JP4126147B2 - プリント基板加工機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板加工機に係り、特に、加工速度を向上させるのに好適なプリント基板加工機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
プリント基板加工機の代表的なものとして、図10に示すような、ドリルによりプリント基板に穴明けを行うプリント基板穴明機がある。同図において、ベッド1上には、直線案内手段2を介してテーブル3がX方向に移動可能に支持され、送りねじ4を介してモータ5によって駆動される。
【0003】
クロスガイド6はテーブル3の移動経路を跨ぐようにベッド1に固定されている。このクロスガイド6には、直線案内手段7を介してクロススライド8がY方向に移動可能に支持され、送りねじ9を介してモータ10により駆動される。
【0004】
前記クロススライド8には、それぞれ直線案内手段11を介してサドル12がZ方向に移動可能に支持され、送りねじ13を介してモータ14により駆動される。このサドル13には、それぞれ一端にドリル15を保持するためのチャックを備え高速回転可能なスピンドル(図示せず)を内蔵したスピンドルユニット16が支持されている。
【0005】
なお、前記各スピンドルユニット16の下部には各一対のエアシリンダ(図示せず)が配置され、このエアシリンダにスピンドルユニット16の下端部に摺動可能に嵌合し、その先端およびスピンドルに支持されたドリル15を覆うように配置されたプレッシャフット(図示せず)が設けられている。
【0006】
このような構成で、テーブル3上に複数のプリント基板17を配置、固定し、スピンドルにドリル15を取り付けた状態で、モータ5とモータ10を作動させてテーブル3とクロススライド8をXY方向に相対移動させ、プリント基板17とドリル15をXY方向に位置決めした後、モータ14を作動させ、サドル12を介してスピンドルユニット16をZ方向に移動させて、プリント基板17の穴明けを行う。
【0007】
このとき、サドル12が下降すると、まず、プレッシャフットがプリント基板17に当接し、プレッシャフットを支えているエアシリンダに供給されている圧縮空気の圧力により、たとえば、50kgfの力でプリント基板17を押さえ、スピンドルユニット16がさらに下降してドリル15をプリント基板17に切り込ませて穴明けを行う。
【0008】
プリント基板の多層化、高密度化により、プリント基板に加工される穴の位置精度は、±5μm以下の高精度が要求されている。プリント基板に加工された穴の位置精度を低下させる要因としては、プリント基板穴明機自体の精度の外に、加工時におけるテーブルの撓み、テーブルとプリント基板との熱変形差などがある。
【0009】
プリント基板としては、一般にガラス繊維をエポキシ樹脂で固めたガラス/エポキシ複合材料に銅箔を貼ったガラス/エポキシ樹脂銅張積層板が用いられており、この材料の線膨張係数は、鉄鋼材料の線膨張係数の線膨張係数とほぼ等しい。
【0010】
プリント基板穴明機のベッド、クロスガイド、クロススライド、テーブルなど主要な構造物は鉄鋼材料で形成され、テーブルは、鉄の鋳造物が用いられており、穴明け加工時の荷重に対する撓み剛性を確保するため、ある程度の肉厚を持たせた重量の大きなものになっている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
プリント基板穴明機においては、穴の加工位置精度の向上とともに、加工速度の向上を求められている。プリント基板の加工時間には、プリント基板とドリルのXY方向の位置決め時間と、プリント基板に対する穴明け時間と、ドリルの交換時間等がある。そして、穴明け時間は、ドリルの径、材質などにより最適な回転数や切り込み速度が決まるため必要以上に短縮することはできない。
【0012】
したがって、プリント基板の加工速度を向上させるためには、プリント基板とドリルに位置決め時間を短縮することが必要になる。すなわち、テーブルとクロススライドの加速度を上げる必要がある。テーブルやクロススライドの加速度は、モータの容量、送りねじの摩擦、移動体の重量が関係する。そして、移動体の重量を半減すれば、同容量のモータを用いて加速度をほぼ2倍にすることができる。テーブルに比べ比較的軽量であるクロススライドの加速度を上げることは可能であるが、重量の大きなテーブルは加速度を上げるのが困難であった。
【0013】
前記の事情に鑑み、本発明の目的は、テーブル軽量化してその加速度を向上させ、加工速度を向上させることが可能なプリント基板加工機を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本出願の請求項1に記載の発明においては、プリント基板を載置するテーブルと、前記テーブルの上方に配置されたクロススライドとをXY方向に相対移動させるとともに、前記クロススライドに支持された主軸部をZ方向に移動させてプリント基板の加工を行なうプリント基板加工機において、繊維強化樹脂積層板で箱型に構成され、線膨張係数がプリント基板とほぼ同じに調整されたテーブルを設けた。
【0015】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記テーブルの内部に、軽量のコア材を配置した。
【0016】
さらに、請求項3に記載の発明は、請求項1もしくは請求項2に記載の発明において、前記テーブルの表面に金属板を取り付けた。
、プリント基板を載置するテーブルと、前記テーブルの上方に配置されたクロススライドとをXY方向に相対移動させるとともに、前記クロススライドに支持された主軸部をボールねじを介してZ方向に移動させてプリント基板の加工を行なうプリント基板加工機において、繊維強化樹脂積層板で構成され、線膨張係数がプリント基板とほぼ同じに調整されたテーブルを設けた。
【0017】
また、請求項2に記載の発明は、
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0018】
図1ないし図6は、本発明の第1の実施の形態を示すもので、図1は、本発明によるプリント基板加工機のテーブルの部分破断斜視図、図2は、図1における板材の構成図、図3は、図1における板材の積層例を示す側面断面図、図4は、FRP積層板の座表系を示す図、図5は、応力成分の定義を示す図、図6は、FRP積層板の合応力、合モーメントを示す図である。
【0019】
図1において、20はテーブルで、表面板21と、前後面板22と、側面板23と、底面板24およびリブ板25を接着して形成されている。なお、前記各面板21ないし24およびリブ板25は、図2に示すように、複数の繊維強化樹脂(FRP)26a、26b、26c、26d、26e、26f・・・を張り合わせて構成された積層板26を用いている。
【0020】
前記積層板26は、たとえば、図3に示すように、ガラスファイバを0°、90°に編み込んだ厚さ1.68mmのガラスファイバロービングクロスFRP板26aの両面に、ガラスの短繊維をマット状にした厚さ0.7mmのガラスファイバチョップドストランドマットFRP板26bを積層し、さらにその両面に厚さ0.56mmのガラスファイバロービングクロスFRP板26cを積層し、さらにその両面に厚さ0.7mmのガラスファイバチョップドストランドマットFRP板26bを積層し、さらにその両面にカーボンとガラスの長繊維を0°、90°に編み込んだ厚さ0.7mmカーボン・ガラスファイバハイブリッドクロスマットFRP板26dを積層して一体に加熱圧着して形成することができる。
【0021】
このようにして形成された積層板26の座標を図4に示すように定義すると、図5に示すようなLT座標系で、L方向のヤング率EL 、T方向のヤング率ET 、剪断剛性GLT、ポアソン比νLT、νTL、L方向の線膨張係数αL 、T方向の線膨張係数αT 、を持つように繊維配向されたFRPラミナが、xy座標系に対してθ傾いている場合、LT座標系での応力ーひずみの関係は、数1で表される。
【0022】
【数1】
ここで、ΔTは、温度変化を表す。
【0023】
xy座標系での応力ーひずみの関係は、m=cosθ、n=sinθとすると、数2で表される。
【0024】
【数2】
また、図6に示すように、FRP積層板26に働く合応力Nx、Ny、Nxyを定義すると、FRP積層板26の中央面のひずみεx0、εy0、εxy0、積層板26の曲率κx、κy、κxyと合応力、合モーメントとの関係は、数3のように表される。
【0025】
【数3】
前記数3の左辺のNx、Ny、Nxy、Mx、My、Mxyを0としてひずみεx0、εy0、εxy0、曲率κx、κy、κxyを解くと、ΔT温度上昇したときの板のひずみと曲率を求めることができる。
【0026】
また、プリント基板加工機のテーブルとして用いる場合、温度変化により積層板26が撓まないようにする必要がある。すなわち、如何なる温度変化に対しても前記積層板26の曲率κx、κy、κxyが0になるように積層構造を設定する必要がある。このためには、前記数3のBij成分および、MTx 、MTy 、MTxy の項が温度に関係なく0とならなければならない。
【0027】
前記の条件を満たすためには、図3に示すように、FRP板26aに対し上下対象にFRP板26b、26c、26dを積層すればよい。このような積層板26を構成したとき、積層板26は熱変形によって面内変形のみを生じ、ΔT度の温度変化が発生したとき、その変形量は前記数3の左辺を0としたときのひずみεx0、εy0、εxy0の解となる。
【0028】
ΔT=1としたときのひずみεx0、εy0、εxy0がそれぞれx方向の線膨張係数αx0、y方向の線膨張係数αy0、剪断方向の線膨張量αxy0を表すと、線膨張係数がx、y方向に等方であるためには、αxy0=0、αx0=αy0であることが必要である。
【0029】
プリント基板穴明機の主要な構造物であるベッド、クロスガイド、クロススライドなどを形成する鉄鋼材の線膨張係数は、11.7×10−61/Kであり、プリント基板を形成するガラス/エポキシ樹脂銅張積層板の線膨張係数αPは、αP=11〜13×10−61/Kである。
【0030】
図3に示すFRP板26a、26b、26c、26dは、それぞれほぼ等方的な性質を示し、面内ヤング率E、ポアソン比ν、線膨張係数αは、表1に示す特性を有する。
【0031】
【表1】
そして、これらの値を用いて、上記の数3で積層板26の線膨張係数を求めると、αx0=αy0=12×10−61/Kとなり、前記プリント基板穴明機の主要構造物やプリント基板とほぼ等しい線膨張係数とすることができる。
【0032】
すなわち、積層板26を用いることにより、従来と同じ剛性で、従来の鉄鋼性のテーブルに比べ17〜30%軽量化し、かつ、プリント基板穴明機やプリント基板との熱変形差の小さなテーブルを構成することができ、テーブルの加速度を向上させることが可能なプリント基板加工機を提供することができる。
【0033】
図7は、本発明の第2の実施の形態を示すもので、(a)はテーブルの部分破断斜視図、(b)は、同断面図である。
【0034】
同図において、テーブル30は、前記図3に示す積層板26で形成された表面板31と、前後面板32と、側面板33と、底面板34を接着して構成され、これらで形成される空間内にハニカム構成のコア材35が配置されている。このコア材35は、紙もしくはアルミニウムなどの軽量金属で形成されている。
【0035】
このような構成としても、前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、コア材35は、ハニカム(六角形)構造だけでなく、円筒状の部材を用いたものであっても良い。
【0036】
図8は、本発明の第3の実施の形態を示すもので、(a)はテーブルの部分破断斜視図、(b)は、同断面図である。
【0037】
同図において、テーブル40は、前記図3に示す積層板26で形成された表面板41と、前後面板42と、側面板43と、底面板44を接着して構成され、これらで形成される空間内にハニカム構成のコア材45が配置されている。このコア材45は、ウレタン等の発泡性樹脂で形成されている。
【0038】
このような構成としても、前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0039】
図9は、本発明の第4の実施の形態を示すもので、テーブルの部分破断斜視図である。
【0040】
同図において、50はテーブルで、表面板51と、前後面板52と、側面板53と、底面板54およびリブ板55を接着して形成され、その表面板51上に金属板56を取り付けている。
【0041】
このような構成とすることにより金属板56の表面を研削加工により平坦に加工することができる。なお、金属板56には、線膨張係数がプリント基板とほぼ等しい鉄材量を用いることが望ましい。
【0042】
また、この実施の形態では、テーブルの表面に溝57を形成しているので、この溝57内にプリント基板のクランプ機構や、搬送機構を組み込むことができる。
【0043】
【発明の効果】
以上述べた如く、本出願の請求項1に記載の発明によれば、プリント基板を載置するテーブルと、前記テーブルの上方に配置されたクロススライドとをXY方向に相対移動させるとともに、前記クロススライドに支持された主軸部をボールねじを介してZ方向に移動させてプリント基板の加工を行なうプリント基板加工機において、繊維強化樹脂積層板で箱型に構成され、線膨張係数がプリント基板とほぼ同じに調整されたテーブルを設けたので、プリント基板加工機のテーブルの軽量化を実現し、テーブルの加速度を向上させ、加工速度を向上させることが可能なプリント基板加工機を提供することができる。
【0044】
また、前記テーブルの内部に、軽量のコア材を配置したので、従来のものと比較して、剛性を低下させることなくテーブルの重量をより軽量化することができ、より加工速度を向上させることができる。
【0045】
さらに、前記テーブルの表面に金属板を取り付けたので、テーブルの表面を平面に加工することができ、加工時におけるプリント基板の変形を防止してプリント基板の加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプリント基板加工機のテーブルの部分破断斜視図。
【図2】図1における板材の構成図。
【図3】図1における板材の積層例を示す側面断面図。
【図4】FRP積層板の座表系を示す図。
【図5】応力成分の定義を示す図。
【図6】FRP積層板の合応力、合モーメントを示す図。
【図7】本発明の第2の実施の形態を示すもので、(a)はテーブルの部分破断斜視図、(b)は、同断面図。
【図8】本発明の第3の実施の形態を示すもので、(a)はテーブルの部分破断斜視図、(b)は、同断面図。
【図9】本発明の第4の実施の形態を示すもので、テーブルの部分破断斜視図。
【図10】プリント基板加工機の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
3…テーブル、8…クロススライド、16…スピンドルユニット、17…プリント基板、26…積層板、20、30、40、50…テーブル、35、45…コア材、56…金属板。
Claims (3)
- プリント基板を載置するテーブルと、前記テーブルの上方に配置されたクロススライドとをXY方向に相対移動させるとともに、前記クロススライドに支持された主軸部をZ方向に移動させてプリント基板の加工を行なうプリント基板加工機において、繊維強化樹脂積層板で箱型に構成され、線膨張係数がプリント基板とほぼ同じに調整されたテーブルを設けたことを特徴とするプリント基板加工機。
- 前記テーブルの内部に、軽量のコア材を配置したことを特徴とする請求項1に記載のプリント基板加工機。
- 前記テーブルの表面に金属板を取り付けたことを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載のプリント基板加工機。
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