JP2012161736A - 電子部品の剥離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用済み電子機器から有用な金属元素等を回収するための基礎となる実装基板からＩＣチップなどの電子部品の形状・材質等の構成素材特性に応じて分別可能な形状を保ったまま、簡便・高効率で、基板から電子部品を剥離する電子部品の剥離装置を提供する。
【解決手段】本発明は、上記課題を解決するために、基板固定床に設置された基板の基板材の表面と平行に切断刃の先端を移動させて前記基板材に搭載されている電子部品の端子を切断し、前記基板から前記電子部品を剥離する装置であって、
前記切断刃の刃床と基板材の表面との間の角αを任意に保持・固定できる基板角調節機構、ならびに基板材上に配列されている電子部品の端子の列と前記切断刃先端とがなす角βを有意に保つ基板平面角調節機構を設け、前記切断刃を基板材の表面に沿って平行に一軸方向に駆動させる方式の装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用済み電子機器から有用な金属元素等を回収（リサイクル）するための基礎となる実装基板からＩＣチップなどの電子部品を効率的に回収することができる装置に関し、より詳しくはその電子部品の形状・材質等の構成素材特性に応じて分別可能な形状を保ったまま、簡便・高効率で、基板から電子部品を剥離する電子部品の剥離装置に関する。

近年、電子機器等に使用される有用希少金属類の資源逼迫とともに、そのリサイクルの必要性が強く要望されている。しかしながら、これら電子機器に多用される電子部品を基板材に搭載している実装基板からの有用希少金属類のリサイクルについては、その高密度化・微小化に伴い手作業による分解工程を導入不能にしているのが現状である。

また、実装基板を全破壊し、必要とする希少金属類を回収する試みも進められているが、電子機器・部品等により使用されている金属元素等の種類・使用量が種々異なるため、効率的なリサイクル工程とするためには、その第一段階として部品の種類ごとの分別作業を可能とする剥離・分解方法の確立が強く求められている。

一方、上述の部品の種類ごとの分別を対象とした試みの一つとして、実装基板の基板材（プラスチック）を加熱・分解する方法も試みられているが、基板材の分解過程で有害物質（たとえば、ハロゲン化物）の発生を防ぐことは極めて困難であるとともに、該有害物質の除去に多大の経費を要することになる。

さらに、加熱条件等によって異なるが、同処理により回収される電子部品の形状は常に原形を留めているとは言い難く、しかも加熱に誘起される物理・化学変化によって電子部品に含まれる有用物質の揮発や変質が生じ、リサイクルに際しての大きな障害となることも想定される。

この他の方法として、有機溶剤等を用いて基板材を軟化あるいは溶解して電子部品を回収する方法も試みられているが、基板材を軟化あるいは溶解可能な溶剤およびその処理条件等は基板材の材質によって異なっており、多種類の実装基板が混在する場合のリサイクルに際しては予め基板材の材質の確認・分別が必要となる。

そこで、本発明は、上述のような実装基板からの希少金属類のリサイクル工程における問題点を解決するもので、使用済み電子機器から有用な金属元素等を回収するための基礎となる実装基板からＩＣチップなどの電子部品の形状・材質等の構成素材特性に応じて分別可能な形状を保ったまま、簡便・高効率かつ高速で、基板から電子部品を剥離する電子部品の剥離装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、（１）電子部品を基板材に搭載した実装基板から前記電子部品を剥離する装置であって、前記電子部品の端子を切断刃の移動によって切断し、前記基板から前記電子部品を剥離することを特徴とする電子部品の剥離装置の構成とした。（２）前記切断刃の先端を前記基板材の表面に沿って平行移動させることを特徴とする（１）に記載の電子部品の剥離装置の構成とした。

（３）前記基板材の表面を前記切断刃の先端の移動面と平行に固定する基板固定床を設けたことを特徴とする（１）又は（２）に記載の電子部品の剥離装置の構成とした。（４）前記基板材の表面を切断刃の刃床に対して任意の角度に保持する基板角度調節機構を設けたことを特徴とする（１）〜（３）の何れかに記載の電子部品の剥離装置の構成とした。

（５）前記基板固定床上における前記基板材の平面回転角を任意に設定・固定する基板平面角調節機構を設けたことを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の電子部品の剥離装置の構成とした。

（６）前記切断刃を軸を介して前記軸の両方向に移動可能にする軸駆動機構を設けたことを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の電子部品の剥離装置の構成とした。（７）前記軸駆動機構を前記基板の表裏方向に回動させる首振り機構を設けたことを特徴とする（６）に記載の電子部品の剥離装置の構成とした。

本発明は、電子部品の端子を切断刃の移動、より詳しくは端子切断刃の先端を基板材の表面と平行に移動させることにより、端子の高速切断が可能であるとともに、効果的で、かつ原形を留めたまま端子を切断された電子部品を回収することができる。

図１は、本発明である電子部品の剥離装置の一例の模式図である。 図２は、切断刃固定ブロックに設けられた切断刃角度調節機構の一例の模式図である。 図３は、基板平面回転角調節機構の概念図である。 基板平面回転角βを０°とした場合の切断刃移動距離ごとの切断負荷（Ｋｇｆ）グラフである。 基板平面回転角βを４°とした場合の切断刃移動距離ごとの切断負荷（Ｋｇｆ）グラフである。 基板平面回転角βを７°とした場合の切断刃移動距離ごとの切断負荷（Ｋｇｆ）グラフである。 基板平面回転角βを１４°とした場合の切断刃移動距離ごとの切断負荷（Ｋｇｆ）グラフである。 図４〜図７のグラフを１の図にまとめた図である。

以下、図１〜３を参照して、本発明である電子部品の剥離装置の具体的な構成をより詳しく説明する。なお、本発明は、ここに例示した形態に限定されものではなく、発明の技術的範囲に属する他の形態を包含するものである。

図１に示す電子部品の剥離装置２０は、切断刃１と、切断刃１を固定する固定ブロック３と、固定ブロック３に連設する駆動軸５と、駆動軸５を上下動させる軸駆動機構１２と、軸駆動機構１２に接続し前後動する移動体１５と、実装基板６を載置する基板固定床８を含み基板６の切断刃１に対する向きを調節する基板角度調節機構９とからなる。

さらに、基板固定床８には、基板固定床８上で基板６を水平方向に回転させて位置固定する基板平面角調節機構１０、移動体１５を支点に軸駆動機構１２を前後方向に回動可能にする首振り軸１４を備えてもよい。

切断刃１は、図１、２では、平らな刃床１ａを有し、切断刃１の先端面が刃床１ａに対して水平な片刃のものを固定ブロック３にネジ２で固定したものを例示したが、切断刃１はこの形状に限定されるものではなく、切断刃１の先端面が斜めであってもよいし、また回転体などであってもよい。

固定ブロック３は、上下に駆動する駆動軸５に連設され、その自重で切断刃１による端子７ａの切断を補助する。また、図２を参照して後述するように、破線両矢印方向に回動させる機構を備えてもよい。

駆動軸５は、それ自体が上下動して、切断刃１を上下動させる装置である。軸駆動機構１２は、駆動軸５を上下動させる駆動装置であり、エアーシリンダーなどが例示できる。

移動体１５は、台１６などに敷設されたレール１３上をスライドする部材で、軸駆動機構１２に連設され、移動体１５の移動に伴い軸駆動機構１２を水平に移動させる。また、移動体１５と軸駆動機構１２との接続に際して、軸駆動機構１２を移動体１５を支点に前後動できるように、首振り軸１４を介在させてもよい。

基板角度調節機構９は、台９ａに垂設された支柱９ｂと、一端が支柱９ｂに回転軸８ａを介して回動可能に接続された基板固定床８と、一端が基板固定床８背面に接続して他端が支柱９ｂに挿抜可能にネジ９ｄなどで固定されるシャフト９ｃとからなる。シャフト９ｃの支柱９ｂへの固定位置を変更することにより、切断刃１の先端の移動面と基板固定床８の面の傾きを変更することができる。

なお、基板固定床８の面の傾きを調節する手段は、図１に例示に限定されるものではなく、基板固定床８の面の傾きを所望の位置で固定することができれば、どのような手段を選択してもよい。なお、基板平面角調節機構１０については、図３を参照して後述する。

ここで、刃床１ａ又は切断刃の先端の移動面と基板材６ａの表面との間の角αは、切断刃１の形状、移動・駆動条件、対象部材の材質等によって種々変化するため一義的に定められないが、図１、２に示した最も単純な刃先形状の一つである平らな刃床１ａを有する片刃の場合、切削時の逃げ角の観点から、大略数度〜１５°の範囲が望ましい。

また、軸駆動機構１２を前後に移動させる移動体１５及びレール１３は、切断の進行とともに変化する切断刃１と基板材６ａの表面間の距離を補正するために設けられた機構である。なお、切断距離が短く、かつ刃床１ａと基板材６ａの表面との間の角αが前述の逃げ角の範囲内であれば、移動体１５のレール上のスライドによる軸駆動機構１２の前後動を停止し、首振り軸１４を支点にした軸駆動機構１２の前後動（牽引ゴム紐等を利用した前後動等）に代替することが可能である。

このようにしてなる電子部品の剥離装置２０は、切断刃１を基板固定床８に載置された基板６の上端部から下端部に、駆動軸５の収縮によって移動させる。そのとき、移動体１５がレール１３上をスライドして駆動軸５を伸縮させる軸駆動機構１２を基板６の表面方向に移動して、切断刃１の先端と基板材６ａとの距離を一定に保たせることができる。破線が、切断刃１が基板６の末端に端子を切断しながら移動した後の各構成の位置である。また、破線両矢印は、回動或いは移動方向を示す。

なお、図示していないが、実装基板６の基板固定床８への固定方法としては、一般的に使用されている減圧吸引固定あるいは実装基板への外部押圧力の付与等の単独あるいは併用を利用することが可能である。

図２に、切断刃固定ブロック３に設けられた切断刃１の角度を調節する切断刃角度調節機構の一例の模式図を示した。当該、切断刃角度調節機構は、駆動軸５の径より大きな径の孔３ａが穿設された固定ブロック３に挿通する回転軸４に、上下動する駆動軸５の一端を孔３ａ内で接続し、ネジ３ｃで固定ブロック３を回転軸４に固定して、固定ブロック３の回動を止め、切断刃１の傾きを調節するものである。

孔３ａは、駆動軸５よりも大きな径をしているため、孔３ａ内で駆動軸５が移動させるスペース３ｂを形成することができ、固定ブロック３の回動を許容する。破線は、固定ブロック３、ネジ３ｃ及び切断刃１を回動させたときの位置を示す。

当該、切断刃角度調節機構は、図１に示した基板角度調節機構９と同様に、刃床１ａと基板材６ａの表面との間の角αを調整できるものである。なお、この切断刃１の角度調節機構と基板角度調節機構９はそれぞれ補完する機能であり、対象とする被切断基板６によって単独あるいは併用して切断刃１の角度（α）調節が可能である。

図３に、基板平面回転角調節機構の概念図を示した。図３（Ａ）が基板６を載置する面から見た基板固定床８の平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ‘断面、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）のＢ−Ｂ’断面図である。

基板平面角調節機構１０は、図３（Ｃ）にあるように、基板固定床８の最下部をＬ字に張りだし、その先端上方に突起８ｃを設け、間隙８ｂを形成するとともに、間隙８ｂの底部に所定間隔で複数の溝１１を有する基板６の支持体である。間隙８ｂに基板６の基板材６ａの平らな側面を嵌めてもよい。溝１１に基板材６ａコーナー部を挿入することにより、基板６を基板固定床８の面上で水平方向に回転させ固定することができる。そして、基板材６ａの側面と基板固定床８の底辺（＝切断刃１の先端）とに任意の基板平面回転角（β＝０°〜４５°：ただし、０度の場合は間隙不使用）を付与するものである。その結果、ＩＣチップ７などの電子部品の端子７ａの列と切断刃１の先端に任意の角βを形成することができる。

基板平面角調節機構１０の役割は、基板材６ａの上に整列配置されている電子部品の端子７ａの切断に際し、切断刃１の進入方向（切断方向）を被切断端子７ａの整列面に対して傾け、単位切断面当たりの切断に必要な切断負荷（応力）を低減することにある。

また同時に、このように切断方向を被切断端子７ａの整列面に対して傾けた場合、単純な「押切り」の場合とは異なった一種の「引切り」効果が発生するため、より一層の切断応力の低減が期待できる。なお、このような切断応力の低減は、切断の高速化・効率向上などとともに、基板材６ａの変形やそれに伴う破損などを防止する上で極めて重要なファクターである。

また、基板平面回転角βの調節に際し、基板材６ａの下部コーナーを所定の溝１１に挿入・固定する方式は、挿入された縦横両側面部が一種の楔としての機能を発現するため、上方からの切断応力に対して基板６の横ずれ、変形等を極めて効果的に防止することができるものである。

なお、上述の基板６の横ずれ、変形等の恐れがない場合、あるいはそれらを防止する機構（サイドストッパーの設置等）がある場合には、基板材６ａの下部端面を支える基板平面角調節機構１０あるいは基板固定床８全体を切断刃１の先端面に対して有意な角度を与えることにより同様な効果が期待できるものである。

刃床１ａと基板材６ａの表面との間の角αの効果を検証した。この試験には、図１の電子部品の剥離装置２０を用いた。そして試験に供した実装基板の大きさは５２．５ｍｍ×７０ｍｍで、６ピンの端子を２列有する電子部品（７．４１ｍｍ×１８．７ｍｍ）が２列×２列配置されたものである。

使用した切断刃１を保持する固定ブロック３の自重は５Ｋｇで、切断刃１を移動させる軸駆動機構１２としてエアーシリンダーを使用した。なお、この試験では、切断刃１の移動距離が短いことを考慮し、軸駆動機構１２を移動させる移動体１５をレールに固定して、首振り軸１４を介した軸駆動機構１２の前後動方式を採用するとともに、基板平面回転角βは０°とした。

刃床１ａと基板材６ａの表面との間の角αを０°〜８°の範囲で２°間隔で変化させた場合の試験結果（剛性圧力（Ｍｐａ））を表１に示した。

切断刃角度α＝０°の場合は、最終的には切断刃１が電子部品を乗り越えて終了した。従って切断が不良であったのでＮＧとした。一方、α＝２°〜８°の範囲の場合では、いずれも端子７ａの切断は完了した。

そして、切断開始時の剛性圧力（Ｍｐａ）についてみると、αの増大とともにその値は低下するが、α＝６°を境にして再び上昇する傾向を示した。これらの結果から判るように、端子７ａの切断の可否に対して、一種の逃げ角と見做すことの出来るαの付与の有無が重要な関係を有している。また、低い剛性圧力で切断を開始するためにはα値をある範囲（この場合は大略４°〜８°）に設定することが効果的である。

基板平面回転角βの効果を検証した。この試験には、図１〜３の電子部品の剥離装置２０を用いた。供した実装基板の大きさは５２．５ｍｍ×７０ｍｍ、７ピンの端子を２列有する電子部品（７．４１ｍｍ×１８．７ｍｍ）が３列×２列配置されたものである。

試験に使用した機器ならびに切断刃１の移動・駆動方法等の条件は実施例１と同じである。なお、刃床１ａと基板材６ａの表面との間の角αは６°に固定した。そして、基板平面回転角β（平面角）は０°〜１４°の範囲で変化させた場合の試験結果を表２および図４〜８に示した。

なお、表２における最大切断負荷（ｋｇｆ）は、図４〜７に見られるような切断刃１による端子７ａ切断時における切断負荷（ｋｇｆ）の最大値を示したものである。

試験の結果では、基板材６ａ上に配列している電子部品の端子７ａの列と切断刃１の先端が平行となるβ＝０°における切断負荷に比べ、電子部品の端子７ａの列と切断刃１の先端が平行とならないβ＝４°以上における最大切断負荷はいずれも約１／４に低下した。このことから、電子部品の端子７ａの列を切断刃１の先端と平行な位置から有意な角度に回転させることが電子部品の端子７ａの切断負荷の低下に極めて有効である。

なお、電子部品切断に際しての有効な基板平面回転角βの値は、実装基板のサイズや形状、電子部品の配列形態や搭載密度などによって異なるため一義的に定められないが、実用的には大略５°〜１５°の範囲が効果的である。

実施例１、２の結果から明らかなように、本発明である電子部品の剥離装置を使用することにより、電子部品の原形を留めたまま簡便で高速かつ経済的に、電子部品を剥離、回収することができる。従って、本発明は、希少金属等の再資源化に大いに資するものと考えられる。

以上詳しく説明した通り、本発明によれば、実装基板上の電子部品をその原形を留めたまま簡便で高速かつ経済的に電子部品を剥離、回収することできる。現代社会を支える根幹に横たわる電子機器類には、いわゆる希少金属と呼ばれるような物質が多用されているが、近年それらの物質は世界的に資源そのものの枯渇が取りざたされている。言うまでもなく電子部品はそれらの物質が濃縮されたものであり、そのリサイクルに対し、本発明は極めて大きな波及効果を及ぼすものと考えられる。

１ 切断刃
１ａ 刃床
２ ネジ
３ 固定ブロック
３ａ 孔
３ｂ スペース
３ｃ ネジ
４ 回転軸
５ 駆動軸
６ 基板
６ａ 基板材
７ ＩＣチップ
７ａ 端子
８ 基板固定床
８ａ 回転軸
８ｂ 間隙
８ｃ 突起
９ 基板角度調節機構
９ａ 台
９ｂ 支柱
９ｃ シャフト
９ｄ ネジ
１０ 基板平面角調節機構
１１ 溝
１２ 軸駆動機構
１３ レール
１４ 首振り軸
１５ 移動体
１６ 台
２０ 電子部品の剥離装置

特開２０１１−５７４号公報 特開２００９−１２５９３４号公報 特開２０００−２２８５７８号公報 特開２００１−３０８５１５号公報 特開平０９−２７１７４８号公報 特開２００７−９２１３８号公報 特開２００３−１８１４１４号公報

「基板リサイクルの過去・現在」：TOKYO(MRB.ne.jp)，2010-05-03

Claims (7)

1. 電子部品を基板材に搭載した実装基板から前記電子部品を剥離する装置であって、
   前記電子部品の端子を切断刃の移動によって切断し、前記基板から前記電子部品を剥離することを特徴とする電子部品の剥離装置。
2. 前記切断刃の先端を前記基板材の表面に沿って平行移動させることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の剥離装置。
3. 前記基板材の表面を前記切断刃の先端の移動面と平行に固定する基板固定床を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品の剥離装置。
4. 前記基板材の表面を切断刃の刃床に対して任意の角度に保持する基板角度調節機構を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電子部品の剥離装置。
5. 前記基板固定床上における前記基板材の平面回転角を任意に設定・固定する基板平面角調節機構を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電子部品の剥離装置。
6. 前記切断刃を軸を介して前記軸の両方向に移動可能にする軸駆動機構を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の電子部品の剥離装置。
7. 前記軸駆動機構を前記基板の表裏方向に回動させる首振り機構を設けたことを特徴とする請求項６に記載の電子部品の剥離装置。

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