WO2021157703A1

WO2021157703A1 - 切削加工装置

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Publication number: WO2021157703A1
Application number: PCT/JP2021/004362
Authority: WO
Inventors: 嵩平村岡; 智也藪中; 田中　和宏
Original assignee: 株式会社日進製作所
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2021-08-12
Also published as: JPWO2021157703A1; JP7369216B2; US20230063899A1

Abstract

切削加工装置（１）は、全体として矩形箱状の筐体（１０）と、筐体（１０）に緩衝部材（１３３）を介して固定されたベース部材（１３４）と、筐体（１０）の内側において筐体（１０）から離間して配置されベース部材（１３４）に固定されるとともに、ワークを保持するワーク保持ユニット（３０）と、筐体（１０）の内側において筐体（１０）から離間して配置されベース部材（１３４）に固定されるとともに、ワークを加工する加工ユニット（２０）と、を備える。

Description

切削加工装置

　本発明は、切削加工装置に関する。

　平面視矩形状の扁平なベース部材と、ベース部材の平面視において互いに対向する２辺に対応する両端部それぞれから鉛直上方へ延在する一対の側方部材と、長尺の矩形板状であり長手方向における両端部が一対の側方部材により支持されたガイドレールおよびシャフトと、ガイドレールおよびシャフトそれぞれに摺動自在に支持されたキャリッジと、ベース部材に固定されワークを保持するワーク保持装置と、を備える加工装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、この加工装置では、キャリッジにおいて加工工具が装着される主軸が鉛直方向に移動自在に配設されている。

特開２０１４－１１５９３２号公報

　しかしながら、特許文献１に記載された加工装置では、ベース部材に対して側方部材が相対的に歪んだり振動したりすると、ワーク保持装置に保持されたワークと加工工具が装着された主軸との位置関係に影響してしまう。このため、ワークの加工精度が低下してしまう虞がある。

　本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、加工精度が向上した切削加工装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係る切削加工装置は、
　筐体と、
　前記筐体に緩衝部材を介して接続されたベース部材と、
　前記筐体の内側において前記筐体から離間した状態で前記ベース部材に固定されるとともに、被加工物を保持する被加工物保持ユニットと、
　前記筐体の内側において前記筐体から離間した状態で前記ベース部材に立設され前記被加工物を加工する加工ユニットと、を備える。

　本発明によれば、ベース部材が、筐体に緩衝部材を介して接続されている。そして、被加工物保持ユニットが、筐体の内側において筐体から離間した状態でベース部材に固定され、加工ユニットが、筐体の内側において筐体から離間した状態でベース部材に立設されている。このように、被加工物保持ユニットと加工ユニットとが筐体から離間した状態で共通のベース部材に固定されていることにより、ベース部材に対して筐体が相対的に歪んだり振動したりしても被加工物保持ユニットに保持された被加工物と加工ユニットとの位置関係が維持される。従って、被加工物の加工精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る切削加工装置の断面図である。実施の形態に係る切削加工装置の断面図である。実施の形態に係る切削加工装置の斜視図である。実施の形態に係る切削加工装置の一部を示す斜視図である。実施の形態に係る切削加工装置の背面図である。変形例に係る切削加工装置の断面図である。

　以下、本発明の実施の形態に係る切削加工装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係る切削加工装置は、筐体と、筐体に緩衝部材を介して固定されたベース部材と、筐体の内側において筐体から離間した状態でベース部材に固定されるとともに、被加工物を保持する被加工物保持ユニットと、筐体の内側において筐体から離間した状態でベース部材に固定されるとともに、被加工物を加工する加工ユニットと、を備える。また、本実施の形態に係る切削加工装置は、例えば歯科技工士が義歯または補綴物を作成する際に使用されるいわゆるデスクトップ型の小型の切削加工装置であり、筐体の歪みまたは振動の影響を低減させることにより加工精度を向上させたものである。

　図１に示すように、本実施の形態に係る切削加工装置は、いわゆるデスクトップ型の小型の切削加工装置であり、加工ユニット２０と、ベース部材１３４と、ワーク保持ユニット３０と、筐体１０と、緩衝部材１３３と、を備える。以下、適宜、＋Ｚ方向が鉛直上方、－Ｚ方向が鉛直下方として説明する。また、切削加工装置１は、図２に示すように、加工ユニット２０およびワーク保持ユニット３０を制御する制御基板７２１、７２２、７２３を備える。加工ユニット２０は、ワークを切削加工するものであり、ツール２１１と、長尺円筒状の主軸２１４と、回転駆動部２１３と、回転駆動部支持部４２０と、を有する。また、加工ユニット２０は、後述のＸ軸方向駆動部５１０と、Ｙ軸方向駆動部６１０と、を有する。ツール２１１は、例えばエンドミル、ミリングバー、ブラシ等である。主軸２１４の下端部には、ツール２１１が取り付けられている。回転駆動部２１３は、モータであり、主軸２１４を回転駆動する。筐体１０は、図３に示すように矩形箱状である。

　回転駆動部支持部４２０は、図２に示すように、板状の主部４２１と、サドル部４２５と、ナット部４２６と、を有する。ここで、主部４２１は、矩形板状であり、＋Ｙ方向側で回転駆動部２１３を支持するとともに、Ｚ軸方向に平行に配置されている。また、サドル部４２５は、板状であり、主部４２１の－Ｙ方向側から第２方向、即ち、Ｙ軸方向に沿って突出している。ナット部４２６は、その中心軸が第１方向、即ち、Ｘ軸方向に沿うように配置され、サドル部４２５をＸ軸方向に沿って貫通するようにサドル部４２５に埋設されている。これにより、後述するＸ軸方向駆動部５１０のボール螺子５１１およびボール螺子駆動部５１２を主部４２１の側方に配置することができるので、その分、回転駆動部支持部４２０全体をワーク保持ユニット３０に近づけることができる。

　また、加工ユニット２０は、図４に示すように、主部４２１の＋Ｙ方向側においてＺ軸方向に延在するレール（図示せず）と、レールに摺動自在に装着されたスライドブロック４２４と、を有する。スライドブロック４２４は、回転駆動部２１３に固定されており、回転駆動部２１３が、レールに沿って摺動自在となっている。更に、加工ユニット２０は、図２に示すように、ボール螺子４１３と、ボール螺子４１３を回転駆動するボール螺子駆動部４１２と、内側にボール螺子駆動部４１２を支持し主部４２１に固定される支持部材（図示せず）と、を有する。ボール螺子駆動部４１２は、モータであり、ボール螺子４１３をその長手方向に沿った中心軸周りに回転させることにより、スライドブロック４２４に固定された回転駆動部２１３をレールに沿って移動させる。

　Ｘ軸方向駆動部５１０は、図４に示すように、回転駆動部支持部４２０を鉛直方向に直交する第１方向、即ち、Ｘ軸方向へ移動させる水平駆動部である。Ｘ軸方向駆動部５１０は、Ｘ軸方向に沿って移動自在なスライドブロック４２８を有する。スライドブロック４２８は、回転駆動部支持部４２０に固定されており、回転駆動部支持部４２０が、Ｘ軸方向に沿って移動自在となっている。また、Ｘ軸方向駆動部５１０は、Ｘ軸方向に沿って配置されたボール螺子５１１と、ボール螺子５１１を回転駆動するボール螺子駆動部５１２と、を有する。ボール螺子駆動部５１２は、モータであり、ボール螺子５１１をその長手方向に沿った中心軸周りに回転させることにより、回転駆動部支持部４２０全体をＸ軸方向へ移動させる。ボール螺子５１１は、回転駆動部支持部４２０のナット部４２６に螺合している。

　Ｙ軸方向駆動部６１０は、回転駆動部支持部４２０を鉛直方向に直交する第２方向、即ち、Ｙ軸方向へ移動させる水平駆動部である。Ｙ軸方向駆動部６１０は、ベース部材１３４の＋Ｚ方向側においてＹ軸方向に沿って移動自在なスライドブロック５２４を有する。スライドブロック５２４は、回転駆動部支持部４２０に間接的に固定されており、回転駆動部支持部４２０が、Ｙ軸方向に沿って移動自在となっている。また、Ｙ軸方向駆動部６１０は、図２に示すように、Ｙ軸方向に沿って配置されたボール螺子６１１と、ボール螺子６１１を回転駆動するボール螺子駆動部６１２と、を有する。ボール螺子駆動部６１２は、モータであり、ボール螺子６１１をその長手方向に沿った中心軸周りに回転させることにより、回転駆動部支持部４２０をＹ軸方向へ移動させる。ボール螺子６１１は、回転駆動部支持部４２０の－Ｚ方向側に突出するナット部５２１ｂに螺合している。

　ワーク保持ユニット３０は、被加工物であるワークを保持するものであり、図１に示すように、ワークをＸ軸周りに回転する方向へ傾ける回転駆動部３１３を有する被加工物保持ユニットである。また、ワーク保持ユニット３０は、図２に示すように、ワークをＹ軸周りに回転する方向へ傾ける回転駆動部８１２を有する。回転駆動部８１２は、ベース部材１３４に固定されている。

　制御基板７２１、７２２、７２３は、抵抗、トランジスタ等の発熱部品が実装されており、加工ユニット２０の回転駆動部２１３およびボール螺子駆動部４１２、５１２、６１２へ供給する電流を制御することによりこれらの動作を制御する。また、制御基板７２１、７２２、７２３は、ワーク保持ユニット３０の回転駆動部３１３、８１２へ供給する電流を制御することによりこれらの動作を制御する。

　筐体１０は、ワーク保持ユニット３０および加工ユニット２０を挟んでＸ軸方向に離間して配置された一対のフレームセット１１１を有する。ここで、各フレームセット１１１は、例えば、Ｙ軸方向に並列して配置されＺ軸方向に延在する２本の柱フレームと、Ｙ軸方向に延在し２本の柱フレーム同士を連結する少なくとも１本の梁フレームと、から構成される。また、筐体１０は、隔壁１１８１を有する。隔壁１１８１における－Ｙ方向側には、制御基板７２１、７２２、７２３が固定されている。隔壁１１８１は、フレームセット１１１に固定されている。隔壁１１８１は、ベース部材１３４、ワーク保持ユニット３０および加工ユニット２０が配置される第１領域Ａ１と、制御基板７２１、７２２、７２３が配置される第２領域Ａ２と、の間に配置され、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを隔てている。そして、図３および図５に示すように、筐体１０の周壁における第２領域Ａ２に対応する部分には、第２領域Ａ２から筐体１０外へ連通する複数の連通孔１２１１ａが穿設されている。複数の連通孔１２１１ａは、少なくとも筐体１０の周壁における第２領域Ａ２に対応する部分のＺ軸方向における中央部よりも＋Ｚ方向側全体に穿設されている。これにより、第２領域Ａ２内において、制御基板７２１、７２２、７２３で発生した熱により温められて第２領域Ａ２内の鉛直上方へ移動した空気を効率良く筐体１０外へ排出することができる。

　また、筐体１０は、図１に示すように、ベース部材１３４を支持するための支持プレート１３２と、支持プレート１３２を筐体１０のフレームセット１１１に固定するためのプレート固定部材１３１と、を有する。プレート固定部材１３１は、外形が直方体状であり、一対のフレームセット１１１それぞれに互いに近づく方向へ突出した状態で固定されている。プレート固定部材１３１は、図２に示すように、フレームセット１１１に固定されている。支持プレート１３２は、板状であり、各プレート固定部材１３１の＋Ｚ方向側に固定されている。

　緩衝部材１３３は、ゴム、エラストマ等の弾性材料から筒状に形成され、筒軸方向がＺ軸方向に平行となる姿勢で支持プレート１３２の＋Ｚ方向側に固定されている。また、緩衝部材１３３は、断熱性を有する材料から形成されている。

　以上説明したように、本実施の形態に係る切削加工装置１では、ベース部材１３４が、筐体１０に緩衝部材１３３を介して接続されている。そして、ワーク保持ユニット３０が、筐体１０の内側において筐体１０から離間した状態でベース部材１３４に固定され、加工ユニット２０が、筐体１０の内側において筐体１０から離間した状態でベース部材１３４に立設されている。このように、ワーク保持ユニット３０と加工ユニット２０とが筐体１０から離間した状態で共通のベース部材１３４に固定されていることにより、ベース部材１３４に対して筐体１０が相対的に歪んだり振動したりしても、ワーク保持ユニット３０に保持されたワークと加工ユニット２０との位置関係が維持される。従って、ワークの加工精度を向上させることができる。

　例えば、筐体１０が振動している場合、筐体１０の振動が緩衝部材１３３に支持されたベース部材１３４を介して、ワーク保持ユニット３０および加工ユニット２０に伝達する。このため、ワーク保持ユニット３０および加工ユニット２０に伝達する振動は必ず同期することになる。このため、ワーク保持ユニット３０に保持されたワークと加工ユニット２０との位置関係が維持される。

　また、本実施の形態に係る筐体１０は、ワーク保持ユニット３０および加工ユニット２０を挟んで離間して配置された一対のフレームセット１１１を有し、緩衝部材１３３を介してベース部材１３４を支持する。そして、プレート固定部材１３１は、一対のフレームセット１１１それぞれに互いに近づく方向へ突出した状態で固定されている。これにより、筐体１０内におけるプレート固定部材１３１よりも－Ｚ方向側に空間を確保することができる。また、ワーク保持ユニット３０は、ベース部材１３４の－Ｚ方向側に固定され、加工ユニット２０は、ベース部材１３４の＋Ｚ方向側に固定されている。従って、プレート固定部材１３１よりも－Ｚ方向側に位置するワーク保持ユニット３０の周囲に比較的広い空間を確保することができるので、その分、ワーク保持ユニット３０へのワークの脱着作業が行い易くなるという利点がある。

　更に、本実施の形態に係る回転駆動部支持部４２０は、＋Ｙ方向側で回転駆動部２１３を支持する主部４２１と、主部４２１の－Ｙ方向側からＹ軸方向に沿って突出したサドル部４２５と、サドル部４２５に埋設されたナット部４２６と、を有する。また、Ｘ軸方向駆動部５１０は、ベース部材１３４の＋Ｘ方向側に配置されＸ軸方向に沿って移動自在なスライドブロック４２８と、ナット部４２６に螺合するボール螺子５１１と、ボール螺子５１１を回転駆動するボール螺子駆動部５１２と、を有する。これにより、ボール螺子５１１を回転駆動部支持部４２０の上方に配置することができるので、その分、回転駆動部支持部４２０をワーク保持ユニット３０側に近づけることができる。そして、回転駆動部支持部４２０とワーク保持ユニット３０との距離が近づいた分、回転駆動部支持部４２０とワーク保持ユニット３０に外部応力が加わったときの回転駆動部２１３に接続された主軸２１４に対するワークの位置ずれ量を小さくすることができる。従って、ワークの加工精度を向上させることができる。

　また、本実施の形態に係る制御基板７２１、７２２、７２３には、発熱部品が実装されており、緩衝部材１３３は、断熱性を有する材料から形成されている。そして、制御基板７２１、７２２、７２３は、筐体１０の隔壁１１８１に固定されている。これにより、制御基板７２１、７２２、７２３で発生し、隔壁１１８１、フレームセット１１１およびプレート固定部材１３１を介して支持プレート１３２に伝達した熱のベース部材１３４への伝達が抑制される。従って、制御基板７２１、７２２、７２３で発生した熱の加工ユニット２０およびワーク保持ユニット３０への伝達が抑制されるので、加工ユニット２０およびワーク保持ユニット３０の温度上昇による熱変形が抑制される。従って、ワークの加工精度を向上させることができる。

　更に、本実施の形態に係る筐体１０では、隔壁１１８１が、ベース部材１３４、ワーク保持ユニット３０および加工ユニット２０が配置される第１領域Ａ１と、制御基板７２１、７２２、７２３が配置される第２領域Ａ２と、の間に配置され、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを隔てている。これにより、制御基板７２１、７２２、７２３で発生した熱により温められた第２領域Ａ２に存在する空気が、第１領域Ａ１へ流入することを抑制できる。従って、第１領域Ａ１に配置されたベース部材１３４、ワーク保持ユニット３０および加工ユニット２０の温度上昇による熱変形が抑制される。

　また、本実施の形態に係る筐体１０は、筐体１０内の第２領域Ａ２に対応する部分に第２領域Ａ２から筐体１０外へ連通する複数の連通孔１２１１ａが穿設されている。これにより、第２領域Ａ２内において、制御基板７２１、７２２、７２３で発生した熱により温められた空気を筐体１０外へ排出することができるので、筐体１０内に存在する空気の温度上昇を抑制することができる。

　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、図６に示す切削加工装置２のように、長尺の柱状でありＺ軸方向に沿って延在しベース部材１３４を支持する支持部材２１３１を備えるものであってもよい。なお、図６において、実施の形態と同様の構成については図１と同一の符号を付している。ここで、ベース部材１３４は、支持部材２１３１の＋Ｚ方向側の端部において緩衝部材１３３を介して支持されている。また、支持部材２１３１の－Ｚ方向側の端部は、長尺でありＹ軸方向に沿って延在し長手方向における両端部が筐体１０の下端部分に固定されている。

　実施の形態では、緩衝部材１３３が、ゴム、エラストマ等の弾性材料から形成された部材である例について説明した。但し、緩衝部材１３３は、これに限らず、例えばエアサスペンションから構成されていてもよいし、磁気バネから構成されていてもよい。

　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

　本出願は、２０２０年２月６日に出願された日本国特許出願特願２０２０－０１８５４８号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０２０－０１８５４８号の明細書、特許請求の範囲および図面全体を参照として取り込むものとする。

　本発明は、ワークを切削して歯科用補綴物を作製する歯科用補綴物作製装置として好適である。

１，２：切削加工装置、１０：筐体、２０：加工ユニット、３０：ワーク保持ユニット、１１１：フレームセット、１３１：プレート固定部材、１３２：支持プレート、１３３：緩衝部材、１３４：ベース部材、２１３１：支持部材、２１１：ツール、２１３，３１３，８１２：回転駆動部、２１４：主軸、４１２，５１２，６１２：ボール螺子駆動部、４１３，５１１，６１１：ボール螺子、４２０：回転駆動部支持部、４２１：主部、４２６，５２１ｂ：ナット部、４２４，４２８，５２４：スライドブロック、４２５：サドル部、５１０：Ｘ軸方向駆動部、６１０：Ｙ軸方向駆動部、７２１，７２２，７２３：制御基板、１１８１：隔壁、１２１１ａ：連通孔、２１３１：支持部材、Ａ１：第１領域、Ａ２：第２領域

Claims

　筐体と、
　前記筐体に緩衝部材を介して接続されたベース部材と、
　前記筐体の内側において前記筐体から離間した状態で前記ベース部材に固定されるとともに、被加工物を保持する被加工物保持ユニットと、
　前記筐体の内側において前記筐体から離間した状態で前記ベース部材に立設され前記被加工物を加工する加工ユニットと、を備える、
　切削加工装置。
　前記筐体は、
　前記被加工物保持ユニットおよび前記加工ユニットを挟んで離間して配置された一対のフレームセットと、
　前記緩衝部材を介して前記ベース部材を支持する支持プレートと、
　前記一対のフレームセットそれぞれに互いに近づく方向へ突出した状態で固定され、前記支持プレートが固定されたプレート固定部材と、を有する、
　請求項１に記載の切削加工装置。
　前記被加工物保持ユニットは、前記ベース部材の鉛直下方側に固定され、
　前記加工ユニットは、前記ベース部材の鉛直上方側に固定されている、
　請求項１または２に記載の切削加工装置。
　前記加工ユニットは、
　ツールが装着される主軸と、
　前記主軸を回転駆動する回転駆動部と、
　前記回転駆動部を支持する回転駆動部支持部と、
　前記回転駆動部支持部を鉛直方向に直交する第１方向へ移動させる水平駆動部と、を有し、
　前記回転駆動部支持部は、板状であり厚さ方向における一面側で前記回転駆動部を支持するとともに鉛直方向および前記第１方向に平行に配置された主部と、前記主部における厚さ方向における他面側から前記第１方向に直交する第２方向に沿って突出したサドル部と、前記サドル部を前記第１方向に沿って貫通するように配置されたナット部と、を有し、
　前記水平駆動部は、前記ベース部材の鉛直上方に配置され前記第１方向に沿って敷設されたレールと、前記レール上に前記レールに沿って摺動自在に支持されるとともに鉛直上方側に前記回転駆動部支持部が固定されたスライドブロックと、前記第１方向に沿って配置され前記ナット部に螺合するボール螺子と、前記ボール螺子を回転駆動するボール螺子駆動部と、を有する、
　請求項３に記載の切削加工装置。
　発熱部品が実装され前記加工ユニットを制御する制御基板を更に備え、
　前記緩衝部材は、断熱性を有する材料から形成され、
　前記制御基板は、前記筐体に固定されている、
　請求項１から４のいずれか１項に記載の切削加工装置。
　前記筐体は、箱状であり、前記ベース部材、前記被加工物保持ユニットおよび前記加工ユニットが配置される第１領域と、前記制御基板が配置される第２領域と、の間に配置され、前記第１領域と前記第２領域とを隔てる隔壁を有する、
　請求項５に記載の切削加工装置。
　前記筐体は、周壁における前記第２領域に対応する部分に前記第２領域から前記筐体外へ連通する少なくとも１つの連通孔が穿設されている、
　請求項６に記載の切削加工装置。