Brevet FR2868940A1 — publié le 20051021

L'invention concerne un instrument à main de dentiste avec un roulement présentant des composants en céramique. Dans de tels roulements sont présents plusieurs éléments de roulement qui sont guidés et maintenus distants l'un de l'autre au moyen d'une cage. Les cages en plastique selon l'état de la technique ont certes une longévité qui est de 2.000 à 5.000 cycles de stérilisation, mais présentent de mauvaises propriétés de fonctionnement de secours. Par ailleurs, la résistance aux températures des matériaux de cage en matière plastique limite le procédé de stérilisation à la stérilisation par vapeur d'eau à des températures habituelles de 134 C ou à une stérilisation à l'air chaud à 180 C. La défaillance des cages en matière plastique typiques connues est attribuée à des élévations par suite de la friction, lesquelles laquelle se détachent ou fondent des provoquer des dépôts sur les éléments davantage l'usure. Du document WO 90/14049 de dentiste avec un outil de moins les éléments de roulement d'un roulement sans cage sont réalisés en un matériau céramique. Cet instrument peut être stérilisé et fonctionner sans lubrification des roulements. Du document DE 198 43 951 Al est connue une pièce à main de dentiste dans le système d'entraînement duquel est prévu un aménagement de roulement destiné au montage d'un arbre de moteur. L'aménagement de roulement présente plusieurs éléments de roulement qui sont réalisés en un matériau non conducteur électrique, en particulier en un matériau céramique. Par ailleurs, les bagues de roulement du roulement peuvent être réalisées en un matériau céramique. Comme matériau, il est proposé en particulier le nitrure de silicium. Dans le document DE 196 12 571 Al, il est proposé, pour 35 les roulements sans cage, de disposer, entre les éléments de roulement en céramique, des éléments de roulement individuels en de la température locale endommagent la cage de particules, ce qui peut de roulement, favorisant Al est connu un instrument à main traitement rotatif dans lequel au matière plastique qui sont imbibés d'un lubrifiant, dégagent du lubrifiant et/ou sont réalisés en un matériau autolubrifiant. Le principal problème avec les roulements sans cage réside dans le fait que dans la zone de contact entre deux éléments de roulement, par suite des composantes de direction différente des éléments de roulement entrant en contact l'un avec l'autre, des vitesses doubles sont atteintes et, de ce fait, il y a un risque particulier d'usure. L'objet de l'invention consiste à améliorer davantage la longévité d'un roulement d'un instrument à main de dentiste. Par ailleurs, il y a lieu de tenir compte en particulier de l'aptitude à la stérilisation du roulement et également du problème de la lubrification du roulement. Selon l'invention, un instrument à main de dentiste avec au moins un roulement présentant des composants en céramique à plusieurs éléments de roulement guidés au moyen d'une cage est réalisé de sorte que la cage est réalisée, au moins à l'endroit des surfaces de guidage, en céramique. Par rapport aux cages typiques en matière plastique utilisées jusqu'ici, la résistance aux températures est augmentée et l'usure est réduite, en particulier lorsqu'il existe un manque de lubrification ou qu'une lubrification est totalement omise. Le guidage de la cage peut avoir lieu sur la bague intérieure ou sur la bague extérieure ou par les éléments de roulement. Par l'utilisation d'une céramique adaptée au cas d'application, il est, en particulier, également possible de créer de bonnes qualités de glissement et de réduire la friction. En particulier dans l'association de matériaux céramique/acier pour cage/bille ou cage/bague de roulement, le bon comportement à la friction entraîne une usure fortement réduite dans le domaine du guidage de la cage, mais aussi dans le domaine du guidage des billes dans la cage. L'utilisation d'une cage qui est entièrement réalisée en céramique présente, par ailleurs, l'avantage que, en cas d'utilisation des roulements dans un champ magnétique, il ne se produit pas de perte de courant de Foucault provoqué par la cage, comme ce serait le cas avec des cages métalliques. De ce fait, les propriétés positives d'une cage en matière plastique sont entièrement obtenues. En outre, la production de telles cages peut être plus simple. Un autre avantage est la résistance à la stérilisation de la céramique. La céramique est, dans les conditions de stérilisation données, très largement chimiquement inerte et résiste aux sollicitations dues à la vapeur et à la chaleur. Il est avantageusement utilisé une céramique dont la densité est inférieure à celle du métal et, ici en particulier de l'acier. Non seulement la densité entre dans le calcul du couple d'inertie de la masse, mais la formation géométrique de la construction de cage a également une influence. Si le volume de construction peut être réduit, cela peut avoir des avantages décisifs. Ainsi, les propriétés dynamiques lors de l'accélération et de la décélération sont améliorées. S'il est recherché une isolation électrique à l'aide du roulement, ce pourquoi, selon l'état de la technique, par exemple les éléments de roulement ou les bagues de roulement ou l'ensemble peuvent être réalisés en céramique, la ligne d'air et de fuite peut être agrandie en cas d'utilisation d'une cage en céramique, par rapport à une cage en métal. Par contre, les cages en matière plastique renforcée de carbone présentent l'inconvénient qu'elles ne présentent pas de bonnes propriétés d' isolation. En cas de sollicitation, la céramique présente un module d'élasticité qui correspond au moins à celui de l'acier, mais qui, en règle générale, est même encore plus élevé. Avantageusement, l'instrument à main de dentiste est équipé d'une cage dont le revêtement céramique ou le matériau de cage consiste en du nitrure de silicium (Si3N4). Le nitrure de silicium s'avère, quant à ses propriétés physiques et chimiques, particulièrement approprié pour utilisation dans le domaine dentaire. Selon un développement avantageux, la céramique utilisée est poreuse au moins à la surface de la cage, à l'endroit des surfaces de guidage, pour absorber du lubrifiant. Ce lubrifiant est dégagé pendant le fonctionnement et évite un manque de lubrification. Selon un autre développement avantageux, la cage est pourvue, au moins à l'endroit des surfaces de guidage, d'un revêtement qui est réalisé plus dur que les matières étrangères non désirées, telles que par exemple des particules métalliques ou des particules de carbone du moteur électrique d'entraînement, de sorte que puisse être évité un dépôt de particules sur la surface de guidage et que, par suite de la dureté de la céramique, il ne se produise pas d'incrustation dans la surface. Il peut donc s'agir ici, dans l'ensemble, d'un revêtement monocouche ou multicouche. Les particules métalliques peuvent être libérées, par exemple, par abrasion. L'utilisation de cages qui contiennent des composants en céramique présente, par ailleurs, l'avantage que la dilatation thermique de la céramique peut être influencée par le choix approprié de la composition du matériau, de sorte que, en cas de variations thermiques, les fentes de guidage des roulements et du guidage de cage varient de manière souhaitée ou restent constantes, donc, en particulier, que la fente ne devienne pas trop grande, mais pas non plus trop petite. Par ailleurs, en particulier dans le cas d'une cage en céramique massive, il peut être prévu des points de rupture de consigne qui facilitent un démontage. La céramique est, typiquement, sensible à la rupture et peut être facilement cassée pour le démontage. Avantageusement, la cage présente d'autres alésages qui ne servent pas au guidage des éléments de roulement. Ces alésages contribuent à une réduction de poids et à une diminution de l'inertie de masse. Avantageusement, la cage peut être renforcée par une ou 35 plusieurs bagues non céramiques, afin de s'opposer aux forces centrifuges. Cela est avantageux en particulier dans le cas d'une cage en céramique massive. Les bagues peuvent être disposées sur le pourtour extérieur de la cage. Les bagues de renforcement sont, dans ce cas, de préférence réalisées en métal. Par ailleurs, il peut être avantageux que les bagues de renforcement soient prétendues, de sorte qu'il soit garanti que la cage est toujours soumise à un effort de compression, même à un grand nombre de tours. Avantageusement, l'instrument à main de dentiste est entraîné par une turbine et le roulement fonctionne à au moins 200.000 t/min (3.333 t/sec.) . De ce fait, un instrument à main de dentiste avec un roulement présentant des éléments en céramique peut être utilisé à des endroits de traitement existants où de l'air comprimé est mis à disposition. Une autre réalisation avantageuse de l'instrument à main de dentiste réside dans le fait que l'instrument à main présente, pour l'entraînement, un moteur électrique et que le roulement est disposé à l'endroit du moteur et peut fonctionner à un nombre de tours de jusqu'à 50.000 t/min (833 t/sec.). Cela permet le fonctionnement d'un instrument à main de dentiste lorsqu'un instrument à main à entraînement par turbine ne peut pas fonctionner ou n'est pas souhaité. Il est particulièrement avantageux que le roulement serve au montage des arbres d'entraînement, pour lesquels ils seront 25 préférés aux roulements traditionnels. Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés dans le dessin, dans lequel: - la figure 1 illustre un instrument à main dans une réalisation comme turbine, - la figure 2 illustre un instrument à main de dentiste sous forme d'une pièce coudée à moteur électrique, - la figure 3A illustre un roulement de la turbine de la figure 1 avec une cage à surfaces de guidage présentant un revêtement, - la figure 3B illustre un roulement de la turbine de la figure 1 en coupe selon la ligne A-A de la figure 3A, - la figure 4 illustre une cage à points de rupture de consigne et plusieurs bagues de renforcement, - la figure 5 illustre une découpe de surface d'une cage à surface poreuse à l'endroit des guides. La figure 1 illustre un instrument à main de dentiste 1 selon l'invention dans lequel est utilisée, comme entraînement, une turbine actionnée par de l'air comprimé. La turbine se situe dans l'élément de tête 2 de l'instrument à main 1, mais n'est toutefois pas visible sur le dessin. Comme roulement de la turbine peut être utilisé un roulement présentant des éléments en céramique, comme illustré aux figures 3A, 3B. La figure 2 illustre un instrument à main de dentiste selon l'invention 3 dont l'entraînement est réalisé sous forme de moteur électrique. Un roulement selon l'invention peut servir ici, par exemple, pour le montage d'un arbre d'entraînement dans un instrument à main ou de l'arbre de moteur dans un moteur. La figure 3A illustre une vue en coupe d'un roulement 4 présentant des éléments en céramique, dans lequel sont utilisées, comme éléments de roulement, des billes 5 qui sont en contact avec la bague intérieure 6 et la bague extérieure 7 du roulement 4. Les billes 5 sont guidées par une cage 8 qui présente, sur la surface de guidage latérale 8.1 orientée vers la bague intérieure 6 et sur la surface de guidage radiale 8.2 orientée vers les éléments de roulement 5, au moins sur la surface, un revêtement 9, 10 en céramique ou en céramique de verre. Par ailleurs, le revêtement 9, 10 peut être poreux. La porosité assure une absorption de lubrifiant dans le matériau du revêtement, de sorte que la lubrification du roulement 4 est également assurée lorsqu'il n'est pas alimenté de lubrifiant neuf de l'extérieur. Le roulement 4 sert à recevoir un arbre 11 auquel est fixée la bague intérieure 6. La figure 3B illustre un roulement 4 présentant des composants en céramique montrant dans une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 3A. On peut voir la surface de guidage 8.3 dans le sens circonférentiel, laquelle porte également un revêtement 10. La cage 8 peut également être réalisée entièrement en céramique ou en céramique de verre. Dans ce cas aussi, un revêtement supplémentaire est possible, mais n'est pas indispensable. La figure 4 illustre une cage 12 qui, outre les guides d'éléments de roulement latéraux 13, présente des points de rupture 14 qui, d'une part, contribuent à une diminution du couple d'inertie du roulement et, d'autre part, sont souvent souhaités dans le sens d'un entretien aisé. En outre sont présents des alésages 14' qui entraînent une réduction supplémentaire du couple d'inertie. De plus, la cage 12 est renforcée, sur son pourtour extérieur, de bagues de renforcement 15 qui protègent mieux la cage 12 contre les forces centrifuges et les sollicitations de choc, telles qu'elles se produisent souvent dans le quotidien du traitement dentaire, étant donné que les bagues de renforcement 15 confèrent à la cage 12 une plus grande résistance et permettent, de ce fait, un nombre de tours plus élevé du roulement 4. A cet effet, les bagues de renforcement 15 sont, de préférence, montées sous prétension, ce qui présente l'avantage que la cage 12 est, même à des nombres de tours élevés, toujours soumise à un effort de compression. Cela augmente davantage la longévité du roulement 4. La cage 12, développée par rapport à la cage 8, est, sur ses surfaces de guidage 12.1, 12.2, 12.3, également pourvue d'une couche poreuse 9, 10, pour obtenir, en ce qui concerne les propriétés de lubrification, les mêmes avantages qu'avec la cage 8 illustrée aux figures 3a et 3b. Il est possible d'équiper le roulement 4, qui est représenté aux figures 3a et 3b, alternativement à la cage 8, de la cage développée 12. Inversement, la cage 8 des figures 3A, 3B peut également être équipée d'une ou plusieurs bagues de renforcement. La figure 5 illustre une vue en coupe de la surface de la cage 8 ou 12. Sur le matériau de base 16 de la cage 8, 12 est appliqué un revêtement de céramique poreuse 9 qui est au moins aussi profond que soit possible une imbibition de lubrifiant de la surface de ce revêtement. Le revêtement poreux 9, 10 peut être appliqué, dans le cas de cages qui consistent en un matériau de base céramique ou non céramique, par des procédés de revêtement connus ou, dans le cas de cages qui sont réalisées en un matériau de base céramique ou céramique de verre, par des étapes de traitement spéciales dans le procédé de façonnage. La grandeur et le nombre de pores 17 sont choisis tels que, d'une part, le lubrifiant puisse pénétrer dans la couche poreuse 9, d'autre part, la surface de la cage 8 présente une dureté qui est assez élevée pour résister aux sollicitations au cours du fonctionnement dans le cabinet. Les valeurs de friction des partenaires de friction du roulement 4 peuvent augmenter au cours du temps par abrasion métallique ou d'autres crasses, par exemple, poussières de carbone, et le roulement peut, par une utilisation inadéquate, être soumis à des sollicitations qui entraînent des pointes de sollicitation concentrées spatialement dans le roulement 4 et pourraient provoquer des éclatements de matériaux. Aussi, les surfaces de guidage, qu'elles soient réalisées sous forme de revêtement en céramique ou en céramique de verre ou de matériau massif, doivent être réalisées de sorte que ces sollicitations soient supportées sans raccourcir la longévité prévue. REVENDICATIONS 1. Instrument à main de dentiste (1, 3) avec au moins un roulement présentant des composants en céramique (4), le roulement (4) présentant plusieurs éléments de roulement (5) qui sont guidés au moyen d'une cage (8, 12), caractérisé par le fait que la cage (8, 12) est réalisée, au moins à l'endroit des surfaces de guidage (8.1-8.3, 12.1-12.3) en céramique ou en céramique de verre. 2. Instrument à main de dentiste (1, 3) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la céramique est un 10 nitrure de silicium (S13N4). 3. Instrument à main de dentiste (1, 3) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la céramique présente, au moins à l'endroit des surfaces de guidage (8.1-8.3, 12.1-1.2.3), une porosité qui convient pour l'absorption de lubrifiant. 4. Instrument à main de dentiste (1, 3) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la surface de guidage (8.1-8.3, 12.1-12. 3) de la cage (8, 12) présente un revêtement (9, 10) qui est plus dur que les particules étrangères non désirées, en particulier les particules métalliques ou les particules de carbone d'un moteur électrique d'entraînement. 5. Instrument à main de dentiste (1, 3) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la dilatation thermique de la cage (8, 12) correspond à la dilatation thermique des éléments de roulement (5) et/ou des bagues de roulement (6, 7). 6. Instrument à main de dentiste (1, 3) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la cage (8, 12) présente des points de rupture de consigne pour un démontage destructif. 7. Instrument à main de dentiste (1, 3) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la cage (8, 12) présente d'autres alésages qui servent à la réduction du poids et de l'inertie de masse. 8. Instrument à main de dentiste (1, 3) selon les revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la cage (8, 12) est renforcée par une ou plusieurs bagues non céramiques (15). 9. Instrument à main de dentiste (1, 3) selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les bagues (15) sont prétendues. 10. Instrument à main de dentiste (1, 3) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'instrument à main de dentiste (1) présente une turbine et que le roulement (4) peut fonctionner à au moins 200.000 t/min. (3.333 t/sec.). 11. Instrument à main de dentiste (1, 3) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'instrument à main de dentiste (3) présente un moteur électrique et que le roulement (4) est disposé à l'endroit du moteur et peut fonctionner à des rotations de jusqu'à 50.000 t/min. (833 t/sec.) . 12. Instrument à main de dentiste (3) selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comprend un arbre d'entraînement pouvant fonctionner en particulier à des rotations de jusqu'à 200.000 t/min. (3. 333 t/sec.).