JP3016735B2 - 高速回転機器の転がり軸受装置 - Google Patents

高速回転機器の転がり軸受装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、医療用、食品製造
用、航空宇宙機器用等の高速かつ高い安全性が要求され
る分野において使用される高速回転機器の転がり軸受装
置に関するものである。更に詳しくは、本発明は、歯科
用の高速回転切削器（歯科用エアータービンハンドピー
ス）などの高速回転機器の主要な構成要素である転がり
軸受装置において、安定した高速回転を確保し、かつ高
い生体安全性を有し、更に高温高圧下での滅菌処理（オ
ートクレーブ処理）にも耐える耐久性のある転がり軸受
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高速回転機器、特に切削工具を高速に回
転させるための高速切削器は、概略的には、切削工具を
固定保持する回転軸、前記回転軸を回転駆動させるため
の回転駆動装置、及び前記回転軸を回転自在に支承する
軸受部、とから構成されるものである。
【０００３】この種の高速切削器として、例えば医療歯
科用の高速切削器（エアータービンハンドピース）を示
すことができる。そして、前記した医療歯科用高速切削
器（エアータービンハンドピース）の軸受部は、ボール
（転動体）を使用した玉軸受機構を有するものと、エア
ーベアリングを使用した（無接触型の）空気軸受機構を
有するもの、とが知られている。
【０００４】例えば、歯科用のエアータービンハンドピ
ースの軸受機構に注目すると、ボールベアリングタービ
ン型、及びエアーベアリングタービン型の２種類のエア
ータービンハンドピースが知られている。なお、前者の
ボールベアリングタービン型のものは約２０〜４０万ｒ
ｐｍ程度の高速回転の機種であり、後者のエアーベアリ
ングタービン型のものは約３０〜５０万ｒｐｍ程度の超
高速回転の機種であるということができる。前記したボ
ールベアリングタービン型、及びエアーベアリングター
ビン型の機種の回転数は、一般的な値であり、例えば本
発明者らが先に提案した歯科用エアータービンハンドピ
ース（特願平６−３６４０４号、U.S.Patent No.5,562,
446）は、ボールベアリングタービン型のものであるが
超高速回転を実現することができる高性能のものであ
る。
【０００５】ここで、従来技術及び本発明の理解を助け
るために、本発明の潤滑油と多孔質保持器（リテーナ）
からなる軸受が適用される一つの応用機器、即ち、歯科
用の高速切削器（歯科用エアータービンハンドピース）
の構造について説明する。
【０００６】図１〜図２は、歯科用エアータービンハン
ドピースの構造を説明する図である。なお、図１は、全
体構造を説明する図（斜視図）であり、図２は、特にヘ
ッド部とネック部の内部構造を説明する図（断面図）で
ある。
【０００７】図１に示されるように、歯科用エアーター
ビンハンドピース（Ａ）は、エアータービンのロータ軸
（駆動軸）に固定保持される切削工具（Ｂ）（５）を有
するヘッド部（Ｈ）とグリップ部（Ｇ）からなるもので
ある。そして、前記グリップ部（Ｇ）のネック部（Ｎ）
は、前記ヘッド（Ｈ）に連接されると共に、ヘッド部
（Ｈ）内に配設されたエアータービンに加圧空気を供
給、排出する手段を内部に有するものである。
【０００８】図２は、歯科用エアータービンハンドピー
ス（Ａ）のヘッド部（Ｈ）とネック部（Ｎ）の内部構造
を示す。図示されるように、ヘッド部（Ｈ）において、
ヘッド（１）のチャンバー（１１）の内部に周縁部にタ
ービンブレード（２）を有するタービンロータ軸（３）
が配設されると共に、前記タービンロータ軸（３）はヘ
ッド（１）の内部において軸受部（４）を介して回転自
在に支承される。前記ヘッド（１）は、ヘッド本体部
（１２）とキャップ部（１３）とからなる。そして、前
記ヘッド本体部（１２）の内部に、前記タービンロータ
軸（３）を回転自在に支承するための軸受部（４）が配
設される。タービンロータ軸（３）の軸心穴には、切削
工具（５）が固定保持され、治療行為が行なわれる。な
お、切削工具（５）の周側部には、切削工具（５）を軸
心穴中に把持するためのチャック（５１）が配設されて
いる。軸受部（４）は、内輪（４１）、外輪（４２）、
転動体（４３）及び保持器（４４）からなるボールベア
リング方式のもので構成されている。なお、軸受部
（４）の外周や側部には、求軸心のためのＯ−リングや
軸剛性を高めるための公知のウェーブワッシャなどを配
設しても良いものである。ネック部（Ｎ）は、そのネッ
ク本体部（６）がチャンバー（１１）内に配設されたタ
ービンブレード（２）に加圧空気を供給するための給気
路（７）と給気口（７１）、及びチャンバー（１１）内
の加圧空気を排出するための排気路（８）（９）と排気
口（８１）、（９１）を有するもので構成される。
【０００９】前記図２に示される歯科用エアータービン
ハンドピース（Ａ）の内部構造において、加圧空気の給
気・排気手段は、本発明者らが、先に提案したものであ
り（特願平６−３６４０４号、Ｕ.Ｓ.Ｐａｔｅｎｔ Ｎ
ｏ.５，５６２，４４６）、従来技術においては全く見
られない新しい構成のものである。このため、図２に
は、前記した各要素（部材）を説明するための参照符号
に加えて他の参照符号（記号）も示されている。これら
の参照符号（記号）の説明は省略するが、図２により従
来の歯科用エアータービンハンドピースの構造を容易に
理解することができる。なお、図２に示される本発明者
らが先に提案した給気・排気手段をもつ歯科用エアータ
ービンハンドピース（Ａ）は、従来の転がり軸受装置を
内蔵するハンドピースのカテゴリーに属するものではあ
るが、極めて高速の回転、従って大トルクが得られるこ
とは先に説明した通りである。
【００１０】前記したボールベアリング式の歯科用エア
ータービンハンドピースにおいて、その軸受部は、ミニ
アチュア型軸受部により構成されている。そして、前記
タービンロータ軸は、毎分２０〜４０万ｒｐｍ程度で高
速回転するため、軸受部内部の温度も高くなり、かつ軸
受部にかかる応力も大きなものとなる。このため、前記
した過酷な条件のもとで使用される軸受部用の潤滑油の
品質、特性の管理は極めて重要である。
【００１１】また、前記したボールベアリング式の歯科
用エアータービンハンドピースは、口腔内で使用される
ため、使用前に軸受部に潤滑油をスプレー、あるいは滴
下して使用され、別言すれば稀薄潤滑の環境下において
使用され、かつ滅菌消毒のために高圧高温処理（オート
クレーブ処理ともいわれ、その処理条件は、例えば蒸気
圧２．４kgf／cm2 、温度１３５℃、時間５分であ
る。）される。このため、前記歯科用エアタービンハン
ドピースに使用される転がり軸受装置として、前記した
と同様の条件を満足するものが要求されている。特に、
潤滑系において重要な構成要素となる保持器（リテー
ナ、retainer）の特性として、前記したと同様の条件を
満足するものが要求されている。また、前記転がり軸受
装置に適用される潤滑油も、耐酸化性など過酷な使用条
件を満足する特性を有するものが要求されている。
【００１２】従来、前記した転がり軸受装置の重要な構
成要素である転動体（ボール）の保持器（リテーナ）
は、前記した要求特性の観点から、ポリイミド樹脂系の
ものや繊維層を有するフェノール樹脂系のものなどで構
成されているものがあるが、十分なものであるとはいえ
ない。
【００１３】一方、高速回転機器の転がり軸受装置に適
用される潤滑油として、各種の潤滑油が使用もしくは提
案されている。
【００１４】例えば、潤滑油をフロンやＬＰＧを用いて
スプレー方式により供給することが広く行われており、
潤滑油としてパラフィン等の精製鉱油系のものが知られ
ている。前記した潤滑油は、典型的には石油系のもので
あり、石油を各種留分に分留精製し、これに必要な酸化
防止剤などの添加剤を配合して調製されたものである。
なお、前記した潤滑油の基油成分は、天然の鉱油系のも
ののほか、グリコール、エステル、低分子量のポリオレ
フィンなどの合成系のものも知られている。
【００１５】そのほか、動物油や植物油の食用油も、精
密機械、工作機械、船舶機関などの潤滑油として使用さ
れることが知られている。しかしながら、前記食用油
は、一般的には鉱油系潤滑油に１０〜２０重量％配合し
て使用されるものである。なお、前記食用油は、耐酸化
性に問題があるため、各種の酸化安定剤（酸化防止剤）
を併用して使用されるのが常態である。
【００１６】最近、歯科用エアータービンハンドピース
の前記した苛酷な使用条件を考慮して、耐熱性に優れ、
従って、滅菌消毒（オートクレーブ処理）が可能であ
り、かつ潤滑性に優れたフッ素化オイルを含浸させた保
持器（リテーナ）を有する歯科用エアータービンハンド
ピースが、特公平５−４３８８４号、実開平７−１０５
５３号に提案されている。なお、前記保持器（リテー
ナ）は、ポリイミド樹脂の粉末体を焼結して得た多孔質
体から成るものである。前記した提案の歯科用エアータ
ービンハンドピースは、フッ素化オイルが不活性であ
り、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性に優れ、高温に晒され
ても固体状劣化物を生成しないという特性を有してお
り、これらの特性を保持器（リテーナ）に利用したとい
うことができる。
【００１７】また、特開平６−１６５７９０号は、直接
的には、以下に概略説明する歯科用エアータービンハン
ドピースの軸受装置における玉軸受の冠型保持器（リテ
ーナ）に関するものであるが、前記保持器に潤滑油を含
浸する態様を開示している。即ち、前記特開平６−１６
５７９０号に開示の歯科用エアータービンハンドピース
において、玉軸受の保持器（リテーナ）は、 (i).内部に布製の繊維層を有する合成樹脂製筒体の一側
に玉保持用ポケットが形成されるとともに、前記ポケッ
トの開口側端面に面取り部が形成された冠型保持器であ
って、かつ、 (ii).前記保持器の繊維層に潤滑油が含浸されたこと、
を特徴とするものである。前記特開平６−１６５７９０
号に開示の玉軸受の冠型保持器（リテーナ）は、前記
(i)の構成により回転バランスを良くし、保持器と外輪
の接触による保持器の摩耗や回転トルクの増大を防止し
ようとするものである。なお、前記特開平６−１６５７
９０号において、潤滑油の具体的な構成については、不
明である。また、前記特開平６−１６５７９０号は、従
来技術の説明において、ハウジング内に食用油を注油す
る態様を説明しているが、ここでいう食用油の具体的な
構成は不明である。本発明者らは前記特開平６−１６５
７９０号に開示の潤滑油は、当業界の技術水準からみ
て、従来から提案されて来ている潤滑油の域を出るもの
ではないと考えている。
【００１８】更に、特開平６−２１２１７９号は、歯科
用エアータービンハンドピースのベアリングに対する潤
滑油の補給回数を少なくするために、潤滑油にセラミッ
ク粉末を混入させることを開示している。これは、潤滑
油内にセラミック粉末を混入しておくと、潤滑油の持ち
（ライフタイム）が良くなるという知見をベースにした
提案である。
【００１９】前記した従来から提案されている各種の潤
滑油は、転がり軸受機構を有する医療歯科用エアーター
ビンハンドピースなどの高速回転機器におけるそれらの
適用を可能にするためには、種々の改善すべき課題を有
すものである。例えば、前記した流動パラフィンなどの
鉱油系または合成油系の潤滑油、あるいはこれらに食用
油を配合した潤滑油は、生体為害性や環境保全性の観点
から、改善すべき点が残されているものである。
【００２０】また、前記特公平５−４３８８４号及び実
開平７−１０５５３号に提案されているパーフルオロポ
リエーテル（ＰＦＰＥ）やパーフルオロポリアルキルエ
ーテル（ＰＦＡＥ）などのフッ素化オイルは、耐熱性、
耐薬品性、耐溶剤性に優れ、高温に晒されても固体状劣
化物を生成しないため、高速回転機器の潤滑油として好
ましいものであるが、環境破壊の観点や生体為害性の観
点から改善すべき点が残されているものである。
【００２１】更に、前記特開平６−１６５７９０号は、
繊維層を有するフェノール樹脂製の成形体で構成される
転がり軸受装置の保持器（リテーナ）に潤滑油を含浸さ
せることを開示し、かつ前記潤滑油として食用油の使用
を示唆しているが、詳しくは後述するが、一般の食用油
は、大半が乾性油であり、油が乾燥すると樹脂状の固体
となり、耐久性のある軸受用の潤滑油としては不適当な
ものである。
【００２２】一般の食用油は、前記したように、大半が
乾性油であり、酸化され易く、そのために合成の酸化防
止剤を添加配合して使用するのが常態である。前記乾性
油を主体とし、かつ酸化防止剤を配合した食用油系の潤
滑油においては、前記酸化防止剤と軸受装置系から溶出
する金属との反応生成物が生体為害性物質となる場合が
あることに留意しなければならない。
【００２３】また、前記特開平６−２１２１７９号は、
潤滑油にセラミック粉体を混入させ、潤滑油の持ち（ラ
イフタイム）を良くし潤滑系への補給回数を低減化しよ
うとするものであるが、高速回転系の医療歯科用切削器
（エアータービンハンドピース）においては、軸受のレ
ース（保持器）やボールが前記セラミック粉体により削
られて生体に有害な金属を溶出したり、あるいは稀薄潤
滑環境下において潤滑油が少なくなると軸受機構に致命
的な損傷を与えることになる。
【００２４】前記したように、高速回転機器、例えば医
療歯科用の高速回転機器（エアータービンハンドピー
ス）において使用される従来の転がり軸受装置用の潤滑
油は、 (i).生体安全性（生体に対する為害性が少ないこ
と。）、 (ii).環境の保全性（安全性）、 (iii).耐熱性（オートクレーブ処理による滅菌消毒が可
能であること。）、 (iv).耐久性のある潤滑系、 などの面から評価すると課題を残すものである。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した従
来技術の高速回転機器の転がり軸受装置における問題点
に鑑み創案されたものである。なお、本発明の直接の契
機は、本発明者らが先に提案した高性能、超高速回転の
ボールベアリングタービン型の歯科用エアータービンハ
ンドピース（特願平６−３６４０４号、Ｕ.Ｓ.Ｐａｔｅ
ｎｔ Ｎｏ.５，５６２，４４６）に対して、優れた特
性の潤滑油が存在していなかったことにあった。本発明
は、高速回転機器用の転がり軸受装置において、特に軸
受機構の重要な構成要素である転動体（ボール）の保持
器（リテーナ）において、前記保持器を特定の多孔質樹
脂成形体で構成するとともに、前記多孔質樹脂成形体か
らなる保持器に特定の潤滑油、詳しくは、植物性不乾性
油を含浸させて構成したとき、従来にない優れた特性の
潤滑系が実現できる、という知見をベースにして完成さ
れたものである。
【００２６】本発明は、転がり軸受機構を内蔵する歯科
用エアータービンハンドピースなどの高速切削機器にお
いて、高速回転下において十分な耐久性を有し、オート
クレーブ滅菌などの高温高圧にも耐える耐熱性を持ち、
また生体安全性（生体為害性）や環境保全性（安全性）
に優れるなど、高性能の転がり軸受装置を提供するもの
である。別言すれば、本発明は、ボールベアリング式の
２０万ｒｐｍ以上、更には３０万ｒｐｍ以上の医療歯科
用高速切削器などの高速回転機器において、回転数を低
下させず、かつ耐久性のある潤滑系を実現することがで
きる高速回転機器の主要な構成要素である転がり軸受装
置を提供するものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は、少なくとも回転軸を回転自在に支承するための
外輪、内輪、転動体、及び保持器（リテーナ）からなる
高速回転機器の転がり軸受装置において、 (i).前記保持器（リテーナ）が、少なくとも一部に連通
構造の気孔部を有する多孔質合成樹脂成形体で構成さ
れ、かつ、 (ii). 前記保持器（リテーナ）が、植物性不乾性油であ
って、 (ii)-1. １分子当り１個の不飽和結合を含む少なくとも
一種の１価の不飽和脂肪酸、６０重量％以上と、 (ii)-2. １分子当り少なくとも２個の不飽和結合を有す
る多価の不飽和脂肪酸、３０重量％以下、 とから成る潤滑油で潤滑処理されて構成されたこと、を
特徴とする高速回転機器の転がり軸受装置に関するもの
である。
【００２８】以下、本発明の技術的構成及び実施態様に
ついて詳しく説明する。
【００２９】本発明の高速回転機器の転がり軸受装置に
おいて、第一の特徴点は、転がり軸受装置の主要な構成
要素である軸動体（ボール）の保持器（リテーナ）を、
特定のマトリックス材からなる多孔質体により構成する
点にある。また、本発明の高速回転機器の転がり軸受装
置において、第二の特徴点は、前記した特定のマトリッ
クス材からなる多孔質体に対して特定の潤滑油、より具
体的には、植物性不乾性油からなる潤滑油を含浸して保
持器（リテーナ）を構成する点にある。以下、前記した
本発明の第一〜第二の特徴点の順に、本発明の技術的構
成を説明する。
【００３０】まず、本発明の第一の特徴点である保持器
（リテーナ）の構成について説明する。本発明の保持器
（リテーナ）の第一実施態様は、次の通りである。本発
明の保持器（リテーナ）の第一実施態様は、多孔質のポ
リイミド樹脂成形体で構成される。図３は、前記多孔質
ポリイミド樹脂成形体からなる保持器（４４）の斜視図
を示す。図中、（４４ａ）は保持器本体を示し、（４４
ｂ）は孔部（気孔部）を示す。なお、前記保持器（４
４）は、図１〜図２を参照して説明したボールベアリン
グ式の歯科用エアータービンハンドピースに適用される
ものである。
【００３１】本発明の多孔質ポリイミド樹脂成形体で構
成される保持器（リテーナ）において、前記ポリイミド
樹脂（以下、ＰＩ樹脂と略記する。）は、芳香族カルボ
ン酸と芳香族アミンを縮重合して得られる主鎖にイミド
結合を有する樹脂（熱可塑のものであっても、あるいは
熱硬化性のものであってもよい。）であって、耐熱性、
耐薬品性、機械的性質、電気的特性に優れたものであ
る。なお、本発明において、ＰＩ樹脂なる用語は、主鎖
にイミド結合及びアミド結合を有するポリアミドイミド
樹脂（以下、ＰＡＩ樹脂と略記する。）も包含するもの
であると理解されるべきである。
【００３２】本発明において、前記リテーナを構成する
ＰＩ樹脂及びＰＡＩ樹脂は、市販されているものが好都
合に使用することができる。例えば、市販されているＰ
Ｉ樹脂及びＰＡＩ樹脂としてその化学構造式を含めて以
下のものを例示することができる。 (i).ＰＩ樹脂： (1).オーストリア国レンジング社製、Ｐ８４−ＨＴ（下
記、化１で示されるもの。なお、化１において、Ｒはア
ルキレン基を表わす。） (2).東レ社製、ＴＩ−３０００（下記、化２で示される
もの。） (3).宇部興産社製、ＵＩＰ−Ｓ（下記、化３で示される
もの。） (4).デュポン社製、ベスペル（下記、化２で示されるも
の。） (5).三井東圧化学社製、オーラム（下記、化４で示され
るもの。） (6).その他、米国ヒューロン社製、メルディン８１０
０，９００などがある。 (ii).ＰＡＩ樹脂： (1).アモコ社製、トーロン４０００ＴＦ（下記、化５で
示されるもの。なお、化５において、Ａｒはフェニレン
基を表わす）。
【００３３】
【化１】
【００３４】
【化２】
【００３５】
【化３】
【００３６】
【化４】
【００３７】
【化５】
【００３８】前記多孔質のＰＡＩ樹脂成形体からなる保
持器は、特公平５−４３８８４号に示されるように、平
均粒径が１５〜５０μｍに分級整粒したＰＡＩ樹脂粉末
を加圧焼成して製造することができる。前記焼結成形に
おいて、樹脂粉末の平均粒径や圧力などを所望に調整し
て、体積比５〜２０％の連通気孔を有するポーラスな構
造の保持器を調製する。次いで、前記連通気孔に、詳し
くは後述するが特定の潤滑油（基油：植物性不乾性油）
を含浸し本発明の保持器を製造する。
【００３９】前記、多孔質ＰＡＩ樹脂成形体からなる保
持器において、原料の樹脂粉末に１５μｍ未満の微小粒
径の粉末が混入している場合、孔、即ち空間部が前記微
小粉末により閉塞されてしまうので、製品の気孔率のバ
ラツキを招来させる。このため、前記した分級整粒が必
要となる。また、逆に５０μｍを超える大きな粒径の粉
末が混入する場合、粒子間の空隙が大きくなり、高速回
転時の含浸油の保持率（保油率）が低下し、さらに保持
器の強度も低下するため、前記した大きな粒径の混入は
好ましくない。
【００４０】図４〜図５は、多孔質ＰＡＩ樹脂成形体か
らなる保持器（４４）の別の態様を説明する図である。
なお、図４は保持器（４４）の応用例である前記図２に
示されるものとは別の構造の歯科用エアータービンハン
ドピースを説明する図である。なお、図４の歯科用エア
ータービンハンドピースの構造は、対応する前記図２よ
り明らかであるため、説明は省略する。また、図には示
していないが、軸受けにシールを付けたものであっても
良い。また、図５は、保持器（４４）の形状構造を説明
する図であり、前記図３に対応する図である。図５にお
いて、（４４ａ）は保持器本体を示し、（４４ｂ）は穴
部（気孔部）を示している。
【００４１】本発明の保持器（リテーナ）の第二実施態
様は、次の通りである。本発明の保持器（リテーナ）の
第二実施態様は、多孔質のＰＩ樹脂成形体で構成され
る。
【００４２】前記多孔質のＰＩ樹脂成形体からなる保持
器は、前記ＰＡＩ樹脂の粉末の焼結成形と同様にして製
造することができる。即ち、平均粒径が、１５〜５０μ
ｍに分級整粒したＰＩ樹脂粉末を加圧焼結することによ
り、体積比５〜２０％の連通気孔の多孔質ＰＩ樹脂成形
体を製造することができる。
【００４３】前記第一の実施態様及び第二の実施態様に
おいては、保持器（リテーナ）を、焼結成形して成形す
る方法を示したが、これに限定されず、例えば、以下の
方法によって成形しても良い。多孔質のマトリックス材
を構成するＰＩ樹脂及び前記ＰＩ樹脂に近似する成形温
度帯を有する他の耐熱性樹脂であって、かつ前記ＰＩ樹
脂の共存下に溶媒で処理されると他の耐熱性樹脂だけが
溶出される他の耐熱性樹脂を混合し、次にこの混合物を
溶融成形して所望形状の保持器（リテーナ）に成形し、
この成形した保持器から前記他の耐熱性樹脂のみを溶媒
溶出させて多孔質の保持器としても良い。
【００４４】前記した保持器（リテーナ）の成形方法に
おいて、ＰＩ樹脂なる用語には前記したようにＰＡＩ樹
脂も含まれる。なお、前記した他の耐熱性樹脂の例とし
ては、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテ
ルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリ
サルフォン（ＰＳＦ）などが使用できる。また、前記し
た溶媒としては、塩化メチレン（ジクロロメタン）、ク
ロロホルム、メチルエチルケトン、テトラヒドロラン、
Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド
などを使用することができる。
【００４５】前記多孔質ＰＩ樹脂製の保持器は、前記多
孔質ＰＡＩ樹脂のものと比較して、潤滑油が切れた場
合、溶融することがなく、軸受が使用不能とならないこ
と、またＰＩ樹脂は吸湿速度が遅く原料粉や成形品の管
理が容易であること、などというメリットを有してい
る。なお、前記した理由により後者のＰＡＩ樹脂は、溶
融型樹脂として位置づけられるものである。また、滅菌
処理（オートクレーブ処理）においても、近年、特にＨ
ＩＶの感染予防が求められ、従来の処理条件よりも更に
厳しい条件下での処理（例えば、蒸気圧２．４kgf／cm2
（235Pa）、温度１３５℃、時間５分）が求められてい
るが、前記多孔質ＰＩ樹脂製の保持器は、２００℃程度
まで耐えることができる。
【００４６】本発明の保持器（リテーナ）の第三実施態
様は、次の通りである。本発明の保持器（リテーナ）の
第三実施態様は、連通気孔層とみなされる繊維層を有す
るフェノール樹脂成形体で構成される。この種の繊維層
を有するフェノール樹脂成形体は、前記繊維層を利用し
て潤滑油を含浸させることができるものである。本発明
において、前記繊維層入りのフェノール樹脂成形体（以
下、多孔質Ｐ・Ｒということがある。）は、前記多孔質
ＰＩ／ＰＡＩ樹脂成形体（以下、多孔質ＰＩ／ＰＡＩ・
Ｒということがある。）の場合の連通気孔による潤滑油
の含浸機能とは異なるものの、繊維層（布）を介しての
潤滑油の含浸機能を有する。このため、本発明におい
て、用語の正確さは欠けるが前記繊維層（布）入りのフ
ェノール樹脂成形体を気孔部（連通気孔部）を有する樹
脂成形体であると位置づけしている。
【００４７】この種のフェノール樹脂系の保持器は、特
開平６−１６５７９０号に示される方式などにより製造
すればよい。例えば、前記布入りフェノール樹脂成形体
は、 (i).布を多重合巻きにしてパイプ状とし、これを真空状
態に維持して布の間にフェノール樹脂を充填、硬化させ
て多孔質の筒状体とする方法、 (ii).フェノール樹脂を含浸した布を多重巻きにし、こ
れを加熱圧縮して多孔質の筒状体とする方法、 などにより製造することができる。前記布入りフェノー
ル樹脂成形体の気孔率は、前記ＰＩ樹脂と同様のもので
よく、体積比５〜２０％の多孔質のものを使用すればよ
い。
【００４８】次に、本発明の第二の特徴点である潤滑油
成分、即ち前記した保持器（リテーナ）の本体部を構成
する多孔質成形体に含浸される特定の潤滑油について、
詳しく説明する。
【００４９】本発明の第二の特徴点は、エアータービン
翼が固定された回転軸を回転自在に支承する外輪、内
輪、転動体（ボール）、及び耐熱合成樹脂製の多孔質保
持器（リテーナ）からなる転がり軸受要素を有する高速
切削器（エアータービンハンドピース）などの高速回転
機器において、前記軸受要素に適用される潤滑油を、従
来の鉱油系や合成油系などの潤滑油に代えて、生体安全
性や環境保全性に優れるとともに、耐熱性（オートクレ
ーブ処理による滅菌消毒が可能であること。）や耐久性
に優れた植物油の中の不乾性油で構成した点にある。
【００５０】植物油は、大別すると下記の三種に分類す
ることができる。 (i).不乾性油（Nondrying oil） これは、薄層にして空気中で乾燥（酸化）しても膜状物
（樹脂状固体）を形成しない油である。この種の不乾性
油は、分子中の二重結合が二以上（以下、多価とい
う。）の不飽和脂肪酸の量が少なく、オレイン酸（１分
子当り二重結合一個）のグリセリド（グリセリンエステ
ル）が主成分であり、従って、ヨウ素価（油の不飽和度
を示す尺度。Iodine value) は１００以下である。この
種の不乾性油の代表例は、オリーブ油、落花生油、オレ
イソル油などがある。
【００５１】(ii).半乾性油（Semidrying oil） これは、前記した不乾性油と後述する乾性油の中間的性
質を示す油である。なお、ヨウ素価は１００〜１３０の
ものである。この種の半乾性油の代表例は、菜種油、ゴ
マ油、綿実油などがある。
【００５２】(iii).乾性油（Drying oil） これは、薄層にして空気中で乾燥（酸化）すると膜（樹
脂状固体）を形成する油である。この種の乾性油は、不
飽和度の高い脂肪酸（例えば、リノール酸は二重結合が
二個、リノレン酸は二重結合が三個ある。）のグリセリ
ドからなり、これが空気中の酸素を吸収して、酸化重合
して膜状物を容易に形成する。なお、前記乾性油のヨウ
素価は、１３０以上のものである。この種の乾性油の代
表例は、アマニ油、桐油などがある。
【００５３】前記した各種の植物油のうち、不乾性油
は、薄層にして乾燥（酸化）しても膜状物（樹脂状固
体）を生成しない油脂（高級脂肪酸のグリセリンエステ
ル）であり、耐熱性（オートクレーブ処理により滅菌消
毒が可能なこと）や耐久性に優れているため、歯科用エ
アータービンハンドピースなどの高速回転機器の転がり
軸受装置用の潤滑油として好適なものである。
【００５４】本発明は、歯科用エアータービンハンドピ
ースなどの高速回転機器の転がり軸受装置用の潤滑油と
して、植物油のうちの不乾性油を採用するものである。
以下、前記植物油の不乾性油として代表例であるオリー
ブ油（Olive Oil）について詳しく説明する。
【００５５】オリーブ油は、オリーブ（Olea Europae
a）の果実から製造される油脂（グリセリンエステル）
であり、その成分は大別すると下記の３種に分類するこ
とができる。 (i).不飽和樹脂酸、 (ii).飽和樹脂酸、 (iii).各種の微量成分。
【００５６】オリーブ油の不飽和樹脂酸は、一般に一価
及び二価以上（多価）のもので構成される。以下、オリ
ーブ油の不飽和樹脂酸の種類と含有量を示す。 1).オレイン酸（一価）…………………５６．０〜８３．０％ ＣＨ3（ＣＨ2 ）7ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2 ）7ＣＯＯＨ 2).リノール酸（多価）………………… ３．５〜２０．０％ ＣＨ3（ＣＨ2 ）4ＣＨ＝ＣＨＣＨ2ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2 ）7ＣＯＯＨ 3).パルミトオレイン酸（一価）……… ０．３〜３．５％ ＣＨ3（ＣＨ2 ）5ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2 ）7ＣＯＯＨ 4).リノレン酸（多価）………………… ０．０〜１．５％ ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ＝ＣＨＣＨ2ＣＨ＝ＣＨＣＨ2ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2 ）7 ＣＯＯＨ 5).ガドレイン酸（一価）……………… ０．０〜０．０５％ ＣＨ3（ＣＨ2 ）9ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2 ）7ＣＯＯＨ
【００５７】前記したように、オリーブ油は、一価の不
飽和脂肪酸であるオレイン酸を多く含有するものであ
る。また、オリーブ油は、リノール酸などの多価の不飽
和脂肪酸を少量、含有している。前記したように、多価
の不飽和脂肪酸は酸化しやすいものであるが、オリーブ
油は、後述するように微量成分としてトコフェロール類
（ビタミンＥ）を含有しているため、前記トコフェロー
ル類（ビタミンＥ）の抗酸化作用によりリノール酸など
の多価不飽和脂肪酸の酸化劣化が防止され、オリーブ油
全体は、耐酸化性に優れている。
【００５８】次に、オリーブ油の飽和脂肪酸成分につい
て説明する。以下、オリーブ油の飽和脂肪酸の種類と含
有量を示す。 (1).パルミチン酸 ＣＨ3（ＣＨ2 ）14ＣＯＯＨ ……７．５〜２０．０％ (2).ステアリン酸 ＣＨ3（ＣＨ2 ）16ＣＯＯＨ ……０．５〜３．５％ (3).ミリスチン酸 ＣＨ3（ＣＨ2 ）12ＣＯＯＨ ……０．０〜０．０５％ (4).アラキジン酸 ＣＨ3（ＣＨ2 ）18ＣＯＯＨ ……０．０〜０．０５％ (5).ベヘニン酸 ＣＨ3（ＣＨ2 ）20ＣＯＯＨ ……０．０〜０．０５％ (6).リグノセリン酸 ＣＨ3（ＣＨ2 ）22ＣＯＯＨ ……０．０〜０．０５％ 前記したことから判るように、オリーブ油は高コレステ
ロール血症の原因となる飽和脂肪酸の含有量が少ないも
のであるということができる。
【００５９】次に、オリーブ油の各種微量成分について
説明する。以下、オリーブ油の各種微量成分の種類と前
記成分の特性や機能について説明する。 ．不ケン化物 (a).ステロール類、 (b).炭化水素類 ・スクアレン ・芳香族炭化水素（これは、固有の感覚的特性、即ち香
りや風味を与える。） (c).トコフェロール類（酸化防止機能） ・α−トコフェロール（ビタミンＥ）（黒変と重合防
止） ・β、γ、δ−トコフェロール（重金属の存在によって
起こる酸敗の防止） (d).トリテルペン・アルコール類 ・シクロ・アルテノール ・エルトロ・ジオール (e).脂溶性のビタミン類 ・ビタミンＡ、Ｄ（抗酸化作用） ．燐脂質、葉緑素及び誘導体 (a).燐脂質 (b).葉緑素（抗酸化作用） ．フェノール化合物 (a).フェノール化合物（抗酸化作用） (b).ポリフェノール（抗酸化作用） 前記したことから判るように、オリーブ油は、他の不乾
性油や乾性油と比較して、油脂の酸化に抗して作用する
各種の微量成分の含有量が高く、耐熱性（オートクレー
ブ処理による滅菌消毒が可能である。）や耐久性に優れ
た潤滑油となるのである。
【００６０】次に、本発明の歯科用エアータービンハン
ドピースなどの高速回転機器の転がり軸受装置用の潤滑
油を構成し得る他の植物性不乾性油について、説明す
る。 (i).前記したオリーブ油以外の植物性不乾性油として、
落花生油（ArachisOil）がある。落花生油は、落花生
（Arachis Hypogaea）の種子に４０〜５０％含まれてお
り、その種子から搾られて製造される。 (ii).前記したオリーブ油以外の植物性不乾性油とし
て、オレイソル油がある。オレイソル油は、不乾性油で
はないリノール酸（多価）を多く含有するヒマワリの突
然変異種から製造される。今日、農業化学者の努力によ
りオレイン酸（一価の不飽和脂肪酸）を多く含む突然変
異種のヒマワリを育てることに成功しており、この突然
変異種からオレイソルと命名された油が製造されてい
る。オレイソル油は、前記したオリーブ油と同様の不乾
性油である。
【００６１】本発明の歯科用エアータービンハンドピー
スなどの高速回転機器の転がり軸受装置用の潤滑油を構
成し得る植物性不乾性油と植物性半乾性油及び他の食用
油との違いを下記の表１に示す。表１において、オリー
ブ油、落花生油、及びオレイソル油は本発明の転がり軸
受装置に有用な植物性不乾性油であり、他のものは比較
対照の植物性半乾性油及び乾性油を示している。なお、
表１の注釈は、次の通りである。 (1).オレイン酸を主とし、パルミトオレイン酸を含む。 (2).リノール酸。 (3).リノレン酸。 (4).パルミチン酸、ステアリン酸、ラウリン酸、ミリス
チン酸から成る。 表１中、（＊）印は、比較対照の植物油である。
【００６２】
【表１】
【００６３】表１から、次の点が明らかである。 (i).植物性不乾性油は、酸化しにくい１価の不飽和脂肪
酸が多い。 (ii).植物性不乾性油は、酸化しやすい２価〜３価の不
飽和脂肪酸、即ち多価の不飽和脂肪酸が少ない。 (iii).植物性不乾性油は、抗酸化作用を有するトコフェ
ロール類（ビタミンＥなど）の対多価不飽和脂肪酸比が
高い。
【００６４】本発明の歯科用エアータービンハンドピー
スなどの高速回転機器の転がり軸受装置用の潤滑油を構
成し得る植物性不乾性油（オリーブ油、落花生油、オレ
イソル油など）において、遊離の脂肪酸（飽和、不飽
和）の合計含有量が少ないほど、潤滑特性に優れてい
る。この点は、本発明者らの植物性不乾性油の潤滑特性
の改善を検討している過程で見い出されたものであり、
後述するように実証データにより裏付けされている。
【００６５】前記した植物性不乾性油中の遊離した脂肪
酸（以下、遊離脂肪酸ということがある。）について、
以下に説明を加える。一般に、油脂（牛脂、豚脂、バタ
ーなどの脂肪、及び菜種油、桐油、アマニ油などの脂肪
油）は、高級脂肪酸のグリセリンエステルで構成されて
いる。即ち、本発明の転がり軸受装置に有用な植物性不
乾性油において、各種の脂肪酸（飽和、不飽和）は、下
式(1)で示されるエステルとして存在するものである。 脂肪酸の３分子＋グリセリンの１分子→トリグリセリド
の１分子（エステル）…………(1)
【００６６】しかしながら、前記植物性不乾性油中には
グリセリン（Grycerol, CH2OH-CHOH-CH2OH)と結合して
いない各種の脂肪酸（遊離脂肪酸）も含まれている。前
記した遊離脂肪酸の合計含有量の度合を遊離酸度で示す
と、この値が低いほど酸度が低くなり、かつ粘度も高粘
度側にシフトするため、遊離酸度の低い植物性不乾性油
は転がり軸受装置用潤滑油として耐久性に優れたものと
なる。前記した遊離酸度に基づいて、オリーブ油の品質
を分類したのが下記の表２である。表２より高級なオリ
ーブ油ほど遊離酸度が低く、後述するように優れた潤滑
特性を示す（表３参照）。なお、オリーブ油などの植物
性不乾性油の遊離酸度を低くする方法としては、例え
ば、以下の方法を採用すればよい。即ち、オリーブ油に
５〜１０％の水酸化ナトリウムを加えて加熱すると、け
ん化されてグリセリンと脂肪酸ナトリウム塩が生成し、
生成したグリセリンは遊離脂肪酸とエステル結合する。
その後、遠心分離などによって油脂分を分離除去すれ
ば、遊離酸度の低いオリーブ油が得られる。また、表２
中、オリーブ油の各種グレード名は、アメリカのゴール
デンイーグルオリーブプロダクツ社製のオリーブ油の商
品名である。
【００６７】
【表２】
【００６８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により更に
詳しく説明する。特に、歯科用エアータービンハンドピ
ースの転がり軸受装置において、本発明の多孔質の樹脂
成形体で構成される保持器（リテーナ）と植物性不乾性
油を主体とした潤滑油とからなる潤滑系と、従来公知の
他の潤滑油を使用した潤滑系を比較し、本発明の潤滑系
の優位性を検討した。
【００６９】(i).保持器（リテーナ）の全体構造： 本発明の実施例において試験に供した歯科用エアーター
ビンハンドピース（図１〜図２参照）の転がり軸受装置
の構成は次の通りである。 (1).外輪外径 ………… ６．３５０ｍｍ (2).内輪内径 ………… ３．１７５ｍｍ (3).幅 ………………… ２．３８０ｍｍ の寸法を有する開放形のミニアチュア型玉軸受で冠型リ
テーナを有するものである。そして、前記転がり軸受装
置を歯科用エアータービンハンドピースに装着し、給気
圧２．５ｋｇ／ｃｍ2、給気量２６リットル／分で約４
０万ｒｐｍの条件で試験した。
【００７０】(ii).保持器（リテーナ）の種類： ．バルクＰＩ／ＰＡＩ・Ｒ………これは、ポリイミド
（ＰＩ）系、またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）系の無
孔性（バルク状）のリテーナを意味する。 なお、前記バルクＰＩ・Ｒは、デュポン社製のベスペル
ＳＰ−１をリテーナ形状に加工したものである。また、
前記バルクＰＡＩ・Ｒは、帝人アモコエンジニアリング
プラスチックス社製のトーロン４２０３をリテーナ形状
に加工したものである。
【００７１】．多孔質Ｐ・Ｒ………これは、布入りフ
ェノール樹脂製の多孔質リテーナを意味する。 前記多孔質Ｐ・Ｒは、パイプ状に多重巻きされた織布に
対して真空状態で織布の間にフェノール樹脂を含浸し、
加熱成形し、その後リテーナ形状に加工したものであ
る。
【００７２】．多孔質ＰＩ／ＰＡＩ・Ｒ………これ
は、ポリアミド（ＰＩ）系またはポリアミドイミド（Ｐ
ＡＩ）系の多孔質のリテーナを意味する。 前記多孔質ＰＩ・Ｒは、宇部興産社製ＵＩＰ−Ｓを成形
圧力４０００kgf／cm2（392MPa）で圧縮成形し、窒素雰
囲気中で４００℃にて焼結し、これをリテーナ形状に加
工したものである（気孔率：体積比約１３％）。また、
前記多孔質ＰＡＩ・Ｒは、米国アモコ社製トーロン４０
００ＴＦを平均粒径２０μｍに分級整粒し、成形圧２８
００kgf／cm2（274MPa）で圧縮成形し、次いで３００℃
で焼結し、これをリテーナ形状に加工したものである
（気孔率：体積比約１４％）。
【００７３】歯科用エアータービンハンドピース（図１
〜図２参照）の転がり軸受装置で試験した本発明の多孔
質の樹脂成形体で構成される保持器（リテーナ）と植物
性不乾性油を主体とした潤滑油とからなる潤滑系と、従
来公知の潤滑油を使用した潤滑系の試験結果を下記の表
３に示す。
【００７４】表３における注釈は、次の通りである。 (1)＜耐熱性試験（耐オートクレーブ；回）＞ （株）モリタ製作所製のオートクレーブ装置「アルフィ
ー」を使用し、耐オートクレーブ性を歯科用エアーター
ビンハンドピースの回転が不安定になり回転効率が１割
（１０％、約４万ｒｐｍ）低下する時点までの回数で示
す。なお、オートクレーブ装置「アルフィー」での処理
条件は、蒸気圧２．４kgf／cm2（235Pa）、温度１３５
℃、時間５分である。 (2)＜軸受耐久性（連続運転；hrs）＞ 歯科用エアーハンドピースの潤滑系に最初に潤滑油を適
用し、その後は無給油かつ約４０万ｒｐｍの条件で連続
運転を行い、軸受耐久性を回転が不安定になり回転数が
１割（１０％、約４万ｒｐｍ）低下するまでの時間で示
す。
【００７５】表３において、 (i).パラフィン油（流動パリフィン）は、既存歯科治療
関連メーカー製スプレー剤を使用した。 (ii).フッ素化オイルは、イタリアのAusimontu Ｓ.Ｐ.
Ａ社製ＦＯＭＢＬＩＮを使用した。
【００７６】
【表３】
【００７７】
【発明の効果】表３に示されるように、高速回転系の歯
科用切削器（エアータービンハンドピース）などの高速
回転機器に適用される植物性不乾性油を主体とした潤滑
油は、生体安全性（生体為害性）、環境保全性（安全
性）、耐熱性（耐オートクレーブ）、及び軸受耐久性の
点で総合的に優れていることがわかる。また、フッ素化
オイル系より安価であるため、経済性にも優れたもので
ある。更に、植物性として不乾性油以外の半乾性油や乾
性油、及びパラフィン油（流動パラフィン）は、空気中
１３５℃、１７５時間放置するテストにおいて、激しい
色調変化が見られる。別言すれば、これら各種の油は、
耐酸化性に劣るものである。なお、前記テストにおい
て、オリーブ油及び落花生油などの不乾性油は色調変化
を示さなかった。
【００７８】更に、本発明の高速回転系の歯科用エアー
タービンハンドピースに適用される植物性不乾性油を主
体とした潤滑油は、微生物による分解が速く、排水の暫
定水質基準（総理府令）から評価してみても従来の鉱油
類より好ましいものである。なお、前記排水の暫定水質
基準によれば、排水の許容限度は、従来の鉱油類は、５
ｍｇ／リットルであるのに対し、植物油類は、３０ｍｇ
／リットルである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施態様による転がり軸受装置
を備えている歯科用エアータービンハンドピースの斜視
図である。
【図２】 図１の歯科用エアータービンハンドピースの
ヘッド部（Ｈ）とネック部（Ｎ）の断面図であり、前記
ヘッド部（Ｈ）及びネック部（Ｎ）の構造を説明する図
である。
【図３】 図２に示される保持器（４４）の斜視図であ
る。
【図４】 本発明の第二実施態様による転がり軸受装置
を備えている歯科用エアータービンハンドピースの断面
図であり、前記図２に対応する図である。
【図５】 図４に示される保持器（４４）の断面図であ
る。
【符号の説明】 Ａ ………… 歯科用エアータービンハンドピース Ｈ ………… ヘッド部 Ｇ ………… グリップ部 Ｎ ………… グリップ部（Ｇ）のネック部 Ｂ ………… 切削工具 １ ………… ヘッド １１ ………… チャンバー １２ ………… ヘッド本体部 １３ ………… キャップ部 ２ ………… タービンブレード ３ ………… タービンロータ軸 ４ ………… 軸受部 ４１ ………… 内輪 ４２ ………… 外輪 ４３ ………… 転動体（ボール） ４４ ………… 保持器（リテーナ） ４４ａ ………… 保持器本体 ４４ｂ ………… 穴部（気孔部） ５ ………… 切削工具 ６ ………… ネック部（Ｎ）の本体部 ７ ………… 給気路 ７１ ………… 給気口 ８、９ ………… 排気路 ８１、９１ ………… 排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 正啓 三重県四日市市川島町5632 (72)発明者 堀 政治 三重県桑名市大字星川2162−４ (56)参考文献 特開 昭55−10140（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−165790（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 33/38 F16C 33/66 A61C 1/08

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも回転軸を回転自在に支承する
    ための外輪、内輪、転動体、及び保持器（リテーナ）か
    らなる高速回転機器の転がり軸受装置において、 (i).前記保持器（リテーナ）が、少なくとも一部に連通
    構造の気孔部を有する多孔質合成樹脂成形体で構成さ
    れ、かつ、 (ii). 前記保持器（リテーナ）が、植物性不乾性油であ
    って、 (ii)-1. １分子当り１個の不飽和結合を含む少なくとも
    一種の１価の不飽和脂肪酸、６０重量％以上と、 (ii)-2. １分子当り少なくとも２個の不飽和結合を有す
    る多価の不飽和脂肪酸、３０重量％以下、 とから成る潤滑油で潤滑処理されて構成されたこと、 を特徴とする高速回転機器の転がり軸受装置。
  2. 【請求項２】 連通構造の気孔部を有する多孔質合成樹
    脂成形体が、 (1).気孔率が体積比５〜２０％の気孔部を有するポリイ
    ミド樹脂成形体、又は、 (2).連通構造の気孔部として気孔率が、体積比５〜２０
    ％の繊維層を有するフェノール樹脂成形体、 から選ばれたものである請求項第１項に記載の高速回転
    機器の転がり軸受装置。
  3. 【請求項３】 連通構造の気孔部を有するポリイミド樹
    脂成形体が、樹脂粉末体を焼結成形して調製されたもの
    である請求項第２項に記載の高速回転機器の転がり軸受
    装置。
  4. 【請求項４】 植物性不乾性油が、トコフェロール類の
    含有量が１０重量％以下のもので構成される請求項第１
    項に記載の高速回転機器の転がり軸受装置。
  5. 【請求項５】 植物性不乾性油が、オリーブ油、落花生
    油、及びオレイソル油からなる群より選ばれた少なくと
    も１種のものである請求項第１項に記載の高速回転機器
    の転がり軸受装置。
  6. 【請求項６】 植物性不乾性油が、グリセリンと結合し
    ていない飽和及び不飽和の脂肪酸（遊離脂肪酸）の含有
    量が５重量％以下のもので構成される請求項第５項に記
    載の高速回転機器の転がり軸受装置。
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