JP2021145822A

JP2021145822A - 切削加工機

Info

Publication number: JP2021145822A
Application number: JP2020047481A
Authority: JP
Inventors: 数人宮本; Kazuto Miyamoto; 和秀 ▲浜▼松; Kazuhide Hamamatsu
Original assignee: DGshape Corp
Current assignee: DGshape Corp
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-09-27

Abstract

【課題】駆動軸を高い回転数で駆動できる切削加工機を提供する。【解決手段】デンタル材料を加工する先端工具２４を装着可能な一端部、及び他端部を有する駆動軸２１２と、前記他端部よりも前記一端部の近傍にそれぞれ配置されて前記駆動軸を回転可能に保持するとともに、それぞれ転動体を転動可能に有する、複数のベアリング２１６、２１７と、を備え、前記駆動軸は、毎分８００００回転以上で回転する、切削加工機。【選択図】図６

Description

本発明は、切削加工機に関する。

先端工具を保持する駆動軸と、駆動軸を保持するベアリングとを備え、駆動軸によって先端工具を回転駆動することにより、被加工材を加工する切削加工機が知られている（特許文献１）。

特開平０９−１２３１０４号公報

上記のような切削加工機においては、駆動軸を高回転で駆動することができれば、被加工材を精細に加工することができる。また、効率よく加工作業を実行することができる。

しかし、駆動軸の回転数を増加させると、ベアリングに生じる遠心力も増大してしまう。この遠心力をベアリングの耐荷重よりも小さく抑える必要があるため、駆動軸を高い回転数で駆動することは困難であった。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、駆動軸を高い回転数で駆動できる切削加工機を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は一態様として、デンタル材料を加工する先端工具を装着可能な一端部、及び他端部を有する駆動軸と、前記他端部よりも前記一端部の近傍にそれぞれ配置されて前記駆動軸を回転可能に保持するとともに、それぞれ転動体を転動可能に有する、複数のベアリングと、を備え、前記駆動軸は、毎分８００００回転以上で回転する、切削加工機を提供する。

本発明によれば、駆動軸を高い回転数で駆動できる切削加工機を提供できる。

本実施形態に係る加工装置を示す外観斜視図である。本実施形態に係る加工装置の内部構造を示す斜視図である。本実施形態に係る加工装置の断面図である。本実施形態に係る取付部であり、被加工材を装着した状態を示す図である。本実施形態に係るモータの側面図である。本実施形態に係るモータの縦断面図である。本実施形態に係るベアリングの上面図である。

＜実施形態＞
図１〜図７を参照して、本発明の実施形態に係る切削加工機１について説明を行う。図１〜図３に示すように本実施形態に係る切削加工機１は、フロントカバー１２を備える筐体１０、加工部２０、移動機構３０、および保持部４０を含む。切削加工機１は、デンタル用の材料を用いた加工材である被加工材Ｃを３次元に切削加工する装置である。

なお、本実施形態においては、図１から図３に示すように、前後左右及び上下の方向を定める。図３において、フロントカバー１２が装着される側を前方とし、その反対の方向を後方とする。また、図１に示すように、筐体１０を前面から見た場合を基準として、左右の方向を定める。保持部４０に対して、加工部２０が配置される方向を上方とし、その反対を下方とする。着脱可能な部材についても、筐体１０に装着された状態を基準にして、方向を定めることとする。

〔筐体〕
図１から図３に示すように、筐体１０は、略矩形に形成された本体部１１と、本体部１１に対して上下に移動可能なフロントカバー１２と、ボトムカバー１３と、レギュレータ１４とを備える。本体部１１の内部では、加工空間１０ａが画成されている。

フロントカバー１２を上方に移動することによって、加工空間１０ａは、筐体１０の外部に開放される。

レギュレータ１４は、筐体１０の背面に設置される。レギュレータ１４は、チューブ１４Ａを備えており、筐体１０の内部と連通する。レギュレータ１４は、外部のコンプレッサ等から圧縮空気の供給を受け、圧力を調整する機能を備える。圧力調整された圧縮空気は、チューブ１４Ａ及び不図示の管路を介して、加工部２０へ供給される。

〔移動機構〕
図２及び図３に示すように、移動機構３０は、加工空間１０ａより上方に配置される。移動機構３０は、一対のシャフト３１Ａ、３１Ｂと、シャフト３１Ａ、３１Ｂの上下両端部を支持するベース部３２と、左右方向に延出する１対のシャフト３３Ａ、３３Ｂとを備える。なお、以下において、一対のシャフト３１Ａ、３１Ｂが延出する方向をＺ軸方向と定義する。

シャフト３１Ａ、３１Ｂは、連結部２３をＺ軸方向に移動可能に支持する。連結部２３は、不図示のモータによってＺ軸方向に駆動される。また、シャフト３３Ａ、３３Ｂは、ベース部３２を、左右方向に移動可能に支持する。ベース部３２は、不図示のモータによって、左右方向に駆動される。上記構成により、移動機構３０は、加工部２０を支持するとともに、加工部２０をＺ軸方向及び左右方向に移動可能とする。

〔保持部〕
図２及び図４に示すように、保持部４０は、駆動部４１と、駆動部４１を支持する１対のシャフト４３Ａ、４３Ｂと、駆動部４１に支持される取付部４４とを備える。

駆動部４１は、加工空間１０ａより右方に配置される。駆動部４１は、左右方向に延びる出力軸を備え、取付部４４を出力軸回りに回転駆動することが可能である。取付部４４は、加工空間１０ａ内部に配置される。取付部４４の左端部は、被加工材Ｃを着脱可能である（図４）。

シャフト４３Ａ、４３Ｂは、筐体１０に両端部を固定され、Ｚ軸方向と直交するＹ軸方向（図２）に延出する。シャフト４３Ａ、４３Ｂは、駆動部４１を、Ｙ軸方向に移動可能に支持する。このように駆動部４１及び取付部４４は、Ｙ軸方向に移動可能である。

〔加工部〕
図２から図６に示すように、加工部２０は、モータ２１と、連結部２３と、被加工材Ｃを切削するための先端工具であるミリングバー２４とを備える。連結部２３は、モータ２１と移動機構３０とを連結する部材である（図３）。連結部２３の後部は、移動機構３０によって支持される。

モータ２１はブラシレスモータであり、ケーシング２１１と、Ｚ軸方向に延びるスピンドル２１２と、ロータ２１３と、ステータ２１４とを含む（図５及び図６）。モータ２１は、スピンドル２１２をケーシング２１１に対して回転駆動させる機能を備える。また、モータ２１は、図示せぬ制御部と電気的に接続され、制御される。スピンドル２１２は、本発明における駆動軸の一例である。

図５及び図６に示すように、ケーシング２１１はＺ軸方向に延出する略中空円筒形状の部材であり、モータ２１の外殻をなす。ケーシング２１１の上部と下部には、それぞれ、軸受２１５、軸受２１６及び軸受２１７が設けられる。軸受２１５はスピンドル２１２の上端部を回転可能に支持し、軸受２１６及び軸受２１７は、いずれもスピンドル２１２の下端部を回転可能に支持する。

ケーシング２１１の上部は、不図示の管路等を介して、レギュレータ１４と連通しており、圧縮空気の供給を受けることができる。すなわちケーシング２１１は、図４中に白抜き矢印として示すように、圧縮空気をＺ軸に沿ってミリングバー２４に向けて流す風路２０Ｂを、その内部に形成する。

圧縮空気は、図６中の白抜き矢印として示すように、ケーシング２１１内部の風路２０Ｂを通って、スピンドル２１２及びコレット２２Ａの近傍から、ミリングバー２４に向けて放出される。圧縮空気は、ケーシング２１１の内部を通る際に、軸受２１５の径方向外方、ステータ２１４とロータ２１３との間、さらに軸受２１６、２１７の近傍を通ることによって、これらの部品を冷却する。また、圧縮空気がスピンドル２１２の近傍から放出されることによって、クーラントや切削片などの異物がモータ２１の内部へ侵入することが防止される。

スピンドル２１２は、直径１０ミリメートルの円柱形状の部材であり、Ｚ軸方向に延出するように、ケーシング２１１の内部に配置される。スピンドル２１２の上端部及び下端部はそれぞれ、軸受２１５及び軸受２１６によって、回転可能に支持される。スピンドル２１２のＺ軸方向における中央部分では、永久磁石がスピンドル２１２の外周を囲むように固定され、円筒形状のロータ２１３を構成する。スピンドル２１２の下端部にはコレット２２Ａが設けられ、コレット２２Ａを介して切削加工用のミリングバー２４を着脱可能に保持する。なお、スピンドル２１２は、コレット２２Ａを設けず、直接ミリングバー２４を保持可能な形態としてもよい。

ミリングバー２４は、回転駆動されることによりデンタル材料等の被加工材Ｃを加工する先端工具であり、少なくとも被加工材Ｃとの接触部分において多数のダイヤモンド粒子が埋め込まれている。ミリングバー２４の外径は３ミリメートルである。

ステータ２１４は、ロータ２１３を周方向に囲むように配置され、ケーシング２１１の内周面に固定される。ステータ２１４は、不図示の制御部と電気的に接続しており、電力の供給を受け、ロータ２１３を回転駆動することができる。

軸受２１５、軸受２１６及び軸受２１７は、図７に示すように、いずれもボールベアリングである。軸受２１５は、スピンドル２１２の上端部を回転可能に支持する。また、軸受２１６及び軸受２１７は、上下方向に並んで、さらに互いに隣接するように配置される。軸受２１６及び軸受２１７、いずれもスピンドル２１２の下端部を回転可能に支持する。軸受２１５、軸受２１６及び軸受２１７は、それぞれ、複数のボール２１８Ａと、内輪部２１８Ｂと、外輪部２１８Ｃとを備える。なお、軸受２１５、２１６、２１７は、本実施形態においてボールベアリングとしているが、ローラーベアリングを用いてもよい。

内輪部２１８Ｂ及び外輪部２１８Ｃは、いずれも環状の部材であり、外輪部２１８Ｃの径は、内輪部２１８Ｂの径よりも大きい。内輪部２１８Ｂは、スピンドル２１２の外周部に固定され、外輪部２１８Ｃは、ケーシング２１１に固定される。ボール２１８Ａは本発明における転動体の一例であり、内輪部２１８Ｂと外輪部２１８Ｃとの間において、転動可能に保持される。内輪部２１８Ｂの内径は１０ミリメートルであり、外輪部の外径は２２ミリメートルである。内輪部２１８Ｂの内径は、スピンドル２１２の外径と一致している。スピンドル２１２は、内輪部２１８Ｂに嵌合する。

ボール２１８Ａは真円状の鋼球であり、直径３．１７５ミリメートル、質量０．１３グラムである。ボール２１８Ａの中心は、スピンドル２１２の軸心から８ミリメートルの位置に配置される。換言すれば、スピンドル２１２駆動時においてボール２１８Ａはスピンドル２１２の軸心周りを公転(周回、円運動ともいう)し、ボール２１８Ａの中心の公転半径は８ミリメートルである。ボール２１８Ａは本発明における転動体の一例である。

〔加工装置の動作〕
以下、切削加工機１による加工作業、およびその際の動作について説明する。被加工材Ｃが取付部４４に装着され、加工作業が開始されると、スピンドル２１２及びミリングバー２４が回転し、被加工材Ｃを加工する。移動機構３０、取付部４４、及び駆動部４１によって、ミリングバー２４及び被加工材Ｃは、相対的に３次元方向に移動可能である。そのため、切削加工機１は、被加工材Ｃを３次元に切削加工できる。

スピンドル２１２の回転数の上限は、毎分８００００回転以上に設定される。このようにスピンドル２１２は非常に高い回転数で回転するが、軸受２１６及び軸受２１７の２つの軸受によってスピンドル２１２の下端部を支持することで、スピンドル２１２及びミリングバー２４の振動を防止し、安定して駆動することを可能としている。また、スピンドル２１２から受ける荷重が、軸受２１６及び軸受２１７の２つの軸受に分散されるため、１つの軸受によってスピンドル２１２を支持した場合と比較し、軸受２１６及び軸受２１７の耐久性の向上、または長寿命化を図ることができる。また、１つの軸受によって支持した場合と比較し、軸受２１６及び軸受２１７のそれぞれを小さな寸法で設計することができるため、これらの部材の軽量化、小型化を実現できる。軸受２１６及び軸受２１７の備えるボール２１８Ａの質量を小さくすることができるため、ボール２１８Ａが生じる遠心力を小さくすることができる。したがって、軸受２１６及び軸受２１７から発生する振動、または騒音を小さくすることができる。

＜効果＞
上記実施形態による切削加工機１のスピンドル２１２は、その下端部においてデンタル材料を加工するミリングバー２４を装着可能である。また、切削加工機１の軸受２１６、２１７は、スピンドル２１２下端部の近傍においてそれぞれ配置されて、スピンドル２１２を回転可能に保持するとともに、それぞれボール２１８Ａを転動可能に有する。スピンドル２１２は、毎分８００００回転以上で回転することが可能である。

上記のように２つの軸受２１６、２１７でスピンドル２１２を回転可能に支持するため、毎分８００００回転以上の高回転でも、振動や騒音の発生を抑えて、安定した駆動が実現可能となる。また、いずれもベアリングである２つの軸受２１６、２１７を用いてスピンドル２１２を支持するため、軸受２１６、２１７それぞれに係る荷重を分散し、部材の長寿命化を図ることができる。

軸受２１６、２１７は互いに隣接して配置されるため、コンパクトな設計とすることができる。

軸受２１６、２１７はそれぞれ、内径１０ミリメートルの内輪部２１８Ｂ、及び外径２２ミリメートルの外輪部２１８Ｃを有する。また、スピンドル２１２の外径は１０ミリメートル以上である。また、ボール２１８Ａの外径は３．１７５ミリメートル以下である。ボール２１８Ａの質量は０．１３グラム以下である。

上記のような設計とすることにより、スピンドル２１２の高回転での駆動を実現できる。

ミリングバー２４はダイヤモンド粒子を有するため、デンタル材料のような硬度の高い材料を加工することができる。一方、大きな騒音、振動が発生する虞があるが、軸受２１６、２１７を用いて、スピンドル２１２を支持しているため、高回転での駆動が可能となり、ダイヤモンド粒子の利点を生かして高精度かつ効率の良い加工が可能となる。

１加工装置
１０筐体
１１本体部
２０加工部
２１モータ
２１１ケーシング
２１２スピンドル
２１３ロータ
２１４ステータ
２１５軸受
２１６軸受
２１７軸受
３０移動機構
４０保持部

Claims

デンタル材料を加工する先端工具を装着可能な一端部、及び他端部を有する駆動軸と、
前記他端部よりも前記一端部の近傍にそれぞれ配置されて前記駆動軸を回転可能に保持するとともに、それぞれ転動体を転動可能に有する、複数のベアリングと、を備え、
前記駆動軸は、毎分８００００回転以上で回転する、切削加工機。
前記複数のベアリングは互いに隣接して配置される、請求項１に記載の切削加工機。
前記複数のベアリングはそれぞれ、内径１０ミリメートルの内輪部、及び外径２２ミリメートルの外輪部を有する、請求項１または２に記載の切削加工機。
前記駆動軸の外径は１０ミリメートル以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の切削加工機。
前記転動体の外径は３．１７５ミリメートル以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の切削加工機。
前記転動体の質量は０．１３グラム以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の切削加工機。
前記先端工具はダイヤモンド粒子を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の切削加工機。