WO2023080209A1

WO2023080209A1 - 切削加工装置

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Publication number: WO2023080209A1
Application number: PCT/JP2022/041225
Authority: WO
Inventors: 浩次田中; 嵩平村岡; 秀和辻; 亮輔山添; 健二井上; 晃錦織
Original assignee: 株式会社日進製作所
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2023-05-11
Also published as: JP7419643B2; JP2023069230A

Abstract

切削加工装置は、ヘッド（５）と保持ユニット（３）と制御部とを備える。保持ユニット（３）は、ワーク（Ｗ）を保持するワーク保持部（３２）と、ヘッド（５）に固定された工具（２０）が接触可能な接触子プラグ（３６１）と、箱状であり周壁におけるワーク保持部（３２）の固定部位から離間した位置に接触子プラグ（３６１）が着脱自在に保持される第１開口部（３１１ａ）が形成されたカバー（３１）と、接触子プラグ（３６１）に工具（２０）の先端部が接触したことを検知するタッチセンサ（６１）と、を有する。制御部は、ヘッド（５）の初期位置と、タッチセンサ（６１）を用いて検出される工具（２０）の先端部が接触子プラグ（３６１）に接触したときのヘッド（５）の接触位置と、に基づいて、ワーク（Ｗ）を工具（２０）により切削加工する際の加工開始位置を算出する算出部を有する。

Description

切削加工装置

　本発明は、切削加工装置に関する。

　患者本人の骨を切り出して得られる骨片を切削加工することで骨同士を接合するための螺子を作製し、この螺子により患者の骨折部分を接合することにより、骨折部分が癒合した後の螺子を除去するための再手術を不要にして患者の負担を大幅に軽減することがなされつつある。この場合、螺子の作製のために患者の骨から切り出す骨片のサイズをできるだけ小さくすることにより患者の負担を軽減することが要求される。また、一般的に骨の癒合をよくするには骨片から作成された螺子の合致精度を高めることが重要であるため、骨片の切削加工には高い加工精度が要求される。これに対して、ワークの加工を行う加工領域内に接触式のタッチセンサを留置し、加工領域内において工具の先端部をタッチセンサに接触させたときのスピンドルの位置に基づいて加工に使用する工具の長さを計測することにより、高精度な加工を安定して行うことができるマシニングセンタが提案されている（例えば特許文献１参照）。

実開昭６２―７４９４３号公報

　ところで、螺子に付着した雑菌に起因した患者の感染症を防止する観点から、作製される螺子のコンタミネーションは極力低減する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載されたマシニングセンタでは、使用を継続することによりタッチセンサの接触面に工具に付着した切屑、塵等の異物が堆積してしまう。この場合、新しい工具を使用して骨片を切削加工しても、異物が堆積したタッチセンサの接触面に工具の先端部を接触させたときに工具の先端部に異物が付着してしまい、その工具により骨片を加工することに起因して螺子のコンタミネーションが生じる虞がある。

　本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、高い加工精度を実現しつつ、ワークのコンタミネーションを抑制できる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、
　１つの第１工具が固定されるヘッドと、
　前記ヘッドに対向して配置されワークを保持する保持ユニットと、
　前記ヘッドおよび前記保持ユニットの動作を制御する制御部と、を備え、
　前記保持ユニットは、
　前記ワークを保持するワーク保持部と、
　前記ヘッドに固定された前記第１工具の先端部が接触可能な接触子プラグと、
　箱状であり周壁に前記ワーク保持部が固定されるとともに、前記周壁における前記ワーク保持部が固定される固定部位から離間した位置に前記接触子プラグが着脱自在に保持される第１開口部が形成されたカバーと、
　前記接触子プラグに前記第１工具の先端部が接触したことを検知するタッチセンサと、を有し、
　前記制御部は、予め設定された前記ヘッドの初期位置と、前記タッチセンサを用いて検出される前記第１工具の先端部が前記接触子プラグに接触したときの前記ヘッドの接触位置と、に基づいて、前記ワークを前記第１工具により切削加工する際の加工開始位置を算出する算出部を有する。

　本発明によれば、制御部の算出部が、ヘッドの初期位置と、タッチセンサを用いて検出される第１工具の先端部が接触子プラグに接触したときのヘッドの接触位置と、に基づいて、ワークを第１工具により切削加工する際の加工開始位置を算出する。また、カバーは、箱状であり、その周壁におけるワーク保持部が固定される固定部位から離間した位置には、接触子プラグが着脱自在に保持される第１開口部が形成されている。これにより、ワークを第１工具で切削加工する際の加工開始位置を精度良く算出することができるので、加工精度が向上できる。また、接触子プラグをある程度使用した後、接触子プラグをカバーから外して新しい接触子プラグをカバーに取着することができるので、接触子プラグに堆積した異物に起因したワークのコンタミネーションを抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る切削加工装置の概略図である。実施の形態に係る切削加工装置の一部破断した側面図である。実施の形態に係る保持ユニットの平面図である。実施の形態に係る保持ユニットの背面図である。実施の形態に係る切削加工装置を図３ＡのＡ―Ａ線で一部破断した正面図である。実施の形態に係る制御部の構成を示すブロック図である。実施の形態に係る位置記憶部が記憶する情報の一例を示す図である。実施の形態に係る工具保持位置と初期位置との関係を示す図である。実施の形態に係る制御部が実行する切削加工処理の流れの一例を示すフローチャートである。実施の形態に係る切削加工装置について、工具の先端部が接触子プラグに接触した状態を示す一部破断した正面図である。実施の形態に係る切削加工装置について、ヘッドが工具挿入位置へ移動してから下降する様子を示す正面図である。実施の形態に係る切削加工装置について、ヘッドが工具保持位置へ移動する様子を示す正面図である。実施の形態に係る切削加工装置について、ヘッドが工具に当接した状態を示す正面図である。実施の形態に係る制御部が実行する切削加工処理の流れの一例を示すフローチャートである。実施の形態に係る切削加工装置について、Ｃ軸が鉛直方向と平行な場合にヘッドが加工開始位置まで下降する様子を示す正面図である。実施の形態に係る切削加工装置について、Ｃ軸が鉛直方向と直交する場合にヘッドが加工開始位置まで下降する様子を示す正面図である。変形例に係る保持ユニットの一部の断面図である。変形例に係る保持ユニットの一部の、工具の先端部が接触子プラグに接触した状態を示す断面図である。変形例に係る変形例に係る保持ユニットの一部を示す断面図である。

　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、１つの第１工具が固定されるヘッドと、ヘッドに対向して配置されワークを保持する保持ユニットと、ヘッドおよび保持ユニットの動作を制御する制御部と、を備える。ここで、保持ユニットは、ワークを保持するワーク保持部と、ヘッドに固定された第１工具の先端部が接触可能な接触子プラグと、箱状であり周壁にワーク保持部が固定されるとともに、周壁におけるワーク保持部が固定される固定部位から離間した位置に接触子プラグが着脱自在に保持される第１開口部が形成されたカバーと、接触子プラグに第１工具の先端部が接触したことを検知するタッチセンサと、を有する。また、保持ユニットは、カバーの内側において第１工具とは異なる少なくとも１つの第２工具を保持する工具保持部を有する。制御部は、予め設定されたヘッドの初期位置と、タッチセンサを用いて検出される第１工具の先端部が接触子プラグに接触したときのヘッドの接触位置と、に基づいて、ワークを第１工具により切削加工する際の加工開始位置を算出する算出部を有する。

　図１に示すように、本実施の形態に係る切削加工装置１は、工具２０が固定されるヘッド５と、ヘッド５に対向して配置されワークＷを保持する保持ユニット３と、ヘッド５および保持ユニット３の動作を制御する制御部１００と、を備える。また、切削加工装置１は、矩形箱状であり＋Ｙ方向側の側壁にワークＷを出し入れするための開口部１０ｂが形成されるとともに、内側にヘッド５、保持ユニット３および制御部１００を収容する筐体１０を備える。更に、切削加工装置１は、図２に示すように、ヘッド５を鉛直方向に昇降させる昇降駆動用モータ４４と、ヘッド５をＸ軸方向に沿って駆動するＸ方向駆動用モータ７１と、ヘッド５をＹ軸方向に沿って駆動するＹ方向駆動用モータ７６と、を備える。また、筐体１０は、＋Ｙ方向側から開口部１０ｂを覆う扉（図示せず）を有する。筐体１０の内側には、ワークＷの加工が行われる加工領域Ｓ１が形成されている。加工領域Ｓ１は、筐体１０の内側における加工領域Ｓ１以外の領域との間に設けられた隔壁１０ａにより囲まれている。

　ヘッド５は、長尺であり長手方向の一端部に工具２０を保持する工具保持部５３が設けられた回転主軸５２と、回転主軸５２をその長手方向に沿った中心軸周りに回転させる主軸駆動用モータ５１と、を有する。工具保持部５３は、チャック（図示せず）と、チャックを駆動するアクチュエータ（図示せず）と、を有し、制御部１００から入力される制御信号に基づいてチャックが開閉する。ヘッド５は、ベース４１の＋Ｙ方向側においてＺ軸方向に沿って延在するレール４２１に摺動自在に保持されたスライダ４２２に固定されている。昇降駆動用モータ４４は、Ｚ軸方向に沿って配置されスライダ４２２の一部に設けられたナット部（図示せず）に螺合する長尺のボール螺子（図示せず）に連結されたモータを有する。そして、昇降駆動用モータ４４は、Ｚ軸方向に沿って配置されたボール螺子を回転させることにより、スライダ４２２およびスライダ４２２に固定されたヘッド５をＺ軸方向に沿って昇降させる。また、昇降駆動用モータ４４は、昇降駆動用モータ４４のロータの回転量を検出するための位置検出センサを有し、昇降駆動用モータ４４の回転量を示す検出信号を制御部１００へ出力する。

　また、ベース４１は、Ｘ軸方向に沿って延在するレール７２１に摺動自在に保持されたスライダ７２２にブラケット４３を介して固定されている。Ｘ方向駆動用モータ７１は、Ｘ軸方向に沿って配置されブラケット４３の一部に設けられたナット部（図示せず）に螺合する長尺のボール螺子（図示せず）に連結されたモータを有する。そして、Ｘ方向駆動用モータ７１は、Ｘ軸方向に沿って配置されたボール螺子を回転させることにより、スライダ７２２およびスライダ７２２に固定されたベース４１をＸ軸方向に沿って移動させる。これにより、Ｘ方向駆動用モータ７１は、ボール螺子を介してベース４１およびヘッド５を纏めてＸ軸方向に沿って移動させる。また、レール７２１は、その長手方向における両端部がＹ軸方向に沿って延在する２つのレール７７１に摺動自在に保持されたスライダ７７２に支持されている。Ｙ方向駆動用モータ７６は、Ｙ軸方向に沿って配置されベース４１の一部に設けられたナット部（図示せず）に螺合する長尺のボール螺子（図示せず）に連結されたモータを有する。そして、Ｙ方向駆動用モータ７６は、Ｙ軸方向に沿って配置されたボール螺子を回転させることにより、スライダ７７２およびスライダ７７２に支持されるレール７２１をＹ軸方向に沿って移動させる。これにより、Ｙ方向駆動用モータ７６は、ボール螺子を介してレール７２１、スライダ７２２、ベース４１およびヘッド５を纏めてＹ軸方向に沿って移動させる。

　保持ユニット３は、図２に示すように、ワークＷを保持するワーク保持部３２と、ヘッド５に固定された工具２０の先端部が接触可能な接触子プラグ３６１と、箱状のカバー３１と、タッチセンサ６１と、を有する。また、保持ユニット３は、接触子プラグ３６１を支持する弾性支持体３６２と、カバー３１の内側において工具２０を保持する工具保持部３３と、を有する。更に、保持ユニット３は、カバー３１全体をカバー３１の長手方向に延在する回転軸（以下、「Ｂ軸」と称する。）ＪＢ周りに回転させる回転駆動用モータ８１と、ワーク保持部３２をカバー３１の長手方向に直交する方向に延在する回転軸（以下、「Ｃ軸」と称する。）ＪＣ周りに回転させる回転駆動用モータ８６と、を有する。

　回転駆動用モータ８６は、カバー３１の内側に配置され、Ｃ軸に沿って延在し先端部がワーク保持部３２に連結されたシャフト（図示せず）を回転させる。回転駆動用モータ８１は、円筒状でありＢ軸に沿って延在する中空シャフト８２の－Ｙ方向側の端部を支持し、中空シャフト８２をＢ軸周りに回転させる。中空シャフト８２の＋Ｙ方向側の端部には、カバー３１を支持する支持部材３４が固定されている。また、中空シャフト８２の－Ｙ方向側の端部近傍の側壁には、制御部１００に接続される信号線Ｌ６が挿通される挿通孔８２ａが穿設されている。ここで、回転駆動用モータ８１は、筐体１０の内側における隔壁１０ａにより加工領域Ｓ１から隔てられた加工領域Ｓ１の外側に配置されている。

　カバー３１は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、矩形箱状の第１部位３１２と、中空の直方体状であり長手方向の一端部、即ち、－Ｘ方向側の端部において第１部位３１２に連続する第２部位３１１と、を有する。第２部位３１１は、図２に示すように、－Ｙ方向側の端部において支持部材３４に着脱自在に支持されている。そして、カバー３１は、回転駆動用モータ８１の中空シャフト８２および中空シャフト８２に固定された支持部材３４が、Ｂ軸周りに回転すると、これに伴い、Ｂ軸周りに回転する。第２部位３１１における第２部位３１１の長手方向、即ち、Ｙ軸方向に沿った側壁３１１ｃには、接触子プラグ３６１および弾性支持体３６２が着脱自在に保持される第１開口部３１１ａが形成されている。また、第２部位３１１におけるＹ軸方向に沿った側壁３１１ｃとは異なる側壁３１１ｄには、工具２０が挿通される第２開口部３１１ｂが形成されている。即ち、第２開口部３１１ｂは、カバー３１の周壁における第１開口部３１１ａから離間した位置に形成されている。ここで、側壁３１１ｃ、３１１ｄは、それぞれ、第２部位３１１の短手方向において互いに対向して配置されている。また、カバー３１は、カバー３１の内側における第２開口部３１１ｂの周囲の予め設定された工具２０を保持するための工具保持領域Ｓ２をカバー３１の内側における他の領域から隔てる隔壁３１３を有する。

　ワーク保持部３２は、例えば図４に示すように、長尺のワークＷの基端部を挟持するチャックである。ワーク保持部３２は、カバー３１の第１部位３１２の周壁に固定されている。この第１部位３１２におけるワーク保持部３２が固定される固定部位は、カバー３１の第２部位３１１に形成された第１開口部３１１ａおよび第２開口部３１１ｂから離間した位置に設けられている。工具保持部３３は、図２に示すように、隔壁３１３で囲まれた工具保持領域Ｓ２内に配置され、工具保持領域Ｓ２内において第２開口部３１１ｂに挿通された工具２０を保持する。工具保持部３３は、例えば磁石（図示せず）を有し、磁石の吸引力を利用して工具２０を吸着保持するものであってもよい。

　タッチセンサ６１は、接触子プラグ３６１に工具２０の先端部が接触したことを検知する。タッチセンサ６１には、物体の接触を検知する検知部６１１が設けられている。タッチセンサ６１は、カバー３１の内側における第１開口部３１１ａに対向し且つ接触子プラグ３６１に工具２０の先端部が接触した状態において検知部６１１に接触子プラグ３６１が接触する位置に配置されている。タッチセンサ６１は、支持部材３４によりセンサ支持部３５を介して支持されており、信号線Ｌ６を介して制御部１００に設けられたタッチセンサ６１用の入力ポート（図示せず）に接続されている。タッチセンサ６１は、検知部６１１に物体が接触したときに発生する検出信号を制御部１００に設けられた前述の入力ポートへ出力する。制御部１００は、筐体１０の内側における加工領域Ｓ１と隔壁１０ａを介して隔てられた加工領域Ｓ１の外側の領域に配置されている。そして、信号線Ｌ６は、タッチセンサ６１から中空シャフト８２の内側を通って制御部１００に至るように配線されている。これにより、タッチセンサ６１および信号線Ｌ６が、筐体１０内の加工領域Ｓ１に晒されることを防止できるので、例えば加工領域Ｓ１を清潔環境に維持する場合であっても、タッチセンサ６１および信号線Ｌ６に対する滅菌処理が不要になる。

　接触子プラグ３６１は、図３および図４に示すように、第１開口部３１１ａに嵌入された弾性支持体３６２により支持されており、長尺の円柱状のプラグ本体３６１２と、プラグ本体３６１２の長手方向における一端部に設けられ工具２０の先端部が接触する円板状の接触部３６１１と、を有する。弾性支持体３６２は、円筒状であり第１開口部３１１ａに嵌入された支持体本体３６２１と、第１開口部３１１ａの外周部に係止される外鍔部３６２２と、を有する。外鍔部３６２２は、支持体本体３６２１の筒軸方向における接触部３６１１側の一端部から筒軸方向に直交し且つ筒軸から離れる方向へ延出している。弾性支持体３６２は、ゴム、エラストマ等の弾性材料から形成されている。ここで、弾性支持体３６２に接触するプラグ本体３６１２の側面のプラグ本体３６１２の中心軸方向の長さＬ３２は、接触部３６１１における弾性支持体３６２に接触する部分のプラグ本体３６１２の中心軸に直交する方向の長さＬ３１よりも長い。また、長さＬ３２は、長さＬ３１の２倍以上であることが好ましい。これにより、弾性支持体３６２の変形量のバラツキに起因した接触子プラグ３６１の傾きのバラツキを低減できる。従って、接触子プラグ３６１の傾きのバラツキに起因したタッチセンサ６１の検知精度への影響を抑制することができるので、工具２０の先端部が接触子プラグ３６１に接触した状態でのヘッド５の初期位置からの相対距離を正確に算出することができる。

　制御部１００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニットと入出力制御ユニットとを含むＰＬＣ（Programmable Logic Control1er）と、ＰＬＣに接続された、キーボード、タッチパネル等の入力装置と、を有する。制御部１００は、図５に示すように、ＣＰＵユニット１０１と、主記憶部１０２と、補助記憶部１０３と、入力部１０５と、インタフェース１０６と、各部を接続するバス１０９と、を有する。また、制御部１００は、駆動回路１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ、１０７ｇと、検出回路１０８と、を有する。主記憶部１０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリであり、ＣＰＵユニット１０１の作業領域として使用される。補助記憶部１０３は、半導体メモリのような不揮発性メモリであり、加工プログラムを含む制御部１００の各種機能を実現するためのプログラムを記憶する。入力部１０５は、前述の入力装置と入力装置をバス１０９に接続するためのインタフェースとを有する。入力部１０５は、ユーザが入力装置を操作することにより入力した各種操作情報を受け付けると、受け付けた各種操作情報をＣＰＵユニット１０１へ出力する。インタフェース１０６は、駆動回路１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ、１０７ｇに接続されており、ＣＰＵユニット１０１から入力される制御情報を制御信号に変換して、駆動回路１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ、１０７ｇへ出力する。また、インタフェース１０６は、検出回路１０８に接続されており、検出回路１０８から入力される検出信号を検出情報に変換してＣＰＵユニット１０１へ出力する。

　駆動回路１０７ａは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、主軸駆動用モータ５１を駆動する。駆動回路１０７ｂは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、昇降駆動用モータ４４を駆動する。また、駆動回路１０７ｂは、昇降駆動用モータ４４の位置検出センサから入力される昇降駆動用モータ４４の回転量を示す検出信号をインタフェース１０６へ出力する。駆動回路１０７ｃは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、Ｘ方向駆動用モータ７１を駆動し、駆動回路１０７ｄは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、Ｙ方向駆動用モータ７６を駆動する。駆動回路１０７ｅは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、回転駆動用モータ８１を駆動し、駆動回路１０７ｆは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、回転駆動用モータ８６を駆動する。駆動回路１０７ｇは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、工具保持部５３を駆動する。検出回路１０８は、タッチセンサ６１から入力される検出信号をインタフェース１０６へ出力する。

　ＣＰＵユニット１０１は、補助記憶部１０３が記憶する前述のプログラムを主記憶部１０２に読み出して実行することにより、主軸回転制御部１１１、昇降制御部１１２、水平移動制御部１１３、算出部１１４、Ｂ軸回転制御部１１５、Ｃ軸回転制御部１１６および工具保持制御部１１７として機能する。また、補助記憶部１０３は、初期位置記憶部１３１と、位置記憶部１３２と、を有する。初期位置記憶部１３１は、予め設定されたヘッド５の初期位置を示す初期位置情報を記憶する。

　位置記憶部１３２は、例えば図６Ａに示すように、保持ユニット３に保持された工具２０それぞれに対する相対距離情報を、工具２０を識別する工具識別情報に対応づけて記憶する。ここで、相対距離情報は、保持ユニット３のカバー３１を接触子プラグ３６１が鉛直上方に配置される姿勢にした状態でヘッド５を下降させて工具２０の先端部が接触子プラグ３６１に接触したときのヘッド５の位置のヘッド５の初期位置からのＺ軸方向における相対距離を示す。また、位置記憶部１３２は、保持ユニット３に保持される工具２０のＸＹ方向における位置座標を示す工具保持位置情報を、工具２０の工具識別情報に対応づけて記憶する。ここで、工具保持位置情報は、例えば図６Ｂに示すように、保持ユニット３のカバー３１を第２開口部３１１ｂ側が鉛直上方に配置される姿勢にしたときの工具２０が挿通される各第２開口部３１１ｂのＸＹ方向における工具保持位置ＰｏｓＴ１、ＰｏｓＴ２、ＰｏｓＴ３の座標を示す。また、工具保持位置情報が示す座標は、初期位置Ｐｏｓ０を原点としたときの座標として表されてもよい。また、位置記憶部１３２は、図６Ａに示すように、各工具２０について、Ｃ軸が水平となるようにして切削加工を行う場合の加工開始位置と、Ｃ軸が垂直となるようにして切削加工を行う場合の加工開始位置と、を示す加工開始位置情報を、工具識別情報に対応づけて記憶する。ここで、加工開始位置は、Ｚ軸方向におけるヘッド５の初期位置からの相対的な距離として表されている。

　主軸回転制御部１１１は、ワークＷの加工方向に応じて、回転主軸５２を回転させたり或いは回転主軸５２を回転させない状態で維持したりするように、制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ａは、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、主軸駆動用モータ５１を動作させたり停止させたりする。

　昇降制御部１１２は、ワークＷの加工を開始する際、位置記憶部１３２が記憶する工具保持位置情報に基づいて、保持ユニット３から受け取った工具２０の工具識別情報を特定する。そして、昇降制御部１１２は、位置記憶部１３２が記憶する加工開始位置情報の中から、特定した工具識別情報に対応づけられた加工開始位置情報を特定し、特定した加工開始位置情報に基づいて、ヘッド５を初期位置から工具２０を用いてワークＷを切削加工する際の加工開始位置へ移動させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。その後、昇降制御部１１２は、ワークＷの形状に応じた加工プログラムに基づいて、ヘッド５を昇降させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ｂは、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、昇降駆動用モータ４４を動作させる。また、昇降制御部１１２は、駆動回路１０７ｂからインタフェース１０６を介して入力される検出情報に基づいて、工具２０の先端部のワークＷへの接触位置、ワークＷの切削量等を算出し、算出した接触位置、切削量等に基づいて制御情報を生成する。

　水平移動制御部１１３は、ヘッド５をＸ軸方向、Ｙ軸方向へ移動させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ｃ、１０７ｄは、それぞれ、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、Ｘ方向駆動用モータ７１、Ｙ方向駆動用モータ７６を動作させたり停止させたりする。

　算出部１１４は、まず、位置記憶部１３２が記憶する工具保持位置情報に基づいて、保持ユニット３から受け取った工具２０の工具識別情報を特定する。次に、算出部１１４は、検出回路１０８からインタフェース１０６を介して入力される検出情報に基づいて、回転主軸５２に装着された工具２０の先端部が接触子プラグ３６１に接触したことを検知する。ここで、算出部１１４は、駆動回路１０７ｂからインタフェース１０６を介して入力される検出情報が示す回転量の情報に基づいて、工具２０の先端部が接触子プラグ３６１に接触したときのヘッド５の接触位置のヘッド５の初期位置からの相対距離を算出する。具体的には、算出部１１４は、昇降駆動用モータ４４の１回転当たりのＺ軸方向への移動量と回転量との積に基づいて工具２０に対応する相対距離を算出する。そして、算出部１１４は、算出した相対距離に基づいて、工具２０を用いてワークＷを切削加工する際の加工開始位置を算出する。即ち、算出部１１４は、ヘッド５の初期位置と、タッチセンサ６１を用いて検出される工具２０の先端部が接触子プラグ３６１に接触したときのヘッド５の接触位置と、に基づいて、ワークＷを工具２０により切削加工する際の加工開始位置を算出する。そして、算出部１１４は、算出した加工開始位置を示す加工開始位置情報を、特定した工具識別情報に対応づけて位置記憶部１３２に記憶させる。

　Ｂ軸回転制御部１１５は、カバー３１全体をＢ軸周りに回転させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ｅは、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、回転駆動用モータ８１を動作させたり停止させたりする。また、Ｃ軸回転制御部１１６は、ワーク保持部３２をＣ軸周りに回転させるための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ｆは、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、回転駆動用モータ８６を動作させたり停止させたりする。工具保持制御部１１７は、工具保持部５３に工具２０を保持させたり保持を解除させたりするための制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、駆動回路１０７ｇは、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、工具保持部５３に、工具２０を保持させた状態にしたり工具２０の保持状態を解除させたりする。

　次に、本実施の形態に係る切削加工装置１の使用方法について説明する。ここでは、切削加工装置１が、複数の工具２０を使用してワークＷの切削加工を実行する場合について説明する。切削加工装置１の利用者は、まず、利用者は、切削加工で使用する複数の工具２０をカバー３１の第２開口部３１１ｂに挿入することによりカバー３１の工具保持部３３に工具２０を保持させる。また、利用者は、カバー３１の第１開口部３１１ａに接触子プラグ３６１を支持する弾性支持体３６２を装着する。ここで、カバー３１は、初期状態において、そのＢ軸が鉛直方向に平行となる姿勢となっている。そして、利用者は、カバー３１に対して鉛直方向と直交する側方から工具２０を保持させるとともに、接触子プラグ３６１を装着する。次に、ワーク保持部３２にワークＷを保持させる。続いて、利用者は、カバー３１を切削加工装置１の支持部材３４に装着してから筐体１０の開口部１０ｂに取り付けられた扉を閉じる。これにより、筐体１０内の加工領域Ｓ１は密閉された状態となる。その後、利用者は、入力部１０５を介してカバー３１の第１開口部３１１ａが鉛直上方側に位置するようにカバー３１全体をＢ軸周りに回転させるための操作を行う。そうすると、切削加工装置１は、回転駆動用モータ８１により、カバー３１の第２開口部３１１ｂが鉛直上方側に位置するようにカバー３１全体をＢ軸周りに回転させる。これにより、ワークＷを切削加工するための準備が完了する。次に、利用者が入力部１０５を介してワークＷの切削加工を開始するための操作を行うと、切削加工装置１は、切削加工に使用する複数の工具２０それぞれに対する相対距離を計測した後、複数の工具２０を使用してワークＷの切削加工を実行する。ここで、利用者は、１つのワークＷの切削加工が完了する毎に、カバー３１を支持部材３４から取り外してカバー３１の滅菌処理を行ったり、接触子プラグ３６１および弾性支持体３６２を滅菌処理が施されたものに交換したりすることができる。

　次に、ワークＷの切削加工において、本実施の形態に係る制御部１００が実行する切削加工処理について図７乃至図１１を参照しながら説明する。この切削加工処理は、切削加工装置１に電源が投入された後、前述のように利用者が入力部１０５を介して切削加工処理を開始するための操作を行ったことを契機として開始される。

　まず、図７に示すように、水平移動制御部１１３は、Ｘ方向駆動用モータ７１、Ｙ方向駆動用モータ７６を駆動させて、ヘッド５を特定した工具保持位置、即ち、未だ相対距離が算出されていない工具２０の鉛直上方に移動させる（ステップＳ１）。次に、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を下降させる（ステップＳ２）。続いて、昇降制御部１１２は、回転主軸５２の工具保持部５３に工具２０を保持させるための予め設定された位置までヘッド５が下降すると、工具保持制御部１１７は、工具保持部５３に工具２０を保持、即ち、ヘッド５に工具２０を保持させる（ステップＳ３）。その後、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を初期位置と同じ高さまで上昇させる（ステップＳ４）。次に、Ｂ軸回転制御部１１５は、回転駆動用モータ８１を駆動させて、カバー３１における接触子プラグ３６１が装着された第１開口部３１１ａ側が鉛直上方に配置されるようにカバー３１全体を回転させる（ステップＳ５）。

　続いて、水平移動制御部１１３は、Ｘ方向駆動用モータ７１、Ｙ方向駆動用モータ７６を駆動させて、ヘッド５を工具２０に対する相対距離を計測するための計測位置、即ち、工具２０が接触子プラグ３６１の鉛直上方に配置される位置に移動させる（ステップＳ６）。その後、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を下降させる（ステップＳ７）。このとき、例えば図８Ａの矢印ＡＲ１１に示すように、ヘッド５が接触子プラグ３６１に近づく方向へ移動する。図７に戻って、次に、算出部１１４は、タッチセンサ６１から検出回路１０８を介して入力される検知情報に基づいて、回転主軸５２に装着された工具２０の先端部が接触子プラグ３６１に接触したことを検知したとする（ステップＳ８）。このとき、算出部１１４は、駆動回路１０７ｂからインタフェース１０６を介して入力される検出情報が示す回転量の情報に基づいて、工具２０の先端部が接触子プラグ３６１に接触したときのヘッド５の接触位置のヘッド５の初期位置に対する相対距離を算出し、算出した相対距離を示す相対距離情報を位置記憶部１３２に記憶させる（ステップＳ９）。例えば図８Ａに示すように、算出部１１４は、工具２０の先端部が接触子プラグ３６１に接触した接触位置Ｐｏｓ１の初期位置Ｐｏｓ０に対する相対距離を算出する。図７に戻って、続いて、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を初期位置まで上昇させる（ステップＳ１０）。

　その後、Ｂ軸回転制御部１１５は、回転駆動用モータ８１を駆動させて、第２開口部３１１ｂ側が鉛直上方に配置されるようにカバー３１全体を回転させる（ステップＳ１１）。例えば図８Ｂの矢印ＡＲ１２に示すように、ヘッド５が初期位置まで上昇した後、カバー３１が矢印ＡＲ１３に示すようにＢ軸ＪＢ周りに回転して、カバー３１の第２開口部３１１ｂ側が鉛直上方に配置される。図７に戻って、次に、水平移動制御部１１３は、位置記憶部１３２が記憶する工具保持位置情報を参照して、既に相対距離が算出された工具２０を保持させる工具保持位置を特定する。そして、水平移動制御部１１３は、Ｘ方向駆動用モータ７１、Ｙ方向駆動用モータ７６を駆動させて、ヘッド５を特定した工具保持位置、即ち、相対距離が算出された工具２０を挿通する第２開口部３１１ｂの鉛直上方に移動させる（ステップＳ１２）。次に、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を下降させることにより、工具２０を第２開口部３１１ｂに挿入する（ステップＳ１３）。例えば図８Ｂの矢印ＡＲ１４に示すように、ヘッド５は、工具保持位置ＰｏｓＴ０、即ち、カバー３１における工具２０が挿通されていない第２開口部３１１ｂの鉛直上方まで移動した後、矢印ＡＲ１５に示すように、第２開口部３１１ｂに近づく方向へ移動し、工具２０がカバー３１の第２開口部３１１ｂに挿入される。

　図７に戻って、続いて、工具保持制御部１１７が、工具保持部５３を駆動して、工具２０の保持状態を解除することにより、保持ユニット３の工具保持部３３に工具２０が保持される（ステップＳ１４）。その後、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を上昇させる（ステップＳ１５）。

　次に、Ｂ軸回転制御部１１５は、使用する全ての工具２０について相対距離の算出が完了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。ここで、Ｂ軸回転制御部１１５は、使用する工具２０のうち未だ相対距離が算出されていない工具２０が有ると判定すると（ステップＳ１６：Ｎｏ）、再びステップＳ１の処理が実行される。この場合、例えば図９Ａの矢印ＡＲ１６に示すように、ヘッド５は、工具保持位置ＰｏｓＴ１、即ち、カバー３１における未だ相対距離が算出されていない工具２０の鉛直上方まで移動した後、図９Ｂの矢印ＡＲ１７に示すように、未だ相対距離が算出されていない工具２０に近づく方向へ移動して工具２０を保持する。

　一方、Ｂ軸回転制御部１１５が、使用する全ての工具２０について相対距離の算出が完了したと判定したとする（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）。この場合、水平移動制御部１１３は、位置記憶部１３２が記憶する工具保持位置情報を参照して、使用する工具２０の工具保持位置を特定する。そして、水平移動制御部１１３は、Ｘ方向駆動用モータ７１、Ｙ方向駆動用モータ７６を駆動させて、ヘッド５を、加工プログラムに従い使用する工具の工具保持位置、即ち、使用する工具２０の鉛直上方に移動させる（ステップＳ１７）。続いて、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を下降させる（ステップＳ１８）。続いて、昇降制御部１１２は、図１０に示すように、工具保持部５３に工具２０を保持させるための予め設定された位置までヘッド５が下降すると、工具保持制御部１１７は、工具保持部５３に工具２０を保持、即ち、ヘッド５に工具２０を保持させる（ステップＳ１９）。その後、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を初期位置と同じ高さまで上昇させる（ステップＳ２０）。次に、Ｂ軸回転制御部１１５は、加工プログラムに従って回転駆動用モータ８１を駆動させることで、加工プログラムに従ってカバー３１全体を回転させる（ステップＳ２１）。

　続いて、Ｂ軸回転制御部１１５は、加工プログラムに従って回転駆動用モータ８１を駆動させることにより、加工プログラムに従ってＣ軸方向に沿ったカバー３１全体の向きを随時変更していく（ステップＳ２２）。その後、算出部１１４は、加工開始位置を算出する（ステップＳ２３）。ここで、例えば図１１Ａに示すように、カバー３１全体をＣ軸方向が鉛直方向に一致する場合、算出部１１４は、工具２０の接触子プラグ３６１への接触位置Ｐｏｓ１よりも予め設定された距離ｄＬ１だけ＋Ｚ方向側の位置する加工開始位置Ｐｏｓｓ１を算出する。ここで、距離ｄＬ１は、ワーク保持部３２がワークＷを保持した状態でのＣ軸方向における工具２０の接触子プラグ３６１への接触位置Ｐｏｓ１からワークＷの先端部までの距離Ｌ３よりも長い距離に設定されている。或いは、例えば図１１Ｂに示すように、カバー３１全体をＣ軸方向が水平方向に一致する場合、算出部１１４は、工具２０の接触子プラグ３６１への接触位置Ｐｏｓ１よりも予め設定された距離ｄＬ２だけ－Ｚ方向側の位置する加工開始位置Ｐｏｓｓ２を算出する。ここで、距離ｄＬ２は、ワーク保持部３２がワークＷを保持した状態でのＣ軸ＪＣから工具２０の接触子プラグ３６１への接触位置Ｐｏｓ１までの距離Ｌ２よりも短い距離に設定されている。また、距離ｄＬ２は、少なくとも加工対象として可能性のあるワークＷをＣ軸ＪＣに直交する平面で切断したときの切り口の半径の最大半径に相当する長さ分だけ距離Ｌ２よりも短く設定されている。

　図１０に戻って、次に、水平移動制御部１１３は、Ｘ方向駆動用モータ７１、Ｙ方向駆動用モータ７６を駆動させて、ヘッド５を加工位置、即ち、工具２０がワークＷの鉛直上方に配置される位置へ移動させる（ステップＳ２４）。続いて、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を加工開始位置まで下降させる（ステップＳ２５）。このステップＳ２１乃至Ｓ２５までの一連の処理では、例えば図１１Ａの矢印ＡＲ１８に示すように、カバー３１が、Ｃ軸方向が鉛直方向に一致するように回転した後、矢印ＡＲ１９に示すように、ヘッド５が加工位置へ移動し、その後、ヘッドは、矢印ＡＲ２０に示すように、加工開始位置Ｐｏｓｓ１まで下降する。或いは、例えば図１１Ｂの矢印ＡＲ２１に示すように、ヘッド５が加工位置へ移動し、その後、ヘッドは、矢印ＡＲ２２に示すように、加工開始位置Ｐｏｓｓ２まで下降する。

　図１０に戻って、その後、切削加工が実行される（ステップＳ２６）。ここでは、例えば主軸回転制御部１１１が、主軸駆動用モータ５１を駆動させて、回転主軸５２を回転させつつ、昇降制御部１１２が、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を加工開始位置から下降させることにより、ワークＷの中心を穿孔する。或いは、例えばＣ軸回転制御部１１６が、回転駆動用モータ８６を駆動させて、ワーク保持部３２をＣ軸ＪＣ周りに回転させつつ、昇降制御部１１２が、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を加工開始位置から下降させることにより、ワークＷの側方を切削する。次に、切削加工が終了すると、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を初期位置まで上昇させる（ステップＳ２７）。

　続いて、Ｂ軸回転制御部１１５は、回転駆動用モータ８１を駆動させて、第２開口部３１１ｂ側が鉛直上方に配置されるようにカバー３１全体を回転させる（ステップＳ２８）。その後、水平移動制御部１１３は、位置記憶部１３２が記憶する工具保持位置情報を参照して、既に相対距離が算出された工具２０を保持させる工具保持位置を特定する。そして、水平移動制御部１１３は、Ｘ方向駆動用モータ７１、Ｙ方向駆動用モータ７６を駆動させて、ヘッド５を特定した工具保持位置、即ち、相対距離が算出された工具２０を挿通する第２開口部３１１ｂの鉛直上方に移動させる（ステップＳ２９）。次に、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を下降させることにより、工具２０を第２開口部３１１ｂに挿入する（ステップＳ３０）。続いて、工具保持制御部１１７が、工具保持部５３を駆動して、工具２０の保持状態を解除することにより、保持ユニット３の工具保持部３３に工具２０が保持される（ステップＳ３１）。その後、昇降制御部１１２は、昇降駆動用モータ４４を駆動させて、ヘッド５を上昇させる（ステップＳ３２）。次に、Ｂ軸回転制御部１１５は、ワークＷを切削加工するための加工プログラムに基づいて、全ての加工工程が終了したか否かを判定する（ステップＳ３３）。ここで、Ｂ軸回転制御部１１５は、未だ終了していない加工工程が存在すると判定すると（ステップＳ３３：Ｎｏ）、再びステップＳ１７の処理が実行される。一方、Ｂ軸回転制御部１１５が、全ての加工工程が終了したと判定すると（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、カバー３１全体を初期状態、即ち、カバー３１のＣ軸に沿った方向が鉛直方向と一致する姿勢となるように回転させた後（ステップＳ３４）、切削加工処理が終了する。

　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によれば、制御部１００の算出部１１４が、ヘッド５の初期位置と、タッチセンサ６１を用いて検出される工具２０の先端部が接触子プラグ３６１に接触したときのヘッド５の接触位置と、に基づいて、ワークＷを工具２０により切削加工する際の加工開始位置を算出する。また、カバー３１が、箱状であり周壁におけるワーク保持部３２が固定される固定部位から離間した位置に接触子プラグ３６１が着脱自在に保持される第１開口部３１１ａが形成されている。これにより、ワークＷを工具２０で切削加工する際の加工開始位置を精度良く算出することができるので、加工精度が向上できる。また、接触子プラグ３６１をある程度使用した後、接触子プラグ３６１をカバー３１から外して新しい接触子プラグ３６１をカバー３１に取着することができるので、接触子プラグ３６１に堆積した異物に起因したワークＷのコンタミネーションを抑制することができる。

　ところで、工具２０を使用する前に切削加工装置の加工領域の外側で事前に工具２０の長さを測定しておき、その測定値に基づいて、工具２０を切削加工装置のヘッドに装着したときの工具２０の先端部の初期位置からの相対距離を算出し、算出した相対距離に基づいてワークＷの加工を行う切削加工技術が考えられる。しかしながら、この場合、工具２０をヘッドに装着する際、工具２０のヘッドに対する装着位置の誤差が生じる。このため、この場合のワークＷの加工精度は高々±０．１ｍｍ程度である。一方、患者の自家骨を用いて作製された螺子、骨欠損部分を埋めるための補綴物は、それらを嵌入する部分との合致精度が高いほどその定着性が高いとされるため、より高い加工精度が求められており、±０．０１ｍｍ乃至±０．００１ｍｍ程度の加工精度の実現が要請されている。これに対して、レーザを用いた光学式非接触型の工具長測定装置を使用して工具２０の先端部の初期位置からの相対距離を直接測定することが考えられる。しかしながら、この方法では、工具長測定装置を設けるために、切削加工装置の筐体の剛性を高めたり、筐体内に工具長測定装置を収容する必要があることから筐体を大型化したりする必要がある。そうすると、例えば様々な医療機器が存在する手術室のような場所では切削加工装置の設置スペースが確保できない虞がある。これに対して、本実施の形態に係る切削加工装置１では、工具２０についての相対距離を、工具２０の先端部が接触子プラグ３６１に接触したことを検知するタッチセンサ６１を利用して算出する。これにより、前述のような工具長測定装置が不要となり、筐体１０の小型化を図ることができる。

　また、本実施の形態に係る接触子プラグ３６１は、カバー３１の第１開口部３１１ａに嵌入された弾性支持体３６２により支持され、プラグ本体３６１２と、プラグ本体３６１２の長手方向における一端部に設けられた接触部３６１１と、を有する。そして、弾性支持体３６２は、内側にプラグ本体３６１２が挿入され且つカバー３１の第１開口部３１１ａに嵌入された支持体本体３６２１と、支持体本体３６２１から延出しカバー３１の第１開口部３１１ａの外周部に係止される外鍔部３６２２と、を有する。これにより、接触子プラグ３６１とカバー３１の第１開口部３１１ａとの間が、弾性支持体３６２により密封されるので、カバー３１の内側に存在する異物が、第１開口部３１１ａと接触子プラグ３６１との間の隙間を通ってカバー３１の周囲の加工領域Ｓ１へ流出することを防止できる。

　更に、本実施の形態に係るタッチセンサ６１は、カバー３１の内側における、カバー３１の第１開口部３１１ａに対向し、接触子プラグ３６１に工具２０の先端部が接触した状態において接触子プラグ３６１が接触する位置に配置されている。これにより、タッチセンサ６１をカバー３１の外側に曝すことなく、工具２０についての相対距離を算出することができるので、カバー３１の外側の加工領域Ｓ１の清浄度を維持することができる。

　また、本実施の形態に係る保持ユニット３は、カバー３１の内側において工具２０を保持する工具保持部３３を有する。そして、カバー３１は、その周壁におけるワーク保持部３２の固定部位および第１開口部３１１ａから離間した位置に工具２０が挿通される第２開口部３１１ｂが形成され、カバー３１の内側における第２開口部３１１ｂの周囲の予め設定された工具保持領域Ｓ２をカバー３１の内側における他の領域から隔てる隔壁３１３を有する。これにより、ヘッド５の回転主軸５２に装着される工具２０を、カバー３１の工具保持部３３に保持された工具２０に順次入れ替えを行うことできるので、工具保持部３３に保持された複数の工具２０それぞれについての相対距離を連続的に算出することができる。従って、切削加工装置１における生産効率を高めることができる。

　更に、本実施の形態に係る保持ユニット３は、タッチセンサ６１を、センサ支持部３５を介して支持し且つカバー３１をその第２部位３１１の長手方向における他端部において着脱自在に支持する支持部材３４を有する。これにより、カバー３１を定期的に切削加工装置１から取り外して滅菌処理を行うことができるので、加工領域Ｓ１の清浄度を維持し易くなるという利点がある。また、本実施の形態に係る保持ユニット３は、支持部材３４をＢ軸ＪＢ周りに回転駆動する回転駆動用モータ８１を有する。そして、制御部１００は、工具２０の先端部を接触子プラグ３６１に接触させる際、カバー３１の側壁３１１ｃがヘッド５側に位置するように支持部材３４およびカバー３１を回動させ、ヘッド５に固定された工具２０を工具保持部３３に保持された工具２０に交換する際、カバー３１の側壁３１１ｄがヘッド５側に位置するように支持部材３４およびカバー３１を回動させるように回転駆動用モータ８１を制御する。これにより、接触子プラグ３６１および工具保持部３３を保持するカバー３１の小型化を図ることができ、ひいては切削加工装置１の小型化を図ることができる。

　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１２Ａに示すように、保持ユニット２００３の接触子プラグ２３６１のプラグ本体２３６１２における接触部２３６１１側とは反対側の端部２３６２２ａが、曲率半径Ｒ２１の球面状であってもよい。例えば図１２Ｂに示すように、接触子プラグ２３６１がプラグ本体２３６１２の中心軸が鉛直方向に対して傾いた状態で工具２０により押下された場合でも、球面状の端部２３６２２ａの表面とタッチセンサ６１の検知部６１１との間の距離は、接触子プラグ２３６１が傾いていない場合のそれと同一になる。

　本構成によれば、接触子プラグ２３６１が傾いた状態で押下された場合であっても、接触子プラグ３６１とタッチセンサ６１の検知部６１１との間の距離は、接触子プラグ３６１が傾いていない状態で押下された場合のそれと同一になる。従って、接触子プラグ３６１の傾きに起因して、算出部１１４により算出される工具２０についての相対距離の誤差を低減することができる。

　実施の形態では、タッチセンサ６１が、カバー３１の第１開口部３１１ａに対向して配置される例について説明したが、タッチセンサ６１の位置はこれに限定されるものではない。例えば、タッチセンサ６１の検知部６１１が、カバー３１の第１開口部３１１ａから離間した位置に配置されていてもよい。この場合、例えば図１３に示すように、保持ユニット３００３は、長尺であり長手方向の一端部がカバー３１の内側における第１開口部３１１ａに対向し且つ接触子プラグ２３６１に工具２０の先端部が接触した状態において接触子プラグ２３６１が接触する位置に配置されたアーム３３６３と、アーム３３６３を軸部３３６５により揺動自在に支持するアーム支持部３３６４と、を有するものとすればよい。なお、図１３において、前述の変形例と同様の構成については図１２Ａと同一の符号を付している。また、タッチセンサ６１が、アーム３３６３の他端部に対向し且つ接触子プラグ３６１がアーム３３６３の一端部に接触した状態でアーム３３６３の他端部に設けられた突起３３６３ａに接触する位置に配置すればよい。ここで、アーム３３６３の一端部からアーム３３６３の揺動支点ＰＳまでの距離Ｌ３０１は、アーム３３６３の他端部からアーム３３６３の揺動支点ＰＳまでの距離Ｌ３０２よりも短い。これにより、接触子プラグ２３６１により押下されることによるアーム３３６３の一端部の変位量が、タッチセンサ６１側の他端部において約Ｌ３０２／Ｌ３０１倍に増幅される。

　本構成によれば、接触子プラグ２３６１の変位量が増幅された状態でタッチセンサ６１により検出するので、接触子プラグ２３６１への工具２０の先端部の接触を感度良く検知することができる。

　実施の形態では、カバー３１の第２部位３１１の側壁３１１ｄに、工具２０が挿通される第２開口部３１１ｂが形成されている例について説明した。但し、これに限らず、例えばカバー３１の第２部位３１１の側壁３１１ｃ、３１１ｄの両方または側壁３１１ｄに工具２０が挿通される第２開口部が形成されているものであってもよい。或いは、カバー３１の第２部位３１１における側壁３１１ｃ、３１１ｄ以外の第２部位３１１の長手方向に沿った他の側壁に第２開口部が形成されていてもよい。これらの場合、工具２０を保持する工具保持部３３を第２部位３１１内における第２開口部が形成された部分に対応する位置それぞれに配置するとともに、工具保持部３３それぞれの周囲を囲む隔壁を第２部位３１１の内側に配設すればよい。

　以上、本発明の実施の形態および変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

　本出願は、２０２１年１１月５日に出願された日本国特許出願特願２０２１－１８０９６３号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０２１－１８０９６３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、骨の切削加工を行う切削加工装置として好適である。

１：切削加工装置、３：保持ユニット、５：ヘッド、１０：筐体、１０ａ，３１３：隔壁、１０ｂ：開口部、２０：工具、３１：カバー、３２：ワーク保持部、３３，５３：工具保持部、３４：支持部材、３５：センサ支持部、４１：ベース、４３：ブラケット、４４：昇降駆動用モータ、５１：主軸駆動用モータ、５２：回転主軸、６１：タッチセンサ、７１：Ｘ方向駆動用モータ、７６：Ｙ方向駆動用モータ、８１，８６：回転駆動用モータ、８２：中空シャフト、８２ａ：挿通孔、１００：制御部、１０１：ＣＰＵユニット、１０２：主記憶部、１０３：補助記憶部、１０５：入力部、１０６：インタフェース、１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ，１０７ｅ，１０７ｆ，１０７ｇ：駆動回路、１０８：検出回路、１０９：バス、１１１：主軸回転制御部、１１２：昇降制御部、１１３：水平移動制御部、１１４：算出部、１１５：Ｂ軸回転制御部、１１６：Ｃ軸回転制御部、１１７：工具保持制御部、１３１：初期位置記憶部、１３２：位置記憶部、３１１：第２部位、３１１ａ：第１開口部、３１１ｂ：第２開口部、３１１ｃ，３１１ｄ：側壁、３１２：第１部位、３６１，２３６１：接触子プラグ、３６２：弾性支持体、４２１，７２１，７７１：レール、４２２，７２２，７７２：スライダ、６１１：検知部、３３６３：アーム、３３６３ａ：突起、３３６４：アーム支持部、３３６５：軸部、３６１１，２３６１１：接触部、３６１２，２３６１２：プラグ本体、３６２１：支持体本体、３６２２：外鍔部、２３６２２ａ：端部、Ｐｏｓ０：初期位置、Ｐｏｓ１：接触位置、ＰｏｓＴ０，ＰｏｓＴ１，ＰｏｓＴ２：工具保持位置、ＪＢ：Ｂ軸、ＪＣ：Ｃ軸、Ｌ６：信号線、Ｗ：ワーク

Claims

　１つの第１工具が固定されるヘッドと、
　前記ヘッドに対向して配置されワークを保持する保持ユニットと、
　前記ヘッドおよび前記保持ユニットの動作を制御する制御部と、を備え、
　前記保持ユニットは、
　前記ワークを保持するワーク保持部と、
　前記ヘッドに固定された前記第１工具の先端部が接触可能な接触子プラグと、
　箱状であり周壁に前記ワーク保持部が固定されるとともに、前記周壁における前記ワーク保持部が固定される固定部位から離間した位置に前記接触子プラグが着脱自在に保持される第１開口部が形成されたカバーと、
　前記接触子プラグに前記第１工具の先端部が接触したことを検知するタッチセンサと、を有し、
　前記制御部は、予め設定された前記ヘッドの初期位置と、前記タッチセンサを用いて検出される前記第１工具の先端部が前記接触子プラグに接触したときの前記ヘッドの接触位置と、に基づいて、前記ワークを前記第１工具により切削加工する際の加工開始位置を算出する算出部を有する、
　切削加工装置。
　前記接触子プラグは、前記第１開口部に嵌入された弾性支持体により支持され、長尺のプラグ本体と、前記プラグ本体の長手方向における一端部に設けられ前記第１工具の先端部が接触する板状の接触部と、を有し、
　前記弾性支持体は、筒状であり前記第１開口部に嵌入された支持体本体と、前記支持体本体の筒軸方向における前記接触部側の一端部から前記筒軸方向に直交し且つ前記筒軸から離れる方向へ延出し前記第１開口部の外周部に係止される外鍔部と、を有する、
　請求項１に記載の切削加工装置。
　前記プラグ本体における前記接触部側とは反対側の端部は、球面状である、
　請求項２に記載の切削加工装置。
　前記タッチセンサは、前記カバーの内側における、前記第１開口部に対向し且つ前記接触子プラグに前記第１工具の先端部が接触した状態において前記接触子プラグが接触する位置に配置されている、
　請求項１から３のいずれか１項に記載の切削加工装置。
　前記保持ユニットは、更に、
　長尺であり長手方向の一端部が前記カバーの内側における、前記第１開口部に対向し且つ前記接触子プラグに前記第１工具の先端部が接触した状態において前記接触子プラグが接触する位置に配置されたアームと、
　前記アームを揺動自在に支持するアーム支持部と、を有し、
　前記タッチセンサは、前記アームの他端部に対向し且つ前記接触子プラグが前記アームの前記一端部に接触した状態で前記アームの他端部に接触する位置に配置され、
　前記アームの一端部から前記アームの揺動支点までの距離は、前記アームの他端部から前記アームの揺動支点までの距離よりも短い、
　請求項１から４のいずれか１項に記載の切削加工装置。
　前記保持ユニットは、前記カバーの内側において前記第１工具とは異なる少なくとも１つの第２工具を保持する工具保持部を更に有し、
　前記カバーは、前記周壁における前記固定部位および前記第１開口部から離間した位置に前記第２工具が挿通される第２開口部が形成されるとともに、前記カバーの内側における前記第２開口部の周囲の予め設定された前記第２工具を保持するための工具保持領域を前記カバーの内側における他の領域から隔てる隔壁を有し、
　前記工具保持部は、前記工具保持領域内に配置され、前記工具保持領域内において前記第２開口部に挿通された前記第２工具を保持する、
　請求項１から５のいずれか１項に記載の切削加工装置。
　前記カバーは、矩形箱状の第１部位と、中空の直方体状であり長手方向の一端部において前記第１部位に連続する第２部位と、を有し、
　前記第１開口部は、前記第２部位における前記第２部位の長手方向に沿った側壁に形成され、
　前記保持ユニットは、更に、
　前記タッチセンサを、センサ支持部を介して支持し且つ前記カバーを前記第２部位の長手方向における他端部において着脱自在に支持する支持部材と、
　前記支持部材を前記カバーの長手方向に沿って延在する回転軸周りに回転駆動する回転駆動用モータと、を有し、
　前記制御部は、前記第１工具の先端部を前記接触子プラグに接触させる際、前記第１開口部が形成された前記側壁が前記ヘッド側に位置するように前記支持部材および前記支持部材により支持される前記カバーを回動させ、前記ヘッドに固定された前記第１工具を前記第２工具に交換する際、前記工具保持部が前記ヘッド側に位置するように前記支持部材および前記支持部材により支持される前記カバーを回動させるように前記回転駆動用モータを制御する回転制御部を更に有する、
　請求項６に記載の切削加工装置。