JP5708754B2 - 乾式クリーニング装置 - Google Patents
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Description
半田ペーストを印刷する方法として、厚み0.1〜0.15mmの金属板に、孔を空けて印刷パターンを形成したメタルマスクが一般的に使用される。メタルマスクに基板を密接させ、半田ペーストを基板と反対側からメタルマスク上に供給し、スキージをマスク表面に沿って平行移動させて、孔の内部のみに半田ペーストを残留させ、しかる後に基板をマスクから離すことで、基板上に半田ペーストを印刷する。
一般的にはスキージを機械的に稼働させる印刷機を使用するが、少量生産の基板では、人間の手でスキージを動かす手動の装置を使用して半田印刷を行うこともある。
このような印刷工程においては、メタルマスク(印刷マスク)を繰り返し使用するため、半田ペーストがメタルマスクから確実に抜けて離れることが品質上必要である。
しかしながら、使用している間に徐々にペーストがメタルマスクに付着して印刷品質が低下するため、1日の終わりや、生産品種の段取り変えのタイミングで定期的にマスク洗浄を行う必要があった。
しかしながら、近年、溶剤使用に伴うコストや環境負荷を削減するために、乾式でメタルマスクを洗浄する技術が求められている。
特許文献1には、洗浄槽内に噴射される気流で薄片状の洗浄媒体を循環・飛翔させ、洗浄対象物に当てて汚れを除去する乾式クリーニング装置が開示されている。
特許文献2には、洗浄槽内で洗浄対象物を保持するとともに、洗浄媒体を浮遊させ、洗浄槽の側面に間隔をおいてライン状に配設されたノズルから気流を噴射して洗浄媒体を洗浄対象物に当ててクリーニングする乾式クリーニング装置が開示されている(以下、「ラインノズル方式」という)。
半田ペーストは粘弾性を有しているため、これを除去するには洗浄媒体を高速で飛翔させて衝突させる必要がある。
しかしながら、特許文献1、2等に記載の乾式クリーニング装置では、洗浄槽の容積が大きく、洗浄媒体の飛翔速度はあまり高くない。このため、粘弾性を有する半田ペーストからなる汚れを除去することは困難であった。
本出願人は、持ち運び可能なコンパクトな筐体に吸気手段を接続し、開口部が洗浄対象物で塞がれた状態で通気路(インレット)を介して筐体外部から内部へ流入する高速気流により発生する旋回空気流によって薄片状の洗浄媒体を筐体内で旋回飛翔させながら、開口部で洗浄媒体に衝突させてクリーニングする高速飛翔タイプの乾式クリーニング装置を提案した(特願2010−175687号)。
この装置によれば、洗浄媒体を高速で飛翔させることができるので、半田ペースト等の粘弾性を有する汚れであっても除去することができる。
しかしながら、メタルマスクのように粘弾性付着物で両面が汚れている場合、一方の面から上記高速飛翔タイプの乾式クリーニング装置で洗浄しても、当該面上の汚れは除去できるものの、粘弾性特性によって、細孔の内部から裏面側に連なった汚れが残留する。逆の面から再度洗浄しても粘弾性特性によって押し戻され、反対側の面に飛び出して残留する。この粘弾性特性による汚れ除去の困難性のメカニズムについては実施形態で詳述する。
このように、高速飛翔タイプの装置を用いてもメタルマスクのような両面汚れの洗浄対象物をクリーニングする場合には洗浄効率が極めて低かった。
本発明における「筐体」とは、内側に旋回空気流を発生させやすい形状の空間を備えた容器状の構造物を示す。旋回空気流を発生させやすい形状とは、気流が筐体の内壁を沿って流れて循環する、連続した内壁を持つ形状であり、より望ましくは回転体形状の内壁または内部空間を備える形状である。
「通気路」とは、気流を一定の方向に流れやすくする手段のことであり、滑らかな内面を備える管形状であることが一般的である。しかしながら、たとえば滑らかな面を持つ、板状の流路制御板などを用いても、気体を面に沿った方向に流れやすくする、整流効果が発現するため、このような形態も含めて通気路とする。
管形状を備え、一方の端部が筐体内壁の空気流入口に接続し、もう一方の端部が筐体外の大気に開放されている空気取り入れ口である通気路を、本発明では「インレット」と呼称する。インレットは一般的に流体抵抗が低く、滑らかな内面を持ち、管の断面は円形、長方形、スリット形状などが用いられる。
図1乃至図8に第1の実施形態を示す。まず、図1及び図2に基づいて本実施形態に係る乾式クリーニング装置の構成の概要を説明する。
乾式クリーニング装置は、直方体の外郭形状をなす装置フレーム4と、装置フレーム4の底面側に配置された下部水平フレーム6と、下部水平フレーム6に搭載され、洗浄対象物としてのメタルマスク8の下端部を保持するマスク保持部12を水平に移動させる移動手段としての水平軸リニアモータ14と、装置フレーム4の上面側に配置された上部水平フレーム16と、上部水平フレーム16に嵌合し、メタルマスク8の上端部を保持してスライドする可動レール18と、メタルマスク8の一方の面側に配置された第1のクリーニング機構22と、他方の面側に配置された第2のクリーニング機構24等を有している。
メタルマスク8は立てた状態で水平軸リニアモータ14により水平方向に移動させられる。
第2のクリーニング機構24も同様の構成を有し、メタルマスク8を挟んで第1のクリーニング筐体34に対向して配置された第2のクリーニング筐体36を備えている。なお、第2のクリーニング機構24ではアプローチ軸リニアモータ32は設けられていない。
第1のクリーニング筐体34、第2のクリーニング筐体36を以下単に「筐体」ともいう。
図1(b)に示すように、メタルマスク8の下端部はマスク固定金具38を介してマスク保持部12に保持されている。
本実施形態ではメタルマスクのクリーニングを例としているが、他の素材の印刷用マスクや、細孔が開いた板状の洗浄対象物であっても本構成のクリーニング装置を適用することが可能である。
クリーニングする際には、一方のクリーニング筐体(第1のクリーニング筐体34)をメタルマスクの表面に向かってアプローチ動作させ、予めメタルマスク8の一面に当接しているもう一方のクリーニング筐体(第2のクリーニング筐体36)とで挟み込むようにマスクに密着させてクリーニングを行う。
この際、後述する開口部の隙間から洗浄媒体を筐体外に漏らさないように、ある程度の押し付け力で押し付ける必要があるが、2つのクリーニング筐体で挟み込む構成のため、薄いメタルマスクを変形させることなく密着させることができる。
本実施形態では図2に示したようにアプローチ手段としてリニアモータを使用しているが、エアシリンダなどを用いて一定圧力でクリーニング筐体を押し付けてもよい。
各モータは図示されないコントローラに接続され、独立して位置および速度を制御される。
第2のクリーニング筐体36もアプローチ軸リニアモータで駆動する構成としてもよい。
図6において、符号10は乾式クリーニング筐体を示している。以下、乾式クリーニング筐体を単に「筐体」と称する。
筐体10は、図6の上下の図から明らかなように、円錐形状の中空体を、互いに逆向きにして、その底面側で合わせた形態となっている。図6の下図に示す符号10Aで示す部分を「上部筐体」、符号10Bで示す部分を「下部筐体」と称する。これら上部筐体10Aと下部筐体10Bとは一体として形成されている。
上部筐体10Aの内部には、上部筐体10Aの円錐軸を共通の軸とするように、円筒状の内筒部材10Dが筐体10の一部として設けられ、内筒部材10Dの、図における下の部分は分離板10Cに当接している。
下部筐体10Bの頂部側(図で下方の部分)は筒状に開口して吸気口を構成し、吸気ダクト20Bを介して吸引装置20Aに連結されている。
吸引装置20Aと吸気ダクト20Bとは吸引手段を構成する。吸引装置20Aとしては、真空モータや真空ポンプ、空気流や水流により低圧を発生させるタイプのものなどを適宜用いることができる。
上記円筒状部分は、中空シリンダ10Fにより貫通され、この中空シリンダ10Fは上部筐体10Aに一体化されている。以下、中空シリンダ10Fを「インレット10F」と称する。
インレット10Fの態位は、分離板10Cに略平行であり、その長手方向は、上部筐体10Aの円筒状部分の半径方向に対して傾き、内筒部材10Dの周面の接線に略平行な方向を持ち、上部筐体10A内に開いた出口側は、開口部10Eに対向するように位置している。インレット10Fの内部は通気路をなしている。
図6の上図に符号PCで示すのは「薄片状の洗浄片」であり、この洗浄片PCの集合体が洗浄媒体をなす。以下、PCを洗浄媒体としても表示する。
図7の上下の図は、図6に即して説明した乾式クリーニング装置を、図6に倣って示している。図7(b)は、開口部10Eを解放した状態で吸気手段による吸気を行っている状態、図7(a)は、開口部10Eをクリーニング対象物COの表面で塞いだ状態を示している。
例えば、図7(b)に示すように、吸引装置20Aを駆動して吸気ダクト20Bにより下部筐体10B側から筐体内部の空気を吸気して、上部筐体10A内を負圧状態とし、この負圧による空気流AF(図7(b)上図)により、所望量の洗浄片PCを、開口部10Eから上部筐体10A内に吸引して「洗浄媒体」を上部筐体10A内に取り込むことができる。
上部筐体10A内の空気は吸気手段により吸気され、上部筐体10A内は負圧状態となっているので、筐体外部の空気がインレット10Fを通して上部筐体内に導入されるが、このときのインレット10F内の流れは流速・流量ともに小さいので、筐体内に発生する旋回空気流RFは洗浄媒体を飛翔させる強さには至らない。
従って、上部筐体10A内にある程度の量の洗浄片PCが吸い込まれると、洗浄片PCの吸い込みは実質的に停止する。
このようにして、吸気手段の吸気能力に応じた量の洗浄片PCが吸い込まれて上部筐体10A内に洗浄媒体として保持される。
開口部10Eがクリーニング対象物COの表面で塞がれると、開口部10Eからの吸気が止まるので、上部筐体10A内の負圧は一気に増大し、インレット10Fを通じて吸い込まれる空気量・流速ともに増大し、インレット10F内で整流され、インレット出口から上部筐体10A内に強い空気流となって吹き出す。
吹き出した空気流は、分離板10C上に保持されている洗浄片PCを「開口部10Eを塞いでいるクリーニング対象物COの表面」に向けて飛翔させる。
上記空気流は、旋回空気流RFとなって、上部筐体10Aの内壁に沿って円環状に流れつつ、一部は分離板10Cの穴を通って吸気手段により吸気される。
洗浄媒体をなす洗浄片PCは、この旋回空気流により上部筐体10A内で旋回し、クリーニング対象物COの表面(の汚れ)に繰り返し衝突する。この衝突による衝撃で、上記汚れがクリーニング対象物COの表面から微小粒状あるいは粉状となって分離する。
分離した汚れは、分離板10Cの穴を通って吸気手段により乾式クリーニング筐体10の外部へ排出される。
このため、旋回空気流は分離板表面に吸い着けられた洗浄片PCに、横方向から吹き付けて洗浄片PCと分離板10Cの間に入り込み、分離板10Cに吸い付けられている洗浄片PCを分離板10Cから引き剥がして再度飛翔させる効果が生じる。
また、開口部10Eが塞がれて上部筐体10A内の負圧が増大して、下部筐体10B内の負圧に近くなるため、洗浄片PCを分離板10C表面に吸い付ける力も低下して、洗浄片PCの飛翔がより容易になる効果が生じる。
クリーニング対象物は、半田ペースト塗布工程で用いられるメタルマスクであり、符号100で示す。メタルマスク100には、多数のマスク開口部101が開口しており、これらマスク開口部の穴周辺に半田ペーストSPが付着している。この付着した半田ペーストSPが除去すべき汚れである。
乾式クリーニング筐体の下部筐体10Bの、吸気ダクト20Bとの接合部を手HDで握り、吸気状態で、上部筐体10Aの開口部10Eを被クリーニング部位に押し当てる。
開口部10Eが被クリーニング部位に押し当てられる以前は、上部筐体10A内は吸気され、洗浄媒体の洗浄片PCは、分離板10Cに吸い付けられているので、開口部10Eは図8に示す如く下方を向いているが、上部筐体10A内から洗浄片PCが外部へ漏れることが無い。勿論、開口部10Eが被クリーニング部位に押し当てられた以後は、筐体内が気密状態となり、洗浄媒体の漏れ出しはない。
クリーニング作業者は、上述の如く筐体10を手HDに持ち、メタルマスク100に対して移動させて、被クリーニング部位を順次移動させ、付着した半田ペーストを全て除去することができる。
第1のクリーニング筐体34と第2のクリーニング筐体36は、メタルマスク8を挟んでそれぞれの開口部10Eが対向するように配置されている。
第1のクリーニング筐体34はメタルマスク8の一面8aに対向し、第2のクリーニング筐体36は反対側の面8bに対向している。メタルマスク8には、複数の細孔8cが形成されている。
各筐体のインレット10Fの入口には、洗浄媒体PCの受け口40が設けられており、受け口40からインレット10Fに洗浄媒体PCを供給する構成となっている。
2つのクリーニング筐体が洗浄対象物であるメタルマスク8に密着しており、各開口部10Eが完全に塞がれた状態になっている。図示しないが、各開口部10Eの周囲には、洗浄対象物に密着して洗浄媒体の漏れを防止する柔軟なシール部材が配置されている。
作業者はまずメタルマスク8をマスク保持部12及び可動レール18に固定する。次に、1回の洗浄プロセスで使用する「鋭角を備えた洗浄媒体」(後述)を、予めインレット付近の洗浄媒体受け口40に供給する。供給は人手で行っても良いし、薄片状の洗浄媒体を一定量供給する洗浄媒体供給手段を別途用いて自動的に行ってもよい。
この場合、洗浄媒体供給手段の洗浄媒体供給口に対して、筐体のインレットが洗浄媒体を吸い込めるような位置に、筐体を移動させることができれば、洗浄動作中であっても洗浄媒体の補給が可能である。
洗浄媒体供給手段としては、ホッパーの下部開口部を回転ローラでふさぎ、ローラの回転によって薄片を一定量落下させるロールフィーダーなどが適しているが、これに限定されず洗浄媒体を定量供給できれば手段は問わない。
また、洗浄媒体供給方法としては、洗浄媒体を保持した容器を装置フレーム4の上下いずれかに配置し、筐体を移動させて開口部10Eから吸引する方法などがある。
第1のクリーニング筐体34と第2のクリーニング筐体36の各開口部10Eは、メタルマスク8の「両面同時洗浄」の観点から対向する必要があるが、必ずしも完全に一致する必要はなく、細孔8cを通じて外部に気流が漏れない状態であれば、寸法上の差があっても構わない。
次に、上記吸引手段を駆動させることにより、筐体内に旋回空気流を発生させる。吸引手段は、個々の筐体にそれぞれ備えてもよいし、一つの強力な吸引手段を、吸引ホースを分岐させて複数の筐体に接続してもよい。
旋回空気流によりインレットから吸い込まれた鋭角を持つ洗浄媒体が、筐体内で飛翔し、開口部を通じてメタルマスクに衝突し、両面と細孔8c内部を同時にクリーニングする。
スキャン時の速度は2〜10mm/sと低速に動作することが望ましい。このため、洗浄時間は洗浄面積によっては10分以上の長時間が必要である。このように長時間洗浄する際は、洗浄媒体に付与された割れ導入部(後述)で洗浄媒体が割れることにより、新たなシャープな鋭角が生じる。このような現象により、長時間洗浄を実施しても細孔のクリーニング能力は低下しない。
洗浄が終了したら、吸引手段を停止し、アプローチ軸リニアモータ32を稼働させて、筐体によるマスクの挟み込みを解除する。
しかる後、乾式クリーニング装置からメタルマスクを取り出し、静電気などで付着した洗浄媒体を払い落とすことで洗浄を完了する。
図5(a)は、洗浄前の状態を示している。メタルマスク8の細孔8cを通じて両面に半田ペーストSPが付着している。
図5(b)は、このような両面汚れに対し、メタルマスク8の片面側から洗浄媒体を衝突させた場合を示している。図5(b)に示したように、洗浄媒体が衝突する面上の半田ペーストは洗浄媒体の衝突によってクリーニング可能である。一方、細孔8cの内壁に残留した半田ペーストに関しては、洗浄媒体と反対面の縁の半田ペーストが細孔内壁の半田ペーストを支えてしまう。このため、細孔内のクリーニングに時間がかかる。
このような状態の汚れに対して、図5(c)に示すように、逆の面から再度洗浄媒体を衝突させたとしても、汚れは粘弾性があるために押し戻され、反対側に飛び出しはしても残留し続ける。
半田ペーストSPは粘弾性があるため、これを除去するためには粘弾性により吸収される以上の運動エネルギーをもつ洗浄媒体を衝突させる必要がある。上記ラインノズル方式では、洗浄媒体が高速気流の流路から散らされてしまうため、加速に限界がある。旋回気流を用いるクリーニング筐体方式(高速飛翔タイプ)は、洗浄媒体の逃げ場が無いために洗浄媒体がラインノズル方式の倍以上の速度に到達するため、粘弾性のある汚れを除去することができる。
しかしながら、片面洗浄方式では、上記のように半田ペーストSPを効率的に除去できない。
表1に各方式の洗浄能力の比較結果を示す。表1において、○は洗浄が短時間で可能なことを示し、△は時間をかければ洗浄可能なことを示す。×は時間をかけても洗浄しきれないことを示す。
本実施形態では、図3に示したように、相対するクリーニング筐体によって発生する旋回空気流RFの方向が、洗浄対象物の面に沿う位置では略同一方向である配置である。このような構成により、旋回空気流同士が衝突して弱めあうことを防いでいる。
また、本実施形態では、筐体が矩形状に移動し、長方形のエリアを洗浄する動作を例に説明したがこれに限定される趣旨ではない。
他の制御方式として、メタルマスクの設計データもしくはセンシングなどにより細孔の有無の検知を行い、細孔の開いている領域だけを筐体が走査するような制御を実施すれば、より洗浄効率があがる。その場合でも、表面と裏面の筐体は開口部の位置を合わせて稼働させる必要がある。
上記実施形態と同一部分は同一符号で示す。筐体以外の構成および動作は、上記実施形態と同様であるため説明を省略する(以下の他の実施形態において同じ)。
洗浄媒体の入射角度がメタルマスクを挟んで対称であると、メタルマスク表面に平行な洗浄媒体飛翔のベクトルは同一となる。このような場合、細孔の内壁で洗浄媒体が接触しやすい領域としにくい領域ができてしまうために望ましくない。
これを避けるために、本実施形態ではメタルマスクの表側と裏側で筐体の角度を変えて配置する構成としている。
図9に示すように、第1のクリーニング筐体34に対して第2のクリーニング筐体36は90度角度を変えて配置した上で、開口部が重なるように配置されている。
なお、図9では分かりやすくするために、メタルマスクの両面に筐体開口部が密着している状態を示している。このような配置であれば、洗浄対象物表面における旋回空気流RFの方向は同一ではなく直交しており、衝突して弱めあうことはない。
各筐体の開口部は正方形であり、90度単位で回転させて配置しても、開口部同士の位置を合わせることができる。クリーニング装置の動作プロセスは第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、図10に示すように、第1のクリーニング筐体34と第2のクリーニング筐体36を、旋回空気流RFの方向が逆向きとなるように配置したことを特徴としている。
洗浄媒体は、筐体内でメタルマスク方向に加速されるとともに、旋回空気流RFの方向に沿う動きをするため、仮にインレットがメタルマスクに対して垂直方向に向いていても、洗浄媒体はメタルマスクに対してある程度角度がついて衝突する。
そのため、図3に示すように、旋回空気流RFの方向が一致している場合は、偏りが生じ衝突しにくい内壁が存在する。
すなわち、図12に示すように、洗浄媒体PCは細孔8cの飛翔方向下流側の内壁に衝突しやすく、上流側の内壁には半田ペーストが残留しやすい。
これに対し、本実施形態に係る構成では、旋回空気流RFの方向が逆向きであるため、図11に示すように、メタルマスク8の表と裏で洗浄媒体PCは細孔8cの異なる内壁に衝突する。
これにより、半田ペーストの残留がなく洗浄品質は向上する。
図13はクリーニング前の状態を示している。各細孔8cの縁には両面において半田ペーストSPが付着している。各細孔8cの幅wは0.2mmである。
図14は、メタルマスク表裏面における洗浄媒体飛翔方向を第1の実施形態の如く一致させた場合で、飛翔方向の上流の細孔内壁に半田ペーストが残留しやすい。
図15は、本実施形態の結果を示しており、洗浄媒体飛翔方向を逆向きとした場合、半田ペーストが完全に除去されている。
半田ペーストの粘度は150〜250Pa.s、粘着性1.0N以上のものが一般的で、粘り気があり粘着しやすい特性を備えている。
半田印刷用のメタルマスクは、厚み0.1〜0.15mmで、600〜700mm角の形状が一般的に使用される。その内側に、印刷対象の基板サイズに応じて、細孔が加工されている。
このような広い面積を備えるメタルマスクの全面をクリーニングするためには、クリーニング筐体をマスクに対して相対的に動かすか、複数の筐体を並べるかして全面を洗浄する方法が考えられる。
しかし、多くの細孔が配置されていたり、大きな孔が空けられていた場合は、旋回空気流同士が衝突して弱めあう場合がある。これらのトレードオフを回避するために、図16に示すような構成としてもよい(第4の実施形態)。
図16に示すように、一方の筐体(第1のクリーニング筐体34)の形状を変え、インレット入射角度を逆方向にすると、旋回空気流は同一方向で、かつ図11に示したように、逆向きで洗浄媒体が細孔に衝突するため、クリーニング能力が向上する。
図17に示すように、矩形(四角形)の細孔の角の部分に付着した半田ペーストは、2つの辺に接しているために、鋭角を持つ洗浄媒体を垂直方向から当てても接触しにくい。
これを除去するためには、角を構成する2辺に対して約45°の角度で当たるような飛翔方向を洗浄媒体が備えていると、より確実に角の部分に付着した半田ペーストを除去できる。
角は4つあるため、両面の筐体で2つづつの角を担うようにすれば、4隅に付着した半田ペーストを確実に除去することができるため、クリーニング品質が向上する。
図18は本実施形態の筐体構成を示している。旋回空気流方向が正反対の筐体を2つ連結することにより、2方向の旋回空気流を1つのクリーニング筐体で実現可能である。このような連結構成のクリーニング筐体を、図9と同様に角度を90度変えて配置し(裏面側構成は省略)、メタルマスクの角孔の辺に対しては45°の角度で洗浄媒体が衝突するように配置する。このような構成により、角孔の角全てに洗浄媒体が衝突しやすくなるため、クリーニング能力が向上する。
図17に示した洗浄媒体PCaは表面側のクリーニング筐体内で飛翔する洗浄媒体であり、洗浄媒体PCbは裏面側のクリーニング筐体内で飛翔する洗浄媒体を示している。
以下に、「鋭角を備えた洗浄媒体」の構成、洗浄中に新たな鋭角を生じて洗浄中での洗浄能力低下を抑制する構成及びその製造方法について説明する(第6の実施形態)。
図19に本実施形態に係る洗浄媒体PCの面形状を示す。図19(a)は平行四辺形の洗浄媒体PC−1を、図19(b)は台形の洗浄媒体PC−2を、図19(c)は三角形の洗浄媒体PC−3をそれぞれ示している。ここで、「面形状」とは、媒体の厚み方向と直交する方向の面の形状を意味する。
平行四辺形の洗浄媒体PC−1には、その一辺である短辺e1に略平行に、且つ、長手方向に略等間隔に、ライン状の割れ誘導部LYが複数形成されている。台形の洗浄媒体PC−2においても同様に、上底又は下底に略平行に、且つ、高さ方向に略等間隔に、ライン状の割れ誘導部LYが複数形成されている。三角形の洗浄媒体PC−3においても同様に、底辺に略平行に、且つ、高さ方向に略等間隔に、ライン状の割れ誘導部LYが複数形成されている。
割れ誘導部は、洗浄媒体に衝突等の応力が作用したときに洗浄媒体の割れを誘起させる概念であり、「脆弱部」の概念を含むものである。
換言すれば、割れ誘導部は、洗浄媒体が割れて鋭角の角部が生じることについての偶然性を排除して、意図的に鋭角の角部が生じるための割れ方をコントロールするためのファクタである。
割れ誘導部LYは、洗浄媒体が洗浄対象物に衝突したときの応力等、洗浄媒体に繰返し加わる応力によって破断するようにその強度が設定されている。この強度設定については後述する。
上記のように、洗浄媒体PCは繰り返し加わる応力によって割れ誘導部LYを境界に破断するが、本実施形態に係る洗浄媒体PCは、破断する前(使用前)の状態においても、洗浄対象物COの微細な穴や凹部に進入できる鋭角の角部(以下、「鋭角部」と略す)SCを複数備えている。
したがって、洗浄媒体PCの破断の発生が少ない洗浄開始初期においても、微細な穴や凹部に対する洗浄能力、すなわちその内部に進入して汚れを除去する能力を持っている。
図20(a)は平行四辺形の洗浄媒体PC−1が3つの片に破断した状態を、図20(b)は台形の洗浄媒体PC−2が2つの片に破断した状態を、図20(c)は三角形の洗浄媒体PC−3が2つの片に破断した状態をそれぞれ示している。
いずれの洗浄媒体においても、洗浄プロセス中の破断後に、新たな鋭角部NSCが生成する。
したがって、破断が生じるまでに鋭角部SCの潰れが進行しても、破断後に新たな鋭角部NSCが生成するため、微細な穴や凹部に対する洗浄能力が洗浄プロセス中維持されることになる。
微細な穴や凹部に対する洗浄能力を維持するためには、新たな洗浄媒体を投入する必要があり、大量の洗浄媒体を消耗することになる。
これに対し、本実施形態に係る洗浄媒体PCでは、1つの洗浄媒体で段階的(経時的)に多くの鋭角部を利用できるため、洗浄媒体の消耗量を大幅に低減することが可能になる。
より多くの鋭角部を利用できるようにするには、複数の割れ誘導部のピッチは1〜3mm程度が好ましい。
図22に示すように、筋状ないし線状の割れ誘導部を形成した樹脂フィルム(洗浄媒体)は、使用に伴って徐々に割れ誘導部で割れて、図23のようになる。すなわち、「割れ誘導部」の作用で洗浄媒体が割れ、新たな鋭角を生成していることがわかる。このように割れ誘導部を形成することで、樹脂フィルムを交換せずに長時間使い続けることができる。
図24(a)に示すように、洗浄媒体の鋭角部SCの角度(頂角;以下同じ)が60度を超える場合には、洗浄対象物COの厚みtより大きい径の穴h1にも鋭角部SCが十分進入できなくなる。
図24(b)に示すように、洗浄媒体の鋭角部SCの角度が45度の場合には、洗浄対象物COの厚みtと同程度の穴h2の内部まで鋭角部SCが進入できる。
図24(c)に示すように、洗浄媒体の鋭角部SCの角度が20度より小さい場合には、洗浄対象物COの厚みtより小さい細長い穴h3の内部まで進入できるが、鋭角部SCの強度が必然的に低下し、鋭角形状を長時間保つことが難しくなる。
以上の観点から、微細な穴や凹部の内部へ進入するためには、鋭角部SCの角度は20度以上で45度以下であることが好ましい。
細孔への進入確率は、ステンレス板の裏側に感圧紙を設置し、上記鋭角を持つ洗浄媒体を投入したクリーニング筐体の開口部をステンレス板に当て、吸引手段を稼動させて洗浄媒体を飛翔させながら、ステンレス板に対して2mm/sの速度で相対移動させたときに細孔の何%に進入できたかを感圧紙の発色で測定した。
図25より、鋭角の角度が30度では、高い確率で細孔に進入できるのに対し、60度では細孔への進入確率が非常に低いことがわかる。
また、鋭角を有する薄片洗浄媒体を繰り返し使用していると、衝突により鋭角部が潰れ、細孔への進入率が低下していくが、鋭角に割れる「割れ誘導部」を有する薄片洗浄媒体の場合、繰り返し使用による細孔への進入確率の低下が少なく、長時間にわたって細孔への進入確率を維持できることがわかる。
細孔への進入率の低下は、上述したメタルマスクに付着した半田ペーストの除去能力(洗浄能力)の低下を意味する。
以上より、細孔内の洗浄に使用する洗浄媒体は、鋭角の度合いを45度以下、より好ましくは30度以下とし、さらに鋭角に割れる「割れ誘導部」を形成しておくことにより、洗浄媒体の細孔洗浄能力を長時間維持することができる。
図26に示す各割れ誘導部LYは、ライン状の溝又は変性部として形成されている。ここでの「溝」の大きさは、特許文献1で示したような、気流を通過させて壁面に付着した洗浄媒体を浮き上がらせる通路としても利用可能な大きさ、換言すれば、破断がランダムに生じるような余裕のある幅を持つ大きさではなく、破断ラインが画一的にライン状(直線状)となる極めて細い筋状の大きさを意味する。
但し、溝や変性部の断面が逆三角形(V字状)の場合には、破断は頂角部で決まるので、溝幅の大きさは関係がない。
ここで、「ライン状」とは、厳密な直線だけでなく、僅かに変化する波状やジグザク状を含み、また、連続したラインだけでなく不連続のラインを含む概念である。
但し、製造の容易性の観点からは、まっすぐで連続した直線が有利である。
図26(b)に示す割れ誘導部LY−2は、刃物や工具により断面矩形状の溝として形成されている。
図26(c)に示す割れ誘導部LY−3は、熱や紫外線、レーザー等による物理的処理あるいは化学的処理により表面性状を変性(脆弱化)させて筋状の変性部を形成している。変性部の大きさも上記の溝と同様である。
脆弱加工した箇所には応力集中や強度低下が発生するため、洗浄媒体に繰り返し応力が加わることにより疲労破壊(破断)が発生する。
クリーニング対象物等への衝突を繰り返すことにより、洗浄媒体の割れ誘導部(溝部)に応力が繰り返し加わり、最終的に溝部で割れることになる。図27(a)に示すように中央部で割れる場合や、図27(b)に示すように端部に近い位置で割れる場合もある。
洗浄媒体の素材は、耐折性が0以上65未満である樹脂フィルムが好ましいが、割れ誘導部(溝部や変性部)の効果により、それ以上の耐折性を備えた素材でも使用可能である。
すなわち、割れ誘導部によって洗浄媒体の割れの仕方をコントロールできるので、特許文献1のように「鉛筆硬度」と「耐折性」を厳密に設定しなくても新たなエッジ及び鋭角部を生成させることができ、材質選定における自由度を大きくすることができる。
図28(a)に示す割れ誘導部LY−1は、洗浄媒体PCの厚み方向における深さと幅が異なる断面逆三角形の3種類の溝g1、g2、g3のパターンの繰り返しとして構成されている。
図28(b)に示す割れ誘導部LY−2は、洗浄媒体PCの厚み方向における深さと幅が異なる断面矩形状の3種類の溝g4、g5、g6のパターンの繰り返しとして構成されている。
図28(c)に示す割れ誘導部LY−3は、洗浄媒体PCの厚み方向における深さと幅が異なる3種類の変性部v1、v2、v3のパターンの繰り返しとして構成されている。幅を一定にし、深さのみを異ならせるパターンとしてもよい。
また、ここでは、溝または変性部を相似形として異ならせているが、それぞれ形状を異ならせて破断強度に差を設けてもよい。
上記実施形態では、割れ誘導部を直線状としたが、本実施形態では洗浄媒体PC−1の割れ誘導部LYを曲線状としている。
曲線状とした場合、直線状の割れ誘導部に比べ、より鋭い鋭角部を形成することができる。
図30に割れ誘導部がジグザグ状になっている例を示す。
この場合、(a)、(b)、(c)、(d)の順序で次々と割れていくため、図19(a)に示したように等間隔で平行に割れ誘導部を形成した場合に比べ、より多くの鋭角部を生成することができる。
図31に割れ誘導部が不連続な線(ミシン目)になっている例を示す。
この場合、割れ誘導部は図26のように厚み方向の深さをコントロールしたハーフカットである必要はなく、厚み方向に貫通した切りこみであっても良い。切り込み部aと非切り込み部bの長さの比率を変えることにより、割れやすさを制御することも可能である。
すなわち、切り込み部aと非切り込み部bの長さの比率の異なる割れ誘導部を形成しておくことで、異なるタイミングで徐々に割れるようにすることができる。
均一な溝あるいは変性部を形成した場合、複数の変性部が同時期に破断しやすい。すなわち、洗浄媒体が破断して新たなエッジを生成する時期が集中しやすい。
本変形例のように構成すれば、長時間の使用時でも徐々に新たなエッジを生成し続け、洗浄能力を安定させることができる。
すなわち、洗浄プロセスにおける経時的な破断順序をコントロールすることができ、新たなエッジ及び鋭角部の生成タイミングの集中を緩和できる。
図32は、図19(a)で示した平行四辺形の洗浄媒体PC−1を製作する工程を示している。
まず、割れ誘導部加工工程で、基材としての帯状のフィルムTLを進行方向へ送りながら、進行方向に平行に筋状の割れ誘導部LYを形成する。この場合、図28で示したように、深さあるいは幅の異なる割れ誘導部を形成するようにすることがより好ましい。
次に、カット加工工程で、帯状のフィルムTLを進行方向へ送りながら、進行方向に対して斜めにカットする。斜めにカットすることにより、微細穴や凹部の内部の汚れを除去するのに必要な鋭角部SCを形成することができる。
まず、割れ誘導部加工工程で、基材としての帯状のフィルムTLを進行方向へ送りながら、進行方向に平行に筋状の割れ誘導部LYを形成する。この場合、図28で示したように、深さあるいは幅の異なる割れ誘導部を形成するようにすることがより好ましい。
次に、カット加工工程で、帯状のフィルムTLを進行方向へ送りながら、進行方向に対して斜めにカットする。カット加工工程(1)と、カット加工工程(1)とは角度が逆向きとなるカット加工工程(2)とを交互に行って斜めにカットすることで、台形形状の洗浄媒体PC−3となる。
フィルムの進行方向に対して斜めにカットすることにより、微細穴や凹部の内部の汚れを除去するのに必要な鋭角部SCを形成することができる。
10C 多孔手段としての分離板
10E 開口部
10F 通気路
22 第1のクリーニング機構
24 第2のクリーニング機構
PC 洗浄媒体
Claims (1)
- 開口部を有する筐体内で旋回気流を生じさせ、該旋回気流で洗浄媒体を気流により飛翔させながら、前記開口部に外接した洗浄対象物に洗浄媒体を当ててクリーニングする乾式クリーニング装置であって、
前記洗浄媒体は、割れを誘導する割れ誘導部を備え、
前記洗浄対象物の一方の面に配置される第1のクリーニング機構と、
前記開口部同士が対向するように洗浄対象物の他方の面に配置される第2のクリーニング機構とを有し、
第1のクリーニング機構と第2のクリーニング機構の前記筐体は、
外部からの空気を前記筐体の内部空間へ通す通気路と、
前記通気路を介して前記内部空間に導入された空気を吸引することにより前記内部空間に旋回気流を生じさせる吸気口と、
洗浄対象物から除去された除去物を前記吸気口側へ通過させる多孔手段と、を備え、
洗浄対象物の両面からクリーニングすることを特徴とする乾式クリーニング装置。
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