JPH1058325A

JPH1058325A - ブラスト加工方法及び装置

Info

Publication number: JPH1058325A
Application number: JP21020396A
Authority: JP
Inventors: Keiji Mase; 恵二間瀬; Shinji Kanda; 真治神田
Original assignee: Fuji Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】小型のブラストガンを使用することなく高精
度な微細加工をより均一に効率よく行う。【解決手段】圧縮空気流により吸引された研磨材を吸
引するブラストガンにより、研磨材誘導室１２内の研磨
材を圧縮空気流と共にノズル４２より被加工物へ噴射す
る。このノズル４２の研磨材と圧縮空気の混合流体噴射
流を、短辺又は短径に対する長辺又は長径が１０倍以上
の幅狭で細長の断面形状で、この断面形状が前記短辺又
は短径に対して１０倍以上の高さまで一定に画定する研
磨材拡散空間へ導入する。研磨材に直進性を付与でき拡
散せずに凹部の側壁面に衝突する研磨材が少ない噴射状
態が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はブラスト加工方法及
び装置、より詳しくは、微粉研磨材を圧縮空気などの加
圧流体と共にブラストガンから高速で噴射して被加工物
に高精度の微細な溝条、円筒状、角筒状など形状を問わ
ず種々の形状の盲穴などの凹部（以下、単に「凹部」と
いう。）もしくは、スリットなどの孔部を研削加工する
方法及び装置に関する。

【０００２】例えば、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）
のリブないし障壁を高精細に形成するために、ガラス等
でなる基盤上に低融点ガラスペーストを積層し、この低
融点ガラスペーストの表面に所定形状のレジスト層のマ
スキングをパターニング形成し、このレジスト層側の表
面からブラスト加工してレジスト層以外の低融点ガラス
ペーストを放電空間となる断面方形の微細な溝にパター
ン形成し、高精細なリブをパターニング形成する。この
高精細なリブを形成するためには高精度な凹部を得るこ
とが要求されており、本発明は、ＰＤＰだけでなく、半
導体など、電子機器の部品となるサファイア、硝子、シ
リコンウエハー、セラミックスなど他の製品におけるレ
ーザー加工に不適当な微細な凹部もしくは孔部を高精度
に、しかも、超音波加工のように高いコストをかけず
に、加工する技術分野も含まれるが、特にＰＤＰ等の高
精細なリブを形成するために適用して好適な当該リブの
ブラスト加工方法及び装置にも関するものである。

【０００３】

【従来技術】従来、被加工物に対してその表面に微細な
凹部を形成し、もしくは孔部を形成する場合、被加工物
の表面に樹脂等のマスキングをパターニングし、このパ
ターニングされた被加工物の表面にブラストガンから微
粉研磨材を噴射し、マスキングされていない部分をブラ
スト加工し、リブあるいは孔部をパターン形成してい
た。

【０００４】例えば、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）
のリブを高精細に形成するためには、図９に示すよう
に、ガラス等でなる基盤上に積層された低融点ガラスペ
ーストでなる被加工物の表面に、平行（ストライプ状）
あるいは格子状のパターン等の所定形状のレジスト層
（マスキング）をパターニング形成する。このレジスト
層側の表面にブラスト加工してレジスト層以外の低融点
ガラスペーストの部分を放電用空間となる溝条に形成
し、レジスト層の部分でリブを形成する。

【０００５】従来、一般的に、ブラスト加工装置のサク
ション式ブラストガンは、例えば図８に示すようなブラ
ストガン１０において、ガン本体１１に、ブラスト加工
装置の回収タンクからホース３１を介して研磨材導入口
２４に連通し、研磨材が誘導される略円筒容器状の研磨
材誘導室１２が形成され、この研磨材誘導室１２の前端
部には円錐状に絞られた円錐内面１６が形成され、この
円錐内面１６に貫通するノズル１４を設けている。そし
て、前記円錐内面１６の内側に、研磨材誘導室１２の後
方から挿入されたジェット１３の先端部が配置されてい
る。このジェット１３は図示せざる圧縮空気供給源にホ
ース３２を介して連通されており、比較的高圧の圧縮空
気が送られる。

【０００６】１５はホルダで、内周面にテーパ部を備え
た円筒形状をなし、ホルダ１５の内周のテーパ部でノズ
ル１４の外周のテーパ部を外嵌し、ホルダ１５の外周に
設けたネジ部でガン本体１１に螺着することによりノズ
ル１４をガン本体１１に固定している。

【０００７】前記ジェット１３の先端から圧縮空気をノ
ズル１４へ向けて噴射すると、研磨材誘導室１２内が負
圧になるので、この負圧により図示せざる回収タンクの
研磨材がホース３１を経て研磨材誘導室１２へ吸引され
る。研磨材誘導室１２内の研磨材は、前記円錐内面１６
とジェット１３の外周の環状の間隙部分に誘導され、ジ
ェット１３の圧縮空気流に乗って、ノズル１４から外部
へ円錐状に拡散しながら噴射され、被加工物Ｗに凹部な
どを形成する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のブラ
スト加工方法及び装置においては、ブラストガン１０か
ら噴射された研磨材は、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示
されるように、被加工物の表面上を平面的に見ると、研
磨材はブラストガンの周囲３６０°の方向に跳ね返り、
反射ないし拡散する〔図９（Ａ）〕。これは、ブラスト
ガンを４５度程度迄被加工物表面に対して傾けて噴射し
た場合も同様である。通常のブラスト加工では、噴射角
度は、９０°から４５°の範囲で行われるので、図１０
の二点鎖線で示すような所望の方形の加工断面形状に対
して側壁面が大きくえぐられるように削り取られ、しか
も底面偶角部が研削されないので、形成されるリブの強
度が弱くなり、品質が低下するという問題点があった。
ブラストガンを４５度以下に傾けた場合にも角度の小さ
い傾けた側の方向への反射が、部分的に弱くなるにすぎ
ない。

【０００９】特に、ストライプ状のリブの長手方向に対
して直交する方向に反射した研磨材はリブの側壁面に衝
突し、リブの側壁面を削り取る強い衝突力となる。

【００１０】また、凹部の断面形状を画定する表面積
や、孔部の加工面積が微細なものとなると、たとえ微粉
研磨材でブラスト加工しても、被加工物表面と同一の断
面形状での加工可能な深さに大きな限界があり、所望の
深さ、ないし形状に加工できないという問題点があっ
た。

【００１１】また、ブラスト加工により凹部を加工する
場合、特に、ブラストガンのノズル径より小さな凹部を
形成するときは凹部からの圧縮空気の抜けが悪く、ま
た、凹部の内壁に衝突した研磨材が凹部外へ排出されず
に、とくに底面偶角部に堆積してしまい、一旦、凹部内
に研磨材が堆積してしまうと、後続する研磨材で凹部を
さらに深くすることができないという問題点があった
〔図１１（Ａ）〕。

【００１２】したがって、通常は、凹部より小径のノズ
ルのブラストガンで凹部の一方の壁面側から噴射するこ
とにより、研磨材と圧縮空気の混合流体噴射流を、とく
に凹部内の研磨材が排出されるように傾けて行っている
〔図１１（Ｂ）〕。このように微細な凹部を加工するに
は、噴射された混合流体が円滑に凹部から流出するよう
にしなければならず、従って、微細な凹部を加工する場
合に大径のノズルを使用することは、不適切となる。す
なわち、大径のノズルでは、前記混合流体の円滑な流出
を図ることが非常に困難となるからであった。凹部が広
い場合にも底面偶角部が研削されないという問題点は、
以前として残されている。

【００１３】さらに、小径のノズルのブラストガンでは
以下の問題点があった。

【００１４】（１）生産性を向上するには小径のノズル
から成る多数の小型のブラストガンが必要になるので、
設備費が高くなる。

【００１５】（２）ノズル単位の加工幅は必然的に狭い
ため、ブラストガンの移動速度が遅いとリブの側壁面が
局部的に削り取られる量が大きくなる。複数のブラスト
ガンを用いたとしても各ブラストガンの加工を均一に行
うためには各ブラストガンの移動速度を相当速くしなけ
ればならない。すなわち、小径のノズルから成る多数の
ブラストガンを用いる場合、各ブラストガンで各凹部の
ブラスト加工を均一に行うためにはブラストガンの移動
速度をかなり速くしないと加工できない。例えば、ワ−
クがＸ方向に移動し、ブラストガンがＹ方向に往復運動
してブラスト加工している場合、均一にブラスト加工す
るためには、ブラストガンがＹ方向に１往復する間にワ
−クはＸ方向に研磨材の噴射幅以下の速さで移動されな
ければならない。したがって、凹部の幅に対応して噴射
ノズルの研磨材噴射幅が狭いときは、ワ−クの送り速度
を遅くするか、あるいは、ブラストガンの移動速度を速
くするかしてブラスト加工の均一性を維持しながらブラ
スト加工の効率を上げる必要がある。しかしながら、こ
の方法では、加工効率を上げようとしても自ずから限界
がある。（３）多数の小径のノズルから成る小型のブラストガン
を集めて全体として一つのブラストガンのように扱う方
法は、各ブラストガンにおけるブラスト加工状態が均一
ではなくなり安定性に欠ける。例えば、複数のノズルを
Ｘ方向に並べて各噴射ノズルの研磨材噴射幅が互いにあ
まり重ならないようにして、同期してＹ方向へ移動する
としても、複数本のノズルの全体の研磨材噴射幅の２倍
の距離だけＸ方向に送られる速さでなければ均一なブラ
スト加工をすることはできない。ノズルを１本増やせば
ワ−クの送り速度を速くしなければならず、逆に減らせ
ばワ−クの送り速度を遅くしなければ均一な加工は得ら
れない。

【００１６】従って、複数のノズルを使用するとして
も、各ノズルを同期する必要があるので技術的に困難で
ある。

【００１７】（４）エア式のブラストガンは研磨材が圧
縮空気流に乗って流れるので、小径のノズルのブラスト
ガンでは研磨材に対するノズル内壁面の壁面抵抗が大き
くなるなどの理由で、研磨材の噴射状態の安定性に欠け
る。

【００１８】（５）研磨材の流動性は、湿度による変
化、異物の混入、被加工物への衝突による研磨材の粒度
の変化、ブラストガン内を研磨材が通過するときの磨耗
によるノズル内の断面積の変化などの影響を受けるので
あるが、特に小型のブラストガンは前述した影響の度合
いが大きい。

【００１９】（６）さらに、微細な加工を行う際に用い
られる微粉研磨材は、空気抵抗を受けやすく直進性がな
いため、従来のノズルでは、３６０°放射状に拡散して
噴射されることになり、均一で微細な穿孔あるいは凹部
研削加工は困難な作業であった。

【００２０】微細な凹部ないし孔部を加工するには、マ
スクの厚さが薄くなるためにマスクの耐久性が低下し、
マスクの接着面積が小さいので接着強度も低下する。

【００２１】また、噴射された研磨材が被加工物で反射
して凹部から排出されるときにマスクに対して横方向か
らぶつかって飛び出す（横なぐりの強さ）ため、マスク
が容易に剥がれることになる。この横なぐりの強さは凹
部の面積が大きいほど強くなる。

【００２２】本発明は叙上の課題を解決するために開発
されたもので、その目的は、高精度に微細な凹部ないし
孔部をより均一に効率よく、しかもより深く形成し、例
えばＰＤＰ等の高精細なリブを形成することに寄与する
ブラスト加工方法及び装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のブラスト加工方法にあっては、圧縮空気供
給源に連通するジェット１３の空気噴射方向前方の、一
般的には、ノズル４２とジェット１３の間の、研磨材供
給源に連通する研磨材誘導室１２よりジェット１３の圧
縮空気流とこの圧縮空気流により吸引された研磨材を、
研磨材誘導室１２内の研磨材を圧縮空気流と共に混合流
体として被加工物へ噴射するブラストガンによりブラス
ト加工する方法であって、前記ブラストガンの研磨材噴
射方向前方に形成される研磨材拡散空間、すなわち、平
面において、短辺又は短径に対する長辺又は長径が１０
倍以上の幅狭で細長の断面形状で、この断面形状が前記
短辺又は短径に対して１０倍以上の高さまで一定に画定
する研磨材拡散空間へ研磨材と圧縮空気の混合流体噴射
流を導入して被加工物の表面に研磨材を噴射して高精度
な凹部等を加工するものである。

【００２４】また、前記研磨材拡散空間の断面形状は短
辺又は短径が０．２〜３mmで、長辺又は長径が５０〜５
００mmの幅狭で細長とすることができる。

【００２５】さらに、前記研磨材拡散空間の断面形状の
長辺又は長径方向をブラストガン４０又は被加工物の移
動方向に対して直交する方向に位置せしめ、且つ、前記
ブラストガン又は被加工物の少なくとも一方を、被加工
物に形成されるべき溝条凹部の長手方向に平行に前進あ
るいは後退移動することも、効果的である。

【００２６】また、前記研磨材が＃２４０〜３０００の
微粉研磨材であることは高精度な凹部等を加工形成する
に有効である。

【００２７】本発明のブラスト加工装置にあっては、圧
縮空気供給源に連通するジェット１３の空気噴射方向前
方にノズル４２を備え、ジェット１３とノズル４２間に
研磨材供給源に連通する研磨材誘導室１２を備えて成る
サクション式ブラストガンを備えるブラスト加工装置に
おいて、前記ノズル４２の研磨材と圧縮空気の混合流体
噴射流の前方に短辺又は短径に対する長辺又は長径が１
０倍以上の幅狭で細長の断面形状で、この断面形状が前
記短辺又は短径に対して１０倍以上の高さまで一定に成
す研磨材拡散室５２を設けたものである。

【００２８】また、前記研磨材拡散空間の断面形状が短
辺又は短径が０．２〜３mmで、長辺又は長径が５０〜５
００mm以上の幅狭で細長とすることが望ましい。

【００２９】また、前記研磨材拡散室５２はノズル４２
と一体に形成したものとすることができる。

【００３０】前記研磨材拡散室は、研磨材噴射方向に向
けて逆三角形状等の断面が徐々に狭くなる研磨材拡散部
と、この研磨材拡散部の前方に形成される断面長方形状
の研磨材整流部とで構成される。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のブラスト加工にお
ける前出ＰＤＰ基板の厚膜パターン等の微細な凹部ない
し孔部の形成方法及び装置の実施の形態について、一般
的なブラスト加工装置を例にとって図面を参照して説明
する。

【００３２】図７において、本実施例に係るブラスト加
工装置は、６１はキャビネットで、被加工物Ｗを出し入
れする投入口６３を備え、キャビネット６１内に前記投
入口６３から投入した被加工物Ｗに研磨材を噴射するブ
ラストガン４０を設ける。

【００３３】また、前記キャビネット６１の下部にはホ
ッパ６８が設けられ、ホッパ６８の最下端は導管６５を
介してキャビネット６１の上部に設置された研磨材回収
用の回収タンク７０の上部に連通する。

【００３４】回収タンク７０はいわゆるサイクロンで、
粉塵を研磨材から分離する装置であり、図５に示すよう
に、上部に円筒形状を成す円筒部と、下部に下方に向け
て徐々に狭くなる円錐状を成す円錐部とから成り、回収
タンク７０の円筒部の上部の側壁に流入口７３を設け、
この流入口７３に連通管７５を介して前記導管６５の先
端を連結する。前記連通管７５の軸線方向は円筒部の横
断面円形を成す内壁面の接線方向に位置しているので、
連通管７５から回収タンク７０内へ流入した気流は円筒
部の内壁に沿って回りながら降下する。

【００３５】回収タンク７０の円錐部の下端はブラスト
ガン４０から噴射する研磨材の噴射量を調整する研磨材
調整器７８を備え、この研磨材調整器７８にブラストガ
ン４０を連通している。

【００３６】一方、回収タンク７０の上端壁面の略中央
には連結管７４が設けられ、この連結管７４は排出管６
７を介してダストコレクタ６６に連通している。

【００３７】ダストコレクタ６６は排風機６９を回転し
ダストコレクタ６６内の空気を外気へ放出している。こ
の排風機６９によりブラスト加工装置６０のキャビネッ
ト６１、導管６５、回収タンク７０内の空気を吸引し、
各部がそれぞれ負圧になり、また図示せざる圧縮空気供
給源から供給された空気が研磨材と共にブラストガン４
０から噴射されるので、キャビネット６１から順に導管
６５、回収タンク７０、ダストコレクタ６６へ気流が流
れる。

【００３８】ブラストガン４０から噴射された研磨材は
被加工物Ｗに衝突したときの衝撃で被加工物の表面から
剥離した破片や破砕した再使用不可能な研磨材や他の塵
埃を含む粉塵が発生し再使用可能な研磨材中に混入す
る。噴射された研磨材およびこのとき発生した粉塵は、
キャビネット６１の下部のホッパ６８に落下し、導管６
５内に生じている気流によって導管６５を経て流入口７
３から回収タンク７０へ送られる。

【００３９】流入口７３から流入した気流は回転気流と
なって遠心力により円筒部の内壁面に沿って回りながら
降下し、円錐部へ到達すると、円錐部は下方へ向けて徐
々に狭くなっているので、気流の回転半径が小さくな
り、それに伴って回転速度が徐々に大きくなりながら降
下する。研磨材と粉塵は気流に乗って降下する。気流は
円錐部の下端近くに達すると、反転して方向転換し上昇
気流となり回収タンク７０の中心部を小さく回転しなが
ら上昇し、回収タンク７０の上端壁の連結管７４から排
出管６７を経てダストコレクタ６６へ流れる。

【００４０】しかし、前記回転気流に乗って円錐部の下
端近くに降下した研磨材と粉塵のうち粉塵のみが方向転
換し上昇気流に乗って上昇するが、研磨材は上昇せず円
錐部の下部で回転気流と共に旋回し、徐々に回収タンク
７０の下部に落下し集積される。

【００４１】一方、粉塵は前記上昇気流と共に連結管７
４から排出管６７を経てダストコレクタ６６へ送られて
ダストコレクタ６６に集積され、清浄な空気がダストコ
レクタ６６の上部に設けられた排風機６９から放出され
る。

【００４２】上記のブラストガン４０について、図５及
び図６を参照してより詳細に説明すると、ガン本体１１
及び該ガン本体１１内の各部材及び構造は、図８に示す
従来のブラストガン１０に該当する部分と同様である。
以下、同一部材は同符号で示す。

【００４３】ガン本体１１は、回収タンク７０（図７）
からホース３１を介して研磨材導入口２４に連通して研
磨材が誘導される略円筒容器状の研磨材誘導室１２が形
成され、この研磨材誘導室１２の前端部には円錐状に絞
られた円錐内面１６が形成されている。前記円錐内面１
６の内側に、研磨材誘導室１２の後方から挿入されたジ
ェット１３の先端部が配置されている。このジェット１
３はネジ３７でガン本体１１の後部に固定されている。

【００４４】また、ジェット１３は図示せざる圧縮空気
供給源にホース３２を介して連通されており、比較的高
圧の圧縮空気が送られ、ジェット１３の先端から圧縮空
気が噴射する。なお、ジェット１３の先端の外周には研
磨材の衝撃による磨耗を防ぐためにジェットカバー１７
が外装されている。

【００４５】４２はノズルで、ジェット１３の空気噴射
方向前方に位置してガン本体１１の先端に設けられ、前
記円錐内面１６に連続する円錐状の受部２６を介して研
磨材誘導室１２に連通するもので、ノズル４２のノズル
先端１８から研磨材と圧縮空気の混合流体噴射流を矩形
状ノズル５１へ噴射する。矩形状ノズル５１は研磨材拡
散室５２を形成し、この研磨材拡散室５２はノズル４２
の研磨材と圧縮空気の混合流体噴射流の噴射方向に直交
する方向に幅狭で細長の断面長方形を成す空間を画定し
たケースである。研磨材拡散室５２はノズル４２の側に
連通し、研磨材噴射方向に向けて断面が徐々に狭くなる
ように変化する例えば逆三角形状の研磨材拡散部５２ａ
と、この研磨材拡散部５２ａの前方に、これに限定され
る訳ではないが、研磨材拡散部５２ａと略同様の高さか
ら成る研磨材を整流する断面長方形状の研磨材整流部５
２ｂとで構成されている。

【００４６】また、前記研磨材拡散部５２ａの後方端面
の略中央には連通孔５５が設けられ、この連通孔５５の
内周面には、例えば、ネジ穴５７を設け、このネジ穴５
７でノズル４２の外周に螺着し、ノズル４２のノズル先
端１８が前記連通孔５５に臨んでいる。

【００４７】なお、前記ノズル４２と前記研磨材拡散室
５２は、これらを一体に形成したものを用いることがで
きる。換言すれば、部材上、前記研磨材拡散室５２はノ
ズル４２に代替することができる。

【００４８】前記研磨材整流部５２ｂは、幅狭の短辺に
相当する奥行Ａと長辺に相当する幅Ｂの細長の断面長方
形をなし、この断面形状が高さＣまで一定の空間として
画定されており、研磨材整流部５２ｂの前方端面は全面
が開口（５４）している。但し、ノズル４２と研磨材拡
散室５２との連結方法はこの実施例に限定されず、また
研磨材拡散室５２は本実施例の幅狭で細長の断面長方形
を成す空間を画定することに限定されず、例えば、楕円
等の円弧の一部や波形等他の曲線、直線等の組合わせで
なる形状で幅狭で細長の断面形状を成す空間を画定した
ものであってもよい。

【００４９】また、前記研磨材整流部５２ｂは、使用す
る研磨材が＃２４０〜＃３０００（平均粒径の平均：５
〜８０μ；JIS6001）の微粉研磨材である場合、図１に
示すように断面の奥行Ａは０．２〜３mmであることが望
ましい。理由は、０．２mm以下であると、研磨材整流部
５２ｂの内部の壁面抵抗が大きくなるためであり、３mm
より大きいと研磨材整流部５２ｂから噴射された微粉研
磨材が被加工物に衝突して反射するときに以下の問題が
生じるためである。

【００５０】つまり、研磨材整流部５２ｂの奥行方向の
中央部から噴射された研磨材は被加工物に衝突して反射
するときにほぼ垂直方向に跳ね返るものがあるので、こ
の跳ね返った研磨材は後続して噴射される研磨材に衝突
し、研磨材が凹部の底面に堆積したり、後続する研磨材
のエネルギーが消耗されたり、研磨材の反射方向がラン
ダムになるために凹部の側壁面に衝突して前記側壁面を
削り取ることになるなど、種々の悪影響を及ぼすためで
ある。

【００５１】また、研磨材整流部５２ｂの幅Ｂは、前記
奥行Ａの１０倍以上であることが望ましく、断面の奥行
Ａが０．２〜３mmである場合は幅Ｂが５０〜５００mmで
あることが望ましい。

【００５２】さらに、研磨材整流部５２ｂの高さＣは、
噴射後の研磨材の直進性を付与するために前記奥行Ａの
１０倍以上であることが望ましい。

【００５３】ちなみに、実験例では、Ａ：Ｂ＝０．２〜
１．３mm：５０〜５００mmを用いたが、実施例では、研
磨材整流部５２ｂの奥行（短辺）Ａは１．３mmで、幅
（長辺）Ｂは５０mmの範囲内とし、研磨材整流部５２ｂ
の高さＣは５０mmである。

【００５４】ノズル４２から円錐状に拡散しながら噴射
される混合流体の噴射流は研磨材拡散室５２の研磨材拡
散部５２ａの両側壁５８，５８に衝突して変向し拡散さ
れる。

【００５５】さらに、ノズル４２の混合流体の噴射流が
研磨材拡散部５２ａへ噴射されることにより研磨材拡散
室５２内の研磨材整流部５２ｂ内で研磨材と圧縮空気の
混合流体噴射流の流体断面が幅狭で細長の断面形状に変
形され、内圧が上昇し、研磨材拡散部５２ａ内において
研磨材が拡散し、研磨材整流部５２ｂ内で整流されて直
進性が付与され、研磨材噴射口５４から前方に噴射され
る。

【００５６】なお、実施例では、長辺に相当する研磨材
噴射口５４は、水平方向に直線であるが、一方の短辺に
向かって、傾斜したものであってもよく、この場合は、
ブラストガンを水平方向に位置させたとき水平の加工面
との間で、それぞれ異なる噴射距離となり、これに対応
して、切削（深さ）効果を変えることができる。

【００５７】なお、研磨材整流部５２ｂの研磨材噴射口
５４から被加工物の表面までの噴射距離は、実験によれ
ば２００mm程度以下で殆ど切削深さに影響がない。その
理由は、噴射距離が大きくなると研磨材の拡散が大きく
なり、研磨材の直進性が失われるためである。

【００５８】〔加工例〕上記のブラスト加工装置６０及
びブラストガン４０を用いて、表１に示す加工条件で、
研磨材をブラストガン４０より被加工物Ｗの表面へ噴射
してブラスト加工を行った。図１に示すように、表面に
ストライプ状のマスキングをした被加工物に対して、ブ
ラストガン４０、従って、矩形状ノズル５１の研磨材整
流部５２ｂの断面形状の幅方向（Ｂ）をブラストガンの
往復移動方向に対して直交する方向に位置させる。しか
も、前記ブラストガン４０の往復移動方向は、被加工物
に形成される被加工物凹部平面の長手方向と平行、即ち
同方向である。

【００５９】

【表１】

【００６０】本願例のブラストガン４０で加工された被
加工物のリブは、図３（Ａ）に示すように、リブの上端
幅では１３０μ、ピッチ４５０μ（１３０μ＋３２０
μ）、リブの中間幅では９０μ、リブの付け根幅では１
６０〜１７０μ、高さ（溝の深さ）が１８０μであっ
た。

【００６１】〔比較例１：図３〕従来の断面円形状のノ
ズル１４（φ９mm）４本、噴射距離８０mm、噴射圧力３
kg/cm²から成るブラストガン１０を用いて同一の材質で
なる被加工物（低融点ガラス）に同形状のリブを形成す
べく、被加工物の移動速度（コンベアスピード）を略同
一（３５mm／min前後）にしてブラスト加工を行ったと
ころ、被加工物のリブは、図３（Ｂ）に示すように、リ
ブの上端幅では１３０μ、ピッチ４５０μ、リブの中間
幅では５０〜６０μ、リブの付け根幅では１８０〜１９
０μ、高さ（溝の深さ）が１８０μであった。

【００６２】したがって、従来例ではリブの側壁面が大
きく削り取られており、リブの中間幅ではリブの上端幅
に対してほぼ半分以下であるためリブが倒れやすい欠点
があるが、本願例では大幅に改善されていることが分か
る。

【００６３】この理由としては、本願のブラストガン４
０では噴射された研磨材が被加工物に衝突して跳ね返る
方向が図２（Ａ）の矢印のように研磨材整流部５２ｂの
幅方向の直線部分に対して直交する方向であることと、
後続して噴射される研磨材と干渉することが少なくなる
ので、研磨材がリブの側壁面に衝突することが少なくな
るためである。

【００６４】また、コンベアスピードからして、従来例
ではノズルすなわちブラストガンは４本であり、本願例
は従来例に比較して、ノズルあたり、略４倍の加工速度
が得られることになる。

【００６５】〔比較例２〕また、本願例と従来例を比較
するために、図４に示すような幅１００μの長い溝と、
１８０μ×３００μの大きさの溝を形成するよう被加工
物の表面にマスキングをし、両者の溝を同時にブラスト
加工を施した。

【００６６】本願例と従来例で比較すると、従来例にお
いては１００μ幅の溝は１８０μ×３００μの大きさの
溝より加工性が悪く、１００μ幅の溝を所定の深さまで
加工すると、１８０μ×３００μの大きさの溝では１．
５倍の深さまで加工される。しかし、本願例では前記両
者の溝がほぼ同じ深さに加工される。つまり、本願例は
加工幅が狭い溝と広い溝を同時にブラスト加工する場合
であっても安定した加工速度で高品質のブラスト加工を
行うことができることを示している。

【００６７】〔比較例３〕なお、微細な凹部ないし孔部
を加工するには、マスクの厚さが薄くなるためにマスク
の耐久性が低下し、マスクの接着面積が小さいので接着
強度も低下する。これに加えてマスクの耐久性を悪化さ
せる要因としては、原則的にはブラスト加工の研磨材の
噴射量によるのであるが、実際にはブラスト加工のとき
に発生する熱による影響が大きい。特に、微粉研磨材は
噴射される速度がブラストガンから噴射する空気の速度
に近づくために他の研磨材より発熱温度が上昇する。

【００６８】したがって、一般的には、ある範囲のブラ
スト加工面積内をブラストガンを何度も移動しながら繰
り返し加工深さを増加させていた。なぜなら、一回のブ
ラストガンの移動で所望の加工深さにブラスト加工しよ
うとすると、被加工部分のマスクの表面温度が上昇して
マスクが損傷してしまうためであり、上記のように、各
ブラスト加工面を時間的間隔をおいてブラスト加工する
ことにより表面温度の上昇を防止していた。

【００６９】従来の断面円形状のブラストガン１０の場
合は、円錐状に噴射される研磨材がある狭い領域の部分
を通過するまでには時間がかかる。言い換えれば、ある
狭い領域に研磨材が噴射されてからブラストガンが通過
して研磨材が噴射されなくなるまでの時間がかかる。し
かし、ブラストガンの移動速度を同じにして従来例に比
較すると、本願の矩形状のブラストガンの場合は幅狭で
あるので短時間で通過する。ちなみに、従来のブラスト
ガン１０は断面直径が７mmで、本願のブラストガン４０
の断面が奥行１mm×幅５０mmである場合、従来例と本願
例との研磨材噴射時間比は７：１となる。なお、本願の
ブラストガンは矩形ノズル断面の奥行方向に移動する。
したがって、ブラストガンの移動速度が同じ場合、本願
例のマスクの表面温度上昇率は従来例よりはるかに低く
なる。

【００７０】本願例と従来例とを、同じマスクを使用し
てマスクが損傷するまでどれほどの深さに加工できるか
を比較テストしたところ、本願例は従来例に対して１．
４倍の深さを彫ることができた。

【００７１】ちなみに、断面円形の大小の径のノズルの
ブラストガン１０を用いて同じ移動速度でブラスト加工
した場合、小径のノズルのブラストガンの方がマスクの
寿命が長い。

【００７２】また、本願例は従来例に比較してマスクが
容易に剥がれない。マスクが剥がれる原因は、研磨材が
マスクに直接当たることではなく、むしろ噴射された研
磨材が被加工物で反射して凹部から排出されるときにマ
スクに対して横方向からぶつかって飛び出す（横なぐり
の強さ）ためである。この横なぐりの強さは凹部の面積
が大きいほど強くなる。

【００７３】つまり、研磨材がブラストガンから噴射さ
れた後に凹部から排出されるまでの距離が長くなるので
研磨材のエネルギーが増大するものと考えられる。しか
し、本願例の場合はブラストガン４０から噴射された研
磨材が被加工物に衝突した後にすぐに研磨材の噴射領域
外に脱出するために、横なぐりの強さが大きくならな
い。ちなみに、比較的接着強度が弱いマスクを用いた被
加工物で従来例と本願例とを比較すると、マスクが剥が
れるまでの凹部の深さでは本願例が従来例に対して１．
５倍になった。

【００７４】なお、この発明は前述した実施の形態の例
に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりそ
の他の態様で実施し得るものである。本実施の形態の例
ではブラスト加工装置としてエア式重力式ブラスト加工
装置を例にとって説明したがエア式直圧式ブラスト加工
装置およびその他のブラスト加工装置が実施に応じて任
意に使用可能である。

【００７５】

【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果
を奏する。

【００７６】（１）ノズルの研磨材と圧縮空気の混合流
体噴射流を、短辺又は短径に対する長辺又は長径が５倍
以上の幅狭で細長の断面形状で、しかもこの断面形状が
前記短辺又は短径に対して１０倍以上の高さまで一定に
画定する研磨材拡散空間へ導入し、この研磨材拡散空間
の前方端から研磨材を噴射するので、研磨材に直進性を
付与でき、また、噴射された研磨材を被加工物に衝突し
た後、主として断面形状の長辺又は長径方向に対して直
交する方向に跳ね返るようにできた。

【００７７】したがって、研磨材が拡散せずに噴射され
るので、加工された凹部の側壁面に衝突する研磨材が少
なくなり、また前記研磨材拡散空間の断面形状が幅狭で
あるゆえに垂直方向に跳ね返る研磨材が少なくなるの
で、後続する研磨材は跳ね返った研磨材に阻まれること
なく被加工物に噴射でき、エネルギーのロスをなくすこ
とができ、高精度でより深い凹部を効率よく形成でき
た。

【００７８】本願のノズル４０は従来のノズル１０に較
べて研磨材によるノズル内の摩擦損失は大幅に減少す
る。例えば、従来のノズルの直径をｄ、本願のノズルを
短辺×長辺をｄ×１０ｄの断面形状とすると、一般的に
「配管」において摩擦損失ヘッドはλの流体摩擦係数に
比例する。

【００７９】λは層流にしろ乱流にしろ、レイノルズ数
に反比例している。実施例では、乱流に該当する。直径ｄのレイノルズ数はｃｄ／ν 一辺がｄ、他辺が１０ｄの長方形のレイノルズ数は４mc/ν=4^*(10d²/22d)^*c/ν=40cd/22^*/ν 上記の比率は (cd/ν)/(40cd/22^*/ν)=22/40=0.55 直径ｄのノズルと一辺がｄ，他辺が１０ｄのノズルでは
摩擦損失が約１／２になることになる。同じ幅（狭い方
の幅）に絞った場合、断面円形より長方形の方が効率が
良いことになる。

【００８０】（２）研磨材が拡散されずに被加工物に衝
突するので、凹部の側壁面に衝突する研磨材を少なくで
き、高精度な凹部を形成できた。本願例は従来例より、
単位時間あたり、最大深さを３０％も深く削ることがで
きた。つまり、本願例は加工精度を向上するだけでな
く、ブラスト加工速度も大幅に向上する。ちなみに、ブ
ラスト加工時の同じエアー使用量の下では、本願例は従
来例に比較して３５％の時間短縮を図ることができた。
このように加工速度が向上した理由としては、跳ね返っ
た研磨材が後続して噴射される研磨材と干渉することが
少なくなるので研磨材のエネルギーのロスが少なくなる
ためであると考えられる。しかも、本願のブラストガン
４０の研磨材整流部５２ｂの幅方向の加工幅で複数の凹
部ないし孔部が同時にブラスト加工されるので、従来の
小径のノズルから成る小型の円形状のブラストガンに比
べて被加工物が効率よくブラスト加工される。

【００８１】（３）前記研磨材拡散空間の断面形状が短
辺又は短径０．２〜３mmで、長辺又は長径が５０〜５０
０mmの幅狭で細長であるので、前記研磨材拡散空間内の
壁面抵抗を小さくし且つ被加工物に衝突した研磨材の反
射方向を垂直方向ではなくなるようにできた。換言すれ
ば、研磨材を効率よく噴射し且つ跳ね返った研磨材が後
続する研磨材の行く手を阻むことがないようにでき、加
工速度の向上に寄与できた。

【００８２】（４）前記研磨材拡散空間の断面形状の長
辺又は長径方向をブラストガンの前進方向に対して直交
する方向に位置せしめて、しかも前記ブラストガンを、
形成される凹部の長手方向へ前進せしめるので、例えば
複数列の高精度な凹部を同時に効率よく形成できた。

【００８３】（５）研磨材が＃２４０〜３０００の微粉
研磨材であることは高精度凹部の加工に適している。

【００８４】（６）本発明の装置は従来の装置に比較し
てマスクの耐久性を向上するので結果としてより深い凹
部を形成することができた。

【００８５】（７）本願例は水平方向における加工断面
が狭い凹部に対しても広い凹部に対するのと同様に安定
した加工速度でブラスト加工することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブラスト加工装置の斜視
図である。

【図２】本発明の実施例を示すブラスト加工における矩
形状ノズルから噴射される研磨材の噴射方向及び反射方
向を示すもので、図２（Ａ）は平面図で、図２（Ｂ）は
断面図である。

【図３】ブラスト加工で得られた高精細リブの断面形状
寸法を示すもので、図３（Ａ）は本願例による高精細リ
ブで、図３（Ｂ）は従来例による高精細リブである。

【図４】本願例と従来例とを比較するために、ブラスト
加工によって形成した凹部の形状の実施例を示すもので
ある。

【図５】本発明の実施例を示すブラスト加工装置のブラ
ストガンの断面図である。

【図６】図５の側面からの要部断面図である。

【図７】本発明の実施例に使用するエア式重力式ブラス
ト装置を示す正面図である。

【図８】従来例に使用するブラストガンの全体を示す断
面図である。

【図９】従来例を示すブラスト加工におけるブラストガ
ンから噴射される研磨材の噴射方向及び反射方向を示す
もので、図９（Ａ）は平面図で、図９（Ｂ）は断面図で
ある。

【図１０】従来例のブラスト加工によって形成した凹部
の形状を示すものである。

【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、従来例の
ブラスト加工によって凹部を形成するときの状態を説明
するための凹部の断面の概略図である。

【符号の説明】

１０ブラストガン１１ガン本体１２研磨材誘導室１３ジェット１４ノズル１５ホルダ１６円錐内面１７ジェットカバー１８ノズル先端３１ホース３２ホース３７ネジ４０ブラストガン４２ノズル４６円錐内面５１矩形状ノズル５２研磨材拡散室５４研磨材噴射口５５連通孔５７ネジ穴５８側壁６０ブラスト加工装置６１キャビネット６２ノズル６３回収タンク６４ダストコレクタ６５導管６６ダストコレクタ６７排出管６８ホッパ６９排風機７０回収タンク７３流入口７４連結管７５連通管７８研磨材調整器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮空気供給源に連通するジェットの空
気噴射方向前方の研磨材供給源に連通する研磨材誘導室
より前記ジェットからの圧縮空気流により、研磨材誘導
室内の研磨材を吸引し、研磨材と圧縮空気の混合流体を
被加工物へ噴射するブラスト加工方法において、前記研磨材誘導室の混合流体噴射方向前方において、断
面形状が短辺又は短径に対して１０倍以上の長辺又は長
径から形成され、且つ、前記断面形状を前記短辺又は短
径に対して１０倍以上の高さまで一定に画定した研磨材
拡散空間に、前記混合流体を噴射し、前記混合流体の断
面形状を研磨材拡散空間の断面形状に整流して被加工物
の表面に研磨材を噴射することを特徴とするブラスト加
工方法。
【請求項２】前記ジェットの空気噴射方向前方のノズ
ルから前記混合流体を被加工物へ噴射するブラスト加工
方法において、前記ノズルの研磨材噴射方向前方において、前記研磨材
拡散空間に、前記混合流体を噴射し、前記混合流体の断
面形状を研磨材拡散空間の断面形状に整流して被加工物
の表面に研磨材を噴射することを特徴とする請求項１記
載のブラスト加工方法。
【請求項３】前記研磨材拡散空間の断面形状が短辺又
は短径が０．２〜３mmで、長辺又は長径が５０〜５００
mmの幅狭で細長であることを特徴とする請求項１，２又
は３記載のブラスト加工方法。
【請求項４】前記研磨材拡散空間の断面形状の長辺又
は長径をブラストガン又は被加工物の移動方向に対して
直交する方向に位置せしめ、且つ、前記移動方向が、被
加工物に形成されるべき凹部ないし溝条の長手方向に平
行であることを特徴とする請求項１，２又は３記載のブ
ラスト加工方法。
【請求項５】前記研磨材が＃２４０〜＃３０００の微
粉研磨材であることを特徴とする請求項１，２，３又は
４記載のブラスト加工方法。
【請求項６】圧縮空気供給源に連通するジェットの空
気噴射方向前方にノズルを備え、ジェットとノズル間に
研磨材供給源に連通する研磨材誘導室を備えて成るサク
ション式ブラストガンを備えるブラスト加工装置におい
て、前記ノズルの研磨材と圧縮空気の混合流体噴射流の前方
に短辺又は短径に対する長辺又は長径が１０倍以上の幅
狭で細長の断面形状で、この断面形状が前記短辺又は短
径に対して１０倍以上の高さまで一定に成す研磨材拡散
室を画定し、且つ前方端に研磨材を噴射する研磨材噴射
口を備えた研磨材拡散室を設けてなることを特徴とする
ブラスト加工装置。
【請求項７】前記ノズルと前記研磨材拡散室を一体に
形成して成る請求項６記載のブラスト加工装置。
【請求項８】前記研磨材拡散室の断面形状が短辺又は
短径が０．２〜３mmで、長辺又は長径が５０mm〜５００
mmの幅狭で細長である請求項６記載のブラスト加工装
置。
【請求項９】前記研磨材拡散室は、研磨材噴射方向に
向けて断面が徐々に狭くなる研磨材拡散部と、この研磨
材拡散部の前方に形成される断面長方形状の研磨材整流
部とで成る請求項６記載のブラスト加工装置。