JP2020035861A - 磁気固定治具及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反りの発生が抑えられて、加工対象物の固定に影響が少ない樹脂製の磁気固定治具を提供する。【解決手段】磁気固定治具１は、樹脂製コア基材２と、樹脂製コア基材２を貫通する磁石収容穴３と、磁石収容穴３内に配置された磁石４と、磁石４が配置された樹脂製コア基材２から成る磁石コア層の表裏面にそれぞれ積層された絶縁樹脂層とを備え、かつ、当該磁石コア層の厚み方向の中心線５を中心として上下対称構造を有していることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂製の磁気固定治具及びその製造方法に関するものである。

板材の中に埋設された磁石の磁力を利用して、当該板材の表面に各種加工対象物を固定する磁気固定治具が知られている。例えば、所望の金属膜パターンを成膜する際の成膜用治具（特許文献１）や、基板を成膜装置内に搬送する際の搬送用治具（特許文献２）などに利用されている。

このような磁気固定治具は、反りの少ない金属製のものが主に利用されている。
その理由は、磁気固定治具に反りが発生していると、治具上での加工対象物の固定が不十分になるからである。例えば、金属薄膜を治具上に載置する際には、金属薄膜に皺が発生する問題があり、また、高弾性の加工対象物を治具上に載置する際には、治具と加工対象物との間に隙間が発生する問題があり、加工対象物を固定する力が弱まってしまう。

従来の金属製の磁気固定治具の製造例を、図８を用いて説明する。
図８（ａ）において、９は金属板で、当該金属板９から磁気固定治具を作製する場合、先ず、金属板９の表面を切削加工し、磁石４の形状（大きさ・厚さ）に対応した凹部１１を形成する（図８（ｂ））。次いで、磁石４を当該凹部１１内に配置した後（図８（ｃ））、金属板９と同じ金属材料で凹部１１の形状に合わせた蓋１０をする（図８（ｄ））。
これによって、図８（ｄ）に示すような、反りの少ない金属製の磁気固定治具が得られる。
しかしながら、金属板９の表面に磁石４の形状（大きさ・厚さ）に対応した凹部１１を形成することは非常に煩雑な工程であり、また、金属材料は高価なため、金属製の磁気固定治具の製造には手間だけでなくかなりの費用がかかるのが実状であった。

特開２００８−１７４７６７号公報 特開２００３−２８２４４５号公報

そこで、金属材料に代えて、加工が容易でかつ安価な樹脂材料を利用できないか検討を行った。
すなわち、図９（ａ）〜（ｅ）に示すように、樹脂基材１２の表面に、金属板９と同じように、磁石４の形状に対応した凹部１１を切削加工で形成し、次いで、当該磁石４を凹部１１内に配置した後、当該凹部１１を含む樹脂基材１２の全面に絶縁接着シート６（プリプレグ）を積層プレスで貼り付けるという工程で、樹脂製の磁気固定治具の作製を試みた。
しかしながら、治具上に載置する加工対象物に影響がでるほどの反り（図９（ｅ）参照）が発生することが判明した。

従って、本発明は、上記の如き従来の問題と実状に鑑みてなされたものであり、反りの発生が抑えられて、加工対象物の固定に影響が少ない樹脂製の磁気固定治具と、このような磁気固定治具を低コストで得ることができる磁気固定治具の製造方法を提供することを課題としている。

本発明者は、上記の課題を解決すべく種々研究を重ねた結果、積層構成を、磁石が配置された樹脂コア基材から成る磁石コア層の厚さ方向の中心線を中心として上下対称構造とすれば、極めて良い結果が得られることを見い出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、少なくとも、樹脂製コア基材と、当該樹脂製コア基材を貫通する磁石収容穴と、当該磁石収容穴内に配置された磁石と、当該磁石が配置された樹脂製コア基材から成る磁石コア層の表裏面にそれぞれ積層された絶縁樹脂層とを備え、かつ、当該磁石コア層の厚み方向の中心線を中心として上下対称構造を有していることを特徴とする磁気固定治具により上記課題を解決したものである。

また、本発明は、少なくとも、樹脂製コア基材に当該樹脂製コア基材を貫通する磁石収容穴を形成する工程と、当該磁石収容穴内に磁石を配置する工程と、当該磁石が配置された樹脂製コア基材から成る磁石コア層の表裏面に、当該磁石コア層の厚み方向の中心線を中心として上下対称構造となるように絶縁樹脂層を積層する工程とを有することを特徴とする磁気固定治具の製造方法により上記課題を解決したものである。

本発明の磁気固定治具によれば、積層構成が、磁石が配置された樹脂製コア基材から成る磁石コア層の厚さ方向の中心線を中心として上下対称構造となっていることから、反りの発生が抑えられ、治具上に加工対象物を安定して固定することができる。
また、本発明の磁気固定治具の製造方法によれば、金属材料と比べて加工が容易でかつ安価な樹脂材料を用いて磁気固定治具を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る磁気固定治具の概略断面図。 アンクラッド材と金属箔張り積層板の表面凹凸の違いを示す概略断面図。 本発明の磁気固定治具の製造例を示す概略断面工程図。 磁石コア層の構成を説明するための概略平面図。 本発明の第２の実施形態に係る磁気固定治具の概略断面図。 本発明の第３の実施形態に係る磁気固定治具の概略断面図。 磁気固定治具の変形例で、磁石コア層の構成を説明するための概略平面図。 金属製磁気固定治具の製造例を示す概略断面工程図。 樹脂製磁気固定治具の製造例を示す概略断面工程図。

以下、本発明磁気固定治具の第１の実施形態を、図１を用いて説明する。尚、文中に出てくる「絶縁接着シート」は、実際には、加熱・積層プレスで硬化された後、硬化物として「絶縁基材」と同様に「絶縁樹脂層」を成すものであるが、説明の便宜上、本明細書においては、硬化前後に関係なく「絶縁接着シート」という表現で説明を進めていく。

図１において、１は磁気固定治具であり、樹脂製コア基材２と、当該樹脂製コア基材２を貫通する磁石収容穴３と、当該樹脂製コア基材２と同じ厚さでかつ当該磁石収容穴３内に配置された磁石４と、当該磁石４が配置された樹脂製コア基材２から成る磁石コア層ＭＣの表裏面にそれぞれ積層された絶縁接着シート６と硬質の樹脂基材７から成る絶縁樹脂層とから構成されている。
図１に示したように、本発明磁気固定治具１は、積層構成が、磁石コア層ＭＣの厚さ方向の中心線５を中心として上下対称構造となっている。そのため、磁気固定治具１において反りが抑えられている。
また、磁気固定治具１の最外層には硬質の樹脂基材７が積層されているため、磁気固定治具１の表裏層の平坦性が良く、また、厚み精度も良い。

この実施の形態では、硬質の樹脂基材７として、金属箔張り（銅張り）積層板の金属箔（銅箔）をエッチング除去した基材や、初めから金属箔が積層されていない、表面に光沢のあるアンクラッド材が利用されている。
図２（ａ）に示したように、アンクラッド材１５は、初めから金属箔が積層されていない樹脂基材で、その表面は光沢があり、平滑である。一方、金属箔張り（銅張り）積層板（クラッド材）１６は、金属箔（銅箔）１７と樹脂１８の密着性を向上させるため、金属箔（銅箔）１７と樹脂１８にアンカー１９（微細な凹凸）が形成されているので（図２（ｂ）参照）、金属箔張り（銅張り）積層板１６の表層にある金属箔（銅箔）１７をエッチングにより除去しても、樹脂１８表面にアンカー跡２０が残り（図２（ｃ）参照）、表層は平滑とならない。
そのため、アンクラッド材１５と、金属箔張り（銅張り）積層板の金属箔（銅箔）をエッチング除去した基材２１は同じ表面形状とならず、樹脂基材７は、治具上に固定する加工対象物の種類によって選択することができる。例えば、加工対象物が治具の表面状態の影響を受ける懸念がないときは金属箔張り（銅張り）積層板の金属箔（銅箔）をエッチング除去した基材２１を用いれば良く、他方、加工対象物が薄膜など治具の表面形状が当該加工対象物に転写する懸念がある場合にはアンクラッド材１５を用いれば良い。アンクラッド材１５は、粉体や液体を用いる工程において残渣が残りにくいといった特徴も有している。
なお、アンクラッド材１５及び金属箔張り（銅張り）積層板の金属箔（銅箔）をエッチング除去した基材２１は、共にガラスクロスにエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸及び硬化させた材料などを用いることができる。

磁気固定治具１では、樹脂製コア基材２の中央に磁石収容穴３が形設され、結果として磁気固定治具１の中央に磁石４が配置されている。磁石４の配置位置は特に限定されず、磁気固定治具１の左右どちらであってもよいが、治具上に加工対象物を安定して固定する上で、磁気固定治具１の中央が好ましい。

また、磁気固定治具１の厚さは、磁気固定治具の用途に応じて決めることができるが、磁力による固定強度が弱まり、治具上に加工対象物を安定して固定できなくなる懸念から、磁石コア層ＭＣの表裏において、磁石４と樹脂基材７の外層表面との距離は０．５ｍｍ以下とするのが好ましい。但し、当該距離が０．５ｍｍ以上であっても、磁力の強い磁石であって、治具上に加工対象物を安定して固定できれば問題はない。

続いて、上記本発明磁気固定治具１の製造方法を、図３を用いて説明する。

まず、図３（ａ）、図３（ｂ）に示したように、樹脂製コア基材２を用意し、当該樹脂製コア基材２の所望の位置に、ルータやレーザ加工、金型による打ち抜き加工などによって、磁石４の大きさに対応した磁石収容穴３を刳り貫く。
樹脂製コア基材２としては、例えば、ガラスクロスなどの補強材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板などを好ましく利用できる。

次に、図３（ｃ）に示したように、樹脂製コア基材２と同じ厚みの磁石４を磁石収容穴３内に配置し、磁石コア層ＭＣを得る。樹脂製コア基材２と磁石４の厚さ、すなわち磁石コア層ＭＣの厚さは、例えば、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。
ここで、磁石４を磁石収容穴３内に配置するにあたっては、磁石４の磁石収容穴３への収容し易さを考慮して、図４に示すように、磁石４と磁石収容穴３との間に１．０ｍｍ程度のクリアランス２２を設けるのが好ましい。このクリアランス２２は、積層プレス時に、磁石コア層ＭＣの表裏面に積層される絶縁接着シート６の樹脂が流れることで埋まり、磁気固定治具１には残らない。

次いで、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように、磁石コア層ＭＣの表裏面に、磁石コア層ＭＣの厚さ方向の中心線５を中心として上下対称構造となるように０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの絶縁接着シート６（例えば、０．１ｍｍのプリプレグを２枚又は３枚）と０．２ｍｍの硬質の樹脂基材７（例えば、アンクラッド材など）をそれぞれ順に重ね、一括積層プレスを行うことによって、磁気固定治具１を得る。
積層プレスを行う際、積層構成が、磁石コア層ＭＣの厚さ方向の中心線５を中心として上下対称構造となっていることから、磁気固定治具１において反りの発生を抑えることができる。

次いで、図３（ｅ）に示すように、磁気固定治具１の端面を面取り加工してもよい。面取り加工することで端面への傷を防止できるため好ましい。
面取り加工は、プリント配線板用のＶカットや面取りルータなどにより、分割と同時に面取り加工すると、作業工程が少なくなり生産性が向上する。
また、面取りした端面に対して、研磨を行うか、樹脂コーティングを行うことが好ましい。研磨や樹脂コーティングを行うことにより、端面からの発塵を防止することができ、治具上に加工対象物を固定する際に、異物が付着することを防止できる。

続いて、本発明磁気固定治具の第２の実施形態を、図５を用いて説明する。

図５において、１０は磁気固定治具であり、樹脂製コア基材２と、当該樹脂製コア基材２を貫通する磁石収容穴３と、当該樹脂製コア基材２と同じ厚さでかつ当該磁石収容穴３内に配置された磁石４と、磁石コア層ＭＣの表裏面にそれぞれ積層された絶縁接着シート６から成る絶縁樹脂層とから構成されている。当該磁石コア層ＭＣは、一つの、磁石４が配置された樹脂製コア基材２から成る。
図５に示したように、本発明磁気固定治具１０は、積層構成が、磁石コア層ＭＣの厚さ方向の中心線５を中心として上下対称構造となっている。そのため、磁気固定治具１０において反りが抑えられている。

また、磁気固定治具１０の最外層には絶縁接着シート６が積層されているため、磁石４と絶縁接着シート６の外層表面との距離が近くなり、治具上に固定する加工対象物の保持力が強くなる。また、樹脂基材７を用いる構造より材料費が安価となるため、低コストで磁気固定治具を作製することができる。

本発明の第２の実施形態である磁気固定治具１０の製造方法は、第１の実施形態である磁気固定治具１の方法と同様であり、詳細については省略する。
ただし、この実施の形態においては最外層に絶縁接着シート６が用いられていることから、積層プレスを行う際に、表面が平滑で、さらに好ましくは光沢面を持つ離型紙で挟み込んで、積層プレスを行うことが好ましい。それにより、絶縁接着シート６の外層、すなわち磁気固定治具１０の表裏層は、当該離型紙の形状が転写し、平滑で光沢性のある仕上がりとなる。
また、磁石４を磁石収容穴３内に配置するにあたっては、図４に示すように、磁石４と磁石収容穴３との間にクリアランス２２を設けるが、当該クリアランス２２が大きいと、クリアランスの形状が磁気固定治具１０の表裏層に転写され、磁気固定治具１０の表裏層に凹みが発生する恐れがある。そのため、クリアランス２２は０．５ｍｍ程度と狭くすると良い。

続いて、本発明磁気固定治具の第３の実施形態を、図６を用いて説明する。

図６において、１００は磁気固定治具であり、樹脂製コア基材２と、当該樹脂製コア基材２を貫通する磁石収容穴３と、当該樹脂製コア基材２と同じ厚さでかつ当該磁石収容穴３内に配置された磁石４と、磁石コア層ＭＣの表裏面にそれぞれ積層された絶縁接着シート６と樹脂基材７からなる絶縁樹脂層とから構成されている。当該磁石コア層ＭＣは、絶縁接着シート６を介して重ね合わされた、二つの、磁石４が配置された樹脂製コア基材２から成る。
図６に示したように、本発明磁気固定治具１００は、積層構成が、磁石コア層ＭＣの厚さ方向の中心線５を中心として上下対称構造となっている。そのため、磁気固定治具１００において反りが抑えられている。

また、磁気固定治具１００は、磁石コア層ＭＣが、絶縁接着シート６を介して重ね合わされた、二つの、磁石４が配置された樹脂製コア基材２から成るため、磁石４として薄い磁石を使用することができる。薄い磁石として良く用いられるマグネットシートは、その表裏で磁力の強さが異なるため、二つの磁石の向きを、それぞれ磁力が強い面が外側に向くように配置することで、リバーシブル構造の磁気固定治具を作製することができる。

本発明の第３の実施形態である磁気固定治具１００の製造方法は、第１の実施形態である磁気固定治具１の方法と同様であり、詳細については省略する。

本発明を説明するにあたって、矩形状の磁気固定治具の例を用いて説明してきたが、磁気固定治具の形状は矩形状に限らず、図７（ａ）に示すような円形状、或いは正方形状等任意の形状でも、本発明を適用することは、勿論可能である。

また、本発明を説明するに当たって、矩形状の磁石の例を用いて説明してきたが、磁石の形状自体は、矩形状に限らず、多角形状（正方形状、五〜八角形状など）、円形状、楕円形状等任意に選択することができる。矩形状の磁石であると、加工が直線で構成されるため、加工の難度が低く、また、単価が安くなるため好ましい。
一方、磁気固定治具の形状が図７（ａ）に示すような円形状である場合は、矩形状の磁石であると埋設できる面積が小さくなり、磁力のない樹脂部２３が広く、加工対象物の固定位置が限られてしまう（図７（ａ）参照）。そこで、四角形状の磁石４の四隅の角部を切り落とした八角形状とすると、磁石４が矩形状であった場合よりも、円形状の治具に埋設できる磁石４の面積が増えるため、加工対象物を固定できる載置面積が広くなり、治具上に加工対象物を安定して固定することができる（図７（ｂ）参照）。

１、１０、１００：磁気固定治具
２：樹脂製コア基材
３：磁石収容穴
４：磁石
５：磁石コア層の厚さ方向の中心線
６：絶縁接着シート
７：樹脂基材
９：金属板
１０：蓋
１１：凹部
１２：樹脂基材
１５：アンクラッド材
１６：金属箔張り（銅張り）積層板
１７：金属箔（銅箔）
１８：樹脂
１９：アンカー
２０：アンカー跡
２１：金属箔張り（銅張り）積層板の金属箔（銅箔）をエッチング除去した基材
２２：クリアランス
２３：樹脂部
ＭＣ：磁石コア層

Claims (11)

1. 少なくとも、樹脂製コア基材と、当該樹脂製コア基材を貫通する磁石収容穴と、当該磁石収容穴内に配置された磁石と、当該磁石が配置された樹脂製コア基材から成る磁石コア層の表裏面にそれぞれ積層された絶縁樹脂層とを備え、かつ、当該磁石コア層の厚み方向の中心線を中心として上下対称構造を有していることを特徴とする磁気固定治具。
2. 前記絶縁樹脂層が絶縁接着シートと硬質の樹脂基材から成ることを特徴とする請求項１に記載の磁気固定治具。
3. 前記硬質の樹脂基材がアンクラッド材であることを特徴とする請求項２に記載の磁気固定治具。
4. 前記絶縁樹脂層が絶縁接着シートから成ることを特徴とする請求項１に記載の磁気固定治具。
5. 前記磁石コア層が、絶縁接着シートを介して重ね合わされた、二つ以上の、磁石が配置された樹脂製コア基材から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気固定治具。
6. 前記磁気固定治具の形状が円形状であるとともに、前記磁石の形状が四角形状の磁石の四隅の角部を切り落とした八角形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気固定治具。
7. 少なくとも、樹脂製コア基材に当該樹脂製コア基材を貫通する磁石収容穴を形成する工程と、当該磁石収容穴内に磁石を配置する工程と、当該磁石が配置された樹脂製コア基材から成る磁石コア層の表裏面に、当該磁石コア層の厚み方向の中心線を中心として上下対称構造となるように絶縁樹脂層を積層する工程とを有することを特徴とする磁気固定治具の製造方法。
8. 前記絶縁樹脂層を積層する工程が絶縁接着シートと硬質の樹脂基材から成る絶縁樹脂層を積層する工程であることを特徴とする特徴とする請求項７に記載の磁気固定治具の製造方法。
9. 前記硬質の樹脂基材がアンクラッド材であることを特徴とする請求項８に記載の磁気固定治具の製造方法。
10. 前記絶縁樹脂層を積層する工程が絶縁接着シートから成る絶縁樹脂層を積層する工程であって、当該絶縁接着シートの外層を表面が平滑な離型紙で挟み込んで行うことを特徴とする請求項７に記載の磁気固定治具の製造方法。
11. 前記絶縁樹脂層を積層する工程の前に、磁石が配置された樹脂製コア基材を、二つ以上、絶縁接着シートを介して重ね合わせる工程を更に有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の磁気固定治具の製造方法。