JP2007167905A - パンチの折損検出方法および成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な穴、とくにの未貫通穴を形成する場合でも、簡便にかつ確実にパンチの折損を検出できるパンチの折損検出方法を提供する。
【解決手段】パンチ１０をワーク１１に加圧して未完通穴１２を加工した後、そのパンチ１０の先端部をワーク１１の表面にわずかに入り込む程度に加圧し、コイニング成形痕の有無を検出し、成形痕が確認できた場合はパンチが健全であると判断し、確認できなかった場合はパンチ折損が生じていると判断する。成形痕の深さは顕微鏡の焦点深度以内の深さとし、成形痕の検出を顕微鏡で行う。
【選択図】図１

Description

本発明はパンチの折損検出方法および成形装置に関する。さらに詳しくは、金属や合成樹脂およびセラミックグリーンシートなどにプレスで微細な穴加工を行うときに、パンチの先端部の折損の有無を検出する方法およびその方法を実施する成形装置に関する。

特開平７−３２０６５号公報 特開２０００−２２５４２３号公報

近年、プレス機械および金型技術の高精度化、デジタル化に伴い、高精度な微細成形が施される製品が増加している。電子、電器業界において代表されるのが、インクジェットプリンタヘッドである。本製品の穴径は１０μm程度、隣接穴との穴間ピッチは８５μm程度で一つのヘッドに１０００個以上の穴を成形するものもある。

他方、自動車業界において代表されるのが自動車燃料噴射装置用オリフィス・プレートである。本製品は板厚１００μm前後のプレートに穴径１００μm前後の穴を板厚方向に対し傾斜をつけて複数個成形されている。

上記のような成形は、パンチ先端がμmサイズで加工されており、パンチの破損検出は困難である。また破損したパンチで成形を続けると不良率が高くなり、作業効率および経済性が低下する。そのため、簡便で確実なパンチ破損の検出方法が望まれている。

小径成形におけるパンチ破損の検出方法においては、特許文献１に開示されている方法がある。この方法は、パンチのバックアッププレートに取り付けられた荷重センサにより、１回成形する毎に荷重を計測し、計測荷重が正常時より所定以上の荷重差を生じた場合にプレスを停止させ、パンチ破損の検出を行うものである。この方法は、成形荷重をバックアッププレートで受圧し、その荷重をモニタリングしなければならないため、パンチはパンチホルダの穴へ隙間をもって挿入しなければならない。

この方法でも、パンチの先端径が１ｍｍ程度で、パンチとダイのクリアランスが数１０μm〜数１００μmの成形においては問題が少ない。すなわち、パンチとパンチホルダの穴間に隙間を設けると、その隙間分だけパンチが横方向へ移動してパンチとダイ間のクリアランスに偏りが生ずるが、その偏りは正規クリアランスの数％程度であり、かつ、パンチ自身の強度があるため、パンチの早期破損にはつながりにくい。

しかしパンチの先端径が１００μm以下でパンチとダイのクリアランスが数μm〜数１０μmの微細成形においては、パンチとダイ間のクリアランスに偏りが生じた場合、正規クリアランスの数１０％の偏りが発生する。また、クリアランスの設定よってはパンチ端面がダイ上面に衝突する場合もあるため、パンチ自身の強度不足も作用し、パンチの早期破損につながる。

したがって微細成形においては、パンチとパンチホルダの穴とパンチシャンク部分の間にクリアランスを設けることは望ましくない。パンチはパンチホルダの穴への圧入などにより挿入、保持され、成形荷重はパンチシャンク部分とパンチホルダの穴間に生ずる摩擦力によって受圧されるのが好ましい。しかしこのようにすると、バックアッププレートで成形荷重を受けることができないので、特許文献１のような荷重のセンシングによるパンチ折損の検出を行うことができない。

また、貫通孔を穿孔する場合は、製品の表面または裏面より穿孔部分に光を照射し、その透過光を確認することによって、パンチ破損の検出を行う方法を採用することができる。しかし、この方法は貫通している穴に対しては有効であるが、未貫通穴を形成する場合は採用できない。

また、所定の規定数の成形を行った時点で折損の有無に関わらずパンチを交換するという方法も考えられる。しかしこの方法はパンチの交換頻度が高くなり、生産効率の低下や、生産コストの増加につながる。他方、ピアス加工したワークを次工程に搬送する途中に撮像し、そのピアス孔のデジタル画像を加工処理して数値化し、あらかじめ定めた正常値および異常値と比較して、パンチの折損を判定する方法も提案されている（特許文献２参照）。しかしテーパ状の深穴の場合、パンチは先端部で折損することが多く、その場合は上面から撮像しても、穴の形状はほとんど同一で区別がつかない。

たとえば図６に示すインクジェットプリンタヘッドの穴１００を加工する場合、まず、パンチ１０１をワーク１０２に押し込み、テーパ穴１０３を押し出し形成する。なお、ワーク１０２の下方に膨出する膨出部１０４は、次の工程で研削して除去し、それによりインクが通る貫通孔が形成される。

このような加工では、パンチ１０１の破損は図７に示すようにパンチ１０１の先端近辺（符号１０１ａの部位）で生じる。そして破損したパンチ１０１で加工すると、図８に示すような底面１０５が浅い不良品の穴１０３が形成されるが、表面から見ても図９のように大径側の輪郭１０６が見えるだけである。そのため、正常な穴と区別がつかず、顕微鏡で観察しても、パンチの折損の判断はきわめて困難である。

したがってパンチ破損の確認は、成形終了後にパンチをパンチホルダなどから取り外し、パンチの先端をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）などで観察するか、ワークをプレスから取り外し、深度計や高倍率の金属顕微鏡などを用いて、成形された穴の底面１０５とワーク表面の距離を測定し、パンチ破損を確認することになる。なお、実際にはパンチを取り外すより、ワークを取り外す方が簡便なため、ワークの穴の深さを測定してパンチの破損を確認している。

さらにこの方法は毎回ワークをプレスから取り外すために効率が悪い。そして深度計や金属顕微鏡などを用いる穴の底面観察は、成形する穴径が小さくなるほど、穴深さが深くなるほど、穴内で発生する光の乱反射や、穴底面に溜まっている加工油によって確認が困難となる。そのため、顕微鏡の光量調節、光色調節、ワークの脱脂などを必要とし、作業者の負担が大きい。また、金属顕微鏡を用いる場合は、ワークの表面に焦点を合わせ、つぎに鏡胴を下げて穴の底面に焦点を合わせ、鏡胴の移動距離を読みとって穴深さを測定するので、手間がかかる。

本発明は、微細な穴、とくに未貫通穴を形成する場合でも、簡便にかつ確実にパンチの折損を検出できるパンチの折損検出方法および成形装置を提供することを目的とする。

本発明のパンチの折損検出方法（請求項１）は、パンチをワークに加圧して正規の穴を加工した後、そのパンチの先端部をワーク表面にわずかに入り込む程度に加圧し、成形痕の有無を検出し、成形痕が確認できた場合はパンチが健全であると判断し、確認できなかった場合はパンチ折損が生じていると判断することを特徴としている。

このような検出方法では、前記成形痕の深さを顕微鏡の焦点深度以内の深さとし、顕微鏡で成形痕の検出を行うのが好ましい。

本発明の成形装置（請求項３）は、上下方向に移動可能で下死点位置制御が可能な成形機本体と、ワークを保持し、水平方向に移動可能で位置制御が可能なワーク保持テーブルと、パンチを内蔵した上型と、ダイスを内蔵した下型と、前記ワーク保持テーブルに保持されたワークの移動範囲内に設置された顕微鏡と、顕微鏡のレンズとワーク表面の距離を一定に保つためのワーキングディスタンス保持装置とを備えていることを特徴としている。

前記ワーキングディスタンス保持装置は、ワーク裏面よりワークをエア吸着する吸着装置を備えているものが好ましい（請求項４）。

前述の成形装置においては、パンチをワークに加圧して正規の穴を加工した後、もしくは加工前に、プレスストロークをパンチの先端部がワーク表面にわずかに入り込む程度に設定する下死点位置制御装置と、その状態で加圧した後、加圧部分を顕微鏡の直下に移動させるテーブル制御装置と、顕微鏡で成形痕の有無を検出し、成形痕が確認できた場合はパンチが健全であると判断し、確認できなかった場合はパンチ折損が生じていると判断する自動検出装置をさらに備えているものが好ましい（請求項５）。

本発明のパンチの折損検出方法（請求項１）によれば、パンチ折損検出のための試し成形を行い、そのときのワークの表面の浅い成形痕の有無を確認するので、検出が容易である。そのため、実際のワークの加工が未貫通穴の場合でも、また、微細な深穴であっても検出することができる。

このような検出方法において、前記成形痕の深さを顕微鏡の焦点深度以内の深さとし、成形痕の検出を顕微鏡で行う場合は、径が０．０１〜０．０５ｍｍの微小な未貫通穴であっても容易に顕微鏡で検出することができる。

本発明の成形装置（請求項３）は、下死点位置制御が可能であるので、通常のワークの加工が完了した後、あるいは加工前に、プレスの下死点をワークの表面よりわずかに低くなるように上方に設定し、その状態でプレス加工を行なうことにより、ワークの上面にパンチで形成痕を形成する程度にわずかに加工することができる。そして加工後、ワーク保持テーブルを移動して加工した部位を顕微鏡で観察し、形成痕の有無を観察することにより、パンチの折損を検出することができる。その場合、ワークディスタンス保持装置を備えているので、顕微鏡のレンズとワークの表面の距離が一定である。そのため、顕微鏡の焦点が常時ワークの表面に合うようにすることができ、検出が容易である。

前記ワーキングディスタンス保持装置が、ワーク裏面よりワークをエア吸着する吸着装置を備えている場合は、ワークの上面側に観察の邪魔になるものがなく、観察が容易である（請求項４）。

また、パンチをワークに加圧して正規の穴を加工した後、もしくは加工前に、プレスストロークをパンチの先端部がワーク表面にわずかに入り込む程度に設定する下死点位置制御装置と、その状態で加圧した後、加圧部分を顕微鏡の直下に移動させるテーブル制御装置と、顕微鏡で成形痕の有無を検出し、成形痕が確認できた場合はパンチが健全であると判断し、確認できなかった場合はパンチ折損が生じていると判断する自動検出装置をさらに備えている場合は、効率的にパンチの折損を検出することができる（請求項５）。

前記いずれの場合も、成形痕が確認できた場合はパンチが健全であると判断して次の通常の加工を継続すればよい。成形痕が確認できなかった場合は、パンチが破損しているものと判断して成形装置を停止させ、パンチを交換するなどで対処することにより、不良品の発生を効率よく防止することができる。

つぎに図面を参照しながら本発明のパンチの折損検出方法および成形装置の実施の形態を説明する。なお、以下の実施形態では、インクジェットプリンタプリンタヘッドを代表して説明する。図１ａおよび図１ｂはそれぞれパンチの折損がない場合とある場合における本発明のパンチの折損検出方法の一実施形態を示すフローチャート、図２ａおよび図２ｂは図１の検出方法の結果を比較して示すワークの平面図、図３は本発明のプレス成形装置の一実施形態を示す側面図、図４は本発明に関わるワーク吸着装置の一実施形態を示す側面図、図５は本発明のパンチ折損検出方法を用いた加工方法の全体を示すフローチャートである。

図１ａの検出方法では、まずパンチ１０をワーク１１に押し込んでテーパ状の未完通穴１２を形成する加工工程Ｓ１を行う。ついでプレスの下死点を上昇させる（ストローク変更工程Ｓ２）。ついで製品の機能上問題のない箇所にパンチ破損確認用のコイニング工程Ｓ３を行う。そしてそのコイニング成形痕１３を顕微鏡１４で確認する確認工程Ｓ４を行う。コイニング成形痕１３が図２ａのように確認できた場合には、パンチ１０は健全であると判断する。

加工工程Ｓ１で成形されるテーパ状の未貫通穴１２は、たとえば先端径Ｄ１が０．０１ｍｍ、終端径（大径側）Ｄ２が０．０４ｍｍ、深さＤｐが０．０５３ｍｍである。ワーク１１としては、たとえば厚さ０．０５ｍｍのステンレスシートが用いられ、加工する未貫通穴１２の数はたとえば１７２個である。なお、図１ａの場合は、未貫通穴１２は、テーパ部１５と先端の円筒部１６が小径のアール部１７を介して連続している形状であるが、輪郭が滑らかに湾曲している断面形状のテーパ穴であってもよい。

他方、前工程などでパンチ１０が折損している場合は、図１ｂの加工工程Ｓ１のように、ワーク１１には不良の穴１２ａが形成される。パンチの折損個所１０ａは、たとえば先端から０．０１５〜０．０３ｍｍ程度の位置であるので、前述のようにワーク１１を見るだけでは確認は困難である。そこで図１ａと同様に、ストローク変更工程Ｓ２およびコイニング工程Ｓ３を行うと、確認工程Ｓ４では図２ｂのように成形痕が確認できない。その場合にはパンチが破損したと判断してプレスを停止させ、ワーク１１を次の工程に移行せず、廃棄し、パンチを交換する。このように本発明の方法では、成形した穴を直接検出せず、一旦コイニング工程Ｓ３を行ない、いわば間接的にパンチ１０の折損を検出する方法を採用している。

前記ストローク変更工程Ｓ２から確認工程Ｓ４は、１個ないし１列の加工ごとに行うのは非効率であるので、加工工程Ｓ１で１個の製品に成形するノズル孔の数の分、たとえば１０００個を加工するごとに行う。あるいは複数個の製品の加工を行うごとに検出するようにしてもよい。これにより、インラインでパンチの破損が確認できるため、不良率低減、生産効率およびび経済性の向上が図れる。

コイニング工程Ｓ３のコイニング深さｄｐは、たとえば０．００３〜０．００５ｍｍ程度が好ましい。０．００３ｍｍ未満であると成形痕を確認しにくく、０．００５ｍｍを超えると高倍率の顕微鏡では焦点深度が浅いため、ワーク表面と成形痕の底面を同時に見ることが困難になるからである。また、確認工程Ｓ４では、成形痕の完全な有る無しだけでなく、成形痕が通常より小さい、または形状が異なる等の場合も、破損と判断することができる。また、その判断は作業者が顕微鏡による目視で行ってもよく、また、画像処理装置により自動的に判断し、破損と判定された場合には、プレスを停止した後、適宜警報装置などにより作業者の注意を喚起するのが好ましい。

つぎに図３を参照して前記のパンチの折損検出方法を実施するための成形装置を説明する。図３の成形装置２０は、大きく分けると、ワーク１１に微小な穴を形成する成形機本体２１と、ワーク１１を受けるテーブル２２と、パンチ折損を確認する顕微鏡１４と、ワーキングディスタンス保持装置としてのワーク吸着装置２４と、それらを支持しているベース２５からなる。成形機本体２１は、上下方向に移動可能で位置制御が可能な、たとえばリニアモータ駆動の上下方向（Ｚ軸）に移動するスライダ２６を備えており、そのスライダに上型２７が取り付けられている。上型２７は、図１などに示すパンチ１０と、そのパンチから加工後のワーク１１を引き剥がすストリッパ（図１の符号２８）を内蔵している。

テーブル２２はＸ軸方向（図３の紙面に直角の方向）およびＹ軸方向（図３の左右方向）にスライド移動可能な、いわゆるＸＹテーブルであり、その本体部分はベース２５に取り付けられている。なお、テーブル２２は成形機本体の一部と考えることもできる。下型２９は、図１の膨大部３０を成形するための半球状の穴３１を有するダイス（ダイ）３２を内蔵している。下型２９は下型用のダイセット２９ａを介してボルスタ３３に取り付けられており、パンチ１０と対応するように配置されている。

前記顕微鏡１４としては、拡大倍率が３０〜１００倍程度の金属顕微鏡などが用いられる。顕微鏡に代えて、デジタル撮像素子を設け、モニターなどで観察するようにしてもよい。また、画像処理を行って自動的にパンチの折損を検出するように構成することもできる。

このような成形装置２０では、テーブル２２にＸＹ軸に５０ｎｍの分解能を持つアブソリュート型リニアスケールを設けることにより、位置制御が的確に行えるようにしている。それにより、ワークがわずかに傾いてテーブル２２に設置されている場合でも、テーブル２２に設置したワーク１１を２次元平面内で移動させながら、たとえばワークに形成している基準穴のセンタを基準位置（０，０）として、あらかじめプログラムされたＸＹ座標の位置にパンチ１０とダイス３２によって正規の穴を多数形成していくことができる。

また、テーブル２２のＸＹ軸の移動は、正規の穴を形成した後、パンチ折損検出のためのコイニング加工をする位置にワーク１１を移動させるためにも利用できる。すなわち、ＸＹ軸はコイニング加工のためにワーク１１を２次元平面内で移動させるときに利用すると共に、コイニング加工をした後、成形痕が顕微鏡の直下に来るように、あるいは顕微鏡直下から元の位置に戻すためにワークを２次元平面内で縦方向に移動させるときに利用する。他方、成形機本体（プレス）２１のＺ軸は、プレスのスライダ２６の下死点決定に使用している。たとえば、穴形成時の下死点と、パンチ破損確認用の下死点は高さが異なるため、それぞれ下死点位置を変更させる。なお、Ｚ軸にも、プレスの下死点検出（スライド位置検出）のためのアブソリュート型リニアスケール（分解能５０ｎｍ）を設けている。

前記ワーク吸着装置２４は、顕微鏡１４でワークを観察するとき顕微鏡のレンズとワーク表面の距離（ワーキングディスタンスＷＤ）を常に一定に保つための装置である。顕微鏡１４の観察対象である成形痕は、小さい物では１０μｍ以下であり、顕微鏡に要求される光学倍率は１００倍前後にもなる。この様に高倍率の顕微鏡では焦点深度が極めて浅く、適切な焦点距離に観察対象を配置しない限り、鮮明な画像が得られない。一方、対象とするワークは１００μｍ以下の薄いシート材であり、たるみや歪みが発生し易く、そのままでは成形痕があると思われるワークの観察部位を顕微鏡に対して適切な距離に保持することが困難である。また、顕微鏡観察時に観察部位に照射する照明によりワークの温度上昇が発生し、ワークの温度膨張を引き起こす。よって観察中にもワークのたるみが経時的に変化するという問題が発生する。

こうした問題に対する一般的な対策は、いわゆるオートフォーカスである。これは顕微鏡側に鏡筒の位置を移動する機構等を持ち、観察対象との適切な焦点距離を自動的に保つものである。しかし、オートフォーカスは極めて高価であり、また観察対象物によっては充分なオートフォーカス機能が得られない場合も少なくない。さらに、顕微鏡の鏡筒部などに可動部を有するので、ガタなどの動作精度によっては水平方向の観察位置の誤差を引き起こす可能性がある。

そこでこの成形装置２０では、ワーク１１の観察部位を適切な位置に保持するためのワーク吸着装置２４をワーキングディスタンス保持装置として採用している。ワーク吸着装置２４の詳細を図４に示す。このワーク吸着装置２４は、固定部３４と、その固定部に対してガイド内蔵のエアシリンダ３５で上下動可能に支持された可動部３６と、その可動部３６の上部に設けられる上昇端を微調整するための微調整機構３７と、その上に設けられる、ワークを吸着する吸着パッド３８とを有する。

可動部３６の全体はエアシリンダ３５の上昇／下降の操作により、上端ストッパ３９と下端ストッパ（エアシリンダに内蔵）との間で上下に駆動される。微調整機構３７は、可動部３６の上端位置において、吸着パッド３８とワーク下面との距離を微調整する機構であり、マイクロメータの操作により吸着パッド３８の上下動を行うことができる。吸着パッド３８の上面はワークの吸着面になっており、吸着面には適宜の空気経路を介して、空気経路内の空気を吸引するバキュームポンプなどの吸引手段（図示せず）が接続されている。そして空気経路内の空気を吸引することにより、ワーク１１を吸着パッド３８に吸着することができる。

つぎに前記のように構成される成形装置２０を用いたワークの穴成形加工およびパンチ折損の検出操作を説明する。

＜ワーク吸着装置の調整＞
始めにプレス成形を開始する前の事前準備として、ワークやワークの代用となる疑似シートをテーブル２２に保持させ、観察部位が顕微鏡下に来るように移動させる。つぎにワーク吸着装置２４のエアシリンダ３５を操作して可動部３６を上昇端まで上昇させる。この状態で吸着パッド３８とワーク１１とが適宜接触するように、微調整機構３７で吸着パッド３８の上下位置を微調整する。

さらに、吸引手段を操作して空気経路内の空気を吸引し、ワーク１１または疑似シートを吸着パッド３８に吸着する。この状態で顕微鏡１４のフォーカスマウントを手動で操作し、適切な観察画像が得られるように焦点距離を調整し、フォーカスマウントを固定する。

＜ワーク取り付け工程（図５のＳ０参照）＞
あらかじめワークをテーブル２２に取り付けている場合はそのまま成形工程に移行するが、疑似シートを取り付けている場合は、ワークに交換する。

＜プレス成形工程（図１および図５のＳ１参照）＞
ついで成形機本体２１およびテーブル２２を同調して作動させる。すなわちスライダを１回上下動させて穴を形成し、ついでテーブル２２をＸＹ軸によって１ピッチ分ずらせ、さらにつぎの穴を形成する。１列分が形成されると、横方向にずらせて次の列を順次形成する。このとき、たとえば奇数列は前から後ろに、偶数列は後ろから前に形成していけば効率的である。

また、穴をジグザグに配列する場合、たとえば奇数列と偶数列とで半ピッチずらした配列パターンの場合は、縦方向にジグザグに２列分の穴を形成していき、ついて横にずらせて次の２列分をジグザグで形成していくこともでき、また、１列分の穴を順に形成していき、ついで半ピッチずらせて次の列の穴を順に形成していくこともできる。

いずれの場合も、スライダ２６の上下動とテーブル２２の移動を交互に繰り返し、製品全体の穴を成形する。加工の順序は、生産タクトの向上を考慮して、たとえば最終穴加工の位置が顕微鏡の位置の近くに来るように加工順序をプログラムするのが好ましい。なお、プレス成形時には、エアシリンダ３５を操作して可動部３６を下端に移動させ、ワーク１１やテーブル２２と吸着パッド３８との干渉を防止する。

＜ストローク変更工程（図１および図５のＳ２参照）＞
ついでテーブル２２をＸＹ軸の２次元平面内で移動して、製品に影響しない部位をパンチの下方に位置させ、成形機本体２０のスライダ２６のストロークを変更し、プレスの下死点位置を上昇させ、パンチの先端部がワーク表面にわずかに入り込む程度にする。その場合の変更寸法はあらかじめ定めておき、ストローク変更工程で自動的に変更するようにしておく。

＜パンチ折損検出（図１および図５のＳ４参照）＞
ついでその位置でパンチを下降させてコイニング成形を行い、成形痕を形成する。そして成形痕を形成したはずの観察部位が顕微鏡下に来るようにテーブル２２を移動させ、ワークを所定の位置に位置決めした後、エアシリンダ３５を操作して可動部３６を上端に移動させ、同時に吸引手段を操作してワーク下面を吸着パッド３８で吸着する。それによりワーク１１の高さが精密に規定されるので、繰り返し再現性が良くなり、適切な焦点距離となる位置にワークの観察部位を保持することができる。また、ワークの熱変形に対しても、有効であり、顕微鏡のオートフォーカス機構より安価である。

顕微鏡により形成痕が確認された場合は、前述のようにパンチの折損がないと判断し、つぎの正規の穴の加工に戻る。あるいはそのワークの穴形成が完了している場合は、つぎのワークと交換する。形成痕が確認できない場合、あるいは形成痕が不完全な場合は、そのワークを破棄し、パンチを交換した後、もとのワーク取り付け工程（図５のＳ０）に戻る。

つぎに具体的な実施例をあげて本発明の効果を説明する。
［実施例１］
図３に示す成形装置２０を用い、パンチ先端径２０μmで刃長１００μmのストレートパンチを使用して、板厚ｔ=５０μmのワークに、深さ４０μmの未貫通穴の成形を行い、１０穴を成形する毎にプレスのストロークを変更して前述のようにパンチの折損の有無を確認した。１１０穴目の成形痕は確認できたが、１２０穴目の成形痕は確認できず、プレスが最終穴確認エラーで停止した。金型からパンチを取り外し、ＳＥＭ観察を行った結果、パンチ先端より５０μm程度の箇所でパンチの破損が生じていた。なお、製品は１１４穴目まで良好な成形が行われていた。

［実施例２］
実施例１と同一の成形装置を使用し、板厚ｔ＝０．０５ｍｍのワークに、図１のＳ１に示す形状を備えた先端径０．００９ｍｍのパンチにより、穿孔深さＷｈ０．０５３ｍｍの未貫通穴を１００００穴成形した。ついで製品の機能上問題の無い位置に図４に示す深さＷｈ０．００３ｍｍのマーキング成形を行った。従って、マーキング成形時の成形機下死点は未貫通穴成形時より０．０５ｍｍ上昇している。成形箇所を顕微鏡１４で観察した結果、マーキング成形痕が明瞭に観察された。

その後、１００００穴成形毎にマーキング成形を行った結果、１９００００穴成形後までマーキング成形痕は明瞭に確認できたが、２０００００穴成形後のマーキング成形痕が確認できず、プレスが最終穴確認エラーで停止した。金型からパンチを取り外し、ＳＥＭ観察を行った結果、パンチ先端から０．０１５ｍｍ程度の箇所でパンチの破損が生じていた。また、製品は１９４４１８穴までは良好な成形が行われていた。

上記のように、成形穴がストレート穴の場合（実施例１）でも、テーパー穴の場合（実施例２）でも、微細成形におけるパンチ破損の検出を簡便に且つ確実に行うことができた。これに対し、パンチ自体を顕微鏡で確認する方法や、製品の穴深さを確認する従来の方法では、検出に時間がかかり、しかも小径になるほど不確定であった。また、実施例１、２の方法では、製品不良が少量しか発生せず、不良率低減に寄与するし、小径の場合も確実にパンチ破損を判断することができる。また、パンチ破損を確認する作業者の負担をプレス機が担ってくれるため、作業効率の向上も図れる。更に、破損していないパンチを交換することが無いので、経済性も向上する等の効果がある。

図１ａおよび図１ｂはそれぞれパンチの折損がない場合とある場合における本発明のパンチの折損検出方法の一実施形態を示すフローチャートである。 図２ａおよび図２ｂは図１の検出方法の結果を比較して示すワークの平面図である。 本発明のプレス成形装置の一実施形態を示す側面図である。 本発明に関わるワーク吸着装置の一実施形態を示す側面図である。 本発明のパンチ折損検出方法を用いた加工方法の全体を示すフローチャートである。 従来の穴加工方法の一例を示す断面図である。 従来の穴加工におけるパンチの折損状態を示す断面図である。 図７の折損したパンチで穴加工したときの不良品の発生を示す断面図である。 従来の穴加工をしたワークの平面図である。

符号の説明

１０ パンチ
１１ ワーク
１２ 未貫通穴
１３ コイニング形成痕
１４ 顕微鏡
Ｓ１ 加工工程
Ｓ２ ストローク変更工程
Ｓ３ コイニング工程
Ｓ４ 確認工程
２０ 成形装置
２１ 成形機本体
２２ テーブル
２４ ワーク吸着装置
２５ ベース
２６ スライダ
２７ 上型
２８ ストリッパ
２９ 下型
２９ａ ダイセット
３０ 膨大部
３１ 穴
３２ ダイス
３３ ボルスタ
ＷＤ ワーキングディスタンス
３４ 固定部
３５ エアシリンダ
３６ 可動部
３７ 微調整機構
３８ 吸着パッド
３９ 上端ストッパ
Ｓ０ ワーク取り付け工程
Ｓ１ プレス工程
Ｓ２ ストローク変更工程
Ｓ３ コイニング工程
Ｓ４ パンチ折損検出工程

Claims (5)

1. パンチをワークに加圧して正規の穴を加工した後、そのパンチの先端部をワーク表面にわずかに入り込む程度に加圧し、成形痕の有無を検出し、成形痕が確認できた場合はパンチが健全であると判断し、確認できなかった場合はパンチ折損が生じていると判断する、パンチの折損検出方法。
2. 前記成形痕の深さを顕微鏡の焦点深度以内の深さとし、顕微鏡で成形痕の検出を行う請求項１記載のパンチの折損検出方法。
3. 上下方向に移動可能で下死点位置制御が可能な成形機本体と、
   ワークを保持し、水平方向に移動可能で位置制御が可能なワーク保持テーブルと、パンチを内蔵した上型と、
   ダイスを内蔵した下型と、
   前記ワーク保持テーブルに保持されたワークの移動範囲内に設置された顕微鏡と、
   顕微鏡のレンズとワーク表面の距離を一定に保つためのワーキングディスタンス保持装置とを備えている成形装置。
4. 前記ワーキングディスタンス保持装置が、ワーク裏面よりワークをエア吸着する吸着装置を備えている請求項３記載の成形装置。
5. パンチをワークに加圧して正規の穴を加工した後、もしくは加工前に、プレスストロークをパンチの先端部がワーク表面にわずかに入り込む程度に設定する下死点位置制御装置と、
   その状態で加圧した後、加圧部分を顕微鏡の直下に移動させるテーブル制御装置と、
   顕微鏡で成形痕の有無を検出し、成形痕が確認できた場合はパンチが健全であると判断し、確認できなかった場合はパンチ折損が生じていると判断する自動検出装置とを備えている請求項３記載の成形装置。
   

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