JP3746227B2 - サンドブラスト加工における静電気除去方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サンドブラストによる切削加工の際に発生した静電気を除去する方法及び装置に関し、より詳細には接地された導電性のブラシを使用してサンドブラストによる切削加工の際に発生した静電気を除去する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の基板に対する溝や開孔の形成、プラズマディスプレイパネルの隔壁形成、その他の比較的微細な切削加工においてサンドブラスト装置による切削加工が行われており、ガラス、シリコンその他の半導体、セラミックス、圧電素子等を被加工物としてサンドブラスト装置による切削加工が行われている。
【０００３】
このサンドブラスト装置による切削加工に際しては、被加工物の表面に切削パターンに即してマスク材を貼着し、被加工物のマスク材により被覆されていない部分が切削されて、所望形状の溝や開孔、その他の切削加工が行われている。
【０００４】
このようにして、被加工物に対して研磨材の噴射が行われると、研磨材が被加工物やマスク材に衝突した際の摩擦により、静電気が発生する。そして、被加工物が前述したような絶縁材料又は半導体である場合には、被加工物に帯電した静電気は除去されずに蓄積される。
【０００５】
また、前述のように被加工物を所望のパターンで切削するために貼着されるマスク材としては、リソグラフィーにより比較的微細なパターンであっても容易にパターニングすることができるドライフィルムが一般に使用されているが、このドライフィルムも絶縁性を有するために、このマスク材を介して被加工物に帯電した静電気が除去されることもない。
【０００６】
このようにして被加工物の帯電が進むと、蓄えられた静電気が放電して被加工物にクラックや割れが生じ、被加工物に破損を生じさせ、被加工物の性能を低下させる。
【０００７】
また、被加工物の表面に半導体パターンが形成されており、その中に電極があると、静電気により誘導電圧が発生して電極と空気中、若しくはアース間でスパークが発生し、この際に電極に大きな放電電流が流れて電極を破壊する場合がある。
【０００８】
このような静電気のスパークによる被加工物や電極の破損を防止するために、例えば前述のマスク材をステンレス等の導電性材料により形成し、このマスク材を接地して帯電を防止することも考えられるが、ステンレス製のマスク材に微細な加工パターンを形成することは難しく、また、マスク材が高価となるために一回毎の使用により廃棄されるこの種のマスク材として使用する場合には、切削加工のコストを高めることとなる。
【０００９】
そのため、図４に示すように噴射ノズル４０を中心としてその左右に噴射ノズル４０の移動方向と平行に導電性ブラシ５０を設け、この導電性ブラシ５０を接地すると共にその先端を被加工物Ｗの表面に接触させてブラスト加工中に生じた静電気をこの導電性ブラシ５０に接続された図示せざる接地線を介して除去することができるよう構成した静電気除去装置１が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマディスプレイパネル等の比較的大型の被加工物を切削加工する場合、加工速度の向上の要請から噴射ノズル４０自体を大型化する傾向にあり、これに伴いサンドブラストのスループットも増大している。
【００１１】
このように、加工速度の向上の面からは噴射ノズル４０の大型化が求められ、その結果、前述の構成の静電気除去装置１を使用しても噴射ノズル４０の移動方向最終端において放電が生じやすく、被加工物Ｗにクラックが生じたり電極破壊が生じやすくなっている。
【００１２】
切削加工の際に生じる静電気は、前述のように被加工物Ｗやマスク材と、噴射された研磨材との摩擦により生じることを考慮すれば、この静電気の発生は噴射ノズル４０の移動方向前方や研磨材の噴射方向において顕著であり、また、前述のように各噴射ノズル４０が大型化すると、個々の噴射ノズル４０研磨材の噴射により帯電する被加工物Ｗ上の領域（以下、「帯電領域」という。）も広くなることから、被加工物Ｗの表面において電荷分布は一様ではなく、図５に示すように、被加工物に対して噴射ノズル４０を矢印の方向に移動しながら研磨材の噴射を行う場合、噴射ノズルの移動方向における最終端Ｗａ，Ｗｂにおいて最も高電位に帯電し易く、この部分において放電が生じて被加工物Ｗにクラックが生じたり、電極破壊が生じやすいものと考えられる。
【００１３】
そうすると、噴射ノズル４０の移動方向や研磨材の噴射方向において静電気を除去することが最も効果的であるが、前述のように、従来の静電気除去装置１にあっては導電性ブラシ５０は噴射ノズル４０の移動の妨げとならないよう、噴射ノズルの移動方向と平行に配置されているために、噴射ノズル４０が大型化して導電性ブラシ５０，５０間の間隔が広くなると、最も静電気が発生しやすい噴射ノズル４０の研磨材噴射領域、特に噴射ノズルの中央部分において静電気を除去することが困難となり放電が避けられなくなる。
【００１４】
また、従来の静電気除去装置１において導電性ブラシ５０は、前述のように被加工物Ｗの表面にこれを接触させて使用するものであるために、被加工物Ｗを傷付けないよう例えば比較的細径のワイヤを使用するなど、剛性の低いものが使用されている。
【００１５】
その結果、これを研磨材の噴射領域に近付けて使用する場合には噴射ノズル４０から噴射される高圧圧縮空気と研磨材との混合流体の圧力により曲がってしまい、被加工物Ｗの表面から導電性ブラシ５０が離れて静電気を除去することができなくなるという問題を生じていた。
【００１６】
また、導電性ブラシ５０を噴射流体の圧力により曲がらない、例えば線径の太いワイヤで形成する等して剛性の高いものとすれば、被加工物Ｗがこの導電性ブラシ５０と接触した際に破損するおそれがあり、例えば図４に示すように導電性ブラシを被加工物Ｗに接触させた状態でローラコンベアにより搬送することはできず、作業効率が低下する。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術における欠点を解消するためになされたものであり、静電気の発生し易い研磨材噴射領域において静電気を除去することで、静電気の発生から除去迄の時間を可及的に短くすると共に、帯電領域を可及的に減少することにより放電を防止し、この放電による被加工物の破損や、被加工物に形成された電極の破損を防止すると共に、導電性ブラシとの接触による被加工物の破損をも生じさせることのない静電気除去方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のサンドブラスト加工における静電気除去方法は、サンドブラスト装置の噴射ノズル４０から噴射される高圧混合流体により被加工物Ｗを切削する切削加工において、
接地された導電性ブラシ５０を、前記噴射ノズル４０を介して対峙して、且つ、前記噴射ノズル４０の移動方向と直交方向に配置すると共に、前記被加工物Ｗの表面と非接触状態において前記噴射ノズル４０と同期して移動することを特徴とする（請求項１）。
【００１９】
前記静電気除去方法において、前述の導電性ブラシ５０はこれを前記噴射ノズル４０を介して対峙して、且つ、前記噴射ノズル４０による研磨材の噴射方向と直交方向に配置すると共に、前記被加工物Ｗの表面と非接触状態において前記噴射ノズル４０と同期して移動させても良い（請求項２）。
【００２０】
前述の各方法において、前記被加工物Ｗの表面と前記導電性ブラシ５０先端間の距離は６０mm以下であることが好ましく、より好適には５０mm以下である（請求項３）。
【００２１】
前記導電性ブラシ５０は、好ましくは線径０．０５〜５．０mmの金属製ワイヤとすることができる（請求項４）。
【００２２】
また、本発明のサンドブラスト加工における静電気除去装置１は、噴射ノズル４０から噴射される高圧混合流体により被加工物Ｗを切削加工するサンドブラスト装置において、
接地された導電性ブラシ５０を、前記噴射ノズル４０を介して対峙して、且つ、前記噴射ノズル４０の移動方向と直交方向に配置すると共に、前記噴射ノズル４０と同期して移動自在に設けると共に、前記被加工物Ｗの表面と非接触状態に配置したことを特徴とする（請求項５）。
【００２３】
また、本発明の静電気除去装置１は、接地された導電性ブラシ５０を、前記被加工物Ｗの表面と非接触状態で且つ、前記噴射ノズル４０による研磨材の噴射方向と直交方向を被覆するように、前記噴射ノズル４０を介して対峙して前記噴射ノズルと同期して移動自在に設けても良い（請求項６）。
【００２４】
前記各静電気除去装置１において、前記被加工物Ｗの表面と前記導電性ブラシ５０先端間の距離は６０mm以下とすることが好ましく、より好適には５０mm以下とする（請求項７）。
【００２５】
さらに、前記導電性ブラシ５０は、これを線径０．０５〜５．０mmの金属製ワイヤとすることができる（請求項８）。
【００２６】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら以下説明する。
【００２７】
図１〜図３において１は本発明の静電気除去装置であり、この静電気除去装置１は、所定間隔で対向配置される略下向きＵ字状の２枚のフレーム板１０，２０を備え、両フレーム板１０，２０の下端間を連結する補強板３１，３１にて前記２枚のフレーム板１０，２０を所定間隔に連結している。
【００２８】
本実施形態において前述のフレーム板１０，２０は、フレーム板１０，２０の上部を形成する略下向きＵ字状の本体１１，２１と、この本体１１，２１を下方に延長する延長板１２，２２により構成されている。そして、フレーム板の本体１１，２１の幅方向の両端を他方のフレーム板２０，１０に向かって折り曲げた折り曲げ部１３，２３を形成して、該フレーム板１０，２０の補強を図ると共に、同様に折り曲げ形状を成す延長板１２，２２をこの折り曲げ部１３，２３に高さ方向に所定間隔で形成された開孔１４，２４のうちの適宜の開孔に係止することにより、フレーム板１０，２０の高さを調整可能に構成している。
【００２９】
前述のフレーム板１０，２０の上端部分には、噴射ノズル４０の基端部４１に設けられたフランジ４２に前記フレーム板１０，２０を固着するためのステー１５，２５が他方のフレーム板２０，１０に向かって突出形成されており、このステー１５，２５に噴射ノズル４０の基端部４１に設けられたフランジ４２を例えばボルト止めする等して、噴射ノズル４０とフレーム板１０，２０とが一体的に連結されていると共に、対向配置された二枚のフレーム板１０，２０は、噴射ノズル４０の基端部４１に設けられたフランジ４２を介してその上端部を所定の対向間隔に固定される。
【００３０】
前述の補強板３１，３１は、前述のように対向配置された２枚のフレーム板１０，２０の下端位置においてその対向間隔を決定すると共に、後述する導電性ブラシ５０を取り付けるための基台となるものであり、図１及び図２に示すようにこの補強板３１，３１にはそれぞれ導電性ブラシ５０，５０が取り付けられている。
【００３１】
図１に示す例では、この導電性ブラシ５０，５０を図１中左右にそれぞれ１列づつ取り付けた例を示しているが、この導電性ブラシ５０，５０はそれぞれ複数列設けることができ、本実施形態にあっては左右にそれぞれ３列づつの導電性ブラシを設けている。
【００３２】
この導電性ブラシは、前述のように導電性を有し、かつ、噴射ノズルから圧縮空気と共に研磨材が噴射された際、この圧縮空気の圧力により曲がらない程度の剛性を備えたものであることが好ましく、本実施形態にあっては、導電性を有する金属板等から成る基台５２に直径０．０５〜５．０mm程度の比較的太径のワイヤ５１を取り付けて形成された導電性ブラシ５０を使用し、圧縮空気の圧力によっても導電性ブラシが変形することを防止している。
【００３３】
好ましくは、前記導電性ブラシ５０，５０は、前述の補強板３１，３１の噴射ノズル４０側の側面とは反対側の側面に取り付けると共に、この導電性ブラシ５０，５０の先端が、この補強板３１，３１よりも僅かに下方に突出するように取り付けることが好ましい。
【００３４】
このように取り付けることにより、補強板３１，３１が導電性ブラシ５０，５０の風除けの役目をし、噴射ノズル４０より噴射される高圧の混合流体が導電性ブラシ５０，５０に当たって導電性ブラシ５０，５０が変形したり、または研磨材が導電性ブラシ５０，５０に衝突して導電性ブラシ５０，５０を摩耗させてその寿命を短くすること等の弊害を防止することができる。
【００３５】
この導電性ブラシ５０，５０は、被加工物Ｗより静電気を除去することができるよう接地されており、フレーム板１０，２０を金属板にて形成した本実施形態にあっては、このフレーム板１０，２０に接地線を接続することにより、導電性ブラシ５０，５０はフレーム板１０，２０を介して接地されている。かようにして、接地された導電性ブラシ５０を、前記噴射ノズル４０を介して対峙して、且つ、以下説明するように、前記噴射ノズル４０の移動方向と直交方向に配置する。
【００３６】
以上のように構成された静電気除去装置１の使用方法について説明すると、先ず、この静電気除去装置１を噴射ノズル４０の基端部４１に設けられたフランジ４２に取り付けて、この静電気除去装置１が噴射ノズル４０と同期して移動するよう構成する。
【００３７】
噴射ノズル４０に対する静電気除去装置１は、噴射ノズル４０の移動方向と直交方向に前述の導電性ブラシ５０が配置するか、又は噴射ノズル４０による研磨材の噴射方向に対して直交方向を成すように設けられ、図２に示すように、一回の噴射で被加工物Ｗ上の比較的広い幅を加工し得るよう、幅広に形成された噴射ノズル４０にあっては、噴射ノズル４０の両側に噴射ノズル４０の長手方向と平行を成すよう前述の導電性ブラシ５０，５０を配置することにより、噴射ノズル４０の移動方向及び研磨材の噴射方向のいずれに対しても直交方向を成すよう導電性ブラシ５０を取り付けることが可能である。
【００３８】
上記幅広に形成された噴射ノズル４０は、研磨材噴射口４３の断面形状を一例として短辺０．７mm×長辺１００mmに形成しており、研磨材の噴射方向（噴射流）は、前記長辺に直交方向となる。
【００３９】
また、静電気除去装置１に取り付けられた噴射ノズル４０と被加工物Ｗ間の距離（以下、「ノズル距離」という。）を、被加工物Ｗの材質、切削加工するパターン、その他加工条件等に対応した適切な間隔とした際、このノズル距離において被加工物Ｗの表面と導電性ブラシ５０先端間の距離（以下、「ブラシ距離」という。）が最適となるよう、開孔１４，２４を選択してフレーム板本体１１，２１に対する延長板１２，２２の取付位置を調整し、静電気除去装置１の全高を変更する。
【００４０】
このブラシ距離は、６０mm以下、好ましくは５０mm以下で、かつ、被加工物Ｗの表面に導電性ブラシ５０，５０の先端が接触しない範囲であり、図１及び図２に示す例では、一例としてノズル距離を９０mm、ブラシ距離を２８mmとしている。
【００４１】
以上のように構成された静電気除去装置１が取り付けられた噴射ノズル４０を備えたブラスト加工装置を使用して、被加工物Ｗに対して研磨材を噴射を行った結果、ガラス、セラミック、シリコン等の半導体、水晶等の圧電素子のいずれを被加工物とした場合においても、従来技術として説明した静電気除去装置において生じていた被加工物Ｗのクラックの発生が起こらなかった。
【００４２】
また、ブラシ距離を適宜変更して被加工物Ｗに対してブラスト加工を行った例では、ブラシ距離が６０mmの場合には、僅かにスパークとクラックの発生が見られるものの、従来の静電気除去装置に比べてスパークとクラックの発生を減少させることができ、また、ブラシ距離を５０mm以下とする場合には、ブラシ距離を０mm、すなわち被加工物Ｗの表面に接触させて使用した場合と同様にスパークとクラックの発生を略完全に防止することができることが確認された。
【００４３】
なお、ブラシ距離とスパーク及びクラックの発生との関係を表１に示す。
【００４４】
【表１】
ブラシ距離とスパーククラック発生との関係

【００４５】
【発明の効果】
以上説明した本発明の構成により、静電気の発生し易い位置の可及的に近い位置において静電気を除去することが可能であると共に、導電性ブラシを被加工物に接触させることなく、静電気を除去することが可能であり、従って静電気の放電や導電性ブラシとの接触により被加工物が破損したり、又は被加工物内に形成された電極等の破損を防止することのできる静電気除去方法及び装置を提供することができた。
【００４６】
また、前述の導電性ブラシを被加工物に対して接触させることなく静電気の除去を行うことができることから、導電性ブラシに使用されるワイヤを剛性の高いものとすることができ、導電性ブラシを噴射ノズルから噴射される高圧の混合流体によって変形されることがなく、また、研磨材との衝突によって破損し難いものとでき、導電性ブラシの交換等に要するメンテナンスの頻度を減少させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示す静電気除去装置の正面図。
【図２】 本発明の一実施形態を示す静電気除去装置の左側面図。
【図３】 本発明の一実施形態を示す静電気除去装置の平面図。
【図４】 従来の静電気除去装置を備えたブラスト加工装置の概略説明図。
【図５】 噴射ノズルの移動方向と静電気の発生を示す説明図。
【符号の説明】
１ 静電気除去装置
１０，２０フレーム板
１１，２１ 本体（フレーム板の）
１２，２２ 延長板
１３，２３ 折り曲げ部
１４，２４ 開孔
１５，２５ ステー
３１ 補強板
４０ 噴射ノズル
４１ 基端部（噴射ノズルの）
４２ フランジ
４３ 研磨材噴射口
５０ 導電性ブラシ
５１ ワイヤ
５２ 基台
Ｗ 被加工物
Ｗａ，Ｗｂ 最終端部（被加工物の）

Claims (8)

1. サンドブラスト装置の噴射ノズルから噴射される高圧混合流体により被加工物を切削する切削加工において、
   接地された導電性ブラシを、前記噴射ノズルを介して対峙して、且つ、前記噴射ノズルの移動方向と直交方向に配置すると共に、前記被加工物の表面と非接触状態において前記噴射ノズルと同期して移動させることを特徴とするサンドブラスト加工における静電気除去方法。
2. サンドブラスト装置の噴射ノズルから噴射される高圧混合流体により被加工物を切削する切削加工において、
   接地された導電性ブラシを、前記噴射ノズルを介して対峙して、且つ、前記噴射ノズルによる研磨材の噴射方向と直交方向に配置すると共に、前記被加工物の表面と非接触状態において前記噴射ノズルと同期して移動させることを特徴とするサンドブラスト加工における静電気除去方法。
3. 前記被加工物の表面と前記導電性ブラシ先端間の距離が６０mm以下である請求項１又は２記載のサンドブラスト加工における静電気除去方法。
4. 前記導電性ブラシが線径０．０５〜５．０mmの金属製ワイヤから成る請求項１〜３いずれか１項記載のサンドブラスト加工における静電気除去方法。
5. 噴射ノズルから噴射される高圧混合流体により被加工物を切削するサンドブラスト装置において、
   接地された導電性ブラシを、前記噴射ノズルを介して対峙して、且つ、前記噴射ノズルの移動方向と直交方向に配置すると共に、前記噴射ノズルと同期して移動自在に設けると共に、前記被加工物の表面と非接触状態に配置したことを特徴とするサンドブラスト加工における静電気除去装置。
6. 噴射ノズルから噴射される高圧混合流体により被加工物を切削するサンドブラスト装置において、
   接地された導電性ブラシを、前記被加工物の表面と非接触状態で且つ、前記噴射ノズルによる研磨材の噴射方向と直交する方向を被覆するように前記噴射ノズルを介して対峙して配置すると共に前記噴射ノズルと同期して移動自在に設けたことを特徴とするサンドブラスト加工における静電気除去装置。
7. 前記被加工物の表面と前記導電性ブラシ先端間の距離を６０mm以下とした請求項５又は６記載のサンドブラスト加工における静電気除去装置。
8. 前記導電性ブラシが線径０．０５〜５．０mmの金属製ワイヤから成る請求項５〜７いずれか１項記載のサンドブラスト加工における静電気除去装置。

Images