JP2018199174A - 超音波加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工部材に対する微細加工の加工精度を向上させる事のできる超音波加工装置を提供する。【解決手段】ベース１２と、ベース１２を基点として配置されたステージ１４、及び支柱１６を有し、支柱１６に沿った方向に微振動を生じさせる超音波ユニット１８と、超音波ユニット１８を支柱１６に沿った状態で支持するホルダ２０とを有する超音波加工装置１０であって、ホルダ２０には、超音波ユニット１８が支柱１６の立設方向に沿って振動することをガイドする複数のガイドローラ２２が備えられ、複数のガイドローラ２２のうちの少なくとも１つのガイドローラ（例えばガイドローラ２２ｃ）には、超音波ユニット１８の軸心方向へ向けた付勢力を生じさせる付勢手段３６が付帯されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波加工装置に係り、特に、プラズマ処理を行う際に使用されるシャワーヘッドにおける微細加工を高精度に行う場合に好適な超音波加工装置に関する。

プラズマ処理を行う際に使用されるシャワーヘッドの微細加工に用いられる超音波加工装置としては、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているような構成のものが知られている。

いずれの文献に開示されている超音波加工装置も、被加工部材を載置するためのベースと、このベースを基点として立設された支柱、および支柱に沿って配置、支持される超音波ユニットを備えている。そして、超音波ユニットにおける被加工部材との対向部位には、ホーンと呼ばれる加工工具が装着されている。

このような構成の超音波加工装置では、被加工部材にホーンを押し当て、ホーンに対して超音波による微振動を付加する。ホーンに微振動を与えた際、被加工部材とホーン当接部との間に砥粒を供給する事で、被加工部材におけるホーンが当接している部分が研削され、微細加工が成される。

特開２０１２−３５３７４号公報 特開２０１４−１４８２６号公報

上記特許文献に開示されているような構成の超音波加工装置は、超音波ユニットが支柱の立設方向に沿って移動可能に支持されており、超音波によりホーンが微振動する際、その反力を受けて超音波ユニット自体も振動する。上記特許文献に開示されているような超音波加工装置では、加工に使用する砥粒等が超音波ユニットと、支持部との間に介入すると、加工のための微振動を妨げてしまう。このため、超音波ユニットと支持部との間には、砥粒の噛み込みが生じない程度の隙間が設けられており、この隙間によって生ずる超音波ユニットの振動方向と交差する方向に生じるブレが、被加工部材に対する微細加工の加工精度を低下させる要因となっていた。

そこで本発明では、上記課題を解決し、被加工部材に対する微細加工の加工精度を向上させる事のできる超音波加工装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る超音波加工装置は、ベースと、前記ベースを基点として配置された支柱と、前記支柱に沿った方向に微振動を生じさせる超音波ユニットと、前記超音波ユニットを前記支柱に沿った状態で支持するホルダとを有する超音波加工装置であって、前記ホルダには、前記超音波ユニットが前記支柱の立設方向に沿って振動することをガイドする複数の第１ガイドローラが備えられ、前記複数の第１ガイドローラのうちの少なくとも１つの第１ガイドローラには、前記超音波ユニットの軸心方向へ向けた付勢力を生じさせる付勢手段が付帯されていることを特徴とする。

また、上記特徴を有する超音波加工装置では、前記第１ガイドローラの配置数を偶数とする場合、各第１ガイドローラは、前記超音波ユニットの軸心を基点として放射状に均等配置し、対向配置された第１ガイドローラのうちのいずれか一方に、前記付勢手段を付帯させる構成とすると良い。このような特徴を有する事で、付勢手段が付帯された第１ガイドローラと対向する第１ガイドローラは、リジットに固定されたガイドローラとなる。このため、超音波ユニットの押し付け状態を安定させる事ができ、加工精度の向上を図る事ができる。

また、上記特徴を有する超音波加工装置における前記ホルダには、前記超音波ユニットが微振動する際に生じる軸線周りの回転を抑制する回り止め手段を備えるようにすると良い。このような特徴を有する事で、超音波ユニットの回転を抑制し、被加工物の加工精度を向上させることができる。

さらに、上記特徴を有する超音波加工装置における前記回り止め手段は、前記ホルダまたは前記支柱に固定されたガイドと、前記超音波ユニットに固定され、かつ前記ガイドに付勢される第２ガイドローラにより構成することができる。このような特徴を有する事で、回り止めの支持を弾性的に成す事ができる。これにより、ガイドと第２ガイドローラとの間に微細な塵埃が噛み込まれても、これを乗り越えてガイドする事ができる。

上記のような特徴を有する超音波加工装置によれば、被加工部材に対する微細加工の加工精度を向上させる事ができる。

実施形態に係る超音波加工装置の構成を示す側面図である。 図１におけるＡ−Ａ、およびＢ−Ｂ断面における超音波ユニット部分を示す図である。 図２の構成を説明するためのブロック図である。 図１におけるＣ−Ｃ断面における超音波ユニット部分を示す図である。 図４におけるＤ−Ｄ断面を示す図である。 第２実施形態に係る超音波加工装置のブレ防止構造の構成を示す図である。

以下、本発明の超音波加工装置に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、図１は、実施形態に係る超音波加工装置の構成を示す側面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ、およびＢ−Ｂ断面における超音波ユニット部分を示す図であり、図３は、図２の構成を説明するためのブロック図である。また、図４は、図１におけるＣ−Ｃ断面における超音波ユニット部分を示す図であり、図５は、図４におけるＤ−Ｄ断面を示す図である。

［超音波加工装置の基本構成］
実施形態に係る超音波加工装置１０は、ベース１２と、このベース１２を基点として配置されたステージ１４、および支柱１６が備えられ、支柱１６によって支持された超音波ユニット１８が設けられている。ベース１２は、ステージ１４と支柱１６を配置するための基礎である。ステージ１４は、被加工部材を配置するための定盤としての役割を備え、必要に応じて平面方向の移動軸（例えばＸ軸とＹ軸）を備える構成とすれば良い。

支柱１６は、ベース１２を基点として立設された支持構造物であり、少なくともステージ１４よりも高い位置にまで延設されている。実施形態に係る支柱１６には、ガイドレール１６ａと、このガイドレール１６ａに沿って摺動可能なホルダ２０が備えられている。ガイドレール１６ａは、支柱１６の長手方向に沿って配置されている。ホルダ２０は、詳細を後述する超音波ユニット１８を保持する要素であり、ガイドレール１６ａに沿って摺動する事で、超音波ユニット１８の配置高さを調整可能とすると共に、超音波によって生ずる微振動の反力（微振動）を吸収する。また、実施形態に係る支柱１６には、シーブ１６ｂが備えられ、図示しないカウンターウェイトにより、超音波ユニット１８の重量をほぼ相殺する事が可能な構成とされている。

超音波ユニット１８は、詳細を図示しない超音波発生装置を備えたユニットである。超音波ユニット１８は、上述したホルダ２０により支持されると共に、シーブ１６ｂを介してカウンターウェイトにより吊下され、その下端部の対向位置にステージ１４が位置するように構成されている。また、超音波ユニット１８の下端部には、ホーン１８ａと呼ばれる加工工具が装着され、超音波発生装置による超音波振動が、ホーン１８ａに伝達されるように構成されている。

［ブレ防止構造：第１形態］
このような基本構成を有する実施形態に係る超音波加工装置１０では、図２に、図１におけるＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ断面（超音波ユニット部分のみ）を示すように、ホルダ２０の保持部２０ａに備えたガイドローラ（第１ガイドローラ）２２（２２ａ〜２２ｃ）によって、超音波ユニット１８を支持している。ガイドローラ２２により超音波ユニット１８を支持する事で、超音波ユニット１８が軸線方向に微振動する際、これに追従して支持を成す事ができる。

また、実施形態の場合、円柱状に形成された超音波ユニット１８の外周に、複数（図２に示す例では３つ）のガイドローラ２２ａ〜２２ｃを配置し、これら複数のガイドローラ２２ａ〜２２ｃにより支持を成す構成としている。複数のガイドローラ２２ａ〜２２ｃは、超音波ユニット１８の軸心Ｏを基点として、その周囲に等間隔となるように配置している。ガイドローラ２２は、保持部２０ａを基点としてリジットに固定することを基本としているが、複数のガイドローラ２２のうちの少なくとも１つのガイドローラ（図２に示す例の場合、ガイドローラ２２ｃ）は、超音波ユニット１８に対する付勢力を生じさせるように、弾性的に固定されている。

具体的には、ガイドローラ２２ｃを保持するローラホルダ２４を、保持部２０ａに対して摺動可能に配置する。ここで、ローラホルダ２４の摺動方向は、図３にブロック図を示すように、超音波ユニット１８に対するガイドローラ２２ｃの接触点を通る接線に対して直交する方向（矢印Ｅで示す方向）となるように構成する。そして、保持部２０ａとローラホルダ２４との間にバネ等の付勢手段２６を介在させてガイドローラ２２ｃを超音波ユニット１８側へ押し付ける構成とすれば良い。

このような構成とする事で、超音波ユニット１８は、リジットに固定されたガイドローラ２２ａ，２２ｂに押し付けられた状態を維持するこのため、微振動によって生じるブレを抑制する事ができる。また、超音波ユニット１８に対してガイドローラ２２ｃが弾性的に押し付けられているため、ガイドローラ２２ａ〜２２ｃと超音波ユニット１８との間に微細な塵埃（例えば砥粒）が噛み込まれたとしても、これを乗り越えてガイドする事が可能となる。

［ねじれ防止構造］
また、実施形態に係る超音波加工装置１０は、微振動に起因した超音波ユニット１８の軸心Ｏ周りの回転（捻じれ）を防止するための回り止め手段２８が備えられている。回り止め手段２８は、図４に図１におけるＣ−Ｃ断面（超音波ユニット部分のみ）を示すように、ローラベース３０とガイド３２を備えている。ローラベース３０は、超音波ユニット１８に固定されるベースであり、ガイドローラ（第２ガイドローラ）３４（３４ａ，３４ｂ）を備えている。ガイドローラ３４は、転動方向が、超音波ユニット１８の軸線方向に沿うこととなるように配置されている。また、ガイドローラ３４は、詳細を後述するガイド３２の挟み込みが可能となるように、ローラ面を対向させて対を成すように配置されている。

対を成すガイドローラ３４は、一方のガイドローラ３４ａがローラベース３０に固定され、他方のガイドローラ３４ｂは、ローラベース３０の取付面に沿って、矢印Ｆで示す方向への摺動が可能な構成とされている。一方のガイドローラ３４ａと他方のガイドローラ３４ｂとの間には、バネなどにより構成される付勢手段３６が配置され、一方のガイドローラ３４ａに対して他方のガイドローラ３４ｂが引き付けられるように構成されている。

ガイド３２は、ガイドローラ３４を転動させる要素であり、上述したホルダ２０または支柱１６に固定されたガイドベース３２ａと、ガイドベース３２ａに接続され、超音波ユニット１８の軸線方向に沿って配置されるガイドレール３２ｂとを有する。ガイドベース３２ａ、およびガイドレール３２ｂの具体的構成は問わないが、ガイドレール３２ｂに関しては、少なくとも両側面に、ガイドローラ３４の転動面を備えるものとする。

このような構成とすることで、超音波ユニット１８と共に微振動するガイドローラ３４ａ，３４ｂにより、ホルダ２０等に固定されているガイドレール３２ｂが挟持される。これにより、超音波ユニット１８が軸心Ｏ周りに回転する力に対する反力を生じさせ、超音波ユニット１８の回転を防止することができる。また、対を成すガイドローラ３４ａ，３４ｂは、付勢手段３６によりガイドレール３２ｂに付勢されているため、転動面に砥粒等の塵埃が付着したとしても、これを乗り越えるように動作する事ができる。

［作用・効果］
このような構成の超音波加工装置１０によれば、超音波による微振動に起因した、超音波ユニット１８のブレや回転を抑制する事ができる。このため、被加工部材に対する微細加工の加工精度を向上させる事ができる。

［第２形態］
上記実施形態では、超音波ユニット１８を支持する構造について、ホルダ２０の保持部２０ａに備えられるガイドローラ２２を３つとし、そのうちの１つ（ガイドローラ２２ｃ）に、超音波ユニット１８に対する付勢手段２６を備える構成とする旨説明した。

しかしながら、超音波ユニット１８を支持するガイドローラ２２は、３つに限るものでは無い。例えば図６に示すように、ガイドローラ２２を４つ（ガイドローラ２２ａ〜２２ｄ）としても良い。このような構成とする場合。超音波ユニット１８の軸心Ｏを基点として４つのガイドローラ２２を均等に配置し、隣接する２つのガイドローラ２２（図６に示す例では、ガイドローラ２２ｃ，２２ｄ）が付勢手段２６を備える構成とすると良い。

このような構成とする事で、保持部２０ａに対してリジットに固定されたガイドローラ２２（図６に示す例では、ガイドローラ２２ａ，２２ｂ）に対応するガイドローラ２２（図６に示す例では、ガイドローラ２２ｃ，２２ｄ）に付勢手段２６が備えられることとなる。これにより、超音波ユニット１８の押し付けが安定して成されることとなり、微振動によるブレを、より効果的に抑える事が可能となる。
ブレ防止構造をこのような構成とした場合であっても、上記実施形態と同様な効果を奏することができる。

１０………超音波加工装置、１２………ベース、１４………ステージ、１６………支柱、１６ａ………ガイドレール、１６ｂ………シーブ、１８………超音波ユニット、１８ａ………ホーン、２０………ホルダ、２０ａ………保持部、２２（２２ａ〜２２ｄ）………ガイドローラ、２４………ローラホルダ、２６………付勢手段、２８………回り止め手段、３０………ローラベース、３２………ガイド、３２ａ………ガイドベース、３２ｂ………ガイドレール、３４（３４ａ，３４ｂ）………ガイドローラ、３６………付勢手段。

上記目的を達成するための本発明に係る超音波加工装置は、ベースと、前記ベースを基点として配置された支柱と、前記支柱に沿った方向に微振動を生じさせる超音波ユニットと、前記超音波ユニットを前記支柱に沿った状態で支持するホルダとを有する超音波加工装置であって、前記ホルダには、前記超音波ユニットが前記支柱の立設方向に沿って振動することをガイドする複数の第１ガイドローラが備えられ、前記複数の第１ガイドローラは、前記超音波ユニットの軸心を基点として放射状に配置され、前記ホルダの保持部を基点としてリジットに固定される複数のガイドローラと、前記超音波ユニットの軸心方向へ向けた付勢力を生じさせ、前記超音波ユニットを前記リジットに固定されたガイドローラへ押し付ける付勢手段が付帯された少なくとも１つのガイドローラとから成ることを特徴とする。

Claims (4)

1. ベースと、前記ベースを基点として配置された支柱と、前記支柱に沿った方向に微振動を生じさせる超音波ユニットと、前記超音波ユニットを前記支柱に沿った状態で支持するホルダとを有する超音波加工装置であって、
   前記ホルダには、前記超音波ユニットが前記支柱の立設方向に沿って振動することをガイドする複数の第１ガイドローラが備えられ、
   前記複数の第１ガイドローラのうちの少なくとも１つの第１ガイドローラには、前記超音波ユニットの軸心方向へ向けた付勢力を生じさせる付勢手段が付帯されていることを特徴とする超音波加工装置。
2. 前記第１ガイドローラの配置数を偶数とする場合、各第１ガイドローラは、前記超音波ユニットの軸心を基点として放射状に均等配置し、
   対向配置された第１ガイドローラのうちのいずれか一方に、前記付勢手段を付帯させることを特徴とする請求項１に記載の超音波加工装置。
3. 前記ホルダには、前記超音波ユニットが微振動する際に生じる軸線周りの回転を抑制する回り止め手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波加工装置。
4. 前記回り止め手段は、前記ホルダまたは前記支柱に固定されたガイドと、
   前記超音波ユニットに固定され、かつ前記ガイドに付勢される第２ガイドローラにより構成されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波加工装置。

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