JPH02124205A

JPH02124205A - 超音波加工機用工具ホーン

Info

Publication number: JPH02124205A
Application number: JP27496488A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ogawara; 和也大河原; Yasuhito Sugiura; 杉浦　康仁; Hitoshi Uchida; 仁内田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1990-05-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、超音波加工機用工具ホーンに係り、とくに、
ＦＲＰ　（繊維強化プラスチック）材の孔明は用として
好適な超音波加工機用工具ボーンに関する。

〔従来の技術〕

従来、ＦＲＰ材の孔明けは、多くの場合、超硬ドリルに
より切削加工する方法、或いは孔の寸法に相当する形状
をした工具を用いて剪断加工する方法等によりなされて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の超硬ドリルによりＦＲＰ材の
孔明けを行う方法にあっては、プラスチック内に複合化
しているアラミド繊維が非常に硬いためドリルが磨耗し
易く、ドリルの寿命が短いものとなっていた。また、こ
の場合、第１２図に示すように孔の周りに引きちぎられ
たアラミド繊維が飛び出し孔が綺麗に加工出来ないとい
う不都合があった。

上記従来の剪断加工によりＦＲＰ材の孔明けを行う方法
にあっては、しばしば第１３図に示すように孔の部分よ
りひび割れが生じたり、また、装置が専用機化し高価な
ものになるという不都合があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、とくに、ＦＲＰ材の孔明は時に生じるアラミド繊維の
切れ残り及びＦＲＰ材のひび割れの発生を効果的に減少
せしめることが出来るとともに、加工コストを著しく低
減せしめることが可能な超音波加工機用工具ホーンを提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、超音波変換器と、この超音波変換器に連結
されたホーン部材とを備えている。そして、このホーン
部材の先端部に、所定形状のチップを着脱可能に装備し
、このチップに刃先の部分がセラミックス等の耐摩耗性
部材で形成された孔明は加工用刃を装着する、という構
成を探っている。これによって前述した目的を達成しよ
うとするものである。

〔発明の第１実施例〕以下、本発明の第１実施例を第１図ないし第４図に基づ
いて説明する。

この第１図の超音波加工機用工具ホーン１ｏは、超音波
変換器１と、この超音波変換器１にブースター２を介し
て連結されたホーン部材３とを備えている。そして、こ
のホーン部材３の先端部には、はぼ円筒状の金属部材か
ら成る刃物取り付は用のチップ４が着脱可能に装着され
ている。更に、このチップ４には、耐磨耗性に優れ熱伝
導率の小さなセラミック部材で形成された孔明加工用刃
５が取り付けられている。

これを、更に詳述すると、ホーン部材３には、所謂エク
スポネンシャル形のものが用いられている。このホーン
部材３の基端側には、第２図に示すように後述する取り
付はネジ６取り付は用の雌ネジ穴３ａが形成され、更に
この雌ネジ穴３ａの基端側には、後述する取り付はネジ
６のフランジ部６ａ固定用のざぐり穴３ｂが形成されて
いる。

更に、ホーン部材３の長手方向の中央部には、フランジ
部３ｄが形成され、このフランジ部３ｄには当該ホーン
部材３を取り付はネジ６固定後にブースター２に締めつ
けるための二面中３ｅが形成されている。

取り付はネジ６としては、第２図に示すように中央部に
フランジ部６ａを備え、このフランジ部６ａの両端にネ
ジ部６ｂ、６ｃがそれぞれ形成された棒状のものが用い
られている。そして、一方のネジ部６ｂを前述した雌ネ
ジ穴３ａに螺合し且つフランジ部６ａをざぐり穴３ｂに
係合した状態で取り付はネジ６がホーン部材３に固定さ
れている。この場合、取り付はネジ６をホーン部材３に
締めつけるため、該取り付はネジ６の他方のネジ部６Ｃ
側の端面中心には図示しない六角穴が形成されている。

前記チップ４は、鉄等の比較的融点の高い円柱状の金属
材料から成り、第３図に示すように、先端部が一部切除
され、この切除部４ａに孔明加工用刃５がろう付けされ
ている。また、このチップ４の基端側には、当該子ツブ
４をホーン部材３に取り付けるための雄ネジ部４ｂが一
体的に形成されている。一方、前記ホーン部材３の先端
部には、チップ４に形成された雄ネジ部４ｂに螺合する
雌ネジ穴３Ｃが形成されている。そして、第２図ではチ
ップ４が、雄ネジ部４ｂを雌ネジ穴３ｃに螺合し且つ雄
ネジ部４ｂ側の端面をホーン部材３の先端面に圧接した
状態でホーン部材３に取り付けられている。ここで、千
ツブ４の雄ネジ部４ｂ側の端部には、チップ４を雌ネジ
穴３ｃに締めつけるための第３図（４）に示す二面ｒｊ
ｌ　４　Ｃが形成されている。

前記孔明用加工刃５は、本実施例では、セラミックスか
ら成る第３図に示す形状のものが使用されているが、こ
れは超硬合金で形成しても良く、或いはまた、普通の焼
入れ鋼の表面にＣＶＤ、ＰＶＤ等の手法により耐磨耗性
を有するセラミックスの薄膜を形成したものを用いても
良い。

上述のように構成された第１図の超音波加工機用工具ホ
ーン１０は、実際には、その超音波変換器１部分を第４
図に示すユニットケース１１内に収納されるとともに、
Ｌ字状の支柱本体６１の支柱部６１Ａに、当該支柱部６
１Ａに沿って上下方向に往復移動可能に装備された逆Ｆ
字状のユニット支持部材６２に回転自在に支持されてい
る。

これを、更に詳述すると、ユニット支持部材６２は、長
辺部６２ａと短辺部６２ｂとを有する断面り字状の支持
部材本体６２Ａと、この支持部材本体６２Ａの短辺部６
２ｂから適当な間隔を隔てて該短辺部６２ｂに平行に配
設され長辺部６２ａに固定された板状部材から成る保持
部６２Ｂとから構成されている。そして、その長辺部６
２ａを前記支柱本体６１Ａに平行に保持する取り付は部
材６３Ａ、６３Ｂを介して支柱部６１Ａに装備されてい
る。

具体的には、取り付は部材６３Ａ、６３Ｂは、中央部に
図示しない丸孔を備えた厚板状部材から成り、長辺部６
２ａの上下端に該長辺部に直交してそれぞれ固定されて
いる。そして、それぞれの丸孔部分を支柱部６１Ａに嵌
合した状態で該支柱部６１Ａに摺動可能に装備されてい
る。

前記支持部材本体６２Ａの長辺部６２ａの上端にはモー
ター６５がそのモーター軸６５ａを下方に突出した状態
で装備されている。このモーター軸６５ａには、駆動ギ
ヤー６６が取り付けられている。

前記ユニットケース１１は支持部材本体６２Ａの短辺部
６２ｂ及び保持部材６２Ｂの中央部にそれぞれ設けられ
た図示しない丸孔に挿通された状態で前記支柱本体６１
Ａに平行に保持されている。

このユニットケース１１の上端部には、前述した駆動ギ
ヤー６６に噛合する従動ギヤー６７が一体的に装備され
ている。このため、モーター軸６５ａと一体的に駆動ギ
ヤー６６が第４図の矢印Ａ方向に回転した場合に、その
回転力が従動ギヤー６７に伝達され、従動ギヤー６７が
ユニットケース１１と一体的に第４図の矢印Ｂ方向に回
転するようになっている。

前記下側の取り付は部材６３ＢとＬ字状の支柱本体６１
の支持台６１Ｂとの間には、ユニット支持部材６２用の
原位置復帰バネ６４が介装されている。この原位置復帰
バネ６４は、レバー６９を人が押下することにより、圧
縮される構造になっている。

ホーン部材の下方即ちＬ字状の支柱本体６１の支持台６
１Ｂ部分には、孔明は作業が終了してホーン部材３の先
端に装備された孔明加工用刃５の刃先が当該支持台６１
Ｂに接触する寸前にこれを検知するためのリミットスイ
ッチ６８が設けられている。一方、このリミットスイッ
チ６８に対応して支持部材本体６２Ａの長辺部６２ａに
は、下方に向かって突出した状態でＬ字状のスイッチ用
ドッグ７０が固定されている。これにより、本実施例で
は、孔明機側工具ホーン１０が下降し、その最下位点に
到達すると、リミットスイッチ６８の接点が閉成し、図
示しないシーケンサ−の制御によってモーター６５が一
定速度で一回転し、その後逆回転して元の位置に戻り停
止するようになっている。この第４図において、符号７
１．７２はベアリングを示す。

上述のように構成された本第１実施例の超音波加工機２
０を使用してＦＲＰ材の孔明けを行う場合には、オペレ
ータによりレバー６９が適当な力で押下されると、孔明
加工用刃５が支持台６１Ｂ上に配設された被加工物のＦ
ＲＰ材に圧接される。

この状態において、超音波変換器１によりホーン部材３
を介して孔明加工用刃５にＦＲＰ材に垂直な超音波振動
を加え、これと同時にモーター６５を始動させることに
より、容易にしかも綺麗に孔明けを行うことが出来、こ
れによりＦＲＰ材の孔明は時に生じるアラミド繊維の切
れ残り及びＦＲＰ材のひび割れの発生を効果的に減少せ
しめることが出来るという利点がある。また、孔明加工
用刃５を耐磨耗性を有するセラミックス部材等で形成し
たので該孔明加工用刃５の耐久性を著しく向上せしめる
ことができ、これにより加工コストを著しく低減せしめ
ることができるという利点がある。

〔発明の第２実施例〕次に、本発明の第２実施例を第５図ないし第７図に基づ
いて説明する。

ここで、前述した第１実施例と同一の構成部材について
は同一の符号を用いるものとする。

この実施例は、前述した第１実施例のチップ４に換えて
第５図および第６図に示すチップ２４を使用するもので
ある。

このチップ２４は、チップ４と同様に、鉄等の比較的融
点の高い円柱状の金属材料から成り、第５図および第６
図に示すように、先端部が一部切除され切除面２４ａが
形成されている。また、このチップ２４には、第６図に
示すように先端面中央に前記切除面２４ａに平行に後述
する孔明加工用刃２５挿入用の取り付は穴２４ｂが設け
られている。また、切除面２４ａには、後述する孔明加
工用刃２５締め付は用のネジ孔２４ｃ、２４ｃが形成さ
れている。また、このチップ２４の基端側には、チップ
４と同様に当該チップ２４をホーン部材３に取り付ける
ための雄ネジ部２４ｄが一体的に形成されている。この
チップ２４の誰ネジ部２４ｄ側の端部には、チップ２４
を雌ネジ穴３Ｃに締めつけるための第５図に示す二面中
２４ｅが形成されている。

前記孔明加工用刃２５は、第７図に示すように通常のカ
ッター刃とほぼ同形状のセラミックスからなり、その根
本の部分には鉄系金属２６がメタライズされろう付けさ
れている。このため、孔明加工用刃２５が取り付は穴２
５ｂ内に挿入され、ネジ孔２４ｃ、２４ｃに螺合する図
示しない止めネジによって締めつけられた場合に、該孔
明加工用刃２５が割れるのを有効に防止出来る構造とな
っている。

その他の構成は、前述した第１実施例と同一になってい
る。

このように構成しても、第１実施例と同様の作用・効果
を得られる他、孔明加工用刃２５のみ交換が可能なので
、−ｉコストを低減できるという利点がある。また、こ
の実施例と異なり、ホーン部材３に直接孔明加工用刃２
５を取り付けることも可能である。

〔発明の第３実施例］次に、本発明の第３実施例を第８図に基づいて説明する
。

この第３実施例では、前述した第１実施例におけるユニ
・７ト支持部材６２を第８図に示す３方向の自由度を持
つロボット３０のＹ軸（前後軸）３０Ａの先端に装備し
たものである。

この場合、加圧は、ロボット３０のＹ軸３０　Ａを下降
させることにより行われる。反対に、加圧力の解除は、
ロボット３０のＹ軸３０Ａを上昇させることにより行わ
れる。また、Ｙ軸３０Ａが予め定めた最下位点まで下降
した場合に、前述した第１実施例と同様にモーター６５
が一定速度で一回転し、その後逆回転して元の位置に戻
り停止するようになっている。但し、この場合、これら
の一連の動作制御は、ロボット３０の図示しないコント
ローラにより行われるようになっている。また、本実施
例の場合には、リミットス・ｆツチを要しないので、ユ
ニット支持部材６２にスイッチドッグは装備されていな
い。この第８図において、符号３０Ｂ、３０Ｃは、ロボ
ット３０のＺ軸、Ｘ軸をそれぞれ示す。

このように構成しても、前述した第１実施例と同様の作
用・効果を得られる他、ＦＲＰ材等の任意の位置に孔明
けが出来るという利点がある。

〔第４実施例〕この実施例は、第９図に示すようにコ字状の支柱本体４
１と、支柱本体４１の突出上端部に装備された加圧用の
エアーシリンダ４２と、このエアーシリンダ４２のピス
トンロンド４２ａに装着された超音波変換器１と、この
超音波変換器１にブースター２を介して連結された鉄等
の安価な材料からなるホーン部材４３とを備えている。

このホーン部材４３の先端には、はぼ円筒状の金属部材
から成る刃物取り付は用のチップ４４が着脱可能に装着
されている。更に、このチップ４４には、耐磨耗性に優
れ熱伝導率の小さなセラミック部材で形成された孔明加
工用刃４５が取り付けられている。

これを、更に詳述すると、ホーン部材４３には、前述し
た第１実施例と同様エクスポネンシャル形のものが用い
られている。このホーン部材４３０基端側には、第１０
図に示すように前述した取り付はネジ６取り付は用の雌
ネジ穴４３ａが形成され、更にこの雌ネジ穴４３ａの基
端側には、取り付はネジ６のフランジ部６ａ固定用のざ
ぐり穴４３ｂが形成されている。

そして、一方のネジ部６ｂを雌ネジ穴４３ａに螺合し、
且つフランジ部６ａをざぐり穴４３ｂに係合した状態で
取り付はネジ６がホーン部材４３に固定されている。

前記チップ４４は、鉄等の比較的融点の高いほぼ円柱状
の金属材料から成り、第１０図に示すように、先端部周
囲が一部切除され段部４４ａが形成され、この段部４４
ａに孔明加工用刃４５がろう付けされている。また、こ
のチップ４４の基端側には、当該チップ４４をホーン部
材４３に取り付けるための雄ネジ部４４ｂが一体的に形
成されている。一方、前記ホーン部材４３の先端部には
、チップ４４に形成された雄ネジ部４４ｂに螺合する雌
ネジ穴４３ｃが形成されており、チップ４４が、雄ネジ
部４４ｂを雌ネジ穴４３ｃに螺合し且つ雄ネジ部４４ｂ
側の端面をホーン部材３の先端面に圧接した状態でホー
ン部材４３に取り付けられている。ここで、チップ４４
の雄ネジ部４４ｂ側の端部には、チップ４４を雌ネジ穴
４３ｃに締めつけるための図示しない二面中がチップ４
と同様に形成されている。

前記孔明加工用刃４５は、本実施例では、セラミックス
から成る第１０図に示す円筒状のものが使用されている
が、これは超硬合金で形成しても良く、或いはまた、普
通の焼入れ鋼の表面にＣＶＤ、ＰＶＤ等の手法により耐
磨耗性を有するセラミックスの薄膜を形成したものを用
いても良い。

また、この孔明加工用刃４５の刃先の部分には、第１０
図に示すように十分なポケッｌ−４５ａが設けられてい
る。

また、本実施例では、前記ホーン部材４３の中心にその
長平方向に沿って第１０図に示す深穴４３ｄが形成され
ており、更にこの深穴４３ｄに連通ずる横穴４３ｅが、
当該ホーン部材４３．チップ４４及び孔明加工用刃４５
から構成されるホーン部５０の振動節面即ち当該ホーン
部５０の振幅が零になる面の位置に、該ホーン部材４３
の外部から中心に向かって穿設されている。そして、こ
の横穴４３ｅには、パイプ４６が接続され、このパイプ
４６には、コネクタ４７を介してチューブ４８が連結さ
れている。このため、本実施例では、これらの深穴４３
ｄ、横穴４３ｅ、パイプ４６゜及びチューブ４８を介し
て、加工屑が微細な場合には先端の屑を吸出す（バキュ
ームする）ことが出来、加工屑が比較的大きい場合には
先端の屑をエアー等で吹き飛ばすことができる。

このように構成しても、前述した第１実施例とほぼ同様
の作用・効果を得られる他、深穴４３ｄ。

横穴４３ｅ、パイプ４６．及びチューブ４８により形成
される通路を利用して孔明加工用刃４５先端の加工屑の
吸い出し、或いは吹き飛ばしが可能となり、これにより
刃先の目詰まりを有効に防止することが出来、孔明は作
業の能率の向上を図ることが出来るとともに孔明は作業
の自動化を実現できるという利点がある。また、加工部
へ直接エアー若しくはオイル等を吹きつけることができ
るので加工部の冷却を行うことが出来、更にホーン部材
４３の内部をエアー若しくはオイル等を流すことが出来
るのでホーン部材４３の冷却が出来るという利点をも有
している。

尚、この第４実施例の応用として、第１Ｉ図に示すよう
に受台５１に同図に示す円筒状の孔明加工用刃５２をネ
ジ止めし、この孔明加工用刃５２の上に支持・部材５３
Ａ、５３Ｂにより支持された被加工物としてのＦＲＰ材
５５を載置して上方よりホーン部材５４にて超音波縦振
動を加えることによりＦＲＰ材の孔明加工を行うことも
可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によると、孔明加工周方を耐
磨耗性を有するセラミックス部材等で形成したことから
、容易にしかも綺麗に孔明けを行うことが出来、これに
よりＦＲＰ材の孔明は時に生じるアラミド繊維の切れ残
り及びＦＲＰ材のひび割れの発生を効果的に減少せしめ
ることが出来、該孔明加工用刃物の耐久性を著しく向上
せしめることができ、該孔明加工用刃物が取り付けられ
たチップがホーン部材に着脱可能に装備されていること
から、ホーン部材そのものを交換する必要性を殆どなく
すことが出来、これにより加工コストを著しく低減せし
めることができるという従来にない優れた超音波加工機
用工具ホーンを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略構成図、第２図
は第１図のホーン部材部分の内部構造を示す説明図、第
３図（１）は第１図のチップと孔明加工用刃を示す正面
図、第３図（２）は同図（１）の平面図、第３図（３）
は同図（１）の底面図、第３図（４）は同図（１）の左
側面図、第４図は第１図の超音波加工機用工具ホーンを
装備した超音波加工機の全体の構成を示す説明図、第５
図は本発明の第２実施例のチップを示す正面図、第６図
は第５図のＶｌ−Ｖｌ線に沿って見た断面の状態を示す
図、第７図（１）は本発明の第２実施例の孔明加工用刃
を示す正面図、第７図（２）は同図（１）の平面図、第
８図（１）ないしく２）は本発明の第３実施例を示す説
明図、第９図は本発明の第４実施例の構成を示す説明図
、第１０図（１）は第９図のホーン部材部分の内部構造
を示す説明図、第１０図（２）は同図（１）の振動節面
の位置を示す説明図、第１１図は第９図の実施例の応用
例を示す説明図、第１２図ないし第１３図は従来の孔明
は後のＦＲＰ材の状態を示す説明図である。１・・・超音波変換器、３．４３・・・ホーン部材、４
２４．４４・・・チップ、５．２５・・・・・・孔明加
工用刃、１０・・・超音波加工機用工具ホーン。第図第図第図第４図第図第図第図第ｆ図ｆ第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、超音波変換器と、この超音波変換器に連結され
たホーン部材とを備え、前記ホーン部材の先端部に、所定形状のチップを着脱可
能に装備し、このチップを介して、刃先の部分がセラミ
ックス等の耐磨耗性部材で形成された孔明加工用刃を装
着したことを特徴とする超音波加工機用工具ホーン。