JP4833535B2 - プリント基板用穴あけ加工機 - Google Patents

Description

この発明は、ドリルによりプリント基板に多数個の穴あけ加工を連続して行なうプリント基板用穴あけ加工機に関する。

電子部品を実装するプリント基板には、多数の貫通穴を形成する必要がある。この加工には、ドリルを備え高速で昇降を繰り返すプリント基板用穴あけ加工機が従来から用いられている。このプリント基板用穴あけ加工機は、高速で動作しながら連続的に多数個の貫通穴をプリント基板に形成するので、ドリルに何らかの不具合が発生した場合には、それ以降に穴あけ加工を行なったプリント基板は不良品となる。そのため、従来は、所定間隔で穴あけ加工機を停止して、ドリルを点検し、早めにドリルの交換等を行なっていた。この点検作業に時間を要するため、穴あけ加工の効率を低下させる一因となっていた。

この課題を解決するため、特許文献１（特開平９−１４９９号公報）に記載されたようなプリント基板用穴あけ加工機が提案されている。このプリント基板用穴あけ加工機においては、ドリルを装着するチャックの内部に温度センサを設けている。温度センサにより測定した温度が所定値を超える場合には、ドリルに何らかの異常が発生したと判断し、ドリルの回転を停止し、警報を発するようにしている。

一方、プリント基板の穴あけ加工においては、同時に加工するプリント基板の重ね枚数の決定、ドリルの選定、当て板の選定などを行なう必要がある。これらの加工条件の決定は、作業者の経験に基づいて行なわれているのが現状である。また、穴あけ加工された製品が良品であるか不良品であるかは、後工程で検査等することによって判定している。
特開平９−１４９９号公報

上述の特許文献１に記載のプリント基板用穴あけ加工機においては、チャック内部の温度を測定することにより、ドリルの温度を間接的に測定することはできるが、ドリルの刃面の温度や切屑の温度そのものを測定することは不可能である。そのため、たとえばドリルが折損したような場合でも、チャック内部の温度が変化するまでのタイムラグがあり、その発見が遅れるという問題があった。また、チャック内で温度を測定すると、加工機本体の熱の影響を受けやすいため、ドリルの温度としては不正確なものとなるという問題があった。

また、穴あけ加工における加工条件を、作業者の経験に基づいて決定しているため、その加工条件が適切でない場合があった。加工条件を必要以上に安全側に設定すると、不必要に長い加工時間を要したり、穴あけ加工に用いるドリルや当て板などに不必要に高価なものが使用されたりして、穴あけ加工のコストが増大するという問題がある。一方、加工条件を厳しくし過ぎると、加工時間は短縮できても、貫通穴内周面の表面粗さの劣化、貫通穴の位置精度の低下、切削屑の残留などの不具合が生じることがある。また、加工条件の選択を誤ると、穴あけ加工時のドリルの温度が極度に上昇することがある。その場合には、高温のドリルに熱せられて、プリント基板の母材であるエポキシ樹脂のヤング率が低下し、これに起因して補強材であるガラス繊維が断裂したり、掘り起こされたり、また内層回路が剥離したりするなどの問題が生じることがある。

さらに、穴あけ加工された製品が、良品であるか不良品であるかは、後工程の検査において判定されるため、その間に手待ちが発生し加工効率が低下するという問題があった。また、検査と並行して加工を続ける場合には大量の不良品が発生してしまうという問題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ドリルや切屑の温度を正確に測定することができるとともに、ドリルの折損などの異常を迅速に検知することができ、また、穴あけ加工時の加工条件をデータに基づいて的確に決定することができる、プリント基板用穴あけ加工機およびそれを用いたプリント基板の穴あけ加工条件決定方法を提供することを目的とする。

この発明に基づいたプリント基板用穴あけ加工機は、ドリルによりプリント基板に多数個の穴あけ加工を連続的に行なうプリント基板用穴あけ加工機であって、上記ドリルの刃面の温度および／または切屑の温度を測定する赤外線センサを備えている。この構成によると、ドリルの温度および／または切屑の温度を赤外線センサにより直接測定することができるので、これらの正確な温度を迅速に測定することができる。これにより、ドリルおよび／または切屑の温度が所定時間において測定されるか否かを検知することでドリルの折損を、早期に発見することができる。また、ドリルや切屑の温度を正確に測定することができるので、これらの温度データを加工モニター情報として活用することで、より高い品質管理が可能となる。

上記プリント基板用穴あけ加工機において、プリント基板の表面またはプリント基板の表面に配設される当て板の表面を押圧する押圧部と、穴あけ加工により発生した切屑を集塵器に誘導する通気パイプとをさらに備え、上記赤外線センサは、上記押圧部および／または上記通気パイプに設けられるようにしても良い。

押圧部に赤外線センサを設ける場合には、赤外線センサがドリルおよび切屑発生部の近傍に位置するので、より正確な温度測定が可能である。一方、通常、通気パイプは先端部を除いて静止しているが、通気パイプに温度センサを設ける場合には、静止位置に赤外線センサを配設することができるので、赤外線センサに加わる衝撃などが減少し、赤外線センサの寿命を長くすることができる。

上記プリント基板用穴あけ加工機において、上記赤外線センサにより測定した温度データを記憶する記憶手段をさらに備えるようにしても良い。記憶手段に温度データを蓄積していくことで、何らかの不具合が発生した時のドリルおよび切屑の温度や、その不具合発生に至るまでの温度変化などを遡って確認することが可能となり、より的確な加工条件の決定や、加工された製品の高い品質管理を行なうためのデータが得ることができる。

上記プリント基板用穴あけ加工機において、上記記憶手段は、上記赤外線センサにより測定した温度データを、予め設定した穴あけ個数ごとに記憶するようにしても良い。この構成によると、予め設定した穴あけ個数の間隔をあけて温度データを記憶するので、いたずらにデータ量を増やすことなく、長期間に亙る温度データを蓄積することができる。

上記プリント基板用穴あけ加工機において、比較手段および警告手段をさらに備え、上記比較手段は、一連の穴あけ加工工程において、先行して測定した温度データと、最新の温度データとを比較することが可能であり、上記警告手段は、その温度差が所定の範囲を超える場合には警告を発するようにしても良い。この構成によると、ドリルに発生した異常を迅速に検知することができる。

上記プリント基板用穴あけ加工機において、比較手段および警告手段をさらに備え、上記比較手段は、同時に穴あけ加工を行なう２以上のドリルの温度データを相互に比較することが可能であり、上記警告手段は、その温度差が所定の範囲を超える場合には警告を発するようにしても良い。この構成によると、ドリルに発生した異常を迅速に検知することができる。

上記プリント基板用穴あけ加工機において、比較手段およびドリルの動作を制御する動作制御手段をさらに備え、上記比較手段は、予め設定した上限温度と、測定した最新の温度データとを比較することが可能であり、前記上限温度を、測定した最新の温度データが超えた場合には、上記動作制御手段により、ドリル上死点高さの増大、ドリルの上死点における待機時間の延長、ドリル回転数の低減、および、ドリル送り速度の低減から選択される、単一または複数の制御を行なうことでドリルの温度を低下させるようにしても良い。

この構成よると、ドリルやプリント基板に不具合が生じるような温度に達する前に、ドリル温度を低下させることができるので、穴あけ加工の加工品質を安定させることができる。また、ドリル温度を低く保つことができるので、ドリル寿命を延長することができる。

上記プリント基板用穴あけ加工機において、比較手段および表示部をさらに備え、上記比較手段は、予め設定した基準温度範囲と上記赤外線センサにより測定した温度データとを比較することが可能であり、上記表示部は、温度データが上記基準温度範囲内であるか否かを表示するようにしても良い。この構成のプリント基板用穴あけ加工機を用いて、次のような手順で所定の加工条件を決定することができる。

まず、第１の加工条件において穴あけ加工を行なうと共に上記赤外線センサにより第１の加工条件における温度データを取得する。上記比較手段により、得られた温度データと、基準温度範囲とを比較して、基準温度範囲内であれば第１の加工条件が妥当であると判断し、第１の加工条件を採用する。基準温度範囲外であれば、加工条件を変更して温度データを取得し、基準温度範囲内となるまで温度データの取得を繰り返す。

上記所定の加工条件としては、同時に穴あけ加工を行なうプリント基板の重ね枚数、プリント基板の表面に配設する当て板の構成、使用するドリルの構成などが挙げられる。

本発明に係るプリント基板用穴あけ加工機およびそれを用いたプリント基板の穴あけ加工条件決定方法によると、ドリルや切屑の温度を正確に測定することができるとともにドリルの折損などの異常を迅速に検知でき、また、穴あけ加工の加工条件をデータに基づいて的確に決定することができる。

以下、本発明に係る実施の形態におけるプリント基板用穴あけ加工機およびそれを用いたプリント基板の穴あけ加工条件決定方法について、図１から図９を参照して説明する。

図１は、プリント基板用穴あけ加工機の全体の構造を示す斜視図である。図１に示すようにプリント基板用穴あけ加工機は、ベッドアセンブリ１１と、テーブルアセンブリ２１と、Ｚユニットアセンブリ３１と、クロスビームアセンブリ８１とで構成されている。テーブルアセンブリ２１は、プリント基板が固定される水平面を有しており、テーブルアセンブリ２１は、ベッドアセンブリ１１に対してＸ方向に移動自在に構成されている。また、ベッドアセンブリ１１に固定された水平方向に延びるクロスビームアセンブリ８１には、Ｚユニットアセンブリ３１がＹ方向に移動自在に取り付けられている。

Ｚユニットアセンブリ３１には、複数のスピンドルユニット４１が設けられており、スピンドルユニット４１は、Ｚユニットアセンブリ３１に対してＺ方向に昇降自在に取り付けられている。ベッドアセンブリ１１、Ｚユニットアセンブリ３１およびスピンドルユニット４１には、図示しないサーボモータが設けられている。このサーボモータには、制御器が接続されており、この制御器に制御されて、ベッドアセンブリ１１、Ｚユニットアセンブリ３１およびスピンドルユニット４１はそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動される。

図２は、スピンドルユニットの構造を示す斜視図である。スピンドルユニット４１は、ドリルを駆動するモータを内蔵したスピンドルユニット本体４２を有している。スピンドルユニット本体４２は、両側に位置するサイドフレーム５６に保持されている。サイドフレーム５６は、それぞれシャフト５７を介してアッパーフレーム５８に固定されている。アッパーフレーム５８には、ボールねじ５９が螺合しており、ボールねじ５９の上端にはサーボモータ６０が設けられている。サイドフレーム５６およびアッパーフレーム５８は、リニアガイド６１により、Ｚ方向に摺動自在に取り付けられている。サーボモータ６０によりボールねじ５９を駆動することで、スピンドルユニット本体４２を昇降させることができる。これにより、スピンドルユニット本体４２に保持されるドリルに送りを与えることができる。

図３は、スピンドルユニット本体およびその周辺の構造を示す縦断面図である。スピンドルユニット本体４２には、ドリル４５が装着されている。そのドリル４５の周囲には、加工するプリント基板の表面または当て板の表面を押圧する押圧ユニット４６が設けられている。押圧ユニット４２は、下面にドリル４５が挿通する開口が設けられた円筒状であり、その内部には空間が形成されている。押圧ユニット４２の上端部は、スピンドルユニット本体４２の下端の外周には固定されていない。押圧ユニット４６は、スピンドルユニット本体４２と共に下降するが、プリント基板の表面に当接するとスピンドルユニット本体４２のみが加工し、押圧ユニット４６はプリント基板を押圧し続け、それ以上は下降しない。押圧ユニット４６の内部に形成された空間には、この空間に連通する通気パイプ接続部４６ａが設けられている。通気パイプ接続部４６ａには、穴あけ加工により発生した切屑を集塵器に誘導する通気パイプ４７が接続されている。

図４は、押圧ユニットの下端部の構造を示す縦断面図である。押圧ユニット４６の下端の底板には、ドリル４５が貫通する穴４８が形成されている。押圧ユニット４６の下端の底板には、穴４８の内周面に連通し、水平方向に延びるセンサ装着穴４９が設けられている。センサ装着穴４９は、その中心軸がドリル４５の中心軸と交差するように設けられている。センサ装着穴４９の内部には、ドリル４５の温度および切屑の温度を検知する赤外線センサ５０が設けられている。この赤外線センサ５０としては、たとえば焦電素子を内蔵したものなどを用いることができる。赤外線センサ５０により切屑の温度を主に検知する場合には、センサ装着穴４９は、図４における左下方向に傾斜させて設けてもよい。このセンサ装着穴４９に赤外線センサ５０を装着することで、赤外線センサ５０の検知方向を、切屑が最も多く発生する、箇所に向けることができる。

図５は、変形例の押圧ユニットの下端部の構造を示す縦断面図である。図４に示した例では、押圧ユニット４６の下端部にセンサ装着穴４９を設け、センサ装着穴４９に赤外線センサ５０を取り付けたが、図５では、押圧ユニット４６の側面にセンサ装着穴４９を設け、このセンサ装着穴４９に赤外線センサ５０を取り付けている。この変形例では、センサ装着穴４９の位置が押圧ユニット４６の下面よりかなり上に位置しているので、赤外線センサ５０の検知方向がドリル４５に向くよう、センサ装着穴４９の中心軸が斜め下方向に傾斜するようにしている。

センサ装着穴４９の外周側には、赤外線センサ５０を装着するための、センサ保持部４９ａが、押圧ユニット４６の側面から突出するように設けられている。センサ保持部４９ａは、内部が円筒状の空間とされており、その部分に赤外線センサ５０が挿入されている。赤外線センサ５０はその先端が、押圧ユニット４６の内部の空間に向かって露出するように保持される。

この変形例によると、赤外線センサ５０を押圧ユニット４６の側面に傾斜させて設けるので、使用する赤外線センサの寸法的な制約が少なくなり、比較的大型の赤外線センサも用いることができる。それにより、より適切な特性を有する赤外線センサを選択することができ、温度測定の精度を向上させることができる。

図６は、赤外線センサを通気パイプに設けた例を示す縦断面図である。上記二つの例では押圧ユニット４６に赤外線センサ５０を設けたが、赤外線センサ５０を図６に示す通気パイプ４７に設けるようにしても良い。通気パイプ４７の一端は、押圧ユニット４６の通気パイプ接続部４６ａに接続されている。通気パイプ４７の他端は、図示しない集塵器に接続されている。集塵器を作動させると、通気パイプ４７を経由して切屑が吸引される。通気パイプ４７の押圧ユニット４６に接続される部分は、耐圧性のフレキシブルパイプ４７ａで構成されている。これにより、押圧ユニット４６が昇降動作するときには、フレキシブルパイプ４７ａが変形してその動きに追随する。フレキシブルパイプ４７ａの反対側の端部は、集塵器に接続された固定パイプ４７ｂに接続されている。押圧ユニット４６が昇降しても、フレキシブルパイプ４７ａのみが変形しながら移動し、フレキシブルパイプ４７ａより下流側の固定パイプ４７ｂは静止している。

固定パイプ４７ｂには、図６に示すような、赤外線センサ５０を取り付けるセンサ装着穴４９が設けられている。センサ装着穴４９は、切屑が流れる方向と直交方向に開口しており、センサ装着穴４９に赤外線センサ５０を取り付けることにより、通気パイプ４７内を流れる切屑の温度を測定することができる。このように赤外線センサ５０を通気パイプ４７に取り付けることにより、ドリル４５の温度に影響を受けることなく、切屑の温度のみを測定することができる。また、赤外線センサ５０を押圧ユニット４６に設けた場合には、押圧ユニット４６の昇降に伴って赤外線センサ５０も昇降することになるが、赤外線センサ５０を通気パイプ４７の静止した箇所に取り付けることで、赤外線センサ５０に加わる衝撃などを少なくすることができる。これにより、赤外線センサ５０の寿命を長くすることができる。

尚、赤外線センサ５０は、押圧ユニット４６のみ、または、通気パイプ４７のみに取り付けても良いが、これらの両方に取り付けても良い。

上記のように取り付けられた赤外線センサ５０は、制御器５１に接続されており、これにより制御される。この制御器５１は、赤外線センサ５０により検知した温度を記憶する、メモリなどで構成された記憶部と、温度を比較する比較部とを有している。赤外線センサ５０による温度の測定は、ドリル４５の送りと同期して行なわれる。これにより、ドリル４５の特定位置の温度を測定したり、また、切削開始から切削終了までの工程中のドリル４５の温度を常時測定したりすることができる。ドリル４５の温度を測定する場合に、ドリル４５のどの位置の温度を測定するか、また、どのタイミングで測定するかは、測定の目的に応じて決定すればよい。

次に、本実施の形態のプリント基板用穴あけ加工機の使用方法について説明する。まず、赤外線センサ５０を押圧ユニット４６に取り付け、ドリル４５の折損を検知する場合について説明する。この場合には、制御器５１により制御して、赤外線センサ５０の検知位置を正常なドリル４５の先端が横切るタイミングで、赤外線センサ５０による温度測定を行なう。ドリル４５が正常な場合には、加工中のドリルが通常有する温度が測定され、その温度は所定の温度範囲内である。しかし、ドリル４５が折損していた場合には、赤外線センサ５０の検知位置を通過する時間が遅れる。そうすると、上記のタイミングで赤外線センサ５０により検知される温度は、正常な場合の温度範囲より極めて低い温度となる。

このように、赤外線センサ５０で検知した温度が、所定の温度範囲外であることを検知することで、ドリル４５の折損を検知することができる。ドリル４５の折損を検知した場合には、制御器５１が穴あけ加工機を停止し、警告を行なう。この警告は、警告ブザーの鳴動、警告ランプの点灯、表示部への警告表示などにより行なう。

このように、本実施の形態のプリント基板用穴あけ加工機においては、ドリル４５の温度を、赤外線センサ５０を用いて非接触かつ直接に検知しているので、ドリル４５の折損をタイムラグなく即座に検知することができる。これにより、不良品の発生を最小限にすることができる。

また、上記実施の形態では、ドリル４５の温度を検知しているが、プリント基板から発生する切屑の温度を検知するようにしても、同様に動作させることができる。具体的には、赤外線センサ５０により、プリント基板の表面と、ドリル４５の先端とが接触する位置、すなわち、プリント基板に形成される貫通穴の表面開口部の温度を検知する。ドリル４５が正常な長さの場合には、所定の時間に貫通穴の表面開口部から切屑が発生し、同時に赤外線センサ５０によりこの温度を検知することができるので、ドリル４５が正常であることが確認できる。ドリル４５が折損している場合には、切屑の発生する時間が遅れるため、所定の検出時間における温度は、正常な場合の温度範囲から外れる。これにより、ドリル４５が折損していることを検知することができる。

上記の方法は、ドリル４５の折損に限らず、ドリル４５のコーティング不良による異常磨耗なども検知することができる。異常磨耗が発生した場合には、ドリル４５が正常な温度範囲より極度に高温となる。赤外線センサ５０で検知した温度が、所定の温度範囲より高い温度であることを検知されれば、このような異常が発生していると判断できる。このように、ドリル４５の温度を常時検知することで、ドリル４５の異常を迅速に検知することができる。

赤外線センサ５０を通気パイプ４７に取り付けた場合でも、同様の方法によりドリル４５の折損を検知することができる。即ち、正常状態においては、ドリル４５により切削を開始してから、それにより発生した切屑が赤外線センサ５０の検知位置を通過するまでの時間は略一定である。そこで、正常状態において切屑が通過するタイミングで切屑の温度を測定することで、ドリル４５の折損を検知することができる。また、ドリル４５が折損した場合には、切屑の温度が通常とは異なるから、これを検知することでもドリルの折損を含むドリルの異常の検知が可能である。

さらに、複数のドリル４５により穴あけ加工を同時に行なう場合には、ドリル４５の温度や切屑の温度を相互に比較することにより、異常を検知することができる。たとえば、３個のドリルにより同時に同様の条件で穴あけ加工を行なっている場合に、一つのドリルや切屑のみが他に比べて極度に高温になった場合には、何らかの異常が発生したことがわかる。

赤外線センサ５０により測定したドリルの温度を記憶部に記憶しておき、一連の加工工程における先行する温度データと、最新の温度データとを比較することでも、ドリル４５の異常を検知することができる。通常、穴あけ加工を続けると、ドリル４５の磨耗によりドリルの温度は徐々に上昇する。しかし何らかの異常が発生した場合には、通常上昇する温度範囲を超えて大きく温度が上昇する。そこで、たとえば１００個前の穴あけ加工におけるドリル温度と最新のドリル温度とを逐次比較しておき、所定の温度差以上の温度差が発生していないかを検知することで異常を検知できる。

これらのドリル温度の測定においては、ドリル温度が摂氏何度であるかまでは必要なく、ドリル温度を相対比較できる指標が得られれば足りる。このようにすることにより、赤外線センサ５０および制御器５１を簡易なものとすることができる。

次に、加工条件が適切でない場合に警告を発する場合について説明する。プリント基板には様々な材質のものがあり、また、製品ごとに要求される加工精度は異なる。したがって、これに応じて加工条件を選択することが必要であるが、仮にこの加工条件の設定が不適切であった場合でも、その状態を即座に検知することができれば、不良品の発生を最小限にすることができる。

一例として、プリント基板の重ね枚数が不適切であった場合について説明する。図７は、３種類の重ね枚数における、穴あけ加工個数とドリル温度との関係を示すグラフである。この測定おいては、補強繊維としてアラミド繊維の一種であるテクノーラ（登録商標）を含有するプリント基板を用い、ドリルの切削速度を１５７ｍ／ｍｉｎに設定した。図７から明らかなように、穴あけ加工個数が増加するに従って、ドリル温度が上昇している。これは穴あけ加工個数が増加するほど、ドリルの切れ味が鈍り、摩擦により発熱しやすくなるためと考えられる。また、重ね枚数が増加するほど、ドリル温度が高くなっている。

たとえば、穴あけ加工を行なうプリント基板の許容最高温度が２５０℃、穴あけ加工を３０００個連続で行なう場合を想定すると、図７に示すグラフから明らかなように重ね枚数は２枚が上限となる。仮に３枚で穴あけ加工を行なった場合には、穴あけ加工個数が、１７００個を超えたあたりで、ドリル温度が２５０℃を超える。

赤外線センサ５０によりドリル４５の温度を穴あけ加工の都度測定しておくことで、ドリル温度が２５０℃を超えたことを即座に検知することができる。そして、これを検知した場合には、ドリルが折損した場合と同様に、制御器５１は穴あけ加工機を停止し、警告を行なう。この警告は、警告ブザーの鳴動、警告ランプの点灯、表示部への警告表示などにより行なう。

さらには、本実施の形態の穴あけ加工機によると、ドリル４５や切屑の温度を、穴あけ加工しながら測定することができるので、測定される温度を通じて加工状態をモニタリングすることができる。これにより、加工条件を微調整したり、加工穴の品質を保証したりすることが可能となる。

本実施の形態のプリント基板用穴あけ加工機を用いて、適切な加工条件を設定する場合について以下に説明する。

まず、同時に穴あけ加工を行なうプリント基板の重ね枚数を決定する場合について説明する。プリント基板の穴あけ加工においては、プリント基板の基材の材質や、プリント基板の厚み、表面の仕上げ、要求される精度などによって、同時に加工することができる枚数が変動する。そこで、まず適切と思われる枚数のプリント基板を穴あけ加工機にセットし、穴あけ加工を試行的に行ないドリル温度を測定する。測定されたドリル温度が所定の範囲内であるか否かにより、重ね枚数の適否を判断する。この適否の判断は、制御器５１の比較部が行ない、表示部にその結果を表示する。

この一例について、前出の図７に基づき説明する。上述のように、穴あけ加工個数が増加するに従って、ドリル温度が上昇する。また、重ね枚数が増加するほど、ドリル温度が高くなっている。この傾向は、穴あけ加工個数とは関係なく、穴あけ加工開始時から加工終了まで変わらない。ここで、穴あけ加工を行なうプリント基板の許容最高温度が２５０℃で、穴あけ加工を３０００個連続で行なう場合を想定すると、重ね枚数は２枚が上限となる。また、重ね枚数が１枚では、２枚の場合の、２倍の加工時間を要するから、この場合の最適な重ね枚数は、２枚である。

たとえば、第１のロットに対して、第１の加工条件として重ね枚数３枚で穴あけ加工を行なった場合には、３０００個に到達する前に、プリント基板の許容最高温度を超過してしまう。そこで、第２のロットに対しては、第２の加工条件として重ね枚数２枚で穴あけ加工を行なう。この場合には、３０００個まで許容最高温度を超えることなく穴あけ加工を行なうことができる。これにより、第２の加工条件の重ね枚数２枚が適切であることが決定される。以降のロットに対しては、この重ね枚数で加工を行なう。

このように、測定したドリル温度のデータに基づいて、加工条件を決定するので的確にその条件を決定することができる。また、赤外線センサは非接触でドリルの刃面の温度を直接測定することができるので、正確な温度に基づき加工条件を決定することができる。

図７に示したようなドリル温度と穴あけ加工個数の関係を示すデータを、記憶部に記憶しておくことにより、次回の加工においてはさらに効率的に、加工条件を決定することができる。たとえば、１５００個の穴あけ加工を行なう場合で、他の条件が図７の場合と同じであったとすると、１５００個の場合には３枚重ねでも２５０℃を超えることはない。そこで、１５００個であれば、３枚重ねが最も効率のよい加工条件であると判定できる。このように、種々の条件におけるドリル温度データを蓄積していくことにより、さらに効率的に加工条件を決定することができる。記憶部にデータを蓄積する場合には、全てのデータを蓄積するとデータ量が膨大となるため、たとえば穴あけ加工工数１００個ごとに記憶するようにしてもよい。これにより、データ量を百分の一にすることができるので、データ量をいたずらに増加させることなく、長期間に亙る温度データを蓄積することができる。

上記の加工条件の決定方法は、他の加工条件を決定する場合にも適用可能である。加工条件として当て板を選択する場合について説明する。プリント基板に穴あけ加工を行なう場合には、必要に応じて当て板が使用される。当て板としては、アルミニウムなどの金属板が通常は用いられるが、プリント基板の加工温度を下げる必要がある場合には、表面に潤滑材の層が設けられたアルミニウム板が使用される。たとえば、三菱ガス化学株式会社製のＬＥシートと呼ばれる製品などが使用されている。しかし、この潤滑材の層を有する当て板は、通常のアルミニウムの当て板より高価であるため、その使用は必要最小限にすることが好ましい。

図８は、潤滑材の層を有する当て板または潤滑材の層を有しない当て板を使用した場合における、穴あけ加工個数とドリル温度との関係を示すグラフである。この測定おいては、ガラスエポキシ基板の一種であるＦＲ−４をプリント基板として用い、ドリルの切削速度を６２ｍ／ｍｉｎに設定し、直径０．６ｍｍの貫通穴を加工した。

たとえば、許容最高温度が１３０℃、６０００個の貫通穴を加工する場合を想定すると、図８に示すグラフに従えば、ＬＥシートを使用する必要がある。仮に、第１のロットに対して、第１の加工条件として潤滑材の層を有しない当て板を選択した場合には、穴あけ加工個数が２０００個程度で１３０℃を超えてしまう。その場合には、第２のロットに対して、第２の加工条件として潤滑材の層を有する当て板を選択する。これにより６０００個まで１３０℃を超えることなく穴あけ加工することができるので、以降のロットに対しては、潤滑材の層を有する当て板の使用を決定することができる。

続いて、穴あけ加工に使用するドリルを選択する場合について説明する。通常は、ドリルとして、その軸径が一定のストレートドリルと呼ばれるドリルが使用される。プリント基板の加工時の温度を下げる必要がある場合には、貫通穴の内周面との接触面積を減らすため、先端部のみ通常径とし、その他の部分を小径とした、アンダーカットドリルと呼ばれるドリルが使用される。しかし、このアンダーカットドリルは、ストレートドリルより高価であるため、その使用は必要最小限にすることが好ましい。

図９は、ストレートドリルとアンダーカットドリルを使用した場合における、穴あけ加工個数とドリル温度との関係を示すグラフである。この測定おいては、ガラスエポキシ基板の一種であるＦＲ−４をプリント基板として用い、ドリルの切削速度を６２ｍ／ｍｉｎに設定し、直径０．６ｍｍの貫通穴を加工した。

図９に示すように、アンダーカットドリルを用いた場合には、ストレートドリルを用いた場合に比べて、かなり低温で穴あけ加工を行なうことができる。必要に応じて、いずれかのドリルを選択すればよい。このように、ドリル温度を正確に測定することができるので、ドリルの選択を的確に行なうことができる。

上記の説明においては、３つの加工条件を決定する場合について説明したが、これらはあくまでも一例であって、本発明に係るプリント基板用穴あけ加工機により的確に決定することができる加工条件は、これらに限定されない。

また、本発明に係るプリント基板用穴あけ加工機においては、赤外線センサにより、切削加工時のドリルや切屑の温度を直接測定することが可能であるので、迅速に異常を検知することができるだけでなく、これらの正確な温度を測定することができるので、測定した温度データを蓄積することにより、高度の品質管理が可能となる。

続いて、測定された最新の温度データを用いて、連続した穴あけ加工作業中にプリント基板用穴あけ加工機を制御し、不具合を生ずることなく穴あけ加工を継続できるよう制御する場合について説明する。

この場合には、制御器５１は、比較部およびドリルの動作を制御する動作制御部を備えている。この比較部には予め上限温度を設定することが可能であり、測定した最新の温度データと常時比較を行なう。この上限温度としては、加工を継続しても不具合が生じない上限の温度を設定する。

測定した最新の温度データが、この予め設定した上限温度を超えた場合には、動作制御部により次のいずれか、または、これらを組み合わせた制御を行なう。その第１は、ドリル上死点高さを増大させることで、穴あけ加工の間隔を長くし、ドリルが冷却される時間を確保してドリルの温度を低下させる。第２は、ドリルの上死点における待機時間の延長して、穴あけ加工の間隔を長くし、ドリルが冷却される時間を確保してドリルの温度を低下させる。第３は、ドリル回転数の低減させて穴あけ加工における発熱を抑制してドリルの温度を低下させる。第４は、ドリルの送り速度を低減させて穴あけ加工における発熱を抑制してドリルの温度を低下させる。

これらの制御のいずれかまたはこれらを組み合わせて行なうことにより、ドリル温度を低下させ、上限温度より低い温度にすることができる。加工を継続して、再度ドリル温度が上限温度を超えた場合にも同様の制御を行なう。このような制御を繰り返し行なうことで、ドリル温度が穴あけ加工において不具合を生ずるような温度になる前に、穴あけ加工における正常な温度までドリル温度を低下させることができる。

次に上記のような制御を行なった実施例について説明する。ここでは、一例として、ドリル上死点位置を変更する制御を行なった。穴あけ加工においては、ドリルとして直径１ｍｍのアンダーカットドリル用い、ドリルの切削速度は１８８ｍ／ｍｉｎ、ドリルの送り速度は１８００ｍｍ／ｍｉｎとした。加工するプリント基板としては、テクノーラを含有する厚さ１．６ｍｍのものを二枚重ねで用いた。上限温度として、プリント基板に使用される樹脂のガラス転移温度である１５０℃を採用した。

図１０は、ドリル上死点高さＺを示す正面図である。図１０にＺで示す、ドリル上死点高さは、当初３ｍｍで開始し、上限温度である１５０℃を超えるたびに、動作制御部によりドリル上死点高さを３ｍｍ間隔で増大させるように制御した。

図１１は、上限温度を超えるたびにドリル上死点高さを増大させるように制御した場合の、穴あけ加工個数とドリル温度との関係を示すグラフである。図１１から明らかなように、上限温度の１５０℃を超えた時点で上死点高さを３ｍｍ増大させることで、ドリル温度を約３０℃低下させることができた。このような制御を繰り返すことにより、ドリル温度が不具合を生ずるような高い温度に達する前に、ドリル温度を低下させることができる。これにより、加工品質を安定させることができる。また、ドリル温度が異常な高温になることを回避することができるので、ドリルの寿命を延長することができる。

ここでは、ドリル上死点高さを増大させる場合について説明したが、ドリルの上死点における待機時間の延長、ドリル回転数の低減、または、ドリル送り速度の低減を行なうよう制御した場合でも、同様の結果が得られる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態におけるプリント基板用穴あけ加工機の全体の構造を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態におけるスピンドルユニットの構造を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態におけるスピンドルユニット本体およびその周辺の構造を示す縦断面図である。 この発明に基づいた実施の形態における押圧ユニットの下端部の構造を示す縦断面図である。 この発明に基づいた実施の形態における変形例の押圧ユニットの下端部の構造を示す縦断面図である。 この発明に基づいた実施の形態における赤外線センサを通気パイプに設けた例を示す縦断面図である。 ３種類の重ね枚数における、穴あけ加工個数とドリル温度との関係を示すグラフである。 潤滑材の層を有する当て板または潤滑材の層を有しない当て板を使用した場合における、穴あけ加工個数とドリル温度との関係を示すグラフである。 ストレートドリルとアンダーカットドリルを使用した場合における、穴あけ加工個数とドリル温度との関係を示すグラフである。 ドリル上死点高さの定義を示す正面図である。 上限温度を超えるたびにドリル上死点高さを増大させるように制御した場合の、穴あけ加工個数とドリル温度との関係を示すグラフである。

符号の説明

４５ ドリル、４６ 押圧ユニット、４７ 通気パイプ、５０ 赤外線センサ、５１ 制御器。

Claims (1)

1. ドリルによりプリント基板に多数個の穴あけ加工を連続的に行なうプリント基板用穴あけ加工機であって、
   前記ドリルの刃面の温度および／または切屑の温度を測定する赤外線センサと、比較手段と、警告手段とを備え、
   前記比較手段は、一連の穴あけ加工工程において、先行して測定した所定個数前の穴あけ加工における温度データと、最新の温度データとを逐次比較することが可能であり、前記警告手段は、その温度差が予め設定した範囲を超える場合には警告を発する、プリント基板用穴あけ加工機。

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