JP2002235738A - ボールベアリング及びベアリング組立体 - Google Patents
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Abstract
ピース、ターボ分子ポンプ等の高速装置に対して使用さ
れるボールベアリング又はベアリング組立体に対して負
荷がかかり過ぎることを防止するよう構成されたボール
ベアリング又はベアリング組立体を提供する。 【解決手段】デンタルタービン、デンタルアングルハン
ドピース及びターボ分子ポンプ等の特に高速装置向けの
ボールベアリング6及びベアリング組立体において、ボ
ール4が内リング7と外リング8の間に配置され、ボー
ル4が操作回転数に依存する張力を有することにより、
特に始動段階で良好な耐摩擦特性を有し、同時にボール
ベアリング又はベアリング組立体が幾何学的なずれ又は
不正確な組付に起因するプレストレスにより過負荷にな
らないようにされている。
Description
ービン、デンタルアングルハンドピース、ターボ分子ポ
ンプ等の高速装置に対して使われるように意図された、
ボールベアリング及びベアリング組立体に関する。
アングルハンドピース、ターボ分子ポンプ等の高速装置
には、間に駆動装置を挟んで軸上に据え付けられた高精
密ボールベアリングが用いられてきた。これらのベアリ
ング又はベアリング組立体は、金属又は弾性バネ要素に
よって付加される一定のプレストレスを有した状態で取
付けられる。このプレストレスにより、ボールベアリン
グに遊びがないようになっている。
オフセットをもたらす。このトラックのオフセットは、
例えば、複列ボールベアリングにおいて、外リング及び
内リングに異なる軸方向のトラックの分離を与えること
によって得られる。2個の同一単列ボールベアリングか
らなるベアリング組立体において、トラックのオフセッ
トは、特に、ボールベアリングのリングの一致した形状
によって、又はボールベアリングのリングの機械的調整
によって、及び/又はその力がボールを通じて伝わり支
持部によって受け取られるバネ弾性要素によって、結果
的に外側に働く力が生成されないようにすることにより
成し遂げられる。
グ又はベアリング組立体には欠点がある。それは、支持
部に一定のプレストレスを置く取付によって、始動時に
おける最も低速なスピードでも作用し、ベアリングに対
してマイナス効果をもたらす摩擦モーメントが、ベアリ
ング内に生成されてしまうということである。ベアリン
グシートの軸の幾何学的配置におけるずれ及び/又は不
正確な組立によって、プレストレスの力が大きく変わっ
てしまい、その結果、ベアリングが、過度に大きな、あ
るいは過度に小さなプレストレスを有することになって
しまう可能性もある。
に、デンタルタービン、デンタルアングルハンドピー
ス、ターボ分子ポンプ等の高速装置に対して使用される
ように意図されたボールベアリング又はベアリング組立
体であって、特に、始動段階における回転動作におい
て、従来のものよりも実質的により良い耐摩擦特性を有
する一方で、同時に、プレストレスによって、又は幾何
学的配置におけるずれのために、又は不正確な組立のた
めに、ボールベアリング又はベアリング組立体に対して
負荷がかかり過ぎることを防止するよう構成されたボー
ルベアリング又はベアリング組立体を提供することであ
る。
ボールベアリングは、速度に依存する張力を発生させる
ために少なくとも1つの装置が設けられることを特徴と
する。本発明の装置は、例えば、異なる動作状態におい
て異なる大きさの張力を提供するボールベアリングを製
造するために使用されることができる。回転動作におい
て、ボールベアリングは、特定の速度範囲に合わせて、
継続的にまたは付加的に変わる張力を調整することが可
能である。具体的には、これにより、ボールベアリング
はより規則正しく動作することが可能になる。
短くする、という点においても、本発明の装置は有利で
ある。始動段階の間に提供する張力が比較的小さいこと
により、必要とされる駆動力は比較的小さくなる。とり
わけ、これは、例えば、デンタルタービンに使用される
ような空気圧または水圧による駆動に有利である。必要
とされる大きさの張力が、動作速度に達した際に得られ
るからである。
連する2つのリングが、規定の軸変位、すなわち、ベア
リングの軸変位を有するように設けられる。アイドル状
態において規定の軸方向の遊びがあるということは、こ
れまで発達してきた高精度のボールベアリングからの離
脱を象徴する。しかしながら、軸方向の遊びにより、始
動時の摩擦モーメントは非常に小さくなり、その結果、
非常に速く動作速度に達することが可能になる。
較的大きな張力が、特にベアリングの停止段階を短くす
るために、必要とされることも考えられる。さらに、ボ
ールベアリングを保持するために、アイドル状態におい
て妥当な大きさの張力を設定できると都合がよい。
得られると都合がよい。これにより、ベアリングは、特
に負荷の開始時に、比較的安定する。同時に比較的大き
な張力が、外リングの傾斜を最大可能な範囲で抑制し、
ベアリングノイズが効果的に削減される。負荷の大きさ
に合わせて張力を変更することもまた可能である。
少なくとも1つの張力要素、いくつかの接続可能なバネ
等の手段が備えられていることが好ましい。具体的に
は、速度を決定するために、例えば、渦電流センサ、光
学センサ等のようなセンサを設けることが可能である。
置、特に、遠心力に依存する開ループまたは閉ループの
制御用の遠心式調速機が設けられると有利である。これ
により、変化する動作速度に対して張力を継続的に調整
または制御することが確実にできるようになる。さら
に、これにより、他のセンサを使用する必要がなくなる
可能性もある。
なくともボールの部分が装置に含まれている。従って、
ベアリングで回転するボールは、ボールに働く遠心力が
速度に依存するために、回転体としてだけでなく、セン
サ及び作動装置の要素としても使用されることができ
る。これは、ボールがそのトラックと共に、遠心式調速
機を形成すると同時に、張力要素としての役割を果たす
ことができ、その結果、ボールベアリング張力の自己調
整と自己補強とを比較的安い費用で実現できることを意
味している。
度を有していると都合がよい。従来より、本体の遠心力
はその密度に特に依存することが知られている。本発明
によれば、密度が5g/cm3より大きなボール材料を
使用することにより、ボール毎の遠心力を比較的大きく
することができる。遠心力はまた、ボールの大きさを適
切に調整することにより変化させることが可能である。
力は、個々の遠心力の合計に依存している。多数の綿密
な実験を行った結果、例えば、デンタルタービン等のミ
ニアチュアボールベアリングのような、高速ボールベア
リングにおいて、特に密度が5g/cm3より大きい場
合、支持の安定性を実質的に改善するプレストレスを生
成できることがわかっている。
本質的に密度7.7g/cm3の鋼から製造されるのが
好ましい。このことは、ありふれたボールベアリング材
料の使用を可能にし、その結果、非常に経済的に本発明
の装置の実施例を実現することができる。
も1つのボールが、本質的に二酸化ジルコニウムから製
造されると有利である。二酸化ジルコニウムは、およそ
6g/cm3の密度を有する。そのため、本発明の張力
を生成するために、対応するボールをまた設けることが
できる。
リング列が、少なくとも1つの二酸化ジルコニウムのボ
ールを有し、ベアリング列内のその他のボールは鋼で作
られている。この組み合わせ、あるいは二酸化ジルコニ
ウムボールと鋼ボールの同様な組み合わせが、二酸化ジ
ルコニウムと鋼という材料の同等な物理的特性によっ
て、ベアリングの動作におけるあらゆる種類の利点を生
み出すのである。例えば、二酸化ジルコニウムと鋼は、
同等な弾性係数及びほとんど同一の線膨張係数を有して
いる。従って、外リング及び内リングは、トラックの半
径を変えずに、鋼あるいはZrO2製のボールを有する
ボールベアリングに組み立てることができる。ほとんど
同一の線膨張係数は、対応するボールベアリングが温度
負荷を与えられた場合においても、そのボールベアリン
グの耐摩擦特性に重大な変化を生じさせないようにす
る。
ことに比較的硬い二酸化ジルコニウムボールが、ちり、
摩耗片等をリングのトラック内に押付けることを可能に
し、このことがベアリングの損傷を低減させ、ボールベ
アリングの寿命を比較的大幅に伸ばすことになる。この
際、鋼及び/あるいはイットリウムドープ処理された二
酸化ジルコニウムで作られたリングを用意するのが好ま
しい。
鋼で作られた分離型ボールベアリング内で用いられる場
合、取付け時に耐えなければならない内側と外側のリン
グの比較的軽い衝突が、ボールを損なわない点が好都合
である。ここで言う衝突の比較的軽い損傷は、ベアリン
グの運転動作には問題とならない。同様に好ましい特徴
は、例えば窒化珪素のボールによっても示される。
作回転速度において、張力がボールベアリングのラジア
ル動定格荷重の0.5%以上ということである。ドイツ
規格DIN/ISO281は、ラジアル動定格荷重を、
大きさ及び方向が一定であるラジアル荷重と定義してお
り、ローラーベアリングは、理論的には106回転の公
称寿命についてこれを受容することができる。
あり、ローラベアリング製造業者の製品リストに提示さ
れている。ラジアル動定格荷重の値は、例えばボールの
直径、トラックの半径、単列ベアリング内のボールの
数、あるいは複数列ベアリング内の一列当たりのボール
の数、ベアリング内の回転体列の数、ベアリングの形
式、あるいはベアリングの構成等、多くの異なる要因に
よって左右される。
ベアリングの対応する寸法決定が非常に好都合であるこ
とを示している。最新式のボールベアリングと比べて、
本発明と同等のボールベアリングは500,000rp
mをはるかに超えた操作回転数で作動可能である。
ベアリングが、トラックの半径対ボールの半径の比で表
される1.04から1.35のオスキュレイションを有
している。バネ要素が、ボールベアリングを保持するた
めの対応するアセンブリから、ボールベアリングを、例
えば機械的及び/あるいは電気的に分離させるようにす
るのが好ましい。適当なバネ要素は、ボールベアリング
の機械的分離によって、ボールベアリングのほとんど音
を立てない動作を可能にする。この目的のためには、機
械的バネ要素、空気バネ等を用いるのが好ましい。
の、本発明によるボールベアリングの分離は、特にボー
ルベアリング及び保持装置の制作及び/あるいは組立て
公差とはほとんど無関係である。ボールベアリングを分
離するために、バネ緩衝要素を設けるのが都合が良い。
これは、ボールベアリングを分離することに加えて、特
に動作中のベアリングの負荷にうまく適応するために備
えられる支持部の機械的に安定した緩衝を得るのが可能
であることを意味する。例えば、本発明によるボールベ
アリングがデンタルタービンあるいはデンタルアングル
ハンドピースに用いられた場合、支持部のバネ操作と緩
衝を、歯科医の個人的な作業習慣に合わせて調節するこ
とができる。
あるいはディスクバネ、ゴム要素、あるいはそれらと同
等な要素の組み合わせにより、提供される。特に外リン
グの前面及び側面を包む、少なくとも1つの弾性要素を
備えると都合が良い。これによって、本発明によるバネ
緩衝要素の特に簡単な設計及び組立てが可能になる。
要素は、本発明によるベアリング張力と無関係であって
も、好都合である。これは、同時に、電気的分離、すな
わちボールベアリングとそのボールベアリングにより保
持される部品及び保持装置との間の絶縁のためにも備え
られてもよい。
ゆるO型配置又はX型配置を備えた複列ボールベアリン
グで構成されていると好都合である。こうすると、内リ
ングはそのトラックと共に軸又はアクスルとなり、そし
て/あるいは、例えば、外リングがハウジングとなり得
る。このことは、トラックが組付けられる時にオフセッ
トや傾斜の危険性を最小にすることができる。
トラックのオフセットの有利な設計を次のようにして可
能にしている。すなわち、アイドル状態に得られる軸方
向の減少した遊びがベアリングの最大軸方向遊びより小
さく且つ0より大きくなるようにする。これがサポート
の回転により、ボールに作用する遠心力を生じさせるの
で、ボールの軸方向成分がボールを摩擦力に逆らってベ
アリングのトラックの底部に押付け、本発明による如
く、ベアリングの張力を回転数依存性にする。
なくとも2つの単列の同じ種類のボールベアリングが組
付けられることが好ましい。このことは、少なくとも一
つのO型配置又はX型配置のベアリングが備えられてい
ることを意味し、それにより、特にトラックのオフセッ
トを生ぜしめ、その結果、最大軸方向の遊びより小さく
且つ0より大きい軸方向の減少した遊びになる。
説明する。図1は、内リング2、外リング3及び数個の
ボール4からなる2個のボールベアリングを示す。ボー
ル4の半径はRkであり、内リング2はトラックの半径
Riを有し、外リング3はトラックの半径Raを有す
る。本発明によれば、ボールベアリング1は、ボールの
半径Rkに対するトラックの半径Ri及びRaの比であ
るオスキュレイションSが1.04と1.25の間であ
る。
る軸方向の遊びJaで動き得る。このことは、内リング
2が外リング3 に対し、軸の各方向に軸方向の遊びJa
の半分だけ動き得ることを意味する。本発明によれば、
夫々の内リングからt/2が除かれるか、2つの内リン
グのうちの一方からtが除かれる。そして、その結果、
図2に示すように組立てられた際に、ボールベアリング
1が、例えば、O型配置を有するベアリング組立体1を
形成することになる。
向遊びJaよりも小さいことが示されている。本発明に
よれば、0よりも大きく、ボールベアリング1の軸方向
遊びJaよりも小さい値をtとして選ぶことが好まし
い。これにより、ベアリング組立体5として組み立てら
れた際に、減少された軸方向遊びJaをアイドル状態に
おいて有し、張力Fvというプレストレスが操作回転数
n>0において負荷されるベアリング組立体5が得られ
る(図5も参照のこと)。そして、これにより、比較的
迅速な始動ができ、非常に高速かつ一定の操作回転数n
がだせるベアリング組立体5が得られる。そして、その
結果、対応する装置が作動されてから最大操作回転数に
達するまでの時間としての遅延時間が短くなる。また、
それと同時に、高速の最大操作回転数nがだせることか
ら、例えば、対応する装置による処理効率の向上、或い
は、対応する装置の新たな作業領域の確保が可能とされ
る。
く、アイドル状態、即ち、操作回転数n=0のときの複
列ボールベアリング6を示す図である。ボールベアリン
グ6は、内リング7と、外リング8と、ボール4とを有
している。ここで、内リング7上の2つの溝間の距離
は、外リング8上の2つの溝間の距離よりも幾分短くな
っている。その結果、ボールベアリング6はO型配置と
されやすい。原則として、図2に示されたボールベアリ
ング5の場合と同様、X型配置とすることもまた有利で
ある。この場合は、内リング7上の2つの溝間の距離
が、外リング8上の2つの溝間の距離よりも幾分長くさ
れる。
のみならず、ベアリング組立体5の変形例を示す図であ
る。図3に示されたベアリング組立体5は、ベアリング
組立体5での衝撃を吸収するために設けられた弾性要素
9を備えている。弾性要素9は、動作中のベアリング組
立体5におけるノイズを十分に減少させる。本発明によ
れば、弾性要素9は、例えば、少なくとも3つのOリン
グを備え、好ましくは、2つのOリングが前方に設けら
れ、少なくとも1つのOリングが外リングの側に設けら
れる。
もバネ緩衝要素として用いられ得る。ボールベアリング
組立体5における全てのバネ、或いはバネ緩衝要素が比
較的大きな製造上の公差を有するものとして製造され得
る。そして、それら全てが個々のボールベアリング1に
組み付けられる。
は、内リングとして、2つの対応する溝が設けられた中
空シャフト或いは中身の詰まった中空でないシャフト1
0を有していても良い。特に、本発明によるベアリング
組立体5のみならずボールベアリング1,6の全ての変
形例には、操作回転数nにおいて、ボールベアリング
1,6又はベアリング組立体5の動定格荷重Crの0.
5%以上の張力Fv、即ち、Fv/Cr≧0.5%とな
る張力Fvがかかっている。従って、本発明によるボー
ルベアリング1,6又は本発明によるベアリング組立体
5は、500,000rpmを十分に越える最大操作回
転数nに達し得る。
二酸化ジルコニウムである。尚、ベアリング上の一列を
なす複数の鋼製のボール中に1個の二酸化ジルコニウム
製のボールを配置するといったことも可能である。比較
的硬度の高い二酸化ジルコニウムのボールを使用すれ
ば、好ましくは鋼製として成形された内リング2及び/
又は外リング3,8の溝内にこのボールが押し付けら
れ、このボールが、例えば、これらの溝を研磨したり、
これらの溝内のちり払いをすることになる。これによ
り、ベアリング組立体5のみならずボールベアリング
1,6の寿命が延ばされるという効果が得られる。
である。
グ組立体の軸方向断面図である。
リングからなる1組のボールベアリングの軸方向断面図
である。
る。
回転状態における軸方向断面図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 内リング(2,7)と外リング(3,
8)との間に配置されたボール(4)を有する、デンタ
ルタービン、デンタルアングルハンドピース、ターボ分
子ポンプ等の高速装置用のボールベアリング(1,6)
であって、 少なくとも一つの装置(4)が、ボールベアリング
(1,6)に張力を与えるために、回転数に依存する張
力(Fv)を生じさせるために設けられたことを特徴と
する、ボールベアリング。 - 【請求項2】 アクチュエータ(4)が遠心力に依存す
る開ループ又は閉ループ制御のために設けられているこ
とを特徴とする、請求項1記載のボールベアリング。 - 【請求項3】 前記装置(4)が少なくともボール
(4)の一部を含むことを特徴とする、請求項1又は2
記載のボールベアリング。 - 【請求項4】 ボール材料として、5g/cm3 より
大きい密度のものが使用されることを特徴とする、請求
項1ないし3のいずれかに記載のボールベアリング。 - 【請求項5】 少なくとも1つのボール(4)が、実質
的に鋼からなることを特徴とする、請求項1ないし4の
いずれかに記載のボールベアリング。 - 【請求項6】 少なくとも1つのボール(4)が実質的
に二酸化ジルコニウムからなることを特徴とする、請求
項1ないし5のいずれかに記載のボールベアリング。 - 【請求項7】 操作回転数(n)に応じて、張力(F
v)が、ボールベアリングの動定格荷重(Cr)の0.
5%以上であることを特徴とする、請求項1ないし6の
いずれかに記載のボールベアリング。 - 【請求項8】 ボールの半径(Rk)に対するトラック
の半径(Ri,Ra)の比率をオスキュレイションSと
した場合、前記ボールベアリング(1,6)が、1.0
4と1.35との間のオスキュレイションSを有するこ
とを特徴とする、請求項1ないし7のいずれかに記載の
ボールベアリング。 - 【請求項9】 前記ボールベアリング(1,6)がO型
配置又はX型配置の複列ボールベアリング(6)として
作られていることを特徴とする、請求項1ないし8のい
ずれかに記載のボールベアリング。 - 【請求項10】 バネ要素(9)がボールベアリング
(1,6)を保持するためのユニットからボールベアリ
ング(1,6)を分離するために設けられていることを
特徴とする、請求項1ないし9のいずれかに記載のボー
ルベアリング。 - 【請求項11】 バネ緩衝要素(9)が、ボールベアリ
ング(1,6)を保持するためのユニットからボールベ
アリング(1,6)を分離するために設けられているこ
とを特徴とする、請求項1ないし10のいずれかに記載
のボールベアリング。 - 【請求項12】 少なくとも2つの単列の同じ種類のボ
ールベアリング(1)からなるベアリング組立体であっ
て、請求項1ないし11のいずれかに記載のボールベア
リング(1)を備えることを特徴とする、ベアリング組
立体。 - 【請求項13】 X型配置が取られている請求項12記
載のベアリング組立体。 - 【請求項14】 O型配置が取られている請求項12記
載のベアリング組立体。
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