JP2006281416A - プリント基板の穴加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板のスルーホール加工について、空気の渦流をドリルに当てて切り粉の排出とドリルの冷却を効率よく行えるプリント基板の穴加工装置を提供する。
【解決手段】プレッシャーフット３の下端に、中央にドリル貫通穴９を有するブッシュ４Ｂを着脱自在に装着し、このブッシュ４Ｂがプリント基板（ワーク１）を押えた状態で穴加工するプリント基板の穴加工装置において、切り粉排出のためにプレッシャーフット３の内部の空気を吸引排気したときに、プレッシャーフット３の外部の空気をプレッシャーフット３の内部に導入するために、ブッシュ４Ｂの側面には、プレッシャーフット３の内部に導入する空気による渦旋回流を生じさせる複数の第１の気体通路４１を形成するとともに、第１の気体通路４１のワーク１側には、ドリル５の先端部に到達する空気による渦旋回流を生じさせる複数の第２の気体通路４２Ｂを形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は電子機器に使用されるプリント基板にスルーホールなどを形成するための穴加工装置に関するものであり、特に、複数枚のプリント基板を重ねてドリル穴加工する際に、切り粉の排出を効率よく行いかつドリルの冷却機能を有して穴品質の向上を図るプリント基板の穴加工装置に関するものである。

電子機器に使用されるプリント基板には、回路層間の導通などの目的でスルーホールを穿設することが行われている。このための穴加工は通常ドリル加工によって行われる。此種プリント基板の穴明け機は、ドリルを保持するスピンドルが上下動自在に設けられ、このドリルを囲むようにしてワークの穿孔部位の周囲を上方からワークテーブルへ圧迫するプレッシャーフットが上下動自在に配設されている。プレッシャーフットの下端に、中央にドリル貫通穴を有するブッシュが着脱自在に装着され、このブッシュがプリント基板を押し付けた状態でドリルにて穴加工を行う（例えば特許文献１参照）。

図１３は一般的なプリント基板の穴加工装置を示し、この穴加工装置はワーク（被加工物）１を載置するワークテーブル（ベッド）２と、ワークテーブル２上のワーク１の穿孔部位の周囲を上方からワークテーブル２へ圧迫するプレッシャーフット３と、このプレッシャーフット３およびドリル５およびドリル５を回転させるスピンドルユニット６とを上下動可能に支持する昇降ユニット７とを備えている。

前記ワーク１は、複数枚のプリント基板１１，１１…の上面にエントリーボード１２を重ね、下面にバックアップボード１３を重ね合わせてワークテーブル２に載置される。このワーク１を金属素材の前記プレッシャーフット３が上方から圧迫するのであるが、特許文献１記載の発明と同様に、重ね合わせたワークをより強く押し付けるために、プレッシャーフット３の下端に、中央部にドリル貫通穴を開穿した金属製または樹脂製のブッシュ４を着脱自在に装着し、昇降ユニット７が下降すると前記プレッシャーフット３に取り付けられたブッシュ４がワーク１に当接し、ばね機構（図示せず）によりワーク１を上方から押圧する。

この状態で、スピンドルユニット６が下降してドリル５によりワーク１に穴加工が行われる。そして、穴加工時に発生する切り粉は、後述するように、前記ブッシュ４の下側に形成された溝やブッシュ４を貫通する穴から外気を導入し、プレッシャフット３の側面に設けられた排出穴８から吸引排出手段（図示せず）によって空気とともに排出される。

図１４は前記ブッシュ４の形状の一例を示し、同図（１）は縦断面図、同図（２）は（１）のＸ−Ｘ線断面図である。ドリル貫通穴９からブッシュ４の外側へ向けてほぼ水平に気体通路１０が複数設けられている。図示例では、ドリル貫通穴９の軸心に対して気体通路１０を偏心させて設けてある。したがって、図１５に示すように、ブッシュ４でワーク１を押し付けたときに、吸引排出手段によって外気を吸い込むとドリル５の周辺に空気の渦流が発生し、切り粉がドリル５に絡みつくのを防止している。

また、空気による渦旋回流はドリル５を冷却することにも有効である。すなわち、ドリル５が高温になると、プリント基板の構成物質である樹脂部分が軟化してスミアが発生しやすくなる。また、ドリル５に切り粉が絡みつくと、ドリル５が折れやすくなる。したがって、空気の渦旋回流をドリル５に効率的に当てて、切り粉の排出とドリル冷却を行うことは重要なことである。

切り粉の排出を効率よく行う方法として、プレッシャーフットの下端部側面に設けられた気体供給路から圧縮気体を送って切り粉を吹き飛ばす構成が知られている（例えば特許文献２参照）。また、複数の気体供給源を有し、一方はプレッシャーフット下面に空気膜を形成させて押圧し、他方は切り粉を吹き飛ばすようにすることが提案されている（例えば特許文献３参照）。さらに、ミスト状の液体をドリルに吹き付けて冷却する構成も提案されている（例えば特許文献４および特許文献５参照）。

また、別の気体通路を設けて、プレッシャーフットが上昇したときにこの気体通路が開くようにした構成もあり（例えば特許文献６参照）、さらに、ばね機構によってプレッシャーフットが上昇したときに開く気体通路口をブッシュ下部に設けた構成も知られている（例えば特許文献７参照）。
特開平５−２８５８９１号公報 特開昭６３−３００８０７号公報 特開平３−３７１３号公報 特許第３５１３７６７号公報 実開平６−１７８４７号公報 特願２０００−５９１０号公報 特願２００４−１３０４５４号公報

特許文献１記載の発明は、ドリル外周とブッシュのドリル貫通穴との隙間を常に小さくしてプリント基板を強固に押えることにより、スルーホール周囲のバリの発生を抑えるとともに、空気の渦流により切り粉を排出するものであるが、排出の効率が良好ではない。

特許文献２および特許文献３記載の発明は、それぞれ空気を吹き込んで切り粉を吹き飛ばす構成であり、ドリル冷却と切り粉の排出には有効であるが、空気を送り込むことによってプレッシャーフットが加圧状態になった場合、切り粉がプリント基板側に吹き出してしまうことがあり、気体の供給圧調整が困難であるという不具合がある。

特許文献４および特許文献５記載の発明は、それぞれ液体の存在によって切り粉がプレッシャーフットの内部に付着したり集塵装置に目詰まりを起こすおそれがあった。

これらの不具合を解消するためには、外気を取り入れるためのブッシュの貫通穴の径を小さくすることにより、空気の渦流の流速が増加し、かつ断面膨張作用で空気流が冷却されて、効率よくドリルを冷却できる。しかしこの場合は、プレッシャーフット内の気圧が低下しすぎて、重ね合わせられたワークを吸い上げてしまうという問題がある。

特許文献６および特許文献７記載の発明は、それぞれプレッシャーフットが上昇したときに別の気体通路口が開くので、吸引力が低下してワークが上昇するのを防止できる。

しかし近年、プリント基板の微細化対応にともない、より小径（たとえば０．２ｍｍ）の穴加工が必要となっており、切り粉がドリルに絡みつくことによるドリル折れが発生しやすくなってきている。このため、より効率よく切り粉の排出とドリルの冷却を行うことが必要となっている。

そこで、本発明は、プリント基板のスルーホール加工について、空気の渦流をドリルに当てて切り粉の排出とドリルの冷却を効率よく行えるプリント基板の穴加工装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ワークテーブル上の被加工物に穿孔するドリルと、被加工物の穿孔部位の周囲を上方からワークテーブルへ圧迫するプレッシャーフットを備えたプリント基板の穴加工装置であって、前記プレッシャーフット下端に、中央にドリル貫通穴を有するブッシュを着脱自在に装着し、このブッシュがプリント基板を押えた状態で穴加工するプリント基板の穴加工装置において、切り粉排出のために前記プレッシャーフット内部の空気を吸引排気したときに、前記プレッシャーフット外部の空気を前記プレッシャーフット内部に導入するために、前記ブッシュの側面には、前記プレッシャーフット内部に導入する空気による渦旋回流を生じさせる複数の第１の気体通路を形成するとともに、第１の気体通路の被加工物側には、ドリル先端部に到達する空気による渦旋回流を生じさせる複数の第２の気体通路を形成したことを特徴とするプリント基板の穴加工装置を提供する。

この構成によれば、ブッシュの側面に形成された複数の第１の気体通路から導入された空気が渦旋回流となり、プレッシャーフット内を減圧して切り粉の排出が効率よく行なわれる。第１の気体通路の被加工物側に形成された第２の気体通路から導入された空気がドリル先端部に到達して高速の渦旋回流となり、この高速の渦旋回流がドリルに切り粉が絡みつくことを防止し、かつ断熱膨張作用でドリルを効率よく冷却する。

請求項２記載の発明は、上記第２の気体通路は、上記ブッシュの下面に形成された溝であることを特徴とする請求項１記載のプリント基板の穴加工装置を提供する。

この構成によれば、ブッシュの下面に形成された溝から導入された空気がドリル先端部で高速の渦旋回流となる。この高速の渦旋回流が切り粉の絡みつきを防止するとともに、ドリルを効率よく冷却する。

請求項３記載の発明は、上記第２の気体通路は、上記ブッシュの側面から内部に至る貫通穴であることを特徴とする請求項１記載のプリント基板の穴加工装置を提供する。

この構成によれば、ブッシュの側面から内部に至る貫通穴から導入された空気がドリル先端部で高速の渦旋回流となる。この高速の渦旋回流が切り粉の絡みつきを防止するとともに、ドリルを効率よく冷却する。

請求項４記載の発明は、上記ブッシュ側面の第１の気体通路と第２の気体通路の断面積比は、複数開口された第２の気体通路の断面積合計が複数開口された第１の気体通路の断面積合計よりも小であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント基板の穴加工装置を提供する。

この構成によれば、複数開口された第２の気体通路の断面積合計が複数開口された第１の気体通路の断面積合計よりも小であるため、前記第２の気体通路から導入された空気の流入速度が第１の気体通路から導入された空気の流入速度よりも高くなり、前記第２の気体通路からドリル先端部へ高速の渦旋回流が形成される。

請求項５記載の発明は、上記ブッシュ側面の第１の気体通路は、前記ブッシュ側面に第１の気体通路が任意の大きさに遮断される遮蔽筒を配置し、空気流量が自在に調整できる機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント基板の穴加工装置を提供する。

この構成によれば、ブッシュ側面に配置された遮蔽筒を動かすことにより、第１の気体通路の開口面積が変化して、プレッシャーフット内に吸引される空気の量が変化する。

本発明は、上述したように、プリント基板のスルーホール加工について、プレッシャーフット外部の空気をプレッシャーフット内部へ導入して吸引排気する際に、ブッシュの側面に複数の第１の気体通路を形成するとともに、該第１の気体通路の被加工物側に第２の気体通路を形成したことにより、ドリル先端部近傍は流速の速い空気による渦旋回流が発生し、切り粉を排出できる十分な流量の空気をプレッシャーフット内に確保することができる。したがって、切り粉の排出とドリル冷却を効率的に行うことが可能となり、切り粉のドリル絡みつきに付随する不具合を解消することができる。

以下、本発明に係るプリント基板の穴加工装置について、好適な実施例をあげて説明する。プリント基板のスルーホール加工について、空気の渦流をドリルに当てて切り粉の排出とドリルの冷却を効率よく行えるプリント基板の穴加工装置を提供するという目的を、プレッシャーフット下端にブッシュを着脱自在に装着し、このブッシュの側面に、前記プレッシャーフット内部に導入する空気による渦旋回流を生じさせる複数の第１の気体通路を形成するとともに、第１の気体通路の被加工物側には、ドリル先端部に到達する空気による渦旋回流を生じさせる複数の第２の気体通路を形成したことにより実現した。

プリント基板の穴加工装置の全体構成については、図１５にて前述したので、重複説明は省略するものとし、図１乃至図３に従って、プレッシャーフット下端に装着したブッシュについて詳述する。

まず、図１はブッシュ形状の一例を示し、同図（１）は縦断面図、同図（２）は（１）のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すブッシュ４Ａには、その側面から内部に至って複数（本実施例では８本）の第１の気体通路４１が形成され、該第１の気体通路４１により前述したプレッシャーフット３の外部の空気を内部に吸引して渦旋回流を生じさせる。そして、第１の気体通路４１の被加工物側には、複数（本実施例では４本）の第２の気体通路４２Ａがブッシュ４Ａの下面外側から内側に至る溝として形成されている。この溝状の第２の気体通路４２Ａにより外部の空気を吸引して、ドリル先端部に到達する空気の渦旋回流を生じさせる。

また、図２はブッシュ形状の他の一例を示し、同図（１）は縦断面図、同図（２）は（１）のＢ−Ｂ線断面図である。図２に示すブッシュ４Ｂには、前記ブッシュ４Ａと同様に、その側面から内部に至って複数（本実施例では８本）の第１の気体通路４１が形成され、該第１の気体通路４１により外部の空気を内部に吸引して渦旋回流を生じさせる。そして、第１の気体通路４１の被加工物側には、複数（本実施例では４本）の第２の気体通路４２Ｂがブッシュ４Ａの側面外側から内側に至る貫通穴として形成されている。この貫通穴状の第２の気体通路４２Ｂにより外部の空気を吸引して、ドリル先端部に到達する空気の渦旋回流を生じさせる。

図１および図２に示したブッシュ４Ａ，４Ｂは、いずれも第１の気体通路４１の断面積合計よりも、第２の気体通路４２Ａまたは４２Ｂの断面積合計が小さく、かつ、第２の気体通路４２Ａ，４２Ｂがドリル５の先端部に近い位置に形成されている。

図３は前記プレッシャーフット３の下端にブッシュ４Ｂを装着した構成を示し、第２の気体通路４２Ｂの断面積合計が小さいので、該第２の気体通路４２Ｂから流入する空気の流速が速く、ドリル５の先端部の周囲に高速の渦旋回流が形成される。この高速の渦旋回流がドリル５に切り粉が絡みつくのを防止し、かつ断熱膨張作用で空気流が冷却されて効率よくドリル５を冷却することができる。

一方、第１の気体通路４１から流入する空気は、前記第２の気体通路４２Ｂにより形成される渦旋回流の外側で大きな渦旋回流を形成し、該第１の気体通路４１により形成される渦旋回流により、排出穴８から効率よく切り粉の排出を行うことができる。また、第２の気体通路４２Ｂから流入する空気だけでは過剰減圧となってしまう場合に、これを補う空気流入調整機能を該第１の気体通路４１が併せ持つものである。

前記ドリル５近傍に形成される高速の渦旋回流と、その外側に形成される渦旋回流との２つの渦旋回流が形成されるように空気の流入を行うためには、ブッシュ４Ｂ側面の第１の気体通路４１と第２の気体通路４２Ｂの断面積比は、複数開口された第２の気体通路４２Ｂの断面積合計が複数開口された第１の気体通路４１の断面積合計の１０〜５０％であることが好ましい。

なお、図３においては、図２に示す貫通穴状の第２の気体通路４２Ｂを使用する場合について説明したが、図１に示す溝状の第２の気体通路４２Ａを使用する場合も、まったく同様の作用効果を有するものである。また、図１および図２に示す第１の気体通路４１の配置数ならびに第２の気体通路４２Ａ，４２Ｂの配置数はこれに限定されず、双方の断面積比の範囲内で渦旋回流が形成され得る配置数であればよい。

また、ワーク１であるプリント基板の材質によっては、ドリル穴加工時に切り粉が絡みやすく、より高速の渦旋回流をドリル近傍に形成する必要がある場合もある。プリント基板の材質毎に第１の気体通路４１と第２の気体通路４２Ａまたは４２Ｂとの合計断面積比を特定し、プリント基板の材質毎に特定のブッシュ４を使用することもできるが、部品在庫点数が増加して保守管理並びにコスト面で問題がある。そこで、第１の気体通路４１の径を大きく設定しておき、それぞれの開口を任意の大きさに遮蔽する機構を付与させれば、多種のブッシュを準備することなく、プリント基板の材質毎に異なる断面積比を得ることができる。

図４に示すように、例えばブッシュ４Ｃの外側に円筒形の遮蔽筒４３を回転可能に遊嵌する。該遮蔽筒４３には、前記ブッシュ４Ｃに設けられた複数の第１の気体通路４１に対応する位置に、それぞれ開口穴４４が開穿されている。この開口穴４４は前記第１の気体通路４１の径と同径かやや大径に形成するのが好ましい。該遮蔽筒４３を例えばサーボモータなどの位置決め機構（図示せず）で回転させることにより、第１の気体通路４１と開口穴４４とのラップ位置が変化して、第１の気体通路４１の開口面積を任意に変化させることができる。なお、同図では、第２の気体通路４２Ａまたは４２Ｂの記載は省略してある。

ここで、図１乃至図４に示す各ブッシュ４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、それぞれ被加工物に当接する面にゴムや樹脂などの弾性部材を配置すれば、各ブッシュ４Ａ，４Ｂ，４Ｃが被加工物に密着状態に当接するので、該当接面から余分な空気流入を防止でき、本発明がより効果的に実施できる。また、各ブッシュ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの全体を上記弾性部材にて形成すれば、特に貫通穴状の第２の気体通路４２Ｂを形成するに際して、金属製または硬質な樹脂製の管を突き通すことにより、簡単に第２の気体通路４２Ｂを形成することができる。

図５は実施例１のブッシュ下面の写真を示し、第２の気体通路としてブッシュの下面に幅０．３ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を４箇所に形成したものである。そして、第１の気体通路の断面積合計に対して、第２の気体通路の断面積合計の割合は２．０％である。

このブッシュを使用して、１５０本のドリルで穴加工を試行したがドリル折れは発生しなかった。しかし、図６の写真に示すように、穴加工後のドリルにはすべて著しい切り粉の巻き付きが見られた。

図７は実施例２のブッシュ下面の写真を示し、第２の気体通路としてブッシュの下面に幅１．０ｍｍ、深さ１．５ｍｍの溝を４箇所に形成したものである。そして、第１の気体通路の断面積合計に対して、第２の気体通路の断面積合計の割合は１９．９％である。

このブッシュを使用して、１５０本のドリルで穴加工を試行したがドリル折れは発生しなかった。穴加工後のドリルをみると、切り粉の巻き付きは１５０本の中で５本について、図８の写真に示すように、少量の巻き付が発生した。これは、後述する比較例と比べて効果が認められる。穴加工の途中でドリルのメンテナンスを行えば、ドリル寿命内でのドリル折れの心配はなく、不十分ながらも実用可能なレベルに達した。

図９は実施例３のブッシュ下面の写真を示し、第２の気体通路として第１の気体通路の下方位置に直径１．０ｍｍの貫通穴を８箇所形成したものである。そして、第１の気体通路の断面積合計に対して、第２の気体通路の断面積合計の割合は２０．８％である。

このブッシュを使用して、１５０本のドリルで穴加工を試行したがドリル折れは発生しなかった。穴加工後のドリルをみると、図１０の写真に示すように、すべてのドリルで切り粉の巻き付きはなく、ドリル寿命内でのドリル折れの心配はなくなり、問題なく実用可能なレベルに達した。

比較例

図１１は比較例のブッシュ下面の写真を示し、第１の気体通路のみプレッシャーフットの内部に至る直径３．１ｍｍの貫通穴を４箇所形成し、第２の気体通路は形成していないものである。

このブッシュを使用して、ドリルで穴加工を試行したが、３本に１本の比率で数１００ショット加工した段階でドリル折れが発生し、ドリルを取り外してみると、図１２の写真に示すように、切り粉の巻き付きが著しく、このためドリルが損傷してしまったものと推察される。

なお、各実施例および比較例では、それぞれ穴加工はドリル直径０．３ｍｍ、送り速度１．５ｍ／ｍｉｎ、スピンドル回転数１００，０００ｒｐｍの同一条件で行った。また、ショット数は、ドリル折れが発生しなければ、一般的に寿命といわれる３０００ショットまで行った。そして、ブッシュに設けた第１の気体通路は、何れも比較例と同一の直径３．１ｍｍの貫通口を４箇所に形成したものを使用した。

このように、プレッシャーフット下端にブッシュを着脱自在に装着し、このブッシュの側面に、前記プレッシャーフット内部に導入する空気による渦旋回流を生じさせる複数の第１の気体通路を形成するとともに、第１の気体通路の被加工物側には、ドリル先端部に到達する空気による渦旋回流を生じさせる複数の第２の気体通路を形成したことにより、ドリル先端部近傍は流速の速い空気による渦旋回流が生じ、切り粉を排出できる十分な流量の空気をプレッシャーフット内に確保できるようになった。したがって、切り粉の排出とドリル冷却を効率的に行うことが可能となり、切り粉のドリル絡みつきに付随する不具合が解消された。

なお、実施例１〜実施例３の結果から考察すれば、第２の気体通路はある程度の大きさが必要であり、さらに、第１の気体通路の下方位置に貫通穴として形成されたものについては効果が大きい。したがって、実施例３のような形状が最も推奨される。

而して、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明に係るプリント基板の穴加工装置に装着されるブッシュ形状の一例を示す説明図。 本発明に係るプリント基板の穴加工装置に装着されるブッシュ形状の他の一例を示す説明図。 図２に示すブッシュを使用したときの空気流の挙動を示す説明図。 本発明のブッシュの側面に遮蔽筒を配置した形状を示す説明図。 実施例１のブッシュ下面の写真。 実施例１の穴加工後のドリルの写真。 実施例２のブッシュ下面の写真。 実施例２の穴加工後のドリルの写真。 実施例３のブッシュ下面の写真。 実施例３の穴加工後のドリルの写真。 比較例のブッシュ下面の写真。 比較例の穴加工後のドリルの写真。 従来の一般的なプリント基板の穴加工装置を示す説明図。 従来のブッシュ形状を示す説明図。 従来のブッシュを使用したときの空気流の挙動を示す説明図。

符号の説明

１ ワーク（被加工物）
２ ワークテーブル
３ プレッシャーフット
４ ブッシュ
４Ａ〜４Ｃ ブッシュ
５ ドリル
６ スピンドルユニット
７ 昇降ユニット
８ 排出穴
９ ドリル貫通穴
１０ （従来の）気体通路
１１ プリント基板
１２ エントリーボード
１３ バックアップボード
４１ 第１の気体通路
４２Ａ 第２の気体通路（溝）
４２Ｂ 第２の気体通路（貫通穴）
４３ 遮蔽筒
４４ 開口穴

Claims (5)

1. ワークテーブル上の被加工物に穿孔するドリルと、被加工物の穿孔部位の周囲を上方からワークテーブルへ圧迫するプレッシャーフットを備えたプリント基板の穴加工装置であって、
   前記プレッシャーフット下端に、中央にドリル貫通穴を有するブッシュを着脱自在に装着し、このブッシュがプリント基板を押えた状態で穴加工するプリント基板の穴加工装置において、
   切り粉排出のために前記プレッシャーフット内部の空気を吸引排気したときに、前記プレッシャーフット外部の空気を前記プレッシャーフット内部に導入するために、前記ブッシュの側面には、前記プレッシャーフット内部に導入する空気による渦旋回流を生じさせる複数の第１の気体通路を形成するとともに、第１の気体通路の被加工物側には、ドリル先端部に到達する空気による渦旋回流を生じさせる複数の第２の気体通路を形成したことを特徴とするプリント基板の穴加工装置。
2. 上記第２の気体通路は、上記ブッシュの下面に形成された溝であることを特徴とする請求項１記載のプリント基板の穴加工装置。
3. 上記第２の気体通路は、上記ブッシュの側面から内部に至る貫通穴であることを特徴とする請求項１記載のプリント基板の穴加工装置。
4. 上記ブッシュ側面の第１の気体通路と第２の気体通路の断面積比は、複数開口された第２の気体通路の断面積合計が複数開口された第１の気体通路の断面積合計よりも小であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント基板の穴加工装置。
5. 上記ブッシュ側面の第１の気体通路は、前記ブッシュ側面に第１の気体通路が任意の大きさに遮断される遮蔽筒を配置し、空気流量が自在に調整できる機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント基板の穴加工装置。