JP4539499B2 - 振動加工装置及び振動加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、振動加工装置及び振動加工方法に係り、特には小径小角度テーパ深孔の加工装置及び方法に係わり、冷凍サイクル用エジェクタの加工に適用されて好適である。

冷凍サイクルにおいて使用されるエジェクターノズルには小径小角度テーパ深孔を有するものがある。この様な小径小角度テーパ深孔加工は小角度であることから、テーパ形状の工具の刃先が推力との兼ね合いで食い付き折損してしまうという問題があった。食い付き現象を防止する為、工具の前進速度を低下させると、加工能率が極端に低下してしまう。

その対応策として、下孔貫通後ワイヤーカット機、又はＮＣ施盤等により小径小角度テーパ深孔を加工している。この様な１度近傍のテーパを有するエジェクターノズルの従来の加工方法について図８に示す。ノズルの素材は一般的に図８（Ｂ）に示すような金属丸棒である。この丸棒に細孔放電加工、ガンドリル加工等により、約２ｍｍφの下穴を形成する（図８（Ｃ））。その後下穴に対して、ワイヤーカット機等により、図８（Ｄ）に示されるように１度近傍のテーパを加工する。この様にして加工されたエジェクターノズルの加工完了品について図８（Ａ）に示す。この例における加工所要時間は１時間程度になる。図８（Ａ）に指示される単なる例のエジェターノイズの寸法の単位はｍｍである。上記のエジェクターノズルの様な小径小角度テーパ深孔の加工には時間を要するという問題があり、加工時間の短縮が要望されていた。

従来技術として、冷凍サイクル用エジェクタ及びその加工方法について開示するものがある（例えば、特許文献１参照）。しかし、この文献の開示する加工方法では、本願のようなノズルを得ることができない。また従来技術として、長穴加工用の加工方法と加工装置とを開示するものがある（例えば、特許文献２参照）。特に、クーラントの供給経路が記載されている。しかし、この文献の開示する加工方法では、やはり本願のようなノズルを得ることができない。更に従来技術として、振動加工装置の構成を開示するものがある（例えば、特許文献３参照）。しかし、この文献の開示する装置の構成では、ドリルの回転軸とカムの回転軸とが直交しており、装置の大型化を招いてしまう。

一方、成型金型用の樹脂注入部品（製品成型部に接し溶融樹脂を金型内に注入する部品）であるゲートブッシュについて図１２に示す。ゲートブッシュの加工は、高精度が要求される難しい加工であるが、従来は加工に長時間を要していた。上記のゲートブッシュの加工に関して、所定の加工品質を維持しながら、加工時間を短縮することが求められていた。
特開２００３−１３９０９８ 特開２００２−３６１５０６ 特開２０００−４２８１６

本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、例えば小径小角度テーパ深孔加工の加工能率を向上させるために、テーパ形状の切削工具の食付き現象に着目し、食付きを防止するため、切削工具の刃先負荷が低減するように工具に低周波数且つ高振幅の振動を与えると共に、振動波形として変形サイン（正弦）曲線を用いることにより食付き防止を図ることが可能な加工装置及び加工方法を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、小径小角度テーパ深孔加工等のテーパ加工において、加工物背後よりクーラントを加圧供給すること、及び下穴加工における切削時の切屑の排出を向上させるため加工穴が貫通する際に切り屑の混入したクーラントを良好に排出することにより、加工能率を向上させることが可能な穴開け加工装置及び加工方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は、これらの技術を活用しエジェクターノズルの１°近傍のテーパ加工を短時間で高精度に加工することが可能な穴開け加工装置及び方法を提供することである。

本発明のまた別の目的は、振動振幅等の加工条件を容易に調整可能な振動加工装置及び方法を提供することである。

本発明の請求項１の形態では、上述した目的を達成するために、振動加工装置（１，１０１）は、構造であるフレーム（１１）に回転可能に保持されるシャフト（２２）と、前記シャフト（２２）を回転駆動するアクチュエータ（１９）と、前記シャフト（２２）に取り付けられていて且つ回転運動を揺動運動に変換する運動変換機構（２３，２４，７０，８１）と、加工工具（２）を把持するスピンドル（１２）であって、前記フレーム（１１）において、前記スピンドル（１２）の軸方向に揺動可能に支持されるスピンドル（１２）と、前記運動変換機構（２３，２４，７０，８１）の揺動運動を、前記スピンドル（１２）がその軸方向に揺動するように伝達する伝達機構（１６）とを具備する。前記運動変換機構（２３，２４，７０，８１）の揺動運動は、それが一回転する間に、変形サイン（正弦）曲線を描く。前記運動変換機構（２３，２４，７０，８１）の揺動運動の描く変形サイン（正弦）曲線は、それの一回転において、前記高さが、下死点の位置から上死点の位置に向かって漸次増加し、前記上死点の位置から下死点の位置に向かって漸次減少しており、前記下死点の位置の附近の特定の回転角度範囲及び前記上死点の位置の附近の特定の回転角度範囲において、揺動の変位がない等速部分を有することを特徴とする。

この様に構成することにより、特には小径小角度テーパ深孔加工の加工能率を向上させるため、テーパ形状の切削工具の食付き現象に着目し、この食付きを防止するため、切削工具の刃先負荷が低減するように工具に低周波数且つ高振幅の振動を与えることにより食付き防止を図る。例えば、エジェクターノズル等の小径小角度テーパ深孔加工において、１°近傍のテーパ加工を短時間で高精度に加工することができる。

更に、特には、エジェクターノズル等の小径小角度テーパ深孔加工において、切削工具に与える低周波数且つ高振幅の振動波形として、変形サイン（正弦）曲線を用いることにより、より効果的に食付き防止を図り、更には加工能率及び加工精度を向上させる。

本形態によれば、加工工具の切込み、切削、後退を高速で繰り返し加工硬化層の影響を受けにくくすることにより、より効果的に食付き防止を図って工具の折損を防止し、加工能率及び加工精度を向上させる。

本発明の請求項２の形態では、上記請求項１に記載の形態において、前記等速部分が形成される、前記下死点の位置の附近の特定の回転角度範囲及び前記上死点の位置の附近の特定の回転角度範囲は、下死点又は上死点の位置を中心に実質的に＋−５〜１５度の範囲であることを特徴とする。
本形態によれば、食付き防止に効果的な変形サイン（正弦）曲線の形状を更により具体化する。

本発明の請求項３の形態では、上記請求項１又は２に記載の形態において、前記運動変換機構（２３，２４，７０，８１）の一回転である３６０度において、前記下死点の位置を０度とすると、前記上死点の位置は１８０度であることを特徴とする。
本形態によれば、食付き防止に効果的な変形サイン（正弦）曲線の形状をより具体化する。

本発明の請求項４の形態では、上記請求項１から３のいずれか一項に記載の形態において、前記運動変換機構は、シャフト（２２）に取り付けられたカム（２３）と、ローラー（２４）とを具備する。前記カム（２３）の有するカム面は、前記シャフト（２２）と共に前記カム（２３）が回転する際に、前記シャフト（２２）の回転軸方向においてその高さが変化するように形成されており、前記ローラー（２４）は前記カム面と係合するので、前記シャフト（２２）が回転すると、前記ローラー（２４）は揺動することを特徴とする。
本形態によれば、運動変換機構の構成をより具体化する。

本発明の請求項５の形態では、上記請求項１から３のいずれか一項に記載の形態において、前記運動変換機構は、前記シャフト（２２）の軸線に対して傾斜するように前記シャフト（２２）に取り付けられた円板状の斜板（７０）と、一対のローラーガイド（８１）と、を具備する。前記一対のローラーガイド（８１）は、前記斜板（７０）の円板面外周縁を隣接して挟むように配置されており、前記斜板（７０）は回転する際に、前記一対のローラーガイド（８１）の間を滑動するので、前記ローラーガイド（８１）は揺動することと、更に前記ローラーガイド（８１）は、前記伝達機構（１６）に結合することと、を特徴とする。
本形態によれば、運動変換機構の別の具体的な構成を開示する。

本発明の請求項６の形態では、上記請求項５に記載の形態において、前記斜板（７０）の前記シャフト（２２）に対する傾斜角度を変化させるための、斜板傾斜角度変更機構を更に具備する。
本形態によれば、斜板の傾斜角度を変更可能であることにより、加工中においても加工工具の振動の振幅を変更、調整可能であり、最適な加工条件を、より容易に設定できる。

本発明の請求項７の形態では、上記請求項６に記載の形態において、前記斜板傾斜変更機構は、前記斜板（７０）を前記シャフト（２２）に連結させるピン（７１）であって、前記ピン（７１）を中心として前記斜板（７０）が回転可能なピン（７１）と、前記シャフト（２）に沿って移動可能なスライドブロック（７３）と、前記斜板（７０）と前記スライドブロック（７３）を連結するアーム（７２）と、更に前記スライドブロック（７３）を前記シャフト（２２）に沿って移動させることができる駆動機構（７５）と、を具備することを特徴とする。
本形態によれば、斜板傾斜変更機構の構成をより具体化する。

本発明の請求項８の形態では、上記請求項７に記載の形態において、前記駆動機構は、ステッピングモータ、サーボモータ、空圧又は油圧アクチュエータである、駆動機器を具備して、加工工具（２）の振動の振幅を最適化するように自動制御されることを特徴とする。
本形態によれば、斜板傾斜変更機構を自動制御することにより、加工条件を最適化できる。

本発明の請求項９の形態では、上記請求項１から８のいずれか一項に記載の形態において、小径小角度テーパ深孔加工に使用されることを特徴とする。
本形態によれば、本発明の用途をより具体化する。

本発明の請求項１０の形態では、上記請求項９に記載の形態において、前記小径小角度テーパ深孔のテーパは１度近傍であることを特徴とする。
本形態によれば、本発明の振動加工装置を使用することが有効な加工をより具体化する。

本発明の請求項１１の形態では、上記請求項１から１０のいずれか一項に記載の形態において、振動加工装置（１）が穴開け加工装置（１００）に取り付けられており、前記穴開け加工装置（１００）は回転する主軸（３）を具備する。前記主軸（３）に設置された加工物（４）を回転させながら、振動加工装置（１）に取り付けられた加工工具（２）を振動させて孔加工を行うことを特徴とする。
本形態によれば、振動加工装置に設置された工具自体は回転せず前後に振動し、加工される加工物が回転することにより深孔を加工するため、芯のずれない小径小角度テーパ深孔を加工することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の加工装置を詳細に説明する。図１から図４は、本発明に係る振動加工装置の第１の実施の形態を図解的に示しており、図１は本発明の第１の実施の形態の振動加工装置の図式的な部分断面正面図であり、図２は、図１の振動加工装置を汎用ＮＣ旋盤の装着した状態の、部分断面を含む図１のＡ矢視からの図式的な側面図である。また、図３は図１の振動加工装置の構成部分である振動カムの外周部のカム曲線の説明図であり、図４は本発明の第１の実施の形態の振動加工装置の気圧回路図を示す。以下の実施の形態の説明において、例としての加工対象である加工物は、冷凍サイクルにおいて使用されていて且つ図８に示す前記したエジェクターノズルである。図８に示す冷凍サイクルのエジェクターノズルの小径小角度テーパ深孔の加工において、そのテーパは、１度＋−２０分で仕上げられることが好ましい。

まず図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態の振動加工装置であって、小径小角度テーパ深孔加工を可能にする小径小角度テーパ深孔振動加工装置１が示される。小径小角度テーパ深孔振動加工装置１は、振動スピンドル１２と、振動カム２３と、エアーアクチェータ１９とを具備しており、これらの構成要素はフレーム１１に組み込まれている。本願の振動加工装置は穴開け加工する際に加工工具に振動を与えるが、この振動はエアアクチュエータ１９により発生する。エアアクチュエータ１９は、例えばエアモータ等の空圧により作動して回転するアクチュエータであることが好ましい。エアーアクチェータ１９の回転は、エアーアクチェータ１９に取付けられた歯車２０、シャフト２２に取り付けられた歯車２１を介して振動カム２３を回転させる。シャフト２２は軸受を介して回転可能にフレーム１１に支持される。

振動カム２３はドラムカムであり（図７参照）、図１に示されるように、その外周中央部に溝５１が形成されている。この溝５１にローラー２４の円柱状の一方の端部部分５２が嵌合している。溝５１は振動カム２３の外周を一周するように形成されており、振動カム２３が一回転する場合に、ローラー２４は溝５１内を案内されるように形成される（溝５１がローラー２４に沿って一回転するとも見なせる）。従って、溝５１の幅は全周にわたって、ローラー２４の一方の端部の直径とほぼ一致する。ローラー２４の他方の端部部分５５も円柱状であり、振動スピンドル１２に固定されたホルダー１６の円形状の凹部５４に嵌合する。振動スピンドル１２は、その半径方向で軸受け１３、１４により支持されるが、その軸方向は移動可能に支持される。振動カム２３の回転に従い、伝達機構として作用するホルダー１６を介して、振動スピンドル１２はその軸方向に揺動する。本実施の形態において、振動カム２３とローラー２４は、回転運動を往復直線運動（揺動）に変換する請求項に記載の運動変換機構を形成する。

振動カム２３の外周部の溝５１はカム曲線２５を描くように形成されており、このカム曲線２５は変形サイン（正弦）曲線である。ドラムカムである振動カム２３の溝５１の形態は、図７に示す、図解的立体図により良く分る。またこのカム曲線２５の展開図を図３に示す。図３のカム曲線２５の展開図において、振動カム２３の一回転における回転角度θが横軸に、振動カム２３の外周部の溝５１におけるシャフト２２の軸方向の変位量Ｌ（リフト量）の変化が縦軸に示されている。このリフト量Ｌは、ローラー２４を振動スピンドル１２の軸方向に動かし、最終的に振動スピンドル１２のその軸方向の揺動運動の変位量（本実施の形態ではリフト量Ｌに等しい）を生じる。振動カム２３の回転角度θが０度の時を変位量の最も小さい基準位置（下死点：リフト量＝０）とすると、振動カム２３が半回転した１８０度において変位量は最大（上死点）になり、本実施の形態においては０．２〜０．４ｍｍ（リフト量Ｌ＝０．２〜０．４）であることが好ましい。本願の変形サイン（正弦）曲線において、前記回転角度θが０度から１８０度までの間で振動カム２３の変位量Ｌ（リフト量）は実質的にサイン（正弦）曲線で次第に増加し、１８０度から３６０度（元の０度の位置）までの間では振動カム２３の変位量は実質的にサイン（正弦）曲線で次第に減少することが好ましいことが図３に示される。また、本実施の形態のカム曲線２５において、振動カム２３の変位量Ｌが最小（下死点）である回転角度θが０度の位置、及び該変位量が最大（上死点）である１８０度の位置において、変位量Ｌ（リフト量）が変化しない範囲（等速部分）が設けられることが好ましく、この等速部分は実質的に＋−５〜１５度（合計で３０度）であることが好ましい。この等速部分を、変位量Ｌが最小（下死点）の位置と最大（上死点）の位置に設けることにより、加工において切込み、切削、後退を繰り返し、加工硬化層の影響を受けにくくして切削性の向上を図っている。

振動カム２３の溝５１が変形サイン（正弦）曲線であるカム曲線２５として形成されるので、カム曲線２５から得られる揺動運動は、ローラー２４及び振動スピンドル１２に取付けられたホルダー１６を介して振動スピンドル１２に伝えられる。このように、加工の回転軸に平行な振動カム２３の軸方向の変位量Ｌ（即ち、リフト量）の変化（カム曲線２５）は、ロ−ラー２４の軸方向の変位を生じ、最終的に振動スピンドル１２に伝達され、振動スピンドル１２を、やはり加工の回転軸に平行なその軸方向に揺動させる。振動スピンドル１２は、フレーム１１に取付けられた軸受け１３、１４に設けられたエアーポケット１５内に供給された、ミストエアーが軸受け１３、１４より流出するエアー力にて支えられているため、滑らかな往復（揺動）運動が可能になる。また図２に示されるように、フレーム１１に取付けられた回り止め１８に取付けられた二つのローラー１７がホルダー１６に対して両側から挟むように当接することにより、振動スピンドル１２の回転方向の力を支えている。この構成により、振動スピンドル１２がその中心軸回りで回転することはない。

本装置は小型軽量で形成可能であるため、例えば汎用旋盤に容易に取り付けることが出来る（図５参照）。使用に当っては、図２に示すように、フレーム１１の突起部を汎用ＮＣ旋盤等の刃物台２６に固定する。テーパ形状の工具２（図５又は７に示される）は振動スピンドル１２に設けられた把持部２７にて把持され固定される。本装置１の取り付けられた穴開け加工装置１００である汎用旋盤は、主軸３を具備しており、加工物であるエジェクターノズル４は、主軸先端に加工物把持部７により把持される。本実施の形態の振動加工装置１は、加工物４に対向する状態で、穴開け加工装置１００に取り付けられる。この状態で、汎用旋盤は加工物４を回転し、加工物４の下孔に本実施の形態の振動加工装置１に取り付けられたテーパ形状の工具２を挿入して振動加工することにより、例えば１度＋−２０分の好適な小径小角度テーパ深孔を加工することができる。

本実施の形態の小径小角度テーパ深孔振動加工装置１は、エアアクチュエータ１９等種々の構成部分が空圧機器により構成されている。図４に小径小角度テーパ深孔振動加工装置１の気圧回路図を示す。以下、気圧回路の構成及び作動について説明する。圧力エア（空気）が空圧供給源４５から供給されて、気圧回路を介してエアアクチュエータ１９を回転作動させる。本実施の形態の小径小角度テーパ深孔振動加工装置１の振動数は上記より分かるように、エアアクチェータ１９の回転数に比例するので、エアアクチュエータ１９の前後に設けられた流量制御弁３９、４３によって、供給エア流量を変化させることによりエアアクチュエータ１９の回転数を変化させることができる。フィルタ、ルーブリケータ、圧力調整弁等を一般的に含む空気圧補助機器３７に供給されたエアーは流量制御弁４１、４２を介して軸受け１３、１４に供給され振動スピンドル１２を支える。又、起動用バルブ３８は、オン（ＯＮ）することにより流量制御弁３９を介してエアーアクチェータ１９にエアを供給し、オフにすることでエアの供給を停止する。排気エアーは流量制御弁４３サイレンサー４０を介して大気に放出される。

本発明の第２の実施の形態において、加工装置は、小径小角度テーパ深孔振動加工装置１に加えて、加工効率を更に向上させる手段として加工物背後からの高圧クーラントを供給するために背後クーラント供給部５を具備する。図６は背後クーラント供給部５の構造図であり、図６（Ａ）はその部分断面側面図であり、図６（Ｂ）は、部分的に断面が示される図６（Ａ）におけるＢ矢視図である。背後クーラント供給部５は、高圧クーラントを供給する接続口２８と、ガンドリル等の工具を使用し下穴抜け際で噴出したクーラントと切屑の混入したものを排出する接続口２９との二つの接続口を有している。この供給部５は、汎用ＮＣ旋盤等の主軸３に取り付ける回転ジョイント６と、供給部５のボディー３１と回転ジョイント６とを接続するジョイント３０と、クーラントの流れを制御する切換弁３２、３４と、それぞれ切換弁３２、３４の駆動源である回転アクチェータ３３、３５とにより構成されており、取付けスティ３６によって汎用ＮＣ旋盤等に固定される。回転アクチュエータ３３、３５は、空圧式、電動式等の既知のタイプのアクチュエータであって良く、あるいは切換弁のタイプによって往復動式等の回転式以外のアクチュエータであっても良い。

上記構成にて、背後クーラント供給部５の作動について以下で説明する。
接続口２８より流入した高圧クーラントは切換弁３２が開状態で且つ、切換弁３４が閉状態の時にボディ３１の流通口を通りジョイント３０、回転ジョイント６を介して汎用ＮＣ旋盤等の主軸内部を通り加工物４の背後に供給される。供給されたクーラントは、小径小角度テーパ深孔振動加工装置１のテーパ加工の際に、冷却・潤滑液として作用して加工効率を向上させる。回転ジョイント６は、回転する旋盤等の主軸部と、静止した背後クーラント供給部５とを流体接続しており、主軸部側は回転し供給部５側は回転しないスイベル形態を有する。

一方、ＮＣ旋盤で小径小角度テーパ深孔加工を行う場合に、ガンドリル等を使用して下穴加工をすることが可能である。この場合、小径小角度テーパ深孔振動加工装置１側にガンドリルを設置し、旋盤側に把持した加工物を回転するが、クーラント液はガンドリル側において供給される。クーラント液への切り屑の混入は加工効率を低下させるが、背後クーラント供給部５を旋盤の主軸部３に接続することにより、下穴の抜け際に発生する切屑の混入したクーラント液は、切換弁３２を閉状態にし切換弁３４を開状態にすることで設備クーラントタンクに回収することが出来る。これにより加工効率を改善できる。これらの制御は、汎用ＮＣ旋盤等の拡張制御機能を活用して制御されても良く、あるいは別個の制御ユニットにより実施されても良い。

本実施の形態の小径小角度テーパ深孔振動加工装置１と背後クーラント供給部５とを具備する加工装置の作動について以下で説明する。
小径小角度テーパ深孔振動加工装置１と背後クーラント供給部５とを組合せて、エジェクターノズル加工装置に応用した穴開け加工装置１００を図５に示す。小径小角度テーパ深孔加工装置１は、汎用ＮＣ旋盤のＸスライド１０上に取り付けられ、テーパ形状の工具２は振動スピンドル１２の前部に設けられた把持部２７に固定される。汎用ＮＣ旋盤等の主軸部３の加工物把持部７には加工物４を固定する。主軸部３の回転伝達部８に回転ジョイント６で接続するように、背後クーラント供給部５は汎用ＮＣ旋盤等の主軸部３に固定される。加工にあたっては、中央に下穴加工された加工物４を汎用ＮＣ旋盤等の主軸部３の把持部７に所定寸法に把持させる。背後クーラント供給部５の切換弁３２を開、切換弁３４を閉状態にしてクーラントを供給した後、主軸を所定回転数で回転させる。Ｘスライド１０を移動させ加工物４と加工工具２の中心を一致させる。この状態でＺスライド９を作動させて所定位置まで移動することにより、クーラントを供給しながら加工物４を小径小角度テーパ深孔振動加工装置１により加工することにて短時間で小径小角度テーパ深孔加工が可能となる。

図９及び図１０を参照すると、小径小角度テーパ深孔加工を可能にする本発明の第３の実施の形態の振動加工装置１０１が示される。図９は第３の実施の形態の加工装置１０１の図解的立体図を示し、図１０は第３の実施の形態の加工装置１０１の側断面図である。図９及び図１０を参照すると、図１及び図２に開示される第１の実施の形態の要素部分と同じ又は同様である図９及び図１０の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。振動加工装置１０１は、振動スピンドル１２と、エアーアクチェータ１９と、斜板７０とを具備しており、斜板７０は第１の実施の形態の振動カム２３の代わりとなる構成要素である。これらの構成要素が図示されないフレームに組み込まれていることは第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態において、小径小角度テーパ深孔加工する際の加工工具２の振動を発生するエアアクチュエータ１９の回転は、プーリーとベルトを介してシャフト２２を回転させる。斜板７０は、シャフト２２にピン７１により連結されており、シャフト２２の回転と共に回転する。斜板７０は、シャフト２２の軸線に対して傾斜した円板状要素であり、斜板７０の円板面の外周縁は図９から分かるように、一対のローラーガイド８１により両側から接触するように挟まれており、斜板７０がシャフト２２と共に回転すると、斜板７０は一対のローラーガイド８１の間を滑動する。これにより、斜板７０の円板面の外周縁を挟むローラーガイド８１は、斜板７０がシャフト２２の軸線に対して傾斜していることにより、斜板７０の回転に従いシャフトの軸線方向Ｙにおいて揺動又は往復直線運動が発生する。ローラーガイド８１が、ホルダー１６に設けられており、ホルダー１６は振動スピンドル１２に連結しており、振動スピンドル１２の先端に把持部（ツールホルダー）２７により着脱可能に加工工具２が取り付けられる。振動スピンドル１２の軸線は、シャフト２２の軸線と実質的に平行であるので、斜板７０の回転は、ローラーガイド８１及びホルダー１６を介して加工工具２の揺動又は往復直線運動、即ち振動に変換される。本実施の形態において、斜板７０とローラーガイド８１は請求項における運動変換機構を構成し、ホルダー１６は請求項における伝達機構を構成する。

本実施の形態において、斜板７０が具備されることにより、斜板７０の傾斜角度を変化させて、加工工具２の振動の振幅を変化させることができる。斜板７０の傾斜の変更方法及びそのための斜板傾斜角度変更機構について以下説明する。斜板７０は、ピン７１によりシャフト２２に連結されているが、ピン７１の周りで回転可能であって、それにより傾斜角度を変更可能である。斜板７０のプーリーと反対側には、アーム７２が連結されており、アーム７２の斜板と反対側にはスライドブロック７３に連結される。スライドブロック７３は、軸受等を介して回転可能で、且つシャフト２２をガイドとした左右方向（シャフト２２の軸線方向）にも移動可能である。この構成により、シャフト２２及び斜板７０が回転しても、スライドブロック７３は回転しない状態でとどまる。更に、スライドブロック７３にはスティ７６がボルト等により取り付けられており、スティ７６は図１０に示すように、振動加工装置１０１の構造部であるメタル７４（フレーム１１に相当）にボルト等により固定されている。メタル７４にはネジ穴が設けられており、そのネジ穴に、請求項における駆動機構である動作量変更ネジ７５が組み合わされている。

この様な構成により、動作量変更ネジ７５が、左（半時計方向）に回されて、図１０において左から右にＹ軸（シャフト軸線）に沿って移動すると、メタル７４から離れるように動作量変更ネジ７５は移動するので、それに伴いスライドブロック７３もシャフト２２に沿って右に移動し、アーム７２を介して斜板７０を右方向に引くので、斜板７０の傾斜角は大きくなる。斜板７０の傾斜角は大きくなると、ローラーガイド８１、従って振動スピンドル１２更には加工工具２の振動振幅は大きくなる。

他方で、動作量変更ネジ７５が、右（時計方向）に回されて、図１０において右から左にＹ軸（シャフト軸線）に沿って移動すると、メタル７４に近づくように動作量変更ネジ７５は移動するので、それに伴いスライドブロック７３もシャフト２２に沿って左に移動し、アーム７２を介して斜板７０を左方向に押すので、斜板７０の傾斜角は小さくなる。これにより、振動スピンドル１２及び加工工具２の振動振幅は小さくなる。

この様に動作量変更ネジ７５を操作することにより、斜板７０の傾き角度を変化させて、斜板先端の位置を変化させることができるが、斜板先端の位置の移動距離は０〜７．５ｍｍであることが好ましく、これに対応する振幅は０〜１５ｍｍである。また本実施の形態においては、加工中においても振幅を変化させることが可能であるので、動作量変更ネジ７５に、ステッピングモータ、サーボモータ、空圧又は油圧モータ等の制御アクチュエータ（図示されない）を取り付けることにより、斜板７０の傾き角度、従って加工工具２の振動振幅の自動制御が可能になるので、最適加工条件が設定できる。

図１０は、第３の実施の形態の振動加工装置１０１の側断面図であるが、実際の実施例の状態も示している。図２は第１の実施の形態の振動加工装置１を汎用旋盤の刃物台に取り付けた状態を示しているが、図１０は第３の実施の形態の振動加工装置１０１を工作機械のテーブル１１０に取り付けた状態を示す。図１０に示す状態では、振動加工装置１０１は更にツールホルダークランピングユニット７９を備えており、ツールホルダークランピングユニット７９を駆動するための駆動ユニット７７と、クーラント供給ジョイント７８が設けてある。この様な構成により、加工工具２を保持するツールホルダー（把持部）２７の着脱が容易になり、量産加工が可能になる。
また、図１０に示す側断面図により、シャフト２２と、斜板７０と、ピン７１と、アーム７２と、スライドブロック７３と、メタル７４及びスティ７６と、動作量変更ネジ７５とを具備する構成がより明確に示されており、上記したそれらの作動についても図１０から良く分かる。

図８はエジェクタノズルの加工例であるが、本実施の形態の振動加工装置１０１によれば、成型金型用の樹脂注入部品（製品成型部に接し溶融樹脂を金型内に注入する部品）であるゲートブッシュの加工に用いることができる。図１１は樹脂成型金型１５０の概要を示す側断面図であり、図１２はゲートブッシュ１５３の全体形状の側断面図（Ａ）及び注入部の詳細断面図（Ｂ）を示す。樹脂成型金型１５０は、下型１５１と上型１５２から構成されており、樹脂注入部品であるゲートブッシュ１５３は、図１１に示す樹脂成型金型１５０の場合には上型１５２に装着されている。

上型１５２と下型１５１とが密着した状態で射出装置から樹脂が射出され、樹脂ゲート１５４を通過してゲートブッシュ１５３を経て金型内に樹脂を注入する。適度な温度に樹脂が冷却され金型が開くとき、成型された製品１５５と樹脂注入経路とを分離させる。また、ゲートブッシュ１５３内の樹脂は金型１５６が１５７より離れる時に引き抜かれる。ゲートブッシュ１５３の内面が滑らかであれば、樹脂が引き抜かれる時の抵抗は小さいが、この抵抗が大きいとゲートブッシュ１５３内に樹脂が残るという問題が発生してしまう。ゲートブッシュ１５３は、このように重要部品であり、精密に且つ滑らかに仕上げられる必要がある。

ゲートブッシュ１５３の一般的な寸法例を図１２に示している。この図１２（Ａ）に示す例では、ゲートブッシュ１５３は、長さが５０ｍｍで、開口１６１の直径は６．６ｍｍで開口１６１の傾斜は３度である。図１２（Ｂ）に示す注入部１６２における開口１６１の端部は、Ｒ２の球面状に仕上げられており、その先端に傾斜角度３０度の円錐状の開口が加工されている。図１３は、この様な複雑な形状の開口を有するゲートブッシュ１５３の本実施の形態の振動加工装置１０１を使用した振動加工法による加工例を示しており、注入部付近の中心部において切断された状態を示す。ゲートブッシュ１５３の従来の加工において、下穴加工を実施した後、電気加工法にて内部のテーパ加工を実施するので、その加工に膨大な時間を要していた。また、加工に要する電極もその都度製作する必要があった。本実施の形態による振動加工法でのゲートブッシュの切削は、従来の加工の場合に比べて、加工時間が１０分の１程度に短縮ができ、加工工具は繰り返し使用可能であり、更に加工面は、電気加工法の場合に比べてより良好であり、樹脂注入時等の抵抗も低減できる。

上記の第３の実施の形態において、斜板７０の傾斜は、斜板７０が動作量変更ネジ７５により動かされることにより調整されたが、動作量変更ネジが、ラックピニオン式の駆動装置、空圧又は油圧シリンダ等の当業者に既知な駆動装置により置換されても良い。

次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の第１の実施の形態の振動加工装置により以下の効果が期待できる。
・小径小角度テーパ深孔加工の加工能率を向上させるため、テーパ形状の切削工具の食付き現象に着目し、この食付きを防止するため、切削工具の刃先負荷が低減するように工具に低周波数且つ高振幅の振動を与えると共に、振動波形を変形サイン（正弦）曲線を用い食付き防止を図る。
・エジェクターノズル等の小径小角度テーパ深孔加工において、１°近傍のテーパ加工を短時間で高精度に加工することができる。
・振動加工装置に設置された工具自体は、一種のカッターであってそれ自体は回転せず前後に振動し、加工される加工物が回転することにより深孔を加工するため、芯のずれない小径小角度テーパ深孔を加工することができる。

本発明の第２の実施の形態の加工装置により、上記第１の実施の形態の効果に加えて、以下の効果が期待できる。
・切削時の冷却及び潤滑のために加工物背後よりクーラントを加圧供給することと共に、下穴加工時において切屑の混入したクーラントの排出を向上させることにより、加工能率を向上させることができる。

本発明の第３の実施の形態の振動加工装置により、上記第１の実施の形態の効果に加えて、以下の効果が期待できる。
・傾斜角度を変更可能な斜板を具備する構成であることにより、斜板を交換しないで加工工具の振幅を最適値に容易に調整可能であり、且つ加工中に振幅を調整可能である。
・加工中に振動の振幅を調整可能であるので、動作量変更ネジに自動制御可能なアクチュエータを取り付けることにより、自動制御で最適加工条件に設定できる。
・例えば、樹脂成型金型用のゲートブッシュのような複雑且つ精密な開口を有する製品の加工において、従来の加工法に比べて、加工時間が１０分の１程度に短縮ができ、加工工具は繰り返し使用可能であり、更に加工面はより良好であり、樹脂噴出時等の抵抗も低減できる。

上記の説明において、本発明の振動加工装置は、エジェクターノズル等の加工物に小径小角度テーパ深孔加工を行う設備に適用される振動加工装置として記載されたが、該装置が小径小角度テーパ深孔加工以外の穴開け加工を行う設備に適用されても良く、更には穴開け加工以外の用途に使用されても良い。
また、上記において記載した、あるいは添付図面に示した実施の形態において、例えば、エアアクチュエータ１９はエアモータとして説明されたが、この代わりに電動式あるいは油圧式のモータ等、既知の回転駆動機器が使用されても良く、この様に、上記実施の形態において、使用される構成要素は、既知の種々のタイプの機器、部品等により置換されても良い。

また、上記において記載した、あるいは添付図面に示した実施の形態において、小径小角度テーパ深孔振動加工装置１を作動及び制御するための気圧回路が図４に示されたが、これは一例に過ぎず、この回路に構成要素が追加されたりあるいは必要に応じて増減されても良く、該気圧回路は当業者がなし得る範囲で変更、修正されても良い。

上記の実施の形態は本発明の例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

図１は本発明の第１の実施の形態の振動加工装置の、部分断面を含む図式的な正面図である。 図２は、図１の振動加工装置を汎用ＮＣ旋盤の装着した状態を示す、図１におけるＡ矢視図であり、部分的に断面で示す。 図３は図１の穴開け振動加工装置の構成部分である振動カムの外周部のカム曲線の説明図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態の振動加工装置の気圧回路図を示す。 図５は、小径小角度テーパ深孔振動加工装置１と背後クーラントの供給部５とを組合せて、エジェクターノズル加工に応用した本発明の第２の実施の形態の加工装置を示す。 図６は背後クーラント供給部５の構造図であり、図６（Ａ）はその部分断面側面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における部分的な断面を含むＢ矢視図である。 図７は、第１の実施の形態の振動加工装置の、特には振動カムの外周溝の形状を示す立体図である。 図８は、従来技術におけるエジェクターノズルの加工方法についての説明図を示す。 図９は、本発明の第３の実施の形態の振動加工装置１０１の図解的立体図を示す。 図１０は、第３の実施の形態の振動加工装置１０１の側断面図である。 図１１は樹脂成型金型１５０の概要を示す側断面図である。 図１２は、ゲートブッシュの全体形状の側断面図（Ａ）及び注入部の詳細断面図（Ｂ）を示す。 図１３は、複雑な形状の開口を有するゲートブッシュの第３の実施の形態の振動加工装置を使用した振動加工法による加工例を示しており、注入部付近の中心部において切断された状態を示す。

符号の説明

１，１０１ 振動加工装置
２ 工具
３ ＮＣ旋盤主軸部
４ 加工物
５ 背後クーラント供給部
６ 回転ジョイント
７ 加工物把持部
８ 回転伝達部
１１ フレーム
１２ 振動スピンドル
１３，１４ 軸受け
１５ エアーポケット
１６ ホルダー
１７ ローラー
１８ 回り止め
１９ エアアクチュエータ
２０，２１ 歯車
２２ シャフト
２３ 振動カム
２４ ローラー
２５ カム曲線
２７ 把持部
７０ 斜板
７１ ピン
７２ アーム
７３ スライドブロック
７４ メタル
７５ 動作量変更ネジ
７６ スティ

Claims (11)

1. 振動加工装置（１，１０１）であって、
   構造であるフレーム（１１）と、
   前記フレーム（１１）に回転可能に保持されるシャフト（２２）と、
   前記シャフト（２２）を回転駆動するアクチュエータ（１９）と、
   前記シャフト（２２）に取り付けられていて且つ回転運動を揺動運動に変換する運動変換機構（２３，２４，７０，８１）と、
   加工工具（２）を把持するスピンドル（１２）であって、前記フレーム（１１）において、前記スピンドル（１２）の軸方向に揺動可能に支持されるスピンドル（１２）と、
   前記運動変換機構（２３，２４，７０，８１）の揺動運動を、前記スピンドル（１２）がその軸方向に揺動するように伝達する伝達機構（１６）と、
   を具備する振動加工装置において、
   前記運動変換機構（２３，２４，７０，８１）の揺動運動は、前記運動変換機構（２３，２４，７０，８１）が一回転する間に、変形サイン（正弦）曲線を描いており、
   前記運動変換機構（２３，２４，７０，８１）の揺動運動の描く変形サイン（正弦）曲線は、前記運動変換機構（２３，２４，７０，８１）の一回転において、前記高さが、下死点の位置から上死点の位置に向かって漸次増加し、前記上死点の位置から下死点の位置に向かって漸次減少しており、前記下死点の位置の附近の特定の回転角度範囲及び前記上死点の位置の附近の特定の回転角度範囲において、揺動の変位がない等速部分を有する、ことを特徴とする振動加工装置。
2. 前記等速部分が形成される、前記下死点の位置の附近の特定の回転角度範囲及び前記上死点の位置の附近の特定の回転角度範囲は、下死点又は上死点の位置を中心に実質的に＋−５〜１５度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の振動加工装置。
3. 前記運動変換機構（２３，２４，７０，８１）の一回転である３６０度において、前記下死点の位置を０度とすると、前記上死点の位置は１８０度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動加工装置。
4. 前記運動変換機構は、前記シャフト（２２）に取り付けられたカム（２３）と、ローラー（２４）と、を具備しており、
   該カム（２３）の有するカム面は、前記シャフト（２２）と共に前記カム（２３）が回転する際に、前記シャフト（２２）の回転軸方向においてその高さが変化するように形成されており、
   前記ローラー（２４）は前記カム面と係合するので、前記シャフト（２２）が回転すると、前記ローラー（２４）は揺動することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の振動加工装置。
5. 前記運動変換機構は、前記シャフト（２２）の軸線に対して傾斜するように前記シャフト（２２）に取り付けられた斜板（７０）と、一対のローラーガイド（８１）と、を具備しており、
   前記一対のローラーガイド（８１）は、前記斜板（７０）の外周縁を隣接して挟むように配置されており、前記斜板（７０）は回転する際に、前記一対のローラーガイド（８１）の間を滑動するので、前記ローラーガイド（８１）は揺動することと、更に
   前記ローラーガイド（８１）は、前記伝達機構（１６）に結合することと、
   を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の振動加工装置。
6. 前記斜板（７０）の前記シャフト（２２）に対する傾斜角度を変化させるための、斜板傾斜角度変更機構を更に具備することを特徴とする請求項５に記載の振動加工装置。
7. 前記斜板傾斜変更機構は、
   前記斜板（７０）を前記シャフト（２２）に連結させるピン（７１）であって、前記ピン（７１）を中心として前記斜板（７０）が回転可能なピン（７１）と、
   前記シャフト（２２）に沿って移動可能なスライドブロック（７３）と、
   前記斜板（７０）と前記スライドブロック（７３）を連結するアーム（７２）と、更に
   前記スライドブロック（７３）を前記シャフト（２２）に沿って移動させることができる駆動機構（７５）と、
   を具備することを特徴とする請求項６に記載の振動加工装置。
8. 前記駆動機構は、ステッピングモータ、サーボモータ、空圧又は油圧アクチュエータである、駆動機器を具備して、前記加工工具（２）の振動の振幅を最適化するように自動制御されることを特徴とする請求項７に記載の振動加工装置。
9. 小径小角度テーパ深孔加工に使用されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の振動加工装置。
10. 前記小径小角度テーパ深孔のテーパは１度近傍であることを特徴とする請求項９に記載の振動加工装置。
11. 該振動加工装置（１）が、穴開け加工装置（１００）に取り付けられており、前記穴開け加工装置（１００）は回転する主軸（３）を具備しており、前記主軸（３）に設置された加工物（４）を回転させながら、前記振動加工装置（１）に取り付けられた前記加工工具（２）を振動させて孔加工を行うことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の振動加工装置。