JP3574593B2

JP3574593B2 - ワーク表面の研削装置

Info

Publication number: JP3574593B2
Application number: JP13841699A
Authority: JP
Inventors: 孝祠野首; 治夫亀井
Original assignee: KAMEI TEKKOUSHO LTD,
Current assignee: KAMEI TEKKOUSHO LTD,
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2016-09-19
Also published as: JPH11347945A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワーク表面を研削するための装置に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来から、歯科補綴物を口腔内に適応させて長期的に機能させるために、患者の口腔内形状を正確に再現した上で、補綴物表面を緻密で滑沢に仕上げることが求められている。しかし、歯科補綴物は複雑な凹凸面を有し、しかも金属やセラミック、レジンなどを複合化して製作されることが多いため、その表面を研磨するには時間と手間がかかっている。例えば、歯科補綴物が金属やセラミックから構成されている場合は、先ず粗仕上げとして荒い番手のサンドペーパーで鋳型材および酸化層を除去し、ついでグラインダでスプルー線を切除し、カーボランダムポイント、ダイヤモンドポイント、カーバイトバー、ヒートレスストーン等を用いて形態を付与する。次に中仕上げとして、シリコンポイント、砂等で研磨して、ハンドピースエンジンやレーズ等の回転ブラシに研磨材を加えて研磨し、最後にバフ研磨によって鏡面仕上げを行うのが一般である。また、歯科補綴物がレジンから構成されている場合においても、スタンプバー等でバリ等の余剰部分を削り落とした後、中仕上げとしてペーパコーンや砂等で研磨し、やはり最終工程ではバフ研磨によって艶出しを行う。このように、歯科補綴物を最終的に完成するには、鋳造後の研削あるいは研磨工程に相当の時間と手間を費やさざるをえないのが現状である。
【０００３】
このうち、特に中仕上げから艶出しまでの行程では、歯科補綴物のように複雑な形状に適応するためにさまざまな形状、さまざまな粒型のチップが用意されており、これらを適宜使い分けることによって確実に平滑な表面を制作することができる反面、次のような欠点がある。即ち、チップを高速レーズなどに装着して研削するためにスポット研磨になり、全体を平均して処理するためには時間と手間を要し、歯科補綴物の固定やチップに対する力のかけ具合に微妙な調整が必要になる。さらに、環境上でも作業中に研磨粉塵が多量に発生するので、作業者の衛生面にも大きい問題を有する。
【０００４】
研削あるいは研磨については、上述した歯科分野に限らず、広い分野において作業性の悪さ、作業環境の劣悪などの基本的な課題は根本的に解決できていない部分も多い。
【０００５】
本発明では上述した従来の課題を解決するもので、複雑な表面でも短時間で仕上げまでの研削あるいは研磨を行うことができ、作業環境も良好に維持することができるワーク表面の研削装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、ワークを支持する加工台の下方に砥粒の貯槽を備えた作業室と、複数の羽根を駆動軸によって回転可能な円板と中心に投入口を設けた円板とで狭持して羽根間における周面を開放してなる羽根車にベルトを巻掛け上記周面一部を閉塞した砥粒の噴射装置と、上記投入口を介して羽根車内に上記貯槽から砥粒を搬送するフィーダとからなり、上記羽根車を回転させて砥粒に遠心力を付与し、羽根車周面とベルトとの離点を通る円板の接線方向に噴射ノズルを設けて上記砥粒をワークに斜めから吹き付ける構成とした。また、この構成において、羽根を羽根車の外周に向かって拡開する断面三角形とし、羽根車周面における羽根間の距離を短くするという手段を選択的に採用した。さらに、作業室に覗き窓に設けて研削状況を確認しながら作業を行えるようにすると共に、マニピュレータやグラブボックスによって作業者の安全性を確保した。ここで、マニピュレータとは、ワークの向きを随時変更できる機械的手段をいい、グラブボックスとは、作業室内に造り込まれた手袋をいい、この手袋に手を入れて作業室内のワークを操作できるものと定義する。
【０００７】
さらに、上記手段において、フィーダは、無端ベルトの横幅に対応して複数のトレイを階段状に配置してなる列を、上記無端ベルトの進行方向に等間隔で複数列設けた構成であって、当該構成により砥粒を噴射装置に連続して供給できる構成とした。
【０００８】
更にまた、噴射ノズルと平行して砥粒の噴射方向に開口する圧縮空気の供給ノズルを設けるという手段によって、特にワーク表面に凹部がある場合、圧縮空気を吹き付けることで、当該凹部に溜まった砥粒を速やかに除去することができ、研削効率を高めることができる。一方、噴射ノズルにその内部で砥粒の噴射方向に開口する圧縮空気の供給装置を接続した上で、上記噴射ノズルにフレキシブルチューブを連結し、さらに上記フレキシブルチューブの先端に別のノズルを取り付けてハンドピースとするという手段により、任意の場所での研削を可能とした。また、ノズルをハンドピースとすることによって、ワーク表面のうち研削したい部位を特定でき、且つ、任意の角度で研削を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。先ず、図１は本装置２０の一実施形態を示したものであり、図中、２１は作業室、２２はワークを支持する作業室２１内の加工台若しくは遠隔操作が可能なマニピュレータ、２３は加工台２２に向かって砥粒を斜めに吹き付ける噴射装置、２４は噴射ノズル、２５は加工台２２の下方に設置した貯槽２６から噴射装置２３に砥粒を搬送するためのフィーダであって、２７は金網、２８は貯槽２６の砥粒をフィーダ２５に送り出す翼車である。すなわち、噴射装置２３から吹き付けられた砥粒はワーク表面に衝突した後、貯槽２６に落下し、再度フィーダ２５によって噴射装置２３に搬送するように構成している。
【００１０】
一方、図２は本装置２０の別の実施形態を示したもので、作業室２１にグラブボックス２９と覗き窓３０を設けて、覗き窓３０から研削状況を見ながらグラブボックス２９により加工台２２に載置したワークの向きを変えるなどの操作が行えるようしたものである。
【００１１】
なお、上記研削装置においてフィーダ２５はベルトコンベアやスクリューコンベアなどが該当するが、ベルトコンベアであれば連続的に砥粒を供給できる構成が好ましい。具体的には図３、図４に示されるように、無端ベルト４０の横幅Ｈに対応して３枚のトレイ４１ａ・４１ｂ・４１ｃを斜め下がりとなるように階段状に配置して列Ｒを構成し、この列Ｒを上記無端ベルト４０の進行方向に等間隔で複数列設けてフィーダ２５を構成する。従って、ある列Ｒによる砥粒の供給が終了したと同時に次列Ｒによる砥粒の供給が開始されるため、砥粒を連続して噴射装置２３に供給できるのである。また、無端ベルトの回転速度を調整することによって砥粒の供給量を調整できる他、各列の間隔を詰めるなど調整することによって、より連続した供給が可能となることはもちろんである。ただし、上記ベルトコンベアにおいては各列を必ずしも３枚のトレイで構成する必要はなく、４枚以上のトレイで構成することも可能である。
【００１２】
次に、上記噴射装置２３の詳細な構造は図５、図６に示したように、２枚の円板３１ａ・３１ｂで板状の羽根３１ｃ複数枚を狭持し、羽根３１ｃ間の周面を開放してなる羽根車３１と、その周面一部を閉塞するように羽根車３１に巻掛けたベルト３２とで構成している。さらに、羽根３１ｃは回転方向に前傾して設けている。そして、一方の円板３１ａに設けた駆動軸３１ｄによって羽根車３１を回転させ、他方の円板３１ｂには投入口３１ｅを設けて、この投入口３１ｅからフィーダ２５の供給管２５ａを介して砥粒を羽根車３１内部に供給するのである。なお、３３はベルト３２を羽根車３１と連動させるためのプーリである。
【００１３】
上記噴射装置２３によれば、投入口３１ｅから羽根車３１内部に投下された砥粒１０は、羽根３１ｃによる風圧と遠心力により、徐々に羽根車３１の外周に片寄り、さらにベルト３２上を転動して、ベルト３２が羽根車３１周面から離れる点を始点とした接線方向に噴射される。
【００１４】
なお、羽根３１ｃは板状であってもよいが、図７に示したように、羽根車３１の外周に向かって拡開する断面略三角形とすることも可能である。この場合、羽根車周面における羽根３１ｃ同士の間隔が狭くなるため、その分、砥粒１０がベルト３２を転動する距離が短くなりベルト３２の磨耗を防ぐことができる。また、羽根車３１の室内側に向かって負圧が発生するので砥粒１０を効率よくベルト３２側に片寄らせることができる。
【００１５】
また、上記実施形態では、砥粒１０を羽根車３１から斜め下に吹き付けるようにしたが、羽根３１ｃを半径方向に設け、羽根車３１を逆回転することで斜め上に吹き付けることも可能である。すなわち、羽根車３１を適宜逆回転することで、ワーク自体を動かすことなくワーク表面に対して別角度からの研削を行うことができるのである。
【００１６】
一方、図８は、本研削装置の第二の実施形態を示したものであって、圧縮空気の供給ノズル５０を噴射ノズル２４と平行して砥粒１０の噴射方向に設けたものである。この構成によれば、ワーク表面Ｗに凹部５１がある場合に、ワーク表面Ｗに適宜圧縮空気を吹き付けることで、上記凹部５１に溜まった砥粒１０を外部に飛散し、研削効率を高めることができる。
【００１７】
さらに図９は、本研削装置の第三の実施形態を示したものであって、噴射ノズル２４にその内部で砥粒の噴射方向に開口する圧縮空気の供給装置６０を接続した上で、噴射ノズル２４にフレキシブルチューブ６１を連結し、さらに上記フレキシブルチューブ６１の先端に別のノズル６２を取り付けてハンドピースとしたものである。この構成によれば、チューブ６１の長さに応じて任意の場所でワークの研削を行うことができる。また、ノズル６２を手にもち、その向きを変えることによって、任意の角度で、しかも研削部位を特定してワーク表面Ｗに砥粒１０を吹き付けることができる。このとき、チューブ６１内の砥粒１０は圧縮空気によって加速されるため、噴射ノズル２４における噴射速度から減速することなく砥粒１０をワーク表面Ｗに吹き付けることができる。また、チューブ６１を適宜湾曲させることにより、ノズル６２から吹き出される砥粒１０の噴射速度を調整したり、噴射密度を調整することが可能なため、ワーク表面Ｗの材質などに応じた研削を行うことができるのである。
【００１８】
図１０は本発明の研削方法に用いる砥粒１０を概念的に示したもので、その構造は多数の細孔１ａを有する多孔質の担体１に研磨粉２を付着させたものである。詳述すれば、担体１は軟質で塑性を備え、より好ましくは軽量なものがよい。具体的には植物繊維などの天然繊維から生成され、本実施形態では０．１〜１０ｍｍ程度の大きさのものを用いた。一方、研磨粉２は被研削物に応じた研削材を選択する。すなわち、被研削物が金属であれば炭化ケイ素やアルミナ、セラミックであればダイヤモンド粉、プラスチックであればアルミナ、酸化鉄などの研削材を粒径１〜２０μｍに破砕したものを使用する。そして、担体１を植物繊維から生成した場合には、その脂肪分または糖分を研磨粉２を付着させる際の粘着剤として機能させることができる。
【００１９】
また、上記砥粒１０は風または熱を与え担体１の表面を乾燥させることによって上記糖分等の粘着性を弱め、古い研磨粉２を担体１の表面から剥離して研磨カス等によって目詰まりを起こさないようコントロールする。さらに、乾燥して粘着性の低下した担体１に水を含ませることで上記糖分等の粘着性を再起でき、再度、担体１の表面に新しい研磨粉２を付着させることができる。すなわち、担体１は再利用が可能である。なお、担体１はこうした天然繊維に限らず、上述した物性を有することを条件に人工的に組成することも可能である。
【００２０】
次に上記砥粒１０によるワーク表面の研削課程を図１１に従って説明する。先ず研削液を混合した上で砥粒１０をワーク表面Ｗに斜めに吹き付ける（図１１（Ａ）参照）。そして、砥粒１０はワーク表面Ｗに衝突すると同時に塑性変形し、ワーク表面Ｗの研削を開始する（図１１（Ｂ）参照）。続いて、砥粒１０は変形しながら研削液の潤滑作用によってワーク表面Ｗを滑動し、砥粒１０が移動した分Ｓだけ研磨粉２によりワーク表面Ｗを研削する（図１１（Ｃ）参照）。そして、砥粒１０がワーク表面Ｗから反発して研削を終了するのである（図１１（Ｄ）参照）。
【００２１】
上記研削方法によるワーク表面の研削跡Ｓを従来の研削方法と比較すると、本発明の研削方法では砥粒１０の噴射向き（図面の左から右）に短い距離で先鋭な研削跡Ｓが見られた（図１２（Ａ）参照）。これは、砥粒１０の運動エネルギーはワーク表面Ｗとの衝突時に最大であって、この後、ワーク表面Ｗを滑動することによって運動エネルギーが消耗され砥粒１０とワーク表面Ｗとの摩擦力、すなわち研削粉２による切削力が弱まること、および担体１の弾性により砥粒１０がワーク表面Ｗから反発し始めていることによるものと推測できる。一方、サンドペーパによる研磨の場合は、研磨方向に沿って一定の長さ、かつ一定の太さの研削跡Ｓがあらわれ（図１２（Ｂ）参照）、ショットブラストによる場合は、ワーク表面Ｗに細かい窪みが多数できてナシ地が発生している（図１２（Ｃ）参照）。このことから本発明の研削方法による研削跡は、サンドペーパによる研磨とショットブラストの中間形状に位置するが、所定量の砥粒１０を所定時間ワーク表面Ｗに吹き付けることでサンドペーパによる研磨とほぼ同じ仕上げ効果が得られるものである。
【００２２】
なお、本発明に係る研削方法によれば上述のごとく砥粒１０の吹き付け量を調整することによってサンドペーパーによる研磨とほぼ同じ仕上げ効果が得られるものであるが、さらに実際の研削においてはワークの材質に応じて砥粒１０の吹き付け速度を適宜調整する。例えば、ワークの表面が柔らかい材質や脆い材質である場合には砥粒１０の吹き付け速度を下げることで、過度の研削をなくし、ワークの表面を良好に仕上げることができる。すなわち、砥粒１０の吹き付け速度を調整することによって砥粒１０の運動エネルギーを調整し、砥粒１０のワーク表面に対する摩擦力、すなわち研削粉２による切削力を調整することが可能である。さらに、ワークの表面形状に応じて、砥粒１０の吹き付けと同時に圧縮空気を吹き付けることがある。例えば、ワークの表面に凹部がある場合、この凹部に砥粒１０が溜まって研削効率が下がることがあるが、砥粒１０は比重が小さいため、当該凹部に圧縮空気を吹き付けることで凹部に溜まった砥粒１０を速やかに除去することができ、研削効率を高めることができる。以上、砥粒１０の吹き付け量や吹き付け速度を適宜調整すること、および、砥粒１０の吹き付けと同時にワークの表面に圧縮空気を吹き付けることは本発明に係る研削方法の技術的範囲に含まれるものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明による研削装置では、噴射した砥粒を貯槽に落下させ、これを再度噴射装置に供給するようにしたので砥粒の無駄がなく、しかもワークはマニピュレータやグラブボックスで操作するようにしたので、作業者への安全性を高めると同時に粉塵対策が図られ作業環境を改善することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明研削装置の一実施形態を示した側面図
【図２】本発明研削装置の他の実施形態を示した側面図
【図３】フィーダの実施形態を示した側面図
【図４】同フィーダの斜視図
【図５】本発明研削装置の噴射装置を示した縦断面図
【図６】同噴射装置の側面図
【図７】噴射装置の他の実施形態を示した側面図
【図８】本発明研削装置の第二の実施形態を示した側面図
【図９】本発明研削装置の第三の実施形態を示した側面図
【図１０】本発明研削装置に用いる砥粒の一例を示した概念図
【図１１】上記砥粒による研削課程を示した概念図
【図１２】上記砥粒による研削跡と従来の研削方法による研削跡とを比較した概念図
【符号の説明】
１０砥粒
２０研削装置
２１作業室
２２加工台
２３噴射装置
２４噴射ノズル
２５フィーダ
２６貯槽
２９グラブボックス
３０覗き窓
３１羽根車
３２ベルト
４０無端ベルト
４１ａ・４１ｂ・４１ｃトレイ
５０圧縮空気の供給ノズル
６０圧縮空気の供給装置
６１フレキシブルチューブ
６２別のノズル（ハンドピース）

Claims

ワークを支持する加工台の下方に砥粒の貯槽を備えた作業室と、複数の羽根を駆動軸によって回転可能な円板と中心に投入口を設けた円板とで狭持して羽根間における周面を開放してなる羽根車にベルトを巻掛け上記周面一部を閉塞した砥粒の噴射装置と、上記投入口を介して羽根車内に上記貯槽から砥粒を搬送するフィーダとからなり、上記羽根車を回転させて砥粒に遠心力を付与し、羽根車周面とベルトとの離点を通る円板の接線方向に噴射ノズルを設けて上記砥粒をワークに吹き付けることを特徴としたワーク表面の研削装置。
羽根を、羽根車の外周に向かって拡開する断面三角形とし、羽根車周面における羽根間の距離を短くした請求項１記載のワーク表面の研削装置。
作業室に覗き窓を設けると共に、加工台の代わりにマニピュレータを採用した請求項１または２記載のワーク表面の研削装置。
作業室に覗き窓を設けると共に、その室壁にグラブボックスを設けた請求項１または２記載のワーク表面の研削装置。
フィーダは、無端ベルトの横幅に対応して複数のトレイを階段状に配置してなる列を、上記無端ベルトの進行方向に等間隔で複数列設けた構成である請求項１〜４のうち何れか一項に記載したワーク表面の研削装置。
噴射ノズルと平行して砥粒の噴射方向に開口する圧縮空気の供給ノズルを設けた請求項１〜５のうち何れか一項に記載したワーク表面の研削装置。
噴射ノズルにその内部で砥粒の噴射方向に開口する圧縮空気の供給装置を接続した上で、上記噴射ノズルにフレキシブルチューブを連結し、さらに上記フレキシブルチューブの先端に別のノズルを取り付けてハンドピースとした請求項１〜５のうち何れか一項に記載したワーク表面の研削装置。