JP3966815B2

JP3966815B2 - 研削装置

Info

Publication number: JP3966815B2
Application number: JP2002377184A
Authority: JP
Inventors: 勝弘川崎; 充計川崎
Original assignee: 株式会社ティ・ケー・エックス
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2020-07-31
Also published as: JP2003205469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研削装置に関するものであり、特に、幅の広い被研削面を持つ物品を研削或いは研磨する筒状砥石を用いた研削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、研削しようとする物品に対する馴染み性を有するリング状砥石が使用されている。これは、回転車に係合接触するのに適した面を有し、金属線で補強されたゴム製支持体層上に多孔性弾性体層及びゴムシートよりなる弾性体保護層を設け、更にその上に研削表面を有する偏平な多数の砥石片を設けた構造としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これにより、ある曲率半径を有する物品の表面を研削或いは研磨（以下、研削で代表させて表記）する際、研削具を対象物品即ち被研削物の表面に沿って曲率を変化する事なく移動させる事が可能となり、特に曲率半径の小さな曲面を有する物品において面を一様に研削仕上げする事ができるとしている。
【０００４】
また、プリント基板及びその関連基材の研削及びレベリングを行うものとしては、従来より、いわゆるエンドレスベルト（ワイドベルト）や不織布ロール等が用いられている。
【０００５】
【特許文献１】
実公昭５９−３８０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されているような構成において、より幅の広い被研削面を効率よく研削するためには、単にこのリング状砥石を回転軸方向に延ばして筒状とするだけでは不十分であって、筒状となった砥石を回転車に係合固定するのに適した構造とする必要がある。また、幅の広い被研削面を研削する際の研削音を低減し、よりスムーズな研削を行えるようにするための工夫が必要である。
【０００７】
また、上記エンドレスベルトは、比較的短時間の使用の内に砥粒先端が摩耗し、そのため研削力の低下と共に研削仕上げ面の研削状態に変化が生じるので、均一な研削を行う事が難しい。一方、不織布ロールは、その組織構造から見て、連続した仕上げ面を得る事ができるが、研削力に問題があり、より大きな研削力を必要とする作業には不向きである。
【０００８】
具体的には、不織布ロールでレベリングを行う場合、研削力が小さいために、より切れ味を大きくしようとすると、どうしても研削圧を大きくする事になる。そのため、微小な凹部にも不織布繊維が馴染んでしまい、目的とする最適なレベリングが不可能となる。
【０００９】
その他、砥石のような剛体若しくはそれに近いものをロール状に形成したものでレベリングを行ったのでは、いわゆるチャッターマークが生じ、またプリント基板の大きなうねりに追随する事はできない。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に鑑み、特に、幅の広い被研削面を持つ物品を研削或いは研磨するのに好適であり、また物品に対する馴染み性に優れ、さらには平板のレベリングロールとしても兼用可能な筒状砥石を用いた研削装置を提供する事を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、基台上の軸受部材に回転自在に軸支されたシャフトと、前記シャフトに固定された筒状砥石とを備え、前記基台上を移動する被研削物の研削を行う研削装置において、
前記筒状砥石は剛性に優れた円筒部材を有し、該円筒部材の外周に弾性体を設け、該弾性体の外周に前記円筒部材の回転軸方向に向かって螺旋状に巻き付けられた金属線で補強されたシート状の支持体を設け、更に該支持体の外周に帯状のゴムシートと、該ゴムシートの表面に研削辺の長さが奥行き方向の長さよりも長い略直方体状をした多数の砥石片を設けて成っており、多数の砥石片を表面に設けた前記帯状のゴムシートを前記円筒部材の回転軸方向に向かって所定の角度を成すように螺旋状に巻き付けることにより、前記砥石片の研削辺が前記円筒部材の回転軸方向に対し所定の角度を成していることを特徴とする。
【００１２】
或いは、前記シャフトに貫通されたリングが前記円筒部材内部中央付近で前記円筒部材に嵌合するとともに、前記シャフトに貫通されたフランジにより前記円筒部材が両端より挟み込まれて成ることを特徴とする。
【００１３】
また、プリント基板の表面の研磨を行うものであることを特徴とする。
【００１４】
また、砥石片の研削辺と円筒部材の軸方向に対する前記所定の角度が７〜１２度の範囲内であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の研削装置に用いられる筒状砥石の一例を示す側面横断面図である。同図において、１は筒状砥石Ｇの全体を支える略円筒状の円筒部材である。この材質としては、例えば紙管にフェノール樹脂を含浸させて固めた、いわゆるフェノール管等の、軽くて剛性に優れたものが用いられる。また円筒部材１の外周には、弾性体２が少なくとも一層設けられている。この材質としては、弾力性のある多孔質合成樹脂が最も適切である。具体的には、スポンジ状の酢酸ビニル等の、経時変化に強くて内部のガスが抜けず、しかも軽いものが用いられる。
【００１６】
弾性体２の外周には、弾性体２を保護する支持体３が設けられている。これは、例えば丈夫な軟質ゴムのシートの外側に、真鍮メッキを施した単線或いはより線のピアノ線等より成る金属線４を巻き付け、更に外側から同質の前記シートで挟み込み、接着した構造となっている。この金属線４は、筒状砥石Ｇの回転軸方向（同図の紙面に垂直方向）に向かって螺旋状に巻き付けられており、少なくとも筒状砥石Ｇの高速回転による遠心力破壊に耐えられる巻数となっている。
【００１７】
支持体３の更に外周には、ゴムシート５が接着されている。具体的には、帯状のゴムシート５の表面に砥石片６を接着し、その面を外側としてこのゴムシート５を支持体３の外周に、筒状砥石Ｇの回転軸方向に向かって螺旋状に巻き付け、接着した構造となっている。砥石片６は、図２に筒状砥石Ｇの一部分を拡大して断面で示すように、若干の間隙（例えば１〜１．８ｍｍ）を設けてゴムシート５上に配設されているのが望ましい。
【００１８】
また、砥石片６の高さは８〜１２ｍｍ程度、幅及び奥行きは１０〜１６ｍｍ程度である事が望ましい。このとき、幅（後述する研削辺側の長さ）の方が奥行きよりも若干長めである事が良い。これにより、砥石片６が接着される円筒面からの浮き上がりを防止する一方で、研削音もあまり大きくならないようにする事ができる。
【００１９】
ところで、上述した金属線４を巻き付けた上に、砥石片６を接着したゴムシート５を直接巻き付けて接着する方法も考えられる。しかし、このようにすると、螺旋状に巻き付けたゴムシート５同士の隙間より、どうしても金属線４が覗く事となり、この部分のカバーが不十分となって傷みが早くなり、破断につながる恐れがある。故に、金属線４をカバーするシートは、上述したように別途必要である。
【００２０】
砥石片６としては、例えばヤング率の低いＰＶＡ（ポリビニルアルコール）樹脂にＳｉＣ砥粒を混練し、タイル状に仕上げたものが用いられる。或いは、このような材質より成る板状の砥石をゴムシート５に接着した後にカットする事により、砥石片６を形成する方法を用いても良い。以上のような筒状砥石Ｇの構成において、主にゴムより成る支持体３及びゴムシート５が、弾性体２の弾力を砥石片６に直接伝えるため、砥石片６はそれぞれ独立に被研削物の曲面に沿って動くので、馴染み性に優れた研削を行う事ができる。
【００２１】
なお、砥石のヤング率は、レベリング用に最適な値としては、クリープ試験によるヤング率（クリープヤング率）で１００〜３００ｋｇ／ｍｍ²である。これが５００ｋｇ／ｍｍ²以上ともなると、基板にスクラッチが入り、実用上使用不可能となる。本例で用いる砥石のクリープヤング率は、８５〜３５０ｋｇ／ｍｍ²となっており、ほぼ条件を満たしている。ちなみに、一般に用いられている研削砥石であるいわゆるレジノイド砥石及びビトリファイド砥石のヤング率は、それぞれ１０４０〜１２００ｋｇ／ｍｍ²，３０００〜３５００ｋｇ／ｍｍ²となっており、レベリング用には適さない事が分かる。
【００２２】
図３は、砥石片６の配置状態を模式的に示す図である。本例の筒状砥石Ｇにおいては、同図に示すように、上記支持体３に螺旋状に巻き付けられた帯状のゴムシート５上に、主に略直方体状をした砥石片６が多数配設されている。実際は、ゴムシート５上の全面に砥石片６が配設されているが、同図では図示を省略している。ここで、筒状砥石Ｇが回転軸Ｘ周りに回転し、回転軸Ｘと直角を成す矢印Ａで示す研削方向で、被研削物（不図示）を砥石片６により研削する場合を考える。
【００２３】
このとき、各砥石片６において最初に被研削物に到達する研削辺６ａの向きが、矢印Ｂで示す回転軸Ｘの軸方向に対して例えば平行に近いと、研削辺６ａは全長に渡って被研削物にほぼ同時に到達する事になり、研削音さらには振動が大きくなって、スムーズな研削を行う事ができなくなる。そこで、同図に示すように、矢印Ｂで示す回転軸Ｘの軸方向と研削辺６ａとの成す角θを適宜設定する事により、研削音を防止してスムーズな研削を行う事ができるようにしている。
【００２４】
本例では、θを７゜〜１２゜程度に設定する事により、良好な研削結果が得られている。ちなみに、ゴムシート５の支持体３への巻き付け角αは、７〜１６゜程度としている。また、支持体３の外径は１３０ｍｍ程度、全長（即ち筒状砥石Ｇの全長）は３００〜８００ｍｍ程度となっている。
【００２５】
図４は、本発明の一実施形態に係る研削装置に筒状砥石をセットした状態を模式的に示す正面縦断面図である。同図に示すように、筒状砥石Ｇには、円筒部材１の内部にシャフト７が通っている。そして、シャフト７が貫通する２個のフランジ８により、円筒部材１が両端より挟み込まれる事で、筒状砥石Ｇがシャフト７に固定されている。さらに、シャフト７が貫通するリング９が、円筒部材１内部中央付近で嵌合しており、これにより筒状砥石Ｇが研削時に受ける力により撓む事を防止している。
【００２６】
シャフト７は、その両端付近を基台１１より延びる軸受け１０により回転自在に軸支されている。この状態で、図示しないモーターの回転に連動して、シャフト７が回転軸Ｘ周りに回転する事により、筒状砥石Ｇも回転して、被研削物の研削を行う。本実施形態では特に、同図に示すように、高速回転する筒状砥石Ｇと基台１１との間に、配線用の銅メッキを施したプリント基板１２を通す事により研磨を行い、またプリント基板１２に開けられた孔周辺のバリ取りを行うとともに、レベリングロールとして反りを修正する働きも行っている。
【００２７】
以下に、プリント基板における研削及びレベリングの実施例を挙げて説明する。図５は、基板に銅箔を張り、スルーホールを開ける工程を模式的に示す断面図である。同図において、２１は例えばガラスエポキシより成る基板、２２は基板２１表面に張られた銅箔、２３は銅箔２２上に生じた凹凸、２４はスルーホールである。同図（ａ）は基板２１のみの状態、同図（ｂ）は基板２１表面に圧着等により銅箔２２が張られた状態（以下、銅張り基板と呼ぶ）、同図（ｃ）は更に基板２１にスルーホール２４が開けられた状態をそれぞれ示している。スルーホール２４周縁には、孔開けによるいわゆるバリ２７が生じている。
【００２８】
ここで、同図（ｃ）に示したような基板における上記凹凸２３及びバリ２７を、従来の不織布ロール及び本発明に用いられる筒状砥石（いずれも以下の説明において不図示）により取り除く実験を行ったところ、下記の結果が得られた。
【００２９】
１．従来の不織布ロールを使用した場合
（１）不織布中の繊維質の材料がスルーホール内に残留し、基板が不良品となった。
（２）スルーホールの端部がダレる（孔ダレが生じる）結果となり、スルーホール周りに張られた銅箔が薄くなって、この部分におけるパターン配線が断線する可能性が生じた。
２．本発明に用いられる筒状砥石を使用した場合
（１）スルーホールの孔詰まりは生じなかった。
（２）スルーホールの端部はダレず、均一なレベリングを行う事ができた。
【００３０】
図６は、以上のような凹凸及びバリを取り除く実験の結果を模式的に示す断面図である。同図（ａ）は従来の不織布ロールを使用した場合、同図（ｂ）は本発明に用いられる筒状砥石を使用した場合をそれぞれ示している。同図（ａ）に示すように、従来の不織布ロールを使用した場合は、不織布中の繊維質材料２８がスルーホール２４内に残留し、基板２１が不良品となった。
【００３１】
また、スルーホール２４の端部２４ａがダレる（削り取られる）結果となり、スルーホール２４周りに張られた銅箔２２が薄くなって、この部分におけるパターン配線が断線する可能性が生じた。一方、本発明に用いられる筒状砥石を使用した場合は、同図（ｂ）に示すように、スルーホール２４の孔詰まりは生じなかった。また、スルーホール２４の端部２４ａはダレず、均一なレベリングを行う事ができた。
【００３２】
なお、一般にプリント基板には、上記スルーホール以外に、位置決めのためのセンサー孔が開けられている。このようなセンサー孔の端部がダレたり、孔詰まりが生じたりすると、製造ライン上でのプリント基板の位置決め精度に影響する。この意味においても、孔ダレや孔詰まり等を生じさせずにプリント基板の研削及びレベリングを行う事は重要である。
【００３３】
図７は、スルーホールを有する銅張り基板をメッキし、更に研削する工程を模式的に示す断面図である。まず、同図（ａ）は、基板２１表面に銅箔２２が張られ、スルーホール２４が開けられたものに、銅メッキが施された状態を示している。ここでは銅メッキ層２５表面及びスルーホール２４周縁に、メッキ時に生じる微小凸部（ブツザラ）２６を有している。なお、上述したスルーホール２４周縁のバリ２７は、メッキ前に予め取り除かれている。次に、同図（ｂ）は、スルーホール２４に樹脂３０が埋め込まれた状態を示している。これは、スルーホール２４の側壁２４ｂに施された銅メッキ層２５が研削工程時に削り取られないよう保護するために、必要に応じて行われるものである。
【００３４】
さらに、同図（ｃ）は従来の不織布ロールを使用して研削した状態、同図（ｄ）は本発明に用いられる筒状砥石を使用して研削した状態をそれぞれ示している。同図（ｃ）に示すように、不織布ロールにより研削する場合は、スルーホール２４の周縁が矢印Ｃで示す研削方向でこの不織布ロールにより削られ、ここに凹部３１が生じる。この結果、スルーホール２４周りに施された銅メッキ層２５が薄くなって、この部分におけるパターン配線が断線する可能性が生じる。
【００３５】
また、銅メッキ層２５表面の上記微小凸部２６がこの不織布ロールによりえぐられ、凹部２６ａとして残る。この結果、この部分におけるパターン配線が断線する可能性が生じる。一方、同図（ｄ）に示すように、本発明に用いられる筒状砥石により研削する場合は、スルーホール２４の周縁に凹部は生じず、また微小凸部２６もえぐられないので、平坦な研削を行う事ができる。なお、スルーホール２４に埋め込まれた樹脂３０は、研削工程後に薬品等による溶解にて取り除かれる。或いは、例えば導電性の樹脂を埋め込んだままにしておく場合もある。
【００３６】
図８は、スルーホールを有する銅張り基板にいわゆるアディティブメッキを行う工程を模式的に示す断面図である。まず、同図（ａ）は基板２１表面に圧着等により銅箔２２が張られた状態、同図（ｂ）はその基板２１にスルーホール２４が開けられた状態をそれぞれ示している。スルーホール２４周縁には、孔開けによるいわゆるバリ２７が生じている。
【００３７】
次に、同図（ｃ）はマーキング２９を施した状態を示している。これは、銅箔２２上の銅メッキを要しない部分にマーキング２９を施したものであり、これにより基板２１上の所望の箇所にのみ銅メッキを施す事ができる。なお、上述したスルーホール２４周縁のバリ２７は、マーキング前に予め取り除かれている。また、銅箔２２のマーキング２９が施された部分は、銅メッキした後の工程でマーキング２９を取り除いた後に、エッチングにより除去される。
【００３８】
さらに、同図（ｄ）はマーキング後に銅メッキを施した状態を示している。同図に示すように、基板２１上のマーキング２９が施された部分以外に銅メッキ層２５が形成されている。また、同図（ｅ）は同図（ｄ）において破線で囲まれたＤ部の拡大図であり、銅メッキ層２５の詳細を示している。ここで示すように、マーキング２９間に形成された銅メッキ層２５上面には、メッキ時の表面張力等の影響により凹部２５ａが生じる。その他、上述したブツザラのような凹凸部も生じる。これらを平坦化するために、レベリング処理を行う必要がある。
【００３９】
図９は、メッキ後の基板のレベリング処理を行う工程を模式的に示す断面図である。なお、同図では基板２１の図中の下面に施されるマーキングは図示を省略している。ここで、同図（ａ）はレベリングすべき目標を示したものであり、一例として、上記凹部２５ａの底部に対応する、破線で示した面ｂまでレベリングを行えば、銅メッキ層２５を平坦にする事ができる。このときの銅メッキ層２５の厚さをａで表す。
【００４０】
また、同図（ｂ）は従来の不織布ロールを使用してレベリングした状態、同図（ｃ）は本発明に用いられる筒状砥石を使用してレベリングした状態をそれぞれ示している。同図（ｂ）に示すように、不織布ロールによりレベリングする場合は、スルーホール２４の周縁がこの不織布ロールにより削られ、ダレ３２が生じる。この結果、スルーホール２４周りに施された銅メッキ層２５が薄くなって、この部分（コーナーｃ）におけるパターン配線が断線する可能性が生じる。
【００４１】
また、マーキング２９間の銅メッキ層２５表面がこの不織布ロールによりえぐられ、凹部３３が生じる。このように、不織布ロールによるレベリングでは、銅メッキ層２５を平坦にする事はできない。一方、同図（ｃ）に示すように、本発明に用いられる筒状砥石によりレベリングする場合は、スルーホール２４の周縁にダレは生じず、またマーキング２９間の銅メッキ層２５表面もえぐられないので、平坦なレベリングを行う事ができ、メッキ部分が均一な厚みとなる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特に、幅の広い被研削面を持つ物品を研削或いは研磨するのに好適であり、また物品に対する馴染み性に優れ、さらには平板のレベリングロールとしても兼用可能な筒状砥石を用いた研削装置を提供する事ができる。
【００４３】
また、本発明の研削装置は、配線用の銅メッキを施したプリント基板上の凹凸の除去及びレベリング用としても好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研削装置に用いられる筒状砥石の一例を示す側面横断面図。
【図２】筒状砥石の拡大部分断面図。
【図３】砥石片の配置状態を模式的に示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る研削装置に筒状砥石をセットした状態を模式的に示す正面縦断面図。
【図５】基板に銅箔を張り、スルーホールを開ける工程を模式的に示す断面図。
【図６】基板上の凹凸及びバリを取り除く実験の結果を模式的に示す断面図。
【図７】スルーホールを有する銅張り基板をメッキし、更に研削する工程を模式的に示す断面図。
【図８】スルーホールを有する銅張り基板にアディティブメッキを行う工程を模式的に示す断面図。
【図９】メッキ後の基板のレベリング処理を行う工程を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
１円筒部材
２弾性体
３支持体
４金属線
５ゴムシート
６砥石片
７シャフト
８フランジ
９リング
１０軸受け
１１基台
１２プリント基板
２１基板
２２銅箔
２３凹凸
２４スルーホール
２５銅メッキ層
２６微小凸部
２７バリ
２８繊維質材料
２９マーキング
３０樹脂
３１，３３凹部
３２ダレ

Claims

基台上の軸受部材に回転自在に軸支されたシャフトと、前記シャフトに固定された筒状砥石とを備え、前記基台上を移動する被研削物の研削を行う研削装置において、
前記筒状砥石は剛性に優れた円筒部材を有し、該円筒部材の外周に弾性体を設け、該弾性体の外周に前記円筒部材の回転軸方向に向かって螺旋状に巻き付けられた金属線で補強されたシート状の支持体を設け、更に該支持体の外周に帯状のゴムシートと、該ゴムシートの表面に研削辺の長さが奥行き方向の長さよりも長い略直方体状をした多数の砥石片を設けて成っており、多数の砥石片を表面に設けた前記帯状のゴムシートを前記円筒部材の回転軸方向に向かって所定の角度を成すように螺旋状に巻き付けることにより、前記砥石片の研削辺が前記円筒部材の回転軸方向に対し所定の角度を成していることを特徴とする研削装置。
前記シャフトに貫通されたリングが前記円筒部材内部中央付近で前記円筒部材に嵌合するとともに、前記シャフトに貫通されたフランジにより前記円筒部材が両端より挟み込まれて成ることを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
プリント基板の表面の研磨を行うものである事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研削装置。
前記所定の角度が７〜１２度の範囲内であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の研削装置。