板状材料の打抜工法
【課題】板状材料の打ち抜き時にヒゲバリとクズの発生を抑制し、製品への打痕の発生を防止した板状材料の打抜工法を提供する。
【解決手段】流路７ｂの圧力Ｐ０からＰＬ１とし板状材料６を吸引して凸工具３ｂ上面に固定する。また流路７ａを圧力Ｐ０からＰＵ１とし凹工具３ａ切刃側面とパッド４の間から気体を流出させ異物を除去。上金型を下降させて板状材料６を凹工具３ａと凸工具３ｂの切刃先端で挟む。この状態で流路７ｂより気体を流入させて圧力ＰＬ１からＰＬ２に上昇させ、同時に流路７ａより気体を流出させて圧力ＰＵ１からＰＵ２に下降させる。板状材料６は流出，流入の圧力差により凹工具３ａ側にたわみを生じ、この状態で製品側材料６ｂとスクラップ側材料６ａにヒゲバリを生じずに切断される。切断後、流路７ｂと流路７ａは流出、流入の圧力ＰＬ１、ＰＵ１に戻され、上金型の上昇時に製品を凸工具３ｂ上に吸着固定、圧力Ｐ０として製品を取り出す。
【解決手段】流路７ｂの圧力Ｐ０からＰＬ１とし板状材料６を吸引して凸工具３ｂ上面に固定する。また流路７ａを圧力Ｐ０からＰＵ１とし凹工具３ａ切刃側面とパッド４の間から気体を流出させ異物を除去。上金型を下降させて板状材料６を凹工具３ａと凸工具３ｂの切刃先端で挟む。この状態で流路７ｂより気体を流入させて圧力ＰＬ１からＰＬ２に上昇させ、同時に流路７ａより気体を流出させて圧力ＰＵ１からＰＵ２に下降させる。板状材料６は流出，流入の圧力差により凹工具３ａ側にたわみを生じ、この状態で製品側材料６ｂとスクラップ側材料６ａにヒゲバリを生じずに切断される。切断後、流路７ｂと流路７ａは流出、流入の圧力ＰＬ１、ＰＵ１に戻され、上金型の上昇時に製品を凸工具３ｂ上に吸着固定、圧力Ｐ０として製品を取り出す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状材料を打ち抜く工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フレキシブルプリント基板のベースフィルムのような板状材料の打ち抜きにおいては、金属材料の打ち抜きにおいて発生する一般的なバリとは異なる、繊維状のヒゲバリもしくは粒子状のクズが発生することがある。
【０００３】
こういったヒゲバリもしくはクズが製品から分離し別の場所に付着することで種々の不具合を発生することがあり、これらを低減した打ち抜きを行う方法が求められていた。
【０００４】
ヒゲバリもしくはクズを低減させるために、図１３に示すような加工を行う金型工具の切刃に微小丸みを持たせて打ち抜く工法、図１４に示すような被加工材料を材料押さえにより拘束しつつ打ち抜く工法が用いられている。
【０００５】
図１３に示す工法では、被加工材料である板状材料６に対して、切刃が対向する凹工具３ａと凸工具３ｂがお互いのクリアランスを保ったまま接近させることで、板状材料６を打ち抜いている。凹工具３ａと凸工具３ｂの切刃には大きさＲ１の微小丸み（５０ａ、５０ｂ）を持たせている。ここでＲ１＝２〜８μｍである。
【０００６】
また、図１４に示す工法では、板状材料６を凹工具３ａと材料押さえ５１ａ、および／または凸工具３ｂと材料押さえ５１ｂにより挟み込み、圧力を加えつつ凹工具３ａと凸工具３ｂを接近させることで、板状材料６を打ち抜いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−４６４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述のような打ち抜き工法を用いると、近年の板厚の減少や素材の変化によって、打ち抜き時にヒゲバリやクズや打痕が多発するという問題がある。
【０００９】
例えば、図１３に示す金型の凹，凸工具３ａ，３ｂの先端に微小丸み５０ａ，５０ｂをつける工法では（詳細なヒゲバリ発生メカニズムは後述するが）、図５（ａ）〜（ｆ）に示すように、打ち抜き時に凹工具３ａ，凸工具３ｂの板状材料６への接触によって板状材料６が拘束され、工具先端部分の曲げ応力が凹工具３ａの先端側を引張応力１５、凸工具３ｂの先端側を圧縮応力１６となる方向に内部応力が制限される。
【００１０】
この内部応力の状態で板状材料６を打ち抜くと、板状材料６から切り離れた製品側材料６ｂとスクラップ側材料６ａのうち、製品側材料６ｂにヒゲバリ１２ｂがつきやすくスクラップ側材料６ａにつきにくい状態になる。
【００１１】
また、図１４に示す板状材料６を材料押さえ５１ａ，５１ｂにて拘束する工法では、打ち抜き動作後にも板状材料６を拘束するため凹工具３ａ側面と板状材料６がこすれクズが多発する。
【００１２】
さらに、板状材料に対して材料押さえを物理的に接触させるため、打痕を発生させる可能性がある。
【００１３】
本発明は、前記従来技術の課題を解決することに指向するものであり、板状材料の打ち抜き時に、ヒゲバリとクズの発生を抑制し、さらに、製品への打痕の発生を防止した板状材料の打抜工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】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の板状材料の打抜工法は、切刃が対向する凸工具と凹工具を用いる板状材料の打抜工法であって、凸工具と凹工具により板状材料を挟んで拘束する第１工程と、板状材料に凸工具の切刃側に引張応力、かつ凹工具の切刃側に圧縮応力とこの圧縮応力を付加する方向に曲げ応力を加える第２工程と、板状材料を打ち抜く第３工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２〜４に記載の発明は、請求項１の板状材料の打抜工法の第２工程において、凸工具の上面と板状材料との間の空間に、凸工具内に設けた穴を通じて気体を流入させて圧力を発生させることにより、曲げ応力を加えること、さらに、凸工具と板状材料との空間に気体を流入させる時間を、第１工程完了から第３工程完了の間のみとすること、さらに、凸工具と板状材料との空間に気体を流入させる穴を用いて、第１工程完了前および第３工程完了後は気体を流出させて逆の圧力を発生させることにより、凸工具の上面に板状材料を吸着固定することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５，６に記載した発明は、請求項１記載の板状材料の打抜工法の第２工程において、凹工具と板状材料との間の空間から気体を流出させて圧力を減じることにより、曲げ応力を加えること、さらに、凹工具と板状材料との空間から気体を流出させる時間を、第１工程完了から第３工程完了の間のみとすることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７〜９に記載した発明は、請求項１〜６の板状材料の打抜工法の切刃が対向する凸工具と凹工具において、板状材料を打ち抜いた製品の平面形状が第１角（製品の内角が１９０度以上３５０度以下）と第２角（製品の内角が１０度以上１７０度以下）を含む多角形状の場合、凸工具または凹工具いずれかの第２角の部分にテーパ加工を設けること、さらに、テーパ加工のニガシ量が板状材料の厚みの１／３以上、２／３以下であること、または、テーパ加工に変えて段つきのニガシ形状として、ニガシ量が板状材料の厚みの１／３以上、２／３以下であることを特徴とする。
【００１８】
前記打抜工法によれば、打ち抜き時に板状材料に発生する内部応力の状態を、凸工具の先端側を引張応力、凹工具の先端側を引張応力となるようにコントロールしつつ打ち抜くことによって、ヒゲバリ発生を抑制でき、板状材料に対して材料押さえなどの工具以外の物理的接触をなくして、クズや打痕の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、板状材料の打ち抜き時に、ヒゲバリとクズの発生を抑制すると同時に、製品への打痕を防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１における金型工具の切断位置付近を示す断面図
【図２】本実施形態１における金型の動作（ａ）〜（ｉ）を示す図
【図３】本実施形態１における金型動作１サイクル間の位置の時間変化を示したグラフ
【図４】本実施形態１における（ａ）は上金型、（ｂ）は下金型に発生させる空気圧力、（ｃ）は実際の空気圧力の変化を示すグラフ
【図５】対策前の板状材料に曲げ力（たわみ）を加えない場合の切断状態（ａ）〜（ｆ）を示す図
【図６】本実施形態１における板状材料にたわみを加えた場合の切断状態（ａ）〜（ｆ）を示す図
【図７】本発明の実施形態２における切断する製品側材料の平面形状を示す図
【図８】本実施形態２における（ａ）は凸工具、（ｂ）は凹工具の形状を示す図
【図９】本実施形態２における板状材料への工具接触と切断完了のタイミングを示す図
【図１０】本実施形態２における第２角以外の加工タイミング（ａ−１）〜（ａ−４）、第２角の加工タイミング（ｂ−１）〜（ｂ−４）を示す図
【図１１】本実施形態２における（ａ）は製品側材料の第２角、（ｂ）はコーナー頂点に対する曲げモーメント、（ｃ）は切断時の作用力を示す図
【図１２】本実施形態２における（ａ）は製品側材料の第１角、（ｂ）はコーナー頂点に対する曲げモーメント、（ｃ）は切断時の作用力を示す図
【図１３】従来の加工を行う金型工具の微小丸みを持つ切刃を示す図
【図１４】従来の加工を行う被加工材料を拘束する材料押さえを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における金型工具の切断位置付近を示す断面図である。図１に示すように上金型に凹工具３ａ、下金型に凸工具３ｂが配置され、凹工具３ａが下降することで、凸工具３ｂ上に配置された板状材料（厚み５０μｍのポリイミド素材でできたフレキシブルプリント基板）６を所定の形状に打ち抜く。
【００２３】
上金型と下金型の凹工具３ａと凸工具３ｂは、それぞれ上バッキングプレート２ａと下バッキングプレート２ｂに取り付けられており、また上バッキングプレート２ａと下バッキングプレート２ｂも上ダイセットプレート１ａと下ダイセットプレート１ｂに取り付けられている。
【００２４】
下金型には板状材料６を搬送するための材料ガイド５が設置されており、上下に稼動する。稼動範囲は、上限が板状材料６の搬送時などに材料ガイド５の上面が凸工具３ｂの上面よりも僅かに上の位置、下限が板状材料６の切断時などに材料ガイド５の上面が凸工具３ｂの上面よりも僅かに下の位置に設定されている。
【００２５】
上金型には凹工具３ａの中を凹工具３ａの切刃側面と僅かな隙間を保ったまま摺動するパッド４が設置されており、上下に稼動する。稼動範囲は、下限が板状材料６の搬送時などにパッド４の下面が凹工具３ａの下面より僅かに下の位置、上限はパッド４の下面が凹工具３ａの下面より僅かに上の位置に設定されている。また、パッド４の上下動作は金型自体の動作に合わせて動き、パッド４の下面と板状材料６の上面は常に隙間が保たれている。
【００２６】
上金型と下金型の凹，凸工具３ａ，３ｂや上，下バッキングプレート２ａ，２ｂには、空気を吸引や流入させるための流路７ａ，７ｂが構成されている。上金型の上バッキングプレート２ａには凹工具３ａに連結される流路７ａがあり、上バッキングプレート２ａ内部を通って側方より金型外部の外部流路７ｃと連結されている。
【００２７】
また、下金型の凸工具３ｂには上面と下面をつなぐ流路７ｂがあり、さらに下バッキングプレート２ｂ上面にある流路でつながっている。この流路７ｂは上金型同様、下バッキングプレート２ｂ内部を通って側方より金型外部の外部流路７ｄと連結されている。
【００２８】
上金型と下金型からの外部流路７ｃ，７ｄは流体の流れ方向や量を電気信号で変化させることができるバルブ９に接続されている。また、このバルブ９は別の外部流路７ｅを介してエアーポンプ１１と接続されている。
【００２９】
下ダイセットプレート１ｂには下金型と上金型との距離や速度を測定するためのギャップセンサ８が設置されている。ギャップセンサ８からの電気信号は信号線１０ａを介してアンプ１０ｂとコントローラ１０ｃに伝達される。この下金型と上金型の距離や速度の情報を元に、下金型と上金型に供給する空気の流量や圧力を制御するため、コントローラ１０ｃはそれぞれエアーポンプ１１とバルブ９に信号線１０ｄ，１０ｅで接続されている。
【００３０】
図２（ａ）〜（ｉ）は本実施形態１における金型の動作を示した図である。なお、図２（ａ）〜（ｉ）は図１の金型構造の一部を示しており、図中のｈ、ｈ０、ｈ１、ｈ２、ｈ３は図１の上ダイセットプレート１ａの下面と下ダイセットプレート１ｂの上面の距離を表す。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、まず上死点（ｈ＝ｈ０）の状態で板状材料６を金型内の切断する位置まで搬送する。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、材料ガイド５を下降させ、板状材料６を凸工具３ｂ上面に接触させる。移動完了後、凸工具３ｂの流路７ｂの圧力を大気圧Ｐ０以下の圧力ＰＬ１にすることで板状材料６を吸引し、板状材料６を凸工具３ｂ上面に固定する。また、上金型の凹工具３ａにおける流路７ａの圧力を大気圧Ｐ０以上の圧力ＰＵ１に設定することで、凹工具３ａの切刃側面とパッド４の間より気体を流出させ板状材料６や凹工具３ａに付着した異物を除去する。
【００３３】
図２（ｃ）に示すように、その後、プレス機によって上金型を下降させ、上金型の凹工具３ａの切刃が板状材料６に接触し、板状材料６を凹工具３ａと凸工具３ｂの切刃先端で挟み込む（ｈ＝ｈ１）。
【００３４】
図２（ｄ）に示すように、この板状材料６を完全に挟み込んだ状態から下金型の凸工具３ｂにおける流路７ｂの圧力を一気に大気圧Ｐ０以上の圧力ＰＬ２に上昇させる。それと同時に上金型の凹工具３ａ側の圧力を大気圧Ｐ０以下の圧力ＰＵ２に下降させる。このとき、板状材料６の上下には圧力差ＰＬ２−ＰＵ２が生じ凹工具３ａ側に板状材料６はたわみを生じる。
【００３５】
図２（ｅ）に示すように、板状材料６がたわんだ状態でさらにプレス機は下降し、板状材料６は製品側材料６ｂとスクラップ側材料６ａに分割され、切断が完了する（ｈ＝ｈ２）。切断が完了すると、下金型の凸工具３ｂの流路７ｂの圧力をＰＬ１に戻すと同時に上金型の凹工具３ａの流路７ａの圧力をＰＵ１に戻す。この圧力切り替えによって製品は凸工具３ｂ上面に吸着固定される。
【００３６】
図２（ｆ）に示すように、プレス機はさらに降下し下死点に達する（ｈ＝ｈ３）。製品（製品側材料６ｂ）は凸工具３ｂ上面に固定、スクラップ（スクラップ材料６ａ）は材料ガイド５上に静置された状態になる。
【００３７】
図２（ｇ）に示すように、プレス機は上昇し上死点に戻り（ｈ＝ｈ０）、上金型と下金型の圧力をともに大気圧Ｐ０に戻す。
【００３８】
図２（ｈ）に示すように、固定状態から開放された製品を金型外部に取り出す。
【００３９】
図２（ｉ）に示すように、材料ガイド５を上昇させスクラップ側材料６ａを搬送する高さまで移動させる。
【００４０】
前述の図２（ａ）〜（ｉ）を繰り返して板状材料６から製品を生産する。
【００４１】
次に、前述の金型動作における金型高さと空気の圧力値の時間変化を示す図３と図４（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図３は上下金型の位置を金型動作の１サイクル間の時間変化を示したグラフであり、図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ上金型と下金型に発生させる空気の圧力を示したグラフである。
【００４２】
前述のとおり、図２（ａ），（ｂ）の金型動作時には上金型の高さはｈ＝ｈ０にて固定されており、下金型圧力ＰＬと上金型圧力ＰＵはそれぞれ大気圧Ｐ０の無加圧状態に設定しておく。上金型が降下を始め、板状材料６を凹工具３ａと凸工具３ｂで挟み込む高さｈ＝ｈ１になるまでは上金型の圧力をＰＵ１まで上昇、下金型の圧力をＰＬ１まで降下させた状態を保つ。図２（ｃ）のｈ＝ｈ１となった瞬間に上金型の圧力ＰＵを一気にＰＵ１からＰＵ２に下降させると同時に、下型の圧力を一気にＰＬ１からＰＬ２に上昇させる。図２（ｄ）〜（ｇ）の切断が完了するｈ＝ｈ２になると上金型，下金型の圧力をそれぞれＰＵ１とＰＬ１に戻し、下死点ｈ＝ｈ３を経由して上死点ｈ＝ｈ０まで金型を動作させる。図２（ｈ）の上死点ｈ＝ｈ０に戻ったところで上金型と下金型の圧力を大気圧Ｐ０の無加圧状態にする。
【００４３】
なお、一般的には金型寸法が大きくなると上金型と下金型の流路全体の空気体積が大きくなる。一般的に空気の圧力は流路全体の体積が大きくなると伝達の反応速度が低下するため、図４（ｃ）に示すように切断完了までの時間ｔ２からｔ３に間に板状材料６に対して十分な圧力を加えることができない場合がある。切断速度が速く、ｔ２からｔ３の間隔が短い場合も同様の課題を生じる。
【００４４】
このような場合、上金型と下金型の圧力を変化させるタイミングを流路体積や切断速度に合わせて早めに変化を開始させてもよい。また、サーボプレスのような金型の高さを制御できるプレス機を用いれば、金型高さがｈ１になった瞬間にプレス機の動作をとめ、上金型と下金型の空気の圧力変化が完了するのを待ってから、再びプレス機を下降させ切断完了する手法を用いてもよい。
【００４５】
以下に本実施形態１を用いた際の打ち抜き時のヒゲバリ低減メカニズムを説明する。図５（ａ）〜（ｆ）は、対策前の板状材料に曲げ力（たわみ）を加えない場合の切断状態を示す図である。
【００４６】
図５（ａ）に示すプレス機の降下によって板状材料６は凹工具３ａと凸工具３ｂに接触する。プレス機がさらに降下すると板状材料６を傾かせ、切刃先端により板状材料６を完全に拘束する（図５（ｂ）参照）。
【００４７】
図５（ｂ）の状態より、さらにプレス機が降下したとき、図５（ｃ）中に示すように、凸工具３ｂ切刃を中心に凹工具３ａが板状材料６に作用させる力１４ａによって、反時計回りに板状材料６を回転させようとするモーメントが発生するが、凸工具３ｂ側は他の切刃箇所による板状材料６に作用させる力１４ｂ（拘束力）が発生し、図５（ｃ）に示すように、板状材料６は凹工具３ａ側が凸となる方向に曲げが発生する。
【００４８】
そして、図５（ｄ）に示すように、この曲げによって凸工具３ｂ側の切刃周辺の板状材料６には圧縮応力１６が発生すると同時に、凹工具３ａ側の切刃周辺には引張応力１５が発生する。プレス機がさらに下降し板状材料６にせん断力が加わると、圧縮を受けている凸工具３ｂ側のき裂進展が阻害され、凹工具３ａ側のき裂が進展する。さらに降下すると上下からのき裂の中間の領域が引張を伴って破断に至り、板状材料６は凸工具３ｂ側の製品側材料６ｂと凹工具３ａ側のスクラップ側材料６ａに分割される。
【００４９】
図５（ｅ）に示すように、き裂の進展が少ない製品側材料６ｂに引張を伴って破断したヒゲバリ１２ｂがつきやすい。その一方でスクラップ側材料６ａにはヒゲバリがつきにくい（図５（ｆ）参照）。
【００５０】
図６（ａ）〜（ｆ）は本実施形態１によって板状材料に意図的にたわみを加えた場合の切断状態を示す図であり、図６（ａ）〜（ｆ）を参照しながら本実施形態１を用いた際の打ち抜き時の動作を説明する。
【００５１】
図６（ａ），（ｂ）においても、前述した図５（ａ），（ｂ）の対策前と同様に凹，凸工具３ａ，３ｂが板状材料６を切刃先端で完全に拘束する。本実施形態１では図６（ｃ）に示すように、空気の圧力によって凸工具３ｂ側に圧力によるたわみ力１８が発生し、板状材料６を凹工具３ａの切刃を支点とする曲げを発生させようとする。
【００５２】
この状態でプレス機を下降させると、図６（ｄ）に示すように図５（ｄ）とは逆に、凹工具３ａ側の切刃周辺の板状材料６には圧縮応力１９が発生すると同時に、凸工具３ｂ側の切刃周辺には引張応力２０が発生する。圧縮を受けている凹工具３ａ側のき裂進展が阻害され、凸工具３ｂ側のき裂が進展する。
【００５３】
ゆえに、き裂の進展が多い製品側材料６ｂにヒゲバリがつきにくくなり（図６（ｅ）参照）、スクラップ側材料６ａにヒゲバリ１２ａがつきやすくなる（図６（ｆ）参照）。
【００５４】
（実施形態２）
本発明の実施形態２における板状材料の打抜工法を説明する。前述の実施の形態１において、図７に示すような切断する製品側材料６ｂの平面形状が、第１角３２（製品側における２本の直線の交わる角度（製品の内角）が１９０度以上３５０度以下）と第２角３１（２本の直線の交わる角度（製品の内角）が１０度以上１７０度以下）を含む形状の場合、第２角３１において製品側材料のヒゲバリ１２ｂが発生しやすい。
【００５５】
この問題を改善するための本実施形態２に用いる凹，凸工具を図８（ａ），（ｂ）に示す。図８（ａ）に示すように下型の凸工具３ｂの第２角３１に対して、テーパ加工３３が施されている。このとき、テーパ加工３３は第２角３１のコーナー部が最もニガシ量３４が多くなるようにし、かつニガシ量３４の最大値を板状材料の１／３から２／３になるように加工する。
【００５６】
なお、本実施形態２では、加工の容易さから凸工具３ｂの第２角３１のみをテーパ加工３３し、凹工具３ａは加工を加えなかったが、凹工具３ａの第２角３１へのテーパ加工３３をしてもよい。また、テーパ加工３３ではなく、ニガシ量３４の最大値を１／３から２／３の段つきのニガシ形状でもよい。
【００５７】
図９および図１０（ａ−１）〜（ａ−４），（ｂ−１）〜（ｂ−４）に本実施形態２の動作を示す。図９は板状材料への工具接触と切断完了のタイミングを示したものである。図８（ａ）に示したように工具の第２角３１にテーパ加工３３を施しているため、第２角３１はテーパ加工３３をしていない第１角３２や直線部（第１角３２と第２角３１以外の部分）と比較して、工具切刃の板状材料への接触のタイミングが遅い。よって、プレス機の下降により、まず図９の第２角３１以外の切断開始点３８の箇所が切断を完了し、第２角３１の頂点に向かう切断進行方向４０に切断完了の箇所が増えていき、最後は第２角３１の切断終了点３９が切断される。
【００５８】
図１０（ａ−１）〜（ａ−４）には、本実施形態２における第２角以外の加工タイミングを、図１０（ｂ−１）〜（ｂ−４）には、第２角の加工タイミングを示す。本実施形態２では、板状材料６の厚みＷｔに対して、テーパ加工３３のニガシ量３４の最大値をＷｔ／２とした。この板状材料６は凹工具３ａと凸工具３ｂがそれぞれ材料接触後Ｗｔ／２切り込んだ位置で切断が完了する。なお、図１０中のｈ’、ｈ’１は上金型の凹工具３ａの下面と下金型の凸工具３ｂの下面の距離を表す。
【００５９】
図１０（ａ−１），（ｂ−１）に示すように、まず、第２角以外の箇所は板状材料６に凹工具３ａ、凸工具３ｂが接触する（ｈ’＝ｈ’１）。
図１０（ａ−２），（ｂ−２）に示すように、第２角以外の箇所は切断が完了する（ｈ’＝ｈ’１−Ｗｔ／２）。しかし、第２角においては凸工具３ｂが板状材料６と接触したところである。
図１０（ａ−３），（ｂ−３）に示すように、第２角の切断が完了する（ｈ’＝ｈ’１−Ｗｔ）。
図１０（ａ−４），（ｂ−４）に示すように、さらに下降が進むと、板状材料６から製品側材料６ｂとスクラップ側材料６ａが完全に分離される（ｈ’＞ｈ’１−Ｗｔ）。
【００６０】
以下に、打ち抜き時のヒゲバリ低減メカニズムを示す。
【００６１】
図１１（ａ）〜（ｃ）は第２角における切断時の作用力を示し、図１２（ａ）〜（ｃ）は第１角における作用力を示す図である。
【００６２】
図１１（ａ）に示すような製品側材料６ｂの第２角３１を拡大すると、コーナー頂点３５ａに対して周辺からの曲げモーメント３６が図１１（ｂ）に示すように作用する。このときのコーナー部に付加される力を図１１（ｃ）に示す。前述のとおり、凸工具３ｂの切刃を支点として凹工具３ａが板状材料６を反時計回りに回転させようとする力１４ａと、切刃以外の箇所の板状材料６の拘束力１４ｂと、たわみ力１８が作用する。これ以外に、切刃以外の箇所の曲げモーメント３６による作用が考えられるが、板状材料６の平面的な拘束力によって、実質的な凹工具３ａ側への作用力３６ａは大きく、凸工具３ｂ側への作用力３６ｂは小さくなる。
【００６３】
一方、図１２（ａ）に示すような製品側材料６ｂの第１角３２では、コーナー頂点３５ｂに対して周辺からの曲げモーメント３７が図１２（ｂ）に示すように作用する。このときのコーナー部に付加される力を図１２（ｃ）に示す。板状材料６の平面的な拘束力によって、実質的な凹工具３ａ側への作用力３７ａは小さく、凸工具３ｂ側への作用力３７ｂは大きくなる。
【００６４】
ゆえに、第２角３１では凹工具３ａ側を凸とする曲げが発生しやすく、第１角３２では凸工具３ｂ側を凸とする曲げが発生しやすい。よって、前述のとおり、第２角３１は製品側材料６ｂ（凸工具３ｂ側）にヒゲバリが発生しやすい切断状態であるといえる。
【００６５】
しかし、本実施形態２では、第２角３１以外の箇所から切断を完了させていき、最後に第２角３１を切断する。この最後の第２角３１の切断時には、第２角３１でのヒゲバリを発生させやすくしている要因である曲げモーメント３６（図１１（ｂ））が、すでに切断されていることで作用せず、第２角３１以外の箇所と同様の切断条件にて打ち抜くことが可能となる。よって、切断後のヒゲバリ発生を抑制することができる。
【００６６】
本実施形態２の具体的な寸法としては、平面寸法最大３００ｍｍで高さ２６０ｍｍ（金型上死点時）の金型を用い、厚み５０μｍの板状材料を平面寸法最大５０ｍｍの製品形状に打ち抜いた。また、板状材料はフレキシブルプリント基板で、材質はポリイミドを用いた。
【００６７】
なお、本実施形態２では板状材料として厚み５０μｍのポリイミド素材を用いたが、ＰＥＴなどの樹脂素材やアルミニウムやニッケルや銅など可撓性を有する板状材料でもよく、それら板状材料を複数層積層させた素材でもよい。また、材料厚みは１０００μｍから１μｍでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る板状材料の打抜工法は、フレキシブルプリント基板などの打ち抜きにおいて、製品を挟み込むことなく、ヒゲバリやクズの発生を抑制しての打ち抜きが可能であり、そのため材料のレジスト面にキズがつかず、配線が剥き出しになって短絡や腐食が起こることを防ぐことができ、また、クズが少ないため、クリーンルーム内での生産や、自動化，半自動化された生産工程において洗浄工程などをなくすことが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１ａ 上ダイセットプレート
１ｂ 下ダイセットプレート
２ａ 上バッキングプレート
２ｂ 下バッキングプレート
３ａ 凹工具
３ｂ 凸工具
４ パッド
５ 材料ガイド
６ 板状材料
６ａ スクラップ側材料
６ｂ 製品側材料
７ａ，７ｂ 流路
７ｃ，７ｄ，７ｅ 外部流路
８ ギャップセンサ
９ バルブ
１０ａ，１０ｄ，１０ｅ 信号線
１０ｂ アンプ
１０ｃ コントローラ
１１ エアーポンプ
１２ａ スクラップ側ヒゲバリ
１２ｂ 製品側ヒゲバリ
１４ａ 凹工具が作用させる力
１４ｂ 凸工具が作用させる力
１５，２０ 引張応力
１６，１９ 圧縮応力
１８ たわみ力
３１ 第２角
３２ 第１角
３３ テーパ加工
３４ ニガシ量
３５ａ，３５ｂ コーナー頂点
３６，３７ 曲げモーメント
３６ａ，３７ａ 凹工具側への作用力
３６ｂ，３７ｂ 凸工具側への作用力
３８ 切断開始点
３９ 切断終了点
４０ 切断進行方向
５０ａ，５０ｂ 微小丸み
５１ａ，５１ｂ 材料押さえ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状材料を打ち抜く工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フレキシブルプリント基板のベースフィルムのような板状材料の打ち抜きにおいては、金属材料の打ち抜きにおいて発生する一般的なバリとは異なる、繊維状のヒゲバリもしくは粒子状のクズが発生することがある。
【０００３】
こういったヒゲバリもしくはクズが製品から分離し別の場所に付着することで種々の不具合を発生することがあり、これらを低減した打ち抜きを行う方法が求められていた。
【０００４】
ヒゲバリもしくはクズを低減させるために、図１３に示すような加工を行う金型工具の切刃に微小丸みを持たせて打ち抜く工法、図１４に示すような被加工材料を材料押さえにより拘束しつつ打ち抜く工法が用いられている。
【０００５】
図１３に示す工法では、被加工材料である板状材料６に対して、切刃が対向する凹工具３ａと凸工具３ｂがお互いのクリアランスを保ったまま接近させることで、板状材料６を打ち抜いている。凹工具３ａと凸工具３ｂの切刃には大きさＲ１の微小丸み（５０ａ、５０ｂ）を持たせている。ここでＲ１＝２〜８μｍである。
【０００６】
また、図１４に示す工法では、板状材料６を凹工具３ａと材料押さえ５１ａ、および／または凸工具３ｂと材料押さえ５１ｂにより挟み込み、圧力を加えつつ凹工具３ａと凸工具３ｂを接近させることで、板状材料６を打ち抜いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−４６４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述のような打ち抜き工法を用いると、近年の板厚の減少や素材の変化によって、打ち抜き時にヒゲバリやクズや打痕が多発するという問題がある。
【０００９】
例えば、図１３に示す金型の凹，凸工具３ａ，３ｂの先端に微小丸み５０ａ，５０ｂをつける工法では（詳細なヒゲバリ発生メカニズムは後述するが）、図５（ａ）〜（ｆ）に示すように、打ち抜き時に凹工具３ａ，凸工具３ｂの板状材料６への接触によって板状材料６が拘束され、工具先端部分の曲げ応力が凹工具３ａの先端側を引張応力１５、凸工具３ｂの先端側を圧縮応力１６となる方向に内部応力が制限される。
【００１０】
この内部応力の状態で板状材料６を打ち抜くと、板状材料６から切り離れた製品側材料６ｂとスクラップ側材料６ａのうち、製品側材料６ｂにヒゲバリ１２ｂがつきやすくスクラップ側材料６ａにつきにくい状態になる。
【００１１】
また、図１４に示す板状材料６を材料押さえ５１ａ，５１ｂにて拘束する工法では、打ち抜き動作後にも板状材料６を拘束するため凹工具３ａ側面と板状材料６がこすれクズが多発する。
【００１２】
さらに、板状材料に対して材料押さえを物理的に接触させるため、打痕を発生させる可能性がある。
【００１３】
本発明は、前記従来技術の課題を解決することに指向するものであり、板状材料の打ち抜き時に、ヒゲバリとクズの発生を抑制し、さらに、製品への打痕の発生を防止した板状材料の打抜工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】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の板状材料の打抜工法は、切刃が対向する凸工具と凹工具を用いる板状材料の打抜工法であって、凸工具と凹工具により板状材料を挟んで拘束する第１工程と、板状材料に凸工具の切刃側に引張応力、かつ凹工具の切刃側に圧縮応力とこの圧縮応力を付加する方向に曲げ応力を加える第２工程と、板状材料を打ち抜く第３工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２〜４に記載の発明は、請求項１の板状材料の打抜工法の第２工程において、凸工具の上面と板状材料との間の空間に、凸工具内に設けた穴を通じて気体を流入させて圧力を発生させることにより、曲げ応力を加えること、さらに、凸工具と板状材料との空間に気体を流入させる時間を、第１工程完了から第３工程完了の間のみとすること、さらに、凸工具と板状材料との空間に気体を流入させる穴を用いて、第１工程完了前および第３工程完了後は気体を流出させて逆の圧力を発生させることにより、凸工具の上面に板状材料を吸着固定することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５，６に記載した発明は、請求項１記載の板状材料の打抜工法の第２工程において、凹工具と板状材料との間の空間から気体を流出させて圧力を減じることにより、曲げ応力を加えること、さらに、凹工具と板状材料との空間から気体を流出させる時間を、第１工程完了から第３工程完了の間のみとすることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７〜９に記載した発明は、請求項１〜６の板状材料の打抜工法の切刃が対向する凸工具と凹工具において、板状材料を打ち抜いた製品の平面形状が第１角（製品の内角が１９０度以上３５０度以下）と第２角（製品の内角が１０度以上１７０度以下）を含む多角形状の場合、凸工具または凹工具いずれかの第２角の部分にテーパ加工を設けること、さらに、テーパ加工のニガシ量が板状材料の厚みの１／３以上、２／３以下であること、または、テーパ加工に変えて段つきのニガシ形状として、ニガシ量が板状材料の厚みの１／３以上、２／３以下であることを特徴とする。
【００１８】
前記打抜工法によれば、打ち抜き時に板状材料に発生する内部応力の状態を、凸工具の先端側を引張応力、凹工具の先端側を引張応力となるようにコントロールしつつ打ち抜くことによって、ヒゲバリ発生を抑制でき、板状材料に対して材料押さえなどの工具以外の物理的接触をなくして、クズや打痕の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、板状材料の打ち抜き時に、ヒゲバリとクズの発生を抑制すると同時に、製品への打痕を防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１における金型工具の切断位置付近を示す断面図
【図２】本実施形態１における金型の動作（ａ）〜（ｉ）を示す図
【図３】本実施形態１における金型動作１サイクル間の位置の時間変化を示したグラフ
【図４】本実施形態１における（ａ）は上金型、（ｂ）は下金型に発生させる空気圧力、（ｃ）は実際の空気圧力の変化を示すグラフ
【図５】対策前の板状材料に曲げ力（たわみ）を加えない場合の切断状態（ａ）〜（ｆ）を示す図
【図６】本実施形態１における板状材料にたわみを加えた場合の切断状態（ａ）〜（ｆ）を示す図
【図７】本発明の実施形態２における切断する製品側材料の平面形状を示す図
【図８】本実施形態２における（ａ）は凸工具、（ｂ）は凹工具の形状を示す図
【図９】本実施形態２における板状材料への工具接触と切断完了のタイミングを示す図
【図１０】本実施形態２における第２角以外の加工タイミング（ａ−１）〜（ａ−４）、第２角の加工タイミング（ｂ−１）〜（ｂ−４）を示す図
【図１１】本実施形態２における（ａ）は製品側材料の第２角、（ｂ）はコーナー頂点に対する曲げモーメント、（ｃ）は切断時の作用力を示す図
【図１２】本実施形態２における（ａ）は製品側材料の第１角、（ｂ）はコーナー頂点に対する曲げモーメント、（ｃ）は切断時の作用力を示す図
【図１３】従来の加工を行う金型工具の微小丸みを持つ切刃を示す図
【図１４】従来の加工を行う被加工材料を拘束する材料押さえを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における金型工具の切断位置付近を示す断面図である。図１に示すように上金型に凹工具３ａ、下金型に凸工具３ｂが配置され、凹工具３ａが下降することで、凸工具３ｂ上に配置された板状材料（厚み５０μｍのポリイミド素材でできたフレキシブルプリント基板）６を所定の形状に打ち抜く。
【００２３】
上金型と下金型の凹工具３ａと凸工具３ｂは、それぞれ上バッキングプレート２ａと下バッキングプレート２ｂに取り付けられており、また上バッキングプレート２ａと下バッキングプレート２ｂも上ダイセットプレート１ａと下ダイセットプレート１ｂに取り付けられている。
【００２４】
下金型には板状材料６を搬送するための材料ガイド５が設置されており、上下に稼動する。稼動範囲は、上限が板状材料６の搬送時などに材料ガイド５の上面が凸工具３ｂの上面よりも僅かに上の位置、下限が板状材料６の切断時などに材料ガイド５の上面が凸工具３ｂの上面よりも僅かに下の位置に設定されている。
【００２５】
上金型には凹工具３ａの中を凹工具３ａの切刃側面と僅かな隙間を保ったまま摺動するパッド４が設置されており、上下に稼動する。稼動範囲は、下限が板状材料６の搬送時などにパッド４の下面が凹工具３ａの下面より僅かに下の位置、上限はパッド４の下面が凹工具３ａの下面より僅かに上の位置に設定されている。また、パッド４の上下動作は金型自体の動作に合わせて動き、パッド４の下面と板状材料６の上面は常に隙間が保たれている。
【００２６】
上金型と下金型の凹，凸工具３ａ，３ｂや上，下バッキングプレート２ａ，２ｂには、空気を吸引や流入させるための流路７ａ，７ｂが構成されている。上金型の上バッキングプレート２ａには凹工具３ａに連結される流路７ａがあり、上バッキングプレート２ａ内部を通って側方より金型外部の外部流路７ｃと連結されている。
【００２７】
また、下金型の凸工具３ｂには上面と下面をつなぐ流路７ｂがあり、さらに下バッキングプレート２ｂ上面にある流路でつながっている。この流路７ｂは上金型同様、下バッキングプレート２ｂ内部を通って側方より金型外部の外部流路７ｄと連結されている。
【００２８】
上金型と下金型からの外部流路７ｃ，７ｄは流体の流れ方向や量を電気信号で変化させることができるバルブ９に接続されている。また、このバルブ９は別の外部流路７ｅを介してエアーポンプ１１と接続されている。
【００２９】
下ダイセットプレート１ｂには下金型と上金型との距離や速度を測定するためのギャップセンサ８が設置されている。ギャップセンサ８からの電気信号は信号線１０ａを介してアンプ１０ｂとコントローラ１０ｃに伝達される。この下金型と上金型の距離や速度の情報を元に、下金型と上金型に供給する空気の流量や圧力を制御するため、コントローラ１０ｃはそれぞれエアーポンプ１１とバルブ９に信号線１０ｄ，１０ｅで接続されている。
【００３０】
図２（ａ）〜（ｉ）は本実施形態１における金型の動作を示した図である。なお、図２（ａ）〜（ｉ）は図１の金型構造の一部を示しており、図中のｈ、ｈ０、ｈ１、ｈ２、ｈ３は図１の上ダイセットプレート１ａの下面と下ダイセットプレート１ｂの上面の距離を表す。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、まず上死点（ｈ＝ｈ０）の状態で板状材料６を金型内の切断する位置まで搬送する。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、材料ガイド５を下降させ、板状材料６を凸工具３ｂ上面に接触させる。移動完了後、凸工具３ｂの流路７ｂの圧力を大気圧Ｐ０以下の圧力ＰＬ１にすることで板状材料６を吸引し、板状材料６を凸工具３ｂ上面に固定する。また、上金型の凹工具３ａにおける流路７ａの圧力を大気圧Ｐ０以上の圧力ＰＵ１に設定することで、凹工具３ａの切刃側面とパッド４の間より気体を流出させ板状材料６や凹工具３ａに付着した異物を除去する。
【００３３】
図２（ｃ）に示すように、その後、プレス機によって上金型を下降させ、上金型の凹工具３ａの切刃が板状材料６に接触し、板状材料６を凹工具３ａと凸工具３ｂの切刃先端で挟み込む（ｈ＝ｈ１）。
【００３４】
図２（ｄ）に示すように、この板状材料６を完全に挟み込んだ状態から下金型の凸工具３ｂにおける流路７ｂの圧力を一気に大気圧Ｐ０以上の圧力ＰＬ２に上昇させる。それと同時に上金型の凹工具３ａ側の圧力を大気圧Ｐ０以下の圧力ＰＵ２に下降させる。このとき、板状材料６の上下には圧力差ＰＬ２−ＰＵ２が生じ凹工具３ａ側に板状材料６はたわみを生じる。
【００３５】
図２（ｅ）に示すように、板状材料６がたわんだ状態でさらにプレス機は下降し、板状材料６は製品側材料６ｂとスクラップ側材料６ａに分割され、切断が完了する（ｈ＝ｈ２）。切断が完了すると、下金型の凸工具３ｂの流路７ｂの圧力をＰＬ１に戻すと同時に上金型の凹工具３ａの流路７ａの圧力をＰＵ１に戻す。この圧力切り替えによって製品は凸工具３ｂ上面に吸着固定される。
【００３６】
図２（ｆ）に示すように、プレス機はさらに降下し下死点に達する（ｈ＝ｈ３）。製品（製品側材料６ｂ）は凸工具３ｂ上面に固定、スクラップ（スクラップ材料６ａ）は材料ガイド５上に静置された状態になる。
【００３７】
図２（ｇ）に示すように、プレス機は上昇し上死点に戻り（ｈ＝ｈ０）、上金型と下金型の圧力をともに大気圧Ｐ０に戻す。
【００３８】
図２（ｈ）に示すように、固定状態から開放された製品を金型外部に取り出す。
【００３９】
図２（ｉ）に示すように、材料ガイド５を上昇させスクラップ側材料６ａを搬送する高さまで移動させる。
【００４０】
前述の図２（ａ）〜（ｉ）を繰り返して板状材料６から製品を生産する。
【００４１】
次に、前述の金型動作における金型高さと空気の圧力値の時間変化を示す図３と図４（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図３は上下金型の位置を金型動作の１サイクル間の時間変化を示したグラフであり、図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ上金型と下金型に発生させる空気の圧力を示したグラフである。
【００４２】
前述のとおり、図２（ａ），（ｂ）の金型動作時には上金型の高さはｈ＝ｈ０にて固定されており、下金型圧力ＰＬと上金型圧力ＰＵはそれぞれ大気圧Ｐ０の無加圧状態に設定しておく。上金型が降下を始め、板状材料６を凹工具３ａと凸工具３ｂで挟み込む高さｈ＝ｈ１になるまでは上金型の圧力をＰＵ１まで上昇、下金型の圧力をＰＬ１まで降下させた状態を保つ。図２（ｃ）のｈ＝ｈ１となった瞬間に上金型の圧力ＰＵを一気にＰＵ１からＰＵ２に下降させると同時に、下型の圧力を一気にＰＬ１からＰＬ２に上昇させる。図２（ｄ）〜（ｇ）の切断が完了するｈ＝ｈ２になると上金型，下金型の圧力をそれぞれＰＵ１とＰＬ１に戻し、下死点ｈ＝ｈ３を経由して上死点ｈ＝ｈ０まで金型を動作させる。図２（ｈ）の上死点ｈ＝ｈ０に戻ったところで上金型と下金型の圧力を大気圧Ｐ０の無加圧状態にする。
【００４３】
なお、一般的には金型寸法が大きくなると上金型と下金型の流路全体の空気体積が大きくなる。一般的に空気の圧力は流路全体の体積が大きくなると伝達の反応速度が低下するため、図４（ｃ）に示すように切断完了までの時間ｔ２からｔ３に間に板状材料６に対して十分な圧力を加えることができない場合がある。切断速度が速く、ｔ２からｔ３の間隔が短い場合も同様の課題を生じる。
【００４４】
このような場合、上金型と下金型の圧力を変化させるタイミングを流路体積や切断速度に合わせて早めに変化を開始させてもよい。また、サーボプレスのような金型の高さを制御できるプレス機を用いれば、金型高さがｈ１になった瞬間にプレス機の動作をとめ、上金型と下金型の空気の圧力変化が完了するのを待ってから、再びプレス機を下降させ切断完了する手法を用いてもよい。
【００４５】
以下に本実施形態１を用いた際の打ち抜き時のヒゲバリ低減メカニズムを説明する。図５（ａ）〜（ｆ）は、対策前の板状材料に曲げ力（たわみ）を加えない場合の切断状態を示す図である。
【００４６】
図５（ａ）に示すプレス機の降下によって板状材料６は凹工具３ａと凸工具３ｂに接触する。プレス機がさらに降下すると板状材料６を傾かせ、切刃先端により板状材料６を完全に拘束する（図５（ｂ）参照）。
【００４７】
図５（ｂ）の状態より、さらにプレス機が降下したとき、図５（ｃ）中に示すように、凸工具３ｂ切刃を中心に凹工具３ａが板状材料６に作用させる力１４ａによって、反時計回りに板状材料６を回転させようとするモーメントが発生するが、凸工具３ｂ側は他の切刃箇所による板状材料６に作用させる力１４ｂ（拘束力）が発生し、図５（ｃ）に示すように、板状材料６は凹工具３ａ側が凸となる方向に曲げが発生する。
【００４８】
そして、図５（ｄ）に示すように、この曲げによって凸工具３ｂ側の切刃周辺の板状材料６には圧縮応力１６が発生すると同時に、凹工具３ａ側の切刃周辺には引張応力１５が発生する。プレス機がさらに下降し板状材料６にせん断力が加わると、圧縮を受けている凸工具３ｂ側のき裂進展が阻害され、凹工具３ａ側のき裂が進展する。さらに降下すると上下からのき裂の中間の領域が引張を伴って破断に至り、板状材料６は凸工具３ｂ側の製品側材料６ｂと凹工具３ａ側のスクラップ側材料６ａに分割される。
【００４９】
図５（ｅ）に示すように、き裂の進展が少ない製品側材料６ｂに引張を伴って破断したヒゲバリ１２ｂがつきやすい。その一方でスクラップ側材料６ａにはヒゲバリがつきにくい（図５（ｆ）参照）。
【００５０】
図６（ａ）〜（ｆ）は本実施形態１によって板状材料に意図的にたわみを加えた場合の切断状態を示す図であり、図６（ａ）〜（ｆ）を参照しながら本実施形態１を用いた際の打ち抜き時の動作を説明する。
【００５１】
図６（ａ），（ｂ）においても、前述した図５（ａ），（ｂ）の対策前と同様に凹，凸工具３ａ，３ｂが板状材料６を切刃先端で完全に拘束する。本実施形態１では図６（ｃ）に示すように、空気の圧力によって凸工具３ｂ側に圧力によるたわみ力１８が発生し、板状材料６を凹工具３ａの切刃を支点とする曲げを発生させようとする。
【００５２】
この状態でプレス機を下降させると、図６（ｄ）に示すように図５（ｄ）とは逆に、凹工具３ａ側の切刃周辺の板状材料６には圧縮応力１９が発生すると同時に、凸工具３ｂ側の切刃周辺には引張応力２０が発生する。圧縮を受けている凹工具３ａ側のき裂進展が阻害され、凸工具３ｂ側のき裂が進展する。
【００５３】
ゆえに、き裂の進展が多い製品側材料６ｂにヒゲバリがつきにくくなり（図６（ｅ）参照）、スクラップ側材料６ａにヒゲバリ１２ａがつきやすくなる（図６（ｆ）参照）。
【００５４】
（実施形態２）
本発明の実施形態２における板状材料の打抜工法を説明する。前述の実施の形態１において、図７に示すような切断する製品側材料６ｂの平面形状が、第１角３２（製品側における２本の直線の交わる角度（製品の内角）が１９０度以上３５０度以下）と第２角３１（２本の直線の交わる角度（製品の内角）が１０度以上１７０度以下）を含む形状の場合、第２角３１において製品側材料のヒゲバリ１２ｂが発生しやすい。
【００５５】
この問題を改善するための本実施形態２に用いる凹，凸工具を図８（ａ），（ｂ）に示す。図８（ａ）に示すように下型の凸工具３ｂの第２角３１に対して、テーパ加工３３が施されている。このとき、テーパ加工３３は第２角３１のコーナー部が最もニガシ量３４が多くなるようにし、かつニガシ量３４の最大値を板状材料の１／３から２／３になるように加工する。
【００５６】
なお、本実施形態２では、加工の容易さから凸工具３ｂの第２角３１のみをテーパ加工３３し、凹工具３ａは加工を加えなかったが、凹工具３ａの第２角３１へのテーパ加工３３をしてもよい。また、テーパ加工３３ではなく、ニガシ量３４の最大値を１／３から２／３の段つきのニガシ形状でもよい。
【００５７】
図９および図１０（ａ−１）〜（ａ−４），（ｂ−１）〜（ｂ−４）に本実施形態２の動作を示す。図９は板状材料への工具接触と切断完了のタイミングを示したものである。図８（ａ）に示したように工具の第２角３１にテーパ加工３３を施しているため、第２角３１はテーパ加工３３をしていない第１角３２や直線部（第１角３２と第２角３１以外の部分）と比較して、工具切刃の板状材料への接触のタイミングが遅い。よって、プレス機の下降により、まず図９の第２角３１以外の切断開始点３８の箇所が切断を完了し、第２角３１の頂点に向かう切断進行方向４０に切断完了の箇所が増えていき、最後は第２角３１の切断終了点３９が切断される。
【００５８】
図１０（ａ−１）〜（ａ−４）には、本実施形態２における第２角以外の加工タイミングを、図１０（ｂ−１）〜（ｂ−４）には、第２角の加工タイミングを示す。本実施形態２では、板状材料６の厚みＷｔに対して、テーパ加工３３のニガシ量３４の最大値をＷｔ／２とした。この板状材料６は凹工具３ａと凸工具３ｂがそれぞれ材料接触後Ｗｔ／２切り込んだ位置で切断が完了する。なお、図１０中のｈ’、ｈ’１は上金型の凹工具３ａの下面と下金型の凸工具３ｂの下面の距離を表す。
【００５９】
図１０（ａ−１），（ｂ−１）に示すように、まず、第２角以外の箇所は板状材料６に凹工具３ａ、凸工具３ｂが接触する（ｈ’＝ｈ’１）。
図１０（ａ−２），（ｂ−２）に示すように、第２角以外の箇所は切断が完了する（ｈ’＝ｈ’１−Ｗｔ／２）。しかし、第２角においては凸工具３ｂが板状材料６と接触したところである。
図１０（ａ−３），（ｂ−３）に示すように、第２角の切断が完了する（ｈ’＝ｈ’１−Ｗｔ）。
図１０（ａ−４），（ｂ−４）に示すように、さらに下降が進むと、板状材料６から製品側材料６ｂとスクラップ側材料６ａが完全に分離される（ｈ’＞ｈ’１−Ｗｔ）。
【００６０】
以下に、打ち抜き時のヒゲバリ低減メカニズムを示す。
【００６１】
図１１（ａ）〜（ｃ）は第２角における切断時の作用力を示し、図１２（ａ）〜（ｃ）は第１角における作用力を示す図である。
【００６２】
図１１（ａ）に示すような製品側材料６ｂの第２角３１を拡大すると、コーナー頂点３５ａに対して周辺からの曲げモーメント３６が図１１（ｂ）に示すように作用する。このときのコーナー部に付加される力を図１１（ｃ）に示す。前述のとおり、凸工具３ｂの切刃を支点として凹工具３ａが板状材料６を反時計回りに回転させようとする力１４ａと、切刃以外の箇所の板状材料６の拘束力１４ｂと、たわみ力１８が作用する。これ以外に、切刃以外の箇所の曲げモーメント３６による作用が考えられるが、板状材料６の平面的な拘束力によって、実質的な凹工具３ａ側への作用力３６ａは大きく、凸工具３ｂ側への作用力３６ｂは小さくなる。
【００６３】
一方、図１２（ａ）に示すような製品側材料６ｂの第１角３２では、コーナー頂点３５ｂに対して周辺からの曲げモーメント３７が図１２（ｂ）に示すように作用する。このときのコーナー部に付加される力を図１２（ｃ）に示す。板状材料６の平面的な拘束力によって、実質的な凹工具３ａ側への作用力３７ａは小さく、凸工具３ｂ側への作用力３７ｂは大きくなる。
【００６４】
ゆえに、第２角３１では凹工具３ａ側を凸とする曲げが発生しやすく、第１角３２では凸工具３ｂ側を凸とする曲げが発生しやすい。よって、前述のとおり、第２角３１は製品側材料６ｂ（凸工具３ｂ側）にヒゲバリが発生しやすい切断状態であるといえる。
【００６５】
しかし、本実施形態２では、第２角３１以外の箇所から切断を完了させていき、最後に第２角３１を切断する。この最後の第２角３１の切断時には、第２角３１でのヒゲバリを発生させやすくしている要因である曲げモーメント３６（図１１（ｂ））が、すでに切断されていることで作用せず、第２角３１以外の箇所と同様の切断条件にて打ち抜くことが可能となる。よって、切断後のヒゲバリ発生を抑制することができる。
【００６６】
本実施形態２の具体的な寸法としては、平面寸法最大３００ｍｍで高さ２６０ｍｍ（金型上死点時）の金型を用い、厚み５０μｍの板状材料を平面寸法最大５０ｍｍの製品形状に打ち抜いた。また、板状材料はフレキシブルプリント基板で、材質はポリイミドを用いた。
【００６７】
なお、本実施形態２では板状材料として厚み５０μｍのポリイミド素材を用いたが、ＰＥＴなどの樹脂素材やアルミニウムやニッケルや銅など可撓性を有する板状材料でもよく、それら板状材料を複数層積層させた素材でもよい。また、材料厚みは１０００μｍから１μｍでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る板状材料の打抜工法は、フレキシブルプリント基板などの打ち抜きにおいて、製品を挟み込むことなく、ヒゲバリやクズの発生を抑制しての打ち抜きが可能であり、そのため材料のレジスト面にキズがつかず、配線が剥き出しになって短絡や腐食が起こることを防ぐことができ、また、クズが少ないため、クリーンルーム内での生産や、自動化，半自動化された生産工程において洗浄工程などをなくすことが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１ａ 上ダイセットプレート
１ｂ 下ダイセットプレート
２ａ 上バッキングプレート
２ｂ 下バッキングプレート
３ａ 凹工具
３ｂ 凸工具
４ パッド
５ 材料ガイド
６ 板状材料
６ａ スクラップ側材料
６ｂ 製品側材料
７ａ，７ｂ 流路
７ｃ，７ｄ，７ｅ 外部流路
８ ギャップセンサ
９ バルブ
１０ａ，１０ｄ，１０ｅ 信号線
１０ｂ アンプ
１０ｃ コントローラ
１１ エアーポンプ
１２ａ スクラップ側ヒゲバリ
１２ｂ 製品側ヒゲバリ
１４ａ 凹工具が作用させる力
１４ｂ 凸工具が作用させる力
１５，２０ 引張応力
１６，１９ 圧縮応力
１８ たわみ力
３１ 第２角
３２ 第１角
３３ テーパ加工
３４ ニガシ量
３５ａ，３５ｂ コーナー頂点
３６，３７ 曲げモーメント
３６ａ，３７ａ 凹工具側への作用力
３６ｂ，３７ｂ 凸工具側への作用力
３８ 切断開始点
３９ 切断終了点
４０ 切断進行方向
５０ａ，５０ｂ 微小丸み
５１ａ，５１ｂ 材料押さえ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切刃が対向する凸工具と凹工具を用いる板状材料の打抜工法であって、
前記凸工具と前記凹工具により板状材料を挟んで拘束する第１工程と、前記板状材料に前記凸工具の切刃側に引張応力、かつ前記凹工具の切刃側に圧縮応力と該圧縮応力を付加する方向に曲げ応力を加える第２工程と、前記板状材料を打ち抜く第３工程とを有することを特徴とする板状材料の打抜工法。
【請求項２】
前記第２工程において、凸工具の上面と板状材料との間の空間に、前記凸工具内に設けた穴を通じて気体を流入させて圧力を発生させることにより、曲げ応力を加えることを特徴とする請求項１記載の板状材料の打抜工法。
【請求項３】
前記凸工具と板状材料との空間に気体を流入させる時間を、第１工程完了から第３工程完了の間のみとすることを特徴とする請求項２記載の板状材料の打抜工法。
【請求項４】
前記凸工具と板状材料との空間に気体を流入させる穴を用いて、第１工程完了前および第３工程完了後は前記気体を流出させて逆の圧力を発生させることにより、前記凸工具の上面に板状材料を吸着固定することを特徴とする請求項２または３記載の板状材料の打抜工法。
【請求項５】
前記第２工程において、凹工具と板状材料との間の空間から気体を流出させて圧力を減じることにより、曲げ応力を加えることを特徴とする請求項１記載の板状材料の打抜工法。
【請求項６】
前記凹工具と板状材料との空間から気体を流出させる時間を、第１工程完了から第３工程完了の間のみとすることを特徴とする請求項５記載の板状材料の打抜工法。
【請求項７】
前記切刃が対向する凸工具と凹工具において、板状材料を打ち抜いた製品の平面形状が第１角（製品の内角が１９０度以上３５０度以下）と第２角（製品の内角が１０度以上１７０度以下）を含む多角形状の場合、前記凸工具または前記凹工具いずれかの前記第２角の部分にテーパ加工を設けることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに１項に記載の板状材料の打抜工法。
【請求項８】
前記テーパ加工のニガシ量が板状材料の厚みの１／３以上、２／３以下であることを特徴とする請求項７記載の板状材料の打抜工法。
【請求項９】
前記テーパ加工に変えて段つきのニガシ形状として、ニガシ量が板状材料の厚みの１／３以上、２／３以下であることを特徴とする請求項７記載の板状材料の打抜工法。
【請求項１】
切刃が対向する凸工具と凹工具を用いる板状材料の打抜工法であって、
前記凸工具と前記凹工具により板状材料を挟んで拘束する第１工程と、前記板状材料に前記凸工具の切刃側に引張応力、かつ前記凹工具の切刃側に圧縮応力と該圧縮応力を付加する方向に曲げ応力を加える第２工程と、前記板状材料を打ち抜く第３工程とを有することを特徴とする板状材料の打抜工法。
【請求項２】
前記第２工程において、凸工具の上面と板状材料との間の空間に、前記凸工具内に設けた穴を通じて気体を流入させて圧力を発生させることにより、曲げ応力を加えることを特徴とする請求項１記載の板状材料の打抜工法。
【請求項３】
前記凸工具と板状材料との空間に気体を流入させる時間を、第１工程完了から第３工程完了の間のみとすることを特徴とする請求項２記載の板状材料の打抜工法。
【請求項４】
前記凸工具と板状材料との空間に気体を流入させる穴を用いて、第１工程完了前および第３工程完了後は前記気体を流出させて逆の圧力を発生させることにより、前記凸工具の上面に板状材料を吸着固定することを特徴とする請求項２または３記載の板状材料の打抜工法。
【請求項５】
前記第２工程において、凹工具と板状材料との間の空間から気体を流出させて圧力を減じることにより、曲げ応力を加えることを特徴とする請求項１記載の板状材料の打抜工法。
【請求項６】
前記凹工具と板状材料との空間から気体を流出させる時間を、第１工程完了から第３工程完了の間のみとすることを特徴とする請求項５記載の板状材料の打抜工法。
【請求項７】
前記切刃が対向する凸工具と凹工具において、板状材料を打ち抜いた製品の平面形状が第１角（製品の内角が１９０度以上３５０度以下）と第２角（製品の内角が１０度以上１７０度以下）を含む多角形状の場合、前記凸工具または前記凹工具いずれかの前記第２角の部分にテーパ加工を設けることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに１項に記載の板状材料の打抜工法。
【請求項８】
前記テーパ加工のニガシ量が板状材料の厚みの１／３以上、２／３以下であることを特徴とする請求項７記載の板状材料の打抜工法。
【請求項９】
前記テーパ加工に変えて段つきのニガシ形状として、ニガシ量が板状材料の厚みの１／３以上、２／３以下であることを特徴とする請求項７記載の板状材料の打抜工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２１８４９９（Ｐ２０１１−２１８４９９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９１１４４（Ｐ２０１０−９１１４４）
【出願日】平成２２年４月１２日（２０１０．４．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１２日（２０１０．４．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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