(57)【要約】【課題】被加工物の軟質部に対する超音波切削加工が、加工不良を発生させることなく、終了までスムーズに実施し得る技術を提供する。【解決手段】超音波発振機構１４にて超音波振動せしめられた超音波ホーン１２と被加工物１８の少なくとも何れか一方を他方に対して相対移動させることにより、該超音波ホーン１２の切削刃２４を被加工物１８の軟質部９０に押し当てつつ、それら切削刃２４と軟質部９０とを相対変位させることで、該被加工物１８の軟質部９０を超音波切削加工する装置に対して、かかる超音波切削加工の終了直前に、該軟質部９０と該切削刃２４との間で生ずる摩擦熱を上昇させる摩擦熱上昇手段３４，８８，７６を設けた。【選択図】図１
2009018356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物が有する軟質材料からなる軟質部を超音波切削加工するための装置であって、先端部に切削刃を有する超音波ホーンと、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、該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、それらのうちの少なくとも何れか他方に対して相対的に移動させることにより、該超音波ホーンの前記切削刃を該被加工物の前記軟質部に押し当てつつ、それら切削刃と軟質部とを相対変位させる移動手段とを有し、該超音波発振機構にて超音波振動せしめられた該超音波ホーンの切削刃と該被加工物の軟質部との該移動手段による相対変位に伴って、該軟質部を、該切削刃との間で生ずる摩擦熱にて溶融させつつ、該切削刃にて押し切ることにより、該軟質部を超音波切削加工するものにおいて、
前記移動手段による前記超音波ホーンの切削刃と前記被加工物の軟質部との相対変位に伴う該軟質部の超音波切削加工の終了の直前に、該軟質部と該切削刃との間で生ずる摩擦熱を上昇させる摩擦熱上昇手段を設けたことを特徴とする超音波切削加工装置。
【請求項２】
前記被加工物の軟質部に対する超音波切削加工の終了の直前に、前記移動手段による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の移動速度を減少させることにより、該超音波ホーンの前記切削刃と該被加工物の軟質部との接触時間を増大させて、該軟質部と該切削刃との間で生ずる摩擦熱を上昇させる減速機構にて、前記摩擦熱上昇手段が構成されている請求項１に記載の超音波切削加工装置。
【請求項３】
前記被加工物の軟質部に対する超音波切削加工の終了の直前に、前記移動手段による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の移動によって、前記超音波ホーンに一体的に組み付けられて該超音波ホーンを保持する第一の保持部材と前記被加工物に一体的に組み付けられて該被加工物を保持する第二の保持部材のうちの少なくとも何れか一方に接触する緩衝部材を含んで、前記減速機構が構成されて、該移動手段により移動せしめられる該超音波ホーンと該被加工物のうちの少なくとも何れか一方に対して、その移動に対する抵抗力を、該第一の保持部材と該第二の保持部材のうちの何れか一方に対する該緩衝部材の接触により付与することによって、該超音波ホーンと該被加工物のうちの少なくとも何れか一方の移動速度が減少せしめられるようになっている請求項２に記載の超音波切削加工装置。
【請求項４】
前記被加工物の軟質部に対する超音波切削加工の終了の直前に、前記超音波発振機構にて超音波振動せしめられた前記超音波ホーンの振幅を増大させることにより、該超音波ホーンの前記切削刃と該被加工物の軟質部との摩擦抵抗を増大させて、該軟質部と該切削刃との間で生ずる摩擦熱を上昇させる増幅機構にて、前記摩擦熱上昇手段が構成されている請求項１に記載の超音波切削加工装置。
【請求項５】
軟質材料からなる軟質部を有する被加工物と先端部に切削刃を有する超音波ホーンのうちの少なくとも何れか一方を、それらのうちの少なくとも何れか他方に対して相対的に移動させることにより、該超音波ホーンの切削刃を該被加工物の軟質部に押し当てつつ、該超音波ホーンを超音波振動させた状態で、該切削刃と該軟質部とを相対変位させて、該軟質部を、該切削刃との間で生ずる摩擦熱にて溶融させつつ、該切削刃にて押し切ることにより、該軟質部を超音波切削加工するに際して、
前記超音波ホーンの切削刃と前記被加工物の軟質部との相対変位に伴う該軟質部の超音波切削加工の終了の直前に、該軟質部と該切削刃との間で生ずる摩擦熱を上昇せしめる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、超音波切削加工装置及び超音波切削加工方法に係り、特に、被加工物が有する軟質材料からなる軟質部を有利に超音波切削加工するための装置と方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被加工物に対する切削加工には各種のものが知られており、その中の一種として、超音波振動を利用した、所謂超音波切削加工がある。この超音波切削加工は、一般に、その実施に際して、先端部に切削刃を有する超音波ホーンと、この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、超音波ホーンと被加工物のうちの少なくとも何れか一方を、それらのうちの少なくとも何れか他方に対して相対的に移動させることにより、超音波ホーンの切削刃を、被加工物の切削されるべき部分に押し当てつつ、それら切削刃と被切削部分とを相対変位させる移動手段とからなる超音波切削加工装置が用いられる。そして、この超音波切削加工装置の超音波発振機構にて超音波振動せしめられた超音波ホーンの切削刃と被加工物の被切削部分とが、移動手段にて相対変位せしめられることによって、被加工物の被切削部分が、切削刃との間で生ずる摩擦熱にて溶融せしめられつつ、切削刃にて押し切られ、以て、被加工物に対する超音波切削加工が行われるのである。
【０００３】
このような超音波切削加工装置を用いた切削加工によれば、切屑が一体的な塊状物として得られることとなる。そのため、粉状や粒状の切屑が不可避的に且つ多量に発生する、例えばＮＣ旋盤等の工作機械を用いた一般的な切削加工とは異なって、切屑を除去するのに要される時間と労力とが有利に削減されるといった利点が得られる。また、かかる超音波切削加工では、被加工物を単に押し切るだけではなく、超音波により発振する超音波ホーンの切削刃にて、被加工物を部分的に溶融させながら切削するものであるため、ゴムやエラストマ等の軟質材料からなる被加工物を切削したときに、肌荒れのない美麗な加工面が得られるようになる。
【０００４】
そこで、そのような超音波切削加工の利点に着目して、例えば、被加工物が有する軟質材料からなる筒部の内周部や外周部を切削したり、或いは被加工物の軟質材料からなる部分の一部又は全部を切除したり、更には被加工物の軟質材料からなる部分を複数に分割するように切断したりする際、つまり、被加工物が有する軟質材料からなる軟質部を切削加工するに際して、超音波切削加工を利用することが、考えられている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００５】
ところが、実際に、被加工物の軟質部を超音波切削加工する場合、軟質部が剛性に乏しいため、軟質部のうちで切削されるべき部位が、切削加工の進行により徐々に残り少なくなって、切削加工の終了直前に薄肉となると、かかる薄肉部分が切削刃にて押し切られる際に、軟質部の既に切削されて塊状の切屑となった駄肉部分（カット部分）が、切削刃から軟質部に作用せしめられる切削荷重（切削刃の軟質部への押付け力）に耐えきれずに裏返ってしまうことがあった。そして、そうなったときには、その後の切削加工が極めて困難となったり、場合によっては不可能となって、切残りが生ずることさえもあったのである。
【０００６】
【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】
【０００７】
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、被加工物が有する軟質材料からなる軟質部を超音波切削加工するための装置において、切残り等の加工不良を発生させることなく、軟質部の切削加工を終了までスムーズに且つ確実に実施し得るように改良された構造を提供することにある。また、本発明にあっては、被加工物が有する軟質部の切削加工が、加工不良を生ずることなく、スムーズ且つ確実に行い得る超音波切削加工方法を提供することをも、その解決課題とするところである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、本発明にあっては、超音波切削加工装置に係る課題の解決のために、その要旨とするところは、被加工物が有する軟質材料からなる軟質部を超音波切削加工するための装置であって、先端部に切削刃を有する超音波ホーンと、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、該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、それらのうちの少なくとも何れか他方に対して相対的に移動させることにより、該超音波ホーンの前記切削刃を該被加工物の前記軟質部に押し当てつつ、それら切削刃と軟質部とを相対変位させる移動手段とを有し、該超音波発振機構にて超音波振動せしめられた該超音波ホーンの切削刃と該被加工物の軟質部との該移動手段による相対変位に伴って、該軟質部を、該切削刃との間で生ずる摩擦熱にて溶融させつつ、該切削刃にて押し切ることにより、該軟質部を超音波切削加工するものにおいて、前記移動手段による前記超音波ホーンの切削刃と前記被加工物の軟質部との相対変位に伴う該軟質部の超音波切削加工の終了の直前に、該軟質部と該切削刃との間で生ずる摩擦熱を上昇させる摩擦熱上昇手段を設けたことを特徴とする超音波切削加工装置にある。
【０００９】
なお、このような本発明に従う超音波切削加工装置の好ましい態様の一つによれば、前記被加工物の軟質部に対する超音波切削加工の終了の直前に、前記移動手段による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の移動速度を減少させることにより、該超音波ホーンの前記切削刃と該被加工物の軟質部との接触時間を増大させて、該軟質部と該切削刃との間で生ずる摩擦熱を上昇させる減速機構にて、前記摩擦熱上昇手段が構成される。
【００１０】
また、本発明に従う超音波切削加工装置において、上記の如く、摩擦熱上昇手段が減速機構からなる場合には、望ましくは、前記被加工物の軟質部に対する超音波切削加工の終了の直前に、前記移動手段による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の移動によって、前記超音波ホーンに一体的に組み付けられて該超音波ホーンを保持する第一の保持部材と前記被加工物に一体的に組み付けられて該被加工物を保持する第二の保持部材のうちの少なくとも何れか一方に接触する緩衝部材を含んで、前記減速機構が構成されて、該移動手段により移動せしめられる該超音波ホーンと該被加工物のうちの少なくとも何れか一方に対して、その移動に対する抵抗力を、該第一の保持部材と該第二の保持部材のうちの何れか一方に対する該緩衝部材の接触により付与することによって、該超音波ホーンと該被加工物のうちの少なくとも何れか一方の移動速度が減少せしめられるように構成される。
【００１１】
さらに、本発明に従う超音波切削加工装置の別の有利な態様の一つによれば、前記被加工物の軟質部に対する超音波切削加工の終了の直前に、前記超音波発振機構にて超音波振動せしめられた前記超音波ホーンの振幅を増大させることにより、該超音波ホーンの前記切削刃と該被加工物の軟質部との摩擦抵抗を増大させて、該軟質部と該切削刃との間で生ずる摩擦熱を上昇させる増幅機構にて、前記摩擦熱上昇手段が構成される。
【００１２】
そして、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、軟質材料からなる軟質部を有する被加工物と先端部に切削刃を有する超音波ホーンのうちの少なくとも何れか一方を、それらのうちの少なくとも何れか他方に対して相対的に移動させることにより、該超音波ホーンの切削刃を該被加工物の軟質部に押し当てつつ、該超音波ホーンを超音波振動させた状態で、該切削刃と該軟質部とを相対変位させて、該軟質部を、該切削刃との間で生ずる摩擦熱にて溶融させつつ、該切削刃にて押し切ることにより、該軟質部を超音波切削加工するに際して、前記超音波ホーンの切削刃と前記被加工物の軟質部との相対変位に伴う該軟質部の超音波切削加工の終了の直前に、該軟質部と該切削刃との間で生ずる摩擦熱を上昇せしめる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、その要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
すなわち、本発明に従う超音波切削加工装置においては、被加工物の軟質部に対する超音波切削加工の終了直前に、軟質部と切削刃との間で生ずる摩擦熱が、摩擦熱上昇手段にて上昇せしめられるようになっている。それ故、超音波切削加工の終了直前に薄肉となった軟質部の切削されるべき部位が、より容易に且つ確実に溶融せしめられて、切削刃にて「押し切られる」よりも、寧ろ「溶かして切られる」状態となる。そして、それによって、超音波切削加工の終了直前に、軟質部の既に切削されて、塊状の切屑となった駄肉部分が、切削刃から軟質部に作用せしめられる切削荷重にて裏返ってしまうようなことが、効果的に防止され得る。
【００１４】
従って、かくの如き本発明に従う超音波切削加工装置にあっては、切削加工終了直前における軟質部の駄肉部分の裏返りに起因して、切削加工の続行が困難となったり、或いは切残りが生じたりする加工不良の発生が有利に防止され、以て、被加工物の軟質部に対する切削加工が、終了までスムーズに且つ確実に実施され得る。そして、その結果として、超音波切削加工特有の美麗な加工面を有する加工品（製品）が、良好な品質性能をもって、極めて確実に得られることとなるのである。
【００１５】
そして、本発明に従う超音波切削加工方法にあっても、被加工物の軟質部に対する切削加工の終了直前に、軟質部と切削刃との間で生ずる摩擦熱が上昇せしめられるようになっているところから、上記せる超音波切削加工装置を用いて、被加工物の軟質部に対する切削加工を行った場合と実質的に同様な作用・効果が、極めて有効に享受され得ることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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、自動車の吸気パイプを内径切削する際に用いられる超音波切削加工装置が、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１０は、超音波ホーン１２と、この超音波ホーン１２に超音波振動を与える超音波発振機構１４と、超音波ホーン１２を水平方向（図１において左右方向）に移動させる、移動手段としての移動機構１６と、超音波ホーン１２にて切削加工されるべき被加工物たる吸気パイプ１８を保持する保持治具２０とを含んで構成されている。
【００１８】
より具体的には、超音波ホーン１２は、アルミ合金や各種の合金等、所定の金属材料からなるホーン本体２２と、このホーン本体２２の軸方向一端に一体形成された切削刃２４とを、更に含んで構成されている。このホーン本体２２に一体形成された切削刃２４は、一端部がゴムやエラストマ等の軟質材料を用いて形成された、円筒状の吸気パイプ１８における、軟質部としての一端部の内径よりも小さな外径を有する円筒形状を呈している（図４参照）。そして、ホーン本体２２は、全体として、切削刃２４の側から、それとは軸方向の反対側に向かって次第に大径化するテーパ形状を呈しており、それによって、超音発振機構１４にて与えられた超音波振動を、切削刃２４の側において増幅し得るようになっている。
【００１９】
また、超音波発振機構１４は、超音波ホーン１２のホーン本体２２における切削刃２４とは反対の大径側端部に対して同軸的に固設された超音波振動子２６と、この超音波振動子２６に対して電気的に接続された超音波発振器２８とを有する従来より公知の構造をもって、構成されている。そして、かかる超音波発振機構１４においては、超音波発振器２８がコントローラ３０に対して電気的に接続されており、このコントローラ３０の作動制御の下で、超音波発振器２８が作動せしめられることによって、超音波振動子２６が発振せしめられるようになっている。
【００２０】
かくして、ここでは、超音波発振機構１４における超音波発振器２８の作動に伴う超音波振動子２６の発振に基づいて、ホーン本体２２に超音波振動が与えられ、それにより、切削刃２４が超音波振動せしめられるようになっている。
【００２１】
一方、移動機構１６は、水平方向に延びるベース３２と、ベース３２上を水平方向に移動可能に配置されたクランプ部材３４とを有している。また、ベース３２の内部には、水平方向に延びるねじ軸３６が、前記コントローラ３０に対して電気的に接続された状態でベース３２の一端部に固定されたステッピングモータ３８の回転に伴って、回転可能に且つ移動不能に配設されている。更に、そのようなねじ軸３６には、ナット部材４０が、ねじ軸３６の軸方向に移動可能に且つ回転不能に螺合されている。このナット部材４０は、ベース３２の内部に位置して、ねじ軸３６に螺合する螺合部４２と、ベース３２の外部に突出位置せしめられた取付部４４とを一体的に有している。また、このナット部材４０の取付部４４に対して、クランプ部材３４が固定されている。そして、超音波ホーン１２が、軸方向を水平方向と一致させるように位置せしめられた状態で、かかるクランプ部材３４にクランプされて、一体移動可能に支持されている。つまり、超音波ホーン１２が、クランプ部材３４とナット部材４０とに対して、一体移動可能な状態で、一体的に組み付けられて、保持されている。このことから明らかなように、ここでは、クランプ部材３４とナット部材４０とにて、第一の保持部材が構成されている。
【００２２】
かくして、移動機構１６においては、ステッピングモータ３８の正逆回転に伴うねじ軸３６の正逆回転によって、ナット部材４０とクランプ部材３４とが、ねじ軸３６の回転量に応じた分だけ、水平方向の一方と他方の両方向に移動せしめられるようになっており、以て、クランプ部材３４に支持された超音波ホーン１２を、ベース３２上において、水平方向の一方と他方となる前進方向（図１中の右方向）と後退方向（図１中の左方向）とにおいて、一定の速度で、ナット部材４０と一体移動せしめ得るように構成されている。また、ここでは、ステッピングモータ３８の回転方向と回転駆動量とがコントローラ３０にて制御されており、それによって、超音波ホーン１２が、予め設定された距離だけ前進乃至は後退せしめられるようになっている。
【００２３】
一方、保持治具２０は、上記の如き構造を有する移動機構１６のベース３２上において、超音波ホーン１２と一体移動せしめられるナット部材４０の取付部４４と、その前進方向に所定距離を隔てて対向位置せしめられた状態で、固設されている。
【００２４】
この保持治具２０は、図１乃至図３から明らかなように、移動機構１６のベース１６上に固定された下側保持体４６と、この下側保持体４６に対して上側から重ね合わされて、位置せしめられた上側保持体４８の二つの分割体からなる分割構造を有している。そして、それら下側保持体４６と上側保持体４８とが、上下方向において互いに重ね合わされた状態下で、上下方向に延びる締結ボルト５０，５０にて互いに締結されることによって、着脱可能に一体的に組み付けられるようになっている。つまり、ここでは、保持治具２０が、下側及び上側の二つの保持体４６，４８とからなる一体組付品にて、構成されている。そして、締結ボルト５０，５０による締結の解除により、下側保持体４６と上側保持体４８との組付状態が、容易に解消され得るようになっている。
【００２５】
また、このような保持治具２０の下側保持体４６と上側保持体４８の互いの重合せ面の幅方向中央部には、同一径の半円形状の内周面（底面）を備えた凹溝５２，５４が、下側及び上側の各保持体４６，４８の厚さ方向に連続して延びるように、それぞれ形成されている。そして、上記の如く、下側保持体４６と上側保持体４８とが互いに重ね合わされて、一体的に組み付けられることで、凹溝５２，５４が、それぞれの内周面を互いに対向させるように位置せしめられ、以て、保持治具２０の略中央部に、厚さ方向に貫通する円形の保持孔５６が、二つの凹溝５２，５４にて、前記超音波ホーン１２の円筒状の切削刃２４と同軸的に位置する状態で、形成されるようになっている。なお、かかる保持孔５６にあっては、その内径が、吸気パイプ１８の外径よりも僅かに大なる大きさとされて、吸気パイプ１８が挿入可能とされている。
【００２６】
さらに、そのような保持孔５６を形成する各凹溝５２，５４の延出方向一端部の内周面部分、換言すれば、下側及び上側の各保持体４６，４８の厚さ方向一方側の端面において、厚さ方向に開口する各凹溝５２，５４の開口周縁部を与える内周面部分には、それを他の内周面部分よりも大径化する半円状の第一凹部５８，６０が、それぞれ形成されている。なお、この第一凹部５８，６０の深さ及び幅は、吸気パイプ１８の軟質材料からなる一端部の外周面に一体的に周設される円環板状の外フランジ部６２の幅（吸気パイプ１８の外周面からの突出高さ）及び厚さと略同一寸法とされている。
【００２７】
また、各凹溝５２，５４の延出方向の中間部の内周面部分にも、それを他の内周面部分よりも大径化する半円状の第二凹部６４，６６が、それぞれ形成されている。この第二凹部６４，６６の深さ及び幅は、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側の端部における、外フランジ部６２よりも軸方向内方に所定距離隔てた部分に設けられた、径方向外方に膨出する膨出部６８の膨出高さ（吸気パイプ１８の外周面からの突出高さ）及び幅と略同一寸法とされている。
【００２８】
かくして、ここでは、下側保持体４６と上側保持体４８とが一体的に組み付けられて、凹溝５２，５４にて保持孔５６が形成されたときに、かかる保持孔５６の一方側の開口周縁部に、吸気パイプ１８の外フランジ部６２の厚さ及び幅と略同一寸法の幅及び深さを有して、周方向に連続して延びる円環状の切欠溝からなる第一収容部７０が、下側及び上側の各保持体４６，４８のそれぞれの第一凹部５８，６０にて形成され、また、保持孔５６の軸方向内方に所定距離入り込んだ内周面部分には、吸気パイプ１８の膨出部６８の膨出高さ及び幅と略同一寸法の深さ及び幅を有して、周方向に連続して延びる円環状の矩形溝からなる第二収容部７２が、上側及び下側の各保持体４８，４４のそれぞれの第二凹部６４，６６にて形成されるようになっている。
【００２９】
そして、このような保持治具２０の保持孔５６内に、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側の端部が、外フランジ部６２と膨出部６８とを、第一収容部７０と第二収容部７２内とにそれぞれ収容せしめた状態で、挿入されて、保持されるようになっている。そうして、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部が、保持治具２０に対して、位置固定に組み付けられるようになっている。このことから明らかなように、ここでは、保持治具２０にて、第二の保持部材が構成されている。
【００３０】
なお、この吸気パイプ１８の端部に設けられた外フランジ部６２と膨出部６８は、吸気パイプ１８がエアクリーナの接続部等に取り付けられる際に、吸気パイプ１８の端部に外挿されるバンドクランプ等のクランプ部材に対して軸方向両側から係合して、かかるクランプ部材の軸方向への変位を規制するためのものである。そして、そのような膨出部６８にあっては、その内周部が、径方向外方に凹陥せしめられて、他の内側部分よりも内径が大径化された凹陥部７４とされている。
【００３１】
ところで、本実施形態の超音波切削加工装置にあっては、図１から明らかなように、移動機構１６のベース３２上に、緩衝部材としてのアブソーバ部材７６が、位置固定に設けられており、その点において、従来装置とは構成上の顕著な差異が存している。
【００３２】
このアブソーバ部材７６は、所定の作動油が収容されたシリンダ７８と、このシリンダ７８内に、突出乃至引込移動可能に配置されたピストンロッド８０と、シリンダ７８から突出位置するピストンロッド８０の先端に取り付けられたキャップ８２と、シリンダ７８とキャップ８２との間に、軸方向外方に付勢力を発揮し得る状態で、ピストンロッド８０に外挿固定されたコイルばね８４とを備えた油圧式の公知の構造を有している。
【００３３】
そして、ここでは、移動機構１６のベース３２上において、そこに固設された保持治具２０の下側保持体４６と、この下側保持体４６に対して所定距離を隔てて対向配置されたナット部材４０の取付部４４との間に、矩形ブロック状の支持体８６が、位置固定に設けられており、かかる支持体８６に対して、上記せる如き構造のアブソーバ部材７６が、軸方向を、保持治具２０の下側保持体４６とナット部材４０の取付部４４との対向方向（移動機構１６による超音波ホーン１２の前進／後退方向）に一致させ、且つピストンロッド８０を、シリンダ７８からナット部材４０の取付部４４側（超音波ホーン１２の後退側）に突出させた状態で、位置固定に取り付けられている。
【００３４】
かくして、本実施形態においては、超音波ホーン１２が、コントローラ３０による制御下での移動機構１６の作動によって前進せしめられたときに、超音波ホーン１２と一体移動せしめられるナット部材４０の取付部４４が、保持治具２０の下側保持体４６との対向面からなる接触面８８において、アブソーバ部材７６のキャップ８２に接触せしめられ、また、そのようなナット部材４０の取付部４４のキャップ８２との接触状態下で、ナット部材４０の接触面８８にて、キャップ８２を押圧して、キャップ８２が取り付けられるピストンロッド８０をシリンダ７８内に引き込ませつつ、超音波ホーン１２が、更に一定の距離だけ前進せしめられるようになっている。
【００３５】
これにより、超音波ホーン１２の前進時に、ナット部材４０の取付部４４の接触面８８がアブソーバ部材７６のキャップ８２に接触せしめられた時点から、ナット部材４０に対して、超音波ホーン１２との前進方向への一体移動に対する抵抗力が、アブソーバ部材７６にて付与され、以て、超音波ホーン１２の前進方向への移動速度が、そのような抵抗力に基づいて減少せしめられるようになっている。
【００３６】
なお、本実施形態では、後述する如く、超音波ホーン１２の前進により、保持治具２０に保持された吸気パイプ１８の外フランジ部６２側の端部の内周部９０が超音波切削加工されるようになるが、この超音波切削加工の終了直前において、ナット部材４０の取付部４４の接触面８８が、アブソーバ部材７６のキャップ８２に接触せしめられるように、アブソーバ部材７６の設置位置が設定されている。また、超音波切削加工の終了後に、超音波ホーン１２とナット部材４０とが後退せしめられて、超音波切削加工の開始前の位置に復帰せしめられるときには、アブソーバ部材７６のピストンロッド８０が、それに外挿されたコイルばね８４の付勢力に基づいて、シリンダ７８内への引込状態から元の突出状態に復帰せしめられるようになっている。
【００３７】
而して、かくの如き構造を有する本実施形態の超音波切削加工装置１０を用いて、吸気パイプ１８のうち、ゴムやエラストマ等の軟質材料からなる外フランジ部６２形成側端部の内周部９０を切削加工する際には、例えば、以下の如き手順に従って、その操作が進められる。
【００３８】
すなわち、先ず、図１に示されるように、吸気パイプ１８が、横倒し状態で、保持治具２０の保持孔５６内に挿入されて、かかる吸気パイプ１８の外フランジ部６２が第一収容部７０内に、また、膨出部６８が第二収容部７２内に、それぞれ収容される。これにより、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部が、それとは反対の端部側への軸方向の動き（変位）が阻止された状態で、保持孔５６内に保持される。また、かかる保持状態下で、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部が、超音波ホーン１２の切削刃２４と同軸的に位置せしめられる。なお、このような吸気パイプ１８の保持治具２０への保持操作は、保持治具２０を構成する上側保持体４８と下側保持体４６との相互の組付を解消し、再び、それらを一体的に組み付ける操作を行うことで、容易に実施されることとなる。
【００３９】
次に、コントローラ３０の作動制御の下で、超音波発振機構１４の超音波発振器２８が作動せしめられて、超音波振動子２６が振動させられることにより、超音波ホーン１２が発振して、切削刃２４が超音波振動せしめられる。なお、ここで使用される超音波ホーン１２の切削刃２４の軸方向長さ：Ｌ1 が、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の切削加工されるべき内周部９０の軸方向長さ：Ｌ2 よりも、所定寸法だけ長くされている。
【００４０】
そして、切削刃２４が超音波振動せしめられる一方で、コントローラ３０の作動制御の下でのステッピングモータ３８の正回転駆動に伴って、ねじ軸３６が正回転駆動せしめられて、ナット部材４０とクランプ部材３４と超音波ホーン１２とが、ベース３２上を、前進方向（図１中の矢印アの方向）に一体的に移動せしめられる。
【００４１】
これによって、図４に示されるように、超音波ホーン１２の切削刃２４が、超音波振動せしめられた状態で、保持治具２０に保持された吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内孔内に同軸的に押し込まれ、以て、かかる吸気パイプ１８の端部の内周部９０が、切削刃２４の押込み量に応じた分だけ超音波切削加工される。
【００４２】
なお、このような吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工は、超音波ホーン１２の切削刃２４の超音波振動に伴って、かかる切削刃２４と吸気パイプ１８の端部の内周部９０との間で生ずる摩擦熱にて、かかる内周部９０が溶融せしめられつつ、吸気パイプ１８の端部内への切削刃２４の押込みにより、吸気パイプ１８の端部の内周部９０が切削刃２４にて押し切られることで、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側とは反対側に向かって、徐々に進行せしめられる。
【００４３】
そして、かくして吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波ホーン１２の切削刃２４による超音波切削加工が、超音波ホーン１２のナット部材４０との一体的な前進移動に伴って進行せしめられると、やがて、図５に示されるように、かかる超音波切削加工の終了の直前、つまり、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０のうちで切削されるべき部位が、残り少なくなって、薄肉部９２となったときに、ナット部材４０の取付部４４の接触面８８が、アブソーバ部材７６のキャップ８２に接触せしめられる。その後、そのような接触状態下で、ナット部材４０が、アブソーバ部材７６のピストンロッド８０を押圧して、シリンダ７８内に引込移動させつつ、超音波ホーン１２と共に、更に一体的に前進せしめられる。
【００４４】
このとき、前述せるように、ナット部材４０に対して、超音波ホーン１２との前進方向への一体移動に対する抵抗力が、アブソーバ部材７６にて付与されて、超音波ホーン１２の前進方向への移動が減速される。この減速状態は、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工が終了するまで継続される。
【００４５】
これによって、ここでは、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工の終了直前から終了に至るまでの段階、つまり超音波ホーン１２の前進速度が減速された状態において、かかる内周部９０の薄肉部９２と超音波振動せしめられる超音波ホーン１２の切削刃２４との接触時間（内周部９０の単位面積当たり）が、超音波切削加工の終了直前よりも前の段階、つまり超音波ホーン１２の前進速度の減速前の状態における内周部９０と切削刃２４との接触時間（内周部９０の単位面積当たり）よりも長くされる。その結果、内周部９０の薄肉部９２と切削刃２４との間で生ずる摩擦熱が、超音波切削加工の終了直前から終了に至るまでの段階で、それまでの段階よりも効果的に上昇せしめられ、以て、内周部９０の薄肉部９２が、より容易に且つ確実に溶融せしめられて、切削刃２４にて「押し切られる」よりも、寧ろ「溶かして切られる」状態となる。このことから明らかなように、本実施形態においては、アブソーバ部材７６からなる緩衝部材と、ナット部材４０及びクランプ部材３４からなる第一の保持部材とにて、減速機構、更には摩擦熱上昇手段が構成されている。
【００４６】
そして、超音波ホーン１２が、図５に二点鎖線で示される位置、つまり、超音波ホーン１２の切削刃２４の先端が、吸気パイプ１８の膨出部６８の内側の凹陥部７４内に入り込む位置に到達して、内周部９０の薄肉部９２が切削されることにより、内周部９０全体が、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部から完全に切除されて、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工が完了せしめられる。このとき、切除された内周部９０が、超音波切削加工によって生ずる切屑として、一体的な塊状物の形態において得られるようになる。なお、ここでは、超音波ホーン１２が、図５に二点鎖線で示される位置に達したときに、それが、例えば、図示しないリミットスイッチ等にて検出され、その検出信号がコントローラ３０に入力されて、移動機構１６のステッピングモータ３８の回転駆動がコントローラ３０にて停止せしめられることにより、超音波ホーン１２の前進移動が停止されることで、超音波切削加工が終了せしめられるようになっている。
【００４７】
このように、本実施形態においては、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工の終了の直前に、内周部９０の薄肉部９２が、切削刃２４との間で生ずる摩擦熱の上昇により、溶融し易くなって、切削刃２４にて「押し切られる」よりも、寧ろ「溶かして切られる」状態となるため、内周部９０の既に切削されて、塊状の切屑となった駄肉部分が、切削刃２４から内周部９０に作用せしめられる切削荷重によって裏返ってしまうようなことが、効果的に防止され得る。
【００４８】
従って、かくの如き本実施形態の超音波切削加工装置１０を用いれば、切削加工終了直前における内周部９０の駄肉部分の裏返りに起因して、内周部９０の薄肉部９２に対する切削加工が困難となったり、或いはかかる薄肉部９２の切削が不能となって、内周部９０が、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部から切除されずに、切残りとして残存する事態が生じたりすることが未然に防止されて、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工が、終了までスムーズに且つ確実に実施され得る。そして、その結果として、超音波切削加工特有の美麗な加工面を有する加工品（製品）が、加工不良のない、良好な品質性能をもって、極めて確実に得られることとなるのである。
【００４９】
また、本実施形態においては、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工の終了の直前に、超音波ホーン１２の前進速度が減速されて、内周部９０の薄肉部９２と切削刃２４との間で生ずる摩擦熱が上昇せしめられることで、超音波切削加工の終了までのスムーズな進行が実現されている。それ故、例えば、超音波ホーン１２の超音波振動を与える超音波発振機構１４や、そのような超音波発振機構１４と移動機構１６とを作動制御するコントローラ３０等の比較的に複雑且つ高価な機器には特別な構造が付与されておらず、従って、超音波切削加工の終了までのスムーズな進行、更には目的とする加工品の品質性能の向上が、経済的に有利に実現され得る。
【００５０】
しかも、本実施形態の超音波切削加工装置では、移動機構１６のステッピングモータ３８に対するコントローラ３０による複雑な駆動制御が何等行われることなく、比較的に単純な構造を有するアブソーバ部材７６にて、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工の終了の直前に、超音波ホーン１２と一体移動せしめられるナット部材４０に対して、単に、抵抗力が付与されるだけで、超音波ホーン１２の前進速度が減速されるようになっているところから、超音波切削加工装置１０全体のコストの高騰を抑制するだけでなく、その構造の複雑化を防止しつつ、美麗な加工面と良好な品質性能を有する加工品が、極めて有利に得られるのである。
【００５１】
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。
【００５２】
例えば、前記実施形態では、超音波ホーン１２のみが、移動手段たる移動機構１６により、位置固定とされた、被加工物たる吸気パイプ１８に対して、相対的に移動せしめられるように、つまり接近乃至離隔移動可能とされていたが、超音波ホーン１２を位置固定とし、この超音波ホーン１２に対して、吸気パイプ１８のみを移動機構１６により相対的に移動可能としたり、或いは、超音波ホーン１２と吸気パイプ１８の両方を、移動機構１６により、互いに相対的に移動可能とすることも出来る。
【００５３】
また、上記の如く、超音波ホーン１２や吸気パイプ１８を相対移動させる移動手段の構造も、例示のねじ送り機構を利用した移動機構１６の構造に、何等限定されるものではなく、かかる移動手段の構造として、例えば、エアシリンダや油圧シリンダなど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も、適宜に採用され得る。
【００５４】
さらに、前記実施形態では、摩擦熱上昇手段を構成する減速機構に含まれる緩衝部材が、油圧式のアブソーバ部材７６からなっていたが、この緩衝部材の具体的構造は、何等これに限定されるものではない。即ち、例えば、緩衝部材として、空気圧式やばね式の公知のアブソーバ部材を採用することも出来、或いはそのような機械式のアブソーバ部材に代えて、ゴムブロックや各種のばね部材、或いは弾性を有する樹脂ブロック体等の弾性部材を、緩衝部材として用いることも可能である。
【００５５】
また、前記実施形態では、緩衝部材たるアブソーバ部材７６が、第一の保持部材たるクランプ部材３４及びナット部材４０と第二の保持部材たる保持治具２０との間に、それら第一及び第二の保持部材とは別個に独立して、固定されて、超音波切削加工の終了直前に、かかるアブソーバ部材７６が、ナット部材４０と接触することで、超音波ホーン１２の前進移動に対して抵抗力を付与し得るようになっていたが、緩衝部材の取付位置は、適宜に変更可能であり、また、そのような緩衝部材の取付位置の変更に基づいて、緩衝部材による抵抗力の付与構造も、種々変更されるところである。
【００５６】
すなわち、例えば、緩衝部材（アブソーバ部材７６）を、第一の保持部材（クランプ部材３４及びナット部材４０）と第二の保持部材（保持治具２０）のうちの何れか一方に固定しても良い。そして、その際には、第一の保持部材とそれが一体的に組み付けられる超音波ホーンとの組付体と、第二の保持部材とそれが一体的に組み付けられる被加工物との組付体のうちの少なくとも何れか一方の組付体が、それらのうちの他方の組付体に対して、移動手段により相対的に移動せしめられたときに、緩衝部材が、それが固定されていない第一の保持部材と第二の保持部材のうちの何れか他方に接触することにより、超音波ホーンと被加工物の相対移動に対して、抵抗力が付与されるようになる。
【００５７】
また、超音波ホーンに一体的に組み付けられて、超音波ホーンを保持する第一の保持部材の構造や、被加工物に一体的に組み付けられて、被加工物を保持する第二の保持部材の構造も、例示のものに限定されるものではなく、超音波ホーンや被加工物、或いは移動手段の構造等によって、種々変更され得るものである。
【００５８】
さらに、摩擦熱上昇手段を構成する減速機構としては、緩衝部材を含む機構以外に、例えば、移動手段たる移動機構１６のステッピングモータ３８の回転駆動を制御するコントローラ３０を、超音波切削加工の終了直前に、ステッピングモータ３８の回転速度を減速させる制御を行い得るように構成して、このコントローラ３０にて、減速機構を実現することも出来る。
【００５９】
また、摩擦熱上昇手段として、例示の緩衝部材を利用した減速機構に代えて、或いはそれに加えて、被加工物の軟質部に対する超音波切削加工の終了の直前に、超音波発振機構にて超音波振動せしめられた超音波ホーンの振幅を増大させることにより、超音波ホーンの切削刃と被加工物の軟質部との摩擦抵抗を増大させて、それら軟質部と切削刃との間で生ずる摩擦熱を上昇させる増幅機構を採用することも出来る。
【００６０】
具体的には、例えば、図１に示される如き超音波切削加工装置１０において、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工の終了の直前に、コントローラ３０の制御により、超音波発振器２８の作動に基づいて超音波振動せしめられる超音波振動子２６の振幅が増大されることによって、超音波振動せしめられる超音波ホーン１２と切削刃２４の振幅も増大されるように構成しても良いのである。なお、この場合には、増幅機構が、コントローラ３０にて構成されることとなる。
【００６１】
このような構造によっても、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工の終了の直前に、内周部９０の薄肉部９２が、切削刃２４との間で生ずる摩擦熱の上昇により、溶融し易くなって、切削刃２４にて「押し切られる」よりも、寧ろ「溶かして切られる」状態となる。そのため、切削加工終了直前における内周部９０の駄肉部分の裏返りが有利に防止されて、吸気パイプ１８の外フランジ部６２形成側端部の内周部９０に対する超音波切削加工が、終了までスムーズに且つ確実に実施され得、その結果、美麗な加工面を有する加工品が、加工不良のない、良好な品質性能をもって、極めて確実に得られることとなるのである。
【００６２】
また、かかる構造によれば、移動機構１６のステッピングモータ３８や超音波発振器２８の作動制御に用いられるコントローラ３０を利用して、超音波ホーン１２と切削刃２４の超音波振動の増幅が図られ得るため、上記の如き優れた作用・効果を享受するために、超音波切削加工装置１０の部品点数が増加するようなことが、有利に回避され得る。
【００６３】
さらに、前記実施形態では、超音波ホーン１２の切削刃２４が、円筒形状を有していたが、この切削刃２４の形状は、被加工物の切削加工されるべき軟質部の形状等に応じて、適宜に変更可能である。
【００６４】
加えて、前記実施形態では、本発明を、自動車の吸気パイプを内径切削する際に用いられる超音波切削加工装置と方法に適用したものの具体例を示したが、本発明は、被加工物が有する軟質材料からなる軟質部を超音波切削加工するための装置、例えば、被加工物が有する軟質材料からなる筒部の内周部や外周部を切削したり、或いは被加工物の軟質部の一部又は全部を切除したり、更には被加工物の軟質部を複数に分割するように切断したりするための各種の超音波切削加工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。
【００６５】
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のであって、本発明は、各種の形態において実施され得るものである。従って、当業者の知識に基づいて採用される本発明についての種々なる変更、修正、改良に係る各種の実施の形態が、何れも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、本発明の範疇に属するものであることが、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【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って、吸気パイプを保持治具にて保持せしめた状態を示している。
【図２】図１に示された超音波切削加工装置に装備される保持治具の部分正面説明図である。
【図３】図１におけるIII−III断面説明図である。
【図４】図１に示された超音波切削加工装置を用いて、吸気パイプの軟質材料からなる一端部の内周部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、超音波振動せしめられた状態で、吸気パイプの一端部内に押し込んだ状態を示している。
【図５】図４に示された工程に引き続いて実施される工程を示す説明図であって、吸気パイプの一端部の内周部に対する超音波切削加工の終了直前の状態を示している。
【符号の説明】
【００６７】
１０  超音波切削加工装置              １２  超音波ホーン
１４  超音波発振機構                  １６  移動機構
１８  吸気パイプ                      ２０  保持治具
２４  切削刃                          ２８  超音波発振器
３０  コントローラ                    ４０  ナット部材
５６  保持孔                          ７６  アブソーバ部材
８８  接触面                          ９０  内周部
９２  薄肉部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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