JP2006000979A - 積層シート状の材料板の穴明け装置、及び穴明け加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェットプリンタのインクジェットノズルのような薄板に対する複数の微細穴を、パンチを使用して安価で、効率良く、高精度に穴明けする方法及び装置を提供する。
【解決手段】 穴明け薄板をＰＥＴシートなどをベースとする積層シート状の材料板７の表層として有せしめ、この材料板をワークスタンド上の平滑チャック表面に吸着配置し、ワークスタンド５のＸＹ平面に沿う軸移動を穴明け位置指令により位置決め制御して行わせる。これに対しＺ軸に沿って昇降するパンチ１０の移動をリニアモータ８Ｂによる駆動とし、予め設定したパンチモーション指令値と位置検出装置からの検出フィードバック信号との偏差が予め設定した所定値を超えないよう制御して位置補正することにより、パンチ先端の下死点位置を設定制御した穴明け作動とする。このようにして材料板の表層を貫通して貫通滓を残りの層に格納されるダイなしのハーフカットの穴明け加工とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、インクジェットプリンタ用インクジェットノズルのような薄板に対する多数の微細穴の加工とか、プリント配線板等のような電子デバイスの用に供されるスルーホールや箔、具体的には所謂セラミックグリーンシートなどに所定の位置関係に複数の微細穴を精密に加工する穴明け加工方法及び装置に関する。

斯種の穴明け加工を行う穴明け装置として、アクチュエータに圧電素子を使用し、ダイを使用せずパンチだけで穴明け加工が出来るようにし、凹型の製作をせず、位置調整不要で、作業能率が向上し、非常に安価な穴明け装置としたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

その代表的なものを例示し説明すると図７〜８に示すように以下の通りである。制御部３から電圧が印加されると軸方向に伸長力を発生する圧電素子３２と、この圧電素子３２の伸長力により飛行する穴明けピンヘッド３４と、この穴明けピンヘッド３４と連動して中心軸方向に飛行する穴明けピン３６と、前記穴明けピンヘッド３４及び穴明けピン３６を保持すると共に前記伸長力がなくなったとき元の位置に戻す板ばね３５と、前記圧電素子３２及び板ばね３５を保持する筐体３１と、上平面に穴明けする材料板（グリーンシート）３９を搭載し上方からこの材料板３９を突き抜けて飛行してくる前記穴明けピン３６の先端を受け入れて力を受けている部分が板厚方向に局部的に大きく収縮する異方性プラスチックゴム板３８と、この異方性プラスチックゴム板３８を保持する支持板３７とから構成されて成るものである。

しかしながら、この穴明け装置にアクチュエータとして用いられている圧電装置は、荷重に対して変位量が変化するため、穴明けピンヘッド３４及び穴明けピン３６のＺ軸位置精度が出ないと言う問題があり、従ってここに提案の穴明け装置は、従来の斯種穴明け装置から、製作使用及び、管理に、費用と時間を多大に要する雌型を撤去した構成とした点で有効なものの、得られる穴明け部品の歩止りが悪くて十分用を為さず、また残存層を受ける雌型に代わる弾性体として、特別な異方性プラスチックゴムを設けて、下死点位置精度の悪さをカバーしなければならないものであった。

これに対して、穴明けピンヘッド及び穴明けピンのＺ軸直線往復駆動アクチュエータとしてリニアモータを使用した細穴加工用プレスが、そのＸＹクロステーブルの移動及び位置決めに、リニアモータをクローズドループ制御をする構成として用いることにより、高精度で、高速加工が可能となることから、逐次用いられて来る気運にあるが、斯種リニアモータ使用のプレス穴明け装置は、パンチとダイ間の位置合わせが、なお極めて厳しいものであること、他方、薄くて柔弱なフィルム状のワークを順次に移動位置きめするためのワークスタンドは十分な位置決め精度が出ていても、微小距離の移動と停止を繰り返すフィルム状ワークは、フィルム状のまま冶具等によりワークスタンドに取り付け固定される構成であるため、位置精度が出にくいものであることも知られている（例えば、特許文献２参照。）。

しかし、斯種のリニアモータを、プレスヘッドやスライドを位置制御の下に駆動して移動させるプレス機械によれば、プレス加工において、ヘッドやスライドに対するスライドモーション指令値に対する位置偏差が微小の所定値以内を維持し得て精密に移動し、また下死点位置のような位置決め制御が高精度で行われ得るものであることが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特公平６−５９６４０号公報 特開２００２−２５４１２１号公報 特開２０００−３１２９９２号公報

本発明は、セラミックグリーンシートや銅箔、アルミ箔、またはステンレス箔などのプレス穿孔膜を有し、プレス等加工に供する補助材としての膜を１層以上有する積層シート状の材料板を被加工体として、前述特許文献２や３に記載のようなリニアモータを少なくともＺ軸等のプレス主軸として有するか、ＸＹＺ３軸の駆動及び位置決めに用いた穴明け装置により、手間を要せず安価で、能率良く高速度で高精度に所定の複数個の穴明け加工を実現する穴明け加工方法及びその穴明け加工装置を提供することを目的とする。

前述の本発明の目的は、（１）リニアモータを駆動源とするＺ軸と、該Ｚ軸に取り付けられたパンチと、該パンチに対して相対的に水平方向の１軸又は２軸に移動するＸＹ軸と、該ＸＹ軸に設置されたワークスタンドとを有する穴明け装置において、
前記パンチのワークスタンドに対するＺ軸方向の移動位置を検出するように両者間に設けられたリニアエンコーダ位置検出装置と、パンチの穴明け加工工程の順次の位置指令を出力する制御装置と、
前記パンチの下降下死点位置を、前記ワークスタンド表面上の所定の任意微小距離の離隔位置に精密に設定制御する前記制御装置に設けられた下死点位置制御装置を有し、
前記ワークスタンド表面上に密着状態に配置される穴明け被加工体薄層を上面に有する積層シート状の材料板に対して前記にパンチ下降により穴明け加工され、被加工体の穴明け滓が下層の積層シート内に弾性変形して格納されるように調整設定されて居り、前記パンチに対応するダイが設置されていない形式のプレス機から成る穴明け装置とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（２）前記積層シート状材の材料板を表面に吸着して設置する静電吸着装置または真空吸着装置が前記ワークスタンド上に設けられている前記（１）に記載の穴明け装置とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（３）前記の穴明け装置が、ダイイング型のプレス機であって、前記パンチがリニアモータによって鉛直方向に駆動されるガイドポストに固定のスライドに取り付けられ、前記ワークスタンドが機台のボルスタに設置される前記（１）または（２）に記載の穴明け装置とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（４）前記積層シート状の材料板の最上層の穴明け貫通層が、セラミックグリーンシート、銅箔、アルミニウム箔、またはステンレス鋼箔である前記（１）、（２）または（３）に記載の穴明け装置を使用する積層シート状の材料板の穴明け加工方法とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（５）前記最上層の被加工体貫通層を支える下層の積層シートが、ＰＥＴフィルム、またはＰＩとＰＥＴの各フィルムの積層シートである前記（４）に記載の積層シート状の材料板の穴明け加工方法とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（６）前記積層シート状の材料板の最上層の被加工体に、前記パンチの下降下死点位置制御により前記被加工体が未貫通で裏面側に突出した深絞り状の未貫通穴を加工形成し、次いで、下層の積層シートを剥離除去後、裏面側に対する研削加工により前記未貫通穴を貫通穴とする前記（１）、（２）または（３）に記載の穴明け装置を使用する積層シート状の材料板の穴明け加工方法とすることにより達成される。

本発明によれば、ダイを使用しないで穴明け加工をするから、ダイ用金型のコストダウンが計られる。また、ダイを使用しないので、斯種穴明け装置として、ダイを保持する設置機構を設ける必要がなく、構成が簡単になり廉価化に資することができる。そして、ダイを使用しないことから、微細パンチを使用する穴明け加工の際にもダイとの精細な芯合わせが不要であるから、作業を簡略化すると共に作業の効率化が計られる。

また、本発明によれば、積層シート状の薄い材料板、即ち、薄くて柔らかいことがから、その取り付けと取り付けた状態での保持及び移動位置決めが精密にしにくいのであるが、その材料板を全面ワークスタンド上の平滑平面上（静電チャックの上面、または真空チャックの上面）に貼り付けた状態で穴明け加工が可能であるので、複数の穴に対する位置精度の高い穴明けが可能となると言う優れた効果がある。

また、本発明によれば、下降穴明けパンチの下死点位置精度を、例えば±５μｍ程度以内と高くすることができることから、下層のベースフィルム、またはキャリアテープの、例えば、ＰＥＴ製の中間フィルムの厚さの中でパンチを停止させることができるので、例えば、一般に使用されているＰＥＴをベースフィルムとしたセラミックグリーンシートでも穴明け加工が可能となる。そして、表層被加工体の抜き滓の処理が不要になると言う利点も有る。

図１及び図２は、セラミックグリーンシートやステンレス鋼箔等の微小穴明け被加工体７Ａを表層として有する積層シート状の材料板７に対する穴明け装置の一実施例の概略構成を説明する平面図と左側面図で、基体構造のベッド１とコラム２は左側面から見てＬ字状である。そしてベッド１上面には、正面から見て、水平Ｙ軸（図示の場合前後）方向のＹ軸移動体３が、Ｙ軸直線案内３Ａに支持された状態でＹ軸リニアモータ３Ｂにより駆動され、該リニアモータ３Ｂによる移動体３の移動と位置とは、移動体３とベッド１とに設けられる図示しないＹ軸直線位置検出装置３Ｃの検出位置信号がフィードバックされるＮＣ装置により指令制御される。

前記Ｙ軸移動体３上面には、正面から見て水平Ｘ軸（図示の場合左右）方向のＸ軸移動体４がＸ軸直線案内４Ａに支持された状態でＸ軸リニアモータ４Ｂにより駆動され、該リニアモータ４Ｂによる移動体４の移動と位置とは、ＸＹ両移動体４、３間に設けられる図示しないＸ軸直線位置検出装置４Ｃの検出信号がフィードバックされる前記ＮＣ装置により指令制御される。

５は、前記Ｘ軸移動体４の上面に取り付けられた中抜きで長方形のワークスタンドで、上面には中央に適宜の大きさの窓５Ａが形成され、その上面には前記窓５Ａの一部以上を覆うように、表面が平滑で位置精度が出る静電吸着装置又は真空吸着装置などの積層シート状フィルム７の吸着貼り付けチャック１２が取り付けられている。また、図では、積層シート状の材料板７が、裁断片状物として示されているが、通常は、ワークスタンド５の左右両側に供給リールと巻取りリールとを配置して、連続した形で供給と回収が行われる連続テープ状態のものである。

波線で示す６は、本発明装置には不要で、従来型の穴明け装置に設けられている下型の支持部材で、前記コラム２の全面から所定の金型を固定支持した基台を前記ワークスタンド５側方の挿入窓からワークスタンド５の中抜き部に挿入して、前記金型を前記上面の窓５Ａに臨ませるアーム状の指示部材である。しかし、本発明は、前述及び後述するように下金型を使用しない、又は不要な穴明け方式のものであるから、前述の支持部材６は不要であって、ワークスタンド５も前記窓５Ａを平面で閉じた中空函体で有っても良い。

次に、８は、前記コラム２前面で、前記ワークスタンド５の上方において鉛直Ｚ軸（上下）方向に移動するように設けられたＺ軸移動体で、パンチ１０先端の下死点位置を含むパンチモーションの、予め設計された移動経路指令をＣＮＣ装置から出力すると、該移動体８はＺ軸直線案内８Ａによってコラム２に支持された状態でＺ軸リニアモータ８Ｂによる移動と位置とが、移動体８とコラム２との間に設けられたＺ軸直線位置検出装置８Ｃの検出位置信号が前記ＣＮＣ装置によりフィードバックして、パンチの全移動経路にわたり位置偏差が指令に対して所定微小値以内であるように制御される。８Ｄは、後述パンチ１０を含むＺ軸移動体８と一体のプレス加工軸送り機構部を保持するバランサバネである。このカウンタバランサとしては、前記バネ式のものに替えて、圧力気体とシリンダを用いるエアバランサをコラム２背面等適宜の位置に取り付けて用いることができる。

９は、前記Ｚ軸移動体８に取り付けられたブラケットで、先端部に、例えば、φ０．０２〜０．０４ｍｍのパンチ１０の把持手段を傾度及び先端位置などの微動調整装置を介して支持する支持部材９Ａを、前記パンチ１０が前記ワークスタンド５又はチャック１２上面と鉛直方向に相対向するように固定保持している。また、１１は、前記加工軸送り機構部の落下防止に必要に応じて設けられるブレーキで、同種のブレーキ１１Ａが必要に応じ水平軸送り機構部に設けられる。

図３のＡ、Ｂは、前述図１及び図２に示したリニアモータ８Ｂ駆動のＺ軸パンチ０により、薄くて柔らかいＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）テープをハーフカットにより穴明け加工した場合の例を説明するもので、積層シート状の材料板７はインクジェットプリンタのノズル用に所定微小穴を所定の寸法、精度で、所定行列状等に穴明け加工しようとするものである。

図に於いて、最上層のフィルム被加工体７Ａは、９μｍ厚ステンレス鋼箔で、中間層のベースフィルム７Ｂは、２５μｍ厚のポリイミド（ＰＩ）、そして最下層のキャリアテープ７Ｃが、５０μｍ厚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。そして、図３Ａに対し図３Ｂは、パンチ１０が、キャリアテープ７Ｃの上面を設定下死点位置として下降し、パンチ１０先端がキャリアテープ７Ｃの表面位置に対し、下死点精度±５．０μｍ以下で打ち込まれ、被加工体７Ａの打抜き滓が中間層のベースフィルム７Ｂ中に捕捉されて穴明けが行われるものである。

そして、この場合、積層シート状の材料板７は、連続ベルト上又は、該ベルト状体のものから所定の寸法、形状の片状に裁断された条片状体として、ワークスタンド５上の位置精度の出た平面、又はワークスタンド５上に精密に位置決め設置された静電、または、真空吸着装置１２の平滑な吸着面に吸着固定された状態で、図示しないＣＮＣ制御装置からの予め設計されている穴明け位置指令によりリニアモータ３Ｂ、４Ｂにより駆動され移動し、直線位置検出装置３Ｃ、４Ｃからの検出フィードバック信号により制御位置決めした位置で順次に次の穴明け加工を実行する如く、所定行列状の複数の穴径がφ０．０６〜０．０８ｍｍの穴を、穴及び穴間の位置精度の高い状態での穴明け加工が実現できるものである。

前記ＣＮＣ制御装置による位置決め制御の精度は、設定及び／又は制御単位を０．１μｍ、又は０．２μｍ、またはそれ以下と言う微小長さを最小設定単位として行われて居り、しかもその位置決め制御は、直線案内によって移動体を前記設定単位と同等の検出精度を有する直線位置検出装置によって現在位置を検出フィードバックする構成としてリニアモータによる駆動制御としたとき、高応答で真直性の良い高精度の位置決めを最も効率良く、かつ確実に達し得るもので、これがため、同様な送り機構でリニアモータ８Ｂによって駆動されるパンチ１０の下死点位置も、設定下死点位置に対し、±５μｍ以内の位置精度を保って本発明の目的とする積層シート状の材料板７に対するダイなし穴明け加工を効率良く、確実に達することが出来る。

図４は、所謂セラミックグリーンシートに対する本発明の穴明け加工を適用した場合のモデル図として示したもので、積層シート状の材料板７が、前記被加工体としてのセラミックグリーンシート７Ｄを、ベースフィルム兼キャリアテープとしてのＰＥＴテープ７Ｅに貼った状態のもので、該積層テープを、静電吸着又は真空吸着によりワークスタンド５上の吸着装置１２に吸着固定した状態として、パンチ１０先端の下死点位置を、セラミックグリーンシート７Ｄの下面より僅かにＰＥＴテープ７Ｅの上面に喰い込む高さ位置に設定して、ダイなし状態のままプレス打抜きによる穴明け加工に移行するもので、この場合もセラミックグリーンシート７Ｄの打抜き滓７Ｆは、ＰＥＴテープ７Ｅ内に捕捉して担持されるから、穴明け後穴明きセラミックグリーンシート７ＤからＰＥＴテープ７Ｅを剥がした後も、前記打抜き滓を別途に処理する必要が無く好適なものである。

本発明の穴明け加工方法によれば、前記積層シート状の材料板７の被加工体７Ａが、或る程度以上の延性のある金属、合金箔である場合には、ＰＥＴキャリアテープ７Ｃや更にはＰＩベースフィルムの使用により、図５に示すように穴明け部７Ｘを未貫通で、裏面側に突出した深絞り状の未貫通穴７Ｘに加工することが出来るので、例えば、図６の右端に示す所定複数の行列穴を有する部品７Ｋの加工に、材料板７のベルト７Ｇに対し、後での外形加工のためのパイロットピン用の穴７ａの加工と共に前記未貫通穴７Ｘの所定行列の加工を行い、次いで、前記キャリアテープ７Ｃやベースフィルムを剥離除去した被加工体７Ａ箔の前記未貫通穴形成部７Ｈの裏面側に対し、精密平面研削盤の微小ピックフィードによりバリの発生を抑えて、前記深絞り穴７Ｘの突起除去の研削加工７Ｍを行い，そしてここで、前述の未貫通穴７Ｘを貫通穴とした形成ベルト部７Ｊに対し、集中型超音波洗浄機により加工屑の洗浄と微小ばりの除去処理を行い、次いで、クランクプレスにより、パイロットピンにより位置決めしながら外形加工して、目的の前記穴明き部品７Ｋを得るものである。

本発明によれば、Ｚ軸パンチ１０の下死点位置精度を精密に制御し、確保することが出来るので、ＰＥＴやＰＩなどから成る薄いベースフィルムやキャリヤテープの中間でパンチ先端を停止させて穴明け加工することができるので、パンチに対する下型としてダイの使用を必要とせずに確実かつ正確に穴明けすることができ、図４で説明した薄いＰＥＴをベースフィルムとした一般に慣用のセラミックグリーンシートに対しても、適用して加工が可能となる。

前記パンチ１０のリニアモータ８Ｂ駆動によるプレス穴明け動作に関しては、予め設計設定したパンチモーション指令値と、前記Ｚ軸位置検出装置８Ｃによる検出位置信号とを全ストロークにわたって比較演算し、両者の偏差が予め設定した所定値を超えないようにパンチ１０を移動させて位置補正を行い、特にパンチ１０の先端が材料板７の表面と接触を開始する位置から、下死点位置を経由し、材料板７と開離するパンチ１０の上昇領域迄を厳密に検出制御することにより前述した本発明の穴明け加工の目的を達成することができる。

そして、本発明は、前述した図１及び図２のような構成の穴明け装置に限らず、特許文献３に記載のダイイング型のプレス機においても、パンチを取り付けるスライドを固定するガイドポストをリニアモータにより駆動する構成とすることにより同様に実施することができる。そしてこの場合ボルスタに設けられる静電吸着装置等を設置したワークスタンドは、ボルスタに対して水平１軸又は２軸にリニアモータによって駆動、位置決めされる構成とするものである。

本発明は、インクジェットプリンタのインクジェットノズルのような薄板に対する複数の微細穴の加工などに有効に適用することができる。

本発明の微小穴明け装置の一実施例の概略構成を説明するための平面図。 同じく左側面図。 Ａ及びＢは、ＣＯＦテープを本発明によりハーフカットにより穴明け加工したときの説明図。 同じく、ベースフィルム等を有するセラミックグリーンシートに本発明の穴明け加工を適用したときの説明図。 本発明の穴明け加工方法の他の実施例の説明図。 本発明の穴明け加工方法の応用例を説明するための説明図。 従来例の斯種穴明け装置の全体断面図。 図７の部分拡大断面図。

符号の説明

１、ベッド
２、コラム
３、Ｙ軸移動体
３Ａ、Ｙ軸直線案内
３Ｂ、Ｙ軸リニアモータ
３Ｃ、Ｙ軸直線位置検出装置
４、Ｘ軸移動体
４Ａ、Ｘ軸直線案内
４Ｂ、Ｘ軸リニアモータ
４Ｃ、Ｘ軸直線位置検出装置
５、ワークスタンド
５Ａ、上面窓
６、支持部材
７、積層シート状の材料板
７Ａ、被加工体
７Ｂ、ＰＩベースフィルム
７Ｃ、ＰＥＴキャリヤテープ
８、Ｚ軸移動体
８Ａ、Ｚ軸直線案内
８Ｂ、Ｚ軸リニアモータ
８Ｃ、Ｚ軸直線位置検出装置
８Ｄ、バランサばね
９、ブラケット
９Ａ、支持部材
１０、パンチ
１１、Ｚ軸ブレーキ
１１Ａ、Ｙ軸ブレーキ

Claims (6)

1. リニアモータを駆動源とするＺ軸と、該Ｚ軸に取り付けられたパンチと、該パンチに対して相対的に水平方向の１軸又は２軸に移動するＸＹ軸と、該ＸＹ軸に設置されたワークスタンドとを有する穴明け装置において、
   前記パンチのワークスタンドに対するＺ軸方向の移動位置を検出するように両者間に設けられたリニアエンコーダ位置検出装置と、パンチの穴明け加工工程の順次の位置指令を出力する制御装置と、
   前記パンチの下降下死点位置を、前記ワークスタンド表面上の所定の任意微小距離の離隔位置に精密に設定制御する前記制御装置に設けられた下死点位置制御装置を有し、
   前記ワークスタンド表面上に密着状態に配置される穴明け被加工体薄層を上面に有する積層シート状の材料板に対して前記にパンチ下降により穴明け加工され、被加工体の穴明け滓が下層の積層シート内に弾性変形して格納されるように調整設定されて居り、前記パンチに対応するダイが設置されていない形式のプレス機であることを特徴とする穴明け装置。
2. 前記積層シート状の材料板を表面に吸着して設置する静電吸着装置または真空吸着装置が前記ワークスタンド上に設けられているものであることを特徴とする請求項１に記載の穴明け装置。
3. 前記の穴明け装置が、ダイイング型のプレス機であって、前記パンチがリニアモータによって鉛直方向に駆動されるガイドポストに固定のスライドに取り付けられ、前記ワークスタンドが機台のボルスタに設置されるものであることを特徴とする前記請求項１または２に記載の穴明け装置。
4. 前記積層シート状の材料板の最上層の穴明け貫通層が、セラミックグリーンシート、銅箔、アルミニウム箔、またはステンレス鋼箔であることを特徴とする前記請求項１、２または３に記載の穴明け装置を使用する積層シート状の材料板の穴明け加工方法。
5. 前記最上層の被加工体貫通層を支える下層の積層シートが、ＰＥＴフィルム、またはＰＩとＰＥＴの各フィルムの積層シートであることを特徴とする前記請求項４に記載の積層シート状の材料板の穴明け加工方法。
6. 前記積層シート状の材料板の最上層の被加工体に、前記パンチの下降下死点位置制御により前記被加工体が未貫通で裏面側に突出した深絞り状の未貫通穴を加工形成し、次いで、下層の積層シートを剥離除去後、裏面側に対する研削加工により前記未貫通穴を貫通穴とすることを特徴とする前記請求項１、２または３に記載の穴明装置を使用する積層シート状の材料板の穴明け加工方法。
   

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