JP3805945B2 - 基準穴穴開け機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多層プリント配線板のガイドマークを観測して、これに対応する基準穴を開ける穴開け機に係わり、特に３個以上の多数のガイドマークに対応した基準穴を開ける際に有用な穴開け機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＩＣチップ、抵抗、コンデンサ等の表面実装用の電子部品の小型化に伴い、これらを実装するプリント配線板も高密度化が要求されて、多層化されるものが多い。民生用でも４層、６層等の多層プリント配線板が使用され、産業用では更に層数の多い高多層プリント配線板が使用される趨勢にある。
多層プリント配線板は表裏２層の外部に露出した導体層と、数層の露出しない内層の導体層で構成され、各導体層の間に絶縁性の基板が挿入され、この基板によって各導体層が接着された構造となっている。
【０００３】
多層プリント配線板の導体層としては、たとえば厚さ１８μｍ程度の銅箔が使用される。
基板材料としては、熱硬化性のガラス・エポキシ樹脂の使用が主流であり、高多層配線板ではガラス・ポリイミド樹脂、ガラス・ＢＴ樹脂等の耐熱樹脂も使用される。
【０００４】
多層プリント配線板で６層以上のものは単に内層の導体数が多いだけなので、多層プリント配線板の製造法として、以下、図１３および図１４を参照して、６層の多層プリント配線板の製造法を簡単に説明する。
図１３（ａ）は６層配線板の構成を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は内層となる両面配線板の導体部分に形成されたプリントパターンを模式的に示す平面図である。（ｃ）は後述するレイアップの際に使用される治具板の側面図を示す。図１４は６層配線板の断面を、（ａ）はホットプレス工程直前を、（ｂ）はホットプレス工程で基板が熱硬化し、導体層を接着して１枚の多層配線板となった状態を、それぞれ示している。
【０００５】
図１３（ａ）に示すように、６層の多層プリント配線板（以下、単に多層配線板ともいう）６０は２層の露出した導体層（銅箔）６２、６２と、内層となる２枚の両面プリント配線板（以下、単に両面配線板、又はプリント配線板ともいう）６１、６１の間にプリプレグ６４、６４ａ、６４を挟んで形成される。
内層を構成する両面プリント配線板６１、６１には、表裏の銅箔面に最終製品となる（図では６個の）単一配線板パターン６１ａ、・・・６１ａ等が、通常エッチングによって形成されている。
【０００６】
予め、位置決め用の少なくとも２個の基準穴６５、６５が上記の両面プリント配線板６１、６１に開けられ、この基準穴６５、６５を基準にして表裏両面のパターン６１ａ、・・・６１ａ等が形成されるので、平面的には、両面プリント配線板６１、６１の表裏のパターンは相互にその位置が保たれている。このように２枚の両面プリント配線板６１、６１は同じ座標位置の基準穴６５、６５を使用してパターン６１ａ、・・・６１ａ等が形成される。
内層板となる両面プリント配線板６１に形成されたパターンには、単一配線板のパターン６１ａ、・・・６１ａの他に、後工程に使用する基準穴用のガイドマーク６６、６６および、表裏識別用の基準穴の位置を示すガイドマーク６６ａが複数個用意され、エッチング工程でこれらのガイドマークも形成される。
【０００７】
複数枚のエッチング済みの内層用両面プリント配線板６１を重ねて、それぞれの配線板の導体部に形成されたパターン６１ａ、６１ａの位置関係を正しく揃えることをレイアップ（Ｌａｙ ｕｐ）と言う。
両面プリント配線板６１にパターン６１ａ、・・・６１ａ等を形成したとき使用した基準穴６５、６５の中心距離と等しい中心距離を持つピン６８ａ、６８ａを設けた治具板６８が用意される。１枚のエッチング済みの両面プリント配線板６１が、その基準穴６５に治具板６８のピン６８ａ、６８ａを挿通して治具板６８上に置かれる。その上に基準穴６５、６５を開けられた、加熱前の基板材料（プリプレグと呼ばれる）６４ａが載せられる。更に他の１枚の両面プリント配線板６１が、そのガイド穴６５、６５に治具板６８のピン６８ａ、６８ａを挿通して治具板６８上に重ねられる。この段階で２枚の両面配線板６１、６１とその間のプリプレグ６４ａの外周を仮止めしてレイアップが完了する。
このように、上記の基準穴６５、６５はレイアップの際の基準穴としても使用され、レイアップ用基準穴と呼ぶこともできる。以降混乱の恐れの在る場合は基準穴６５、６５をレイアップ用基準穴６５、６５と呼ぶ場合もある。
【０００８】
図１４の断面図に示すように、レイアップされた２枚の両面プリント配線板６１、６１の両側にプリプレグ６４、６４と導体材料の銅箔６２、６２をおいてホットプレスで加圧加熱すると、銅箔６２や両面配線板６１の間に挿入されたプリプレグ６４、６４ａ、６４が熱硬化して（絶縁）基板６３に変化し、各導体間の接着も完了し、１枚の多層プリント配線板６０となる。
この後、多層配線板の内層パターンに対応した新たな基準穴が開けられ、この新基準穴を基準として最外層の導体配線パターンのエッチング、スルーホールの穴開け加工等が行われる。更に、めっき工程、防錆処理工程等を施し、機械加工で単一配線板に分割し、所要の外形形状に切り出して多層プリント配線板が完成する。
【０００９】
既に説明したように、内層板を形成する両面プリント配線板６１、６１の導体層には、単一配線板のパターン６１ａ、・・・６１ａの他に、基準穴のためのガイドマーク６６、６６、６６ａ等が複数個用意され、エッチング工程でこのガイドマークもエッチングされている。これらのガイドマークの座標は、単一配線板のパターン６１ａ、・・・６１ａとある位置関係を保つよう定められているので、これらのガイドマークの位置を測定すれば、電気回路を構成するパターンの座標が判明する。
上記の多層プリント配線板６０の内層に形成されたガイドマーク６６、６６に対応した新たな基準穴を開けるのに、通常は、Ｘ線（基準穴）穴開け機が使用される。
【００１０】
前述のように、ホットプレスで加圧加熱された多層配線板の表裏両外面は無垢の導体層で覆われており、肉眼で可視光線を使って内層に形成されたガイドマークを明瞭に透視することは不可能である。
現在では微弱なＸ線で多層配線板を透視して、内層板に形成されたガイドマーク位置を測定する方式が一般的であるが、超音波その他の測定法も種々研究されている。いずれにしても、可視光線以外を使用して内層板に形成されたガイドマーク位置を測定する方式として一括できる。
【００１１】
通常、２個のガイドマーク６６、６６を測定し、次工程以降で使用する基準穴を２個開ける方式が用いられる。実際は表裏、前後の識別用に３個目の基準穴が開けられることも多いが、この基準穴は単なる表裏、前後の識別用で、直接次工程以降の精度には関係しない。
この後、両面配線板はそれぞれの工程専用に用意された治具板に設けられたピンに上記の基準穴を挿通して治具板に取り付けられる。
【００１２】
多層配線板の製造時にホットプレスで加圧加熱されるために、内層板の多少の変形は免れず、内層板のガイドマーク６６、６６位置も当初形成された座標と異なり、その距離も設計上の距離とは異なっていることが多い。また、変形の度合いは内層板の位置により、部分的に違っていると考えられる。
ところが、後工程で使用される基準穴は治具板に設けられたピンに挿通されて使用されることから、２個の基準穴の中心距離、即ち、基準穴間隔を治具板のピンの間隔と等しくしておく方が実用上具合がよい。
従って、ガイドマーク６６、６６の中心に基準穴を開けずに、ガイドマークに対して２個の基準穴が所定の基準穴間隔を保つように、基準穴を開ける方式を振り分け式と呼ぶ。
【００１３】
次に、図１５（ａ）に従って、２穴振り分け方式の説明を行う。図１５（ａ）は２穴振り分け方式の原理を説明する模式図であり、図中、５０は穴開け機に固定された機械座標系（Ｘｍ、Ｙｍ）を示し、多層プリント配線板の内層に形成されたガイドマーク６６、６６をＰ１、Ｐ２で、穴開け機で開ける基準穴をＨ１、Ｈ２で表している。
【００１４】
ガイドマークＰ１、Ｐ２を観測すればその座標値は機械座標系５０で表され、Ｐ１（ｘ１、ｙ１）、Ｐ２（ｘ２、ｙ２）が得られる。これから容易にＰ１、Ｐ２間の距離Ｂが求められる。
多層プリント配線板の変形量は、この距離Ｂと基準穴Ｈ１、Ｈ２の所定の（設計上の）間隔Ａとの差と考えられる。
【００１５】
直観的に、基準穴Ｈ１、Ｈ２が所定の間隔Ａを保ち、Ｐ１、Ｈ１間の距離Ｃと、Ｐ２、Ｈ２間の距離Ｃを等しくし、且つ、Ｐ１、Ｐ２を結ぶ直線上に乗るように、基準穴Ｈ１、Ｈ２を配置すれば良いと考えられる。
今、 （Ｐ１、Ｈ１間）、（Ｐ２、Ｈ２間）の距離Ｃは〔（Ｂ−Ａ）／２〕の絶対値となり、Ｐ１、Ｐ２を通る直線が機械座標系のＸｍ軸となす角αは次の式の、
〔 ｔａｎα＝（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）〕
αの正接から求められる。これらから基準穴となるＨ１、Ｈ２のＸｍ，Ｙｍ軸上座標値を計算できる。従って、基準穴はこの座標値で穴開けすれば良い。
【００１６】
現在、（基準穴）穴開け機としては上記の機能を持つ、いわゆる、２穴振り分け式穴開け機が一般的に使用されている。ガイドマーク２個を観測して基準穴の座標を計算した場合、主にガイドマークを連ねる直線の近傍における配線板の変形を補正すると考えられる。
また、図１３（ａ）や（ｂ）に示すように、基準穴用の２個のガイドマーク６６、６６の位置は、プリント配線板の１辺の中央付近と、この辺と平行する辺のやはり中央付近のいずれも外縁に近い位置に設けられることが多い。これから、図１３（ｂ）に斜線を入れた影響範囲７０に相当する内層板の中央部分の変形に従って、基準穴の座標が定まることになる。
【００１７】
２穴振り分け式穴開け機７１の実際の構成を図１５（ｂ）と図１６を参照して説明する。図１５（ｂ）は筺体７１ａを透視した平面図、図１６（ａ）は作業者側から見 た正面図で、やはり、筺体７１ａを透視して描いている。図１６（ｂ）はＸ線カメラ７６により、可動テーブル８０に載置された多層プリント配線板（図示せず）のガイドマークを観測中の模式図、（ｃ）はスピンドルの先端に装着されたドリル７７ｂで図示しない多層プリント配線板に基準穴を開けている様子を示した模式図である。なお、平面を示す図１５（ｂ）では可動テーブル８０を破断したり、右側のＸ移動架台７３を省略して示している。
【００１８】
筺体７１ａに固定された架台７２の上に直線ガイド７３ａ、７３ａとボールねじ７３ｂが設置され、２台のチャンネル状のＸ移動架台７３を移動可能に支承している。Ｘ移動架台７３の最上部にＸ線発生装置７４が固定され、下部には直線ガイド７８ａ、７８ａとボールねじ７８ｂが設置され、Ｙ移動架台７８を移動可能に支承している。
２台のＸ移動架台７３は互いに反対方向に機械座標系のＸｍ軸に平行に動き、穴開けする多層プリント配線板の大きさに従って、その間隔を可変とされている。
Ｙ移動架台７８は独立して機械座標系のＹｍ軸に平行に動くようにされ、その上にＸ線カメラ７６とドリル回転機構であるスピンドル７７が所定間隔Ｓを隔てて固定されている。
【００１９】
可動テーブル８０が２台のＸ移動架台７３の中間に配置され、機械座標系のＹｍ軸に平行に移動する。可動テーブルの中央近くに配置された直線ガイド８０ａ、８０ａとボールねじ８０ｂにより、８０Ａの位置で多層プリント配線板（図示せず）を可動テーブル８０上に載置し、図１５（ｂ）に可動テーブル８０として示した穴開け位置まで引き込む。
図１６（ｂ）に示すように、Ｘ線発生装置７４に内蔵されたＸ線発生管７４ａから放射されたＸ線は、Ｘ線防護管７５と、その先端に移動可能に配置されたクランパ７５ａに開けられた孔を通して、図示しない多層プリント配線板のガイドマークを透過して下のＸ線カメラ７６に入射する。
Ｘ線カメラ７６の位置（機械座標系による座標値）は既知なので、Ｘ線カメラ７６に写ったガイドマーク６６、６６の画面上の位置を測定すれば、ガイドマーク６６の座標を知ることができる。左右のＸ線カメラ７６、７６の画像から２個のガイドマークの座標が知られる。
【００２０】
この２個のガイドマークの座標から、先に説明した方法で基準孔の座標を計算する。
図１６（ｃ）に示すように、スピンドル７７がＳだけ移動しＸ線カメラの位置を占める。スピンドルを載置しているＹ移動架台７８はＹｍ軸方向に移動すると共に、Ｘ軸方向にも微動可能になされているので、Ｘｍ軸方向とＹｍ軸方向の微調整を行い、基準穴の座標Ｈ１（Ｘ１、Ｙ１）、Ｈ２（Ｘ２、Ｙ２）の直下にドリル７７ｂを位置させて穴開けする。
このとき、Ｘ線防護管７５の下端に配置されたクランパ７５ａは降下して、多層プリント配線板の穴開け部の周辺を抑え込み、穴開け時の多層プリント配線板の移動を防止する。
【００２１】
図１６（ｃ）の１点鎖線に示す位置までＹ移動架台７８を移動して表裏識別用の基準穴を開ける。移動量が大きいので精度的に問題のない表裏識別用の基準穴の穴開けのみに使用している。また、総移動量の大きい可動テーブル８０は移動に伴うヨーイング等の誤差が大きくなるので、通常、穴開けの際にはテーブル８０とその上に載置した多層プリント配線板は移動させない。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、２穴の基準穴を使用した、多層プリント配線板の後工程のスルーホールの穴開け加工の不良品の発生率に場所による差があることが判明した。一般に、多層プリント配線板の導体パターンは、単一配線板のパターンを数個搭載した多数個取りに設計されており、ガイドマークから遠く離れた多層配線板の周辺部の単一配線板のスルーホール穴開け工程の不良率が高い傾向が認められる。
既に説明したように、ガイドマーク２個を測定する２穴振り分け式穴開け機で開けた基準穴は、２個のガイドマークを結ぶ直線近傍の変形は補正しているが、この直線と垂直方向の変形は無視されている。従って、多層プリント配線板の面積が広くなると、不良となる配線パターンが多くなり歩留りが低下することとなる。
【００２３】
また、穴開け機のような通常の多量生産に使用される産業機械としては測定機なみの構造精度はコスト的に採用できず、経年変化も考慮した大きな移動量の場合の、支持機構や送り機構の移動方向の傾きの補正と、ヨーイングその他の影響による移動量の部分的な狂いの補正を低コストで行はねばならない、という問題がある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような問題点を解決するために、直交するＸｍ軸とＹｍ軸を持つ機械座標系を設定した基準穴穴開け機筺体に固定された架台と、
多層プリント配線板の構成要素であるプリント配線板の導体層に形成された少なくとも３点のガイドマークを観測するカメラ観測装置と、
このプリント配線板に基準穴を穴開けする穴開け装置と、
Ｘｍ軸とＹｍ軸に平行な送り方向を持ち、プリント配線板と観測装置及び穴開け装置の相対位置を変換する送り装置と、
カメラ観測装置により観測されたガイドマークの座標から穴開け位置を算出し、送り装置を制御する制御装置とを備えている。
そして、少なくとも３点のガイドマークの観測値より、各ガイドマークを単位質点で置き換えたと見なしたときの重心位置を座標原点とし、Ｘｍ軸に平行にＸ軸、Ｙｍ軸に平行にＹ軸を持ったＸＹ座標系で各ガイドマークの座標値が表されるようにする。
前記制御装置は、ガイドマークと同数で、且つ、設計時のガイドマーク座標と同一の座標を持つ、仮想基準穴の設計時の座標から、仮想基準穴を単位質点で置き換えたと見なしたときの重心位置を座標原点とし、直交ＵＶ座標軸を持つ座標系で各仮想基準穴の座標値を表したときに、ガイドマークの重心と仮想基準穴の重心を重ね合わせ、重心を回転中心としてＵＶ座標系を各ガイドマークと前記各仮想基準穴との距離の自乗を足し合わせた値が最小となるように回転させてプリント配線板の基準穴の座標を定めるような基準穴穴開け機を実現している。
更に、観測装置として可視光領域で動作する撮像装置を備え、多層配線板の内層となる両面プリント配線板専用の基準穴穴開け機として提供することもできる。
【００２５】
また、直交するＸｍ軸とＹｍ軸及びＺｍ軸を持つ機械座標系を設定した基準穴穴開け機筺体に固定された架台と、
多層プリント配線板の構成要素であるプリント配線板の導体層に形成された少なくとも３点のガイドマークを観測する観測装置と、
プリント配線板に基準穴を穴開けする穴開け装置と、
Ｘｍ軸とＹｍ軸に平行な送り方向を持ち、プリント配線板と観測装置及び穴開け装置の相対位置を変換する送り装置とを備えた基準穴穴開け機において、
穴開け装置のクランパ支持具とスピンドルが同一の移動架台に設置され、 穴の開いていないクランパ材をクランパ支持具を介して所定位置に配置し、前記基準穴を穴開けするドリルで前記クランパ材に穴開けした後に、クランパとして使用する基準穴穴開け機が提供されている。
更に、このクランパ支持具がＺｍ軸に直角な平面内で移動し、クランパとドリルの相対位置を変える基準穴穴開け機の提供もなされている。
【００２６】
上記した基準穴穴開け機の前記送り装置の送り位置の補正方法としては、送り装置の可動テーブルに載置したテスト配線板に任意間隔で第１、第２の基準穴を開け、任意間隔を固定してＹｍ方向に可動テーブルを任意距離Ｌを移動して第３、第４の基準穴を穴開けし、テスト配線板の左右を裏返して前記可動テーブル上に載置し、第２の基準穴を第１の基準穴穴開け位置に、第１の基準穴を第２の基準穴穴開け位置に置き、再び可動テーブルを任意距離Ｌ移動して観測装置で観測し、Ｘｍ方向の狂いの長さδを得たときに、ｔａｎθ＝δ／２Ｌを前記可動テーブルの送り方向の傾きの正接として前記制御装置に記憶して、前記可動テーブルの送り位置を補正する補正方法が開示されている。。
又、Ｙｍ軸に平行に、可動テーブルの左右に２本の治具板を搭載し、治具板小穴位置を前記観測装置で観測し、観測値を前記制御装置に記憶して前記可動テーブルの送り位置を補正する送り位置の補正方法も提案されている。
【００２７】
本発明は、基準穴を開ける際に、一方向の直線上の補正ではなく、平面的に配線板の変形具合を観測して基準穴を開ける。
例えば、両面導体層を有するようなプリント基板からなる内層板の四隅に設けられた、例えば４個のガイドマークの位置を測定し、その基準位置からの狂いを読み取って、全体として狂いの最小となる位置に基準穴を開けるようにしてあるので、現状の２穴振り分け式穴開け機では得られない高精度で基準穴を設定することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態である多点振り分け方式の基準穴穴開け機（以下穴開け機と略称する）を図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明の穴開け機１の外観の斜視図であり、筺体２を透視して表している。
図２、３は穴開け機を投影図として示し、図２（ａ）は穴開け機１の正面図、図２（ｂ）は側面図である。図３（ａ）（ｂ）は穴開け機１の可動テーブル１２の位置を変えた平面図を示し、図２、図３とも筺体２を透視して内部を表している。
【００２９】
また、各図に記入した機械座標系（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ、原点Ｏｍ）は穴開け機１の不動部分（例えば筺体１や架台３）に固定された座標系で、送り装置の各種機械部分の移動方向がこの座標軸に平行になされている。Ｘ線カメラで多層配線板のガイドマークを観測して得られる座標値や、基準穴の穴開け座標も基本的にこの座標系を用いて算出される。
なお、図１の白抜きの矢印１７は作業者の定位置であって、作業者は矢の方向（Ｙｍ軸の正方向）に向かって立ち、基準穴を穴開けする多層プリント配線板を投入し、穴開けが終われば穴開け機１から取り出す。
【００３０】
以下の説明でガイドマークと基準穴は共に４個で、対応するガイドマークと基準穴の設計上の座標値が等しい場合を説明する。ガイドマークと基準穴数は３個以上であれば同様の方法で処理できる。但し、後述するように、実際に穴開けされ後工程で使用される基準穴が、必ずしも、ガイドマークの個数と設計上の座標位置と等しくないので、この場合に計算に使用する（ガイドマークの設計上の座標値と同一の座標を持つ）基準穴を仮想基準穴と呼んで区別する。
２穴振り分け方式でも、プリント配線板の表裏前後の判別用の穴を足せば３穴になるが、前記したように２穴方式の表裏、前後の判別用の穴は精度には関係していないので多点振り分け方式ではない。また、多点振り分け式では、表裏前後の判別用として、４穴の配置を対称でなく１個だけ位置をずらす等して、別途に基準穴を追加せずに済ます工夫がされる場合が多い。
【００３１】
穴開け機１の筺体２の内部に、架台３が固定されている。左右１対のＸ移動架台１０、１０は、ほぼ、チャンネル状に形成され、左右で鏡像関係をなす形状とされている。このＸ移動架台１０、１０は架台３の上端に配置された直線ガイド１０ａ、１０ａによって支承されている。ボールねじ１０ｂとこれと係合するＸ移動架台１０の下面に取り付けられたボールナット（図示せず）により、基準穴を穴開けする配線板の大きさに従って、あらかじめ、Ｘｍ軸に平行に移動してガイドマークが観測可能の位置に待機している。
なお、Ｘ移動架台１０、１０を個別に駆動するために、ボールねじ１０ｂは各Ｘ移動架台１０毎に配置されている。
【００３２】
Ｘ移動架台１０、１０の上部にＸ線発生装置４、４が固定され、下部には直線ガイド１１ａ、１１ａが取り付けられている。そして、Ｙ移動架台１１、１１がこの直線ガイド１１ａで支承されている。ボールねじ１１ｂとこれと係合するＹ移動架台１１の下面に取り付けられたボールナット（図示せず）により、Ｙ移動架台１１、１１はＹｍ軸に平行に移動可能である。
Ｙ移動架台１１、１１はチャンネル状に形成され、上部にＸ線防護管５が配置され、図２に示すように、これと並んでクランパ９とクランパ９を上下動させるエアシリンダ９ａが設置されている。下部にはスピンドル７とＸ線カメラ６が固定されている。
【００３３】
Ｙｍ軸と平行に配置され筺体の中央部分に固定された直線ガイド１２ａとボールねじ１２ｂにより支承され、駆動されて、多層プリント配線板を搭載する可動テーブル１２はＹｍ軸に平行に運動する。
可動テーブル１２は１２Ａの位置で、ワークである基準穴を穴開けする多層プリント配線板を載置し、Ｙｍ軸に沿って移動してガイドマーク測定、基準穴開け位置に引き込まれる。
なお、ボールねじ１０ｂ、１１ｂ、１２ｂを駆動し、Ｘ移動架台１０、１０とＹ移動架台１１、１１、および可動テーブル１２の移動を制御する制御装置は図示されていない。
【００３４】
ここで、穴開け機の主要構成要素として、Ｘ線発生装置４とＸ線防護管５およびＸ線カメラ６でガイドマークの観測装置、スピンドル７とクランパ９で穴開け装置、Ｘ移動架台１０とＹ移動架台１１と可動テーブル１２およびこれらを支承し、駆動する直線ガイド１０ａ、１１ａ、１２ａ、ボールねじ１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ等で駆動装置をそれぞれ形成している。
また、図示されていない制御装置は、一連の穴開け作業手順に従って、上記の各種装置の制御を行う。更に観測装置で観測したガイドマークのＸ線像から座標値を算出し、この座標値と予め入力された基準穴の設計座標から、基準穴穴開け位置を計算するのが最大の役割である。
なお、後述するように、レイアップ前の両面配線板にレイアップ用の基準穴を多点振り分け方式で穴開けする、専用の基準穴穴開け機の場合は観測装置に可視光線用のＣＣＤカメラが使用される場合もある。
【００３５】
図４を参照して可動テーブル１２の細部を説明する。（ａ）は可動テーブル１２の平面図であり、（ｂ）はＸｍ軸、Ｚｍ軸を含む平面に平行に切断した断面図である。
可動テーブル１２は通常金属製で平坦な板状に形成され、ガイドマーク透視、基準穴穴開けのための逃げ穴（１、２穴用）１３、１３、逃げ穴（３、４穴用）１３ａ、１３ａが左右に開けられている。
多層プリント配線板６０は、その外形の大きさに従って、配線板の先端部分が揃うようにして、破線の長方形で示す最大配線板外形６９と最小配線板外形６９ａの間に載置される。基準穴の１、２穴は逃げ穴１３を使って矢印の１６の範囲で、基準穴の３、４穴は逃げ穴１３ａを使って矢印の１６ａの範囲で穴開けが行われる。
Ｘ軸治具板１４、１４およびＹ軸治具板１５、１５については後に詳細説明を行う。
【００３６】
４穴の基準穴を開ける作業手順を以下に説明する。
まず、穴開けする配線板の外形寸法と（設計上の）基準穴座標からＸ移動架台１０、１０のＸｍ軸に沿った位置が決まり、予め、Ｘ移動架台１０、１０は、そこに移動して待機している。
可動テーブル１２が（図１の）１２Ａの位置で、作業者は多層プリント配線板６０を可動テーブル１２上の所定位置に載置する。多層配線板６０は可動テーブル１２に仮固定される。可動テーブル１２はＸ線カメラ４に内蔵されたＸ線発生管４ａの下にガイドマークＰ１、Ｐ２が来る位置に移動する。
後述するように、ガイドマークＰ１、Ｐ２をＸ線で透視してＸ線カメラ６、６で観測し、その座標値を測定する。座標値は図示しない制御装置のメモリに記憶される。
ガイドマークＰ３、Ｐ４がＸ線発生管４ａの下に来る距離だけ、可動テーブル１２はＹｍ方向に移動する。次いでＸ線を照射して、Ｘ線カメラ６、６でガイドマークＰ３、Ｐ４を観測してその座標値を記憶する。
ここで、計算方法は後述するが、ガイドマーク４点の座標から基準穴Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４の座標を計算し、まず、スピンドル７、７が基準穴Ｈ３、Ｈ４の座標まで移動し、基準穴Ｈ３、Ｈ４を穴開けする。
可動テーブル１２が移動してガイドマークＰ１、Ｐ２をＸ線で透視した位置まで戻り、スピンドル７、７が基準穴Ｈ１、Ｈ２の座標まで移動し、基準穴Ｈ１、Ｈ２を穴開けする。
可動テーブルが投入位置１２Ａまで動いて、穴開けの済んだ多層配線板６０を作業者が取り出すと基準穴加工工程が終了する。。
【００３７】
上記の基準穴加工工程を、図５を参照してＸ、Ｙ移動架台に搭載された機器類の動作に基づいて説明する。
図５（ａ）は作業者位置から左側のＸ移動架台１０、Ｙ移動架台１１を見た正面図、（ｂ）はその平面図でＸ移動架台１０の上半部を取り去り、Ｙ移動架台１１の上面を示している。（ｃ）、（ｄ）はＸｍ軸のプラス方向から見たＸ移動架台１０を示し、（ｃ）はＸ線カメラ６によるガイドマークの観測時、（ｄ）はスピンドルによる穴開け時を模式的に示している。
【００３８】
ガイドマークＰ１、Ｐ２の観測は、Ｙ移動架台１１が（ｃ）に示すＸ線観測位置にあるときに行われる。Ｘ線発生管４ａの直下にＸ線防護管５とＸ線カメラ６が来ている。
図示しない制御装置の指令によりＸ線発生装置が起動し、Ｘ線発生管４ａから放射されたＸ線はＸ線防護管の中心に開けられた穴５ａ内を通り、図示していないが可動テーブル１２上に載置された多層プリント配線板６０の内層のガイドマークＰ２を透視してＸ線カメラ６で画像として捉えられ、その画像は制御装置内の計算機に送られてガイドマークＰ２の座標が計算され、記憶される。
【００３９】
基準穴の穴開けはスピンドル先端のドリル７ｂで行われる。穴開け時には、Ｘ移動架台１０が基準穴Ｈ１のＸｍ軸座標まで移動し、Ｙ移動架台１１が基準穴のＹｍ軸座標まで移動する。実際には図５（ｃ）に示すように、Ｘ線カメラ６の中心とスピンドル７の中心との距離はＳだけ離れているので、Ｙ移動架台１１がＳだけ多く移動する。スピンドル７はエアタービンまたは高周波モータを回転源とする高速モータであって、回転軸に取り付けられたチャック７ａを介して、通常超硬合金製のドリル７ｂを装着して配線板に基準穴を穴開けする。なお、図示していないが、スピンドル７を上下するエアシリンダまたはリニアモータによってドリル７ｂの切り込み送りを行う。
スピンドル７の直上に配置されたクランパ９はエアシリンダ９ａのアクチュエータに取り付けられており、降下すれば可動テーブル１２に載置された多層配線板６０を押さえつけて、穴開け時の多層配線板６０の移動を防止する。クランパ９の構造と機能は後述する。
なお、穴開け時にＸ移動架台１０を動かさずに、Ｙ移動架台に微少量のＸ方向の移動が可能に構成して、ドリル７ｂを穴開け位置に移動させる場合もある。
【００４０】
図６を参照して多点振り分け方式の説明を行う。図６（ａ）はガイドマークＰ１〜Ｐ４と基準穴Ｈ１〜Ｈ４と各種の座標系との関係を模式的に説明した斜視図であり、（ｂ）は（ａ）と同じ関係を機械座標系のＸｍ、Ｙｍ軸を含む平面に投影した説明図である。以下の説明で基準穴Ｈの個数はすべて４個の場合を説明するが、基準穴数は３個以上であれば同様の方法で処理できる。
前述のように、上記の基準穴Ｈ１〜Ｈ４は仮想基準穴とする。即ち、設計上はガイドマークＰ１に対応する基準穴Ｈ１の位置関係は同一で、設計上の対応する両者の座標は同一である。従って、ホットプレス工程などでガイドマークの位置が狂わなかったと仮定すれば、ガイドマークＰ１〜Ｐ４とそれに対応する基準穴Ｈ１〜Ｈ４を合わせれば完全に重なり合うことになる。
【００４１】
多層プリント配線板６０の内層に形成されたガイドマークをＸ線カメラで観測して、機械座標系のＸｍ、Ｙｍ軸によるガイドマークの座標値が得られる。図６（ａ）でＰＬ１平面上で示されている。この座標値をＰ１（ｍ１、ｎ１）、Ｐ２（ｍ２、ｎ２）、Ｐ３（ｍ３、ｎ３）、Ｐ４（ｍ４、ｎ４）とする。
ここで各ガイドマークに単位質点が配置されたとして重心Ｐｇ（ｇｘ、ｇｙ）を求める。
〔 ｇｘ＝（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋ｍ４）／４
及びｇｙ＝（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＋ｎ４）／４ ・・・・・・（１）〕
【００４２】
次に、重心Ｐｇを原点とするＸ、Ｙ軸を持つ座標系に座標変換して、Ｐ１（ｘ１、ｙ１）、Ｐ２（ｘ２、ｙｎ２）、Ｐ３（ｘ３、ｙ３）、Ｐ４（ｘ４、ｙ４）とする。ここで、
〔ｘ１＝ｍ１−ｇｘ、ｘ２＝ｍ２−ｇｘ、ｘ３＝ｍ３−ｇｘ、ｘ４＝ｍ４−ｇｘ
ｙ１＝ｎ１−ｇｙ、ｙ２＝ｎ２−ｇｙ、ｙ３＝ｎ３−ｇｙ、ｙ４＝ｎ４−ｇｙ
・・・・・・（２）〕
【００４３】
一方、図６（ａ）でＰＬ２平面上に示した基準穴の座標は、当初ＵＤ、ＶＤ軸を持つ設計上の座標系で表されている。ガイドマークと同じく、基準穴にも単位質点が配置されたとして、同様な計算でその重心Ｈｇを求め、重心Ｈｇを原点とし、ＵＤ軸に平行なＵ軸、ＶＤ軸に平行なＶ軸を持つ座標系に座標変換する。
（設計上の）座標値をＨ１（Ｍ１、Ｎ１）、Ｈ２（Ｍ２、Ｎ２）、Ｈ３（Ｍ３、Ｎ３）、Ｈ４（Ｍ４、Ｎ４）として重心Ｈｇ（Ｇｘ、Ｇｙ）を求める。
〔 Ｇｘ＝（Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４）／４
及びＧｙ＝（Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４）／４ ・・・・・・（３）〕
Ｈｇを原点とするＵ、Ｖ軸を持つ座標系に座標変換して、Ｈ１（Ｕ１、Ｖ１）、Ｈ２（Ｕ２、Ｖ２）、Ｈ３（Ｕ３、Ｖ３）、Ｈ４（Ｕ４、Ｖ４）を得る。
〔Ｕ１＝Ｍ１−Ｇｘ、Ｕ２＝Ｍ２−Ｇｘ、Ｕ３＝Ｍ３−Ｇｘ、Ｕ４＝Ｍ４−Ｇｘ
Ｖ１＝Ｎ１−Ｇｙ、Ｖ２＝Ｎ２−Ｇｙ、Ｖ３＝Ｎ３−Ｇｙ、Ｖ４＝Ｎ４−Ｇｙ
・・・・・・（４）〕
【００４４】
平面ＰＬ１と平面ＰＬ２をガイドマークの重心Ｐｇと基準穴の重心Ｈｇを一致させて重ね合わせ、そして、機械系の座標であるＸｍ，Ｙｍ及びＺｍ軸に平行に投影すれば、図６（ｂ）が得られる。
ここで平面ＰＬ１を固定し、重ね合わされた重心Ｐｇ（及びＨｇ）を回転中心として、平面ＰＬ２を回転させると考え、Ｘ軸とＵ軸が作る角をαとする。角αの正接は次式で求められる。
〔ｔａｎα＝Σ（ｙｉ・Ｕｉ−ｘｉ・Ｖｉ）／Σ（ｘｉ・Ｕｉ＋ｙｉ・Ｖｉ）
ここで、Σは添字ｉ＝１〜４の各座標値について計算し、分母、分子毎にそ の和を求める。 ・・・・・・（５）〕
αが決まれば、ＵＶ座標系からＸＹ座標系へ次式を用いて変換する。
〔Ｘ＝Ｕｃｏｓα−Ｖｓｉｎα
Ｙ＝Ｕｓｉｎα＋Ｖｃｏｓα ・・・・・・（６）〕
機械座標系Ｘｍ、Ｙｍへの変換は、単に重心Ｐｇ（ｇｘ、ｇｙ）の座標値を加えれば得られる。このようにして得られた機械座標系による各基準穴の座標に従って、基準穴の穴開けが行われる。
なお、上記した各ガイドマークの座標の測定値から、実際に穴開けする基準穴の座標を求めるまでの計算時間は、現在のパーソナルコンピュータ程度の演算速度であればごく短時間で済み、問題とはならない。
【００４５】
以上、計算の手順のみを説明したが、計算の手順の中で次の２点が本発明の骨子となる。
第一に、多点で構成されるガイドマーク群と同数の多点で構成される（仮想）基準穴群をそれぞれ単位質点が配置された質点系と見なして重心を求め、重心同士が一致するよう重ね合わせる点である。
運動力学的に、２個の質点系の運動を比較するのに、慣性能率最小の回転軸を求めて、その軸を一致させて比較する場合が多い。慣性能率最小の回転軸は質点系の重心を通る軸の中で、質点が分布する平面に垂直な回転軸である。図６（ａ）の平面ＰＬ１、ＰＬ２がこの平面に相当する。この軸を採用すれば、慣性能率の軸の位置による変化は全て排除される。
従って、もし内挿板等のガイドマークの座標に変化がなければ、ガイドマークと基準穴をこの軸（即ち重心）で重ね合わせれば、対応するガイドマークと基準穴が重なることは既に述べた。対応するガイドマークと基準穴の位置が一致しないのは全てガイドマークの座標の変化によるとして良い。
即ち、ガイドマークの分布する平面と、基準穴の分布する平面を重ね合わせ、且つ、両者の重心を一致させることにより、その他の影響を極力排除して、内層板の変形によるガイドマーク位置の狂いのみが反映されることになる。
【００４６】
第二に、ガイドマークと基準穴の重心を一致させれば、残された自由度は重心を中心とした回転のみとなり、図６（ａ）に示す平面ＰＬ１内の回転に限られる。従って、対応するそれぞれのガイドマークと基準穴の距離が最小となる回転角αを探せば最善の基準穴の位置となる。
図６（ｂ）に示すように、例えば、ガイドマークＰ１と基準穴Ｈ１の距離Ｌ１は次の式（７）で表される。
【数１】

ここで基準穴Ｈ１のＸＹ座標系の座標値Ｘ１、Ｙ１は先の式（６）で変換される。距離を正の値のみとすれば、ルートに開かずに自乗したままで比較すれば良い。すなわち、ｎ個の基準穴とガイドマークの各距離をＬ１で表し、Ｌ１〜Ｌｎの自乗和Ｑが角αの関数として次のように式（８）で表される。
【数２】

α＝０の近傍で関数Ｑは連続で、微分可能であり、極小値（最小値）を持つので、αについて偏微分し、導関数の値を０とするαを求める。
【数３】

また、次の式（１０）〜式（１２）の関係が得られる。
【数４】

これらを上の式（９）に代入して整理すれば、次式（１３）を得る。
【数５】

即ち、αの正接がいずれも既知のガイドマーク座標の測定値と基準穴の座標値から計算できる。αは通常±４５゜以内であるからαの正接からαの正弦、余弦は一義的に求められる。
この、いずれも既知のガイドマーク座標の測定値と基準穴の座標値から、αの正接を求める計算式が第二の重点となる。
【００４７】
以上、一例として各ガイドマーク、基準穴のウエイトは一様のものとし、両者の距離の和を最小にする方法を説明したが、測定されたガイドマーク座標に対して、基準穴の座標の求め方にはいろいろの考え方がある。例えば直交２直線迄の各質点からの距離の自乗和を最小とする直交回帰直線も多少変形すれば使用でき、更に、各ガイドマークに重み付けをしたり、ガイドマークの分布を選んで基準穴の回転角を加減することもできる。
【００４８】
現実に穴開けされる基準穴と仮想基準穴との個数、位置が異なる理由は主に生産上の都合によることが多い。
プリント配線板の各所の狂いを忠実に反映するには、１枚のプリント配線板に形成されたガイドマークの数が多いほど良く、例えば８個のガイドマークを観測し計算を行うが、実際に治具板の位置決めピンに挿通される基準穴は（表裏判別を考慮しても）３個あれば充分であり、治具板の製作コストも軽減される。
このように、仮想基準穴と実際に使用される基準穴が異なっていても、仮想基準穴と実際に穴開けされる基準穴の座標を同一の座標系で記述しておけば座標変換は容易である。
【００４９】
以上説明したように、複数の両面プリント配線板がレイアップされ、ホットプレス工程を経て多層プリント配線板とされたものを測定して、多数のパターンの平均的な座標系を求める方法が、現在多用されている。
ところが、ホットプレス工程後にガイドマークの精密測定を行うのでは、ホットプレス加工で発生した誤差を含んだ各ガイドマークの位置を測定していることになり、一定水準以上の製品精度を得にくい場合もある。
そのためには、レイアップ工程とホットプレス工程での各層のパターンのズレ（パターンの座標誤差）を極力少なくする必要がある。
【００５０】
レイアップ工程、ホットプレス工程を見直して、その誤差を減らすよう検討すると、次のような改善点が浮かび上がってくる。
第一に、レイアップ用の基準穴の座標精度を上げる必要がある。
第二に、レイアップする際の治具板のピンと両面配線板の基準穴のクリアランスを少なくする。
第三に、治具板のピン数を多くして両面配線板を外周数カ所で支持する。（必然的に両面配線板の基準穴の数も増加する必要がある。）
これらの点を改善すれば、レイアップとホットプレス工程でそれぞれの内層に形成された単一配線板のパターンのずれを減らすことができ、完成した多層配線板を透視したときの、各層の単一配線板のパターンの位置の狂いが少なくなると考えられる。
【００５１】
従って、一つの改善策として、先ず、レイアップ前の単一の両面配線板の段階で、数多くのガイドマークを観測する。それらの観測値から精度良く座標系を決定するのに、既に本案で説明した重心を不変とし、座標観測値の自乗和を最小とする多点振り分け方式を用いて座標系を求める。このようにして得られた座標系に従って、基準穴の座標を複数個求める。基準穴の数は理論的には２個でよいが、両面配線板の部分的な狂いを防止するには外周に４個以上の基準穴を設けることが望ましい。
このようにして基準穴の座標（位置）精度を向上させるのと同時に、穴開け機に使用するエアスピンドル等のドリル駆動手段の精度を向上させ、ドリルの径を管理して、穴径精度を向上させる。
次に治具板に形成されているピンの座標精度とピン径の精度を向上させ、上記の基準穴に対応するピンを設ける。実際には治具板各所の剛性も向上させる必要がある。
【００５２】
ホットプレス工程で使用する治具板の精度と剛性を向上したり、穴径精度を向上するには、在来からの手法の延長線上にあるものとして対応できる。
多層配線板の各導体層に形成された導体パターンの各層のズレを最小にするには、両面配線板の段階で各導体パターンの座標系を精密に測定し、レイアップ工程に反映せねばならない。信頼性の高いレイアップ用の基準穴が必要となる。
この目的に使用できる基準穴穴開け機として、要求される基準穴の座標精度の厳しさから、既に説明した多点振り分け方式の基準穴穴開け機が有効に使用される。
【００５３】
図７を参照して、上記の穴開け機により形成された基準穴６５Ａ、６５Ｂを有する内層用の両面配線板６１Ａ、・・・６１Ａをレイアップする様子を説明する。図７は多層プリント配線板を構成する複数枚の両面配線板６１Ａとプリプレグ６４ａＡ、及びレイアップ治具板６８Ａを模式的な斜視図として示している。
図７ではこれらの両面配線板６１Ａ、・・・６１Ａにはその４隅に４個の基準穴６５Ａが形成されているが、中間にも基準穴６５Ｂを設ければ更に好ましい。
レイアップ治具板６８Ａには、両面配線板の外周部に相当する４ヶ所の位置決めピン６８ａＡ、・・・、６８ａＡが植設され、その座標位置はレイアップされる両面配線板６１Ａ、・・・６１Ａに形成された複数個の基準穴の座標位置に等しくされている。両面配線板６１Ａに基準穴６５Ｂが形成されている場合は、破線で示す位置決めピン６８ａＢが植設される。
【００５４】
２枚の両面配線板６１Ａの間に（ガイド穴付き）プリプレグ６４ａＡを挟んで、図７の括弧Ａで括られた１組として、レイアップ治具板６８Ａの位置決めピン６８ａＡに挿通され、治具板上に載置される。更に図７の括弧Ｂで括られた両面配線板６１Ａとプリプレグ６４ａＡを１組として、次々にレイアップ治具板６８Ａ上に載置される。
これら複数の両面配線板６１Ａとプリプレグ６４ａＡを仮止めしてレイアップが終了する点は、先に説明したレイアップ工程と変わりがない。また、次工程のホットプレスによる工程も同様であって、レイアップ時の各層の導体層の位置決め精度向上により、形成される多層配線板の座標精度が向上する。
【００５５】
次に、図８と図９を参照して、単一の両面配線板のパターンの形成と同時に設けられたガイドマークを観測して、レイアップ時に使用する複数個の基準穴を開ける、多点振り分け方式の基準穴穴開け機（以下穴開け機と略称する）を図８〜図９を参照して説明する。図８は本発明の穴開け機３１の外観の斜視図であり、筺体３２を透視して表している。
図９は穴開け機３２の要部を投影図で示してあり、各図に記入した機械座標系（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ、原点Ｏｍ）は、先に（図１〜図５を参照して）説明した穴開け機１と同様に付されている。
なお、用途、形状の同一の部材は図１等と同一の符号を付してあり、図８の白抜きの矢印１７は作業者の定位置であること、作業時の作業者の向き等も図１と変わらない。
【００５６】
両面配線板６１Ａの基準穴測定には、Ｘ線観測装置を搭載した穴開け機を流用してもよいが、測定対象の両面配線板は導体パターンやガイドマークが露出しており、ガイドマークは可視光で識別可能である。両面配線板専用で使用するなら、穴開け機３１の観測装置として可視光領域で動作する撮像装置、例えば、ＣＣＤカメラ等が使用可能である。
図８ではＣＣＤカメラが同一個所の上下に２台、その視野の中心を合わせて配置されているが、測定対象の両面配線板の種類によっては１台のＣＣＤカメラで測定できる場合もある。即ち、ガイドマークが両面配線板の１面にのみ形成されている場合や、１面が接地用のパターン等で精度が不要の場合などは１台のカメラで片面のみを観測すればよい。
【００５７】
穴開け機３１の筺体２の内部に、架台３が固定され、Ｘ移動架台１０ｘ、１０ｘが、架台３の上端に配置された直線ガイド１０ａ、１０ａによって支承され、ボールねじ１０ｂの廻転により、基準穴を穴開けする配線板の大きさに従って、ガイドマークが観測可能の位置に待機する。Ｘ移動架台１０ｘ、１０ｘはＣＣＤカメラ用とされ、上部に設置されていたＸ線発生装置、防護管等が不要なので高さは低く押さえられている。
Ｘ移動架台１０ｘ、１０ｘ上に直線ガイド１１ａ、１１ａが取り付けられ、Ｙ移動架台１１、１１がこの直線ガイド１１ａで支承され、ボールねじ１１ｂにより、Ｙ移動架台１１、１１はＹｍ軸に平行に移動可能なことは（図１等を参照して説明した）穴開け機１と同様である。
【００５８】
Ｙ移動架台１１、１１は互いに鏡像関係を保って、チャンネル状に形成され、上部にＣＣＤカメラ３２が配置され、これと並んでクランパ９とクランパ９を上下動させるエアシリンダ９ａが設置されている。下部にはＣＣＤカメラ３２ａが上部のＣＣＤカメラ３２と視野中心を合わせて設置され、更に、Ｙｍ軸方向にＳなる距離を置いて、スピンドル７が設置されている。
【００５９】
Ｙｍ軸と平行に配置され筺体の中央部分に固定された直線ガイド１２ａとボールねじ１２ｂにより支承され、駆動されて、両面配線板を搭載する可動テーブル１２はＹｍ軸に平行に運動する。
可動テーブル１２は、ワークである両面配線板を載置し、Ｙｍ軸に沿って移動してガイドマーク測定、基準穴穴開け位置に引き込まれる。
【００６０】
ここで、穴開け機の主要構成要素として、ＣＣＤカメラ３２、３２ａがガイドマークの観測装置、スピンドル７とクランパ９で穴開け装置、Ｘ移動架台１０とＹ移動架台１１と可動テーブル１２およびこれらを支承し、駆動する直線ガイド１０ａ、１１ａ、１２ａ、ボールねじ１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ等で駆動装置をそれぞれ形成し、また、図示されていない制御装置は、一連の穴開け作業手順に従って、上記の各種装置の制御を行う。更に観測装置で観測したガイドマークの像から座標値を算出し、この座標値と予め入力された基準穴の設計座標から、基準穴穴開け位置を計算するのが最大の役割である等、Ｘ線カメラからＣＣＤカメラに変わった観測装置を除いて穴開け機１と同一と考えて良い。
【００６１】
また、穴開け機３１を使用して、両面配線板に基準穴を開ける作業手順も穴開け機１のそれと同様である。既に説明したように、多層配線板を構成する両面配線板にレイアップ用基準穴を開けるには、多層配線板に基準穴を設けるのに使用した多点振り分け方式の計算式がそのまま利用できる。
この穴開け機３１を使って、多点振り分け方式を適用して、レイアップ前の両面配線板に複数の基準穴の加工を行えば、高精度、高剛性の治具板使用と相まってレイアップ工程、ホットプレス工程の精度向上が期待できる。
このように基準穴穴開け機は、ホットプレス工程後の両面配線板等が接着され、一体となった多層プリント配線板、及び、レイアップ工程前の多層プリント配線板の部材としての両面プリント配線板に対して基準穴の穴開けを行う。即ち、基準穴穴開け機は多層プリント配線板と両面プリント配線板を総称した、多層プリント配線板の構成要素であるプリント配線板に対して有効な基準穴を形成することができる。
【００６２】
次に可動テーブル１２の送り精度を向上する方法を説明する。従来の２穴用の振り分け方式では、ガイドマークの測定精度に係わるのは、Ｘｍ方向の送り量のみで、Ｙｍ方向の送り量が問題となるのは、Ｘ線カメラ６とスピンドル７との距離を移動する時のみで、可動テーブル１２の全移動距離の数分の１に過ぎない。
ところが、４穴以上のガイドマークは通常配線板の４隅に配置され、その距離はほぼ配線板の各辺の長さに匹敵する。
もし、Ｙｍ方向の移動距離に誤差を含んだり、可動テーブルの移動方向がＹｍ軸と平行でなく、狂っていると、３、４番のガイド穴座標の測定値が大きく狂い、算出された基準穴座標の誤差が過大となる恐れがある。
【００６３】
穴開け機は一般的な加工に使用される産業機械であるから、その構成部品の剛性を増加し、各部の精度を向上する等の基本的な対策はコスト的に得策ではない。また、径年変化によって狂いの量が変わる場合もあり、ときどき狂いを測定して補正するのが実用的である。
ここでは、初めに可動テーブル１２の移動方向の角度誤差の補正法、次に長さの測定値を補償する方法を説明する。
【００６４】
図１０を参照して座標軸の角度誤差の測定法を説明する。図１０（ａ）、（ｂ）はテスト配線板を用いた角度誤差の検出方法を説明する模式図、（ｃ）〜（ｅ）はＹｍ軸に平行な治具板を取り付けた可動テーブルと治具板の詳細を説明する図である。
今、可動テーブル１２の送り方向がＹｍ軸に対してθ度傾いていて、配線板を距離Ｌだけ送ればＸｍ軸方向にδの狂いを生じると仮定する。
【００６５】
まず、ガイドマークのない無垢の配線板を用意する。Ｘ、Ｙ移動架台１０、１１の位置は固定して、この配線板６０を可動テーブルに載置し、図１０（ａ）に示すように任意の間隔ＫでＨ１、Ｈ２穴を開け、次いでＹ方向に任意のＬだけ可動テーブルを動かして配線板６０を移動し、Ｈ３、Ｈ４穴を開ける。目標とするガイドマークがないので、穴開け機はＸ線カメラの中央に穴開けする。
穴開けした配線板の左右が逆になるように裏返し、図１０（ｂ）に示すように、穴開け時と裏返した時の配線板６０のＨ１とＨ２、Ｈ２とＨ１がそれぞれ一致するように可動テーブルに載置する。可動テーブルをＬ移動して穴Ｈ３とＨ４の座標を測定すれば、それらのＸｍ座標値は狂いδの２倍の２δとして観測される。
実際には、裏返した穴をＸ線カメラの視野内に入れて、その座標を測定すれば座標変換して上記の２δの数値を求めることができ、Ｌの値からθを容易に求められる。このθを記憶して置き、通常の穴開け時に補正値として使用することで、可動テーブルの移動方向の角度誤差の補正をソフト的に行うことができる。
無垢の配線板を使用せず、通常の作業時に実際に基準穴を開けた多層プリント配線板６０を抜き取って、裏返して座標を測定してもよく、適当な時間間隔で可動テーブル１２の送り方向の傾きを監視できる。
【００６６】
Ｘ線発生装置、Ｘ線カメラ、穴開けスピンドル等のＸｍ軸の長さ補正に、多数の穴が既知の穴間隔で配置された治具板を可動テーブルに取り付けて置き、この治具板の穴を透過したＸ線をＸ線カメラで測定し、可動テーブルの送り機構の送りムラによる誤差を補正する方法は既に当出願人より提案されている（公開番号平３−２７７４１１）。
可動テーブルの移動量も、可動テーブルの移動方向であるＹｍ軸に平行に上記と同種の治具板を可動テーブルに取り付けることで補正することができる。
【００６７】
即ち、図１０（ｃ）に示すように、可動テーブル１２の左右２個所にＹｍ軸に平行に、Ｙ軸治具板１５、１５を固定する。
詳細を図１０（ｄ）に平面図を、（ｅ）に側面を断面として示すが、Ｙ軸治具板１５は例えば薄い金属板に、間隔ｈで多数の治具板小穴１５ｈを開けたもので、小ねじ１５ｓで可動テーブル１２に固定される。治具板小穴１５ｈの間隔ｈは精密に測定されて既知である。
Ｘ線カメラで各治具板小穴１５ｈを透過して測定できるように、可動テーブル１２には逃げ穴１５ｎが形成されている。逃げ穴１５ｎは図のように、治具板小穴１５ｈの１個または数個に対応して丸穴や長穴等の任意の形状で良い。また、（ｅ）の断面図のように、Ｙ軸治具板１５と可動テーブル１２の表面を同一面とすれば、作業時に配線板を載置する際に便利である。
【００６８】
可動テーブル１２を動かして、Ｘ線カメラで治具板小穴１５ｈのＹｍ軸座標を観測すれば、可動テーブル１２の送り量（ボールねじ１２ｂの回転数）の狂いが判明する。この狂いの量を補正値として使用する。穴開け機の制御装置のメモリにこの補正値を記憶させて可動テーブル１２の送りを修正することができる。
以上、説明した可動テーブル１２の送り方向と移動量の２点を補正することにより、移動距離が長いにも係わらず、比較的送り精度の低い可動テーブルを使用して基準穴穴開けに必要な送り精度を得ることができる。
【００６９】
次に、効果的なクランパの構造を説明する。基準穴の穴開けのとき、ドリルと反対方向から配線板６０を押圧して配線板６０の移動や変形を防ぐのがクランパの主な役目である。
図１１を参照して詳細構造を説明する。図１１（ａ）、（ｂ）は新構造のクランパ９の動作の模式図、（ｃ）は従来のクランパ７５ａの構造を、（ｄ）に新方式のクランパ９を、共に縦断面図で示している。
新クランパ９は、スピンドル７の直上に位置して、スピンドル７の設置されたＹ移動架台１１の上部に固定されたエアシリンダ９ａのアクチュエータに固定されている。従って穴開け時にはクランパ９とスピンドル７のＸｍＹｍ平面での位置関係は常に一定である。後に説明するように、クランパはワークのロット変更時やドリル交換時に、水平に移動できるような構造とされる場合もあるが、初めに固定された状態として説明する。
穴開け時以外は（ａ）のように可動テーブル１２に載置された配線板６０とは接触しないようエアシリンダ９ａがクランパ９を引き上げている。穴開け時のみ、（ｂ）のようにクランパ９は降下して配線板６０を押圧する。
【００７０】
図１１（ｃ）は従来使用されたクランパ７５ａを示しており、図１５、１６に示した２穴振り分け式穴開け機に使用されている。Ｘ線防護管７５の先端に取り付けられ、穴開け時には図示しない駆動機構で下降して配線板６０を押圧する。下からスピンドルの先端のドリル７７ｂにより穴開けされる。
このようなクランパ７５ａの欠点は、穴開け時にドリル７７ｂの先端で導体６２を押して変形させ、浅い円錐状の切り屑１８が発生する点である。ドリル７７ｂの上昇につれ、切り屑１８の外周がすべて切断されれば円錐状のまま、配線板６０から分離するので問題ない。
【００７１】
往々、切り屑１８の外周の一部が残ったままになる場合がある。ドリル７７ｂの上昇により切り屑１８も押し上げられるが、ドリル７７ｂが下降すれば、今開けられた穴を覆うように戻ってくる。
正しく基準穴の穴開けが行われたかを確認するため、穴開け後にＸ線カメラで穴を観測する場合があり、穴を覆った切り屑１８によって、穴の座標が狂って測定されてしまう。
切り屑１８と導体６２とは、手を触れればすぐ離れる程度に、ごく細く連続しているが、エアを吹き付ける位ではなかなか離れず、対策に苦慮する問題となっている。
【００７２】
図１１（ｄ）に示す断面図を参照して、新クランパ９の説明を行う。
カップ型のクランパ支持具９ｂがエアシリンダ９ａのアクチュエータの先端に固定されている。クランパ支持具９ｂのカップ内にクランパ９が、１例として、クランパねじ９ｃで止められている。
クランパ９の形状はクランパ支持具９ｂのカップに納まり、下端がクランパ支持具９ｂの下端よりやや突出していれば良い。クランパ９には当初ドリル７ｂの通る穴は開いていない。クランパ９の材質は配線板６０を押圧したときに導体６２を傷つけないものでドリル７ｂで穴開け可能なら何でも良い。一般にはベークライト、穴開けの熱で軟化しないプラスチック、木材等が広く使用できる。
【００７３】
クランパ９の使用法を説明する。上述のようにスピンドル７とクランパ９はＹ移動架台に取り付けられ、その平面的な位置関係は穴開け時には不変とされている。
まず、穴の開いていないクランパ（材）９がクランパ支持具９ｂにクランパねじ９ｃで止められる。次にドリル７ｂでクランパ（材）９に穴開けする。実際に基準穴の穴開けに使用するドリル７ｂでクランパ材に穴開けされて初めてクランパ９となる。このため、クランパ９の穴は常にドリル７ｂの位置に一致し、穴径もドリル径に相当している。必ず、多層プリント配線板に基準穴を開けるドリル７ｂそのもので無垢のクランパ材に穴開けすることが必要である。
この後、実際に配線板６０に穴開けする。このときも、クランパ９に開けた穴とドリル７ｂの位置とは常に一致しているので、切り屑１８はドリル７ｂがクランパ９の穴を上昇するにつれ、確実に導体６２から切り離されて、ドリル７ｂの先端に乗ったまま穴の奥に運ばれる。
【００７４】
初めにクランパ９にドリル７ｂで深く穴開けすれば、かなりの穴数の加工が可能であるが、図１１（ｄ）に一点鎖線で示すように、予め、クランパ９の上部に空洞部９ｄを作っておけば、切り屑１８はこの空洞部９ｄに溜まり、ドリル７ｂの寿命に相当する穴数分の切り屑１８を収容できる。この空洞部９ｄはクランパ支持具９ｂに設けても良い。
また、クランパ支持具９ｂに穴を開け、空洞部９ｄと連絡すれば、エアの吸引等で切り屑１８をこの穴を介して排除する方策も考えられる。
本クランパの使用により、切り屑１８が導体６２から分離しない事故を完全に防止すると共に、配線板６０を押圧する位置をドリル７ｂのごく近くにできるため、配線板６０に過大な曲げ応力が掛かるのを防止する効果も併せ持つものである。
【００７５】
以上説明したようなクランパは、呼び径が同一のドリル７ｂを使用するなら、ドリル交換しても穴開け位置はほとんど不変であり、クランパの穴径が磨耗して使用限度以上に拡大するまで、クランパを使い続けることができる。
また、通常、基準穴として使用される穴径は、例えば穴径３ｍｍ〜５ｍｍの範囲で呼び径として３種類程度が常用されている。ここで、少なくとも２種類以上の穴が開けられる程度の大きさのクランパとし、クランパが水平に移動してドリル７ｂに対する相対位置が変えられるようにしておけば、作業ロットが変わって穴開け作業に使用するドリル７ｂの呼び径が変わっても、クランパのスピンドルに対する相対位置を移動させて、クランパは交換せずに済ますことができる。
勿論、クランパとドリルの相対位置の変更は、実際の穴開け作業中には行わず、例えばドリル交換直後等の、いわば、準備作業中に行われる。
【００７６】
穴開け作業の対象であるプリント配線板の基板材料としては、前述のように、熱硬化性のガラス・エポキシ樹脂等が使用されている。その難切削性のためドリル７ｂの寿命は短く、かなり頻繁にドリル７ｂを交換する必要が生じる。
このドリル交換作業は、例えば図１１（ａ）等に示すように、通常ドリルチャック７ａからドリル７ｂを上に抜き去り、新しいドリルと交換するので、クランパ９がドリルの直上部にあると、視界も悪く、ドリル交換の妨げとなる。従って、ドリル交換のために、クランパがドリルの直上位置から待避できる水平移動機構を装備するのが普通である。この移動機構に少しの機能を追加して、ドリル７ｂに対して、クランパの相対位置が変えられるようにしても、そのためのコスト上昇分は僅少で済む。
【００７７】
次に図１２を参照して、クランパ３９と移動機構付きのクランパ支持具３９ｂの説明をする。図１２（ａ）はクランパ３９とクランパ支持具３９ｂを断面図として示してあり、図１１（ｄ）とほぼ同様な構成となっている。
図１２（ｂ）〜（ｅ）はクランパ３９とドリル７ｂの相対位置を説明する模式図である。
図１２（ａ）で、クランパ支持具３９ｂは図の矢印方向に、例えばＹｍ軸に平行に、移動できる。中央の軸部でエアシリンダ９ａのアクチュエータと連結されてプリント配線板を押圧するため上下に移動する。図示していないが、移動のための機構としては、例えば、クランパ支持具３９ｂを直線ガイドで支持し、リニアモータ、エアシリンダ等で駆動する、各種の周知の移動手段が利用できる。Ｚｍ軸に直角な平面内の移動であれば上例のように直線的に移動しても良く、例えば円運動でも差し支えない。
クランパ支持具３９ｂにクランパ３９が取り付けられる。取付方法も任意の方法が採用可能であるが、１例として、本図ではクランパ支持具３９ｂに段付きの取付部を設けて上下の受けとし、クランパ３９を挿入し、小ネジ３９ｃ、３９ｃで固定する簡易な構造としている。クランパ３９は複数個の穴開けが可能なよう、先に（図１１を参照して）説明したクランパ９より、大型に形成されている。
【００７８】
クランパ支持具３９ｂは、ドリル７ｂに対し、図１２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、例えば４種の位置に移動して静止することができる。
クランパ３９は、図１２（ｂ）の位置では呼び径（直径）がＤ１のドリル７ｂで穴開けされる。クランパ支持具がこの位置であれば、呼び径Ｄ１のドリル７ｂに対応できる。同様にクランパ３９が図１２（ｃ）の位置で呼び径Ｄ２のドリル７ｂに、図１２（ｄ）の位置で呼び径Ｄ３のドリル７ｂに対応した穴が開けられ、３種類の呼び径を持つドリル７ｂに対応できる。クランパ３９の停止位置を増加すれば、更に多種類の呼び径のドリルに対応することも可能である。
図１２（ｅ）はドリル交換位置を示し、クランパ３９はドリル７ｂの上から完全に移動している。即ち、ドリル７ｂの廻転駆動手段であるスピンドル７の先端に装備されたチャック７ａから、ドリル７ｂを上に抜いて交換するのを妨げない場所に、クランパ３９は待避する。
なお、多数のワークを同一呼び径のドリルのみで穴開けする場合も、クランパに複数個の穴を設けられるので、クランパ交換時期を大幅に伸ばすことができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上、説明したように、多層プリント配線板に基準穴を開ける穴開け機に対して、３点以上のガイドマークを付加した内挿板の重心位置と、設計時のガイドマークと同一の座標を仮想基準穴とする座標に対する重心位置とを求め、この２つの重心位置を中心として前記各ガイドマークと各仮想基準穴の座標の距離の全ての自乗和が最も小さくなるような回転角度を求めるようにし、この回転角度に基づいて算出された機械系の座標位置に基準穴を開けるように制御する制御装置を設けることにより、３点以上の多点のガイドマークを付けた場合でも基準穴の設定ができるようになり、配線板の広範囲の変形に対応したより正確な基準穴の穴開けが可能となり、次工程以降の配線板の歩留りの向上に寄与できる。
また、レイアップ段階で本多点穴開け方式を適用した穴開け機を使用して、ホットプレス工程の狂いを最小に押さえ、更なる多層配線板の精度向上を狙うことが可能なのも大きな効果である。
さらに、クランパ構造の改善により、確実な切り屑の切り離しが期待でき、穴位置確認の座標観測時のトラブルを減少した効果も大きい。クランパ支持具を独立して移動可能とすれば、ドリル交換時に邪魔にならず、クランパ交換の頻度を減少して、利便性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態である（基準穴）穴開け機の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態である（基準穴）穴開け機の構造を模式的に示す正面図及び側面図である。
【図３】 本発明の実施の形態である（基準穴）穴開け機の構造を模式的に示す平面図である。
【図４】 穴開け機の可動テーブルの構成を説明する模式図である。
【図５】 穴開け機のＸ線カメラとスピンドルを載置するＹ移動架台の動きを示す投影図である。
【図６】 多数穴基準の振り分け穴開けの原理を説明する模式図である。
【図７】 多点振り分け方式でガイド穴を開けた、レイアップ前の単独両面配線板とレイアップ用治具板によるレイアップ工程を説明する模式図である。
【図８】 レイアップ前の単独の両面配線板にガイド穴を加工する穴開け機の構成を説明する斜視図である。
【図９】 図８に示す穴開け機の要部を説明する投影図である。
【図１０】 可動テーブルの送り方向と移動量の狂いの補正方法を説明する模式図である。
【図１１】 クランパの構造を示す模式的な斜視図及び断面図である。
【図１２】 水平方向に移動するクランパの構造を示す断面図及び機能を説明する模式図である。
【図１３】 多層プリント配線板の構造を説明する模式図である。
【図１４】 多層プリント配線板の構造を説明する断面図である。
【図１５】 従来の２穴振り分け（基準穴）穴開け機の基準穴位置の求め方と機械の構成を模式的に示す平面図である。
【図１６】 従来の２穴振り分け（基準穴）穴開け機の構成を模式的に示す正面及び側面図である。
【符号の説明】
１ 穴開け機、２ 筺体、３ 架台、４ Ｘ線発生装置、４ａ Ｘ線発生管、
５ Ｘ線防護管、５ａ 穴、６ Ｘ線カメラ、７ スピンドル、７ａ チャック、７ｂ ドリル、７ｃ エアシリンダ、８ スピンドル架台、９ クランパ、９ａ エアシリンダ、９ｂ クランパ支持具、９ｃ クランパねじ、１０ Ｘ移動架台、１１ Ｙ移動架台、１２ 可動テーブル、１０ａ、１１ａ、１２ａ 直線ガイド（ＬＭガイド）、１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ ボールねじ、１３ 逃げ穴（１、２穴）、１３ａ 逃げ穴（３、４穴）、１４ Ｘ軸治具板 １５ Ｙ軸治具板、１４ｈ、１５ｈ 治具板小穴、１４ｓ、１５ｓ 小ねじ、１６ 穴開け位置（１、２穴）、１６ａ 穴開け位置（３、４穴）、１７ 作業者位置（白抜き矢印）、１８ 切り屑、３１ （両面配線板用の）（基準穴）穴開け機、３２、３２ａ ＣＣＤカメラ、３９ クランパ、３９ｂ クランパ支持具、３９ｃ クランパねじ、５０ 機械座標系（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ、機械原点Ｏｍ）、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ ガイドマーク、Ｐｇ ガイドマークの重心、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４ （仮想）基準穴、Ｈｇ （仮想）基準穴の重心、α 回転角（Ｕ軸とＸ軸のなす角度）、６０ 多層プリント配線板、６１、６１Ａ 両面配線板、６１ａ、６１ａＡ 単一配線板のパターン、６２ 導体、６３ （絶縁）基板、６４、 プリプレグ、６４ａ、６４ａＡ プリプレグ（基準穴付き）、６５、６５Ａ、６５Ｂ （レイアップ用）基準穴、６６、Ｐ ガイドマーク、６７、Ｈ 基準穴、６８、６８Ａ レイアップ治具板、６８ａ、６８ａＡ、６８ａＢ 位置決めピン、６９ 最大配線板外形、６９ａ 最小配線板外形、７０ 影響範囲、Ｈａ 表裏識別用ガイドマーク

Claims (3)

1. 直交するＸｍ軸とＹｍ軸を持つ機械座標系を設定した基準穴穴開け機筺体に固定された架台と、
   多層プリント配線板の構成要素であるプリント配線板の導体層に形成された少なくとも３点以上のガイドマークを観測するカメラ観測装置と、
   前記カメラ観測装置と同一の移動架台に搭載され、前記プリント配線板に基準穴を穴開けする穴開け装置と、
   前記Ｘｍ軸と前記Ｙｍ軸に平行な送り方向を持ち、前記プリント配線板と前記観測装置、及び前記穴開け装置の相対位置を変換する送り装置と、
   前記カメラ観測装置により観測された前記ガイドマークの座標から基準位置となる穴開け位置を算出し、前記送り装置を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記少なくとも３点以上のガイドマークの観測値より、前記各ガイドマークを単位質点で置き換えたと見なしたときの第１の重心位置と、
   前記ガイドマークと同数で、且つ、設計時のガイドマーク座標と同一の座標を持つ仮想基準穴の設計時の座標値から、前記仮想基準穴を単位質点で置き換えたと見なしたときの第２の重心位置と、
   を一致させるように設計時の座標系を変換し、
   前記第１と第２の重心位置を回転中心として、前記変換された設計時の座標系を角度（α）で回転させたときに、前記各ガイドマークと対応する前記各仮想基準穴との距離の自乗和を前記全ガイドマークについて足し合わせた値が最小となる角度を求め、
   この角度（α）で回転させた仮想基準穴の座標値に基づいて、前記Ｘｍ、Ｙｍ軸上の基準穴座標を設定して基準穴を開けるように制御する
   ことを特徴とする基準穴穴開け機。
2. 上記穴開け装置はスピンドルと同一移動架台に設けられているクランパ支持具を備え、
   前記スピンドルと前記クランパ支持具が、Ｘ、Ｙ軸平面内で同時に移動可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の基準穴穴開け機。
3. 上記カメラ観測装置は可視光を検出するＣＣＤカメラによって構成され、前記穴開け装置はレイアップ前の両面プリント配線板に対して基準穴を開けることを特徴とする請求項１に記載の基準穴穴開け機。

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