WO2009131020A1 - ノズル、ノズルユニット及びブラスト加工装置 - Google Patents

ノズル、ノズルユニット及びブラスト加工装置 Download PDF

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nozzle
injection
blasting
workpiece
processing
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幹敏 平賀
亮一 角田
健一郎 稲垣
紀仁 澁谷
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新東工業株式会社
前田 和良
鈴木 幸徳
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    • B24C7/00Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts

Definitions

  • the present invention includes a nozzle capable of performing fine processing without a mask, and a nozzle unit including a plurality of nozzles, and the nozzle or the nozzle unit, in blasting for injecting an injection material onto a workpiece.
  • the present invention relates to a blasting apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a technique for applying a blasting technique to microfabrication of a solar cell module substrate.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-332748
  • blast microfabrication it is necessary to clarify the boundary between the blasted region and the unprocessed region by suppressing the spread of the spray material injected from the nozzle.
  • an object of the present invention is to realize a nozzle capable of achieving both high-precision fine processing and high processing efficiency, a nozzle unit including a plurality of nozzles, and a blast processing apparatus including these.
  • the present invention provides a nozzle for blasting by injecting an injection material onto a processing surface of a workpiece, and injecting the injection material at one end. And an outer peripheral surface of the injection portion is formed such that an outer dimension of a cross section perpendicular to the injection direction continuously decreases toward the injection port.
  • a technical means is used in which an escape portion is provided to prevent the spray material colliding with the surface and reflecting from colliding with the tip of the jet portion from staying between the tip of the jet portion and the processing surface. .
  • the injection material that collides with and reflects the processing surface of the workpiece is prevented from staying between the tip of the injection unit and the processing surface by colliding with the tip of the injection unit. Because the escape portion is formed, even if the nozzle is brought close to the processing surface in order to suppress the expansion of the injection material, the injection material reflected on the processing surface does not stay between the tip of the injection portion, High-precision processing can be performed.
  • the external dimension of the relief portion “continuously decreases” means that the external dimension does not increase toward the injection port and the external dimension near the injection port is the smallest, and the external dimension is A constant region or a step may be formed.
  • the relief portion is formed as a conical surface having an injection direction as an axis and a tip angle of 50 to 70 °. Use.
  • the escape portion is formed as a conical surface having the injection direction as an axis and a tip angle of 50 to 70 ° as in the invention described in claim 2, the injection material is more easily inserted between the tip of the injection portion and the processing surface. It can escape efficiently to the outside, which is preferable.
  • the relief portion is formed by at least one peripheral side surface of a circular pipe portion having a constant outer diameter of the transverse section,
  • the circular pipe part is formed so that the outer diameter is smaller as it is arranged closer to the injection port.
  • the escape portion is formed by at least one circumferential side surface of a circular pipe portion having a constant outer diameter in cross section, and the circular pipe portion is located near the injection port. It is preferable to form the injection material so that the outer diameter becomes smaller as the arrangement is made, because the injection material can be more efficiently released from between the injection portion and the processing surface to the outside.
  • a nozzle unit comprising a plurality of nozzles according to any one of the first to third aspects, wherein the plurality of nozzles are used as an injection material and a work surface of a workpiece.
  • a support member that supports the support member in parallel so as to be jetted vertically, and a rotation device configured to be able to rotate the support member around an axis perpendicular to the processing surface. The technical means is used.
  • the nozzle unit includes a rotating device configured to be capable of rotating a support member that supports a plurality of nozzles in parallel around an axis perpendicular to the processing surface. Since it is provided, the nozzles can be arranged in accordance with the processing width of the blast processing, so that a wide range of blast processing can be performed by one scan, and the processing efficiency can be improved. Thereby, improvement of processing accuracy and improvement of processing efficiency can be made compatible.
  • a blasting apparatus for injecting an injection material from a nozzle onto a workpiece and blasting the workpiece by scanning the nozzle.
  • the technical means of including the nozzle according to any one of Items 3 is used.
  • the fifth aspect of the present invention it is possible to realize a blasting apparatus capable of producing the same effect as that of any one of the first to third aspects of the present invention.
  • a blasting apparatus for blasting a workpiece by injecting an injection material from a nozzle onto the workpiece and scanning the nozzle.
  • the technical means of having a nozzle unit is used.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a blasting apparatus.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the structure of the nozzle.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the nozzle unit.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing a nozzle scanning method in the peripheral edge processing of the panel by the blast processing apparatus of the present invention.
  • FIG. 5 is a reflected electron image of an electron microscope in which the boundary between the blasted portion and the non-blasted portion is magnified.
  • FIG. 6 is a secondary electron image of an electron microscope in which the boundary between the blasted portion and the non-blasted portion is magnified.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing scratches to be evaluated that occurred in the non-blasted portion.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the shape of the injection unit of the second embodiment.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a blasting apparatus.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the structure of the nozzle.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the nozzle unit.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing a nozzle scanning method in the peripheral edge processing of the panel by the blast processing apparatus of the present invention.
  • FIG. 5 is a reflected electron image of an electron microscope in which the boundary between the blasted portion and the non-blasted portion is magnified.
  • FIG. 6 is a secondary electron image of an electron microscope in which the boundary between the blasted portion and the non-blasted portion is magnified.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing scratches to be evaluated that occurred in the non-blasted portion.
  • a blasting apparatus 20 includes a nozzle unit 10 for injecting an injection material onto a workpiece, a blast chamber 21 that performs blasting, and a conveyor that conveys the workpiece to the blast chamber 21. 22, a storage tank (not shown) for storing the injection material, an injection material hopper 23 that supplies a predetermined amount of the injection material to the nozzle 11 (FIG. 2), and compressed air that supplies the compressed air to the nozzle 11. While collecting the dust of the supply device 24, the spray material and the polished workpiece, the classification device 25 for classifying the usable spray material and the unusable spray material and dust, and exhausting the dust from the classification device 25 And a dust collector 26 to be removed.
  • the wall surface of the blast chamber 21 is formed with a carry-in port 21a for carrying in the work piece and a carry-out port 21b for carrying out the work piece.
  • a carry-in port 21a for carrying in the work piece
  • a carry-out port 21b for carrying out the work piece.
  • an air blow 21c for removing the spray material from the surface of the workpiece is arranged vertically with the conveyor 22 interposed therebetween.
  • a recovery unit 21 d that is connected to the classifier 25 and sucks and collects the sprayed material after injection and the processing waste from the workpiece.
  • the nozzle unit 10 (FIG. 3) is transported by the conveyor 22 (hereinafter referred to as the X direction) inside the blast chamber 21 and a vertical direction (hereinafter referred to as the horizontal direction).
  • a scanning device 21e that scans in the Y direction) is provided.
  • the nozzle 11 is an injection in which a compressed air supply pipe 12 communicating with a compressed air supply hose 24 a connected to the compressed air supply device 24 and an injection pipe 13 a for injecting an injection material are formed.
  • the injection pipe holder 14 which arrange
  • a distal end portion of the compressed air supply pipe 12 is inserted into the mixing chamber 14a, and an injection material supply hose 23a communicating with the injection material hopper 23 from the side surface portion of the injection tube holder 14 through the port 14b is connected. ing.
  • a relief part 13c formed so that the outer peripheral dimension of the transverse section continuously decreases toward the injection port 13b for injecting the injection material is formed.
  • the escape portion 13c is formed so as to be the outer surface of a cone having a tip angle ⁇ of 50 to 70 ° and having an injection direction as an axis from the vicinity of the injection port 13b.
  • the tip angle ⁇ in the range of 50 to 70 °, it is possible to escape more efficiently from between the tip of the injection unit 13 and the processing surface, which is preferable.
  • the nozzle 11 having ⁇ of 70 °, the outer diameter of the escape portion 13c of 24 mm, and the height L of 14 mm is used.
  • the nozzle unit 10 includes two nozzles 11m and 11n, a support member 15 that supports the two nozzles 11m and 11n in parallel, and the support member 15 as a processing surface of a workpiece.
  • the rotating device 16 is configured to rotate about a vertical axis H.
  • the compressed air supply hose 24a and the injection material supply hose 23a are omitted for simplicity.
  • the support member 15 equalizes the distance (injection distance) between the injection port 13b of the nozzles 11m and 11n and the processing surface of the workpiece, and injects the injection material perpendicularly to the processing surface of the workpiece.
  • the nozzles 11m and 11n are supported.
  • the arrangement direction of the nozzles 11m and 11n can be set at an arbitrary angle with respect to the scanning direction of the nozzles 11m and 11n.
  • the diameter of the injection port 13b is 3 mm, and the nozzle 11m and the nozzle 11n are arranged side by side so that the center distance D of the injection port 13b is 40 mm.
  • a solar cell panel is used as a workpiece.
  • the panel P for a-Si solar cells is formed by laminating a front electrode layer made of ITO, an a-Si layer, and a back electrode layer in this order on a glass substrate.
  • the laminated state of each layer is disturbed, and there is a place where the front electrode layer and the back electrode layer are short-circuited. Therefore, in the peripheral part of the panel P, the edge part of the front electrode layer is used as a lead connection part.
  • the peripheral portion processing with a width of 5 mm was performed on the entire periphery of the panel P with respect to the rectangular panel P having a size of 1500 ⁇ 1100 mm and a thickness of 5 mm.
  • the panel P is placed on the conveyor 22, the conveyor 22 is operated, and the panel P is introduced into the blast chamber 21 from the carry-in port 21 a of the blast chamber 21.
  • the panel P is fixed at a predetermined position by a positioning mechanism (not shown) so that each side is parallel to the X direction and the Y direction.
  • the nozzle unit 10 is positioned at a predetermined processing start position by the scanning device 21e. Subsequently, alumina abrasive grains having an average particle diameter of 24 ⁇ m are sprayed while scanning the outer periphery of the panel P at a predetermined speed with the nozzles 11m and 11n by a scanning method described in detail later, and blasting with a width of 6 mm is applied to the peripheral edge of the panel P. To remove the peripheral thin film layer.
  • the blasting conditions are an injection pressure of 0.5 MPa, an injection amount of 250 g / min, and an injection distance of 2.5 mm.
  • the blasting conditions described above are controlled by a control device (not shown) provided in the blasting device 20.
  • Blasting is performed as follows. Compressed air is supplied to the compressed air supply pipe 12 of the nozzles 11m and 11n by the compressed air supply device 24 via the compressed air supply hose 24a, and the compressed air is injected from the tip toward the injection pipe 13a.
  • the injection material is controlled in its supply amount by the injection material hopper 23, and the negative pressure generated when the compressed air passes through the mixing chamber 14a from the compressed air supply pipe 12, passes through the injection material supply hose 23a, the nozzle 11m, 11n of the injection tube holder 14 is supplied to the mixing chamber 14a.
  • the injection material conveyed to the mixing chamber 14a is mixed with the compressed air injected from the compressed air supply pipe 12 and accelerated, passes through the injection pipe 13a, and is injected from the injection port 13b onto the workpiece.
  • the injected spray material collides with a predetermined position on the processing surface of the workpiece, and blast processing is performed.
  • the jetting material and the processing scraps from the workpiece that have been scattered after colliding with the workpiece are sucked and collected by the fan of the dust collector 26 from the collecting section 21d, and are pneumatically transported to the classification device 25 and classified.
  • the spray materials classified by the classifier 25 only the reusable spray material having a particle size of a certain value or more is re-introduced into the storage tank of the spray material hopper 23 and used.
  • the panel P that has been subjected to the blasting process on the peripheral edge is discharged from the carry-out port 21b to the outside of the blasting chamber 21 by the conveyor 22, and the blasting process is completed. At this time, the spray material adhering to the panel P is blown off and removed by the air blow 21c arranged in front of the carry-out port 21b.
  • the inside of the blast chamber 21 has a negative pressure, the injection material or the like does not leak to the outside from the carry-out port 21b.
  • FIG. 4 is a perspective view of the arrangement of the nozzles 11m and 11n as viewed from above.
  • the nozzles 11m and 11n are supported by the support member 15 so that the spray distance is 5 mm or less, and in this embodiment, 2.5 mm.
  • the injection distance of the nozzles 11m and 11n is short, the injection material hardly expands and is injected into a region of ⁇ 3 mm which is equal to the diameter of the injection port 13b.
  • the escape portion 13c is formed at the tip of the injection unit 13, the injection material reflected on the processing surface does not stay between the tip of the injection unit 13, thereby the nozzle in one direction.
  • blasting can be performed in which the processing region is accurately controlled to a width of 3 mm per nozzle.
  • the nozzle unit 10 is positioned above the corner portion of the panel P by the scanning device 21e.
  • the inclination angle ⁇ is set so that the processing area B1 to be blasted by the nozzle 11m and the processing area B2 to be blasted by the nozzle 11n together have a processing width of 6 mm.
  • the support member 15 is rotated about the axis H by the rotation device 16.
  • the inclination angle ⁇ is an angle formed by the center line of the nozzles 11m and 11n with respect to the scanning direction of the nozzles 11m and 11n.
  • the machining width is 6 mm, but the machining width can be freely set between 3 and 6 mm by changing the tilt angle ⁇ by the rotation device 16.
  • the nozzle unit 10 is scanned in the Y direction by the scanning device 21e while spraying the spray material.
  • the process of width 6mm can be performed by one scan, and process efficiency can be improved.
  • the injection port 13b of the nozzle 11m and the injection port 13b of the nozzle 11n are provided apart from each other, the injection materials injected by the respective nozzles do not interfere with each other, and the processing accuracy can be improved. .
  • the support member 15 is rotated 90 ° counterclockwise by the rotation device 16 when viewed from above.
  • the scanning device 21e scans the nozzles 11m and 11n in the X-axis direction, injects an injection material, and performs blasting.
  • the peripheral edge processing similarly to the Y-axis direction, it is possible to perform peripheral edge processing with a processing width of 6 mm by one scanning.
  • peripheral edge processing of the entire periphery of the panel P can be performed by performing similar blast processing.
  • the blast processing apparatus of the present invention since the escape portion 13c is formed at the tip of the injection portion 13, even if the nozzle 11 is close to the processing surface in order to suppress the expansion of the injection material, the processing is performed.
  • the injection material reflected on the surface does not stay with the tip of the injection unit 13, and high-precision processing can be performed.
  • by arranging the nozzle 11m and the nozzle 11n in accordance with the processing width of the blast processing by the rotating device 16 it is possible to perform the peripheral edge processing of one side by one scan, and improve the processing efficiency. be able to. That is, it is possible to achieve both improvement in precision of fine processing and improvement in processing efficiency.
  • the escape portion 13c is formed in a conical shape, but the invention is not limited to this, and the injection material that reflects off the processed surface does not stay between the tip of the injection portion 13. Good.
  • the tip of the injection unit 13 may be chamfered or formed with a curved surface other than a cone.
  • the support method of the nozzles 11m and 11n in the support member 15 is not limited to the support method illustrated in FIG. 2A.
  • a disc is attached to the tip of the support member 15 and the disc is attached to the disc.
  • the nozzles 11m and 11n may be fixed.
  • the rotation mechanism of the rotation device 16 may be of any type such as electric or manual as long as the inclination angle ⁇ can be controlled.
  • the blasting was performed under the conditions shown in Table 1 on a glass substrate on which the a-Si type solar cell thin film exemplified in paragraph 0031 was formed using one nozzle.
  • the nozzle used the nozzle 11 in which the escape part 13c whose front-end
  • the outer diameter (nozzle maximum diameter) of the portion having the largest outer dimension of the nozzle was ⁇ 24 mm, and the inner diameter (nozzle inner diameter) of the injection port 13b was ⁇ 4 mm.
  • the spray distance which is the distance between the spray port 13b and the glass substrate, was set to 2.5 and 3.0 mm.
  • the injection material WA # 600 is alumina abrasive grains having an average particle diameter of 25 ⁇ m manufactured by Shinto Brater Co., Ltd.
  • FIG. 5 is a reflected electron image of an electron microscope in which the boundary between the blasted portion and the non-blasted portion is enlarged and observed. If the boundary between the blasted part and the non-blasted part is not clear as shown in the upper part of FIG. 5 is evaluated as x, and if the boundary between the blasted part and the non-blasted part is clear as shown in the figure below, ⁇ It was evaluated.
  • the lower diagram of FIG. 5 shows an evaluation result of Example 1-1 described later, and the upper diagram shows an evaluation result of a comparative example.
  • the scratch is conspicuous in the region (evaluation region) having a width of 2 mm from the boundary between the blasted portion and the non-blasted portion to the non-blasted portion. Judgment was made based on whether or not FIG. 6 is a secondary electron image of an electron microscope in which the boundary between the blasted portion and the non-blasted portion is magnified. Scratches to be evaluated here refer to dot-like and line-like portions that are recessed from the surface that appears black in a spot-like manner with respect to the color tone of the entire surface, as represented by arrows in the drawing of FIG. As shown in the upper diagram of FIG.
  • the first embodiment of the present invention has the following effects.
  • the escape portion 13c is formed at the tip of the injection portion 13, even if the nozzle 11 is close to the processing surface in order to suppress the expansion of the injection material, The reflective spray material does not stay with the tip of the spray section 13, and high-precision processing can be performed.
  • the nozzle 11m and the nozzle 11n are arranged in accordance with the blasting processing width by the rotation device 16, so that it is wider by one scan.
  • the region can be blasted, and the processing efficiency can be improved.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the shape of the injection unit of the second embodiment.
  • the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment only in the shape of the injection portion provided at the tip of the nozzle, only the differences will be described.
  • FIG. 8 shows the shape of the injection unit 33 of the second embodiment.
  • the ejection portion 33 is provided with a relief portion 33a corresponding to the relief portion 13c of the first embodiment.
  • the escape portion 33a has a first circular pipe portion 33b formed by a peripheral side surface of a circular pipe having a smaller outer diameter and a constant outer diameter than the portion fixed to the injection pipe holder 14.
  • the second circular pipe portion 33c is connected to the first circular pipe portion 33b and is provided in the nozzle tip direction, and has an outer diameter formed by a circumferential side surface of the circular pipe smaller than the first circular pipe portion 33b.
  • the outer diameter of the ejection portion 33 continuously decreases as the escape portion 33a is disposed closer to the first circular pipe portion 33b, the second circular pipe portion 33c, and the ejection port 13b in the escape portion 33a.
  • the first circular pipe portion 33b is formed with an outer diameter of ⁇ 11 mm and a length of 18 mm
  • the second circular pipe portion 33c is formed with an outer diameter of ⁇ 7 mm and a length of 10 mm.
  • an inclined portion may be provided and connected by taper processing between the first circular pipe portion 33b and the second circular pipe portion 33c.
  • the tip of the second circular pipe portion 33c can be processed into a conical surface similar to the escape portion 13c of the first embodiment. Thereby, it can prevent more effectively that the reflected injection material stays between the injection part 13 and a process surface.
  • FIG. 7 illustrates the case where there are two circular pipe portions, the present invention is not limited to this, and may be one or three or more. In the case where the circular pipe portions are provided at three or more places, the outer pipe diameter is formed so as to be closer to the injection port 13b.
  • the blasting apparatus 20 having the same configuration as that of the first embodiment can be used, and the same effect can be obtained.
  • the blasting was performed under the conditions shown in Table 1 in the same manner as in Example 1 on a glass substrate on which the a-Si type solar cell thin film exemplified in paragraph 0031 was formed on the surface using a single nozzle.
  • the spraying distance was set to 2.5 to 4.0 mm.
  • the second embodiment of the present invention has the following effects.
  • the nozzle 11m and the nozzle 11n are arranged in accordance with the processing width of the blast processing by the rotation device 16 to perform blast processing over a wide area by one scan. And the processing efficiency can be improved.
  • the injection of the injection material does not need to be continuously performed from all the nozzles, and can be performed from a predetermined nozzle at a predetermined timing. Thereby, blasting can be performed with various processing patterns.
  • the suction type nozzle is used.
  • the present invention is also applicable to a pressure type nozzle that injects the injection material after the amount of the injection material in the storage tank is determined by the compressed air supplied to the storage tank of the injection material hopper. You can also

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Abstract

 高精度な微細加工と高い加工効率とを両立させることができるノズル、複数のノズルからなるノズルユニット及びこれらを備えたブラスト加工装置を実現する。  ノズル11の噴射部13の先端には逃げ部13cが形成されているので、噴射材の拡がりを抑えるためにノズル11を加工面に近づけても、加工面で反射する噴射材が噴射部13の先端との間で滞留することがなく、精度の高い加工を行うことができる。ノズルユニット10、ブラスト加工装置20によれば、回動装置16によりノズル11mとノズル11nとをブラスト加工の加工幅に合わせた配置をすることにより、1回の走査により幅広い領域のブラスト加工を行うことができ、加工効率を向上させることができる。

Description

ノズル、ノズルユニット及びブラスト加工装置
 本発明は、噴射材を被加工物に噴射するブラスト加工において、マスクレスにより微細加工を施すことができるノズル、及びそのノズルを複数本備えたノズルユニット、及び前記ノズル、またはノズルユニットを備えたブラスト加工装置に関する。
 従来より、ブラスト加工技術は、バリ取り、面荒らし、鋳造品の湯じわ消しなどの表面加工の分野などで使用されてきたが、近年では、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るようになってきている。ブラスト加工は、乾式プロセスであるので、エッチングなどと異なり廃液の処理などが不要であるため、環境負荷を小さくすることができる。また、プロセスの簡素化を図ることができるので、低コストプロセスを実現できるという利点がある。このような微細加工の分野にブラスト加工を適用した例として、例えば、特許文献1には、ブラスト加工技術を太陽電池モジュール用基板の微細加工に適用する技術が開示されている。
   特許文献1: 特開2001-332748号公報
 このような微細加工を行うためには、ブラスト加工パターンを形成したマスクを被加工面に貼り付けて、該マスクに向けて噴射材を噴射する方法が一般的であるが、前記マスクを無くしてブラスト微細加工を行う場合は、ノズルから噴射される噴射材の拡がりを抑えてブラスト加工が施された領域と加工されていない領域との境界を明確にする必要がある。噴射材の拡がりを抑えるには、ノズルを被加工物に近づけて噴射距離を短くすることが有効であるが、噴射距離を短くすると、加工面から跳ね返った噴射材がノズルの先端面との間で乱流状態を形成してしまい、加工面の加工深さや粗さの制御が困難になるという問題があった。また、噴射材の拡がりを抑えるためにノズル径を小さくすると、1回のノズルの走査で加工できる範囲が狭くなるため、加工効率が悪くなるという問題もあった。
 そこで、本発明は、高精度な微細加工と高い加工効率とを両立させることができるノズル、複数のノズルからなるノズルユニット及びこれらを備えたブラスト加工装置を実現することを目的とする。
 この発明は、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、噴射材を被加工物の加工面に噴射することによりブラスト加工するためのノズルであって、一端に噴射材を噴射する噴射口を有する噴射部を備え、前記噴射部の外周面には、噴射方向に垂直な横断面の外形寸法が噴射口に向かって連続的に減少するように形成され、被加工物の加工面に衝突し反射した噴射材が噴射部の先端と衝突することにより噴射部の先端と加工面との間に滞留することを防ぐための逃げ部が設けられている、という技術的手段を用いる。
 請求項1に記載の発明によれば、被加工物の加工面に衝突し反射した噴射材が噴射部の先端と衝突することにより噴射部の先端と加工面との間に滞留することを防ぐための逃げ部が形成されているので、噴射材の拡がりを抑えるためにノズルを加工面に近づけても、加工面で反射する噴射材が噴射部の先端との間で滞留することがなく、精度の高い加工を行うことができる。ここで、逃げ部の外形寸法が「連続的に減少する」とは、外形寸法が噴射口に向かって増加することがなく、噴射口近傍の外形寸法が最も小さくなることであり、外形寸法が一定である領域や段差が形成されていてもよい。
 請求項2に記載の発明では、請求項1に記載のノズルにおいて、前記逃げ部は、噴射方向を軸とし、先端角が50~70°の円錐面として形成されている、という技術的手段を用いる。
 請求項2に記載の発明のように、逃げ部を、噴射方向を軸とし、先端角が50~70°の円錐面として形成すると、噴射材を噴射部の先端と加工面との間からより効率的に外部に逃がすことができ、好適である。
 請求項3に記載の発明では、請求項1に記載のノズルにおいて、前記逃げ部は、少なくとも1つの、前記横断面の外径が一定である円管部の周側面により形成されており、前記円管部は、前記噴射口の近くに配置されているものほど、外径が小さくなるように形成されている、という技術的手段を用いる。
 請求項3に記載の発明のように、逃げ部を、少なくとも1つの、横断面の外径が一定である円管部の周側面により形成されており、円管部は、噴射口の近くに配置されているものほど、外径が小さくなるように形成すると、噴射材を噴射部と加工面との間からより効率的に外部に逃がすことができ、好適である。
 請求項4に記載の発明では、請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のノズルを複数本備えたノズルユニットが、この複数本のノズルを、噴射材を被加工物の加工面に対して垂直に噴射するように並列して支持する支持部材と、この支持部材を加工面に対して垂直な軸を中心に回動可能に構成されている回動装置と、を備えた、という技術的手段を用いる。
 請求項4に記載の発明によれば、ノズルユニットは、複数のノズルを並列して支持する支持部材を加工面に対して垂直な軸を中心に回動可能に構成されている回動装置を備えているため、ノズルをブラスト加工の加工幅に合わせた配置をすることができるので、1回の走査により幅広い領域のブラスト加工を行うことができ、加工効率を向上させることができる。これにより、加工精度の向上と加工効率の向上とを両立させることができる。
 請求項5に記載の発明では、被加工物に対してノズルから噴射材を噴射するとともに、前記ノズルを走査して被加工物のブラスト加工を行うブラスト加工装置であって、請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のノズルを備えた、という技術的手段を用いる。
 請求項5に記載の発明によれば、請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の発明と同様の効果を奏することができるブラスト加工装置を実現することができる。
 請求項6に記載の発明では、被加工物に対してノズルから噴射材を噴射するとともに、前記ノズルを走査して被加工物のブラスト加工を行うブラスト加工装置であって、請求項4に記載のノズルユニットを備えた、という技術的手段を用いる。
 請求項6に記載の発明によれば、請求項3に記載の発明と同様の効果を奏することができるブラスト加工装置を実現することができる。
図1は、ブラスト加工装置の構成を示す説明図である。 図2は、ノズルの構造を示す説明図である。 図3は、ノズルユニットの構成を示す説明図である。 図4は、本発明のブラスト加工装置によるパネルの周縁部加工におけるノズルの走査方法を示す説明図である。 図5は、ブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界を拡大観察した電子顕微鏡の反射電子像である。 図6は、ブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界を拡大観察した電子顕微鏡の2次電子像である。 図7は、非ブラスト加工部に生じた評価対象のキズを示す説明図である。 図8は、第2実施形態の噴射部の形状を示す説明図である。
 10  ノズルユニット
 11、11m、11n ノズル
 13  噴射部
 13a 噴射管
 13b 噴射口
 13c 逃げ部
 15  支持部材
 16  回動装置
 20  ブラスト加工装置
 21  ブラスト室
 21e 走査装置
 33  噴射部
 33a 逃げ部
 33b 第1円管部
 33c 第2円管部
第1実施形態

 本発明の第1実施形態に係るノズル、ノズルユニット及びブラスト加工装置について、図を参照して説明する。図1は、ブラスト加工装置の構成を示す説明図である。図2は、ノズルの構造を示す説明図である。図3は、ノズルユニットの構成を示す説明図である。図4は、本発明のブラスト加工装置によるパネルの周縁部加工におけるノズルの走査方法を示す説明図である。図5は、ブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界を拡大観察した電子顕微鏡の反射電子像である。図6は、ブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界を拡大観察した電子顕微鏡の2次電子像である。図7は、非ブラスト加工部に生じた評価対象のキズを示す説明図である。
(ブラスト加工装置の構造)
 図1に示すように、ブラスト加工装置20は、噴射材を被加工物に噴射するためのノズルユニット10を備え、ブラスト加工を行うブラスト室21と、被加工物をブラスト室21に搬送するコンベア22と、噴射材を貯留する貯留タンク(図示せず)を備え、ノズル11(図2)に所定量の噴射材を定量供給する噴射材ホッパー23と、ノズル11に圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置24と、噴射材と研磨された被加工物の粉塵を回収するとともに、使用可能な噴射材と使用不可の噴射材及び粉塵とを分級する分級装置25と、分級装置25から粉塵を排気除去する集塵機26とを備えている。
 ブラスト室21の壁面には、被加工物を搬入するための搬入口21aと、被加工物を搬出するための搬出口21bと、が形成されている。搬出口21bの近傍には、被加工物の表面から噴射材を除去するためのエアブロー21cが、コンベア22を挟んで上下方向に配置されている。コンベア22の下方には、分級装置25と接続され、噴射後の噴射材と被加工物からの加工屑とを吸引回収する回収部21dが設けられている。
 ブラスト室21の天井部には、ブラスト室21の内部にて、ノズルユニット10(図3)をコンベア22による搬送方向(以下、X方向という)と、この搬送方向と水平な垂直方向(以下、Y方向という)とに走査する走査装置21eが設けられている。

(ノズル及びノズルユニットの構造)
 次に、ノズル11及びノズル11を支持するノズルユニット10について説明する。図2に示すように、ノズル11は、圧縮空気供給装置24と接続された圧縮空気供給ホース24aと連通している圧縮空気供給管12と、噴射材を噴射する噴射管13aが形成された噴射部13と、圧縮空気供給管12と噴射管13aとを、圧縮空気と噴射材とを混合する混合室14aを介して直線上に配置する噴射管ホルダー14とを備えている。混合室14aには、圧縮空気供給管12の先端部が挿入されており、噴射管ホルダー14の側面部からポート14bを介して噴射材ホッパー23と連通している噴射材供給ホース23aが接続されている。
 噴射部13の先端には、噴射材を噴射する噴射口13bに向かって連続的に横断面の外周寸法が減少するように形成された逃げ部13cが形成されている。噴射部13の先端に逃げ部13cを形成することにより、被加工材の加工面に衝突し、反射した噴射材が噴射部13の先端と加工面との間に滞留することを防ぐことができる。
 本実施形態では、逃げ部13cは、噴射口13bの直近から、先端角度θが50~70°であり噴射方向を軸とする円錐の外側面となるように形成されている。先端角度θを50~70°の範囲に設定することにより、噴射部13の先端と加工面との間からより効率的に外部に逃がすことができ、好適である。本実施形態では、θが70°、逃げ部13cの外径が24mm、高さLが14mmであるノズル11を用いた。
 図3に示すように、ノズルユニット10は、2つのノズル11m、11nと、この2つのノズル11m、11nを並列して支持する支持部材15と、この支持部材15を被加工物の加工面と垂直な軸Hを中心に回動させる回動装置16とから構成されている。なお、図3では、簡単のため、圧縮空気供給ホース24a、噴射材供給ホース23aを省略している。
 支持部材15は、ノズル11m、11nの噴射口13bと被加工物の加工面との距離(噴射距離)をそれぞれ等しくするとともに、噴射材を被加工物の加工面に垂直に噴射するように、ノズル11m、11nを支持している。
 回動装置16を用いて支持部材15を回動させることにより、ノズル11m、11nの配列方向を、ノズル11m、11nの走査方向に対して任意の角度で設定することができる。
 本実施形態では、噴射口13bの直径は3mmに形成されており、ノズル11mとノズル11nとは噴射口13bの中心の距離Dが40mmとなるように並んで配置されている。
(ブラスト加工方法)
 以下に、本実施形態のブラスト加工装置20を用いたブラスト加工方法について説明する。本実施形態では、被加工物として太陽電池用パネルを用いた。a-Si型太陽電池用のパネルPは、ガラス基板上にITOである表側電極層、a-Si層、裏側電極層がこの順に積層されて形成されている。ガラス基板の周縁部において、各層の積層状態が乱れ、表側電極層と裏側電極層とが短絡する箇所が存在するため、パネルPの周縁部において、表側電極層の端縁部分をリード接続部として残して、裏側電極層とa-Si層の端縁部分を剥除することにより、両電極層間の短絡を除去する必要がある。本実施形態では、大きさ1500×1100mm、厚さ5mmの長方形のパネルPについて、幅5mmの周縁部加工をパネルPの全周に行った。
 まず、コンベア22の上にパネルPを載置し、コンベア22を作動させて、ブラスト室21の搬入口21aよりパネルPをブラスト室21内へ導入する。次に、パネルPを図示しない位置決め機構により、各辺がX方向、Y方向に平行となるように所定の位置に固定する。
 続いて、走査装置21eにより、ノズルユニット10を所定の加工開始位置に位置決めする。続いて、後に詳説する走査方法によりノズル11m、11nを所定速度にてパネルPの外周を走査しながら、平均粒径24μmのアルミナ砥粒を噴射し、パネルPの周縁部に幅6mmのブラスト加工を行い、周縁部の薄膜層を除去する。本実施形態では、ブラスト加工条件は、噴射圧力0.5MPa、噴射量250g/min、噴射距離2.5mmとした。ここで、上述のブラスト加工条件は、ブラスト加工装置20に設けられた図示しない制御装置により制御されている。
 ブラスト加工は、以下の要領で行う。ノズル11m、11nの圧縮空気供給管12に、圧縮空気供給ホース24aを介して圧縮空気供給装置24により圧縮空気が供給され、先端より噴射管13aに向かって圧縮空気が噴射される。
 噴射材は、噴射材ホッパー23によって供給量が制御され、圧縮空気が圧縮空気供給管12から混合室14aを通過する際に発生する負圧により、噴射材供給ホース23aを通って、ノズル11m、11nの噴射管ホルダー14の混合室14aに供給される。混合室14aに搬送された噴射材は、圧縮空気供給管12から噴射される圧縮空気と混合されて加速され、噴射管13aを通過し、噴射口13bから被加工物に対して噴射される。噴射された噴射材は、被加工物の加工面の所定の位置に衝突し、ブラスト加工が行われる。
 被加工物に衝突した後に飛散した噴射材及び被加工材からの加工屑は、回収部21dから、集塵機26のファンにより吸引回収され、分級装置25に空気輸送されて分級される。分級装置25において分級された噴射材のうち、一定値以上の粒子径を有する再利用可能な噴射材のみ、噴射材ホッパー23の貯留タンクに再投入されて使用される。
 周縁部のブラスト加工が終了したパネルPは、コンベア22により搬出口21bからブラスト室21の外部に排出され、ブラスト加工処理が終了する。このとき、搬出口21bの手前に配置されているエアブロー21cによりパネルPに付着している噴射材が吹き飛ばされて除去される。ここで、ブラスト室21の内部は、負圧となっているので、搬出口21bから噴射材などが外部に漏れることはない。
 次に、ブラスト加工におけるノズル11m、11nの走査方法について、図4を参照して説明する。図4は、ノズル11m、11nの配置を上方から見た透視図である。ノズル11m、11nは、噴射距離は5mm以下、本実施形態では、2.5mmになるように支持部材15により支持されている。このようにノズル11m、11nの噴射距離が短いため、噴射材はほとんど拡がらず、噴射口13bの直径と等しいφ3mmの領域に噴射される。また、噴射部13の先端には逃げ部13cが形成されているので、加工面で反射する噴射材が噴射部13の先端との間で滞留することがなく、これにより、ノズルを一方向に走査したときに、1つのノズルにつき加工領域を幅3mmに精度良く制御したブラスト加工を行うことができる。
 パネルPのY方向の周縁部加工を行うには、走査装置21eによりノズルユニット10をパネルPの角部上方に位置決めする。次に、図4(A)に示すように、ノズル11mによりブラスト加工する加工領域B1と、ノズル11nによりブラスト加工する加工領域B2とが、合わせて加工幅が6mmとなるように傾斜角αを設定し、回動装置16により軸Hを中心に支持部材15を回動させる。ここで、傾斜角αは、ノズル11m、11nの走査方向に対してノズル11m、11nの中心線がなす角度をいう。本実施形態では、加工幅を6mmとするが、回動装置16により傾斜角αを変えることにより、加工幅を3~6mmの間で自由に設定することができる。
 続いて、噴射材を噴射しながら、走査装置21eによりノズルユニット10をY方向に走査する。これにより、1回の走査で幅6mmの加工を行うことができ、加工効率を向上させることができる。また、ノズル11mの噴射口13bとノズル11nの噴射口13bとが離間して設けられているため、それぞれのノズルが噴射する噴射材が互いに干渉することがなく、加工精度を向上させることができる。
 次に、図4(B)に示すように、支持部材15を回動装置16により、上方から見て90°反時計回りに回転させる。そして、走査装置21eにより、X軸方向にノズル11m、11nを走査させて、噴射材を噴射し、ブラスト加工を行う。これにより、Y軸方向と同様に、1回の走査により加工幅6mmの周縁部加工を行うことができる。
 残りの2辺についても、同様のブラスト加工を行うことにより、パネルPの全周の周縁部加工を行うことができる。このように、本発明のブラスト加工装置によれば、噴射部13の先端には逃げ部13cが形成されているので、噴射材の拡がりを抑えるためにノズル11を加工面に近づけても、加工面で反射する噴射材が噴射部13の先端との間で滞留することがなく、精度の高い加工を行うことができる。また、回動装置16によりノズル11mとノズル11nとをブラスト加工の加工幅に合わせた配置をすることにより、1回の走査により1辺の周縁部加工を行うことができ、加工効率を向上させることができる。つまり、微細加工の精度の向上と加工効率の向上とを両立させることができる。
 本実施形態では、逃げ部13cは円錐状に形成されているが、これに限定されるものではなく、加工面で反射する噴射材が噴射部13の先端との間で滞留することがなければよい。例えば、噴射部13の先端を面取りしてもよいし、円錐以外の曲面で形成してもよい。
 支持部材15におけるノズル11m、11nの支持方法は、図2(A)に記載の支持方法に限定されるものではなく、例えば、支持部材15の先端部に円板を取り付けて、この円板にノズル11m、11nを固定してもよい。
 回動装置16の回動機構は、傾斜角αを制御することができれば、電動、手動など方式を問わない。
 以下に、本発明の第1実施形態の実施例を比較例とともに示す。ここで、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
 ブラスト加工は、1本のノズルを用い、第0031段落に例示したa-Si型太陽電池用薄膜が表面に形成されたガラス基板に対し、表1に示す条件で行った。ノズルは、先端角度θが70°の逃げ部13cが形成されたノズル11と、比較例として逃げ部13cが形成されていないストレートノズルとを用いた。ノズルの最も外形寸法が大きな部分の外径(ノズル最大径)はφ24mmであり、噴射口13bの内径(ノズル内径)はφ4mmとした。噴射口13bとガラス基板との距離である噴射距離は2.5、3.0mmに設定した。ここで、噴射材WA#600は、新東ブレーター株式会社製の平均粒径25μmのアルミナ砥粒である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 ブラスト加工後の評価は、膜除去が良好になされたか否か、ブラスト加工を行わない領域の薄膜にキズが生じたか否かという2つの観点により行った。
 膜除去が良好になされたか否かという評価については、ブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界が明確か否かにより判断した。図5は、ブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界を拡大観察した電子顕微鏡の反射電子像である。図5の上図のように、ブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界が明確でないものは×評価であり、下図のようにブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界が明確なものは○評価とした。ここで、図5下図は後述する実施例1-1、上図は比較例の評価結果である。
 ブラスト加工を行わない領域の薄膜にキズが生じたか否かという評価については、ブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界から非ブラスト加工部へ向かう幅2mmの領域(評価領域)にキズが顕著に認められるか否かにより判断した。図6は、ブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界を拡大観察した電子顕微鏡の2次電子像である。ここで評価するキズとは、図7の図中に矢印で代表して示すような、表面全体の色調に対し、斑点状に黒く見える表面より凹んだ点状及び線状の部分をいう。図6の上図のように、キズの評価領域においてキズが目立つものは×評価であり、下図のようにキズの評価領域においてキズが認められないものは○評価とした。ここで、図6下図は後述する実施例1-1、上図は比較例の評価結果である。
 評価結果を表2に示す。比較例1に示す逃げ部13cが形成されていないストレートノズルでは、膜除去、キズともに×評価であるのに対し、実施例1-1、1-2に示す逃げ部13cが形成されたノズル11では、膜除去、キズともに○評価であり、本発明の効果が確認された。噴射距離が近いほど、ブラスト加工部と非ブラスト加工部との境界はシャープになる反面、薄膜がキズがつきやすくなるが、本実施例では、2.5mmという極めて短い噴射距離においても薄膜がキズがつかず、良好なブラスト加工が可能であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 本発明の第1の実施形態によれば、以下のような効果を有する。
(1)本発明のノズル11によれば、噴射部13の先端には逃げ部13cが形成されているので、噴射材の拡がりを抑えるためにノズル11を加工面に近づけても、加工面で反射する噴射材が噴射部13の先端との間で滞留することがなく、精度の高い加工を行うことができる。特に、逃げ部13cを先端角度θが50~70°であり噴射方向を軸とする円錐の外側面となるように形成すると好適である。
(2)本発明のノズルユニット10、ブラスト加工装置20によれば、回動装置16によりノズル11mとノズル11nとをブラスト加工の加工幅に合わせた配置をすることにより、1回の走査により幅広い領域のブラスト加工を行うことができ、加工効率を向上させることができる。

第2実施形態

 図8に基づいて本発明の第2の実施形態について説明する。図8は、第2実施形態の噴射部の形状を示す説明図である。
 本発明の第2実施形態は、ノズルの先端に設けられた噴射部の形状についてのみ第1実施形態と異なっているため、相違点についてのみ説明する。
 図8に第2実施形態の噴射部33の形状を示す。噴射部33には、第1実施形態の逃げ部13cに相当する逃げ部33aが設けられている。
 本実施形態においては、逃げ部33aは、噴射管ホルダー14に固定されている部分よりも外径が小さく、外径が一定の円管の周側面により形成された第1円管部33bと、第1円管部33bに連結してノズル先端方向に設けられ、外径が第1円管部33bより小さい円管の周側面により形成された第2円管部33cとからなる。つまり、噴射部33は、逃げ部33aにおいて、第1円管部33b、第2円管部33cと噴射口13bの近くに配置されているものほど、連続的に外径が小さくなっている。例えば、第1円管部33bは外径φ11mm、長さ18mm、第2円管部33cは外径φ7mm、長さ10mmに形成される。
 噴射部13の先端に逃げ部13cを形成することにより、被加工材の加工面に衝突し、反射した噴射材が噴射部13と加工面との間に滞留することを防ぐことができる。
 図8に示すように、第1円管部33bと第2円管部33cとの間に、テーパー加工により傾斜部を設けて接続するようにしてもよい。第2円管部33cの先端を第1実施形態の逃げ部13c同様の円錐面に加工することもできる。これにより、反射した噴射材が噴射部13と加工面との間に滞留することをより効果的に防ぐことができる。また、図7では、円管部が2か所の場合を例示したが、これに限定されるものではなく、1か所でも3か所以上としてもよい。円管部を3か所以上に設ける場合には、噴射口13bの近くに配置されているものほど、外径が小さくなるように形成する。
 第2実施形態の噴射部33を備えたノズルにおいても、第1実施形態と同様の構成のブラスト加工装置20を用いることができ、同様の効果を奏することができる。
 以下に、本発明の第2実施形態の実施例を示す。ここで、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
 ブラスト加工は、1本のノズルを用い、表面に第0031段落に例示したa-Si型太陽電池用薄膜が形成されたガラス基板に対し、実施例1同様に表1に示す条件で行った。ノズルは、ノズル内径φ4mm、逃げ部33aの長さ28、42mmの噴射部33を有するものと、ノズル内径φ6mm、逃げ部33aの長さ28mmの噴射部33を有するものと、の計3種類を用意した。噴射距離は2.5~4.0mmに設定した。
 ブラスト加工後の評価は、実施例1と同様に行った。評価結果を表3に示す。実施例2-1~2-8すべてにおいて、膜除去、キズともに○評価であり、本発明の効果が確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 本発明の第2の実施形態によれば、以下のような効果を有する。
(1)噴射部33には逃げ部13cに相当する逃げ部33aが形成されているので、噴射材の拡がりを抑えるためにノズル11を加工面に近づけても、加工面で反射する噴射材が噴射部33との間で滞留することがなく、精度の高い加工を行うことができる。
(2)第1実施形態と同様に、回動装置16によりノズル11mとノズル11nとをブラスト加工の加工幅に合わせた配置をすることにより、1回の走査により幅広い領域のブラスト加工を行うことができ、加工効率を向上させることができる。
その他の実施形態
 上述した実施形態では、噴射口13bの直径が等しい2つのノズルを用いる場合を例示したが、噴射口13bの直径が異なるノズルを組み合わせることもできる。また、3つ以上のノズルを並べて配置する構成を採用することもできる。
 噴射材の噴射は、すべてのノズルから連続的に行う必要はなく、所定のタイミングで所定のノズルから噴射させることもできる。これにより、各種加工パターンでブラスト加工を行うことができる。
 上述した実施形態では、吸引式のノズルを用いたが、噴射材ホッパーの貯留タンクに供給される圧縮空気により貯留タンク内の噴射材を定量した後に噴射材を噴射する加圧式のノズルにも適用することもできる。

Claims (6)

  1. 噴射材を被加工物の加工面に噴射することによりブラスト加工するためのノズルであって、
     一端に噴射材を噴射する噴射口を有する噴射部を備え、
     前記噴射部の外周面には、噴射方向に垂直な横断面の外形寸法が噴射口に向かって連続的に減少するように形成され、被加工物の加工面に衝突し反射した噴射材が噴射部の先端と衝突することにより噴射部の先端と加工面との間に滞留することを防ぐための逃げ部が設けられていることを特徴とするノズル。
  2. 前記逃げ部は、噴射方向を軸とし、先端角が50~70°の円錐面として形成されていることを特徴とする請求項1に記載のノズル。
  3. 前記逃げ部は、少なくとも1つの、前記横断面の外径が一定である円管部の周側面により形成されており、前記円管部は、前記噴射口の近くに配置されているものほど、外径が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のノズル。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のノズルを複数本備え、
     この複数本のノズルを、噴射材を被加工物の加工面に対して垂直に噴射するように並列して支持する支持部材と、
     この支持部材を加工面に対して垂直な軸を中心に回動可能に構成されている回動装置と、を備えたことを特徴とするノズルユニット。
  5. 被加工物に対してノズルから噴射材を噴射するとともに、前記ノズルを走査して被加工物のブラスト加工を行うブラスト加工装置であって、請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のノズルを備えたことを特徴とするブラスト加工装置。
  6. 被加工物に対してノズルから噴射材を噴射するとともに、前記ノズルを走査して被加工物のブラスト加工を行うブラスト加工装置であって、請求項4に記載のノズルユニットを備えたことを特徴とするブラスト加工装置。
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