WO2005039800A1 - 穴開け加工装置および穴開け加工方法 - Google Patents

穴開け加工装置および穴開け加工方法 Download PDF

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drilling tool
tool
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Teruie Takemasu
Ichiki Terashima
Original Assignee
Kyushu Tlo Company, Limited
Denso Corporation
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    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting
    • B26D7/086—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting by vibrating, e.g. ultrasonically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/24—Perforating, i.e. punching holes
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    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00—Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B26F1/24—Perforating by needles or pins
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    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/08—Means for treating work or cutting member to facilitate cutting

Definitions

  • the present invention relates to a drilling apparatus and a drilling method for drilling a workpiece by vibration such as ultrasonic waves.
  • Patent Document 1 When drilling using ultrasonic vibration, as described in, for example, Patent Document 1, the tool is directly attached to the ultrasonic transducer unit, and ultrasonic vibration is continuously applied to the tool. Process from there. Further, Patent Document 1 describes that ultrasonic drilling of extremely small diameter can be performed by attaching a tool to the ultrasonic transducer unit with high vertical accuracy.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-136818
  • the drilling apparatus of the present invention limits the direction of movement of the drilling tool and the drilling tool. Guide, vibration body for marking vibration on the drilling tool and splashing it, holding the drilling tool in position and floating at the predetermined position, at least to a position where it contacts the vibration body And a floating holding member that generates a restoring force for returning.
  • the term “piercing” is intended to include a blind hole with a bottom, which is formed by an extrusion mold which is formed only by a through hole formed by punching.
  • ultrasonic waves generated by ultrasonic vibrators are converged, and ultrasonic horns that generate ultrasonic vibrations from the tip thereof, and inertial forces accompanying rapid deformation of piezoelectric elements and electrostrictive elements are used.
  • a piezoelectric actuator that generates micro vibrations, or a hammer that strikes a punch with a hammer and transmits the impact force of the hammer through the punch using the idio can do.
  • the drilling tool floatingly held at the predetermined position is splashed by the application of the vibration from the vibrating body, the vibrating body force is separated, and the traveling direction is restricted by the guide. Collide with the workpiece.
  • the drilling tool since the drilling tool is separated from the vibrating body, the drilling tool vibrates in the traveling direction, and the drilling force is applied to the colliding workpiece with a force in the traveling direction.
  • the drilling tool that has collided with the workpiece is returned to the original predetermined position before being splashed, for example, at least to a position abutted on the vibrating body by the restoring force of the floating holding member, It is splashed in response to the application of the thing vibration. That is, the drilling tool repeatedly collides with the workpiece while being separated from the vibrating body force, and repeatedly drills the workpiece.
  • the hole drilling apparatus of the present invention is provided with a pressing device for pressing the vibrating body toward the hole drilling tool.
  • a pressing device for pressing the vibrating body toward the hole drilling tool.
  • the drilling tool is floated in a predetermined position in the guide that limits the traveling direction. Hold the drilling tool, apply vibration to the drilling tool by the vibrator to make it jump to the workpiece, make the drilling tool collide with the workpiece, and at least contact the vibrating tool with the drilling tool displaced by the predetermined position force.
  • By returning to the position it is possible to perform drilling processing by inputting vibration in the direction of movement with the drilling tool to the workpiece, so that blurring in the direction other than the direction of movement of the drilling tool is prevented. It is possible to perform accurate drilling.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a drilling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a view showing a drilling process by the drilling apparatus of FIG. 1;
  • FIG. 2B is a view showing a drilling process by the drilling apparatus of FIG. 1;
  • FIG. 2C is a view showing a drilling process by the drilling apparatus of FIG. 1;
  • FIG. 2D is a view showing a drilling process by the drilling apparatus of FIG.
  • FIG. 2E is a view showing a drilling process by the drilling apparatus of FIG. 1;
  • FIG. 2F is a view showing a drilling process by the drilling system of FIG. 1;
  • FIG. 3A is an enlarged view of a contact portion between a punch and a work, showing a drilling process in the case of forming a blind hole with a bottom.
  • FIG. 3B is an enlarged view of a contact portion between a punch and a work, showing a drilling process in the case of forming a blind hole with a bottom.
  • FIG. 4A is a view showing a drilling process accompanied by a pressing operation by a pressing device.
  • FIG. 4B is a view showing a drilling process accompanied by a pressing operation by a pressing device.
  • FIG. 4C is a view showing a drilling process accompanied by a pressing operation by a pressing device.
  • FIG. 4D is a view showing a drilling process accompanied by a pressing operation by the pressing device.
  • FIG. 4E is a view showing a drilling process accompanied by a pressing operation by a pressing device.
  • FIG. 4F is a view showing a drilling process accompanied by a pressing operation by a pressing device.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a drilling apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2A to 2F are views showing a drilling process using the drilling apparatus shown in FIG.
  • the drilling apparatus includes an ultrasonic horn 1 as a vibrator and a drilling tool for drilling a workpiece W as a workpiece.
  • the ultrasonic horn 1 converges ultrasonic waves generated by an ultrasonic transducer (not shown) and generates tip vibration of ultrasonic waves.
  • Ultrasonic horn 1 and punch 2 are not fixed. Therefore, when vibration is applied to the rear end (head 2 a) of the punch 2 by the ultrasonic horn 1, the punch 2 is splashed and travels away from the ultrasonic horn 1.
  • the punch 2 has a head 2 a to which vibration is applied by the ultrasonic horn 1, a force portion 2 b which contacts the work W to apply a drilling force, the head 2 a and a force portion And a torso shaft 2c for connecting with 2b.
  • the punch 2 is held in a floating state at a predetermined position (the position shown in FIG. 2A) by an elastic body 4 provided between the head portion 2a and the guide bush 3 to scoop!
  • the head 2 a of the punch 2 has an arc-shaped surface in contact with the ultrasonic horn 1.
  • the cross-sectional shape of the tip of the processed portion 2a of the punch 2 can be any shape such as a circle, a wing, a quadrilateral, a triangle or an oval.
  • the elastic body 4 has a restoring force to at least a position contacting the ultrasonic horn 1, for example, a predetermined position shown in FIG. 2A, and the punch 2 displaced by the predetermined position force by this restoring force is set to a predetermined position. It will be returned to
  • the elastic body 4 is constituted of, for example, a spring (a leaf spring, a coil spring, a mainspring, an air spring, a rubber), a damper, a combination thereof, or the like.
  • the die 5 holds the work W together with the punch 2.
  • the die 5 has a hole 5a for drilling corresponding to the processed portion 2b of the punch 2 and a tapered hole 5b connected to the hole 5a for drilling.
  • the tapered hole 5b is a hole that expands in the drilling direction, that is, from the connecting portion with the drilling hole 5a to the lower side (open side) of the die 5.
  • the tapered holes 5b allow the chips generated after processing to be easily discharged downward, and the chips clog the holes.
  • the guide bush 3 In order to restrict the advancing direction of the punch 2, the guide bush 3 has a cylindrical guide hole 3a in which the head 2a of the punch 2 slides on the inner side, and the processed portion 2b of the punch 2 slides on the inner side. And a movable cylindrical guide hole 3b.
  • the punch 2 is restricted by the guide holes 3a and 3b from moving in the axial direction of the body shaft 2c.
  • the above-mentioned elastic body 4 is provided between the lower end of the guide hole 3 a and the head 2 a of the punch 2.
  • the diameter of the head 2a of the punch 2, the body shaft 2c, the processed portion 2b, and the guide holes 3a and 3b of the guide bush 3 is reduced in diameter in the direction in which the punch 2 is drilled. V as a shape.
  • the diameter of the largest diameter is adjusted by fitting the head 2a of the punch 2 and the guide hole 3a to provide a play in the portion 2b and the guide hole 3b.
  • the reason for providing play in the portion of the processing portion 2b and the guide hole 3b is that the tip of the processing portion 2b is excessively stressed during processing, causing bending or bending. This is to prevent damage due to deformation such as buckling.
  • the elastic body 4 is held by a force which is sandwiched between the stepped portion of the head 2a and the body shaft portion 2c of the punch 2 and the stepped portion of the guide holes 3a and 3b.
  • a holding form enables the punch 2 to be floated and held with the simplest structure.
  • the punch 2 is bounced back to the ultrasonic horn 1 by the restoring force of the elastic body 4 as shown in FIG. 2B, and returns to the initial position of the punch 2 as shown in FIG. 2C. Then, the punch 2 receives the application of ultrasonic vibration from the ultrasonic horn 1 again, and is splashed toward the workpiece W. When the punch 2 reaches the work W as shown in FIG. 2D, it is repelled toward the ultrasonic horn 1 by the restoring force of the elastic force 4 again.
  • the punch 2 repeatedly performs an operation of colliding with the workpiece W away from the ultrasonic horn 1 (see FIGS. 2D and E).
  • the workpiece W is subjected to high-precision drilling by the repetitive force received from the punch 2 (see FIG. 2F).
  • FIGS. 3A and 3B are enlarged views of the contact portion between the punch 2 and the work W, and show a hole forming process in the case of forming a blind hole with a bottom.
  • the vibration is applied by the ultrasonic horn 1, and as shown in FIG. 3A, the processing portion 2b of the punch 2 which has been splashed repeatedly repeats the operation of repeatedly colliding with the workpiece W, as shown in FIG. Push the workpiece W into the hole 5 a for the die 5 as shown. As a result, a bottomed blind hole C having a bottom B is formed in the work W.
  • the drilling device is not driven at the time of drilling, and the example of performing the drilling force in a state in which the position of the ultrasonic horn 1 is fixed is a force drilling process. At the same time, it is also possible to process the ultrasonic horn 1 while pushing it to the workpiece W side by the pushing device 6.
  • FIGS. 4A to 4F are views showing a drilling process with a pressing operation by the pressing device 6.
  • the ultrasonic horn 1 and the ultrasonic horn 1 and the pressing device 6 are used.
  • the pressing device 6 applying ultrasonic vibration to the punch 2 by the ultrasonic horn 1 (see FIG. 4C.) 0
  • the punch 2 is bounced off the ultrasonic horn 1 toward the workpiece W, and is bounced back to the ultrasonic horn 1 by the restoring force of the elastic body 4 so that the ultrasonic horn 1 is Contact with
  • the punch 2 repeats this operation to perform high-precision drilling on the workpiece W (see FIGS. 4D, 4E, and 4F), while the punch 2 is pushed toward the workpiece W by the pressing device 6.
  • the distance to the work W is small because it is splashed.
  • the punch 2 while reciprocating between the ultrasonic horn 1 and the workpiece W with a small amplitude, the punch 2 will gradually carry out drilling of the workpiece W. As a result, the impact force applied to the tip of the punch 2 is reduced, and the life of the punch 2 can be extended.
  • the work W is a fiber material, a thick material, a composite material or the like, it is desirable to carry out caulking while pushing the ultrasonic horn 1 toward the work W by the pushing device 6 in this manner.
  • the pressing speed by the pressing device 6 is about plate thickness (mm) x 0. 05-plate thickness (mm) x 5 (z seconds), that is, in the case of plate thickness l mm, 0. 05-5 mm / sec. Is the most desirable.
  • the ultrasonic frequency is about 20-80 kHz, and the optimal ultrasonic frequency is 40 kHz. Also, the ultrasonic output largely changes depending on the material of the workpiece W.
  • the force is about 50-1000 W, for example, a plate thickness of 0.51.
  • the present invention is useful as an apparatus and method for drilling a workpiece by utilizing vibration such as ultrasonic waves, and is particularly suitable for high-precision drilling tools.

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Abstract

　工具の進行方向のみに振動を入力することにより、高精度な穴開けなどの穴開け加工を行う。振動体としての超音波ホーン１と、被加工物としてのワークＷを穴開け加工する穴開け工具としてのパンチ２と、パンチ２の進行方向をガイドするガイドブッシュ３と、パンチ２をガイドブッシュ３に対して浮動状態で保持するための弾性体４と、パンチ２と一対の穴開け工具としてのダイス５とを備え、ガイドブッシュ３内にパンチ２を弾性体４によって浮動保持し、パンチ２に超音波ホーン１により振動を印加してワークＷへ向けて跳ね飛ばし、パンチ２をワークＷへ衝突させることによりワークＷを穴開け加工する。

Description

明 細 書
穴開け加工装置および穴開け加ェ方法
技術分野
[0001] 本発明は、被加工物を超音波等の振動により穴開け加工する穴開け加工装置およ び穴開け加工方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、被カ卩ェ物に対する穴開けは、プレス力卩ェゃ放電カ卩ェにより行われている。と ころが、プレスカ卩ェでは穴の精度が悪ぐ放電カ卩ェにおいてはコストが掛かるといつ た問題がある。そこで、高精度で安価な穴開けを行うことが可能なものとして、超音波 振動による超音波加工が知られている。
[0003] 超音波振動を用いて穴開けを行う場合、例えば特許文献 1に記載のように、超音波 振動子ユニットに工具を直接装着し、工具に対して連続的に超音波振動を与えなが ら加工を行う。また、特許文献 1には、超音波振動子ユニットに垂直精度良く工具を 取り付けることによって、極微小径の超音波穴開け加工を可能にすることが記載され ている。
[0004] 特許文献 1 :特開平 7— 136818号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 特許文献 1に記載のように超音波振動子に工具を直接取り付けたものでは、工具 の進行方向に縦波の超音波振動を印加して 、るものの、工具の進行速度に対して 連続的に入力される振動が速すぎるため、どうしても工具に対して横波の振動が入つ てしまう。そのため、この横波の振動を受けた工具がぶれて、空けた穴の側壁に触れ てしまい、穴の側壁の表面を荒らすことになる。
[0006] そこで、本発明においては、高精度な穴開け力卩ェを行うことを可能とした穴開けカロ ェ装置および穴開け加工方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明の穴開け加工装置は、穴開け工具と、この穴開け工具の進行方向を制限す るガイドと、穴開け工具に振動を印カロして跳ね飛ばすための振動体と、穴開け工具を 所定位置に浮動保持するとともに所定位置カゝら変位した場合に少なくとも振動体に 接触する位置まで戻すための復元力を発生する浮動保持部材とを備えたものである 。なお、本発明において穴開けとは、打ち抜き加工によって形成する貫通孔だけで なぐ押し出しカ卩ェによって形成する有底の止まり穴を含むものとする。
[0008] 振動体としては、超音波振動子により発生する超音波を収束させ、その先端から超 音波振動を発生する超音波ホーン、圧電素子ゃ電歪素子の急速変形に伴う慣性力 を利用して微小振動を発生する圧電ァクチユエータや、ハンマーでパンチを叩き、慣 性を利用してハンマーの打撃力をパンチを介して伝える、いわゆるハンマーパンチな どの間接打撃工具によって繰り返し打撃を加えるもの等を利用することができる。
[0009] 本発明の穴開け加工装置によれば、所定位置に浮動保持された穴開け工具が、 振動体からの振動の印加により跳ね飛ばされて振動体力 離れ、ガイドによってその 進行方向を制限されて、被加工物へ衝突する。このとき、穴開け工具は、振動体から 離れているため、その進行方向に振動しており、衝突した被加工物に対して進行方 向の力をカ卩えて穴開け力卩ェを行う。
[0010] また、被加工物へ衝突した穴開け工具は、浮動保持部材の復元力によって少なく とも振動体に当接する位置まで、例えば跳ね飛ばされる前の元の所定位置へ戻され 、再度振動体力もの振動の印加を受けて跳ね飛ばされる。すなわち、穴開け工具は 、繰り返し振動体力 離れて被加工物へ衝突するようになり、繰り返し被加工物を穴 開け加工する。
[0011] ここで、本発明の穴開け加工装置は、振動体を穴開け工具側へ押し込む押込装置 を備えたものであることが望ましい。この場合、穴開け工具は、被加工物側へ押し込 まれながら振動体により振動が印加されて被加工物へ向けて跳ね飛ばされるので、 被加工物までの到達距離が小さい。そのため、穴開け工具は、前述の場合よりも小さ な振幅で振動体と被加工物との間を往復運動しながら、徐々に被加工物を穴開けカロ ェする。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、進行方向を制限するガイド内に穴開け工具を所定位置に浮動保 持し、穴開け工具に振動体により振動を印加して被加工物へ向けて跳ね飛ばし、穴 開け工具を被加工物へ衝突させ、所定位置力 変位した穴開け工具を少なくとも振 動体に接触する位置まで戻すことにより、被加工物に対して穴開け工具により進行方 向に振動を入力して穴開け加工を行うことができるため、穴開け工具の進行方向以 外のぶれが防止され、高精度な穴開け加工を行うことが可能となる。
[0013] また、穴開け工具を被加工物側へ押し込みながら跳ね飛ばすことにより、穴開けェ 具の被加工物までの到達距離が小さくなり、小さな振幅で振動体と被加工物との間 を往復運動しながら、徐々に被加工物を穴開け加工するので、その先端に力かる衝 撃力が軽減される。これにより、穴開け工具の寿命を延ばすことが可能となる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の実施の形態における穴開け加工装置を示す概略断面図である。
[図 2A]図 1の穴開けカ卩ェ装置による穴開けカ卩ェ工程を示す図である。
[図 2B]図 1の穴開けカ卩ェ装置による穴開けカ卩ェ工程を示す図である。
[図 2C]図 1の穴開けカ卩ェ装置による穴開けカ卩ェ工程を示す図である。
[図 2D]図 1の穴開けカ卩ェ装置による穴開けカ卩ェ工程を示す図である。
[図 2E]図 1の穴開けカ卩ェ装置による穴開けカ卩ェ工程を示す図である。
[図 2F]図 1の穴開けカ卩ェ装置による穴開けカ卩ェ工程を示す図である。
[図 3A]パンチとワークとの接触部を拡大した図であって、有底の止まり穴を形成する 場合の穴開け加工工程を示す図である。
[図 3B]パンチとワークとの接触部を拡大した図であって、有底の止まり穴を形成する 場合の穴開け加工工程を示す図である。
[図 4A]押込装置による押し込み動作を伴う穴開け加工工程を示す図である。
[図 4B]押込装置による押し込み動作を伴う穴開け加工工程を示す図である。
[図 4C]押込装置による押し込み動作を伴う穴開け加工工程を示す図である。
[図 4D]押込装置による押し込み動作を伴う穴開け加工工程を示す図である。
[図 4E]押込装置による押し込み動作を伴う穴開け加工工程を示す図である。
[図 4F]押込装置による押し込み動作を伴う穴開け加工工程を示す図である。
符号の説明 [0015] 1 超音波ホーン
2 パンチ
2a 頭部
2b 加工部
2c 胴体軸部
3 ガイドブッシュ
3a, 3b ガイド穴
4 弾性体
5 ダイス
5a 穴開け用穴
6 押込装置
発明を実施するための最良の形態
[0016] 図 1は本発明の実施の形態における穴開け加工装置を示す概略断面図、図 2A— Fは図 1の穴開けカ卩ェ装置による穴開けカ卩ェ工程を示す図である。
[0017] 図 1に示すように、本実施形態における穴開け加工装置は、振動体としての超音波 ホーン 1と、被カ卩ェ物としてのワーク Wを穴開けカ卩ェする穴開け工具としてのパンチ 2 と、パンチ 2の進行方向をガイドするガイドブッシュ 3と、パンチ 2をガイドブッシュ 3に 対して浮動状態で保持するための浮動保持部材としての弾性体 4と、パンチ 2と一対 の穴開け工具としてのダイス 5と、超音波ホーン 1をダイス 5側すなわちワーク W側へ 押し込む押込装置 6とを備える。
[0018] 超音波ホーン 1は、超音波振動子（図示せず。 )により発生する超音波を収束させ、 その先端力 超音波振動を発生するものである。超音波ホーン 1とパンチ 2とは固定 されていない。そのため、超音波ホーン 1によってパンチ 2の後端部 (頭部 2a)に振動 が印加されると、パンチ 2は跳ね飛ばされ、超音波ホーン 1から離れて進行する。
[0019] パンチ 2は、超音波ホーン 1によって振動が印加される頭部 2aと、ワーク Wに接触し て穴開け力卩ェを施す力卩ェ部 2bと、頭部 2aと力卩ェ部 2bとを連結する胴体軸部 2cとを 有する。パンチ 2は、その頭部 2aとガイドブッシュ 3との間に設けられた弾性体 4によ つて所定位置（図 2Aに示す位置）に浮動状態で保持されて!ヽる。 [0020] パンチ 2の頭部 2aは、図 1に示すように超音波ホーン 1との接触部が円弧状面とな つている。超音波ホーン 1とパンチ 2とが平面同士で接触する場合、どちらかの面が 少しでも傾いていると片当たりを起こし、パンチ 2が真っ直ぐ下方へ打ち出されにくく なる。これに対し、パンチ 2の頭部 2aが円弧状面、より好ましくは球面となっていると、 常にパンチ 2の中心軸上に近い点でパンチ 2の頭部 2aと超音波ホーン 1が接触する ようになり、パンチ 2が真っ直ぐに打ち出されやすくなる。また、パンチ 2の加工部 2a の先端部の断面形状は、円状、翼形状、四角形状、三角形状や楕円形状等、任意 の形状とすることができる。
[0021] 弾性体 4は、少なくとも超音波ホーン 1に接触する位置、例えば図 2Aに示す所定 位置への復元力を有するものであり、この復元力によって所定位置力 変位したパン チ 2を所定位置に戻すものである。弾性体 4は、例えば、ばね (板ばね、コイルばね、 ぜんまい、空気ばね、ゴム）、ダンパゃこれらの組み合わせ等により構成される。
[0022] ダイス 5は、パンチ 2とともにワーク Wを狭持するものである。ダイス 5は、パンチ 2の 加工部 2bに対応する穴開け用穴 5aと、この穴開け用穴 5aに接続されたテーパ状の 穴 5bとを有する。テーパ状の穴 5bは、穴開け方向、すなわち穴開け用穴 5aとの接続 部からダイス 5の下方（開放側）に向かって拡大する孔である。このテーパ状の穴 5b によって、加工後に発生する抜き屑が下方へ容易に排出され、抜き屑が穴に詰まり に《なる。
[0023] ガイドブッシュ 3は、パンチ 2の進行方向を制限するため、パンチ 2の頭部 2aがその 内側を摺動する筒状のガイド穴 3aと、パンチ 2の加工部 2bがその内側を摺動する筒 状のガイド穴 3bとを有する。パンチ 2は、これらのガイド穴 3a, 3bによって、その胴体 軸部 2cの軸方向以外の動作を制限される。なお、前述の弾性体 4は、このガイド穴 3 aの下端とパンチ 2の頭部 2aとの間に設けられている。
[0024] なお、パンチ 2の頭部 2a、胴体軸部 2c、加工部 2bおよびガイドブッシュ 3のガイド 穴 3a, 3bは、その径がパンチ 2の穴開け方向に向力つて縮径した段付き形状として V、る。最も直径の大き 、パンチ 2の頭部 2aとガイド穴 3aの部分で嵌め合 、を調整し、 加工部 2bとガイド穴 3bの部分に遊びを設けるためである。加工部 2bとガイド穴 3bの 部分に遊びを設けるのは、加工中に加工部 2bの先端が過剰な応力を受け、曲げや 座屈などの変形により破損しな 、ようにするためである。
[0025] また、弾性体 4は、パンチ 2の頭部 2aと胴体軸部 2cとの段差部分とガイド穴 3a, 3b の段差部分との間に挟み込まれる力 ちで保持されている。このような保持形態とす ることによって、パンチ 2を最も単純な構造で浮動保持することが可能となる。なお、 図示しないが、ガイド穴 3a, 3bの外側に弾性体を設けてパンチ 2を浮動保持すること も可能である。
[0026] 上記構成の塑性加工装置にぉ 、て、超音波振動を発生して!/、る超音波ホーン 1を 、図 2Aに示すようにパンチ 2の頭部 2aに当接させると、この超音波ホーン 1からパン チ 2へ超音波振動が印加され、パンチ 2は超音波ホーン 1から離れて、ワーク Wに向 けて跳ね飛ばされる。このとき、パンチ 2は、ガイドブッシュ 3のガイド穴 3a, 3bによつ てその頭部 2aおよび力卩ェ部 2bの軸方向以外の動作が制限されている。そのため、 パンチ 2は、左右に振られることなぐワーク Wに向力つて真っ直ぐ進行し、ワーク W に達する。
[0027] その後、パンチ 2は、図 2Bに示すように弾性体 4の復元力によって、超音波ホーン 1へ向けて跳ね戻され、図 2Cに示すようにパンチ 2の初期位置に戻る。そして、パン チ 2は、再度超音波ホーン 1から超音波振動の印加を受けて、ワーク Wに向けて跳ね 飛ばされる。パンチ 2は、図 2Dに示すようにワーク Wに達すると、再度弾性力 4の復 元力によって超音波ホーン 1へ向けて跳ね戻される。
[0028] このようにパンチ 2は、超音波ホーン 1から離れてワーク Wへ衝突する動作を繰り返 し行う（図 2D, E参照。；)。これにより、ワーク Wは、パンチ 2から受ける繰り返し力によ つて高精度な穴開け加工が行われる（図 2F参照。；)。
[0029] なお、上記実施形態においては、穴開け加工として打ち抜き加工によって貫通孔 を形成する例について説明した力 この穴開け加工装置を用いて押し出し加工する ことによって有底の止まり穴を形成することも可能である。図 3Aおよび図 3Bはパンチ 2とワーク Wとの接触部を拡大した図であって、有底の止まり穴を形成する場合の穴 開けカ卩ェ工程を示している。
[0030] 前述と同様に、超音波ホーン 1により振動が印加され、図 3Aに示すように跳ね飛ば されたパンチ 2の加工部 2bがワーク Wへ繰り返し衝突する動作を繰り返し、図 3Bに 示すようにワーク Wをダイス 5の穴開け用穴 5aへ押し出していく。これにより、ワーク W には、底 Bを備えた有底の止まり穴 Cが形成される。
[0031] なお、上記実施形態においては、穴開け加工時には押込装置 6を駆動せず、超音 波ホーン 1の位置を固定した状態で穴開け力卩ェを行った例である力 穴開け加工時 に、この押込装置 6により超音波ホーン 1をワーク W側へ押し込みながら加工すること も可能である。
[0032] 図 4A— Fは押込装置 6による押し込み動作を伴う穴開けカ卩ェ工程を示す図である この場合、まず図 4A、図 4Bに示すように、押込装置 6により超音波ホーン 1および パンチ 2を、パンチ 2の胴体軸部 2cの先端がワーク Wの上面と接触するまで静的に 押し込む。次に、押込装置 6により押し込みながら、超音波ホーン 1によりパンチ 2へ 超音波振動を印加する（図 4C参照。 ) 0
[0033] このとき、パンチ 2は、超音波ホーン 1から離れて、ワーク Wに向けて跳ね飛ばされ、 弾性体 4の復元力によって、超音波ホーン 1へ向けて跳ね戻され、超音波ホーン 1と 接触する。パンチ 2は、この動作を繰り返してワーク Wへの高精度な穴開け加工を行 う（図 4D、図 4E、図 4F参照。）が、パンチ 2は押込装置 6によりワーク W側へ押し込ま れながら跳ね飛ばされて 、るので、ワーク Wまでの到達距離が小さ 、。
[0034] したがって、パンチ 2は小さな振幅で超音波ホーン 1とワーク Wとの間を往復運動し ながら、徐々にワーク Wを穴開けカ卩ェすることになる。これにより、パンチ 2の先端に 力かる衝撃力が軽減されるので、パンチ 2の寿命を延ばすことができる。ワーク Wが、 繊維材料、厚材、複合材料等の場合には、このように押込装置 6により超音波ホーン 1をワーク W側へ押し込みながらカ卩ェすることが望ましい。
[0035] なお、押込装置 6による押し込み速度は、板厚 (mm) X 0. 05—板厚 (mm) X 5 (Z 秒)程度、つまり板厚 lmmの場合、 0. 05— 5mm/秒が最も望ましい。また、超音波 振動数は 20— 80kHz程度、最適な超音波振動数は 40kHzである。また、超音波出 力はワーク Wの素材によって大きく変化する力 50— 1000W程度、例えば板厚 0. 5 一 1. Ommの鋼板では 500— 800W©度、板厚 0. lmmの箔では 200— 400W程 度が最適である。 産業上の利用可能性
本発明は、超音波等の振動を利用して被加工物の穴開け加工を行う装置および方 法として有用であり、特に高精度な穴開けカ卩ェに好適である。

Claims

請求の範囲
[1] 穴開け工具と、
この穴開け工具の進行方向を制限するガイドと、
前記穴開け工具に振動を印加して跳ね飛ばすための振動体と、
前記穴開け工具を所定位置に浮動保持するとともに前記所定位置力 変位した場 合に少なくとも前記振動体に接触する位置まで戻すための復元力を発生する浮動保 持部材と
を備えた穴開け加工装置。
[2] 前記浮動保持部材は、前記穴開け加工工具を前記所定位置から変位した場合に 前記所定位置に戻すものである請求の範囲 1記載の穴開け加工装置。
[3] 前記振動体を前記穴開け工具側へ押し込む押込装置を備えた請求の範囲 1記載 の穴開け加工装置。
[4] 前記振動体は、前記穴開け工具に対して前記振動を繰り返し印加するものである 請求の範囲 1記載の穴開け加工装置。
[5] 前記振動体は、前記穴開け工具に対して前記振動を繰り返し印加するものである 請求の範囲 2記載の穴開け加工装置。
[6] 前記振動体は、前記穴開け工具に対して前記振動を繰り返し印加するものである 請求の範囲 3記載の穴開け加工装置。
[7] 進行方向を制限するガイド内に穴開け工具を所定位置に浮動保持し、
前記穴開け工具に振動体により振動を印加して被加ェ物へ向けて跳ね飛ばし、 前記穴開け工具を前記被加工物へ衝突させ、
前記所定位置力 変位した前記穴開け工具を少なくとも前記振動体に接触する位 置まで戻す
ことにより前記被加工物を穴開け加工する穴開け加工方法。
[8] 前記所定位置から変位した前記穴開け工具を前記所定位置に戻すことを特徴とす る請求の範囲 7記載の穴開け加工方法。
[9] 前記穴開け工具に振動体により振動を印力!]して被加工物へ向けて跳ね飛ばす際、 前記穴開け工具を前記被加工物側へ押し込みながら跳ね飛ばすことを特徴とする 請求の範囲 7記載の穴開け加工方法。
[10] 前記穴開け工具に対して前記振動体により前記振動を繰り返し印加することを特徴 とする請求の範囲 7記載の穴開け加工方法。
[11] 前記穴開け工具に対して前記振動体により前記振動を繰り返し印加することを特徴 とする請求の範囲 8記載の穴開け加工方法。
[12] 前記穴開け工具に対して前記振動体により前記振動を繰り返し印加することを特徴 とする請求の範囲 9記載の穴開け加工方法。
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