JP5218228B2 - 搬送装置及びブラスト加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴射材を噴射することによりブラスト加工を施す平板状の被加工物を載置し、搬送する搬送装置と、この搬送装置を備えたブラスト加工装置に関する。

従来より、ブラスト加工技術は、バリ取り、面荒らし、鋳造品の湯じわ消しなどの表面加工の分野などで使用されてきたが、近年では、半導体、電子部品、液晶等に使われる部材の微細加工の分野にも用いられるようになってきた。ブラスト加工は、乾式プロセスであるので、エッチングなどと異なり廃液の処理などが不要であるため、環境負荷を小さくすることができる。また、プロセスの簡素化を図ることができるので、低コストプロセスを実現できるという利点がある。このような微細加工の分野にブラスト加工を適用した例として、例えば、特許文献１には、ブラスト加工技術を太陽電池モジュール用基板の微細加工に適用する技術が開示されている。

特許文献1: 特開２００１−３３２７４８号公報

発明が解決しようとする課題
ブラスト加工を行う際には、ブラスト室に搬送ローラーなどの搬送装置により、被加工物を搬送する。ここで、搬送ローラーは、ステンレス鋼などの金属材料や硬質樹脂材料で形成されている。このような構成の搬送装置では、上述の太陽電池モジュール用基板のようにガラス材料など傷つきやすい材料からなる被加工物をブラスト加工する場合には、搬送ローラーと被加工物の間に噴射材が入り込んで、基板表面が噴射材により傷つけられるおそれがあった。

そこで、本発明は、搬送ローラーに付着した噴射材により被加工物が傷つけられることを防止できる搬送装置及びこの搬送装置を備えたブラスト加工装置を実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、噴射材を噴射することによりブラスト加工を施す被加工物を載置し、搬送する搬送装置であって、回転軸となるシャフトと、このシャフトの周囲にシャフトの長手方向に沿って所定の間隔で設けられ、その外周面を搬送面とした複数のローラー部材とからなる搬送ローラーを複数備え、この複数の搬送ローラーを平行に並べて配置することにより搬送路を形成するとともに、各シャフトを回転させることにより被加工物を搬送可能に構成されており、前記ローラー部材の被加工物と外周面にて当接する当接部材は、被加工物より軟質な弾性材料で構成され、前記当接部材と被加工物との間に噴射材が挟まった場合に、前記当接部材が噴射材から被加工物に負荷される力を減じる緩衝材として作用する、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、平板状の被加工物を載置し、搬送する搬送装置において、搬送ローラーのローラー部材の被加工物と外周面にて当接する当接部材は、被加工物より軟質な弾性材料で構成され、当接部材と被加工物との間に噴射材が挟まった場合に、当接部材が噴射材から被加工物に負荷される力を減じる緩衝材として作用するため、ガラス材料など傷つきやすい材料からなる被加工物も、噴射材により傷つけずに搬送することができる。また、当接部材は弾性材料により形成されているため、被加工物による負荷が除去されると噴射材が表面から離脱する。これにより、当接部材に付着した噴射材により被加工物が傷つけられることを防ぐことができる。

請求項１に記載の搬送装置において、前記当接部材は、独立気泡構造の発泡ウレタンにより形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明のように、当接部材を独立気泡構造の発泡ウレタンにより形成すると、ガラス材料など傷つきやすい材料からなる被加工物にブラスト加工を行う場合にも、噴射材から被加工物に負荷される力を減じる緩衝材として有効に作用するため、好適である。また、独立気泡構造であるので、表面に噴射材が溜まる開気孔がなく、噴射材の除去が容易であり、次に加工する被加工物が当接部材に付着した噴射材により傷つけられることを防ぐことができ、好適である。

請求項１に記載の発明では、隣接する前記搬送ローラーにおいて、各搬送ローラーの複数のローラー部材が、搬送方向に対して千鳥状になるように配置されている、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、隣接する搬送ローラーにおいて、各搬送ローラーの複数のローラー部材が、搬送方向に対して千鳥状になるように配置されているため、被加工物を蛇行させる力が働いても、搬送方向への搬送力を適切に伝達し、修正することができるので、被加工物が蛇行することを防ぐことができる。大型の板状の被加工物は搬送時に蛇行しやすいので、このような被加工物を搬送する場合に好適に用いることができる。

請求項３に記載の発明では、被加工物であるガラス基板に対してノズルから噴射材を圧縮空気と混合して噴射するとともに、前記ノズルを走査して被加工物のブラスト加工を行うブラスト加工装置であって、請求項１または請求項２に記載の搬送装置を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明と同様の効果を奏することができるブラスト加工装置を実現することができる。

ブラスト加工装置の構成を示す説明図である。 搬送装置の構成を示す説明図である。 ローラー部材の構造を示す断面説明図である。 最外部に配置されたローラー部材の構造を示す断面説明図である。 本発明の効果を評価するための試験装置の説明図である。

本発明の搬送装置及びブラスト加工装置について、太陽電池用のパネルＰの周縁部のブラスト加工を例に、図を参照して説明する。図１は、ブラスト加工装置の構成を示す説明図である。図２は、搬送装置の構成を示す説明図である。図３は、ローラー部材の構造を示す断面説明図である。図４は、最外部に配置されたローラー部材の構造を示す断面説明図である。図５は、本発明の効果を評価するための試験装置の説明図である。

（ブラスト加工装置の構造）
図１に示すように、ブラスト加工装置２０は、噴射材を被加工物に噴射するためのノズルユニット１０を備え、ブラスト加工を行うブラスト室２１と、被加工物をブラスト室２１に搬送する搬送装置３０と、噴射材を貯留する貯留タンクを備え、ノズル１１（図２）に所定量の噴射材を定量供給する噴射材ホッパー２３と、ノズル１１に圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置２４と、噴射材と研磨された被加工物の粉塵を回収するとともに、使用可能な噴射材と使用不可の噴射材及び粉塵とを分級する分級装置２５と、分級装置２５から粉塵を排気除去する集塵機２６とを備えている。

ブラスト室２１の壁面には、被加工物を搬入するための搬入口２１ａと、被加工物を搬出するための搬出口２１ｂと、が形成されている。搬出口２１ｂの近傍には、被加工物の表面から噴射材を除去するためのエアブロー２１ｃが、搬送装置３０を挟んで上下方向に配置されている。搬送装置３０の下方には、分級装置２５と接続され、噴射後の噴射材と被加工物からの加工屑とを吸引回収する回収部２１ｄが設けられている。

ブラスト室２１の天井部には、ブラスト室２１の内部にて、ノズルユニット１０を搬送装置３０による搬送方向（以下、Ｘ方向という）と、この搬送方向と水平な垂直方向（以下、Ｙ方向という）とに走査する走査装置２１ｅが設けられている。

ノズル１１には、圧縮空気供給装置２４と接続された圧縮空気供給ホース２４ａ及び噴射材ホッパー２３と連通している噴射材供給ホース２３ａが接続されている。

（搬送装置）
次に、搬送装置３０について説明する。図２は、搬送装置３０を上方から見た平面説明図である。図２に示すように、搬送装置３０には、複数の搬送ローラー３１が、互いに等間隔に平行に並んで配置されており、被加工物の搬送路を形成している。

搬送ローラー３１は、回転軸となる金属製のシャフト３２と、被加工物、ここではパネルＰ、を搬送する複数のローラー部材３３とを備えている。ローラー部材３３は、シャフト３２の長手方向に沿って所定の間隔で設けられており、最外部に配置されているローラー部材３３ｍを除いて、隣接する搬送ローラー３１においては、ローラー部材３３が、搬送方向（Ｘ方向）に対して千鳥状になるように配置されている。

搬送ローラー３１及びローラー部材３３の配置は、搬送する被加工物の大きさ、重量などにに合わせて設定される。例えば、本実施形態では、搬送ローラー３１の配置間隔は１５５ｍｍであり、最外部に配置されているローラー部材３３ｍの配置間隔は、パネルＰの寸法よりやや大きい間隔に設定されている。

各搬送ローラー３１のシャフト３２は、ベアリング（図示せず）を介して回転可能に両端で支持され、モータなどの回転手段を備える駆動装置３４により回転駆動される。駆動装置３４で各シャフト３２を回転させることにより、ローラー部材３３により被加工物に搬送力を伝達することができ、被加工物を搬送することができる。図中右方向が搬送方向（Ｘ方向）であり、シャフト３２は上面が右方向に回転するように駆動される。

ローラー部材３３は、パネルＰと当接し、パネルＰに搬送力を伝達する当接部材３３ａ、外周部に当接部材３３ａが固定された胴部３３ｂと、当接部材３３ａを胴部３３ｂに固定する固定部３３ｃと、により構成されている。

当接部材３３ａは、パネルＰと当接する当接面３３ｆが円筒面であり、内径が胴部３３ｂの外周面３３ｄの外径とほぼ等しいドーナツ状に形成された部材である。当接部材３３ａは、ガラス基板からなるパネルＰより軟質な弾性材料で形成されている。

胴部３３ｂはステンレス鋼などの金属材料により形成されており、シャフト３２の所定の位置にネジ止め固定されている。外周面３３ｄは円筒面に形成されており、外周面３３ｄの一端には当接部材３３ａを固定するための係止部３３ｅが径方向に突出して形成されている。

固定部３３ｃは、係止部３３ｅの先端と外径がほぼ等しくなるように形成されている円板状の部材である。当接部材３３ａを胴部３３ｂに固定するには、当接部材３３ａを外周面３３ｄに嵌め込んだ後に、固定部３３ｃを胴部３３ｂにネジ止め固定し、係止部３３ｅと固定部３３ｃとにより当接部材３３ａを挟み込んで固定する。

当接部材３３ａは、被加工物たるパネルＰより軟質な弾性材料で構成されているため、ブラスト加工の際に、当接部材３３ａとパネルＰとの間に噴射材が挟まった場合に、噴射材からパネルＰに負荷される力を減じる緩衝材として当接部材３３ａが作用するため、傷つきやすいガラス材料からなるパネルＰを、噴射材により傷つけずに搬送することができる。また、当接部材３３ａは弾性材料により形成されているため、パネルＰが搬送されて重量による負荷が除去されると噴射材が表面から離脱する。これにより、当接部材３３ａに付着した噴射材により次に加工されるパネルＰが傷つけられることを防ぐことができる。

本実施形態では、当接部材３３ａは独立気泡構造の発泡ウレタンにより形成されている。本実施形態のように、ガラス基板からなるパネルＰにブラスト加工を行う場合には、ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定のＪＩＳ−Ａで５０〜６０程度の硬さを有する独立気泡構造の発泡ウレタンを用いると、噴射材から被加工物に負荷される力を減じる緩衝材として有効に作用するため、好適である。また、独立気泡構造であるので、表面に噴射材が溜まる開気孔がなく、噴射材の除去が容易であり、当接部材３３ａに付着した噴射材により被加工物が傷つけられることを防ぐことができ、好適である。

更に、当接部材３３ａを構成する材料は、噴射材の噴射や被加工物との摺動により摩耗しにくい摩耗指数の小さい材料が好ましい。当接部材３３ａの摩耗が少なく、ローラー部材３３の外径が変化しにくいため、搬送力が一定となり、パネルＰが蛇行しにくくなる。また、当接部材３３ａの交換頻度を少なくすることができる。

当接部材３３ａの当接面３３ｆの幅Ｗは、被加工物が載置されたときの面圧に応じて、ローラー部材３３の個数を勘案して設定されている。本実施形態では、幅Ｗは２０ｍｍである。ここで、当接部材３３ａは、当接面３３ｆの幅Ｗを適切な値に設定すれば、一定の幅である必要はない。例えば、胴部３３ｂの外周面３３ｄの幅が広い場合には、係止部３３ｅと固定部３３ｃとに挟み込まれる部分の幅を広くすることもできる。

図４に示すように、最も外側に配置されているローラー部材３３ｍには、当接部材３３ａの外側に、当接部材３３ａよりもシャフト３２からの高さが高くなるように径方向に突出して形成されたガイド部３３ｇが設けられている。これにより、パネルＰが搬送時に大きく蛇行してしまった場合にも、パネルＰが搬送装置３０の側方に飛び出すことを防止することができる。

（ブラスト加工方法）
以下に、本実施形態のブラスト加工装置２０を用いたブラスト加工方法について説明する。本実施形態では、被加工物として太陽電池用パネルを用いた。ａ−Ｓｉ型太陽電池用のパネルＰは、ガラス基板上にＩＴＯである表側電極層、ａ−Ｓｉ層、裏側電極層がこの順に積層されて形成されている。ガラス基板の周縁部において、各層の積層状態が乱れ、表側電極層と裏側電極層とが短絡する箇所が存在するため、パネルＰの周縁部において、表側電極層の端縁部分をリード接続部として残して、裏側電極層とａ−Ｓｉ層の端縁部分を剥除することにより、両電極層間の短絡を除去する必要がある。本実施形態では、大きさ１５００×１１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの長方形のパネルＰについて、パネルＰ全周の周縁部加工を行った。

まず、搬送装置３０の搬送ローラー３１上にパネルＰを載置し、駆動装置３４を作動させてシャフト３２を回転させることにより、搬送ローラー３１によりパネルＰを搬送し、ブラスト室２１の搬入口２１ａよりパネルＰをブラスト室２１内へ導入する。

ここで、隣接する搬送ローラー３１において、ローラー部材３３が、搬送方向に対して千鳥状になるように配置されているため、パネルＰを蛇行させる力が働いても、搬送方向への搬送力を適切に伝達し、修正することができるので、パネルＰが蛇行することを防ぐことができる。大型の板状の被加工物は搬送時に蛇行しやすいので、パネルＰのような被加工物を搬送する場合に好適である。

次に、ブラスト室２１内へ導入されたパネルＰを、図示しない位置決め機構により、搬送ローラー３１の上方にリフトアップし、各辺がＸ方向、Ｙ方向に平行となるように所定の位置に固定する。パネルＰを搬送ローラー３１の上方にリフトアップすることにより、搬送ローラー３１に噴射材が近距離で直接噴射されることを防止することができるとともに、パネルＰの位置精度を向上させることができる。

続いて、走査装置２１ｅにより、ノズルユニット１０を所定の加工開始位置に位置決めする。続いて、ノズル１１を所定速度にてパネルＰの外周を走査しながら、平均粒径２４μｍのアルミナ砥粒を噴射し、パネルＰの周縁部に所定の幅のブラスト加工を行い、周縁部の薄膜層を除去する。ここで、ブラスト加工条件は、ブラスト加工装置２０に設けられた図示しない制御装置により制御されている。

ブラスト加工は、以下の要領で行う。圧縮空気供給ホース２４ａを介して圧縮空気供給装置２４により、ノズル１１に圧縮空気が供給され、ノズル１１内部に圧縮空気が噴射される。

噴射材は、噴射材ホッパー２３によって供給量が制御され、圧縮空気が圧縮空気供給ホース２４ａからノズル１１内部を通過する際に発生する負圧により、噴射材供給ホース２３ａを通って、ノズル１１内部に供給される。ノズル１１内部に搬送された噴射材は、圧縮空気と混合されて加速され、被加工物に対して噴射される。噴射された噴射材は、被加工物の加工面の所定の位置に衝突し、ブラスト加工が行われる。

被加工物に衝突した後に飛散した噴射材及び被加工材からの加工屑は、回収部２１ｄから、集塵機２６のファンにより吸引回収され、分級装置２５に空気輸送されて分級される。分級装置２５において分級された噴射材のうち、一定値以上の粒子径を有する再利用可能な噴射材のみ、噴射材ホッパー２３の貯留タンクに再投入されて使用される。

周縁部のブラスト加工が終了したパネルＰは、位置決め機構によるリフトアップを解除し、搬送ローラー３１上に載置された後に、駆動装置３４を作動させてシャフト３２を回転させることにより、搬出口２１ｂからブラスト室２１の外部に排出され、ブラスト加工処理が終了する。このとき、搬出口２１ｂの手前に配置されているエアブロー２１ｃによりパネルＰに付着している噴射材が吹き飛ばされて除去される。ここで、ブラスト室２１の内部は、負圧となっているので、搬出口２１ｂから噴射材などが外部に漏れることはない。

当接部材３３ａの胴部３３ｂへの固定方法は任意である。例えば、当接部材３３ａを接着材により胴部３３ｂへ接着固定してもよいし、当接部材３３ａの内径を胴部３３ｂの外径よりも小さく形成し、胴部３３ｂに嵌め込んで固定することもできる。また、胴部３３ｂを載置した成形型へ当接部材３３ａの原料樹脂を射出成形または鋳込み成形することにより製造することもできる。

駆動装置３４は、シャフト３２を制御しながら回転駆動させることができれば、駆動方式は任意である。例えば、回転力の伝達機構としてプーリーを用いることもできる。

本実施形態では、被加工物として、ガラス基板からなるパネルＰを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、半導体基板など傷の発生が特性に大きな影響を及ぼす可能性がある被加工物のブラスト加工に好適に用いることができる。

搬送ローラーの材質とパネルに発生する傷との関係を明らかにするため、以下の評価試験を行った。

まず、パネル材料を代表してガラス基板と、表１に示す各種材料で作製された板状試験片と、を用意する。ここで、比較例１の材料はガラス基板より硬質の材料であり、比較例２はガラス基板と同程度の硬さの材料であり、比較例３〜７及び実施例の材料はそれぞれガラス基板より軟質の材料である。その中で、比較例５及び実施例の材料はＪＩＳ Ｋ６２５３に規定のＪＩＳ−Ａ硬度で５０〜６０程度の硬さを有する材料である。比較例１〜６の材料はそれぞれ気孔を有していない材料、比較例７の材料は表面に開気孔を有する連続気泡型の材料、実施例の材料はそれぞれ表面に開気孔が存在しない独立気泡型の材料である。

試験は、図５に示すように、水平に置かれたガラス基板４０と板状試験片４１との間に噴射材４２を挟在させた後に、板状試験片４１上に押圧力を負荷するための重りを載せて、板状試験片４１をガラス基板４０に平行に往復運動させて行った。

噴射材は、平均粒径２５μｍのアルミナ砥粒（ＷＡ＃６００：新東ブレーター株式会社製）を用いた。重りによる押圧力は５ｋｇｆ、板状試験片４１の最大移動速度は４００ｍｍ／ｓｅｃ、往復動作は１０回とした。

ガラス基板４０に傷が生じたか否かの評価は、ガラス基板４０の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を試験前後で測定し、試験前の表面粗さと試験後の表面粗さとの差が０．００２μｍ以内であるものは傷が生じていないと判定し○評価とし、０．００２μｍ以上であるものは傷が生じたと判定し×評価とした。ガラス基板４０の表面粗さの平均は０．００９μｍＲａであったため、試験後の表面粗さが０．０１１μｍＲａを超えた場合には×評価とした。

評価結果を表２に示す。比較例１のように、板状試験片４１にガラス基板４０より硬質の材料を用いた場合は、表面粗さが基準の０．０１１μｍＲａを大きく超えており×評価であった。また、板状試験片４１にガラス基板４０より軟質の材料を用いた場合でも、比較例２〜６のように気孔を有していない材料、比較例７のように表面に開気孔を有する材料を用いた場合には×評価であった。

測定は，N=3の平均値

以上より、ガラス基板４０より軟質の材料、かつ独立気泡を有する材料を用いた実施例のみ○評価であり、本発明の効果が確認された。

本発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）本発明の搬送装置３０によれば、搬送ローラー３１のローラー部材３３に備えられた当接部材３３ａは、被加工物たるパネルＰより軟質な弾性材料で構成され、当接部材３３ａとパネルＰとの間に噴射材が挟まった場合に、当接部材３３ａが噴射材からパネルＰに負荷される力を減じる緩衝材として作用するため、ガラス材料など傷つきやすい材料からなるパネルＰも、噴射材により傷つけずに搬送することができる。また、当接部材３３ａは弾性材料により形成されているため、パネルＰが搬送されて重量による負荷が除去されると噴射材が表面から離脱する。これにより、当接部材３３ａに付着した噴射材により次に加工されるパネルＰが傷つけられることを防ぐことができる。

（２）当接部材３３ａを独立気泡構造の発泡ウレタンにより形成すると、傷つきやすいガラス材料からなるパネルＰにブラスト加工を行う場合にも、噴射材からパネルＰに負荷される力を減じる緩衝材として有効に作用するため、好適である。また、独立気泡構造であるので、表面に噴射材が溜まる開気孔がなく、噴射材の除去が容易であり、次に加工するパネルＰが当接部材３３ａに付着した噴射材により傷つけられることを防ぐことができ、好適である。

（３）隣接する搬送ローラー３１において、ローラー部材３３が、搬送方向に対して千鳥状になるように配置されているため、パネルＰを蛇行させる力が働いても、搬送方向への搬送力を適切に伝達し、修正することができるので、パネルＰが蛇行することを防ぐことができる。大型の板状の被加工物は搬送時に蛇行しやすいので、パネルＰのような被加工物を搬送する場合に好適に用いることができる。

上述した実施形態では、当接部材３３ａを発泡ウレタンにより形成したが、当接部材３３ａを形成する弾性材料は、搬送する被加工物に応じて選定することができる。例えば、シリコンゴムなどのゴム系材料を用いることもできる。

１０ ノズルユニット
１１ ノズル
２０ ブラスト加工装置
２１ ブラスト室
３０ 搬送装置
３１ 搬送ローラー
３２ シャフト
３３、３３ｍ ローラー部材
３３ａ 当接部材
３４ 駆動装置

Claims (3)

1. ノズル内部に搬送された噴射材を、圧縮空気と混合して噴射することにより被加工物であるガラス基板にブラスト加工を施すブラスト加工装置に備えられる、前記被加工物を載置し、搬送する搬送装置であって、
   回転軸となるシャフトと、このシャフトの周囲にシャフトの長手方向に沿って所定の間隔で設けられ、その外周面を搬送面とした複数のローラー部材とからなる搬送ローラーを複数備え、この複数の搬送ローラーを平行に並べて配置することにより搬送路を形成するとともに、各シャフトを回転させることにより被加工物を搬送可能に構成されており、
   前記ローラー部材の被加工物と外周面にて当接する当接部材は、被加工物より軟質な弾性材料で構成され、前記当接部材と被加工物との間に噴射材が挟まった場合に、前記当接部材が噴射材から被加工物に負荷される力を減じて前記被加工物が傷つけられるのを防ぐ緩衝材として作用し、
   前記当接部材は、独立気泡構造の発泡ウレタンにより形成されており、
   隣接する前記搬送ローラーにおいて、各搬送ローラーの複数のローラー部材が、搬送方向に対して千鳥状になるように配置されていることを特徴とする搬送装置。
2. 前記独立気泡構造の発泡ウレタンは、ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定のＪＩＳ−Ａで５０〜６０の硬さを有することを特徴とする請求項１に記載の搬送装置。
3. 被加工物であるガラス基板に対してノズルから噴射材を圧縮空気と混合して噴射するとともに、前記ノズルを走査して被加工物のブラスト加工を行うブラスト加工装置であって、請求項１または請求項２に記載の搬送装置を備えたことを特徴とするブラスト加工装置。

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