JP3866834B2 - 歯科補綴物の製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯科補綴物用模型の３次元形状を測定し、この測定データに基づき歯科補綴物用材料を加工するようにされた歯科補綴物の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯科技工用のＣＡＤ・ＣＡＭ装置にて歯科補綴物を製造する場合、所望の歯科補綴物の３次元形状を予め測定しておく必要がある。その方法としては、従来より、支台歯の石膏模型上にワックスまたは合成樹脂、あるいはそれらの合成物にて歯科補綴物用のパターン（模型）を形成し、この歯科補綴物用模型の３次元形状データを光学式変位センサ等を有する、例えば特開平７−１８１０２２号に開示されているような３次元形状測定装置にて測定し、さらにこの３次元形状データに基づいて、例えば特開平５−３２９１７３号に開示されているような製造方法にて歯科補綴物を加工するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平５−３２９１７３号に開示されているような５方向に設定可能な保持具を使用して３軸ＮＣ加工にて歯科補綴物を製造する方法では、一面を加工する毎に被加工物の保持具を取り外し、方向を変えて再度これを取り付け、さらに加工を行うという操作を、加工する面数だけ繰り返す必要があり、操作が面倒であった。また、加工工具はエンドミルを使用しているため加工時間が長いという問題もあった。さらに、歯科補綴物の加工データは、加工機械とは別に、例えば特開平７−１８１０２２号に開示されているような３次元形状測定装置にて測定したデータをもとに作成する必要があり、これら２つのシステム全体としては高価なものになっていた。
【０００４】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、歯科補綴物用模型の３次元形状の測定、及びこの３次元形状データに基づく歯科補綴物用材料の加工を単体の装置にて行わせるとともに、加工途中における被加工物の保持動作や切削工具の把持動作に作業者が介在することのない歯科補綴物の製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、歯科補綴物用模型の３次元形状を測定し、この測定データに基づき歯科補綴物用材料を加工するようにされた歯科補綴物の製造装置において、本体基盤と、本体基盤に載置されるとともに、本体基盤の設置面に対して平行に移動可能にされたＸテーブルと、Ｘテーブルに載置されるとともに、本体基盤の設置面に対して平行かつＸテーブルの可動方向と直交して移動可能にされたＹテーブルと、Ｙテーブルに載置されるとともに、ＸテーブルまたはＹテーブルのいずれか一方の可動方向と平行な揺動軸を有する揺動テーブルと、揺動テーブルの揺動軸と直交関係にある回転軸を有し、この回転軸は、揺動テーブルの揺動軸の揺動動作により、少なくとも、ＸテーブルまたはＹテーブルのいずれか一方の可動方向と平行な状態及び垂直な状態の２つの位置をとることが可能とされるとともに、歯科補綴物用模型及び歯科補綴物用材料の取付手段が設けられた回転テーブルと、本体基盤の設置面に対して垂直に移動可能にされた垂直テーブルと、垂直テーブルに設けられるとともに、先端に工具把持部材を有するスピンドル装置と、工具把持部材に把持された切削工具と、Ｙテーブルに載置されるとともに、複数の交換用の切削工具が所定位置に保持されるようにされ、かつ、工具把持部材との間で切削工具を交換可能にされたツールスタンドと、垂直テーブルに設けられるとともに、投光軸が垂直テーブルの可動方向と平行になるように設置された光学式変位センサと、光学式変位センサから取り込まれた歯科補綴物用模型の３次元形状データに基づき歯科補綴物用材料の加工データを作成し、この加工データに基づきＸテーブル、Ｙテーブル、揺動テーブル、回転テーブル、垂直テーブル、及びスピンドル装置の動作指令を作成するようにした制御装置と、前記回転テーブルの回転部の一部に設けられた検出子と、を有し、前記回転テーブルの原点位置の設定の際、前記光学式変位センサにより前記検出子が原点位置に到達したことを検知するようにしたことを特徴とする歯科補綴物の製造装置を提供した。
【０００６】
上記の構成としたことにより、歯科補綴物用模型及び歯科補綴物用材料の双方が取り付け可能な取付手段を有する回転テーブルは、本体基盤の設置面に対して平行に移動可能にされたＸテーブルとＹテーブル、及びＸテーブルまたはＹテーブルのいずれか一方の可動方向と平行な状態及び垂直な状態の２つの位置をとることが可能な揺動軸を有する揺動テーブルに載置されることとなるので、測定途中や加工途中において歯科補綴物用模型や歯科補綴物用材料を取付手段より取り外し再設置することなく、測定や加工が行われることとなる。また、本体基盤の設置面に対して垂直に移動可能にされた垂直テーブルは、歯科補綴物用模型を測定するための光学式変位センサと、歯科補綴物用材料を加工するためのスピンドル装置の双方を有しているので、１つの装置にて測定工程と加工工程を行わせることが可能となる。
【０００７】
さらに、スピンドル装置の工具把持部材との間で切削工具を交換可能にされたツールスタンドはＹテーブル上に載置されているため、加工材料としての歯科補綴物用材料との相対位置が変化しないので、加工途中における効率的な工具交換が可能となる。さらにまた、歯科補綴物用模型の測定工程と歯科補綴物用材料の加工工程は共通の制御装置により制御されるので、測定工程における歯科補綴物用模型の測定データから加工工程における歯科補綴物用材料の加工データへの変換が効率的に行われる。さらに、回転テーブルの回転部の一部に設けられた検出子を有し、回転テーブルの原点位置の設定の際、前記光学式変位センサにより検出子が原点位置に到達したことを検知するようにしたので、光学式変位センサの投射光が所定位置となるよう各駆動軸を位置決めし、回転テーブルを回転させ、光学式変位センサにより検出される回転テーブルの回転部の位置が急激に変化した位置を、検出子を検出した位置とすれば、検出子の検知用に新たにスイッチを設けることなく、回転テーブルの原点位置を設定できる。
【０００８】
請求項２にかかる発明では、請求項１にかかる発明において、垂直テーブルに載置された基準ブロックと、測定基準点の設定の際、基準ブロックに当接されることにより接触信号を発するようにされた接触式センサと、を有するようにした。これにより、基準ブロックが接触式センサに当接したときの垂直テーブルの位置を検出し、これを測定基準点とすれば、この測定基準点の設定を定期的に、極端に言えば、測定時に毎回行うようにすることにより、機械の熱変位の影響を補正した測定を行うことができる。
【０００９】
請求項３にかかる発明では、請求項１にかかる発明において、垂直テーブルに載置された基準ブロックと、測定基準点の設定の際、基準ブロックに当接されることにより接触信号を発するようにされるとともに、加工基準点の設定の際、工具把持部材に把持された工具の先端に当接されることにより接触信号を発するようにされた接触式センサと、を有するようにした。これにより、基準ブロックが接触式センサに当接したときの垂直テーブルの位置を検出し、これを測定基準点とし、また、工具把持部材に把持された切削工具の先端が接触式センサに当接したときの垂直テーブルの位置を検出し、これを加工基準点とすれば、測定基準点についても加工基準点についても、同一の接触式センサにより基準点が設定されるので、測定と加工のそれぞれの基準点の相違による誤差がなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、本体基盤１上にはこの設置面１ａに対して平行に移動可能にされたＸテーブル（Ｘ軸）２が載置され、さらにこのＸテーブル２上に本体基盤１の設置面１ａと平行かつＸテーブル２の可動方向と直交して移動可能にされたＹテーブル（Ｙ軸）３が載置されている。また、Ｙテーブル３上にＸテーブル２の可動方向と平行な揺動軸５を有する揺動テーブル（Ａ軸）４が載置されており、さらにこの揺動テーブル４にはこの揺動軸５と直交関係にある回転軸１１を有する回転テーブル（Ｃ軸）１０が接続されている。この回転テーブル１０の回転軸１１は、揺動テーブル４の揺動軸５の揺動動作により、少なくとも、図１に示すように本体基盤１の設置面１ａに対して垂直な状態と、図２に示すように本体基盤１の設置面１ａに対して平行な状態の、２つの位置をとることが可能にされている。回転テーブル１０の一端には被測定物としての歯科補綴物用模型２０及び加工材料としての歯科補綴物用材料１９の双方が取り付け可能な取付部材が設けられており、この取付部材が回転軸１１回りに回転することにより、歯科補綴物用模型２０や歯科補綴物用材料１９が回転軸１１回りに回転することになる。
【００１２】
本体基盤１上にはこの設置面１ａに対して垂直にコラム３１が設置されており、コラム３１には設置面１ａに対して垂直方向に移動可能にされた垂直テーブル（Ｚ軸）１２が設置されている。この垂直テーブル１２上にはスピンドル装置１３が取り付けられており、このスピンドル装置１３はその一端に設けられたコレットチャック等の工具把持部材１８により把持された切削工具を回転可能にされている。また、垂直テーブル１２上には被測定物としての歯科補綴物用模型２０の３次元形状を測定するための光学式変位センサ１４も設置されており、この光学式変位センサ１４の投光軸１６は垂直テーブル１２の可動方向と平行になるようにされている。さらに、垂直テーブル１２上には光学式変位センサ１４の近傍にあって測定基準を設定する際に使用する基準ブロック１５が設けられている。Ｙテーブル３上には交換用の切削工具を格納するツールスタンド８が設けられており、スピンドル装置１３の工具把持部材１８との間で工具を交換可能にされている。
【００１３】
上記の各駆動軸を駆動するアクチエータは、Ａ軸以外、すなわちＸ、Ｙ、Ｚ、Ｃの各軸については、高精度な位置決め制御が要求されるので、サーボモータを使用することが望ましいが、Ａ軸については、前述のように回転軸１１が２つの位置をとれればよいので、油空圧を利用したアクチエータであってもよい。これらの各駆動軸のアクチエータ、スピンドル装置１３、工具把持部材１８、及び光学式変位センサ１４の動作は、制御装置１７により制御される。制御装置１７は、サーボモータをアクチエータとする各駆動軸やスピンドル装置１３を制御する数値制御（ＮＣ）装置、工具把持部材１８や光学式変位センサ１４などを制御するプログラマブル・コントローラ（ＰＣ）、その他制御回路から構成されている。
【００１４】
次に、上記装置における被測定物としての歯科補綴物用模型２０に対する測定動作について説明する。図３に示すように、光学式変位センサ１４の投射光１６が回転テーブル１０に取り付けられた歯科補綴物用模型２０に当たるように各駆動軸を位置決めする。しかる後、回転テーブル１０を回転軸１１回りに回転させることにより、歯科補綴物用模型２０の輪切り状の測定データを得る。さらに、Ｙテーブル３を所定ピッチ移動させた後、同様の測定を行い、これを所定回繰り返すことにより、歯科補綴物用模型２０の３次元形状データが得られる。得られた歯科補綴物用模型２０の測定データは、制御装置１７における所定の処理により、歯科補綴物を加工する際の加工データに変換され、記憶される。
【００１５】
次に、上記装置における加工材料としての歯科補綴物用材料１９に対する加工動作について説明する。回転テーブル１０より歯科補綴物用模型２０を取り外し、図４に示すように、歯科補綴物用材料１９を取り付ける。歯科補綴物用材料１９への加工については、粗加工はディスク型切削工具６、仕上げ加工はポイント型切削工具７にてそれぞれ行い、必要に応じて工具把持部材１８とツールスタンド８との間でこれら切削工具７、８を自動交換しながら、制御装置１７に記憶された加工データに従い、歯科補綴物用材料１９が所望の歯科補綴物の形状となるように加工する。
【００１６】
さらに詳述すると、粗加工については、工具把持部材１８にディスク型切削工具６を把持させた後、図１に示すように、回転軸１１が本体基盤１の設置面１ａに対して垂直となるように揺動テーブル４を動作させ、制御装置１７に記憶された加工データに基づき、Ｘテーブル２、Ｙテーブル３、及び回転テーブル１０を位置決めして歯科補綴物用材料１９に対して円周状の加工を行い、さらに垂直テーブル１２を所定ピッチ移動させて同様の加工を行い、これを繰り返すことにより、３次元形状の粗加工を行う。また、仕上げ加工については、Ｘテーブル２、Ｙテーブル３、及び垂直テーブル１２を動作させて、工具把持部材１８に把持されているディスク型切削工具６をツールスタンド８に格納されているポイント型切削工具７に交換した後、図２に示すように、回転軸１１が本体基盤１の設置面に対して水平となるように揺動テーブル４の揺動軸５を動作させ、制御装置１７に記憶された加工データに基づき、Ｘテーブル２、垂直テーブル１２、及び回転テーブル１０を位置決めして歯科補綴物用材料１９に対して円周状の加工を行い、さらにＹテーブル３を所定ピッチ移動させて同様の加工を行い、これを繰り返すことにより、３次元形状の仕上げ加工を行う。
【００１７】
ところで、本実施形態の装置によれば、次のような動作、処理を付加することにより、機械の熱変位の影響を補正して、測定精度を上げることができる。すなわち、Ｘ、Ｙ、Ｚの各駆動軸を動作させることにより、図５に示すように、光学式変位センサ１４の近傍に設けられた基準ブロック１５を、Ｙテーブル３上に設けられた接触式センサ９に当接させ、このとき接触式センサ９が発する接触信号を制御装置１７が受信し、これにより垂直テーブルの位置を検出し、これを測定基準点とする。この測定基準点の設定を定期的に、極端に言えば、測定時に毎回行うようにすれば、コラム３１を主体とする機械の熱変位の影響を補正した測定を行うことができる。
【００１８】
また、図６に示すように、接触式センサ９と切削工具７の先端との接触点を加工基準点とすることにより、加工においても同様の補正ができる。すなわち、工具把持部材１８に切削工具７を把持させ、これを接触式センサ９に接触させ、そのときの垂直テーブルの位置を検出し、これを加工基準点とする。この加工基準点の設定を定期的に、極端に言えば、加工時に毎回行うようにすれば、コラム３１を主体とする機械の熱変位の影響を補正した加工を行うことができる。さらにこの場合、測定と加工の基準が同一の接触式センサ９にて行われるため、例えば、測定あるいは加工の一方だけに、補正を行った場合、あるいは、異なる場所に設置した別のセンサでそれぞれ補正を行った場合と比較すると、測定基準点と加工基準点の間の機械的誤差をなくすことができるので、本実施形態のように同一の装置を使用して測定後に加工を行う際の、最終的な加工誤差を小さくすることができる。
【００１９】
本実施形態の装置における各駆動軸の原点位置は、基本的には、各駆動軸の原点位置にそれぞれ設けられたスイッチがオンまたはオフする位置により決定する。例えば、回転テーブル１０の原点位置については、図７に示すように、回転テーブル１０を回転させ、回転テーブル１０の回転部の一部に設けた検出子２１により近接スイッチ２２がオンした位置をもって原点位置とするようにすればよい。この回転テーブル１０に設けた検出子２１の形状は、近接スイッチ２２が検出子２１の接近を検出できるものであれば、図７に示すような凸部形状のものに限定されず、任意の形状であってよい。しかし、この回転テーブル１０の原点位置については、図８に示すように、検出子２１を光学式変位センサ１４を用いて検出するようにしてもよい。すなわち、光学式変位センサ１４の投射光１６が所定位置となるよう各駆動軸を位置決めし、回転テーブル１０を回転させ、光学式変位センサ１４により検出される回転テーブル１０の回転部の位置が急激に変化した位置を、検出子２１を検出した位置とすればよい。これにより、近接スイッチを新たに設けることなく、回転テーブル１０の原点位置が設定できる。
【００２０】
以上、本発明の歯科補綴物の製造装置にかかる一実施形態について説明した。なお、本実施形態では、揺動テーブルの揺動軸はＸテーブルの可動方向と平行となるようにされているが、これをＹテーブルの可動方向と平行となるようにしても差し支えない。また、本発明では、歯科補綴物用模型を被測定物とし、歯科補綴物用材料を被加工物としたが、この代わりに、支台歯用模型を被測定物とし、支台歯用材料を被加工物とすることも、本発明に開示されている技術において容易に可能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明にかかる歯科補綴物の製造装置は以下の効果を奏する。
請求項１にかかる発明によれば、歯科補綴物用模型及び歯科補綴物用材料の双方が取り付け可能な取付手段を有する回転テーブルは、本体基盤の設置面に対して平行に移動可能にされたＸテーブルとＹテーブル、及びＸテーブルまたはＹテーブルのいずれか一方の可動方向と平行な状態及び垂直な状態の２つの位置をとることが可能な揺動軸を有する揺動テーブルに載置されることとなったので、測定途中や加工途中において歯科補綴物用模型や歯科補綴物用材料を取付手段より取り外し再設置することなく、測定や加工が行われることとなった。
【００２２】
また、請求項１にかかる発明によれば、本体基盤の設置面に対して垂直に移動可能にされた垂直テーブルは、歯科補綴物用模型を測定するための光学式変位センサと、歯科補綴物用材料を加工するためのスピンドル装置の双方を有しているので、１つの装置にて測定工程と加工工程を行わせることが可能となった。
【００２３】
さらに、請求項１にかかる発明によれば、スピンドル装置の工具把持部材との間で切削工具を交換可能にされたツールスタンドはＹテーブル上に載置されているため、加工材料としての歯科補綴物用材料との相対位置が変化しないので、加工途中における効率的な工具交換が可能となった。
【００２４】
さらにまた、請求項１にかかる発明によれば、歯科補綴物用模型の測定工程と歯科補綴物用材料の加工工程は共通の制御装置により制御されるので、測定工程における歯科補綴物用模型の測定データから加工工程における歯科補綴物用材料の加工データへの変換が効率的に行われるものとなった。さらに、請求項１にかかる発明によれば、光学式変位センサの投射光が所定位置となるよう各駆動軸を位置決めし、回転テーブルを回転させ、光学式変位センサにより検出される回転テーブルの回転部の位置が急激に変化した位置を、検出子を検出した位置とするようにしたので、原点位置設定用に新たにスイッチを設けることなく、歯科補綴物用模型の測定の際に使用する光学式変位センサを流用することにより、回転テーブルの原点位置を設定できるという効果を奏するものとなった。
【００２５】
請求項２にかかる発明によれば、基準ブロックが接触式センサに当接したときの垂直テーブルの位置を検出し、これを測定基準点とすれば、この測定基準点の設定を定期的に、極端に言えば、測定時に毎回行うようにすることにより、上記請求項１にかかる発明の効果に加えて、機械の熱変位の影響を補正した測定を行うことができるという効果を奏するものとなった。
【００２６】
請求項３にかかる発明によれば、基準ブロックが接触式センサに当接したときの垂直テーブルの位置を検出し、これを測定基準点とし、また、工具把持部材に把持された切削工具の先端が接触式センサに当接したときの垂直テーブルの位置を検出し、これを加工基準点とすれば、測定基準点についても加工基準点についても、同一の接触式センサにより基準点が設定されるので、上記請求項１にかかる発明の効果に加えて、測定と加工のそれぞれの基準点の相違による誤差がなくなるという効果を奏するものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる歯科補綴物の製造装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる回転テーブル１０について、その回転軸１１が本体基盤１の設置面１ａに対して平行となった状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる光学式変位センサ１４について、その投射光と回転テーブル１０に取り付けられた歯科補綴物用模型２０との関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる回転テーブル１０に歯科補綴物用材料１９を取り付けた状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態において、基準ブロック１５をＹテーブル３上に設けられた接触式センサ９に接触させた状態を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態において、切削工具７を接触式センサ９に接触させた状態を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる回転テーブル１０の原点位置の設定に関する一実施例について、回転テーブル１０に設けられた検出子２１と近接スイッチ２２との関係を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる回転テーブル１０の原点位置の設定に関する他の実施例について、回転テーブル１０に設けられた検出子２１と光学式変位センサ１４との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 本体基盤
１ａ 本体基盤１の設置面
２ Ｘテーブル（Ｘ軸）
３ Ｙテーブル（Ｙ軸）
４ 揺動テーブル（Ａ軸）
５ 揺動テーブル４の揺動軸
６ ディスク型切削工具
７ ポイント型切削工具
８ ツールスタンド
９ 接触式センサ
１０ 回転テーブル（Ｃ軸）
１１ 回転テーブル１０の回転軸
１２ 垂直テーブル（Ｚ軸）
１３ スピンドル装置
１４ 光学式変位センサ
１５ 基準ブロック
１６ 光学式変位センサ１４の投光軸（投射光）
１７ 制御装置
１８ 工具把持部材
１９ 歯科補綴物用材料（加工材料）
２０ 歯科補綴物用模型（被測定物）
２１ 検出子
２２ 近接スイッチ
３１ コラム

Claims (3)

1. 歯科補綴物用模型の３次元形状を測定し、該測定データに基づき歯科補綴物用材料を加工するようにされた歯科補綴物の製造装置において、
   本体基盤と、
   該本体基盤に載置されるとともに、本体基盤の設置面に対して平行に移動可能にされたＸテーブルと、
   該Ｘテーブルに載置されるとともに、前記設置面に対して平行かつＸテーブルの可動方向と直交して移動可能にされたＹテーブルと、
   該Ｙテーブルに載置されるとともに、前記ＸテーブルまたはＹテーブルのいずれか一方の可動方向と平行な揺動軸を有する揺動テーブルと、
   該揺動テーブルの揺動軸と直交関係にある回転軸を有し、該回転軸は、前記揺動テーブルの揺動軸の揺動動作により、少なくとも、前記ＸテーブルまたはＹテーブルのいずれか一方の可動方向と平行な状態及び垂直な状態の２つの位置をとることが可能とされるとともに、歯科補綴物用模型及び歯科補綴物用材料の取付手段が設けられた回転テーブルと、
   前記本体基盤の設置面に対して垂直に移動可能にされた垂直テーブルと、
   該垂直テーブルに設けられるとともに、先端に工具把持部材を有するスピンドル装置と、該工具把持部材に把持された切削工具と、
   前記Ｙテーブルに載置されるとともに、複数の交換用の切削工具が所定位置に保持されるようにされ、かつ、前記工具把持部材との間で切削工具を交換可能にされたツールスタンドと、
   前記垂直テーブルに設けられるとともに、投光軸が垂直テーブルの可動方向と平行になるように設置された光学式変位センサと、
   該光学式変位センサから取り込まれた歯科補綴物用模型の３次元形状データに基づき歯科補綴物用材料の加工データを作成し、該加工データに基づき前記Ｘテーブル、Ｙテーブル、揺動テーブル、回転テーブル、垂直テーブル、及びスピンドル装置の動作指令を作成するようにした制御装置と、
   前記回転テーブルの回転部の一部に設けられた検出子と、
   を有し、
   前記回転テーブルの原点位置の設定の際、前記光学式変位センサにより前記検出子が原点位置に到達したことを検知するようにしたことを特徴とする歯科補綴物の製造装置。
2. 前記垂直テーブルに載置された基準ブロックと、
   測定基準点の設定の際、前記基準ブロックに当接されることにより接触信号を発するようにされた接触式センサと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の歯科補綴物の製造装置。
3. 前記垂直テーブルに載置された基準ブロックと、
   測定基準点の設定の際、前記基準ブロックに当接されることにより接触信号を発するようにされるとともに、加工基準点の設定の際、工具把持部材に把持された切削工具の先端に当接されることにより接触信号を発するようにされた接触式センサと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の歯科補綴物の製造装置。

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