(実施の形態1)
 以下、本発明に係わる実施の形態1について 説明する。

 <構成>
 まず、本実施の形態における研削装置の構� ��について説明する。

 図1,図2A,図2Bに示すように、研削装置100は 、歯科用補綴物を製造する装置であり、セラ ミックス製の被加工物101を研削加工する装置 である。被加工物101が、被加工物保持機構104 で保持された状態で、槽105に溜められている 冷却液106に浸される。被加工物101が、冷却液 106に浸された状態で、スピンドル103で回転駆 動されて高速回転している回転研削工具102に よって研削加工される。このとき、槽105の外 壁に取り付けられた振動発生機構107a~107fが、 冷却液106に振動を付与してキャビテーション を発生させる。

 ここで、振動発生機構107a~107fは、回転研� ��工具102が被加工物101と接触する部分にキャ� ��ティが発生するように、位置、振幅、周期� ��調整されている。これによって、キャビテ� ��が消滅するときに瞬間的に発生する非常に� ��い圧力によって、回転研削工具102と被加工� ��101との間の研削粉を除去しつつ、回転研削� ��具102と被加工物101との接触を促進すること� ��できる。

 例えば、難削材料である緻密焼結後のセ� ��ミックス材料等を被加工物101として使用し� ��歯科用補綴物を製造したとする。この場合� ��おいて、研削加工時における回転研削工具1 02に掛かる負荷を低減することができる。こ� ��ため、回転研削工具102の激しい磨耗や破損� ��発生させることなく、冷却液106に周期振動� ��付与しないときよりも、加工速度を上昇さ� ��ることができる。結果、歯科用補綴物の製� ��に要する時間を短縮し、かつ加工後の緻密� ��結工程を省くことができる。さらに、加工� ��の緻密焼結工程を省くことができるので、� ��結による収縮寸法誤差の考慮や手直しの必� ��がなくなり、加工後、そのまま、歯科用補� ��物として使用することができる。

 <研削装置100>
 ここでは、一例として、研削装置100は、回� ��研削工具102と、スピンドル103と、被加工物� ��持機構104と、槽105と、冷却液106と、振動発� ��機構107a~107fと、コントローラ108とを備える� ��

 そして、被加工物101から歯科用補綴物が� ��造されるにあたって、CAD(Computer Aided Design) /CAM(Computer Aided Manufacturing)が利用されている 。具体的には、歯科用補綴物の3次元モデル� �コンピュータで作成される。作成された3次� ��モデルの形状データが、NCマシン等(回転研� ��工具102、スピンドル103等)を有する研削装置 100のコントローラ108に設定される。設定され た形状データに基づいて、スピンドル103、振 動発生機構107a~107f等が、コントローラ108によ って制御される。被加工物101がNCマシン等(回 転研削工具102、スピンドル103等)によって研� �加工され、被加工物101から歯科用補綴物が� �造される。

 <被加工物101>
 被加工物101は、セラミックス製の円柱形の� ��料である。具体的には、酸化ジルコニウム6 5.9~69.9重量%、酸化セリウム10.1~11.1重量%、酸� �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成形加工体の緻密� �結体である。日本国特許第2945935号に記載さ� ��た方法によって得られる。

 被加工物101は、冷却液106に全体が浸され� ��中心軸をX方向とし、円柱上面側が槽105の中 央に配置され、円柱底面側が被加工物保持機 構104で保持されている。

 <回転研削工具102>
 回転研削工具102は、ダイヤモンド粒子を含� ��する研削部分を有し、スピンドル103で回転� ��動され、回転軸を中心に高速回転する。高� ��回転しているときに、研削部分に接触した� ��料を研削加工する。

 <スピンドル103>
 スピンドル103は、研削加工に必要な回転駆� ��力を回転研削工具102に付与する。

 <被加工物保持機構104>
 被加工物保持機構104は、回転研削工具102の� ��転軸に交差する方向に沿って被加工物101を� ��持する。

 被加工物保持機構104は、槽105において、� ��面と背面との間、かつ右側面よりに配置さ� ��、底面に設置されている。被加工物101の円� ��底面側部分を保持している。

 <槽105>
 槽105は、冷却液106が溜められている容器で� ��る。例えば、大きさが、Y方向で300mm、X方向 で240mmである。底面から液面までの高さが75mm になるまで、冷却液106が満たされている。被 加工物保持機構104で保持されている被加工物 101が冷却液106の中に浸されている。研削加工 時に、回転研削工具102の研削部分が冷却液106 の中に浸される。被加工物101と回転研削工具 102とが冷却される。

 <冷却液106>
 冷却液106としては、例えば、タイユ株式会� ��製水溶性切削液WX-805Hを水道水で20倍に希釈� ��たものを使用することができる。

 <振動発生機構107a~107f>
 振動発生機構107a~107fは、軸振動型の振動子� ��ある。具体的には、直径50mmの軸振動するボ ルト締めランジュバン振動子である。冷却液 106に定在波が発生する条件で、各周期振動が 決定されている。また、周期振動発振器(不� �示)で周期振動駆動され、研削加工条件に応� ��て、冷却液106に対して縦波を含む所望の振� ��を付与する。

 <振動発生機構107a,107b>
 振動発生機構107a,107bは、軸方向をY方向とし 、X方向に5mmの隙間を空けて一列に並び、図� �において、槽105の左側面中央、かつ槽105の� �面と冷却液106の液面との真ん中に設置され� �いる。択一的に使用され、槽105に溜められ� �いる冷却液106に対して、槽105の左側面から� �動を与える。

 <振動発生機構107c,107d>
 振動発生機構107c,107dは、軸方向をX方向とし 、Y方向に5mmの隙間を空けて一列に並び、図� �において、槽105の前面中央、かつ槽105の底� �と冷却液106の液面との真ん中に設置されて� �る。択一的に使用され、槽105に溜められて� �る冷却液106に対して、槽105の前面から振動� �与える。

 <振動発生機構107e,107f>
 振動発生機構107e,107fは、軸方向をZ方向とし 、Y方向に5mmの隙間を空けて一列に並び、図� �において、槽105の底面中央に設置されてい� �。択一的に使用され、槽105に溜められてい� �冷却液106に対して、槽105の底面から振動を� �える。

 <周期振動>
 ここでは、振動発生機構107a~107fの各々から� ��与される周期振動は次のとおりである。な� ��、液中を伝わる音の速さが1500m/sである。

 振動発生機構107aからは、25kHzの周期振動� ��付与される。これは、振動発生機構107aから 付与される縦波の波長が1500000mm/sí25kHz=60mmで� ��る。また、縦波の半波長(60mmí2=30mm)の整数� �(10倍)が槽105におけるY方向の大きさ(300mm)と� �じになる。これから、定在波が発生する条� �を満たす。

 振動発生機構107bからは、12.5kHzの周期振� �が付与される。これは、振動発生機構107bか� ��付与される縦波の波長が1500000mm/sí12.5kHz=120m mである。また、縦波の半波長(120mmí2=60mm)の� �数倍(5倍)が槽105におけるY方向の大きさ(300mm) と同じになる。これから、定在波が発生する 条件を満たす。

 振動発生機構107cからは、25kHzの周期振動� ��付与される。これは、振動発生機構107cから 付与される縦波の波長が1500000mm/sí25kHz=60mmで� ��る。また、縦波の半波長(60mmí2=30mm)の整数� �(8倍)が槽105におけるX方向の大きさ(240mm)と同 じになる。これから、定在波が発生する条件 を満たす。

 振動発生機構107dからは、12.5kHzの周期振� �が付与される。これは、振動発生機構107dか� ��付与される縦波の波長が1500000mm/sí12.5kHz=120m mである。また、縦波の半波長(120mmí2=60mm)の� �数倍(4倍)が槽105におけるX方向の大きさ(240mm) と同じになる。これから、定在波が発生する 条件を満たす。

 振動発生機構107eからは、30kHzの周期振動� ��付与される。これは、振動発生機構107eから 付与される縦波の波長が1500000mm/sí30kHz=50mmで� ��る。また、縦波の半波長(50mmí2=25mm)の整数� �(3倍)が、冷却液106の液面までの高さ(75mm)と� �じになる。これから、定在波が発生する条� �を満たす。

 振動発生機構107fからは、20kHzの周期振動� ��付与される。これは、振動発生機構107fから 付与される縦波の波長が1500000mm/sí20kHz=75mmで� ��る。また、縦波の半波長(75mmí2=37.5mm)の整数 倍(2倍)が、冷却液106の液面までの高さ(75mm)と 同じになる。これから、定在波が発生する条 件を満たす。

 <定在波>
 次に、振動発生機構107a,107c,107eを使用した� �きに冷却液106に生じる定在波と、振動発生� �構107b,107d,107fを使用したときに冷却液106に生 じる定在波について説明する。

 図3A,図3Bに示すように、振動発生機構107a, 107c,107eを使用した場合においては、冷却液106 に、X方向に30mm、Y方向に30mm、Z方向に25mmの間 隔で白い部分が升目状に生じ、白い部分と白 い部分との間に黒い部分が生じる。

 ここで、白い部分は、疎密変化の小さい� ��分である。黒い部分は、疎密変化の大きい� ��分である。また、黒い部分は、疎密変化が� ��きいので、キャビテーションが発生し易い� ��分でもある。

 また、図4A,図4Bに示すように、振動発生� �構107b,107d,107fを使用した場合においては、冷 却液106に、X方向に60mm、Y方向に60mm、Z方向に3 7.5mmの間隔で白い部分が升目状に生じ、白い� ��分と白い部分との間に黒い部分が生じる。� ��動発生機構107a,107c,107eを使用した場合より� �振動発生機構107b,107d,107fした場合の方が、升 目が粗く、白い部分の間隔が広くなる。

 <キャビテーション>
 ここで、回転研削工具102が被加工物101と接� ��する部分にキャビテーションが発生する過� ��について説明する。

 ここでは、Z方向に周期振動を付与し、冷 却液に縦波を発生させ、図5A,図5B,図5Cの順に� ��疎密が変化したとする。図中において、破� ��と破線との間隔が狭い部分が密であり、破� ��と破線との間隔が広い部分が疎である。

 例えば、回転研削工具102が被加工物101と� ��触する部分が、図5Aにおいては密であり、� �5Bにおいては疎であり、図5Cにおいては密で� ��る。図5A,図5Bに示すように、その部分が密� �ら疎に変化したときに、その部分にキャビ� �ィ601が発生する。図5B,図5Cに示すように、そ の部分が疎から密に変化したときに、その部 分に発生したキャビティ601が消滅する。

 図5A~図5Cに示すように、冷却液106に周期� �動を付与することによって、冷却液106に疎� �変化が発生し、冷却液106中の圧力が飽和蒸� �圧より低くなった時に、キャビテーション� �発生する。このとき、液体が沸騰したり溶� �気体の遊離で気体が生じたりし、内部が真� �に近い微小な気泡(キャビティ601)が生じる。

 そして、この気泡(キャビティ601)が消滅� �た時に、エロージョンが発生する。このと� �、極めて高い衝撃圧力が発生し、この衝撃� �力によって、この気泡(キャビティ601)の近傍 にも衝撃が与えられ、近傍が侵食される。こ の現象を利用することによって、研削加工時 に生じた研削粉が回転研削工具102に付着する ことを回避することができる。

 また、回転研削工具102が被加工物101と接� ��しているときに、回転研削工具102に発生し� ��気泡(キャビティ)が消滅すると、消滅時に� �生する衝撃圧力によって、回転研削工具102� �、被加工物101に引き付けられ、被加工物101� �より密接に接触することができる。

 <領域>
 さらに、図3A,図3Bに示すように、黒い部分� �、被加工物保持機構104で保持されている円� �形の被加工物101に対して、中心軸を通り、� �柱上面に沿い、中心軸に垂直な方向に横切� �、被加工物保持機構104と被加工物101との付� �根を横切るようにして生じる。

 また、図4A,図4Bに示すように、黒い部分� �、被加工物保持機構104で保持されている円� �形の被加工物101に対して、中心軸を通り、� �柱全域に亘るようにして生じる。振動発生� �構107a,107c,107eを使用した場合よりも振動発生 機構107b,107d,107fした場合の方が、黒い部分が� ��範囲に亘って被加工物101をカバーすること� ��できる。

 これから、被加工物101において、図3A,図3 Bに示す黒い部分と被加工物101とが重複する� �域付近(以下、第1の領域と呼称する。)を研� �加工する場合には、振動発生機構107a,107c,107e を使用するのが好ましい。第1の領域以外の� �域付近(以下、第2の領域と呼称する。)を研� �加工する場合には、振動発生機構107b,107d,107f を使用するのが好ましい。

 ただし、加工精度が要求されるときには� ��逆に、キャビテーションを発生させない方� ��好ましい場合もある。これは、消滅時に発� ��する衝撃圧力によって、回転研削工具102が� ��被加工物101に引き付けられ、加工精度が狂� ��こともあるからである。

 さらに、この時に生じる研削粉の量があ� ��り多くなければ、キャビテーションを過剰� ��発生させていることになる。このため、加� ��段階に応じて、回転研削工具102の近傍にキ� ��ビテーションを発生させ難くするとしても� ��い。

 また、振幅を大きくすることによって、� ��ャビテーションを積極的に発生させ、回転� ��削工具が被加工物と確実に接触することを� ��進し、回転研削工具に掛かる負荷を低減し� ��回転研削工具に対する加工速度を上げるこ� ��ができる。一方、振幅を小さくすることに� ��って、キャビテーションが加工精度に与え� ��影響を小さくすることができる。

 これから、加工精度よりも加工速度が要� ��される加工段階においては、振幅を大きく� ��、加工速度よりも加工精度が要求される加� ��段階においては、振幅を小さくするのが好� ��しい。

 <研削加工条件>
 次に、研削装置100において被加工物101を研� ��加工するときに使用される研削加工条件に� ��いて説明する。

 図6に示すように、周期振動発振器(不図� �)は、振動発生機構107a~107fに対して、ON/OFFと� ��振幅の大きさとを、加工領域および加工段� ��に応じて、調整する。

 ここでは、荒加工、中荒加工、中仕上加� ��、仕上加工の順に、研削加工が行われる。� ��加工時に生じる研削粉が最も多く、中荒加� ��時に生じる研削粉が次に多くなる。仕上加� ��時に生じる研削粉が最も少なく、中仕上加� ��時に生じる研削粉が次に少なくなる。荒加� ��、中荒加工、中仕上加工、仕上加工の順に� ��高い加工精度が要求される。

 そこで、周期振動発振器(不図示)は、振� �発生機構107a~107fから付与される周期振動の� �幅を、加工段階に応じて変化させている。� �工精度を必要とする加工段階では振幅を小� �くし、振幅が加工精度に与える影響を小さ� �している。加工精度を必要としない加工段� �では振幅を大きくし、加工する領域に応じ� �、振動発生機構107a~107fを使い分けている。� �体的には、下記の研削加工条件(1)~(4)の通り� ��ある。

 (1)荒加工を行う場合においては、(a)パタ� ��ンAでは、振動発生機構107a,107c,107eをONにし� �振動発生機構107b,107d,107fをOFFにする。振動発 生機構107a,107c,107eから振幅10μmの周期振動が� �与されるように、振動発生機構107a,107c,107eに 対する出力を調整する。(b)パターンBでは、� �動発生機構107b,107d,107fをONにし、振動発生機� ��107a,107c,107eをOFFにする。振動発生機構107b,107 d,107fから振幅10μmの周期振動が付与されるよ� ��に、振動発生機構107b,107d,107fに対する出力� �調整する。

 (2)中荒加工を行う場合においては、(a)パ� ��ーンAでは、振動発生機構107b,107d,107fをONに� �、振動発生機構107a,107c,107eをOFFにする。振動 発生機構107b,107d,107fから振幅5μmの周期振動が 付与されるように、振動発生機構107b,107d,107f� ��対する出力を調整する。(b)パターンBでは、 振動発生機構107a,107c,107eをONにし、振動発生� �構107b,107d,107fをOFFにする。振動発生機構107a,1 07c,107eから振幅5μmの周期振動が付与されるよ うに、振動発生機構107a,107c,107eに対する出力� ��調整する。

 (3)中仕上加工を行う場合においては、振� ��発生機構107b,107d,107fをONにし、振動発生機構 107a,107c,107eをOFFにする。振動発生機構107b,107d, 107fから振幅3μmの周期振動が付与されるよう� ��、振動発生機構107b,107d,107fに対する出力を� �整する。

 (4)仕上加工を行う場合においては、振動� ��生機構107b,107d,107fをONにし、振動発生機構107 a,107c,107eをOFFにする。振動発生機構107b,107d,107 fから振幅1μmの周期振動が付与されるように� ��振動発生機構107b,107d,107fに対する出力を調� �する。

 <研削方法>
 次に、研削装置100を使用した研削方法につ� ��て説明する。

 ここでは、CAD(Computer Aided Design)/CAM(Compute r Aided Manufacturing)が利用されている。事前に 、歯科用補綴物の3次元モデルがコンピュー� �で作成される。作成された3次元モデルの形� ��データが研削装置100に設定されているとす� ��。

 そして、図7に示すように、下記(S1)~(S5)の 研削方法によって、セラミックス製の被加工 物101から所望の形状の歯科用補綴物が製造さ れる。このとき、事前に設定された形状デー タに基づいて研削装置100が制御される。

 (S1)まず、セラミックス製の被加工物101を 被加工物保持機構104で保持する。被加工物保 持機構104で保持された被加工物101を、槽105に 溜められた冷却液106の中に浸す。

 (S2)次に、振動発生機構107a~107fから冷却液 106に周期振動を付与する。このとき、冷却液 106に付与される縦波の半波長の整数倍が、槽 105の大きさと、冷却液106の液面の高さとにな るので、冷却液106に定在波が発生する。

 (S3)次に、図6に示す研削加工条件に応じ� �、振動発生機構107a~107fから付与される周期� �動の振幅を調整する。ここでは、荒加工、� �荒加工、中仕上加工、仕上加工の順に、周� �振動の振幅を小さくし、加工精度に与える� �幅の影響を小さくしている。

 なお、研削加工条件としては、加工の種� ��以外に、被加工物101の硬度や最終加工形状� ��が含まれる。

 (S4)次に、被加工物101を回転研削工具102で 加工する。このとき、回転研削工具102が、ス ピンドル103で回転駆動されて高速回転する。 高速回転した回転研削工具102を被加工物101に 接触させて研削加工を行う。

 なお、各加工段階の間において、周期振� ��発振器(不図示)は、黒い部分(疎密変化の大� ��い部分)のうち、被加工物101と接触しない部 分に回転研削工具102を移動させるとしてもよ い。これによって、回転研削工具102に付着し ている研削粉を除去することができる。

 (S5)次に、所望の形状に加工された被加工 物101(歯科用補綴物)の保持を解除する。

 なお、加工終了後、冷却液106を排出する� ��きに、被加工物101の研削加工中に生じた研� ��粉も共に排除される。必要であれば、冷却� ��106を掛けて槽105の内側を洗浄するとしても� ��い。

 <まとめ>
 以上、本実施形態では、冷却液106に周期振� ��を付与しながら研削加工を行う。これによ� ��て、周期振動を付与しない場合と比較して� ��回転研削工具102に研削粉が付着することを� ��制することができる。回転研削工具102の研� ��部分(ダイヤモンド粒子の部分)と被加工物10 1との確実な接触を促進することができる。� �削加工時の加工抵抗(負荷)を低減することが できる。加工抵抗(負荷)の低減によって、加� ��時の回転研削工具102の送り速度や切り込み� ��を大きくすることができる。結果、回転研� ��工具102が破損する等の不具合を回避しつつ� ��研削加工時間を短縮することができる。例� ��ば、セラミックス完全緻密焼結体等を被加� ��物とし、上顎3番歯のコーピング研削加工を 行った場合において、時間を10%短縮すること ができた。

 このように、緻密焼結後のセラミックス� ��料をはじめとする難削材料を使用した歯科� ��補綴物の製造において、研削もしくは研削� ��工に要する時間を大幅に短縮する効果を有� ��る。また、その他医療分野における同様の� ��ラミックス等の難削材料を用いた人工骨等� ��製造の用途にも適用することができる。

 <その他>
 (1)なお、被加工物101として、イットリア系� ��方晶ジルコニア(Y-TZP)等の他のセラミックス 材料が使用されるとしてもよい。また、予備 焼結体または未焼結体が使用されるとしても よい。また、他の難削性の材料が使用される としてもよい。また、直方体の材料や、材料 保持のための固定冶具が取り付けられた材料 などが使用されるとしてもよい。

 これらのものでも、研削効率を向上させ� ��ことができる。これは、振動発生機構107a~10 7fが縦波を冷却液106に発生させ、回転研削工� ��102が被加工物101と接触する部分に、疎密変� ��が大きな部分が生じる。これによって、研� ��効率が向上するためである。

 (2)なお、振動発生機構107a~107fの各々から� ��却液106に付与される周期振動が、槽105の側� ��間または底面から液面までの距離の整数分� ��1を半波長とする条件で決定されているとし てもよい。

 例えば、振幅1μm~50μm、周波数1kHz~100kHzの� ��期振動が冷却液106に付与されるとする。こ� ��場合において、キャビテーションが発生し� ��くなり、被加工物101の研削加工時に生じた� ��削粉が回転研削工具102に付着することを抑� ��することができる。

 また、振幅についても、図6に示す研削加 工条件で挙げた数値以外が使用されるとして もよい。これにより、異なる周波数の振動発 生機構が使用され、異なる被加工物101を加工 することができる。

 (3)なお、被加工物101のみが冷却液106に浸� ��れているとしてもよい。また、槽105と被加� ��物保持機構104とが一体となっているとして� ��よい。

 これによって、被加工物保持機構104と被� ��工物101との配置に自由度が増し、被加工物1 01を傾けたり、回転させたりすることができ� ��。最終加工後における部品形状の自由度を� ��めることができる。

 (4)なお、振動発生機構107a~107fについて同� ��振動子が複数使用されているとしてもよい� ��

 これによって、槽105の各面から冷却液106� ��付与される周期振動について、面内均一性� ��向上させることができる。

 また、槽105の両側面に振動発生機構107が� ��別に設置されているとしてもよい。これに� ��って、研削加工において、被加工物101と回� ��研削工具102との位置関係により、振動発生� ��構107a~107fが発生した縦波が、回転研削工具1 02が被加工物101と接触する部分に届かず、そ� ��為、研削効率が上がらない時間を極小化す� ��ことができる。

 (5)なお、振動発生機構107a~107fとして、磁� ��素子および圧電素子のいずれかを有するア� ��チュエータを使用するとしてもよい。

 これによって、振動子を交換することな� ��振動周波数を変更することができる。定在� ��が発生するように、振動発生機構107a~107fか� ��冷却液106に付与される周期振動の周波数を� ��調整することができる。

 (6)なお、研削加工において加工段階の間� ��、冷却液106の交換を行うとしてもよい。

 これによって、被加工物101を研削加工し� ��ことで発生し、槽105内に溜まった研削粉を� ��去することができる。冷却液106に振動が付� ��されることによる効果を高い状態で維持す� ��ことができる。

 (7)なお、被加工物保持機構104は、槽105の� ��面に設置される代わりに、例えば、槽105か� ��独立したアーム(不図示)などのように、槽10 5に溜められている冷却液106に浸される吊り� �げ構造物に設置されるとしてもよい。

 これによって、振動発生機構107a~107fから� ��与される振動が被加工物保持機構104で減衰� ��れることを回避することができる。

 なお、本発明は、上記の内容に限定され� ��ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範� ��で種々の変更が可能である。