JP2017189405A - 人工歯作製装置および人工歯作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工ツールを従来よりも長寿命化することができる人工歯作製装置および人工歯作製方法を提供する。【解決手段】人工歯作製装置は、被加工物２４を切削する棒状の加工ツールと、加工ツールを当該加工ツールの軸回りの一方向Ｄ１または逆方向Ｄ２に回転させつつ被加工物２４に対して相対的に移動させるスピンドルと、スピンドルを制御する制御装置とを備える。加工ツールは、ツール本体部２７と、第１面Ｍ１および稜線Ｌ１を共有する第２面Ｍ２を備えた砥粒２９ａとを有する。制御装置は、加工ツールが一方向Ｄ１に回転することにより砥粒２９ａの第１面Ｍ１が被加工物２４に接触するようにスピンドルを制御する第１回転制御部と、加工ツールが逆方向Ｄ２に回転することにより砥粒２９ａの第２面Ｍ２が被加工物２４に接触するようにスピンドルを制御する第２回転制御部とを有している。【選択図】図４

Description

本発明は、人工歯を作製する人工歯作製装置および人工歯作製方法に関する。

従来から、セラミックス材料や樹脂材料等を所望の形状に切削することによって人工歯を作製する人工歯作製装置が知られている。

例えば特許文献１には、スピンドルに把持された加工ツールが設けられた人工歯作製装置が開示されている。このような人工歯作製装置においては、制御装置によってスピンドルが当該スピンドルの軸回りに回転しつつ被加工物に対して３次元移動するように制御される。これにより、加工ツールも当該加工ツールの軸回りに回転されつつ被加工物に対して移動する。

特開２０１３−１２１４６６号公報

しかしながら、特許文献１の人工歯作製装置をはじめとした従来の人工歯作製装置では、切削加工が多くなるにつれ加工ツールの摩耗状態は悪くなっていく。そのため、加工ツールの交換をたびたび行わなくてはならない。加工ツールは高価なものであるため、加工ツールの長寿命化が望まれていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工ツールを従来よりも長寿命化することができる人工歯作製装置および人工歯作製方法を提供することである。

本発明に係る人工歯作製装置は、被加工物を切削して人工歯を作製する人工歯作製装置であって、前記被加工物を切削する棒状の加工ツールと、前記加工ツールを当該加工ツールの軸回りの一方向または前記一方向とは逆方向に回転させつつ前記被加工物に対して相対的に移動させるスピンドルと、前記スピンドルを制御する制御装置と、を備え、前記加工ツールは、棒状のツール本体部と、前記ツール本体部上に設けられ且つ第１面および前記第１面の一稜線を共有する第２面を備えた複数の砥粒とを有し、前記制御装置は、前記加工ツールが前記一方向に回転することにより前記砥粒の前記第１面が前記被加工物に接触するように前記スピンドルを制御する第１回転制御部と、前記加工ツールが前記逆方向に回転することにより前記砥粒の前記第２面が前記被加工物に接触するように前記スピンドルを制御する第２回転制御部と、を有している。

本発明に係る人工歯作製装置によれば、被加工物を切削する際に、加工ツールは一方向に回転され、または逆方向に回転される。加工ツールが一方向に回転するときには、砥粒の第１面が被加工物に接触することにより当該被加工物を切削することができる。一方、加工ツールが逆方向に回転するときには、砥粒の第２面が被加工物に接触することにより当該被加工物を切削することができる。これにより、加工ツールを一方向にのみ回転させて被加工物の切削を行っていた従来よりも、砥粒において一点集中的な摩耗が生じることを回避することができる。このことによって、加工ツールを従来よりも長寿命化することが可能となる。

本発明によれば、加工ツールを従来よりも長寿命化することが可能な人工歯作製装置および人工歯作製方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る人工歯作製装置を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る保持部材を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の保持部材に保持される被加工物を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るスピンドルおよび加工ツールを示す図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るツール本体部上に設けられた砥粒を加工ツールの軸方向から見た図（平面図）であり、（ｂ）は（ａ）に示す一部の砥粒の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る加工ツールが逆方向に回転する際に被加工物に接触する砥粒の面を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る人工歯作製装置について説明する。図１に示すように、相互に直交する軸を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、本実施形態の人工歯作製装置１はＸ軸とＹ軸とで構成される平面に置かれるものとする。以下、左方および右方とは、図１のフロントカバー７に向かって人工歯作製装置１を見た場合の左方および右方である。また、図１のフロントカバー７に向かって人工歯作製装置１を見た場合に、当該人工歯作製装置１に近付く方を後方、遠ざかる方を前方とする。同図中の左方をＬ、右方をＲとし、前方をＦ、後方をＲｅとし、上方をＵ、下方をＤとする。但し、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、人工歯作製装置１の設置態様を何ら限定するものではない。人工歯作製装置１により作成される人工歯の材質としては、例えばジルコニア、ＰＭＭＡ、グラスセラミックス、Ｐｅｅｋ、グラスファイバー、およびハイブリッドレジン等が挙げられる。

図１に示すように、人工歯作製装置１は箱状に形成されている。詳しくは、人工歯作製装置１は、ベース部２、左外壁部３、右外壁部４、天面部５および後面部６を有するケース１０と、フロントカバー７とを備えている。ケース１０の前方は開口されている。左外壁部３は、ベース部２の左端において上方に延びている。右外壁部４は、ベース部２の右端において上方に延びている。後面部６は、ベース部２の後端において上方に延びている。後面部６は、左外壁部３の後端および右外壁部４の後端に接続されている。天面部５は、左外壁部３の上端、右外壁部４の上端および後面部６の上端に接続されている。ベース部２、左外壁部３、右外壁部４、天面部５、および後面部６によって、内部空間８が形成されている。この内部空間８は、被加工物２４に対して切削加工が行われる加工エリアである。フロントカバー７は、左外壁部３の前端および右外壁部４の前端において上下方向に移動することによって開閉自在に構成されている。フロントカバー７には窓部７ａが設けられている。作業者は窓部７ａから内部空間８を視認することができる。人工歯作製装置１は、制御装置５０を備えている。制御装置５０は、第１回転制御部５０ａと、第２回転制御部５０ｂとを有している。第１回転制御部５０ａおよび第２回転制御部５０ｂは、それぞれ公知のパーソナルコンピュータや汎用コンピュータなどに設けられるＣＰＵ（中央演算処理装置）と、ＣＰＵが実行するプログラム等が格納されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等により実現可能である。なお、第１回転制御部５０ａおよび第２回転制御部５０ｂの詳細については後述する。

図２（ａ）に示すように、人工歯作製装置１の内部空間８（図１参照）には、原形である直方体形状の被加工物２４を保持する保持部材２５が設けられている。なお、保持部材２５は、人工歯作製装置１の内部空間８に設けられた図示しない治具に着脱可能に接続されている。被加工物２４を削り出すことにより人工歯が作製される。図２（ｂ）に示すように、被加工物２４の一つの面には台座４０を介してピン４１が配設されている。ピン４１は、保持部材２５に対してＹ軸回りに回転可能かつ着脱自在に接続される。このピン４１を保持部材２５に接続することにより、被加工物２４が保持部材２５に保持されるようになっている。なお、図２（ａ），（ｂ）には削り出しを行う前の被加工物２４が示されている。

図３に示すように、人工歯作製装置１の内部空間８（図１参照）には、スピンドル３３が上下方向に延びるように設けられている。スピンドル３３には図示しないモータが接続されており、当該スピンドル３３はＺ軸回りに回転可能に構成されている。また、スピンドル３３は、図示しない駆動部によって左右方向および上下方向に移動するように構成されている。スピンドル３３は、ハウジング６０および加工ツール２３の上部２３ａを把持する把持部６１を備えている。加工ツール２３はスピンドル３３に保持されている。加工ツール２３は刃部２６を備えている。この刃部２６の詳細については後で説明する。スピンドル３３がＺ軸回りに回転することによって、加工ツール２３もＺ軸回りに回転する。被加工物２４（図２（ａ）参照）の削り出しの際には、加工ツール２３はＺ軸回りに回転する。詳しくは、制御装置５０（図１参照）は、スピンドル３３をＺ軸回りの一方向Ｄ１（例えば時計回りの方向、図４（ａ）参照）、または前記一方向とは逆方向Ｄ２（例えば反時計回りの方向、図４（ａ）参照）に回転させる。これにより、加工ツール２３も一方向Ｄ１または逆方向Ｄ２に回転する。なお、被加工物２４の削り出しの際には、ピン４１（図２（ｂ）参照）を介して被加工物２４をＹ軸回りに回転させてもよい。

人工歯作製装置１の内部空間８（図１参照）の所定位置には、図３に示すようなツールマガジン３２が設けられている。このツールマガジン３２の上面には図示しない孔部が形成されており、当該孔部に他の加工ツール２３ｂ，２３ｃが、それぞれ上端が露出された状態で挿通されている。

次に、加工ツール２３の刃部２６について説明する。図４（ａ）に示すように、刃部２６は、ツール本体部２７と、めっき層２８と、複数の砥粒２９とを備えている。ツール本体部２７は棒状に形成されている。ツール本体部２７は断面円形に形成されている。めっき層２８は、ツール本体部２７上に所定厚さで形成されている。砥粒２９は多面体である。砥粒２９は例えばダイヤモンド砥粒である。但し、ダイヤモンド砥粒に限定されるものではない。砥粒２９は、その一部がめっき層２８に埋め込まれるように設けられている。砥粒２９は、一部または全部がめっき層２８から露出した少なくとも２つの面を備えている。この２つの面として、図４（ｂ）の砥粒２９ａについては第１面Ｍ１および第２面Ｍ２を例に挙げ、砥粒２９ａと隣り合う砥粒２９ｂについては第１面Ｍ３および第２面Ｍ４を例に挙げ説明する。

図４（ｂ）に示すように、砥粒２９ａの第１面Ｍ１と第２面Ｍ２とは稜線Ｌ１を共有する。砥粒２９ｂの第１面Ｍ３と第２面Ｍ４とは稜線Ｌ２を共有する。なお、平面視において稜線Ｌ１，Ｌ２は点として表される。ここで、砥粒２９ａの第２面Ｍ２は、平面視における稜線Ｌ１が刃部２６が一方向Ｄ１または逆方向Ｄ２に回転する際に描く仮想円ＫＥ（図４（ａ）参照）の内側に位置するように第１面Ｍ１に対して傾斜されている。これは、第２面Ｍ２が仮想円ＫＥの外側に位置するように第１面Ｍ１に対して傾斜している状態で刃部２６を一方向Ｄ１に回転させると、第１面Ｍ１だけでなく第２面Ｍ２も被加工物２４に接触してしまうことを防ぐためである。なお、砥粒２９ｂの第１面Ｍ３に対する第２面Ｍ４の位置（つまり傾斜方向）についても上記と同様であるため説明を省略する。

このような構成において、制御装置５０の第１回転制御部５０ａ（図１参照）は、被加工物２４の切削を行う際に、刃部２６が例えば左方に移動しつつ一方向Ｄ１に回転するようにスピンドル３３（図３参照）を制御する。これによって、砥粒２９ａの第１面Ｍ１および砥粒２９ｂの第１面Ｍ３が被加工物２４に接触して当該被加工物２４を削り出すことができる。この場合、砥粒２９ａの第２面Ｍ２および砥粒２９ｂの第２面Ｍ４は、それぞれ被加工物２４に接触しない。つまり、この場合には、第２面Ｍ２，Ｍ４は摩耗しない。

一方、制御装置５０の第２回転制御部５０ｂ（図１参照）は、被加工物２４の切削を行う際に、図５に示すように、刃部２６（図４（ａ）参照）が例えば右方に移動しつつ逆方向Ｄ２に回転するようにスピンドル３３（図３参照）を制御する。これによって、砥粒２９ａの第２面Ｍ２および砥粒２９ｂの第２面Ｍ４が被加工物２４に接触して当該被加工物２４を削り出すことができる。この場合、砥粒２９ａの第１面Ｍ１および砥粒２９ｂの第１面Ｍ３は、それぞれ被加工物２４に接触しない。つまり、この場合には、第１面Ｍ１，Ｍ３は摩耗しない。

刃部２６を一方向Ｄ１に回転させて被加工物２４の切削を行う割合と逆方向Ｄ２に回転させて被加工物２４の切削を行う割合とを、例えば一つの人工歯を作製する処理においてそれぞれ５０％としてもよい。このようにすることで、刃部２６の寿命（すなわち交換時期）を２倍にすることが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、被加工物２４を切削する際に、加工ツール２３の刃部２６は一方向Ｄ１に回転され、または逆方向Ｄ２に回転される。刃部２６が一方向Ｄ１に回転するときには、砥粒２９ａの第１面Ｍ１が被加工物２４に接触することにより当該被加工物２４を切削することができる。一方、刃部２６が逆方向Ｄ２に回転するときには、砥粒２９ａの第２面Ｍ２が被加工物２４に接触することにより当該被加工物２４を切削することができる。これにより、刃部２６を一方向にのみ回転させて被加工物２４の切削を行っていた従来よりも、砥粒２９ａにおいて一点集中的な摩耗が生じることを回避することができる。このことによって、刃部２６を従来よりも長寿命化することが可能となる。なお、砥粒２９ｂについても同様である。

また、本実施形態によれば、刃部２６が一方向Ｄ１または逆方向Ｄ２に回転する際に平面視における稜線Ｌ１が描く仮想円ＫＥの内側に砥粒２９ａの第２面Ｍ２が位置するように、第２面Ｍ２は第１面Ｍ１に対して傾斜されている。このことによって、刃部２６が一方向Ｄ１に回転して切削を行う際に、第２面Ｍ２が被加工物２４に接触することを回避することができる。これにより、この場合には砥粒２９ａの第２面Ｍ２が摩耗することを防ぐことができる。なお、砥粒２９ｂの第２面Ｍ４についても同様である。

また、本実施形態によれば、刃部２６を一方向Ｄ１に回転させて切削を行う際には、第２面Ｍ２，Ｍ４は被加工物２４に接触しない。これにより、この場合には第２面Ｍ２，Ｍ４は摩耗しない。一方、刃部２６を逆方向Ｄ２に回転させて切削を行う際には、第１面Ｍ１，Ｍ３は被加工物２４に接触しない。これにより、この場合には第１面Ｍ１，Ｍ３は摩耗しない。このように、刃部２６の回転方向によって砥粒２９の面を使い分けることができる。これによって、砥粒２９において一点集中的な摩耗が生じることを防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、砥粒２９としてダイヤモンド砥粒を用いることで、被加工物２４の切削を高精度かつ迅速に行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明した。しかし、上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明は以下の変形を施して実施することが可能である。

上記実施形態では、刃部２６を一方向Ｄ１に回転させて被加工物２４の切削を行う割合と逆方向Ｄ２に回転させて被加工物２４の切削を行う割合とをそれぞれ５０％としたが、これに限定されるものではない。刃部２６を従来よりも長寿命化するという観点においては、例えば７０％と３０％にしてもよく、或いは４０％と６０％等といったようにしてもよい。

また、上記実施形態において、スピンドル３３を一方向Ｄ１または逆方向Ｄ２に回転させる際のモータの負荷（例えば回転数等）を検出し、当該検出結果に基づいて砥粒２９の摩耗程度を推定するようにしてもよい。この推定結果に基づいて、刃部２６を一方向Ｄ１に回転させて被加工物２４の切削を行う割合と逆方向Ｄ２に回転させて被加工物２４の切削を行う割合とをそれぞれ決定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、砥粒２９としてダイヤモンド砥粒を用いるようにしたが、これに限定されるものではない。砥粒２９として、例えば炭化ケイ素系砥粒やアルミナ系砥粒等の他の砥粒を採用してもよい。

さらに、上記実施形態では、加工ツール２３をＸＹＺ座標系において３次元的に移動させることとしたが、これに限定されるものではない。加工ツール２３を３次元的に移動させることができれば、例えば極座標系などを採用してもよい。

１ 人工歯作製装置
２３ 加工ツール
２６ 刃部
２７ ツール本体部
２９ 砥粒
３３ スピンドル
５０ 制御装置
５０ａ 第１回転制御部
５０ｂ 第２回転制御部
Ｄ１ 一方向
Ｄ２ 逆方向
ＫＥ 仮想円
Ｌ１，Ｌ２ 稜線
Ｍ１，Ｍ３ 砥粒の第１面
Ｍ２，Ｍ４ 砥粒の第２面

Claims (5)

1. 被加工物を切削して人工歯を作製する人工歯作製装置であって、
   前記被加工物を切削する棒状の加工ツールと、
   前記加工ツールを当該加工ツールの軸回りの一方向または前記一方向とは逆方向に回転させつつ前記被加工物に対して相対的に移動させるスピンドルと、
   前記スピンドルを制御する制御装置と、を備え、
   前記加工ツールは、棒状のツール本体部と、前記ツール本体部上に設けられ且つ第１面および前記第１面の一稜線を共有する第２面を備えた複数の砥粒とを有し、
   前記制御装置は、
   前記加工ツールが前記一方向に回転することにより前記砥粒の前記第１面が前記被加工物に接触するように前記スピンドルを制御する第１回転制御部と、
   前記加工ツールが前記逆方向に回転することにより前記砥粒の前記第２面が前記被加工物に接触するように前記スピンドルを制御する第２回転制御部と、を有している、人工歯作製装置。
2. 前記ツール本体部は断面円形に形成されており、
   平面視において前記砥粒の前記第２面は、平面視における前記一稜線が前記加工ツールが前記一方向または前記逆方向に回転する際に描く仮想円の内側に位置するよう前記第１面に対して傾斜して形成されている、請求項１に記載の人工歯作製装置。
3. 前記第１回転制御部は前記砥粒の前記第２面を前記被加工物に接触させないように前記スピンドルを制御するように構成され、前記第２回転制御部は前記砥粒の前記第１面を前記被加工物に接触させないように前記スピンドルを制御するように構成されている、請求項１または２に記載の人工歯作製装置。
4. 前記砥粒はダイヤモンド砥粒である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の人工歯作製装置。
5. 人工歯作製装置を用いて被加工物を切削して人工歯を作製する人工歯作製方法であって、
   前記人工歯作製装置は、
   前記被加工物を切削する棒状の加工ツールと、
   前記加工ツールを当該加工ツールの軸回りの一方向または前記一方向とは逆方向に回転させつつ前記被加工物に対して相対的に移動させるスピンドルと、
   前記スピンドルを制御する制御装置と、を有し、
   前記加工ツールは、棒状のツール本体部と、前記ツール本体部上に設けられ且つ第１面および前記第１面の一稜線を共有する第２面を備えた砥粒を複数有し、
   前記制御装置は、前記加工ツールを前記一方向に回転させることにより前記砥粒の前記第１面を前記被加工物に接触させるように前記スピンドルを制御し、または前記加工ツールを前記逆方向に回転させることにより前記砥粒の前記第２面を前記被加工物に接触させるように前記スピンドルを制御する、人工歯作製方法。

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