WO2021246126A1

WO2021246126A1 - 超音波加工装置

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Publication number: WO2021246126A1
Application number: PCT/JP2021/018232
Authority: WO
Inventors: 純鈴木; 英寛河鍋
Original assignee: 株式会社ソノテック
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2021-05-13
Publication date: 2021-12-09
Also published as: JP2021186944A

Abstract

加工完了直後の打ち抜き工具による被加工物の不必要な溶融を防止することで加工精度に優れた超音波加工装置を提供すること。　圧電素子１１が組み込まれた超音波振動子１０と、圧電素子１１に電力を供給して超音波振動子１０を共振させる発振器２０を備える。超音波振動子１０の先端に、超音波振動によって被加工物を打ち抜き加工する打ち抜き工具１３を取り付ける。発振器２０は、超音波振動子１０の振幅を制御する振動子制御部２１を有する。振動子制御部２１は、被加工物の打ち抜き加工時に打ち抜き工具１３に印加される負荷を時系列で取得し、この負荷データに基づいて、超音波振動子１０を加工時の振動状態から非加工時の停止状態へ切替える判定を行う切替時点判定部２１ｂを有する。

Description

超音波加工装置

　本発明は、加工具として打ち抜き工具を超音波振動させることで、例えば合成樹脂の成形品からなる被加工物を打ち抜く超音波加工装置に関するものである。

　従来、圧電素子等からなる振動子を超音波振動させることで、例えば合成樹脂成形品からなる被加工物を打ち抜き加工する超音波加工装置が知られている。例えば、特許文献１には、ランジュバン型振動子を用いた超音波加工装置が開示されている。この超音波加工装置は、振動子の超音波振動を、これと接続するホーン（１０）を通じて刃（３０）へと伝播させ、当該刃（３０）に当接する被加工物を、当該刃（３０）の超音波振動によって溶融して所定の形に打ち抜くように構成されている。

特開２０１３－１３６１３０号公報

　しかし、上記打ち抜き加工において、打ち抜きが完了した刃（３０）が被加工物を貫通した後に、そのまま超音波振動を続けると、刃（３０）と被加工物の打ち抜いた穴の内周面との間の摩擦により、当該穴の内周面が溶けてしまい、これによっていわゆるバリが生じたり、穴が拡大して所望の加工形状が得られなくなってしまったりする虞があった。

　また、超音波加工装置による被加工物の加工を手動で行う場合において、被加工物の加工位置を正確にするためには、予め超音波加工装置の刃（３０）を被加工物の加工部分に当接しておき、その後、超音波加工装置の超音波振動を開始する方法が好ましい。しかし、超音波加工装置の刃（３０）と被加工物とを当接した状態で超音波加工装置の超音波振動を開始すると、被加工物と超音波加工装置が一体（１つの物体）となって共振して振動する現象が生じ、これによって被加工物の良好な加工が行えなくなってしまう虞があった。一方、被加工物から離した状態で超音波加工装置の超音波振動を開始し、その後その刃（３０）を被加工物に当接して加工するようにすれば、被加工物と超音波加工装置は一体には共振せず、良好な加工を行うことができる。しかし、刃（３０）を被加工物に当接した瞬間に加工が開始されるので、正確な加工位置での加工は困難であった。

　このように、特許文献１に記載の超音波加工装置をはじめとする従来の超音波加工装置においては、加工完了直後の不必要な溶融を防止するための措置についてさらなる技術的な改善が求められていた。また、加工開始時の打ち抜き工具の位置決めについても技術的な改善が求められていた。

　本発明は、上記技術課題に鑑み創作された発明であり、その主な目的は、打ち抜き工具による加工完了直後の被加工物の不要な溶融を防止することで加工精度に優れた超音波加工装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、打ち抜き工具の被加工物への正確な位置決めを行うことができる超音波加工装置を提供することにある。

　本発明は、圧電素子が組み込まれた超音波振動子と、前記圧電素子に電力を供給して前記超音波振動子を共振させる発振器を備えた超音波加工装置において、前記超音波振動子の先端に、超音波振動によって被加工物を打ち抜き加工する打ち抜き工具を取り付け、前記発振器には、前記超音波振動子の振動を制御する振動子制御部を設置し、前記振動子制御部は、前記被加工物の打ち抜き加工時に前記打ち抜き工具に印加される負荷を時系列で取得し、この負荷データに基づいて、前記超音波振動子を加工時の振動状態から非加工時の停止状態へ切替える判定を行う切替時点判定部を有することを特徴としている。
　上記構成の超音波加工装置によれば、超音波振動子の打ち抜き加工時の振動状態から非加工時の停止状態への切替えが適切なタイミングで行えるので、打ち抜き加工完了直後に、加工が完了した被加工物の打ち抜き穴の内周面が打ち抜き工具の超音波振動によって加熱されて、打ち抜き穴にバリが発生したり、打ち抜き穴が変形したりすることを回避することができる。

　また本発明は、上記特徴に加え、前記切替時点判定部は、前記負荷データから、前記打ち抜き工具が前記被加工物を加工している負荷の大きさが下降して所定の閾値以下になった時点を、前記切替える時点と判定することを特徴としている。
　一般に、被加工物の打ち抜き加工が完了する直前に、打ち抜き工具に印加される負荷は急激に小さくなるので、この時点を切替え時点と判定することとし、これによって適切なタイミングで超音波振動子を停止することができる。

　また本発明は、上記特徴に加え、前記切替時点判定部は、前記負荷データから、前記打ち抜き工具に印加される負荷の大きさの経過時間に対する変化率を時系列で算出し、前記変化率が所定の変化率以上になった時点を、前記切替える時点と判定することを特徴としている。
　一般に、被加工物の打ち抜き加工が完了する直前に、打ち抜き工具に印加される負荷の変化率は急激に大きくなるので、この時点を切替え時点と判定することとし、これによって適切なタイミングで超音波振動子を停止することができる。

　また本発明は、上記特徴に加え、前記切替時点判定部は、前記負荷データから、前記打ち抜き工具に印加される負荷の大きさが、減少傾向から増加傾向に転換する時点を、前記切替える時点と判定することを特徴としている。
　例えば、被加工物の加工して行く反対面側に、載置台やストッパー部材などを設置していた場合、被加工物の加工が完了した直後に打ち抜き工具が載置台などに当接して前記打ち抜き工具に印加される負荷の大きさが減少傾向から増加傾向に転換する。そこでこの転換点を切替え時点と判定することとし、これによって適切なタイミングで超音波振動子を停止することができる。

　また本発明は、上記特徴に加え、前記振動子制御部は、前記超音波振動子の振幅量を、前記被加工物の加工が行えない微弱振動と、前記被加工物の加工を行う加工時振動とに切り替える切替え手段をさらに備えることを特徴としている。
　上記切替え手段を備えることで、打ち抜き工具による被加工物の加工開始前に、予め微弱振動の状態の打ち抜き工具を被加工物の加工位置に直接当接でき、その状態のまま加工時振動に切り替えることで、超音波加工装置と被加工物の共振を防止しつつ、打ち抜き加工ができるので、打ち抜き工具の正確な位置決め作業を、特別な機械的構造（例えばガイド部材など）を要することなく行うことができる。

　本発明によれば、打ち抜き工具による加工完了直後の被加工物の不要な溶融を確実に防止することができる。また、打ち抜き工具の被加工物への正確な位置決めを行うことができる。

超音波加工装置１の概略構成図である。超音波加工装置１を用いて打ち抜き加工を行うときの動作フロー図である。超音波加工装置１を用いて打ち抜き作業を行うときの打ち抜き工具１３に印加される負荷（Ｖ）と時間の関係の一例を示す図である。図２に示す動作フローを行うときの説明図である。超音波加工装置１を用いて打ち抜き加工を行うときの他の動作フロー図である。超音波加工装置１を用いて打ち抜き加工を行うときのさらに他の動作フロー図である。図６に示す動作フローを行うときの説明図である。超音波加工装置１を用いて打ち抜き加工を行うときのさらに他の動作フロー図である。図８に示す動作フローを行うときの説明図である。超音波加工装置１を用いて打ち抜き作業を行うときの打ち抜き工具１３に印加される負荷（Ｖ）と時間の関係の他の一例を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施の形態において共通する構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明は割愛する。

　図１は、本発明の１実施の形態に係る超音波加工装置１を示す概略構成図である。超音波加工装置１は、図１に示すように、振動子１０と、この振動子１０を共振させる発振器２０とから主に構成されている。振動子１０と発振器２０とは、例えば、ケーブルを介して電気的に接続されており、発振器２０から振動子１０に電力が供給され、また、相互に電気信号が送受信されるように構成されている。

　振動子１０（この振動子は、特許請求の範囲に記載の「超音波振動子」に相当する。）は、被加工物を加工するための超音波振動を励起する要素であって、いわゆるランジュバン型振動子として構成された振動部１１（特許請求の範囲に記載の「圧電素子」に相当）と、振動部１１に接続するホーン部１２と、このホーン部１２の先端部に取付けられた打ち抜き工具（加工具）１３とから主に構成されている。

　ランジュバン型の振動部１１は、偶数枚の圧電セラミック素子の間に銅電極を挿入し、かつ互いが分極方向を対抗させながら積層してなる振動励起部１１ａを備え、さらにこの振動励起部１１ａを挟み込む金属製ブロック１１ｂ、１１ｃが、例えばボルト締めによって一体化された構造をもつ。上記圧電セラミック素子は、内部に電界が生じると、当該電界の大きさに比例した歪を生じる性質がある。このため、圧電セラミック素子は、交流電圧が印加されると、法線方向へ機械振動を励起する。この振動部１１は、ケース１１ｄの内部に収容されており、作業者は、ケース１１ｄを把持して加工作業を行うように構成されている。

　ホーン部１２は、円柱状の金属棒で構成され、一端側が前記振動部１１に接続されて、振動部１１と一体となって超音波振動するように構成されている。

　打ち抜き工具１３は、例えば、金属製の筒体（円筒に限らず、所望の形状の筒体）によって構成され、その先端辺が刃になっている。

　次に、発振器２０は、上述したように、振動子１０を共振させるための電気信号を振動子１０に出力し、所望の振幅量で超音波振動するように振動子１０を制御する機器である。発振器２０は、上記電気信号を生成し出力する振動子制御部２１と、作業者が各種操作指示を行う操作部２２と、作動状況等に関する情報を表示する表示部２３とを備える。

　振動子制御部２１は、振動子駆動部２１ａと切替時点判定部２１ｂとを備え、例えば、演算装置、記憶装置、入出力ポートおよびこれらを接続する通信回線などによって構成されている。

　振動子駆動部２１ａは、振動子１０の振動励起部１１ａを構成する上記圧電セラミック素子に印加する電圧（電力）、より具体的には、振動子１０の固有振動数に同期した交流電圧（電力）を電気信号の形で生成してこれを出力する機能部である。当該電気信号（電圧信号、電流信号、電力信号）に基づいて、振動子１０の超音波振動の振幅量が制御される。振動子制御部２１を通じた当該制御は、例えば、上記記憶装置に保存された所定のプログラムと上記演算装置とが協働することで実行される。

　なお、本実施の形態では、振動子１０又は発振器２０に振幅量切替スイッチを設けることで、振動子駆動部２１ａから出力される電気信号に応じて振動子１０の振幅量が変化するように構成している。即ち、振幅量切替信号に応じて、接触する被加工物が溶融しない程度の小さな振幅量で超音波振動を行わせたり、また、接触する被加工物が溶融するのに十分な大きさの振幅量で超音波振動を行わせたりする。

　切替時点判定部２１ｂは、被加工物の加工時に打ち抜き工具１３に印加される負荷をサンプリング周期δｔごとに時系列で取得し、この負荷データに基づいて、振動子１０を加工時の振動状態から非加工時の停止状態へ切替える判定を行う機能部である。負荷は、振動子駆動部２１ａから振動子１０に印加される発振器２０の出力電圧（電力）によって求めることができる。例えば、打ち抜き工具１３に大きな負荷が印加された場合、当該打ち抜き工具１３を所定の共振周波数で駆動するため、大きな出力電圧（電力）が必要になる。即ち、出力電圧（電力）が大きいと、負荷（負荷（Ｖ））は大きくなる。

　操作部２２は、作業者が各種操作指示を行う機能部であって、作動スイッチ（オンオフスイッチ）などの各種スイッチや回転つまみ（回転ボリューム）等を備える。表示部２３は、作動状況等に関する情報を表示する機能部であって、ＬＥＤ、液晶等からなる表示装置を備える。またこの発振器２０は、振動子１０からの振動状態を検知し、周波数を追尾するＰＬＬ機能を備えている。

　次に、超音波加工装置１の動作態様を、図２ないし図４に基づいて説明する。
　先ず、作業者は、発振器２０の操作部２２に設けられた作動スイッチを動作モード（運転モード）に切り替えて振動子１０を駆動させる。このとき、振動子制御部２１は、操作部２２からの信号に基づき、振動子１０に向けて電気信号を送信する。電気信号を受信した振動子１０は、加工時の振幅量によって超音波振動を開始する（ステップＳＴ１）。その後、作業者は、打ち抜き工具１３の先端部に形成されている刃を、例えば合成樹脂製の被加工物の所望の打ち抜き位置に圧接する。これによって被加工物は、超音波振動する刃と圧接する部分が溶融し、打ち抜き作業が開始される。

　超音波振動する振動子１０は、打ち抜き工具１３に印加される負荷を電圧値（Ｖ）（又は電流値（Ｉ）又は電力値（Ｗ））として検出する（ステップＳＴ２）。検出は、サンプリング周期δｔごとに時系列的に検出する。当該負荷（Ｖ）は、例えば図３に示すように、発振開始時は、その値が略ゼロ（略無負荷状態）であり、打ち抜き作業が行われている区間（約１５００（ｍｓｅｃ）～２８００（ｍｓｅｃ））では加工時の負荷に応じた数値となり、さらに、打ち抜き作業が完了した後（約２８００（ｍｓｅｃ）以降）では、再び略ゼロ（略無負荷状態）となる。

　切替時点判定部２１ｂは、負荷（Ｖ）が、予め定められている閾値（Ｖ０）以下か否かを判定する（ステップＳＴ３）。閾値（Ｖ０）は、この実施の形態では、ゼロ（無負荷状態）よりも大きな数値に設定している。閾値（Ｖ０）をゼロよりも少し大きな値に設定したのは、この段階で既に被加工物の切断がほとんど完了しており、従ってこの段階で振動子１０を停止しても、打ち抜き工具１３の慣性による振動や、打ち抜き工具１３の被加工物に対する押圧力だけで容易に被加工物の穴あけを完了させることができるからである。言い換えれば、閾値（Ｖ０）は、ゼロ（無負荷状態）よりも大きく、且つ振動子１０を停止しても被加工物の穴あけが完成する数値に設定している。

　閾値（Ｖ０）を設定する際は、例えば、経験値に基づく固定値として設定してもよいし、または前記負荷（Ｖ）を用いて設定してもよい。閾値（Ｖ０）は、打ち抜き工具１３の形状や、被加工物の材質・厚み・形状などによって異ならせるのが好適である。負荷（Ｖ）を用いて設定する場合としては、例えば、負荷（Ｖ）の最大値を基準にその１／１０の値を閾値（Ｖ０）として設定するなどである。例えば、加工を行っている最中に、負荷（Ｖ）の最大値を求め、当該最大値を基準にして前記閾値（Ｖ０）を設定するように構成すれば、実際の加工を行う毎に、最適な閾値（Ｖ０）を設定することができる。

　そして、負荷（Ｖ）が閾値（Ｖ０）以下になるまで上記ステップＳＴ１，２を繰り返し（ステップＳＴ３の「Ｎ」）、負荷（Ｖ）が閾値（Ｖ０）以下であると判定すると（ステップＳＴ３の「Ｙ」）、切替時点判定部２１ｂは、発信器２０から振動子１０への駆動出力の停止を指示する信号を振動子駆動部２１ａに送信し、これによって振動子駆動部２１ａから振動子１０への駆動出力を停止し、振動子１０を停止させる（ステップＳＴ４）。なお、場合によっては、負荷（Ｖ）が閾値（Ｖ０）以下であると判定した時点から所定のディレイ時間が経過するのを待ってから振動子１０を停止させるように構成しても良い。被加工物が例えば硬くてこれを打ち抜きにくいような場合は、この被加工物を完全に抜ききるため、ディレイ時間を設ける。

　上記構成の超音波加工装置１によれば、打ち抜き加工完了と略同時に、より具体的には、被加工物が打ち抜かれる直前の時点（図３，図４に示すように負荷（Ｖ）が閾値（Ｖ０）に到達した時点Ｔ１）、またはそれよりも所定のディレイ時間が経過した時点で、振動子１０の超音波振動を停止する。このため、打ち抜き加工が完了した後に直ちに被加工物から打ち抜き工具１３を引き離さなくても、当該打ち抜いた穴の内周面が溶融することはない。従って、打ち抜いた穴の部分にバリが発生し、または打ち抜いた穴の内径が広がって加工精度が低下するといった事態を回避することができる。

　さらに、閾値（Ｖ０）を負荷（Ｖ）がゼロ（無負荷状態）のときよりも大きな所定の値、即ち直後に超音波加工装置１を停止しても打ち抜き工具１３の慣性動作などによって確実に打ち抜き穴を完成することができる値、に設定したので、被加工物の打ち抜き穴を確実に形成できると同時に、完成した打ち抜き穴の内周面が溶融することをさらに確実に防止することができる。

　またさらに、ディレイ時間が経過した時点で振動子１０の超音波振動を停止するように構成した場合は、被加工物の硬度が高かったり、被加工物や打ち抜き穴の形状が抜き難い形状であったりした場合でも、被加工物の打ち抜き穴を確実に形成することができる。

　次に、振幅量切替スイッチを用いた超音波加工装置１の他の動作態様を、図５に基づいて説明する。ここで振幅量切替スイッチは、振動子１０または発振器２０に設置され、例えば、非加工モードと加工モードとを備え、打ち抜く位置を正確に決める加工準備段階から被加工物を溶融して所定の形に打ち抜く加工段階へと移行する際に、作業者によって切り替えられる。

　先ず作業者は、振幅量切替スイッチを非加工モードに設定し、また発振器２０に設けられた作動スイッチをオンして振動子１０を非加工モードで駆動させる（ステップＳＴ１－１）。

　次に作業者は、打ち抜き工具１３の先端の刃を被加工物に接触させ、当該刃の位置を微調整しながら所望の打ち抜き位置に合わせる（ステップＳＴ１－２）。このとき、被加工物には、打ち抜き工具１３の超音波振動が伝達されるが、小さな振幅量で振動しているため、被加工物の溶融が生じることはない。

　次に、振幅量切替スイッチを加工モードに切換える（ステップＳＴ１－３）。これにより、打ち抜き工具１３は加工モードで振動し、打ち抜き工具１３による打ち抜き加工が開始する。

　以降、図２に示す動作態様と同様に、ステップＳＴ２ないしステップＳＴ４を経ることで打ち抜き作業が終了する。

　上記構成の動作態様によれば、図２に示す動作態様と同様の効果がもたらされるとともに、熟練者でなくとも打ち抜く部分の正確な位置決めを行うことができるようになる。すなわち、被加工物に打ち抜き工具１３の刃を接触させて位置決めできるようになるため、経験の浅い者でも、振動子１０の打ち抜き工具１３の刃を、容易かつ正確に所望の加工位置へ位置決めすることができる。この作業者による位置決めの精度は、自動打ち抜き加工機におけるティーチングの際の位置決め公差を考慮すると、自動打ち抜き加工機を用いるときよりも一般的に高い。この結果、作業者の技量に関わらず自動打ち抜き加工機よりも高い加工精度を常に維持することのできる汎用性の高い超音波加工装置１を提供することができる。

　なお、上述したように、静止状態の振動子１０の打ち抜き工具１３の刃を被加工物に接触させた状態のまま、加工時の振幅量で振動子１０を超音波振動させた場合には振動子１０と被加工物が一体物として同じ振動数で共振してしまい、被加工物の好適な加工を行うことができない。

　これに対し、振動子１０を非加工モードで振動させた状態で被加工物に接触させた場合には、振動子１０と被加工物とは異なる振動系として個々の固有振動数をもつことになる。このため、非加工モードでの振幅量で超音波振動する振動子１０を被加工物に接触させたのち、加工モードでの振幅量で超音波振動させるといった使用態様によれば、被加工物を共振させることなく、所望の加工を行うことができる。

　次に、上記超音波加工装置１の切替時点判定部２１ｂにおける切替時点の他の判定方法について説明する。上記図２，図５のステップＳＴ３における判定方法では、負荷データから、打ち抜き工具１３に印加される負荷（Ｖ）の大きさが所定の閾値（Ｖ０）以下になった時点を、振動停止に切替える時点と判定することとした（以下「第１の判定方法」という）が、その代わりに、負荷データから、打ち抜き工具１３に印加される負荷（Ｖ）の大きさの経過時間に対する変化率を時系列で算出し、前記変化率が所定の変化率以上になった時点を、振動停止に切替える時点と判定するように構成しても良い（以下「第２の判定方法」という）。以下、具体的に図６，図７を用いて説明する。

　第２の判定方法は、図６に示すように、前記図２で説明したと同様のステップＳＴ１，ＳＴ２を行って打ち抜き工具１３に印加される負荷（Ｖ）を検出した後、ステップＳＴ３－１において、負荷（Ｖ）の変化率ｋを算出する。具体的には、図７に示すように、サンプリング周期δｔごとに受信する負荷（Ｖ）のうち、ある時点Ｔｃにおける負荷（Ｖｃ）およびこの時点Ｔｃに隣接する時点Ｔｄ（Ｔｄ＝Ｔｃ＋δｔ）における負荷（Ｖｄ）を、関係式ｋ＝（Ｖｄ－Ｖｃ）／（Ｔｄ－Ｔｃ）に代入することで変化率ｋを算出する。

　次に、ステップＳＴ３－２において、前記算出した変化率ｋが、予め設定しておいた変化率の閾値Ｋ０以上であるか否かを判定し、閾値Ｋ０未満の場合は、ステップＳＴ２に戻り、上記動作を繰り返す。

　一方、前記算出した変化率ｋが、閾値Ｋ０以上、即ち所定の変化率（傾き）以上の場合は、打ち抜き作業が完了したと判断し、ステップＳＴ４に移行し、切替時点判定部２１ｂは、振動子１０の駆動を停止させることを指示する信号を振動子駆動部２１ａに送信し、これによって振動子１０の駆動を停止させる。

　一般に、被加工物の加工が完了する直前は、打ち抜き工具１３に印加される負荷（Ｖ）の変化率が急激に大きくなる。そこでこの判定方法のように、上記変化率が急激に大きくなる時点を振動停止させる時点と判定することとし、これによって適切なタイミングで振動子１０を停止させるようにしたのである。

　次に、上記超音波加工装置１の切替時点判定部２１ｂにおける切替時点のさらに他の判定方法（以下「第３の判定方法」という）について説明する。即ち、第３の判定方法は、負荷データから、打ち抜き工具１３に印加される負荷（Ｖ）の大きさが、減少から増加に転換する時点を、切替え時点と判定するように構成している。この第３の判定方法は、例えば、被加工物の加工している側の反対面側に、載置台やストッパー部材などを設置していた場合に用いて好適である。すなわち、被加工物の加工が完了した直後に打ち抜き工具１３が載置台などに当接した場合は、前記打ち抜き工具１３に印加される負荷（Ｖ）の大きさが減少から増加に転換する。そこでこの転換点を切替え時点と判定することとし、これによって適切なタイミングで振動子１０を停止することとしたものである。以下、具体的に図８，図９，図１０を用いて説明する。

　第３の判定方法は、図８に示すように、前記図２で説明したと同様のステップＳＴ１，ＳＴ２を行って打ち抜き工具１３に印加される負荷データを検出した後、ステップＳＴ３－３において、負荷（Ｖ）が減少傾向から増加傾向に転じたか否かを検知する。検知の方法としては、例えば、所定の閾値よりも負荷（Ｖ）が減少した領域（即ち、極小点が存在する可能性のある領域）において、負荷（Ｖ）が減少から増加に転じた際、当該最小の点を極小点とする。極小点を求める他の方法として、上記第２の判定方法のように、負荷データの変化率を求め、当該変化率が減少傾向から増加傾向に転じたか否か、すなわち、変化率の符号が「－」から「＋」に転じたか否かを判定することによって求める方法を用いても良い。

　ステップＳＴ３－３において、上記極小点に達していないと判定した場合は、当該極小点に達するまで、上記ステップＳＴ２～ステップＳＴ３－３を繰り返す。

　そしてステップＳＴ３－３において、負荷データが減少から増加に転じたと判断した場合は、その極小点が打ち抜き作業完了時点と判断し、振動子１０を停止する（ステップＳＴ４）。

　例えば、図９に示す例では、時点Ｔｄから隣接する時点Ｔｅの変化率ｋは減少傾向であるのに対し時点Ｔｅから隣接する時点Ｔｆの変化率ｋは増加傾向となっている。このとき切替時点判定部２１ｂは、時点Ｔｅを打ち抜き作業完了時点と判断する。

　さらに具体的に、例えば、図１０に示すように、打ち抜き作業が完了して被加工物の裏面から打ち抜き工具１３が突き出た際、当該打ち抜き工具１３が作業台などに衝突して瞬間的に大きな負荷が当該打ち抜き工具１３に印加される。このとき、負荷（Ｖ）が極小となる時点Ｔｅが切替時点と判定されることになる。

　以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、明細書および図面に直接記載のない構成であっても、本発明の作用・効果を奏する以上、本発明の技術的思想の範囲内である。さらに、上記記載および各図で示した実施の形態は、その目的および構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることも可能である。

　例えば、上記３つの判定方法の内の少なくとも何れか２つの判定方法を同時に適用し、何れか１つの判定方法において振動子１０を停止する判定が行われた場合に、振動子１０を停止するように構成しても良い。このように構成すれば、何れかの判定方法に判定ミスが発生しても、他の判定方法による判定によって振動子１０を確実に停止することができる。また場合によっては、上記３つの判定方法の内の少なくとも何れか２つの判定方法を同時に適用し、全ての判定方法において振動子１０を停止する判断が行われた場合に、振動子１０を停止するように構成しても良い。

　また、上記第２の実施の形態では、振幅量切替スイッチを用いて非加工時の振幅量と加工時の振幅量とを手動によって切換えるように構成しているが、これを自動で行っても良い。この場合は、例えば、非加工時の振幅量で打ち抜き工具１３の先端の刃を被加工物に当接し、当接した負荷（Ｖ）を検知することで、加工時の振幅量に切り換えて加工を行うように構成する。

　また被加工物として上記実施の形態では、合成樹脂を用いた例を示したが、打ち抜き工具１３の超音波振動によって打ち抜くことができる材料であれば、合成樹脂以外の各種材料を用いた非加工物であっても良い。

　１　　　超音波加工装置
　１０　　振動子（超音波振動子）
　１１　　振動部
　１２　　ホーン部
　１３　　打ち抜き工具（加工具）
　２０　　発振器
　２１　　振動子制御部
　２１ａ　振動子駆動部
　２１ｂ　切替時点判定部
　２２　　操作部
　２３　　表示部

Claims

　圧電素子が組み込まれた超音波振動子と、
　前記圧電素子に電力を供給して前記超音波振動子を共振させる発振器と、
を備えた超音波加工装置において、
　前記超音波振動子の先端に、超音波振動によって被加工物を打ち抜き加工する打ち抜き工具を取り付け、
　前記発振器には、前記超音波振動子の振動を制御する振動子制御部を設置し、
　前記振動子制御部は、前記被加工物の打ち抜き加工時に前記打ち抜き工具に印加される負荷を時系列で取得し、この負荷データに基づいて、前記超音波振動子を加工時の振動状態から非加工時の停止状態へ切替える判定を行う切替時点判定部を有することを特徴とする超音波加工装置。
　請求項１に記載の超音波加工装置であって、
　前記切替時点判定部は、前記負荷データから、前記打ち抜き工具が前記被加工物を加工している負荷の大きさが下降して所定の閾値以下になった時点を、前記切替える時点と判定することを特徴とする超音波加工装置。
　請求項１に記載の超音波加工装置であって、
　前記切替時点判定部は、前記負荷データから、前記打ち抜き工具に印加される負荷の大きさの経過時間に対する変化率を時系列で算出し、前記変化率が所定の変化率以上になった時点を、前記切替える時点と判定することを特徴とする超音波加工装置。
　請求項１に記載の超音波加工装置であって、
　前記切替時点判定部は、前記負荷データから、前記打ち抜き工具に印加される負荷の大きさが、減少傾向から増加傾向に転換する時点を、前記切替える時点と判定することを特徴とする超音波加工装置。
　請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超音波加工装置であって、
　前記振動子制御部は、前記超音波振動子の振幅量を、前記被加工物の加工が行えない微弱振動と、前記被加工物の加工を行う加工時振動とに切り替える切替え手段をさらに備えることを特徴とする超音波加工装置。