JP2858030B2

JP2858030B2 - ブラスト法

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Publication number: JP2858030B2
Application number: JP15064290A
Authority: JP
Inventors: 正文松永
Original assignee: NOODOSON KK
Current assignee: NOODOSON KK
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1999-02-17
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: JPH0446768A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ブラスト用砥粒のブラスト法に係わる。

［従来の技術］従来、ブラストというのは、比較的面が粗く又は大き
な物品に対して行われ、それらに用いられる砥粒も比較
的大きなもの（100μφ〜3mmφ）が使われてきた。そし
てこれらに使われてきた砥粒としてはサンド、金属粒、
プラスチック粒などであった。所が最近、半導体ウエハ
などの精密部品に対する完全洗浄の需要が急速に高ま
り、それらに対してブラストによる洗浄方法が採用され
るようになってきた。

従来、上記半導体ウエハなどの洗浄には、液体スプレ
イ法などが行われてきた。ところが、サブミクロン単位
の異物の残存も許されない同部品に対しては、液体スプ
レイ法による洗浄では不十分であったのである。さりと
て、従来のサンドなどを使用すれば、異物に対する衝撃
力は過大となり、それらの剥離除去の効果は大なるもの
の、精密部品に対してはそれらを損傷する場合があった
のである。それを防ぐために、氷の砥粒即ち氷の微粒子
（0.1μφ〜30μφ）が用いられるようになってきた。
その理由は、氷の微粒子の重量は、従来の砥粒に比べて
小であるため、損傷を与えることは殆ど無いという特長
を有するからである。所謂氷粒子を砥粒としたブラスト
による洗浄というものである。

よって、本発明においては、氷粒子噴射による洗浄
も、ブラストの範疇に入れるものとする。

上述した特筆すべき氷粒子によるブラスト式洗浄にお
いて、本発明は特に効果を上げることができるので、こ
れらについて更に説明を加える。同方法や装置について
は、多種類公開されているが、それらの基本的構造を第
15図に示す。同装置を簡単に説明すると、氷粒子製造装
置（51）の容器（52）の上方部には氷（純水）の窒素ガ
ス（GN₂）によるエジェクタ（53）が設けられている。
該窒素ガスは液体窒素（LN₂）をガス化したものであ
り、該ガスによるエジェクタ（53）によって上記水は上
記容器（52）内に噴射され、低温の窒素ガス（GN₂）に
よって氷の粒子となる。該粒子の大きさは、噴射される
窒素ガスの圧力などによって左右されるが、一般に30μ
φ〜30μφ、また水を蒸気化して噴射すると0.1μφ〜3
0μφになるものも得られるという。このようにして出
来た氷粒子は容器（52）底部のホッパ部（52H）より配
管（55）により、洗浄用エジェクタ（63）に導かれ、又
窒素ガスも上記窒素ガス（GN₂）配管より分岐され（6
1）て該エジェクタ（63）に圧送され、氷粒子を被洗浄
物（W₁₁）に向けて噴射して洗浄を行うものである。

さて、これらエジェクタからの窒素ガス及び氷粒子の
噴射は、従来のブラストにおける如く連続的であった。
その場合次のような不工合が生じていた。第16図を参照
されたい。先ず、気体だけのスプレイについて考えてみ
る。氷粒子噴射ノズル（65）から噴射する気体の流れ
（SP）は末広状に拡がって被洗浄物（W₁₂）にいたる。
それらの気体の流れ（e,e₁,f,f₁,g,g₁,…）は被洗浄物
（W₁₂）に打ち当たってそれぞれの反射角度をもって上
方に跳ね返る。その跳ね返った各反射流（ｅ′,e₁′,
f′,f₁′,g′,g₁′，…）に対して、後続の噴射流が再
度打ち当り、そこに乱流（R,R₁）が発生する。これら乱
流は、上記噴射流の速度、被洗浄物の形状、その面の粗
さなどによって異なるが、乱流層（RL）となって外方に
向けて放射線状に流れる。即ちこれら乱流層は、後続の
噴射流に対してはクッション作用をなすもので、一種の
エアクッションゾーンということができる。

以上は、気体の衝突時における被洗浄物に対する挙動
について説明したが、氷粒子の噴射における窒素ガスの
噴射流においても、氷粒子はその表面積／重量が比較的
大であるため、上記気体のように窒素ガスの噴射流やそ
れらの反射流に乗って、それらと同じ挙動をする。

元来、微粒子（１ミクロン前後）というのは、表面積
／重量が大きく、即ち比較的空気抵抗が大であるのに反
し、慣性の力が小であるため、微粒子の周辺の気体の動
きに左右され易い。換言すれば、気体中の微粒子の運動
速度が終末速度に達するまでの時間は殆どなく、従っ
て、微粒子即ちエアロゾル粒子の初速度と気体の速度と
は殆ど無関係なのである。文献、ウィリアム・Ｃ・ハイ
ンズ著：「エアロゾルテクノロジー」井上書院（昭60）
によると粒径（μｍ）終末速度に達する時間（ms） 100 92 10 0.94 1 0.011 上記の如く、殆ど瞬間的に終末速度に達するのであ
る。即ち微粒子は殆ど瞬間的に気体の流速と等しくなる
のである。

従って、前述の氷の微粒子の場合は勿論、氷に近い低
重量の鉱石粒やプラスチック粒においても、同様の挙動
をするのである。

さて、上述のように発生した乱流に呑み込まれた氷粒
子即ち砥粒は、乱流層（RL）と共に被洗浄物（被ブラス
ト物）（W₁₂）の面上を覆うのである。この乱流層（R
L）即ちエアクッションゾーンは、前述したのと同様に
後続してくる氷粒子（砥粒）噴射流の被洗浄物（被ブラ
スト物）面に対する直進を妨害し、氷粒子（砥粒）の被
洗浄物（被ブラスト物）（W₁₂）上に対する衝突力は緩
衝されるのである。当然、固着した異物に対する剥離効
果は減殺し、それらの洗浄効果（ブラスト効果）も減少
するのである。

上記説明にては、主として氷粒子の連続的噴射による
洗浄作用の欠点を述べたが、砥粒の場合でも、それらの
粒子のサイズ及びその表面積／重量が氷粒子と近似して
大なる場合には、上記氷粒子の場合と同様に作動し、異
物の衝撃剥離即ちブラスト効果は低調なのである。

［解決しようとする問題点］上述の如く、ブラストにおける砥粒の連続的噴射にお
いては、被ブラスト物面上に乱流層即ちエアクッション
ゾーンが発生するため、それらが砥粒の直撃を阻止し、
ブラスト効果を低下せしめていたのである。

本発明の動機及びその目的は、砥粒のブラスト作用に
おいて、被ブラスト物面上におけるエアクッションゾー
ンの発生を未然に防ぎ、砥粒を被ブラスト物面上に直撃
せしめて、そのブラスト効果をより向上せしめることで
あつた。

［問題点を解決するための手段］本発明の要旨は、ブラスト作用における砥粒の噴射を
断続的に、望ましくはパルス的に行うものである。その
パルス的各噴射流の先頭は被ブラスト物面上を直撃す
る。そしてその先頭に続く噴射流が反射し、そこに乱流
が発生し始めた時点において、その噴射流をパルス的に
中断するのである。従って、乱流層即ちエアクッション
ゾーンが発生しても、それは極く初期の薄層であるの
で、砥粒の直撃力の減殺は最小限に抑えられ、その力は
十分に発揮されるのである。これらの作動をパルス的に
繰り返し続けて行えば、砥粒を被ブラスト物に対して常
に直撃するのと同様の高いブラスト効果が得られるので
ある。

［作用］次に本発明の方法に基づく作用を図面に基づいて説明
する。第１図及び第２図を参照されたい。ブラスト用噴
射器（１）より、噴射ガスと共に砥粒はパルス的に噴射
され、被ブラスト物（Ｗ）面上に打ち当たる。砥粒は比
較的微細なもの（0.1μφ〜30μφ）で、その表面積／
重量は極めて大であるため、殆ど気体の流れと共に運動
するものとして説明する。先ず、ブラスト用噴射器から
パルス的に噴射した流れは末広状に拡散し、その第１液
の先頭の噴射流（a,a₁）が被ブラスト物（Ｗ）面上に打
ち当り、続いてそれらに隣接する噴射流（b,b₁,c,c₁,
…）の先頭が逐次到達して、外方に向かって全面的に打
ち当たる。そしてそれらの流れの中の砥粒は被ブラスト
物面を直撃し、それらの一部は同面上に固着している異
物を直撃し、その力でそれらを剥離除去する。同時に、
該面上に打ち当たった流れは、それぞれの角度で反射流
（ａ′,a₁′,b′,b₁′,c′,c₁′，…）となって上方に
跳ね返る。しかしそれらの反射速度は上記衝突によりそ
のエネルギの大半を奪われ、跳ね返る量は相当減少し、
それらによって発生する乱流層（r1）の厚さも、当初は
比較的薄いものである。しかし第１波の波長が長すぎる
と、その乱流層の厚さも大となり、前述の如く障害をも
たらすので、第１波の長さ即ち各波の波長は適度のもの
の選ばれることが必要である。このようにして、上記噴
射流（a,a₁,b,b₁,c,c₁,…）はパルス的に中断される。
そうすれば、発生した乱流層（r1）即ちエアクッション
ゾーンの厚さも比較的薄いので、同第１波の中の砥粒の
噴射速度を減速させることなく、直撃に近い力で砥粒を
被ブラスト物（Ｗ）面上に打ち当てることができるので
ある。

以上のように第１波は中断し、被ブラスト物（Ｗ）面
上にはエアクッションゾーンの殆ど存在していない状態
の下に、次の噴射流の第２波が到達し、該面上を直撃
し、前述と同様のブラスト効果を発揮するのである。続
いて、第３波、第４波、…と繰り返しパルス的に砥粒を
打ち当てることによって、砥粒の直撃力を十分に発揮し
て従来以上にブラスト効果を上げることができるのであ
る。

以上の説明にては、ブラストを主として説明してきた
が、これは氷粒子噴射による洗浄をも包含されることは
前述の通りである。また後述の実施例においても、同様
であることはいうまでもない。

［実施例］その1. 凹凸のある被ブラスト物を洗浄する場合には、１個の
ブラスト用噴射器（２）又は被ブラスト物（W₁）を相対
的に移動させるか（第３図）、若しくは移動する１枚の
被ブラスト物（W₂）に対し、複数個のブラスト用噴射器
（3A,3B,3C）から複数方向より噴射するものである（第
４図）。理由は、凹凸ある被ブラスト物面上の陰影部を
も洗浄するためである。第４図、第５図の例において
は、E₁方向に移動する被ブラスト物（W₂,W₂′,W₂″）に
対し、３個のブラスト用噴射器（3A,3B,3C）から３方向
より噴射するものと、E₁方向からその中途においてE₂方
向へ、向きは変えずに移動方向のみを直角に変えた被ブ
ラスト物（W₂,W₂）に対し、２個のブラスト用噴射器
（3A,3D）から噴射するものであり、両者とも四方向か
らの砥粒の直撃を受けしめるものである。

その2. 比較的広幅の被ブラスト物に対しては、第６図に示す
ように被ブラスト物（W₃）を一方向に移動させつつ、ブ
ラスト用噴射器をトラバースさせ乍ら行うことによって
全面を洗浄することができるものである。

その3. 砥粒のパルス的噴射によってブラストされた被ブラス
ト物面上には、剥離した異物や氷粒子が残存している。
これらを該面上より除去するために、第７図に示すよう
に、砥粒のパルス的噴射流（Sl₄）にて洗浄した後、そ
の被ブラスト物（W₄）の次の道程上に圧縮気体用ノズル
（12）を設け、そのスプレイ（SG₁）によって上記残存
物を排除しようとするものである。同スプレイはパルス
的であることが望ましい。

それでもなお、被ブラスト物（W₄）面上の異物が除去
できない場合には、更にその次の道程上に第２次ブラス
ト用噴射器（11A）と、また同様に圧縮気体用ノズル（1
2A）を設けて、同じ作用を繰り返すことによって、完全
に異物を剥離除去し、洗浄することができるのである。

その4. 上記実施例その3.における砥粒の噴射と、それらの排
除とを一挙に行うものである。即ち上記二種のノズルを
並べて同一の被ブラスト物面上に噴射するのである。第
８図にてはその被ブラスト物の移動方向に対する側面図
を、また第９図においては正面図を示したものである
が、このように二種のノズル（15,16）をその噴射流方
向に対してパラレルに設けて、砥粒噴射流のパルス的間
隙をぬって圧縮気体のパルススプレイを、同一の被ブラ
スト物（W₅）面上に行う方法である。即ち、砥粒による
ブラストと、圧縮気体による残渣の排除とを同位相上で
パルス的に交互に行うものである。

その5. 砥粒の噴射だけでは、被ブラスト物（W₆）面上の固着
した異物の剥離が困難な場合には、第10図に示すよう
に、該被ブラスト物（W₆）に対し、外部より振動を与
え、その剥離作用を促進せしめるものである。

その6. 砥粒の噴射により剥離した異物が、被ブラスト物の面
上にそれらの自重により残留している場合には、前記実
施例その3.及びその4.にて述べたように、圧縮気体のパ
ルブスプレイによって排除することができるが、その圧
縮気体を用いずに異物を排除する方法が、第11図に示す
ような、被ブラスト物（W₇）を下向きとし、下方より上
向きに砥粒を噴射させる方法である。剥離した異物は、
いうまでもなく自重落下して、被ブラスト物面からは排
除される。ただし、砥粒を上向きに噴射するため、それ
らの速度はマイナス加速度により減少するという欠点も
ある。それを補うには、初速度を上げればよいことは明
らかである。

その7. 上記その6.における砥粒の噴射速度の減少を防ぐた
め、砥粒の噴射方向を斜めにし、そして被ブラスト物の
面を垂直とするか（第12図）、若しくは斜め下向き（第
13図）、斜め上向き（第14図）とすることもできる。

［効果］本発明の方法即ちブラスト用噴射器よりの砥粒のパル
ス的噴射によれば、被ブラスト物面上に発生するエアク
ッションゾーンを防ぎ、砥粒の直撃力を十分に発揮さ
せ、被ブラスト物面上に固着する異物の剥離除去作用を
より完全なものとし、更に被ブラスト物面上に残存する
異物を圧縮気体のパルス的スプレイなどによって払拭
し、ブラスト効果の完璧を期することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるブラスト用噴射器よりの砥粒のパ
ルス的噴射流の状態説明図第２図は上記パルス的噴射
流が被ブラスト物面上に衝突した瞬間の状態説明図第
３図は実施例その1.における一方向に移動する凹凸ある
被ブラスト物の影部に固着した異物に砥粒のパルス的噴
射流が直撃する状態説明図第４図は実施例その1.にお
ける凹凸ある被ブラスト物面に対し３個のブラスト用噴
射器により四方向から砥粒のパルス的噴射を行う場合の
正面説明図第５図は上図における平面図及び同図上の
仮想線は被ブラスト物の走行方向を中途にて直角に変
え、２個のブラスト用噴射器によって四方向から砥粒の
パルス的噴射を行う場合の平面説明図第６図は実施例
その2.における広幅状の被ブラスト物に対してトラバー
ス的に砥粒のパルス的噴射を行う場合の軌跡図第７図
は実施例その3.における一方向にコンベア上を走行する
被ブラスト物に対し、先ず第一道程において砥粒をパル
ス的に噴射し次の道程において圧縮気体をパルス的に打
ち当て、被ブラスト物面上の残渣を拂拭する説明図第
８図は実施例その4.におけるブラスト用噴射器と気体用
ノズルとを並べて同一の被ブラスト物面上にそれぞれパ
ルス的に噴射させ、砥粒によるブラストと気体による残
渣排除とをパルス的に交互に行う場合の側面説明図第
９図は同上の正面図第10図は実施例その5.における、
被ブラスト物に対し外部より振動を与え、異物の剥離作
用を促進せしめる場合の側面説明図第11図は実施例そ
の6.における被ブラスト物を下向きとし、下方より上方
に向けてパルス的ブラストを行う場合の説明図第12図
は実施例その7.における、被ブラスト物を垂直としてブ
ラストを行う説明図第13図は上記実施例の他の例で被
ブラスト物面を斜め下方に向けてブラストを行う説明図
第14図は上記実施例の他の例で被ブラスト物面を斜め
上方に向けてブラストを行う説明図第15図は従来の氷
粒子の連続的噴射によるブラスト式洗浄の基本的構造図
第16図は氷粒子の連続的噴射により発生する乱流層の
状態説明図主要な符号の説明 1,2,3A,3B,3C,3D,11,15,21,25,31,35,41……ブラスト用
噴射器、12,16……気体用ノズル、23……振動発生装
置、S1₁,Sl₂,Sl₃,……砥粒のパルス的噴射流、SG₁,SG₂,
SG₃……気体のパルス的噴射流、W,W₁,W₂,……被ブラス
ト物

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B24C 1/00,1/04 B24C 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ブラスト用噴射器（15）よりの砥粒のパル
ス的噴射流（Sl₆）の中断の間隙を縫って、ほぼその同
位相上に他の気体用ノズル（16）より圧縮気体を同一の
被ブラスト物（W₅）面上に向けてパルス的に噴射（S
G₃）させることを特徴とする、ブラスト法。
【請求項２】ブラスト用噴射器（11）よりの砥粒のパル
ス的噴射流（Sl₄）を被ブラスト物（W₄）面上に打ち当
て終わった後、該面上に向けて他の気体用ノズル（12）
より圧縮気体をパルス的に噴射（SG₁）させることを特
徴とする、ブラスト法。