JP3672781B2 - 空気駆動回転切削器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧空気を利用して切削用工具（例えば、ドリルなどの穴あけ工具）を回転する、医療用、歯科用、及び加工用の空気駆動回転切削器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人の出願に係る特開平１０−１２３７４６号公報には、医療用、歯科用、及び加工用の空気駆動回転切削器の一つとして、加圧空気のエネルギーを有効に回転力に変換する手段として２段式ロータを採用したものが開示されている。この２段式ロータは、リング状のハブを備えており、ハブの外周面に第１タービンブレード部と第２タービンブレード部が形成されている。また、第１タービンブレード部はハブの中心から放射状に伸びる複数の第１のタービン翼を備え、同様に第２タービンブレード部もハブの中心から放射状に伸びる複数の第２のタービン翼を備えている。
【０００３】
一方、ハンドピースのヘッド部には内空部が形成されており、この内空部には内空部の内面形状に対応した外形を有する筒状の内側ハウジングが収容され、この内側ハウジングの内部にロータ及びこのロータを回転自在に支持する軸受機構等が収容されている。また、ヘッド部と内側ハウジングには、ロータの第１タービンブレード部に加圧空気を噴射するための給気路と、第２タービンブレード部から送り出された空気を排気するための排気路が形成されている。そして、内側ハウジングには、第１のタービンブレード部から送り出された加圧空気を第２のタービンブレード部に案内する中継通路が形成されている。したがって、給気路から噴射された加圧空気はまず第１タービンブレード部の第１タービン翼に当たる。次に、加圧空気は、中継通路から第２タービンブレード部に送られ、第２タービン翼に当たり、その後、排気路を通じて外部に排出される。
【０００４】
このように、２段式ロータを採用したハンドピースは、加圧空気のエネルギーが２つのタービンブレード部で有効に活用されることから、従来のハンドピースに比べて、より高速回転下での高トルク特性をもって切削工具を回転できるという有利な点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したハンドピースでは、内側ハウジングに中継通路を形成するために、内側ハウジングを形成している筒状部材には周方向に伸びる所定の領域に複数の溝（スロット）を形成し、筒状部材に外装したリング部材で開口溝の外側開口部を塞ぐ方法を採用している。しかし、この方法は、リング部材が必要であるという問題、このリング部材を筒状部材の外周部に固定するために、筒状部材の外周面とリング部材の内周面にねじ溝を加工しなければならないという問題、筒状部材とリング部材との間に出来る隙間から加圧空気が漏れ出て、加圧空気のエネルギを完全に有効活用できず、結果として回転数、トルクが安定しないという問題がある。
【０００６】
また、上述したハンドピースでは、確かに高速回転数下での高トルクを実現できる。そのため、切削工具に約３０万ｒｐｍ〜５０万ｒｐｍの回転数が要求される歯科用ハンドピースにとって、上述した２段式ロータは極めて有効な技術であった。しかし、一方において、高トルクを維持しながら、回転数を僅かだけ低下させたいという要求がある。
【０００７】
例えば、歯科用ハンドピースでは、回転数を僅かだけ低下させることにより、以下の効果が得られる。
・歯牙の切削に伴う発熱の低減。これは、発熱による疼痛の減少、歯髄の発熱による歯髄炎の回避に有効である。
・騒音の低減、及び音質（高周波数音から低周波数音への変化）。これは、歯科治療時におけるロータ及び切削工具の回転音の大きさ、およびそれらの回転時に生じる高周波音は、治療に対して患者に恐怖心を抱かせ得るからである。
・切削工具の破損防止。長い歯科用切削工具を約３０万ｒｐｍ〜５０万ｒｐｍで高速回転した場合、歯牙切削時の僅かな負荷の増加により比較的容易に破損する可能性があるが、例えば回転数を約１〜５万ｒｐｍだけ低下させただけでも、破損の確率は大幅に減少する。
・軸受の長寿命化。歯科用切削工具を玉軸受で支持したものでは、切削工具の回転数を約３０万ｒｐｍ〜５０万ｒｐｍから約１〜５万ｒｐｍだけ低下させただけでも軸受寿命が飛躍的に長くなる。
【０００８】
次に、２段式ロータは、その中心軸の方向に（上段と下段に）第１タービンブレード部と第２タービンブレード部を配置しているため、ハンドピースのヘッド部の大きさが中心軸方向に大きくなる。他方、小児用及び老人用の小型のヘッド部を備えたハンドピースや、口腔内でヘッドの移動領域が制限される治療（例えば、智歯治療）に用いる小型のヘッド部を備えたハンドピースでは、中心軸方向の大きさが制限されている。そのため、小型のヘッド部を有するハンドピースに上述した２段式ロータを組み入れて高速回転数下での高トルクを実現するために、新たな技術の開発が必要であった。
【０００９】
続いて、上述した２段式ロータを採用したハンドピースでは、このロータに加圧空気を供給するための給気路を複数の構成部品で構成している。そのため、ハンドピースを製造するためには、各構成部品を別々に加工し、その後、加工した部品を組み立てるという工程が必要になる。また、複数の部品間の隙間を完全にシールすることは困難である。そのため、部品間の隙間から加圧空気が漏れ出て、加圧空気のエネルギをロータの回転に有効に変換できない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上述した問題を解消するためになされたものである。具体的に、本願発明の第１の形態の空気駆動回転切削器は、術者により把持されるグリップ部と、上記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部を有し、
このヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸を中心として回転するロータは、上記回転軸の周りに複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく上記回転軸の周りに複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを有しており、
上記ヘッド部の内空部には、上記グリップ部に設けた給気路から上記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、上記第１のタービンブレード部からの空気を上記第２のタービンブレード部に導く導入部と、上記第２のタービンブレード部からの排気を上記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口が設けられており、
上記給気口から噴出した空気は、上記ロータの回転軸に実質垂直な方向から記第１のタービンブレード部に作用し、上記第１のタービン翼と隣接する第１のタービン翼との間に形成した第１の空気通路を経て、上記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に排出した空気を上記ヘッド内周に設けた上記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導き、この空気を上記回転軸と実質垂直な方向に上記第２のタービンブレード部に作用させ、上記第２のタービン翼と隣接する第２のタービン翼との間に形成した第３の空気通路を経て、上記排気口から排出するようにした空気駆動回転切削器であって、
上記導入部に形成した第２の空気通路が、上記回転軸に平行な複数の壁面と、この隣接する壁面の間に形成され上記回転軸に平行な面を横切る壁面により形成される複数の凹状空所で形成されている。
【００１１】
上記空気駆動回転切削器では、上記第２のタービンブレード部に設けた第２のタービン翼が、上記回転軸と平行に設けるように形成されていることが好ましい。
【００１２】
また、上記導入部に形成した第２の空気通路は、上記内空部の内周に設けられた凹状空所が、上記回転軸を中心とする円周方向に実質的に沿った第1の面と、上記第１の面を上記回転軸の方向に向かって且つ上記回転軸に向かって外から内側に延長した曲面からなる第２の面と、上記第１の面と第２の面の両側に位置して上記回転軸に平行に伸びる一対の第３の面とで形成するのが好ましい。
【００１３】
さらに、上記第３の面は、実質的に、上記回転軸から放射方向に向けてもよいし、上記回転軸を中心とする放射方向に対して斜めに向けてもよい。
【００１４】
さらにまた、上記第１及び第２の面と上記第３の面との接続部が曲面によって連続的に形成するのが好ましい。この場合、上記曲面の曲率半径は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の形態の空気駆動回転切削器は、ロータの回転軸を中心とする円周方向に関し、上記第２の空気通路の形成されている領域が上記給気路の給気口が形成されている領域よりも大きいこと特徴とする。更にこの形態において、第２の空気通路の形成されている領域が上記円周方向に連続して全周に設けられることを特徴とする。
【００１６】
本形態の空気駆動回転切削器では、上記第２の空気通路は、上記回転軸を中心とする円周に沿った第１の面と、上記第１の面を上記回転軸の方向に向って且つ上記回転軸に向って延長した曲面からなる第２の面と、上記第１の面と第２の面の両側に位置して上記回転軸に平行に伸びる一対の第３の面とで形成されており、上記第１の領域に含まれる上記第３の面と上記第２の領域に含まれる第３の面とは、上記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有するように構成してもよい。
【００１７】
また、上記第３の面の上記回転軸側端部から上記第３の面を上記回転軸側に延長した線と、上記第３の面の上記回転軸側端部を通り且つ上記回転軸側端部から上記ロータの回転方向に伸ばした接線との間に形成される接線角に関して、上記第１の領域に含まれる上記第３の面の接線角は上記第２の領域に含まれる上記第３の面の接線角よりも小さく設定してもよい。
【００１８】
本発明の第３の形態の空気駆動回転切削器は、上記第２のタービン翼が、上記回転軸と平行に伸びていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第４の形態の空気駆動回転切削器は、上記第２のタービン翼が、上記第１タービンブレード部のハブ部の底面に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第５の形態の空気駆動回転切削器は、上記工具支持部の周囲に上記第３の空気通路に隣接する第４の空気通路が形成されており、上記第３の空気通路から送り出された空気は上記第４の空気通路を介して上記排気路に送られることを特徴とする。
本形態の空気駆動回転切削器では、隣接する上記第２のタービン翼の間に形成された第３の空気通路は、上記第２のタービン翼の内側と外側に開放してもよい。
【００２１】
本発明の第６の形態の空気駆動回転切削器は、上記ヘツド部には、上記グリップ軸に平行に設けた給気路と、上記グリップ軸に所定の角度をなして交差する複数のノズルと、上記給気路とノズルとの間に設けられ上記給気路から供給される空気を全ての複数のノズルに供給する補助給気路を有し、且つ上記ノズルが貫通孔とシール部材より構成されることを有することを特徴とする。
【００２２】
本形態の空気駆動回転切削器では、補助給気路の総横断面積は、複数の給気口の横断面積の合計よりも大きくするのが好ましい。また、上記給気口には横断面積を小さくした断面縮小部を有することが好ましい。また、上記給気口の断面縮小部には先細りのテーパ部が設けられていることが望ましい。
【００２３】
更に、上記複数の給気口が上記回転軸に対して垂直な方向に並設されることが望ましい。また、上記複数の給気口を有する給気口部のノズル軸が、ロータの回転方向に対して上流側ほどグリップ軸に対して大きい角度を有するように設定していることが望ましい。
【００２４】
【発明の効果】
第１の形態の空気駆動回転切削器によれば、第２の空気通路は、上記回転軸に平行な複数の壁面と、この隣接する壁面の間に形成され上記回転軸に平行な面を横切る壁面により形成される複数の凹状空所である事を特徴にしている。したがって、第２の空気通路は、ヘッド部を軸に平行な方向から加工することによって、換言すれば、軸に直交する方向又は斜めの方向から加工する必要なく、製造できる。そのため、第２の空気通路を含むヘッド部を容易に安価に製造できる。また、従来の内側ハウジングは内外を貫通する溝（スロット）を形成しているため強度が弱く耐久性に劣るという問題があったが、本形態ではそのような溝は必要無いので、強度低下の問題もない。さらに、上述した従来の空気駆動回転切削器では第２の空気通路を２つの部材（内側ハウジングとリング部材）で構成し、両者に形成したねじで組み立てる構成を採用しているが、本形態では第２の空気通路を単一の部材で形成できるので、製造が容易で、加圧空気の漏れもなく回転数、トルクが安定する。
【００２５】
また、ロータの軸を中心とする円周方向に関し、上記第２の空気通路の形成されている領域を給気路の形成されている領域よりも大きくした第２の形態の空気駆動回転切削器によれば、トルクを維持し又は過剰に低下させることなく、ロータ及び切削工具の回転数を必要に応じて低下させることができる。そのため、例えば歯科用ハンドピースでは、歯牙の切削に伴う発熱の低減、騒音の低減及び音質の改善、切削工具の破損防止、軸受の長寿命化を図ることができる。
【００２６】
さらに、第２のタービン翼をロータの軸に平行に配置した第３の形態の空気駆動回転切削器によれば、この第２のタービン翼を軸に平行な方向から加工することによって、換言すれば、軸に直交する方向又は斜めの方向から加工する必要なく、製造できる。また、上記第２のタービン翼が、上記上記第１タービンブレード部のハブ部の底面に形成されている第４の形態の空気駆動回転切削器によれば、ヘッド部の高さの低い小型に製作できるメリットがある。
【００２７】
さらにまた、工具支持部の周囲に、上記第３の空気通路に隣接する第４の空気通路が形成した第５の形態の空気駆動回転切削器によれば、第２のタービン翼に当たった空気は第４の空気通路に入り、工具支持部の周囲を移動し、再び第３の空気通路を経て排気路から排出される。このように、供給された空気は第３の空気通路を２回通過するため、ロータに必要な制動が働き、例えば、歯科用ハンドピースの場合には、回転数を約１〜５万ｒｐｍ程度低下させることができる。また、ロータの軸方向長さを短くでき、小型の空気駆動回転切削器が得られる。
【００２８】
そしてまた、ヘッド部に穴をあけて給気路を形成した第６の形態の空気駆動回転切削器によれば、従来の空気駆動回転切削器のように給気路を形成するために複数の構成部品を必要としない。そのため、エアタービンは、組立が簡単である。また、加圧空気の漏れもないので、供給された加圧空気をロータ及び切削工具の回転に有効に活用できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。なお、以下の説明は、本発明を歯科治療用の空気駆動回転切削器（以下、「ハンドピース」という。）に適用した例に関する。しかし、本発明は、歯科治療用ハンドピースに限るものでなく、外科医療用ハンドピース、一般材料や部品等の切削加工用ハンドピースにも適用可能である。また、以下に説明する複数の実施形態及び変形例において、同一の部材は同一又は類似の部材を示す。
【００３０】
Ｉ．実施の形態１
（１）概略構成
図１は、本発明に係るハンドピースの全体構成を示す側面図を示す。この図１において、ハンドピース１０は術者が治療する際に手に持つ部分であるグリップ部１２を有し、このグリップ部１２の一端には、従来のハンドピースと同様に空気や水などの作用媒体の供給チューブ１５と接続する為の接続部１３が設けられ、他端にはネック部１１を介してヘッド部１４が設けられている。このヘッド部１４には切削工具７２が着脱自在に装着可能とされている。図２〜図６は、図１のヘッド部１４近傍を拡大した図である。これらの図面に示すように、ヘッド部１４は、グリップ部１２の先端に設けられる軸部１６と、後述する切削工具７２及び該切削工具を駆動する駆動部７０を収容する筒状ハウジング部１８とを、一体的に備えており、軸部１６のグリップ軸２０に対して、筒状ハウジング部１８の中心軸（後述する切削工具の回転中心軸に相当するもので以後回転軸と言う。）２２が図２のように垂直又はほぼ垂直に方向付けられている。
【００３１】
（２）ヘッド部の軸部
図２に示すように、ヘッド部１４の軸部１６は、筒状グリップ部１２の先端に挿入固定できる大きさと形に加工した断面縮小部２４を有する。また、軸部１６には、図３に示すようにグリップ部１２側の後端面２６（図面上右側の端面）と筒状ハウジング部１８の内部空間に臨む前端面２８（図面上左側の端面）とを流体的に連通する複数の貫通孔が形成されている。これら複数の貫通孔には、切削工具駆動部７０に加圧空気を供給するための給気路３０と、切削工具駆動部７０からの加圧空気を排気するための排気路３２が含まれる。
【００３２】
▲１▼ 給気路
給気路３０は、図１に示す作用媒体供給チューブ１５との接続部１３からグリップ部１２の内部にグリップ部１２の長手軸方向に沿って配設された図示しないパイプ等に接続されている。供給路３０の先端部は、図４に示すように軸部１６をそのグリップ部１２側の後端面２６と断面縮小部２４の外周面から所定の長さの穴を加工して形成される。具体的には、図４を用いて説明すると後端面２６からグリップ軸２０に平行に所定長さの主給気路３４を加工する。次に、回転軸２２(図３参照)に垂直でかつ主給気路３４の中心軸を通る平面（給気レベル）に沿って、主給気路３４の内面から一つ又は複数の補助給気路３６、３８を穴あけ加工する。また、補助給気路３６、３８の加工後又は加工前に、上記給気レベル平面に沿って、断面縮小部２４の外周面４０と主給気路３４の内面（必要であれば端面２６）から、補助給気路３６、３８又は主給気路３４を横切って軸部先端面２８において開放された複数の貫通孔４１で給気ノズル４２を形成する。そして、主給気路３４の開口部には、加圧空気が上述した加圧空気供給用チューブ１５に接続された接続部１３から適当なパイプ部材等を介して供給される。また、断面縮小部２４の外周面４０から形成された各給気ノズル４２は、この外周面４０の近傍に球形シール部材（例えば、鋼球４４）が圧入されて密閉される。
【００３３】
給気ノズル４２は、この給気ノズル４２から噴射される加圧空気によって、筒状ハウジング部１８の内側に配置される切削工具が回転軸２２を中心として矢印４４方向（図４における時計周り方向）に回転力を受けるように配置するのが好ましい。具体的に、図４に示すように、給気ノズル４２の中心軸と、筒状ハウジング部１８の円筒内面上の点であって該中心軸に交差する点を通る接線との交角（ノズル接線角：α）は、約１０〜５０°に設定するのが好ましい。
【００３４】
また、各給気ノズル４２は、補助給気路３６、３８に接続する部分の総横断面積の合計が軸部先端面２８において開放される部分（スロート部５０）の断面積の合計よりも大きくなるように、軸部１６の端面２８から所定の距離だけ戻った位置に先細りのテーパ状の絞り部５２を設けるのが好ましい。絞り部５２の角度（テーパ角）は、約１５〜４５°とするのが好ましい。
【００３５】
各給気ノズル４２から噴射される空気の流速が主給気路３４に供給される空気の流速よりも大きくなるように、各スロート部５０の横断面積を合成した有効断面積は、主給気路３４の有効断面積及び補助給気路３６、３８の有効断面積よりも小さくするのが好ましい。なお、図示するように複数の補助給気路３６、３８が部分的に共有する部分を有する場合、補助給気路３６、３８の有効断面積は、それぞれの補助給気路３６、３８の断面積から共有部分の断面積を除いた断面積として得られる。
【００３６】
なお、通常、給気ノズル４２の吐出口（スロート部５０）の形は、図５に示すように、円径である。しかし、給気ノズル４２の吐出口の形は円径に限るものでなく、図６に示すように、長方形であってもよい。
【００３７】
また、上述のように、主給気路３４は軸部１４のグリップ軸２０に平行に形成されており、この主給気路３４に対して接続部材を介して加圧空気供給用チューブ(不図示)が接続される。そのため、例えば主給気路がグリップ軸２０に対して斜めに形成されている場合に比べて、軸部後端面２６に隣接する空間を有効に利用できる。また、図５及び図６に示すようにノズルの開口部は回転軸２２に垂直に設けられる。
【００３８】
▲２▼ 排気路
図２及び図３に示すように、排気路３２は給気路の下方に形成されており、軸部後端面２６から軸部先端面２８に貫通する孔からなる。
【００３９】
（３）ヘッド部の筒状ハウジング部
図２及び図３に示すように、ヘッド部１４の筒状ハウジング部１８は、給気路３０から噴射される加圧空気を切削工具の回転力に変換する駆動部７０の外側形状に対応した形と大きさの円筒状内空部５４を有する。この内空部５４は、その上部と下部の開口部５６、５８において開放されており、上述した駆動部７０が上部開口部５６から内空部５４に挿入され、内空部５４に挿入された駆動部７０に設けた後述する工具支持部７４に対して下部の開口部５８を介して切削工具７２が着脱自在に装着できるようにしてある。また、内空部５４に配置された駆動部７０を保護するために、上部の開口部５６には着脱自在にキャップ支持リング６０が設けられ、さらに該キャップ支持リング６０に対してキャップ６２（図２参照）が着脱自在としてある。なお、本実施形態では、図１に示すように、キャップ６２の内側にはスプリング６４が配置され、このスプリング６４の付勢力により、キャップ６２が図示する位置に安定して維持できるようにしてあり、このキャップ６２を押圧することにより工具支持部７４での切削工具７２の把持を解除して切削工具７２の交換が可能なようにしてある。
【００４０】
（４）切削工具の駆動部
▲１▼ 工具支持部
図２及び図７に示すように、切削工具７２の駆動部７０は、内空部５４の回転軸２２に沿って切削工具７２を支持する工具支持部７４を有する。工具支持部７４は、一端部（図６の下端部）から所定の深さの穴（工具支持孔）７６が形成されている。また、工具支持部７４は、工具支持孔７６に挿入された切削工具７２を保持するチャック機構（図示せず）を備えている。このチャック機構は、公知の機構でありキャップ６２の押圧時に保持を解除して工具７２の交換を可能としてあり、キャップ６２を離した状態で切削工具７２をロックし、キャップ６２を押圧した状態で切削工具７２を交換できるようにアンロックする。
【００４１】
▲２▼ 軸受部
図２及び図７に示すように、工具支持部７４は、上部と下部にそれぞれ設けた上部軸受部７８と下部軸受部８０によって、回転軸２２を中心に回転自在に支持されている。上部軸受部７８と下部軸受部８０は、基本的に、同一の構成を有し、本実施形態では周知の玉軸受を採用している。しかし、軸受の構造は玉軸受に限るものでなく、他の軸受構造（例えば、滑り軸受や空気軸受等）を採用してもよい。
【００４２】
具体的に、上部軸受部７８の玉軸受８２は、内側リング８４と、この内側リング８４に同心的に配置された外側リング８６と、これら内側リング８４と外側リング８６との間に配置された複数のボール８８を有する。そして、内側リング８４は工具支持部７４に外装されて固定されている。他方、外側リング８６は、筒状ハウジング部１８の内空部５４に挿入された上部ケーシング９０に固定される。上部ケーシング９０は、この上部ケーシング９０が配置される場所の内空部形状に対応した大きさと外形を有する環状部材からなる。また、この環状部材の外周部には、上部ケーシング９０を内空部５４に装着した状態で、この内空部５４に形成されている回り止め部（例えば、回転軸２２に平行な溝）に係合する回り止め部（突起）を備えており、これらの回り止め部により、内空部５４に設けた上部ケーシング９０の回転が規制されている。なお、図示しないが、また外側リング８６と上部ケーシング９０との対向部にも同様の回り止め部が設けられ、それらの間の相対的回転が禁止されている。必要に応じて、隣接する部材の間、例えば、上部ケーシング９０と外側リング８６、上部ケーシング９０とキャップ支持リング６４、上部ケーシング９０と筒状ハウジング部１８との間には適宜シール構造（例えば、ゴムパッキン）が設けられ、加圧空気の漏れが防止される。
【００４３】
下部軸受部８０は、基本的に、上部軸受部７８に類似の構成を有する。具体的に、下部軸受部８０の玉軸受９２は、上部軸受部７８の玉軸受８２と同様に、内側リング９４と、外側リング９６と、それらの間に配置された複数のボール９８からなる。そして、内側リング９４は、工具支持部７４に外装されて固定されている。他方、外側リング９６は、下部ケーシング１００に固定されている。下部ケーシング１００は、この下部ケーシング１００が配置される場所と後述するロータが配置される場所の内空部形状に対応した大きさと外形を有する環状部材からなる。また、下部ケーシング１００の外周面と、この外周面に対応する内空部５４の内面部分にはそれぞれ回り止め部（例えば、内空部５４に形成した溝と下部ケーシング１００に形成した突起）により、筒状ハウジング部１８に対する下部ケーシング１００の回転が規制されている。必要に応じて、隣接する部材の間、例えば、下部ケーシング１００と筒状ハウジング部１８、下部ケーシング１００とハウジング部１８との間には適宜シール構造（例えば、ゴムパッキン）が設けられ、加圧空気の漏れが防止されている。
【００４４】
▲３▼ ロータ
引き続き図２及び図７を参照して説明すると、上部軸受部７８と下部軸受部８０との間には、給気路３０から噴射される加圧空気を利用して、工具支持部７４、さらに該工具支持部７４を介して切削工具７２に回転を伝達するための２段式ロータ１０２が設けてある。ロータ１０２は、図８に示すロータ部の斜視図に詳細に示すように、概略リング状の部材で、中央に貫通孔１０４を有する。貫通孔１０４の内径は、ロータ１０２を支持する工具支持部７４における略中段部分の外径にほぼ等しい。貫通孔１０４を形成しているハブ１０６は、上段に第１のタービンブレード部１０８、下段に第２のタービンブレード部１２２を有する。
【００４５】
第１のタービンブレード部１０８は、ハブ１０６の上端部を半径方向外側に突出した円形の上部天井壁１１０と、この上部天井壁１１０の底部からハブ１０６の外周面に沿って下方に伸び且つ半径方向外側に突出した多数（本実施形態では１８個）の突出壁（第１のタービン翼１１２）からなる。第１のタービン翼１１２は、ハブ１０６の周方向に等間隔に設けてある。また、隣接する第１のタービン翼１１２の間には、第１のタービン翼１１２の一方の面（ロータ１０２の回転方向に関して上流側に位置する作用面１１４）と他方の面（ロータ１０２の回転方向に関して下流側に位置するガイド面１１６）及びハブ１０６の外周面部分１１８によって、第１の空気通路１２０が形成されている。第１の空気通路１２０の高さ（中心軸方向の位置）は、ロータ１０２を内空部５４に設けた状態で、給気ノズル４２から噴射された加圧空気が第１の空気通路１２０の上部に吹き込まれるようにしてある。また、ハブ１０６の外周面部分１２０は半径方向内側に向かって湾曲する曲面（曲面形状は図２に最も良く表されている。）としてあり、ロータ１０２の半径方向外側から第１の空気通路１２０に吹き込まれた空気が上記曲面（外周面部分１１８）に沿って最小の空気抵抗をもって滑らかに下方に方向変換されるようにしてある。各タービン翼１１２はまた、上部天井壁１１０からロータ１０２の回転方向（矢印４４方向）に関して僅かに下流側に向って斜めに伸び、途中で回転方向に関して上流側に方向を変えている。第１の空気通路１２０の高さ（中心軸方向の位置）は、ロータ１０２を内空部５４に設けた状態で、第１の空気通路１２０の上部が給気路３０の給気ノズル４２に対向する高さとしてある(図２参照)。
【００４６】
第２のタービンブレード部１２２は、第１の空気通路１２０の下端・内側の縁部によって外周が縁取りされた下部天井壁１２３と、この下部天井壁１２３の底部からハブ１０６の外周面に沿って真っ直ぐに下方に伸び且つ半径方向外側に突出した多数（本実施形態では１８個）の突出壁（第２のタービン翼１２４）からなる。第２のタービン翼１２４は、周方向に等間隔に設けてある。また、隣接する第２のタービン翼１２４の間には、第２のタービン翼１２４の一方の面（ロータ１０２の回転方向に関して上流側に位置する作用面１２６）と他方の面（ロータ１０２の回転方向に関して下流側に位置するガイド面１２８）及びハブ１０６の外周面部分１３０によって、第３の空気通路１３２が形成されている。特に、第３の空気通路１３２を形成しているハブ外周面部分１３０は半径方向内側に向かって湾曲する曲面(曲面の形状は、図２に最も良く表されている。)としてあり、ロータ１０２の半径方向外側から第３の空気通路１３２に吹き込まれた空気が上記曲面に沿って最小の空気抵抗をもって滑らかに下方に方向変換されるようにしてある。また、第３の空気通路１３２の高さ（中心軸方向の位置）は、ロータ１０２を内空部５４に設けた状態で、第３の空気通路１３２の底部が排気路３２とほぼ同一の高さになるようにしてある(図２参照)。
【００４７】
なお、図８に明らかなように、ロータ１０２の回転方向（矢印４４方向）に関して、第１の空気通路１２０は第３の空気通路１３２からずれている。すなわち、第１の空気通路１２０の下端部は、第３の空気通路１３２の上端部から、ロータ１０２の回転方向にシフトしている。
【００４８】
また、このように構成されたロータ１０２では、第２のタービン翼１２４及び第３の空気通路１３２は、回転軸２２方向に平行に真っ直ぐに伸びている。そのため、回転軸２２に平行な方向から第２のタービン翼及び第３の空気通路１３２を加工できるので、上述した従来のハンドピースのように第１と第２のタービン翼を共に曲線状に曲げたロータよりも加工が容易であり、安価に製作できる。
また、より回転数を低下できる。
【００４９】
▲４▼ 空気ガイドリング(導入部)
図７に示すように、ロータ１０２の周囲には空気ガイドリング１４０が位置している。この空気ガイドリング１４０は、給気路３０から内空部５４に噴射された加圧空気を第１の空気通路１２０にその半径方向外側から内側に向かって導き、また、第１の空気通路１２０の下端部から排出された加圧空気を第３の空気通路１３２にその半径方向外側から内側に向かって導くために利用される第２の空気通路１４４を形成する導入部となる。なお、本実施形態では、空気ガイドリング１４０は下部ケーシング１００と一体的に形成されているが、下部ケーシング１００とは別に形成してもよい。また、空気ガイドリング１４０は下部ケーシング１００と共に、ヘッド部１４に一体的に形成してもよい。この場合、空気ガイドリング１４０の内面が内空部５４の一部を形成する。このように構成すると、ヘッド部を樹脂や焼結金属などで一体成形する時に極めて低コストで製作する事が出来る。
【００５０】
空気ガイドリング１４０を含む下部ケーシング１００は、この下部ケーシング１００を内空部５４の所定位置に設けた状態で給気路３０の給気ノズル４２が対向する領域３００に給気口１４２が形成されており、給気ノズル４２から噴射された加圧空気が給気口１４２を介して第１の空気通路１２０にその半径方向外側から内側に向かって吹き込まれるようにしてある。給気口１４２は、図９及び図１０に詳細に図示するように周方向に長細く広がる単一の開口であってもよいし、複数の給気ノズル４２に対応した周方向に連なる複数の孔（図示せず）であってもよい。
【００５１】
給気口１４２の下方には、第１の空気通路１２０の底部開口部に隣接する複数の第２の空気通路１４４が形成されている。本実施形態では、図９に図示するように、給気口１４２の形成されている領域３００を含み且つ周方向に約１２０°の範囲に広がる領域３０２に、９個の第２の空気通路１４４が形成されている。これら第２の空気通路１４４は垂直壁１４６によって区切られている。また、各第２の空気通路１４４は、ロータ１０２の回転方向（矢印４４方向）に関して垂直壁１４６の上流側の壁面（第１の面：上流壁面１４８）と、この上流壁１４８に対向する隣接する下流側の垂直面（第２の面：下流壁面１５０）と、上流壁面１４８と下流壁面１５０との間で半径方向外側から内側に且つ上方から下方に向かって湾曲して伸びる曲面壁（第３の面）１５２とで形成されている凹状空所１５１である。そして、これら３つの壁面１４８、１５０、１５２の上端縁によって形成される上部開口部１５４が第１の空気通路１２０の底部開口部に連通し、３つの壁面１４８、１５０、１５２の半径方向内側縁部によって形成される内側開口部１５６が第３の空気通路１３２の外側開口部に連通している。
【００５２】
なお、上流壁面１４８と曲面壁１５２との接続部、また下流壁面１５０と曲面壁１５２との接続部は曲面とし、空気の受ける抵抗を出来るだけ小さくするのが好ましい。また、接続部の曲面の曲率半径は、０．１ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００５３】
本実施形態ではまた、垂直壁１４６は、半径方向外側の端部から内側の端部に向かって、ロータ１０２の回転方向（矢印４４方向）に関して下流側に傾斜している。また、本実施形態では、垂直壁１４６（正確には上流壁面１４８）を内側に延長した線と、この上流壁面１４８の内側端部を通り且つこの内側端部からロータ１０２の回転方向下流側に伸ばした接線とのなす角度βは４５°〜６０°に設定されている。
【００５４】
加えて、図９と図１０に示すように、空気ガイドリング１４０は、ロータ１０２を空気ガイドリング１４０の内部に配置した状態で、第３の空気通路１３２の底部開口部に隣接する連絡通路１５８が周方向に連続して形成されている。また、連絡通路１５８は、その半径方向外側に配置されている排気路３２に隣接し、第３の空気通路１３２から排出された空気が連絡通路１５８を介して排気路３２に排気されるようにしてある。
【００５５】
以上のように構成された空気ガイドリング１４０及び該空気ガイドリング１４０を含む下部ケーシング１１０、並びに上部ガイドリング９０は、公知の加工技術、例えばエンドミル加工、放電加工で形成するのが好ましい。なお、上述のように、空気ガイドリング１４０に形成されている第２の空気通路１５２は、軸方向に平行な面だけ（つまり、３つの壁面１４８、１５０、１５２だけ）で形成されているので、下部ガイドリング１４０の一方の開口部（具体的には、図１０の上部に示す開口部）から対応する部分にアクセスすることで加工できる。換言すれば、従来の空気駆動回転切削器に用いられている内側ハウジングは軸に直交する方向の壁面を有するために、加工装置を複数の方向から加工部分にアクセスさせる必要があり、そのために加工に多くの困難な問題を伴っていたが、上述のように構成された空気ガイドリング１４０は一方向からのみ加工できるので、加工が極めて簡単である。
【００５６】
（５）ハンドピースの動作
以上のように構成されたハンドピース１０を用いて歯牙の切削を行なう場合、図１に示すように、目的の作業に適した切削工具７２が選択されて、工具支持部７４にその下方から装着される。次に、図示しない加圧空気供給源から供給された加圧空気が供給用チューブ１５を通じて主給気路３４に送り込まれる。次に、加圧空気は、図４に示す主給気路３４から、補助給気路３６、３８を介して、又は補助給気路３６、３８を介することなく直接、複数の給気ノズル４２に分配される。給気ノズル４２を通過する加圧空気は、絞り部５２において加速され、ロータ１０２の回転軸２２と直交する方向に（ロータ１０２の回転方向に関して下流側に）向け、空気ガイドリング１４０の給気口１４２を介して噴射される。そして、図７に示すロータ１０２の回転と共に給気口１４２の対向部を通過する第１の空気通路１２０にはそれぞれ、その半径方向外側の開口部より吹き込まれる。その結果、ロータ１０２は矢印４４方向(図８参照)に向かう回転力が与えられて回転する。
【００５７】
図７及び図９、図１０を参照して、第１の空気通路１２０に供給された加圧空気は、第１のタービン翼１１２の間の第１の空気通路１２０を下方に流れる。そして、ロータ１０２の回転と共に第１の空気通路１２０が空気ガイドリング１４０に形成されている第２の空気通路１４４の対向位置に移動すると、空気は、第１の空気通路１２０の底部開口部から空気ガイドリング１４０の第２の空気通路１４４に移動する。第２の空気通路１４４に入った空気は、この第２の空気通路１４４を形成している垂直壁１４６と曲面壁１５２に沿って、ロータ１０２の半径方向内側に向けて、ロータ１０２の第３の空気通路１３２に送り込まれる。第３の空気通路１３２に入った加圧空気は、この第３の空気通路１３２を形成している２つの第２のタービン翼１２４とそれらの間に挟まれた内側の曲面１３０に案内されて下方に移動し、連絡通路１５８を介して排気路３２に送り出される。排気路３２の空気は、ハンドピース１０に接続された作用媒体供給チューブ１５を通じて外部に放出される。
【００５８】
このように構成されたハンドピース１０によれば、図８に示すように、ロータ１０２の第１のタービン翼１１２は回転方向（矢印４４方向）下流側に向って湾曲して曲げられているので、回転軸２２と直交する方向（本実施形態ではロータ１０２のほぼ接線方向）から第１の空気通路１２０に吹き込まれた加圧空気の圧力が第１のタービン翼１１２に効果的に作用し、ロータ１０２の回転数を高速に回転させ且つトルクを得る事に著しく寄与する。
【００５９】
一方、第２のタービン翼１２４は、回転軸２２の方向に垂直に形成されている。したがって、第１のタービン翼１１２に比べて、回転数とトルクの増加に寄与する能力は低下する。しかし、その低下量は僅かであるので全体として高い回転数を維持しつつトルクを得る事が出来る。また、トルクの低下に関しては、空気ガイドリング１４０に形成した第２の空気通路１４４の数を増やすことで、解消できる。つまり本発明によれば、第１のタービン翼と第２のタービン翼と共に曲線状に形成した従来のハンドピース（特開平１０−２３４７４６号公報の図１４と図１５に記載されたロータを用いたハンドピース）よりも構造が簡単で且つ、回転数が僅かに低くトルクがほぼ同一のハンドピースを得ることができる。
【００６０】
（６）第１の実施形態の変形例
▲１▼ 第１の変形例
図１１は、空気ガイドリング、特に、第２の空気通路の変形例を示す。この変形例に係る空気ガイドリング１４０では、この空気ガイドリング１４０の全周に第２の空気通路１４４が形成されている。この空気ガイドリング１４０によれば、ロータ１０２のトルクを上述した従来のハンドピースのロータと同一に保ち、第１の実施形態のハンドピースよりも回転数を低下させることができる。
【００６１】
▲２▼ 第２の変形例
空気ガイドリング１４０における垂直壁１４６と接線とのなす接線角βは、ロータ１０２の回転数及びトルと密接に関係する。例えば、接線角βが小さくなると回転数は増加する。また、接線角βが大きくなると回転トルクが減少する。理論上、接線角βが９０°以上の場合、ロータ１０２に与えられるトルク及び回転数は、第１のタービン翼１１２だけで得られるトルク及び回転数よりも小さくなる。したがって、トルクを低下させることなく回転数を低下させるには、図１２と図１３に示すように、接線角βがほぼ９０°となるように垂直壁１４６を回転軸２２（ロータ中心）に向けた空気ガイドリング１４０を用いるのが好ましい。更に回転数を低下させるには、接線角βを９０°以上とすればよい。
【００６２】
▲３▼ 第３の変形例
トルクは低下させることなく回転数のみを低下させるためには、図１４と図１５に示すように、給気ノズル１４２の領域３００を含む特定の領域３０２については垂直壁１４６を半径方向に向け（β１＝４５°）、それ以外の領域３０４については垂直壁１４２を該垂直壁と接線とのなす角度（β２）が約９０°となる方向に第２の空気通路１４４を設けるのが好ましい。また、図１６に示す変形例では、β１＝９０°、β２＝１３５°に設定されている。この場合、切削負荷がかかり回転数が低下した時には主に空気が領域３００に流れるためトルクの低下は少ない。一方、負荷のかからない場合は、第１タービンブレード部１０８により空気は領域３０２に運ばれるので回転数が低下する。即ち、トルクをあまり低下させずに回転数を低下できる。
【００６３】
ＩＩ．第２の実施形態
図１７〜図２０は、第２の実施形態に係る空気駆動回転切削器を示す。この空気駆動回転切削器１０’において、図１９に示すように、隣接する第２のタービン翼１２４の間に形成された第３の空気通路１３２が、放射方向の内側と外側に開放されており、環状に配置された第２のタービン翼１２４の内側には、工具支持部７４の周囲に、環状の空気通路（第４の空気通路）１６０が形成されている。言い換えれば上記第２のタービン翼１２４が、上記第１タービンブレード部１０８のハブ部１０６の底面に形成されている。図１７及び図１９において、第２のタービン翼１２４は、ロータの回転軸２２に関し、放射状の平面を形成しているが、より大きいトルクを得たい場合には、第２のタービン翼１２４を回転方向の逆の方向に傾けるのが良く、又、より低い回転数を得たい場合は、第２のタービン翼１２４を回転方向に向けて傾ければ良い。また、工作性は良くないが、図１７の第２のタービン翼１２４を回転方向に傾けて湾曲面とすれば、より空気の流れがスムーズに出来るのでさらに高トルクを得る事が出来る。なお、符号１６２で示す部材は、キャップ６０を図示する位置に保持する板ばねである。
【００６４】
このように構成された空気駆動回転切削器によれば、給気路３０から第１の空気通路１２０、第２の空気通路１４４を介して第３の空気通路１３２に供給された空気は、この第３の空気通路１３２から第４の空気通路１６０に入る。また、空気は、第４の空気通路１６０を、ロータ１０２の回転方向（矢印４４方向）に向かって移動し、再び第３の空気通路１３２を通り排気路３２に流れる。特に、本実施形態では、ロータ１０２の回転方向に関して、つまり図１７の時計周り方向に関して、給気路３０から第１の空気通路１２０に空気の供給される領域は約３時から５時の範囲にあり、他方、第４の空気通路１６０から排気路３２に空気の流れ込む領域は約１時から３時の範囲にあるので、前者の領域から供給された空気は内空部５４をほぼ一周して排出される。
【００６５】
また、内空部５４を移動する空気は、上述の通り第３の空気通路１３２を２回通過する。そのため、ロータ１０２に必要な制動が働き、例えば、歯科用ハンドピースの場合には、回転数を約１〜５万ｒｐｍ程度低下させることができる。また、ロータの軸方向長さを短くでき、小型の空気駆動回転切削器が得られる。
【００６６】
ＩＩＩ．その他
以上に説明において特に材料を特定してない部材は一般に金属で形成されるが、耐久性の点で問題が無ければ、その他の材料（例えば、非鉄金属、プラスチック）で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る空気駆動回転切削器（ハンドピース）の側面図。
【図２】 本発明の第１の実施形態に係る空気駆動回転切削器の縦断面図。
【図３】 図２に示すハンドピースのヘッド部の縦断面図。
【図４】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。
【図５】 図２に示すハンドピースのヘッド部の斜視図。
【図６】 他の形態のヘッド部の斜視図。
【図７】 図２に示すハンドピースの駆動部の断面図。
【図８】 図２に示すハンドピースに用いたロータの斜視図。
【図９】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリング部の、図１０のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図。
【図１０】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリング部の、図９のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図。
【図１１】 他の形態の空気ガイドリングの、図９に対応した断面図。
【図１２】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリングの、図１３のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図。
【図１３】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリングの、図１２のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図。
【図１４】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリングの、図１５のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図。
【図１５】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリングの、図１４のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図。
【図１６】 他の形態の空気ガイドリングの、図９に対応した断面図。
【図１７】 第２の実施形態に係る空気駆動回転切削器の縦断面図。
【図１８】 図１７のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った縦断面図。
【図１９】 図１７のハンドピースに用いるロータの斜視図。
【図２０】 図１７のハンドピースのヘッド部の背端面図。
【符号の説明】
１０…空気駆動回転切削器
１２…グリップ部
１４…ヘッド部
１６…軸部
１８…筒状ハウジング
２０…グリップ軸
２２…回転軸（筒状ハウジングの中心軸）
２６、２８…軸部端面
３０…給気路
３２…排気路
３４…主給気路
３６、３８…補助給気路
４１…貫通孔
４２…給気ノズル
４４…シール部材
４８…給気ノズル接続部
５０…給気ノズルスロート部(断面縮小部)
５２…絞り部
５４…内空部
５６、５８…開口部
７０…駆動部
７２…切削工具
７８…上部軸受部
８０…下部軸受部
９０…上部ケーシング
１００…下部ケーシング
１０２…ロータ
１０６…ハブ部
１０８…第１のタービンブレード部
１１２…第１のタービン翼
１２０…第１の空気通路
１２２…第２のタービンブレード部
１２４…第２のタービン翼
１３２…第３の空気通路
１４０…空気ガイドリング(導入部)
１４２…給気口
１４４…第２の空気通路
１４８…第１の面
１５０…第２の面
１５１…凹状空所
１５２…第３の面
１５８…排気口
１６０…第４の空気通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧空気を利用して切削用工具（例えば、ドリルなどの穴あけ工具）を回転する、医療用、歯科用、及び加工用の空気駆動回転切削器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人の出願に係る特開平１０−１２３７４６号公報には、医療用、歯科用、及び加工用の空気駆動回転切削器の一つとして、加圧空気のエネルギーを有効に回転力に変換する手段として２段式ロータを採用したものが開示されている。この２段式ロータは、リング状のハブを備えており、ハブの外周面に第１タービンブレード部と第２タービンブレード部が形成されている。また、第１タービンブレード部はハブの中心から放射状に伸びる複数の第１のタービン翼を備え、同様に第２タービンブレード部もハブの中心から放射状に伸びる複数の第２のタービン翼を備えている。
【０００３】
一方、ハンドピースのヘッド部には内空部が形成されており、この内空部には内空部の内面形状に対応した外形を有する筒状の内側ハウジングが収容され、この内側ハウジングの内部にロータ及びこのロータを回転自在に支持する軸受機構等が収容されている。また、ヘッド部と内側ハウジングには、ロータの第１タービンブレード部に加圧空気を噴射するための給気路と、第２タービンブレード部から送り出された空気を排気するための排気路が形成されている。そして、内側ハウジングには、第１のタービンブレード部から送り出された加圧空気を第２のタービンブレード部に案内する中継通路が形成されている。したがって、給気路から噴射された加圧空気はまず第１タービンブレード部の第１タービン翼に当たる。次に、加圧空気は、中継通路から第２タービンブレード部に送られ、第２タービン翼に当たり、その後、排気路を通じて外部に排出される。
【０００４】
このように、２段式ロータを採用したハンドピースは、加圧空気のエネルギーが２つのタービンブレード部で有効に活用されることから、従来のハンドピースに比べて、より高速回転下での高トルク特性をもって切削工具を回転できるという有利な点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したハンドピースでは、内側ハウジングに中継通路を形成するために、内側ハウジングを形成している筒状部材には周方向に伸びる所定の領域に複数の溝（スロット）を形成し、筒状部材に外装したリング部材で開口溝の外側開口部を塞ぐ方法を採用している。しかし、この方法は、リング部材が必要であるという問題、このリング部材を筒状部材の外周部に固定するために、筒状部材の外周面とリング部材の内周面にねじ溝を加工しなければならないという問題、筒状部材とリング部材との間に出来る隙間から加圧空気が漏れ出て、加圧空気のエネルギを完全に有効活用できず、結果として回転数、トルクが安定しないという問題がある。
【０００６】
また、上述したハンドピースでは、確かに高速回転数下での高トルクを実現できる。そのため、切削工具に約３０万ｒｐｍ〜５０万ｒｐｍの回転数が要求される歯科用ハンドピースにとって、上述した２段式ロータは極めて有効な技術であった。しかし、一方において、高トルクを維持しながら、回転数を僅かだけ低下させたいという要求がある。
【０００７】
例えば、歯科用ハンドピースでは、回転数を僅かだけ低下させることにより、以下の効果が得られる。
・歯牙の切削に伴う発熱の低減。これは、発熱による疼痛の減少、歯髄の発熱による歯髄炎の回避に有効である。
・騒音の低減、及び音質（高周波数音から低周波数音への変化）。これは、歯科治療時におけるロータ及び切削工具の回転音の大きさ、およびそれらの回転時に生じる高周波音は、治療に対して患者に恐怖心を抱かせ得るからである。
・切削工具の破損防止。長い歯科用切削工具を約３０万ｒｐｍ〜５０万ｒｐｍで高速回転した場合、歯牙切削時の僅かな負荷の増加により比較的容易に破損する可能性があるが、例えば回転数を約１〜５万ｒｐｍだけ低下させただけでも、破損の確率は大幅に減少する。
・軸受の長寿命化。歯科用切削工具を玉軸受で支持したものでは、切削工具の回転数を約３０万ｒｐｍ〜５０万ｒｐｍから約１〜５万ｒｐｍだけ低下させただけでも軸受寿命が飛躍的に長くなる。
【０００８】
次に、２段式ロータは、その中心軸の方向に（上段と下段に）第１タービンブレード部と第２タービンブレード部を配置しているため、ハンドピースのヘッド部の大きさが中心軸方向に大きくなる。他方、小児用及び老人用の小型のヘッド部を備えたハンドピースや、口腔内でヘッドの移動領域が制限される治療（例えば、智歯治療）に用いる小型のヘッド部を備えたハンドピースでは、中心軸方向の大きさが制限されている。そのため、小型のヘッド部を有するハンドピースに上述した２段式ロータを組み入れて高速回転数下での高トルクを実現するために、新たな技術の開発が必要であった。
【０００９】
続いて、上述した２段式ロータを採用したハンドピースでは、このロータに加圧空気を供給するための給気路を複数の構成部品で構成している。そのため、ハンドピースを製造するためには、各構成部品を別々に加工し、その後、加工した部品を組み立てるという工程が必要になる。また、複数の部品間の隙間を完全にシールすることは困難である。そのため、部品間の隙間から加圧空気が漏れ出て、加圧空気のエネルギをロータの回転に有効に変換できない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上述した問題を解消するためになされたものである。具体的に、本願発明の第１の形態の空気駆動回転切削器は、術者により把持されるグリップ部と、上記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部を有し、
このヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸を中心として回転するロータは、上記回転軸の周りに複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく上記回転軸の周りに複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを有しており、
上記ヘッド部の内空部には、上記グリップ部に設けた給気路から上記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、上記第１のタービンブレード部からの空気を上記第２のタービンブレード部に導く導入部と、上記第２のタービンブレード部からの排気を上記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口が設けられており、
上記給気口から噴出した空気は、上記ロータの回転軸に実質垂直な方向から記第１のタービンブレード部に作用し、上記第１のタービン翼と隣接する第１のタービン翼との間に形成した第１の空気通路を経て、上記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に排出した空気を上記ヘッド内周に設けた上記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導き、この空気を上記回転軸と実質垂直な方向に上記第２のタービンブレード部に作用させ、上記第２のタービン翼と隣接する第２のタービン翼との間に形成した第３の空気通路を経て、上記排気口から排出するようにした空気駆動回転切削器であって、
上記導入部に形成した第２の空気通路が、上記回転軸に平行な複数の壁面と、この隣接する壁面の間に形成され上記回転軸に平行な面を横切る壁面により形成される複数の凹状空所で形成されている。
【００１１】
上記空気駆動回転切削器では、上記第２のタービンブレード部に設けた第２のタービン翼が、上記回転軸と平行に設けるように形成されていることが好ましい。
【００１２】
また、上記導入部に形成した第２の空気通路は、上記内空部の内周に設けられた凹状空所が、上記回転軸を中心とする円周方向に実質的に沿った第1の面と、上記第１の面を上記回転軸の方向に向かって且つ上記回転軸に向かって外から内側に延長した曲面からなる第２の面と、上記第１の面と第２の面の両側に位置して上記回転軸に平行に伸びる一対の第３の面とで形成するのが好ましい。
【００１３】
さらに、上記第３の面は、実質的に、上記回転軸から放射方向に向けてもよいし、上記回転軸を中心とする放射方向に対して斜めに向けてもよい。
【００１４】
さらにまた、上記第１及び第２の面と上記第３の面との接続部が曲面によって連続的に形成するのが好ましい。この場合、上記曲面の曲率半径は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の形態の空気駆動回転切削器は、ロータの回転軸を中心とする円周方向に関し、上記第２の空気通路の形成されている領域が上記給気路の給気口が形成されている領域よりも大きいこと特徴とする。更にこの形態において、第２の空気通路の形成されている領域が上記円周方向に連続して全周に設けられることを特徴とする。
【００１６】
本形態の空気駆動回転切削器では、上記第２の空気通路は、上記回転軸を中心とする円周に沿った第１の面と、上記第１の面を上記回転軸の方向に向って且つ上記回転軸に向って延長した曲面からなる第２の面と、上記第１の面と第２の面の両側に位置して上記回転軸に平行に伸びる一対の第３の面とで形成されており、上記第１の領域に含まれる上記第３の面と上記第２の領域に含まれる第３の面とは、上記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有するように構成してもよい。
【００１７】
また、上記第３の面の上記回転軸側端部から上記第３の面を上記回転軸側に延長した線と、上記第３の面の上記回転軸側端部を通り且つ上記回転軸側端部から上記ロータの回転方向に伸ばした接線との間に形成される接線角に関して、上記第１の領域に含まれる上記第３の面の接線角は上記第２の領域に含まれる上記第３の面の接線角よりも小さく設定してもよい。
【００１８】
本発明の第３の形態の空気駆動回転切削器は、上記第２のタービン翼が、上記回転軸と平行に伸びていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第４の形態の空気駆動回転切削器は、上記第２のタービン翼が、上記第１タービンブレード部のハブ部の底面に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第５の形態の空気駆動回転切削器は、上記工具支持部の周囲に上記第３の空気通路に隣接する第４の空気通路が形成されており、上記第３の空気通路から送り出された空気は上記第４の空気通路を介して上記排気路に送られることを特徴とする。
本形態の空気駆動回転切削器では、隣接する上記第２のタービン翼の間に形成された第３の空気通路は、上記第２のタービン翼の内側と外側に開放してもよい。
【００２１】
本発明の第６の形態の空気駆動回転切削器は、上記ヘツド部には、上記グリップ軸に平行に設けた給気路と、上記グリップ軸に所定の角度をなして交差する複数のノズルと、上記給気路とノズルとの間に設けられ上記給気路から供給される空気を全ての複数のノズルに供給する補助給気路を有し、且つ上記ノズルが貫通孔とシール部材より構成されることを有することを特徴とする。
【００２２】
本形態の空気駆動回転切削器では、補助給気路の総横断面積は、複数の給気口の横断面積の合計よりも大きくするのが好ましい。また、上記給気口には横断面積を小さくした断面縮小部を有することが好ましい。また、上記給気口の断面縮小部には先細りのテーパ部が設けられていることが望ましい。
【００２３】
更に、上記複数の給気口が上記回転軸に対して垂直な方向に並設されることが望ましい。また、上記複数の給気口を有する給気口部のノズル軸が、ロータの回転方向に対して上流側ほどグリップ軸に対して大きい角度を有するように設定していることが望ましい。
【００２４】
【発明の効果】
第１の形態の空気駆動回転切削器によれば、第２の空気通路は、上記回転軸に平行な複数の壁面と、この隣接する壁面の間に形成され上記回転軸に平行な面を横切る壁面により形成される複数の凹状空所である事を特徴にしている。したがって、第２の空気通路は、ヘッド部を軸に平行な方向から加工することによって、換言すれば、軸に直交する方向又は斜めの方向から加工する必要なく、製造できる。そのため、第２の空気通路を含むヘッド部を容易に安価に製造できる。また、従来の内側ハウジングは内外を貫通する溝（スロット）を形成しているため強度が弱く耐久性に劣るという問題があったが、本形態ではそのような溝は必要無いので、強度低下の問題もない。さらに、上述した従来の空気駆動回転切削器では第２の空気通路を２つの部材（内側ハウジングとリング部材）で構成し、両者に形成したねじで組み立てる構成を採用しているが、本形態では第２の空気通路を単一の部材で形成できるので、製造が容易で、加圧空気の漏れもなく回転数、トルクが安定する。
【００２５】
また、ロータの軸を中心とする円周方向に関し、上記第２の空気通路の形成されている領域を給気路の形成されている領域よりも大きくした第２の形態の空気駆動回転切削器によれば、トルクを維持し又は過剰に低下させることなく、ロータ及び切削工具の回転数を必要に応じて低下させることができる。そのため、例えば歯科用ハンドピースでは、歯牙の切削に伴う発熱の低減、騒音の低減及び音質の改善、切削工具の破損防止、軸受の長寿命化を図ることができる。
【００２６】
さらに、第２のタービン翼をロータの軸に平行に配置した第３の形態の空気駆動回転切削器によれば、この第２のタービン翼を軸に平行な方向から加工することによって、換言すれば、軸に直交する方向又は斜めの方向から加工する必要なく、製造できる。また、上記第２のタービン翼が、上記上記第１タービンブレード部のハブ部の底面に形成されている第４の形態の空気駆動回転切削器によれば、ヘッド部の高さの低い小型に製作できるメリットがある。
【００２７】
さらにまた、工具支持部の周囲に、上記第３の空気通路に隣接する第４の空気通路が形成した第５の形態の空気駆動回転切削器によれば、第２のタービン翼に当たった空気は第４の空気通路に入り、工具支持部の周囲を移動し、再び第３の空気通路を経て排気路から排出される。このように、供給された空気は第３の空気通路を２回通過するため、ロータに必要な制動が働き、例えば、歯科用ハンドピースの場合には、回転数を約１〜５万ｒｐｍ程度低下させることができる。また、ロータの軸方向長さを短くでき、小型の空気駆動回転切削器が得られる。
【００２８】
そしてまた、ヘッド部に穴をあけて給気路を形成した第６の形態の空気駆動回転切削器によれば、従来の空気駆動回転切削器のように給気路を形成するために複数の構成部品を必要としない。そのため、エアタービンは、組立が簡単である。また、加圧空気の漏れもないので、供給された加圧空気をロータ及び切削工具の回転に有効に活用できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。なお、以下の説明は、本発明を歯科治療用の空気駆動回転切削器（以下、「ハンドピース」という。）に適用した例に関する。しかし、本発明は、歯科治療用ハンドピースに限るものでなく、外科医療用ハンドピース、一般材料や部品等の切削加工用ハンドピースにも適用可能である。また、以下に説明する複数の実施形態及び変形例において、同一の部材は同一又は類似の部材を示す。
【００３０】
Ｉ．実施の形態１
（１）概略構成
図１は、本発明に係るハンドピースの全体構成を示す側面図を示す。この図１において、ハンドピース１０は術者が治療する際に手に持つ部分であるグリップ部１２を有し、このグリップ部１２の一端には、従来のハンドピースと同様に空気や水などの作用媒体の供給チューブ１５と接続する為の接続部１３が設けられ、他端にはネック部１１を介してヘッド部１４が設けられている。このヘッド部１４には切削工具７２が着脱自在に装着可能とされている。図２〜図６は、図１のヘッド部１４近傍を拡大した図である。これらの図面に示すように、ヘッド部１４は、グリップ部１２の先端に設けられる軸部１６と、後述する切削工具７２及び該切削工具を駆動する駆動部７０を収容する筒状ハウジング部１８とを、一体的に備えており、軸部１６のグリップ軸２０に対して、筒状ハウジング部１８の中心軸（後述する切削工具の回転中心軸に相当するもので以後回転軸と言う。）２２が図２のように垂直又はほぼ垂直に方向付けられている。
【００３１】
（２）ヘッド部の軸部
図２に示すように、ヘッド部１４の軸部１６は、筒状グリップ部１２の先端に挿入固定できる大きさと形に加工した断面縮小部２４を有する。また、軸部１６には、図３に示すようにグリップ部１２側の後端面２６（図面上右側の端面）と筒状ハウジング部１８の内部空間に臨む前端面２８（図面上左側の端面）とを流体的に連通する複数の貫通孔が形成されている。これら複数の貫通孔には、切削工具駆動部７０に加圧空気を供給するための給気路３０と、切削工具駆動部７０からの加圧空気を排気するための排気路３２が含まれる。
【００３２】
▲１▼ 給気路
給気路３０は、図１に示す作用媒体供給チューブ１５との接続部１３からグリップ部１２の内部にグリップ部１２の長手軸方向に沿って配設された図示しないパイプ等に接続されている。供給路３０の先端部は、図４に示すように軸部１６をそのグリップ部１２側の後端面２６と断面縮小部２４の外周面から所定の長さの穴を加工して形成される。具体的には、図４を用いて説明すると後端面２６からグリップ軸２０に平行に所定長さの主給気路３４を加工する。次に、回転軸２２(図３参照)に垂直でかつ主給気路３４の中心軸を通る平面（給気レベル）に沿って、主給気路３４の内面から一つ又は複数の補助給気路３６、３８を穴あけ加工する。また、補助給気路３６、３８の加工後又は加工前に、上記給気レベル平面に沿って、断面縮小部２４の外周面４０と主給気路３４の内面（必要であれば端面２６）から、補助給気路３６、３８又は主給気路３４を横切って軸部先端面２８において開放された複数の貫通孔４１で給気ノズル４２を形成する。そして、主給気路３４の開口部には、加圧空気が上述した加圧空気供給用チューブ１５に接続された接続部１３から適当なパイプ部材等を介して供給される。また、断面縮小部２４の外周面４０から形成された各給気ノズル４２は、この外周面４０の近傍に球形シール部材（例えば、鋼球４４）が圧入されて密閉される。
【００３３】
給気ノズル４２は、この給気ノズル４２から噴射される加圧空気によって、筒状ハウジング部１８の内側に配置される切削工具が回転軸２２を中心として矢印４４方向（図４における時計周り方向）に回転力を受けるように配置するのが好ましい。具体的に、図４に示すように、給気ノズル４２の中心軸と、筒状ハウジング部１８の円筒内面上の点であって該中心軸に交差する点を通る接線との交角（ノズル接線角：α）は、約１０〜５０°に設定するのが好ましい。
【００３４】
また、各給気ノズル４２は、補助給気路３６、３８に接続する部分の総横断面積の合計が軸部先端面２８において開放される部分（スロート部５０）の断面積の合計よりも大きくなるように、軸部１６の端面２８から所定の距離だけ戻った位置に先細りのテーパ状の絞り部５２を設けるのが好ましい。絞り部５２の角度（テーパ角）は、約１５〜４５°とするのが好ましい。
【００３５】
各給気ノズル４２から噴射される空気の流速が主給気路３４に供給される空気の流速よりも大きくなるように、各スロート部５０の横断面積を合成した有効断面積は、主給気路３４の有効断面積及び補助給気路３６、３８の有効断面積よりも小さくするのが好ましい。なお、図示するように複数の補助給気路３６、３８が部分的に共有する部分を有する場合、補助給気路３６、３８の有効断面積は、それぞれの補助給気路３６、３８の断面積から共有部分の断面積を除いた断面積として得られる。
【００３６】
なお、通常、給気ノズル４２の吐出口（スロート部５０）の形は、図５に示すように、円径である。しかし、給気ノズル４２の吐出口の形は円径に限るものでなく、図６に示すように、長方形であってもよい。
【００３７】
また、上述のように、主給気路３４は軸部１４のグリップ軸２０に平行に形成されており、この主給気路３４に対して接続部材を介して加圧空気供給用チューブ(不図示)が接続される。そのため、例えば主給気路がグリップ軸２０に対して斜めに形成されている場合に比べて、軸部後端面２６に隣接する空間を有効に利用できる。また、図５及び図６に示すようにノズルの開口部は回転軸２２に垂直に設けられる。
【００３８】
▲２▼ 排気路
図２及び図３に示すように、排気路３２は給気路の下方に形成されており、軸部後端面２６から軸部先端面２８に貫通する孔からなる。
【００３９】
（３）ヘッド部の筒状ハウジング部
図２及び図３に示すように、ヘッド部１４の筒状ハウジング部１８は、給気路３０から噴射される加圧空気を切削工具の回転力に変換する駆動部７０の外側形状に対応した形と大きさの円筒状内空部５４を有する。この内空部５４は、その上部と下部の開口部５６、５８において開放されており、上述した駆動部７０が上部開口部５６から内空部５４に挿入され、内空部５４に挿入された駆動部７０に設けた後述する工具支持部７４に対して下部の開口部５８を介して切削工具７２が着脱自在に装着できるようにしてある。また、内空部５４に配置された駆動部７０を保護するために、上部の開口部５６には着脱自在にキャップ支持リング６０が設けられ、さらに該キャップ支持リング６０に対してキャップ６２（図２参照）が着脱自在としてある。なお、本実施形態では、図１に示すように、キャップ６２の内側にはスプリング６４が配置され、このスプリング６４の付勢力により、キャップ６２が図示する位置に安定して維持できるようにしてあり、このキャップ６２を押圧することにより工具支持部７４での切削工具７２の把持を解除して切削工具７２の交換が可能なようにしてある。
【００４０】
（４）切削工具の駆動部
▲１▼ 工具支持部
図２及び図７に示すように、切削工具７２の駆動部７０は、内空部５４の回転軸２２に沿って切削工具７２を支持する工具支持部７４を有する。工具支持部７４は、一端部（図６の下端部）から所定の深さの穴（工具支持孔）７６が形成されている。また、工具支持部７４は、工具支持孔７６に挿入された切削工具７２を保持するチャック機構（図示せず）を備えている。このチャック機構は、公知の機構でありキャップ６２の押圧時に保持を解除して工具７２の交換を可能としてあり、キャップ６２を離した状態で切削工具７２をロックし、キャップ６２を押圧した状態で切削工具７２を交換できるようにアンロックする。
【００４１】
▲２▼ 軸受部
図２及び図７に示すように、工具支持部７４は、上部と下部にそれぞれ設けた上部軸受部７８と下部軸受部８０によって、回転軸２２を中心に回転自在に支持されている。上部軸受部７８と下部軸受部８０は、基本的に、同一の構成を有し、本実施形態では周知の玉軸受を採用している。しかし、軸受の構造は玉軸受に限るものでなく、他の軸受構造（例えば、滑り軸受や空気軸受等）を採用してもよい。
【００４２】
具体的に、上部軸受部７８の玉軸受８２は、内側リング８４と、この内側リング８４に同心的に配置された外側リング８６と、これら内側リング８４と外側リング８６との間に配置された複数のボール８８を有する。そして、内側リング８４は工具支持部７４に外装されて固定されている。他方、外側リング８６は、筒状ハウジング部１８の内空部５４に挿入された上部ケーシング９０に固定される。上部ケーシング９０は、この上部ケーシング９０が配置される場所の内空部形状に対応した大きさと外形を有する環状部材からなる。また、この環状部材の外周部には、上部ケーシング９０を内空部５４に装着した状態で、この内空部５４に形成されている回り止め部（例えば、回転軸２２に平行な溝）に係合する回り止め部（突起）を備えており、これらの回り止め部により、内空部５４に設けた上部ケーシング９０の回転が規制されている。なお、図示しないが、また外側リング８６と上部ケーシング９０との対向部にも同様の回り止め部が設けられ、それらの間の相対的回転が禁止されている。必要に応じて、隣接する部材の間、例えば、上部ケーシング９０と外側リング８６、上部ケーシング９０とキャップ支持リング６４、上部ケーシング９０と筒状ハウジング部１８との間には適宜シール構造（例えば、ゴムパッキン）が設けられ、加圧空気の漏れが防止される。
【００４３】
下部軸受部８０は、基本的に、上部軸受部７８に類似の構成を有する。具体的に、下部軸受部８０の玉軸受９２は、上部軸受部７８の玉軸受８２と同様に、内側リング９４と、外側リング９６と、それらの間に配置された複数のボール９８からなる。そして、内側リング９４は、工具支持部７４に外装されて固定されている。他方、外側リング９６は、下部ケーシング１００に固定されている。下部ケーシング１００は、この下部ケーシング１００が配置される場所と後述するロータが配置される場所の内空部形状に対応した大きさと外形を有する環状部材からなる。また、下部ケーシング１００の外周面と、この外周面に対応する内空部５４の内面部分にはそれぞれ回り止め部（例えば、内空部５４に形成した溝と下部ケーシング１００に形成した突起）により、筒状ハウジング部１８に対する下部ケーシング１００の回転が規制されている。必要に応じて、隣接する部材の間、例えば、下部ケーシング１００と筒状ハウジング部１８、下部ケーシング１００とハウジング部１８との間には適宜シール構造（例えば、ゴムパッキン）が設けられ、加圧空気の漏れが防止されている。
【００４４】
▲３▼ ロータ
引き続き図２及び図７を参照して説明すると、上部軸受部７８と下部軸受部８０との間には、給気路３０から噴射される加圧空気を利用して、工具支持部７４、さらに該工具支持部７４を介して切削工具７２に回転を伝達するための２段式ロータ１０２が設けてある。ロータ１０２は、図８に示すロータ部の斜視図に詳細に示すように、概略リング状の部材で、中央に貫通孔１０４を有する。貫通孔１０４の内径は、ロータ１０２を支持する工具支持部７４における略中段部分の外径にほぼ等しい。貫通孔１０４を形成しているハブ１０６は、上段に第１のタービンブレード部１０８、下段に第２のタービンブレード部１２２を有する。
【００４５】
第１のタービンブレード部１０８は、ハブ１０６の上端部を半径方向外側に突出した円形の上部天井壁１１０と、この上部天井壁１１０の底部からハブ１０６の外周面に沿って下方に伸び且つ半径方向外側に突出した多数（本実施形態では１８個）の突出壁（第１のタービン翼１１２）からなる。第１のタービン翼１１２は、ハブ１０６の周方向に等間隔に設けてある。また、隣接する第１のタービン翼１１２の間には、第１のタービン翼１１２の一方の面（ロータ１０２の回転方向に関して上流側に位置する作用面１１４）と他方の面（ロータ１０２の回転方向に関して下流側に位置するガイド面１１６）及びハブ１０６の外周面部分１１８によって、第１の空気通路１２０が形成されている。第１の空気通路１２０の高さ（中心軸方向の位置）は、ロータ１０２を内空部５４に設けた状態で、給気ノズル４２から噴射された加圧空気が第１の空気通路１２０の上部に吹き込まれるようにしてある。また、ハブ１０６の外周面部分１２０は半径方向内側に向かって湾曲する曲面（曲面形状は図２に最も良く表されている。）としてあり、ロータ１０２の半径方向外側から第１の空気通路１２０に吹き込まれた空気が上記曲面（外周面部分１１８）に沿って最小の空気抵抗をもって滑らかに下方に方向変換されるようにしてある。各タービン翼１１２はまた、上部天井壁１１０からロータ１０２の回転方向（矢印４４方向）に関して僅かに下流側に向って斜めに伸び、途中で回転方向に関して上流側に方向を変えている。第１の空気通路１２０の高さ（中心軸方向の位置）は、ロータ１０２を内空部５４に設けた状態で、第１の空気通路１２０の上部が給気路３０の給気ノズル４２に対向する高さとしてある(図２参照)。
【００４６】
第２のタービンブレード部１２２は、第１の空気通路１２０の下端・内側の縁部によって外周が縁取りされた下部天井壁１２３と、この下部天井壁１２３の底部からハブ１０６の外周面に沿って真っ直ぐに下方に伸び且つ半径方向外側に突出した多数（本実施形態では１８個）の突出壁（第２のタービン翼１２４）からなる。第２のタービン翼１２４は、周方向に等間隔に設けてある。また、隣接する第２のタービン翼１２４の間には、第２のタービン翼１２４の一方の面（ロータ１０２の回転方向に関して上流側に位置する作用面１２６）と他方の面（ロータ１０２の回転方向に関して下流側に位置するガイド面１２８）及びハブ１０６の外周面部分１３０によって、第３の空気通路１３２が形成されている。特に、第３の空気通路１３２を形成しているハブ外周面部分１３０は半径方向内側に向かって湾曲する曲面(曲面の形状は、図２に最も良く表されている。)としてあり、ロータ１０２の半径方向外側から第３の空気通路１３２に吹き込まれた空気が上記曲面に沿って最小の空気抵抗をもって滑らかに下方に方向変換されるようにしてある。また、第３の空気通路１３２の高さ（中心軸方向の位置）は、ロータ１０２を内空部５４に設けた状態で、第３の空気通路１３２の底部が排気路３２とほぼ同一の高さになるようにしてある(図２参照)。
【００４７】
なお、図８に明らかなように、ロータ１０２の回転方向（矢印４４方向）に関して、第１の空気通路１２０は第３の空気通路１３２からずれている。すなわち、第１の空気通路１２０の下端部は、第３の空気通路１３２の上端部から、ロータ１０２の回転方向にシフトしている。
【００４８】
また、このように構成されたロータ１０２では、第２のタービン翼１２４及び第３の空気通路１３２は、回転軸２２方向に平行に真っ直ぐに伸びている。そのため、回転軸２２に平行な方向から第２のタービン翼及び第３の空気通路１３２を加工できるので、上述した従来のハンドピースのように第１と第２のタービン翼を共に曲線状に曲げたロータよりも加工が容易であり、安価に製作できる。
また、より回転数を低下できる。
【００４９】
▲４▼ 空気ガイドリング(導入部)
図７に示すように、ロータ１０２の周囲には空気ガイドリング１４０が位置している。この空気ガイドリング１４０は、給気路３０から内空部５４に噴射された加圧空気を第１の空気通路１２０にその半径方向外側から内側に向かって導き、また、第１の空気通路１２０の下端部から排出された加圧空気を第３の空気通路１３２にその半径方向外側から内側に向かって導くために利用される第２の空気通路１４４を形成する導入部となる。なお、本実施形態では、空気ガイドリング１４０は下部ケーシング１００と一体的に形成されているが、下部ケーシング１００とは別に形成してもよい。また、空気ガイドリング１４０は下部ケーシング１００と共に、ヘッド部１４に一体的に形成してもよい。この場合、空気ガイドリング１４０の内面が内空部５４の一部を形成する。このように構成すると、ヘッド部を樹脂や焼結金属などで一体成形する時に極めて低コストで製作する事が出来る。
【００５０】
空気ガイドリング１４０を含む下部ケーシング１００は、この下部ケーシング１００を内空部５４の所定位置に設けた状態で給気路３０の給気ノズル４２が対向する領域３００に給気口１４２が形成されており、給気ノズル４２から噴射された加圧空気が給気口１４２を介して第１の空気通路１２０にその半径方向外側から内側に向かって吹き込まれるようにしてある。給気口１４２は、図９及び図１０に詳細に図示するように周方向に長細く広がる単一の開口であってもよいし、複数の給気ノズル４２に対応した周方向に連なる複数の孔（図示せず）であってもよい。
【００５１】
給気口１４２の下方には、第１の空気通路１２０の底部開口部に隣接する複数の第２の空気通路１４４が形成されている。本実施形態では、図９に図示するように、給気口１４２の形成されている領域３００を含み且つ周方向に約１２０°の範囲に広がる領域３０２に、９個の第２の空気通路１４４が形成されている。これら第２の空気通路１４４は垂直壁１４６によって区切られている。また、各第２の空気通路１４４は、ロータ１０２の回転方向（矢印４４方向）に関して垂直壁１４６の上流側の壁面（第１の面：上流壁面１４８）と、この上流壁１４８に対向する隣接する下流側の垂直面（第２の面：下流壁面１５０）と、上流壁面１４８と下流壁面１５０との間で半径方向外側から内側に且つ上方から下方に向かって湾曲して伸びる曲面壁（第３の面）１５２とで形成されている凹状空所１５１である。そして、これら３つの壁面１４８、１５０、１５２の上端縁によって形成される上部開口部１５４が第１の空気通路１２０の底部開口部に連通し、３つの壁面１４８、１５０、１５２の半径方向内側縁部によって形成される内側開口部１５６が第３の空気通路１３２の外側開口部に連通している。
【００５２】
なお、上流壁面１４８と曲面壁１５２との接続部、また下流壁面１５０と曲面壁１５２との接続部は曲面とし、空気の受ける抵抗を出来るだけ小さくするのが好ましい。また、接続部の曲面の曲率半径は、０．１ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００５３】
本実施形態ではまた、垂直壁１４６は、半径方向外側の端部から内側の端部に向かって、ロータ１０２の回転方向（矢印４４方向）に関して下流側に傾斜している。また、本実施形態では、垂直壁１４６（正確には上流壁面１４８）を内側に延長した線と、この上流壁面１４８の内側端部を通り且つこの内側端部からロータ１０２の回転方向下流側に伸ばした接線とのなす角度βは４５°〜６０°に設定されている。
【００５４】
加えて、図９と図１０に示すように、空気ガイドリング１４０は、ロータ１０２を空気ガイドリング１４０の内部に配置した状態で、第３の空気通路１３２の底部開口部に隣接する連絡通路１５８が周方向に連続して形成されている。また、連絡通路１５８は、その半径方向外側に配置されている排気路３２に隣接し、第３の空気通路１３２から排出された空気が連絡通路１５８を介して排気路３２に排気されるようにしてある。
【００５５】
以上のように構成された空気ガイドリング１４０及び該空気ガイドリング１４０を含む下部ケーシング１１０、並びに上部ガイドリング９０は、公知の加工技術、例えばエンドミル加工、放電加工で形成するのが好ましい。なお、上述のように、空気ガイドリング１４０に形成されている第２の空気通路１５２は、軸方向に平行な面だけ（つまり、３つの壁面１４８、１５０、１５２だけ）で形成されているので、下部ガイドリング１４０の一方の開口部（具体的には、図１０の上部に示す開口部）から対応する部分にアクセスすることで加工できる。換言すれば、従来の空気駆動回転切削器に用いられている内側ハウジングは軸に直交する方向の壁面を有するために、加工装置を複数の方向から加工部分にアクセスさせる必要があり、そのために加工に多くの困難な問題を伴っていたが、上述のように構成された空気ガイドリング１４０は一方向からのみ加工できるので、加工が極めて簡単である。
【００５６】
（５）ハンドピースの動作
以上のように構成されたハンドピース１０を用いて歯牙の切削を行なう場合、図１に示すように、目的の作業に適した切削工具７２が選択されて、工具支持部７４にその下方から装着される。次に、図示しない加圧空気供給源から供給された加圧空気が供給用チューブ１５を通じて主給気路３４に送り込まれる。次に、加圧空気は、図４に示す主給気路３４から、補助給気路３６、３８を介して、又は補助給気路３６、３８を介することなく直接、複数の給気ノズル４２に分配される。給気ノズル４２を通過する加圧空気は、絞り部５２において加速され、ロータ１０２の回転軸２２と直交する方向に（ロータ１０２の回転方向に関して下流側に）向け、空気ガイドリング１４０の給気口１４２を介して噴射される。そして、図７に示すロータ１０２の回転と共に給気口１４２の対向部を通過する第１の空気通路１２０にはそれぞれ、その半径方向外側の開口部より吹き込まれる。その結果、ロータ１０２は矢印４４方向(図８参照)に向かう回転力が与えられて回転する。
【００５７】
図７及び図９、図１０を参照して、第１の空気通路１２０に供給された加圧空気は、第１のタービン翼１１２の間の第１の空気通路１２０を下方に流れる。そして、ロータ１０２の回転と共に第１の空気通路１２０が空気ガイドリング１４０に形成されている第２の空気通路１４４の対向位置に移動すると、空気は、第１の空気通路１２０の底部開口部から空気ガイドリング１４０の第２の空気通路１４４に移動する。第２の空気通路１４４に入った空気は、この第２の空気通路１４４を形成している垂直壁１４６と曲面壁１５２に沿って、ロータ１０２の半径方向内側に向けて、ロータ１０２の第３の空気通路１３２に送り込まれる。第３の空気通路１３２に入った加圧空気は、この第３の空気通路１３２を形成している２つの第２のタービン翼１２４とそれらの間に挟まれた内側の曲面１３０に案内されて下方に移動し、連絡通路１５８を介して排気路３２に送り出される。排気路３２の空気は、ハンドピース１０に接続された作用媒体供給チューブ１５を通じて外部に放出される。
【００５８】
このように構成されたハンドピース１０によれば、図８に示すように、ロータ１０２の第１のタービン翼１１２は回転方向（矢印４４方向）下流側に向って湾曲して曲げられているので、回転軸２２と直交する方向（本実施形態ではロータ１０２のほぼ接線方向）から第１の空気通路１２０に吹き込まれた加圧空気の圧力が第１のタービン翼１１２に効果的に作用し、ロータ１０２の回転数を高速に回転させ且つトルクを得る事に著しく寄与する。
【００５９】
一方、第２のタービン翼１２４は、回転軸２２の方向に垂直に形成されている。したがって、第１のタービン翼１１２に比べて、回転数とトルクの増加に寄与する能力は低下する。しかし、その低下量は僅かであるので全体として高い回転数を維持しつつトルクを得る事が出来る。また、トルクの低下に関しては、空気ガイドリング１４０に形成した第２の空気通路１４４の数を増やすことで、解消できる。つまり本発明によれば、第１のタービン翼と第２のタービン翼と共に曲線状に形成した従来のハンドピース（特開平１０−２３４７４６号公報の図１４と図１５に記載されたロータを用いたハンドピース）よりも構造が簡単で且つ、回転数が僅かに低くトルクがほぼ同一のハンドピースを得ることができる。
【００６０】
（６）第１の実施形態の変形例
▲１▼ 第１の変形例
図１１は、空気ガイドリング、特に、第２の空気通路の変形例を示す。この変形例に係る空気ガイドリング１４０では、この空気ガイドリング１４０の全周に第２の空気通路１４４が形成されている。この空気ガイドリング１４０によれば、ロータ１０２のトルクを上述した従来のハンドピースのロータと同一に保ち、第１の実施形態のハンドピースよりも回転数を低下させることができる。
【００６１】
▲２▼ 第２の変形例
空気ガイドリング１４０における垂直壁１４６と接線とのなす接線角βは、ロータ１０２の回転数及びトルと密接に関係する。例えば、接線角βが小さくなると回転数は増加する。また、接線角βが大きくなると回転トルクが減少する。理論上、接線角βが９０°以上の場合、ロータ１０２に与えられるトルク及び回転数は、第１のタービン翼１１２だけで得られるトルク及び回転数よりも小さくなる。したがって、トルクを低下させることなく回転数を低下させるには、図１２と図１３に示すように、接線角βがほぼ９０°となるように垂直壁１４６を回転軸２２（ロータ中心）に向けた空気ガイドリング１４０を用いるのが好ましい。更に回転数を低下させるには、接線角βを９０°以上とすればよい。
【００６２】
▲３▼ 第３の変形例
トルクは低下させることなく回転数のみを低下させるためには、図１４と図１５に示すように、給気ノズル１４２の領域３００を含む特定の領域３０２については垂直壁１４６を半径方向に向け（β１＝４５°）、それ以外の領域３０４については垂直壁１４２を該垂直壁と接線とのなす角度（β２）が約９０°となる方向に第２の空気通路１４４を設けるのが好ましい。また、図１６に示す変形例では、β１＝９０°、β２＝１３５°に設定されている。この場合、切削負荷がかかり回転数が低下した時には主に空気が領域３００に流れるためトルクの低下は少ない。一方、負荷のかからない場合は、第１タービンブレード部１０８により空気は領域３０２に運ばれるので回転数が低下する。即ち、トルクをあまり低下させずに回転数を低下できる。
【００６３】
ＩＩ．第２の実施形態
図１７〜図２０は、第２の実施形態に係る空気駆動回転切削器を示す。この空気駆動回転切削器１０’において、図１９に示すように、隣接する第２のタービン翼１２４の間に形成された第３の空気通路１３２が、放射方向の内側と外側に開放されており、環状に配置された第２のタービン翼１２４の内側には、工具支持部７４の周囲に、環状の空気通路（第４の空気通路）１６０が形成されている。言い換えれば上記第２のタービン翼１２４が、上記第１タービンブレード部１０８のハブ部１０６の底面に形成されている。図１７及び図１９において、第２のタービン翼１２４は、ロータの回転軸２２に関し、放射状の平面を形成しているが、より大きいトルクを得たい場合には、第２のタービン翼１２４を回転方向の逆の方向に傾けるのが良く、又、より低い回転数を得たい場合は、第２のタービン翼１２４を回転方向に向けて傾ければ良い。また、工作性は良くないが、図１７の第２のタービン翼１２４を回転方向に傾けて湾曲面とすれば、より空気の流れがスムーズに出来るのでさらに高トルクを得る事が出来る。なお、符号１６２で示す部材は、キャップ６０を図示する位置に保持する板ばねである。
【００６４】
このように構成された空気駆動回転切削器によれば、給気路３０から第１の空気通路１２０、第２の空気通路１４４を介して第３の空気通路１３２に供給された空気は、この第３の空気通路１３２から第４の空気通路１６０に入る。また、空気は、第４の空気通路１６０を、ロータ１０２の回転方向（矢印４４方向）に向かって移動し、再び第３の空気通路１３２を通り排気路３２に流れる。特に、本実施形態では、ロータ１０２の回転方向に関して、つまり図１７の時計周り方向に関して、給気路３０から第１の空気通路１２０に空気の供給される領域は約３時から５時の範囲にあり、他方、第４の空気通路１６０から排気路３２に空気の流れ込む領域は約１時から３時の範囲にあるので、前者の領域から供給された空気は内空部５４をほぼ一周して排出される。
【００６５】
また、内空部５４を移動する空気は、上述の通り第３の空気通路１３２を２回通過する。そのため、ロータ１０２に必要な制動が働き、例えば、歯科用ハンドピースの場合には、回転数を約１〜５万ｒｐｍ程度低下させることができる。また、ロータの軸方向長さを短くでき、小型の空気駆動回転切削器が得られる。
【００６６】
ＩＩＩ．その他
以上に説明において特に材料を特定してない部材は一般に金属で形成されるが、耐久性の点で問題が無ければ、その他の材料（例えば、非鉄金属、プラスチック）で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る空気駆動回転切削器（ハンドピース）の側面図。
【図２】 本発明の第１の実施形態に係る空気駆動回転切削器の縦断面図。
【図３】 図２に示すハンドピースのヘッド部の縦断面図。
【図４】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。
【図５】 図２に示すハンドピースのヘッド部の斜視図。
【図６】 他の形態のヘッド部の斜視図。
【図７】 図２に示すハンドピースの駆動部の断面図。
【図８】 図２に示すハンドピースに用いたロータの斜視図。
【図９】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリング部の、図１０のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図。
【図１０】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリング部の、図９のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図。
【図１１】 他の形態の空気ガイドリングの、図９に対応した断面図。
【図１２】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリングの、図１３のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図。
【図１３】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリングの、図１２のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図。
【図１４】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリングの、図１５のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図。
【図１５】 図２に示すハンドピースに用いる空気ガイドリングの、図１４のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図。
【図１６】 他の形態の空気ガイドリングの、図９に対応した断面図。
【図１７】 第２の実施形態に係る空気駆動回転切削器の縦断面図。
【図１８】 図１７のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った縦断面図。
【図１９】 図１７のハンドピースに用いるロータの斜視図。
【図２０】 図１７のハンドピースのヘッド部の背端面図。
【符号の説明】
１０…空気駆動回転切削器
１２…グリップ部
１４…ヘッド部
１６…軸部
１８…筒状ハウジング
２０…グリップ軸
２２…回転軸（筒状ハウジングの中心軸）
２６、２８…軸部端面
３０…給気路
３２…排気路
３４…主給気路
３６、３８…補助給気路
４１…貫通孔
４２…給気ノズル
４４…シール部材
４８…給気ノズル接続部
５０…給気ノズルスロート部(断面縮小部)
５２…絞り部
５４…内空部
５６、５８…開口部
７０…駆動部
７２…切削工具
７８…上部軸受部
８０…下部軸受部
９０…上部ケーシング
１００…下部ケーシング
１０２…ロータ
１０６…ハブ部
１０８…第１のタービンブレード部
１１２…第１のタービン翼
１２０…第１の空気通路
１２２…第２のタービンブレード部
１２４…第２のタービン翼
１３２…第３の空気通路
１４０…空気ガイドリング(導入部)
１４２…給気口
１４４…第２の空気通路
１４８…第１の面
１５０…第２の面
１５１…凹状空所
１５２…第３の面
１５８…排気口
１６０…第４の空気通路
Claims (21)
- 術者により把持されるグリップ部と、
上記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部を有し、
このヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸を中心として回転するロータは、上記回転軸の周りに複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく上記回転軸の周りに複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを有しており、
上記ヘッド部の内空部には、上記グリップ部に設けた給気路から上記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、上記第１のタービンブレード部からの空気を上記第２のタービンブレード部に導く導入部と、上記第２のタービンブレード部からの排気を上記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口が設けられており、
上記給気口から噴出した空気は、上記ロータの回転軸に実質垂直な方向から記第１のタービンブレード部に作用し、上記第１のタービン翼と隣接する第１のタービン翼との間に形成した第１の空気通路を経て、上記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に排出した空気を上記ヘッド内周に設けた上記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導き、この空気を上記回転軸と実質垂直な方向に上記第２のタービンブレード部に作用させ、上記第２のタービン翼と隣接する第２のタービン翼との間に形成した第３の空気通路を経て、
上記排気口から排出するようにした空気駆動回転切削器であって、
上記導入部に形成した第２の空気通路が、上記回転軸に平行な複数の壁面と、この隣接する壁面の間に形成され上記回転軸に平行な面を横切る壁面により形成される複数の凹状空所である事を特徴とする空気駆動回転切削器。 - 上記第２のタービンブレード部に設けた第２のタービン翼が、上記回転軸と平行に設けられることを特徴とする請求項１記載の空気駆動回転切削器。
- 上記導入部に形成した第２の空気通路は、上記内空部の内周に設けられた凹状空所が、上記回転軸を中心とする円周方向に実質的に沿った第1の面と、上記第１の面を上記回転軸の方向に向かって且つ上記回転軸に向かって外から内側に延長した曲面からなる第２の面と、上記第１の面と第２の面の両側に位置して上記回転軸に平行に伸びる一対の第３の面とで形成されていることを特徴とする請求項２記載の空気駆動回転切削器。
- 上記導入部に形成された第３の面は、上記回転軸をから放射方向に向けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の空気駆動回転切削器。
- 上記導入部に形成された第３の面は、上記回転軸を中心 とする放射方向に対して斜めに向けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記 載の空気駆動回転切削器。
- 上記導入部に形成された第１および第２の面と上記第３の面との接続部が曲面によって連続的に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一に記載の空気駆動回転切削器。
- 上記接続部の曲面の曲率半径が０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の空気駆動回転切削器。
- 術者により把持されるグリップ部と、
上記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部を有し、
このヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸を中心として回転するロータは、上記回転軸の周りに複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく上記回転軸の周りに複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを有しており、
上記ヘッド部の内空部には、上記グリップ部に設けた給気路から上記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、上 記第１のタービンブレード部からの空気を上記第２のタービンブレード部に導く導入部と、上記第２のタービン ブレード部からの排気を上記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口が設けられており、
上記給気口から噴出した空気は、上記ロータの回転軸に実質垂直な方向から上記第１のタービンブレード部に作用し、上記第１のタービン翼と隣接する第１のタービン翼との間に形成した第１の空気通路を経て、上記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に排出した空気を上記ヘッド内周に設けた上記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導き、この空気を上記回転軸と実質垂直な方向に上記第２のタービンブレード部に作用させ、上記第２のタービン翼と隣接する第２のタービン翼との間に形成した第３の空気通路を経て、上記排気口から排出するようにした空気駆動回転切削器であって、
上記回転軸を中心とする円周方向に関し、上記導入部において上記第２の空 気通路の形成されている領域は、上記内空部において上記給気路の給気口が形 成されている領域よりも大きいこと特徴とする空気駆動回転切削器。 - 上記導入部において上記第２の空気通路の形成されている領域が、上記回転軸を中心とする円周方向に関し全周にわたって形成されていることを特徴とする請求項８記載の空気駆動回転切削器。
- 上記導入部において上記第２の空気通路の形成されている領域は、上記給気路の形成されている領域を含む第１の領域と、上記給気路の形成されている領域を含まない第２の領域とからなり、上記第２の空気通路は上記第１の空気通路から供給された空気を上記回転軸の軸方向に案内するように形成されており、
上記第２の空気通路は、上記回転軸を中心とする円周に沿った第１の面と、上記第１の面を上記回転軸の方向に向って且つ上記回転軸に向って延長した曲面からなる第２の面と、上記第１の面と第２の面の両側に位置して上記回転軸に平行に伸びる一対の第３の面とで形成されており、上記第１の領域に含まれる上記第３の面と上記第２の領域に含まれる第３の面とは、上記回転軸の放射方向に対して異なる角度を有することを特徴とする請求項７から９のいずれか一に記載の空気駆動回転切削器。 - 上記第３の面の上記回転軸側端部から上記第３の面を上記回転軸側に延長した線と、上記第３の面の上記回転軸側端部を通り且つ上記回転軸側端部から上記ロータの回転方向に伸ばした接線との間に形成される接線角に関して、上記第１の領域に含まれる上記第３の面の接線角は上記第２の領域に含まれる上記第３の面の接線角よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の空気駆動回転切削器。
- 術者により把持されるグリップ部と、
上記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部を有し、
このヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸を中心として回転するロータは、上記回転軸の周りに複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく上記回転軸の周りに複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを有しており、
上記ヘッド部の内空部には、上記グリップ部に設けた給気路から上記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、上記第１のタービンブレード部からの空気を上記第２のタービンブレード部に導く導入部と、上記第２のタービンブレード部からの排気を上記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口が設けられており、
上記給気口から噴出した空気は、上記ロータの回転軸に実質垂直な方向から記第１のタービンブレード部に作用し、上記第１のタービン翼と隣接する第１のタービン翼との間に形成した第１の空気通路を経て、上記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に排出した空気を上記ヘッド内周に設けた上記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導き、この空気を上記回転軸と実質垂直な方向に上記第２のタービンブレード部に作用させ、上記第２のタービン翼と隣接する第２のタービン翼との間に形成した第３の空気通路を経て、
上記排気口から排出するようにした空気駆動回転切削器であって、
上記第２のタービン翼が、上記回転軸に平行な方向に伸びている事を特徴とする空気駆動回転切削器。 - 術者により把持されるグリップ部と、
上記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部を有し、
このヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸を中心として回転するロータは、上記回転軸の周りに複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく上記回転軸の周りに複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを有しており、
上記ヘッド部の内空部には、上記グリップ部に設けた給気路から上記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、上記第１のタービンブレード部からの空気を上記第２のタービンブレード部に導く導入部と、上記第２のタービンブレード部からの排気を上記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口が設けられており、
上記給気口から噴出した空気は、上記ロータの回転軸に実質垂直な方向から記第１のタービンブレード部に作用し、上記第１のタービン翼と隣接する第１のタービン翼との間に形成した第１の空気通路を経て、上記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に排出した空気を上記ヘッド内周に設けた上記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導き、この空気を上記回転軸と実質垂直な方向に上記第２のタービンブレード部に作用させ、上記第２のタービン翼と隣接する第２のタービン翼との間に形成した第３の空気通路を経て、
上記排気口から排出するようにした空気駆動回転切削器であって、
上記第２のタービン翼が、上記第１タービンブレード部のハブ部の底面に形成されている事を特徴とする空気駆動回転切削器。 - 術者により把持されるグリップ部と、
上記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部を有し、
このヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸を中心として回転するロータは、上記回転軸の周りに複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく上記回転軸の周りに複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを有しており、
上記ヘッド部の内空部には、上記グリップ部に設けた給気路から上記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、上記第１のタービンブレード部からの空気を上記第２のタービンブレード部に導く導入部と、上記第２のタービンブレード部からの排気を上記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口が設けられており、
上記給気口から噴出した空気は、上記ロータの回転軸に実質垂直な方向から記第１のタービンブレード部に作用し、上記第１のタービン翼と隣接する第１のタービン翼との間に形成した第１の空気通路を経て、上記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に排出した空気を上記ヘッド内周に設けた上記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導き、この空気を上記回転軸と実質垂直な方向に上記第２のタービンブレード部に作用させ、上記第２のタービン翼と隣接する第２のタービン翼との間に形成した第３の空気通路および上記第２のタービン翼に形成された上記回転軸の円周方向に連設される貫通路である第４の空気通路を経て、上記排気口から排出するようにした空気駆動回転切削器。 - 隣接する上記第２のタービン翼の間に形成された第３の空気通路は、上記第２のタービン翼の内側と外側で開放されていることを特徴とする請求項１３及び１４に記載の空気駆動回転切削器。
- 術者により把持されるグリップ部と、
上記グリップ部の先端部に設けられたヘッド部を有し、
このヘッド部に形成された内空部に軸受を介して回転軸を中心として回転するロータは、上記回転軸の周りに複数の第１のタービン翼を配置する第１のタービンブレード部と、同じく上記回転軸の周りに複数の第２のタービン翼を配置する第２のタービンブレード部とを有しており、
上記ヘッド部の内空部には、上記グリップ部に設けた給気路から上記ロータの第１のタービンブレード部に向けて空気を噴出する為の給気口と、上記第１のタービンブレード部からの空気を上記第２のタービンブレード部に導く導入部と、上記第２のタービンブレード部からの排気を上記グリップ部に設けた排気路に排出する為の排気口が設けられており、
上記給気口から噴出した空気は、上記ロータの回転軸に実質垂直な方向から記第１のタービンブレード部に作用し、上記第１のタービン翼と隣接する第１のタービン翼との間に形成した第１の空気通路を経て、上記第１のタービンブレードから回転軸の軸方向に排出した空気を上記ヘッド内周に設けた上記導入部に形成した第２の空気通路を経て第２のタービンブレードに導き、この空気を上記回転軸と実質垂直な方向に上記第２のタービンブレード部に作用させ、上記第２のタービン翼と隣接する第２のタービン翼との間に形成した第３の空気通路を経て、
上記排気口から排出するようにした空気駆動回転切削器であって、
上記ヘツド部には、上記グリップ軸に平行に設けた給気路と、上記グリップ軸に所定の角度をなして交差する複数のノズルと、上記給気路とノズルとの間に設けられ上記給気路から供給される空気を全ての複数のノズルに供給する補助給気路を有し、且つ上記ノズルが貫通孔とシール部材より構成されることを特徴とする空気駆動回転切削器。。 - 上記補助給気路の総横断面積は、複数の給気口の横断面積の合計よりも大きいことを特徴とする請求項１６の空気駆動回転切削器。
- 上記給気口には横断面積を小さくした断面縮小部を有することを特徴とする請求項１６又は１７のいずれか一に記載の空気駆動回転切削器。
- 上記給気口の断面縮小部には先細りのテーパ状絞り部が設けられていることを特徴とする請求項１８に記載の空気駆動回転切削器。
- 上記複数の給気口が上記回転軸に対して垂直な方向に並設されることを特徴とする請求項１６に記載の空気駆動回転切削器。
- 上記複数の給気口を有する給気口部のノズル軸が、ロータの回転方向に対して上流側ほどグリップ軸に対して大きい角度を有するように設定していることを特徴とする請求項２０に記載の空気駆動回転切削器。
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