JP5703584B2 - 加工装置および液体送出吸引装置 - Google Patents
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Description
このように、特許文献1の表面加工装置では、被処理物に対して所望のエッチング処理を行うことができないという問題がある。
[適用例1]
本発明の加工装置は、被処理物にエッチング液を供給することにより所望の形状に加工する加工装置であって、
前記被処理物を支持する支持台と、
前記被処理物に対して前記エッチング液を送出する送出口および前記送出口から送出された前記エッチング液を吸引する吸引口を有するノズルと、
シャッター部を有するシャッター装置と、を備え、
前記支持台と前記ノズルとは相対移動し、
前記シャッター装置は、前記シャッター部が前記被処理物と前記送出口との間に配置され、前記送出口から前記被処理物への前記エッチング液の供給を遮断する遮断状態と、前記シャッター部が前記被処理物と前記送出口との間から退避し、前記送出口から前記被処理物へ前記エッチング液を供給する供給状態とを選択でき、
前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の単位時間当たりの流量が所定値に到達するまで、前記シャッター部が前記遮断状態にあることを特徴とする。
これにより、被処理物に対して所望のエッチング処理を行うことができる加工装置を提供することができる。
本発明の加工装置では、前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の温度が所定値に到達するまでは、前記シャッター部が前記遮断状態にあることが好ましい。
これにより、被処理物の全域を所定のエッチングレートにて加工することができるため、被処理物に対して高精度のエッチング処理を施すことができる。
[適用例3]
本発明の加工装置は、被処理物にエッチング液を供給することにより所望の形状に加工する加工装置であって、
前記被処理物を支持する支持台と、
前記被処理物に対して前記エッチング液を送出する送出口および前記送出口から送出された前記エッチング液を吸引する吸引口を有するノズルと、
シャッター部を有するシャッター装置と、を備え、
前記支持台と前記ノズルとは相対移動し、
前記シャッター装置は、前記シャッター部が前記被処理物と前記送出口との間に配置され、前記送出口から前記被処理物への前記エッチング液の供給を遮断する遮断状態と、前記シャッター部が前記被処理物と前記送出口との間から退避し、前記送出口から前記被処理物へ前記エッチング液を供給する供給状態とを選択でき、
前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の温度が所定値に到達するまでは、前記シャッター部が前記遮断状態にあることを特徴とする。
[適用例4]
本発明の加工装置では、前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の単位時間当たりの流量が所定値に到達するまで、前記シャッター部が前記遮断状態にあることが好ましい。
本発明の加工装置では、前記ノズルと前記被処理物の縁部との間に前記シャッター部があることが好ましい。
これにより、被処理物に対して高精度のエッチング処理を施すことができる。
[適用例6]
本発明の加工装置では、前記送出口から前記エッチング液が送出されている状態で、前記シャッター部を前記遮断状態とすることにより前記被処理物への前記エッチング液の供給を遮断することが好ましい。
これにより、被処理物に対して高精度のエッチング処理を施すことができる。
本発明の加工装置では、前記ノズルと前記被処理物とが対向したまま、前記シャッター部が前記供給状態から前記遮断状態へ変わることが好ましい。
これにより、被処理物に対して高精度のエッチング処理を施すことができる。
[適用例8]
本発明の加工装置では、前記被処理物への前記エッチング液の供給を終了する際には、前記シャッター部を前記供給状態から前記遮断状態とした後に、前記送出口からの前記エッチング液の送出を停止することが好ましい。
これにより、被処理物に対して高精度のエッチング処理を施すことができる。
本発明の加工装置では、前記被処理物への前記エッチング液の供給を一時的に停止する際には、前記シャッター部を前記供給状態から前記遮断状態とすることが好ましい。
これにより、被処理物に対して高精度のエッチング処理を施すことができる。
本発明の加工装置では、前記被処理物への前記エッチング液の供給を一時的に停止する際には、前記送出口から前記エッチング液を送出させた状態を維持したまま、前記シャッター部を前記供給から前記遮断状態とすることが好ましい。
これにより、被処理物に対して高精度のエッチング処理を施すことができる。
本発明の加工装置では、前記シャッター部は、前記ノズルと一体的に移動することが好ましい。
これにより、確実かつ迅速に、シャッター部を遮断状態または供給状態にすることができる。
[適用例12]
本発明の液体送出吸引装置は、液体を送出および吸引する液体送出吸引装置であって、
支持台と、
前記支持台に対して前記液体を送出する送出口および前記送出口から送出された前記液体を吸引する吸引口を有するノズルと、
シャッター部を有するシャッター装置と、を備え、
前記支持台と前記ノズルとは相対移動し、
前記シャッター装置は、前記シャッター部が前記支持台と前記送出口との間に配置され、前記送出口から前記支持台への前記液体の供給を遮断する遮断状態と、前記シャッター部が前記支持台と前記送出口との間から退避し、前記送出口から前記支持台へ前記液体を供給する供給状態とを選択でき、
前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の単位時間当たりの流量が所定値に到達するまで、前記シャッター部が前記遮断状態にあることを特徴とする。
[適用例13]
本発明の液体送出吸引装置は、液体を送出および吸引する液体送出吸引装置であって、
支持台と、
前記支持台に対して前記液体を送出する送出口および前記送出口から送出された前記液体を吸引する吸引口を有するノズルと、
シャッター部を有するシャッター装置と、を備え、
前記支持台と前記ノズルとは相対移動し、
前記シャッター装置は、前記シャッター部が前記支持台と前記送出口との間に配置され、前記送出口から前記支持台への前記液体の供給を遮断する遮断状態と、前記シャッター部が前記支持台と前記送出口との間から退避し、前記送出口から前記支持台へ前記液体を供給する供給状態とを選択でき、
前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の温度が所定値に到達するまでは、前記シャッター部が前記遮断状態にあることを特徴とする。
<第1実施形態>
図1は、本発明の表面加工装置の第1実施形態の概略構成を示す図、図2は、図1に示す表面加工装置が有する温度制御部の構成を示す図、図3は、図1に示す表面加工装置が有するシャッターを示す平面図および断面図、図4は、図3に示すシャッターの機能を説明する断面図、図5は、ワークに対するノズルの移動ルートを示す平面図、図6は、図1に示す表面加工装置が有する制御部のブロック図である。なお、以下の説明では、図1および図4中の上側を「上」、下側を「下」と言い、図4中の左側を「左」、右側を「右」と言う。
エッチング処理が施されるワーク10の構成材料は、特に限定されず、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラス、水晶等の結晶性材料、アルミナ、シリカ、チタニア等の各種セラミックス、シリコン、ガリウム−ヒ素等の各種半導体材料、ダイヤモンド、黒鉛等の炭素系材料、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー、フェノール樹脂、アクリル樹脂等各種プラスチック(樹脂材料)のような誘電体材料で構成されたもの、その他、例えば、アルミニウム、銅、鉄系金属のような各種金属材料が挙げられる。
また、ワーク10の形状は、特に限定されず、例えば、板状、ブロック状等であってもよい。また、ワーク10の平面視形状としても特に限定されず、例えば、正方形、長方形、円形等であってもよい。なお、以下では、説明の便宜上、ワーク10として、平面視形状が矩形の板状をなすものについて代表して説明する。
[支持装置]
図1に示すように、支持装置2は、チャッキングプレート(支持台)21と、固定手段22とを有している。
(チャッキングプレート)
チャッキングプレート21は、ワーク10を支持する機能を有する。このような機能を有するチャッキングプレート21は、本実施形態では、板状をなしている。ただし、チャッキングプレート21の形状は、ワーク10を支持することができれば、特に限定されず、板状でなくてもよい。
固定手段22は、チャッキング面211にワーク10を固定する機能を有する。ワーク10をチャッキング面211に固定することにより、チャッキングプレート21に対するワーク10の姿勢および位置をエッチング処理中一定に保つことができるため、ワーク10に対して所望のエッチング処理を行うことができる。特に、本実施形態のような表面加工装置1では、ワーク10をチャッキングプレート21に吊り下げるように支持するため、固定手段22により、ワーク10のチャッキングプレート21からの落下を防止することができる。
エッチング液供給装置3は、チャッキングプレート21に固定されたワーク10の被処理面(下面)101にエッチング液を供給し、ワーク10に対して所望のエッチング処理を行う機能を有する。
図1に示すように、エッチング液供給装置3は、ワーク10の被処理面101(チャッキング面211)に沿って移動可能に設けられたノズル4と、ノズルとワーク10との間に設けられたシャッター装置5と、ノズル4およびシャッター装置5の駆動を制御する制御部6と、エッチング液をノズル4から送出し、回収するエッチング液循環装置7とを有している。
図1に示すように、ノズル4は、チャッキングプレート21に固定されたワーク10(被処理面101)の下方に位置するように設けられている。また、ノズル4は、外管41と、外管41の内側に設けられた内管42とを有している。なお、外管41および内管42の横断面形状としては、特に限定されず、例えば、正方形、円形等とすることができる。
エッチング液循環装置7は、エッチング液をノズル4の送出口4aから送出する送出管71と、エッチング液をノズル4の吸引口4bから回収する回収管72と、エッチング液を貯留する貯留タンク73と、貯留タンク73から送出管71へエッチング液を送出する送液ポンプ74と、送出管71へ送出するエッチング液の流量を調節する流量調節バルブ75および流量計76と、ワーク10の被処理面101に付着したエッチング液(エッチング処理の用に供されたエッチング液)を吸引して回収するための吸引ポンプ77と、ノズル4から送出するエッチング液の温度を調節(制御)する温度制御部78とを有している。
また、ヒーター782としては、貯留タンク73内のエッチング液を加熱することができれば特に限定されず、例えば、ニクロム線等の線状発熱体を用いてもよいし、シリコンラバーヒーター等の面状発熱体を用いてもよい。また、ヒーター782の配置は、貯留タンク73内のエッチング液を加熱することができれば特に限定されず、貯留タンク73の外周付近に設置されていてもよい。
シャッター装置5は、主に(1)送出口4aから送出されるエッチング液の流量(単位時間に送出口4aから送出される量)および温度が共に所定値となるまで、エッチング液をワーク10の被処理面101に供給させない機能と、(2)送出口4aから被処理面101へのエッチング液の供給を停止(終了または一時停止)する機能とを有している。このようなシャッター装置5を有することにより、後述するように、ワーク10に対して高精度なエッチング処理を行うことができる。
このようなシャッター装置5は、図4(a)に示すように、シャッターブレード51がノズル4とワーク10(チャッキングプレート21に固定されたワーク10、以下同様)との間に位置する第1の状態(遮断状態)と、図4(b)に示すように、シャッターブレード51がノズル4とワーク10との間から退避する第2の状態(供給状態)とを取ることができる。
・第1の効果
前述したように、エッチング液のワーク10に対するエッチングレートは、エッチング液の温度によって異なる(一般に、エッチング液の温度が上がるに連れてエッチングレートが高くなる)。そのため、ワーク10に対して高精度なエッチング処理を施すためには、送出口4aから送出されるエッチング液の温度をエッチング開始時から終了時まで一定に保つことにより、エッチングレートを一定に保つことが重要となる。
エッチング液のワーク10に対するエッチングレートは、第1の効果で述べたエッチング液の温度の他、送出口4aから送出されるエッチング液の流量(単位時間に送出口4aから送出される量)によっても異なる。一般に、エッチング液の流量が多くなるに連れてエッチングレートが高くなる。そのため、ワーク10に対して高精度なエッチング処理を施すためには、送出口4aから送出されるエッチング液の流量をエッチング開始時から終了時まで一定に保ち、エッチングレートを一定に保つことが重要となる。
本実施形態の表面加工装置1では、ノズル4(送出口4a)が、被処理面101に対して小さく設定されているため、ノズル4からエッチング液を送出させながら、ノズル4を被処理面101に対して移動させることにより、被処理面101の全域にエッチング液を供給し、ワーク10に対してエッチング処理を行う。ここで、被処理面101に対するノズル4の移動ルートとしては、特に限定されないが、例えば、図5に示すように、図5中横方向に往復しながら、図5中縦方向に移動するルートRを用いることができる。このようなルートRを採用することにより、効率的に被処理面101の全域にエッチング液を供給することができる。
前述したように表面加工装置1では、ノズル4をルートRに沿って移動させることにより、被処理面101の全域にエッチング液を供給することができるようになっている。しかしながら、ワーク10の厚さや被処理面101の面形状によっては、被処理面101内にエッチング処理を必要としない領域(以下、「非エッチング領域」と言う)が存在する場合もある。そのため、このような非エッチング領域の直下をノズル4が通過する際には、被処理面101へのエッチング液の供給を一時的に停止する必要がある。しかしながら、ノズル4からのエッチング液の送出自体を停止すると、前述したように、ノズル4からのエッチング液の送出を再開してから所定時間内は、ノズル4から送出されるエッチング液の流量が所定値に維持されていない状態で被処理面101にエッチング液が供給されるため、被処理面101の一部が所定値と異なるエッチングレートでエッチングされてしまう。
被処理面101の全域へのエッチング液を供給を終え、ノズル4からのエッチング液の送出を終了する場合には、例えば送液ポンプ74を停止したり、流量調節バルブ75を閉じたり、この両方を行ったりすればよい。なお、以下、説明の便宜上、送液ポンプ74を停止する場合について代表して説明する。
図6に示すように、制御部6は、ノズル4をシャッター装置5と共に平面内(被処理面101上)で移動させるノズル移動装置61と、加工前および目標とする加工後のワーク10の表面のプロファイルを記憶する記憶部62と、これら2つのプロファイルおよびエッチング液の単位時間当たりのエッチング量(エッチング深さ)から、ノズル4の移動速度を算出する演算部63と、その演算結果に基づきノズル4の移動速度を制御するとともにノズル4とワーク10の離間距離を一定に保つようにノズル移動装置61を制御する移動制御部64と、演算部63の演算結果に基づきシャッター装置5を第1状態および第2の状態のいずれか一方とするシャッター制御部65とを有している。
以上、表面加工装置1について説明した。
[テスト工程]
まず、表面加工装置1を使用する前に、予備実験として、ワーク10と同じ材料から成る試料(テストピース)を用いて、ノズル4(送出口4a)から所定温度かつ所定流量に維持されたエッチング液を試料表面に送出し、その場合の単位時間当たりのエッチング量(エッチング深さ)を実験的に求めておく。また、このエッチング深さの測定をノズル4を一定の速度で移動させながら行う。この測定を複数の速度で行うことにより、ノズル4の移動速度とエッチング深さの関係を求めることができる。ワーク10の被処理面101上の各点におけるエッチングすべき加工深さが決まれば、ここで求めたノズル4の移動速度と加工深さの関係から、ノズル4の移動速度を定めることができる。
次に、ワーク10の被処理面101の加工前のプロファイルを測定する。この測定は、既存の表面形状測定装置や表面粗さ測定装置等を用いて行うことができる。得られた測定結果を制御部6の記憶部62に記憶させる。次に、演算部63は、記憶部62に記憶されたワーク10の被処理面101の加工前および目標とする加工後のワーク10の被処理面101のプロファイルとの差から、ワーク10の被処理面101上の各位置において加工すべきエッチング深さを算出する。演算部63は更に、前述のノズル4の移動速度とエッチング深さの関係から、被処理面101上の各位置におけるノズル4の移動速度を算出する。また、演算部63は、記憶部62に記憶された被処理面101の平面視形状とノズル4の移動ルート(前述したルートR)および移動速度とから、ノズル4がルートR上の地点R1、R2を通過する時刻(タイミング)を算出する。
まず、移動制御部64により制御されたノズル移動装置61によって、ノズル4をルートRのエッチング開始地点Rsに位置させると共に、シャッター制御部65によって、シャッター装置5を第1の状態とする。
次いで、送液ポンプ74を作動させて流量調節バルブ75を調節することにより貯留タンク73からノズル4を通してエッチング液を送出すると共に、温度制御部78を駆動しエッチング液を加熱する。この状態で、ノズル4から送出されるエッチング液が所定流量に維持されるとともに、エッチング液が所定温度に維持されるまで(すなわち、前述した準備期間T1、T2が共に終了するまで)待機する。
これにより、ワーク10の被処理面101の各点において、前述の算出された加工すべき深さにエッチングがなされ、所望のプロファイルが得られる。
次に、本発明の加工装置(表面加工装置)の第2実施形態について説明する。
図7は、本願発明の第2実施形態にかかる表面加工装置が備えるノズルの平面図、図8は、図7に示すノズルの変形例を示す平面図である。
以下、第2実施形態の表面加工装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第2実施形態にかかる加工装置(表面加工装置)では、ノズル4Aの構成が異なる以外は、前述した第1実施形態の表面加工装置1と同様である。なお、図7および図8にて、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図7(b)に示すように、このようなノズル4Aは、被処理面101の平面視にて、制御部6の制御により送出口4aの配列方向に直交する方向(図7(b)中の矢印方向)に移動する。これにより、より短時間で被処理面101の全域へエッチング液を供給することができる。
以上のような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次に、本発明の加工装置(表面加工装置)の第3実施形態について説明する。
図9は、本願発明の第3実施形態にかかる表面加工装置が備えるシャッターの平面図である。
以下、第3実施形態の表面加工装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第3実施形態にかかる加工装置(表面加工装置)では、シャッター装置5Bの構成が異なる以外は、前述した第1実施形態の表面加工装置1と同様である。なお、図9にて、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
以上のような第3実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
また、本発明の加工装置および液体送出吸引装置が有するシャッターとして、第1実施形態の構成や、第3実施形態の構成について説明したが、シャッターの構成としては、前述した第1の状態と第2の状態とをとることができれば、特に限定されず、例えば、シャッターブレードを複数枚有していてもよい。
7……エッチング液循環装置 71……送出管 72……回収管 73……貯留タンク
74……送液ポンプ 75……流量調節バルブ 76……流量計 77……吸引ポンプ
78……温度制御部 781……温度検知素子 782……ヒーター 783……駆動制御部 79……循環経路 R1、R2……地点 Rs……エッチング開始地点
Claims (13)
- 被処理物にエッチング液を供給することにより所望の形状に加工する加工装置であって、
前記被処理物を支持する支持台と、
前記被処理物に対して前記エッチング液を送出する送出口および前記送出口から送出された前記エッチング液を吸引する吸引口を有するノズルと、
シャッター部を有するシャッター装置と、を備え、
前記支持台と前記ノズルとは相対移動し、
前記シャッター装置は、前記シャッター部が前記被処理物と前記送出口との間に配置され、前記送出口から前記被処理物への前記エッチング液の供給を遮断する遮断状態と、前記シャッター部が前記被処理物と前記送出口との間から退避し、前記送出口から前記被処理物へ前記エッチング液を供給する供給状態とを選択でき、
前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の単位時間当たりの流量が所定値に到達するまで、前記シャッター部が前記遮断状態にあることを特徴とする加工装置。 - 前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の温度が所定値に到達するまでは、前記シャッター部が前記遮断状態にある請求項1に記載の加工装置。
- 被処理物にエッチング液を供給することにより所望の形状に加工する加工装置であって、
前記被処理物を支持する支持台と、
前記被処理物に対して前記エッチング液を送出する送出口および前記送出口から送出された前記エッチング液を吸引する吸引口を有するノズルと、
シャッター部を有するシャッター装置と、を備え、
前記支持台と前記ノズルとは相対移動し、
前記シャッター装置は、前記シャッター部が前記被処理物と前記送出口との間に配置され、前記送出口から前記被処理物への前記エッチング液の供給を遮断する遮断状態と、前記シャッター部が前記被処理物と前記送出口との間から退避し、前記送出口から前記被処理物へ前記エッチング液を供給する供給状態とを選択でき、
前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の温度が所定値に到達するまでは、前記シャッター部が前記遮断状態にあることを特徴とする加工装置。 - 前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の単位時間当たりの流量が所定値に到達するまで、前記シャッター部が前記遮断状態にある請求項3に記載の加工装置。
- 前記ノズルと前記被処理物の縁部との間に前記シャッター部がある請求項1ないし4のいずれか一項に記載の加工装置。
- 前記送出口から前記エッチング液が送出されている状態で、前記シャッター部を前記遮断状態とすることにより前記被処理物への前記エッチング液の供給を遮断する請求項5に記載の加工装置。
- 前記ノズルと前記被処理物とが対向したまま、前記シャッター部が前記供給状態から前記遮断状態へ変わる請求項1ないし6のいずれか一項に記載の加工装置。
- 前記被処理物への前記エッチング液の供給を終了する際には、前記シャッター部を前記供給状態から前記遮断状態とした後に、前記送出口からの前記エッチング液の送出を停止する請求項7に記載の加工装置。
- 前記被処理物への前記エッチング液の供給を一時的に停止する際には、前記シャッター部を前記供給状態から前記遮断状態とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の加工装置。
- 前記被処理物への前記エッチング液の供給を一時的に停止する際には、前記送出口から前記エッチング液を送出させた状態を維持したまま、前記シャッター部を前記供給から前記遮断状態とする請求項9に記載の加工装置。
- 前記シャッター部は、前記ノズルと一体的に移動する請求項1ないし10のいずれか一項に記載の加工装置。
- 液体を送出および吸引する液体送出吸引装置であって、
支持台と、
前記支持台に対して前記液体を送出する送出口および前記送出口から送出された前記液体を吸引する吸引口を有するノズルと、
シャッター部を有するシャッター装置と、を備え、
前記支持台と前記ノズルとは相対移動し、
前記シャッター装置は、前記シャッター部が前記支持台と前記送出口との間に配置され、前記送出口から前記支持台への前記液体の供給を遮断する遮断状態と、前記シャッター部が前記支持台と前記送出口との間から退避し、前記送出口から前記支持台へ前記液体を供給する供給状態とを選択でき、
前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の単位時間当たりの流量が所定値に到達するまで、前記シャッター部が前記遮断状態にあることを特徴とする液体送出吸引装置。 - 液体を送出および吸引する液体送出吸引装置であって、
支持台と、
前記支持台に対して前記液体を送出する送出口および前記送出口から送出された前記液体を吸引する吸引口を有するノズルと、
シャッター部を有するシャッター装置と、を備え、
前記支持台と前記ノズルとは相対移動し、
前記シャッター装置は、前記シャッター部が前記支持台と前記送出口との間に配置され、前記送出口から前記支持台への前記液体の供給を遮断する遮断状態と、前記シャッター部が前記支持台と前記送出口との間から退避し、前記送出口から前記支持台へ前記液体を供給する供給状態とを選択でき、
前記送出口からの前記エッチング液の送出が開始されてから、前記送出口から送出される前記エッチング液の温度が所定値に到達するまでは、前記シャッター部が前記遮断状態にあることを特徴とする液体送出吸引装置。
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