JP7100927B1

JP7100927B1 - ワーク加工装置及びそのワーク加工装置を備えた超音波加工装置

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Publication number: JP7100927B1
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Abstract

【課題】複雑な加工形状のワークに対しても、カッター刃を有効に押し当てることができるワーク加工装置、また、そのワーク加工装置を備え、複雑な加工形状の被加工物をより精密に加工することができる超音波加工装置を提供する。【解決手段】ワーク加工装置５は、カッター刃６９を使用してワークＷを加工するものであり、カッター刃６９の進行方向に対する角度を、ワークＷの形状に応じて変更可能なカッター刃角度変更機構９と、カッター刃６９の角度の変更方向に抗して、カッター刃角度変更機構９を付勢する第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２の第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを加工するためのワーク加工装置及びそのワーク加工装置を備えた超音波加工装置に関する。

従来から、ワークを加工するためのワーク加工装置及び超音波加工装置が知られている。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、カッター刃１０を使用してワークを加工する超音波加工装置が記載されており、この超音波加工装置は、カッター刃１０を、ワークの形状に応じて揺動させるとともに、揺動機構を、コイルスプリング機構８４によって、カッター刃１０の揺動角度方向に抗して付勢することによって、カッター刃１０を被加工物の面に押し当てるようにしている（引用文献１の図１３及び図１４等、引用文献２の図１３及び図１４等参照）。

特開２００８－２７３２１２号公報特開２００８－０３０２５１号公報

しかしながら、引用文献１及び引用文献２に記載のカッター刃は、揺動機構のみによって揺動していることから、被加工物に対する揺動方向への押し当てについては問題無いものの、複雑な形状の被加工物には対応できない可能性が高いという問題があった。

すなわち、引用文献１及び引用文献２に記載のカッター刃は、揺動機構のみによって揺動していることから、被加工物の形状が複雑な場合には、カッター刃を被加工物の面に沿って押し当てることができないという問題があった。

本発明は、従来技術が有する上述した問題に対応してなされたものであり、複雑な加工形状の被加工物（以下、「ワーク」と記す）に対しても、カッター刃を有効に押し当てることができるワーク加工装置、また、そのワーク加工装置を備え、複雑な加工形状の被加工物をより精密に加工することができる超音波加工装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の第１の態様は、カッター刃を使用してワークを加工するワーク加工装置において、前記カッター刃の進行方向に対する角度を、前記ワークの形状に応じて変更可能なカッター刃角度変更機構と、前記カッター刃の前記角度の変更方向に抗して、前記カッター刃角度変更機構を付勢するカッター刃角度付勢機構と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様のワーク加工装置において、前記カッター刃角度付勢機構は、前記カッター刃の前記角度に拘わらず、略一定の付勢力で前記カッター刃角度変更機構を付勢することを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様のワーク加工装置において、前記カッター刃を、前記ワークの形状に応じて、前記ワークに対する一定方向の位置を変更可能なカッター刃位置変更機構と、前記カッター刃の前記位置の変更方向に抗して、前記カッター刃位置変更機構を付勢するカッター刃位置付勢機構と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１の態様または第２の態様のワーク加工装置において、前記角度を固定するカッター刃角度ロック機構を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第５の態様は、第３の態様のワーク加工装置において、前記角度を固定するカッター刃角度ロック機構を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第６の態様は、第３の態様または第５の態様のワーク加工装置において、前記ワークに対する前記一定方向の位置を固定するカッター刃位置ロック機構を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第７の態様の超音波加工装置は、第１の態様乃至第６の態様の何れかのワーク加工装置を備え、前記カッター刃を、前記角度の変更方向と交差する方向に、超音波振動させてワークを加工することを特徴とする。

さらに、本発明の第８の態様の超音波加工装置は、第３の態様、第５の態様、または第６の態様のワーク加工装置を備え、前記カッター刃を、前記ワークに対する前記一定方向と交差する方向に、超音波振動させてワークを加工することを特徴とする。

本発明の第１の態様のワーク加工装置によれば、カッター刃を使用してワークを加工するものを対象として、特に、カッター刃の進行方向に対する角度を、ワークの形状に応じて変更可能なカッター刃角度変更機構と、カッター刃の角度の変更方向に抗して、カッター刃角度変更機構を付勢するカッター刃角度付勢機構と、を備えているので、複雑な加工形状のワークに対しても、カッター刃を有効に押し当てて加工することができる。

また、本発明の第２の態様のワーク加工装置によれば、第１の態様のワーク加工装置において、カッター刃角度付勢機構は、カッター刃の角度に拘わらず、略一定の付勢力でカッター刃角度変更機構を付勢するので、第１の態様のワーク加工装置の効果に加え、複雑な加工形状のワークであっても、カッター刃をさらに有効に押し当てて加工することができる。

また、本発明の第３の態様のワーク加工装置によれば、第１の態様または第２の態様のワーク加工装置において、カッター刃を、ワークの形状に応じて、ワークに対する一定方向の位置を変更可能なカッター刃位置変更機構と、カッター刃の位置の変更方向に抗して、カッター刃位置変更機構を付勢するカッター刃位置付勢機構と、を備えているので、第１の態様または第２の態様のワーク加工装置の効果に加え、複雑な加工形状のワークであっても、カッター刃をさらに有効に押し当てて加工することができる。

また、本発明の第４の態様のワーク加工装置によれば、第１の態様または第２の態様のワーク加工装置において、角度を固定するカッター刃角度ロック機構を備えているので、第１の態様または第２の態様のワーク加工装置の効果に加え、ワークの形状に応じて、カッター刃を有効に押し当てる機構を選択してワークを加工することができる。

また、本発明の第５の態様のワーク加工装置によれば、第３の態様のワーク加工装置において、角度を固定するカッター刃角度ロック機構を備えているので、第３の態様のワーク加工装置の効果に加え、ワークの形状に応じて、カッター刃を有効に押し当てる機構を選択してワークを加工することができる。

また、本発明の第６の態様のワーク加工装置によれば、第３の態様または第５の態様のワーク加工装置において、ワークに対する一定方向の位置を固定するカッター刃位置ロック機構を備えているので、第３の態様または第５の態様のワーク加工装置の効果に加え、ワークの形状に応じて、カッター刃を有効に押し当てる機構をさらに選択してワークを加工することができる。

また、本発明の第７の態様の超音波加工装置によれば、第１の態様乃至第６の態様の何れかのワーク加工装置を備え、カッター刃を、角度の変更方向と交差する方向に、超音波振動させてワークを加工するので、ワークをより精密に加工することができる。

さらに、本発明の第８の態様の超音波加工装置によれば、第３の態様、第５の態様または第６の態様のワーク加工装置を備え、カッター刃を、ワークに対する一定方向と交差する方向に、超音波振動させてワークを加工するので、ワークをより精密に加工することができる。

本発明の実施形態の超音波加工装置の全体側面図である。本実施形態の超音波加工装置に備えられたワーク加工装置の全体斜視図である。図２のＡ－Ａ断面図である。図２のＢ－Ｂ断面図であり、カッター刃角度付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かっていない状態（角度０度）を示す図である。図２のＣ－Ｃ断面図であり、カッター刃位置付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かっていない状態（位置０ｍｍ）を示す図である。本実施形態の超音波加工装置のブロック図である。本実施形態の超音波加工装置のメインコントローラのブロック図である。本実施形態の超音波加工装置におけるメインプログラムのフローチャートである。本実施形態の超音波加工装置における超音波加工プログラムのフローチャートである。図２のＢ－Ｂ断面図において、カッター刃角度付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かり、カッター刃が反時計回り方向に最大角度回転した状態（角度＋θ１度）を示す図である。図２のＢ－Ｂ断面図において、カッター刃角度付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かり、カッター刃が時計回り方向に最大角度回転した状態（角度－θ１度）を示す図である。図２のＢ－Ｂ断面図において、カッター刃角度ロック用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃の角度を固定した状態（角度０度）を示す図である。取り付けられたカッター刃を下方から見た図であり、カッター刃とカッター刃の回転方向との関係を説明した説明図である。図２のＣ－Ｃ断面図において、カッター刃位置付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かり、カッター刃が＋Ｘ方向に最大変位移動した状態（角度＋Ｘ１ｍｍ）を示す図である。図２のＣ－Ｃ断面図において、カッター刃位置付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かり、カッター刃が－Ｘ方向に最大変位移動した状態（角度-Ｘ１ｍｍ）を示す図である。図２のＣ－Ｃ断面図において、カッター刃位置ロック用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃の位置を固定した状態（変位０ｍｍ）を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（実施形態）
先ず、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の１実施形態の超音波加工装置の全体側面図である。

図１に示すように、本実施形態の超音波加工装置１は、テーブル１０と、そのテーブル１０に固定された多関節ロボット３と、その多関節ロボット３の先端に回転可能に接続されたワーク加工装置５と、テーブル１０に設けられたワーク設置台１６と、テーブル１０に配置された発振器２、メインコントローラ４及びロボットコントローラ６と、テーブル１０の外部に配置されたエアコンプレッサー１４（図６参照）とを備える。

そして、本実施形態の超音波加工装置１は、ワーク加工装置５の先端に接続された、断面両側が研磨された先細りのカッター刃６９を振動子７１によって図面上上下方向に超音波振動させることによって、ワーク設置台１６に設置されたワークＷを加工するものである。

なお、ワーク設置台１６には、操作パネル８が設けられており、超音波加工装置１の操作者は、操作パネル８を操作することにより超音波加工装置１を動作させることができる。

多関節ロボット３は、ロボットコントローラ６からの指令によって動作する一般の５軸の多関節ロボットであり、ワーク加工装置５の位置及び角度を自在に変えて、ワークＷに対向するものである。

多関節ロボット３は、第１の基台３２に対して、第２の基台３４を旋回させるための第１回転軸４４と、第２の基台３４に対して下腕部（下アーム部）３６を前後に回動させるための第２回転軸４６と、下腕部３６に対して中腕部（中アーム部）３８を上下に回動させるための第３回転軸４８と、中腕部３８に対して上腕部（上アーム部）４０を上下に回動させるための第４回転軸５０と、上腕部４０に対して回転部４２を同軸に回転させるための第５回転軸５２との５軸を備える。

多関節ロボット３は、ケーブル（図示せず）によってロボットコントローラ６に電気的に接続されており、ロボットコントローラ６は、メインコントーラ４に電気的に接続されている（図６参照）。

図２は、本実施形態の超音波加工装置１に備えられたワーク加工装置５の全体斜視図であり、図３は、図２のＡ－Ａ断面図であり、図４は、図２のＢ－Ｂ断面図であり、カッター刃角度付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かっていない状態（角度０度）を示す図であり、図５は、図２のＣ－Ｃ断面図であり、カッター刃位置付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かっていない状態（角度０度）を示す図である。

ワーク加工装置５は、その先端に接続されたカッター刃６９を、発振器２からケーブル７３を介して電気的に接続された振動子７１により超音波振動させることによって、ワーク設置台１６に設置されたワークＷを加工するものである。

ワーク加工装置５は、図２乃至図５に示すように、下部のカッター刃角度変更機構９、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ、第２のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂ及びカッター刃角度ロック用シリンダー７７と、上部のカッター刃位置変更機構７、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ、第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂ及びカッター刃位置ロック用シリンダー８１とを備える。

カッター刃角度変更機構９は、図３及び図４に示すように、ワーク加工装置５に固定された基軸１１と、その基軸１１に回転可能に接続され、振動子７１及びカッター刃６９が接続された回転体１３と、その回転体１３に設けられ、後述する第３の突起部８７に当接可能な第１の突起部８３と、回転体１３の第１の突起部８３とは反対側に設けられ、後述する第４の突起部８９に当接可能な第２の突起部８５と、回転体１３に設けられ、後述するロックピン３９が勘合する凹部９１と、回転体１３が回転可能に形成された空隙部１５とを備える。

第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａは、回転体１３の平面視左回転の回転力に抗して回転体１３を付勢するものであって、内部に空隙部２１を有する第１の筐体１７と、その第１の筐体１７の空隙部２１内にスライド可能に配置されたピストン１９と、そのピストン１９の先端に接続された第３の突起部８７とを備え、第１の筐体１７の空隙部２１とエアコンプレッサー１４（図６参照）とは、接続チューブ２３によって連通されている。

また、第２のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂは、回転体１３の平面視右回転の回転力に抗して回転体１３を付勢するものであって、内部に空隙部２９を有する第２の筐体２５と、その第２の筐体２５の空隙部２９内にスライド可能に配置されたピストン２７と、そのピストン２７の先端に接続された第４の突起部８９とを備え、第２の筐体２５の空隙部２９とエアコンプレッサー１４（図６参照）とは、接続チューブ３１によって連通されている。

なお、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ、第２の第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂ、接続チューブ２３、接続チューブ３１及びエアコンプレッサー１４が本発明の「カッター刃角度付勢機構」を構成する。

さらに、カッター刃角度ロック用シリンダー７７は、回転体１３の回転を停止させるものであって、内部に空隙部３７（図１２参照）を有する第３の筐体３３と、その第３の筐体３３の空隙部３７内にスライド可能に配置されたピストン３５と、そのピストン３５の先端に接続されたロックピン３９とを備え、第３の筐体３３の空隙部３７とエアコンプレッサー１４（図６参照）とは接続チューブ４１及び接続チューブ４３によって連通されている。

なお、カッター刃角度ロック用シリンダー７７、接続チューブ４１、接続チューブ４３及びエアコンプレッサー１４が本発明の「カッター刃角度ロック機構」を構成する。

カッター刃位置変更機構７は、図３及び図５に示すように、ワーク加工装置５に固定された基台９２と、その基台９２に移動可能に接続された移動体９０と、その移動体９０に設けられ、後述する第５の突起部９５に当接可能な第７の突起部９７と、移動体９０に設けられ、後述する第６の突起部９９に当接可能な第８の突起部９８と、移動体９０に設けられ、後述するロックピン６７が勘合する凹部９３とを備える。

第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａは、内部に空隙部４９を有する第４の筐体４５と、その第４の筐体４５の空隙部４９内にスライド可能に配置されたピストン４７と、そのピストン４７の先端に接続された第５の突起部９５とを備え、第４の筐体４５の空隙部４９とエアコンプレッサー１４（図６参照）とは、接続チューブ５１によって連通されている。

また、第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂは、内部に空隙部５７を有する第５の筐体５３と、その第５の筐体５３の空隙部５７内にスライド可能に配置されたピストン５５と、そのピストン５５の先端に接続された第６の突起部９９とを備え、第５の筐体５３の空隙部５７とエアコンプレッサー１４（図６参照）とは、接続チューブ５９によって連通されている。

なお、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ、第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂ、接続チューブ５１、接続チューブ５９及びエアコンプレッサー１４が本発明の「カッター刃位置付勢機構」を構成する。

さらに、カッター刃位置ロック用シリンダー８１は、内部に空隙部６５（図１６参照）を有する第６の筐体６１と、その第６の筐体６１の空隙部６５（図１６参照）内にスライド可能に配置されたピストン６３と、そのピストン６３の先端に接続されたロックピン６７とを備え、第６の筐体６１の空隙部６５（図１６参照）とエアコンプレッサー１４（図６参照）とは、接続チューブ９４及び接続チューブ９６によって連通されている。

なお、カッター刃位置ロック用シリンダー８１、接続チューブ９４、接続チューブ９６及びエアコンプレッサー１４が本発明の「カッター刃位置ロック機構」を構成する。

次に、本実施形態の超音波加工装置１のブロック図について説明する。

図６は、本実施形態の超音波加工装置のブロック図であり、図７は、本実施形態の超音波加工装置のメインコントローラのブロック図である。

図６において、超音波加工装置１は、電源１２に電気的に接続されたメインコントローラ４と、そのメインコントローラ４に電気的に接続され、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ、第２の第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂ、カッター刃角度ロック用シリンダー７７、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ、第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂ及びカッター刃位置ロック用シリンダー８１を駆動するためのエアコンプレッサー１４と、メインコントローラ４に電気的に接続され、多関節ロボット３を制御するためのロボットコントローラ６と、振動子７１を駆動するための発振器２と、装置の操作者からの入力を受け付ける操作パネル８とを備える。

なお、本実施形態においては、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２の第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂを、纏めて「カッター刃角度付勢用シリンダー７５」、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ及び第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂを、纏めて「カッター刃位置付勢用シリンダー７９」と記すこともある。

また、図７において、メインコントローラ４は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２２と、そのＣＰＵ２２に入出力可能に接続されたＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）２４と、ＣＰＵ２２に入出力可能に接続されたＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）２６とを備える。

ＲＡＭ２４は、ワークＷを加工するための加工データを記憶した加工データテーブル２４ａと、超音波加工装置１がワークＷを加工する際の後述する加工モードに対応した設定項目を記憶した加工モードデータテーブル２４ｂとを備える。

また、ＲＯＭ２６は、本実施形態の超音波加工装置１全体の動作を司るメインプログラム２６ａと、後述する加工モードに応じて超音波加工装置１の超音波加工を実行する超音波加工プログラム２６ｂとを備える。

次に、上述した構成の超音波加工装置１の動作について説明する。

図８は、本実施形態の超音波加工装置におけるメインプログラムのフローチャートであり、図９は、本実施形態の超音波加工装置における超音波加工プログラムのフローチャートである。

本実施形態の超音波加工装置１は、前述した通り、ワーク加工装置５の先端に接続されたカッター刃６９を振動子７１によって超音波振動させることによって、ワーク設置台１６に設置されたワークＷを加工するものである。

また、本実施形態の超音波加工装置１は、ワークＷを加工する加工モードとして、４つの加工モードを備えている。

具体的には、本実施形態の超音波加工装置１は、カッター刃角度付勢用シリンダー７５及びカッター刃位置付勢用シリンダー７９をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢し、ワークＷを加工する第１の加工モードと、カッター刃角度ロック用シリンダー７７及びカッター刃位置付勢用シリンダー７９をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢し、ワークＷを加工する第２の加工モードと、カッター刃角度付勢用シリンダー７５及びカッター刃位置ロック用シリンダー８１をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢し、ワークＷを加工する第３の加工モードと、カッター刃角度ロック用シリンダー７７及びカッター刃位置ロック用シリンダー８１をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢せずに、ワークＷを加工する第４の加工モードと、を備える。

図８において、先ず、装置の操作者が電源スイッチを入れた後、操作パネル８上の操作ボタンによってワークＷの処理個数及び加工モードを入力してスタートボタンを押下すると、超音波加工装置１は、多関節ロボット３のアームを初期位置に移動させ（Ｓ１）、ワークＷの処理個数をセットし（Ｓ３）、入力された加工モードに基づいて加工モードデータテーブル２４ｂから設定項目を抽出し（Ｓ５）、後述する超音波加工プログラムを実行する（Ｓ７）。

（第１の加工モード）
先ず、カッター刃角度付勢用シリンダー７５及びカッター刃位置付勢用シリンダー７９をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢し、ワークＷを加工する第１の加工モードが設定されているとして説明する。なお、第１の加工モードは、複雑な加工形状のワークＷを加工する際に最適な加工モードである。

図９において、超音波加工プログラムでは、先ず、加工データテーブル２４ａから加工データを取得した後（Ｓ２１）、加工モードがカッター刃角度付勢モードか否かが判断される（Ｓ２３）。

第１の加工モードは、カッター刃角度付勢モードを使用するため（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂがＯＮされ（Ｓ２５）、加工モードがカッター刃位置付勢モードか否かが判断される（Ｓ２９）。

第１の加工モードは、カッター刃位置付勢モードを使用するため（Ｓ２９：Ｙｅｓ）、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ及び第２の第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂがＯＮされる（Ｓ３１）。

なお、上述した図４は、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２の第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂがＯＮされ、カッター刃に負荷が掛かっていない状態（角度０度）を示している。

図４を参照して、具体的に説明すると、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａがＯＮされ、エアがエアコンプレッサー１４から接続チューブ２３を介して第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａの第１の筐体１７の空隙部２１に注入されると、ピストン１９が図面上下側に下がり、ピストン１９の先端に接続された第３の突起部８７が回転体１３に設けられた第１の突起部８３に当接する。

また、第２のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂがＯＮされ、エアがエアコンプレッサー１４から接続チューブ３１を介して第２のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂの第２の筐体２５の空隙部２９に注入されると、ピストン２７が図面上上側に上がり、ピストン２７の先端に接続された第４の突起部８９が回転体１３に設けられた第２の突起部８５に当接する。

このように、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２の第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂがＯＮされると、回転体１３は、基軸１１に対して図面上右回り方向及び左周り方向に回転可能であるものの、回転体１３が、ピストン１９の先端に接続された第３の突起部８７及びピストン２７の先端に接続された第４の突起部８９に付勢されることにより、カッター刃６９に負荷が掛からない状態であれば、カッター刃６９は、角度０度の位置（図１３参照）に安定している状態となる。

超音波加工プログラムに戻り、加工モードの設定が完了すると、次に、ワークＷがワーク設置台１６にセットされているか否かが判断され（Ｓ３５）、ワークＷがワーク設置台１６にセットされていない場合には（Ｓ３５：Ｎｏ）、ワークＷがワーク設置台１６にセットされるまで待ち、ワークＷがワーク設置台１６にセットされている場合には（Ｓ３５：Ｙｅｓ）、カッター刃６９に接続された振動子７１を超音波振動させるために発振器２を駆動する（Ｓ３７）。

次に、カッター刃６９がワークＷに対する加工開始位置に位置するように、多関節ロボット３の各アームを移動させ（Ｓ３９）、ワークＷを超音波加工するためにカッター刃６９を移動させる（Ｓ４１）。

ここで、カッター刃角度付勢用シリンダー７５及びカッター刃位置付勢用シリンダー７９をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢してワークＷを加工する第１の加工モードにおいて、ワーク加工装置５内部の動作について説明する。

図１０は、図２のＢ－Ｂ断面図において、カッター刃角度付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かり、カッター刃が反時計回り方向に最大角度回転した状態（角度＋θ１度）を示す図であり、図１１は、図２のＢ－Ｂ断面図において、カッター刃角度付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かり、カッター刃が時計回り方向に最大角度回転した状態（角度－θ１度）を示す図であり、図１３は、取り付けられたカッター刃を下方から見た図であり、カッター刃とカッター刃の回転方向との関係を説明した説明図である。

上述した通り、図４は、カッター刃６９に負荷が掛からない状態を示しているが、第１の加工モードにおいては、ワーク加工装置５のワークＷ加工中において、カッター刃６９がワークＷから回転負荷を受けた場合には、カッター刃６９が±数度(最高±５°)の範囲内で回転可能なように構成されている。

しかしながら、回転体１３は、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂがＯＮすることによって、ピストン１９の先端に接続された第３の突起部８７が回転体１３に設けられた第１の突起部８３に当接し、かつ、ピストン２７の先端に接続された第４の突起部８９が回転体１３に設けられた第２の突起部８５に当接することによって、常に角度０度の位置（図１３参照）に向かって付勢された状態にあって、その状態で回転可能というのが正しい。

例えば、図１０に示すように、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２の第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂがＯＮされた状態で、カッター刃６９に回転負荷が掛かり、回転体１３に設けられた第１の突起部８３がピストン１９の先端に接続された第３の突起部８７を押し続け、カッター刃６９が図面上反時計回り方向に最大角度回転した場合（角度＋θ１度）には、回転体１３に設けられた第１の突起部８３は、ピストン１９の先端に接続された第３の突起部８７に当接するが、回転体１３に設けられた第２の突起部８５は、ピストン２７の先端に接続された第４の突起部８９に当接しない。

回転体１３に設けられた第１の突起部８３がピストン１９の先端に接続された第３の突起部８７を押し続けている場合には、第３の突起部８７に当接する第１の突起部８３は、第３の突起部８７から－θ方向にｆ１の力で付勢される。なお、この力ｆ１は、回転体１３の角度によって変わるものではなく、第１の突起部８３が第３の突起部８７に当接する限りにおいて一定である。

一方、例えば、図１１に示すように、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２の第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂがＯＮされた状態で、カッター刃６９に回転負荷が掛かり、回転体１３に設けられた第２の突起部８５がピストン２７の先端に接続された第４の突起部８９を押し続け、カッター刃６９が図面上時計回り方向に最大角度回転した場合（角度－θ１度）には、回転体１３に設けられた第２の突起部８５は、ピストン２７の先端に接続された第４の突起部８９に当接するが、回転体１３に設けられた第１の突起部８３は、ピストン１９の先端に接続された第３の突起部８７に当接しない。

回転体１３に設けられた第２の突起部８５がピストン２７の先端に接続された第４の突起部８９を押し続けている場合には、第４の突起部８９に当接する第２の突起部８５は、第４の突起部８９から+θ方向にｆ１の力で付勢される。なお、この力ｆ１も、回転体１３の角度によって変わるものではなく、第２の突起部８５が第４の突起部８９に当接する限りにおいて一定である。

図１４は、図２のＣ－Ｃ断面図において、カッター刃位置付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かり、カッター刃が＋Ｘ方向に最大変位移動した状態（角度＋Ｘ１ｍｍ）を示す図であり、図１５は、図２のＣ－Ｃ断面図において、カッター刃位置付勢用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かり、カッター刃が－Ｘ方向に最大変位移動した状態（角度-Ｘ１ｍｍ）を示す図である。

上述した通り、図５は、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ及び第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂをＯＮさせ、カッター刃に負荷が掛かっていない状態（位置０ｍｍ）を示しているが、第１の加工モードにおいては、ワーク加工装置５のワークＷ加工中において、カッター刃６９がワークＷから負荷を受けた場合には、カッター刃６９が±数ｍｍ(最高±５ｍｍ)の範囲内で移動可能なように構成されている。

しかしながら、移動体９０は、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ及び第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂがＯＮすることによって、移動体９０に設けられた第７の突起部９７がピストン４７の先端に接続された第５の突起部９５に当接し、かつ、移動体９０に設けられた第８の突起部９８がピストン５５の先端に接続された第６の突起部９９に当接することによって、常に位置０ｍｍの位置（図１４参照）に向かって付勢された状態にあって、その状態で移動可能というのが正しい。

例えば、図１４に示すように、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ及び第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂがＯＮされた状態で、カッター刃６９に負荷が掛かり、移動体９０に設けられた第８の突起部９８がピストン５５の先端に接続された第６の突起部９９を押し続け、カッター刃６９が＋Ｘ方向に最大変位移動した場合（角度＋Ｘ１ｍｍ）には移動体９０に設けられた第８の突起部９８は、ピストン５５の先端に接続された第６の突起部９９に当接するが、移動体９０に設けられた第７の突起部９７は、ピストン４７の先端に接続された第５の突起部９５に当接しない。

移動体９０に設けられた第８の突起部９８がピストン５５の先端に接続された第６の突起部９９を押し続けている場合には、第６の突起部９９に当接する第８の突起部９８は、第６の突起部９９から－Ｘ方向にｆ２の力で付勢される。なお、この力ｆ２は、移動体９０の位置によって変わるものではなく、第８の突起部９８が第６の突起部９９に当接する限りにおいて一定である。

一方、例えば、図１５に示すように、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ及び第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂがＯＮされた状態で、カッター刃６９に負荷が掛かり、移動体９０に設けられた第７の突起部９７がピストン４７の先端に接続された第５の突起部９５を押し続け、カッター刃６９が－Ｘ方向に最大変位移動した場合（角度-Ｘ１ｍｍ）には、移動体９０に設けられた第７の突起部９７は、ピストン４７の先端に接続された第５の突起部９５に当接するが、移動体９０に設けられた第８の突起部９８は、ピストン５５の先端に接続された第６の突起部９９に当接しない。

移動体９０に設けられた第７の突起部９７がピストン４７の先端に接続された第５の突起部９５を押し続けている場合には、第５の突起部９５に当接する第７の突起部９７は、第５の突起部９５から+Ｘ方向にｆ２の力で付勢される。なお、この力ｆ２は、移動体９０の位置によって変わるものではなく、第７の突起部９７が第５の突起部９５に当接する限りにおいて一定である。

超音波加工プログラムに戻り、ワークＷの加工が完了したか否かが判断され（Ｓ４３）、ワークＷの加工が完了していない場合には（Ｓ４３：Ｎｏ）、カッター刃６９の移動（加工）を継続し（Ｓ４１）、ワークＷの加工が完了している場合には（Ｓ４３：Ｙｅｓ）、メインプログラムに戻る（Ｓ４５）。

（第２の加工モード）
次に、カッター刃角度ロック用シリンダー７７及びカッター刃位置付勢用シリンダー７９をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢し、ワークＷを加工する第２の加工モードについて説明する。なお、第２の加工モードは、第１のモードよりも高速で加工する場合に使用される。

第２の加工モードは、カッター刃角度付勢モードを使用しないため（Ｓ２３：Ｎｏ）、第１のカッター刃角度ロック用シリンダー７７がＯＮされ（Ｓ２７）、加工モードがカッター刃位置付勢モードか否かが判断される（Ｓ２９）。

第２の加工モードは、カッター刃位置付勢モードを使用するため（Ｓ２９：Ｙｅｓ）、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ及び第２の第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂがＯＮされる（Ｓ３１）。

図１２は、図２のＢ－Ｂ断面図において、カッター刃角度ロック用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃の角度を固定した状態（角度０度）を示す図である。

図１２を参照して、具体的に説明すると、カッター刃角度ロック用シリンダー７７がＯＮされ、エアがエアコンプレッサー１４から接続チューブ４１及び接続チューブ４３を介してカッター刃角度ロック用シリンダー７７の第３の筐体３３の空隙部３７に注入されると、ピストン３５が図面上左側に移動し、ピストン３５の先端に接続されたロックピン３９が回転体１３に設けられた凹部９１に勘合する。

このように、カッター刃角度ロック用シリンダー７７がＯＮされると、回転体１３は、ロックピン３９によって固定され、カッター刃６９は、角度０度の位置（図１３参照）に固定される。

超音波加工プログラムに戻り、加工モードの設定が完了すると、次に、ワークＷがワーク設置台１６にセットされているか否かが判断され（Ｓ３５）、ワークＷがワーク設置台１６にセットされていない場合には、ワークＷがワーク設置台１６にセットされるのを待ち（Ｓ３５：Ｎｏ）、ワークＷがワーク設置台１６にセットされている場合には（Ｓ３５：Ｙｅｓ）、カッター刃６９に接続された振動子７１を超音波振動させるために発振器２を駆動する（Ｓ３７）。

なお、カッター刃位置付勢用シリンダー７９をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢してワークＷを加工する際のワーク加工装置５内部の動作については、図５、図１４及び図１５を参照して、上述した通りである。

したがって、第２加工モードにおいては、加工装置５は、カッター刃６９の角度を角度０度に固定するとともに、ワークＷに対して、カッター刃６９を位置０ｍｍの位置に向かって一定の力ｆ２で付勢するようにして、ワークＷを加工する。

そして、ワークＷの加工が完了したか否かが判断され（Ｓ４３）、ワークＷの加工が完了していない場合には（Ｓ４３：Ｎｏ）、カッター刃６９の移動（加工）を継続し（Ｓ４１）、ワークＷの加工が完了している場合には（Ｓ４３：Ｙｅｓ）、メインプログラムに戻る（Ｓ４５）。

（第３の加工モード）
次に、カッター刃角度付勢用シリンダー７５及びカッター刃位置ロック用シリンダー８１をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢し、ワークＷを加工する第３の加工モードについて説明する。なお、第３の加工モードも、複雑な加工形状のワークＷを加工する際に適切な加工モードであるが、第１の加工モードよりも高速で加工する場合に使用される。

第３の加工モードは、カッター刃角度付勢モードを使用するため（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂがＯＮされ（Ｓ２５）、加工モードがカッター刃位置付勢モードか否かが判断される（Ｓ２９）。

第３の加工モードは、カッター刃位置付勢モードを使用しないため（Ｓ２９：Ｎｏ）、カッター刃位置ロック用シリンダー８１がＯＮされる（Ｓ３３）。

図１６は、図２のＣ－Ｃ断面図において、カッター刃位置ロック用シリンダーをＯＮさせ、カッター刃の位置を固定した状態（変位０ｍｍ）を示す図である。

図１６を参照して、具体的に説明すると、カッター刃位置ロック用シリンダー８１がＯＮされ、エアがエアコンプレッサー１４から接続チューブ９４及び接続チューブ９６を介してカッター刃位置ロック用シリンダー８１の第６の筐体６１の空隙部６５に注入されると、ピストン６３が図面上左側に移動し、ピストン６３の先端に接続されたロックピン６７が移動体９０に設けられた凹部９３に勘合する。

このように、カッター刃位置ロック用シリンダー８１がＯＮされると、移動体９０は、ロックピン６７によって固定され、カッター刃６９は、位置０ｍｍの位置（図１６等参照）に固定される。

なお、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂがＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢してワークＷを加工する際のワーク加工装置５内部の動作については、図４、図１０、図１１及び図１３を参照して、上述した通りである。

したがって、第３の加工モードにおいては、加工装置５は、カッター刃６９の位置を位置０ｍｍに固定するとともに、ワークＷに対して、カッター刃６９を角度０度に向かって一定の力ｆ１で付勢するようにして、ワークＷを加工する。

（第４の加工モード）
最後に、カッター刃角度ロック用シリンダー７７及びカッター刃位置ロック用シリンダー８１をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢せずに、ワークＷを加工する第４の加工モードについて説明する。なお、第４の加工モードは、最も高速で加工する場合に使用される。

第４の加工モードは、カッター刃角度付勢モードを使用しないため（Ｓ２３：Ｎｏ）、カッター刃角度ロック用シリンダー７７がＯＮされ（Ｓ２７）、加工モードがカッター刃位置付勢モードか否かが判断される（Ｓ２９）。

また、第４の加工モードは、カッター刃位置付勢モードも使用しないため（Ｓ２９：Ｎｏ）、カッター刃位置ロック用シリンダー８１がＯＮされる（Ｓ３３）。

そして、加工モードの設定が完了すると、次に、ワークＷがワーク設置台１６にセットされているか否かが判断され（Ｓ３５）、ワークＷがワーク設置台１６にセットされていない場合には、ワークＷがワーク設置台１６にセットされるのを待ち（Ｓ３５：Ｎｏ）、ワークＷがワーク設置台１６にセットされている場合には（Ｓ３５：Ｙｅｓ）、カッター刃６９に接続された振動子７１を超音波振動させるために発振器２を駆動する（Ｓ３７）。

なお、カッター刃角度ロック用シリンダー７７をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢せずにワークＷを加工する際のワーク加工装置５内部の動作については、図４及び図１２を参照して、上述した通りである。

また、カッター刃位置ロック用シリンダー８１をＯＮさせた状態でカッター刃６９を付勢せずにワークＷを加工する際のワーク加工装置５内部の動作についても、図５及び図１６を参照して、上述した通りである。

したがって、第４の加工モードにおいては、加工装置５は、カッター刃６９の角度を角度０度に、カッター刃６９の位置を位置０ｍｍに固定して、ワークＷを加工する。

図８のメインプログラムに戻ると、カッター刃６９に接続された振動子７１の超音波振動を停止させるために発振器２をＯＦＦするとともに（Ｓ９）、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ、第２のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂ、カッター刃角度ロック用シリンダー７７、第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ、第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂ及びカッター刃位置ロック用シリンダー８１のすべてのシリンダーをＯＦＦする（Ｓ１１）。

そして、多関節ロボット３のアームを初期位置に移動させた後（Ｓ１３）、加工されたワークＷがワーク設置台１６から除去されたか否かが判断され（Ｓ１５）、ワークＷが除去されていないと判断された場合には（Ｓ１５：Ｎｏ）、ワークＷが除去されるのを待ち、ワークＷが除去されたと判断された場合には（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、さらに、ワークＷの処理個数が操作パネル８で入力した処理個数に達したか否かが判断される（Ｓ１７）。

ここで、ワークＷの処理個数が操作パネル８で入力した処理個数に達していないと判断された場合には（Ｓ１７：Ｎｏ）、再度、超音波加工プログラムが実行され、ワークＷの処理個数が操作パネル８で入力した処理個数に達したと判断された場合には（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、処理を終了する（Ｓ１９）。

本実施形態のワーク加工装置５によれば、カッター刃６９を使用してワークＷを加工するものを対象として、特に、カッター刃６９の進行方向に対する角度を、ワークＷの形状に応じて変更可能なカッター刃角度変更機構９と、カッター刃６９の角度の変更方向に抗して、カッター刃角度変更機構９を付勢する第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２の第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂと、を備えているので、複雑な加工形状のワークＷに対しても、カッター刃６９を有効に押し当てて加工することができる。

また、本実施形態のワーク加工装置５によれば、第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ａ及び第２の第１のカッター刃角度付勢用シリンダー７５ｂは、カッター刃６９の角度に拘わらず、略一定の付勢力ｆ１でカッター刃角度変更機構９を付勢するので、複雑な加工形状のワークＷであっても、カッター刃６９をさらに有効に押し当てて加工することができる。

また、本実施形態のワーク加工装置５によれば、カッター刃６９を、ワークＷの形状に応じて、ワークＷに対する一定方向の位置を変更可能なカッター刃位置変更機構７と、カッター刃６９の位置の変更方向に抗して、カッター刃位置変更機構７を付勢する第１のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ａ及び第２のカッター刃位置付勢用シリンダー７９ｂと、を備えているので、複雑な加工形状のワークＷであっても、カッター刃６９をさらに有効に押し当てて加工することができる。

また、本実施形態のワーク加工装置５によれば、回転体１３の回転角度を固定するカッター刃角度ロック用シリンダー７７を備えているので、ワークＷの形状に応じて、カッター刃６９を有効に押し当てる機構を選択してワークＷを加工することができる。

また、本実施形態のワーク加工装置５によれば、ワークＷに対する一定方向の位置を固定するカッター刃位置ロック用シリンダー８１を備えているので、ワークＷの形状に応じて、カッター刃６９を有効に押し当てる機構をさらに選択してワークＷを加工することができる。

さらに、本実施形態の超音波加工装置１によれば、カッター刃６９を、角度の変更方向と交差する方向に、超音波振動させてワークＷを加工するので、ワークをより精密に加工することができる。

以上、本発明の実施形態における超音波加工装置及びワーク加工装置について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更して実施することが可能である。

例えば、上述の実施形態において使用した振動子７１は、カッター刃６９を図面上上下方向に振動させるように説明したが、それに限られるものではなく、回転体１３の回転方向に対して交差する方向であっても良く、移動体９０の移動方向に対して交差する方向であっても良い。

また、上述の実施形態において使用したカッター刃６９は、両側研磨のカッター刃を使用して説明したが、片側研磨のカッター刃であっても加工方向を考慮すれば使用可能である。

１・・・超音波加工装置
２・・・発振器
３・・・多関節ロボット
５・・・ワーク加工装置
６・・・ロボットコントローラ
７・・・カッター刃位置変更機構
９・・・カッター刃角度変更機構
１４・・・エアコンプレッサー
６９・・・カッター刃
７１・・・振動子
７５・・・カッター刃角度付勢用シリンダー
７７・・・カッター刃角度ロック用シリンダー
７９・・・カッター刃位置付勢用シリンダー
８１・・・カッター刃位置ロック用シリンダー
Ｗ・・・ワーク

Claims

カッター刃の進行方向に対する角度を、ワークの形状に応じて変更可能なカッター刃角度変更機構と、前記カッター刃の前記角度の変更方向に抗して、前記カッター刃角度変更機構を付勢するカッター刃角度付勢機構と、を備え、前記カッター刃を使用して前記ワークを加工するワーク加工装置において、
前記カッター刃角度付勢機構は、前記カッター刃角度変更機構の両側に向かって、所定の空気圧によって付勢され、かつ突出して配置された移動可能な２つの第１のピストンを備え、
前記カッター刃の前記角度が変更されない場合には、前記カッター刃角度変更機構に前記２つの第１のピストンを当接させて付勢し、前記カッター刃の前記角度が変更される場合には、その変更方向に応じて、前記カッター刃角度変更機構に前記２つの第１のピストンのうち何れか１つの第１のピストンに当接させて付勢することを特徴とするワーク加工装置。
前記カッター刃角度変更機構が前記２つの第１のピストンに当接して付勢されているときに前記カッター刃の前記角度を固定するカッター刃角度ロック機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載のワーク加工装置。
前記カッター刃を、前記ワークの形状に応じて、前記ワークに対する一定方向の位置を変更可能なカッター刃位置変更機構と、
前記カッター刃の前記位置の変更方向に抗して、前記カッター刃位置変更機構を付勢するカッター刃位置付勢機構と、を備え、
前記カッター刃位置付勢機構は、前記カッター刃位置変更機構の両側に向かって、所定の空気圧によって付勢され、かつ突出して配置された移動可能な２つの第２のピストンを備え、
前記カッター刃の前記位置が変更されない場合には、前記カッター刃位置変更機構に前記２つの第２のピストンを当接させて付勢し、前記カッター刃の前記位置が変更される場合には、その位置方向に応じて、前記カッター刃位置変更機構に前記２つの第２のピストンのうち何れか１つの第２のピストンを当接させて付勢することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワーク加工装置。
前記カッター刃位置変更機構が前記２つの第２のピストンに当接して付勢されているときに前記カッター刃の前記位置を固定するカッター刃位置ロック機構を備えたことを特徴とする請求項３に記載のワーク加工装置。
請求項１乃至請求項４の何れかのワーク加工装置を備え、
前記カッター刃を、前記角度の変更方向と交差する方向に、超音波振動させてワークを加工することを特徴とする超音波加工装置。