JP4795040B2 - プリント基板用穴あけ加工機 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板用穴あけ加工機に関する。

プリント基板用穴あけ加工機は、例えば図８に示すようなＸ軸動作、Ｙ・Ｘ軸動作、Ｚ軸動作の３つの組合せによって構成されている（なお、Ｚ軸動作は、仮想線で示すようにＸ軸又はＹ軸の動作と一部重複する）。

普通一般に、Ｘ軸又はＹ軸の動作は平面的な位置決めを意味し、一方、Ｚ軸の動作は垂直方向の昇降動を意味する。そして、Ｚマィナス動作は切削するための動作（下降）であり、また、Ｚプラス動作は切削完了したドリルをプリント基板から引き抜く動作（上昇）を意味する。これらの動作の内、Ｚプラス動作は事実上意味のない動作であると言える。それは、Ｚプラス動作は切削する訳ではなく、単にドリルが元の位置へと戻るだけの動作に過ぎないからである。そこで、より生産性の高い装置を提供するためには、「Ｚプラス動作時間ｔ」を最小限にする課題がある。

ところで、「Ｚプラス動作時間ｔ」を最小限にするということは、Ｚ軸を高い加速度で上昇させることを意味する。しかしながら、Ｚ軸を高い加速度で上昇させた場合に於いて、細いドリルは容易に損傷し易いという問題点がある。その理由の一つは、Ｚプラスの振動が機械全体を揺らし、ドリルとプリント基板との間に相対的位置ずれが発生するからである。もう一つの理由は、昇降体全体が高い加速度時により、いわゆる角度誤差をもってしまい、ドリルが垂直に引き抜かれないという問題が発生するからである。

この点について付言すれば、細いドリルが破損しないようにするためには、駆動モータ、昇降体、駆動軸及びスピンドルをどのように配設するか極めて重要である。

さて、特許文献１には、水平棒状のボールネジの左側に一方向のネジ（左ネジ）を形成すると共に、右側に他方向のネジ（右ネジ）を形成し、また前記一方向のネジに反力減衰用ウエイトを螺合すると共に、前記他方向のネジにボンディング（接合）用ユニット（基板の位置まで粘着シートを運ぶ手段）を螺合する反力減衰駆動装置が記載されている。

この反力減衰駆動装置は、横方向に配設された駆動モータの駆動力により、ユニット部および反力減衰用ウエイトを、相互に接近または離隔させ、ユニット部の起動に起因する振動（例えばユニット部の移動状態から急停止時に発生する振動）を逆方向の反力によって相殺する。

したがって、特許文献１に記載の反力減衰駆動装置は、簡単な構成（ボールネジに左ネジと右ネジを形成する）により、水平方向へ移動するユニット部の移動開始時や急停止時の機械的振動を減衰する（又は無くする）ことができる。

ところで、特許文献１には、該反力減衰駆動装置を構成する駆動モータ、ボールネジ、反力減衰用ウエイト等を横方向に直線状に配置して、例えば、半導体チップ（ダイ）をリードフレームなどの基板にボンディングするダイボンダに適用する構成が記載されている。

そして、特許文献１の段落００４７には、「該反力減衰駆動装置は、ダイボンディングユニット部の駆動装置に限らず、ろう材供給装置、基板の間欠移送装置等の半導体製造装置、コンデンサ、抵抗器、チップ部品などの組立装置、その他工作機械のユニット部の駆動装置にも適用することができる」、と記述がある。

しかしながら、特許文献１には、駆動モータ、ボールネジ、反力減衰用ウエイト等を垂直方向に配置すること、「Ｚプラス動作時間ｔ」の高速化に伴うドリルの損傷防止という観点から、該反力減衰駆動装置をプリント基板用穴あけ加工機に適用することが可能なこと、駆動螺杆の全長と昇降体のスピンドルとの位置関係等について何ら言及していない。

また、反力減衰用ウエイトの具体的な構成、昇降体を案内する可動の案内手段の構成、ボールネジの支持構成等に関しても言及していない。

そこで、発明の課題の一つとして、スピンドルを備えた昇降体の重力、昇降体の重心位置等と駆動螺杆（ボールネジ）の駆動位置を問題視しながら、特許文献１の基本的原理をプリント基板用穴あけ加工機に適用することが求められている。

一方、特許文献２には、プリント基板用穴あけ加工機に対して、主軸、ドリル等を有するスピンドル用の昇降体（ハウジング）９と可動式サドル３の下部水平端板３ｂとの間に、複数個のバネを含む摩擦式の振動減衰装置（ダンパー）１５を適用する旨の記載がある。ここで、図１を参照にして、特許文献２に記載の穴あけ加工機の構成を簡単に説明する。

図１に於いて、１は加工機の機体で、該機体１は固定側部材に相当する。該機体１には、図示しない入力手段、制御手段、記憶手段及び出力手段が装備されている。２は機体１の前面に設けられた水平方向の案内手段で、この案内手段２は上下に一対設けられている。３は前記案内手段２に係合する係合部４を有する可動支持体（サドル）で、この可動支持体３の上部水平端板３ａには、駆動モータ５が配設されている。可動支持体３は、矢印Ａの方向を正面（基準）とした場合には、図示しない駆動モータ、駆動螺杆、案内手段等を介して左右（Ｙ軸）方向へ移動自在に設けられている。

６は加工すべきプリント基板７を載せたテーブルで、このテーブル６は、図示しない駆動モータ、駆動螺杆、案内手段等を介して前後（Ｘ軸）方向へ移動自在に設けられている。テーブル６の駆動モータと前記可動支持体３の駆動モータは別個・独立である。

８は駆動モータ５の出力軸に連結されたボールネジで、このボールネジ８には、上端部から下端部に至るまで、例えば右ネジが形成されている（一方向のネジのみが形成されている）。

９は可動支持体３の内壁面に垂直状態に設けられた案内手段（リニアガイド）１０に係合する上下の係合部１１を有する昇降体で、この昇降体９は全体として段差状の箱型に形成されている。

昇降体９は、後部側に前記ボールネジ８に螺合する縦長筒状の螺合部９ａと、該螺合部９ａの前面に連設する縦長筒状の保持部９ｂとから構成され、前記保持部９ｂには、スピンドル１２が装着されている。スピンドル１２は、プリント基板７に穴を開けるための主軸１３やドリル１４を有している。昇降体９は、駆動モータ５及びボールネジ８の駆動力により上下（Ｚ軸）方向へ移動自在である。

しかして、上記構成の穴あけ加工機には、昇降体（主軸保持体）９の慣性力の変化に伴なって発生する該主軸保持体の振動を吸収させる手段１５が設けられている。この振動吸収手段１５は、「振動減衰装置（ダンパー）」と称され、スピンドル用の昇降体（ハウジング）９と可動式サドル３の下部水平端板３ｂとの間に配設された複数個の上下方向のバネ部材である。

しかしながら、前記振動減衰装置（ダンパー）は、バネ支持板、該バネ支持板に嵌合する第１の部材、可動式サドル３の下部水平端板３ｂに嵌合する第２の部材等の部材を必要とするので、構成が複雑であるという問題点があった。また、特許文献２にも、ドリルの損傷を防止するために振動減衰装置を用いる旨の記載や示唆はない。
特開２００４−２６３８２５号公報 特開２００２−２０４９４８号公報

本発明の主たる目的は、昇降体の昇降動に起因して発生するドリルの損傷を未然に防止することである。具体的には、駆動モータと、垂直駆動螺杆と、前面にスピンドルを備えた昇降体をバランスよく組合せ、昇降体の重心と駆動する部材（垂直駆動螺杆）の軸心とを略一致するようにすることである。第２の目的は、垂直駆動螺杆に容易に装着することができることである。具体的には、スピンドルの真上に垂直駆動螺杆を位置付けることである。第３の目的は、所望する質量のウエイト部材（カウンタ）を垂直駆動螺杆に容易に装着することができると共に、昇降体の軽量化を図ることである。第４の目的は、停電時の昇降体の落下防止を最小限度の構成で実施することができることである。付言すれば、停電時、昇降体が重力により自然に落下するのを防ぐ手段として、例えば駆動モータに昇降体落下防止用のブレーキを内蔵する、特許文献２に記載のように、バネ部材を含むダンパーを設ける等の構成等に加味しなくとも良いことである。第５の目的は、駆動モータの出力軸と垂直駆動螺杆の上端部の連結部分（駆動軸の上端部）側を確実に支持することである。

本発明のプリント基板用穴あけ加工機は、固定機体の前方に左右方向へ移動自在に設けられた可動支持体と、この可動支持体の上部に配設され、かつ垂直方向の垂直駆動螺杆を備えた駆動モータと、該駆動モータの駆動力により前記可動支持体の垂直案内レールを介して上下方向へ移動自在に設けられた昇降体と、この昇降体の下方に配設されかつ前後方向へ移動するテーブルを備えたプリント基板用穴あけ加工機に於いて、前記垂直駆動螺杆の上部側に一方向のネジを形成し、一方、該垂直駆動螺杆の下部側に他方向のネジを形成し、前記一方向のネジに前記昇降体の昇降動に起因して発生する振動を少なくとも減衰させ得るウエイト部材を螺合し、また、前記垂直駆動螺杆は、前記昇降体の下位の保持部に固定的に取付けたスピンドルに対して真上に位置すると共に、前記昇降体の前記保持部よりも上位の螺合部は、前記垂直駆動螺杆の前記他方向のネジに螺合していることを特徴とする。

ここで、「真上」とは、昇降体に対するスピンドルの取付け上の問題から、スピンドルが垂直の駆動螺杆の軸心に対して多少（例えば１ｃｍ）前後あるいは左右にズレタ場合も含む。

（１）特許文献１の基本的原理を、プリント基板用穴あけ加工機に適用することによって、特許文献２の問題点を解消することができる。すなわち、本発明は、昇降体の昇降動に起因して発生する振動を減衰するプリント基板用穴あけ加工機を提案することができる。その結果、穴あけ加工機に於いて、昇降体の昇降動に起因して発生する振動を少なくとも減衰させ、ドリルの破損を未然防止することができる。
（２）特に、背景技術の欄で指摘したように、垂直駆動螺杆は、昇降体に取付けたスピンドルよりも真上に位置していることから、ドリル引き抜き時の角度誤差を最小限にすることができ、その結果、細いドリルの損傷を未然に防止することができる。また、垂直駆動螺杆は、昇降体に取付けたスピンドルよりも真上に位置付けたことから、垂直駆動螺杆を容易にセッチイングできる。
（３）停電時、昇降体が重力により自然に落下するのを防ぐ手段として、例えば駆動モータに昇降体落下防止用のブレーキを内蔵する、特許文献２に記載のように、装置にバネ部材を含むダンパーを設ける等の構成を加味しなくとも良い。したがって、安価な装置を提供するこができる。
（４）請求項２に記載の発明は、所望する質量のウエイト部材（カウンタ）を垂直駆動螺杆に容易に装着することができる。
（５）請求項３に記載の発明は、昇降体の軽量化を図ることができる。
（６）請求項４に記載の発明は、駆動モータの出力軸と垂直駆動螺杆の上端部の連結部分（垂直駆動軸の上端部）側を確実に支持することができる。
（７）請求項５に記載の発明は、開口部を利用して、駆動モータ、垂直駆動螺杆、ウエイト部材、昇降体等を移動体（サドル）に容易に取付けることができる。

以下、図２乃至図７に示す本発明を実施するための最良の形態により説明する。図２は発明の実体（内容）を示す概略説明図である。この図２は、図１に対応する。また、図３は主要部の縦断面概略説明図である。また、図４は主要部の正面図、図５は図３の５−５線に基づく説明図、図６は図４の６−６線に基づく説明図である。

本発明の実施例を説明するに当たって、図１に記載の実施例と同一の部分には、同一又は同様の符号を付し、重複する説明を極力割愛する。また、当業者にとって自明な事項及び細部的な事項は、図面及びその説明を割愛する。

図２乃至図７に於いて、１Ａは加工機の機体で、この機体１Ａの前面側には、水平方向に案内手段（リニアガイド）２Ａが一組設けられている。

３Ａは前記案内手段２Ａに係合する係合部４Ａを有する可動支持体（サドル）である。案内手段２Ａは、この可動支持体３Ａの数に対応して所定の長さに設定されている。特に図示しないが、可動支持体３Ａは、例えば機体１Ａの前面に、左右方向（Ｙ軸）に所定間隔を有して「合計６個」配設されている。

３ａは可動支持体３Ａの上部水平端板で、この上部水平端板３ａには、開口２１が形成されている。そして、上部水平端板３ａの上方には、駆動モータ５Ａ用の取付け板２２が取付けられている。この取付け板２２は、前記上部水平端板３ａと対向する水平支持板部２２ａを有している。この水平支持板部２２ａにも開口２３が形成されている。

駆動モータ５Ａは、出力軸５ａが下向きになるように支持座２４を介して水平支持板部２２に縦方向に固定されている。

昇降体９Ａは、垂直駆動螺杆８Ａ（以下、「駆動螺杆」という。）に螺合する螺合部９ａと、該螺合部９ａに一体的に設けられた保持部９ｂとから構成され、前記保持部９ｂには、スピンドル１２Ａが装着されている。スピンドル１２Ａは、プリント基板７Ａに穴を開けるための主軸１３Ａやドリル１４Ａを有している。昇降体９Ａは、駆動モータ５Ａ及び駆動螺杆８Ａの駆動力により上下（Ｚ軸）方向へ移動自在である。

なお、Ｘ軸、Ｙ軸及びＸ軸用の各駆動モータは、図示しないＮＣ装置によって制御されている。そこで、本発明の特徴部分を順番に説明する。

（１）まず、この駆動モータ５Ａは、落下防止機能（停電時に起動する内蔵ブレーキ）を有しない。

（２）次に、８Ａは駆動モータ５Ａの出力軸５ａに継手手段２５を介して連結された駆動螺杆（ボールネジ）で、この駆動螺杆８Ａには、上部側に一方向のネジ（左ネジ）８ａを形成し、一方、該駆動螺杆８Ａの下部側に他方向のネジ（右ネジ）８ｂを形成している。

（３）次に、駆動螺杆８Ａの一方向のネジ８ａに昇降体９Ａの昇降動に起因して発生する振動を少なくとも減衰させ得るウエイト部材３１を螺合している。一方向のネジ８ａは、図２、図３、図４に於いて、上部側のネジに相当する。
また、駆動螺杆８Ａの全長は、昇降体９Ａに取付けたスピンドル１２Ａよりも上方（真上）に位置している。これは、昇降体９Ａの重心を駆動する位置に駆動螺杆８Ａを配置（セッチィング）し易いようにするためである。

さらに、ウエイト部材３１と昇降体９Ａは、垂直方向に於いて、直列状態に配設されている。これは、駆動螺杆８Ａを備える駆動モータとスピンドル１２Ａを含む昇降体９Ａとのバランスに配慮して、本発明の主たる目的（細いドリルが破損防止）を達成するためである。

しかして、ウエイト部材３１は、前記ネジ８ａに直接螺合する螺合筒３２と、この螺合筒３２に固定的に外嵌合し、かつ、可動支持体３Ａの垂直案内レール１０Ａの上部側に係合する係合部３４を有する角筒、円筒等の筒状ウエイト本体３３とから成る。このウエイト部材３１の重さ（質量）は、可能な限り反力を打つ消すために、昇降体９Ａの重さと略同一に設定されている。なお、螺合筒３２とウエイト部材３１とは、別々に製作されたものを、組立ての際にバランス性を考慮した上で一体にしている。

（４）次に、昇降体９Ａは、駆動螺杆８Ａの他方向のネジ８ｂと螺合する。他方向のネジ８ｂは、図２、図３、図４に於いて、下部側のネジに相当する。昇降体９Ａは、図３及び図４で示すように、可動支持体３Ａの左右一対の垂直案内レール１０Ａにそれぞれ係合する左右一対の係合部１１Ａ，１１Ａを有するフレーム構造の螺合部９ａと、この螺合部９ａの真下に位置するように左右１組の連結杆３５，３５を介して離間するスピンドル保持部９ｂとから成る。したがって、昇降体９Ａの螺合部９ａとスピンドル保持部９ｂとの間には、所定の開口３６が設定されている。これにより、昇降体９Ａの軽量化を図ることができる。

また、前記スピンドル保持部９ｂは、上下端開口の筒状に形成されている。そして、スピンドル保持部９ｂも螺合部９ａと同様に、前記垂直案内レール１０Ａにそれぞれ係合する左右一対の係合部１１Ａ，１１Ａを有するフレーム構造に形成されている。

（５）次に、図３で示すように、駆動モータ５Ａの出力軸５ａと駆動螺杆８Ａの連結部分側は、可動支持体３Ａの上端部の水平端板３ａの開口２１に嵌合する嵌合筒３７と、該嵌合筒３７に支持される中心軸受け３８で構成される軸受け手段に支持されている。

（６）最後に、可動支持体３Ａは縦長枠状のフレーム構成であり、縦方向に所定間隔を有して複数個の開口４０が形成されている。本実施例では、少なくとも、ウエイト部材３１の螺合付近と、昇降体９Ａの螺合部９ａの螺合付近と、昇降体９Ａのスピンドル保持部９ｂの係合付近にそれぞれ開口４０を形成している。

上記構成に於いて、駆動螺杆８Ａの上部側に一方向のネジ（左ネジ）を形成し、一方、該駆動螺杆の下部側に他方向のネジ（右ネジ）を形成していることから、図７の矢印で示すように、駆動モータ５Ａが起動及び停止すると、昇降体９Ａとウエイト部材３１は、相互に接近または離隔する。そして、起動時及び停止時に発生する昇降体９Ａの振動は、両者の逆方向の反力によって相殺する。したがって、昇降体９Ａの振動は、可動支持体３Ａを含む機体１Ａ側に伝わらない。この点、特許文献１と同様の効果（振動減衰効果）がある。

さらに、構成部材の重力との関係に於いて、ウエイト部材３１と昇降体９Ａは、図７で示すように、互いに接近したり、又は離れたりするので、停電の瞬間、ウエイト部材３１及び昇降体９Ａの重力が急激に駆動モータ５Ａに加わらない。したがって、駆動モータ５Ａの故障防止、昇降体９Ａの落下防止等を図ることできる。

ウエイト部材３１は昇降体の質量（重力）を考慮してバランス良く設定される。また、駆動モータ５Ａに内蔵ブレーキを設けることは任意であるが、本発明の特定事項ではない。

本発明は、プリント基板製造メーカもしくは電気部品製造メーカに利用される。

図１乃至図７は本発明の最良の実施例を示す各説明図。
従来の実施例の概略説明図。 本発明の概略説明図（側面から見た説明図）。 主要部の概略縦断面説明図。 主要部を正面から見た概略説明図。 図４の５−５線の概略縦断説明面。 図４の６−６線の概略縦断説明面。 作動態様に概略説明図。 Ｚプラス動作時間ｔを最小限にした場合における問題点を指摘するための説明図。

１Ａ…機体、２Ａ…案内手段（リニアガイド）、３Ａ…可動支持体（サドル）、３ａ…上部水平端板、４Ａ…係合部、５Ａ…駆動モータ、５ａ…出力軸、６…テーブル、７Ａ…プリント基板、８Ａ…駆動螺杆（ボールネジ）、８ａ…一方向のネジ（左ネジ）、８ｂ…他方向のネジ（右ネジ）、９Ａ…昇降体、９ａ…螺合部、９ｂ…スピンドル保持部、１０Ａ…案内手段、１１Ａ…係合部、１２Ａ…スピンドル、１３Ａ…主軸、１４Ａ…ドリル、２１…開口、２２…取付け板、２２ａ…水平支持板部、２３…開口、２４…支持座、２５…継手手段、３１…ウエイト部材、３２…螺合筒、３３…ウエイト本体、３４…係合部、３５…連結杆、３７…嵌合筒、３８…中心軸受け、３６，４０…開口。

Claims (5)

1. 固定機体の前方に左右方向へ移動自在に設けられた可動支持体と、この可動支持体の上部に配設され、かつ垂直方向の垂直駆動螺杆を備えた駆動モータと、該駆動モータの駆動力により前記可動支持体の垂直案内レールを介して上下方向へ移動自在に設けられた昇降体と、この昇降体の下方に配設されかつ前後方向へ移動するテーブルを備えたプリント基板用穴あけ加工機に於いて、前記垂直駆動螺杆の上部側に一方向のネジを形成し、一方、該垂直駆動螺杆の下部側に他方向のネジを形成し、前記一方向のネジに前記昇降体の昇降動に起因して発生する振動を少なくとも減衰させ得るウエイト部材を螺合し、また前記垂直駆動螺杆は、前記昇降体の下位の保持部に固定的に取付けたスピンドルに対して真上に位置すると共に、前記昇降体の前記保持部よりも上位の螺合部は、前記垂直駆動螺杆の前記他方向のネジに螺合していることを特徴とするプリント基板用穴あけ加工機。
2. 請求項１に於いて、ウエイト部材は、螺合筒と、この螺合筒に外嵌合しかつ可動支持体の垂直案内レールに係合する係合部を有する筒状ウエイト本体とから成ることを特徴とするプリント基板用穴あけ加工機。
3. 請求項１に於いて、昇降体の螺合部とスピンドル保持部との間には、所定の開口が設定されていることを特徴とするプリント基板用穴あけ加工機。
4. 請求項１に於いて、駆動モータの出力軸と駆動螺杆の連結部分側は、可動支持体の上端部の水平端板の開口に嵌合する嵌合筒と、該嵌合筒に支持される中心軸受けで構成される軸受け手段に支持されていることを特徴とするプリント基板用穴あけ加工機。
5. 請求項１に於いて、可動支持体は、連結杆を含む縦長枠状のフレーム構成であり、縦方向に所定間隔を有して複数個の開口が形成されていることを特徴とするプリント基板用穴あけ加工機。

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