JP5483304B2 - 医療用切削具の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明はカーバイドバー、スチールバー、ピーソリーマ或いはゲーツドリルなどの先端の作業部に傾斜した切削刃を有する歯科用切削具や、サージカルバーなどの医療用切削具の製造技術に関し、特に、先端の作業部に切削刃を形成するのに適した医療用切削具の製造装置及び製造方法に関する。

図６は、スチールバーなどの先端の作業部に傾斜した切削刃を有する医療用切削具の従来の製造装置と製造方法を説明する図である。

ワークとなるスチールバー１０は、加工機械のベッド１１の上に固定されている主軸部１２の先端のチャック１３に保持されている。主軸部１２の内部には、スチールバー１０をチャック１３に取り付けたり、取り外したりするチャック操作部１４がある。スチールバー１０は、その軸を水平にした状態で主軸部１２にチャックされる。

円板状の回転砥石１６は、モータ１７の回転軸に固定され、モータ１７は、回転砥石１６が、水平面に対して角度αになるように装置のフレーム１８に支持されている。回転砥石１６の角度αは、調整自在な構成である。そして、モータ１７は、フレーム１８の上面の上をａ方向にスライドすることで、スチールバー１０の先端にある球状の作業部１０ａに所定のリード角だけ傾斜した切削刃１０ｂを形成する。スチールバー１０が複数枚の切削刃１０ｂを持っている場合は、１枚の切削刃１０ｂが形成されるごとに、スチールバー１０を刃１枚分に相当する角度だけ回転し、円板状の回転砥石１６で、次の切削刃１０ｂを形成する。これを刃数回繰り返すことで、切削刃１０ｂの形成が完了する。

図７は、図６の装置で製造されたスチールバーの先端部を拡大した図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。これらの図に示すように、スチールバー１０の先端の作業部１０ａには、リード角の付いた切削刃１０ｂが形成されている。

しかしながら、図６に示す従来の製造方法では、円板状の砥石１６は矢印ａの方向に直線的に進退するだけであるから、作業部１０ａの頂面には、切削刃１０ｂの殆どできない部分１０ｃができる。また、作業部１０ａは、切削刃１０ｂを形成する前はほぼ球形であったが、切削刃１０ｂを形成する過程で、球形からかなり変形した形状になっている。これは、砥石１６の移動が直線的なものだからである。砥石１６を、円弧状に移動すれば、頂面１０ｃにも切削刃１０ｂを形成できる。

しかし、回転する砥石１６を移動するには、砥石１６の摺動部に隙間が必要になり、この隙間によって、砥石１６にガタツキが生じ、切削刃１０ｂの精度を低下させる。摺動部の製造精度を高くすることで、この隙間を小さくすることができるが、砥石１６の移動にわずかでも隙間があれば、これがガタツキとなり、研削する切削刃１０ｂの形状等に影響がでる。特に、切削刃１０ｂは直径０．５〜２．３５ｍｍと小さいので、このわずかな隙間により、図７に示すように球形から大きく変形を起こすものと考えられる。

また、直線的な移動を、曲線的な移動にすると、さらに摺動部の隙間が大きくなることが考えられ、正確な切削刃１０ｂを形成することが困難になる、という問題がある。

本発明は、斯かる問題を解決し、頂面まで正確な切削刃を形成することができる医療用切削具の製造装置と、製造方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明の医療用切削具の製造装置は、先端の作業部に、複数の切削刃を有する医療用切削具を製造する装置であって、前記医療用切削具を着脱自在に保持するチャックを備えた主軸部と、該主軸部をその傾斜角度を変更可能に保持する主軸保持部と、該主軸保持部をＸ、Ｙ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、前記チャックに保持された医療用切削具の作業部に切削刃を形成する回転自在で円板状の砥石とを有し、該円板状の砥石が前記Ｘ軸とＹ軸で画定されるＸＹ平面と平行な平面内にあり、前記傾斜角度が、前記ＸＹ平面と前記医療用切削具とが交差する角度であることを特徴としている。

前記ＸＹ平面が水平面である構成としたり、前記主軸部が、前記医療用切削具を所定の角度だけ回転することが可能である構成としてもよい。

また、上記の目的を達成するために本発明の医療用切削具の製造方法は、棒状の軸体の先端に作業部を有する医療用切削具を、前記軸体が一定の平面に対して所定の角度だけ傾斜するように保持する工程と、前記一定の平面と平行な円板状の砥石を固定された位置で回転する工程と、前記医療用切削具をＸ、Ｙ軸方向に移動して前記砥石により前記作業部に切削刃を形成する工程と、を有し、前記一定の平面が、前記Ｘ軸とＹ軸で画定されるＸＹ平面と平行な平面であることを特徴としている。

前記ＸＹ平面が水平面である構成としたり、前記作業部が、ほぼ球形状である構成としたり、前記医療用切削具を前記ＸＹ平面内で円弧状に移動することで前記切削刃を形成する構成としたりすることができる。

本発明によれば、傾斜した切削刃を持った医療用切削具を製造する場合、医療用切削具を傾斜させ、砥石を一定の平面内に保つので、砥石を移動する必要が無く、医療用切削具を移動させれば作業部の先端まで切削刃の形成ができる。すなわち、回転する砥石を移動する必要がなく、砥石のガタツキによる作業部の形状変化を防止することができる、という優れた効果を奏する。また、回転する砥石を直交するＸ、Ｙ軸双方向に、平面的に移動させる構成に比べて、医療用切削具の製造装置の構成を簡単にすることができ、コストダウンを図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の医療用切削具の製造装置の要部構成を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。以下では、医療用切削具として、スチールバーを例示している。この図に記載しているように、本発明の医療用切削具の製造装置１００は、主軸部１１０と、この主軸部１１０を支持する主軸支持部１２０と、主軸支持部１２０をＸ、Ｙ方向に移動するＸＹテーブル１３０と、回転砥石部１４０とから構成される。

主軸部１１０にはチャック１１２があり、主軸部１１０内部に形成されたクランプ装置１１３が、パイプ１１３ａから供給される高圧の流体により駆動され、ワークとなるスチールバー２０を着脱することができる。

主軸支持部１２０は、主軸部１１０を水平方向に対して任意の角度で傾斜させることができる機構によって主軸部１１０を支持している。このような機構としては、歯車機構や、流体シリンダーを用いた機構や、ねじ軸など、種々の機構を採用することができる。

主軸部１１０の後端には、駆動部１１４があり、ここに内蔵されたモータ及び、主軸部１１０と主軸支持部１２０を連結する機構とによって、主軸部１１０とベッド１０１との成す角αを所望の値に変更することができる。主軸支持部１２０には、図示しないが角度表示器が設けられ、角αの値を読みとれるようになっている。駆動部１１４として、流体シリンダーを用いても良い。

ＸＹテーブル１３０は、ベッド１０１の上に固定して据え置かれ、図示しないが、コンピュータなどを用いた制御装置によって、予め設定された曲線に沿って、主軸支持部１２０を水平面内でＸ、Ｙ方向に移動させる。ＸＹテーブル１３０の構成、コンピュータによる制御等は、ねじ軸などの公知の方法によるものである。本発明での移動距離は、スチールバー２０の作業部２２の長さ程度であり、球形乃至、短い円筒形であり、比較的小さい距離でよい。

回転砥石部１４０は、円板状の砥石１４１と、この砥石１４１を回転するモータ１４２とを有し、モータ１４２は、装置のフレーム１４３に固定されている。装置のフレーム１４３は、ベッド１０１に固定されている。砥石１４１の円板は、前記ＸＹ平面と平行な水平面内にある。

砥石１４１と対向する位置に、押さえ部材１５０が設けられ、先端の押さえ板１５１が、スチールバー２０の加工部に軽く接触し、回転砥石の力でスチールバー２０が曲がったり、逃げたりしないように抑えている。

図２は、本発明のスチールバーの図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２のスチールバー２０は、基端側の柄部２１と、先端の作業部２２と、この作業部２２に形成された複数の切削刃２２ａと、作業部２２と柄部２１との間のテーパー状の中間部２３とを有する。スチールバー２０の素材としては、通常の工具鋼でもよいが、ステンレススチールを使用することができる。オーステナイト系のステンレススチールの場合は、熱処理により硬化しないので、伸線加工してファイバー組織になったものを使用する。伸線加工によって、加工硬化され、歯の象牙質を研削するには十分な硬さを得ることができる。

柄部２１は、ハンドピースに接続される取付部２１ａと、回転器具が把持するためのストレート部２１ｂとを有する。取付部２１ａは、回り止めの機能を備えるために、異形形状となっている。作業部２２は、球形で、周囲に多数の円弧状の切削刃２２ａが形成されている。切削刃２２ａは、作業部２２にほぼ螺旋状に形成されている。

図３は、本発明によるワークの研削方法を説明する図で、（ａ）は図１のスチールバー２０の先端部を拡大した図で、（ｂ）は、（ａ）の上方から見た図で、スチールバー２０の移動の仕方を説明する図である。

図３（ａ）に示すように、スチールバー２０は、その軸がＸＹ平面或いは水平面に対して角度αになるように主軸部１１０に保持されている。この角度αは、スチールバー２０の切削刃２２ａのリード角と同じであり、設計段階で決定され、駆動部１１４のモータが回転することで、主軸部１１０と主軸支持部１２０との角度を変更することにより行われる。オペレータは主軸支持部１２０に設けた角度表示器により角度を確認することができる。一方、円板状の砥石１４１は、水平に保持され、モータ１４２によって回転自在であるが、モータ１４２は一定の位置に固定されている。

ＸＹテーブル１３０が、スチールバー２０を図１に示すＸ方向に移動すると、砥石１４１が作業部２２を研削して切削刃２２ａを形成する。このとき、図３（ｂ）に示すように、図示しない制御装置によって、スチールバー２０をＸ方向だけでなく、Ｙ方向にも移動し、作業部２２が２２’から２２”へと円弧状に移動するように制御する。このような移動の仕方は、公知のＮＣ工作機械の制御装置を適用することで、可能となる。

スチールバー２０が、砥石１４１の中心軸と同心の円弧上をほぼ１／４周移動することによって、作業部２２の頂点から中間部２３との接続部まで、切削刃２２ａを形成することができる。この間、砥石１４１は、固定された位置で、モータ１４２によって回転をしている。

このとき、移動するのが砥石１４１ではなく、スチールバー２０を支持するＸＹテーブルの方であることが重要である。砥石１４１にしても、ＸＹテーブル１３０にしても、移動を可能にするには、前述したように、摺動部に隙間が必要になる。しかし、スチールバー２０側は、回転せずに静止しているので、自重や砥石１４１による研削時の負荷により、隙間の一方に寄せられ、ガタツキの無い状態になる。一方、回転する砥石１４１の支持部に隙間があると、砥石１４１の回転による振動が生じる。この振動によって、砥石１４１の研磨面は振動し、正確な研削ができなくなるからである。

１枚の切削刃２２ａが研削されたら、スチールバー２０を刃の１枚分だけ回転し、次の切削刃を形成する。これを刃数回繰り返してスチールバー２０の切削刃２２ａの全てが形成されることになる。本発明の製造装置１００によれば、このチャック１１２の刃の１枚分の回転も、制御装置で、自動的に行うことができる。

図４は、本発明の研削方法によって形成されたスチールバー２０の先端部分を拡大した図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。この図に示すように、作業部２２には、８枚の切削刃２２ａが形成されているが、各切削刃２２ａは、作業部２２の頂点まで達している。また、作業部２２は、切削刃２２ａの形成前の球形の形状を保っている。

本発明では、主軸部１１０によってスチールバー２０を傾斜させ、主軸部１１０を動かすことで作業部２２に切削刃２２ａを形成することができる。一方、回転砥石部１４０は、固定された位置で砥石１４１を回転させていればよく、移動させる必要がない。モータ１４２を備えた回転砥石部１４０を傾斜させ、かつ、Ｘ、Ｙ軸双方に移動自在に設ける構成は、隙間を小さくするために高精度が要求され、構成が複雑になる。しかし、回転させる必要のない主軸部１１０をＸ、Ｙ軸方向に移動させる構成は比較的簡単にできる。したがって、医療用切削具の製造装置の構造を単純化し、装置を安価に製造することができる。

図５は、図２に示す本発明のスチールバー２０で虫歯３０を切削している状態を示す図である。虫歯３０の歯肉から突出した部分の表面はエナメル質３１で覆われており、その下に象牙質３２がある。象牙質３２の内部に歯随３３がある。虫歯の治療では、う蝕部を削除するが、この例では、う蝕部はエナメル質３１の部分から象牙質３２の中間まで進行しているが、歯随３３には達していない。そこで、象牙質３２のう蝕部を削り取って、穴３４を形成する。このとき、スチールバー２０の作業部２２がほぼ球形になっているので、穴３４の底部に拡開部３４ａを形成することが容易にできることになる。このように拡開部３４ａを形成することによって、詰め物が、アンカー効果によって、抜けにくくなる。

従来のスチールバー１０では、作業部１０ａは球形がかなり崩れていたので、この拡開部３４ａを形成しにくかった。これに対し、本発明のスチールバー２０では、この拡開部３４ａを形成し易くなるという効果もある。

以上の実施例において、作業部２２が球形のもので説明したが、本発明は、作業部が球形のものに限定されるものではなく、円筒形状のもの等にも適用可能である。

また、ＸＹ平面が水平面として説明したが、ＸＹ平面を水平面に直角な垂直面としても、任意の角度にしてもよいことは、自明のことである。

本発明の医療用切削具の製造装置の要部構成を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 本発明のスチールバーの図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明によるワークの研削方法を説明する図で、（ａ）は図１のスチールバーの先端部を拡大した図で、（ｂ）は、（ａ）の上方から見た図で、スチールバーの移動の仕方を説明する図である。 本発明の研削方法によって形成されたスチールバーの先端部分を拡大した図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。 本発明のスチールバーで虫歯を切削している状態を示す図である。 スチールバーなどの先端の作業部に傾斜した切削刃を有する医療用切削具の従来の製造装置と製造方法を説明する図である。 図６の装置で製造されたスチールバーの先端部を拡大した図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。

符号の説明

２０ スチールバー
２１ａ 取付部
２２ 作業部
２２ａ 切削刃
１００ 製造装置
１０１ ベッド
１１０ 主軸部
１１２ チャック
１１３ クランプ装置
１１４ 駆動部
１２０ 主軸支持部
１３０ ＸＹテーブル
１４０ 回転砥石部
１４１ 砥石
１４２ モータ
１４３ フレーム
１５０ 部材
１５１ 押さえ板

Claims (6)

1. 先端の作業部に、複数の切削刃を有する医療用切削具を製造する装置であって、前記医療用切削具を着脱自在に保持するチャックを備えた主軸部と、該主軸部をその傾斜角度を変更可能に保持する主軸保持部と、該主軸保持部をＸ、Ｙ軸方向に移動自在なＸＹテーブルと、前記チャックに保持された医療用切削具の作業部に切削刃を形成する円板状の砥石とを有し、該円板状の砥石が固定位置で回転するように配置されるとともに前記Ｘ軸とＹ軸で画定されるＸＹ平面と平行な平面内にあり、前記傾斜角度が、前記ＸＹ平面と前記医療用切削具とが交差する角度であり、研削時に前記医療用切削具が回転せずに静止しており、かつ、前記ＸＹ面内で円弧状に移動することで切削刃を研削することを特徴とする医療用切削具の製造装置。
2. 前記ＸＹ平面が水平面であることを特徴とする請求項１記載の医療用切削具の製造装置。
3. 前記主軸部が、前記医療用切削具を所定の角度だけ回転することが可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用切削具の製造装置。
4. 棒状の軸体の先端に作業部を有する医療用切削具を、前記軸体が一定の平面に対して所定の角度だけ傾斜するように保持する工程と、前記一定の平面と平行な円板状の砥石を固定された位置で回転する工程と、前記医療用切削具をＸ、Ｙ軸方向に円弧状に移動して前記砥石により前記作業部に切削刃を形成する工程と、を有し、前記一定の平面が、前記Ｘ軸とＹ軸で画定されるＸＹ平面と平行な平面であり、研削時に前記医療用切削具が回転せずに静止していることを特徴とする医療用切削具の製造方法。
5. 前記ＸＹ平面が水平面であることを特徴とする請求項４記載の医療用切削具の製造方法。
6. 前記作業部が、ほぼ球形状であることを特徴とする請求項４又は５に記載の医療用切削具の製造方法。

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