(57)【要約】【課題】キャッチタンクの大きさを特別に変更することなくコンパクトなサイズにして、ジェット着水時の水面荒れを抑制し、研磨材の回収効率を向上させる。【解決手段】高圧で噴射されるウォータジェットＪを受け止めるキャッチタンク４を、緩衝手段４０１を有する貯水槽４０と、貯水槽４０に併設されて貯水槽４０から加工水が進入し研磨材Ｋを沈殿させて上澄み水を排水する排水槽４１とにより構成し、貯水槽４０の内部に緩衝手段４０１を囲繞し一部が水面から突出する消波手段４０２を備え、消波手段４０２の周辺の貯水槽４０の側壁４０３を外側に広がる角度で傾斜させ、ウォータジェットＪが貯水槽４０に着水する際には緩衝手段４０１、消波手段４０２および消波手段４０２周辺の傾斜した側壁４０３の作用により水面荒れを抑制し、研磨材Ｋを貯水槽４０の底部に沈殿しやすくし、排水槽４１側では、研磨材を殆ど含まない上澄み水を排水できるようにした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に研磨材と水とが混合された加工水を噴射ノズルから噴射して被加工物を加工する加工水噴射手段と、前記噴射ノズルの直下に配設されて被加工物を貫通した加工水の勢いを弱める緩衝手段を有して加工水を受け止めるキャッチタンクとを備えるウォータジェット装置であって、
前記キャッチタンクは、前記緩衝手段を有して被加工物を貫通した加工水を貯水する貯水槽と、該貯水槽に併設されて前記貯水槽の上部側から加工水が進入する進入部を有し進入した加工水中の研磨材を沈殿させ上澄み水を排水部から排水する排水槽とからなり、
前記貯水槽の内部において前記緩衝手段を囲繞し一部が水面から突出するように配設された消波手段を備え、
該消波手段の周辺の前記貯水槽の側壁が外側に広がる角度で傾斜していることを特徴とするウォータジェット装置。
【請求項２】
前記排水槽は、前記進入部から前記排水部に向けて水の流れを規制する制水部材を有することを特徴とする請求項１に記載のウォータジェット装置。
【請求項３】
前記排水槽の底部側は、前記貯水槽の底部側と連通していることを特徴とする請求項１または２に記載のウォータジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥粒などの研磨材と水とを混合した加工水を高圧噴射して被加工物の加工を行うウォータジェット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状の半導体ウエーハの表面に格子状に配列された多数の領域にＩＣ，ＬＳＩ等の回路を形成し、これら回路が形成された各領域を所定のストリートと称される切断ラインに沿ってダイシングすることにより、個々の半導体チップを製造している。このようにして分割された半導体チップは、パッケージングされて携帯電話やパソコン等の電子機器に広く利用されている。
【０００３】
ここで、近年では、複合材や金属等のダイシングでは困難を要する被加工物の加工において、ウォータジェットによる切断加工が検討されている。このようなウォータジェット装置では、噴射された加工水が被加工物を貫通するため、貫通した加工水の噴射方向には、加工水の勢いを弱めるための水槽（キャッチタンク）が設置されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、キャッチタンクで受けた加工水をキャッチタンクとは別の研磨材選別タンクに移送して分別することで研磨材を回収し、再利用に供することも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３０９９４号公報
【特許文献２】特開２００６−１１０６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示されるような水槽（キャッチタンク）で単に加工水を受けるものでは、ウォータジェットは高圧で噴射されるため、ジェットがキャッチタンクに着水する際には、大きく水面が揺れて荒れ、キャッチタンク内は研磨材が飛び交っている状態となっている。そして、研磨材を回収するためにはキャッチタンクの底部に研磨材を沈殿させるとともにキャッチタンクの容量が限られているため水を排水処理する必要があるが、キャッチタンク内の加工水は、上述のように水面が大きく揺れて荒れた状態にあり、排水中にかなりの研磨材が含まれたまま排水されてしまう。よって、研磨材の回収効率の悪いものである。また、キャッチタンク自体を極めて大きな容量のものにすれば、研磨材の回収効率の低下を抑制し得るものの、ウォータジェット装置が大型化してしまう。
【０００７】
一方、特許文献２等に示されるように、キャッチタンクで受けた加工水をそのまま一旦研磨材選別タンクに移送させて研磨材選別タンクで研磨材と水とを選別するようにすれば、研磨材の回収効率は向上するものの、キャッチタンクとは別個に大掛かりな研磨剤選別タンクを用意しなければならず、コストアップの要因となる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、キャッチタンクの大きさを特別に変更することなくコンパクトなサイズにして、ジェット着水時の水面荒れを抑制し、研磨材の回収効率を向上させることが可能なウォータジェット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるウォータジェット装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に研磨材と水とが混合された加工水を噴射ノズルから噴射して被加工物を加工する加工水噴射手段と、前記噴射ノズルの直下に配設されて被加工物を貫通した加工水の勢いを弱める緩衝手段を有して加工水を受け止めるキャッチタンクとを備えるウォータジェット装置であって、前記キャッチタンクは、前記緩衝手段を有して被加工物を貫通した加工水を貯水する貯水槽と、該貯水槽に併設されて前記貯水槽の上部側から加工水が進入する進入部を有し進入した加工水中の研磨材を沈殿させ上澄み水を排水部から排水する排水槽とからなり、前記貯水槽の内部において前記緩衝手段を囲繞し一部が水面から突出するように配設された消波手段を備え、該消波手段の周辺の前記貯水槽の側壁が外側に広がる角度で傾斜していることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかるウォータジェット装置は、上記発明において、前記排水槽は、前記進入部から前記排水部に向けて水の流れを規制する制水部材を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるウォータジェット装置は、上記発明において、前記排水槽の底部側は、前記貯水槽の底部側と連通していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかるウォータジェット装置は、加工水を受け止めるキャッチタンクが、緩衝手段を有する貯水槽と、貯水槽に併設されて貯水槽から加工水が進入し研磨材を沈殿させて上澄み水を排水する排水槽とからなり、貯水槽の内部に緩衝手段を囲繞し一部が水面から突出する消波手段を備え、消波手段の周辺の貯水槽の側壁が外側に広がる角度で傾斜しているので、ジェットが貯水槽に着水する際には緩衝手段、消波手段および消波手段周辺の傾斜した側壁の作用により水面荒れが抑制され、研磨材を貯水槽の底部に沈殿しやすくすることができ、同時に、荒れの少ない状態の加工水を排水槽側に進入させて研磨材を沈殿させることで研磨材を殆ど含まない上澄み水を排水させることができ、よって、キャッチタンクの大きさを特別に変更することなくコンパクトなサイズにして、研磨材の回収効率を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態であるウォータジェット装置について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態のウォータジェット装置の構成を示す概略斜視図である。本実施の形態のウォータジェット装置１は、主に、被加工物（図示せず）を保持する保持手段２と、保持手段２に保持された被加工物に砥粒などの研磨材と水とが混合された加工水を噴射して切断加工を施す噴射ノズル３０を有する加工水噴射手段３と、噴射ノズル３０の直下に配設されて被加工物を貫通した加工水を受け止めるキャッチタンク４とを備える。
【００１５】
保持手段２は、ステンレス等の硬質金属で形成され被加工物が載置される板状部材２０と、被加工物の形状に応じた形状に形成され垂直方向に貫通する矩形状の開口２１と、被加工物が載置される際の位置決め基準となる複数、例えば貫通部２１周りの４箇所に設けられた４個の位置決めピン２２とから構成されている。
【００１６】
保持手段２は、第１の送り手段６によって駆動されてＹ軸方向（図１中に示す矢印Ｙの方向）に移動可能とされている。第１の移動手段６は、Ｙ軸方向に配設されたボールネジ６０と、ボールネジ６０の一端に連結されボールネジ６０を回転させるパルスモータ６１と、ボールネジ６０に平行に配設された一対のガイドレール６２と、保持手段２を支持しガイドレール６２に摺接するとともに内部の図示しないナットがボールネジ６０に螺合する保持手段支持部６３と、ボールネジ６０とパルスモータ６１とガイドレール６２とを支持する可動基台６４とから構成されている。これにより、パルスモータ６１に駆動されてボールネジ６０が回転するのに伴い、ガイドレール６２にガイドされて保持手段支持部６３がＹ軸方向に移動する。
【００１７】
また、保持手段２は、第２の送り手段７によって駆動されてＺ軸方向（図１中に示す矢印Ｚの方向）に移動可能とされている。第２の移動手段７は、Ｚ軸方向に配設され可動基台６４の内部の図示しないナットに螺合するボールネジ７０と、ボールネジ７０の一端に連結されボールネジ７０を回転させるパルスモータ７１と、ボールネジ７０に平行に配設され可動基台６４と摺接する一対のガイドレール７２と、ボールネジ７０とパルスモータ７１とガイドレール７２とを支持する可動基台７３とから構成されている。これにより、パルスモータ７１に駆動されてボールネジ７０が回転するのに伴い、ガイドレール7２にガイドされて第１の送り手段６および保持手段２がＺ軸方向に移動する。
【００１８】
さらに、保持手段２は、第３の送り手段８によって駆動されてＸ軸方向（図１中に示す矢印Ｘの方向）に移動可能とされている。第３の移動手段８は、Ｘ軸方向に配設され可動基台７３の内部の図示しないナットに螺合するボールネジ８０と、ボールネジ８０の一端に連結されボールネジ８０を回転させるパルスモータ８１と、ボールネジ８０に平行に配設され可動基台７３と摺接する一対のガイドレール８２と、ボールネジ８０とパルスモータ８１とガイドレール８２とを支持する静止基台８３とから構成されている。これにより、パルスモータ８１に駆動されてボールネジ８０が回転するのに伴い、ガイドレール８２にガイドされて第２の送り手段７、第１の送り手段６および保持手段２がＸ軸方向に移動する。
【００１９】
また、加工水噴射手段３は、例えば粒径３０〜５０μｍ程度のアルミナセラミックス製の砥粒等からなる研磨材と水とが混合した加工水を下方に噴射する噴射ノズル３０と、この噴射ノズル３０に高圧の加工水を供給する高圧ポンプ等を含む加工水供給手段３１とからなる。噴射ノズル３０は、例えば直径２００μｍ程度の噴射口を備えており、ノズル支持台３２によって支持されている。加工水供給手段３１は、研磨材が混入した高圧（例えば、６０〜７０ＭＰａ）の加工水を、配管３３を介して噴射ノズル３０に供給する。また、ノズル支持台３２には、噴射ノズル３０付近に発生するミストを吸引するミスト吸引手段３４を備える。
【００２０】
図２は、キャッチタンク４の原理的構成例を透視図的に示す斜視図であり、図３は、図２中の矢印Ａ方向に見た貯水槽の概略構成図であり、図４は、貯水槽中に含まれる緩衝手段および消波手段の構成例を示す分解斜視図であり、図５は、図２中の矢印Ｂ方向に見た排水槽の概略構成図である。
【００２１】
キャッチタンク４は、噴射ノズル３０の直下に配設されたもので、基本的には、図２等に示すように、ステンレス等で従来と同等の大きさに形成された上方開口の矩形状筐体からなる。ここで、本実施の形態のキャッチタンク４は、貯水槽４０と排水槽４１とを仕切板４２により仕切って併設させることにより構成されている。貯水槽４０は、キャッチタンク４の大半を占める大きさに形成されて噴射ノズル３０から噴射された加工水を貯水するもので、噴射ノズル３０の直下となる中央位置に緩衝手段４０１を有する。緩衝手段４０１は、噴射ノズル３０から噴射されて被加工物を貫通したウォータジェットＪの勢いを弱めるためのもので、貯水槽４０の中央に収容されるステンレス等による網状のバスケット４０１ａと、バスケット４０１ａに収容される複数の緩衝球４０１ｂとからなる（図４参照）。緩衝球４０１ｂは、加工水に含まれる研磨材としての砥粒を構成するアルミナセラミックスと同種の耐磨耗性に優れたアルミナセラミックスにより形成された直径３〜８ｍｍ程度のボールである。
【００２２】
また、貯水槽４０は、緩衝手段４０１を囲繞し一部が水面４３から上方に突出するように配設された消波手段４０２を備える。本実施の形態では、例えば貯水槽４０内の対向する側壁４０３の内側に一対の消波手段４０２として設けられている。これら消波手段４０２は、側壁４０３の大きさに対応させたステンレス等による矩形網状のバスケット４０２ａと、バスケット４０２ａ内に収容される複数の緩衝球４０２ｂとからなる（図４参照）。緩衝球４０２ｂも、緩衝球４０１ｂと同様な材質、大きさからなるものが用いられている。
【００２３】
ここで、消波手段４０２の周辺の貯水槽４０の側壁４０３は、外側に広がる角度で傾斜させて形成され、消波手段４０２と側壁４０３との間には加工水が跳ね返るための逃げ部４０４が確保されている。また、消波手段４０２の所定水位の水面４３より突出する部分の高さは、消波手段４０２に進入して逃げ部４０４の傾斜面で跳ね返る加工水の高さよりも高くなるように設定されている。傾斜面で跳ね返る加工水の高さは、噴射ノズル３０から噴射される加工水の速度等に基づき算出可能である。
【００２４】
また、貯水槽４０の底部は、研磨材Ｋが沈殿しやすく、かつ、回収しやすくするためにＶ字状に形成されている。そして、貯水槽４０の底部に対しては、沈殿した研磨材Ｋを吸引して回収するための回収管４０５が配設されている。
【００２５】
一方、貯水槽４０に比して容量が１／４程度に小さい排水槽４１は、貯水槽４０の上部側の所定水位の位置から加工水を進入させるための進入部４１１と、排水ポンプ等が連結されて進入部４１１と同等の水位の上澄み水を排水する排水部４１２とを有する。進入部４１１は、仕切板４２を利用した数個の縦長スリットにより形成されている。ここで、進入部４１１と排水部４１２とは、排水槽４１内で離れた位置をとるように設定されている。そして、排水槽４１内には、進入部４１１から排水部４１２に向けた水の流れを規制する制水部材４１３を備える。制水部材４１３は、排水槽４１の内壁幅に形成された複数枚の板を間隔をあけて排水槽４１内に斜め配置させたものである。また、排水槽４１の底部は、研磨材Ｋが沈殿しやすするために、貯水槽４０の場合と同様にＶ字状に形成されている。そして、仕切板４２の底部側には、排水槽４１を貯水槽４０側に連通させるためのスリット４１４が形成されている。
【００２６】
このような構成において、被加工物を保持手段２に保持させた状態で、被加工物の切断ラインを噴射ノズル３０の直下に位置付け、被加工物をＸ軸方向に加工送りさせながら、噴射ノズル３０から高圧の加工水（ウォータジェットＪ）を噴射させることにより被加工物の切断ラインに沿った切断加工が行われる。
【００２７】
ここで、切断動作中は、噴射ノズル３０から噴射された加工水は、被加工物の切断ラインを貫通し、ウォータジェットＪとして高圧のまま、貯水槽４０に達する。この貯水槽４０内中央には噴射ノズル３０の直下に位置させて、複数の緩衝球４０１ｂを収容したバスケット４０１ａによる緩衝手段４０１が配設されているため、高圧の加工水は、緩衝球４０１ｂに衝突する。そして、加工水が衝突した緩衝球４０１ｂは回転し、加工水が衝突しなかったものを含めて複数の緩衝球４０１ｂが攪拌されるため、加工水の勢いは弱められる。また、勢いの弱まった加工水は、網状のバスケット４０１ａを通って下降して貯水槽４０内に溜まっていく。このようにして、加工水は、緩衝球４０１ｂによって噴射時の勢いが弱められた後に、貯水槽４０内に溜まっていき、貯水槽４０内の水位が高くなっていく。特に、加工水中の研磨材は、水に比して重いため、貯水槽４０内の底部側に順次沈殿していく。
【００２８】
一方、切断動作中は、貯水槽４０内に溜まった加工水に対してさらに噴射ノズル３０から高圧の加工水（ウォータジェットＪ）が噴射されて着水するため、貯水槽４０内の加工水の水面４３に大きな揺れを生じ得る状態にある。ここで、本実施の形態の貯水槽４０は、噴射される加工水（ウォータジェットＪ）の勢いを弱める緩衝手段４０１を囲繞するように消波手段４０２が配設されている。よって、揺れを生ずる水面４３付近の加工水は、揺れに従い図３中に矢印で示すように、バスケット４０２ａ内に収容された複数の緩衝球４０２ｂ間を通り抜けて逃げ部４０４内に向い側壁４０３で再び消波手段４０２側に跳ね返るような挙動を呈するので、貯水槽４０の中央部付近における水面４３の荒れ状態が抑制される。この際、消波手段４０２の水面４３から突出する部分の高さが、側壁４０３で跳ね返る加工水の高さよりも高くなるように設定されているので、跳ね返る加工水によって水面４３の状態が再び荒らされることはない。
【００２９】
そして、貯水槽４０内に溜まった加工水の水位が所定水位以上になると、進入部４１１から排水槽４１内に順次進入していく。この際、貯水槽４０内の水面４３付近の荒れは、上述のように抑制されているので、進入部４１１から排水槽４１側に進入する加工水は、含まれる研磨材が少なく上澄み水に近い状態のものとなる。排水槽４１内に進入した加工水中に含まれる研磨材は、水よりも重いため、底部付近に順次沈殿していく。また、排水槽４１に溜まった加工水の水位が所定水位以上になると、水面４３近くの加工水は、排水部４１２から順次排水される。この際、排水槽４１内に溜まる加工水は、高圧噴射の影響を受けないため、水面４３近くの加工水は研磨材の少ない上澄み水となる。加えて、進入部４１１から排水部４１２に向けた水の流れは、制水部材４１３によって規制を受けることによって阻害され、浮遊する研磨材が含まれていても、制水部材４１３を順次通過する過程で重みにより底部側に沈殿するように挙動することとなる。よって、排水部４１２からは研磨材を殆ど含まない上澄み水が排水され、研磨材が無駄に排水されてしまうことがない。
【００３０】
貯水槽４０の底部に沈殿した研磨材Ｋは、回収管４０５を介して吸引により外部に効率よく回収される。この際、排水槽４１の底部に沈殿した研磨材Ｋも、底部側に位置させて仕切板４２に形成されたスリット４１４を介して回収管４０５によって吸引され外部に回収される。
【００３１】
このように、本実施の形態によれば、高圧の加工水（ウォータジェットＪ）が貯水槽４０に着水する際には緩衝手段４０１、消波手段４０２および消波手段４０２周辺の傾斜した側壁４０３の作用により水面荒れを抑制し、研磨材Ｋを貯水槽４０の底部に沈殿しやすくすることができる。同時に、荒れの少ない状態の加工水を排水槽４１側に進入させて研磨材を沈殿させることで研磨材を殆ど含まない上澄み水を排水部４１２から排水させることができる。よって、キャッチタンク４の大きさを特別に変更することなくコンパクトなサイズにして、研磨材Ｋの回収効率を向上させることができる。
【００３２】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、貯水槽４０の底部側に対して回収管４０５を設けて貯水槽４０内および排水槽４１内に沈殿した研磨材Ｋを回収するようにしたが、排水槽４１側の底部に対して別個に回収管を設けて研磨材Ｋを回収させるようにしてもよい。
【００３３】
また、本実施の形態では、消波手段４０２を一対のみ設けた例で説明したが、緩衝手段４０１の周囲全体を囲繞する４つの消波手段を設けるようにしてもよい。
【００３４】
さらに、消波手段４０２の構成としては、加工水が通過して水面４３の荒れ（波）を消すように緩衝し得るものであればよく、バスケット４０２ａと緩衝球４０２ｂとの組合せに限られない。また、消波部材として緩衝球４０２ｂ以外のものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態のウォータジェット装置の構成を示す概略斜視図である。
【図２】キャッチタンクの原理的構成例を透視図的に示す斜視図である。
【図３】図２中の矢印Ａ方向に見た貯水槽の概略構成図である。
【図４】貯水槽中に含まれる緩衝手段および消波手段の構成例を示す分解斜視図である。
【図５】図２中の矢印Ｂ方向に見た排水槽の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  保持手段
３  加工水噴射手段
４  キャッチタンク
３０  噴射ノズル
４０  貯水槽
４１  排水槽
４３  水面
４０１  緩衝手段
４０２  消波手段
４０３  側壁
４１１  進入部
４１２  排水部
４１３  制水手段
Ｋ  研磨材
【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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