JP5601059B2 - 多軸穿孔装置 - Google Patents

Description

本発明は、パンチピンを備えた複数のパンチユニットを同時に動作させて、セラミックグリーンシートやフレキシブル基板フィルム等のシート状ワークに複数の孔を形成する多軸穿孔装置に関する。

穿孔装置（パンチングマシンとも称される）は、シート状ワークを位置決めするワーク配置空間の下側にダイを設置し、ワーク配置空間の上側に、パンチピンを備えたパンチヘッドと、パンチヘッドをダイに対して接離させるアクチュエータとからなるパンチユニットを配設し、アクチュエータの制御によってパンチユニットを動作させることで、シート状ワークに孔を同時に形成可能としている。この穿孔装置のうち、パンチユニットを所定間隔で複数配設して、アクチュエータでパンチピンを複数同時に動作させることで、シート状ワークに複数の孔を形成可能とした多軸（マルチヘッド式）穿孔装置も知られている（特許文献１，２参照）。この複数のパンチユニットは、パンチヘッドを保持する筒状のヘッドホルダを、所定の位置及びピッチで形成された透孔を有するガイドプレートにそれぞれ貫通保持させることで支持される。

特開２００３−２６６３８３号公報 特開２００１−２５２８９４号公報

このような多軸穿孔装置においては、複数の孔のピッチや位置等の穿孔精度を予め調整する必要がある。この調整は、まず各パンチユニットをガイドプレートに組み付けて、シート状ワークに複数の孔を試験穿孔して測定し、その測定結果に基づいてガイドプレートに設けた透孔の位置の修正を行うことになる。この位置修正は、偏心ブッシュをパンチヘッドに外装させて行われるが、孔ピッチが狭い場合等で対応できない場合は、ガイドプレートを作製し直す。その後、再び試験穿孔と測定とを行い、精度が得られない場合は、偏心ブッシュ或いはガイドプレートの再作製を行うことになる。
このように、穿孔精度の調整には手間とコストが掛かるものとなっていた。

そこで、本発明は、穿孔精度の調整を簡単且つ低コストで行うことができる多軸穿孔装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ガイドプレートにおけるヘッドホルダの保持孔をヘッドホルダの外径より大きく形成して、保持孔内に調整部材を着脱可能に設けると共に、ガイドプレートに、ヘッドホルダを調整部材へ押圧する押圧手段を設けて、押圧手段によってヘッドホルダを調整部材へ押圧することで、保持孔内でヘッドホルダを位置決めするものとし、押圧手段を、パンチユニットの並設方向との直交方向でヘッドホルダを押圧するように設ける一方、保持孔内に、押圧手段による押圧方向から４５°傾斜して互いに直交する２方向の基準面を設け、調整部材に、前記基準面に沿った一対の調整面を形成して、調整部材における調整面の位置を当該調整面との直交方向で変更することで、保持孔内での調整部材の位置を変更してヘッドホルダの位置を調整可能としたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、調整部材に、基準面に沿った一対の傾斜面を形成し、その傾斜面に、外面が調整面となるシム板をそれぞれ着脱可能に取り付けて、シム板の厚みを変更することで調整部材の位置を調整可能としたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、基準面を、保持孔内へ着脱可能に組み付けられるブロック体に形成したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、パンチユニットやガイドプレートの加工精度が低くても、調整部材を交換したり、調整部材の厚さを変更したりするだけでパンチピンの位置やピッチを高精度で調整可能となる。また、パンチユニットを交換した際にもガイドプレートを再製作する必要がない。よって、穿孔精度の調整を簡単且つ低コストで行うことができる。
特に、押圧方向と調整方向との設定により、保持孔のピッチが狭くて隣り合うパンチユニット同士が接近していても支障なく穿孔精度の調整が可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、調整部材に手を加える必要がなく、シム板の厚さを変更するだけでパンチピンの位置やピッチを簡単に調整可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、ガイドプレートの加工が容易となり、基準面の摩耗による交換や再製作に容易に対応できる。

多軸穿孔装置の側面図である。 加工室の平面図である。 図１のＡ部拡大図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図４のＣ矢視図である。 図５のＤ−Ｄ線断面図である。 Ｖ字ブロック及び調整部材の説明図である。 Ｖ字ブロック及び調整部材の分解説明図である。 調整部材の変更例の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、多軸穿孔装置の一例を示す側面図で、多軸穿孔装置１は、機体２の上部に加工室３を有し、加工室３の底部に設けられた基盤４上には、図２に示すように、シート状ワーク（以下単に「ワーク」という。）Ｗを保持する保持枠６を載置するワークテーブル５と、そのワークテーブル５上で保持枠６を前後左右に移動させる平面サーボモータ７とが設けられている。平面サーボモータ７は、上面に多数の永久磁石が配列された固定部８と、下面に複数の電磁石が配設されて保持枠６を連結した可動部９とから構成される周知の構成で、保持枠６のＸ方向及びＹ方向の水平移動によってワークＷをワークテーブル５上の任意の位置に位置決め可能となっている。

また、ワークテーブル５と平面サーボモータ７との間で基盤４の上方には左右方向にフレーム１０が架設され、そのフレーム１０に、ワークＷの穿孔を行うマルチパンチユニット１４が設置されている。このマルチパンチユニット１４は、図３，４に示すように、ワークテーブル５上のワーク配置空間の上側に３組のパンチユニット１５，１５・・を左右方向（Ｘ方向）に並設する一方、ワーク配置空間の下側に、各パンチユニット１５に対応したダイユニット１６（図１）を備えている。

各パンチユニット１５は、パンチピン１９を駆動させるアクチュエータ部１７と、そのアクチュエータ部１７の下側でパンチピン１９を保持するパンチヘッド１８とを有する。アクチュエータ部１７は、フレーム１０の上方にブラケット１１を介して下向きに支持されたエアシリンダ１２のピストンロッド１３に連結され、パンチヘッド１８は、フレーム１０の下面で固定される筒状のヘッドホルダ２０によって昇降可能に保持されている。各ヘッドホルダ２０は、フレーム１０の下面に固定されるガイドプレート２１に保持されている。

アクチュエータ部１７は、ピストンロッド１３に連結されるベース２２の中央に固定されるＵ字状の固定板２３の上部に、薄肉の首部２４を介して一対の脚部２５，２５を連結している。固定板２３の内側には、各脚部２５と薄肉の連結部２６を介して連結される可動板２７が設けられて、その可動板２７が圧電素子２８を介して固定板２３と連結されている。一方、脚部２５，２５は、固定板２３の外側を通って下方へ伸長し、その下端にそれぞれ連結した板バネ２９，２９の端部間に、ハンマー３０を介してロッド３１を連結している。このロッド３１の下端がパンチピン１９と連結されている。パンチヘッド１８は、フレーム１０に設けた透孔３２内でベース２２の下端に取り付けられた横板３３に上端が連結されている。

よって、エアシリンダ１２のピストンロッド１３が伸長すると、ベース２２及びパンチヘッド１８がダイユニット１６に近接するパンチ位置に下降する。この状態で圧電素子２８が通電によって上下方向に伸縮すると、脚部２５，２５が開閉して板バネ２９，２９を介してハンマー３０が上下に揺動し、ロッド３１を介してパンチピン１９をダイユニット１６に打ち付けてワークＷに穿孔することができる。３４は、パンチヘッド１８に被着されてパンチ位置でのワークＷの浮き上がりを防止するキャップである。

ガイドプレート２１は、図５，６に示すように、フレーム１０にボルト３５で固定される四角ブロック状で、中央には、ヘッドホルダ２０が貫通する保持孔３６が形成されている。この保持孔３６は、ヘッドホルダ２０の外径よりもやや大きい内径を有し、パンチユニット１５の並設方向と直交するＹ方向の一方側には、その内径よりも小さい短手幅を有する有底の連通凹部３７が連設されている。この連通凹部３７の後端（連通凹部３７においては保持孔３６側を前方とする。）には、図７，８にも示すように、ヘッドホルダ２０側にＸＹ方向で互いに直交する一対の基準面３９，３９を備えたブロック体としてのＶ字ブロック３８が、連通凹部３７の後部及び左右の内面に当接した状態で、基準面３９，３９の間で前方から固定ボルト４０によってガイドプレート２１へ着脱可能に固定されている。

また、Ｖ字ブロック３８の前方でヘッドホルダ２０との間には、調整部材４１が設けられている。この調整部材４１は、前面にヘッドホルダ２０の外形に沿った湾曲面４２を有し、後面に、Ｖ字ブロック３８の基準面３９に対峙してそれぞれ基準面３９と平行となる一対の傾斜面４３，４３を有してなり、左右方向で連通凹部３７の短手幅よりもやや小さい幅で連通凹部３７内で前後左右へ移動可能となっている。さらに、調整部材４１の各傾斜面４３には、所定厚みのシム板４４が固定ネジ４５で着脱可能に固定されている。このシム板４３の外面が、Ｖ字ブロック３８の基準面３９に対峙して基準面３９と平行な調整面４６となる。

４７は、連通凹部３７の後部からガイドプレート２１及びＶ字ブロック３８を遊挿して調整部材４１に螺合される押圧ボルトで、押圧ボルト４７をねじ込み方向へ回転させると、調整部材４１を後方へネジ送りしてシム板４４，４４をＶ字ブロック３８の基準面３９，３９に押圧させることになる。
一方、ガイドプレート２１において、保持孔３６を挟んで連通凹部３７の反対側には、押圧手段としてのボールプランジャ４８が、保持孔３６の中心を通るＹ方向の直線に沿って螺合されて、回転操作によって保持孔３６に対して出没可能となっている。ヘッドホルダ２０におけるボールプランジャ４８側の側面には、先端のボール４９が当接する面取部５０が形成されている。

以上の如く構成された多軸穿孔装置１においては、Ｖ字ブロック３８及び調整部材４１を収容したガイドプレート２１にパンチユニット１５のヘッドホルダ２０をセットし、押圧ボルト４７によって調整部材４１をＶ字ブロック３８に押圧した状態で、ボールプランジャ４８をねじ込む。すると、ボールプランジャ４８に押圧されたヘッドホルダ２０が調整部材４１の湾曲面４２に押圧されて保持孔３６内で固定される。
こうして全てのパンチユニット１５を組み付けた状態で、穿孔精度（パンチピン１９の中心位置及びピッチ）を確認する。この確認は、実際にワークＷに穿孔を行い、図２に示すように加工された孔５８，５８・・の位置や水平方向のピッチＰ１，Ｐ２を測定することで容易に行える。

そして、測定結果に基づき、一又は複数のパンチピン１９の位置を調整する必要がある場合、対応するヘッドホルダ２０が押圧される調整部材４１において、一方又は双方のシム板４４の調整面４６の位置を当該面との直交方向で変更する。この変更は、シム板４４自体を削ったり、複数のシム板４４を厚み方向に重ねたり、厚さの異なるシム板４４に交換したりすることで行える。

調整面４６の位置を変更すれば、これに押圧される調整部材４１が、互いに直交するＸＹ方向で連通凹部３７内で微動することになり、これに押圧されるヘッドホルダ２０も、調整部材４１に合わせてＸＹ方向で保持孔３６内で微動する。すなわち、図７に示すように、ＸＹ方向で基準面３９とパンチピン１９との間の距離Ｄを変更することで、パンチピン１９の位置を変更可能となる。調整後、再びテスト加工等を行ってパンチピン１９の位置やピッチを確認し、さらに調整が必要であれば調整面４６の位置を変更する。これを繰り返すことでパンチピン１９の位置やピッチを適正に設定することができる。

このように、上記形態の多軸穿孔装置１によれば、ガイドプレート２１におけるヘッドホルダ２０の保持孔３６をヘッドホルダ２０の外径より大きく形成して、保持孔３６内に調整部材４１を着脱可能に設けると共に、ガイドプレート２１に、ヘッドホルダ２０を調整部材４１へ押圧するボールプランジャ４８を設けて、ボールプランジャ４８によってヘッドホルダ２０を調整部材４１へ押圧することで、保持孔３６内でヘッドホルダ２０を位置決めするようにしている。これにより、パンチユニット１５やガイドプレート２１の加工精度が低くても、調整部材４１を交換したり、調整部材４１の厚さを変更したりするだけでパンチピン１９の位置やピッチを高精度で調整可能となる。また、パンチユニット１５を交換した際にもガイドプレート２１を再製作する必要がない。よって、穿孔精度の調整を簡単且つ低コストで行うことができる。

特にここでは、ボールプランジャ４８を、パンチユニット１５の並設方向との直交方向でヘッドホルダ２０を押圧するように設ける一方、保持孔３６内に、ボールプランジャ４８による押圧方向から４５°傾斜して互いに直交する２方向の基準面３９，３９を設け、調整部材４１に、基準面３９，３９に沿った一対の調整面４６，４６を設けて、調整部材４１における調整面４６の位置を当該調整面４６との直交方向で変更することで、保持孔３６内での調整部材４１の位置を変更してヘッドホルダ２０の位置を調整可能としている。この押圧方向と調整方向との設定により、保持孔３６のピッチが狭くて隣り合うパンチユニット１５同士が接近していても支障なく穿孔精度の調整が可能となる。

また、調整部材４１に、基準面３９，３９に沿った一対の傾斜面４３，４３を形成し、その傾斜面４３，４３に、外面が調整面４６となるシム板４４，４４をそれぞれ着脱可能に取り付けて、シム板４４の厚みを変更することで調整部材４１の位置を調整可能としているので、調整部材４１に手を加える必要がなく、シム板４４の厚さを変更するだけでパンチピン１９の位置やピッチを簡単に調整可能となる。
さらに、基準面５４を、保持孔３６内へ着脱可能に組み付けられるＶ字ブロック３８に形成したことで、ガイドプレート２１の加工が容易となり、基準面３９の摩耗による交換や再製作に容易に対応できる。

なお、ガイドプレート内の具体的な構造は上記形態に限らず、例えばＶ字ブロックを省略して基準面を連通凹部の内面に一体形成したり、押圧手段としてボルトやコイルバネ等の他の部材を採用したりして差し支えない。
また、調整部材も、厚みの比較的小さいシム板を積層して取り付け、シム板の数の変更によって調整面の位置を変更するようにしてもよい。さらに、基準面と調整面との方向を互いに逆にして、保持孔側に山形に配置される基準面を、調整部材側にＶ字状の傾斜面をそれぞれ形成し、調整部材の各傾斜面にシム板を取り付けるようにすることもできる。

但し、調整部材は、シム板を設けるものに限らない。例えば図９に示すように、保持孔５１を四角形状にして、一の角部５２をパンチヘッド１８の外径に合致した円弧状としてボールプランジャ４８を対角線方向で押圧可能とする一方、対角線上の他方の角部５３を挟む一対の内面を基準面５４，５４として、パンチヘッド１８と角部５３との間に、パンチヘッドの外径に合致する湾曲面５６と、各基準面５４，５４に平行な一対の調整面５７，５７と、を有するＬ字状の調整部材５５を介在させてもよい。
この場合もボールプランジャ４８によってパンチヘッド１８を調整部材５５の湾曲面５６に押圧して位置決めを行うことになるが、各調整面５７を削ったり、厚みが異なる調整部材５５に交換したりすることで、ＸＹ各方向での基準面５４とパンチピン１９との距離Ｄを変更し、パンチピン１９の位置やピッチを変更可能となる。

そして、調整部材によるパンチピンの調整は、上記形態のように押圧手段による押圧方向から４５°傾斜した２方向で直線方向へ移動させる形態に限らず、例えば円形の保持孔内に円弧形状の調整部材を設けて、この調整部材の位置を保持孔の周方向で変更したり、半径方向に複数積層したりすることで、パンチピンの調整を図ることも考えられる。この場合、押圧手段も調整部材の周方向の位置変更に合わせて、例えばボールプランジャであれば異なる半径方向に複数設けたり、ネジ孔を複数設けてボールプランジャの位置を変更できるようにしたりするのが望ましい。
その他、パンチユニットの数や並設方向、パンチユニット自体の構造等も上記形態に限らず、適宜変更可能で、ワークを移動させる機構も平面サーボモータに限らず、周知のＸ−Ｙステージ（ボールネジとサーボモータとを用いた２軸のアクチュエータ）等を採用して差し支えない。

１・・多軸穿孔装置、２・・機体、３・・加工室、４・・基盤、１０・・フレーム、１２・・エアシリンダ、１４・・マルチパンチユニット、１５・・パンチユニット、１６・・ダイユニット、１７・・アクチュエータ部、１８・・パンチヘッド、１９・・パンチピン、２０・・ヘッドホルダ、２１・・ガイドプレート、２５・・脚部、２８・・圧電素子、３６，５１・・保持孔、３７・・連通凹部、３８・・Ｖ字ブロック、３９・・基準面、４０・・固定ボルト、４１，５５・・調整部材、４３・・傾斜面、４４・・シム板、４６・・調整面、４７・・押圧ボルト、４８・・ボールプランジャ、５８・・孔。

Claims (3)

1. シート状ワークを位置させるワーク配置空間の下側にダイを設置する一方、前記ワーク配置空間の上側に、軸心にパンチピンを有するパンチヘッドを昇降させる複数のパンチユニットを所定方向へ並設し、前記ワーク配置空間の上側で水平に支持されるガイドプレートに、前記パンチヘッドをそれぞれ保持する筒状のヘッドホルダを貫通保持させた多軸穿孔装置であって、
   前記ガイドプレートにおける前記ヘッドホルダの保持孔を前記ヘッドホルダの外径より大きく形成して、前記保持孔内に調整部材を着脱可能に設けると共に、前記ガイドプレートに、前記ヘッドホルダを前記調整部材へ押圧する押圧手段を設けて、前記押圧手段によって前記ヘッドホルダを前記調整部材へ押圧することで、前記保持孔内で前記ヘッドホルダを位置決めするものとし、
   前記押圧手段を、前記パンチユニットの並設方向との直交方向で前記ヘッドホルダを押圧するように設ける一方、前記保持孔内に、前記押圧手段による押圧方向から４５°傾斜して互いに直交する２方向の基準面を設け、前記調整部材に、前記基準面に沿った一対の調整面を形成して、前記調整部材における前記調整面の位置を当該調整面との直交方向で変更することで、前記保持孔内での前記調整部材の位置を変更して前記ヘッドホルダの位置を調整可能としたことを特徴とする多軸穿孔装置。
2. 前記調整部材に、前記基準面に沿った一対の傾斜面を形成し、その傾斜面に、外面が調整面となるシム板をそれぞれ着脱可能に取り付けて、前記シム板の厚みを変更することで前記調整部材の位置を調整可能としたことを特徴とする請求項１に記載の多軸穿孔装置。
3. 前記基準面を、前記保持孔内へ着脱可能に組み付けられるブロック体に形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の多軸穿孔装置。

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