(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨材をキャリアーガスにより噴射してワークを加工する円筒状の噴射加工装置用ノズルであって、内径がφ０．０５〜φ２．０ｍｍであり、且つ、長さ／内径比が５０〜５００であることを特徴とする噴射加工装置用ノズル。
【請求項２】
キャリアーガスにより噴射加工装置用ノズルから研磨材を噴射してワークを高精細加工する噴射加工装置において、内径がφ０．０５〜φ２．０ｍｍであり、且つ、長さ／内径比が５０〜５００である円筒状の噴射加工装置用ノズルを用いたことを特徴とする噴射加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬脆材料の高精細加工に用いる噴射加工装置用ノズルおよび噴射加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロマシンパーツ、集積センサー等の開発が盛んになるにつれて、シリコンを始めとするガラス、セラミックス等の硬脆材料の微細加工技術の向上が望まれている。これら硬脆材料に施される加工技術の一つであるブラスト加工に代表される高精細噴射加工技術はドライな加工であることから、半導体、電子部品、液晶等に使われる部材の加工技術としての関心が高まってきている。
ここで、高精細噴射加工とは加工精度１０μｍ程度の微細、高精度な加工を噴射加工により行うものである。噴射加工においては、圧縮空気等のキャリアーガスにより加速された数μｍから数十μｍの研磨材をノズルから射出させ、硬脆材料に高速、且つ、高密度に衝突させることにより微細加工を行うが、高精度化とともに高能率加工であることが必要である。
例えば、センサー用基板の穴加工においては、厚さ１ｍｍの合成石英ウエハに、φ１ｍｍの貫通穴を５０個明けることがあるが、加工時間１穴２０秒で全加工時間は約１７分を要しており、更なる加工能率の向上が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとするところは、上記した従来技術の限界に鑑み、従来よりも高速加工可能な噴射加工装置用ノズルおよび噴射加工装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するために鋭意研究した結果、噴射加工装置用ノズルにおいて従来考慮されていなかったノズルの長さ／内径比を適正な範囲とすることにより、研磨材の衝突力が大きくなり加工時間の短縮が図れることを見い出したことによってなされたものであって、請求項１に記載の発明は、研磨材をキャリアーガスにより噴射してワークを加工する円筒状の噴射加工装置用ノズルであって、内径がφ０．０５〜φ２．０ｍｍであり、且つ、長さ／内径比が５０〜５００であることを特徴とする噴射加工装置用ノズルであり、請求項２に記載の発明は、 キャリアーガスにより噴射加工装置用ノズルから研磨材を噴射してワークを高精細加工する噴射加工装置において、内径がφ０．０５〜φ２．０ｍｍであり、且つ、長さ／内径比が５０〜５００である円筒状の噴射加工装置用ノズルを用いたことを特徴とする噴射加工装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参考にしながら詳細に説明する。
図１は第１の発明に係る噴射加工装置用ノズルを示すもので、１はノズル本体、２はホース３の先端に取り付けられて前記したノズル本体１を装着するホルダーである。
一方、図２は第２の発明である前記した噴射加工装置用ノズルを備えた噴射加工装置の一例を示すものであって、研磨材８を貯留する圧力タンク９の上部に接続されている圧縮空気管路１０より分岐させた分岐管７を前記した圧力タンク９の下部に設けた定量供給機構付の研磨材導入部４に連通させるとともに、この分岐管７に繋がった状態でこの研磨材導入部４に前記したホース３を続かせ、その先端に前記したノズル本体１をホルダー２により取り付け、また、前記した圧縮空気管路１０には前記した分岐部５よりも供給源側に圧力調整弁１０を設けてあり、Ｓはホース３に設けられてノズル本体１からの噴射をＯＮ、０ＦＦするスイッチである。なお、このような噴射加工装置の構成自体は従来のこの種の装置と変わることはなく、後記するようなノズル本体１の構成に本発明の特徴がある。
【０００６】
すなわち、本発明に用いられるノズル本体１は円筒状であって、その内径はφ０．０５〜φ２．０ｍｍに限定される。その理由は内径がφ０．０５ｍｍ未満では研磨材によって目詰まりを起こしやすく、一方、内径がφ２．０ｍｍを越えるノズル本体を用いると高精細な加工ができない。従って、ノズルの内径はφ０．０５〜φ２．０ｍｍであることが必要である。
また、ノズル本体１の長さ／内径比は５０〜５００に限定される。その理由は長さ／内径比が５０未満ではノズル内の通過時間が不足して噴射材が十分加速されないうちにノズル先端より吐出してしまうため衝突力が小さくて短時間で所要の加工深さを得ることができないからであり、一方、５００を越えて長くすると逆に管内壁との摩擦が大きくなって研磨材の流速が減少し衝突力が弱くなってしまう。従って、長さ／内径比は５０〜５００であることが必要である。なお、長さ／内径比の範囲は効果が最大に発揮される１００〜３００の間とするのが望ましい。なお、長さ／内径比が５００以下であってもノズルの長さは最大でも３００ｍｍであることがが望ましい。その理由はそれ以上長くしても効果は漸減するし、不経済であるからである。
なお、研磨材としては、加工対象がガラス、シリコン、セラミックス等の硬脆材料が多いため、ワークよりも硬いアルミナや炭化珪素の微細砥粒を用いるのが一般的である
【０００７】
【実施例】
ノズル内径と長さを種々変えて、長さ／内径比が加工能率に及ぼす影響について試験を行った。試験条件は、噴射圧力：１．０ＭＰａ、噴射量：４ｇ／ｍｉｎ、噴射距離：１．０ｍｍ、加工時間：５ｓｅｃ、研磨材：ＷＡ＃６００、ワーク：ソーダライムガラスである。その試験結果を表１および図３に示す。
図よりφ０．１ｍｍ、φ０．８ｍｍ、φ１．５ｍｍの内径を有するノズルにおいて長さ／内径比が加工深さに大きな影響を及ぼすことが判る。
しかし、長さ／内径比が５０未満では５０以上と比べると加工深さが浅く、一方、長さ／内径比が５００を越えると加工深さが逆に浅くなり、長さ／内径比が５０〜５００において加工深さが深くなる。より顕著には、長さ／内径比を１００〜３００とすることによって従来より２倍乃至それ以上の加工速度で効果的に加工を行うことができた。
【０００８】
既述したとおり、従来のセンサー用基板の穴加工においては、内径φ０．８ｍｍ、長さ８ｍｍのノズルを用いて、厚さ１ｍｍの合成石英ウエハに、φ１ｍｍの貫通穴を５０個あける場合に加工時間１穴２０秒で全加工時間は約１７分を要していたが、ノズルの長さを長くして、例えば、長さ／内径比を１５０とすると、加工時間１穴１０秒で全加工時間は８．３分と加工時間を半減することができた。
【０００９】
また、電子部品用のアルミナ基板に止まり穴を加工する例においては、従来内径φ０．５ｍｍ、長さ８ｍｍ、即ち、長さ／内径比が１６のノズルを用いて、４０ｍｍ角、厚み０．３ｍｍの基板に、１ｍｍ角、深さ０．２８ｍｍの止まり穴を１００個加工する時間は１枚当り２５分を要していたが、長さを１００ｍｍとし、即ち、長さ／内径比を２００とすることによって加工時間１３分と大幅に短縮することができた。
【００１０】
次に、ノズル長さとノズル内径が加工深さに及ぼす影響について試験を行なった結果を表１に示す。
なお、表１において、右欄＊印は長さ／内径比が５０未満の従来例である。
【表１】
0004412628.tif 000002
【００１１】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によれば、従来よりも大幅に噴射加工に要する時間を短縮することが可能であって、部品の生産生が向上しコストの低減が図れ、本発明は産業界の発展に寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のノズルを説明する断面図である。
【図２】  本発明の装置の一例を示す部分断面図である。
【図３】  加工深さに及ぼすノズルの長さ／内径比の影響を示す図である。
【符号の説明】
１  ノズル
２  ホルダー
３  ホース
４  研磨材導入部
５  分岐部
６  圧力調整弁
７  分岐管
８  研磨材
９  圧力タンク
１０  圧縮空気管路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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