(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方層における研磨スラリ（２）と上方層における実質的に研磨材を含まない流体（４）とを収容するための容器（１１）と、
前記容器に接続された第１の末端と高圧流体供給源（１０）への接続のための第２の末端とを有し、前記容器に高圧流体を送るための加圧供給導管（１４）と、
前記容器の下方層に配置されたスラリ吸上げ端（３０）と研磨材吐出口（１２）に接続される送出端とを有し、前記容器に運ばれる高圧流体による排出と同時にスラリを前記スラリ吐出口に送るためのスラリ吸上げ送出導管（１６）と、
前記容器の上方層に接続される第１の末端と圧力解放口に接続される第２の末端とを有する圧力解放導管（２１）であって、当該圧力解放導管を介した液流を制御するためのバルブ（１３）を更に有する前記圧力解放導管（２１）と、
前記加圧供給導管（１４）に接続される第１の末端と前記スラリ吸上げ送出導管（１６）に接続された第２の末端とを有する第２の供給導管（１５）と
を具備し、
前記第２の供給導管（１５）の前記第２の末端がスラリ吸上げ端（３０）の近傍で前記スラリ吸上げ送出導管（１６）に接続されることを特徴とする研磨スラリを送るための流体供給システム。
【請求項２】
前記圧力解放導管（２１）の前記第２の末端は前記スラリ吸上げ送出導管（１６）に接続され、前記圧力解放口は前記研磨材吐出口（１２）によって与えられることを特徴とする請求項１に記載の流体供給システム。
【請求項３】
前記加圧供給導管（１４）の前記第１の末端は前記容器の前記上方層に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の流体供給システム。
【請求項４】
前記加圧供給導管（１４）の前記第１の末端は前記容器の下方層に配置されることを特徴とする請求項２に記載の流体供給システム。
【請求項５】
前記圧力解放導管（２１）の前記第１の末端は、前記加圧供給導管（１４）に接続されることによって前記加圧供給導管の前記第１の末端を介して前記容器の前記上方層に接続することを特徴とする請求項３に記載の流体供給システム。
【請求項６】
前記圧力解放導管（２１）の前記第１の末端は前記容器の上方層に直接接続されることを特徴とする請求項３または４に記載の流体供給システム。
【請求項７】
前記加圧供給導管（１４）は流れ制御バルブ（２３）を含むことを特徴とする請求項６に記載の流体供給システム。
【請求項８】
下方層における研磨スラリ（２）と上方層における実質的に研磨材を含まない流体（４）とを収容する容器（１１）に高圧流体を供給する過程と、
前記容器（１１）の前記下方層に位置するスラリ吸上げ送出導管（１６）のスラリ吸上げ端（３０）の近傍で、高圧流体を前記スラリ吸上げ送出導管（１６）に送る過程と、
前記供給された高圧流体によって、前記スラリ吸上げ送出導管（１６）を介して前記研磨スラリ（２）を排出する過程と、
前記スラリ吸上げ送出導管（１６）を介して排出される前記研磨スラリを、前記スラリ吸上げ端（３０）を介して前記スラリ吸上げ送出導管（１６）に送られる流体で希釈する過程と、
前記排出された希釈されたスラリを研磨材吐出口（１２）から吐出する過程と、
前記容器（１１）に接続された圧力解放導管（２１）内のバルブ（１３）を開いて前記容器内の圧力を解放し、該バルブを閉じることによって前記容器内の圧力を復元し、前記スラリ（２）の排出と前記吐出を停止又は開始させるための、バルブ（１３）を開閉する過程とを含む研磨スラリの送出方法。
【請求項９】
前記容器（１１）内の圧力は前記スラリ吸上げ送出導管（１６）と前記研磨材吐出口（１２）を介して解放されることを特徴とする請求項８に記載の研磨スラリの送出方法。
【請求項１０】
前記容器（１１）に供給される前記高圧流体は前記容器の前記上方層に誘導されることを特徴とする請求項８または９に記載の研磨スラリの送出方法。
【請求項１１】
前記容器（１１）に供給される前記高圧流体は前記容器の前記下方層に誘導されることを特徴とする請求項９に記載の研磨スラリの送出方法。
【請求項１２】
前記容器（１１）に前記高圧流体を供給する加圧供給導管（１４）を介して前記圧力の解放がなされることを特徴とする請求項１０に記載の研磨スラリの送出方法。
【請求項１３】
前記容器（１１）の前記上方層に直接接続された前記圧力解放導管（２１）を介して前記圧力の解放がなされることを特徴とする請求項１０または１１に記載の研磨スラリの送出方法。
【請求項１４】
前記容器に高圧流体を最初に供給して前記スラリ吸上げ送出導管（１６）に高圧流体を送出するときは、前記バルブ（１３）は当該システムを加圧するために前記圧力解放導管（２１）を介して流体が流れるように開放されており、その後スラリを排出し前記研磨材吐出口（１２）から吐出するために前記バルブ（１３）が閉じられることを特徴とするシステム請求項８〜１３のいずれか１に記載の研磨スラリの送出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨流体ジェット切断システムに関し、特に、これに限定はされないが、加圧された研磨スラリを加圧された研磨スラリ収容器から研磨流体ジェットノズルに供給して、切削作業や、他の実施され得る研磨流体ジェットによる加工作業を可能にするシステムに関する。
【０００２】
【背景技術】
当技術分野における研磨流体ジェットシステムは、精密な切削が要求される様々な用途に用いられている。その用途の一例として、基板の切断が挙げられる。研磨ジェットシステムの一種に、収容され、圧力下で圧力容器から吐出される研磨材を、ノズルによって研磨スラリを形成する直前に駆動液に混入させて研磨スラリの形成に供するものがある。かような混合は、ベンチュリ効果によって実現される。その後、スラリは通常ノズルを通して加速され、基板切断用の研磨流体ジェットツールを形成する。
【０００３】
このような既存のシステムにおいてマルチノズルカッターを用いる場合、そのノズルの各々に個別に独立して研磨材を送る必要がある。このように個々のノズル毎に研磨材を送るためには個別の制御が必要となり、マルチノズルカッターの一乃至複数のノズルが理想的とは言えないコンディションで稼働する可能性が高まる。
【０００４】
研磨材を流体と混合する、既存のシステムに代わる構成が、例えば、国際公開第WO９５／２９７９２号パンフレットに記載されている。このシステムでは、圧力容器が設けられ、該圧力容器内部で研磨材と圧力が加えられた流体とが混合された後、導管を介してノズルに送られるようになっている。
【０００５】
また、国際公開第ＷＯ００／５２６７９号パンフレットには、導入口（６）を介して、同伴容器（１）に圧力下で流体を供給する高圧流体供給手段（３１、３２）を具備し、当該同伴容器内で流体が研磨材物質などの他の成分を吸収することが可能である流体供給システムが記載されている。容器からの出口（５１）はノズル（５４）へと通じている。ジェットポンプ（６１）は出口（６４）を有し、該出口はバルブ（６５）を介して容器吐出管（５１）とシステム出口（５４）との間の連結点につながっている。バルブ（６５）が閉じられると、ジェットポンプ（６１）の高圧力導入口（６２）に供給された加圧された流体はジェットポンプの下方圧力導入口（６３）を介して容器（１）の導入口（６）へと向かい、更に研磨材物質を同伴している容器を通ってから容器吐出管（５１）を介してノズル（５４）へと流れる。バルブ（６５）は隔離バルブ（５２）が洗い流されたり、ノズルへの上記流れを止めるために閉じられたりするべく開放される。この構成だと、吐出管の下方端近くに希釈用の液流を誘導することによる研磨材の吐出量の希釈が行われず、また、研磨材の吐出を停止したときにこの希釈用の流れを用いて容器吐出管（５１）を洗い流すこともできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
切断力を向上させるためにより高圧の液体を用いるにつれ、液体の圧縮率が重要な要因となる。操作プロセスを一時停止するために、或いは研磨材の再投入を容易にするために、研磨スラリの吐出を停止し、研磨スラリ圧力容器を減圧する必要が生じると、生じた高圧力の結果、圧縮された多量の流体が圧力容器内部に残る。この技術のシステムの従来の状態の場合、圧縮された多量の流体が減圧されると、該流体の唯一の逃げ道はスラリ閉じ込め内に入口を有する吐出用の導管となる。それゆえ、多量のスラリが吐出され続けるので、ノズルの閉塞という問題が生じる。こうしたノズルの閉塞は、吐出されるスラリの圧力が通常の動作圧力以下であり、送出管やノズルの閉塞を回避し得る充分な勢いが得られないことが原因で生じる。
【０００７】
このような不必要な吐出は、例えば、スラリ格納用圧力容器加圧ポンプが故障したときに起こる可能性がある。圧力容器内部のスラリには高い圧力がかけられており、ポンプによって圧縮されるので、ポンプが故障すると圧縮されたスラリが膨張して、少なくともある短い周期の間は送出管を介してスラリが送られ続け、その結果ノズルから研磨スラリが吐出され続けることになる。
【０００８】
解決策を設計する際には、高圧力および、研磨材を含む加工媒体そのものによって生じる、高い摩耗率や信頼性に対する懸念といった問題を回避することが重要となる。
【０００９】
本発明の目的は、上述した問題を緩和し、ノズルの閉塞を回避するか或いは、実用的な選択肢を公衆に与えることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の態様において本発明は概して、下方層における研磨スラリと上方層における実質的に研磨材を含まない流体とを収容するための容器と、前記容器に接続された第１の末端と高圧流体供給源への接続のための第２の末端とを有し、前記容器に高圧流体を送るための加圧供給導管と、前記容器の下方層に配置されたスラリ吸上げ端と研磨材吐出口に接続される送出端とを有し、前記容器に運ばれる高圧流体による排出と同時にスラリを前記スラリ吐出口に送るためのスラリ吸上げ送出導管と、前記容器の上方層に接続される第１の末端と圧力解放口に接続される第２の末端とを有する圧力解放導管であって、当該圧力解放導管を介した液流を制御するためのバルブを更に有する前記圧力解放導管と、前記加圧供給導管に接続される第１の末端と前記スラリ吸上げ送出導管に接続された第２の末端とを有する第２の供給導管とを具備し、前記第２の供給導管の前記第２の先端がスラリ吸上げ端の近傍で前記スラリ吸上げ送出導管に接続されることを特徴とする研磨スラリを送るための流体供給システムであると言える。
【００１１】
好ましくは、前記圧力解放導管の前記第２の末端は前記スラリ吸上げ送出導管に接続され、前記圧力解放口は前記研磨材吐出口によって与えられる。
また好ましくは、前記加圧供給導管の前記第１の末端は前記容器の前記上方層に配置される。前記圧力解放導管の前記第１の末端は前記加圧供給導管に接続されてもよく、これにより前記加圧供給導管の前記第１の末端を介して前記容器の前記上方層に接続するような構成としてもよい。
あるいは、前記加圧供給導管の前記第１の末端を前記容器の下方層に配置させてもよい。
また、前記圧力解放導管の前記第１の末端を前記容器の上方層に直接接続するような構成としてもよい。更に、前記加圧供給導管に流れ制御バルブを具備させてもよい。
【００１２】
第２の態様において本発明は概して、下方層における研磨スラリと上方層における実質的に研磨材を含まない流体とを収容する容器に高圧流体を供給する過程と、前記容器の前記下方層に位置するスラリ吸上げ端の近傍で前記導管に接続される高圧流体をスラリ吸上げ送出導管に送る過程と、前記供給された高圧流体によって、前記スラリ吸上げ送出導管を介して前記研磨スラリを排出する過程と、前記スラリ吸上げ送出導管を介して排出された前記研磨スラリを、前記スラリ吸上げ端の近傍における前記接続を介して前記導管に送られる流体で希釈する過程と、前記排出された希釈されたスラリを研磨材吐出口から吐出する過程と、前記容器に接続された圧力解放導管内のバルブを開いて前記容器内の圧力を解放し、該バルブを閉じることによって前記容器内の圧力を復元し、前記スラリの前記排出と吐出を停止又は開始させるためのバルブを開閉する過程とを含む研磨スラリの送出方法であると言える。
【００１３】
好ましくは前記容器内の圧力は前記スラリ吸上げ送出導管と吐出口を介して解放される。
好ましくは前記容器に供給される前記高圧流体は前記容器の前記上方層に誘導される。
あるいは、前記容器に供給される前記高圧流体は前記容器の前記下方層に誘導される。
また、前記容器に前記高圧流体を供給する導管を介して前記圧力の解放がなされるような構成としてもよい。
また、前記容器の前記上方層に直接接続された導管を介して前記圧力の解放がなされるような構成としてもよい。
【００１４】
好ましくは、前記容器に高圧流体を最初に供給して前記スラリ吸上げ送出導管に高圧流体を送出するときは、前記バルブは当該システムを加圧するために前記圧力解放導管を介して流体が流れるように開放されており、その後スラリを排出して前記研磨材吐出導管から吐出するために前記バルブが閉じられる。
【００１５】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明は、流体は最小抵抗の経路を通るという自然の傾向を利用して、圧縮された流体が、研磨材を含まずに吐出されるように構成された吐出導管内に放出されることを可能にする。
【００１６】
図１は、本発明に係る第１の実施形態を例示する図である。同図において、研磨スラリを収容するための区画を有する圧力容器１１が設けられている。研磨スラリは、例えば水や、水を含む液体組成物などの流体に研磨材物質を同伴させた混合物である。圧力容器１１は研磨スラリ２を収容している。圧力容器１１内部における研磨スラリ２の上部には、液体４の層が設けられている。この液体４は、研磨粒子を同伴させてスラリを生成するのに用いられる液体と同様のものであるが、圧力容器１１内の所定のレベル「Ｌ」より高い位置にあり、研磨材は混入されていない。
【００１７】
加圧ポンプが組み込まれた加圧流体供給源１０は、送出導管１４および１５を介して圧力容器１１に流体を供給する。導管１５は、吸上げ送出導管１６に流体を送るために設けられ、これによってスラリは開口３０を通して排出され、適度に希釈されることになる。この希釈は、吸上げ送出導管の閉塞を回避する上で必要となり得る。
【００１８】
送出導管１４は、主要な供給及び容器加圧のための導管である。本発明の図１に示す構成では、導管１４は出口用開口２４を有しており、この出口用開口２４によって、圧力容器１１内の流体のみの領域（すなわちレベルＬより上の領域）における第１の開口が形成されている。
【００１９】
ホッパ１７は、導管１９を介して圧力容器１１に研磨スラリ２を供給する。
圧力解放導管２１は、容器内の内容量の流動的な連絡のために設けられており、研磨材を含まない流体と流動接触している。図１の構成では、該流動接触は送出導管１４の一部を介して設けられている。流体バルブ１３は、圧力制御導管２１を通過する流体の流れを制御する。
【００２０】
該システムの通常動作中、ポンプシステムは加圧された流体を圧力容器に送る。これによってスラリ吸上げ送出導管１６の入口用開口３０を介して研磨スラリ２がノズル１２へと排出される。入口用開口３０はレベルＬより下方に位置し、圧力容器１１の底に近い位置に設けられることが好ましい。
【００２１】
圧力解放導管２１は、研磨材を含む圧力容器内の内容量の流れを迂回させるバイパス導管と見なすことも可能である。該バイパス導管の制御は導管２１内の流れを遮断可能な液流制御バルブによって行う。
【００２２】
図１の構成では、導管１４は研磨スラリ２が存在しない圧力容器１１の上面に接続している。（例えば、流体供給源１０が故障したときや、これの電源が切られているときや、また切られようとしているときなどの）減圧時には、導管２１を圧力容器外部の送出導管１４に接続している流体バルブ１３が開放される。圧力容器１１内部の内容物の体積は圧縮されたままであるが、膨張しようとする。このとき二つの開口が利用可能であるが、そのような膨張は導管１６の開口３０の代わりに、導管２１を介して吐出する傾向にある。これは、導管１６の開口３０を通るスラリの流れの排出による体積の膨張においては、導管１６の内径と長さ、そして主にスラリ層２の密度と粘性によって、より高い流動抵抗が生じるためである。
【００２３】
該システムの起動および加圧時には、流体バルブ１３はまず開かれる。流体は供給源１０から導管１４を通って圧力容器１１内へと流れる。流体バルブ１３が開いている、いくらかの液流が導管２１に侵入する。圧力容器の加圧もまた起こるが、このように流れが一部分岐することによって減じられる。圧力解放導管２１がスラリ吸上げ送出導管１６（及び好ましくは該圧力容器の外部）の第２の開口３０の上流部分に接続されている好ましい形態では、開口３０を通って上昇するスラリの流れ抵抗と、導管２１を通して吸上げ送出導管へと向かう流れが吸上げ送出導管１６のその部分において開口３０方向への背圧が生じるという事実との組み合わせによって、スラリはノズルへと移動しなくなる。
バルブ１３を閉じるとスラリ圧力容器１１内部に十分な量が流れ込み、このため供給管１６の入口用開口３０へと研磨材が排出される。バルブ１３が閉じているときは、供給源１０からの流体の流れは導管１４を介して圧力容器１１へと入り込み、これによって吸上げ送出導管１６の入口用開口３０へと研磨スラリが排出される。吸上げ送出導管１６では、研磨スラリは供給管１５からの主流と混ざり合って、吸上げ送出導管１６を通ってノズル１２へと運ばれる。
【００２４】
研磨材の流れは、バルブ１３を開くことによっていつでも停止することもできる。減圧時には、流体バルブ１３は開放され、導管２１を介して圧縮された流体が通るのための代替の好適なルートを提供する。圧力容器内部のコンテンツが膨張すると、膨張したコンテンツは圧力解放導管２１を経由する。導管１４は圧力容器内部のレベルＬより高い位置に自身の開口部を有しており、この位置は研磨スラリが流体バルブ１３に確実に届く位置である。そのためバルブ１３を通過する流体は通常研磨材を含まない上水である。しかも最小圧力差で稼働するので、そのサービス寿命は他のケースと比べて一般に長くなるであろう。更に、バルブ１３に入り込もうとする流体の速度が使用される研磨スラリ２の沈降速度をかなり下回るように導管２１の内径を充分に大きくしておくとよい。こうすることによって圧力容器内のレベルＬより上部に入り込んだいかなる研磨粒子も供給管１４に入らないように、あるいはこれに沿って移動し、流体バルブ１３を通って導管２１内へと入らないように更に分別されるであろう。
【００２５】
図２は、本発明の第２の実施形態を例示する図であり、分離した解放導管２１が設けられている。図１に示す第１の実施形態とは異なり、導管２１は導管１４に接続されておらず、容器１１内部の圧縮された体積の逃げ道としてのみ使用されるものである。
第２の流体バルブ２３を通過する流体は常に研磨材を含まない流体であり、流体バルブ１３は、より低い頻度で、すなわち、加圧段階と減圧段階でのみ作動する。この結果、バルブ１３の摩耗速度は減じられる。なお、第２の流体バルブ２３を設けることは好ましいが、必須ではない。
【００２６】
供給源１０に対するポンプの加圧に不具合が生じたために流れを分岐させる必要が生じた場合に、導管１４内又はポンプの圧力の低下を圧力センサによって検出するようにして、これにより自動的にバルブ１３を開放し、導管２１を通して圧力容器内の圧力を解放するようにしてもよい。また、研磨スラリの流れを止める必要があるにもかかわらず、供給源１０のポンプ加圧が継続している場合は、単にバルブ１３を開けるだけで流体を供給管１４及び１５を介して（もしこれが単独で閉じられていなければ）圧力容器１１内に流れ込み続けるようにしてもよいが、圧力容器内の加圧された物質が最小抵抗で通れる道は導管２１であるため、水が入り込み、レベルＬより上でのみ出ていくので、確実に水だけが導管２１を介してノズル１２へと排出されるようになる。この流れは流体供給源１０でのポンプ加圧が作動している限り継続し、圧縮された流体の圧力均衡には達しないので、バルブ１３は開いたままになる。
【００２７】
ダイヤフラムポンプ１８は、導管２０を介して流体４を引き込むために用いられ、これにより生じる圧力容器１１内部の圧力の低下を利用してホッパ１７から研磨スラリ２を圧力容器１１内に引き込む。図２に示す具体的な実施例では、流体バルブ１３と第２の流体バルブ２３を閉じた状態で、ダイヤフラムポンプ１８は圧力容器から導管２０を介して流体を取り出すのに用いられ、圧力容器内に生じた真空によって導管１９を介してホッパ１７から研磨スラリ２を引き込むようになっている。
【００２８】
該システムは、システムの加圧状態と減圧状態における研磨材のノズルへの不必要な吐出につながる流体圧縮率の問題を回避すると解されるであろう。圧縮された流体体積の膨張を圧力容器内部から逃がすためのより小さい抵抗の代替ルートを、研磨材がノズルに運ばれない位置から提供することによって、本発明は、ノズルのつまりを回避するのに役立つ。
【００２９】
図３を参照すると、別の代替構成が示されている。同図において送出導管は、第１開口がスラリの中に潜没するように位置されている。この構成では、圧力解放導管によって提供される分離した開口は、レベルＬより上部に位置する必要がある。第１開口２４が第２開口３０近くに配置されているのは、第２開口に近いほどスラリを形成するための研磨材と水とのよりよい混合が実現されるからである。
【００３０】
図４にはまた別の代替構成が示され、この構成では、圧力解放導管はスラリ吸上げ送出導管とは異なる場所に排出するようになっている。スラリ吸上げ送出導管１６内の流体に背圧を与えるために導管２１内の流体からの圧力を用いることができず、そのためいくらかのスラリが（圧力容器のコンテンツの体積が膨張している間に）開口を通ってスラリ吸上げ送出導管に運ばてしまいかねないという点において、上述した他の構成に比べ、優先順位の低い選択肢である。
【００３１】
なお、ここに記載された本発明は、以上において具体的に記述されたもの以外の変形、修正、及び／或いは、追加が可能である。また、上述の趣旨及び範囲に含まれるそのような変形、修正、及び／或いは、追加の全ては本発明に含まれると解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】  本発明に係る第１の実施形態を示す系統図である。
【図２】  本発明に係る第２の実施形態を示す系統図である。
【図３】  本発明に係る第３の実施形態を示す系統図である。
【図４】  本発明に係る第４の実施形態を示す系統図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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