JP2016223861A

JP2016223861A - スピンドル下降距離情報検出機構及びスピンドル下降距離情報検出機構を組み込んだ基板加工装置

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Publication number: JP2016223861A
Application number: JP2015109188A
Authority: JP
Inventors: 保彦金谷; Yasuhiko Kanetani; 常夫品田; Tsuneo Shinada
Original assignee: Ofuna Enterprise Japan Co Ltd
Current assignee: Ofuna Enterprise Japan Co Ltd
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: JP6425138B2

Abstract

【課題】スピンドルのドリルによって、基板の所望の導体層まで正確に穿孔しようとする際、外乱要因等をなくしてドリルの所望の導体層への接触の有無を的確に検出可能とするとともに、ドリルへの高調波電流の流入を防止して、ドリルの損傷を防止する。【解決手段】高周波交流電源と、少なくともリアクタを含むバイパス回路と、キャンセル回路と、巻数が同じで逆巻となって接続する入力巻線とキャンセル巻線と１個以上の出力巻線を持つ高周波用の変流器を有する下降距離情報検出機構を設けて、外乱要因によって入力巻線に生じる磁束と、キャンセル回路によってキャンセル巻線に生じる磁束とを打ち消し合わせ、変流器の出力巻線側に電流を発生れることがないので、スピンドルの下降距離情報を精度よく判定できるとともに、バイパス回路によって、ドリルへの高調波電流等の流入を防止して、ドリルの損傷を防止することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、先端にドリルを設けたスピンドルを組み込んだ基板加工装置により、多層構造のプリント基板に対して特にホール加工、ブラインドホール加工及びザグリ加工等を行うに際して、ドリル先端位置を把握して該多層構造のプリント基板の所望の内層導体層まで的確に加工しうるようにすると同時に、ドリル先端が折れたことをも検出(以下、ドリル折れ検出)できるようにしたスピンドル下降距離情報検出機構に関するものである。

従来、スピンドルを組み込んだ基板加工装置（以下、単に「装置」と言う。）によるプリント基板（以下、単に「基板」と言う。）に対する加工としては、一般的に、貫通穴加工や外周加工が知られている。尚、貫通穴加工とは、基板上に配置される配線パターンに対するエッチング加工前の基板原材料に対し、部品取り付けのための貫通穴や配線パターンの表と裏を繋ぐためのバイアホール等の穴加工を行うものであり、また、外周加工とは、基板の外周や基板取り付け穴・異形穴の加工を行うものである。
しかし近年では、基板自体が、複数の絶縁層と、その表面あるいは間に設けられた導体層とからなる多層化した基板とされることに伴い、貫通穴加工や配線パターンのエッチング加工等を終えた状態で、該多層化した基板に対する加工として、ブラインドホール加工やザグリ加工等が行われるようになり、また、併せてドリル折れ検出が行われるようになった。尚、ブラインドホール加工とは、バイアホールの一部だけを所望の内層導体層面まで削除することで、余計な配線を取り除く加工を行うものであり、また、ザグリ加工とは、プリント基板の一部を所望の内層導体層面までザグリ、その部分に電子部品を実装したり、あるいは裏面導体の1層だけを残すことでそこで基板を折り曲げられるようにする加工を行うものである。更に、ドリル折れ検出とは、事前に正常な長さのドリルを基準として計測されている、所望の内層導体層までのスピンドルの下降距離だけスピンドルを下降させたにもかかわらず、スピンドルのドリル先端と所望の内層導体層との接触が検出されない場合に、ドリルが折れていると検出するものである。
ここで、所望の内層導体層とは、複数の絶縁層と該絶縁層の適宜の位置に挟み込まれた内層導体層を有する多層構造の基板において、加工者が絶縁層を穿孔することによって露出させることを望む内層導体層を指す。

しかし、これらブラインドホール加工やザグリ加工等においては、例えば図２に示すように３層の絶縁層からなる多層化した基板１０１において、所望の内層導体層を第１の内層導体層１０２であるとして、第１の絶縁層１０３側（以下、「表面側」と言い、逆側の第３の絶縁層１０５側を「裏面側」と言う。）から第１の内層導体層１０２までザグリ加工を行おうとすれば、加工装置に組み込まれたスピンドル先端のドリルで、第１の絶縁層１０３に穴を開けることとなるが、その際、第１の絶縁層１０３の厚さが５０乃至１００μｍであり、その第１の絶縁層１０３と第２の絶縁層１０４に挟み込まれた形状で第１の内層導体層１０２が形成され、その第１の内層導体層１０２の厚さが１２乃至２５μｍであることから、第１の絶縁層１０３を超えた位置から、第１の内層導体層１０２の厚さである１２乃至２５μｍ未満の位置で、ドリルによる穿孔を止める必要がある。しかも、導体層は、その安定的な電気的導通のためにも、できるだけ残存させる必要があることから、第１の絶縁層１０３を穿孔した上で適切な位置でドリルの穿孔を止めるためには、加工中のドリルの高さ位置の検出精度として、略±２μｍの検出精度が要求されることとなる。

そのため、そのスピンドルのドリルでの穿孔位置を検出して加工を制御する装置あるいは方法として、従来、以下のような装置が考えられていた。すなわち、ドリルを取り付けるロータとスピンドル本体との間に静電容量が存在することを利用して、高周波電流を印加して静電容量を介する電流の変化を検出するものが実用化されている。そしてその静電容量を介する電流の変化を検出する方法として複数あり、例えば、図３に記載するように、高周波発振器６と変流器３３の入力巻線３４とを接続するとともに、変流器３３の出力巻線３５と検波回路８とを接続した上、検波回路８に検出器９を接続してなる従来例の検出装置３６を用い、高周波電源である高周波発振器６からＧＤＮライン１１を基板加工装置Ｂの筐体３７に接続するとともに、出力ライン１２は変流器３３の入力巻線３４の一端に接続し、更に該入力巻線３４の他端とスピンドル本体１を接続する。その際、スピンドル本体１は筐体３７に対して絶縁物３０で絶縁して設置される。すなわち、スピンドルａは、筐体３７に対してＸ軸方向（図面上における紙面左右方向）に移動自在となるよう、絶縁物３０を介して導体のビーム２９に設置されている。そして、当該ビーム２９にはＺ軸駆動装置３１が設けられ、スピンドルａは該Ｚ軸駆動装置３１によって、筐体３７に対してＺ軸方向（図面上における紙面上下方向）に移動自在となる。
一方、ドリル３を取り付けるロータ２は一般的に、セラミックで作られたベアリングまたは、エアーベアリングでスピンドル本体１に固定されているため、スピンドル本体１とは電気的に絶縁されているが、そのベアリングとなるセラミックまたはエアーを誘電体として、ロータ２とスピンドル本体１間には一定の静電容量ＣＲが存在する（尚、図３において、ロータ２とスピンドル本体１間に静電容量ＣＲが存在することを示すために、ロータ２とスピンドル本体１間がコンデンサを介して接続されているように点線で記載されているが、この記載は単にロータ２とスピンドル本体１間に静電容量ＣＲが存在することを模式的に表すために記載したに過ぎないものであって、実際に何らかの接続や部品が存在している訳ではない。この図３に限らず、点線で記載されたコンデンサを介しての接続も、同趣旨である。）。更に、スピンドル本体１とビーム２９間には静電容量ＣＳが存在している（尚、ビーム２９は筐体３７に導通されていることとから、筐体３７と同じ電位となるため、作図の都合上、静電容量ＣＳはスピンドル本体１と筐体３７間に記載している。）。
また、変流器３３の出力巻線３５は、検波回路８を経由して検出器９に接続されている。

一方、図２に記載の基板１０１を検出対象物とし、第１の内層導体層１０２を所望の内層導体層として、該基板１０１が加工台２６上に固定される。その際、加工台２６自体は金属であるものの、加工台２６上には絶縁シート（図示せず）が敷設され、該基板１０１と加工台２６とは絶縁された関係となる。但し、所望の内層導体層とされた第１の内層導体層１０２と加工台２６間には静電容量ＣＰが存在することから、高周波的には導通した状態となる。また、加工台２６は基板を載置した状態でＹ軸方向（図面における紙面奥行き方向）に移動自在となっている。この状態で、絶縁シートを介して加工台２６上に固定された、前記検出対象物たる基板１０１の上方の所定位置にスピンドルａを位置せしめる。その上で、高周波発振器６から０．３Ｗ、１ＭＨｚの高周波電圧を印加しつつ（なお、０．３Ｗ、０．５乃至２ＭＨｚの高周波電圧を印加するのが適切である。）ドリル３を回転させながらスピンドルａをZ軸駆動装置３１により下降させて、基板１０１に対して穿孔を開始し、ドリル３の先端が第１の内層導体層１０２に接触すると、入力巻線３４と接続されたスピンドルａから、前記ロータ２とスピンドル本体１との間の静電容量ＣＲを介してロータ２、ドリル３、第１の内層導体層１０２へと電流が流れ、更に、第１の内層導体層１０２と加工台２６間の静電容量ＣＰを介して、第１の内層導体層１０２から加工台２６へ、そして加工台２６から電気的に連絡されている筐体３７へと電流が流れ、高周波発振器６へ戻ることとなる。この新たに生じた電流によって変流器３３の鉄芯３８に磁束が生じ、出力巻線３５に新たに電流が発生して、その新たに発生した電流が検波回路８を経由して検出器９に流入することによって、ドリル３が第１の絶縁層１０３を穿孔して、その先端が第１の内層導体層１０２に到達したことを検知することができるようになる。その検知結果を制御部（図示せず）に信号として送り、該制御部がドリル５の回転を停止する等、必要な指示を発することとなる。これによって、基板加工装置Ｂの加工台２６上に固定された検出対象物たる基板１０１の所望の内層導体層である第１の内層導体層１０２の加工台２６からの高さ位置が判明し、基板の所望の内層導体層である第１の内層導体層１０２までの穿孔を正確に行うためには、加工前のスピンドルａの当初位置からどれだけの距離を下降させればよいかが、情報として取得されることとなる（該情報を「下降距離情報」と言う。）。

しかし、前記の高周波を使用する装置においても、以下のような欠点があった。すなわち、第１に、スピンドル本体をその取り付けられるビーム（筐体と同電位であるため以降は電気的には筐体と言う）から電気的に絶縁する必要があるが、その絶縁方法が構造的に困難であることもさることながら、アースすることが必要となる導体としていわゆる浮き金属となったスピンドル本体に人が触れない構造とする必要があり、非常に高コストとなることである。
第２に、スピンドル本体を絶縁物によって電気的に筐体から絶縁しても、スピンドル本体と筐体との間に静電容量ＣＳが、また、スピンドル本体１内にはドリル５を回転させる３相モータが組み込まれており、その各モータ巻線と筐体との間には、それぞれ一定の静電容量ＣＵ、ＣＶ、ＣＷが存在し、スピンドルのドリル先端が所望の内層導体層と接触していなくとも、前記静電容量ＣＳ、ＣＵ、ＣＶ、ＣＷを介して電流が流れ、その電流が検出器での電流の検出に際しての外乱要因となって、ドリル先端が所望の内層導体層と接触したか否かの判定を困難にして、判定精度を低いものとしていた。
第３に、通常、基板の内層導体層として銅箔が使用されているところ、所望の内層導体層である銅箔の面積自体が小さい場合には、その所望の内層導体層と加工台(筐体と同電位)との間の静電容量ＣＰも小さいことから、ドリルの先端が所望の内層導体層である銅箔に接触することによって新たに生じる電流も微弱であり、その電流の変化が外乱要因の中に埋もれてしまって、変流器の出力巻線に新たに発生する電流を検出しようとしても、判定精度が低くなるため、基板の種類毎に判定基準値を調整しなければならず、そのために加工に要する時間が長くなるという欠点があった。
第４に、ロータがエア軸受けによって支持されているものと、セラミックベアリングで支持されているものがあるが、ザグリ加工用やルータ加工用のスピンドルでは、主としてセラミックベアリングが使用されている。ところがセラミックベアリングの静電容量ＣＲ（すなわち、セラミックベアリングが使用された場合のスピンドル本体とロータとの間の静電容量）は約２００ｐＦであるのに対し、エア軸受けの静電容量ＣＲ（すなわち、エア軸受けが使用された場合のスピンドル本体とロータとの間の静電容量）は約１０００ｐＦであって、エア軸受けを使用したものに比して、セラミックベアリングを使用した場合は、本体とロータ間の静電容量は略５分の１となるため、スピンドル本体とロータとの間の静電容量を介しての電流の変化を利用した方式では、その変化量が非常に少なく、変化の有無を判定することが困難であって、判定精度を低下させていた。
第５に、スピンドルの３相モータの各巻線には、モータ回転数を制御するためにインバータから、回転数に応じて５０Ｈｚ乃至略５ｋＨｚの交流２００ｖが印加されている上、該前記交流２００ｖには略１５ｋＨｚ乃至３０ｋＨｚのキャリア周波数が重畳されていることから、加工に際して、ドリルが基板の所望の内層導体層に接触した場合、ドリルに流れる電流は、検出装置の高周波発振器を電源とする略１ＭＨｚの高周波電流だけでなく、商用電源を電源としてインバータで発生させた交流２００ｖ、５０Ｈｚ乃至略５ｋＨｚの電流、さらに前記交流２００ｖに重畳された略１５ｋＨｚ乃至３０ｋＨｚのキャリア周波数をもつ電圧(以下、高調波電圧と言う)を電源とした高調波電流が、静電容量ＣＵ、ＣＶ、ＣＷとＣＲおよびＣＰを介して加工台すなわち筐体に流れ込むことになり、それらの電流のピーク値は略２００ｍＡに達する。これは、高周波発振器から印加された高周波電流による電流の変化を検出器によって検知して下降距離情報を取得する検出装置において、その高周波発振器から印加される電流の略１０倍もの電流であり、発明者は実験を繰り返すことにより、基板加工装置を使用した際に、その電流がスピンドルのドリル先端を損傷させ、ドリルの寿命を著しく損なうことを発見したものである。特に、長寿命を目的としてドリル表面にダイヤモンド等の高硬度の材料をコーテイングしたドリルの場合には、そのコーテイングが損傷されることから、ドリルの寿命を著しく損なうことが顕著であった。

一方、図３に記載の従来の検出装置３６を使用した場合に、静電容量を介して電流が筐体へ流れることによって生じる外乱要因を排除すべく、特開２０１４−２２６７６４号にあるような、以下の構成を有するスピンドルの下降距離情報検出機構が提案されている。すなわち図４に記載されたように、高周波発振器６と、巻数の同じ２個の入力巻線３９、４０と、出力巻線４１を持つ高周波用の変流器４２と、検波回路８及び検出器９によって検出装置４３が構成され、検出対象物たる基板１０１と、同基板と同一の比較対象物たる基板１０１´を２枚１組としてそれぞれ独立して基板加工装置Ｃの筐体４４から絶縁して、筐体４４内の加工台上に固定した上、前記高周波発振器６の出力の一方は、同軸ケーブル４５のＧＮＤライン４６から前記筐体４４に接続し、もう一方の出力ライン４７は、同方向に同巻数として巻き終わりと巻き初めとを接続した変流器４２の２個の入力巻線３９、４０の中間に接続することにより、各入力巻線３９、４０は逆巻の同巻数のコイルとなって、各入力巻線３９、４０に同量の電流が流れた場合、変流器４２の鉄芯４８に発生する磁束の方向は打ち消し合こととなり、出力巻線４１側には電流は発生しないこととなる。また、２個の入力巻線３９、４０の各他端は、検出対象物たる基板１０１の所望の内層導体層である第１の内層導体層１０２、及び同基板１０１と同一の比較対象物たる基板１０１´の所望の内層導体層である第１の内層導体層１０２´にそれぞれ接続されている。そして、スピンドル本体１のドリル３先端と検出対象物たる基板１０１の所望の導体層としての第１の内層導体層１０２との接触によって生じる電流の変化を、変流器４２から出力される電流の変化として検出器９により検出してなるものが提案されている。
更に、上記のように基板を２枚１組として使用する場合にはその２枚に対してそれぞれスピンドルａを設置して交互に加工することから、多数の基板を加工する際には全体として加工時間が長時間化するため、その加工時間の長時間化を防止して全体としての加工スピードを向上させるために、その比較対象物たる基板に代えていわゆるキャンセル回路を設けてなるものも提案されている。すなわち、図５に記載するように、比較対象物たる基板に代えてキャンセル回路として、直列に配されたコンデンサ４９とディップスイッチ５０を１組として、該コンデンサとスイッチを複数組並列に配してなる模擬基板回路５１を有している。そして、検出対象物たる基板１０１を基板加工装置Ｄの筐体４４から絶縁して、筐体４４内の加工台上に固定した上、前記高周波発振器６の一方は、同軸ケーブル４５のＧＮＤライン４６から前記筐体４４に接続するとともに、前記模擬基板回路５１の一方端子に接続し、もう一方の出力ライン４７は、同方向に同巻数として巻き終わりと巻き初めとを接続した変流器４２の２個の入力巻線３９、４０の中間に接続することにより、各入力巻線３９、４０は逆巻の同巻数のコイルとなって、各入力巻線３９、４０に同量の電流が流れた場合、変流器４２の鉄芯４８に発生する磁束の方向は打ち消し合こととなり、出力巻線４１側には電流は発生しないこととなる。また、前記変流器４２の２個の入力巻線３９、４０の各他端は、一方は検出対象物たる基板１０１内に存する所望の導体層である第１の内装導体層１０２と、他方は前記模擬基板回路５１の他方端子に接続されている。そして、検出対象物たる基板１０１の所望の導体層である第１の内装導体層１０２と筐体４４間に生じる静電容量と略等しくなるよう模擬基板回路５１のディップスイッチ５０を調整することにより、各入力巻線電流３９、４０が前記変流器４２に発生させる磁束の方向を互いに打ち消し合うようにして、スピンドルａのドリル３先端と所望の導体層との接触によって生じる電流の変化を、変流器から出力される電流の変化として検出器により検出してなるものが提案されている。

しかし、これらの提案による下降距離情報検出機構においては、変流器の入力巻線と所望の内層導体層とを基板毎に接続しなければならず、その手間が大量の基板の加工における人件費及び所要時間の増加を招来するという欠点があった。

特開昭６１−１３１８０４号公報特開平８−１３０３７９号公報特開２０１４−２２６７６４号公報

解決しようとする課題は、従来の高周波交流を使用する装置においては、第１に、外乱要因が存在する上に検出する電流の変化の絶対量が少ないことから、十分な精度が得られず、また、そのために高精度での加工のために加工時間が長時間化するという問題点であり、第２に、スピンドル本体を筐体から絶縁しなければならないことから、構造的にも安全対策でも、高コストとなるという問題点である。第３に、新たに提案されている下降距離情報検出機構においては、基板毎に所望の内層導体層に対して入力巻線から接続することが大量加工に際してのコスト増大要因となっていることである。そして更に、第４に、スピンドルを絶縁する構成のものでは、高調波電圧による高調波電流によって、コーテイング加工したドリルの寿命が著しく損なわれるという問題点である。

本願発明は、変流器の入力巻線と所望の内層導体層とを基板毎に接続しなければならないという欠点のない図３で示す従来方式を基礎として、特開２０１４−２２６７６４号公報に開示されたキャンセル回路を加味した上、更に改良を加えて、上記課題を解決するものである。
すなわち、第１にバイパス回路を追加したことである。図１に示すようにスピンドルと筐体間に、略１ＭＨｚである検出装置の高周波に比しては大きなインピーダンスを持つものの、前記略１５ｋＨｚ乃至３０ｋＨｚである高調波電圧に比しては非常に小さいインピーダンスしか持たないところの、少なくともリアクタを含むバイパス回路(以下、バイパス回路という)を接続することで、高調波電圧を電源とした高調波電流がドリルに流れ込まないよう筐体にバイパスさせると同時に、スピンドルがいわゆる浮き金属とならないようにして、安全上の保護等のための機構を不要として製造コストを低減させることができるものである。
第２に、キャンセル回路とキャンセル巻線を追加したことである。すなわち、変流器の入力巻線には、スピンドルの作動中にはドリルが基板の所望の内装導体層に接触していないとき (以下、スピンドルが作動中であって、ドリルが基板の所望の内装導体層に接触していないときを「非検出中」と言う)であっても、前記静電容量ＣＳ、ＣＵ、ＣＶ、ＣＷを介しての電流とともに、前記バイパス回路の追加による電流が流れるため、それらの電流が検出器に対する外乱電流となり、検出に際しての外乱を拡大することとなる。この外乱電流の作用を一掃するため、非検出中には、変流器の出力巻線側には電流がほとんど発生しないようにする必要がある。そのため、変流器の入力側に、スピンドルにつながる入力巻線以外に、非検出中の入力をキャンセルするためのキャンセル巻線を設け、その巻線をキャンセル回路に接続するように構成したものである。そして該キャンセル回路は、前記バイパス回路を形成したリアクタと同一容量のリアクタを少なくとも含む逆バイパス回路並びに、直列に配されたコンデンサとスイッチを１組とした上、該コンデンサとスイッチを複数組並列に配して１セットとした複数の模擬回路により構成され、該模擬回路が前記静電容量ＣＳ、ＣＵ、ＣＶ、ＣＷに対応して並列に配してなるものである。この場合、該キャンセル回路の構成は、従来技術における外乱電流である、静電容量ＣＳ、ＣＵ、ＣＶ、ＣＷを介しての電流並びに、本願発明において追加した、バイパス回路により流れる電流の合計と略同等の電流を流すことができるものである。また、キャンセル巻線の巻方向は、入力巻線を流れるに電流によって鉄芯に発生する磁束を打ち消す方向であることは、言うまでもない。
以上のように、本願発明においては、スピンドルが作動中であっても非検出中は、出力巻線には上記キャンセル回路により殆ど電流が発生せず、スピンドルによる基板の加工が進展してドリルが基板の所望の内層導体層（図１に示すように、ここでは第１の内層導体層を所望の内層導体層とする。）に接触することによって、検出装置の高周波電源から入力巻線―スピンドル本体―静電容量ＣＲ―ロータ―ドリル―基板の所望の内層導体層である第１の内層導体層―静電容量ＣＰ―筐体の経路で電流が流れることとなり、その電流によって変流器の出力巻線側に生じる電流を検出するものであり、外乱要因を極力排除することで、下降距離情報の取得に際しての判定精度を向上させるものである。

本願発明は、スピンドルを組み込んだ基板加工装置におけるスピンドルのドリルの下降距離を検出するスピンドル下降距離情報検出機構であって、高周波交流電源と、少なくともリアクタを含むバイパス回路と、キャンセル回路と、巻数が同じで逆巻となって接続する入力巻線とキャンセル巻線と１個以上の出力巻線を持つ高周波用の変流器を有し、キャンセル回路は、バイパス回路と同一の静電容量を有するリアクタを少なくとも有する逆バイパス回路と、直列に配されたコンデンサとスイッチを１組とした上、該コンデンサとスイッチを複数組並列に配して１個の模擬回路として、スピンドルに通電された場合に、スピンドルのモータの各相の巻線とスピンドル本体間、並びにスピンドル本体と筐体間にそれぞれ生じる静電容量に対応して模擬回路を複数セット有して、前記逆バイハス回路と該複数の模擬回路を並列に配してなり、検出対象物たる基板を基板加工装置の筐体から絶縁して、筐体内の加工台上に固定した上、前記高周波交流電源の出力の一方は前記筐体に接続するとともに、他方は前記変流器の入力巻線とキャンセル巻線の中間に接続し、該入力巻線の他端はスピンドル本体に接続するとともに、バイパス回路を介して筐体に接続し、キャンセル巻線の他端は、逆バイパス回路の一端及び各模擬回路の一端と並列に接続し、逆バイパス回路の他端は筐体に接続し、スピンドル本体から絶縁された筐体とスピンドルとの間に生じる静電容量に対応する模擬回路の他端は筐体に、スピンドル本体とモータ巻線との間に生じる静電容量に対応する模擬回路の他端はスピンドルのモータの各相の巻線と接続し、各対応する静電容量と略等しくなるよう模擬回路のスイッチを調整することにより、入力巻線とキャンセル巻線に流れる電流によって前記変流器に発生する磁束の方向を互いに打ち消し合わせることで、スピンドルのドリル先端と所望の導体層との接触によって生じる電流の変化を、変流器から出力される電流の変化として検出器により検出してなるものである。

これにより、スピンドルのドリルが所望の内層導体層に接触していない状態で、事前にスピンドル本体と筐体間の静電容量並びにスピンドル本体とモータ巻線間の静電容量それぞれに対応する各模擬基板回路のスイッチを操作して、それらの各静電容量と略同一となるようにすることで、非検出中は、入力巻線とキャンセル巻線にそれぞれ働くインピーダンスが略等しくなって、それらに流れる電流によって変流器の鉄芯に生じる磁束が互いに打ち消されることから、変流器の出力巻線には出力電流は発生せず、出力巻線側の出力は“０”となる。ところが、検出対象物たる基板の所望の内層導体層に対してスピンドルのドリルが接触すると、ドリルが接触したことによって、その接触した側の入力巻線に流れる電流は、ドリルが固定されているロータとスピンドル本体間の静電容量ＣＲに比例した電流分だけ増加するため、前記２個の巻線に流れる電流が同一ではなくなり、その電流によって生じる磁束もその電流の相違分だけ打ち消されることなく残存し、そのため出力巻線に出力電流が発生することになる。この出力電流を検出器で検出して、ドリルと基板に存する所望の導体層との接触を判定するものである。このように、“１”、“０”信号でその接触の有無を検出できるようにしたものであることから、接触の有無を精密且つ正確にしかも低コストで測定できる。また、当該スピンドル下降距離情報検出機構を組み込めば、スピンドルのドリルを固定するロータとスピンドル本体間の静電容量が小さいセラミックベアリングを用いたスピンドルを組み込んだ基板加工装置においても、基板のバラツキやドリルの消耗、温度変化によるドリルあるいは所望の導体層の膨張あるいは収縮という大きさの変化に対しても、安定してブラインドホール加工やザグリ加工等を正確に行うことができる。

更に、バイパス回路を設けたことにより、スピンドルがいわゆる浮き金属でなくなることで、感電防止の保護機能を付ける必要がなくなる上、それによって、高調波電流等の電流がドリルを介して筐体へ流れ込むことによって生じる、ドリルの金属面やドリル表面のコーテイングの破損が格段に減少し、ドリル寿命を損なうことがない。

また、そのスピンドル下降距離情報検出機構を設けてなるスピンドルを組み込んだ基板加工装置であって、該スピンドル下降距離情報検出機構によって検出された下降距離情報に基づいてスピンドルの作動を制御する機構を設けてなるものである。

当該下降距離情報検出機構により検出された情報に基づいてスピンドルの作動が制御されることにより、多数の基板に対する加工作業を短時間且つ正確に行うことができる。
また、事前に正常な長さのドリルを基準として計測されている、所望の内層導体層までのスピンドルの下降距離に応じた距離だけスピンドルを下降させたにもかかわらず、スピンドルのドリル先端と所望の内層導体層との接触が検出されない場合には、ドリルが短く、すなわちドリルが折れていると判断されることから、容易にドリル折れが検出できる。その場合、制御機構によりその旨を作業者に知らせるとともに、加工作業を中断してドリルの付け替えを行うことで、折れたドリルによる基板加工の不良をなくすことができる。

本願発明にかかるスピンドル下降距離情報検出機構は、所望の内層導体層に直接に導線を接続することなく、スピンドル等に作用する静電容量による変流器の外乱要素を除去しうることから、セラミックベアリングによりロータが支持されているスピンドルのように、ロータとスピンドル本体間の静電容量が小さいスピンドルでも、ドリル先端が所望の内層導体層に接触したか否かを正確に検出でき、また、ドリル先端と基板の所望の内層導体層との接触の有無を精度よく的確に検出できる。そのため、基板のバラツキやドリルの消耗、温度変化によるドリルあるいは所望の内層導体層の膨張あるいは収縮という大きさの変化に対しても、安定してブラインドホール加工やザグリ加工等を正確に行うことができるという優れた効果を有するものである。また、この検出機構によって検出した下降距離情報に基づいてスピンドルの作動を制御することで、絶縁層を正確にドリルによって穿孔して、所望の内層導体層の表面を的確に露出させることができ、所望の内層導体層を不必要に削除することなく、当該基板自体の性能を損なうことがなない。更に、スピンドル本体にバイパス回路を設けたことにより、感電防止のためのコストが不要で、かつドリル自体やドリルのコーテイングを損傷することもなく、ドリルの寿命を損なうこともない。

また、当該スピンドル下降距離情報検出機構を設けてなるスピンドルを組み込んだ基板加工装置においては、スピンドル下降距離情報検出機構によって検出したスピンドルの下降距離情報によってスビンドルの作動を制御することから、多数の同一の基板に対して同一の加工を施す場合に、短時間で正確な加工を可能とする優れた効果を有するものである。

図１は、本願発明の実施例であるスピンドル下降距離情報検出機構を有する基板加工装置の構成を示す模式図である。図２は、検出対象物たる基板の構造を示す模式図である。図３は、従来例の模式図である。図４は、他の従来例の模式図である。図５は、更に他の従来例の模式図である。図６は、本願発明におけるバイパス回路のみを従来例における下降距離情報検出機構に付加した応用例に基づく、基板加工装置の模式図である。

低コストで検出精度を向上させ、かつドリルの寿命を損なうことがないという目的を、高周波交流電源の出力側から変流器の入力巻線を介して、スピンドルとバイパス回路に接続するとともに、変流器のキャンセル巻線を介して、キャンセル回路にも接続し、両方の巻線電流が変流器に発生させる磁束の方向が互いに打ち消し合うように接続することで実現したものである。すなわち、スピンドルに通電されることで、スピンドル自体が招来する変流器への外乱要因が存在し、また、スピンドルの作動電源に用いられた高調波電圧による高調波電流が招来するドリル寿命低減要因が存在することから、バイパス回路をスピンドルと筐体間に接続し、前記バイパス回路の設置による外乱要因を含め、全ての外乱要因をキャンセル回路で打ち消すことで、その両方の巻線電流の差違によって生ずる変流器の出力巻線側の出力電流をなくしたものである。その上で、ドリルの先端が所望の内層導体層に接触することによってスピンドルに余分な電流が流れた際、その余分な電流によって変流器に発生する磁束の方向が打ち消し尽くされないこととなって、変流器の出力巻線側に出力電流が生じ、それを検出器で検出することで、スピンドルのドリルの先端と所望の内層導体層とが接触したことを判定し、下降距離情報を正確に取得するものである。
また、バイパス回路によって、スピンドルがアースされたこととなって、感電防止等の保護機能の設置が不要になるとともに、高調波電流のドリルへの流れ込みを防止して、ドリルの損傷を防止してドリルの高寿命化すなわち、基板加工コストの低減を図ることができるものである。

そして、同一の構成を有する多数の基板に対して短時間且つ的確に加工を施すことができるようにするために、スピンドルを組み込んだ基板加工装置に、これらのスピンドルの下降距離情報検出機構と、その検出された下降距離情報に基づいてスピンドルの作動を制御する機構を設けたものである。

図１は、本願発明にかかる実施例を示す模式図である。ａはスピンドルであって、検出対象物となる基板１０１の上側に設けられ、スピンドル本体１と該スピンドル本体１に対してセラミックベアリングによって支持されるロータ２、及び該ロータ２に支持されたザグリ加工用のドリル３からなる。Ａは当該スピンドルａによってザグリ加工等を行う基板加工装置である。そして、本実施例におけるスピンドルａの下降距離情報検出機構Ｋ（以下、検出機構Ｋという）は、検出対象物たる基板１０１に対するスピンドルａの位置情報を検出するものであって、スピンドルａに電気回路で接続された検出装置４として具体化されている。尚、本実施例ではスピンドルａが１本の場合を示しているが、基板加工装置としては、同様の基板を複数同時加工できるよう、一般に複数のスピンドルが装備されている。そのため、その複数のスピンドルの本数に対応して、本実施例の検出装置４も同数装備する構成になる。ところで、スピンドルａはビーム２９に絶縁物３０を介して固定され、当該ビーム２９は駆動装置（図示せず）により筐体２７に対して移動自在となっていることから、スピンドルａ自体が基板加工装置Ａの筐体２７に対してＸ軸方向（紙面横方向）には移動自在に固定される。また、Ｚ軸方向（紙面上下方向）には、Ｚ軸駆動装置３１により個別に駆動できるように構成されている。他方、Y軸方向（紙面奥行き方向）には、加工台２６が駆動装置（図示せず）により移動自在となることにより、そこに固定された基板が連動して移動する構成となっている。更に、ビーム２９は筐体２７と導通し、加工台も筐体と導通している（その導通関係を図１では点線の接続で示している。）。

また、スピンドルａは３相モータ２２を内蔵し、該３相モータ２２は、３相２００Ｖの商用電源Ｖとインバータ２８を介して、その各相に接続されている。
スピンドルａは検出機構Ｋ内のバイパス回路５を介して電気的には筐体２７と導通状態となっている。スピンドルａのロータ２はスピンドル本体１に対してセラミックベアリングによって支持されていることから、各スピンドル本体１とロータ２間は絶縁されている。しかし、各スピンドル本体１とロータ２間には静電容量ＣＲが存在することから、高周波的には導通していると言えることとなる（尚、図１において静電容量ＣＲの存在を示すために、スピンドル本体１とロータ２間がコンデンサを介して接続されているように点線で記載されているが、この記載は単にスピンドル本体１とロータ２間に静電容量ＣＲが存在していることを模式的に表すために記載したに過ぎないものであって、実際に何らかの接続や部品が存在している訳ではない。）。同様に、スピンドル本体１とビーム２９間には静電容量ＣＳが存在し（尚、ビーム２９は筐体２７に導通されていることとから、筐体２７と同じ電位となるため、作図の都合上、静電容量ＣＳはスピンドル本体１と筐体２７間に記載している。）また、スピンドル本体１と各モータ巻線２３、２４、２５間には静電容量ＣＵ、ＣＶ、ＣＷがそれぞれ存在し、更に、基板１０１の所望の内層導体層である第１の内層導体層１０２と加工台２６間には静電容量ＣＰが存在している。
一方、スピンドルａにおいて、ロータ２とドリル３間は導通している。また、筐体２７自体はアース３２されている。

ところで、検出対象物である基板１０１は、前記加工台２６の表面に対して電気的に絶縁されており、一般的に基板１０１の面積は大きく、基板の層間距離は非常に小さいため、基板１０１内の所望の内層導体層である第1の内層導体層１０２と加工台２６間の静電容量ＣＰは非常に大きく、高周波的には導通状態となる。
基板１０１の内部構造は図２に示すように多層構造となっており、例えば３層となった絶縁層１０３、１０４、１０５と表面及び裏面導体層１０７、１０８、並びに第１の絶縁層１０３と第２の絶縁層１０４との間の一部分において挟み込まれている第１の内層導体層１０２、及び第２の絶縁層１０４と第３の絶縁層１０５との間の一部分において挟み込まれている第２の内層導体層１０６からなっている。導体層１０２、１０６、１０７、１０８はいずれも銅箔であり、その厚さは１２乃至２５μｍである。また、各絶縁層１０３、１０４、１０５は熱可塑性樹脂製であって、それぞれその厚さは５０乃至１００μｍである。尚、本実施例においては、第１の内層導体層１０２の表面までスピンドルａで穿孔して、第１の内層導体層１０２の表面を露出させるために必要なスピンドルａの下降距離情報を検出することを目的と定めたことから、第１の内層導体層１０２が所望の内層導体層であり、図１では、基板１０１の内部構造は省略し、その所望の導体層として導通の対象となる第１の内層導体層１０２のみを大きく記載している。

一方、４は検出装置であって、高周波発振器６、変流器７、検波回路８及び検出器９、更にはバイパス回路５とキャンセル回路とからなり、高周波発振器６は０．３Ｗで略０．５乃至２ＭＨｚの高周波の交流を発振するのが適切であるが、ここでは、１ＭＨｚの高周波を発振する。その出力された高周波の交流はＧＮＤライン１１を経て筐体２７に接続し、もう一方の出力ライン１２は変流器７の入力巻線１３とキャンセル巻線１４の中間に接続されている。変流器７は、前記両巻線１３，１４がｍと指示された側から右回りに同数回巻かれ、入力巻線１３の巻き終わりと、キャンセル巻線１４の巻始めが接続している。そして、鉄芯１５を挟んで設けられる出力巻線１６の両端は、４個のダイオードからなる検波回路８に接続し、該検波回路８は検出器９に接続している。

一方、バイパス回路５は、リアクタＬと抵抗Ｒとを並列に接続して構成され、その回路５の一端は入力巻線１３の巻始めの端部とスピンドル本体１との中間に、また他端は筐体２７に接続されている。バイパス回路５においては、下降距離情報の検出用に使用される高周波発振器６からの高周波電流に比しては高いインピーダンスを有するとともに、スピンドルａを作動させる商用電源Ｖにおいて付加される高調波電流に比しては低いインピーダンスを有するように設定するため、リアクタＬのインダクタンスは５０乃至１００μＨの範囲に設定されている。リアクタＬのインダクタンスが５０μＨ未満であれば検出用に使用される高周波電流がバイパス回路５に流れてしまい、ドリル３と所望の内装導体層である第１の内装導体層１０２との接触を的確に検知することが困難となり、逆に１００μＨを超えると商用電源Ｖからの高調波電流等も流さなくなり、スピンドルａに対するアースとしての効果が低減して安全性を保持することが困難となるからである。本実施例においては、リアクタＬのインダクタンスは７５μＨで抵抗成分は略０Ωに、また、抵抗Ｒの抵抗値は２００Ωで、インダクタンス成分は略０μＨに設定されている。

また、キャンセル回路１０は、４個の模擬回路１７−１、１７−２、１７−３、１７−４と１個の逆バイパス回路１８とからなっている。各模擬回路１７−１、１７−２、１７−３、１７−４はそれぞれ、８個のコンデンサ２０と８個のディップスイッチ２１がそれぞれ直列に配され、その直列に配されたコンデンサ２０とディップスイッチ２１を１組として、それら８組を並列に配してなるものである。これらのコンデンサ２０は、それぞれ異なる容量のものであり、ここではそれぞれ１０ｐＦ、２０ｐＦ、４０ｐＦ、８０ｐＦ、１６０ｐＦ、３２０ｐＦ、６４０ｐＦ、１２８０ｐＦの容量の物を使用している（尚、図１においては、各模擬回路のコンデンサ２０及びディップスイッチ２１を省略して、それぞれ２組のみ記載している。）。そして、１７−１の模擬回路の一端は変流器７のキャンセル巻線１４の巻き終わりと接続され、他端は筐体２７に接続されている。また、１７−２から１７−４の各模擬回路の一端は、スピンドル本体１に内蔵された３相モータ２２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に各々接続し、他端は変流器７のキャンセル巻線１４の巻き終わりと接続されている。そして、１７−１の模擬回路の静電容量はスピンドル本体１と筐体２７間の静電容量ＣＳに、１７−２から１７−４の各模擬回路の静電容量は、スピンドル本体１に内蔵された３相モータ２２の各巻線２３，２５，２４とスピンドル本体１間の静電容量ＣＵ、ＣＷ，ＣＶに、それぞれ略同じとなるようディップスイッチ２１で設定可能なように設置されている。そして事前に、検出対象物である基板１０１を基板加工装置Ａの加工台２６上に絶縁して固定して、スピンドル本体１と筐体２７間の静電容量ＣＳを、また、スピンドル本体１に内蔵された３相モータ２２の各相の巻線２３、２４、２５とスピンドル本体１間の静電容量ＣＵ、ＣＶ、ＣＷをそれぞれ測定しておき、それと略同一の静電容量となるよう、各模擬回路１７−１、１７−２、１７−３、１７−４の各８個のディップスイッチ２１を適宜通電状態とする。尚、前記各静電容量ＣＳ、ＣＵ、ＣＶ、ＣＷは、略２００乃至５００ｐＦである。また、本実施例ではスピンドル本体１とロータ２間にセラミックベアリングを使用していることから、その間の静電容量ＣＲは略２００ｐＦであり、基板の所望の内装導体層と加工台間の静電容量ＣＰは概ね５００乃至１０００ｐＦであることから、本実施例では１０００ｐＦのものを使用した。
一方、逆バイパス回路１８は、バイパス回路５と同一のリアクタＬ´と抵抗Ｒ´を同様に並列に接続してなり、その回路１８の一端は変流器７のキャンセル巻線１４の巻き終わりに接続し、他端は筐体２７に接続している。

本構成においては、非検出中はドリル３と基板１０１の第１の内層導体層１０２が接触していないため、スピンドルのモータ巻線２３，２４，２５にインバータ２８からの前記高調波電圧が印加されても、その電流はバイパス回路５を通して筐体２７に流れ込むため、スピンドル本体１は接地と同様になり、感電に対する安全対策を設ける必要がない。従って、下降距離情報の検出に際して、ドリル３と基板１０１の第１の内層導体層１０２が接触しても、従来例のように、ドリル３に高調波電流が流れてドリル３表面のコーティンクを損傷する等の、ドリル３の寿命を損なうことがない。

また、下降距離情報の検出精度についても、以下のように正確性の高いものとなる。すなわち、非検出中は検出装置４の高周波発振器６からの高周波電圧による電流が変流器７の入力巻線１３に流れ、同時に、各静電容量ＣＳ、ＣＵ、ＣＶ、ＣＷ並びにバイパス回路５のリアクタンスＬを介して前記入力巻線１３に電流が流れ込むことになるが、キャンセル回路１０の各模擬基板１７−１、１７−２、１７−３，１７−４において生じる静電容量がそれら各静電容量ＣＳ、ＣＵ、ＣＶ、ＣＷと略等しくなるよう、事前に各スイッチ２１が操作されていることから、各模擬基板１７−１、１７−２、１７−３，１７−４には各静電容量に略等しい静電容量が発生し、更に、バイパス回路５におけるリアクタンスＬと同一のリアクタンスＬ´の設けられた逆バイパス回路１８が設けられているため、それら各模擬基板１７−１、１７−２、１７−３，１７−４並びに逆バイパス回路１８のリアクタンスＬ´を介して、前記入力巻線１３に流れ込む電流と略同一の電流がキャンセル巻線１４に流れ込むことになる。そのため、入力巻線１３とキャンセル巻線１４にそれぞれ発生する磁束が打ち消し合うこととなり、変流器の鉄芯は励磁されず、出力巻線１６には出力電流は流れず、検出器９が電流の変化を誤検出することが無い。
一方、下降距離情報の検出開始にあたり、Ｚ軸駆動装置３１によりスピンドルaが押し下げられ、そのドリル３が基板１０１の表面側から所望の導体層である第１の内層導体層１０２まで穿孔し、第１の内層導体層１０２に接触した場合、ドリル３には新たに、検出装置４の高周波発振器６を電源として、スピンドル本体１とロータ２間に生じる静電容量ＣＲと、第１の内層導体層１０２と加工台２６間に生じる静電容量ＣＰを介して略１ＭＨｚの高周波電流が流れるが、その電流は入力巻線１３にしか流れず、キャンセル巻線１４には流れないため、変流器７の鉄芯１５はその新たな電流で励磁され、出力巻線１６側に出力電流が発生することから、その電流の変化を、４個のダイオードからなる検波回路８を通して検出器９で検出することにより、スピンドルａのドリル３が基板１０１の所望の導体層である第１の内層導体層１０２に接触したことが判明することとなる。尚、当然のことながら、下降距離情報の検出に際して、ドリル３と基板１０１の第１の内層導体層１０２とが接触しても、ドリル３に高調波電流が流れることはなく、ドリル３表面のコーティングを損傷する等のドリルの寿命を損なうことがない。因みに、本実施例における下降距離情報検出機構を設けた基板加工装置と、図３記載の従来例における基板加工装置を用いて、それぞれ同一構成の多数の基板に対して同一の加工を施した場合、本実施例における基板加工装置においてはドリルの損傷が防止され、従来例における基板加工装置に比して基板の加工枚数として約５０倍程度の枚数を加工するまで、同一のドリルの使用が可能であった。

このように、キャンセル回路１０を設けることにより、３相モータ２２の各相の巻線２３、２４、２５とスピンドル本体１間に生じる静電容量ＣＵ、ＣＶ、ＣＷ並びに、スピンドル本体１と筐体２７間に生じる静電容量ＣＳを介して変流器７の入力巻線１に流入する電流と略同量の電流を、各模擬回路１７−１、１７−２，１７−３，１７−４の設置によってキャンセル巻線１４に流入させ、更に、高調波電流がスピンドルａのドリル３に流入することを防止するために設けられたバイパス回路５のリアクタンスＬによって入力巻線１３に流入する電流についても、略同量の電流を逆バイパス回路１８によってキャンセル巻線１４に流入させることで、入力巻線１３とキャンセル巻線１４を有する変流器７に発生する磁束の方向を打ち消し合わせ、変流器７の鉄芯１５は励磁されず、出力巻線１６には出力電流は流れない。このように、変流器７の入力巻線１３に流入する電流によって生じる磁束を打ち消すことで、下降距離情報の検出前に生じている、変流器７の出力巻線１６側に対する外乱要因をキャンセルすることができる。これにより、スピンドルａのドリル３と所望の導体層との接触の有無を電流の変化ではなく、ロータ２とスピンドル本体１間の静電容量ＣＲ及び、所望の導体層である第１の内層導体層１０２と加工台２６間の静電容量ＣＰの直列回路に電流が流れたか否かの“１”あるいは“０”の信号によって検出できることとなり、ロータ２がスピンドル本体１にセラミックベアリングによって支持されているザグリ加工やルータ加工用のスピンドルのように、その静電容量が小さいスピンドルの場合でも、判定が容易になる。

そして、その検出された下降距離情報を基板加工装置Ａの制御部（図示せず）に記憶させてスピンドルａの下降距離を制御させつつ、スピンドルａのドリル３によって同一の多数の基板を穿孔加工すれば、正確且つ迅速に低コストで多数の基板において所望の導体層を露出させることができる。
これは、スピンドルａの加工作業開始前の当初位置と、検出対象物たる基板１０１の固定される加工台２６の高さは、事前に一定の位置に設定されており、加工によってスピンドルａのドリル３が所望の導体層である第１の内層導体層１０２に接触したことを検出することによって、当該台２６の表面からその基板１０１の第１の内層導体層１０２の位置までの高さ（以下、「所望の導体層の高さ」と言う。）が測定されるとともに、それを加工するスピンドルａの当初位置からその基板１０１の第１の内層導体層１０２までの下降距離が判明し、基板加工装置Ａの制御部に記憶させるものである。
尚、より実際的には、１枚の基板自体あるいはその所望の導体層においても微妙な捻れや歪みが存在することから、検出対象物たる基板１０１に対してそれぞれ同様な検出を数箇所行い、各検出箇所での所望の導体層の高さを測定し、その平均値をもってその所望の導体層の高さとし、また、スピンドルａの下降距離であると認定し、その下降距離情報を基板加工装置Ａの制御部に記憶させて、スピンドルａのドリル３による基板の穿孔加工を制御するのがよい。

本発明における下降距離情報検出機構は、本実施例で説明した内層導体層だけでなく、表面あるいは裏面導体層１０７、１０８までのスピンドルの下降距離情報を検出するために使用できることは、言うまでもない。また、ザグリ加工の場合等で、所望の内層導体層の上に別の導体層がある場合は、第１ステップとして、上の層の下降距離情報を測定して、その層をザグリ加工で取り除き、第２ステップとして、所望の内層導体層の下降距離情報を測定して、最終のザグリ加工を行えばよい。この場合にも、ドリル３に高調波電流が流れず、ドリル３の寿命を損なうことがない。

尚、図３に示す従来例におけるスピンドル下降距離情報検出機構を使用した場合、前述したようにドリル３の下降距離情報を検出するに際して外乱要因が作用して、特にスピンドル本体１とロータ２間に使用されるベアリングがセラミックベアリングの場合、その判定精度の低下が顕著であった。ただ、その場合であっても、その判定精度の低下自体をあえて許容範囲として捉えるのであれば、図６に記載するように、図３に記載した従来例におけるスピンドル下降距離情報検出機構を有する基板加工装置において、本実施例に示したバイパス回路を付加するだけでも足りることとなる。特にスピンドル本体１とロータ２間に使用されるベアリングがエアベアリングの場合は、スピンドル本体１とロータ２間の静電容量ＣＲが１０００ｐＦ以上と大きくなることから、その判定精度の低下は緩和されるため、その判定精度の低下を許容することが容易となる。また、ドリル折れ検出用途に限定して下降距離情報検出機構を使用する場合や、ザグリのように高精度で下降距離情報を得る必要のない、エッチング前の両面基板にスルホール穴をあける場合には、そもそも判定精度自体がさほど問題とならない上、特に後者の場合には、静電容量ＣＰは、所望の内層導体層と加工台間ではなく、基板表面全体に張り付けられた表面導体層と加工台間の静電容量となり、その間の静電容量が略１００００ｐＦ以上となり、スピンドル本体ａと筐体間の静電容量ＣＲ、ＣＰが十分に大きくなることから、ドリル３が表面導体層に接触した時流れる電流は非検出時の略５倍以上となり、キャンセル回路を設置しなくも、ドリル先端が表面導体層と接触したか否かの判定精度の低下は十分に許容できるものとなる。
すなわち、図６に記載するように、変流器３３の入力巻線３４とスピンドル本体１とを接続する結線の中間において、筐体３７との間を結んだバイパス回路５を設ければ、スピンドルａがいわゆる浮き金属でなくなり、感電防止の保護機能を付ける必要がなくなる上、それによって、高調波電流等の電流がドリル３を介して筐体３７へ流れ、それら電流によるドリル３の金属面やドリル３表面のコーテイングの破損が防止され、ドリル３の長期使用が可能となる。
尚、変流器の入力巻線に流れる電流を、高周波発振器から流れる特定の周波数の電流だけに限定するフィルターを設けた場合には、同様に変流器３３の入力巻線３４とスピンドル本体１とを接続する結線の中間において、筐体３７との間を結んだバイパス回路５だけを設ければ足りることになる。

高周波交流電流を印加することによって静電容量等の等しいものの一方に生じる電流の変化を検出して、２個の導体物の接触の有無を判定するものであるため、スピンドルのドリルによる基板加工だけでなく、機械装置による加工に際して導体物の接触の有無を判定する用途にも広く適用することができる。

Ａ基板加工装置
Ｂ（従来の）基板加工装置
Ｃ（従来の）基板加工装置
Ｄ（従来の）基板加工装置
Ｋ下降距離情報検出機構
ａスピンドル
１スピンドル本体
２ロータ
３ドリル
４検出装置
５バイパス回路
６高周波発振器
７変流器
８検波回路
９検出器
１０キャンセル回路
１１ＧＮＤライン
１２出力ライン
１３入力巻線
１４キャンセル巻線
１５鉄芯
１６出力巻線
１７−１模擬回路
１７−２模擬回路
１７−３模擬回路
１７−４模擬回路
１８逆バイパス回路
２０コンデンサ
２１ディップスイッチ
２２３相モータ
２３Ｕ相の巻線
２４Ｖ相の巻線
２５Ｗ相の巻線
２６加工台
２７筐体
２８インバータ
２９ビーム
３０絶縁物
３１Ｚ軸駆動装置
３２アース
３３変流器
３４入力巻線
３５出力巻線
３６検出装置
３７筐体
３８鉄芯
３９入力巻線
４０入力巻線
４１出力巻線
４２変流器
４３検出装置
４４筐体
４５同軸ケーブル
４６ＧＮＤライン
４７出力ライン
４８鉄芯
４９コンデンサ
５０ディップスイッチ
５１模擬基板回路
１０１基板
１０１´ 基板
１０２第１の内層導体層
１０２´ 第１の内層導体層
１０３第１の絶縁層
１０４第２の絶縁層
１０５第３の絶縁層
１０６表面導体層
１０７裏面導体層
Ｖ商用電源
Ｌリアクタ
Ｌ´ リアクタ
Ｒ抵抗
Ｒ´ 抵抗

Claims

スピンドルを組み込んだ基板加工装置におけるスピンドルのドリルの下降距離を検出するスピンドル下降距離情報検出機構であって、高周波交流電源と、少なくともリアクタを含むバイパス回路と、キャンセル回路と、巻数が同じで逆巻となって接続する入力巻線とキャンセル巻線と１個以上の出力巻線を持つ高周波用の変流器を有し、キャンセル回路は、バイパス回路と同一の静電容量を有するリアクタを少なくとも有する逆バイパス回路と、直列に配されたコンデンサとスイッチを１組とした上、該コンデンサとスイッチを複数組並列に配して１個の模擬回路として、スピンドルに通電された場合に、スピンドルのモータの各相の巻線とスピンドル本体間、並びにスピンドル本体と筐体間にそれぞれ生じる静電容量に対応して模擬回路を複数セット有して、前記逆バイハス回路と該複数の模擬回路を並列に配してなり、検出対象物たる基板を基板加工装置の筐体から絶縁して、筐体内の加工台上に固定した上、前記高周波交流電源の出力の一方は前記筐体に接続するとともに、他方は前記変流器の入力巻線とキャンセル巻線の中間に接続し、該入力巻線の他端はスピンドル本体に接続するとともに、バイパス回路を介して筐体に接続し、キャンセル巻線の他端は、逆バイパス回路の一端及び各模擬回路の一端と並列に接続し、逆バイパス回路の他端は筐体に接続し、スピンドル本体から絶縁された筐体とスピンドルとの間に生じる静電容量に対応する模擬回路の他端は筐体に、スピンドル本体とモータ巻線との間に生じる静電容量に対応する模擬回路の他端はスピンドルのモータの各相の巻線と接続し、各対応する静電容量と略等しくなるよう模擬回路のスイッチを調整することにより、入力巻線とキャンセル巻線に流れる電流によって前記変流器に発生する磁束の方向を互いに打ち消し合わせることで、スピンドルのドリル先端と所望の導体層との接触によって生じる電流の変化を、変流器から出力される電流の変化として検出器により検出してなる下降距離情報検出機構。
請求項１記載のスピンドル下降距離情報検出機構を有し、該スピンドル下降距離情報検出機構によって検出された下降距離情報に基づいてスピンドルの作動を制御する機構を設けてなる、スピンドルを組み込んだ基板加工装置。