(57)【要約】【課題】  パンチヘッドを小型軽量化し、また、高速での穿孔を可能とし、さらに、パンチピンの折損発生を瞬時に判断することにより処理不良の発生を防止することが可能であるパンチング装置およびパンチングシステムを提供する。【解決手段】パンチング装置１は、パンチヘッド１０と、下金型１８と、被処理体２１を送る送り機構と、送られた被処理体２１を保持する被処理体固定機構部とを具備する。パンチヘッド１０は、積層型圧電素子１２、変位拡大機構１３、パンチピン１４からなるパンチエレメント１１を１列に配列した構造とし、変位拡大機構１３は、積層型圧電素子１２を挟持する保持部３２と、保持部３２と連結された２本の脚部材３４と、脚部材３４の略先端部間に跨設され、中央にパンチピン１４が取り付けられる板バネ３５とを有し、板バネは３５は、脚部材３４の開閉にともなって、パンチピン１４を直線的に変位させる。【選択図】  図１
2011255501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチング装置であって、
積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り付けられたパンチピンからなる所定数のパンチエレメントを密接させて１方向に配列してなるパンチヘッドと、
前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所定のクリアランスで嵌合する下金型と、
前記被処理体を１方向に送る送り機構と、
前記送り機構により送られた被処理体を所定位置で保持する被処理体固定機構部と、
を具備し、
前記変位拡大機構は、
前記積層型圧電素子を前記積層型圧電素子の伸張方向において挟持する保持部と、
前記保持部と連結された連結部を支点として前記積層型圧電素子の伸張変位を当該支点回りの回転変位に変換するように開閉する２本の脚部材と、
これら脚部材の略先端部間に跨設され、中央にパンチピンが取り付けられる板バネと、
を有し、
前記板バネは、前記脚部材の開閉にともなって、前記パンチピンをその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位になるように変位させることを特徴とするパンチング装置。
【請求項２】
前記被処理体固定機構部は、被処理体を押さえて固定する押圧プレートと、前記押圧プレートを昇降させる昇降機構からなることを特徴とする請求項１に記載のパンチング装置。
【請求項３】
シート状の被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチング装置であって、
積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り付けられたパンチピンからなる所定数のパンチエレメントを密接させて１方向に配列してなるパンチヘッドと、
前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所定のクリアランスで嵌合する下金型と、
前記被処理体を１方向に送る送り機構と、
前記送り機構により送られた被処理体を所定位置で固定し、かつ、前記パンチピンと所定のクリアランスで嵌合するガイドが形成され、前記ガイド内を貫通するように上面に前記パンチヘッドが配設された押圧プレートと、
前記押圧プレートを昇降させる昇降機構と、
を具備し、
前記変位拡大機構は、
前記積層型圧電素子を前記積層型圧電素子の伸張方向において挟持する保持部と、
前記保持部と連結された連結部を支点として前記積層型圧電素子の伸張変位を当該支点回りの回転変位に変換するように開閉する２本の脚部材と、
これら脚部材の略先端部間に跨設され、中央にパンチピンが取り付けられる板バネと、
を有し、
前記板バネは、前記脚部材の開閉にともなって、前記パンチピンをその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位になるように変位させることを特徴とするパンチング装置。
【請求項４】
前記パンチエレメントは平板状の構造を有し、かつ、前記パンチヘッドは前記平板状パンチエレメントを厚み方向に１列に密に配列した構造を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のパンチング装置。
【請求項５】
シート状の被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチング装置であって、
積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り付けられたパンチピンからなるパンチエレメントと、
前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所定のクリアランスで嵌合する下金型と、
前記被処理体を１方向に送る送り機構と、
前記送り機構により送られた被処理体を所定位置で固定する押圧プレートと、
前記押圧プレートを昇降させる昇降機構と、
を具備し、
前記パンチエレメントは前記押圧プレート上に配設されて前記押圧プレートと一体的に昇降され、前記押圧プレートに前記パンチピンと所定のクリアランスで嵌合するガイドが形成されており、
前記変位拡大機構は、
前記積層型圧電素子を前記積層型圧電素子の伸張方向において挟持する保持部と、
前記保持部と連結された連結部を支点として前記積層型圧電素子の伸張変位を当該支点回りの回転変位に変換するように開閉する２本の脚部材と、
これら脚部材の略先端部間に跨設され、中央にパンチピンが取り付けられる板バネと、
を有し、
前記板バネは、前記脚部材の開閉にともなって、前記パンチピンをその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位になるように変位させることを特徴とするパンチング装置。
【請求項６】
前記パンチピンを前記変位拡大機構にねじ止めして固定することにより、前記パンチピンが容易に脱着可能であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のパンチング装置。
【請求項７】
前記パンチエレメントにおける前記積層型圧電素子の伸張方向に垂直な方向の配設数を変化させることにより、前記パンチピンの変位を変化させずに発生エネルギを変化させることで、穿孔が可能な被処理体の限界厚みまたは材質を変えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のパンチング装置。
【請求項８】
前記送り機構により、被処理体が一軸方向に間歇的に送られることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のパンチング装置。
【請求項９】
前記パンチヘッドおよび前記押圧プレートおよび前記下金型を前記被処理体の送り方向と直交する方向にスライド自在に構成され、前記被処理体の任意位置に穿孔が可能であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のパンチング装置。
【請求項１０】
前記積層型圧電素子を駆動する駆動回路が、前記積層型圧電素子の実作動時の電流波形および／または電圧波形を検出して、予め測定されたパンチピンに折損なく正常に行われた穿孔動作時に得られる積層型圧電素子の電流波形および／または電圧波形と比較することにより、パンチピンの折損を検出する監視回路を有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のパンチング装置。
【請求項１１】
シート状の被処理体に穿孔を行うパンチングシステムであって、
捲回された未処理の被処理体が１方向に送り出されるように回転自在に配置された巻き出し部と、
前記被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチ部と、
前記巻き出し部から前記パンチ部へ未処理の被処理体を１方向に送り出す送り部と、
前記パンチ部において穿孔された被処理体を巻き取る捲回機構を有する巻き取り部と、
を有し、
前記パンチ部は、
積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り付けられたパンチピンからなる所定数のパンチエレメントを密接させて１方向に配列してなるパンチヘッドと、
前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所定のクリアランスで嵌合する下金型と、
前記送り部により送られた被処理体を所定位置で固定し、かつ、前記パンチピンと所定のクリアランスで嵌合するガイドが形成され、前記ガイド内を貫通するように上面に前記パンチヘッドが配設された押圧プレートと、
前記押圧プレートを昇降させる昇降機構と、
を具備し、
前記変位拡大機構は、
前記積層型圧電素子を前記積層型圧電素子の伸張方向において挟持する保持部と、
前記保持部と連結された連結部を支点として前記積層型圧電素子の伸張変位を当該支点回りの回転変位に変換するように開閉する２本の脚部材と、
これら脚部材の略先端部間に跨設され、中央にパンチピンが取り付けられる板バネと、
を有し、
前記板バネは、前記脚部材の開閉にともなって、前記パンチピンをその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位になるように変位させることを特徴とするパンチングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスグリーンシートや樹脂シートの所定位置に穿孔を行うパンチング装置およびパンチングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラ、ノート型パソコン等の小型化、高機能化、軽量化に伴って、これらに使用されるセラミックチップやフレキシブルケーブル（フレキシブル基板）に形成されるスルーホールの小径化と高密度化、高精度化が強く求められている。従来、セラミックチップの製造に用いられるセラミックスグリーンシートやポリイミド樹脂フィルムの表面に銅等をコーティングしてなるフレキシブル基板の穿孔は、パンチヘッドとして、例えば、１個の電磁コイルに１本のパンチピンを取り付けたヘッドエレメントを二次元的に縦横に配置してなるパンチング装置を用いて行われている。また、電磁コイルに代えて、圧電素子の変位を拡大してパンチピンを駆動するヘッドエレメントを用いた装置も提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、電磁コイルや圧電素子を用いたヘッドエレメントを二次元的に配置してなるパンチヘッドでは、形状の大型化と重量化は避けられず、パンチング装置自体が大型化する問題がある。
【０００４】
そして、このような大型のパンチヘッドを用いた場合には、被処理体の固定機構とパンチヘッドを被処理体に当接／離隔するための昇降移動機構を別々に設けざるを得ず、その結果として駆動システムが複雑となり、複数の駆動機構を逐次駆動させる間のロスタイムが高速処理を妨げるという問題も生ずる。
【０００５】
また、従来はパンチピンの折損の検出には、被処理体と当接するパンチピンの突出面の状態を光学式センサ等で検知することにより行われていたが、パンチピンの突出面と被処理体との間の間隔が狭いために、穿孔を行っている間にリアルタイムにパンチピンの折損検出を行うことは困難である。従って、パンチピンの状態を検査するためにパンチヘッドを被処理体から離隔した場合には、当然にパンチング作業は中止され、しかも、もしパンチピンが折損していた場合には、それまでに処理していた被処理体が不良品となる問題があった。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、パンチヘッドを小型軽量化して、高速での穿孔が可能であるパンチング装置を提供することを１つの目的とする。また、本発明は統合可能な駆動機構を統合して制御を簡単なものにすることによって、高速での穿孔を可能としたパンチング装置を提供することを目的とする。さらに、本発明はパンチピンの折損発生を瞬時に判断することにより処理不良の発生を防止することを可能としたパンチング装置を提供することを目的とする。さらにまた、本発明はこのようなパンチング装置を用いたパンチングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明によれば、シート状の被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチング装置であって、積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り付けられたパンチピンからなる所定数のパンチエレメントを密接させて１方向に配列してなるパンチヘッドと、前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所定のクリアランスで嵌合する下金型と、前記被処理体を１方向に送る送り機構と、前記送り機構により送られた被処理体を所定位置で保持する被処理体固定機構部と、を具備し、前記変位拡大機構は、前記積層型圧電素子を前記積層型圧電素子の伸張方向において挟持する保持部と、前記保持部と連結された連結部を支点として前記積層型圧電素子の伸張変位を当該支点回りの回転変位に変換するように開閉する２本の脚部材と、これら脚部材の略先端部間に跨設され、中央にパンチピンが取り付けられる板バネと、を有し、前記板バネは、前記脚部材の開閉にともなって、前記パンチピンをその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位になるように変位させることを特徴とするパンチング装置、が提供される。
ここで、被処理体固定機構部は、好適には被処理体を押さえて固定する押圧プレートと押圧プレートを昇降させる昇降機構から構成される。
【０００８】
また、本発明によれば、シート状の被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチング装置であって、積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り付けられたパンチピンからなる所定数のパンチエレメントを密接させて１方向に配列してなるパンチヘッドと、前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所定のクリアランスで嵌合する下金型と、前記被処理体を１方向に送る送り機構と、前記送り機構により送られた被処理体を所定位置で固定し、かつ、前記パンチピンと所定のクリアランスで嵌合するガイドが形成され、前記ガイド内を貫通するように上面に前記パンチヘッドが配設された押圧プレートと、前記押圧プレートを昇降させる昇降機構と、を具備し、前記変位拡大機構は、前記積層型圧電素子を前記積層型圧電素子の伸張方向において挟持する保持部と、前記保持部と連結された連結部を支点として前記積層型圧電素子の伸張変位を当該支点回りの回転変位に変換するように開閉する２本の脚部材と、これら脚部材の略先端部間に跨設され、中央にパンチピンが取り付けられる板バネと、を有し、前記板バネは、前記脚部材の開閉にともなって、前記パンチピンをその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位になるように変位させることを特徴とするパンチング装置、が提供される。
【０００９】
上記構成のパンチング装置においては、パンチエレメントは平板状の構造を有し、かつ、パンチヘッドはこの平板状パンチエレメントを厚み方向に１列に密に配列した構造を有するものが好適に用いられる。このようなパンチヘッドは複数のパンチエレメントから構成されるにもかかわらず、パンチエレメントが薄いために小型で軽量なものとすることが可能となる。
【００１０】
本発明によれば、さらに、シート状の被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチング装置であって、積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り付けられたパンチピンからなるパンチエレメントと、前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所定のクリアランスで嵌合する下金型と、前記被処理体を１方向に送る送り機構と、前記送り機構により送られた被処理体を所定位置で固定する押圧プレートと、前記押圧プレートを昇降させる昇降機構と、を具備し、前記パンチエレメントは前記押圧プレート上に配設されて前記押圧プレートと一体的に昇降され、前記押圧プレートに前記パンチピンと所定のクリアランスで嵌合するガイドが形成されており、前記変位拡大機構は、前記積層型圧電素子を前記積層型圧電素子の伸張方向において挟持する保持部と、前記保持部と連結された連結部を支点として前記積層型圧電素子の伸張変位を当該支点回りの回転変位に変換するように開閉する２本の脚部材と、これら脚部材の略先端部間に跨設され、中央にパンチピンが取り付けられる板バネと、を有し、前記板バネは、前記脚部材の開閉にともなって、前記パンチピンをその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位になるように変位させることを特徴とするパンチング装置、が提供される。
【００１１】
パンチヘッドと押圧プレートは従来は別体として構成され、それぞれが被処理体と当接／離隔するための昇降機構を有していたが、上記パンチング装置ではパンチヘッドと押圧プレートとを一体的な構造とすることが可能であり、これによって、被処理体と当接／離隔するための昇降機構が１つで足り、処理速度を上げることができるようになる。
【００１２】
本発明のパンチング装置においては、変位拡大機構は、積層型圧電素子を積層型圧電素子の伸張方向において挟持する保持部と、この保持部と連結された連結部を支点として積層型圧電素子の伸張変位を支点回りの回転変位に変換するように開閉する２本の脚部材と、これら脚部材の略先端部間に跨設され、中央にパンチピンが取り付けられる板バネとを有しており、前記板バネは、前記脚部材の開閉にともなって、前記パンチピンをその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位になるように変位させる構造となっている。
【００１３】
このように、パンチピンの変位がパンチピンの長さ方向における直線的な変位となる点は、他の変位拡大機構にない特徴である。一般に変位拡大をテコの原理で行う場合には、拡大された変位はある回転中心の回りの回転運動になっているが、本発明のパンチング装置の場合には、穿孔動作に伴ってパンチピンに加わる力が大変大きいために、回転運動でパンチピンを駆動した場合にはパンチピンが座屈してしまうことが多くなる。
【００１４】
さて、穿孔動作を繰り返し行った場合のパンチピンの摩耗速度は一般に大きく、そのために数万ショットから数十万ショットでパンチピンの交換が必要となる。一方、変位拡大機構の寿命は数億ショットから数十億ショットであり、パンチピンと変位拡大機構の寿命のショット数には１０３倍から１０４倍の差がある。従って、パンチエレメント全体を交換することなく、パンチピンのみを簡易的に交換することが可能であると、装置コストやランニングコストが低減され、好ましい。そこで、本発明においては、パンチピンを変位拡大機構の板バネにねじ止めして固定する構造が好適に用いられる。この場合には、パンチピンの折損時の交換作業も容易である。
【００１５】
穿孔に必要なエネルギは、被処理体に形成される孔の外周の長さと被処理体の厚みの積に比例するが、このエネルギの発生源である積層型圧電素子については、発生するエネルギの大きさは積層型圧電素子の伸張方向に垂直な断面の面積、つまり、通常は変位面の面積、に比例する。また、前述したようにパンチエレメントを密着させても１回の穿孔動作でパンチエレメントの厚み以下のピッチで穿孔することはできないので、パンチエレメントの厚みは可及的に薄い方が種々の穿孔ピッチに容易に対応できることとなり、望ましい。従って、積層型圧電素子としては、パンチエレメントの厚みの要求による制限の範囲内において所要の変位面の面積を確保するために、変位面の形状が１方向に極端に長い長方形であって所定の変位を得るために適度な高さを有するものが必要となるが、このような形状の積層型圧電素子の発生変位はポアソン比の影響で変位面全体で均一とならずに変位面の中央部のみで大きな変位が生ずるようになり、望ましいものではない。
【００１６】
そこで、このような問題を解決するために、本発明においては、複数個の積層型圧電素子を並列に配設する方法が好適に用いられる。つまり、パンチエレメントにおいて積層型圧電素子を同じ方向に同量変位するように並列に配設し、その配設数を変化させることで、パンチピンの変位量を変化させずに発生エネルギを変化させる。これにより、穿孔が可能な被処理体の限界厚みまたは材質を変えて、広範な材料の穿孔が可能となる。また、同一形状の変位拡大機構に異なる数の積層型圧電素子を配設することができるようにしておくことで、パンチング装置の他の部分の構造を一切変更することなく、発生エネルギの異なる変位拡大機構へ交換することが容易に行うことができるようになる。
【００１７】
本発明のパンチング装置においては、送り機構としては、被処理体が１方向に間歇的に送られる機構が好適に用いられ、送り方向と直交する方向での位置決めの必要がない。こうして、従来の被処理体のＸ−Ｙ方向での複雑な位置決め制御を行う必要がなく、制御系が簡略化される。また、パンチヘッドおよび押圧プレートおよび下金型を被処理体の送り方向に対して直交する方向にスライド自在に構成することで、被処理体の任意位置に穿孔が可能となる。
【００１８】
ところで、積層型圧電素子は駆動素子であると同時に圧力を検知するセンサでもある。積層型圧電素子のこのような特性を利用して、積層型圧電素子を駆動する駆動回路に、積層型圧電素子の実作動時の電流波形および／または電圧波形を検出して、予め測定されたパンチピンに折損なく正常に行われた穿孔動作時に得られる積層型圧電素子の電流波形および／または電圧波形と比較することにより、パンチピンの折損を検出する監視回路を併設すると、リアルタイムにパンチピンの折損を検知することが可能となり、被処理体への穿孔不良を防止することが可能となる。
【００１９】
さて、以上の特徴を有するパンチング装置を用いることにより、小型で制御性に優れたパンチングシステムの提供が可能となる。即ち、本発明によれば、シート状の被処理体に穿孔を行うパンチングシステムであって、捲回された未処理の被処理体が１方向に送り出されるように回転自在に配置された巻き出し部と、前記被処理体の所定位置に穿孔を行うパンチ部と、前記巻き出し部から前記パンチ部へ未処理の被処理体を１方向に送り出す送り部と、前記パンチ部において穿孔された被処理体を巻き取る捲回機構を有する巻き取り部と、を有し、前記パンチ部は、積層型圧電素子および前記積層型圧電素子の発生変位を拡大する変位拡大機構ならびに前記変位拡大機構に取り付けられたパンチピンからなる所定数のパンチエレメントを密接させて１方向に配列してなるパンチヘッドと、前記パンチピンの突出時に前記パンチピンの先端部と所定のクリアランスで嵌合する下金型と、前記送り部により送られた被処理体を所定位置で固定し、かつ、前記パンチピンと所定のクリアランスで嵌合するガイドが形成され、前記ガイド内を貫通するように上面に前記パンチヘッドが配設された押圧プレートと、前記押圧プレートを昇降させる昇降機構と、を具備し、前記変位拡大機構は、前記積層型圧電素子を前記積層型圧電素子の伸張方向において挟持する保持部と、前記保持部と連結された連結部を支点として前記積層型圧電素子の伸張変位を当該支点回りの回転変位に変換するように開閉する２本の脚部材と、これら脚部材の略先端部間に跨設され、中央にパンチピンが取り付けられる板バネと、を有し、前記板バネは、前記脚部材の開閉にともなって、前記パンチピンをその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位になるように変位させることを特徴とするパンチングシステム、が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のパンチング装置によれば、複数の平板状パンチエレメントが１列に配列された小型軽量のパンチヘッドが用いられているため、パンチング装置が小型軽量化される。これによりパンチング装置を用いたパンチングシステムの小型軽量化も可能となる。また、パンチヘッドと被処理体の押さえを行うための押圧プレートの昇降動作が１つの昇降機構を用いて行われることにより、装置構造が簡略化され、従来よりも高速な穿孔が可能となり、これにより生産効率が向上するとともに、駆動制御も簡単なものとなる。さらに、変位拡大機構は、積層型圧電素子の伸張変位を脚部材の開閉という回転変位に変換し、さらにこれを板バネを介してパンチピンをその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位になるように変位させるので、パンチピンの座屈が起こり難くなる。さらにまた、パンチピンを駆動する圧電素子をパンチピンの折損検知センサとして用いることにより、パンチピンの折損発生をリアルタイムに判断することが可能であり、これにより穿孔不良の発生を防止して、生産効率を向上させることができる等、様々な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のパンチング装置の一実施形態を示す正面図。
【図２】本発明のパンチング装置のパンチヘッドに用いられるパンチエレメントの構造を示す平面図。
【図３】本発明のパンチング装置に用いられる圧電素子の電圧波形および電流波形を被処理体の有無で比較した説明図。
【図４】本発明のパンチングシステムの一実施形態を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明のパンチング装置およびパンチングシステムについて説明する。図１は本発明のパンチング装置の一実施形態を示す正面図、図２はパンチエレメント１１の一実施形態を示す平面図であり、図２において紙面に垂直な方向をＹ方向、パンチピン１４の長さ方向をＺ方向、Ｙ方向とＺ方向の両方向と直交する方向をＸ方向と規定する。パンチング装置１に用いられるパンチヘッド１０は、積層型の圧電素子１２および圧電素子１２の発生変位を拡大する変位拡大機構１３ならびに変位拡大機構１３に取り付けられたパンチピン１４からなる所定数のパンチエレメント１１を密接させて１列に配列した構造を有している。
【００２３】
パンチエレメント１１に配設される積層型の圧電素子１２は、圧電体と金属電極とが交互に積層され、この金属電極が一層おきに接続されて一対の分極用かつ駆動用の電極が形成された構造を有しており、この駆動用電極に分極方向と同じ方向に電界が掛かるように所定の電圧を印加することにより、圧電体が３３モードの縦変位を起こして積層方向に伸張するものである。
【００２４】
本発明においては、小さい電圧で所定の大きい変位量が得られる圧電セラミックスを用いた一体焼成型の圧電素子が好適に用いられる。圧電素子１２は、電磁コイルと比較して小型軽量であり、これによりパンチヘッド１０の小型軽量化が促進される。また、圧電素子１２は、電磁コイルよりも高い周波数での高速駆動が可能であり、応答性にも優れているので、高速動作を行うに適している。しかも電気／機械エネルギ変換効率が大きいために消費電力が小さく、ランニングコストを低く抑えることも可能となる。
【００２５】
圧電素子１２は、図２においては２直列３並列で配設されている。つまり、２個の圧電素子１２をその伸張方向（Ｚ方向）に直列に接続したものを、伸張方向に垂直な方向（Ｘ方向）に３列に並列に配設した平面的な配置としている。圧電素子１２の直列接続数は、変位拡大機構１３によってパンチピン１４が所定長さほど突出できるように設定され、１個の圧電素子１２の変位量が大きければ直列接続数は１、つまり直列方向には接続しなくともよく、逆に、１個の圧電素子１２の変位量が小さければ、直列接続数は２以上とすればよい。
【００２６】
圧電素子１２の並列接続数を変化させても、直列接続数が同じであれば変位量は変化しないので、パンチピン１４の突出長さは変化しない。しかし、並列接続数を多くすると、それだけ圧電素子１２の変位によって発生する発生エネルギが大きくなるので、より大きな力でパンチピン１４を突出させることができるようになる。従って、圧電素子１２の並列配設数を多くすることで、被処理体が同材質の場合にはより厚みの厚いものを穿孔することが可能となり、同一厚みの場合にはより固い材料の穿孔が可能となる。
【００２７】
このように、配設する圧電素子１２の数を変化させても変位拡大機構１３の形状は同じであるから、パンチング装置１の他の部分の構造を一切変更することなく、発生エネルギの異なるパンチエレメント１１を用いてパンチヘッド１０を構成することが可能である。また、複数の圧電素子１２を並列に配設して用いた場合には、変位面の形状がＸ方向に極端に長くＹ方向に短い長方形となっている１個の圧電素子を用いた場合と比較して、圧電素子１２における変位の均一性が確保され、好ましい。なお、図２に示すように、圧電素子１２を直並列に接続するための第１接続治具３１ａおよび第２接続治具３１ｂを用いて圧電素子１２を接続した場合には、第１接続治具３１ａに圧電素子１２の電極を接続する役割を担わせることが可能である。また、第２接続治具３１ｂを配設することによって、圧電素子１２の変位を均一に後述する脚部材３４へ伝えることが可能となっている。
【００２８】
さて、変位拡大機構１３は圧電素子１２を圧電素子の伸張方向であるＺ方向において挟持する保持部３２を有している。保持部３２には、複数の変位拡大機構１３をその厚み方向であるＹ方向において１列に接続して配列するために、ボルト等を貫通させナット等により締め付ける治具１５を取り付けるための孔部３２ａが形成されている。
【００２９】
圧電素子１２の伸張方向の一端は保持部３２において幅広に形成されている部分に固定されている。一方、圧電素子１２の伸張方向の他端では、２本の脚部材３４が、保持部３２と第１連結部３３ａにより連結され、かつ、第２接続治具３１ｂと第２連結部３３ｂにより連結されている。
【００３０】
圧電素子１２を変位させた場合、圧電素子１２のＺ方向変位は、矢印Ｓ１に示すように第２連結部３３ｂにおいてＺ方向に直線的に脚部材３４に伝達されるが、第１連結部３３ａの存在により、第２連結部３３ｂに加わるＺ方向の直線的変位は、矢印Ｓ２で示されるように、第１連結部３３ａを支点とした支点回りの回転変位に変換される。こうして、圧電素子１２のＺ方向変位は、第１連結部３３ａ回りの回転変位に変換され、脚部材３４が開脚する。当然に、圧電素子１２に電圧が印加されていない状態では脚部材３４は閉脚した状態に戻る。つまり、圧電素子１２の駆動に対応して脚部材３４が開閉する。
【００３１】
脚部材３４の先端部（第１・第２連結部３３ａ・３３ｂのＺ方向反対側）の間には板バネ３５が跨設されており、板バネ３５の中央部にはパンチピン１４がその長さ方向がＺ方向となるように取り付けられている。ここで、例えば、板バネ３５の中央に台座３６を設けておき、一方、パンチピン１４は台座３６とねじ３７等を用いて脱着可能な台金３８と一体的に形成され、または取り付けられた構造とすると、パンチエレメント１１を作製する際のパンチピン１４の取り付け作業やパンチピン１４の摩耗または折損時の交換作業が容易となる。
【００３２】
特に、穿孔動作を繰り返し行った場合のパンチピンの摩耗速度は一般に大きく、そのために数万ショットから数十万ショットでパンチピンの交換が必要となる一方で、変位拡大機構の寿命は数億ショットから数十億ショットであり、パンチピンと変位拡大機構の寿命のショット数には１０３倍から１０４倍の差があることから、パンチエレメント１１全体を交換することなく、パンチピン１４のみの交換が可能であると、装置コストやランニングコストが低減され、好ましい。
【００３３】
図２に示すように、この板バネ３５は脚部材３４が閉脚した状態では、脚部材３４と板バネ３５との接合点より圧電素子１２側に所定距離だけ凸になるように設定されている。そして、脚部材３４が圧電素子１２の駆動、伸張により開脚したときには、この所定距離が減じてパンチピン１４が突出するように、つまり圧電素子１２と板バネ３５の中央部との間隔が拡がるように動作する。こうしてパンチピン１４が突出することにより、パンチピン１４の先端前方に位置する被処理体２１が穿孔される。このような変位拡大機構１３は、圧電素子１２の変位を２段階に拡大して大きな変位を得ることができるだけでなく、パンチピン１４の長さ方向軸に対して対称な構造を有しており、パンチピン１４の変位はその長さ方向に一致した直線的な一軸方向変位となっているという特徴を有する。従って、一般的なテコの原理を用いた回転変位を直接に用いた変位拡大機構を用いる場合と比較して、パンチピン１４の座屈が起こらないという特徴を有する。
【００３４】
上述したパンチエレメント１１としては、例えば、圧電素子１２として、Ｘ方向幅３ｍｍ×Ｙ方向厚み１．４ｍｍ×Ｚ方向高さ９ｍｍの形状のものを用い、圧電素子１２をＺ方向に２直列に接続し、Ｘ方向に３並列に接続し、変位拡大機構１３のＹ方向厚みを２ｍｍとして、変位拡大機構１３の厚み内に圧電素子１２が納まるように配設し、変位拡大機構１３により、圧電素子１２を１００Ｖで駆動した場合に、パンチピン１４が３５０μｍ変位するものを用いることができる。
【００３５】
このようなＹ方向を厚み方向として平板状に形成されたパンチエレメント１１を変位拡大機構１３の孔部３２ａを用いてＹ方向に複数配列した場合には、異なる変位拡大機構１３に配設された圧電素子１２どうしが接触することないので、パンチエレメント１１どうしを強固に固定することが可能となる。また、パンチエレメント１１が平板状に薄く形成されることで、複数のパンチエレメント１１を孔部３２ａを用いてＹ方向に１列に配列させた場合にも小型で軽量なパンチヘッド１０とすることができる。
【００３６】
次に、パンチング装置１におけるパンチヘッド１０以外の構成について説明する。パンチヘッド１０は、穿孔の際に被処理体が固定されるように被処理体を所定の圧力で押し付けて固定する押圧プレート１６の上面に配設されている。このような構造を実現するために、押圧プレート１６にはパンチピン１４と所定のクリアランスで嵌合するガイド（図示せず）が形成されており、パンチピン１４は、例えば、その先端が押圧プレート１６の下面と一致するように、ガイド内に挿入されている。
【００３７】
押圧プレート１６は昇降機構１７により昇降される。従って、昇降機構１７によりパンチヘッド１０も押圧プレート１６とともに昇降する。従来は、パンチヘッドが大型で重量も大きいものであったために、押圧プレートの昇降機構とパンチヘッドの昇降機構を別々に設けて、相互のタイミングを調整した昇降動作が必要であったが、本発明においては、パンチヘッド１０が小型軽量であるためにパンチヘッド１０を押圧プレート１６に配設して、昇降機構を統合することが可能であり、これにより装置構成が簡略化され、装置制御も簡単なものとすることが可能となっている。
【００３８】
なお、パンチピン１４の先端が押圧プレート１６の下面から突出せず、また、押圧プレート１６内に深く入り込まずに、押圧プレート１６の下面とほぼ同じ位置にあるようにすることで、押圧プレート１６の昇降ギャップを小さくすることができ、これによって押圧プレート１６の昇降に必要な時間が短縮され、より高速で穿孔を行うことが可能となる。
【００３９】
押圧プレート１６の下には、パンチピン１４の突出時にパンチピン１４の先端部と所定のクリアランスで嵌合する孔部（図示せず）が形成された下金型１８が配設されている。被処理体のパンチングにより打ち抜かれた部分は、下金型１８に形成された孔部から下方に落下し、回収される。また、下金型１８には、押圧プレート１６を貫通するようにガイド柱１９が建てられており、このガイド柱１９により、押圧プレート１６の垂直方向移動がより確実に行われるようになっている。
【００４０】
下金型１８の上面を穿孔を行う被処理体２１が移動可能であるように、パンチング装置１には、被処理体２１を一軸方向に送る送り機構（図示せず）が配設されている。この送り方向は好適にはＸ方向とされ、送り機構としては、押圧プレート１６の昇降タイミングとパンチヘッド１０の動作に合わせて、間歇的に一定距離ほど被処理体２１を送るものが好適に用いられる。被処理体２１は、シート状の形態を有するものであり、例えば、セラミックスグリーンシートや樹脂シート等を挙げることができ、その厚みは材質により異なる。
【００４１】
このような被処理体２１を１方向に移動させる簡単な送り機構を用いて被処理体２１の位置合わせを容易なものとすることにより、従来のように、可撓性を有するために位置合わせが行い難い被処理体２１のＸ−Ｙ方向での位置合わせといった複雑な制御を行う必要がなくなり、これによって制御系が簡略化されるとともに、位置合わせ時間が短縮される。なお、後述するパンチングシステム５０に示すように、このような送り機構は直接にパンチング装置に配設しなければならないものではない。
【００４２】
さて、上述した送り機構を用いた場合には、パンチヘッド１０の位置が固定であると、Ｙ方向にはパンチエレメント１１の配列ピッチでのみ穿孔が可能となり、Ｘ−Ｙ平面の任意位置に穿孔を行うことができない。そこで、パンチング装置１においては、送り機構を固定し、被処理体２１は常にＹ方向には移動せずにＸ方向に送られる構造とした状態で、下金型１８、ガイド柱１９、押圧プレート１６、パンチヘッド１０の全体がサーボモータ等を用いたＹ方向移動機構により、Ｙ方向にスライド自在となるように構成する。これにより、被処理体２１の任意位置に穿孔を行うことが可能となる。なお、Ｙ方向移動機構はパンチヘッド１０のみをＹ方向に移動させるように構成しても構わない。この場合には下金型１８に形成するパンチヘッド１０のＹ方向移動ピッチに合わせて孔部を形成しておく。
【００４３】
次に、本発明のパンチング装置１に好適に用いられるパンチピン１４の折損検出方法について説明する。圧電素子１２は、穿孔を行う駆動素子であると同時に、圧力を検出するセンサでもある。換言して説明すれば、圧電素子１２を動作させて穿孔を行った場合には、パンチピン１４が被処理体２１を打ち抜く際にパンチピン１４に所定の圧力が加わるが、パンチピン１４が折損して被処理体２１を打ち抜くことができない場合には、このような圧力はパンチピン１４に加わらない。
【００４４】
ここで、圧電素子１２に所定の圧力が加わった場合には、圧電素子１２には印加された力の大きさに応じて電圧が発生する。そこで、圧電素子１２の駆動時の電圧波形および／または電流波形を測定すると、パンチピン１４が被処理体２１を打ち抜くか否かによって圧電素子１２の電圧波形および／または電流波形が異なる形態を示す。
【００４５】
図３は、被処理体２１として厚み７０μｍのグリーンシートの穿孔を行った場合の圧電素子１２の電圧波形および電流波形と、被処理体２１を下金型１８上に配置しないでパンチヘッド１０を駆動させた、いわゆる空打ちの場合の圧電素子１２の電圧波形および電流波形とを比較して示した説明図である。電流波形では第１と第２の谷の大きさとその大小の出方の順番が異なっており、電圧波形では第２の山の出方とその大きさや、第２の谷の大きさに大きな差が認められる。
【００４６】
このような圧電素子１２の電流波形および／または電圧波形に現れる特徴を利用して、圧電素子１２を駆動する駆動回路に、圧電素子１２の実作動時の電流波形および／または電圧波形を検出して、その波形を予め測定されたパンチピン１４に折損なく正常に行われた穿孔動作時に得られる圧電素子１２の電流波形および／または電圧波形と比較、監視する回路を併設すると、リアルタイムにパンチピン１４の折損を検知することが可能となり、被処理体２１への穿孔不良を防止することが可能となる。このようなパンチピン１４の折損検出方法は、圧電素子１２からパンチピン１４までが一体的に結合された構造であることにより、初めて可能になる特徴である。
【００４７】
続いて、図４の側面図を参照しながら、上述したパンチング装置１を用いた小型で制御性に優れたパンチングシステム５０とその駆動形態について説明する。パンチングシステム５０は、捲回された未処理の被処理体２１が１方向に送り出されるように回転自在に配置された巻き出し部５１と、被処理体２１の所定位置に穿孔を行うパンチ部５３と、巻き出し部５１からパンチ部５３へ未処理の被処理体２１を１方向に送り出す送り部５２と、パンチ部５３において穿孔された被処理体２１を巻き取る捲回機構５７を有する巻き取り部５４とを有している。
【００４８】
巻き出し部５１には、種々の方法を用いて作製されたグリーンシートや樹脂シート等の被処理体２１がロール状に捲回され、その捲回軸５５を中心に回転するように配設されている。被処理体２１は巻き出し部５１から引き出され、パンチ部５３の前後に配設されている送り部５２を通してパンチ部５３に送られる。
【００４９】
送り部５２には、例えば、ステッピングモータ等によって回転するロール５６の間に被処理体２１が所定の圧力で接するように通し、このロール５６を回転させることで、間歇的に被処理体２１が所定長さほど送られる送り機構が設けられる。また送り部５２において、被処理体２１のテンションの調節が、例えば、被処理体２１の送り速度と巻き取り部５４における捲回機構５７の回転速度を調節することで行われる。被処理体２１のテンションの調節は、被処理体２１が送られる途中に被処理体２１の行路長が変化するように、被処理体２１の表面に垂直な方向に押圧するロール等を配設することによっても行うことができる。
【００５０】
パンチ部５３には先に詳細に説明したパンチング装置１が配設されている。但し、被処理体２１の送り機構は送り部５２に配設されているので、パンチング装置１自体に送り機構を設けることは不要である。送り部５２に配設された送り機構によりパンチ部５３に送られた被処理体２１は、送り機構を停止させた後に昇降機構１７により押圧プレート１６およびパンチヘッド１０を降下させることで、所定の圧力で下金型１８に押し付けられ、固定される。そして、パンチヘッド１０の所定のパンチエレメント１１を駆動させて、所定位置に穿孔を行う。
【００５１】
Ｙ方向に穿孔を行う必要がない場合には、昇降機構１７により押圧プレート１６を上昇させて、送り機構により所定長さほど被処理体２１を送り、再び押圧プレート１６およびパンチヘッド１０を降下させて所定位置に穿孔を行う。一方、Ｙ方向の異なる位置に穿孔を行う必要がある場合には、昇降機構１７により押圧プレート１６を上昇させ、パンチング装置１自体をＹ方向移動機構を用いて所定距離ほどＹ方向に移動させ、押圧プレート１６およびパンチヘッド１０を降下させて、所定位置に穿孔を行う。
【００５２】
以下、さらに被処理体２１のＹ方向の異なる位置に穿孔を行う必要がある場合と必要がない場合について前記手順を繰り返す。これにより被処理体２１の任意位置への穿孔が可能となる。パンチ部５３で穿孔された被処理体２１は、巻き取り部５４において捲回機構５７によって再びロール状に捲回され、次工程、例えば、電極印刷工程等へと送られる。
【００５３】
以上、本発明のパンチング装置およびパンチングシステムについて説明してきたが、本発明が上記実施の形態に限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、パンチヘッド１０として、複数のパンチエレメント１１を１列に厚み方向に密接させた形態について説明したが、この場合には、１回の穿孔動作ではＹ方向にパンチエレメント１１の配列ピッチよりも小さいピッチで穿孔することはできない。そこで、パンチエレメント１１を１列に密接させたものを複数ほどＹ方向に所定長さほどずらしてＸ方向に配設したパンチヘッドを用いることで、Ｙ方向においてより短いピッチで穿孔することを可能とすることができる。この場合には、パンチヘッドのＹ方向移動機構を必要としない構造とすることも可能となる。
【００５４】
また、被処理体２１を固定する機構として、押圧プレート１６を用いた場合について説明したが、押圧プレート１６を用いることなく、例えば真空吸着機構等を用いて被処理体２１を固定することも可能である。この場合には、押圧プレート１６は、パンチピン１４のガイドが可能であり、また、パンチヘッド１０を搭載することができる最小限の大きさにまで小型軽量化することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１；パンチング装置
１０；パンチヘッド
１１；パンチエレメント
１２；圧電素子
１３；変位拡大機構
１４；パンチピン
１５；治具
１６；押圧プレート
１７；昇降機構
１８；下金型
１９；ガイド柱
２１；被処理体
３２；保持部
３２ａ；孔部
３４；脚部材
３５；板バネ
５０；パンチングシステム
５１；巻き出し部
５２；送り部
５３；パンチ部
５４；巻き取り部
【図１】
2011255501.tif 000003
【図２】
2011255501.tif 000004
【図３】
2011255501.tif 000005
【図４】
2011255501.tif 000006