(57)【要約】【課題】被加工物の孔部の円筒状内周面を種々異なる径とする超音波切削加工が、より有利に実施可能な技術を提供する。【解決手段】先端部に、板状体からなる切削刃２４が一体的に設けられると共に、切削刃２４が、該板状体の側部に沿って延びる切れ刃３０と、該板状体の厚さ方向一方の面からなる平坦面形状のすくい面２６と、該板状体の厚さ方向他方の面からなる凸状湾曲面形状の逃げ面２８とを有してなる超音波ホーン１０を用い、この超音波ホーン１０を超音波振動させつつ、切削刃２４を被加工物１６の孔部内に突入させると共に、該孔部の円筒状内周面６６に対して、切削刃２４の切れ刃３０を押圧接触させた状態で、被加工物１６を回転させることにより、円筒状内周面６６に対する超音波切削加工を行うようにした。【選択図】図７
2008142821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に切削刃が一体的に設けられ、超音波振動が与えられることにより、該切削刃にて、被加工物を超音波切削加工する切削加工用超音波ホーンであって、
前記切削刃が、所定長さを有する板状体からなると共に、該板状体の側部に沿って延びる切れ刃と、該板状体の厚さ方向一方の面からなる、実質的に平坦面形状を呈するすくい面と、該板状体の厚さ方向他方の面からなる、凸状湾曲面形状を呈する逃げ面とを有していることを特徴とする切削加工用超音波ホーン。
【請求項２】
被加工物が有する孔部の円筒状内周面を、周方向に沿って超音波切削加工するための装置であって、
所定長さを有する板状体にて構成された切削刃が先端部に一体的に設けられると共に、該切削刃が、該板状体の側部に沿って延びる切れ刃と、該板状体の厚さ方向一方の面からなる、実質的に平坦面形状を呈するすくい面と、該板状体の厚さ方向他方の面からなる、凸状湾曲面形状を呈する逃げ面とを有してなる超音波ホーンと、
該超音波ホーンに対して、超音波振動を与える超音波発振機構と、
前記超音波ホーンと前記被加工物のうちの少なくとも何れか一方を、該被加工物における前記孔部の円筒状内周面の軸方向に変位させて、該超音波ホーンの前記切削刃を該孔部内に突入させる第一の変位機構と、
前記超音波ホーンと前記被加工物のうちの少なくとも何れか一方を、該被加工物における前記孔部の円筒状内周面の径方向に変位させて、前記第一の変位機構により該孔部内に突入せしめられた該超音波ホーンの前記切削刃の切れ刃を、該孔部の円筒状内周面に押圧接触させる第二の変位機構と、
前記被加工物を、前記孔部の円筒状内周面の中心軸回りに回転させる回転機構と、
を含んで構成したことを特徴とする超音波切削加工装置。
【請求項３】
被加工物が有する孔部の円筒状内周面を、周方向に沿って超音波切削加工する方法であって、
所定長さを有する板状体からなると共に、該板状体の側部に沿って延びる切れ刃と、該板状体の厚さ方向一方の面からなる、実質的に平坦面形状を呈するすくい面と、該板状体の厚さ方向他方の面からなる、凸状湾曲面形状を呈する逃げ面とを有して、超音波ホーンの先端部に一体的に設けられた切削刃を用い、かかる切削刃を前記被加工物の孔部内に突入させて、該切削刃の前記切れ刃を、該孔部の円筒状内周面に押圧接触せしめる一方、該被加工物を、該孔部の円筒状内周面の中心軸回りに回転させると共に、前記超音波ホーンを超音波振動させることにより、該超音波ホーンの該切削刃にて、該孔部の円筒状内周面に対する超音波切削加工を行うようにしたことを特徴とする超音波切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工用超音波ホーンと超音波切削加工装置と超音波切削加工方法とに係り、特に、被加工物が有する孔部の円筒状内周面に対する周方向に沿った超音波切削加工を有利に行うことが出来る切削加工用超音波ホーンと超音波切削加工装置と超音波切削加工方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、被加工物に対する切削加工の一種として、超音波振動を利用した、所謂超音波切削加工が、徐々に普及してきている。この超音波切削加工は、よく知られているように、先端部に切削刃が一体的に設けられた切削加工用超音波ホーンと超音波発振機構とを有する超音波切削加工装置を用い、超音波ホーンを超音波発振機構によって超音波振動させることにより、切削刃にて、被加工物に対する所定の切削加工を行うものである。
【０００３】
このような超音波切削加工によれば、例えば、ＮＣ旋盤を用いて切削加工を行う場合とは異なって、切屑が、除去作業の容易な一つの塊状物として得られるだけでなく、被加工物が軟質材料にて構成されていても、良好な切削面が得られることとなる。そのため、例えば、オレフィン系エラスマー等を用いてブロー成形されたコネクタパイプにおける開口部の内周面等、軟質材料からなる被加工物が有する孔部の円筒状内周面を周方向に沿って切削加工（内径切削加工）する際に、そのような超音波切削加工が、好適に採用されている。
【０００４】
ところが、被加工物の孔部の円筒状内周面を超音波切削加工する場合には、これまで、切削加工後の製品（加工品）の孔部の内径と同一の内径を有する円筒状の切削刃が先端部に一体的に設けられた超音波ホーンが一般に用いられており（例えば、下記特許文献１参照）、そのため、従来の超音波切削加工には、以下のような改善されるべき幾つかの問題が内在していた。
【０００５】
すなわち、円筒状の切削刃を有する超音波ホーンを用いた従来の超音波切削加工では、互いに異なる内径を有する複数種類の製品を作製する際に、それら複数種類の製品の内径とそれぞれ同一の内径を有する複数種類の超音波ホーンを準備しなければならず、また、作製されるべき製品の種類を変更する毎に、超音波切削加工装置に取り付けられた超音波ホーンを一々交換するための面倒な作業を行う必要があったのであり、そのために、余分なコスト負担や労力負担が強いられるといった問題が、存していた。しかも、かかる従来の超音波切削加工においては、何等かの理由により、１回の内径切削加工で孔部の内周面の断面が真円とならなかったときに、切削加工後の製品の内周面を部分的に切削して、内径寸法を微調整（チューニング）するといった後加工を行うことが、極めて困難であったのである。
【０００６】
なお、上記の如き問題を解消するには、例えば、板状の切削刃が先端部に一体的に設けられた、超音波カッター等と一般に称される超音波ホーンを用い、この超音波カッターの切削刃を、被加工物が有する孔部内に突入させて、かかる孔部の内周面に押圧接触させた状態下で、超音波カッターや被加工物を回転させることにより、超音波カッターの切削刃にて、孔部の内周面を座ぐるように切削加工することが、容易に考えられる。しかしながら、超音波カッターの切削刃は、通常、薄肉で、厚さ方向に加えられる作用力に対する強度が小さいため、孔部の内周面の切削加工時に、超音波カッターや被加工物の回転に伴って、厚さ方向に力が加えられると、容易に破損してしまう恐れがある。それ故に、一般的な超音波カッターを用いた超音波切削加工にて、被加工物の孔部の内径切削を安定して行うことは、極めて困難であったのである。
【０００７】
尤も、かかる超音波カッターの切削刃の肉厚を大きくして、その強度向上を図ることも考えられるが、そうすると、今度は、肉厚が大きくされた分だけ、切削刃の傾斜面形状を呈する逃げ面と平坦面形状を呈するすくい面との交角が大きくなって、被加工物の内周面の逃げ面との接触面積が不可避的に増大し、そのために、それら被加工物の内周面の逃げ面との間で、より大きな摩擦熱が生ずるようになる。そして、そうなった場合には、被加工物が熱可塑性樹脂材料からなるものであると、被加工物の切削刃との接触部分が摩擦熱で溶融し、その結果、良好な切削面を有する製品が得られなくなってしまうといった不具合が生ずることとなる。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１３６２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、被加工物が有する孔部の円筒状内周面を、種々異なる径を有するように切削する加工を、経済性と作業性とに優れ、しかも被加工物の材質に拘わらず良好な切削面が確保可能な超音波加工によって安定的に行うことが出来、また、そのような切削加工後の製品の内径寸法のチューニングのための後加工も容易に実施可能な切削加工用超音波ホーンと超音波切削加工装置と超音波切削加工方法とを、それぞれ提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、本発明にあっては、切削加工用超音波ホーンに係る課題の解決のために、その要旨とするところは、先端部に切削刃が一体的に設けられ、超音波振動が与えられることにより、該切削刃にて、被加工物を超音波切削加工する切削加工用超音波ホーンであって、前記切削刃が、所定長さを有する板状体からなると共に、該板状体の側部に沿って延びる切れ刃と、該板状体の厚さ方向一方の面からなる、実質的に平坦面形状を呈するすくい面と、該板状体の厚さ方向他方の面からなる、凸状湾曲面形状を呈する逃げ面とを有していることを特徴とする切削加工用超音波ホーンにある。
【００１１】
また、本発明においては、超音波切削加工装置に係る課題を解決するために、被加工物が有する孔部の円筒状内周面を、周方向に沿って超音波切削加工するための装置であって、（ａ）所定長さを有する板状体にて構成された切削刃が先端部に一体的に設けられると共に、該切削刃が、該板状体の側部に沿って延びる切れ刃と、該板状体の厚さ方向一方の面からなる、実質的に平坦面形状を呈するすくい面と、該板状体の厚さ方向他方の面からなる、凸状湾曲面形状を呈する逃げ面とを有してなる超音波ホーンと、（ｂ）該超音波ホーンに対して、超音波振動を与える超音波発振機構と、（ｃ）前記超音波ホーンと前記被加工物のうちの少なくとも何れか一方を、該被加工物における前記孔部の円筒状内周面の軸方向に変位させて、該超音波ホーンの前記切削刃を該孔部内に突入させる第一の変位機構と、（ｄ）前記超音波ホーンと前記被加工物のうちの少なくとも何れか一方を、該被加工物における前記孔部の円筒状内周面の径方向に変位させて、前記第一の変位機構により該孔部内に突入せしめられた該超音波ホーンの前記切削刃の切れ刃を、該孔部の円筒状内周面に押圧接触させる第二の変位機構と、（ｅ）前記被加工物を、前記孔部の円筒状内周面の中心軸回りに回転させる回転機構とを含んで構成したことを特徴とする超音波切削加工装置をも、その要旨とするものである。
【００１２】
さらに、本発明にあっては、超音波切削加工方法に係る課題の解決のために、被加工物が有する孔部の円筒状内周面を、周方向に沿って超音波切削加工する方法であって、所定長さを有する板状体からなると共に、該板状体の側部に沿って延びる切れ刃と、該板状体の厚さ方向一方の面からなる、実質的に平坦面形状を呈するすくい面と、該板状体の厚さ方向他方の面からなる、凸状湾曲面形状を呈する逃げ面とを有して、超音波ホーンの先端部に一体的に設けられた切削刃を用い、かかる切削刃を前記被加工物の孔部内に突入させて、該切削刃の前記切れ刃を、該孔部の円筒状内周面に押圧接触せしめる一方、該被加工物を、該孔部の円筒状内周面の中心軸回りに回転させると共に、前記超音波ホーンを超音波振動させることにより、該超音波ホーンの該切削刃にて、該孔部の円筒状内周面に対する超音波切削加工を行うようにしたことを特徴とする超音波切削加工方法をもまた、その要旨とするところである。
【発明の効果】
【００１３】
すなわち、本発明に従う切削加工用超音波ホーンにあっては、例えば、被加工物が有する、内周面が円筒面形状とされた孔部内に、切削刃が突入させられて、切削刃の切れ刃が孔部の円筒状内周面に押圧接触せしめられた状態で、超音波振動が与えられると共に、被加工物が円筒状内周面の中心軸回りに回転させられることによって、かかる被加工物の孔部の円筒状内周面を周方向に沿って超音波切削加工することが可能となる。
【００１４】
それ故、かかる切削加工用超音波ホーンによれば、超音波切削加工時において、単に、円筒状内周面に押圧接触せしめられた切れ刃の押圧量を増減して、円筒状内周面に対する切れ刃の食い込み深さを調節するだけで、切削加工後の製品における孔部の内径の大きさを任意に且つ容易に変更することが出来る。そして、そのため、互いに異なる内径を有する複数種類の製品を作製する際に、それら複数種類の製品のそれぞれに専用の超音波ホーンを何等準備することなく、一つの超音波ホーンが汎用的に使用され得、またそれによって、超音波加工装置に取り付けられた超音波ホーンを、作製される製品の種類の変更毎に交換する必要も、有利に解消され得る。その上、切削加工後に、製品の内周面を部分的に更に切削することも、極めて容易に行うことが出来る。
【００１５】
また、本発明に係る切削加工用超音波ホーンでは、切削刃の切れ刃の先鋭さが鈍化しない程度において、凸状湾曲面形状を呈する切削刃の逃げ面の曲率が大きくされることで、加工性能が低下せしめられることなく、切削刃の肉厚が大きくされて、強度の向上が図られ得る。しかも、そのようにして、切削刃の肉厚が大きくされていても、逃げ面が傾斜面形状を呈する従来の超音波カッター等とは異なって、逃げ面が凸状湾曲面形状とされていることで、切削加工時に、円筒状内周面の逃げ面との接触面積が可及的に小さくされ得、それによって、それら円筒状内周面と逃げ面との間で生ずる摩擦熱も有利に低く抑えられ得る。そして、その結果として、たとえ被加工物が熱可塑性樹脂材料を用いて形成されていても、切削加工時に、円筒状内周面の切削刃との接触部分が摩擦熱で溶融して、切削面に不具合が生ずるようなことが、効果的に回避され得る。
【００１６】
従って、かくの如き本発明に従う切削加工用超音波ホーンにあっては、被加工物が有する孔部の円筒状内周面を、種々異なる径を有するように切削する加工を、経済性と作業性とに優れ、しかも被加工物の材質に拘わらず良好な切削面が確保可能な超音波加工によって安定的に行うことが出来、また、そのような切削加工後の製品の内径寸法のチューニングも極めて容易に実施することが出来るのである。
【００１７】
そして、本発明に従う超音波切削加工装置や超音波加工方法にあっても、上記の如き切削加工用超音波ホーンが装着されてなるか若しくはそれが用いられて実施されるところから、かかる切削加工用超音波ホーンにおいて奏される前記せる格別顕著な作用・効果と実質的に同一の作用・効果が、極めて有効に享受され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の構成について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００１９】
先ず、図１には、本発明に従う構造を有する超音波切削加工装置の一実施形態として、オレフィン系エラスマー等の軟質の熱可塑性樹脂材料を用いてブロー成形された円筒状のコネクタパイプの一端側開口部を超音波加工により内径切削するための装置が、その正面形態において概略的に示されている。かかる図１から明らかなように、本実施形態の超音波切削加工装置は、切削加工用超音波ホーン１０と、これに超音波振動を与える超音波発振機構１２と、超音波ホーン１０を上下方向に移動させる第一の変位機構としての昇降機１４と、被加工物たるコネクタパイプ１６を水平面内において自由に移動させる第二の変位機構としての移動テーブル１８と、コネクタパイプ１６をその中心軸回りに回転させる回転機構２０とを有して、構成されている。
【００２０】
より具体的には、超音波切削加工装置を構成する切削加工用超音波ホーン１０は、ホーン本体２２と、このホーン本体２２に一体的に設けられた切削刃２４とを、更に含んで構成されている。かかる超音波ホーン１０のホーン本体２２は、従来と同様に、軟鋼や各種の合金等、所定の金属材料からなり、前記超音波発振機構１２から与えられた超音波振動を増幅する機能を有している。そして、このホーン本体２２においては、上側部分が円柱形状とされている一方、下側部分が、下方に向かうに従って次第に小径化する中実のテーパ形状とされて、かかる下側部分の下端面の中央部に、切削刃２４が、一体的に設けられている。
【００２１】
また、ホーン本体２２に設けられた切削刃２４は、ホーン本体２２と同一又は異なる金属材料やセラミックス材料等の公知の硬質材料を用いて、形成されている。そして、図２及び図３から明らかなように、所定長さを有する板状の全体形状と、肉厚の小さな略蒲鉾状の横断面形状とを有している。また、そのような板状の切削刃２４においては、厚さ方向一方の面がすくい面２６とされている一方、厚さ方向他方の面が逃げ面２８とされ、更に、それらすくい面２６と逃げ面２８との交線が、切削刃２４の全長に亘って、その側部に沿って連続的に延びる切れ刃３０とされている。
【００２２】
そして、ここでは、特に、切削刃２４のすくい面２６が、平坦面形状を有している一方、逃げ面２８が、円弧面からなる凸状湾曲面形状を有している。これにより、平坦面形状を呈するすくい面と傾斜面形状を呈する逃げ面とを備えた、平板状の全体形状を有する従来の超音波カッター等の切削刃であって、本実施形態における超音波ホーン１０の切削刃２４と最大厚さ：Ｔが同一寸法とされたもの（図３に二点鎖線で示される如形状を有するもの）に比して、切削刃２４における幅方向中央部（最大厚さとなる部位）から切れ刃２４までの幅方向半分の部分からなる刃先部分３２の先鋭さを、然程、損なうことなく、かかる刃先部分３２を有利に厚肉化して、その強度の向上が、効果的に図られている。
【００２３】
なお、すくい面２６は、刃先部分３２の肉厚を確保する上で、完全な平坦面形状とされていることが望ましいが、曲率が十分に小さく、なだらかな曲面を描く凸状乃至は凹状湾曲面形状とされていても良い。つまり、すくい面２６は、実質的に平坦面形状とされておれば良いのであって、この実質的な平坦面形状には、十分になだらかな凸状乃至は凹状湾曲面も含まれるのである。
【００２４】
また、円弧面からなる凸状湾曲面形状を呈する逃げ面２８の曲率も、特に限定されるものではないものの、逃げ面２８の曲率が余りに小さいと、コネクタパイプ１６の内径切削を行うために幅寸法が制限される切削刃２４の全体が極めて薄肉となって、所望の強度が確保出来なくなる恐れがある。一方、逃げ面２８の曲率が大き過ぎると、今度は、切削刃２４の刃先部分３２の先鋭さが鈍化して、切削性能が低下するといった懸念が生ずる。それ故、本実施形態では、逃げ面２８の曲率の大きさの尺度となる、逃げ面２８を与える円弧面の径（曲率半径）：Ｒ1 が、コネクタパイプ１６の内径切削後の内径（図７においてＲ2 で示される寸法）の１／２程度の大きさとされている。
【００２５】
さらに、切削刃２４の最大厚さ：Ｔも、何等限定されるものではないが、刃先部分３２の先鋭さを十分に確保する上で、切削刃２４の幅：Ｗが小さいときには、切削刃２４の最大厚さ：Ｔも小さくされていることが好ましい。尤も、切削刃２４の幅：Ｗが比較的大きい場合には、切削刃２４の最大厚さ：Ｔが多少大きくされていても、刃先部分３２の先鋭さが確保され得る。即ち、切削刃２４の最大厚さ：Ｔは、切削刃２４全体の強度を確保し得る範囲内において、切削刃２４の幅：Ｗの大きさ等に応じて適宜に決定されるところである。そして、本実施形態では、これらの点を考慮した上で、切削刃２４の最大厚さ：Ｔが、切削刃２４の幅：Ｗの１／６程度の大きさとされている。
【００２６】
そして、本実施形態では、かくの如き構成を有する切削刃２４の上端面の中心部に、雄ねじ部３４が一体的に突設されており、この雄ねじ部３４が、ホーン本体２２の下端面の中心部に設けられた雌ねじ穴３６に螺入されている。これによって、切削刃２４が、ホーン本体２２の下端面の中心部に、下方に向かって延出するようにして、一体的に取り付けられて、ホーン本体２２と共に超音波振動せしめられ得るようになっている。なお、ここでは、そのようなホーン本体２２の下端面への切削刃２４の取付状態下において、切削刃２４が、すくい面２６を、時計の文字盤の１２時と６時とを結ぶ方向から、切削刃２４の中心軸：Ｏ回りに、図３中、右回りの（時計回り）の方向に所定の角度だけ回転させた位置に配置されている。
【００２７】
一方、図１に示される如く、切削刃２４が下端面に一体的に立設された超音波ホーン１０に対して超音波振動を与える超音波発振機構１２は、電気エネルギーをそれと同一周波数の機械的振動に変える、例えば電歪素子等の公知の超音波振動子３８と、この超音波振動子３８に高周波電気エネルギーを供給する超音波発振器４０とにて、構成されている。
【００２８】
そして、超音波振動子３８が、超音波ホーン１０のホーン本体２２の上端面に固設されている一方、超音波発振器４０は、前記昇降機１４のベースプレート４２上に固設されて、超音波振動子３８に対して、電気的に接続されている。かくして、ここでは、かかる超音波発振器４０から超音波振動子３８に対して、例えば２０ｋＨｚ程度の高周波電気エネルギーが供給されることで、超音波振動子３８にて、２０ｋＨｚ程度の周波数の超音波振動が生ずるようになっている。そして、そのような超音波振動が、超音波振動子３８からホーン本体２２に対して直接に伝達されて、ホーン本体２２が、その軸方向に超音波振動せしめられると共に、このホーン本体２２にて増幅された振幅にて、切削刃２４が、２０ｋＨｚ程度の周波数で、軸方向に超音波振動させられるようになっている。
【００２９】
なお、本実施形態では、図１に明示されてはいないものの、超音波発振器４０が、公知のコントローラを内蔵した操作ボックスに対して電気的に接続されており、この操作ボックスに設けられる操作スイッチを操作に基づいて、超音波発振器４０から超音波振動子３８への高周波電気エネルギーの供給の開始／停止、更には超音波ホーン１０（ホーン本体２２と切削刃２４）の超音波振動の開始／停止が行われるようになっている。
【００３０】
また、超音波ホーン１０を上下に移動させる昇降機１４は、上記せるように、超音波発振機構１２の超音波発振器４０が固設されたベースプレート４２を有しており、このベースプレート４２上の中央部には、十分に高い高さを有する矩形の角筒体からなる支柱４４が、上下方向に延びるように、一体的に立設されている。
【００３１】
そして、この支柱４４の内部には、上下方向に延びるねじ軸４６が、回転可能で且つ移動不能な状態で、同軸的に配置されている。また、このねじ軸４６は、支柱４４の上部に設置されたステッピングモータ４７によって、回転駆動させられるようになっている。更に、かかるねじ軸４６には、ナット部材４８が螺合されている。このナット部材４８は、支柱４４の内部に位置して、ねじ軸４６に螺合する螺合部５０と、支柱４４の一つの面に上下方向に延びるように形成されたスリット５２を通じて、支柱４４の外部に突出位置せしめられた取付部５４とを、一体的に有している。そして、それら螺合部５０と取付部５４との境界部分が、スリット５２の内面に摺動可能に接触せしめられていることで、ナット部材４８が、回転不能とされている。
【００３２】
また、かかるナット部材４８の取付部５４における螺合部５０側とは反対側の側面には、クランプ５６が、水平方向に延び出すようにして、一体的に設けられている。そして、そのようなクランプ５６に対して、超音波ホーン１０が、ホーン本体２２と切削刃２４とを上下方向（鉛直方向）に延出させた状態で、ホーン本体２２の上側部分において、取り外し可能にクランプされて、固定されている。
【００３３】
かくして、ここでは、昇降機１４が、ステッピングモータ４７によるねじ軸４６の回転駆動によって、ナット部材４８を上下動させるねじ送り機構を有して構成され、このねじ送り機構に基づいて、ステッピングモータ４７によるねじ軸４６の回転駆動により、超音波ホーン１０（切削刃２４）が、軸方向に沿って上昇乃至は下降（上下に変位）させられるようになっている。なお、この昇降機１４のステッピングモータ４７も、前記操作ボックス（図示せず）、つまり、超音波発振器４０から超音波振動子３８への高周波電気エネルギーの供給の開始／停止操作により、超音波ホーン１０の超音波振動の開始／停止操作を行う操作ボックスに電気的に接続されており、この操作ボックスに設けられた操作スイッチの操作に基づいて、駆動／停止せしめられるようになっている。
【００３４】
また、移動テーブル１８は、厚肉の矩形平板形状を呈し、昇降機１４の側方において、クランプ５６に固定された超音波ホーン１０の鉛直下方に配置されている。そして、この移動テーブル１８にあっては、図１に明示されてはいないものの、昇降機１４側とは反対の側面５８側と、かかる側面５８と隣り合う側面６０側のそれぞれの側方に、昇降機１４が有するねじ送り機構と同様なねじ送り機構が、各々設置されている。
【００３５】
すなわち、移動テーブル１８の互いに隣り合う二つの側面５８，６０のそれぞれの側方には、各側面５８，６０の長さ方向に沿って水平に延びるねじ軸（４６）が、かかるねじ軸（４６）の一端部に設置されたステッピングモータ（４７）によって回転可能に且つ位置固定に設置されている。また、このねじ軸（４６）には、ナット部材（４８）が、回転不能で且つねじ軸（４６）の軸方向に移動可能な状態で螺合されている。そして、このナット部材（４８）と移動テーブル１８の互いに隣り合う二つの側面５８，６０のそれぞれとが、所定の連結部材を介して、相互に連結されている。
【００３６】
かくして、ここでは、昇降機１４側とは反対の側面５８の側方に設置されたねじ送り機構におけるステッピングモータ（４７）の回転駆動によって、移動テーブル１８が、昇降機１４に向かって左右方向（図１の紙面に垂直な方向）に移動せしめられるようになっている一方、かかる側面５８と隣り合う側面６０の側方に設置されたねじ送り機構におけるステッピングモータ（４７）の回転駆動によって、移動テーブル１８が、昇降機１４に向かって接近／離隔する前後方向（図１の左右方向）に移動せしめられるようになっている。そして、そのような二つのねじ送り機構のそれぞれのステッピングモータ（４７）が同時に回転駆動することで、移動テーブル１８が、水平面内を自由に移動せしめられるようになっているのである。なお、それら二つのねじ送り機構のそれぞれのステッピングモータ（４７）も、昇降機１４に設置されるステッピングモータ４７と同様に、図示しない操作ボックスに対して電気的に接続されており、それに設けられる操作スイッチの操作に基づいて、駆動／停止せしめられるようになっている。
【００３７】
また、超音波切削加工されるべきコネクタパイプ１６を、その中心軸回りに回転させる回転機構２０は、コネクタパイプ１６を回転させるための駆動力を発揮するステッピングモータ６２と、コネクタパイプ１６を着脱可能な状態で、回転不能に且つ移動不能に、更には同軸的に保持する保持台６４とを有している。そして、ステッピングモータ６２が、移動テーブル１８の上面上に、位置固定に設置されている一方、保持台６４が、かかるステッピングモータ６２の回転駆動軸（図示せず）に対して、同軸的に固定されている。
【００３８】
これにより、保持台６４とそれに保持されるコネクタパイプ１６とが、ステッピングモータ６２の回転駆動に伴って、その回転方向と同一方向に、それぞれの中心軸回りに回転せしめられるようになっている。また、この回転機構２０におけるステッピングモータ６２にあっても、昇降機１４や移動テーブル１８の各ステッピングモータ４７と同様に、図示しない操作ボックスに対して電気的に接続されており、それに設けられる操作スイッチの操作に基づいて、駆動／停止せしめられるようになっている。
【００３９】
ところで、かくの如き構造とされた超音波切削加工装置を用いて、軟質の熱可塑性樹脂材料からなる円筒状のコネクタパイプ１６の一端側開口部を、超音波加工により内径切削する際には、例えば、以下の如き手順に従って、その操作が進められる。
【００４０】
すなわち、先ず、図１に示されるように、移動テーブル１８上にステッピングモータ６２を介して固定された回転機構２０の保持台６４に対して、切削加工されるべきコネクタパイプ１６が、同軸的に位置する状態で、移動不能に、且つ保持台６４、更にはステッピングモータ６２の回転軸と一体回転可能に保持される。
【００４１】
その後、必要に応じて、図示しない操作ボックスのスイッチ操作により、移動テーブル１８が、図示しない二つのねじ送り機構により水平面内を移動せしめられて、コネクタパイプ１６が、昇降機１４のナット部材４８のクランプ５６に固定された超音波ホーン１０における切削刃２４の鉛直下方に配置される。
【００４２】
このとき、切削刃２４の先端（下端）とコネクタパイプ１６の内径切削されるべき一端側開口部の端面とが、軸方向（上下方向）に所定距離隔てて位置するように、超音波ホーン１０が固定される昇降機１４のナット部材４８の高さ位置が、予め調整される。また、切削刃２４の中心軸：Ｏと、コネクタパイプ１６の内孔における円筒状内周面６６の中心軸：Ｐとが同軸上に位置するように、コネクタパイプ１６の配置位置が調整される。
【００４３】
次に、図示しない操作ボックスのスイッチ操作に基づいて、昇降機１４のステッピングモータ４７が回転駆動せしめられ、それによるねじ軸４６の回転に伴って、ナット部材４８とそれに固定された超音波ホーン１０とが、共に下降させられる。これにより、図４に示されるように、超音波ホーン１０の切削刃２４が、保持台６４に保持されたコネクタパイプ１６の内孔内に突入せしめられる。なお、この超音波ホーン１０の下降によるコネクタパイプ１６の内孔内への切削刃２４の突入操作は、コネクタパイプ１６内への切削刃２４の突入深さが、予め設定されたコネクタパイプ１６の内径切削されるべき内周面の深さ（例えば、コネクタパイプ１６が外挿される相手部材への外挿代に応じた深さ寸法の位置）と同一となるまで継続される。
【００４４】
その後、或いは上記せるコネクタパイプ１６の内孔内への切削刃２４の突入操作に先立って、若しくはそれと同時に、図示しない操作ボックスのスイッチ操作に基づいて、超音波発振機構１２の超音波発振器４０から超音波振動子３８への高周波電気エネルギーの供給が開始されて、超音波振動子３８から超音波ホーン１０のホーン本体２２に超音波振動が与えられ、以て、切削刃２４が、より大きな振幅で軸方向に超音波振動される。
【００４５】
引き続いて、移動テーブル１８が、それが有するねじ送り機構にて昇降機１４から離隔する方向に移動せしめられる。これにより、図５及び図６に示されるように、超音波ホーン１０の切削刃２４が、コネクタパイプ１６内に突入した状態において、コネクタパイプ１６の円筒状内周面６６の径方向に移動（変位）せしめられる。また、この操作は、コネクタパイプ１６の円筒状内周面６６の径方向への切削刃２４の移動に伴って、切削刃２４の切れ刃３０が、コネクタパイプ１６の円筒状内周面６６に押圧接触するまで、続けられる。
【００４６】
このとき、前述せるように、切削刃２４が、すくい面２６を、時計の文字盤の１２時と６時とを結ぶ方向から中心軸：Ｏ回りに、時計回りの方向に所定の角度だけ回転させた位置で、ホーン本体２２に取り付けられて、切削刃２４が超音波振動せしめられているため、コネクタパイプ１６の円筒状内周面６６への切削刃２４の押圧量に応じた大きさだけ、切削刃２４の切れ刃３０が、円筒状内周面６６からコネクタパイプ１６の筒壁部の内部に食い込むようになる。そして、このようなコネクタパイプ１６の円筒状内周面６６から筒壁部内への切れ刃３０の食込み深さ、換言すれば、内径切削されるべきコネクタパイプ１６の円筒状内周面６６の切削深さに応じて、後述するコネクタパイプ１６の回転操作による内径切削加工後のコネクタパイプ１６の内径が、変化せしめられることとなる。従って、本操作において、切削刃２４の円筒状内周面６６の径方向への移動量：Ｌを適宜に変更することによって、内径切削加工後のコネクタパイプ１６の内径の大きさを任意に変化させることが出来るのである。
【００４７】
しかも、本操作において、切削刃２４の切れ刃３０が、コネクタパイプ１６の円筒状内周面６６に押圧接触せしめられた状態下では、切削刃２４がある程度大きな肉厚とされているにも拘わらず、切削刃２４の逃げ面２８が円弧面とされているために、かかる逃げ面２８に対するコネクタパイプ１６の円筒状内周面の接触面積が、可及的に小さく為され得ている。
【００４８】
引き続き、切削刃２４の切れ刃３０が、円筒状内周面６６からコネクタパイプ１６の筒壁部の内部に所定の量だけ食い込まされた状態下において、図示しない操作ボックスのスイッチ操作により、回転機構２０のステッピングモータ６２が回転駆動せしめられて、保持台６４とコネクタパイプ１６とが、図７に示されるように、コネクタパイプ１６の中心軸：Ｐ回りに、時計回りの方向（図７中、矢印アで示される方向）に回転させられる。そして、それに伴って、コネクタパイプ１６の円筒状内周面６６が、周方向に沿って徐々に超音波切削加工される。そうして、コネクタパイプ１６が１回転せしめられることにより、円筒状内周面６６が全周に亘って超音波切削加工され、以て、コネクタパイプ１６の一端側開口部の内径が予め設定された寸法だけ大きくされて、かかるコネクタパイプ１６の円筒状内周面６６に対する超音波切削加工が終了されるのである。
【００４９】
このように、本実施形態においては、超音波発振機構１２により超音波振動せしめられた超音波ホーン１０の板状の切削刃２４を、昇降機１４と移動テーブル１８とにて、切削加工されるべきコネクタパイプ１６の内孔内に突入させて、かかる内孔の円筒状内周面６６の径方向に移動させることにより、切削刃２４の切れ刃３０を円筒状内周面６６に押圧接触させる一方、コネクタパイプ１６を回転機構２０にて回転させることで、コネクタパイプ１６に対して、その内孔の円筒状内周面６６を大径化する超音波切削加工（超音波加工による内径切削加工）が行われるようになっている。
【００５０】
そして、特に、本実施形態では、かかる超音波切削加工を実施するのに、切削刃２４の円筒状内周面６６の径方向への移動量：Ｌを適宜に変更することによって、加工後のコネクタパイプ１６の内径：Ｒ2 の大きさを任意に変化させることが可能となっているところから、複数のコネクタパイプ１６に対して、加工後の内径：Ｒ2 が互い異なる大きさとなる超音波切削加工を実施するに際して、円筒形状を呈する切削刃を一体的に有する超音波ホーンが装着された従来の超音波加工装置を用いる場合とは異なって、加工後の内径：Ｒ2 が互いに異なる複数種類のコネクタパイプ１６のそれぞれに専用の超音波ホーンを何等準備することなく、一つの超音波ホーン１０を汎用的に使用した超音波切削加工により、加工後の内径：Ｒ2 が互いに異なる複数種類のコネクタパイプ１６の全てを得ることが出来る。また、それ故に、前回加工されたコネクタパイプ１６とは、加工後の内径：Ｒ2 が異なるコネクタパイプ１６を切削加工する際に、それに先立って、超音波加工装置に取り付けられた超音波ホーン１０を一々交換する必要もない。
【００５１】
しかも、本実施形態においては、超音波ホーン１０の切削刃２４の逃げ面２８が円弧面形状を呈し、且つすくい面２６が平坦面形状とされていることで、切削刃２４の刃先部分３２の先鋭さを十分に確保しつつ、切削刃２４の肉厚を厚くして、強度の向上が図られており、また、コネクタパイプ１６の円筒状内周面６６に対する超音波切削加工時に、円筒状内周面６６の切削刃２４に対する接触面積が可及的に小さく為され得ている。それ故、コネクタパイプ１６の円筒状内周面６６に対する超音波切削加工の進行途中で、コネクタパイプ１６の回転により、切削刃２４に対して、その厚さ方向に押圧力が加えられても、切削刃２４が破損乃至は損傷するようなことが、有利に防止され得る。また、切削刃２４とコネクタパイプ１６の円筒状内周面６６との間で大きな摩擦熱が生じて、円筒状内周面６６の切削刃２４との接触部分が溶融してしまうようなことも、極めて効果的に回避され得る。
【００５２】
従って、かくの如き本実施形態によれば、コネクタパイプ１６の円筒状内周面６６に対する超音波切削加工、その途中や終了後に、超音波ホーン１０の切削刃２４が損傷したり、切削面に不良個所が生じたりすることなく、安定的に且つ良好に実施され得る。しかも、コネクタパイプ１６の円筒状内周面６６を、種々異なる径を有するように超音波切削加工する場合にあっても、複数種類の超音波ホーン１０を用意したり、或いは加工装置に対する交換作業を一々行ったりすることもなく、そのような超音波切削加工が、優れた経済性と作業性とをもって、極めて有利に行われ得るのである。そして、１回の超音波切削加工が終了したコネクタパイプ１６の円筒状内周面６６を、例えば、内径寸法を補正するため等に、更に部分的に切削加工することも、極めて容易に行うことが出来る。
【００５３】
以上、本発明の具体的な構成について詳述してきたが、これはあくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、上記の記載によって、何等の制約をも受けるものではない。
【００５４】
例えば、前記実施形態では、切削刃２４の逃げ面２８が、円弧面とされていたが、この逃げ面２８は、凸状湾曲面とされておれば、その具体的形状が、特に限定されるものではない。従って、かかる逃げ面２８を、例えば、断面楕円状、或いはそれ以外の断面形状を呈する凸状湾曲面とすることも出来る。
【００５５】
また、板状の切削刃２４における厚さ方向両側の側面のうち、逃げ面２８が形成されるの側面に対して、逃げ面２８に連続する平坦面を設けても良い。
【００５６】
さらに、前記実施形態では、切削刃２４の一方の側部の全部に、切れ刃３０が形成されていたが、かかる一方の側部の一部のみに、切れ刃３０を形成することも出来る。
【００５７】
更にまた、切削刃２４が一体的に設けられる超音波ホーン１０のホーン本体２２の形状も、前記実施形態に示されるものに、何等限定されるものではなく、超音波振動せしめられる超音波ホーン１０の振動周波数等に応じて、適宜に変更され得るところである。
【００５８】
また、かかる超音波ホーン１０は、単に、被加工物の内孔の超音波加工による内径切削加工だけでなく、被加工物の端面に対して切欠部を形成する超音波切削加工にも、利用することが出来る。
【００５９】
さらに、前記実施形態では、第一の変位機構が、超音波ホーン１０を軸方向に移動させる昇降機１４にて構成される一方、第二の変位機構が、被加工物たるコネクタパイプ１６を、円筒状内周面６６の径方向に移動させる移動テーブル１８にて構成されていたが、第一の変位機構は、超音波ホーン１０とコネクタパイプ１６のうちの少なくとも何れか一方を軸方向に移動させ得るものであれば、従来より公知の変位機構が何れも採用され得るのであり、また、第二の変位機構は、超音波ホーン１０とコネクタパイプ１６のうちの少なくとも何れか一方を円筒状内周面６６の径方向に移動させ得るものであれば、従来より公知の変位機構が何れも採用され得る。従って、それら第一の変位機構や第二の変位機構を、例えば、エアシリンダや油圧シリンダ等のアクチュエータを用いた構造、或いは電動モータ等にピニオンとラック等のギヤ機構を組み合わせた構造等において構成しても、何等差し支えない。
【００６０】
更にまた、前記実施形態では、超音波ホーン１０が、第一の変位機構としての昇降機１４のクランプ５６に対して、単にクランプされて、回転不能に固定されていたが、例えば、超音波ホーン１０を、第二の回転機構によって、切削刃２４の中心軸：Ｏ回りに回転させ得る構造としても良い。これによって、被加工物たるコネクタパイプ１６の円筒状内周面６６に押圧接触せしめられたときの切削刃２４の切れ刃３０の向きを、自由に変更することが可能となり、円筒状内周面６６に対する超音波加工による切削性能の向上が、より有利に図られ得る。
【００６１】
また、回転機構の具体的構造も、例示のものに、決して限定されるものではない。
【００６２】
加えて、前記実施形態では、本発明を、軟質の熱可塑性樹脂材料を用いてブロー成形された円筒状のコネクタパイプの一端側開口部を超音波加工により内径切削するための装置と方法、及びかかる装置に装着される超音波ホーンに適用したものの具体例を示したが、本発明は、超音波切削加工に用いられる超音波ホーンの何れに対しても、また、被加工物が有する孔部の円筒状内周面を、周方向に沿って超音波切削加工するための装置と方法の何れに対しても、それぞれ、有利に適用されるものであることは、勿論である。
【００６３】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に従う構造を有する超音波切削加工装置の一実施形態を示す、一部切欠図を含む正面説明図である。
【図２】図１に示された超音波切削加工装置に装着される超音波ホーンの部分拡大説明図である。
【図３】図２におけるIII−III断面説明図である。
【図４】本発明に従って、被加工物の孔部の円筒状内周面を超音波切削加工する際に実施される工程の一例を示す説明図であって、超音波ホーンの切削刃を被加工物の孔部内に突入させた状態を示している。
【図５】図４に引き続いて実施される工程例を示す説明図であって、被加工物の孔部内に突入せしめられた超音波ホーンの切削刃を、かかる孔部の円筒状内周面の径方向に移動させて、円筒状内周面に押圧接触させた状態を示している。
【図６】図５におけるVI−VI断面説明図である。
【図７】図５に引き続いて実施される工程例を示す説明図であって、被加工物を回転させて、被加工物の孔部の円筒状内周面を、周方向に沿って超音波切削加工している状態を示している。
【符号の説明】
【００６５】
１０  超音波ホーン                    １２  超音波発振機構
１４  昇降機                          １６  コネクタパイプ
１８  移動テーブル                    ２０  回転機構
２２  ホーン本体                      ２４  切削刃
２６  すくい面                        ２８  逃げ面
３０  切れ刃                          ６６  円筒状内周面
【図１】
2008142821.tif 000003
【図２】
2008142821.tif 000004
【図３】
2008142821.tif 000005
【図４】
2008142821.tif 000006
【図５】
2008142821.tif 000007
【図６】
2008142821.tif 000008
【図７】
2008142821.tif 000009