CN102729153A - 通过喷砂的抛光方法和其使用的喷砂装置的喷嘴结构 - Google Patents

Abstract

在通过使用压缩气流将动能施加给研磨剂来实施抛光的方法中获得水平切削力，而作用在工件表面上的垂直切削力得到抑制。不含有研磨剂的压缩气体从加速流产生喷嘴10朝向工件W的表面喷射，以产生沿着工件W的表面的加速流S。并且，研磨剂30被引入到研磨剂引入通道20，研磨剂引入通道20在加速流S产生区域朝向工件W的表面开口，优选地，研磨剂30与压缩气体一起引入到研磨剂引入通道20，以将研磨剂30与加速流S汇合，并使研磨剂30沿着工件W的表面滑动。这样将水平切削力施加到表面。

Description

通过喷砂的抛光方法和其使用的喷砂装置的喷嘴结构

技术领域

本发明涉及通过喷砂的抛光方法以及用于实现抛光方法的喷砂装置的喷嘴结构。更具体地，本发明涉及工件的抛光方法，该方法通过利用压缩气流将动能传递给研磨剂来实施，本发明还涉及用于利用喷砂装置实现抛光方法的喷砂装置的喷嘴部分的结构。

背景技术

已知的用于改善工件表面的平整度(也就是所谓的“表面粗糙度”)以及将表面加工成光滑表面(如镜面)的传统抛光方法包括，例如使用抛光纸或者抛光布抛光、使用抛光轮抛光、研磨、通过与旋转的研磨砂接触进行抛光、借助超声振动使工件与研磨砂接触来实施抛光的超精加工等。

另一方面，研磨剂与压缩流体(例如压缩气体)一起喷射到工件表面来实施切削的喷砂，尽管是与同样使用研磨剂的加工工艺相关的工序，但是通常不用作改善工件表面平整度的抛光工艺。

在这个工序中，与压缩气体或者类似物一起喷出的研磨剂通过喷砂与工件的表面撞击，并使用撞击的能量对工件的表面进行加工。因此，研磨剂在垂直(深度)方向上向工件W的表面施加切削力。结果，如图18所示，在进行切削的同时，最初存在于工件表面的不规则的形态特征被保留下来。因此，尽管有大量的切削，仍然很难实现表面平坦化。

而且，如上文中记载的，在喷砂过程中，使用研磨剂的撞击能量实施切削。因此，同样很难平坦化，因为，由于切削以及与研磨砂的撞击相关的变形，不规则部分重新形成在工件的表面，从而使得工件的表面因此变成毛面(satin finished surface)。

如上文所述，在传统的通常的喷砂方法中，很难对工件的表面平坦化，并且特别是很难实施高精度的平坦化来获得如镜面一般的表面。常规地，已提出用于消除喷砂的上述缺点、并抑制在工件表面产生毛面的技术，以通过喷砂将表面加工为平坦的表面，例如镜面。

作为这样的喷砂方法的一个示例，申请人提出一种技术，其中通过以预定的入射角度喷射或者抛射具有如下结构的研磨剂到工件的表面，使得撞击能量通过弹性体的弹性形变而被吸收来抑制毛面产生：在这样的结构中，研磨砂分散在基质材料中，该基质材料是弹性体(在本说明书中，具有这样结构的研磨剂被称作是“弹性研磨剂”)；并且通过使弹性研磨剂沿着被加工的表面滑动，使喷砂能够用于改善平整度(日本未审专利申请，公开号No.2006-159402)。

而且，申请人还提出了一种沿着工件的表面产生研磨剂喷射流来提高平整度的技术，甚至在使用现有的研磨剂(研磨砂)、且研磨剂与压缩流体一起在下述的条件喷射到加工的工件表面的情况下也能够提高平整度：

0＜V·sinθ≤1/2·V

(V＝研磨剂在喷射方向上的速度，θ＝研磨剂相对于加工的工件表面的入射角度)

(日本未审专利申请，公开号：No.2005-022015)。

对于上述的传统抛光方法，使用抛光布或者抛光纸的抛光、研磨、使用砂轮的抛光或者类似的方法必须包括多个抛光步骤，其中逐渐减少研磨剂的粒子直径，因为具有小的粒子直径的研磨剂只施加很小的抛光力。因此，工作变得复杂。

而且，抛光的量依赖于处理压力。然而，如果设置低的处理压力来避免过多的加工应变的发生，加工速度降低，生产率就变低了。

另一方面，在使用高的处理压力的情况下，可能出现研磨裂纹或者抛光裂纹。

而且，如上文所述，在工件表面施加处理压力而使工件经历抛光时，加工应变出现在工件的表面。因此，在工件例如是硅晶片的情况下，为了保证接近晶片表面的晶层的完整性，需要移除抛光加工中发生的加工应变。因此，在抛光工艺之后，需要实施对经历过抛光的晶片的热处理的步骤，使用试剂(例如酸或者碱或者类似物)移除表面层。而且，在使用试剂(例如酸或者碱)移除表面层的情况下，工作因此变得非常复杂，因为需要对当时使用的试剂(例如酸或者碱)的废液进行适当的处理。

另一方面，在上面提及的文件’402以及’015公开的方法中，与传统中通常实施的例如研磨的抛光方法相比，在抛光后过量的应力不易发生在工件中。而且，在加工后应变等也不易发生。

然而，在前述的文件‘402中提到的喷砂方法中，为了阻止工件的表面出现毛面并使研磨剂沿着工件的表面滑动，使用上述的弹性研磨剂，以使弹性研磨剂的塑性变形吸收撞击能量。因此，需要使用具有特殊结构的研磨剂。

在前述的文件’015介绍的喷砂方法中，通过适当地设置研磨剂的喷射条件，可以使研磨剂沿着工件的表面滑动，甚至在使用通常的研磨剂(研磨砂)而不是使用特殊的研磨剂的情况下也能实现。因此，抛光过程可以通过喷砂相对轻松地实施。

然而，在该方法中，在研磨剂的撞击中，作用在工件表面的力的水平分量设置为充分大于该力的垂直分量，以阻止撞击的研磨砂在工件的表面产生毛面。除非入射角θ设置为零，否则不能移除垂直分量。

而且，当为了降低前述的垂直分量，试图将入射角θ减少为接近零时，有必要使用相对于工件的表面倾斜的喷嘴来实施喷射，或者使用用于引导从喷嘴喷射的喷射流沿着工件的表面流动的辅助设备等(参考上述的文件’402中的图3至图13)。因此，该方法在一些情况下可能实施起来很困难，其取决于工件的形状等因素。

应当注意到，在上述说明中，平整度的改善(平滑化)主要描述为关于工件的“抛光”的一个示例。然而，除了平整度的改善(平滑化)，在其他的抛光作业中，例如降低最初表面的平滑度(粗糙化)的作业，以及移除提供在表面上的涂层的作业，能够以类似于喷砂中使用的相对简单的作业方式，在垂直切削力受限的状态下实施抛光。其具有如下的优点：可以减少对工件的损坏；能够抑制多于必要的切削量的增加等。

因此，本发明用于消除上述传统技术的缺点。在本发明中，如在已知的喷砂方法中那样，通过使用压缩气流将动能传递给研磨剂而实施抛光。然而，本申请的发明目的是提供一种抛光方法，其中工件表面平整度的改善、表面粗糙度的其他调节、表面部分的切削和移除(例如表面涂层的移除)、以及其他多种抛光可以通过限制作用在工件表面的垂直切削力的产生并施加水平切削力来实施，甚至在使用普通的研磨剂(研磨砂)而不使用具有特殊结构的研磨剂(例如弹性研磨剂)的情况下也能够实施，并且本发明目的还在于提供一种在该抛光方法中使用的喷砂装置的喷嘴结构。

发明内容

为了实现上述目的，本发明通过喷砂的抛光方法包括将喷射流P1引入到加速流体产生喷嘴10的步骤，该喷射流P1是不含有研磨剂的压缩气体，加速流体产生喷嘴10布置为指向工件W的表面，并且喷射上述压缩气体，以沿着工件W的表面产生加速流S，并且

将研磨剂30引入到研磨剂传导通道20，以将研磨剂30与加速流S融合，并使研磨剂30沿着工件W的表面滑动。其中，所述研磨剂传导通道20在加速流S产生区域朝向工件W的表面开口。

在上述的抛光方法中，研磨剂30可以与载体流P2混合，以被引入到研磨剂引入通道20。该载体流P2是压力低于引入到加速流产生喷嘴10的喷射流P1的压缩气体(例如，该压力为喷射流P1压力的三分之二或者更小)。

而且，为了实现该抛光方法，用于本发明的喷砂装置的喷嘴结构(喷砂嘴1)包括用于喷射不含有研磨剂的压缩气体的加速流产生喷嘴10，该压缩气体作为喷射流P1从压缩气体供应源朝向工件W的表面供应，以沿着工件W的表面产生加速流S，以及

研磨剂引入通道20，该研磨剂引入通道20在加速流S产生区域朝向工件W的表面开口，并具有来自于研磨剂供应源(未示出)提供的研磨剂。

在上述的喷嘴结构中，加速流产生喷嘴10和研磨剂引入通道20的布置可以这样实现：将加速流产生喷嘴10的位于喷射孔11一侧的末端布置在研磨剂引入通道20中(参考图1-图3)。

还可以使用如下的结构代替上述结构：其中加速流产生喷嘴10的喷射孔11形成为狭缝的形式，并且其中，研磨剂引入通道20的开口21布置为与喷射孔11平行(参考图4A和4B)。在这种情况下，进一步地，研磨剂引入通道20的开口21可布置在加速流产生喷嘴10的喷射孔11的每个相对侧(参考图5A和5B)。

而且，优选地，加速流产生喷嘴10的喷射孔11和工件W的表面之间的间隙δ1可设置成，例如，0.5到3.0mm，并且研磨剂引入通道20的开口21与工件W的表面之间的间隙(δ1+δ2)可设置为比加速流产生喷嘴11的喷射孔11和工件W的表面之间的间隙δ1宽例如大约1.0到3.0mm(参考图3)。

使用上述的本发明的结构，本发明的抛光方法具有如下显著效果。

朝向工件W的表面的喷射流P1的喷射以及研磨剂30的引入通过单独提供的路径实施，也就是分别通过加速流产生喷嘴10和研磨剂引入通道20实施。因此，沿着工件W要处理的表面的加速流S产生以后，研磨剂30与加速流S汇合在一起。这使得研磨剂30与加速流S能够一起沿着工件W的表面滑动，而不会在垂直方向撞击工件的表面。

结果，可以抑制以垂直方向作用在工件W的表面的切削力的发生，而可通过研磨剂30的滑动产生水平的切削力。因此，在抛光过程中可以极大地减少对工件W的损坏，从而可以提供一种用于改善平整度(平滑化)等的抛光方法，而这在传统的一般的喷砂方法中是很困难的。

特别地，使用研磨剂30和载体流P2的混合物，在低于喷射流P1的压力(优选载体流P2在喷射流压力的三分之二或者更低的压力)下携带研磨剂30。这使得能够顺畅地引入研磨剂30，而极大地抑制研磨剂30在工件W的表面施加垂直切削力。而且，从研磨剂引入通道20的开口21朝向加速流S释放出的载体流P2用于将加速流S压向工件W的表面。因此，可阻止加速流S与工件W的表面分离，从而提高了加速流S对工件W表面的追随能力。

而且，通过设定研磨剂引入通道20的开口21与工件W表面之间的间隙(δ1+δ2)大于加速流产生喷嘴10的喷射孔11与工件W的表面的间隙δ1，优选地设定间隙δ1为0.5到3.0mm，设定δ2为1.0到3.0mm，从加速流产生喷嘴10喷出的喷射流P1变成加速流S，当其穿过间隙δ1时，成为顺畅地沿着工件W的表面流动的流体，并且被引入到研磨剂引入通道20和工件W表面之间的间隙(δ1+δ2)，该间隙大于间隙δ1。因此，加速流S不会因为研磨剂引入通道20的存在而被中断，并且加速流S和研磨剂30可在该位置顺畅地汇合。

应当注意到，上述方法可以通过用于喷砂装置的喷嘴结构来实现，该喷嘴结构包含用于喷射压缩气体的加速流产生喷嘴10，所述压缩气体作为喷射流P1从压缩气体供应源(未示出)朝向工件W的表面喷射，以产生沿着工件W的表面的加速流S。该喷嘴结构还包括在加速流S产生区域朝向工件W的表面开口的研磨剂引入通道20，其具有由研磨剂供应源(未示出)向其提供的研磨剂30。

在具有这样配置的喷嘴结构中，研磨剂引入通道20与研磨剂供应源(未示出)连通，用于提供与压缩气体的载体流P2一起作为混合流的研磨剂，从而可以顺畅地实施研磨剂30的携带(运送)及汇合。而且，如上所述，因为载体流将加速流S压向工件的表面，可以有利地阻止加速流S与该表面分离。

而且，在一种配置中(参考图1到3)，加速流产生喷嘴10的位于喷射孔11一侧的端部布置成位于研磨剂引入通道20内，研磨剂30可以在加速流产生喷嘴10的喷射孔11的整个圆周沿着工件W的表面滑动。因此，可以扩大处理面积。

而且，在一种配置中(参考图4A，4B，5A和5B)，加速流产生喷嘴10的喷射孔11是狭缝的形式，抛光过程可以在相应于狭缝长度的宽区域同时地实施。特别地，在这样的结构中(参考图5A和5B)，在加速流产生喷嘴10的喷射孔11的相对的每一侧提供研磨剂引入通道20的开口21，抛光过程可以加速流产生喷嘴10为中心，在沿着喷嘴10开口长度的两个相对的方向上同时实施。因此，可以实现有效地处理。

附图说明

通过结合附图对优选实施例的下述详细描述能够理解本发明的目的和优点。附图中相同的附图标记代表相同的部件，其中：

图1是用于本发明抛光方法的喷嘴结构(喷砂嘴)的构造实施例的示意性截面图；

图2是沿着图1中线II-II的截面图；

图3是喷砂嘴的尖端部分的放大截面图；

图4A和4B为示出了喷砂嘴的尖端部分的改进实施例的示意图，图4A是截面图，图4B是沿着图4A中线B-B的截面图；

图5A和5B为示出了喷砂嘴的尖端部分的改进实施例的示意图，图5A是截面图，图5B是沿着图5A中线B-B的截面图；

图6为示意性地示出了通过本发明的方法切削工件表面的过程的解释图；

图7是解释RMS(均方根粗糙度，root mean square roughness)的视图；

图8A和8B是未处理的测试片(苏打玻璃：镜面)的电子显微镜照片，图8A是平面图像，图8B是立体图像；

图9A和9B是使用本发明的方法(示例1)处理的苏打玻璃的表面的电子显微镜照片，图9A是平面图像，图9B是立体图像；

图10A和10B是使用已知的喷砂方法(比较例1)处理的苏打玻璃的表面的电子显微镜照片，图10A是平面图像，图10B是立体图像；

图11A和11B是使用本发明的方法(示例2)处理的苏打玻璃的表面的电子显微镜照片，图11A是平面图像，图11B是立体图像；

图12A和12B是未处理的测试片(铝合金：具有细线图案的产品)的电子显微镜照片，图12A是平面图像，图12B是立体图像；

图13A和13B是使用本发明的方法(示例3)处理的铝合金的电子显微镜照片，图13A是平面图像，图13B是立体图像；

图14A和14B是使用已知的喷砂方法(比较例2：喷砂压力为0.2MPa)处理的铝合金的电子显微镜照片，图14A是平面图像，图14B是立体图像；

图15A和15B是使用已知的喷砂方法(比较例3：喷砂压力为0.4MPa)处理的铝合金的电子显微镜照片，图15A是平面图像，图15B是立体图像；

图16A和16B是使用本发明的方法(示例4)处理的铝合金的电子显微镜照片，图16A是平面图像，图16B是立体图像；

图17A和17B是使用本发明的方法(示例5)处理的铝合金的电子显微镜照片，图17A是平面图像，图17B是立体图像；

图18为示意性地示出了通过已知的喷砂方法实施切削的情况的解释图。

具体实施方式

现在将结合附图对根据本发明的实施方式进行描述。

喷砂嘴

在图1中，附图标记1表示在本发明的抛光方法中使用的喷砂嘴。喷砂嘴1要连接到已知的包括压缩气体供应源和研磨剂供应源的喷砂装置(未示出)，从而使本发明的抛光方法可行。

喷砂嘴1包括加速流产生喷嘴10和研磨剂引入通道20。加速流产生喷嘴10与未示出的喷砂装置的压缩气体供应源联通，并且向工件W的表面喷射从压缩气体供应源引入的作为喷射流P 1的压缩气体，以产生沿着工件W的表面流动的加速流S。研磨剂引入通道20从未示出的研磨剂供应源(例如，研磨剂罐)引入研磨剂30，并且将研磨剂30与加速流S汇合。研磨剂引入通道20的开口21布置为在前述的加速流S产生的位置与工件W的表面相对。因此，引入研磨剂通道20的研磨剂能够与加速流S汇合，并沿着工件W的表面滑动。

在图示的实施例中，加速流产生喷嘴10形成为圆柱形喷嘴，研磨剂引入通道20形成为具有比加速流产生喷嘴10外径大的内径的近似圆柱形状。而且，加速流产生喷嘴10在尖端一侧的部分布置成与研磨剂引入通道20是同心的。因此，研磨剂引入通道20的开口21围绕喷射孔11形成，以沿着喷射孔11的外围环绕喷射孔11的整个圆周。

然而，加速流产生喷嘴10以及研磨剂引入通道20的形状和布置并不限于图1至图3中示出的实施例。例如，在图示的实施例中形成为圆柱形的研磨剂引入通道20可形成为矩形的管或者类似物。而且，如图4A和4B所示，可以使用这样的配置，其中加速流产生喷嘴10的喷射孔11形成为狭缝的形式，并且其中研磨剂引入通道20的开口21与加速流产生喷嘴10形成为狭缝的喷射孔11平行地提供。而且，如图5A和5B所示，研磨剂引入通道20的开口21可布置在加速流产生喷嘴10的喷射孔11的每一侧(参考图5B)。因此，可以做出多种设计的改进，只要开口21指向由加速流产生喷嘴10产生的加速流S，从而研磨剂可以通过提供研磨剂引入通道20的开口21与加速流S汇合。

加速流产生喷嘴10以及研磨剂引入通道20的布置这样确定：使前述的加速流产生喷嘴10的喷射孔11布置为在喷射方向从研磨剂引入通道20的开口21突出一个小的突出长度(图3中的δ2)。

加速流产生喷嘴10的尖端部分的突出长度δ2优选为1.0至3.0mm。在图示的实施例中，突出长度δ2设置为1.0mm。这样，当加速流产生喷嘴10的喷射孔11布置为指向工件的表面时，研磨剂引入通道20的开口21与工件W的表面之间的间隙大于加速流产生喷嘴10与工件W的表面之间的间隙δ1。

研磨剂30进入前述的研磨剂引入通道20的引入过程可通过，例如，允许研磨剂在重力作用下从设置在比研磨剂引入通道20高的位置的研磨剂罐(未示出)落下来实施。然而，在该实施例中，在研磨剂罐是直接压力喷砂装置的情况下，前述的研磨剂引入通道20的内部空间与通过压缩气体的载体流P2加压的研磨剂罐(未示出)联通。因此，携带的研磨剂30与载体流P2一起作为混合流能够引入研磨剂引入通道20的内部空间，并且通过前述的开口21与加速流S汇合。

为了能够携带这样的研磨剂30，在图1示出的实施例中，研磨剂喷嘴24接附于与未示出的研磨剂罐联通的研磨剂管25的尖端，来控制携带的研磨剂的量。而且，研磨剂喷嘴24的尖端插入到与研磨剂引入通道20的内部空间联通的连接管23内，这样研磨剂30能够与载体流P2一起引入到研磨剂引入通道20内。

抛光方法

如前所述，未示出的喷砂装置的压缩气体供应源与如上所述配置的喷砂嘴1的加速流产生喷嘴10联通。0.1到0.7MPa的压缩气体作为前述的喷射流P1被引入到加速流产生喷嘴10中。

而且，未示出的喷砂装置的研磨剂供应源与研磨剂引入通道20联通，这样研磨剂30能够被引入到研磨剂引入通道20。这里，在通过将研磨剂30与前述的载体流P2混合的方式携带研磨剂30的情况下，载体流P2的压力设置为低于喷射流P1的压力，优选为喷射流P1压力的三分之二或者更低。

引入到加速流产生喷嘴10的喷射流以及用于携带研磨剂30的载体流的类型没有特别限定，只要喷射流和载体流是压缩气体。在该实施例中，使用通常在喷砂中使用的压缩空气。

然而，根据加工条件，能够使用多种压缩气体。例如，在使用的研磨剂的粒径或者材料有产生粉尘火灾风险的情况下，使用压缩的惰性气体。

如上文所述，喷砂嘴1与喷砂装置的压缩气体供应源和研磨剂供应源均联通，并且喷射流从加速流产生喷嘴10的喷射孔11中喷出，如图3所示。

加速流产生喷嘴10的尖端和工件W的表面之间的间隙δ1可被调节为相对窄的间隙，优选为大约0.5到3.0mm的间隙(在该实施例中，间隙δ1是1.0mm)，这样当从喷射孔11中喷出的喷射流撞击工件W的表面，并且穿过喷嘴尖端和工件W的表面之间的间隙δ1时，从喷射孔11喷出的喷射流可能改变方向，从而产生沿着工件W的表面的加速流S。

而且，为了产生稳定的这样的加速流S，加速流产生喷嘴10的尖端部分优选形成具有大约为喷射孔11的直径的1.4到2倍的直径φ(参考图3)。在该实施例中，作为一个示例，喷射孔11的直径设置为3mm，加速流产生喷嘴10的尖端部分的直径φ设置为5mm。

这样，当喷射流P1开始引入到加速流产生喷嘴10，并且研磨剂30单独地引入到研磨剂引入通道20，或者作为与载体流P2的混合物引入到研磨剂引入通道20时，从加速流产生喷嘴10的喷射孔11喷出的喷射流P1被引入到加速流产生喷嘴10和工件W的表面之间的间隙δ1，以改变其方向，并且在加速流产生喷嘴10的周围向各个方向扩散，因此形成沿着工件W的表面流动的加速流S。

于是，在加速流S穿过位于研磨剂引入通道20的开口21和工件的表面之间的间隙的过程中，来自于研磨剂引入通道20的研磨剂30与加速流S汇合。因此，研磨剂30加入到加速流S中，沿着工件的表面滑动。

如上所述，在相对高的压力，也就是0.1到0.7MPa(在该实施例中为0.3MPa)下引入到加速流产生喷嘴10的喷射流P 1，穿过形成在加速流产生喷嘴10的尖端和工件W之间的相对窄的0.5到3mm的间隙δ1(在该实施例中为1.0mm)，因此产生沿着工件表面具有相对高的速度的加速流S。加速流S的功能就像是覆盖工件的表面的气帘。

因此，甚至使用压缩气体作为载体流P2将研磨剂引入到研磨剂通道20的情况下，也能够阻止研磨剂30在垂直方向撞击工件W的表面，并且因此阻止研磨剂30在垂直方向上对工件W的表面施加切削力。

特别地，在载体流P2的压力设置为低于喷射流P1的压力的情况下，优选地，载体流P2的压力为喷射流P1压力的三分之二或者更低，也能够极大地抑制研磨剂30在垂直方向上对工件W的表面施加切削力。

而且，通过以压缩气体的载体流P2的方式引入研磨剂，载体气体从研磨剂引入通道20的开口21喷射，这样，加速流S被压向工件W的表面。因此，加速流S可被阻止与工件W的表面分离，并且能够沿着工件W的表面移动较长的距离。

结果，不像传统的普通喷砂方法，其中研磨剂在垂直方向上对工件W的表面施加切削力，在本发明的抛光方法中，通过使研磨剂30沿着工件W的表面滑动，在工件W的表面施加水平的切削力。如图6所示，这能够逐步地实施抛光，从而从峰处移除工件表面最初存在的不规则部分。

在本发明的抛光方法中，上述切削的作用不会在深度方向上刮去工件表面超过必须的量。而且，因为只使用压缩气体的能量实施软抛光，由抛光产生的深的擦痕可以避免在抛光步骤中重新发生。

而且，在本发明的抛光方法中，不像研磨、抛光等，除了研磨剂，没有任何物质接触工件。因此，在抛光过程中或者抛光以后，较不易在工件内产生过多的应力。因此，本发明的抛光方法具有阻止应变等发生的效果。而且，与传统的普通喷砂方法相比，由于抑制研磨剂在垂直方向与工件的表面撞击，同样应力和应变会较不易发生。

下面，将以处理测试实施例作为示例进行说明，其中使用本发明的抛光方法处理多种测试件。

应当注意，将在下文中描述的示例使用的喷砂嘴具有与结合图1描述的相似的结构。加速流产生喷嘴10的喷射孔11的直径是3mm，喷嘴尖端部分的直径

是5mm，研磨剂引入通道20的开口21的直径是20mm，加速流产生喷嘴10的尖端部分的突出长度δ2是1.0mm。

而且，在每个示例中，加速流产生喷嘴的尖端与工件W的表面之间的间隙δ1是1.0mm。进一步地，在每个示例以及比较例中，使用90mm宽度和90mm长度的板材作为测试片，并且观察板材的一半(45mm×90mm)。

使用玻璃板的处理实施例

与通常的喷砂相比

·对比处理的目的

通过在没有不规则部分的测试件的表面(镜面)实施本发明的抛光方法(示例1)和其中研磨剂与压缩气体一起喷出的传统的普通喷砂方法(对比例1)中的每一种方法，并且在处理后观察测试件表面的变化，来证实这两种处理方法中研磨剂在测试件的表面的行为差异。

·处理条件

示例1

测试件：苏打玻璃(镜面)

研磨剂：高纯氧化铝研磨剂″FUJIRANDOM WA#220″(平均粒子直径：53到45μm)，由富士机械制造株式会社(FUJI MANUFACTURING CO.，LTD)制造

供应压力：加速流产生喷嘴：0.3MPa(压缩空气)

研磨剂供应喷嘴：0.1MPa(压缩空气)+研磨剂

处理时间：13分钟(用于观测面积45mm×90mm的处理时间，下文中同样适用)

比较例1

测试件：苏打玻璃(镜面)

研磨剂：高纯氧化铝研磨剂″FUJIRANDOM WA#600″(平均粒子直径：20.0±1.5μm)，由富士机械制造株式会社制造

喷射方法：研磨剂与压缩空气一起以0.4MPa压力在垂直方向上喷射到测试件的表面。

处理时间：1分钟

·处理结果

图8A和8B示出了未处理的测试件(示例1中使用的工件)的表面状态。图9A和9B示出了示例1处理后测试件表面的状态。图10A和10B示出了比较例1处理后测试件的表面的状态。

而且，每个测试件的表面粗糙度在下面的表1中示出。

表1

玻璃测试件的表面粗糙度数据(示例1、比较例1)

*“未处理的”测试件是示例1中使用的测试件。

这里，上面记载的粗糙度的参数Ra(轮廓算术平均偏差)、Ry(轮廓最大高度)、Rz(微观不平度十点高度)和tp(轮廓支承长度率)中的每一个遵从JIS标准(日本工业标准)(JSB 0601-1994)(下文中同样适用)。

而且，RMS是“均方根粗糙度”。该值是与基于粗糙度轮廓的平均线测量的轮廓的偏差的均方根得到的(参考图7：下文中同样适用)。

·基于处理结果的讨论

如基于图8A、8B和图10A、10B的比较可以看到，在处理前曾为镜面的测试件表面(图8A和8B)，在比较例1的处理后变为具有尖的峰和谷的不规则平面(参考图10B)。

而且，在比较例1的处理方法中，虽然使用具有比示例1处理方法中小的粒子直径的研磨剂(相应地，通常，该研磨剂具有低的表面粗糙化作用)，却被证实，与示例1的处理方法相比，处理后表面粗糙度的每个参数都增大了很多。

这证明，在已知的喷砂方法中，其中如对比例1中研磨剂与压缩气体一起撞击工件的表面，撞击的研磨剂发挥在垂直(深度)方向切削测试件表面的功能。

另一方面，在示例1处理的情况下，虽然未处理之前曾为镜面的测试件表面被刮伤形成不规则部分，能够证实，这些不规则部分的峰和谷不像对比例1中那些那么尖锐，而是相对柔和的(参考图9B)。

而且，在示例1中，与比较例1中使用的研磨剂相比，虽然使用了具有大的粒子直径的研磨剂，也就是具有高的表面粗糙效果的研磨剂，与比较例1中的参数相比，在示例1处理后的工件表面上，粗糙度的每个参数的增加却比较小(形成的不规则部分的高度差小)。这证明示例1的处理能够显著地抑制向工件的表面施加垂直于工件表面方向的切削力。

上述结果证明在示例1和比较例1的两种处理中，研磨剂在工件表面上的行为明显不同。如参考图18所描述的，在传统的普通喷砂方法中，研磨剂使用撞击能量在深度方向上切削工件的表面。另一方面，能够看到，如参考图6所描述的，本发明的切削方法(示例1)通过使研磨剂沿着工件的表面滑动，在测试件的表面施加水平的切削力。

而且，能够看到本发明的上述方法(示例1)的切削原理能够阻止如已知的喷砂方法中那样由于研磨剂(研磨砂)的撞击引起工件表面损坏，并且能够实现对工件表面部分的薄的刮擦作业，而这在传统的喷砂方法中是很困难的。

示例2(改善表面粗糙度的处理)

·处理目的

证明通过对表面上具有不规则部分的玻璃测试件实施本发明的抛光方法，能够改善测试件的表面粗糙度(能够将测试件的表面平坦化)。

·处理条件

测试件：苏打玻璃(比较例1处理后)

研磨剂：高纯氧化铝研磨剂″FUJIRANDOM WA#1000″(平均粒子直径：11.5±1.0μm)，由富士机械制造株式会社制造

供应压力：加速流产生喷嘴：0.3MPa(压缩空气)

研磨剂供应喷嘴：0.1MPa(压缩空气)+研磨剂

处理时间：13分钟

·处理结果

图11A和11B示出了示例2处理后测试件表面的状态(关于处理前表面的状态，参考图10A和10B)

而且，每个测试件的表面粗糙度在下面的表2中示出。

表2

玻璃测试件的表面粗糙度数据(示例2)

·基于处理结果的讨论

从上述结果可以证实，测试件表面的粗糙度通过本发明的方法(示例2)改善了(测试件的表面被平坦化)。

而且，从图10B和图11B之间的对比可以看到，测试件的表面不规则部分(参考图10B)，在处理前的状态下具有尖锐的峰和谷；在应用本发明的方法处理之后(示例2)，变成不规则的柔和的形状，其边缘被移除。

而且，每个表示表面粗糙度的参数Ra、Ry、Rz以及RMS的值表明，在本发明处理之后测试件的表面上，表面粗糙度改善了，也就是说，不规则部分的高度的差异减少了。

而且，粗糙度的参数tp的值的增加表明，50％的水平截距(cuttinglevel)移动到最初的不规则部分的谷的一侧，相应地，峰的高度与最初的不规则部分相比也降低了。能够看出(如参考图6描述的)，根据本发明的方法的抛光通过研磨剂沿着测试件的表面滑动施加水平的切削力，并且通过在水平方向上切削不规则部分的峰来实施。

如上文所述，可以证明本发明的抛光方法也能够用于提高工件的表面平整度(平滑化)，这对于传统的普通喷砂是困难的。

使用铝合金的处理实施例

示例3，对比例2、3(用于改善表面粗糙度的处理)

·处理目的

为了证明通过对具有在其表面产生的不规则部分(细线图案)的测试件应用本发明的抛光方法，能够改善测试件的表面粗糙度；并且与在具有(在其上形成的)相同的不规则部分(细线图案)的测试件上实施已知的喷砂方法的处理状态作对比，证明在这两种处理方法中，研磨剂在测试件表面上表现的行为的差异。

·处理(测试)条件

示例3

测试件：具有细线图案的铝合金产品(A5052P；JIS H4000合金(A1-Mg合金)，P：板，板材)

研磨剂：高纯氧化铝研磨剂″FUJIRANDOM WA#1000″(平均粒子直径：11.5±1.0μm)，由富士机械制造株式会社制造

供应压力：加速流产生喷嘴：0.3MPa(压缩空气)

研磨剂供应喷嘴：0.1MPa(压缩空气)+研磨剂

处理时间：13分钟

对比例2

测试件：具有细线图案的铝合金产品(A5052P)

研磨剂：高纯氧化铝研磨剂″FUJIRANDOM WA#1000″(平均粒子直径：11.5±1.0μm)，由富士机械制造株式会社制造

喷射方法：将研磨剂与压缩空气一起以0.2MPa压力在垂直方向喷向测试件的表面(喷嘴和测试件之间的距离为150mm)

处理时间：30秒

对比例3

测试件：具有细线图案的铝合金产品(A5052P)

研磨剂：高纯的氧化铝研磨剂″FUJIRANDOM WA#1000″(平均粒子直径：11.5±1.0μm)，由富士机械制造株式会社制造。

喷射方法：将研磨剂与压缩空气一起以0.4MPa压力在垂直方向喷向测试件的表面(喷嘴和测试件之间的距离为150mm)

处理时间：30秒

·处理结果

图12A和12B示出了未处理的测试件(示例3的工件)的表面状态。图13A和13B示出了使用本发明的方法(示例3)处理后工件的表面状态。图14A和14B示出了使用传统的普通喷砂方法处理后的测试件，其中喷射压力为0.2MPa。图15A和15B示出了使用传统的普通喷砂方法处理后的测试件，其中喷射压力为0.4MPa。

而且，每个测试件的表面粗糙度均在下面的表3中示出。

表3

铝合金测试件(示例3，对比例2、3)的表面粗糙度数据

*“未处理的”测试件是示例3中使用的测试件

·基于处理结果的讨论

上述的结果能够证实，在本发明的抛光方法(示例3)中，未处理的测试件的表面粗糙度改善了，并且本发明的方法还可以在例如铝材料这样由于研磨剂的撞击产生塑性变形的材料上实施良好的抛光，而不会产生毛面或者类似物。

而且，从图12A、12B和图13A、13B的对比中能够看到，在未处理的表面明显看到的细线图案(凹陷的沟槽和突出在测试件的整个宽度延伸：参考图12A和12B)在执行本发明的处理后(示例3)完全消失了(参考图13A和13B)。

另一方面，在传统的普通喷砂中，在使用0.2MPa的喷射压力实施处理的情况下，测试件的表面粗糙度(一个实施例中的Ra)没有明显的变化(恶化)(对比例2)，细线图案的迹象显然可以确认(参考图14A和14B)，并且表面粗糙度没有改善，反而恶化了(参考表3)。

而且，在传统的普通喷砂中，在喷射压力设定为0.4MPa以进一步增加处理的程度的情况下(对比例3)，如图15A和15B中所示，与对比例2相比，细线图案的存在形态不是那么尖锐了。然而，在图15B中示出的立体图像中，长度方向上两个相对侧的形状的观察表明不规则部分的外观图案的一致性。能够看出，相应于最初的细线图案的峰和谷的不规则部分的形状仍然保留。

同样，通过以这样的方式增加处理的程度，甚至与对比例2中的测试件以及未处理的测试件相比，粗糙度的值大大增加了。因此，能够证实表面粗糙度进一步恶化而不是改善了。

上述的处理结果证明，在传统的普通喷砂中，在测试件的整个表面实施在深度方向的切削，如参考图18所描述的那样，最初表面不规则部分的形态特征保留下来了。结果，在处理其上形成有细线图案的测试件的情况下，即使切削的量增加了，细线图案的划痕或者其迹象不能完全消除。

另一方面，在本发明的处理方法中(示例3)，如最初存在于未处理的测试工件表面的细线图案完全消失的事实所表明的，通过使研磨剂沿着工件的表面滑动来切削并且移除不规则部分的峰，如参考图6所描述的，最初不规则部分的形态特征能够通过最小量的切削被有效地消除，而不会在深度方向增加切削的量。

根据上述的特征认为，本发明的抛光方法能够很好地适用于平整度的改善、由各种机器部件等造成的刀痕的移除、表面涂层的移除，而不引起表面粗糙化，其不能通过传统的普通喷砂方法实现。

应当注意到，示例3处理后表面粗糙度的0.133μm的值表明，该表面粗糙度与采用传统的普通方法使用筛目数(grid number)(大约为#3000)大约三倍于示例3的细研磨剂实施的处理所获得的结果相当。

通常来说，随着粒子直径的降低，研磨剂的价格增大，并且由于粒子联结产生的结块，分散或者悬浮的颗粒引起的工作环境的污染，取决于材料的粉尘火灾的风险等，研磨剂的处理难度也增大。应当理解，在本发明的方法中，甚至使用大粒子的研磨剂(也就是便宜的、好处理的研磨剂)，与传统的普通喷砂方法相比，也能获得相当的或者更好的效果。

示例3-示例5(证明处理条件改变的影响)

·处理目的

为了证明使用的研磨剂的粒子直径以及研磨剂供应压力的改变(图1中载体流P2的压力)对处理状态的影响。

·处理方法

使用本发明的方法分别在下面的表4示出的处理条件下对三(3)个测试片进行处理，这些测试片中的每一个均由带有细线图案的铝合金板(A5052P)制备。

表4

处理条件(示例3-示例5)

·处理结果

图16A和16B示出了示例4处理后测试件表面的状态。图17A和17B示出了示例5处理后测试件表面的状态。

对于未处理的测试件(示例3的工件)的表面状态，参考图12A和12B。对于示例3处理后的测试件表面的状态，参考图13A和13B。

而且，每个测试件的表面粗糙度都在下面的表5中示出。

表5

铝测试件的表面粗糙度数据(示例3-示例5)

*“未处理的”测试件是示例3中使用的测试件。

·基于处理结果的讨论

从上述的结果能够证实，在示例3-示例5的条件下处理的每个测试件的细线图案都被移除了(参考图13A、13B、16A、16B、17A和17B)。

在如传统的普通喷砂方法(对比例2和3)中，研磨剂在深度方向上对测试件的表面施加切削力的情况下，细线图案不能完全移除。鉴于此，示例3-示例5的每个处理(其中细线图案消失了)看起来能够通过使研磨剂沿着工件的表面滑动在测试件的表面施加水平的切削力，而不论使用的是(哪种)不同粒子直径的研磨剂。

而且，在示例3和示例5中，用于携带研磨剂的载体流P2的压力设定为0.1MPa。另一方面，在示例4中，用于携带研磨剂的载体流P2的压力翻倍为0.2MPa，也就是，增加到喷射流P1的压力的三分之二。已经证实尽管这样的压力增大了，施加在工件表面的垂直方向的切削仍然被抑制。

代替传统的普通喷砂方法和已知的抛光方法(例如使用抛光纸、抛光布、研磨、磨光、超声抛光等)，本发明的使用具有用于喷砂装置的喷嘴结构的喷嘴的上述抛光方法可用于实施前述方法的多个领域。

特别地，本发明的抛光方法可通过以下手段实施：施加水平的切削力，而使研磨剂沿着工件的表面滑动来抑制作用在工件表面的垂直切削力的发生。因此，可以尽可能地减少工件的损坏，并且通过减少在深度方向的切削量，能够实施表面部分很薄地刮除的抛光。因此，本发明的抛光方法特别期望用于下述领域。

·抛光前的预处理

本发明的方法作为抛光前的预处理，可以用于改善工件的表面粗糙度。特别地，如前所述，由于本发明的方法对工件引起较少的损坏，本发明的方法适用于在例如晶片(硅、石英、蓝宝石等)的抛光之前的预处理。同样，由于本发明的方法具有明显改善表面粗糙度的效果，可期望地，能够显著减少以后实施抛光的工作量。

·薄膜的移除等

在本发明的方法中，研磨剂沿着工件表面的滑动能够在表面附近切削而不会在深度方向增加切削的量。因此，在例如移除形成在硅晶片表面的薄膜的操作中，薄膜能够被移除而不会过深地(超过所必需的)切削基体材料。

特别地，甚至可以通过本发明的方法的一个步骤移除形成在薄膜上的不同材料的薄的膜，这消除了复杂工作(包括根据涂层材料更换化学溶液，例如在通过化学腐蚀移除的情况)的必要性。

·多层薄膜形成前的预处理(表面活化)

进一步地，在本发明的方法中，使用研磨剂沿着工件的表面滑动，工件的表面可以被非常薄地刮除。因此，例如，在通过溅射、多种沉积或者类似的方法形成多层薄膜之前，通过在基体材料上实施本发明的表面处理，移除氧化层或者存在于表面的类似物以及暴露出活化的表面的工作被认为能够实施，而不会显著地减少基体材料的表面平整度。

因此，在通过溅射或者多种沉积形成多层薄膜之前，通过实施本发明的抛光方法作为预处理，可期望地，能够加强基体材料和多层薄膜之间的粘结力。

·划痕或者刀痕的移除

应当注意，如上所述，通过本发明的方法能够移除形成在测试件上的细线图案，有利地，本发明的方法也能够适用于产生在印模(die)、模具以及多种机器部件上的划痕、与碎屑接触产生的刀痕以及类似物的移除。

因此，所附的最宽的权利要求不针对特定方式配置的机械装置。相反，该最宽的权利要求旨在保护该突破性的发明的精神或本质。显然，该发明是新颖的、有用的。而且，在其发明时，作为一个整体，考虑到现有技术，其对于本领域普通技术人员来说不是显而易见的。

而且，考虑到该发明的创新性，显然这是一个开创性的发明。因此，作为法律手段，所附的权利要求有资格要求比较宽的解释，以便于保护该发明的精神。

因此将看到，能够有效地实现上述目的以及从上述的描述显然能够得到的目标(效果)。因为能够在不背离本发明的范围内对上述结构做出一定的改变，所以包含在上述的说明或者在附图中示出的所有内容应当理解为解释和说明目的，而不具有限制性。

还应当理解，所附的权利要求意图覆盖本文记载的发明的全部(一般的和特定的)特征，因而以语言的方式对本发明的范围的声明应该落入其中。

Claims (11)

1.一种通过喷砂的抛光方法，包括如下步骤：

将不含有研磨剂的压缩气体作为喷射流引入到加速流产生喷嘴，所述加速流产生喷嘴布置成指向工件表面，并且喷射该压缩气体，以产生沿着所述工件的所述表面的加速流，以及

将研磨剂引入到研磨剂引入通道，所述研磨剂引入通道在所述加速流产生区域朝向所述工件的所述表面开口，以使所述研磨剂与所述加速流汇合，并且使所述研磨剂沿着所述工件的所述表面滑动。

2.根据权利要求1所述的通过喷砂的抛光方法，其中所述研磨剂与载体流混合以引入到所述研磨剂引入通道，该载体流是压力低于引入到所述加速流产生喷嘴内的所述喷射流的压力的压缩气体。

3.根据权利要求2所述的通过喷砂的抛光方法，其中所述载体流的压力设定为所述喷射流的压力的三分之二或者更低。

4.根据权利要求1所述的通过喷砂的抛光方法，其中所述研磨剂引入通道的开口和所述工件的所述表面之间的间隙大于所述加速流产生喷嘴的喷射孔与所述工件的所述表面之间的间隙。

5.一种用于喷砂装置的喷嘴结构，包括：

加速流产生喷嘴，用于朝向工件的表面喷射不含有研磨剂的压缩气体，以产生沿着所述工件的所述表面的加速流，该压缩气体作为喷射流从压缩气体供应源供给，以及

研磨剂引入通道，其在所述加速流产生区域朝向所述工件的所述表面开口，并且所述研磨剂引入通道含有研磨剂供应源向其提供的研磨剂。

6.根据权利要求5所述的用于喷砂装置的喷嘴结构，其中所述研磨剂引入通道与研磨剂供应源连通，用于提供与压缩气体的载体流一起作为混合流的所述研磨剂。

7.根据权利要求5所述的用于喷砂装置的喷嘴结构，其中所述加速流产生喷嘴的位于喷射孔一侧的端部布置在所述研磨剂引入通道内。

8.根据权利要求5所述的用于喷砂装置的喷嘴结构，其中所述加速流产生喷嘴的喷射孔形成为狭缝的形式，并且所述研磨剂引入通道的开口布置为与所述喷射孔平行。

9.根据权利要求8所述的用于喷砂装置的喷嘴结构，其中所述研磨剂引入通道的所述开口布置在所述加速流产生喷嘴的所述喷射孔的每个相对侧。

10.根据权利要求5所述的用于喷砂装置的喷嘴结构，其中所述加速流产生喷嘴的喷射孔与所述工件的所述表面之间的间隙设置为0.5到3.0mm，所述研磨剂引入通道的开口与所述工件的所述表面之间的间隙形成为比所述加速流产生喷嘴的所述喷射孔与所述工件的所述表面之间的间隙宽1.0到3.0mm。

11.根据权利要求10所述的用于喷砂装置的喷嘴结构，其中所述加速流产生喷嘴的所述喷射孔从所述研磨剂引入通道的所述开口在喷射方向突出1.0到3.0mm。

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