(57)【要約】本発明の保持器は、高分子でできた本体、および固体潤滑剤の多孔層で本体を化学コーティングし、真空含浸等の従来の方法を用いて固体潤滑剤に別の潤滑剤を含浸させることにより本体上に形成される固体潤滑剤の層、を有する複合材料から作られる。この保持器は、自己潤滑軸受を形成するために外軌道と内軌道との間に配置される。このようにして作られた軸受は、潤滑耐久性が高い（すなわち、外部潤滑がなくても十分に機能する）。この軸受は、潤滑耐久性が高いことにより、定期的に滅菌される歯科用／医療用ハンドピース、および定期的な潤滑不足が生じることがある他の用途等の様々な用途で用いるのに適している。
2004526109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、
該コアに付着し、多孔質である、第１の固体潤滑剤の層と、
該第1の層の孔に含浸した第２の潤滑剤と
を含む軸受保持器。
【請求項２】
前記コアは、ポリイミド、ポリアミドイミド、およびポリエーテルエーテルケトンからなる群から選択される材料でできている、請求項１に記載の軸受保持器。
【請求項３】
前記第1の層は、延性のめっき可能な固体潤滑剤でできている、請求項１に記載の軸受保持器。
【請求項４】
前記第1の層は、銀および金からなる群から選択される材料でできている、請求項１に記載の軸受保持器。
【請求項５】
前記第２の潤滑剤は、油およびグリースからなる群から選択される、請求項１に記載の軸受保持器。
【請求項６】
前記第1の層の厚さは、０．５０８〜０．８４７μｍの範囲である、請求項１に記載の軸受保持器。
【請求項７】
前記第1の層の気孔率は、５〜６０％の範囲である、請求項１に記載の軸受保持器。
【請求項８】
外軌道と、
内軌道と、
玉と、
保持器と
を備える玉軸受であって、
前記保持器は、
コアと、
該コアに付着し、多孔質である、第１の固体潤滑剤の層と、
該第1の層の孔に含浸した第２の潤滑剤と
を有する複合材料から作られ、
前記玉を収納する前記保持器は、前記外軌道と前記内軌道との間に配置される、玉軸受。
【請求項９】
前記コアは、ポリイミド、ポリアミドイミド、およびポリエーテルエーテルケトンからなる群から選択される材料でできている、請求項８に記載の回転工具。
【請求項１０】
前記第1の層は、延性のめっき可能な固体潤滑剤でできている、請求項８に記載の回転工具。
【請求項１１】
前記第1の層は、銀および金からなる群から選択される材料でできている、請求項８に記載の回転工具。
【請求項１２】
前記第２の潤滑剤は、油およびグリースからなる群から選択される、請求項８に記載の回転工具。
【請求項１３】
前記第１の層の厚さは、０．５０８〜０．８４７μｍの範囲である、請求項８に記載の回転工具。
【請求項１４】
前記第1の層の気孔率は、５〜６０％の範囲である、請求項８に記載の回転工具。
【請求項１５】
回転要素と、
該回転要素を駆動する駆動器と、
該駆動器を回転可能に取り付けるための、保持器を含む少なくとも１つの軸受と
を備える回転工具であって、
前記保持器は、
コアと、
該コアに付着し、多孔質である、第１の固体潤滑剤の層と、
該第1の層の孔に含浸した第２の潤滑剤とを
有する複合材料から作られる、回転工具。
【請求項１６】
前記駆動器は、歯科用ハンドピース用の空気タービンである、請求項１５に記載の回転工具。
【請求項１７】
前記駆動器は、主軸の駆動用のモータである、請求項１５に記載の回転工具。
【請求項１８】
前記コアは、ポリイミド、ポリアミドイミド、およびポリエーテルエーテルケトンからなる群から選択される材料でできている、請求項１５に記載の回転工具。
【請求項１９】
前記第1の層は、延性のめっき可能な固体潤滑剤でできている、請求項１５に記載の回転工具。
【請求項２０】
前記第1の層は、銀および金からなる群から選択される材料でできている、請求項１５に記載の回転工具。
【請求項２１】
前記第２の潤滑剤は、油およびグリースからなる群から選択される、請求項１５に記載の回転工具。
【請求項２２】
前記第１の層の厚さは、０．５０８〜０．８４７μｍの範囲である、請求項１５に記載の回転工具。
【請求項２３】
前記第1の層の気孔率は、５〜６０％の範囲である、請求項１５に記載の回転工具。
【請求項２４】
低摩擦性表面を有する複合材料であって、
コアと、
該コアに付着し、多孔質である、第1の固体潤滑剤の層と、
該第1の層の孔に含浸した第２の固体潤滑剤と
を含む複合材料。
【請求項２５】
前記コアは、ポリイミド、ポリアミドイミド、およびポリエーテルエーテルケトンからなる群から選択される材料でできている、請求項２４に記載の複合材料。
【請求項２６】
前記第1の層は、延性のめっき可能な固体潤滑剤でできている、請求項２４に記載の複合材料。
【請求項２７】
前記第1の層は、銀および金からなる群から選択される材料でできている、請求項２４に記載の複合材料。
【請求項２８】
前記第２の潤滑剤は、油およびグリースからなる群から選択される、請求項２４に記載の複合材料。
【請求項２９】
前記第1の層の厚さは、０．５０８〜０．８４７μｍの範囲である、請求項２４に記載の複合材料。
【請求項３０】
前記第1の層の気孔率は、５〜６０％の範囲である、請求項２４に記載の複合材料。
【請求項３１】
前記第１の層は、化学めっき可能な貴金属でできている、請求項２４に記載の複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の背景］
発明の分野
本開示は、特に歯科用ハンドピース等の高速の用途に用いるのに適した自己潤滑玉軸受に関する。
【０００２】
関連技術の説明
従来の軸受は、外軌道、内軌道、および外軌道と内軌道との間に配置された玉を有する保持器（ケージまたはセパレータとしても知られている）を含む。保持器は、軸受の軌道の周囲に略等間隔で離間して位置する。保持器は、金属または非金属材料から作ることができる。非金属保持器は、その材料が多孔性構造であるため、軽量、低騒音、かつ耐磨耗性であり、油溜めとしての機能を果たす。非金属保持器は、高速の玉軸受で用いるのに特に適している。
【０００３】
米国特許第３，１９９，９３４号には、外軌道、内軌道、および金属保持器を有する従来の自己潤滑軸受が記載している。この特許の保持器は、組成物の材料自体が固体潤滑剤としての役割を果たすように、銀、白金、二硫化モリブデン、酸化鉛、および二酸化ケイ素を含有する組成物から形成される。
【０００４】
米国特許第３，８６３，９６２号は、所望の潤滑特性を有する金属硫化物等の充填剤を有する、高分子材料から作られる保持器を教示している。米国特許第５，９８８，８９１号は、固体潤滑膜が付着した軌道とともに用いる、溶融成形可能なフッ素樹脂から作られる保持器を教示している。米国特許第４，９６６，５５２号は、玉と軸受の他の部分との間の摩擦を低減するためのセラミックボールの使用を教示している。従来の非金属保持器は、高分子またはフェノール樹脂材料から作ることができる。従来の高分子材料製の保持器は、例えば、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、Ｖｅｓｐｅｌ（商標）、またはＭｅｌｄｉｎ（商標）から作ることができる。しかしながら、このような保持器のグリースおよび油保持特性は、多孔性が不十分であるために限られていた。これに対して、従来のフェノール樹脂製の保持器は、より良好な多孔性、それゆえより良好な潤滑維持特性を有するが、高分子材料製の保持器ほどの機械的強度はなく、例えば繰り返しサイクルのオートクレーブ(autoclave)にかけると破損が生じる。
【０００５】
［概要］
上述の特許のいずれも、別の潤滑剤を固体潤滑剤内に含浸させたものと組み合わせた、固体潤滑剤の使用を教示していない。さらに、玉軸受で用いるための、良好な機械特性を有する潤滑耐久性のある（lubrication tolerant）保持器を製作することが望ましい。また、高強度高分子でありながらより良好な潤滑維持特性を有する、複合材料製の保持器を製作することが望ましい。さらに、付加的な潤滑剤を含浸させることが可能な固体潤滑剤の極めて多孔質の層を有する保持器を製作することが望ましい。
【０００６】
本発明の保持器は、従来技術の上述の欠点を克服し、同時に、歯科用ハンドピースおよび回転工具で用いるための潤滑耐久性のある軸受を作るのに適した、極めて多孔質の表面を有する耐磨耗性で機械的強度が高い保持器を提供する。
【０００７】
本発明の保持器は、高分子でできた本体（body）（すなわちコア）、および固体潤滑剤の多孔層で本体を化学コーティングし、真空含浸等の従来の方法を用いて固体潤滑剤に別の潤滑剤を含浸させることにより本体上に形成される固体潤滑剤の層、を有する複合材料から作られる。この保持器は、自己潤滑軸受を形成するために外軌道と内軌道との間に配置される。このようにして作られた軸受は潤滑耐久性が高い（すなわち、外部潤滑がなくても十分に機能する）。このような軸受は、潤滑耐久性が高いことにより、定期的に滅菌される歯科用／医療用ハンドピース、定期的な潤滑不足（機械の始動時等に）が生じることがある工作機械用主軸モータ、ファンモータ、ＤＣモータ、およびステッピングモータ等の様々な用途で用いるのに適している。このような軸受はまた、真空の環境等の潤滑剤に不利な環境、あるいは高周波振動または高速回転により潤滑剤が軌道表面から除去される高周波振動の用途で用いられる任意のモータに特に適している。
【０００８】
さらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して一例として以下に示す詳細な説明を読めばより明確になるであろう。
【０００９】
［詳細な説明］
図１は、複合材料１０の断面図を示す。複合材料１０は、例えばポリアミドイミド系高分子でできた本体１２を含む。本体１２は、玉軸受保持器を作るのに適した他の材料からできていてもよい。例えば、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、Ｖｅｓｐｅｌ（商標）、またはＭｅｌｄｉｎ（商標）を用いて本体１２を作ってもよい。固体潤滑剤の層１４は、銀等の固体潤滑剤からなる層１４で本体１２を化学コーティングすることにより、本体１２上に形成される。金および他の化学めっき可能な貴金属を含む他の固体潤滑剤（すなわち延性のめっき可能金属）を用いて層１４を形成してもよい。固体潤滑剤である銀から形成される層１４は、高い多孔性を示し、最大６０％の気孔率を有し得る。層１４は、従来の化学めっき処理を用いて形成することができ、層１４の厚さは、２５．４μｍ（１／１，０００インチ）または潤滑剤１６を適切に保持するのに十分な厚さであり得る。一実施形態では、層１４の厚さは、０．５０８〜０．８４７μｍ（１／５０，０００〜１／３０，０００インチ）の範囲である。化学めっき処理によってより高い多孔性がもたらされるため、層１４の潤滑剤保持力は、電気めっきのような従来の方法によりもたらされる同様の層よりも高い。多孔層１４には、真空含浸、浸漬タンクへの浸漬、またはシリンジを用いた潤滑剤の供給等の従来の方法を用いて、潤滑剤１６が含浸される。潤滑剤１６の一例はグリースである。油等の他の従来の潤滑剤も層に含浸させるのに用いることができる。
【００１０】
図２は、図１に示し上述したのと同様の断面を有する壁を有する保持器を示す。保持器２０はリング２２からなり、リング２２の壁を通して穴２４が形成されている。穴２４は、玉２６を収納するサイズである。保持器２０は、固体潤滑剤である銀の層１４を有する、ポリアミドイミド系高分子でできた本体１２（図１を参照）をめっきし、一実施形態ではグリースである潤滑剤１６を多孔層１４に含浸させることにより作られる。
【００１１】
図３は、外軌道３２および内軌道３４を有する自己潤滑軸受３０を示す。保持器２０は、自己潤滑軸受３０を形成するために軌道３２と軌道３４との間に配置される。軸受３０は、高速回転、例えば１分間に５００，０００回転以上の回転が可能である。軸受３０は潤滑耐久性が高い（すなわち、外部潤滑がなくても十分に機能する）。軸受３０は、多孔層１４に潤滑剤１６をより良好に保持することにより、その高い潤滑耐久性の一部を得ている（図１を参照）。さらに、固体潤滑剤である銀から形成される層１４は、軸受３０を潤滑耐久性にするのにも役立つ。一実施形態では、セラミックから作られる玉２６を用いることにより、さらなる潤滑耐久性が得られる。玉２６を作るのに用いるセラミックの詳細な説明は、米国特許第４，９６０，５５２号に開示されている。軸受３０は、潤滑耐久性が高いため、定期的に滅菌される歯科用／医療用ハンドピース、定期的な潤滑不足（機械の始動時等に）が生じることがある工作機械用主軸モータの用途、ファンモータ、ＤＣモータ、およびステッピングモータ等の様々な用途で用いるのに適している。軸受３０はまた、真空の環境等の潤滑剤に不利な環境、あるいは高周波振動または高速回転により潤滑剤が軌道表面から除去される高周波振動の用途で用いられる任意のモータに特に適している。
【００１２】
図４は、空気入口４４から供給される加圧空気により駆動されるタービン４２を有する歯科用ハンドピース４０の一部を示す。タービン４２はシャフト４６に取り付けられ、組立体全体が、タービン４２の両側でシャフト４６に取り付けられた軸受３０で回転する。各軸受３０の外軌道３２は、ハンドピース４０の本体４８に保持される。軸受３０は、多孔質の銀の潤滑剤保持特性および金属銀の固体潤滑性を、ポリアミドイミド系高分子のオートクレーブの繰り返しサイクルに耐える強度および能力と組み合わせた保持器２０（図２を参照）を用いる。したがって、軸受３０を用いたハンドピース４０は、より長持ちし、多数サイクルのオートクレーブを経た後でも1分間に５００，０００回転以上の速度で静かに動作する。
【００１３】
図５は、ハウジング５２およびアーマチュア５４を有するモータ５０を示す。アーマチュア５４はシャフト５６に取り付けられ、シャフト５６は、アーマチュア５４の両側でシャフト５６に取り付けられた軸受３０で回転する。各軸受３０の外軌道３２は、モータ５０のハウジング５２に保持される。ハンドピース４０（図４を参照）を参照して上述したように、軸受３０の使用により耐用年数が延び、軸受に定期的に注油しなくても1分間に５００，０００回転以上の速度で静かに動作する。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、当業者にはこの開示に鑑みて様々な変更が明らかとなり、それらの変更は添付の特許請求の範囲内にあることが意図される。例えば、本発明の軸受は、いかなるモータのタイプまたはモータの設計においても用いることができる。工具またはモータのいかなる用途についても、複数の玉および／または軌道を、保持器に関して記載したものと同様の材料および構成から作ってもよく、または１つの軌道のみをそのような材料および構成から作ってもよい。保持器は、図２に開示した穴を有するリングの他に、いかなる既知の設計からなってもよい。保持器は２つまたは複数の保持器すなわちケージであってもよく、そのうちの１つのみまたは複数が、本明細書に記載した材料および構成で作られていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】複合材料の断面図である。
【図２】壁が図１に示す断面を有する保持器の斜視図である。
【図３】図２の保持器を用いて作られる玉軸受の平面図である。
【図４】図３の軸受を用いて作られる歯科用ハンドピースの断面図である。
【図５】図３の軸受を用いて作られるモータの断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004526109.tif 000003
2004526109.tif 000004
2004526109.tif 000005
2004526109.tif 000006
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2004526109.tif 000010
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2004526109.tif 000012
2004526109.tif 000013
2004526109.tif 000014
2004526109.tif 000015
2004526109.tif 000016
2004526109.tif 000017
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004526109.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004526109.tif 000019
【国際調査報告】
2004526109.tif 000020
2004526109.tif 000021