JP6934551B2 - 玉軸受 - Google Patents
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Description
本発明は、玉軸受に関する。
従来、歯科の治療等において、歯科用ハンドピースが使用されている。上記歯科用ハンドピースは、通常、回転機構を備えたヘッドと、該ヘッドに着脱可能に装着した工具とを有する。また、上記回転機構には、内輪、外輪、および内輪と外輪との間に介在する複数の転動体(玉)を保持する保持器を備えた玉軸受が用いられる。特許文献１では、このような保持器について、耐熱性を有するベース樹脂、フィラーおよび潤滑油を混合した成形材料を用いて形成している。
歯科用ハンドピースは、使用の度ごとに煮沸消毒されるため、その回転機構に用いられる玉軸受の保持器は繰り返し高温高湿環境下におかれても劣化し難い必要がある。また、高速回転に耐えられる強度、寿命も必要とされる。また、歯科用ハンドピース以外に使用される高速回転用の玉軸受においても、上記特性を有することが必要とされている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、必要な強度を確保しつつ高温高湿環境下でのその強度低下を抑制でき、また寿命の長い保持器を備えた玉軸受を提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る玉軸受は、内輪と、上記内輪の外側に設置された外輪と、上記内輪と上記外輪との間に介在された複数の転動体と、上記転動体を周方向に間隔を置いて回転軸を中心に回転可能に保持するポケットを備えた円環状の保持器とを備えた玉軸受であって、上記保持器は、ポリエーテルケトン系樹脂、グラファイトおよび炭素繊維を含む樹脂組成物からなり、上記樹脂組成物全体を１００重量％としたときに、上記ポリエーテルケトン系樹脂は６０重量％以上８０重量％以下の量、上記グラファイトは１０重量％以上３０重量％以下の量で、上記炭素繊維は５重量％以上２０重量％以下の量で含まれており、上記保持器の外周面を回転軸に平行に切断する平面であって隣接する２つのポケットの間に位置し、それぞれのポケットに接し、かつ軸方向両端面まで延在する矩形領域を観察領域とした際に、上記観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、粒子を内接する円の直径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積の割合すなわち面積率が１０％以上２０％以下である。
本発明の一態様によれば、必要な強度を確保しつつ高温高湿環境下でのその強度低下を抑制でき、また寿命の長い保持器を備えた玉軸受を得ることができる。
以下、実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により何ら限定されるものではない。
実施形態に係る玉軸受は、歯科用ハンドピースに好適に用いられる高速回転用玉軸受である。図１は、歯科用ハンドピースの外観図であり、図２は、歯科用ハンドピースのヘッド部の断面図であり、図３は、ヘッド部に用いられる玉軸受の断面図であり、図４は、玉軸受に用いられる保持器の斜視図である。
図１に示すように、歯科用ハンドピース１は、回転機構を有するヘッド部２と、該ヘッド部２に着脱可能に装着された工具３とを有する。歯科用ハンドピース１を使用する際には、工具３を高速回転（たとえば毎分４０万回転以上）させて、歯の切削等が行われる。
図２に示すように、歯科用ハンドピース１のヘッド部２は、ハウジング４の中に、工具３とともに、軸部材５、一対の玉軸受６、タービン翼７および空気供給口８を有する。工具３は軸部材５に装着され、軸部材５は軸方向に存在する上下一対の玉軸受６を介してハウジング４に回転自在に支持されている。さらに、軸部材５には、一対の玉軸受６の間にタービン翼７が取り付けられている。このタービン翼７に対して空気供給口８から圧縮空気を供給すると、タービン翼７が高速回転する。これにより、軸部材５および工具３も高速回転させることができる。
図２および図３に示すように、玉軸受６は、外周面に内輪軌道を有する内輪６１、内周面に外輪軌道を有する外輪６２、該内輪軌道と該外輪軌道との間に介在する複数の転動体（玉）６３、および転動体６３を周方向に間隔を置いて回転可能に保持する保持器６４を有する。内輪６１および外輪６２は、たとえばステンレス鋼により形成され、転動体６３は、たとえばステンレス鋼、またはセラミックスにより形成される。図４に示すように、円環状の保持器６４には、転動体６３を転動自在に保持するためのポケット６５が周方向に一定間隔で複数設けられている。
保持器６４の内周面は内輪６１の外周面に対向しており、保持器６４の外周面は外輪６２の内周面に対向している。外輪６２はハウジング４に内嵌し、内輪６１は軸部材５に外嵌する。玉軸受６においては、内輪６１および外輪６２が回転軸Ａの周りに相対回転自在になっている。すなわち、歯科用ハンドピース１を使用する際には、内輪６１が外輪６２に対して高速で回転する。
なお、外輪６２には、玉軸受６内部から潤滑剤が漏洩したり、玉軸受６内部に異物が入り込んだりすることを防ぐため、シール、シールドなどの密封部材が設けられていてもよい。
保持器６４について、さらに詳細に説明する。保持器６４は、ベース樹脂としてポリエーテルケトン系樹脂を含むもみ抜き型の保持器である。ポリエーテルケトン系樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトンなどが挙げられる。ポリエーテルケトン系樹脂は、１種単独で用いても、２種以上を併用してもよい。ところで、従来、歯科用ハンドピースの玉軸受に用いられる保持器について、ベース樹脂としてポリアミドイミド（ＰＡＩ）が用いられている。このポリアミドイミドは耐熱性に優れ、耐久寿命は長く高い初期強度を有する。しかし、歯科用ハンドピースを繰り返し煮沸消毒する（高温高湿環境下におく）ことで、樹脂を構成するイミド基の吸湿性により、劣化が進み強度が低下する。これに対して、ポリエーテルケトン系樹脂を用いると、高温高湿環境下に置かれた際の強度の低下が抑えられる。
さらに、保持器６４は、ポリエーテルケトン系樹脂とともに、粒子状のグラファイトおよび炭素繊維を含む。保持器６４中に、グラファイトは１０重量％以上３０重量％以下の量で、炭素繊維は５重量％以上２０重量％以下の量で含まれている。グラファイトが１０重量％より少ないと、寿命が短くなる懸念がある。グラファイトが３０重量％より多いと、相対的にベース樹脂の割合が少なくなるため必要な強度が得られない場合がある。炭素繊維が上記範囲で含まれていると、強度を好適に向上できる。このように、保持器６４は、カーボン系フィラーとしてグラファイトおよび炭素繊維の両方を含んでおり、その総量が２０重量％以上４０重量％以下である。これにより、グラファイトの摺動性による寿命の長期化と炭素繊維による強度の確保とを両立できる。
なお、保持器６４中に、ポリエーテルケトン系樹脂は、強度および寿命を両立する観点から、６０重量％以上８０重量％以下の量で含まれていることが好ましい。
また、保持器６４の外周面を回転軸に平行に切断する平面であって隣接する２つのポケット６５の間に位置し、それぞれのポケット６５に接し、かつ軸方向両端面まで延在する矩形領域を観察領域とした際に、上記観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、粒子を内接する円の直径（以下、最大径と称する）が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積の割合すなわち面積率が１０％以上２０％以下である。粒子を内接する円の直径が３０μｍ以上であるグラファイトが上記範囲で含まれていると、寿命の長期化が達成できる。
ここで、面積率の求め方について、より具体的に説明する。まず、面積率を求めるために用いる試料は、以下のようにして作製する。図５および図６は、面積率を説明するための図である。図５は、図４の保持器６４の軸方向に対して垂直方向から、保持器６４を見たときを示している。また、図６は、図４の保持器６４の軸方向と平行な方向から、保持器６４から作製した試料を見たときを示している。まず、保持器６４において、隣接する２つのポケット６５間を切り出し、部分円環Ｂを得る（図５）。次いで、部分円環Ｂの外周面を研磨する。このとき、部分円環Ｂの外周面を含む仮想の円に対して、接線方向と平行かつ軸方向に平行に研磨していき、試料Ｃが得られる（図６）。試料Ｃにおいて、研磨して得られた平面は、保持器６４の外周面を回転軸に平行に切断する平面であって隣接する２つのポケット６５の間に位置し、それぞれのポケット６５に接し、かつ軸方向両端面まで延在する矩形領域である。この矩形領域の全域を観察領域Ｒとする。なお、試料Ｃの厚さ（部分円環Ｂの内周面と観察領域Ｒとの最短距離）が、保持器６４の厚さの１／２となるように研磨を行う。
次に、試料Ｃの観察領域Ｒを顕微鏡により観察する。観察されるグラファイトの最大径は、粒子を内接する円の直径である。そして、観察領域Ｒ中でグラファイトが占める総面積に対する、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトの面積の割合を求め、これを上記面積率とする。
上述のように試料Ｃを顕微鏡により観察した際に、炭素繊維が、試料Ｃ中で、試料Ｃ作製前の保持器６４における軸方向に対応する方向に配向していることが好ましい。炭素繊維が上記方向に配向していると、玉軸受の強度がより向上できる。これは、高速回転中に転動体はポケットの壁面に衝突するが、炭素繊維が上記方向に配向していると、この衝突により壁面に加わる力に対抗できるためと考えられる。
保持器６４は、さらに添加剤を含んでいてもよい。添加剤として、固体潤滑剤、無機充填材、酸化防止剤、帯電防止剤、離型材、強化繊維材などを含んでいてもよい。固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、窒化ホウ素、メラミンシアヌレートなどが挙げられる。添加剤の量は、上述した機械的強度の確保および摩擦と摩耗の低減効果に影響を与えない量であれば特に限定されず、添加剤は、たとえば保持器６４の１００重量％中に、合計で１５重量％以下の量で含まれていてもよい。
保持器６４の製造においては、たとえば、まず、上述した数値範囲内の割合になるように、ポリエーテルケトン系樹脂、グラファイト（具体的には原料グラファイト）および炭素繊維を混合する。必要に応じて添加剤を混合してもよい。これらの成分を、たとえば、ヘンシェルミキサー、タンブラーミキサーなどの混合機を用いて乾式混合する。
ここで、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率を上記範囲に調整するためには、粒径が３０μｍ以上のグラファイトを含む原料グラファイトを用いることが好ましい。これは、上記混合の際に、粒径が小さくなるためである。具体的には、原料グラファイトは、平均粒径が３０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあることが好ましい。平均粒径が上記範囲にあると、粒径が３０μｍ以上のグラファイトが適切な量で含まれているため、上記面積率を上記範囲に調整できる。なお、上記面積率を上記範囲に調整するためには、上記混合の条件を適宜設定することも好ましい。
次いで、混合した成分を押出成形機に供給し、減圧下で溶融混練する。混練した混合成分を押出成形機の先端部のダイスから棒状に押し出して冷却することで丸棒などの成形材料を作製する。これを切削加工し、保持器６４として所定の形状にする。このように成形材料を作製してから切削加工を行うと、上述のように炭素繊維の向きを保持器６４の軸方向に揃えることができる。なお、得られた保持器６４を用いて、公知の方法により玉軸受６および歯科用ハンドピース１が製造される。
実施形態に係る玉軸受は、図４に示す保持器６４を有する玉軸受６の他、冠型保持器を有する玉軸受であってもよい。図７は、玉軸受に用いられる冠型保持器の斜視図である。冠型保持器６０４は、転動体を転動自在に保持するためのポケット６０５が周方向に一定間隔で複数設けられている。冠型保持器６０４は、ポケットの形状が異なる他は、保持器６４と同様である。すなわち、冠型保持器６０４は、上述したような特定の成分が特定の量で含まれており、上記面積率が特定の範囲にある。このため、冠型保持器６０４を有する玉軸受６０４においても、玉軸受６と同様の効果が得られる。
なお、実施形態に係る玉軸受は、歯科用ハンドピースの他、掃除機などの家電、工作機械などに用いられるスピンドルなどの機器にも好適に用いられる。実施形態に係る玉軸受は、高速回転時の強度、寿命に優れるため、これらの機器において、玉軸受を高速回転させる場合に特に好適に用いられる。
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例］
［実施例１］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を７０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を２０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％の量で配合し、混合した。得られた混合物を射出成形機により丸棒の成形材料とした。これを切削加工し、図４に示す形状を有する保持器６４を得た。
保持器６４について、デジタル顕微鏡（ＶＨＸ−６０００、(株)キーエンス製）により観察した。すなわち、上述のように作製された試料Ｃの観察領域Ｒを倍率３００倍にて観察し、各グラファイト粒子の最大径および面積を測定した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１２％であった。
また、図８は、実施例１で得られた保持器から作製された試料Ｃの観察領域Ｒの一部のデジタル顕微鏡写真を示している。炭素繊維が、試料Ｃ中で、試料Ｃ作製前の保持器６４における軸方向に対応する方向に配向している。
なお、表１に、混合物を得る際の配合比、および最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率を示す。
［実施例１］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を７０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を２０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％の量で配合し、混合した。得られた混合物を射出成形機により丸棒の成形材料とした。これを切削加工し、図４に示す形状を有する保持器６４を得た。
保持器６４について、デジタル顕微鏡（ＶＨＸ−６０００、(株)キーエンス製）により観察した。すなわち、上述のように作製された試料Ｃの観察領域Ｒを倍率３００倍にて観察し、各グラファイト粒子の最大径および面積を測定した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１２％であった。
また、図８は、実施例１で得られた保持器から作製された試料Ｃの観察領域Ｒの一部のデジタル顕微鏡写真を示している。炭素繊維が、試料Ｃ中で、試料Ｃ作製前の保持器６４における軸方向に対応する方向に配向している。
なお、表１に、混合物を得る際の配合比、および最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率を示す。
［実施例２］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を６０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を２０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を２０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１０％であった。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を６０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を２０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を２０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１０％であった。
［実施例３］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を６０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を２０重量％、炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％、およびポリテトラフルオロエチレン（ＫＴ−４００Ｍ、（株）喜多村製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１４％であった。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を６０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を２０重量％、炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％、およびポリテトラフルオロエチレン（ＫＴ−４００Ｍ、（株）喜多村製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１４％であった。
［実施例４］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を６０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を３０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１９％であった。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を６０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を３０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１９％であった。
［実施例５］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を７０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を１０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を２０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１１％であった。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を７０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を１０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を２０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１１％であった。
［実施例６］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を８０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を１０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１５％であった。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を８０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を１０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１５％であった。
［実施例７］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を７０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を２５重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を５重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は２０％であった。
［実施例８］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を７０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を１０重量％、炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％、およびポリテトラフルオロエチレン（ＫＴ−４００Ｍ、（株）喜多村製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１１％であった。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を７０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を２５重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を５重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は２０％であった。
［実施例８］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を７０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を１０重量％、炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％、およびポリテトラフルオロエチレン（ＫＴ−４００Ｍ、（株）喜多村製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は１１％であった。
［比較例１］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を７０重量％、炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％、およびポリテトラフルオロエチレン（ＫＴ−４００Ｍ、（株）喜多村製）を２０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を７０重量％、炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％、およびポリテトラフルオロエチレン（ＫＴ−４００Ｍ、（株）喜多村製）を２０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
［比較例２］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を６０重量％、原料グラファイト（ＪＣＰＢ（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５μｍ）を１０重量％、グラファイト（ＣＧＢ−２０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝２０μｍ）を２０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人（株）製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は６％であった。
また、図９は、比較例２で得られた保持器から作製された試料Ｃの観察領域Ｒの一部のデジタル顕微鏡写真を示している。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を６０重量％、原料グラファイト（ＪＣＰＢ（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５μｍ）を１０重量％、グラファイト（ＣＧＢ−２０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝２０μｍ）を２０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人（株）製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、デジタル顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は６％であった。
また、図９は、比較例２で得られた保持器から作製された試料Ｃの観察領域Ｒの一部のデジタル顕微鏡写真を示している。
［比較例３］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を５０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−２０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝２０μｍ）を２０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を３０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は０．４％であった。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を５０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−２０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝２０μｍ）を２０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を３０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は０．４％であった。
［比較例４］
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を５０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を４０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は２４％であった。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ １５０ＦＰ（商品名）、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）を５０重量％、原料グラファイト（ＣＧＢ−５０（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製、平均粒径Ｄ５０＝５０μｍ）を４０重量％、および炭素繊維（ＨＴ−Ｃ７０２、帝人社製）を１０重量％の量で配合した以外は、実施例１と同様にして、保持器６４を得た。
保持器６４について、実施例１と同様に、顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は２４％であった。
［比較例５］
ベース樹脂をポリエーテルエーテルケトンとする市販のＶｉｃｔｒｅｘ社製４５０ＦＣ３０で構成された保持器を用いた。
保持器６４について、実施例１と同様に、顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は８％であった。
ベース樹脂をポリエーテルエーテルケトンとする市販のＶｉｃｔｒｅｘ社製４５０ＦＣ３０で構成された保持器を用いた。
保持器６４について、実施例１と同様に、顕微鏡により観察した。観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、最大径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積率は８％であった。
［比較例６］
ベース樹脂をポリアミドイミドとする市販のＳｏｌｖａｙ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社製トーロン材（登録商標ＴＯＲＬＯＮ）で構成された保持器を用いた。
ベース樹脂をポリアミドイミドとする市販のＳｏｌｖａｙ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社製トーロン材（登録商標ＴＯＲＬＯＮ）で構成された保持器を用いた。
＜評価方法および結果＞
［耐久試験］
保持器を組み込んだ歯科用ハンドピースを、規定の圧力の圧縮空気にて作動させることで玉軸受を回転させ、負荷を加えながら一定時間回転状態を保持した後に停止するサイクルを繰り返し、回転数を測定した。より具体的には、玉軸受の初期回転速度を約４０万ｒｐｍとして負荷回転試験を実施した。この試験では１サイクルを２分間とし、１サイクルの内容は回転中の工具先端に２〜４Ｎの荷重を１分間に３０回繰り返し負荷した後、無負荷回転時の回転速度を１分間計測した。計測された回転速度が、初期回転速度の１０％以上低下した時点を寿命とした。
図１０は、耐久試験の結果を示す図である。それぞれ、５回耐久試験した結果の平均値を示している。横軸は、ベース樹脂が市販のポリアミドイミド材である比較例６の寿命を１とした時の寿命を示している。市販のポリエーテルエーテルケトン材である比較例５の寿命は、非常に短いことが分かる。比較例１，２，３のポリエーテルエーテルケトン材も、比較例６と比べて短い寿命である。一方、実施例１〜８のポリエーテルエーテルケトン材では、比較例６よりも長い寿命が得られていることが分かる。このことより、実施例で作製した保持器を用いると、寿命の長い玉軸受が得られることが分かる。
なお、比較例４のポリエーテルエーテルケトン材の寿命も比較例６と同じくらいであるが、後述のように十分な引張強度が得られない。
［耐久試験］
保持器を組み込んだ歯科用ハンドピースを、規定の圧力の圧縮空気にて作動させることで玉軸受を回転させ、負荷を加えながら一定時間回転状態を保持した後に停止するサイクルを繰り返し、回転数を測定した。より具体的には、玉軸受の初期回転速度を約４０万ｒｐｍとして負荷回転試験を実施した。この試験では１サイクルを２分間とし、１サイクルの内容は回転中の工具先端に２〜４Ｎの荷重を１分間に３０回繰り返し負荷した後、無負荷回転時の回転速度を１分間計測した。計測された回転速度が、初期回転速度の１０％以上低下した時点を寿命とした。
図１０は、耐久試験の結果を示す図である。それぞれ、５回耐久試験した結果の平均値を示している。横軸は、ベース樹脂が市販のポリアミドイミド材である比較例６の寿命を１とした時の寿命を示している。市販のポリエーテルエーテルケトン材である比較例５の寿命は、非常に短いことが分かる。比較例１，２，３のポリエーテルエーテルケトン材も、比較例６と比べて短い寿命である。一方、実施例１〜８のポリエーテルエーテルケトン材では、比較例６よりも長い寿命が得られていることが分かる。このことより、実施例で作製した保持器を用いると、寿命の長い玉軸受が得られることが分かる。
なお、比較例４のポリエーテルエーテルケトン材の寿命も比較例６と同じくらいであるが、後述のように十分な引張強度が得られない。
［オートクレーブ試験］
保持器６４の形状に加工した材料を、温度が１３２℃、湿度が１００％ＲＨの環境下で１０分間放置した後に、１００℃で２０分間乾燥させるサイクルを１サイクルとした。このサイクルを最大２５００回まで繰り返し、規定回数ごとに引張強度を測定した。
保持器６４の引張強度は以下のように測定した。図１１に示すように、保持器６４の内径に、２本の断面半月状の治具１０１,１０２を装着した。下方の治具１０１を固定し、保持器６４が破断するまで他方の治具１０２を上方に引張って、破断時の荷重を引張強度として求めた。
図１２および図１３は、オートクレーブ試験の結果を示す図である。縦軸は上述の引張試験により得られた引張強度、横軸はその引張試験を行った時のオートクレーブ回数を示している。ポリアミドイミドを用いた比較例６では、オートクレーブ回数が増える程、引張強度が低下していることが分かる。一方、実施例１〜８で作製した保持器を用いると、オートクレーブ回数が増えても引張強度が維持されていることから、高温高湿環境下においても優れた強度が維持できることが分かる。市販のポリエーテルエーテルケトンを用いた比較例５は、引張強度がオートクレーブ回数が増えても維持されているが、上述の通り耐久試験における寿命が短い。比較例１〜４は、引張強度は維持されているが、初期強度が不十分である。
保持器６４の形状に加工した材料を、温度が１３２℃、湿度が１００％ＲＨの環境下で１０分間放置した後に、１００℃で２０分間乾燥させるサイクルを１サイクルとした。このサイクルを最大２５００回まで繰り返し、規定回数ごとに引張強度を測定した。
保持器６４の引張強度は以下のように測定した。図１１に示すように、保持器６４の内径に、２本の断面半月状の治具１０１,１０２を装着した。下方の治具１０１を固定し、保持器６４が破断するまで他方の治具１０２を上方に引張って、破断時の荷重を引張強度として求めた。
図１２および図１３は、オートクレーブ試験の結果を示す図である。縦軸は上述の引張試験により得られた引張強度、横軸はその引張試験を行った時のオートクレーブ回数を示している。ポリアミドイミドを用いた比較例６では、オートクレーブ回数が増える程、引張強度が低下していることが分かる。一方、実施例１〜８で作製した保持器を用いると、オートクレーブ回数が増えても引張強度が維持されていることから、高温高湿環境下においても優れた強度が維持できることが分かる。市販のポリエーテルエーテルケトンを用いた比較例５は、引張強度がオートクレーブ回数が増えても維持されているが、上述の通り耐久試験における寿命が短い。比較例１〜４は、引張強度は維持されているが、初期強度が不十分である。
表２は上記試験結果をまとめたものである。“耐久寿命”の項目においては、比較例６の耐久寿命以上の試験結果を“長”、比較例６の耐久寿命未満の試験結果を“短”とした。“初期強度”の項目においては、比較例５の初期強度よりも５Ｎ以上低くなかった試験結果を“許容”、比較例５の初期強度よりも５Ｎ以上低かった試験結果を“非許容”とした。“オートクレーブ試験による強度の変化”の項目においては、オートクレーブ回数が２５００回の時の強度が、初期強度よりも１０Ｎ以上低くなかった試験結果を“維持”、１０Ｎ以上低かった試験結果を“非維持”とした。十分な初期強度がオートクレーブの回数が増えても維持され、耐久寿命も長いのは、実施例１〜８のみであることが分かる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果または変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
１：歯科用ハンドピース、２：ヘッド部、３：工具、４：ハウジング、５：軸部材、６：玉軸受、７：タービン翼、８：空気供給口、６１：内輪、６２：外輪、６３：転動体（玉）、６４：保持器、６５：ポケット、６０４：保持器、６０５：ポケット、１０１,１０２：半月状の治具
Claims (2)
- 内輪と、前記内輪の外側に設置された外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在された複数の転動体と、前記転動体を周方向に間隔を置いて回転軸を中心に回転可能に保持するポケットを備えた円環状の保持器とを備えた玉軸受であって、
前記保持器は、ポリエーテルケトン系樹脂、グラファイトおよび炭素繊維を含む樹脂組成物からなり、
上記樹脂組成物全体を１００重量％としたときに、上記ポリエーテルケトン系樹脂は６０重量％以上８０重量％以下の量、前記グラファイトは１０重量％以上３０重量％以下の量で、前記炭素繊維は５重量％以上２０重量％以下の量で含まれており、
上記保持器の外周面を回転軸に平行に切断する平面であって隣接する２つのポケットの間に位置し、それぞれのポケットに接し、かつ軸方向両端面まで延在する矩形領域を観察領域とした際に、上記観察領域中でグラファイトが占める総面積に対して、粒子を内接する円の直径が３０μｍ以上であるグラファイトが占める面積の割合すなわち面積率が１０％以上２０％以下である、
玉軸受。 - 前記炭素繊維が、前記観察領域において、前記保持器における軸方向に対応する方向に配向している、
請求項１に記載の玉軸受。
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