WO2022030320A1

WO2022030320A1 - 劣化検出用プリント基板

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Publication number: WO2022030320A1
Application number: PCT/JP2021/027827
Authority: WO
Inventors: 澤田毅; 上野冬貴
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2023-02-03
Also published as: US20230276569A1; JPWO2022030320A1; JP7473655B2; US12369245B2; DE112021003560T5; CN116097907A; CN116097907B

Abstract

絶縁体基板（２２）と、絶縁体基板（２２）の外面に形成される劣化検出用の配線パターン（２４）と、を有し、劣化検出の対象となる主プリント基板（１０）に取り付けられる劣化検出用プリント基板（２０）であって、配線パターン（２４）は、絶縁体基板（２２）の外面のうち、主プリント基板（１０）側に位置する裏面（３２）に形成され、絶縁体基板（２２）は、裏面（３２）から裏面（３２）とは反対側に位置する表面（３０）にかけて貫通する貫通部（貫通孔（３４）、切り欠き部（５０））を有する。

Description

劣化検出用プリント基板

　本発明は、劣化検出の対象となる主プリント基板に取り付けられる劣化検出用プリント基板に関する。

　工作機械は、塩化物と硫化物等の異物を含む切削液が飛散する環境で使用される。工作機械の主プリント基板に切削液が付着すると、配線パターンの銅箔部分が腐食して断線する。配線パターンの断線を予測するために、主プリント基板には劣化検出用プリント基板が取り付けられる。劣化検出用プリント基板は、主プリント基板の配線パターンよりも断線しやすい劣化検出用の配線パターンを有する。

　例えば、劣化検出用プリント基板は、絶縁体基板と、絶縁体基板の両面に形成される配線パターンと、を有する。配線パターンは、空間を飛散するミスト状の切削液が付着することによって劣化する。一方、配線パターンは、主プリント基板の表面を流れる切削液又は絶縁体基板の表面を流れる切削液が付着することによって劣化する。しかし、絶縁体基板の両面に配線パターンを形成する場合、劣化検出用プリント基板の製造コストが上昇する。

　特開２０１８－４１８３７号公報には、絶縁体基板の裏面に配線パターンを有する劣化検出用プリント基板が開示される。絶縁体基板の表面には、配線パターンが形成されない。このため、特開２０１８－４１８３７号公報によれば、劣化検出用プリント基板の製造コストを抑制することができる。

　絶縁体基板の裏面には、主プリント基板の配線パターンに接続される複数の電極パッドが設けられる。複数の電極パッドは、主プリント基板に対する劣化検出用プリント基板の接合強度を確保するために、裏面の縁部に設けられる。更に、各電極パッドの周囲には、はんだ付けの際に飛散するフラックスが付着する。

　近時、複数の電極パッドとその周囲とに付着するフラックスが主プリント基板と検出用プリント基板との間の隙間に浸入しようとする切削液を阻む、ということが分かった。この場合、絶縁体基板の裏面に形成される配線パターンには切削液が付着しにくくなり、断線が発生しにくくなる。

　そこで、本発明は、製造コストを上昇させることなく配線パターンの断線を促進させることができる劣化検出用プリント基板を提供することを目的とする。

　本発明の態様は、絶縁体基板と、前記絶縁体基板の外面に形成される劣化検出用の配線パターンと、を有し、劣化検出の対象となる主プリント基板に取り付けられる劣化検出用プリント基板であって、前記配線パターンは、前記絶縁体基板の前記外面のうち、前記主プリント基板側に位置する裏面に形成され、前記絶縁体基板は、前記裏面から前記裏面とは反対側に位置する表面にかけて貫通する貫通部を有する。

　本発明によれば、製造コストを上昇させることなく配線パターンの断線を促進させることができる。

図１は、主プリント基板の模式図である。図２は、第１実施形態の劣化検出用プリント基板の斜視図である。図３は、第１実施形態の劣化検出用プリント基板の底面図である。図４は、第２実施形態の劣化検出用プリント基板の斜視図である。図５は、第２実施形態の劣化検出用プリント基板の底面図である。

　本発明による劣化検出用プリント基板について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

［１　主プリント基板１０］
　図１は、主プリント基板１０の模式図である。主プリント基板１０は、工作機械に使用される。主プリント基板１０の少なくとも一方の面には、電子回路の配線パターン（不図示）が形成されるとともに、劣化検出回路の配線パターン１２が形成される。また、主プリント基板１０には、電源端子１４と、グランド端子１６と、が設けられる。電源端子１４は、電源に接続される。グランド端子１６は、グランドに接続される。

　配線パターン１２は、第１配線１２ａと、第２配線１２ｂと、第３配線１２ｃと、第４配線１２ｄと、第５配線１２ｅと、を有する。第１配線１２ａの一端である第１端部は電源端子１４に接続される。第１配線１２ａの他端である第２端部は後述する劣化検出用プリント基板２０の第１電極パッド４０ａに接続される。第２配線１２ｂの一端である第１端部は劣化検出用プリント基板２０の第１電極パッド４０ｂに接続される。第２配線１２ｂの他端である第２端部は劣化検出用プリント基板２０の第１電極パッド４０ｃに接続される。第３配線１２ｃの一端である第１端部は劣化検出用プリント基板２０の第１電極パッド４０ｄに接続される。第３配線１２ｃの他端である第２端部はグランド端子１６に接続される。第３配線１２ｃには、抵抗Ｒが直列に接続される。抵抗Ｒの両端には、抵抗電圧を検出する電圧センサＶが接続される。第４配線１２ｄの一端である第１端部は劣化検出用プリント基板２０の第２電極パッド４６ａに接続される。第４配線１２ｄの他端である第２端部はグランド端子１６に接続される。第５配線１２ｅの一端である第１端部は劣化検出用プリント基板２０の第２電極パッド４６ｂに接続される。第５配線１２ｅの他端である第２端部はグランド端子１６に接続される。

　図１に示される配線パターン１２は一例である。配線パターン１２の形状は、図１に示される形状に限られない。

　後述するが、劣化検出用プリント基板２０に形成される配線パターン２４は、配線４２ａと、配線４２ｂと、を有する。配線４２ａは、第１電極パッド４０ａと第１電極パッド４０ｂとに接続される。配線４２ｂは、第１電極パッド４０ｃと第１電極パッド４０ｄとに接続される。第１配線１２ａと、配線４２ａと、第２配線１２ｂと、配線４２ｂと、第３配線１２ｃとは、直列に接続される。配線４２ａと配線４２ｂとは、主プリント基板１０の前述した電子回路の配線（不図示）と比較して細い。このため、配線４２ａと配線４２ｂと、は断線しやすい。配線４２ａと配線４２ｂ（及び第１配線１２ａ～第３配線１２ｃ）とが断線していない状態で電源端子１４に所定電圧が印加されると、電圧センサＶは抵抗電圧を検出する。一方で、配線４２ａ又は配線４２ｂが断線している状態で電源端子１４に所定電圧が印加されると、電圧センサＶはゼロの電圧を検出する。このように、電圧センサＶの検出値は、劣化検出用プリント基板２０の劣化度合いを示す指標となる。結果として、電圧センサＶの検出値は、主プリント基板１０に形成される配線パターンの劣化度合いを示す指標となる。

［２　劣化検出用プリント基板２０］
　以下で劣化検出用プリント基板２０の具体例として、第１実施形態と第２実施形態の説明をする。

［２－１　第１実施形態］
　図２は、第１実施形態の劣化検出用プリント基板２０の斜視図である。図３は、第１実施形態の劣化検出用プリント基板２０の底面図である。劣化検出用プリント基板２０は、絶縁体基板２２と、配線パターン２４と、ソルダレジスト２６と、を有する。なお、図３では、ソルダレジスト２６はドットで示される。図３では、ソルダレジスト２６で覆われる配線パターン２４の外形箇所が破線で示される。

　絶縁体基板２２は、絶縁体部材で形成される板片である。第１実施形態では、絶縁体基板２２の外面のうち、主プリント基板１０に向けられる外面を裏面３２とし、裏面３２が向けられる方向とは反対方向に向けられる外面を表面３０とする。絶縁体基板２２は、裏面３２の略中心部分から表面３０の略中心部分にかけて貫通する貫通孔（貫通部）３４を有する。一般的なスルーホールは液体（切削液）を流し得ない。これに対して、貫通孔３４の大きさは、液体（切削液）を表面３０から裏面３２に流し得る。第１実施形態において、貫通孔３４の平面視の形状は、長円である。但し、貫通孔３４の形状はこれに限定されない。

　配線パターン２４は、銅等の導体で形成されており、絶縁体基板２２の裏面３２にプリントされる。配線パターン２４には、断線しやすい２つのセンサ部３６ａ、３６ｂと、センサ部３６ａ、３６ｂの断線を促進する２つの断線促進部３８ａ、３８ｂと、が含まれる。

　センサ部３６ａは、前述した一組の第１電極パッド４０ａ、４０ｂと、配線４２ａと、を有する。第１電極パッド４０ａと第１電極パッド４０ｂとは、裏面３２の複数の縁部のうち、向かい合った２つの縁部にそれぞれ配置される。配線４２ａは、裏面３２を縦断し、且つ、貫通孔３４の周囲を通る。

　センサ部３６ｂは、前述した一組の第１電極パッド４０ｃ、４０ｄと、配線４２ｂと、を有する。第１電極パッド４０ｃと第１電極パッド４０ｄとは、裏面３２の複数の縁部のうち、向かい合った２つの縁部にそれぞれ配置される。配線４２ｂは、裏面３２を縦断し、且つ、貫通孔３４の周囲を通る。

　配線４２ａは、貫通孔３４の短手方向の一方側（図３の右側）に配置される。配線４２ｂは、貫通孔３４の短手方向の他方側（図３の左側）に配置される。配線４２ａと配線４２ｂとは、貫通孔３４の長手方向と平行する。

　前述したように、配線４２ａ、４２ｂは細い。また、後述するが、配線４２ａの少なくとも一部と配線４２ｂの少なくとも一部とは、貫通孔３４の近傍で大気中に露出する。このため、配線４２ａ、４２ｂは、表面３０から貫通孔３４を流れて裏面３２に案内される切削液と接触して腐食する。腐食が進行すると、配線４２ａと配線４２ｂの各々は断線する。

　断線促進部３８ａは、１つの第２電極パッド４６ａと、第２電極パッド４６ａに接続されるグランド部４８ａと、で構成される。第２電極パッド４６ａは、裏面３２の縁部に配置される。グランド部４８ａは、配線４２ａと所定間隔離れて隣接する。

　断線促進部３８ｂは、１つの第２電極パッド４６ｂと、第２電極パッド４６ｂに接続されるグランド部４８ｂと、で構成される。第２電極パッド４６ｂは、裏面３２の縁部に配置される。グランド部４８ｂは、配線４２ｂと所定間隔離れて隣接する。

　図３に示される配線パターン２４の形状（センサ部３６ａ、３６ｂ及び断線促進部３８ａ、３８ｂの形状及び配置）は一例である。配線パターン２４の形状は、図３に示される形状に限られない。

　配線４２ａとグランド部４８ａとに跨って切削液が溜まり、且つ、配線４２ａとグランド部４８ａとの間に電位差が発生すると、配線４２ａからグランド部４８ａに銅イオンが移動する。すると、銅イオンの移動に伴い配線４２ａの腐食が進行して断線する。同様に、配線４２ｂとグランド部４８ｂとに跨って切削液が溜まり、且つ、配線４２ｂとグランド部４８ｂとの間に電位差が発生すると、配線４２ｂからグランド部４８ｂに銅イオンが移動する。すると、銅イオンの移動に伴い配線４２ｂの腐食が進行して断線する。

　ソルダレジスト２６は、裏面３２と、配線４２ａ、４２ｂと、グランド部４８ａ、４８ｂと、のそれぞれの一部を覆う。ソルダレジスト２６は、裏面３２と、配線４２ａ、４２ｂと、グランド部４８ａ、４８ｂと、のそれぞれの一部を大気中に露出させる。つまり、配線４２ａ、４２ｂと、グランド部４８ａ、４８ｂとのそれぞれの一部がソルダレジスト２６で覆われる。また、配線４２ａ、４２ｂと、グランド部４８ａ、４８ｂとのそれぞれの一部が大気中に露出する。

　貫通孔３４の周囲には、配線４２ａが大気中に露出する部分と、配線４２ａがソルダレジスト２６で覆われる部分とが交互に並ぶ。配線４２ａの外側方向には、断線促進部３８ａが大気中に露出する部分と、断線促進部３８ａがソルダレジスト２６で覆われる部分とが交互に並ぶ。なお、配線４２ａが露出する部分の外側方向には、裏面３２が大気中に露出する部分がある。裏面３２が大気中に露出する部分の外側方向には、断線促進部３８ａが大気中に露出する部分がある。また、配線４２ａがソルダレジスト２６で覆われる部分の外側方向には、裏面３２がソルダレジスト２６で覆われる部分がある。裏面３２がソルダレジスト２６で覆われる部分の外側方向には、断線促進部３８ａがソルダレジスト２６で覆われる部分がある。なお、配線４２ｂと断線促進部３８ｂと裏面３２も、配線４２ａと断線促進部３８ａと裏面３２と同じように配置される。

　切削液は、配線パターン２４とソルダレジスト２６との境界に溜まりやすい。配線４２ａとソルダレジスト２６との境界が貫通孔３４の周囲に並んでいる。また、配線４２ｂとソルダレジスト２６との境界が貫通孔３４の周囲に並んでいる。こうした構造によると、表面３０から貫通孔３４を流れて裏面３２に案内される切削液が各々の境界に溜まりやすい。このため、配線４２ａが腐食して断線しやすくなる。また、配線４２ｂが腐食して断線しやすくなる。

　第１実施形態において、絶縁体基板２２の表面３０に付着した切削液は、貫通孔３４を流れて裏面３２に案内され、主プリント基板１０と劣化検出用プリント基板２０との間の隙間に溜まる。従って、第１実施形態は、絶縁体基板２２の裏面３２に形成される配線パターン２４（配線４２ａ、４２ｂ）の断線を促進させることができる。第１実施形態によれば、貫通孔３４が表面３０に付着する切削液を裏面３２に案内する。このため、配線パターン２４を絶縁体基板２２の表面３０に形成する必要がない。このため、第１実施形態の劣化検出用プリント基板２０は、配線パターンが表面と裏面とに形成される劣化検出用プリント基板と比較して、製造コストの上昇を抑制することができる。

　また、第１実施形態において、配線４２ａ、４２ｂは貫通孔３４の周囲に設けられる。更に、配線４２ａとソルダレジスト２６との境界と、配線４２ｂとソルダレジスト２６との境界と、が貫通孔３４の周囲に並べられる。その一方で、第１電極パッド４０ａ～４０ｄと第２電極パッド４６ａ、４６ｂとは絶縁体基板２２の裏面３２の縁部に設けられ、貫通孔３４の周囲に設けられない。このため、裏面３２に流れた切削液は、第１電極パッド４０ａ～４０ｄと第２電極パッド４６ａ、４６ｂとに阻まれることなく、配線４２ａ、４２ｂに接触する。更に、切削液は、配線４２ａとソルダレジスト２６との境界に溜まる。また、切削液は、配線４２ｂとソルダレジスト２６との境界に溜まる。第１実施形態は、このような点でも配線パターン２４（配線４２ａ、４２ｂ）の断線を促進させることができる。

［２－２　第２実施形態］
　図４は、第２実施形態の劣化検出用プリント基板２０の斜視図である。図５は、第２実施形態の劣化検出用プリント基板２０の底面図である。第２実施形態については、第１実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、図５では、ソルダレジスト２６で覆われる配線パターン２４の外形箇所が破線で示される。

　第２実施形態の絶縁体基板２２は、第１実施形態の貫通孔３４に代えて、切り欠き部（貫通部）５０を有する。切り欠き部５０は、絶縁体基板２２の縁部から絶縁体基板２２の一部が切り欠かれた部分である。

　裏面３２の一方側（図５の右側）にはセンサ部３６ａと断線促進部３８ａが設けられる。裏面３２の他方側（図５の左側）にはセンサ部３６ｂと断線促進部３８ｂが設けられる。第１電極パッド４０ａ～４０ｄと第２電極パッド４６ａ、４６ｂとは、絶縁体基板２２の裏面３２の１つの縁部に集中して設けられる。第２電極パッド４６ａは、第１電極パッド４０ａと第１電極パッド４０ｂとの間に設けられる。第２電極パッド４６ｂは、第１電極パッド４０ｃと第１電極パッド４０ｄとの間に設けられる。配線４２ａは、２つの縁部と切り欠き部５０の周囲とを通るように形成される。グランド部４８ａは、配線４２ａの内側に位置する。配線４２ｂは、２つの縁部と切り欠き部５０の周囲とを通るように形成される。グランド部４８ｂは、配線４２ｂの内側に位置する。配線４２ａの形状と配線４２ｂの形状は、裏面３２の中心線Ｃを対称軸線として線対称である。同様に、グランド部４８ａの形状とグランド部４８ｂの形状は、裏面３２の中心線Ｃを対称軸線として線対称である。

　第２実施形態は、第１実施形態と同等の効果を奏する。なお、第２実施形態において、第１電極パッド４０ａ～４０ｄと第２電極パッド４６ａ、４６ｂとは絶縁体基板２２の裏面３２の１つの縁部に集中して設けられる。このため、主プリント基板１０に付着した切削液が、主プリント基板１０と劣化検出用プリント基板２０との間の隙間に浸入しやすい。

　図５に示される配線パターン２４の形状（センサ部３６ａ、３６ｂの形状と配置、断線促進部３８ａ、３８ｂの形状と配置）は一例である。配線パターン２４の形状は、図５に示される形状に限られない。

［３　変形例］
　第１実施形態と第２実施形態とでは、ソルダレジスト２６が設けられる。これに代わり、配線パターン２４の全体がソルダレジスト２６で覆われず、大気中に露出してもよい。この変形例は、第１実施形態及び第２実施形態と比較して、配線パターン２４（配線４２ａ、４２ｂ）の腐食の発生確率と断線の発生確率とが低くなる。しかし、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、この変形例も、配線パターン２４（配線４２ａ、４２ｂ）を腐食させる機能と、配線パターン２４（配線４２ａ、４２ｂ）を断線させる機能と、を有する。

　配線４２ａの細さと配線４２ｂの細さとが異なってもよい。この場合、配線４２ａに接続される抵抗Ｒと配線４２ｂに接続される抵抗Ｒとが異なっていてもよい。また、配線４２ａに接続される電圧センサＶと配線４２ｂに接続される電圧センサＶとが異なっていてもよい。このように変形することで、主プリント基板１０の劣化を２段階に検出することができる。

［４　実施形態から得られる発明］
　上記実施形態及び変形例から把握しうる発明について、以下に記載する。

　本発明の態様は、絶縁体基板（２２）と、前記絶縁体基板の外面に形成される劣化検出用の配線パターン（２４）と、を有し、劣化検出の対象となる主プリント基板（１０）に取り付けられる劣化検出用プリント基板（２０）であって、前記配線パターンは、前記絶縁体基板の前記外面のうち、前記主プリント基板側に位置する裏面（３２）に形成され、前記絶縁体基板は、前記裏面から前記裏面とは反対側に位置する表面（３０）にかけて貫通する貫通部（３４、５０）を有する。

　本発明の態様において、前記貫通部は、前記裏面から前記表面にかけて前記絶縁体基板を貫通する貫通孔（３４）であってもよい。

　本発明の態様において、前記貫通部は、前記絶縁体基板の縁部から前記絶縁体基板の一部を切り欠いた切り欠き部（５０）であってもよい。

　本発明の態様において、前記裏面及び前記配線パターンの一部を覆うとともに前記配線パターンの一部を露出させるソルダレジスト（２６）が設けられてもよい。

　本発明の態様において、前記ソルダレジストが露出させる前記配線パターンの一部が、前記貫通部の周囲に設けられてもよい。

　なお、本発明に係る劣化検出用プリント基板は、前述の実施形態及び変形例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims

　絶縁体基板（２２）と、前記絶縁体基板の外面に形成される劣化検出用の配線パターン（２４）と、を有し、劣化検出の対象となる主プリント基板（１０）に取り付けられる劣化検出用プリント基板（２０）であって、
　前記配線パターンは、前記絶縁体基板の前記外面のうち、前記主プリント基板側に位置する裏面（３２）に形成され、
　前記絶縁体基板は、前記裏面から前記裏面とは反対側に位置する表面（３０）にかけて貫通する貫通部（３４、５０）を有する、劣化検出用プリント基板。
　請求項１に記載の劣化検出用プリント基板であって、
　前記貫通部は、前記裏面から前記表面にかけて前記絶縁体基板を貫通する貫通孔（３４）である、劣化検出用プリント基板。
　請求項１に記載の劣化検出用プリント基板であって、
　前記貫通部は、前記絶縁体基板の縁部から前記絶縁体基板の一部を切り欠いた切り欠き部（５０）である、劣化検出用プリント基板。
　請求項１～３のいずれか１項に記載の劣化検出用プリント基板であって、
　前記裏面及び前記配線パターンの一部を覆うとともに前記配線パターンの一部を露出させるソルダレジスト（２６）を更に有する、劣化検出用プリント基板。
　請求項４に記載の劣化検出用プリント基板であって、
　前記ソルダレジストが露出させる前記配線パターンの一部が、前記貫通部の周囲に設けられる、劣化検出用プリント基板。