JPH09300217A

JPH09300217A - パウダービーム加工機

Info

Publication number: JPH09300217A
Application number: JP8148525A
Authority: JP
Inventors: Akio Mishima; 彰生三島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】経路用管体の耐摩耗性やフレキシブル性を維
持でき、耐圧性及び静電気の除去性を向上して、変形を
抑えて安定した加工が行えると共に、静電気の除去能を
高めることができる構造にしたパウダービーム加工機を
提供する。【解決手段】ノズル２ａよりワーク１３に向けて噴射
する微粒子Ｐを含んだ固気二相流を通す経路用管体８
ｃ，８ｍを備えたパウダービーム加工機において、管体
８ｃ，８ｍが、導電性ゴム材を管状に形成した導電性ゴ
ム層５３と、導電性ゴム層５３の外周を織り布で被覆し
ている布状層５２との二層複合管６０に構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パウダービーム加
工機に関し、特に対象物（ワーク）の表面にノズルを使
って微粒子を含んだ固気二相流を噴射し、この対象物を
パウダービーム加工するパウダービーム加工機に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のバウダービーム加工機は、例え
ば、特開平３−２３１０９６号公報に記載されている如
く、内蔵されたノズルに対応してワークが配置される加
工室と、圧縮されたエアに微粒子（パウダー）を混合す
る混合手段と、混合手段で得られた微粒子を含んだ固気
二相流を前記ノズルに供給する経路用管体などを備え、
前記固気二相流をノズルから噴射し、前記ワークの加工
面をパウダービーム加工するものである。また、前記管
体にはゴム管や導電性ゴム管が使用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記管
体としてゴム管を用いた構造にあっては、前記ノズルよ
り出る微粒子を含んだ固気二相流の流量（加速度）を加
工効率を向上する目的で増大する程、ゴム管が膨らみ、
加工が不安定になり易かった。加えて、この種の加工機
では、微粒子の高速移動等に起因して管体内に静電気が
発生し易く、この静電気をアースして取り除く必要があ
るが、ゴム管構造ではその静電気の除去が充分にできな
かった。これに対し、導電性ゴム管を用いる構造では、
静電気を除去する上で有効であるが、流量が増大すると
ゴム管と同様に膨らんで加工の安定性を維持できず、さ
らに管内摩耗が著しくなるという問題もある。

【０００４】そこで、本発明の目的は、ノズルから噴射
される固気二相流の流量（加速度）を増大する場合に
も、経路用管体の耐摩耗性やフレキシブル性を維持でき
ることを前提とし、特に、耐圧性及び静電気の除去性を
向上して、変形を抑えて安定した加工が行えると共に、
静電気の除去能を高めることができる構造にした経路用
管体を備えたパウダービーム加工機を提供することにあ
る。さらに、他の目的は、以下に説明する内容の中で順
次明らかにして行く。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、ノズルよりワークに向けて噴射する微粒子を
含んだ固気二相流を通す経路用管体を備えたパウダービ
ーム加工機において、前記管体が、導電性ゴム材を管状
に形成した導電性ゴム層と、該導電性ゴム層の外周を織
り布で被覆している布状層との二層複合管として構成と
した。これによれば、導電性ゴム層により静電気のアー
スを行い、布状層で導電性ゴム層を補強する。

【０００６】本発明の他の構造は、ノズルよりワークに
向けて噴射する微粒子を含んだ固気二相流を通す経路用
管体を備えたパウダービーム加工機において、前記管体
が、管状に形成した内側の非導電性ゴム層と、該ゴム層
の外周を織り布で被覆している布状層と、該布状層の外
周を被覆している導電性ゴム層との三層複合管として構
成した。これによれば、内側非導電性ゴム層で耐摩耗性
を維持し、布状層で内側ゴム層を補強すると共に、導電
性ゴム層により静電気のアースを行なう。

【０００７】本発明のさらに他の構造は、ノズルよりワ
ークに向けて噴射する微粒子を含んだ固気二相流を通す
経路用管体を備えたパウダービーム加工機において、前
記管体が、非導電性ゴム層の管状肉厚内に一体にインサ
ートされた導電性の筒状編み線を有している複合管とし
て構成した。これによれば、導電性編み線により静電気
のアースとゴム層の補強とが同時に達成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】図５は本発明の形態例として示す
パウダービーム加工機の配置を示す模式図である。この
パウダービーム加工機は、微粒子（パウダー）Ｐを高速
で対象物（ワーク）に噴射し、その衝突作用を利用して
フェライト、ガラス、セラミックス等の硬脆材料のエッ
チングを、高速かつ精密に行うものである。加工機の主
要部は、固気二相流の微粒子Ｐとエアを分離する排風機
ないしは分離手段１と、分離手段１で分離された微粒子
Ｐを一時的に貯蔵するリザーブタンク等の貯蔵手段５
と、微粒子Ｐを高圧エアと混ぜる混合タンク等の混合手
段８と、ノズル１２ａを内蔵してパウダービーム加工を
行なう加工室１２などからなる。また、混合手段８で得
られた微粒子Ｐを含んだ固気二相流をノズル１２ａに供
給する経路用管体８ｃ，８ｍを備え、経路用管体８ｃ，
８ｍを通じて圧送される固気二相流をノズル１２ａから
噴射し、ワーク１３をパウダービーム加工する。以下、
この加工機の全体構成を概説した後、本発明の要部を詳
述する。

【０００９】分離手段１は、フィルタ２により小室１ａ
と小室１ｂとに分離されている。小室１ａの底部は、接
続部１ｃに接続されていて、その接続部１ｃにはバタフ
ライ弁３が配置されている。接続部１ｃはバタフライ弁
３を介して開閉される。また、小室１ａは加工室１２側
に経路用管体１６で接続されている。そして、分離手段
１には、加工室１２で使用された微粒子Ｐとエアの混合
した固気二相流が供給される。すると、フィルタ２は固
気二相流のうちの微粒子Ｐをとらえる。その微粒子Ｐは
接続部１ｃを介して貯蔵手段５側に送られる。高圧エア
はフィルタ２を通って小室１ｂ、経路用管体１４を経て
加工室１２側に送られる。なお、エアの一部は外部へ排
出される。

【００１０】貯蔵手段５は、分離手段１で分離された微
粒子Ｐを貯蔵し、その微粒子Ｐを混合手段８側へスクリ
ュー６を介して移動する。また、この貯蔵手段５は、経
路用管体１４，１５を介して小室１ｂと接続されてい
る。経路用管体１５にはバタフライ弁４が配置されてい
る。そして、このバタフライ弁４を介して経路用管体１
５が開閉され、経路用管体１５が開状態のとき、高圧エ
アが小室１ｂから貯蔵手段５内に供給される。また、ス
クリュー６は、貯蔵手段５の側部に設けられたモータ６
ａにより回転され、貯蔵手段５内に溜まった微粒子Ｐを
アイソレータ９を介して混合手段８側に移送する。

【００１１】混合手段８は、貯蔵手段５から送られてく
る微粒子Ｐを高圧エアと混ぜる混合タンクであり、タン
ク内に溜っている微粒子Ｐを下部に設けられた電子天秤
１１によりその重さを計測可能になっている。混合手段
８の上部にあって、通路８ｂのタンク導入口には三角弁
１７が設けられている。この三角弁１７は、駆動部２３
により開閉され、微粒子Ｐを貯蔵手段５から混合手段８
側に供給する場合のみ開状態となる。また、前記アイソ
レータ９は、混合手段８内の微粒子Ｐの重量を電子天秤
１１で測定するとき、貯蔵手段５と混合手段８とを機械
的に分離すると共に、通路８ｂが微粒子Ｐを貯蔵手段５
から混合手段８側へ送る。

【００１２】なお、この形態例において、混合手段８内
の微粒子Ｐは、所定の高圧エアを下部から供給すること
により、上部の経路用管体８ｃ側に吹き上げ可能な構造
になっている。この高力エアを供給する手段について次
に概説する。前記供給される高圧エアを図５中、便宜
上、符号８ｄで示す。その高圧エア８ｄは、ドライエア
ユニット８ｅ、流量センサ８ｆ、分岐部８ｇ、レギュレ
ータ８ｈを介して混合手段８のタンク下部８ｉに供給さ
れる。ここで、ドライエアユニット８ｅは供給される高
圧エア８ｄを乾燥する。流量センサ８ｂｆその乾燥され
た高圧エア８ｄの流量を計測する。分岐部８ｇは、前記
計測された高圧エア８ｄをレギュレータ８ｈ側と流量制
御部８ｊ側に分ける。流量制御部８ｊに送られた高圧エ
アはエゼクター８ｋへ送られる。このエゼクター８ｋ
は、送られてくる高圧エアと、混合手段８のタンク内か
ら吹き上げられて経路用管体８ｈを介して送られてくる
微粒子Ｐとを混合すると共に、加速して噴射ノズル１２
ａ側に送る。つまり、エゼクター８ｋから加速されて送
られる固気二相流は、経路用管体８ｍを介して加工室１
２内の噴射ノズル１２ａまで圧送される。

【００１３】噴射ノズル１２ａは、加工室１２の外側に
配設されているＸ−Ｙステージ１８によりＸ−Ｙ軸方向
に動されるアーム１９の先端に取り付けられ、このアー
ム１９と一体にＸ−Ｙ軸方向に移動される。また、加工
室１２とアーム１９との間には、アーム１９のＸ−Ｙ軸
方向の移動を許容し、かつ微粒子Ｐが加工室１２の外側
へ漏れるのを防ぐジャバラ体２０が装着されている。

【００１４】次に、上述した本発明のパウダービーム加
工機の動作を説明する。なお、用いられる微粒子Ｐは、
例えば、粒径が２０μｍ程度のグリーンカーボン（Ｓｉ
Ｃ）である。まず、混合手段８内の微粒子Ｐは、エゼク
ター８ｋ、経路用管体８ｍを介して噴射ノズル１２ａへ
圧送される。すると、微粒子Ｐと高圧エアの固気二相流
がワーク１３に対して高圧で噴射して当り、パウダービ
ーム加工を行なう。ワーク１３は、例えば、レジストパ
ターンを有する基板であり、微粒子Ｐを含む高圧エアが
この基板に当たることにより、基板の表面がレジストパ
ターンの形状に基づいてパウダービームエッチングされ
る。噴射された微粒子Ｐは、加工室１２の底部に落下
し、経路用管体１６を経て分離手段１側に送られる。フ
ィルタ２は、その微粒子Ｐと高圧エアを分離して、微粒
子Ｐを小室１ａ側にとどめ、高圧エアーのみを小室１ｂ
へ通過させる。そして、小室１ｂに入った高圧エアは経
路用管体１４を経て加工室１２に送られる。また、小室
１ａで確保された微粒子Ｐは、バタフライ弁３を開け、
かつバタフライ弁４を閉じた状態で、接続部１ｃを介し
て貯蔵手段５側に移送される。この状態ではスクリュー
６は停止しており、三角弁１７は閉じている。そして、
小室１ａに確保された微粒子Ｐが貯蔵手段５側に移送さ
れると、バタフライ弁３が閉じられる。

【００１５】貯蔵手段５に微粒子Ｐが溜まると、それを
混合手段８内へ送る。その準備段階では、バタフライ弁
３は閉じられており、バタフライ弁４は開けられる。ま
た、スクリュー６が停止している段階で、三角弁１７が
開けられる。その後、貯蔵手段５のスクリュー６が回転
されることにより、貯蔵手段５内の微粒子Ｐが混合手段
８に、アイソレータ９の通路８ｂを介して移送される。
また、微粒子Ｐが混合手段８へ移された後は、バタフラ
イ弁４はバタフライ弁３と同じく閉じられ、スクリュー
６は停止され、三角弁１７は閉じられる。このように、
微粒子Ｐと高圧エアーとの固気二相流は、分離手段１の
フィルタ２を介して微粒子Ｐとエアに分離される。分離
した微粒子Ｐは貯蔵手段５を介し混合手段８で回収され
る。回収された微粒子Ｐは、混合手段８から経路用管体
８ｃ，８ｍを通じて再び加工室１２のノズル１２ａを通
しワーク１３へ噴射される。

【００１６】図１は上記した経路用管体８ｃ，８ｍの構
造を示したものであり、本発明の要部を示している。な
お、以下の説明では、経路用管体８ｃと８ｍとは同じ構
造のもの使用しているので、経路用管体８ｍの例で詳述
する。本発明において、経路用管体８ｃ，８ｍで要求さ
れる管性能は、特に、耐圧性（最大６Ｋｇ・ｆ／ｃ
ｍ²）、耐摩耗特、静電気の除去性、フレキシブル性で
あり、また、開発品では微粒子Ｐと高圧エアーとの固気
二相流が流量６００Ｎリットル／分で長期に安定した加
工を維持可能であることを前提としている。

【００１７】図１の経路用管体８ｍは、導電性ゴム層５
１と、その外周を織り布で被覆している布状層５２との
二層複合管６０に一体に形成されている。ここで、導電
性ゴム層５１は、カーボン、銀、銅など導電材を用い
て、これを約５〜３０μｍの微粉末にしたものをゴム材
中に混入したものであり、管状に形成されている。ゴム
の材質としては、天然ゴム、合成天然ゴム、スチレンゴ
ム、ブタジエンゴム、ウレタンゴム等が使用される。ま
た、布状層５２は、補強用として選定されたものであ
り、綿やナイロンで織られた織り布である。

【００１８】そして、この二層複合管６０では、発生す
る静電気を導電性ゴム層５１を通してアースすることが
でき、しかも外側を布状層５２で被覆して補強されてい
るので、フレキシブル性（可撓性）並びに耐圧性に優
れ、微粒子を含んだ固気二相流を流したときに管全体が
膨らんで加工を不安定にしたり、あるいはゴムが劣化し
てピンホール等の発生を防止して、寿命を向上させるこ
とができる。実験の結果では、この二層複合管６０の構
造にすることにより、導電性や非導電性のゴム管だけか
らなる従来構造に比べて、耐圧性が数倍まで向上し、こ
れによりエア流量（加速度）を増加した場合にも、管の
膨らみが発生し難く、安定した加工を維持できることが
確認された。

【００１９】図２の経路用管体８ｍ（及び８ｃ）は他の
構造を示し、管状に形成された内側非導電性ゴム層５３
と、ゴム層５３の外周を被覆している布状層５４と、布
状層５４の外周を被覆している導電性ゴム層５５との三
層複合管６１になっている。この三層複合管６１では、
非導電性ゴム層５３をベースに選定し、また、図１の構
造と同様にその外周を補強用として選定された布状層５
４（綿やナイロンで織られた織り布）で被覆すると共
に、さらにこの外側に導電性ゴム層５５を一体に形成し
たものである。導電性ゴム層５５は、図１と同様に、カ
ーボン、銀、銅など導電材を用いて、粉末にしたものを
ゴム材中に混入したもので、管状に形成されている。ゴ
ムの材質としては、天然ゴム、合成天然ゴム、スチレン
ゴム、ブタジエンゴム、ウレタンゴム等が使用される。

【００２０】そして、この三層複合管６１では、発生す
る静電気を導電性ゴム層の部分を通してアースすること
ができ、非導電性ゴム管５３の外側を導電性ゴム５５で
被覆した複合構造にしているので、フレキシブル性（可
撓性）並びに耐摩耗性にも優れる。加えて、耐圧性は中
間の布状層５４の存在により大きく向上されている。実
験の結果からも、導電性や非導電性のゴム管だけからな
る従来構造に比べて、耐圧性が数倍まで向上し、これに
よりエア流量（加速度）を増加した場合にも、管が膨ら
んで加工を不安定にしたり、管内壁が摩耗したり、ゴム
が劣化してピンホール等の発生を防ぎ、寿命を向上でき
ることが確認された。

【００２１】図３の経路用管体８ｍ（及び８ｃ）は、さ
らに他の構造を示したものであり、非導電性ゴム層５６
の管状肉厚内に導電性の編み線５７をインサートした複
合管６２になっている。この複合管６２では、管状に形
成される非導電性ゴム層５６の肉厚中間部に筒状編み線
５７（金属メッシュ）をインサート成形により一体化し
たものである。編み線５７は、カーボン、銀、銅等の導
電材で編まれた編み線（金属メッシュ）である。また、
ゴムの材質としては、この場合も天然ゴム、合成天然ゴ
ム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ウレタンゴム等が
使用される。この複合管６２では、発生する静電気を編
み線５７の部分を通してアースすることができ、しかも
フレキシブル性（可撓性）並びに耐摩耗性に優れると共
に、ゴム層５６の肉厚内にインサートされた編み線５７
によって耐圧性も向上される。実験の結果からも、上記
の各構造と同様、ゴム管だけからなる従来構造に比べ
て、耐圧性が数倍まで向上し、これによりエア流量（加
速度）を増加した場合にも、管が膨らんで加工を不安定
にしたり、管内壁が摩耗したり、ゴムが劣化してピンホ
ール等の発生を防ぎ、寿命を向上できることが確認され
た。

【００２２】ところで、以上の本発明の各複合管構造
は、経路用管体のベース材としてゴム材を使用するもの
であるが、この決定に際して検討された一例を説明す
る。本発明者らは、経路用管体のベース材の選定に際
し、図５に示すパウダービーム加工機にて、以下の材質
をワーク１３として実際に加工した場合、その加工の程
度（加工し易いか、加工し難いか）を調べることによっ
て、管ベース材に適しているか否かを検討した。図４は
その試験結果をグラフに示したものである。この試験で
検討された材質は、非導電性ゴム群（天然ゴム、合成天
然ゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ウレタンゴ
ム）と、前記非導電性ゴム群の各ゴム材にカーボン、
銀、銅等の大きさが約５〜３０μｍの粉末を混入して形
成した導電性ゴム群と、銅（金属）と、セラミックス
（アルミナ）と、ガラス（ソーダガラス）と、樹脂（ア
クリル）である。図４の非導電性ゴムは天然ゴムの場合
であり、導電性ゴムは天然ゴムに前記カーボンを混入し
た場合を示している。

【００２３】この試験条件は、微粒子Ｐとして粒径が約
２０μｍのグリーンカーボン（ＳｉＣ）を使用した。エ
ア流量を６００Ｎ（リットル／分）、微粒子Ｐの噴射量
６０（グラム／分）で、ノズル吹き出し口（矩形のも
の）の大きさを１０×１．６ミリ、ノズルとワークまで
の距離を２５ミリに設定し、行なったものである。試験
結果は非導電性ゴムの内、天然ゴムを１として対比した
ものである。この図４から明かな如く、非導電性ゴム、
導電性ゴム、銅（金属）、セラミックス（アルミナ）、
ガラス（ソーダガラス）、樹脂（アクリル）の順で加工
がし難いことが分かる。特に、非導電性ゴムは、セラミ
ックス（アルミナ）、ガラス（ソーダガラス）などに比
べて極めて加工し難く、耐久性ないしは耐摩耗性に優れ
ていることが分かる。したがって、経路用管体のベース
材としては、加工が最も進行し難い非導電性ゴム、少な
くとも導電性ゴムを採用することが好ましいと判断で
き、また、高速で流れる微粒子Ｐと接触する内側部分に
設けて置く方が好ましいことが分かる。本発明の経路用
管体８ｍ（及び８ｃ）は、このような試験結果を前提と
し、さらに図１から図３に示した如く補強用及び静電気
の除去用として、最適な複合体構造を開発したものであ
る。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明にあっては
次のような効果を有している。請求項１の構造では、導
電性ゴム層により静電気のアースを行い、布状層で導電
性ゴム層を補強することが可能となる。したがって、噴
射流量を増大する場合にも、耐圧性、耐摩耗性、静電気
の除去性、フレキシブル性を共に充足し易くなり、経費
増も少なく、安定した加工を維持できる。請求項２の構
造では、内側ゴム層で耐摩耗性を維持し、布状層で内側
ゴム層を補強すると共に、導電性ゴム層により静電気の
アースを行なうことが可能となる。したがって、噴射流
量をより増大する場合にも、耐圧性、耐摩耗性、静電気
の除去性、フレキシブル性を共に充足し易く、安定した
加工をより長期に維持できる。請求項３の構造では、導
電性の筒状編み線により静電気のアースとゴム材の補強
とが同時に可能となる。したがって、噴射流量を増大す
る場合にも、耐圧性、耐摩耗性、静電気の除去性、フレ
キシブル性を共に充足し易く、導電性編み線をインサー
ト成形することで製造も容易であり、安定した加工を維
持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加工機で使用している経路用管体
の構造を示す概略断面図である。

【図２】前記経路用管体の他の構造を示す概略断面図で
ある。

【図３】前記経路用管体のさらに他の構造を示す概略断
面図である。

【図４】本発明装置において経路の構造を決定した理由
を説明する図である。

【図５】本発明の加工機における主要部の配置を示す模
式図である。

【符号の説明】

８ｃ，８ｍ経路用管体１２ａノズル１３ワーク５１，５５導電性ゴム層５２，５４布状層５３，５６非導電性ゴム層５７導電性筒状編み線６０二層複合管６１三層複合管６２複合管Ｐ微粒子（パウダー）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルよりワークに向けて噴射する微粒
子を含んだ固気二相流を通す経路用管体を備えたパウダ
ービーム加工機において、前記管体が、導電性ゴム材を管状に形成した導電性ゴム
層と、該導電性ゴム層の外周を織り布で被覆している布
状層との二層複合管であることを特徴とするパウダービ
ーム加工機。
【請求項２】ノズルよりワークに向けて噴射する微粒
子を含んだ固気二相流を通す経路用管体を備えたパウダ
ービーム加工機において、前記管体が、管状に形成した内側の非導電性ゴム層と、
該ゴム層の外周を織り布で被覆している布状層と、該布
状層の外周を被覆している導電性ゴム層との三層複合管
であることを特徴とするパウダービーム加工機。
【請求項３】ノズルよりワークに向けて噴射する微粒
子を含んだ固気二相流を通す経路用管体を備えたパウダ
ービーム加工機において、前記管体が、非導電性ゴム層の管状肉厚内に一体にイン
サートされた導電性の筒状編み線を有している複合管で
あることを特徴とするパウダービーム加工機。