(57)【要約】【課題】緻密焼結工程を不要とし、かつ加工後の緻密焼結後における手直し工程を省いて、効率よく歯科補綴物を作成することが可能な歯科補綴物の製作方法および装置を提供する。【解決手段】ダイヤモンド粒子を含有する回転切削工具を用いてセラミックス補綴物材料１０１を加工する際に、セラミックス補綴物材料１０１と回転研削工具１０２とが相対的な周期振動となるように、セラミックス補綴物材料１０１と回転研削工具１０２に周期振動を加え、補綴物材料１０１と回転研削工具１０２の振動振幅を測定し、振動振幅が所望の値となる様に振動周波数、駆動電力を決定する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転研削工具を用いて補綴物材料の研削加工を行って歯科用補綴物を製作する製作装置であって、前記回転研削工具と、前記回転研削工具を保持する回転研削工具保持機構と、前記回転研削工具の軸方向に対して交差する方向に沿って前記補綴物材料を保持する材料保持機構と、前記補綴物材料を加工する際に、前記補綴物材料と前記回転研削工具が相対的に周期振動をするよう周期振動を付与する周期振動発生機構と、前記周期振動を測定する振動測定機構と、前記振動測定機構の測定値から前記周期振動発生機構からの周期振動を制御する振動制御機構とを備えている歯科用補綴物の製作装置。
【請求項２】
前記振動制御機構が、前記材料振動測定機構により測定する前記補綴物材料の振幅が所定の振幅となるように、前記材料周期振動発生機構の振動周期と付与電力を設定する、請求項１に記載の歯科用補綴物の製作装置。
【請求項３】
前記振動制御機構が、前記工具振動測定機構により測定する前記回転研削工具の振幅が所定の振幅となるように、前記工具周期振動発生機構の付与電力を設定する、請求項１に記載の歯科用補綴物の製作装置。
【請求項４】
前記振動制御機構が、前記材料振動測定機構と前記工具振動測定機構により測定する前記補綴物材料と前記回転研削工具との相対的な周期振動が所定の位置関係となるように、前記材料周期振動発生機構の振動周期と付与電力と前記工具周期振動発生機構の付与電力を設定する、請求項１に記載の歯科用補綴物の製作装置。
【請求項５】
前記材料周期振動発生機構が圧電素子を用いたアクチュエータである、請求項１もしくは請求項２もしくは請求項４のいずれか１項に記載の歯科用補綴物の製作装置。
【請求項６】
前記材料周期振動発生機構が磁歪素子を用いたアクチュエータである、請求項１もしくは請求項２もしくは請求項４のいずれか１項に記載の歯科用補綴物の製作装置。
【請求項７】
前記工具周期振動発生機構が圧電素子を用いて前記回転工具を共振させる構造である、請求項１もしくは請求項３もしくは請求項４のいずれか１項に記載の歯科用補綴物の製作装置。
【請求項８】
前記工具周期振動発生機構が磁歪素子を用いて前記回転工具を共振させる構造である、請求項１もしくは請求項３もしくは請求項４のいずれか１項に記載の歯科用補綴物の製作装置。
【請求項９】
前記周期振動制御機構における所定の振動を研削加工条件に応じて調整する調整手段を備えている、請求項１から８のいずれか１項に記載の歯科用補綴物の製作装置。
【請求項１０】
前記補綴物材料は、セラミックス系の材料である、請求項１から９いずれか1項に記載の歯科用補綴物の製作装置。
【請求項１１】
回転研削工具を用いて補綴物材料を研削加工して歯科用補綴物を製作する方法であって、前記回転研削工具の軸方向と交差する方向に沿って前記補綴物材料を保持する第1のステップと、前記歯科用補綴物を加工する際に、前記補綴物材料と前記回転研削工具が相対的に周期振動をするよう周期振動を付与する第２のステップと、前記相対的な周期振動を測定する第３のステップと、前記第３のステップによる測定値から周期振動を制御する第４のステップとを備えている歯科用補綴物の製作方法。
【請求項１２】
前記第４のステップは、前記材料振動測定機構により測定する前記補綴物材料の振幅が所定の振幅となるように、前記材料周期振動発生機構の振動周期と付与電力を設定する、請求項１１に記載の歯科用補綴物の製作方法。
【請求項１３】
前記第４のステップは、前記工具振動測定機構により測定する前記回転研削工具の振幅が所定の振幅となるように、前記材料周期振動発生機構の振動周期と付与電力を設定する、請求項１１に記載の歯科用補綴物の製作方法。
【請求項１４】
前記第４のステップは、前記材料振動測定機構と前記工具振動測定機構により測定する前記補綴物材料と前記回転研削工具との相対的な周期振動が所定の位置関係となるように、前記材料周期振動発生機構の振動周期と付与電力と前記工具周期振動発生機構の付与電力を設定する、請求項１１に記載の歯科用補綴物の製作方法。
【請求項１５】
前記第４のステップは、前記周期振動制御機構における所定の振動を研削加工条件に応じて調整する、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の歯科用補綴物の製作方法。
【請求項１６】
前記補綴物材料は、セラミックス系の材料である、請求項１から９いずれか1項に記載の歯科用補綴物の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転研削工具を用いてセラミックス等の歯科用補綴物を製作する製作装置および製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、歯科医療における歯科補綴物製作では、コンピュータを用いて３次元モデルで作成し、その形状データを基にＮＣマシン等の回転研削工具を用いた加工機により補綴物を作成するといった方法、ＣＡＤ（Computer Aided Design）／ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）が利用されている。このような方法において、難削材である緻密焼結されたセラミックス材料等を研削もしくは研削加工する際には、材料の硬度が高いために、最終補綴物形状を得るために必要な時間が膨大になってしまう。また、加工時間の短縮を狙って、加工速度を上げた場合には、加工工具に対して大きな負荷が掛かるため、工具の激しい磨耗や破損等の問題があった。
【０００３】
例えば、特許文献１では、酸化セリウムを含む正方晶酸化ジルコニア粒子と酸化アルミニウムを主成分とするセラミックス材料を用いて、整形加工体を形成後に予備焼結を行った予備焼結体を研削加工している。そして、その後、緻密焼結して歯科補綴物を製造することで研削時間の短縮を図っている。
【０００４】
また、特許文献２には、酸化イットリウム、およびアルミニウム、ガリウム、ゲルマニウム、インジウムのいずれかの酸化物を含むセラミックス材料を用いて、同様に予備焼結を行った予備焼結体を研削加工し、その後、緻密焼結することにより歯科補綴物を製造する方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−２７１４３５号公報（平成１８年１０月１２日公開）
【特許文献２】特表２００３−５０６１９１号公報（平成１５年２月１８日公表）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、予備焼結を行ったセラミックス材料を短時間で加工し、その後緻密焼結するという方法においては、補綴物の形状を研削もしくは研削加工した後に緻密焼結する必要がある。よって、緻密焼結時の補綴物の収縮による寸法変化を考慮して加工をした場合でも収縮寸法誤差が生じてしまう。この結果、緻密焼結後に手直しが必要となるとともに、緻密焼結時間そのものの時間も必要となる。
【０００６】
一方、緻密焼結したセラミックス材料を加工する場合には、予備焼結セラミックスの加工と比較して、歯科用補綴物を得るまでの加工時間が非常に長くなるおそれがある。
【０００７】
また、加工中に回転研削工具に掛かる負荷の大きさを低減し、かつ研削加工後における工程を省いて効率よく歯科補綴物を作成する為に、セラミックス材料に周期振動を付加することが考えられるが、セラミックス材料の加工による寸法変化、重量変化による周期振動の状態が変化し、周期振動付加の効果が十分に得られなくことがある。
【０００８】
そこで本発明は、常に高効率な研削加工が可能な歯科補綴物の製作装置および制作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、この目的を達成するために本発明は、回転研削工具を用いて補綴物材料の研削加工を行って歯科用補綴物を製作する製作装置であって、前記回転研削工具と、前記回転研削工具を保持する回転研削工具保持機構と、前記回転研削工具の軸方向に対して交差する方向に沿って前記補綴物材料を保持する材料保持機構と、前記補綴物材料を加工する際に、前記補綴物材料と前記回転研削工具が相対的に周期振動をするよう周期振動を付与する周期振動発生機構と、前記周期振動を測定する振動測定機構と、前記振動測定機構の測定値から前記周期振動発生機構からの周期振動を制御する振動制御機構とを備えており、これにより所期の目的を達成するものである。
【００１０】
ここでは、例えば、セラミックス製の歯科用補綴物の研削加工を行う装置において、補綴物材料と回転研削工具が相対的に適した周期振動となるよう振動を付与した状態で、回転研削工具を用いて研削加工を行う。
【００１１】
ここで、上記回転研削工具としては、例えば、ダイヤモンド粒子を含有する研削部分を有する工具を用いることができる。また、補綴物材料とは、歯科用補綴物の原料となるセラミックス等からなる材料をいう。
【００１２】
これにより、補綴物材料と回転研削工具が常に適した相対的な周期振動を付与することによって、研削加工を実施する際における回転研削工具にかかる負荷を低減し、研削加工時における回転研削工具の加速度を増大させることができる。この結果、補綴物材料を歯科用補綴物に研削加工する工程を簡略化して、効率よく補綴物材料の研削加工を行うことができる。
【００１３】
また前記振動制御機構が前記材料振動測定機構により測定する前記補綴物材料の振幅が所定の振幅となるように、前記材料周期振動発生機構の振動周期と付与電力を設定するものである。
【００１４】
また、前記振動制御機構が、前記工具振動測定機構により測定する前記回転研削工具の振幅が所定の振幅となるように、前記工具周期振動発生機構の付与電力を設定するものである。
【００１５】
また、前記振動制御機構が、前記材料振動測定機構と前記工具振動測定機構により測定する前記補綴物材料と前記回転研削工具との相対的な周期振動が所定の位置関係となるように、前記材料周期振動発生機構の振動周期と付与電力と前記工具周期振動発生機構の付与電力を設定するものである。
【００１６】
また、前記材料周期振動発生機構が圧電素子を用いたアクチュエータであるものである。
【００１７】
また、前記材料周期振動発生機構が磁歪素子を用いたアクチュエータであるものである。
【００１８】
また、前記工具周期振動発生機構が圧電素子を用いて前記回転工具を共振させる構造であるものである。
【００１９】
また、前記工具周期振動発生機構が磁歪素子を用いて前記回転工具を共振させる構造であるものである。
【００２０】
また、前記周期振動制御機構における所定の振動を研削加工条件に応じて調整する調整手段を備えているものである。
【００２１】
これにより、初期の補綴物材料形状や、研削加工による補綴物材料の形状変化に対し、常に振動振幅を維持した状態で周期振動を付加することにより、常に研削加工を効率よく行うことができる。
【００２２】
また、補綴物材料は、セラミックス系の材料である。
【００２３】
これにより、補綴物材料として一般的に使用されるセラミックス系の材料のような難削材を効果的に研削加工して、所望の形状の歯科用補綴物を製作することができる。
【００２４】
また、回転研削工具を用いて補綴物材料を研削加工して歯科用補綴物を製作する方法であって、第1のステップでは前記回転研削工具の軸方向と交差する方向に沿って前記補綴物材料を保持する。第２のステップでは前記歯科用補綴物を加工する際に、前記補綴物材料と前記回転研削工具が相対的に周期振動をするよう周期振動を付与する。第３のステップでは前記補綴物材料の振動を測定する。第４のステップでは、前記振動測定機構の測定値から前記周期振動発生機構からの周期振動を制御するものである。
【００２５】
ここでは、例えば、セラミックス製の歯科用補綴物の研削加工を行う製作方法において、補綴物材料と回転研削工具が相対的に適した周期振動となるよう振動を付与した状態で、回転研削工具を用いて研削加工を行う。
【００２６】
ここで、上記回転研削工具としては、例えば、ダイヤモンド粒子を含有する研削部分を有する工具を用いることができる。また、補綴物材料とは、歯科用補綴物の原料となるセラミックス等からなる材料をいう。
【００２７】
これにより、補綴物材料と回転研削工具が常に適した相対的な周期振動を付与することによって、研削加工を実施する際における回転研削工具にかかる負荷を低減し、研削加工時における回転研削工具の加速度を増大させることができる。この結果、補綴物材料を歯科用補綴物に研削加工する工程を簡略化して、効率よく補綴物材料の研削加工を行うことができる。
【００２８】
また、前記第４のステップは、前記材料振動測定機構により測定する前記補綴物材料の振幅が所定の振幅となるように、前記材料周期振動発生機構の振動周期と付与電力を設定するものである。
【００２９】
また、前記第４のステップは、前記工具振動測定機構により測定する前記回転研削工具の振幅が所定の振幅となるように、前記材料周期振動発生機構の振動周期と付与電力を設定するものである。
【００３０】
また、前記第４のステップは、前記材料振動測定機構と前記工具振動測定機構により測定する前記補綴物材料と前記回転研削工具との相対的な周期振動が所定の位置関係となるように、前記材料周期振動発生機構の振動周期と付与電力と前記工具周期振動発生機構の付与電力を設定するものである。
【００３１】
また、前記第４のステップは、前記周期振動制御機構における所定の振動を研削加工条件に応じて調整するものである。
【００３２】
これにより、初期の補綴物材料形状や、研削加工による補綴物材料の形状変化に対し、常に振動振幅を維持した状態で周期振動を付加することにより、常に研削加工を効率よく行うことができる。
【００３３】
また、補綴物材料は、セラミックス系の材料である。
【００３４】
これにより、補綴物材料として一般的に使用されるセラミックス系の材料のような難削材を効果的に研削加工して、所望の形状の歯科用補綴物を製作することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の歯科用補綴物の製作装置および製作方法によれば、常に最適な周期振動を補綴物に付加することで研削加工時における回転研削工具に掛かる抵抗を低減して、効率よく歯科用補綴物を製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（実施形態１）
本発明の第１の実施形態に係る歯科用補綴物の製作装置および製作方法ついて、図１から図３および図４を用いて説明すれば以下の通りである。
【００３７】
本実施形態の歯科用補綴物の製作装置１００は、図１に示すように、回転研削工具１０２を用いて、材料保持機構１０４によって保持されたセラミックス製の補綴物材料１０１を研削加工して歯科用補綴物を製作する装置である。そして、製作装置１００は、図１に示すように、回転研削工具１０２と、スピンドル１０３と、材料保持機構１０４と、補綴物材料回転機構１０５と、材料振動子（周期振動発生機構）１０６と、レーザによる非接触式の材料振動測定機構１０７と、測定した振動振幅の値から振動子１０５の周期振動駆動および制御を行う材料振動制御機構１０８とを備えている。
【００３８】
ここで、本実施形態において使用されている補綴物材料１０１は、特許第２９４５９３５号に記載された方法によって得られたセラミックス製の円柱形の材料を用いている。具体的には、酸化ジルコニウム６５．９〜６９．９重量％、酸化セリウム１０．１〜１１．１重量％、酸化アルミニウム１９．５〜２３．５重量％、酸化チタン０．０１〜０．０３重量％、および酸化マグネシウム０．０４〜０．０８重量％を含む原料配合物による整形加工体の緻密焼結体である。
【００３９】
回転研削工具１０２は、ダイヤモンド粒子を含有する研削部分を有しており、回転軸を中心に回転駆動されることで、研削部分に接触した材料を研削加工する。
【００４０】
スピンドル１０３は、回転研削工具１０２に対して、研削加工を行うために必要な回転駆動力を付与する。
【００４１】
材料保持機構１０４は、被加工物としての補綴物材料１０１を保持するための機構であって、回転研削工具１０２の回転軸に交差する方向に沿ってセラミックス製の補綴物材料１０１を保持する。
【００４２】
材料振動子１０６は、磁歪素子を用いたアクチュエータであって、図２（ａ）に示すように、ある振動周波数おいて振動振幅がピーク（最大）となる性質を持っている。また、図２（ｂ）に示すように材料振動子１０６に接続された材料保持機構１０４と補綴物材料１０１の合計重量の増加に対し、この振動振幅がピークとなる振動周波数が単調減少する。また図２（ｃ）に示すように同一の合計重量となる材料保持機構１０４と補綴物材料１０１に対して、材料振動制御機構１０８によって駆動される電圧（印加電圧）の増加によりこのピークの振動振幅は線形に増加する。本実施の形態１では材料振動制御機構１０８からの駆動周波数をスイープしながらレーザによる材料振動測定機構１０７により補綴物材料の振動振幅を測定することで、この振動振幅がピークとなる、もしくはできるだけピークに近い振動周波数を選択する。またその際の振動振幅を予め定めた値になるように材料振動制御機構１０８からの出力電圧を決定する。選択、決定された振動制御機構１０８からの駆動信号により、補綴物材料１０１および材料保持機構１０４に対して所望の振動を付与する。
【００４３】
＜補綴物材料１０１の研削方法＞
本実施形態では、以上のような構成を備えた図１に示す歯科用補綴物の製作装置１００において、図３に示すフローチャートに従って、セラミックス製の補綴物材料１０１が所望の形状になるように研削加工を行う。
【００４４】
具体的には、まず、ステップＳ１において、材料保持機構１０４において、回転研削工具１０２の回転軸に交差する方向に沿ってセラミックス製の補綴物材料１０１を保持する。
【００４５】
次に、ステップＳ２において、材料保持機構１０４において保持された補綴物材料１０１に対して、材料振動制御機構１０８からの駆動出力により材料振動子１０６を駆動し振動が付与される。この時、補綴物材料１０１および材料保持機構１０４には、材料振動子１０６によって、回転研削工具１０２の軸方向に交差する方向に周期振動が付与される。その際、研削加工条件に応じて、材料振動子１０６から補綴物材料１０１に対して付与される周期振動が調整される。より具体的には、材料振動子１０６からの周期振動を発生させる周期振動発振器からの出力によって、図４に示すように、材料振動子１０６から補綴物材料１０１に対して付与される周期振動の振幅の大きさや振動付与のＯＮ／ＯＦＦが選択される。すなわち、荒加工、中荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工の４種類の研削加工条件に応じて、周期振動の振幅を１０μｍ、８μｍ、５μｍ、０μｍに設定する。なお、上記研削加工条件としては、仕上げ加工の種類や補綴物材料１０１の硬度や歯科用補綴物の形状等が含まれる。例えば荒加工時は、周期振動振幅が１０μmとなるようにする為、補綴物材料１０１と材料保持機構１０４の合計重量を測定し、その重量が２５ｇであった為、図２（ｂ）より材料振動制御機構１０８からの出力周波数を１５ｋＨｚとし、また図２（ｃ）より印加電圧を２５Ｖとして出力した。
【００４６】
次に、ステップＳ３において、補綴物材料１０１の周期振動振幅をレーザによる材料振動測定機構１０７により測定する。
【００４７】
次に、ステップＳ４において、材料振動制御機構１０８からの出力周波数をスイープし補綴物材料１０１の振動振幅が最大となるように振動周波数を微調整し、その後、図４に示す様に予め設定しておいた振動振幅となるよう、材料振動制御機構１０８からの駆動電圧を微調整する。この際、振動周波数を固定して、材料振動制御機構１０８からの駆動電圧を調整するだけでもよい。
【００４８】
次に、ステップＳ５において、回転研削工具１０２をスピンドル１０３によって回転駆動し、スピンドル１０３によって高速回転された回転研削工具１０２を、補綴物材料１０１に対して接触させることで研削加工を行う。
【００４９】
ここで、補綴物材料１０１の外周部分の加工工程では、補綴物材料回転機構１０５を用いて、補綴物材料１０１、材料保持機構１０４および材料振動子１０６を、円柱形の補綴物材料１０１の軸を中心として回転させながら加工を行う。また、前工程から加工方向を変更させる必要がある場合は、補綴物材料回転機構１０５で、補綴物材料１０１の被加工面を回転研削工具１０２に対して位置決めするために、補綴物材料１０１と回転研削工具１０２が接触していない時に、一定角度（例えば、９０°や１８０°等）回転させればよい。
【００５０】
この後、研削加工を続けていくことにより、補綴物材料１０１の重量が減少するが、図２（ｂ）より補綴物材料１０１の振動が最大となる振動周波数が増大する為、ステップＳ３からステップＳ５を繰り返し、常に所望の振動振幅を維持する。この際、ステップＳ４における材料振動制御機構１０８からの出力周波数のスイープは元の振動周波数から高周波側にのみスイープするのみでよい。
【００５１】
次に、ステップＳ６において、所望の形状に加工された補綴物材料１０１（歯科用補綴物）の保持を解除する。
【００５２】
本実施形態では、以上のように、補綴物材料１０１へ周期振動を付加しながら研削加工を行うことにより、周期振動を付加しない場合と比較して研削加工時の加工抵抗（負荷）を低減することができる。この負荷低減により、加工時の回転研削工具１０２の送り速度や切り込み量を大きくすることが可能となる。この結果、回転研削工具１０２が破損する等の不具合を回避しつつ、例えば、セラミックス完全緻密焼結体等を材料とする上顎３番歯のコーピング研削加工時間を２５％短縮することができた。
【００５３】
＜特徴＞
本実施形態の歯科用補綴物の製作装置１００は、図１に示すように被研削加工物としての補綴物材料１０１に対して材料振動子１０６から所望の周期振動を付与する為に、補綴物材料１０１の振動振幅を測定するレーザによる材料振動測定機構１０７と材料振動制御機構１０８とを備えている。
【００５４】
これにより、例えば、難削材料である緻密焼結後のセラミックス材料等の補綴物材料１０１を用いた歯科用補綴物の製作において、研削加工時において回転研削工具１０２に掛かる負荷を低減することができる。よって、回転研削工具１０２の激しい磨耗や破損を発生させることなく、加工速度を従来よりも上昇させることができる。この結果、歯科用補綴物の製作に要する時間を短縮し、かつ加工後の緻密焼結工程を省くことができる。よって、焼結による収縮寸法誤差の考慮や手直しの必要がなくなり、加工後そのまま歯科用補綴物として使用可能となる。
【００５５】
（実施形態２）
本発明の第２の実施形態に係る歯科用補綴物の製作装置および製作方法ついて、図５および図６および図７を用いて説明すれば以下の通りである。
【００５６】
本実施形態の歯科用補綴物の製作装置５００は、図５に示すように、回転研削工具１０２を用いて、材料保持機構１０４によって保持されたセラミックス製の補綴物材料１０１を研削加工して歯科用補綴物を製作する装置である。そして、製作装置５００は、図５に示すように、回転研削工具１０２と、スピンドル１０３と、材料保持機構１０４と、補綴物材料回転機構１０５と、回転研削工具１０１に工具軸方向に周期振動を付与する工具振動子（周期振動発生機構）５０６と、接触式の工具振動測定機構５０７と、測定した振動振幅の値から振動子５０６の周期振動駆動および制御を行う工具振動制御機構５０８とを備えている。
【００５７】
ここで、本実施形態において使用されている補綴物材料１０１は、特許第２９４５９３５号に記載された方法によって得られたセラミックス製の円柱形の材料を用いている。具体的には、酸化ジルコニウム６５．９〜６９．９重量％、酸化セリウム１０．１〜１１．１重量％、酸化アルミニウム１９．５〜２３．５重量％、酸化チタン０．０１〜０．０３重量％、および酸化マグネシウム０．０４〜０．０８重量％を含む原料配合物による整形加工体の緻密焼結体である。
【００５８】
回転研削工具１０２は、ダイヤモンド粒子を含有する研削部分を有しており、回転軸を中心に回転駆動されることで、研削部分に接触した材料を研削加工する。
【００５９】
スピンドル１０３は、回転研削工具１０２に対して、研削加工を行うために必要な回転駆動力を付与する。
【００６０】
材料保持機構１０４は、被加工物としての補綴物材料１０１を保持するための機構であって、回転研削工具１０２の回転軸に交差する方向に沿ってセラミックス製の補綴物材料１０１を保持する。
【００６１】
工具振動子５０６は、圧電素子を用いた回転研削工具１０２を共振構造により振動させる為の振動子であって、スピンドル回転部を一定の周波数で振動させる。工具振動制御機構５０８によって駆動される電圧の増加により振動振幅は増加する。本実施の形態２では工具振動測定機構５０７により回転研削工具保持部の振動振幅を測定することで、振動振幅を予め定めた値になるように工具振動制御機構５０８からの出力電圧を決定する。選択、決定された工具振動制御機構５０８からの駆動信号により、研削加工条件に応じて、回転研削工具１０２に対して所望の振動となる様制御し、振動を付与する。
【００６２】
＜補綴物材料１０１の研削方法＞
本実施形態では、以上のような構成を備えた歯科用補綴物の製作装置５００において、図６に示すフローチャートに従って、セラミックス製の補綴物材料１０１が所望の形状になるように研削加工を行う。
【００６３】
具体的には、まず、ステップＳ１において、材料保持機構１０４において、回転研削工具１０２の回転軸に交差する方向に沿ってセラミックス製の補綴物材料１０１を保持する。
【００６４】
次に、ステップＳ２において、スピンドル１０３において保持された回転研削工具１０２に対して、振動制御機構５０８からの駆動出力により振動子５０６から所望の振動が付与される。この時、回転研削工具１０２へは回転研削工具１０２の軸方向に４０ｋＨｚの周期の縦波の周期振動が付与される。その際、研削加工条件に応じて、振動子５０６から回転研削工具１０２に対して付与される周期振動が調整される。より具体的には、振動子５０６からの周期振動を発生させる周期振動発振器からの出力によって、図７に示すように、振動子５０６から回転研削工具１０２に対して付与される周期振動の振幅の大きさや振動付与のＯＮ／ＯＦＦが選択される。すなわち、荒加工、中荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工の４種類の研削加工条件に応じて、周期振動の振幅を１０μｍ、８μｍ、５μｍ、０μｍに設定する。なお、上記研削加工条件としては、仕上げ加工の種類や補綴物材料１０１の硬度や歯科用補綴物の形状等が含まれる。例えば荒加工時は、周期振動振幅が１０μmとなるようにする様に振動制御機構５０８からの駆動出力を設定した。
【００６５】
次に、ステップＳ３において、回転研削工具１０２の周期振動振幅を振動測定機構５０６により測定する。
【００６６】
次に、ステップＳ４において、振動制御機構５０８からの出力を、図７に示す様に予め設定しておいた振動振幅となるよう、振動制御機構５０８からの駆動電圧を微調整する。
次に、ステップ５において、回転研削工具１０２をスピンドル１０３によって回転駆動し、スピンドル１０３によって高速回転された回転研削工具１０２を、補綴物材料１０１に対して接触させることで研削加工を行う。
【００６７】
ここで、補綴物材料１０１の外周部分の加工工程では、補綴物材料回転機構１０５を用いて、補綴物材料１０１および材料保持機構１０４を、円柱形の補綴物材料１０１の軸を中心として回転させながら加工を行う。また、前工程から加工方向を変更させる必要がある場合は、補綴物材料回転機構１０５で、補綴物材料１０１の被加工面を回転研削工具１０２に対して位置決めするために、補綴物材料１０１と回転研削工具１０２が接触していない時に、一定角度（例えば、９０°や１８０°等）回転させればよい。
【００６８】
次に、ステップＳ６において、所望の形状に加工された補綴物材料１０１（歯科用補綴物）の保持を解除する。
【００６９】
本実施形態では、以上のように、補綴物材料１０１へ周期振動を付加しながら研削加工を行うことにより、周期振動を付加しない場合と比較して研削加工時の加工抵抗（負荷）を低減することができる。この負荷低減により、加工時の回転研削工具１０２の送り速度や切り込み量を大きくすることが可能となる。この結果、回転研削工具１０２が破損する等の不具合を回避しつつ、例えば、セラミックス完全緻密焼結体等を材料とする上顎３番歯のコーピング研削加工時間を２５％短縮することができた。
【００７０】
＜特徴＞
本実施形態の歯科用補綴物の製作装置１００は、回転研削工具１０２に対して振動子５０６から所望の周期振動を付与する為に、回転研削工具１０２の振動振幅を測定する工具振動測定機構５０７と振動制御機構５０８とを備えている。
【００７１】
これにより、例えば、難削材料である緻密焼結後のセラミックス材料等の補綴物材料１０１を用いた歯科用補綴物の製作において、研削加工時において回転研削工具１０２に掛かる負荷を低減することができる。よって、回転研削工具１０２の激しい磨耗や破損を発生させることなく、加工速度を従来よりも上昇させることができる。この結果、歯科用補綴物の製作に要する時間を短縮し、かつ加工後の緻密焼結工程を省くことができる。よって、焼結による収縮寸法誤差の考慮や手直しの必要がなくなり、加工後そのまま歯科用補綴物として使用可能となる。
【００７２】
（実施形態３）
本発明の第３の実施形態に係る歯科用補綴物の製作装置および製作方法ついて、図８から図１０および図１１を用いて説明すれば以下の通りである。
【００７３】
本実施形態の歯科用補綴物の製作装置８００は、図８に示すように、回転研削工具１０２を用いて、材料保持機構１０４によって保持されたセラミックス製の補綴物材料１０１を研削加工して歯科用補綴物を製作する装置である。そして、製作装置８００は、図８に示すように、回転研削工具１０２と、スピンドル１０３と、材料保持機構１０４と、補綴物材料回転機構１０５と、材料振動子（周期振動発生機構）１０６と、レーザによる非接触式の材料振動測定機構１０７と、回転研削工具１０１に工具軸方向に周期振動を付与する工具振動子（周期振動発生機構）５０６と、接触式の工具振動測定機構５０７と、測定した振動振幅の値から材料振動子１０６と工具振動子５０６の周期振動駆動および制御を行う振動制御機構８０８とを備えている。
【００７４】
ここで、本実施形態において使用されている補綴物材料１０１は、特許第２９４５９３５号に記載された方法によって得られたセラミックス製の円柱形の材料を用いている。具体的には、酸化ジルコニウム６５．９〜６９．９重量％、酸化セリウム１０．１〜１１．１重量％、酸化アルミニウム１９．５〜２３．５重量％、酸化チタン０．０１〜０．０３重量％、および酸化マグネシウム０．０４〜０．０８重量％を含む原料配合物による整形加工体の緻密焼結体である。
【００７５】
回転研削工具１０２は、ダイヤモンド粒子を含有する研削部分を有しており、回転軸を中心に回転駆動されることで、研削部分に接触した材料を研削加工する。
【００７６】
スピンドル１０３は、回転研削工具１０２に対して、研削加工を行うために必要な回転駆動力を付与する。
【００７７】
材料保持機構１０４は、被加工物としての補綴物材料１０１を保持するための機構であって、回転研削工具１０２の回転軸に交差する方向に沿ってセラミックス製の補綴物材料１０１を保持する。
【００７８】
材料振動子１０６は、磁歪素子を用いたアクチュエータであって、図２（ａ）に示すようにある振動周波数おいて振動振幅がピークとなる性質を持っている。また、図２（ｂ）に示すように材料振動子１０６に接続された材料保持機構１０４と補綴物材料１０１の合計重量の増加に対し、この振動振幅がピークとなる振動周波数が単調減少する。また図２（ｃ）に示すように同一の合計重量となる材料保持機構１０４と補綴物材料１０１に対して、振動制御機構８０８によって駆動される電圧の増加によりこのピークの振動振幅は線形に増加する。レーザによる材料振動測定機構１０７により補綴物材料の振動振幅を測定する。
【００７９】
工具振動子５０６は、圧電素子を用いた回転研削工具１０２を共振構造により振動させる為の振動子であって、スピンドル回転部を一定の周波数で振動させる。振動制御機構８０８によって駆動される電圧の増加により振動振幅は増加する。工具振動測定機構５０７により回転研削工具保持部の振動振幅を測定する。
【００８０】
振動制御機構８０８は、材料振動測定機構１０７と工具振動測定機構５０７での振幅測定値を元に、材料振動子１０６による補綴物材料１０１および材料保持機構１０４の振動および、工具振動子５０６による回転研削工具１０２の振動を組み合わせて、補綴物材料１０１と回転研削工具１０２との相対的な周期振動が所望の振動となる様制御する。
【００８１】
＜補綴物材料１０１の研削方法＞
本実施形態では、以上のような構成を備えた歯科用補綴物の製作装置８００において、図９に示すフローチャートに従って、セラミックス製の補綴物材料１０１が所望の形状になるように研削加工を行う。
【００８２】
具体的には、まず、ステップＳ１において、材料保持機構１０４において、回転研削工具１０２の回転軸に交差する方向に沿ってセラミックス製の補綴物材料１０１を保持する。
【００８３】
次に、ステップＳ２において、材料保持機構１０４において保持された補綴物材料１０１に対して、振動制御機構８０８からの駆動出力により材料振動子１０６を駆動し振動が付与される。この時、補綴物材料１０１および材料保持機構１０４には、材料振動子１０６によって、回転研削工具１０２の軸方向に交差する方向に周期振動が付与される。その際、研削加工条件に応じて、材料振動子１０６から補綴物材料１０１に対して付与される周期振動が調整される。より具体的には、材料振動子１０６からの周期振動を発生させる周期振動発振器からの出力によって、図１０に示すように、材料振動子１０６から補綴物材料１０１に対して付与される周期振動の振幅の大きさや振動付与のＯＮ／ＯＦＦが選択される。すなわち、荒加工、中荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工の４種類の研削加工条件に応じて、周期振動の振幅を１０μｍ、８μｍ、５μｍ、０μｍに設定する。なお、上記研削加工条件としては、仕上げ加工の種類や補綴物材料１０１の硬度や歯科用補綴物の形状等が含まれる。また、スピンドル１０３において保持された回転研削工具１０２に対して、振動制御機構８０８からの駆動出力により工具振動子５０６から所望の振動が付与される。その際、研削加工条件に応じて、振動子５０６から回転研削工具１０２に対して付与される周期振動が調整される。より具体的には、工具振動子５０６からの周期振動を発生させる周期振動発振器からの出力によって、図１０に示すように、工具振動子５０６から回転研削工具１０２に対して付与される周期振動の振幅の大きさや振動付与のＯＮ／ＯＦＦが選択される。すなわち、荒加工、中荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工の４種類の研削加工条件に応じて、周期振動の振幅を１０μｍ、８μｍ、５μｍ、０μｍに設定する。なお、上記研削加工条件としては、仕上げ加工の種類や補綴物材料１０１の硬度や歯科用補綴物の形状等が含まれる。
【００８４】
更に、補綴物材料１０１と回転研削工具１０２との相対的な周期振動を制御する為、まず振動制御機構から材料振動子への駆動出力については振動周波数を１５ｋＨｚとして以下の式（１）に示す周期振動を加えた。
【００８５】
αｍ×ｓｉｎ（１５，０００×２πｔ）  ・・・（１）
ただし、αｍは図１０に示すｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋの振幅の半分の値、ｔは印加時間を示す。この振動は図１１（ａ）の様な振動となる。また、振動制御機構から工具振動子への駆動出力については振動周波数を３０ｋＨｚとして以下の式（２）に示す周期振動を加えた。
【００８６】
αｔ×ｓｉｎ（３０，０００×２πｔ）  ・・・（２）
ただし、αｔは図１０に示すｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋの振幅の半分の値、ｔは印加時間を示す。この振動は図１１（ｂ）の様な振動となる。この振動を組み合わせると図１１（ｃ）の様な、補綴物材料１０１の変位が最大となる時点では回転研削工具１０２は回転工具軸で最もスピンドル側に変位し、補綴物材料１０１の変位が０の時点で回転研削工具１０２は工具軸で最も工具先端方向に変位する周期振動を付与することができる。これにより、回転研削工具１０２が工具先端方向へ変位する際には補綴物材料１０１の変位が小さくなることで回転研削工具１０２を補綴物材料１０１へ突き出す動作が無くなり、回転研削工具１０２への加工時の負荷を減少させることができる。
【００８７】
次に、ステップＳ３において、補綴物材料１０１の周期振動振幅をレーザによる材料振動測定機構１０７により測定すると共に、回転研削工具１０２の周期振動振幅を工具振動測定機構５０６により測定する。
【００８８】
次に、ステップＳ４において、材料振動制御機構８０８からの出力について、図１０に示す様に予め設定しておいた振動振幅となるよう、材料振動子１０６および工具振動子５０６に対する振動制御機構８０８からの駆動電圧を微調整する。
【００８９】
次に、ステップ５において、回転研削工具１０２をスピンドル１０３によって回転駆動し、スピンドル１０３によって高速回転された回転研削工具１０２を、補綴物材料１０１に対して接触させることで研削加工を行う。
【００９０】
ここで、補綴物材料１０１の外周部分の加工工程では、補綴物材料回転機構１０５を用いて、補綴物材料１０１および材料保持機構１０４を、円柱形の補綴物材料１０１の軸を中心として回転させながら加工を行う。また、前工程から加工方向を変更させる必要がある場合は、補綴物材料回転機構１０５で、補綴物材料１０１の被加工面を回転研削工具１０２に対して位置決めするために、補綴物材料１０１と回転研削工具１０２が接触していない時に、一定角度（例えば、９０°や１８０°等）回転させればよい。
【００９１】
次に、ステップＳ６において、所望の形状に加工された補綴物材料１０１（歯科用補綴物）の保持を解除する。
【００９２】
本実施形態では、以上のように、補綴物材料１０１と回転研削工具１０２へ周期振動を付加し、補綴物材料１０１と回転研削工具１０２との相対的な周期振動を付与しながら研削加工を行うことにより、周期振動を付加しない場合と比較して研削加工時の加工抵抗（負荷）を低減することができる。この負荷低減により、加工時の回転研削工具１０２の送り速度や切り込み量を大きくすることが可能となる。この結果、回転研削工具１０２が破損する等の不具合を回避しつつ、例えば、セラミックス完全緻密焼結体等を材料とする上顎３番歯のコーピング研削加工時間を３０％短縮することができた。
【００９３】
＜特徴＞
本実施形態の歯科用補綴物の製作装置８００は、被研削加工物としての補綴物材料１０１に対して材料振動子１０６から所望の周期振動を付与する為に、補綴物材料１０１の振動振幅を測定するレーザによる材料振動測定機構１０７と、回転研削工具１０２に対して工具振動子５０６から所望の周期振動を付与する為に、回転研削工具１０２の振動振幅を測定する工具振動測定機構５０７と、振動制御機構８０８とを備えている。
【００９４】
これにより、例えば、難削材料である緻密焼結後のセラミックス材料等の補綴物材料１０１を用いた歯科用補綴物の製作において、研削加工時において回転研削工具１０２に掛かる負荷を低減することができる。よって、回転研削工具１０２の激しい磨耗や破損を発生させることなく、加工速度を従来よりも上昇させることができる。この結果、歯科用補綴物の製作に要する時間を短縮し、かつ加工後の緻密焼結工程を省くことができる。よって、焼結による収縮寸法誤差の考慮や手直しの必要がなくなり、加工後そのまま歯科用補綴物として使用可能となる。
【００９５】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００９６】
（Ａ）
上記実施形態１から実施形態３では、補綴物材料１０１として、特許第２９４５９３５号に記載される成分を持つセラミックス材料を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９７】
例えば、イットリア系正方晶ジルコニア（Ｙ−ＴＺＰ）等の他のセラミックス材料を補綴物材料として用いてもよい。また、セラミックス材料としては、緻密焼結体でなくてもよく、予備焼結あるいは未焼結体であってもよい。
【００９８】
さらには、補綴物材料１０１としては、セラミックス系の材料に限定されるものではなく、他の難削性の材料を用いてもよい。
【００９９】
（Ｂ）
上記実施形態１から実施形態３では、補綴物材料１０１として、図１および図５および図８に示すように、円柱形の材料を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１００】
（Ｃ）
上記実施形態１および実施形態３では、補綴物材料１０１に対して付与される振動周期として１５ｋＨｚの振動を付与した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１０１】
例えば、同一の補綴物材料１０１と材料保持機構１０４の合計重量を持つ場合に、２０ｋＨｚ以外の異なる振動周期を持つ振動子を使用してもよい。
【０１０２】
また、振動の振幅についても全ての工程において同じ振幅を付与する等してもよく、工程により振幅を変更するなど、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１０３】
（Ｄ）
上記実施形態２では、回転研削工具１０２に対して付与される振動周期として４０ｋＨｚ、実施形態３では３０ｋＨｚの振動を付与した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１０４】
例えば、２０ｋＨｚ等異なる振動周期を持つ振動子を使用してもよい。
【０１０５】
また、振動の振幅についても全ての工程において同じ振幅を付与する等してもよく、工程により振幅を変更するなど、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１０６】
（Ｅ）
上記実施形態１および実施形態３では、図１および図８に示すように、レーザによる材料振動測定機構１０７により回転研削工具１０２の振動振幅を測定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１０７】
例えば、材料保持機構１０４の振動振幅を測定する、あるいは振動子１０５を測定する構成であってもよい。
【０１０８】
また、材料保持機構１０４に固定する振動測定機構により材料保持機構１０４の振動振幅を測定する構成、あるいは補綴物材料１０１に固定して補綴物材料１０１の振動振幅を測定する、あるいは振動子１０５に固定して振動子１０５の振動を測定する構成であってもよい。
【０１０９】
（Ｆ）
上記実施形態２および実施形態３では、図５および図８に示すように、回転研削工具の保持箇所に固定した、工具振動測定機構５０７により補綴物材料１０１の振動振幅を測定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１１０】
例えば、回転研削工具１０２の保持箇所をレーザによって回転研削工具１０２の振動振幅を測定する構成であってもよい。
【０１１１】
（Ｇ）
上記実施形態１および実施形態３では、材料保持機構１０４および材料振動子１０５は別部品として構成されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１１２】
例えば、振動子が材料保持機構の機能を有することで、材料保持機構および軸振動する振動子が一体となった構成であってもよい。
【０１１３】
（H）
上記実施形態では、材料振動子１０５として磁歪素子を用いたアクチュエータを用いて構成されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１１４】
例えば、振動子として、圧電素子を用いたアクチュエータを使用した構成であってもよい。
【０１１５】
（Ｉ）
上記実施形態２および実施形態３では、回転研削工具１０２に振動を付与する為に、工具振動子５０５として圧電素子を用いた構成を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１１６】
例えば、工具振動子として、磁歪素子を用いた構成であってもよい。
【０１１７】
（Ｊ）
上記実施形態３では、補綴物材料１０１に対して付与される振動周期として１５ｋＨ、回転研削工具１０２に対して付与される振動周期として３０ｋＨｚの振動を付与した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１１８】
例えば、補綴物材料１０１と回転研削工具１０２に対して付与される振動周期を同じ周期として、相対的な周期振動が楕円形状となる構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明の歯科用補綴物の製作方法および装置は、緻密焼結後のセラミックス材料をはじめとする難削材料を使用した歯科用補綴物の製作において研削もしくは研削加工に要する時間を大幅に短縮する効果を有することから、その他医療分野における同様のセラミックス等の難削材を用いた人工骨等の製作の用途にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の実施形態１に係る歯科用補綴物の製作機構の構成を示す図
【図２】（ａ）磁歪素子を用いたアクチュエータにおける、振動周波数と振動振幅の関係を示す図（ｂ）磁歪素子を用いたアクチュエータにおける、材料保持機構と補綴物材料の合計重量の関係を示す図（ｃ）磁歪素子を用いたアクチュエータにおける、振動制御機構による磁歪素子を用いたアクチュエータへの印加電圧と振動振幅との関係を示す図
【図３】本発明の実施形態１に係る歯科用補綴物の製作方法の流れを示すフローチャート
【図４】本発明の実施形態１に係る加工条件に応じた周期振動の振幅を示す図
【図５】本発明の実施形態２に係る歯科用補綴物の製作機構の構成を示す図
【図６】本発明の実施形態２に係る歯科用補綴物の製作方法の流れを示すフローチャート
【図７】本発明の実施形態２に係る加工条件に応じた周期振動の振幅を示す図
【図８】本発明の実施形態３に係る歯科用補綴物の製作機構の構成を示す図
【図９】本発明の実施形態３に係る歯科用補綴物の製作方法の流れを示すフローチャート
【図１０】本発明の実施形態３に係る加工条件に応じた周期振動の振幅を示す図
【図１１】本発明の実施形態３に係る、（ａ）補綴物材料の周期振動を示す図（ｂ）回転研削工具の周期振動を示す図（ｃ）補綴物材料と回転研削工具との相対的な周期振動を示す図
【符号の説明】
【０１２１】
１００  歯科用補綴物の製作装置
１０１  補綴物材料
１０２  回転研削工具
１０３  スピンドル
１０４  材料保持機構
１０５  補綴物材料回転機構
１０６  材料振動子
１０７  材料振動測定機構
１０８  材料振動制御機構
５００  歯科用補綴物の製作装置
５０６  工具振動子
５０７  工具振動測定機構
５０８  工具振動制御機構
８０８  振動制御機構
【図１】
2010142261.tif 000003
【図２】
2010142261.tif 000004
【図３】
2010142261.tif 000005
【図４】
2010142261.tif 000006
【図５】
2010142261.tif 000007
【図６】
2010142261.tif 000008
【図７】
2010142261.tif 000009
【図８】
2010142261.tif 000010
【図９】
2010142261.tif 000011
【図１０】
2010142261.tif 000012
【図１１】
2010142261.tif 000013