特開 2022-60116 ドリル加工装置及びドリル加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022060116

(43)【公開日】2022-04-14

(54)【発明の名称】ドリル加工装置及びドリル加工方法

(51)【国際特許分類】

   B26F 1/16 20060101AFI20220407BHJP

   B23B 41/00 20060101ALI20220407BHJP

   H05K 3/00 20060101ALI20220407BHJP

【ＦＩ】

B26F1/16

B23B41/00 D

H05K3/00 M

H05K3/00 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020168133

(22)【出願日】2020-10-03

(71)【出願人】

【識別番号】000233332

【氏名又は名称】ビアメカニクス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】鴨志田 啓一

【テーマコード（参考）】

3C036

3C060

【Ｆターム（参考）】

3C036AA01

3C060AA11

3C060BA05

3C060BD01

3C060BG13

3C060BH01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ドリルで基板に加工を行うドリル加工装置において、エアカット時間を短縮しながら、加工精度を維持することで、生産性を向上させる。
【解決手段】穴明け加工前の被加工物（プリント基板ユニットＰ）の上面の、任意の領域で最も高い部分の高さを測定する高さ測定部（高さ測定センサ２４）を備え、被加工物（プリント基板ユニットＰ）の最も高い位置に合わせて、ドリル７の待機位置を設定するように制御し、加工精度を維持しながら穴あけ時間を短縮する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ドリルと、前記ドリルにより加工されるテーブルに固定された被加工物とを、ＸＹ方向に相対的に移動させ、前記ＸＹ方向の相対的な移動中に、前記ドリルのＺ軸方向の下降移動を開始させることにより穴あけを行うドリル加工装置において、前記被加工物の任意の領域で最も高い部分の高さを加工前に測定する高さ測定部を備え、前記高さ測定部が測定した前記被加工物の高さに基づいて、ドリルの待機位置を決定することを特徴とする、ドリル加工装置。

【請求項2】

ドリルと、前記ドリルにより加工されるテーブルに固定された被加工物とを、ＸＹ方向に相対的に移動させ、前記ＸＹ方向の相対的な移動中に、前記ドリルのＺ軸方向の下降移動を開始させることにより穴あけを行うドリル加工方法において、前記被加工物の任意の領域で最も高い部分の高さを加工前に測定し、前記測定した高さに基づいて、ドリルの待機位置を決定することを特徴とする、ドリル加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばプリント基板にドリルで穴あけを行うドリル加工装置及びドリル加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ドリル加工装置は、加工プログラムに従い、プリント基板を載置固定したテーブルをＸ軸方向に駆動するとともに、ドリルを保持したスピンドルをＹ軸方向に駆動して、ドリルを加工位置に相対的に位置決めした後、スピンドルに保持され、所定の待機位置（Ｚ軸方向の待機位置をいう、以下同じ）にあるドリルを、Ｚ軸方向に下降させて穴あけを行うようになっている。ドリルの待機位置から基板に接触するまでの移動（エアカット）時間は、加工に関与しないので、生産性を向上させるためにこれを短縮することが望まれていた。

【0003】

そこで、Ｘ軸及びＹ軸方向の移動時間と、Ｚ軸方向（上下方向）の移動時間とをオーバーラップさせることで、穴あけ時間の短縮を図る技術が開発された（特許文献１参照）。この技術は、Ｘ軸及びＹ軸方向の位置整定が完了する前にスピンドル下降を開始し、前記Ｘ軸及びＹ軸方向の位置整定が完了するタイミングで、ドリル先端が基板に接触し、切り込みを開始するものである。

【0004】

図９（Ａ）は、従来技術のＸ軸及びＹ軸と、Ｚ軸との、時間ごとの位置関係を示す図である。図９（Ａ）に示すように、従来技術では、Ｘ軸で駆動されるテーブルと、Ｙ軸で駆動されるスピンドルは、ともにタイミングＴ２で目標位置Ｘ１、Ｙ１への移動整定を完了する。そこで、テーブルとスピンドルが移動を開始してから目標位置に整定完了するまでの時間と、ドリルが待機位置から基板の上面に到達するまでの時間とに基づいて、ドリルの下降開始タイミングを決定し、移動整定が完了するよりも早いタイミングＴ１でドリルの下降を開始させ、移動整定が完了するタイミングＴ２で基板上面に接触し切り込みを開始させる。このとき、目標位置Ｘ１、Ｙ１と加工位置Ｘ２、Ｙ２は一致する。ここで、ドリルの待機位置は、プリント基板の高さに該プリント基板の材質や枚数、加工内容に応じてあらかじめ設定された最小の値を付加した高さに設定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２－１６６３９６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来、基板に最初の一穴目を加工するときに、ドリル近傍に設けた高さ測定センサを用いて、当該一穴目近傍の基板上面の高さを測定し、その結果に基づいて一穴目以降の全ての穴を加工するときの待機位置として設定していた。つまり、一つの基板を加工する際の待機位置を、基板の一穴目近傍というごく一部分の高さに基づいて設定していた。しかし、基板の加工領域は広くうねりがあるため、基板の上面の高さは全面が均一なわけではなく、加工する場所によっては測定した高さよりも高い所がある。加工場所の基板高さが測定した高さより高いと、ドリル待機位置と基板上面の間の距離が短くなるため、次のような問題が生じていた。

【0007】

図９（Ｂ）は、従来技術のＸ軸及びＹ軸と、Ｚ軸との時間ごとの位置関係であって、加工部位の基板の高さが測定した高さよりも高い場合の例を示す図である。加工部位の基板の高さが測定値よりも高い場合には、待機位置にあるドリル先端と、基板上面の間の距離が短くなる。そのため、図９（Ｂ）に示すように、ドリル先端が、ＸＹ軸の整定途中であるＴ２´のタイミングで基板上面に接触し、本来の目標位置Ｘ１、Ｙ１とは異なるＸ２、Ｙ２を切り込み加工することになり、位置精度が悪化する。また、接触後も整定完了まで基板がＸＹ方向で相対的に移動するため、ドリル先端が損傷することがあった。

【0008】

ここで、基板上面の高さ検出精度を上げるために、加工する穴毎に高さを検出することも考えられるが、一つの基板に加工する穴数は膨大であるため、高さ検出の時間がかかってしまうという問題がある。また、加工中に随時高さを検出しようとすると、基板上面に削り屑等が生じるため、高さを正確に検知できなくなり、妥当ではない。

【0009】

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、被加工物である基板の上面の高さを一度で精度よく測定し、ドリルの待機位置を自動的に設定することで、加工精度を維持しながら穴あけ時間を短縮することができるドリル加工装置、及びドリル加工方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、ドリルと、前記ドリルにより加工されるテーブルに固定された被加工物とを、ＸＹ方向に相対的に移動させ、該ＸＹ方向の相対的な移動中に、該ドリルのＺ軸方向の下降移動を開始させることにより穴あけを行うドリル加工装置において、該被加工物の任意の領域で最も高い部分の高さを加工前に測定する高さ測定部を備え、該高さ測定部が測定した該被加工物の高さに基づいて、ドリルの待機位置を決定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、被加工物の任意の範囲の最も高い部分の高さに基づいてドリルの待機位置を設定することができるため、加工精度を維持しながら穴あけ時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明を適用したドリル加工装置の一例の全体を示す斜視図である。

【図2】本発明を適用したドリル加工装置の一例の側面断面図である。

【図3】本発明を適用したドリル加工装置の一例の被加工物であるプリント基板ユニットを説明する図である。

【図4】本発明を適用したドリル加工装置の一例のテーブルの拡大図である。

【図5】本発明を適用したドリル加工装置の一例のワーク押えユニットの要部と、プリント基板を載置したテーブルの斜視図である。

【図6】本発明を適用したドリル加工装置の一例のワークセット動作を表す図である。

【図7】本発明を適用したドリル加工装置の一例のワーク押えユニットの動作を表す断面図である。

【図8】本発明を適用したドリル加工装置の押えプレートの変形例を示す図である。

【図9(A)】及び

【図9(B)】従来のドリル加工装置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0013】

以下、本発明の一実施例を、図１～８を参照しながら説明する。なお、各図において、各構成要素は、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、ドリル加工装置として必要な全てを示しているわけではない。

【0014】

図１は、本願発明にかかる、ドリル加工装置の全体構成を示す図である。ベッド１は装置の土台であり、床に設置される。門型コラム２はベッド１の上に固定されている。被加工物であるプリント基板ユニットＰを載置するテーブル３は、Ｘ軸案内レール８に案内されＸ方向に移動可能にベッド１に設置されている。テーブル３はＸ軸送りねじ１１を介して、図示を省略するモータにより駆動される。プリント基板ユニットＰはスピンドル６と同数（図示の場合６個）がテーブル３に載置される。

【0015】

スライド板４はＹ軸案内レール９に案内されＸ方向と直角なＹ方向に移動可能に門型コラムレール２に設置されている。スライド板４は、図示を省略するＹ軸送りねじを介して、図示を省略するモータにより駆動される。スライド板４には、Ｚ軸案内レール１０に案内されＸ、Ｙ方向に直角なＺ方向に移動可能にハウジング５が設置されている。ハウジング５は、ハウジング５に螺合するＺ軸送りねじ１２を介して、Ｚ軸モータ１３（１３ａ～１３ｆ）により駆動される。ハウジング５には、それぞれスピンドル６が固定され、スピンドル６の先端にはそれぞれドリル７（７ａ～７ｆ）が装着されている。そして、スピンドル６によりドリル７ａ～７ｆを所定の速度で回転させておき、テーブル３とスピンドル６をＸ、Ｙ方向に相対的に移動させ、プリント基板ユニットＰに対して位置決めしながら、Ｚ軸モータ１３ａ～１３ｆを同時に駆動してスピンドル６をＺ方向に移動させ、ドリル７をプリント基板ユニットＰに切り込ませる。なお、ドリル７ａ～７ｆが下降を開始するまで、該ドリル７ａ～７ｆの先端は、全て同じ高さの待機位置に位置する。

【0016】

制御装置５０は、Ｚ軸モータ１３ａ～１３ｆを同一のプログラムにしたがって同時に駆動制御する。また、制御装置５０は、後述する高さ測定センサにより測定されたプリント基板ユニットＰの上面の高さに基づいて、ドリルの待機位置を決定する。当該待機位置は、ＸＹ軸方向でのプリント基板ユニットＰとドリルの相対移動時に、ドリル先端がプリント基板ユニットＰの上面に接触しないように、プリント基板の種類や重ね合わせ枚数、加工内容に応じてあらかじめ設定された最小の値を、後述する高さ測定センサにより測定された基板上面の高さに付加した値で設定される。なお、制御装置５０は図示を省略するＣＰＵ及びメモリを備え、ＣＰＵは、制御部と演算部を含み、制御部が命令の解釈とプログラムの制御の流れを制御し、演算部が演算を実行する。また、プログラムは図示しないメモリに格納され、実行すべき命令（ある数値又は数値の並び）を前記プログラムの置かれたメモリから取り出し、前記プログラムを実行する。

【0017】

図２は、ドリル加工装置の側面断面図である。門型コラム２の背面側には、制御装置５０により制御されるワーク押えユニット２０が固定されている。なお、図２は、テーブル３が、プリント基板ユニットＰが加工されるときの位置にある状態を示しており、オペレータが当該プリント基板ユニットＰを載置するときには、テーブル３は図２のＸ軸案内レール８上の最も左側に位置する。また、ワーク押えユニット２０が作動するときには、テーブル７は押圧プレート２３の下方に位置する。

【0018】

図３（Ａ）はプリント基板ユニットＰの断面図、図３（Ｂ）はプリント基板ユニットＰの斜視図である。図に示すように、プリント基板ユニットＰは複数枚（図では４枚）のプリント基板３０が重ねられており、縦横の長さが該プリント基板３０と同一で厚さが０．１５ｍｍ程度のアルミ板（以下、上板３１という。）と、縦横の長さが前記プリント基板と同一で厚さが２ｍｍ程度の樹脂板（以下、下板３２という。）との間に挾まれている。各プリント基板３０、上板３１および下板３２には位置決め用の基準穴３３がそれぞれ２個ずつ設けられており、上下に積層した板３０、３１、３２間でこれら基準穴３３の位置は対応している。なお、基準穴３３は、ドリルで穴あけ加工がおこなわれる加工領域から任意の距離離れた位置にある。これら上下に対応した基準穴３３を通して基準ピン３４が挿嵌されており、この基準ピン３４で上下に積層した板３０、３１、３２の位置が合わせられている。

【0019】

図４はテーブル３の斜視図である。テーブル３には、Ｖクランプ用穴４１及び細長いスリット状の平行クランプ用溝４２が形成されている。オペレータは、基準ピン３４で位置を合わせたプリント基板ユニットＰの一方の基準ピン３４をＶクランプ用穴４１に挿入し、他方の基準ピン３４を平行クランプ用溝４２のスリットに挿入しながら、載置する。

【0020】

なお、オペレータが載置した状態では、両基準ピン３４は、Ｖクランプ用穴４１、平行クランプ用溝４２内において、仮保持されている状態である。押圧プレート２３がプリント基板ユニットＰの上面を押圧すると、両基準ピンがＶクランプ用穴４１、平行クランプ用溝４２内において、図示を省略するクランプ機構により保持され、テーブル３に固定される。

【0021】

図５は、ワーク押えユニット２０の要部とプリント基板ユニットＰを載置したテーブル３の斜視図である。ワーク押えユニット２０は、制御装置５０により制御され、押圧シリンダ２１が下降し、押圧シャフト２２を介して押圧プレート２３をプリント基板ユニットＰの上面に押し付け、これをテーブル３に固定する。

【0022】

押圧プレート２３は、図５に示されるように、プリント基板ユニットＰの中心からやや右にずれた位置を通り、基板の長手方向と平行に延在する所定の幅を有する棒状の形状をしている。押圧プレート２３の下面全面には、図２に示されるように、接触検知部として圧力センサ２５が設けられている。圧力センサ２５は薄いシート状で、センシングポイントがマトリクス状に配置されており、プリント基板ユニットＰとの接触を圧力の変化により検知する。押圧プレート２３の長手方向の長さは、本実施例では、基板の加工領域よりも長くなっている。このような形状にすることで、基板の加工領域を長手方向にわたって所定の幅を有する面として押さえつけることができる。なお、基板の中心からややずれた位置に延在するため、押圧プレート２３の下面が、基準ピン３４と直接接触しないようになっている。

【0023】

押圧シリンダ２１には高さ測定部としての高さ測定センサ２４が設けられている。高さ測定センサ２４は、押圧プレート２３が押し下げられ、圧力センサ２５がプリント基板ユニットPと接触し圧力の変化を検知した高さを測定する。押圧プレート２３が基板上面の任意の範囲を押えることができる形状であるため、当該押圧プレート２３の下面に設けた圧力センサ２５により、当該任意の範囲におけるもっとも高い高さを測定することができる。

【0024】

次に、図６（Ａ）～（Ｅ）を参照して、プリント基板ユニットＰのセット動作を説明する。図６（Ａ）は、プリント基板ユニットＰを載置する前のテーブル３である。テーブル３は、プリント基板ユニットＰが載置される際には、図１のＸ方向奥側、図２の最も左側に位置する。この状態で、オペレータは、プリント基板ユニットＰを、基準ピン３４がＶクランプ用穴４１、平行クランプ用溝４２にはまるよう載置する（図６（Ｂ））。その後、テーブル３は、プリント基板ユニットＰが押圧プレートの下に位置するように移動する（図６（Ｃ））。

【0025】

プリント基板ユニットＰが押圧プレート２３の下に位置すると、押圧シリンダ２１が作動し、押圧プレート２３が下降する。図７は、ワーク押えユニット２０の押圧動作を示す断面図である。図７に示すように押圧プレート２３が下降していき、該押圧プレート２３の下面に設けた圧力センサ２５が、プリント基板ユニットＰと接触を検知すると、高さ測定センサ２４が検知したときの高さを制御装置５０へ送信する。 制御装置５０は、送信された高さにもとづき、待機位置を設定する。なお、本実施例においては、同一のテーブル７上に載置された複数のプリント基板ユニットＰのそれぞれの高さを測定するが、測定した高さのうち最も高い高さに基づいて、待機位置が設定される。

【0026】

押圧プレート２３はさらに下降を続け、プリント基板ユニットＰの上面を全面にわたって押圧する。該上面が押圧されることで、該プリント基板ユニットＰの両端に設けられた基準ピン３５が、Ｖクランプ用穴４１及び平行ピンクランプ用溝４２の内部において、図示を省略するクランプ機構により、固定される。これによりプリント基板ユニットＰがテーブルに固定される（図６（Ｄ））。プリント基板ユニットＰが固定された後、押圧プレート２３は上昇し（図６（Ｅ））、テーブル３は、図２で図示される加工位置へ移動し、ドリルにより切削加工される。

【0027】

本実施例において、押圧プレート２３は、延在する平板の棒状としたが、基板上面を所定の幅と長さを有する範囲で押圧できるような形状であれば、これに限られない。例えば、本実施例の形状に、長手方向に垂直な方向に延在する棒状の平板を付加した、図８（Ａ）のような十字状にしてもよい。このようにすれば、本実施例よりも広い範囲で最も高い位置の高さを検出できる。さらに、図８（Ｂ）に示すように、基板の上面全面を押さえるような形状とすれば、上面全面において最も高い位置の高さを検出することができる。この場合、押圧プレート２３が基準ピン３４に接触しないように、当該基準ピン３４のある部分に切り欠きを設けるとよい。

【0028】

本実施例において、接触検知部して押圧プレート２３の下面に圧力センサ２５を設けたが、押圧プレート２３とプリント基板ユニットＰとの接触を検知できる構成であれば、これに限られない。例えば、押圧プレート２３の上面にひずみゲージを向けて、接触を検知してもよい。また、押圧プレート２３に、非接式の高さ測定センサを４つ設け、４つのセンサの位置変化に基づいて、接触を検知してもよい。

【符号の説明】

【0029】

１：ドリル加工装置
２：門型コラム
３：テーブル
４：スライド板
５：ハウジング
６：スピンドル
７：ドリル
８：Ｘ軸案内レール
９：Ｙ軸案内レール
１０：Ｚ軸案内レール
１１：Ｘ軸送りねじ
１２：Ｚ軸送りねじ
１３：Ｚ軸モータ
２０：ワーク押えユニット
２１：押圧シリンダ
２２：押圧シャフト
２３：押圧プレート
２４：高さ測定センサ
２５：圧力センサ
３０：プリント基板
３１：上板
３２：下板
３３：基準穴
３４：基準ピン
４１：Ｖクランプ用穴
４２：平行クランプ用構
５０：制御装置
Ｐ：プリント基板ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9(A)】

【図9(B)】