JP6582377B2 - 歯科エアタービン - Google Patents

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Description

本発明は、歯科エアタービンに関し、より詳細には、歯科ハンドピースの一形態としてエアを駆動源とする歯科エアタービンに関する。
図21に示すように、歯科エアタービンハンドピース120は、グリップ部121と、このグリップ部121の先端部に設けられたヘッド部122とを備え、術者はこのグリップ部121を持って例えば歯牙の切削加工を行う。
従来、ヘッド部122を構成する歯科エアタービン100としては、図22に示すように、不図示の歯科処置工具が取り付けられる回転軸101と、圧縮空気によって回転軸101を回転駆動するためのタービンブレード102と、回転軸101を回転可能に支承する一対の玉軸受103,104とを備え、これらがヘッドハウジング105内に配設されている。一対の玉軸受103,104の外輪106,107は、ヘッドハウジング105の環状凹部109,110に装着されたゴム製リング108を介して支持されている。下方の玉軸受104の外輪107は、スプリングワッシャ111により上方に付勢されて一対の玉軸受103,104に予圧が付与されている。即ち、この回転軸101を支承する一対の玉軸受103,104は、正面組合せされると共に、スプリングワッシャ111の弾性力による定圧予圧が付与されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、歯科エアタービンに使用される軸受として、内輪にカウンターボアが形成されるアンギュラ玉軸受が知られている(例えば、特許文献2参照)。このアンギュラ玉軸受では、密封性能を高める為に、内輪カウンター側にシールド板が取り付けられている。
特開平11−37162号公報 特開平08−66411号公報
特許文献1に開示されている歯科エアタービン100によると、一対の玉軸受103,104を正面組合せで配置し、ヘッドハウジング105にすきま嵌めで嵌合する外輪107の端面をスプリングワッシャ111で押圧して予圧を付与している。正面組合せされた一対の玉軸受103,104は、作用点間距離が短く、モーメント荷重に対する負荷能力が必ずしも高くないことから、歯科治療時などで回転軸101の先端にラジアル荷重が作用すると、回転軸101が傾きやすい。このため、正面組合せされた一対の玉軸受103,104を用いてモーメント荷重に対する負荷能力を確保するには、軸受サイズが大きくなるという課題があった。特許文献2に記載の歯科エアタービンにおいても、一対のアンギュラ玉軸受が正面組合せされており、同様の課題が存在する。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、転がり軸受を小型化することができ、且つ回転軸のモーメント剛性が高い歯科エアタービンを提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) タービンブレードと、タービンブレードが一体固定され、一端に歯科処置工具を取り付け可能な回転軸と、ハウジングに対して回転軸を回転自在に支持する一対の転がり軸受と、を備える歯科エアタービンであって、
一対の転がり軸受は、内周部に外輪軌道面が形成された外輪と、外周部に内輪軌道面が形成された内輪と、外輪軌道面及び内輪軌道面との間に接触角を持って組み込まれた複数の玉と、を有するアンギュラ玉軸受であり、
一対の転がり軸受は、予圧が付与されるように、前記一対の転がり軸受の各外輪間にスペース部材を配置し、一対の転がり軸受の各内輪を回転軸に嵌合して、背面組合せで配置され、
前記一対の転がり軸受の各外輪の対向する側面は、前記スペース部材の軸方向側面と当接し、
前記一対の転がり軸受の各内輪は、前記スペース部材、前記外輪、前記内輪、及び前記回転軸により、前記一対の転がり軸受に定位置予圧が付与されるように、前記回転軸に嵌合固定され、
前記回転軸、前記タービンブレード、前記一対の転がり軸受、及び前記スペース部材が、歯科エアタービン用軸受ユニットとしてユニット化されて、前記ハウジングに配設されており、
前記スペース部材の軸方向長さは、前記一対の転がり軸受の軸方向長さと、前記タービンブレードの軸方向長さとを合わせた軸方向長さよりも長く、
前記スペース部材は、前記ハウジングの径方向内側に位置しており、
前記スペース部材の軸方向側面は、前記一対の転がり軸受の各外輪の互いに最も近い前記側面と当接することを特徴とする歯科エアタービン。
(2) 前記一対の転がり軸受の前記外輪の内周部と前記内輪の外周部の何れか一方は、その前記軌道面に対して軸方向一方側に形成された肩部と、軸方向他方側に形成されたカウンターボアと、を有し、
前記一対の転がり軸受の前記外輪の内周部と内輪の外周部の何れか他方は、その前記軌道面を挟んだ軸方向両側に形成された一対の肩部を有し、
前記一対の転がり軸受は、少なくとも軸方向外側において、前記外輪に設けられて前記内輪の外周部と対向する密封手段と、前記内輪の外周部との間にラビリンス構造を有することを特徴とする(1)に記載の歯科エアタービン。
(3) 前記密封手段は、前記外輪と一体に形成され、前記外輪の前記肩部から前記内輪に向かって径方向へ延伸する密封部によって構成されることを特徴とする(2)に記載の歯科エアタービン。
(4) 少なくとも一方の外輪の外径は、タービンブレードの外径より大きく、スペース部材は、ハウジングに固定され、タービンブレードにエアを供給する給気孔部と、エアを排出する排気孔部と、内径側に外輪の側面に当接する段部とを有するスリーブであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の歯科エアタービン。
(5) 前記タービンブレードは、前記一対の転がり軸受に対して軸方向外側に配置され、
前記一対の転がり軸受の外輪の外径は、前記タービンブレードの外径より小さく、
前記スペース部材は、前記ハウジングに固定され、前記タービンブレードにエアを供給する給気孔部と、前記エアを排出する排気孔部と、内径側に前記外輪の側面に対向する段部とを有するスリーブであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の歯科エアタービン。
(6) 前記歯科エアタービン用軸受ユニットは、スペース部材の外周又は外輪の外周に配置された弾性部材を介してハウジングに固定されることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の歯科エアタービン。
また、本発明の歯科エアタービンによれば、一対の転がり軸受はアンギュラ玉軸受であり、また、一対の転がり軸受は、予圧が付与されるように、一対の転がり軸受の各外輪間にスペース部材を配置し、各内輪を回転軸に固定して、背面組合せで配置されるため、サイズの小さな転がり軸受により従来の軸受サイズと同じモーメント剛性が得られることが可能となることから、エアタービンの操作性や機能を現状維持したままタービンヘッドの小型化が可能となる。これにより、歯科エアタービンを扱う歯科医の操作力を正確に回転軸に伝達することができ、歯科エアタービンの操作性が向上する。また、従来と同様なサイズの軸受であっても、一対の転がり軸受に予圧を付与して回転軸のモーメント荷重に対する負荷能力を向上させることができる。さらに、一対の軸受に予圧を付与しながら、タービンブレードを有する回転軸と一対の転がり軸受とをユニット化しているので、歯科エアタービンのハウジングに容易に組み付けることができ、軸受交換の際に、煩雑な予圧調整作業が不要となる。
本発明の第1実施形態に係る歯科エアタービンの要部半断面図である。 (a)は本発明の第1実施形態の第1変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図であり、(b)は本発明の第1実施形態の第2変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 本発明の第2実施形態に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 本発明の第3実施形態に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 本発明の第3実施形態の変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 (a)は本発明の第4実施形態に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図、(b)は歯科エアタービン用軸受ユニットがハウジングに組み込まれる状態を示す要部半断面図である。 図6のタービンブレードが位置する軸方向位置での概略断面図である。 本発明の第4実施形態の第1変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 (a)は本発明の第4実施形態の第2変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図であり、(b)は本発明の第4実施形態の第3変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 本発明の第4実施形態の第4変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 (a)は本発明の第4実施形態の第5変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図であり、(b)は本発明の第4実施形態の第6変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 本発明の第4実施形態の第7変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 (a)は本発明の第4実施形態の第8変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図であり、(b)は本発明の第4実施形態の第9変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 本発明の第4実施形態の第10変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 (a)は本発明の第4実施形態の第11変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図であり、(b)は本発明の第4実施形態の第12変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 本発明の第5実施形態に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 (a)は本発明の第5実施形態の第1変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図であり、(b)は本発明の第3実施形態の第2変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 本発明の第5実施形態の第3変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 本発明の第5実施形態の第4変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 (a)は本発明の第5実施形態の第5変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図であり、(b)は本発明の第5実施形態の第6変形例に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。 一般的な歯科エアタービンハンドピースを示す概略側面図である。 従来の歯科エアタービンの要部断面図である。
以下、本発明に係る歯科エアタービン用軸受ユニット及び歯科エアタービンの各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、図1〜図20は、歯科エアタービンの下部(工具側)が左方、上部(反工具側)が右方となるように示している。
(第1実施形態)
図1は本実施形態の歯科エアタービンの要部断面図である。歯科エアタービン10は、一端に不図示の歯科処置工具を取り付け可能な回転軸11と、回転軸11の略中央に固定され、圧縮空気によって回転軸11を回転駆動するタービンブレード12と、回転軸11を回転自在に支持する下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14と、を備え、これらがハウジング15内に収容されている。タービンブレード12は、下部転がり軸受13と上部転がり軸受14との間に配置されて回転軸11に固定されている。ハウジング15は、下部側の第1ハウジング16、及び中間の第2ハウジング17が組み合わされた構成を有し、第2ハウジング17には上方からキャップ18が組み付けられる。なお、図1は、要部半断面図であるので、ハウジング16は、ハンドピースのグリップ部に向けて延びる接続部側の部分を図示省略している。
下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、それぞれ内周部に外輪軌道面21c,22cが形成された外輪21,22と、外周部に内輪軌道面23c,24cが形成された内輪23,24と、外輪軌道面21c,22c及び内輪軌道面23c,24c間に転動自在に接触角を持って組み込まれた複数の玉(転動体)25,26と、複数の玉25,26を保持するもみ抜き保持器27,28と、を備えるアンギュラ玉軸受である。各転がり軸受13、14は、内輪23,24の内周面直径が1.5〜5mmで、外輪21,22の外周面直径が4〜10mmのものである。
下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の内輪23,24の外周部は、内輪軌道面23c,24cに対して軸方向一方側(軸方向外側)に形成された肩部23d,24dと、軸方向他方側(軸方向内側)に形成されたカウンターボア23f,24fと、を有する。
一方、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の外輪21,22の内周部は、外輪軌道面21c,22cを挟んだ軸方向両側に形成された一対の肩部21d,21e,22d,22eを有する。
なお、本実施形態の下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、後述する密封手段を有しないオープンタイプの構成としており、軸方向空間が制約される歯科エアタービン10に好適に使用される。
下部転がり軸受13の外輪21は、第1ハウジング16の軸受孔31に軽圧入や接着などにより内嵌され、外輪21の内側面21aが、軸受孔31から径方向内側に突出して形成されたリブ(段部)32に当接している。また、内輪23は、軸方向(図1において左方向)から予圧が付与された状態で、回転軸11に軽圧入や接着などにより固定されている。
上部転がり軸受14の外輪22は、第2ハウジング17に軽圧入や接着などにより内嵌され、外輪22の内側面22aが、第2ハウジング17の軸受孔33から径方向内側に突出して形成されたリブ(段部)34に当接している。また、内輪24は、軸方向(図1において右方向)から予圧が付与された状態で、回転軸11に軽圧入や接着などにより固定されている。
即ち、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、定位置予圧の方法で、背面組合せの方向に予圧が付与されている。下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14を背面組合せとすることにより、従来と同じ軸受サイズであれば作用点間距離Lを長くとることができ、これにより、回転軸11のモーメント剛性が高くなる。なお、外輪21,22は、
従来と同様に、すきま嵌めや、Oリングを介して軸受孔31,33に固定されてもよい。
なお、ハウジング15、即ち、第1ハウジング16には、タービンブレード12に圧縮空気を供給し、排出するための不図示の給気通路及び排気通路が設けられ、給気通路から供給される圧縮空気によりタービンブレード12、即ち回転軸11が30万〜50万rpmで回転駆動される。
このように構成された本実施形態の歯科エアタービン10によれば、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、アンギュラ玉軸受によって構成され、且つ、予圧が付与されるように下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各内輪23,24を回転軸11に嵌合して、背面組合せで配置されるため、作用点間距離Lを長くとることができ、歯科処置工具が一端に取り付けられる回転軸11のモーメント剛性を高めることができる。
これにより、従来の正面組合せ軸受と比較して、各外輪21,22の外径を略30%小さくしても従来と同等レベルのモーメント剛性を確保することができ、歯科エアタービン10の小型化が可能となる。また、歯科医の操作力を回転軸11に正確に伝達することができ、歯科エアタービン10の操作性が向上する。
また、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する内側面21a,22aは、第1及び第2ハウジング16,17に設けられたリブ32,34と当接させ、各内輪23,24は、回転軸11に嵌合固定されるため、簡単な構成で、背面組合せされた一対の下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14に定位置予圧を付与することができる。
なお、上記実施形態では、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、背面組合せで配置され、定位置予圧が付与される場合について説明したが、背面組合せで配置されるものであれば、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、定圧予圧が付与される構成であってもよい。この場合、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する内側面21a,22aと、各内輪23,24の軸方向外側面23a,24aの少なくとも一か所には、ばね部材35が当接している。
即ち、図2(a)に示す第1変形例の歯科エアタービン10のように、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する側面と、第1及び第2ハウジング16,17に設けられたリブ32,34との間にばね部材35(板バネ、スプリングワッシャ)がそれぞれ配置され、各内輪23,24は、回転軸11に嵌合固定される。これにより、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、背面組合せで配置され、定圧予圧が付与されている。
または、図2(b)に示す第2変形例の歯科エアタービン10のように、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する側面は、前記ハウジングに設けられたリブ32,34と当接し、各内輪23,24は、各内輪23,24の軸方向外側面23a,24aをばね部材35(板バネ、スプリングワッシャ)を介して固定リング36を回転軸11にそれぞれ固定することで、回転軸11に嵌合される。この場合にも、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、背面組合せで配置され、定圧予圧が付与されている。
また、第1及び第2変形例の歯科エアタービン10に限らず、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する側面と、第1及び第2ハウジング16,17に設けられたリブ32,34との間のいずれか一方にのみばね部材35が配置され、各内輪23,24は、回転軸11に嵌合固定されてもよい。
或いは、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する側面は、第1及び第2ハウジング16,17に設けられたリブ32,34と当接し、各内輪23,24は、各内輪23,24の軸方向外側面23a,24aのいずれか一方のみをばね部材35を介して固定リング36を回転軸11に固定して回転軸11に嵌合し、他方の内輪23,24は、回転軸11に嵌合固定されてもよい。
さらに、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する側面と、第1及び第2ハウジング16,17に設けられたリブ32,34との間のいずれか一方にのみばね部材35が配置され、各内輪23,24は、各内輪23,24の軸方向外側面23a,24aのいずれか一方のみをばね部材35を介して固定リング36を回転軸11に固定して回転軸11に嵌合し、他方の内輪23,24は、回転軸11に嵌合固定されてもよい。
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。本実施形態の歯科エアタービン10では、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、軸方向両側において、外輪21,22に設けられて内輪23,24の外周部と対向する密封手段81,82,83,84を備え、これら各密封手段81,82,83,84と内輪23,24の外周部との間にラビリンス構造を有する。
具体的に、密封手段81,82,83,84は、軸方向外側において、外輪21,22と一体に形成され、外輪21,22の肩部21d,22dから内輪23,24に向かって径方向内側へ延伸する密封部81,82と、軸方向内側において、外輪21,22の肩部21e,22eに形成されたシール溝に、止め輪85を用いて配置されたシール部材83,84と、を有する。
密封部81,82及びシール部材83,84の軸方向厚さは、0.1mm以上にすることが好ましい。0.1mm以上とすると、異物が軸受内部に侵入する際に通過の必要がある通路の長さがより長い為、異物の進入がしにくい。また、密封部81,82及びシール部材83,84の軸方向厚さは、軸受のアキシアル隙間を考慮したうえ、玉や保持器と干渉しないようにその上限値を設定する。
ラビリンス構造の径方向隙間、即ち、密封部81,82及びシール部材83,84の先端から内輪23,24の外周部との間の径方向隙間は0.1mm以下にすることが好ましい。径方向隙間は0.1mm以下となると、軸受の外部からの異物が侵入しにくくなる。一方、ラビリンス構造の径方向隙間は、0.05mm〜0.1mmにすることがより好ましい。0.05mm以下になると、内輪23,24の外周部と密封部81,82が接触してしまう可能性があり、0.1mm以上になると、異物侵入のおそれがある。
また、密封部81,82及びシール部材83,84の先端の内周面と内輪23,24の肩部23d,24dの外周面には、研磨がそれぞれ施されることで、精度良く非接触状態を維持することができる。
なお、本実施形態では、軸方向内側に設けられたシール部材83,84を設けずに、軸方向外側に設けられた密封部81,82と内輪23,24の外周部とによって、軸方向外側にのみラビリンス構造を有する構成であってもよい。
(第3実施形態)
図4は、第3実施形態に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図である。
本実施形態の歯科エアタービン10では、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の外輪21,22の内周部は、外輪軌道面21c,22cに対して軸方向一方側(軸方向内側)に形成された肩部21e,22eと、軸方向他方側(軸方向外側)に形成されたカウンターボア21f,22fと、を有する。
一方、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の内輪23,24の外周部は、内輪軌道面23c,24cを挟んだ軸方向両側に形成された一対の肩部23d,23e,24d,24eを有する。
なお、本実施形態においても、第1実施形態と同様の手法で、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、定位置予圧の方法で、背面組合せの方向に予圧が付与されている。下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14を背面組合せとすることにより、従来と同じ軸受サイズであれば作用点間距離Lを長くとることができ、これにより、回転軸11のモーメント剛性が高くなる。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
また、図5に示す本実施形態の変形例では、第2実施形態と同様に、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、軸方向両側において、外輪21,22に設けられて内輪23,24の外周部と対向する密封手段81a,82a,83a,84aを備え、これら各密封手段81,82,83,84と内輪23,24の外周部との間にラビリンス構造を有する。
具体的に、密封手段81a,82a,83a,84aは、軸方向外側において、外輪21,22のカウンターボア21f,22fに形成されたシール溝に、止め輪85を用いて配置されたシール部材81a,82aと、軸方向内側において、外輪21,22と一体に形成され、外輪21,22の肩部21e,22eから内輪23,24に向かって径方向内側へ延伸する密封部83a,84aと、を有する。
なお、当該変形例においても、軸方向内側に設けられた密封部83a,84aを設けずに、軸方向外側に設けられたシール部材81a,82aと内輪23,24の外周部とによって、軸方向外側にのみラビリンス構造を有する構成であってもよい。
(第4実施形態)
図6は、第4実施形態に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図であり、図7は、図6のタービンブレードが位置する軸方向位置での概略断面図である。本実施形態の歯科エアタービン10は、回転軸11、タービンブレード12、一対の転がり軸受13,14、及びスリーブ(スペース部材)41が、歯科エアタービン用軸受ユニット20としてユニット化されてハウジング15に配設されている。
本実施形態においても、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、アンギュラ玉軸受であり、内輪23,24の外周部は、内輪軌道面23c,24cに対して軸方向一方側(軸方向外側)に形成された肩部23d,24dと、軸方向他方側(軸方向内側)に形成されたカウンターボア23f,24fと、を有する。また、外輪21,22の内周部は、外輪軌道面21c,22cを挟んだ軸方向両側に形成された一対の肩部21d,21e,22d,22eを有する。
下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、各外輪21,22の外径D1が、タービンブレード12の外径D2より大きく設定され、回転軸11の中央に固定されたタービンブレード12の両側に、背面組合せで配置されて回転軸11を回転自在に支承する。
下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22が内嵌するスリーブ41は、軸方向中央に内径側に突出する段部42を有し、各外輪21,22の内側面21a,22aが当接している。また、図6及び図7に示すように、スリーブ41には、タービンブレード12に対向する位置に、圧縮空気をタービンブレード12に供給するための給気孔部43と、排気のための排気孔部44とが設けられている。
下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14では、各外輪21,22は、これらの内側面21a,22aがスリーブ41の段部42に当接した状態でスリーブ41に嵌合し、さらに予圧が付与されるように内輪23,24を回転軸11に嵌合固定することで、背面組合せで配置された歯科エアタービン用軸受ユニット20が構成される。この歯科エアタービン用軸受ユニット20は、図6(b)に示すように、ハウジング15に組み込まれる。なお、外輪21,22は、従来と同様に、すきま嵌めや、Oリング72を介してスリーブ41に固定されてもよい(図8に示す第1変形例参照)。
以上説明したように、本実施形態の歯科エアタービン用軸受ユニット20によれば、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、アンギュラ玉軸受によって構成され、且つ、各外輪21,22をスリーブ41に嵌合させ、予圧が付与されるように、各内輪23,24を回転軸11に嵌合して、背面組合せで配置される。したがって、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14に予圧を付与して回転軸11のモーメント荷重に対する負荷能力を向上させることができる。また、タービンブレード12を有する回転軸11と、下部及び上部転がり軸受13,14とをユニット化することができ、歯科エアタービン10のハウジング15への組み付けが容易となる。
また、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する内側面21a,22aは、スリーブ41の軸方向側面と当接させ、各内輪23,24は、回転軸11に嵌合固定されるため、簡単な構成で、背面組合せされた一対の下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14に定位置予圧を付与することができる。
また、各外輪21,22の外径D1は、タービンブレード12の外径D2より大きく、スリーブ41は、ハウジング15に固定され、タービンブレード12にエアを供給する給気孔部43と、エアを排出する排気孔部44と、内径側に外輪21,22の内側面21a,22aに当接する段部42とを有するため、一対の外輪21,22の内側面21a,22aをスリーブ41に当接して位置を規制して、簡単な構造で背面組合せされた一対の転がり軸受13,14に予圧を付与することができ、精度の高い軸受ユニット20を構成することができ、装置としてのコストが抑制される。
なお、図6では、タービンブレード12は、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14との間に配置されているが、図9(a)に示す第2変形例のように、下部転がり軸受13よりも下方で回転軸11に固定されてもよいし、上部転がり軸受14よりも上方で回転軸11に固定されてもよい。或いは、図9(b)に示す第3変形例のように、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の軸方向両外側に、一対のタービンブレード12a,12bが回転軸11に固定されてもよい。
即ち、図9(a)に示す第2変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20では、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の内側面21a,22aが、スリーブ51の内径側に突出する段部52に当接され、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14が背面組合せで隣接配置される。また、スリーブ51には、タービンブレード12に対向して、圧縮空気をタービンブレード12に供給するための給気孔部53と、エア排出のための排気孔部(図示せず)とが設けられている。
また、図9(b)に示す第3変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20では、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の内側面21a,22aが、スリーブ55の中央から内径側に突出する段部56に当接され、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14が背面組合せで隣接配置される。また、スリーブ55には、タービンブレード12a,12bに対向して、圧縮空気をタービンブレード12a,12bに供給するための給気孔部57a,57bと、エア排出のための排気孔部(図示せず)とが設けられている。
また、図6では、各外輪21,22の外径D1は、タービンブレード12の外径D2より大きくしているが、少なくとも一方の外輪21,22の外径D1が、タービンブレード12の外径D2より大きくすればよい。例えば、図10に示す第4変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20では、下部転がり軸受13と上部転がり軸受14との間にタービンブレード12が配置されおり、下部転がり軸受13の外輪21の外径D3は、タービンブレード12の外径D2より小さく、且つ上部転がり軸受14の外輪22の外径D1は、タービンブレード12の外径D2より大きく設定されている。
また、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の外輪21,22が内嵌するスリーブ61には、下部転がり軸受13、タービンブレード12、及び上部転がり軸受14にそれぞれ対応して、小径穴部62、中径穴部63、及び大径穴部64が形成されている。下部転がり軸受13の外輪21は、小径穴部62に嵌合し、外輪21の内側面21aが小径穴部62から内径側に突出する段部65に当接している。また、上部転がり軸受14の外輪22は、大径穴部64に嵌合し、外輪22の内側面22aが中径穴部63と大径穴部64との段部66に当接して、内輪23,24を回転軸11に嵌合固定することで、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14に予圧が付与されている。また、スリーブ61には、タービンブレード12に対向して、圧縮空気をタービンブレード12に供給するための給気孔部67と、エア排出のための排気孔部(図示せず)とが設けられている。
なお、第4変形例の構成は、図6の第4実施形態や、図9(a)、(b)の第2、第3変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20にも適用することもできる。
また、図9(a)、(b)の第2、第3変形例のような歯科エアタービン用軸受ユニット20では、各外輪21,22の外径D1は、タービンブレード12の外径D2より小さくしてもよく、例えば、通常使用される軸受より小型の転がり軸受が適用されてもよい。具体的に、図11(a)に示す第5変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20では、図9(a)に示すタービンブレード12と同じ大きさのタービンブレード12が使用される一方、小型の転がり軸受13、14が使用されている。これにより、図9(a)の第2変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20と比較して、回転軸11、タービンブレード12、及びスリーブ51の外径は同じであるが、スリーブ51や回転軸11の軸方向長さを短縮することができ、回転性能を向上することができる。
また、図11(b)に示す第6変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20では、回転軸11の外径は、図9(a)に示す回転軸11と同じ大きさであるが、小型の転がり軸受13、14が使用されることで、タービンブレード12が外径及び長さにおいて小さくされ、スリーブ51の外径及び長さや回転軸11の長さも小さくなり、全体として小型化されている。これにより、タービンブレード12を小さくしても、軸受サイズが小さくなったので、回転性能や機能を維持することができる。
さらに、本実施形態のスリーブを有する歯科エアタービン用軸受ユニット20は、弾性部材を介してハウジング15に組み込まれてもよい。例えば、図12に示す第7変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20は、図6の歯科エアタービン用軸受ユニット20に適用された例であり、外輪22に対応する側のスリーブ41の外周面41aにOリング溝41bが設けられ、また、外輪21に対応する側のハウジング15の内周面15aにOリング溝15bが設けられている。Oリング溝15b,41bには、それぞれOリング70が装着されてスリーブ41とハウジング15とが嵌合している。また、スリーブ41の軸方向外端面とハウジング15の軸方向内端面との間にも、Oリング71が装着されてもよい。これにより、高速回転する回転軸11の振動がハウジング15に伝達されることを抑制することができる。
なお、Oリング溝15b,41bは、ハウジング15の内周面15a及びスリーブ41の外周面41aに1つずつ形成されているとして説明したが、ハウジング15の内周面15a、又はスリーブ41の外周面41aのいずれか一方に2つ設けられていてもよい。
なお、第7変形例の構成は、第1〜第6変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20にも適用することができる。
なお、本実施形態においても、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、背面組合せで配置されるものであれば、定圧予圧が付与される構成であってもよい。この場合にも、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する内側面21a,22aと、各内輪23,24の軸方向外側面23a,24aの少なくとも一か所には、ばね部材35が当接している。
即ち、図13(a)に示す第8変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20のように、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する側面と、スリーブ41の段部42の軸方向側面との間にばね部材35(板バネ、スプリングワッシャ)がそれぞれ配置され、各内輪23,24は、回転軸11に嵌合固定される。これにより、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、背面組合せで配置され、定圧予圧が付与されている。
または、図13(b)に示す第9変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20のように、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する側面は、スリーブ41の段部42の軸方向側面と当接し、各内輪23,24は、各内輪23,24の軸方向外側面23a,24aをばね部材35(板バネ、スプリングワッシャ)を介して固定リング36を回転軸11にそれぞれ固定することで、回転軸11に嵌合される。この場合にも、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、背面組合せで配置され、定圧予圧が付与されている。
また、第8及び第9変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20に限らず、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する側面と、スリーブ41の段部42の軸方向側面との間のいずれか一方にのみばね部材35が配置され、各内輪23,24は、回転軸11に嵌合固定されてもよい。
或いは、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する側面は、スリーブ41の段部42の軸方向側面と当接し、各内輪23,24は、各内輪23,24の軸方向外側面23a,24aのいずれか一方のみをばね部材35を介して固定リング36を回転軸11に固定して回転軸11に嵌合し、他方の内輪23,24は、回転軸11に嵌合固定されてもよい。
さらに、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する側面と、スリーブ41の段部42の軸方向側面との間のいずれか一方にのみばね部材35が配置され、各内輪23,24は、各内輪23,24の軸方向外側面23a,24aのいずれか一方のみをばね部材35を介して固定リング36を回転軸11に固定して回転軸11に嵌合し、他方の内輪23,24は、回転軸11に嵌合固定されてもよい。
また、図14に示す第10変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20では、第3実施形態と同様に、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、外輪21,22にカウンターボア21f,22fを有するアンギュラ玉軸受によって構成されてもよい。
即ち、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の外輪21,22の内周部は、外輪軌道面21c,22cに対して軸方向一方側(軸方向内側)に形成された肩部21e,22eと、軸方向他方側(軸方向外側)に形成されたカウンターボア21f,22fと、を有する。また、内輪23,24の外周部は、内輪軌道面23c,24cを挟んだ軸方向両側に形成された一対の肩部23d,23e,24d,24eを有する。
加えて、図15(a)及び(b)に示す第11及び第12変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20では、第2実施形態と同様に、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、軸方向両側において、外輪21,22に設けられて内輪23,24の外周部と対向する密封手段81,82,83,84(81a,82a,83a,84a)を備え、これら各密封手段81,82,83,84(81a,82a,83a,84a)と内輪23,24の外周部との間にラビリンス構造を有する。
具体的に、図15(a)に示す第11変形例では、密封手段81,82,83,84は、軸方向外側において、外輪21,22と一体に形成され、外輪21,22の肩部21d,22dから内輪23,24に向かって径方向へ延伸する密封部81,82と、軸方向内側において、外輪21,22の肩部21e,22eに形成されたシール溝に、止め輪85を用いて配置されたシール部材83,84と、を有する。
また、図15(b)に示す第12変形例では、密封手段81a,82a,83a,84aは、軸方向外側において、外輪21,22のカウンターボア21f,22fに形成されたシール溝に、止め輪85を用いて配置されたシール部材81a,82aと、軸方向内側において、外輪21,22と一体に形成され、外輪21,22の肩部21e,22eから内輪23,24に向かって径方向へ延伸する密封部83a,84aと、を有する。
なお、第11及び第12変形例においても、軸方向内側に設けられた密封手段83,84,(83a,84a)を設けずに、軸方向外側に設けられた密封手段81,82(81a,82a)と内輪23,24の外周部とによって、軸方向外側にのみラビリンス構造を有する構成であってもよい。
(第5実施形態)
図16は、第5実施形態に係る歯科エアタービン用軸受ユニットの要部半断面図であり、本実施形態の歯科エアタービン10は、回転軸11、タービンブレード12、一対の転がり軸受13,14、及び外輪間座(スペース部材)45が、歯科エアタービン用軸受ユニット20としてユニット化されてハウジング15に配設されている。
本実施形態においても、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、アンギュラ玉軸受であり、内輪23,24の外周部は、内輪軌道面23c,24cに対して軸方向一方側(軸方向外側)に形成された肩部23d,24dと、軸方向他方側(軸方向内側)に形成されたカウンターボア23f,24fと、を有する。また、外輪21,22の内周部は、外輪軌道面21c,22cを挟んだ軸方向両側に形成された一対の肩部21d,21e,22d,22eを有する。
下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、各外輪21,22の外径D1が、タービンブレード12の外径D2より大きく設定され、回転軸11の中央に固定されたタービンブレード12の両側に、背面組合せで配置されて回転軸11を回転自在に支承する。
外輪間座45は、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22との間に配置され、外輪間座45の軸方向側面に各外輪21,22の内側面21a,22aがそれぞれ当接している。また、外輪間座45には、タービンブレード12に対向する位置に、圧縮空気をタービンブレード12に供給するための給気孔部46と、エア排出のための排気孔部(図示せず)とが設けられている。
下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14では、各外輪21,22が外輪間座45を挟持した状態で、予圧が付与されるように内輪23,24を回転軸11に嵌合固定することで、背面組合せで配置された歯科エアタービン用軸受ユニット20が構成される。
以上説明したように、本実施形態の歯科エアタービン用軸受ユニット20によれば、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、アンギュラ玉軸受によって構成され、且つ、各外輪21,22が外輪間座45を挟持し、予圧が付与されるように、各内輪23,24を回転軸11に嵌合して、背面組合せで配置される。したがって、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14に予圧を付与して回転軸11のモーメント荷重に対する負荷能力を向上させることができる。また、タービンブレード12を有する回転軸11と、下部及び上部転がり軸受13,14とをユニット化することができ、歯科エアタービン10のハウジング15への組み付けが容易となる。
また、外輪21,22の外径D1は、タービンブレード12の外径D2より大きく、一対の外輪21,22間に外輪間座47が配置されるため、歯科エアタービン用軸受ユニット20の構成を簡素化することができる。
その他の構成及び作用は、第4実施形態の歯科エアタービン用軸受ユニット20と同様であるので説明を省略する。
なお、図16では、タービンブレード12は、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14との間に配置されているが、図17(a)に示す第1変形例のように、下部転がり軸受13よりも下方で回転軸11に固定されてもよいし、上部転がり軸受14よりも上方で回転軸11に固定されてもよい。或いは、図17(b)に示す第2変形例のように、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の軸方向両外側に、一対のタービンブレード12a,12bが回転軸11に固定されてもよい。
即ち、図17(a)に示す第1変形例、及び図17(b)に示す第2変形例のいずれの歯科エアタービン用軸受ユニット20においても、外輪間座47が各外輪21,22に挟持されて、内輪23,24を回転軸11に固定することで、予圧が付与され、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14が背面組合せで隣接配置される。
また、本実施形態の外輪間座を有する歯科エアタービン用軸受ユニット20は、弾性部材を介してハウジングに組み込まれてもよい。例えば、図18に示す第3変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20は、図17(a)の歯科エアタービン用軸受ユニット20に適用された例であり、外輪22の外周面22bに、Oリング溝22cが設けられ、また、外輪21に対応するハウジング15の内周面15aにOリング溝15bが設けられている。Oリング溝22c,15bには、それぞれOリング70が装着されて外輪21,22がハウジング15に嵌合している。
なお、Oリング溝15b,22cは、ハウジング15の内周面15a及び外輪22の外周面22bに1つずつ形成されているとして説明したが、ハウジング15の内周面15aに2つ設けてもよく、また、外輪21,22の外周面にそれぞれ設けてもよい。
なお、第3変形例の構成は、第1、第2変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20にも適用することもできる。
また、本実施形態の外輪間座を有する歯科エアタービン用軸受ユニット20においても、第4実施形態と同様に、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、背面組合せで配置されるものであれば、定圧予圧が付与される構成であってもよい。この場合にも、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の各外輪21,22の対向する内側面21a,22aと、各内輪23,24の軸方向外側面23a,24aの少なくとも一か所には、ばね部材が当接される。
また、図19に示す第4変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20では、第4実施形態と同様に、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、外輪21,22にカウンターボア21f,22fを有するアンギュラ玉軸受によって構成されてもよい。
即ち、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14の外輪21,22の内周部は、外輪軌道面21c,22cに対して軸方向一方側(軸方向内側)に形成された肩部21e,22eと、軸方向他方側(軸方向外側)に形成されたカウンターボア21f,22fと、を有する。また、内輪23,24の外周部は、内輪軌道面23c,24cを挟んだ軸方向両側に形成された一対の肩部23d,23e,24d,24eを有する。
加えて、図20(a)及び(b)に示す第5及び第6変形例の歯科エアタービン用軸受ユニット20では、第2実施形態と同様に、下部転がり軸受13及び上部転がり軸受14は、軸方向両側において、外輪21,22に設けられて内輪23,24の外周部と対向する密封手段81,82,83,84(81a,82a,83a,84a)を備え、これら密封手段81,82,83,84(81a,82a,83a,84a)と内輪23,24の外周部との間にラビリンス構造を有する。
具体的に、図20(a)に示す第5変形例では、密封手段81,82,83,84は、軸方向外側において、外輪21,22と一体に形成され、外輪21,22の肩部21d,22dから内輪23,24に向かって径方向へ延伸する密封部81,82と、軸方向内側において、外輪21,22の肩部21e,22eに形成されたシール溝に、止め輪85を用いて配置されたシール部材83,84と、を有する。
また、図20(b)に示す第6変形例では、密封手段81a,82a,83a,84aは、軸方向外側において、外輪21,22のカウンターボア21f,22fに形成されたシール溝に、止め輪85を用いて配置されたシール部材81a,82aと、軸方向内側において、外輪21,22と一体に形成され、外輪21,22の肩部21e,22eから内輪23,24に向かって径方向へ延伸する密封部83a,84aと、を有する。
なお、第5及び第6変形例においても、軸方向内側に設けられた密封手段83,84,(83a,84a)を設けずに、軸方向外側に設けられた密封手段81,82(81a,82a)と内輪23,24の外周部とによって、軸方向外側にのみラビリンス構造を有する構成であってもよい。
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
たとえば、転がり軸受では、保持器やシール部材の種類や配置を適宜変更してもよい。
10 歯科エアタービン
11 回転軸
12,12a,12b タービンブレード
13 下部転がり軸受(転がり軸受)
14 上部転がり軸受(転がり軸受)
15 ハウジング
20 歯科エアタービン用軸受ユニット
21,22 外輪
21a,22a 内側面
23,24 内輪
21f,22f,23f,24f カウンターボア
32,34 リブ(段部)
35 ばね部材
41,51,55,61 スリーブ(スペース部材)
41a 外周面
42,52,56,65,66 段部
43,46,53,57a,57b,67 給気孔部
44 排気孔部
45,47 外輪間座(スペース部材)
70 Oリング(弾性部材)
81,82,81a,82a 密封部(密封手段)
83,84,83a,84a シール部材(密封手段)
D1,D3 外輪の外径
D2 タービンブレードの外径

Claims (6)

  1. タービンブレードと、前記タービンブレードが一体固定され、一端に歯科処置工具を取り付け可能な回転軸と、ハウジングに対して前記回転軸を回転自在に支持する一対の転がり軸受と、を備える歯科エアタービンであって、
    前記一対の転がり軸受は、内周部に外輪軌道面が形成された外輪と、外周部に内輪軌道面が形成された内輪と、前記外輪軌道面及び前記内輪軌道面との間に接触角を持って組み込まれた複数の玉と、を有するアンギュラ玉軸受であり、
    前記一対の転がり軸受は、予圧が付与されるように、前記一対の転がり軸受の各外輪間にスペース部材を配置し、前記一対の転がり軸受の各内輪を前記回転軸に嵌合して、背面組合せで配置され、
    前記一対の転がり軸受の各外輪の対向する側面は、前記スペース部材の軸方向側面と当接し、
    前記一対の転がり軸受の各内輪は、前記スペース部材、前記外輪、前記内輪、及び前記回転軸により、前記一対の転がり軸受に定位置予圧が付与されるように、前記回転軸に圧入により嵌合固定され、
    前記回転軸、前記タービンブレード、前記一対の転がり軸受、及び前記スペース部材が、歯科エアタービン用軸受ユニットとしてユニット化されて、前記ハウジングに配設されており、
    前記スペース部材の軸方向長さは、前記一対の転がり軸受の軸方向長さと、前記タービンブレードの軸方向長さとを合わせた軸方向長さよりも長く、
    前記スペース部材は、前記ハウジングの径方向内側に位置しており、
    前記スペース部材の軸方向側面は、前記一対の転がり軸受の各外輪の互いに最も近い前記側面と当接することを特徴とする歯科エアタービン。
  2. 前記一対の転がり軸受の前記外輪の内周部と前記内輪の外周部の何れか一方は、その前記軌道面に対して軸方向一方側に形成された肩部と、軸方向他方側に形成されたカウンターボアと、を有し、
    前記一対の転がり軸受の前記外輪の内周部と内輪の外周部の何れか他方は、その前記軌道面を挟んだ軸方向両側に形成された一対の肩部を有し、
    前記一対の転がり軸受は、少なくとも軸方向外側において、前記外輪に設けられて前記内輪の外周部と対向する密封手段と、前記内輪の外周部との間にラビリンス構造を有することを特徴とする請求項1に記載の歯科エアタービン。
  3. 前記密封手段は、前記外輪と一体に形成され、前記外輪の前記肩部から前記内輪に向かって径方向へ延伸する密封部によって構成されることを特徴とする請求項2に記載の歯科エアタービン。
  4. 少なくとも一方の前記外輪の外径は、前記タービンブレードの外径より大きく、
    前記スペース部材は、前記ハウジングに固定され、前記タービンブレードにエアを供給する給気孔部と、前記エアを排出する排気孔部と、内径側に前記外輪の側面に対向する段部とを有するスリーブであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の歯科エアタービン。
  5. 前記タービンブレードは、前記一対の転がり軸受に対して軸方向外側に配置され、
    前記一対の転がり軸受の外輪の外径は、前記タービンブレードの外径より小さく、
    前記スペース部材は、前記ハウジングに固定され、前記タービンブレードにエアを供給する給気孔部と、前記エアを排出する排気孔部と、内径側に前記外輪の側面に対向する段部とを有するスリーブであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の歯科エアタービン。
  6. 前記歯科エアタービン用軸受ユニットは、前記スペース部材の外周又は前記外輪の外周に配置された弾性部材を介して前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の歯科エアタービン。
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