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発明の名称 穿孔装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−217197
公開日 平成10年(1998)8月18日
出願番号 特願平9−22745
出願日 平成9年(1997)2月5日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】早川 政名 (外1名)
発明者 土田 隆
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【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。
【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。
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 214, 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、CPU31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、ROM33に記憶されている制御プログラムを実行してRAM34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 216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 215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222'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。




 

 


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