專利名稱：陶瓷毛坯用的保持裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種保持裝置，該裝置包括圓柱形或棱柱形多孔陶瓷毛坯和將保持裝置夾在機床中、通過磨蝕毛坯材料以制造陶瓷工件的裝置。本發(fā)明還涉及保持裝置中的毛坯材料磨蝕加工的方法和保持裝置的使用。
在制造陶瓷工件時，從未加工或燒結(jié)的仍然多孔的預制陶瓷毛坯中加工出放大的形狀。然后對放大的工件進行密封燒結(jié)。在該過程中工件收縮成最終形狀，其中密封的陶瓷工件與模型圖樣或圖紙的質(zhì)量一致。根據(jù)另一種變型，陶瓷工件以原始尺寸從多孔陶瓷毛坯中加工出，然后通過滲透封閉孔。
由于多孔陶瓷毛坯尚未達到其最終硬度，所以易于以材料磨蝕的方式加工。因此，在多孔狀態(tài)它們也對所有的機械應力非常敏感，例如拉、壓、彎、扭、沖擊和震動應力。但是，在加工過程中毛坯恰恰必須承受這種應力。因此，這些多孔陶瓷毛坯需要為其加工特別配備的保持裝置，這種保持裝置在加工過程中特別考慮了毛坯的敏感性。在加工過程中必須使機械應力最小并可靠地轉(zhuǎn)移到保持裝置上。
保持裝置又夾在合適機床的旋轉(zhuǎn)軸上，以磨蝕毛坯的材料，制造陶瓷工件。陶瓷工件是用特別的加工工具從毛坯加工出來的。這要分別用至少銑削、鉆或磨削工具之一進行，例如分別用銑刀進行粗加工和精加工。加工通常是以程控方式進行的，但也借助模型圖樣以原始或也以放大狀態(tài)通過復制加工進行。
參考PCT/CH00/00623可以獲知一種自動機床，其用于制造牙齒替代品，特別是精確三維形狀的牙冠和/或牙橋的基本框架。在該文獻中將加工的陶瓷工件稱作基本框架，這些基本框架是在機床中加工出來的，機床包括一個機架或機體，一個帶旋轉(zhuǎn)軸的工件托架，至少一個數(shù)字化單元，至少一個帶銑刀的加工單元和所有驅(qū)動件的電子計算和控制單元。毛坯用的保持裝置未詳細示出，該保持裝置固定在移動單元的旋轉(zhuǎn)軸上，其中移動單元具有x，y和z方向上的三個移動軸。在同一機床上，在不同的時間對夾在同一旋轉(zhuǎn)軸上的毛坯準備模型數(shù)字化和加工。在加工毛坯之前，從確定并存貯的數(shù)字化數(shù)據(jù)和預選材料特有的縮放因子計算毛坯的加工流程。
DE A1 4436231描述了一種牙冠用的片狀毛坯，該毛坯嵌在一個環(huán)內(nèi)并通過該環(huán)保持在夾持裝置中以進行加工。該裝置的目的是，由于可減少毛坯的直徑，所以當從毛坯加工出陶瓷工件時，只有殘留非常少量的牙科技術中所用的非常昂貴的材料。由于這個環(huán)，不能加工完全自由設計的特別是片狀的毛坯，因此即使最少的材料消耗也最終受到影響。該帶環(huán)的保持裝置還用于制造牙冠，不適合制造長的牙橋。
EP A2 0982009也描述了一種制造牙替換件的毛坯用的夾具。毛坯在任何方向都沒有伸到支撐體外面，所以可自由接近的表面很小。夾具是用于保護毛坯的，特別是在庫房或類似地方自動搬運時，這明顯不利于進行自由加工。
本發(fā)明的目的在于提供在開始段落中所述類型的保持裝置，該裝置與幾何形狀無關，即使對于細長的毛坯也能提供對過度機械應力和變型的足夠保護。而且應該能自由接近盡可能大的毛坯表面部分以進行材料磨蝕加工，并且加工出來的工件應被牢固地保持。
對于保持裝置，根據(jù)本發(fā)明該目的是這樣實現(xiàn)的，即一個窄框架用粘合劑固定在至少毛坯周邊的一部分上，其中毛坯在包含毛坯縱向中心軸線的平面區(qū)域被無張力保持，該框架僅覆蓋毛坯表面的一小部分并用夾持接頭可拆卸且防滑地保持固定在穩(wěn)定的夾具中，而且該組合不可轉(zhuǎn)動和防滑地固定在機床內(nèi)。保持裝置的其它具體的實施例包括在從屬權利要求中。
根據(jù)本發(fā)明可在保持裝置中被加工的毛坯可具有任何希望的幾何形狀并可處于未加工或燒結(jié)狀態(tài)。與毛坯縱向中心軸線相垂直，可以是圓形或多邊形設計，在后者情況下帶有兩個分別平行的側(cè)面，特別是正方形，矩形，六邊形或八邊形。材料方面，圓柱形或棱柱形毛坯最好由至少一種金屬氧化物組成，特別是Al2O3，TiO2，MgO，Y2O3和/或氧化鋯混合的晶體。在這方面請參考WO99/47065。
根據(jù)本發(fā)明，多孔陶瓷毛坯至少部分被窄框架包圍，窄框架又保持在機床中的穩(wěn)定夾具內(nèi)。窄框架這樣延伸，即毛坯的縱向中心軸線位于框架平面區(qū)域內(nèi)。從數(shù)量上講，在圓柱形毛坯的切向上測量的框架厚度例如是1到8毫米，最好是3到6毫米?？蚣芎穸冗m當?shù)剡@樣選擇，即最多25％，特別是最多15％的毛坯表面被覆蓋。
對于縱向中心軸線，框架徑向?qū)挾热菀椎卦试S夾在穩(wěn)定夾具內(nèi)，換句話說，最好在3到10毫米范圍內(nèi)。在大多數(shù)情況下，框架設計成周邊連續(xù)且規(guī)則的。但在毛坯的縱邊或窄邊，它可以寬得多，例如15毫米。這樣，可僅在該區(qū)域用夾具保持。
無論是周邊連續(xù)還是僅部分形成，框架最好在所有面向毛坯表面的面上與毛坯連續(xù)連接。粘合劑是這樣提供的，即毛坯本身不經(jīng)受任何應力?？蚣軆?nèi)面形成一個孔，孔比要插入的毛坯大，它們相差距離的大小等于粘合劑間隙。粘合劑，特別是雙成分粘合劑插入在框架或其單個零件之間的窄間隙內(nèi)?？蚣芑蚱鋯蝹€元件可在內(nèi)側(cè)做成粗糙的或涂上粘合劑。
根據(jù)一個優(yōu)選變型，框架設計成均勻的，即橫截面沿縱軸向外周線是恒定的，并且設計成沿該整個外周是周邊完整的。但是，設計成整體的框架也可以是U形的，其側(cè)邊基本在毛坯的整個尺寸上延伸。根據(jù)該變型，毛坯的一個縱邊或窄邊可以是完全自由的。這對于加工的自由度來說是一個優(yōu)點。缺點是在沒有框架的位置上不能形成支桿。
但本發(fā)明的范圍還包括這樣的情況，即框架由許多單獨的小件組成，這些小件在各種情況下粘在毛坯上。這些單個的小件可一個放在另一個上，或者彼此之間具有小間隔地粘起來。
但框架設計成適于由機械剛性的塑料材料或易加工的金屬，例如鋁組成。
是否可例如通過一個插在另一個內(nèi)的支管改變框架尺寸，或者將粘合劑施加到毛坯的凹槽內(nèi)，或者進行其它的變型，都留給該技術領域的普通技術人員進行判斷并特別根據(jù)經(jīng)濟的觀點進行判斷。
帶有適于生產(chǎn)者應用的框架的毛坯通過本身已知的方法可拆卸地夾在機械穩(wěn)定的夾具中，該夾具具有機床用的夾持接頭，特別是帶有防旋轉(zhuǎn)裝置的插入安裝心軸或通過法蘭安裝的板。這里重要的是框架應被這樣夾持，即毛坯本身不承受應力。換句話說，夾具中毛坯框架的保持力不指向毛坯表面方向。這可例如用閉合或U形的夾持框架，或在適當設計框架時用兩個夾爪來實現(xiàn)。
可通過特別設計框架或其零件的外面使得更容易將框架夾在夾具中，其中在外面上形成用于接收的適當表面，例如球形，棱錐形，半球形，或者是燕尾形或屋頂形，這些表面也用于確定位置。
對于方法，根據(jù)本發(fā)明該目的是這樣實現(xiàn)的，即預選的工件從陶瓷毛坯中連續(xù)加工出來，直到僅形成支桿，其中支桿可根據(jù)位置和數(shù)量自由選擇，直接端接在框架附近的殘留毛坯材料上或框架上。
在加工過程中，工件與殘留材料之間的連接變得越來越薄弱，直到加工完時，工件僅通過支桿連接在殘留材料上或框架上。加工不象在單側(cè)保持時受到預選進給方向和/或加工方向限制。工件可被牢固保持，直到加工完成為止；不會出現(xiàn)工件不受控制地脫開的危險。
由于框架厚度相對毛坯直徑較小，所以保證了希望的可最大自由地接近毛坯表面?？赡艿拿鳈M截面類型不受限制；可選擇適當?shù)拿鳈M截面。毛坯長度也可適應較長夾持長度的工件，例如多構(gòu)件牙橋。毛坯的直徑也可適當?shù)剡m應較大或較小的工件。急劇彎曲大牙橋的要求特別高，在這方面根據(jù)本發(fā)明的保持裝置在試驗中已經(jīng)證明是令人滿意的。
根據(jù)本發(fā)明的保持裝置可有利地特別用于制造固體陶瓷牙替代品，特別是牙冠和牙橋。
本發(fā)明的優(yōu)點簡要總結(jié)如下。周邊框架僅覆蓋一小部分毛坯表面，換句話說，它提供了具有最大自由接近性的加工表面。至少為周邊一部分的框架還提供了相對框架區(qū)域的數(shù)量和位置確定支桿的可能性?？梢允怪U的構(gòu)造適應單個工件形狀，例如牙的形狀。因此，能夠最佳地將加工力引入夾具。此外，加工產(chǎn)生的應力分配在整個范圍上而不是僅集中在一小部分上。
下面參考附圖中的實施例更詳細地描述本發(fā)明，這些實施例也是從屬權利要求的內(nèi)容。附圖示意性地示出了

圖1以透視圖示出的帶框架陶瓷毛坯，圖2根據(jù)圖1的一種變型，圖3以軸向橫截面示出的根據(jù)圖1的另一個變型，圖4以徑向剖面示出的框架區(qū)域細節(jié)，圖5以透視圖示出的正平行六面體毛坯，圖6根據(jù)圖5的一種變型，圖7加工出的工件的平面圖，圖8根據(jù)圖7的側(cè)視圖，
圖9 根據(jù)圖7的細節(jié)IX，圖10根據(jù)圖7的工件變型，圖11根據(jù)圖10的側(cè)視圖，圖12夾具局部切開的側(cè)視圖，圖13根據(jù)圖12的夾具下部，圖14夾在夾具中的毛坯平面圖，圖15根據(jù)圖14的徑向剖面XV-XV，圖16夾持力傳遞示意圖。
圖1示出了圓柱形的多孔陶瓷毛坯10。在本實施例中它由氧化鋯組成，直徑D為25毫米，長度L為48毫米。在縱向中心軸線A附近(圖3)粘著閉合的框架12，框架橫截面為矩形，由“Macrolon”固體塑料材料組成?？蚣芡獠砍叽鐬?6×32×5毫米，相應的內(nèi)部尺寸為48.5×25.5×5毫米。毛坯和框架形成了平均0.25毫米的粘接間隙14(圖4)，間隙中填充了快速粘合劑16，例來自Ciba，Basel的雙成分粘合劑阿拉爾代特環(huán)氧樹脂粘合劑。當框架厚度d為6毫米時，毛坯表面覆蓋度為21％，框架厚度為3毫米時，覆蓋度為10％。對于其它的毛坯尺寸和形狀可相應調(diào)整框架的尺寸，但粘合劑間隙基本保持不變。
根據(jù)圖2的變型與圖1的不同之處在于厚度為d、寬度為b的框架21不是閉合的，而是設計成U形的。框架的兩側(cè)與毛坯10的圓形自由端面基本平齊，但也可以設計得短些或長些。
根據(jù)圖3的變型具有相應的框架12，其中框架是一塊塊地粘在毛坯10上的。
圖4展示了框架12與毛坯10的粘接，粘接間隙14充滿粘合劑16。
在根據(jù)圖5的實施例中，毛坯設計成正六面體，框架12設計成在后端面加寬到寬度b，這樣在固定保持時夾爪可接合。
根據(jù)圖6的毛坯10設計成橫截面為八邊形，與圖5中一樣，在每種情況下都有兩個平行的相對平面，周邊框架12就粘在這兩個平面上。
圖7和8示出了用毛坯10加工出來的工件18，其中僅可看到某些剩余部分，在當前情況下是三構(gòu)件的牙橋基本構(gòu)架。工件由兩個端面支桿20保持，并在框架12附近連接在剩余的殘留毛坯10，22上。如果相對其縱軸線沒有完全加工毛坯，則毛坯10的兩個端面殘留盤22可留作殘留材料?？蚣?2上的殘留材料保護加工工具不與框架接觸。如果加工工具是用塑料材料而不是金屬制造的，則需要額外保護加工工具，使其不要與框架接觸而產(chǎn)生斷裂。
在圖9中放大示出了圖7中的區(qū)域IX，其中以虛線示出了作為支桿20與框架12替代方案的直接連接，沒有殘留盤22。毛坯加工完成時，網(wǎng)20與工件18分開，工件的分開點磨平。
但根據(jù)圖10的平面圖和根據(jù)圖11的剖面圖，工件18是四構(gòu)件牙橋，設計得更復雜并總共有四個支桿20，其中兩個連接在端面22上，另外兩個在每種情況下都在框架12附近與毛坯10的表面殘留部分連接。
本發(fā)明的重要意義在于，通過根據(jù)圖7到11的支桿20消除了作用在工件18上的力，其中支桿借助各個粘合劑16粘接在框架12上。因此，殘留的毛坯或工件18被牢固地保持在框架12內(nèi)。這可通過使支桿20與框架12直接或間接連接實現(xiàn)，例如通過殘留盤22。在這方面，對于支桿20的穩(wěn)定性和連接可能性，閉合框架提供了最佳的解決方案。
如圖12和13中所示，毛坯10的框架12用的夾具24基本由兩部分形成，圖13示出了具有周邊凸肩28的下夾具部分26。毛坯10的框架12插入到杯形凹口內(nèi)，該凹口由下夾具部分26的周邊凸肩28形成。夾具30是尺寸相同的平蓋，在插入框架12后，壓在下夾具部分26上。在處理過程中，特別重要的是，只通過施加夾持力夾持框架12。沒有夾持力傳遞到毛坯10。在當前情況下，通過在四個角上提供的螺釘實現(xiàn)夾持，圖中畫出了相應的螺釘孔32。夾持接頭34固定在下夾具部分26上，接頭34通過機床旋轉(zhuǎn)軸卡盤中的心軸保持。還提供了設計成壓平部分或螺栓形式的防旋轉(zhuǎn)裝置36。
根據(jù)圖14和15的保持裝置42包括夾具24，其中夾具24由下夾具部分26、上夾具部分30、夾持接頭34和螺釘32組成，毛坯10和框架12的組合插入在保持裝置中。夾具24是穩(wěn)定的，可用鋁、鋁合金或鋼制造。夾具24和框架12之間的連接是可拆的，這樣框架與毛坯10一起可簡單地再次插入或取出。在處理過程中，夾具24不與陶瓷毛坯12接觸?？蚣?2插入到下夾具部分26內(nèi)，下夾具部分具有供框架使用的合適的杯形凹口。如前面已經(jīng)示出的，上夾具部分30放置在下夾具部分26上，并用螺釘固定。在處理過程中，框架12夾在下夾具部分和上夾具部分之間。夾持接頭34上的虛線是防旋轉(zhuǎn)裝置36。夾持接頭34可布置在縱邊或窄邊上。
圖16用箭頭38，40示出了夾持力F；它們相對毛坯作用在切向。換句話說，夾持力F的作用方向不指向毛坯10。夾具24與框架12和毛坯10的組合一起通過機床側(cè)的夾持接頭34旋轉(zhuǎn)到加工機床中的預定位置，這樣可在那里加工毛坯。預定位置通過防旋轉(zhuǎn)裝置36固定(圖12，13)。
根據(jù)未示出的變型，夾具24僅沿框架12的一部分延伸，例如在框架為U形時。而且，當框架12在端面加寬時，可僅形成兩個夾爪。
權利要求
1.保持裝置(42)，包括一個圓柱形或棱柱形多孔陶瓷毛坯(10)和將保持裝置夾在機床中以通過對毛坯(10)進行材料磨蝕加工來制造陶瓷工件(18)的裝置，其特征在于，窄框架(12)用粘合劑固定在至少毛坯(10)周邊的一部分上，其中在包含毛坯(10)縱向中心軸線(A)的平面區(qū)域內(nèi)，毛坯被不受應力地夾持，框架(12)僅覆蓋毛坯(10)表面的一小部分，可拆且防滑地用夾持接頭(34)保持固定在穩(wěn)定的夾具(24)內(nèi)，該組合不可旋轉(zhuǎn)且防滑地固定在機床內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1中所述的保持裝置(42)，其特征在于，在垂直縱向中心軸線(A)的方向上，毛坯(10)設計成圓形或帶有兩個平行側(cè)面的多邊形，特別是正方形，矩形，六邊形或八邊形。
3.根據(jù)權利要求1或2中所述的保持裝置(42)，其特征在于，未加工或燒結(jié)的毛坯(10)由一種或多種金屬氧化物組成，最好是Al2O3，TiO2，MgO，Y2O3和/或氧化鋯混合的晶體。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的保持裝置(42)，其特征在于，框架(12)至多覆蓋待加工毛坯(10)表面的25％，最好是至多15％，并且/或者厚度(d)最好為1到8毫米，特別是3到6毫米。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的保持裝置(42)，其特征在于，在縱邊或窄邊，框架(12)的寬度(b)為3到10毫米，或者甚至高達20毫米，但在其它方面是均勻形成的。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的保持裝置(42)，其特征在于，框架(12)設計成閉合的或U形的，其側(cè)邊基本在毛坯(10)的整個長度上延伸。
7.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的保持裝置(42)，其特征在于，框架(12)由粘在毛坯(10)上并且相互連接，相互靠近或最好相互之間有小距離的幾個部分組成。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的保持裝置(42)，其特征在于，用粘合劑(16)，最好是用膠填充框架(12)或其單個零件與毛坯(10)之間的窄間隙(14)。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的保持裝置(42)，其特征在于，在框架(12)的暴露部分上形成有用于接收夾具(24)的適當表面，特別是球形，棱錐形，半球形，或者是燕尾形和/或屋頂形。
10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的保持裝置(42)，其特征在于，在框架(12)的暴露部分上提供可用眼睛或機器讀取的信息，特別是收縮系數(shù)和/或生坯密度。
11.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的保持裝置(42)，其特征在于，框架(12)用不作用在毛坯(10)上的夾持力保持在機械穩(wěn)定的夾具(24)內(nèi)，并且包括機床用的夾持接頭(34)，特別是帶有防旋轉(zhuǎn)裝置(36)插入安裝心軸或通過法蘭安裝的板。
12.根據(jù)權利要求11中所述的保持裝置(42)，其特征在于，夾具(24)包括一個閉合的框架，框架帶有用于接收框架或其零件的下保持部分(26)和上保持部分(30)或者兩個夾爪。
13.對根據(jù)權利要求1至12中任一項所述的保持裝置(42)中的毛坯(10)進行材料磨蝕加工的方法，其特征在于，預選的工件(18)從陶瓷毛坯(10)連續(xù)加工出來而無需預選進給方向，直到僅形成支桿(20)為止，其中支桿可根據(jù)數(shù)量和位置自由選擇并直接端接在框架(12)附近的殘留毛坯材料上或框架(12)上。
14.利用根據(jù)權利要求1至12中任一項所述的保持裝置(42)制造作為工件(18)的固體陶瓷牙替代品，特別是牙冠或牙橋。
全文摘要
保持裝置(42)包括圓柱形或棱柱形多孔陶瓷毛坯(10)和夾在機床中通過材料磨蝕來加工毛坯(10)的裝置，以制造陶瓷工件(18)。在包含毛坯(10)縱向中心軸線(A)的平面區(qū)域內(nèi)，窄框架(12)通過粘接固定在至少毛坯(10)周邊的一部分上，其中毛坯，不受應力地被夾持。所述框架(12)僅覆蓋毛坯(10)表面的一小部分，可拆開和用夾持接頭(34)不可滑動地保持在穩(wěn)定的夾具(24)內(nèi)。整個組合可抵抗扭轉(zhuǎn)和滑動地固定在機床內(nèi)。陶瓷工件(18)從陶瓷毛坯(10)中連續(xù)加工出來而無需預先限定前進方向，直到形成保持部分(20)為止，其中保持部分僅根據(jù)數(shù)量和位置進行自由選擇。所述保持部分(20)端接在框架(12)區(qū)域的殘留毛坯材料上或框架(12)本身上。保持裝置特別用作制造作為工件(18)的全陶瓷假牙，特別是牙冠或牙橋。
文檔編號A61C13/083GK1479593SQ01820256
公開日2004年3月3日 申請日期2001年12月3日 優(yōu)先權日2000年12月7日
發(fā)明者F·費澤爾, L·高克勒, P·科赫爾, H·呂蒂, P·謝雷爾, H·赫爾霍德, P·克羅伊德爾, S·費歇爾, F 費澤爾, 摶戀露, 斬 , 死, 艫, 錐 申請人:蘇黎士高等院校非金屬材料聯(lián)盟