(57)【要約】【課題】歯科用ハンドピースの寿命を長くできる歯科用ハンドピースに用いる玉軸受の保持器および該保持器を備えた玉軸受を提供すること。【解決手段】本発明に係る歯科用ハンドピースに用いる保持器は、樹脂組成物を含むもみ抜き型の保持器であって、前記樹脂組成物は、ポリアミドイミドおよびグラファイト粒子を含み、前記グラファイト粒子の粒子径は、実質的に３μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあり、前記グラファイト粒子は、前記樹脂組成物１００質量％中に１０質量％以上５０質量％以下の量で含まれる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂組成物を含むもみ抜き型の保持器であって、
前記樹脂組成物は、ポリアミドイミドおよびグラファイト粒子を含み、
前記グラファイト粒子は、前記樹脂組成物１００質量％中に１０質量％以上５０質量％以下の量で含まれ、
前記グラファイト粒子の粒子径は、実質的に３μｍ以上５０μｍ以下の範囲にある歯科用ハンドピースに用いる保持器。
【請求項２】
請求項１に記載の保持器を備えた歯科用ハンドピースに用いる玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯科用ハンドピースに用いる玉軸受および該玉軸受の保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。上記保持器としては、ポリエーテルエーテルケトンを含む樹脂組成物またはポリフェニレンサルファイドを含む樹脂組成物から得られた保持器が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４９６２１０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、歯科用ハンドピースを使用する際には、工具を回転可能に支持する玉軸受を高速回転（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。しかしながら、玉軸受の保持器は、上記のような高速回転に伴う遠心力が作用すると、変形する場合がある。保持器が変形すると、転導体と保持器との摩擦が大きくなったり、あるいは内輪または外輪と保持器との接触摩耗が生じたりして、玉軸受の回転数が低下する。最悪の場合には、玉軸受が早期に焼き付いて回転が止まることもある。
【０００５】
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、歯科用ハンドピースの寿命を長くできる歯科用ハンドピースに用いる玉軸受の保持器および該保持器を備えた玉軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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歯科用ハンドピースに用いる保持器は、樹脂組成物を含むもみ抜き型の保持器であって、上記樹脂組成物は、ポリアミドイミドおよびグラファイト粒子を含み、上記グラファイト粒子の粒子径は、実質的に３μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあり、上記グラファイト粒子は、上記樹脂組成物１００質量％中に１０質量％以上５０質量％以下の量で含まれる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、玉軸受の寿命、ひいては玉軸受を備えた歯科用ハンドピースの寿命を長くできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、歯科用ハンドピースの外観図である。
【図２】図２は、歯科用ハンドピースのヘッド部の断面図である。
【図３】図３は、ヘッド部に用いられる玉軸受の断面図である。
【図４】図４は、玉軸受に用いられる保持器の斜視図である。
【図５】図５は、実施例１、実施例４および比較例４に用いたグラファイト粒子の粒度分布を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
本実施の形態に係る保持器および該保持器を備えた玉軸受は、歯科用ハンドピースに好適に用いられる。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、回転軸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は回転軸５に装着され、回転軸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、回転軸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から加圧空気を供給すると、タービン翼７が高速回転する。これにより、回転軸５および工具３も高速回転させることができる。
【００１３】
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、またはセラミックにより形成される。図４に示すように、保持器６４は、円環状である。この保持器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。
【００１４】
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は回転軸５に外嵌する。玉軸受６においては、内輪６１および外輪６２が回転中心軸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。
【００１５】
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。
【００１６】
保持器６４について、さらに詳細に説明する。保持器６４は、樹脂組成物を含むもみ抜き型の保持器であり、該樹脂組成物は、ポリアミドイミドおよびグラファイト粒子を含む。ベース樹脂であるポリアミドイミドは、耐熱性および耐摩耗性に優れるため、保持器６４に用いた場合に高速回転させても変形し難い利点がある。また、グラファイト粒子を含むことにより、保持器６４の摺動特性を向上させることができる。
【００１７】
本実施の形態に用いるグラファイト粒子の粒子径は、実質的に３μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあり、好ましくは実質的に３μｍ以上３０μｍ以下の範囲にある。実質的な粒子径がこの範囲にあると、転導体６３と保持器６４との摩擦、あるいは内輪６１または外輪６２と保持器６４との摩擦および摩耗を低減できる。これにより、回転数の低下が抑えられ、歯科用ハンドピース１の寿命を長くできる。また、ベース樹脂がポリアミドイミドであるため、歯科用ハンドピース１に対して行われる１００℃を超える高温下での滅菌処理を行った場合でも、機械的強度の低下を抑えられる。なお、グラファイト粒子の粒子径が大きすぎると、保持器６４がもろくなり、機械的強度が低下するおそれがある。一方、グラファイト粒子の粒子径が小さすぎると、十分な潤滑特性が得られないおそれがある。
【００１８】
さらに、粒子径が小さいグラファイト粒子（具体的には粒子径が３μｍ以上１０μｍ未満の範囲、好ましくは粒子径が３μｍ以上８μｍ以下の範囲のグラファイト粒子）が存在していると、機械的強度の低下を抑えられるため好ましい。また、粒子径が大きいグラファイト粒子（具体的には粒子径が１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲のグラファイト粒子）が存在していると摺動特性が向上するため好ましい。したがって、粒子径が３μｍ以上１０μｍ未満の範囲のグラファイト粒子と、粒子径が１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲のグラファイト粒子とが存在していることがより好ましく、粒子径が３μｍ以上８μｍ以下の範囲のグラファイト粒子と、粒子径が１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲のグラファイト粒子とが存在していることがさらに好ましい。
【００１９】
グラファイト粒子は、樹脂組成物１００質量％中に１０質量％以上５０質量％以下の量で含まれる。上述した摩擦および摩耗の低減効果、および保持器６４の引張強度の観点から、グラファイト粒子の量はこの範囲にあることが好ましい。なお、グラファイト粒子の量が多すぎると、保持器６４が硬くなり、破断しやすくなるおそれがある。一方、グラファイト粒子の量が少なすぎると、上述した摩擦および摩耗の低減効果が得られにくいおそれがある。
【００２０】
上記樹脂組成物は、グラファイト粒子以外の添加剤をさらに含んでいてもよい。添加剤として、グラファイト粒子以外の固体潤滑剤を含んでいてもよく、このような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が挙げられる。また、他の添加剤として、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。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、各種添加剤は、たとえば樹脂組成物１００質量％中に、合計で１０質量％以上７０質量％以下の量で含まれる。
【００２１】
上記樹脂組成物は、上述した割合になるように成分、すなわちポリアミドイミド、グラファイト粒子および必要に応じて添加剤を用い、これらを混合して得られる。具体的には、上記樹脂組成物は、粉末状のポリアミドイミド、グラファイト粒子および必要に応じて添加剤について、ヘンシェルミキサー、ボールミル、タンブラーミキサー等の混合機を用いて乾式混合した後に、溶融押出機などで溶融混合して成形材料としてたとえば丸棒にし、これを切削加工によって転がり軸受用保持器として所定の形状にすればよい。または、成形材料としてペレットを得て、このペレットを用いて射出成形により所定の形状の転がり軸受用保持を製造することができる。
【００２２】
射出成形は、通常、樹脂温度をポリアミドイミドの融点以上とし、金型温度を該ポリアミドイミドのガラス転移温度未満に保持して行う。なお、玉軸受６および歯科用ハンドピース１は、上述のようにして得られた保持器６４を用いて、公知の方法により製造される。
【００２３】
実施の形態に係る保持器６４は、上述した樹脂組成物を含むため、高速回転によっても変形し難い。また、高速回転下であっても、転導体６３と保持器６４との摩擦が低減されており、さらに内輪６１または外輪６２と保持器６４との接触摩耗が生じ難く、回転数の低下が抑えられる。したがって、実施の形態に係る保持器６４を用いて得られる玉軸受６を備えた歯科用ハンドピース１は寿命が長い。
【００２４】
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。
【００２５】
［実施例］
［保持器の引張強度］
保持器６４の内径に、２本の断面半月状の治具を上下に離間させて装着した。具体的には、図４に示す保持器６４の環の上下に治具を入れた。一方の治具を固定し、保持器６４が破断するまで他方の治具を上方に引張って、破断時の荷重を保持器６４の引張強度として求めた。
【００２６】
［玉軸受の寿命］
保持器６４を用いて、玉軸受を組み立てた（図３参照）。玉軸受の外径は６．３５ｍｍ、内径は３．１７５ｍｍであり、玉軸受内部にはウレアグリースを封入した。さらに、この玉軸受を２個用いて歯科用ハンドピース１を組み立てた（図１および図２参照）。この歯科用ハンドピース１を以下の条件で駆動し、以下の判定基準で評価した。
回転数：４００，０００ｒｐｍ
温度：室温
予圧：２００ｇ
判定基準：歯科用ハンドピースの駆動から１００時間経過した時点で、回転数の低下が１０％未満であった場合（回転数が３６０，０００ｒｐｍを超えていた場合）を合格とした。一方、上記時点で、回転数の低下が１０％以上であった場合（回転数が３６０，０００ｒｐｍ以下であった場合）を不合格とした。
【００２７】
［実施例１］
粒子径が３〜８μｍのグラファイトと粒子径が１０〜３０μｍのグラファイトとを混合して樹脂組成物１００質量％中に１０質量％の割合で粉末状のポリアミドイミド（ＰＡＩ）（ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製、トーロン４０００Ｔ）と混合した樹脂組成物を用いて、押出成形により丸棒を得た後、該丸棒を切削加工してもみ抜き型の保持器６４を得た（図４参照）。
【００２８】
［実施例２］
グラファイト粒子を、樹脂組成物１００質量％中に３０質量％の量で含ませたこと以外は実施例１と同様にして保持器６４を得た。
【００２９】
［実施例３］
グラファイト粒子を、樹脂組成物１００質量％中に５０質量％の量で含ませたこと以外は実施例１と同様にして保持器６４を得た。
【００３０】
［実施例４］
粒子径が１０〜３０μｍのグラファイトを樹脂組成物１００質量％中に１０質量％の割合でポリアミドイミド（ＰＡＩ）と混合した樹脂組成物を用いて、押出成形により丸棒を得た後、該丸棒を切削加工してもみ抜き型の保持器６４を得た。
【００３１】
［実施例５］
グラファイト粒子を、樹脂組成物１００質量％中に３０質量％の量で含ませたこと以外は実施例４と同様にして保持器６４を得た。
【００３２】
［実施例６］
グラファイト粒子を、樹脂組成物１００質量％中に５０質量％の量で含ませたこと以外は実施例４と同様にして保持器６４を得た。
【００３３】
［比較例１］
粒子径が１０〜３０μｍのグラファイトを樹脂組成物１００質量％中に１０質量％の割合でポリアミド６６（ＰＡ６６）と混合した樹脂組成物を用いて、押出成形により丸棒を得た後、該丸棒を切削加工してもみ抜き型の保持器６４を得た。
【００３４】
［比較例２］
粒子径が１０〜３０μｍのグラファイトを樹脂組成物１００質量％中に１０質量％の割合でポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）と混合した樹脂組成物を用いて、押出成形により丸棒を得た後、該丸棒を切削加工してもみ抜き型の保持器６４を得た。
【００３５】
［比較例３］
粒子径が１０〜３０μｍのグラファイトを樹脂組成物１００質量％中に１０質量％の割合でポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）と混合した樹脂組成物を用いて、押出成形により丸棒を得た後、該丸棒を切削加工してもみ抜き型の保持器６４を得た。
【００３６】
［比較例４］
粒子径が１００μｍ以上のグラファイトを樹脂組成物１００質量％中に１０質量％の割合でポリアミドイミド（ＰＡＩ）と混合した樹脂組成物を用いて、押出成形により丸棒を得た後、該丸棒を切削加工してもみ抜き型の保持器６４を得た。
【００３７】
［比較例５］
粒子径が１０〜３０μｍのグラファイトを樹脂組成物１００質量％中に７０質量％の割合でポリアミドイミドと混合した樹脂組成物を用いて、押出成形により丸棒を得た後、該丸棒を切削加工してもみ抜き型の保持器６４を得た。
【００３８】
［比較例６］
グラファイトを含まないポリアミドイミド樹脂組成物を用いて、押出成形により丸棒を得た後、該丸棒を切削加工してもみ抜き型の保持器６４を得た。
【００３９】
［比較例７］
粒子径が１０〜３０μｍのグラファイトを樹脂組成物１００質量％中に３質量％の割合でポリアミドイミド（ＰＡＩ）と混合した樹脂組成物を用いて、押出成形により丸棒を得た後、該丸棒を切削加工してもみ抜き型の保持器６４を得た。
なお、本発明による保持器６４を作製するために、以下のような市販の丸棒の樹脂材料を好適に用いることもできる。
東レプラスチック精工株式会社製、ＴＩ−５０３１
東レプラスチック精工株式会社製、ＴＩ−５０３２
ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製、トーロン４３０１
ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製、トーロン４２７５
ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製、トーロン４６４５
【００４０】
実施例および比較例で得られた保持器について、上述した評価を行った。図５は、実施例１、実施例４および比較例４に用いたグラファイト粒子の粒度分布を表す図である。また、表１に、実施例および比較例について、グラファイト粒子の粒子径と添加量による保持器の引張強度および玉軸受の寿命の評価結果を示す。
【００４１】
【表１】
2018054111.tif 000003
【００４２】
〔ベース樹脂について〕
ＰＡＩ：ポリアミドイミド
ＰＡ６６：ポリアミド６６
ＰＥＥＫ：ポリエーテルエーテルケトン
ＰＰＳ：ポリフェニレンサルファイド
〔グラファイト粒子の粒子径について〕
Ａ：粒子径３〜８μｍ。
Ｂ：粒子径１０〜３０μｍ。
Ａ＋Ｂ：粒子径３〜８μｍのグラファイト（Ａ）と、粒子径１０〜３０μｍのグラファイト（Ｂ）との混合。混合割合は、Ａ＋Ｂ＝１００質量％に対して、Ａ＝４０質量％、Ｂ＝６０質量％とした。混合割合は、Ａ＋Ｂを１００質量％とした場合、Ａを１〜５０質量％の範囲とするのが望ましい。
Ｃ：粒子径が１００μｍ以上。
【００４３】
比較例１〜比較例３はベース樹脂がポリアミドイミドと異なる。高速回転に伴い転動体と保持器との摩擦および発熱が発生し、熱可塑性樹脂の軟化により、転動体表面に樹脂が固着する現象がみられた。また、玉軸受の寿命の評価において、回転数が低下し不合格となった。
【００４４】
比較例４はグラファイト粒子径が３μｍ以上５０μｍ以下の範囲よりも大きく、比較例５はグラファイトの含有量が樹脂組成物１００質量％中に対して１０質量％以上５０質量％以下の割合よりも多いことから、樹脂組成物が硬く、割れやすくなり、引張強度が低下した。また、玉軸受の寿命の評価において、保持器が破断し不合格となった。
【００４５】
比較例６はグラファイト粒子を含まず、比較例７はグラファイト粒子の添加量が少ないことから、引張強度は高くなるものの、摩擦低減効果が低い。また、玉軸受の寿命の評価において、保持器の摩耗が促進し、回転数が低下し不合格となった。
【００４６】
グラファイトの添加量が同じ実施例１（粒子径３〜８μｍのグラファイト粒子を含む）および実施例４（粒子径３〜８μｍのグラファイト粒子を含まない）を比較すると、実施例１の方が実施例４よりも、引張強度が高く、寿命評価における回転数の低下がさらに小さかった。また、グラファイトの添加量が同じ実施例２および実施例５、実施例３および実施例６をそれぞれ比較した場合も同様であった。
【００４７】
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。
【符号の説明】
【００４８】
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    回転軸
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
【図１】
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【図２】
2018054111.tif 000005
【図３】
2018054111.tif 000006
【図４】
2018054111.tif 000007
【図５】
2018054111.tif 000008