JP2010274367A - ウォータジェット加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォータジェットの停止動作時において切替弁の閉弁動作を適切に行うことができると共に、部品の長寿命化を図ることができるウォータジェット加工装置を提供すること。
【解決手段】砥粒が混入された加工水と高圧水とが混合された高圧加工水をワークに対して噴射する噴射ノズル３と、加工水の供給路と高圧水の供給路との合流部分において、加工水と高圧水とを混合する混合室７１が形成された混合部４５ａと、混合室７１に円錐台状に突出して形成され、加工水の供給路の加工水供給口７６を有する弁座部７５と、加工水の供給停止時時に、弁座部７５に被せて加工水供給口７６を塞ぐ弁体８１とを備える構成とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ウォータジェット加工装置に関し、特に、ワークに砥粒が混入された高圧加工水を噴射して切断するウォータジェット加工装置に関する。

従来、半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェーハの格子状に区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されており、ダイシング装置により個々に分割される。分割された個々のデバイスは、パッケージングされて携帯電話やパソコン等の電子機器に広く利用されている。

近年、携帯電話やパソコン等の電子機器においては、より軽量化、小型化が望まれており、電極フレームとデバイスとを一体化したＣＳＰ（Chip Size Package）基板やマイクロメモリ等の小型のパッケージ基板が利用される。これらのパッケージ基板は、ダイシングブレードによる切断時にバリが生じやすいと共に、形状が比較的複雑なためダイシング装置で分割することが困難であった。

この問題を解決する切断装置として、砥粒が混入された高圧の加工水をワークに噴射して切断するウォータジェット加工装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このウォータジェット加工装置は、アルミナ、シリカ、ガーネット、ダイヤモンド等の砥粒が混入された高圧の加工水を噴射ノズルからワークに向けて噴射して切断している。

特開２００４−１３６４２７号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載のウォータジェット加工においては、ウォータジェットの停止動作時に、加工水の貯留タンクと噴射ノズルとを接続する流路間に設けられた切替弁の閉弁動作が加工水に混入された砥粒により阻害されるという問題があった。具体的には、弁体と弁座との間に砥粒が噛み込まれて、弁体と弁座との密着が阻害されていた。さらに、砥粒の噛み込みにより弁体および弁座が損傷し、部品の早期劣化が起こるという問題があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、ウォータジェットの停止動作時において、弁体と弁座部との間の砥粒の噛み込みを防止できると共に、部品の長寿命化を図ることができるウォータジェット加工装置を提供することを目的とする。

本発明のウォータジェット加工装置は、砥粒が混入された加工水と前記加工水を加圧する高圧水とが混合された高圧加工水をワークに対して噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルに向けて加工水を供給する加工水供給部と、前記噴射ノズルに向けて高圧水を供給する高圧水供給部と、前記加工水の供給路と前記高圧水の供給路との合流部分において、前記加工水と前記高圧水とを混合する混合室が形成された混合部と、前記混合室に突出して形成され、前記加工水の供給路から前記混合室内に前記加工水を取り込む加工水供給口を有する弁座部と、前記加工水の供給停止時に、前記弁座部に被せて前記加工水供給口を塞ぐ弁体とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、弁座部が混合室に突出して形成され、弁体が弁座部を被覆するように形成されるため、混合室内に供給された加工水中の砥粒が弁座部の被覆面を下って脱落し、被覆面上に留まることがない。よって、ウォータジェットの停止動作時に、弁体と弁座部との間における砥粒の噛み込みを抑制することができる。また、弁体と弁座部との間における砥粒の噛み込みが抑制されるため、弁体および弁座部の損傷が減少し、部品の長寿命化を図ることができる。

また本発明は、上記ウォータジェット加工装置において、前記弁体を前記弁座に接触する接触位置と前記接触位置から離間した離間位置との間で可動させる弁体可動部を備え、前記弁体は、前記弁体可動部によって可動される可動方向に対して略直交する方向に遊動可能に前記弁体可動部に支持され、前記弁座部の少なくとも前記弁体に被覆される被覆面が、突出端から基端側に向けて広がるように傾斜された構成を有している。

また本発明は、上記ウォータジェット加工装置において、前記混合部において、前記高圧水の供給路から前記混合室内に前記高圧水を取り込む高圧水供給口および前記混合室内から前記噴射ノズルの噴射口に前記高圧加工水を送出する高圧加工水送出口が、前記弁座部を挟んで対向位置に形成される構成を有している。

また本発明は、上記ウォータジェット加工装置において、前記弁座部は、前記混合室内に円錐台状に突出し、前記弁体は、前記弁座部を被覆可能な円錐台状の凹部を有している。

また、本発明の他のウォータジェット加工装置は、砥粒が混入された加工水が通る流路の途中に設けられ、弁室を有する弁室部と、前記弁室に突出して形成され、前記加工水の流路から前記弁室内に前記加工水を取り込む加工水供給口を有する弁座部と、前記加工水の供給停止時に、前記弁座部に被せて前記加工水供給口を塞ぐ弁体とを備えている。

本発明によれば、ウォータジェットの停止動作時において、弁体と弁座部との間の砥粒の噛み込みを防止できると共に、部品の長寿命化を図ることができる。

本発明に係るウォータジェット加工装置の実施の形態を示す図であり、ウォータジェット加工装置の外観斜視図である。 本発明に係るウォータジェット加工装置の実施の形態を示す図であり、ウォータジェット加工装置の配管系統および制御系統を模式的に示す系統図である。 本発明に係るウォータジェット加工装置の実施の形態を示す図であり、混合部の断面模式図である。 比較例に係る加工水開閉弁の閉弁動作を説明する模式図である。 本発明に係るウォータジェット加工装置の実施の形態を示す図であり、加工水開閉弁の閉弁動作を説明する模式図である。 本発明に係るウォータジェット加工装置の実施の形態を示す図であり、ＣＳＰ基板の外観斜視図である。 本発明に係るウォータジェット加工装置の実施の形態を示す図であり、ＣＳＰ基板保持具の外観斜視図である。 本発明に係るウォータジェット加工装置の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。最初に、本発明の実施の形態に係るウォータジェット加工装置について説明する前に、加工対象となるＣＳＰ基板およびＣＳＰ基板を保持する基板保持具について簡単に説明する。図６は、ＣＳＰ基板の外観斜視図である。図７は、ＣＳＰ基板保持具の外観斜視図であり、（ａ）はＣＳＰ基板の短手方向切断用のＣＳＰ基板保持具、（ｂ）はＣＳＰ基板の長手方向切断用のＣＳＰ基板保持具をそれぞれ示している。

図６に示すように、ＣＳＰ基板Ｗは、長方形の板状に形成されており、表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域に区画されている。この区画された各領域には、それぞれチップサイズパッケージ１０１が配置され、各チップサイズパッケージ１０１は背面側から合成樹脂によってモールディングされている。また、ＣＳＰ基板Ｗにおいて、チップサイズパッケージ１０１の形成領域の外周領域には、位置決め用の複数（本実施の形態では８つ）の位置決め孔１０２が形成されている。このように構成されたＣＳＰ基板Ｗは、ＣＳＰ基板保持具１０５ａ、１０５ｂに保持されてウォータジェット加工装置１に保持される。

図７（ａ）に示すように、ＣＳＰ基板保持具１０５ａは、ＣＳＰ基板Ｗが載置される載置台１０６ａと、載置台１０６ａに載置されたＣＳＰ基板Ｗを上側から押える上板１０７ａとを有し、一辺側において載置台１０６ａと上板１０７ａとを一対のヒンジ部１０８ａにより連結して構成されている。載置台１０６ａの上面には、ＣＳＰ基板Ｗが嵌合する矩形状の凹部１１１ａが形成されており、この凹部１１１ａにはＣＳＰ基板Ｗの短手方向の分割予定ラインに沿う貫通溝１１２ａが載置台１０６ａの長手方向に蛇行して形成されている。凹部１１１ａの貫通溝１１２ａの周囲には、ＣＳＰ基板Ｗの複数の位置決め孔１０２に嵌合する複数の位置決めピン１１４ａが設けられている。

上板１０７ａは、矩形状の開口１１５ａが形成されており、この開口１１５ａはＣＳＰ基板Ｗの加工領域を外部に露出させるようにＣＳＰ基板Ｗの外形よりも僅かに小さい寸法に形成されている。また、上板１０７ａの載置台１０６ａに連結された一辺部に対向する他辺部には係止片１１６ａが設けられており、係止片１１６ａが載置台１０６ａの側面に形成された係止溝１１７ａに係合されることで、ＣＳＰ基板ＷがＣＳＰ基板保持具１０５ａに保持される。なお、図７（ｂ）に示すＣＳＰ基板保持具１０５ｂは、貫通溝１１２ｂが載置台１０６ｂの短手方向に蛇行する点においてのみＣＳＰ基板保持具１０５ａと相違する。

なお、本実施の形態においては、ワークとしてＣＳＰ基板を例に挙げて説明するが、この構成に限定されるものでなく、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハや、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材、半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイヤ（Al2O3）系の無機材料基板、各種電気部品やミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料をワークとしてもよい。

次に、図１から図５を参照して本発明の実施の形態に係るウォータジェット加工装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るウォータジェット加工装置の外観斜視図である。

図１に示すように、ウォータジェット加工装置１は、ＣＳＰ基板Ｗに高圧加工水を噴射する噴射ノズル３とＣＳＰ基板保持具１０５を保持する保持テーブル４とを相対移動させてＣＳＰ基板保持具１０５に保持されたＣＳＰ基板Ｗを切断するように構成されている。ウォータジェット加工装置１は、直方体状のベッド部５とベッド部５の上面後方に立設したコラム部６とからなる基台２を有している。コラム部６の前面には、前方に突出するようにアーム部７が設けられ、アーム部７の先端側には噴射ノズル３が設けられている。また、コラム部６の前面には、アーム部７に隣接して保持テーブル４を移動させる保持テーブル移動機構８が設けられている。

保持テーブル移動機構８は、コラム部６に対してＸ軸方向に移動するＸ軸テーブル１１ａと、Ｘ軸テーブル１１ａに対してＺ軸方向に移動するＺ軸テーブル１１ｂと、Ｚ軸テーブル１１ｂに対してＹ軸方向に移動するＹ軸テーブル１１ｃとを有している。Ｙ軸テーブル１１ｃには保持テーブル４が接続されている。Ｘ軸テーブル１１ａは、コラム部６の前面に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール１２ａに支持され、ボールねじ式の移動機構によりＸ軸方向に移動可能に構成されている。

Ｚ軸テーブル１１ｂは、Ｘ軸テーブル１１ａに平行な平行板部１５と、平行板部１５の一側辺部からＹ軸方向に延びる直交板部１６とで上面視Ｌ状に形成されている。平行板部１５は、Ｘ軸テーブル１１ａの前面に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール１２ｂに支持され、ボールねじ式の移動機構によりＺ軸方向に移動可能に構成されている。Ｙ軸テーブル１１ｃは、直交板部１６の噴射ノズル３側の側面に配置されたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール１２ｃに支持され、ボールねじ式の移動機構によりＹ軸方向に移動可能に構成されている。

また、Ｘ軸テーブル１１ａ、Ｚ軸テーブル１１ｂ、Ｙ軸テーブル１１ｃの背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成され、これらナット部にそれぞれボールネジ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが螺合されている。そして、ボールネジ１３ａ、１３ｂ、１３ｃの一端部には、それぞれ駆動モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが連結され、この駆動モータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃによりボールネジ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが回転駆動される。このような構成により、Ｙ軸テーブル１１ｃに接続された保持テーブル４は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動される。

保持テーブル４は、Ｙ軸テーブル１１ｃの下辺部に接続され、Ｘ軸方向に延びる矩形板状に形成されている。また、保持テーブル４には、矩形状の開口１７が形成されており、長手方向であって開口１７を挟んで対向する位置に一対のクランプ部１８が設けられている。ＣＳＰ基板保持具１０５は、開口１７を覆うように保持テーブル４に載置され、長手方向に位置する側辺部を一対のクランプ部１８により保持されることで、保持テーブル４上に固定される。

基台２のベッド部５には、保持テーブル４を挟んで噴射ノズル３に対向する位置にキャッチタンク１９が形成されており、キャッチタンク１９には噴射ノズル３から噴射された高圧加工水を緩衝する水が収容されている。

次に、図２を参照して、ウォータジェット加工装置内の流路構成および制御構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るウォータジェット加工装置の配管系統および制御系統を模式的に示す系統図である。

図２に示すように、ウォータジェット加工装置１は、砥粒が混入された加工水を貯留する第１、第２の高圧タンク２１ａ、２１ｂを有し、タンク内の加工水の貯留量に応じて使用タンクを切り替えて噴射ノズル３に継続的に加工水を供給可能に構成されている。ウォータジェット加工装置１は、第１、第２の高圧タンク２１ａ、２１ｂおよび噴射ノズル３に向けて高圧水を供給する高圧水供給部２２と、第１、第２の高圧タンク２１ａ、２１ｂに加工水を補充する加工水補充部２３と、第１、第２の高圧タンク２１ａ、２１ｂ内を大気に開放する大気開放部２４と、加工装置内の圧力を調整する圧力調整部２５と、装置全体を統括制御する制御部２６とを有している。なお、第１、第２の高圧タンク２１ａ、２１ｂ内においては、砥粒の沈殿により、タンク上方に水、タンク下方に砥粒が混合された加工水が貯留される。

なお、本実施の形態に係るウォータジェット加工装置１においては、第１の高圧タンクを使用する第１の配管系統と第２の高圧タンクを使用する第２の配管系統とを有するが、第１、第２の配管系統は略同一構成であるため、主に第１の配管系統について説明する。

第１の高圧タンク２１ａには、タンク内に高圧水を導入する加工水導入管３１ａと、タンク内の加工水を排出する加工水排出管３２ａと、タンク内を負圧にする吸引管３３ａと、タンク内に加工水を補充する加工水補充管３４ａと、タンク内を大気に開放する大気連通管３５ａとが設けられている。また、第１の高圧タンク２１ａには、重量計３７ａが取り付けられており、タンク内に貯留された加工水の重量が検出されている。

高圧水供給部２２は、ウォータジェット加工装置１内の配管系統に高圧水を供給するものであり、水タンク４１と、水タンク４１に連なる高圧水圧送ポンプ４２とを有している。高圧水圧送ポンプ４２は、高圧水供給管４３ａを介して第１の高圧タンク２１ａの加工水導入管３１ａに接続されると共に、高圧水圧送管４４ａを介して混合部４５ａに接続される。第１の高圧タンク２１ａの加工水排出管３２ａは、加工水給送管４６ａを介して混合部４５ａに接続される。

混合部４５ａは、高圧加工水圧送管４７ａを介して噴射ノズル３に接続され、高圧水圧送管４４ａ、加工水給送管４６ａ、高圧加工水圧送管４７ａの各管路に連なる流路が形成されている。高圧水供給管４３ａおよび高圧水圧送管４４ａには、高圧水開閉弁４８ａが介設され、混合部４５ａには加工水給送管４６ａを開閉する加工水開閉弁４９ａが設けられている。なお、図２においては、説明の便宜上、加工水給送管４６ａ上に加工水開閉弁４９ａを図示しているが、実際には図３に示すように混合部４５ａに設けられている。

高圧加工水噴射時には、高圧水開閉弁４８ａおよび加工水開閉弁４９ａが開弁され、高圧水圧送ポンプ４２が駆動される。高圧水圧送ポンプ４２の駆動により高圧水供給管４３ａを介して高圧水が第１の高圧タンク２１ａ内に供給され、高圧水により第１の高圧タンク２１ａ内から加工水が押し出され、加工水給送管４６ａを介して混合部４５ａに給送される。混合部４５ａに給送された加工水は、混合部４５ａにおいて高圧水圧送管４４ａを介して供給された高圧水と混合され、高圧加工水として噴射ノズル３に圧送され、噴射ノズル３から噴射される。

加工水補充部２３は、第１の高圧タンク２１ａに使用済みの加工水を還流させるものであり、使用済みの加工水が貯留されるキャッチタンク１９と、第１の高圧タンク２１ａ内を負圧にする吸引ポンプ５１とを有している。吸引ポンプ５１は、配管５２ａを介して第１の高圧タンク２１ａの吸引管３３ａに接続されている。また、第１の高圧タンク２１ａの加工水補充管３４ａは、配管５３ａを介してキャッチタンク１９に接続される。吸引ポンプ５１に連なる配管５２ａには、吸引制御弁５４ａが設けられ、キャッチタンク１９に連なる配管５３ａには、加工水補充制御弁５５ａおよびフィルタ５６が介設されている。

加工水補充時には、吸引制御弁５４ａおよび加工水補充制御弁５５ａが開弁され、吸引ポンプ５１が駆動される。吸引ポンプ５１の駆動により吸引管３３ａを介して第１の高圧タンク２１ａ内が負圧にされ、加工水補充管３４ａを介してキャッチタンク１９から加工水が引きこまれる。この場合、フィルタ５６により使用済みの加工水に含まれる加工屑が取り除かれる。

大気開放部２４は、第１の高圧タンク２１ａ内を大気に開放するものであり、大気に連通するオリフィス部５７ａを有している。オリフィス部５７ａは、大気開放管５８ａを介して第１の高圧タンク２１ａの大気連通管３５ａに接続される。大気開放管５８ａには、大気開放弁５９ａが介設され、大気開放弁５９ａが開弁されると、第１の高圧タンク２１ａ内が大気に開放される。

圧力調整部２５は、使用タンクの切り替え時や高圧タンクの大気開放時に配管系統に作用する圧力を調整して、配管系統の各部の負荷を軽減するものある。使用タンクの切り替え時に圧力調整するのは、第２の高圧タンク２１ｂの使用時には、第１の高圧タンク２１ａ内が第２の配管系統に対して非接続であり、高圧水供給管４３ａの高圧水開閉弁４８ａの上流側と下流側とで大きな圧力差が生じるためである。また、高圧タンクの大気開放時に圧力調整するのは、第１の高圧タンク２１ａ側の大気開放弁５９ａが閉弁状態においては、大気開放管５８ａの大気開放弁５９ａの上流側と下流側とで大きな圧力差が生じるためである。

圧力調整部２５は、補助水タンク６１と、補助水タンク６１に連なる補助水圧送ポンプ６２とを有している。補助水圧送ポンプ６２は、配管６３ａを介して大気開放管５８ａの大気開放弁５９ａの上流側に接続され、配管６４ａを介して大気開放管５８ａの大気開放弁５９ａの下流側に接続される。大気開放弁５９ａの上流側に連なる配管６３ａには、補助水開閉弁６５ａが介設され、補助水開閉弁６５ａの下流側に圧力センサ６６ａが設けられている。また、大気開放弁５９ａの下流側に連なる配管６４ａには、予圧水開閉弁６７ａが介設され、予圧水開閉弁６７ａの下流側に圧力センサ６８ａが設けられている。

第２の高圧タンク２１ｂから第１の高圧タンク２１ａへの使用タンクの切り替え時には、補助水開閉弁６５ａが開弁、予圧水開閉弁６７ａが閉弁され、補助水圧送ポンプ６２の駆動により、大気連通管３５ａを介して高圧水が第１の高圧タンク２１ａ内に供給され、タンク内の圧力が増加される。このとき、圧力センサ６６ａにより第１の高圧タンク２１ａ内の圧力が検出され、この検出された圧力が第２の配管系統内の圧力と一致するように調整される。

第１の高圧タンク２１ａの大気開放時には、補助水開閉弁６５ａが閉弁、予圧水開閉弁６７ａが開弁され、補助水圧送ポンプ６２の駆動により、大気開放管５８ａの大気開放弁５９ａの下流側の圧力が増加される。このとき、圧力センサ６８ａにより大気開放管５８ａの大気開放弁５９ａの下流側の圧力が検出され、この検出された圧力が大気開放弁５９ａの上流側の圧力と一致するように調整される。

制御部２６は、第１、第２の配管系統における各制御弁、各ポンプ等のウォータジェット加工装置１の各部に接続され、これらを駆動することによりＣＳＰ基板Ｗの加工処理等を実行する。なお、制御部２６は内部に組み込まれたＣＰＵ(Central Processing Unit)がＲＯＭ（Read Only Memory）内の制御プログラム等の各種プログラムに従ってＲＡＭ（Random Access Memory）内のデータを演算し、ウォータジェット加工装置１の各部と協働して各処理を実行する。

ここで、ウォータジェット加工装置１による加工処理動作について簡単に説明する。なお、初期状態においては、各制御弁は閉状態とされ、各ポンプは停止状態にされているものとする。制御部２６の制御により第１の高圧タンク２１ａ側の高圧水開閉弁４８ａおよび加工水開閉弁４９ａが開弁され、高圧水圧送ポンプ４２が駆動される。高圧水圧送ポンプ４２の駆動により水タンク４１から高圧水供給管４３ａを介して第１の高圧タンク２１ａ内に高圧水が供給され、高圧水の供給により第１の高圧タンク２１ａ内の加工水が押し出されて加工水給送管４６ａを介して混合部４５ａに給送される。

また、高圧水圧送ポンプ４２の駆動により水タンク４１から高圧水圧送管４４ａを介して混合部４５ａに高圧水が圧送され、混合部４５ａにおいて第１の高圧タンク２１ａから押し出された加工水と混合される。この結果、第１の高圧タンク２１ａから押し出された加工水は、混合部４５ａにおいて高圧水によって加圧され、高圧加工水として高圧加工水圧送管４７ａを介して噴射ノズル３から噴射される。この高圧加工水の噴射に合わせて、制御部２６により保持テーブル移動機構８が駆動制御され、ＣＳＰ基板保持具１０５ａに保持されたＣＳＰ基板Ｗが切断加工される。

この高圧加工水の噴射により第１の高圧タンク２１ａ内の加工水が減少し、重量計３７ａにより所定の下限閾値以下の重量が検出されると、第１の高圧タンク２１ａから第２の高圧タンク２１ｂに使用タンクが切り替えられる。この場合、上記したように、第２の配管系統の高圧水供給管４３ｂの高圧水開閉弁４８ｂの上流側と下流側とで圧力差が生じるため、圧力調整処理が行われる。

具体的には、補助水開閉弁６５ｂが開弁され、補助水圧送ポンプ６２が駆動される。補助水圧送ポンプ６２の駆動により配管６３ｂおよび大気連通管３５ｂを介して高圧水が第２の高圧タンク２１ｂ内に供給され、第２の高圧タンク２１ｂ内の圧力が増加される。そして、第２の高圧タンク２１ｂ側の配管６３ｂに設けられた圧力センサ６６ｂにより、高圧水供給管４３ｂの高圧水開閉弁４８ａの上流側の圧力と同等の圧力が検出されると、補助水圧送ポンプ６２が停止され、補助水開閉弁６５ａが閉弁される。

第２の配管系統の圧力調整が完了すると、第１の高圧タンク２１ａ側の高圧水開閉弁４８ａおよび加工水開閉弁４９ａが閉弁され、第２の高圧タンク２１ｂ側の高圧水開閉弁４８ｂおよび加工水開閉弁４９ｂが開弁される。なお、第２の配管系統の高圧水圧送管４４ｂは、第１の配管系統の高圧水圧送管４４ａに接続されているため、圧力差が生じることがない。

高圧水開閉弁４８ｂおよび加工水開閉弁４９ｂが開弁されると、水タンク４１から高圧水供給管４３ｂを介して第２の高圧タンク２１ｂ内に高圧水が供給されると共に、高圧水圧送管４４ｂを介して混合部４５ｂに高圧水が供給される。そして、第２の高圧タンク２１ｂ内への高圧水の供給により押し出された加工水が、混合部４５ａにおいて高圧水に加圧され、高圧加工水として高圧加工水圧送管４７ｂを介して噴射ノズル３から噴射される。この高圧加工水の噴射に合わせて、制御部２６により保持テーブル移動機構８が駆動制御され、ＣＳＰ基板保持具１０５ａに保持されたＣＳＰ基板Ｗが切断加工される。

第２の高圧タンク２１ｂを使用してＣＳＰ基板Ｗの切断加工している間に、第１の高圧タンク２１ａ内に加工水の補充が行われる。この加工水の補充の際に、第１の高圧タンク２１ａ内が大気に開放されるが、上記したように、大気開放管５８ａの大気開放弁５９ａの上流側および下流側に圧力差が生じるため、圧力調整処理が行われる。

具体的には、予圧水開閉弁６７ａが開弁され、補助水圧送ポンプ６２が駆動される。補助水圧送ポンプ６２の駆動により配管６４ａを介して高圧水が大気開放弁５９ａとオリフィス部５７ａとの間に供給され、大気開放管５８ａの大気開放弁５９ａの下流側の圧力が増加される。そして、配管６４ａに設けられた圧力センサ６８ａにより、大気開放管５８ａの大気開放弁５９ａの上流側の圧力と同等の圧力が検出されると、大気開放弁５９ａが開弁される。大気開放弁５９ａが開弁されると、補助水圧送ポンプ６２が停止され、予圧水開閉弁６７ａが閉弁される。

このようにして、第１の高圧タンク２１ａ内を大気に開放すると共に、吸引制御弁５４ａおよび加工水補充制御弁５５ａが開弁され、吸引ポンプ５１が駆動されると、吸引ポンプ５１の吸引により第１の高圧タンク２１ａ内が負圧とされ、キャッチタンク１９から配管５３ａおよび加工水補充管３４ａを介して加工水が第１の高圧タンク２１ａ内に補充される。この場合、キャッチタンク１９の下流に設けられたフィルタ５６により使用済みの加工水から加工屑が除去され、加工水のみが第１の高圧タンク２１ａに還流される。

この加工水の補充により第１の高圧タンク２１ａ内の加工水が増加し、重量計３７ａにより重量計３７ａにより所定の上限閾値以上の重量が検出されると、吸引ポンプ５１が停止され、吸引制御弁５４ａおよび加工水補充制御弁５５ａが閉弁される。このように、本実施の形態に係るウォータジェット加工装置１においては、第１、第２の高圧タンク２１ａ、２１ｂを交互に切り替えて使用すると共に、一方の高圧タンクの使用時に他方の高圧タンクに加工水が補充されるため、継続して切断加工を行うことが可能となっている。

なお、上記の加工処理動作においては、ＣＳＰ基板保持具１０５ａの貫通溝１１２ａに沿ってＣＳＰ基板Ｗを切断する第１の切断工程を例示して説明したが、第１の切断工程後のＣＳＰ基板ＷをＣＳＰ基板保持具１０５ｂの貫通溝１１２ｂに沿って切断する第２の切断工程においても同様である。

次に、図３を参照して、本発明の特徴部分である混合部の詳細構成について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る混合部の断面模式図である。

図３に示すように、混合部４５ａには、加工水開閉弁４９ａが設けられ、加工水開閉弁４９ａにより混合部４５ａにおいて加工水の供給および停止が制御されるよう構成されている。混合部４５ａは、内部に加工水と高圧水とが混合される混合室７１を有し、混合室７１は加工水開閉弁４９ａの可動方向に延在する略円筒状に形成されている。また、混合室７１は、高圧水導入路７２を介して高圧水圧送管４４ａの管路、加工水導入路７３を介して加工水給送管４６ａの管路、高圧加工水送出路７４を介して高圧加工水圧送管４７ａの管路に連通されている。

また、混合部４５ａには、弁体８１に対向するように弁体８１の上方に弁座部７５が設けられている。弁座部７５は、混合室７１内に向けて円錐台状に突出して形成され、弁座部７５の先端には、加工水導入路７３の混合室７１側の端部である加工水供給口７６が形成されている。この円錐台状の弁座部７５の略上半部の被覆面７５ａが弁体８１に被覆されることで、加工水導入路７３が閉弁される。

高圧水導入路７２および高圧加工水送出路７４は、混合室７１から半径方向に延在して形成され、高圧水導入路７２の混合室７１側の端部である高圧水供給口７７と高圧加工水送出路７４の混合室７１側の端部である高圧加工水送出口７８とが弁座部７５を挟んで対向配置されている。加工水導入路７３は、加工水開閉弁４９ａの可動方向に延在し、高圧水導入路７２および高圧加工水送出路７４の延在方向に対して直交方向している。このように、高圧水導入路７２と高圧加工水送出路７４との間に加工水導入路７３を位置させることにより、混合室７１内において高圧水と加工水とを効果的に混合することが可能となる。また、高圧水導入路７２から流入される高圧水の流線方向と、高圧加工水送出路７４に流出される高圧加工水の流線方向を一致させることにより、高圧水の混合室７１内における圧力損失が低減される。さらに、弁座部７５の外周が曲面であるため、高圧水導入路７２から流入される高圧水の圧力損失が低減される。なお、この場合、弁座部７５の被覆面７５ａの下方における高圧水導入路７２の対向面を、高圧水導入路７２から流出される加工水の流線方向に対して垂直な平面で構成しなければよく、例えば、加工水の流線方向に対して交差する方向に延在する斜面により上面視楔状に形成してもよい。

加工水開閉弁４９ａは、弁座部７５に当接して加工水導入路７３を封止する弁体８１と、弁体８１を可動させる弁体可動部８２とを有している。弁体８１には弁座部７５の略上半部分の被覆面７５ａを被覆可能な円錐台状の凹部８３が形成され、凹部８３の内周面には環状溝８４が形成されている。環状溝８４には、シール材８５およびバックアップリング８６が設けられており、例えばシール材８５として樹脂製の様に形状がフレキシブルに変化する素材を使用することで、弁体８１と弁座部７５との設計誤差を吸収することが可能となる。バックアップリング８６はシール材８５に対して凹部８３の底面８７側に配置される。このバックアップリング８６により、シール材８５として樹脂製の様に形状がフレキシブルに変化する素材を使用しても弁体８１と弁座部７５との当接や高圧水等の圧力等によってシール材８５の凹部８３の底面８７側へのはみ出しが抑制され、シール材８５の破損およびシール性の低下が防止される。

弁体可動部８２は、図示しないアクチュエータにより弁座部７５に接触する接触位置と接触位置から離間した離間位置との間で弁体８１を可動可能に構成されている。弁体可動部８２の混合室７１側の端部には、弁座部７５に向けて支持部８８が突設され、弁体８１の取付用の段部が形成されている。段部には弁体８１が配置され、弁体８１に形成された取付孔８９に取付ボルト９１が遊挿された状態で、取付ボルト９１が支持部８８に固定される。

この場合、弁体８１は、取付ボルト９１により遊びを持って支持部８８に支持されるため、弁体可動部８２の可動方向に対して直交する略平面方向における僅かな遊動が許容される。よって、加工水開閉弁４９ａの閉弁時には、弁体８１が弁座部７５の斜面をガイドとして遊動し、弁座部７５の斜面により弁体８１が位置決めされる。このように、弁体８１が遊びを持って弁体可動部８２に支持されるため、さらに弁体８１と弁座部７５との設計誤差を吸収し、簡易な構成で適切に加工水導入路７３を封止することが可能となる。

また、上記したように、弁座部７５は円錐台状に形成されているため、加工水の供給停止時に弁座部７５付近の砥粒が外周面を下って脱落する。したがって、加工水開閉弁４９ａの閉弁時に、弁座部７５の外周面（被覆面７５ａ）上に砥粒が留まることがないため、弁体８１と弁座部７５との間における砥粒の噛み込みが抑制される。また、弁体８１と弁座部７５との間における砥粒の噛み込みが抑制されるため、弁体８１および弁座部７５の損傷が減少し、部品の長寿命化を図ることが可能となる。

次に、図４および図５を参照して本実施の形態に係る加工水開閉弁の閉弁動作および比較例に係る加工水開閉弁の閉弁動作について説明する。図４は、比較例に係る加工水開閉弁の閉弁動作を説明する模式図である。図５は、本実施の形態に係る加工水開閉弁の閉弁動作を説明する模式図である。なお、図４に示す比較例においては、同一の構成について同一の符号を付して説明する。先ず、比較例に係る加工水開閉弁の閉弁動作について説明する。

図４（ａ）に示すように、比較例は、主に円錐台状の弁体１２１と、弁体１２１に当接可能な円錐台状の凹部１２３が形成された弁座部１２２とを有する点においてのみ、本実施の形態と異なっている。加工水の供給停止時には、最初に高圧水開閉弁４８ａの高圧水供給管４３ａ側が閉弁され、次に高圧水開閉弁４８ａの高圧水圧送管４４ａ側が閉弁される。これにより、高圧水圧送ポンプ４２から第１の高圧タンク２１ａ内への高圧水の供給が停止され、第１の高圧タンク２１ａから混合部４５ａの混合室７１への加工水の給送が停止される。

混合室７１への加工水の給送が停止されると、水よりも砥粒の比重が大きいため、混合室７１内に砥粒が沈殿する。この場合、加工水の供給停止直後においては、凹部１２３の手前まで加工水が来ており、砥粒が加工水導入路７３内に逃げられないため、弁座部１２２付近の砥粒が凹部１２３の内周面を下って脱落することなく、凹部１２３の内周面上に滞留している。この状態から加工水開閉弁４９ａを駆動し、図４（ｂ）に示すように、弁体１２１を離間位置から接触位置に可動させると、弁体１２１と弁座部１２２との間に砥粒が噛み込まれる。

このように、比較例に係る加工水開閉弁４９ａにおいては、弁体１２１と弁座部１２２との間に砥粒が噛み込まれるため、使用タンクの切り替え時に第１の高圧タンク２１ａと第２の高圧タンク２１ｂとを確実に遮断することができない。この構成により、未使用タンクの低圧時にタンク内への加工水の逆流が生じるおそれがある。また、弁体１２１と弁座部１２２との間における砥粒の噛み込みにより、弁体１２１および弁座部１２２の損傷し、部品が早期に劣化してしまう。

一方、本実施の形態に係る加工水開閉弁４９ａにおいては、図５（ａ）に示すように、弁座部７５が円錐台状に形成され、弁体８１に弁座部７５に当接可能な円錐台状の凹部８３が形成されている。最初に高圧水開閉弁４８ａの高圧水供給管４３ａ側が閉弁され、次に高圧水開閉弁４８ａの高圧水圧送管４４ａ側が閉弁されて混合室７１への加工水の給送が停止される。混合室７１への加工水の給送が停止されると、水よりも砥粒の比重が大きいため、混合室７１内に砥粒が沈殿する。

加工水の供給停止直後においては、加工水導入路７３内の圧力が混合室７１内の圧力より大きいため、弁座部７５付近の砥粒が混合室７１側に押し出される。この場合、弁座部７５付近の砥粒は、弁座部７５の外周面（被覆面７５ａ）を下って混合室７１内に脱落し、弁座部７５の外周面上の砥粒の滞留が抑制される。この状態から加工水開閉弁４９ａを駆動し、図５（ｂ）に示すように、弁体８１を離間位置から接触位置に可動させると、砥粒が噛み込まれることなく弁座部７５が弁体８１に封止される。

このように、本実施の形態に係る加工水開閉弁４９ａにおいては、弁体８１と弁座部７５との間に砥粒が噛み込まれることがないため、使用タンクの切り替え時に第１の高圧タンク２１ａと第２の高圧タンク２１ｂとを確実に遮断することが可能となる。この構成により、未使用タンクの低圧時にタンク内への加工水の逆流を確実に防止することが可能となる。また、弁体８１と弁座部７５との間における砥粒の噛み込みが抑制されるため、弁体８１および弁座部７５の損傷が減少し、部品の長寿命化を図ることが可能となる。

以上のように、本実施の形態に係るウォータジェット加工装置１によれば、弁座部７５が円錐台状に形成されるため、混合室７１内に供給された加工水中の砥粒が弁座部７５の外周面を下って脱落し、外周面上に留まることがない。よって、ウォータジェットの停止動作時に、弁体８１と弁座部７５との間における砥粒の噛み込みが抑制され、加工水開閉弁４９ａによる閉弁動作を適切に行うことができる。また、弁体８１と弁座部７５との間における砥粒の噛み込みが抑制されるため、弁体８１および弁座部７５の損傷が減少し、部品の長寿命化を図ることができる。

なお、上記した実施の形態においては、本発明を第１の高圧タンクと第２の高圧タンクとを切り替えて継続的に切断加工をするウォータジェット加工装置に適用する構成としたが、この構成に限定されるものではない。単一の高圧タンクを有するウォータジェット加工装置に適用する構成としてもよい。この構成により、加工水の供給停止時に、噴射ノズルからの加工水の液ダレを防止することが可能となる。

また、上記した実施の形態においては、圧送ポンプにより噴射ノズルに高圧水を圧送する構成としたが、この構成に限定されるものではない。噴射ノズルに高圧水を供給可能な構成であればよく、例えば、イジェクター等により噴射ノズルに高圧水を圧送する構成としてもよい。

また、上記した実施の形態においては、圧送ポンプにより高圧タンク内に高圧水を圧送して、高圧タンク内に貯留された加工水を噴射ノズルに給送する構成としたが、この構成に限定されるものではない。噴射ノズルに加工水を供給可能な構成であればよく、例えば、加工水の供給用のポンプを設けて、ポンプの駆動により高圧タンクから加工水を噴射ノズルに供給する構成としてもよい。

また、上記した実施の形態においては、弁座部を円錐台状に形成して、弁座部の外周面における砥粒の滞留を抑制する構成としたが、この構成に限定されるものではない。弁座部を混合部に突出させ、弁座部を弁体により被せる構成とすることにより、弁座部の被覆面上から砥粒が脱落する構成であればよく、例えば、被覆面が垂直に突出して形成されていてもよい。

また、上記した実施の形態においては、円錐台状の弁座部の先端部に、混合室内に加工水を取り込む加工水供給口を形成する構成としたが、この構成に限定されるものではない。弁座部の弁体によって被覆される被覆面であれば、円錐台の斜面や被覆面が垂直に突出して形成されている弁座部の側面等どの位置に加工水供給口を形成してもよい。

また、上記した実施の形態においては、取付ボルトにより弁体が弁体可動部に遊動可能に支持される構成としたが、この構成に限定されるものではない。弁体が弁体可動部に遊動可能に支持される構成であれば、どのような構成でもよい。

また、上記した実施の形態においては、本発明に使用される弁構造を混合部に適用する例について説明したが、この構成に限定されるものではない。図８に示すような弁構造にも適用可能である。この弁構造を、例えば、加工水制御弁５５ａ、ｂに適用する場合には、管路の途中部分に弁室部１２１を介設し、弁室部１２１の弁室１２２内に弁座部１２３を円錐台状に突出させ、弁体１２４に弁座部１２３の被覆面１２３ａを被覆可能な凹部１２５を有するように構成する。また、弁体１２４は、取付ボルト１２８により弁体可動部１２６に遊動可能に支持され、弁体可動部１２６の駆動により加工水供給口１２７を封止して閉弁する。このように構成することにより、混合部以外においても、弁体１２４と弁座部１２３との間の砥粒の噛み込みを防止することが可能となる。なお、この場合も弁座部１２３は、円錐台状に突出した構成に限定されず、弁座部１２３が弁体１２４に被される構成とすることにより、弁座部１２３の被覆面１２３ａ上から砥粒が脱落する構成であれば、どのような構成でもよい。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上説明したように、本発明はウォータジェットの停止動作時において、弁体と弁座部との間の砥粒の噛み込みを防止できると共に、部品の長寿命化を図ることができるという効果を有し、特に、ワークに砥粒が混入された高圧加工水を噴射して切断するウォータジェット加工装置に有用である。

１ ウォータジェット加工装置
２ 基台
３ 噴射ノズル
４ 保持テーブル
２１ａ 第１の高圧タンク（加工水供給部）
２１ｂ 第２の高圧タンク（加工水供給部）
２２ 高圧水供給部
２６ 制御部
４３ａ、４３ｂ 高圧水供給管（高圧水供給部）
４４ａ、４４ｂ 高圧水圧送管
４５ａ、４５ｂ 混合部
４６ａ、４６ｂ 加工水給送管（加工水供給部）
４７ａ、４７ｂ 高圧加工水圧送管
４８ａ、４８ｂ 高圧水開閉弁
４９ａ、４９ｂ 加工水開閉弁（切替弁）
７１ 混合室
７２ 高圧水導入路
７３ 加工水導入路
７４ 高圧加工水送出路
７５ 弁座部
７５ａ 被覆面
７６ 加工水供給口
７７ 高圧水供給口
７８ 高圧加工水送出口
８１ 弁体
８２ 弁体可動部
８３ 凹部
８４ 環状溝
８５ シール材
８６ バックアップリング
Ｗ ＣＳＰ基板（ワーク）

Claims (5)

1. 砥粒が混入された加工水と前記加工水を加圧する高圧水とが混合された高圧加工水をワークに対して噴射する噴射ノズルと、
   前記噴射ノズルに向けて加工水を供給する加工水供給部と、
   前記噴射ノズルに向けて高圧水を供給する高圧水供給部と、
   前記加工水の供給路と前記高圧水の供給路との合流部分において、前記加工水と前記高圧水とを混合する混合室が形成された混合部と、
   前記混合室に突出して形成され、前記加工水の供給路から前記混合室内に前記加工水を取り込む加工水供給口を有する弁座部と、
   前記加工水の供給停止時に、前記弁座部に被せて前記加工水供給口を塞ぐ弁体とを備えたことを特徴とするウォータジェット加工装置。
2. 前記弁体を前記弁座に接触する接触位置と前記接触位置から離間した離間位置との間で可動させる弁体可動部を備え、
   前記弁体は、前記弁体可動部によって可動される可動方向に対して略直交する方向に遊動可能に前記弁体可動部に支持され、
   前記弁座部の少なくとも前記弁体に被覆される被覆面が、突出端から基端側に向けて広がるように傾斜されたことを特徴とする請求項１に記載のウォータジェット加工装置。
3. 前記混合部において、前記高圧水の供給路から前記混合室内に前記高圧水を取り込む高圧水供給口および前記混合室内から前記噴射ノズルの噴射口に前記高圧加工水を送出する高圧加工水送出口が、前記弁座部を挟んで対向位置に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のウォータジェット加工装置。
4. 前記弁座部は、前記混合室内に円錐台状に突出し、
   前記弁体は、前記弁座部を被覆可能な円錐台状の凹部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のウォータジェット加工装置。
5. 砥粒が混入された加工水が通る流路の途中に設けられ、弁室を有する弁室部と、
   前記弁室に突出して形成され、前記加工水の流路から前記弁室内に前記加工水を取り込む加工水供給口を有する弁座部と、
   前記加工水の供給停止時に、前記弁座部に被せて前記加工水供給口を塞ぐ弁体とを備えたことを特徴とするウォータジェット加工装置。
   

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