JPH02172619A - 基板のバリ取り方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プリント基板穿設工程において、穿孔後のプ
リント基板の孔部に抜は落ちずに残ったバリを完全に除
去することができる基板のバリ取り方法及びその装置に
関する。

〔従来の技術］ プリント基板穿孔工程には、孔部内に抜は残ったバリを
除去する工程が存在する。従来、この工程は、プリント
基板上の孔部の配列と同配列に設定したピン群をプリン
ト基板（以下、単に基板と称す。）の孔部に挿通したり
、高圧水や高圧空気を基板表面に対して噴射させること
でバリを除去している。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ピン群を挿通する方法では、手間がかか
る上に、孔部の配列とピンの配列を対応させる必要があ
る為、基板の種類に応じてビン群の配列を変更する必要
があった。又、高圧水や高圧空気を用いる方法は簡易で
あり、エポキシ部分のバリ除去に関してはほぼ完全に行
なえるものの銅箔のバリ除去は完全に行うことができず
、孔部内に銅箔が残る場合があった。

本考案は、基板におけるエポキシ部分のバリ除去は勿論
のこと、銅箔部分のバリ除去も完全に行なうことが可能
で、しかも手間も要しない基板のバリ取り方法とその装
置を提供せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する為に、発明者は鋭意研究を行った結
果、水中に浸漬した基板に対して水を介して超音波を作
用させたときに、バリ除去が効果的に行なわれることを
見出し、本発明にいたったものである。

上記課題を解決した本発明方法の要旨は、バリ取り対象
となる穿孔後の基板を水中に浸漬させ、該基板の表面か
ら所定距離離間した水中位置に超音波ウェルダーの発振
ヘッドの先端を位置づけ、水中を伝播する超音波振動を
基板表面に作用させることで基板に残留したバリを除去
するものである。

又、このような方法を実施する装置の要旨は、基板を移
送する移送手段と、該移送手段の移送行程途上に配置さ
れた基板を水没させる水槽と、水中に位置する基板表面
から所定距離離間した水中位置に、その発振ヘッド先端
が位置づけられた超音波ウェルダーとから構成されたこ
とを特徴とする。

そして、発振ヘッドの先端にはアルミナ等の硬質セラミ
ックス材を貼着して発振ヘッドの耐久性を高めることが
好ましい。

〔作　用〕

このような構成の基板のバリ取り装置は、移送手段によ
ってバリ取り対象となる基板を一定方向に移送し、基板
を移送行程途上に配置された水槽内を通過させることで
、基板を水中に浸漬する。

次いで、この水中に位置づけられた基板の表面がら所定
距離離間した水中位置から超音波を発振し、水を媒体と
して超音波を基板表面まで伝播させることで基板のバリ
を完全に除去するものである。

そして、基板表面におけるバリ取り作用は以下のような
メカニズムによると推測される。即ち、発振ヘッドから
発振された超音波は、水中を伝播することによって水の
振動に変換される。水の質量及び粘性抵抗は空気のそれ
に比べてはるかに大きく、水の振動は基板の孔部を通過
する水流を生起せしめ、該水流が基板に付着したバリを
流し去る作用をする。しかも、水は一方向だけではなく
逆方向にも流れる上に、この水流の往復運動は極めて速
い周期で行なわれるので、バリは屈曲運すＪを短周期で
反復させられることとなって、この結果、バリは除去さ
れるのである。又、水の振動に伴って無数の気泡も発生
し、該気泡の破裂による衝撃力も作用してバリ取り効果
を更に高めているものと推測される。

発振ヘッドの先端は、最も大きな超音波エネルギーが集
中する部分である上に、該部分は振動する水によって常
に浸蝕を受ける部分でもあるので、該部分は損耗しやす
い。しかしながら該部分にアルミナ等の硬質セラミック
ス材を板状に成型したものを貼着したときには、発振ヘ
ッド先端の損耗の度合は大巾に改善されるとともに、仮
に１員耗したときでも板材を取り替えるだけで発振能力
を回復させることができるのである。

〔実施例〕

次に本発明の詳細を図示した実施例に基づき説明する。

第１図は本発明装置の要部を示す説明図である。図中１
はバリ取り対象となるプリント基板であり、その詳細は
、第２図に示される如く、ベークライト板２の片面に銅
箔３が被覆されるとともに、ベークライト板２適所には
電子部品の脚部等を挿通する為の孔部４が、銅箔３とベ
ークライト板２を貫通して設けられている。第２図に示
したものは、ベークライト板２に多数個開設された孔部
４のうちの１つを示し、該孔部４の一方の口縁には穿孔
工程で抜は残った銅箔片５が存在する状態を示している
。本方法及び装置は、この抜け残った銅箔片５や孔部４
内に残留するベークライト板の破片（図示せず）を完全
に除去することを目的としている。

基板１は、ネットコンベア６とローラー７．７とに挟持
された状態で水中Ｗに位置づけられ、該基板１表面から
上方へ向かって所定距離Ｈ離間した水中位置には、超音
波ウェルダ−８の発振ヘッド９の先端を位置づけている
。

この状態で超音波ウェルダーを発振させると、発振ベン
ド９先端の超音波振動は、水中Ｗを伝播して基板１表面
に達し、基板１周囲の水を振動させ、加圧、減圧を繰り
返す。この結果、前記振動に伴って孔部４内を図中、上
らか下に向かう水流と逆の水流とが交互に発生し、該水
流変化により、銅箔片５には押し引き動作が反復作用し
て銅箔片５と銅箔３との連結部を疲労させることで銅箔
片５は取り除かれる。又、同時にキャビテーションによ
り発生した気泡が基板１表面に作用して基板１の洗浄も
行なわれる。

本発明者は、本発明の効果及び最適条件を導き出す為に
実験を行った。以下、この実験結果について述べる。

一叉服土一 先ず、超音波振動として水中を伝播する超音波振動を利
用したことの効果を確かめる為に、発振ヘッドと基板と
を共に空気中に置いて、空気中を伝播する超音波振動を
用いてバリ取りを行った場合と、基板及び発振ヘッドを
共に水中に置いてバリ取りを行った場合とを比較した。

実験はφ１．０胴の孔部を１００個開設した基板を被検
体となし、該基板を水深１０ｍｍに位置づけ、発振ヘッ
ドの高さを変えることで基板と発振ヘッドとの離間距離
を変化させながら、約２秒間超音波を作用させることに
よって行った。超音波ウェルダーとしては、周波数が２
０ＫＨｚであって、出力１．５　ＫＷのホーン式のもの
を用い、該装置を最大能力の５０〜６０％の範囲で用い
た。

〈表１〉は空気を伝播媒体として用いた場合の結果であ
り、く表２〉が水を伝播媒体として用いた場合の結果で
ある。表かられかるように空気を伝播媒体として用いた
ときには穴づまり除去効果は全くなく、又、発振ヘッド
先端を直接基板表面に接触させた（離間距離Ｏｍｍ）場
合でも６０％程度の除去率しか達成できないのに対して
、伝播媒体として水を用いた場合には、穴づまり除去率
は極めて高く、特に基板と発振ヘッドとの距離Ｈを２ｍ
ｌ１１に設定したときには、穴づまりは１００％徘除で
きることがわかった。本実験では超音波ウェルダーとし
て、１．５に一出力のものを用いた為、１００％除去す
るには、２閣まで接近させる必要があったが、更に高出
力のものを用いれば、この距離は２ｍｍ以上に設定した
場合であっても、穴づまりを１゜Ｏ％除去できることが
推測される。又、逆に離間距離Ｈを縮めれば、超音波ウ
ェルダーの出力が小さくても１００％除去が可能なこと
がわかるが、基板は、移送手段により発振ヘッド下方に
順次供給される為、位置決め誤差等を考慮するならば、
離間距離Ｈは２ｍｍ程度に設定するのが好ましい。

−１扶ｌ− 次いで、基板に超音波を作用させる時間とバリ除去率と
の関連性を確かめる為に、基板の移送速度を４．５　ｍ
／分〜３０．Ｏｍ／分の範囲で変化させたときの穴づま
り除去率を計測した。〈表３〉がその結果である。尚、
被検体として用いた基板の孔部の孔径はφ１．Ｏｍｍと
し、離間距離Ｈは２ｍｍに設定した。表かられかるよう
に、３０ｍ／分では７９．７％の除去率であるのに対し
て、２１．４ｍ／分以下の移送速度であれば、１００％
の除去率が達成できることがわかった。尚、移送速度２
１．４ｍ／分はφ１．Ｏｍｍのプレス穴に作用する振動
回数に換算すると約５５回に相当し、振動回数が５５回
以上であれば１００％の除去率を達成できることを意味
している。

実験３ 次に実験２と同様の実験を孔径を変化させて行い、この
結果をく表４〉としてまとめた。〈表４〉には、基板の
移送速度を６ｍ／分〜３０ｍ／分までの範囲で変化させ
たときのφ０．８ｍｍ、φ１．０胴、φ１．５　ｍｍの
各プレス穴に作用する超音波振動の振動回数を示すとと
もに、穴づまり除去率を評価した。

除去率の評価は孔径の異なる全てのプレス穴の穴づまり
を除去できたときには○、大きなプレス穴の穴づまりは
除去できるものの小さなプレス穴の穴づまり除去が完全
でない場合は△、プレス穴の大小を問わずプレス穴の穴
づまり除去が不完全な場合は×とした。

実験結果かられかるように、２０ｍ／分のときは、穴径
によって穴づまり除去が不完全なものもあったが、１５
ｍ／分以下にした場合は、φ０．８ｍｍ、φ１゜Ｏｍｍ
、φ１．５ｍｍの全ての穴に対して１００％の穴づまり
除去率を達成できることがわかった。１５ｍ／分という
数値は基板のバリ取り処理時間としては極めて高速であ
り、本工程の前後に配置される他の装置、例えば穿孔装
置の処理時間等を考慮すれば、むしろ移送速度を落とし
て８ｍ／分〜１２＃ｌ／分に設定する方が各装置間の整
合性という観点からは、好ましい。

以上の各実験結果から、周波数２０Ｋｔｌｚ　、出力１
゜５　ＫＩＡのホーン式超音波つエルダーを用いたとき
は、基板と発振ヘッドとの離間距離Ｈは２■〜２．５　
ｍｍに設定するとともに、基板の移送速度は８ｍ／分〜
１２ｍ／分に設定することが、バリ取り除去率や周辺装
置条件上好ましいことがわかった。

ところで、発振ヘッドから発振される超音波は効率良く
、発振ヘッド直下に位置する基板表面に伝播させる必要
があるが、この為には第１図で示す如くホーン１０周壁
と水面とが成す角度θは、直角に近づけることが好まし
い。これはホーン１０周壁と水面とが直交していないと
、超音波振動が上下方向以外の方向に漏れて、結果的に
基板に作用する超音波振動のパワーが低下する為である
と推測される。

又、発振ヘッドの先端面は鏡面でなければならないが、
本発明方法は発振ヘッドを水中に位置づける為、超音波
発振時には、発振ヘッド先端はキャビテーション等によ
る浸蝕作用を受け、発振ヘッド先端面は短期間で損傷を
受けて交換する必要がでてくる。しかしながら、発振ヘ
ッドは高価であるから、交換はランニングコストを上昇
させる要因となる。本発明者は、かかる問題にも取り組
んだ結果、チタン製の発振ヘッドの先端面にアルミナ製
のプレートを貼着する方法を着想した。この結果、発振
ヘッド先端面の浸蝕を軽減することができるようになる
とともに、仮に浸蝕を受けた場合でも、アルミナプレー
トを取り変えるだけで発振ヘッドを継続使用することが
可能となる。

次に本発明方法を具体化した、基板のバリ取り装置につ
いて説明する。第３図は、同装置の一実施例の全体構成
を示す簡略説明図である。本装置は、基板を移送する移
送手段ａと該移送手段ａの移送行程途上に配置された基
板を水没させる為の水槽すと、水槽の上方であって、そ
の発振ヘッド先端が基板表面から所定距離離間した水中
位置に設けられた超音波ウェルダーｄとから構成される
主要部Ａを基本的構成とし、その前段に前洗浄部Ｂを配
し、他方、前記主要部Ａの後段に後洗浄部Ｃ１除水部り
及び乾燥部Ｅを順次配した構成としている。

図例のものは、移送手段ａとして無端回動状のネットコ
ンベア１１を用い、８亥ネツトコンベア１１の上面適所
にガイドローラー１２．１２・・・を適数個配置してネ
ットコンベア１１上面に載置された基板を咳ガイドロー
ラー１２．１２・・・で押さえることにより、基板の固
定を行っている。

水槽すは、ネットコンベア１１の移送方向における前半
部に位置し、水槽すの両側壁には、ネットコンベア１１
を通過させる為の通過孔１３．１３を設けるとともに、
水槽す内にはネットコンベア１１及び基板を完全に水没
させる為に、ネットコンベア１１が水面下１０ｍｍとな
るよう水を満している。水槽す内の水は、通過孔１３．
１３から水槽す外部へ絶えず流出するが、この流出した
水は、水槽すの前後に設けられた補助水槽１４．１４を
経由して、別途設けられた濾過装置（図示せず）へ送ら
れ、該濾過装置で浄化された後、再び水槽す内に還流さ
れている。

超音波ウェルダーｄは、ネットコンベア１１の中方向全
域をカバーする為にネットコンベア１１の巾方向に複数
個設けられる。図例のものは３基設けた場合で、ネット
コンベア１１の移送方向前段にコンベアの巾方向に２基
並設（図は重なった状態を示している）するとともに、
前記２基の超音波ウェルダーｄから少し離れた位置であ
ってコンベアの中方向において、前記２基の超音波ウェ
ルダーの中間位置に３基目の超音波ウェルダーｄを配置
した場合であるが、超音波ウェルダーの配置態様は他の
ものであってもよい。そして、超音波ウェルダーｄの発
振ヘッド先端は、水中位置であって、しかもネットコン
ベア上面に載置された基板上面から、２．５Ｍ離れた位
置に設定している。又、超音波ウェルダーとしては周波
数２０ＫＨｚ　、出力１．５肺のものを用い、発振ヘッ
ド先端には前述したアルミナプレート　（図示せず）を
貼着している。

主要部Ａの前段に配置された前洗浄部Ｂは水を散布する
シャワー装置１５と回転ブラシ１６とから構成され、バ
リ取り前の基板表面の洗浄を行なう。

主要部への後段に配置されたシャワー装置１７から構成
された後洗浄部Ｃは、バリ取り後の基板表面に付着した
残滓を洗い落とす為のものである。

前記後洗浄部Ｃの後段に配置された除水部りは、基板表
面の水分を除水する為のもので、回倒のものは、ポリビ
ニルアルコール製の吸水ローラー１８゜１８とネットコ
ンベア１１を挟んでの上下に対抗配置されたエアーノズ
ル１９．１９とから構成されている。

乾燥部Ｅは除水部りの後方に配置され、その構成はネッ
トコンベア１１が通過する通過孔２０．２０を両側部に
形成した箱状容器２１の内部空間における天上面に送風
ファン２２．２２を、他方底面には吸気ファン２３を配
置するとともに、前記送風ファン２３゜２３の送風方向
前面には、電熱ヒーター等の加熱手段２４を配し、ネッ
トコンベアｌｌ上の基板表面に温風を吹き付ける構成と
している。

本実施例では、移送手段ａとしてネットコンベア１１を
用いたが、基板を移送できるものであって、基板下面が
完全に密着しないものであれば、他のものを用いること
も可能であり、例えば基板を挟持し得る間隔で対向配置
されたローラーの組を基板の長さよりも短い間隔で多数
個配置することで基板の移送手段を構成してもよい。

以上のようにして構成されるバリ取り除去装置を用いた
基板のバリ取り作業は次のようにして行なわれる。

先ず、図中左端から右端へ向けて回動しているネットコ
ンベア１１の左端に穿孔した基板をネットコンベア１１
の巾方向に複数枚並設した状態で供給する。基板はネッ
トコンベア１１により一定速度で移送され、前洗浄部Ｂ
に到達し、ここでシャワー装置１５から噴出する水流と
、回転ブラシ１６の刷掃動作により洗浄される。次いで
基板は水槽す内に入り、ネットコンベア１１とローラー
１２．１２とにより挟持されて位置決めされながら、超
音波ウェルダーｄの発振ヘッドから下方へ２．５　ｍｍ
〜２ｍｍ離れた水中位置を１５ｍ／分の速度で通過する
。このとき、発振ヘッドから発振した超音波は水中を伝
播して水を振動させ、基板周辺の水圧の減圧、加圧を行
ない、この結果、孔部内外に流通する水流が発生させる
。しかも該水流の方向は水圧の減圧、加圧に対応して短
周期で反転するので孔部に残留するバリには押し引き作
用が反復し、バリは完全に除去される。又、基板周辺に
はキャビテーションによる気泡も発生する為、基板表面
の洗浄も同時に行なわれる。バリ取り後の基板は後洗浄
部Ｃに供給され、シャワー装置１７からの散水により基
板表面に付着した除去されたバリの破片や、ゴミ等を完
全に除去される。

洗浄後の基板は除水部りへと運ばれ、吸水ローラー１８
．１８により圧着吸水された後、ネットコンベア１１上
下に対設したエアーノズル１９．１９から噴出する高圧
エアーにより孔部内に残留する水分を完全に除去される
。

更に基板は乾燥部已に移され、該乾燥部Ｅ内で温風を吹
付けられることによって完全に乾燥させられた後、ネッ
トコンベア１１の右端から取り出される。

以上、本発明装置の一実施例の概略を説明したが、発明
にかかるバリ取り装置は、基板を移送する移送手段ａと
、該移送手段ａの移送行程途上に配置され且つ移送され
る基板を水没させることができる水槽すと、その発振ヘ
ッド先端が前記水中を通過する基板表面から所定距離離
間した水中位置に設定された超音波ウェルダーｄとから
なる主要部Ａが存在すれば基本的構成は満たされるもの
で、他の付加的構成のを無は任意である。

このように本発明にかかる基板のバリ取り方法及びバリ
取り装置は、バリ取り対象となる基板を水中に浸漬する
とともに、該基板表面から所定距離離間した水中位置に
超音波ウェルダーの発振ヘッド先端を位置づけて、水中
を伝播する超音波振動を基板に及ぼすこととしたので、
水に伝播した超音波振動は基板表面では水圧の減圧、加
圧作用の反復として表われ、その結果、基板孔部を内外
に短周期で反転しながら流通する水流が発生し、該水流
により孔部に残留したバリを完全に除去することができ
るのである。

特に、超音波ウェルダーとして周波数２０ＫＨｚであっ
て出力１．５　ＫＷのホーン式超音波つェルダーを用い
たときには、発振ヘッド先端と基板表面との距離を２１
〜２．５　＋１１１ｍに設定するとともにベルトコンベ
アの移送速度を１５ｍ／分に設定することが好ましく、
このときは基板のバリ除去率は１００％となる上に、処
理速度も充分なものとなる。

又、ホーン式発振ヘッドの先端面には、アルミナプレー
トを貼着すれば、発振ヘッド先端の浸蝕を抑止できると
ともに、仮に浸蝕を受けた場合でも、アルミナプレート
を取替えるだけで、運転を継続することが可能で、本装
置のランニングコストを大巾に下げることもできる。

〈表　１〉 〔空気中での場合〕 く表　３〉 く表　４〉 〔発明の効果〕 本発明にかかる基板のバリ取り方法及びその装置は、基
板と超音波ウェルダーの発振ヘッド先端を共に水中に位
置づけ、水を媒体として超音波振動を基板表面に作用す
ることとしたので、超音波振動は基板表面では、水圧の
加圧、減圧作用の反復として表われ、この結果、基板孔
部を内外に流通する水流が発生する。そしてこの水流の
向きは、短周期に反転して孔部に残留したバリに正方向
、逆方向の力を繰り返し及ぼし、この結果、バリを完全
に除去するものである。又、超音波振動によるキャビテ
ーションにより気泡も発生し、バリ除去と同時に基板表
面の洗浄も行なうことができる。

そして本発明方法は、プレス穴の大きさやプレス穴の配
置に関係なく、同一装置で処理できるので作業が容易で
ある上に作業効率もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるバリ取り方法の原理を示す説明
図、第２図は基板孔部を流通する水流を示す説明図、第
３図は本発明にかかるバリ取り装置の全体構成を示す概
略説明図である。 ａ：移送手段、　　　ｂ：水槽、 ｄ；超音波ウェルダー、 Ａ：主要部、　　　　Ｂ：前洗浄部、 Ｃ：後洗浄部、　　　Ｄ：除水部、 Ｅ：乾燥部、 １ニブリント基板、　２：ベークライト板、３：銅箔、
　　　　　４：孔部、 ５：胴箔片、　　　　　６：ネットコンヘア、７：ロー
ラー　　　　８＝超音波ウェルダー９：発振ヘッド、　
　ｌＯ；ホーン、 １１：ネットコンヘア、１２；ガイドローラー１３：通
過孔、　　　　１４：補助水槽、１５：シャワー装置、
　１６：回転ブラシ、１７：シャワー装置、　１８：吸
水ローラー１９：エアーノズル、　２０：通過孔、２１
：ｎ状容器、　　　２２：送風ファン、２３：吸気ファ
ン、　　２４：加熱手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）バリ取り対象となる基板を水中に浸漬するとともに
   、前記基板表面から所定距離離間した水中位置に超音波
   ウェルダーの発振ヘッド先端を位置づけ、水中を伝播す
   る超音波振動により基板のバリ除去を行ってなる基板の
   バリ取り方法。 ２）超音波ウェルダーとして周波数が２０ＫＨｚであっ
   てその出力が１．５ＫＷのものを用い、基板と発振ヘッ
   ド間の距離は約２ｍｍに設定してなる前記特許請求の範
   囲第１項記載の基板のバリ取り方法。 ３）バリ取り対象となる基板を移送する移送手段と、前
   記移送手段の移送行程途上に配置され、移送手段によっ
   て移送される基板を水没させる水槽と、水槽内の水中を
   通過する基板表面から所定距離離間した水中位置に、そ
   の発振ヘッド先端が位置づけられた超音波ウェルダーと
   、 よりなる基板のバリ取り装置。 ４）発振ヘッドの先端にアルミナプレートを取付けてな
   る前記特許請求の範囲第３項記載の基板のバリ取り装置
   。