JPH04331073A - 遊離微粒子噴射加工装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遊離微粒子噴射加工装置
に係り、とくに遊離微粒子と気体の固気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
する。

【０００２】

【従来の技術】砥粒を用いて力学的エネルギ加工を行な
う加工方法には、固定砥粒による加工方法と遊離砥粒に
よる加工方法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
。これに対して遊離砥粒による加工としては、ラッピン
グ、ポリシング、バフ仕上げ、バレル加工、超音波加工
、噴射加工等がある。さらに噴射加工の一種として、サ
ンドブラスト法が知られている。

【０００３】特開昭６３−２２２７２号公報には、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
さびを除去するために有用なサンドブラスト装置が開示
されている。従来のこのようなサンドブラスト装置によ
れば、遊離砥粒を用い、高圧で砥粒を噴射して被加工物
のバリを取ったり、面取りを行なったりするものである
。このような装置はガラスや金属等の彫刻を行なう装飾
用の用途にも用いられていた。さらにはまた上記公報に
開示されているように、ペイントやさび落しの用途にも
用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のこのような遊離
砥粒噴射加工装置の欠点は、遊離砥粒の粒径が大きく、
表面粗度や表面性状等の表面構造が悪いことであって、
これによって半導体ディバイスのような高精度の表面加
工を行なうことができなかったことである。

【０００５】また遊離砥粒の粒径が大きいと、エッジの
部分が削られて研磨ダレを生ずる欠点がある。さらには
勾配や傾斜部の表面粗度や表面性状等に関しても、加工
状態が良好とは言えなかった。

【０００６】従って従来の遊離砥粒噴射加工装置は、バ
リ取りや装飾加工、あるいは寸法および形状のあまり厳
しくないものの応用として用いられていた。すなわち半
導体や磁気ディスク等のような微細加工に適用すること
ができなかった。また従来のサンドブラストのような砥
粒噴射加工装置によれば、加工量の制御がうまく行かな
いという問題があった。

【０００７】このような欠点は、遊離砥粒をパウダービ
ーム化していないことに起因するものである。また噴射
される遊離砥粒の圧力分布が一様化しておらず、流速分
布の乱れ度が大きかったことによる。

【０００８】さらには上記の技術は、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
を内蔵していた。また遊離砥粒の被加工面での溜りが加
工効率を下げたり、表面精度や表面粗度等に悪影響を及
ぼしていた。

【０００９】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、微粒子がパウダービーム化して均一な
分布で噴射されるようにし、これによって半導体や磁気
ディスク等の微細加工が行ない得るようにした遊離微粒
子噴射加工装置を提供することを目的とするものである
。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、遊離微粒子と
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、前記被加工物の加工位置を
ほぼ包囲するように噴射ノズルを配し、該噴射ノズルの
噴射口から前記固気２相流を噴射するようにし、しかも
前記噴射ノズル内に吸引ノズルを配し、該吸引ノズルに
よって前記微粒子を外部へ排出するようにしたものであ
る。

【００１１】噴射ノズル内に配される吸引ノズルは前記
噴射ノズルに対して同軸状であることが好ましく、しか
もこの吸引ノズルの先端部は噴射ノズルの先端部と軸線
方向にほぼ同じか、やや突出させることが好ましい。そ
して噴射ノズル内に挿入された吸引ノズルの先端部は微
粒子を効果的に吸引するように負圧に保持される。

【００１２】

【作用】従って被加工物の加工位置をほぼ囲むように配
されている噴射ノズルの噴射口から、遊離砥粒と気体と
の固気２相流が噴流となって被加工物に噴射されること
になる。噴射された微粒子および粉塵は、噴射ノズル内
に配されている吸引ノズルによって吸引されて外部へ排
出されることになり、被加工物の表面に微粒子溜りが生
じなくなる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る微粒子噴射加
工装置を示すものであって、この装置は微粒子を含む固
気２相流を噴射するための噴射ノズル２を備えている。 この噴射ノズル２は円柱状の形状をなすとともに、その
内部には同軸状に微粒子を含む粉塵を排出する円柱状の
吸引ノズル１が挿入されている。

【００１４】吸引ノズル１を噴射ノズル２に固定するた
めに、噴射ノズル２の上端部を閉塞するように上蓋３が
ノズル２の上部に溶接またはろう付けによって固着され
ている。そして固気２相流の供給管路を形成するための
凹字型の供給管路４が噴射ノズル２の外周部に接続され
るとともに、この供給管路４の上部を上記上蓋３の延長
部分によって閉塞するようにしている（図２参照）。な
お上蓋３の延長部分と供給管路４の上端部とも、溶接ま
たはろう付けによって固着されている。

【００１５】本実施例においては、吸引ノズル１、噴射
ノズル２、上蓋３、および供給管路４を総てステンレス
鋼から構成するとともに、それらの接合部を溶接によっ
て結合して一体化している。

【００１６】図１に示すように、吸引ノズル１と噴射ノ
ズル２とは同軸状に配されている。また供給管路４は図
３に示すように、噴射ノズル２の接線方向に延びるよう
にこのノズル２に接合されている。

【００１７】つぎにこのような遊離微粒子噴射加工装置
の動作を説明する。

【００１８】被加工物７は装着移動台８上においてＸ軸
方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向のそれぞれの方向に移
動可能になっている。なおこの移動機構はコンピュータ
によって制御されるようになっている。そして移動台８
上に装着された被加工物７は、ここでは金型であって、
幅の狭い傾斜溝９が形成されている。なおこの傾斜溝９
の両側面が傾斜面１０から構成されている。

【００１９】金型７の傾斜溝９は、細くて長いテーパエ
ンドミルによって機械加工される。あるいはまた放電加
工によって溝加工して傾斜溝９を形成してもよい。

【００２０】一般にこの後にハンドツールによって研磨
されて金型７が完成する。この金型７の材料としてはＳ
ＫＤ、ＷＣ（超硬合金）が用いられる。

【００２１】この金型７の傾斜溝９の仕上げのための研
磨を従来の技術によって行なうと時間がかかりすぎる。 また金型７の形状が複雑になるに従って、高度な研磨技
術が要求される。また傾斜溝９を放電加工によって形成
する場合には、溝の表面の放電硬化層の除去が大変であ
る。さらに従来の技術によれば傾斜溝９のエッジにダレ
が生ずることになる。

【００２２】このような従来技術の問題点を解決するた
めに、図１に示すような遊離微粒子噴射加工装置が用い
られる。すなわち金型７の傾斜溝９が噴射ノズル２の噴
射口５と対向するように金型７を移動台８上に配置する
。

【００２３】微粒子を含む固気２相流１１が噴射ノズル
２に供給される。この場合に粗磨きあるいは放電変質層
の除去の場合には、５０〜１００μｍの粒径の微粒子が
用いられる。平滑中磨きの場合には、１５〜５０μｍの
粒径の微粒子が用いられる。仕上げ磨きのためには、１
〜１５μｍの粒径の微粒子が用いられる。また微粒子を
構成する遊離砥粒の材料としては、Ａｌ２　Ｏ３　、Ｓ
ｉＣ等が用いられる。また固気２相流の噴射圧としては
、３〜１０ｋｇ／ｃｍ２　である。

【００２４】このような条件で微粒子を含む固気２相流
１１を噴射ノズル２の上流側から供給管路４を通して供
給する。図３に示されるように、供給管路４が噴射ノズ
ル２に対して接線方向に接続されているために、固気２
相流はノズル２内において矢印１１で示すように旋回し
ながら噴射ノズル２の噴射口５側に高速で流動する。

【００２５】噴射ノズル２内に配されている吸引ノズル
１の先端部は、噴射ノズル２の先端部とほぼ等しいかま
たは噴射ノズル２の先端部よりもやや突出させる。そし
て吸引ノズル１の先端側の吸引口先端部１３は負圧にな
っているために、噴射口５から固気２相噴流１２が図１
に示すようにパウダービーム状になって４０〜１００ｍ
／ｓの高速で金型７の傾斜溝９へ噴射される。

【００２６】金型７の傾斜溝９に衝突した微粒子や加工
によって生じた粉塵は吸引ノズル１の吸引口６から吸引
され、矢印１４で示す方向へ流動して外部に排出される
。この後に微粒子は回収装置によって回収され、粉塵は
排風機で回収されるようになっている。

【００２７】なお図１においては金型７は固定されたよ
うに示しているが、移動台８によって移動させながら加
工してもよい。またノズル２にＸ、Ｙ、およびＺ方向の
可動装置を具備させてもよい。

【００２８】噴射ノズル２の先端部と被加工物７の間の
高さ方向の距離ｈは１〜２０ｍｍの値が適当である。こ
の装置によると、金型７の研磨の時間を従来の１／３程
度にすることが可能になっている。またその表面粗度も
ミクロンオーダにすることができるようになった。

【００２９】本実施例に係る遊離微粒子噴射加工装置の
特徴は、金型７の傾斜溝９の表面であって加工面に微粒
子溜りや粉塵溜りがなくなったことである。さらには固
気２相噴流１２の流れが円滑になり、金型７の傾斜溝９
の被加工面の加工効率が改善されている。

【００３０】さらには被加工物７のとくに勾配、傾斜部
の加工が容易になった。すなわち研削や研磨、切断等の
エッチング加工およびデポジション加工が容易になって
いる。また金型７の傾斜溝９の加工のような深溝加工が
容易になった。しかも加工された表面構造、すなわち表
面の寸法精度や粗度が改善されるとともに、表面性状が
良好になっている。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明は、被加工物の加工
位置をほぼ包囲するように噴射ノズルを配し、この噴射
ノズルの噴射口から固気２相流を噴射するようにし、し
かも噴射ノズル内に吸引ノズルを配し、この吸引ノズル
によって微粒子を外部へ排出するようにしたものである
。従って加工面に微粒子溜りや粉塵溜りがなくなり、固
気２相噴流の流れが円滑になって良好な加工効率で被加
工物の加工を行なうことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る遊離微粒子噴射加工装
置の縦断面図である。

【図２】図１におけるＩＩ〜ＩＩ線断面図である。

【図３】図１におけるＩＩＩ〜ＩＩＩ線断面図である。

【符号の説明】

１　　吸引ノズル ２　　噴射ノズル ３　　上蓋 ４　　供給管路 ５　　噴射口 ６　　吸引口 ７　　被加工物 ８　　移動台 ９　　傾斜溝 １０　　傾斜面 １１　　固気２相流 １２　　固気２相噴射流 １３　　吸引口先端部（負圧部） １４　　矢印

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　遊離微粒子と気体の固気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、前記被加工物の加工位置をほぼ包囲するように噴射
   ノズルを配し、該噴射ノズルの噴射口から前記固気２相
   流を噴射するようにし、しかも前記噴射ノズル内に吸引
   ノズルを配し、該吸引ノズルによって前記微粒子を外部
   へ排出するようにしたことを特徴とする遊離微粒子噴射
   加工装置。