JP2024010448A - レーザー加工装置及びレーザー加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マウスピース型矯正装置の材料であるシート材をレーザーによって切断したとき、全周にわたってバリやカエリなどが形成されることなく、迅速かつ正確にマウスピース型矯正装置を作成することが可能なレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供する。【解決手段】レーザー加工装置１は、作成目標とするマウスピース型矯正装置の成形に用いられる歯型模型の３次元データに基づいて決定されたレーザーによる切断線に関する切断線データを取得する切断線データ取得部２２と、歯型模型に対する切断線の位置に基づいて、シート材を切断するレーザー照射部からの歯型模型に対するレーザーの照射角度を決定する照射角度決定部２３と、決定された照射角度に基づいて、切断線に沿ってシート材を切断するように、歯型模型に対するレーザーの照射角度を制御する加工制御部２４とを備える。【選択図】図８

Description

本発明は、レーザー加工装置及びレーザー加工方法に関するものである。

口腔内に設置され歯列矯正に用いられる歯列矯正装置には、様々なタイプのものがあり、例えば、ワイヤー矯正装置、拡大床装置やマウスピース型矯正装置などがある。

マウスピース型矯正装置による矯正では、移動後の歯の位置や向きを考慮してマウスピース（アライナーとも呼ばれる。以下「アライナー」という。）が形成される。複数の段階ごとに少しずつ異なる形状を有するアライナーに取り換えられることによって、矯正前の歯列が目標とする歯列へ調整される。

アライナーは、複数の歯からなる歯列に装着されたとき、歯列を矯正できるように各歯に対して圧力を付与できる弾性力を有する。

アライナーは、シート状の樹脂材料（以下「シート材」という。）を、装着者の歯に基づいて形成された歯型模型に加熱しながら圧着させることによって形成される。なお、現状の歯列を反映した歯型模型は、印象材を用いた型取りを行なった後、石膏を注入して作成されたり、または、３Ｄスキャナーによるスキャンによって歯を含む口腔内の形状が取得された後、取得された形状データに基づいて３Ｄプリンターによって作成されたりする。アライナーを形成するための歯型模型は、歯の位置や向きを現状の歯列から少し異ならせる必要がある。そのため、現状の歯列を反映した歯型模型の形状、又は、歯を含む口腔内の形状を３Ｄスキャナーによるスキャンによって取得した後、取得されたデータに対して歯の位置や向きを変更してアライナー用の歯型模型の３次元データを生成し、生成された３次元データに基づいて３Ｄプリンターによってアライナー用の歯型模型が作成される。

特許第６１０６６７６号公報

シート材が歯型模型に圧着された後、シート材をアライナーとして形成するため、シート材の余剰部分を切断する必要がある。従来、シート材の切断は、歯科技工士がはさみを使用して行われているが、シート材は強度が高いことから、長時間の作業によって腱鞘炎を発症させるおそれがある。

また、上記特許文献１のように、レーザーを用いてシート材の余剰部分を切断する方法も知られているが、レーザーによって切断されたシート材の端部において、出っ張りやぎざぎざ等のバリやカエリが発生することがある。その結果、アライナーの端部に形成されたバリやカエリを除去する作業が必要になり、アライナーの製作に手間や時間がかかってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、マウスピース型矯正装置の材料であるシート材をレーザーによって切断したとき、全周にわたってバリやカエリなどが形成されることなく、迅速かつ正確にマウスピース型矯正装置を作成することが可能なレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザー加工装置は、作成目標とするマウスピース型矯正装置の成形に用いられる歯型模型の３次元データに基づいて決定されたレーザーによる切断線に関する切断線データを取得する切断線データ取得部と、前記歯型模型に対する前記切断線の位置に基づいて、シート材を切断するレーザー照射部からの前記歯型模型に対する前記レーザーの照射角度を決定する照射角度決定部と、決定された前記照射角度に基づいて、前記切断線に沿って前記シート材を切断するように、前記歯型模型に対する前記レーザーの照射角度を制御する加工制御部とを備える。

この構成によれば、歯型模型の３次元データに基づいて、レーザーによる切断線に関する切断線データが決定されており、切断線データが取得される。歯型模型は、作成目標とするマウスピース型矯正装置の成形に用いられる。歯型模型に対する切断線の位置に基づいて、シート材を切断するレーザー加工装置の歯型模型に対するレーザーの照射角度が決定される。そして、決定された照射角度に基づいてレーザーが照射されながら、切断線に沿ってシート材が切断される。

これにより、歯型模型に対する切断線の位置に応じて、レーザー照射部がシート材に対して照射するレーザーの照射角度が変更され、シート材の切断部分の全てにわたってバリやカエリなどが形成されない。その結果、切断部分に形成されていたバリやカエリを除去する作業が不要になり、迅速かつ正確にマウスピース型矯正装置を作成することができる。

上記発明において、前記レーザーの照射角度は、前記歯型模型に圧着された状態の前記シート材の厚さに基づいて決定されてもよい。

この構成によれば、前記歯型模型に圧着された状態の前記シート材の厚さに応じて、レーザー加工装置のシート材に対するレーザーの照射角度が変更される。

上記発明において、前記レーザーの照射角度は、前記マウスピース型矯正装置における前歯部分の舌側において、前記歯型模型の底面に対して２０°以上７０°以下の範囲の角度となるように決定されてもよい。

この構成によれば、マウスピース型矯正装置における前歯部分の舌側を切断する場合において、シート材に対してレーザーを照射する際、レーザーの照射角度は、歯型模型の底面に対して２０°以上７０°以下の範囲の角度である。なお、前歯部分の舌側を切断する場合、レーザーの照射角度は、歯型模型の表面に対して９０°、すなわち法線方向であることが望ましい。

上記発明において、前記レーザーの照射角度は、前記マウスピース型矯正装置における前歯部分の頬側において、前記歯型模型の底面に対して２０°となるように決定されてもよい。

この構成によれば、マウスピース型矯正装置における前歯部分の頬側を切断する場合において、シート材に対してレーザーを照射する際、レーザーの照射角度は、歯型模型の底面に対して２０°である。

上記発明において、前記レーザーの照射角度は、前記マウスピース型矯正装置における奥歯部分の左右６番歯の舌側並びに７番歯の舌側及び頬側において、前記歯型模型の底面に対して４０°以上７０°以下の範囲の角度となるように決定されてもよい。

この構成によれば、マウスピース型矯正装置における奥歯部分の左右６番歯の舌側並びに７番歯の舌側及び頬側を切断する場合において、シート材に対してレーザーを照射する際、レーザーの照射角度は、歯型模型の底面に対して４０°以上７０°以下の範囲の角度である。なお、奥歯部分の左右６番歯の舌側並びに７番歯の舌側及び頬側を切断する場合、レーザーの照射角度は、歯型模型の表面に対して９０°、すなわち法線方向であることが望ましい。

上記発明において、前記レーザーの照射角度は、前記マウスピース型矯正装置における奥歯部分の左右６番歯の頬側において、前記歯型模型の底面に対して２０°以上７０°以下の範囲の角度となるように決定されてもよい。

この構成によれば、マウスピース型矯正装置における奥歯部分の左右６番歯の頬側を切断する場合において、シート材に対してレーザーを照射する際、レーザーの照射角度は、歯型模型の底面に対して２０°以上７０°以下の範囲の角度である。なお、奥歯部分の左右６番歯の頬側を切断する場合、レーザーの照射角度は、歯型模型の表面に対して９０°、すなわち法線方向であることが望ましい。

本発明に係るレーザー加工方法は、作成目標とするマウスピース型矯正装置の成形に用いられる歯型模型の３次元データに基づいて決定されたレーザーによる切断線に関する切断線データを取得する第１ステップと、前記歯型模型に対する前記切断線の位置に基づいて、シート材を切断するレーザー照射部の前記歯型模型に対する前記レーザーの照射角度を決定する第２ステップと、決定された前記照射角度に基づいて、前記切断線に沿って前記シート材を切断するように、前記歯型模型に対する前記レーザーの照射角度を制御する第３ステップとを備える。

本発明によれば、マウスピース型矯正装置の材料であるシート材をレーザーによって切断したとき、全周にわたってバリやカエリなどが形成されることなく、迅速かつ正確にマウスピース型矯正装置を作成することができる。

アライナーを示す平面図である。 歯型模型及び歯型模型に圧着されているアライナーの第１実施例を示す側面図である。 歯型模型及び歯型模型に圧着されているアライナーの第１実施例を示す側面図である。 歯型模型及び歯型模型に圧着されているアライナーの第２実施例を示す側面図である。 歯型模型を示す平面図である。 歯型模型及び歯型模型に圧着されているシート材を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置を示すブロック図である。 歯型模型及び歯型模型に圧着されているシート材を示す平面図であり、切断線を太線で示している。 歯型模型に対するレーザーの照射角度を示す模式図である。 レーザーを用いたシート材の切断方法を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置１によって形成されるアライナー６０は、図１から図３に示すような歯列矯正装置であり、歯に装着されることによって歯に対して所定の力を付与する。アライナーは、マウスピース型矯正装置、又は、歯列矯正用マウスピースとも呼ばれている。アライナー６０は、上顎の粘膜面に沿って装着され上側の歯列を矯正するものと、下顎の粘膜面に沿って下側の歯列を矯正するものがあり、本実施形態はいずれにも適用可能である。

アライナー６０は、シート材６２によって形成されたものであり、複数の歯に密着して複数の歯を覆うように装着される。アライナー６０は、歯を収容し歯側に面する凹部と、歯側とは反対側の口腔側に面する凸部を有する。アライナー６０は、装着者の歯に対応する形状を有する。アライナー６０は、複数の歯の歯列方向に沿っており、前歯から左右両側の奥歯（奥歯）にかけて弓状に配置されている複数の歯（歯列弓）に対応した形状を有する。

アライナー６０は、複数の歯からなる歯列に装着されたとき、歯列を矯正できるように各歯に対して圧力を付与できる弾性力を有する。また、アライナー６０は、歯に装着されることによって、歯の向きや位置を調整することができる。

アライナー６０は、図６に示すように、シート状の樹脂材料であるシート材６２を、装着者の歯に基づいて形成された歯型模型４０に加熱しながら圧着させることによって形成される。なお、歯型模型４０は、３次元データに基づいて３Ｄプリンターによって作成される。歯型模型４０の例を図５に示す。歯型模型４０の３次元データは、例えば、歯型模型３次元データ作成プログラムによって、歯を含む口腔内の形状に関する３次元データに対して、歯冠部分が分離されて、歯の位置や方向が調整されることによって作成される。歯を含む口腔内の現状の形状に関する３次元データは、印象材を用いた型取りによって作成された歯型模型、又は、口腔内を、３Ｄスキャナーによってスキャンすることで取得される。シート材６２の材料は、アライナーの材料として通常用いられるものが適用される。

歯型模型４０は、図２に示すように、底面４０ａが水平面を有する。歯型模型４０の底面４０ａがロボット部３のハンド１１と接触して、歯型模型４０がハンド１１に固定される。歯型模型４０の底面４０ａの位置は、前歯の歯茎部分の高さと奥歯の歯茎の部分の高さがほぼ同一となるように決定されている。

本実施形態に係るレーザー加工装置１は、図７及び図８に示すように、レーザー照射部２と、ロボット部３と、制御部４と、カメラ部５と、電気集塵装置６などを備える。

レーザー照射部２は、レーザー加工装置１内で固定されており、レーザーを所定の方向に照射する。レーザー照射部２は、レーザーを照射することによって、レーザーでシート材６２を切断する。シート材６２が歯型模型４０に圧着された後、シート材６２をアライナー６０として形成するためには、シート材６２に生じる余剰部分を切断する必要がある。このシート材６２の余剰部分がレーザー照射部２のレーザーによって切断される。

図７に示すように、ロボット部３は、歯型模型４０を固定可能なハンド１１と、ハンド１１の位置や方向を変化させるアーム１２などを有する。ロボット部３は、ハンド１１及びアーム１２によって、ハンド１１に固定された歯型模型４０の方向や位置を変更させることができる。ロボット部３は、歯型模型４０に圧着されたシート材６２に対して適切な角度でレーザーが照射されるように制御される。ハンド１１の先端には、吸引カップが設けられる。これにより、歯型模型４０が吸引によってハンド１１の先端に固定される。

制御部４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

制御部４は、図８に示すように、３次元データ取得部２１と、切断線データ取得部２２と、照射角度決定部２３と、加工制御部２４などを備える。

３次元データ取得部２１は、歯型模型４０の３次元データを取得する。歯型模型４０の３次元データは、３Ｄスキャナーによるスキャンによって歯を含む口腔内の現状の形状が取得された後、３次元データ上で矯正目標とする位置や方向に歯が調整されることによって作成される。

切断線データ取得部２２は、切断線（カットライン）６４（図９参照）に関する切断線データを取得する。切断線６４は、レーザー照射部２によって照射されるレーザーがシート材６２を切断するときのレーザーが通過する線であり、作成されるアライナー６０の外形線である縁部に相当する。切断線６４は、アライナー６０の縁部の形状に応じて決定される。

切断線データは、例えば、切断線データ作成プログラムによって、歯型模型４０の３次元データに基づいて決定されている。切断線データは、歯型模型４０に対する切断線６４の位置（座標データ）や、切断線６４上での歯型模型４０の表面に対する法線方向などを含む。歯型模型４０に対する切断線６４の位置は、例えば、左右それぞれで最も奥に位置する奥歯２本の間の中心を基準点にして決定される。

切断線６４、すなわち、アライナー６０の縁部の形状は、図２及び図３に示すように、すべての歯の歯冠と歯茎の境界線から高さ方向に所定の距離離れた位置となるように凹凸状に形成される線である。または、切断線６４、すなわち、アライナー６０の縁部の形状は、図４に示すように、いずれか一つの歯の歯冠の最下端から高さ方向に所定の距離離れた位置を基準としてほぼ一直線状となるように形成される線であり、この線は底面４０ａとほぼ平行である。

照射角度決定部２３は、切断線データ取得部２２によって取得された切断線データを用いて、レーザーの照射角度を決定する。照射角度決定部２３は、切断線データに含まれている切断線６４の位置や歯型模型４０の表面に対する法線方向に基づいて、歯型模型４０に対するレーザーの照射角度を決定する。

具体的には、照射角度決定部２３は、図９に示すように、切断線データに対して三つの領域、例えば、切断線データのうち前歯部分の舌側の領域Ａ１、前歯部分の頬側の領域Ａ２、奥歯部分の領域Ａ３を、切断線データに含まれる位置情報に基づいてそれぞれ設定する。照射角度決定部２３は、設定された領域ごとに歯型模型４０に対するレーザーの照射角度を決定する。

図１０（ａ）に示すように、照射角度は、例えば、歯型模型４０のうち前歯部分の舌側の領域Ａ１では、歯型模型４０の表面に対して法線方向とする。なお、照射角度は、この例に限られず、領域Ａ１では、歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°以上７０°以下の範囲の角度方向としてもよい。

また、照射角度は、図１０（ｂ）に示すように、歯型模型４０のうち前歯部分の頬側の領域Ａ２では、歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°の方向とする。

さらに、照射角度は、図１０（ａ）に示すように、歯型模型４０のうち奥歯部分の左右６番歯（第一大臼歯）の舌側、並びに、７番歯（第二大臼歯）の頬側及び舌側の領域Ａ３では、歯型模型４０の表面に対して法線方向とする。なお、照射角度は、この例に限られず、領域Ａ３では、歯型模型４０の底面４０ａに対して４０°以上７０°以下の範囲の角度方向としてもよい。

またさらに、図１０（ａ）に示すように、歯型模型４０のうち奥歯部分の左右６番歯（第一大臼歯）の頬側の領域Ａ４では、歯型模型４０の表面に対して法線方向とする。なお、照射角度は、この例に限られず、領域Ａ４では、歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°以上７０°以下の範囲の角度方向としてもよい。

加工制御部２４は、照射角度決定部２３で決定された照射角度に基づいて、切断線６４に沿ってシート材６２を切断するように、レーザー加工装置１を制御する。これにより、ロボット部３のハンド１１やアーム１２が動作して歯型模型４０の位置や方向が変化する。そして、レーザー照射部２から照射されるレーザーが照射角度決定部２３で決定された照射角度となるように、歯型模型４０に圧着されたシート材６２に対してレーザーが照射されて、シート材６２が切断される。

次に、シート材６２を切断する際の歯型模型４０に圧着されたシート材６２に対するレーザーの照射角度について説明する。

レーザーによってシート材６２を切断するとき、レーザーの出力が一定である場合、レーザーが貫通するシート材６２の厚さが厚くなるとシート材６２を切断できない部分が生じる。

歯型模型４０に圧着されたシート材６２は、歯型模型４０の位置に応じて肉厚が異なる。発明者らは、前歯部分の舌側と奥歯側で切断できない部分が生じやすいことを確認した。

シート材６２が歯型模型４０に圧着されるとき、歯冠に相当する部分に沿って、水平なシート材６２が鉛直方向、又は、斜め方向に向かってシート材６２が引き延ばされる。歯冠の表面が鉛直に近いほど傾斜が緩い場合に比べてシート材６２がより引き延ばされて肉厚が薄くなる。また、引き延ばす距離が長い部分ほど、短い部分に比べて、シート材６２の肉厚が薄くなる。

したがって、歯の前歯部分の舌側と頬側、及び、奥歯部分では、シート材６２の肉厚が異なる。発明者らが実際に歯型模型４０に圧着されたシート材６２の肉厚を計測したところ、舌側のシート材６２の肉厚は頬側のシート材６２の肉厚よりも厚く、ｔ検定の結果より有意差があることが確認された。また、前歯部分の舌側、頬側と、奥歯側のシート材６２の肉厚の正規分布（Ｎ＝８０）を確認したところ、舌側と奥歯側のシート材６２の肉厚は、頬側に比べて、０．１ｍｍ程度厚い傾向にあることが確認された。なお、シート材６２は、ＰＥＴ製であり、初期肉厚が０．７６ｍｍである。

歯冠において、前歯部分の頬側の表面は、角度が鉛直に近いことから、舌側に比べてシート材６２の肉厚が薄くなるといえる。また、奥歯側に近づくほど、歯冠の高さが低くなるため、前歯部分に比べて奥歯部分におけるシート材６２の肉厚が厚くなるといえる。

また、図１０（ａ）に示すように、レーザーの照射角度が歯型模型４０の表面に対する法線方向である場合、シート材６２の肉厚ｔと、レーザーによるシート材６２の切断厚さｔ’は等しくなる。一方、図１０（ｂ）に示すように、レーザーの照射角度が、歯型模型４０の表面に対する法線方向以外の角度である場合、切断方向がシート材６２の厚さ方向に対して斜めとなるため、シート材６２の切断厚さｔ’はシート材６２の肉厚ｔよりも大きくなる。

例えば、図１０（ｂ）に示すように、レーザーの照射角度が歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°の方向である場合、上記の実測されたシート材６２の肉厚ｔを切断厚さｔ’に換算すると、ｔ’の平均値は、ｔの平均値よりも０．０５ｍｍから０．１０ｍｍ程度大きくなることが分かった。

また、発明者らは、成形されたシート材６２に対して、全周にわたって歯型模型４０の表面に対して法線方向からレーザーを照射すると、シート材６２の位置に応じて、バリの発生の有無に違いがあることを確認した。

すなわち、前歯部分の舌側と奥歯部分では、図１０（ａ）に示すように、歯型模型４０の表面に対して法線方向からレーザーをシート材６２に照射したとき、シート材６２の切断部分においてバリが発生しにくい。他方、前歯部分の頬側では、歯型模型４０の表面に対して法線方向からレーザーをシート材６２に照射したとき、切断部分においてバリが発生しやすい。

そこで、前歯部分と奥歯部分の頬側について、歯型模型４０の表面に対して法線方向以外の角度でレーザーをシート材６２に照射して、バリの発生の有無を確認した。その結果、レーザーの照射角度が歯型模型４０の底面４０ａに対して４０°であるときは、前歯部分の頬側のうち、左右１番歯（中切歯）と２番歯（側切歯）に該当する部分でシート材６２の切断部分にバリが生じた。また、レーザーの照射角度が歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°であるときは、前歯部分の頬側の全てでシート材６２の切断部分にバリが生じなかった。

これは、切断部分のエッジにおいて、レーザーによる切断時に生じている溶融樹脂に作用する表面張力から説明できる可能性がある。すなわち、シート材の表面に対して法線方向からレーザーを照射すると、エッジ角度は９０°となり、それ以外の角度からレーザーを照射すると、片面側でエッジ角度は鈍角となる。エッジ角度が９０°であるときは、鈍角であるときと比べて、表面張力が大きいことから、溶融樹脂が切断部分に滞留しやすくバリが生じやすくなると考えられる。

成形されたシート材６２の肉厚は、装着者に関わらず、おおむね上述した傾向にある。したがって、全周にわたって適切な切断が行われるように、シート材６２の切断位置を考慮してレーザーの照射角度を調整する。

上述したとおり、図１０（ａ）に示すように、前歯部分の舌側、並びに、奥歯部分の頬側及び舌側は、肉厚が他の部分よりも厚く、バリも生じにくいことから、歯型模型４０の表面に対して法線方向からレーザーをシート材６２に照射する。前歯部分の頬側は、歯型模型４０の表面に対して法線方向以外の角度でレーザーを照射する。

また、前歯部分の頬側は、切断部分にバリが生じないように、例えば、図１０（ｂ）に示すように、歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°の方向からレーザーを照射する。

なお、複数の歯を平面視すると、歯茎の奥歯部分、特に、６番歯の舌側、並びに、７番歯の頬側及び舌側は、前歯部分に比べて凹凸の差が大きく、歯型模型４０の底面４０ａに対して小さい角度の方向からレーザーを照射しようとすると、切断部分以外の部分と干渉してしまう。そのため、歯型模型４０の底面４０ａに対してできるだけ大きい角度の方向からレーザーを照射して、切断部分以外の部分との干渉を回避することが望ましい。他方、歯型模型４０の底面４０ａに対して大きい角度とすると、切断厚さｔ’が大きくなりすぎて、シート材６２を切断できない場合が生じる。

そこで、奥歯部分の左右６番歯の舌側、並びに、７番歯の頬側及び舌側は、例えば、歯型模型４０の底面４０ａに対して４０°以上７０°以下の範囲の角度方向からレーザーをシート材６２に照射してもよい。

なお、前歯部分の舌側、及び、奥歯部分の左右６番歯の頬側では、奥歯部分の左右６番歯の舌側、並びに、７番歯の頬側及び舌側よりも、歯型模型４０の底面４０ａに対して小さい角度の方向からレーザーを照射することもできる。そこで、前歯部分の舌側、及び、奥歯部分の左右６番歯の頬側は、例えば、歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°以上７０°以下の範囲の角度方向からレーザーをシート材６２に照射してもよい。

なお、レーザーの照射強度は、成形されたシート材６２の全周にわたって一定でもよいし、シート材６２の位置に応じて変化させてもよい。上述したとおり、シート材６２の切断位置を考慮してレーザーの照射角度を調整することから、シート材６２の位置に応じて切断厚さｔ’が変化する。

例えば、レーザーの照射強度は、歯型模型４０の表面に対して法線方向からレーザーを照射する前歯部分の舌側、歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°の方向からレーザーを照射する前歯部分の頬側、歯型模型４０の表面に対して法線方向からレーザーを照射する奥歯部分の順に強くしていってもよい。

次に、図１１を参照して、レーザー加工装置１を用いたシート材６２の切断方法について説明する。
シート材６２を切断する前段階において、まず、歯を含む口腔内の現状の形状に関する３次元データが取得される（ステップＳ１）。次に、口腔内の形状に関する３次元データに基づいて、作成目標とするアライナー（マウスピース型矯正装置）６０の成形に用いられる歯型模型４０の３次元データが作成される（ステップＳ２）。

口腔内の現状の形状に関する３次元データは、例えば、３Ｄスキャナーによって口腔内がスキャンされることによって取得される。また、歯型模型４０の３次元データは、コンピュータのデータ処理によって、歯を含む口腔内の形状に関する３次元データに対して、歯の位置や方向が矯正目標とする位置や方向に変更されて、歯の位置や方向がデータ上で調整されることによって作成される。

そして、レーザーによるシート材６２の切断線データが、作成された歯型模型４０の３次元データに基づいて、作成目標とするアライナー６０の縁部の形状に応じて決定される。これにより、歯型模型４０に対応する切断線データが作成される（ステップＳ３）。アライナー６０の縁部を形成する切断線６４は、凹凸状に形成されるのか（図２及び図３参照）、又は、歯茎上で一直線上となるように形成されるのか（図４参照）が選択可能である。

次に、記憶部に記録された歯型模型４０の３次元データ及び切断線データが取得される（ステップＳ４）。そして、取得された歯型模型４０の３次元データ及び切断線データに基づいて、レーザーの照射角度が決定される（ステップＳ５）。歯型模型４０に対するレーザーの照射角度は、切断線データに含まれている切断線６４の位置や歯型模型４０の表面に対する法線方向に基づいて決定される。

例えば、次のとおり、レーザーの照射角度が決定される。図１０（ａ）に示すように、歯型模型４０のうち前歯部分の舌側の領域Ａ１では、歯型模型４０の表面に対して法線方向からレーザーがシート材６２に照射される。また、図１０（ｂ）に示すように、歯型模型４０のうち前歯部分の頬側の領域Ａ２では、歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°の方向からレーザーがシート材６２に照射される。さらに、図１０（ａ）に示すように、歯型模型４０のうち奥歯部分の領域Ａ３及び領域Ａ４では、歯型模型４０の表面に対して法線方向からレーザーがシート材６２に照射される。

なお、レーザーの照射角度は、以下のように決定されてもよい。例えば、歯型模型４０のうち前歯部分の舌側の領域Ａ１では、歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°以上７０°以下の範囲の角度方向からレーザーがシート材６２に照射されてもよい。また、歯型模型４０のうち奥歯部分の左右６番歯の舌側、並びに、７番歯の頬側及び舌側の領域Ａ３では、歯型模型４０の底面４０ａに対して４０°以上７０°以下の範囲の角度方向からレーザーがシート材６２に照射されてもよい。さらに、歯型模型４０のうち奥歯部分の左右６番歯の頬側の領域Ａ４では、歯型模型４０の底面４０ａに対して２０°以上７０°以下の範囲の角度方向からレーザーがシート材６２に照射されてもよい。

上記のとおり、レーザーの照射角度が決定されると、決定された照射角度に基づいて、切断線６４に沿ってシート材６２を切断するように、レーザー加工装置１が制御される。具体的には、まず、シート材６２が圧着された歯型模型４０がロボット部３のハンド１１に設置される（ステップＳ６）。そして、ロボット部３のハンド１１やアーム１２が動作して、レーザー照射部２から照射されるレーザーが、歯型模型４０に対して決定された照射角度となるように、ロボット部３が歯型模型４０の位置や方向を変化させる。また、ロボット部３の動作と同時に、歯型模型４０に圧着されたシート材６２に対してレーザー照射部２からレーザーが照射されて、シート材６２が切断される（ステップＳ７）。

歯型模型４０に対するレーザーの照射角度が一定である場合、歯型模型４０に圧着されたシート材６２において歯型模型４０の位置に応じて肉厚が異なったり、奥歯の歯茎部分の凹凸によってレーザーを照射できなかったりすることで、シート材６２を適切に切断できない場合がある。これに対して、本実施形態によれば、歯型模型４０に対するレーザーの照射角度が切断線６４の位置に応じて変化することから、歯型模型４０に圧着されたシート材６２において、歯型模型４０の位置に応じて肉厚が異なる場合であっても、シート材６２をレーザーによって切断したとき、全周にわたってバリやカエリなどが形成されることなく、迅速かつ正確にアライナー６０を作成することができる。

次に、図５を参照して、歯型模型４０の治具４１について説明する。
歯型模型４０には、ロボット部３のハンド１１に歯型模型４０を固定するための治具４１が設けられる。治具４１は、平板状部材であって、両端部がそれぞれ歯型模型４０の歯肉側に連結されている。なお、治具４１は、３次元データに基づいて３Ｄプリンターによって、歯型模型４０の一部として、歯を含む顎部分と一体的に作成される。治具４１を含む３次元データは、歯型模型４０の３次元データを作成するときに、治具４１に関する３次元データを組み合わせることで作成される。

図５に示すように、治具４１には、例えば、一つの頂点を有する平面視Ｖ字形状の凹部４２が形成されてもよい。この場合、ロボット部３のハンド１１には、治具４１の凹部４２の形状に対応するように、突出した凸部が設けられる。治具４１の凹部４２が、ハンド１１の凸部に組み合わせられることによって、治具４１がハンド１１において位置決めされる。また、ハンド１１が所定位置及び所定方向にあるとき、凸部の頂点の座標をレーザー加工装置１の原点とする。そして、凹部４２の頂点を治具４１の原点、すなわち、歯型模型４０の原点とする。歯型模型４０の原点に基づいて、切断線６４の位置座標を設定することで、レーザー加工装置１は、切断線６４の位置座標に関するデータに基づいて、設定された切断線６４に沿ってレーザーをシート材６２に照射することができる。

なお、図７及び図８に示すように、レーザー加工装置１は、カメラ部５を更に備えてもよい。
カメラ部５は、レーザーの照射対象であるシート材６２及びシート材６２が圧着された歯型模型４０を撮像する。制御部４の加工制御部２４は、カメラ部５の撮像結果に基づいて、歯型模型４０の位置や方向の補正を行う。これにより、ロボット部３自体が有する座標情報だけでなく、カメラ部５によって取得される情報に基づいて、ロボット部３とレーザー加工装置１の位置関係が調整されるため、位置ずれを低減して、レーザーをシート材６２に対して精度良く照射し切断することができる。

歯型模型４０の位置や方向の補正を行うため、カメラ部５は、例えば、歯型模型４０の治具４１に印字された文字や記号などからなる識別番号４４（図５参照）を撮像する。そして、撮像された文字や記号の位置、方向及び大きさなどに基づいて、加工制御部２４が歯型模型４０の位置や方向の補正を行う。

さらに、カメラ部５によって撮像された、歯型模型４０に印字された識別番号４４に基づいて、制御部４が、レーザー加工装置１に設置されている歯型模型４０を特定するようにしてもよい。この場合、特定された識別番号４４に基づいて、歯型模型４０に関する切断線データが取得される。これにより、ユーザーがレーザー加工装置１に対して歯型模型４０の識別番号を手入力する必要がなく、レーザー加工装置１は、設置されている歯型模型４０に対応した切断線データを記憶部から取得でき、取得された切断線データに基づいてレーザーをシート材６２に照射してアライナー６０を形成できる。

本実施形態に係るレーザー加工装置１は、レーザー照射部２と、ロボット部３と、カメラ部５が一つのケーシング７に収容される。また、レーザーによるシート材６２の切断時に生じる粉塵等を除去するため、ケーシング７内に電気集塵装置６が設置されることが望ましい。さらに、レーザーによるシート材６２の切断によって作成されるアライナー６０の表面に対して識別番号（図示せず。）が印字されるようにしてもよい。アライナー６０表面への識別番号の印字は、例えば、ガルバノ方式ＵＶレーザーマーカーからのレーザー光によって行われる。この場合、レーザー加工装置１のケーシング７内にガルバノ方式ＵＶレーザーマーカー（図示せず。）が設置される。

１ ：レーザー加工装置
２ ：レーザー照射部
３ ：ロボット部
４ ：制御部
５ ：カメラ部
６ ：電気集塵装置
７ ：ケーシング
１１ ：ハンド
１２ ：アーム
２１ ：３次元データ取得部
２２ ：切断線データ取得部
２３ ：照射角度決定部
２４ ：加工制御部
４０ ：歯型模型
４０ａ ：底面
４１ ：治具
４２ ：凹部
４４ ：識別番号
６０ ：アライナー
６２ ：シート材
６４ ：切断線

Claims (7)

1. 作成目標とするマウスピース型矯正装置の成形に用いられる歯型模型の３次元データに基づいて決定されたレーザーによる切断線に関する切断線データを取得する切断線データ取得部と、
   前記歯型模型に対する前記切断線の位置に基づいて、シート材を切断するレーザー照射部からの前記歯型模型に対する前記レーザーの照射角度を決定する照射角度決定部と、
   決定された前記照射角度に基づいて、前記切断線に沿って前記シート材を切断するように、前記歯型模型に対する前記レーザーの照射角度を制御する加工制御部と、
   を備えるレーザー加工装置。
2. 前記レーザーの照射角度は、前記歯型模型に圧着された状態の前記シート材の厚さに基づいて決定される請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 前記レーザーの照射角度は、
   前記マウスピース型矯正装置における前歯部分の舌側において、前記歯型模型の底面に対して２０°以上７０°以下の範囲の角度となるように決定される請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
4. 前記レーザーの照射角度は、
   前記マウスピース型矯正装置における前歯部分の頬側において、前記歯型模型の底面に対して２０°となるように決定される請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
5. 前記レーザーの照射角度は、
   前記マウスピース型矯正装置における奥歯部分の左右６番歯の舌側並びに７番歯の舌側及び頬側において、前記歯型模型の底面に対して４０°以上７０°以下の範囲の角度となるように決定される請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
6. 前記レーザーの照射角度は、
   前記マウスピース型矯正装置における奥歯部分の左右６番歯の頬側において、前記歯型模型の底面に対して２０°以上７０°以下の範囲の角度となるように決定される請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
7. 作成目標とするマウスピース型矯正装置の成形に用いられる歯型模型の３次元データに基づいて決定されたレーザーによる切断線に関する切断線データを取得する第１ステップと、
   前記歯型模型に対する前記切断線の位置に基づいて、シート材を切断するレーザー照射部の前記歯型模型に対する前記レーザーの照射角度を決定する第２ステップと、
   決定された前記照射角度に基づいて、前記切断線に沿って前記シート材を切断するように、前記歯型模型に対する前記レーザーの照射角度を制御する第３ステップと、
   を備えるレーザー加工方法。