀片必须保持锋利并且深入材料的表面。在这方面，钻头的头部通常由比待去除材料更硬的物质制成。尽管在某些应用中，可以采用金刚石浸渍或电镀金刚石的切削刃，但首选材料为金属碳化物，如碳化钨。

柄部用于将旋转从机头传递到头部，还用于使头部与机头间隔开一定的距离。当钻头由两个独立的部件构成时，柄部可由低成本的、可加工的高强度材料，例如钢制成。

在将切削刃接合并机械加工于其中之前，碳化物件通常被称为端头（pill）。参考图1A和1B，用于将端头10接合到柄部12以便制备钻头14的技术包括在两个部分之间形成对接接头16。如图1A和1B所示，对接接头16将两个平坦表面放置到一起，一个平坦表面位于端头10上而另一个平坦表面位于柄部12上，进而焊接或钎焊两个平坦表面之间的接合面来形成对接接头16。另一种接合端头和柄部的接头构造（未示出）包括在端头中形成凹进部，将柄部的一部分插入到凹进部内并且将两者钎焊或焊接到一起。

然而，这些构造每个都具有其局限性。对于其中一种构造，虽然对接接头是一种简单且容易形成的接头，但是具有对接接头的钻头往往会在材料去除过程中受到的载荷下断裂。也就是说，接头在该构造中通常是薄弱点，且有时限制钻头的使用寿命和有效性。具体地，参考图1B，在使用过程中施加到钻头14的头部或端头10上的横向载荷（箭头18）或力矩使得钻头14的表面处于张力（由δ₁表示）下，因此，接头16也至少部分地处于张力下。从而，由所施加的载荷L导致的应力趋于将接头16拉开。这些裂纹张开应力（由δ₂表示）具有与拉伸应力δ₁完全相等的量值。

另一种接头构造包括在端头中形成凹进部，柄部在所述凹进部内倾斜并被接合。然而，这种接头构造加工昂贵，且通常需要特别改造的接合技术，该接合技术对于生产环境而言通常是不切实际的。例如，在端头由碳化钨制成时，端头中凹进部的加工通常需要金刚石浸渍或其它昂贵的钻头，其原因在于金属碳化物以其极高的硬度而被公知。因此，在由极坚硬的材料制成的端头中加工凹进部将显著地增加制造工艺的成本。此外，这种技术可能无法提供能抵抗钻头使用过程中所受到的正常应力的接头。

因此，需要能解决上述问题的钻头。具体的，需要一种既结实又可以成本有效的方式制造的钻头。

发明内容

为此目的，在本发明的一个实施例中，适用于具有可旋转夹头的机器的钻头，其包括具有纵向轴线的细长构件，其包括由不同材料制成的头部和柄部。头部和柄部在接头处接合到一起。头部材料相比柄部材料具有更低的热膨胀系数。柄部包括握持部和凹进部，所述握持部适于与机器的可旋转夹头配合，所述凹进部形成于柄部的纵向轴线方向上的一端并且在纵向轴线方向上延伸到柄部内。头部沿纵向轴线延伸，且具有适于去除材料的工作表面和与凹进部配合的突出部。接头在突出部和凹进部之间的接合面处形成，由此头部的包括突出部的部分受到压应力。在一个实施例中，柄部的材料为不锈钢而头部的材料包括金属碳化物。在一个实施例中，突出部具有圆锥状的形状且凹进部具有与突出部的圆锥状形状互补的杯状形状。在另一实施例中，突出部的圆锥状形状具有凹入或凸出表面，而凹进部的杯状形状相应地具有凸出或凹入表面。在一个实施例中，钻头是牙科钻头。