JP2004114228A

JP2004114228A - Ultrafine hole punching method and punching device

Info

Publication number: JP2004114228A
Application number: JP2002280621A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Mori; 森　敏彦; Kenji Hirota; 広田　健治; Yuichi Nakano; 中野　裕一; Shinji Kurimoto; 栗本　真司
Original assignee: Nagoya Industrial Science Research Institute
Current assignee: Nagoya Industrial Science Research Institute
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-15
Also published as: AU2003235954A1; WO2004028721A1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrafine hole punching method by pressing and a punching device which make good use of advantages of a punch made of a highly hard ceramic fiber, and in which a material of high strength is used for the material of a die. <P>SOLUTION: The ultrafine hole punching device 10 is provided with: a metallic holder member 13 to which the punch 15 of the ceramic fiber of 50 μm thick or below is fixed in a state where one end of the punch 15 is slightly projected from one end face in a longitudinal direction; a sliding support member 21 slidably holding the holder member; a die 23 having a straight die hole arranged to be separated from the tip of the punch in an axial direction, a fixing member fixing the sliding support member and the die; and a driving part 31 moving the holder member along the sliding support member. By applying voltage holding a space between the surface of the die and the tip of the punch provided with a metal membrane to a discharge distance, electric discharge occurs and the die hole is provided to the die. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製やプラスチック製の薄板等に微細な穴を精度良く加工形成でき、プリンター用インクジェットノズル、自動車用燃料噴射ノズル、高密度プリント基板、フィルタ、ガスタービン冷却用ガスセンサ等の高機能微細部品等の微細穴打ち抜きに利用可能である超微細穴打抜き加工方法及び超微細穴打抜き加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超微細穴打抜き加工方法としては、金属製のポンチ及びダイスを用いたプレス加工が知られているが、プレス加工によれば、ポンチの製作限界により穴の大きさが５０μｍ程度が加工限界であるという問題がある。これに対し、５０μｍ以下の穴あけが可能な超微細穴打抜き加工方法としては、レーザ加工、放電加工及びリソグラフィ加工が知られている。しかし、レーザ加工は、本質的に熱溶融による加工であるため、被加工材の材質に与える損傷が大きく、また穴形状がストレートではなく円錐面になるという問題がある。放電加工の場合、被加工材が電気伝導性の良い材料に限られる。又、リソグラフィ加工は、穴形状がエッチング液の特性に大きく左右されるという問題がある。さらに、これらプレス加工以外の加工方法の場合、プレス加工に比べて加工時間が大幅に長くなるという問題がある。
【０００３】
これに対して、本件発明者は、プレス加工による５０μｍ以下の穴あけ加工を精度良くかつ信頼性よく行うことが可能な超微細穴打抜き加工方法を発明した（例えば、非特許文献１、２参照）。この加工方法によれば、まず真直な金属製のホルダ部材により、直径が５０μｍ以下である高硬度の炭化珪素ＳｉＣ等のセラミックファイバーであるポンチをホルダ部材の長手方向（打ち抜き方向）に揃えてかつ一端をホルダ部材の一端面に合わせた状態で固定し、ホルダ部材の一端面を長手方向に対して垂直になるように研磨することにより、ポンチの一端面が平滑な面にされる。つぎに、ホルダ部材の一端側をエッチングによって除去することにより、ホルダ部材の一端面からポンチを所定長さ突出させる。
【０００４】
このホルダ部材がストロークベアリング等の摺動支持部材によって長手方向に摺動可能に保持され、摺動支持部材により保持されたホルダ部材の軸線方向に離間して金属製のダイス素材が配置され、さらに摺動支持部材とダイス素材とが固定部材により固定される。そして、ホルダ部材をホルダ駆動手段によって摺動支持部材に沿って移動させて、ホルダ部材から突出したポンチがダイス素材に押し付けられる。これにより、ダイス素材にポンチの外径よりわずかに大きな内径の真直なダイス穴が形成され、ダイス素材がダイスとして形成される。この超微細穴打抜き加工装置により、ダイス上に載置された薄板に対して、ポンチを薄板を貫通して該ダイスのダイス穴に挿通させることにより、薄板にポンチ外径である５０μｍ以下の真直な微細穴を簡易に形成することができる。
【０００５】
このように、ポンチとして高硬度のセラミックファイバーを採用することにより、直径５０μｍ以下の無欠陥で真円のポンチが容易に製造可能であり、従来のプレス加工に比べて非常に微細な穴の打ち抜きが可能になった。また、セラミックファイバーの採用により、ポンチの金属製被加工材に対する化学的親和性が低く、そのためポンチの焼付きや損耗が抑えられるという効果が得られる。
【０００６】
【非特許文献１】
「日本機械学会論文集６５巻６２９号Ｃ編」社団法人　日本機械学会刊、平成１１年１月、ｐ．３６９〜３７４
【非特許文献２】
「日本機械学会論文集６５巻６３５号Ｃ編」社団法人　日本機械学会刊、平成１１年７月、ｐ．３０５〜３１１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記超微細穴打抜き加工方法によれば、ダイス素材への穴あけ加工について、ポンチをダイスに直接押し付けて行うものであるため、ダイスの材質として高強度の材質を用いるとポンチが損傷を受け易く、高硬度のセラミックファイバー製のポンチを採用する利点を十分に生かすことができなかった。
【０００８】
本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、高硬度のセラミックファイバー製のポンチの利点を生かすと共にダイスの材質として高強度の材質を使用することが可能なプレス加工による超微細穴打抜き加工方法及び超微細穴打抜き加工装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために上記請求項１の発明の構成上の特徴は、ホルダ部材により、少なくとも１つのセラミックファイバーであるポンチをホルダ部材の打ち抜き方向に揃えて保持すると共に、ホルダ部材の一端面からポンチを突出させ、突出したポンチの表面に金属膜を設け、ホルダ部材を摺動支持部材によって長手方向に摺動可能に保持し、摺動支持部材により保持されたホルダ部材の一端面と対向する方向に一端面から離間して導電性のダイス素材を配置すると共に摺動支持部材とダイス素材とを絶縁状態で固定部材により固定し、ホルダ部材をホルダ駆動手段によって摺動支持部材に沿って移動させて、ホルダ部材から突出したポンチの先端とダイス素材の表面間を放電距離に保持した状態で、ポンチとダイス素材間に電圧を印加して放電を起こさせて、ダイス素材にポンチが挿通可能なダイス穴を形成することによりダイス素材をダイスとして形成し、ポンチとダイスとにより薄板に微細穴を形成することにある。
【００１０】
上記のように構成した請求項１の発明においては、ホルダ部材の一端面から突出したポンチの表面に金属膜を設けたことにより、ホルダ部材をホルダ駆動手段によって摺動支持部材に対して移動させて、ホルダ部材から突出したポンチの先端とダイス素材の表面間を放電距離に保持した状態で、ホルダ部材とダイス素材間に電圧を集中して印加することができ、これによりポンチ先端とダイス素材との間に確実に放電を発生させることができる。そのため、ダイス素材にポンチを直接接触させることなく、ダイス素材にポンチの太さよりわずかに大きなダイス穴を簡易に形成することができる。そして、摺動支持部材とダイス素材とが固定部材によって固定されており、ダイス穴の形成後も両者の位置関係が変化しないため、摺動支持部材に沿ってホルダ部材を移動させることにより、ポンチがダイスのダイス穴に確実に挿通される。そのため、この超微細穴打抜き加工方法によれば、薄板にポンチの太さに相当する微細穴を短時間に簡易かつ確実に形成することができる。また、ポンチは、ダイス穴形成において損傷を受けていないため、１０万回程度の打抜きが可能な長寿命が確保される。
【００１１】
また、上記請求項２の発明の構成上の特徴は、前記請求項１に記載の超微細穴打抜き加工方法において、セラミックファイバーであるポンチの太さを５０μｍ以下にしたことにある。この超微細穴打抜き加工方法により、５０μｍ以下のポンチの太さに相当する超微細穴を薄板に簡易かつ確実に形成することができる。
【００１２】
また、上記請求項３の発明の構成上の特徴は、前記請求項１又は２に記載の超微細穴打抜き加工方法において、放電距離に保持されたポンチとダイス素材間に電圧を印加して所定時間放電を起こさせた後、ポンチを放電距離から所定の第１長さだけ離し、さらに一定時間後にポンチの先端を放電距離より所定の第２長さだけダイス素材に近づけて所定時間放電を起こさせる処理を繰り返し行うことにある。
【００１３】
上記のように構成した請求項３の発明においては、ホルダ部材から突出したポンチの先端とダイス素材の表面間を放電距離に保持した状態で、ホルダ部材とダイス素材間に所定時間放電を発生させた後、ポンチを放電距離から第１長さだけ離すことにより、放電によるポンチの損傷を適正に防止することができる。さらに、一定時間後にポンチの先端を放電距離より第２長さだけダイス素材に近づけて所定時間放電を行うことにより、ほぼ一定深さづつ穴を加工することができる。このような放電処理を繰り返し行うことにより、ポンチの太さに相当する大きさのダイス穴を有するダイスを形成することができる。
【００１４】
また、上記請求項４の発明の構成上の特徴は、少なくとも１つのセラミックファイバーであるポンチを打ち抜き方向に揃えてかつポンチの一端が打ち抜き方向の一端面からわずかに突出した状態で固定したホルダ部材と、ホルダ部材を打ち抜き方向に摺動可能に保持する摺動支持部材と、ホルダ部材のポンチの軸線方向にポンチ先端から離間して配設され、ポンチが挿通可能なダイス穴を有するダイスと、摺動支持部材とダイスとを絶縁状態で固定する固定部材と、ホルダ部材を摺動支持部材に沿って打ち抜き方向に移動させるホルダ駆動手段とを備え、ダイスは、ホルダ部材の一端面と対向すると共に一端面から打ち抜き方向に離間して配設された導電性のダイス素材の表面とホルダ部材から突出した表面に金属膜を設けたポンチの先端との間を放電距離に保持した状態で、ポンチとダイス素材間に電源から電圧を印加して放電を起こしてダイス素材にダイス穴を設けたものであることにある。
【００１５】
上記のように構成した請求項４の発明においては、ホルダ部材は、セラミックファイバーであるポンチを打ち抜き方向に揃えてかつその一端が一端面からわずかに突出した状態で固定したものである。さらに、ダイスは、ホルダ部材の一端面と対向すると共に一端面に対して打ち抜き方向に離間して配設された金属製のダイス素材の表面とホルダ部材から突出した表面に金属膜を設けたポンチの先端との間を放電距離に保持した状態で、ポンチとダイス素材間に電源から電圧を印加して放電を起こしてダイス素材にダイス穴を形成することにより得られたものである。そのため、この超微細穴打抜き加工装置によれば、ポンチの太さに相当する微細穴を薄板に短時間に簡易かつ確実に形成することができる。また、ポンチが、ダイス穴形成において損傷を受けていないため、１０万回程度の打抜きが可能である。
【００１６】
また、上記請求項５の発明の構成上の特徴は、前記請求項４に記載の超微細穴打抜き加工装置において、セラミックファイバーであるポンチの太さが５０μｍ以下であることにある。この超微細穴打抜き加工装置により、ポンチの太さに相当する超微細穴を薄板に簡易かつ確実に形成することができる。
【００１７】
また、上記請求項６の発明の構成上の特徴は、前記請求項４又は５に記載の超微細穴打抜き加工装置において、放電距離に保持されたポンチとダイス素材間に電源により電圧を印加させて所定時間放電を起こした後、ホルダ駆動手段によりポンチを放電距離から所定の第１長さだけ離し、さらに一定時間後にホルダ駆動手段によりポンチの先端を放電距離より所定の第２長さだけダイス素材に近づけて、電源により電圧を印加させて所定時間放電を起こす処理を繰り返し行わせる放電制御手段を設けたことにある。
【００１８】
上記のように構成した請求項６の発明においては、放電制御手段の制御に基づいて、ホルダ駆動手段により、ホルダ部材から突出したポンチの先端とダイス素材の表面間を放電距離に保持した状態で、電源によりポンチ先端とダイス素材間に電圧を印加させて所定時間放電を発生させる。その後、ホルダ駆動手段により、ポンチを放電距離から第１長さだけ離すことにより、ポンチの放電による損傷が適正に防止される。さらに、放電制御手段の制御に基づいて、ホルダ駆動手段により、一定時間後にポンチの先端を放電距離より第２長さだけダイス素材に近づけて、電源による電圧の印加によってポンチ先端とダイス素材間に所定時間放電を発生させることにより、ほぼ一定深さづつ穴を加工することができる。このような放電制御手段の制御に基づいて、放電処理を繰り返し行うことにより、ポンチの太さよりわずかに大きいダイス穴を有するダイスを備えた超微細穴打抜き加工装置が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、一実施形態である超微細穴打抜き加工装置の概略構成をブロック図により示し、図２は打抜きブロックを斜視図により示し、図３はホルダ部材を部分断面図により示し、図４はダイスを正面図及び断面図により示したものである。超微細穴打抜き加工装置１０は、立方形状のハウジング１１と、ハウジング１１内の下側に収容されてその内壁面に設けたブラケット１１ａに固定された単一穴形成用の打抜きブロック１２と、ハウジング１１内の上側に収容されて打抜きブロック１２を作動させる駆動部３１と、駆動部３１の駆動を制御する制御部３６と、制御部３６の制御により放電電圧を印加する放電用電源３８とを備えている。
【００２０】
打抜きブロック１２は、図２に示すように、一端面（図示下端面）の中心位置から同軸状に直径が５０μｍ以下である高硬度の炭化珪素ＳｉＣ製のセラミックファイバーであるポンチ１５がわずかに突出したホルダ部材１３と、ホルダ部材１３の他端側（図示上端側）に同軸的に取り付けられた金属製丸棒である支持棒１７を摺動自在に保持するストロークベアリング等の筒状の摺動支持部材２１と、ブラケット１１ａに載置固定されたダイス２３と、所定間隔を隔ててダイス２３と摺動支持部材２１とが同軸状に対向して配置された状態で、ダイス２３と摺動支持部材２１とを側面側で連結する連結板２５とを備えている。高硬度の炭化珪素ＳｉＣ製のファイバーは、ノズルから材料を吹き出す紡糸法等により形成された網目構造になっているものである。なお、セラミックファイバーとしては、高硬度の炭化珪素ＳｉＣ等の炭素系の材料が好ましい。
【００２１】
ホルダ部材１３は、図３に示すように、一対の半円柱形状のアルミニウム製のケースからなるホルダ１４と、ホルダ１４の軸心位置に軸方向に沿って配置されその一端がホルダ１４の一端面からわずかに突出した状態で挟持されたセラミックファイバー製のポンチ１５と、一端側の軸穴にホルダ１４がその一端がわずかに突出した状態で挿嵌されると共に他端側の軸穴に支持棒１７が挿嵌された円筒形の固定部材である固定金具１６とを備えている。ホルダ１４及び支持棒１７は、固定金具１６の一端側及び他端側外壁に設けたねじ穴１６ａ，１６ｃに螺着されたボルト１６ｂ，１６ｄを締付けることにより固定金具１６に固定されている。
【００２２】
ホルダ部材１３の形成は、図５に示すように行われる。まず、一対の半円柱形状のアルミニウム製のケースからなるホルダ１４の軸心位置にて、ポンチ１５が、軸線方向に沿ってかつその一端をホルダ１４の一端面に合せた状態でホルダ１４に挟持される（図５（ａ））。このホルダ１４が、その一端側がわずかに突出した状態で円筒形の固定金具１６に挿嵌され、固定金具１６で締付けることにより固定金具１６に固定される（図５（ｂ））。なお、支持棒１７の固定金具１６への取り付けについては、ホルダ１４の取り付けと同時でも、ホルダ部材１４の加工後に別個に行われてもよい。
【００２３】
つぎに、固定金具１６に固定されたホルダ１４の突出部分が、中心部を除いて円錐面になるように旋盤加工により除去され、さらに、ホルダ１４の突出部分がダイヤモンド砥粒による研磨、木綿布によるバフ研磨、平坦ステンレス板上での研磨の３段階で研磨され、ポンチ１５の先端が平坦化され平坦な刃角になるように形成される（図５（ｃ））。なお、旋盤加工と、研磨の順序については、逆であってもよい。つぎに、ホルダ１４の一端側を電解液に接触させ、ホルダ１４と電解液間に電圧を加えることにより、ホルダ１４先端部分が、電解研磨によりエッチング除去され（図５（ｄ））、先端部分からポンチ１５が所望の長さで突出したホルダ部材１３が形成される（図５（ｅ））。
【００２４】
ホルダ部材１３は、支持棒１７を摺動支持部材２１に挿通することにより摺動支持部材２１に摺動自在に取り付けられる。支持棒１７の摺動支持部材２１から突出した突出端には、押圧板１８が軸に対して直角に固定されて径方向外方に向けて延びている。また、支持棒１７の摺動支持部材２１から突出した部分には、コイルスプリング１９が巻装されている。ホルダ部材１３は、コイルスプリング１９によって支持棒方向に付勢されており、固定金具１６の他端が摺動支持部材２１の端面に当接した状態にされている。摺動支持部材２１の側面にはブラケット２２が取り付けられて径方向に延びている。
【００２５】
ダイス２３は、図４に示すように金属製の直方体ブロック形状で、上面２３ａが長手方向の中間位置を中心として両側に傾斜した対称な山状にされており、幅方向の一側面側２３ｂ（図示前面側）にて底面２３ｃから上面２３ａの山状の頂部に向けて垂直に凹部２３ｄが形成されており、頂部側が半円状に丸められて頂部との間に１ｍｍ程度の厚さの薄肉部２３ｅを残している。この薄肉部２３ｅの頂部に、ポンチ１５が挿通可能にされたダイス穴２３ｆが上下方向に貫通して形成されている。また、ダイス２３は長手方向の両側に、幅方向に貫通した取付穴２３ｇを設けている。ダイス２３は、ホルダ部材１３の一端面と所定間隔を隔て、ポンチ１５とダイス穴２３ｆが同軸に位置するように配置されており、その側面にブラケット２４が取付穴２３ｇに挿入したボルト（図示しない）により締め付け固定されている。樹脂製の連結板２５が、ブラケット２２とブラケット２４に取り付けられて両者間を連結することにより、打抜きブロック１２が一体で形成される。打抜きブロック１２は、ハウジング１１に設けたブラケット１１ａに載置され固定される。
【００２６】
駆動部３１は、ハウジング１１内の図示右上端に取り付けられたブラケット１１ｂに固定されて垂直下方に向けて延びる圧電式アクチュエータ３２と、アクチュエータ３２に通電する駆動電源３３と、アクチュエータ３２の動きを機械的に増幅させるためのカンチレバー３４とを備えている。カンチレバー３４は、長尺状の本体３４ａと、固定端部３４ｂと、両者を真直状態で連結する薄肉の連結片３４ｃとを一体で有している。
【００２７】
カンチレバー３４は、圧電式アクチュエータ３２の下端の右側にて固定端部３４ｂにてハウジング１１内壁に固定されており、長尺状の本体３４ａが打抜きブロック１２側に向けて水平に延びている。カンチレバー３４は、連結片３４ｃに続く本体３４ａ位置がアクチュエータ３２によって上下に押されるようになっており、固定端部３４ｂを支点として連結片３４ｃが曲げられることにより、本体３４ａが上下方向に移動可能になっている。カンチレバー３４の本体３４ａの自由端は、支持棒１７の上端の押圧板１８上に配置されており、その下面に押圧板１８を押す突起部３４ｄを設けている。また、カンチレバー３４の先端上面には、コイルバネの巻装された突出棒３４ｅが支持棒１７の延長方向に設けられている。突出棒３４ｅは、ハウジング１１に固定されたブラケット１１ｃに当接することにより上方への移動が所定範囲内に制限されている。また、ハウジング１１内には、制御部３６と、放電用電源３８が設けられている。制御部３６は、駆動部３１の駆動電源３３の通電状態を制御すると共に、放電用電源３８の通電状態の制御も行う。
【００２８】
つぎに、超微細穴打抜き加工装置を用いてダイス２３のダイス穴２３ｆの形成について説明する。
まず、電解研磨により先端部分からポンチ１５が突出したホルダ１４の一端側に金を蒸着することにより、突出したポンチ１５の表面に金膜が塗布される。これにより、絶縁材であるセラミックファイバー製のポンチ１５Ａに導電性が持たされる。図６に示すように、上記超微細穴打抜き加工装置において、ポンチ１５Ａの表面に金膜が塗布されたホルダ部材１３が、支持棒１７を摺動支持部材２１に挿通させることにより摺動支持部材２１に取り付けられる。さらに、ダイス２３の代りに、ダイス２３の上面の薄肉部２３ｅに貫通穴が設けられていない状態のダイス素材２３Ａが超微細穴打抜き加工装置に取り付けられる。
【００２９】
この状態で、制御部３６の制御に基づいて、駆動電源３３の通電制御が行われ、アクチュエータ３２が駆動される。これに応じてカンチレバー３４が押されて、それに伴い支持棒１７が下に押されることによりホルダ部材１３の下端に突出したポンチ１５Ａと、ダイス素材２３Ａの上面薄肉部２３ｅとの間が適正な放電距離ｄｈに設定される。この状態で、制御部３６の制御に基づいて放電用電源３８によりダイス素材２３Ａとホルダ部材１３との間に所定電圧が所定時間ｔ１印加されることにより、ダイス素材２３Ａと導電性のポンチ１５Ａの先端との間に放電が発生し、その放電によりポンチ１５Ａと対向するダイス素材２３Ａの薄肉部２３ｅが溶融してわずかに穴が開けられる。ホルダ部材１３のポンチ１５Ａについては、セラミックファイバー製であるため、短時間の放電では損傷はない。所定時間ｔ１の経過後に、制御部３６の制御によりアクチュエータ３２が駆動され、ホルダ部材１３が引上げられ、ポンチ１５先端が放電距離ｄｈから５μｍ上方に引上げられる。
【００３０】
さらに所定時間ｔ２経過後に、制御部３６の制御によりアクチュエータ３２が所定電圧で駆動されこれに応じてカンチレバー３４が押されて、それに伴い支持棒１７が下に押されることによりホルダ部材１３の下端に突出したポンチ１５Ａと、ダイス素材２３Ａの上面薄肉部２３ｅとの間が放電距離ｄｈより１μｍ下になるように設定される。そして、放電の所定時間ｔ１の経過後に、制御部３６の制御によりアクチュエータが駆動され、ホルダ部材１３が引上げられ、ポンチ１５先端が同様に５μｍ上方に引上げられる。このように、制御部３６の制御により、最初の放電距離ｄｈから、放電終了後に５μｍ引上げられ、その後１μｍずつ下方に引き下げられるいわゆる５μｍターン放電処理が行われる。
【００３１】
実際には、図７に示すように、ポンチ１５Ａを放電距離ｄｈから離れた上の位置で、５μｍ下げて放電電圧を加え、所定時間ｔ１経過後に、５μｍ引上げられ、一定時間ｔ２経過後に１μｍ加えて（１＋５）μｍポンチが下され、所定時間１放電電圧が加えられた後、５μｍ引上げられ、このような５μｍターン放電パターンが繰り返し行われる。これにより、ダイス素材２３Ａの薄肉部２３ｅにポンチ１５の外径よりわずかに大きな内径の真直なダイス穴２３ｆを形成することができる。
【００３２】
このように形成されたポンチ１５の挿通可能なダイス穴２３ｆを有するダイス２３を備えた超微細穴打抜き加工装置を用い、ダイス２３上に載置された薄板Ｗに対して、ポンチ１５を薄板Ｗを貫通してダイス２３のダイス穴２３ｆに挿通させることにより、薄板に５０μｍ以下で真直な微細穴を短時間に簡易に形成することができる。
【００３３】
以上に説明したように、本実施形態によれば、ホルダ部材１３の一端面から突出したポンチ１５の表面に金属膜を設けたことにより、ホルダ部材１３から突出したポンチ１５Ａの先端とダイス素材２３Ａの表面間を放電距離に保持した状態で、ホルダ部材１３とダイス素材２３Ａ間に電圧を印加したときに、ポンチ１５先端とダイス素材２３Ａとの間に確実に放電が発生する。これにより、ダイス素材２３Ａにポンチ１５の外径よりわずかに大きな内径の真直なダイス穴２３ｆを形成することができる。
【００３４】
そして、摺動支持部材２１とダイス素材２３Ａとが連結板２５によって固定されており、ダイス穴２３ｆの形成後も両者の位置関係が変化しないため、摺動支持部材２１に沿ってホルダ部材１３を移動させることにより、ポンチ１５がダイス２３のダイス穴２３ｆに確実に挿通可能にされている。そのため、本実施形態においては、ダイス２３上に載置された薄板Ｗに対して、ポンチ１５を薄板Ｗを貫通してダイス穴２３ｆに挿通させることにより、薄板Ｗに５０μｍ以下の大きさの微細穴を短時間に簡易に形成することができる。これにより、本実施形態に係る超微細穴打抜き加工装置は、プリンター用インクジェットノズル、自動車用燃料噴射ノズル、高密度プリント基板、フィルタ、ガスタービン冷却用ガスセンサ等の高機能微細部品等の微細穴打ち抜きに好適に利用可能である。
【００３５】
また、ダイス穴２３ｆの形成において、放電距離にて所定時間ｔ１放電を行った後、ポンチを放電距離から５μｍ離し、一定時間後にポンチの先端を放電距離より１μｍだけダイス素材２３Ａに近づけて所定時間放電を行う、５μｍターン放電処理を繰り返し行うことにより、ポンチ１５に損傷を与えることなく、ポンチ外径よりわずかに大きい内径の真直なダイス穴２３ｆを有するダイス２３を形成することができる。そのため、ポンチ１５は、１０万回程度の打抜きが可能な長寿命が確保される。
【００３６】
なお、上記実施形態においては、ダイス部材は１本のポンチを備えるものであるが、これに限らず複数本のポンチを備えたダイス部材とすることも可能である。また、上記実施形態においては、ポンチの太さが５０μｍ以下とすることにより、超微細な穴の打ち抜きが可能であるという特に大きな効果が得られるものであるが、ポンチの太さが５０μｍより大きい場合にも本発明を適用することは無論可能である。さらに、上記実施形態において、ポンチにより形成する微細穴の形状が円形であるが、これに限らず、ポンチの形状を変えることにより、微細穴の形状を楕円形、多角形とすることも可能である。
【００３７】
また、上記実施形態においては、ポンチを放電距離から離す第１長さが５μｍに設定され、さらにポンチの先端を放電距離よりダイス素材に近づける第２長さが１μｍに設定されているが、これに限らず、第１長さ及び第２長さを、ポンチの径、ダイスの形状、印加電圧等により、種々変更して設定することが可能である。その他、上記実施形態に示した超微細穴打抜き加工装置の構成については一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々変更して実施することが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
上記請求項１の発明によれば、ホルダ部材から突出した表面に金属膜が被覆されたポンチの先端とダイス素材の表面間を放電距離に保持した状態で、ポンチ先端とダイス素材間に確実に放電を発生させることができ、ダイス素材にポンチの太さよりわずかに大きなダイス穴を簡易かつ確実に形成することができる。また、ポンチにより直接ダイス穴加工を行う必要がないので、ポンチの損傷が防止される。そして、摺動支持部材とダイス素材とが固定部材によって固定されているので、そのままの状態で、摺動支持部材に沿ってホルダ部材を移動させることにより、ポンチがダイスの貫通穴に確実に挿通される。その結果、請求項１の発明においては、薄板に対してポンチの太さに相当する微細穴を短時間に簡易かつ確実に形成することができると共に、ポンチの寿命も確保される。
【００３９】
また、５０μｍ以下の太さのポンチを用いることにより、ポンチの太さに相当する超微細穴が薄板に簡易かつ確実に形成される（請求項２の発明の効果）。さらに、ポンチの先端とダイス素材の表面間に定時間放電を発生させた後、ポンチを放電距離から第１長さだけ離し、さらに一定時間後にポンチの先端を放電距離より第２長さだけダイス素材に近づけて所定時間放電を行う、放電処理を繰返すことにより、ポンチの太さに相当する大きさのダイス穴を有するダイスを簡易に形成することができると共に、ポンチの寿命をさらに長くすることができる（請求項３の発明の効果）。
【００４０】
上記請求項４の発明によれば、打抜き加工装置のダイスは、ホルダ部材の一端面と対向すると共に長手方向に離間して配設された金属製のダイス素材の表面とホルダ部材から突出した表面に金属膜を設けたポンチの先端との間を放電距離に保持した状態で、ポンチとダイス素材間に電源により電圧を印加して放電を起こしてダイス素材にダイス穴を設けたものである。そのため、請求項４の発明においては、ポンチの太さに相当する微細穴を薄板に簡易かつ確実に形成することができる共に、ポンチの寿命も確保される。また、打ち抜き加工装置が、５０μｍ以下の太さのポンチを備えることにより、ポンチの太さに相当する超微細穴を薄板に簡易かつ確実に形成することができる（請求項５の発明の効果）。さらに、放電制御手段の制御に基づいて、ホルダ駆動手段により、ポンチを放電距離から第１長さ離し、また放電距離より第２長さ近づけさせて、放電処理が繰り返し行われることにより、ダイスにダイス穴が形成されているため、ポンチに損傷を与えることなく、ポンチの太さよりわずかに大きいダイス穴を有するダイスを備えた超微細穴打抜き加工装置が得られる（請求項６の発明の効果）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である超微細穴打抜き加工装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】超微細穴打抜き加工装置の打抜きブロックを示す斜視図である。
【図３】ホルダ部材を示す部分断面図である。
【図４】ダイスを示す正面図及び断面図である。
【図５】ホルダ部材の製造過程を説明する説明図である。
【図６】ダイスの製造方法を説明する説明図である。
【図７】ダイスの製造における放電のタイミングを説明するグラフである。
【符号の説明】
１０…超微細穴打抜き加工装置、１１…ハウジング、１２…打抜きブロック、１３…ホルダ部材、１４…ホルダ、１５…ポンチ、１６…固定金具、１７…支持棒、１９…コイルスプリング、２１…摺動支持部材、２３…ダイス、２３Ａ…ダイス素材、３１…駆動部、３２…アクチュエータ、３３…駆動電源、３４…カンチレバー、３６…制御部、３８…放電用電源。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can accurately form fine holes in a metal or plastic thin plate and the like, and has high performance of ink jet nozzles for printers, fuel injection nozzles for automobiles, high density printed circuit boards, filters, gas sensors for gas turbine cooling, etc. The present invention relates to an ultra-fine hole punching method and an ultra-fine hole punching apparatus which can be used for micro-hole punching of fine parts and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for punching an ultra-fine hole, press working using a metal punch and die is known. However, according to the press working, the hole size is about 50 μm due to the manufacturing limit of the punch. There is a problem that is. On the other hand, laser processing, electric discharge processing, and lithography processing are known as ultra-fine hole punching methods capable of forming holes of 50 μm or less. However, since laser processing is essentially processing by heat melting, there is a problem that the material to be processed is significantly damaged and the hole shape is not straight but conical. In the case of electric discharge machining, the material to be processed is limited to a material having good electric conductivity. Further, the lithography process has a problem that the hole shape is greatly affected by the characteristics of the etching solution. Further, in the case of the processing methods other than the press processing, there is a problem that the processing time is significantly longer than that of the press processing.
[0003]
On the other hand, the present inventor has invented an ultra-fine hole punching method capable of accurately and reliably punching holes of 50 μm or less by press working (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). . According to this processing method, first, a punch, which is a ceramic fiber made of a high-hardness silicon carbide SiC or the like having a diameter of 50 μm or less, is aligned in the longitudinal direction (punching direction) of the holder member with a straight metal holder member. By fixing one end to the one end surface of the holder member and polishing the one end surface of the holder member so as to be perpendicular to the longitudinal direction, the one end surface of the punch is made smooth. Next, by removing one end side of the holder member by etching, the punch is projected from the one end surface of the holder member by a predetermined length.
[0004]
The holder member is slidably held in a longitudinal direction by a slide support member such as a stroke bearing, and a metal die material is arranged apart from the holder member held by the slide support member in the axial direction. The sliding support member and the die material are fixed by a fixing member. Then, the holder member is moved along the sliding support member by the holder driving means, and the punch projecting from the holder member is pressed against the die material. As a result, a straight die hole having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the punch is formed in the die material, and the die material is formed as a die. With this ultra-fine hole punching device, a punch is passed through a thin plate placed on a die, and inserted into a die hole of the die, so that the thin plate has a punch outer diameter of 50 μm or less. Fine holes can be easily formed.
[0005]
In this way, by using a ceramic fiber of high hardness as a punch, a defect-free and perfectly circular punch having a diameter of 50 μm or less can be easily manufactured, and punching of a very fine hole compared with the conventional press working. Is now possible. Further, the use of the ceramic fiber has an effect that the chemical affinity of the punch with respect to the metal work material is low, so that the punch is prevented from being seized or worn.
[0006]
[Non-patent document 1]
“Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 65, No. 629, C”, published by The Japan Society of Mechanical Engineers, January 1999, p. 369-374
[Non-patent document 2]
“Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 65, No. 635, C”, published by The Japan Society of Mechanical Engineers, July 1999, p. 305-311
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above-described ultra-fine hole punching method, punching is performed by directly pressing a punch on a die when punching a die material. Therefore, if a high-strength material is used as the material of the die, the punch is damaged. The advantage of using a ceramic fiber punch that is easy and hard can not be fully utilized.
[0008]
The present invention is intended to solve the above-described problem, and makes use of the advantage of a punch made of a high-hardness ceramic fiber and punches an ultra-fine hole by a press working capable of using a high-strength material as a material of a die. An object of the present invention is to provide a processing method and an ultra-fine hole punching processing apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a structural feature of the invention according to claim 1 is that at least one punch made of ceramic fibers is held by a holder member in the punching direction of the holder member and one end surface of the holder member. , A metal film is provided on the surface of the protruding punch, the holder member is slidably held in a longitudinal direction by a sliding support member, and is opposed to one end surface of the holder member held by the sliding support member. The conductive dice material is arranged at a distance from one end face in the direction in which the sliding support member and the dice material are fixed by a fixing member in an insulated state, and the holder member is moved along the sliding support member by holder driving means. Move and apply a voltage between the punch and the die material while maintaining the discharge distance between the tip of the punch protruding from the holder member and the surface of the die material. And to cause a discharge Te, the die material is formed as a die by a punch to the die material to form a can be inserted die holes is to form fine holes in the thin plate by the punch and die.
[0010]
In the first aspect of the present invention, since the metal film is provided on the surface of the punch projecting from one end surface of the holder member, the holder member is moved by the holder driving means with respect to the sliding support member. With the discharge distance between the tip of the punch protruding from the holder member and the surface of the die material maintained at a discharge distance, voltage can be concentrated and applied between the holder member and the die material. The discharge can be reliably generated between the first and second steps. For this reason, a die hole slightly larger than the thickness of the punch can be easily formed in the die material without directly contacting the punch with the die material. Since the sliding support member and the die material are fixed by a fixing member, and the positional relationship between the two does not change even after the die hole is formed, the punch member is moved by moving the holder member along the sliding support member. Is securely inserted into the die hole of the die. Therefore, according to this ultra-fine hole punching method, it is possible to easily and reliably form a fine hole corresponding to the thickness of a punch in a thin plate in a short time. In addition, since the punch is not damaged in forming the die hole, a long service life capable of punching about 100,000 times is secured.
[0011]
A structural feature of the second aspect of the present invention is that, in the ultra-fine hole punching method according to the first aspect, the thickness of the punch, which is a ceramic fiber, is set to 50 μm or less. With this ultra-fine hole punching method, ultra-fine holes corresponding to a punch thickness of 50 μm or less can be easily and reliably formed in a thin plate.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the method for punching ultra-fine holes according to the first or second aspect, a predetermined voltage is applied by applying a voltage between the punch and the die material held at a discharge distance. After the time discharge has occurred, the punch is separated from the discharge distance by a predetermined first length, and after a predetermined time, the tip of the punch is brought closer to the die material by a predetermined second length from the discharge distance to generate a discharge for a predetermined time. This is to repeatedly perform the processing for causing the error.
[0013]
In the invention according to claim 3 configured as described above, a discharge is generated between the holder member and the die material for a predetermined time while maintaining the discharge distance between the tip of the punch projecting from the holder member and the surface of the die material. After that, the punch is separated from the discharge distance by the first length, so that damage to the punch due to the discharge can be properly prevented. Further, after a predetermined time, the tip of the punch is brought closer to the die material by a second length from the discharge distance and the discharge is performed for a predetermined time, whereby a hole having a substantially constant depth can be machined. By repeatedly performing such discharge treatment, a die having a die hole having a size corresponding to the thickness of the punch can be formed.
[0014]
Further, a structural feature of the invention according to claim 4 is that a holder member in which at least one ceramic fiber punch is aligned in a punching direction and one end of the punch is slightly protruded from one end surface in the punching direction. A sliding support member that holds the holder member slidably in the punching direction, and a die that is disposed apart from the tip of the punch in the axial direction of the punch of the holder member and has a die hole through which the punch can be inserted, A fixing member for fixing the sliding support member and the die in an insulated state; and holder driving means for moving the holder member in a punching direction along the sliding support member, wherein the die faces one end surface of the holder member. And the tip of a punch provided with a metal film on the surface of the conductive die material disposed apart from the one end face in the punching direction and the surface protruding from the holder member. During in a state held in the discharge distance, lies in is provided with a die hole in a die material causing the discharge by applying a voltage from a power source between the punch and the die material.
[0015]
In the invention of claim 4 configured as described above, the holder member is formed by fixing punches made of ceramic fibers in the punching direction and having one end thereof slightly projecting from one end surface. Further, the die is provided with a metal film on a surface of a metal die material disposed opposite to one end surface of the holder member and spaced apart from the one end surface in a punching direction and a surface protruding from the holder member. In this state, a voltage is applied from a power source between the punch and the die material while a discharge distance is maintained between the die and the tip of the die to cause a discharge to form a die hole in the die material. Therefore, according to this ultra-fine hole punching apparatus, fine holes corresponding to the thickness of a punch can be easily and reliably formed in a thin plate in a short time. Further, since the punch is not damaged in forming the die hole, it can be punched about 100,000 times.
[0016]
A structural feature of the fifth aspect of the present invention is that, in the ultra-fine hole punching apparatus according to the fourth aspect, a punch made of a ceramic fiber has a thickness of 50 μm or less. With this ultra-fine hole punching apparatus, ultra-fine holes corresponding to the thickness of a punch can be easily and reliably formed in a thin plate.
[0017]
The constitution of the invention according to claim 6 is characterized in that in the ultra-fine hole punching apparatus according to claim 4 or 5, a voltage is applied by a power supply between the punch and the die material held at a discharge distance. After the discharge has occurred for a predetermined time, the punch is separated by a predetermined first length from the discharge distance by the holder driving means, and after a predetermined time, the tip of the punch is diced by the holder driving means by a predetermined second length from the discharge distance. There is provided a discharge control means for causing a process to generate a discharge for a predetermined time by applying a voltage from a power source close to the material.
[0018]
In the invention according to claim 6 configured as described above, based on the control of the discharge control means, the holder driving means maintains the discharge distance between the tip of the punch projecting from the holder member and the surface of the die material at a discharge distance. Then, a voltage is applied between the tip of the punch and the die material by a power source to generate a discharge for a predetermined time. Thereafter, the punch is separated from the discharge distance by the first length by the holder driving means, so that damage due to discharge of the punch is properly prevented. Further, based on the control of the discharge control means, the tip of the punch is brought closer to the die material by a second length from the discharge distance after a predetermined time by the holder driving means, and a voltage is applied between the tip of the punch and the die material by applying a voltage from a power supply. By generating a discharge for a predetermined time, holes can be machined at a substantially constant depth. By repeatedly performing the discharge process based on the control of the discharge control means, it is possible to obtain an ultra-fine hole punching apparatus provided with a die having a die hole slightly larger than the thickness of the punch.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultra-fine hole punching apparatus according to one embodiment, FIG. 2 is a perspective view of a punching block, FIG. 3 is a partial sectional view of a holder member, and FIG. FIG. 2 is a front view and a sectional view of a die. The ultra-fine hole punching apparatus 10 includes a cubic housing 11, a punching block 12 for forming a single hole fixed to a bracket 11a provided on an inner wall surface of the housing 11, and a housing. A driving unit 31 housed on the upper side of the unit 11 to operate the punching block 12; a control unit 36 for controlling the driving of the driving unit 31; and a discharge power supply 38 for applying a discharge voltage under the control of the control unit 36. ing.
[0020]
As shown in FIG. 2, a punch 15 which is a high-hardness silicon carbide SiC ceramic fiber having a diameter of 50 μm or less coaxially protrudes from the center position of one end face (the lower end face in the drawing) of the punching block 12. Cylindrical holder such as a stroke bearing for slidably holding the holder member 13 and a support rod 17 which is a metal round bar coaxially attached to the other end side (the upper end side in the figure) of the holder member 13. The support member 21, the dice 23 mounted and fixed on the bracket 11a, and the dice 23 and the slide support member 21 are coaxially opposed to each other with a predetermined space therebetween, and the dice 23 and the slide support member 21 are slidably supported. And a connecting plate 25 for connecting the member 21 to the side surface. The high-hardness silicon carbide fiber has a network structure formed by a spinning method of blowing a material from a nozzle. The ceramic fiber is preferably a carbon-based material such as silicon carbide SiC having high hardness.
[0021]
As shown in FIG. 3, the holder member 13 includes a pair of semi-cylindrical aluminum holders 14, and one end face of the holder 14 which is disposed along the axial direction at the axial position of the holder 14. The holder 15 is inserted into the shaft hole on one end side with the holder 14 slightly inserted and the support rod is inserted into the shaft hole on the other end side. 17 is a fixing metal fitting 16 which is a cylindrical fixing member into which is fitted. The holder 14 and the support rod 17 are fixed to the fixing bracket 16 by tightening bolts 16b, 16d screwed into screw holes 16a, 16c provided on one end side and the other end side outer wall of the fixing bracket 16, respectively.
[0022]
The formation of the holder member 13 is performed as shown in FIG. First, at an axial position of a pair of semi-cylindrical aluminum holders 14, a punch 15 is sandwiched by the holder 14 along the axial direction and with one end thereof aligned with one end surface of the holder 14. (FIG. 5A). The holder 14 is inserted into a cylindrical fixing member 16 with one end thereof slightly projecting, and is fixed to the fixing member 16 by being tightened by the fixing member 16 (FIG. 5B). The mounting of the support rod 17 to the fixing bracket 16 may be performed simultaneously with the mounting of the holder 14 or separately after processing the holder member 14.
[0023]
Next, the protruding portion of the holder 14 fixed to the fixing bracket 16 is removed by lathe processing so as to have a conical surface excluding the center portion, and the protruding portion of the holder 14 is polished with diamond abrasive grains, cotton cloth. The punch 15 is polished in three stages of buffing and polishing on a flat stainless steel plate, so that the tip of the punch 15 is flattened and formed to have a flat blade angle (FIG. 5C). The order of lathing and polishing may be reversed. Next, one end side of the holder 14 is brought into contact with the electrolytic solution, and a voltage is applied between the holder 14 and the electrolytic solution, whereby the tip of the holder 14 is etched away by electrolytic polishing (FIG. 5D), and the tip of the holder 14 is removed. The holder member 13 from which the punch 15 protrudes with a desired length is formed (FIG. 5E).
[0024]
The holder member 13 is slidably attached to the slide support member 21 by inserting the support rod 17 through the slide support member 21. At a protruding end of the support bar 17 protruding from the sliding support member 21, a pressing plate 18 is fixed at a right angle to the axis and extends radially outward. A coil spring 19 is wound around a portion of the support rod 17 protruding from the sliding support member 21. The holder member 13 is urged in the support rod direction by a coil spring 19, and the other end of the fixing bracket 16 is in a state of being in contact with the end surface of the sliding support member 21. A bracket 22 is attached to a side surface of the sliding support member 21 and extends in a radial direction.
[0025]
The die 23 has a rectangular parallelepiped block shape made of metal as shown in FIG. 4, and has a top surface 23 a in a symmetrical mountain shape inclined to both sides with a center in the longitudinal direction as a center, and one side surface 23 b ( A concave portion 23d is formed vertically from the bottom surface 23c to the crest of the top surface 23a on the front side (illustrated front side), and the top side is rounded in a semicircular shape, and a thin wall having a thickness of about 1 mm is formed between the top and the top. The portion 23e is left. A die hole 23f through which the punch 15 can be inserted is formed at the top of the thin portion 23e so as to penetrate vertically. The die 23 is provided with mounting holes 23g penetrating in the width direction on both sides in the longitudinal direction. The die 23 is arranged so that the punch 15 and the die hole 23f are coaxially located at a predetermined distance from one end surface of the holder member 13, and a bolt (not shown) in which a bracket 24 is inserted into the mounting hole 23g on the side surface. ). A punching block 12 is integrally formed by attaching a resin connecting plate 25 to the bracket 22 and the bracket 24 and connecting them. The punching block 12 is mounted and fixed on a bracket 11 a provided on the housing 11.
[0026]
The drive unit 31 includes a piezoelectric actuator 32 fixed to a bracket 11 b attached to the upper right end in the housing 11 and extending vertically downward, a drive power supply 33 for supplying electricity to the actuator 32, and And a cantilever 34 for amplifying the light. The cantilever 34 integrally has an elongated main body 34a, a fixed end 34b, and a thin connecting piece 34c for connecting the both in a straight state.
[0027]
The cantilever 34 is fixed to the inner wall of the housing 11 at a fixed end 34b on the right side of the lower end of the piezoelectric actuator 32, and a long main body 34a extends horizontally toward the punching block 12. In the cantilever 34, the position of the main body 34a following the connecting piece 34c is pushed up and down by the actuator 32, and the main body 34a can be moved in the vertical direction by bending the connecting piece 34c with the fixed end 34b as a fulcrum. It has become. The free end of the main body 34a of the cantilever 34 is disposed on the pressing plate 18 at the upper end of the support bar 17, and a projection 34d for pressing the pressing plate 18 is provided on the lower surface thereof. On the top surface of the distal end of the cantilever 34, a projecting bar 34e around which a coil spring is wound is provided in the direction in which the support bar 17 extends. The upward movement of the protruding rod 34e is limited to a predetermined range by contacting the bracket 11c fixed to the housing 11. In the housing 11, a control unit 36 and a discharge power supply 38 are provided. The control unit 36 controls the energization state of the drive power supply 33 of the drive unit 31 and also controls the energization state of the discharge power supply 38.
[0028]
Next, the formation of the die hole 23f of the die 23 using the ultra-fine hole punching device will be described.
First, gold is vapor-deposited on one end side of the holder 14 from which the punch 15 protrudes from the tip portion by electrolytic polishing, so that a gold film is applied to the surface of the protruding punch 15. Thus, the punch 15A made of ceramic fiber, which is an insulating material, has conductivity. As shown in FIG. 6, in the ultra-fine hole punching apparatus, the holder member 13 having the surface of the punch 15A coated with a gold film allows the support rod 17 to pass through the slide support member 21 so that the slide support member 21. Further, instead of the die 23, a die material 23A in a state where a through hole is not provided in the thin portion 23e on the upper surface of the die 23 is attached to the ultra-fine hole punching apparatus.
[0029]
In this state, the energization control of the drive power supply 33 is performed based on the control of the control unit 36, and the actuator 32 is driven. In response to this, the cantilever 34 is pushed, and the supporting rod 17 is pushed downward, whereby the punch 15A protruding from the lower end of the holder member 13 and the upper thin portion 23e of the die material 23A discharge properly. The distance is set to dh. In this state, a predetermined voltage is applied between the die material 23A and the holder member 13 for a predetermined time t1 by the discharge power source 38 under the control of the control unit 36, so that the die material 23A and the conductive punch 15A A discharge is generated between the tip and the tip, and the discharge melts the thin portion 23e of the die material 23A facing the punch 15A to slightly form a hole. Since the punch 15A of the holder member 13 is made of ceramic fiber, it is not damaged by short-time discharge. After the lapse of the predetermined time t1, the actuator 32 is driven by the control of the control unit 36, the holder member 13 is pulled up, and the tip of the punch 15 is pulled up by 5 μm above the discharge distance dh.
[0030]
Further, after a lapse of a predetermined time t2, the actuator 32 is driven at a predetermined voltage under the control of the control unit 36, the cantilever 34 is pressed in response thereto, and the support rod 17 is pressed downward accordingly. The distance between the protruding punch 15A and the upper thin portion 23e of the die material 23A is set to be 1 μm below the discharge distance dh. Then, after a predetermined time t1 of the discharge has elapsed, the actuator is driven by the control of the control unit 36, the holder member 13 is pulled up, and the tip of the punch 15 is similarly pulled up by 5 μm. In this way, under the control of the control unit 36, a so-called 5 μm turn discharge process is performed, in which the discharge is increased by 5 μm from the initial discharge distance dh after the end of the discharge and then reduced by 1 μm at a time.
[0031]
Actually, as shown in FIG. 7, the discharge voltage is applied by lowering the punch 15A by 5 μm at a position above the discharge distance dh, and is raised by 5 μm after a lapse of a predetermined time t1, and is added by 1 μm after a lapse of a predetermined time t2. After the (1 + 5) μm punch is lowered and one discharge voltage is applied for a predetermined time, it is pulled up by 5 μm, and such a 5 μm turn discharge pattern is repeatedly performed. Thus, a straight die hole 23f having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the punch 15 can be formed in the thin portion 23e of the die material 23A.
[0032]
Using an ultra-fine hole punching apparatus provided with a die 23 having a die hole 23f through which the punch 15 formed as described above can be inserted, the punch 15 is moved to the thin plate W with respect to the thin plate W placed on the die 23. And through the die hole 23f of the die 23, straight fine holes of 50 μm or less can be easily formed in the thin plate in a short time.
[0033]
As described above, according to the present embodiment, by providing the metal film on the surface of the punch 15 protruding from one end surface of the holder member 13, the tip of the punch 15A protruding from the holder member 13 and the die material 23A When a voltage is applied between the holder member 13 and the die material 23A in a state where the distance between the surfaces is maintained at the discharge distance, a discharge is reliably generated between the tip of the punch 15 and the die material 23A. Thereby, a straight die hole 23f having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the punch 15 can be formed in the die material 23A.
[0034]
Since the sliding support member 21 and the die material 23A are fixed by the connecting plate 25 and the positional relationship between the two does not change even after the die hole 23f is formed, the holder member 13 is moved along the sliding support member 21. By moving, the punch 15 can be reliably inserted into the die hole 23f of the die 23. Therefore, in the present embodiment, the punch 15 is inserted through the thin plate W into the die hole 23f with respect to the thin plate W placed on the die 23, so that the thin plate W has a size of 50 μm or less. Holes can be easily formed in a short time. As a result, the ultra-fine hole punching apparatus according to the present embodiment is capable of punching high-performance fine parts such as inkjet nozzles for printers, fuel injection nozzles for automobiles, high-density printed circuit boards, filters, gas sensors for gas turbine cooling, and the like. It can be suitably used.
[0035]
Further, in forming the die hole 23f, after performing the discharge for a predetermined time t1 at the discharge distance, the punch is separated from the discharge distance by 5 μm, and after a predetermined time, the tip of the punch is brought closer to the die material 23A by 1 μm from the discharge distance for a predetermined time. The die 23 having a straight die hole 23f having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the punch can be formed without damaging the punch 15 by repeatedly performing a 5 μm turn discharge process for performing the discharge. Therefore, the punch 15 has a long service life capable of punching about 100,000 times.
[0036]
In the above embodiment, the die member includes one punch, but is not limited thereto, and may be a die member including a plurality of punches. Further, in the above embodiment, by setting the thickness of the punch to 50 μm or less, a particularly great effect that punching of an ultra-fine hole is possible is obtained, but the thickness of the punch is larger than 50 μm. In this case, it is of course possible to apply the present invention. Furthermore, in the above embodiment, the shape of the fine hole formed by the punch is circular, but the shape is not limited to this, and the shape of the fine hole can be made elliptical or polygonal by changing the shape of the punch. is there.
[0037]
In the above embodiment, the first length of the punch away from the discharge distance is set to 5 μm, and the second length of the tip of the punch closer to the die material than the discharge distance is set to 1 μm. However, the first length and the second length can be variously changed and set according to the diameter of the punch, the shape of the die, the applied voltage, and the like. In addition, the configuration of the ultra-fine hole punching apparatus described in the above embodiment is an example, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0038]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the discharge distance is maintained between the tip of the punch whose surface protruding from the holder member is coated with the metal film and the surface of the die material, and the gap between the tip of the punch and the die material is reliably maintained. Discharge can be generated, and a die hole slightly larger than the thickness of the punch can be easily and reliably formed in the die material. Further, since it is not necessary to directly perform the die hole processing by the punch, the punch is prevented from being damaged. Since the slide supporting member and the die material are fixed by the fixing member, the punch is securely inserted into the through hole of the die by moving the holder member along the sliding supporting member in the state as it is. Is done. As a result, according to the first aspect of the present invention, a fine hole corresponding to the thickness of a punch can be easily and reliably formed in a thin plate in a short time, and the life of the punch can be ensured.
[0039]
Further, by using a punch having a thickness of 50 μm or less, an ultra-fine hole corresponding to the thickness of the punch can be easily and reliably formed in a thin plate (the effect of the invention of claim 2). Further, after generating a discharge for a fixed time between the tip of the punch and the surface of the die material, the punch is separated from the discharge distance by a first length, and after a certain time, the tip of the punch is dies by a second length from the discharge distance. By repeating a discharge process in which a discharge is performed for a predetermined time close to a material, a die having a die hole having a size corresponding to the thickness of the punch can be easily formed, and the life of the punch is further extended. (The effect of the invention of claim 3).
[0040]
According to the fourth aspect of the present invention, the die of the punching apparatus has a surface facing the one end surface of the holder member and a surface protruding from the holder member, the surface being made of a metal die material disposed at a distance in the longitudinal direction. In a state in which a discharge distance is maintained between the punch and the tip of the punch provided with a metal film, a voltage is applied between the punch and the die material by a power supply to cause a discharge, and a die hole is provided in the die material. Therefore, according to the invention of claim 4, fine holes corresponding to the thickness of the punch can be easily and reliably formed in the thin plate, and the life of the punch is ensured. Further, by providing the punching device with a punch having a thickness of 50 μm or less, it is possible to easily and reliably form an ultra-fine hole corresponding to the thickness of the punch in a thin plate (effect of the invention of claim 5). . Further, based on the control of the discharge control means, the punch is separated from the discharge distance by the first length by the holder driving means, and the punch is made closer to the second length by the discharge distance, and the discharge processing is repeatedly performed. Since the die holes are formed, an ultra-fine hole punching apparatus including a die having a die hole slightly larger than the thickness of the punch can be obtained without damaging the punch (effect of the invention of claim 6). .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an ultra-fine hole punching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a punching block of the ultra-fine hole punching apparatus.
FIG. 3 is a partial sectional view showing a holder member.
FIG. 4 is a front view and a sectional view showing a die.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the holder member.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a method for manufacturing a die.
FIG. 7 is a graph for explaining a discharge timing in manufacturing a die.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... super fine hole punching apparatus, 11 ... housing, 12 ... punching block, 13 ... holder member, 14 ... holder, 15 ... punch, 16 ... fixing bracket, 17 ... support rod, 19 ... coil spring, 21 ... sliding Support member, 23: die, 23A: die material, 31: drive unit, 32: actuator, 33: drive power supply, 34: cantilever, 36: control unit, 38: power supply for discharge.

Claims

ホルダ部材により、少なくとも１つのセラミックファイバーであるポンチを該ホルダ部材の打ち抜き方向に揃えて保持すると共に、該ホルダ部材の一端面から前記ポンチを突出させ、
該突出したポンチの表面に金属膜を設け、
前記ホルダ部材を摺動支持部材によって長手方向に摺動可能に保持し、
該摺動支持部材により保持された前記ホルダ部材の一端面と対向する方向に該一端面から離間して導電性のダイス素材を配置すると共に該摺動支持部材と該ダイス素材とを絶縁状態で固定部材により固定し、
前記ホルダ部材をホルダ駆動手段によって前記摺動支持部材に沿って移動させて、該ホルダ部材から突出した前記ポンチの先端と前記ダイス素材の表面間を放電距離に保持した状態で、該ポンチと該ダイス素材間に電圧を印加して放電を起こさせて、該ダイス素材に該ポンチが挿通可能なダイス穴を形成することにより該ダイス素材をダイスとして形成し、
前記ポンチと該ダイスとにより該薄板に微細穴を形成する
ことを特徴とする超微細穴打抜き加工方法。The holder member holds at least one punch made of ceramic fiber in alignment with the punching direction of the holder member, and projects the punch from one end surface of the holder member.
A metal film is provided on the surface of the protruding punch,
Holding the holder member slidably in the longitudinal direction by a sliding support member,
An electrically conductive dice material is arranged away from the one end surface in a direction facing the one end surface of the holder member held by the slide support member, and the slide support member and the die material are insulated. Fixed with a fixing member,
By moving the holder member along the sliding support member by holder driving means and maintaining the discharge distance between the tip of the punch protruding from the holder member and the surface of the die material, the punch and the Applying a voltage between the die materials to cause a discharge, forming the die material as a die by forming a die hole through which the punch can be inserted in the die material,
An ultra-fine hole punching method, wherein a fine hole is formed in the thin plate using the punch and the die.

前記セラミックファイバーであるポンチの太さを５０μｍ以下にしたことを特徴とする前記請求項１に記載の超微細穴打抜き加工方法。The method for punching ultra-fine holes according to claim 1, wherein the thickness of the punch, which is the ceramic fiber, is set to 50 µm or less.

前記放電距離に保持された前記ポンチと前記ダイス素材間に電圧を印加して所定時間放電を起こさせた後、前記ポンチを該放電距離から所定の第１長さだけ離し、さらに一定時間後に該ポンチの先端を前記放電距離より所定の第２長さだけ該ダイス素材に近づけて所定時間放電を起こさせる処理を繰り返し行うことを特徴とする前記請求項１又は２に記載の超微細穴打抜き加工方法。After applying a voltage between the punch and the die material held at the discharge distance to cause discharge for a predetermined time, the punch is separated from the discharge distance by a predetermined first length, and further after a certain time, 3. The ultra-fine hole punching process according to claim 1 or 2, wherein a process of causing a discharge to occur for a predetermined time by bringing a tip of the punch closer to the die material by a predetermined second length from the discharge distance is repeatedly performed. Method.

少なくとも１つのセラミックファイバーであるポンチを打ち抜き方向に揃えてかつ該ポンチの一端が打ち抜き方向の一端面からわずかに突出した状態で固定したホルダ部材と、
前記ホルダ部材を打ち抜き方向に摺動可能に保持する摺動支持部材と、
前記ホルダ部材のポンチの軸線方向に該ポンチ先端から離間して配設され、該ポンチが挿通可能なダイス穴を有するダイスと、
前記摺動支持部材と前記ダイスとを絶縁状態で固定する固定部材と、
前記ホルダ部材を前記摺動支持部材に沿って打ち抜き方向に移動させるホルダ駆動手段とを備え、
前記ダイスは、前記ホルダ部材の一端面と対向すると共に該一端面から打ち抜き方向に離間して配設された導電性のダイス素材の表面と該ホルダ部材から突出した表面に金属膜を設けた前記ポンチの先端との間を放電距離に保持した状態で、該ポンチと該ダイス素材間に電源から電圧を印加して放電を起こして該ダイス素材に前記ダイス穴を設けたものである
ことを特徴とする超微細穴打抜き加工装置。A holder member in which at least one ceramic fiber punch is aligned in the punching direction and one end of the punch is fixed in such a manner as to slightly protrude from one end surface in the punching direction;
A sliding support member for holding the holder member slidably in the punching direction,
A die having a die hole which is disposed in the holder member in the axial direction of the punch so as to be spaced apart from the tip of the punch, and in which the punch can be inserted;
A fixing member for fixing the sliding support member and the die in an insulated state,
Holder driving means for moving the holder member in the punching direction along the sliding support member,
The die is provided with a metal film on a surface of a conductive die material disposed opposite to one end surface of the holder member and spaced apart from the one end surface in a punching direction and a surface protruding from the holder member. While maintaining a discharge distance between the punch and the tip of the punch, a voltage is applied between the punch and the die material from a power source to cause a discharge, and the die material is provided with the die hole. Ultra-fine hole punching machine.

前記セラミックファイバーである前記ポンチの太さが５０μｍ以下であることを特徴とする前記請求項４に記載の超微細穴打抜き加工装置。5. The ultra-fine hole punching apparatus according to claim 4, wherein the thickness of the punch, which is the ceramic fiber, is 50 μm or less.

前記放電距離に保持された前記ポンチと前記ダイス素材間に前記電源により電圧を印加させて所定時間放電を起こした後、前記ホルダ駆動手段により前記ポンチを該放電距離から所定の第１長さだけ離し、さらに一定時間後に該ホルダ駆動手段により該ポンチの先端を前記放電距離より所定の第２長さだけ該ダイス素材に近づけて、前記電源により電圧を印加させて所定時間放電を起こす処理を繰り返し行わせる放電制御手段を設けたことを特徴とする前記請求項４又は５に記載の超微細穴打抜き加工装置。After a voltage is applied between the punch and the die material held at the discharge distance by the power source to cause a discharge for a predetermined time, the punch is moved from the discharge distance by a predetermined first length by the holder driving unit. Then, after a certain period of time, the tip of the punch is brought closer to the die material by a predetermined second length from the discharge distance by the holder driving means, and the voltage is applied by the power source to repeat the process of causing a discharge for a predetermined time. The ultra-fine hole punching apparatus according to claim 4 or 5, further comprising a discharge control means for performing the discharge control.