JP2020142338A - ノズル、ブラスト加工装置及びブラスト加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】等方的にスペースを形成し、且つ、スペースの垂直性を改善する。【解決手段】ノズル２０は、研磨材Ｍの導入路３５を有する基部３１と、軸線を中心とする円環状の噴射口を有する先端部３３と、を備えている。この先端部３３は、少なくとも一部分が、軸線を中心軸線とし、且つ、噴射口４９に近づくにつれて径が大きくなる円錐台形状を呈するロッド４７と、ロッド４７の側方からロッドの側面４７ａを囲む内周面４８ａを有する筒状のノズルチップ４８であり、側面４７ａと内周面４８ａとの間に、導入路３５から導入された研磨材Ｍを噴射口４９に案内する通路を形成する、該ノズルチップ４８と、を有している。【選択図】図２

Description

本開示は、ノズル、ブラスト加工装置及びブラスト加工方法に関する。

圧縮空気と共に研磨材をノズルから噴射することで、被処理体に穴や溝といった深いスペースを形成するブラスト加工装置が知られている。このようなブラスト加工では、マスクパターンが形成されたドライフィルムを被処理体上に形成し、ノズルから研磨材を噴射して被処理体のドライフィルムから露出する領域を除去することによって、被処理体にスペースを形成する。

一般的なブラスト加工装置は、図１０に示すようなノズルを備えている。図１０に示す従来のノズル１００は、ドライフィルム１０４を介して、円形の噴射口１０２から被処理体Ｗに研磨材Ｍを噴射する。このようなノズル１００を用いて被処理体Ｗにスペース１０６を形成した場合には、スペース１０６を画成する側壁１０６ｓにテーパ面が形成され、深さ方向において先細った形状のスペース１０６が形成される。

近年、ブラスト加工の用途によっては、被処理体に高い垂直性を有するスペースを形成することが求められることがある。高い垂直性を有するスペースを形成するための技術として、特許文献１に記載のブラスト加工方法が知られている。特許文献１には、粉粒体と気体とを含む固気二相流を分散させる分散室と、固気二相流を収束させる収束室と、収束された固気二相流を加速させる加速室とを有するノズルを用いて、被処理体に溝状のスペースを形成することが記載されている。特許文献１のノズルの噴射口は、スリット形状を有している。この噴射口は、スリットの長さ方向の中心で２つに分割されており、分割された２つの噴射口からは、被処理体の加工面の法線方向を基準として噴射口の長さ方向に傾斜し、且つ、互いに遠ざかる方向に沿って固気二相流が噴射される。

特開２００１−１２９７６２号公報

特許文献１に記載のノズルでは、被処理体の加工面の法線方向を基準として噴射口の長さ方向に傾斜する方向に研磨材を噴射することによって、溝を画成する側壁に斜め方向から研磨材を衝突させている。このように、側壁に斜め方向から研磨材を衝突されることで、テーパ面が除去され、溝の垂直性が改善される。しかしながら、このノズルでは、スロット状の噴射口の長さ方向に対して垂直に形成された側壁のテーパ面を除去することができるものの、噴射口の長さ方向に対して平行な方向に形成された側壁にはテーパ面が残ることとなる。すなわち、特許文献１に記載のノズルを用いたブラスト加工では、スペースの側壁の向きによって当該側壁の角度にばらつきが生じ、非等方的にスペースの形成が進行することとなる。

したがって、等方的にスペースを形成し、且つ、スペースの垂直性を改善することができるノズル、ブラスト加工装置及びブラスト加工方法を提供することが求められている。

一態様に係るノズルは、研磨材の導入路を有する基部と、軸線を中心とする円環状の噴射口を有する先端部と、を備えている。この先端部は、少なくとも一部分が、軸線を中心軸線とし、且つ、噴射口に近づくにつれて径が大きくなる円錐台形状を呈するロッドと、ロッドの側方からロッドの側面を囲む内周面を有する筒状のノズルチップであり、側面と内周面との間に、導入路から導入された研磨材を噴射口に案内する通路を形成する、該ノズルチップと、を有している。

上記態様に係るノズルでは、導入路から研磨材が導入されると、当該研磨材がロッドの側面と内周面との間に形成された通路に流入する。通路に流入した研磨材は、軸線周りに延在し、且つ、噴射口に近づくにつれて径が大きくなる円錐台形状の側面に沿って噴射口に案内され、噴射口から噴射される。このように噴射された研磨材は、スペースを画成する側壁に対して斜め方向から衝突するので、側壁のテーパ面を除去することができ、その結果、スペースの垂直性を改善することができる。また、上記態様のノズルでは、円環状の噴射口から、軸線周りの全方向に研磨材が噴射されるので、被処理体にスペースを等方的に形成することができる。

一実施形態のノズルは、基部と先端部との間に設けられた本体部であり、導入路に連通する拡散室、及び、通路に連通するバッファ室を有する、該本体部を更に備え、本体部が、拡散室とバッファ室との間に設けられ、且つ、軸線上に配置された拡散板を有し、拡散板には、軸線を中心とする仮想円に沿って複数の開口が形成されていてもよい。

上記実施形態では、導入路から拡散室に導入された研磨材が、拡散板に衝突し、跳ね返ることで拡散室内において拡散される。拡散された研磨材は、複数の開口を通過してバッファ室に導入される。バッファ室に導入された研磨材は通路に導入される。このように、拡散された研磨材を通路に導入することによって、噴出口での研磨材の分布の均一性を改善することができる。

一実施形態では、基部が、軸線に沿って直線状に延在し、導入路を画成する導入管を含み、本体部には、導入管の端部が接続される導入口が形成されており、導入管が、導入口の開口幅に対して１０倍以上の長さを有していてもよい。

この実施形態では、導入管が、軸線に沿って直線状に延在し、且つ、導入口の幅に対して十分な長さを有しているので、導入路を流れる研磨材が軸線方向に平行な方向に沿って流れるように整流させることができる。その結果、噴出口での研磨材の分布の均一性をより改善することができる。

一実施形態では、ロッド及びノズルチップが、ボロンカーバイドによって構成されていてもよい。ボロンカーバイドは高い耐摩耗性を有しているので、ロッド及びノズルチップをボロンカーバイドによって構成することで、ロッド及びノズルチップの摩耗を抑制することができる。

一態様に係るブラスト加工装置は、上記ノズルを備えている。上記のように、このブラスト加工装置によれば、等方的にスペースを形成し、且つ、スペースの垂直性を改善することができる。

一態様では、研磨材の導入路を有する基部と、軸線を中心とする円環状の噴射口を有する先端部と、を備えるノズルから研磨材を噴射するブラスト加工方法が提供される。この方法は、導入路から研磨材を導入する工程と、軸線を基準として軸線に対して径方向側に傾斜する方向であって噴射口から離れるにつれて軸線から遠ざかる方向に沿って、噴射口から研磨材を噴射する工程を含む。

上記態様のブラスト加工方法では、軸線を基準として軸線に対して径方向側に傾斜する方向であって噴射口から離れるにつれて軸線から遠ざかる方向に沿って、噴射口から研磨材が噴射される。このように噴射された研磨材は、スペースを画成する側壁に対して斜め方向から衝突するので、側壁のテーパ面を除去することができ、その結果、スペースの垂直性を改善することができる。また、上記態様のノズルでは、円環状の噴射口から、軸線周りの全方向に研磨材が噴射されるので、被処理体に等方的にスペースを形成することができる。

一実施形態では、ノズルが、基部と先端部との間に設けられ、且つ、軸線上に配置された円形の拡散板であり、軸線を中心とする仮想円の周方向に沿って複数の開口が形成された、該拡散板を更に備え、導入路から導入された研磨材を拡散板に衝突させ、複数の開口に衝突した研磨材を通過させることによって、研磨材を拡散させる工程を更に含んでいてもよい。

上記実施形態では、導入路から拡散室に導入された研磨材が、拡散板に衝突し、跳ね返ることで拡散される。拡散された研磨材は、複数の開口を通過して噴射口から噴射される。このように、拡散板を用いて研磨材が拡散されることによって、噴出口での研磨材の分布の均一性を改善することができる。

本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、等方的にスペースを形成し、且つ、スペースの垂直性を改善することができる。

一実施形態のブラスト加工システムを概略的に示す図である。 一実施形態のノズルを示す断面図である。 一実施形態のノズルを示す斜視図である。 拡散部の平面図である。 先端部の下面図である。 研磨材の流れを示す断面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 一実施形態に係るブラスト加工方法を示すフローチャートである。 実験例１〜３によって穴が形成された被処理体を示す断面図である。 従来のノズルを示す断面図である。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

図１は、一実施形態に係るブラスト加工システムを概略的に表す図である。図１に示すブラスト加工システム１は、ブラスト加工装置１０、研磨材供給装置５０、分級器６２及び集塵機７０を備えている。

ブラスト加工装置１０は、研磨材供給装置５０から供給された研磨材Ｍを被処理体Ｗに対して噴射する装置である。ブラスト加工装置１０は、研磨材Ｍを被処理体Ｗに噴射することによって、被処理体Ｗに穴や溝といったスペースを形成する。ブラスト加工装置１０は、例えば直圧式のブラスト加工装置である。

ブラスト加工装置１０は、容器１２及びノズル２０を備えている。容器１２は、上部容器１３及び下部容器１４を含んでいる。上部容器１３は下部が開放されており、下部容器１４は上部が開放されている。上部容器１３と下部容器１４との間には、通過板２３が設けられている。通過板２３には、研磨材Ｍが通過可能な複数の開口が形成されている。上部容器１３は、通過板２３と共に加工室１３ｓを画成している。

加工室１３ｓ内には、被処理体Ｗが載置される加工台２４が設けられている。被処理体Ｗは、例えば、セラミック材料、ガラス材料などの硬脆材料、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）材料などの難切削材料であり得る。加工台２４は、コンベア駆動部２５に支持されている。コンベア駆動部２５は、通過板２３上に設けられている。コンベア駆動部２５は、例えばＸ−Ｙステージといった移動機構であり、加工台２４上に載置された被処理体Ｗをノズル２０に対して相対的に移動させる。被処理体Ｗの移動方向及び移動速度は、被処理体Ｗの大きさ、形状、材質、被処理体Ｗに形成されるスペースの形状等に応じて適宜設定される。なお、上部容器１３には、加工室１３ｓの内側を観察するための窓１３ｗが設けられていてもよい。

ノズル２０は、加工台２４の上方に設けられている。ノズル２０は、直圧式ブラスト加工用のブラストノズルであり、基部３１、本体部３２及び先端部３３を備えている。先端部３３は、研磨材Ｍの噴射口４９を有しており、噴射口４９が加工台２４の上面に対向するように、加工室１３ｓ内に設けられている。基部３１は、少なくとも部分的に加工室１３ｓの外部に配置されており、当該基部３１には供給配管２２の一端が接続されている。ノズル２０は、供給配管２２から供給された研磨材Ｍを圧縮空気と共に固気二相流として被処理体Ｗに噴射する。

上部容器１３の上方には、ノズル駆動部２６が設けられている。ノズル駆動部２６は、ノズル２０に接続する接続機構と、当該接続機構を駆動するモータとを含んでいる。ノズル駆動部２６は、モータを駆動することによって、加工台２４上に載置された被処理体Ｗに対してノズル２０の水平方向の位置を相対的に移動させる。ノズル駆動部２６によるノズル２０の移動方向及び移動速度は、被処理体Ｗの大きさ、形状、材料、形成されるスペースの形状等に応じて適宜設定される。

下部容器１４は、上部容器１３の下方に設けられている。下部容器１４は、下方に向かうにつれて幅が狭くなるテーパ状の側壁を有している。下部容器１４は、通過板２３と共に回収空間１４ｓを画成している。回収空間１４ｓは、通過板２３に形成された複数の開口を介して加工室１３ｓに連通している。したがって、ノズル２０から被処理体Ｗに噴射された研磨材Ｍは、通過板２３に形成された複数の開口を通って下部容器１４の回収空間１４ｓに回収される。下部容器１４の底部には、回収した研磨材Ｍを分級器６２に供給するための下部開口１４ｅが形成されている。

下部容器１４の下部開口１４ｅには、回収管２８の一端が接続されている。回収管２８の他端は、分級器６２に接続されている。分級器６２は、ノズル２０から被処理体Ｗに投射された使用済みの研磨材Ｍを吸引し、再使用可能な研磨材Ｍと再利用不能な破片とに分離する。分級器６２は、例えばサイクロン式の分級器である。分級器６２には、サイクロン導管６４の一端が接続されている。サイクロン導管６４の他端は集塵機７０に接続されている。分級器６２に吸引された使用済みの研磨材Ｍのうち再利用不能な破片は、サイクロン導管６４を介して集塵機７０に搬送される。一方、分級器６２に吸引された使用済みの研磨材Ｍのうち再利用可能な研磨材Ｍは、導管６６に送られる。

集塵機７０は、研磨材Ｍの破片及び被処理体Ｗの切削粉を収集する装置である。集塵機７０は、サイクロン導管６４を吸引し、下部容器１４の下部開口１４ｅから回収管２８、分級器６２及びサイクロン導管６４を通って集塵機７０に向かう気流を生成する。この気流によって、下部容器１４の回収空間１４ｓに回収された使用済みの研磨材Ｍ及び被処理体Ｗの切削粉が分級器６２に搬送され、分級器６２において分級された研磨材Ｍの破片及び切削粉が集塵機７０に吸引される。集塵機７０によって吸引された破片及び切削粉は、フィルタを用いて捕捉される。

分級器６２の下方には、研磨材供給装置５０が設けられる。研磨材供給装置５０は、ブラスト加工装置１０に研磨材Ｍを供給するための装置であり、タンク５２及び定量供給機構５４を備えている。タンク５２の内部には、研磨材Ｍが貯留されている。限定されるものではないが、研磨材Ｍとしては、例えばアルミナ粉末、銑鉄グリット及び鋳型グリットが用いられる。

タンク５２は、天板５２ａ及び側壁５２ｂを含んでいる。一実施形態では、タンク５２は、４つの側壁５２ｂを有している。４つの側壁５２ｂの各々は、向かい合う側壁５２ｂに対して平行に配置された上部と、下方に向かうにつれて向かい合う側壁５２ｂに対して近づくように傾斜する下部を有している。すなわち、タンク５２は、下方に向かうにつれて幅が狭くなる側壁を有している。

また、タンク５２の底部には、下部開口５３が形成されている。タンク５２の下部開口５３の下方には、定量供給機構５４が設けられている。定量供給機構５４には、供給配管２２の他端が接続されている。定量供給機構５４は、タンク５２内の下部開口５３から一定量の研磨材Ｍを取り出し、取り出した研磨材を供給配管２２を介してノズル２０に供給する。

一実施形態では、定量供給機構５４は、ローラ５４ａ及び駆動機構５４ｂを備えている。ローラ５４ａの外周面には、タンク５２内の下部開口５３から供給された研磨材Ｍが充填される凹部が形成されている。駆動機構５４ｂは、ローラ５４ａに対して駆動力を付与することによりローラ５４ａを回転させる。ローラ５４ａの回転によって回転方向下流に搬送された凹部には、圧縮空気供給装置５６から供給された圧縮空気が噴射され、凹部に充填された研磨材Ｍが取り出される。凹部から取り出された研磨材Ｍは、圧縮空気によって供給配管２２を通り、ノズル２０に供給される。なお、定量供給機構５４は、ローラ５４ａ及び駆動機構５４ｂを含む構成に限定されるものではなく、一定量の研磨材Ｍをノズル２０に供給することができる限りその構造は限定されない。

また、タンク５２の天板５２ａには、加圧用配管５８が接続されている。加圧用配管５８は、圧縮空気供給装置５６に接続されている。圧縮空気供給装置５６から供給された圧縮空気は、加圧用配管５８を介して加圧用空気としてタンク５２内に導入される。加圧用空気がタンク５２内に供給されることにより、タンク５２内は加圧される。その圧力によって、タンク５２内の研磨材Ｍが下部開口５３を介してローラ５４ａの凹部に密に充填される。

タンク５２の天板５２ａには、分級器６２によって分級された再利用可能な研磨材Ｍを回収するための開口が形成されている。この開口と導管６６との間には、弁体６０が設けられている。弁体６０は、例えば加圧弁であり、タンク５２内部圧力に応じて開閉する。具体的には、弁体６０は、タンク５２の内部圧力が所定の圧力よりも高くなった場合に閉鎖され、タンク５２の内部圧力が所定の圧力以下になったときに開放される。弁体６０が閉鎖されている場合には、タンク５２と導管６６との連通が遮断されことにより、分級器６２からタンク５２への研磨材Ｍの供給が停止される。反対に、弁体６０が開放されている場合には、タンク５２と導管６６とが連通され、分級器６２からタンク５２へ再利用可能な研磨材Ｍが供給される。一実施形態では、弁体６０は、例えば、ダンプバルブ又はエアシリンダなどの駆動により円錐形状の弁体を上下させる三角弁であってもよい。

なお、一実施形態では、研磨材供給装置５０は、バイブレータ５５を更に備えていてもよい。バイブレータ５５は、タンク５２を振動させることによって、タンク５２内の研磨材Ｍの偏在又は残留を抑え、下部開口５３からの研磨材Ｍの供給を円滑化する。

さらに、一実施形態においては、ブラスト加工装置１０は、制御装置ＣＮＴを更に備えていてもよい。制御装置ＣＮＴは、例えば、プログラム可能なコンピュータから構成されており、ブラスト加工システム１の全体の動作を制御する。制御装置ＣＮＴは、例えば、コンベア駆動部２５、ノズル駆動部２６、駆動機構５４ｂ、分級器６２及び集塵機７０に接続されている。

制御装置ＣＮＴは、入力されたプログラムに従って動作し、制御信号を送出する。制御装置ＣＮＴからの制御信号により、加工台２４の移動方向及び移動速度、ノズル２０の移動方向及び移動速度、ローラ５４ａの回転速度、分級器６２の作動及び作動停止、及び、集塵機７０の作動及び作動停止を制御することが可能となっている。

以下、図２及び図３を参照して、一実施形態のノズルについて詳細に説明する。図２は、一実施形態のノズル２０を示す断面図である。図３は、一実施形態のノズル２０を示す斜視図である。図２及び図３に示すように、ノズル２０は、基部３１、本体部３２及び先端部３３を備えている。なお、以下では、ノズル２０の基部３１側の方向をノズル基端側と称し、ノズル２０の噴射口４９側の方向をノズル先端側と称する。

基部３１は、研磨材供給装置５０から供給された研磨材Ｍをノズル２０の内部に導入する部分である。基部３１は、ノズル２０の軸線Ｚに沿って直線状に延びる導入管３４を有している。導入管３４の内部には、研磨材Ｍの導入路３５が画成されている。導入管３４のノズル基端側の端部には、連結用のジョイント３４ｊが設けられており、当該ジョイント３４ｊを介して導入管３４が供給配管２２に接続されている。導入管３４のノズル先端側の端部は、本体部３２に形成された貫通孔（導入口）３６に嵌入されることにより本体部３２に接続されている。一実施形態では、導入管３４は、貫通孔３６の開口幅ｒに対して１０倍以上の長さＬを有していてもよい。

本体部３２は、天板３７、上部本体３８、拡散部３９及び下部本体４０を有している。上部本体３８は、筒状をなしており、その内部に拡散室３８ｓを画成している。拡散室３８ｓは、導入路３５から導入された研磨材Ｍを拡散させるための空間であり、略円柱形状を有している。上部本体３８の導入管３４側の端部、すなわち上部本体３８の上端側には、天板３７が設けられている。天板３７は、略正方形の平面形状を有する板体であり、上部本体３８の上端を覆っている。

天板３７には、当該天板３７を厚さ方向に貫通する貫通孔３６が形成されている。貫通孔３６は、軸線Ｚに重なる位置に形成されている。貫通孔３６は、軸線Ｚに直交する方向において、所定の開口幅ｒを有している。貫通孔３６には、導入管３４のノズル先端側の端部が嵌入されている。

上部本体３８のノズル先端側には、拡散部３９が設けられている。拡散部３９は、拡散板４１及び枠体４２を含んでいる。拡散板４１は、拡散室３８ｓと後述するバッファ室４４ｓとの間に設けられており、軸線Ｚ上に配置されている。一実施形態では、拡散板４１は、円形板状を呈しており、軸線Ｚに対して直交する平面に沿って設けられている。拡散板４１の中心は、軸線Ｚと重なる位置に配置されている。

図４は、拡散部３９を示す平面図である。図４に示すように、拡散板４１には、研磨材Ｍが通過可能な複数の開口４３が形成されている。これら複数の開口４３は、軸線Ｚを中心とする仮想円Ｃに沿って配列されており、軸線Ｚの周りに等間隔で形成されている。複数の開口４３は、拡散室３８ｓと後述するバッファ室４４ｓとを連通させる。一実施形態では、拡散板４１は、ボロンカーバイドによって構成されていてもよい。

枠体４２は、径方向外側から拡散板４１を囲むように設けられている。枠体４２は、上部本体３８と下部本体４０との間で挟持されている。これにより、拡散室３８ｓとバッファ室４４ｓとの間で拡散板４１が保持される。なお、拡散板４１及び枠体４２は、一体的に形成されていてもよいし、別体として形成されたうえで互いに連結されていてもよい。

図２に示すように、下部本体４０は、筒体４４及び連結部材４５を有している。筒体４４は、上部本体３８と同形の筒状を呈しており、枠体４２に対してノズル先端側に設けられている。連結部材４５は、筒体４４の内部空間に設けられている。一実施形態では、連結部材４５は、円板４５ａ及び突出部４５ｂを含んでいる。円板４５ａは、拡散板４１と同形状を有しており、拡散板４１よりもノズル先端側において、拡散板４１と重なるように配置されている。すなわち、軸線Ｚ方向から見て、円板４５ａに形成された複数の開口は、拡散板４１に形成された複数の開口４３に対して重なる位置に設けられている。円板４５ａは筒体４４に接続されている。

突出部４５ｂは、円柱形状を呈しており、上面及び下面を有している。突出部４５ｂの上面は、円板４５ａに連結されている。突出部４５ｂの下面には、ネジ７２が挿通されるネジ穴が形成されている。突出部４５ｂは、その中心軸線が軸線Ｚに一致するように上面及び下面の間で延在している。

筒体４４と突出部４５ｂとの間には、バッファ室４４ｓが形成されている。バッファ室４４ｓは、軸線Ｚに直交する断面視において円環状を有する空間であり、軸線Ｚ方向に平行な方向に延在している。拡散室３８ｓ及びバッファ室４４ｓは、拡散板４１の複数の開口４３及び円板４５ａの複数の開口を介して互いに連通されている。

なお、天板３７、上部本体３８、枠体４２及び筒体４４には、軸線Ｚ方向に延びる穴が形成されており、当該穴にネジＢ１が挿通されることで、天板３７、上部本体３８、拡散部３９及び下部本体４０が互いに締結されていてもよい。一実施形態では、上部本体３８のノズル基端側の端部には、溝が形成され、その溝に沿って弾性体（例えば、Ｏリング）Ｒが設けられており、当該弾性体Ｒを介して天板３７と上部本体３８とが締結されていてもよい。

先端部３３は、本体部３２に対してノズル先端側に設けられている。先端部３３は、筒体４６、ロッド４７及びノズルチップ４８を有している。筒体４６は、円筒形状を有しており、その内部に円柱形状の内部空間を画成している。筒体４６の中心軸線は、軸線Ｚに一致している。筒体４６は筒体４４にネジＢ２で固定されている。一実施形態では、筒体４４と筒体４６との間には弾性体（例えば、Ｏリング）Ｒが介在していてもよい。

筒体４６の内部空間には、ロッド４７及びノズルチップ４８が設けられている。限定されるものではないが、ロッド４７及びノズルチップ４８は、ボロンカーバイド等の耐摩耗性を有する材料から構成されていてもよい。ロッド４７は、軸線Ｚを中心軸線とし、且つ、ノズル先端側に近づくにつれて径が大きくなる円錐台形状を有している。ロッド４７の上面は、突出部４５ｂ径と同一又は当該径よりも小さな径を有しており、ロッド４７の下面は、当該上面よりも大きな径を有している。また、ロッド４７は、軸線Ｚに対して傾斜する側面４７ａを有している。より具体的には、側面４７ａは、軸線Ｚ周りに延在し、且つ、ノズル２０の噴射口４９に近づくにつれて径が大きくなる円錐面に沿って延在している。

図２に示すように、軸線Ｚに沿った平面で切断した断面視において、側面４７ａは、軸線Ｚに対して角度θで傾斜する方向に直線状に延びている。角度θは、被処理体Ｗの大きさ、形状、材料、形成されるスペースの形状等に応じて任意に設定される。この角度θを変化させることで、噴射口４９から噴射される研磨材Ｍの投射角度が変化し、その結果、スペースを画成する側壁の角度を制御することができる。一実施形態では、角度θは、５°以上３０°以下、より詳細には、５°以上１５°以下に設定されていてもよい。

一実施形態では、ロッド４７には、その中心軸線（軸線Ｚ）に沿って貫通孔４７ｈが形成されている。貫通孔４７ｈにはネジ７２が挿入され、当該ネジ７２が突出部４５ｂに形成されたネジ穴にねじ込まれている。これにより、ロッド４７の上面と突出部４５ｂの下面が対面した状態で、ロッド４７が本体部３２に対して固定される。

ノズルチップ４８は、筒状をなしており、ロッド４７の側面４７ａを囲むように設けられている。ノズルチップ４８は、ロッド４７の側方から側面４７ａを囲む内周面４８ａを有している。この内周面４８ａは、側面４７ａに対面するように配置されている。すなわち、軸線Ｚを含む断面から見て、側面４７ａ及び内周面４８ａは互いに平行に延びている。側面４７ａと内周面４８ａとの間には、隙間７４が形成されている。隙間７４は、ロッド４７の側面４７ａに沿って延びており、軸線Ｚに直交する断面視において円環状を有している。図２に示す断面から見た場合に、隙間７４の延在方向は、ノズル先端側に近づくにつれて軸線Ｚから遠ざかるように軸線Ｚに対して傾斜している。側面４７ａの法線方向において、隙間７４は例えば１ｍｍの幅を有している。この隙間７４は、導入路３５から導入された研磨材Ｍを噴射口４９に案内する通路として機能する。

一実施形態では、ノズルチップ４８は、内周面４８ａの上端に接続する傾斜面４８ｂを更に有していてもよい。傾斜面４８ｂは、軸線Ｚ周りに延在し、且つ、ノズル先端側に近づくにつれて径が小さくなる円錐面に沿って延在している。すなわち、図２に示す断面視において、傾斜面４８ｂは、ノズル先端側に近づくにつれて軸線Ｚに近づくように傾斜している。この傾斜面４８ｂは、バッファ室４４ｓに導入された研磨材Ｍを隙間７４の入口側に案内するように機能する。

隙間７４のノズル先端側の端部、すなわち隙間７４の出口は、研磨材Ｍが噴射される噴射口４９を構成する。図５は、先端部３３の下面図である。図５に示すように、ノズル２０の噴射口４９は、ロッド４７の下面とノズルチップ４８の下面との間に形成されており、軸線Ｚを中心とする円環状をなしている。噴射口４９は、隙間７４、バッファ室４４ｓ及び拡散室３８ｓを介して導入路３５に連通している。

次に、図６を参照してノズル２０内の研磨材Ｍの流れについて説明する。定量供給機構５４によって、タンク５２から取り出された研磨材Ｍは、供給配管２２を通って固気二相流として導入管３４に供給される。導入管３４に供給された研磨材Ｍは、軸線Ｚ方向に沿って導入路３５を流れ、拡散室３８ｓに導入される。ここで、導入路３５が、軸線Ｚ方向に沿って直線状に延在し、且つ、貫通孔３６の開口幅ｗに対して十分な長さＬを有しているので、研磨材Ｍが導入路３５を通過する間に研磨材Ｍが軸線Ｚ方向に対して平行な方向に沿って流れるように整流される。

軸線Ｚ方向に沿って拡散室３８ｓに導入された研磨材Ｍは、拡散板４１に衝突し、跳ね返ることで拡散室３８ｓ内において拡散される。拡散された研磨材Ｍは、複数の開口４３の何れかをランダムで通過し、バッファ室４４ｓに導入される。この際、研磨材Ｍが整流された状態で拡散室３８ｓに導入されているので、複数の開口４３の各々を通過する研磨材Ｍの量が均等化される。

バッファ室４４ｓに導入された研磨材Ｍは、傾斜面４８ｂに衝突し、傾斜面４８ｂに沿って隙間７４に案内される。案内された研磨材Ｍは、隙間７４の入口から導入され、隙間７４内を流れる。これにより、研磨材Ｍの流れ方向は、ロッド４７の側面４７ａに沿った方向、すなわち軸線Ｚに対して角度θで傾斜した方向に変化する。隙間７４を流れる研磨材Ｍは、軸線Ｚを中心とする円環状の噴射口４９から被処理体Ｗに向けて噴射される。

図６に示すように、噴射口４９から噴射される研磨材Ｍの向きは、ロッド４７の側面４７ａの延在方向に沿っている。すなわち、研磨材Ｍは、軸線Ｚを基準として軸線Ｚに対する径方向側に傾斜した方向であって噴射口４９から離れるにつれて軸線Ｚから遠ざかる方向に沿って噴射口４９から噴射される。噴射口４９からの研磨材Ｍの噴射方向は、軸線Ｚとロッド４７の側面４７ａとがなす角度θに一致する。このように噴射口４９から噴射された研磨材Ｍは、被処理体Ｗに衝突し、その結果、被処理体Ｗの表面に穴や溝といったスペースが形成される。ここで、研磨材Ｍは、スペースを画成する側壁に対して斜め方向から衝突することになるので、側壁のテーパ面を除去することができ、その結果、スペースの垂直性を改善することができる。

図７は、図６のＶＩＩ―ＶＩＩ線に沿った研磨材Ｍの噴射流の断面図である。噴射口４９は円環状を呈しているので、図７に示すように、噴射口４９から噴射された研磨材Ｍの流れは、軸線Ｚに対して直交する断面視において円環状のパターンを有している。すなわち、噴射口４９からは、軸線Ｚ周りの全方向において、軸線Ｚを基準として軸線Ｚに対する径方向側に傾斜した方向であって噴射口４９から離れるにつれて軸線Ｚから遠ざかる方向に沿って研磨材Ｍが噴射されることとなる。このように研磨材Ｍが噴射されることにより、被処理体Ｗにスペースを等方的に形成することができる。

次に、一実施形態のブラスト加工方法について説明する。図８は、一実施形態に係るブラスト加工方法ＭＴを示すフローチャートである。この方法ＭＴは、図１に示すブラスト加工装置１０を用いて実行される。

方法ＭＴでは、まず工程ＳＴ１１が行われる。工程ＳＴ１１では、ドライフィルムが被処理体Ｗ上に形成される。このドライフィルムには、被処理体Ｗに形成されるべきスペースの形状に対応したマスクパターンが形成されている。続く工程ＳＴ１２では、供給配管２２から導入管３４に研磨材Ｍが導入される。導入管３４に導入された研磨材Ｍは、導入路３５を流れる過程で軸線Ｚ方向に対して平行に流れるように整流される。

続く工程ＳＴ１３では、導入管３４を通過した研磨材Ｍが、拡散板４１に衝突し、拡散室３８ｓ内で拡散される。研磨材Ｍが拡散されることによって、噴射口４９の周方向において研磨材Ｍの分布の均一性が向上する。続く工程ＳＴ１４では、拡散された研磨材Ｍが、複数の開口４３、バッファ室４４ｓ及び隙間７４を通って噴射口４９から噴射される。ここで、研磨材Ｍは、軸線Ｚを基準として軸線Ｚに対する径方向側に傾斜する方向であって噴射口４９から離れるにつれて軸線Ｚから遠ざかる方向に沿って噴射される。噴射口４９から噴射された研磨材Ｍは、被処理体Ｗに衝突し、その結果、被処理体Ｗの表面に穴や溝といったスペースが形成される。

以上、種々の実施形態に係るノズル、ブラスト加工装置及びブラスト加工方法について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形態様を構成可能である。

例えば、上記実施形態では、ロッド４７が円錐台形状を有しているが、ロッド４７が、軸線Ｚ周りに延在し、且つ、噴射口４９に近づくにつれて径が大きくなる円錐面に沿って延在する側面４７ａを有している限り、ロッド４７は任意の形状を有していてもよい。例えば、ロッド４７は、円錐台形状を一部分に含む立体形状を有していてもよいし、円錐形を有していてもよい。

また、上記実施形態では、ロッド４７及びノズルチップ４８は、ボロンカーバイドとは異なる任意の耐摩耗性材料から構成されていてもよい。さらに、上部本体３８及び下部本体４０の構成部材の表面が、ボロンカーバイド等の耐摩耗性材料でコーティングされていてもよい。

以下、実験例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。

本実験例では、図２に示すノズル２０を用いて被処理体Ｗにブラスト加工を行った。本実験例では、まずニッコーマテリアル社製のドライフィルムＦ（ＮＣＭ２５０）を被処理体Ｗ上に形成した後に露光現像を行い、被処理体Ｗ上にレジストマスクを形成した。ドライフィルムＦには、直径６０μｍの穴パターンを有するレジストパターンが形成された。被処理体Ｗとしては、厚さ４０μｍのガラスエポキシ基板を使用した。

本実験例では、ロッド４７の側面４７ａと軸線Ｚとのなす角度θが異なる３つのノズルを用意した。具体的に、実験例１では、角度θが５°に設定されたノズルを使用して被処理体Ｗに貫通孔を形成した。同様に、実験例２及び３では、それぞれ角度θが１０°及び１５°に設定されたノズルを使用して被処理体Ｗに貫通孔を形成した。そして、実験例１〜３において、被処理体Ｗに形成された貫通孔の側壁の角度を測定した。

実験例１〜３では、ロッド４７及びノズルチップ４８の材料としてボロンカーバイドを使用した。また、ロッド４７とノズルチップ４８との間の隙間７４の幅は１ｍｍとした。実験例１〜３のその他の加工条件は、以下の通りとした。
・研磨材Ｍ：ＷＡ＃１５００（株式会社松見製のホワイトアルミナ研磨材）
・ノズル２０の移動速度：１０ｍ／ｍｉｎ
・加工台２４の移動速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ
・ノズル２０の移動幅：１５０ｍｍ
・ノズル２０と被処理体Ｗとの距離：２０ｍｍ
・噴射圧力：０．１５ＭＰａ
・研磨材Ｍの噴射量：約８０ｇ／ｍｉｎ

図９は、実験例１〜３によって被処理体Ｗに形成された穴の形状を示す断面図である。図９（ａ）に示すように、実験例１で形成された貫通孔は、被処理体Ｗの表面側に５９μｍの開口幅を有し、被処理体Ｗの裏面側に２８μｍの開口幅を有していた。貫通孔の側壁は、貫通孔の軸線方向を基準として１９．８°の角度で傾斜していた。なお、実験例１では、被処理体Ｗを３回走査することによって被処理体Ｗに貫通孔が形成された。

図９（ｂ）に示すように、実験例２で形成された貫通孔は、被処理体Ｗの表面側に５９μｍの開口幅を有し、被処理体Ｗの裏面側に３８μｍの開口幅を有していた。貫通孔の側壁は、貫通孔の軸線方向を基準として１３．８°の角度で傾斜していた。なお、実験例２では、被処理体Ｗを２回走査することによって被処理体Ｗに貫通孔が形成された。

図９（ｃ）に示すように、実験例３で形成された貫通孔は、被処理体Ｗの表面側に５９μｍの開口幅を有し、被処理体Ｗの裏面側に５０．８μｍの開口幅を有していた。貫通孔の側壁は、貫通孔の軸線方向を基準として４．４°の角度で傾斜していた。なお、実験例３では、被処理体Ｗを２回走査することによって被処理体Ｗに貫通孔が形成された。

実験例１〜３から、ロッド４７の側面４７ａと軸線Ｚとのなす角度θを変化させることによって、スペースを画成する側壁の角度を調整することができることが確認された。また、実験例１では、被処理体Ｗを３回走査することによって貫通孔が形成されたのに対し、実験例２及び３では、被処理体Ｗを２回走査することによって貫通孔が形成された。この結果から、角度θを変化させることによって、穴あけ加工の効率も変化することが確認された。

１…ブラスト加工システム、１０…ブラスト加工装置、１２…容器、２０…ノズル、２２…供給配管、２４…加工台、３１…基部、３２…本体部、３３…先端部、３４…導入管、３４ｊ…ジョイント、３５…導入路、３６…貫通孔（導入口）、３７…天板、３８…上部本体、３８ｓ…拡散室、３９…拡散部、４０…下部本体、４１…拡散板、４２…枠体、４３…複数の開口、４４…筒体、４４ｓ…バッファ室、４５…連結部材、４６…筒体、４７…ロッド、４７ａ…側面、４８…ノズルチップ、４８ａ…内周面、４８ｂ…傾斜面、４９…噴射口、５０…研磨材供給装置、６２…分級器、７０…集塵機、７４…隙間（通路）、Ｆ…ドライフィルム、Ｍ…研磨材、Ｗ…被処理体、Ｚ…軸線。

Claims (7)

1. 研磨材の導入路を有する基部と、
   軸線を中心とする円環状の噴射口を有する先端部と、
   を備え、
   前記先端部が、
   少なくとも一部分が、前記軸線を中心軸線とし、且つ、前記噴射口に近づくにつれて径が大きくなる円錐台形状を呈するロッドと、
   前記ロッドの側方から前記ロッドの側面を囲む内周面を有する筒状のノズルチップであり、前記側面と前記内周面との間に、前記導入路から導入された研磨材を前記噴射口に案内する通路を形成する、該ノズルチップと、
   を有する、ノズル。
2. 前記基部と前記先端部との間に設けられた本体部であり、前記導入路に連通する拡散室、及び、前記通路に連通するバッファ室を有する、該本体部を更に備え、
   前記本体部が、前記拡散室と前記バッファ室との間に設けられ、且つ、前記軸線上に配置された拡散板を有し、
   前記拡散板には、前記軸線を中心とする仮想円に沿って複数の開口が形成されている、請求項１に記載のノズル。
3. 前記基部が、前記軸線に沿って直線状に延在し、前記導入路を画成する導入管を含み、
   前記本体部には、前記導入管の端部が接続される導入口が形成されており、
   前記導入管が、前記導入口の開口幅に対して１０倍以上の長さを有している、請求項２に記載のノズル。
4. 前記ロッド及び前記ノズルチップが、ボロンカーバイドによって構成されている、請求項１〜３の何れか一項に記載のノズル。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のノズルを備えるブラスト加工装置。
6. 研磨材の導入路を有する基部と、軸線を中心とする円環状の噴射口を有する先端部と、を備えるノズルから研磨材を噴射するブラスト加工方法であって、
   前記導入路から前記研磨材を導入する工程と、
   前記軸線を基準として前記軸線に対して径方向側に傾斜し、且つ、前記噴射口から離れるにつれて前記軸線から遠ざかる方向に沿って、前記噴射口から前記研磨材を噴射する工程を含む、ブラスト加工方法。
7. 前記ノズルが、前記基部と前記先端部との間に設けられ、且つ、前記軸線上に配置された円形の拡散板であり、前記軸線を中心とする仮想円の周方向に沿って複数の開口が形成された、該拡散板を更に備え、
   前記導入路から導入された前記研磨材を前記拡散板に衝突させ、前記複数の開口に衝突した前記研磨材を通過させることによって、前記研磨材を拡散させる工程を更に含む、請求項６に記載のブラスト加工方法。
   
   
   
   

Images