JP2007030061A - 穴明け加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多軸のプリント基板穴明機であっても、加工精度のばらつきが小さく、多軸のプリント基板穴明機として全体としての加工精度を向上させることができる穴明け加工方法を提供すること。
【解決手段】 ドリル１５を保持・回転させる各スピンドル１０の回転数毎にドリル１５の軸心の設計上の軸心に対するＸ、Ｙ方向のずれ量を求めておき、プリント基板２に２種類以上の直径の穴を加工する場合、少なくとも１つの直径（例えば、露光基準穴）に関しては各スピンドル１０毎に穴を加工し、その他の穴は総てのスピンドル１０で略同時に穴を加工する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のドリルを交換しながら被加工物に穴を加工する穴明け加工方法に関する。

図４はプリント基板穴明機のスピンドル近傍を断面して示す正面図、図５はプリント基板穴明機のテーブルの一部を示す平面図である。
図４に示すように、スピンドル１０の先端にはドリル１５が回転自在に保持されている。スピンドル１０の先端部に嵌合するプレッシャフット２０はＺ軸方向に移動自在に支持され、図示を省略するエアシリンダにより図の下方に付勢されている。
加工すべきプリント基板２ａは複数枚が下板２ｂ上に重ねられ、２本の基準ピン３ａ、３ｂ（通常、基準ピン３ａ、３ｂの直径は同一である。）により一体に固定された状態でテーブル１の表面１ａに載置されている。以下、加工すべきプリント基板２ａと下板２ｂをまとめてプリント基板２という。

図５に示すように、テーブル１の表面側には穴（ここでは、切欠き形状）４、５が形成されている。一方の側面にＶ字形の溝６が形成された穴４には、方形の第１のクランププレート７が配置されている。方形の穴５には、方形の第２のクランププレート８が配置されている。クランププレート７、８は、図４に示すように、それぞれ上面がテーブル１の表面１ａと同一面になるようにして、穴４、５の底部に配置されたベアリング９ａと軌道９ｂとからなる直線案内装置９に支持され、図示を省略する駆動手段によりＹ軸方向に移動自在である。

プリント基板に加工される穴の直径は数種類から１０数種類であると共に、加工する穴の数が多い。そこで、プリント基板加工機では、テーブル１上に数１０〜数１００本の工具であるドリルを配置しておく。

次に、前述のように構成された従来のプリント基板穴明機の加工手順を説明する。
先ず、図５に実線で示すように、クランププレート７、８を図の右方に移動させた状態で、プリント基板２をテーブル１上に載置する。そして、クランププレート７、８を図において左方に移動させ、第１の基準ピン３ａを溝６に、第２の基準ピン３ｂを右側面８ａに当接させる。すると、プリント基板２は、２本の基準ピン３ａ、３ｂの中心を結ぶ線ＯがＸ軸と平行になってＹ軸方向に位置決めされると共に、溝６によりＸ軸方向に位置決めされる（特許文献１）。

この状態でテーブル１をＸ軸方向に、スピンドル１０をＹ軸方向に移動させ、ドリル１５をプリント基板２の加工部に位置決めする。そして、スピンドル１０をＺ軸方向に移動させ、プレッシャフット２０によりプリント基板２を押えた状態でドリル１５をプリント基板２に切り込ませ、プリント基板２に対して穴明け加工を実行する。そして、加工プログラムからの指示あるいは工具寿命による工具交換指令を受けた場合は、ドリル１５を交換して加工を継続する。

なお、プリント基板は穴が加工された後、１枚ごとに分離され、露光、エッチング工程等の後工程によりパターン等が形成されるが、プリント基板を１枚ごと分離する際、基準ピンが挿入されていた穴は変形してしまう。このため、製品として必要な穴に加え、後工程用の基準穴（以下、「露光基準穴」という。）も加工する。

ところで、プリント基板穴明機の場合、スピンドルとしてエアスピンドルを採用し、例えば０．３ｍｍ以下の小径の穴を明ける場合は回転数を毎分２０万回転程度に、１．０ｍｍ前後の穴を明ける場合は回転数を毎分６万回転程度に、２．０ｍｍを超える穴を明ける場合は回転数を毎分４万回転程度にする。
エアスピンドルの場合、回転数に応じてスピンドルの発熱量が変わることや、スピンドルに供給するエアの圧力等を変えるため、回転数に応じてスピンドルすなわちドリルの軸線は設計上の位置からずれる。しかし、スピンドルの回転数に応じたドリル軸線の設計上の位置からのずれ量（以下、単に「ずれ量」とういう。）はそのスピンドルに固有のものである。したがって、プリント基板穴明機の軸数が１本すなわちスピンドルが１個の場合、スピンドルの回転数毎にずれ量を予め求めておき、その値を補正して加工をすることにより、加工精度に優れる加工をすることができる。
特開２００３−１５９４号公報

加工能率を向上させるため、プリント基板穴明機では多軸のプリント基板穴明機（すなわち、１個のテーブルに複数のプリント基板が載置可能で、プリント基板と同数のスピンドルを備えるプリント基板穴明機）が採用されることが多い。

図６は、２軸のプリント基板穴明機により加工されたプリント基板の表面図、図７は、２軸のプリント基板穴明機により加工された露光基準穴と０．２ｍｍの穴の加工位置のばらつきを示す図である。
図６において破線で囲んだ領域Ｋは製品となるプリント基板が配置された領域であり、例えば直径が０．１ｍｍの穴が数万〜数十万個および直径が０．２〜０．４ｍｍの穴が数千〜数万個加工されている。また、領域Ｋの外側に配置された穴Ｃは露光基準穴であり、図示の場合対角線方向に２個加工されている。

また、図７において、Ａｃｘ、Ａｃｙは第１軸が加工した露光基準穴の中心の設計上の中心に対するずれ量の平均値、Ａｍｘ、Ａｍｙは第１軸が加工した０．２ｍｍの穴の設計上の中心に対するずれ量の分布の中心値である。また、Ｂｃｘ、Ｂｃｙは第２軸が加工した露光基準穴の中心の設計上の中心に対するずれ量の平均値、Ｂｍｘ、Ｂｍｙは第２軸が加工した０．２ｍｍの穴の設計上の中心に対するずれ量の分布の中心値である。
いずれの軸の場合も、穴径が同じであれば、ずれ量の分布の半径ａｒ、ｂｒはほぼ同じである。しかし、それぞれの分布中心の露光基準穴の中心に対するずれ量は異なり、第２軸の方が第１軸よりも大きい。したがって、露光基準穴を基準にしてパターンを露光した場合、第２軸で加工されたパターンの線巾が狭い場合、０．２ｍｍの穴がパターンから外れる場合が発生する。

本発明の目的は、多軸のプリント基板穴明機であっても、加工精度のばらつきが小さく、多軸のプリント基板穴明機として全体としての加工精度を向上させることができる穴明け加工方法を提供するにある。

上記課題を解決するため、本発明は、複数のワークを載置するテーブルと前記ワーク毎に配置されたドリルとを水平方向に相対的に移動させ、前記ドリルの軸線を加工部の中心位置に位置決めし、前記複数のワークに略同時に穴を加工する穴明け加工方法において、前記ドリルを保持・回転させる各スピンドルの回転数毎に前記ドリルの軸心の設計上の軸心に対するＸ、Ｙ方向のずれ量を求めておき、２種類以上の直径の穴を加工する場合、少なくとも１つの直径に関しては前記各スピンドル毎に穴を加工し、その他の穴は総ての前記各スピンドルで略同時に穴を加工することを特徴とする。

露光基準穴を各軸毎に加工するので、多軸のプリント基板穴明機として全体としての加工精度を向上させることができる。

図１は本発明に係るプリント基板穴明機の斜視図である。
同図において、テーブル１は、ガイド３０に支持され、ベッド３１上をＸ軸方向に移動自在である。プリント基板２は基準ピン３によりテーブル１に位置決めされている。
ベッド３１には、クロスレール３２がテーブル１を跨ぐようにして固定されている。クロスレール３２の前面にはガイド３３が設けられ、このガイド３３にクロススライド３４が支持されている。クロススライド３４はモータ３５および送りねじ３６によりガイド３３に沿ってＹ軸方向に移動自在である。また、クロススライド３２の前面には複数（本図では４個）のハウジング３７が固定されている。

ハウジング３７の内部にはスピンドル１０が上下方向（矢印Ｚ方向）移動自在に支持するベアリングが配置されている。ハウジング３７の上部に固定されたモータ３８は、シャフト３９を介してスピンドル１０を矢印Ｚ方向に移動させる。制御装置４０は、加工プログラムに従い、各部の移動等の制御を行う。なお、加工プログラムには、加工する穴の穴径と位置座標が記載されている。また、ドリルに対しては使用許容回数と使用回転数とが定められている。

次に、本発明の動作を説明する。
使用に先立ち、各軸毎に、種々の回転数（例えば、最小回転数から最大回転数までの範囲で１０００回転毎）でスピンドルを所定時間（例えば、１０分間）回転させ、その時のドリル軸線の設計値に対するずれを求め、各軸毎に制御装置４０に記憶させておく。

次に、実加工の場合について説明する。
図２は、本発明の動作を示すフローチャートである。なお、予め露光基準穴の径を入力しておく。
図示を省略する起動ボタンがオンされると、制御装置４０は、加工プログラムを参照して、最も加工する数が多い穴径をチェックし（手順Ｓ１０）、加工を開始する。先ず、加工する穴が露光基準穴であるかどうかを調べ（手順Ｓ２０）、露光基準穴でない場合は手順Ｓ３０の処理を行い、その他の場合は手順Ｓ４０の処理を行う。手順Ｓ３０では、４本のスピンドル１０を同時に動作させて穴を加工した後、手順Ｓ５０の処理を行う。また、手順Ｓ４０では、各スピンドルすなわち各軸毎に、加工する穴のＸ座標およびＹ座標を指令値に対して式１，２で定まるΔｘおよびΔｙだけ補正して穴を加工した後、手順Ｓ５０の処理を行う。
Δｘ＝δｘｍ−δｘｃ ・・・式１
Δｘ＝δｘｍ−δｘｃ ・・・式２
ただし、
δｘｍは、最も加工する数が多い穴を加工するドリルの回転数に対するＸ方向のずれ量
δｙｍは、最も加工する数が多い穴を加工するドリルの回転数に対するＹ方向のずれ量
δｘｃは、露光基準穴を加工するドリルの回転数に対するＸ方向のずれ量
δｙｃは、露光基準穴を加工するドリルの回転数に対するＹ方向のずれ量
であり、制御装置４０に記憶されている値である。
手順Ｓ５０では指令された穴が総て加工されたかどうかを調べ、未加工の穴がある場合は手順Ｓ２０の処理を行い、その他の場合は処理を終了する。なお、手順Ｓ１０において最大数の穴が２種類以上ある場合には、例えば最小径の方を採用するようにすればよい。

図３は、本発明による効果を説明する図であり、比較のために従来の結果を並べて記載してある。なお、基板材料はガラス入りエポキシ樹脂基板、板厚０．６ｍｍを用いた。また、露光基準穴の直径は３．０ｍｍ、最も数の多い穴の直径は０．２ｍｍである。
同図に示すように、本発明によれば、露光基準穴に対する０．２ｍｍの穴の位置精度を２μｍ以下に抑えることができた。これに対して、従来の場合は１０μｍ以上であり、本発明により、後工程での加工精度すなわち、製品としての加工品質を向上させることができた。

なお、この実施形態では、露光基準穴を最も加工する数が多い穴に対して定めるようにしたが、最も小径の穴に対して定めるようにしてもよいし、あるいは精度が必要な穴径を指定するようにしてもよい。

また、スピンドルを高回転で使用した後に露光基準穴を低回転で加工する場合と、露光基準穴を低回転で加工した後、スピンドルを高回転で例えば小径の穴を加工した場合とではずれ量が異なる場合がある。そこで、露光基準穴を先に加工する場合と、露光基準穴を後に加工する場合の両者に対してずれ量を定めるようにしてもよい。

本発明に係るプリント基板穴明機の斜視図である。 本発明の動作を示すフローチャートである。 本発明による効果を説明する図である。 プリント基板穴明機のスピンドル近傍を断面して示す正面図である。 プリント基板穴明機のテーブルの一部を示す平面図である。 従来技術の説明図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

２ プリント基板
１０ スピンドル
１５ ドリル

Claims (4)

1. 複数のワークを載置するテーブルと前記ワーク毎に配置されたドリルとを水平方向に相対的に移動させ、前記ドリルの軸線を加工部の中心位置に位置決めし、前記複数のワークに略同時に穴を加工する穴明け加工方法において、
   前記ドリルを保持・回転させる各スピンドルの回転数毎に前記ドリルの軸心の設計上の軸心に対するＸ、Ｙ方向のずれ量を求めておき、
   ２種類以上の直径の穴を加工する場合、少なくとも１つの直径に関しては前記各スピンドル毎に穴を加工し、その他の穴は総ての前記各スピンドルで略同時に穴を加工する
   ことを特徴とする穴明け加工方法。
2. 前記各スピンドル毎に加工を行なう場合、指令値を、予め定める前記スピンドルの回転数における前記ずれ量と、加工しようとするドリルの回転数における前記ずれ量の差だけ補正して穴を加工する
   ことを特徴とする請求項１に記載の穴明け加工方法。
3. 前記各スピンドル毎に加工を行なう穴は、後工程において使用される基準穴である
   ことを特徴とする請求項１、２に記載の穴明け加工方法。
4. 前記予め定める前記スピンドルの回転数は、前記ワークに加工される数が最も多い穴を加工する場合の回転数である
   ことを特徴とする請求項２に記載の穴明け加工方法。

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