歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置および歯科ハンドピース
【課題】転がり音をなくし、メンテナンスフリーを実現する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置および歯科ハンドピースの提供。
【解決手段】切削工具を取り付け、タービンにより駆動される回転軸を一対の軸受部によってケースに回転自在に支持する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置１０であって、この流体動圧軸受装置１０は、ラジアル軸受面２９Ｒとその両端に形成したスラスト軸受面２３Ｔ、２３Ｔを備えた外側部材２０と、この外方部材２０の内側に配置され、前記ラジアル軸受面２９Ｒとスラスト軸受面２３Ｔ、２３Ｔのそれぞれに対向するラジアル軸受面１２Ｒとスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔを備えた内方部材１１とからなり、前記外方部材２０と内方部材１１のラジアル軸受面２９Ｒ、１２Ｒ間のラジアル軸受隙間Ｒおよびスラスト軸受面２３Ｔ、１３Ｔ間のスラスト軸受隙間Ｔを形成し、これらの軸受隙間Ｒ、Ｔに潤滑油を介在させて構成されている。
【解決手段】切削工具を取り付け、タービンにより駆動される回転軸を一対の軸受部によってケースに回転自在に支持する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置１０であって、この流体動圧軸受装置１０は、ラジアル軸受面２９Ｒとその両端に形成したスラスト軸受面２３Ｔ、２３Ｔを備えた外側部材２０と、この外方部材２０の内側に配置され、前記ラジアル軸受面２９Ｒとスラスト軸受面２３Ｔ、２３Ｔのそれぞれに対向するラジアル軸受面１２Ｒとスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔを備えた内方部材１１とからなり、前記外方部材２０と内方部材１１のラジアル軸受面２９Ｒ、１２Ｒ間のラジアル軸受隙間Ｒおよびスラスト軸受面２３Ｔ、１３Ｔ間のスラスト軸受隙間Ｔを形成し、これらの軸受隙間Ｒ、Ｔに潤滑油を介在させて構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、切削工具を取り付け、タービンにより駆動される回転軸をケースに回転自在に支持する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置および歯科ハンドピースに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科ハンドピースは、切削工具が回転軸の先端に取り付けられ、エアタービンにより駆動され、タービンが取り付けられた回転軸のタービンの軸方向両側を一対の転がり軸受で支持するタイプが一般的である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方、回転軸の後端部にタービンを設け、タービンの側面中央部とそれと相対する受面中央部にスラスト軸受を形成し、回転軸のジャーナル部とケースとの間に設けた流体動圧軸受により支持した構成のものが試みられた例がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１７３４５３号公報
【特許文献２】特開平６−２９２６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の転がり軸受で支持するタイプでは、転がり軸受の課題として、毎分３０万回転を超える高速回転の際の転がり音の低減や、高温高湿雰囲気にさらされる滅菌処理によって潤滑油が流れ出してしまうため、都度、潤滑油を補給しながら使用しなければならず、メンテナンスフリーの要求が高い。
【０００６】
特許文献２のハンドピースでは、回転軸の後端部にタービンを設け、タービンの側面中央部とそれと相対する受面中央部にスラスト軸受を形成し、回転軸のジャーナル部とケースとの間に設けた流体動圧軸受により支持した構成のものであり、ハンドピースの軸受構造として、特殊な専用構造となっている。そのため、組立作業性や製造コスト面で問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、歯科ハンドピース用としての流体動圧軸受装置の構成に着目することにより、転がり音をなくし、メンテナンスフリーを実現する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置および歯科ハンドピースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の発明者らは、前記課題を種々検討した結果、以下の新しい着想に至り、これらが相俟って本発明をなし得ることができた。
（１）歯科ハンドピースとして、転がり軸受と同サイズの汎用性の高い流体動圧軸受装 置を構成すること
（２）ラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた内方部材を焼結金属製とすること
（３）ラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた外方部材を板材のプレス加工により形 成すること
（４）前記外方部材として、内方部材をインサート部品とした樹脂の射出成形品とする こと
【０００９】
本発明は、切削工具を取り付け、タービンにより駆動される回転軸を一対の軸受部によってケースに回転自在に支持する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置であって、この流体動圧軸受装置は、ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外側部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間のラジアル軸受隙間およびスラスト軸受面間のスラスト軸受隙間を形成し、これらの軸受隙間に潤滑油を介在させて構成されており、前記外方部材がケースに取り付けられる外周面を有すると共に、前記内方部材が回転軸に取り付けられる内周面を有することを特徴とするものである。上記のような構成により、部品点数が少なく、高精度で、かつ低コストに製造可能であると共に静粛性に優れる。また、転がり軸受と同サイズで形成できるので、汎用性が高く、取り扱いに優れると共にメンテナンスフリーを実現することができる。
【００１０】
そして、内方部材のラジアル軸受面およびスラスト軸受面の少なくとも１つに動圧溝を形成することにより、潤滑油の動圧作用により回転軸を非接触に支持することができ、静粛性に優れる。
【００１１】
また、内方部材が焼結金属で形成される場合、内方部材のラジアル軸受面に動圧溝を転造加工する際の塑性流動を焼結金属の内部気孔で吸収できる。このため、塑性流動による表面の盛り上がりが抑えられ、動圧溝を精度良く形成することができる。
【００１２】
歯科ハンドピースは、毎分３０万回転を超える高速で運転される。回転軸と締め代等により取り付けられる焼結体からなる内方部材は、作用するフープ応力に耐える必要があるので、内方部材を構成する金属焼結体の材質は１００ＭＰa以上の引っ張り許容応力を有することが望ましい。
【００１３】
焼結体をセラミックスとすると、軽量化できるので、高速運転に有利である
【００１４】
一方、外方部材が、第１外方部材と第２外方部材の２つの部材から形成され、これら２つの部材の縦断面形状をいずれも略Ｌ字形状に形成した場合は、第１外方部材と第２外方部材の嵌合長さを確保でき、精度と結合状態を向上することができる。
【００１５】
第１外方部材の半径方向部の内側面および第２外方部材の半径方向部の内側面の少なくとも一つにプレス加工により動圧溝が形成されている。この場合、第１外方部材と第２外方部材を板材からプレス加工により成形する際に、動圧溝がプレス加工により形成されるので、動圧溝を高精度に、かつ効率よく形成できる。
【００１６】
第１外方部材および第２外方部材がステンレス系材料からなり、少なくとも内側に嵌合され、内周にラジアル軸受面を有する第２外方部材はＳＵＳ４３０としている。滅菌処理時に高湿雰囲気に暴露されても、耐食性に優れると共にプレス加工に適し、かつ耐摩耗性が良好である。
【００１７】
また、外方部材を、内方部材をインサート部品とした樹脂の射出成形品とすることができる。この場合には、部品点数および組立工数を削減することができる。
【００１８】
外方部材の樹脂成形部の軸方向の成形収縮により外方部材のスラスト軸受面を内方部材から剥離して、スラスト軸受隙間を形成したので、隙間の設定が容易となる。さらに、外方部材に芯金を設け、外方部材を、内方部材と、この内方部材の外径側に配置した芯金とをインサート部品として樹脂で射出成形したことにより、隙間を高精度に設定することが可能となる。
【００１９】
軸受隙間に充填する潤滑油は、人体に影響のないものを使用する。国際衛生科学財団（ＮＳＦ）の規格であるＮＳＦ Ｈ１基準を満たすものを使用する。そして、耐熱性および耐水性よりポリαオレフィン（ＰＡＯ）を基油とする潤滑油が望ましい。
【００２０】
ハンドピースのケースと流体動圧装置の外方部材との間にダンパー機構が設けられている。ダンパー機構としてメッシュバネなどを使用する。このダンパー機構により、治療時の荷重や振動を低減することができる。
【００２１】
ケースのタービン収容空間と外部とを連通する通気孔が設けられている。この通気孔により、加圧エアを供給してタービンを駆動した際、タービン収容空間の圧力上昇による流体動圧軸受装置の潤滑油が押し出されることを防止することができる。
【００２２】
回転軸の切削工具取り付け側において、ケースの内周面にシール部材を設け、このシール部材を回転軸の外周面と接触させる。シール部材としては、フェルトにワックス（潤滑油）をしみこませたものが好適である。このように流体動圧軸受装置とは別体のシール機構を設けたことにより、潤滑油の漏れを一層防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置よれば、部品点数が少なく、高精度で、かつ低コストに製造可能であるとともに静粛性に優れたものとなる。また、転がり軸受と同サイズで形成できるので、汎用性が高く、取り扱いに優れると共に、流体動圧軸受装置のメンテナンスフリー、ひいてはハンドピースのメンテナンスフリーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】歯科ハンドピースの外観図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の流体動圧軸受装置を組み込んだ歯科ハンドピースの縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の流体動圧軸受装置の縦断面図である。
【図４】内方部材に形成された動圧溝を示す正面図および側面図である。
【図５】図３の要部を拡大した縦断面図である。
【図６】第１実施形態の変形例の流体動圧軸受装置の縦断面図である。
【図７】第１実施形態の別の変形例を示す縦断面図である。
【図８】本発明の歯科ハンドピースの別の実施形態の縦断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の流体動圧軸受装置を組み込んだ歯科ハンドピースの縦断面図である。
【図１０】第２の実施形態の流体動圧軸受装置の縦断面図である。
【図１１】図１０の要部を拡大した縦断面図である。
【図１２】第２の実施形態の内方部材に形成された動圧溝を示す正面図である。
【図１３】第２の実施形態の変形例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１に、本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置が組み込まれるハンドピースの外観図を示す。歯科ハンドピース１は、把持部２の先端に設けたヘッド３のケース４内に回転軸を収容する。この回転軸に切削工具５を取り付けられ、他端のエア供給管から加圧エアを供給し、回転軸に取り付けられたタービン（図示省略）によりを切削工具５が回転駆動される。
【００２７】
図２は、図１のケース４の部分の縦断面図である。この図に基づき、本発明の第１の実施形態の歯科ハンドピース用流体軸受装置１０を説明する。図２にハンドピース１のケース４の内部を示す。タービン７が回転軸８のほぼ中央部に取り付けられ、回転軸８のタービン７の軸方向両側位置においてケース４と蓋部材９の内周面４ａ、９ａと回転軸８の外周面８ａとの間に流体動圧軸受装置１０、１０が組み込まれ、回転軸８がケース４に対して回転自在に支持される。詳細には、ケース４と蓋部材９の内周面４ａ、９ａの奥側に肩面４ｂ、９ｂが設けられており、この肩面４ｂ、９ｂに流体動圧軸受装置１０、１０の端部を当接させた状態で組み込まれている。流体動圧軸受装置１０、１０の外周面２７および内周面１１ａは、ケース４と蓋部材９の内周面４ａ、９ａおよび回転軸８の外周面８ａに軽圧入で組み込まれ、接着剤で固定される。ケース４のほぼ中央に大径内周面４ｂが形成され、この内部の空間４ｃにタービン７が収容される。ヘッド３の内部に設けられたエア供給管６からタービン７に加圧エアが噴きつけられ、タービン７が駆動される。回転軸８の先端には、図示しないが切削工具が取り付けられる。
【００２８】
図３に基づき、本実施形態の流体動圧軸受装置１０の構成を説明する。流体動圧軸受装置１０は、図３に示すように、内方部材１１と、この内方部材１１を回転自在に支持する外方部材２０とを備える。内方部材１１は、その内周面１１ａが回転軸８の外周面８ａに嵌合固定され、外方部材２０は、その外周面２５がケース４の内周面４ａに嵌合して取り付けられる（図２参照）。軸方向および半径方向で互いに対向する内方部材１１と外方部材２０の各面間（ラジアル軸受隙間Ｒおよびスラスト軸受隙間Ｔ）には潤滑油が介在している（図５参照）。尚、図１中の流体動圧軸受装置１０、１０は、同一構造である。
【００２９】
図３に示すように、内方部材１１は、焼結金属で形成され、外周面１２と両側面１３、１３を有する。外周面１２がラジアル軸受面１２Ｒを形成し、両側面１３、１３がスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔを形成する。外周面１２は円筒面状をなし、ラジアル軸受隙間Ｒに満たされた潤滑油に接触している（図５参照）。外周面１２には動圧溝１２ａが形成されている。詳細には、図４（ｂ）に示すように、外周面１２の全面に形成され、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１２ａと、これを区画する丘部１２ｂ（図中クロスハッチングで示す）とを、円周方向に交互に配置したヘリングボーン形状を呈する。動圧溝１２ａは、例えば転造加工により形成される。本実施形態では、内方部材１０が焼結金属で形成されるため、転造加工の圧迫による外周面１２の塑性流動を焼結金属の内部気孔で吸収できる。このため、塑性流動による内方部材１１の表面の盛り上がりが抑えられ、動圧溝１２ａと丘部１２ｂを精度良く形成することができる。
【００３０】
内方部材１１の両側面１３、１３は、軸線Ａに直角な半径方向の平坦面をなし、スラスト軸受隙間Ｔに満たされた潤滑油に接触している（図５参照）。両側面１３、１３には動圧溝１３ａ、１３ａが形成されている。詳細は、図４（ａ）、（ｃ）に示す。図４（ａ）は左側の側面１３を示し、図４（ｃ）は右側の側面１３を示す。図示のように、両側面１３、１３の内径側の一部を除いた部分に形成され、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１３ａ、１３ａと、これを区画する丘部１３ｂ、１３ｂ（図中クロスハッチングで示す）とを、円周方向に交互に配置したヘリングボーン形状を呈する。内方部材１１が焼結金属で形成されるため、両側面１３、１３の動圧溝１３ａ、１３ａは、プレス加工により精度良く形成することができる。また、内方部材１１のサイジングと同時に動圧溝１３ａ、１３ａを型成形することができる。
【００３１】
内方部材１１は、例えば内周面１１ａを回転軸８の外周面８ａに圧入（軽圧入）することにより、あるいは、内周面１１ａと回転軸８の外周面８ａとの間に接着剤を介在させることにより、回転軸８に固定される（図２参）。
【００３２】
歯科ハンドピース１は、毎分３０万回転を超える高速で運転される。回転軸８と締め代等により取り付けられる焼結体からなる内方部材１１は、作用するフープ応力に耐える必要があるので、内方部材１１を構成する金属焼結体の材質は１００ＭＰa以上の引っ張り許容応力を有することが望ましい。
【００３３】
また、内方部材１１の金属焼結体は、ステンレス系材料としている。具体的には、硫化マンガン（ＭｎＳ）が１〜３ｗｔ％添加されているＳＵＳ３０４とする。一般的な銅鉄系の金属焼結体では、引っ張り強度１００ＭＰａは確保できないが、ステンレス系材料であれば、焼結温度が１３００℃程度と高いため、上記の引っ張り強度１００ＭＰａを確保することができる。また、ステンレス系材料のため、滅菌処理を行っても金属焼結体の腐食を防止することができる。また、内方部材１１の、少なくともラジアル軸受面１２Ｒを形成する外周面１２は、焼結体の表面開孔率を２〜２０％とする。表面開孔率が２％未満では潤滑油の循環が十分でなく、表面開孔率が２０％を超えると潤滑油の圧力が低下する。さらに、焼結体の密度は、潤滑油の連通性や塑性加工性を維持するために、６〜８g／ｍｍ3とする。
【００３４】
図３に示すように、外方部材２０は、第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂの２つの部材から形成され、第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂは、共に、縦断面が略Ｌ字形状に形成されている。具体的には、第１外方部材２０ａは、円筒部２０ａ１と、この円筒部２０ａ１の一端に形成された半径方向部２０ａ２を有する。また、第２外方部材２０ｂは、円筒部２０ｂ１と、この円筒部２０ｂ１の一端に形成された半径方向部２０ｂ２を有する。第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂは、円筒部２０ａ１の外周面２１と円筒部２０ｂ１の内周面２２との間で嵌合され、接着剤を介在させて固定されている。第２外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１端面が第１外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の外側面より下がった位置にあるので、接着剤の注入がしやすい。
【００３５】
第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂは、共に板材をプレス加工して略Ｌ字形状に形成されている。この実施形態では、第１外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の内周面２９がラジアル軸受面２９Ｒを形成する。第１外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内側面２３および第２外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内側面２４が、それぞれスラスト軸受面２３Ｔ、２４Ｔを形成する。内周面２９および内側面２３、２４はいずれも凹凸のない滑らかな面で形成されている。第１外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内径側端部に小径内周面２５および第２外方部材２０ｂの内径側端部に小径内周面２６が形成されている。円筒部２０ａ１の外周面２１と円筒部２０ｂ１の内周面２２との間の嵌合長さが大きいので、安定した組立と固定結合を実現することができる。
【００３６】
この実施形態の流体動圧軸受１０のスラスト軸受隙間Ｔを設定して組み立てる方法としては、例えば、固定治具の上に前記第２外方部材２０ｂをそのスラスト軸受面２４が上方を向く姿勢で設置し、この第２外方部材２０ｂのスラスト軸受面２４Ｔに当接するよう内方部材１１を挿入し、第２外方部材のスラスト軸受面２４Ｔに内方部材１１のスラスト軸受面１３Ｔを当接させる。その後、移動治具より内方部材１１を第２外方部材２０ｂからスラスト軸受隙間の合計量（両側のスラスト軸受隙間分）だけ上方に隔離させる。その状態で、内方部材１１のスラスト軸受面１３Ｔに第１外方部材２０ａのスラスト軸受面２３Ｔが当接するまで、第１外方部材２０ａを第２外方部材２０ｂに押し込む。そして、両外方部材２０ａ、２０ｂを接着剤で固定する。この方法により、スラスト軸受隙間を高精度に、かつ容易に設定することができる。
【００３７】
第１外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内径側端部にある小径内周面２５および第２外方部材２０ｂの内径側端部にある小径内周面２６は、回転軸８の外周面８ａと適宜の隙間をもって対向している。小径内周面２５、２６には、潤滑油の漏れ出しを防止するために、撥油剤が塗布される。
【００３８】
歯科ハンドピース１では、滅菌処理時に高湿雰囲気に暴露されるため、腐食しやすい材料は使用せず、耐食性に優れるオーステナイト系ステンレス、例えば、ＳＵＳ３０４などが使用される。第１外方部材２０ａおよび第２外方部材２０ｂも、プレス加工に適し、かつ耐摩耗性を有するステンレス系材料を使用する。さらに、少なくとも内側に嵌合され、ラジアル軸受面およびスラスト軸受面を有する第１外方部材２０ａはＳＵＳ４３０を使用することが望ましい。
【００３９】
この実施形態では、動圧溝１２ａ、１３ａ、１３ａはヘリングボーン形状で一方向回転用である。回転方向を識別するために、第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂとが異なる色相の表面を有する。これにより、誤組みを防止することができる。異なる色相の表面を形成するために、異なる色相の材質を用いたり、表面処理を施す。
【００４０】
この実施形態の流体動圧軸受装置１０は、歯科ハンドピースとして、転がり軸受と同サイズ（外径、内径、幅寸法）で形成されており、汎用性の高く、取り扱いに優れている。
【００４１】
以上の構成からなる流体動圧軸受装置１０の内部空間には焼結金属製の内方部材１１の内部気孔を含めて、潤滑油が充填される。潤滑油は、図５に拡大して示すように、ラジアル軸受隙間Ｒの全域およびスラスト軸受隙間Ｔの内径端付近まで満たされる。潤滑油は、スラスト軸受隙間Ｔの毛細管力により外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に引き込まれる。潤滑油の油面は、スラスト軸受隙間Ｔに保持される。尚、説明を分かりやすくするため、ラジアル軸受隙間Ｒおよびスラスト軸受隙間Ｔは、誇張して図示している。
【００４２】
上記の軸受隙間に充填する潤滑油は、人体に影響のないものを使用する。そこで、国際衛生科学財団（ＮＳＦ）の規格であるＮＳＦ Ｈ１基準を満たすものを使用する。そして、耐熱性および耐水性よりポリαオレフィン（ＰＡＯ）を基油とする潤滑油が望ましい。
【００４３】
上記の流体動圧軸受装置１０を組み込んだ歯科ハンドピース１では、図２に示すように、ヘッド３の内部に設けられたエア供給管６からタービン７に加圧エアが噴きつけられてタービン７が駆動され、回転軸８が回転する。回転軸８が回転すると、図５に示すように、流体動圧軸受装置１０の内方部材１１の外周面１２と外方部材２０の内周面２１との間のラジアル軸受隙間Ｒおよびに内方部材１１の両側面１３、１３と外方部材２０の内側面２３、２４との間のスラスト軸受隙間Ｔに油膜が形成される。そして、回転軸２の回転に伴い、ラジアル軸受隙間Ｒの油膜の圧力が動圧溝１１ａにより高められ、この油膜の動圧作用により回転軸２および内方部材１０がケース４に取り付けられた外方部材２０に対して、ラジアル方向およびスラスト方向に非接触支持される。
【００４４】
本発明の第１の実施形態の変形例を図６に基づいて説明する。これ以降の実施形態では、前述した第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００４５】
この変形例では、内方部材１１はセラミックスで形成される。内方部材１１は、外周面１２と両側面１３、１３を有する。ラジアル軸受面１２Ｒおよびスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔには動圧溝１２ａ、１３ａ、１３ａが形成されている。内方部材１１は、セラミックス粉体を用いたセラミックス射出成形法、すなわち、ＣＩＭ（セラミックス・インジェクション・モールディング）成形法により形成される。セラミックス粉体とバインダーを混練して作った成形材料を射出成形した後、この成形体を焼結炉の中に入れて加熱し、バインダー成分を熱分解させる。例えば、このＣＩＭ成形では、内方部材１１のラジアル軸受面１２Ｒおよびスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔには動圧溝１２ａ、１３ａ、１３ａのない滑らかな表面形状で形成される。その後、動圧溝１２ａ、１３ａ、１３ａをレーザー加工することにより、高精度に仕上げることができる。
【００４６】
内方部材１１を構成するセラミックスの種類は特に限定されないが、耐摩耗性の面から、ジルコニア、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素および窒化アルミナが例示される。その中でも、他のセラミックスに比べて機械的強度が高く、靭性に優れるジルコニアが好ましい。また、ジルコニアは線膨張係数が金属とほぼ同等であるため他方の部材（例えば軸部材）を金属部材で構成しても温度変化による軸受隙間の変化が小さいので、望ましい。他の部分は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４７】
本発明の第１の実施形態の別の変形例を図７に基づいて説明する。この変形例では、スラスト方向の動圧溝２３ａ、２４ａが、第１外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内側面２３と第２外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内側面２４に、それぞれ形成されている。そして、内方部材１０の両側面１３、１３は、凹凸のない平滑な面で形成されている。スラスト方向の動圧溝２３ａ、２４ａは、例えば、第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂを板材からプレス加工により成形する際に、プレス加工により形成される。したがって、この動圧溝２３ａ、２４ａにおいても、高精度に形成できる。動圧溝２３ａ、２４ａの形状は、図４の（ａ）および（ｃ）に示すものと同様である。その他の部分は、第１の実施形態と同様である。
【００４８】
次に、本発明の歯科ハンドピースの別の実施形態を図８に基づいて説明する。この実施形態では、ケース４の内周面４a、蓋部材９の内周面９aと流体動圧軸受装置１０の外方部材２０との間にダンパー機構３０が設けられている。ダンパー機構３０としてメッシュバネなどを使用する。このダンパー機構３０により、治療時の荷重や振動を低減することができる。
【００４９】
ケース４のタービン収容空間４ｃと外部とを連通する通気孔３１、３２が設けられている。この通気孔３１、３２により、加圧エアを供給してタービン４を駆動した際、タービン収容空間４ｃの圧力上昇が抑制され、流体動圧軸受装置１０の潤滑油が押し出されることを防止することができる。
【００５０】
回転軸８の切削工具取り付け側において、ケース４の内周面にシール部材３３を設け、このシール部材３３を回転軸８の外周面８ａと接触させる。シール部材３３としては、フェルトにワックス（潤滑油）をしみこませたものが好適である。このように流体動圧軸受装置１０とは別体のシール機構を設けたことにより、潤滑油の漏れを一層防止することができる。
【００５１】
さらに、本発明の第２の実施形態の流体動圧軸受装置１０を図９〜図１２に基づいて説明する。図９は、本実施形態の流体動圧軸受装置１０を図１の歯科ハンドピースと同様のものに組み込んだ状態を示す。
【００５２】
図１０に示すように、この実施形態の流体動圧軸受装置１０では、内方部材１１の軸方向両側の側面１４、１４は、内方部材１１の軸方向中央面に関して対称な形状を成している。側面１４は、図１１に拡大して示すように、外径側に設けられたテーパ面１４ａと、内径側に設けられた平坦面１４ｂとからなる。テーパ面１４ａは、外径側に向けて軸方向中央部側（すなわち、側面１４、１４が互いに接近する側）に傾斜して設けられる。平坦面１４ｂは、テーパ面１４ａの内径端から内径側に延びる。テーパ面１４ａ及び平坦面１４ｂは、スラスト軸受隙間Ｔの潤滑油に接触する。本実施形態では、テーパ面１４ａ及び平坦面１４ｂは凹凸のない平滑な面で、それぞれスラスト軸受面１４ａＴ、１４ｂＴを形成する。
【００５３】
内方部材１１は、例えば金属でリング状に形成され、本実施形態では焼結金属で形成される。内方部材１１の外周面１２は円筒面状を成し、ラジアル軸受隙間Ｒに満たされた潤滑油に接触している（図１１参照）。内方部材１１の外周面１２はラジアル軸受面１２Ｒを形成し、動圧溝１２ａが形成される。本実施形態の動圧溝１２ａは、図１２に示すように、外周面１２の全面に形成され、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１２ａと、これを区画する丘部１２ｂ（図中クロスハッチングで示す）とを円周方向に交互に配列したヘリングボーン形状を呈する。動圧溝１２ａは、第１の実施形態と同様に、例えば転造加工により形成される。本実施形態では、内方部材１１が焼結金属で形成されるため、転造加工の圧迫による内方部材１１の外周面１２の塑性流動を焼結金属の内部気孔で吸収できる。このため、塑性流動による内方部材１１の表面の盛り上がりが抑えられ、動圧溝１２ａおよび丘部１２ｂを精度良く形成することができる。
【００５４】
内方部材１１の内周面１１ａは、図１０に示すように、軸方向両端部に設けられた面取り部１１ｂを有する。内方部材１１は、例えば内周面１１ａを回転軸８の外周面８ａに圧入（軽圧入）することにより、あるいは、内周面１１ａと回転軸８の外周面８ａとの間に接着剤を介在させることにより、回転軸８に固定される。
【００５５】
外方部材２０は、内方部材１１の外径側に配されたリング状を成し、芯金Ｍと、芯金Ｍをインサート部品として射出成形された樹脂成形部Ｎとで構成される。芯金Ｍは、例えば金属でリング状に形成され、本実施形態では焼結金属で形成される。図１０に示すように、芯金Ｍの外周面Ｍ１及び軸方向両端面Ｍ２、Ｍ２の全面と、内周面Ｍ３の軸方向両端部が、樹脂成形部Ｎにより密着保持されている。
【００５６】
外方部材２０は、軸方向断面が内径向きに開口した略コの字形状を成し、大径内周面２１と、大径内周面２９の軸方向両側に設けられた一対の小径内周面２５、２５と、大径内周面２９の軸方向両端部と小径内周面２５、２５との間に形成された一対の肩面２３、２３とを備える。大径内周面２９は、平滑な円筒面状に形成され、本実施形態では芯金Ｍの内周面Ｍ３で構成される。大径内周面２９は、ラジアル軸受面２９Ｔを形成する。大径内周面２９は、ラジアル軸受隙間Ｒを介して内方部材１１のラジアル軸受面１２Ｒを形成する外周面１２と対向する（図１１参照）。
【００５７】
小径内周面２５、２５は樹脂成形部Ｎに形成され、大径内周面２９より小径となっている。本実施形態では、小径内周面２５、２５が、内方部材１１の側面２３の平坦面２３ｂの径方向範囲内（図示例では、平坦面２３ｂの径方向略中央部）に位置している。小径内周面２５、２５には、潤滑油の漏れ出しを防止するために、撥油剤が塗布される。
【００５８】
一対の肩面２３、２３は樹脂成形部Ｎに形成され、軸方向中央面に関して対称な形状を成している。肩面２３は、図１１に拡大して示すように、外径側に設けられたテーパ面２３ａと、内径側に設けられた平坦面２３ｂとからなる。テーパ面２３ａは、外径側に向けて軸方向中央部側（すなわち、肩面２３、２３が互いに接近する側）に傾斜して設けられる。平坦面２３ｂは、テーパ面２３ａの内径端から内径側に延びる。テーパ面２３ａ及び平坦面２３ｂは、それぞれスラスト軸受面２３ａＴ、２３ｂＴを形成し、スラスト軸受隙間Ｔを介して、それぞれ内方部材１１の側面２３のテーパ面２３ａ及び平坦面２３ｂと対向する。本実施形態では、テーパ面２３ａ及び平坦面２３ｂは凹凸のない平滑な面となっている。
【００５９】
芯金Ｍの軸方向寸法は、内方部材１１の軸方向寸法よりも大きい。詳しくは、芯金Ｍの軸方向両端面Ｍ２、Ｍ２が、内方部材１１の側面１４、１４の平坦面１４ｂ、１４ｂ、及び、この面と軸方向に対向する外方部材２０の肩面２３、２３の平坦面２３ｂ（詳細は後述する）よりも、軸方向外側に位置している。これにより、樹脂成形部Ｎの芯金Ｍよりも内径側の部分が、芯金Ｍの軸方向両端面Ｍ２、Ｍ２よりも軸方向中央側に突出した状態となる。
【００６０】
外方部材２０の外周面２７は樹脂成形部Ｎに形成され、図１０に示すように、ケース４への取り付け面となる円筒面２７ａと、円筒面２７ａの軸方向両端部に設けられた面取り部２７ｂとを有する。円筒面２７ａ（取り付け面）は、ケース４側に圧入や接着等の適宜の手段で固定される。
【００６１】
外方部材２０は、芯金Ｍと内方部材１１をインサート部品として樹脂の射出成形で形成される。内方部材１１と外方部材２０の一体品のうち、外方部材２０の樹脂成形部Ｎには成形収縮が生じる。一般に、樹脂成形品の成形収縮は、肉厚の中央部に向けて生じる。図１０に示す樹脂成形部Ｎが軸方向中央側に成形収縮すると、外方部材２０の肩面２３が内方部材１１の側面１４に押し付けられる恐れがある。そこで、本実施形態では、外方部材２０に芯金Ｍをインサート部品として配置する。芯金Ｍは、内方部材１１よりも軸方向寸法が大きく、内方部材１１の軸方向両側にはみ出すように設けられる。この芯金Ｍにより、樹脂成形部Ｎの軸方向中央側への収縮を妨げている。すなわち、外方部材２０の肩面２３の軸方向の成形収縮は、芯金Ｍの軸方向両端面Ｍ２の軸方向位置を基準として生じ、この領域の樹脂成形部Ｎの樹脂は基準位置に向けて軸方向両側から収縮する。その結果、内方部材１１の側面１４に密着した外方部材２０の肩面２３が、内方部材１１から剥離する方向に収縮して、後退する。これにより、内方部材１１の側面１４と外方部材２０の肩面２３との間に軸方向の隙間が形成され、この隙間がスラスト軸受隙間Ｔとして機能する。
【００６２】
射出成形に際し、金型に内方部材１１と芯金Ｍを位置決めしたとき、内方部材１１の外周面１２と芯金Ｍの内周面Ｍ３との間の径方向隙間（ラジアル軸受隙間Ｒに相当する隙間）には、溶融樹脂が入り込まず、且つ、内方部材１１と外方部材２０（芯金Ｍ）とが滑らかに相対回転可能な値に設定する必要があり、例えば１０〜５０μｍ、好ましくは２０〜４０μｍの範囲内に設定される。本実施形態では、内方部材１１及び芯金Ｍを何れも成形性に優れた焼結金属で形成しているため、内方部材１１及び芯金Ｍを優れた寸法精度で成形することができる。従って、これらの間に形成される隙間を高精度に設定することができ、この隙間を上記のような微小な範囲内に設定することが可能となる。
【００６３】
この状態で溶融樹脂を射出する。溶融樹脂の主成分樹脂としては、収縮率が大きいもの（１％以上）が好ましく、例えばポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等を使用することができる。これらのうち、収縮率が特に大きいポリアセタールが最も好ましい。この主成分樹脂に、強化材や導電化材等の各種充填材を必要に応じて配合したものが溶融樹脂として用いられる。この溶融樹脂に配合する充填材の種類や配合量を適宜設定することで、射出成形時に、内方部材１１と芯金Ｍとの間の径方向隙間に溶融樹脂が入り込みにくくすることができる。
【００６４】
以上の構成からなる本実施形態の流体動圧軸受装置１０の内部空間には、焼結金属製の内方部材１１及び芯金Ｍの内部気孔を含めて、潤滑油が充填される。潤滑油は、図１１に示すように、ラジアル軸受隙間Ｒの全域及びスラスト軸受隙間Ｔの内径端付近まで満たされる。潤滑油は、スラスト軸受隙間Ｔの毛細管力により外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に引き込まれる。潤滑油の油面は、スラスト軸受隙間Ｔに保持され、好ましくは、スラスト軸受隙間Ｔの平坦面１３ｂ、２３ｂ間に保持される。
【００６５】
回転軸８が回転すると、流体動圧軸受装置１０の内方部材１１の外周面１２と外方部材２０の大径内周面２１（芯金Ｍの内周面Ｍ３）との間のラジアル軸受隙間Ｒに油膜が形成される。そして回転軸８の回転に伴い、ラジアル軸受隙間Ｒの油膜の圧力が動圧溝１２ａにより高められ、この油膜の動圧作用により回転軸８および内方部材１１が外方部材２０に対してラジアル方向に非接触支持される。
【００６６】
これと同時に、流体動圧軸受装置１０の内方部材１１の両側面１４、１４と、これらに対向する外方部材２０の肩面２３、２３のとの間のスラスト軸受隙間Ｔに油膜が形成される。そして回転軸８の回転に伴い、スラスト軸受隙間Ｔの油膜の圧力が高められ、この油膜の動圧作用により内方部材１１が外方部材２０に対して両スラスト方向に非接触支持される。
【００６７】
この実施形態では、スラスト軸受隙間Ｔに面する内方部材１１の側面１４や外方部材２０の肩面２３が、凹凸のない平滑な面に形成されているが、これに限らず、例えばスラスト軸受隙間Ｔを介して対向する何れか一方の面に、スラスト軸受隙間Ｔの潤滑油に動圧作用を積極的に発生させる動圧溝を形成してもよい（図示省略）。スラスト用の動圧溝を、スラスト軸受隙間Ｔの潤滑油を外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に押し込むポンプアウトタイプの動圧溝とすれば、潤滑油をラジアル軸受隙間Ｒ側に引き込むことができ、油漏れをより確実に防止できる。焼結金属製の内方部材１１にスラスト用動圧溝を形成すれば、内方部材１１のサイジングと同時に型成形することができる。一方、外方部材２０の樹脂成形部Ｎにスラスト用動圧溝を形成すれば、外方部材２０の射出成形と同時にスラスト用動圧溝を型成形することができる。
【００６８】
また、この実施形態では、内方部材１１の外周面１２に動圧溝１２ａを形成した場合を示したが、これに限らず、例えば内方部材１１の外周面１２を円筒面状とする一方で、これと径方向に対向する外方部材２０の大径内周面２１にラジアル動圧発生部を形成してもよい。あるいは、ラジアル軸受隙間Ｒを介して対向する内方部材１１の外周面１２及び外方部材２０の大径内周面２１を共に円筒面状とすることにより、いわゆる真円軸受を構成してもよい。この場合、何れの面にもラジアル用動圧溝は形成されていないが、内方部材１１の回転に伴ってラジアル軸受隙間Ｒの潤滑油が流動することにより、動圧作用が発生する。
【００６９】
本発明の第２の実施形態の変形例を図１３に示す。上記の第２の実施形態では、外方部材２０が芯金Ｍを有する場合を示しているが、これに限らず、例えば図１３に示すように、外方部材２０を樹脂成形部Ｎのみで構成してもよい。この場合、外方部材２０は、内方部材１１をインサート部品とした樹脂の射出成形で形成される。射出成形した後、樹脂成形部Ｎの成形収縮により、外方部材２０の大径内周面２１及び端面２３、２３が内方部材１０から剥離する。このとき、外方部材２０に芯金Ｍを設けなくても、外方部材２０の大径内周面２１及び端面２３、２３が内方部材１１から剥離する方向に成形収縮するような材料で、樹脂成形部Ｎを形成する必要がある。例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ）を主成分とする樹脂で樹脂成形部を形成すれば、上記のような成形収縮を生じさせることが可能である。
【００７０】
以上の実施形態では、動圧溝１２ａ、１３ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａをヘリングボーン形状で構成したが、スパイラル形状、ステップ形状、円弧形状など適宜の動圧溝で構成することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 歯科ハンドピース
４ ケース
７ タービン
８ 回転軸
１０ 流体動圧軸受装置
１１ 内方部材
１１ａ 内周面
１２ａ 動圧溝
１２Ｒ ラジアル軸受面
１２Ｔ スラスト軸受面
１３ａ 動圧溝
１３Ｔ スラスト軸受面
１４ａＴ スラスト軸受面
１４ｂＴ スラスト軸受面
２０ 外方部材
２０ａ 第１外方部材
２０ｂ 第２外方部材
２３ａ 動圧溝
２３Ｔ スラスト軸受面
２３ａＴ スラスト軸受面
２３ｂＴ スラスト軸受面
２４ａ 動圧溝
２４Ｔ スラスト軸受面
２７ 外周面
２９Ｒ ラジアル軸受面
３３Ｔ スラスト軸受面
３０ ダンパー機構
３１ ダンパー機構
３２ 連通孔
３３ シール部材
Ａ 軸線
Ｍ 芯金
Ｎ 樹脂成形部
Ｒ ラジアル軸受隙間
Ｔ スラスト軸受隙間
【技術分野】
【０００１】
この発明は、切削工具を取り付け、タービンにより駆動される回転軸をケースに回転自在に支持する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置および歯科ハンドピースに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科ハンドピースは、切削工具が回転軸の先端に取り付けられ、エアタービンにより駆動され、タービンが取り付けられた回転軸のタービンの軸方向両側を一対の転がり軸受で支持するタイプが一般的である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方、回転軸の後端部にタービンを設け、タービンの側面中央部とそれと相対する受面中央部にスラスト軸受を形成し、回転軸のジャーナル部とケースとの間に設けた流体動圧軸受により支持した構成のものが試みられた例がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１７３４５３号公報
【特許文献２】特開平６−２９２６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の転がり軸受で支持するタイプでは、転がり軸受の課題として、毎分３０万回転を超える高速回転の際の転がり音の低減や、高温高湿雰囲気にさらされる滅菌処理によって潤滑油が流れ出してしまうため、都度、潤滑油を補給しながら使用しなければならず、メンテナンスフリーの要求が高い。
【０００６】
特許文献２のハンドピースでは、回転軸の後端部にタービンを設け、タービンの側面中央部とそれと相対する受面中央部にスラスト軸受を形成し、回転軸のジャーナル部とケースとの間に設けた流体動圧軸受により支持した構成のものであり、ハンドピースの軸受構造として、特殊な専用構造となっている。そのため、組立作業性や製造コスト面で問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、歯科ハンドピース用としての流体動圧軸受装置の構成に着目することにより、転がり音をなくし、メンテナンスフリーを実現する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置および歯科ハンドピースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の発明者らは、前記課題を種々検討した結果、以下の新しい着想に至り、これらが相俟って本発明をなし得ることができた。
（１）歯科ハンドピースとして、転がり軸受と同サイズの汎用性の高い流体動圧軸受装 置を構成すること
（２）ラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた内方部材を焼結金属製とすること
（３）ラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた外方部材を板材のプレス加工により形 成すること
（４）前記外方部材として、内方部材をインサート部品とした樹脂の射出成形品とする こと
【０００９】
本発明は、切削工具を取り付け、タービンにより駆動される回転軸を一対の軸受部によってケースに回転自在に支持する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置であって、この流体動圧軸受装置は、ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外側部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間のラジアル軸受隙間およびスラスト軸受面間のスラスト軸受隙間を形成し、これらの軸受隙間に潤滑油を介在させて構成されており、前記外方部材がケースに取り付けられる外周面を有すると共に、前記内方部材が回転軸に取り付けられる内周面を有することを特徴とするものである。上記のような構成により、部品点数が少なく、高精度で、かつ低コストに製造可能であると共に静粛性に優れる。また、転がり軸受と同サイズで形成できるので、汎用性が高く、取り扱いに優れると共にメンテナンスフリーを実現することができる。
【００１０】
そして、内方部材のラジアル軸受面およびスラスト軸受面の少なくとも１つに動圧溝を形成することにより、潤滑油の動圧作用により回転軸を非接触に支持することができ、静粛性に優れる。
【００１１】
また、内方部材が焼結金属で形成される場合、内方部材のラジアル軸受面に動圧溝を転造加工する際の塑性流動を焼結金属の内部気孔で吸収できる。このため、塑性流動による表面の盛り上がりが抑えられ、動圧溝を精度良く形成することができる。
【００１２】
歯科ハンドピースは、毎分３０万回転を超える高速で運転される。回転軸と締め代等により取り付けられる焼結体からなる内方部材は、作用するフープ応力に耐える必要があるので、内方部材を構成する金属焼結体の材質は１００ＭＰa以上の引っ張り許容応力を有することが望ましい。
【００１３】
焼結体をセラミックスとすると、軽量化できるので、高速運転に有利である
【００１４】
一方、外方部材が、第１外方部材と第２外方部材の２つの部材から形成され、これら２つの部材の縦断面形状をいずれも略Ｌ字形状に形成した場合は、第１外方部材と第２外方部材の嵌合長さを確保でき、精度と結合状態を向上することができる。
【００１５】
第１外方部材の半径方向部の内側面および第２外方部材の半径方向部の内側面の少なくとも一つにプレス加工により動圧溝が形成されている。この場合、第１外方部材と第２外方部材を板材からプレス加工により成形する際に、動圧溝がプレス加工により形成されるので、動圧溝を高精度に、かつ効率よく形成できる。
【００１６】
第１外方部材および第２外方部材がステンレス系材料からなり、少なくとも内側に嵌合され、内周にラジアル軸受面を有する第２外方部材はＳＵＳ４３０としている。滅菌処理時に高湿雰囲気に暴露されても、耐食性に優れると共にプレス加工に適し、かつ耐摩耗性が良好である。
【００１７】
また、外方部材を、内方部材をインサート部品とした樹脂の射出成形品とすることができる。この場合には、部品点数および組立工数を削減することができる。
【００１８】
外方部材の樹脂成形部の軸方向の成形収縮により外方部材のスラスト軸受面を内方部材から剥離して、スラスト軸受隙間を形成したので、隙間の設定が容易となる。さらに、外方部材に芯金を設け、外方部材を、内方部材と、この内方部材の外径側に配置した芯金とをインサート部品として樹脂で射出成形したことにより、隙間を高精度に設定することが可能となる。
【００１９】
軸受隙間に充填する潤滑油は、人体に影響のないものを使用する。国際衛生科学財団（ＮＳＦ）の規格であるＮＳＦ Ｈ１基準を満たすものを使用する。そして、耐熱性および耐水性よりポリαオレフィン（ＰＡＯ）を基油とする潤滑油が望ましい。
【００２０】
ハンドピースのケースと流体動圧装置の外方部材との間にダンパー機構が設けられている。ダンパー機構としてメッシュバネなどを使用する。このダンパー機構により、治療時の荷重や振動を低減することができる。
【００２１】
ケースのタービン収容空間と外部とを連通する通気孔が設けられている。この通気孔により、加圧エアを供給してタービンを駆動した際、タービン収容空間の圧力上昇による流体動圧軸受装置の潤滑油が押し出されることを防止することができる。
【００２２】
回転軸の切削工具取り付け側において、ケースの内周面にシール部材を設け、このシール部材を回転軸の外周面と接触させる。シール部材としては、フェルトにワックス（潤滑油）をしみこませたものが好適である。このように流体動圧軸受装置とは別体のシール機構を設けたことにより、潤滑油の漏れを一層防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置よれば、部品点数が少なく、高精度で、かつ低コストに製造可能であるとともに静粛性に優れたものとなる。また、転がり軸受と同サイズで形成できるので、汎用性が高く、取り扱いに優れると共に、流体動圧軸受装置のメンテナンスフリー、ひいてはハンドピースのメンテナンスフリーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】歯科ハンドピースの外観図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の流体動圧軸受装置を組み込んだ歯科ハンドピースの縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の流体動圧軸受装置の縦断面図である。
【図４】内方部材に形成された動圧溝を示す正面図および側面図である。
【図５】図３の要部を拡大した縦断面図である。
【図６】第１実施形態の変形例の流体動圧軸受装置の縦断面図である。
【図７】第１実施形態の別の変形例を示す縦断面図である。
【図８】本発明の歯科ハンドピースの別の実施形態の縦断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の流体動圧軸受装置を組み込んだ歯科ハンドピースの縦断面図である。
【図１０】第２の実施形態の流体動圧軸受装置の縦断面図である。
【図１１】図１０の要部を拡大した縦断面図である。
【図１２】第２の実施形態の内方部材に形成された動圧溝を示す正面図である。
【図１３】第２の実施形態の変形例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１に、本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置が組み込まれるハンドピースの外観図を示す。歯科ハンドピース１は、把持部２の先端に設けたヘッド３のケース４内に回転軸を収容する。この回転軸に切削工具５を取り付けられ、他端のエア供給管から加圧エアを供給し、回転軸に取り付けられたタービン（図示省略）によりを切削工具５が回転駆動される。
【００２７】
図２は、図１のケース４の部分の縦断面図である。この図に基づき、本発明の第１の実施形態の歯科ハンドピース用流体軸受装置１０を説明する。図２にハンドピース１のケース４の内部を示す。タービン７が回転軸８のほぼ中央部に取り付けられ、回転軸８のタービン７の軸方向両側位置においてケース４と蓋部材９の内周面４ａ、９ａと回転軸８の外周面８ａとの間に流体動圧軸受装置１０、１０が組み込まれ、回転軸８がケース４に対して回転自在に支持される。詳細には、ケース４と蓋部材９の内周面４ａ、９ａの奥側に肩面４ｂ、９ｂが設けられており、この肩面４ｂ、９ｂに流体動圧軸受装置１０、１０の端部を当接させた状態で組み込まれている。流体動圧軸受装置１０、１０の外周面２７および内周面１１ａは、ケース４と蓋部材９の内周面４ａ、９ａおよび回転軸８の外周面８ａに軽圧入で組み込まれ、接着剤で固定される。ケース４のほぼ中央に大径内周面４ｂが形成され、この内部の空間４ｃにタービン７が収容される。ヘッド３の内部に設けられたエア供給管６からタービン７に加圧エアが噴きつけられ、タービン７が駆動される。回転軸８の先端には、図示しないが切削工具が取り付けられる。
【００２８】
図３に基づき、本実施形態の流体動圧軸受装置１０の構成を説明する。流体動圧軸受装置１０は、図３に示すように、内方部材１１と、この内方部材１１を回転自在に支持する外方部材２０とを備える。内方部材１１は、その内周面１１ａが回転軸８の外周面８ａに嵌合固定され、外方部材２０は、その外周面２５がケース４の内周面４ａに嵌合して取り付けられる（図２参照）。軸方向および半径方向で互いに対向する内方部材１１と外方部材２０の各面間（ラジアル軸受隙間Ｒおよびスラスト軸受隙間Ｔ）には潤滑油が介在している（図５参照）。尚、図１中の流体動圧軸受装置１０、１０は、同一構造である。
【００２９】
図３に示すように、内方部材１１は、焼結金属で形成され、外周面１２と両側面１３、１３を有する。外周面１２がラジアル軸受面１２Ｒを形成し、両側面１３、１３がスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔを形成する。外周面１２は円筒面状をなし、ラジアル軸受隙間Ｒに満たされた潤滑油に接触している（図５参照）。外周面１２には動圧溝１２ａが形成されている。詳細には、図４（ｂ）に示すように、外周面１２の全面に形成され、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１２ａと、これを区画する丘部１２ｂ（図中クロスハッチングで示す）とを、円周方向に交互に配置したヘリングボーン形状を呈する。動圧溝１２ａは、例えば転造加工により形成される。本実施形態では、内方部材１０が焼結金属で形成されるため、転造加工の圧迫による外周面１２の塑性流動を焼結金属の内部気孔で吸収できる。このため、塑性流動による内方部材１１の表面の盛り上がりが抑えられ、動圧溝１２ａと丘部１２ｂを精度良く形成することができる。
【００３０】
内方部材１１の両側面１３、１３は、軸線Ａに直角な半径方向の平坦面をなし、スラスト軸受隙間Ｔに満たされた潤滑油に接触している（図５参照）。両側面１３、１３には動圧溝１３ａ、１３ａが形成されている。詳細は、図４（ａ）、（ｃ）に示す。図４（ａ）は左側の側面１３を示し、図４（ｃ）は右側の側面１３を示す。図示のように、両側面１３、１３の内径側の一部を除いた部分に形成され、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１３ａ、１３ａと、これを区画する丘部１３ｂ、１３ｂ（図中クロスハッチングで示す）とを、円周方向に交互に配置したヘリングボーン形状を呈する。内方部材１１が焼結金属で形成されるため、両側面１３、１３の動圧溝１３ａ、１３ａは、プレス加工により精度良く形成することができる。また、内方部材１１のサイジングと同時に動圧溝１３ａ、１３ａを型成形することができる。
【００３１】
内方部材１１は、例えば内周面１１ａを回転軸８の外周面８ａに圧入（軽圧入）することにより、あるいは、内周面１１ａと回転軸８の外周面８ａとの間に接着剤を介在させることにより、回転軸８に固定される（図２参）。
【００３２】
歯科ハンドピース１は、毎分３０万回転を超える高速で運転される。回転軸８と締め代等により取り付けられる焼結体からなる内方部材１１は、作用するフープ応力に耐える必要があるので、内方部材１１を構成する金属焼結体の材質は１００ＭＰa以上の引っ張り許容応力を有することが望ましい。
【００３３】
また、内方部材１１の金属焼結体は、ステンレス系材料としている。具体的には、硫化マンガン（ＭｎＳ）が１〜３ｗｔ％添加されているＳＵＳ３０４とする。一般的な銅鉄系の金属焼結体では、引っ張り強度１００ＭＰａは確保できないが、ステンレス系材料であれば、焼結温度が１３００℃程度と高いため、上記の引っ張り強度１００ＭＰａを確保することができる。また、ステンレス系材料のため、滅菌処理を行っても金属焼結体の腐食を防止することができる。また、内方部材１１の、少なくともラジアル軸受面１２Ｒを形成する外周面１２は、焼結体の表面開孔率を２〜２０％とする。表面開孔率が２％未満では潤滑油の循環が十分でなく、表面開孔率が２０％を超えると潤滑油の圧力が低下する。さらに、焼結体の密度は、潤滑油の連通性や塑性加工性を維持するために、６〜８g／ｍｍ3とする。
【００３４】
図３に示すように、外方部材２０は、第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂの２つの部材から形成され、第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂは、共に、縦断面が略Ｌ字形状に形成されている。具体的には、第１外方部材２０ａは、円筒部２０ａ１と、この円筒部２０ａ１の一端に形成された半径方向部２０ａ２を有する。また、第２外方部材２０ｂは、円筒部２０ｂ１と、この円筒部２０ｂ１の一端に形成された半径方向部２０ｂ２を有する。第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂは、円筒部２０ａ１の外周面２１と円筒部２０ｂ１の内周面２２との間で嵌合され、接着剤を介在させて固定されている。第２外方部材２０ｂの円筒部２０ｂ１端面が第１外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の外側面より下がった位置にあるので、接着剤の注入がしやすい。
【００３５】
第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂは、共に板材をプレス加工して略Ｌ字形状に形成されている。この実施形態では、第１外方部材２０ａの円筒部２０ａ１の内周面２９がラジアル軸受面２９Ｒを形成する。第１外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内側面２３および第２外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内側面２４が、それぞれスラスト軸受面２３Ｔ、２４Ｔを形成する。内周面２９および内側面２３、２４はいずれも凹凸のない滑らかな面で形成されている。第１外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内径側端部に小径内周面２５および第２外方部材２０ｂの内径側端部に小径内周面２６が形成されている。円筒部２０ａ１の外周面２１と円筒部２０ｂ１の内周面２２との間の嵌合長さが大きいので、安定した組立と固定結合を実現することができる。
【００３６】
この実施形態の流体動圧軸受１０のスラスト軸受隙間Ｔを設定して組み立てる方法としては、例えば、固定治具の上に前記第２外方部材２０ｂをそのスラスト軸受面２４が上方を向く姿勢で設置し、この第２外方部材２０ｂのスラスト軸受面２４Ｔに当接するよう内方部材１１を挿入し、第２外方部材のスラスト軸受面２４Ｔに内方部材１１のスラスト軸受面１３Ｔを当接させる。その後、移動治具より内方部材１１を第２外方部材２０ｂからスラスト軸受隙間の合計量（両側のスラスト軸受隙間分）だけ上方に隔離させる。その状態で、内方部材１１のスラスト軸受面１３Ｔに第１外方部材２０ａのスラスト軸受面２３Ｔが当接するまで、第１外方部材２０ａを第２外方部材２０ｂに押し込む。そして、両外方部材２０ａ、２０ｂを接着剤で固定する。この方法により、スラスト軸受隙間を高精度に、かつ容易に設定することができる。
【００３７】
第１外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内径側端部にある小径内周面２５および第２外方部材２０ｂの内径側端部にある小径内周面２６は、回転軸８の外周面８ａと適宜の隙間をもって対向している。小径内周面２５、２６には、潤滑油の漏れ出しを防止するために、撥油剤が塗布される。
【００３８】
歯科ハンドピース１では、滅菌処理時に高湿雰囲気に暴露されるため、腐食しやすい材料は使用せず、耐食性に優れるオーステナイト系ステンレス、例えば、ＳＵＳ３０４などが使用される。第１外方部材２０ａおよび第２外方部材２０ｂも、プレス加工に適し、かつ耐摩耗性を有するステンレス系材料を使用する。さらに、少なくとも内側に嵌合され、ラジアル軸受面およびスラスト軸受面を有する第１外方部材２０ａはＳＵＳ４３０を使用することが望ましい。
【００３９】
この実施形態では、動圧溝１２ａ、１３ａ、１３ａはヘリングボーン形状で一方向回転用である。回転方向を識別するために、第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂとが異なる色相の表面を有する。これにより、誤組みを防止することができる。異なる色相の表面を形成するために、異なる色相の材質を用いたり、表面処理を施す。
【００４０】
この実施形態の流体動圧軸受装置１０は、歯科ハンドピースとして、転がり軸受と同サイズ（外径、内径、幅寸法）で形成されており、汎用性の高く、取り扱いに優れている。
【００４１】
以上の構成からなる流体動圧軸受装置１０の内部空間には焼結金属製の内方部材１１の内部気孔を含めて、潤滑油が充填される。潤滑油は、図５に拡大して示すように、ラジアル軸受隙間Ｒの全域およびスラスト軸受隙間Ｔの内径端付近まで満たされる。潤滑油は、スラスト軸受隙間Ｔの毛細管力により外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に引き込まれる。潤滑油の油面は、スラスト軸受隙間Ｔに保持される。尚、説明を分かりやすくするため、ラジアル軸受隙間Ｒおよびスラスト軸受隙間Ｔは、誇張して図示している。
【００４２】
上記の軸受隙間に充填する潤滑油は、人体に影響のないものを使用する。そこで、国際衛生科学財団（ＮＳＦ）の規格であるＮＳＦ Ｈ１基準を満たすものを使用する。そして、耐熱性および耐水性よりポリαオレフィン（ＰＡＯ）を基油とする潤滑油が望ましい。
【００４３】
上記の流体動圧軸受装置１０を組み込んだ歯科ハンドピース１では、図２に示すように、ヘッド３の内部に設けられたエア供給管６からタービン７に加圧エアが噴きつけられてタービン７が駆動され、回転軸８が回転する。回転軸８が回転すると、図５に示すように、流体動圧軸受装置１０の内方部材１１の外周面１２と外方部材２０の内周面２１との間のラジアル軸受隙間Ｒおよびに内方部材１１の両側面１３、１３と外方部材２０の内側面２３、２４との間のスラスト軸受隙間Ｔに油膜が形成される。そして、回転軸２の回転に伴い、ラジアル軸受隙間Ｒの油膜の圧力が動圧溝１１ａにより高められ、この油膜の動圧作用により回転軸２および内方部材１０がケース４に取り付けられた外方部材２０に対して、ラジアル方向およびスラスト方向に非接触支持される。
【００４４】
本発明の第１の実施形態の変形例を図６に基づいて説明する。これ以降の実施形態では、前述した第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００４５】
この変形例では、内方部材１１はセラミックスで形成される。内方部材１１は、外周面１２と両側面１３、１３を有する。ラジアル軸受面１２Ｒおよびスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔには動圧溝１２ａ、１３ａ、１３ａが形成されている。内方部材１１は、セラミックス粉体を用いたセラミックス射出成形法、すなわち、ＣＩＭ（セラミックス・インジェクション・モールディング）成形法により形成される。セラミックス粉体とバインダーを混練して作った成形材料を射出成形した後、この成形体を焼結炉の中に入れて加熱し、バインダー成分を熱分解させる。例えば、このＣＩＭ成形では、内方部材１１のラジアル軸受面１２Ｒおよびスラスト軸受面１３Ｔ、１３Ｔには動圧溝１２ａ、１３ａ、１３ａのない滑らかな表面形状で形成される。その後、動圧溝１２ａ、１３ａ、１３ａをレーザー加工することにより、高精度に仕上げることができる。
【００４６】
内方部材１１を構成するセラミックスの種類は特に限定されないが、耐摩耗性の面から、ジルコニア、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素および窒化アルミナが例示される。その中でも、他のセラミックスに比べて機械的強度が高く、靭性に優れるジルコニアが好ましい。また、ジルコニアは線膨張係数が金属とほぼ同等であるため他方の部材（例えば軸部材）を金属部材で構成しても温度変化による軸受隙間の変化が小さいので、望ましい。他の部分は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４７】
本発明の第１の実施形態の別の変形例を図７に基づいて説明する。この変形例では、スラスト方向の動圧溝２３ａ、２４ａが、第１外方部材２０ａの半径方向部２０ａ２の内側面２３と第２外方部材２０ｂの半径方向部２０ｂ２の内側面２４に、それぞれ形成されている。そして、内方部材１０の両側面１３、１３は、凹凸のない平滑な面で形成されている。スラスト方向の動圧溝２３ａ、２４ａは、例えば、第１外方部材２０ａと第２外方部材２０ｂを板材からプレス加工により成形する際に、プレス加工により形成される。したがって、この動圧溝２３ａ、２４ａにおいても、高精度に形成できる。動圧溝２３ａ、２４ａの形状は、図４の（ａ）および（ｃ）に示すものと同様である。その他の部分は、第１の実施形態と同様である。
【００４８】
次に、本発明の歯科ハンドピースの別の実施形態を図８に基づいて説明する。この実施形態では、ケース４の内周面４a、蓋部材９の内周面９aと流体動圧軸受装置１０の外方部材２０との間にダンパー機構３０が設けられている。ダンパー機構３０としてメッシュバネなどを使用する。このダンパー機構３０により、治療時の荷重や振動を低減することができる。
【００４９】
ケース４のタービン収容空間４ｃと外部とを連通する通気孔３１、３２が設けられている。この通気孔３１、３２により、加圧エアを供給してタービン４を駆動した際、タービン収容空間４ｃの圧力上昇が抑制され、流体動圧軸受装置１０の潤滑油が押し出されることを防止することができる。
【００５０】
回転軸８の切削工具取り付け側において、ケース４の内周面にシール部材３３を設け、このシール部材３３を回転軸８の外周面８ａと接触させる。シール部材３３としては、フェルトにワックス（潤滑油）をしみこませたものが好適である。このように流体動圧軸受装置１０とは別体のシール機構を設けたことにより、潤滑油の漏れを一層防止することができる。
【００５１】
さらに、本発明の第２の実施形態の流体動圧軸受装置１０を図９〜図１２に基づいて説明する。図９は、本実施形態の流体動圧軸受装置１０を図１の歯科ハンドピースと同様のものに組み込んだ状態を示す。
【００５２】
図１０に示すように、この実施形態の流体動圧軸受装置１０では、内方部材１１の軸方向両側の側面１４、１４は、内方部材１１の軸方向中央面に関して対称な形状を成している。側面１４は、図１１に拡大して示すように、外径側に設けられたテーパ面１４ａと、内径側に設けられた平坦面１４ｂとからなる。テーパ面１４ａは、外径側に向けて軸方向中央部側（すなわち、側面１４、１４が互いに接近する側）に傾斜して設けられる。平坦面１４ｂは、テーパ面１４ａの内径端から内径側に延びる。テーパ面１４ａ及び平坦面１４ｂは、スラスト軸受隙間Ｔの潤滑油に接触する。本実施形態では、テーパ面１４ａ及び平坦面１４ｂは凹凸のない平滑な面で、それぞれスラスト軸受面１４ａＴ、１４ｂＴを形成する。
【００５３】
内方部材１１は、例えば金属でリング状に形成され、本実施形態では焼結金属で形成される。内方部材１１の外周面１２は円筒面状を成し、ラジアル軸受隙間Ｒに満たされた潤滑油に接触している（図１１参照）。内方部材１１の外周面１２はラジアル軸受面１２Ｒを形成し、動圧溝１２ａが形成される。本実施形態の動圧溝１２ａは、図１２に示すように、外周面１２の全面に形成され、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１２ａと、これを区画する丘部１２ｂ（図中クロスハッチングで示す）とを円周方向に交互に配列したヘリングボーン形状を呈する。動圧溝１２ａは、第１の実施形態と同様に、例えば転造加工により形成される。本実施形態では、内方部材１１が焼結金属で形成されるため、転造加工の圧迫による内方部材１１の外周面１２の塑性流動を焼結金属の内部気孔で吸収できる。このため、塑性流動による内方部材１１の表面の盛り上がりが抑えられ、動圧溝１２ａおよび丘部１２ｂを精度良く形成することができる。
【００５４】
内方部材１１の内周面１１ａは、図１０に示すように、軸方向両端部に設けられた面取り部１１ｂを有する。内方部材１１は、例えば内周面１１ａを回転軸８の外周面８ａに圧入（軽圧入）することにより、あるいは、内周面１１ａと回転軸８の外周面８ａとの間に接着剤を介在させることにより、回転軸８に固定される。
【００５５】
外方部材２０は、内方部材１１の外径側に配されたリング状を成し、芯金Ｍと、芯金Ｍをインサート部品として射出成形された樹脂成形部Ｎとで構成される。芯金Ｍは、例えば金属でリング状に形成され、本実施形態では焼結金属で形成される。図１０に示すように、芯金Ｍの外周面Ｍ１及び軸方向両端面Ｍ２、Ｍ２の全面と、内周面Ｍ３の軸方向両端部が、樹脂成形部Ｎにより密着保持されている。
【００５６】
外方部材２０は、軸方向断面が内径向きに開口した略コの字形状を成し、大径内周面２１と、大径内周面２９の軸方向両側に設けられた一対の小径内周面２５、２５と、大径内周面２９の軸方向両端部と小径内周面２５、２５との間に形成された一対の肩面２３、２３とを備える。大径内周面２９は、平滑な円筒面状に形成され、本実施形態では芯金Ｍの内周面Ｍ３で構成される。大径内周面２９は、ラジアル軸受面２９Ｔを形成する。大径内周面２９は、ラジアル軸受隙間Ｒを介して内方部材１１のラジアル軸受面１２Ｒを形成する外周面１２と対向する（図１１参照）。
【００５７】
小径内周面２５、２５は樹脂成形部Ｎに形成され、大径内周面２９より小径となっている。本実施形態では、小径内周面２５、２５が、内方部材１１の側面２３の平坦面２３ｂの径方向範囲内（図示例では、平坦面２３ｂの径方向略中央部）に位置している。小径内周面２５、２５には、潤滑油の漏れ出しを防止するために、撥油剤が塗布される。
【００５８】
一対の肩面２３、２３は樹脂成形部Ｎに形成され、軸方向中央面に関して対称な形状を成している。肩面２３は、図１１に拡大して示すように、外径側に設けられたテーパ面２３ａと、内径側に設けられた平坦面２３ｂとからなる。テーパ面２３ａは、外径側に向けて軸方向中央部側（すなわち、肩面２３、２３が互いに接近する側）に傾斜して設けられる。平坦面２３ｂは、テーパ面２３ａの内径端から内径側に延びる。テーパ面２３ａ及び平坦面２３ｂは、それぞれスラスト軸受面２３ａＴ、２３ｂＴを形成し、スラスト軸受隙間Ｔを介して、それぞれ内方部材１１の側面２３のテーパ面２３ａ及び平坦面２３ｂと対向する。本実施形態では、テーパ面２３ａ及び平坦面２３ｂは凹凸のない平滑な面となっている。
【００５９】
芯金Ｍの軸方向寸法は、内方部材１１の軸方向寸法よりも大きい。詳しくは、芯金Ｍの軸方向両端面Ｍ２、Ｍ２が、内方部材１１の側面１４、１４の平坦面１４ｂ、１４ｂ、及び、この面と軸方向に対向する外方部材２０の肩面２３、２３の平坦面２３ｂ（詳細は後述する）よりも、軸方向外側に位置している。これにより、樹脂成形部Ｎの芯金Ｍよりも内径側の部分が、芯金Ｍの軸方向両端面Ｍ２、Ｍ２よりも軸方向中央側に突出した状態となる。
【００６０】
外方部材２０の外周面２７は樹脂成形部Ｎに形成され、図１０に示すように、ケース４への取り付け面となる円筒面２７ａと、円筒面２７ａの軸方向両端部に設けられた面取り部２７ｂとを有する。円筒面２７ａ（取り付け面）は、ケース４側に圧入や接着等の適宜の手段で固定される。
【００６１】
外方部材２０は、芯金Ｍと内方部材１１をインサート部品として樹脂の射出成形で形成される。内方部材１１と外方部材２０の一体品のうち、外方部材２０の樹脂成形部Ｎには成形収縮が生じる。一般に、樹脂成形品の成形収縮は、肉厚の中央部に向けて生じる。図１０に示す樹脂成形部Ｎが軸方向中央側に成形収縮すると、外方部材２０の肩面２３が内方部材１１の側面１４に押し付けられる恐れがある。そこで、本実施形態では、外方部材２０に芯金Ｍをインサート部品として配置する。芯金Ｍは、内方部材１１よりも軸方向寸法が大きく、内方部材１１の軸方向両側にはみ出すように設けられる。この芯金Ｍにより、樹脂成形部Ｎの軸方向中央側への収縮を妨げている。すなわち、外方部材２０の肩面２３の軸方向の成形収縮は、芯金Ｍの軸方向両端面Ｍ２の軸方向位置を基準として生じ、この領域の樹脂成形部Ｎの樹脂は基準位置に向けて軸方向両側から収縮する。その結果、内方部材１１の側面１４に密着した外方部材２０の肩面２３が、内方部材１１から剥離する方向に収縮して、後退する。これにより、内方部材１１の側面１４と外方部材２０の肩面２３との間に軸方向の隙間が形成され、この隙間がスラスト軸受隙間Ｔとして機能する。
【００６２】
射出成形に際し、金型に内方部材１１と芯金Ｍを位置決めしたとき、内方部材１１の外周面１２と芯金Ｍの内周面Ｍ３との間の径方向隙間（ラジアル軸受隙間Ｒに相当する隙間）には、溶融樹脂が入り込まず、且つ、内方部材１１と外方部材２０（芯金Ｍ）とが滑らかに相対回転可能な値に設定する必要があり、例えば１０〜５０μｍ、好ましくは２０〜４０μｍの範囲内に設定される。本実施形態では、内方部材１１及び芯金Ｍを何れも成形性に優れた焼結金属で形成しているため、内方部材１１及び芯金Ｍを優れた寸法精度で成形することができる。従って、これらの間に形成される隙間を高精度に設定することができ、この隙間を上記のような微小な範囲内に設定することが可能となる。
【００６３】
この状態で溶融樹脂を射出する。溶融樹脂の主成分樹脂としては、収縮率が大きいもの（１％以上）が好ましく、例えばポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等を使用することができる。これらのうち、収縮率が特に大きいポリアセタールが最も好ましい。この主成分樹脂に、強化材や導電化材等の各種充填材を必要に応じて配合したものが溶融樹脂として用いられる。この溶融樹脂に配合する充填材の種類や配合量を適宜設定することで、射出成形時に、内方部材１１と芯金Ｍとの間の径方向隙間に溶融樹脂が入り込みにくくすることができる。
【００６４】
以上の構成からなる本実施形態の流体動圧軸受装置１０の内部空間には、焼結金属製の内方部材１１及び芯金Ｍの内部気孔を含めて、潤滑油が充填される。潤滑油は、図１１に示すように、ラジアル軸受隙間Ｒの全域及びスラスト軸受隙間Ｔの内径端付近まで満たされる。潤滑油は、スラスト軸受隙間Ｔの毛細管力により外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に引き込まれる。潤滑油の油面は、スラスト軸受隙間Ｔに保持され、好ましくは、スラスト軸受隙間Ｔの平坦面１３ｂ、２３ｂ間に保持される。
【００６５】
回転軸８が回転すると、流体動圧軸受装置１０の内方部材１１の外周面１２と外方部材２０の大径内周面２１（芯金Ｍの内周面Ｍ３）との間のラジアル軸受隙間Ｒに油膜が形成される。そして回転軸８の回転に伴い、ラジアル軸受隙間Ｒの油膜の圧力が動圧溝１２ａにより高められ、この油膜の動圧作用により回転軸８および内方部材１１が外方部材２０に対してラジアル方向に非接触支持される。
【００６６】
これと同時に、流体動圧軸受装置１０の内方部材１１の両側面１４、１４と、これらに対向する外方部材２０の肩面２３、２３のとの間のスラスト軸受隙間Ｔに油膜が形成される。そして回転軸８の回転に伴い、スラスト軸受隙間Ｔの油膜の圧力が高められ、この油膜の動圧作用により内方部材１１が外方部材２０に対して両スラスト方向に非接触支持される。
【００６７】
この実施形態では、スラスト軸受隙間Ｔに面する内方部材１１の側面１４や外方部材２０の肩面２３が、凹凸のない平滑な面に形成されているが、これに限らず、例えばスラスト軸受隙間Ｔを介して対向する何れか一方の面に、スラスト軸受隙間Ｔの潤滑油に動圧作用を積極的に発生させる動圧溝を形成してもよい（図示省略）。スラスト用の動圧溝を、スラスト軸受隙間Ｔの潤滑油を外径側（ラジアル軸受隙間Ｒ側）に押し込むポンプアウトタイプの動圧溝とすれば、潤滑油をラジアル軸受隙間Ｒ側に引き込むことができ、油漏れをより確実に防止できる。焼結金属製の内方部材１１にスラスト用動圧溝を形成すれば、内方部材１１のサイジングと同時に型成形することができる。一方、外方部材２０の樹脂成形部Ｎにスラスト用動圧溝を形成すれば、外方部材２０の射出成形と同時にスラスト用動圧溝を型成形することができる。
【００６８】
また、この実施形態では、内方部材１１の外周面１２に動圧溝１２ａを形成した場合を示したが、これに限らず、例えば内方部材１１の外周面１２を円筒面状とする一方で、これと径方向に対向する外方部材２０の大径内周面２１にラジアル動圧発生部を形成してもよい。あるいは、ラジアル軸受隙間Ｒを介して対向する内方部材１１の外周面１２及び外方部材２０の大径内周面２１を共に円筒面状とすることにより、いわゆる真円軸受を構成してもよい。この場合、何れの面にもラジアル用動圧溝は形成されていないが、内方部材１１の回転に伴ってラジアル軸受隙間Ｒの潤滑油が流動することにより、動圧作用が発生する。
【００６９】
本発明の第２の実施形態の変形例を図１３に示す。上記の第２の実施形態では、外方部材２０が芯金Ｍを有する場合を示しているが、これに限らず、例えば図１３に示すように、外方部材２０を樹脂成形部Ｎのみで構成してもよい。この場合、外方部材２０は、内方部材１１をインサート部品とした樹脂の射出成形で形成される。射出成形した後、樹脂成形部Ｎの成形収縮により、外方部材２０の大径内周面２１及び端面２３、２３が内方部材１０から剥離する。このとき、外方部材２０に芯金Ｍを設けなくても、外方部材２０の大径内周面２１及び端面２３、２３が内方部材１１から剥離する方向に成形収縮するような材料で、樹脂成形部Ｎを形成する必要がある。例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ）を主成分とする樹脂で樹脂成形部を形成すれば、上記のような成形収縮を生じさせることが可能である。
【００７０】
以上の実施形態では、動圧溝１２ａ、１３ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａをヘリングボーン形状で構成したが、スパイラル形状、ステップ形状、円弧形状など適宜の動圧溝で構成することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 歯科ハンドピース
４ ケース
７ タービン
８ 回転軸
１０ 流体動圧軸受装置
１１ 内方部材
１１ａ 内周面
１２ａ 動圧溝
１２Ｒ ラジアル軸受面
１２Ｔ スラスト軸受面
１３ａ 動圧溝
１３Ｔ スラスト軸受面
１４ａＴ スラスト軸受面
１４ｂＴ スラスト軸受面
２０ 外方部材
２０ａ 第１外方部材
２０ｂ 第２外方部材
２３ａ 動圧溝
２３Ｔ スラスト軸受面
２３ａＴ スラスト軸受面
２３ｂＴ スラスト軸受面
２４ａ 動圧溝
２４Ｔ スラスト軸受面
２７ 外周面
２９Ｒ ラジアル軸受面
３３Ｔ スラスト軸受面
３０ ダンパー機構
３１ ダンパー機構
３２ 連通孔
３３ シール部材
Ａ 軸線
Ｍ 芯金
Ｎ 樹脂成形部
Ｒ ラジアル軸受隙間
Ｔ スラスト軸受隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具を取り付け、タービンにより駆動される回転軸を一対の軸受部によってケースに回転自在に支持する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置であって、この流体動圧軸受装置は、ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外方部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間にラジアル軸受隙間を形成し、かつスラスト軸受面間にスラスト軸受隙間を形成し、これらの軸受隙間に流体を介在させて構成されており、前記外方部材がケースに取り付けられる外周面を有すると共に、前記内方部材が回転軸に取り付けられる内周面を有することを特徴とする歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記軸受隙間に介在する流体が潤滑油であることを特徴とする請求項１に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記内方部材のラジアル軸受面およびスラスト軸受面の少なくとも１つに動圧溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記内方部材のラジアル軸受面の動圧溝が転造加工により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記内方部材が焼結体で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項６】
前記焼結体が、ステンレス系材料であることを特徴とする請求項５に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項７】
前記焼結体が、１００ＭＰa以上の引っ張り許容応力を有する金属焼結体であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項８】
前記焼結体が、セラミックスであることを特徴とする請求項５に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項９】
前記外方部材が、第１外方部材と第２外方部材の２つの部材から形成され、これら２つの部材の縦断面形状がいずれも略Ｌ字形状であり、第１外方部材の半径方向部の内側面にスラスト軸受面が形成されると共に、第２外方部材の円筒部内周面にラジアル軸受面が形成され、かつ半径方向部の内側面にスラスト軸受面が形成されたものであって、第１外方部材の円筒部内周面に第２外方部材の円筒部外周面が嵌合されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
前記第１外方部材の半径方向部の内側面および第２外方部材の半径方向部の内側面の少なくとも一つにプレス加工により動圧溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１１】
第１外方部材および第２外方部材がステンレス系材料であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１２】
第１外方部材および第２外方部材の内、少なくとも内側に嵌合される外方部材がＳＵＳ４３０であることを特徴とする請求項１１に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１３】
前記外方部材が、内方部材をインサート部品とした樹脂の射出成形品であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１４】
前記外方部材の樹脂成形部の軸方向の成形収縮により外方部材のスラスト軸受面を内方部材から剥離して、スラスト軸受隙間を形成したことを特徴とする請求項１３に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１５】
前記外方部材に芯金を設け、外方部材を、内方部材と、内方部材の外径側に配置した芯金とをインサート部品として樹脂で射出成形したことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１６】
前記内方部材の両スラスト面を、外径側に向かって互いに接近する方向に傾斜したテーパ状に形成し、このスラスト面を覆う半径方向部を前記外方部材に一体に射出成形したことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１７】
前記軸受隙間に介在する潤滑油がＮＳＦ Ｈ１基準を満たすことを特徴とする請求項２〜１６のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１８】
前記軸受隙間に介在する潤滑油がポリαオレフィン（ＰＡＯ）を基油とすることを特徴とする請求項２〜１７のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置を組み込んだ歯科ハンドピースであって、ケースと外方部材との間にダンパー機構を設けたことを特徴とする歯科ハンドピース。
【請求項２０】
前記ダンパー機構がメッシュバネによるものであることを特徴とする請求項１９に記載の歯科ハンドピース。
【請求項２１】
前記ハンドピースのケースにおけるタービン収容空間と外部とを連通する通気孔を設けたことを特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載の歯科ハンドピース。
【請求項２２】
前記ハンドピースの回転軸の切削工具取り付け側において、流体動圧軸受装置とは別体で、回転軸と接触するシール機構を設けたことを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース。
【請求項１】
切削工具を取り付け、タービンにより駆動される回転軸を一対の軸受部によってケースに回転自在に支持する歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置であって、この流体動圧軸受装置は、ラジアル軸受面とその両端に形成したスラスト軸受面を備えた外方部材と、この外方部材の内側に配置され、前記ラジアル軸受面とスラスト軸受面のそれぞれに対向するラジアル軸受面とスラスト軸受面を備えた内方部材とからなり、前記外方部材と内方部材のラジアル軸受面間にラジアル軸受隙間を形成し、かつスラスト軸受面間にスラスト軸受隙間を形成し、これらの軸受隙間に流体を介在させて構成されており、前記外方部材がケースに取り付けられる外周面を有すると共に、前記内方部材が回転軸に取り付けられる内周面を有することを特徴とする歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記軸受隙間に介在する流体が潤滑油であることを特徴とする請求項１に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記内方部材のラジアル軸受面およびスラスト軸受面の少なくとも１つに動圧溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記内方部材のラジアル軸受面の動圧溝が転造加工により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記内方部材が焼結体で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項６】
前記焼結体が、ステンレス系材料であることを特徴とする請求項５に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項７】
前記焼結体が、１００ＭＰa以上の引っ張り許容応力を有する金属焼結体であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項８】
前記焼結体が、セラミックスであることを特徴とする請求項５に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項９】
前記外方部材が、第１外方部材と第２外方部材の２つの部材から形成され、これら２つの部材の縦断面形状がいずれも略Ｌ字形状であり、第１外方部材の半径方向部の内側面にスラスト軸受面が形成されると共に、第２外方部材の円筒部内周面にラジアル軸受面が形成され、かつ半径方向部の内側面にスラスト軸受面が形成されたものであって、第１外方部材の円筒部内周面に第２外方部材の円筒部外周面が嵌合されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
前記第１外方部材の半径方向部の内側面および第２外方部材の半径方向部の内側面の少なくとも一つにプレス加工により動圧溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１１】
第１外方部材および第２外方部材がステンレス系材料であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１２】
第１外方部材および第２外方部材の内、少なくとも内側に嵌合される外方部材がＳＵＳ４３０であることを特徴とする請求項１１に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１３】
前記外方部材が、内方部材をインサート部品とした樹脂の射出成形品であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１４】
前記外方部材の樹脂成形部の軸方向の成形収縮により外方部材のスラスト軸受面を内方部材から剥離して、スラスト軸受隙間を形成したことを特徴とする請求項１３に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１５】
前記外方部材に芯金を設け、外方部材を、内方部材と、内方部材の外径側に配置した芯金とをインサート部品として樹脂で射出成形したことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１６】
前記内方部材の両スラスト面を、外径側に向かって互いに接近する方向に傾斜したテーパ状に形成し、このスラスト面を覆う半径方向部を前記外方部材に一体に射出成形したことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１７】
前記軸受隙間に介在する潤滑油がＮＳＦ Ｈ１基準を満たすことを特徴とする請求項２〜１６のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１８】
前記軸受隙間に介在する潤滑油がポリαオレフィン（ＰＡＯ）を基油とすることを特徴とする請求項２〜１７のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース用流体動圧軸受装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の流体動圧軸受装置を組み込んだ歯科ハンドピースであって、ケースと外方部材との間にダンパー機構を設けたことを特徴とする歯科ハンドピース。
【請求項２０】
前記ダンパー機構がメッシュバネによるものであることを特徴とする請求項１９に記載の歯科ハンドピース。
【請求項２１】
前記ハンドピースのケースにおけるタービン収容空間と外部とを連通する通気孔を設けたことを特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載の歯科ハンドピース。
【請求項２２】
前記ハンドピースの回転軸の切削工具取り付け側において、流体動圧軸受装置とは別体で、回転軸と接触するシール機構を設けたことを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の歯科ハンドピース。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２０６１２１（Ｐ２０１１−２０６１２１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４４４６（Ｐ２０１０−７４４４６）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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