JP4724144B2 - 推力加工装置及び推力加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、基本推力と該基本推力の前後方向に振幅を有する振動推力とを合成した合成推力をワークに与えることでワークを加工する推力加工装置及び推力加工方法に関する。

油圧シリンダ、エアーシリンダ、ボールネジを用いたモータ等により発生させた基本推力と、圧電アクチュエータ、超磁歪素子、超音波振動子などにより発生させた振動推力とを合成した推力をワークに与えることでワークを圧入加工する装置が知られている（例えば特許文献１〜４参照）。
特開２００３−３１１５５３号公報（第３−５頁、図１） 特許第３２５６０３８号公報（第３−４頁、図１） 特開２００７−７７６７号公報（第３−４頁、図１−６） 特開２００６−３１５１１２号公報（第３頁、図１）

これらの特許文献の技術では振動推力発生手段を支持している側のダンパー作用により振動推力発生手段が出力する振動推力が十分にワークに作用できない。したがって合成推力を高くするためには、基本推力や振動推力、あるいは両方の推力を高めなければならず、装置全体を大型化する必要がある。

例えばエアーシリンダを基本推力発生手段として、エアーシリンダのピストンロッド先端に超磁歪素子による振動子を配置した構成を用いて圧入時の推力を測定すると、図５に示すタイミングチャートのごとくとなる。すなわちエアーシリンダにより基本推力を生じさせている状態で振動子により振動推力を発生させると（ｔａ〜）、振動推力発生初期においては極めて高い推力の極大が生じる（ｔｂ）。しかし、その後（ｔｂ〜）は振動推力発生手段を支持している側のダンパー作用にてワークに対する振動中心が後退することで、極大推力から大きく低減した定常出力レベルの推力となる（ｔｃ〜）。

したがって定常出力レベルよりも高い推力領域Ｈはほとんど圧入に寄与できないので、実際に圧入加工を完了させるためには定常出力レベルを圧入可能なレベルとなるように設定する必要がある。このためにエアーシリンダを大型化して基本推力を高くすることが考えられる。しかし、これではワーク側に過大な圧力が掛かり、ワークによっては加工不良となる変形を生じさせるおそれがある。また、エアーシリンダの代わりに振動子を大型化する場合には加工不良となる変形は防止できるが、大型の振動子は高価であり製造コストを悪化させるおそれがある。

特許文献２では「シャフトへの振動付与は、圧入行程の全期間でなくてもよく、例えば圧入の初期は省いてもよい。また、間欠的に振動を付与してもよい。」との記載がある。しかし、この特許文献２の技術では、スプリングバックを生じる圧入時の弾性歪みを除去して高精度な挿入深さを設定することを目的として圧入時に振動を加えるものである。したがって上記記載は推力とは直接関係なく弾性歪み除去のためであるので、弾性歪みが除去されるタイミングのみが必要である。このため上述のごとく弾性歪みを除去するために「圧入の初期は省いてもよい。」、「間欠的に振動を付与してもよい。」との表現がなされており、このような間欠的振動付与では推力を高めることには貢献できない。

特許文献３では「駆動回路７で駆動コイル５を間欠的に駆動して、残存磁界が生じている間に駆動コイル５を検出コイルとして使用してその起電力より検出回路８で圧入荷重を検出し」との記載のごとく、間欠的な振動は振動停止時に圧入荷重を測定するためである。したがってこのような目的でなされる間欠的駆動では推力を高めることには貢献できない。

本発明は、加工装置を大型化することなく、かつワーク側を変形させることなく、高い推力を加工作業に適用できる推力加工装置及び推力加工方法を目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の推力加工装置は、基本推力を出力する基本推力発生手段と該基本推力発生手段により発生する基本推力の前後方向に振幅を有する振動推力を出力する振動推力発生手段とを備え、前記基本推力発生手段と前記振動推力発生手段との両推力を合成した合成推力をワークに与えることでワークを加工する推力加工装置であって、前記基本推力発生手段による基本推力を継続出力状態として、前記振動推力発生手段による振動推力を出力期間と停止期間とを繰り返す間欠出力状態に制御するとともに、前記出力期間は前記合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域が完了するタイミングを終期とする期間とし、前記停止期間は次の前記出力期間にて前記合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復させる期間とする出力制御手段を備えたことを特徴とする。

このように出力制御手段は、間欠出力される振動推力の出力期間を、合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域が完了するタイミングを終期とする期間とし、振動推力の停止期間は次の出力期間にて合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復させる期間としている。
このように振動推力を間欠出力することにより、基本推力出力中に、合成推力を初期のみでなく繰り返し定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域となるようにすることができ、定常出力レベルよりも高いレベルの合成推力を加工のための推力として高頻度に利用できる。また、このように出力期間の終期を設定することで、定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を十分に利用できる。これらのことにより、加工装置を大型化することなく、かつワーク側を変形させることなく、高い推力を加工作業に適用できる。

請求項２に記載の推力加工装置は、基本推力を出力する基本推力発生手段と該基本推力発生手段により発生する基本推力の前後方向に振幅を有する振動推力を出力する振動推力発生手段とを備え、前記基本推力発生手段と前記振動推力発生手段との両推力を合成した合成推力をワークに与えることでワークを加工する推力加工装置であって、前記基本推力発生手段による基本推力を継続出力状態として、前記振動推力発生手段による振動推力を出力期間と停止期間とを繰り返す間欠出力状態に制御するとともに、前記出力期間は前記合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルとなる推力領域内であって、前記合成推力が極大となった後のタイミングを終期とする期間とし、前記停止期間は次の前記出力期間にて前記合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復させる期間とする出力制御手段を備えたことを特徴とする。

このように出力制御手段は、間欠出力される振動推力の出力期間を、合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルとなる推力領域内であって、前記合成推力が極大となった後のタイミングを終期とする期間とし、振動推力の停止期間は次の出力期間にて合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復させる期間としている。
このように振動推力を間欠出力することにより、基本推力出力中に、合成推力を初期のみでなく繰り返し定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域となるようにすることができ、定常出力レベルよりも高いレベルの合成推力を加工のための推力として高頻度に利用できる。また、このように出力期間の終期を設定することで、定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を利用できる。これらのことにより、加工装置を大型化することなく、かつワーク側を変形させることなく、高い推力を加工作業に適用できる。

請求項３に記載の推力加工装置では、請求項１又は２において、前記基本推力発生手段は、液圧駆動又は空気圧駆動のアクチュエータであり、前記振動推力発生手段は前記アクチュエータの駆動部の先端部分を振動させる振動手段であることを特徴とする。

このように液圧駆動又は空気圧駆動のアクチュエータにより基本推力を発生させ、更にこのアクチュエータの駆動部の先端部分を振動させる振動手段により振動推力を発生させている。そして出力制御手段により上述したごとく制御することにより、加工装置を大型化することなく、かつワーク側を変形させることなく、高い推力を加工作業に適用できる。

請求項４に記載の推力加工装置では、請求項３において、前記アクチュエータはピストンロッドを駆動するエアーシリンダであり、前記振動手段は前記ピストンロッドの先端部分に設けられた振動子であることを特徴とする。

このようにエアーシリンダにより基本推力を発生させ、更にこのエアーシリンダのピストンロッドの先端部分に設けた振動子により振動推力を発生させている。そして出力制御手段により上述したごとく制御することにより、加工装置を大型化することなく、かつワーク側を変形させることなく、高い推力を加工作業に適用できる。

請求項５に記載の推力加工装置では、請求項４において、前記振動子は、超磁歪素子に対する磁界の時間的変化により振動するものであることを特徴とする。
振動子としては、超磁歪素子を用いて磁界の時間的変化により振動させることで、十分大きい振動推力を発生させることができる。そして出力制御手段により上述したごとく制御することで、小型の加工装置でも、ワーク側を変形させることなく高い推力を加工作業に効果的に適用できる。

請求項６に記載の推力加工装置では、請求項４において、前記振動子は、超音波振動子であることを特徴とする。
このように超音波振動子を用いて振動推力を発生させても良い。

請求項７に記載の推力加工装置では、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記出力制御手段は、前記出力期間と前記停止期間との終了を、経過時間により判定していることを特徴とする。

出力期間と停止期間とは、その終了を経過時間により判定しても良い。推力加工装置によって出力期間と停止期間とは自ずと決定しているので、実験や推定計算などで各時間を予め求めることができ、この時間に基づいて出力制御手段により容易に間欠出力を実行することができる。

請求項８に記載の推力加工装置では、請求項１〜６のいずれかにおいて、ワークが受ける圧力を検出する圧力センサを備え、前記出力制御手段は、前記出力期間と前記停止期間との終了を、前記圧力センサによる圧力変化に基づいて判定することを特徴とする。

合成推力の程度は上記圧力センサにて検出される圧力に比例する。したがって上記圧力センサの検出圧力値により、出力期間と停止期間との終了タイミングを判定できる。このタイミングに基づいて出力制御手段により容易に間欠出力を実行することができる。

請求項９に記載の推力加工装置では、請求項１〜６のいずれかにおいて、ワークとの間の接触状態を検出する接触センサを備え、前記出力制御手段は、前記出力期間と前記停止期間との終了を、前記接触センサによる接触状態の変化に基づいて判定することを特徴とする。

推力加工装置とワークとの接触状態は、合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域にある状態や、この推力領域が回復した状態では、密な接触状態にある。これ以外では粗な接触状態となる。したがってこの接触の粗密を接触センサにて判定することにより、出力期間と停止期間との終了タイミングを判定できる。このタイミングに基づいて出力制御手段により容易に間欠出力を実行することができる。

請求項１０に記載の推力加工装置では、請求項１〜９のいずれかにおいて、ワークを圧入する圧入加工装置として構成されていることを特徴とする。
推力加工装置としてはこのような圧入加工装置に適用できる。したがって圧入加工装置を大型化することなく、かつワーク側を変形させることなく、高い推力にて圧入加工が可能となる。

請求項１１に記載の推力加工装置では、請求項１〜９のいずれかにおいて、ワークをプレスするプレス加工装置として構成されていることを特徴とする。
推力加工装置としてはこのようなプレス加工装置に適用できる。したがってプレス加工装置を大型化することなく、かつワーク側の不要な変形を起こすことなく、高い推力にてプレス加工が可能となる。

請求項１２に記載の推力加工装置では、請求項１〜１１のいずれかにおいて、ワークに対する加工量検出手段を備え、前記出力制御手段は、前記振動推力の間欠出力回数が基準回数に到達した状態にて前記加工量検出手段が加工完了を示す加工量を検出していない場合には、前記基本推力発生手段による基本推力出力と前記振動推力発生手段による振動推力出力とを停止することを特徴とする。

このように基本推力の継続出力状態にて、振動推力の間欠出力を基準回数繰り返しても、加工量が加工完了を示さない場合には、出力制御手段は、基本推力発生手段による基本推力出力と振動推力発生手段による振動推力出力とを停止している。このことにより何らかの異常が生じた場合に適切に加工処理を停止でき、加工作業の安全を図ることができる。

請求項１３に記載の推力加工方法は、基本推力と該基本推力の前後方向に振幅を有する振動推力とを合成した合成推力をワークに与えることでワークを加工する推力加工方法であって、前記基本推力を継続出力状態として前記振動推力を出力期間と停止期間とを繰り返す間欠出力状態とするとともに、前記出力期間は前記合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域が完了するタイミングを終期とする期間とし、前記停止期間は次の前記出力期間にて前記合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復できる期間とすることを特徴とする。

このように、間欠出力する振動推力の出力期間を、合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域が完了するタイミングを終期とする期間とし、振動推力の停止期間は次の出力期間にて合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復できる期間としている。

このように振動推力を間欠出力することにより、基本推力出力中に、合成推力を初期のみでなく繰り返し定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域となるようにできるので、定常出力レベルよりも高いレベルの合成推力を加工のための推力として高頻度に利用できる。また、このように出力期間の終期を設定することで、定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を十分に利用できる。これらのことにより、大型の加工装置を用いずに、かつワーク側を変形させることなく、高い推力にて加工作業を実行することが可能となる。
請求項１４に記載の推力加工方法は、基本推力と該基本推力の前後方向に振幅を有する振動推力とを合成した合成推力をワークに与えることでワークを加工する推力加工方法であって、前記基本推力を継続出力状態として前記振動推力を出力期間と停止期間とを繰り返す間欠出力状態とするとともに、前記出力期間は前記合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルとなる推力領域内であって、前記合成推力が極大となった後のタイミングを終期とする期間とし、前記停止期間は次の前記出力期間にて前記合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復できる期間とすることを特徴とする。
このように、間欠出力する振動推力の出力期間を、合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルとなる推力領域内であって、前記合成推力が極大となった後のタイミングを終期とする期間とし、振動推力の停止期間は次の出力期間にて合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復できる期間としている。
このように振動推力を間欠出力することにより、基本推力出力中に、合成推力を初期のみでなく繰り返し定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域となるようにできるので、定常出力レベルよりも高いレベルの合成推力を加工のための推力として高頻度に利用できる。また、このように出力期間の終期を設定することで、定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を利用できる。これらのことにより、大型の加工装置を用いずに、かつワーク側を変形させることなく、高い推力にて加工作業を実行することが可能となる。

［実施の形態１］
図１は、上述した発明が適用された圧入加工装置２及びその制御回路を示すブロック図である。圧入加工装置２は、超磁歪振動と空気圧とを利用した圧入装置であり、架台４、エアーシリンダ６（基本推力発生手段及びアクチュエータに相当）及び超磁歪振動子８（振動推力発生手段、振動手段及び振動子に相当）を備えている。架台４は圧入時の応力を受けるためであり、この架台４の上部側基板４ａにエアーシリンダ６が固定されている。エアーシリンダ６内のピストンから伸びるピストンロッド６ａ（駆動部に相当）は上部側基板４ａの軸受４ｂを貫通しており、上部側基板４ａと下部側基板４ｃとの間の空間に配置されている先端部分には超磁歪振動子８を固定している。

超磁歪振動子８は、超磁歪素子と駆動コイルとを備えている。この駆動コイルに対する電流制御により超磁歪素子に対する磁界を時間的に変化させることで、超磁歪素子をピストンロッド６ａの軸方向に伸縮変形させることができ、この伸縮変形により超磁歪振動子８の図示下端に設けられた加圧端部８ａをピストンロッド６ａの軸方向に振動させる。

したがって加圧端部８ａは、その端面８ｂにて圧入物としてのワーク１０に対して、エアーシリンダ６により出力される基本推力と超磁歪振動子８の駆動により出力される振動推力との合成推力を与えることができる。このことによりワーク１０を被圧入体１２の圧入凹部１２ａに圧入する加工ができる。

このような圧入処理は、シーケンサ１４の制御処理により実行される。すなわちシーケンサ１４は、作業者によるコントロールパネル１６からの指示あるいは自動制御により、エアー回路１８を制御することでエアーシリンダ６を駆動し、ピストンロッド６ａを空気圧により移動させる。このピストンロッド６ａの軸方向移動量はストロークセンサ２０（加工量検出手段に相当）により検出されて、シーケンサ１４にて圧入深さが判断できるようにされている。

更にシーケンサ１４は作業者によるコントロールパネル１６からの指示あるいは自動制御により超磁歪振動子駆動回路２２を制御し、電流量調節によって超磁歪振動子８の駆動状態を調節している。

シーケンサ１４はマイクロコンピュータを主体として構成されており、本実施の形態では図２のフローチャートに示す圧入制御処理を実行する。この圧入制御処理は、被圧入体１２及びワーク１０を所定の位置に配置した後に、作業者がコントロールパネル１６を操作することにより実行される処理である。尚、個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。処理進行の一例を図３のタイミングチャートに示す。

作業者の操作により図２に示した処理が開始されると、まず超磁歪振動子８は停止状態でエアーシリンダ６により、被圧入体１２に対するワーク１０の圧接と初期圧入が行われる（Ｓ１００：ｔ０〜）。このことにより図１に示したごとく、ワーク１０はエアーシリンダ６の基本推力により部分的に被圧入体１２の圧入凹部１２ａに圧入される。

この初期圧入の完了（ｔ１）は、ストロークセンサ２０による圧入量の変化が停止した時点、あるいは圧入量が予め設定された基準値を越えた時点で判断される。尚、ステップＳ１００の処理はシーケンサ１４に自動処理させるのではなく、作業者によるエアーシリンダ６の手動操作にて実行しても良い。

ステップＳ１００の処理が完了すると、次にシーケンサ１４に備えられている作業メモリ内に設定された間欠処理回数ｉに０の値が設定される（Ｓ１０２）。
次に超磁歪振動子駆動回路２２から超磁歪振動子８に対して図３のごとく電流を印加して振動推力を生じさせて、エアーシリンダ６の基本推力に加える（Ｓ１０４）。この超磁歪振動子８の駆動は規定出力期間（ｔ１〜ｔ２）なされる。

既に図５にて説明したごとく、ピストンロッド６ａの先端に設けた超磁歪振動子８から振動推力を発生させても、振動推力発生初期においては極めて高い合成推力が極大値として生じるが、その後はエアーシリンダ６のダンパー作用による振動中心の後退により定常出力レベルの推力に大きく低減する。ステップＳ１０４での規定出力期間は、この合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を含む期間として、予め実験や理論計算にて設定したものである。より具体的には、合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域が完了するタイミングを終期とする期間（図５ではタイミングｔａからタイミングｔｃまでの期間）に、前記規定出力期間を設定している。規定出力期間として例えば１ｓが設定される。

そしてこの規定出力期間が経過すると（ｔ２）、超磁歪振動子８を規定停止期間（ｔ２〜ｔ３）、駆動を停止させる（Ｓ１０６）。この規定停止期間は、超磁歪振動子８の振動時にエアーシリンダ６のダンパー作用にて加圧端部８ａの振動中心がワーク１０側から上方へ後退していた状態から、振動停止中に再度エアーシリンダ６の基本推力により加圧端部８ａが十分にワーク１０に押しつけられた状態とするための期間である。すなわち合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復させるための期間である。この規定停止期間は予め実験や理論計算にて設定したものである。規定停止期間として例えば０．５ｓが設定される。

そしてこの規定停止期間が経過すると、圧入深さが、圧入加工の基準値Ａｔ（加工完了を示す加工量に相当）に到達したか否かが判定される（Ｓ１０８）。この圧入深さはストロークセンサ２０により測定される圧入量から判定される。

圧入深さが未だ基準値Ａｔに到達していない場合には（Ｓ１０８でno）、次に間欠処理回数ｉが基準回数Ｎ（例えば１０回）に到達しているか否かが判定される（Ｓ１１０）。最初の１回が終了したタイミングであれば、ｉ＜Ｎであるので（Ｓ１１０でno）、間欠処理回数ｉがインクリメントされて（Ｓ１１２）、ステップＳ１０４の処理に戻る。したがって再度、規定出力期間、超磁歪振動子８が駆動され（Ｓ１０４：ｔ３〜ｔ４）、規定停止期間駆動が停止される（Ｓ１０６：ｔ４〜ｔ５）。

以後、圧入深さが基準値Ａｔに到達しておらず（Ｓ１０８でno）、間欠処理回数ｉが基準回数Ｎに到達していなければ（Ｓ１１０でno）、ステップＳ１０４，Ｓ１０６により振動推力の間欠処理を繰り返すことになる（ｔ５〜ｔ１７）。

この間欠処理の繰り返しにより、圧入深さが基準値Ａｔに到達すると（Ｓ１０８でyes：ｔ１７）、圧入完了報知出力がなされる（Ｓ１１４）。すなわちコントロールパネル１６に設けられたディスプレイやランプにて圧入正常完了が表示される。そしてエアーシリンダ６による基本推力の出力を停止して（Ｓ１１６）、圧入制御処理を停止する。このことにより作業者はワーク１０の圧入が完了した被圧入体１２を排除して、次のワーク１０と被圧入体１２とを架台４に配置し、上述した処理を繰り返して圧入作業を行う。

尚、圧入深さが基準値Ａｔに到達する前に（Ｓ１０８でno）、間欠処理回数ｉが基準回数Ｎに到達すると（Ｓ１１０でyes）、圧入異常報知出力がなされる（Ｓ１１８）。すなわちコントロールパネル１６のディスプレイやランプにて圧入異常が表示される。そしてエアーシリンダ６による基本推力の出力を停止して（Ｓ１１６）、圧入制御処理を停止する。このことにより作業者は圧入に失敗したワーク１０と被圧入体１２とを架台４上から排除して、新たなワーク１０と被圧入体１２とを架台４に配置し、上述した処理を繰り返して圧入作業を行う。

このように圧入制御処理が実行されることにより、従来のごとく間欠処理を実行しないで継続的に超磁歪振動子８を駆動する場合に比較して、約２倍の圧入深さの圧入能力を示す。あるいは従来の圧入能力と同等にする場合には超磁歪振動子８については約半分の小型化が可能となる。

上述した構成において、シーケンサ１４が実行する圧入制御処理（図２）が出力制御手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。

（イ）．シーケンサ１４の圧入制御処理（図２）にて、基本推力出力の下で前述したごとく規定出力期間の振動推力発生と規定停止期間の振動推力停止とを繰り返している。このことにより、図３に示したごとく、各規定出力期間の合成推力は、定常出力レベルよりも高いレベルの推力を実現することができ、高いレベルの合成推力を加工のための推力として高頻度に利用できる。このことにより、圧入加工装置２を大型化することなく、かつワーク側（ここでは特に被圧入体１２）を変形させることなく、高い推力を加工作業に適用できる。

（ロ）．特に振動子として超磁歪素子を用いた超磁歪振動子８を採用しているため、十分に大きい振動推力を発生させることができる。したがって小型の圧入加工装置２であっても、高い推力を圧入加工作業に効果的に適用できる。

（ハ）．前記間欠処理は、規定出力期間と規定停止期間との終了を経過時間により判定しているので、容易に間欠出力を実行することができる。しかも規定出力期間は定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域が完了するタイミングを終期としているため、定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を十分に利用できる。

（ニ）．前記間欠処理を基準回数Ｎ分繰り返しても、圧入深さが基準値Ａｔに到達していない場合には、エアーシリンダ６による基本推力出力と超磁歪振動子８による振動推力出力とを停止している。このことにより圧入加工装置２に何らかの異常が生じた場合に適切に圧入加工処理を停止でき、加工作業の安全を図ることができる。

［実施の形態２］
図４はプレス加工装置１０２及びその制御回路を示すブロック図である。プレス加工装置１０２は、超磁歪振動と空気圧とを利用したプレス加工装置である。このプレス加工装置１０２は、架台１０４、エアーシリンダ１０６（基本推力発生手段及びアクチュエータに相当）及び超磁歪振動子１０８（振動推力発生手段、振動手段及び振動子に相当）を備え、これらの各構成は前記実施の形態１の圧入加工装置２（図１）と基本的に同一である。前記実施の形態１と異なるのは、架台１０４の下部側基板１０４ｃ上には、ダイ１１２が配置され、ダイ１１２上に配置された板状のワーク１１０を、超磁歪振動子１０８の加圧端部１０８ａに取り付けたパンチ１０８ｂを押し下げて、プレス加工する点である。

したがってパンチ１０８ｂは、エアーシリンダ１０６により出力される基本推力と超磁歪振動子１０８の駆動により出力される振動推力との合成推力を、ワーク１１０に対して与えることができる。このことによりワーク１１０をダイ１１２の凹部１１２ａ内へ押圧してプレス加工できる。

制御回路側は、前記実施の形態１と同様に、シーケンサ１１４、コントロールパネル１１６、エアー回路１１８、ストロークセンサ１２０及び超磁歪振動子駆動回路１２２を備え、シーケンサ１１４が前記圧入制御処理（図２）と同様に処理することでプレス加工を実行する。尚、図２において圧入深さはプレス深さとすることで前記実施の形態１にて圧入制御にて説明したごとくプレス制御が実行される。

このことにより正常にプレス加工が完了すれば、コントロールパネル１１６のディスプレイやランプにてプレス正常完了が表示される。そしてエアーシリンダ１０６による基本推力の出力を停止して、プレス制御処理を停止する。このことにより作業者はプレス加工されたワーク１１０を排除して、次のワーク１１０を架台１０４上のダイ１１２に配置し、上述した処理を繰り返してプレス作業を行う。

また、プレス深さが基準値に到達する前に、間欠処理回数ｉが基準回数Ｎに到達すると、プレス異常報知出力がなされる。すなわちコントロールパネル１１６のディスプレイやランプにてプレス異常が表示される。そしてエアーシリンダ１０６による基本推力の出力を停止して、プレス制御処理を停止する。このことにより作業者はプレスに失敗したワーク１１０を架台１０４上のダイ１１２から排除して、新たなワーク１１０をダイ１１２上に配置し、上述した処理を繰り返してプレス作業を行う。

このようにプレス制御処理が実行されることにより、従来のごとく間欠処理を実行しないで継続的に超磁歪振動子１０８を駆動する場合に比較して、約２倍のプレス能力を示す。あるいは従来のプレス能力と同等にする場合には超磁歪振動子１０８については約半分の小型化が可能となる。

以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．プレス加工においても、前記実施の形態１と同様な効果を生じることができる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記各実施の形態においては、基本推力の出力用アクチュエータに、空気圧駆動のアクチュエータに相当するエアーシリンダを用いていたが、この代わりに、液圧駆動のアクチュエータに相当する油圧シリンダを用いても良い。このようなシリンダ型のアクチュエータの代わりに、モータとボールネジとの組み合わせによる圧力装置をアクチュエータとして用いても良い。このようなアクチュエータにおいても超磁歪振動子を支持している構成全体としてダンパー効果が或程度存在する。したがって図２にて述べたごとく振動推力を間欠的に出力することにより、合成推力を高めることができ、推力加工装置を大型化することなく、かつワーク側を変形させることなく、高い推力を加工作業に適用できる。

（ｂ）．前記各実施の形態の振動推力発生手段は超磁歪素子によるものであるが、これ以外に各種の振動手段、例えば超音波振動子であっても良い。
（ｃ）．前記圧入制御処理（図２）において、振動子の規定出力期間の終了と規定停止期間の終了とは、時間経過により判定した。この代わりに、振動子とワークとの間に圧力センサを設けて、この圧力センサにより検出される圧力が、振動子駆動時にダンパー効果により低下した場合に規定出力期間の終了とし、振動子停止時に圧力が回復した場合に規定停止期間の終了と判定しても良い。振動子とワークとの間としては、例えば図１では超磁歪振動子８と加圧端部８ａとの間、あるいは加圧端部８ａとワーク１０との間である。また、圧力センサの配置としては、ワークが受ける圧力を検出できれば良いことから、図１に示した被圧入体１２と下部側基板４ｃとの間に配置しても良い。実施の形態２（図４）の場合では、圧力センサは、超磁歪振動子１０８と加圧端部１０８ａとの間、加圧端部１０８ａとパンチ１０８ｂとの間、あるいはダイ１１２と下部側基板１０４ｃとの間に配置しても良い。

圧力センサの代わりに振動子とワークとの間の接触状態を検出する接触センサを用いても良い。この接触センサにより検出される接触状態が、振動子駆動時にダンパー効果により接触頻度が低下する変化を生じた場合に規定出力期間の終了とし、振動子停止時に接触頻度が上昇して接触状態が回復した場合に規定停止期間の終了と判定しても良い。

このような接触センサとしては、振動子とワークとの接触面の離間を、例えば電気的あるいは光学的に検出する構成を用いることができ、接触状態を判定することができる。
（ｄ）．前記圧入制御処理（図２）においては、規定出力期間の終了タイミングは、合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域が完了するタイミング（図５のタイミングｔｃ）としていたが、このタイミングｔｃの前後に近接するタイミングを終期としても良い。

これ以外に、合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルとなる推力領域内であって、合成推力が極大となった後のタイミングを終期としても良い。例えば図５の極大タイミングｔｂ〜タイミングｔｃの間のいずれかとしても良い。

実施の形態１の圧入加工装置及びその制御回路を示すブロック図。 実施の形態１のシーケンサが実行する圧入制御処理のフローチャート。 実施の形態１の処理の一例を示すタイミングチャート。 実施の形態２のプレス加工装置及びその制御回路を示すブロック図。 従来例を示すタイミングチャート。

符号の説明

２…圧入加工装置、４…架台、４ａ…上部側基板、４ｂ…軸受、４ｃ…下部側基板、６…エアーシリンダ、６ａ…ピストンロッド、８…超磁歪振動子、８ａ…加圧端部、８ｂ…端面、１０…ワーク、１２…被圧入体、１２ａ…圧入凹部、１４…シーケンサ、１６…コントロールパネル、１８…エアー回路、２０…ストロークセンサ、２２…超磁歪振動子駆動回路、１０２…プレス加工装置、１０４…架台、１０４ｃ…下部側基板、１０６…エアーシリンダ、１０８…超磁歪振動子、１０８ａ…加圧端部、１０８ｂ…パンチ、１１０…ワーク、１１２…ダイ、１１２ａ…凹部、１１４…シーケンサ、１１６…コントロールパネル、１１８…エアー回路、１２０…ストロークセンサ、１２２…超磁歪振動子駆動回路。

Claims (24)

1. 基本推力を出力する基本推力発生手段と該基本推力発生手段により発生する基本推力の前後方向に振幅を有する振動推力を出力する振動推力発生手段とを備え、前記基本推力発生手段と前記振動推力発生手段との両推力を合成した合成推力をワークに与えることでワークを加工する推力加工装置であって、
   前記基本推力発生手段による基本推力を継続出力状態として、前記振動推力発生手段による振動推力を出力期間と停止期間とを繰り返す間欠出力状態に制御するとともに、前記出力期間は前記合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域が完了するタイミングを終期とする期間とし、前記停止期間は次の前記出力期間にて前記合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復させる期間とする出力制御手段を備えたことを特徴とする推力加工装置。
2. 基本推力を出力する基本推力発生手段と該基本推力発生手段により発生する基本推力の前後方向に振幅を有する振動推力を出力する振動推力発生手段とを備え、前記基本推力発生手段と前記振動推力発生手段との両推力を合成した合成推力をワークに与えることでワークを加工する推力加工装置であって、
   前記基本推力発生手段による基本推力を継続出力状態として、前記振動推力発生手段による振動推力を出力期間と停止期間とを繰り返す間欠出力状態に制御するとともに、前記出力期間は前記合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルとなる推力領域内であって、前記合成推力が極大となった後のタイミングを終期とする期間とし、前記停止期間は次の前記出力期間にて前記合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復させる期間とする出力制御手段を備えたことを特徴とする推力加工装置。
3. 請求項１又は２において、前記基本推力発生手段は、液圧駆動又は空気圧駆動のアクチュエータであり、前記振動推力発生手段は前記アクチュエータの駆動部の先端部分を振動させる振動手段であることを特徴とする推力加工装置。
4. 請求項３において、前記アクチュエータはピストンロッドを駆動するエアーシリンダであり、前記振動手段は前記ピストンロッドの先端部分に設けられた振動子であることを特徴とする推力加工装置。
5. 請求項４において、前記振動子は、超磁歪素子に対する磁界の時間的変化により振動するものであることを特徴とする推力加工装置。
6. 請求項４において、前記振動子は、超音波振動子であることを特徴とする推力加工装置。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記出力制御手段は、前記出力期間と前記停止期間との終了を、経過時間により判定していることを特徴とする推力加工装置。
8. 請求項１〜６のいずれかにおいて、ワークが受ける圧力を検出する圧力センサを備え、前記出力制御手段は、前記出力期間と前記停止期間との終了を、前記圧力センサによる圧力変化に基づいて判定することを特徴とする推力加工装置。
9. 請求項１〜６のいずれかにおいて、ワークとの間の接触状態を検出する接触センサを備え、前記出力制御手段は、前記出力期間と前記停止期間との終了を、前記接触センサによる接触状態の変化に基づいて判定することを特徴とする推力加工装置。
10. 請求項１〜９のいずれかにおいて、ワークを圧入する圧入加工装置として構成されていることを特徴とする推力加工装置。
11. 請求項１〜９のいずれかにおいて、ワークをプレスするプレス加工装置として構成されていることを特徴とする推力加工装置。
12. 請求項１〜１１のいずれかにおいて、ワークに対する加工量検出手段を備え、前記出力制御手段は、前記振動推力の間欠出力回数が基準回数に到達した状態にて前記加工量検出手段が加工完了を示す加工量を検出していない場合には、前記基本推力発生手段による基本推力出力と前記振動推力発生手段による振動推力出力とを停止することを特徴とする推力加工装置。
13. 基本推力と該基本推力の前後方向に振幅を有する振動推力とを合成した合成推力をワークに与えることでワークを加工する推力加工方法であって、
    前記基本推力を継続出力状態として前記振動推力を出力期間と停止期間とを繰り返す間欠出力状態とするとともに、前記出力期間は前記合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域が完了するタイミングを終期とする期間とし、前記停止期間は次の前記出力期間にて前記合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復できる期間とすることを特徴とする推力加工方法。
14. 基本推力と該基本推力の前後方向に振幅を有する振動推力とを合成した合成推力をワークに与えることでワークを加工する推力加工方法であって、
    前記基本推力を継続出力状態として前記振動推力を出力期間と停止期間とを繰り返す間欠出力状態とするとともに、前記出力期間は前記合成推力の定常出力レベルよりも高いレベルとなる推力領域内であって、前記合成推力が極大となった後のタイミングを終期とする期間とし、前記停止期間は次の前記出力期間にて前記合成推力が定常出力レベルよりも高いレベルの推力領域を回復できる期間とすることを特徴とする推力加工方法。
15. 請求項１３又は１４において、前記基本推力は、液圧駆動又は空気圧駆動のアクチュエータにより出力され、前記振動推力は前記アクチュエータの駆動部の先端部分を振動させる振動手段により発生させられることを特徴とする推力加工方法。
16. 請求項１５において、前記アクチュエータはピストンロッドを駆動するエアーシリンダであり、前記振動手段は前記ピストンロッドの先端部分に設けられた振動子であることを特徴とする推力加工方法。
17. 請求項１６において、前記振動子は、超磁歪素子に対する磁界の時間的変化により振動するものであることを特徴とする推力加工方法。
18. 請求項１６において、前記振動子は、超音波振動子であることを特徴とする推力加工方法。
19. 請求項１３〜１８のいずれかにおいて、前記出力期間と前記停止期間との終了を、経過時間により判定していることを特徴とする推力加工方法。
20. 請求項１３〜１８のいずれかにおいて、ワークが受ける圧力を検出する圧力センサによりワークが受ける圧力を検出し、前記出力期間と前記停止期間との終了を、前記ワークが受ける圧力の変化に基づいて判定することを特徴とする推力加工方法。
21. 請求項１３〜１８のいずれかにおいて、ワークとの間の接触状態を検出する接触センサによりワークとの間の接触状態を検出し、前記出力期間と前記停止期間との終了を、ワークとの間の接触状態の変化に基づいて判定することを特徴とする推力加工方法。
22. 請求項１３〜２１のいずれかにおいて、ワークを圧入する圧入加工方法として適用されることを特徴とする推力加工方法。
23. 請求項１３〜２１のいずれかにおいて、ワークをプレスするプレス加工方法として適用されることを特徴とする推力加工方法。
24. 請求項１３〜２３のいずれかにおいて、ワークに対する加工量を検出し、前記振動推力の間欠出力回数が基準回数に到達した状態にて加工完了を示す加工量が検出されていない場合には、前記基本推力の出力と前記振動推力の出力とを停止することを特徴とする推力加工方法。

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