JP2002103290A - パンチング装置およびパンチングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パンチヘッドを小型軽量化し、また、高速で
の穿孔を可能とし、さらに、パンチピンの折損発生を瞬
時に判断することにより処理不良の発生を防止すること
が可能であるパンチング装置とパンチング装置を用いた
パンチングシステムを提供する。 【解決手段】 シート状の被処理体２１の所定位置に穿
孔を行うパンチング装置１は、パンチヘッド１０と、パ
ンチピン１４の突出時にパンチピン１４の先端部と所定
のクリアランスで嵌合する下金型１８と、被処理体２１
を１方向に送る送り機構と、この送り機構により送られ
た被処理体２１を押圧プレート１６を用いて所定位置で
保持する被処理体固定機構部を具備する。パンチヘッド
１０を、積層型圧電素子１２および積層型圧電素子１２
の発生変位を拡大する変位拡大機構１３ならびに変位拡
大機構１３に取り付けられたパンチピン１４からなる所
定数のパンチエレメント１１を密接させて１列に配列し
た構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスグリ
ーンシートや樹脂シートの所定位置に穿孔を行うパンチ
ング装置およびパンチングシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話やデジタルカメラ、ノー
ト型パソコン等の小型化、高機能化、軽量化に伴って、
これらに使用されるセラミックチップやフレキシブルケ
ーブル（フレキシブル基板）に形成されるスルーホール
の小径化と高密度化、高精度化が強く求められている。
従来、セラミックチップの製造に用いられるセラミック
スグリーンシートやポリイミド樹脂フィルムの表面に銅
等をコーティングしてなるフレキシブル基板の穿孔は、
パンチヘッドとして、例えば、１個の電磁コイルに１本
のパンチピンを取り付けたヘッドエレメントを二次元的
に縦横に配置してなるパンチング装置を用いて行われて
いる。また、電磁コイルに代えて、圧電素子の変位を拡
大してパンチピンを駆動するヘッドエレメントを用いた
装置も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電磁コ
イルや圧電素子を用いたヘッドエレメントを二次元的に
配置してなるパンチヘッドでは、形状の大型化と重量化
は避けられず、パンチング装置自体が大型化する問題が
ある。

【０００４】そして、このような大型のパンチヘッドを
用いた場合には、被処理体の固定機構とパンチヘッドを
被処理体に当接／離隔するための昇降移動機構を別々に
設けざるを得ず、その結果として駆動システムが複雑と
なり、複数の駆動機構を逐次駆動させる間のロスタイム
が高速処理を妨げるという問題も生ずる。

【０００５】また、従来はパンチピンの折損の検出に
は、被処理体と当接するパンチピンの突出面の状態を光
学式センサ等で検知することにより行われていたが、パ
ンチピンの突出面と被処理体との間の間隔が狭いため
に、穿孔を行っている間にリアルタイムにパンチピンの
折損検出を行うことは困難である。従って、パンチピン
の状態を検査するためにパンチヘッドを被処理体から離
隔した場合には、当然にパンチング作業は中止され、し
かも、もしパンチピンが折損していた場合には、それま
でに処理していた被処理体が不良品となる問題があっ
た。

【０００６】本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、パンチヘッドを小型軽量化し
て、高速での穿孔が可能であるパンチング装置を提供す
ることを１つの目的とする。また、本発明は統合可能な
駆動機構を統合して制御を簡単なものにすることによっ
て、高速での穿孔を可能としたパンチング装置を提供す
ることを目的とする。さらに、本発明はパンチピンの折
損発生を瞬時に判断することにより処理不良の発生を防
止することを可能としたパンチング装置を提供すること
を目的とする。さらにまた、本発明はこのようなパンチ
ング装置を用いたパンチングシステムを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、
シート状の被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチング
装置であって、積層型圧電素子および前記積層型圧電素
子の発生変位を拡大する変位拡大機構ならびに前記変位
拡大機構に取り付けられたパンチピンからなる所定数の
パンチエレメントを密接させて１方向に配列してなるパ
ンチヘッドと、前記パンチピンの突出時に前記パンチピ
ンの先端部と所定のクリアランスで嵌合する下金型と、
前記被処理体を１方向に送る送り機構と、前記送り機構
により送られた被処理体を所定位置で保持する被処理体
固定機構部と、を具備することを特徴とするパンチング
装置、が提供される。ここで、被処理体固定機構部は、
好適には被処理体を押さえて固定する押圧プレートと押
圧プレートを昇降させる昇降機構から構成される。

【０００８】また、本発明によれば、シート状の被処理
体の所定位置に穿孔を行うパンチング装置であって、積
層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を拡
大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り付
けられたパンチピンからなる所定数のパンチエレメント
を密接させて１方向に配列してなるパンチヘッドと、前
記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所定
のクリアランスで嵌合する下金型と、前記被処理体を１
方向に送る送り機構と、前記送り機構により送られた被
処理体を所定位置で固定し、かつ、前記パンチピンと所
定のクリアランスで嵌合するガイドが形成され、前記ガ
イド内を貫通するように上面に前記パンチヘッドが配設
された押圧プレートと、前記押圧プレートを昇降させる
昇降機構と、を具備することを特徴とするパンチング装
置、が提供される。

【０００９】上記本発明に係るパンチング装置において
は、パンチエレメントは平板状の構造を有し、かつ、パ
ンチヘッドはこの平板状パンチエレメントを厚み方向に
１列に密に配列した構造を有するものが好適に用いられ
る。このようなパンチヘッドは複数のパンチエレメント
から構成されるにもかかわらず、パンチエレメントが薄
いために小型で軽量なものとすることが可能となる。

【００１０】本発明によれば、さらに、シート状の被処
理体の所定位置に穿孔を行うパンチング装置であって、
積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を
拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り
付けられたパンチピンからなるパンチエレメントと、前
記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所定
のクリアランスで嵌合する下金型と、前記被処理体を１
方向に送る送り機構と、前記送り機構により送られた被
処理体を所定位置で固定する押圧プレートと、前記押圧
プレートを昇降させる昇降機構と、を具備し、前記パン
チエレメントは前記押圧プレート上に配設されて前記押
圧プレートと一体的に昇降され、前記押圧プレートに前
記パンチピンと所定のクリアランスで嵌合するガイドが
形成されていることを特徴とするパンチング装置、が提
供される。

【００１１】パンチヘッドと押圧プレートは従来は別体
として構成され、それぞれが被処理体と当接／離隔する
ための昇降機構を有していたが、上記パンチング装置で
はパンチヘッドと押圧プレートとを一体的な構造とする
ことが可能であり、これによって、被処理体と当接／離
隔するための昇降機構が１つで足り、処理速度を上げる
ことができるようになる。

【００１２】このような本発明のパンチング装置におい
て好適に用いられる変位拡大機構としては、積層型圧電
素子を積層型圧電素子の伸張方向において挟持する保持
部と、この保持部と連結された連結部を支点として積層
型圧電素子の伸張変位を支点回りの回転変位に変換する
ように開閉する２本の脚部材と、これら脚部材の略先端
部間に跨設された板バネとを有しており、この板バネは
脚部材が閉脚した状態で脚部材と板バネとの接合点より
積層型圧電素子側に所定距離だけ凸になるように設定さ
れ、脚部材が開脚した場合にはこの所定距離が減ずるよ
うに構成されているもの、を挙げることができる。板バ
ネの中央にはパンチピンが取り付けられており、積層型
圧電素子の伸張変位発生時にはパンチピンに所定の圧力
が与えられてパンチピンが突出し、積層型圧電素子の伸
張変位が除去された場合には、パンチピンに所定の引張
力が与えられてパンチピンが後退する構造となってい
る。

【００１３】このような変位拡大機構はパンチピンの長
さ方向軸に対して対称な構造を有しており、そのために
パンチピンの変位はパンチピンの長さ方向における直線
的な変位となる。これは他の変位拡大機構にない特徴で
ある。一般に変位拡大をテコの原理で行う場合には、拡
大された変位はある回転中心の回りの回転運動になって
いるが、本発明のパンチング装置の場合には、穿孔動作
に伴ってパンチピンに加わる力が大変大きいために、回
転運動でパンチピンを駆動した場合にはパンチピンが座
屈してしまうことが多くなる。従って、本発明のパンチ
ング装置には、テコの原理を用いて回転運動によりパン
チピンを駆動する変位拡大機構を用いることは好ましい
ものではない。

【００１４】さて、穿孔動作を繰り返し行った場合のパ
ンチピンの摩耗速度は一般に大きく、そのために数万シ
ョットから数十万ショットでパンチピンの交換が必要と
なる。一方、変位拡大機構の寿命は数億ショットから数
十億ショットであり、パンチピンと変位拡大機構の寿命
のショット数には１０^３倍から１０^４倍の差がある。従
って、パンチエレメント全体を交換することなく、パン
チピンのみを簡易的に交換することが可能であると、装
置コストやランニングコストが低減され、好ましい。そ
こで、本発明においては、パンチピンを変位拡大機構の
板バネにねじ止めして固定する構造が好適に用いられ
る。この場合には、パンチピンの折損時の交換作業も容
易である。

【００１５】穿孔に必要なエネルギは、被処理体に形成
される孔の外周の長さと被処理体の厚みの積に比例する
が、このエネルギの発生源である積層型圧電素子につい
ては、発生するエネルギの大きさは積層型圧電素子の伸
張方向に垂直な断面の面積、つまり、通常は変位面の面
積、に比例する。また、前述したようにパンチエレメン
トを密着させても１回の穿孔動作でパンチエレメントの
厚み以下のピッチで穿孔することはできないので、パン
チエレメントの厚みは可及的に薄い方が種々の穿孔ピッ
チに容易に対応できることとなり、望ましい。従って、
積層型圧電素子としては、パンチエレメントの厚みの要
求による制限の範囲内において所要の変位面の面積を確
保するために、変位面の形状が１方向に極端に長い長方
形であって所定の変位を得るために適度な高さを有する
ものが必要となるが、このような形状の積層型圧電素子
の発生変位はポアソン比の影響で変位面全体で均一とな
らずに変位面の中央部のみで大きな変位が生ずるように
なり、望ましいものではない。

【００１６】そこで、このような問題を解決するため
に、本発明においては、複数個の積層型圧電素子を並列
に配設する方法が好適に用いられる。つまり、パンチエ
レメントにおいて積層型圧電素子を同じ方向に同量変位
するように並列に配設し、その配設数を変化させること
で、パンチピンの変位量を変化させずに発生エネルギを
変化させる。これにより、穿孔が可能な被処理体の限界
厚みまたは材質を変えて、広範な材料の穿孔が可能とな
る。また、同一形状の変位拡大機構に異なる数の積層型
圧電素子を配設することができるようにしておくこと
で、パンチング装置の他の部分の構造を一切変更するこ
となく、発生エネルギの異なる変位拡大機構へ交換する
ことが容易に行うことができるようになる。

【００１７】本発明のパンチング装置においては、送り
機構としては、被処理体が１方向に間歇的に送られる機
構が好適に用いられ、送り方向と直交する方向での位置
決めの必要がない。こうして、従来の被処理体のＸ−Ｙ
方向での複雑な位置決め制御を行う必要がなく、制御系
が簡略化される。また、パンチヘッドおよび押圧プレー
トおよび下金型を被処理体の送り方向に対して直交する
方向にスライド自在に構成することで、被処理体の任意
位置に穿孔が可能となる。

【００１８】ところで、積層型圧電素子は駆動素子であ
ると同時に圧力を検知するセンサでもある。積層型圧電
素子のこのような特性を利用して、積層型圧電素子を駆
動する駆動回路に、積層型圧電素子の実作動時の電流波
形および／または電圧波形を検出して、予め測定された
パンチピンに折損なく正常に行われた穿孔動作時に得ら
れる積層型圧電素子の電流波形および／または電圧波形
と比較することにより、パンチピンの折損を検出する監
視回路を併設すると、リアルタイムにパンチピンの折損
を検知することが可能となり、被処理体への穿孔不良を
防止することが可能となる。

【００１９】さて、以上の特徴を有するパンチング装置
を用いることにより、小型で制御性に優れたパンチング
システムの提供が可能となる。即ち、本発明によれば、
シート状の被処理体に穿孔を行うパンチングシステムで
あって、捲回された未処理の被処理体が１方向に送り出
されるように回転自在に配置された巻き出し部と、前記
被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチ部と、前記巻き
出し部から前記パンチ部へ未処理の被処理体を１方向に
送り出す送り部と、前記パンチ部において穿孔された被
処理体を巻き取る捲回機構を有する巻き取り部と、を有
し、前記パンチ部は、積層型圧電素子および前記積層型
圧電素子の発生変位を拡大する変位拡大機構ならびに前
記変位拡大機構に取り付けられたパンチピンからなる所
定数のパンチエレメントを密接させて１方向に配列して
なるパンチヘッドと、前記パンチピンの突出時に前記パ
ンチピンの先端部と所定のクリアランスで嵌合する下金
型と、前記送り機構により送られた被処理体を所定位置
で固定し、かつ、前記パンチピンと所定のクリアランス
で嵌合するガイドが形成され、前記ガイド内を貫通する
ように上面に前記パンチヘッドが配設された押圧プレー
トと、前記押圧プレートを昇降させる昇降機構と、を具
備することを特徴とするパンチングシステム、が提供さ
れる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
のパンチング装置およびパンチングシステムについて説
明する。図１は本発明のパンチング装置の一実施形態を
示す正面図、図２はパンチエレメント１１の一実施形態
を示す平面図であり、図２において紙面に垂直な方向を
Ｙ方向、パンチピン１４の長さ方向をＺ方向、Ｙ方向と
Ｚ方向の両方向と直交する方向をＸ方向と規定する。パ
ンチング装置１に用いられるパンチヘッド１０は、積層
型の圧電素子１２および圧電素子１２の発生変位を拡大
する変位拡大機構１３ならびに変位拡大機構１３に取り
付けられたパンチピン１４からなる所定数のパンチエレ
メント１１を密接させて１列に配列した構造を有してい
る。

【００２１】パンチエレメント１１に配設される積層型
の圧電素子１２は、圧電体と金属電極とが交互に積層さ
れ、この金属電極が一層おきに接続されて一対の分極用
かつ駆動用の電極が形成された構造を有しており、この
駆動用電極に分極方向と同じ方向に電界が掛かるように
所定の電圧を印加することにより、圧電体が３３モード
の縦変位を起こして積層方向に伸張するものである。

【００２２】本発明においては、小さい電圧で所定の大
きい変位量が得られる圧電セラミックスを用いた一体焼
成型の圧電素子が好適に用いられる。圧電素子１２は、
電磁コイルと比較して小型軽量であり、これによりパン
チヘッド１０の小型軽量化が促進される。また、圧電素
子１２は、電磁コイルよりも高い周波数での高速駆動が
可能であり、応答性にも優れているので、高速動作を行
うに適している。しかも電気／機械エネルギ変換効率が
大きいために消費電力が小さく、ランニングコストを低
く抑えることも可能となる。

【００２３】圧電素子１２は、図２においては２直列３
並列で配設されている。つまり、２個の圧電素子１２を
その伸張方向（Ｚ方向）に直列に接続したものを、伸張
方向に垂直な方向（Ｘ方向）に３列に並列に配設した平
面的な配置としている。圧電素子１２の直列接続数は、
変位拡大機構１３によってパンチピン１４が所定長さほ
ど突出できるように設定され、１個の圧電素子１２の変
位量が大きければ直列接続数は１、つまり直列方向には
接続しなくともよく、逆に、１個の圧電素子１２の変位
量が小さければ、直列接続数は２以上とすればよい。

【００２４】圧電素子１２の並列接続数を変化させて
も、直列接続数が同じであれば変位量は変化しないの
で、パンチピン１４の突出長さは変化しない。しかし、
並列接続数を多くすると、それだけ圧電素子１２の変位
によって発生する発生エネルギが大きくなるので、より
大きな力でパンチピン１４を突出させることができるよ
うになる。従って、圧電素子１２の並列配設数を多くす
ることで、被処理体が同材質の場合にはより厚みの厚い
ものを穿孔することが可能となり、同一厚みの場合には
より固い材料の穿孔が可能となる。

【００２５】このように、配設する圧電素子１２の数を
変化させても変位拡大機構１３の形状は同じであるか
ら、パンチング装置１の他の部分の構造を一切変更する
ことなく、発生エネルギの異なるパンチエレメント１１
を用いてパンチヘッド１０を構成することが可能であ
る。また、複数の圧電素子１２を並列に配設して用いた
場合には、変位面の形状がＸ方向に極端に長くＹ方向に
短い長方形となっている１個の圧電素子を用いた場合と
比較して、圧電素子１２における変位の均一性が確保さ
れ、好ましい。なお、図２に示すように、圧電素子１２
を直並列に接続するための第１接続治具３１ａおよび第
２接続治具３１ｂを用いて圧電素子１２を接続した場合
には、第１接続治具３１ａに圧電素子１２の電極を接続
する役割を担わせることが可能である。また、第２接続
治具３１ｂを配設することによって、圧電素子１２の変
位を均一に後述する脚部材３４へ伝えることが可能とな
っている。

【００２６】さて、変位拡大機構１３は圧電素子１２を
圧電素子の伸張方向であるＺ方向において挟持する保持
部３２を有している。保持部３２には、複数の変位拡大
機構１３をその厚み方向であるＹ方向において１列に接
続して配列するために、ボルト等を貫通させナット等に
より締め付ける治具１５を取り付けるための孔部３２ａ
が形成されている。

【００２７】圧電素子１２の伸張方向の一端は保持部３
２において幅広に形成されている部分に固定されてい
る。一方、圧電素子１２の伸張方向の他端では、２本の
脚部材３４が、保持部３２と第１連結部３３ａにより連
結され、かつ、第２接続治具３１ｂと第２連結部３３ｂ
により連結されている。

【００２８】圧電素子１２を変位させた場合、圧電素子
１２のＺ方向変位は、矢印Ｓ_１に示すように第２連結部
３３ｂにおいてＺ方向に直線的に脚部材３４に伝達され
るが、第１連結部３３ａの存在により、第２連結部３３
ｂに加わるＺ方向の直線的変位は、矢印Ｓ_２で示される
ように、第１連結部３３ａを支点とした支点回りの回転
変位に変換される。こうして、圧電素子１２のＺ方向変
位は、第１連結部３３ａ回りの回転変位に変換され、脚
部材３４が開脚する。当然に、圧電素子１２に電圧が印
加されていない状態では脚部材３４は閉脚した状態に戻
る。つまり、圧電素子１２の駆動に対応して脚部材３４
が開閉する。

【００２９】脚部材３４の先端部（第１・第２連結部３
３ａ・３３ｂのＺ方向反対側）の間には板バネ３５が跨
設されており、板バネ３５の中央部にはパンチピン１４
がその長さ方向がＺ方向となるように取り付けられてい
る。ここで、例えば、板バネ３５の中央に台座３６を設
けておき、一方、パンチピン１４は台座３６とねじ３７
等を用いて脱着可能な台金３８と一体的に形成され、ま
たは取り付けられた構造とすると、パンチエレメント１
１を作製する際のパンチピン１４の取り付け作業やパン
チピン１４の摩耗または折損時の交換作業が容易とな
る。

【００３０】特に、穿孔動作を繰り返し行った場合のパ
ンチピンの摩耗速度は一般に大きく、そのために数万シ
ョットから数十万ショットでパンチピンの交換が必要と
なる一方で、変位拡大機構の寿命は数億ショットから数
十億ショットであり、パンチピンと変位拡大機構の寿命
のショット数には１０^３倍から１０^４倍の差があること
から、パンチエレメント１１全体を交換することなく、
パンチピン１４のみの交換が可能であると、装置コスト
やランニングコストが低減され、好ましい。

【００３１】図２に示すように、この板バネ３５は脚部
材３４が閉脚した状態では、脚部材３４と板バネ３５と
の接合点より圧電素子１２側に所定距離だけ凸になるよ
うに設定されている。そして、脚部材３４が圧電素子１
２の駆動、伸張により開脚したときには、この所定距離
が減じてパンチピン１４が突出するように、つまり圧電
素子１２と板バネ３５の中央部との間隔が拡がるように
動作する。こうしてパンチピン１４が突出することによ
り、パンチピン１４の先端前方に位置する被処理体２１
が穿孔される。このような変位拡大機構１３は、圧電素
子１２の変位を２段階に拡大して大きな変位を得ること
ができるだけでなく、パンチピン１４の長さ方向軸に対
して対称な構造を有しており、パンチピン１４の変位は
その長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位となって
いるという特徴を有する。従って、一般的なテコの原理
を用いた回転変位を直接に用いた変位拡大機構を用いる
場合と比較して、パンチピン１４の座屈が起こらないと
いう特徴を有する。

【００３２】上述したパンチエレメント１１としては、
例えば、圧電素子１２として、Ｘ方向幅３ｍｍ×Ｙ方向
厚み１．４ｍｍ×Ｚ方向高さ９ｍｍの形状のものを用
い、圧電素子１２をＺ方向に２直列に接続し、Ｘ方向に
３並列に接続し、変位拡大機構１３のＹ方向厚みを２ｍ
ｍとして、変位拡大機構１３の厚み内に圧電素子１２が
納まるように配設し、変位拡大機構１３により、圧電素
子１２を１００Ｖで駆動した場合に、パンチピン１４が
３５０μｍ変位するものを用いることができる。

【００３３】このようなＹ方向を厚み方向として平板状
に形成されたパンチエレメント１１を変位拡大機構１３
の孔部３２ａを用いてＹ方向に複数配列した場合には、
異なる変位拡大機構１３に配設された圧電素子１２どう
しが接触することないので、パンチエレメント１１どう
しを強固に固定することが可能となる。また、パンチエ
レメント１１が平板状に薄く形成されることで、複数の
パンチエレメント１１を孔部３２ａを用いてＹ方向に１
列に配列させた場合にも小型で軽量なパンチヘッド１０
とすることができる。

【００３４】次に、パンチング装置１におけるパンチヘ
ッド１０以外の構成について説明する。パンチヘッド１
０は、穿孔の際に被処理体が固定されるように被処理体
を所定の圧力で押し付けて固定する押圧プレート１６の
上面に配設されている。このような構造を実現するため
に、押圧プレート１６にはパンチピン１４と所定のクリ
アランスで嵌合するガイド（図示せず）が形成されてお
り、パンチピン１４は、例えば、その先端が押圧プレー
ト１６の下面と一致するように、ガイド内に挿入されて
いる。

【００３５】押圧プレート１６は昇降機構１７により昇
降される。従って、昇降機構１７によりパンチヘッド１
０も押圧プレート１６とともに昇降する。従来は、パン
チヘッドが大型で重量も大きいものであったために、押
圧プレートの昇降機構とパンチヘッドの昇降機構を別々
に設けて、相互のタイミングを調整した昇降動作が必要
であったが、本発明においては、パンチヘッド１０が小
型軽量であるためにパンチヘッド１０を押圧プレート１
６に配設して、昇降機構を統合することが可能であり、
これにより装置構成が簡略化され、装置制御も簡単なも
のとすることが可能となっている。

【００３６】なお、パンチピン１４の先端が押圧プレー
ト１６の下面から突出せず、また、押圧プレート１６内
に深く入り込まずに、押圧プレート１６の下面とほぼ同
じ位置にあるようにすることで、押圧プレート１６の昇
降ギャップを小さくすることができ、これによって押圧
プレート１６の昇降に必要な時間が短縮され、より高速
で穿孔を行うことが可能となる。

【００３７】押圧プレート１６の下には、パンチピン１
４の突出時にパンチピン１４の先端部と所定のクリアラ
ンスで嵌合する孔部（図示せず）が形成された下金型１
８が配設されている。被処理体のパンチングにより打ち
抜かれた部分は、下金型１８に形成された孔部から下方
に落下し、回収される。また、下金型１８には、押圧プ
レート１６を貫通するようにガイド柱１９が建てられて
おり、このガイド柱１９により、押圧プレート１６の垂
直方向移動がより確実に行われるようになっている。

【００３８】下金型１８の上面を穿孔を行う被処理体２
１が移動可能であるように、パンチング装置１には、被
処理体２１を一軸方向に送る送り機構（図示せず）が配
設されている。この送り方向は好適にはＸ方向とされ、
送り機構としては、押圧プレート１６の昇降タイミング
とパンチヘッド１０の動作に合わせて、間歇的に一定距
離ほど被処理体２１を送るものが好適に用いられる。被
処理体２１は、シート状の形態を有するものであり、例
えば、セラミックスグリーンシートや樹脂シート等を挙
げることができ、その厚みは材質により異なる。

【００３９】このような被処理体２１を１方向に移動さ
せる簡単な送り機構を用いて被処理体２１の位置合わせ
を容易なものとすることにより、従来のように、可撓性
を有するために位置合わせが行い難い被処理体２１のＸ
−Ｙ方向での位置合わせといった複雑な制御を行う必要
がなくなり、これによって制御系が簡略化されるととも
に、位置合わせ時間が短縮される。なお、後述するパン
チングシステム５０に示すように、このような送り機構
は直接にパンチング装置に配設しなければならないもの
ではない。

【００４０】さて、上述した送り機構を用いた場合に
は、パンチヘッド１０の位置が固定であると、Ｙ方向に
はパンチエレメント１１の配列ピッチでのみ穿孔が可能
となり、Ｘ−Ｙ平面の任意位置に穿孔を行うことができ
ない。そこで、パンチング装置１においては、送り機構
を固定し、被処理体２１は常にＹ方向には移動せずにＸ
方向に送られる構造とした状態で、下金型１８、ガイド
柱１９、押圧プレート１６、パンチヘッド１０の全体が
サーボモータ等を用いたＹ方向移動機構により、Ｙ方向
にスライド自在となるように構成する。これにより、被
処理体２１の任意位置に穿孔を行うことが可能となる。
なお、Ｙ方向移動機構はパンチヘッド１０のみをＹ方向
に移動させるように構成しても構わない。この場合には
下金型１８に形成するパンチヘッド１０のＹ方向移動ピ
ッチに合わせて孔部を形成しておく。

【００４１】次に、本発明のパンチング装置１に好適に
用いられるパンチピン１４の折損検出方法について説明
する。圧電素子１２は、穿孔を行う駆動素子であると同
時に、圧力を検出するセンサでもある。換言して説明す
れば、圧電素子１２を動作させて穿孔を行った場合に
は、パンチピン１４が被処理体２１を打ち抜く際にパン
チピン１４に所定の圧力が加わるが、パンチピン１４が
折損して被処理体２１を打ち抜くことができない場合に
は、このような圧力はパンチピン１４に加わらない。

【００４２】ここで、圧電素子１２に所定の圧力が加わ
った場合には、圧電素子１２には印加された力の大きさ
に応じて電圧が発生する。そこで、圧電素子１２の駆動
時の電圧波形および／または電流波形を測定すると、パ
ンチピン１４が被処理体２１を打ち抜くか否かによって
圧電素子１２の電圧波形および／または電流波形が異な
る形態を示す。

【００４３】図３は、被処理体２１として厚み７０μｍ
のグリーンシートの穿孔を行った場合の圧電素子１２の
電圧波形および電流波形と、被処理体２１を下金型１８
上に配置しないでパンチヘッド１０を駆動させた、いわ
ゆる空打ちの場合の圧電素子１２の電圧波形および電流
波形とを比較して示した説明図である。電流波形では第
１と第２の谷の大きさとその大小の出方の順番が異なっ
ており、電圧波形では第２の山の出方とその大きさや、
第２の谷の大きさに大きな差が認められる。

【００４４】このような圧電素子１２の電流波形および
／または電圧波形に現れる特徴を利用して、圧電素子１
２を駆動する駆動回路に、圧電素子１２の実作動時の電
流波形および／または電圧波形を検出して、その波形を
予め測定されたパンチピン１４に折損なく正常に行われ
た穿孔動作時に得られる圧電素子１２の電流波形および
／または電圧波形と比較、監視する回路を併設すると、
リアルタイムにパンチピン１４の折損を検知することが
可能となり、被処理体２１への穿孔不良を防止すること
が可能となる。このようなパンチピン１４の折損検出方
法は、圧電素子１２からパンチピン１４までが一体的に
結合された構造であることにより、初めて可能になる特
徴である。

【００４５】続いて、図４の側面図を参照しながら、上
述したパンチング装置１を用いた小型で制御性に優れた
パンチングシステム５０とその駆動形態について説明す
る。パンチングシステム５０は、捲回された未処理の被
処理体２１が１方向に送り出されるように回転自在に配
置された巻き出し部５１と、被処理体２１の所定位置に
穿孔を行うパンチ部５３と、巻き出し部５１からパンチ
部５３へ未処理の被処理体２１を１方向に送り出す送り
部５２と、パンチ部５３において穿孔された被処理体２
１を巻き取る捲回機構５７を有する巻き取り部５４とを
有している。

【００４６】巻き出し部５１には、種々の方法を用いて
作製されたグリーンシートや樹脂シート等の被処理体２
１がロール状に捲回され、その捲回軸５５を中心に回転
するように配設されている。被処理体２１は巻き出し部
５１から引き出され、パンチ部５３の前後に配設されて
いる送り部５２を通してパンチ部５３に送られる。

【００４７】送り部５２には、例えば、ステッピングモ
ータ等によって回転するロール５６の間に被処理体２１
が所定の圧力で接するように通し、このロール５６を回
転させることで、間歇的に被処理体２１が所定長さほど
送られる送り機構が設けられる。また送り部５２におい
て、被処理体２１のテンションの調節が、例えば、被処
理体２１の送り速度と巻き取り部５４における捲回機構
５７の回転速度を調節することで行われる。被処理体２
１のテンションの調節は、被処理体２１が送られる途中
に被処理体２１の行路長が変化するように、被処理体２
１の表面に垂直な方向に押圧するロール等を配設するこ
とによっても行うことができる。

【００４８】パンチ部５３には先に詳細に説明したパン
チング装置１が配設されている。但し、被処理体２１の
送り機構は送り部５２に配設されているので、パンチン
グ装置１自体に送り機構を設けることは不要である。送
り部５２に配設された送り機構によりパンチ部５３に送
られた被処理体２１は、送り機構を停止させた後に昇降
機構１７により押圧プレート１６およびパンチヘッド１
０を降下させることで、所定の圧力で下金型１８に押し
付けられ、固定される。そして、パンチヘッド１０の所
定のパンチエレメント１１を駆動させて、所定位置に穿
孔を行う。

【００４９】Ｙ方向に穿孔を行う必要がない場合には、
昇降機構１７により押圧プレート１６を上昇させて、送
り機構により所定長さほど被処理体２１を送り、再び押
圧プレート１６およびパンチヘッド１０を降下させて所
定位置に穿孔を行う。一方、Ｙ方向の異なる位置に穿孔
を行う必要がある場合には、昇降機構１７により押圧プ
レート１６を上昇させ、パンチング装置１自体をＹ方向
移動機構を用いて所定距離ほどＹ方向に移動させ、押圧
プレート１６およびパンチヘッド１０を降下させて、所
定位置に穿孔を行う。

【００５０】以下、さらに被処理体２１のＹ方向の異な
る位置に穿孔を行う必要がある場合と必要がない場合に
ついて前記手順を繰り返す。これにより被処理体２１の
任意位置への穿孔が可能となる。パンチ部５３で穿孔さ
れた被処理体２１は、巻き取り部５４において捲回機構
５７によって再びロール状に捲回され、次工程、例え
ば、電極印刷工程等へと送られる。

【００５１】以上、本発明のパンチング装置およびパン
チングシステムについて説明してきたが、本発明が上記
実施の形態に限定されるものでないことはいうまでもな
い。例えば、パンチヘッド１０として、複数のパンチエ
レメント１１を１列に厚み方向に密接させた形態につい
て説明したが、この場合には、１回の穿孔動作ではＹ方
向にパンチエレメント１１の配列ピッチよりも小さいピ
ッチで穿孔することはできない。そこで、パンチエレメ
ント１１を１列に密接させたものを複数ほどＹ方向に所
定長さほどずらしてＸ方向に配設したパンチヘッドを用
いることで、Ｙ方向においてより短いピッチで穿孔する
ことを可能とすることができる。この場合には、パンチ
ヘッドのＹ方向移動機構を必要としない構造とすること
も可能となる。

【００５２】また、被処理体２１を固定する機構とし
て、押圧プレート１６を用いた場合について説明した
が、押圧プレート１６を用いることなく、例えば真空吸
着機構等を用いて被処理体２１を固定することも可能で
ある。この場合には、押圧プレート１６は、パンチピン
１４のガイドが可能であり、また、パンチヘッド１０を
搭載することができる最小限の大きさにまで小型軽量化
することができる。

【００５３】

【発明の効果】上述の通り、本発明のパンチング装置に
おいては、複数の平板状パンチエレメントが１列に配列
された小型軽量のパンチヘッドが用いられているため、
パンチング装置が小型軽量化される。これによりパンチ
ング装置を用いたパンチングシステムの小型軽量化も可
能となる。また、パンチヘッドと被処理体の押さえを行
うための押圧プレートの昇降動作が１つの昇降機構を用
いて行われることにより、装置構造が簡略化され、従来
よりも高速な穿孔が可能となり、これにより生産効率が
向上するとともに、駆動制御も簡単なものとなる。さら
に、パンチピンを駆動する圧電素子をパンチピンの折損
検知センサとして用いることにより、パンチピンの折損
発生をリアルタイムに判断することが可能であり、これ
により穿孔不良の発生を防止して、生産効率を向上させ
ることができる等、様々な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパンチング装置の一実施形態を示す正
面図。

【図２】本発明のパンチング装置のパンチヘッドに用い
られるパンチエレメントの構造を示す平面図。

【図３】本発明のパンチング装置に用いられる圧電素子
の電圧波形および電流波形を被処理体の有無で比較した
説明図。

【図４】本発明のパンチングシステムの一実施形態を示
す側面図。

【符号の説明】

１；パンチング装置 １０；パンチヘッド １１；パンチエレメント １２；圧電素子 １３；変位拡大機構 １４；パンチピン １５；治具 １６；押圧プレート １７；昇降機構 １８；下金型 １９；ガイド柱 ２１；被処理体 ３２；保持部 ３２ａ；孔部 ３４；脚部材 ３５；板バネ ５０；パンチングシステム ５１；巻き出し部 ５２；送り部 ５３；パンチ部 ５４；巻き取り部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591009668 青木 勇 神奈川県横浜市瀬谷区本郷２丁目37−12 (72)発明者 矢野 健 神奈川県藤沢市鵠沼橘１−５−５ (72)発明者 堀 光隆 愛知県大府市北崎町１丁目47番地 (72)発明者 宗片 睦夫 千葉県千葉市若葉区千城台西２−19−51 (72)発明者 青木 勇 神奈川県横浜市瀬谷区本郷２−37−12 (72)発明者 樋口 俊郎 神奈川県横浜市都筑区荏田東３−４−26 Ｆターム(参考） 3C060 AA04 AA11 AB01 BA01 BE08 BG13 BG18

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状の被処理体の所定位置に穿孔を
   行うパンチング装置であって、 積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を
   拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り
   付けられたパンチピンからなる所定数のパンチエレメン
   トを密接させて１方向に配列してなるパンチヘッドと、 前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所
   定のクリアランスで嵌合する下金型と、 前記被処理体を１方向に送る送り機構と、 前記送り機構により送られた被処理体を所定位置で保持
   する被処理体固定機構部と、 を具備することを特徴とするパンチング装置。
2. 【請求項２】 前記被処理体固定機構部は、被処理体を
   押さえて固定する押圧プレートと、前記押圧プレートを
   昇降させる昇降機構からなることを特徴とする請求項１
   に記載のパンチング装置。
3. 【請求項３】 シート状の被処理体の所定位置に穿孔を
   行うパンチング装置であって、 積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を
   拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り
   付けられたパンチピンからなる所定数のパンチエレメン
   トを密接させて１方向に配列してなるパンチヘッドと、 前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所
   定のクリアランスで嵌合する下金型と、 前記被処理体を１方向に送る送り機構と、 前記送り機構により送られた被処理体を所定位置で固定
   し、かつ、前記パンチピンと所定のクリアランスで嵌合
   するガイドが形成され、前記ガイド内を貫通するように
   上面に前記パンチヘッドが配設された押圧プレートと、 前記押圧プレートを昇降させる昇降機構と、 を具備することを特徴とするパンチング装置。
4. 【請求項４】 前記パンチエレメントは平板状の構造を
   有し、かつ、前記パンチヘッドは前記平板状パンチエレ
   メントを厚み方向に１列に密に配列した構造を有するこ
   とを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に
   記載のパンチング装置。
5. 【請求項５】 シート状の被処理体の所定位置に穿孔を
   行うパンチング装置であって、 積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を
   拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り
   付けられたパンチピンからなるパンチエレメントと、 前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所
   定のクリアランスで嵌合する下金型と、 前記被処理体を１方向に送る送り機構と、 前記送り機構により送られた被処理体を所定位置で固定
   する押圧プレートと、 前記押圧プレートを昇降させる昇降機構と、 を具備し、 前記パンチエレメントは前記押圧プレート上に配設され
   て前記押圧プレートと一体的に昇降され、前記押圧プレ
   ートに前記パンチピンと所定のクリアランスで嵌合する
   ガイドが形成されていることを特徴とするパンチング装
   置。
6. 【請求項６】 前記変位拡大機構は、 前記積層型圧電素子を前記積層型圧電素子の伸張方向に
   おいて挟持する保持部と、 前記保持部と連結された連結部を支点として前記積層型
   圧電素子の伸張変位を当該支点回りの回転変位に変換す
   るように開閉する２本の脚部材と、 前記脚部材の略先端部間に跨設された板バネと、 を有し、 前記板バネは、前記脚部材が閉脚した状態では前記脚部
   材と前記板バネとの接合点より前記積層型圧電素子側に
   所定距離だけ凸になるように設定されており、前記脚部
   材が開脚した場合には前記所定距離が減ずるように構成
   され、かつ、前記板バネの中央に配設されたパンチピン
   の長さ方向軸に対して対称な平板状の構造を有すること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記
   載のパンチング装置。
7. 【請求項７】 前記パンチピンを前記変位拡大機構にね
   じ止めして固定することにより、前記パンチピンが容易
   に脱着可能であることを特徴とする請求項１から請求項
   ６のいずれか１項に記載のパンチング装置。
8. 【請求項８】 前記パンチエレメントにおける前記積層
   型圧電素子の伸張方向に垂直な方向の配設数を変化させ
   ることにより、前記パンチピンの変位を変化させずに発
   生エネルギを変化させることで、穿孔が可能な被処理体
   の限界厚みまたは材質を変えることを特徴とする請求項
   １から請求項７のいずれか１項に記載のパンチング装
   置。
9. 【請求項９】 前記送り機構により、被処理体が一軸方
   向に間歇的に送られることを特徴とする請求項１から請
   求項８のいずれか１項に記載のパンチング装置。
10. 【請求項１０】 前記パンチヘッドおよび前記押圧プレ
    ートおよび前記下金型を前記被処理体の送り方向と直交
    する方向にスライド自在に構成され、前記被処理体の任
    意位置に穿孔が可能であることを特徴とする請求項１か
    ら請求項９のいずれか１項に記載のパンチング装置。
11. 【請求項１１】 前記積層型圧電素子を駆動する駆動回
    路が、前記積層型圧電素子の実作動時の電流波形および
    ／または電圧波形を検出して、予め測定されたパンチピ
    ンに折損なく正常に行われた穿孔動作時に得られる積層
    型圧電素子の電流波形および／または電圧波形と比較す
    ることにより、パンチピンの折損を検出する監視回路を
    有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいず
    れか１項に記載のパンチング装置。
12. 【請求項１２】 シート状の被処理体に穿孔を行うパン
    チングシステムであって、 捲回された未処理の被処理体が１方向に送り出されるよ
    うに回転自在に配置された巻き出し部と、 前記被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチ部と、 前記巻き出し部から前記パンチ部へ未処理の被処理体を
    １方向に送り出す送り部と、 前記パンチ部において穿孔された被処理体を巻き取る捲
    回機構を有する巻き取り部と、 を有し、 前記パンチ部は、 積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を
    拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り
    付けられたパンチピンからなる所定数のパンチエレメン
    トを密接させて１方向に配列してなるパンチヘッドと、 前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所
    定のクリアランスで嵌合する下金型と、 前記送り機構により送られた被処理体を所定位置で固定
    し、かつ、前記パンチピンと所定のクリアランスで嵌合
    するガイドが形成され、前記ガイド内を貫通するように
    上面に前記パンチヘッドが配設された押圧プレートと、 前記押圧プレートを昇降させる昇降機構と、 を具備することを特徴とするパンチングシステム。