JP2009246297A - 積層セラミック電子部品の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よくグリーンシートを積層し得るシート積層装置を提供する。
【解決手段】グリーンシート周縁部１２ａが設置される下枠押さえ外型１６と、下枠押さえ外型１６を挿通し、グリーンシート中央部１２ｂと対向する下パンチ１４と、下枠押さえ外型１６との間にシート周縁部１２ａを挟んで配置される上枠押さえ２０と、上枠押さえ２０を挿通し、下パンチ１４との間にシート中央部１２ｂを挟んで配置される上パンチ１８と、下パンチ１４を、上パンチ１８の側へ向かって付勢する第１付勢部材４２と、上枠押さえ２０を上パンチ１８に対して相対移動自在に連結し、上枠押さえ２０を下枠押さえ外型１６の側へ向かって付勢する第２付勢部材２４と、シート中央部１２ｂを挟んで配置される上パンチ１８と下パンチ１４は、シート周縁部１２ａを挟んで配置される上枠押さえ２０と前記下枠押さえ外型１６に対して、グリーンシート１２の厚さ方向に相対移動自在とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、積層セラミック電子部品の製造装置に関する。

小型で電気特性の良い電子部品を製造するためには、製造に用いられるグリーンシートが高精度に積層されている必要がある。しかしながら、従来技術に係る積層電子部品の製造装置では、グリーンシートを重ね合わせた後に、グリーンシートを圧着して本プレスする工程において、積層ずれが発生する場合があり、問題となっている。

例えば、所定の大きさに切断したグリーンシートを、金型の中に落とし込んで重ね合わせた後にプレスを行う製造装置では、金型と切断したグリーンシートとの間に隙間（クリアランス）を設ける必要がある。したがって、本プレスを行う際に、各グリーンシートが、クリアランスの分だけ移動する場合があり、積層ずれの原因となっていた。

このような問題を解決するための従来技術としては、たとえば、支持体上に形成されているグリーンシートを、枠の内側端縁に沿って切断しながら枠内へ転写して積層し、これをプレスする製造装置が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、このような従来技術に係る製造装置は、ポンチと枠の内側端縁との間に支持体を挟んだ状態で、グリーンシートを切断する必要があるため、グリーンシート切断面付近の変形を抑制することが困難であった。また、グリーンシートを転写する際に、シート間にエアを抱き込む場合もあり、問題を有するものであった。
特開平５−６２８６０号公報

本発明の目的は、グリーンシートの積層などに用いて好適な金型ユニットおよび精度よくグリーンシートを積層し得るシート積層装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る金型ユニットは、
グリーンシートのシート周縁部が設置される下枠押さえ外型と、
前記下枠押さえ外型を挿通し、前記グリーンシートのシート中央部と対向する下パンチと、
前記下枠押さえ外型との間に前記シート周縁部を挟んで配置される上枠押さえと、
前記上枠押さえを挿通し、前記下パンチとの間に前記シート中央部を挟んで配置される上パンチと、
前記下パンチを、前記上パンチの側へ向かって付勢する第１付勢部材と、
前記上枠押さえを前記上パンチに対して相対移動自在に連結し、前記上枠押さえを前記下枠押さえ外型の側へ向かって付勢する第２付勢部材と、
前記シート中央部を挟んで配置される前記上パンチと前記下パンチは、前記シート周縁部を挟んで配置される前記上枠押さえと前記下枠押さえ外型に対して、前記グリーンシートの厚さ方向に相対移動自在であることを特徴とする。

本発明に係る金型ユニットは、下枠押さえ外型と上枠押さえが、シート周縁部を挟さみ、第２付勢部材の力によって保持するため、グリーンシートを精度良く打ち抜くことができ、また、打ち抜きの際にシート中央部が損傷することを防止できる。したがって、打ち抜かれたグリーンシートと下枠押さえ外型との間に隙間が発生することを効果的に防止し、グリーンシート積層ずれを防ぐことができる。

また、前記第１付勢部材が前記下パンチを付勢する力は、前記第２付勢部材が前記上枠押さえを付勢する力より大きいことが好ましい。このように構成することで、グリーンシートを打ち抜き加工する際の圧力でシート周縁部が過度に下枠押さえ外型や上枠押さえに押し付けられて付着し、打ち抜かれて不要となるシート周縁部の排出の妨げになることを防止することができる。すなわち、グリーンシートを打ち抜く際、シート中央部を保持する力と、シート周縁部を保持する力を調整することによって、グリーンシートの打ち抜き加工が容易になる。

本発明にかかるシート積層装置は、上記の金型ユニットと、
前記上パンチが、前記シート中央部を、前記下枠押さえ外型の内側へ打ち抜くように、前記上パンチを駆動する上パンチ駆動手段を有する打ち抜き積層部と、を有する。

また、例えば、前記打ち抜き積層部は、前記グリーンシートが前記金型ユニットに設置される前に、前記下枠押さえ外型における前記上枠押さえに対向する面と、打ち抜かれた前記シート中央部における前記上パンチに対向する面とを、略同一平面上に配置させるように、前記下枠押さえ外型を駆動する下枠押さえ外型駆動手段をさらに有していてもよい。

下枠押さえ外型の面と、打ち抜かれたシート中央部の面を揃えることによって、次に積層するグリーンシートを、下枠押さえ外型およびシート中央部に密着させて設置することができる。このためシート積層装置は、グリーンシートを精度良く打ち抜くことができ、また、シート間にエアを抱き込むことを防止できる。

また、例えば、前記上パンチ駆動手段は、前記上パンチにおける前記シート中央部に対向する面を、前記上枠押さえにおける前記シート周縁部と対向する面に対して、少なくとも前記グリーンシートの厚さに相当する移動ストロークで、前記下枠押さえ外型の側へ相対移動させてもよい。これにより、シート積層装置は、グリーンシートを精度良く打ち抜くことができる。シート周縁部とシート中央部がそれぞれ挟み込まれた状態で、シート中央部がシート周縁部に対して少なくともグリーンシートの厚さに相当する距離だけ厚み方向に沿って変位するので、シート周縁部が拘束された状態でシート中央部が完全に分離されることから、切断不良のない形状精度に優れた打ち抜きが実現される。

また、例えば、前記打ち抜き積層部は、前記シート中央部を打ち抜かれた前記グリーンシートの前記シート周縁部を、前記下枠押さえ外型における前記上枠押さえに対向する面から除去する除去手段をさらに有していてもよい。

また、例えば、本発明の第２の観点にかかるシート積層装置は、複数の打ち抜かれた前記シート中央部を、前記下枠押さえ外型の内側に保持した状態で、前記上パンチおよび前記下パンチを介して圧力を加えることによって本プレスする本プレス部をさらに有し、前記金型ユニットは、前記打ち抜き積層部と前記本ブレス部の間を移動可能であってもよい。

本発明の第２の観点にかかるシート積層装置によれば、グリーンシートと下枠押さえ外型との間の隙間を低減させて積み重ねられたグリーンシートを、そのままの状態で本プレスできるため、積層ずれを効果的に防止し、高精度に積層されたシート積層体を得ることができる。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るシート積層装置の概略図、
図２は、図１に示すシート積層装置に備えられた金型ユニットの断面図、
図３は、図２に示す金型ユニットに設置されるグリーンシートの平面図、
図４は、図１に示すシート積層装置の打ち抜き積層部において、グリーンシートを打ち抜くプロセスを説明した模式断面図、
図５は、グリーンシートを打ち抜いている状態を説明するための部分拡大図、
図６は、図１に示すシート積層装置の本プレス部においてシート中央部を本プレスする状態を表した模式断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るシート積層装置２は、打ち抜き積層部４と、本プレス部６と、これらの間をレールなどで相互にＸ−Ｙ平面方向に移動可能な金型ユニット１０とを有する。打ち抜き積層部４は、金型ユニット１０の上パンチ１８が固定してある上パンチ保持板２６に打ち抜き圧力を作用させる上側サーボ機構５と、下側サーボ機構３６（図２参照）とを有する。これらのサーボ機構５，３６により金型ユニット１０に加えられる圧力は、打ち抜き積層の対象となるグリーンシート１２の種類や大きさや積層数などに応じて設定される。

本プレス部６は、本プレス部６に移動してきた金型ユニット１０の上パンチ保持板２６に対して本プレス圧を加える油圧プレス装置７を有する。油圧プレス装置７により金型ユニット１０に加えられる圧力は、積層されるグリーンシート１２の種類や大きさや積層数などに応じて設定される。

図２に示すように、金型ユニット１０は、積層型電子部品を製造するためのグリーンシート１２のシート周縁部１２ａが設置される下枠押さえ外型１６と、下枠押さえ外型１６の中央部に形成された貫通孔１５内にＺ軸方向（Ｘ−Ｙ軸方向に垂直）に移動自在に嵌合され、グリーンシート１２のシート中央部１２ｂが設置される下パンチ１４とを有する。グリーンシート１２のシート中央部１２ｂは、図３に示すように、その表面に、内部電極パターン層１２ｃが形成してあり、その外周四隅部分に、位置決めマーク１２ｄが形成してある。シート周縁部１２ａは、通常、位置決めマーク１２ｄの外側に位置する。

グリーンシート１２は、たとえば焼成後に誘電体層、フェライト層などのセラミック焼結体となる部分であり、通常、ドクターブレード法により形成される。本実施形態では、グリーンシート１２は、予め、内部電極パターン層を介して複数のグリーンシートが積層してあるグリーンシート積層体であっても良い。

図２に示すように、下パンチ１４のＺ軸方向の上部には、上パンチ１８が位置する。上パンチ１８の横断面（Ｚ軸に垂直な断面）の形状は、下パンチ１４の横断面形状と一致しており、上パンチ１８の下端は、下枠押さえ外型１６の貫通孔１５の内部に挿通可能になっている。貫通孔１５の横断面形状は、下パンチ１４の横断面形状に対して僅かなクリアランスで大きい形状である。貫通孔１５のＺ軸方向に沿って下パンチ１４がＺ軸方向に移動することを許容するためである。

上パンチ１８は、上パンチ保持板２６の中央下方に固定してある。上パンチ保持板２６には、第２付勢部材としての第２スプリング２４が収容してあるスプリング保持穴が形成してある。第２スプリング２４の上端は、上パンチ保持板２６で受けられ、第２スプリング２４の下端は、上枠保持ロッド２２の上端ストッパ２５に当接しており、上枠保持ロッド２２の下端に固定してある上枠押さえ２０をＺ軸方向の下方に押圧している。

ただし、第２スプリング２４によるスプリング力が上枠保持ロッド２２の上端ストッパ２５に作用しても、上枠保持ロッド２２の上端ストッパ２５は、上パンチ１８と上パンチ保持板２６との間に設けられた調節板２７に当接し、それ以上に下方に移動しないようになっている。上枠押さえ２０と上パンチ１８との間に相対的な力が作用しない状態では、上枠押さえ２０の下面２０ａは、上パンチ１８の下面１８ａと面一になるようになっている。

上パンチ１８は、上枠押さえ２０の中央部に形成された貫通孔２０ｂの内部にＺ軸方向に相対移動自在に嵌合される。上パンチ１８の軸芯と、貫通孔２０ｂの軸芯と、下パンチ１４の軸芯と、貫通孔１５の軸芯とは、ほぼ一致している。

下パンチ１４は、下パンチベース板３０に対して、第１付勢部材としての第１スプリング４２および支持ロッド４４を介して連結してある。下パンチベース板３０の上で、下パンチ１４の下方には、下パンチ調節板４６が下パンチベース板３０に対して固定してある。下パンチ調節板４６には、複数の貫通孔４３が形成してあり、各貫通孔４３には、支持ロッド４４が挿通してある。

支持ロッド４４の上端は、下パンチ１４に固定され、ロッド４４の下端には、下端ストッパ４５が固定してあり、この下端ストッパ４５に対して、第１スプリング４２の上端が当接している。そのため、第１スプリング４２によるスプリング力は、下パンチベース３０に対して、下端ストッパ４５をロッド４４および下パンチ１４と共に、Ｚ軸方向の上方に押し上げる力を付与している。

ただし、下端ストッパ４５は、貫通孔４３の内径よりも大きな外径を有することから、第１スプリング４２によるスプリング力により、下パンチ調節板４６の下面に当たり、それ以上は、Ｚ軸方向の上方には移動しないようになっている。下パンチ調節板４６と下パンチ１４との間には、第１スプリング４２のスプリングによる持ち上げ隙間が形成されている。下パンチ１４の上面１４ａに何も積層していない状態では、下端ストッパ４５が下パンチ調節板４６に当接する位置で、下パンチ１４の上面１４ａと、下枠押さえ外型１６の上面１６ａとは、面一になっている。

下パンチベース板３０には、ガイドロッド３２がＺ軸方向に立設して固定してあり、下パンチ１４に対して下枠押さえ外型１６がガイドロッド３２に沿ってＺ軸方向に相対移動することを案内している。下枠押さえ外型１６の外周下部には、複数の連結ロッド３４がＺ軸方向の下方に延びるように固定してある。

これらの連結ロッド３４は、それぞれ下パンチベース板３０に形成してある貫通孔３１に挿通され、その下端３４ａは、打ち抜き積層部４に位置するベース板４０の下方からＺ軸方向の上方に昇降移動可能な駆動ロッド３８の上端に当接可能になっている。駆動ロッド３８は、下枠押さえ外型駆動手段としての下側サーボ機構３６により駆動される。下側サーボ機構３６は、制御回路５０により制御される。制御回路５０は、図１に示す上側サーボ機構５（上パンチ駆動手段）も同時に制御する。

次に、図４および図５を用いて、制御回路５０によるサーボ機構５，３６の制御によるグリーンシート１２の打ち抜き積層工程について説明する。

図４（Ａ）に示すように、駆動ロッド３８の上端が連結ロッド３４の下端に連結され、下パンチ１４の上面１４ａと、下枠押さえ外型１６の上面１６ａとが面一になっている状態で、グリーンシート１２が位置合わせされて載置される。その状態で、図１に示す上側サーボ機構５が作動し、上パンチ１８が下パンチ１４に近づき、上パンチ１８の下面１８ａと、上枠押さえ２０の下面２０ａとが、グリーンシート１２の上面に同時に当接する。

上パンチ１８の駆動力は、第１スプリング４２のスプリング力よりも強いことから、その後も、上パンチ１８が下方に移動し、図４（Ｂ）および図５に示すように、上パンチ１８の下端が、下枠押さえ外型１６の貫通孔１５の内部に入り込む。上枠押さえ２０に対する上パンチ１８の相対的なＺ軸方向の下方移動ストロークは、グリーンシート１２の厚みよりも大きい。その結果、上パンチ１８の外周縁と下枠押さえ外型１６の貫通孔の内周縁との間の剪断で、グリーンシート１２を打ち抜き、下枠押さえ外型１６の上には、シート周縁部１２ａが残る。

なお、打ち抜き加工に際しては、上枠押さえ２０が、第２スプリング２４のスプリング力で、下枠押さえ外型１６との間で、グリーンシート１２の周縁部１２ａを保持する。第２スプリング２４のスプリング力は、第１スプリング４２のスプリング力よりも弱いために、グリーンシート１２は、良好に打ち抜かれる。

その後に、図４（Ｃ）に示すように、打ち抜かれたグリーンシート１２の中央部の表面と、下枠押さえ外型１６の上面とが面一となるように、図４（Ａ）に示す制御回路５０でサーボ機構３６を制御し、下枠押さえ外型１６を下パンチ１４に対してＺ軸方向に相対移動させる。

その後、または同時に、打ち抜かれたグリーンシートの周縁部１２ａを、クランプ搬送機構、負圧吸着搬送機構、粘着搬送機構などの除去手段で除去する。

その後、面一となったグリーンシートの中央部１２ａの表面と、下枠押さえ外型１６の上面との上に、次のグリーンシート１２を載せて、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）の工程を繰り返し、所定枚数の打ち抜かれたグリーンシート１２の中央部１２ｂの積層体１２ｕ（図６参照）を得る。

図１および図２に示す打ち抜き積層部４にて、グリーンシート１２の中央部１２ｂの積層体１２ｕ（図６参照）が形成されたら、積層体１２ｕが下枠押さえ外型１６の貫通孔の内部に収容された金型ユニット１０を、打ち抜き積層部４から、図示省略してあるレールに沿って本プレス部６に移動させる。本プレス部６では、油圧プレス装置７が、金型ユニット１０の上パンチ保持板２６に圧接して、上パンチ１８を下方にプレスする。

その前に、図６に示すように、固定部材６０が上枠押さえ２０と上パンチ保持板２６との間に差し込まれ、これらの相対移動を阻止する。なお、図６では、第２スプリング２４の図示を省略してある。また、実際には、固定部材６０は、図２に示す上枠押さえ２０と調節板２７との間に差し込まれるが、上枠押さえ２０と上パンチ保持板２６との間の相対移動を阻止する点では機能的に同じであるために、図６では詳細な図示は省略する。

図６に示す状態で、下パンチ１４を、本プレス部６のベースに固定し、上パンチ１８を、図１に示す油圧装置７で押し下げれば、上パンチ１８は、積層体１２ｕを下パンチ１４との間で本プレスする。その際に、上枠押さえ２０は、上パンチ１８と共に移動し、下枠押さえ外型１６の貫通孔１５の内部で、積層体１２ｕは、その外周部が変形することなく、良好に本プレスされる。

本実施形態に係る金型ユニット１０は、下枠押さえ外型１６と上枠押さえ２０が、シート周縁部１２ａを挟さみ、上パンチ１８の下面を下枠押さえ外型１６の貫通孔１５の内部に沈み込ませている。そのため、外周の変形を抑制し、グリーンシートを正確な形状で打ち抜くことができる。

また、打ち抜かれるグリーンシート１２が、図４（Ｃ）に示すように、打ち抜かれたグリーンシートの中央部１２ｂの上面と、下枠押さえ外型１６の上面１６ａとの面一の平面上に載置される。そのため、エアを挟むことなく、その下に位置するグリーンシート中央部１２ｂとの間で積層された状態で、次のグリーンシート１２が高精度に打ち抜かれる。すなわち、得られる積層体のシート間にエアなどが入り込まない。また位置ズレも生じない。

さらに、打ち抜き積層部４で用いられた金型ユニット１０を、そのまま本プレス部に搬送可能なために、積層体１２ｕは、その外周部が変形することなく、良好に本プレスされる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、種々に改変可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係るシート積層装置の概略図である。 図２は、図１に示シート積層装置に備えられた金型ユニットの断面図である。 図３は、図２に示す金型ユニットに設置されるグリーンシートの平面図である。 図４は、図１に示すシート積層装置の打ち抜き積層部において、グリーンシートを打ち抜くプロセスを説明した模式断面図である。 図５は、グリーンシートを打ち抜いている状態を説明するための部分拡大図である。 図６は、図１に示すシート積層装置の本プレス部においてシート中央部を本プレスする状態を表した模式断面図である。

符号の説明

２… シート積層装置
４… 打ち抜き積層部
5… 上側サーボ機構（上パンチ駆動手段）
６… 本プレス部
７… 本プレス駆動機構
１０… 金型ユニット
１２… グリーンシート
１２ａ… シート周縁部
１２ｂ… シート中央部
１４… 下パンチ
１６… 下枠押さえ外型
１８… 上パンチ
２０… 上枠押さえ
２４… 第2スプリング（第２付勢部材）
３６… 下側サーボ機構（下枠押さえ外型駆動手段）
４２… 第１スプリング（第１付勢手段）

Claims (7)

1. グリーンシートのシート周縁部が設置される下枠押さえ外型と、
   前記下枠押さえ外型を挿通し、前記グリーンシートのシート中央部と対向する下パンチと、
   前記下枠押さえ外型との間に前記シート周縁部を挟んで配置される上枠押さえと、
   前記上枠押さえを挿通し、前記下パンチとの間に前記シート中央部を挟んで配置される上パンチと、
   前記下パンチを、前記上パンチの側へ向かって付勢する第１付勢部材と、
   前記上枠押さえを前記上パンチに対して相対移動自在に連結し、前記上枠押さえを前記下枠押さえ外型の側へ向かって付勢する第２付勢部材と、
   前記シート中央部を挟んで配置される前記上パンチと前記下パンチは、前記シート周縁部を挟んで配置される前記上枠押さえと前記下枠押さえ外型に対して、前記グリーンシートの厚さ方向に相対移動自在であることを特徴とする金型ユニット。
2. 請求項１に記載の金型ユニットであって、
   前記第１付勢部材が前記下パンチを付勢する力は、前記第２付勢部材が前記上枠押さえを付勢する力より大きいことを特徴とする金型ユニット。
3. 請求項１または２に記載の金型ユニットと、
   前記上パンチが、前記シート中央部を、前記下枠押さえ外型の内側へ打ち抜くように、前記上パンチを駆動する上パンチ駆動手段を有する打ち抜き積層部と、を有するシート積層装置。
4. 請求項３に記載されたシート積層装置であって、
   前記打ち抜き積層部は、前記グリーンシートが前記金型ユニットに設置される前に、前記下枠押さえ外型における前記上枠押さえに対向する面と、打ち抜かれた前記シート中央部における前記上パンチに対向する面とを、略同一平面上に配置させるように、前記下枠押さえ外型を駆動する下枠押さえ外型駆動手段をさらに有することを特徴とすシート積層装置。
5. 請求項３または４に記載されたシート積層装置であって、
   前記上パンチ駆動手段は、前記上パンチにおける前記シート中央部に対向する面を、前記上枠押さえにおける前記シート周縁部と対向する面に対して、少なくとも前記グリーンシートの厚さに相当する移動ストロークで、前記下枠押さえ外型の側へ相対移動させることを特徴とするシート積層装置。
6. 請求項３から５のいずれかに記載されたシート積層装置であって、
   前記打ち抜き積層部は、前記シート中央部を打ち抜かれた前記グリーンシートの前記シート周縁部を、前記下枠押さえ外型における前記上枠押さえに対向する面から除去する除去手段をさらに有するシート積層装置。
7. 請求項３から６のいずれかに記載されたシート積層装置であって、
   複数の打ち抜かれた前記シート中央部を、前記下枠押さえ外型の内側に保持した状態で、前記上パンチおよび前記下パンチを介して圧力を加える本プレス駆動機構を有する本プレス部をさらに有し、
   前記金型ユニットは、前記打ち抜き積層部と前記本ブレス部の間を移動可能であることを特徴とするシート積層装置。

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