JPH09109097A - 超音波加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数形状の穴あけ加工を行うことができ、か
つ加工時間が短い。 【解決手段】 発振器１は所定周波数の信号を出力し、
振動子２は発振器１の出力により駆動されて振動し、振
動子２に取り付けられた工具ホーン３は振動子２ととも
に振動する。工具ホーン３が、送り駆動部により送り駆
動され被加工物に圧接されるとともに振動することで、
被加工物に工具ホーン３の横断面形状の穴あけ加工が行
われる。ここで工具ホーン３は、複数の異なる横断面形
状の加工部を重ねて配置した多段複数断面形状を有し、
送り駆動部による工具ホーン３の送り駆動量を多段複数
断面形状に対応して選択制御することで、複数形状の穴
あけ加工が行われる。さらに制御部４０が、工具ホーン
３の送り駆動位置に対応し、工具ホーン３の被加工物に
圧接されている各加工部に特有の共振周波数の信号を出
力するように発振器１を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波加工機、特に
超音波振動する工具ホーンを被加工物に圧接し、工具ホ
ーンの横断面形状の穴あけ加工を被加工物に対して行う
超音波加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被加工物に対しての穴あけ加工を
行う加工機としては、ドリル加工機、プレス加工機、超
音波加工機、レーザ加工機、ウォータジェット加工機な
どが用いられている。これらの加工機のうち超音波加工
機と、ウォータジェット加工機及びレーザ加工機の概要
を以下に説明する。

【０００３】［従来技術１］超音波加工機 図１１は従来用いられている超音波加工機の一例の概要
を示している。同図に示すように、従来の超音波加工機
は、発振器１、振動子２、工具ホーン３、及び送り駆動
部４からなる。また同図には樹脂板１０を加工する場合
が示されている。

【０００４】発振器１は超音波振動に属する所定周波数
ｆの電気的な信号を発生させる回路を含んでおり、発生
した信号を振動子２へ出力する。

【０００５】振動子２は例えば励振コイルを含んだ磁歪
振動子で構成されている。振動子２は、発振器１からの
入力信号により駆動され、この入力信号の周波数ｆで図
１１の上下方向に機械的に振動する。

【０００６】工具ホーン３は振動子２にボルト締結され
ており、振動子２と共に振動する。本従来例の工具ホー
ン３は円筒形状からなっている。工具ホーン３の材質及
び形状は、高い周波数の振動に対して十分な強度を有す
るように設定されている。

【０００７】送り駆動部４には、上記振動子２がボルト
締結されている。送り駆動部４は、振動子２及び工具ホ
ーン３を送り駆動し、工具ホーン３を樹脂板１０に圧接
する。

【０００８】以上のような構成の超音波加工機では、工
具ホーン３が送り駆動部４により樹脂板１０に圧接され
るとともに周波数ｆで振動することで、工具ホーン３と
樹脂板１０の間に摩擦熱が発生し、この摩擦熱により樹
脂板１０が溶融する。その結果、樹脂板１０に工具ホー
ン３の横断面形状（工具ホーンの軸方向に垂直な断面の
形状をいう。以下同じ。）の穴あけ加工が行われる。上
記の超音波加工機によれば穴あけ加工を短時間で行うこ
とが可能である。

【０００９】なお上記において発振器１の出力信号の周
波数ｆを、加工時における振動子２及び工具ホーン３の
共振周波数に設定することで、加工部に伝えられる振動
エネルギが最大となる。その結果、加工部で発生する摩
擦熱も最大となり、穴あけ加工に要する時間が最も短く
なる。

【００１０】［従来技術２］ウォータジェット加工機／
レーザ加工機 ウォータジェット加工機には小径の水噴出口が備えられ
ている。そして被加工物に対して水噴出口から水が噴射
され、水噴射軌跡に沿って被加工物が切断される。加工
する穴の形状の輪郭線を一周するように水噴射を行うこ
とで、所望の形状の穴あけ加工が行われる。

【００１１】またレーザ加工機よる加工では、上記水噴
射に替えてレーザビームの照射が行われる。そしてウォ
ータジェット加工機と同様にレーザビーム照射軌跡に沿
って被加工物が切断されて穴あけ加工が行われる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】穴あけ加工工程を含む
加工ラインにおいて、一つの加工機が複数形状の穴あけ
加工を行うように構成することで、一部材の複数箇所の
異なる形状の穴あけ加工を一加工機で行うことが可能と
なる。また一つの加工ラインで複数種類の部材を加工す
る場合に、上記加工機によれば複数種類の部材の複数形
状の穴あけ加工を一加工機で行うことが可能になる。こ
のように一加工機で複数形状の穴あけ加工を行うことが
できれば、生産設備の多機能化及び集約化により、生産
設備費の低減と生産設備スペースの縮小が図られ、加工
ラインにおける生産性が向上する。

【００１３】ここで前述の［従来技術１］に説明した超
音波加工機により複数形状の穴あけ加工を行う場合に
は、加工形状を変更する度に工具ホーン３の交換を行う
必要がある。この交換作業のために生産性が低下するの
で、加工ラインでの超音波加工機による複数形状の穴あ
け加工は一般に行われていない。この点は、刃具交換や
プレス型交換を必要とするドリル加工機やプレス加工機
においても同様である。

【００１４】一方［従来技術２］に説明したウォータジ
ェット加工機によれば、水噴射軌跡を変更することで任
意の複数形状の穴あけ加工を行うことができる。しか
し、加工する穴の輪郭線を一筆書きで辿るように水噴射
を行うので、水噴射軌跡に応じた加工時間が必要であ
る。さらに水噴出のＯＮ／ＯＦＦ時間も必要である。以
上よりウォータジェット加工機による加工では、他の加
工機を用いた場合より加工時間が長く、また加工時間の
短縮も困難であるという問題がある。レーザ加工機を用
いた場合にも、上記ウォータジェット加工機の場合と同
様である。すなわち、加工する穴の輪郭線を一筆書きで
辿るようにレーザビーム照射を行うための加工時間が必
要であり、さらにレーザビーム照射のＯＮ／ＯＦＦ時間
が必要である。従って加工時間が長く、加工時間の短縮
が困難であるという問題がある。

【００１５】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものである。本発明の目的は複数種類の形状の穴あ
け加工を行うことができ、かつ加工時間の短い加工機を
提供することにある。この目的を達成するために、本発
明は上記従来技術１に説明した超音波加工機であって、
工具ホーンを交換することなく複数形状の穴あけ加工を
行うことが可能な加工機を提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波加工機
は、所定周波数の信号を出力する発振器と、前記発振器
の出力により駆動され、前記所定周波数に対応して振動
する振動子と、前記振動子に取り付けられ、前記振動子
とともに振動する工具ホーンと、前記工具ホーンを軸方
向に送り駆動して被加工物に圧接する送り駆動部と、を
含み、前記工具ホーンを被加工物に圧接するとともに振
動させることで、被加工物に前記工具ホーンの横断面形
状の穴あけ加工を行う超音波加工機であって、前記工具
ホーンは、複数の異なる横断面形状の加工部を重ねて配
置した多段複数断面形状を有し、前記送り駆動部による
前記工具ホーンの送り駆動量を前記多段複数断面形状に
対応して選択制御することで、複数形状の穴あけ加工を
行うことを特徴とするものである。

【００１７】上記構成によれば、工具ホーンの先端から
異なる横断面形状の加工部が順次被加工物に圧接され、
圧接された加工部の横断面形状の穴あけ加工が順次行わ
れる。そして、選択された送り駆動量を工具ホーンが駆
動された時に圧接されている加工部の横断面形状の穴あ
け加工が最終的に行われる。以上のように工具ホーンの
送り駆動量を選択制御することで、工具ホーンの最大送
り駆動時に被加工物に圧接される加工部が異なるものと
なり、複数種類の形状の穴あけ加工が行われる。

【００１８】なお上記構成において、振動子は発振器の
出力信号の周波数に対応して振動すればよく、該周波数
と同一振動数で振動しても、異なる振動数で振動しても
よい。後者の場合は発振器の出力信号の周波数を基にし
て、変換された振動数で振動子が振動するように構成さ
れる。

【００１９】また本発明の超音波加工器は、前記送り駆
動部により送り駆動される前記工具ホーンの送り駆動位
置に対応し、前記工具ホーンの被加工物に圧接されてい
る各加工部に特有の共振周波数の信号を出力するように
前記発振器を制御する制御部を含むことを特徴とする。

【００２０】ここで「各加工部に特有の共振周波数」と
は、下記説明のように各加工部が被加工物に圧接されて
いる状態における工具ホーン及び振動子の共振周波数を
いう。

【００２１】前述のように工具ホーンは複数の異なる横
断面形状の加工部を有している。そして異なる加工部が
圧接されると、工具ホーン及び振動子は異なる振動数で
共振する。上記「加工部に特有の共振周波数」は、この
加工部毎に異なっている、各加工部の圧接状態での工具
ホーン及び振動子の共振周波数をいう。

【００２２】前述の如く本発明の超音波加工機では、工
具ホーンの送り駆動位置に対応して、被加工物に順次異
なる断面形状の加工部が圧接される。ここで制御部は、
各送り駆動位置において被加工物に圧接されている各加
工部に特有の共振周波数の信号を出力するように発振器
を制御する。従って上記構成とし、発振器の出力信号の
周波数で振動子を振動させることで、穴あけ加工におい
て被加工物に圧接されている加工部が順次変わっても、
工具ホーン及び振動子の共振状態が保たれる。その結
果、加工部に常に最大の振動エネルギを伝えることがで
き、加工時間が短縮される。

【００２３】また本発明の超音波加工機は、前述の発明
の超音波加工機において、前記工具ホーンは、直径の異
なる複数の円筒部からなり、先端に行くに従い小径の円
筒部が配置される多段円筒形状を有し、前記複数の円筒
部の任意直径の穴あけ加工を行うことを特徴とするもの
である。

【００２４】

【発明の実施の形態】

［実施形態１］以下、本発明の好適な第１の実施の形態
を図面に基づき説明する。本実施形態で示す超音波加工
機は、樹脂板に直径φａ、φｂ、φｃ、φｄの４種類の
貫通穴の穴あけ加工を行うものである。

【００２５】図１は本実施形態に係る超音波加工機の構
成を示した図である。同図に示すように本実施形態の超
音波加工機は、発振器１、振動子２、工具ホーン３、駆
動ロボット４０及び制御部５０からなり、樹脂板１０を
加工するものである。以下に各部の構成を説明する。

【００２６】発振器１は超音波振動に属する所定周波数
の電気的な信号を発生させる回路を含んでおり、発生し
た信号を振動子２へ出力する。本実施形態において発振
器１は出力信号の周波数を変更することができるように
設定されており、後述する制御部５０より入力される信
号に従い、４種類の周波数ｆａ、ｆｂ、ｆｃ、ｆｄの信
号を出力する。

【００２７】振動子２は従来技術１と同様の構成であ
る。従って振動子２は発振器１からの入力信号の周波数
ｆａ〜ｆｄで図１の上下方向に振動する。

【００２８】工具ホーン３は従来技術１同様、振動子２
にボルト締結されており、振動子２と共に振動する。但
し本実施形態の工具ホーン３は従来技術１の場合と形状
が大きく異なる。この点は本発明の特徴的な部分であ
り、以下に図面を用いて詳細に説明する。

【００２９】図２は工具ホーン３の斜視図であり、図３
は同断面図である。図２及び図３に示すように工具ホー
ン３は、直径×高さがφａ×ｈａ、φｂ×ｈｂ、φｃ×
ｈｃ、φｄ×ｈｄの４つの円筒形状の加工部３ａ〜３ｄ
が重ねられて一体に構成されたものである。

【００３０】図３に示すように各円筒直径にはφａ＜φ
ｂ＜φｃ＜φｄの関係があり、工具ホーンの先端に行く
程小さな直径の円筒が配置されている。またｈａ、ｈ
ｂ、ｈｃ、ｈｄは本実施形態の加工機で加工される樹脂
板１０の厚さより大きく設定されている。以上の設定に
おいて、後述するように工具ホーン３の送り駆動量を選
択制御することにより、加工部３ａ〜３ｄの上記送り駆
動量に対応したものが樹脂板１０を貫通し、４種類の直
径の貫通穴をあけることができる。

【００３１】また同図に示すように、各加工部の先端部
３ｅ〜３ｈ周縁は鋭角に尖っており、各先端部３ｅ〜３
ｈは中心へ行くほどへこんだ皿型の形状に設定されてい
る。この設定により各加工部３ａ〜３ｄが樹脂板１０に
圧接された時の両者の間に発生する面圧が高くなり、後
述するように穴あけ加工がより短時間で行われる。

【００３２】なお前述の発振器２が出力する信号の周波
数ｆａ〜ｆｄは各々「加工部３ａ〜３ｄに特有の共振周
波数」、すなわち加工部３ａ〜３ｄが樹脂板１０に圧接
されている状態における工具ホーン３及び振動子２の共
振周波数である。

【００３３】駆動ロボット４０は水平方向に移動自在な
アーム部４１を有している。アーム部４１には、従来技
術１の送り駆動部４に相当するエンドエフェクタ４２が
設けられており、このエンドエフェクタ４２には、上記
振動子２がボルト締結されている。駆動ロボット４０は
後述する制御部５０により制御されて作動する。すなわ
ち制御部５０の指示に従って、アーム部４１が振動子２
及び工具ホーン３を樹脂板１０上の穴あけ位置に水平移
動する。また同様に制御部５０の指示に従ってエンドエ
フェクタ４２が振動子２及び工具ホーン３を送り駆動し
て、工具ホーン３を樹脂板１０に圧接する。

【００３４】制御部５０はシーケンサ５１とロボットコ
ントローラ５２を備えている。シーケンサ５１には、本
実施形態の超音波加工機が穴あけ加工を行うためのプロ
グラムが記録されている。またロボットコントローラ５
２は駆動ロボット４０の動作を制御する信号を出力す
る。制御部５０は、シーケンサ５１よりプログラムを選
択して読みだし、このプログラムを実行する。そして発
振器１を制御する信号を出力するとともに、ロボットコ
ントローラ５２を介して駆動ロボット４０を制御する信
号を出力する。

【００３５】ここでシーケンサ５１に記録されている穴
あけ加工のためのプログラムの形態を説明する。樹脂板
１０の複数箇所に複数の穴あけ加工を行うため、シーケ
ンサ５１にはこの穴あけ加工毎に複数の加工プログラム
が記録されている。各加工プログラムには加工位置と加
工する穴径が記録されている。

【００３６】シーケンサ５１にはさらに直径φａ〜φｄ
の各々の穴径の加工を行うための４つのサブプログラム
が記録されており、このサブプログラムは加工プログラ
ムに適用されて用いられる。この際、各加工プログラム
の加工穴径に対応するサブプログラムが適用される。

【００３７】上記サブプログラムの内容をさらに詳細に
説明する。４つのサブプログラムには、各々異なる工具
ホーン３の送り駆動量が記録されており、この送り駆動
量に応じてサブプログラム実行時に異なる直径φａ〜φ
ｄの穴あけ加工が行われる。すなわち例えばあるサブプ
ログラムでは、工具ホーン３の加工部３ａのみが樹脂板
１０に圧接されるように送り駆動量が設定され直径φａ
の穴あけ加工を行うことができる。また他のサブプログ
ラムではさらに加工部３ｂも圧接されるように送り駆動
量が設定され、直径φｂの穴あけ加工が行われる。

【００３８】さらに各サブプログラムでは、工具ホーン
３の送り駆動位置に対応し、工具ホーン３の樹脂板１０
に圧接されている各加工部３ａ〜３ｄに特有の共振周波
数ｆａ〜ｆｄの信号が発振器１から出力されるように設
定されている。この設定を、直径φｄの穴あけ加工を行
うサブプログラムを例に図４を用いて説明する。図４に
は、横軸に工具ホーン３の挿入深さをとり、縦軸に発振
器１の出力信号の周波数をとって、サブプログラムの設
定における両者の関係が示されている。ここで「挿入深
さ」は、工具ホーン３の先端が樹脂板１０に接触した位
置を基準深さ０とする。また図中の各挿入深さと、前述
の工具ホーン３の各加工部の高さｈａ〜ｈｄには、ｌａ
＝ｈａ、ｌｂ＝ｌａ＋ｈｂ、ｌｃ＝ｌｂ＋ｈｂ、ｌｄ＝
ｌｃ＋ｈｂの関係がある。従って各挿入深さｌａ〜ｌｄ
までは、各々加工部３ａ〜３ｄが樹脂板１０に圧接され
る。図４に示すように、例えば挿入深さｌａまでの加工
部３ａが樹脂板１０に圧接されている間は、加工部３ａ
に特有の共振周波数ｆａを発振器１が出力するように設
定されている。他の加工部３ｂ〜３ｄの圧接時にも各々
の加工部に特有の共振周波数ｆｂ〜ｆｄを出力するよう
に設定されている。このようにサブプログラムを構成す
ることで、サブプログラムを実行し穴あけ加工を行う際
に、挿入位置により樹脂板１０に圧接されている加工部
が順次変わっても、工具ホーン３及び振動子２の共振状
態が保たれる。

【００３９】以上に本実施形態の超音波加工機の構成を
説明した。以下にこの加工機による穴あけ加工の工程を
説明する。

【００４０】図５には、シーケンサ５１に記録された各
加工プログラムに従って樹脂板１０に穴あけ加工を行う
フローチャートが加工プログラム毎に示されている。図
６には、各サブプログラムに従って直径φａ〜φｄの穴
あけ加工を行うフローチャートがサブプログラム毎に示
されている。

【００４１】以下に図５（ａ）に示す加工プログラム１
を実行するフローチャートを例にして、本実施形態の超
音波加工機による穴あけ加工の工程を説明する。この例
では、加工プログラム１に記録された加工穴径に対応し
て直径φｄの穴あけ加工を行うサブプログラムが適用さ
れ、図６（ａ）のフローチャートが実行される。その結
果、樹脂板１０の穴あけ位置１に直径φｄの穴あけ加工
が行われる。なお以下の説明において各工程に適宜付さ
れたＳ４１〜Ｓ４６、Ｓ５１〜Ｓ５９の符号は図５
（ａ）及び図６（ａ）の各ステップに付された符号を示
している。

【００４２】制御部５０がプログラム１をシーケンサ５
１より選択すると、このプログラム１がスタートする
（Ｓ４１）。そして駆動ロボット４０のアーム部４１が
作動して、振動子２及び工具ホーン３を穴あけ位置１上
へ位置決めする（Ｓ４２）。

【００４３】次に図６（ａ）に示したφｄの穴あけ加工
を行うフローチャートを実行する（Ｓ４３）。ここでは
まず発振器１の出力信号の周波数を、工具ホーン３の加
工部３ａに特有の共振周波数ｆａに変更する（Ｓ５
１）。そして駆動ロボット４０のエンドエフェクタ４２
が工具ホーン３を樹脂板１０に圧接し挿入深さｌａに位
置決めする（Ｓ５２）。その結果、樹脂板１０に直径φ
ａの貫通穴があけられる。

【００４４】上記Ｓ５１、Ｓ５２における加工工程をさ
らに詳細に説明する。工具ホーン３が樹脂板１０に圧接
されると、加工部３ａの先端部３ｅ周縁が樹脂板１０に
食い込む。前述のように加工部３ａの先端部３ｅ周縁は
鋭角に設定されており、圧接により工具ホーン３と樹脂
板１０の間に高い面圧が発生するので、加工部３ａが樹
脂板１０に食い込みやすくなっている。上記食い込んだ
部分では、工具ホーン３の軸方向の振動により工具ホー
ン３と樹脂板１０の間で摩擦熱が発生し、この摩擦熱に
より樹脂板１０が溶融する。樹脂板１０の溶融に応じて
工具ホーン３がさらに深く樹脂板１０に挿入される。こ
のように工具ホーン３の挿入に従って樹脂板１０が溶融
していく。ここで前述の如く「挿入深さｌａ」は加工部
３ａの円筒高さｈａと等しく、また円筒高さｈａは樹脂
板１０の厚さより大きい。従って工具ホーン３が挿入深
さｌａまで挿入された時点で樹脂板１０に直径φａの貫
通穴があけられている。なお以上に説明した直径φａの
穴あけ加工と同様の原理により、後述する他の直径の穴
あけ加工も行われる。

【００４５】次に、発振器１の出力信号の周波数を工具
ホーン３の加工部３ｂに特有の共振周波数ｆｂに変更す
る（Ｓ５３）。そしてエンドエフェクタ４２が工具ホー
ン３をさらに圧接し挿入深さｌｂに位置決めする（Ｓ５
４）。前述の如く「挿入深さｌｂ」はｌａ＋ｈｂに設定
されており、挿入深さｌｂに位置決めされた時点で加工
部３ｂは樹脂板１０を貫通している。以上よりＳ５３、
Ｓ５４によって樹脂板１０に直径φｂの貫通穴があけら
れる。

【００４６】さらに以上の過程と同様にして、工具ホー
ン３の加工部３ｃ、３ｄにより各々直径φｃ、φｄの貫
通穴あけ加工が行われる（Ｓ５５〜Ｓ５８）。以上の工
程により直径φｄの穴あけ加工が行われ、サブプログラ
ムが終了する（Ｓ５９）。

【００４７】なお上記のようにサブプログラムを実行す
る図６（ａ）の工程では、前述に説明した図４に示すよ
うに、工具ホーン３の送り駆動位置に対応して、工具ホ
ーン３の樹脂板１０に圧接されている各加工部３ａ〜３
ｄに特有の共振周波数ｆａ〜ｆｄの信号が発振器１から
出力されている。従って挿入深さ０〜ｌｄまでの全加工
工程において工具ホーン３及び振動子２の共振状態が保
たれている。

【００４８】サブプログラムの実行が終了すると図６
（ａ）のフローに戻り、駆動ロボット４０のエンドエフ
ェクタ４２が作動して振動子及び工具ホーン３を送り駆
動し、再び穴あけ位置１の上に位置決めする（Ｓ４
４）。さらに駆動ロボット４０のアーム部４１が作動し
て工具ホーン３を原位置へ移動させる（Ｓ４５）。ここ
で「原位置」とはアーム部４１の動作の基準となる位置
をいう。

【００４９】以上により加工プログラム１が終了し、穴
あけ位置１へのφｄの穴あけ加工が終了する（Ｓ４
６）。そして他の加工プログラムが順次選択されて実行
される。

【００５０】本実施形態では、シーケンサ５１より選択
するプログラムを変更することで、エンドエフェクタ４
２による工具ホーン３の送り駆動量を選択制御し、樹脂
板１０上の異なる複数箇所に直径φａ〜φｄのいずれか
の穴あけ加工を行うことができる。また超音波加工機
は、従来技術１に説明したように短時間で穴あけ加工を
行うことができる。従って、上記本実施形態の超音波加
工機によれば複数形状の穴あけ加工を一つの加工機で行
うことができ、かつ短時間でこの穴あけ加工を行うこと
が可能である。

【００５１】さらにこの際、工具ホーン３の順次異なる
加工部が樹脂板１０に圧接されることに対応して発振器
１が制御され、この発振器１が各加工部に特有の共振周
波数の信号を出力する。その結果、樹脂板１０に圧接さ
れる加工部が順次変わっても工具ホーン３及び振動子２
の共振状態が保たれ、最大の振動エネルギが加工部分に
伝えられて穴あけ加工の加工時間が短縮されている。

【００５２】［実施形態２］以下に上記実施形態１を変
更した各種の実施形態を説明する。

【００５３】実施形態２は、実施形態１の工具ホーン３
の形状を変更したものである。図７に本実施形態の工具
ホーン３２の斜視図を示す。工具ホーン３２の形状以外
は実施形態１と同様であり説明を省略する。

【００５４】同図に示すように本実施形態の工具ホーン
３２は、四角形横断面の加工部３２ａと長円形横断面の
加工部３２ｂが重ねられて一体に構成されたものであ
る。そしてエンドエフェクタ４２による工具ホーン３２
の送り駆動量を選択制御することで、加工部３２ａによ
る四角形の穴あけ加工と、加工部３２ｂによる長円形の
穴あけ加工を行うことができる。

【００５５】このように本発明によれば、実施形態１に
示した円形の穴あけ加工に限らず、工具ホーンの断面形
状の設定に応じて任意の形状の穴あけ加工を行うことが
できる。そして、上記四角形と長円形の例のように、一
つの加工機で全く異なる形状の穴あけ加工を行うことも
できる。

【００５６】さらに制御部５０による工具ホーン３の送
り駆動量を各種の値に設定することで工具ホーン３の挿
入深さが変更され、図８に示すように、被加工物に各種
形状の穴あけ加工が行われる。

【００５７】図８（ａ）は工具ホーン３２の加工部３２
ａが樹脂板１０を貫通せずに途中で加工を終了するよう
に送り駆動量を設定した場合の加工形状である。このよ
うに本発明によれば貫通穴以外の凹形状の穴あけ加工を
行うことも可能である。

【００５８】また図８（ｂ）は工具ホーン３２の加工部
３２ｂが樹脂板１０を貫通せずに途中で加工を終了する
ように送り駆動量を設定した場合の加工形状である。同
図に示すようにこの設定により樹脂板１０に四角形と長
円形の２段形状の穴あけ加工が行われる。本発明によれ
ば、工具ホーンの形状と送り駆動量を上記例のように設
定することで、多段形状の穴あけ加工を１工程で行うこ
とができ、加工工程における生産性が向上する。

【００５９】その他、本実施形態の超音波加工機は樹脂
板１０の切断に用いることもできる。この場合樹脂板１
０には、工具ホーン３２の加工部３２ｂの長手方向の幅
よりも狭い幅の切断部位を設けておく。そして上記切断
部位の上に工具ホーン３２を移動し、加工部３２ｂが樹
脂板１０を貫通する位置まで工具ホーン３２を送り駆動
することで上記切断部位を切断する。なおこの切断加工
を、樹脂板１０の他の部位に対する加工部３２ａ、３２
ｂによる四角形または長円形の穴あけ加工と組み合わせ
て行うこともできる。

【００６０】［実施形態３］実施形態３も、実施形態２
と同様に、実施形態１の工具ホーン３の形状を変更した
ものである。図９に本実施形態の工具ホーン３３の斜視
図を示す。工具ホーン３３の形状以外は実施形態１と同
様であり説明を省略する。

【００６１】同図に示すように本実施形態の工具ホーン
３３は、同形状の長方形横断面の加工部３３ａ、３３ｂ
が互いに垂直に配置され重ねられて一体に構成されたも
のである。この工具ホーン３３を用いた場合、加工部３
３ａのみが樹脂板１０に圧接するように工具ホーン３３
の送り駆動量を設定することで、加工部３３ａの横断面
形状に対応した長方形の穴あけ加工が行われる。さらに
送り駆動量を大きく設定して加工部３３ｂも樹脂板１０
に圧接することで、両加工部３３ａ、３３ｂの横断面形
状を組合わせた十字形状の穴あけ加工が行われる。

【００６２】このように本発明によれば工具ホーンの複
数の加工部の断面形状を組み合わせた形状の穴あけ加工
を行うこともできる。

【００６３】［実施形態４］実施形態４も、実施形態
２、３と同様に、実施形態１の工具ホーン３の形状を変
更したものである。図１０に本実施形態の工具ホーン３
４の斜視図を示す。工具ホーン３４の形状以外は実施形
態１と同様であり説明を省略する。

【００６４】同図に示すように本実施形態の工具ホーン
３４は円錐台形状からなる。この工具ホーン３４を用い
た場合、工具ホーン３４の送り駆動量の設定に対応し
て、任意の直径のテーパ付きの穴あけ加工を行うことが
できる。

【００６５】上記本発明の超音波加工機の変形例では、
工具ホーン３４を上記のような形状とすることで、工具
ホーン３４の連続的に変化する横断面形状のうちの任意
の横断面形状の穴あけ加工を行うことができる。従って
より多種類の形状の穴あけ加工を行うことができる。

【００６６】なおこの場合、工具ホーン３４の挿入深さ
に応じて工具ホーン３４及び振動子２の共振周波数が連
続的に変化するので、この変化に対応した発振器１の制
御を制御部５０が行う。すなわち、発振器１の出力信号
の周波数が連続的に変化し、各挿入位置における工具ホ
ーン３４及び振動子２の共振周波数の信号が出力される
ように発振器１を制御する。その結果各挿入位置におい
て、工具ホーン３４及び振動子２の共振状態が保たれ
る。

【００６７】以上に本発明の好適な実施形態を説明し
た。なお上記説明においては被加工物が樹脂板である場
合を例に説明したが、本発明の超音波加工機は樹脂板を
加工するものに限られる必要はなく、その他の加工可能
な材質、形状の被加工物を加工するものを含むものとす
る。

【００６８】また各実施形態では、前述のように発振器
１の出力信号の周波数ｆａ〜ｆｄと同一の振動数で振動
子２が振動するように構成されているが、出力信号の周
波数と振動子２の振動数が異なるように構成してもよ
い。この場合、発振器１の出力信号の周波数をｆａ′〜
ｆｄ′に設定する。そして、振動子２はこれらの周波数
を変換し、工具ホーン３の各加工部に特有の共振周波数
ｆａ〜ｆｄで振動する。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、送り駆動部による工具
ホーンの送り駆動量を多段断面形状に対応して選択制御
することで、工具ホーンの異なる横断面形状の加工部が
被加工物に圧接される。従って、工具ホーンを交換する
ことなく複数形状の穴あけ加工を行うことができ、かつ
超音波加工により短い加工時間で穴あけ加工を行うこと
ができる。従って穴あけ加工工程を含む加工ラインにお
ける生産性を向上することができる。

【００７０】また本発明によれば、工具ホーンの送り駆
動位置に対応して、各送り駆動位置において被加工物に
圧接されている各加工部に特有の共振周波数の信号が発
振器から出力される。従って被加工物に圧接されている
加工部が順次変わっても、工具ホーン及び振動子の共振
状態が保たれ、加工部に常に最大の振動エネルギを伝え
ることができ、加工時間がさらに短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態における超音波加工
機の構成の説明図である。

【図２】 本発明の第１の実施形態の工具ホーンの斜視
図である。

【図３】 本発明の第１の実施形態の工具ホーンの断面
図である。

【図４】 本発明の第１の実施形態のシーケンサ５１に
記録されたφｄの穴あけ加工を行うサブプログラムにお
ける、工具ホーンの挿入深さと発振器の出力信号の周波
数の関係の設定を示す説明図である。

【図５】 本発明の第１の実施形態の穴あけ加工工程を
示すフローチャートである。

【図６】 本発明の第１の実施形態の穴あけ加工工程を
示すフローチャートである。

【図７】 本発明の第２の実施形態の工具ホーンの斜視
図である。

【図８】 本発明の第２の実施形態による各種加工形状
を示す説明図である。

【図９】 本発明の第３の実施形態の工具ホーンの斜視
図である。

【図１０】 本発明の第４の実施形態の工具ホーンの斜
視図である。

【図１１】 従来技術１における超音波加工機の構成の
説明図である。

【符号の説明】

１ 発振器、２ 振動子、３ 工具ホーン、３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄ 加工部、４ 送り駆動部、４０ 駆動
ロボット、４１ アーム部、４２ エンドエフェクタ、
５０ 制御部、５１ シーケンサ、５２ ロボットコン
トローラ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定周波数の信号を出力する発振器と、 前記発振器の出力により駆動され、前記所定周波数に対
   応して振動する振動子と、 前記振動子に取り付けられ、前記振動子とともに振動す
   る工具ホーンと、 前記工具ホーンを軸方向に送り駆動して被加工物に圧接
   する送り駆動部と、 を含み、 前記工具ホーンを被加工物に圧接するとともに振動させ
   ることで、被加工物に前記工具ホーンの横断面形状の穴
   あけ加工を行う超音波加工機であって、 前記工具ホーンは、複数の異なる横断面形状の加工部を
   重ねて配置した多段複数断面形状を有し、 前記送り駆動部による前記工具ホーンの送り駆動量を前
   記多段複数断面形状に対応して選択制御することで、複
   数形状の穴あけ加工を行うことを特徴とする超音波加工
   機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波加工機におい
   て、 前記送り駆動部により送り駆動される前記工具ホーンの
   送り駆動位置に対応し、前記工具ホーンの被加工物に圧
   接されている各加工部に特有の共振周波数の信号を出力
   するように前記発振器を制御する制御部を含むことを特
   徴とする超音波加工機。
3. 【請求項３】 請求項１、２のいずれかに記載の超音波
   加工機において、 前記工具ホーンは、直径の異なる複数の円筒部からな
   り、先端に行くに従い小径の円筒部が配置される多段円
   筒形状を有し、 前記複数の円筒部の任意の直径の穴あけ加工を行うこと
   を特徴とする超音波加工機。