JPH0221049Y2 - - Google Patents

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JPH0221049Y2
JPH0221049Y2 JP1985069815U JP6981585U JPH0221049Y2 JP H0221049 Y2 JPH0221049 Y2 JP H0221049Y2 JP 1985069815 U JP1985069815 U JP 1985069815U JP 6981585 U JP6981585 U JP 6981585U JP H0221049 Y2 JPH0221049 Y2 JP H0221049Y2
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air
air turbine
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turbine
exhaust control
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、エアタービンハンドピースの回転制
御を行う排気制御装置に関し、特にエアタービン
の回転駆動に用尽した空気を排出する排気通路に
配設されエアタービンの背圧を変化させて回転数
を制御する改良されたロータリ型排気制御弁に関
する。
(従来の技術) 従来より、特に歯科治療において広く使用され
ているエアタービンハンドピースは、高速度切削
によつて歯牙のう蝕部除去に、又低速度切削によ
つて支台歯形成後の歯牙の表面粗さの改善並びに
マージンの作成等に使用されている。しかし、周
知のエアタービンハンドピースにおいては、給気
通路側の流量制御装置によつて回転数制御を行つ
ており、給気量を絞つて回転数を下げて行くとト
ルクも大幅に低下することになり、低速度で比較
的大きなトルクを必要とする前述のような歯科治
療には不向きであり、更に空気軸受を使用してい
る場合は軸受剛性をも低下させることになる。
従つて、本願出願人においては排気通路に流量
調節手段を設けエアタービンの背圧を変化させる
ことによつてその回転数を制御する方式を採用す
るに至つた。(例えば、本願出願人による特願昭
59−160742号特許出願の明細書及び図面参照) 当初、第10図に示すように排気通路117に
設けたロータリ型排気制御弁10は、弁ケーシン
グ11及び弁体12に単純な丸穴13a,13b
を貫通させたものを使用していた。
(考案が解決しようとする問題点) この単純な丸穴13a,13bを貫設した排気
制御弁10は、(作用)において詳述するように、
弁体12の回動角度θとエアタービンの回転数N
との関係は単純比例の関係には無く、第9図の仮
想線で示すように、弁10の開き始めにおいては
弁体12のわずかな回動に対してもエアタービン
の回転数Nは大幅に変化し、エアタービンの回転
数Nを求める値に設定するのが困難であつた。
本考案は、前記従来の欠点を解消するために、
ロータリ型排気制御弁の弁体の通気開口端縁部に
弁体の回動方向に沿い、矩形状を成してその横断
面積が弁体中心に向つて縮少していく切欠きを形
成することによつて、低速回転時においても大幅
なトルクの低下を防止しつつ、且つ弁体の回動角
度とエアタービンの回転数とをほぼリニアな関係
とし、エアタービンの回転数の制御をより容易に
行えるようにすると共に、切欠の形成を容易にす
ることを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本考案のエアタービンハンドピースの排気制御
装置は、切削工具を支承する回転軸に一体に設け
られ、ヘツドハウジング内に軸受によつて回転自
在に軸承されたエアタービンと、該エアタービン
に圧縮空気を供給する給気通路と、前記エアター
ビンの回転駆動に用尽した空気を排出する排気通
路とを有して成るエアタービンハンドピースに使
用されるもので、前記排気通路にエアタービンの
背圧を変化させてその回転数を制御するロータリ
型排気制御弁を設けて成る排気制御装置におい
て、前記ロータリ型排気制御弁の弁体の円形通気
開口端縁部に該弁体の回動方向に沿い、矩形状を
成してその横断面積が弁体中心に向つて縮少して
いく切欠きを形成したことを特徴としている。
(作用) 本考案の前記手段を構成する排気通路に設けら
れたロータリ型排気制御弁によつて、エアタービ
ンの背圧を変化させ回転数を制御することによつ
て、タービンノズルより出た直後の空気圧力の減
少即ちタービンノズル直後の流体の密度を減少さ
せること無くむしろ増加させることによつてター
ビンノズルより噴出する空気流の速度を低下さ
せ、低速時におけるトルクの低下を比較的小さく
抑えるものである。又、空気軸受型のエアタービ
ンハンドピースにおいては、排気通路側において
空気流量を絞つて回転数を下げていくため、従来
の周知のエアタービンハンドピースに比較して高
速から低速にかけての軸受の負荷容量並びに軸受
剛性を大きく保つことが可能となる。
弁ケーシング11及び弁体12に単純な丸穴1
3a,13bを貫設したロータリ型排気制御弁1
0とバイパス弁145とを第3図に示すように、
排気通路117に並列に配置したものにおいて、
圧縮空気の元圧力をPo、排気圧力をPA=0(大気
圧はのぞく)とし、エアタービン115(第1図
参照)、排気制御弁10、バイパス弁145の各
部のコンダクタンスをρ0,ρ1,ρ2とする。エアタ
ービンの回転数Nは空気流量に比例し、弁15
0,145のコンダクタンスρ1,ρ2は弁の流路面
積にほぼ比例すると仮定すると、エアタービンの
回転Nは、 N=K(Po−PA)1/1/ρ0+1/ρ1+ρ2……(1) 但し、Kは定数 となる。説明上、K=Po−PA=ρ0=1,ρ2=0
とすると(1)式は、 N=1/1+1/ρ1=ρ1/1+ρ1 ……(2) となる。このNとρ1との関係をグラフ上に表示す
ると、第6図のようになる。この図から判断され
るようにρ1を0から徐々に大きくしていくと、ρ1
の値が小さいときρ1のわずかな増加に対して回転
数Nの値が急激に増加するが、ρ1の値が大きくな
るにつれてNの増加は小さいものになる。これ
は、第9図に示す実測のNと弁体の回動角度θと
の関係(二点鎖線で示す)とほぼ同一の傾向を示
している。つまり、弁の流路面積をリニアに増加
してもエアタービンの回転数Nはリニアに増加し
ない。
回転数Nをリニアに増加させるには、(2)式の逆
関数をつくればよい。
ρ1=N/1−N ……(3) この関係は第7図に示すようになる。ρ1が図の
ように増加すればNはリニアとなるので、弁の通
路面積を折れ線近似すればよいことになる。
従つて、本考案の弁体152において第4図及
び第5図に示すように、通気開口端縁部154,
154に切欠き154a,154aを弁体152
の回動方向に沿い、矩形状を成してその横断面積
が弁体中心に向つて縮少していくように形成する
と弁体152の回動角度θに対するコンダクタン
スρ1は第8図に示すようになる。これによつてエ
アタービン115の回転数Nと弁体152の回動
角度θとの関係は第8図の実線で示すようにリニ
アに近いものとすることができる。
(実施例) 以下、図面によつて本考案の一実施例を説明す
る。第1図及び第2図において空気軸受型歯科用
エアタービンハンドピース100は、切削工具を
支承する回転軸112に一体に設けられ、ヘツド
ハウジング111内に上下一対の軸受113,1
14を介して回転自在に軸支されたエアタービン
115と、該エアタービン115に圧縮空気を供
給する給気通路116と、前記エアタービンの回
転駆動に用尽した空気を大気に排出する漏れ抽気
の無い排気通路117とを有している。両軸受1
13,114は共に環状に前記エアタービン11
5とわずかな隙間を介して構成されており、又各
軸受部の中央の軸受空気用溝113′,114′を
挾んでその上下に夫々装着されたOリング118
は軸受113,114とヘツドハウジング111
との間を気密に維持している。従つて、軸受空気
用溝113′,114′も又気密に維持されてい
る。又軸受113,114にはラジアル方向に向
う複数の給気孔119が形成されており、その内
端は軸受113,114の内面すなわち軸受面に
開口し、外端はリング状通路119′を経て、軸
受空気用溝113′,114′に連通している。更
に、ヘツドハウジング111のハンドピース本体
側には、給気分岐管路121,122,123と
排気管路124とが形成されており、各給気分岐
管路は給気通路116に連通し、排気管路124
は通路116が内部を通つている排気通路117
の内面と通路116の外面との間の空間に連通し
ている。分岐管路123はタービンブレードの表
面に対面してノズル123′を介して開口してい
る。
従つて、ノズル123′から空気が噴射される
と、タービン115は回転する。排気通路124
はタービンブレードの裏面に対面して開口してい
る。従つて、タービン115の回転駆動に用尽さ
れた空気は排気管路124から排気通路117内
を経て、外部に排出される。一方、給気管路12
1は上側軸受空気用溝113′に、又給気管路1
22は下側軸受空気用溝114′に夫々連通して
いるため、管路121,122に送られてきた空
気は給気孔119を通つて軸112の外周面と各
軸受113,114の内面、即ち、軸受面との間
の空隙a,bに送られる。この送られてきた空気
によつて軸112は軸受面から離間して浮上する
と共に、軸112のラジアル方向の荷重に対処す
る。タービン115の上側面と上部軸受113の
下面との間の空隙c及びタービン115の下側面
と下部軸受114の上面との間の空隙dは、前記
空隙a,bとに連通し、又排気管路124にも連
通している。従つて、空隙a,bに送られて来た
空気は続いて空隙c,dに送られ、これによつて
タービン115はスラスト方向に離間され、浮上
すると共にスラスト方向の荷重に対処する。
第3図に示すように本考案のロータリ型排気制
御弁150は、バイパス弁145と共に並列にハ
ンドピース100の排気通路117に配設されて
いる。バイパス弁145は、排気制御弁150が
全閉のときにエアタービン115の最低回転数を
設定するためのものである。このロータリ型排気
制御弁150を絞ることによつてエアタービン1
15の回転速度を低下させるが、この場合タービ
ンノズルより出た直後の空気圧力を低下させるこ
と無く単位時間当りの質量流量の減少を最少限に
抑えてトルクの低下の少ない回転速度制御が実施
可能となる。排気通路117は少なくとも排気管
路124と弁150との間において漏れが無く、
又切削粉洗浄用の気水混合管127への抽気も無
い気密性の高い構造となつている。この気水混合
管127への給気は別系統ラインによつて行う。
このように、排気を絞つて回転速度制御を行うこ
とによつて給気通路116内の給気圧は高く保持
されるため、空気軸受113,114の特に微少
な隙間のラジアル方向の空隙a,bは確実に保持
されることになり、従来の周知エアハンドピース
のように軸受性能を著しく低下させることが無
い。
一方、圧力空気源141からハンドピース10
0に至る給気通路116には、順次フイルタ14
2と固定式圧力調整弁143が配設されている。
ロータリ型排気制御弁150は、第4図及び第
5図に示すように、弁ハウジング151と、その
中央円孔155内に気密状態で回動自在に保持さ
れる円柱状の弁体152とから構成されており、
弁ハウジング151と弁体152とには排気通路
117と同軸の同じ円形開口153を有した通気
路153a,153bを貫設している。弁体15
2の通気路153bの開口端縁部には、この弁体
の回動方向(時計方向に回動することによつて通
気面積が拡大し、反時計方向に回動することによ
つて通気面積が絞られるように適宜公知手段によ
つて回動案内が行われている)に沿つて、即ち通
気面積が拡大する時計方向側端縁部154に横断
面が矩形状(機械加工が容易)で横断面積が弁体
中心に向つて縮少していく切欠き154a,15
4aを有している。従つて、弁体152の回動角
度θと弁150の通気面積のコンダクタンスρ1
は、第8図に示すようにほぼリニアに近い折れ線
の関係になり、第9図に示すように弁体152の
回動角度θに略比例的にエアタービン115の回
転数Nを制御することができるようになる。
弁体152はその頂部の角柱突出部155を介
して、サーボモータ等の遠隔回動手段によつて適
宜回動角度が制御されるように構成することも可
能である。
(考案の効果) 以上述べた通り、本考案のエアタービンハンド
ピースの排気制御装置によれば、ハンドピースの
排気通路にロータリ型排気制御弁が設けられ、且
つその弁体の通気開口端縁部に回動方向に沿い矩
形状を成してその横断面積が弁体中心に向つて縮
少していく切欠きを形成しているために、該排気
制御弁の通気路を絞つてエアタービンの回転数を
低下させても大幅なトルク低下を防ぐことがで
き、且つ弁体の回動角度とエアタービンの回転数
とを広い範囲に渡つてほぼリニアな関係として安
定したハンドピースの回転数制御が実施可能とな
る。また、弁体の通気開口端縁部に容易に且つ正
確に切欠きが形成される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の実施例において使用するのに
好適な空気軸受型歯科用エアタービンハンドピー
スの縦断面図、第2図は第1図における−線
断面図、第3図は本考案に係わるエアタービンハ
ンドピースの排気制御装置を示す説明図、第4図
は本考案のエアタービンハンドピースのロータリ
型排気制御弁の展開斜視図、第5図は第4図にお
ける−線断面図、第6図は(2)式のNとρ1との
関係を示すグラフ、第7図は(3)式におけるρ1とN
との関係を示すグラフ、第8図は本考案の弁体の
回動角度をと通気面積コンダクタンスρ1との関係
を示すグラフ、第9図は本考案及び従来の排気制
御弁の弁体の回動角度θとハンドピースの回転数
Nとの関係を示すグラフ、第10図は従来のロー
タリ型排気制御弁を示す展開斜視図である。 符号の説明、100……エアタービンハンドピ
ース、111……ヘツドハウジング、112……
回転軸、113,114……軸受、115……エ
アタービン、116……給気通路、117……排
気通路、150……ロータリ型排気制御弁、15
2……弁体、153……通気開口、154……通
気開口端縁部、154a……切欠き。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 切削工具を支承する回転軸に一体に設けられ、
    ヘツドハウジング内に軸受によつて回転自在に軸
    承されたエアタービンと、該エアタービンに圧縮
    空気を供給する給気通路と、前記エアタービンの
    回転駆動に用盡した空気を排出する排気通路とを
    有して成るエアタービンハンドピースに使用され
    るもので、前記排気通路にエアタービンの背圧を
    変化させてその回転数を制御するロータリ型排気
    制御弁を設けて成る排気制御装置において、前記
    ロータリ型排気制御弁の弁体の円形通気開口端縁
    部に該弁体の回動方向に沿い、矩形状を成してそ
    の横断面積が弁体中心に向つて縮少していく切欠
    きを形成したことを特徴とするエアタービンハン
    ドピースの排気制御装置。
JP1985069815U 1985-05-11 1985-05-11 Expired JPH0221049Y2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1985069815U JPH0221049Y2 (ja) 1985-05-11 1985-05-11

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JP1985069815U JPH0221049Y2 (ja) 1985-05-11 1985-05-11

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JPS61185407U JPS61185407U (ja) 1986-11-19
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JPS532726A (en) * 1976-06-30 1978-01-11 Toshiba Machine Co Ltd Rotary spool type pressure control valve
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JPS61185407U (ja) 1986-11-19

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