JP4707688B2 - 切削塵除去装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子回路基板の切断や、樹脂材への彫刻等の加工の際に発生する切削塵の集塵を行う切削塵除去装置に関する。
電子回路基板を製造する際、効率化のため、複数枚を同時に製造して、その後、一枚ずつの電子回路基板に切断する方法が採られている。その一枚ずつに切断する際に、切削工具が用いられるが、その切削の際に、切削塵が発生する。また、樹脂材に工具を用いて彫刻を行う場合にも、樹脂の切削塵が発生する。かかる切削塵を残したまま加工を続けると、基板や樹脂材と工具との摩擦熱で切削塵が溶けて、基板や樹脂材の表面に付着し、除去が困難になったりするし、切削塵の付着が、その後の工程で問題となることもある。
このような、電子回路基板を切断したり樹脂板の彫刻等の加工をする際に発生する切削塵を集塵する場合、切削機構部全体を吸引装置内に収容し、基板下部より真空吸引により切断塵である切粉を除去したり、切断するルータビットなどの近傍に複数の吸引ノズル口を設置して吸引している。しかし、これらは、装置寸法が大きくなったり、切断塵の十分な除去が出来なかったりする。
そのような問題を解消するために、例えば特許文献1には、基板切断部及びルータビットの直近を囲うノズルを設置し、切粉を吸引する集塵装置が開示されている。
また、特許文献2には、吸引口の周囲に形成した空気の吐出口から切粉に空気を吹付けて舞い上がらせ、吸引口から吸引除去する切粉除去装置が開示されている。
特開平10−315094号公報 特開昭62−246455号公報
しかし特許文献1に記載された集塵装置においては、切断工具の稼働率を上げるためにルータビットの切削位置を移動して使用する際に、ノズルの先端と基板の距離が短いため十分な位置移動が行えない。また、ノズルをルータビットに接近させるため、吸引口が狭くなり、吸引空気量が減って吸引残塵が出たりする。
特許文献2に記載された切粉除去装置においては、吸引口の周囲の吐出口から吐出する空気の風圧は吸引空気の主流より大きく出来ないので、吐出空気の効果を十分にワーク表面切粉に与えることが難しい。また、吐出するエアーの風圧を大にすると、切粉を周囲に飛ばしワークに再付着させることもある。
そこで本発明は、電子回路の基板の切断や、樹脂材への彫刻加工等の際の切削塵の集塵除去効率を高めることのできる切削塵除去装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明の第1の構成に係る切削塵除去装置は、切削工具及びその駆動手段を有する切削装置と、前記切削装置を囲うように配置され、前記切削工具の外周に近接する位置に吸引口を有し、端部が吸引機に接続される除去具と、を備え、前記除去具の吸引口に回転自在に設けられ、中心部に前記切削工具が貫通する開口が設けられた円盤状の回転板であって、前記吸引口から吸引される吸引空気流を受けかつ前記吸引空気流を流通あるいは阻止する開口部及び閉口部が前記中心部の開口の周囲に設けられ、外周が前記吸引機側に配置される回転板を設けたことを特徴とする。
本発明の第1の構成においては、除去具の吸引口と、切削工具が切削している被加工物との間の空隙により、上昇する吸引空気の流層が発生し、その上昇流により、切粉が基板へ付着することを抑えることができる。
また切削工具が吸引空気流中にあるため、切削工具に付着した切粉をも剥離する。
吸引口を有する除去具は、切削工具及び切削工具の駆動手段を覆う形態であるため、吸引され上昇する空気流による切削工具の冷却と、駆動手段に沿って下降する空気流により、駆動手段の冷却と、吸引され上昇する切粉の駆動手段への侵入の遮断が同時に可能となる。さらに、除去具の吸引口に回転自在に設けられ、中心部に前記切削工具が貫通する開口が設けられた円盤状の回転板であって、前記吸引口から吸引される吸引空気流を受けかつ前記吸引空気流を流通あるいは阻止する開口部及び閉口部が前記中心部の開口の周囲に設けられ、外周が前記吸引機側に配置される回転板を設けたことにより、回転板が回転するときに開口部および閉口部も回転し、切削部の周囲に、連続した旋回空気流を与えることが可能となる。これにより、切削工具の全周にわたって連続して吸引掃引でき、効率よく切粉を除去できる。
本発明の第2の構成に係る切削塵除去装置は、前記回転板は、前記吸引機による吸引空気流を受けて回転する自発回転機構付き回転板であることを特徴とする。
この第2の構成においては、回転板を、吸引機による吸引空気流を駆動源として自発回転させるものである。
本発明の第3の構成に係る切削塵除去装置は、前記回転板が、外部駆動手段によって回転する外部駆動回転板であることを特徴とする。
この第3の構成においては、回転板を、外部駆動手段によって強制回転させるものである。
本発明の第4の構成に係る切削塵除去装置は、前記除去具の吸引口に設けられ、開口部と閉口部とで構成される固定シャッター部と、前記回転板に設けられ、その回転により前記固定シャッター部の開口部を開閉する開口部を有する回転シャッター部と、からなるシャッター機構を設けたことを特徴とする。
この第4の構成においては、シャッター機構による断続的な衝撃空気流によって、残存付着切粉を更に効率良く吸引除去することが可能となる。
本発明の第5の構成は、第2の構成において、前記自発回転機構付き回転板の自発回転機構は、前記吸引機による吸引空気流を受けて回転する回転翼であることを特徴とする。
この第5の構成においては、回転板に回転翼を設けることにより、回転翼で吸引空気流を受けて回転板が自発回転する。
本発明の第6の構成は、第2または第5の構成において、前記除去具に設けられ、前記吸引口から吸引される吸引空気流が不十分なときに補助するための空気流を導入する補助空気導入機構を設けたことを特徴とする。
この第6の構成においては、自発回転機構付き回転板において、吸引空気流が不十分で初動の回転力が不足する場合があるとき、これを補助空気導入機構によって補い、回転板を確実に回転させる。
本発明の第7の構成は、第3の構成における前記回転板を回転する前記外部駆動手段は、前記除去具に設けられて、前記回転板を磁気力で回転させる磁気装置であることを特徴とする。
この第7の構成においては、外部駆動手段を、回転板を磁気力で回転させる磁気装置とすることにより、回転板に非接触で回転板を回転させることができる。なお、自発回転機構付き回転板の初動を磁気装置で補助することも可能である。
本発明の第8の構成は、前記固定シャッター部の開口部形成位置分割数と、前記回転シャッター部の開口部形成位置分割数が、それぞれの開口数の最小公倍数の整数倍であることを特徴とする。
この第8の構成においては、固定シャッター部の開口部形成位置分割数と、回転シャッター部の開口部形成位置分割数を、それぞれの開口数の最小公倍数とすることにより、間欠的な空気衝撃流が切削工具の周りを順序よく1回転することになる。
本発明の第9の構成は、前記切削装置において前記除去具は、独立して上下移動可能としたことを特徴とする。
この第9の構成においては、切削装置と除去具を、独立して上下移動可能とすることにより、被加工物と除去具先端間に適度の空隙を設け吸引用空気流層を生じせしめると同時に切削工具の上下移動が行える。
本発明によれば、切削工具及びその駆動手段を有する切削装置と、前記切削装置を囲うように配置され、前記切削工具の外周に近接する位置に吸引口を有し、端部が吸引機に接続される除去具と、を備え、前記除去具の吸引口に回転自在に設けられ、中心部に前記切削工具が貫通する開口が設けられた円盤状の回転板であって、前記吸引口から吸引される吸引空気流を受けかつ前記吸引空気流を流通あるいは阻止する開口部及び閉口部が前記中心部の開口の周囲に設けられ、外周が前記吸引機側に配置される回転板を設けたことにより、電子回路基板の切断や、樹脂材への彫刻加工等の際の切削塵の集塵除去効率を高めることができる。
以下、本発明の実施の形態を、図1〜図12を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る切削塵除去装置を備えた除去具および切削装置の概略構成を示す断面図、図2は固定開口板の一部切欠斜視図、図3〜図5は回転シャッター板の各例を示す平面図、図6〜図8は回転シャッターの回転動作を示す説明図である。
また、図9および図10は、それぞれ回転シャッター板の実施の形態2および実施の形態3を示す除去具先端部の概略断面図である。図11は本発明の実施の形態4である回転板の補助空気導入機構を示す断面図、図12は本発明の実施の形態5である回転板の磁気装置を示す断面図である。
<実施の形態1>
本発明の実施の形態1を、図1から図8に基づいて説明する。ここでは、加工対象として、電子回路基板の場合について説明する。
図1に示すように、切削装置は、電子回路基板8を切削する切削工具としてのルータビット5と、ルータビット5を固定するビットチャック6と、ビットチャック6を回転させる駆動手段としてのスピンドルモータ7を備えている。この切削装置を囲むように、除去具1が配置され、除去具1と切削装置は、独立に上下動する機構(図示せず)に固定されている。なお、切削装置は、除去具1の上下動の機構上にあってさらに単独で上下動する機構に固定されていてもよい。
除去具1および切削装置は、X、Y方向に移動する機構に設置される。または切削対象の電子回路基板8を、除去具1および切削装置とは違うXまたはYいずれかの方向に独立に動く機構に設置するようにしてもよい。
除去具1の先端の吸引部には、スピンドルモータ7側からルータビット5を囲むように除去具1に固定形成された図2の固定開口板2が円錐筒状あるいは円筒状に突出しており、外周に吸引口としての開口部aを(本例では3つ)有している。これが、固定シャッター部となる。
その固定開口板2を図1の斜線部3である図3,図4,図5に示す回転シャッター板3,3',3''のいずれかが囲むように設置される。回転シャッター板3,3',3''の内周部には、固定開口板2の円錐筒状あるいは円筒状部とはわずかな空隙をもって、開口部dと閉口部bからなる回転シャッター部が設けられており、また、回転シャッター板3,3',3''は外周部の隙間嵌め部eで、除去具1に対して回転自在に嵌合されている。なお、回転シャッター板3,3',3''の隙間嵌め部eを含めた先端部を、除去具1本体から取り外し可能にする手段として図1の先端部脱着用ねじ部15に示すように、先端部にねじ込む構成としてもよい。
図1の右部は、固定開口板2の開口部aと回転シャッター板3の開口部dが重なった状態を示し、左部は固定開口板2の別の開口部aを回転シャッター板3の閉口部bが遮蔽している状態を示している。
除去具1の上部はドーナツ状の空洞部となっており、吸引機接続口4に、外部吸引機(図示せず)が接続される。
固定開口板2及び回転シャッター板3,3',3''の動作について説明する。
回転シャッター板3,3',3''の外周部には、吸引された空気流を受けて回転シャッター板3,3',3''を回転させる回転翼cが(本例では60°ごとに6つ)設けられている。
固定開口板2は、除去具1本体と一体に構成され固定である。空気流は、固定開口板2の開口部aを通過し、さらに回転シャッター板3,3',3''の開口部dを経由し吸引され、回転シャッター板3,3',3''の回転翼cに当り回転シャッター板3,3',3''全体を回転させる。
次に、本実施の形態の動作について説明する。
(起動準備動作)
それぞれの機構を初期の位置に移動させる。
除去具1およびスピンドルモータ7を、電子回路基板8の切断位置上に、X,Y方向移動機構(図示せず)により移動させる。
除去具1、スピンドルモータ7を前記X,Y方向移動機構によって、まず除去具1の先端部(吸引口)と電子回路基板8との間に適度の空隙が出来る位置に降下させ外部吸引機を作動する。
次にビットチャック6に締め付け固定したルータビット5を、スピンドルモータ7で回転させる。
(切削動作)
ルータビット5を降下し、電子回路基板8を切削する。固定開口板2の開口部aと回転シャッター板の開口部dが重なった状態のとき、除去具1と電子回路基板8との間の空隙の空気が、空気流の矢印9,10のように吸引され、発生した切削切粉が、除去具1に吸引され外部吸引機に集塵される。
またスピンドルモータ7の周辺の空気が空気流の矢印13,14の方向に吸引されるので、切削切粉がスピンドルモータ7側へ舞上がることなく吸引され、加えてスピンドルモータ7を冷却する。
(基本動作)
本実施の形態1の基本動作を固定開口板2と回転シャッター板3の組合せになる基本構成において、図1および図6を参照して説明する。
図6(a)において、吸引された空気流は、固定開口板2の開口部a1とそれに重なった回転シャッター板3の開口部d1を通りその隣接する回転翼cに当る。これにより回転シャッター板3は反時計回りに回転し、回転シャッター板3の開口部d1と固定開口板2の開口部a1の重なりが変化する。それぞれの開口部a1,d1が重なる位置にある場合、その開口部が位置する周辺の電子回路基板8上の空気流9,10の量は、最大となる。
さらに回転に伴い固定開口板2の開口部a1は、回転シャッター板の閉口部bにより徐々に閉じられ空気流9,10の流量は減少する。一方、閉口部bにより遮蔽されていた時計回りに120°の位置の開口部a3は、開口部d2との間で徐々に開放が始まり、図6(b)に示すように、この開口部周辺の空気流量は徐々に増加して行く。このとき反時計回り120°位置の開口部a2は継続して遮断されている。さらに回転シャッター板3が回転すると時計回り120°の位置の開口部a3は遮蔽に向かい、図6(c)に示すように、代わって反時計回り120°の位置の開口部a2が徐々に開放に向かう。このように回転シャッター板3が回転するに従い、電子回路基板8上の吸引空気流の方向が変化し、強弱を伴いながら半回転する。開口部d2とd1の位置が180°入れ替わると、図6(a)〜(c)を繰り返して、さらに半回転し、同様にして回転が継続する。
本例の場合、開口部a1,a2,a3は、ルータビット5による切削部を中心に120°毎の3方向に位置する。これによってルータビット5の切削部の切粉に順次3方向からの空気衝撃流を与え、ルータビット5と電子回路基板8より剥離することができる。切粉は、固定開口板2の開口部a1,a2,a3及び回転シャッター板3の開口部d1,d2を通って外部吸引機に吸引される。
(回転シャッター板の1方向開放)
他の実施例である、固定開口板2と回転シャッター板3'の組合せの場合について、図1と図7を用いて説明する。
回転シャッター板3'は回転翼cと吸引空気流の作用により自発回転するので、回転シャッター板3'が回転して図7(a)に示すようにそれぞれの開口部が重なると1方向から吸込まれる空気流が回転翼cに当り高速に回転シャッター板3'を回転させる。回転するにつれ、図7(b)に示すように、固定開口板2の開口部a1は徐々に閉口部bにより閉じられていき、さらに回転シャッター板3'の回転による慣性力により、図7(c)に示すように、開口部dが固定開口板2の閉口部bに重なり空気流の一時的遮蔽の後、固定開口板2の反時計回り120°の隣接開口部a2に達し次の空気吸引が起きる。外部吸引機の吸引力が変わらなければ、吸引口が1箇所であるため吸引流速度を高められる。回転シャッター板3'の回転により一周する間欠的吸引空気衝撃流が切削工具を含め切削部を横断するので、効率の良い切粉の除去が可能となる。
(回転シャッター板の3方向開放)
他の実施例である、固定開口板2と回転シャッター板3''の組合せの場合について、図1と図8を用いて説明する。
前記例と同じく回転シャッター板3''が自発回転し図8(a)に示すように、それぞれの開口部が重なると3方向から吸込まれる大量の空気流が回転翼cに当り高速に回転シャッター板3''を回転させる。回転シャッター板3''の回転による慣性力により、図8(b),(c)に示すように、60°の位置で開口部d1,d2,d3が固定開口板2の閉口部に重なり空気流の一時的遮蔽の後、120°の回転位置で固定開口板2の隣接開口部に達し次の大量空気吸引が起きる。
このように同時の3方向からの吸引はルータビット5周辺の急激な負圧いわゆる衝撃流を発生させるため切粉の効率良い除去が可能となる。
(固定開口板の全面を開口)
他の実施例(図示せず)では、固定開口板2の全面を実質的に開口し、回転シャッター板3、3''を使用すれば、ルータビット5の切削部に連続した旋回流を与えることが可能となる。これにより、ルータビット5の切削部の全周にわたって連続して吸引掃引でき効率良く切粉を除去出来る。このとき回転シャッター板3の開口部を1箇所にした回転シャッター板3'を使用してもよく、外部吸引機の吸引力が変わらなければ、電子回路基板8上の吸引流速度を高められる。しかも吸引口が1箇所であるため切削工具を横断する空気流による効率の良い切粉の除去が可能となる。
なお、吸引される空気流が別途設置された除電装置(図示せず)でイオン化されていれば、基板や切断具が除電されるため、切粉の付着を抑制できる。
(配置方法)
次に、固定開口板2と回転シャッター板3,3',3''の開口部の配置方法について述べる。
固定開口板2の開口数をmとし、回転シャッター板3の開口数をnとする場合、m、nの最小公倍数はmとnの積である。よって全周をm×n分割する。今、mを3とし、nを2とする。
表1のように、時計回りに分割区域を0,1,2,・・・,6とし、開口部を○印とすれば、固定板の開口場所は、原点の0番、2番、4番と6番である。ここで6分割であるから6番は一周した原点0番と同一である。一方回転シャッター板は、開口数nが2であるので原点の0番、3番および6番である。6番は、同様に0番原点となる。
今、回転シャッター板が反時計周りに回るとすると、n−0はm−5へ、n−3はm−2に移動する。これによってn−3の開口部が固定シャッターのm−2に重なり空気流が通過する。よって吸引点が時計周りに120°回った場所に移る。
さらに回転するとn−0は、m−5からm−4に移動し240°の次の吸引点となる。次にn−3がm−0(m−6)に重なり吸引点が一周することになる。この場合は、一個の吸引点が全周回転することになる。この間欠的な吸引は、付着した切粉に衝撃流を与えることになり剥離を促進させる。吸引点を対向した2箇所にする場合は、6の倍数の12分割とすれば良い。
Figure 0004707688
<実施の形態2>
次に回転シャッター板の実施の形態2を、図9を用いて説明する。図9においては、回転シャッター板3の隙間嵌め部16を除去具1先端部である回転シャッター板3の内周部に設け、さらに回転シャッター板3の中周部に穴(図示せず)を穿つなどを施す場合を示している。これによって回転シャッター板3の軽量化が図れ、慣性力が高められるので回転効率をあげることができる。この実施の形態2において、回転シャッター板3の動作は実施の形態1と同様である。なお図中15は、除去具先端部の清掃および回転シャッター板の交換などのための先端部脱着用ねじ部である。
<実施の形態3>
次に回転シャッター板の実施の形態3を、図10を用いて説明する。図10においては、回転シャッター板3の回転支持を固定開口板2の円錐筒状あるいは円筒状部とはわずかな空隙をもつ隙間嵌め部16によっておこなう構成にすることにより除去具1先端部形状の小型化および簡素化を図ることができる。この実施の形態3において、回転シャッター板3の動作は実施の形態1と同様である。なお図中15は、除去具先端部の清掃および回転シャッター板の交換などのための先端部脱着用ねじ部である。
<実施の形態4>
次に、本発明の実施の形態4である回転板の補助空気導入機構を図11を用いて説明する。図11においては、除去具1の固定開口板2に対して回転自在に設けられている回転シャッター板3の羽根cの近傍に、開閉駆動通気口17と開閉弁18を設ける。固定開口板2と回転シャッター板3の開口部と閉口部の組合せにより空気流が起動時に遮断される場合があるが、そのときに除去具1内部が減圧することを利用して、開閉弁18を開けて開閉駆動通気口17から空気を導入し、その空気流を回転翼cに当てることにより、回転シャッター板3を回転させるようにしたものである。なお図中15は除去具先端部の清掃および回転シャッター板の交換などのための先端部脱着用ねじ部、16は固定開口板2の円錐筒状あるいは円筒状部とはわずかな空隙をもつ隙間嵌め部である。
<実施の形態5>
次に、本発明の実施の形態5である回転板の磁気装置を図12を用いて説明する。図12においては、除去具1の固定開口板2に対して回転自在に設けられている回転シャッター板3に磁性体(永久磁石を含む)20を設け、除去具1の外部に磁気力発生コイル19を設ける。この磁気力発生コイル19と磁性体20との磁気力の作用で回転シャッター板3を永続的に回転駆動し、ルータビットの周囲に、連続した旋回流を与えることが可能となる。また、シャッター機構を設けている場合には、開口部と閉口部との位置関係の変化による断続的な衝撃空気流によって、残存付着切粉を更に効率良く吸引除去することが可能となる。なお、本実施の形態5の磁気装置は、実施の形態4の補助空気導入機構の代わりに、自発回転機構付き回転シャッター板3の初動時の強制回転時のみ用いて、回転シャッター板3が回転し始めた後は、回転翼cにより自発回転させるようにすることもできる。
本発明は、電子回路の基板の切断や、樹脂材への彫刻加工等の際の切削塵の集塵除去効率を高めることのできる切削塵除去装置として、有用に利用することができる。
本発明の実施の形態に係る切削塵除去装置を備えた切削装置の概略構成を示す断面図である。 本実施の形態における固定開口板の一部切欠斜視図である。 本実施の形態における回転シャッター板の各例を示す平面図である。 本実施の形態における回転シャッター板の各例を示す平面図である。 本実施の形態における回転シャッター板の各例を示す平面図である。 本実施の形態における回転シャッターの回転動作を示す説明図である。 本実施の形態における回転シャッターの回転動作を示す説明図である。 本実施の形態における回転シャッターの回転動作を示す説明図である。 回転シャッター板の実施の形態2を示す除去具先端部の概略断面図である。 回転シャッター板の実施の形態3を示す除去具先端部の概略断面図である。 本発明の実施の形態4である回転板の補助空気導入機構を示す断面図である。 本発明の実施の形態5である回転板の磁気装置を示す断面図である。
符号の説明
1 除去具
2 固定開口板
3 回転シャッター板(回転板)
4 吸引機接続口
5 ルータビット
6 ビットチャック
7 スピンドルモータ
8 電子回路基板
9, 10,11,12,13,14 空気流
15 先端部脱着用ねじ部
16 隙間嵌め部
17 開閉駆動通気口
18 開閉弁
19 磁気力発生コイル
20 磁性体
a,a1,a2,a3 開口部
b 閉口部
c 回転翼
d,d1,d2,d3 開口部
e 隙間嵌め部

Claims (9)

  1. 切削工具及びその駆動手段を有する切削装置と、
    前記切削装置を囲うように配置され、前記切削工具の外周に近接する位置に吸引口を有し、端部が吸引機に接続される除去具と、
    を備え、
    前記除去具の吸引口に回転自在に設けられ、中心部に前記切削工具が貫通する開口が設けられた円盤状の回転板であって、前記吸引口から吸引される吸引空気流を受けかつ前記吸引空気流を流通あるいは阻止する開口部及び閉口部が前記中心部の開口の周囲に設けられ、外周が前記吸引機側に配置される回転板を設けたことを特徴とする切削塵除去装置。
  2. 前記回転板は、前記吸引機による吸引空気流を受けて回転する自発回転機構付き回転板であることを特徴とする請求項1記載の切削塵除去装置。
  3. 前記回転板は、外部駆動手段によって回転する外部駆動回転板であることを特徴とする請求項1記載の切削塵除去装置。
  4. 前記除去具の吸引口に設けられ、開口部と閉口部とで構成される固定シャッター部と、前記回転板に設けられ、その回転により前記固定シャッター部の開口部を開閉する開口部を有する回転シャッター部と、からなるシャッター機構を設けたことを特徴とする請求項1記載の切削塵除去装置。
  5. 前記自発回転機構付き回転板の自発回転機構は、前記吸引機による吸引空気流を受けて回転する回転翼であることを特徴とする請求項2記載の切削塵除去装置。
  6. 前記除去具に設けられ、前記回転板の前記自発回転機構による回転を空気流の導入によって補助する補助空気導入機構を設けたことを特徴とする請求項2または5記載の切削塵除去装置。
  7. 前記回転板を回転する前記外部駆動手段は、前記除去具に設けられて、前記回転板を磁気力で回転させる磁気装置であることを特徴とする請求項3記載の切削塵除去装置。
  8. 前記固定シャッター部の開口部形成位置分割数と、前記回転シャッター部の開口部形成位置分割数が、それぞれの開口数の最小公倍数の整数倍であることを特徴とする請求項から7のいずれかの項に記載の切削塵除去装置。
  9. 前記切削装置において前記除去具は、独立して上下移動可能としたことを特徴とする請求項1から8のいずれかの項に記載の切削塵除去装置。
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