JP2957492B2 - ワーク表面の研削方法 - Google Patents

ワーク表面の研削方法

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    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1436—Composite particles, e.g. coated particles

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワーク表面を研削
するための方法および装置に関するもので、金属、セラ
ミック、プラスチック、またはこれらの複合体に至るま
で広い分野に適用でき、特に複雑な表面形状を有するワ
ークの中仕上げおよび艶出しに適するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】従来から、歯科補綴物
を口腔内に適応させて長期的に機能させるために、患者
の口腔内形状を正確に再現した上で、補綴物表面を緻密
で滑沢に仕上げることが求められている。しかし、歯科
補綴物は複雑な凹凸面を有し、しかも金属やセラミッ
ク、レジンなどを複合化して製作されることが多いた
め、その表面を研磨するには時間と手間がかかってい
る。例えば、歯科補綴物が金属やセラミックから構成さ
れている場合は、先ず粗仕上げとして荒い番手のサンド
ペーパーで鋳型材および酸化層を除去し、ついでグライ
ンダでスプルー線を切除し、カーボランダムポイント、
ダイヤモンドポイント、カーバイトバー、ヒートレスス
トーン等を用いて形態を付与する。次に中仕上げとし
て、シリコンポイント、砂等で研磨して、ハンドピース
エンジンやレーズ等の回転ブラシに研磨材を加えて研磨
し、最後にバフ研磨によって鏡面仕上げを行うのが一般
である。また、歯科補綴物がレジンから構成されている
場合においても、スタンプバー等でバリ等の余剰部分を
削り落とした後、中仕上げとしてペーパコーンや砂等で
研磨し、やはり最終工程ではバフ研磨によって艶出しを
行う。このように、歯科補綴物を最終的に完成するに
は、鋳造後の研削あるいは研磨工程に相当の時間と手間
を費やさざるをえないのが現状である。
【０００３】このうち、特に中仕上げから艶出しまでの
行程では、歯科補綴物のように複雑な形状に適応するた
めにさまざまな形状、さまざまな粒型のチップが用意さ
れており、これらを適宜使い分けることによって確実に
平滑な表面を制作することができる反面、次のような欠
点がある。即ち、チップを高速レーズなどに装着して研
削するためにスポット研磨になり、全体を平均して処理
するためには時間と手間を要し、歯科補綴物の固定やチ
ップに対する力のかけ具合に微妙な調整が必要になる。
さらに、環境上でも作業中に研磨粉塵が多量に発生する
ので、作業者の衛生面にも大きい問題を有する。
【０００４】研削あるいは研磨については、上述した歯
科分野に限らず、広い分野において作業性の悪さ、作業
環境の劣悪などの基本的な課題は根本的に解決できてい
ない部分も多い。
【０００５】本発明では上述した従来の課題を解決する
もので、複雑な表面でも短時間で仕上げまでの研削ある
いは研磨を行うことができ、作業環境も良好に維持する
ことができるワーク表面の研削方法を提供することを目
的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、弾力性のある多孔質の担体に研削粉を付
着させてなる砥粒を、研削液を混合した上でワーク表面
に斜めから多数噴射し衝突させ、上記担体を塑性変形さ
せながら上記砥粒をワーク表面で滑動させて、上記研削
粉によりワーク表面を仕上げるという手段を用いた。即
ち、担体として比較的軟質の多孔体を用いることで、ワ
ーク表面への衝突時に担体を塑性変形させながら研削液
の潤滑作用により砥粒をワーク表面に沿って滑らすので
ある。そして、砥粒が滑った距離だけ研削粉によりワー
ク表面を平滑に仕上げることができる。また、担体の変
形能により砥粒はワーク表面と衝突時にその表面形状に
見合った形状に変形するため、この砥粒を多数吹き付け
ることで歯科補綴物のように複雑な表面形状であっても
その形状に見合った研削作用が得られると同時に、担体
による艶出し効果も得られるのである。このとき、担体
の弾性によってワーク表面に対する衝撃は緩和されるた
め、従来のショットブラストで見られたようなナシ地は
避けられる。担体は具体的には植物繊維から生成し、そ
の脂肪分または糖分を研削粉を付着させる際の粘着剤と
して機能させることで達成できる。ただし、担体の組成
はこれらに限定されるものではなく、多孔質で変形能を
有することを条件に人工的に組成することも可能であ
る。
【０００７】一方、本発明の研削装置は、ワークを支持
する加工台の下方に砥粒の貯槽を備えた作業室と、複数
の羽根を２枚の円板で狭持して羽根間における周面を開
放してなる羽根車にベルトを巻掛け上記周面一部を閉塞
した砥粒の噴射装置と、上記羽根車内に上記円板の一方
に設けた投入口を介して上記貯槽から砥粒を搬送するフ
ィーダとからなり、上記羽根車を回転させて砥粒に遠心
力を付与し、羽根車周面とベルトとの離点を通る円板の
接線方向に上記砥粒をワークに斜めから吹き付けるもの
である。また、この構成において、羽根を羽根車の外周
に向かって拡開する断面略三角形とし、羽根車周面にお
ける羽根間の距離を短くするという手段を選択的に採用
した。さらに、作業室に覗き窓に設けて研削状況を確認
しながら作業を行えるようすると共に、マニピュレータ
やグラブボックスによって作業者の安全性を確保した。
ここで、マニピュレータとは、ワークの向きを随時変更
できる機械的手段をいい、グラブボックスとは、作業室
内に造り込まれた手袋をいい、この手袋に手を入れて作
業室内のワークを操作できるものと定義する。
【０００８】さらに、上記研削装置において、フィーダ
は、無端ベルトの横幅に対応して複数のトレイを階段状
に配置してなる列を、上記無端ベルトの進行方向に等間
隔で複数列設けた構成であって、当該構成により砥粒を
噴射装置に連続して供給できる構成とした。
【０００９】更にまた、噴射ノズルと平行して砥粒の噴
射方向に開口する圧縮空気の供給ノズルを設けるという
手段によって、特にワーク表面に凹部がある場合、圧縮
空気を吹き付けることで、当該凹部に溜まった砥粒を速
やかに除去することができ、研削効率を高めることがで
きる。一方、噴射ノズルにその内部で砥粒の噴射方向に
開口する圧縮空気の供給装置を接続した上で、上記噴射
ノズルにフレキシブルチューブを連結し、さらに上記フ
レキシブルチューブの先端に別のノズルを取り付けてハ
ンドピースとするという手段により、任意の場所での研
削を可能とした。また、ノズルをハンドピースとするこ
とによって、ワーク表面のうち研削したい部位を特定で
き、且つ、任意の角度で研削を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を添付した図面に従って説明する。先ず、図１は本発
明の研削方法に用いる砥粒１０を概念的に示したもの
で、その構造は多数の細孔１ａを有する多孔質の担体１
に研磨粉２を付着させたものである。詳述すれば、担体
１は軟質で塑性を備え、より好ましくは軽量なものがよ
い。具体的には植物繊維などの天然繊維から生成され、
本実施形態では０．１〜１０ｍｍ程度の大きさのものを
用いた。一方、研磨粉２は被研削物に応じた研削材を選
択する。すなわち、被研削物が金属であれば炭化ケイ素
やアルミナ、セラミックであればダイヤモンド粉、プラ
スチックであればアルミナ、酸化鉄などの研削材を粒径
１〜２０μｍに破砕したものを使用する。そして、担体
１を植物繊維から生成した場合には、その脂肪分または
糖分を研磨粉２を付着させる際の粘着剤として機能させ
ることができる。
【００１１】また、上記砥粒１０は風または熱を与え担
体１の表面を乾燥させることによって上記糖分等の粘着
性を弱め、古い研磨粉２を担体１の表面から剥離して研
磨カス等によって目詰まりを起こさないようコントロー
ルする。さらに、乾燥して粘着性の低下した担体１に水
を含ませることで上記糖分等の粘着性を再起でき、再
度、担体１の表面に新しい研磨粉２を付着させることが
できる。すなわち、担体１は再利用が可能である。な
お、担体１はこうした天然繊維に限らず、上述した物性
を有することを条件に人工的に組成することも可能であ
る。
【００１２】次に上記砥粒１０によるワーク表面の研削
課程を図２に従って説明する。先ず研削液を混合した上
で砥粒１０をワーク表面Ｗに斜めに吹き付ける（図２
（Ａ）参照）。そして、砥粒１０はワーク表面Ｗに衝突
すると同時に塑性変形し、ワーク表面Ｗの研削を開始す
る（図２（Ｂ）参照）。続いて、砥粒１０は変形しなが
ら研削液の潤滑作用によってワーク表面Ｗを滑動し、砥
粒１０が移動した分Ｓだけ研磨粉２によりワーク表面Ｗ
を研削する（図２（Ｃ）参照）。そして、砥粒１０がワ
ーク表面Ｗから反発して研削を終了するのである（図２
（Ｄ）参照）。
【００１３】上記研削方法によるワーク表面の研削跡Ｓ
を従来の研削方法と比較すると、本発明の研削方法では
砥粒１０の噴射向き（図面の左から右）に短い距離で先
鋭な研削跡Ｓが見られた（図３（Ａ）参照）。これは、
砥粒１０の運動エネルギーはワーク表面Ｗとの衝突時に
最大であって、この後、ワーク表面Ｗを滑動することに
よって運動エネルギーが消耗され砥粒１０とワーク表面
Ｗとの摩擦力、すなわち研削粉２による切削力が弱まる
こと、および担体１の弾性により砥粒１０がワーク表面
Ｗから反発し始めていることによるものと推測できる。
一方、サンドペーパによる研磨の場合は、研磨方向に沿
って一定の長さ、かつ一定の太さの研削跡Ｓがあらわれ
（図３（Ｂ）参照）、ショットブラストによる場合は、
ワーク表面Ｗに細かい窪みが多数できてナシ地が発生し
ている（図３（Ｃ）参照）。このことから本発明の研削
方法による研削跡は、サンドペーパによる研磨とショッ
トブラストの中間形状に位置するが、所定量の砥粒１０
を所定時間ワーク表面Ｗに吹き付けることでサンドペー
パによる研磨とほぼ同じ仕上げ効果が得られるものであ
る。
【００１４】なお、本発明に係る研削方法によれば上述
のごとく砥粒１０の吹き付け量を調整することによって
サンドペーパーによる研磨とほぼ同じ仕上げ効果が得ら
れるものであるが、さらに実際の研削においてはワーク
の材質に応じて砥粒１０の吹き付け速度を適宜調整す
る。例えば、ワークの表面が柔らかい材質や脆い材質で
ある場合には砥粒１０の吹き付け速度を下げることで、
過度の研削をなくし、ワークの表面を良好に仕上げるこ
とができる。すなわち、砥粒１０の吹き付け速度を調整
することによって砥粒１０の運動エネルギーを調整し、
砥粒１０のワーク表面に対する摩擦力、すなわち研削粉
２による切削力を調整することが可能である。さらに、
ワークの表面形状に応じて、砥粒１０の吹き付けと同時
に圧縮空気を吹き付けることがある。例えば、ワークの
表面に凹部がある場合、この凹部に砥粒１０が溜まって
研削効率が下がることがあるが、砥粒１０は比重が小さ
いため、当該凹部に圧縮空気を吹き付けることで凹部に
溜まった砥粒１０を速やかに除去することができ、研削
効率を高めることができる。以上、砥粒１０の吹き付け
量や吹き付け速度を適宜調整すること、および、砥粒１
０の吹き付けと同時にワークの表面に圧縮空気を吹き付
けることは本発明に係る研削方法の技術的範囲に含まれ
るものである。
【００１５】続いて、本発明の研削装置を図４に従って
説明する。図４は本装置２０の一実施形態を示したもの
であり、図中、２１は作業室、２２はワークを支持する
作業室２１内の加工台若しくは遠隔操作が可能なマニピ
ュレータ、２３は加工台２２に向かって砥粒を斜めに吹
き付ける噴射装置、２４は噴射ノズル、２５は加工台２
２の下方に設置した貯槽２６から噴射装置２３に砥粒を
搬送するためのフィーダであって、２７は金網、２８は
貯槽２６の砥粒をフィーダ２５に送り出す翼車である。
すなわち、噴射装置２３から吹き付けられた砥粒はワー
ク表面に衝突した後、貯槽２６に落下し、再度フィーダ
２５によって噴射装置２３に搬送するように構成してい
る。
【００１６】一方、図５は本装置２０の別の実施形態を
示したもので、作業室２１にグラブボックス２９と覗き
窓３０を設けて、覗き窓３０から研削状況を見ながらグ
ラブボックス２０により加工台２２に載置したワークの
向きを変えるなどの操作が行えるようしたものである。
【００１７】なお、上記研削装置においてフィーダ２５
はベルトコンベアやスクリューコンベアなどが該当する
が、ベルトコンベアであれば連続的に砥粒を供給できる
構成が好ましい。具体的には図６、図７に示されるよう
に、無端ベルト４０の横幅Ｈに対応して３枚のトレイ４
１ａ・４１ｂ・４１ｃを斜め下がりとなるように階段状
に配置して列Ｒを構成し、この列Ｒを上記無端ベルト４
０の進行方向に等間隔で複数列設けてフィーダ２５を構
成する。従って、ある列Ｒによる砥粒の供給が終了した
と同時に次列Ｒによる砥粒の供給が開始されるため、砥
粒を連続して噴射装置２３に供給できるのである。ま
た、無端ベルトの回転速度を調整することによって砥粒
の供給量を調整できる他、各列の間隔を詰めるなど調整
することによって、より連続した供給が可能となること
はもちろんである。ただし、上記ベルトコンベアにおい
ては各列を必ずしも３枚のトレイで構成する必要はな
く、４枚以上のトレイで構成することも可能である。
【００１８】次に、上記噴射装置２３の詳細な構造は図
８、図９に示したように、２枚の円板３１ａ・３１ｂで
板状の羽根３１ｃ複数枚を狭持し、羽根３１ｃ間の周面
を開放してなる羽根車３１と、その周面一部を閉塞する
ように羽根車３１に巻掛けたベルト３２とで構成してい
る。さらに、羽根３１ｃは回転方向に前傾して設けてい
る。そして、一方の円板３１ａに設けた駆動軸３１ｄに
よって羽根車３１を回転させ、他方の円板３１ｂには投
入口３１ｅを設けて、この投入口３１ｅからフィーダ２
５の供給管２５ａを介して砥粒を羽根車３１内部に供給
するのである。なお、３３はベルト３２を羽根車３１と
連動させるためのプーリである。
【００１９】上記噴射装置２３によれば、投入口３１ｅ
から羽根車３１内部に投下された砥粒１０は、羽根３１
ｃによる風圧と遠心力により、徐々に羽根車３１の外周
に片寄り、さらにベルト３２上を転動して、ベルト３２
が羽根車３１周面から離れる点を始点とした接線方向に
噴射される。
【００２０】なお、羽根３１ｃは板状であってもよい
が、図１０に示したように、羽根車３１の外周に向かっ
て拡開する断面略三角形とすることも可能である。この
場合、羽根車周面における羽根３１ｃ同士の間隔が狭く
なるため、その分、砥粒１０がベルト３２を転動する距
離が短くなりベルト３２の磨耗を防ぐことができる。ま
た、羽根車３１の室内側に向かって負圧が発生するので
砥粒１０を効率よくベルト３２側に片寄らせることがで
きる。
【００２１】また、上記実施形態では、砥粒１０を羽根
車３１から斜め下に吹き付けるようにしたが、羽根３１
ｃを半径方向に設け、羽根車３１を逆回転することで斜
め上に吹き付けることも可能である。すなわち、羽根車
３１を適宜逆回転することで、ワーク自体を動かすこと
なくワーク表面に対して別角度からの研削を行うことが
できるのである。
【００２２】一方、図１１は、本研削装置の第二の実施
形態を示したものであって、圧縮空気の供給ノズル５０
を噴射ノズル２４と平行して砥粒１０の噴射方向に設け
たものである。この構成によれば、ワーク表面Ｗに凹部
５１がある場合に、ワーク表面Ｗに適宜圧縮空気を吹き
付けることで、上記凹部５１に溜まった砥粒１０を外部
に飛散し、研削効率を高めることができる。
【００２３】さらに図１２は、本研削装置の第三の実施
形態を示したものであって、噴射ノズル２４にその内部
で砥粒の噴射方向に開口する圧縮空気の供給装置６０を
接続した上で、噴射ノズル２４にフレキシブルチューブ
６１を連結し、さらに上記フレキシブルチューブ６１の
先端に別のノズル６２を取り付けてハンドピースとした
ものである。この構成によれば、チューブ６１の長さに
応じて任意の場所でワークの研削を行うことができる。
また、ノズル６２を手にもち、その向きを変えることに
よって、任意の角度で、しかも研削部位を特定してワー
ク表面Ｗに砥粒１０を吹き付けることができる。このと
き、チューブ６１内の砥粒１０は圧縮空気によって加速
されるため、噴射ノズル２４における噴射速度から減速
することなく砥粒１０をワーク表面Ｗに吹き付けること
ができる。また、チューブ６１を適宜湾曲させることに
より、ノズル６２から吹き出される砥粒１０の噴射速度
を調整したり、噴射密度を調整することが可能なため、
ワーク表面Ｗの材質などに応じた研削を行うことができ
るのである。
【００２４】
【発明の効果】以上詳述したように本発明による研削方
法では、砥粒として弾力性のある多孔質の担体に研削粉
を付着したものを用いたので、この砥粒を多数ワーク表
面に吹き付けることで担体の変形能により従来研削に手
間がかかっていた複雑なワーク表面であっても短時間
で、しかも荒さなく研削を行うことができる。また、こ
の研削方法は被研削物として金属、セラミック、プラス
チックなどの幅広いワークの表面仕上げに利用できるも
のであるが、特に歯科補綴物を構成する金属やレジン、
セラミック表面に適用した場合は、滑沢で適合精度のよ
い表面形状を付与することができる。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研削方法に用いる砥粒の概念図
【図２】本発明の研削方法による研削課程を示した概念
図
【図３】本発明の研削方法と従来の研削方法による研削
跡とを比較した概念図
【図４】本研削装置の一実施形態を示した側面図
【図５】本研削装置の他の実施形態を示した側面図
【図６】フィーダの実施形態を示した側面図
【図７】同フィーダの斜視図
【図８】本研削装置の噴射装置を示した縦断面図
【図９】同噴射装置の側面図
【図１０】噴射装置の他の実施形態を示した側面図
【図１１】本研削装置の第二の実施形態を示した側面図
【図１２】本研削装置の第三の実施形態を示した側面図
【符号の説明】
１ 担体 ２ 研磨粉 １０ 砥粒 ２０ 研削装置 ２１ 作業室 ２２ 加工台 ２３ 噴射装置 ２４ 噴射ノズル ２５ フィーダ ２６ 貯槽 ２９ グラブボックス ３０ 覗き窓 ３１ 羽根車 ３２ ベルト ４０ 無端ベルト ４１ａ・４１ｂ・４１ｃ トレイ ５０ 圧縮空気の供給ノズル ６０ 圧縮空気の供給装置 ６１ フレキシブルチューブ ６２ 別のノズル（ハンドピース）
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−99356（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−93178（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−98565（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−97858（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B24C 1/08 B24C 11/00 B24C 1/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】弾力性のある多孔質の植物繊維からなる担
    体に、上記植物繊維に含まれる脂肪分または糖分を粘着
    剤として研削粉を付着させてなる砥粒を、研削液を混合
    した上でワーク表面に斜めから多数噴射して衝突させ、
    上記担体を塑性変形させながら上記砥粒をワーク表面で
    滑動させて、上記研削粉によりワーク表面を仕上げるこ
    とを特徴としたワーク表面の研削方法。
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