JPH09300219A

JPH09300219A - パウダービーム加工機及び加工方法

Info

Publication number: JPH09300219A
Application number: JP14239796A
Authority: JP
Inventors: Akio Mishima; 彰生三島; Shigeo Kobayashi; 繁雄小林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】加工効率を向上させて生産性を改善できるよ
うにしたパウダービーム加工機及び加工方法を提供す
る。【解決手段】ワーク１３に対し、Ｘ軸方向とＹ軸方向
とへ移動可能なノズル１２ａから微粒子Ｐを含んだ固気
二相流を噴射してパウダービーム加工するパウダービー
ム加工方法において、ノズル２ａをＸ軸方向とＹ軸方向
とへ同時に移動して、ワーク１３に対し、ノズル２ａを
前後方向で斜めに動かし、かつこれを左右方向に繰り返
し行なうことにより、前記ワークの左右方向でのスキャ
ン軌跡を略千鳥状ないしは略波形状にするものである。

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
工機及び加工方法に関し、特に対象物（ワーク）の加工
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
ム加工機及び加工方法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、本発明者らが先に出願した特開平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、前記加工室か
ら微粒子を回収する排風機ないしは分離手段などを備
え、前記混合手段により得られた微粒子を含んだ固気二
相流を前記ノズルから噴射し、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、前記ノズル
は、ワークの加工面に対応して、同一平面上でＸ軸方向
とＹ軸方向とに移動可能に設けられることもあり、この
場合、ワークに対し図８に示す要領で移動されつつ加工
面を加工する。

【０００３】すなわち、図８において、符号１０１は図
示せぬ加工室の定位置にセットされたワークである。符
号１０２はノズルの吹き出し口（以下、単に「ノズル１
０２」として説明する）である。このノズル１０２は、
図示せぬＸ−Ｙステージ手段により、ワーク１０１の左
右方向（Ｘ軸方向）と前後方向（Ｙ軸方向）とに移動
（スキャン）される。ここで、有効加工エリアは、ワー
ク１０２にあって、ノズル１０２が移動されるスキャン
軌跡のうち、均一に加工可能なエリア内に納まるよう設
定される。換言すると、ノズル１０２がＹ軸方向におい
て専ら定速度で移動される範囲である。図８の例では、
ワーク１０２を加工する場合、ノズル１０２が前記固気
二相流を噴射しながら、始点位置Ｓ1から終点位置Ｓ2ま
での間において、次の順序で４回スキャン（移動）され
る。なお、このノズル１０２は断面円形をなし、微粒子
を含んだ固気二相流をノズル断面に対応した円柱状に噴
射する。

【０００４】（１）ノズル１０２は始点位置Ｓ1から、
加速され符号で示すＹ軸方向であるワーク１０１の左
側に沿って移動され、位置１０３Ｂで停止される。そし
て、ここから符号で示すＸ軸方向に所定ピッチだけ移
動された後、符号で示すＹ軸方向であるワーク１０１
の後端１０１ｂに向かって加速され、後端１０１ｂから
定速度で移動され、前端１０１ａを過ぎたとき減速され
て位置１０３Ａで停止される。つまり、ノズル１０２は
Ｙ軸方向において加速・定速度・減速・停止を繰り返
す。以上の移動が繰り返されて終点位置Ｓ2に達する
と、１回目のスキャンが終了する。

【０００５】（２）２回目のスキャンは、１回目のスキ
ャン軌跡の中間を通るようにすべく、まず、終点位置Ｓ
2からＸ軸方向へ所定ピッチだけ移動された後、符号
で示すＹ軸方向であるワーク１０１の後端１０１ｂに向
かって加速され、後端１０１ｂから定速度で移動され、
前端１０１ａを過ぎたとき減速されて位置１０３Ａで停
止される。つまり、ノズル１０２はこの場合もＹ軸方向
において加速・定速度・減速・停止を繰り返す。以上の
移動が繰り返されて符号に示す位置１０３Ｂに達して
停止すると、２回目のスキャンが終了する。（３）３回目のスキャンは、１回目と２回目のスキャン
軌跡の中間を通るようにすべく、まず、符号からＸ軸
方向へ移動された後、符号で示すＹ軸方向であるワー
ク１０１の後端１０１ｂに向かって加速され、後端１０
１ｂから定速度で移動され、前端１０１ａを過ぎたとき
減速されて位置１０３Ａで停止される。以上の移動が繰
り返されて符号に示す位置１０３Ｂに達すると、３回
目のスキャンが終了する。（４）４回目のスキャンも、１回目と２回目のスキャン
軌跡の中間を通るようにすべく、まず、符号からＸ軸
方向へ移動されて終点位置Ｓ2、Ｙ軸方向へ移動され、
かつＸ軸方向に移動されて符号で示す位置に動かされ
る。ここからＹ軸方向であるワーク１０１の前端１０１
ａに向かって加速され、前端１０１ａから定速度で移動
され、後端１０１ｂを過ぎたとき減速されて位置１０３
Ａで停止される。以上の移動が繰り返されて符号に示
す位置１０３Ｂに達すると、４回目のスキャンが終了す
る。その後、Ｘ軸方向に移動されて始点位置Ｓ1に戻さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のバウダービーム加工機は、ノズル１０２がＸ−Ｙステ
ージ手段によりＸ軸方向とＹ軸方向とに移動可能になっ
ているが、その移動はあくまでもＸ軸方向の移動と、Ｙ
軸方向の移動とを単に切り換えることを前提とした制御
手段であった。したがって、その加工方式は図８に示す
ようなノズル１０２のスキャン軌跡（矩形スキャン）に
なっていた。そのため、従来の加工方式では、ノズル１
０２が実際に加工している時間（Ｙ軸方向の移動中、定
速度で移動する部分）に対して、特に、ノズルがＸ軸方
向に移動するのに必要とされる時間の割合や停止される
回数が大きくなり、加工効率が悪いと言う問題があっ
た。

【０００７】また、従来におけるノズル１０２の断面形
状は、円形をしていたため微粒子を吹き付ける噴射力
が、円柱状の中心で高く、外側に行くに従って小さくな
る。そのため、加工されたワークの断面形状は中心が深
く、外側に行くに従って浅くなって均一に加工され難
く、まばらな加工となり、品質の低下を招いていた。こ
の対策例としては、例えば、噴射力を弱くしたり、ノズ
ルの孔径を小さくする等の工夫も採られているが、何れ
も加工効率が悪くなる。

【０００８】本発明は、上記問題点に解消するためなさ
れたものである。その目的は、加工効率を向上させて生
産性を改善できるようにしたパウダービーム加工機及び
加工方法を提供することにある。他の目的は、加工品質
をより向上させることができるようにすることにある。
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のパウダービーム
加工機は上記目的を達成するため次の技術手段を講じた
ものである。すなわち、ノズルを内蔵していると共に前
記ノズルに対応してワークを定位置に配置する加工室
と、圧縮されたエアに微粒子を混合する混合手段とを備
え、前記混合手段により得られた微粒子を含んだ固気二
相流を前記ノズルから噴射して前記ワークの加工面をパ
ウダービーム加工するパウダービーム加工機において、
前記加工室の外部に設けられて、前記ノズルをアームを
介して同一平面上でＸ軸方向とＹ軸方向とへ同時に移動
可能なＸ−Ｙステージ手段と、前記Ｘ−Ｙステージ手段
により前記ノズルをＸ軸方向とＹ軸方向とへ同時に移動
して、前記ワークの加工面に対し、前記ノズルを前後方
向で斜めに動かし、かつこれをワークの左右方向に繰り
返すよう制御可能な制御手段とを備えている。また、本
発明の他のパウダービーム加工機は、ノズルを内蔵して
いると共に前記ノズルに対応してワークを定位置に配置
する加工室と、圧縮されたエアに微粒子を混合する混合
手段とを備え、前記混合手段により得られた微粒子を含
んだ固気二相流を前記ノズルから噴射して前記ワークの
加工面をパウダービーム加工するパウダービーム加工機
において、前記ノズルが、その吹き出し口の断面を矩形
状に形成し、かつその長辺の寸法を短辺の２倍以上に設
定されている。

【００１０】また、本発明のパウダービーム加工方法は
上記目的を達成するため次の技術手段を講じたものであ
る。すなわち、ワークの加工面に対し、Ｘ軸方向とＹ軸
方向とへ移動可能なノズルから微粒子を含んだ固気二相
流を噴射してパウダービーム加工するパウダービーム加
工方法において、前記ノズルをＸ軸方向とＹ軸方向とへ
同時に移動して、前記ワークの加工面に対し、前記ノズ
ルを前後方向で斜めに動かし、かつこれを左右方向に繰
り返し行なうことにより、前記ワークの左右方向でのス
キャン軌跡を略千鳥状ないしは略波形状にするものであ
る。この構造において、前記ノズルが断面矩形状、特
に、長辺の寸法を短辺の２倍以上に設定された矩形状で
あることが好ましい。

【００１１】この本発明は、前記ノズルによるスキャン
軌跡のうち、Ｘ軸方向のみの移動が極めて僅かとなり、
また停止回数も少なくなって、ノズルが加工に寄与して
いない状態で移動している時間をそれに対応して低減す
るよう指向したものである。また、ノズルの吹き出し口
の断面を矩形状、特に長辺の寸法を短辺の２倍以上に設
定された矩形状にすると、微粒子の吹き付ける噴射圧
が、ノズルを高速移動しても、吹き出し口の全体にわた
って平均化し易くなることに着目し、達成されたもので
ある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に基づいて詳細に説明する。但し、本発明は、この形態
例に何ら制約されるものではない。図３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。この加工機の主要部は、固気二相流の微粒子Ｐとエ
アを分離するための排風機である分離手段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
ための混合タンク等の混合手段８と、パウダービーム加
工を行なう加工室１２などからなる。

【００１３】ここで、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側に管状経路１６で接続されている。そして、分
離手段１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、管状経路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。

【００１４】貯蔵手段５は、分離手段１で分離された微
粒子Ｐが貯蔵され、その貯蔵されている微粒子Ｐを混合
手段８側へ移動するスクリュー６を備えている。また、
この貯蔵手段５は、経路１４，１５を介して分離手段１
の小室１ｂと接続されている。経路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１５が開閉され、経路１５が開状態になるこ
とにより高圧エアが分離手段１の小室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６ａにより回転されること
で、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。

【００１５】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ための混合タンクであ
り、この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によりその重さを精密に計測可能な構
成となっている。混合手段８の上部にあって、管状通路
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により開閉されるもの
で、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。電子天秤１１は、混合手段８内
に貯蔵される微粒子Ｐの重量を測定し、例えば、電子天
秤１１の測定値からパウダービーム加工を行える時間な
どを算出可能にする。また、前記アイソレータ９は、混
合手段８内の微粒子Ｐの重量を測定する際に貯蔵手段５
と混合手段８とを機械的に分離すると共に、アイソレー
タ９の通路８ｂが微粒子Ｐを貯蔵手段５から混合手段８
側に確実に送ることができる接続構造になっている。

【００１６】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８ｃ側に吹き上げ可能な構造になっ
ている。この所定の圧力エアを供給する手段について以
下、概説する。前記供給される高圧エアを図３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を乾燥させるためのユニットである。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１２ａ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８ｍを介し
て、加工室１２内の噴射ノズル１２ａまで圧送される。

【００１７】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
に動かされるアーム１９の先端に取り付けられ、このア
ーム１９と一体にＸ−Ｙ軸方向に移動可能になってい
る。また、このノズル１２ａは、図２に示す如く、吹き
出し口１２ｂが矩形状に形成されている。この矩形状
は、特に、長辺をｔ1，短辺をｔ2とすると、長辺ｔ1が
短辺ｔ2の２倍以上に設定されている。この形状設定
は、吹き出し口１２ｂより固気二相流が平均的に吹き出
される最適な形態であることを各種の試験から知見し、
採用されたものである。すなわち、このノズル形態は、
吹き出し口１２ｂを矩形状にし、吹き出し口１２ｂから
噴射される固気二相流を平均的に吹き出すための形状で
あり、加工後におけるワーク側の加工断面形状におい
て、矩形状に対応した各部をより平均的に加工すること
を可能にする。

【００１８】なお、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ためのゴム
などで形成されたジャバラ体２０が装着されている。

【００１９】図４はパウダービーム加工機の制御回路構
成を示すもので、以下、同図を参照しつつ本発明をさら
に説明する。この制御回路は、ビーム加工機全体の動作
を制御するＣＰＵ（中央演算装置）３１を主体とし、次
のような手段で構成されている。第１は、センサ，スイ
ッチ，リレー及びソレノイドバルブ（バタフライ弁３，
４，三角弁１７）を含んだ入出力機器等の入力駆動を制
御する入出力装置（Ｉ／Ｏ）３２である。第２は、文字
や数字等でデータ入力並びに指示を入力するキーボード
３３及びその入力されたデータや処理後のデータ等を表
示するＬＣＤディスプレイ３４を制御するディスプレイ
・コントローラ３５である。第３は、Ｘ−Ｙステージ１
８をＸ軸方向に移動する駆動源であるエンコーダ付モー
タ３６を駆動するためのサーボモータ・ドライバ３７、
及びＹ軸方向に移動する駆動源としてのエンコーダ付モ
ータ３８を駆動するためのサーボモータ・ドライバ３９
をそれぞれ制御するモーション・コントローラ４０であ
る。第４は、微粒子Ｐが吹き出すエア圧力を調整する電
−空バルブ４１にディジタル信号を与えるＤ／Ａコンバ
ータ４２である。第５は、エア流量を調整するマスフロ
ー・コントローラ４３にアナログ信号を与えて制御する
Ａ／Ｄコンバータ４４である。なお、ＣＰＵ３１には電
子天秤１１とも接続されている。

【００２０】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、ここで用いる微粒子Ｐ
は、例えば、粒径が２０μｍ程度のグリーンカーボン
（ＳｉＣ）である。当然、他の微粒子Ｐであってもよ
い。まず、混合手段８内の微粒子Ｐは、エゼクター８
ｋ、経路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。ここで、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。

【００２１】噴射された微粒子Ｐは、加工室１２の底部
に落下し、経路１６を経て分離手段１側に送られる。分
離手段１のフィルタ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へ通過される。そして、小室１ｂに入った
高圧エアは経路１４を経て加工室１２に送られる。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で確保された微粒子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、バタフライ弁
４もそのまま閉じられている。この場合も、スクリュー
６は停止しており、三角弁１７も閉じている。

【００２２】なお、このように、微粒子Ｐが分離手段１
から貯蔵手段５側へ移送される際にバタフライ弁４を閉
じておくのは次のような理由による。経路１５のバタフ
ライ弁４をもし開けておくと、小室１ｂへのエアが貯蔵
手段５と加工室１２の両方へ流れてしまうので、加工室
１２側からの高圧エアの吸引量が減少してしまう。この
ことから、微粒子Ｐが分離手段１から貯蔵手段５側へ送
られる場合には、バタフライ弁４を閉じておくことによ
り、微粒子Ｐの回収率の減少を防ぐ。

【００２３】貯蔵手段５に微粒子Ｐが溜まると、それを
混合手段８のタンク内へ送る。そのときの準備段階で
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は停止している段階
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が回転駆動されることにより、貯蔵手段５内
の微粒子Ｐが混合手段８のタンク側に、アイソレータ９
の経路８ｂを介して移送される。この移送している間は
バタフライ弁３は閉じており、バタフライ弁４は開いて
いる。

【００２４】このように、バタフライ弁４が経路１５を
開けていることにより次のような現象を防ぐ。すなわ
ち、経路１５のバタフライ弁４が閉じていると、接続部
１ｃのバタフライ弁３の僅かな隙間から、貯蔵手段５内
の微粒子Ｐが分離手段１側に逆流するという現象が起こ
る。しかも、混合手段８の三角弁１７の上にあるアイソ
レータ９から微粒子Ｐが逆流して外部に出てしまった
り、混合手段８内の微粒子Ｐが貯蔵手段５側に戻ること
がある。そこで、経路１５のバタフライ弁４を開けるこ
とにより、分離手段１の小室１ｂから高圧エアを貯蔵手
段５が積極的に導入し、バタフライ弁３の隙間から微粒
子Ｐが逆流したり、混合手段８のアイソレータ９から微
粒子Ｐが逆流してしまう等の問題を解消している。

【００２５】また、微粒子Ｐが貯蔵手段５から混合手段
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。そして、必要に応じて電子天秤１１が混
合手段８内の微粒子Ｐの重量を測定し、その測定結果を
電気信号にて前記ＣＰＵ３１へ送信する。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で確実に回
収される。そして、回収された微粒子Ｐは、混合手段８
から再び加工室１２のノズル１２ａを通しワーク１３へ
噴射される。

【００２６】次に、本発明の要部であるノズル１２ａの
スキャン方式について、図１を参照しつつ説明する。こ
のノズル１２ａは、アーム１９を介してＸ−Ｙステージ
１８により移動される。Ｘ−Ｙステージ１８は、前記Ｘ
軸方向用のエンコーダ付モータ３６を駆動するためのサ
ーボモータ・ドライバ３７及びＹ軸方向用のエンコーダ
付モータ３８を駆動するためのサーボモータ・ドライバ
３９と、それら各ドライバー３８，３９を制御するモー
ション・コントローラ４０などにより、アーム１９を介
してノズル１２ａをＸ軸方向とＹ軸方向との移動に加
え、Ｘ軸方向とＹ軸方向とを同時に移動して斜めに動か
すことも可能になっている。そして、この移動制御で
は、ノズル１２ａがＸ軸方向とＹ軸方向とへ同時に移動
されて、ワーク１３の加工面に対し、ノズル１２ａが前
後方向にて斜めに動かされ、かつこれを左右方向に繰り
返すことにより、略千鳥状ないしは略波形状に制御され
る。ここで、有効加工エリアは、図８の場合と同様であ
り、ワーク１３にあって、ノズル１２ａが移動されるス
キャン軌跡のうち、均一に加工可能なエリア内に納まる
よう設定される。換言すると、ノズル１２ａがＸ軸方向
とＹ軸方向とへ同時に移動されて、ノズル１２ａがワー
ク１３の前後方向斜めに定速度で移動される範囲であ
る。図１の例では、ワーク１３を加工する場合、ノズル
１２ａが前記固気二相流を噴射しながら、始点位置Ｓ1
から終点位置Ｓ2まで間において、以下の（１）から
（４）の順で４回スキャン（移動）される。

【０００２７】（１）１回目のスキャンは、まず、Ｘ−
Ｙステージ１８がノズル１２ａを符号で示すＹ軸方向
にだけ、ワーク１３の左側に沿って移動させ、位置２１
Ｂで停止される。そして、ここから、Ｘ−Ｙステージ１
８がノズル１２ａをＹ軸方向とＸ軸方向とに同時に動か
す。この過程では、まず、位置２１Ｂから位置２１Ａに
向けて、符号で示すワーク１３の前後方向斜めに移動
される。このとき、ワーク１３に対向するまで加速さ
れ、ワーク１３に対向した時点から定速度で移動され、
前端１３ａを過ぎたとき減速されて停止される。次に、
位置２１Ａから位置２１Ｂに向けて、符号で示すワー
ク１３の前後方向斜めに移動される。このときも、ワー
ク１３に前端１３ａまで加速され、前端１３ａに達した
時点から定速度で移動され、後端１３ｂを過ぎたとき減
速されて停止される。つまり、ノズル１２ａは斜めに移
動されつつ、加速・定速度・減速・停止を繰り返す。以
上の移動が繰り返されて、終点位置Ｓ2に達すると、１
回目のスキャンが終了する。

【００２８】（２）２回目のスキャンは、１回目のスキ
ャン軌跡のピッチの中間を通るよう制御される。まず、
Ｘ−Ｙステージ１８が終点位置Ｓ2から符号に示すＹ
軸方向へノズル１２ａを位置２１Ａまで移動する。ここ
から、ノズル１２ａはＹ軸方向とＸ軸方向とに同時に動
かされる。この過程では、まず、位置２１Ａから位置２
１Ｂに向けて、符号で示すワーク１３の前後方向斜め
に移動される。このとき、ワーク１３に対向するまで加
速され、ワーク１３に対向した時点から定速度で移動さ
れ、後端１３ｂを過ぎたとき減速されて停止される。次
に、位置２１Ｂから位置２１Ａに向けて、ワーク１３の
前後方向斜めに移動される。このときも、後端１３ｂま
で加速され、後端１３ｂに達した時点から定速度で移動
され、前端１３ａを過ぎたとき減速されて停止される。
つまり、ノズル１２ａはこの場合も斜めに移動されつ
つ、加速・定速度・減速・停止を繰り返す。以上の移動
が繰り返されて、始点位置Ｓ1に達すると、２回目のス
キャンが終了する。（３）３回目のスキャンは、１回目と２回目のスキャン
軌跡間のピッチの中間を通るよう制御される。まず、ノ
ズル１２ａは始点位置Ｓ1から符号で示すＸ軸方向に
所定ピッチだけ移動される。ここから、ノズル１２ａは
Ｙ軸方向とＸ軸方向とに同時に動かされる。この過程で
は、位置２１Ａから位置２１Ｂに向けて、ワーク１３の
前後方向斜めに移動される。このときも、ワーク１３の
前端１３ａまで加速され、前端１３ａに達した時点から
定速度で移動され、後端１３ｂを過ぎたとき減速されて
停止される。以上の移動が繰り返されて、符号に示す
位置２１Ｂに達すると、３回目のスキャンが終了する。

【００２９】（４）４回目のスキャンも、１回目と２回
目のスキャン軌跡間のピッチの中間を通るよう制御され
る。まず、符号示す位置からＸ軸方向に移動されて終
点位置Ｓ2から、Ｙ軸方向へ位置２１Ａまで移動され、
さらにＸ軸方向に符号に示す位置に移動される。ここ
から、ノズル１２ａはＹ軸方向とＸ軸方向とに同時に動
かされる。この過程でも、位置２１Ａから位置２１Ｂに
向けて、ワーク１３の前後方向斜めに移動される。この
ときも、ワーク１３の前端１３ａまで加速され、前端１
３ａに達した時点から定速度で移動され、後端１３ｂを
過ぎたとき減速されて停止される。以上の移動が繰り返
されて符号に示す位置２１Ｂに達すると、４回目のス
キャンが終了する。その後、ノズル１２ａはＸ軸方向に
所定ピッチ移動された後、ワーク１３の左側に沿ってＹ
軸方向に移動されて始点位置Ｓ1に戻される。なお、以
上のスキャン回数は、ワーク１３の大きさとノズル吹き
出し口の幅寸法に応じ決められるものであり、通常、各
スキャン軌跡の間が矩形状をしているノズル１２ａの吹
き出し口の長辺ｔ1よりも小さい幅となる回数に設定さ
れる。

【００３０】以上のような本発明の加工方式では、図１
と図８との対比からも推察される如く、特に、Ｘ軸方向
のみの移動（移動開始と停止）が極めて少なく、同様
に、ノズル２ａが実際にワーク１３の加工面を加工して
いる時間に対して、ノズル１２ａが停止している時間も
少なくなる。また、各スキャン軌跡を総計した距離的に
も短くなる。これによって、加工効率は図８の加工方式
に対し大きく向上し、生産性を改善できる。

【００３１】下記の表１は、図８に示した矩形にスキャ
ンする加工方式（従来方式）と本発明での千鳥状ないし
は波形状に斜めにスキャンする加工方式（本発明方式）
とを図３に示す加工機にて比較した一例を示している。
この比較は加工に要する時間を実際に実験し、対比した
ものである。また、表２はそのときの両者の加工深さの
均一性を調べて対比したものである。表２ではＸ軸方向
にスキャンしているスピードが５０（ｍｍ／sec）の場
合で示している。この実験条件は、微粒子Ｐとして、大
きさがＧＣ＃（平均粒径２０μｍ）６００のグリーンカ
ーボン（ＳｉＣ）を使用した。エア流量は６００（Ｎリ
ットル／分）、微粒子Ｐの噴射量は６０（グラム／
分）、矩形ノズルの吹き出し口の大きさは１０×１．６
ミリである。また、ノズルとワークまでの距離を２５ミ
リに設定し、ノズルの送りピッチ（図１，図８に示した
送りピッチＴ1）を４ミリに設定した。また、ここで
は、Ｘ軸方向にスキャンしているスピードを１０（ｍｍ
／sec）とした場合と、５０（ｍｍ／sec）とした場合で
実験した。表１中、改善効果は（従来方式での加工時
間）／（本発明方式での加工時間）である。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１から明らかな如く、スキャンスピード
を１０（ｍｍ／sec）とした場合、従来方法では３２０
秒であるのに対し、本発明方式では１７６秒で実現さ
れ、その改善効果は０．５５倍の短縮が確認された。ま
た、スキャンスピードを５０（ｍｍ／sec）とした場
合、従来方法では２０４秒であるのに対し、本発明方式
では１７６秒で実現され、その改善効果は０．８６倍の
短縮が確認された。また、表２からは従来方法と本発明
方式とで、加工深さの均一性について、誤差範囲の相違
しか認められず、品質的に同等であることが確認され
た。

【００３４】

【表２】

【００３５】また、図５及び図６は、ノズルの吹き出し
口のより好適な形状を決定するための実験を行った結果
であり、図５はノズルの吹き出し口の断面形状を丸、三
角、正方形、長方形（本発明）にし、また断面積Ｓ（ｍ
ｍ²）を（０．０１≦Ｓ＜５），（５≦Ｓ≦８０），
（８０＜Ｓ）とした場合に各形状での加工状態（加工深
さの均一性）を観察した一例を示している。この実験結
果からは、特に、長方形にした場合において、何れの条
件でも通常加工条件で不可となる範囲はなく、広範囲の
断面積に対して「可」または「良好」となった。また、
図６では、上記長方形について、その長辺ｔ1と短辺ｔ2
の寸法比を変え、ノズルの吹き出し口における噴射分布
状態を調べた実験の結果例である。この実験では、（t1
/t2）を、［（t1/t2）＜１］，［１≦（t1/t2）≦
２］，［２＜（t1/t2）］とした場合を同一条件で比較
して評価した。この結果からは、特に、［２＜（t1/t
2）］と、［（t1/t2）＜１］との場合に最も優れたてい
ることが分かった。したがって、これらの実験結果よ
り、ノズル１２ａの吹き出し口の形状は、長方形（矩形
状）であることを前提とし、またその中でも長辺t1が短
辺t2の２倍以上に設定することがより好ましいと言え
る。

【００３６】なお、図７は、図３の加工機において、経
路８ｃ，８ｍの一構造例を示したものである。この経路
構造は、従来、ゴム管や伝導性ゴム管などが使用されて
いたが、ノズル１２ａから噴射されるエアの流量（加工
速度）をより増大すると、例えば、ゴム管や伝導性ゴム
管では管が膨らんだり、管内壁の摩耗が著しくなり、加
工の安定性などが損なわれることから、開発されたもの
である。以下、経路８ｃと経路８ｍの構造は同じことか
ら、経路８ｍの構造について概説する。図５（ａ）の経
路８ｍは、導電性ゴム材で形成された管５１の外周を、
補強用の綿などで織られた布（メッシュ）５２で被覆し
た２層複合構造にしてある。この構造では、加工室１２
や混合手段８内に発生する静電気を導電性ゴム材の管５
１の部分を通してアースすることが可能である。また外
側を布５２で被覆した複合構造としているので、特に、
可撓性（フレキシブル性）並びに耐圧性に優れ、微粒子
Ｐ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
ール等を発生させるのを少なくして、寿命を向上させる
ことができる。

【００３７】図５（ｂ）の経路８ｍは、内側を形成して
いる非導電性ゴム材の管５３の外周を、補強用の綿など
で織られた布（メッシュ）５４で被覆し、さらにこの外
側を導電性ゴム材の管５５で被覆してなる３層複合構造
にしてある。この構造では、前記２層複合構造よりもさ
らに非導電性ゴム材の管５３による耐圧性や耐摩耗性に
優れている。図５（ｃ）の経路８ｍは、非導電性ゴム材
の管５６の中間層にカーボン、銅等の導電材で編まれた
編み線（金属メッシュ）５７をインサートさせて複合構
造にしたものである。この場合も、編み線５７をインサ
ートしているので、従来構造に対し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を発生させるのを少なくして、寿命
を向上させることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
ノズルのスキャン方式をワークの前後でノズルを斜めに
動かし、かつ左右方向で略千鳥状ないしは略波形状にす
ることにより、Ｘ軸方向のみの移動が僅かになると共に
ノズルの停止する回数も少なくなって、ノズルが加工に
寄与していない状態で移動している時間をそれに対応し
て大きく低減可能にし、加工効率を向上でき、生産性の
改善に寄与できる。また、ノズルの吹き出し口を矩形状
にすることにより、微粒子が吹き付けられる噴射圧が吹
き出し口の全体で平均化し易くなって、エアの流量（加
工速度）をより増大する場合にも均一な加工が行われ、
より高効率化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明構造におけるノズルのスキャン方式を説
明する図である。

【図２】本発明構造に用いられるノズルの吹き出し口形
状を説明する図である。

【図３】本発明の加工機における配置を示す模式図であ
る。

【図４】本発明の加工機における制御回路構成の一例を
示すブロック図である。

【図５】本発明のノズルについて行なった実験の評価で
ある。

【図６】本発明のノズルの吹き出し口の形状を決定した
理由を説明する図である。

【図７】本発明で使用している経路の構造例を示す概略
断面図である。

【図８】従来の加工機におけるノズルのスキャン方式を
説明する図である。

【符号の説明】

１分離手段（排風機）８混合手段（混合タンク）８ｃ，８ｍ経路１２加工室１２ａノズル１２ｂノズル吹き出し口１３ワーク１８Ｘ−Ｙステージ１９アーム３１ＣＰＵ４０モーション・コントローラＰ微粒子（パウダー）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルを内蔵していると共に前記ノズル
に対応してワークを定位置に配置する加工室と、圧縮さ
れたエアに微粒子を混合する混合手段とを備え、前記混
合手段により得られた微粒子を含んだ固気二相流を前記
ノズルから噴射して前記ワークの加工面をパウダービー
ム加工するパウダービーム加工機において、前記加工室の外部に設けられて、前記ノズルをアームを
介して同一平面上でＸ軸方向とＹ軸方向とへ同時に移動
可能なＸ−Ｙステージ手段と、前記Ｘ−Ｙステージ手段により前記ノズルをＸ軸方向と
Ｙ軸方向とへ同時に移動して、前記ワークの加工面に対
し、前記ノズルを前後方向で斜めに動かし、かつこれを
ワークの左右方向に繰り返すよう制御可能な制御手段、とを備えていることを特徴とするパウダービーム加工
機。
【請求項２】ノズルを内蔵していると共に前記ノズル
に対応してワークを定位置に配置する加工室と、圧縮さ
れたエアに微粒子を混合する混合手段とを備え、前記混
合手段により得られた微粒子を含んだ固気二相流を前記
ノズルから噴射して前記ワークの加工面をパウダービー
ム加工するパウダービーム加工機において、前記ノズルが、その吹き出し口の断面を矩形状に形成
し、かつその長辺の寸法を短辺の２倍以上に設定されて
いることを特徴とするパウダービーム加工機。
【請求項３】ワークの加工面に対し、Ｘ軸方向とＹ軸
方向とへ移動可能なノズルから微粒子を含んだ固気二相
流を噴射してパウダービーム加工するパウダービーム加
工方法において、前記ノズルをＸ軸方向とＹ軸方向とへ同時に移動して、
前記ワークの加工面に対し、前記ノズルを前後方向で斜
めに動かし、かつこれを左右方向に繰り返し行なうこと
により、前記ワークの左右方向でのスキャン軌跡を略千
鳥状ないしは略波形状にすることを特徴とするパウダー
ビーム加工方法。
【請求項４】前記ノズルの移動を、前記ワークの左右
方向にあって、行のスキャン軌跡と帰りのスキャン軌跡
とで所定ピッチづれるようにする請求項３に記載のパウ
ダービーム加工方法。
【請求項５】前記ノズルが、その吹き出し口の断面を
矩形状にしたものである請求項３に記載のパウダービー
ム加工方法。
【請求項６】前記矩形状が、その長辺の寸法を短辺の
２倍以上に設定されている請求項５に記載のパウダービ
ーム加方法。