JP2005510676A

JP2005510676A - 可動サンプルホルダ

Info

Publication number: JP2005510676A
Application number: JP2003547820A
Authority: JP
Inventors: ジョンウェルズピーター; サールダンカン; ロバーツマクマートリーデービット
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2005-04-21
Also published as: CN100353137C; EP1448915A1; US7185552B2; US20050028617A1; WO2003046412A1; CN1596349A; AU2002349119A1

Abstract

サンプルの軸方向および回転移動を行うためのデバイスが開示される。デバイスは、サンプルを取り付けるための取り付け部材を具え、取り付け部材は軸に沿って移動可能かつ軸のまわりに回転可能であり、同時に回転を伴いながら軸に沿った移動を生じさせる螺旋状ねじ山を取り付け部材が有している点に特徴がある。サンプルは、軸方向および回転方向に移動しながら、スキャンまたは機械加工される。ねじ山は、協働するねじ山とレバーにより解除可能に係合し、協働するねじ山の相対移動によって係合を解除することで、所要の場合に回転を伴わずに前記軸に沿った移動が許容されるようにしてもよい。前記部材の一方のねじ山は変形可能な材料の層またはピースで形成され、変形可能な材料が前記部材の他方のねじ山との係合に応じて変形することで、結合するねじ山が形成されるものとすることができる。サンプルをスキャンする方法についても開示される。

Description

本発明は、サンプルホルダの軸方向および回転移動を許容するデバイスに関するものである。

ある状況では、サンプルホルダを移動できるようにすることが望まれる。例えば、３次元物体の形状をスキャンしてその形を複製することを目的とする場合である。そのような状況の一つには、例えばブリッジワークなどが必要である場合の、歯もしくは歯の部分（dental parts）の複製がある。代替物を製造するためには、歯もしくは歯の部分の正確な立体画像が必要である。よって、歯の表面領域の実質的なプロポーションをカバーするスキャンを行わなければならない。時間および正確さの双方の見地から、１プロセスで歯の部分が完全にスキャンされることも望まれる。

欧州特許第０６３４１５０号明細書 "Mechanical Design of Laboratory Apparatus" 、H Braddick、Chapman and Hall Ltd, London 1960

１プロセスで歯の部分が完全にスキャンできるようにするデバイスの一つが特許文献１に記載されている。そのデバイスは歯の部分が載置される回転可能なホルダを具えている。往復移動が可能なスキャンデバイスを備えることによって、鉛直方向の移動が提供される。このデバイスの問題は、２つの独立した動きを要しているので、２つのモータを調和させなければならないので複雑である、ということである。２つのモータを使用することによってコストも増大し、デバイス故障の機会も増えることになる。

本発明は、軸のまわりに回転可能かつ前記軸に沿って移動可能なサンプルの取り付け部材を具え、前記サンプルの軸方向および回転移動を行うためのデバイスであって、前記取り付け部材は、同時に回転を伴いながら前記軸に沿った移動を生じさせるための概ね螺旋状のねじ山を有することを特徴とするデバイスを提供する。

取り付け部材およびサンプルホルダの１回転あたりの軸方向移動を十分に小さくし、歯の部分もしくは歯の表面の実質的なプロポーションがスキャンされるのが望ましいことを我々は見出した。これには、微細なピッチをもつねじを使用し、サンプルホルダの回転ごとに、軸に沿った非常に小さい歩進が可能となるようにすることを要する。しかしながら、ねじ山を微細とすることによって必要となる多数の回転を行うことなく、軸に沿った迅速な移動が行われるようにするのが望ましいことも、我々は見出した。これは、例えば小さい歩進が不要である場合に、サンプル位置の簡便な調整を可能とするものである。

よって、好ましくはねじ山との係合を解除可能として、所要の場合には回転を伴うことなく軸に沿った取り付け部材の移動を許容できるようにする。

より詳しくは、取り付け部材上のねじ山は相対的に固定された部材上のねじ山と協働することができ、またそれらのねじ山を相対移動可能として互いに係合および離脱できるようにすることができる。それら部材の一方のねじ山を変形可能な材料の１以上のピースまたは層で形成し、他の部材のねじ山との係合に応じて変形することで、結合ねじ山を形成するものとすれば、特に有利であることを我々は見出した。

他の形態では、取り付け部材および相対的に固定された部材のねじ山の双方は恒久的に形成されたもの、すなわち旋削その他によって２部材の各表面内に形成されたものとされる。

好ましくは、デバイスはプローブまたは加工具（machine tool）をさらに具え、軸方向および回転方向に移動しながらサンプルがスキャンまたは機械加工されるようにする。

好適実施形態において、プローブまたは加工具が取り付け部材の回転軸に相対的に位置づけ可能である。好ましくは、サンプルは歯の部分である。

好ましくは、互いに係合および係合解除されるねじ山の相対移動は、レバーによって作動される。レバーは２位置間で移動可能であり、レバーの一方の位置はねじ山の係合状態に対応し、他方の位置は非係合状態に対応する。

好適な実施形態においては、デバイスは硬質材の複数のピースをさらに具え、それらは相対的に固定された部材の周りに間隔を置いて放射状の位置に配されている。これら硬質のピースは、結合ねじ山が係合していないときに、一方のねじ山に対する摺動部を形成する。

本発明の第２の形態では、軸のまわりに回転可能かつ前記軸に沿って移動可能で、一端にサンプルが取り付けられる取り付け部材を用意する工程であって、前記取り付け部材が、回転を伴いながら前記軸に沿った移動を生じさせるための概ね螺旋状のねじ山を有するものである当該工程と、
前記サンプルの表面の適切なポイントにプローブを位置づける工程と、
前記取り付け部材を回転させる工程とを具え、前記サンプルの表面の螺旋状スキャンを生じさせる概ね螺旋状の経路において前記取り付け部材が回転することを特徴とするサンプルのスキャン方法が提供される。

好ましくは、サンプルは歯の部分である。

他の形態では、サンプルをプローブによってスキャンされるものとする代わりに、加工具によって機械加工されるものとすることもできる。

以下、添付図面を参照し、例をあげて本発明を説明する。

図１は本発明に係るデバイスを示し、外周に沿った螺旋状のねじ山２をもつ取り付け部材１を有している。取り付け部材１はモータ４により駆動される駆動スピンドル３に取り付けられている。第１バイアス手段５は、第１シャフト７に取り付けられたＰＴＦＥのローラ６であり、シャフトは取り付け部材１に実質的に直交するとともに、第１ばね８により取り付け部材１に向けてバイアスされている。２つのＰＴＦＥのパッド９，１０が取り付け部材１の長さ方向に沿って間隔をおいて配置され、その各々はＰＴＦＥのローラ６から約１２０度の部位に位置している。そのようなＰＴＦＥのパッドがさらに２つ、同様に間隔をおき、かつローラ６およびパッド９，１０の双方に対して約１２０度の部位に配置される（不図示）。

第２バイアス手段１１は、第２シャフト１３により保持された硬質材の第１ピース１２である。このシャフトは取り付け部材１に実質的に直交し、一端に第２ばね１４を、他端にレバー１５を有している。硬質材の第１ピース１２は、ＰＴＦＥのローラ６と丁度反対側で取り付け部材１に隣接して位置決めされている。第２バイアス手段１１は、第１バイアス手段５に対してそれ以上の逆向きの力を作用する。さらに２つの硬質材のピース１６，１７が取り付け部材１の周りに、硬質材の第１ピース１２および互いに対して周方向に間隔をおいて配置されている。第２シャフト１３は、ロッド１８を介し第１シャフト７に機械的に接続されている。レバー１５は、第２バイアス手段１１を作動させない第１位置と、第２バイアス手段１１を作動させる第２位置との間で移動可能である。

明確化のために、中空円形状のシャフト内に取り付け部材１を収容する相対的固定部材はこの図では省略されている。このシャフトには多数の窪みが設けられ、第１および第２バイアス手段の要素とともに、ＰＴＦＥの４つのパッドおよび２つのさらなる硬質材のピースを収容する。ねじ山２のピッチは０．２ｍｍであり、旋削プロセスにより取り付け部材１の表面に作成されている。取り付け部材１の直径は２０ｍｍである。ねじ山が０．３ミリメートル未満である場合、結合部（雌ねじまたは雄ねじ）を製造するのは非常に難しい。ねじ山間で一定かつ円滑な移動が要求される場合、すなわち、ねじ山の間で良好なマッチングが要求される場合は特にそうである。従って、ＰＴＦＥのような、変形可能な部材によって結合ねじを作成する。これにより、機械加工された２つのねじを有する場合に関連して生じ得る問題が解決される。

結合ねじを生成するために、４つのＰＴＦＥのパッド９，１０（および不図示のもの）がねじ山２に沿って、そのまわりの異なる位置に設けられている。ＰＴＦＥのパッドの位置は、取り付け部材が収容される相対固定部材（不図示）のシャフトに設けられた窪み内に、それらパッドを部分的に収容することで維持される。ＰＴＦＥのパッドがねじ山２に接触すると、パッドは変形し、結合ねじの形状となる。これにより、取り付け部材がモータ４によって回転すると、螺旋状経路内で取り付け部材がＰＴＦＥのパッド９，１０に対し（よって相対固定部材に対し）、移動できるようになる。

レバー１５の位置にかかわらず、第１バイアス手段５は常時作動する。しかしながら、レバー１５がその第２位置にあるときには、第２バイアス手段１１もまた作動する。第２バイアス手段１１は第１バイアス手段５に対向し、その力が少なくとも等しいので、第１バイアス手段の影響は第２バイアス手段によってキャンセルされることになる。

レバー１５がその第１位置にあるときには、ＰＴＦＥのパッドがねじ山２に接触するので、それらは変形し、ＰＴＦＥのパッド９，１０内に結合ねじが生成される。よって、この第１位置においては、取り付け部材の鉛直方向変位は取り付け部材の回転割合によって制御される。取り付け部材の回転は、好ましくは回転速度可変のモータ４によって制御される。

小歩進が必要ない場合において、取り付け部材１の高さを迅速にリポジショニングできるようにするためには、ＰＴＦＥのパッド９，１０を取り付け部材１のねじ山２から解除しなければならない。これはレバー１５を第２位置に動作させることによって実現される。レバー１５を第２位置に動作させるときは、ロッド１８が第１シャフト７を押圧して第１ばね８のバイアス効果をキャンセルすることにより、ＰＴＦＥのローラ６からのバイアスを除去する。同時に、硬質材の第１ピース１２は取り付け部材１に向かってバイアスされる。これにより取り付け部材１は他の硬質材のピース１６，１７に向かって移動し、ＰＴＦＥのパッド９，１０内の結合ねじとの係合が解かれる。硬質材の３つのピース１２，１６，１７は摺動部を形成し、この摺動部上で取り付け部材はその回転とは独立に昇降できる。よって、歯その他のサンプルをスキャニングのための正確な位置の近傍に位置決めするためには、レバーを第２位置におき、迅速な昇降が可能となるようにすればよい。一旦正確な位置の近傍に至れば、レバーを第１位置に移動させて、スキャニングに先立つ高さの微調整を行うことができる。

硬質材のピースをもたないデバイスを用いることもできる。しかしＰＴＦＥはねじ山に変形するので、レバーがその第２位置に移動することで第２バイアス手段が作動した後にも、ＰＴＦＥがねじ山と協働すなわち係合したままとなることによって、ねじ山の大幅な変位（ねじ山の回転とは独立している）により侵食（erode）され得る。この結果、デバイス寿命が短くなり、折に触れてＰＴＦＥのパッドを交換する必要が生じる。

変形可能な材料がねじ山を完全に埋めなければならないわけではなく、事実それは望ましいことではない。取り付け部材のその第２位置への移動時に、変形可能な材料がねじ山から離脱することが困難となり得るからである。取り付け部材が回転する際、これがスリップしないようにする目的に対して、変形可能な材料がねじ山と十分に協働することだけが必要である。よって、浅く結合するねじ山が形成されることが好ましい。

図２ａおよび図２ｂは図１に示したデバイスの平面図である。外周部に螺旋状のねじ山（不図示）をもつ取り付け部材１は相対固定部材２０内に収納されている。第１バイアス手段５は第１ばね８、第１シャフト７、および第１シャフト７に取り付けられたＰＴＦＥのローラ６を具えている。２つのＰＴＦＥのパッド９，２１は、取り付け部材上のねじ山と相対固定部材との間に、ＰＴＦＥのローラ６からほぼ１２０度の位置に収納されている（ＰＴＦＥの他のパッドも相対固定部材の長さ方向に沿った位置に配設できる）。取り付け部材に隣接して、第１バイアス手段５とは丁度反対側に、第２バイアス手段１１が配置されている。第２バイアス手段１１は第２シャフト１３を具え、その一端には第２ばね１４が、他端には２位置間で移動可能なレバー１５が取り付けられている。第２シャフト１３はロッド１８を介して第１シャフト７と機械的に接続されている。第２シャフト１３は、それに取り付けられたリン青銅の第１ピース１２を有する。このリン青銅の第１ピース１２はＰＴＦＥのローラ６とは丁度反対側に配置されている。相対固定部材の壁には、リン青銅の第１ピースから１２０度離して、さらに２つのリン青銅のピース１６，１７が配置されている。

図２ａでは、レバー１５は第１位置にある。この第１位置においては、第１バイアス手段５のみが作動している。ＰＴＦＥのローラ６は第１ばね８によりバイアスされ、取り付け部材１と機械的に接続されている。これによって取り付け部材１のねじ山が２つのＰＴＦＥのパッド９，２１と係合し、ＰＴＦＥには結合ねじ山が形成される。この第１位置によって、鉛直方向変位と同時に、相対固定部材に対する取り付け部材の回転が生じる。すなわち、取り付け部材は螺旋状に進む。

２つのねじ山を離脱させるために、レバー１５をその第２位置に作動させる。レバーが第２位置にあるときには、第２バイアス手段１１が作動し、第１バイアス手段５と対向する。レバー１５の第２位置への移動によって、様々なことが起こる。第１には、第１および第２シャフトと機械的に結合しているロッド１８が第１シャフトに向けて押圧され、第１バイアス手段に抗してこれを中立状態にする。第１バイアスを無効にするためには、第１バイアスとは逆向きに作用するこの力が、第１バイアス力と少なくとも等しくなければならない。第２に、かつ同時に、リン青銅の第１ピース１２が押圧されて取り付け部材１と接触する。ＰＴＦＥの２つのパッドおよびリン青銅の第１ピースの相対位置によって、これは取り付け部材１のねじ山をＰＴＦＥの２つのパッド９，２１に形成されたねじ山から離脱させるように作用する。

硬質材は実質的に滑らかで平坦な表面を有しており、ねじ山の状態および形状を崩すことがなく、従って取り付け部材の回転とはかかわりなく、かつ独立に、硬質材の表面に対しねじ山を上下摺動させることが可能となる。硬質材は、例えばばね鋼またはリン青銅とすることができる。

ＰＴＦＥのローラ６については、必ずしもＰＴＦＥで作成されていなくても、あるいは変形可能な材料でなくてもよく、また必ずしもローラとしなくてもよい。ＰＴＦＥのローラ６はＰＴＦＥのパッド９，１０，２１に向けて取り付け部材１をバイアスするが、これは取り付け部材上のねじ山がＰＴＦＥのパッドと協働および係合し、かつそれによってＰＴＦＥのパッドに結合ねじを生成するようにするためである。ＰＴＦＥのローラの代替物は硬質材のパッドである。

相対固定部材の内径はねじの外径より約０．５ｍｍ大きくしてある。これは、取り付け部材のねじ山が移動して結合ねじ山と係合およびその解除を行うことができるようにするためである。

対象のスキャンを実行する際には、スキャンデバイスに対する対象の位置が重要である。加えて、スキャンデバイスは最も正確なｘ，ｙ，ｚ座標のウィンドウを有し得る。このウィンドウ内で行われるべきスキャン全体に対して重要であるからである。さらに、スキャンデバイスは、実際にスキャンを実行する例えばプローブ（ＬＶＤＴであってもよい）の制限された範囲の移動を有し得る。良好なスキャンを行うために、この移動範囲内に対象全体があるべきである。

相対固定部材ないしスキャンデバイスに対する取り付け部材ないし歯の反復性のあるリポジショニングが確実に行われるようにするために、取り付け部材は好ましくは第１位置に運動学的に（kinematically）保持される。非特許文献１には運動学的配置が詳述されている。

相対固定部材内で運動学的に配置された取り付け部材を軸方向に移動させるためには、５ポイントで接触することを要する。使用可能なピースの形状には種々のものがあるが、最も安定したものの１つは、５ピースから２つの三角形状を形成することであり、各三角形の頂点にＰＴＦＥのローラが位置するようにする。他の形状も使用可能であるが、三角形状を用いる場合には、取り付け部材のまわりにある変形可能な材料の他のピース間の中点とは実質的に正反対の位置に、ＰＴＦＥのローラを配置するべきである。

相対固定部材内での取り付け部材の運動学的配置に５ポイントの接触を要するとは言っても、これはＰＴＦＥの各パッドが１接触ポイントを具備可能であることのみを意味するのではない。それに代わるものとして、３つのＰＴＦＥのピースを用いてもよい。ここでは、ＰＴＦＥのローラがねじ山と１つの連続ポイントでの接触を維持するが、ＰＴＦＥの他の２つのパッドの各々がねじ山との２接触ポイントを有するようにして、合計５つの接触ポイントをなすようにする。これは変形可能な材料のＯリングまたは長方形状を有することで実現できるが、他の形状であってもよいことは当業者であれば明らかであろう。長方形状のピースおよびＯリングが、それらの長手方向軸に対して配置され、これらは取り付け部材に放射状の位置に配される。１つの連続接触ポイントの代わりに２つの接触ポイントを得るために、各長方形の中央部または各Ｏリングの選択された部分は変形したときにねじ山と協働しない。ＰＴＦＥの１つのパッドから２つの接触ポイントを実現する１方法は、パッドが収納される相対固定部材内の窪みの設計による。窪みに２つの平坦な部分が設けられているのであれば、ＰＴＦＥは、平坦な部分が設けられていない部位よりもこれら平坦部分からさらに突出することになる。この結果、ＰＴＦＥは、これら平坦領域内に収納されていないＰＴＦＥの部分に先立って、取り付け部材上のねじ山と相互に作用することになる。ハウジングの平坦部分に対応したこれら２つの部分が取り付け部材のねじ山と確実に係合するようにするために、第１バイアス手段の力は注意深く設定されていなければならない。

図３は本発明に係るデバイスの断面を示し、相対固定部材３１内に収納される取り付け部材３０を有している。取り付け部材３０は３２の部分でモータ（不図示）により駆動される駆動スピンドルの一端に取り付け可能であり、取り付け部材３０の他端にはサンプルホルダを固定可能なターンテーブル３３が取り付けられる。取り付け部材３０はその長さ方向に沿って逃げ部（relieved portion）３４を有しており、これは取り付け部材３０の長手方向の中点近傍から駆動スピンドル側端部３２に向かって延在している。この逃げ部３４は、その上に形成されたねじ山（不図示）を有するとともに、非逃げ部よりも十分に小さい直径を有することでねじ山に対応する。駆動スピンドル端に近い逃げ部３４の端部にはカラー３５があり、このカラーは取り付け部材３０の非逃げ部と少なくとも等しい直径を有している。カラー３５の近傍には、取り付け部材３０のまわりに１２０度の間隔をおいて、硬質材の３つのピース３６が放射状の位置に配されている。第１ばね３７は、硬質材のピース３６の１つをハウジング３１に固定された他の２つに向けてバイアスする。

取り付け部材３０の遠方端部には、３つの支持部３８のセットがさらに配されている。これらは１２０度の間隔をおいた放射状の位置に設けられるとともに、硬質材のピース３６と整列している。第２ばね３９が第１ばね３７の鉛直線上にあり、これによって、さらなるセットの支持部３８の１つが、第１ばねと同じ方向に、すなわちハウジングに固定された他の２つに向かってバイアスされる。よって、ハウジング３１内の取り付け部材３０の位置は、これら２つのばね３７，３９の作用によって維持される。

硬質材のピースおよびさらなる支持部のセットは取り付け部材３０を支持し、取り付け部材３０のねじ山（不図示）が結合ねじから離脱しているときの摺動部を形成する。

取り付け部材３０上に機械加工されたねじ山に対する結合ねじ（不図示）は、ハンドル４１に取り付けられた軟質材のピース４０に形成される。ハンドル４１は、取り付け部材の逃げ部３４に対応した位置において、第３ばね４２により相対固定部材３０に保持されている。第３ばね４２はハンドル４１をバイアスし、ハンドルのレスト位置で軟質材が取り付け部材３０のねじに係合するようにしている。ハンドル４１を１９方向に引き、取り付け部材３０から離すことによって、ばね４２によるバイアスが打ち消され、軟質材４０は係合位置から第２位置へと離脱する。その位置では、軟質材４０はもはや取り付け部材のねじ山と係合しない。

ＰＴＦＥと同様、軟質材４０が取り付け部材３０のねじ山と係合しているときには、取り付け部材およびターンテーブル３３の鉛直方向変位は、駆動スピンドルの回転速度とねじ山のピッチとの関数である。

軟質材４０が取り付け部材３０のねじ山と係合していないときには、取り付け部材３０は硬質材のピース３５およびさらなる支持部３８を上下摺動させる。

図４は本発明のさらなる実施形態の断面を示している。取り付け部材３０は相対固定部材３１内に収納され、駆動スピンドル（不図示）に一端が取り付けられている。取り付け部材３０の遠方端には、ターンテーブル（その上にサンプルホルダが取り付け可能）が取り付けられている。ねじ山（不図示）は取り付け部材３０の周囲に形成される。ターンテーブル３３は下方に延在したスリーブ４３を有し、このスリーブは相対固定部材３１と取り付け部材３０との間に位置する。３つの支持部３８のセットは１２０度の間隔をおいた放射状の位置に、互いに軸方向にずらされて、スリーブ４３と固定部材３１との間に位置づけられる。ばね３９は、支持部の１つを、相対固定部材３１に固定されている他の２つに向けてバイアスする。これらの支持部は、固定部材３０の回転軸上にターンテーブル３３の回転中心を維持する。

スリーブ４３と取り付け部材との間には、挿入部４４および変形可能な材料のピース４５が配される。挿入部４４は相対固定部材３１に取り付けられ、カム４７によって係合および非係合位置（図示のもの）との間で移動可能である。変形可能な材料のピース４５は、その一端が３つのばね４８によって相対固定部材３１に取り付けられ、ターンテーブル３３に向かって取り付け部材３０の長手方向に沿って延在し、取り付け部材のまわりに配されている。よって、変形可能な材料４５は挿入部４４と取り付け部材３０との間に位置する。変形可能な材料４５は挿入部４４と協働する斜面を有し、取り付け部材３０上のねじ山と接触したときにそのねじ山に対する結合ねじが形成される。

図に示されている状態では、取り付け部材３０上のねじ山は結合ねじに係合しておらず、従ってターンテーブルは相対固定部材３１の外の回転軸の平面内で自由に動くことができる。

しかし、例えばレバーの移動によってカム４７が作動すると、挿入部４４は４６方向に下降して変形可能な材料の斜面に係合し、取り付け部材３１に向けてこれを付勢することで、変形および結合ねじの形成が行われる。

例えばレバーを先の位置に戻すことによってカム４７を逆に作動させると、挿入部４４の下向きの力が解除され、もはや挿入部４４はねじ山に変形可能な材料４５を係合させる力を作用しなくなる。

この実施形態においては、変形可能な材料はナイロンであり、これはその製造方法および／またはそれに続く機械加工プロセスに由来する自然のバイアス力を有し、取り付け部材３０から離れるような偏倚が生じるようにされている。これによって、変形可能な材料４５が取り付け部材３０のねじ山に対し偶発的に係合しないようにしている。挿入部４４は、変形可能な材料よりも硬質の材料、例えば真ちゅうや鋼などで作成される。

図５はデバイスの他の例の断面を示し、中空取り付け部材５０を有している。相対固定部材はハウジング５１およびピラー５３を具える。ピラー５３はハウジング５１に取り付けられて、取り付け部材５０の中空の中心内に延在する。すなわち、取り付け部材はハウジングとピラーとの間に配置される。ピラーは２セットの接触ポイント５４，５５を有し、そのそれぞれは他のピラー５３の部分より大きな半径をもつ２領域からなり、ピラーの長さ方向に沿って互いに長手方向にずれており（displace）、相互におよび第３接触ポイント（不図示）から１２０度離れた放射状の位置に配置されている。第３接触ポイントは接触ポイント５４および５５の間の長手方向にあり、ばねによりピラー５３と接触するようバイアスされることで、半径方向におけるピラー５３と取り付け部材５０との相対位置が維持される。よって接触ポイント５４，５５もまた、ハウジング５１に対する取り付け部材５０の位置を維持する。取り付け部材５０は一端に取り付けられたターンテーブル５６を有し、ここにサンプルまたはサンプルホルダを配置可能である。

ねじ山５７は取り付け部材５０の外周に配される。ねじ山５７に対する結合ねじは変形可能な材料のピース５８に形成される。ＰＴＦＥである変形可能な材料５８は、ナイロンなどのプラスチック材料で作られた屈曲（flexure）ヒンジ５９に取り付けられる。ばね６０がヒンジをバイアスすることで、変形可能な材料５８の通常作動位置でねじ山５７に接触するようになっている。レバー６１を動作させると、ばね６０のバイアス力に抗して、変形可能な材料５８がねじ山５７から離れる方向に移動する。

取り付け部材５０がモータ（不図示）により駆動され、変形可能な材料５８がその通常作動位置（ねじ山と係合している）にあるときには、取り付け部材５０およびターンテーブル５６はハウジング５１およびピラー５３に対して回転する。レバー６１を作動させて変形可能な材料５８をねじ山５７から離れる方向に移動させると、ねじ山５７はもはや結合ねじと係合しなくなる。そこで取り付け部材５０およびターンテーブル５６は、取り付け部材５０の回転移動から独立して、ハウジング５１およびピラー５３に対して鉛直移動可能となる。

図６はターンテーブル６６に取り付けられる取り付け部材６５を有するデバイスの断面を示している。取り付け部材はその外周にねじ山６７を有するとともに、内部シャフト７０に取り付けられる内部リニアロータリーベアリング６８を有する。内部シャフト７０はハウジング６９に固定されている。このリニアロータリーベアリング６８は、ハウジング６９および内部シャフト７０に対して取り付け部材６５およびターンテーブル６６が回転できるようにするものである。取り付け部材６５は、ターンテーブル６６が取り付けられる遠方端の近くに、取り付け部材から半径方向に突出する複数の突起（spur）７６を有している。突起７６は、ベアリング７８を介して内部シャフト７０に取り付けられた円形の駆動プーリ７７に放射状の位置に配置された対応する数のスロットに係合する。円形の駆動プーリ７７は、モータ（不図示）に取り付けられて回転し、突起７６が駆動プーリ７７に係合しているので、リニアロータリーベアリング６８上での取り付け部材６５およびターンテーブル６６の回転が生じる。

変形可能な材料の楔形のリング７１がハウジング６９内に取り付けられる。変形可能な材料のこのリング７１は長円形カム７２によって２位置間で作動する。カム７２は半径方向に配置された３つのばね７４を介してチューブ状アクチュエータ７３の一端に作用する。チューブ状アクチュエータ７３の遠方端は変形可能な材料７１の楔の傾斜面上に置かれる。

長軸がアクチュエータ７３およびばね７４に作用する位置にカム７２があるとき（図に示している状態）、ばね７４は圧縮され、アクチュエータ７３は変形可能な材料６６上に置かれているが、変形可能な材料７１を大きく変形させてはいない。これは、変形可能な材料７１がねじ山６７に接触していないことを意味する。

カム７２が９０度回転すると、これによって短軸がアクチュエータ７３およびばね７４に作用し、ばね７４は当初の圧縮状態から緩み、アクチュエータ７３は矢印７５の方向に移動する。これによって変形可能な材料７１がねじ山６７に向け移動して接触し、結合ねじを形成することで、円形の駆動プーリ７７による取り付け部材６７の回転に伴い、ターンテーブル６６が螺旋移動できるようになる。

図７は他のデバイスの断面を示し、このデバイスはターンテーブル８１に取り付けられた中空の取り付け部材８０を有している。中空取り付け部材８０は相対固定部材内に収納されている。

中空取り付け部材８０と相対固定部材８２との間には、３つの半径方向に配置された支持部８４のセットがあり、これらは中空取り付け部材８０の外周のまわりに互いに１２０度の間隔を置いている。ばね８５は、支持部８４の１つを、相対固定部材に保持された他の２つに向けてバイアスしている。

中空取り付け部材８０の内周にはねじ山８６がある。取り付け部材８０の中空部内にあって、相対固定部材８２には、ナイロンなどのプラスチック材料で作成された屈曲ヒンジ８７が保持されている。屈曲ヒンジ８７は第２ばね８８により接触位置にバイアスされている。レバーの配列８９により、屈曲ヒンジ８７は第２の非接触位置に動作可能である。屈曲ヒンジ８７が接触位置にあるとき（図に示す状態）、屈曲ヒンジ８７の一側部に保持されているＰＴＦＥのピース９０がねじ山８６と接触する。この接触位置においては、相対固定部材８２および屈曲ヒンジ８７に対する中空取り付け部材８０の回転によって、中空取り付け部材８０およびターンテーブル８１の鉛直方向の移動が生じる。この移動割合はねじ山のピッチおよび回転速度により決定される。

レバー８９を作動させると、屈曲ヒンジ８７はその第２の非接触位置（不図示）に移動し、ＰＴＦＥ９０は半径方向内側に移動してねじ山８０から離れる。これによって、結合ねじはもはやねじ山８６と当接しなくなり、中空取り付け部材が螺旋経路を辿らないようにすることができる。

屈曲ヒンジ８７が接触位置にあるか非接触位置にあるかにかかわらず、支持部８４はデバイスの回転軸に対する取り付け部材８０の位置を維持する傾向がある。これは、サンプルを信頼性高くターンテーブル８１の中心に保持し、回転中心にあるようにすることができることを意味する。

図８は本発明のさらなる実施形態の断面を示し、これは内表面にねじ山８６をもつ中空取り付け部材８０を有している。中空取り付け部材８０は相対固定部材８２内に収納されている。３つの支持部８４ａ，８４bが取り付け部材のまわりに互いに１２０度の間隔をおいて放射状の位置に配置されている。支持部８４ａはほぼ取り付け部材８０の長さ方向に沿って延在する一方、支持部８４ｂは取り付け部材８０の長さ方向の中央部近傍に配置される。ばね８５は、１つの支持部８４ｂを、相対固定部材８２に保持されている他の２つの支持部８４ａに向けてバイアスする。例えばナイロンである変形可能な材料のスリーブ９１が中空取り付け部材８０の内部に収納されている。このスリーブ９１は、ねじ山８６から離れる方向、すなわち半径方向内向きの傾きを生じさせる自然のバイアス力をもつよう、設計および／または製造されている。スリーブ９１内で、栓（bung）９２が部分的に支えられている（partially journalled）。栓９２はばね９３を介して中空取り付け部材８０の内側上面に接続されている。このばね９３は中空部内で栓９２の中心位置を維持し、栓９２がねじ山８６に接触しないようにしている。栓の遠方端はレバー８９に接続されている。レバー８９のこの位置においては、変形可能な材料９１はねじ山と係合していない。

レバーを作動させると、栓９２は変形可能な材料のスリーブ内にさらに引き込まれ、その自然のバイアス力に抗してこれを変形させ、ねじ山８６に接触させる。この位置では、相対固定部材８２に対する取り付け部材８０のいかなる回転によっても、取り付け部材８０の鉛直方向変位が生じる。これはねじ山８６のピッチの関数である。

変形可能な材料のスリーブ９１がねじ山８６に向けて変形していない場合、すなわちねじ山が係合していない場合には、３つの支持部８４ａ，８４ｂによって摺動面が提供され、これに沿って取り付け部材８０が相対固定部材８２に対し鉛直方向に変位可能となる。

取り付け部材８０の長さ方向の中点にほぼ位置しているばね８５に代えて、あるいはこれに加えて、２つのばねを用いてもよい。その２つのばねは、取り付け部材８０に設けられたねじの各端部またはその近傍に、一方が配置されるものである。

本明細書の全体を通じ、結合ねじを生成する変形可能な材料を用いるものとしてて本発明を説明した。その代わりに、結合ねじを提供する口金（collet）を、形成された結合ねじをもつ硬質材から作成してもよい。

図９はベース部１０１および後背部１０２を有するスキャンデバイス１００を示す。ベース部１０１は取り付け部材１０３および相対固定部材１０４を収納する。取り付け部材１０３は歯のホルダ１０５と、その上に取り付けられた歯１０６とを有している。レバー１０７は第１および第２位置間で移動可能であり、スキャンデバイスのベース１０１から突出している。プローブ１０８はスキャンデバイス１００の後背部１０２に取り付けられている。

レバー１０７が第１位置にあるとき、取り付け部材は鉛直経路に沿って、すなわち螺旋経路に沿って同時に回転しながら、移動可能である。この第１タイプの移動によって、歯１０６の表面をプローブ１０８によりスキャンすることができる。多くの方法のいかなるものによってでもよいが、プローブ１０８によって収集された情報はコンピュータに送られ、歯の実際の表面プロフィールに変換（translation）されるか、または歯のプロフィールを複製する工作機械に伝送される。

レバーが第２位置にあるときには、いかなる回転からも独立して、取り付け部材は鉛直経路に沿って移動可能である。この第２タイプの移動は、歯のスキャンに先立ってその開始位置にセッティングを行う場合に有用である。取り付け部材の回転速度は、歯のスキャンを行うスキャンデバイスの要求によって決定されるものであるからである。スキャンプロセス全体を通じ、スキャンデバイスはスキャンされるべき歯の表面と良好な接触状態を維持していなければならない。表面が非球面である場合、スキャンのための最高回転速度は減少する。歯の場合、８０ｒｐｍが最高であり、６０ｒｐｍが好ましい。これは、ピッチ０．２ｍｍのねじ山上で８０ｒｐｍ（使用するモータが回転数可変である場合はさらに高速）で回転するものであるとき、鉛直方向の取り付け部材の大規模な移動にはかなりの時間がかかることを意味する。その時間を、他の歯をスキャンするのに用いることができる。

機械加工プロセスのためには、プローブを加工具に交換することができる。

スキャン対象であるサンプルの表面プロフィールのスキャンを行うプローブは、接触型プローブ（図9に示すようなもの）であってもよいし、レーザのような非接触型プローブであってもよい。プローブまたは加工具は、取り付け部材の回転軸に対して、例えば０度や９０度（あるいはそれらの間の角度）など、どのような向きでサンプルホルダに取り付けられるものでもよい。ある状況下では、２以上のプローブ／加工具の使用も有利であり得る。

プローブ／加工具は取り付け部材に対して所定位置に固定される必要はなく、鉛直方向および／または取り付け部材の回転軸に対して円弧状経路に沿って移動可能であることが有利であり得る。

スキャン手順後には、セラミック材のブロックから義歯（replica tooth）を作るため、またはスキャンされたサンプルから不要な部分を除去するために、プローブを加工具に交換することができる。

本発明に係るデバイスによれば、１つのモータを用いてサンプルの螺旋状移動を行わせることが可能となる。移動のピッチを決定するねじ山は細かく、結合するねじ山から有利に係合解除可能であることが好ましい。

本発明に係るデバイスの分解図である。図２ａおよび図２ｂは図１に示すデバイスの平面図である。本発明に係るデバイスの断面図である。本発明の他の実施形態の断面図である。本発明に係る他のデバイスの断面図である。本発明に係るデバイスの断面図である。本発明に係るさらなるデバイスの断面図である。本発明の他の実施形態の断面図である。本発明に係るスキャンデバイスの断面図である。

Claims

軸のまわりに回転可能かつ前記軸に沿って移動可能なサンプルの取り付け部材を具え、前記サンプルの軸方向および回転移動を行うためのデバイスであって、前記取り付け部材は、同時に回転を伴いながら前記軸に沿った移動を生じさせるための概ね螺旋状のねじ山を有することを特徴とするデバイス。
プローブまたは加工具をさらに具え、軸方向および回転方向に移動しながらサンプルがスキャンまたは機械加工されるようにした請求項１に係るデバイス。
前記ねじ山の係合を解除可能として、所要の場合に回転を伴わずに前記軸に沿った移動が許容されるようにした請求項１または２に係るデバイス。
前記取り付け部材上の前記ねじ山が相対的に固定された部材上のねじ山と協働し、これらねじ山が係合および係合解除されるよう互いに相対移動可能である請求項３に係るデバイス。
前記部材の一方のねじ山は変形可能な材料の１以上のピースまたは層で形成され、前記変形可能な材料が前記部材の他方のねじ山との係合に応じて変形することで、結合するねじ山が形成される請求項４に係るデバイス。
前記取り付け部材および相対固定部材のねじ山が恒久的に形成されたものである請求項４に係るデバイス。
前記相対移動がレバーによって作動される請求項４ないし請求項６のいずれかに係るデバイス。
前記相対固定部材のまわりに間隔を置いて放射状の位置に配される硬質材のピースを複数、さらに具えた請求項４ないし請求項７のいずれかに係るデバイス。
前記プローブまたは加工具は前記取り付け部材の前記回転軸に相対的に位置づけ可能である請求項２に係るデバイス。
前記サンプルが歯の部分である請求項２または請求項９に係るデバイス。
軸のまわりに回転可能かつ前記軸に沿って移動可能で、一端にサンプルが取り付けられる取り付け部材を用意する工程であって、前記取り付け部材が、回転を伴いながら前記軸に沿った移動を生じさせるための概ね螺旋状のねじ山を有するものである当該工程と、
前記サンプルの表面の適切なポイントにプローブを位置づける工程と、
前記取り付け部材を回転させる工程とを具え、前記サンプルの表面の螺旋状スキャンを生じさせる概ね螺旋状の経路において前記取り付け部材が回転することを特徴とするサンプルのスキャン方法。
前記サンプルが歯の部分である請求項１１に係るデバイス。