JP4962103B2 - 歯科用ハンドピース用の転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、例えばストレートハンドピースやアングルハンドピースなどの歯科用ハンドピースに用いられる転がり軸受に関する。

従来から、例えばストレートハンドピースやアングルハンドピースなどの歯科用ハンドピースが知られている（例えば特許文献１及び２参照）。

このような歯科用のアングルハンドピースの一例を図１に示す。図１（ａ）は歯科用ハンドピースの外観図、（ｂ）は歯科用ハンドピースのヘッド部の拡大断面図、（ｃ）はヘッド部に用いられた転がり軸受の部分横断面図である。

歯科用ハンドピース１は、ヘッド部３にドリルや砥石など各種の工具５を着脱自在に装着し、工具５を高速回転させる機構になっている。ヘッド部３の構成を具体的に説明すると、工具５はヘッド部３内の回転軸７に装着され、回転軸７はその軸方向上下一対の転がり軸受９，９を介してハウジング１１に回転自在に支持されている。さらに、回転軸７には、一対の転がり軸受９，９の間の部分にタービン翼１３が取り付けられており、このタービン翼１３を空気圧により高速回転させることで、回転軸７、工具５も高速回転させることができる。

回転軸７の外周には、工具５に向けて水を噴射する複数の水噴射孔１５と、工具に向けて空気を噴射する複数の空気噴射孔１７とが配設されている。各水噴射孔１５は、回転軸７の周りに設けられた周溝１９を介して水導入路２１に接続され、各空気噴射孔１７は、回転軸７の周りに設けられた周溝２３を介して空気導入路２５に接続されている。各水噴射孔１５及び各空気噴射孔１７は互いに対を成し、回転軸７の外周に所定間隔で配設されており、水噴射孔１５から噴射された水と空気噴射孔１７から噴射された空気とが、工具５に向かう途中で交差するように設計されている。なお、各空気噴射孔１７は、各水噴射孔１５の内側に配設されている。このような構成により、水噴射孔１５から噴射された水が空気噴射孔１７から噴射された空気により拡散され、歯科治療中に工具５の全体に効率よく水を噴射することができる。

転がり軸受９，９は、相対回転可能に構成された内輪２７及び外輪２９と、内外輪間に配列された玉３１と、玉３１を転動自在に保持する保持器３３とを備えている。内輪２７は回転軸７に外嵌しており、外輪２９はハウジング１１に内嵌している。外輪２９は一端側にフランジ３５を有し、他端側には密封部材３７が設けられている。外輪２９の胴部には、例えば真鍮製の環状リング３９が外嵌されてフランジ３５に当接していると共に、例えばゴム製のＯリング４１が外嵌されて環状リング３９に当接している。転がり軸受９，９をヘッド部３に組み込んで位置決めをする際、ハウジング１１とＯリング４１とを当接させることにより、転がり軸受９，９への予圧が付加される。
特開２００１−３２１３９１号公報 特開平７−２３９８０号公報

ところで、歯科用ハンドピース用の転がり軸受は、毎分３０万回転以上の高速回転と１００℃を越える高温の滅菌処理に耐えること等、非常に高い性能が要求される。より高性能な軸受を実現するためには、軸受の寸法精度や回転精度を上げたり、保持器の材料を工夫したりする必要があった。

また、従来ハンドピース用転がり軸受の保持器の材料に樹脂系のものを用いる場合、グラファイトパウダー３０％程度、ＰＴＦＥ３％程度のポリアミドイミド（トーロン４２７５）で形成するものがあったが、この組成では射出成形ができず、削り加工により製作しなければならないため、コストが嵩むという問題があった。

そこで、本発明は、コストを抑え、高速回転下での軸受回転性能を向上させた歯科用ハンドピース用の転がり軸受を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内外輪間において内輪に近接して配置され、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に介在する複数の転動体を、周方向の複数箇所に設けたポケットそれぞれに転動自在に保持する円環状の保持器とを備え、歯科用ハンドピースのヘッド部に内蔵され、前記内輪は工具を取り付ける回転軸に外嵌され、前記外輪はハウジングに内嵌されることで、該回転軸を回転自在に支持する歯科用ハンドピース用の転がり軸受であって、前記保持器は耐熱性を有する樹脂組成物から成り、該樹脂組成物のベース樹脂は、ガラス繊維および／もしくはカーボン繊維を配合したポリフェニレンサルファイド、または、ガラス繊維および／もしくはカーボン繊維を配合したポリエーテルエーテルケトンであり、前記保持器を回転中心軸に垂直な面で切断したときの断面における該前記保持器の内周および外周の真円度を５〜１０μｍにし、前記回転軸に外嵌される内輪の外周面が前記保持器の案内面となり、該案内面の粗さを０．７ｓ以下にすると共に、該案内面と前記保持器の対向面との隙間を０．０２〜０．０６ｍｍにしたことを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様では、前記複数の転動体は玉であり、前記内輪軌道の溝の曲率を前記玉の曲率に対し５５％〜６０％にし、前記外輪軌道の溝の曲率を前記玉の曲率に対し６０％〜６５％にしたことを特徴とする。

本発明によれば、コストを抑え、高速回転下での軸受回転性能を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る歯科用ハンドピース用の転がり軸受の横断面図である。

転がり軸受４３は、外周面４５に内輪軌道４７を有する内輪４９と、内周面５１に外輪軌道５３を有する外輪５５とを有する。内輪４９と外輪５５は中心が一致しており、これを符号Ｏで示す。内輪軌道４７と外輪軌道５３との間には、複数の転動体５７が介在している。本実施形態では転動体５７は玉であり、複数の玉は材質、形状とも同一のものであり、同じ符号５７で表す。内外輪間には、玉５７を、周方向の複数箇所に設けたポケットそれぞれに転動自在に保持する円環状の保持器５９が配置されている。保持器５９の形状は特に限定されず、冠形保持器、プレス保持器、もみ抜き保持器等のいずれでも良い。保持器５９の内周面６１は内輪４９の外周面４５に対向しており、保持器５９の外周面６３は外輪５５の内周面５１に対向している。

また、外輪５５には、軸受内部から潤滑剤が漏洩したり、軸受内部に異物が入り込んだりすることを防ぐため、シールやシールド等の密封部材６５が設けられている。転がり軸受４３は以上のように構成され、内外輪が回転中心軸Ｘ−Ｘの周りに相対回転自在になっている。

転がり軸受４３を組み込む歯科用ハンドピースの形態は特に限定されないが、例えば上述した一例（図１参照）と同様のものを考えることができる。ここで、図２に示されるように、本実施形態では外輪５５にフランジは形成されていないが、ハンドピースのヘッド部内の構成はほとんど同じにすることができる。また、外輪５５をフランジ付外輪にしても良い。外輪５５はハウジングに内嵌し、内輪４９は、工具を取り付ける回転軸に外嵌する。内輪４９が外輪５５に対して高速で回転する。

本実施形態においては、内外輪４９，５５は高耐食ステンレスで形成され、玉５７もステンレス又はセラミックで形成される。また、保持器５９は外輪５５よりも内輪４９に近接しており、高速回転時、保持器５９は内輪４９に案内される。内輪４９の、内輪軌道４７を除く外周面４５部分が、保持器５９を案内する案内面となる。なお、別形態として、保持器５９が内輪４９より外輪５５に近接する外輪案内型とすることもできる。この場合には、外輪５５の、外輪軌道５３を除く内周面５１部分が、保持器５９の案内面となる。

保持器５９は耐熱性を有する樹脂組成物から成り、該樹脂組成物のベース樹脂は、ガラス繊維および／もしくはカーボン繊維を配合したポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、または、ガラス繊維および／もしくはカーボン繊維を配合したポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）である。このような材料を用いた保持器５９は射出成形が可能であり、保持器製作上の大幅なコストダウンが可能となる。さらに、ハンドピースには高温の滅菌処理が施されるが、上記材料を用いた保持器５９は、温度による寸法変化がごくわずかである。また、滅菌処理時にかかる蒸気に対しても、吸水率が非常に少ない材質のため、保持器５９の寸法変化はごくわずかである。したがって、上記材料を用いた保持器５９によれば、コストダウンと共に、転がり軸受４３の回転精度の劣化を防ぐことができる。

また、保持器５９の内周および外周の真円度、即ち、保持器５９を回転中心軸Ｘ−Ｘに垂直な面で切断したときの断面における、保持器５９の内周および外周の真円度を、１０μｍ以下にしている。また、保持器５９の案内面（上述のように、本実施形態では内輪４９の外周面４５）の粗さを０．７ｓ以下にしている。さらに、該案内面とこれに対向する保持器５９内周面６１との隙間を０．０２〜０．０６ｍｍにしている。このように各値を精密にコントロールすることで、高速回転下での軸受回転精度が確保され、騒音、振動が抑制される。

また、内輪軌道４７の溝の曲率を玉５７の曲率に対し５５％〜６０％にし、外輪軌道５３の溝の曲率を玉５７の曲率に対し６０％〜６５％にしている。ここで、内外輪軌道４７，５３の溝の曲率とは、図２の如く、軸受４３を回転中心軸Ｘ−Ｘを含む面で切断したときの断面における、各軌道４７，５３の曲率を意味する。一定圧のエアーで駆動される歯科用ハンドピースは、軸受のトルクにより回転数が左右されるため、軸受のトルクをできるだけ低減することが望ましい。上記のように軌道溝の曲率をコントロールすることで、玉５７の転動面と内輪軌道４７及び外輪軌道５３との当接部分に形成される接触楕円が小さくなる。そのため、回転時にこの接触楕円部分で生じる転がり抵抗、スピンが小さくなり、軸受４３のトルクが低減され、一定のエアー圧でさらなる回転数アップが可能となる。

図３乃至６に、本実施形態の歯科用ハンドピース用の転がり軸受と形状および材質が等しい転がり軸受を用いて、上述の保持器真円度（μｍ）、案内面粗さ（ｓ）、案内隙間（ｍｍ）、内外輪軌道の溝の曲率の各値と、回転数との関係を示す。回転数は毎分４０万回転を１として回転数比で示した。また、併せて、図３では振動比、図６ではトルク比についての試験結果も示した。なお、試験に用いた軸受はＳＲ１４４であり、予圧は０．３ｋｇｆとした。

図３は、保持器真円度と、振動および回転数との関係を示すグラフである。保持器真円度が１０μｍを越えたあたりから振動が増加し、回転数は徐々に減少していることがわかる。本実施形態によれば、保持器真円度を１０μｍ以下にしているので、振動を抑え、大きな回転数を確保することができる。

図４は、案内面粗さと回転数との関係を示すグラフである。案内面粗さが１ｓを越えたあたりから、回転数比が減少して１より小さくなっていることがわかる。本実施形態によれば、案内面粗さを０．７ｓ以下にしているので、大きな回転数を確保することができる。

図５は、案内隙間と回転数との関係を示すグラフである。案内隙間が小さ過ぎても大き過ぎても、回転数比は１に達しないことがわかる。本実施形態によれば、案内隙間を０．０２〜０．０６ｍｍの範囲内に調整しているので、大きな回転数を確保することができる。

図６は、内外輪軌道の溝の曲率と、トルクおよび回転数との関係を示すグラフである。図中のｒｉは、玉の曲率を１としたときの内輪軌道の溝の曲率を表し、ｒｅは、玉の曲率を１としたときの外輪軌道の溝の曲率を表す。本実施形態では、ｒｉ＝０．５５〜０．６０、ｒｅ＝０．６０〜０．６５にしている。３本の棒グラフは、従来品と本実施形態の２つの例について、軸受のトルクを比較したものである。詳しくは、左から順に、従来品のトルク比（これを１とする）、本実施形態においてｒｉとｒｅを最小値にした軸受のトルク比、本実施形態においてｒｉとｒｅを最大値にした軸受のトルク比である。また、従来品と本実施形態の２つの例について、回転数比も示している。図から分かるように、従来品に比べ、本実施形態は低トルクであり、回転数も増加させることができる。

以上のように、本実施形態の歯科用ハンドピース用の軸受によれば、大幅なコストダウンと共に、回転精度の劣化を防ぐことができる。また、高速回転下での軸受回転精度が確保され、騒音、振動が抑制される。さらに、トルクを低減し、回転数を上げることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、種々変形可能である。

（ａ）は歯科用ハンドピースの外観図、（ｂ）は歯科用ハンドピースのヘッド部の拡大断面図、（ｃ）はヘッド部に用いられた転がり軸受の部分横断面図である。 本発明の一実施形態に係る歯科用ハンドピース用の転がり軸受の横断面図である。 保持器真円度と、振動および回転数との関係を示すグラフである。 案内面粗さと回転数との関係を示すグラフである。 案内隙間と回転数との関係を示すグラフである。 内外輪軌道の溝の曲率と、トルクおよび回転数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１・・・・歯科用ハンドピース
３・・・・ヘッド部
５・・・・工具
７・・・・回転軸
４３・・・・転がり軸受
４５・・・・内輪外周面
４７・・・・内輪軌道
４９・・・・内輪
５１・・・・外輪内周面
５３・・・・外輪軌道
５５・・・・外輪
５７・・・・転動体
５９・・・・保持器
６１・・・・保持器内周面
６３・・・・保持器外周面

Claims (2)

1. 外周面に内輪軌道を有する内輪と、
   内周面に外輪軌道を有する外輪と、
   前記内外輪間において内輪に近接して配置され、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に介在する複数の転動体を、周方向の複数箇所に設けたポケットそれぞれに転動自在に保持する円環状の保持器とを備え、
   歯科用ハンドピースのヘッド部に内蔵され、前記内輪は工具を取り付ける回転軸に外嵌され、前記外輪はハウジングに内嵌されることで、該回転軸を回転自在に支持する歯科用ハンドピース用の転がり軸受であって、
   前記保持器は耐熱性を有する樹脂組成物から成り、該樹脂組成物のベース樹脂は、ガラス繊維および／もしくはカーボン繊維を配合したポリフェニレンサルファイド、または、ガラス繊維および／もしくはカーボン繊維を配合したポリエーテルエーテルケトンであり、
   前記保持器を回転中心軸に垂直な面で切断したときの断面における該前記保持器の内周および外周の真円度を５〜１０μｍにし、
   前記回転軸に外嵌される内輪の外周面が前記保持器の案内面となり、該案内面の粗さを０．７ｓ以下にすると共に、該案内面と前記保持器の対向面との隙間を０．０２〜０．０６ｍｍにしたことを特徴とする歯科用ハンドピース用の転がり軸受。
2. 前記複数の転動体は玉であり、
   前記内輪軌道の溝の曲率を前記玉の曲率に対し５５％〜６０％にし、前記外輪軌道の溝の曲率を前記玉の曲率に対し６０％〜６５％にしたことを特徴とする請求項１に記載の歯科用ハンドピース用の転がり軸受。

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