JP6240864B2 - プレス加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、加圧方向に相対移動する第１加圧部及び第２加圧部に第１加工具と第２加工具との間にワークを配置し、精密に位置合わせしてプレス加工するプレス加工装置に関する。

板状のワークを一対の加工具で精密に位置合わせしてプレス加工する方法は、極めて一般的な加工方法であり、各種の製品加工に広く利用されている。この加工法では、雌雄一対からなる金型を利用し、被加工材料を挟んで加圧することにより多様な形状を生み出す加工を実施する。そのための加工装置や、金型に関した技術開発も広く行われており、多数の発明も提案されている。

プレス加工技術が対象とする製品についても大きな拡がりがあるが、中でも微細な製品の加工についてはニーズが高い。とりわけ、インクジェットプリンタヘッド等のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）製品をプレス加工により製造する研究が進められている。このほか、自動車用部品、家電製品等も、小型軽量化に併せ、微細部品、精密部品の拡がりが増している。
これらの部品では、加工寸法が小さいところで１ｍｍ未満が通常であり、０．１ｍｍを切る製品も一般化されようとしている。また利用する板材も、０．１ｍｍ以下が通常となり、０．０１ｍｍという薄膜の利用も増加している。

金型によるプレス加工では、雌雄の型それぞれの高精度加工が重要であるが、それに加え、雌雄の型の組み合わせ時における精度の向上が必要である。特に金型のクリアランスと板厚の関係は重要であり、加工部においては、板厚以下の精度、板厚の１０％未満が通常求められる精度となる。０．０１ｍｍの板厚の薄板材を例にみれば、その１０％は０．００１ｍｍであり、すなわち１μｍ未満の寸法精度が求められる。
ところが現在使用されている金型の加工については、その精度は１マイクロメートルについては保証できるが、それ以下については、未だ十分となっておらず、再現性の低い状況にある。

プレス加工の高度化を実現するためには、雌雄型の加工精度を向上するほか、組み合わせの相対位置精度の向上が必須であるが、既存技術では熟練工によるすり合わせ調整が通常であり、再現性が得られず十分な精度といえない。さらに金型の調整は基本的には一度分解し、組み直すため、各部品の精度公差を超えた調整は不可能である。

板状のワークを一対の加工具で精密に位置合わせしてプレス加工する装置として、例えば下記特許文献１，２等が知られている。
特許文献１では、フィルム状のプレス対象物を上下の金型でプレス加工するプレス装置が提案されている。
このプレス装置では、移動装置に上下の金型が支持されており、プレス対象物の位置合わせマークを撮像装置で観察して位置合わせすることで、プレス対象物と上下の金型との位置合わせが行われる。そして上流側と下流側とに設けられた吸着保持装置により、プレス対象物の下側の面を真空吸着して固定し、上下の金型によりプレス加工が施される。

しかしながら、特許文献１のようなプレス加工装置では、加工対象位置を精密に調整することが目的であり、一対の金型を対のまま移動する。そのため、上下の金型間に位置ずれが生じている場合に関しては加工誤差や加工不良を修正することが出来ない。上下の金型間の位置を精密に合わせるには、移動装置に支持される上下の金型の昇降機構やガイド機構などを構成する各部位をそれぞれ高精度に構成しなければならない。特許文献１の装置には雌雄の型を個別に調整動作させる機構は含まれておらず、公差の限界を超えることができない。

特許文献２では、１ピンダイと１本のポンチで薄板に所定高精度で整列させて多数の微***を形成するための微***プレス機が提案されている。
ここでは薄板状ワークをワークスタンドの大きな窓を覆うように配置し、取付治具を孔に嵌合することで薄板状ワークを固定し、ダイの穴とポンチの先端面とが同芯となるように微動装置で位置調整し、ワークスタンドを水平２軸方向に移動させながら多数の微***を加工している。

この特許文献２では、多数の穴を一対のダイ・ポンチを用いて穿孔するため、ダイ・ポンチを移動させる機構を有するほか、ダイ穴映像を確認しながら、ポンチ位置を調整する機構を備える。
しかしながら、この機構は多数の穴を開ける際にポンチとダイの位置が合わないと穿孔できないため、その位置調整を行うだけであり、相対位置の調整精度も±０．００３ｍｍと大きい。
さらにこの特許文献２では、薄板状ワークの孔に取付治具を嵌合して固定するため薄板状ワークに歪みが生じ易い。

特開２００４−２６８１７５号公報 特開２００２−２５４１２１号公報

そこで本発明では、プレス加工装置の多数箇所を精密に構成することなく、ナノオーダーの加工を行うことができる簡素な構成のプレス加工装置を提供することを第１の目的とし、精密な位置調整を容易に行うことができ耐久性のあるプレス加工装置を提供することを第２の目的とする。

本発明者らは、精密プレス加工部品の加工精度を向上し、微細製品の実現を目指し、製品の品質を向上することを鋭意検討した。
精密部品の精度向上は金型の精度向上が求められる。各部品の工作精度、組み立て精度については、それぞれの加工時の精度向上が求められるが、この場合全ての部品の精度を相当に向上させる必要があり、現状では解決の方策がない。そこで、組み立て時までは公差内での精度が得られているものとした上で、精度が不足する組み合わせ位置精度について精度の向上を行った。
その結果、プレス製品の加工精度を向上し、微細な製品の実現を図ることができ、さらに製品の品質を向上することができたことにより、本発明をなすに至った。

上記第１の目的を達成する本発明の第１のプレス加工装置は、加圧方向に相対移動する第１加圧部及び第２加圧部と、各加圧部に装着された第１加工具及び第２加工具と、を備え、第１加工具と第２加工具との間でワークを加工するプレス加工装置であって、各加圧部は、加工時にワークを挟持するように互いに対向配置され開口部を有する支持部を備え、少なくとも一方の加圧部は、加圧方向と交差する方向に１μｍ以下の位置調整が可能な位置調整部を有し、位置調整部は、互いに異なる方向に位置調整可能な精密駆動機構からなる第１調整部材及び第２調整部材を有し、第１調整部材が第２調整部材に支持され、加工具が第１調整部材に支持されて支持部の開口部に配置され、加工具と開口部との間の間隙の範囲で位置調整可能なものである。

上記第２の目的を達成する本発明の第２のプレス加工装置は、上記のようなプレス加工装置において、少なくとも一方の加圧部は、基部と、基部に固設されて加工時に他方の加圧部からの荷重を支持する中空の支持部と、支持部の中空部に配置されて基部に装着された位置調整部と、を備えているものである。

これらのプレス加工装置では、支持部は、一方の加圧部の基部に加圧方向に移動可能に装着されたストリッパを備え、ストリッパの加圧方向に設けられた貫通孔に加工具が配置されているのがよい。その場合、貫通孔における他方の加圧部側に、加工具の加工端側を進退可能に支持する加工端支持部を有していてもよい。

これらのプレス加工装置では、位置調整部を作動させる駆動部と、駆動部を制御する制御部と、加工具の変位を検出する検出部と、を備え、制御部は、予め設定された駆動部への入力値と検出部の検出値とを用いてフィードバッグ制御を行う構成とすることができる。
その場合、検出部は、第１加工具及び第２加工具のうちの少なくとも一方の変位を検出するセンサを備え、制御部は変位を用いてフィードバック制御を行うのがよい。

これらのプレス加工装置では、第１加圧部及び第２加圧部のうちの少なくとも一方の支持部には、加圧方向に貫通孔が設けられ、加工具が貫通孔内で加圧方向に位置調整されて支持されているのがよい。この第１加工具及び第２加工具のうちの少なくとも一方に、加圧方向の圧力を検出する検出部を備え、検出部の検出値に基づいて第１加工具と第２加工具との相対位置のズレを判定することもできる。

これらのプレス加工装置では、 第１及び第２加圧部並びに第１及び第２加工具を収容する収容容器と、収容容器内を所定温度範囲に保つ温度調整装置と、を備えているのがよい。
またこれらのプレス加工装置では、巻回された帯状のワークを第１加圧部と第２加圧部との間に順次送り出すワーク供給部と、加工後のワークを順次巻き取るワーク回収部と、を備え、第１及び第２加圧部並びに第１及び第２加工具を所定温度範囲に保たれる収容容器内に配置し、ワーク供給部及びワーク回収部を外部に配置したものとするのが好適である。

本発明の第１のプレス加工装置によれば、加圧方向に相対移動する第１加圧部及び第２加圧部の少なくとも一方に位置調整部を有し、この位置調整部に加工具が支持されているので、第１加圧部と第２加圧部とが誤差を有して構成されていても、位置調整部により第１加工具と第２加工具との相対位置を精密に調整することができる。そのためプレス加工装置の多数の部位を精密に構成する必要がなく、構成を簡素化できる。

また、各加圧部がワークを挟持するように互いに対向配置された支持部を備え、加圧方向と交差する方向に１μｍ以下の位置調整が可能な位置調整部に支持された加工具が、支持部の開口部に配置されているので、支持部により挟持されたワークをナノオーダーで位置調整された加工具により加工することができる。そのためワークの変形や歪みがなくナノオーダーの位置精度で加工することが可能である。その結果、ナノオーダーの加工を行うことができる簡素な構成のプレス加工装置を提供することができる。

本発明に係る第２のプレス加工装置によれば、加圧方向に相対移動する第１加圧部及び第２加圧部の少なくとも一方が位置調整部を備えていて、この位置調整部に加工具が支持されているので、加工具間の相対位置を調整する際、各加圧部全体を変位させて加圧部の位置調整を行う必要がなく、位置調整部により加工具だけを変位させればよいため、精密な位置調整を容易に行うことができる。

また加工時に他方の荷重を支持する支持部の中空部に、加工具を位置調整可能に支持する位置調整部が配置され、この位置調整部が基部に装着されているので、第１加工具と第２加工具との間でワークを加工する際、ワークを加工するための荷重のみを位置調整部に負荷し、他の荷重を支持部に負荷させることができる。そのため位置調整部に加工具を支持させていても、位置調整部に過剰な荷重の負荷を防止でき、精密な調整が可能な位置調整部の劣化や損傷を防止できる。
よって精密な位置調整を容易に行うことができ、耐久性のあるプレス加工装置を提供することが可能である。

本発明の第１実施形態に係るプレス加工装置の概略側面図である。 本発明の第１実施形態に係るプレス加工装置の加圧部及び加工具の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るプレス加工装置の加圧部及び加工具の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプレス加工装置の加工具を拡大して示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るプレス加工装置の位置調整部の制御系を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施形態に係るプレス加工装置の動作を説明する図である。 （ａ）及び（ｂ）は第２実施形態に係るプレス加工装置の検出部を説明する部分拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係るプレス加工装置の位置調整部における制御系を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係るプレス加工装置の位置調整部を示す部分拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。
［第１実施形態］
この実施形態では、帯状のワークＷにパンチ及びダイを用いて微細な孔開け加工を行うプレス加工装置の例を用いて説明する。
［全体構成］
図１に示すように、プレス加工装置１０は、巻回された帯状のワークＷを供給するワーク供給部１１と、供給されたワークＷを加工する加工部１２と、加工後のワークＷを順次巻き取るワーク回収部１３と、を備えている。

［ワーク供給部及びワーク回収部］
ワーク供給部１１及びワーク回収部１３は、帯状のワークＷをそれぞれリールに巻回する構成であるが、詳細な図示は省略している。ここでは帯状のワークＷを間欠的に所定長さづつ引き出し及び巻き取るように構成されている。
またワーク供給部１１とワーク回収部１３との一方又は双方により、加工部１２に配置されるワークＷに所定のテンションを負荷できるようになっている。

［加工部］
加工部１２は、加圧方向に相対移動する第１加圧部１４及び第２加圧部１５と、各加圧部１４，１５に装着された第１加工具１６及び第２加工具１７と、を備え、収容容器１８内に配置されている。第１及び第２加圧部１４，１５には、加工時にワークＷを挟持するように互いに対向配置された第１及び第２支持部２１，２２が設けられており、第１加工具１６と第２加工具１７との間でワークＷを加工可能となっている。

［第１加圧部］
図２及び図３に示すように、第１加圧部１４は、図示しない架台に固定された第１基部としてのダイセット２４と、ダイセット２４に固設されて加工時に第２加圧部１５からの荷重を支持する中空の第１支持部２１と、第１支持部２１の中空部２５に配置されてダイセット２４に装着された位置調整部２６と、を備える。

第１支持部２１は、略筒状に配置されて内側に中空部２５を形成する縦壁からなる第１バッキングプレート２７と、第１バッキングプレート２７の上端部に固定された横壁からなるダイプレート２８と、を備えている。

ダイプレート２８には、上面にワークＷと対向して当接する平坦な第１ワーク当接面２８ａが設けられ、第１ワーク当接面２８ａ内の中間部分には、第１加工具１６のダイ３２を配置するために加圧方向に貫通したダイ貫通孔２８ｂが設けられている。また周囲には、後述するストリッパプレート３６のガイドロッド３７を精密に案内するために、例えばリニアボールガイド等のリニアガイド２９が加圧方向に貫通して配設されている。
ダイプレート２８は厚肉に形成されて周囲が第１バッキングプレート２７に強固に固定されることで、加工時に変位及び変形が生じないようになっている。

［位置調整部］
図２及び図３に示すように、第１加圧部１４の位置調整部２６は、第１支持部２１の中空部２５に配置され、ダイセット２４に、第１支持部２１とは分離した状態で装着されている。この位置調整部２６は、互いに異なる方向に位置調整可能な第１調整部材２６ａ及び第２調整部材２６ｂを有している。第２調整部材２６ｂがダイセット２４に装着され、この第２調整部材２６ｂに第１調整部材２６ａが支持され、さらに第１調整部材２６ａに第１加工具１６が支持されている。

第１加工具１６は、複数の調整部材２６ａ，２６ｂを積層することで、加圧方向と交差する方向、例えばダイプレート２８の第１ワーク当接面２８ａに平行なＸＹ方向に移動可能である。必要に応じて例えば別の調整部材を積層して回転方向に移動可能にしてもよい。

この位置調整部２６は、加圧方向と交差する方向に１μｍ以下の位置調整が可能なものを使用している。特に限定されるものではないが、第１調整部材２６ａ及び第２調整部材２６ｂには、それぞれピエゾ素子等の精密駆動機構からなる伸縮駆動部が用いられている。

［第１加工具］
図２及び図３に示すように、第１加工具１６は、位置調整部２６の第１調整部材２６ａに固定されて支持されたダイ支持治具３１と、ダイ支持治具３１に加圧方向に貫通して設けられたダイ貫通孔２８ｂに収容されて加圧方向に変位可能なダイ３２と、ダイ貫通孔２８ｂに収容されてダイ３２と位置調整部２６との間に配置された高さ調整材３３と、を備えている。

第１加圧部１４のダイプレート２８における中空部２５側に、ダイ凹部２８ｃが設けられており、このダイ凹部２８ｃ内にダイ支持治具３１の上部側が、周囲に位置調整用の間隙を設けて配置されている。

またダイ３２のワークＷに配置される加工端側が、ダイプレート２８の第１ワーク当接面２８ａに開口しているダイ貫通孔２８ｂの内側に、位置調整用の間隙を設けて配置されている。
さらに高さ調整材３３の高さを精密に調整することで、ダイ３２のワーク側端部となる加工端が、第１ワーク当接面２８ａの近傍、好ましくは略同等の高さ位置に配置されている。

この第１加工具１６は、位置調整部２６に支持されることにより、加圧方向と交差する方向に、少なくとも第１加圧部１４及び第２加圧部１５の最大公差の範囲で位置調整可能となっている。ここでは、第１加工具１６とダイ貫通孔２８ｂの開口部２８ｄとの間の間隙の範囲全体で第１加工具１６が位置調整可能であってもよい。

［第２加圧部］
図２及び図３に示すように、第２加圧部１５は、図示しない架台に固定されたサーボモータ等からなる加圧駆動部２３と、加圧駆動部２３にフリーシャンク構造で連結された第２基部としての第２バッキングプレート３５と、第２バッキングプレート３５に連結されてワークＷを第１支持部２１との間で挟持するための第２支持部２２と、を備えている。

第２支持部２２は、第２バッキングプレート３５に固定されたパンチプレート３８と、パンチプレート３８に相対変位可能に連結されたストリッパプレート３６と、を備えている。

パンチプレート３８には、中央付近に第２加工具１７が配置され、その周囲に後述するストリッパプレート３６のガイドロッド３７を精密に案内するための、例えばリニアボールガイド等のリニアガイド４２が加圧方向に貫通して配設され、さらにストリッパプレート３６を連結するための連結部４３が設けられている。

連結部４３では、パンチプレート３８の厚みより長いカラー４４を配置して締結具でパンチプレート３８とストリッパプレート３６とを締結することで、ストリッパプレート３６を連結している。これによりパンチプレート３８の厚みとカラー４４の長さとの差分、ストリッパプレート３６が加圧方向に移動可能となっている。この距離はワークＷの厚みより長く設定されている。
さらにカラー４４の周囲に設けた圧縮バネの付勢力により、ストリッパプレート３６がパンチプレート３８から離間する側に加圧されている。

ストリッパプレート３６は、下面にワークＷと対向して当接する平坦な第２ワーク当接面３６ａを有し、第２ワーク当接面３６ａ内の中間部分には、後述するパンチ貫通孔３６ｂが設けられ、その周囲にはガイドロッド３７を精密に加圧方向に配置するためのガイドロッド配置部３６ｃが貫通して設けられている。

［第２加工具］
図４に示すように、第２加工具１７は、パンチプレート３８に係止されたパンチ支持治具４１と、パンチ支持治具４１に支持されたパンチ３９と、を備えている。パンチ支持治具４１には、加圧方向に貫通してワークＷ側が縮径するようにパンチ支持孔が設けられており、加工端側が縮径して形成されたパンチ３９がこのパンチ支持孔に加圧方向に変位可能に収容されて支持されている。

パンチプレート３８には、パンチ凹部３８ａ及びパンチ貫通孔３８ｂが加圧方向に貫通して設けられており、パンチプレート３８のパンチ貫通孔３８ｂにパンチ支持治具４１が係止されている。パンチ凹部３８ａ内には押圧部４６及び荷重センサ４７が配置されており、これらが第２バッキングプレート３５とパンチ３９との間に配置されることで、第２バッキングプレート３５からの加圧力がパンチ３９に負荷されるようになっている。

ストリッパプレート３６には、パンチ貫通孔３６ｂが加圧方向に貫通して、パンチ貫通孔３８ｂと同軸に設けられている。ストリッパプレート３６のパンチ貫通孔３６ｂには、パンチ３９の加工端側を加圧方向に沿って進退可能に支持する加工端支持部４５が固定されている。加工端支持部４５は、パンチ貫通孔３６ｂにおける第１加圧部１４側の端部に固設されており、端面がストリッパプレート３６の第２ワーク当接面３６ａと略同一高さとなっている。この加工端支持部４５には、ワーク側ほど縮径するようにテーパー孔形状に形成されており、パンチ３９の微細に形成された加工端側が収容されている。

パンチ３９の加工端は、ストリッパプレート３６がワークＷに当接して圧縮バネ５４の加圧力に抗してパンチプレート３８側に相対変位すると、加工端支持部４５から突出してダイ３２に挿入される。一方、パンチプレート３８とストリッパプレート３６とが離間するように相対変位すると、パンチ３９の加工端が加工端支持部４５のテーパー孔に収容されるように位置調整されている。

［位置制御系］
このプレス加工装置１０には、第１加工部１２のダイ３２と第２加工部１２のパンチとの相対位置を１μｍ以下の精度で位置合わせするための位置制御系が構築されている。この位置制御系では、図２に示すように、第１位置調整部２６を作動させる調整駆動部５１と、調整駆動部５１を制御する制御部５２と、第１加工具１６の変位を検出する位置センサ５３や荷重センサ４７等の位置検出部と、を備えている。

［収容容器］
収容容器１８は、第１及び第２加圧部１４，１５並びに第１及び第２加工具１６，１７を収容するカバーであり、図示しない温度調整装置が設けられており、収容容器１８内が所定温度範囲に保たれている。この実施形態では、第２加圧部１５の加圧駆動部２３は収容容器１８の外部に配置され、ワーク供給部１１及びワーク回収部１３も収容容器１８の外部に配置されており、容積を出来るだけ小さく抑えている。

［動作］
次に、このプレス加工装置１０の動作について説明する。
まず図２及び図３に示すように、ワークＷ及びプレス加工の態様に応じて第１加圧部１４及び位置調整部２６に第１加工具１６を装着するとともに、第２加圧部１５に第２加工具１７を装着する。このとき第１加工具１６と第２加工具１７とが公差範囲内の相対位置となる。

詳細には、まず、ダイ３２は、ダイセット２４に対し、位置調整部２６、ダイ支持治具３１、及び高さ調整材３３を介して装着される。そのためダイ３２の加工端は、これらの部材毎の製造公差及び各部材の組立公差が積算された状態で配置される。

一方、パンチ３９は、ダイセット２４に対し、第１バッキングプレート２７、ダイプレート２８、リニアガイド２９、ガイドロッド３７、リニアガイド４２、パンチプレート３８及び第２バッキングプレート３５、並びにパンチ支持治具４１を介して装着される。そのためパンチ３９の加工端は、これらの部材毎の製造公差及び各部材の組立公差が積算された状態で配置される。

さらに、パンチ３９の加工端を支持する加工端支持部４５は、ダイセット２４に対し、第１バッキングプレート２７、ダイプレート２８、リニアガイド２９、ガイドロッド３７、ストリッパプレート３６を介して装着される。そのため加工端支持部４５の開口は、これらの部材毎の製造公差及び各部材の組立公差が積算された状態で配置される。

このプレス加工装置１０では、このような第１加工具１６におけるダイ３２の加工端と、第２加工具１７におけるパンチ３９の加工端と、第２支持部２２における加工端支持部４５の開口と、をナノオーダーで精密に位置合わせする。

ここでは第１加工具１６のダイ支持治具３１とダイプレート２８のダイ凹部２８ｃとの間に、調整可能な間隙を有するとともに、ダイ３２とダイ貫通孔２８ｂとの間に、調整可能な間隙を有しており、第１加工具１６全体が位置調整部２６に支持されている。そのためダイ３２の加工端は、ダイセット２４に対して横方向、即ちＸ軸及びＹ軸方向に精密に位置調整可能となっている。

一方、第２加圧部１５及び第２加工具１７は加圧駆動部２３により縦方向、即ちＺ軸方向に変位可能となっている。ここでは第２加圧部１５及び第２加工具１７は、第１加圧部１４に対して、リニアガイド２９、４２、ガイドロッド３７、カラー４４等を複合させて安定に配置され、さらに第２ワーク当接面３６ａを有するストリッパプレート３６に加工端支持部４５が固定して設けられていることで、横方向の変位が防止された状態で縦方向に変位可能となっている。

これにより、位置調整部２６によりダイ３２の加工端を位置調整することで、第１加工具１６におけるダイ３２の加工端と、第２加工具１７におけるパンチ３９の加工端と、第２支持部２２における加工端支持部４５の開口と、をナノオーダーで精密に位置合わせすることができる。

この実施形態の装置では、このような精密な位置合わせを図２に示すような位置制御系により行うことができる。
例えば相対位置のずれを判定した後、図５に示すように、制御部５２の記憶部に予め設定されているテーブルに基づいて制御位置指令を調整駆動部５１に入力し、調整駆動部５１から第１調整部材２６ａ及び第２調整部材２６ｂに駆動電圧が印加される。

駆動電圧によりピエゾ素子等の精密駆動機構が伸縮することで、第１調整部材２６ａ及び第２調整部材２６ｂが変位して第１加工具１６が変位する。この変位が位置センサ５３により検出されて、制御部５２に伝達される。
制御部５２では、制御位置指令と第１加工具１６の変位計指示値とでフィードバック制御を行うことで、第１調整部材２６ａに装着された第１加工具１６の位置を第２加工具１７とナノオーダーで精度よく位置合わせする。

その後、第１加圧部１４と第２加圧部１５との間に、ワーク供給部１１から帯状のワークＷを間欠的に順次送り込んで各位置にプレス加工を施す。
このプレス加工では、図６（ａ）に示すように、第１加圧部１４と第２加圧部１５とを離間させて型開きし、ダイプレート２８の第１ワーク当接面２８ａにワークＷを載置する。図６（ｂ）に示すように、第２加圧部１５を下降させると、圧縮バネ５４で加圧されているストリッパプレート３６の第２ワーク当接面３６ａがワークＷに当接して、ワークＷを挟持する。

さらに第２加圧部１５を下降させると、図６（ｃ）に示すように、パンチプレート３８及び第２バッキングプレート３５が下降して、荷重センサ４７を介して押圧部４６によりパンチ３９が加圧されて、パンチ支持治具４１及びパンチ３９が下降する。
このとき、パンチ３９の加工端が加工端支持部４５のテーパー孔を通して第２ワーク当接面３６ａから突出する。ダイ３２とパンチ３９とがナノオーダーで精密に位置合わせされているため、パンチ３９がダイ３２の中心に挿入されて、精密な孔加工が施される。

その後、第２加圧部１５を上昇させると、図６（ｄ）に示すように、ストリッパプレートが加圧力によりワークＷを支持した状態で、パンチ３９が上昇してワークＷから剥がれ、さらに第２加圧部１５を上昇させることで、ストリッパプレート３６が上昇して型開きされる。
そしてワークＷの加工後の領域をワーク回収部１３に巻き取り、次の領域を第１加圧部１４と第２加圧部１５との間に配置し、再びプレス加工を行う。

［作用効果］
以上のようなプレス加工装置１０によれば、加圧方向に相対移動する第１加圧部１４に位置調整部２６を有し、この位置調整部２６に第１加工具１６が支持されているので、第１加圧部１４と第２加圧部１５とが誤差を有して構成されていても、位置調整部２６により第１加工具１６と第２加工具１７との相対位置を精密に調整することができる。そのためプレス加工装置１０の多数の部位を精密に構成する必要がなく、構成を簡素化できる。

また、各加圧部１４，１５がワークＷを挟持するように互いに対向配置された第１及び第２支持部２１，２２を備え、加圧方向と交差する方向に１μｍ以下の位置調整が可能な位置調整部２６に支持された第１加工具１６のダイ３２が、第１支持部２１におけるダイ貫通孔２８ｂの開口部２８ｄに配置されているので、第１支持部２１及び第２支持部２２により挟持されたワークＷをナノオーダーで位置調整された第１加工具１６により加工することができる。
よってワークＷの変形や歪みがなく、１μｍ以下の変位量で位置を調整して加工するようなナノオーダーの位置精度の加工が可能である。

さらに第１加工具１６のダイ３２と第２加工具１７のパンチ３９との相対位置を１μｍ以下で調整できると、ダイ３２とパンチ３９との間のクリアランスを１μｍ以下に設定することが可能となる。
この実施形態では、ダイ３２とパンチ３９との間のクリアランスを１μｍ以下にすることは必須ではないものの、クリアランスを１μｍ以下に設定した場合には、ダイ３２の加工端の形状とパンチ３９の加工端の形状とを精密に近似できることで、ワークＷをより精密な形状に加工することが可能となる。

即ち、第１加圧部１４と第２加圧部１５とを精密に製造及び組み付けたとしても、１μｍ以下の精度で相対位置を合わせることは不可能である。そのため、第１加圧部１４と第２加圧部１５との精度で第１加工具１６と第２加工具１７とを装着する場合には、加工時にダイ３２とパンチ３９とが互いに衝突することを防止するためにクリアランスを１μｍより大きく設定しなければならない。その場合には、ダイ３２の加工端の形状とパンチ３９の加工端の形状との差が大きくて加工形状の精度が低下する。
ところが、位置調整部２６により第１加工具１６を１μｍ以下の変位量で位置調整可能であるため、第１加圧部１４と第２加圧部１５との間に１μｍより大きな位置ズレを生じていても、加工時にダイ３２とパンチ３９とが互いに衝突しないように位置ズレを修正できる。従って、ダイ３２とパンチ３９との間のクリアランスを１μｍ以下に設定してワークＷをより精密な形状に加工することが可能となる。

このプレス加工装置１０によれば、加圧方向に相対移動する第１加圧部１４及び第２加圧部１５の一方が位置調整部２６を備えていて、この位置調整部２６に第１加工具１６が支持されているので、第１及び第２加工具１６，１７間の相対位置を調整する際、各加圧部１４，１５全体を変位させて位置調整を行う必要がなく、位置調整部２６により第１加工具１６だけを変位させればよい。そのため、精密な位置調整を容易に行うことができる。

また加工時に他方の荷重を支持する第１支持部２１の中空部２５に、第１加工具１６を位置調整可能に支持する位置調整部２６が配置され、この位置調整部２６がダイセット２４に装着されているので、第１加工具１６と第２加工具１７との間でワークＷを加工する際、ワークＷを加工するための荷重のみを位置調整部２６に負荷し、他の荷重を第１支持部２１に負荷させることができる。

例えば、ワークＷを挟持する際に当接して生じる衝撃、ワークＷを挟持して所定位置に支持するための荷重、加工時にワークＷを圧迫して変形を阻止するための荷重、加工完了時に第１及び第２加工具１６，１７の相対移動を停止するための衝撃、などを、第１支持部２１により受けることで、第１加工具１６に負荷されないようにすることができる。このため、位置調整部２６に第１加工具１６を支持させていても、位置調整部２６に過剰な荷重が負荷されることを防止でき、精密な調整が可能な位置調整部２６の劣化や損傷を防止できる。

このプレス加工装置１０によれば、位置調整部２６が、第１加工具１６のダイ３２と貫通孔２８ｂの開口部との間の間隙の範囲で第１加工具１６を位置調整可能であるので、間隙を小さくすることで、位置調整部２６の調整範囲を小さくできる。

このプレス加工装置１０では、位置調整部２６が、互いに異なる方向に位置調整可能なピエゾ素子等の精密駆動機構からなる第１調整部材２６ａ及び第２調整部材２６ｂを有し、第１調整部材２６ａが第２調整部材２６ｂに支持され、第１調整部材２６ｂに第１加工具１６が支持されている。そのため、各調整部材２６ａ，２６ｂに供給する電気的エネルギーを調整することで、簡素な構成で、第１加工具１６をナノオーダーの精度で精密に複数の方向に位置調整することができる。

このプレス加工装置１０では、第２支持部２２が、第２加圧部１５の第２バッキングプレート３６に加圧方向に移動可能に装着されたストリッパプレート３６からなり、ストリッパプレート３６に加圧方向に設けられたパンチ貫通孔３８ｂに第２加工具１７のパンチ３９が配置されている。そのため、第２バッキングプレート３６の昇降と時間的に前後させてストリッパプレート３６を昇降させ、例えば第２加工具１７のパンチ３９が下降してワークＷに当接する前にストリッパプレート３６でワークＷを挟持するように動作させれば、ワークＷを変形なく安定して保持できる。また第２加工具１７のパンチ３９が上昇してワークＷから離脱した後で、ストリッパプレート３６をワークＷから離間するように動作させれば、ワークＷから第２加工具１７のパンチ３９を確実に離脱させることができる。

このプレス加工装置１０では、パンチ貫通孔３８ｂにおける第１加圧部１４側に、第２加工具１７のパンチ３９の加工端側を進退可能に支持する加工端支持部４５を有するので、第２加工具１７の微細な加工端側を案内することができ、加工時の変形や損傷を防止できる。

このプレス加工装置１０では、フィードバッグ制御により第１加工具１５のナノオーダーの変位量を調整するため、容易に精度よく移動量を調整できる。

このプレス加工装置１０では、支持部２１，２２に加圧方向の貫通孔２８ｂ，３８ｂが設けられ、加工具１６，１７のダイ３２やパンチ３９が貫通孔２８ｂ，３８ｂ内で加圧方向に支持されて、相対位置を微量に調整できる。そのため支持部２１，２２によりワークＷを挟持する荷重と加工具１６，１７によりワークＷを加工する荷重とを、適切に調整することができる。

このプレス加工装置１０では、第１及び第２加圧部１４，１５並びに第１及び第２加工具１６，１７を所定温度範囲に保たれた収容容器１８内に配置したので、各部の温度変化による位置ずれの発生を防止できることに加え、装置の動作部分における摩擦抵抗の変化などを防止でき、装置の安定した動作を確保でき、加工精度を向上できる。
しかもワーク供給部１１及びワーク回収部１３を外部に配置した状態で、第１及び第２加圧部１４，１５及び第１及び第２加工具１６，１７を収容容器１８内に収容したので、収容容器１８の容積を小さくでき、その結果、温度調整が顕著に容易である。

このプレス加工装置１０では、第１支持部２１が貫通孔２８ｂを囲む複数箇所で固定されているので、第１支持部２１の強度を確保し易く、加工時に第１支持部２１に荷重が負荷されても変形や倒れなどが生じにくい。
このプレス加工装置１０では、巻回された帯状のワークＷを第１加圧部１４と第２加圧部１５との間に順次送り出すワーク供給部１１と、加工後のワークＷを順次巻き取るワーク回収部１３と、を備えているので、ワークＷの長手方向の異なる位置に、順次、ナノオーダーの加工をすることができる。その際、ワークＷが帯状であるため、第１加圧部１４と第２加圧部１５との間の外側に配置された部位を利用して位置合わせを行うことができ、ナノオーダーの加工位置を特定することができる。

［第２実施形態］
図７及び図８は第２実施形態のプレス加工装置の図面である。
第１実施形態では、第１加工具１６と第２加工具１７と精密な位置合わせを行う際、位置センサ５３を使用していたが、この第２実施形態では、図２に示すように、パンチプレート３８のパンチ凹部３８ａに配置された圧力検出部としての荷重センサ４７を用いて精密な位置合わせを行う他は、第１実施形態と同様である。

第１加圧部１４と第２加圧部１５とを接近させた際、図７（ａ）に示すように、パンチ３９に対してダイ３２が精密に位置合わせされていない場合には、荷重センサ４７に負荷される加圧方向の圧力は大きい。ところが、図７（ｂ）に示すように、パンチ３９に対してダイ３２が精密に位置合わせされている場合は、荷重センサ４７に負荷される圧力は小さくなる。
そこでこの実施形態では、荷重センサ４７で検出される圧力の検出値に基づいて、パンチ３９とダイ３２との相対位置のズレを判定する。

荷重センサ４７により検出される圧力を用いて位置を制御するには、図８に示すように、当初の相対位置のずれを判定した後、図８に示すように、制御部５２の記憶部に予め設定されているテーブルに基づいて制御荷重指令を調整駆動部５１に入力し、調整駆動部５１から第１調整部材２６ａ及び第２調整部材２６ｂに駆動電圧が印加される。

駆動電圧によりピエゾ素子等の精密駆動機構が伸縮することで、第１調整部材２６ａ及び第２調整部材２６ｂが変位して、第１加工具１６が変位する。その状態で第２加圧部１５によりパンチ３９を加圧すると、その圧力が荷重センサ４７で検出され、その荷重測定値が制御部５２に伝達される。
制御部５２では制御荷重指令と荷重測定値とでフィードバック制御を行い、精度よく第１調整部材２６ａに装着された第１加工具１６の位置を第２加工具１７とナノオーダーで位置合わせする。

このようなプレス加工装置１０では、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができ、さらに第１加工具１６及び第２加工具１７のうちの少なくとも一方に、加圧方向の荷重を検出する荷重センサ４７を備え、荷重センサ４７の検出値に基づいて第１加工具１６と第２加工具１７との相対位置のズレを判定するので、位置ずれを直接長さで測定する必要がなく、ナノオーダーの位置ずれの判定を極めて容易に行うことができる。

［第３実施形態］
図９は第３実施形態のプレス加工装置の位置調整部を示している。
このプレス加工装置１０では、位置調整部２６をストリッパプレート３６に設け、第２加工具１７のパンチの位置をナノオーダーで精密に調整する。ここではストリッパプレート３６にパンチ貫通孔３８ｂよりも大径のブッシュ貫通孔５５が設けられ、このブッシュ貫通孔５５にストリッパガイドブッシュ５６が収容されている。ブッシュ貫通孔５５の内径とストリッパガイドブッシュ５６の外径との間には、間隙が設けられている。ストリッパガイドブッシュ５６には、パンチ貫通孔３８ｂが設けられており、実施形態１と同様にパンチ３９、パンチ支持治具４１及び加工端支持部４５が配置されている。

またストリッパプレート３６には、ブッシュ貫通孔５５と連通して複数方向、好ましくは互いに直交する方向に所定長の長さで延びる溝部５７が設けられている。
そして位置調整部２６を構成する棒状の第１調整部材２６ａ及び図示しない第２調整部材２６ｂが、各溝部５７に配設されている。第１調整部材２６ａ及び第２調整部材２６ｂは、ピエゾ素子等の精密駆動機構により形成されており、ブッシュ貫通孔５５に収容されたストリッパガイドブッシュ５６に当接して設けられている。

第１調整部材２６ａ及び第２調整部材２６ｂが伸縮すると、ストリッパガイドブッシュ５６が加圧方向と交差する方向に変位する。これにより、ストリッパガイドブッシュ５６のパンチ貫通孔３８ｂに配置されたパンチ支持治具４１及びパンチ３９を加圧方向と交差する方向に変位させることができる。
その他は、第１実施形態と同様である。
このような構成のプレス加工装置１０であっても第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお本発明のプレス加工装置は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更可能である。
例えば、この実施形態は、本発明において利用が期待される、微細孔開け、曲げ、絞り加工のうち、最も効果が高く期待できる微細孔開け加工を行うプレス加工装置の例である。この装置では、帯状のワークＷを挟むようにパンチ及びダイを設置し、鍛圧機械を用いて負荷することにより微細な孔開け加工を行ったが、曲げ、絞りにおいても基本的な形態は同一にして実現することができる。

また上記第１，２実施形態では、位置調整部２６を第１加圧部１４に設け、第３実施形態では、ストリッパプレート３６に位置調整部２６を設けた例について説明したが、位置調整部２６を配置する場所は特に限定されない。例えば、第２加圧部１５に、第１実施形態のような位置調整部２６を設けてもよい。さらに、第１加圧部１４と第２加圧部１５との両方の複数部位に位置調整部２６を設けることも可能である。

第２加圧部１５に第１実施形態のような位置調整部２６を設ける場合、パンチプレート３８のパンチ貫通孔３８ｂやパンチ凹部３８ａとパンチ支持治具４１との間に位置調整可能な間隙を設けるとともに、ストリッパプレート３６のパンチ貫通孔３６ｂとパンチ３９の加工端との間に、位置調整可能な間隙を設けるのがよい。またダイプレート２８のダイ貫通孔２８ｂに加工端支持部４５を設けて、ダイ３２の加工端を支持するのがよい。

さらに上記の精密駆動機構としては、ピエゾ素子に限定されるものではなく、磁歪、圧電、静電等による他の回路を搭載した駆動機構であってもよい。
また上記では、ワークＷとして帯状の長尺材を用いてワーク供給部１１及びワーク回収部１３を配設したが、加工部１２を備えた装置であればよく、ワーク供給部１１及びワーク回収部１３等を配設しなくてもよい。

Ｗ ワーク
１０ プレス加工装置
１１ ワーク供給部
１２ 加工部
１３ ワーク回収部
１４ 第１加圧部
１５ 第２加圧部
１６ 第１加工具
１７ 第２加工具
１８ 収容容器
２１ 第１支持部
２２ 第２支持部
２３ 加圧駆動部
２４ ダイセット
２５ 中空部
２６ 位置調整部
２６ａ 第１調整部材
２６ｂ 第２調整部材
２７ 第１バッキングプレート
２８ ダイプレート
２８ａ 第１ワーク当接面
２８ｂ ダイ貫通孔
２８ｃ ダイ凹部
２８ｄ 開口部
２９ リニアガイド
３１ ダイ支持治具
３２ ダイ
３３ 高さ調整材
３５ 第２バッキングプレート
３６ ストリッパプレート
３６ａ 第２ワーク当接面
３６ｂ パンチ貫通孔
３６ｃ ガイドロッド配置部
３７ ガイドロッド
３８ パンチプレート
３８ａ パンチ凹部
３８ｂ パンチ貫通孔
３９ パンチ
４１ パンチ支持治具
４２ リニアガイド
４３ 連結部
４４ カラー
４５ 加工端支持部
４６ 押圧部
４７ 荷重センサ
５１ 調整駆動部
５２ 制御部
５３ 位置センサ
５４ 圧縮バネ
５５ ブッシュ貫通孔
５６ ストリッパガイドブッシュ
５７ 溝部

Claims (10)

1. 加圧方向に相対移動する第１加圧部及び第２加圧部と、前記各加圧部に装着された第１加工具及び第２加工具と、を備え、前記第１加工具と前記第２加工具との間でワークを加工するプレス加工装置であって、
   前記各加圧部は、加工時に前記ワークを挟持するように互いに対向配置され開口部を有する支持部を備え、
   少なくとも一方の前記加圧部は、前記加圧方向と交差する方向に１μｍ以下の位置調整が可能な位置調整部を有し、
   該位置調整部は、互いに異なる方向に位置調整可能な精密駆動機構からなる第１調整部材及び第２調整部材を有し、
   前記第１調整部材が前記第２調整部材に支持され、前記加工具が該第１調整部材に支持されて前記支持部の開口部に配置され、該加工具と前記開口部との間の間隙の範囲で位置調整可能である、プレス加工装置。
2. 少なくとも一方の前記加圧部は、基部と、該基部に固設されて加工時に他方の前記加圧部からの荷重を支持する中空の前記支持部と、該支持部の中空部に配置されて前記基部に装着された前記位置調整部と、を備えている、請求項１に記載のプレス加工装置。
3. 前記支持部は、一方の前記加圧部の基部に前記加圧方向に移動可能に装着されたストリッパを備え、該ストリッパの前記加圧方向に設けられた貫通孔に前記加工具が配置されている、請求項１又は２に記載のプレス加工装置。
4. 前記貫通孔における他方の前記加圧部側に、前記加工具の加工端側を進退可能に支持する加工端支持部を有する、請求項３に記載のプレス加工装置。
5. 前記位置調整部を作動させる駆動部と、駆動部を制御する制御部と、前記加工具の変位を検出する検出部と、を備え、
   前記制御部は、予め設定された前記駆動部への入力値と前記検出部の検出値とを用いてフィードバッグ制御を行う、請求項１乃至４の何れかに記載のプレス加工装置。
6. 前記検出部は、前記第１加工具及び前記第２加工具のうちの少なくとも一方の変位を検出するセンサを備え、前記制御部は前記変位を用いてフィードバック制御を行う、請求項５に記載のプレス加工装置。
7. 前記第１加圧部及び前記第２加圧部のうちの少なくとも一方の支持部には、前記加圧方向に貫通孔が設けられ、前記加工具が該貫通孔内で前記加圧方向に位置調整されて支持されている、請求項１乃至６の何れかに記載のプレス加工装置。
8. 前記第１加工具及び前記第２加工具のうちの少なくとも一方に、前記加圧方向の圧力を検出する検出部を備え、該検出部の検出値に基づいて前記第１加工具と前記第２加工具との相対位置のズレを判定する、請求項１乃至７の何れかに記載のプレス加工装置。
9. 前記第１及び第２加圧部並びに前記第１及び第２加工具を収容する収容容器と、
   該収容容器内を所定温度範囲に保つ温度調整装置と、を備えている、請求項１乃至８の何れかに記載のプレス加工装置。
10. 巻回された帯状の前記ワークを前記第１加圧部と第２加圧部との間に順次送り出すワーク供給部と、加工後の前記ワークを順次巻取るワーク回収部と、を備え、
    前記第１及び第２加圧部並びに前記第１及び第２加工具を所定温度範囲に保たれる収容容器内に配置し、前記ワーク供給部及び前記ワーク回収部を外部に配置した、請求項１乃至８の何れかに記載のプレス加工装置。

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