JP3196314B2 - 粉体供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ガラス基板や
半導体基板等の被加工物に対しパウダー状の粉体を噴射
してエッチング加工あるいはコーティング加工（いわゆ
るデポジション）を行うための加工装置における粉体供
給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体集積回路やプリント配線回
路、さらには磁気ヘッド等の各種機能素子等の製造に際
しては、様々な微細加工が必要で、高度なエッチング技
術や薄膜形成技術が必要となっている。

【０００３】このような状況から、各方面で加工技術に
関する研究が進められており、例えば半導体ウエハの表
面をレジストマスクを使って加工するエッチング技術と
してアルゴンイオンを電気的に加速して被加工面に衝突
させ、物理的な破壊によってエッチングするイオンエッ
チング法（ＩＢＥ）や、フッ素や塩素等の活性ガスイオ
ンを同様に被加工面に衝突させ、物理的、化か句的な作
用でエッチングするリアクティブイオンエッチング法
（ＲＩＥ）等が開発されている。

【０００４】一方、薄膜形成技術としては、真空中でタ
ーゲットに不活性ガスのイオンを加速して衝突させ、タ
ーゲットをたたき出してこれを基板上に堆積させて薄膜
を形成するスパッタ法や、成膜する材料例えば、セラミ
ックスの粉体を大気中もしくは減圧中でプラズマやバー
ナー等の熱により溶解し、これを吹きつけて薄膜を形成
する溶射法や、プラズマ等の熱を利用してガスを反応さ
せ、基板上に反応生成物を体積させて成膜する気相成長
法（ＣＶＤ）等が知られている。

【０００５】しかしながら、前述したエッチング法は、
いずれも加工速度が遅く、さらに装置の価格が高いこ
と、保守や維持管理が煩雑であること等の問題を抱えて
いる。また、薄膜形成技術についても、これまでの方法
では加工速度等の点で不十分であり、また成膜の際の基
板に対する制約も大きいことから抜本的な改善が望まれ
る。

【０００６】そこで、上述したエッチング法や薄膜形成
技術に代わる加工方法として、粉体を圧縮空気に混合し
て噴射するいわゆるサンドブラスト加工法が例えば特開
昭６４−３４６７０号公報等において提案され注目を集
めている。

【０００７】次に、上述したサンドブラスト加工装置の
一例を図４について説明する。本例で使用されるサンド
ブラスト加工装置は、大別して圧縮空気を供給するエア
ーコンプレッサー１と、このエアーコンプレッサー１か
ら送出された圧縮空気と混合される粉体を収容する混合
室２と、圧縮空気と共に一定量の粉体を噴射して被加工
物の表面を加工する加工室３と、この加工室３内の粉体
を上記混合室２へ送給するために一旦収容するリザーブ
室４と、加工室３からリザーブ室４へ粉体を吸引回収す
る排風機５と、リザーブ室４へ粉体を供給する粉体貯蔵
室６とより構成されている。

【０００８】以下、サンドブラスト加工装置を詳しく説
明すると、エアーコンプレッサー１から引き出された空
気供給パイプ７は、第１の供給パイプ８と第２の供給パ
イプ９とに分岐され、それぞれ混合室２へ接続されてい
る。第１の供給パイプ８には、混合室２へ供給される圧
力空気の圧力を調整する調整弁１０と電気空気弁１１が
設けられ、第２の供給パイプ９には、加工室３へ混合室
２内の粉体と共に供給される圧力空気を調整する調整弁
１２を設けている。

【０００９】混合室２は、円筒状の容器からなり、その
内部に微粒子からなる粉体１３が収容されている。混合
室２の底部は円錐形状で、底面にサーメット（金属粉を
小欠して形成される無数の微細孔を有する多孔質）など
よりなる円板状のフイルタ１４が設けられ、エアーコン
プレッサー１の第１の供給パイプ８がフイルタ１４の背
面側に接続されている。従って、第１の供給パイプ８に
供給される圧縮空気は、フイルタ１４を通って混合室２
内へ導入され、混合室２内の空気は排気パイプ１５を通
って排風機５から外部へ排出される。

【００１０】また、フイルタ１４の周囲の混合室２の斜
面には、バイモルフ振動子１６が設けられている。この
バイモルフ振動子１６は、上下一対の圧電素子と電極と
から構成され、その自由端がフイルタ１４の上方に臨む
ように円環状に配置され、基端部が混合室２の円錐状の
斜面に固定されている。

【００１１】バイモルフ振動子１６は、例えば所定の交
流電圧を印加することによりその自由端を上下方向に振
動させることができ、粉体１３を機械的に分散させなが
らフイルタ１４からの圧縮空気と攪拌混合するエアーバ
イブレータ効果を付与することができる。

【００１２】また、フイルタ１４の中央部には、混合室
２の底部を貫通する送り出しパイプ１７がその上端を混
合室２内に開口するように設けられており、送り出しパ
イプ１７から混合室２で圧縮空気により攪拌分散された
粉体１３を送り出すようになっている。送り出しパイプ
１７の下端には、第２の供給パイプ９の先端部が配置さ
れており、この第２の供給パイプ９より供給される圧縮
空気の空気流によって生じる負圧によって、送り出しパ
イプ１７内に粉体１３が吸い込まれ、圧縮空気と混合し
て送り出される。そして、上述した送り出しパイプ１７
の上部に集粉器１８が混合室２の容器に図示しない手段
によって支持されている。また送り出しパイプ１７に
は、送出パイプ１９が接続されて加工室３まで延び、そ
の先端部に噴射ノズル２０が設けられている。

【００１３】上述のように構成した混合室２は、電気は
かり２１の上に搭載されて混合室２の粉体１３を含めた
総重量を計測している。すなわち、電気はかり２１は混
合室２から送り出され噴射ノズル２０より一定量の粉体
１３の噴出、つまり混合室２内の総重量が一定に減少で
きることを監視することを目的とするものであり、電気
はかり２１によって計測している混合室２の総重量の減
少量を、制御ユニット２２に入力し、この減少量に基づ
いて第１の供給パイプ８の電気空気弁１１の開閉量また
はバイモルフ振動子１６への電圧値を制御ユニット２２
によって制御している。

【００１４】一方、加工室３には、混合室２から送出パ
イプ１９の先端部に設けられた噴射ノズル２０が配置さ
れ、これと対向して被加工物２３が図示しない手段によ
って支持されている。加工室３の底部に接続された粉体
回収ホース２４は、リザーブ室４のサイクロン２５に接
続されている。リザーブ室４内の底部には、水平状態に
スクリューコンベア２６が配置されモータ２７によって
回転可能であり、そして、リザーブ室４の端部に垂設し
た送給路２８ａにジャバラ２９を介して送給路２８ｂが
接続され、この送給路２８ｂの下端が混合室２の上部に
接続されている。そして、送給路２８ｂには開閉自在の
三角弁３０が設けられている。

【００１５】上述した加工室３内の底部に集積した粉体
１３のリザーブ室４への回収は排風機５によって行われ
る。すなわち、排風機５の排気作用によってサイクロン
２５に接続した粉体回収ホース２４内が負圧になること
によって、加工室３内の粉体は粉体回収ホース２４内を
通って吸引され、リザーブ室４のサイクロン２５へ導か
れる。ここで、排気流は排気パイプ３１を通って外部へ
排気され、粉体のみサイクロン２５内を通ってリザーブ
室４内へ収容される。

【００１６】粉体貯蔵室６は、図示しない攪拌装置によ
って貯蔵室６内の粉体１３を攪拌しながらヒータによっ
て温められ、粉体１３を乾燥状態にしている。この粉体
貯蔵室６は、その底部に接続した粉体供給ホース３２が
エアーコンプレッサー１とサイクロン２５とに接続され
ている。

【００１７】次に、上述のように構成したサンドブラス
ト加工装置の動作について説明する。混合室２内の粉体
は、バイモルフ振動子１６の振動と第１の供給パイプ８
からフイルタ１４通って混合室２内へ圧送される圧縮空
気によって攪拌混合されている。そして混合室２内の粉
体は、第２の供給パイプ９内を圧送される圧縮空気によ
って送り出しパイプ１７内が負圧になることによって、
一定量の粉体が送り出しパイプ１７から吸い出される。
この粉体は送出パイプ１９内を圧縮空気と共に圧送さ
れ、噴射ノズル１５から圧力空気と共に粉体が噴射して
被加工物２３を加工する。

【００１８】粉体による被加工物２３の加工が行われる
加工室３の底部には、粉体が堆積する。この粉体は排風
機５の排風作用によってリザーブ室４内へ回収される。
このとき、リザーブ室４と混合室２との間の三角弁３０
は閉止させる。すなわち、排風機５の排気作用によって
サイクロン２５に接続した粉体回収ホース２４内が負圧
になることによって、加工室３内の粉体は粉体回収ホー
ス２４内を通って吸引され、リザーブ室４のサイクロン
２５へ導かれる。ここで、排気流は排気パイプ３１を通
って外部へ排気され、粉体のみサイクロン２５内を通っ
てリザーブ室４内へ収容される。

【００１９】リザーブ室４内の粉体量は、超音波センサ
３３によって検出される。すなわち、超音波センサ３３
によってリザーブ室４内の粉体の減少が検出されると、
制御ボックス３４からの信号によりエアーコンプレッサ
ー１及び排風機５が動作する。このとき、リザーブ室４
と混合室２との間の三角弁３０は閉止させる。エアーコ
ンプレッサー１から粉体供給ホース３２へ空気を圧送す
ると、粉体貯蔵室６の接続口はエゼクタ作用により負圧
が生じて粉体貯蔵室６内の粉体が粉体供給ホース３２へ
吸引される。この吸引された粉体は圧送空気と共にサイ
クロン２５へ導かれ、ここで、圧送空気は排気パイプ３
１を通って排風機５から外部へ排気され、粉体のみサイ
クロン２５を通ってリザーブ室４内へ供給される。そし
てリザーブ室４内に粉体が定量供給されたことを超音波
センサ３３が検出すると、制御ボックス３４からの指令
によりエアーコンプレッサー１及び排風機５は停止す
る。

【００２０】次に、電気はかり２１の計測により混合室
２内の粉体が減少し、混合室２内への粉体の供給指令が
あると、制御ユニット２２により三角弁３０が開放する
と共にスクリューコンベア２６の駆動によって粉体は送
給路２８ａ、ジャバラ２９、送球路２８ｂを通って混合
室２内へ供給される。そして混合室２内へ粉体が所定量
収容されると、電気はかり２１が混合室２の総重量を検
知し、制御ユニット２２からの信号によって三角弁３０
が閉止され、同時にスクリューコンベア２６が停止し、
粉体の供給が停止される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】このような構成した従
来のサンドブラスト加工装置は、リザーブ室４と混合室
２とをジャバラ２９を介して接続した送給路２８ａ，２
８ｂのうち、混合室２側の送給路２８ｂにのみ三角弁３
０を設けていたので、粉体を粉体貯蔵室６からリザーブ
室４へ供給するとき、三角弁３０は閉止するが排風機５
の排風作用によってサイクロン２５を通じてリザーブ室
４内が負圧状態となり、リザーブ室４と混合室２との間
のジャバラ２９が収縮して混合室２を引き上げようとす
る吸引力が生じ、混合室２に不要な振動が発生する。

【００２２】このため、混合室２の振動はそのまま電気
はかり２１に伝わって計測が不安定になるので、混合室
２から送給される粉体量を安定化する制御システムが不
能となる。従って、粉体貯蔵室６からリザーブ室４へ粉
体を供給するときは、混合室２からの粉体の送給を止
め、被加工物の加工を停止しなければならないため、加
工装置の稼働率が大幅に低下するといった問題があっ
た。

【００２３】本発明は、上述した問題点を解消するため
になされたもので、被加工物の加工中であっても、粉体
貯蔵室からリザーブ室への粉体の供給を行うことがで
き、加工装置の稼働率を向上することのできる粉体供給
装置を得ることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明による粉体供給装置は、混合室とリザーブ
室との粉体送給路がジャバラ式送給路を介して接続さ
れ、混合室側及びリザーブ室側の上記粉体送給路のそれ
ぞれにその通路を開閉する第１の開閉バルブ及び第２の
開閉バルブを設け、粉体貯蔵室から粉体をリザーブ室へ
補充するときには、第１の開閉バルブを閉止してリザー
ブ室に生じる負圧の影響をジャバラ式送給路及び混合室
に与えないようにしたものである。

【００２５】

【作用】上述のように構成した本発明による粉体供給装
置は、混合室とリザーブ室とを接続した粉体送給路の混
合室側及びリザーブ室側に、それぞれ通路を開閉する開
閉バルブを設けたことにより、混合室から粉体を送給し
加工室において被加工物の加工中であっても、リザーブ
室側の開閉バルブを閉止することで、粉体貯蔵室からリ
ザーブ室へ粉体を供給するために排風機を動作しても、
排風機による排風作用はリザーブ室内が負圧になるだけ
でジャバラ式の送給路が負圧によって吸い上げられるこ
ともなく、従って、混合室が負圧の影響で振動するよう
なことが解消でき、電気はかりの信頼性が向上できる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本例による粉体供給装置の全体の構成図を
示し、図４で説明した従来例装置と異なる部分は全体を
符号３５で示したバルブ機構であり、その他の部分は全
て同一であるので同一部分には同一符号を付して重複す
る説明は省略する。すなわち、上述したバルブ機構３５
は、混合室２とリザーブ室４とを接続した送給路の中間
がジャバラ式送給路（以下、単にジャバラという）３６
からなり、このジャバラ３６の上方、つまりリザーブ室
４側の送給路に開閉バルブとなる第１の三角弁３７を設
け、またジャバラ３６の下方、つまり混合室２側の送給
路に第２の三角弁３８を設けたものである。

【００２７】以下、上述したバルブ機構３５の詳細の一
例を図２及び図３について説明する。リザーブ室４側の
送給路は第１のハウジング３９からなり、この第１のハ
ウジング３９の上部がリザーブ室４に連設されている。
また、混合室２側の送給路は第２のハウジング４０から
なり、この第２のハウジング４０の下部が混合室２に連
設されている。そして、第１のハウジング３９の下部と
第２のハウジング４０の上部とが上述したジャバラ３６
で接続されている。尚、ジャバラ３６の内面側には第１
のハウジング３９から垂下した筒体３９ａが挿入されジ
ャバラ３６の外力による変形を防止している。

【００２８】第１のハウジング３９には第１のエアーシ
リンダ４１が支持され、この第１のエアーシリンダ４１
のロッド４２にリンク４３の一端が支承されている。リ
ンク４３の他端部は、第１のハウジング３９に貫通し軸
支された軸４４の一端側に軸着され、この軸４４にハウ
ジング３９内においてレバー４５の一端が軸着され、レ
バー４５の他端部に第１の三角弁３７のロッド４６が支
承されている。そして、第１の三角弁３７は第１のハウ
ジング３９の内壁に形成したシールリング４７と接離可
能である。このように構成したことによって、第１のエ
アーシリンダ４１を操作しロッド４２を出入動作させる
と、軸４４を回動支点としてリンク４３及びレバー４５
が直線的に回動し、ロッド４６を上下動させ第１の三角
弁３７を開閉操作させることができる。

【００２９】また、第２のハウジング４０にも上述した
機構が構成されており、詳しい説明は省略するが第２の
エアーシリンダ４８のロッド４９を出入動作させること
で、軸５０を回動支点としてリンク５１及びレバー５２
が回動し、ロッド５３を上下動させ第２の三角弁３８を
シールリング５４と接離させ開閉操作させることができ
る。

【００３０】次に、上述した２つの三角弁３７，３８の
開閉動作と図１の加工装置との関係について説明する。
粉体貯蔵室６からリザーブ室４への粉体の供給時、第１
の三角弁３７は閉止し、第２の三角弁３８は閉止または
開放した状態において、粉体供給ホース３２へエアーコ
ンプレッサー１からの空気の圧送と、排風機５による排
気ホース３１からの排風作用が行われる。すなわち、排
風機５による排風作用によりサイクロン２５を介してリ
ザーブ室４内は負圧状態になるが、リザーブ室４側の第
１の三角弁３７が閉止されているので、ジャバラ３６は
負圧の影響で吸い上げられて振動することもなく、従っ
て、混合室２は何ら負圧の影響を受けることがない。

【００３１】次に、リザーブ室４から混合室２への粉体
の供給時は、２つの三角弁３７，３８は開放する。これ
によって、リザーブ室４内の粉体はスクリューコンベア
２６によって運ばれ第１のハウジング３９、ジャバラ３
６及び第２のハウジング４０内を通って混合室２内へ供
給される。

【００３２】次に、混合室２内の粉体を噴射ノズル２０
から噴射する被加工物の加工時は、第１の三角弁３７は
開放または閉止し、第２の三角弁３８は閉止状態にす
る。

【００３３】一方、混合室２内の粉体を噴射ノズル２０
から噴射している加工状態と同時に粉体貯蔵室６からリ
ザーブ室４へ粉体を供給するときは、２つの三角弁３
７，３８は共に閉止状態にする。すなわち、排風機５に
よる排風作用によりサイクロン２５を介してリザーブ室
４内は負圧状態になるが、リザーブ室４側の第１の三角
弁３７及び混合室２側の第２の三角弁３８が閉止されて
いるので、ジャバラ３６は負圧の影響で吸い上げられて
振動することもなく、混合室２は何ら負圧の影響を受け
ることがない。これによって、粉体貯蔵室６から粉体を
リザーブ室４へ供給している状態であっても、電気はか
り２１による粉体の減少量を正確に計測でき、よって、
粉体供給装置の稼働率を低下させることもない。

【００３４】また、上述した２つの三角弁３７及び３８
は、加工装置の各動作に連動し制御ユニット２２によっ
て開閉制御されるものである。

【００３５】尚、本発明は、上述しかつ図面に示した実
施例に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範
囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、バルブ機
構３５の２つの三角弁３７，３８の駆動手段として実施
例では、エアーシリンダ４１，４８を用いた場合につい
て説明したが、ソレノイド装置を用いることであっても
よい。また、本発明による粉体供給装置は、実施例では
サンドブラスト加工装置で被加工物をエッチング加工す
る場合について説明したが、被加工物に対しパウダー状
の粉体を噴射して堆積（いわゆるデポジション）させる
サンドブラスト加工装置の粉体供給装置としても適用可
能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明による粉体供
給装置は、混合室とリザーブ室とをジャバラ式送給路を
介して接続した粉体送給路の混合室側及びリザーブ室側
に、それぞれ通路を開閉する開閉バルブを設けたことに
よって、混合室から粉体を送給し加工室において被加工
物の加工中であっても、リザーブ室側の開閉バルブを閉
止することで、排風機による排風作用はリザーブ室内が
負圧になるだけでジャバラ式送給路が負圧によって吸い
上げられることもなく、混合室が負圧の影響で振動する
ようなことが解消できる。この結果、粉体貯蔵室から粉
体をリザーブ室への供給と同時に、混合室から粉体を噴
射ノズルより噴射する被加工物の加工が行え、粉体供給
装置の連続した使用が可能となり稼働率を向上させるこ
とができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本例における粉体供給装置の構成図である。

【図２】バルブ機構の詳細な部分断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】従来のサンドブラスト加工装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ エアーコンプレッサー ２ 混合室 ３ 加工室 ４ リザーブ室 ５ 排風機 ６ 粉体貯蔵室 １３ 粉体 １６ バイモルフ振動子 １７ 送り出しパイプ ２０ 噴射ノズル ２１ 電気はかり ２２ 制御ユニット ２５ サイクロン ３１ 排気ホース ３２ 粉体供給ホース ３５ バルブ機構 ３６ ジャバラ（ジャバラ式送給路） ３７ 第１の三角弁（開閉バルブ） ３８ 第２の三角弁（開閉バルブ） ３９ 第１のハウジング（送給路） ４０ 第２のハウジング（送給路） ４１ 第１のエアーシリンダ ４８ 第２のエアーシリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24C 7/00 B24C 9/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮空気を供給するエアーコンプレッサ
   ーと、このエアーコンプレッサーから送出された圧縮空
   気と混合される粉体を収容し、かつ混合室の総重量を計
   測する電気はかりが装着された混合室と、上記混合室へ
   供給する粉体を収容するリザーブ室と、上記混合室内の
   一定量の上記粉体を噴射ノズルから圧力空気と共に噴射
   して被加工物を加工する加工室と、上記リザーブ室へ粉
   体を供給する粉体貯蔵室とからなる加工装置の粉体供給
   装置において、 上記混合室と上記リザーブ室との粉体送給路がジャバラ
   式送給路を介して接続され、上記混合室側及び上記リザ
   ーブ室側の上記粉体送給路のそれぞれにその通路を開閉
   する第１の開閉バルブ及び第２の開閉バルブを設け、上
   記粉体貯蔵室から上記粉体を上記リザーブ室へ補充する
   ときには、上記第１の開閉バルブを閉止して上記リザー
   ブ室に生じる負圧の影響を上記ジャバラ式送給路及び上
   記混合室に与えないようにしたことを特徴とする粉体供
   給装置。
2. 【請求項２】 上記第１及び第２の開閉バルブがエアー
   シリンダあるいはソレノイド等の駆動手段によって動作
   することを特徴とする請求項１記載の粉体供給装置。