JP6984623B2 - スラリー供給装置、湿式ブラスト加工装置及びスラリー供給方法 - Google Patents

Description

本開示は、スラリー供給装置、湿式ブラスト加工装置及びスラリー供給方法に関する。

研磨材を被処理体に向けて噴射して被処理体の表面処理を行うブラスト加工は、スケール除去、湯じわ消し、錆取り、塗装皮膜の除去、下地処理等に利用されている。ブラスト加工には、研磨材を圧縮気体と共に固気二相流として被処理体に噴射する乾式ブラスト加工と、研磨材を含むスラリーを圧縮気体と共に固気液三相流として被処理体に噴射する湿式ブラスト加工とが知られている。

近年、ブラスト加工は、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ており、製造ラインに組み込むためにクリーンルームでの使用が求められる場合がある。乾式ブラスト加工は、湿式ブラスト加工に比べて加工能力が高いものの、装置のメンテナンスや筐体の開閉時に研磨材が飛散してクリーンルームを汚染する恐れがあるため、湿式ブラスト加工装置が利用されることがある。

湿式ブラスト加工装置には、吸引式のブラスト装置と直圧式のブラスト装置が存在する。特許文献１には吸引式の湿式ブラスト装置が開示されている。具体的に、特許文献１には、スラリーを貯留するタンクと、ノズルに供給するためのスラリーをタンク内から吸引するスラリー吸引管と、タンク内に撹拌用の液を導入する撹拌液導入管とを備える装置が記載されている。この装置では、撹拌液導入管から撹拌用の液を導入しながら、スラリー吸引管からタンク内のスラリーを吸引することによって、安定的なブラスト加工を実現している。

直圧式の湿式ブラスト装置としては、特許文献２及び３に記載されたものが知られている。特許文献２には、スラリーを貯留するタンクと、タンク内に加圧用の空気を導入する加圧用導管と、タンク内のスラリーを撹拌する撹拌羽と、撹拌羽を回転させる駆動モータと、スラリーを圧搾空気と共にワークに噴射するノズルと、を備える湿式ブラスト加工装置が開示されている。この装置では、撹拌羽によりタンク内のスラリーを撹拌しながら、タンク内を加圧することによって均一な濃度のスラリーをタンクからノズルに供給している。

特許文献３には、スラリーを収容する密閉容器と、密閉容器のスラリー収容部を密閉する閉止弁と、密閉容器の底部から撹拌用空気を供給する撹拌用導管と、密閉容器内に加圧用空気を供給する加圧用導管と、スラリーを噴射ガンへ供給するスラリー供給管とを備えるスラリー供給装置が記載されている。この装置では、密閉容器の下部から撹拌用空気が供給されることによって閉止弁が上昇し、閉止弁を通過した撹拌用空気によって閉止弁上の研磨材と液とが撹拌される。そして、撹拌されたスラリーがスラリー供給管から噴射ガンに供給される。

国際公開第２０１３／０４６８５４号公報 特開２００４−２３０５３５号公報 特開平４−３４３６６８号公報

湿式ブラスト加工の研磨効率は、スラリー中の研磨材と液との比率に依存する。一般的に、スラリー中の研磨材の割合が大きくなると、被処理体に対して噴射される研磨材の量が増えるのでブラスト加工の加工効率が上昇する。これに対し、特許文献１〜３に記載の装置では、タンク内で撹拌されたスラリーをノズルに供給しているので、ノズルには研磨材の割合が小さなスラリーが供給されることとなり、加工効率が低下することとなる。

したがって、加工効率を向上させることができるスラリー供給装置、湿式ブラスト加工装置及びスラリー供給方法を提供することが求められている。

一態様では、研磨材を含むスラリーをノズルに供給するスラリー供給装置が提供される。このスラリー供給装置は、タンク、ローラ、駆動装置、噴射部及び供給配管を備えている。タンクは、スラリーを内部に貯留する。タンクの底部には、供給口が形成されている。ローラは、回転軸回りに回転可能であり、供給口から供給されたスラリーが充填される凹部が形成されている。駆動装置は、ローラを回転軸を中心に回転させる。噴射部は、凹部に対して高圧流体を噴射する。供給配管は、高圧流体の噴射によって凹部から取り出されたスラリーをノズルに供給する。

上記態様に係るスラリー供給装置では、タンクの供給口から供給されたスラリーがローラの凹部に充填される。研磨材は、比重が大きく、時間の経過と共にタンクの底部に沈降していくため、タンクの底部には研磨材の割合が高いスラリーが形成される。上記態様では、供給口がタンクの底部に設けられているので、ローラの凹部には研磨材の割合が高いスラリーが充填されることとなる。充填されたスラリーは高圧流体の噴射によって凹部から取り出され、ノズルに供給される。したがって、上記態様に係るスラリー供給装置では、研磨材の割合が高いスラリーをノズルに供給することができ、その結果、湿式ブラスト加工の加工効率を向上させることができる。

一実施形態では、噴射部が、液供給管及び空気供給管を含んでいる。液供給管は、液を供給する液体供給装置に接続されている。空気供給管は、圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置に接続されている。そして、噴射部は、液供給管からの液と空気供給管からの圧縮空気とを含む混合流体を凹部に対して噴射してもよい。この実施形態では、圧縮空気と液を含む混合流体を用いてスラリーを凹部から取り出しているので、ノズルに供給されるスラリー中の研磨材と液体との比率を調整することができる。

一実施形態では、液供給管と液体供給装置との間に設けられ、液供給管を流れる液の流量を調節するバルブを更に備えてもよい。この実施形態では、バルブの開度に応じて混合流体中の液の割合を調整することができるので、スラリー中の研磨材と液体との比率をより綿密に調整することができる。

一実施形態では、液が切削油であってもよい。この実施形態では、ノズルに供給されたスラリーを用いて金属製の被処理体を加工したときに、被処理体に錆が発生することを抑制することができる。また、ブラスト加工の前工程で切削油を用いて被加工物が機械加工されている場合には、被加工物の表面に切削油が残っていることがある。この場合には、スラリー中の液と被加工物から離脱した切削油が同じ特性を有することとなるので、スラリー中の液の粘度を安定化させることができる。

一実施形態では、凹部が、回転軸に平行な方向、又は、ローラの周方向に沿って延在する溝であり、噴射部が、溝の延在方向に沿って高圧流体を噴射するように構成されていてもよい。この実施形態では、溝の延在方向に沿って高圧流体を噴射することによって、凹部からスラリーを確実に取り出すことができる。

一実施形態では、高圧流体よりも低圧の補助圧縮空気を供給配管に供給する補助圧縮空気供給装置を更に備えてもよい。この実施形態では、高圧流体が流れる流路内の圧力と供給配管内の圧力との差を小さくすることができるので、高圧流体の噴射によらず凹部に充填されたスラリーが取り出されることを抑制することができる。これにより、ノズルにスラリーを安定的に供給することができる。

一実施形態では、タンク内に加圧用空気を導入する加圧用配管を更に備えていてもよい。この実施形態では、加圧用配管から供給される圧縮空気によってタンク内が加圧されるので、タンクからのスラリーを凹部に密に充填することできると共に、高圧流体がタンクに逆流することを防止することができる。

一態様に係る湿式ブラスト加工装置は、上記のスラリー供給装置と、スラリー供給装置から供給されたスラリーを噴射するノズルとを備える。このブラスト装置によれば、研磨材の割合が高いスラリーをノズルから噴射することができるので、湿式ブラスト加工の効率を向上させることができる。

一態様では、スラリー供給装置を用いて、スラリーをノズルに供給するスラリー供給方法が提供される。このスラリー供給装置は、研磨材を含むスラリーを内部に貯留するタンクであり、その底部に供給口が形成された該タンクと、回転軸回りに回転可能であり、その外周面に凹部が形成されたローラと、を備えている。スラリー供給方法は、タンク内においてスラリー中の研磨材を沈降させる工程と、研磨材を沈降させる工程の後に、供給口からスラリーを凹部に対して充填する工程と、回転軸回りにローラを回転させる工程と、凹部に対して高圧流体を噴射する工程と、高圧流体の噴射によって凹部から取り出されたスラリーをノズルに供給する工程と、を含む。

上記態様に係るスラリー供給方法では、スラリー中の研磨材が沈降した後に、タンクの底部に形成された供給口からスラリーが凹部に充填されるので、凹部には研磨材の割合が高いスラリーが充填されることとなる。充填されたスラリーは高圧流体の噴射によって凹部から取り出され、ノズルに供給される。したがって、この方法では、研磨材の割合が高いスラリーをノズルに供給することができ、その結果、湿式ブラスト加工の効率を向上させることができる。

一実施形態では、高圧流体を噴射する工程において、液と圧縮空気とを含む混合流体を凹部に対して噴射してもよい。この実施形態では、圧縮空気と液を含む混合流体を用いてスラリーを凹部から取り出しているので、ノズルに供給されるスラリー中の研磨材と液体との比率を調整することができる。

本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、湿式ブラスト加工の加工効率を向上させることができる。

一実施形態のブラスト加工システムを概略的に示す図である。 一実施形態のスラリー供給装置を概略的に示す一部破断斜視図である。 ローラの周辺部を概略的に示す図である。 一実施形態に係るブラスト加工方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係るスラリー供給方法を示すフローチャートである。 変形例に係るスラリー供給装置を示す図である。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

図１は、一実施形態に係るブラスト加工システムを概略的に示す図である。図１に示すブラスト加工システム１は、ブラスト加工装置１０、回収装置５０及び吸引器４２を備えている。ブラスト加工装置１０は、研磨材と液体とを含むスラリーを被処理体に噴射して、被処理体Ｗを加工する湿式ブラスト加工装置である。被処理体Ｗの加工としては、切断加工、溝形成加工、穴あけ加工等が例示されるが、任意の加工を行うことができる。図１に示すブラスト加工装置１０は、所謂直圧式のブラスト装置であり、タンク内を加圧することでタンク内の研磨材をノズルに供給する。

ブラスト加工装置１０は、容器１２及びスラリー供給装置６０を備えている。容器１２は、上部容器１３及び下部容器１４を含んでいる。上部容器１３は下部が開放されており、下部容器１４は上部が開放されている。上部容器１３と下部容器１４との間には、通過板２３が設けられている。通過板２３には、後述するスラリーＳが通過可能な複数の開口が形成されている。上部容器１３は、通過板２３と共に加工室１３ｓを画成している。

加工室１３ｓ内には、加工台２４が設けられている。加工台２４上には、被処理体Ｗが載置される。被処理体Ｗは、例えば、セラミック材料、ガラス材料などの硬脆材料、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）材料などの難切削材料であり得る。加工台２４は、コンベア駆動部２６に支持されている。コンベア駆動部２６は、通過板２３上に設けられている。コンベア駆動部２６は、例えばＸ−Ｙステージといった移動機構である。このコンベア駆動部２６は、加工台２４上に載置された被処理体Ｗをノズル３０に対して相対的に移動させる。被処理体Ｗの移動方向及び移動速度は、被処理体Ｗの大きさ、形状、材料、加工するパターンの形状等に応じて適宜設定される。

加工台２４の上方には、ノズル３０が設けられている。ノズル３０は、直圧式ブラスト加工用のブラストノズルであり、先端部３０ａ及び基端部３０ｂを有している。先端部３０ａは、加工台２４の上面に対して対向するように、加工室１３ｓ内に設けられている。基端部３０ｂは、加工室１３ｓの外部に配置されており、供給配管６８の一端が接続されている。ノズル３０は、供給配管６８から供給されたスラリーＳを圧縮空気と共に気液固三相流として被処理体Ｗに噴射する。

上部容器１３の上方には、ノズル駆動部３２が設けられている。ノズル駆動部３２は、ノズル３０に接続する接続機構と、当該接続機構を駆動するモータとを含んでいる。ノズル駆動部３２は、モータを駆動することによって、加工台２４上に載置された被処理体Ｗに対してノズル３０の水平方向の位置を相対的に移動させる。ノズル駆動部３２によるノズル３０の移動方向及び移動速度は、被処理体Ｗの大きさ、形状、材料、加工するパターンの形状等に応じて適宜設定される。

一実施形態では、上部容器１３の上部には加工室１３ｓに連通するように回収管３４の一端が接続されていてもよい。回収管３４の他端は、回収装置５０に接続されている。回収装置５０は、サイクロン３６及び捕集器３８を備えている。サイクロン３６には、回収管３４の他端及びサイクロン導管４０の一端が接続されている。サイクロン導管４０の他端には、吸引器４２が接続されている。吸引器４２は、サイクロン導管４０及び回収管３４を介して加工室１３ｓ内の空気を吸引して加工室１３ｓを負圧にする。この吸引器４２の吸引力により、加工室１３ｓから回収装置５０に向かう気流が生成される。これにより、ノズル３０から被処理体Ｗに噴射されて霧状になったスラリーＳの一部が回収管３４を通ってサイクロン３６に搬送される。サイクロン３６は、霧状のスラリーＳと空気とを分離し、霧状のスラリーＳを選択的に捕集器３８に回収する。サイクロン３６において霧状のスラリーＳから分離された空気は、サイクロン導管４０を通って吸引器４２に吸引される。

また、加工室１３ｓの上部には、遮蔽板４４が設けられていてもよい。遮蔽板４４は、ノズル３０と回収管３４の一端との間に介在するように配置されており、加工室１３ｓに漂う霧状のスラリーＳを捕集する。遮蔽板４４に捕集されたスラリーＳは、水滴として通過板２３に落下する。ノズル３０と回収管３４の一端との間に遮蔽板４４を設けることにより、スラリーＳの回収率が高められる。

上部容器１３の下方には、下部容器１４が設けられている。下部容器１４は、下方に向かうにつれて幅が狭くなるテーパ状の側壁を有している。下部容器１４は、通過板２３と共に回収空間１４ｓを画成している。回収空間１４ｓは、通過板２３に形成された複数の開口を介して加工室１３ｓに連通している。したがって、ノズル３０から被処理体Ｗに噴射されたスラリーＳは、通過板２３に形成された複数の開口を通って下部容器１４の回収空間１４ｓに回収される。下部容器１４の底部には、回収したスラリーＳをスラリー供給装置６０に供給するための下部開口１４ｅが形成されている。

スラリー供給装置６０は、下部容器１４の下方に設けられている。以下、図２を参照して、スラリー供給装置６０について説明する。図２は、スラリー供給装置６０を概略的に示す一部破断斜視図である。スラリー供給装置６０は、研磨材Ｍを含むスラリーＳをノズル３０に供給する装置である。スラリー供給装置６０は、タンク６２、ローラ６５、駆動装置６６、噴射部６７及び供給配管６８を備えている。

タンク６２は、下部容器１４の下方に設けられている。タンク６２は、その内部に貯留空間６２ｓを画成しており、貯留空間６２ｓにスラリーＳを貯留している。スラリーＳは、研磨材Ｍと液Ｌとを含む流動体であり、研磨材Ｍと液Ｌとの配合比率に応じた粘性を有している。限定されるものではないが、研磨材Ｍの材料としては、アルミナ粉末、銑鉄グリット及び鋳型グリットが例示される。限定されるものではないが、液Ｌとしては、水及び機械加工用の切削油が例示される。なお、以下では、スラリーＳに含まれる研磨材Ｍの割合を「濃度」を用いて表す。すなわち、スラリーＳの濃度が高いとは液Ｌの量に対する研磨材Ｍの比率が大きいこと示しており、スラリーＳの濃度が低いとは液Ｌの量に対する研磨材Ｍの比率が小さいこと示している。

タンク６２は、天板６２ａ及び側壁６２ｂを含んでいる。図２に示す実施形態では、タンク６２は、４つの側壁６２ｂを有している。４つの側壁６２ｂの各々は、向かい合う側壁６２ｂと平行に配置された上部６２ｂ１と、下方に向かうにつれて向かい合う側壁６２ｂに対して近づくように傾斜する下部６２ｂ２を有している。すなわち、タンク６２は、下方に向かうにつれて幅が狭くなる側壁を有している。なお、その内部にスラリーＳを貯留することができれば、タンク６２の側壁６２ｂの形状は図２に示す実施形態に限定されず、任意の形状を有し得る。

タンク６２の天板６２ａには、容器１２からスラリーＳを回収するための上部開口７０が形成されている。上部開口７０は、下部容器１４の下部開口１４ｅの下方に位置している。タンク６２と下部容器１４との間、より具体的には、下部開口１４ｅと上部開口７０との間には、弁体７２が設けられている。弁体７２は、例えば加圧弁であり、タンク６２内部の圧力に応じて開閉する加圧弁である。具体的には、弁体７２は、貯留空間６２ｓの圧力が所定の圧力よりも高くなった場合に閉鎖され、貯留空間６２ｓの圧力が所定の圧力以下になったときに開放される。弁体７２が閉鎖されている場合には、貯留空間６２ｓと回収空間１４ｓとの連通が遮断されことにより、下部容器１４に回収されたスラリーＳのタンク６２への供給が停止される。反対に、弁体７２が開放されている場合には、貯留空間６２ｓと回収空間１４ｓとが下部開口１４ｅ及び上部開口７０を介して連通され、下部容器１４に回収されたスラリーＳがタンク６２に供給される。一実施形態では、弁体７２は、例えば、ダンプバルブ又はエアシリンダなどの駆動により円錐形状の弁体を上下させる三角弁であってもよい。

また、タンク６２の底部には、下部開口７３が形成されている。より詳細には、下部開口７３は、側壁６２ｂの下部６２ｂ２の下端に形成されている。下部開口７３は、タンク６２内のスラリーＳをローラ６５に供給するための供給口として機能する。

なお、一実施形態では、タンク６２の内部には、撹拌羽７４が設けられていてもよい。撹拌羽７４は、貯留空間６２ｓの上部に設けられており、モータの駆動力によって回転する。ここで、スラリーＳ中の研磨材Ｍは、液Ｌよりも比重が大きいので、時間の経過と共に研磨材Ｍはタンク６２の底部に沈降する。一方、ノズル３０からのスラリーＳの噴射によって生じた被処理体Ｗの切削粉及び破砕された研磨材Ｍの破片は粒子径が小さいので、液Ｌの表面に浮上する。撹拌羽７４の回転によってスラリーＳを撹拌することで、被処理体Ｗの切削粉及び研磨材Ｍの破片の浮上を促進することができる。また、撹拌羽７４の回転速度を調節することにより、後述する排出管７８から排出される被処理体Ｗの切削粉及び破砕された研磨材Ｍの破片の粒径を調整することができる。

また、一実施形態では、タンク６２の側壁６２ｂの上部には、排出口７６が形成されていてもよい。排出口７６は、排出管７８を介して排出液タンク７９に接続されている（図１参照）。排出口７６は、スラリーＳの表面に浮遊する被処理体Ｗの切削粉及び研磨材Ｍの破片を回収する。排出口７６から回収された切削粉及び研磨材Ｍの破片は、排出管７８を通って排出液タンク７９に排出される。

タンク６２の下部開口７３の下方には、ローラ６５が設けられている。ローラ６５は、箱型のケーシングＣ内に収容されている。図３は、スラリー供給装置６０のローラ６５の周辺部を示す斜視図である。図３に示すように、ローラ６５は、円柱形状を有しており、回転軸６５ｘ回りに回転可能である。ローラ６５の外周面（側面）には、凹部６５ａが形成されている。図３に示す実施形態では、ローラ６５には、複数の凹部６５ａが形成されており、これら複数の凹部６５ａの間には、ローラ６５の外周面を構成する複数の凸部６５ｂが形成されている。

複数の凹部６５ａは、ローラ６５の周方向に沿って略等間隔で配列されている。複数の凹部６５ａは、互いに平行に延びている。複数の凹部６５ａの各々は、回転軸６５ｘに平行な方向に延在する溝状を呈しており、その両端は、開放端となっている。凹部６５ａは、回転軸６５ｘに直交する断面から見て、略矩形状をなしている。これら複数の凹部６５ａには、下部開口７３から供給されたスラリーＳが充填される。タンク６２の底部には、沈降した研磨材Ｍが滞積しているので、下部開口７３から凹部６５ａには濃度の高いスラリーＳが充填される。

ローラ６５の回転軸６５ｘには、駆動装置６６が接続されている（図１参照）。駆動装置６６は、例えばモータであり、ローラ６５に駆動力を付与して、ローラ６５を回転軸６５ｘ回りに回転させる。駆動装置６６は、後述する制御装置ＣＮＴから制御信号を受け、当該制御信号に応じた回転速度でローラ６５を回転させる。

一実施形態では、スラリー供給装置６０は、充填筒６４を更に備えていてもよい。充填筒６４は、タンク６２の下部開口７３とローラ６５との間に設けられている。すなわち、充填筒６４は、下部開口７３の下方に設けられている。図３に示すように、充填筒６４は、中空の筒状を呈しており、上端６４ａ及び下端６４ｂを有している。

充填筒６４の上端６４ａは、充填筒６４の内部が下部開口７３を介して貯留空間６２ｓに連通するように、タンク６２の側壁６２ｂに接続されている。なお、タンク６２と充填筒６４は一体的に形成されていてもよい。充填筒６４の下端６４ｂは、ローラ６５の外周面に近接又は接触するようにローラ６５の外周面に沿って湾曲している。すなわち、下端６４ｂは、対向する凹部６５ａをローラ６５の径方向外側から覆うように配置されている。充填筒６４の下端６４ｂは、回転軸６５ｘに平行な方向において、回転軸６５ｘに平行な方向に沿った凹部６５ａの幅と同じ又はそれ以上の幅を有している。充填筒６４は、タンク６２の下部開口７３から供給されたスラリーＳを対向するローラ６５の凹部６５ａに充填する。

ローラ６５の近傍には、噴射部６７が設けられている。噴射部６７は、ローラ６５の凹部６５ａに対して高圧流体を噴射することで、凹部６５ａからスラリーＳを取り出す機能を有する。図２に示すように、一実施形態では、噴射部６７は、液供給管８０及び空気供給管８２を有している。

液供給管８０は、配管８１を介して液体供給装置８４に接続されている（図１参照）。液体供給装置８４は、液８０ｆの供給源であり、圧縮空気又は液体ポンプによって加圧された液８０ｆを配管８１を介して液供給管８０に供給する。液体供給装置８４から供給される液８０ｆは、タンク６２に貯留されるスラリーＳの液Ｌと同じ成分を有している。例えば、液８０ｆは、水又は切削油である。空気供給管８２は、配管８３を介して空気供給装置８６に接続されている。空気供給装置８６は、圧縮空気８２ｆの供給源であり、配管８３を介して空気供給管８２に圧縮空気８２ｆを供給する。一実施形態では、図２に示すように、液供給管８０及び空気供給管８２は、液供給管８０が空気供給管８２の内部に配置された二重管構造を有している。

一実施形態では、配管８１には、バルブ８１ａ及び流量計８１ｂが設けられている。すなわち、バルブ８１ａ及び流量計８１ｂは、液体供給装置８４と液供給管８０との間に設けられている。バルブ８１ａは、液体供給装置８４から供給され、液供給管８０を流れる液８０ｆの流量を調整する。流量計８１ｂは、液体供給装置８４から供給され、液供給管８０を流れる液８０ｆの流量を検出する。

一実施形態では、図２に示すように、スラリー供給装置６０は、加圧用配管９８を更に備えている。加圧用配管９８の一端は、タンク６２の上部に接続されている。加圧用配管９８の他端は、先端部８２ｔと空気供給装置８６との間において空気供給管８２に接続されている。したがって、空気供給装置８６から空気供給管８２に供給された圧縮空気８２ｆの一部は分岐して、加圧用配管９８を介して加圧用空気９８ｆとしてタンク６２内に導入される。

タンク６２の内部は、加圧用空気９８ｆが供給されることによって加圧される。タンク６２内の圧力が上昇することによって、弁体７２が閉鎖され、下部容器１４の回収空間１４ｓとタンク６２の貯留空間６２ｓとの連通が遮断される。一実施形態では、ノズル３０からスラリーＳが噴射されるタイミングで空気供給装置８６から圧縮空気８２ｆが供給され、それに伴って加圧用空気９８ｆがタンク６２内に供給されるように構成されていてもよい。加圧用空気９８ｆがタンク６２内に供給されることにより、タンク６２内は加圧される。その圧力によって、タンク６２内のスラリーＳが下部開口７３を介してローラ６５の凹部６５ａに密に充填される。

一実施形態では、液供給管８０の先端部８０ｔ及び空気供給管８２の先端部８２ｔは、先端に向かうにつれて径が小さくなるテーパ形状を有していてもよい。液供給管８０を流れる液８０ｆは、液供給管８０の先端部８０ｔから吐出される際に微細化され、霧状となって空気供給管８２を流れる圧縮空気８２ｆと合流する。合流した液８０ｆ及び圧縮空気８２ｆは、混合流体８８として空気供給管８２の先端部８２ｔから噴射される。この混合流体８８は、液８０ｆ及び圧縮空気８２ｆを含む高圧流体である。

噴射部６７は、取出配管９０を更に備えている。取出配管９０は、空気供給管８２の先端部８２ｔ側に接続されている。取出配管９０は、凹部６５ａの延在方向と平行な方向に沿って延びており、ローラ６５に隣接して配置されている。なお、取出配管９０は、ローラ６５の回転方向の下流であって、凹部６５ａに充填されたスラリーＳが凹部６５ａから落下しない位置に配置されていてもよい。

図３に示すように、取出配管９０には、管路を構成する壁面が部分的に切り取られ、管路の一部が開放された切欠部９２が形成されている。切欠部９２は、ローラ６５の外周面に対抗するように設けられており、凹部６５ａの延在方向において凹部６５ａと略同一の幅を有している。切欠部９２では、ローラ６５が所定の回転位置にあるときに、取出配管９０の２つの端面が２つの凸部６５ｂに対面するように構成されている。このように、取出配管９０の２つの端面と２つの凸部６５ｂとが対面することによって、取出配管９０とローラ６５との間には、取出配管９０の内壁面とローラ６５の凹部６５ａとによって画成される流路９３が形成される。

空気供給管８２の先端部８２ｔから噴射された混合流体８８は、取出配管９０を介して流路９３に流入する。この混合流体８８が流路９３を流れる際に、流路９３内を構成する凹部６５ａ内に充填されたスラリーＳが凹部６５ａから取り出される。すなわち、空気供給管８２の先端部８２ｔから吐出された混合流体８８は、凹部６５ａの延在方向に沿って噴射されることとなる。

取出配管９０は、供給配管６８に接続されている。混合流体８８の噴射によって凹部６５ａから取り外されたスラリーＳは、混合流体８８の流れに沿って供給配管６８に供給される。供給配管６８は、混合流体８８の噴射によって凹部６５ａから取り外されたスラリーＳをノズル３０に供給する。

一実施形態では、供給配管６８には、補助圧縮空気供給装置９４が接続されていてもよい。補助圧縮空気供給装置９４は、例えばコンプレッサであり、補助導管を介して供給配管６８に補助圧縮空気９４ｆを供給する。一実施形態では、補助圧縮空気供給装置９４は、混合流体８８よりも低圧の補助圧縮空気９４ｆを供給配管６８に供給し得る。例えば、補助圧縮空気９４ｆと圧縮空気８２ｆとの間の差圧は、０．０１Ｍｐａ以上、０．１Ｍｐａ以下になるように設定される。この圧縮空気８２ｆによって、凹部６５ａから取り外されたスラリーＳがノズル３０に搬送される。

上記のように、ノズル３０に供給されたスラリーＳは、被処理体Ｗに噴射される。被処理体Ｗに噴射されたスラリーＳの一部は、再び下部容器１４の回収空間１４ｓに回収され、再びスラリー供給装置６０に供給される。

さらに、一実施形態においては、ブラスト加工装置１０は、制御装置ＣＮＴを更に備えていてもよい。制御装置ＣＮＴは、例えば、プログラム可能なコンピュータから構成されており、ブラスト加工システム１の全体の動作を制御する。制御装置ＣＮＴは、例えば、コンベア駆動部２６、ノズル駆動部３２、吸引器４２、駆動装置６６、バルブ８１ａ、液体供給装置８４、空気供給装置８６及び補助圧縮空気供給装置９４に接続されている。

制御装置ＣＮＴは、入力されたプログラムに従って動作し、制御信号を送出する。制御装置ＣＮＴからの制御信号により、加工台２４の移動方向及び移動速度、ノズル３０の移動方向及び移動速度、吸引器４２の作動及び作動停止、ローラ６５の回転速度、液供給管８０を流れる液８０ｆの流量を調整する、液体供給装置８４の作動及び作動停止、空気供給装置８６の作動及び作動停止、並びに、補助圧縮空気供給装置９４の作動及び作動停止を制御することが可能となっている。

次いで、図４を参照して、一実施形態に係る湿式ブラスト加工方法について説明する。この湿式ブラスト加工方法は、例えば上述したブラスト加工システム１を用いて実行される。図４は、一実施形態に係る湿式ブラスト加工方法を示すフローチャートである。一実施形態に係る湿式ブラスト加工方法では、まず工程ＳＴ１において、スラリー供給装置６０からノズル３０にスラリーＳが供給される。図５を参照して、工程ＳＴ１のスラリー供給方法について詳細に説明する。

図５は、一実施形態に係るスラリー供給方法を示すフローチャートである。このスラリー供給方法は、例えば図２に示すスラリー供給装置６０を用いて実行される。図５に示すように、工程ＳＴ１は、工程ＳＴ１１〜工程ＳＴ１６を含んでいる。一実施形態に係るスラリー供給方法では、まず工程ＳＴ１１が行われる。

工程ＳＴ１１では、空気供給装置８６からタンク６２内に加圧用空気９８ｆが供給されることにより、タンク６２内が加圧される。次いで、工程ＳＴ１２では、タンク６２内でスラリーＳ中の研磨材Ｍが沈降される。研磨材Ｍの比重は液Ｌの比重よりも大きいので、撹拌羽７４の回転を停止させた状態で所定の時間にわたり放置することによって、スラリーＳ中の研磨材Ｍはタンク６２の底部に沈降する。

工程ＳＴ１２においてタンク６２内の研磨材Ｍが沈降した後に、工程ＳＴ１３が行われる。工程ＳＴ１３では、下部開口７３から供給されたスラリーＳが充填筒６４によってローラ６５の凹部６５ａに充填される。タンク６２内の底部には研磨材Ｍが沈降されているので、工程ＳＴ１３において凹部６５ａに充填されるスラリーＳは、高い粘性を有する高濃度のスラリーである。

続く工程ＳＴ１４では、駆動装置６６によってローラ６５に駆動力が付与され、ローラ６５が回転軸６５ｘ回りに回転される。これにより、凹部６５ａに充填されたスラリーＳは、ローラ６５の回転方向下流に移動し、取出配管９０の切欠部９２に対向する位置に搬送される。なお、ノズル３０に供給されるスラリーＳの量は、ローラ６５の回転速度に依存する。工程ＳＴ１４において、ローラ６５の回転速度が大きくすることで、スラリーＳが充填される凹部６５ａの単位時間あたりの数は増加する。反対に、ローラ６５の回転速度を小さくすることで、スラリーＳが充填される凹部６５ａの単位時間あたりの数は減少する。したがって、ローラ６５の回転速度を変化させることで、ノズル３０に対するスラリーＳの供給量を制御することができる。

次いで、工程ＳＴ１５が行われる。工程ＳＴ１５では、液供給管８０からの液８０ｆと空気供給管８２からの圧縮空気８２ｆとを含む混合流体８８が凹部６５ａに対して噴射される。この混合流体８８は、凹部６５ａの延在方向に沿って噴射される。このように噴射された混合流体８８によって、凹部６５ａに充填されたスラリーＳが取り外される。一実施形態では、工程ＳＴ１５が行われる前に、バルブ８１ａの開度を調整することによって、混合流体８８に含まれる液８０ｆの量を調整してもよい。混合流体８８に含まれる液８０ｆの量を調整することによって、凹部６５ａから取り出されるスラリーＳの濃度を調整することができる。スラリーの濃度が過剰に高くなると、被処理体Ｗの加工が進むにつれて被処理体ＷにスラリーＳ中の研磨材Ｍが滞積することがある。被処理体Ｗ上に滞積した研磨材Ｍは、被処理体Ｗの表面を覆い、ブラスト加工の進行を妨げる原因となる。バルブ８１ａを調整して液８０ｆの量を調整することによって、被処理体Ｗに研磨材Ｍが滞積することを抑制することができる。なお、混合流体８８に含まれる液８０ｆの量は、液体供給装置８４の液８０ｆの供給圧力を調整することによって調整してもよい。

続くＳＴ１６では、工程ＳＴ１５において凹部６５ａから取り外されたスラリーＳがノズル３０に供給される。一実施形態では、補助圧縮空気供給装置９４から補助圧縮空気９４ｆが供給され、この補助圧縮空気９４ｆによってスラリーＳがノズル３０に搬送される。

再び図４を参照し、一実施形態に係る湿式ブラスト加工方法について説明する。一実施形態の湿式ブラスト加工方法では、工程ＳＴ１においてスラリーＳがノズル３０に供給された後に工程ＳＴ２が行われる。工程ＳＴ２では、ノズル３０から被処理体ＷにスラリーＳが噴射される。この際、ノズルからは、スラリーＳ及び圧縮空気８２ｆが気液固三相流として噴射される。ノズル３０から噴射されたスラリーＳは被処理体Ｗに衝突し、被処理体Ｗが加工される。この際、ノズルから照射されるスラリーＳには、研磨材Ｍが高い割合で含まれているので、高い効率で被処理体Ｗが加工される。

次に、変形例に係るスラリー供給装置について説明する。以下では、変形例に係るスラリー供給装置に関し、上述したスラリー供給装置６０との相違点について主に説明する。図６は、変形例に係るスラリー供給装置１００を示す図である。

図６に示すように、スラリー供給装置１００は、ローラ６５に代えてローラ１０２を備えている。ローラ１０２には、円柱形状を有しており、回転軸１０２ｘを中心に回転可能である。ローラ１０２の外周面（側面）には、ローラ１０２の周方向に沿って延在する凹部１０２ａが形成されている。図６に示す実施形態では、回転軸１０２ｘに平行な方向に沿って複数の凹部１０２ａが配列されている。複数の凹部１０２ａの各々は、溝状をなしており、ローラ１０２の外周面を周回するように形成されている。複数の凹部１０２ａは、互いに平行に延びている。

また、スラリー供給装置１００は、噴射部６７に代えて噴射部１１０を備えている。噴射部１１０は、ローラ１０２に対して混合流体８８を噴射する噴射器１１２を更に有している。噴射器１１２には、液供給管８０及び空気供給管８２が接続されている。噴射器１１２の内部には、液供給管８０及び空気供給管８２から供給された液８０ｆ及び圧縮空気８２ｆが合流する合流室１１４が形成されている。噴射器１１２には、合流室１１４に連通する複数の複数の開口１１６が形成されている。複数の開口１１６は、複数の凹部１０２ａに対応する位置に形成されている。

液供給管８０及び空気供給管８２から液８０ｆ及び圧縮空気８２ｆが供給されると、液８０ｆ及び圧縮空気８２ｆは合流室１１４において合流する。合流した液８０ｆ及び圧縮空気８２ｆは、複数の開口１１６を通り、混合流体８８として複数の凹部１０２ａの延在方向に沿って複数の凹部１０２ａに向けて噴射される。図６に示す実施形態では、混合流体８８は、ローラ１０２の外周方向から見て複数の凹部１０２ａと一致する方向に噴射される。混合流体８８が複数の凹部１０２ａに噴射されることによって、複数の凹部１０２ａに充填されたスラリーＳが複数の凹部１０２ａから取り出される。複数の凹部１０２ａから取り出されたスラリーＳは、回収容器１１８に捕集され、回収容器１１８の底部に設けられた開口から供給配管６８に送られる。供給配管６８に送られたスラリーＳは、補助圧縮空気９４ｆによってノズル３０に供給される。

以上、種々の実施形態に係るスラリー供給装置、湿式ブラスト加工装置及びスラリー供給方法について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形態様を構成可能である。例えば、上記実施形態では、凹部６５ａ，１０２ａが溝状を呈していたが、スラリーＳを充填できれば凹部６５ａ，１０２ａは任意の形状を有することができる。例えば、凹部６５ａ，１０２ａは、円形、楕円形、多角形状の平面形状を有する穴であってもよい。また、凹部６５ａ，１０２ａは、ローラ６５，１０２に少なくとも１つ形成されていればよく、必ずしも複数形成されていなくてもよい。

また、上記実施形態では、液８０ｆ及び圧縮空気８２ｆを含む混合流体８８を用いて凹部６５ａ，１０２ａからスラリーＳを取り出しているが、液８０ｆ又は圧縮空気８２ｆの一方のみを凹部６５ａ，１０２ａに噴射することによって凹部６５ａ，１０２ａからスラリーＳを取り出してもよい。また、スラリー供給装置６０は、必ずしも補助圧縮空気供給装置９４を備えていなくてもよい。この場合、凹部６５ａ，１０２ａから取り出されたスラリーＳは、混合流体８８に起因する圧力によってノズル３０に供給される。

一実施形態では、スラリー供給装置６０は、凹部６５ａ，１０２ａから溢れて充填されなかったスラリーＳを回収する回収タンクを更に備えていてもよい。回収タンクは、例えば、ローラ６５の下方に配置される。また、一実施形態では、スラリーＳの供給量を調節するために、凹部６５ａの深さが調整されていてもよい。

以下、実験例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。

（実験例１）
実験例１では、図１に示すブラスト加工装置１０を用いて被処理体Ｗにブラスト加工を行った。本実験例では、穴の反転パターンが形成されたドライフィルムフォトレジストを被処理体Ｗであるガラス基板上に配置し、ノズル３０からスラリーＳを噴射することによって、穴開け加工を行った。スラリーＳに含まれる研磨材Ｍとしてはアルミナ＃６００を使用し、液Ｌとしては水を使用した。

実験例１の加工条件は、以下の通りとした。
・加圧用空気９８ｆの圧力：０．３［ＭＰａ］
・補助圧縮空気９４ｆの圧力：０．２８［ＭＰａ］
・ノズル３０の噴射口の口径：φ６［ｍｍ］
・液供給管８０を流れる液８０ｆの流量：０．０５［Ｌ／ｍｉｎ］
・液体供給装置８４の供給圧力：０．４［ＭＰａ］
・ノズル３０の移動速度：１０［ｍ／ｍｉｎ］
・加工台２４の移動速度：２０［ｍｍ／ｍｉｎ］

上記加工条件に従って被処理体Ｗを加工し、被処理体Ｗに形成された穴の深さを測定した。その結果、穴の加工深さは、４３０［μｍ］であった。

比較実験例１では、乾式の吸引式ブラスト加工装置（株式会社エルフォテック製 ＥＭＳ−４型）を用いて被処理体Ｗにブラスト加工を行った。被処理体Ｗとしては、実験例１と同じガラス基板を使用した。研磨材としてはアルミナ＃６００を使用した。

比較実験例１の加工条件は、以下の通りとした。
・加圧用空気の圧力：０．３［ＭＰａ］
・ノズル３０のの噴射口の口径：φ６［ｍｍ］
・ノズル３０の移動速度：１０［ｍ／ｍｉｎ］
・加工台２４の移動速度：２０［ｍｍ／ｍｉｎ］

上記加工条件に従って被処理体Ｗを加工し、被処理体Ｗに形成された穴の深さを測定した。その結果、実験例１の穴の加工深さは、３８［μｍ］であった。

実験例１及び比較実験例１の結果から、一実施形態のブラスト加工装置１０は、乾式サクション式ブラスト装置に比べて、１１．３倍の加工能力を有することが確認された。

（実験例２）
実験例２では、図１に示すブラスト加工装置１０を用いて被処理体Ｗにブラスト加工を行った。ただし、本実験例では、スラリー供給装置として、図１に示すスラリー供給装置６０に代えて、図６に示すスラリー供給装置１００を使用した。本実験例では、この被処理体Ｗに対して、スラリーＳを噴射することによってバリ取り加工を行った。被処理体Ｗとしては、機械加工によって切削油が付着したＳＵＳ３０４製の加工部品を使用した。スラリーＳに含まれる研磨材Ｍとしては、エプソンアトミックス株式会社製のＫＵＡＭＥＴ−３２μｍを使用し、液Ｌとしては、株式会社ＭＯＲＥＳＣＯ製の切削油モレスコシールメイト ＢＳ−６Ｓを使用した。

実験例２の加工条件は、以下の通りとした。
・加圧用空気９８ｆの圧力：０．２［ＭＰａ］
・補助圧縮空気９４ｆの圧力：０．１８［ＭＰａ］
・ノズル３０の噴射口の口径：φ６［ｍｍ］
・液供給管８０を流れる液８０ｆの流量：０．０５［Ｌ／ｍｉｎ］
・液体供給装置８４の供給圧力：０．３［ＭＰａ］
・ノズル３０の移動速度：１０［ｍ／ｍｉｎ］
・加工台２４の移動速度：３０［ｍｍ／ｍｉｎ］

上記加工条件に従って被処理体Ｗのバリ取りを行った。実験例２では、被処理体Ｗを１回走査することによって被処理体Ｗからバリが除去されることが確認された。

比較実験例２では、乾式の吸引式ブラスト加工装置（株式会社エルフォテック製 ＥＭＳ−４型）を用いて、同一の被処理体Ｗに対してブラスト加工を行った。

比較実験例２の加工条件は、以下の通りとした。
・加圧用空気の圧力：０．３［ＭＰａ］
・ノズル３０のの噴射口の口径：φ６［ｍｍ］
・ノズル３０の移動速度：１０［ｍ／ｍｉｎ］
・加工台２４の移動速度：３０［ｍｍ／ｍｉｎ］

上記加工条件に従って被処理体Ｗのバリ取りを行った。比較実験例２では、被処理体Ｗを８回走査することによって被処理体Ｗからバリが除去されることが確認された。

実験例２及び比較実験例２の結果から、一実施形態のブラスト加工装置１０は、乾式サクション式ブラスト装置に比べて、８倍のバリ取り加工能力を有することが確認された。

１…ブラスト加工システム、１０…ブラスト加工装置、１２…容器、３０…ノズル、３２…ノズル駆動部、５０…回収装置、６０…スラリー供給装置、６２…タンク、６２ｓ…貯留空間、６４…充填筒、６５，１０２…ローラ、６５ａ，１０２ａ…凹部、６５ｘ…回転軸、６６…駆動装置、６７，１１０…噴射部、６８…供給配管、７２…弁体、７３…下部開口（供給口）、７４…撹拌羽、７６…排出口、７８…排出管、８０…液供給管、８０ｆ…液、８１ａ…バルブ、８１ｂ…流量計、８２…空気供給管、８２ｆ…圧縮空気、８４…液体供給装置、８６…空気供給装置、８８…混合流体、９０…取出配管、９２…切欠部、９３…流路、９４…補助圧縮空気供給装置、９４ｆ…補助圧縮空気、９８…加圧用配管、９８ｆ…加圧用空気、１００…スラリー供給装置、１０２…ローラ、１０２ａ…凹部、１０２ｘ…回転軸、１１２…噴射器、ＣＮＴ…制御装置、Ｌ…液、Ｍ…研磨材、Ｓ…スラリー、Ｗ…被処理体。

Claims (10)

1. 研磨材を含むスラリーをノズルに供給するスラリー供給装置であって、
   前記スラリーを内部に貯留するタンクであり、その底部に供給口が形成された該タンクと、
   回転軸回りに回転可能であり、前記供給口から供給された前記スラリーが充填される凹部が形成されたローラと、
   前記ローラを前記回転軸を中心に回転させる駆動装置と、
   前記凹部に対して高圧流体を噴射する噴射部と、
   前記高圧流体の噴射によって前記凹部から取り出された前記スラリーを前記ノズルに供給する供給配管と、
   を備える、スラリー供給装置。
2. 前記噴射部が、液を供給する液体供給装置に接続された液供給管と、圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置に接続された空気供給管とを含み、前記液供給管からの前記液と前記空気供給管からの前記圧縮空気とを含む混合流体を前記凹部に対して噴射する、請求項１に記載のスラリー供給装置。
3. 前記液供給管と前記液体供給装置との間に設けられ、前記液供給管を流れる前記液の流量を調節するバルブを更に備える、請求項２に記載のスラリー供給装置。
4. 前記液が切削油である、請求項２又は３に記載のスラリー供給装置。
5. 前記凹部が、前記回転軸に平行な方向、又は、前記ローラの周方向に沿って延在する溝であり、
   前記噴射部が、前記溝の延在方向に沿って高圧流体を噴射するように構成されている、請求項１〜４の何れか一項に記載のスラリー供給装置。
6. 前記高圧流体よりも低圧の補助圧縮空気を前記供給配管に供給する補助圧縮空気供給装置を更に備える、請求項１〜５の何れか一項に記載のスラリー供給装置。
7. 前記タンク内に加圧用空気を導入する加圧用配管を更に備える、請求項１〜６の何れか一項に記載のスラリー供給装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のスラリー供給装置と、
   前記スラリー供給装置から供給された前記スラリーを噴射するノズルと、
   を備える湿式ブラスト加工装置。
9. 研磨材を含むスラリーを内部に貯留するタンクであり、その底部に供給口が形成された該タンクと、回転軸回りに回転可能であり、その外周面に凹部が形成されたローラと、を備えるスラリー供給装置を用いて、前記スラリーをノズルに供給するスラリー供給方法であって、
   前記タンク内において前記スラリー中の前記研磨材を沈降させる工程と、
   前記研磨材を沈降させる工程の後に、前記供給口から前記スラリーを前記凹部に対して充填する工程と、
   前記回転軸回りに前記ローラを回転させる工程と、
   前記凹部に対して高圧流体を噴射する工程と、
   前記高圧流体の噴射によって前記凹部から取り出された前記スラリーをノズルに供給する工程と、
   を含む、スラリー供給方法。
10. 前記高圧流体を噴射する工程では、液と圧縮空気とを含む混合流体を凹部に対して噴射する、請求項９に記載のスラリー供給方法。

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