JP3688261B2 - 微粒子研磨方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨方法および装置に関し、特に、細かい微粒子を研磨するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナノスケールの科学および技術は、先進国により現在開発されている最新の技術である。ナノスケールの科学および技術は、主として、ナノエレメントと、ナノ材料と、ナノ検査および特性指摘との３つの様相を含んでいる。ナノエレメントは、ナノメータのスケールで寸法が測定される物体である。ナノ材料は、多種の産業に適用可能な多くの特別な性質を有している。
【０００３】
ナノスケールの染料微粒子の開発および出願の点から見て、ナノ染料微粒子は、より少ない回折をもたらし、色を極めて純粋で鮮明にする。ナノ染料微粒子はまた、印刷、染色、およびインクジェット印刷における大きな市場を拡大するように、耐水性、耐光性、および耐候性に特徴があり、高付加価値で高性能な精密印刷、ファブリック染色、および高水準インクジェット印刷の開発を促進する。
【０００４】
一般の染料微粒子は、湿式分散プロセスから作られる。染料の原材料は、機械的に駆動されて、硬い研磨媒体と衝突する。それによって、染料粒子は、マイクロスケール微粒子に分散させられる。染料材料および研磨媒体は、研磨ミルに入れられ、研磨液で加湿される。ブレードないし他の攪拌機構が、染料材料を分散および研磨するべく、染料材料および研磨媒体を高速で撹拌するのに使われる。ある程度まで研磨された染料微粒子は、それから、ふるい分け機構により研磨媒体から分離され、研磨液により粉末コレクタまで運ばれる。研磨ブレードないし攪拌機構は、染料材料および研磨媒体の高速衝突により、容易に磨耗してしまう。その結果、研磨ブレードないし攪拌機構は、しばしば交換されなければならない。より良い結果を得るために、機械的な研磨システムはまた、研磨パラメータにより正確に制御されなければならず、研磨機の設計、据え付け、および管理を極めてデリケートで複雑なものにする。
【０００５】
従来の研磨方法にあっては、微粒子の分離の問題もまた存在する。一般の研磨機は、微粒子を研磨媒体から分離するために、例えばギャップまたはスクリーンなどの機械装置を利用する。
【０００６】
例えば、マイクロスケールのフィルタスクリーンが、研磨媒体から微粒子を分離するために使われている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、研磨媒体がまた小さく、そして容易にスクリーンを詰まらせ、磨耗させてしまうため、分離は未だ満足できるものではない。
【０００７】
また、ステータおよびロータを有するギャップタイプの分離機が使われている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、それは、なおも構成要素の磨耗、および研磨媒体の詰まりの問題に遭遇する。とりわけ、機械的なふるい分け装置は、寸法上で制限を受け、より細かい微粒子の分離を達成することができない。
【０００８】
例えば、ナノスケールの染料微粒子は、それらが全て従来の機械的なふるい分け装置でふるい分けできない小さい微粒子であるため、研磨媒体から分離されるのが困難である。この困難性はまた、ナノスケールの微粒子の開発を遅らせることになる。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第５，６２０，１４７号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，３４６，１４５号明細書
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、研磨媒体および微粒子を従来のふるい分け機構を必要としないで自然に分離でき、しかも、スクリーンなどの機械的サイズの制限を受けることなくより細かい微粒子に適用可能であり、さらに、従来のような攪拌ブレードの磨耗による交換が不要な、微粒子研磨方法および装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、２つの異なる種類のフォース・フィールドがそれぞれ微粒子および研磨媒体を駆動するために適用される微粒子研磨方法および装置を提供することによって、達成される。
【００１２】
微粒子および研磨媒体は、お互いに衝突するように、駆動されて異なる流れ方向に移動させられ、微粒子は分散させられる。研磨媒体は、研磨エリア内で流れるようにフォース・フィールドにより制御され、一方、微粒子は、研磨エリアを通過して別の流れのルートを循環するように別のフォース・フィールドにより制御される。微粒子および研磨媒体は、異なるフォース・フィールドにより駆動されるので、それらは、衝突および分散の後、自然に分離される。
【００１３】
本発明による研磨方法は、以下のステップを含む。第１に、研磨媒体が研磨エリアとして定義される所定エリア内で流れるように、研磨媒体を駆動するための第１のフォース・フィールドを提供するステップである。それから、微粒子を能率的および連続的に分散させるべく微粒子が研磨エリアを通過し研磨媒体と衝突して流れのルート内で循環するように、微粒子を駆動するための第２のフォース・フィールドを提供するステップである。そして、最後に、研磨が終了した微粒子を送出して収集するように導くステップである。第１のフォース・フィールドおよび第２のフォース・フィールドの種類は、研磨媒体および微粒子の特性（特徴）により決定される。例えば、研磨媒体が磁気を有している場合、第１のフォース・フィールドは磁場であり得る。第２のフォース・フィールドは、微粒子が研磨媒体と混じり合うことを防止するために、第１のフォース・フィールドとは異なる種類から選択されなければならない。例えば、第１のフォース・フィールドが磁場である場合、第２のフォース・フィールドは、流体力学的フィールド（流体力学的力場）、電場（特に静電場）、重力場、または他から選択される。
【００１４】
本発明による微粒子研磨装置は、研磨媒体が第１のフォース・フィールドによって駆動され移動させられるところの研磨エリアを備えるチャンバと、第１のフォース・フィールドを発生させるための第１の駆動機構と、粒子を循環させるためにチャンバの入口および出口に接続され、充填ポートおよび送出ポートを備える微粒子の流れ管と、微粒子を移動させるべく第２のフォース・フィールドを発生させるための第２の駆動機構とを含む。微粒子材料は、充填ポートから流れ管に充填され、そして、入口からチャンバに流入して研磨エリアで研磨媒体と衝突するように、第２のフォース・フィールドにより駆動される。それから、微粒子は、出口を通ってチャンバを出て流れ管に流入し、次の衝突および分散のためにさらに循環するように駆動される。仕上げられた細かい微粒子は、送出ポートから外へ流出するように制御される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、以下の説明からより完全に理解されるようになる。しかし、この説明は例示するだけの目的のものであって、したがって、これによって本発明は限定されるものではない。
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１を参照して、本発明の実施形態を説明するための図が示される。図１は、本発明の研磨装置を説明するための図である。
【００１８】
研磨装置は主に、研磨エリア１１０が定義されたチャンバ１００と、微粒子を循環させるための微粒子の流れ管２００とを含んでいる。研磨エリア１１０は、磁場によって特定領域内で駆動され移動させられる磁気を帯びた研磨媒体１１１によって形成される。電磁式コイル１６０は、研磨エリア１１０を形成するために、磁場を発生させて、研磨媒体の所定方向の移動を活性化させる。図１に示すように、チャンバ１００は、微粒子入口１２０、微粒子出口１３０、および研磨媒体入口１４０を含む。チャンバ１００は、電磁式コイル１６０と、微粒子および研磨媒体１１１の衝突によって生じるチャンバ１００の熱を冷却するための水ジャケット１７０によって囲まれている。チャンバ１００は、ユーザがチャンバ１００の内部状態を観察するための観察窓１５０を含んでいてもよい。
【００１９】
微粒子の流れ管２００は、チャンバ１００の微粒子入口１２０および微粒子出口１３０と、微粒子を循環させるためのポンプ２４０とに接続される。流れ管２００はまた、充填ポート２１０および送出ポート２２０を含む。微粒子（材料）２１１は、充填ポート２１０から流れ管２００に充填され、ポンプ２４０により駆動されて微粒子入口１２０を経てチャンバ１００の中に流入し、研磨エリア１１０における研磨媒体１１１と衝突する。それから、微粒子は、微粒子出口１３０を通ってチャンバ１００を出て、流れ管２００に流入し、次の衝突および分散のためにさらに循環するように駆動される。サンプリング・ポート２３０もまた、微粒子のサンプルを取得して検査するために、流れ管２００に接続される。微粒子が所望のサイズにうまく研磨された後、仕上げられた微粒子は、送出ポート２２０から流出するように制御される。そして、充填ポート２１０、送出ポート２２０、およびサンプリング・ポート２３０をそれぞれ制御するための、３つの三動弁２５０が設けられる。また、研磨媒体１１１への磁力と、ポンプ２４０の力と、微粒子の充填、流出およびサンプリングとを制御するための、電磁式コイル１６０、ポンプ２４０、および３つの弁２５０に電気的に接続される制御装置３００も設けられる。
【００２０】
本発明の微粒子研磨方法の実施形態を、図面を参照してさらに説明する。まず、非磁性の微粒子（材料）２１１および分散液を、充填ポート２１０に充填する。制御装置３００により充填ポート２１０の弁２５０を開け、ポンプ２４０を起動させて、流れ管２００を通ってチャンバ１００に微粒子２１１をもってくる。観察窓１５０で、研磨エリア１１０における微粒子２１１の充填量を観察する。微粒子２１１が適切に充填されたとき、電磁式コイル１６０を起動させる。それから、磁気を帯びた研磨媒体１１１を、研磨媒体入口１４０を経てチャンバ１００の中に充填する。そして、チャンバ１００の中央部に研磨媒体１１１を保持して研磨エリア１１０を形成するように、電磁式コイル１６０の磁力を制御する。研磨媒体が適切に充填されると、研磨媒体入口１４０を閉じる。次いで、微粒子２１１および分散液を移動させて、研磨エリア１１０を通過して流れ管２００およびチャンバ１００を循環するように、ポンプ２４０の力を制御するとともに、流れ管２００を開ける。微粒子２１１がポンプ２４０の流体力学的力によって研磨エリア１１０を通過しており、研磨媒体１１１が電磁式コイル１６０の磁力によって研磨エリア１１０に保持されているため、それらは研磨エリア１１０内でお互いに衝突する。その結果、微粒子２１１は、分散してより細かくなる。微粒子２１１および研磨媒体１１１は、異なる種類のフォース・フィールドによって作動させられ、異なるルートに流れるため、それらはお互いに混じり合うことはない。微粒子２１１が所定時間の間、分散および研磨された後、微粒子２１１は、制御装置３００により三動弁２５０を開けることによって、サンプリング・ポート２３０を通してサンプリングされる。微粒子サンプルの分析結果は、微粒子２１１の研磨が終了したときに、送出ポート２２０の三動弁２５０に対する制御装置３００の制御により微粒子が送出ポート２２０から流出するように、制御装置３００に対してフィードバックされる。そして、次の充填および研磨が続けられる。研磨媒体１１１が交換されるときは常に、微粒子入口１２０および微粒子出口１３０が閉じられ、電磁式コイル１６０がオフにされて、研磨媒体１１１は取り出され得る。
【００２１】
結論として、本発明は、研磨媒体および微粒子を駆動するために異なるフォース・フィールドを適用し得るので、研磨媒体および微粒子が例えばスクリーンまたはギャップなどの従来のふるい分け機構を必要としなで自然に分離され、しかもスクリーンまたはギャップなどの機械的サイズの制限を受けてしまうことから防止される。また、本発明はより細かい微粒子に適用可能である。また、微粒子の循環は、ふるい分け機構のどんな小さいギャップによっても制限されることはなく、したがって、微粒子は分離機を詰まらせることはない。
【００２２】
さらに、本発明は、いかなる攪拌ブレードも使用しないので、従来の研磨装置におけるブレードの磨耗の問題は生じない。また、本発明のチャンバは、精密な機械加工を必要としない簡易な構成とすることができ、それによってまた、容易に製造および清掃が可能となる。
【００２３】
本発明は、上記のように説明したが、同様のものが種々の点で変更され得ることは明らかである。かかる変更は、本発明の精神および範囲から逸脱したものとみなすべきではなく、当業者にとって明らかなこのような改変のすべては、特許請求の範囲の範囲内に包含される。
第１のフォース・フィールドおよび第２のフォース・フィールドの種類は、研磨媒体および微粒子の特性（特徴）により決定される。例えば、研磨媒体が磁気を有している場合、第１のフォース・フィールドは磁場であり得る。第２のフォース・フィールドは、微粒子が研磨媒体と混じり合うことを防止するために、第１のフォース・フィールドとは異なる種類から選択されなければならない。例えば、第１のフォース・フィールドが磁場である場合、第２のフォース・フィールドは、流体力学的フィールド（流体力学的力場）、電場（特に静電場）、重力場、または他から選択される。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の微粒子研磨方法および装置によれば、研磨媒体および微粒子を駆動するために異なるフォース・フィールドを適用し得るので、研磨媒体および微粒子を従来のふるい分け機構を必要としないで自然に分離でき、しかも、スクリーンなどの機械的サイズの制限を受けることがなくより細かい微粒子に適用可能である。さらに、従来のような攪拌ブレードの磨耗による交換が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の研磨装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１００…チャンバ、
１１０…研磨エリア、
１１１…研磨媒体、
１２０…微粒子入口、
１３０…微粒子出口、
１４０…研磨媒体入口、
１５０…観察窓、
１６０…電磁式コイル、
１７０…水ジャケット、
２００…流れ管、
２１０…充填ポート、
２１１…微粒子、
２２０…送出ポート、
２３０…サンプリング・ポート、
２４０…ポンプ、
２５０…三動弁、
３００…制御装置。

Claims (20)

1. 微粒子および分散液をチャンバに充填するステップと、
   前記チャンバに研磨媒体を充填するステップと、
   前記研磨媒体が前記チャンバにおける研磨エリアとして定義される所定エリア内で流れるように、前記研磨媒体を駆動するための第１のフォース・フィールドを提供するステップと、
   前記微粒子を分散させるべく前記微粒子が前記研磨エリアを通過し前記研磨媒体と衝突して流れのルート内で循環するように、前記微粒子を駆動するための第２のフォース・フィールドを提供するステップと、
   研磨終了後に前記微粒子を送出するステップと
   を有する微粒子研磨方法。
2. 前記第１のフォース・フィールドの種類は、前記研磨媒体の特性にしたがって決定される請求項１に記載の微粒子研磨方法。
3. 前記第２のフォース・フィールドの種類は、前記微粒子の特性にしたがって決定される請求項１に記載の微粒子研磨方法。
4. 前記第１のフォース・フィールドおよび前記第２のフォース・フィールドは、前記微粒子と前記研磨媒体とを異なるルートに流すために、異なる種類のフォース・フィールドに選定される請求項１に記載の微粒子研磨方法。
5. 前記微粒子および前記分散液は、ポンプによって前記チャンバに充填される請求項１に記載の微粒子研磨方法。
6. 前記第１のフォース・フィールドは、電磁式コイルによって発生させられる請求項１に記載の微粒子研磨方法。
7. 前記第２のフォース・フィールドは、前記微粒子および前記分散液が前記チャンバを通過して前記流れのルートを循環するように前記微粒子および前記分散液を駆動するポンプによって作動される請求項１に記載の微粒子研磨方法。
8. 研磨が終了した前記微粒子は、サンプリング・ポートを通してサンプリングされ検査される請求項１に記載の微粒子研磨方法。
9. 前記第１のフォース・フィールドおよび前記第２のフォース・フィールドは、磁場、流体力学的フィールド、静電場、および重力場の中からいずれか２つが選択される請求項１に記載の微粒子研磨方法。
10. 微粒子および分散液をチャンバに充填するステップと、研磨終了後に前記微粒子を送出するステップとは、制御装置によって制御される請求項１に記載の微粒子研磨方法。
11. 微粒子入口および微粒子出口と内部に定義される研磨エリアとを備え、閉じることができる容器としてのチャンバと、
    前記研磨エリア内で研磨媒体を移動させるべく第１のフォース・フィールドを発生させるための第１の駆動機構と、
    微粒子を移動させるべく第２のフォース・フィールドを発生させるための第２の駆動機構と、
    前記微粒子入口および前記微粒子出口に接続され、充填ポートおよび送出ポートを備える微粒子の循環ルートを形成する流れ管と
    を有する微粒子研磨装置であって、
    前記微粒子は、前記微粒子入口から前記チャンバに流入して前記研磨エリアで前記研磨媒体と衝突するように、前記第２のフォース・フィールドにより駆動され、
    前記微粒子は、前記微粒子出口を通って前記チャンバを出て前記流れ管に流入し、さらなる衝突および分散のために前記循環ルート内で循環し、最終的に研磨終了時に前記送出ポートから流出するように駆動されてなる微粒子研磨装置。
12. 前記第１の駆動機構は、前記研磨媒体の特性にしたがって決定された種類の駆動機構である請求項１１に記載の微粒子研磨装置。
13. 前記研磨媒体は磁性体であり、前記第１の駆動機構は磁気装置である請求項１１に記載の微粒子研磨装置。
14. 前記第１の駆動機構は、電磁式コイルである請求項１１に記載の微粒子研磨装置。
15. 前記第２の駆動機構は、前記微粒子の特性にしたがって決定された種類の駆動機構である請求項１１に記載の微粒子研磨装置。
16. 前記第２の駆動機構は、ポンプである請求項１１に記載の微粒子研磨装置。
17. 前記第１の駆動機構および前記第２の駆動機構は、磁気装置、流体力学的装置、静電場発生装置、および重力装置の中からいずれか２つが選択される請求項１１に記載の微粒子研磨装置。
18. 前記微粒子のサンプリングおよび研磨状況の検査のためのサンプリング・ポートをさらに有する請求項１１に記載の微粒子研磨装置。
19. 前記研磨媒体を充填するための研磨媒体充填ポートをさらに有する請求項１１に記載の微粒子研磨装置。
20. 前記微粒子のサンプリングおよび研磨状況の検査のためのサンプリング・ポートをさらに有し、前記充填ポート、前記送出ポート、および前記サンプリング・ポートをそれぞれ制御するための３つの三動弁をさらに有する請求項１１に記載の微粒子研磨装置。

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