(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材料をせん断加工して切断、打抜きする際に、
プレスによるせん断動作と振動機構による振動動作を組合せて、前記被加工材料に対し、せん断加工を行うせん断加工方法であって、
ダイの上に前記被加工材料を載置し、前記被加工材料をパンチと前記ダイで第１の荷重にて挟み込み前記パンチの下降を停止した状態で前記パンチ或いは前記ダイを振動する振動工程と、
前記振動工程の前記振動を停止し、前記第１の荷重より大きい第２の荷重にて０ｍｍより大きく前記被加工材料の板厚未満のストロークで前記パンチを下降するプレス工程とを有し、
前記振動工程と、前記プレス工程とを交互に繰り返すことで、
前記被加工材料のせん断加工を行うことを特徴とするせん断加工方法。
【請求項２】
前記振動工程では、せん断する予定の前記被加工材料の材料切断部の温度をガラス転移点付近に昇温することを特徴とする請求項１に記載のせん断加工方法。
【請求項３】
前記振動工程での前記第１の荷重の荷重保持時間、前記振動の振幅量、前記プレス工程での前記パンチの下降によるせん断スピード及び前記パンチの切り込み量を個々に変化させることにより振動発熱量とせん断発熱量とを制御することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のせん断加工方法。
【請求項４】
前記振動工程での前記振動の方向を、前記プレス工程での前記被加工材料のせん断方向と、平行な方向とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のせん断加工方法。
【請求項５】
前記振動工程と、前記プレス工程とを交互に繰り返すことで、前記被加工材料のせん断加工を行った後、前記パンチの側面と前記被加工材料のせん断面との間で振動摩擦させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のせん断加工方法。
【請求項６】
前記振動工程と、前記プレス工程とを交互に繰り返すことで加工する、前記被加工材料のせん断加工は、２個以上の輪郭形状を同時に加工することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のせん断加工方法。
【請求項７】
前記振動工程での前記振動は、振動周波数が１０ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のせん断加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板等の被加工材料をせん断加工することにより切断、打抜きするせん断加工方法及びせん断加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板等の切断、打抜き方法は、一速一圧動作で打抜くプレス加工が一般的である。
しかし、この方法は、生産性には優れているが、打抜き時のクズ、異物、ストレスが発生するという問題点がある。近年、電気製品の高機能化、高性能化、軽薄短小化に伴い、その中に使用されるプリント基板の高密度化、複雑形状化が急速に進んでおり、電子部品の実装工程、その後の組立工程、及び客先での製品使用時における、上記問題点による電気的不良対策が大きな課題となっている。
【０００３】
そこで、プリント基板を製造するための基板打抜き工程において、振動を印加しながら打抜きを行う振動仕上げ抜き方法がある。
以下、図１１を用いて従来の振動仕上げ抜き方法について説明する。
【０００４】
図１１は従来の振動仕上げ抜き方法を行う装置を示す要部断面図である。
この方法は、図１１に示す上下一対のパンチ１０１およびパンチ１０２で材料１０５を挟み込み、更に、上下一対のダイ１０３およびダイ１０４で材料１０５を挟み込んだ状態で、パンチ１０１及びパンチ１０２を低周波周波数で同期振動させ、振動により材料１０５のせん断部を局部的に発熱、軟化させ、打抜き後、パンチ側面にて材料打ち抜き面を冷却、転写させることにより、面粗さの小さい打抜き面が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５７−１０２３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の振動仕上げ抜き方法では、印加される振動が低周波振動であるために発生熱量に限界があり、大振幅（１００μｍ以上）の振動を印加することが必要となることから、上下パンチを挟み込み、同期振動させなければ、材料の温度を上昇させることができないため、穴形状の加工に限られるという問題点があった。
【０００６】
また、上記同期振動が必要なことと、低周波で大振幅の振動が必要となることから、装置が大型化、複雑化し、かつ大幅な騒音、振動対策が必要であった。
更に従来の振動仕上げ抜き方法では、振動加振を続けた状態での打抜きが必要であり、穴加工以外の外形加工、輪郭加工などを同時に加工するとすれば、例えば、縦幅、横幅、板厚が夫々１５０ｍｍ、１５０ｍｍ、１．６ｍｍのプリント基板の外形、輪郭、穴加工を同時に打抜き加工する場合、おおよそ３０ｔｏｎのせん断荷重となる。しかし、３０ｔｏｎの荷重がかかった状態で振動できる振動機構は相当な大規模設備となり、現実的には加工装置としては実現困難である。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、小型、低騒音の加工装置を用いて、被加工材料である基板の外形加工、輪郭加工、穴加工を同時に低荷重で高精度に行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のせん断加工方法は、被加工材料をせん断加工して切断、打抜きする際に、プレスによるせん断動作と振動機構による振動動作を組合せて、前記被加工材料に対し、せん断加工を行うせん断加工方法であって、ダイの上に前記被加工材料を載置し、前記被加工材料をパンチと前記ダイで第１の荷重にて挟み込み前記パンチの下降を停止した状態で前記パンチ或いは前記ダイを振動する振動工程と、前記振動工程の前記振動を停止し、前記第１の荷重より大きい第２の荷重にて０ｍｍより大きく前記被加工材料の板厚未満のストロークで前記パンチを下降するプレス工程とを有し、前記振動工程と、前記プレス工程とを交互に繰り返すことで、前記被加工材料のせん断加工を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、前記振動工程では、せん断する予定の前記被加工材料の材料切断部の温度をガラス転移点付近に昇温することが好ましい。
【００１０】
また、前記振動工程での前記第１の荷重の荷重保持時間、前記振動の振幅量、前記プレス工程での前記パンチの下降によるせん断スピード及び前記パンチの切り込み量を個々に変化させることにより振動発熱量とせん断発熱量とを制御しても良い。
【００１２】
また、前記振動工程での前記振動の方向を、前記プレス工程での前記被加工材料のせん断方向と、平行な方向としても良い。
また、前記振動工程と、前記プレス工程とを交互に繰り返すことで、前記被加工材料のせん断加工を行った後、前記パンチの側面と前記被加工材料のせん断面との間で振動摩擦させても良い。
【００１３】
また、前記振動工程と、前記プレス工程とを交互に繰り返すことで加工する、前記被加工材料のせん断加工は、２個以上の輪郭形状を同時に加工しても良い。
また、前記振動工程での前記振動は、振動周波数が１０ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下であることが好ましい。
【００１５】
以上により、小型、低騒音の加工装置を用いて、被加工材料である基板の外形加工、輪郭加工、穴加工を同時に低荷重で高精度に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
小振幅の振動を増幅させた大振幅の振動をパンチに印加しながら被加工材料をせん断加工することにより、加工装置が小型，低騒音となることを促進しながら、被加工材料の温度を最適に保つことができるため、被加工材料の外形加工、輪郭加工、穴加工を同時に低荷重で高精度に行うことができる。また、振動の印加とせん断加工とを交互に行うことにより、より被加工材料の温度を最適に保つことができるため、被加工材料の外形加工、輪郭加工、穴加工を同時に低荷重で高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について図１，図３，図４を参照して説明する。
図１は実施の形態１における加工装置の構造を示す断面図である。図３は振動を印加せずにせん断した時の材料の温度分布を示す図、図４は高周波振動を印加しながらせん断した時の材料の温度分布を示す図である。
【００１８】
図１において、振動子１１、ブースター１２およびホーン１３が連結されており、ブースター１２により装置に固定している。また、ホーン１３の先端部には切断に用いるパンチ１４を有する。
【００１９】
パンチ１４に対向してダイ１５が設置されており、切断する材料１７をその間にセットする。
切断のせん断動作は、プレス機上プレート１６ａが下降、或いはプレス機下プレート１６ｂが上昇することにより行われる。
【００２０】
振動子１１により発生した振動振幅量約２０μｍの振動が、ブースター１２、ホーン１３を通じ、これらを互いに共振させることにより、パンチ１４の振動振幅量を２０μｍから１００μｍに増幅させる。ここで、増幅器として作用するホーン１３の共振周波数は、振動子１１により発生する振動の周波数とほぼ一致するように設定している為、振動子１１と接触していないホーン端部で、振動子１１により発生する振動を増幅することができる。
【００２１】
本発明においては、図１に示すプリント基板切断装置を用いて、パンチ１４とダイ１５で材料１７を挟んだ状態で、パンチ１４のみを高周波振動で振動させながらせん断動作を行うことにより材料の切断を行う。パンチ１４のみを増幅された高周波で振動させながらせん断を行うことにより、比較的低周波の振動を発生する振動子１１を用いることができると共に従来のように２つのパンチを同期させる必要もないため、切断面の面粗さの精細化、切断荷重の低減という結果が得られ、従来の振動仕上げ抜き方法と比べて飛躍的な改善を得ることができる。また、本実施の形態においては、周波数１０ｋＨｚから３０ｋＨｚの高周波振動を用いることにより、効率的に振動エネルギーを得ることができ、大きな加重を付加することなく大面積の加工が可能となり、外形形状、輪郭形状、穴形状などの同時加工が可能になり、従来の穴加工のみに特化した振動仕上げ抜き方法に比べて大きく改善する。
【００２２】
このように、従来の振動仕上げ抜き方法に比べて大面積の加工が可能となるのは、高周波振動により、振動エネルギーを効率的かつ、必要部分を局部的に熱エネルギーに変換できたためだと考える。以下、これについて詳しく述べる。
【００２３】
図３に振動印加することなくプリント基板を切断した時の赤外線放射温度計による温度分布を示す。図３に示すように、振動を印加していないので材料３２の温度はほとんど変化することなく、パンチ３１とダイ３３にはさまれる材料３２のせん断部の最大温度は３６℃であった。
【００２４】
図４に高周波振動を印加したプリント基板切断時の赤外線放射温度計による温度分布を示す。図４に示すように、振動によりパンチ３１とダイ３３にはさまれる材料３２のせん断部の温度が上昇し、最大温度は１３７℃であった。このように、プリント基板の外形加工、輪郭加工、穴加工を同時に行う場合であっても、パンチのみを周波数１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの高周波振動で振動させて、せん断する予定のプリント基板の切断部分における温度を、プリント基板（ガラスエポキシ材料）のガラス転移温度１４０℃付近に昇温することにより、エポキシ樹脂を軟化することができ、低荷重で高精度な切断加工を行うことが可能となる。また、低加重で切断でき、パンチに印加する高周波振動を、低周波の振動子の振動を増幅させることにより生成することにより、加工装置の小型化，低騒音化ならびに高効率化を図ることが可能となる。
【００２５】
以上のように、パンチとダイで被切断材料である基板を挟み込んだ状態で、低周波を増幅させてパンチのみに基板を昇温させて軟化させる程度の高周波振動を印加して、基板のせん断箇所を軟化することができ、低荷重で切断加工することが可能となる。また、低加重で切断でき、パンチに印加する高周波振動を、低周波の振動子の振動を増幅させることにより生成することにより、加工装置の小型化，低騒音化ならびに高効率化を図ることが可能となる。
【００２６】
さらに、せん断加工後、一定時間パンチに振動を加えることにより、パンチ側面と材料の摩擦熱でエポキシ樹脂を再度軟化させた後、硬化することで、せん断面を樹脂でコーティングすることができ、良好な加工面を生成することができるという利点がある。
【００２７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図２，図５〜図１０を参照して説明する。
図２は実施の形態２における基板加工方法を説明する図、図５はプレス動作のみでガラス基板の加工を行った場合の表面状態を示す図、図６はプレス動作のみでガラス基板の加工を行った場合の表面形状を示す図、図７はプレス動作のみでガラス基板の加工を行った場合の表面粗さを示す図、図８は実施の形態２においてガラス基板の加工を行った場合の表面状態を示す図、図９は実施の形態２においてガラス基板の加工を行った場合の表面形状を示す図、図１０は実施の形態２においてガラス基板の加工を行った場合の表面粗さを示す図である。
図２において、グラフの縦軸はパンチの動作ストローク、横軸は切断時間を示す。
【００２８】
本発明の形態においてはプレス動作２１と振動動作２２により、切断加工を行う。プレス動作２１では振動を停止し、荷重Ｐ２にて材料のせん断を行い、材料にパンチが食い込む。振動動作２２ではＰ１＜Ｐ２となる荷重Ｐ１を付加した状態で、パンチ或いはダイを高周波振動することにより、材料切断部を切断加工に最適な温度（ガラス転移温度付近）に発熱させる。この時、高周波振動の印加を実施の形態１と同様の方法で行うとより効果的である。また、本実施の形態においては、周波数１０ｋＨｚから３０ｋＨｚの高周波振動を用いることにより、効率的に振動エネルギーを得ることができ、大面積の加工が可能となり、外形形状、輪郭形状、穴形状などの同時加工が可能になり、従来の穴加工のみに特化した振動仕上げ抜き方法に比べて大きく改善する。
【００２９】
この２つの工程をＰ１＜Ｐ２の関係を維持した状態で、荷重Ｐ２、荷重Ｐ１、振動時間、振動振幅量、せん断スピード、切り込み量を制御しながら、段階的に繰り返して材料の切断加工を行うことにより、加工開始から加工終了まで、材料のせん断部を最適温度に保つことができる。
【００３０】
図５にプレス動作のみで打抜き方向を示す矢印４１の方向に切断したプリント基板の断面である加工面写真を示す。また、図６にプレス動作のみで打抜き方向を示す矢印４３の方向に切断したプリント基板の加工面を示す三次元表面形状測定結果を示図であり、切断形状方向の寸法を示すＸ軸４４と材料の板厚方向の寸法を示すＹ軸４５と切断面に垂直方向の寸法を示すＺ軸４６の３軸で表すグラフを示す。図７にプレス動作のみで、打抜き方向を示す矢印４８の方向に切断した代表的となる位置の１軸の表面粗さ測定結果を、材料の板厚方向の寸法を示すＸ軸４９と切断面に垂直方向の寸法を示すＹ軸５０の２軸で表すグラフを示す。
【００３１】
この例においては、図５の切断面の箇所４２は、図６の切断面の箇所４７にあたり、ガラス繊維が引きちぎられることにより切断面から凸状にはみ出しており、また、部分的には、抉れて凹な部分も存在し、表面粗さは、図８に示す１８５μｍ程度となる。このように、プレス動作のみでプリント基板の加工を行った場合には、形状寸法精度が低下し、表面にはみ出したガラス繊維の欠落クズによる発塵が発生する。
【００３２】
図８に本発明の実施の形態２において、打抜き方向を示す矢印５１の方向に切断したプリント基板の断面である加工面写真を示す。また、図９に本発明の実施の形態２において、打抜き方向を示す矢印５２の方向に切断したプリント基板の加工面を示し、三次元表面形状測定結果を切断形状方向の寸法を示すＸ軸５３と材料の板厚方向の寸法を示すＹ軸５４と切断面に垂直方向の寸法を示すＺ軸５５の３軸で表すグラフを示す。また、図１０に本発明の実施の形態２において、打抜き方向を示す矢印５６の方向に切断した代表的となる位置の１軸の表面粗さ測定結果を、材料の板厚方向の寸法を示すＸ軸５７と切断面に垂直方向の寸法を示すＹ軸５８の２軸で表すグラフを示す。
【００３３】
この例においては、図８に示すプリント基板切断面の表面は、ほとんどの部分がエポキシ樹脂に覆われており、ガラス繊維の欠落がほとんど無く、図９に示す切断面の表面形状も凹凸が少なく良好となり、表面粗さは図１０に示すように２９μｍ程度となり、高精度な形状寸法が得られる。
【００３４】
このように、プレス動作と振動動作を繰り返すことにより、最適な温度にガラス基板を昇温した状態で切断加工を行うことができるため、ガラス繊維とガラス繊維の間のエポキシ樹脂が軟化して流動状態になり、切断面にあふれ出ることを利用し、加工時にエポキシ樹脂がガラス繊維をオーバーコートし、加工面に凹凸の少ない結果が得られ、従来例と比べて飛躍的な改善を得ることができる。
【００３５】
また、本実施の形態においては、ガラス繊維の加工面への露出がほとんど見られず、従来例に比べ、加工面からのガラス繊維の欠落が極端に少なくなったことにより、背景技術で説明した、打抜き時のクズ、異物などによる、電気製品の電気的不良を解決する点においても大きく改善する。
【００３６】
また、低加重で切断でき、パンチに印加する高周波振動を、低周波の振動子の振動を増幅させることにより生成することも可能であり、加工装置の小型化，低騒音化ならびに高効率化を図ることが可能となる。
【００３７】
なお、上記のような方法、装置で製造したプリント基板は加工面がエポキシ樹脂でコーティングされているという特徴を有し、低発塵化、形状寸法の高精度化を得ることができるという格別の効果を奏する。
【００３８】
以上述べた本発明の実施の形態において、１０ｋＨｚから３０ｋＨｚの高周波振動を用い、プレス動作２１と振動動作２２を段階的に制御しながら繰り返し、せん断を行う場合を例示したが、せん断時のみならず、せん断後、パンチに振動を加えることができる。この方法により、パンチ側面と材料の摩擦熱でエポキシ樹脂を再度軟化させた後、硬化することで、せん断面を樹脂でコーティングすることができ、良好な加工面を生成することができるという利点がある。
【００３９】
上記両実施の形態において、振動方向をせん断方向と一致させることにより、より効果的に発熱やせん断加工を行うことができる。また、せん断に係る加重を小さくできるため、一度のせん断動作で、複数の穴加工や輪郭加工等を同時に行うことができる。
【００４０】
以上の説明では、被加工材料としてプリント基板を用いる場合を例に説明したが、プリント基板に限らず、その他の基板や被加工材料の加工に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、小型、低騒音の加工装置を用いて、被加工材料である基板の外形加工、輪郭加工、穴加工を同時に低荷重で高精度に行うことができ、プリント基板等の被加工材料をせん断加工することにより切断、打抜きするせん断加工方法及びせん断加工装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態１における加工装置の構造を示す断面図
【図２】実施の形態２における基板加工方法を説明する図
【図３】振動を印加せずにせん断した時の材料の温度分布を示す図
【図４】高周波振動を印加しながらせん断した時の材料の温度分布を示す図
【図５】プレス動作のみでガラス基板の加工を行った場合の表面状態を示す図
【図６】プレス動作のみでガラス基板の加工を行った場合の表面形状を示す図
【図７】プレス動作のみでガラス基板の加工を行った場合の表面粗さを示す図
【図８】実施の形態２においてガラス基板の加工を行った場合の表面状態を示す図
【図９】実施の形態２においてガラス基板の加工を行った場合の表面形状を示す図
【図１０】実施の形態２においてガラス基板の加工を行った場合の表面粗さを示す図
【図１１】従来の振動仕上げ抜き方法を行う装置を示す要部断面図
【符号の説明】
【００４３】
１１    振動子
１２    ブースター
１３    ホーン
１４    パンチ
１５    ダイ
１６ａ    プレス機上プレート
１６ｂ    プレス機下プレート
１７    材料
２１    プレス動作
２２    振動動作
３１    パンチ
３２    材料
３３    ダイ
４１    打抜き方向を示す矢印
４２    切断面の箇所
４３    打抜き方向を示す矢印
４４    切断形状方向の寸法を示すＸ軸
４５    材料の板厚方向の寸法を示すＹ軸
４６    切断面に垂直方向の寸法を示すＺ軸
４７    切断面の箇所
４８    打抜き方向を示す矢印
４９    材料の板厚方向の寸法を示すＸ軸
５０    切断面に垂直方向の寸法を示すＹ軸
５１    打抜き方向を示す矢印
５２    打抜き方向を示す矢印
５３    切断形状方向の寸法を示すＸ軸
５４    材料の板厚方向の寸法を示すＹ軸
５５    切断面に垂直方向の寸法を示すＺ軸
５６    打抜き方向を示す矢印
５７    材料の板厚方向の寸法を示すＸ軸
５８    切断面に垂直方向の寸法を示すＹ軸
１０１    パンチ
１０２    パンチ
１０３    ダイ
１０４    ダイ
１０５    材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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