KR100378941B1 - 진동다듬질방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄 기판과 같은 합성 재료의 홀의 표면 거칠기와 형태를 우수하게 하고 홀의 가공 정밀도를 상당히 향상시키고 홀 가공 비용을 낮출 수 있는 진동식 다듬질 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른, 소위 일 방향 펀치 프레스 장치에서 천공 공구가 삽입되는 하부 다이 홀을 구비한 하부 금형에 합성 재료를 고정시킨다. 하부 금형과 가압 평판 사이에 합성 재료를 유지시키고 천공 공구가 삽입되는 상부 다이 홀을 갖은 가압 평판을 구비한 가압 부재로 가압하면서, 수십 헤르쯔의 미소한 진동을 천공 공구에 가하여 합성 재료를 천공한다. 그 후에, 합성 재료의 가공되는 홀에서 천공 공구를 일시적으로 빼낸다. 진동 없이 또는 수십 헤르쯔의 미소한 진동을 천공 공구에 재차 가하면서 합성 재료의 가공된 홀 내로 천공 공구를 재 삽입한다.

Description

진동 다듬질 방법

본 발명은 복합 재료로 구성된 인쇄 기판 등을 프레스에 의해 천공 (punching) 및 구멍 가공하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하자면 프레스에 의해 인쇄 기판에 구멍을 형성하는 진동 다듬질 방법에 관한 것이다. 본 명세서에서, "복합 재료(compound material)"라는 용어는 열가소성 수지가 기질 (matrix)로서 대부분을 구성하고 유리 섬유, 탄소 섬유 또는 수지와 같은 강화재 또는 충전재가 혼합된 복합 재료를 의미하는 것으로, 상기 열가소성 수지에는 ABC 수지(아크릴니트릴-부타디엔-스티렌), 강성 PVC(강성 폴리비닐 클로라이드), 폴리카보네이트 등이 있다.

통상적으로, 인쇄 기판(이후 "기판"이라 부른다)에 관통 구멍(through-holes) 등의 구멍을 보링(boring)하는 방법으로는, 드릴링 방법과, 프레스 등에 의한 천공 및 구멍 가공 방법을 이용해 왔다. 드릴로 기판을 직접 절삭하고 천공하는 방법의 경우에, 가공된 구멍의 내면 거칠기(Ra, 표면 중심선으로부터의 평균 표면 거칠기)는 일반적으로 10 μm 내지 30 μm로, 구멍 자체의 형상은 우수하다. 이 기술은 관통 구멍의 가공에 가장 빈번하게 사용되어 왔으며, 신뢰성이 상당히 높다. 그러나, 드릴로 관통 구멍을 하나 하나 직접 가공해야만 하기 때문에, 구멍 가공 효율이 매우 낮고 그 가공 비용이 지나치게 높다는 결점이 있다.

다른 한편으로, 구멍이 뚫려 있는 다이(die)에 기판을 부착하고 이들 다이 구멍과 정렬되게 천공 공구(이하, "펀치"라 부른다)를 설치하여 기판에 관통 구멍을 형성하는 이른바 편측 펀치 프레스 가공(single-sided punch press process)의 경우에는, 보다 적은 비용으로 단시간에 관통 구멍을 가공할 수 있기 때문에, 생산성이 우수하고 여러 종류의 구멍을 가공하는 데에 사용될 수 있다. 게다가, 이 기술은 특정 형태의 구멍 등의 복잡한 구멍을 형성 및 가공하는 것을 간단히 행할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 기판의 재료에 따라, 구멍과 구멍 사이에 균열이 발생하거나, 구멍의 외주부가 백화(白化)되어 바람직하지 못한 소성 파괴가 일어나는 등 여러 가지 문제가 발생한다. 따라서, 이러한 문제들을 해결하기 위하여, 프레스기의 생산성을 떨어뜨리는 균열의 발생이 감소될 수 있도록 인쇄 기판을 가열하여야만 한다. 그러나, 이러한 경우에는 재료의 팽창 및 수축으로 인해 구멍의 치수 정밀도가 저하된다고 하는 다른 문제가 발생한다.

상온에서 펀치에 의한 프레스 가공시 구멍의 치수 정밀도를 제7도를 참조하여 설명한다. 제7도에 도시한 바와 같이, 구멍은 기판(55)의 상면(51) 및 하면(52)에서의 그 치수가 각각 펀치(53)의 직경(53a) 및 다이(54)의 직경(54a)과 거의 동일하도록 형성된다. 그러나, 구멍의 중간 부분은 기판(55)의 복원 작용으로 인해 돌출된다. 이 돌출부(56; swelling part)의 직경의 치수 변화는 일반적으로 기판 두께 등의 조건으로 인해 일정하지는 않으나, 직경이 약 0.8 mm 내지 1.5 mm인 구멍의 경우 그 직경(53a)이 대개 0.05 mm 내지 0.2 mm 정도로 작다. 또한, 천공된 구멍 내면(57)의 표면 거칠기(Ra)는 140 μm 이상으로 매우 불량한데, 그 이유는 그 파단면(57b)의 길이가 상부의 전단면(57a)의 길이보다 길기 때문이다. 따라서, 관통 구멍을 가공하는 데에는 종래의 펀치 프레스 기술을 이용할 수 없다.

더욱이, 제8도에 도시한 바와 같이, 프레스의 속도가 느리고, 다이(54)의 직경 클리어런스가 펀치(53)의 직경 클리어런스보다 작은 경우에는, 전단면(57c)의 길이가 전술한 전단면(57a)의 길이보다 길고 파단면(57d)의 길이는 전술한 파단면 (57b)의 길이보다 짧다. 그러나, 표면 거칠기는 100 μm 내지 120 μm로 제한되는데, 이 치수는 전술한 경우보다 약간 개선된 것이다. 다른 결과치는 제7도에 도시한 경우의 결과치와 같다.

따라서, 천공된 구멍 내면의 거칠기를 개선하기 위하여 천공을 2회 수행하는 천공 방법이 제안되었다. 이 천공 방법에 따르면, 제1 가공 시에, 우선 다듬질된 상태에서의 직경보다 직경이 0.1 mm 작은 펀치를 사용하여 기판을 천공한다. 그 후, 다듬질된 치수의 펀치로 기판의 돌출부를 절삭한다. 이 방법에 따르면, 제9도에 도시한 바와 같이, 파단면이 현저하게 감소되고, 표면 거칠기는 60 μm 내지 80 μm 정도로 되어 구멍의 정밀도가 높아진다. 그러나, 제1 가공과 제2 가공 사이에구멍을 정확하게 위치시키기가 어렵고 프레스 가공이 2 단계로 나뉜다는 문제가 있다. 따라서, 대량 생산의 관점에서는 심각한 문제가 된다.

일본 특허 공개 공보 제57-102310호(1982년)에는 종래의 다른 천공 기술이 개시되어 있다. 제10도에 도시한 바와 같이, 기판(61)이 상측 다이(62)와 하측 다이(63) 사이에 끼워지고, 상측 펀치(66)와 하측 펀치(67)가 상측 다이(62)와 하측 다이(63)에 형성된 다이 구멍(64, 65) 내에 대향하는 상태로 마련된다. 상측 펀치 (66)와 하측 펀치(67)가 상하로 왕복하여 기판(61)을 천공하며, 기판(61)은 상·하측 펀치(66, 67)와 상·하측 다이(62, 63)에 의해 유지된다. 기판(61)을 천공한 후, 상·하측 펀치(66, 67)는 각각 상.하로 왕복 이동한다. 이 방법을 진동 다듬질 및 천공 방법이라 일컫는다. 그러나, 이 방법에 따르면, 펀치 사이에 유지되는 기판에 발생되며 그 상·하측 펀치를 진동시키는 데에 사용되는 진동 에너지로 인해, 펀치의 측면, 특히 구멍의 내경 부근의 부분들이 용융 변형되고 전단되기가 쉽다. 이 진동 다듬질 및 천공 방법에 따르면, 진동 에너지로 인해 연화된 구멍의 내면에 펀치의 측면이 접촉되어 펀치의 측면이 구멍의 내면에 전사(轉寫)되어, 매우 만족스런 구멍의 내면을 얻을 수 있다. 따라서, 관통 구멍용으로 매우 적절한 구멍을 얻을 수는 있다. 그러나, 이 방법에 따르면, 기계의 구조가 매우 복잡해지는 문제가 있다. 즉, 상.하측 펀치 및 상.하측 다이가 필요하고, 금형의 구조가 바람직하지 않게 복잡해지고 비용이 증가된다. 게다가, 천공 후의 잔여물을 제거하기가 어렵다는 문제도 있다.

이러한 문제들을 해결하기 위하여, 일본 특허 공개 공보 제62-241700호(1987년)에는 편측 펀치 프레스 구조의 펀치에 한 종류의 진동을 가하는 방법이 개시되어 있는데, 이 방법에서는 일 행정만으로 기판을 천공하기보다는 펀치가 미소 거리를 복수 회 왕복 이동하여 구멍을 천공하는 방식으로 기판을 천공한다. 이 방법에 따르면, 기판 상의 구멍과 구멍 사이에 균열이 발생하거나 기질 재료가 박리되는 등의 문제가 거의 발생하지 않는다. 구멍의 외주부에서 소성 파괴가 일어나기도 어려워진다. 기판이 미세하게 분쇄된 결과로서 생성되는 기판의 재료 분말 또는 먼지는 펀치 공구에 의해 구멍의 내면에 부착되어 응고하게 된다. 이후에, 구멍의 내면은 그것과 펀치 사이의 마찰에 의해 절삭되고 다듬질되어, 상당히 바람직한 내면을 지닌 구멍이 형성될 수 있다. 이러한 장점들은 상기 진동 다듬질 및 천공 방법에 의해 얻어지는 효과와 매우 유사하다. 상기 진동 다듬질 및 천공 방법과 달리, 편측 펀치를 사용하는 방법에 따르면, 펀치가 미소 거리를 상하로 복수 회 왕복 이동하거나 펀치에 진동이 가해질 때조차 열 에너지가 거의 발생하지 않으며, 단지 기계적 전단만이 연속적으로 수행된다. 구멍의 전단된 내면은 매끄럽지 않다. 달리 말하면, 구멍의 내면이 마찰력으로 인해 발생되는 마찰열에 의해 용융되지만, 펀치 표면이 진동 다듬질 및 천공 방법의 경우에서와 같이 구멍 내면에 전사되거나 하지 않는다. 따라서, 편측 펀치 방법에 따르면, 표면 거칠기는 보다 개선되지만, 치수 정밀도가 상당히 떨어지며, 또한 진동 다듬질 및 천공 방법과 비교하여 가공 중에 기판으로부터 분말 또는 먼지가 다량 발생한다.

전술한 문제들을 충분히 고려하여, 본 발명의 목적은 전술한 문제들을 극복하고 인쇄 회로 기판과 같은 복합 재료 기판에 그 형태 변형이 없으며 표면 거칠기가 양호한 구멍을 상당히 개선된 정밀도 및 저렴한 가공비로 형성하는 진동 다듬질 방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적 및 다른 목적은, 다이 구멍이 뚫려 있는 다이에 인쇄 회로 기판과 같은 복합 재료를 장착할 수 있으며, 복합 재료를 관통하여 상기 다이 구멍 내로 삽입될 수 있는 천공 공구를 제공하는 편측 펀치 프레스 장치로 개선된 진동 다듬질 방법을 수행하는 본 발명에 따라 달성될 수 있다. 이 방법에서, 복합 재료는 다이에 고정되며, 가압 부재가 제공되어 복합 재료를 가압한다. 천공 과정은, 가압 부재로 복합 재료를 일정한 가압력으로 가압하고 천공 공구에 수십 헤르쯔의 미소 진동을 가하여 복합 재료를 천공 공구로 천공하는 단계와, 가압 부재로 복합 재료를 일정한 가압력으로 가압하면서 복합 재료의 천공된 구멍으로부터 천공 공구를 인출하는 단계와, 가압 부재로 복합 재료를 일정한 가압력으로 가압하면서 천공 공구에 진동을 가하지 않거나 수십 헤르쯔의 미소 진동을 다시 가하면서 복합 재료의 천공된 구멍 내로 천공 공구를 재삽입하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 진동 다듬질 방법에 있어서, 천공 공구를 인출하고 재삽입하는 작업을 여러 번 반복하여 구멍의 형상 정밀도를 향상시킨다. 또한, 천공 작업 후에도 천공 공구에 진동을 가하지 않거나 수십 헤르쯔의 미소 진동을 가하면서 구멍의 내면과 천공 공구를 상호 활주시켜 구멍의 내면을 다듬질함으로써, 구멍의 내면 거칠기를 개선하고 기판에서 발생하는 분말 또는 먼지를 감소시킨다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 다이 구멍이 뚫려 있는 다이 상에 인쇄 회로기판과 같은 복합 재료를 장착할 수 있으며, 수십 헤르쯔의 미소 진동이 가해져 복합 재료를 관통할 수 있으며 다이 구멍 내로 삽입될 수 있는 천공 공구를 제공하는 편측 펀치 프레스 장치에 있어서, 복합 재료는 다이 상에 고정되며, 복합 재료를 가압하는 가압 부재가 마련된 진동 다듬질 장치가 사용된다. 가압 부재는 복합 재료에 접촉하는 가압 평판과, 천공 공구가 부착된 상측 금형이 부착되는 금형 부착용 평판을 포함하고, 가압 평판과 금형 부착용 평판 사이에 그 가압 평판의 압력을 조절할 수 있는 유체 실린더를 유지한다. 가압 평판에는 다이 구멍이 마련되며, 이 다이 구멍에는 천공 공구가 작은 간극을 두고 활주 가능하게 끼워진다.

또한, 유체 실린더 대신에, 가압 부재, 가압 평판에 조절 가능한 압력을 제공할 수 있는 우레탄 또는 스프링과 같은 탄성 부재, 그리고 탄성 부재의 탄성력을 조절할 수 있는 조절 부재가 가압 평판과 금형 부착용 평판 사이에 제공될 수도 있다. 결과적으로, 기판에 대한 가압력이 보다 간단한 구조에 의해 간단하고 용이하게 제어될 수 있다.

전술한 구조를 가지는 본 발명에 따르면, 펀치에 수십 헤르쯔의 진동을 가하면서 구멍을 가공하고, 가압 부재가 기판에 접촉되어 편측 펀치 프레스 장치에서 가압 부재에 의해 기판이 가압되면, 제1 구멍 가공 작업 시에 펀치가 기판 내로 삽입됨에 따라 기판이 점진적으로 전단된다. 따라서, 구멍이 뚫리고 펀치가 구멍 내로 삽입된다. 이 때, 기판의 구멍 내면에는 가압 부재를 통해 펀치의 측면에 접촉시키는 힘이 가해진다. 그 결과, 펀치 부재가 구멍의 내면을 가압한다. 수십 헤르쯔의 진동이 펀치에 가해지기 때문에, 기판의 구멍 내면은 가압 부재의 가압력에의해 펀치에 보다 강하게 접촉하게 된다. 결과적으로, 미세하게 전단된 표면은 보다 매끄러워진다.

구멍에서 펀치를 인출하는 경우, 기판에 뚫린 구멍에는 펀치에 의한 저항이 존재하지는 않지만, 기판은 가압 부재에 의해 가압되기 때문에, 기판에 있는 구멍의 종단면에 돌출부가 형성된다. 펀치에 진동을 가하지 않거나 수십 헤르쯔의 진동을 가하면서 구멍 내로 펀치를 재삽입하면, 이 돌출부가 절삭되는 동시에 구멍의 내면은 펀치에 의해 더욱 매끄러워진다.

구멍 밖으로 펀치를 다시 인출하면, 가압 부재에 의해 가압된 기판의 구멍의 종단면에 다시 돌출부가 형성된다. 그러나, 돌출 정도는 감소된다. 또한, 구멍의 전단면이 가압 부재의 가압력 및 펀치의 진동으로 인한 마찰열 때문에 연화되어 돌출부의 내부 응력 또한 감소한다. 따라서, 기판으로부터 가압 부재를 떼어 내어 가압력을 해제하는 것과 거의 동시에 구멍으로부터 펀치를 인출하면, 기판의 탄성 복원 작용으로 인해 돌출부가 거의 사라지며 형상 정밀도가 상당히 높은 매우 매끄러운 구멍을 얻을 수 있다. 특히, 구멍 내로 펀치를 넣다 뺏다 반복하면서 복합 재료를 가압하도록 가압 부재를 구성하였기 때문에, 기판이 움직이지 않게 되어, 펀치를 넣다 뺏다 반복할 때의 위치 정밀도가 또한 만족스러워진다.

본 발명의 편측 펀치 프레스 장치에서의 진동 다듬질 방법에 의해, 인쇄 회로 기판과 같은 복합 재료 기판에 그 형태 변형이 없이 표면 거칠기가 양호하고 돌출부가 거의 없는 구멍을 상당히 개선된 정밀도 및 저렴한 가공비로 가공할 수 있다.

가압 부재는 가압력에 의해 기판에 마련된 구멍의 중심을 향해 기부 재료를 가압하고, 가압력이 해제된 경우에도 구멍의 내면에 돌출부가 형성되거나 볼록한 면이 형성되는 것을 방지하는 힘에 의해 제어되도록 설계된다. 게다가, 구멍 내로 여러 번 반복하여 펀치를 넣다 뺏다 함으로써 구멍 형태의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 천공 공구를 구멍 밖으로 인출하였을 때조차 천공 공구에 수십 헤르쯔의 미소 진동을 가하면서, 천공 공구와 구멍의 내벽을 상호 활주시켜 구멍의 내면을 다듬질하면, 마찰 열 등으로 인해 구멍의 내면이 마모되고 구멍의 표면 거칠기가 개선된다.

가압 평판에 다이 구멍이 마련되어 이 다이 구멍에 천공 공구가 작은 간극을 형성한 채로 활주 가능하게 끼워짐으로써, 기판의 구멍의 외주부를 가압하게 되며 또한 펀치의 안내부로서 가압 부재의 가압력을 조절하기 위해 유체 실린더를 사용하는 경우, 복잡한 제어, 예를 들어 구멍 가공 중에 가압 부재의 가압력을 변경하는 제어가 이루어질 수 있다. 따라서, 가장 바람직한 구멍 천공 및 가공 조건을 간단히 설정할 수 있다.

본 발명의 가압 부재는 금형의 내부로부터 기판을 제거하는 방출 평판과 유사한데, 이러한 방출 평판은 일반적으로 종래 기술의 가압 기계에 사용되어 온 것이다. 그러나, 종래의 방출 평판은 기판의 이동을 억제하지 못하였을 뿐만 아니라 기판의 탄성 변형을 고려하지도 않았다. 따라서, 종래의 방출 평판은 본 발명의 역할을 수행하지는 못한다. 또한, 전술한 일본 특허 공개 공보 제62-241700호에는 기판을 클램핑하는 클램프가 개시되어 있긴 하나, 그 클램프의 구조 및 작용은 특별히 개시되지 않았다. 또한, 적어도, 클램프는 기판의 탄성 변형에 대처하는 기능은 갖추고 있지 않다고 말할 수 있다. 또한, 일본 특허 공개 공보 제57-102310호에는 상.하측 펀치가 마련된 진동 다듬질 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서, 기판은 상.하측 다이 사이에 끼워진다. 그러나, 상.하측 다이는 상.하측 펀치의 이동에 대한 재료의 이동을 방지하도록만 제공된 것으로 본 발명의 작용과 동일한 작용을 수행하도록 제공된 것은 아니다.

또한, 본 발명은 펀치에 진동을 가하는 진동 부재를 제공하고 편측 펀치 프레스 장치에 복합 재료를 가압하는 가압 부재를 제공함으로써만 실행될 수 있다. 따라서, 통상적으로 사용되어 온 금형을 계속해서 사용할 수 있으며, 그 금형은 저렴한 진동 다듬질 방법 및 저렴한 비용의 구멍 가공 장치를 제공하는 데에 바람직하게 기여한다.

또한, 본 발명에 따르면, 기판에 가해지는 가압력을 조절할 수 있는 조절 부재 또는 유체 실린더를 사용하여 기판에 가해지는 가압력을 간단히 조절할 수 있기 때문에, 가장 바람직한 천공 조건을 용이하게 간단히 설정할 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면과 연관된 이하의 설명으로부터 명확해진다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 제1도에는 진동 다듬질 및 가공 장치의 본체가 도시되어 있다. 제1도에 도시한 바와 같이, 본체의 상측 프레임(1)에는 왕복 가능하며 및/또는 진동 가능한 천공 실린더(2)가 부착되어 있다. 천공 실린더 로드(3)의 하단에는 금형 부착용 평판(4)이 연결되어 있다. 금형 부착용 평판(4) 내에는 가압 실린더(5)가 수용되어 있다. 제2도에 도시한 바와 같이, 가압 실린더(5)의 로드는 가압 평판(22a)과 일체로 형성된 가압 부재(22)에 연결되어 있다. 금형 부착용 평판(4)에는 상측 금형(6)이 부착되어 있다. 본체의 하측 프레임(8)에는 하측 금형(7)이 부착되어 있다. 유압원(源)(도시 생략)으로부터 유압 밸브(도시 생략)를 통해 천공 실린더(2)에 가압 오일이 공급된다. 본체의 상측 프레임(1)에는 금형 부착용 평판(4)의 위치를 탐지하는 위치 센서(10)가 부착되어 있다.

제2도는 제1도에 도시한 금형 부분의 설명도이다. 제2도에서, 가공될 기판 (15)은 가압 실린더(5)로 그 기판을 누를 수 있는 가압 부재(22)와 일체로 형성된 가압 평판(22a)과 하측 금형(7) 사이에 삽입된다. 가압 평판(22a)과 하측 금형(7)을 각각 종방향으로 관통하여 각각 다이 구멍(24, 25)이 뚫려 있다. 천공 공구(26)는 금형 부착용 평판(4)에 장착된 상측 금형(6)에 부착된다. 천공 공구(26)는 가압 평판(22a)과 하측 금형(7)의 다이 구멍(24, 25) 내에 작은 간극이 형성되는 상태로 끼워져 활주할 수 있도록 되어 있다. 또한, 천공 공구(26)는 상측 금형(6)이 부착되는 금형 부착용 평판(4)과 함께 천공 실린더(2)에 의해 다이 구멍(24, 25)을 따라 기판(15) 내로 삽입될 수 있다.

제3도는 제1도의 진동 다듬질 장치의 유압 제어 회로의 개략적인 블록 선도이다. 제어 밸브(9)는 제어 밸브 증폭기(11)의 제어 신호에 의해 제어된다. 제어 밸브 증폭기(11)에는 수 헤르쯔 내지 수십 헤르쯔의 사인파와 원하는 약간의 공급량을 천공 실린더(2)를 통해 천공 공구(26)에 명령하는 기본 명령 신호(14)를 출력하는 명령 신호 발생기(12)가 연결되어 있다. 천공 실린더 로드(3)의 이동량을 탐지하는 위치 센서(10)에서 발생한 위치 신호가 위치 센서 증폭기(13)에 입력된다. 동시에, 위치 신호는 피드백 신호로서 제어 밸브 증폭기(11)로도 출력된다. 따라서, 제어 밸브 증폭기(11)는 전압/전류 변환을 실행하여 명령 신호와 피드백 신호 사이의 에러 신호가 0이 되도록 하고 제어 신호로서의 전류를 제어 밸브(9)에 출력한다. 따라서, 실린더 로드(3)와 금형 부착용 평판(4)은 항상 명령 신호 발생기 (12)에서 발생한 명령 신호에 따라 이동하도록 제어된다. 또한, 실린더 로드(3)의 하단에 부착된 가압 실린더(5)는 하측 다이(7)에 기판(15)을 가압하고 기판으로부터 상승되도록 직접 제어 밸브(27)에 의해 제어된다. 가압력은 전자기 비례식 압력 제어 증폭기(29)에서 발생한 제어 전류에 기초하여 전자기 비례식 압력 제어 밸브 (28)에 의해 제어된다.

이하에서 본 발명에 따른 진동 다듬질 장치의 작동을 설명한다. 가공될 기판(15)이 가압 평판(22a)과 하측 금형(7) 사이로 삽입되면서 가압 실린더(5)에 의해 이동되는 가압 부재(22)에 의해 가압되고, 천공 공구(26)에는 제4도에 도시된 수 헤르쯔 내지 수십 헤르쯔의 진동수에서 수십 μm 내지 수 mm의 크기의 기본 명령 신호가 인가되어 하강된다. 따라서, 금형 부착용 평판(4)과 일체로 형성되는 상측 금형(6)과 천공 공구(26)는 가압 평판(22a)의 다이 구멍(24)에 의해 안내되는 동안, 상측 금형(6)과 천공 공구(26)는 기판(15) 내로 삽입되어 기판(15)을 천공한다. 또한, 천공 공구는 하측 금형의 다이 구멍(25)에 도달할 때까지 보다 더 하강된다. 이렇게 해서, 수 헤르쯔 내지 수십 헤르쯔의 진동수에서 수십 μm 내지 수mm의 크기의 천공 작업이 명령된 진동에 의해 반복적으로 실행된다. 천공 공구가 하측 금형까지 하강되면, 천공 공구(26)는 기판(15)으로부터 완전히 인출될 때까지 진동을 가하지 않으면서 상승되며, 이 동안에 기판(15)은 가압된 상태에 있다. 이때, 소위 전단 드롭(shear drop) 또는 돌출부, 보다 상세하게 말자하면 볼록한 형태의 돌출부가 기판(15)의 복원 작용에 의해 생성되어 기판의 구멍 내면의 일부에 형성된다. 전단 드롭 또는 돌출부를 제거하기 위하여, 천공 공구(26)에 재차 진동을 가하면서 기판(15)의 구멍 내로 천공 공구(26)를 재삽입한다. 이러한 방식으로, 기판(15)의 구멍 내면의 전단 드롭 또는 돌출부를 제거한다. 그 후, 천공 실린더가 다시 상승되어져 1 사이클의 천공 작업이 마무리된다.

가압 실린더(5)가 상기 천공 작업 중에 가압 평판(22a)을 통해 기판(15)을 가압하기 때문에, 기판(15) 내에는 이와 같은 가압 실린더의 가압력으로 인해 내응력이 발생하며, 그 결과 천공 공구(26)에 측면 압력이 가하여져 천공 공구가 기판 (15) 내로 파고들게 된다. 게다가, 천공 공구를 구멍 밖으로 잡아 뺀 후에는, 이들 가압 부재의 가압력으로 인해 기판 내의 구멍 내면에 강제적으로 돌출부가 형성된다. 가압 실린더(5)는 본체의 일측이 금형 부착용 평판(4)에 부착되어 있기 때문에, 천공 실린더(2)의 이동과 함께 이동하고 이와 같은 천공 실린더(2)의 이동에 의해 발생되는 외력을 수용한다. 그러나, 기판(15)의 두께가 얇고 천공 실린더의 이동 행정 또한 짧기 때문에, 압력 조절 밸브(28)에 의해 압력을 일정 값으로 제어할 수 있어, 기판을 일정한 압력으로 가압하도록 제어할 수 있다. 또한, 가압 실린더(5)의 이동 행정이 짧고 전체 행정이 증가할 때조차, 천공 실린더(2)에 의해 가압 실린더(5)는 금형 부착용 평판(4)과 함께 상승 또는 하강된다. 따라서, 기판 (15)이 다이에 용이하게 착탈될 수 있다.

보다 상세하게 설명하자면, 기판을 천공한 후에도, 천공 공구(26)를 상.하로 왕복 이동시켜 구멍의 내면을 미세하게 다듬질할 수 있다. 천공 후 잔여물은 다이 구멍(25)으로부터 배출된다. 제4도에 도시한 상기 실시예에서는 진동 및 천공 작업을 2회 실시하였지만, 구멍의 형상이나 기판의 재료에 따라 여러 회 반복할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제5도에 도시한 바와 같이, 1 사이클의 진동 및 천공 작업 후에, 가압 부재(22)로 기판(15)을 가압하면서 천공 실린더(2)에 진동을 가하지 않고 천공 실린더(2)의 왕복 운동을 반복할 수 있다. 이 방법은 구멍 내면을 다듬질하기 위한 것보다는 구멍 내면의 돌출부를 감소시키는 데에 보다 효과적이다.

또한, 제2도에 점선으로 도시한 바와 같이 가압 실린더(5) 대신에, 우레탄, 스프링 등과 같은 탄성 부재(5'), 그리고 도시하지는 않았지만 탄성 부재의 탄성력을 조절할 수 있는 조절 부재를 가압 부재(22)의 종방향 지지 부재(22')의 일체부로서 사용하여, 금형 부착용 평판(4)으로 가압 평판(22a)을 탄성적으로 지지하게 된다. 이러한 경우에, 가압력은 천공 실린더(2)의 이동에 따라 변한다. 그러나, 기판(15)의 두께가 얇으면, 가압력은 크게 변하지 않는다. 따라서, 상기 가압 실린더 (5)보다 더 간단한 탄성 부재(5') 수단을 사용할 수 있다.

상기 실시예에는 하나의 천공 공구(26)와 관련하여 기재되었지만, 제2도에 점선으로 도시한 바와 같이 다수의 천공 공구(26')를 사용할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 요지를 벗어나지 않으면서 다양한 변경, 개조를 할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

실험예

제6도에는 여러 가지 조건 하에서 제1도에 도시한 상기 펀치 프레스로 구멍을 천공하고 가공했을 때의 여러 가지 실험 결과치를 예시하는 표가 도시되어 있으며, 그 표에는 종래의 편측 펀치 프레스에 의한 1회 천공 방법의 예(A, B)와, 종래의 편측 펀치 프레스에 의한 2회 천공 방법의 예(C, D)와, 천공 작업 중에 가압 평판(22a)으로 기판(15)을 가압하는 데에 가압 실린더(5)를 사용하지 않은 실험용 진동 다듬질 방법의 예(E)와, 본 발명의 진동 다듬질 방법의 예(F)가 비교되어 있다. 각각의 천공 방법에 있어서, 가압 평판의 존재 유무에 따라 천공 실험치를 유도하였다. 예(F)로 예시한 본 발명은 진동 천공 방법에 가압 평판을 추가한 것이다. 제6도에서, 구멍 내면의 돌출부는 도면 부호 31로 나타낸 구멍 부분의 표면에서 측정하였으며, 라이즈(rise)는 도면 부호 32로 표시된 부분의 표면에서 결정하였고, 구멍의 표면 거칠기(Ra)는 도면 부호 33으로 표시된 부분의 표면에서 측정하였다.

제6도에 도시한 바와 같이, 종래 기술의 가압 방법에 따르면, 돌출부가 형성되었고 표면 거칠기(Ra)는 60 μm 이상으로 불량하였다. 반대로, 예(F)로 도시한 본 발명에 따르면, 돌출부가 형성되지 않았으며, 구멍 내면이 다른 예의 내면보다 상당히 양호했고, 표면 거칠기(Ra) 또한 30 μm로 양호했다.

특히, 예(E)로 나타낸 바와 같이, 진동 천공 방법이라 하더라도 본 발명의 가압 평판이 제공되지 않았을 때에는 돌출부가 형성되었다. 예(E)의 실험 결과치는 구멍 내면의 돌출부의 형태와 표면 거칠기에 있에서 본 발명의 예(F)보다 불량했다. 따라서, 본 발명의 목적은 본 발명의 우수성을 보증하는 예(E)에 채택된 방법에 따라서는 달성될 수 없다.

상기 종래 기술의 천공 및 가공 방법에 있어서, 천공 공구로서 사용된 핀은 두께가 약 1.6 mm 이상인 인쇄 기판에 관통 구멍을 가공할 경우 대개 휘어졌다. 따라서, 종래 기술의 방법에서는 핀의 직경을 약 0.8 mm 이상으로 제한하였다. 게다가, 구멍 사이의 표면에 균열이 가기 쉽기 때문에, 기판의 구멍이 열을 받았을 때에도 관통 구멍의 피치를 2 mm로 제한하였다. 그러나, 본 발명에 따르면 기판의 구멍을 제4도에 도시한 작동 조건하에서 가열하였을 때, 직경이 0.5 mm인 핀으로 피치가 1.5 mm인 관통 구멍을 휨 및 균열 없이 형성하여 가공할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 상온 하에서 종래 천공력의정도인 약 20 톤의 천공력으로 관통 구멍을 가공하였다. 따라서, 종래 프레스의 천공력의정도의 천공력만을 필요로 하게 된다. 게다가, 기판에 큰 힘이 순간적으로 가해지지 않기 때문에, 진동 다듬질 장치 및 그 구성 요소에서 파괴, 피로, 및 불편함의 발생이 매우 감소되어, 본 발명의 진동 다듬질 방법의 부가적인 효과가 달성될 수 있다.

제1도는 본 발명에 사용하는 진동 다듬질 장치의 개략도.

제2도는 제1도에 도시한 금형 부근의 부분들의 단면도.

제3도는 제1도에 도시한 다듬질 장치의 유체 제어 회로를 개략적으로 나타낸 블록 선도.

제4도는 제2도의 장치 중 천공 공구에 전달되는 기본 명령 신호의 출력 파형선도.

제5도는 제2도의 장치 중 천공 공구에 전달되는 기본 명령 신호의 다른 출력파형 선도.

제6도는 본 발명의 실험 결과를 종래 기술의 천공 방법의 실험 결과와 비교하여 보여주는 선도.

제7도는 종래 기술의 가공 방법에 따라 형성되는 구멍의 종단면도.

제8도는 종래 기술의 다른 가공 방법에 따라 형성되는 구멍의 종단면도.

제9도는 종래 기술의 또 다른 가공 방법에 따라 형성되는 구멍의 종단면도.

제10도는 종래 기술의 진동 다듬질 및 천공 방법에 사용되는 금형을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 8 : 프레임

2 : 천공 실린더

3 : 천공 실린더 로드

4 : 평판

5 : 가압 실린더

6 : 상측 금형

7 : 하측 금형

Claims (3)

1. 다이 구멍이 뚫려 있는 다이에 인쇄 기판과 같은 복합 재료를 장착할 수 있고, 상기 복합 재료를 관통하여 상기 다이 구멍 내로 삽입될 수 있는 천공 공구를 구비하는 편측 펀치 프레스 장치에서의 진동 다듬질 방법에 있어서, 상기 다이에 상기 복합 재료를 고정시키고, 상기 복합 재료를 가압하는 가압 부재를 제공하는 단계와;

   상기 가압 부재로 상기 복합 재료를 일정한 가압력으로 가압하고 수십 헤르쯔의 미소 진동을 천공 공구에 가하면서 상기 천공 공구로 상기 복합 재료를 천공하는 단계와;

   상기 가압 부재로 상기 복합 재료를 일정한 가압력으로 가압하면서 상기 복합 재료의 가공된 구멍으로부터 상기 천공 공구를 인출하는 단계와;

   상기 복합 재료를 일정한 가압력으로 재차 가압하고 상기 천공 공구에 진동을 가하지 않거나 수십 헤르쯔의 미소 진동을 가하면서 상기 복합 재료의 가공된 구멍 내로 천공 공구를 재삽입하는 단계

   를 포함하는 진동 다듬질 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 천공 공구를 인출하고 재삽입하는 작업을 여러 번 반복하는 것인 진동 다듬질 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 천공 작업 후에도 상기 천공 공구에 수십 헤르쯔의 미소 진동을 가하여, 상기 천공 공구와 가공된 구멍의 내면의 상호 활주에 의해 가공된 구멍의 내면을 다듬질하는 것인 진동 다듬질 방법.