JPH04223897A - 磁気反発パンチ・ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気反発パンチングに関
し、より詳しくは、磁気反発穿孔用の交換できるパンチ
・ヘッドと、該パンチの位置調整、復帰及びダウン・ス
トップ（ｄｏｗｎ−ｓｔｏｐ）に必要な関連ハードウェ
アの設計の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子回路パッケージの絶えざる高密度化
及びそれに伴う回路基板等の貫通孔の直径の微小化要求
により、従来の回転ドリルの先金（ビット）の限界を越
えた前記微小な孔を速やかにあける技術が開発された。 普及している１つの前記技術は、磁気反発穿孔であり、
今日では薄材に前記高品質の正確な微小直径を高速で提
供するのに広く使用されている。その技術水準は０．０
６３５ｍｍの厚さの軟銅板に８９ミクロンの直径の孔が
５０孔／秒を越える速度で生産されるに至っている。

【０００３】従来の技術の前記磁気反発パンチの動作で
は、パンチは銅ディスク（円板）の動作に関連する。適
切な隣接励磁コイルに強い衝撃磁界が生じると、銅ディ
スクは該コイルから反発されるので、該パンチは高速運
動する。該パンチが回路基板に当たると、該回路基板に
所望の孔があく。これらの微小のパンチは一般にタング
ステン炭化物である。これは交換を必要とするまでに百
万を越える穿孔が可能である。それにもかかわらず、該
プロセスでは前記高価なパンチが大量に消費されるので
、パンチ交換の費用はかなり高くなる。しかしながら、
後で説明するように、現在の技術水準による設計上の限
界により、前記反発パンチ・ヘッドに欠陥が生じると、
機能しなくなったヘッド装置全体を単に捨てるのが業界
の慣例であった。

【０００４】図１は従来の一般的な磁気反発パンチ・ヘ
ッド装置の断面図を示す。一般に磁気反発パンチは、現
在の技術水準に従って、正確に研削された固いタングス
テン炭化物シャフトを持つパンチ２０から構成され、そ
の先にパンチ直径２１が研削によって形成される。パン
チ２０のシャフトは、硬化（焼入れ）され研削された工
具鋼インサート２２にろう付けされ、更にその上に銅デ
ィスク２３がろう付けされ、それによって完全なユニッ
トが作られる。例えば、コイルを励磁することにより、
ディスク２３の近くに強い磁界が生じると、磁気反発プ
ロセスが行なわれ、パンチ２０に高速が与えられる。

【０００５】前述のように、大きな反発力により、例え
ば、パンチ２０のシャフトが破損又は鈍化し、もしくは
銅ディスク２３が変形すると、ヘッド装置全体を交換す
ることが一般的な慣例であった。従って、どのコンポー
ネントも再利用できなかった。割合に可鍛性のある銅ヘ
ッドが変形する理由の１つは、工具鋼インサート２２の
直径が銅ディスク２３の直径よりもかなり小さかったこ
とである。位置３２で示すように、銅ディスク２３の相
当な部分は支えられていなかった。パンチ２０の下降運
動が底面のパンチ停止位置に達して停止しても、矢印３
４の方向の銅ディスク２３の慣性は持続されるので、銅
ディスク２３に永続する変形が生じる。このような重大
な結果は、コイル３０によってパンチ２０に加えられた
衝撃が銅ディスク２３のコイル３０に近い部分であるこ
とに関連している。もしコイル３０と銅ディスク２３の
間に間隔３６があれば、その間の磁気結合は弱められ、
パンチ２０に加えられた下方向の加速度及び力が直接に
弱められる結果になる。

【０００６】更に従来の技術の設計上の欠点は、該磁界
によって銅ディスク２３及びパンチ２０のシャフトに加
えられた、反発力を打消す復元力を加えるために取付け
られたスプリング２４に関連する。一般に、このスプリ
ング２４は割合に短く直径も小さく設計され、よって動
作中に強い応力が加わり、従って、頻繁に交換すること
も必要とされた。更に、前記磁気反発ヘッド装置の従来
の技術による設計に伴う深刻な問題は該装置に関連した
コンポーネントに関連する。ガイド・ブシュ２５でパン
チ２０のシャフト及び（前記装置では通常はストリッパ
・ブシュ２６に設けられた）パンチ直径２１を正しい位
置に置くために、ガイド・ブシュ２５の穴の内径とパン
チ２０のシャフトの外径の間の公差を極めて正確に維持
することが要求された。更に、この公差はパンチ２０の
シャフトの全長にわたって維持する必要があった。パン
チ・ヘッド装置全体及びガイド・ブシュ２５は磨耗した
後しばしば捨てられると仮定すれば、これはかなり高価
である。換言すれば、これらの直径の極めて正確な同心
性が該シャフト全体に沿って維持することが要求された
。一例として、パンチ２０のシャフトの外径とガイド・
ブシュ２５の内径の間の最大の隙間の設計値は一般に０
．００２５ｍｍ以内に保持することが要求された。よっ
て、穴の直径及び長さの縦横比は１０対１を越える結果
になったから、前記設計は該反発パンチ・ヘッド装置の
コンポーネントの費用も高価なものにした。軟銅回路基
板に高品質の孔をあけるために、例えば、パンチ直径２
１からダイ２７までの隙間は０．００２５ｍｍ未満に維
持することが必要であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記理由により、費用
を大幅に減らすと同時に装置の休止時間を減らし、パン
チ動作を向上させ、且つ関連したダイ・コンポーネント
の製造を容易にし費用を安くすることができる改良され
た磁気反発パンチ・ヘッド装置が要望されている。更に
、従来の技術による強い衝撃力、及びそのためにしばし
ば銅ディスクが変形する前述の問題を解決する方法が業
界で強く求められている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】パンチ保持器は銅ディス
クにろう付けされており、細長いパンチを受け取る。該
保持器は上部パンチ・ガイド／パンチ・ダウン・ストッ
プと整列しており、また該パンチの軸方向の運動を制御
するスプリングを有する。下部パンチ・ガイド及びスト
リッパ・ブシュも軸方向に整列してパンチを受け取り且
つガイドする。動作中、励磁されたコイルは該銅ディス
クを反発し、該銅ディスクは該パンチに下方向のパンチ
力を与え、該スプリングは復元力を与える。該銅ディス
クはほぼその半径に沿って該パンチ保持器により完全に
支えられるので、変形が防止される。該スプリングは変
化の範囲にわたって一定の力を与え、それによってパン
チ動作を向上させ、同時に信頼性を高め故障を少なくす
る。該パンチは該パンチ保持器に取外しできるように取
付けられているので、別々に交換することができる。滑
動接触及び整列の公差は、該パンチの遠端では、該パン
チとそれが通る該下部ガイドとの間で、近端では、該パ
ンチ保持器の外径と該上部パンチ・ガイドの穴の内径と
の間で、該パンチの両端だけに与えられる。修理可能な
ヘッドを提供することにより、故障したヘッド装置をそ
っくり捨てる従来の慣例を避けることができる。

【０００９】

【実施例】図２及び図３を参照して最初に磁気反発パン
チを包括的に説明し、その後で本発明のそれぞれのコン
ポーネントの設計及び動作を詳細に説明する。

【００１０】図３の磁気反発パンチ装置３２の動作を以
下に説明する。銅パンチ・ディスク３は該パンチが休止
位置にあるときスプリング５によって磁気反発コイル９
に接触する位置に保持される。通常の方法でコイル電源
（図示せず）によってコイル９が励磁されると、コイル
９の磁界の反発力によってディスク３に反発力が与えら
れてパンチ２は下方に駆動され、それによってパンチ２
は所望の回路基板材料に孔をあける。

【００１１】パンチ２の下降運動により、ディスク３を
支えるパンチ保持器４の下面４２は上部パンチ・ガイド
６の上面１６を打つ。その衝撃により、このパンチ２の
下降運動はそれを休止位置に戻すために上方に向きを変
える。一般に、パンチ・サイクルは磁気反発現象で生じ
た高いエネルギの力により数マイクロ秒で終る。上部パ
ンチ・ガイド６の上面１６で与えられるパンチ・ダウン
・ストップに対するパンチ保持器４の反発力はパンチ２
をコイル９のコイル面まで戻す主要な手段である。従っ
て、スプリング５はコイル９と良好に磁気結合するよう
にディスク３を該コイル面に保持するようにだけ動作し
、ディスク３に強い衝撃運動をもたらすとともに、ディ
スク３が該コイル面からはね返らないようにダンパとし
て動作する。

【００１２】以上が反発パンチ動作の包括的な説明であ
る。次に各コンポーネント及びその動作の詳細を図２及
び図３を参照して説明する。

【００１３】前述のパンチ保持器４は、精密加工され、
硬化され且つ研磨されたコンポーネントであって、上部
に磁気反発プロセスに必要な銅パンチ・ディスク３がろ
う付けされていることが望ましい。パンチ２は、鋼炭化
物から形成され、その上部に軟鋼パンチ・ヘッド１０が
結合され、精密加工された直径１７でパンチ保持器４に
軸方向に配置され且つ止めねじ１により所定の位置に保
持されることが望ましい。パンチ保持器４には隙間があ
るから、パンチ・ヘッド１０は特に精密な機械加工は必
要としない。

【００１４】図２及び図３で、飛翔体即ちパンチ２の重
量を軽くするために、直径１７に位置するパンチ２のシ
ャフト直径はできれば通常の直径の半分に減らすことが
本発明の特徴である。これは磁気反発を有効にし且つパ
ンチの費用を減らすために考慮すべき重要な事項である
。更に本発明の重要な特徴はパンチ保持器４はできれば
ディスク３の直径にほぼ等しい直径を有し、それによっ
てディスク３は硬化されたパンチ保持器４によって完全
に支えられることである。これは、動作中に、特に磁力
が最大のディスク外縁及びコイルに加えられている非常
に大きな衝撃力によっても、ディスク３の銅が変形しな
いことを保証する。従来の技術に関して前に説明したよ
うに、この変形は従来の設計で頻繁に起こり、ヘッド装
置全体の廃棄を必要とした。更に、本発明では、パンチ
保持器４に止めねじ１を取付け、その内部にパンチ・ヘ
ッド１０を保持することにより、止めねじ１を、従って
パンチ２を、相互連結されたヘッド１０とともに取り外
すことができ、該使い尽くされたパンチ２を交換するこ
とができる。これは図１の従来の技術と対照的である。 従来の技術では、銅ディスク２３、ディスク保持器即ち
工具鋼インサート２２及びパンチ２０を含む装置全体が
一体化されたユニットであり、且つ銅ディスク２３の変
形、パンチ直径２１又はパンチ２０等の磨耗により全部
を破棄せねばならない。

【００１５】本発明のもう１つの重要な特徴は図１の従
来の技術と図３の本発明との比較により観察することが
できる。従来の技術では、パンチ２０のシャフトはガイ
ド・ブシュ２５を通って伸びる穴と接触し、ほぼその全
長に沿って滑動したことが分かる。水平位置を正確に維
持するために、ブシュ２５の穴の内径は、パンチ２０の
シャフトの縦方向のほぼ全通路にわたりパンチ２０の外
径にすれすれに接近させて保持しなければならない。こ
れは極めて高価な機械加工であり、特にパンチ２０の所
与の縦横比では制御することが困難である。更に、この
パンチ２０のほぼ全長にわたって滑動摩擦が起きて粘着
を生じるので、もし公差が精密に維持されなければ、パ
ンチ機能がひどく害なわれることがある。

【００１６】それとは対照的に、図３では、パンチ２の
両端でだけきびしい公差が維持される。遠端では、パン
チ２の外径は下部パンチ・ガイド７を通る穴と接触して
滑動するが、パンチ２の中間の部分では上部パンチ・ガ
イド６とは接触しない。即ち、上部パンチ・ガイド６の
穴の内径はパンチ２の外径よりも大きく、その間に隙間
がある。パンチ・ヘッド１０は止めねじ１によりパンチ
保持器４に固定されるので、パンチ２の上端では、上部
パンチ・ガイド６を通る穴の内径とパンチ保持器４から
伸びる下部シリンダの外径との間にだけ、重要な公差が
ある。このように、非常に小さな直径のパンチ２の全長
にわたって精密な公差を維持しなくてもよい。

【００１７】更に、上部パンチ・ガイド６は、そこから
放射状に外に伸びるパンチ・ダウン・ストップ部分１６
を有する。上部パンチ・ガイド６は使用方法に応じて工
具鋼又は炭化物から機械加工され、硬化され且つ研磨さ
れたコンポーネントであることが望ましい。炭化物を選
択した場合、一般に費用はかなり高くなるが、鋼を選択
した場合よりも使用期間が４倍と長くなる。パンチ保持
器４は上部パンチ・ガイド６の穴１８に軸方向に整列し
て配置される。この構造の直径対長さの公称縦横比は、
比較的費用が安い動作を維持するために、できれば１：
１．５　であることが望ましい。穴１８の下部に、複数
の交差する穴１５が設けられ、パンチの運動を妨げる空
気クッションができないようにベントとして動作する。 下部パンチ・ガイド・ブシュ７もストリッパ・ブシュ８
に対するスペーサとして動作する。この下部パンチ・ガ
イド７も所望に応じて硬化された工具鋼又は炭化物から
作ることができ、内径対長さの公称縦横比を１対２にす
ることが望ましい。更に図２から、上部パンチ・ガイド
６のブシュ、下部パンチ・ガイド・ブシュ７、ストリッ
パ・ブシュ８及びダイ・ブシュ１３は同一直径の穴の中
にあるので、それらを組み立てるとき全てのコンポーネ
ントの位置が完全に整列する。

【００１８】本発明のもう１つの重要な特徴は、良好な
実施例で、一般に前記磁気反発パンチ装置の極めて重要
なコンポーネントであるスプリング５が最適化されるこ
とである。動作中、このスプリング５はその変化の範囲
にわたって一定の力を保持すべきであることが分かった
。よって、従来のスプリングよりも、直径を３倍にし且
つ前記スプリングの長さを２．５倍にすることにより、
スプリング定格を２１２．７　ｇ／ｍｍから１３５．８
　ｇ／ｍｍに下げ、より一定の力を動作範囲にわたって
与えるスプリングが設計された。従来の技術で見つかっ
た最初のスプリングは動作中に強い応力を受けたが、該
所望のスプリング特性はスプリングをその最適動作範囲
に置く、即ちその変形の範囲にわたって前述の一定の力
を保持するので、装置の休止時間をかなり少なくし且つ
パンチ動作を高めるのに大きく貢献する。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、費用と装置の休止時間
を減らしパンチ動作を高める磁気反発パンチ・ヘッド装
置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術の交換できない磁気反発パンチの部
分立体図である。

【図２】本発明により交換できる磁気反発パンチの分解
組立図である。

【図３】図２の磁気反発パンチの部分断面図である。

【符号の説明】

１　　止めねじ ２　　パンチ ３　　ディスク ４　　パンチ保持器 ５　　スプリング ６　　上部パンチ・ガイド ７　　下部パンチ・ガイド ８　　ストリッパ ３２　　磁気反発パンチ装置

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反発部材と、前記反発部材の外側部分にお
   いて前記反発部材を支えるパンチ保持器手段と、前記保
   持器手段から下方に延びたパンチと、前記パンチを垂直
   整列状態に維持し且つ前記パンチの両端部だけで前記パ
   ンチに接触する整列手段とを具備する磁気反発パンチ・
   ヘッド装置。
2. 【請求項２】前記保持器手段及び前記反発部材はそれぞ
   れ外径がほぼ等しいディスク形状を有する請求項１の装
   置。
3. 【請求項３】前記整列手段は前記パンチの上部及び下部
   にそれぞれ接触する上部ガイド面及び下部ガイド面を有
   する請求項１の装置。
4. 【請求項４】前記下部ガイド面を与える下部パンチ・ガ
   イド手段を具備し、前記下部ガイド面は前記パンチを滑
   動させる請求項３の装置。
5. 【請求項５】前記パンチ保持器手段と係合する上部パン
   チ・ダウン・ストップ面を有する上部パンチ・ガイドを
   更に含む請求項１の装置。
6. 【請求項６】前記パンチを、取外しできるように、前記
   パンチ保持器に取付ける手段を更に含む請求項１の装置
   。
7. 【請求項７】前記取付け手段は前記パンチ保持器手段の
   中に空洞を規定するねじ切られた凹みを含み、止めねじ
   が前記凹みに取付けられた請求項６の装置。
8. 【請求項８】前記パンチはパンチ・シャフト及び前記シ
   ャフトに相互連結されたパンチ・ヘッドを含み、前記ヘ
   ッドは前記凹みに取付けられた前記止めねじにより前記
   空洞内に取外しできるように保持される請求項７の装置
   。
9. 【請求項９】前記ディスク形状の前記外径にほぼ等しい
   直径を持ち、前記パンチの周りに同軸に整列して配置さ
   れたスプリングを含む請求項２の装置。
10. 【請求項１０】円筒形の穴を有する上部パンチ・ガイド
    を更に含み、この穴を通って前記パンチの中間部分が伸
    びている請求項１の装置。
11. 【請求項１１】前記パンチは前記穴の内径よりも小さい
    外径を有する請求項１０の装置。
12. 【請求項１２】互いに同軸に整列して配置された、反発
    ディスクと、前記ディスクを支えるパンチ保持器と、上
    部パンチ・ガイドと、前記パンチ保持器及び前記上部パ
    ンチ・ガイドの間に相互連結されたスプリングと、下部
    パンチ・ガイドと、前記パンチ保持器に取外しできるよ
    うに取付けられたパンチとを具備する磁気反発パンチ・
    ヘッド装置。
13. 【請求項１３】前記パンチ保持器は下方に伸びるシリン
    ダを有し、前記上部パンチ・ガイドは前記シリンダを受
    取る円筒部分を有する請求項１２の装置。
14. 【請求項１４】前記ディスク及び前記パンチ保持器の外
    側部分が垂直に整列している請求項１３の装置。
15. 【請求項１５】前記スプリングの外側部分は前記ディス
    ク及び前記パンチ保持器の前記外側部分と垂直に整列し
    ている請求項１４の装置。
16. 【請求項１６】前記パンチ保持器は前記ディスクを通し
    て上方に伸びる中空の円筒部分を更に含み、且つ前記パ
    ンチは前記パンチ保持器の前記中空の円筒部分内に収容
    されたパンチ・ヘッドを更に含む請求項１５の装置。
17. 【請求項１７】前記上部パンチ・ガイドの前記円筒部分
    、前記ディスク及び前記パンチ保持器はほぼ等しい大き
    さの外径を有する請求項１６の装置。
18. 【請求項１８】前記パンチは前記上部パンチ・ガイドの
    穴を通り且つそれと同軸に整列して伸び且つ前記穴から
    取外される請求項１７の装置。
19. 【請求項１９】前記下部パンチ・ガイドは穴を有し、そ
    れを通して前記パンチの下端が滑動する請求項１８の装
    置。