陶瓷印刷电路板的开孔加工用电路板压紧件及开孔装置 【技术领域】
本发明涉及在对用于高密度配线电路板等制造的陶瓷印刷电路板开设加工配线用等微小的贯通孔的开孔加工工具上安装的电路板压紧件和具有这种电路板压紧件的开孔装置。
背景技术
对于陶瓷印刷电路板(以下称作印刷电路板)的开孔加工，使用NC金属模冲孔装置等。
在冲孔装置上设有升降自如的开孔加工工具，在开孔加工工具的前端，设有与加工的孔径对应的从口径数毫米至1毫米以下的微小的轴或针状的加工销。利用开孔加工工具的升降动作，用加工销对印刷电路板进行冲孔，形成贯通孔。
若将对印刷电路板冲孔后的加工销从贯通孔中拔出，则有时会在加工销上带着印刷电路板一起被提起。因此，会产生印刷电路板变形、断裂、贯通孔歪斜地问题。另外，在加工销对印刷电路板进行冲孔时，与加工销接触的电路板材料有时有时偏移成逃向侧方或产生移动，从而妨碍了以正确的位置和形状形成贯通孔。
为阻止这种印刷电路板被提起和移动，提出了在开孔加工工具上安装称作为脱模器等的电路板压紧件的方案。
电路板压紧件通常由硬质橡胶构成，在安装在开孔加工工具上的状态下形成围住加工销外周的大致同一直径的筒状。在加工销下降对印刷电路板进行冲孔时，筒状的电路板压紧件的前端与印刷电路板的表面抵接。若再使加工销下降，则电路板压紧件产生弹性变形，用其恢复力按压印刷电路板。在冲出贯通孔的加工销上升的过程中，在加工销充分离开印刷电路板表面之前，由于已弹性变形的电路板压紧件处于从上方按压住印刷电路板的状态，故可阻止印刷电路板被提起。
电路板压紧件的具体结构揭示在日本发明专利公开1997年第205265号公报等上。该文献所揭示的电路板压紧件是称作为脱模器的橡胶制压盖，整体形成一样厚度的较薄的筒状，仅仅下端部分(与印刷电路板的表面抵接的部分)形成稍向中央侧越来越狭窄的形状。其目的是防止印刷电路板的横向偏移和上下移动。
现有的电路板压紧件存在如下问题：由于不适合对印刷电路板的按压，且按压太弱而不能充分阻止印刷电路板的被提起，或者相反，因按压太强而使印刷电路板产生变形或使其损伤。
这是因为如下的缘故：对于印刷电路板的按压的举动或按压力，随电路板压紧件材料的橡胶材料的硬度和电路板压紧件形状而改变。
例如，若将使用过分硬的橡胶材料的电路板压紧件过分强地按压在印刷电路板上，则在印刷电路板上就会产生裂纹或变形。用过分软的橡胶材料，对于印刷电路板的按压力就不足，并且，对于开孔工具的的电路板压紧件的固定也易变得不充分。
本发明的目的就是，解决上述现有的电路板压紧件存在的问题，能可靠地防止开孔加工时印刷电路板的移动和变形、损伤等。
发明的公开
本发明的陶瓷印刷电路板的开孔加工用电路板压紧件，是一种安装在具有对陶瓷印刷电路板进行冲孔加工的加工刃部的开孔加工工具上的电路板压紧件，其特点是，由硬度50～60°(JISK6301-1995)的橡胶材料构成，具有嵌插卡止在开孔加工工具上的支承部、与印刷电路板抵接的抵接部和容纳加工刃部的容纳孔，支承部配置在轴向的一端侧，是较大的外径且在径向是厚壁，抵接部配置在轴向的另一端侧，是较小的外径且在径向是薄壁。
本发明中，可使用通常的陶瓷多层基板的制造所利用的陶瓷印刷电路板。作为陶瓷材料，可使用氧化铝或玻璃陶瓷等。印刷电路板是一种烧结硬化前的未硬化的电路板材料。
本发明的开孔装置具有载放印刷电路板的基座和进行冲孔加工的加工刃部，且包括向基座移动自如的开孔加工工具和安装在开孔加工工具上的电路板压紧件，该电路板压紧件具有上述的特点。
在开孔装置上设有：载放印刷电路板的基座、称作冲孔销等的开孔工具的装拆机构或使开孔工具向基座移动的作动机构等的结构。
开孔工具具有在开孔装置上进行装拆的装拆机构。开孔工具的前端，为加工刃部，其构成与加工的贯通孔的直径相对应的细轴状或针状。
开孔工具具有用来装拆自如地安装电路板压紧件的安装结构。作为电路板压紧件的安装结构，可采用设在开孔工具外周上的突条或凹槽、突起或凹孔之类的凹凸形状。
本发明的电路板压紧件由橡胶等弹性材料构成，可装拆自如地安装在开孔工具上。
作为弹性材料，除了天然橡胶外，还可使用硅橡胶之类的合成橡胶或合成树脂。弹性材料的硬度，只要设定成可适当发挥对印刷电路板的按压功能即可，也可根据电路板压紧件的尺寸形状而有所不同，但使用硬度为50～60°的材料。这里，硬度是根据按JISK6301-1995来测定加硫橡胶的硬度用的弹簧式硬度试验来测定的。另外，形状恢复率较高的材料为最好，且相对使用时的负荷，实质上形状恢复率100％的材料为最好。
电路板压紧件的形状，整体基本上具有大致筒状，在轴向的一端侧设有可嵌插卡止开孔工具的支承部，在轴向的另一端侧设有与印刷电路板抵接的抵接部。容纳加工刃部的容纳孔从抵接部向轴向延伸。
当将支承部的外径与抵接部的外径进行比较时，支承部的外径较大。另外，当在支承部与抵接部径向地测量筒状的电路板压紧件壁厚时，支承部是厚壁，抵接部是薄壁。厚壁的支承部难以变形，薄壁的抵接部容易变形。
从支承部到抵接部的外径可做成变小的锥状。也可将直径做成变小的阶梯状，还可使锥状与阶梯状组合。
抵接部的径向壁厚T1与径向壁厚的最大值Tmax可做成为T1/Tmax=0.1～0.69的关系。壁厚的最大值Tmax通常存在于支承部或支承部的附近。Tmax越大，则支承部侧的刚性就越高，T1越小，则抵接部侧的弹力变形就容易。但是，T1/Tmax过分小，则抵接部侧过分容易变形，从而对于印刷电路板的按压功能不充分。
附图的简单说明
图1是本发明第1实施形态的开孔加工用电路板压紧件和开孔装置的剖视图。
图2是第1实施形态的开孔加工用电路板压紧件和开孔装置在开孔时的剖视图。
图3是第1实施形态的开孔加工用电路板压紧件和开孔装置在恢复时的剖视图。
图4是第2实施形态的开孔加工用电路板压紧件和开孔装置的剖视图。
实施发明的最佳形态
第1实施形态
现说明本发明第1实施形态的开孔装置。图1～3所示的开孔装置具有开孔工具30、电路板压紧件40和基座10。
基座10由钢材等构成，在平坦的表面上载放由陶瓷材料构成的印刷电路板20。在基座10上，设有将在开孔时排出的加工屑22排出用的排出孔12。
开孔工具30设成相对基座10升降自如。
在支承于驱动机构(未图示)的主轴38前端，设有向外周突出的环状的卡止突条36。在卡止突条36的下端，设有直径比卡止突条36和主轴38小的圆柱状的支承轴34。在支承轴34的下端，设有直径比支承轴34小的加工刃部32。加工刃部32的外径与所加工的贯通孔的口径对应，加工刃部32的长度比所加工的贯通孔的长度、即比印刷电路板20的厚度稍长。
开孔工具30的外周上安装有电路板压紧件40。
电路板压紧件40由硅橡胶构成，做成带锥状的圆筒状。在电路板压紧件40的内周设有环状的卡止槽44。通过将开孔工具30插入电路板压紧件40，使开孔工具30的卡止突条36嵌入卡止在卡止槽44中，从而将电路板压紧件40固定在开孔工具30上。
电路板压紧件40中，设有卡止槽44的上端部分，是外径D1较大的厚壁的支承部46。该部分刚性较大，从而将卡止突条36牢固地嵌合卡止在卡止槽44中。
电路板压紧件40的外径从支承部46向下端侧呈较小的锥状，前端的外径D2小于D1而成为较易于变形的薄壁的抵接部42。
在从支承部46至抵接部42的电路板压紧件40的中央，设有容纳开孔工具30的支承轴34和加工刃部32的容纳孔48。容纳孔48的直径D3稍大于加工刃部32和支承轴34的外径。具体地说，将容纳孔48的直径D3设定在2.0～6.0mm范围内。
在将电路板压紧件40安装在开孔工具30上的状态下，加工刃部32的前端配置在抵接部42前端面的上侧，即进入容纳孔48里面的部位。
下面说明开孔加工。如图1所示，在基座10上载放印刷电路板20。安装电路板压紧件40的开孔工具30配置在印刷电路板20的上方。
如图2所示，若使开孔工具30向箭头100方向下降，则电路板压紧件40与印刷电路板20的表面抵接电路板压紧件40。若再使开孔工具30下降，则电路板压紧件40向箭头101方向产生弹性变形。由于电路板压紧件40的靠近前端抵接部42的部分刚性较低而易产生变形，故主要该部分变形，靠近后部支承部46的部分刚性较高故不太变形。另外，电路板压紧件40，具有外径较小的抵接部42的前端侧向外周侧膨胀而变形，中心侧的容纳孔48不会过分变狭窄。
开孔工具30的加工刃部32对印刷电路板20进行冲孔，形成贯通孔24。冲出贯通孔24而产生的加工屑22从排出孔12落下被回收。
在该状态下，弹性变形后的电路板压紧件40，从上方强力地按压印刷电路板20上贯通孔24的形成部位的周围(用白箭头102表示)。因此，印刷电路板20的加工位置不会产生错位、或加工刃部32受到偏向的抵抗力，从而能在正确的位置顺利地加工正确形状的贯通孔24。而且，从电路板压紧件40施加在印刷电路板20上的按压力，由于通过适当设定电路板压紧件40的材料和形状而设定成适当的强度，故不作用损坏印刷电路板20的过分大的力。
接着，如图3所示，开孔工具30向箭头103方向上升。加工刃部32从印刷电路板20上拔出之前，由于电路板压紧件40仍在弹性变形的状态下按压印刷电路板20，故可防止随着加工刃部32的上升而使印刷电路板20提起的现象。
若开孔工具30恢复到原来位置，则回到所述图1的状态，电路板压紧件40的弹性变形也恢复。
现制造本发明的具体实施例的电路板压紧件并对其性能进行评价。
现揭示开孔工具30和电路板压紧件40的具体规格。
支承部46的外径D1=14.0mm
抵接部42的外径D2=10.0mm
容纳孔48的内径D3=5.0mm
抵接部42的壁厚T1=(D2-D3)/2=2.5mm
壁厚最大值Tmax=(D1-D3)/2=4.5mm
T1/Tmax=0.56
从支承部46到抵接部42的距离L=10.0mm
加工刃部32的加工直径=0.1～2.5mm
电路板压紧件40的材质：
硅橡胶(硬度60°(JISK6301-1995)、形状恢复率100％)
用上述规格的开孔工具30在印刷电路板20上进行开孔加工。
印刷电路板：玻璃陶瓷(125mm方形，厚度为235μm)
贯通孔：φ1.5mm、72个/电路板
冲孔装置：NC金属模冲孔装置
开孔加工结束后的印刷电路板20，所有的贯通孔24无异常，印刷电路板20不会产生裂纹或变形等的损伤。加工刃部32也无异常。
改变构成电路板压紧件40的硅橡胶的配方，制造多个硬度不同的电路板压紧件40，对其性能进行评价。表1表示其结果。
表1电路板压紧件 硬度 评价 1 70° 裂纹、变形明显 2 65° 裂纹、变形产生 3 60° 良好 4 55° 良好 5 50° 良好 6 48° 吸附印刷电路板，不能加工
由表1的结果得知，电路板压紧件40的硬度在65°以上产生裂纹，同时产生变形，在48°以下，印刷电路板吸附在电路板压紧件40上不能加工。硬度在50°～60°能良好加工印刷电路板。电路板压紧件40的硬度50°～60°为最佳。
下面，在现有例子的脱模器中，揭示改变材料硬度后的例子。
作为电路板压紧件，除了使用整体呈大致同一直径的圆筒状结构外，在与前述同样的条件下进行开孔加工。电路板压紧件的外径全长是同一直径14.0mm，由于在下端实施倒角，抵接部的外径D2是13.0mm。电路板压紧件的材质是硅橡胶。
在现有例子中，也改变材料的硬度制造多个，对其性能进行评价。其结果表示在表2中。
表2 脱模器 硬度 评价 1 65° 裂纹、变形 2 60° 裂纹、变形 3 55° 裂纹、变形 4 50° 裂纹、变形/吸附电路板 5 48° 吸附电路板
由表2的结果得知，在现有的脱模器中，即使改变材料的硬度也可获得良好的结果。
由以上可证实在本发明中使用特定结构和特定硬度的电路板压紧件的技术意义。
下面，对于电路板压紧件40的与印刷电路板抵接的抵接部中径向的壁厚T1与径向的壁厚的最大值Tmax之比最好是T1/Tmax=0.1～0.69的关系进行说明。对于T1/Tmax的最小值，若T1/Tmax是0.1以下，则脱模器的变形非常明显，有时会因变形后的电路板压紧件40接触加工刃部32而使销折断，产生不良情况。对于T1/Tmax的最大值，若T1/Tmax是0.69以上，则脱模器难以产生变形，从而有不能进行冲孔加工的问题。
第2实施形态
对于本发明的第2实施形态的开孔装置，结合图4来说明。
从电路板压紧件140的支承部46到抵接部42的外径，组合有锥状较小的直径的部位与阶梯状直径较小的部位。其他结构因与第1实施形态相同，故省略说明。
与第1实施形态相同，支承部46配置在轴向的一端侧，是较大的外径且在径向是厚壁，抵接部42配置在轴向的另一端侧，是小于支承部46的外径且在径向是薄壁。
如上所述，从用于本发明开孔装置的电路板压紧件支承部到抵接部的外径不限于图1和图4的形状，在从支承部到抵接部之间也可做小直径。
工业上利用的可能性
本发明的陶瓷印刷电路板的开孔加工用电路板压紧件和开孔装置，可在开孔加工时适当按压印刷电路板，正确而顺利地进行开孔加工，同时可防止印刷电路板的产生裂纹和变形、加工刃的损伤。