(57)【要約】【課題】硬脆材料からなる板状のワークに、アスペクト比が２．０以上の微細な孔または溝を容易に形成することができる構造を簡単にしたエアーブラスト装置、およびそのブラスト加工方法を提供すること。【解決手段】研磨用噴射材を圧縮気体と混合して高速で衝突させて、孔あるいは溝を加工形成するエアーブラスト加工装置において、研磨用の噴射材を圧縮気体と混合して噴射するブラスト加工ノズル１の加工進行方向の前方に、噴射方向が前記ブラスト加工ノズル１の噴射方向と同一方向とした圧縮気体のみを噴射する圧縮気体ノズル２を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬脆材料よりなる平板の被加工物（以下「ワーク」という）の表面に、研磨用噴射材を圧縮気体と混合して高速で衝突させて、孔あるいは溝を加工形成するエアーブラスト加工装置において、研磨用噴射材を圧縮気体と混合して噴射するブラスト加工ノズルの加工進行方向の前方に、噴射方向が前記ブラスト加工ノズルの噴射方向と同一方向とした圧縮気体のみを噴射する圧縮気体ノズルを設け、加工する前記孔あるいは溝をパターン形成したマスクをワークに貼付し、該ワークのブラスト加工位置を加工直前に前記圧縮気体ノズルから噴射する圧縮気体により清浄化してブラスト加工することを特徴とした硬脆材料のエアーブラスト加工方法。
【請求項２】
前記研磨用噴射材の平均粒子径（ｄ）を、ブラスト加工形成する孔の径あるいは溝の幅（Ｄ）に対して「ｄ≦０．３Ｄ」にしたことを特徴とする請求項１記載の硬脆材料のエアーブラスト加工方法。
【請求項３】
前記孔あるいは溝の深さ（Ｂ）を、該孔の径あるいは溝の幅（Ａ）に対し「Ｂ／Ａ≧２」にしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の硬脆材料のエアーブラスト加工方法。
【請求項４】
研磨用噴射材を圧縮気体と混合して高速で衝突させて、孔あるいは溝を加工形成するエアーブラスト加工装置において、研磨用の噴射材を圧縮気体と混合して噴射するブラスト加工ノズルの加工進行方向の前方に、噴射方向が前記ブラスト加工ノズルの噴射方向と同一方向とした圧縮気体のみを噴射する圧縮気体ノズルを設けたことを特徴とするエアーブラスト加工装置。
【請求項５】
研磨用噴射材を圧縮気体と混合して高速で衝突させて、孔あるいは溝を加工形成するエアーブラスト加工装置において、研磨用の噴射材を圧縮気体と混合して噴射するブラスト加工ノズルの加工進行方向の前方および後方に、噴射方向が前記ブラスト加工ノズルの噴射方向と同一方向とした圧縮気体のみを噴射する圧縮気体ノズルを設けたことを特徴とするエアーブラスト加工装置。
【請求項６】
前記ブラスト加工ノズルのブラスト加工位置を中心にして前記圧縮気体ノズルの噴射位置を転換する回動手段を設け、前記ブラスト加工ノズルの加工進行方向が転換する時点で、前記圧縮気体ノズルの噴射位置がブラスト加工ノズルの加工進行方向の前方となるように回動させることを特徴とする請求項４記載のエアーブラスト加工装置。
【請求項７】
前記圧縮気体ノズルおよびに供給する圧縮気体の切替弁を設け、前記ブラスト加工ノズルの加工進行方向が転換する時点で、前記切替弁が、ブラスト加工ノズルの加工進行方向側となる圧縮気体ノズルにのみ圧縮気体の供給を切り替えることを特徴とする請求項５記載のエアーブラスト加工装置。
【請求項８】
前記ブラスト加工ノズルと圧縮気体ノズルとが成すブラスト加工の進行方向の設定距離を「Ｓ」とし、ブラストノズルから噴射されたワークの噴射パターン径を「Ｒ」、圧縮気体ノズル４から噴射されたワークＷの噴射パターン径を「r」としたとき、〔試験式〕２．２×（R＋ｒ）／２  ≦  S  ≦  ５．３×（R＋ｒ）／２、が成り立つことを特徴とする請求項４乃至請求項７記載のエアーブラスト加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス、シリコン、セラミックス、水晶等の硬脆材料からなる板状のワークに孔または溝を、該孔の径または溝の幅に対して夫々の深さの比率（以下「アスペクト比」という）を大きくした孔または溝を形成加工するためのブラスト加工方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
硬脆材料であるガラス基板に、直径が略２００μｍ、深さが略４００μｍとしてアスペクト比を２以上とした止まり孔の加工形成方法が特許文献１により開示されている。
【０００３】
当該特許文献１の加工形成方法は、エアーブラスト加工方法によりアスペクト比を１．７５にした後、湿式エッチング液中でガラス基板を機械的に振動させエッチング液を振動させて微細孔をエッチング（研磨）して最終のアスペクト比を２以上とする加工方法である。
【０００４】
また、噴射材の吐出口がスリット形状したノズルを用いたエアーブラスト装置により、材質がガラスからなるＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）の隔壁形成（＝溝加工）をするエアーブラスト加工方法が特許文献２により開示されている。
【０００５】
当該特許文献２の加工形成方法は、前記ノズルのスリット形状した噴射材の吐出口を、隔壁形成（＝溝加工）の方向にして首振り機構を設けて複数回の首振りをさせながらブラストしてアスペクト比を２以上とする隔壁（＝溝）を形成する加工方法である。
【特許文献１】特開２００４―３５３０６号公報
【特許文献２】特開平４―８７７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、硬脆材料からなる板状のワークに、アスペクト比が２．０以上の微細な孔または溝を容易に形成することができる構造を簡単にしたエアーブラスト装置、およびそのブラスト加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねて想到した結果を、符号を付した図面を参照しながら説明する
【０００８】
第１の発明は、硬脆材料よりなる平板のワークＷの表面に、研磨用噴射材を圧縮気体と混合して高速で衝突させて、孔あるいは溝を加工形成するエアーブラスト加工装置において、研磨用噴射材を圧縮気体と混合して噴射するブラスト加工ノズル１の加工進行方向の前方に、噴射方向が前記ブラスト加工ノズル１の噴射方向と同一方向とした圧縮気体のみを噴射する圧縮気体ノズル２を設け、加工する前記孔あるいは溝をパターン形成したマスクＭをワークＷに貼付し、該ワークＷのブラスト加工位置を加工直前に前記圧縮気体ノズル２から噴射する圧縮気体により清浄化してブラスト加工する硬脆材料のエアーブラスト加工方法であって、孔あるいは溝をブラスト加工する直前で、その加工箇所をエアーブローして清浄化するようにする。
【０００９】
第２の発明は、前記研磨用噴射材の平均粒子径を「ｄ」とし、ブラスト加工形成する孔の径あるいは溝の幅を「Ｄ」にしたとき「ｄ≦０．３Ｄ」にした第１の発明の硬脆材料のエアーブラスト加工方法であって、噴射材の平均粒子径のサイズがブラスト加工形成する孔の径あるいは溝の幅の３０％以下である必要がある。
【００１０】
第３の発明は、前記孔あるいは溝の深さを「Ｂ」とし、該孔の径あるいは溝の幅を「Ａ」としたとき「Ｂ／Ａ≧２」にした第１の発明または第２の発明の硬脆材料のエアーブラスト加工方法である。
【００１１】
第４の発明は、研磨用噴射材を圧縮気体と混合して高速で衝突させて、孔あるいは溝を加工形成するエアーブラスト加工装置において、研磨用の噴射材を圧縮気体と混合して噴射するブラスト加工ノズル１の加工進行方向の前方に、噴射方向が前記ブラスト加工ノズル１の噴射方向と同一方向とした圧縮気体のみを噴射する圧縮気体ノズル２を設けたエアーブラスト加工装置であって、前記硬脆材料のエアーブラスト加工方法を実施するための装置に係る基本構成とするものである。
【００１２】
第５の発明は、研磨用噴射材を圧縮気体と混合して高速で衝突させて、孔あるいは溝を加工形成するエアーブラスト加工装置において、研磨用の噴射材を圧縮気体と混合して噴射するブラスト加工ノズル１の加工進行方向の前方および後方に、噴射方向が前記ブラスト加工ノズル１の噴射方向と同一方向とした圧縮気体のみを噴射する圧縮気体ノズル２Ａ、２Ｂを設けた第４の発明のエアーブラスト加工装置であって、前記第４の発明の基本構成に対する一実施例の構成を示すものである。
【００１３】
第６の発明は、前記ブラスト加工ノズル１のブラスト加工位置を中心にして前記圧縮気体ノズル２の噴射位置を転換する回動手段３を設け、前記ブラスト加工ノズル１の加工進行方向が転換する時点で、前記圧縮気体ノズル２の噴射位置がブラスト加工ノズル１の加工進行方向の前方となるように回動させる第４の発明のエアーブラスト加工装置であって、前記第４の発明の基本構成に対する他の実施例の構成を示すものである。
【００１４】
第７の発明は、前記圧縮気体ノズル２Ａおよび２Ｂに供給する圧縮気体の切替弁４を設け、前記ブラスト加工ノズル１の加工進行方向が転換する時点で、前記切替弁４が、ブラスト加工ノズル１の加工進行方向側となる圧縮気体ノズル２Ａ、２Ｂにのみ圧縮気体の供給を切り替えるようにした第５の発明のエアーブラスト加工装置であって、第５の発明は、双方の圧縮気体ノズル２Ａ、２Ｂに同時に圧縮気体を供給し同時に噴射しても良いものであるが、本発明はブラスト加工ノズル１の加工進行方向側となる圧縮気体ノズル２Ａ、２Ｂのみに圧縮気体を供給してブローするようにしたものである。
【００１５】
第８の発明は、前記ブラスト加工ノズル１と圧縮気体ノズル２、２Ａ、２Ｂとが成すブラスト加工の進行方向の設定距離を「Ｓ」とし、ブラストノズル３から噴射されたワークＷの噴射パターン径を「Ｒ」、圧縮気体ノズル４から噴射されたワークＷの噴射パターン径を「r」としたとき、〔試験式〕２．２×（R＋ｒ）／２  ≦  S  ≦  ５．３×（R＋ｒ）／２、が成り立つ前記第４の発明乃至第７の発明のエアーブラスト加工装置であって、圧縮気体ノズル２、２Ａ、２Ｂから噴射される圧縮気体流がブラスト加工ノズル１から噴射する噴射材の混合気体流と干渉させず、ブラスト加工を妨げることなく清浄化してブラスト加工ができるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、以上の説明で明らかのように、孔または溝を加工形成する硬脆材料からなる板状のワークに、加工形成する孔または溝をパターン形成したマスクＭを予め貼付しておき、該マスクＭのパターンに沿ってブラスト加工ノズル１を圧縮気体とともに砥粒を噴射しながら移動させて前記マスクＭのパターンに沿ってワークＷに孔または溝を加工形成することとなるが、前記ブラスト加工ノズル１が進行する前方に圧縮気体を噴射する圧縮気体ノズル２、２Ａ、２Ｂを配置したので、ブラスト加工箇所の加工孔あるいは加工溝への異物や残留砥粒の付着・詰まりを加工直前に排除することができるから、ブラスト加工効率を向上させることができ高アスペクト比率の孔あるいは溝加工が容易にできるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１において、矢印方向に移動していくテーブル上に、予め加工する孔または溝のパターンが施されたマスクMが貼り付けられた板状のワークWが固定されている。１は砥粒が圧縮空気とともに噴射されるブラスト加工ノズルであり、２は圧縮空気のみが噴射される圧縮気体ノズルである。
【００１８】
ブラスト加工ノズル１の移動方向の前方及び後方には、圧縮気体ノズル２が等間隔で設けられており、更に該圧縮気体ノズル２は、ワークWをブラスト加工ノズル１が通過する前に圧縮気体ノズル２より圧縮気体がワークWに噴射されるように、ワークWに対するブラスト加工ノズル１の移動方向の変化によって、切替弁４で進行方向に対しブラスト加工ノズルの前方の圧縮気体ノズル２Aまたは２Bの一方から圧縮気体が噴射されるよう制御されている。本発明の試験は、上記の方法により行ったが、図５に示すように、ワークWに対しブラスト加工ノズル１が通過する前方に圧縮気体ノズル２があるようにモーターなどの回動手段３を用いて回転させる方法でも同様の効果が得られる。
【００１９】
ブラスト加工を行うと、ブラスト加工ノズル１より噴射された砥粒は噴射された後に加工されたワークW上に堆積したり、加工部に衝突した後に孔または溝内に詰まったりする。ブラスト加工ノズル１の移動方向の前方に圧縮空気のみが噴射される圧縮気体ノズル２を配置し、前記したワークWに対し圧縮気体ノズル２から圧縮気体を噴射することで前記したワークW上に堆積したり、ワークWの加工孔または溝内部に詰まる残留砥粒を除去・清浄化することにより、その直後にブラスト加工を行うことで該残留砥粒とブラスト加工ノズル１より噴射される砥粒との干渉を抑え、効率よくワークWを加工することができ、その結果高アスペクトな孔または溝加工を行うことが可能となる。
【００２０】
本発明に用いた直圧式ブラスト加工装置の模式図を図３に示し、直圧式ブラスト装置により加工した条件を表１に示す。直圧式ブラスト加工装置は、加圧されたタンク５内の砥粒を圧縮気体と混合し、ブラスト加工ノズル１から噴射加工を行う方式である。ここで使用した砥粒はＪＩＳ  Ｒ  ６１１１「人造研削材」に規定されるＧＣ＃６００：炭化珪素研削材（平均粒子径２５．０μｍ、真密度３．２ｇ／ｃｍ３）である。図２に、本ブラスト加工装置の加工形態を示す。本ブラスト加工装置の加工形態は、ワークWを固定したテーブルまたはブラスト加工ノズル１が５０ｍｍ／ｓｅｃの定速、１．５ｍｍの定ピッチで規則的に移動させることで、ワークW全面を均一にブラスト加工するものである。ワークW一面が一度均一にブラストされたとき、移動回数１回とし、移動回数を重ねることにより加工を進行させていく。なお、圧縮気体ブロー併用時の圧縮気体ノズル２の噴射距離については、ノズル出口よりの最大噴射速度が維持されるノズル径の５倍以内で噴射距離が設定されていれば良い。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表２に、ブラスト加工ノズル１のみの噴射と圧縮気体ノズル２を設置し加工した場合の、移動回数に対するアスペクト比の結果を示す。表１に示すアスペクト比は、加工孔深さ／孔径で表される、孔加工深さに対する加工孔径の比である。この表１に示されるように、ブラスト加工ノズル１のみでの噴射では、加工前のワークW上面や孔内部の残留砥粒が深さ方向への加工の進行を阻止するため、アスペクト比が最大１．９までなのに対し、圧縮気体ノズル２を設置した本発明の形態での加工結果は、アスペクト比２．２が得られた。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
次に、ブラスト加工ノズル１より噴射する砥粒の粒子径を変化させ、各孔径を加工した場合の、移動回数に対するアスペクト比の結果を表３に示す。表３に示すように、ブラスト加工ノズル１より噴射する砥粒の平均粒子径をｄとし、ｄを初期マスクMにより設定する孔径Ｄの倍数で示す。本実施例では、Ｄを０．０８ｍｍとし、使用した砥粒を炭化珪素研削材ＧＣ＃４００（平均粒子径３７．５μｍ）、ＧＣ＃６００（平均粒子径２５．０μｍ）、ＧＣ＃８００（平均粒子径１８．８μｍ）としてｄを変化させ、表１「ｂ」の条件でそれぞれ加工を行った。ｄ＝０．３Ｄ以下の場合、加工の進展速度に大小はあるものの、アスペクト比は２．０を達成するが、ｄ＝０．４７Ｄの場合、加工孔に対し砥粒が入りにくく、加工が進展しにくい、又はマスクMへのダメージが大きいため、加工孔径が拡がりすぎるため、アスペクト比は進展しない。そのため、ｄは０．３Ｄ以下であることが好ましい。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
次に、ブラスト加工ノズル１と圧縮気体ノズル２の間隔Ｓについて説明する。
図４に示すように、ブラスト加工ノズル１と圧縮気体ノズル２の間隔Ｓは、ブラスト加工ノズル１より噴射された砥粒が、ワークWに衝突した際のパターン径をＲ、圧縮気体ノズル２より噴射された圧縮気体が、ワークWに衝突した際のパターン径をｒとした時、Ｓはそれぞれのパターンの半径の和に対し、係数をかけることで示した。Rについては、表１の条件でマスクMを施さないワークWに対しブラスト加工を行い、得られた加工部を測定することによりRを測定し、ｒについてはRの相似計算により導いた。表４にSを変化させた場合の、移動回数に対するアスペクト比の結果を示す。表４に示すように、Ｓが１．８×（Ｒ＋ｒ）／２の時、アスペクト比は１．７で極大値をとった。本来ならば、ブラスト加工ノズル１および圧縮気体ノズル２のパターン半径の和である、Ｓ＝１．０×（Ｒ＋ｒ）／２以上にＳを選定していれば、圧縮気体ブローの効果は得られると予測していたが、ワークWに衝突後のブラスト加工ノズル１および圧縮気体ノズル２の噴射圧縮気体が乱流となり、パターニングを施したマスクMに対し偏摩耗を誘起させ、加工孔径が拡がり、アスペクト比が進行しない。また、Ｓが６．０×（Ｒ＋ｒ）／２の時、アスペクト比は１．９で極大値をとった。これは、Ｓが大きすぎたために圧縮気体ノズル２により除去したあとと、ブラスト加工ノズル１により加工するまでの間に、加工室を舞う砥粒が孔に付着したため、アスペクト比の進行が妨げられたと考える。そのため、ブラスト加工ノズルと圧縮気体ノズルの間隔Ｓは、２．２  ×  （R＋ｒ）／２  ≦  S  ≦  ５．３  ×  （R＋ｒ）／２  であることが好ましい。加工条件は、Ｓ以外は表１の「ｂ」と同じである。
【００２７】
【表４】
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【００２８】
次に、圧縮気体ノズル２からの圧縮気体の噴射圧力を変化させた場合の、移動回数に対するアスペクト比の結果を表５に示す。圧縮気体ノズルの噴射圧力は、レギュレーターを調整することで設定し、各噴射圧力での測定を行った。噴射圧力が０．３ＭＰａまでは、通常噴射の結果と変化ないのに対し、０．４ＭＰａとなるとアスペクト比は２．０以上となった。これは噴射圧力が０．３ＭＰａ以下の場合は圧縮気体ノズル２からの圧縮気体の噴射速度が遅く、加工孔内に堆積した残留砥粒を除去しきれないため、通常噴射と変化ない結果となったと考える。以上のことから、噴射圧力は０．４ＭＰａ以上であることが好ましい。加工条件は、噴射圧力以外は表１「ｂ」と同じである。
【００２９】
【表５】
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【００３０】
次に、各孔径を加工した場合の、移動回数に対するアスペクト比の結果を表６に示す。加工孔径が０．５ｍｍの場合、アスペクト比の進行は、圧縮気体ノズル２の有無に関わらず変化は無かった。これは、孔径が大きすぎるために砥粒は詰まったりすることなく、ブラスト加工ノズル１により噴射した砥粒との干渉が低減されるためである。また、加工孔径が０．２ｍｍ以下の場合は、圧縮気体ブローの有無によりアスペクト比の進行の効果は顕著に現れるため、本発明による加工孔径は、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
【表６】
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【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のブラスト加工ノズル１と圧縮気体ノズル２の位置関係を示す正面図である。
【図２】本発明のブラスト加工の進行方向を示す平面図である。
【図３】本発明に係る直圧式ブラスト加工装置の模式図である。
【図４】本発明の圧縮気体ノズル２A、２Bに切替弁４を設けた状態を示す正面図である。
【図５】本発明の圧縮気体ノズル２に回動手段３を設け作動した状態を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３３】
W  ワーク
M  マスク
１  ブラスト加工ノズル
２  圧縮気体ノズル
３  回動手段
４  切替弁
５  タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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