KR20120117644A - 블라스트 가공에 의한 연마 방법 및 동 연마 방법을 이용한 블라스트 가공 장치의 노즐 구조 - Google Patents

Abstract

압축 기체류에 의해 연마재에 운동 에너지를 주어 실시하는 연마에 있어서, 피가공물 표면에 대해 수직인 절삭력의 발생을 억제함과 동시에 수평 방향의 절삭력을 얻는다.
피가공물(W)의 표면을 향해 가속류 발생 노즐(10)로부터 연마재를 포함하지 않는 압축 기체를 분사해, 피가공물(W)의 표면을 따라 가속류(S)를 발생시킴과 동시에, 이 가속류(S)의 발생 위치에서 피가공물(W)의 표면을 향해 개구하는 연마재 도입로(20)에 연마재(30)를, 바람직하게는 압축 기체와 함께 도입해, 가속류(S)에 연마재(30)를 합류시켜, 연마재(30)를 피가공물(W)의 표면을 따라 활주시키는 것으로, 표면에 대해 수평 방향의 절삭력을 발생시킨다.

Description

블라스트 가공에 의한 연마 방법 및 동 연마 방법을 이용한 블라스트 가공 장치의 노즐 구조 {POLISHING METHOD BY BLASTING AND NOZZLE STRUCTURE FOR A BLASTING APPARATUS FOR USE IN THE POLISHING METHOD}

본 발명은 블라스트 가공에 의한 연마 방법, 및 상기 연마 방법을 실현하기 위한 블라스트 가공 장치의 노즐 구조에 관한 것이다. 보다 상세하게는 압축 기체류에 의해 연마재에 운동 에너지를 주는 것으로 실시하는 피가공물의 연마 방법, 및 상기 연마 방법을 블라스트 가공 장치에 의해 실현하기 위한, 해(該) 블라스트 가공 장치의 노즐 부분의 구조에 관한 것이다.

종래의 피가공물 표면의 평탄도, 소위 「표면 거칠기」를 개선해, 경면(鏡面) 등의 평활면으로 가공하는 기존의 연마 방법으로써는, 예를 들면, 연마지나 연마포에 의한 연마, 버프(buff)에 의한 연마, 랩핑(wrapping), 회전하는 연마용 입자와의 접촉에 의한 연마, 초음파 진동이 주어진 연마 입자의 접촉에 의해 피가공물을 연마하는 슈퍼 피니싱(super finishing) 가공 등이 있다.

이것에 대해, 똑같이 연마재를 이용한 가공 기술에 관한 것이면서, 연마재를 피가공물의 표면에 압축 유체, 예를 들면 압축 공기와 함께 분사해 절삭을 실시하는 블라스트 가공은, 일반적으로는 피가공물의 표면에 있어서의 평탄도를 개선하기 위한 연마 가공에는 사용되고 있지 않다.

이것은, 블라스트 가공이 압축 기체 등과 함께 분사한 연마재를 피가공물의 표면에 충돌시켜 이 충돌시의 에너지에 의해 피가공물의 표면을 가공하는 것이다. 그 때문에, 연마재는 피가공물(W)의 표면에 대해 수직(깊이) 방향의 절삭력을 발휘하고, 그 결과, 도 18에 나타나 있듯이 피가공물의 표면에 원래 생기고 있던 요철의 형태적인 특징을 이어가면서 절삭이 진행되기 때문에, 절삭량이 많은 반면에 표면의 평탄화를 얻기 어렵다.

또 블라스트 가공에서는, 상술과 같이 연마재의 충돌 에너지에 의해 절삭을 실시하는 것이다. 따라서, 연마용 입자의 충돌에 따르는 절삭이나 변형에 의해 피가공물의 표면에 새로운 요철을 형성해 배 껍질처럼 거칠게 되는 것도(梨地) 평탄화를 곤란한 것으로 하고 있다.

이와 같이, 종래의 일반적인 블라스트 가공 방법에서는, 피가공물 표면의 평탄화, 특히, 경면과 같이 고정밀도로 평탄화를 실시하는 것은 곤란하다. 종래, 이러한 블라스트 가공에 있어서의 결점을 해소하고, 블라스트 가공에 의해서도 피가공물의 표면에 대한 거칠기(梨地)의 발생을 억제해, 표면을 예를 들면 경면과 같은 평탄면으로 가공할 수 있도록 하는 것도 제안되고 있다.

이러한 블라스트 가공 방법의 일례로서, 출원인은, 탄성체인 모재 내에 연마용 입자를 분산시킨 구조를 가지는 연마재(본 명세서에 있어서, 이러한 구조의 연마재를 「탄성 연마재」라고 한다.)를, 피가공물의 표면에 대해서 소정의 입사각도로 분사 혹은 투사함으로써, 충돌시의 에너지를 탄성체의 소성변형에 의해 흡수시키는 것으로 거칠기의 발생을 억제함과 동시에 탄성 연마재를 피가공면을 따라 활주시키게끔 함으로써, 블라스트 가공을 평탄도의 개선에 사용할 수 있도록 하는 것을 제안하고 있다(일본특개 2006－159402호 공보).

또한, 피가공물의 가공 표면에 대해서 압축 유체와 함께 연마재를,

0＜V．sinθ≤1/2．V

(V=분사 방향에 있어서의 연마재의 속도, θ=피가공물의 가공 표면에 대한 연마재의 입사각)

라고 하는 조건으로 분사해, 기존의 연마재(연마용 입자)를 사용했을 경우에도, 피가공물의 표면을 따른 연마재의 기류를 생기게 함으로써 평탄도의 개선을 실시할 수 있도록 하는 것도 제안하고 있다(일본특개 2005－022015호 공보).

특개 2006－159402호 공보 특개 2005－022015호 공보

상기 종래의 연마 방법 중, 연마포나 연마지에 의한 연마, 랩핑, 숫돌(grindstone)에 의한 연마 등에 있어서는, 입도(粒度)가 작은 연마재는 연마력이 약하기 때문에, 연마재의 입도를 단계적으로 작게 하는 많은 단계의 연마 공정이 필요하고 작업이 번잡하다.

또, 연마량은 가공 압력에 의존하지만, 과도하게 가공 휨이 생기는 것을 피하기 위해서 가공 압력을 낮게 설정하면, 가공 속도가 저하해, 생산성이 낮아지게 된다.

이것과는 반대로, 높은 가공 압력을 가하는 경우에는, 연삭, 연마로 쪼개지는 현상을 일으킬 우려가 있다.

또, 가공 압력이 가해진 상태에서 연마되는 피가공물의 표면층에는, 상술과 같이 가공 휨이 생긴다. 이 때문에, 피가공물이 예를 들면 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)인 경우에는, 웨이퍼 표면 근방에서의 완전 결정층을 확보하기 위해서 연마 가공 시에 생긴 가공 휨의 제거가 필요하게 되는 경우가 있다. 그 때문에, 연마 가공 후에 연마된 웨이퍼를 열처리하거나 산이나 알칼리 등을 사용해서 표면층을 제거하는 등의 공정이 필요하다. 또, 산이나 알칼리 등을 사용해 표면층을 제거하는 경우에는, 이때에 사용한 산이나 알칼리 등의 폐수를 적절히 처리할 필요가 있는 등, 그 작업이 매우 번잡하게 된다.

이것에 대해, 상술한 특허문헌 1(‘402) 및 특허문헌 2(‘015)에 개시된 방법에서는, 종래 일반적으로 실시되어지고 있던 연마 방법인 랩핑 등과 비교해, 연마 후의 피가공물에 여분의 응력이 들어가기 어렵고, 또, 가공 후에 휨 등을 생기기 어렵게 할 수 있다.

그러나, 상기 ‘402의 블라스트 가공 방법에서는, 피가공물의 표면에 있어서의 거칠기의 발생을 방지함과 동시에, 피가공물 표면을 따라 연마재를 활주 시키기 때문에, 상술한 탄성 연마재를 사용함으로써, 이 탄성 연마재의 소성변형에 의해 충돌시의 에너지를 흡수시키고 있어, 특수한 구조의 연마재의 사용이 필수가 된다.

상기 ‘015로써 소개한 블라스트 가공 방법에서는, 연마재의 분사 조건을 적절하게 설정함으로써, 특수한 연마재를 사용하는 일 없이, 통상의 연마재(연마용 입자)를 사용했을 경우에도 연마재를 피가공물의 표면을 따라 활주 시킬 수 있어, 블라스트 가공에 의해 비교적 용이하게 피가공물의 연마를 실시할 수 있다.

그러나, 이 방법에서는, 연마재의 충돌시, 피가공물 표면에 작용하는 힘의 수직 성분에 대해, 수평 성분을 충분히 크게 함으로써, 충돌한 연마용 입자에 의한 피가공물면 표면의 거칠기의 발생 방지를 도모한 것이며, 입사각θ을 0(제로)으로 하지 않으면, 수직 성분을 제거할 수 없다.

또, 상술한 수직 성분을 감소시키기 위해서 입사각θ을 0(제로)에 가까이 하려고 하면, 피가공물의 표면에 대해 분사 노즐을 경사시켜 분사하던가, 또는, 분사 노즐보다 분사된 기류를 피가공물의 표면을 따른 흐름으로 유도하기 위한 보조 기기 등이 필요하게 되며(상기 ‘402의 도 3~13 참조), 피가공물의 형상 등에 따라서는 적용이 곤란한 경우도 상정(想定)된다.

또한, 이상의 설명에서는, 피가공물의 「연마」의 일례로서, 평탄도의 개선(평활화)이라고 하는 점을 주로 설명했지만, 평탄도의 개선(평활화) 외, 예를 들면 원래의 표면에 대해 평활도를 저하시키는(거칠게 함) 작업이나, 표면에 마련한 피막의 제거 등 그 외의 연마 작업을 할 때에도, 블라스트 가공과 같은 비교적 간단한 작업에 의해서, 피가공물의 표면에 대한 수직 방향의 절삭력을 억제한 연마를 실시할 수 있으면, 피가공물에 대한 데미지의 경감과 필요 이상으로 절삭량이 증가하는 것을 억제할 수 있는 등의 메리트가 있다.

그래서 본 발명은, 상기 종래 기술에 있어서의 결점을 해소하기 위해서 창안된 것이며, 기존의 블라스트 가공 방법과 같이, 압축 기체류에 의해 연마재에 운동 에너지를 주는 것으로 연마를 실시하는 것이다. 그렇지만, 본원 발명은, 탄성 연마재와 같은 특수한 구조의 연마재를 사용하는 일 없이, 통상의 연마재(연마용 입자)를 사용했을 경우에도, 피가공물의 표면에 대한 수직 방향의 절삭력의 발생을 억제함과 동시에, 수평 방향의 절삭력을 발휘시키는 것으로, 피가공물의 표면의 평탄도의 개선, 그 외의 표면 거칠기의 조정, 표면 피막의 제거 등, 표면 부분의 절삭 제거, 그 외 각종 연마를 실시할 수 있는 연마 방법, 및 상기 연마 방법에 사용하는 블라스트 가공 장치의 노즐 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 블라스트 가공에 의한 연마 방법은, 피가공물(W)의 표면으로 향해 배치한 가속류 발생 노즐(10)에 분사 유체(P1)인 연마재를 포함하지 않은 압축 기체를 도입하고, 이 압축 기체를 분사해, 이 분사로, 상기 피가공물(W)의 표면을 따라 가속류(S)를 발생시키고,

상기 가속류(S)의 발생 위치에서 상기 피가공물(W)의 표면을 향해 개구(開口)된 연마재 도입로(20)에 연마재(30)를 도입함으로써, 상기 가속류(S)에 연마재(30)를 합류시켜, 상기 연마재(30)를 피가공물(W)의 표면을 따라 활주 시키는 것을 특징으로 한다.

상기의 연마 방법에 있어서, 상기 연마재(30)를, 상기 가속류 발생 노즐(10)에 도입하는 상기 분사 유체(P1)와 비교해, 예를 들면, 3분의 2 이하의 저압의 압축 기체인 반송(搬送) 유체(P2)와 혼합해 상기 연마재 도입로(20)에 도입하는 것으로 해도 좋다.

또, 상기 연마 방법을 실현하기 위한, 본 발명의 블라스트 가공 장치의 노즐 구조(블라스트 노즐 1)는, 압축 기체 공급원(도시하지 않음)으로부터 분사 유체(P1)로써 공급된 연마재를 포함하지 않은 압축 기체를 피가공물(W)의 표면을 향해 분사해, 상기 피가공물(W)의 표면을 따라 가속류(S)를 발생시키는 가속류 발생 노즐(10)과,

상기 가속류(S)의 발생 위치에서 상기 피가공물(W)의 표면을 향해 개구됨과 동시에, 연마재 공급원(도시하지 않음)으로부터 연마재(30)가 도입되는 연마재 도입로(20)를 갖춘 것을 특징으로 한다.

상기 노즐 구조에 있어서의 가속류 발생 노즐(10)과 연마재 도입로(20)의 배치는, 상기 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11) 측의 단부(端部)를, 상기 연마재 도입로(20)내에 배치하는 것에 의해 실현될 수 있다(도 1~3 참조).

또, 상기의 구성을 대신해, 상기 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)를 슬릿 모양으로 형성함과 동시에, 상기 연마재 도입로(20)의 개구(21)를 상기 분사구(11)와 평행으로 배치해도 좋고(도 4 참조), 이 경우, 또한 상기 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)의 양측에, 상기 연마재 도입로(20)의 개구(21)를 배치하는 것으로 해도 좋다(도 5 참조).

또한, 상기 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)와 피가공물(W)의 표면 간의 간격(δ1)을 예를 들면, 0.5~3.0mm로 설정하고, 상기 연마재 도입로(20)의 개구(21)와 피가공물(W)의 표면 간의 간격(δ1＋δ2)을, 예를 들면, 상기 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)와 피가공물(W)의 표면 간의 간격(δ1)에 대해서 1.0~3.0mm정도 넓게 해 실시하는 것이 바람직하다(도 3 참조).

이상 설명한 본 발명의 구성에 의해, 본 발명의 연마 방법에 의하면, 이하의 현저한 효과를 얻을 수 있었다.

피가공물(W)의 표면에 대한 분사 유체(P1)의 분사와, 연마재(30)의 도입을, 가속류 발생 노즐(10), 연마재 도입로(20)라고 하는 별개로 마련한 경로를 개입시켜 실시한다. 이것에 의해, 피가공물(W)의 가공면을 따라 가속류(S)를 발생시킨 후, 이 가속류(S)에 대해서 연마재(30)를 합류시키는, 연마재(30)를 피가공물의 표면에 대해서 수직 방향으로 충돌시키는 일 없이, 가속류(S)와 함께 피가공물(W)의 표면을 따라 활동시킬 수 있었다.

그 결과, 피가공물(W)의 표면에 대해서 수직 방향으로 작용하는 절삭력의 발생을 억제해, 연마재(30)의 활동(滑動)에 의한 수평 방향의 절삭력을 생기게 할 수 있다. 따라서, 연마를 할 때에 피가공물(W)에 가해지는 데미지를 큰 폭으로 감소하는 것이 가능함과 동시에, 종래의 일반적인 블라스트 가공에서는 곤란했던 평탄도의 개선(평활화) 등을 목적으로 했던 연마에 대해서도 적용 가능한 연마 방법을 제공할 수 있었다.

특히, 상기 연마재(30)의 반송(搬送)을 분사 유체(P1)에 대해서 저압의 반송 유체(P2), 바람직하게는 분사 유체(P1)에 대해서 3분의 2 이하의 압력의 반송 유체(P2)와의 혼합 유체로써 실시함으로써, 피가공물(W)의 표면에 대해서 연마재(30)가 수직 방향의 절삭력을 발휘하는 것을 큰 폭으로 억제하면서, 연마재(30)의 도입을 원활하게 하는 것이 가능해지고, 게다가, 연마재 도입로(20)의 개구(21)로부터 가속류(S)를 향해 방출되는 반송 유체(P2)가, 가속류(S)를 피가공물(W)의 표면을 향해 누르듯이 작용하게 되기 때문에, 가속류(S)가 피가공물(W)의 표면으로부터 멀어지는 것을 방지할 수 있으며, 가속류(S)의 피가공물(W)표면에 대한 추종성을 향상시킬 수 있었다.

또한, 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)와 피가공물(W)의 표면 간의 간격 δ1에 대해, 연마재 도입로(20)의 통로(21)로 피가공물(W)의 표면 간의 간격(δ1＋δ2)을 넓게 하는 것, 바람직하게는, 간격 δ1을 0.5~3.0mm, 간격 δ2를 1.0~3.0mm로 하는 것으로, 가속류 발생 노즐(10)에서부터 분사된 분사 유체(P1)는, 간격 δ1을 통과할 때에 매우 적합하게 피가공물(W)의 표면을 따른 흐름인 가속류(S)가 됨과 동시에, 간격 δ1에 대해서 넓게 형성된 연마재 도입로(20)와 피가공물(W)의 표면간의 간격 (δ1＋δ2)에 도입되는 것으로, 연마재 도입로(20)의 존재에 의해 가속류(S)의 흐름이 차단되는 일 없이, 이 위치에 있어서 매우 적합하게 가속류(S)와 연마재(30)를 합류시킬 수 있었다.

또한, 상술한 방법은, 압축 기체 공급원(도시하지 않음)으로부터 분사 유체(P1)로서 공급된 압축 기체를 피가공물(W)의 표면을 향해 분사해, 상기 피가공물(W)의 표면을 따라 가속류(S)를 발생시키는 가속류 발생 노즐(10)과 상기 가속류(S)의 발생 위치에서 상기 피가공물(W)의 표면을 향해 개구됨과 동시에, 연마재 공급원(도시하지 않음)으로부터 연마재(30)가 도입되는 연마재 도입로(20)를 갖춘 블라스트 가공 장치의 노즐 구조에 의해 실현될 수 있었다.

이 노즐 구조에 있어서, 상기 연마재 도입로(20)를, 압축 기체인 반송 유체(P2)와의 혼합 유체로서 상기 연마재(30)를 공급하는 연마재 공급원(도시하지 않음)으로 연통한 구성에서는, 연마재(30)의 반송 및 합류를 원활하게 실시할 수 있음과 동시에, 상술한 것처럼 반송 유체에 의해 가속류(S)를 피가공물의 표면을 향해 누름으로써, 가속류(S)가 표면으로부터 멀어지는 것을 매우 적합하게 방지할 수 있었다.

또한, 상기 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11) 측의 단부를, 상기 연마재 도입로(20) 내에 배치한 구성(도 1~3 참조)에서는, 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)의 전주(全周)에 걸쳐, 피가공물(W)의 표면을 따라 연마재(30)를 활동(滑動)시킬 수 있으며, 가공 범위를 넓게 할 수 있었다.

또한, 상기 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)를 슬릿 모양으로 한 구성(도 4, 도 5 참조)에 있어서는, 슬릿의 길이에 대응해 광범위에 걸쳐서 동시에 연마 가공을 할 수 있고, 특히, 상기 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)의 양측에 연마재 도입로(20)의 개구(21)를 설치한 구성(도 5 참조)에서는, 가속류 발생 노즐(10)을 중심으로 해, 동 노즐(10)의 개구 폭방향의 두 방향에 대해서 동시에 연마 처리를 할 수 있어, 효율적인 가공을 실현할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 연마 방법에 사용하는 노즐 구조(블라스트 노즐)의 구성예를 나타내는 개략 단면도.
도 2는 도 1의 II－II선 단면도.
도 3은 블라스트 노즐 선단 부분의 확대 단면도.
도 4는 블라스트 노즐의 선단 부분의 변형예를 나타내는 설명도이며, (A)는 측면 단면도, (B)는 (A)의 B－B선 단면도.
도 5는 블라스트 노즐의 선단 부분의 변형예를 나타내는 설명도이며, (A)는 측면 단면도, (B)는 (A)의 B－B선 단면도.
도 6은 본 발명의 방법에 의한 피가공물 표면의 절삭 과정을 모식적으로 나타낸 설명도.
도 7은 RMS(제곱 평균 거칠기)의 설명도.
도 8은 미처리의 테스트 피스(test-piece)(소다석회 유리(soda-lime glass)：경면)의 표면 전자현미경 사진이며, (A)는 평면상, (B)는 입체상.
도 9는 본 발명의 방법(실시예 1)에 의한 처리 후의 소다석회 유리의 표면 전자현미경 사진이며, (A)는 평면상, (B)는 입체상.
도 10은 기존의 블라스트 가공(비교예 1)에 의한 처리 후의 소다석회 유리의 표면 전자현미경 사진이며, (A)는 평면상, (B)는 입체상.
도 11은 본 발명의 방법(실시예 2)에 의한 처리 후의 소다석회 유리의 표면 전자현미경 사진이며, (A)는 평면상, (B)는 입체상.
도 12는 미처리의 테스트 피스(알루미늄 합금：헤어라인(hairline) 가공품)의 표면 전자현미경 사진이며, (A)는 평면상, (B)는 입체상.
도 13은 본 발명의 방법(실시예 3)에 의한 처리 후의 알루미늄 합금의 표면 전자현미경 사진이며, (A)는 평면상, (B)는 입체상.
도 14는 기존의 블라스트 가공(비교예 2：분사 압력 0. 2 MPa)에 의한 처리 후의 알루미늄 합금의 표면 전자현미경 사진이며, (A)는 평면상, (B)는 입체상.
도 15는 기존의 블라스트 가공(비교예 3：분사 압력 0. 4 MPa)에 의한 처리 후의 알루미늄 합금의 표면 전자현미경 사진이며, (A)는 평면상, (B)는 입체상.
도 16은 본 발명의 방법(실시예 4)에 의한 처리 후의 알루미늄 합금의 표면 전자현미경 사진이며, (A)는 평면상, (B)는 입체상.
도 17은 본 발명의 방법(실시예 5)에 의한 처리 후의 알루미늄 합금의 표면 전자현미경 사진이며, (A)는 평면상, (B)는 입체상.
도 18은 기존의 블라스트 가공에 있어서의 절삭의 모습을 모식적으로 나타낸 설명도.

다음에, 본 발명의 실시 형태에 대하여 첨부 도면을 참조하면서 이하를 설명한다.

블라스트 노즐

도 1 중 부호 1은, 본 발명의 연마 방법에 사용하는 블라스트 노즐이며, 이 블라스트 노즐(1)은, 압축 기체 공급원 및 연마재 공급원을 갖춘 기존의 블라스트 가공 장치(도시하지 않음)에 달아 사용하는 것으로, 본 발명의 연마 방법을 실현 가능하게 하는 것이다.

이 블라스트 노즐(1)은, 도시하지 않은 블라스트 가공 장치에 설치된 압축 기체 공급원에 연통되어, 압축 기체 공급원으로부터 분사 유체(P1)로서 도입된 압축 기체를 피가공물(W)의 표면을 향해 분사해, 피가공물(W)의 표면을 따라 흐르는 가속류(S)를 생기게 하는 가속류 발생 노즐(10)과, 도시하지 않은 연마재 공급원(예를 들면 연마재 탱크)으로부터의 연마재(30)을 도입해 상기 가속류(S)에 합류시키는 연마재 도입로(20)를 갖추고 있어, 연마재 도입로(20)의 개구(21)를 상술한 가속류(S)의 발생 위치에 있어서 피가공물(W)의 표면을 향해 배치함으로써, 연마재 도입로(20) 내에 도입된 연마재를, 가속류(S)와 합류시켜, 피가공물(W)의 표면에서 활동(滑動)시킬 수 있도록 하고 있다.

도시의 실시 형태에 있어서는, 가속류 발생 노즐(10)을 원통형의 노즐로서 형성함과 동시에, 연마재 도입로(20)를 가속류 발생 노즐(10)의 외경에 대해서 큰 직경의 내경을 가지는 거의 원통 형상으로 형성하고, 이 가속류 발생 노즐(10)의 선단측의 일부를 연마재 도입로(20) 내에 동심원 형상으로 배치함으로써, 분사구(11)를 중심으로, 그 외주방향에 있어서 전체 둘레(全周)를 둘러싸듯이 연마재 도입로(20)의 개구(21)를 형성하고 있다(도 2 참조).

무엇보다, 가속류 발생 노즐(10)이나 연마재 도입로(20)의 형상 및 배치는, 도 1~3에 나타나는 실시 형태로 한정되지 않고, 도시의 예에서는 원통형으로 형성한 연마재 도입로(20)를, 예를 들면 각기둥(角筒) 모양으로 형성하는 등으로 해도 좋고, 또, 도 4(A), (B)에 나타나 있듯이, 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)를 슬릿 모양으로 형성해, 이 슬릿 모양으로 형성된 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)에 평행으로, 연마재 도입로(20)의 개구(21)를 설치하는 구성으로 해도 좋으며, 또한, 도 5(A), (B)에 나타나 있듯이, 이 연마재 도입로(20)의 개구(21)를, 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)를 중심으로 양측으로 배치해도 좋고〔도 5(B) 참조〕, 가속류 발생 노즐(10)에서 발생시킨 가속류(S)를 향해 연마재 도입로(20)의 개구(21)가 설치되는 것에 의해 가속류(S)에 대해서 연마재를 합류시킬 수 있는 것이라면, 각종의 다양한 설계 변경이 가능하다.

상술한 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)는, 연마재 도입로(20)의 개구(21)보다 근소한 돌출 길이(도 3의δ2)로 분사 방향으로 튀어나온 배치가 되도록 가속류 발생 노즐(10)과 연마재 도입로(20)의 배치가 결정되고 있다.

이 가속류 발생 노즐(10)의 선단부에 있어서의 돌출 길이 δ2는, 바람직하게는 1.0~3.0mm이며, 도시한 실시 형태에 있어서는, 이 돌출 길이 δ2를 1.0mm로 함으로써, 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)를 피가공물의 표면을 향해 배치했을 때에, 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)와 피가공물(W)의 표면 간의 간격 δ1에 대해, 연마제 도입로(20)의 개구(21)와 피가공물(W)의 표면 간의 간격이 커지도록 구성하고 있다.

상술한 연마재 도입로(20)에 대한 연마재(30)의 도입은, 예를 들면 연마재 도입로(20)에 대해서 높은 곳에 배치된 연마재 탱크(도시하지 않음)로부터 연마재를 중력에 의해 낙하시키는 방법으로 실시하는 것도 좋지만, 본 실시 형태에 있어서는, 상술한 연마재 도입로(20)의 내부 공간을, 예를 들면 직압식(直壓式)의 블라스트 가공 장치의 연마재 탱크와 같이 압축 기체인 반송 유체(P2)에 의해 가압된 연마재 탱크(도시하지 않음)에 연통되게 함으로써, 상기 반송 유체(P2)와의 혼합 유체로서 반송된 연마재(30)를, 연마재 도입로(20)의 내부 공간에 도입함과 동시에, 상술한 개구(21)를 통해서 가속류(S)와 합류시킬 수 있도록 하고 있다.

이러한 연마재(30)의 반송을 가능하게 하기 위해서, 도 1에 나타낸 실시 형태에 있어서는, 도시하지 않은 연마재 탱크에 연통한 연마재 호스(25)의 선단에 연마재 노즐(24)을 달아 연마재의 반송량을 제어함과 동시에, 이 연마재 노즐(24)의 선단을, 연마재 도입로(20)의 내부 공간과 연통된 연결관(23) 내에 삽입함으로써, 연마재 도입로(20) 내에 반송 유체(P2)와 함께 연마재(30)를 도입할 수 있도록 하고 있다.

연마 방법

이상과 같이 구성된 블라스트 노즐(1)의 상기 가속류 발생 노즐(10)에 대해서는, 상술한 것처럼 도시하지 않은 블라스트 가공 장치의 압축 기체 공급원을 연통해, 상술한 분사 유체(P1)로서 0.1~0.7 MPa의 압축 기체를 도입한다.

또, 연마재 도입로(20)에 대해서도, 도시하지 않은 블라스트 가공 장치의 연마재 공급원을 연통해, 연마재(30)를 도입 할 수 있도록 한다. 이 때, 연마재(30)의 반송을 상술한 반송 유체(P2)와 혼합해 실시하는 경우에는, 반송 유체(P2)의 압력을, 분사 유체(P1)의 압력보다도 저압, 바람직하게는 3분의 2 이하의 압력으로써 실시한다.

가속류 발생 노즐(10)에 도입하는 분사 유체, 및 연마재(30)의 반송에 사용하는 반송 유체의 종류는, 압축 기체이면 특히 한정되지 않고, 본 실시 형태에 있어서는 블라스트 가공 시 일반적으로 사용되고 있는 압축 공기를 사용했다.

무엇보다, 사용하는 연마재가 분진 화재의 우려가 있는 입경이나 재질인 경우에는, 불활성 가스의 압축 기체를 사용하는 등, 가공 조건에 따라 여러 가지의 압축 기체가 사용 가능하다.

이상과 같이, 블라스트 노즐(1)을 블라스트 가공 장치의 압축 기체 공급원 및 연마재 공급원과 각각 연통해, 도 3에 나타나 있듯이, 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)로부터 분사 유체를 분사한다.

분사 유체의 분사는, 분사구(11)로부터 분사된 분사 유체가 피가공물(W)의 표면에 충돌해, 노즐 선단과 피가공물(W)의 표면 간의 간격 δ1을 통과할 때에 방향을 바꿔 피가공물(W)의 표면을 따라 가속류(S)를 발생시킬 수 있도록, 비교적 좁은 간격 δ1, 바람직하게는 0.5~3.0mm정도의 간격 δ1로 조정한다 (본 실시 형태에 있어서는 간격 δ1은 1.0mm).

또, 이러한 가속류(S)가 안정적으로 생기게 하기 위해서, 분사구(11)의 직경에 대해, 가속류 발생 노즐(10)의 선단 부분의 직경 φ (도 3 참조)을, 1. 4~2배 정도의 치수로 형성하는 것이 바람직하고, 본 실시 형태에 있어서는, 일례로서 분사구(11)의 직경을 3mm, 가속류 발생 노즐(10)의 선단 부분의 직경 φ을 5mm로 했다.

이와 같이 해, 가속류 발생 노즐(10)에 대한 분사 유체(P1)의 도입을 개시함과 동시에, 연마재 도입로(20)에 대해 연마재(30)를 단독 또는 반송 유체(P2)와의 혼합 유체로서 도입하면, 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)로부터 분사된 분사 유체(P1)는, 가속류 발생 노즐(10)과 피가공물(W)의 표면 간의 간격 δ1에 도입되어 그 방향을 바꿔 가속류 발생 노즐(10)의 전제 주변(全周)방향으로 확산되어, 피가공물(W)의 표면을 따라 흐르는 가속류(S)가 된다.

그리고, 연마재 도입로(20)의 개구(21)와 피가공물 표면 간의 간격을 통과할 때에 이 가속류(S)에 대해서 연마재 도입로(20)로부터의 연마재(30)가 합류되어, 가속류(S)에 올라타 연마재(30)가 피가공물의 표면을 활동한다.

상술한 것처럼, 가속류 발생 노즐(10)로 도입된, 0.1~0.7 MPa(실시 형태에서는 0.3 MPa)의 비교적 고압의 분사 유체(P1)는, 가속류 발생 노즐(10)의 선단과 피가공물(W)간에 형성된, 0.5~3mm(실시 형태에서는 1.0mm)의 비교적 좁은 간격 δ1을 통과함으로써, 피가공물의 표면을 따라 비교적 고속의 가속류(S)가 생겨, 이 가속류(S)가, 피가공물(W)의 표면을 가리는 에어 커튼(air curtain)과 같이 작용한다.

그 때문에, 연마재 도입로(20)에 대한 연마재의 도입을, 압축 기체인 반송 유체(P2)에 의해 실시하는 경우에도, 연마재(30)가 피가공물(W)의 표면에 대해서 수직 방향으로 충돌하는 것, 따라서, 연마재(30)가 피가공물(W)의 표면에 대해서 수직 방향의 절삭력을 발휘하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

특히, 반송 유체(P2)의 압력을, 분사 유체(P1)의 압력에 대해서 저압으로 해, 바람직하게는, 반송 유체(P2)의 압력을 분사 유체(P1)의 압력에 대해서 3분의 2 이하의 압력으로 하는 경우에는, 연마재(30)가 피가공물(W)의 표면에 대해서 수직 방향의 절삭력을 발휘하는 것을 큰 폭으로 억제할 수 있다.

또, 이와 같이 하여 연마재의 도입을 압축 기체인 반송 유체(P2)에 의해 실시함으로써, 연마재 도입로(20)의 개구(21)로부터 반송 기체가 가속류(S)를 피가공물(W)의 표면에 누르듯이 토출되기 때문에, 가속류(S)가 피가공물(W)의 표면으로부터 멀어지는 것을 방지할 수 있어, 장거리에 걸쳐서 피가공물(W)의 표면을 따라 이동시키는 것이 가능하다.

그 결과, 연마재는 피가공물(W)의 표면에 대해서 직교 방향의 절삭력을 발휘하고 있던 종래의 일반적인 블라스트 가공 방법과는 다르며, 본 발명의 연마 방법에서는, 연마재(30)를 피가공물(W)의 표면을 따라 활동시킴으로써, 피가공물(W)의 표면에 대해 수평 방향의 절삭력을 발휘시킬 수 있고, 이것에 의해, 도 6에 나타나 있듯이 피가공물의 표면에 생겨 있던 요철의 산정(山頂) 부분부터 서서히 연마 제거하는 것이 가능해진다.

이러한 절삭 작용으로부터, 본 발명의 연마 방법에서는, 피가공물의 표면을 깊이 방향으로 필요 이상으로 파내는 일이 없고, 또, 압축 기체의 에너지만으로 소프트한 연마를 실시하는 것이기 때문에, 연마 공정에 있어서 새롭게 깊은 연마 흠집이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다.

또, 본 발명의 연마 방법에서는, 랩핑 연마, 폴리싱(polishing) 연마 등과는 달리 연마재 이외에는 피가공물에 접하는 것이 없기 때문에, 연마시, 연마 후에 불필요한 응력이 들어가기 어렵고, 휨 등의 발생을 방지할 수 있는 효과를 가질 뿐만 아니라, 종래의 일반적인 블라스트 가공 방법과 비교했을 경우에도, 수직 방향으로 연마재가 충돌하는 것이 억제되기 때문에, 동일하게 응력의 발생이나 휨의 발생이 적게 할 수 있다.

(실시예)

다음으로, 본 발명의 연마 방법에 의한 각종 테스트 피스에 대한 실시예인 시험 가공예에 대해 설명한다.

또, 이하에서 설명하는 실시예에서 사용한 블라스트 노즐은, 도 1을 참조해 설명한 것과 같은 구조의 것으로, 가속류 발생 노즐(10)의 분사구(11)의 직경 3mm, 노즐 선단부의 직경(φ)이 5mm, 연마재 도입로(20)의 개구(21)의 직경이 20mm, 가속류 발생 노즐(10)의 선단부에 있어서의 돌출 길이 δ2가 1.0mm인 것을 사용했다.

또, 어느 실시예 모두 가속류 발생 노즐의 선단과 피가공물(W)의 표면간의 간격 δ1을 1.0mm로 해, 각 실시예 및 비교예 모두, 테스트 피스로서 폭 90mm, 길이 90mm의 판체를 사용해, 이 중의 반(45mm×90mm)을 관찰했다.

유리판에 대한 가공예

일반적인 블라스트 가공과의 대비(對比)

．대비 가공의 목적

요철이 없는 테스트 피스의 표면(경면)에 대해, 본 발명의 연마 방법(실시예 1)과 압축 기체와 함께 연마재를 분사하는 종래의 일반적인 블라스트 가공(비교예 1)을 각각 실시해, 가공 후의 테스트 피스 표면이 어떻게 변화하고 있는지를 보고 관찰하는 것으로, 양가공 방법으로 테스트 피스의 표면에 있어서의 연마재의 동작의 상위(相違)를 확인한다.

．가공 조건

실시예 1

테스트 피스：소다석회 유리(soda-lime glass)(경면)

연마재：후지제작소제(不二製作所製)의 고순도 알루미나(alumina) 연마재 「후지 랜덤 WA＃220」(평균 입경 53~45μm)

공급 압력：가속류 발생 노즐；0.3 MPa(압축 공기)

　　　　　 연마재 공급 노즐；0.1 MPa(압축 공기)＋연마재

처리 시간：13분 (관찰한 45mm×90mm범위에 대한 처리 시간：이하 같음)

비교예 1

테스트 피스：소다석회 유리(경면)

연마재： 후지제작소제의 고순도 알루미나 연마재 「후지 랜덤 WA＃600」(평균 입경 20.0±1.5μm)

분사 방법：0.4 MPa의 압축 공기와 함께 연마재를 테스트 피스 표면에 대해 수직으로 분사

처리 시간：1분

．가공 결과

미처리의 테스트 피스(실시예 1에 사용한 피가공물)의 표면 상태를 도 8(A), (B)에, 실시예 1의 처리 후의 테스트 피스의 표면 상태를 도 9(A), (B)에, 비교예 1의 처리 후의 테스트 피스의 표면 상태를 도 10(A), (B)에 각각 나타내었다.

또, 각 테스트 피스의 표면 거칠기를 아래의 표 1에 나타내었다.

여기서, 상기 거칠기의 파라미터(parameter) 중, Ra(산술 평균 거칠기), Ry(최대 높이), Rz(10점 평균 거칠기), tp(부하 길이 비율)는, 모두 JIS(JISB0601-1994)에 따른다(이하 같음).

또, RMS는 「제곱 평균 거칠기」이며, 이 값은, 거칠기 곡선에 근거해 평균선으로부터 측정 곡선까지의 편차를 제곱 한 값의 제곱근(平方根)으로써 구해진다(도 7 참조：이하 같음).

．가공 결과에 근거하는 고찰

도 8과 도 10의 비교로부터 알 수 있듯이, 처리 전에는 경면이었던 테스트 피스의 표면〔도 8(A), (B)〕은, 비교예 1의 처리 후, 예리한 형상의 산정, 골짜기 밑바닥을 가지는 요철면으로 변화하고 있다〔도 10(B) 참조〕.

또, 비교예 1의 가공 방법에서는, 실시예 1의 가공 방법과 비교해, 입경이 작은(따라서, 일반적으로 표면을 거칠게 하는 작용이 작다) 연마재를 사용하는 것이면서, 가공 후의 표면 거칠기는, 어느 파라미터에 있어 실시예 1의 가공 방법에 비교해 크게 증대하고 있는 것이 확인되었다.

이것으로부터, 비교예 1과 같이, 압축 기체와 함께 연마재를 테스트 피스의 표면에 충돌시키는 기존의 블라스트 가공 방법에서는, 충돌한 연마재는, 테스트 피스의 표면을 수직(깊이) 방향으로 절삭하는 작용을 발휘하고 있는 것을 알 수 있다.

이것에 대해, 실시예 1의 처리를 실시한 경우에는, 경면인 미처리의 테스트 피스 표면이 깎여 요철이 형성되고는 있지만, 이 요철의 산정 및 골짜기 밑바닥은 비교예 1의 경우와 같이 예리한 것이 아니라 비교적 완만한 형상이 되고 있는 것을 확인할 수 있다〔도 9(B) 참조〕.

또, 실시예 1에서는, 비교예 1과 비교해서 입경이 큰 연마재, 따라서 표면을 거칠게 하는 효과가 큰 연마재를 사용했지만, 실시예 1에 있어서의 처리 후의 테스트 피스 표면은, 어느 쪽의 파라미터에 있어서도 비교예 1과 비교해 거칠기의 증가가 작은(형성된 요철의 높낮이 차이가 작다) 것을 나타내고 있어, 테스트 피스의 표면에 대해서 직교 방향의 절삭력이 발휘되는 것을 큰 폭으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터, 실시예 1 및 비교예 1의 2개의 처리에 있어서, 테스트 피스의 표면에 있어서의 연마재의 동작에는 명확한 차이가 있는 것을 알 수 있고, 도 18을 참조해 설명한 것처럼, 종래의 일반적인 블라스트 가공 방법에서는, 충돌시의 에너지에 의해 연마재가 피가공물의 표면을 깊이 방향으로 절삭하는 것인데에 대해, 본 발명의 연마 방법(실시예 1)은, 연마재를 피가공물의 표면을 따라 활동 시키는 것으로, 도 6을 참조해 설명한 것처럼 테스트 피스의 표면에 대해서 수평 방향의 절삭력을 발휘하는 것임을 알 수 있다.

또, 상기와 같은 본 발명의 방법(실시예 1)에 있어서의 절삭 원리로부터, 기존의 블라스트 가공과 같이 피가공물의 표면에 대해 연마재(연마용 입자)가 충돌하는 것에 의한 데미지를 생기게 하지 않고, 또한, 종래의 블라스트 가공에서는 곤란했던, 피가공물의 표면 부분을 얇게 깎아내는 작업이 가능하다는 것을 알 수 있다.

실시예 2 (표면 거칠기의 개선 가공)

．가공의 목적

표면에 요철이 생겨 있는 유리의 테스트 피스에 대해서 본 발명의 연마 방법을 적용함으로써, 테스트 피스의 표면 거칠기의 개선(평탄화)이 가능한 것을 확인한다.

．가공 조건

테스트 피스：소다석회 유리 (비교예 1에 의한 가공 처리 후)

연마재：후지제작소제의 고순도 알루미나 연마재 「후지 랜덤 WA＃1000」(평균 입경 11. 5±1. 0μm)

공급 압력：가속류 발생 노즐；0. 3 MPa(압축 공기)

　　　　　 연마재 공급 노즐；0. 1 MPa(압축 공기)＋연마재

처리 시간：13분

．가공 결과

실시예 2에 의한 처리 후의 테스트 피스의 표면 상태를 도 11(A), (B)에 나타내었다〔처리 전의 표면 상태에 대해서는 도 10(A), (B)를 참조〕.

또, 각 테스트 피스의 표면 거칠기를 아래의 표 2에 나타내었다.

．가공 결과에 근거하는 고찰

이상의 결과로부터, 본 발명의 방법(실시예 2)에 의해, 테스트 피스의 표면 거칠기가 개선(평탄화)되고 있는 것을 확인할 수 있었다.

또, 도 10(B)과 도 11(B)의 비교로부터 알 수 있듯이, 미처리 상태에서는, 예리한 산정 및 골짜기 밑바닥을 가지고 있던 테스트 피스의 표면 요철〔도 10(B) 참조〕이, 본 발명의 방법(실시예 2)에 의한 처리 후에는, 각이 제거된 완만한 요철 형상으로 변화하고 있는 것을 알 수 있다〔도 11(B) 참조〕.

또, 표면 거칠기를 나타내는 Ra, Ry, Rz, RMS의 어느 파라미터의 수치에 있어서도, 본 발명의 가공 후에 있어서의 테스트 피스의 표면에 있어서는, 표면 거칠기의 개선이 이루어지고 있는 것, 따라서, 요철에 있어서의 높낮이 차이가 감소하고 있는 것을 나타내고 있다.

또한, 거칠기의 파라미터 중, tp의 수치 증대는, 50%의 절단 레벨이 원래의 요철에 있어서의 골짜기 밑바닥 측으로 이동한 것, 따라서, 원래의 요철에 대해 산의 높이가 감소하고 있는 것을 나타내고 있어, 본 발명의 방법에 의한 연마가, 도 6을 참조해 설명한 것처럼, 연마재가 테스트 피스의 표면을 따라 활동하는 것에 의해 수평 방향의 절삭력을 발휘해, 요철에 있어서의 산의 부분을 수평 방향으로 절삭하는 것으로써 실시되어지고 있는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 연마 방법에서는, 종래의 일반적인 블라스트 가공에서는 곤란했던, 피가공물 표면의 평탄도의 개선(평활화)에 대해서도 적용 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.

알루미늄 합금에 대한 가공예

실시예 3, 비교예 2, 3 (표면 거칠기의 개선 가공)

．가공의 목적

표면에 요철(헤어라인)이 생기고 있는 테스트 피스에 대해서 본 발명의 연마 방법을 적용함으로써, 테스트 피스의 표면 거칠기를 개선할 수 있는 것을 확인함과 동시에, 같은 요철(헤어라인)이 형성된 테스트 피스에 대해 기존의 블라스트 가공을 실시했을 경우의 가공 상태와 비교해, 양가공 방법의 테스트 피스 표면에 있어서 연마재가 나타내는 동작의 상위를 확인한다.

．가공(시험) 조건

실시예 3

테스트 피스：알루미늄 합금(A5052P；JIS H4000 합금 번호(Al-Mg계 합금), P:플레이트;판재)의 헤어라인 가공품

연마재：후지제작소제의 고순도 알루미나 연마재 「후지 랜덤 WA＃1000」(평균 입경 11.5±1.0μm)

공급 압력：가속류 발생 노즐；0.3 MPa(압축 공기)

　　　　　 연마재 공급 노즐；0.1 MPa(압축 공기)＋연마재

처리 시간：13분

비교예 2

테스트 피스：알루미늄 합금(A5052P)의 헤어라인 가공품

연마재：후지제작소제의 고순도 알루미나 연마재 「후지 랜덤 WA＃1000」(평균 입경 11.5±1.0μm)

분사 방법：0.2 MPa의 압축 공기와 함께 연마재를 테스트 피스 표면에 대해 수직으로 분사(노즐과 테스트 피스간의 거리 150mm)

처리 시간：30초

비교예 3

테스트 피스：알루미늄 합금(A5052P)의 헤어라인 가공품

연마재：후지제작소제의 고순도 알루미나 연마재 「후지 랜덤 WA＃1000」(평균 입경 11.5±1.0μm)

분사 방법：0.4 MPa의 압축 공기와 함께 연마재를 테스트 피스 표면에 대해 수직으로 분사 (노즐과 테스트 피스간의 거리 150mm)

처리 시간：30초

．가공 결과

미처리의 테스트 피스(실시예 3의 피가공물)의 표면 상태를 도 12(A), (B)에, 본 발명의 방법(실시예 3)에 의한 처리 후의 테스트 피스의 표면 상태를 도 13(A), (B)에, 분사 압력을 0.2 MPa로 한 종래의 일반적인 블라스트 가공(비교예 2)으로 처리한 후의 테스트 피스를 도 14(A), (B)에, 분사 압력을 0.4 MPa로 한 종래의 일반적인 블라스트 가공(비교예 3)으로 처리한 후의 테스트 피스를 도 15(A), (B)에, 각각 나타내었다.

또, 각 테스트 피스의 표면 거칠기를 아래의 표 3에 나타내었다.

．가공 결과에 근거하는 고찰

상기의 결과에서, 본 발명의 연마 방법(실시예 3)에서는, 미처리의 테스트 피스에 대해서 표면 거칠기가 개선되고 있어, 알루미늄과 같이 연마재의 충돌에 의해 소성(塑性)변형이 생길 수 있는 재질에 대해서도, 본 발명의 방법에 의하면 까칠한 부분(梨地) 등을 발생시키는 일 없이 매우 적합하게 연마를 실시할 수 있다는 것이 확인되었다.

또, 도 12와 도 13과의 비교로부터 알 수 있듯이, 미처리의 테스트 피스 표면에 명확하게 나타나고 있던 헤어라인〔테스트 피스를 폭방향으로 횡단하는 오목한 부분(凹溝) 및 볼록한 부분(凸條)：도 12(A), (B) 참조〕이, 본 발명의 처리(실시예 3)를 실행한 후에는, 완전히 소실되고 있다〔도 13(A), (B)〕.

이것에 대해, 종래의 일반적인 블라스트 가공에서는, 분사 압력을 0.2 MPa로 해서, 테스트 피스의 표면 거칠기(일례로서 Ra)가 큰 폭으로 변화(악화)하지 않는 정도로 가공을 실시했을 경우(비교예 2)에서는, 헤어라인의 흔적을 명확하게 확인할 수 있고〔도 14(A), (B) 참조〕, 또한, 표면 거칠기가 개선되지 않고 악화되고 있었다(표 3 참조).

또, 종래의 일반적인 블라스트 가공에 있어서, 분사 압력을 0. 4 MPa로 하고 게다가 가공도를 올렸을 경우(비교예 3)에서는, 도 15(A), (B)에 나타나 있듯이 비교예 2의 경우와 비교해서 헤어라인의 존재는 불선명하게 되어 있지만, 도 15(B)에 나타난 입체상의 길이 방향의 양측변(兩側邊)의 형상을 관찰하면, 요철이 나타나는 방향에 일치가 보여지며, 여전히 원래의 헤어라인에 있어서의 산정 내지는 골짜기 밑바닥에 대응하는 요철 형상이 유지되고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 이와 같이 해서 가공도를 올림으로써, 미처리의 테스트 피스는 물론, 비교예 2의 테스트 피스와의 비교에서도, 거칠기의 수치가 큰 폭으로 상승하고 있어, 표면 거칠기가 개선되는 일 없이, 더욱 악화되고 있는 것이 확인되었다.

이상의 가공 결과로부터도, 종래의 일반적인 블라스트 가공에서는, 도 18을 참조해 설명한 것처럼, 원래의 표면 요철이 가지는 형태적인 특징을 유지하면서, 테스트 피스의 표면 전체에 대해 깊이 방향의 절삭을 하고 있다는 것을 알 수 있고, 그 결과, 헤어라인이 형성되어 있는 테스트 피스를 가공했을 경우, 절삭량을 증가시켜도, 헤어라인 내지는 그 흔적을 완전히 제거할 수 없었던 것이라고 생각된다.

이것에 대해, 본 발명의 가공 방법(실시예 3)에 있어서는, 미처리의 테스트 피스의 표면에 생겨 있던 헤어라인이 완전히 소실되어 없어지고 있는 것으로부터도 분명하듯이, 연마재를 피가공물의 표면을 따라 활동시키는 것에 의해, 도 6을 참조해 설명한 것처럼 요철의 산(山)의 부분을 절삭 제거함으로써, 깊이 방향에의 절삭량을 늘리는 일 없이 필요 최소한의 절삭으로 효율적으로 원래의 요철이 가지고 있던 형태적인 특징을 소실시키고 있는 것이라고 생각된다.

이러한 특징으로부터, 본 발명의 연마 방법은, 종래의 일반적인 블라스트 가공 방법으로는 실시할 수 없었던, 평탄도의 개선이나, 각종 기계 부품 등의 툴 마크(tool mark)의 제거, 표면 거칠기가 생기는 일 없이 표면에 형성된 피막을 제거하는 등의 작업에 매우 적합하게 적용할 수 있는 것이라고 생각된다.

또한, 실시예 3에 있어서의 가공 후의 표면 거칠기인 Ra0.133μm라고 하는 수치는, 종래의 일반적인 블라스트 가공에서, 번수(番手)로 3배 정도(＃3000 정도)의 세밀한 연마재를 사용해 가공을 실시한 것과 동일한 정도의 표면 거칠기 상태이다.

일반적으로 연마재는 입경이 작은 미분이 되는 정도에 따라 고가인 동시에, 입자끼리의 결합에 의한 응집, 비산(飛散)이나 부유(浮遊)에 의한 작업 환경의 오염, 또한, 재질에 따라서는 분진 화재의 위험이 있는 등, 취급이 어려워지기 때문에, 본 발명의 방법에 의하면, 종래의 일반적인 블라스트 가공과 비교해 입경이 큰 연마재, 따라서 낮은 가격으로 취급이 용이한 연마재를 사용해, 동등 이상의 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

실시예 3~5　(가공 조건의 변화에 따른 영향의 확인)

．가공의 목적 사용하는 연마재의 입경 및 연마재 공급 압력(도 1에 있어서의 반송 유체(P2)의 압력)의 변화가 가공 상태에 미치는 영향을 확인한다.

．가공 방법

헤어라인 가공된 알루미늄 합금판(A5052P)으로부터 완성되는 3장의 테스트 피스에 대해, 본 발명의 방법에 의해 각각 아래의 표 4에 나타내는 가공 조건으로 가공을 실시했다.

．가공 결과

실시예 4에 의한 처리 후의 테스트 피스의 표면 상태를 도 16(A), (B)에, 실시예 5에 의한 처리 후의 테스트 피스의 표면 상태를 도 17(A), (B)에 각각 나타내었다.

또한, 미처리의 테스트 피스(실시예 3에 있어서의 피가공물)의 표면 상태는, 도 12(A), (B)를, 실시예 3에 의한 처리 후의 테스트 피스의 표면 상태는 도 13(A), (B)를 참조.

또, 각 테스트 피스의 표면 거칠기를 아래의 표 5에 나타내었다.

．가공 결과에 근거하는 고찰

이상의 결과로부터, 실시예 3~5의 어느 조건으로 가공한 것에 대해서도 헤어라인의 제거가 실행되었다는 것을 확인할 수 있었다(도 13, 16, 17 참조).

종래의 일반적인 블라스트 가공(비교예 2, 3)과 같이, 연마재가 테스트 피스의 표면에 대해 깊이 방향의 절삭력을 발휘하고 있는 경우에는, 헤어라인을 완전히 제거할 수 없는 것에 비추어 보면, 헤어라인이 소실되고 있는 실시예 3~5의 가공에서는, 사용하는 연마재의 입경의 상위에 관계없이, 모두 연마재를 피가공물의 표면을 따라 활동시키는 것에 의해, 테스트 피스의 표면에 대해 수평 방향의 절삭력을 발휘시킬 수 있는 것이라고 생각된다.

또, 실시예 3 및 5에서는, 연마재의 반송에 사용하고 있는 반송 유체(P2)의 압력을 0.1MPa로 하고 있는 것에 대해, 실시예 4에서는 2배의 0.2MPa로 해, 분사 유체(P1)의 압력에 대해서 3분의 2의 압력으로 상승시키고 있지만, 이러한 압력 상승에 의해서도, 피가공물의 표면에 대한 수직 방향의 절삭을 억제할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 설명한 본 발명의 블라스트 가공 장치의 노즐 구조를 구비한 노즐에 의한 연마 방법은, 종래의 일반적인 블라스트 가공이나, 기존의 연마 방법, 예를 들면 연마지나 연마포에 의한 연마나 랩핑, 버프 연마, 초음파 연마 등에 대신해, 이것들이 실시되고 있던 각종 분야에 있어 이용 가능하다.

특히, 본 발명의 연마 방법은, 연마재를 피가공물의 표면에서 활동시키는 것으로, 피가공물의 표면에 대한 수직 방향의 절삭력의 발생을 억제하는 한편으로, 수평 방향의 절삭력을 발휘시켜 실시하는 것이기 때문에, 피가공물에 대하는 데미지를 가급적으로 감소시키고, 게다가, 깊이 방향의 절삭량을 감소시켜 표면 부분을 얇게 벗겨 내는 것 같은 연마를 실시하는 것이 가능하기 때문에, 특히 이하와 같은 분야에 있어서의 이용이 기대된다.

．랩 사전 처리

랩 처리 실시의 전(前) 처리로서 피가공물의 표면 거칠기의 개선에 이용할 수가 있으며, 특히, 본 발명의 방법에서는, 상술한 것처럼 피가공물에 주어지는 데미지가 적기 때문에, 예를 들면 웨이퍼(실리콘, 석영, 사파이어 등)의 연마의 사전 처리에 사용하는데 적절하다. 게다가, 본 발명의 방법에서는, 높은 표면 거칠기의 개선 효과를 얻을 수 있기 때문에, 그 후의 랩핑의 노력도 큰 폭으로 경감 가능해지는 것을 기대할 수 있다.

．박막 제거 등

본 발명의 방법에서는, 연마재가 피가공물 표면을 활동하는 것에 의해, 깊이 방향의 절삭량을 증가시키는 일 없이 표면 부근의 절삭이 가능하기 때문에, 실리콘 웨이퍼 표면에 형성된 박막 제거 등에 대해서도 필요 이상의 깊이로 모재(母材)를 절삭하는 일 없이 박막을 제거하는 것이 가능하다.

특히, 박막상에 재질이 다른 박막을 형성하고 있는 경우에도, 본 발명의 방법에 의한 하나의 공정으로 제거하는 것이 가능하며, 화학적으로 에칭(etching)에 의해 제거하는 경우와 같이 피막의 재질에 따른 물약의 교환 등 번잡한 작업이 불필요해진다.

．적층막의 형성 사전 처리 (표면 활성화)

또한, 본 발명의 방법에서는, 피가공물의 표면을 활동하는 연마재에 의해 피가공물의 표면을 아주 조금 얇게 벗겨 내는 것이 가능하기 때문에, 예를 들면 스퍼터링(sputtering)이나 각종 증착(蒸着) 등에 의한 적층막의 형성에 앞서 모재의 표면에 대해 본 발명의 표면 처리를 가함으로써, 표면에 생기고 있는 산화 피막 등을 제거해 활성 표면을 노출시키는 작업을, 모재의 평탄함을 크게 저하시키는 일 없이 실시할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명의 연마 방법을, 스퍼터링이나 각종 증착에 의한 적층막의 형성의 사전 처리로서 실시함으로써, 모재와 적층막의 밀착 강도의 향상을 얻을 수 있는 것이 기대된다.

．흠집 제거, 툴 마크의 제거

또한, 상술한 것처럼 본 발명의 방법에 의하면, 테스트 피스상에 형성된 헤어라인의 제거가 가능하기 때문에, 금형이나 각종 기계 가공 부품의 표면에 생긴 흠집이나, 바이트(bite)와의 접촉자국으로써 생기는 툴 마크의 제거 등을 할 때에도 매우 적합하게 이용할 수 있다.

1　블라스트 노즐
10　가속류 발생 노즐
11　분사구
20　연마재 도입로
21　개구
23　연결관
24　연마재 노즐
25　연마재 호스
30　연마재
P1　분사 유체
P2　반송 유체
S　가속류
W　피가공물
δ1　간격 (가속류 발생 노즐의 선단과 피가공물의 표면간의)
δ2 돌출 길이 (연마재 도입로의 개구에 대한 가속류 발생 노즐 선단의)

Claims (11)

1. 피가공물의 표면을 향해 배치한 가속류 발생 노즐에 분사 유체로써 연마재를 포함하지 않은 압축 기체를 도입함과 동시에 분사해, 상기 피가공물의 표면을 따라 가속류를 발생시키고,
   상기 가속류의 발생 위치에서 상기 피가공물의 표면을 향해 개구된 연마재 도입로에 연마재를 도입하여, 여기에 압축 기체를 분사하여, 이 분사에 의해, 상기 가속류에 연마재를 합류시켜, 상기 연마재를 피가공물의 표면을 따라 활주시키는 것을 특징으로 하는 블라스트 가공에 의한 연마 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연마재를, 상기 가속류 발생 노즐에 도입하는 상기 분사 유체와 비교해 저압의 압축 기체인 반송 유체와 혼합해 상기 연마재 도입로에 도입하는 것을 특징으로 하는 블라스트 가공에 의한 연마 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 분사 유체에 대해, 상기 반송 유체를 3분의 2 이하의 압력으로 한 것을 특징으로 하는 블라스트 가공에 의한 연마 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 가속류 발생 노즐의 분사구와 피가공물의 표면 간의 간격에 대해, 상기 연마재 도입로의 개구와 피가공물의 표면 간의 간격을 넓게 한 것을 특징으로 하는 블라스트 가공에 의한 연마 방법.
5. 압축 기체 공급원으로부터 분사 유체로서 공급된 연마재를 포함하지 않은 압축 기체를 피가공물의 표면을 향해 분사해, 상기 피가공물의 표면을 따라 가속류를 발생시키는 가속류 발생 노즐과,
   상기 가속류의 발생 위치에서 상기 피가공물의 표면을 향해 개구됨과 동시에, 연마재 공급원으로부터 연마재가 도입되는 연마재 도입로를 갖춘 것을 특징으로 하는 블라스트 가공 장치의 노즐 구조.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 연마재 도입로를, 압축 기체인 반송 유체와의 혼합 유체로서 상기 연마재를 공급하는 연마재 공급원에 연통하는 것을 특징으로 하는 블라스트 가공 장치의 노즐 구조.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 가속류 발생 노즐의 분사구 측의 단부를, 상기 연마재 도입로 내에 배치한 것을 특징으로 하는 블라스트 가공 장치의 노즐 구조.
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 가속류 발생 노즐의 분사구를 슬릿 모양으로 형성함과 동시에, 상기 연마재 도입로의 개구를 상기 분사구와 평행으로 배치한 것을 특징으로 하는 블라스트 가공 장치의 노즐 구조.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 가속류 발생 노즐의 분사구의 양측에, 상기 연마재 도입로의 개구를 배치한 것을 특징으로 하는 블라스트 가공 장치의 노즐 구조.
10. 청구항 5에 있어서,
    상기 가속류 발생 노즐의 분사구와 피가공물의 표면 간의 간격을 0.5~3.0mm로 함과 동시에, 상기 연마재 도입로의 개구와 상기 피가공물의 표면 간의 간격을, 상기 가속류 발생 노즐의 분사구와 피가공물의 표면간의 간격에 대해서 1.0~3.0mm 넓게 형성한 것을 특징으로 하는 블라스트 가공 장치의 노즐 구조.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가속류 발생 노즐의 분사구를, 상기 연마재 도입로의 개구에 대해 1.0~3.0mm분사 방향으로 돌출시킨 것을 특징으로 하는 블라스트 가공 장치의 노즐구조.

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