JPH0669657B2 - 微細穴加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、インクジェットプリンター用のインクノズル
などのような30〜50ミクロンの微細穴を加工するために
用いる微細穴加工装置に関するものである。

従来の技術 従来、この種の微細穴を加工するには、直接放電によっ
て加工する方式やプレス加工方式がある。前者は導電性
材料のみ加工が可能であり、後者は銅系の軟質金属や樹
脂フィルムなどの加工に適している。後者の例として、
ワイヤ放電加工によりパンチを加工し、続いてこのパン
チを用いてダイを加工し、その後、これらのパンチとダ
イを用いてワークのプレス加工を行う方式が提案されて
いる（昭和62年度春季精密工学会論文集 山本他「ワイ
ヤ放電研削を利用したマイクロ打ち抜き加工」P733）。
以下、この従来例について第３図を参照しながら説明す
る。

第３図においては、51はパンチで、シャフト52の先端の
絶縁材製のキャピラリ53に固定されている。54は支持部
55に支持された板ばね、56は板ばね54とシャフト52との
間に介在されたころがり軸受、57は支持部55に固定され
たボイスコイルモータ（VCM）の磁気回路、58は磁気回
路57の内側に設けられた磁石、59は磁気回路57の内側に
挿入されたボビンであり、シャフト52と直結されてい
る。60は磁気回路57上に支持されたギヤ付モータであ
り、その出力軸がボビン59とスリップリング61、ばねカ
ップリング62により連係されている。63はパンチ51を放
電加工するワイヤ、64はワイヤ64を案内するガイドで、
移動装置（図示省略）により放電加工位置と非加工位置
に移動される。65はベット66上に取り付けられたダイホ
ルダ、67はダイホルダ65に保持されたダイ、68はダイ67
上にワーク69を供給するワークフィーダ、70はワーク69
をダイ67に対し押さえるストリッパーである。

次に上記従来例の動作について説明する。

キャピラリ53にパンチ51に放電加工する前のパンチ素材
を取り付け、ワイヤガイド64およびワイヤ63を放電加工
位置へ移動させ、ギヤ付モータ60の駆動によりスリップ
リング61、ばねカップリング62を介してボビン59、シャ
フト52、キャピラリ53およびパンチ素材を回転させ、ワ
イヤ63とパンチ素材に絶縁液を滴下しながら放電電力を
供給することによりパンチ素材を放電加工する。加工後
ワイヤガイド64およびワイヤ63を非加工位置へ移動さ
せ、磁気回路57に通電し、ボビン59、シャフト52、キャ
ピラリ53、パンチ51を板ばね54の弾性に抗して下降さ
せ、パンチ51とダイ素材に絶縁液を滴下しながら放電電
力を供給することによりダイ素材を放電加工する。加工
後、磁気回路57への通電を停止することによりボビン5
9、シャフト52、キャピラリ53、パンチ51を板ばね54の
弾性により上昇させる。次に放電加工により消耗したパ
ンチ51を上記と同様にワイヤ63により放電加工する。次
に放電加工されたダイ67上にワークフィーダ68によりワ
ーク69を供給し、ワーク69をストリッパ70によりダイ67
に対し押さえる。次に磁気回路57に通電し、ボビン59、
シャフト52、キャピラリ53、パンチ51を板ばね54の弾性
に抗して下降させることにより、このパンチ51とダイ67
によりダイ67上のワーク69に微細穴をプレス加工するこ
とができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来例では、パンチ素材を固定して
いるシャフト52がボビン59に直結しているので、高速回
転させることができず、したがって、パンチ素材を円柱
状に加工する場合に真円度を得るのが難しく、また、ダ
イ67の穴の加工精度も同じく十分には得難い。また、パ
ンチ51を固定したシャフト52をボビン59に結合してお
り、パンチ51を一旦、取り外した場合に軸芯を一致させ
て取り付けることが極めて困難であるため、放電加工し
たパンチ51の形状を測定確認することができず、パンチ
洗浄が困難である。また、パンチ51の直下にダイ67が固
定されているため、ダイ67に加工された穴形状の測定が
困難である。したがって上記のようにパンチ51の形状測
定ができない課題とあいまって、プレス加工時に最も重
要になるパンチ51とダイ67とのクリアランスの正確な管
理ができない。また、パンチ51の上下動が板ばね54によ
り規制されるため、パンチストロークが1mmと小さい。
したがって、実際にはワーク押さえやストリッパー70な
どを設ける余裕がない。更に、パンチ加工、ダイ加工時
の放電絶縁液は滴下しているので、周辺への絶縁液が飛
散し、また十分に加工屑を除去ができず、加工屑が付着
することにより加工精度上の問題が生じる。

本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するもの
であり、微細プレスに必要なパンチとダイの加工を高精
度に実現することができ、また、それぞれの加工形状の
正確な測定を可能とし、プレス加工時のパンチとダイの
クリアランスの管理を精密に行うことができ、したがっ
て、微細穴プレス加工の高精度化を図ることができるよ
うにした微細穴加工装置を提供することを目的とするも
のである。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、微細パンチ素材を取
り付けたマンドレルと、このマンドレルを鉛直方向で回
転可能に支持するＶ字状軸受と、このＶ字状軸受を鉛直
方向にのみ移動可能に支持するリニアガイドと、Ｖ字状
軸受を支持するばねと、上記マンドレルの回転駆動手段
と、上記微細パンチ素材を放電加工するためのワイヤー
を一定の張力で走行させる手段と、上記ワイヤを上記微
細パンチ素材に対する放電加工位置と非加工位置とに移
動させると共に、ダイホルダーを非加工位置と加工位置
に移動させる移動装置と、上記Ｖ字状軸受、マンドレル
および微細パンチ素材を放電加工のために下降させる手
段と、上記微細パンチ素材と上記ワイヤ、若しくはダイ
素材との間に放電電力を供給する放電回路と、上記Ｖ字
状軸受、マンドレルおよび放電加工された微細パンチを
放電加工されたダイに対しワークに微細穴を打ち抜くた
めに下降させる手段とを備えたものである。

作 用 本発明は上記のような構成により次のような作用を有す
る。

すなわち、ワイヤを移動装置により微細パンチ素材に対
する放電加工位置に移動させると共に、ダイホルダを非
加工位置に移動させ、マンドレルおよび微細パンチ素材
を回転駆動手段により回転させると共に、下降手段によ
りＶ字状軸受、マンドレルおよび微細パンチ素材をリニ
アガイドに沿って下降させながら微細パンチ素材とワイ
ヤに放電回路による放電電力を供給することにより、微
細パンチ素材を放電加工する。加工後、Ｖ字状軸受、マ
ンドレルおよび微細パンチを上昇させ、移動装置により
ワイヤを非加工位置へ移動させると共に、ダイホルダを
加工位置へ移動させ、上記と同様にマンドレルおよび微
細パンチを回転駆動手段により回転させると共に、下降
手段によりＶ字状軸受、マンドレルおよび微細パンチを
リニアガイドに沿って下降させながら微細パンチとダイ
ホルダに保持したダイ素材に放電回路により放電電力を
供給することにより、ダイ素材に穴を放電加工する。加
工後、Ｖ字状軸受、マンドレルおよび微細パンチを上昇
させ、放電加工により消耗した微細パンチを上記と同様
にして放電加工し、加工後、下降手段によりＶ字状軸
受、マンドレルおよび微細パンチをリニアガイドに沿っ
て下降させることにより、この微細パンチとダイにより
ダイ上のワークに微細穴をプレス加工する。このように
微細パンチ素材を取り付けたマンドレルをＶ字状軸受に
支持した状態で回転させるので、微細パンチの高精度な
放電加工を可能とし、また、この高精度に加工された微
細パンチによりダイの高精度な放電加工を可能とする。
また、微細パンチおよびマンドレルをＶ字状軸受より外
しても再びＶ字状軸受に高精度位置に支持することがで
き、またダイを移動装置により非加工位置に移動させる
ことができるので、それぞれの加工後の形状の測定を行
うことができ、プレス加工時の精密なクリアランス管理
を実現することができる。また、微細パンチを取り付け
たマンドレルをＶ字状軸受に支持した状態でＶ字状軸受
と共に、リニアガイドに沿って下降させるので、プレス
加工の際、マンドレルに歪等が発生するのを防止し、確
実に鉛直状態に保持することができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図および第２図は本発明の一実施例における微細穴
加工装置を示し、第１図は一部破断側面図、第２図はダ
イ素材に穴加工を行う前の状態の断面図である。

第１図に示すように微細パンチ素材１がマンドレル２の
先端の絶縁材製のキャピラリ３に挿入されて固定されて
いる。マンドレル２は円柱状に形成され、外周の真円度
が良好となるように形成されている。一方、支持台４に
はリニアガイド５が設けられ、このリニアガイド５によ
りＶ字状軸受６が鉛直方向にのみ移動可能に支持されて
いる。マンドレル２にはプーリー７が取り付けられ、こ
のプーリー７と支持台４に支持されたモータ８の回転軸
に取り付けられたプーリー９にベルト10が掛けられてい
る。マンドレル２はベルト10のテンションによりＶ字状
軸受６に鉛直方向で高精度に回転可能に支持され、マン
ドル２の上端半球状部がＶ字状軸受６の突出部6aの下面
に当接されて位置規制されている。Ｖ字状軸受６自身と
リニアガイド５の固定部に設けられたばね受6bと5aの間
に圧縮ばね11が介在され、こ圧縮ばね11の弾性により自
重が支持されている。マンドレル２のＶ字状軸受６に対
する支持は、上記回転駆動用のベルト10のテンションで
も十分であるが、後述のようにプレス加工時にプレスタ
クトが短い場合には、振動によって十分な精度が得られ
ない場合があり、このような場合にはマンドレル２はプ
レート12によりＶ字状軸受６に固定される。支持台４に
取り付けられた支持部材13にレバー14の中央部が上下方
向に揺動可能に支持されている。支持台４に支持された
モータ15の回転軸に歯車16が取り付けられている。一
方、支持台４に上下方向にねじ17が螺合され、このねじ
17に固定された歯車18が上記歯車16に上下動可能に噛み
合わされ、ねじ17がレバー14の基部に当接されている。
レバー14の先端部はＶ字状軸受６の突出部6aの上部の半
球状部に当接されている。したがって、モータ15の駆動
により歯車16を回転させ、これに伴い歯車18およびねじ
17を逆方向に回転させて上昇させ、レバー14の基部を上
昇させると共に、先端部を下降させることにより、Ｖ字
状軸受６、マンドレル２および微細パンチ素材１を圧縮
ばね11の弾性およびベルト10のテンションに抗してリニ
アガイド５に沿って下降させることができる。これとは
逆にモータ15の駆動により歯車16と、歯車18およびねじ
17を上記とはそれぞれ逆方向に回転させ、歯車18および
ねじ17を下降させることにより、圧縮ばね11の弾性およ
びベルト10のテンションによりＶ字状軸受６、マンドレ
ル２および微細パンチ素材１をリニアガイド５に沿って
上昇させることができる。支持台４にはソレノイド19が
支持され、このソレノイド19の軸20がねじ17の反対側に
おいてレバー14の基部に連結されている。軸20はばね
（図示省略）により常にねじ17側に付勢されている。し
たがって、ソレノイド19の励磁により軸20をばねの弾性
に抗して後退させ、レバー14の基部を上昇させると共
に、先端側を下降させることにより、Ｖ字状軸受６、マ
ンドレル２および微細パンチ素材１を圧縮ばね11の弾性
およびベルト10の張力に抗してリニアガイド５に沿って
急速に下降させることができる。これとは逆にソレノイ
ド19を消磁させることにより圧縮ばね11の弾性およびベ
ルト10の張力によりＶ字状軸受６、マンドレル２および
微細パンチ素材１をリニアガイド５に沿って上昇させる
ことができると共に、軸20をばねの弾性により前進させ
ることができる。支持台４は支柱21に沿って鉛直方向に
移動可能に支持され、これら支持台４と支柱21との間に
鉛直方向でマイクロメータヘッド22が設けられ、このマ
イクロメータヘッド22により支持台４およびこの支持台
４に支持された上記各部材が鉛直方向に微調整される。

基台23上にベット24が設けられ、ベット24上でテーブル
25が移動可能に支持され、このテーブル25は駆動装置26
により移動される。テーブル25の一側上部に加工槽27が
取り付けられ、加工槽27の底板上に絶縁板28が取り付け
られ、絶縁板28にワイヤガイド29が支持されている。加
工槽27には絶縁液30が満たされている。加工槽27の外部
には供給ボビン31と巻き取りボビン（図示省略）が設け
られ、供給ボビン31に巻かれた導電材製で微細径のワイ
ヤ32がワイヤガイド33,29を経て巻き取りボビンに巻き
取られる。供給ボビン31はテーブル25等に支持されたDC
モータ34の駆動により回転され、巻き取りボビンはテー
ブル25等に支持されたモータ（図示省略）の駆動により
回転される。そして、モータを駆動して巻き取りボビン
を回転させると共に、DCモータ34を駆動して供給ボビン
31を回転させることにより、回転トルクの変化でワイヤ
32を走行させ、巻き取りボビンに巻き取ることができ、
DCモータ34への印加電流を一定とするように制御するこ
とによりワイヤ32を一定の張力と一定の速度で走行させ
ることができる。テーブル25の他側上部にダイホルダ35
が取り付けられ、このダイホルダ35の上部内側には第２
図から明らかなようにダイ素材36の基部が螺着されてい
る。ダイホルダ35の上部外側には筒体37の基部内周が螺
着され、ダイホルダ35の上端面と筒体37の基部の段部端
面との間にＯリング38を介在され、水密構造の加工槽に
形成され、ダイ素材36を浸す絶縁液39で満たされる。ま
た、第１図に示すように加工後のダイ36′上にはワーク
40が供給され、このワーク40はストリッパー41によりダ
イ36′に押される。微細パンチ素材１とワイヤ32との
間、加工後の微細パンチ１′とダイ素材36との間には抵
抗とコンデンサを有する放電回路42により放電電力が選
択的に供給される。ダイホルダ35の非加工位置には加工
後のダイ36の穴の形状を観察、測定するための顕微鏡43
が設けられている。

次に上記実施例の動作について説明する。

まず、テーブル25を駆動装置26により移動させ、第１図
に示すようにワイヤ32を微細パンチ素材１に対する放電
加工位置に移動させると共に、ダイホルダ35を非加工位
置に移動させる。次にモータ８の駆動によりプーリー
９、ベルト10およびプーリー７を介してマンドレル２お
よび微細パンチ素材１等をＶ字状軸受６に沿って回転さ
せると共に、上記のようにモータ15の駆動によりレバー
14の先端側を下降させてＶ字状軸受６、マンドレル２お
よび微細パンチ素材１等をリニアガイド５に沿って下降
させながら放電回路42により微細パンチ素材１とワイヤ
32に放電電力を供給することにより、加工槽27内で微細
パンチ素材１を放電加工する。このように加工槽27の絶
縁液30中で放電加工を行うので、絶縁液を滴下する場合
のように飛び散るおそれはなく、また、加工屑も付着し
にくいので、加工精度を向上させることができる。加工
後、上記のように圧縮ばね11の反撥弾性およびベルト10
のテンションによりＶ字状軸受６、マンドレル２および
加工後の微細パンチ１′等を上昇させる。次に駆動装置
26によりテーブル25を上記とは逆方向に移動させ、ワイ
ヤ32等を非加工位置へ移動させると共に、ダイホルダ35
を微細パンチ１′の直下の加工位置へ移動させる。第２
図に示すようにこのダイホルダ35の上部内側にダイ素材
36の基部を螺着し、ダイホルダ35の上部外側に筒体37の
基部内周を螺着し、ダイホルダ35の上端面と筒体37の基
部の段部端面との間にＯリング38を介在して水密構造と
し、筒体37の内側を絶縁液39で満たし、ダイ素材36を絶
縁液39に浸す（これらの作業は非加工位置のときに行っ
てもよい）。次に上記と同様にモータ８の駆動によりマ
ンドレル２および微細パンチ１′等をＶ字状軸受６に沿
って回転させると共に、モータ15の駆動によりレバー14
の先端側を下降させてＶ字状軸受６、マンドレル２およ
び微細パンチ１′等をリニアガイド５に沿って下降させ
ながら放電回路42により微細パンチ１′とダイホルダ35
に保持したダイ素材36に放電電力を供給することによ
り、ダイ素材36に穴を放電加工する。このように筒体37
内の絶縁液39中で放電加工を行うので、絶縁液を滴下す
る場合のように飛び散るおそれはなく、また、加工屑も
付着しにくいので、加工精度を向上させることができ
る。加工後、上記のように圧縮ばね11の反撥弾性および
ベルト10のテンションよりＶ字状軸受６、マンドレル２
および微細パンチ１′等を上昇させる。この微細パンチ
１′はダイ素材36との放電加工によって先端部が消耗し
ているので、そのままプレス作業に用いることはできな
い。そこで、再び上記と同様にワイヤ32との放電加工に
よって形状を加工し直す。一方、ダイ36′の加工後、絶
縁液39を抜き、溶剤を満たし、ダイ36′の穴を洗浄す
る。その後、筒体37の取り外す。加工後の微細パンチ
１′の形状はマンドレル２をＶ字状軸受６から外すこと
により測定することができ、測定語は再びＶ字状軸受６
に沿って元位置に支持することができる。また、加工後
のダイ36′の穴の形状は非加工位置に移動しているとき
に顕微鏡43により観察することができ、更にテーブル25
の位置の値から穴径寸法の測定も可能である。以上のよ
うに加工した微細パンチ１′とダイ36′とをテーブル25
の移動により再び位置決めし、ダイ36′上にワーク40を
ストリッパー41で固定する。固定後、上記のようにソレ
ノイド19を励磁し、レバー14の先端側を下降させてＶ字
状軸受６、マンドレル２および微細パンチ１′等をリニ
アガイドに沿って急速に下降させることによりワーク40
に微細穴をプレス加工する。加工後、ソレノイド19を消
磁することにより圧縮ばね11の反撥弾性およびベルト10
のテンションによりＶ字状軸受６、マンドレル２および
微細パンチ１′等を上昇させ、微細パンチ１′をダイ3
6′、ワーク40から引き抜く。このようなプレス加工時
にマンドレル２のＶ字状軸受６への支持は回転駆動用の
ベルト10のテンションでも十分であるが、プレスタクト
が短い場合には振動によって十分な精度が得られない場
合があり、上記のようにプレート12によりマンドレル２
をＶ字状軸受６に固定すればよい。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、微細パンチ素材を取
り付けたマンドレルをＶ字状軸受に支持した状態で回転
させるので、微細パンチの高精度な放電加工を可能と
し、また、この高精度に加工された微細パンチによりダ
イの高精度な放電加工を可能とする。また、微細パンチ
およびマンドレルをＶ字状軸受より外しても再びＶ字状
軸受に高精度位置に支持することができ、また、ダイを
移動装置により非加工位置に移動させることができるの
で、それぞれの加工後の形状の測定を行うことができ、
プレス加工時の精密なクリアランス管理を実現すること
ができる。また、微細パンチを取り付けたマンドレルを
Ｖ字状軸受に支持した状態でＶ字状軸受と共に、リニア
ガイドに沿って下降させるので、プレス加工の際、マン
ドレルに歪等が発生するのを防止し、確実に鉛直状態に
保持することができる。したがって、微細穴プレス加工
の高精度化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例における微細穴
加工装置を示し、第１図は一部破断側面図、第２図はダ
イ素材に穴加工を行う前の状態の断面図、第３図は従来
の微細穴加工装置の一部破断側面図である。 １……微細パンチ素材、１′……微細パンチ、２……マ
ンドレル、３……キャピラリ、５……リニアガイド、６
……Ｖ字状軸受、８……モータ、11……圧縮ばね、14…
…レバー、15……モータ、19……ソレノイド、25……テ
ーブル、26……駆動装置、27……加工槽、32……ワイ
ヤ、35……ダイヤホルダ、36……ダイ素材、36′……ダ
イ、40……ワーク、41……ストリッパー、42……放電回
路、43……顕微鏡。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微細パンチ素材を取り付けたマンドレル
   と、このマンドレルを鉛直方向で回転可能に支持するＶ
   字状軸受と、このＶ字状軸受を鉛直方向にのみ移動可能
   に支持するリニアガイドと、Ｖ字状軸受を支持するばね
   と、上記マンドレルの回転駆動手段と、上記微細パンチ
   素材を放電加工するためのワイヤを一定の張力で走行さ
   せる手段と、上記ワイヤを上記微細パンチ素材に対する
   放電加工位置と非加工位置とに移動させると共に、ダイ
   ホルダを非加工位置と加工位置に移動させる移動装置
   と、上記Ｖ字状軸受、マンドレルおよび微細パンチ素材
   を放電加工のために下降させる手段と、上記微細パンチ
   素材と上記ワイヤ、若しくはダイホルダ上のダイ素材と
   の間に放電電力を供給する放電回路と、上記Ｖ字状軸
   受、マンドレルおよび放電加工された微細パンチを放電
   加工されたダイに対しワークに微細穴を打ち抜くために
   下降させる手段とを有する微細穴加工装置。
2. 【請求項２】マンドレルの回転駆動手段がモータと、マ
   ンドレルおよびモータの回転軸上に取り付けたプーリー
   と、これらプーリーに掛けたベルトからなり、このベル
   トのテンションによりマンドレルをＶ字状軸受に支持す
   る請求項１記載の微細穴加工装置。
3. 【請求項３】マンドレルをＶ字状軸受に密着させて固定
   する手段を有する請求項１または２記載の微細穴加工装
   置。
4. 【請求項４】放電加工したダイの穴形状を移動装置の移
   動による非加工位置で測定する顕微鏡を有する請求項１
   ないし３のいずれかに記載の微細穴加工装置。
5. 【請求項５】ワイヤを浸す絶縁液を満たした加工槽を有
   する請求項１ないし４のいずれかに記載の微細穴加工装
   置。
6. 【請求項６】ダイホルダーにダイ素材の外周において、
   取り外し可能に水密構造に取り付け、ダイ素材を浸す絶
   縁液を満たすための筒体を有する請求項１ないし５のい
   ずれかに記載の微細穴加工装置。