特開 2023-159747 打抜き装置及び打抜き方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023159747

(43)【公開日】2023-11-01

(54)【発明の名称】打抜き装置及び打抜き方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 28/00 20060101AFI20231025BHJP

【ＦＩ】

B21D28/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022069653

(22)【出願日】2022-04-20

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100091524

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 充夫

(72)【発明者】

【氏名】高橋 正行

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 光央

(72)【発明者】

【氏名】和田 紀彦

【テーマコード（参考）】

4E048

【Ｆターム（参考）】

4E048AD01

4E048AD02

4E048AD04

(57)【要約】

【課題】 打抜き加工における抜きカスの堆積を低減できる打抜き装置及び打抜き方法を提供する。
【解決手段】 パンチ１と、積載した被加工物３をパンチで打抜く孔部２aを有するダイ２と、打抜き方向の加工抵抗を測定する荷重計４５と、打抜き方向と直交する面内で、パンチとダイとの相対位置を変化させる駆動部４６と、制御部８０と、を備え、制御部は、パンチを孔部に挿入した状態で駆動部を駆動させることで、所定の方向においてパンチとダイとの距離を縮め、その後、パンチを打抜き方向に駆動させるよう制御するゴミ取り動作を行う。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パンチと、
積載した被加工物を前記パンチで打抜き方向に打抜く孔部を有するダイと、
前記打抜き方向の加工抵抗を測定する荷重計と、
前記ダイを支持して、前記打抜き方向と直交する面内で、前記パンチと前記ダイとの相対位置を変化させる駆動部と、
前記荷重計から測定された加工抵抗を取得して前記駆動部の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記パンチを前記孔部に挿入した状態で前記駆動部を前記打抜き方向と直交する面内で駆動させることで、所定の方向において前記パンチと前記ダイとの間のクリアランスの距離を縮め、その後、前記パンチを前記打抜き方向に駆動させるよう制御するゴミ取り動作を行う、
打抜き装置。

【請求項2】

前記制御部は、
打抜き加工毎の加工抵抗に基づき、前記パンチが前記被加工物に接触してから前記被加工物の厚み相当まで到達するまでの経過時間の力積である第一力積を算出し、
前記パンチが前記被加工物の厚み相当まで到達してから下死点までの到達時間の力積である第二力積を算出し、
前記第一力積と前記第二力積とを比較した結果に基づいて、前記ゴミ取り動作を行うかどうかを決定する、
請求項１に記載の打抜き装置。

【請求項3】

パンチと、
積載した被加工物を前記パンチで打抜き方向に打抜く孔部を有するダイと、
前記打抜き方向の加工抵抗を測定する荷重計と、
前記ダイを支持して、前記打抜き方向と直交する面内で、前記パンチと前記ダイとの相対位置を変化させる駆動部と、
前記荷重計から測定された加工抵抗を取得して前記駆動部の駆動を制御する制御部と、を備える打抜き装置を使用して実施する打抜き方法であって、
前記制御部の制御の下に、前記パンチを前記孔部に挿入した状態で前記打抜き方向と直交する面内で前記駆動部を駆動させることで、所定の方向において前記パンチと前記ダイとの間のクリアランスの距離を縮め、その後、前記パンチを前記打抜き方向に駆動させるよう制御するゴミ取り動作を行う、
打抜き方法。

【請求項4】

前記ゴミ取り動作を行う前に、前記制御部において、
打抜き加工毎の加工抵抗に基づき、前記パンチが前記被加工物に接触してから前記被加工物の厚み相当まで到達するまでの経過時間の力積である第一力積を算出し、
前記パンチが前記被加工物の厚み相当まで到達してから下死点までの到達時間の力積である第二力積を算出し、
前記第一力積と前記第二力積とを比較した結果に基づいて、前記ゴミ取り動作を行うかどうかを決定する、
請求項３に記載の打抜き方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、平板をプレス加工する打抜き装置及び打抜き方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的に、平板の打抜き加工時に打抜かれた側のカスがダイの下方に落下せずに、パンチの下死点付近に堆積する現象は、“カス詰まり”と呼ばれる。カスは、実抜き加工時の抜かれた側の平板を指す。カス詰まりは、カス自体の自重が大きい場合はダイ内で落下するので、多くは薄帯（例えばおおよそ０．２ｍｍ以下の厚さの帯状部材）の打抜き時に問題となる現象である。

【0003】

従来の打抜き装置として、特許文献１に示したものがある。特許文献１において、加工開始すると、抜きカスがパンチ下死点付近で溶着し、容易に排出されずにカス詰まりが発生するという課題がある。

【0004】

この課題に対し、特許文献１においては、ダイの孔部の内壁に熱可塑性の樹脂コーティング、もしくは樹脂スリーブを設けることで、カスと樹脂コーティングとの間での摩擦を減少させ、カスの排出を促進している。その結果、パンチ及びダイの損傷が少なくなるため、工具寿命が延びることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００－２１０７２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の構成では、摩擦低減の目的で施したダイ内壁の樹脂コーティングが摩滅することで効能を失い、その度にダイの交換又はダイに再処理を施すことで生産性が低下するという課題を有している。

【0007】

本開示は、打抜き加工における抜きカスの堆積を低減できる打抜き装置及び打抜き方法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】

【0008】

上記目的を達成するために、本開示の１つの態様にかかる打抜き装置は、パンチと、
積載した被加工物を前記パンチで打抜き方向に打抜く孔部を有するダイと、
前記打抜き方向の加工抵抗を測定する荷重計と、
前記ダイを支持して、前記打抜き方向と直交する面内で、前記パンチと前記ダイとの相対位置を変化させる駆動部と、
前記荷重計から測定された加工抵抗を取得して前記駆動部の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記パンチを前記孔部に挿入した状態で前記駆動部を前記打抜き方向と直交する面内で駆動させることで、所定の方向において前記パンチと前記ダイとの間のクリアランスの距離を縮め、その後、前記パンチを前記打抜き方向に駆動させるよう制御するゴミ取り動作を行う。

【0009】

また、本開示の別の態様にかかる打抜き方法は、パンチと、
積載した被加工物を前記パンチで打抜き方向に打抜く孔部を有するダイと、
前記打抜き方向の加工抵抗を測定する荷重計と、
前記ダイを支持して、前記打抜き方向と直交する面内で、前記パンチと前記ダイとの相対位置を変化させる駆動部と、
前記荷重計から測定された加工抵抗を取得して前記駆動部の駆動を制御する制御部と、を備える打抜き装置を使用して実施する打抜き方法であって、
前記制御部の制御の下に、前記パンチを前記孔部に挿入した状態で前記打抜き方向と直交する面内で前記駆動部を駆動させることで、所定の方向において前記パンチと前記ダイとの間のクリアランスの距離を縮め、その後、前記パンチを前記打抜き方向に駆動させるよう制御するゴミ取り動作を行う。

【発明の効果】

【0010】

以上のように、本開示の打抜き装置及び打抜き方法によれば、パンチを前記孔部に挿入した状態で前記打抜き方向と直交する面内で前記駆動部を駆動させることで、所定の方向において前記パンチと前記ダイとの間のクリアランスの距離を縮め、その後、前記パンチを前記打抜き方向に駆動させるよう制御するゴミ取り動作を行うことができる。よって、打抜き加工によって発生した抜きカスを除去することで、打抜き加工時にカス詰まりが発生することなく、金型破損に至るトラブルを回避でき、打抜き加工における生産性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ゴミ詰まりを模した基礎実験の結果を説明する図

【図2】本開示の実施の形態１における打抜き装置のゴミ取りモード時の動作を説明する概略図

【図3】本開示の実施の形態１における打抜き装置の構成例を示す説明図

【図4】本開示の実施の形態１における打抜き装置に搭載する駆動テーブルの構成例を示す説明図

【図5】本開示の実施の形態１における打抜き装置のゴミ取り動作について詳細に説明する図

【図6】本開示の実施の形態１におけるゴミ取りモードに入る判定方法（力積による異常判定の例）を示す説明図

【図7】本開示の実施の形態１におけるゴミ取りモードに入る判定方法（仕事による異常判定の例）を示す説明図

【図8】本開示の実施の形態１におけるゴミ取りモードの設定例を示す説明図

【図9】本開示の実施の形態１における打抜き装置のゴミ取りモード時の動作パターンを説明する図

【図10】従来のカス詰まり現象を説明する図

【発明を実施するための形態】

【0012】

（本開示に至った経緯）
従来のカス詰まりが発生する根本課題について、図１０を使って説明する。

【0013】

カス詰まりが生じた状態を、図１０（ａ）に示す。本来、抜きカス１０４がダイ下方に落下せずにパンチ１０１の下死点付近のダイ１０２の孔部１０２ａ内に堆積しているので、カス１０４が積み重なるごとに加工抵抗は増加することになる。

【0014】

図１０（ｂ）にカス詰まりが生じた時の加工抵抗プロファイル例を示す。縦軸が加工抵抗を示す荷重、横軸に経過時間を示す。経過時間が２００ｍｓｅｃ付近で生じた９００Ｎ程度の荷重ピークは、打抜き時の荷重である。その後、時間の経過とともにパンチ１０１の先端は下死点に向かって移動するが、カス詰まりのため、荷重はゼロとならず、むしろ、打抜き時に生じる荷重よりも荷重が増加することとなる。この状態がさらに進行すれば、パンチが折れ、金型全体が破損する重大トラブルに至ることがある。それ故に、カス詰まりは回避しないといけない問題となる。

【0015】

カス詰まりは、以上で説明したように、複数枚の被加工物１０３の抜きカス１０４がパンチ下死点付近で堆積することにより加工抵抗が増大し、打抜き荷重より増大すると考えられていた。

【0016】

しかしながら、抜きカス１０４が１枚だけであったとしても、打ち抜き後の加工抵抗が増大することがある。

【0017】

そこで、これらの課題を解消するため、本開示の実施の形態を想到するに至った現象を、図１を用いて説明する。

【0018】

図１（ａ）は、抜きカスが１枚の被加工物３だけで打ち抜き後の加工抵抗が増大する様子を模式的に示す。パンチ１が平板状の被加工物３をダイ２との間で挟み込むようにして、打抜いた様子を示す。その後、打抜き回数（すなわち、ショット数）を重ねると、パンチ１の先端は摩耗又は微細なチッピングが生じた状態となり、合わせて、打抜きによる粉塵（例えば被加工物３の微細なゴミ）が発生し、それらが、ダイ２の孔部２ａの内壁にゴミ５として付着する。同様に、図１（ａ）には図示しなかったが、パンチ１の側面にもゴミが付着する。このような摩耗したパンチ１で打抜き加工すると、打抜かれた抜きカス４が、パンチ１が下死点に移動する過程で、ダイ２内壁に付着したゴミ５を巻き込んで荷重が増大する。即ち、これが、ゴミ詰まりによる打抜き荷重増大モデルである。

【0019】

図１（ｂ）に、その時の打抜き加工時の荷重のプロファイルを示す。後述するように、打抜き装置には、一般に、ストリッパーによる材料押さえがあるので、打抜き加工時の荷重は、打抜きに至るまでに既に所定の荷重に達するのが通常である。図１（ｂ）の荷重Ａが打抜き直前のストリッパー荷重で、その後、打抜き荷重Ｂが発生する。打抜き後、一旦、荷重は下がるが、パンチ1が下死点に向かって進行する過程で、打抜き加工時の荷重が最大荷重Ｃに達し、その後、下死点で少し低下する。この荷重プロファイルは、図１（ａ）に示した抜きカス４がゴミ５を巻き込みながら移動するとき、生じる。ここでは、打抜き荷重Ｂよりもはるかに大きい荷重Ｃが発生するのが特徴である。

【0020】

このように、抜きカス4が１枚であったとしても、打抜き荷重よりはるかに大きな荷重が生じだすと、抜きカス４の排出がより困難になり、次に、抜きカス４がパンチ１の下死点付近で堆積しだすので、カス詰まりが生じることを見出した。カス詰まりが生じだすと加工抵抗はさらに増大するので、最終的に金型破損に至る。すなわち、ゴミ５の排出を促進することで、カス詰まりの発生も抑制することができる。

【0021】

さらに説明すると、ゴミ詰まりは、抜きカス４と、摩耗ないしはチッピングしたパンチ１と、ゴミ５との３要素が揃ったときに発生しやすい。この３要素において、抜きカスを完全に無くすことは難しく、パンチ１とダイ２との間で被加工物３と物理的な接触があるので、工具摩耗を無くすことも困難である。よって、３つ目の要素である、ゴミを、パンチ内壁及びパンチ側面に付着しないようにすることが重要となる。

【0022】

以下、ゴミをパンチ内壁及びパンチ側面に付着しないようにするための、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0023】

（実施の形態１）
次に、本開示の実施の形態１にかかる打抜き方法を、初めに、図２を用いて概略的に説明する。図２は金型を中央で切断した断面図であり、２次元的に描いている。

【0024】

本開示の実施の形態１にかかる打抜き方法のポイントは、ダイ２の孔部２ａの内壁に付着しかつ打抜きで発生したゴミ５を、パンチ１を使って、こそぎ落とす動作を行うことによってゴミ取り動作を実施するものである。

【0025】

一般的に、パンチ１とダイ２との間は、一定の間隔のクリアランス７９があり、互いに近づけたり遠ざけたりはできない。

【0026】

そこで、本実施の形態１にかかる打抜き方法を実施する打ち抜き装置１１においては、打抜き方向（Ｚ軸）と直交する面内（Ｘ－Ｙ面）で、Ｘ軸方向に前後移動可能、Ｙ軸方向に前後移動可能、更には必要に応じてＺ軸まわりの回転方向となるγ軸まわりに正逆回転可能な駆動部の一例として駆動テーブル４６を備えている。

【0027】

加えて、駆動テーブル４６の上に、加工抵抗を測定するための、１軸、ないしは３軸の荷重センサ４５を備えている。

【0028】

本実施の形態１の打抜き装置１１の場合、図２に示す通り、荷重センサ４５の上にダイ２を設置することで、パンチ１とダイ２との間にあるクリアランス７９の間隔を、駆動テーブル４６の移動又は回転を制御することで変更可能となっている。

【0029】

次に、打抜き装置１１の具体的なゴミ取り動作を説明する。

【0030】

図２中の打抜き動作中のゴミ取り動作の第１工程では、パンチ１が上方の初期位置Ｉ（図３参照）より下降し、パンチ１を孔部２ａに挿入した状態の所定の間隔調整位置ＩＩ（図２の点線で示す位置参照）で、例えば図２の右側のパンチ１とダイ２とのクリアランス７９の間隔分に近い距離Δｘ１だけ近づくように駆動テーブル４６の右方向への移動を制御する。

【0031】

そのようにしてパンチ１とダイ２とが近づいた状態で、間隔調整位置ＩＩのパンチ１を下降動作すると、ダイ２の右側内壁に付着したゴミ５を、パンチ１の先端でこそぎ落とすことができる。この結果、ダイ２の孔部２ａの右側の内壁のゴミ５を除去できる。

【0032】

その後、パンチ１は上方の元の初期位置Ｉに移動する。

【0033】

その次に、打抜き動作中のゴミ取り動作の第Ｎ工程（ただし、Nは２以上の整数。）において、パンチ１が上方の初期位置Ｉ（図３参照）より下降し、パンチ１を孔部２ａに挿入した状態の間隔調整位置ＩＩで、先ほどとは反対方向の左方向に駆動テーブル４６を制御して距離Δｘ２だけ移動したのち、パンチ１を先ほどと同様に間隔調整位置ＩＩから下降することで、ダイ２の孔部２ａの左側内壁のゴミ５を、こそぎ落とし、同様にダイ２の孔部２ａの左側の内壁のゴミ５を除去できる。

【0034】

その後、パンチ１は、上方の元の初期位置Ｉに戻る。

【0035】

ここで、前記第Ｎ工程のＮとは、ゴミ取り動作の“Ｎ”回目を意味する。例えば、ダイ２の形状を最も単純な正方形としたとき（図９（ａ）参照）、正方形の内面は４辺で構成されるので、ゴミ取り動作は少なくとも４回必要となる。すなわち、１辺目のゴミ取り動作⇒２辺目のゴミ取り動作⇒・・・Ｎ辺目のゴミ取り動作を行うことになる。

【0036】

しかしながら、ダイ２の形状が長方形で、短辺と長辺との比が１０倍あるような場合、ゴミ取り動作は、影響の大きいと考えられる長辺の２辺だけで十分な場合もある。

【0037】

要するに、ゴミ取り動作を何回実施すればよいかは、ダイ２の形状によって変わり、一概に決定できないため、説明の便宜上、「第Ｎ工程」というように表現している。図２の様な断面図で描くと、右と左との２つの工程だけのように見えるが、前後方向もあるので、必要な回数決定は、ダイ形状によって異なる。図９（ｃ）の様な円形状の場合、９０度ごとの４回のゴミ取り動作で良い場合もあるし、それ以外の回数のゴミ取り動作の場合もある。

【0038】

以上のゴミ取り動作によれば、パンチ１の側面に付着したゴミ（図示せず）も、ダイ２の孔部２ａの内壁のゴミを除去するのと同時に、除去することができる。実際のパンチ１及びダイ２はそれぞれ三次元的な立体形状なので、先ほど説明した方法を、Ｘ－Ｙ面内で駆動テーブル４６を使ってＸ軸方向沿い及びＹ軸方向沿いにそれぞれ前後に動かしながら、同様の動作を繰り返せば、ダイ２の孔部２ａの内壁の全周に付着したゴミ５を除去できる。

【0039】

以上が、本実施の形態に１おける打抜き方法の基本的なゴミ取り動作の説明である。

【0040】

次に、本開示の実施の形態１における打抜き装置１１の具体的な構成について、図３、及び図４を使って説明する。

【0041】

初めに、図３において、本開示を実現する打抜き装置１１の例を示す。本実施の形態１では、基本的な打抜き装置１１として、サーボプレス装置を用いている。この理由は、サーボモータ１２により主軸のボールねじ１７を直接駆動して下型２２に対して上型２１を上下動させるので、制御性が良いからであるが、一般的なクランク式又は油圧式のプレス装置でも実現可能である。

【0042】

打抜き装置１１は、パンチ１と、ダイ２と、荷重計の一例として荷重センサ４５と、駆動部の一例としての駆動テーブル４６と、制御部８０とを少なくとも備えている。

【0043】

パンチ１は、サーボプレス装置の上型２１に固定され、上型２１と一体的に上下動する。

【0044】

ダイ２は、サーボプレス装置の下型２２に固定され、ダイ２に積載した被加工物３をパンチ１で打抜き方向に打抜く孔部２ａを有する。

【0045】

荷重センサ４５は、下型側に配置され、打抜き方向の加工抵抗を測定する。

【0046】

駆動テーブル４６は、ダイ２を支持して、打抜き方向と直交する面内で、パンチ１とダイ２との相対位置を変化させる。

【0047】

制御部８０は、サーボプレス用制御装置１８と、演算部の一例としてのコンピュータ３１と、駆動テーブル用コントローラ３５とを備えて、パンチ１の打抜き動作と、荷重センサ４５から取得した加工抵抗に基づく駆動テーブル４６の駆動動作とを制御する。

【0048】

制御装置１８は、パンチ１を孔部２ａに挿入した状態で駆動テーブル４６を打抜き方向と直交する面内で駆動させることで、所定の方向においてパンチ１とダイ２との間のクリアランス７９の距離を縮め、その後、パンチ１を打抜き方向に駆動させるよう制御して、ゴミ取り動作を行う。

【0049】

以下、この打抜き装置１１について詳しく説明する。

【0050】

図３に示した打抜き装置１１おいて、制御装置１８の制御の下にサーボプレス装置のサーボモータ１２が駆動すると、上端に上プレート１３が固定され下端に架台１５が固定された４本のシャフト１６にガイドされた可動プレート１４が、上下に移動する。可動プレート１４の天面には金型の上型２１が取り付けられている。

【0051】

金型の上型２１は、主には工具となるパンチ１と、被加工物３を押さえるためのストリッパー２３とで構成され、ストリッパー２３は、与圧をかけた状態でストリッパーばね２４が組み込まれている。

【0052】

一方、上型２１と相対するように下方には、架台１５側に支持された下型２２が設置されている。下型２２にはダイ２が組み込まれ、可動プレート１４の下向きの動きに合わせて上型２１が下方に移動したとき、パンチ１の先端がダイ２とぶつかることなくダイ２の孔部２ａ内に挿入するように組み合わさっている。

【0053】

更に、下型２２は、荷重センサ４５を介して駆動テーブル４６に取り付けられている。

【0054】

駆動テーブル４６の後述する固定部４６ｂは、打抜き装置１１のベースプレート２５に固定されて、動かないようになっている一方、後述する可動部４６ｂは固定部４６ｂに対して異動可能となっている。このような構成であれば、駆動テーブル４６の可動部４６ｂ上に下型２２を設置すれば、駆動テーブル４６をＸ－Ｙ面内で駆動すると、パンチ１に対して相対的にダイ２を動かすことができる。

【0055】

平板状の被加工物３は、上型２３と下型２２との間に、ダイ２に載せるように配置されている。

【0056】

打抜き装置１１の制御部８０は、荷重センサ４５から加工抵抗を取得し、制御装置１８とコンピュータ３１とコントローラ３５とでの構成に基づく制御動作により、サーボモータ１２と駆動テーブル４６とをそれぞれ駆動して、打抜き装置１１全体の、ゴミ取り動作を含む打抜き動作の制御が可能となっている。

【0057】

荷重センサ４５は、荷重センサ４５のアンプ３４を介して制御部８０のコンピュータ３１とつながっており、荷重センサ４５で測定して取得した加工抵抗をコンピュータ３１に入力する。

【0058】

同様に、駆動テーブル４６の圧電素子などの各駆動装置は、制御部８０の駆動テーブル用コントローラ３５を介して、コンピュータ３１とつながっており、コントローラ３５又はコンピュータ３１から各駆動装置に対して駆動量を出力できるようにしている。

【0059】

図３の構成では、可動プレート１４の位置を精密に測長するために、サーボプレス装置の外部に固定されて可動プレート１４の下面との距離を測定するギャップセンサ３２を設けている。ギャップセンサ３２は、ギャップセンサ用アンプ３３を介して、コンピュータ３１とつながっており、測定された可動プレート１４の下面との距離をコンピュータ３１に入力してコンピュータ３１で可動プレート１４の位置を精度良く検出して、パンチ１の初期位置Ｉ、間隔調整位置ＩＩ、下死点の位置ＩＩＩ、及び、最下点の位置ＩＶなどを検出できるようにしている。

【0060】

よって、制御部８０は、荷重センサ４５から測定された加工抵抗を取得するとともにギャップセンサ３２から測長された可動プレート１４の位置を取得して、取得した情報を基に、パンチ１の上下動の駆動量と駆動テーブル４６の駆動するための駆動量などの駆動情報を求めて、制御装置１８とコントローラ３５とにそれぞれ出力して、それぞれ駆動制御する。

【0061】

続けて、駆動テーブル４６の構成について、図４を用いて説明する。駆動テーブル４６は、外周の矩形枠状の固定部４６ａと、固定部４６ａの中央の矩形の開口部４６ｇ内に配置された中央の正方形などの矩形盤状の可動部４６ｂとで構成され、２つの部分４６ａ，４６ｂは４つの隅部と角部とがそれぞれ互いに弾性ヒンジ４６ｈにより繋がれた一体構造である。可動部４６ｂは、本例の場合、複数個（例えば図４では6個）の圧電素子４６ｃ（４６ｃ１～４６ｃ６）を駆動テーブル用コントローラ３５によってそれぞれ独立して駆動することによって、Ｘ軸方向に左右に移動、Ｙ軸方向に前後に移動、及び、γ方向に正逆回転される。図４では、一例として、固定部４６ａの内部に、可動部４６ｂの左側に中心線ＣＬに対して同じ間隔ｄをあけて２か所にＸ軸方向沿いの圧電素子４６ｃ５，４６ｃ６を配置し、左側の圧電素子４６ｃ５，４６ｃ６と同軸に可動部４６ｂの右側に中心線ＣＬに対して同じ間隔dをあけて２か所にＸ軸方向沿いの圧電素子４６ｃ２，４６ｃ３を配置し、可動部４６ｂの上側と下側に１か所ずつＸ軸方向には位置をずらせて（中心線ＣＬに対して距離dだけずらせて）Ｙ軸方向沿いの圧電素子４６ｃ１，４６ｃ４を配置している。各圧電素子４６ｃ１～４６ｃ６は、固定部４６ａの矩形の凹部４６ｋ内に配置され、各圧電素子４６ｃ１～４６ｃ６の底部と凹部４６ｋの底部との間には板ばね４６ｍが縮装されて各圧電素子４６ｃ１～４６ｃ６の先端がその先端に対面する可動部４６ｂの縁部を常に押圧して接触するように配置している。

【0062】

固定部４６ａの内部の左上側の圧電素子４６ｃ６と右下側の圧電素子４６ｃ３と下側の圧電素子４６ｃ４とのそれぞれの近傍には距離センサ４６ｄ（４６ｄ１～４６ｄ３）を備えて、各距離センサ４６ｄとそれに対面する可動部４６ｂの縁部との距離を測定し、測定した距離を各距離センサ４６ｄからコントローラ３５にフィードバックされ、Ｘ軸方向移動、Ｙ軸方向移動(並進)と、及びγ方向回転（Ｚ軸まわりの回転）の３軸駆動制御可能となっており、必要に応じてコントローラ３５で制御動作可能になっている。本例では小型化が容易なのでアクチュエータとして圧電素子４６ｃを使用したが、磁歪素子のようなアクチュエータであってもかまわない。

【0063】

このような構成において、圧電素子４６ｃ１～４６ｃ６に初期電圧が無い場合は、可動部４６ｂは片寄った位置にあり、設定した初期電圧を圧電素子４６ｃ１～４６ｃ６に掛けることで、可動部４６ｂは初期位置（具体的には、例えば、圧電素子４６ｃ１～４６ｃ６の可動範囲の中央付近に設定する位置）に移動する。同時に、この初期位置を距離センサ４６ｄ（４６ｄ１～４６ｄ３）の原点位置として設定する。以降の制御では、距離センサ４６ｄの位置を保持するフィードバック制御が働くので、駆動テーブル用コントローラ３５からの指令が無い限り、位置が変わることは無い。これらの電源投入時の初期動作は、圧電素子を使った可動ステージでは極めて一般的なシーケンスである。

【0064】

可動部４６ｂの可動について、Ｘ方向の並進動作を例に説明する。Ｘ方向に並進する場合には、距離センサ４６ｄ２が同じ位置を保った状態で、可動部４６ｂの左側の２つの圧電素子４６ｃ５，４６ｃ６と右側の４６ｃ２，４６ｃ３を同期駆動して同じ駆動量だけ、例えばＸ（―）方向に２μｍ移動するならば、距離センサ４６ｄ１が２μｍ小さくなるように圧電素子４６ｃ２，４６ｃ３を縮む方向に制御し、距離センサ４６ｄ３が２μｍ大きくなるように圧電素子４６ｃ５，４６ｃ６を伸びる方向に同期制御すればよい。同様に、Ｙ方向に並進動作する場合も、同様にＸ方向の距離センサ４６ｄ１と４６ｄ３が現状位置を維持した状態で、Ｙ方向の距離センサ４６ｄ２が所定の値となるようにＸ方向の圧電素子４６ｃ２，４６ｃ３，４６ｃ５，４６ｃ６と、Ｙ方向の圧電素子４６ｃ１，４６ｃ４を制御すれば良い。

【0065】

また、γ方向の回転（すなわち、Ｚ軸回りの回転）の仕方について、ここでは一例として、具体的に正回転（右回り）の方法について説明する。γ方向の回転は、回転角度を直接制御するのでなく微小な距離センサでの微小な変位を制御することで回転動作する。距離センサ４６ｄ１と４６ｄ３が同じ値だけ遠くなる方向に圧電素子４６ｃ３，４６ｃ６を伸びる方向に制御する。同時に、圧電素子４６ｃ２，４６ｃ５，４６ｃ１，４６ｃ４を同じ距離だけ縮む方向に制御する。但し、距離センサ４６ｄ２は現状位置を保持する。以上のように制御することで、可動部４６ｂが右回転する。このγ軸の回転角度と制御する距離との関係は、事前に校正すれば良い。

【0066】

中央の可動部４６ｂには、荷重センサ４５を介して下型２２が取り付けられる。即ち、図３に示すとおり、打抜き荷重のかかる下型２２は、可動部４６ｂに支えられ、可動部４６bはさらにベースプレート２５に移動可能に支えられる。

【0067】

次に、打抜き動作毎にダイ２の孔部２ａの内壁に付着したゴミ５を除去する動作について、図５を用いて詳細に説明する。なお、一例として、図５の説明においては、図３に示した打抜き装置１１において被加工物３を連続的に所定回数打抜くことで、打ち抜きに伴うゴミが発生し、ダイ内壁及びパンチ側面に付着しているものとする。

【0068】

打抜き装置１１内において、通常の打抜き動作から後述する条件に達したときは、ゴミ取り動作に移行する。ゴミ取り動作においては、被加工物３を打抜かないので、上型２１と下型２２との間に被加工物３は無いものとする。

【0069】

図５（ａ）において、上型２１は上方の所定の初期位置にあるとして、初期位置Ｉのパンチ１のみを描いているが、ストリッパー等も含めて特段取り外す必要は無い。ダイ２を含む下型２２は、駆動テーブル４６の上に、荷重センサ４５を介して設置してある。ダイ２の孔部内壁には、ゴミ５が堆積しているものとする。

【0070】

次いで、図５（ｂ）では、パンチ１の先端がダイ２の上面より微小な距離だけ（Δｔ、具体的な値は条件によって異なるが、例えば１０μｍ程度）下方に位置する間隔調整位置ＩＩまで下降させる。この間隔調整位置ＩＩでは、図示しないストリッパーは、ダイ２の上面と接触している。

【0071】

次いで、図５（ｃ）では、パンチ１の間隔調整位置ＩＩにおいて、駆動テーブル４６を駆動して、パンチ１とダイ２とが接触する位置まで接近させる。具体的には、３軸荷重センサ４５を使用し、水平分力となるＸ軸荷重（方向がＹ軸方向の場合は、Ｙ軸荷重）を検出することで、容易に接触位置を確認できる。この後更に、接触した位置から例えば０．５～１μｍだけパンチ１とダイ２とを離すと、なお良い。これは、後述のゴミ取り動作において、パンチ１とダイ２との摩擦を低減するためである。

【0072】

次いで、図５（ｄ）では、Ｚ軸方向にパンチ１を下降し、ダイ２内壁に付着したゴミ５をパンチ１の先端によって、こそぎ落とす。この時の加工速度は、打抜き速度と同じであってもかまわないし、遅くてもよい。パンチ１の最下点の位置ＩＶは、通常の加工時の下死点の位置ＩＩＩより下方であることが望ましい。さらに、パンチ１の最下点の位置ＩＶは、ダイ２の孔部内壁のストレート部を過ぎてテーパー形状で下方に向かうに従い広くなっている位置であることが望ましい。パンチ１の加工時における下死点の位置ＩＩＩと、ゴミ取り動作時の最下点の位置ＩＶが異なるような動作を含む場合、図３の実施例に示したようなサーボプレス装置を用いると、プログラムの変更だけで容易に変えることができるので、利便性が高い。

【0073】

次いで、図５（ｅ）は、最下点の位置ＩＶから上方への戻り動作である。最下点の位置ＩＶにおいて、パンチ１を図５（ａ）と同じセンター位置に戻した後に、上方の初期位置Ｉへ戻すことが望ましい。

【0074】

以上、図５（ａ）～（ｅ）の動作によって、ゴミ取りを実現することができる。

【0075】

なお、図５（ｃ）では、パンチ１とダイ２とをわずかに接触させる例を説明している。そのために荷重センサ４５は３軸センサが必要であるが、パンチ１とダイ２とのクリアランス７９の間隔が事前にわかっているのであれば、荷重センサ4５として、高価な３軸荷重センサを使用せずに、１軸荷重センサを使用しても、同様に操作できる。具体的には、例えば、クリアランス７９の間隔が事前に例えば１０μｍとするならば、駆動テーブル４６による水平移動距離を例えば９．５μｍとして移動させたとしても、パンチ１とダイ２とが接触することは無い。この場合、装置全体の構成をより安価に構成できる。

【0076】

次に、打抜き動作による通常の連続生産中から、どの様なタイミングでゴミ取り動作に入るのかを説明する。

【0077】

図１（ｂ）において、ダイ孔部内壁にゴミが付着すると、打抜き後の荷重がゼロとならずに増加することを説明している。そこで、打抜き時、及び打抜き後の荷重プロファイルに着目し、力積を比較することを考える。

【0078】

図６に打抜きプロセスにおける力積を、演算部の一例として機能するコンピュータ３１で算出する例を示す。縦軸は打抜き荷重であり、横軸が経過時間となる。打抜き開始点は、ストリッパーばね２４のリニアな荷重増加からパンチ１の先端が被加工物３に接触した段階なので、急激な荷重増加となって現れることでコンピュータ３１で検出できる。パンチ１の先端が被加工物３を貫通するときに要した時間は、打抜き速度と被加工物３の材料厚みとをコンピュータ３１に事前に記憶させることでコンピュータ３１で算出できる。よって、同図中の打抜き時荷重プロファイルから、打抜き時の力積Ａをコンピュータ３１で求めることができる。

【0079】

同様に、パンチ１の先端が被加工物３を貫通してから、下死点の位置ＩＩＩにパンチ１が到達するまでの時間がコンピュータ３１で予め設定されているため、ゴミ詰まり部の力積Ｂもコンピュータ３１で求まる。結果、打抜き時の力積Ａとゴミ詰まり部の力積Ｂとをコンピュータ３１で比較することで、ゴミ詰まりの進行程度をコンピュータ３１で求め、求めた進行程度を、打抜き装置１１の動作を打抜き動作による連続生産からゴミ取り動作に移行するための判定基準とすることができる。

【0080】

具体的には、コンピュータ３１において、生産からゴミ取り動作に移行する判定基準Ｊ＝Ｂ／Ａとする。ゴミ詰まり部の力積Ｂは、パンチ１と被加工物３との間の摩擦力、及びカス４とダイ２との間の摩擦力しかないので、非常に小さい（具体的には、Ｊ＜１）。しかしながら、ゴミ詰まりが生じると、Ｊの値は１以上に大きくなるので、判定基準として使用しやすい。但し、判定基準Ｊの値が小さすぎる場合、頻繁に打抜き装置１１が停止し、ゴミ取り動作に移行するので、打抜き装置１１としての生産性が低下する。反対に、大きな値に設定しすぎると、ゴミ取り動作に移行する前に金型破損等の大トラブルが発生する可能背もある。よって、その判定基準Ｊは、ユーザが状況を見ながら適切に設定する必要がある。具体的なゴミ取り動作に移行するＪの値としては、例えば２＜Ｊ＜１０が適切である。

【0081】

図７には、図６と異なり、打抜きプロセスにおける仕事をコンピュータ３１で算出する例を示す。縦軸は打抜き荷重であり、横軸がパンチ１の下降距離となる。図３において、ギャップセンサ３２の出力を横軸として取ればよい。打抜き開始点は、ストリッパーばね２４のリニアな荷重増加からパンチ１の先端が被加工物３に接触した段階なので、急激な荷重増加となって現れることでコンピュータ３１で検出できる。パンチ１の先端が被加工物３を貫通するのに要した距離は、被加工物３の材料厚みをコンピュータ３１に事前に記憶させることでコンピュータ３１で算出できる。よって、同図中の打抜き時荷重プロファイルから、打抜き時の仕事Ｃをコンピュータ３１で求めることができる。

【0082】

同様に、ゴミ詰まり部の仕事は、パンチ１の先端が被加工物３を貫通してから、下死点の位置ＩＩＩに到達するまでの下降距離がコンピュータ３１で予め設定されているため、ゴミ詰まり部の仕事Ｄもコンピュータ３１で求まる。結果、打抜き時の仕事Ｃとゴミ詰まり部の仕事Ｄとをコンピュータ３１で比較することで、ゴミ詰まりの進行程度をコンピュータ３１で求め、求めた進行程度を、打抜き装置の動作を連続生産からゴミ取り動作に移行するための判定基準とすることができる。

【0083】

具体的には、生産からゴミ取り動作に移行する判定基準Ｊ＝Ｄ／Ｃとする。ゴミ詰まり部の仕事Ｄは、パンチ１と被加工物３との間の摩擦力、及びカス４とダイ２との間の摩擦力しかないので、非常に小さい（具体的には、Ｊ＜１）。しかしながら、ゴミ詰まりが生じると、Ｊの値は１以上に大きくなるので、判定基準として使用しやすい。但し、判定基準Ｊの値が小さすぎる場合、頻繁に打抜き装置１１が停止し、ゴミ取り動作に移行するので、打抜き装置１１としての生産性が低下する。反対に大きな値に設定しすぎると、ゴミ取り動作に移行する前に金型破損等の大トラブルが発生する可能もある。よって、その判定基準Ｊは、ユーザが状況を見ながら適切に設定する必要がある。具体的なゴミ取り動作に移行するＪの値としては、例えば２＜Ｊ＜１０が適切である。

【0084】

なお、ゴミ取り動作への移行のきっかけについては、図６、図７の例と異なってもよい。最も単純な例として、所定の生産数を経たら、ゴミ取り動作に移行してもよい。もしくは、打抜き後の荷重が、打抜き荷重より大きくなったら、ゴミ取り動作に移行してもよい。

【0085】

次に、ゴミ取り動作の設定について、図８を使って説明する。

【0086】

パンチ１とダイ２との間には、Ｘ軸方向とＹ軸方向の設定クリアランス７９として（Δｘ、Δｙ）がある。このクリアランス７９は概ねΔｘ＝Δｙとなるが、便宜的に分けて記す。その上で、図８中右側に、設定例を記す。ここでは、判定基準Ｊを２０倍と設定し、Δｘ=±１０μｍ、Δｙ=±１０μｍ、動作モードは１と設定している。この“動作モード１”とは、例えば図９で後述するように、同図（ａ），（ｂ），（ｃ）・・・などのゴミ取り動作の基本パターンを指す。

【0087】

なお、例えば、生産からゴミ取り動作に移行するタイミングを、図６又は図７に記したように力積又は仕事と置くならば、その判定基準Ｊの設定部がコンピュータ３１内にあってもよい。あるいは、生産を所定の回数実施した後、その後、ゴミ取り動作に移行するならば、動作移行タイミングを生産回数としてもよい。更に、ゴミ取り動作時の駆動テーブル移動量の設定値があってもよい。加えて、どの様なモードで、ゴミ取り動作をするかを設定してもよい。

【0088】

ゴミ取り動作時のモードについては、図９を使って説明する。打抜き形状は製品によって多種多様で、矩形又は丸形状以外があるが、おおむねＸ軸方向、Ｙ軸方向にクリアランス７９があるので、形状に合わせて必要な動作モードを設定すればよい。

【0089】

図９の例では、パンチ１が矩形のパンチならば、孔部２ａにおいて、同図中（ａ）に示すような四隅に順に相対移動してゴミ取りするモード、（ｂ）に示す対角方向の２か所に動作させてゴミ取りするモード、（ｃ）はパンチ１が丸パンチによる例であり、ダイ２の孔部２ａの内壁に沿って一巡するかの如くゴミ取りするモード、などが考えられる。

【0090】

前記実施の形態１によれば、パンチ１を孔部２ａに挿入した状態で打抜き方向と直交する面内で駆動テーブル４６を駆動させることで、Ｘ軸方向又はＹ軸方向などの所定の方向においてパンチ１とダイ２との間のクリアランス７９の距離を縮め、その後、パンチ１を打抜き方向に駆動させるよう制御するゴミ取り動作を行うことができる。よって、打抜き加工によって発生した抜きカス４を除去することで、打抜き加工時にカス詰まりが発生することなく、金型破損に至るトラブルを回避でき、打抜き加工における生産性を向上することができる。

【0091】

なお、前記様々な実施の形態又は変形例のうちの任意の実施の形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施の形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施の形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施の形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0092】

本開示の前記態様にかかる打抜き装置及び打抜き方法は、打抜き加工によって発生したゴミを除去可能となり、打抜き加工時にカス詰まりが発生することなく、金型破損に至るトラブルを避けることができ、打抜き加工における生産性を向上することができる。よって、金属平板に限ることなく、樹脂フィルム、セラミックの本焼成前のシートの打ち抜きの用途にも適用できる。

【符号の説明】

【0093】

１ パンチ
２ ダイ
２ａ 孔部
３ 被加工物
４ 抜きカス、もしくは、（打抜かれた）加工物
１１ 打抜き装置
１２ サーボモータ
１３ 上プレート
１４ 可動プレート
１５ 架台
１６ シャフト
１７ ボールねじ
１８ サーボプレス用制御装置
２１ 上型
２２ 下型
２３ ストリッパー
２４ ストリッパーばね
２５ ベースプレート
３１ コンピュータ
３２ ギャップセンサ
３３ ギャップセンサ用アンプ
３４ 荷重センサ用コントローラ（荷重センサ用アンプ）
３５ ２軸（３軸）駆動テーブル用コントローラ
４５ 打抜き用荷重センサ（１軸又は３軸）
４６ ２軸（３軸）駆動テーブル
４６ａ 固定部
４６ｂ 可動部
４６ｃ、４６ｃ１～４６ｃ６ 圧電素子
４６ｄ、４６ｄ１～４６ｄ３ 距離センサ
４６ｈ 弾性ヒンジ
４６ｋ 凹部
４６ｍ 板ばね
７９ クリアランス
８０ 制御部
１０１ パンチ
１０２ ダイ
１０２ａ 孔部
１０３ 被加工物
１０４ 抜きカス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】