JP5020006B2 - 小型回転駆動装置 - Google Patents

Description

本願発明は、軸流タービンを有する小型回転駆動装置に関し、特に、タービン翼車に空気流を高速で吹き付けるための導入ノズルに関する。

従来の導入ノズルにおいて、導入ノズル通路は、円柱体に形成した貫通孔からなっており、その貫通孔は、ドリル加工によって形成されていた。
米国特許第３，３８６，７０２号公報

従来の導入ノズルにおいては、軸方向に対して大きく傾斜した形態や下流側に向けて絞られた形態を有する導入ノズル通路を形成するのが、極めて困難であった。したがって、導入ノズルのノズル特性を向上させるのが困難であった。更には、小型回転駆動装置の高性能化も困難であった。

本願発明は、高性能なノズル特性を有する導入ノズルを容易に実現でき、それにより、高性能化を容易に実現できる、小型回転駆動装置、を提供することを目的とする。

本願の発明は、軸流タービンを有する回転駆動装置において、軸流タービンが、タービン翼車と、流体を絞ってタービン翼車に導入する導入ノズルと、を備えており、導入ノズルが、円柱状の導入ノズル本体部と、導入ノズル本体部に外嵌する円筒状の導入ノズルカラーと、からなっており、導入ノズル本体部が、上流側端面から下流側端面へ通じる流体通路を１個以上有しており、流体通路が、上流側端面側から形成された第１穴部と、下流側端面側から導入ノズル本体部の周面に沿って形成された溝部と、を連結して構成されており、溝部が、軸方向に対して傾斜して形成されており、溝部が、導入ノズル本体部に外嵌した導入ノズルカラーによって塞がれることによって、第２穴部を構成しており、第１穴部及び第２穴部が、導入ノズルを貫通した導入ノズル通路を構成しており、溝部が、底面と両側面とで構成されており、底面が、下流側端面側に行くに従って、浅くなっていることを特徴とする小型回転駆動装置である。

上記発明は、更に、次の構成を採用するのが好ましい。
（２）溝部が、底面と両側面とで構成されており、両側面の間隔が、下流側端面側に行くに従って、小さくなっている。
（３）複数個の導入ノズル通路を有しており、各導入ノズル通路の下流側端面における開口の面積が、同じである。
（４）第１穴部と第２穴部との連結部が、拡張されて、流体溜まり部を構成している。
（５）上記（４）において、流体溜まり部と溝部との連結部分が、略Ｃ面取り及び／又は略Ｒ面取りされている。
（６）軸流タービンが、複数個のタービン翼車と、流体を絞ってタービン翼車に導入する導入ノズルと、タービン翼車から排出された流体を次のタービン翼車に案内する１個以上の案内ノズルと、を備えており、案内ノズルが、円柱状の案内ノズル本体部と、案内ノズル本体部に外嵌する円筒状の案内ノズルカラーと、からなっており、案内ノズル本体部が、上流側端面から下流側端面へ通じる流体通路を１個以上有しており、流体通路が、案内ノズル本体部の周面に沿って形成された溝部で構成されており、溝部が、案内ノズル本体部に外嵌した案内ノズルカラーによって塞がれることによって、案内ノズルを貫通した案内ノズル通路を構成している。

本願の別の発明は、軸流タービンのタービン翼車に、流体を絞って導入する、軸流タービン用導入ノズルにおいて、円柱状の導入ノズル本体部と、導入ノズル本体部に外嵌する円筒状の導入ノズルカラーと、からなっており、導入ノズル本体部が、上流側端面から下流側端面へ通じる流体通路を１個以上有しており、流体通路が、上流側端面側から形成された第１穴部と、下流側端面側から導入ノズル本体部の周面に沿って形成された溝部と、を連結して構成されており、溝部が、軸方向に対して傾斜して形成されており、溝部が、導入ノズル本体部に外嵌した導入ノズルカラーによって塞がれることによって、第２穴部を構成しており、第１穴部及び第２穴部が、導入ノズルを貫通した導入ノズル通路を構成しており、溝部が、底面と両側面とで構成されており、底面が、下流側端面側に行くに従って、浅くなっていることを特徴としている。

本願の発明によれば、導入ノズルの導入ノズル通路を、ドリル加工によって第１穴部を形成し、また、切削加工によって第２穴部を構成する溝部を形成することにより、形成できる。すなわち、第２穴部を構成する溝部を、導入ノズル本体部の周面を切削加工して形成できる。それ故、任意の、寸法、形態、及び方向性、を有する溝部を、容易に形成することができる。したがって、高性能なノズル特性を有する導入ノズルを容易に実現できる。これにより、高性能な小型回転駆動装置を容易に実現できる。しかも、導入ノズル通路を通る空気流を、次第に絞ることができる。したがって、導入ノズルから、タービン翼車へ向けて、高速の空気流を噴出できる。

上記構成（２）によれば、導入ノズル通路を通る空気流を、次第に絞ることができる。したがって、導入ノズルから、タービン翼車へ向けて、高速の空気流を噴出できる。

上記構成（３）によれば、導入ノズルから、タービン翼車の各ブレードに対して、均一的に空気流を吹き付けることができる。したがって、タービン翼車を良好に回転させることができる。

上記構成（４）によれば、第１穴部から連結部に至った空気流を、連結部に瞬間的に溜めた後に、第２穴部に流入させることができる。それ故、空気流は、第２穴部に大量に流入して、第２穴部において絞られていく。したがって、導入ノズルから、タービン翼車へ向けて、高速の空気流を噴出できる。

上記構成（５）によれば、空気流を、連結部から第２穴部へ、円滑に流入させることができる。したがって、導入ノズルから、タービン翼車へ向けて、高速の空気流を噴出できる。

上記構成（６）によれば、案内ノズルの案内ノズル通路を、案内ノズル本体部の周面を切削加工して溝部を形成することにより、形成できる。それ故、任意の、寸法、形態、及び方向性、を有する溝部を、容易に形成することができる。したがって、高性能なノズル特性を有する案内ノズルを容易に実現できる。

本願の別の発明によれば、上述したのと同様に、高性能なノズル特性を有する導入ノズルを容易に実現できる。しかも、導入ノズル通路を通る空気流を、次第に絞ることができる。したがって、導入ノズルから、タービン翼車へ向けて、高速の空気流を噴出できる。

以下、図を参照しながら、本発明の小型回転駆動装置の一実施形態である医科歯科用ハンドピースについて説明する。

（１）本実施形態の医科歯科用ハンドピースの構成
（1-1）全体
図１は医科歯科用ハンドピースの全体外観図、図２は図１のハンドピース１の断面図である。

このハンドピース１は、コントラアングル型であり、治療用工具９１を回転自在に保持するヘッド部２と、操作者によって把持される把持部３と、からなっている。把持部３は、操作者が手に持って操作できる大きさを有している。ヘッド部２は、把持部３の前端に支持されている。把持部３は、ヘッド部２から延びた柄部３１と、柄部３１の後端から鈍角（図中の角度α）の方向に延びたボディ部３２と、からなっている。なお、αは、９０度より大きく１８０度より小さい。ヘッド部２の径Ｄ１と、柄部３１の径Ｄ２と、ボディ部３２の径Ｄ３とは、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係を有している。

図３はヘッド部２の拡大断面図である。ヘッド部２の外形は、筒状のハウジング２１と、ハウジング２１を上から塞ぐ蓋部２２と、ハウジング２２から横に延びている首部２３とで、構成されている。一方、把持部３の外形は、図２に示されるように、３個の筒状のハウジングで構成されており、すなわち、前部ハウジング４１、中央部ハウジング４２、及び後部ハウジング４３で、構成されている。なお、柄部３１の外形は、前部ハウジング４１及び中央部ハウジング４２で構成されており、ボディ部３２の外形は、後部ハウジング４３で構成されている。

そして、ヘッド部２の首部２３は、前部ハウジング４１の前端部に嵌め込まれており、これにより、ヘッド部２が把持部３の前端に支持されている。また、前部ハウジング４１の後端部には、中央部ハウジング４２の前端部が嵌め込まれており、後部ハウジング４３の前端部には、中央部ハウジング４２の後端部が嵌め込まれている。これにより、３個のハウジング４１、４２、４３が一体となって把持部３の外形を構成している。

ヘッド部２には、治療用工具９１を着脱自在に保持するロータ（保持軸）２４が、ベアリング２５１、２５２を介して、回転自在に保持されている。ロータ２４には、第４傘歯車８４が一体に形成されている。

把持部３において、後部ハウジング４３の後端部には、給気給水用コネクタ９２が挿入されて連結される挿入孔４３１が、形成されている。挿入孔４３１の下流側端面４３２からは、給気管４３３、給水管４３４、及び光ガイド管４３５が前方へ延びている。また、後部ハウジング４３内の前端部には、軸流タービン５が設けられている。

軸流タービン５は、導入ノズル５１と、第１タービン翼車５２と、案内ノズル５３と、第２タービン翼車５４とを、後方から順に備えている。導入ノズル５１は、給気管４３３から供給されて来た空気流を絞って第１タービン翼車５２に導入するための、１個以上の導入ノズル通路６を有しており、把持部３内に固定されている。案内ノズル５３は、第１タービン翼車５２から排出された空気流を第２タービン翼車５４に案内するための、１個以上の案内ノズル通路７を有しており、把持部３内に固定されている。軸流タービン５は、第１タービン翼車５２及び第２タービン翼車５４をハンドピース１の長手軸回りに回転させることによって、タービン回転軸５５を回転させるようになっている。

把持部３には、軸流タービン５の回転をロータ２４へ伝達するための回転伝達機構が、設けられている。回転伝達機構は、軸流タービン５の回転を、タービン回転軸５５、第１傘歯車８１、第２傘歯車８２、伝達回転軸４１１、第３傘歯車８３、及び第４傘歯車８４を経て、ヘッド部２のロータ２４に伝達するよう、構成されている。

タービン回転軸５５は、中央部ハウジング４２の略中間位置まで延びている。そして、第１傘歯車８１が、タービン回転軸５５の先端に設けられている。

伝達回転軸４１１は、中央部ハウジング４２及び前部ハウジング４１に、ベアリング４１２、４１３を介して回転自在に保持されている。伝達回転軸４１１は、中央部ハウジング４２の略中間位置からヘッド部２の首部２３まで延びている。そして、第２傘歯車８２が、伝達回転軸４１１の後端に設けられている。第２傘歯車８２は、第１傘歯車８１に対して、角度α（図１）の方向から、噛合している。一方、第３傘歯車８３が、伝達回転軸４１１の前端に設けられている。第３傘歯車８３は、第４傘歯車８４に対して、略直交して、噛合している。

給水管４３４は、挿入孔４３１の下流側端面４３２から、把持部３内を前方へ延びて、ヘッド部２の下面の注水口４３７へ至っている。

光ガイド管４３５は、挿入孔４３１の下流側端面４３２から、把持部３内を前方へ延びて、前部ハウジング４１の下面側の照射口４３８へ至っている。

（1-2）潤滑油供給機構
ハンドピース１は、潤滑油供給機構を有している。潤滑油供給機構は、ボディ部３２に設けられた潤滑油供給管４３９と、タービン回転軸５５の中空内部と、伝達回転軸４１１の中空内部とで、構成されている。潤滑油供給管４３９の後端は、後部ハウジング４３に開口した潤滑油供給口（図示せず）に連結している。潤滑油供給管４３９の前端は、タービン回転軸５５の後端に接続している。タービン回転軸５５の中空内部は、第１傘歯車８１内に開いており、伝達回転軸４１１の中空内部は、第３傘歯車８３内に開いている。

（1-3）軸流タービン５
（1-3-1）全体
図４は軸流タービン５の拡大断面図、図５は軸流タービン５の分解断面図である。軸流タービン５は、本体部５０と、本体部５０に外嵌する円筒状のカラー５００とで、構成されている。カラー５００は、ここでは上流側カラー部５０１と下流側カラー部５０２とに分割されている。図６は上流側カラー部５０１の斜視図、図７は下流側カラー部５０２の斜視図である。

一方、導入ノズル５１は、導入ノズル本体部５１１と導入カラー部分（導入ノズルカラー）５１２とからなっており、第１タービン翼車５２は、第１タービン本体部５２１と第１カラー部分５２２とからなっており、案内ノズル５３は、案内ノズル本体部５３１と案内カラー部分５３２とからなっており、第２タービン翼車５４は、第２タービン本体部５４１と第２カラー部分５４２とからなっている。そして、導入ノズル本体部５１１と第１タービン本体部５２１と案内ノズル本体部５３１と第２タービン本体部５４１とによって、軸流タービン５の本体部５０が構成されている。また、導入カラー部分５１２と第１カラー部分５２２と案内カラー部分５３２の一部とが、一体となって、上流側カラー部５０１が構成されており、案内カラー部分５３２の一部と第２カラー部分５４２とが、一体となって、下流側カラー部５０２が構成されている。なお、上流側カラー部５０１の下流側端部５０１１（図６）と、下流側カラー部５０２の上流側端部５０２１（図７）とは、案内ノズル５３及び第２タービン翼車５４の部分において重なっており、下流側端部５０１１が外側に位置している。また、下流側カラー部５０２の下流側の小径部５０２２は、タービン回転軸５５を覆っている。

（1-3-2）導入ノズル５１
導入ノズル５１は、３個の導入ノズル通路６を有している。導入ノズル通路６は、次のようにして、形成されている。

図８は導入ノズル本体部５１１を説明するための拡大斜視図である。図８では、１個の導入ノズル通路６を構成する１個の流体通路６０が示されている。導入ノズル本体部５１１には、上流側端面５１３から下流側端面５１４へ通じる流体通路６０が、形成されている。流体通路６０は、上流側端面５１３側から形成された第１穴部６１と、下流側端面５１４側から導入ノズル本体部５１１の周面５１５に沿って形成された溝部６２と、を連結して構成されている。溝部６２は、導入ノズル本体部５１１の軸方向に対して、傾斜して、すなわち、螺旋の軌跡を描くように、形成されている。そして、溝部６２は、導入ノズル本体部５１１に外嵌した導入カラー部分５１２によって塞がれることによって、図９に示されるように、第２穴部６３を構成している。これにより、第１穴部６１及び第２穴部６３が、導入ノズル通路６を構成している。

溝部６２は、底面６２１と両側面６２２、６２３とで構成されており、底面６２１が、下流側端面５１４側に行くに従って、浅くなっている。また、溝部６２は、両側面６２２、６２３の間隔Ｔが、下流側端面５１４側に行くに従って、小さくなっている。

更に、第１穴部６１と第２穴部６３との連結部６４は、拡張されて、流体溜まり部を構成している。連結部（流体溜まり部）６４と溝部６２との連結部分において、部分Ａは略Ｃ面取りされており、部分Ｂは略Ｒ面取りされている。

なお、図９の例では、１個の導入ノズル通路６が、１個の第１穴部６１と１個の第２穴部６３とで構成されている。したがって、導入ノズル５１に複数個の導入ノズル通路６を形成する場合には、図９の導入ノズル通路６を複数個形成すればよい。しかし、複数個の導入ノズル通路６は、次のように形成してもよい。すなわち、第１穴部６１を共有し、共有した第１穴部６１から複数個の第２穴部６３を設ける。図１０は、本実施形態の導入ノズル５１の斜視図であり、２個の第１穴部６１を共有し、共有した第１穴部６１から３個の第２穴部６３を設けた場合を、示している。図１１は図１０の導入ノズル５１の導入ノズル本体部５１１の下流側から見た斜視図、図１２は導入ノズル５１の導入ノズル本体部５１１の上流側から見た斜視図である。

そして、本実施形態の導入ノズル５１においては、３個の導入ノズル通路６の下流側端面５１４における各開口６０１、６０２、６０３の面積が、同じである。

（1-3-3）案内ノズル５３
図１３は案内ノズル５３の側面図である。案内ノズル５３は、円板状の案内ノズル本体部５３１と、案内ノズル本体部５３１に外嵌する円筒状のカラー部分（案内ノズルカラー）５３２と、からなっている。なお、カラー部分５３２は、上述したように、上流側カラー部５０１の下流側端部５０１１と下流側カラー部５０２の上流側端部５０２１とが重なって構成されている。そして、案内ノズル５３は、６個の案内ノズル通路７を有している。案内ノズル通路７は、次のようにして、形成されている。

図１４は案内ノズル本体部５３１の側面図、図１５は案内ノズル本体部５３１の上流側から見た斜視図、図１６は案内ノズル本体部５３１の下流側から見た斜視図である。案内ノズル本体部５３１は、上流側端面５３３から下流側端面５３４へ通じる流体通路７０を６個有している。流体通路７０は、案内ノズル本体部５３１の周面５３５に沿って形成された溝部７２からなっている。溝部７２は、底面７２１と両側面７２２、７２３とを有している。また、溝部７２は、上流側溝部分７３と下流側溝部分７４とが連結されて構成されている。そして、上流側溝部分７３は、第１タービン翼車５２の各ブレードの下流側部分の、軸方向に対する傾斜方向に対して、略平行となるよう、軸方向に対して矢印Ｙ１に示すように傾斜している。また、下流側溝部分７４は、第２タービン翼車５４の各ブレードの上流側部分の、軸方向に対する傾斜方向に対して、略平行となるよう、軸方向に対して矢印Ｙ２に示すように傾斜している。そして、溝部７２すなわち流体通路７０が、案内ノズル本体部５３１に外嵌した案内カラー部分５３２によって塞がれることによって、図１３に示されるような案内ノズル通路７を構成している。

更に、案内ノズル５３は、案内ノズル本体部５３１の周面５３５に、凸部５３６を有している。本実施形態では、凸部５３６は、周面５３５の周方向に等間隔に３個設けられている。

（1-3-4）カラー５００
上流側カラー部５０１の下流側エッジ５０１２には、下流側カラー部５０２の周面に形成された凹部５０３に嵌合する突片５０４が形成されている。また、下流側カラー部５０２の上流側エッジ５０２２には、案内ノズル５３の３個の凸部５３６に外嵌する３個の切欠き部５０５が形成されている。切欠き部５０５の深さＨ１は、凸部５３６の軸方向長さＬ１と同じである。

カラー５００は、本体部５０に対して下流側カラー部５０２を下流側から外嵌させるとともに切欠き部５０５を凸部５３６に外嵌させ、その後、本体部５０に対して上流側カラー部５０１を上流側から外嵌させて、下流側端部５０１１を上流側端部５０２１の上に重ねるとともに突片５０４を凹部５０３に嵌合させることにより、構成されている。これにより、カラー５００は、本体部５０に固定されている。

（1-4）第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４
図１７は、第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４の拡大側面図である。第３傘歯車８３の回転中心軸Ａ１と第４傘歯車８４の回転中心軸Ａ２とは、略直交しており、且つ、点Ｘ１にて交わっている。

図１８は第４傘歯車８４の下方から見た斜視図、図１９は第４傘歯車８４の上方から見た斜視図である。第４傘歯車８４は、ロータ２４と一体に形成されている。第４傘歯車８４の各歯８４０の両歯面８４１、８４２は、平坦面に形成されている。そして、その両平坦面は、図２０及び図２１に示されるように、その平坦面を延長した延長面８４１０、８４２０が第４傘歯車８４の回転中心軸Ａ２の延長と点Ｘ２にて交わるよう、形成されている。なお、図２１は図２０のＸＸＩ矢視図である。点Ｘ２は、第４傘歯車８４に対して点Ｘ１と同じ側に位置している。ここでは、点Ｘ１と点Ｘ２とは、一致している。

（２）本実施形態の医科歯科用ハンドピースの作動及び効果
以下、上記構成のハンドピース１の作動及び効果について、説明する。

（2-1）全体
治療用工具９１がヘッド部２に保持され、且つ、コネクタ９２が把持部３の挿入孔４３１に連結された状態で、スイッチ（図示せず）がオンされると、給気管４３３によって空気流が軸流タービン５に向けて供給され、また、給水管４３４によって水が注水口４３７へ向けて供給され、また、光ガイド管４３５によって光が照射口４３８へ向けて案内される。

軸流タービン５へ至った空気流は、導入ノズル５１によって絞られて高速となって、第１タービン翼車５２へ導入される。これにより、第１タービン翼車５２の第１タービン本体部５２１が回転する。更に、空気流は、第１タービン翼車５２から排出されて、案内ノズル５３によって第２タービン翼車５４へ案内される。これにより、第２タービン翼車５４の第２タービン本体部５４１が回転する。したがって、タービン回転軸５５が回転する。

タービン回転軸５５の回転は、第１傘歯車８１と第２傘歯車８２との噛合を経て、伝達回転軸４１１に伝わる。これにより、伝達回転軸４１１が回転する。

伝達回転軸４１１の回転は、第３傘歯車８３と第４傘歯車８４との噛合を経て、ロータ２４に伝わる。これにより、ロータ２４が、工具９１を伴って回転する。

一方、給水管４３４からの水は、注水口４３７から工具９１の先端側に向けて噴出され、また、光ガイド管４３５からの光は、照射口４３８から工具９１の先端側に向けて照射される。

以上のように、上記構成のハンドピース１においては、工具９１を、把持部３のボディ部３２に内蔵された軸流タービン５によって、回転伝達機構を介して、回転させることができる。

ところで、ボディ部３２は、その径Ｄ３がヘッド部２の径Ｄ１に比して大きいので、大型の軸流タービン５を内蔵することができる。したがって、上記構成のハンドピース１においては、大型の軸流タービン５によって、タービン回転軸５５を高速で回転させることができ、第１傘歯車８１及び第２傘歯車８２を経て、伝達回転軸４１１を高速で回転させることができ、更には、第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４を経て、ロータ２４を、高速で、具体的には１６万回以上／分の回転数で、回転させることができる。

そして、上記構成のハンドピース１においては、伝達回転軸４１１を高速で回転させることができるので、第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４によって大きく増速を行う必要がない。したがって、上記構成のハンドピース１によれば、第３傘歯車８３の歯数を、第４傘歯車８４の歯数の０．３倍以上１．４倍以下、好ましくは０．３倍以上１．０倍以下に、設定でき、それ故、第４傘歯車８４のピッチ円錐角θ（図３）を、４５度より大きく設定できる。これによって、第４傘歯車８４の軸方向寸法を小さくでき、したがって、ヘッド部２の長さ寸法Ｓ（図１）を小さくできる。

第３傘歯車８３の歯数が、第４傘歯車８４の歯数の１．４倍を越えると、ヘッドの長さ寸法Ｓは大きくなり、特に奥歯の治療をする時に工具９１が届かないといった問題や、更なる増速によって、摩耗等が激しくなり、ギアの寿命が短くなり、それに伴ってハンドピース自体の寿命も短くなるという新たな問題点も出てくる。

また、第３傘歯車８３の歯数が、第４傘歯車８４の歯数の０．３倍未満であると、ヘッド部２の長さ寸法Ｓを更に小さくできるが、歯の噛み合い面が小さくなるため、第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４の耐久性が落ち、高速回転を行った時に摩耗等により、ギアの寿命が短くなり、それに伴ってハンドピース自体の寿命も短くなるという新たな問題点も出てくる。

また、上記構成のハンドピース１においては、タービン回転軸５５を高速で回転させることができるので、第１傘歯車８１及び第２傘歯車８２によって増速を行う必要がない。したがって、上記構成のハンドピース１によれば、第１傘歯車８１の歯数を、第２傘歯車８２の歯数と同じに設定でき、よって、内部構造を簡素化できる。

（2-2）潤滑油供給機構
潤滑油供給口（図示せず）から潤滑油が供給されると、潤滑油は、潤滑油供給管４３９とタービン回転軸５５の中空内部とを経て、第１傘歯車８１及び第２傘歯車８２に供給され、更に、伝達回転軸４１１の中空内部を経て、第３傘歯車８３、第４傘歯車８４、及びロータ２４に供給される。これにより、第１〜第４傘歯車８１〜８４及びロータ２４の潤滑を維持できる。

上記潤滑油供給機構は、潤滑油供給管４３９を設けるとともに、回転伝達機構の構成部品であるタービン回転軸５５及び伝達回転軸４１１を中空構造にするだけであるので、簡素な構造で実現できる。

（2-3）軸流タービン５
（2-3-1）導入ノズル５１
給気管４３３を通って軸流タービン５の導入ノズル５１に至った空気流は、導入ノズル通路６の第１穴部６１へ流入して連結部（流体溜まり部）６４に至り、連結部６４から各第２穴部６３に流入して各開口６０１、６０２、６０３から噴出する。

このとき、導入ノズル通路６を通る空気流は、次のように変動する。

（ａ）導入ノズル通路６の第２穴部６３を構成する溝部６２の、底面６２１が、下流側端面５１４側に行くに従って、浅くなっているので、空気流は、次第に絞られていく。それ故、空気流は、高速となる。したがって、導入ノズル５１は、導入ノズル通路６から第１タービン翼車５２へ向けて、高速の空気流を噴出できる。

（ｂ）第２穴部６３を構成する溝部６２の両側面６２２、６２３の間隔Ｔが、下流側端面５１４側に行くに従って、小さくなっているので、空気流は、次第に絞られていく。それ故、この点からも、空気流は、高速となる。したがって、導入ノズル５１は、導入ノズル通路６から第１タービン翼車５２へ向けて、高速の空気流を噴出できる。

（ｃ）第１穴部６１から連結部６４に至った空気流は、連結部６４に瞬間的に溜まった後に、各第２穴部６３に流入していく。それ故、空気流は、第２穴部６３に大量に流入して、第２穴部６３において絞られていく。よって、この点からも、空気流は、高速となる。したがって、導入ノズル５１は、導入ノズル通路６から第１タービン翼車５２へ向けて、高速の空気流を噴出できる。

（ｄ）連結部６４と第２穴部６３を構成する溝部６２との連結部分Ａ、Ｂが、略Ｃ面取りされたり略Ｒ面取りされたりしているので、連結部分Ａ、Ｂが滑らかな曲面となっている。それ故、空気流は、連結部６４から第２穴部６３へ円滑に流入していく。よって、この点からも、空気流は、高速となる。したがって、導入ノズル５１は、導入ノズル通路６から第１タービン翼車５２へ向けて、高速の空気流を噴出できる。

（ｅ）第２穴部６３を構成する溝部６２は、軸方向に対して傾斜して形成されているので、導入ノズル５１は、タービン本体部５２１の各ブレードに対して効果的な角度から空気流を吹き付けることができる。したがって、導入ノズル５１は、第１タービン本体部５２１を高速で回転させることができる。

（ｆ）各開口６０１、６０２、６０３の面積が同じであるので、導入ノズル５１は、第１タービン本体部５２１の各ブレードに対して均一的に空気流を吹き付けることができる。したがって、導入ノズル５１は、第１タービン本体部５２１を良好に回転させることができる。

以上のように、導入ノズル５１は、導入ノズル通路６から第１タービン翼車５２へ向けて、より高速の空気流を噴出して、第１タービン本体部５２１を高速で且つ良好に回転させることができる。

また、導入ノズル５１の導入ノズル通路６は、ドリル加工によって第１穴部６１を形成し、また、切削加工によって第２穴部６３を構成する溝部６２を形成することにより、形成できる。すなわち、第２穴部６３を構成する溝部６２は、導入ノズル本体部５１１の周面５１５を切削加工して形成できる。それ故、任意の、寸法、形態、及び方向性、を有する溝部６２を、容易に形成することができる。したがって、高性能なノズル特性を有する導入ノズル５１を容易に実現できる。

（2-3-2）案内ノズル５３
第１タービン翼車５２から排出された空気流は、案内ノズル５３の案内ノズル通路７へ流入し、案内ノズル通路７を通って第２タービン翼車５４へ至る。

このとき、空気流は、次のように変動する。すなわち、案内ノズル通路７を構成する溝部７２において、上流側溝部分７３が、図１４の矢印Ｙ１に示すように、第１タービン翼車５２の各ブレードの下流側部分の、軸方向に対する傾斜方向に対して、略平行となるよう、軸方向に対して傾斜しているので、第１タービン翼車５２から排出された空気流は、効率良く案内ノズル通路７へ流入する。しかも、下流側溝部分７４が、第２タービン翼車５４の各ブレードの上流側部分の、軸方向に対する傾斜方向に対して、略平行となるよう、軸方向に対して傾斜しているので、案内ノズル通路７を通った空気流は、第２タービン翼車５４の各ブレードに対して効果的な角度から吹き付けられる。したがって、案内ノズル５３は、第１タービン翼車５２から排出された空気流を、高速に維持したまま、第２タービン翼車５４へ案内できる。

また、案内ノズルの案内ノズル通路は、案内ノズル本体部の周面を切削加工して溝部を形成することにより、形成できる。それ故、任意の、寸法、形態、及び方向性、を有する溝部を、容易に形成することができる。したがって、高性能なノズル特性を有する案内ノズルを容易に実現できる。

（2-4）第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４
伝達回転軸４１１の回転は、第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４を経て、ロータ２４に伝達される。

ところで、第４傘歯車８４の各歯８４０の両歯面８４１、８４２は、図１７〜図２１に基づいて説明した構成を有している。それ故、第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４との噛合の状態は、図１７のＸＸII矢視図である図２２に示されるようになっている。一方、図２４〜図２６に示される従来の一対の傘歯車では、図２７〜図２９に示されるように、従動側の傘歯車９９の各歯９９０の両歯面９９１、９９２が、平坦面であるが、両平坦面をそれぞれ延長した延長面９９１０、９９２０が傘歯車９９の回転中心軸Ｂ２と平行である。

図２３は本実施形態の駆動側の第３傘歯車８３の斜視図、図３０は従来例の駆動側の傘歯車９８の斜視図である。ここで、本実施形態の噛合状態を示す図２２と、従来例の噛合状態を示す図２６と、を比較するとともに、本実施形態の第３傘歯車８３と従来例の傘歯車９８とを比較すると、第３傘歯車８３の方が、傘歯車９８に比して、各歯の歯厚Ｅ、歯長Ｆ、及び歯高Ｇを全て大きく設定できている。それ故、本実施形態では、第３傘歯車８３の各歯８３０の耐久性を大きく向上でき、また、第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４を十分に噛み合わせることができるとともに、噛み合い面をピッチコーン上に位置させることができる。したがって、本実施形態の一対の第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４によれば、摩耗や振動等を抑制できる。また、第４傘歯車８４のピッチ円錐角θ（図３）を４５度より大きく設定できる。

また、点Ｘ１と点Ｘ２とが一致しているので、第３傘歯車８３の各歯８３０の歯厚を最大に設定できる。

また、第４傘歯車８４がロータ２４と一体に形成されているので、第４傘歯車８４を簡単な切削加工によって製作できる。

また、第３傘歯車８３の歯数と第４傘歯車８４の歯数とが、異なっているので、増速又は減速を任意に行うことができる。

更に、第４傘歯車８４のピッチ円錐角θが４５度より大きいので、第４傘歯車８４の軸方向寸法を小さくでき、したがって、第４傘歯車８４が設けられているヘッド部２を小型化できる。

なお、本実施形態の医科歯科用ハンドピースは、上記構成に限るものではなく、次のような変形構成を採用してもよい。
（ｉ）軸流タービン５は、前部ハウジング４１又は中央部ハウジング４２に設けてもよい。
（ii）導入ノズル５１の導入ノズル通路６は、３個に限らず、１〜２個、又は４個以上でもよい。
（iii）案内ノズル５３の案内ノズル通路７は、６個に限らず、１〜５個、又は７個以上でもよい。
（iv）第４傘歯車８４の各歯８４０の両歯面８４１、８４２に関する上記構成を、第４傘歯車８４に代えて、第３傘歯車８３に持たせてもよい。この場合には、次のような効果を発揮できる。

（iv-1）第４傘歯車８４の各歯８４０の歯厚、歯長、及び歯高を全て大きく設定できる。それ故、第４傘歯車８４の各歯８４０の耐久性を大きく向上でき、また、第３傘歯車８３及び第４傘歯車８４を十分に噛み合わせることができるとともに、噛み合い面をピッチコーン上に位置させることができる。したがって、摩耗や振動等を抑制できる。また、第３傘歯車８３のピッチ円錐角を４５度より大きく設定できる。

（iv-2）点Ｘ１と点Ｘ２とが一致しているので、第４傘歯車８４の各歯８４０の歯厚を最大に設定できる。

（iv-3）第３傘歯車８３のピッチ円錐角を４５度より大きく設定できるので、第３傘歯車８３の軸方向寸法を小さくでき、したがって、第３傘歯車８３が設けられている把持部３の軸方向寸法を小さくできる。

（ｖ）伝達回転軸４１１は、軸流タービン５によって回転駆動されているが、図３１に示されるように、ハンドピース１の後端に取り付けられる駆動源９７によって回転駆動されてもよい。駆動源９７は、電気モータ９７１を内蔵しており、ワンタッチ係合手段９７２によってハンドピース１に着脱自在に取り付けられる。

本願発明の小型回転駆動装置は、上述した医科歯科用ハンドピースに限るものではなく、図３２に示されるような、一般工作用の回転切削装置１００でもよい。図３２の装置１００は、ハンドピース１と同様に、軸流タービン５の回転を、伝達回転軸４１１（図２）を介して、切削工具１０１に伝達するようになっている。但し、伝達回転軸４１１の回転は、方向を変えることなく、切削工具１０１に伝達される。

本発明の医科歯科用ハンドピースは、ヘッド部を大きくすることなく、ヘッド部に保持された工具を高速で回転させることができるので、産業上の利用価値が大である。

本実施形態の医科歯科用ハンドピースの全体外観図である。 図１のハンドピースの断面図である。 図２のヘッド部の拡大断面図である。 図２の軸流タービンの拡大断面図である。 図２の軸流タービンの分解断面図である。 図４の軸流タービンの上流側カラー部の斜視図である。 図４の軸流タービンの下流側カラー部の斜視図である。 図４の導入ノズルの導入ノズル本体部を説明するための拡大斜視図である。 図８の導入ノズル本体部を有する導入ノズルの拡大斜視図である。

本実施形態の導入ノズルの斜視図である。 図１０の導入ノズルの導入ノズル本体部の下流側から見た斜視図である。 図１０の導入ノズルの導入ノズル本体部の上流側から見た斜視図である。 図４の案内ノズルの側面図である。 図１３の案内ノズルの案内ノズル本体部の側面図である。 図１４の案内ノズル本体部の上流側から見た斜視図である。 図１４の案内ノズル本体部の下流側から見た斜視図である。 図３の第３傘歯車及び第４傘歯車の側面図である。 図１７の第４傘歯車の下方から見た斜視図である。 図１７の第４傘歯車の上方から見た斜視図である。

図１７の第４傘歯車に歯面の延長面を描き加えた斜視図である。 図２０の延長面と第４傘歯車の回転中心軸との交点を示す図である。 図１７のＸＸII矢視図である。 本実施形態の第３傘歯車の斜視図である。 従来の一対の傘歯車の噛合した状態を示す側面図である。 図２４の噛合状態を上方から見た斜視図である。 図２４のＸＸVI矢視図である。 図２４の従動側の傘歯車に歯面の延長面を描き加えた斜視図である。 図２７の反対側から見た斜視図である。 図２７の正面図である。 図２４の駆動側の傘歯車の斜視図である。 本実施形態の別の例のハンドピースの断面図である。 本発明の別の実施形態の小型回転駆動装置である回転切削装置の部分断面側面図である。

符号の説明

１ ハンドピース（回転駆動装置） ５ 軸流タービン ５１ 導入ノズル ５１１ 導入ノズル本体部 ５１２ 導入ノズルカラー ５１３ 上流側端面 ５１４ 下流側端面 ５２ 第１タービン翼車 ５３ 案内ノズル ５３１ 案内ノズル本体部 ５３２ 案内ノズルカラー ５３３ 上流側端面 ５３４ 下流側端面 ５４ 第２タービン翼車 ６ 導入ノズル通路 ６０ 流体通路 ６０１、６０２、６０３ 開口 ６１ 第１穴部 ６２ 溝部 ６２１ 底面 ６２２、６２３ 側面 ６３ 第２穴部 ６４ 連結部（流体溜まり部） ７ 案内ノズル通路 ７０ 流体通路 ７２ 溝部

Claims (7)

1. 軸流タービンを有する回転駆動装置において、
   軸流タービンが、タービン翼車と、流体を絞ってタービン翼車に導入する導入ノズルと、を備えており、
   導入ノズルが、円柱状の導入ノズル本体部と、導入ノズル本体部に外嵌する円筒状の導入ノズルカラーと、からなっており、
   導入ノズル本体部が、上流側端面から下流側端面へ通じる流体通路を１個以上有しており、
   流体通路が、上流側端面側から形成された第１穴部と、下流側端面側から導入ノズル本体部の周面に沿って形成された溝部と、を連結して構成されており、
   溝部が、軸方向に対して傾斜して形成されており、
   溝部が、導入ノズル本体部に外嵌した導入ノズルカラーによって塞がれることによって、第２穴部を構成しており、
   第１穴部及び第２穴部が、導入ノズルを貫通した導入ノズル通路を構成しており、
   溝部が、底面と両側面とで構成されており、
   底面が、下流側端面側に行くに従って、浅くなっていることを特徴とする小型回転駆動装置。
2. 溝部が、底面と両側面とで構成されており、
   両側面の間隔が、下流側端面側に行くに従って、小さくなっている、請求項１記載の小型回転駆動装置。
3. 複数個の導入ノズル通路を有しており、
   各導入ノズル通路の下流側端面における開口の面積が、同じである、請求項１又は２に記載の小型回転駆動装置。
4. 第１穴部と第２穴部との連結部が、拡張されて、流体溜まり部を構成している、請求項１記載の小型回転駆動装置。
5. 流体溜まり部と溝部との連結部分が、略Ｃ面取り及び／又は略Ｒ面取りされている、請求項４記載の小型回転駆動装置。
6. 軸流タービンが、複数個のタービン翼車と、流体を絞ってタービン翼車に導入する導入ノズルと、タービン翼車から排出された流体を次のタービン翼車に案内する１個以上の案内ノズルと、を備えており、
   案内ノズルが、円柱状の案内ノズル本体部と、案内ノズル本体部に外嵌する円筒状の案内ノズルカラーと、からなっており、
   案内ノズル本体部が、上流側端面から下流側端面へ通じる流体通路を１個以上有しており、
   流体通路が、案内ノズル本体部の周面に沿って形成された溝部で構成されており、
   溝部が、案内ノズル本体部に外嵌した案内ノズルカラーによって塞がれることによって、案内ノズルを貫通した案内ノズル通路を構成している、請求項１記載の小型回転駆動装置。
7. 軸流タービンのタービン翼車に、流体を絞って導入する、軸流タービン用導入ノズルにおいて、
   円柱状の導入ノズル本体部と、導入ノズル本体部に外嵌する円筒状の導入ノズルカラーと、からなっており、
   導入ノズル本体部が、上流側端面から下流側端面へ通じる流体通路を１個以上有しており、
   流体通路が、上流側端面側から形成された第１穴部と、下流側端面側から導入ノズル本体部の周面に沿って形成された溝部と、を連結して構成されており、
   溝部が、軸方向に対して傾斜して形成されており、
   溝部が、導入ノズル本体部に外嵌した導入ノズルカラーによって塞がれることによって、第２穴部を構成しており、
   第１穴部及び第２穴部が、導入ノズルを貫通した導入ノズル通路を構成しており、
   溝部が、底面と両側面とで構成されており、
   底面が、下流側端面側に行くに従って、浅くなっていることを特徴とする軸流タービン用導入ノズル。

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