JPH10217197A - 穿孔装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークＷを高速穿孔してパンチ23先端に密着
したチップＰが、パンチ23を上昇させた際に穿孔した孔
内に詰まってしまうのを防止した穿孔装置Ａを提供す
る。 【解決手段】 パンチ23の駆動源をスピード制御が可能
なサーボ系にして、穿孔時は所望の穿孔速度をもってワ
ークＷを高速穿孔し、パンチ23を上昇させる時は所要の
低速に制御してパンチ23先端に密着したチップＰを自然
落下させる。仮に自然落下しなくても低速にしたことで
チップＰにかかる慣性力が弱まり、孔下縁に接触するそ
の衝撃で自然落下し、孔詰まりを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は穿孔装置、更に詳し
くはパンチで穿孔対象物であるワークを穿孔する穿孔装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント基板やセラミックスグリ
ーンシート等のワークにパンチで穿孔する場合、エアー
シリンダをその昇降駆動源として使用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧縮性流体
である圧搾空気を使用するエアーシリンダをその昇降駆
動源としていたために、一瞬ではあるがパンチがワーク
に当接した際エアーシリンダ内の圧力は上昇し、パンチ
の推力がワークの抵抗力に勝ってから穿孔が開始されて
いることになる。このことは穿孔前にパンチ先端でワー
ク表面を押圧している時間（圧力上昇時間）が存在する
ことになり、言い換えれば、パンチ先端にチップを密着
しやすくさせていることになる。しかも、この種の穿孔
装置は、タクトタイムの短縮化のために高速穿孔を行っ
ており下降時と上昇時のパンチスピードは同じ速度で制
御されていた。

【０００４】そのため、このような高速穿孔の場合、パ
ンチ先端部は急激な空気の剥離によりパンチ先端に向か
って渦が発生し圧力降下が生じる。打抜かれたチップは
パンチ先端から落下することなくパンチに密着したまま
上昇し、穿孔した孔下縁に接触する。しかしながら高速
で上昇してきたため孔下縁に接触しても落下せずに、慣
性力によって孔内まで侵入し、孔内の中途部でパンチか
ら剥離する。このような理由から穿孔した孔にチップが
詰まってしまうといった問題が生じていた。特に粘性力
の大きな材料でワークが成形されている場合には、パン
チへの密着力が大きく、この孔詰まりを助長する結果と
なる。また、ワークの厚みに関係なく、エアーシリンダ
のフルストロークを使ってパンチを上下動させていた。
このことから非効率な穿孔加工となっていた。

【０００５】本発明は、従来事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は孔詰まりを防止することであ
る。また、他の目的とする処は穿孔効率を向上させるこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に講じた技術的手段は、請求項１はダイと対向して備え
たパンチの昇降駆動源をサーボ系とし、該サーボ系の昇
降駆動源でパンチの下降時のスピードに対して下死点か
ら上死点に復帰する上昇時のスピードを遅い所要なスピ
ートに制御していることを特徴とする。ここでサーボ系
とは、ステップ状の入力を与えることにより、入力に対
応した回転出力、または直線的出力が得られるアクチュ
エータと、そのアクチュエータを制御する手段を含んだ
全体をいうもので、例えば、サーボモータを使用したも
の、油圧サーボを使用したもの等があげられる。この上
記技術的手段によれば、パンチの昇降駆動源をサーボ系
にして、強力な推力でもってパンチを昇降動させてスト
レスなく瞬時にワークを穿孔する。そして、パンチの上
昇スピードを所要まで低速にして、パンチ先端部の圧力
降下を回避するとともに、密着したチップが自然落下す
る余裕を与える。仮に、パンチ先端にチップがついたま
ま上昇しても、上昇スピードを低速にしているのでチッ
プに働く慣性力が小さくなる（請求項１）。

【０００７】また、前記のサーボ系の昇降駆動源は穿孔
対象となるワークの厚みに相応してワークの上面近傍を
上死点として昇降して穿孔するように制御してあること
特徴とする。この上記技術的手段によれば、ワークの厚
みに相応してワークの上面近傍を上死点として上昇・下
降して穿孔して、孔明けに際する１ストロークの距離を
短くし、孔明けをスピーディーにする（請求項２）。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明をする。図面は、ワークをＸ・Ｙ軸方向
に移動させて、高速で連続的にワークの所望位置に穿孔
を行うものとして最適な穿孔装置を例示しており、図１
乃至図６は第一の実施の形態を、図７は第二の実施の形
態を例示している。なお、図中、符号Ａは穿孔装置であ
る。

【０００９】まず、第一の実施の形態を説明する。穿孔
装置Ａは、ワーク移動機構１と、穿孔ユニット２と、制
御部３とを備えて構成されている。ワーク移動機構１
は、クランプ部11と、Ｘ・Ｙ軸移動機構12とからなる。
クランプ部11は、開閉可能な爪11ａが突設された箱状体
で、ワークＷを該爪11ａでクランプして保持するように
なっている。Ｘ・Ｙ軸移動機構12は、Ｘ軸移動機構12a
と、Ｙ軸移動機構12b とからなる。Ｘ軸移動機構12a
は、機台Ｂの上面に設けたＹ軸方向に平行する２本のガ
イドレール13,13'に跨がって摺動可能に嵌合された台14
一側端に、サーボモータ15を取り付け、そのサーボモー
タ15を台14他側端で回転可能に軸支されたネジ棒16に連
結すると共に、台14上面に該ネジ棒16を挟んでＸ軸方向
に平行する２本のガイドレール17,17'を設け、該ガイド
レール17,17'と該ネジ棒16とに前記クランプ部11を摺動
可能に嵌合及び螺嵌して、サーボモータ15の駆動による
ネジ棒16の回転でクランプ部11がＸ軸方向に移動するよ
うになっている。Ｙ軸移動機構12b は、機台Ｂに設けた
サーボモータ17に連結するＹ軸方向に伸びるネジ棒18を
上記台14に螺嵌して構成され、サーボモータ17の駆動に
よるネジ棒18の回転で台14自体がガイドレール13,13'上
をＹ軸方向に移動するようになっている。

【００１０】穿孔ユニット２は、作業空間を確保する開
口部2bと該開口部2bの上部に矩形状に開口された第二開
口部2cとが形成された側面視略コ型状を呈しており、機
台Ｂの上方のエプロン部b1に設けられている。この穿孔
ユニット２は、Ｚ軸移動機構21と、シャンク部22と、パ
ンチ23と、ダイ24からなる。Ｚ軸移動機構21は、上部に
ナット 211が内嵌されたラム 212の一側面両端にガイド
213, 213'を設け、コ型状フレーム2a内に敷設されたガ
イドレール 214, 214'に該ガイド 213, 213'を摺動可能
に嵌合するとともに、コ型状フレーム2aの上面に設けら
れたサーボモータ 215に連結されたネジ棒 216と該ナッ
ト 211が螺合して、サーボモータ 215の駆動によるネジ
棒 216の回転でラム 212がＺ軸方向に移動するようにな
っている。また、コ型状フレーム2a内のガイドレール 2
14, 214'間に該ガイドレール 214, 214'と平行に設けら
れたリニアエンコーダ本体 217とリニアエンコーダ本体
217に対向するラム 212の上部に設けられリニアエンコ
ーダ本体 217の任意の位置を検出する検出部 218とから
なるＺ軸方向位置検出部216が備えられ、ラム 212のＺ
軸方向位置検出データを逐次制御部３へ送信している。

【００１１】シャンク部22は、開口部2bと第二開口部2c
との間に内嵌されたリニアガイド 221に摺動可能に嵌合
されたシャンク本体 222と、該ラム 212下端部に螺着さ
れた掛止具 223と、シャンク本体 222を該掛止具 223に
連結する連結部材 224からなり、シャンク本体 222の上
端部が連結部材 224を介して掛止具 223に連結されてい
る。シャンク本体 222下端部には、先端部が所望の断面
形状に形成されたパンチ23が着脱可能に挿嵌されるとと
もに、シャンク本体 222下端の一側面から捩子棒 225で
圧接して固定されている。ダイ24は、パンチ23を受ける
孔 241が開孔されたブロック状で、パンチ23と対向した
開口部2b下面内に設けられている。

【００１２】制御部３は、図４に示したように、ＣＰＵ
31にバス32を介してＲＯＭ33と、ＲＡＭ34と、サーボモ
ータ駆動レベルのステップ状電力に変換するサーボモー
タ用ＩＮＦ（インターフェイス回路）35と、Ｚ軸方向位
置検出部用ＩＮＦ（インターフェイス回路）36が電気的
に接続されている。この穿孔ユニット２のサーボモータ
215と制御部３とでサーボ系を構成している。なお、ワ
ーク移動機構１と穿孔ユニット２との連係等の装置全体
にかかる制御部は本発明と直接関係しないので省略し、
本発明にかかる制御部３のみ説明する。ＣＰＵ31は、Ｒ
ＯＭ33に記憶されている制御プログラムを実行してＲＡ
Ｍ34に記憶されたデータに基づいてＩＮＦ35への指令を
行うもので、一連の処理の概要は後述する。ＲＯＭ33
は、ＣＰＵ31が実行する制御プログラムが記憶されてい
る。

【００１３】ＲＡＭ34は、ＣＰＵ31がＲＯＭ33の制御プ
ログラムを実行する場合に用いるレジスタ、フラグ等の
エリアと、装置固有の定数（１ステップあたりのＺ方向
の移動距離、パンチ23の原点から下死点までのステップ
数データ、下死点からダイ24上面までのステップ数デー
タ等）、及び、穿孔速度データ、チップＰがパンチ先端
から自然落下する上昇速度データ（テスト穿孔によって
得る）、ワークの厚みデータ、ワーク上面から所望する
上死点までの高さデータ、等が格納されるエリアからな
る。なお、これらのデータは、タッチパネル、キーボー
ト等の所望の入力手段によって入力可能になっている。
サーボモータ用ＩＮＦ35は、ＣＰＵ31からの指令に基づ
いたステップ出力を増幅してサーボモータ 215を駆動さ
せるステップ状電力に変換している。Ｚ軸方向位置検出
部用ＩＮＦ36は、Ｚ軸方向位置検出部 216からのＺ軸方
向位置検出データをＴＴＬレベルに変換している。

【００１４】次に、制御部３の一連の処理を説明する。
まず、ワークの厚み、所望する穿孔速度、上昇速度、上
死点高さ等の各データをタッチパネル、キーボート等の
入力手段のテンキーを用いて入力する。これらのデータ
が入力されたら、制御部３によって穿孔速度、上昇速度
は単位時間あたりのステップ数（周波数）に変換され、
ワークの厚みと上死点高さは、相当するステップ数に換
算される。なお、単位時間あたりのステップ数（周波
数）を可変することでスピード制御が可能になる。そし
て、下死点からダイ24上面までのステップ数とワークの
厚みのステップ数とワーク上面から所望する上死点位置
のステップ数とを総和して、上死点から下死点までのス
テップ数を算出する。所望のスタート信号に基づいてワ
ークＷの移動が開始し、パンチ直下に最初の穿孔位置が
位置したら、ただちに本発明にかかるスピード制御に基
づいた穿孔が開始される。

【００１５】本発明にかかるスピード制御による穿孔動
作を図５及び図６を参照しながら説明すると、原点から
下死点までの総ステップ数から漸次１を減算（デグリメ
ント）していき、ステップ数が０に達するまで穿孔速度
に基づいた周波数の周期でサーボモータ 215を回転させ
る。このサーボモータ 215の回転によって、原点位置に
待機していたパンチ23が下死点まで所望した穿孔速度で
下降して、ダイ24上面のワークＷを穿孔する（図５線
分及び図６（１））。なお、常時Ｚ軸方向位置検出部 2
16によってＺ軸方向の位置検出がされており、ステップ
数からの理論上のＺ軸方向の移動量との比較判断がされ
て、ずれ量が補正されるようようになっている。そし
て、算出された上死点から下死点までのステップ数から
漸次１を減算してステップ数が０に達するまで上昇速度
に基づいた周波数の周期でサーボモータ 215を逆回転さ
せて、パンチ23を上死点まで低速上昇させパンチ23先端
に密着したチップＰを落下させる。（上昇行程：図５
線分及び図６（２））

【００１６】パンチ23先端がワークから抜出たら、上死
点に到達する前に直ちにワークＷの移動が開始されて次
の穿孔位置をパンチ直下に位置させる。なお、ワークＷ
の移動開始タイミングは、下死点からダイ24上面までの
ステップ数とワークの厚みのステップ数と予め制御プロ
グラム内に設定されている所望のステップ数（安全を考
慮したステップ数）とを総和したステップ数に減算中の
上死点から下死点までのステップ数が達したか否かを比
較判断を行い、達した場合に移動開始の信号が出力され
る。なお、この場合においてもＺ軸方向位置検出部 216
によってＺ軸方向の位置検出との比較判断が常時行わ
れ、ずれ量が補正されるようようになっている。そし
て、上死点に到達したら、同様に、算出された上死点か
ら下死点までのステップ数から漸次１を減算してステッ
プ数が０に達するまで穿孔速度に基づいた周波数の周期
でサーボモータ 215を回転させる。このサーボモータ 2
15の回転によってパンチ23を下死点まで所望した穿孔速
度で下降させ次の穿孔位置に位置決めされたワークＷを
穿孔する（下降行程：図５線分及び図６（１））。以
上のような上昇行程と下降行程を、ワークの穿孔パター
ンに応じて所望回数繰り返し、しかるのちパンチ23を原
点へ復帰させて穿孔加工が終了する。

【００１７】次に図７を用いて第二の実施の形態を説明
する。第二の実施の形態は、穿孔ユニットの駆動源を第
一の実施の形態で例示したサーボモータ（回転）に代え
て直進タイプのサーボモータにしたものを例示してお
り、前記第一実施形態とは穿孔ユニット２以外は共通な
ので他の共通する構成の説明は省略する。穿孔ユニット
２´は、作業空間を確保する開口部 2b'と該開口部 2b'
の上部に矩形状に開口された第二開口部 2c'とが形成さ
れた側面視略コ型状を呈しており、直進（リニア）タイ
プのサーボモータ215'と、シャンク部22´と、パンチ23
´と、ダイ24´とからなる。直進（リニア）タイプのサ
ーボモータ215'は、コ型状フレーム2a' の上面に設けら
れ、回転タイプのサーボモータ 215同様にステップ状電
力をその駆動源にした周知構造のもので、Ｚ軸方向の任
意の位置検出が可能なリニアエンコーダが内装され所望
のステップ数に基づいて出力軸が昇降動するようになっ
ている。

【００１８】シャンク部 22'は、開口部 2b'と第二開口
部 2c'との間に内嵌されたリニアガイド221'に摺動可能
に嵌合されたシャンク本体222'と、該シャンク本体222'
と直進（リニア）タイプのサーボモータ215'の出力軸先
端とを連結する連結部材224'からなり、シャンク本体22
2'の上端部が連結部材224'を介して直進（リニア）タイ
プのサーボモータ215'の出力軸先端に連結されている。
シャンク本体222'下端部には、先端部が所望の断面形状
に形成されたパンチ 23'が着脱可能に挿嵌されるととも
に、シャンク本体222'下端の一側面から捩子棒225'で圧
接して固定されている。ダイ24' は、パンチ23' を受け
る孔241'が開孔されたブロック状を呈してなり、パンチ
23' と対向した開口部2b' 下面内に設けられている。以
上のように構成された穿孔ユニット２´は、第一の実施
の形態同様に制御プログラムからの指令に基づいてパン
チ23' が昇降動するようになっている。

【００１９】このように第二の実施の形態の穿孔ユニッ
ト２´は、直進（リニア）タイプのサーボモータ215'を
使用しているため、第一の実施の形態で説明したＺ軸移
動機構21（回転−直進変換）が不要となる。このことか
ら、昇降動する質量（慣性質量）が低減できるので応答
性にすぐれ、しかも省電力であることからエネルギー効
率も向上する。さらに部品点数の低減による機械的精度
の向上、経済的な効果といった有利な効果がある。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上のようにパンチの昇降駆動
源をサーボ系にして、強力な推力でもってパンチを昇降
動させてストレスなく瞬時にワークを穿孔するから、パ
ンチ先端にチップが密着しずらくなる。仮にパンチ先端
にチップが密着しても、上昇スピードを下降スピード
（穿孔速度）よりも遅い所要なスピードに制御している
ため、打ち抜かれたチップのパンチ先端との密着を解除
する余裕を与えるとともに、パンチ先端部に圧力降下が
生じることがないからパンチ先端からチップが自然落下
する。また、チップが自然落下せずにパンチ先端にチッ
プがついたまま上昇しても、上昇スピードを低速にした
ことでチップに働く慣性力が小さくなり、チップが孔内
まで侵入することなく、孔下縁に接触するその衝撃で自
然落下して孔詰まりを防止することができる。しかも、
パンチ先端に密着したチップを落下させるために、パン
チを往復動させて振り落とすといった動作をしないか
ら、仮に孔内周面とパンチ側面に微細な抜きカスが介在
しても孔内の面粗度を不必要に落とすことがないうえ
に、振り落とし動作による振動・騒音が発生することが
ないから、環境条件を向上することができる。さらに、
ワークの厚みに相応してワークの上面近傍を上死点とし
て穿孔するように制御しているため、アクチュエータの
フルストロークを使っての穿孔のように無駄な行程を往
復動しないから効率のよい穿孔加工となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施の形態の平面図。

【図２】穿孔ユニットの穿孔側を一部切欠した側面図

【図３】図２における（Ａ）−（Ａ）拡大断面図

【図４】電気的な構成図

【図５】同、パンチ行程・時間線図

【図６】（１）パンチ先端にチップが密着した状態を示
す。 （２）パンチを低速上昇させてパンチ先端からチップが
自然落下した状態を示す。

【図７】第二の実施の形態の穿孔ユニットの穿孔側を一
部切欠した側面図

【符号の説明】 Ａ…穿孔装置 １…ワーク移動機構 ２…穿孔ユニ
ット ３…制御部 24…ダイ 23…パンチ 215…サーボモータ（昇降駆
動源） Ｗ…ワーク Ｐ…チップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイと対向して備えたパンチの昇降駆動
   源をサーボ系とし、該サーボ系の昇降駆動源でパンチの
   下降時のスピードに対して下死点から上死点に復帰する
   上昇時のスピードを遅い所要なスピードに制御している
   ことを特徴とする穿孔装置。
2. 【請求項２】 前記サーボ系の昇降駆動源は穿孔対象と
   なるワークの厚みに相応してワークの上面近傍を上死点
   として昇降して穿孔するように制御してあること特徴と
   する請求項１記載の穿孔装置。