DE60115549T2 - Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit Durchgangslöchern mit hohem Aspektverhältis - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit Durchgangslöchern mit hohem Aspektverhältis Download PDF

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Yoshinori Mizuho-ku Aichi Pref. Yamaguchi
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Description

  • Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit ein großes Verhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten bei hoher Dichte und im Besonderen bei der Verwendung eines weichen Materials, das nach dem Stanzen bei der Handhabe verformt wird, ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken, durch welches in Werkstücken mit vorbestimmter Dicke eine Vielzahl an ein großes Verhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten mit einer ähnlichen hohen Präzision wie beim Bohren von Lochabschnitten in ein dünnes Lagenmaterial ausgebildet werden.
  • Bei der Herstellung von Werkstücke ist die Senkung von Kosten, Gewicht und Größe gemeinhin ein Anliegen, und insbesondere bei Werkstücken mit zahlreichen elektrischen Schaltungsanordnungen ist eine kleine Größe notwendig und für bedeutende Entwicklungen auf dem Gebiet der Bauteilpackungstechnologie verantwortlich. Für diese Entwicklungen war es unter anderem notwendig, kleine Durchgangslochabschnitte mit hoher Präzision für Leiterplatten mit darauf angebrachten elektronischen Bauteilen zu fertigen, damit die elektronischen Schaltungen mit höherer Dichte integriert werden können, wobei gleichzeitig die Kühlwirkung berücksichtigt werden muss, und um eine hohe Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Zudem sind Technologien zur präzisen Bohrung von kleinen Durchgangslochabschnitten in Werkstücken unabdingbar; so ist es beispielsweise notwendig, noch kleinere Durchgangslochabschnitte als in Leiterplatten höchst präzise in die Tintenausstoßabschnitte von Tintenstrahldruckern zu bohren.
  • In letzter Zeit wurden elektronische Schaltungen immer dichter integriert, weshalb es notwendig wurde, eine größere Anzahl an kleinen Durchgangslochabschnitten in eine vorbestimmte Fläche von Materialsubstraten zu bohren. Auch wurde es notwendig, die Durchgangslochabschnitte, was die Lochmaße betrifft, kleiner und tiefer aus zubilden, mit anderen Worten, der Durchmesser der obgenannten Durchgangslochabschnitte soll kleiner und ihre Axiallänge (Tiefe) größer sein. Das bedeutet, dass diese Aspektverhältnisse größer gemacht werden müssen.
  • Deshalb müssen diese Durchgangslochabschnitte auch mit hoher Präzision ausgebildet werde. Im Allgemeinen bezeichnet das Aspektverhältnis das Verhältnis des Durchmessers zur Axiallänge des Durchgangslochabschnitts, wenn der Durchgangslochabschnitt zylindrisch ist, bzw. jenes des kürzesten Abstands zwischen einander gegenüberliegenden Rändern in einer Oberfläche, an der sich der Durchgangslochabschnitt öffnet, wenn dieses nicht zylindrisch ist. Hier ist der kürzeste Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Rändern eines Lochs jeweils der kürzeste Abstand S in den 5(a) und 5(b). Ein Durchgangslochabschnitt mit hohem Aspektverhältnis ist also ein langes und schmales Loch mit großer Axiallänge im Vergleich zum Durchmesser oder zum kürzesten Abstand des Lochs.
  • Das Bohren von Löchern mithilfe einer Stanzform kann als eines der herkömmlichen Verfahren zum Bohren einer großen Anzahl an kleinen Durchgangslochabschnitten in einem solchen Lagenmaterial angeführt werden. Dieses obgenannte Bohren ist ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken, indem ein Lagenmaterial mit vorbestimmter Dicke unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform in einem Vorgang gestanzt wird. Beim obigen Verfahren stellt sich aber das Problem mangelnder Präzision, da ein dickes Lagenmaterial von Anfang an als ein einziges Stanzobjekt behandelt wird und somit ein großer Abstand zwischen dem Stanzwerkzeug und der Stanzform vorliegen muss. Außerdem wird während des Stanzens eine Scherkraft ausgeübt, die größer als bei dünnen Langenmaterialien ist, und insbesondere in der Stanzform ist eine große Anzahl an Löchern notwendig, wenn die Durchgangslochabschnitte mit großer Dichte ausgebildet werden. Dadurch kann es sich ergeben, dass die Festigkeit der Stanzform der großen Scherkraft nicht widerstehen kann, dass mangelnde Steifigkeit Verformungen verursacht und dass zudem das Problem von Beschädigungen auftreten kann.
  • Die 3(a) und 3(b) zeigen den Zustand beim Bohren eines Durchgangslochabschnitts mithilfe einer Stanzform. Wie in 3(a) gezeigt ist, entstehen beim Stanzen Risse 15 im Allgemeinen ausgehend von den jeweiligen Kanten 14 eines Stanzwerkzeugs 10 und einer Form 12, wenn das Stanzwerkzeug ein Lagenmaterial 13 stanzt, das nach Bereitstellung eines Abstands 16 als Zwischenraum zwischen Stanzwerkzeug 10 und Stanzform 12 auf die Stanzform 12 gelegt wurde. Die Risse 15 bilden sich in der Nähe des Zwischenraums 16, und die Präzision des Durchgangslochabschnitts variiert innerhalb des Bereichs des Zwischenraums 16. Deshalb ist gemäß dem Verfahren zum Bohren von Durchgangslochabschnitten mit der Stanzform der Querschnitt der Durchgangslochabschnitte eines Lagenmaterials nach dem Stanzen im Allgemeinen in Stanzrichtung verjüngt, wie in 3(b) dargestellt ist. "Basic Machining (I)", herausgegeben von der Nikkan Kogyo Shimbun Ltd, zufolge muss der Zwischenraum 16 für die Stanzform bei einem dickeren Lagenmaterial größer sein, beispielsweise 4–12 % der Lagendicke bei dünnen Lagen und etwa 18–26 % der Lagendicke bei dicken Lagen. Das bedeutet, dass die Präzision der Löcher bei einem dicken Lagenmaterial gemindert ist, wie zuvor schon beschrieben wurde. Deshalb sind auch die obigen Verfahren zum hochdichten Bohren kleiner Durchgangslochabschnitte, die ein großes Aspektverhältnis aufweisen, nicht geeignet, da die Durchmesser an der Austrittseite in Stanzrichtung ungleich sind.
  • Als verbessertes Verfahren zum Bohren von Löchern mithilfe der obigen Stanzform wurde ein Verfahren zum Erhalt von Werkstücken mit vorbestimmter Dicke angewendet, beim dem die dünnen Lagenmaterialien nach dem Stanzen umgeladen und miteinander laminiert werden. Beim obigen Verfahren können die Löcher mit hoher Dichte gebohrt werden, da die Lagendicke des Materials, das in einem Vorgang gestanzt wird, dünn ist und dadurch die Präzision eines jeden Lochabschnitts einer jeden Lage des Lagenmaterials bei den einzelnen Stanzvorgängen erhöht und die vom Stanzwerkzeug und der Stanzform ausgeübte Scherkraft gemindert ist. Allerdings stellt sich hier das Problem eines schwachen Produktions-Wirkungsgrades und hoher Kosten, da Aufspannvorrichtungen zum Umladen der Lagenmaterialien und Platz zum Laminieren benötigt werden und eine größere Anzahl an Bearbeitungsschritten ausgeführt werden muss. Außerdem werden zum präzisen Laminieren Führungsstifte benötigt, weshalb durch das Bohren zusätzlicher Löcher zu den benötigten Durchgangslochabschnitten im Werkstück Abfall erzeugt wird. Wenn ein weiches Material verwendet wird, das nach dem Stanzen verformt werden kann, und wenn die Werkstücke zu einer vorbestimmten Dicke laminiert werden, treten zudem nach dem Umladen und Laminieren Spalte zwischen den Löchern und somit das Problem geringerer Präzision der Durchgangslochabschnitte auf. Daher ist das obige Verfahren zum hochdichten Bohren kleiner Durchgangslochabschnitte mit großem Aspektverhältnis nicht geeignet.
  • Als weiteres herkömmliches Verfahren wird ein Verfahren zum Bohren von Löchern durch einen Laserstrahl und ohne Einsatz einer Stanzform verwendet. Es handelt sich hierbei um die Bearbeitung durch Laserstrahl, d.h. um ein Bearbeitungsverfahren, bei dem ein Arbeitsmaterial dem Laserstrahl ausgesetzt wird, nachdem der obige Strahl mithilfe einer Linse fokussiert wurde. Bei dieser Laserstrahlbearbeitung stellt sich aber das wesentliche Problem einer schwachen Präzision, wenn es um Durchgangslochabschnitte mit hohem Aspektverhältnis geht, da die Durchgangslochabschnitte beim Verfahren der Laserstrahlfokussierung in Fortpflanzungsrichtung des Laserstrahls konisch verlaufen.
  • In den 4(a) und 4(b) ist der Zustand beim Bohren eines Durchgangslochabschnitts durch Laserstrahlbearbeitung gezeigt. Wie 4(a) zu entnehmen ist, tritt in einer Laserbearbeitungsvorrichtung ein paralleler Lichtstrahl 17 durch eine Kondensorlinse 18 und wird für die Bearbeitung einer Position mit einem gewissen Brennpunktabstand 20 dazwischen gebündelt. Mit zunehmendem Abstand vom Brennpunkt wird die Laserstrahlbreite 19 größer, d.h. der Durchmesser des herausgearbeiteten Durchgangslochabschnitts nimmt zu. Bei einem dickeren Lagenmaterial wird somit, während des Bohrens des Lochs an der Austrittsseite in der Fortpflanzungsrichtung des Laserstrahls, ein Durchgangslochabschnitt mit größerem Durchmesser an der Eintrittseite in der Fortpflanzungsrichtung des Laserstrahls gebohrt. In der Folge entsteht ein sich verjüngender Durchgangslochabschnitt, wie in 4(b) abgebildet ist.
  • Außerdem kann durch die Wärmeenergie, die zur Laserstrahlbearbeitung verwendet wird, ein zu bearbeitendes Lagenmaterial durch die Wärmewirkung verformt werden, wodurch eine veränderte Lage erhalten wird. Dadurch tritt auch das zusätzliche Problem ungleicher Durchmesser der Durchgangslochabschnitte auf. Auch führt eine größere Dicke des Lagenmaterials zu einer geringeren Präzision der Durchgangslochabschnitte, da ein solches dickeres Lagenmaterial eine größere Menge an Laserstrahlenergie, d.h. mehr Wärmeenergie, benötigt. Daher kann die obige Laserstrahlbearbeitung nur schwer als geeignetes Verfahren zum hochdichten Bohren von Durchgangslochabschnitten mit großem Aspektverhältnis bezeichnet werden.
  • Wie oben beschrieben wurde, gab es auf dem Gebiet der hochdichten Anordnung von Bauteilen für verschiedene Industriezweige, insbesondere für Elektronikbauteile, zahlreiche Entwicklungen, weshalb im Bereich der Herstellung von Werkstücken, in die feine Durchgangslochabschnitte mit großer Dichte gebohrt werden müssen, Verfahren zur Herstellung von Durchgangslochabschnitten mit großem Aspektverhältnis benötigt werden, bei denen keine Beschädigungen auftreten und bei denen Sicherheit und Präzision erhöht sind, und zwar selbst bei der Verwendung eines weichen Materials mit solchen Maßen oder Form, dass bei der Handhabe nach dem Bohren Verformungen entstehen können.
  • Die US-A Nr. 3.803.697 offenbart in den 6–13 ein Verfahren, bei dem ein leitfähiges Element mit einem Stanzwerkzeug aus einem Streifen gestanzt und in ein Loch in eine Leiterplatte, das mit demselben Stanzwerkzeug geformt wurde, eingeführt wird. Während das Stanzwerkzeug in einem vorgefertigten Loch im Streifen eingeführt ist, wird das Stanzwerkzeug nach unten bewegt, um das Loch in der Leiterplatte zu formen. Nun wird das Stanzwerkzeug aus der Platte und dem Streifen herausgezogen und der Streifen in eine neue Position vorgeschoben. Das Stanzwerkzeug wird erneut abgesenkt, um einen Abschnitt des Streifens herauszustanzen und in das Loch in der Leiterplatte vorzuschieben.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben aufgeführten Probleme entwickelt. Es ist Ziel der Erfindung, die Probleme der herkömmlichen Technologien zu lösen und einen Beitrag zu einer dichteren Packung von Werkstücken, insbesondere von Elektronikteilen, zu leisten, indem Werkstücke bereitgestellt werden, die eine vorbestimmte Dicke aufweisen und über eine Vielzahl an hochdicht angeordneten, kleinen Durchgangslochabschnitten mit großem Aspektverhältnis verfügen, und zwar auf der Grundlage einer Konfiguration, bei der selbst bei der Verwendung eines weichen, verformbaren Materials feine Durchgangslochabschnitte mit kleinem Durchmesser, beispielsweise von 100 μm oder weniger, und einer Axiallänge, deren Verhältnis in Bezug auf den Durchmesser größer als ein vorbestimmtes Verhältnis ist, gebohrt werden können, wobei der obgenannte Bohrvorgang ähnlich präzise wie das Bohren von Durchgangslochabschnitten in eine Lage eines dünnen Lagenmaterials ist, und wobei die Durchgangslochabschnitte eine in etwa zylindrische, geradlinige Form aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten bereit, wie in Anspruch 1 dargelegt ist.
  • Im ersten und im vierten Schritt dieses Verfahrens ist es bevorzugt, einen Abstandshalter zwischen der Stanzform und dem Abstreifer anzuordnen, wenn der Lochabschnitt mit dem Stanzwerkzeug gebohrt wird. Der Abstandshalter ist vorzugsweise um 5–15 μm dicker als die Gesamtdicke des in der Stanzform und im Abstreifer angeordneten Lagenmaterials.
  • Nachdem der vierte bis sechste Schritt wiederholt wurden, um die gewünschte Anzahl an Lagen des Lagenmaterials zu laminieren, wird vorzugsweise eine ein Arbeitsstück aufnehmende Einspannvorrichtung in einen oberhalb der Stanzform liegenden Raum eingeführt, die laminierten Lagen des Lagenmaterials von der Stanz form abgenommen und in die das Arbeitsstück aufnehmende Einspannvorrichtung eingebracht.
  • Es ist bevorzugt, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes umfasst: einen Schritt des Entfernens von Abfall am ersten Lochabschnitt des ersten Lagenmaterials zwischen dem zweiten und dem dritten Schritt, mit der Maßgabe, dass der Spitzenabschnitt des Stanzwerkzeugs leicht über den unteren Abschnitt der angehobenen ersten Lage des Lagenmaterials vorsteht, und einen Schritt des Entfernens von Abfall am zweiten Lochabschnitt des zweiten Lagenmaterials, mit der Maßgabe, dass der Spitzenabschnitt des Stanzwerkzeugs leicht über den unteren Abschnitt der angehobenen zweiten Lage des Lagenmaterials vorsteht. Der Abfall kann mithilfe eines Luftgebläsemittels, wobei der Abfall durch einen Druckluftstrom entfernt wird, oder einem Haftmittel, wobei der Abfall durch die Anhaftung des Abfalls am Haftmedium entfernt wird, entfernt werden.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die Genauigkeit der Größe der obigen Durchgangslochabschnitte, die in das obige Werkstück gebohrt werden, so ausgerichtet werden, dass sie jener der Lochabschnitte, die in der obigen einen Lage eines Lagenmaterials gebohrt wurden, ähnlich ist.
  • Außerdem ist es mithilfe der vorliegenden Erfindung gegebenenfalls möglich, Durchgangslochabschnitte mit einem hohen Aspektverhältnis auszubilden, was bedeutet, dass das Verhältnis der Durchmesser oder jenes der kürzesten Abstände von einem Rand zum gegenüberliegenden Rand der Durchgangslochabschnitte zur Axiallänge der Abschnitte in etwa 1:1 bis 1:15 beträgt. Auch ist es möglich, Durchgangslochabschnitte auszubilden, bei denen das Verhältnis des Abstands zwischen den benachbarten Durchgangslochabschnitten zur Axiallänge der obgenannten entsprechenden Abschnitte in etwa 1:1 bis 1:15 beträgt. Zudem besteht gegebenenfalls die Möglichkeit, Durchgangslochabschnitte mit einem hohen Aspektverhältnis, bei denen der Durchmesser dieser Abschnitte 100 μm oder weniger beträgt, und Durchgangslochabschnitte mit einem hohen Aspektverhältnis, bei denen der Abstand zwischen den benachbarten Durchgangslochabschnitten 100 μm oder weniger beträgt, auszubilden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Lagen des Lagenmaterials aneinander gehaftet werden, indem das obgenannte Lagenmaterial gemeinsam mit einem zuvor darauf aufgebrachten Haftmittel verwendet wird, oder indem eine Haftlage zwischen den Lagen des Lagenmaterials eingeschoben wird. In einer bestimmten Ausführungsform wird gegebenenfalls jedes Lagenmaterial unter Einsatz eines Vakuumsogs in engem Kontakt miteinander laminiert, nachdem Löcher für die Vakuumansaugung in das Lagenmaterial gebohrt wurden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die 1(a)–1(e) zeigen erklärende Ansichten der Schritte einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Werkstücken mit ein hohes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform gemäß der vorliegenden Erfindung; 1(a) zeigt einen Vorbereitungsschritt für die erste Lage des dünnen Lagenmaterials, in dem die erste Lage in eine Stanzform eingebracht wird; 1(b) zeigt einen Stanzschritt für die erste Lage, in dem die erste Lage mit einer Form gestanzt wird; 1(c) zeigt einen Vorbereitungsschritt für die zweite Lage; 1(d) zeigt einen Stanzschritt für die zweite Lage; und 1(e) zeigt einen Abschlussschritt der Lagenstanzung, in dem die laminierten Lagen des Lagenmaterials von einem Abstreifer abgelöst werden, nachdem der Stanzvorgang und die Laminierung abgeschlossen wurden.
  • Die 2(a) und 2(b) zeigen eine Ansicht eines Werkstücks, das Durchgangslochabschnitte mit einem hohen Aspektverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist; 2(a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Werkstücks, das Durchgangslochabschnitte mit hohem Aspektverhältnis aufweist; und 2(b) zeigt eine vergrößerte Ansicht der Durchgangslochabschnitte mit hohem Aspektverhältnis aus 2(a).
  • Die 3(a) und 3(b) zeigen eine Ansicht der Bohrung eines Durchgangslochabschnitts mithilfe einer Stanzform gemäß einem herkömmlichen Verfahren; 3(a) zeigt eine schematische Ansicht des Zustands entstandener Risse; und 3(b) zeigt eine erklärende Ansicht eines Querschnitts durch den Durchgangslochabschnitt eines Lagenmaterials nach dem Stanzen.
  • Die 4(a) und 4(b) zeigen eine Ansicht der Bohrung eines Durchgangslochabschnitts mithilfe der Laserstrahlbearbeitung gemäß einem herkömmlichen Verfahren; 4(a) zeigt eine schematische Ansicht eines Zustands bei der Herstellung mit einem Laserstrahl; und 4(b) zeigt eine erklärende Ansicht eines Querschnitts durch den Durchgangslochabschnitt eines Lagenmaterials nach der Laserstrahlbearbeitung.
  • Die 5(a) und 5(b) zeigen eine Ansicht von Werkstücken, die Durchgangslochabschnitte mit hohem Aspektverhältnis aufweisen, gemäß der vorliegenden Erfindung; 5(a) ist eine erklärende Ansicht, die ein Beispiel für den kürzesten Abstand eines Durchgangslochabschnitts zeigt, und 5(b) ist eine erklärende Ansicht, die ein weiteres Beispiel für den kürzesten Abstand eines Durchgangslochabschnitts zeigt.
  • 6 ist eine erklärende Ansicht, die ein Beispiel eines Querschnitts eines Durchgangslochabschnitts mit hohem Aspektverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7 ist eine erklärende Ansicht eines Verfahrensschritts und zeigt ein Beispiel für ein herkömmliches Stanzverfahren unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform.
  • 8 ist eine erklärende Ansicht eines Verfahrensschritts und zeigt ein weiteres Beispiel für ein herkömmliches Stanzverfahren unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform.
  • Die 9(a)–9(c) sind erklärende Ansichten von Verfahrensschritten und zeigen ein Beispiel für ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein hohes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform; 9(a) zeigt einen Vorbereitungsschritt, in dem eine Lage eines dünnen Lagenmaterials auf einer Stanzform angebracht wird, 9(b) zeigt einen Stanzschritt, bei dem die Lage des Lagenmaterials mit einem Stanzwerkzeug gestanzt wird, und 9(c) zeigt einen Abfallbeseitigungsschritt, in dem ein Abstreifer mit der Lage des Lagenmaterials angehoben wird, um den Abfall zu entfernen.
  • 10 ist eine erklärende Ansicht, die ein Beispiel für ein herkömmliches Stanzverfahren unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform zeigt.
  • 11 ist eine erklärende Ansicht, die ein Beispiel für ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein hohes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform zeigt.
  • Die 12(a)–12(c) sind erklärende Ansichten von Verfahrensschritten und zeigen ein Beispiel für ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein hohes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform; 12(a) zeigt einen Abschlussschritt A der Lagenstanzung, in dem die gewünschte Anzahl n (n = 3) an Lagen des Lagenmaterials gestanzt und laminiert sind und der Abstreifer angehoben wird, 12(b) zeigt einen Abschlussschritt B der Lagenstanzung, in dem eine das Arbeitsstück aufnehmende Einspannvorrichtung in einen oberhalb der Stanzform liegenden Raum eingeführt wird, und 12(c) zeigt einen Abschlussschritt C der Lagenstanzung, in dem die laminierten Lagen des Lagenmaterials vom Abstreifer abgelöst werden, um vom Abstreifer in die das Arbeitsstück aufnehmende Einspannvorrichtung umgeladen zu werden.
  • Die 13(a)–13(f) sind erklärende Ansichten, die ein Beispiel für ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein hohes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform zeigen; 13(a) zeigt ein Loch für die Vakuumabsaugung, das im Abstreifer angeordnet ist, 13(b) zeigt ein Loch für die Vakuumabsaugung, das in der ersten Lage des Lagenmaterials angeordnet ist, 13(c) zeigt ein Loch für die Vakuumabsaugung, das in der zweiten Lage des Lagenmaterials angeordnet ist, 13(d) zeigt ein Loch für die Vakuumabsaugung, das in der dritten Lage des Lagenmaterials angeordnet ist, 13(e) zeigt ein Loch für die Vakuumabsaugung, das in der vierten Lage des Lagenmaterials angeordnet ist, und 13(f) zeigt ein Loch (kein Loch) für die Vakuumabsaugung, das in der fünften (und letzten) Lage des Lagenmaterials angeordnet ist.
  • 14 ist eine Seitenansicht, die eine Ausführungsform eines Stanzwerkzeugs zeigt, welches in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein hohes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten zum Einsatz kommt.
  • Die 15(a)–15(f) sind erklärende Ansichten einzelner Verfahrensschritte, die ein Beispiel für ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein hohes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform zeigen; 15(a) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der ersten Lage, in dem die erste dünne Lage des Lagenmaterials auf eine Stanzform gelegt wird, 15(b) zeigt jenen Zustand im Zuge des Stanzschritts für die erste Lage, bei dem der Abstreifer nach unten gezogen wird, um am Lagenmaterial auf der Stanzform anzustoßen, 15(c) zeigt eine Zustand, in dem die erste Lage im Zuge des Stanzschritts für die erste Lage mit einem Stanzwerkzeug in die Stanzform gestanzt wird, 15(d) zeigt einen Zustand, in dem das Stanzwerkzeug vom Bodenabschnitt des angehobenen Lagenmaterials aus leicht eingezogen wird, wobei der Abstreifer anstoßend an das Lagenmaterial auf der Stanzform gehalten wird, 15(e) zeigt den Zustand, in dem der Abstreifer im Zuge des Stanzschritts für die erste Lage angehoben wird, und 15(f) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der zweiten Lage.
  • Die 16(a)–16(f) sind erklärende Ansichten von Verfahrensschritten, die ein Beispiel für ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein hohes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform zeigen; 16(a) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der ersten Lage, in dem die erste dünne Lage des Lagenmaterials auf eine Stanzform gelegt wird, 16(b) zeigt einen Stanzschritt für die erste Lage, in dem die erste Lage mit einem Stanzwerkzeug gestanzt wird, 16(c) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der zweiten Lage, 16(d) zeigt einen Stanzschritt für die zweite Lage, 16(e) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der dritten Lage, und 16(f) zeigt einen Abschlussschritt C der Lagenstanzung, in dem die laminierten Lagen des Lagenmaterials vom Abstreifer abgelöst werden, nachdem alle Lagen gestanzt und laminiert wurden.
  • Die 17(a)–17(f) sind erklärende Ansichten von Verfahrensschritten, die ein Beispiel für ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein hohes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform zeigen; 17(a) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der ersten Lage, in dem die erste dünne Lage des Lagenmaterials auf eine Stanzform gelegt wird, 17(b) zeigt einen Stanzschritt für die erste Lage, in dem die erste Lage mit einem Stanzwerkzeug gestanzt wird, 17(c) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der zweiten Lage, 17(d) zeigt einen Stanzschritt für die zweite Lage, 17(e) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der dritten Lage, und 17(f) zeigt einen Abschlussschritt C der Lagenstanzung, in dem die laminierten Lagen des Lagenmaterials vom Abstreifer abgelöst werden, nachdem alle Lagen gestanzt und laminiert wurden.
  • Die 18(a)–18(f) sind erklärende Ansichten von Verfahrensschritten, die ein Beispiel für ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein hohes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Ver wendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform zeigen; 18(a) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der ersten Lage, in dem die erste dünne Lage des Lagenmaterials auf eine Stanzform gelegt wird, 18(b) zeigt einen Stanzschritt für die erste Lage, in dem die erste Lage mit einem Stanzwerkzeug gestanzt wird, 18(c) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der zweiten Lage, 18(d) zeigt einen Stanzschritt für die zweite Lage, 18(e) zeigt einen Schritt zur Vorbereitung der dritten Lage, und 18(f) zeigt einen Abschlussschritt C der Lagenstanzung, in dem die laminierten Lagen des Lagenmaterials vom Abstreifer abgelöst werden, nachdem alle Lagen gestanzt und laminiert wurden.
  • 19 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für den Hebe und Absenkmechanismus eines als Abstandshalter dienenden Distanzstücks der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 20 ist eine perspektivische Ansicht, die ein vorstehendes Distanzstück zeigt, welches in einem Verfahren zur Herstellung von Werkstücken, dessen Schritte in den 16(a)–16(f) veranschaulicht sind, zur Anwendung gelangt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Hierin in Folge werden Ausführungsformen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit Durchgangslochabschnitten, die ein hohes Aspektverhältnis aufweisen, detailliert beschrieben.
  • In der vorliegenden Beschreibung bezeichnen sowohl der Terminus Durchgangslochabschnitt als auch der Begriff Lochabschnitt ein Loch, das durch eine Lage eines Lagenmaterials mit einer Dicke, die von einer Oberfläche zu anderen reicht, gebohrt wird. Allerdings bezeichnet ein Lochabschnitt ein Loch, das durch eine laminierte Lage eines Lagenmaterials gebohrt wurde.
  • Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dünne Lagenmaterialien in einer Fertigungsvorrichtung, die ein Stanzwerkzeug und eine Stanzform aufweist, laminiert werden, wobei das Stanzwerkzeug wie ein Führungsstift in herkömmlichen Verfahren als Laminierungsachse dient. Weiters ist sie dadurch gekennzeichnet, dass das Anheben des Stanzwerkzeugs gestoppt wird, wenn der Spitzenabschnitt des Stanzwerkzeugs vom Bodenabschnitt des angehobenen Lagenmaterials leicht eingezogen wird, um so eine Verformung des in jede Lage aus dünnem Lagenmaterial gebohrten Lochabschnitts zu verhindern.
  • 10 zeigt ein Beispiel für ein herkömmliches Stanzverfahren unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform. Ein bestimmter Abstand zwischen dem Stanzwerkzeug 10 und einem Loch des Abstreifers 11 ist notwendig, solange sich das Stanzwerkzeug im Loch des Abstreifers 11 bewegt. Dadurch kommt es zwangsläufig zu einer Verschiebung zwischen der Mittelachse des Stanzwerkzeugs 10 und der Mittelachse des Lochs des Abstreifers 11.
  • Gewöhnlich ändert sich, wie in 10 dargestellt, die Richtung und das Ausmaß der Verschiebung a1, a2, a3 zwischen der Mittelachse des Stanzwerkzeugs 10 und der Mittelachse des Abstreifers 11 jedes Mal, wenn eine Lage gestanzt wird, sodass jede Lage des Lagenmaterials ein Loch an einer anderen Stelle aufweist. Selbst wenn also ein Durchgangslochabschnitt durch Laminieren dieser Lagen ausgebildet wird, kann kein Lochabschnitt mit hoher Präzision erhalten werden.
  • Den Merkmalen der vorliegenden Erfindung entsprechend ändert sich die Richtung und das Ausmaß der Verschiebung zwischen der Mittelachse des Stanzwerkzeugs 10 und der Mittelachse des Lochs des Abstreifers 11 nicht bei jedem Lagenstanzvorgang. Da eine Kraft in die Richtung wirkt, in die das Stanzwerkzeug vom Außenumfang aus in einem gestanzten Loch in der angehobenen Lage des Lagenmaterials umgriffen wird (in die Richtung des Radius), kann das Stanzwerkzeug stabil gehalten werden. Dadurch kann ein präziserer Lochabschnitt in eine Lage des Lagenmaterials gebohrt werden.
  • 11 ist eine erklärende Ansicht, die ein Beispiel für ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit Durchgangslochabschnit ten, die ein hohes Aspektverhältnis aufweisen, zeigt, wobei hier ein Zustand dargestellt ist, in dem ein Abstreifer 11 angehoben wird, nachdem drei Lagen des Lagenmaterials 3 gestanzt wurden. Selbst dann, wenn ein Durchgangslochabschnitt in diese drei Lagen des Lagenmaterials 3 gestanzt wird, ändert sich in diesem Beispiel die jeweilige Art der Verschiebung a4, a5, a6 in den einzelnen Lochabschnitten in den drei Lagen des Lagenmaterials 3 nicht, da das Lagenmaterial 3 mithilfe des Stanzwerkzeugs 10 laminiert ist, das als entlang der Mittelachse der Stanzwerkzeugs 10 und der Mittelachse des Lochs im Abstreifer 11 verlaufende Achse dient, selbst wenn sich die Verschiebungen a4, a5 und a6 in Richtung und Größe unterscheiden. Dadurch weist ein durch die drei laminierten Lagen des Lagenmaterials 3 ausgebildeter Durchgangslöchabschnitt einen höhere Präzision auf. Da das Lagenmaterial 3 das Stanzwerkzeug 10 rund um einen Spitzenabschnitt des Stanzwerkzeugs 10 stützt, verhindert das Lagenmaterial 3 dazu auch noch eine Verbiegung der Spitzenabschnitts des Stanzwerkzeugs 10.
  • In der vorliegenden Erfindung ist es durch die obige Konfiguration gegebenenfalls selbst dann, wenn ein weiches Material, das durch die Handhabe nach dem Stanzen verformt werden kann, möglich, Durchgangslochabschnitte, die ein großes Aspektverhältnis aufweisen, in hoher Dichte und mit ähnlicher Präzision wie beim Bohren von Lochabschnitten in ein dünnes Lagenmaterial auszubilden, obwohl bei herkömmlichen Verfahren der Herstellung von Werkstücken mit vorbestimmter Dicke eine größere Dicke zu einer geringeren Präzision der Durchgangslöcher führt.
  • Die mit hoher Dichte gebohrten Durchgangslochabschnitte mit großem Aspektverhältnis, die für Leiterplatten für elektrische Schaltungen und die Tintenstrahlabschnitten von Druckern usw. benötigt werden, sind in den 2(a) und 2(b) dargestellt und wie folgt beschrieben:
    2 zeigt eine Ansicht eines Werkstücks 1 mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten gemäß der vorliegenden Erfindung. 2(a) zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform eines Werkstücks mit Durchgangslochabschnitten 2, die ein großes Aspektverhältnis aufweisen, während 2(b) eine ver größerte Ansicht der obgenannten Durchgangslochabschnitte 2 bietet. Es ist bevorzugt, im Werkstück 1 schmale Durchgangslochabschnitte auszubilden, deren Verhältnis von Durchmesser D zu Axiallänge L in etwa 1:1 bis 1:15 beträgt. Zudem ist es beim Werkstück 1 notwendig, Durchgangslochabschnitte mit hoher Anordnungsdichte auszubilden, wobei das Verhältnis des Abstands N zwischen zwei benachbarten Durchgangslochabschnitten zur Axiallänge L der Durchgangslochabschnitte in etwa 1:1 bis 1:15 beträgt. Sowohl der obgenannte Durchmesser als auch der Abstand N der Durchgangslochabschnitte weisen eine Größe von einigen Dutzend μm auf. In das Werkstück 1 müssen zahlreiche solche Löcher mit einer Größe von 100 μm oder weniger mit einem Abstand von 100 μm oder weniger höchst präzise gebohrt werden, und diese obgenannten Anforderungen können erfüllt werden, indem das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit Durchgangslochabschnitten, die ein großes Aspektverhältnis aufweisen, angewendet wird.
  • Es wird davon ausgegangen, dass unter hoch präzisen Durchgangslochabschnitten solche zu verstehen sind, deren Durchmesser D an allen Abschnitten der Axiallänge der Durchgangslochabschnitte in etwa konstant ist. Mit anderen Worten geht es um Löcher, die sich durch die Dicke eines Lagenmaterials hindurch erstrecken, d.h., der Durchgangslochabschnitt 2 ist so konfiguriert, dass er im Wesentlichen zylindrisch ist, wenn davon ausgegangen wird, dass der Querschnitt durch den Durchgangslochabschnitt 2 kreisrund ist. Der Querschnitt durch den Durchgangslochabschnitt 2 muss aber nicht zwangsläufig rund sein und kann beispielsweise auch die Form der langen und schmalen Ellipse, die in 6 gezeigt ist, aufweisen. Das bedeutet, dass für die Durchgangslochabschnitte ein beliebiger Querschnitt gewählt werden kann. Ist die Präzision der Durchgangslochabschnitte niedrig, die Durchgangslochabschnitte werden aber trotzdem hochdicht ausgebildet, so vereinigen sich zwei oder mehrere Durchgangslochabschnitte, da der Abstand N zwischen benachbarten Durchgangslochabschnitten verschwindet und/oder da die Festigkeit durch einen verringerten Abstand N nicht mehr ausreicht. Dadurch kommt es zu einer Verformung, etwa einem Verbiegen und/oder einer Beschädigung des Wandabschnitts W zwischen benachbarten Durchgangslochabschnitten 2, was die Zuverlässigkeit des Werkstücks 1 deutlich mindert. Gemäß dem Verfahren der Erfindung zur Herstellung von Werkstü cken mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten hingegen tritt dieses Problem nicht auf, das es hiermit möglich ist, Werkstücke mit hoher Formgenauigkeit herzustellen, selbst wenn der obgenannte Wandabschnitt W dünn ist.
  • Bei einem weichen Material von einer gewissen Dimension oder Form, das mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten hergestellt wird und das nach dem Bohren der Löcher verformt wird, handelt es sich beispielsweise um ein weiches Material mit einem Elastizitätsmodul von unter 3000 kp/mm2, z.B. um Polyethylen (Elastizitätsmodul von 310 kp/mm2), (Polyimid (Elastizitätsmodul von 430 kp/mm2) verstärkter Kunststoff (Elastizitätsmodul von 2500 kp/mm2) und Grünlage (Elastizitätsmodul von 4 kp/mm2). Selbst bei einem Elastizitätsmodul von 3000 kp/mm2 oder mehr kann ein Materialstück, beispielsweise ein sehr dünnes Blech von solcher Form und Größe, dass es nach dem Bohren der Löcher durch die Handhabe verformt wird, als Gegenstand für die vorliegende Erfindung verwendet werden.
  • Nun wird eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten beschrieben.
  • Begonnen wird dabei mit den schematisch in den 1(a) bis 1(e) dargestellten Schritten eines Herstellungsverfahrens.
  • Eine Stanzmaschine umfasst im Wesentlichen ein Stanzwerkzeug 10, eine Stanzform 12 und einen Abstreifer 11. Die Lagen aus dünnem Lagenmaterial 3 werden nacheinander einzeln auf die Form 12 gelegt, um vom Stanzwerkzeug 10 gestanzt zu werden. Beschaffenheit, Größe und Dicke des dünnen Lagenmaterials 3 sind nicht im Besonderen eingeschränkt, beispielsweise kann eine Grünlage mit einer Dicke von 40 μm verwendet werden.
  • 1(a) zeigt einen Zustand, in dem eine erste Lage des dünnen Lagenmaterials 3 im Zuge der Vorbereitung auf den Stanzvorgang auf die Stanzform gelegt wird. Danach wird die erste Lage des Lagenmaterials 3 mit dem Stanzwerkzeug 10 gestanzt, wie in 1(b) abgebildet ist. Nun wird mit der Vorbereitung auf das Stanzen der zweiten Lage begonnen, wie in 1(c) dargestellt ist, allerdings wird die erste Lage des Lagenmaterials 3 nicht zum Laminieren weg bewegt, wodurch sich dieses Verfahren von den herkömmlichen unterscheidet, sondern die obgenannte erste Lage 3 wird nach oben in engem Kontakt mit dem Abstreifer 11 bewegt und bleibt dabei im Stanzwerkzeug 10 eingeschoben. Nun kann unter Verwendung einer durch den Abstreifer 11 hindurch verlaufenden Eingangsöffnung die Vakuumabsaugung 8 eingesetzt werden, um das Lagenmaterial 3 in engem Kontakt mit dem Abstreifer 11 zu bringen, und beispielsweise durch Auftragen eines Haftmittels auf die Oberfläche der ersten Lage des Lagenmaterials 3 diese erste Lage am Abstreifer 11 angehaftet werden.
  • Hier ist es bevorzugt, dass das Stanzwerkzeug 10 nicht wieder in den Lochabschnitt der ersten Lage des Lagenmaterials 3 zurückgezogen wird, wenn diese gemeinsam mit dem Stanzwerkzeug 10 und dem Abstreifer 11 von der Stanzform 12 angehoben wird, wie in 1(c) abgebildet ist. Es ist wichtig, dass der Anhebvorgang gestoppt wird, wenn das Stanzwerkzeug leicht vom Bodenabschnitt des dünnen Lagenmaterials zurückgezogen ist. Hier bedeutet "leicht ... eingezogen", dass es "sich immer in einem Zustand befindet, in dem es zumindest ... nicht vorsteht". Der Lochabschnitt wird im Lagenmaterial 3 verformt, wenn ein weiches Material verwendet wird, und bei der Laminierung des Lagenmaterials zur Ausbildung eines Werkstücks 1 kann die Präzision des Lochs gemindert werden, wenn das Stanzwerkzeug 10 in den Lochabschnitt des Lagenmaterials 3 zurückgezogen wird oder vollständig im Abstreifer 11 untergebracht wird.
  • Obwohl ein Verfahren des Laminierens des dünnen Lagenmaterials angewendet wird, dient hier das Stanzwerkzeug 10 selbst, so wie ein Führungsstift bei herkömmlichen Verfahren, als Laminierungsachse für das dünne Lagenmaterial. Mit dem so wie eben beschrieben angeordneten Stanzwerkzeug 10 kann die Verformung eines gebohrten Lochs verhindert werden, und es werden keine Einspannvorrichtungen zum Umlagern des Lagenmaterials 3 und kein Raum zum Laminieren mehr benötigt. Zudem wird so die Anzahl der Herstellungsschritte gesenkt. Somit kann ein Werkstück 1, das Durchgangslochabschnitte mit einem hohen Aspektverhältnis aufweist, mit ähnlicher Präzision wie beim Bohren von Löchern in einem dünnen Lagenmaterial, aber kostengünstiger hergestellt werden.
  • 1(d) veranschaulicht den Stanzschritt für die zweite Lage. Danach wird, wie in 1(c) abgebildet ist, die Vorbereitung zum Stanzen durchgeführt und darauf folgend der obige Vorgang für die sequentielle Laminierung einer Vielzahl von Lagen des Lagenmaterials 3 in der Stanzmaschine wiederholt.
  • Wie in 1(e) zu erkennen ist, werden die laminierten Lagen des Lagenmaterials 3 vom Abstreifer abgelöst, nachdem die Stanzung und Laminierung aller Lagen des Lagenmaterials 3 abgeschlossen ist.
  • Nun werden anhand der 15(a)–15(f) die Einzelheiten des Verfahren vom Schritt der Vorbereitung der obgenannten ersten Lage des Lagenmaterials 3 auf den Stanzvorgang (1(a)) bis zum Schritt des Stanzens der zweiten Lage des Lagenmaterials 3, d.h., die Details der Stanzung der ersten Lage, beschrieben.
  • 15(a) zeigt, wie auch 1(a), den Zustand, in dem die erste dünne Lage des Lagenmaterials 3 auf die Stanzform 12 gelegt wurde. Wie in 15(b) dargestellt ist, wird nun der Abstreifer 11 nach unten geführt und mit dem Lagenmaterial 3 auf der Stanzform 12 in Kontakt gebracht. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Stanzwerkzeug 10 noch im Abstreifer 11. Es ist nicht bevorzugt, das Lagenmaterial zu stanzen, bevor der Abstreifer 11 am Lagenmaterial 3 auf der Stanzform anstößt, wenn der Abstreifer abgesenkt wird. Der Abstreifer 11 dient dazu, das Stanzwerkzeug zu greifen und das Lagenmaterial 3 zusammenzupressen, wenn der Abstreifer abgesenkt wird. Wird das Lagenmaterial 3 nicht zusammengepresst, wird die Stanzung instabil, falls das Lagenmaterial nicht sehr flach ist und Wellen aufweist, weshalb das Lagenmaterial so nicht präzise gestanzt werden kann. Außerdem können durch das Zusammenpressen mit dem Abstreifer 11 Verformungen – mit der Ausnahme einer beim Stanzen auf das Lagenmaterial 3 wirkenden Scherspannung –, im Speziellen ein Verziehen oder dergleichen, verhindert werden. Wird eine solche Verformung nicht verhindert, ist kein präzises Stanzen des Lagenmaterials 3 möglich.
  • Daraufhin wird, wie in 15(c) gezeigt ist, das Lagenmaterial 3 mit dem Stanzwerkzeug 10, mit der Maßgabe, dass der Abstreifer 11 am Lagenmaterial 3 auf der Stanzform anstößt, gestanzt und das Stanzwerkzeug 10 in die Stanzform 12 eingeführt. Wie 15(d) zu entnehmen ist, wird zunächst nur das Stanzwerkzeug 10 angehoben, um vom Bodenabschnitt des Lagenmaterials 3 leicht eingezogen zu werden, während der Abstreifer 11 anstoßend an das Lagenmaterial 3 auf der Stanzform gehalten wird. Es ist nicht bevorzugt, den Abstreifer 11 gemeinsam mit dem Einziehen des Stanzwerkzeugs 10 oder vor dem Einziehen des Stanzwerkzeugs 10 anzuheben. Die Präzision kann nur dann beibehalten werden, wenn die Anordnung beim Anheben des Stanzwerkzeugs 10 beibehalten wird, da der vom Abstreifer 11, der Stanzform 12 und vom Stanzwerkzeug 10 umgebene Zustand jener Zustand ist, der die präzise Ausrichtung des Lagenmaterials 3 für den Stanzvorgang gewährleistet.
  • Wie in 15(e) dargestellt ist, wird der Abstreifer 11 angehoben, während das Stanzwerkzeug 3 das Lagenmaterial 3 durchdringt, um die Stanzung der ersten Lage abzuschließen. 15(f) zeigt den Schritt der Vorbereitung der zweiten Lage, so wie auch in 1(c) dargestellt ist.
  • Nun wird anhand der 16(a)–16(f), 17(a)–17(f), 18(a)–18(f) und 20 ein Stanzverfahren beschrieben, das selbst bei leicht verformbaren Materialien präzise ist. Die 16(a)–16(f), 17(a)–17(f), 18(a)–18(f) sind erklärende Ansichten von Verfahrensschritten, die ein Beispiel für ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Werkstücken mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs und einer Stanzform und ein Stanzverfahren unter Zuhilfenahme eines Abstandshalters zwischen Stanzform und Abstreifer veranschaulichen.
  • Wie oben bereits beschrieben wurde, wird ein Lochabschnitt präziser gebohrt, wenn der Stanzschritt wiederholt ausgeführt und das Lagenmaterial, in dem der Lochabschnitt gebohrt wird, auf dem Stanzwerkzeug laminiert wird. Werden jedoch leicht verformbare Materialien verwendet, verschlechtert sich manchmal die Präzision in einem Lochabschnitt.
  • Beim Stanzen stößt der Abstreifer am Lagenmaterial auf der Stanzform an, bevor das Stanzwerkzeug den Lochabschnitt bohrt. Das Lagenmaterial ist somit zwischen dem Abstreifer und der Form eingeschoben, und auf das Lagenmaterial, in das der Lochabschnitt bereits gebohrt wurde und die auf den Abstreifer laminiert wird, und auf das Lagenmaterial, das auf die Form gelegt wurde und nun gebohrt werden wird, wird eine Druckkraft ausgeübt. Falls es sich um ein Material handelt, das durch Druckkraft leicht verformbar ist, wird dieses Lagenmaterial, das auf den Abstreifer laminiert ist, zu diesem Zeitpunkt zusammendrückt und verformt. Das Stanzwerkzeug aber, das die Laminierachse bildet, ist aber feststehend, das Lagenmaterial wird relativ verformt und die Präzision des bereits gebohrten Lochabschnitts nimmt manchmal ab. Andererseits wird der Lochabschnitt in das auf der Stanzform aufliegende Lagenmaterial vom Stanzwerkzeug gebohrt, während der Abstreifer am Lagenmaterial anstößt und das Lagenmaterial zusammenpresst. dadurch kann Präzision hinsichtlich Position und Größe des Lochabschnitts abnehmen, wenn die ursprüngliche Form nach der nach dem Stanzen verursachten Verformung wiederhergestellt wird.
  • Es ist bevorzugt, den Stanzvorgang mithilfe eines Abstandshalters zwischen der Stanzform und dem Abstreifer durchzuführen, wie in den 16(a)–16(f), 17(a)–17(f), 18(a)–18(f) gezeigt ist, um einen präziseren Lochabschnitt in ein weiches Lagenmaterial zu bohren. Der Abstreifer stößt direkt am Lagenmaterial an, indem zwischen dem Abstreifer und der Stanzform ein Abstandhalter angeordnet ist, der das Anlegen einer Druckkraft auf das Lagenmaterial verhindert.
  • Die Fig. 16(a)–16(f) sind Ansichten von Herstellungsschritten, bei denen beispielsweise ein vorstehendes Distanzstück 6 als Abstandshalter verwendet wird.
  • 16(a) zeigt einen Zustand, in dem das erste dünne Lagenmaterial 3 zur Vorbereitung auf das Stanzen auf die Stanzform 12 gelegt ist. Ein vorstehendes Distanzstück 6, das beispielsweise die in die 20 dargestellte Form aufweist, ist an der Stanzform 12 angebracht. Es ist bevorzugt, dass das vorstehende Distanzstück 6 in etwa 5–15 μm dicker als das auf der Stanzform liegende Lagenmaterial 3 ist. Dann wird das erste Lagenmaterial 3 mit einem Stanzwerkzeug 10 gestanzt, wie in 16(b) dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt stößt der Abstreifer 11 am vorstehenden Distanzstück 6 an, das leicht dicker als die Lage des Lagenmaterials 3 ist. So wird das Lagenmaterial 3 selbst dann beim Stanzen nicht verformt, wenn es sehr weich ist, und der in das Lagenmaterial 3 gestanzte Lochabschnitt ist präzise. Im Zuge der Vorbereitung auf die Stanzung der zweiten Lage, dargestellt in 16(c), wird das erste Lagenmaterial 3 in engem Kontakt mit dem Abstreifer 11 gehalten und angehoben, wobei das Stanzwerkzeug 10 die erste Lage des Lagenmaterials 3 durchdringt. Das vorstehende Distanzstück 6 ist an der Stanzform angebracht. Es ist bevorzugt, dass das vorstehende Distanzstück 6 in etwa 5–15 μm dicker als die Gesamtdicke des Lagenmaterials 3 das mit dem in das Lagenmaterial 3 eindringenden Stanzwerkzeug 10 angehoben wurde, und des Lagenmaterials 3, das auf die Stanzform gelegt wurde und nun gestanzt werden soll.
  • 16(d) zeigt den Stanzschritt für die zweite Lage des Lagenmaterials 3. Auf die gleiche Weise wie in 16(b) bei der ersten Lage stößt auch hier der Abstreifer 11 am vorstehenden Distanzstück 6 an, ohne das Lagenmaterial 3 direkt zu berühren, um eine Verformung des Lagenmaterials 3 zu verhindern. Gleichermaßen ist auch Lochabschnitt, der nun im Lagenmaterial 3 ausgebildet wird, präzise. In 16(e) wird nun die Stanzung der dritten Lage vorbereitet. Das vorstehende Distanzstück 6 in vorzugsweise in etwa 5–15 μm dicker als die Gesamtdicke des bereits gestanzten Lagenmaterials 3, das mit dem in das Lagenmaterial 3 eindringenden Stanzwerkzeug 10 angehoben wurde, und des Lagenmaterials 3, das auf die Stanzform 12 gelegt wurde und nun gestanzt werden soll. Das vorstehende Distanzstück 6 verhindert den direkten Kontakt zwischen dem Abstreifer 11 und dem Lagenmaterial 3. Dies wird nun wiederholt, um eine Vielzahl an Lagen des Lagenmaterials 3 in der Stanzmaschine nacheinander zu laminieren. Sind alle Lagen des Lagenmaterials 3 ge stanzt und fertig laminiert, wird das laminierte Lagenmaterial 3 vom Abstreifer 11 abgenommen, um den Stanzvorgang abzuschließen, wie 16(f) zu entnehmen ist.
  • Das vorstehende Distanzstück 6, das beim Stanzen des Lagenmaterials 3 mit dem Stanzwerkzeug an der Stanzform 12 angebracht ist, ist, wie Oberfläche bereits erwähnt, vorzugsweise in etwa 5–15 μm dicker als die Gesamtdicke des bereits gestanzten Lagenmaterials 3, das mit dem in das Lagenmaterial 3 eindringenden Stanzwerkzeug 10 angehoben wird, und des Lagenmaterials 3, das auf die Stanzform 12 gelegt wurde und als nächstes gestanzt werden soll, um zu verhindern, dass der Abstreifer 11 das Lagenmaterial auch nur aufgrund der Änderung der Dicke des Lagenmaterials 3 und der beim Stanzen herbeigeführten Verformung des Abstreifers 11 und der Stanzform 12 zusammendrückt. Ist das vorstehende Distanzstück 6 dünner als die Gesamtdicke des angehobenen Lagenmaterials 3, das mit dem in das Lagenmaterial 3 eindringenden Stanzwerkzeug 10 angehoben wurde, und des Lagenmaterials 3, das auf die Stanzform 12 gelegt wurde, oder ist das vorstehende Distanzstück 6 zwar dicker als diese Gesamtdicke, der Unterschied in der Dicke aber kleiner als 5 μm, so drückt der Abstreifer 11 das Lagenmaterial in einigen Fällen zusammen, was nicht bevorzugt ist. Ist der Unterschied hingegen größer als 15 μm, kann die Durchbiegung des Lagenmaterials 3 nicht ausreichend unterdrückt werden, was ebenfalls nicht bevorzugt ist.
  • Werden diese obgenannten Maßgaben erfüllt, so wird bei steigender Anzahl der laminierter Lagen des Lagenmaterials 3 ein dickeres vorstehendes Distanzstück 6 benötigt, weshalb das verwendete vorstehende Distanzstück 6 gegebenenfalls durch ein anderes vorstehendes Distanzstück 6 mit anderer Dicke ausgetauscht wird. Alternativ dazu können vorstehende Distanzstücke auch übereinander gestapelt werden.
  • Ein Abstandshalter, wie z.B. das zuvor beschriebene vorstehende Distanzstück 6, ist also beim Stanzen zwischen der Stanzform und dem Abstreifer angeordnet und kann verhindern, dass der Abstreifer direkt an das Lagenmaterial anstößt und eine Druckkraft auf das Lagenmaterial 3 ausübt. Die Form des Abstandshalters ist nicht einge schränkt, solange der Abstandshalter in etwa 5–15 μm dicker als die Gesamtdicke des Lagenmaterials ist, das mit dem in das Lagenmaterial eindringenden Stanzwerkzeug angehoben wurde, und des Lagenmaterials, das zum Stanzen des Lagenmaterials auf die Stanzform gelegt wurde.
  • Beispielsweise kann der Abstandshalter, wenn es sich um das obgenannte vorstehende Distanzstück handelt, aus einer Vielzahl an quadratischen Stäben oder flachen Platten, oder aber dünnen Zylindern oder Prismen handeln, die an den vier Ecken der Lage des Lagenmaterials 3 angeordnet sind. Jedoch ist ein rahmenförmiger Abstandshalter bevorzugt, wie er in 20 abgebildet ist, da dieser einfach bearbeitet werden kann, um die gleiche Dicke (Höhe) aufzuweisen und eine Neigung der Stanzform 12 und des Abstreifers 11 zu verhindern.
  • Herstellungsschritte, bei denen ein höhenverstellbares Distanzstück als anderes Beispiel für einen Abstandshalter verwendet wird, sind in den 17(a)–17(f) dargestellt.
  • Ein höhenverstellbares Distanzstück 5, abgebildet in den 17(a)–17(f), bewegt sich in der Stanzform 12 nach oben und unten, stellt die Höhe seines Überstands von der Oberseite der Stanzform 12 ein und bildet beim Stanzen mithilfe des Stanzwerkzeugs 10 einen Zwischenraum zwischen der Stanzform 12 und dem Abstreifer 11 aus, um so das direkte Anstoßen des Abstreifers 11 am Lagenmaterial 3 und das Ausüben einer Druckkraft auf das Lagenmaterial 3 zu verhindern.
  • 17(a) zeigt einen Zustand, in dem die erste Lage des Lagenmaterials 3 zur Vorbereitung auf das Stanzen auf die Stanzform 12 gelegt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das höhenverstellbare Distanzstück 5 nach oben bewegt, um in etwa 5–15 μm höher als die Dicke der auf der Stanzform 12 liegenden ersten Lage des Lagenmaterials 3 von der Oberseite der Stanzform 12 vorzustehen. Dann wird die erste Lage des Lagenmaterials 3 mit dem Stanzwerkzeug 10 gestanzt, wie in 17(b) dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt stößt der Abstreifer 11 am höhenverstellbaren Distanzstück 5 an, das leicht über die Dicke der Lage des Lagenmaterials 3 vorsteht, ohne das Lagenmaterial 3 direkt zu berühren. So wird das Lagenmaterial 3 selbst dann beim Stanzen nicht verformt, wenn es sehr weich ist, und der in das Lagenmaterial 3 gestanzte Lochabschnitt ist präzise. Im Zuge der Vorbereitung auf die Stanzung der zweiten Lage, dargestellt in 17(c), wird das erste gestanzte Lagenmaterial 3 in engem Kontakt mit dem Abstreifer 11 gehalten und nach oben bewegt, wobei das Stanzwerkzeug 10 die erste Lage des Lagenmaterials 3 durchdringt. Die Höhe des Überstands des höhenverstellbaren Distanzstücks 5 von der Oberseite der Stanzform 12 ist so eingestellt, dass sie in etwa um 5–15 μm höher ist als die Gesamtdicke des gestanzten Lagenmaterials 3, das mit dem in das Lagenmaterial 3 eindringenden Stanzwerkzeug 10 angehoben wurde, und des Lagenmaterials 3, das auf die Stanzform gelegt wurde und nun gestanzt werden soll.
  • 17(d) zeigt den Stanzschritt für die zweite Lage des Lagenmaterials 3. Auf die gleiche Weise wie in 17(b) bei der ersten Lage stößt auch hier der Abstreifer 11 am höhenverstellbaren Distanzstück 5 an, ohne das Lagenmaterial 3 direkt zu berühren, um eine Verformung des Lagenmaterials 3 zu verhindern. Gleichermaßen ist auch der Lochabschnitt, der nun im Lagenmaterial 3 ausgebildet wird, präzise. In 17(e) wird nun die Stanzung der dritten Lage vorbereitet. Auch hier ist die Höhe des Überstands des höhenverstellbaren Distanzstücks 5 von der Oberseite der Stanzform 12 so eingestellt, dass sie in etwa um 5–15 μm höher ist als die Gesamtdicke des bereits gestanzten Lagenmaterials 3, das mit dem in das Lagenmaterial 3 eindringenden Stanzwerkzeug 10 angehoben wurde, und des Lagenmaterials 3, das auf die Stanzform 12 gelegt wurde und nun gestanzt werden soll, wodurch der direkte Kontakt zwischen dem Abstreifer 11 und dem Lagenmaterial 3 beim Stanzen verhindert wird. Dies wird nun wiederholt, um eine Vielzahl an Lagen des Lagenmaterials 3 in der Stanzmaschine nacheinander zu laminieren. Sind alle Lagen des Lagenmaterials 3 gestanzt und fertig laminiert, wird das laminierte Lagenmaterial 3 vom Abstreifer 11 abgenommen, um den Stanzvorgang abzuschließen, wie 17(f) zu entnehmen ist.
  • Wie zuvor beschrieben ist die Form des Abstandshalters nicht eingeschränkt. Somit kann bei der Verwendung eines höhenverstellbaren Distanzstücks 5 als Abstandshalter dieses beispielsweise die eine lange und schmale Form aufweisen, in halter dieses beispielsweise die eine lange und schmale Form aufweisen, in die das Lagenmaterial 3 sandwichartig eingeschoben ist, oder ein Kreis oder ein Rechteck sein, das außerhalb der vier Ecken des Lagenmaterials 3 angeordnet ist, oder aber eine rahmenartige Form, die das Lagenmaterial 3 umgibt, aufweisen, wenn das höhenverstellbare Distanzstück 5 im horizontalen Querschnitt, der nicht veranschaulicht ist, betrachtet wird.
  • Ein als Abstandshalter höhenverstellbares Distanzstücks 4 ist nicht auf ein in den 17(a)–17(f) gezeigtes, sich in der Stanzform 12 nach oben und unten bewegendes höhenverstellbares Distanzstück 5 eingeschränkt, sondern kann auch ein höhenverstellbares Distanzstück 4 sein, das sich im Abstreifer 11 nach oben und unten bewegt, wie in den 18(a)–18(f) dargestellt ist. Die Herstellungsschritte unter Verwendung des höhenverstellbaren Distanzstücks 4 sind in den 18(a)–18(f) veranschaulicht.
  • Das in den 18(a)–18(f) dargestellte höhenverstellbare Distanzstück 4 bewegt sich im Abstreifer 11 nach oben und unten, stellt die Länge, um die es von der unteren Oberfläche des Abstreifers 11 vorsteht, bildet beim Stanzen mithilfe des Stanzwerkzeugs 10 einen Zwischenraum zwischen der Stanzform 12 und dem Abstreifer 11 aus und verhindert das direkte Anstoßen des Abstreifers am Lagenmaterial 3 sowie das Ausüben einer Druckkraft auf das Lagenmaterial 3.
  • Die Einzelheiten hinsichtlich der Funktion und des Herstellungsverfahrens des höhenverstellbaren Distanzstücks 4 als Abstandshalter entspricht dem in den 17(a)–17(f) dargestellten Herstellungsverfahren unter Verwendung des höhenverstellbaren Distanzstücks 5. Auf eine neuerliche Beschreibung des Herstellungsverfahrens wird daher verzichtet.
  • Im Allgemeinen weist der untere Block einer Stanzmaschine, in dem die Stanzform angeordnet ist, eine kleinere Anzahl an Teilen als der obere Block auf und kann daher einem Hebe- und Absenkmachanimus für die Bewegung eines Distanzstücks nach oben und unten leicht Platz bieten. Von diesem Standpunkt aus betrachtet wird die Verwendung des höhenverstellbaren Distanzstücks 5 gegenüber dem höhenverstellbaren Distanzstück 4 bevorzugt. Beim Vergleich zwischen dem vorstehenden Distanzstück 6 aus den 16(a)–16(f) mit den höhenverstellbaren Distanzstücken 4 und 5 ist das vorstehende Distanzstück 6 vorteilhaft, was die Anfangskosten und die bei einer Änderung der Dicke des Lagenmaterials 3 entstehenden Umbildungskosten vorteilhaft. Allerdings bieten die höhenverstellbaren Distanzstücke 4, 5, die automatisierbar sind, eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit auf, leisten deshalb einen größeren Beitrag zur Erhöhung des Durchsatzes und umgekehrt auch zu einer Senkung der Herstellungskosten für die Werkstücke.
  • Ein Beispiel für einen Hebe- und Absenkmechanismus für die Bewegung eines Distanzstücks nach oben und unten ist in 19 dargestellt. 19 ist eine erklärende Ansicht, in der ein Hebe- und Absenkmechanismus 32 dargestellt ist, an dem ein höhenverstellbares Distanzstück 5, das in einer Stanzform 12 nach oben und unten bewegt wird, angebracht werden kann. Der Hebe- und Absenkmechanismus 32 kann eine Drehbewegung, die von einem Präzionsservomotor 33 erzeugt wird, in eine lineare Bewegung umwandeln, beispielsweise mithilfe eines Mechanismus, der aus einem vom Servomotor 32 in Drehung versetzten Schraubenbolzen 34 und einem in den Schraubenbolzen 34 eingreifenden Schraubeninnengewinde 35 besteht und das höhenverstellbare Distanzstück 5 nach oben und unten bewegt.
  • Nun wird anhand der 9(a)–9(c) ein Verfahren der Beseitigung von Abfall beschrieben, das verhindert, dass Abfall einen in ein Lagenmaterial 3 gebohrten Lochabschnitt verstopft.
  • 9(a) zeigt einen Zustand im Zuge der Vorbereitung auf den Stanzvorgang, in dem ein Lagenmaterial 3 bereits auf die Stanzform 12 gelegt worden ist. Nun wird, wie 9(b) zu entnehmen ist, das Lagenmaterial 3 mit dem Stanzwerkzeug 10 gestanzt. Zu diesem Zeitpunkt wird durch das Stanzen Abfall erzeugt, der aus dem Lochabschnitt im Lagenmaterial 3 stammt. Fast der gesamte Abfall fällt in einen Senkenabschnitt 21 in der Stanzform 12. Ein Teil des Abfalls aber haftet am Stanzwerkzeug 10 an und wird nach oben angehoben. Haftet der angehobene Abfall am Lagenmaterial 3 an, entsteht ein schlecht gestanztes Produkt. Deshalb wird, wie in 9(c) dargestellt, der Abstreifer 11 gemeinsam mir dem Lagenmaterial 3 angehoben und der Abfall entfernt, während der Spitzenabschnitt des Stanzwerkzeug 10 um ein Ausmaß a7 leicht über die Unterseite des angehobenen Lagenmaterials 3 vorsteht. "Leicht ... vorsteht" trägt hier die Bedeutung von "zumindest nicht eingezogen".
  • So besteht keine Möglichkeit mehr, dass Abfall im Lochabschnitt des Lagenmaterials 3 verbleiben kann, da das Stanzwerkzeug 10 nicht aus dem durch Stanzen ausgebildeten Lochabschnitt des Lagenmaterials 3 herausgezogen wird. Es reicht somit aus, den an der Stanzform 12 oder an der Unterseite des Stanzwerkzeugs 12 oder des Lagenmaterials 3 anhaftenden Abfall zu beseitigen. Die Abfallbeseitigung ist einfach, und keine Gefahr besteht, dass sich Abfall in einem Lochabschnitt des Lagenmaterials 3 festsetzen kann, ist auch die Ausbeute weiter verbessert.
  • Da bei herkömmlichen Herstellungsverfahren das Lagenmaterial nach dem Stanzen nicht in engem Kontakt mit dem Abstreifer angehoben wird, wurde das Lagenmaterial von der Unterseite des auf der Stanzform aufliegenden Lagenmaterials, d.h. von der Seite des Senkenabschnitts aus, einer Vakuumabsaugung, oder, im Gegensatz dazu, einer Behandlung mit einem Drucklüftgebläse, einer Behandlung mit einem Haftmittel und dergleichen unterzogen, um den Abfall zu entfernen und einen Lochabschnitt, der frei von Abfall ist, im Lagenmaterial bereitzustellen.
  • Bei einer Stanzmaschine mit großer Stanzwerkzeugteilung, bei der das Stanzwerkzeug 10 einen Spitzenabschnitt mit großem Durchmesser aufweist und bei der ein großer Abstand zwischen benachbarten Stanzwerkzeugen vorliegen kann, deren Stanzschritt in 7 veranschaulicht ist, verfügt der Senkenabschnitt 21 der Stanzform über ausreichend Platz. Dadurch kann Abfall auf die eben beschriebene Weise entfernt werden. Hingegen ist bei einer Stanzmaschine mit kleiner Stanzwerkzeugteilung, bei der das Stanzwerkzeug 10 einen Spitzenabschnitt mit kleinem Durchmesser aufweist und bei der der Abstand zwischen benachbarten Stanzwerkzeugen gering ist, erweist sich die Abfallentfernung auf die obgenannte Weise als schwierig.
  • Der Schritt des Stanzens mithilfe einer Stanzmaschine, die in jüngster Zeit häufig Anwendung fand und den Vorteil einer hohen Anordnungsdichte von Durchgangslochabschnitten bietet, ist in 8 abgebildet. Bei dieser Stanzmaschine ist der Durchmesser des Stanzwerkzeugs 10 insbesondere am Spitzenabschnitt a8 klein, und die Länge des Spitzenabschnitts a8 ist so kurz wie möglich gehalten, um die Verbiegung des Spitzenabschnitts a8 zu verhindern. Da das Stanzwerkzeug 10 in den Senkenabschnitt 21 der Stanzform 12 eindringen muss, ist die Dicke b der Oberseite des Senkenabschnitts 21 der Stanzform dünn, wodurch die Festigkeit der Stanzform 12 abnimmt. Da aufgrund der geringen Stanzwerkzeugteilung die Scherkraft des Stanzwerkzeugs 12 zunimmt, wird die auf die Stanzform, 12 wirkende Last größer. Dadurch wird eine Verstärkung der Stanzform 12, wie etwa die Ausstattung des Senkenabschnitts 21 der Stanzform mit einer Verstärkungsrippe oder dergleichen, notwendig, um die Festigkeit der Stanzform 12 anzuheben. Eine derartige Verstärkung aber macht die Struktur der Stanzform 12 komplexer und die erschwert die Abfallbeseitigung. Folglich kann der Abfall nicht in ausreichendem Maße entfernt werden und bleibt somit im Lochabschnitt des Lagenmaterials 3 hängen, was die Ausbeute senkt.
  • Da in der vorliegenden Erfindung der Abfall aus der Stanzform 12 entfernt werden kann, ist die Abfallbeseitigung unabhängig von der Struktur der Stanzform 12 einfach durchzuführen. Zudem tritt es nur selten auf, dass Abfall in einen Lochabschnitt des Lagenmaterials 3 eindringt, da das Lagenmaterial 3 erst nach Abschluss des Stanz- und Laminiervorgangs vom Stanzwerkzeug abgenommen wird.
  • Als Mittel zur Abfallbeseitigung in der vorliegenden Erfindung können die gleichen wie bei den herkömmlichen Verfahren eingesetzt und aus der Abfallbeseitigung durch Blasen mit Druckluft, was hinsichtlich der Gerätschaft einfach ist, durch die Haftwirkung eines Haftmittels und dergleichen geeignet ausgewählt werden.
  • Nun wird ein Verfahren zum Ablösen des laminierten Lagenmaterials vom Abstreifer beschrieben.
  • Wie zuvor anhand von 1(e) veranschaulicht wurde, kann als Verfahren zum Abnehmen des laminierten Lagenmaterials 3 vom Abstreifer 11 beispielsweise ein Verfahren eingesetzt werden, im Zuge dessen nacheinander der Vakuumsog zum Anheben des Lagenmaterials 3 gestoppt, eine Vakuumbremswirkung ausgeübt und mithilfe einer Entnahme-Einspannvorrichtung 7 die Ablösung mechanisch durchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt läuft nun das Verfahren nicht so ab, dass das vom Stanzwerkzeug 10 und dem Abstreifer 11 abgenommene Lagenmaterial 3 herausgenommen wird, nachdem das Lagenmaterial 3 auf die Stanzform gelegt wurde, sondern es ist bevorzugt, das laminierte Lagenmaterial 3 beispielsweise auf eine ein Arbeitsstück aufnehmende Einspannvorrichtung umzuladen und dieses zum nächsten Schritt zu transportieren, um die Herstellungseffizienz zu steigern. Dies ist im Fall von weichen Lagenmaterialien bevorzugt, da so kaum Verformungen verursacht werden.
  • Die 12(a)–12(c) sind erklärende Ansichten eines Verfahrensschritts, bei dem ein laminiertes Lagenmaterial zur Einspannvorrichtung gebracht wird, und zeigen ein Beispiel für das Ablösen von drei Lagen des Lagenmaterials von einem Stanzwerkzeug und einem Abstreifer, nachdem das Lagenmaterial gestanzt und laminiert wurde. Wird der Abstreifer 11 angehoben und dabei das gestanzte und laminierte Lagenmaterial 3 in engem Kontakt mit diesem gehalten, wie in 12(a) dargestellt ist, so wird eine ein Arbeitsstück aufnehmende Einspannvorrichtung 23 in den Raum oberhalb der Stanzform 12 eingeführt, wie 12(b) zu entnehmen ist, und das Stanzwerkzeug 10 in Bezug auf den Abstreifer 11 angehoben, wie in 12(c) dargestellt ist, wodurch das Lagenmaterial 3 vom Stanzwerkzeug 10 abgelöst wird. Nun wird die Vakuumsaugwirkung 8, durch die das Lagenmaterial 3 angehoben wird, gestoppt, eine Vakuumbremswirkung 9 ausgeübt, das laminierte Lagenmaterial 3 mithilfe der Entnahme-Einspannvorrichtung 7 vom Abstreifer 11 mechanisch abgenommen und von einer ein Arbeitsstück aufnehmenden Einspannvorrichtung 23 ergriffen.
  • Die Lagenmaterialien 3 müssen aneinander angehaftet werden, um durch Laminieren der Lagenmaterialien 3 ein Werkstück 1 zu erhalten. Als Klebeverfahren kann im Vorhinein ein Haftmittel auf die Oberfläche eines jeden Lagenmaterial 3 aufgebracht werden, oder eine Haftlage kann zwischen zwei Lagen des Lagenmaterials 3 eingeschoben werden, um benachbarte Lagen miteinander zu verkleben. Vorzugsweise wird aber ein Lagenmaterial verwendet, dessen Oberfläche mit einem Haftmittel versehen wurde, da bei der Verwendung von Haftlagen die Anzahl der Stanzschritte ansteigt.
  • Alternativ dazu wird vorher ein zum Ansaugen geeignetes Loch in das Lagenmaterial gebohrt, um das Lagenmaterial durch Vakuumansaugung zu laminieren. Die 13(a)–13(f) zeigen ein Beispiel für die Anordnung von Löchern für den Vakuumansaugung, die in der ersten Lage des Lagenmmetrials 3 angeordnet sind. Zunächst wird die erste Lage des Lagenmaterial durch jene Löcher 24, die in 13(a) gegenwärtig, in 13(b) aber nicht gegenwärtig sind, mittels Vakuum angesaugt, um sie in engem Kontakt mit dem Abstreifer 11 zu stapeln. Nun werden in der zweiten Lage des Lagenmaterials 3 Löcher 24 für die Vakuumansaugung angeordnet, so wie beispielsweise in 13(c) dargestellt ist. Die zweite Lage des Lagenmaterials 3 wird nun durch die Löcher 24, die in 13(b), nicht aber in (13c) gegenwärtig sind, mithilfe von Vakuum angesaugt, um den engen Kontakt mit ersten Lage des Lagenmaterials 3 herzustellen. Analog dazu zeigt 13(d) die in der dritten Lage des Lagenmaterials 3 für die Vakuumansaugung angeordneten Löcher 24 und 13(e) die in der vierten Lage des Lagenmaterials 3 für die Vakuumansaugung angeordneten Löcher 24. Wie in 13(f) abgebildet ist, braucht die letzte (fünfte) Lage des Lagenmaterials, auf die kein weiteres Lagenmaterial auflaminiert werden soll, keine Löcher für die Vakuumansaugung.
  • Die Stellen für die Anordnung der Löcher für die Vakuumansaugung sind nicht eingeschränkt. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Löcher für die Vakuumansaugung gleichmäßig entlang den vier Seiten angeordnet sind, mit der Ausnahme der letzten Lage des Lagenmaterials, das keine Löcher für die Vakuumansaugung benötigt, da das Lagenmaterial durch die Kraft des Sogs angehoben wird.
  • Alle Saugvorgänge mittels Vakuum werden im Allgemeinen von einer Vakuumvorrichtung durchgeführt. In diesem Fall entsteht kein Vakuumdruck als solcher, da die offenen Löcher bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die letzte Lage des Lagenmaterials mittels Vakuum angesaugt werden soll, gegenwärtig sind. Als Maßnahme zur Sicherung des Vakuumdrucks kann hier die Stelle, die der Vakuumansaugung unterzogen werden soll, einer jeden Lage festgelegt werden, ein unterschiedliches Leitungsrohr gebildet und ein Weg mit einem Steuerventil bereitgestellt werden. Alternativ dazu kann eine Saugkraft mit einer Stärke, die zum Anheben des Lagenmaterials reicht, erzeugt werden, indem in einem Loch für die Vakuumansaugung ein Drosselabschnitt ausgebildet wird.
  • Es ist bevorzugt, als weiteres Verfahren zum Laminieren des Lagenmaterials 3 ein Verfahren heranzuziehen, bei dem die Oberflächenbeschaffenheit des Stanzwerkzeugs rau gehalten ist, um die Reibungskraft zwischen dem Stanzwerkzeug und dem Lagenmaterial zu steigern, wobei das Lagenmaterial durch diese Reibungskraft am Stanzwerkzeug festgehalten wird. Das Lagenmaterial wird vom Stanzwerkzeug gehalten, sodass ein danach gestanztes Lagenmaterial den Abstreifer eng kontaktiert, um laminiert zu werden. Im Allgemeinen unterliegen gestanzte Löcher einer elastischen Verformung in eine solche Richtung, sodass das Stanzwerkzeug vom Lagenmaterial umschnürt wird, d.h. der Durchmesser eines jeden Lochs wird durch die im Zuge eines Stanzschritts erzeugte innere Spannung verengt. Insbesondere höher elastische Materialien weisen eine stärkere Verformung auf. Dadurch reicht die raue Oberflächenbeschaffenheit des Stanzwerkzeugs aus, um das Lagenmaterial am Stanzwerkzeug zu halten.
  • Wird ein hoch elastisches Material als Lagenmaterial verwendet, so ist die Verwendung eines Stanzwerkzeugs 30 bevorzugt, das an seiner Oberfläche über einen in verschiedene Höhen unterteilter Abschnitt 31, ähnlich wie ein Bambustrieb (14), verfügt, um das Lagenmaterial besser am Stanzwerkzeug halten zu können. Sobald das Lagenmaterial mit dem Stanzwerkzeug 30 gestanzt wird, rutscht das Lagenmaterial über den in verschiedene Höhen unterteilten Abschnitt 31, ohne dabei plastisch verformt zu werden, und wird nacheinander laminiert. Entspricht der Abstand zwischen den verschiedenen Höhen H am Stanzwerkzeug 30 der Dicke des Lagenmaterials, so kann das Lagenmaterial in engem Kontakt laminiert werden. Außerdem wird das Lagenmaterial durch die elastische Verformung am in verschiedene Höhen unterteilten Abschnitt 31 festgehalten. Deshalb fällt das Lagenmaterial nicht vom Stanzwerkzeug 30 ab.
  • Soeben wurde ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit Durchgangslochabschnitten, die ein großes Aspektverhältnis aufweisen, detailliert beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die nachstehend beschriebene hoch präzise Stanzbearbeitung durchgeführt werden.
  • Wird beispielsweise ein Lochabschnitt in eine Lage aus einem Grünling mit einer Dicke von 50 μm als Lagenmaterial gebohrt, damit diese einen Durchgangslochabschnitt mit einem Durchmesser D von 98 μm als Durchgangslochabschnitt und mit einem Abstand N von 50 μm zwischen benachbarten Durchgangslochabschnitten aufweist, zum Erhalt eines Werkstücks, so liegt der Abstand zwischen dem Stanzwerkzeug und der Stanzform am Lagenmaterial in der Größenordnung von etwa 2 μm, also in etwa 4 % der Lagendicke. Hier beläuft sich das Verhältnis zwischen dem Durchmesser und der Axiallänge, als das Aspektverhältnis, des Lochabschnitts in einer Lage des Lagenamaterials auf etwa 2:1 und das Verhältnis zwischen dem Abstand zwischen benachbarten Lochabschnitten und der Axiallänge des Lochabschnitts 1:1. Werden 12 Lagen des Lagenmaterials 3 laminiert, um ein Werkstück zu erhalten, so beträgt die Dicke 0,6 mm, das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D und der Axiallänge L des Durchgangslochabschnitts des Werkstücks 1, also das Aspektverhältnis, in etwa 1:6 und das Verhältnis zwischen dem Abstand N zwischen benachbarten Lochabschnitten und der Axiallänge des Durchgangslochabschnitts 1:12. Der Durchgangslochabschnitt mit einem so großen Aspektverhältnis kann bei einer Lage des Lagenmaterials einen Abstand aufweisen?, mit anderen Worten, die Genauigkeit des Durchmesser D des Durchgangslochabschnitts kann innerhalb von 4 μm variieren.
  • Nun wird ein Beispiel für die Erfindung beschrieben, um die Vorteile zu bestätigen.
  • Beispiel
  • Eine Leiterplatte wurde mithilfe einer Stanzmaschine, die ein Stanzwerkzeug und eine Stanzform umfasst, unter Verwendung einer Lage eines Grünlings mit einem Elastizitätsmodul von 4 kp/mm2 als Material so hergestellt, dass Durchgangslochabschnitte mit einem Durchmesser von 80 μm und einer Axiallänge von 0,8 mm in Abständen von 70 μm zwischen benachbarten Durchgangslochabschnitten ausgebildet wurden.
  • Die Dicke einer Grünlage wurde auf 40 μm bemessen, und 20 solcher Lagen wurden mithilfe des Stanzwerkzeugs als Laminierachse laminiert. Bei der Messung des Durchmessers eines Durchgangslochabschnitts der Leiterplatte wurde festgestellt, dass dieser sich auf 80 μm an der Oberseite und auf 80–83 μm an der Unterseite der Platte belief. Zudem bestätigte die Betrachtung der Ober- und -Unterseite der obigen Platte mit einem Lichtmikroskop, dass keine Risse und dergleichen vorlagen.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Eine Leiterplatte wurde auf ähnliche Weise wie im Beispiel hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Dicke der Grünlage 0,8 mm betrug und nur eine Grünlage ohne Laminierung verwendet wurde. Bei der Messung des Durchmessers eines Durchgangslochabschnitts der so erhaltenen Leiterplatte wurde festgestellt, dass dieser sich auf 80 μm an der Oberseite und auf 115–130 μm an der Unterseite der Platte belief. Zudem bestätigte die Betrachtung der Ober- und -Unterseite der obigen Platte mit einem Lichtmikroskop, dass bei einigen Durchgangslochabschnitten Verformungen der Löcher und Risse an der Rändern der Löcher vorlagen.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Eine Leiterplatte mit ähnlichen Durchgangslochabschnitten wie jene des Beispiels wurde unter Verwendung eines Laserbearbeitungsgeräts und einer Grünlage mit einem Elastizitätsmodul von 4 kp/mm2 als Material hergestellt. Ähnlich wie im Ver gleichsbeispiel 1 wurde auch hier nur eine Lage verwendet, und die Dicke der verwendeten Lage betrug 0,8 mm. Bei der Messung des Durchmessers eines Durchgangslochabschnitts der so erhaltenen Leiterplatte wurde festgestellt, dass dieser sich auf 80 μm an der Oberseite und auf 40–69 μm an der Unterseite der Platte belief. Zudem bestätigte die Betrachtung der Ober- und -Unterseite der obigen Platte mit einem Lichtmikroskop, dass Verformungen der Löcher, mangelnde Kreisrundheit sowie Grate und Absplitterungen an der Rändern der Löcher vorlagen.
  • Somit können gemäß der vorliegenden Erfindung Werkstücke hergestellt werden, in denen Durchgangslochabschnitte mit einem großen Aspektverhältnis in hoher Anordnungsdichte ohne Verformungen und Rissbildungen mit höherer Präzision als mit herkömmlichen Verfahren hergestellt werden.
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der vorliegenden Erfindung Werkstücke hergestellt werden, in denen feine Durchgangslochabschnitte, deren Durchmesser sehr klein (100 μm und weniger) und deren Axiallänge um ein vorbestimmtes Verhältnis, oder mehr, länger als ihre Durchmesser ist, also Durchgangslochabschnitte, die ein großes Aspektverhältnis aufweisen, hoch dicht und mit ähnlicher Präzision wie beim Bohren von Lochabschnitten in eine Lage eines dünnen Materials bereitgestellt sind, und zwar selbst dann, wenn ein weiches, verformbares Material verwendet wird. Dementsprechend ermöglicht das Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit den obgenannten, ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten beispielsweise die Herstellung gewünschter Leiterplatten und Düsen für die Abgabe von Flüssigkeiten. Zudem bietet es deutliche Vorteile im Bereich der Verbesserung der Packungstechnologie für Werkstücke und der Bereitstellung von kompakteren und praktischeren Produkten für die heutige Gesellschaft.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs (10) und einer Stanzform (12), umfassend: einen ersten Schritt des Bohrens eines ersten Lochabschnitts (2) in eine erste Lage eines Lagenmaterials (3) mit dem Stanzwerkzeug (10); einen zweiten Schritt des Anhebens der ersten Lage in engem Kontakt mit einem Abstreifer (11), mit der Maßgabe, dass das Stanzwerkzeug aus dem ersten Lochabschnitt nicht herausgezogen wird; einen dritten Schritt des Anhebens des Stanzwerkzeugs (10), sodass ein Spitzenabschnitt des Stanzwerkzeugs nicht über eine Unterseite der angehobenen ersten Lage des Lagenmaterials (3) vorsteht; einen vierten Schritt des Bohrens eines zweiten Lochabschnitts (2) in eine zweite Lage des Lagenmaterials mit dem Stanzwerkzeug (10), während die erste Materiallage am Stanzwerkzeug (10) verbleibt; einen fünften Schritt des Anhebens der zweiten Lage in engem Kontakt mit der Unterseite der ersten Lage und laminiert mit dieser, mit der Maßgabe, dass das Stanzwerkzeug aus dem zweiten Lochabschnitt nicht herausgezogen wird; und einen sechsten Schritt des Anhebens des Stanzwerkzeugs, sodass ein Spitzenabschnitt des Stanzwerkzeugs nicht über eine Unterseite der angehobenen zweiten Lage des Lagenmaterials vorsteht; worin nachfolgend die Schritte vier bis sechs zur Laminierung einer Vielzahl von Lagen des Lagenmaterials wiederholt werden.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach Anspruch 1, worin ein Abstandshalter (16) zwischen der Stanzform (12) und dem Abstreifer (11) eingeschoben ist, wenn im ersten und im vierten Schritt der Lochabschnitt mithilfe des Stanzwerkzeugs (10) gebohrt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach Anspruch 2, worin der Abstandshalter (16) in etwa 5 bis 15 μm dicker als die Gesamtdicke des in der Stanzform (12) und im Abstreifer (11) angeordneten Lagenmaterials ist.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach Anspruch 1, worin nach der Wiederholung der obgenannten Schritte vier bis sechs zur Laminierung einer gewünschten Anzahl an Lagen des Lagenmaterials (3) eine ein Arbeitsstück aufnehmende Einpannvorrichtung (23) in einen oberhalb der Stanzform (12) liegenden Raum eingeführt wird und die laminierten Lagen des Lagenmaterials (3) in die das Arbeitsstück aufnehmende Einspannvorrichtung (23) eingebracht werden.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach Anspruch 1, worin das Verfahren Folgendes umfasst: einen Schritt des Entfernens von Abfall am ersten Lochabschnitt des ersten Lagenmaterials (3) zwischen dem zweiten und dem dritten Schritt, mit der Maßgabe, dass ein Spitzenabschnitt des Stanzwerkzeugs (10) leicht über den unteren Abschnitt der ersten Lage des Lagenmaterials vorsteht, und einen Schritt des Entfernens von Abfall am zweiten Lochabschnitt des zweiten Lagenmaterials (3), mit der Maßgabe, dass der Spitzenabschnitt des Stanzwerkzeugs (10) leicht über den unteren Abschnitt der zweiten Lage des Lagenmaterials (3) vorsteht.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach Anspruch 5, worin der Abfall mithilfe eines Luftgebläsemittels entfernt wird, wobei der Abfall durch einen Druckluftstrom entfernt wird, oder einem Haftmittel, wobei der Abfall durch die Anhaftung des Abfalls am Haftmedium entfernt wird.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach Anspruch 1, worin die Genauigkeit der Größe der Lochabschnitte, die in das Werkstück gebohrt werden, so ausgerichtet ist, dass sie jener der Lochabschnitte, die in die eine Lage des Lagenmaterials (3) gebohrt werden, ähnlich ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Verhältnis der Durchmesser oder jenes der kürzesten Abstände von einem Rand zum gegenüberliegenden Rand der Durchgangslochabschnitte zur Axiallänge der Abschnitte in etwa 1:1 bis 1:15 beträgt.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das Verhältnis des Abstands zwischen den benachbarten Durchgangslochabschnitten zur Axiallänge der entsprechenden Abschnitte in etwa 1:1 bis 1:15 beträgt.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin der Durchmesser der Durchgangslochabschnitte 100 μm oder weniger beträgt.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin der Abstand zwischen den benachbarten Durchgangslochabschnitten 100 μm oder weniger beträgt.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin das Lagenmaterial (3) gemeinsam mit einem zuvor darauf aufgebrachten Haftmittel verwendet wird.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit ein großes Aspektverhältnis aufweisenden Durchgangslochabschnitten nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiters umfassend einen Schritt des Einschiebens einer Haftlage zwischen der ersten Lage des Lagenmaterials (3) und der zweiten Lage des Lagenmaterials (3).
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