JP7194537B2

JP7194537B2 - 反転ユニットおよび加工装置

Info

Publication number: JP7194537B2
Application number: JP2018165377A
Authority: JP
Inventors: 正弥佐藤; 寛貴大澤
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2038-09-04
Also published as: JP2020037153A

Description

本発明は、加工装置が加工する加工対象物の加工具に対する面を一方側の面から一方側とは反対側の面に反転する反転ユニットに関するものである。

例えば、歯科用加工機の加工対象物の保持部材には円形状のディスク型に対応する保持部材や、直方体のブロック型に対応する保持部材がある。

保持部材が複数の異なる形状の材料を保持するように対応している場合でも、保持部材を加工装置に取り付ける形態は、加工機によって定められている。

円形状の被加工物を保持する際、半円状やＣ形状の物が使われている。特許文献１には、円形状のディスク型の加工対象物の保持部材にＣ形状のものをもちいて、保持部材に対して加工対象物のディスクを保持する位置に、Ｃ形状のブロック型のアダプタを取り付けて、ディスク型、ブロック型の加工対象物を加工できるようにしている。

特開２０１８-４２８９４号公報

特許文献１に記載の構成では、保持部材に対して加工対象物のディスクを保持する位置に、Ｃ形状のブロック型のアダプタを取り付けているため、保持部材に直接、取り付ける加工対象物に対しては、作業性が損なわれる可能性がある。

本発明は、ある加工対象物とは異なる形状の他の加工対象物を保持する保持部材を反転する反転ユニットにおいて、加工対象物を取り付ける際の作業性が高い反転ユニットを提供することができる。

上記課題を解決するために、本発明の反転ユニットは、第１の加工対象物を保持する第１の保持部材と前記第１の加工対象物とは異なる形状の第２の加工対象物を保持する第２の保持部材とを選択的に取り付け可能な反転部材と、前記反転部材の両端部を支持して、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材の少なくとも何れか一方を取り付けた状態の前記反転部材を工具に対する面を一方側の面から前記一方側の面とは反対側の他方側の面に反転可能とする第１の回転支持部及び第２の回転支持部と、を備え、前記反転部材は、前記反転部材の一方端側に設けられ、前記第１の回転支持部に取り付けられる第１の取付部と、前記反転部材の他方端側に設けられ、前記第２の回転支持部に取り付けられる第２の取付部と、前記反転部材の前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材が取り付けられる前記一方側の面において、前記反転部材の前記一方端側及び前記他方端側のそれぞれに設けられ、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材を前記反転部材に対して位置決めするための共通の第１のピン及び第２のピンと、を有することを特徴とする。

ある加工対象物とは異なる形状の他の加工対象物を保持する保持部材を反転する反転ユニットにおいて、加工対象物を取り付ける際の作業性を向上することができる。

本発明の実施形態に係る加工装置の右斜視図である。本発明の実施形態に係る加工装置の左斜視図である。 (ａ)は本発明の実施形態に係るディスク型の加工対象物を取り付ける保持部材を取付板に取り付けた右斜視図である。(ｂ)は本発明の実施形態に係るブロック型の加工対象物を取り付ける保持部材を取付板に取り付けた右斜視図である。取付板の上面図である。 (ａ)はディスク型の加工対象物の取り付け方を示す図である。図５(ｂ)はそのブロック型の保持部材の取り付け方を示す図である。ディスク押さえプレートの着脱方法を示す図である。ディスクホルダーの部分拡大図である。ディスクホルダーと加工対象物の厚みの差を示す図である。 (ａ)はディスクホルダーと位置決めピンの位置を示す図である。(ｂ)はブロック固定プレートと位置決めピンの位置を示す図である。 (ａ)は取付板の裏面の回転支持部に取り付ける部分を示す図である。図１０(ｂ)は取付板を回転支持部に取り付けた状態で下から見た図である。 (ａ)はディスクホルダーとネジの配置を示す部分拡大図である。図１１(ｂ)はディスクホルダーとネジを含んだ断面図である。

まず、本実施形態の加工装置１０の全体構成について、図１及び図２を用いて説明する。

加工装置１０は、ベース１１と、ベース１１から鉛直方向に立ち上がるように設けられたコラム１２とを備える。コラム１２は、Ｚ軸支持部材１３を介してＺ軸方向（鉛直方向、第１方向）に移動自在に主軸頭１６を支持している。ベース１１上には、Ｙ軸テーブル１４及びＸ軸テーブル１５を介して回転支持部１９が設けられている。

主軸頭１６には、加工手段としての主軸１７が設けられており、主軸１７には、工具２１が工具ホルダを介して着脱自在に取り付けられている。主軸１７は、不図示のモータにより回転駆動される。また、主軸頭１６は、モータ１３ａの駆動により第１移動手段としてのＺ軸支持部材１３と共にコラム１２に対してＺ軸方向に往復移動（昇降）する。Ｚ軸支持部材１３は、例えば、モータ１３ａの駆動により回転するボールねじに沿って移動する部材であり、主軸頭１６を支持しつつ、ボールねじが回転することでＺ軸方向に移動する。したがって、主軸頭１６に取り付けられた主軸１７及び工具２１は、Ｚ軸方向に移動自在である。

回転支持部１９は、例えば、歯科用補綴物など工具２１により切削加工される加工対象物としてのワーク２０（第１の加工対象物）を、ワーク保持装置１００を介して支持する。ワーク保持装置１００は、詳しくは後述するが、保持手段としての保持部材４００によりワーク２０を保持しており、回転支持部１９は、保持部材４００を回転可能に支持する。

上述のように、回転支持部１９は、Ｙ軸テーブル１４及びＸ軸テーブル１５を介してベース１１上に設けられている。第２移動手段としてのＹ軸テーブル１４は、不図示のモータの駆動によりＺ軸方向に直交するＹ軸方向（水平方向、第２方向）に往復移動する。第３移動手段としてのＸ軸テーブル１５は、モータ１５ａの駆動によりＺ軸方向及びＹ軸方向に直交するＸ軸方向（水平方向、第３方向）に往復移動する。Ｙ軸テーブル１４及びＸ軸テーブル１５は、例えば、モータの駆動により回転するボールねじに沿って移動する部材であり、ボールねじが回転することでそれぞれＹ軸方向及びＸ軸方向に移動する。

本実施形態では、Ｙ軸テーブル１４がベース１１に対してＹ軸方向に往復移動自在に支持されており、Ｘ軸テーブル１５がＹ軸テーブル１４に対してＸ軸方向に往復移動自在に支持されている。そして、Ｘ軸テーブル１５に回転支持部１９が固定されている。したがって、回転支持部１９は、Ｘ軸テーブル１５及びＹ軸テーブル１４によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動自在である。

また、回転支持部１９のコラム１２側には、工具マガジン１８が回転支持部１９と一体に設けられている。工具マガジン１８には、それぞれ工具ホルダ２２と一体に形成された複数種類の工具が保持された状態でＸ軸方向に沿って並べて配置されている。そして、主軸１７に取り付ける工具を交換可能としている。なお、工具ホルダ２２は、主軸１７に保持される部分で、工具と一体に形成されていても良いし、別体に形成されていても良い。

なお、本実施形態では、チャック付の工具２１を工具ホルダ２２に取り付けた上で、主軸１７の工具保持用のチャック部が工具ホルダ２２を介して保持する２重チャックの構成となっている。但し、主軸１７に直接工具を取り付けても良い。工具の交換は、作業者が行っても良いし、加工装置１０により自動で行っても良い。

工具の交換を自動で行う場合には、Ｘ軸テーブル１５及びＹ軸テーブル１４により工具マガジン１８の工具２１が入っていない空きスペースを主軸１７の下方に移動させる。そして、Ｚ軸支持部材１３により主軸１７を下降させ、主軸１７に設けられたチャックなどの着脱装置を動作させることで、主軸１７に取り付けられている工具２１を外して工具マガジン１８の空きスペースに工具２１を配置する。次いで、Ｚ軸支持部材１３により主軸１７を上昇させると共に、Ｘ軸テーブル１５により工具マガジン１８の交換したい工具２１が配置されている位置を主軸１７の下方に移動させる。そして、再度、Ｚ軸支持部材１３により主軸１７を下降させ、着脱装置を動作させることで、主軸１７に交換したい工具２１を装着する。なお、工具２１は、例えば、ドリルやエンドミルである。

このような加工装置１０によりワーク２０を加工する場合には、工具２１が取り付けられた主軸１７を回転させつつ、Ｚ軸支持部材１３により主軸１７を昇降させることで、ワーク２０の加工面（上面）を工具２１により切削する。この際、Ｘ軸テーブル１５及びＹ軸テーブル１４により、ワーク保持装置１００を介してワーク２０を支持する回転支持部１９を移動させつつ、主軸１７を昇降させることで、ワーク２０の加工面の任意の位置を切削加工可能である。

また、本実施形態の加工装置１０は、コンピュータ制御により自動加工を行うＮＣ加工装置である。具体的には、パーソナルコンピュータなどの外部端末を用いてＣＡＤ/ＣＡＭシステムにより加工データを作成し、このデータに基づいて数値制御によりワーク２０の加工を行う。このために、加工装置１０には、加工装置１０に指令を行うパーソナルコンピュータなどの外部端末が接続される。なお、加工装置１０自体に、数値制御が可能なＣＰＵやメモリを搭載したコンピュータが設けられていても良い。

例えば、加工装置１０により歯科用補綴物の作成を行う場合、３次元計測器で計測した歯科用補綴物のデータをＣＡＤ/ＣＡＭシステムに転送し、ＣＡＤ/ＣＡＭシステムにより加工データを作成する。そして、この加工データに基づいて、加工装置１０を制御してワーク２０を工具２１により切削加工することで、歯科用補綴物を作成する。

ここで、このような切削加工を行った場合、切粉などの屑が生じる。特に、ワーク２０が例えば、セラミックなどの原料となる粉末を固めることで成型され、焼結されていない材料により形成された歯科用補綴物の場合には、粉塵状の切粉が生じる。そして、切粉が舞うことで、主軸１７などに付着して装置に故障が生じる虞がある。そこで、本実施形態では、ワーク２０を保持するワーク保持装置１００を以下のように構成している。

また、ワーク保持装置１００は、流体を作用させるために、図１に示すように、集塵ホース２０３を介して集塵機２０２に接続されている。また、ワーク保持装置１００は、流体を作用せるために図２に示すように、エアチューブ２０１を介してコンプレッサ２００に接続されている。

次に、本実施形態における反転ユニットについて説明する。
図３(ａ)に示すディスククランプユニット４００は、両端が支持されて回転支持部１９に取り付けられる下層部品となる取付板４０１（反転部材）に他の部品が取り付けられる。ディスク型の加工対象物を取り付ける場合には、ディスク型の加工対象物の周囲を保持する中層部品のディスクホルダー４０２、ディスク型の加工対象物を上から押さえて固定する押さえ部材となる上層部品のディスク押さえプレート４０３により構成されている。取付板４０１が回転支持部１９に取り付けられ、不図示のモータの駆動力によって工具に対する面を一方面側から一方面側とは反対側の他の面に反転する反転部材として機能する。すなわち、反転部材は、取り付けられたワークを１８０°回転させて、工具に対するワークの加工される面の表裏を反転させる。保持部材を回転させる部材が回転して保持部材の位置が定まり、共通な部材としての保持部材に対して、ブロック型の加工対象物と、ディスク型の加工対象物との取り付けられた、いずれか一方の加工対象物が位置決めされる。そのため、本実施形態の反転ユニットを用いると、従来のように、保持部材に対して加工対象物のディスクを保持する位置に、Ｃ形状のブロック型のアダプタを取り付けるよりも加工安定性が高い。また、従来のように片持ち支持よりも、本実施形態のように両持ち支持にすることでも、加工安定性が高く、環状の取付部材を用いるため、さらに取付部材の姿勢が安定する。

また、図３(ｂ)は取付板４０１に、複数のブロック型の加工対象物５０４（第２の加工対象物）を保持する保持部材であるブロック固定プレート５００が取り付けられることを示している。ブロック固定プレート５００に彫られている数字は保持できる加工対象物の数であり、その数字の下に加工対象物５０４が取り付けられる。加工対象物は材料取付穴５０２に差し込まれ、止めネジ５０１で上から固定される。回り止めピン５０３は加工対象物５０４のくぼみに入り、加工する際に加工対象物５０４が回転することを防いでいる。

図４において取付板４０１の構造を示している。ブロック固定プレート５００の開口形状とディスクホルダー４０２の開口形状とを重ねた形状、すなわち、方形状と円形状を重ね合わせた開口部４０４が設けられている。これにより、２種類の保持部材の加工を省スペースで実現することを可能にしている。また、４箇所のネジ穴６１１の位置は、ディスクホルダー４０２とブロック固定プレート５００ともに同じである。また、２箇所の平行ピン穴６２１の位置も同じであり、２種の保持部材の取り付けの共通ができる(図９参照)。円形状の加工対象物の保持部材と方形状の加工対象物の保持部材が両方取り付けられる。この考えの位置決め固定であれば、２種類だけでなく、これ以外の複数の保持部材の共通化ができる。

図５(ａ)においてディスククランプユニット４００にワーク２０を取り付ける際の作業手順を示す。手順は２パターンあり、１つはまず取付板４０１にディスクホルダー４０２を組んでネジ６０１で固定する。それからワーク２０をディスクホルダー４０２に入れ、ディスク押さえプレート４０３とネジ６０２で上から固定する。２つ目はまず、ディスクホルダー４０２にワーク２０を入れて、ディスク押さえプレート４０３とネジ６０２で固定し、その後取付板４０１に取り付ける。この２つ目の方法ならば、加工機の外部においてワーク２０の着脱が可能になる。両方の取り付け方法で着脱が可能である。ブロック固定プレート５００にブロック型の加工対象物５０４を取り付ける場合も同様に、装置の内外で取り付けが可能となる。このように、本発明の実施形態によれば、取り付ける加工対象物に対して、作業性の良い取り付け方法を選択することができる。

また、ワーク２０の位置決めは長径部分２０(ａ)であり、ディスクホルダー４０２とのガタつきが出ないようにしている。それから、図５(ｂ)において、ディスクホルダーの下部４０６は、取付板４０１の開口部に入り込む形状になっている。これにより大まかな位置が決まるので、ネジの締結作業が容易になる。

図６においてディスク押さえプレート４０３は回転して取り外せることを示している。これは部品の穴の形状により成り立っている。加工対象物固定時は穴の径の小さい部分がネジ６０２により押さえつけられ、加工対象物も同時に上から押さえられるという構造になっている。外す際はネジ６０２を、緩めて、ディスク押さえプレート４０３を穴の径の大きい部分に到達するまで回転させるだけで、上に外すことができる。取り付ける際はネジを緩める側と逆に回転させる。また、この部品は反転しても同様に使用することができる。これにより利き腕に関わらず、使いやすい面で使用することができる。

図７～８において本発明により考案されたディスクホルダー４０２の構造について示している。指が入る半円状の穴(ディスクホルダー指入れ穴４０５)を２箇所設けている(図７)。この穴を利用して、ディスク型の被加工物を取り外しやすくしている。本実施例は２箇所だが、それ以上設けても構わない。さらにＺ軸方向の厚みは加工対象物の厚みよりもわずかに薄くしている。Ｄはワーク２０とディスクホルダー４０２の厚みの差である(図８)。これにより、ディスク押さえプレート４０３が機能を果たすようにしている。また、このディスクホルダー４０２は樹脂部品であり軽く、金属製に比べて使いやすく、かつ面取りをしてＲをとり、ユーザーが手を傷つけたりするリスクを減らせる。ディスクホルダー４０２は強度を重視する場合は金属製でも良い。

図１０は取付板４０１の回転支持部１９への取付部の構造を示している。図１０(ａ)はその取付部の形状を示している。裏面の取付部を凹状(４０７)にし、角を円形にして加工ニゲを設け、位置決めや取付を容易にしている。図１０(ｂ)は回転支持部１９に取付板４０１を取り付けて下から見た状態を示している。

図１１は保持部材を取り付けるネジの構造を示している。ネジの頭を座ぐり形状にせず、部品から出た状態にする事でネジ穴部に粉塵が入り込むのを防ぐことができる。粉塵が邪魔をしてネジがつけられなくなることがない。図１１(ｂ)は図１１(ａ)の断面線Ａ-Ａで切られた断面図である。

１０加工装置
１９回転支持部
２０ワーク(円形状の加工対象物)
２０(ａ) ワーク長径部分
２１工具
１００ワーク保持装置（加工対象物保持装置）
４００ディスククランプユニット
４０１取付板(反転部材)
４０２ディスクホルダー(第１の保持部材)
４０３ディスク押さえプレート
４０４開口部(取付板)
４０５ディスクホルダー指入れ穴
４０６ディスクホルダー下部
４０７取付板裏面形状(凹部)
５００ブロック固定プレート(第２の保持部材)
５０１止めネジ
５０２材料取付穴
５０３回り止めピン
５０４方形状の加工対象物
６０１ネジ(保持部材取付)
６０２ネジ(上層部品取付)
６１１ネジ穴(保持部材取付)
６１２ネジ穴(回転支持部取付)
６２０平行ピン
６２１平行ピン穴

Claims

第１の加工対象物を保持する第１の保持部材と前記第１の加工対象物とは異なる形状の第２の加工対象物を保持する第２の保持部材とを選択的に取り付け可能な反転部材と、
前記反転部材の両端部を支持して、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材の少なくとも何れか一方を取り付けた状態の前記反転部材を工具に対する面を一方側の面から前記一方側の面とは反対側の他方側の面に反転可能とする第１の回転支持部及び第２の回転支持部と、を備え、
前記反転部材は、
前記反転部材の一方端側に設けられ、前記第１の回転支持部に取り付けられる第１の取付部と、
前記反転部材の他方端側に設けられ、前記第２の回転支持部に取り付けられる第２の取付部と、
前記反転部材の前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材が取り付けられる前記一方側の面において、前記反転部材の前記一方端側及び前記他方端側のそれぞれに設けられ、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材を前記反転部材に対して位置決めするための共通の第１のピン及び第２のピンと、を有することを特徴とする反転ユニット。
前記反転部材は、
前記第１のピンと前記第２のピンが並んだ方向に直交する方向の一方側、かつ、前記一方端側に設けられた第１のネジ穴と、
前記第１のピンと前記第２のピンが並んだ方向に直交する方向の前記一方側とは反対側である他方側、かつ、前記一方端側に設けられた第２のネジ穴と、
前記第１のピンと前記第２のピンが並んだ方向に直交する方向の前記一方側、かつ、前記他方端側に設けられた第３のネジ穴と、
前記第１のピンと前記第２のピンが並んだ方向に直交する方向の前記他方側、かつ、前記他方端側に設けられた第４のネジ穴と、を有することを特徴とする請求項１に記載の反転ユニット。
前記第１の加工対象物が前記第１の保持部材の取り付け部に取り付けられる場合には、前記第１の加工対象物は、前記第１の保持部材を取り付けられた上に押さえ部材によって取り付けることを特徴とする請求項１または２に記載の反転ユニット。
前記第１の加工対象物の形状は、円形状であり、
前記第２の保持部材の前記第２の加工対象物を保持する部分の形状は、方形状であり、
前記反転部材には、前記第１の加工対象物が前記反転部材の前記一方側の面と前記他方側の面との何れからも露出するような円弧状の部分を有し、且つ、前記方形状が前記反転部材の前記一方側の面と前記他方側の面との何れからも露出するような開口形状が設けられ、
前記開口形状は、前記一方側の面から前記他方側の面に向かって見た場合に、前記第２の保持部材が前記反転部材の取り付けられた状態で前記円弧状の部分に前記第２の保持部材が重なるように形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の反転ユニット。
工具を回転させる主軸と、請求項１～４のいずれか一項に記載の前記反転ユニットを備えた加工装置であって、
前記反転ユニットは、前記工具に対して、前記第１の加工対象物、または、前記第２の加工対象物の表裏を反転させることを特徴とする加工装置。