JP4932628B2

JP4932628B2 - 筒部内周部切削加工用被加工物保持装置

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Publication number: JP4932628B2
Application number: JP2007187228A
Authority: JP
Inventors: 久典土川; 幸司安藤
Original assignee: Kojima Industries Corp
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: JP2009023032A

Description

本発明は、筒部内周部切削加工用被加工物保持装置に係り、特に、被加工物に設けられた軟質の筒部の内周部に対して超音波切削加工を行う際に、かかる被加工物の筒部を保持するのに用いられる筒部内周部切削加工用被加工物保持装置の改良された構造に関するものである。

従来から、被加工物に対する切削加工には各種のものが知られており、その中の一つとして、超音波振動を利用した、所謂超音波切削加工がある。この超音波切削加工は、よく知られているように、先端部に切削刃を有する超音波ホーンと超音波発信機能を有する超音波加工機とを用い、この超音波加工機により超音波ホーンが発振せしめられることで、超音波ホーンに一体的に配設された切削刃にて、被加工物に対する切削加工を行うものである。

ところで、そのような超音波切削加工においては、被加工物の切削加工により生じる切屑が、一体的な塊状物として得られることとなる。このため、粉状や粒状の切屑が不可避的に且つ多量に発生する、例えばＮＣ旋盤等の工作機械を用いた一般的な切削加工とは異なり、切屑を除去するのに要する時間と労力とが有利に削減されるといった利点を享受することができる。また、超音波切削加工は、被加工物を単に押し切るだけではなく、超音波により発振する超音波ホーンの切削刃にて、被加工物を部分的に溶融させながら切削するものであるところから、ゴムやエラストマ等の軟質材料からなる被加工物を切削したときに、肌荒れのない美麗な加工面が得られるようになる。

そこで、そのような超音波切削加工の利点に着目して、ゴムやエラストマ等の軟質材料からなる筒部を有する被加工物（例えば、自動車の吸気パイプ等）において、その筒部の内周部を切削加工するのに、超音波切削加工を利用することが、考えられている。即ち、ホーン本体の先端部に筒状の切削刃が一体的に配設された超音波ホーンを用い、この超音波ホーンを超音波により発振させつつ、切削刃を被加工物の筒部に対して同軸的に押し込んで、かかる筒部の内周部を切削加工するのである。そして、このような超音波切削加工によれば、上記せるように、良好な加工面が得られると共に、容易に切屑が除去されて、製品の品質の向上と加工時間の短縮とが有利に図られ得ることとなる。

ところが、そのように、筒状の切削刃を有する超音波ホーンを用いて、被加工物の筒部の内周部を超音波切削する場合においては、切削刃から筒部に対して軸方向に作用せしめられる切削荷重によって、筒部が、切削刃の進行方向に引き込まれて、内側に倒れるように変形することがある。そして、そのような筒部の内倒れが生じたときには、筒部の加工面と切削刃との接触時間が長くなり、そのために、それら加工面と切削刃との間で生ずる摩擦熱によって、加工面に「溶け」が生じて、加工面の仕上がり状態が悪くなってしまう恐れがあったのである。

尤も、そのような筒部の内倒れの問題を軽減乃至は解消するには、例えば、パイプの内径切削を行う際に使用される、パイプの保持孔を備えた保持装置を用い、この保持装置の保持孔内に、被加工物の筒部を挿入位置せしめて保持した状態で、筒部の内周部に対する超音波切削加工を実施することが考えられるが、実際には、単に、筒部を保持孔に保持させただけでは、切削荷重による切削刃の進行方向への筒部の引込み、更にはそれによる筒部の内倒れを阻止することが出来なかった。

また、本願出願人は、先に、下記特許文献１において、軟質材料からなる筒部の内周部に対する超音波切削加工時での筒部の内倒れの問題を解消し得るように工夫された超音波ホーンを提案した。即ち、この超音波ホーンにあっては、切削刃における刃先部の内周面が、刃先部先端からホーン本体方向に向かって内方に傾斜して延びる内側案内面にて構成され、また、刃先部の外周面が、刃先部先端からホーン本体方向に向かって外方に傾斜して延びる外側案内面にて構成されている。このような超音波ホーンを用いれば、切削刃から筒部に作用せしめられる切削荷重が、切削刃の刃先部の内周面側と外周面側とにそれぞれ分散され、以て、筒部の内倒れが有利に防止されることとなる。しかしながら、この先に提案した超音波ホーンは、特殊な先端形状の刃先部を有するものであって、従来から超音波切削加工において用いられてきている通常の筒状形状を有する切削刃を備えた超音波ホーンが、そのまま用いられ得るものではなかったのである。

特開平９−１３６２９７号公報

ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、先に提案した被加工物の筒部の内倒れ防止技術とは異なる観点に基づいて完成された技術を提案するものである。そして、その解決課題とするところは、軟質材料からなる筒部を有する被加工物を保持し、その筒部の内周部を超音波切削加工するために用いられる筒部内周部切削加工用被加工物保持装置において、切削加工時での筒部の内倒れが確実に防止され得て、良好な加工面が得られるようにした新規な構造を提供することにある。

そして、本発明では、上記した課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様が、好適に採用され得るものであるが、また、以下に記載の各態様は、任意の組合せにおいても採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載及び図面に開示の発明思想に基づいて認識され得るものであることが、理解されるべきである。

（１）軟質材料からなる筒部の端部開口部に軸直角方向外方に延びる外フランジ部が一体形成されてなる被加工物を保持し、該被加工物の筒部に対して、超音波ホーンの先端部に一体形成された筒状の切削刃を同軸的に押し込むことにより、該筒部の内周部を切削加工するために用いられる、該被加工物の保持装置であって、前記被加工物の外フランジ部を挟持するための挟持部が開口周縁部に設けられた保持孔を有し、該外フランジ部が該挟持部に配置された状態で、該被加工物の前記筒部が該保持孔内に挿入位置せしめられることによって、かかる筒部を保持し得るように構成した装置本体と、該装置本体の前記挟持部との間で、前記被加工物の外フランジ部を挟持して、前記切削刃の押込みに伴う前記被加工物の筒部の軸方向の動きを規制する挟持手段と、を含んで構成したことを特徴とする筒部内周部切削加工用被加工物保持装置。

（２）前記装置本体の保持孔の軸方向内方に所定距離入り込んだ内周面部位に、該保持孔の直径を大径とする凹部が、周方向に連続して延びるように形成されている上記態様（１）に記載の筒部内周部切削加工用被加工物保持装置。

（３）前記挟持手段が、前記被加工物の外フランジ部の挟持面に、前記装置本体における前記挟持部の側に向かって突出する突部を有している上記態様（１）又は上記態様（２）に記載の筒部内周部切削加工用被加工物保持装置。

（４）前記装置本体が、前記保持孔の内周面を周方向に複数に分割した内周面部分をそれぞれ備えた複数の分割体からなり、該複数の分割体が相互に組み付けられることによって、該保持孔が形成されるようになっている上記態様（１）乃至（３）のうちの何れか一つに記載の筒部内周部切削加工用被加工物保持装置。

すなわち、この本発明に従う筒部内周部切削加工用被加工物保持装置にあっては、被加工物の軟質材料からなる筒部が、装置本体の保持孔内に挿入、配置されて、かかる筒部に一体形成された外フランジ部が、装置本体の挟持部と挟持手段との間で挟持せしめられることによって、被加工物が、筒部の軸方向の動きを規制された状態で、保持されるようになっている。それ故、装置本体に保持された被加工物の筒部の内周部に対して、超音波切削加工が施されたときに、超音波ホーンの切削刃から軸方向に作用せしめられる切削荷重によって、筒部が、切削刃の進行方向に引き込まれて、内倒れするようなことが、効果的に防止され得ることとなるのである。そして、それにより、被加工物における筒部の加工面と切削刃との接触時間が長くなって、かかる加工面に、摩擦熱による「溶け」が生ずるようなことも、有利に防止され得るのである。

従って、かくの如き本発明に従う筒部内周部切削加工用被加工物保持装置を用いれば、内周部が超音波切削加工された被加工物の筒部には、「溶け」のない、良好な仕上がり状態の加工面が有利に形成され得、以て、高品質な加工品（製品）を安定的に得ることが可能となるのである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の幾つかの実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１には、本発明に従う筒部内周部切削加工用被加工物保持装置の一実施形態として、自動車の吸気パイプを内径切削する際に用いられる超音波切削加工用パイプ保持装置が、超音波切削加工装置に組み付けられた状態において、概略的に示されている。そこにおいて、本発明に従う保持装置１０は、超音波切削加工装置１２に固設されることにより、位置固定に組み付けられているのである。

そして、この図１において、保持装置１０が固設される超音波切削加工装置１２は、従来から知られているように、超音波ホーン１８と、この超音波ホーン１８に超音波振動を与える超音波振動子２０と、それら超音波ホーン１８及び超音波振動子２０を水平方向（図１において左右方向）に移動させる水平移動機構２６とを含んで、構成されている。

ここで、かかる超音波切削加工装置１２を構成する超音波ホーン１８は、アルミ合金や各種の合金等、所定の金属材料からなるホーン本体２２と、このホーン本体２２の軸方向一端に一体形成された切削刃２４とを含んで、構成されている。なお、このホーン本体２２に一体形成された切削刃２４は、従来からの超音波切削加工に用いられている通常の筒状形状を有するものであって、後述せるように、被加工物たる円筒状の吸気パイプ１７の内径よりも小さな外径を有する円筒形状を呈している。また、ホーン本体２２は、全体として、切削刃２４の側から、それとは軸方向の反対側に向かって次第に大径化するテーパ形状を呈しており、それによって、超音波振動子２０から伝達された超音波振動を、切削刃２４の側において増幅し得るようになっている。そして、このような超音波ホーン１８の、ホーン本体２２における切削刃２４とは反対の大径側端部に対して、超音波振動子２０が、同軸的に固設されている。

また、ここでは、図示しない超音波発振器の作動に伴う超音波振動子２０の発振に基づいて、ホーン本体２２に超音波振動が与えられることによって、切削刃２４が超音波振動せしめられるようになっている。そして、そのような切削刃２４を、超音波振動せしめた状態において、被加工物たる吸気パイプ１７の内孔内に挿入することで、吸気パイプ１７の内周部を超音波切削加工し得るように構成されている。

一方、水平移動機構２６は、水平方向に延びるベース２８と、このベース２８上を水平方向に移動可能に配置されたクランプ部材３０とを有している。また、ベース２８の内部には、水平方向に延びるねじ軸３２が、ベース２８の一端部に固定されたステッピングモータ３４の回転に伴って回転可能に且つ移動不能に配設されている。更に、そのようなねじ軸３２には、ナット部材３６が、ねじ軸３２の軸方向に移動可能に且つ回転不能に螺合されている。このナット部材３６は、ベース２８の内部に位置して、ねじ軸３２に螺合する螺合部３８と、ベース２８の外部に突出位置せしめられた取付部４０とを一体的に有している。また、このナット部材３６の取付部４０に対して、クランプ部材３０が固定されている。そして、超音波ホーン１８が、軸方向を水平方向と一致させるように位置せしめられた状態で、かかるクランプ部材３０にクランプされて、一体移動可能に支持されている。

かくして、水平移動機構２６においては、ステッピングモータ３４の正逆回転に伴うねじ軸３２の正逆回転によって、ナット部材３６とクランプ部材３０とが、ねじ軸３２の回転量に応じた分だけ、水平方向の一方と他方の両方向に移動せしめられるようになっており、以て、クランプ部材３０に支持された超音波ホーン１８を、ベース２８上において、水平方向の一方と他方となる前進方向（図１中の右方向）と後退方向（図１中の左方向）の何れか任意の方向に任意の量だけ移動せしめ得るように構成されている。

そして、かかる図１において、上記の如き構造とされた超音波切削加工装置１２にて超音波切削加工される吸気パイプ１７を保持するための保持装置１０が、本発明に従う特別な構造を有して、超音波切削加工装置１２の水平移動機構２６のベース２８上に、クランプ部材３０に支持された超音波ホーン１８に対して、その前進方向に所定距離を隔てて位置せしめられた状態で、固設されている。より詳細には、保持装置１０は、超音波切削加工装置１２のベース２８上に固設された装置本体１４と、この装置本体１４に着脱可能に取り付けられた挟持手段としての挟持治具１６とを有して、構成されているのである。

ところで、そのような吸気パイプ１７を保持する保持装置１０の詳細が、図２乃至図７に示されている。そこにおいて、図２は、図１に示される保持装置１０を、超音波切削加工装置１２側から見た形態を示しており、また図３は、図２におけるIII−III断面を示している。更に、図４は、図２の形態において装置本体１４を分解して示しており、また図５は、図４におけるＶ−Ｖ断面を示している。そして、図６は、装置本体１４に装着される
挟持治具１６を図２の形態において拡大して示すものであり、更に図７は、図６におけるVII−VII断面を示している。

それらの図において、先ず、図２及び図３に示される保持装置１０を構成する装置本体１４は、超音波切削加工装置１２のベース２８上に固設された下側保持体４４と、この下側保持体４４に対して上側から重ね合わされて、位置せしめられた上側保持体４２の、二つの分割体からなる分割構造を有している。なお、それら上側保持体４２と下側保持体４４は、幅（図４中の左右方向長さ）及び厚さ（図５中の左右方向長さ）において等しくされている一方、高さ（図４中の上下方向長さ）が、上側保持体４２に比べて下側保持体４４の方が高い高さとされた略矩形状の金属製部材にて、構成されている。

また、上側保持体４２には、図４から明らかな如く、その幅方向の両側端部に、上下方向に貫通する貫通孔４３ａ，４３ｂが形成されている。一方、下側保持体４４の幅方向両側端部には、上面において開口する雌ねじ穴４５ａ，４５ｂが、それぞれ設けられている。そして、それら各貫通孔４３ａ，４３ｂと各雌ねじ穴４５ａ，４５ｂとが、それぞれ対応するもの同士において同軸的に位置するように、上側保持体４２の下面と下側保持体４４の上面とが互いに重ね合わされた状態下で、固定ボルト４６，４６が、上側保持体４２の各貫通孔４３ａ，４３ｂに挿通されて、下側保持体４４の各雌ねじ穴４５ａ，４５ｂに螺合されることによって、上側保持体４２と下側保持体４４が一体的に組み付けられ、以て、装置本体１４が、超音波切削加工装置１２のベース２８上に移動不能に固設された状態で、形成されるようになっている。なお、下側保持体４４の各雌ねじ穴４５ａ，４５ｂから各固定ボルト４６が離脱せしめられることにより、上側保持体４２と下側保持体４４の一体的な組付状態は、容易に解消されることとなる。一方、ここで、５９は、後述する挟持治具１６を固定するためのボルトが螺入される雌ねじ穴である。

さらに、互いに重ね合わされる上側保持体４２の下面と下側保持体４４との上面のそれぞれの幅方向中央部には、図４及び図５に示される如く、同一径の半円形状を呈する半円孔４８，５０が、それぞれ形成されている。そして、図２及び図３に示される如く、それら半円孔４８，５０が対向するように位置させられて、上側保持体４２と下側保持体４４とが互いに重ね合わされ、一体的に組み付けられることによって、装置本体１４の略中央部に、吸気パイプ１７が挿入可能な、円形の保持孔５１が形成されるようになっている。このことから明らかなように、本実施形態では、装置本体を構成する複数の分割体が、上側及び下側の二つの保持体４２，４４にて構成され、また、保持孔５１が半円形態の二つに分割されて、その二つの内周面が、上側及び下側保持体４２，４４のそれぞれの半円孔４８，５０の内周面にて構成されている。

また、そのような保持孔５１を形成する各半円孔４８，５０の延出方向一端部の内周面部分、換言すれば、上側及び下側の各保持体４２，４４の厚さ方向一方側の端面において、厚さ方向に開口する各半円孔４８，５０の開口周縁部を与える内周面部分には、半円状の端部大径部５２，５３が、それぞれ形成されている。なお、この端部大径部５２，５３の深さ及び幅は、吸気パイプ１７の一端部の外周面に一体的に周設される円環板状の外フランジ部５４の幅（吸気パイプ１７の外周面からの突出高さ）及び厚さと略同一寸法とされている。

さらに、各半円孔４８，５０の延出方向の中間部の内周面部分にも、それを他の内周面部分よりも大径化する半円状の凹部５６，５７が、それぞれ形成されている。この凹部５６，５７の深さ及び幅は、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側の端部における、外フランジ部５４よりも軸方向内方に所定距離隔てた部分に設けられた、径方向外方に膨出する膨出部５８の膨出高さ（吸気パイプ１７の外周面からの突出高さ）及び幅と略同一寸法とされている。

かくして、ここでは、上記の如く、上側保持体４２と下側保持体４４とが一体的に組み付けられて、半円孔４８，５０にて保持孔５１が形成されたときに、かかる保持孔５１の一方側の開口周縁部に、吸気パイプ１７の外フランジ部５４の厚さ及び幅と略同一寸法の幅及び深さを有して、周方向に連続して延びる円環状の切欠溝からなる挟持部６０が、上側及び下側の各保持体４２，４４のそれぞれの端部大径部５２，５３にて形成され、また、保持孔５１の軸方向内方に所定距離入り込んだ内周面部分には、吸気パイプ１７の膨出部５８の膨出高さ及び幅と略同一寸法の深さ及び幅を有して、周方向に連続して延びる円環状の矩形溝からなる、凹部としての収容部６２が、上側及び下側の各保持体４２，４４のそれぞれの凹部５６，５７にて形成されるようになっている。そして、そのような挟持部６０と収容部６２との間に、それらの底面に対して一段高くされた円筒状段部６３が形成されるようになっている。また、挟持部６０においては、その内面、つまり、挟持部６０を形成する各端部大径部５２，５３の内面のうち、保持孔５１の軸直角方向に広がる内面部分が、挟持面５５ａ，５５ｂとされている。

一方、図２や図３において装置本体１４に装着された挟持治具１６は、図６及び図７に示されるように、全体として、略円環板形状を呈し、金属材料や硬質の樹脂材料等にて形成されている。そして、この挟持治具１６の内径が、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側の端部開口部の内径よりも大きく且つ装置本体１４の保持孔５１の内径よりも小さな大きさとなるように構成されている一方、その外径が、円環状の切欠溝や矩形溝からなる挟持部６０や収容部６２の径よりも大なる大きさとなるように構成されている（図８参照）。

また、図７に示されるように、かかる挟持治具１６にあっては、その内周部において、厚さ方向一方側の端面に開口するように、円形凹所６６が同軸的に設けられ、それによって、そのような円形凹所６６が形成された内周部分が、円形凹所６６の深さ分だけ外周部分よりも薄肉化された内側薄肉部６８とされる一方、円形凹所６６の周囲を取り巻く外周部分が、外側厚肉部７０とされている。なお、この外側厚肉部７０には、それを厚さ方向に貫通する貫通孔７１が、径方向の両側に一つずつ設けられている。

そして、ここでは、内側薄肉部６８を与える円形凹所６６の底面が、円環状の挟持面７２とされており、また、かかる挟持面７２の幅方向中央部位に、突部７４が、一体的に突設されている。この突部７４は、挟持面７２に沿ってその周方向に連続して延びる円環状の突条形態を有し、図示の如く、先端に向かって細くなる略山形の断面形状とされている。

また、そのような突部７４にあっては、その先端にて描かれる円の径が、装置本体１４の保持孔５１の内径よりも大きく且つかかる保持孔５１の一方の開口周縁部に設けられた円環状の挟持部６０の径よりも小なる大きさとされていると共に、その先端部が、比較的に丸味のついた凸状湾曲面とされている。更に、かかる突部７４の挟持面７２からの突出高さは、その先端が、外側厚肉部７０における突部７４の突出側の端面から外方に突出位置するように、設定されている。

そして、かくの如き構造とされた挟持治具１６は、図３から明らかなように、保持孔５１と同軸上において、その外側厚肉部７０における円形凹所６６開口側の端面を、装置本体１４における挟持部６０形成側の端面に重ね合わせた状態で、取り付けられるのである。なお、そのような挟持治具１６は、外側厚肉部７０の貫通孔７１，７１にそれぞれ挿通されたボルト７６，７６が、装置本体１４の上側保持体４２と下側保持体４４にそれぞれ設けられた雌ねじ穴５９，５９に螺合されることにより、装置本体１４に対して取り外し可能に固定されて、一体的に組み付けられるようになっている。

かくして、ここでは、保持装置１０は、挟持治具１６と装置本体１４との一体組付品として構成されているのである。そして、そのような保持装置１０においては、挟持治具１６の内側薄肉部６８の挟持面７２と、装置本体１４の挟持部６０の挟持面５５ａ，５５ｂとが互いに所定距離を隔てて対向位置せしめられて、内側薄肉部６８の挟持面７２に突設された突部７４が、挟持部６０側に向かって突出せしめられていると共に、その先端部分が、挟持部６０内に突入位置せしめられるようになっている。

ところで、このような構造とされた保持装置１０と、前述せる如き構造を有する超音波切削加工装置１２とを用いて、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の内周部を切削加工する際には、例えば、以下の如き手順に従って、その操作が進められる。

すなわち、先ず、図８に示されるように、吸気パイプ１７が、保持装置１０の装置本体１４に設けられた保持孔５１内に挿入されて、かかる吸気パイプ１７の外フランジ部５４が、挟持部６０内に、挟持面５５ａ，５５ｂと接触して、収容されると共に、膨出部５８が、収容部６２内に収容された状態で、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部が、保持孔５１内に位置せしめられる。これにより、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の切削加工されるべき内周部、具体的には、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の内周部のうち、膨出部５８の内周部からなる、径方向に凹陥せしめられて、他の内側部分よりも内径が大径化された凹陥部６４よりも開口側に位置する内周部７８が、保持孔５１内において、その外周面を、挟持部６０と収容部６２の間に設けられた円筒状段部６３の内周面に接触させた状態で、配置される。

また、そのような吸気パイプ１７の保持孔５１内への挿入配置下において、吸気パイプ１７の開口側の外フランジ部５４の端面に対して、装置本体１４にボルト固定された挟持治具１６の突部７４の先端が、ボルト７６，７６の装置本体１４への締結力に基づいて、押圧接触せしめられる。

これによって、外フランジ部５４が、装置本体１４の挟持部６０と挟持治具１６の突部７４との間で挟持されて、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側の端部が、保持装置１０に対して、軸方向の動き（変位）が阻止された状態で保持される。即ち、ここでは、吸気パイプ１７の装置本体１４内に収容される部分を含む端部側部位が、保持装置１０に保持される被加工物の筒部を構成しているのである。また、かかる保持状態下で、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側の端部が、超音波ホーン１８の切削刃２４と同軸的に位置せしめられる。

なお、このような吸気パイプ１７の保持装置１０への保持操作は、挟持治具１６の装置本体１４への組付や、装置本体１４を構成する上側保持体４２と下側保持体４４との相互の組付を、それぞれ解消し、再び、それらを一体的に組み付ける操作を行うことで、容易に実施される。

次に、超音波ホーン１８を介して、切削刃２４が超音波振動せしめられる。なお、ここで使用される超音波ホーン１８の切削刃２４の軸方向長さ：Ｌ₁ が、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の、切削加工されるべき内周部７８の軸方向長さ：Ｌ₂ よりも、所定寸法だけ長くされている。

そして、前述の如くして、切削刃２４が超音波振動せしめられる一方で、超音波ホーン１８が、前進させられることによって、図９に示されるように、超音波ホーン１８の切削刃２４が、超音波振動せしめられた状態で、保持装置１０に保持された吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の内孔内に同軸的に押し込まれ、以て、かかる吸気パイプ１７の端部の内周部７８が、切削刃２４の押込み量に応じた分だけ、徐々に超音波切削加工される。

このとき、吸気パイプ１７に対して、切削刃２４の押込み荷重（切削荷重）によって、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部に対して、それを切削刃２４の進行方向、つまり軸方向内方に引き込むような押圧力が作用するようになるが、吸気パイプ１７の外フランジ部５４が、装置本体１４の挟持部６０と挟持治具１６の突部７４との間で挟持されて、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の軸方向の動きが規制されているために、かかる吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部が、内側に倒れるようにして、軸方向内方に引き込まれることが、有利に阻止されるようになるのである。なお、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の外周面は、装置本体１４の挟持部６０の内周面と保持孔５１の内周面に当接して支持されているために、切削刃２４の押込み荷重によって、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部が、外側に膨らむように変形せしめられることもないようになっている。

そして、図９に二点鎖線で示されるように、切削刃２４の先端が、吸気パイプ１７の膨出部５８の内側の凹陥部６４内に入り込む位置に達した時点で、切削刃２４の吸気パイプ１７内への押込み操作が停止せしめられて、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の内周部７８に対する切削加工が完了させられるのである。このとき、切除された内周部７８が、かかる切削加工の切屑として、一体的な塊状物の形態において得られることとなる。

このように、本実施形態においては、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の内周部７８に対する超音波切削加工を行う際に、外フランジ部５４が、装置本体１４の挟持部６０と挟持治具１６の突部７４との間で挟持された状態で、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部が、装置本体１４の保持孔５１内に保持されることによって、超音波ホーン１８の切削刃２４から軸方向に作用せしめられる切削荷重による、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の内倒れが、効果的に阻止され得るようになっている。それ故、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部に対する超音波切削加工の実施時に、かかる端部の加工面と切削刃２４との接触時間が長くなって、加工面に、摩擦熱による「溶け」が生ずることが、有利に防止され得るのである。

従って、かくの如き本実施形態の保持装置１０を用いれば、超音波切削加工装置１２にて内周部７８が超音波切削加工された、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側の端部に、「溶け」のない良好な仕上がり状態の加工面が有利に形成され得、以て、高品質な加工品（製品）を安定的に得ることが可能となるのである。

そして、本実施形態においては、保持孔５１の軸方向内方に所定距離入り込んだ内周面部分に対して、吸気パイプ１７の膨出部５８の膨出高さ及び幅と略同一寸法の深さ及び幅を有して、周方向に連続して延びる、円環状の矩形溝からなる収容部６２が、凹部として設けられているところから、そのような収容部６２内に、吸気パイプ１７の膨出部５８を収容して、かかる膨出部５８の内側の凹陥部６４を内方に開口させた状態で、吸気パイプ１７が、保持孔５１内に安定的に保持され得る。更に、ここでは、超音波ホーン１８の切削刃２４の軸方向長さ：Ｌ₁が、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部の内周部７８の軸方向長さ：Ｌ₂よりも所定寸法だけ長くされている。

それ故、超音波ホーン１８の切削刃２４を前進させて、超音波切削加工が進行せしめられる際に、切削刃２４の先端が、凹陥部６４内に入り込む位置に確実に到達せしめられ得るようになる。そして、そのときに、切削刃２４の吸気パイプ１７内への押し込みを停止することによって、切削加工されるべき部位以外の部分が切削刃２４に接触して、損傷せしめられることを未然に防止しつつ、吸気パイプ１７の内周部７８が、切削加工の切屑として、一体的な塊状物の形態において得られることとなり、以て、そのような切屑が、容易に除去され得ることとなるのである。

また、本実施形態においては、挟持治具１６に設けた突部７４と装置本体１４の挟持部６０との間で、吸気パイプ１７の外フランジ部５４が挟持されるようになっているところから、例えば、挟持治具１６の単なる平坦面と装置本体１４の挟持部６０との間で、吸気パイプ１７の外フランジ部５４を挟持する場合に比して、外フランジ部５４に対する挟持力（押圧力）が、外フランジ部５４の一部部位に対して集中的に作用せしめられ、以て、外フランジ部５４が、挟持治具１６と装置本体１４の挟持部６０との間で、より確実に挟持され得る利点を有している。

加えて、ここでは、そのような挟持治具１６の突部７４の先端面が、図示の如く、丸味をつけた凸状湾曲面とされているところから、かかる突部７４の先端が鋭利な形状とされている場合に比して、外フランジ部５４の突部７４との接触面積が、有利に大きくされ得、それによって、外フランジ部５４の突部７４との接触部に大きな応力集中が生ずることが防止され得る特徴を有している。そして、その結果として、挟持治具１６と装置本体１４の挟持部６０との間で挟持された外フランジ部５４が、それらの間の挟持力によって損傷せしめられるようなことが、効果的に回避され得ることとなる。

さらに、本実施形態においては、装置本体１４が、下側保持体４４と上側保持体４２の二つの分割体からなる、保持孔５１の径方向に分割可能な、比較的簡略な分割構造において、構成されている。このため、それら上側保持体４２と下側保持体４４との組付状態を解消した後、それら各保持体４２，４４の半円孔４８，５０の間に吸気パイプ１７を挟み込んだ状態で、上側保持体４２と下側保持体４４とを再び一体的に組み付けるようにすることによって、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部が、径方向外方に突出する外フランジ部５４や膨出部５８を有するにも拘わらず、装置本体１４の保持孔５１内に、挿通状態で、容易に保持され得るのである。

以上、本発明の具体的な構成について、図面に基づき詳述してきたが、これは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、先の記載によって、何等の制約をも受けるものではないことが、理解されるべきである。

例えば、前記実施形態では、突部７４が、挟持治具１６の挟持面７２に対して、周方向に連続して延びる円環状の突条形態を有して、一体に形成されたり、突部７４の先端面が凸状湾曲面とされているが、この突部７４は、周方向に分割された複数個のものにて構成されていても良く、また、挟持面７２に対する配設位置も、挟持面７２との間において挟持し得る限りにおいて、何等限定されるものではない。更に、突部７４の先端面形状も、例示のものに限定されるものではなく、例えば略矩形の断面形状とすることも可能である。

また、図１０に示されるように、突部７４を省略して、挟持治具１６の全体を一定の厚さとすることも出来る。このような挟持治具１６においては、装置本体１４への組付状態下で、装置本体１４の挟持部６０の挟持面５５ａ，５５ｂと対向する対向面が、円環状挟持面８０とされて、この円環状挟持面８０と、挟持部６０の挟持面５５ａ，５５ｂとの間で、吸気パイプ１７の外フランジ部５４が、挟持されることとなる。

なお、この図１０に示される実施形態においては、装置本体１４の挟持部６０を構成する端部大径部５２，５３の軸方向長さ：Ｈ₁が、有利には、吸気パイプ１７の外フランジ部５４の厚さ：Ｈ₂よりも小なる寸法とされる。これによって、吸気パイプ１７の外フランジ部５４が、装置本体１４の挟持部６０の挟持面５５ａ，５５ｂと挟持治具１６の円環状挟持面８０との間で、より確実に且つ強固に挟持され、以て、吸気パイプ１７の外フランジ部５４形成側端部が、装置本体１４の保持孔５１内に、軸方向の動きを規制された状態で、確実に保持されるようになる。

さらに、挟持治具１６を装置本体１４に対してボルト等にて固定的に取り付けるのではなく、アクチュエータ等を用いて、挟持治具１６を装置本体１４に対して前進・後退可能に移動させることにより、装置本体１４の保持孔５１内に保持された吸気パイプ１７の外フランジ部５４を、それら挟持治具１６と装置本体１４との間で、自動的に挟持せしめるように構成することも可能である。

例えば、図１１に示されるように、シリンダ８２のピストンロッド８６の先端に、挟持治具１６を、挟持面７２とは反対側の面において取り付けて、ピストンロッド８６をシリンダ８２から突出作動させることにより、挟持治具１６を装置本体１４に向かって前進移動させ、かかる挟持治具１６により、装置本体１４の保持孔５１内に保持された吸気パイプ１７の外フランジ部５４を押圧し、以て、外フランジ部５４を、挟持治具１６と装置本体１４の挟持部６０との間で挟持するのである。このような構造を採用すれば、挟持治具１６を装置本体１４に対してボルト７６により締結するという手間を、有利に省くことが出来る。

なお、挟持治具１６を、装置本体１４に対して前進させて、固定せしめるアクチュエータとしては、例示のシリンダの他、例えば、ピニオンとラックとを組み合わせたギヤ機構やねじ送り機構等を作動させて、挟持治具１６を装置本体１４に接近移動させる電動モータ等も、適宜に採用され得る。

また、装置本体１４は、前記実施形態においては、二つの分割体とされていたが、かかる装置本体を一体物にて構成したり、三つ以上の分割体にして、構成したりすることも可能である。

さらに、前記実施形態では、超音波ホーン１８が水平方向から挿入されて、切削加工が行われるようになっているが、例えば上下方向からの挿入でも良く、その挿入方向は、特に限定されるものではない。

更にまた、超音波ホーン１８の切削刃２４の形状も、前記実施形態における円筒形状に何等限定されるものではなく、被加工物の筒部の形状により、公知の適宜の形状に変更され得ることは言うまでもないところである。

加えて、例示の実施形態は、本発明を、何れも、自動車の吸気パイプを内径切削する際に用いられる、超音波切削加工用パイプ保持装置に適用したものの具体例であったが、本発明は、被加工物が有する軟質材料からなる筒部の内周部を超音波切削加工するために用いられる、筒部内周部切削加工用被加工物保持装置の何れに対しても、有利に適用されるものであることは、勿論である。なお、その際の被加工物は、そのような内径切削加工の施される筒部を有する限りにおいて、例示の吸気パイプに限られることなく、他の各種の成形形状の、ゴムやエラストマ等の成形品を対象とすることが出来る。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないことである。

本発明に従う構造を有する筒部内周部切削加工用被加工物保持装置の一実施形態を、超音波切削加工装置に組み付けた状態において示す、一部切欠き説明図である。図１に示される保持装置を、超音波切削加工装置側から見た正面説明図である。図２におけるIII−III断面説明図である。図１に示される装置本体の分解説明図である。図４におけるＶ−Ｖ断面説明図である。図１に示された装置本体に装備される挟持治具の正面説明図である。図６におけるVII−VII断面説明図である。図１に示される保持装置を用いて、被加工物の筒部を超音波切削加工する際に採用される工程の一例を示す断面説明図であって、被加工物の筒部を保持装置の保持孔内に保持せしめて、超音波ホーンの切削刃と同軸的に位置せしめた状態を示している。図８の工程に引き続いて実施される工程を示す断面説明図であって、保持装置の保持孔内に保持された被加工物の筒部内に、超音波ホーンの切削刃を押し込んで、筒部の内周部を超音波切削加工している状態を示している。本発明に従う構造を有する筒部内周部切削加工用被加工物保持装置の別の実施形態を示す、図８に対応する断面説明図である。本発明に従う構造を有する筒部内周部切削加工用被加工物保持装置の更に別の実施形態を示す、図８に対応する断面説明図である。

符号の説明

１０保持装置１２超音波切削加工装置
１４装置本体１６挟持治具
１７吸気パイプ１８超音波ホーン
２４切削刃２６水平移動機構
４２上側保持体４４下側保持体
４８，５０半円孔５１保持孔
５２，５３端部大径部５４外フランジ部
５６，５７凹部６０挟持部
６２収容部７４突部
７８内周部

Claims

軟質材料からなる筒部の端部開口部に軸直角方向外方に延びる外フランジ部が一体形成されてなる被加工物を保持し、該被加工物の筒部に対して、超音波ホーンの先端部に一体的に設けられた筒状の切削刃を同軸的に押し込むことにより、該筒部の内周部を切削加工するために用いられる、該被加工物の保持装置であって、
前記被加工物の外フランジ部を挟持するための挟持部が開口周縁部に設けられた保持孔を有し、該外フランジ部が該挟持部に配置された状態で、該被加工物の前記筒部が該保持孔内に挿入位置せしめられることによって、かかる筒部を保持し得るように構成した装置本体と、
該装置本体の前記挟持部との間で、前記被加工物の外フランジ部を挟持して、前記切削刃の押込みに伴う前記被加工物の筒部の軸方向の動きを規制する挟持手段と、
を含んで構成したことを特徴とする筒部内周部切削加工用被加工物保持装置。
前記装置本体の保持孔の軸方向内方に所定距離入り込んだ内周面部位に、該保持孔の直径を大径とする凹部が、周方向に連続して延びるように形成されている請求項１に記載の筒部内周部切削加工用被加工物保持装置。
前記挟持手段が、前記被加工物の外フランジ部の挟持面に、前記装置本体における前記挟持部の側に向かって突出する突部を有している請求項１又は請求項２に記載の筒部内周部切削加工用被加工物保持装置。
前記装置本体が、前記保持孔の内周面を周方向に複数に分割した内周面部分をそれぞれ備えた複数の分割体からなり、該複数の分割体が相互に組み付けられることによって、該保持孔が形成されるようになっている請求項１乃至請求項３のうちの何れか１項に記載の筒部内周部切削加工用被加工物保持装置。