JP2019031011A - 造形物作製装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精細な造形物を短時間に作製できるようにする。【解決手段】造形物作製装置１は、熱溶融積層方式により造形物９９をテーブル１５上に造形する造型機２０と、この造型機２０によって造形された造形物９９を切削加工する切削機３０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、造形物作製装置に関する。

特許文献１には、歯の石膏模型を３次元的に走査して、３次元モデルデータを作製する技術が開示されている。３次元モデルデータは造形装置（３次元プリンタ）或いは切削加工装置に用いられる。造形装置は、３次元モデルデータに従って造形物を造形する装置である（例えば、特許文献２参照）。切削加工装置は、３次元モデルデータに従って被加工物（ワークピース）を切削する装置である（例えば、特許文献３参照）。

特表２００９−５１７１４４号公報 特開２０１７−６１０６６号公報 特開２０１５−５４１１９号公報

ところで、造形装置は、高精細な造形物を作製することができない。一方、切削加工装置によって被加工物を高精細に切削しようとすると、加工時間が長くなってしまう。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、高精細な造形物を短時間に作製できるようにすることである。

上記課題を解決するための主たる発明は、熱溶融積層方式により造形物を造形する造型機と、前記造型機によって造形された前記造形物を切削加工する切削機と、を備える造形物作製装置である。
本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、高精細な造形物を短時間に作製することができる。

図１は、第１の実施の形態の造形物作製装置の内部を示した図面である。 図２は、第１の実施の形態の造形機で作成された造形物の例を示した図面である。 図３は、図２の造形物を切削機で切削加工して得られた造形物の例を示した図面である。 図４は、第２の実施の形態の造形物作製装置の内部を示した図面である。 図５は、第３の実施の形態の造形物作製装置の内部を示した図面である。 図６は、第３の実施の形態の造形機側のチルト機構を示した図面である。 図７は、第３の実施の形態の切削機側のチルト機構を示した図面である。 図８は、第３の実施の形態の保持具の断面図である。 図９は、第３の実施の形態の造形機で作成された造形物の断面図である。 図１０は、第３の実施の形態の保持具、及び保持具に保持された造形物の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

＜第１の実施の形態＞
（１）造形物作製装置の構成
図１は、造形物作製装置（複合加工装置）１の筐体１０を破断した状態で造形物作製装置１を示した正面図である。図１には、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）を示す矢印又は記号を図示する。Ｘ方向とＹ方向とＺ方向は互いに直交し、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向が鉛直方向である。

造形物作製装置１は、筐体１０と、筐体１０内に設けられたテーブル５０と、テーブル５０を移送する移送機６０と、熱溶解積層方式により造形物９９をテーブル５０上に造形する造型機２０と、造型機２０によって造形された造形物９９を切削加工する切削機３０と、制御部７０と、を備える。

造型機２０は、ガイド２１、Ｘ方向駆動機構２２、キャリッジ２３、Ｚ方向駆動機構２４、造形ヘッド２５及びヒータ２６を有する。切削機３０は、ガイド３１、Ｘ方向駆動機構３２、キャリッジ３３、Ｚ方向駆動機構３４、回転駆動機構３５及び切削工具３６を有する。造型機２０と切削機３０は、ガイド４１、Ｙ方向駆動機構４２及びチルト機構４３を共有する。以下、これらの構成要素について具体的に説明する。

筐体１０は中空を有した箱状に設けられている。筐体１０の内側には、筐体１０の側板１１，１２に対して平行な隔壁１３が設けられている。筐体１０の内部空間は、隔壁１３によって側板１１側の造形処理スペース１４と、側板１２側の切削処理スペース１５とに区切られている。

造形処理スペース１４内の上部においてガイド２１がＸ方向に延在して、そのガイド２１が筐体１０に取り付けられている。このガイド２１にはキャリッジ２３が取り付けられている。キャリッジ２３はガイド２１によってＸ方向に案内される。キャリッジ２３にはＸ方向駆動機構２２が連結されている。Ｘ方向駆動機構２２はモータ及び伝動機構等を有して、キャリッジ２３をＸ方向に移動させる。

キャリッジ２３には、Ｚ方向駆動機構２４及び造形ヘッド２５が搭載されている。

造形ヘッド２５は、溶融物９２を吐出するノズルである。造形ヘッド２５はその先端が下方に向けた状態でＺ方向駆動機構２４を介してキャリッジ２３に取り付けられている。造形ヘッド２５にはヒータ２６が設けられている。

Ｚ方向駆動機構２４はＺ方向に造形ヘッド２５を移動させる。ここで、リールに巻回された線材（フィラメント）９１がローラーやプーリー等によって造形ヘッド２５まで案内されており、繰り出し機構等によって線材９１がリールから造形ヘッド２５へ送られる。線材９１がヒータ２６によって加熱されることによって、線材９１が溶融し、溶融物９２が造形ヘッド２５の先端から吐出される。線材９１は熱可塑性樹脂又はろう材（ワックス）からなる。線材９１に金属微粒子が添加されて分散していてもよい。

切削処理スペース１５内の上部においてガイド３１がＸ方向に延在して、そのガイド３１が筐体１０に取り付けられている。このガイド３１にはキャリッジ３３が取り付けられている。キャリッジ３３はガイド３１によってＸ方向に案内される。キャリッジ３３にはＸ方向駆動機構３２が連結されている。Ｘ方向駆動機構３２はモータ及び伝動機構等を有して、キャリッジ３３をＸ方向に移動させる。

キャリッジ３３には、Ｚ方向駆動機構３４、回転駆動機構３５及び切削工具３６が搭載されている。具体的には、Ｚ方向駆動機構３４及び回転駆動機構３５がキャリッジ３３に取り付けられ、切削工具３６がチャックを介してＺ方向駆動機構３４及び回転駆動機構３５に接続されている。Ｚ方向駆動機構３４が切削工具３６をＺ方向に移動させ、回転駆動機構３５が切削工具３６の中心軸回りに切削工具３６を回転させる。切削工具３６の中心軸はＺ方向に延在する。切削工具３６は、例えばエンドミル、ドリル、リーマー又はタップ等である。

筐体１０の内の造形処理スペース１４から切削処理スペース１５にかけて、移送機６０が設けられている。移送機６０にはガイド４１及びＹ方向駆動機構４２が取り付けられており、ガイド４１及びＹ方向駆動機構４２が移送機６０によって造形処理スペース１４と切削処理スペース１５との間で移送される。なお、ガイド４１及びＹ方向駆動機構４２が隔壁１３を通過するべく、隔壁１３には開口１３ａが形成され、その開口１３ａが扉部材（不図示）によって開閉される。

ガイド４１はＹ方向に延在する。ガイド４１にはチルト機構４３が取り付けられ、ガイド４１によってチルト機構４３がＹ方向に案内される。このチルト機構４３がＹ方向駆動機構４２に連結されており、Ｙ方向駆動機構４２がチルト機構４３をＹ方向に移動させる。

チルト機構４３にはテーブル５０が連結されている。チルト機構４３は、Ｙ方向に延在した回転軸回りにテーブル５０を揺動させるとともに、Ｘ方向に延在した回転軸回りにテーブル５０を揺動させる。

制御部７０はマイクロコンピュータ等を有する。制御部７０は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムから転送された制御データに従って、Ｘ方向駆動機構２２、Ｙ方向駆動機構４２、Ｚ方向駆動機構２４及び線材繰り出し機構を制御する。また、制御部７０は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムから転送されたツールパスデータに従って、Ｘ方向駆動機構３２、Ｙ方向駆動機構４２、Ｚ方向駆動機構３４及びチルト機構４３を制御する。制御データ及びツールパスデータは、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが加工品（義歯、支台歯、歯科用クラウン、ブリッジ、アバットメント、サージカルガイド又はマウスピース等）の形状データ（設計データ、ＣＡＤデータ）に従って生成したものである。

（２）造形物作製装置の動作
造形物作製装置１の動作について説明する。まず、移送機６０がテーブル５０、ガイド４１、Ｙ方向駆動機構４２及びチルト機構４３を造形処理スペース１４に移送して、テーブル５０を造型機２０のキャリッジ２３の下方に位置させる。

その後、チルト機構４３がテーブル５０を揺動する。これにより、テーブル５０は、その上面がＸ方向及びＹ方向に対して平行となる姿勢になる。

制御部７０は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムから転送された制御データに従って、Ｘ方向駆動機構２２、Ｙ方向駆動機構４２、Ｚ方向駆動機構２４及び線材繰り出し機構を制御する。そうすると、Ｘ方向駆動機構２２がキャリッジ２３及び造形ヘッド２５を間欠的、断続的又は連続的にＸ方向に往復移動させるとともに、Ｙ方向駆動機構４２がテーブル５０を間欠的、断続的又は連続的にＹ方向に往復移動させる。これにより、テーブル５０が造形ヘッド２５に対して相対的にＸＹ平面に沿って変位する。

造形ヘッド２５に対するテーブル５０の相対的な変位中に、ヒータ２６が発熱した状態で、線材９１が繰り出し機構によってリールから造形ヘッド２５へ送られる。そうすると、造形ヘッド２５がテーブル５０に向けて溶融物９２を間欠的又は断続的に吐出する。溶融物９２の吐出タイミング（線材９１の送りタイミング）が制御部７０によって制御され、溶融物９２がテーブル５０上に積層されることで、溶融物９２の積層体たる造形物９９がテーブル５０上に形成される。積層に伴い造形物９９の厚みは増加するが、Ｚ方向駆動機構２４が造形ヘッド２５をＺ方向に移動させることによって、造形物９９の表面から造形ヘッド２５の先端までの距離が一定に維持される。

なお、造形ヘッド２５から吐出された溶融物９２は、テーブル５０の上面又は堆積済みの樹脂に付着して、付着後すぐに自然空冷により硬化する。

図２は、熱可塑性樹脂を用いて形成された本実施形態に係る造形物９９（デンチャー）の一例である。図２から明らかなように、造型機２０で形成された造形物９９は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって使用される形状データによって表される目標形状を包含するよう形成されたものである。具体的には、造型機２０で形成された造形物９９の外面は、目標形状の外面から所定の厚み（仕上げ代）が設けられている。すなわち、造型機２０で形成された造形物９９は、粗加工された状態と同様である。なお、所定の厚みは、仕上げ切削の時間を短縮できるよう、切削工具３６のツールパスやピッチ、切削工具３６の径等に応じて設定される。所定の厚みは、たとえば、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍである。

次に、切削機３０による切削加工について説明する。切削機３０は、造形物９９に設けられた仕上げ代を除去するため、造形物９９を切削する。

具体的に、造型機２０による造形物９９の形成後、移送機６０は、造形物９９、テーブル５０、ガイド４１、Ｙ方向駆動機構４２及びチルト機構４３を切削処理スペース１５に移送して、テーブル５０を切削機３０のキャリッジ３３の下方に位置させる。その後、回転駆動機構３５が切削工具３６を回転駆動する。

切削工具３６の回転中、制御部７０は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムから転送されたツールパスデータに従ってＸ方向駆動機構３２、Ｙ方向駆動機構４２、Ｚ方向駆動機構３４及びチルト機構４３を制御する。そうすると、Ｘ方向駆動機構３２がキャリッジ３３及び切削工具３６をＸ方向に移動させ、Ｙ方向駆動機構４２がテーブル５０をＹ方向に移動させ、Ｚ方向駆動機構３４が切削工具３６をＺ方向に移動させる。これにより、造形物９９に対する切削工具３６の先端の相対的な三次元位置が変位する。そのような変位中に切削工具３６が造形物９９に接触すると、造形物９９の外面が切削工具３６によって切削される。また、造形物９９の切削中にチルト機構４３が作動すると、テーブル５０及び造形物９９がチルト機構４３によってＹ方向の回転軸及びＸ方向の回転軸回りに揺動される。これにより造形物９９に対する切削工具３６の成す接触角度が変位する。

以上のような切削によって造形物９９の仕上げ代が除去されて、造形物９９の外面が目標形状の外面に仕上げられる。このように切削加工された造形物９９は、例えば義歯、支台歯、歯科用クラウン、ブリッジ、アバットメント、サージカルガイド又はマウスピース等である。図３は、図２に示した造形物９９の切削加工後の形状を示す。図３から明らかなように、切削機３０による切削加工が行われた造形物９９は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって使用される形状データによって表される目標形状にほぼ一致する。

（３）効果
以上のように、熱溶融積層方式の造形法によって粗い形状の造形物９９を造形した後、切削加工によって造形物９９の表層を除去する。こうすることで、造形開始から切削終了までの加工時間の短縮化と、完成した造形物９９の表面の高精細化とを両立できる。仮に造形物９９を切削加工のみで作成する場合、ディスク状やブロック状の材料に対して切削加工を行う必要があるため、時間を要する。また、ディスク状やブロック状の材料から造形物９９を形成する場合には、材料の無駄が多くなる。一方、本実施形態に係る造形物作成装置１のように、熱溶融積層方式の造形方法を用いることにより、目標形状に近い形状の造形が可能となる。従って、切削加工（仕上げ加工）に要する時間が短縮される。また、熱溶融積層方式の造形方法では、微細な造形が困難であるため、たとえばデンチャーのように生体への高い適合性を要求される構造物を形成することには向いていないと考えられていた。しかし、本実施形態に係る造形物作製装置１によれば、造型機２０で作成した造形物９９に対して切削機３０を用いて仕上げ加工を行うことにより、高精細な造形物９９を得ることができる。更に、切削加工は仕上げ代に対してのみ行えばよいため、材料の無駄を最小限に抑えることができる。

また、造形工程及び切削工程のみならず、造形工程から切削工程の遷移も移送機６０によって自動化されている。それゆえ、切削工程の際に、誤った部分を切削するということがない。

また、造形処理スペース１４と切削処理スペース１５が隔壁１３によって仕切られているので、切削屑が造形処理スペース１４内に侵入しづらい。そのため、造形物９９を造形する際に、以前の切削工程で発生した切削屑が造形物９９に付着しない。

＜第２の実施の形態＞
次に、図４を参照して第２の実施の形態に係る造形物作成装置１の構成について説明を行う。第１の実施の形態では、移送機６０が、造型機２０と切削機３０との間で造型物９９が載置されたテーブル５０を移送する例について述べた。本実施形態では、テーブル５０を移送する代わりに、テーブル５０に対して造型機２０のキャリッジ２３と切削機３０のキャリッジ３３とを移送する例について述べる。

（１）造形物作製装置の構成
図４は、造形物作製装置１０１の筐体１１０を破断した状態で造形物作製装置１０１を示した正面図である。

造形物作製装置１０１は、筐体１１０と、筐体１１０内に設けられたテーブル１５０と、熱溶解積層方式により造形物１９９をテーブル１５０上に造形する造型機１２０と、造型機１２０によって造形された造形物１９９を切削加工する切削機１３０と、制御部１７０と、を備える。

造型機１２０は、キャリッジ１２３、Ｚ方向駆動機構１２４、造形ヘッド１２５及びヒータ１２６を有する。切削機１３０は、キャリッジ１３３、Ｚ方向駆動機構１３４、回転駆動機構１３５及び切削工具１３６を有する。造型機１２０と切削機１３０は、ガイド１２１、Ｘ方向駆動機構１２２、ガイド１４１、Ｙ方向駆動機構１４２及びチルト機構１４３を共有する。以下、これらの構成要素について具体的に説明する。

筐体１１０は、第１実施形態の筐体１０と同様に設けられている。但し、筐体１１０の側板１１１と側板１１２の間には隔壁が設けられていない。

筐体１１０内の上部においてガイド１２１がＸ方向に延在して、そのガイド１２１が筐体１１０に取り付けられている。このガイド１２１には、キャリッジ１２３とキャリッジ１３３がＸ方向に互い離間した状態で取り付けられている。キャリッジ１２３及びキャリッジ１３３にはＸ方向駆動機構１２２が連結されている。Ｘ方向駆動機構１２２はモータ及び伝動機構等を有して、キャリッジ１２３とキャリッジ１３３との間の間隔を一定に保った状態でキャリッジ１２３，１３３をＸ方向に移動させる。

キャリッジ１２３には、Ｚ方向駆動機構１２４及び造形ヘッド１２５が搭載されている。Ｚ方向駆動機構１２４は第１実施形態のＺ方向駆動機構１２４と、造形ヘッド１２５は第１実施形態の造形ヘッド２５と同様に設けられている。なお、造形ヘッド１２５に供給される線材１９１も第１実施形態の線材９１と同様のものである。

キャリッジ１３３には、Ｚ方向駆動機構１３４、回転駆動機構１３５及び切削工具１３６が搭載されている。Ｚ方向駆動機構１３４は第１実施形態のＺ方向駆動機構３４と、回転駆動機構１３５は第１実施形態の回転駆動機構３５と、切削工具１３６は第１実施形態の切削工具３６と同様に設けられている。

筐体１１０の内の底部には、ガイド１４１及びＹ方向駆動機構１４２が設けられている。ここで、第１実施形態では、ガイド４１及びＹ方向駆動機構４２が移送機６０によってＸ方向に移送されるが、第２実施形態では、ガイド１４１及びＹ方向駆動機構１４２が移送されずに固定されている。それ以外については、ガイド１４１は第１実施形態のガイド４１と、Ｙ方向駆動機構１４２は第１実施形態のＹ方向駆動機構１４２と同様に設けられている。

ガイド１４１にはチルト機構１４３が取り付けられ、チルト機構１４３にはテーブル１５０が連結されている。チルト機構１４３は第１実施形態のチルト機構４３と、テーブル１５０は第１実施形態のテーブル５０と同様に設けられている。

（２）造形物作製装置の動作
造形物作製装置１０１の動作について説明する。まず、Ｘ方向駆動機構１２２が造型機１２０のキャリッジ１２３及び造形ヘッド１２５をテーブル１５０に近づけてテーブル１５０の上方に位置させるとともに、切削機１３０のキャリッジ１３３及び切削工具１３６をテーブル１５０から離してテーブル１５０の脇の上方に位置させる。

その後、チルト機構１４３が、テーブル１５０を水平な姿勢に揺動する。

制御部１７０は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムから転送された制御データに従って、Ｘ方向駆動機構１２２、Ｙ方向駆動機構１４２、Ｚ方向駆動機構１２４及び線材繰り出し機構を制御する。そうすると、Ｘ方向駆動機構１２２が造形ヘッド２５を間欠的、断続的又は連続的にＸ方向に往復移動させるとともに、Ｙ方向駆動機構１４２がテーブル１５０を間欠的、断続的又は連続的にＹ方向に往復移動させる。

造形ヘッド１２５に対するテーブル１５０の相対的な変位中に、造形ヘッド１２５がテーブル１５０に向けて溶融物１９２を間欠的又は断続的に吐出する。これにより、溶融物１９２の積層体たる造形物１９９がテーブル１５０上に形成される。造形物１９９の形成中、造形物１９９の表面から造形ヘッド１２５の先端までの距離がＺ方向駆動機構１２４によって一定に維持される。

造形物１９９の形成後、Ｘ方向駆動機構１２２が造型機１２０のキャリッジ１２３及び造形ヘッド１２５をテーブル１５０から離してテーブル１５０の脇の上方に位置させるとともに、切削機１３０のキャリッジ１３３及び切削工具１３６をテーブル１５０に近づけてテーブル１５０の上方に位置させる。その後、回転駆動機構１３５が切削工具１３６を回転駆動する。

切削工具１３６の回転中、制御部１７０は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムから転送されたツールパスデータに従ってＸ方向駆動機構１２２、Ｙ方向駆動機構１４２、Ｚ方向駆動機構１３４及びチルト機構１４３を制御する。そうすると、Ｘ方向駆動機構１２２が切削工具１３６をＸ方向に移動させ、Ｙ方向駆動機構１４２がテーブル１５０をＹ方向に移動させ、Ｚ方向駆動機構１３４が切削工具１３６をＺ方向に移動させ、チルト機構１４３がテーブル１５０及び造形物１９９をＹ方向の回転軸及びＸ方向の回転軸回りに揺動する。これにより、造形物１９９の外面が切削工具１３６によって切削される。

（３）効果
本実施形態においても、加工時間の短縮化と、完成した造形物１９９の表面の高精細化とを両立できる。また、造型機１２０で造形された造形物１９９を固定したまま、切削機１３０による切削加工が可能となる。従って、造形物１９９の位置ズレを低減できる。

＜第３の実施の形態＞
次に、図５〜図１０を参照して第３の実施の形態に係る造形物作成装置１の構成について説明を行う。本実施形態では、第１の実施の形態のように造型機２０と切削機３０の間でテーブル５０を移送する代わりに、造型機２２０と切削機２３０の間で造形物２９９を移載する例について述べる。

（１）造形物作製装置の構成
図５は、造形物作製装置２０１の筐体２１０を破断した状態で造形物作製装置２０１を示した正面図である。

造形物作製装置２０１の筐体２１０、側板２１１，２１２、隔壁２１３、造型機２２０、ガイド２２１、Ｘ方向駆動機構２２２、キャリッジ２２３、Ｚ方向駆動機構２２４、造形ヘッド２２５、ヒータ２２６、切削機２３０、ガイド２３１、Ｘ方向駆動機構２３２、キャリッジ２３３、Ｚ方向駆動機構２３４、回転駆動機構２３５、切削工具２３６及び制御部２７０は、それぞれ、第１実施形態の造形物作製装置１の筐体１０、側板１１，１２、隔壁１３、造型機２０、ガイド２１、Ｘ方向駆動機構２２、キャリッジ２３、Ｚ方向駆動機構２４、造形ヘッド２５、ヒータ２６、切削機３０、ガイド３１、Ｘ方向駆動機構３２、キャリッジ３３、Ｚ方向駆動機構３４、回転駆動機構３５、切削工具３６及び制御部７０に相当する。

ここで、第１の実施の形態では、造型機２０と切削機３０がテーブル５０を駆動するための機構（ガイド４１、Ｙ方向駆動機構４２及びチルト機構４３）を共有する。そして、テーブル５０、ガイド４１、Ｙ方向駆動機構４２及びチルト機構４３が移送機６０によって造形処理スペース１４と切削処理スペース１５との間を移動する。

それに対して、第３の実施の形態では、造型機２２０がテーブル２５０を駆動するための機構（ガイド２４１、Ｙ方向駆動機構２４２及びチルト機構２４３）を有し、それとは別に、切削機２３０が保持具２８０を駆動するための機構（ガイド２６１、Ｙ方向駆動機構２６２及びチルト機構２６３）を有する。なお、図５では、チルト機構２４３及びチルト機構２６３は模式的に記載している（詳細な構成は、図６及び図７を参照）。

造型機２２０のガイド２４１、Ｙ方向駆動機構２４２及びチルト機構２４３は造形処理スペース２１４内に設けられている。ガイド２４１は、造型処理スペース２１４内においてＹ方向に延在する。Ｙ方向駆動機構２４２は、チルト機構２４３が連結されており、ガイド２４１に沿ってチルト機構２４３をＹ軸方向に移動させる。

図６は、造型機２２０のチルト機構２４３をＺ軸方向上側から見た模式図である。チルト機構２４３は、テーブル２５０、アーム部２５１、第１の回転ドライバ２５２、第２の回転ドライバ２５３を含む。

テーブル２５０は、造形物２９９が形成される平面の部材である（図６では、造形物２９９を示していない）。本実施形態に係るテーブル２５０は、円板状の部材である。

アーム部２５１は、テーブル２５０を回転可能に支持する部材である。本実施形態に係るアーム部２５１は、リング状の部材である。アーム部２５１の内側部分にはテーブル２５０が配置される。アーム部２５１は、テーブル２５０がＹ軸回りに回転可能となるよう支持している。

第１の回転ドライバ２５２は、アーム部２５１をＸ軸回りに回転させるための機構である。第１の回転ドライバ２５２は、Ｙ方向駆動機構２４２に固定されている。また、第１の回転ドライバ２５２は、アーム部２５１をＸ軸回りに回転可能に保持している。具体的には、第１の回転ドライバ２５２内には、Ｘ軸と平行に配置されたモータ軸を有する駆動モータ（図示無し）が配置されている。そして、当該モータ軸はアーム部２５１と連結している。従って、駆動モータが駆動することにより、アーム部２５１はＸ軸回りに回転する。すなわち、アーム部２５１が保持するテーブル２５０（及びテーブル２５０に載置された造形物２９９）もＸ軸回りに回転することができる。

第２の回転ドライバ２５３は、テーブル２５０をＹ軸回りに回転させるための機構である。第２の回転ドライバ２５３は、アーム部２５１に固定されている。第２の回転ドライバ２５３内に設けられた駆動モータ（図示無し）のモータ軸は、第１の回転ドライバ２５２の駆動モータのモータ軸と直交している。第２の回転ドライバ２５３内に設けられた駆動モータが駆動することにより、テーブル２５０（及びテーブル２５０に載置された造形物２９９）はＹ軸回りに回転する。

一方、切削機２３０のガイド２６１、Ｙ方向駆動機構２６２及びチルト機構２６３は切削処理スペース２１５内に設けられている。ガイド２６１は、切削処理スペース２１５内においてＹ方向に延在する。Ｙ方向駆動機構２６２は、チルト機構２６３が連結されており、ガイド２６１に沿ってチルト機構２６３をＹ軸方向に移動させる。

図７は、切削機２３０のチルト機構２６３をＺ軸方向上側から見た模式図である。チルト機構２６３は、保持具２８０、アーム部２８１、第１の回転ドライバ２８２、第２の回転ドライバ２３を含む。

保持具２８０は、造型機２２０で作成された造形物２９９を保持する部材である（図７では、造形物２９９を示していない）。本実施形態に係る保持具２８０は、リング状の部材である。

図８は、保持具２８０のＸ軸方向の断面図である。保持具２８０は保持具本体２８０ａ、突起部２８０ｂ及びクランパ２８０ｃを有する。

保持具本体２８０ａは、アーム部２８１に連結される部分である。保持具本体２８０ａの上面に収容凹部２８０ｄが形成され、収容凹部２８０ｄの底には開口２８０ｅが貫通している。更に収容凹部２８０ｄの底に突起部２８０ｂが起立した状態に設けられている。クランパ２８０ｃが収容凹部２８０ｄの一部を覆うようにして保持具本体２８０ａの上面にねじ等の締結具によって止められている。締結具の締結を解除すれば、クランパ２８０ｃを保持具本体２８０ａから取り外すことができる。クランパ２８０ｃは、開口２８０ｅに対応する開口２８０ｆが形成されている。

アーム部２８１は、保持具２８０を回転可能に支持する部材である。本実施形態に係るアーム部２８１は、リング状の部材である。アーム部２８１の内側部分には保持具２８０が配置される。アーム部２８１は、保持具２８０がＹ軸回りに回転可能となるよう支持している。

第１の回転ドライバ２８２は、アーム部２８１をＸ軸回りに回転させるための機構である。第１の回転ドライバ２８２は、Ｙ方向駆動機構２６２に固定されている。また、第１の回転ドライバ２８２は、アーム部２８１をＸ軸回りに回転可能に保持している。具体的には、第１の回転ドライバ２８２内には、Ｘ軸と平行に配置されたモータ軸を有する駆動モータ（図示無し）が配置されている。そして、当該モータ軸はアーム部２８１と連結している。従って、駆動モータが駆動することにより、アーム部２８１はＸ軸回りに回転する。すなわち、アーム部２８１が保持する保持具２８０（及び保持具２８０に保持された造形物２９９）もＸ軸回りに回転することができる。

第２の回転ドライバ２８３は、保持具２８０をＹ軸回りに回転させるための機構である。第２の回転ドライバ２８３は、アーム部２８１に固定されている。第２の回転ドライバ２８３内に設けられた駆動モータ（図示無し）のモータ軸は、第１の回転ドライバ２８２の駆動モータのモータ軸と直交している。第２の回転ドライバ２８３内に設けられた駆動モータが駆動することにより、保持具２８０（及び保持具２８０に保持された造形物２９９）はＹ軸回りに回転する。

（２）造形物作製装置の動作
まず、チルト機構２４３がテーブル２５０を水平な姿勢に揺動する。

次に、Ｘ方向駆動機構２２２が造形ヘッド２２５を間欠的、断続的又は連続的にＸ方向に往復移動させるとともに、Ｙ方向駆動機構２４２がテーブル２５０を間欠的、断続的又は連続的にＹ方向に往復移動させる。

造形ヘッド２２５に対するテーブル２５０の相対的な変位中に、造形ヘッド２２５がテーブル２５０に向けて溶融物２９２を間欠的又は断続的に吐出する。これにより、図９に示すような造形物２９９が形成される。図９は、テーブル２５０上に形成された造形物２９９のＸ軸方向の断面図である。造形物２９９は、凸部２９９ａ及び挿入孔２９９ｂを有する。造形物２９９の形成中、造形物２９９の表面から造形ヘッド２２５の先端までの距離がＺ方向駆動機構２２４によって一定に維持される。

造形物２９９の形成後、作業者が造形物２９９をテーブル２５０から剥離する。そして、作業者が造形物２９９を保持具２８０に取り付ける。具体的には、クランパ２８０ｃを保持具本体２８０ａから外した上で、造形物２９９を収容凹部２８０ｄに収容するとともに、突起部２８０ｂに挿入孔２９９ｂを嵌め込む。そして、クランパ２８０ｃを保持具本体２８０ａの上面に止めて、凸部２９９ａをクランパ２８０ｃと収容凹部２８０ｄの底との間に挟み込むことで造形物２９９を保持具２８０に取り付ける（図１０参照）。

以上のように造形物２９９が保持具２８０に保持された後、回転駆動機構２３５が切削工具２３６を回転駆動する。切削工具２３６の回転中、Ｘ方向駆動機構２３２が切削工具２３６をＸ方向に移動させ、Ｙ方向駆動機構２６２が造形物２９９及び保持具２８０をＹ方向に移動させ、Ｚ方向駆動機構２３４が切削工具２３６をＺ方向に移動させ、チルト機構２６３が造形物２９９及び保持具２８０をＹ方向の回転軸及びＸ方向の回転軸回りに揺動する。ここで、造形物２９９が収容凹部２８０ｄに収容された状態において、造形物２９９の一部は、クランパ２８０ｃの開口２８０ｆから突き出ている（図１０参照）。従って、造形物２９９の表側の面２９９ｃを切削工具２３６によって切削することができる。

表側の面２９９ｃの加工が完了した後、チルト機構２６３は、保持具２８０をＸ軸回りまたはＹ軸回りに反転させる。保持具２８０を反転させることにより、保持具２８０に保持された造形物２９９の裏側の面２９９ｄが切削工具２３６側に位置する。

以上のように造形物２９９が保持具２８０を反転させた後、回転駆動機構２３５が切削工具２３６を回転駆動する。切削工具２３６の回転中、Ｘ方向駆動機構２３２が切削工具２３６をＸ方向に移動させ、Ｙ方向駆動機構２６２が造形物２９９及び保持具２８０をＹ方向に移動させ、Ｚ方向駆動機構２３４が切削工具２３６をＺ方向に移動させ、チルト機構２６３が造形物２９９及び保持具２８０をＸ方向の回転軸及びＹ方向の回転軸回りに揺動する。ここで、保持具本体２８０ａの底には開口２８０ｅが形成されている（図１０参照）。従って、造形物２９９の裏側の面２９９ｄを切削工具２３６によって切削することができる。

（３） 効果
本実施形態においても、加工時間の短縮化と、完成した造形物２９９の表面の高精細化とを両立できる。また、本実施形態に係るチルト機構２６３によれば、造形物２９９の裏面加工が容易となる。従って、たとえば、デンチャーの裏側に形成されるポケット部分の加工を簡易に行うことができる。

（４）その他
図６及び図７で示したチルト機構２４３及びチルト機構２６３の構成は一例であって、造形物２９９をＸ軸回りまたはＹ軸回りに３６０°回転させることができる機構であればこれに限られない。或いは、チルト機構２４３及びチルト機構２６３は、必ずしも３６０°回転できるような構成でなくともよい。たとえば、造型機２２０においては、造型物２９９の裏面を加工する必要が無いため、チルト機構２４３は、所定の角度だけ傾斜できるような構成であってもよい。また、造形物２９９の裏面形状によっては、必ずしも３６０°回転させなくとも切削加工が可能となる場合がある。このような場合、チルト機構２６３についても３６０°回転できる機構でなくともよい。

また、図７等で示した保持具２８０には一の突起部２８０ｂが設けられているが、造型機２２０で形成される造形物２９９の形状に合わせて複数の突起部２８０ｂを設けることも可能である。この場合、保持具２８０に保持された造形物２９９のＸＹ平面における位置ズレを防止できる。

また、上記例では、造形物２９９をテーブル２５０から保持具２８０に手作業で移載する例について述べたがこれに限られない。造形物作製装置２０１内に造形物２９９を把持する機構を有する自動移載機を設け、加工プログラムに応じて自動でテーブル２５０から保持具２８０に造形物２９９を移載するものとしてもよい。

１，１０１，２０１…造形物作製装置， ２０，１２０，２２０…造型機， ３０，１３０，２３０…切削機 ２５，１２５，２２５…造形ヘッド， ３６，１３６，２３６…切削工具， ５０，１５０，２５０…テーブル， ６０…移送機， 保持具２８０

Claims (3)

1. 熱溶融積層方式により造形物を造形する造型機と、
   前記造型機によって造形された前記造形物を切削加工する切削機と、を備える造形物作製装置。
2. テーブルと、
   前記造型機と前記切削機との間で前記テーブルを移送する移送機と、を更に備え、
   前記移送機が前記テーブルを前記造型機に移送し、次に前記造型機が溶融物を前記テーブル上に吐出して積層することによって前記造形物を造形し、次に前記移送機が前記テーブルを前記切削機に移送し、次に前記切削機が前記テーブル上の前記造形物を切削加工する
   請求項１に記載の造形物作製装置。
3. テーブルを更に備え、
   前記切削機が前記テーブルから離れて、且つ前記造型機が前記テーブルに近づいて、次に前記造型機が溶融物を前記テーブル上に吐出して積層することによって前記造形物を造形し、次に前記切削機が前記テーブルに近づいて、且つ前記造型機が前記テーブルから離れて、次に前記切削機が前記テーブル上の前記造形物を切削加工する
   請求項１に記載の造形物作製装置。

Images