JP2642435B2 - パンチ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ハイブリッドモジュール半導体装置等の基
板となるセラミック・グリーンシートにおける穴あけ加
工に係り、特に常温状態における作業が可能でかつダイ
セットの交換が容易な技術に関する。

〔従来の技術〕

大型コンピュータ等に用いられるハイブリッドモジュ
ール半導体装置の基板としてセラミックによる多層配線
基板が一般的に用いられている。かかるセラミック基板
の製造工程について簡単に説明すると、まず、板状のア
ルミナで構成されたグリーンシートと呼ばれる基礎基板
にパンチプレスによってスルーホール穴を開設した後、
その表面にモリブデン（Mo）あるいはタングステン
（Ｗ）からなる導体ペーストを所定形状で印刷し、該導
体ペーストを上記スルーホール穴の内壁にも充填した
後、これを必要枚数だけ積層して同時焼結して得るもの
が一般的である。

上記工程において、多層配線基板の性能の優劣を決す
る重要な作業が各層配線間を電気的に導通させるスルー
ホール穴の開設であり、軟化状態のグリーンシートにお
いてへたり等を生じることなく上記スルーホール穴を開
設することは難しかった。

このような、スルーホール穴開設のためのパンチ装置
としては、特開昭55−91617号公報に記載されたものが
ある。

上記公報に記載された技術によれば、複数個のソレノ
イドによって軸方向に移動可能な押し棒素子（パンチピ
ン）を行および列に密接して配列したパンチヘッド構造
を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記公報に記載された技術においては、パ
ンチピンを上方に引き上げている状態においては、この
引き上げ状態を維持するためにいずれかのソレノイドが
常に通電状態を維持されていた。そのため、上記公報に
も記載されているようにソレノイドの加熱防止のために
大がかりな液冷マニホルドによる冷却系が必要となり、
構造が複雑となっていた。

また、本発明者等の研究によればへたり等のないスル
ーホールを形成するためには、より素早い速度でパンチ
ピンを突出させ、被加工物を打ち抜いた後は、より素早
い速度で該パンチピンを引込ませることが必要であっ
た。しかし、上記公報をはじめ従来技術ではパンチピン
の突出・引込動作は専らソレノイドの電磁力にのみ依存
しているため、パンチピン突出・引込における十分な速
度が得られないことが見い出された。

さらに、上記技術ではその冷却系により構造が複雑化
しているために、パンチピンあるいはダイセットの劣化
による交換が容易ではなく、交換作業に多くの時間と労
力とを費やすことが懸念されていた。

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、
その目的はソレノイドの温度上昇を簡易な機構で抑制で
き信頼性の高いスルーホール穴の開設可能な技術を提供
することにある。

また、上記とともにパンチピンあるいはダイセットの
交換を容易にし、作業効率を向上させることのできる技
術を併せて提供することにある。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、概ね次のとおりである。

すなわち、第１の手段は、ソレノイド中を軸方向に摺
動可能なプランジャと、該プランジャの一端に設けられ
た突出動作を加速する第１の弾性手段と、第１の弾性手
段に連結されたパンチピンと、該パンチピンが一定の突
出位置に達した際に上記突出動作に抗してパンチピンの
引込動作を加速する第２の弾性手段とを有するパンチ装
置構造としたものである。

また第２の手段は、パンチ装置を引き上げ手段により
上方への移動が可能なパンチヘッドと、上記パンチヘッ
ドが引き上げられた状態でステージ上において水平方向
への出し入れが可能なダイセットと、少なくとも上記ス
テージ高さと一致した高さを実現可能なテーブル面を備
え該テーブル面上に交換用ダイセットを載置した交換用
ユニットとで構成したものである。

〔作用〕

上記した第１の手段によれば、パンチピンの突出動作
の際には、まずソレノイドを作動してプランジャが軸外
方に付勢移動すると、プランジャの一端に設けられた第
１の弾性手段はその付勢力を一旦吸収し、次いで吸収さ
れた付勢力をプランジャと反対側のパンチピンに伝え
る。このときパンチピンは第１の弾性手段による加速力
が付加されて被加工物体に対して高速な突出動作を行
う。

次に、上記突出動作が一定位置に達した段階でパンチ
ピンは突出動作から引込動作に反転する。この引込動作
においても上記第２の弾性手段により加速力が付加され
た高速な引込動作が可能となる。

以上により、突出および引込動作をプランジャの移動
速度以上に高速化でき、へたりの無いスルーホールの開
設が可能となる。

また、上記第１の手段によれば、被加工物体のパンチ
ピンによる打ち抜きは専ら第１および第２の弾性手段に
よって加速されたパンチピンの慣性力によって行われる
ため、上記パンチ装置を停止した状態、すなわちソレノ
イドに通電しない状態ではパンチピンの先端は被加工物
体面とは非接触の状態を維持できる。換言すればパンチ
ピンの停止状態ではソレノイドに通電されていない状態
となるため、長時間の通電にともなうソレノイドの過熱
を抑制でき、このため大規模な冷却機構が不要となる。

さらに、第２の手段によれば、ダイセットの交換の際
には、パンチヘッドをダイセットの上方にまず引き上
げ、交換用ユニットのテーブル面をステージ面と一致さ
せ、テーブル面の新規なダイセットをステージ面上の劣
化したダイセットと水平方向にスライドさせてその配置
を交換することにより、新規なダイセットをステージ面
上に載置させる。次いで、パンチヘッドをこの新規なダ
イセットに対して下降させることによってダイセットの
交換が完了する。このように、ダイセットの交換が極め
て短時間かつ容易となる。

〔実施例〕

第１図（ａ），（ｂ）および（ｃ）は本発明の一実施
例であるパンチ装置におけるソレノイドおよびパンチピ
ンの連動部分を示す一部断面説明図、第２図はパンチ装
置の外観を示す斜視図、第３図はパンチ装置のパンチヘ
ッドおよびダイセットを示す斜視図、第４図は上記パン
チ装置の平面配置図、第５図（ａ）および（ｂ）は実施
例におけるダイセットの交換手順を示す説明図、第６図
（ａ）および（ｂ）は同じく上記交換手順を示す外観斜
視図である。

本実施例のパンチ装置１の外観は第２図に示すとおり
であり、装置本体２のカバー３で覆われたステージ４上
にはパンチヘッド５とダイセット６とが載置されてい
る。同図においては一対ずつのパンチヘッド５とダイセ
ット６との組合せを備えた構造のものを示しているが、
単一の組合せあるいは二対以上の組合せであってもよ
い。

同図において、装置本体２の一側方には制御部７が配
置されており、CRT等の表示手段８によって被加工物体1
0のパンチ状態等をモニタ可能となっている。装置本体
２の他側方下部には台車12（交換用ユニット）がそのテ
ーブル13上に交換用のダイセット６を載置した状態で収
納されている。当該台車12は第２図に示すように、その
前面が台車12の基部14に対して垂直上方に延設されたカ
バー15で構成されており、台車12が装置本体２内に収納
された際に、その外観を損なわないように工夫されてい
る。

台車12の基部14上に設けられた上記テーブル13は第６
図（ｂ）に示すように支柱16を軸にＸ状に開脚されるリ
フト手段11を備えており、上記開脚角度を可変とするこ
とによって、テーブル13の高さ位置を制御可能となって
いる。

上記装置本体２のステージ４上において、パンチヘッ
ド５とダイセット６とは第３図に示す位置関係で配置さ
れている。なお同図ではパンチヘッド５はダイセット６
の上方ｈの距離をおいた状態で示しているが、通常の状
態ではｈ＝０、すなわちダイセット６の上面にパンチヘ
ッド５が直接位置決めされた状態で載置されている。

上記ダイセット６は装置本体２のステージ４上方にお
いて、引き上げ手段としてのパンチヘッド吊上げユニッ
ト17（第５図（ｂ））を有しており、このパンチヘッド
吊上げユニット17は、パンチヘッド５のフランジ18を側
方より支持するアーム20と、回転可能なハンドル21に連
結された支軸22を有しており、ハンドル21の回転を水平
方向および垂直方向の直線運動に変換して、上記アーム
20に支持されたパンチヘッド５を上昇可能としている。

パンチヘッド５は、第３図に示すように金属部材で構
成された外囲筐体23によって覆われており、内部には多
数本のソレノイドユニット24がマトリクス状に行列方向
に密接状態で配列されている。上記外囲筐体23は同図下
方の２辺から水平方向に突出されたフランジ18において
ダイセット６に対してねじ止め等によって固定されてい
る。

上記外囲筐体23の上面には内部のソレノイドユニット
24内のソレノイド25への通電線26が外部より筐体内部に
導かれており、かかる通電線26を通じてソレノイド25は
作動を制御される構造となっている。また、外囲筐体23
の側面には冷却ファン27が配置され、筐体内部のソレノ
イドユニット24を空冷する構造となっている。本実施例
では後で詳しく説明するが、パンチピン28を停止してい
る状態においてはソレノイド25への通電が不要であるた
め、ソレノイド25の発生熱は抑制されており、かかる冷
却ファン27のみで十分な冷却効果を得られている。

ダイセット６は、所定間隔をおいてボルト30によって
固定された一対の上型6aと下型6bとからなり、上記パン
チヘッド５は上型6aに対して固定されるようになってい
る。該上型6aには上記パンチヘッド５に対応した窓部31
が開設されており、該窓部31の下方における下型6b上に
はパンチダイ32が位置決めされて装着されている。

次に、上記パンチヘッド５の内部に配列されたソレノ
イドユニット24とパンチダイ32とについて第１図を用い
てさらに詳しく説明する。

ソレノイドユニット24は第１図（ａ）に示されるよう
に、その上方において駆動源としてのソレノイド25とそ
の中央軸方向に貫通配置されたプランジャ33とを有して
いる。ソレノイド25は下降用ソレノイド25aと上昇用ソ
レノイド25bとで構成されており、このうち下降用ソレ
ノイド25aは上記プランジャ33を下方に、上昇用ソレノ
イド25bはプランジャ33を上方に移動させる付勢力を発
生する。

プランジャ33の下方先端には円筒状のパンチピンホル
ダー34がプランジャ33に対して固定されており、この内
部には第１の弾性手段であるばね35aを有しており、該
ばね35aによって支持部材36とともにパンチピン28を同
図下方に付勢する構造となっている。ここで、上記パン
チピンホルダー34とプランジャ33との固定はプランジャ
33の軸方向に対して垂直方向に装着された係止ピン37に
よってなされており、該係止ピン37を水平方向に引き抜
くことによってプランジャ33の先端はパンチピンホルダ
ー34から離脱され、開口されたパンチピンホルダー34の
上端より内部のパンチピン28の交換が可能な構造とされ
ている。なお、支持部材36内におけるパンチピン28は、
押えねじ38によって支持部材36内の位置を固定された状
態となっている。

上記パンチピンホルダー34より突出された支持部材36
は、その内部のパンチピン28と一体に軸方向への移動が
可能な構造となっており、その軸方向の途中部分におい
て固定部材40によって軸方向の移動をガイドされてい
る。上記支持部材36は固定部材40に設けられた第２の弾
性手段としてのばね35bによって同図上方向に付勢され
る構造となっている。したがって、支持部材36およびパ
ンチピン28は両ばね35a,35bによって上方向および下方
向の両方向に付勢される構造となっている。

なお、いずれのソレノイド25a,25bにも通電がなされ
ない状態においては第１図（ａ）に示される中立状態が
維持される。

上記固定部材の下方にはダイセット６の下型6b上に載
置された被加工物体10としてのセラミック・グリーンシ
ートが位置されている。ここで、セラミック・グリーン
シートは、焼結前の状態のものであり、比較的軟性を有
している。上記被加工物体10の載置されるパンチダイ32
の上面にはパンチピン28の直径に対応したダイ穴32aが
開口されており、上記被加工物体10を打ち抜いたパンチ
ピン28が上記ダイ穴32aに挿通される構造となってい
る。本実施例におけるパンチピン28は、直径約0.13mm程
度のものであり、これによって被加工物体10に対して直
径0.15mm程度のスルーホール41を開設することが可能で
ある。なお、このようなパンチピン28は超鋼合金によっ
て形成することができる。

次に、本実施例のパンチ装置１による作業手順を説明
する。

ダイセット６上に被加工物体10が位置決めされた状態
で載置されると、まず下降用ソレノイド25aに対して所
定電流の通電が開始され、これによってプランジャ33が
第１図の下方に移動する。このプランジャ33の下降移動
によりパンチピンホルダー34内の第１の弾性手段として
のばね35aは、プランジャ33の下降移動による同図上方
からの付勢力を一旦吸収する。引き続いて、ばね35aは
吸収した付勢力を下方の支持部材36に対して伝える。こ
れにより、支持部材36はばね35aによって加速された状
態でパンチピン28を同図下方に突出移動させる（第１図
（ｂ））。かかる動作により、パンチピ28の先端は被加
工物体10を打ち抜き、ダイセット６のダイ穴32a内に挿
通される。

ついで、下降用ソレノイド25aへの通電が上昇用ソレ
ノイド25bへの通電に切り替わる。

ところで、上記突出動作において、パンチピン28の突
出が一定距離（同図Δｘ）に達すると、第２の弾性手段
としてのばね35bの作用によりパンチピン28に対して上
方への付勢力がはたらく、このときソレノイド25への通
電が切り換えられると、プランジャ33が上昇され、これ
にともなって下降用ソレノイド25aから上昇用ソレノイ
ド25bに切り換えられると、パンチピン28においても上
記ばね35bにより上方への加速力が付加された状態で引
込動作が行われる（第１図（ｃ））。

このように、本実施例ではパンチピン28の突出動作な
らびに引込動作を両ばね35a,35bの付勢力の作用により
高速な状態で行うことができる。このため、パンチピン
28が被加工物体10を接触している時間を極めて短時間に
制御できるため、被加工物体10において開口周囲にへた
り等を生じないスルーホール41の開設が可能となる。

上記のようなソレノイド25への通電はパンチヘッド５
内のソレノイドユニット24の単位で制御することが可能
であるため、被加工物体10の複数箇所に選択的に同時に
多数のスルーホール41を開設することが可能である。

また、本実施例によれば上記のように多数のソレノイ
ドユニット24を内蔵した構造であっても、ソレノイドユ
ニット24を動作させない状態（中立状態：第１図
（ａ））においては、完全に通電を停止できる。このた
め、中立状態においてはソレノイド25が発熱することな
なく、そのため大規模な冷却機構は不要となり、第３図
に図示した冷却ファン27のみで十分な冷却効率を得るこ
とができる。

続いて、上記ダイセット６の交換手順について第５図
〜第６図を用いて説明する。

通常の状態において、交換用のダイセット６は第２図
に示すように、装置本体２の下方側部に収納された台車
12上に載置されている。ダイセット６の交換の際には、
まず上記台車12を装置本体２外に引出し、装置本体２の
前面に横付けする（第６図（ａ））。この状態で台車12
の基部14のリフト手段11を操作し、テーブル13を上昇さ
せる。この上昇移動は、該テーブル13が装置本体２のス
テージ４の面と一致した高さになった時点で停止する
（同図（ｂ））。

次に、第５図に示すように装置本体２のステージ４上
のパンチヘッド５にパンチヘッド吊上げユニット17のア
ーム20を固定し、この状態でハンドル21を所定方向に回
転させる。ハンドル21の回転は支軸22を通じて直線運動
に変換され、上記アーム20をステージ４の上方に移動さ
せる。これによってパンチヘッド５は次第にダイセット
６から離脱し、上方に吊り上げられる。このような吊り
上げ作業が所定高さ（ｈ＝30〜50mm程度）に達した段階
でハンドル21の回転を停止する。

次に、台車12のテーブル13上の新規なダイセット６を
ステージ４の面側に、ステージ４上の劣化したダイセッ
ト６をテーブル13の面側にそれぞれ移動させる。このと
き、上記のようにテーブル13はステージ４の高さに一致
した状態となっているため、ダイセット６を水平方向に
スライド移動させるのみで両者の配置交換が可能である
（第６図（ｂ））。

このようにして、装置本体２のステージ４上に新規な
ダイセット６を載置した後、上方に吊り上げられた状態
のパンチヘッド５と当該ダイセット６との位置合わせを
行い、ハンドル21を上記と逆方向に回転させることによ
って吊り上げられたパンチヘッド５が下降し、ダイセッ
ト６上にパンチヘッド５が載置される。

本実施例では、以上のように装置本体２内においてパ
ンチヘッド吊上げユニット17およびリフト手段11を備え
た台車12が収納されているため、劣化したダイセット６
の交換を極めて効率的かつ容易に行うことが可能となっ
ている。特にこのような作業は従来技術では多数の作業
者によって行われていたものであるが、本実施例では単
一の作業者のみによりしかも短時間で実施可能である。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば、交換用ユニットを構成する台車12のテーブ
ル13はリフト手段11により上下動可能な構造のものを説
明したが、装置本体２内に収納可能であれば、該テーブ
ル13が当初よりステージ４と同じ高さ位置で固定された
ものであってもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその利用分野である、いわゆるセラミック基板に用
いられるグリーシートのスルーホール加工に適用した場
合について説明したが、これに限定されるものではな
く、他の穴あけ加工にも適用可能である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

すなわち、パンチピンの高速な突出・引込動作が可能
となるため、被加工物体の開口周囲のへたりを防止で
き、信頼性の高いスルーホールの開設を実現できる。

また、ソレノイドの過熱を抑制でき、このため大規模
な冷却機構が不要となる。

さらに、ダイセットの劣化にともなう交換が効率的に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）および（ｃ）は本発明の一実施例
であるパンチ装置におけるソレノイドおよびパンチピン
の連動部分を示す一部断面説明図、 第２図はパンチ装置の外観を示す斜視図、 第３図はパンチ装置のパンチヘッドおよびダイセットを
示す斜視図、 第４図はパンチ装置の平面配置図、 第５図（ａ）および（ｂ）は実施例におけるダイセット
の交換手順を示す説明図、 第６図（ａ）および（ｂ）は同じく交換手順を示す外観
斜視図である。 １……パンチ装置、２……装置本体、３……カバー、４
……ステージ、５……パンチヘッド、６……ダイセッ
ト、6a……上型、6b……下型、７……制御部、８……表
示手段、10……被加工物体、11……リフト手段、12……
台車、13……テーブル、14……基部、15……カバー、16
……支柱、17……パンチヘッド吊上げユニット、18……
フランジ、20……アーム、21……ハンドル、22……支
軸、23……外囲筐体、24……ソレノイドユニット、25…
…ソレノイド、25a……下降用ソレノイド、25b……上昇
用ソレノイド、26……通電線、27……冷却ファン、28…
…パンチピン、30……ボルト、31……窓部、32……パン
チダイ、32a……ダイ穴、33……プランジャ、34……パ
ンチピンホルダー、35a,35b……ばね（第1,第２の弾性
手段）、36……支持部材、37……係止ピン、38……押え
ねじ、40……固定部材、41……スルーホール。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パンチヘッドに内設されたパンチピンの軸
   外方向への突出動作とこれに続く引込動作とによってス
   テージ上のダイセットに載置された被加工物体に対して
   スルーホールを形成するパンチ装置であって、 引き上げ手段により上方への移動が可能なパンチヘッド
   と、上記パンチヘッドが引き上げられた状態でステージ
   上において水平方向への出し入れが可能なダイセット
   と、少なくとも上記ステージ高さと一致した高さを実現
   可能なテーブル面を備え該テーブル面上に交換用ダイセ
   ットを載置した交換用ユニットとからなるパンチ装置。