미세 구의 분류 방법과 분류 장치(METHOD AND APPARATUS FOR CLASSIFYING FINE BALLS)

공개특허 특2003-0004196

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51) 。Int. Cl.7
B07B 1/22
(11) 공개번호
(43) 공개일자
특2003-0004196
2003년01월14일
(21) 출원번호 10-2002-0073097
(22) 출원일자 2002년11월22일
(30) 우선권주장 JP-P-2002-00111949 2002년04월15일 일본(JP)
(71) 출원인 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
일본국 도쿄도 미나토구 시바우라 1쵸메 2반 1고
(72) 발명자 사토고지
일본국시마네켄야스기시구로이다쵸1881-27
구보이겐
일본국시마네켄야스기시하시마쵸1240-5-20
오노무라마사시
일본국야마구치켄우베시시마7-32-211
(74) 대리인 유미특허법인
심사청구 : 없음
(54) 미세 구의 등급 분류 방법과 장치 및 원통형 체의 제조 방법
요약

직경 1mm 이하의 미세 구를 분류하는 장치에 있어서, 미세 구를 공급하는 공급장치와, 구멍을 가진 판재로 구성되고
중심축이 수평면에 대하여 경사진 적어도 하나의 회전가능한 원통형 체와, 상기 원통형 체에 의해 분류된 미세 구를 회
수하는 용기를 구비하고, 상기 미세 구를 상기 공급장치로부터 회전하는 상기 원통형 체의 상부 단부의 입구에 공급하
고, 상기 원통형 체의 구멍을 통과한 미세 구를 상기 용기에 회수하는 동시에, 상기 원통형 체의 구멍을 통과하지 않는
미세 구를 상기 원통형 체의 하부 단부의 출구로부터 배출하는 미세 구 분류 장치가 개시된다.

대표도
도 1
색인어
미세 구, 분류 장치, 공급장치, 구멍, 판재, 원통형 체, 회수하는 용기, 입구, 출구, 통과 구, 잔류 구, 전기 주형.
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명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 미세 구 분류 장치의 한 예를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 도 1의 분류 장치의 부분 좌측 단면도이다.
도 4는 미세 구 분류 장치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 5는 분류 전의 땜납 볼의 직경 분포를 도시하는 히스토그램이다.
도 6은 제1 실시예에 이용되는 SUS 430으로 제조된 천공 체의 구멍의 내경 분포를 도시하는 히스토그램이다.
도 7은 제2 실시예에 이용된 수지로 제조된 천공 체의 구멍의 내경 분포를 도시하는 히스토그램이다.
도 8은 제3 실시예 및 제1 비교예에 이용된 Ni로 제조된 전기 주형된 체의 구멍의 내경 분포를 도시하는 히스토그램이
다.
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 직경 1mm 이하의 미세 구(球)를 등급 분류하는 방법과 장치 및 그러한 미세 구를 등급 분류하기 위한 원통
형 체(sieve)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
베어링 볼(ball), IC 패키지의 접속용 땜납 볼 등 직경이 약 1mm 이하로 진구도(眞球度)(sphericity)가 높고 입자 직
경 분포가 매우 예리한 미세 구가 소정의 입자 직경 범위로 정확히 분류된다. 목적으로 하는 입자 직경 범위의 미세 구
를 얻기 위해서, 상한을 초과하는 입자 직경을 가진 미세 구를 제거하는 분류와 하한 미만의 입자 직경을 가진 미세 구
를 제거하는 분류를 행할 필요가 있다.
상한을 초과하는 입자 직경을 가진 미세 구를 제거하는 분류에서, 체 구멍을 통과한 미세 구(이하에서, " 통과 구" 라고
지칭한다)는 통과된 제품으로 판정되고, 체 구멍을 통과하지 못한 미세 구(이하에서, " 잔류 구" 라고 지칭한다)는 불
합격품으로 판정된다. 한편, 하한 미만의 직경을 가진 미세 구를 제거하는 분류에서는, 잔류 구를 합격품으로 판정하고,
통과 구를 불합격품으로 판정한다.

진구도가 높고 직경 분포가 매우 예리한 미세 구를 분류하는 수법으로서, 종래부터 전기 주형법으로 내경을 정밀하게
제어한 평판형의 전기 주형된 체를 이용하는 음파 체(sonic sieve)(JP 2002-50595 A)가 이용된다. 그러한 음파 체
는 일반적으로 음파에 의해 미세 구를 진동시켜 평판 체의 구멍에 미세 구를 효율적으로 떨어뜨리는 것이다. 상한을 초
과하는 직경을 가진 미세 구를 제거하는 분류에서, 적은 수의 불합격품만 잔류 구로서 체 상에 잔류하고, 거의 모든 미
세 구가 구멍을 통과하기 때문에, 음파 체를 이용한 경우에도 분류는 용이하게 된다.

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그러나, 하한 미만의 직경을 가진 미세 구를 제거하는 분류에서는, 잔류 구의 비율이 크기 때문에 잔류 구의 음파 체의
구멍을 막아버리는 문제가 있다. 그 결과, 원래는 통과 구가 되어야할 불합격품이 잔류 구에 혼합되어 합격품으로 판정
될 확률이 높게 된다. 따라서, 평판형 전기 주형된 체를 이용하는 음파 체에서 잔류 구를합격품으로 분류하는 경우에는
전기 주형된 체로의 미세 구의 투입량을 감소시킴과 동시에 장시간의 분류 작업이 필요하게 된다.
그러나, 장시간의 분류 작업을 행하면(미세 구의 체류 시간이 길게 되면) 미세 구 및 전기 주형된 체가 손상되는 문제가
있다. 이 문제는 특히 효율화를 위해 연속적으로 미세 구를 투입하는 경우에 중대하다.
또한, 정확히 간격을 제어한 2개의 롤러 사이에 미세 구를 롤링 시켜 미세 구의 분류를 행하는 롤러 분류기도 알려져 있
다. 그러나, 롤러 분류기의 경우, 한 층의 미세 구만 롤러 사이에 공급될 수 있기 때문에, 분류 능력이 작게 되고 대량
분류에는 적합하지 않게 된다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
따라서, 본 발명의 목적은 직경 1mm 이하의 미세 구로부터 상한 및 하한 초과 직경을 가진 미세 구를 제거하는 분류
처리를 단시간에 확실하게 행할 수 있는 방법과 장치 및 그러한 미세 구 분류용 원통형 체를 제조하는 방법을 제공하는
것이다.
상기 목적을 감안한 연구의 결과, 본 발명자들은 구멍을 가진 판재를 가공하여 원통형 체로 하고, 상기 원통형 체에 미
세 구를 투입하고 상기 원통형 체를 중심축의 주위로 회전시켜, 상한 및 하한 초과 입자 직경의 미세 구를 효율적으로
제거할 수 있다는 것을 발견하여 본 발명에 도달하였다.
즉, 직경 1mm 이하의 미세 구(球)(ball)를 분류하는 본 발명의 방법은 구멍을 가진 판재로 구성되는 원통형 체를 (si
eve) 회전시키면서 상기 원통형 체에 미세 구를 투입하고 투입된 미세 구를 분류하는 것을 특징으로 한다.

직경 1mm 이하의 미세 구를 분류하는 본 발명의 장치는 미세 구를 공급하는 공급장치와, 구멍을 가진 판재로 구성되는
적어도 하나의 회전가능한 원통형 체와, 상기 원통형 체에 의해 분류된 미세 구를 회수하는 용기를 구비하고, 상기 미세
구를 상기 공급장치로부터 회전하는 상기 원통형 체의 상부 단부의 입구에 공급하고, 상기 원통형 체의 구멍을 통과한
미세 구를 상기 용기에 회수하는 동시에, 상기 원통형 체의 구멍을 통과하지 않는 미세 구를 상기 원통형 체의 하부 단
부의 출구로부터 배출하는 것을 특징으로 한다.

1mm 이하의 직경을 가진 미세 구를 분류하는데 이용하는 원통형 체를 제조하는 본 발명의 방법은 30-200μm의 판
두께를 가진 판재를 100조 이하의 핀과 다이스(die)로 천공하여 제거할 미세 구의 입자 직경의 상한 또는 하한에 대응
하는 구경을 가진 원형 구멍을 80-200μm의 간격으로 형성하는 단계와, 구멍을 형성한 상기 판재를 50-200mm의
직경을 가진 원통형 체로 가공하는 단계를 특징으로 한다.
상기 원통형 체의 판재의 구멍은 천공에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 상기 원통형 체는 10만개 이상의 구멍을 갖는
것이 바람직하다. 상기 원통형 체는 페라이트계 스테인리스 시트 또는 표면 저항률 1x1013 Ω 이하의 수지 시트로 구성
되는 것이 바람직하다. 상기 판재는 30-200μm의 판 두께를 갖고, 상기 구멍의 간격은 80-200μm인 것이 바람직하
다.
상기 미세 구의 분류 장치는 수평면에 대해 경사진 중심축을 가진 원통형 체와, 상기 원통형 체의 상부 단부의 입구에
미세 구를 정량 공급하는 공급 장치와, 상기 원통형 체의 구멍을 통과하지 않는 미세 구를 배출하기 위해 상기 원통형
체의 하부 단부에 설치된 출구를 구비하는 것이 바람직하다.
발명의 구성 및 작용
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본 발명의 제1 특징은 구멍을 가진 판재(plate)로 구성되는 원통형 체를 이용하는 것이다. 또한 본 발명의 제2 특징은
구멍을 천공(punching)에 의해 형성하는 것이다. 이러한 특징을 가진 원통형 체를 회전시키면서 직경 1mm 이하의 미
세 구를 투입하여 원통형 체 내를 회전 이동시키면, 미세 구가 원통형 체 구멍에 면하는 기회가 증가하여 미세 구의 분
류를 높은 정밀도로 효율성 있게 행할 수 있다.

구멍을 가진 판재로서는 전기 주형된 체(원하는 체 패턴에 전기 전도부를 가진 비전도성 기판에 금속을 전기 주형하여
형성한 구멍을 가진 금속판), 에칭 또는 천공에 의해 구멍을 형성한 판재 등이 열거된다. 이들 중에서 분류 효율의 관점
에서 구멍을 형성한 판재가 바람직하고, 특히 천공에 의해 구멍을 형성한 판재가 바람직하다. 전기 주형된 체 역시 구멍
의 가장자리가 테이퍼(taper)를 가졌기 때문에 막힘이 발생하지 않아 바람직하다. 구멍을 형성한 판재로 구성되는 원
통형 체에서는, 와이어 네트(wire net)에 의해 구성된 원통형 체에 비하여, 구멍 이외의 부분의 표면 거칠기가 작다.
직경 1mm 이하의 미세 구를 효율적으로 분류하기 위해서는, 체 표면 상에서 미세 구의 점프(jump)를 억제하고 원활하
게 회전 이동시키는 것이 중요하다. 표면 거칠기가 작은 체 판으로서 천공에 의해 구멍을 형성한 판재를 이용하면, 미세
구가 구멍에 면하는 기회가 증가하여 분류 효율이 향상된다.


평판형 전기 주형된 체를 이용하는 종래의 음파 체에서는, 하한 미만의 직경을 가진 미세 구를 제거하는 분류 처리에 있
어서, 체 상에 잔류하는 대량의 잔류 구로 인해서, 구멍에 면하는 기회를 가진 미세 구가 제한되어, 통과 구로 되어야 할
크기의 미세 구가 잔류 구로 판정되는 일이 종종 있다. 이에 대하여, 구멍을 형성한 판재로 구성되는 원통형 체를 원주
방향으로 회전시켜 미세 구를 그 안에서 회전 이동시키면, 미세 구가 원통형 체의 구멍에 면하는 기회는 평판형 전기 주
형된 체에 의한 분류에 비해 현저히 증가하여 분류 효율이 높게 된다.

또한 천공에 의해 구멍을 형성한 판재로 구성되는 원통형 체를 이용하면, 이하에 기술하는 이유로 높은 분류 정밀도가
얻어진다. 일반적으로 체에 의한 분류의 경우에, 체의 내경 분포 중에서 목표 내경보다 큰 쪽은 분류 정밀도에 큰 영향
을 주지만, 목표 내경보다 작은 쪽은 분류 효율에만 영향을 준다.

구체적으로는, 예로서 하한 미만의 직경을 가진 미세 구를 통과 구로서 제거하는 분류의 경우, 상기 하한보다 큰 직경의
구멍이 있으면, 잔류 구로 되어야할 직경의 미세 구까지 통과 구로 되어, 고정밀도의 분류가 불가능하게 된다. 한편, 상
기 하한보다 작은 직경의 구멍이 있으면, 통과 구로 되어야할 미세 구도 그 구멍에서는 잔류 구로서 작용하게 된다. 그
러나, 그 잔류 구는 상기 하한보다 큰 내경을 가진 다른 구멍에도 면하기 때문에, 결국 통과 구로 된다. 이와 같이 목표
직경의 하한치보다 작은 직경의 구멍의 존재는 분류 효율의 저하의 원인이 되지만, 분류 정밀도의 저하의 원인이 되지
는 않는다. 이것은 상한 초과 직경을 가진 미세 구를 잔류 구로 제거하는 분류에 있어서도 마찬가지이다.


분류 효율의 향상은 원통형 체의 사용, 더욱이 원통형 체의 대형화에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 분류 정밀도를 향상
시키기 위해서는, 원통형 체의 내경 분포 중에서 목표 내경보다 큰 쪽을 감소시키지 않으면 안 된다. 즉, 목표 내경보다
큰 쪽에 있어서, (1) 내경 분포의 폭을 감소시킴과 동시에, (2) 내경의 빈도(비율)를 작게 하지 않으면 안 된다. 이러
한 목적을 위해서, 천공에 의해 구멍을 형성한 소위 천공 체를 사용한다. 그 이유는 천공 체의 내경 분포, 특히 목표 내
경보다 큰 쪽으로의 분포는 전기 주형된 체보다 좁기 때문이다.


내경이 1mm 이하인 미세한 구멍을 형성한 체의 내경 분포의 표준 편차 σ는 전기 주형된 체의 경우에 0.5μm 정도인
데 대하여, 천공 체의 경우 0.35μm 이하이고, 더욱이 0.15μm를 달성하는 것도 가능하다. 특히 목표 내경보다 큰 쪽
으로의 분포(분류 정밀도의 향상에는 중요하다)에 있어서는 천공 체의 쪽이 전기 주형된 체보다 좁게 할 수 있다. 천공
체에서 목표 내경보다 큰 쪽의 내경 분포를 감소시킬 수 있는 이유는 천공에 사용되는 핀(pin)의 직경 이상의 구멍은
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형성되지 않기 때문이다.

이와 같이 천공 체에서는, 목표 내경보다 큰 쪽의 내경 분포를 작게 할 수 있기 때문에, 미세 구의 분류 정밀도를 향상
시킬 수 있다. 천공에 의해 형성된 구멍의 내경 분포를 작게 하기 위해서는 한 조의 핀과 다이스(die)에 의해 모든 구멍
을 천공하는 것이 바람직하다. 한 조의 핀과 다이스를 이용하는 경우는 복수의 핀과 다이스를 이용하는 경우보다 내경
분포를 좁게 하는 것이 용이하다.
미세 구의 분류에 이용되는 체에서는 분류 효율을 증가시키기 위해서 10만개를 초과하는 구멍을 가진 것이 많다. 이와
같이 많은 수의 구멍을 체용 판재에 형성하는 경우에, 한 조의 핀과 다이스로 모든 구멍을 천공하는 것은 생산 효율이
너무 낮아서 분류 비용을 증가시킨다. 따라서, 체의 내경 분포와 생산 효율의 균형을 고려하여, 100 조 이하의 핀과 다
이스에 의해 모든 구멍을 천공하는 것이 바람직하다.

체의 구멍의 내경에 대하여 체의 두께가 너무 크면, 분할 시의 막힘의 원인이 된다. 따라서, 강도를 손상시키지 않는 범
위에서 체용 판재를 얇게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 니켈 또는 니켈-코발트 합금으로 구성되는 전기 주형된 체에
서는 강도의 관점으로부터 박판화는 어렵다. 또한 스테인리스강 등 다원소(multi-element) 합금의 경우 전기 주형된
체를 제조하는 것은 기술적으로 곤란하다. 더욱이 전기 주형된 체의 제조시에 판재의 구멍의 축방향에 평행하게 기둥
모양의 결정이 성장하며, 기둥 모양의 결정은 결정 입자 경계의 강도가 낮다. 따라서, 장시간 분류를 행하면 구멍의 에
지의 기둥 모양의 결정이 결정 입자 경계에서 파괴되어 분류 정밀도가 저하된다.


한편, 천공에 의해 구멍을 형성한 체에서는 판재의 재질에 제약이 적고, 압연재 등의 고강도재를 사용할 수 있기 때문에,
전기 주형된 체보다 박판화가 가능하다. 구체적으로는, 천공 체의 두께는 바람직하게는 30-200μm, 더욱 바람직하게
는 30-100μm이다. 천공 체의 두께가 30μm미만이면, 원통형 체의 강성이 부족하다. 또한 천공 체의 두께가 200μ
m를 상회하면, 막힘이 발생하기 쉬워서 분류 효율이 저하한다. 분류될 미세 구의 직경에 따라서 이 범위 내에서 천공
체의 두께를 결정하는 것이 바람직하다.

판재에 형성하는 구멍의 간격(인접하는 구멍 사이의 최단 거리)은 80-200μm인 것이 바람직하다. 단위 면적당 구멍
의 수를 증가시켜 분류 효율을 높이기 위해서, 구멍의 간격은 200μm로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 구멍의 간격이
너무 좁으면 체의 강도가 부족하기 때문에, 구멍의 간격은 80μm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 이유로, 본 발명의 미세 구 분류 장치에 이용하는 원통형 체는 30-200μm의 두께를 갖는 판재를 100조 이하
의 핀과 다이스에 의해 천공 가공하여 1mm 이하의 직경을 갖는 10만개 이상의 원형 구멍을 80-200μm의 간격으로
형성하고, 얻어진 천공된 판재를 50-200mm의 직경을 가진 원통체로 가공하여 형성한다.
원통형 체의 직경이 50mm 미만이면, 원통형 체의 곡률 반경이 너무 작게 되기 때문에 구멍의 변형이 커진다. 구멍의
형상은 분류 정밀도에 영향을 준다. 따라서, 50mm 미만의 직경을 가진 판재를 원통형 체로 가공하는 경우에, 구멍의
변형량을 고려하여 천공 가공을 행할 필요가 있어서, 안정적으로 고정밀도를 얻는 것은 어렵다. 또한 곡률 반경이 너무
작으면, 미세 구가 체에 접촉하는 면적이 작아서, 분류 효율이 낮다.
한편, 직경이 200mm를 초과하는 원통형 체에서는 판재가 너무 커서, 천공 가공용 핀의 마모된다. 그 결과, 내경 분포
의 표준 편차 σ가 0.25μm 이하인 고정밀도의 구멍을 안정적으로 낮은 비용으로 형성하기 어렵다. 따라서, 원통형 체
의 직경은 50-200mm로 하는 것이 바람직하다.
천공 체의 재질로서는, 고정밀도의 내경을 얻기 위해서 페라이트계 스테인리스가 바람직하다. 페라이트계 스테인리스는
전도성이 있고, 정전기에 의해 먼지 등이 달라붙는 문제가 없다. 또한, 페라이트계 스테인리스는 녹이 잘 슬지 않으므로,
녹이 미세 구에 혼입되지 않을 뿐만 아니라, 녹에 의해 체의 내경이 변화하는 일도 없다.
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더욱이, 페라이트계 스테인리스는 다른 스테인리스와 비교하여 견고성 및 경도와 같은 기계적 특성에 있어서 천공 가공
에 적합하다. 즉, 페라이트계 스테인리스는 오스테나이트계 스테인리스에 비하여 연성이 낮으므로, 천공 가공시에 버(
burr)가 발생할 가능성이 적고, 구멍의 고정밀도의 천공 가공이 가능하다. 또한, 마르텐사이트계 스테인리스에서는 경
도가 지나치게 높은 것에 대하여, 페라이트계 스테인리스는 적절한 경도를 가지므로, 가공에 사용하는 금형의 손상을
억제하고, 구멍의 내경의 정밀도의 저하를 억제함과 동시에 제조 비용을 절감할 수 있다. 특히 10μm 이상의 탄화물,
질화물, 금속간 화합물, 그 외의 개입물이 적은 페라이트계 스테인리스가 바람직하다. 이것은 구멍의 가장자리에 탄화
물 등이 존재하면, 구멍의 가장자리에 크랙(crack)이 발생하여 내경 정밀도가 떨어지기 때문이다.

10-20Hv 정도의 경도를 가진 연성 재질(Sn계 합금 등)로 제조된 미세 구를 분류하는 경우, 천공 체를 수지 시트에 의
해 형성하는 것이 바람직하다. 수지 시트는 매우 유연하므로, 구멍의 가장자리에 의해 미세 구가 손상되는 일이 없다.
단지, 통상적인 수지를 이용하면, 체 내에서 회전운동하는 미세 구에 의해 전전기가 발생하는 결과, 미세 구가 체에 부
착하여 분류가 불가능하게 된다. 따라서, 대전 방지제(antistatic agent)를 포함하는 수지로 구성되는 시트를 사용하는
것이 바람직하고, 구체적으로는 1x1013 Ω 이하의 표면 저항률을 가진 수지 시트를 사용하는 것이 바람직하다. 대전 방
지 효과를 얻기 위해서 표면 저항률을 1x1013 Ω 이하로 하기 위해서는 예로서 폴리스틸렌 등의 수지에 카본블랙 등의
전도성 첨가제를 배합하면 좋다. 또한 산화티탄을 함유하는 ABS(아클로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체)도 대전
방지작용을 가지므로 바람직하다.

상기 원통형 체를 사용하는 분류 장치의 한 예를 도 1 내지 도 3에 도시한다. 이 미세 구 분류 장치는 수평면에 대하여
경사진 중심축을 가진 원주방향으로 회전가능한 원통형 체(1)와, 원통형 체(1)의 한 단부(경사진 중심축의 위쪽에 위
치한다)의 입구(11) 근방에 설치된 공급기(2)와, 원통형 체(1)의 다른 단부(경사진 중심축의 아래쪽에 위치한다)에
설치된 잔류 구 배출구(3)와, 원통형 체(1)를 회전시키기 위해서 원통형 체(1)의 외면에 접하는 한 쌍의 롤러(4, 5)와,
구동 벨트(6)를 거쳐 한 쪽의 롤러를 회전시키기 위한 모터(7)와, 원통형 체(1)의 아래에 설치된 통과 구 회수용기(8)
와, 출구(3)의 아래에 설치된 잔류 구 회수용기(9)를 구비한다. 도 3에 도시하였듯이, 출구(3)는 원통형 체(1)의 개방
단부라도 좋다. 원통형 체(1) 내에서 서서히 출구(3) 쪽으로 내려온 잔류 구는 출구(3)로부터 용기(9)로 떨어진다. 원
통형 체(1)의 상부에 막힘 구 제거용 스크레이퍼(10)가 설치되어 있다. 또한, 공급장치(2)와 입구(11) 사이에 미세
구를 원통형 체(1)에 공급하기 위한 덕트(12)가 설치된다.


도 4는 미세 구 분류 장치의 다른 예를 도시한다. 도 1과 같은 부품에는 도일한 도면부호를 부여한다. 이 미세 구 분류
장치는 하한 미만의 직경을 가진 미세 구를 제거하는 원통형 체(21)와, 상한을 초과하는 직경을 가진 미세 구를 제거하
는 원통형 체(22)를 가진 것을 특징으로 한다. 원통형 체(21)의 아래에는 하한 미만의 직경을 가진 미세 구를 회수하
는 용기(8a)가 설치되고, 원통형 체(22)의 아래에는 하한 이하의 직경을 가진 미세 구를 회수하는 용기(8b)가 설치된
다. 이외의 부분에 관해서는 도 1의 미세 구 분류 장치와 실질적으로 동일하다.


도 1 내지 도 3에 도시한 미세 구 분류 장치를 이용하여 미세 구의 분류를 행하는 경우, 공급장치(2)로부터 원주방향으
로 회전하는 원통형 체(1)에 미세 구(B)를 공급한다. 원통형 체(1)의 구멍의 내경보다 작은 직경을 가진 미세 구(B)
는 원통형 체(1)의 구멍을 통과하여 통과 구로서 아래의 용기(8)에 회수된다. 한편, 원통형 체(1)의 구멍의 내경보다
큰 직경을 가진 미세 구(B)는 구멍을 통과하지 않고, 잔류 구로서 서서히 원통형 체(1) 내에서 아래로{배출구(3) 쪽으
로} 이동하여, 최후로 배출구(3)로부터 순차적으로 배출된다. 미세 구(B)의 공급 속도, 원통형 체(1)의 크기, 원통형
체(1)의 중심축의 경사각, 원통형 체(1)의 회전속도 등에 의해 원통형 체(1) 내에 있는 미세 구(B)의 체류 시간을 적
절하게 설정할 수 있다. 이와 같이 하여 본 발명의 장치에 의해 연속적인 미세 구의 분류 처리가 가능하다.

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직경 0.01-1mm의 미세 구를 분류하는 경우, 원주 방향으로 회전하는 원통형 체(1)의 원주방향 속도는 5-250mm/초
인 것이 바람직하다. 원통형 체(1)의 원주방향 속도가 5mm/초 미만이면, 평판형 체보다 효율적이지만, 충분한 분류 처
리 속도가 얻어지지 않는다. 한편, 250mm/초를 상회하면, 미세 구의 회전속도가 너무 빠르게 되기 때문에, 미세 구가
구명을 통과할 확률이 감소하여 분류 효율이 저하한다.
구멍의 내경과 동일하거나 약간 큰 직경을 가진 미세 구가 구멍에 구멍 내에 끼어서 구멍을 막는 일이 있다. 이러한 구
멍의 막힘이 발생하면, 분류를 위한 유효 개구수가 감소하여 분류 효율이 저하한다. 따라서, 분사 가스 또는 기계적 수
단에 의해 막힘 구를 제거하는 것이 필요하다.
종래의 평판형의 음파 체에서는 탭핑(tapping) 볼을 사용하여 막힘 미세 구를 기계적으로 제거하였으나, 특히 구의 직
경이 비교적 균일한 다수의 미세 구의 분류에서는 막힘이 매우 자주 발생하여, 탭핑 볼에 의해 막힘 구를 충분히 제거하
는 것이 곤란하다.
따라서, 본 발명의 원통형 체를 사용하는 분류 장치에서는 도 1에 도시하듯이 원통형 체(1)의 상부에 스크레이퍼 판(
10)을 설치하여, 원통형 체(1)의 회전력을 이용하여 막힘 구를 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명을 이하의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 그것에 제한되지 않는다.
제1 실시예 내지 제3 실시예 및 비교예
도 1 내지 도 3에 도시하는 분류 장치 및 음파 체를 하용하여, 질량 %로 Sn-2.9Ag-0.5Cu의 약 20만개의 땜납 볼에
대하여 직경이 444.0μm 미만의 땜납 볼을 제거하는 분류 처리를 행하였다. 분류 전의 땜납 볼의 직경 분포의 히스토
그램을 도 5에 도시한다. 분류 전의 땜납 볼의 평균 직경은 445.5μm이고, 직경 분포를 나타내는 표준편차는 1.03이었
다. 각 실시예 및 비교예의 장치 규격 및 분류 조건은 아래에 보인 바와 같다.
제1 실시예
분류 수단: 도 1 내지 도 3에 도시한 분류 장치
체: 천공 체(재질: SUS 430)
구멍의 평균 내경: 444.0μm
구멍의 직경 분포의 표준 편차: 0.16μm
구멍의 수: 30만개
구멍의 간격: 100μm
체 판재의 크기: 폭 143mm x 길이 320mm x 두께 70μm
원통형 체의 직경: 100mm(판재 단부를 약간 중첩시킴)
땜납 볼의 체류 시간: 60초
원통형 체의 원주방향 속도: 80mm/초
제2 실시예
분류 수단: 도 1 내지 도 3에 도시한 분류 장치
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공개특허 특2003-0004196

체: 천공 체(재질: 수지(1))
구멍의 평균 내경: 444.0μm
구멍의 직경 분포의 표준 편차: 0.24μm
구멍의 수: 30만개
구멍의 간격: 100μm
체 판재의 크기: 폭 143mm x 길이 320mm x 두께 70μm
원통형 체의 직경: 100mm(판재 단부를 약간 중첩시킴)
땜납 볼의 체류 시간: 60초
원통형 체의 원주방향 속도: 80mm/초
주: ABS 수지(90 질량%)와 카본블랙(10 질량%)의 브렌드(blend)(2 x 1012 Ω의 표면 저항율을 갖는다).
제3 실시예
분류 수단: 도 1 내지 도 3에 도시한 분류 장치
체: 전기 주형된 체(재질: Ni)
구멍의 평균 내경: 443.9μm
구멍의 직경 분포의 표준 편차: 0.50μm
구멍의 수: 30만개
구멍의 간격: 100μm
체 판재의 크기: 폭 143mm x 길이 320mm x 두께 70μm
원통형 체의 직경: 100mm(판재 단부를 약간 중첩시킴)
땜납 볼의 체류 시간: 60초
원통형 체의 원주방향 속도: 80mm/초
제1 비교예
분류 수단: 도 1 내지 도 3에 도시한 분류 장치
체: 음파 체(2)
구멍의 평균 내경: 443.9μm
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공개특허 특2003-0004196

구멍의 직경 분포의 표준 편차: 0.50μm
구멍의 수: 30만개
구멍의 간격: 100μm
체 판재의 크기: 폭 143mm x 길이 320mm x 두께 70μm
원통형 체의 직경: 100mm(판재 단부를 약간 중첩시킴)
땜납 볼의 체류 시간: 60초
원통형 체의 원주방향 속도: 80mm/초
주: (2) (주식회사) 세이진 기업제품의 [소닉 시프터-P60?]
도 6 내지 도 8은 각각 제1 실시예 내지 제3 실시예 및 비교예에서 이용된 체의 구멍의 내경 분포를 도시한다. 천공 체
는 전기 주형된 체보다 내경 분포가 좁고, 특히 목표치(444.0μm)보다 큰 쪽으로의 분포가 좁은 것을 알 수 있다.
60초 동안 땜납 볼의 분류 처리에 의해, 통과 구의 비율 및 통과 구의 최대 직경을 측정하여, 분류 효율 및 분류 정밀도
를 평가하였다. 결과를 표 1에 도시한다. 또한, 땜납 볼의 직경 분포가 정규 분포이고, 또한 444.0μm 미만의 땜납 볼
만 완전히 제거하였다고 가정하면, 통과 구의 이론적 비율은 약 7%이다.
표 1

땜납 볼의 평균 직경 및 최대 직경은 아래의 방법에 의해 측정되었다. 즉, 합계 133개의 땜납 볼에 순차적으로 평행광
을 조사하여, 각 땜납 볼의 투영상을 CCD 카메라에 의해 화상 인식하고, 투영상을 진원으로 가정한 경우의 대응 원의
직경을 계산하고, 대응 원의 직경을 땜납 볼의 직경으로 간주하였다. 평균 직경은 133개의 땜납 볼의 직경의 평균치이
고, 최대 직경은 133개의 땜납 볼의 직경의 최대치이다. 또한 체의 구멍의 평균 내경은 상기와 같이 합계 133개의 구멍
의 평행광에 의한 투영상으로부터 화상처리에 의해 얻어진 내경의 평균치이다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 평판형의 음파 체를 사용한 제1 비교예에서는 통과 구의 비율은 1%로서 이론치에 비하여 매
우 낮다. 이것은 음파 체의 구멍이 잔류 구에 의해 막혀, 통과 구로 되어야 할 많은 땜납 볼이 제거되지 않았기 때문이
라고 생각된다. 이것으로부터, 평판형 음파 체를 사용하는 분류 방법에서는 목표 직경을 경계로 하여 정확한 분류를 할
수 없다는 것을 알 수 있다.
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공개특허 특2003-0004196

이에 대하여, 원통형 체를 사용한 제1 실시예 내지 제3 실시예에서는, 제1 비교예와 동일한 분류 시간에서 통과 구의
비율이 21% 이상으로 높다. 이것은 원통형 체에서는 항상 전면을 이용하여 분류를 행하는 평판 체에 비하여 막힘이 거
의 발생할 것 같지 않기 때문이다. 따라서, 원통형 체에서는 분류 효율이 높다.

분류 정밀도의 척도인 통과 구의 비율은 SUS 430으로 제조된 천공 체를 이용한 제1 실시예, 수지로 제조된 천공 체를
이용한 제2 실시예 및 Ni로 제조된 전기 주형된 체를 이용한 제3 실시예에서는 각각 21%, 31% 및 68%로서, 이론치
(7%)보다 높다. 이론치보다 초과한 양은 잔류 구로 되어야 할 땜납 볼의 비율로 간주될 수 있기 때문에, 이 초과 비율
이 작을수록 분류 정밀도가 높다고 할 수 있다. 구멍의 면적율이 같은 체를 이용한 제1 실시예 내지 제3 실시예에서는
분류 효율이 같다. 따라서, 이론치보다 초과한 통과 구의 비율로부터, 분류 정밀도는 SUS 430으로 제조된 천공 체를
이용한 제1 실시예가 가장 양호하고, 다음으로 수지로 제조된 천공 체를 이용한 제2 실시예가 양호하다는 것을 알 수
있다.

통과 구의 최대 직경은 천공 체를 이용한 제1 실시예 및 제2 실시예가 전기 주형된 체를 이용한 제3 실시예보다 작고,
제1 실시예 및 제2 실시예에서는 하한의 목표치인 444.0μm에 가깝다는 것을 알 수 있다. 그 결과로부터도, 천공 체를
이용하면, 분류 정밀도가 높다는 것을 알 수 있다. 또한 제2 실시예에서는 분류 시에 수지로 제조된 체의 전기 충전에
의해 땜납 볼이 체에 부착하는 것은 관찰되지 않았다.
발명의 효과
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 직경 1mm 이하의 미세 구의 분류 효율 및 분류 정밀도를 비약적으로 개선하여,
입자 직경의 상한 및 하한치가 엄격하게 제어되어야 하는 미세 구의 분류 처리에 적합하다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
직경 1mm 이하의 미세 구(球)(ball)를 분류하는 방법에 있어서,
구멍을 가진 판재로 구성되는 원통형 체를 (sieve) 회전시키면서 상기 원통형 체에 미세 구를 투입하고 투입된 미세 구
를 분류하는 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 방법.
청구항 2.
제1항에 있어서,
상기 판재의 구멍이 천공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 방법.
청구항 3.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 구멍이 10만개 이상인 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 방법.
청구항 4.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판재는 30-200μm의 판 두께를 갖고, 상기 구멍의 간격은 80-200μm인 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 방
법.
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공개특허 특2003-0004196

청구항 5.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원통형 체가 페라이트계 스테인리스 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 방법.
청구항 6.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원통형 체가 표면 저항률 1x1013 Ω 이하의 수지 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 방법.
청구항 7.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원통형 체를 그 중심축이 수평면에 대하여 경사지도록 배치하고, 상기 원통형 체의 상부 단부의 입구에 상기 미세
구를 투입하고, 상기 원통형 체의 구멍을 통과하지 않는 미세 구를 상기 원통형 체의 하부 단부의 출구로부터 배출하는
것을 특징으로 하는 미세 구 분류 방법.
청구항 8.
직경 1mm 이하의 미세 구를 분류하는 장치에 있어서,
미세 구를 공급하는 공급장치와, 구멍을 가진 판재로 구성되는 적어도 하나의 회전가능한 원통형 체와, 상기 원통형 체
에 의해 분류된 미세 구를 회수하는 용기를 구비하고,
상기 미세 구를 상기 공급장치로부터 회전하는 상기 원통형 체의 상부 단부의 입구에 공급하고, 상기 원통형 체의 구멍
을 통과한 미세 구를 상기 용기에 회수하는 동시에, 상기 원통형 체의 구멍을 통과하지 않는 미세 구를 상기 원통형 체
의 하부 단부의 출구로부터 배출하는 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 장치.
청구항 9.
제8항에 있어서,
상기 판재의 구멍이 천공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 장치.
청구항 10.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 원통형 체가 10만개 이상의 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 장치.
청구항 11.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판재는 30-200μm의 판 두께를 갖고, 상기 구멍의 간격은 80-200μm인 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 장
치.
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공개특허 특2003-0004196

청구항 12.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원통형 체가 페라이트계 스테인리스 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 장치.
청구항 13.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원통형 체가 표면 저항률 1x1013 Ω 이하의 수지 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 장치.
청구항 14.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원통형 체의 중심축이 수평면에 대하여 경사진 것을 특징으로 하는 미세 구 분류 장치.
청구항 15.
1mm 이하의 직경을 가진 미세 구를 분류하는데 이용하는 원통형 체를 제조하는 방법에 있어서,
30-200μm의 판 두께를 가진 판재를 100조 이하의 핀과 다이스(die)로 천공하여 제거할 미세 구의 입자 직경의 상한
또는 하한에 대응하는 내경을 가진 원형 구멍을 80-200μm의 간격으로 형성하는 단계와,
구멍을 형성한 상기 판재를 50-200mm의 직경을 가진 원통형 체로 가공하는 단계를 특징으로 하는 방법.
청구항 16.
제15항에 있어서,
상기 판재에 천공에 의해 10만개 이상의 원형 구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
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도면
도면 1
도면 2
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도면 3
도면 4
도면 5
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공개특허 특2003-0004196

도면 6
도면 7
도면 8
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