(57)【要約】【課題】振動を良好に低減させるとともに、長い使用寿命を有する歯科用ハンドピースおよびその関連技術を提供する。【解決手段】回転式歯科用ツール（２０）を回転駆動させるための歯科用ハンドピースであって、ハンドル（１２）、および歯科用ツール（２０）の受け手となるチャック（１４）を有するハウジング（１０）と、タービンホイール（１６）、および、チャック（１４）を回転駆動させるようにチャック（１４）に接続されているロータシャフト（１８）を有し、圧縮ガスによって駆動可能なタービンと、複数のボール（３１）、内側リング（３２）、外側リング（３４）およびボールベアリングケージ（３３）を有し、ロータシャフト（１８）を回転可能に支持する少なくとも１つのボールベアリング（３０）と、を備え、ボールベアリング（３０）の内側リング（３２）は、ロータシャフト（１８）上に配置され、ボールベアリング（３０）の外側リング（３４）は、振動を減衰させるために弾性要素（４０）を介してハウジング（１０）内に支持され、外側リング（３４）および内側リング（３２）は、それぞれ、ボール（３１）を案内する軌道（Ｌ）を有し、内側リング（３２）の軌道（Ｌ）は、断面で見て、一定の曲率を有し、曲率半径がボール（３１）の半径と実質的に一致する凹形状を有し、外側リング（３４）の軌道（Ｌ）は、断面で見て、中央領域においては第１の半径（ｒ０）を有する第１の曲率（３５）を有し、中央領域に隣接する少なくとも１つの領域においては第２の半径（ｒ１）を有する第２の曲率（３６）を有し、第１の半径（ｒ０）が第２の半径（ｒ１）よりも小さいか、または、外側リング（３４）の軌道（Ｌ）が断面で見て実質的に放物線形状を有する歯科用ハンドピースを提供する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転式歯科用ツール（２０）を回転駆動させるための歯科用ハンドピースであって、
ハンドル（１２）、および歯科用ツール（２０）の受け手となるチャック（１４）を有するハウジング（１０）と、
タービンホイール（１６）、および、前記チャック（１４）を回転駆動させるように前記チャック（１４）に接続されているロータシャフト（１８）を有し、圧縮ガスによって駆動可能なタービンと、
複数のボール（３１）、内側リング（３２）、外側リング（３４）およびボールベアリングケージ（３３）を有し、前記ロータシャフト（１８）を回転可能に支持する少なくとも１つのボールベアリング（３０）と、を備え、
前記ボールベアリング（３０）の前記内側リング（３２）は、前記ロータシャフト（１８）上に配置され、前記ボールベアリング（３０）の前記外側リング（３４）は、振動を減衰させるために弾性要素（４０）を介してハウジング（１０）内に支持され、
前記外側リング（３４）および前記内側リング（３２）は、それぞれ、前記ボール（３１）を案内する軌道（Ｌ）を有し、
前記内側リング（３２）の前記軌道（Ｌ）は、断面で見て、一定の曲率を有し、曲率半径が前記ボール（３１）の半径と実質的に一致する凹形状を有し、
前記外側リング（３４）の前記軌道（Ｌ）は、断面で見て、中央領域においては第１の半径（ｒ０）を有する第１の曲率（３５）を有し、前記中央領域に隣接する少なくとも１つの領域においては第２の半径（ｒ１）を有する第２の曲率（３６）を有し、
前記第１の半径（ｒ０）が前記第２の半径（ｒ１）よりも小さいか、または、前記外側リング（３４）の前記軌道（Ｌ）が断面で見て実質的に放物線形状を有する歯科用ハンドピース。
【請求項２】
前記第１の曲率（３５）と前記第２の曲率（３６）との間の境界点（Ｇ）で前記第１の曲率（３５）に接する接線は、前記境界点（Ｇ）で前記第２の曲率（３６）に接する接線と一致するか、同じ傾きを有し、前記第２の半径（ｒ１）は、前記第１の半径（ｒ０）よりも約５０％〜約１００％大きい請求項１に記載の歯科用ハンドピース。
【請求項３】
前記弾性要素（４０）はＯリングであるか、前記外側リング（３４）は波形ばね座金（５０）によって軸方向に付勢されているか、あるいは、前記弾性要素（４０）はＯリングであるとともに前記外側リング（３４）は波形ばね座金（５０）によって軸方向に付勢されている請求項１または２に記載の歯科用ハンドピース。
【請求項４】
前記第１の曲率（３５）は、約８°〜約１５°の角度範囲（δ０）にわたっている請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯科用ハンドピース。
【請求項５】
２つのボールベアリングが設けられ、両ボールベアリングは浮動ベアリングとして設置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯科用ハンドピース。
【請求項６】
外側リング（３４）の浮動式取付マウント用の、特に歯科用ハンドピース用のボールベアリングであり、
内側リング（３２）と、外側リング（３４）と、前記内側リング（３２）および前記外側リング（３４）の間に配置された複数のボール（３１）と、を備え、
前記外側リング（３４）および前記内側リング（３２）は、それぞれ、前記ボール（３１）を案内する軌道（Ｌ）を有し、
前記内側リング（３２）の前記軌道（Ｌ）は、断面で見て、一定の曲率を有し、曲率半径が前記ボール（３１）の半径と実質的に一致する凹形状を有し、
前記外側リング（３４）の前記軌道（Ｌ）は、断面で見て、中央領域においては第１の半径（ｒ０）を有する第１の曲率（３５）を有し、前記中央領域に隣接する少なくとも１つの領域においては第２の半径（ｒ１）を有する第２の曲率（３６）を有し、
前記第１の半径（ｒ０）が前記第２の半径（ｒ１）よりも小さいか、または、前記外側リング（３４）の前記軌道（Ｌ）が断面で見て実質的に放物線形状を有するボールベアリング。
【請求項７】
前記第１の曲率（３５）と前記第２の曲率（３６）との間の境界点（Ｇ）で前記第１の曲率（３５）に接する接線は、前記境界点（Ｇ）で前記第２の曲率（３６）に接する接線と一致するか、同じ傾きを有する請求項６に記載のボールベアリング。
【請求項８】
前記第２の半径（ｒ１）は、前記第１の半径（ｒ０）よりも約５０％〜約１００％大きい請求項６または７に記載のボールベアリング。
【請求項９】
前記第１の曲率（３５）は、約８°〜約１５°の角度範囲（δ０）にわたっている請求項６〜８のいずれか１項に記載のボールベアリング。
【請求項１０】
断面で見て第１の半径（ｒ０）の第１の曲率（３５）を有する軌道（Ｌ）を走行する内側リング（３２）と、断面で見て中央領域においては前記第１の半径（ｒ０）を有する第１の曲率（３５）を有し、少なくとも前記中央領域に隣接する領域においては第２の半径（ｒ１）を有する第２の曲率（３６）を有する軌道（Ｌ）を走行する外側リング（３４）と、を備え、前記第１の半径（ｒ０）が前記第２の半径（ｒ１）よりも小さいか、または、前記外側リング（３４）の軌道（Ｌ）が断面で見て実質的に放物線形状を有する歯科用ハンドピース内のタービンの回転支持のためのベアリングとしてのボールベアリング（３０）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯科治療用回転歯科用ツールを回転駆動させるための歯科用ハンドピース、浮動式取付マウント用のボールベアリング、および歯科用ハンドピース内のタービンの回転支持のためのボールベアリングの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科用ハンドピースは、歯科治療のためのドリルのような歯科用ツールを駆動するためのガス作動式タービンを有する。歯科用ハンドピースに設けられたガス作動式タービンは、毎分約３０万回転から５０万回転の速度で作動する。このような高い回転速度では、ほんの少しの不均衡でもかなりの振動および騒音を引き起こし、これはタービンの機能および耐久性を損ない、また歯科医および患者に悪影響をもたらす。
【０００３】
したがって、タービンの騒音および振動は減衰されなければならない。特許文献１には、軸受の外側リングが単一の弾性リング、例えばネオプレンで作られたＯリングを介して支持されている一対の軸受アセンブリを有するタービン取付が提案されている。弾性リングは、ハンドピースのハウジング内のタービンを径方向に支持し、ハンドピースの使用中にタービンからハンドピースへの振動の伝達を減衰させる。
【０００４】
このようなボールベアリングの設置状態は非常に珍しい。例えば、径方向深溝玉軸受およびアンギュラ玉軸受は、ほとんどの技術的用途において支持点のレイアウトを固定支持位置および浮動支持位置で規定する非常に正確な設置条件下で設置される。ここで、支持点は非常に正確に規定され、傾斜した軸を介して支持点が傾斜することはほとんどない。
【０００５】
固定ベアリングおよび浮動ベアリングの外側リングは、数マイクロメートルの誤差でハウジング内に正確に配置され、すべりばめ、中間ばめ、またはプレスばめ（圧入）によりハウジング内に固定される。内側リングおよび外側リングに画定された軌道直径を有する従来技術による径方向深溝玉軸受は、このような正確な設置状態において回転速度適性、耐荷重能力および耐用年数に関して顕著な結果を達成することができた。
【０００６】
特許文献１に記載する歯科用ハンドピースにおける径方向深溝玉軸受の用途において、外側リングが弾性要素を介して支持されるため傾斜する可能性があり、上述のような正確な設置状態ではない。言い換えれば、両方の支持点が浮動ベアリングとして設計されるこのような深溝玉軸受は傾斜により非常に破損が早い可能性がある。また、ボールベアリングに油やグリースの形態で導入された潤滑油は、タービンの排気によって非常に早く外部に排出されてしまい、ボールベアリングは短時間で不十分な潤滑状態となる。
【０００７】
不正確な設置状態により、ボールベアリングの組立中に外側リングが傾斜する可能性があり、さらに、タービンのロータシャフトが外部径方向荷重の影響下で傾斜し、これが歯科治療中の歯科用ツールの外端に悪影響を及ぼす。その結果、径方向深溝玉軸受であってもまたはアンギュラ玉軸受の形態であっても使用中のボールベアリングの外側リングに対して内側リングが傾斜し、ボールベアリングのボールが作動時にもはや円形経路上ではなく、楕円形経路上を移動することになる。円形経路の代わりに楕円形経路上を移動すると、ボールの速度が永久に変化する、すなわちボールの非常に急激な加速および制動経過につながり、これらはボールベアリングケージに伝達され、最終的により大きな亀裂および両振応力を招き、ボールベアリングケージの摩耗が大きくなり、走行時間が短くてもボールベアリングが既に破損してしまう可能性がある。
【０００８】
ボールベアリングの浮動式取付マウント（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｉｎｓｔｌｌａｔｉｏｎ  ｍｏｕｎｔｉｎｇ）として、ＤＩＮ  ６３０に準拠した自動調心玉軸受、ＤＩＮ  ６３５−１に準拠した球面玉軸受、またはＤＩＮ  ６３５−２に準拠した自動調心玉軸受を使用することも考えられた。というのは、これらのタイプの転がり軸受はある種の傾斜を許容することができるからである。例えば、自動調心玉軸受は２列のボールを有し、外側リングのボール軌道は中空球面形状を有する。しかしながら、このような転がり軸受は２列設計のため、より大きな寸法を有し、歯科用ハンドピースに生じるような３０万回転〜５０万回転の高い回転速度には特に適していない。
【０００９】
したがって、駆動タービンの振動を良好に減衰させることができる一方、長い使用寿命を有し、低ノイズの改良された歯科用ハンドピースが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４２４９８９６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、独立請求項の特徴によって達成される。好ましい実施形態は従属請求項に規定されている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、
回転式歯科用ツールを回転駆動させるための歯科用ハンドピースであって、
ハンドル、および歯科用ツールの受け手となるチャックを有するハウジングと、
タービンホイール、および、前記チャックを回転駆動させるように前記チャックに接続されているロータシャフトを有し、圧縮ガスによって駆動可能なタービンと、
複数のボール、内側リング、外側リングおよびボールベアリングケージを有し、前記ロータシャフトを回転可能に支持する少なくとも１つの径方向深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受の形態のボールベアリングと、を備え、
前記ボールベアリングの前記内側リングは、前記ロータシャフト上に配置され、前記ボールベアリングの前記外側リングは、振動を減衰させるために弾性要素を介してハウジング内に支持され、
前記外側リングおよび前記内側リングは、それぞれ、前記ボールを案内する軌道を有し、
前記内側リングの前記軌道は、断面で見て、一定の曲率を有し、曲率半径が前記ボールの半径よりもわずかに大きい、すなわち曲率半径が前記ボールの半径と実質的に一致する凹形状を有し、
前記外側リングの前記軌道は、断面で見て、中央領域においては第１の半径を有する第１の曲率を有し、前記中央領域に隣接する少なくとも１つの領域においては第２の半径を有する第２の曲率を有し、
前記第１の半径が前記第２の半径よりも小さいか、または、前記外側リングの前記軌道が断面で見て実質的に放物線形状を有する歯科用ハンドピースが提供される。
【００１３】
径方向深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受（以下、単にボールベアリングともいう）の外側リングが、ハウジング内の弾性要素を介して支持されることにより、振動がハンドピースにほとんど伝達されず、その結果、歯科医は快適な方法で歯科用ハンドピースを操作することができ、患者にとっても快適である。さらに、ノイズは、弾性要素を介して最小限に低減される。
【００１４】
アンギュラ玉軸受は、内側リングまたは外側リングのいずれか一方が肩部のみで形成されたボールベアリングであると理解されるべきである。
【００１５】
一方、傾斜した場合に第２の半径を有する第２の曲率の領域に外側リング内のボールが入ることにより、傾斜によるボールベアリングへの悪影響が最小限に抑えられる。その結果、このような構成のボールの軌道は従来技術に比べて顕著な楕円形状とはならず、したがって、ボールからボールベアリングケージに伝達されて発生する加速力および制動力が低減される。言い換えれば、ボールが第２の半径を有する第２の曲率の領域に入るときに接触角が減少し、楕円形状があまり顕著とはならず、傾斜時に第１の（小さい）半径を有する第１の曲率上をボールが走行し続ける場合よりも低い加速および減速が生じる。その結果、振動がより良好に減衰され、したがってボールベアリングの摩耗も減少される。
【００１６】
好ましくは、第１の曲率と第２の曲率との間の境界点で第１の曲率に接する接線は、この境界点で第２の曲率に接する接線と実質的に一致する。２つの曲率の境界点で同じ傾きを有する第１および第２の曲率の接線によって、第１の曲率から第２の曲率へのボールの滑らかな移行または乱れのない移行および反対方向への移行が保証される。
【００１７】
外側リングの軌道が断面で見て放物線形状を有する場合、放物線の頂点は、断面で見て軌道の最下点と一致している、すなわち、放物線の頂点と軌道の最下点とが共通の点上に位置していることが明らかである。
【００１８】
さらに好ましくは、第２の半径が第１の半径よりもかなり大きい、好ましくは約５０％〜１００％大きい、さらに好ましくは約７０％〜８０％大きいことで、ボールベアリングの支持点の傾斜またはボールベアリングの内側リングと外側リングとの間の相対的な傾斜の場合、ボールベアリングの作動時のボールの軌道は結果として得られる楕円形経路から円形経路にさらに近づけることができる、または楕円形経路の発生を低減することができる。
【００１９】
好ましくは、弾性要素はＯリングである。さらに好ましくは、外側リングは、波形ばね座金によって軸方向に付勢されている。波形ばね座金と共に弾性要素としてのＯリングを介してボールベアリングを設置した結果、外側リングは、径方向および軸方向の両方で弾性的に支持され、振動を非常にうまく減衰させ、可能な限りハンドピースに振動が伝達されるのを回避することができる。また、Ｏリングや波形ばね座金の材質や設計を適切に選択すれば、傾斜を低減することもできる。
【００２０】
好ましくは、第１の曲率は約８〜約１５°の範囲である。
【００２１】
さらに好ましくは、２つのボールベアリングが設けられ、両ボールベアリングは浮動ベアリングとして設置されている。
【００２２】
本発明の他の態様によれば、
外側リングの浮動式取付マウント用の径方向深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受の形態のボールベアリング、特に歯科用ハンドピース用のボールベアリングであり、
内側リングと、外側リングと、前記内側リングおよび前記外側リングの間に配置された複数のボールと、を備え、
前記外側リングおよび内側リングは、それぞれ、前記ボールを案内する軌道を有し、
前記内側リングの前記軌道は、断面で見て、一定の曲率を有し、曲率半径が前記ボールの半径よりもわずかに大きい、すなわち曲率半径が前記ボールの半径と実質的に一致する凹形状を有し、
前記外側リングの前記軌道は、断面で見て、中央領域においては第１の半径を有する第１の曲率を有し、中央領域に隣接する少なくとも１つの領域においては第２の半径を有する第２の曲率を有し、
前記第１の半径が前記第２の半径よりも小さいか、または、前記外側リングの前記軌道が断面で見て実質的に放物線形状を有するボールベアリングが提供される。
【００２３】
外側リングの浮動式取付マウントは、従来の設置状態とは対照的に、径方向および／または軸方向の外側リングの弾性支持であると理解され、転がり軸受の軸受リングは、すべりばめ、中間ばめ、またはプレスばめのいずれかにより設置される。言い換えれば、不均衡による振動がハウジングに伝達されないようにするために、設置状態において外側リングの動きを最小限にすることが可能である。
【００２４】
好ましくは、ボールはボールベアリングケージによって案内される。ケージは、内側リングガイドのボールベアリングケージ、外側リングガイドのボールベアリングケージ、またはボールガイドのボールベアリングケージのいずれかとして構成してもよい。しかしながら、本発明は、ボールベアリングケージを備えない総ころ軸受にも適用可能である。
【００２５】
好ましくは、第２の半径は、第１の半径よりも約５０％〜約１００％大きい。
【００２６】
好ましくは、第１の曲率は、約８〜約１５°の角度範囲にわたる。
【００２７】
本発明のさらに他の態様によれば、
断面で見て第１の半径の第１の曲率を有する軌道を走行する内側リングと、断面で見て中央領域においては前記第１の半径を有する第１の曲率を有し、少なくとも前記中央領域に隣接する領域においては第２の半径を有する第２の曲率を有する軌道を走行する外側リングと、を備え、前記第１の半径が前記第２の半径よりも小さいか、または前記外側リングの前記軌道が断面で見て実質的に放物線形状を有する、内側リングを有する歯科用ハンドピース内のタービンの回転支持のためのベアリングとしての径方向深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受の形態のボールベアリングの使用が提供される。
【００２８】
この場合も、外側リングの軌道が、断面で見て、放物線形状を有する場合、放物線の頂点は、断面で見て、軌道の最下点と一致している、すなわち、放物線の頂点と軌道の最下点とが共通の点上に位置していることは事実である。
【００２９】
本発明は、添付の図面を参照して実施形態に基づいてより詳細に説明されるであろう。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、振動を良好に低減させるとともに、長い使用寿命を有する歯科用ハンドピースおよびその関連技術を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】歯科用ツールが挿入された歯科用ハンドピースの断面図である。
【図２】従来技術に係る、傾斜していない状態のボールベアリングの断面図であり、図２（ａ）は径方向深溝玉軸受を示し、図２（ｂ）は内側リングが１つの肩部のみで形成されているアンギュラ玉軸受を示し、図２（ｃ）は、外側リングが１つの肩部のみで形成されているさらなるアンギュラ玉軸受を示す。
【図３】内側リングが傾斜しているときの、従来技術に係るボールベアリングの断面図である。
【図４】内側リングが傾斜しているときの、本発明に係るボールベアリングの断面図である。
【図５】は、図１の歯科用ピースに取付けられた本発明に係るボールベアリングの外側リングの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１に示すように、歯科用ハンドピースはハンドル１２と、ハンドル１２の先端にチャック１４およびタービンホイール１６を収容するハウジング１０とを有する。ロータシャフト１８は、タービンホイール１６およびチャック１４の両方に接続されており、タービンホイール１６の回転がロータシャフト１８を介してチャック１４に伝達される。言い換えれば、タービンホイール１６とロータシャフト１８とチャック１４とが一緒に回転する。
【００３３】
歯科用ツール２０、例えばドリルをチャック１４に挿入して、タービンホイール１６が圧縮空気等の圧縮ガスによって回転させられたとき、歯科用ツール２０はチャック１４と共に回転することができる。
【００３４】
ロータシャフト１８は、２つのボールベアリング３０を介して歯科用ハンドピースのハウジング１０内に回転可能に支持されている。各ボールベアリング３０は、ボールベアリングケージ３３によって案内される複数のボール３１を有している。ロータシャフト１８は、例えばプレスばめによって、または、ロータシャフト１８への内側リング３２のすべりばめおよび同時の接着剤結合によって、ボールベアリング３０の内側リング３２に挿入される。これに対して、ボールベアリング３０の外側リング３４は、ハウジング１０の対応凹部に配置されたＯリング等の弾性要素４０によってハウジング１０内に弾性的に支持されている。
【００３５】
このように、外側リング３４は、ハウジング１０内に堅固に固定されるのではなく、ハウジング１０内である程度移動することができ、したがって傾斜することもできる。さらに、外側リング３４は、それぞれ、外側リング３４の傾斜を強化する波形ばね座金５０を介して軸方向に弾性的に付勢されており、波形ばね座金５０の弾性に起因する軸方向の動きを補正または実行することができる。内側リング３２内のロータシャフト１８の設置状態により、ロータシャフト１８も傾斜させることができる。
【００３６】
したがって、２つのボールベアリング３０、ロータシャフト１８、タービンホイール１６およびチャック１４からなる回転アセンブリ全体が、弾性要素４０および波形ばね座金５０を介してハウジング１０内に弾性的に支持されている。回転アセンブリのこの弾性支持は、優れた態様で振動を減衰することができるので、歯科医にとっても患者にとっても振動による不快感が最小限に抑えられる。
【００３７】
図１は、２つの波形ばね座金５０と共に２つの弾性要素４０を介した外側リング３４の支持を示しているが、１つの波形ばね座金５０のみと共に２つの弾性要素４０を外側リング３４上に配置することもできる。あるいは、２つの弾性要素４０のみを配置することもでき、波形ばね座金５０を省略することもできる。一方または両方の波形ばね座金が省略された場合、軸方向の力を受けることができるような態様で弾性要素４０を配置することによって、弾性要素４０は、径方向減衰要素として、また軸方向付勢要素として同時に機能する。この場合、外側リング３４の外周には、段差状の凹部が設けられている。
【００３８】
図２（ａ）は、内側リングと外側リングが傾斜していない径方向深溝玉軸受の形態のボールベアリングの一部の断面図である。ボールベアリングまたは深溝玉軸受では、内側リングおよび外側リングの軌道Ｌは、断面で見て、軌道Ｌの断面全体にわたって見られ、同一または均一な曲率半径を有し、この曲率半径は、ボールの曲率半径よりもわずかに大きい。さらに、そのようなボールベアリングは、その設置前に、いわゆる径方向間隙、すなわち断面で見て、内側リングおよび外側リングの軌道Ｌとボールの外周との間に小さな距離を持たせて、内側リングと外側リングとの間にボールを挟み込まないようにしている。したがって、ボールベアリングの取付後、再び断面で見て、内側リングおよび外側リングの軌道Ｌにボールを載せる（接触させる）ことができるようにするため、内側リングおよび外側リングを水平方向に相対的に動かす必要がある（いわゆるボールベアリングの設定）。ボールが静止する点を接点と呼ぶ。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、断面で見たときに垂直に延びる軸線Ｈは、ボールベアリングが位置決めされる前、かつ、ボールベアリングがボールの中心と断面で見て内側リングおよび外側リングの軌道Ｌの最下点または最深点とを通る前は、ボールベアリングの回転軸（図示せず）に対して垂直である。
【００４０】
ボールベアリングの必要な設定の結果、および、これに伴い内側リングに対して外側リングを相互に水平方向に動かした結果として、もともと、すなわち、ボールベアリングの設置前に、断面で見て、軌道の最下点に位置していたボールの理論上の接点が変位する。この変位により、接点は軸線Ａに変位し、軸線Ｈに対して角度αだけオフセットされている。ボールベアリングの設定後も軸線Ｈはボールの中心を通って垂直に維持されている。図２（ａ）では、新たに得られた接点は、ＫＡ（外側リングの接点）とＫＩ（内側リングの接点）とで示されている。言い換えれば、この断面図に示すように、軸線Ａ上に位置する接点ＫＡおよびＫＩに対する軌道の最下点に位置する理論上の接点のオフセットが生じ、これは軸線Ｈと軸線Ａとの間の圧力角αとも呼ばれる。
【００４１】
上述のオフセットが生じても、すなわち接点ＫＡおよびＫＩが垂直軸線Ｈに対して圧力角αを有していても、内側リングおよび外側リングが相対的に傾斜していない限り、作動中のボールベアリングのボールは、円形経路とも呼ばれるボールベアリングを過度に摩耗させない円形経路上を走行してもよい。
【００４２】
図２（ｂ）は、図２（ａ）と同様にアンギュラ玉軸受を示し、外側リングは図２（ａ）の径方向深溝玉軸受の外側リングと同一であるため、ここでは詳細な説明を省略する。しかしながら、図２（ａ）に示す径方向深溝玉軸受と比較して、図２（ｂ）のアンギュラ玉軸受は、肩部が１つだけの内側リングを有している。すなわち、図２（ｂ）のアンギュラ玉軸受では、凹状の軌道または溝は対称ではなく片側だけに肩部があり、反対側は実質的に平坦、すなわち図中断面から見て実質的に水平またはわずかに円錐形である。
【００４３】
また、図２（ｃ）は、対称的な内側リングと肩部が１つだけの外側リングとを備えるアンギュラ玉軸受を示す。
【００４４】
ハウジング１０内における外側リングの弾性支持によって、内側リングに対する外側リングの相対的な傾斜が生じる場合がある。これを、以下のモデル計算に基づいてより詳細に説明する。まず、先行技術に係るボールベアリングの傾斜を調べ（図３）、次に、本発明に係るボールベアリングの傾斜と比較する（図４）。
【００４５】
外側リングに対する内側リングの傾斜に基づいて、ボールベアリングの内側リングと外側リングとの間の相対的な傾斜を図３に示す。図３は、径方向深溝玉軸受に基づく傾斜を示しているが、対応するアンギュラ玉軸受は同じ傾斜を有してもよい。図３に示す断面は、図２（ａ）〜（ｃ）の断面と異ならないため、図２（ａ）〜（ｃ）の名称をそのまま採用する。しかしながら、このような相対的な傾斜は、どこに圧力角が存在するかにかかわらず、作動中にボールベアリングを過度に摩耗するボールの楕円形軌道を生じさせる。この楕円形軌道は楕円形経路とも呼ばれる。したがって、ボールは、作動中に円形経路上を走行するのではなく、ボールベアリングの作動中にボールの望ましくない加速および減速を引き起こす楕円形経路上を走行することになる。
【００４６】
このような傾斜により、接点ＫＩおよびＫＡは、軸線Ｈから見て圧力角αよりも大きい角度βに向かってさらに変位する。角度βは内側リングと外側リングとでほぼ同じである。このより大きな角度βを以下では接触角と呼ぶ。
【００４７】
図３中にβで示す接触角が大きくなると、結果として得られる楕円の焦点同士がさらに離れるので、水平軸線Ｈに対する接触角βが大きければ大きいほど、楕円形経路の形状が変化する。したがって楕円はより狭いまたは細長い形状をとる。
【００４８】
図２（ａ）〜図２（ｃ）のボールベアリングの場合と同様に、図３の実施形態では、外側リング３４上の接点ＫＡおよび内側リング３２上の接点ＫＩは、軸線Ｈから軸線Ｂへ変位する。図３に示すような外側リングに対する内側リングの傾斜の場合には、外側リング上の接点ＫＡと内側リング上の接点ＫＩとが軌道Ｌの軸線Ｈから離れることによって接触角βが生じ、この接触角βは、傾斜に起因して、通常、内側リングと外側リングとが互いに傾斜していない場合の図２に示す圧力角αよりも大きくなる。したがって、外側リングに対して内側リングが傾斜している場合には、上述した摩耗を生じさせる楕円形経路が生じるだけでなく、接点ＫＡ、ＫＩの接触角βもより大きくなる。
【００４９】
外側リングに対する内側リングの傾斜に基づくほんの一例として、図３に示すようなボールベアリングの内側リングと外側リングとの間の相対的な傾斜が、図４にも示されている。図４は、図３の実施形態に対応するが、図４では、（以下の図５を参照してより詳細に説明するように）外側リングが本発明にしたがって構成されている。内側リングは変更がないままであり、したがって図２および図３に示す内側リングと同一である。
【００５０】
したがって、接点は再びＫＩおよびＫＡであり、本発明に係る外側リング３４の軌道Ｌの変化に起因して接点ＫＩおよびＫＡは、図３の場合よりも軸線Ｈから遠くに移動しない。尚、図２〜図４の実施形態を比較する際、図示されているボールベアリングの寸法は同じであるものとする。
【００５１】
図４から明らかなように、図４中にγで示される軸線Ｈに対する接触角、つまり軸線Ｃ上に位置する接点ＫＩおよびＫＡのオフセットは、図３に示す従来技術の場合よりもかなり小さい。角度γは内側リングと外側リングとでほぼ同じである。従来技術に比べて接触角γがかなり小さいので、ボールベアリングの作動中に確立された楕円の形状は、ボール３１の転がりに関して実質的に小さくなる。というのも、より小さい接触角γでは楕円の焦点間の距離が大幅に短くなるからである。その結果、ボールベアリング３０内に発生するボール３１の加速および減速がかなり低減される。これにより、ボールベアリング３０の振動が低減されると共に、潤滑不足の場合であってもボールベアリング３０の使用寿命が大幅に向上する。
【００５２】
図３に示すような従来の径方向溝玉軸受と、図４に示すような本発明に係る径方向深溝玉軸受を用いてテストベンチ試験を行った。ここで、上述したモデル計算の結果を確認した。特に、内側リングに対する外側リングの相対的な傾斜の場合、本発明に係るボールベアリングは、かなり長い使用寿命を有することがわかった。
【００５３】
ボールベアリング３０の外側リング３４の軌道Ｌの本発明に係る構成を、図５を参照してより詳細に説明する。尚、このとき、内側リング（図示せず）の軌道Ｌは変更されていない、すなわち、軌道Ｌは、断面で見たときに通常かつ既知のように一定の曲率または一定の円弧で形成されている。
【００５４】
従来技術に係る径方向深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受の外側リングの軌道の実施形態と比較して、本発明に係る外側リング３４の軌道Ｌでは、通常、第１の半径または第１の曲率半径ｒ０はボール３１の半径よりもわずかに大きいことは知られている。図５に示すように、第１の曲率半径ｒ０は、約８°〜約１５°である角度または角度範囲δ０（第１の軌道角度δ０と呼んでもよい）のみにわたっている、すなわち、軌道Ｌの断面全体つまり軌道Ｌの端部までわたっていない。断面で見たとき、角度δ０は、軌道Ｌの最下点から境界点Ｇまでの範囲である。図５において断面で示すように外側リング３４は対称性を有し、図５の対称軸から右に延びる半分は同一の構成を有するため、図５の対称軸Ｓから左に延びる半分だけを説明する。アンギュラ玉軸受の場合、対称軸Ｓからの断面で見た軌道Ｌは、原則的には既知のように一方の側にのみ延び、対称軸Ｓの反対側の軌道Ｌは、最下点のすぐ後ろ、つまり、断面で見て対称軸Ｓのすぐ後ろで終わっている。
【００５５】
第１の曲率半径ｒ０は、境界点Ｇから軌道Ｌの終端まで、すなわち軌道Ｌの端まで正確に、より大きい第２の半径または第２の曲率半径ｒ１に移行する。第２の曲率半径ｒ１は、第２の角度範囲δ１（第２の軌道角度δ１と呼んでもよい）にわたり、第１の半径または第１の曲率半径ｒ０よりも約５０％〜約１００％大きい。好ましくは、ｒ１はｒ０よりも約７０％〜約８０％大きい。
【００５６】
境界点Ｇにおける第１の曲率半径ｒ０に接する接線は、同じ境界点Ｇにおいて第２の曲率半径ｒ１に接する接線と一致するか同じ傾きを有しており、その結果、２つの異なる半径ｒ０とｒ１との間で滑らかな移行となる。このため、第２の曲率半径ｒ１の中心点Ｍ１は、第１の曲率半径ｒ０の中心点Ｍ０に対して垂直方向（図５の対称軸Ｓ方向）および水平方向（図５のボールベアリング３０の回転軸（図示せず）方向）の両方向にオフセットする。
【００５７】
図５には示されていないが、外側リング３４上の接点ＫＡ（図４参照）は、内側リングと外側リングとが相互に傾斜している場合には、より大きい第２の曲率半径ｒ１の領域内または第２の曲率３６の領域内に位置する。
【００５８】
本発明に係るボールベアリング３０（一列径方向深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受）の外側リング３４の構成によると、歯科用ハンドピースに生じるような高い回転速度で、外側リングに対する内側リングの傾斜時にボールベアリングによって発生する振動は、防止されるか、少なくともかなり低減される。その結果、現時点まで可能であったボールベアリングのように、潤滑不足の場合であっても、ボールベアリング３０の使用寿命を大幅に延ばすことができ、故障確率を最小限に抑えることができる。さらに、残りの振動は、歯科用ハンドピースのハンドル１２に伝達されないように、弾性要素４０と波形ばね座金５０（図１参照）を用いて、浮動式取付マウントまたは弾性取付マウントを介して減衰させることができる。
【００５９】
第１の曲率半径ｒ０を有する第１の曲率３５に続いて、第２の曲率半径ｒ１を有する第２の曲率３６を有する外側リング３４を形成することにより、外側リング３４上の接点ＫＡおよび内側リング（図示せず）上の接点ＫＩは、対称軸Ｓから離れずに変位し、傾斜が低減することによって確立された楕円の焦点間の距離が短くなるので、従来技術に比べて円形経路に近似することができる。その結果、ボールベアリング３０の作動時のボール３１の加速および減速がかなり低減される。
【００６０】
尚、内側リング（図示せず）が断面で見て軌道Ｌの全長にわたって変化しない一定の曲率を有する場合、この曲率は外側リング３４の第１の曲率半径ｒ０に一致し、ボール３１の軸方向の正確な案内が保証される。外側リングのみが、断面で見て小さい第１の半径ｒ０を有する第１の曲率３５を軌道基部に有し、大きい第２の半径ｒ１を有する第２の曲率３６を境界点Ｇから先に有する。
【００６１】
実施形態により、第１の曲率３５および第２の曲率３６を有する軌道Ｌを説明してきたが、軌道が断面で見て実質的に放物線形状である場合にも同様の効果を達成することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０    ハウジング
１２    ハンドル
１４    チャック
１６    タービンホイール
１８    ロータシャフト
２０    歯科用ツール
３０    ボールベアリング
３１    ボール
３２    内側リング
３３    ボールベアリングケージ
３４    外側リング
３５    第１の曲率
３６    第２の曲率
４０    弾性要素（Ｏリング）
５０    波形ばね座金
Ａ      軸線
Ｇ      境界点
Ｈ      軸線
ＫＡ    外側リングの接点
ＫＩ    内側リングの接点
Ｌ      軌道
ｒ０    第１の半径
ｒ１    第２の半径
α      角度／圧力角
β      角度／接触角
γ      角度／接触角
δ０    第１の角度範囲／第１の軌道角度
δ１    第２の角度範囲／第２の軌道角度
Ｓ      対称軸
Ｍ０    中心点
Ｍ１    中心点
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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