JP2002096295A

JP2002096295A - 切断装置

Info

Publication number: JP2002096295A
Application number: JP2000285491A
Authority: JP
Inventors: Etsuaki Iguchi; 悦明井口
Original assignee: NEC Machinery Corp
Current assignee: Canon Machinery Inc
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-04-02

Abstract

(57)【要約】【課題】基板素材を格子状に切断し、同形状の小さな
プリント基板を製造する切断装置において、安価で多品
種に対応できる切断装置を提供する。【解決手段】２つの切断ステーションを有し、各切断
ステーション２１，２２は基板素材１４を切断する縦横
別の切断方向を受け持つ。また、基板ステージ２３，３
６上の切断線は固定されていて、基板ステージ２３，３
６上に載置された基板素材１４，１４ａを送り爪２６，
２６ａで定ピッチ送りしながら切断するものである。そ
のため、基板素材１４から切断精度がさほど高くないプ
リント基板を作成する場合、その切断精度を確保しつ
つ、構造が単純でかつ安価な切断装置を提供することが
できる。またこの装置は、色んな形状のプリント基板の
切断に対応が可能で、その形状が変わっても、基板ステ
ージを従来の切断装置のように交換する必要は全くな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原素材となる大き
な板状の材料を格子状に切断して、そこから小さな部品
を多数切り出す切断装置に係り、中でもプリント基板素
材（以降基板素材と呼ぶ）からプリント基板を多数切り
出す切断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】主な材料となるプラスチック基板の上
に、ＩＣやコンデンサ等の電子部品が実装され、それら
電子部品を関連付ける配線パターンが印刷されて、一つ
の電気回路を形成するプリント基板が、今日あらゆる電
気製品あるいは工業製品に使用されている。そのプリン
ト基板は、エッジ部に多少面取りがあるものもあるが、
一般的には矩形状であり、それは、携帯電話の中に内臓
される小さなものや、コンピュータの中に内蔵される中
程度の大きさのもの等、その大きさは様々である。

【０００３】これらのプリント基板は、初めから小さな
形状のまま、配線パターンや電子部品挿入孔が設けられ
るものではない。大きな基板素材の中に、最終製品とな
るプリント基板の要素（配線パターンや電子部品挿入
孔）が多数個加工され、最後に一つずつ分割される。

【０００４】それら多数個のプリント基板の要素は、縦
横各々等ピッチで設けられている。つまり格子状にレイ
アウトされている。従って元の大きな基板素材を、うま
く格子状に切断すれば、同形状のプリント基板が多数個
できることになる。

【０００５】基板素材を格子状に切断する切断装置は、
概ね次の構造であった。図３を用いてそれを説明する。
切断はスピンドル１で行なう。スピンドル１は、先端に
５０００ｒｐｍを超える高速で回転する、厚みが１ｍｍ
程度のブレード２（薄刃砥石）を有している。そのスピ
ンドル１はＹ軸スライダー３に固定されており、Ｙ軸ス
ライダー３ごとＹ軸（前後）方向に移動することが可能
である。同時に、スピンドル１はＺ軸（上下）方向にも
移動可能である。一方、基板ステージ４は、Ｘ軸スライ
ダー５に固定されており、Ｘ軸スライダー５ごとＸ軸
（左右）方向に移動可能である。また、基板ステージ４
が固定される部分はθ軸（回転）方向にも移動可能であ
る。従って、基板ステージ４はＸ軸とθ軸方向に移動可
能である。ここで、基板ステージ４の上面には、格子状
に設けられた切断逃げ溝６と、基板素材を吸着する吸着
穴７が多数設けられている。当然この切断逃げ溝６のＸ
・Ｙ軸ピッチは、基板素材を切断するときのＸ・Ｙ軸の
ピッチと同一である。そして、切断されたプリント基板
は、基板ステージ４上の切断逃げ溝６で囲まれた矩形部
より僅かに大きなものとなる。

【０００６】また、Ｙ軸スライダー３には、スピンドル
１の側方に、カメラ８が固定されている。このカメラ８
は、基板ステージ４やその上に載置された基板素材の上
面を視野に捕らえることができるように設置されてい
る。それに、カメラ８の直下にはリング状のライトガイ
ド９が設置されており、そこから下方に発せられる照明
光により、視野内の映像をより鮮明にしている。

【０００７】基板ステージ４は、切断する基板素材ある
いはプリント基板毎に、全体の大きさや切断逃げ溝６の
ピッチが異なっている。従って、加工する品種が変わる
度に、加工する品種に合致した基板ステージ４に取り替
えなければならない。そして、基板ステージ４を取付け
た後、切断逃げ溝６をＸ軸に並行に合わせ込む必要があ
る。これは、取付けねじとねじ穴の間に、ある程度のガ
タが必要であるためである。そこで、このために、モニ
ター１１上に映し出された或るＸ軸方向の切断逃げ溝６
を見ながら、この作業を作業者が手動で行なったり、装
置自身がほぼ自動で行なったりしている。いずれにして
も、カメラ８などの画像認識装置・部品が必要となる。

【０００８】また、基板素材を基板ステージ４上にセッ
トしエアー吸着後、実際に加工を始める前には、今度は
基板素材内の各回路パターン部をＸ軸に合わせ込む必要
がある。これについて、図４を用いて説明をするが、ま
ず各回路パターン部には、通常４隅に基準マーク１３が
入っている。そこで、基板素材１４のほぼ両端に位置す
る、この基準マーク１３を利用してＸ軸に合わせ込んで
いる。これには、Ｘ軸スライダー５を移動させて、基板
素材１４のＸ軸方向のほぼ両端に位置する、この基準マ
ーク１３を順次カメラ８で捕らえ、θ軸を調整してい
る。

【０００９】その後、初めの切断位置にＹ軸スライダー
３を移動させて、スピンドル１を下降、またＸ軸スライ
ダー５を移動させながら切断を行なう。そして、Ｙ軸方
向に所定ピッチ送りながら、同様の動作を行ない、Ｘ軸
方向の全ての切断線を入れる。その次に、基板ステージ
４を９０°回転させて、先程と直交方向の切断線を入れ
る。このようにして、基板素材１４から所定の同寸法の
プリント基板が作成される。

【００１０】これが、従来の切断装置を用いて、比較的
切断精度が高いプリント基板を作成する際に採られる方
法である。ここで、切断精度とは、切断された個々のプ
リント基板の外形に対して、その中の回路パターン部が
どれだけズレているかというズレ量を言う。比較的この
精度が高い場合、その値は±０．０２ｍｍ程度と厳し
い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、以上述べた
従来の切断装置には、次の課題があった。それは、装置
全体の基本的な構造に関することである。上述したよう
に、従来の切断装置は、カメラ８など画像認識機構や基
板ステージ４のθ軸回転機構を有する。また、Ｙ軸スラ
イダー３は、高精度でスムーズにピッチ送りしなければ
ならないため、それ自身高い剛性が要求される。それ
に、そこには重量の大きなスピンドル１や、カメラ８な
どが設置されるため、通常大掛かりなものとなり、それ
を駆動するモータやその制御系を含めると大変高価なも
のとなった。一方、プリント基板は、要求される切断精
度が上述したような高いものばかりではなく、中には±
０．２ｍｍ程度の粗いものもある。しかしながら、どの
ようなプリント基板であっても、一律同じ加工方法が採
られていた。切断精度が粗いプリント基板は、切断精度
の高いプリント基板に比べて、概して部品単価は低い。
しかし、上述のように、高価な切断装置を使用せざるを
得ないため、これが部品の製造原価を引き上げることと
なっていた。

【００１２】また、異なる品種の数だけ、それぞれの形
状に合った基板ステージ４を保有しておく必要があっ
た。基板ステージ４は結構高価なものであるし、数が多
くなるとその管理も大変になった。

【００１３】次は処理能力に関することである。まず、
基板ステージ４を交換した直後に、その切断逃げ溝６を
Ｘ軸に合わせ込む作業が必要となる。ただこれは次回の
品種交換まで必要はないにしても、新しく基板素材１４
をセットして切断を始める前には必ず、基準マーク１３
を画像認識しながら基板素材１４自身の合わせ込み作業
をしなければならなかった。この作業は案外長時間を要
し、１つの基板素材１４の加工に要する総時間の２０％
程度に及んだ。

【００１４】従って、さほど高い切断精度を必要としな
いプリント基板の作成においては、安価で多品種に対応
できる切断装置を開発する必要があった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上述
した問題点を解決するために提案された切断装置であ
る。まず第一の特徴は、第１の切断ステーションと第２
の切断ステーションと、その２つの切断ステーションを
結ぶ搬送機構とからなり、第１の切断ステーションに
は、基板素材を一定方向にピッチ送りする第１のピッチ
送り機構と、そのピッチ送り方向と直交方向に基板素材
を切断する第１の切断機構とを有する。そして、第２の
切断ステーションには、切断された基板素材を短冊の長
手方向にピッチ送りする第２のピッチ送り機構と、その
ピッチ送り方向と直交方向に短冊状の基板素材を切断す
る第２の切断機構とを有する。また、搬送機構では、第
１の切断ステーションで短冊状に切断された基板素材
が、短冊の長手方向が第２のピッチ送り機構の送り方向
になるように第２の切断ステーションに搬送される。基
板素材は、第１、第２の切断ステーションを経由して、
最終的に小さな矩形上のプリント基板となる。

【００１６】ここで、第１の切断ステーションには、そ
の上面に基板素材が載置される第１の基板ステージが設
けられ、その上面には第１の切断機構の切断刃が通過す
る部分に切断逃げ溝が設けられており、一方第２の切断
ステーションには、その上面に基板素材が載置される第
２の基板ステージが設けられ、その上面には第２の切断
機構の切断刃が通過する部分に切断逃げ溝が設けられて
いる。また、第１の切断ステーションにおいて、第１の
基板ステージの切断逃げ溝の上方には、第１の基板素材
押さえ機構が設けられており、第２の切断ステーション
においては、第２の基板ステージの切断逃げ溝の上方
に、第２の基板素材押さえ機構が設けられたことを特徴
としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下添付図面にしたがって、本発
明に係る切断装置の実施形態について詳説する。なお、
従来例と同じく基板素材からプリント基板を切り出すの
に好適な切断装置を例にあげて説明を進める。また、従
来例と同じ構成部品については、従来例と同符号を用い
る。図１は、本発明の切断装置を、切断機構部を中心に
斜視図で描いたイメージ図である。

【００１８】まず、全体の構成を説明する。この切断装
置は、材料を切断する機構部が２箇所に分かれているこ
とが特徴であり、それらは各々第１の切断ステーション
２１と第２の切断ステーション２２である。ここで、被
切断物は、第１の切断ステーション２１で切断された
後、第２の切断ステーション２２に搬送されそこで再度
切断される。従って、両切断ステーション２１，２２の
間には、それらを結び被切断物を搬送する搬送機構が設
けられている。これらの主な機構部が、装置本体に設置
されている。図１は、その搬送機構にコンベアを用いた
ものである。

【００１９】なお、第１の切断ステーション２１の役割
は、大きな矩形状の基板素材１４を一定方向に定ピッチ
で切断し、基板素材１４から短冊状の基板素材１４ａを
作り出すことである。一方、第２の切断ステーション２
２の役割は、搬送されてきた短冊状の基板素材１４ａ
を、短手方向に定ピッチに切断し、最終製品となるプリ
ント基板を作り出すものである。従って、各切断ステー
ション２１，２２には、基板素材１４，１４ａのピッチ
送り機構と、スピンドルを個別に有している。

【００２０】続いて、この切断装置を用いて、基板素材
１４からプリント基板を作成する手順を説明する。同時
に、各機構部に関する細かい説明も加える。第１の切断
ステーション２１であるが、まず基板素材１４が載置さ
れる第１の基板ステージ２３があり、その後方には、第
１のピッチ送り機構部２４がある。第１の基板ステージ
２３の後端はコの字状となり、その空間となった部分
に、第１のピッチ送り機構部２４の送り爪２６が入り込
んでいる。第１のピッチ送り機構部２４に関して詳説す
ると、制御部（図示省略）につなげられたモータ２７の
回転をボールねじ２８が受けて回転する。送り爪２６の
下部は、ボールねじ２８に螺合するナット部となってい
て、送り爪２６は、ボールねじ２８の回転に伴って前後
動する。同時に、送り爪２６の下部には、ボールねじ２
８と並行に配置されたガイド棒２９に係合するベアリン
グが内蔵されている。そのため、送り爪２６は、回転す
ることなく、またガタなくスムーズに前後動することが
できる。つまり、モータ２７の回転数分だけ前後動する
もので、所謂ピッチ送り（図中、矢印）が可能である。

【００２１】一方第１の切断ステーション２１には、先
端のブレード２ａが高速回転して物を切断する第１のス
ピンドル３１が配されていて、この第１のスピンドル３
１が移動する方向は、上述した送り爪２６の送り方向と
直交している（図中、白抜き矢印）。図が煩雑になるた
め図示はしていないが、この第１のスピンドル３１は、
第１の基板ステージ２３の上方に設置された移動レール
に沿って移動するものである。なお、ブレード２ａの高
さは、第１のスピンドル３１が移動中に基板素材１４を
切断できる高さに設定されている。

【００２２】まず最初は、送り爪２６は奥に引き込んで
おり、ここで位置決めされた基板素材１４が、基板素材
１４の奥の端面が送り爪２６に当接するように、第１の
基板ステージ２３上に載置される。その後、モータ２７
が回転し、送り爪２６が基板素材１４を押しながら前進
する。そして、所定の切断位置となったところで停止す
る。この位置について、図２を用いながら詳しく述べ
る。

【００２３】図２は、基板素材１４が載置されたとき
の、第１の基板ステージ２３を示す平面図である。基板
素材１４には、入れられるべきＸ方向の切断線が合計３
本、１点鎖線で描かれている。当然これらのピッチＰは
全て等しい。また、いま切断の対象となるプリント基板
は、前に課題の中で述べたように、さほど高い切断精度
を必要とはしていない。つまり、基板素材１４の外形
（或る端面）を基準にして、所定のピッチで切断しても
問題のないレベルのものである。従って、この切断ピッ
チＰの基板素材１４の切断に関しては、まず最初奥に引
き込んでいた送り爪２６に基板素材１４の端面を当接さ
せ、その後図２の状態になるように、送り爪２６を前進
させて停止させる。そしてそこで、第１のスピンドル３
１を移動させて１本目の切断線を入れる。つまり、この
形状の基板素材１４を切断するときは、いつもこの位置
まで送り爪２６を前進後停止させて切断すればよいこと
となる。その後の切断に際しては、送り爪２６を更に１
ピッチずつ前進させて切断をすればよい。

【００２４】図１に戻るが、第１の基板ステージ２３の
上面には、ブレード２ａが通過する位置に切断逃げ溝６
ａが設けられている。これは当然１本だけでよい。ま
た、基板素材１４の後方に送り爪２６を当てただけの状
態では、切断するとき基板素材１４が飛んだりズレたり
してしまう。それを防止するため、基板素材１４を押さ
える押さえ板３２が、切断逃げ溝の両側に設けられてお
り、ブレード２ａが通過する時にはその押さえ板３２が
基板素材１４を押さえつけてくれる。図１は、押さえ板
３２が基板素材１４を押さえている状態であり、全体像
が分かりやすいように、押さえ板３２は透明に描いてい
る。ここで当然、押さえ板３２の厚さは、ブレード２ａ
で切断する際、支障のない程度に薄くしておく必要があ
る。なお、装置全体を高速で運転させようとすると、押
さえ板３２は上下に僅かに動く程度の構造が望ましい。
そのため、冒頭に説明した、基板素材１４の載置に関し
ては、一般的に第１の基板ステージ２３と押さえ板３２
の間に挿入する方法が採られる。

【００２５】第１の切断ステーション２１で、一定幅の
短冊状に切断された基板素材１４ａは、短手方向の端面
を先頭にして、一旦コンベア３３に乗り移った後、第２
の切断ステーション２２に搬送される。この場合、図示
はしていないが、後方からプッシャーで基板素材１４ａ
を押し出してコンベア３３に移せばよい。また、コンベ
ア３３には位置決めガイド板３４が設置されており、基
板素材１４ａはこの間を通って、第２の基板ステージ３
６に移る。第２の基板ステージ３６においては、送り爪
２６ａが後方に待ち構えており、その受け面に、基板素
材１４ａの端面が当接するまで基板素材１４ａが送られ
る。このとき、コンベア３３の送り機能だけで、基板素
材１４ａを送り爪２６ａに当接させることが難しけれ
ば、図示はしていないが、簡単なプッシャーを設置し
て、そのプッシャーに補助機能を持たせればよい。

【００２６】ところで、第２の切断ステーション２２
は、先に説明した第１の切断ステーション２１と同様の
機構を有する。第２のピッチ送り機構、第２のスピンド
ル３６、押さえ板３２ａがそれに当たる。ここで、第２
のスピンドル３６の移動する方向は、第２のピッチ送り
機構の送り爪２６ａの送り方向と直交している（図中、
白抜き矢印）。同時に、第２の基板ステージ３６の上面
には、ブレード２ｂが通過する位置に切断逃げ溝６ｂが
１本設けられている。また、第２のピッチ送り機構につ
いても、送り爪２６ｂ以外の図示を省略しているが、第
１のピッチ送り機構２４と同様な構造を有している。

【００２７】第２の切断ステーション２２では、短冊状
となった基板素材１４ａを、その短手方向に切断する訳
であるが、この短手方向に関しても、第１の切断ステー
ションで２１切断したときと同様、短手の端面を基準に
して一定ピッチで切断すればよい。そして、一つ一つに
切断されたプリント基板は、プッシャーで押し出されて
第２の基板ステージ３６横の収納バスケット（図示省
略）等に収納される。あるいは、ピックアンドプレース
ユニットにて、所定の収納部に収納される（同じく、図
示省略）。なお、この切断については、第１の切断ステ
ーション２１における切断方法と同様であるので、詳細
な説明を省略する。

【００２８】ここで、本発明の作用効果を以下にまとめ
る。２つの切断ステーションはともに、構造が単純で製造
コストを安価におさえることができる。このことによ
り、装置全体の製造コストを低く抑えることが出来る。
その理由は、次の通りである。・ピッチ送り機能が必要なのは、ピッチ送り機構部だけ
である。しかも、そのピッチ送り機構部についても、高
精度なものは必要でない。・スピンドルは、１軸のみの移動動作をすればよい。・カメラなどの画像認識部品は、一切不要である。色んな形状のプリント基板を作成するのに適してい
る。それは、まず各基板ステージを適当に大きくしてお
けば、その上で色んな大きさの基板素材を切断すること
ができる。そこでは、最初の切断線が切断逃げ溝に来る
ように、またその後、プリント基板毎の所定の値で基板
素材をピッチ送りして切断していけばよい。つまり、多
くの品種に対して、基板ステージを一切交換することな
く、一つの基板ステージだけで対応することができる。
同時に、基板ステージは、切断逃げ溝が１本あるだけの
単純なもので済む。

【００２９】最後にいくつか補足をする。まず、第１の
切断ステーションから第２の切断ステーションへ、短冊
状の基板素材を搬送する手段であるが、これまでの説明
ではこの手段にコンベアを用いた。しかしながら、両切
断ステーションを近接して配置すれば、短冊状の基板素
材を第１の基板ステージから押し出すプッシャーだけ
で、この搬送手段とすることも可能になる。こうすれ
ば、一層シンプルで安価な装置とすることができる。一
方、この搬送手段は、真空吸着を利用した所謂ピックア
ンドプレースユニットでもよい。しかもそのとき、第１
の切断ステーションと第２の切断ステーションのピッチ
送り方向は、図１で示したように必ずしも両者が直交す
る配置でなくてもよい。ピックアンドプレースユニット
の搬送アームが回転可能で、その回転角を適当に調整可
能にしておいて、基板素材が第２基板ステージに搬送さ
れたとき、短冊の長手方向が第２のピッチ送り機構の送
り方向になるようにしておきさえすればよい。

【００３０】また、図１には本発明に関わる要部だけし
か描いていない。しかし、切断の際には切削水を切断物
にかけなければならないし、一方、ピッチ送り機構部な
どの駆動部は、その切削水がかからないように遮蔽する
必要がある。従って、実際の切断装置は、そのような機
構・構成を持ったものとなっている。

【００３１】更に、これまでの説明では、本発明の実施
例に、プリント基板を切り出す切断装置に好適な形態を
あげていた。そのため、切断機構をスピンドル、また切
断刃を高速回転するブレードとした。しかし、被切断物
が他の素材であって、その素材がせん断力による切断が
可能なものであれば、切断機構をせん断装置に置き換え
ることができる。その場合、切断位置に、せん断刃が上
下動するせん断装置を設置すればよい。せん断装置であ
れば、切断時間が短くできるし、スピンドルを直進動さ
せる駆動機構は必要なくなるため構造を簡素にでき、装
置全体をよりコンパクトかつ安価に製作できるなどの利
点がある。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の切断装置
は、２つの切断ステーションを有し、各切断ステーショ
ンは基板素材を切断する縦横別の切断方向を受け持つも
のである。また、基板ステージ上の切断線は或る位置に
固定された１本だけで、基板ステージ上に載置された基
板素材を定ピッチ送りしながら切断するものである。そ
のため、基板素材から切断精度が±０．２ｍｍ程度の粗
いプリント基板を作成する場合、その切断精度を確保し
つつ、構造が単純でかつ安価な切断装置を提供すること
ができる。同時に、色んな形状のプリント基板の切断に
対応が可能で、その形状が変わっても、基板ステージを
従来の切断装置のように交換する必要は全くない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の切断装置を、切断機構部を中心に斜
視図で描いたイメージ図

【図２】本発明の切断装置において、基板素材が載置
された第１の基板ステージを示す平面図

【図３】従来の一般的な切断装置を示す、平面図と正
面図

【図４】基板素材の回路パターン部や切断線を示す拡
大平面図

【符号の説明】

１スピンドル２，２ａ，２ｂブレード３Ｙ軸スライダー４基板ステージ５Ｘ軸スライダー６，６ａ，６ｂ切断逃げ溝７吸着穴８カメラ９ライトガイド１１モニター１３基準マーク１４，１４ａ基板素材２１第１の切断ステーション２２第２の切断ステーション２３第１の基板ステージ２４第１のピッチ送り機構部２６，２６ａ送り爪２７モータ２８ボールねじ２９ガイド棒３１第１のスピンドル３２，３２ａ押さえ板３３コンベア３４位置決めガイド板３６第２の基板ステージ３７第２のスピンドル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の切断ステーションと第２の切断ステ
ーションと、その２つの切断ステーションを結ぶ搬送機
構とからなり、前記第１の切断ステーションには、基板素材を一定方向
にピッチ送りする第１のピッチ送り機構と、そのピッチ
送り方向と直交方向に基板素材を切断する第１の切断機
構とを有し、前記第２の切断ステーションには、切断された短冊状の
基板素材を長手方向にピッチ送りする第２のピッチ送り
機構と、そのピッチ送り方向と直交方向に短冊状の基板
素材を切断する第２の切断機構とを有し、前記搬送機構では、前記第１の切断ステーションで短冊
状に切断された基板素材が、短冊の長手方向が前記第２
のピッチ送り機構の送り方向になるように前記第２の切
断ステーションに搬送され、前記第１、第２の切断ステーションにて基板素材を矩形
状に切断することを特徴とする切断装置。
【請求項２】前記第１の切断ステーションには、その上
面に基板素材が載置される第１の基板ステージが設けら
れ、その上面には前記第１の切断機構の切断刃が通過す
る部分に切断逃げ溝が設けられたことを特徴とする請求
項１記載の切断装置。
【請求項３】前記第２の切断ステーションには、その上
面に基板素材が載置される第２の基板ステージが設けら
れ、その上面には前記第２の切断機構の切断刃が通過す
る部分に切断逃げ溝が設けられたことを特徴とする請求
項１記載の切断装置。
【請求項４】前記第１の切断ステーションにおいて、第
１の基板ステージの切断逃げ溝の上方に、第１の基板素
材押さえ機構が設けられたことを特徴とする請求項２記
載の切断装置。
【請求項５】前記第２の切断ステーションにおいて、第
２の基板ステージの切断逃げ溝の上方に、第２の基板素
材押さえ機構が設けられたことを特徴とする請求項３記
載の切断装置。