JPH0335978A - 遊離砥粒噴射式加工装置 - 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】

に産業上の利用弁！！［ 本発明はｙｆ１ｍ砥粒噴砥粒噴上式加工装置、とくにｌ
Ｉｉ離砥粒と気体の固気２相流を被加工物に噴射してそ
の加工を行なうようにした加工装置に関ｊｊる。 Ｋ発明の概要Ｉ Ｔｉ＃Ｉ砥粒を用いた固気２相流を被加工物に噴射して
加工を行なうようにしたＶ４置において、噴射ノズルを
リング状の噴流制御用包囲体で囲み、この包囲体の内部
を負圧とし、しかも包囲体あるいはその支持手段に加振
手段を取付けるようにしたものであって、固気２相噴流
を安定させることによって被加工物の加工場を安定化さ
せ、しかも加工後の遊ｔＩｉ砥粒の回収を円滑に行ない
（ｑるようにしたものである。 Ｋ従来の技術１ 砥粒を用いて力学的エネルギ加工を行なう加工法には、
固定砥粒による加工と′ＴｉＩＩ！ｉ砥粒による加工と
が存在する。固定砥粒による加工としては、研削、ホー
ニング、超仕上げ、研磨布紙加工等がある。またＭ　Ｍ
　６１！粒による加工としては、ラッピング、ボリシン
グ、パフ加工、バレル加工、超音波加工、噴胴加■等が
ある。ざらに噴射加工の１つとしてサンドブラスト法が
ある。 例えば特開昭６３−２２２７２埼公報には、ビル等のコ
ンクリート構造物の風化した表面や金属構造物のさびを
除去するのに有用なサンドブラスト装置が開示されてい
る。すなわち従来のサンドブラスト法は、遊１１砥粒を
用い、高圧で噴射して被加工物のパリを取ったり、面取
りを行なったり、装飾用に刀ラスや金属等の彫刻を行な
ったり、あるいは上記公報に開示されているようにベイ
ン１へやさび落しの用途に用いられていた。 Ｋ発明が解決しようとする問題点ｌ 従来のこのようなＶｉ離砥粒噴噴射加工装置の欠点は、
遊離砥粒の直径が大きく、表面粗度や表面精度が出ない
という欠点があった。またエツジの部分が削られてしま
う研磨ダレを生ずる欠点がある。従ってパリ取りや装飾
加工、あるいは形状寸法のあまり厳しくないものの応用
として用いられてＪ′３す、半導体や磁気ディスク等の
微細加工をｒ７なうことができない欠点があった。 また従来のサンドブラストのような砥粒噴射式加工装置
によれば、加工後の制御が勤しかった。 これはパウダをビーム化していないことによるものであ
る。また圧力分布や流速分イｈの一様化が行なわれてお
らず、流速分布の乱れ度が大きかった。 ざらには被加工物上に形成されるレジストの厚さが厚く
、解像度が低いという問題を有していた。 また′Ｔｉ離砥粒の試料へのよどみがあり、加工平坦度
にも影響し、加工うねりを生ずる欠点があった。 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、遊離砥粒と気体の固気２相流を被加工物に噴射して
その加工を行なうようにした装置において、固気２相流
をビーム状にすることにより微細加工を行ない得るよう
にした噴射式加工賃ｄを提供することを月的とするもの
である。

【問題点を解決するための手段］ 本発明は、遊離砥粒と気体の固気２相流を被加工物に噴
射してその加工を行なうようにした装置にＪ５いて、前
記固気２相流を噴射するノズルから被加工物までの噴射
経路を噴流υ制御用包囲体によって囲うようにしたもの
である。 また別の発明においては、上記噴流ＩＩＩ御用包囲体の
内部を負圧に保ち、あるいはまたノズルと包囲体の直径
の比を１：３〜１：１００の範囲内とするようにしてい
る。さらにはまた噴流制御用包囲体またはその支持部材
に加振手段を設けるようにしており、あるいは気体の供
給口と砥粒の混合部とノズルとを１直線上に配置するよ
うにしている。 １作用】 従ってとくに噴流制御用包囲体によって砥粒と気体との
固気２相流を安定化させることにより、被加工物の加工
を精密に行ない得るようにするとともに、微細加工を可
能にすることになる。

【実施例】

第１図は本発明の一実施例に係る遊離砥粒噴射式加工装
茸の要部を示すものであって、この装置はその中央部に
噴射ノズル１０を備えている。噴射ノズル１０はステン
レス５ｌｌＩ製の２相流管路１１の先端部に接続されて
いる。またこの管路１１の側部には砥粒供給管１２が接
続されている。そして供給管１２の接続部において管路
１１には吸収ノズル１３が設けられている。また２相流
管路１１の先端部は取付は台４の雌ねじ孔１５にねじ込
まれて固定されている。取付は台１４にはリング溝１６
が形成されるとともに、このリング溝１６に０リング１
７が装着されており、このＯリング１７によってノズル
１０の外周面と取付は台１４の貫通孔の内周面との間の
シールを行なうようにしている。 取付は台１４はその外周側の部分が円筒型のインシュレ
ータ２０を介して下側取付は板２１に結合されている。 取付は台１４と下側取付は板２１のインシュレータ２０
に対する結合は、上下の部材１４．２１の外周面におい
て軸線方向に貫通するボルト２２によって達成されるよ
うになっており、インシュレータ２０に即設されたナツ
ト２３にこれらのボルト２２をねじ込んで締結されるよ
うになっている。また下側取付は板２１にはパイプジヨ
イント２４が接続されるとともに、これらのジ」インド
２４にバイブ２５が接続されるようになっている。また
下側取付は板２１の下面にはスタック式圧電体２６が接
着されている。圧電体２６はドーナッツ状の形状を有し
ており、バイブジヨイント２４の部分ではこのパイプジ
ヨイント２４を穴によって逃げるようにしている。 下側取付は板２１の中央部には円形の間口２９が形成さ
れるとともに、この間口２９と嵌合するように噴流υ１
１１１用リング３０が下側取付は板２１に取付けられて
いる。そしてこのリング３０の下部開口を覆うように被
加工物３１が配されている。 なおここで被加工物３１としては、硬い材料であるアル
チックが用いられている。そして被加工物３１は取付は
台３３に保持されるようになっている。取付は台３３は
真空吸引口３４を備え、これによって被加工物３１を吸
引保持するようにしている。 第１図に示すような噴射式加工装置の昔部は第２図に示
すように、噴射加工容器３７内に収納されでいる。そし
てこの容器３７内において第１図に示す加工部は図外の
移動機構によってＸ軸、７輪、およびＺ軸のそれぞれの
方向に移動可能になっており、その移動がコンピュータ
によってＩＩＩ　ＩＩＩされるようになっている。また
容器３７には貫通孔３８．３９．４０が形成されており
、これらの貫通孔３８〜４０によって２相流管路１１、
砥粒供給管１２、およびバイブ２５を容器３７の外部に
導出すようになっている。また管路１１．１２．２５は
それぞれそれらの接合部でフレキシブルになっており、
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の移ｆｌＩ＋　艶に対応
できる寸法を有するようにしている。 またこの容器３７の下部には粉塵回収バイブ４１が接続
されており、被加工物３１の加工によって生じたｍＷの
一部を回収するようにしている。 つぎに以上のような構成に係る装置の加工動作について
説明する。噴射ノズル１０と接続されている２相流管路
１１に下方へ向けてドライ窒素の３〜７ｋｇ／ｃｉの圧
縮気体を軸対称流として下方に流すと、吸引ノズル１３
によって加速された気体は砥粒供給管１２の接続部を通
して遊離砥粒を吸引する。なおここでは粒径が２〜１０
μ−程度のＳｉＣの微ＩＩ砥粒が用いられている。吸引
ノズル１３によって加速された気体により遊離砥粒が吸
引され、固気２相流として噴射ノズル１ｏ側へ、すなわ
ら下方へ流動される。そして遊離砥粒をより円滑に供給
するために、砥粒供給管１２にも０．１〜１．３ｋｇ／
ｃ／の圧力を加えるようにしている。ここで固気２相流
における遊１１磁粒の供給機は１０ＣＩ　／ｗｉｎ　Ｐ
１度のものを選び、噴射ノズル１０から噴射する噴流の
方向が乱れないように配慮されている。 このような固気２相流が噴射される噴射ノズル１０はそ
の噴口の直径が０．８〜２　ｎ程度の値を有し、微細加
工を行なうようにしている。砥粒は高圧噴射されて硬い
セラミックから成る被加工物３１を研削する。これによ
って加工物３１上に例えば２〜３μＩ／ｓｅｃの高速ｒ
ｉ１１加工を行なって溝３２を形成することができる。 砥粒回収バイブ２５を介して真空ポンプで砥粒を吸引し
、回収装置に回収するようにしている。 加工雰囲気を形成するための噴流制御用リング３０はそ
の直径がノズル１０の噴口の直径の３倍〜１００倍の埴
を有する筒体であって、その内部は負圧になっており、
大気圧より低い状態に維持されている。従ってノズル１
０から噴射され、被加工物３１に当った噴流は被加工物
３１の表面に沿って半径方向外周側に流動し、ざらにこ
のリング３０の内表面に沿って上方へ移動し、下側取付
は板２１の上面に至るとともに、吸引バイブ２５によっ
て吸引排出されることになり、固気２相流として円滑な
流れが得られることになる。遊離砥粒はバイブ２５によ
って回収装置に回収され、この回収装置から図外の供給
装置に搬送され、再び砥粒供給恰１２によって供給され
る。 ここで用いられる遊離砥粒はその粒径がμ信のＡ−ダで
あって微ｍ粒子であるために、被加工物３１の加工後に
Ｔｉ、遊離砥粒のＲ速が減少し、ＬＩＩ御用リング３０
の内表面や下側取付は板２１の表面に付着し、加工性能
や砥粒回収に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで下側
取付は板２１の下面にスタック式圧電体２６を取付け、
この圧電体２６に３０〜５０１Ｌの超音波領域の周波数
の交番電圧を印加して加振することにより、リング３０
および下側取付は板２１の表向に砥粒が付着することが
なく、円滑に砥粒をバイブ２５を通して回収できるよう
になる。 第３図は本実施例に係る加工装置の圧力分布を従来の装
置と比較したものである。従来の装置と本実施例のｖｔ
ｌとの比較における明確な差は、噴流ａ＋＋＋　ｔｉｌ
ｌ用リンクリング３０を大気圧より低い負■］にＨ持づ
ることによって、シャープな圧力分布をｙすることが可
能になっている。従って被加工物３１の溝加工の際に０
１＠ダレが防止されることになり、微細溝３２を加工精
度よく加工することがｉｉＪ能になる。 従ってこのような［１は、半導体や磁気デイクスのよう
なｙ！ｉ細加工を必飲とする領域で・大きな効果を有す
る。また被加工物をワックスによって定盤に固定して＠
着していた従来のリジッド砥石による加工法と比較すれ
ば、被加工物３１をただ貞空チャッキングするという簡
単な装肴手段で用下することが可能になる。また他のエ
ツチング方式、例えばイオンく−リングと比較すると、
これに対して約１００万倍の加Ｉａｍを有し、生産性も
桁違いに向上づる。また設茸スペースが少なくて済み、
工数の削減と生産性の向上に寄与することが多く、硬い
物質はど簡単にエツチングできるようになる。 とくに本実施例に係る加工装置は、遊離砥粒を含んだ噴
流を相流化して被加工物３１に噴射することにより、被
加工物３１の表面を加工するようにしている。この場合
において研磨ダレを生じないようにするために、噴流を
相流化するための噴！）１ｔｌｌ　画用リング３０を設
けるようにしでいる。このことによって噴射ノズル１０
から噴流がビーム状になっ−（相流化して被加工物３１
の表面に噴射され、所定の加工槽を得ることになる。そ
して被／Ｉｌｌ　、、Ｉ物３１の所定の部位、例えば溝
３２のエツジの部分に研磨ダレを生ずることなく、微細
加工を行なうことが可能になる。この噴流をしぼり込み
相流化する役［［が噴流υ制御用リング３０によって行
なわれる。 ＩＩ流はノズル１０から下方に向けて被加工物３１に噴
射された後に、被加工物３１の表面から半径方向外周側
に流動し、ＩＩＪ御用リング３０の内周面に沿って上昇
する。そしてこの後に取付は板２１の上面を流動しなが
らバイブジヨイント２４に接続されたバイブ２５によっ
て吸引されるように流れる。この固気２相流を固定壁面
の理論に基いて理想的な流れを形成させているのが制御
用リング３０である。すなわち噴流を相流化してビーム
状にし′ＣＦ方に噴射させ、被加工物３１の表面に噴ｒ
Ｊ４させた後の噴流の流れを１ｌＩＩＩ　ｔｌＯＬで渦
のＲ１を防止し、固定壁面の理論に基いてよどみのない
流れを形成するようにしている。 また砥粒の粘着を極力防止するために、スタック式圧電
体２６によってｕＩＩ用リシリング３０振動を与え２相
流の流れを円滑に形成させ、渦の防止を図っている。こ
のように第１図に示す装置は、ノズル１０の上端部に生
じた流れをノズル１０の先端部から噴射して噴流とした
場合におけるｖ制御用リング３０の役目によって噴流を
ビーム状にすることにより、微細加工することを可能に
している。従って従来のサンドブラスト法ではできない
パウダビームエツチング法が実現されることになる。 Ｋ発明の効果Σ 以上のように本発明は、固気２相流を噴射するノズルか
ら被加工物までの噴射経路を噴流ｌｌｌ１Ｉｆ用包聞体
によって囲うようにしたものである。またこの包囲体の
内部を必要に応じて負圧にするとともに、この包囲体を
円筒とし、ノズルの直径と包囲体の直径の比を１＝３〜
１：１００の範囲内としたものである。従ってノズルか
ら噴射される噴流をビーム状にすることによって微細加
工がｉｉＪ能になるとともに、研磨ダレを生じない噴射
加工をｆｌなうことができる。また複雑な形状や曲面形
状の加工をも容易に行なうことが可能になる。 またこのような装置は、噴流の流速や流管のｉｌ’＋１
神によって加工潰の制御を容易にｔｊなうことが可能に
なるとともに、従来に比べて大巾に加工時間を短縮でき
るようになる。またアルチックのような硬い材料でも容
易に加工が行ない得るようになる。 また上記噴流制御用包囲体またはその支持部材に加振手
段を設けることによって、噴流の相流化をより確実に達
成するとともに、砥粒の回収を確実に行なうことが可能
になる。また気体の供給口と、砥粒の混合部と、そして
ノズルとを１直線上に配するようにすることによって、
より乱れの少ない噴流が達成されることになり、解像力
がよく、微細可能に擾れた加工装量を提供できるように
なる。このような装置は半導体やハードディスク等の非
常に＠ＩＢな加工を要する領域に適用できるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る遊蘭砥粒噴ｑ］式加工
装置の要部拡大Ｊｕ断面図、第２図はこの装置が入って
いる容器の縦断面図、第３図はノズルの中心からの距離
に対する圧力の分布を示すグラフである。 また図面中の主要な部分の名称はつぎの通りである。 １０　・ １１　・ １２　・ ２６　・ ３０　・ ３１　・ ・噴射ノズル ・２相流管路 ・砥粒供給管 ・スタック式圧電体 ・噴流制御用リング ・被加工物

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、遊離砥粒と気体の固気２相流を被加工物に噴射して
   その加工を行なうようにした装置において、前記固気２
   相流を噴射するノズルから被加工物までの噴射経路を噴
   流制御用包囲体によつて囲うようにしたことを特徴とす
   る遊離砥粒噴射式加工装置。 ２、前記噴流制御用包囲体の内部を負圧に保持すること
   を特徴とする請求項第１項に記載の遊離砥粒噴射式加工
   装置。 ３、前記噴流制御用包囲体を円筒とするとともに、前記
   ノズルの直径と前記噴粒制御用包囲体の直径の比が１：
   ３〜１：１００の範囲内であることを特徴とする請求項
   第１項に記載の遊離砥粒噴射式加工装置。 ４、前記噴流制御用包囲体またはその支持部材に加振手
   段を設けるようにしたことを特徴とする請求項第１項に
   記載の遊離砥粒噴射式加工装置。 ５、前記気体の供給口と、前記砥粒の混合部と、前記ノ
   ズルとが１直線上に配置されていることを特徴とする請
   求項第１項に記載の遊離砥粒噴射式加工装置。