バリ取り洗浄装置およびバリ取り洗浄方法
【課題】ワークを機械的に加工した加工部位に発生する微細なバリを高いバリ取り品質で効率よく除去することができるバリ取り洗浄装置およびバリ取り洗浄方法を提供することを目的とする。
【解決手段】樹脂基板８を切断した切断面に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄において、ラバールノズルを応用したアイスブラストノズル２２によって、洗浄水と圧縮空気を用いて洗浄水の凍結粒子２３ａおよび過冷却状態の液滴２３ｂを含む洗浄媒体２３を生成し、樹脂基板８に対して噴射する。これにより、銅などの延性に富む金属の微細なバリを対象とする場合にも、高いバリ取り品質で効率よく除去することができる。
【解決手段】樹脂基板８を切断した切断面に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄において、ラバールノズルを応用したアイスブラストノズル２２によって、洗浄水と圧縮空気を用いて洗浄水の凍結粒子２３ａおよび過冷却状態の液滴２３ｂを含む洗浄媒体２３を生成し、樹脂基板８に対して噴射する。これにより、銅などの延性に富む金属の微細なバリを対象とする場合にも、高いバリ取り品質で効率よく除去することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品が実装される基板などのワークを機械的に加工した加工部位に発生するバリを除去して加工部位を洗浄するバリ取り洗浄装置およびバリ取り洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に用いられる実装基板のうち、小型機器に用いられる小径基板は複数の基板が作り込まれたいわゆる多面取り基板の形態で取り扱われ、スクリーン印刷や電子部品の搭載などの部品実装作業は複数の基板を対象として一括して行われる。そして部品実装が完了した多面取り基板は、基板切断工程において個片の小径基板に分割され完成品となる。この基板切断は、従来より軸状の切断工具であるルータや円板状の回転工具であるダイシングブレードを回転させて基板を機械的に切削することにより行われる場合が多い（特許文献１，２参照）。特許文献１に示す先行技術例では、複数枚重ねた状態の基板をルータを用いて切断する例が示されている。また特許文献２は基板に設けられたスルーホールの位置をダイシングブレードによって切断する例を示している。
【特許文献１】特開２００２−２９９７９０号公報
【特許文献２】特開平１１−１６７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電子部品の実装に用いられる基板には、一般にガラスエポキシ樹脂などの樹脂基板に銅など導電性金属の膜によって回路電極を形成したものが用いられ、基板の厚さ方向を貫通して回路を形成する必要がある場合には、基板の表面のみならず基板を貫通して設けられたスルーホールの内面にも箔状の銅膜が形成される。そして多面取り基板を個片に分割するための基板切断においては、基板表面の回路電極やスルーホール内面の銅膜が、基板材質である樹脂と同時に機械的に切断され、この切断時において切断部には銅などの金属性の微細なバリが発生する。
【０００４】
このようなバリが残留したまま製品として用いられると、脱落したバリによる回路電極の短絡などの不具合の原因となるため、このようなバリは極力除去する必要がある。ところが銅など回路電極に用いられる金属は延性に富んでいることから機械的に効率よく除去することが難しく、またブラシなどを用いた人手によるバリ取り作業によっても高いバリ取り品質でバリを除去することが難しい。このため、基板切断後のバリ除去を高いバリ取り品質で効率的に行うことを可能とするバリ取り洗浄技術が望まれていた。そしてこのような要請は、実装基板を機械的に切断する分野に限られず、ワークを機械的に加工した加工部位に除去しがたい微細なバリが発生する場合においても共通するものであった。
【０００５】
そこで本発明は、ワークを機械的に加工した加工部位に発生する微細なバリを高いバリ取り品質で効率よく除去することができるバリ取り洗浄装置およびバリ取り洗浄方法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】
【０００６】
本発明のバリ取り洗浄装置は、ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄装置であって、前記ワークを保持するワーク保持部と、洗浄液の凍結粒子および過冷却状態の液滴を含む洗浄媒体を前記加工部位に対して洗浄ノズルを介して噴射する凍結洗浄媒体噴射手段と、前記洗浄ノズルを前記ワーク保持部に対して相対移動させる移動手段とを備え、前記凍結洗浄媒体噴射手段は、前記洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、前記洗浄ノズルの本体部を形成し、内部流路孔を絞って設けられた円形の断面のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部が形成されたノズル本体部と、前記内部流路孔の前記流れ方向に圧縮気体を供給する気体供給手段と、前記ノズル本体部に設けられ前記流れ方向と同方向に前記供給された洗浄液を吐出する洗浄液供給管とを有し、前記洗浄液供給管の吐出口が前記ノズル本体部の内壁側面から離れた前記スロート部の近傍に配置され、しかも前記圧縮気体の流速が前記スロート部において音速となり、前記ダイバージェント部における前記圧縮気体の流れにより前記洗浄液が微粒化されて生成した液滴が急激に冷却されて、前記凍結粒子および過冷却状態の液滴が生成される。
【０００７】
本発明のバリ取り洗浄方法は、ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄方法であって、前記ワークをワーク保持部に保持させるワーク保持工程と、洗浄ノズルを前記ワーク保持部に対して相対移動させながら、洗浄液の凍結粒子および過冷却状態の液滴を含む洗浄媒体を前記加工部位に対して前記洗浄ノズルを介して噴射する洗浄媒体噴射工程と、前記洗浄媒体によって前記加工部位に生じた前記バリを除去して洗浄するバリ取り洗浄工程とを含み、さらに前記洗浄媒体噴射工程は、前記洗浄ノズルの本体部を形成し円形の断面のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部を備えたノズル本体部に圧縮気体を供給して、前記スロート部において前記圧縮気体の流速を音速とする第１工程と、前記ノズル本体部の内側側面から離れた前記スロート部の近傍に配置された洗浄液供給管の吐出口から前記ノズル本体部における前記圧縮気体の流れと同方向に前記洗浄液を吐出する第２工程と、前記ダイバージェント部における前記圧縮気体の流れによって前記洗浄液が微粒化されて生成した液滴を急激に冷却することにより、前記凍結粒子および過冷却状態の液滴を生成する第３工程と、前記洗浄媒体を前記洗浄ノズルから前記加工部位に対して噴射する第４工程とを含み、前記バリ取り洗浄工程は、前記凍結粒子を前記バリに対して衝突させて除去する第１工程と、前記凍結粒子の衝突によってもなお除去されずに残留するバリを前記液滴によって包み込む第２工程と、前記液滴が凍結固化することにより前記バリを内包する固体物を生成する第３工程と、前記固体物を前記凍結粒子の衝突によって剥離させる第４工程とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄において、内部流路孔を絞って設けられた円形の断面のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部が形成されたノズル本体部と、内部流路孔の流れ方向に圧縮気体を供給する気体供給手段と、ノズル本体部に設けられ流れ方向と同方向に供給された洗浄液を吐出する洗浄液供給管とを有し、洗浄液供給管の吐出口がノズル本体部の内壁側面から離れたスロート部の近傍に配置され、しかも圧縮気体の流速がスロート部において音速となるように構成された凍結洗浄媒体供給手段によって、洗浄液の凍結粒子および過冷却状態の液滴を含む洗浄媒体を加工部位に噴射することにより、加工部位に発生する微細なバリを高品質で効率よく除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置のワーク保持部の斜視図、図３は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置によるバリ取り洗浄対象となる樹脂基板の説明図、図４は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置におけるノズルヘッドの構成説明図、図５は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置における作動流体供給部の配管系統図、図６は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置に使用されるラバールノズルの構造説明図、図７は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置に使用されるラバールノズルの部分断面図、図８は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄方法の工程説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して、バリ取り洗浄装置１の全体構成を説明する。バリ取り洗浄装置１は、ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄する機能を有するものである。本実施の形態においては、ワークとして電子部品実装用の樹脂基板を対象としており、この樹脂基板の表面に電極として形成された銅膜や、樹脂基板の厚み方向を貫通して設けられたスルーホール（貫通孔）の内面に形成された銅膜のいずれか一方または双方を機械的に切断することによって生じたバリを対象として、バリ取り洗浄を行う例を示している。
【００１１】
図１において、基台１ａの上面には、バリ取り洗浄のための洗浄処理室１ｂを閉囲するカバー部材２が設けられており、洗浄処理室１ｂ内には、以下に説明するバリ取り洗浄機構が配置されている。基台１ａの上面には、Ｘテーブル３Ｘ、Ｙテーブル３Ｙを組み合わせたＸＹロボット３が配設されており、Ｙテーブル３Ｙに結合された水平な移動テーブル４の上面には、ワークである樹脂基板８を保持するワーク保持部５が装着されている。ワーク保持部５の上方には、バリ取り洗浄のためのノズルヘッド６が保持ブラケット（図示省略）によって保持されている。
【００１２】
ノズルヘッド６（図４参照）には、作動流体供給部７から供給される洗浄水（洗浄液）および圧縮空気（圧縮気体）により微細な氷の粒子や水滴をワーク保持部５に保持されたバリ取り洗浄対象の樹脂基板８に対して噴射して洗浄するアイスブラストノズル（洗浄ノズル）が装備されている。ＸＹロボット３を駆動することにより、ワーク保持部５はＸ方向、Ｙ方向に移動し、これによりワーク保持部５に保持された樹脂基板８をノズルヘッド６に対して相対的に移動させることができる。
【００１３】
したがってＸＹロボット３は、洗浄ノズルであるアイスブラストノズルをワーク保持部５に対して相対移動させる移動手段となっている。なおここでは、ノズルヘッド６を固定配置し、樹脂基板８を水平移動させる構成を採用しているが、ワーク保持部５を固定配置し、ノズルヘッド６をＸＹロボットによって移動させる構成であってもよい。
【００１４】
カバー部材２の前面には、ワーク保持部５の移動範囲に対応して開口部２ａが設けられており、開口部２ａにはカバー扉９が水平動自在に装着されている。カバー扉９は扉開閉シリンダ９ａによって駆動され、これにより開口部２ａは開閉する。洗浄処理室１ｂ内への樹脂基板８の搬入・搬出は、開口部２ａの前面に設けられた基板搬送アーム１０によって行われる。
【００１５】
次に図２を参照して、ワーク保持部５の構造を説明する。ワーク保持部５は、冷却ユニット１２の上面に樹脂基板８が載置される保持テーブル１１を積層した構成となっている。保持テーブル１１の上面には、ガイド部材１３が設けられており、保持テーブル１１上に載置された樹脂基板８はガイド部材１３によって位置決めされる。さらに保持テーブル１１の上面には、樹脂基板８を構成する個片基板８ａの配列に対応して、吸着孔１１ａが形成されており、保持テーブル１１の内部には、吸着孔１１ａから真空吸引するための内部吸引孔１１ｂ（図４参照）が設けられている。
【００１６】
樹脂基板８が保持テーブル１１に載置された状態で、真空吸引源２９（図５参照）によって内部吸引孔１１ｂから真空吸引することにより、樹脂基板８のそれぞれの個片基板８ａを真空吸着によって保持することができるようになっている。冷却ユニット１２の内部には、冷媒循環孔１２ａが設けられており、冷媒循環孔１２ａ内に不凍液などの冷媒を循環させることにより、保持テーブル１１に保持された樹脂基板８は予め設定された所定温度に冷却される。
【００１７】
次に図３を参照して、バリ取り洗浄対象の樹脂基板８および樹脂基板８におけるバリの発生状態について説明する。ここで示す樹脂基板８は、小型機器に用いられる小サイズの回路基板が同一の親基板に作り込まれたいわゆる多面取り基板であり、ガラスエポキシ樹脂などの樹脂を材質としている。ここでは、部品実装作業の前工程において必要に応じて行われる基板切断、またはスクリーン印刷や電子部品の搭載などの部品実装作業が完了した後、完成品としての個片基板８ａに分割するための基板切断を終えた状態のものが対象となっている。
【００１８】
この基板切断はダイシングブレードやルータなどの切削工具を用いて行われ、ここに示す例では、取り扱いの便宜のため、それぞれの個片基板８ａを完全には分離させず、部分的に繋がった状態としている。すなわち図３に示すように、樹脂基板８において横方向には連続した連続切断溝１４が加工され、縦方向には各個片基板８ａ毎に断続した断続切断溝１５が加工されており、複数の個片基板８ａを樹脂基板８の全体形状を保ったまま一体として搬送して、ワーク保持部５に保持させることが可能となっている。
【００１９】
図３（ａ）の拡大図に示すように連続切断溝１４は、樹脂基板８の表面に形成された電極１７とともに、樹脂基板８を貫通して設けられたスルーホール１６を切断する形態で加工されている。この溝加工によって形成された切断面１４ａにおいて、スルーホール１６の内面に電極１７と一体に形成された導電性金属の膜（ここでは銅膜）が、ガラスエポキシ樹脂などの樹脂を材質とする樹脂基板８の本体とともに切断されることによってバリが発生する。
【００２０】
このバリは、切削工具による切断加工時に切削断面１７ａが切断方向に金属の延性により引き伸ばされて延出し、面的な拡がりを有する形で薄膜状に形成された面積的に大きなバリ（以下「面バリ１８ａ」と略称する。）とともに、電極１７の一部が微細な髭状に引き伸ばされた幅細のバリ（以下「髭バリ１８ｂ」と略称する。）など、バリ発生形態（発生部位、大きさ、付着強度など）の異なる多様なバリが発生する。さらにこのようなバリが断片として飛散して切断部近傍に付着した場合には、付着バリ１８ｃとして残留する。
【００２１】
このようなバリが残留したまま製品として用いられると、脱落したバリによる回路電極の短絡などの不具合の原因となるため、基板切断過程で発生したバリは極力除去する必要があるが、銅など回路電極に用いられる金属は延性に富んで屈曲容易であり、単純に機械的に外力を作用させて折り取る形で効率よく除去することが難しい場合が多い。本実施の形態においては、このようなバリ発生形態や付着特性が異り、完全な除去が難しいバリを対象として、以下に説明する方法によってバリ取り洗浄を行うようにしている。
【００２２】
図４は、このバリ取り洗浄に使用されるノズルヘッド６の構成およびワーク保持部５における樹脂基板８の保持形態を示している。前述のように、ワーク保持部５の保持テーブル１１上に載置された樹脂基板８は、個片基板８ａ毎に設けられた吸着孔１１ａによって保持テーブル１１に吸着保持されており、冷却ユニット１２に設けられた冷媒循環孔１２ａ内で冷却媒体を循環させることにより、樹脂基板８は保持テーブル１１を介して冷却される。
【００２３】
この冷却効果により、バリ取り洗浄動作に先立って、樹脂基板８の温度を極力低下させ、以下に説明するアイスブラストによるバリ取り洗浄を効率よく行うことができる。すなわち、ワーク保持部５は、ワークである樹脂基板８を予め冷却するための予冷手段である冷却ユニット１２を備えた構成となっている。なお対象となるワークの種類によっては予冷が不要の場合もあり、冷却ユニット１２は必須構成要件ではない。
【００２４】
ノズルヘッド６は、ノズルブロック６ａにアイスブラストノズル２２を装着した構成となっている。アイスブラストノズル２２は、作動流体供給部７から供給される洗浄液としての洗浄水と圧縮空気から発生した凍結粒子２３ａおよび液滴２３ｂを含んだ洗浄媒体２３を、ワーク保持部５に保持された樹脂基板８に対して噴射する。アイスブラストノズル２２は、ノズルヘッド６に対して所定姿勢、すなわちそれぞれから噴射される洗浄媒体２３の樹脂基板８の表面８ｂへの入射角度が角度αとなるように保持される。角度αは、一般には３０度〜６０度の範囲であるが、詳細の角度は個別の樹脂基板８を対象として実際にバリ取り洗浄テストを行った試行結果に基づいて設定される。
【００２５】
次に、図５を参照して、作動流体供給部７などの配管系の構成を説明する。図５において、真空吸引源２９は保持テーブル１１に接続されており、真空吸引源２９を作動させることにより、樹脂基板８は保持テーブル１１に吸着保持される。冷媒循環部３０は、冷媒供給管３０ａ・戻り管３０ｂを介して冷却ユニット１２に接続されており、不凍液などの冷媒を冷却して冷却対象部に循環させる機能を有している。冷媒供給管３０ａに介設された開閉バルブ３１を開閉することにより、冷却ユニット１２による樹脂基板８の冷却動作が制御される。
【００２６】
作動流体供給部７には、洗浄水供給源３２およびエア供給源３３から、洗浄液として使用される洗浄水および噴射媒体として使用される圧縮空気がそれぞれ供給される。アイスブラストノズル２２に洗浄水と圧縮空気を供給する配管系について説明する。エア供給源３３に接続されたエア供給管３３ａはアイスブラストノズル２２に接続されており、エア供給管３３ａにはレギュレータ４１、フィルタ４２、温湿度調整器４３、および開閉バルブ４５が介設されている。開閉バルブ４５を開閉制御することにより、アイスブラストノズル２２に供給される圧縮空気がオンオフ制御される。
【００２７】
レギュレータ４１はエア供給配管３３ａに供給される圧縮空気の圧力を調整し、フィルタ４２は供給される圧縮空気の異物を濾過して除去する。温湿度調整器４３は圧縮空気を冷却することにより水分を凍結させて除去するとともに、圧縮空気の温度を所定温度に調整する。エア供給配管３３ａに接続された温度センサ４４は、供給される圧縮空気の温度を検出する。レギュレータ４１を操作することにより、アイスブラストノズル２２に供給される圧力を所定の圧力に設定することができる。ここでは圧縮空気は、０．２Ｍｐａ〜１ＭＰａの圧力範囲から選択された規定圧に設定される。
【００２８】
また温湿度調整器４３の動作設定により、アイスブラストノズル２２に供給される圧縮空気の湿度および温度を所望範囲に設定することができるようになっている。ここでは、設定温度・湿度としては、温度が０℃〜４０℃（好ましくは１０〜３０℃）、湿度が露点温度換算で−２０℃〜０℃（好ましくは−１５℃〜−５℃）の条件範囲から選定される。上述のエア供給源３３およびエア供給配管３３ａに介設された各要素は、アイスブラストノズル２２に圧縮気体である圧縮空気を供給する気体供給手段を構成している。
【００２９】
洗浄水供給配管３２ａは、定量吐出型のポンプ４６に接続されており、ポンプ４６は洗浄水供給配管３２ａを介して供給された洗浄水を定量吐出する。吐出された洗浄水は、吐出水配管４６ａを介して洗浄水冷却ユニット５０に送給される。吐出水配管４６ａには流量センサ４７、逆止弁４８、フィルタ４９が介設されている。流量センサ４７は吐出水配管４６ａを流れる洗浄水の流量を検出する。逆止弁４８は洗浄水の逆流を防止し、フィルタ４９は洗浄水中の異物を濾過して除去する。
【００３０】
洗浄水冷却ユニット５０に備えられた冷媒容器５０ａには冷媒供給管３０ａ、戻り管３０ｂが開閉バルブ５２を介して繋ぎ込まれており、開閉バルブ５２を開状態にすることにより、冷媒容器５０ａ内には冷媒循環部３０によって冷却される不凍液などの冷媒５１が循環する。冷媒容器５０ａ内には吐出水配管４６ａと連通した冷却管５０ｂが配置されており、冷却管５０ｂは冷媒５１に浸漬された状態にあって常に冷媒５１によって冷却されている。
【００３１】
上記構成により、吐出水配管４６ａから送給された洗浄水は、冷却管５０ｂ内を通過することによって、−５℃〜３０℃（好ましくは０℃〜２０℃）の温度範囲内に設定される設定温度（本実施の形態においては、約５℃）に冷却され、この状態で冷水供給配管５０ｃを介してアイスブラストノズル２２に供給される。このとき、流量センサ４７の検出結果に基づいて制御部（図示省略）によってポンプ４６の駆動を制御することにより、アイスブラストノズル２２には常に予め設定された規定流量の冷水が供給される。上記構成において、洗浄水供給源３２から冷水供給配管５０ｃに至る配管系に設けられた各要素は、洗浄液である洗浄水をアイスブラストノズル２２に対して供給する洗浄液供給手段を構成している。
【００３２】
次に図６を参照して、アイスブラストノズル２２の構造およびアイスブラストノズル２２による洗浄媒体２３の噴射態様について説明する。なおアイスブラストノズル２２は既に公知のものであり、その構成は特開２００７−７３６１５号公報に詳述されている。
【００３３】
図６（ａ）に示すように、アイスブラストノズル２２は、円筒形状のノズル本体部２２ａを主体としており、ノズル本体部２２ａには長手方向に貫通して内部流路孔２４が形成されている。内部流路孔２４の上流側は、エア供給配管３３ａが接続されて圧縮空気（矢印ａ）が導入される導入部２４ａとなっている。導入部２４ａに供給される圧縮空気は、予め設定された所定の温度・湿度に保たれるよう、温湿度調整器４３によって調整されている。
【００３４】
導入部２４ａの下流側には、内部流路孔２４の流路径が流れ方向に沿って絞られたコンバージェント部２４ｂ、流路径が最も小さく絞られたスロート部２４ｃ、流路径が拡大するダイバージェント部２４ｄおよび流路径が漸増する加速冷却部２４ｅが圧縮空気の流れ方向に順次設けられている。加速冷却部２４ｅがノズル本体部２２ａの端部に到達した開口は、洗浄媒体２３を噴射する噴射口２２ｂとなっている。またコンバージェント部２４ｂの上流側には整流板２７が設けられており、これにより圧縮空気の流れが整流されて圧力損失を減少させることができ、スロート部２４ｃへの圧縮空気の供給をスムーズに行うことができる。
【００３５】
すなわち、上述構成のアイスブラストノズル２２は、コンバージェント部２４ｂ、スロート部２４ｃおよびダイバージェント部２４ｄを有するラバールノズルを形成している。ノズル本体部２２ａはＰＴＦＥ樹脂などの樹脂や金属で形成されており、一体成形あるいは適宜分割して成形されたものを一体化して製作される。スロート部２４ｃの直径は例えば３〜１０ｍｍの範囲から適宜設定され、スロート部２４ｃから噴射口までの距離は、例えば１００〜３００ｍｍの範囲で圧縮空気を加速するのに十分な距離に設定される。
【００３６】
コンバージェント部２４ｂ、スロート部２４ｃおよびダイバージェント部２４ｄの形状は、供給される圧縮空気が断熱膨張により低温に冷却されるように、特性曲線法によって、供給される圧縮空気を適切に断熱膨張させ、洗浄水を微粒化して低温に冷却可能な形状に設計される。特性曲線法によって設計されたラバールノズルにおいては、供給される圧縮空気がコンバージェント部２４ｂで亜音速であっても、断面積の小さいスロート部２４ｃで音速となり、断面積の大きくなったダイバージェント部２４ｄで圧力が低下して超音速となる。
【００３７】
すなわち圧縮空気は、スロート部２４ｃで音速程度の高速となるように圧力が調整された後、亜音速（例えば５０ｍ／ｓｅｃ程度）でコンバージェント部２４ｂに供給され、コンバージェント部２４ｂで加速されてスロート部２４ｃで音速（３３０ｍ／ｓｅｃ程度）となり、ダイバージェント部２４ｄでさらに加速されて、例えば４００〜５００ｍ／ｓｅｃ程度の超音速まで加速される。この加速とともに生じる断熱膨張により、圧縮空気の温度は−６０℃〜−１１０℃程度に低下する。
【００３８】
スロート部２４ｃの上流側には、洗浄水を圧縮空気の流れと同方向に吐出する洗浄液供給管２５が設けられている。ここで洗浄水の温度は前述の温度範囲で設定される規定水温となるように洗浄水冷却ユニット５０によって温度調整されており、予め設定された規定量で冷水供給配管５０ｃを介して供給される。供給された洗浄水は、洗浄液供給管２５の先端部の吐出口から吐出されて微細な液滴２６となり、圧縮空気とともに下流側へ高速で流動する。
【００３９】
洗浄液供給管２５の吐出口は、図７（ａ）に示すように、スロート部２４ｃの近傍且つ内部流路孔２４の内側壁面から離れた位置、例えばスロート部２４ｃの中心から上流方向および下流方向にそれぞれスロート部２４ｃの内径ｄの５倍の長さの範囲以内である吐出口配置範囲（破線枠で示す範囲Ｒ参照）内に配置される。このように、洗浄液供給管２５の吐出口をノズル本体部２２ａの内側壁面から離れたスロート部２４ｃの近傍に配置することにより、吐出された洗浄水が微粒化した液滴２６がノズル本体部２２ａの内側壁面に形成される境界層領域の影響を受けにくくなる。これにより、液滴２６の速度低下を抑えて十分に加速することができ、洗浄媒体としての能力を向上させることが可能となっている。
【００４０】
ここで洗浄液供給管２５の吐出口を上述の吐出口配置範囲内に位置させることの意義を説明する。吐出口を吐出口配置範囲の上流側に配置した場合には、洗浄水が流速が遅く且つ温度が高い圧縮空気中に吐出されるため、生成される液滴の粒径が大きくなるとともに、冷却効率も低下する。また吐出口を吐出口配置範囲の下流側に配置した場合には、ノズル本体部２２ａの噴射口２２ｂまでの距離が短くなり、生成された液滴を十分に冷却することができない。これに対し、吐出口を上述の吐出口配置範囲内に位置させることにより、生成される液滴の粒径を小さくするとともに、生成された液滴を下流側に流動させる過程において十分な冷却のための距離を確保することが可能となっている。
【００４１】
アイスブラストノズル２２内における洗浄媒体の生成過程について説明する。導入部２４ａに設定圧（例えば０．５Ｍｐ）で供給された圧縮空気の流れは、まず整流板２７によって整流され、次いでコンバージェント部２４ｂによって加速され（矢印ｂ）、音速程度の流速でスロート部２４ｃを通過する。そしてスロート部２４ｃからダイバージェント部２４ｄ内に移動することにより圧力が低下してさらに加速され（矢印ｃ）、前述のように断熱膨張により−１１０℃程度まで温度が低下する。そして洗浄液供給管２５の吐出口から吐出され圧縮空気の流れによって微粒化した液滴２６は、温度が低下した圧縮空気によって急激に冷却され、液滴２６が凍結した凍結粒子２３ａおよび液滴２６が０℃以下においても過冷却の液滴の状態で存在する液滴２３ｂの双方またはいずれか一方が生成される。すなわち、ここでは凍結粒子２３ａ洗浄液および液滴２３ｂを含む固液２相の噴霧粒子群が形成される。
【００４２】
そしてこのような固液２相の噴霧粒子群を含む圧縮空気の流れである洗浄媒体２３は、徐々に拡径する加速冷却部２４ｅ内で加速されながら下流側へ高速で流動し（矢印ｄ）、アイスブラストノズル２２の噴射口２２ｂから噴射される。加速冷却部２４ｅにおける拡径度合いは、内部流路孔２４の内側壁面付近に形成される境界層領域の厚みを考慮して決定される。一般に流体の円管内流れにおいては、管内壁面付近で流れの状態が変化する境界層が形成され、この境界層領域では流速が低下する。そして管内径が一定の円管内流れの場合には、管出口付近で境界層領域が拡がり、この結果流れの中心付近での流速の低下が生じる。これに対し、この境界層領域を考慮して流れ方向に徐々に拡径した加速冷却部２４ｅを設けることにより、境界層領域における流速低下の影響を抑えることができ、噴射口２２ｂ付近でも高速の流れを広い範囲で確保できるようになっている。
【００４３】
アイスブラストノズル２２の設計に際しては、洗浄媒体２３によってバリ取り洗浄作用を有する有効径Ｄとして、図６（ｂ）に示す必要処理幅Ｗ、すなわち樹脂基板８の切断幅Ｂに、付着バリ１８ｃ（図３参照）などによるバリ付着が発生する洗浄対象範囲を加えた幅Ｗを十分カバーすることが可能な有効径Ｄが得られるように、アイスブラストノズル２２の各部寸法が設定される。さらに、エア供給配管３３ａに備えられた温湿度調整器４３によって圧縮空気の温度・湿度、さらに洗浄水冷却ユニット５０によって洗浄水の温度をそれぞれ調整することにより、凍結粒子２３ａと液滴２３ｂとの比率を所望の比率に設定することが可能となっている。
【００４４】
なお、洗浄液供給管２５の形態として、洗浄水とともに洗浄水と異なる種類の気体を混合して噴射できるよう、２重管構造としてもよい。ここでは、混合する気体として最も簡便な圧縮空気を使用する例を示している。すなわち、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）に示す洗浄液供給管２５よりも大径の洗浄液供給管２５Ａの内部に、気体供給管２５Ｂを挿通させて２重管構造とし、気体供給管２５Ｂをエア供給源３３に連結された気体供給配管２８に接続する。洗浄液供給管２５Ａの吐出口から洗浄水を吐出させる際に、気体供給管２５Ｂから圧縮空気を同時に噴出させて混合することにより、吐出された洗浄水を微粒化する作用が増大して液滴２６の粒径をより細かくすることができる。
【００４５】
そして気体供給管２５Ｂから噴出する圧縮空気の圧力や流量を調整することにより、所望の粒度の液滴２６を得ることが可能となる。このとき、より細かい液滴２６とすることにより冷却速度を高めて洗浄媒体２３中の凍結粒子２３ａの割合を高めることができ、前述の圧縮空気の温度・湿度や、洗浄水の温度調整と併せて、凍結粒子２３ａと液滴２３ｂとの比率を調整可能となっている。なお、気体供給管２５Ｂから噴射する気体として圧縮空気の替わりに、洗浄対象物を汚染する性質を有しないものであれば、窒素ガスなど他の種類の気体を用いるようにしてもよい。
【００４６】
上記構成において、前述の洗浄液供給手段、気体供給手段およびアイスブラストノズル２２は、洗浄液としての洗浄水の凍結粒子２３ａおよび過冷却状態の液滴２３ｂを含む洗浄媒体を樹脂基板８を切断加工した加工部位に対して噴射する凍結洗浄媒体噴射手段を構成している。そしてこの凍結洗浄媒体噴射手段は、洗浄水を供給する前述の洗浄液供給手段と、アイスブラストノズル２２の本体部を構成し、内部流路孔２４を絞って設けられた円形の断面のスロート部２４ｃの下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部２４ｄが形成されたノズル本体部２２ａと、ノズル本体部２２ａに設けられ流れ方向と同方向に供給された洗浄液としての洗浄水を吐出する洗浄液供給管２５とを有する構成となっている。
【００４７】
また上述のアイスブラストノズル２２の内部構造において、洗浄液供給管２５の吐出口がノズル本体部２２ａの内壁側面から離れたスロート部２４ｃの近傍に配置され、しかも圧縮空気の流速がスロート部２４ｃにおいて音速となり、ダイバージェント部２４ｄにおける圧縮空気の流れにより、吐出された洗浄水が微粒化されて生成した液滴２６が急激に冷却されて、凍結粒子２３ａおよび過冷却状態の液滴２３ｂが生成される形態となっている。なお本実施の形態に示す例においては、バリ取り洗浄に用いる洗浄液として、もっとも安価で使用しやすい水（洗浄水）を用いる例を示したが、アルコールなど水以外の洗浄に適した液体を洗浄液として用いてもよい。
【００４８】
このように、上記構成のラバールノズルを応用したアイスブラストノズル２２は、圧縮空気と洗浄水を供給するのみで、凍結粒子２３ａおよび過冷却状態の液滴２３ｂを含んだ洗浄媒体２３を発生させることが可能であることに加えて、前述のように、所定の粒度に微粒化された液滴２６を十分に加速して冷却させることができ、さらに凍結粒子２３ａと液滴２３ｂとの比率を所望の割合に設定出来るという従来にない優れた特性を有している。このような特性を備えたアイスブラストノズル２２をバリ取り洗浄装置に用いることにより、以下に説明するように銅など延性に富んだ金属の微細なバリを対象とするバリ取りに適した洗浄媒体を、効率よく低コストで発生させることが可能となっている。
【００４９】
なお、上述のアイスブラストノズル２２は、ノズル本体部２２ａがラバールノズルを構成する形状となっているが、ノズル本体部２２ａがスロート部２４ｃの下流側にダイバージェント部２２ｄを備えていればよく、スロート部２４ｃの上流側にコンバージェント部２２ｂをを備えることは本発明における必須要件ではない。
【００５０】
次に、切断加工後の樹脂基板８の加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄方法について説明する。すなわちここでは対象となるワークは電子部品が実装される樹脂基板であり、除去するバリは樹脂基板８の表面もしくは貫通孔の内面に形成された銅膜を機械的に切断することによって生じたものである。前述のように、樹脂基板８を貫通して設けられたスルーホール１６を切断する形態の溝加工においては、面バリ１８ａや髭バリ１８ｂなど、バリ発生形態の異なる多様なバリが発生する。
【００５１】
本実施の形態に示すバリ取り洗浄装置によるバリ取り洗浄方法においては、洗浄媒体２３中に微細な凍結粒子２３ａや液滴２３ｂが多数含まれていることから、微細なバリに対しても確実にこれら凍結粒子や水滴を作用させて、確実なバリ除去を行うことができるという長所を有している反面、これらの凍結粒子２３ａや水滴２３ｂは分散状態で噴射されることから、図３に示す面バリ１８ａなど強固な付着力を保ったまま発生しているバリに対しては、バリ除去のための十分な打撃力という観点からは必ずしも有効ではない。
【００５２】
このようなバリまでを除去可能範囲に含めてバリ取り条件を設定しようとすれば、噴射量・圧力を高めに設定するとともに、処理速度を低く設定する必要があり、結果としてバリ取り作業コストの上昇と作業効率の低下を招く結果となる。このため、対象となる樹脂基板８に発生するバリに、前述の面バリなど強固な付着力を有するものが高い確率で含まれている場合には、前述のアイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄動作に先立って、加工部位に発生したバリのうち、アイスブラストノズル２２によって除去困難なバリを予め除去するか、もしくはバリの強度を弱めてアイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄を容易にするための前処理を行うことが望ましい。この前処理においては、微細なバリは除去対象とはならないことから、バリ取り外力を大雑把に作用させるラフな方法でよい。
【００５３】
このような前処理の方法としては、旧来より用いられているブラシによる方法、レーザ光の照射による方法、砥粒ブラストによる方法、またはウォータジェットによる方法などを用いることができる。これらの前処理を実行するための前処理装置は、図１に示すバリ取り洗浄装置の前工程装置として別個に設けてもよく、また砥粒ブラストやウォータジェットなど、図１に示すバリ取り洗浄装置に一体に組み込み可能な方式の前処理手段である場合には、同一の洗浄処理室１ｂ内に組み込むことができる。
【００５４】
すなわち砥粒ブラストやウォータジェットのためのブラストノズルやウォータジェットノズルをワーク保持部５に保持された樹脂基板８に対して噴射可能に保持させ、バリ取り洗浄装置内または装置外に配置された砥粒供給装置や高圧水発生装置からブラストノズルやウォータジェットノズルにバリ取り洗浄媒体としての砥粒や高圧水を供給可能な構成とする。この場合にはバリ取り洗浄装置は、アイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄動作に先立って、加工部位に発生したバリのうちアイスブラストノズル２２によるバリ取りが困難なバリを除去、もしくはバリの強度を弱めてアイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄を容易にするための前処理を行う前処理手段を備えた形態となっている。
【００５５】
次にアイスブラストノズル２２による樹脂基板８を対象としたバリ取り洗浄動作について、図８を参照して説明する。ここでは、対象となる樹脂基板８の加工部位にアイスブラストノズル２２では除去困難な強固なバリが発生していない場合、あるいはそのようなバリを前処理によって除去、もしくはバリの強度を弱めてアイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄を容易にした後の樹脂基板８を対象とする例を示す。
【００５６】
まず、図３に示す切断加工後の樹脂基板８をワーク保持部５に保持させる（ワーク保持工程）。このとき、ワーク保持部５に備えられた予冷手段によって樹脂基板８を予め設定された予冷温度（０〜１０℃）まで冷却する。なお、バリ取り洗浄装置に前述の前処理手段が一体に設けられている場合には、アイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄に先立って、前述の前処理を行う（前処理工程）。
【００５７】
この後ノズルヘッド６による樹脂基板８を対象としたバリ取り洗浄動作が開始される。すなわちアイスブラストノズル２２をワーク保持部５に対して相対移動させながら、凍結粒子２３ａおよび液滴２３ｂを含む洗浄媒体２３を加工部位に対してアイスブラストノズル２２を介して噴射する（洗浄媒体噴射工程）。
【００５８】
この洗浄媒体噴射工程の詳細を説明する。まずエア供給管５０ｃからノズル本体部２２ａの導入部２４ａ内に圧縮空気を供給して、スロート部２４ｃにおいて圧縮空気の流速を音速とする（第１工程）。次いで、ノズル本体部２２ａの内側側面から離れたスロート部２４ｃの近傍に配置された洗浄液供給管２５の吐出口から、ノズル本体部２２ａにおける圧縮空気の流れと同方向に洗浄水を吐出する（第２工程）。次に、ダイバージェント部２４ｄにおける圧縮空気の流れによって洗浄水が微粒化されて生成した液滴２６を急激に冷却することにより、凍結粒子２３ａ洗浄液供給管過冷却状態の液滴２６ｂを生成する（第３工程）。次に、図８（ａ）に示すように、凍結粒子２３ａおよび液滴２３ｂを含む洗浄媒体２３を、アイスブラストノズル２２の噴射口２２ｂから樹脂基板８の加工部位に対して噴射する（第４工程）。そして噴射された洗浄媒体２３によって、加工部位に生じたバリを除去して洗浄する（バリ取り洗浄工程）。
【００５９】
このバリ取り洗浄工程の詳細を説明する。まず、凍結粒子２３ａをバリに対して衝突させて除去する（第１工程）。すなわち、図８（ａ）に示すように、面状に展開されて受圧面積の大きい面バリ１８ａに凍結粒子２３ａの衝突力を作用させ、脱落させる。次いで、凍結粒子２３ａの衝突によってもなお除去されずに残留する髭バリ１８ｂを液滴２３ｂによって包み込む（第２工程）。すなわち図８（ｂ）に示すように、幅細形状で受圧面積が小さく凍結粒子２３ａの衝突力では除去が困難な髭バリ１８ｂに液滴２３ｂを付着させ、液滴２３ｂによって髭バリ１８ｂを包み込む。このとき液滴２３ｂは過冷却されていることから、微細な髭バリ１８ｂに接触すると急速に凍結固化する。
【００６０】
そして複数の液滴２３ｂが髭バリ１８ｂに付着堆積することにより、髭バリ１８ｂは液滴２３ｂが凍結固化した氷結体２３ｃによって包み込まれ、髭バリ１８ｂを内包する固体物３４を生成する（第３工程）。この後、図８（ｃ）に示すように、固体物３４を凍結粒子２３ａの衝突によって剥離させる（第４工程）。このような固形物３４は面的な拡がりを有することから、髭バリ１８ｂそのもののサイズと比較して面積的に大きく、洗浄媒体２３の噴射による外力によって、図８（ｄ）に示すように、容易にバリ発生部位から剥離脱落し、これにより髭バリ１８ｂが樹脂基板８から除去される。
【００６１】
これとともに、図３（ｂ）に示す樹脂基板８の上面に付着した付着バリ１８ｃなど、基板切断における加工部位の近傍に存在する微細異物も同様に、液滴２３ｂが凍結固化した氷結体２３ｃに包み込まれて除去される。すなわち、ここでは、樹脂基板８に生成した微細な髭バリ１８ｂなどの微細異物の除去において、髭バリ１８ｂなどの微細異物を包み込んだ過冷却の液滴２３ｂが凍結固化することによって生成した固形物３４を、樹脂基板８のバリ発生部位から剥離させるようにしている。
【００６２】
上記説明したように、樹脂基板８の切断後のバリ取り洗浄のように、除去することが困難な微細なバリを対象とするバリ取り洗浄装置において、上記構成のアイスブラストノズル２２を採用することにより、銅など延性に富んだ金属の微細なバリを対象として、バリ取り作業を高いバリ取り品質で効率よく行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のバリ取り洗浄装置およびバリ取り洗浄方法は、ワークを機械的に加工した加工部位に発生する微細なバリを高いバリ取り品質で効率よく除去することができるという効果を有し、樹脂基板を機械的に切断することによって生じた銅膜のバリなど除去困難なバリを対象とするバリ取り洗浄の分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置のワーク保持部の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置によるバリ取り洗浄対象となる樹脂基板の説明図
【図４】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置におけるノズルヘッドの構成説明図
【図５】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置における作動流体供給部の配管系統図
【図６】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置に使用されるラバールノズルの構造説明図
【図７】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置に使用されるラバールノズルの部分断面図
【図８】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄方法の工程説明図
【符号の説明】
【００６５】
１ バリ取り洗浄装置
３ ＸＹロボット
５ ワーク保持部
６ ノズルヘッド
７ 作動流体供給部
８ 実装基板
８ａ 個片基板
１１ 保持テーブル
１２ 冷却ユニット
１６ スルーホール
１７ 電極
１８ａ 面バリ
１８ｂ 髭バリ
２２ アイスブラストノズル（洗浄ノズル）
２３ 洗浄媒体
２３ａ 凍結粒子
２３ｂ 液滴
３２ 洗浄水供給源
３３ エア供給源
３４ 固形物
４６ ポンプ
５０ 洗浄水冷却ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品が実装される基板などのワークを機械的に加工した加工部位に発生するバリを除去して加工部位を洗浄するバリ取り洗浄装置およびバリ取り洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に用いられる実装基板のうち、小型機器に用いられる小径基板は複数の基板が作り込まれたいわゆる多面取り基板の形態で取り扱われ、スクリーン印刷や電子部品の搭載などの部品実装作業は複数の基板を対象として一括して行われる。そして部品実装が完了した多面取り基板は、基板切断工程において個片の小径基板に分割され完成品となる。この基板切断は、従来より軸状の切断工具であるルータや円板状の回転工具であるダイシングブレードを回転させて基板を機械的に切削することにより行われる場合が多い（特許文献１，２参照）。特許文献１に示す先行技術例では、複数枚重ねた状態の基板をルータを用いて切断する例が示されている。また特許文献２は基板に設けられたスルーホールの位置をダイシングブレードによって切断する例を示している。
【特許文献１】特開２００２−２９９７９０号公報
【特許文献２】特開平１１−１６７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電子部品の実装に用いられる基板には、一般にガラスエポキシ樹脂などの樹脂基板に銅など導電性金属の膜によって回路電極を形成したものが用いられ、基板の厚さ方向を貫通して回路を形成する必要がある場合には、基板の表面のみならず基板を貫通して設けられたスルーホールの内面にも箔状の銅膜が形成される。そして多面取り基板を個片に分割するための基板切断においては、基板表面の回路電極やスルーホール内面の銅膜が、基板材質である樹脂と同時に機械的に切断され、この切断時において切断部には銅などの金属性の微細なバリが発生する。
【０００４】
このようなバリが残留したまま製品として用いられると、脱落したバリによる回路電極の短絡などの不具合の原因となるため、このようなバリは極力除去する必要がある。ところが銅など回路電極に用いられる金属は延性に富んでいることから機械的に効率よく除去することが難しく、またブラシなどを用いた人手によるバリ取り作業によっても高いバリ取り品質でバリを除去することが難しい。このため、基板切断後のバリ除去を高いバリ取り品質で効率的に行うことを可能とするバリ取り洗浄技術が望まれていた。そしてこのような要請は、実装基板を機械的に切断する分野に限られず、ワークを機械的に加工した加工部位に除去しがたい微細なバリが発生する場合においても共通するものであった。
【０００５】
そこで本発明は、ワークを機械的に加工した加工部位に発生する微細なバリを高いバリ取り品質で効率よく除去することができるバリ取り洗浄装置およびバリ取り洗浄方法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】
【０００６】
本発明のバリ取り洗浄装置は、ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄装置であって、前記ワークを保持するワーク保持部と、洗浄液の凍結粒子および過冷却状態の液滴を含む洗浄媒体を前記加工部位に対して洗浄ノズルを介して噴射する凍結洗浄媒体噴射手段と、前記洗浄ノズルを前記ワーク保持部に対して相対移動させる移動手段とを備え、前記凍結洗浄媒体噴射手段は、前記洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、前記洗浄ノズルの本体部を形成し、内部流路孔を絞って設けられた円形の断面のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部が形成されたノズル本体部と、前記内部流路孔の前記流れ方向に圧縮気体を供給する気体供給手段と、前記ノズル本体部に設けられ前記流れ方向と同方向に前記供給された洗浄液を吐出する洗浄液供給管とを有し、前記洗浄液供給管の吐出口が前記ノズル本体部の内壁側面から離れた前記スロート部の近傍に配置され、しかも前記圧縮気体の流速が前記スロート部において音速となり、前記ダイバージェント部における前記圧縮気体の流れにより前記洗浄液が微粒化されて生成した液滴が急激に冷却されて、前記凍結粒子および過冷却状態の液滴が生成される。
【０００７】
本発明のバリ取り洗浄方法は、ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄方法であって、前記ワークをワーク保持部に保持させるワーク保持工程と、洗浄ノズルを前記ワーク保持部に対して相対移動させながら、洗浄液の凍結粒子および過冷却状態の液滴を含む洗浄媒体を前記加工部位に対して前記洗浄ノズルを介して噴射する洗浄媒体噴射工程と、前記洗浄媒体によって前記加工部位に生じた前記バリを除去して洗浄するバリ取り洗浄工程とを含み、さらに前記洗浄媒体噴射工程は、前記洗浄ノズルの本体部を形成し円形の断面のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部を備えたノズル本体部に圧縮気体を供給して、前記スロート部において前記圧縮気体の流速を音速とする第１工程と、前記ノズル本体部の内側側面から離れた前記スロート部の近傍に配置された洗浄液供給管の吐出口から前記ノズル本体部における前記圧縮気体の流れと同方向に前記洗浄液を吐出する第２工程と、前記ダイバージェント部における前記圧縮気体の流れによって前記洗浄液が微粒化されて生成した液滴を急激に冷却することにより、前記凍結粒子および過冷却状態の液滴を生成する第３工程と、前記洗浄媒体を前記洗浄ノズルから前記加工部位に対して噴射する第４工程とを含み、前記バリ取り洗浄工程は、前記凍結粒子を前記バリに対して衝突させて除去する第１工程と、前記凍結粒子の衝突によってもなお除去されずに残留するバリを前記液滴によって包み込む第２工程と、前記液滴が凍結固化することにより前記バリを内包する固体物を生成する第３工程と、前記固体物を前記凍結粒子の衝突によって剥離させる第４工程とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄において、内部流路孔を絞って設けられた円形の断面のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部が形成されたノズル本体部と、内部流路孔の流れ方向に圧縮気体を供給する気体供給手段と、ノズル本体部に設けられ流れ方向と同方向に供給された洗浄液を吐出する洗浄液供給管とを有し、洗浄液供給管の吐出口がノズル本体部の内壁側面から離れたスロート部の近傍に配置され、しかも圧縮気体の流速がスロート部において音速となるように構成された凍結洗浄媒体供給手段によって、洗浄液の凍結粒子および過冷却状態の液滴を含む洗浄媒体を加工部位に噴射することにより、加工部位に発生する微細なバリを高品質で効率よく除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置のワーク保持部の斜視図、図３は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置によるバリ取り洗浄対象となる樹脂基板の説明図、図４は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置におけるノズルヘッドの構成説明図、図５は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置における作動流体供給部の配管系統図、図６は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置に使用されるラバールノズルの構造説明図、図７は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置に使用されるラバールノズルの部分断面図、図８は本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄方法の工程説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して、バリ取り洗浄装置１の全体構成を説明する。バリ取り洗浄装置１は、ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄する機能を有するものである。本実施の形態においては、ワークとして電子部品実装用の樹脂基板を対象としており、この樹脂基板の表面に電極として形成された銅膜や、樹脂基板の厚み方向を貫通して設けられたスルーホール（貫通孔）の内面に形成された銅膜のいずれか一方または双方を機械的に切断することによって生じたバリを対象として、バリ取り洗浄を行う例を示している。
【００１１】
図１において、基台１ａの上面には、バリ取り洗浄のための洗浄処理室１ｂを閉囲するカバー部材２が設けられており、洗浄処理室１ｂ内には、以下に説明するバリ取り洗浄機構が配置されている。基台１ａの上面には、Ｘテーブル３Ｘ、Ｙテーブル３Ｙを組み合わせたＸＹロボット３が配設されており、Ｙテーブル３Ｙに結合された水平な移動テーブル４の上面には、ワークである樹脂基板８を保持するワーク保持部５が装着されている。ワーク保持部５の上方には、バリ取り洗浄のためのノズルヘッド６が保持ブラケット（図示省略）によって保持されている。
【００１２】
ノズルヘッド６（図４参照）には、作動流体供給部７から供給される洗浄水（洗浄液）および圧縮空気（圧縮気体）により微細な氷の粒子や水滴をワーク保持部５に保持されたバリ取り洗浄対象の樹脂基板８に対して噴射して洗浄するアイスブラストノズル（洗浄ノズル）が装備されている。ＸＹロボット３を駆動することにより、ワーク保持部５はＸ方向、Ｙ方向に移動し、これによりワーク保持部５に保持された樹脂基板８をノズルヘッド６に対して相対的に移動させることができる。
【００１３】
したがってＸＹロボット３は、洗浄ノズルであるアイスブラストノズルをワーク保持部５に対して相対移動させる移動手段となっている。なおここでは、ノズルヘッド６を固定配置し、樹脂基板８を水平移動させる構成を採用しているが、ワーク保持部５を固定配置し、ノズルヘッド６をＸＹロボットによって移動させる構成であってもよい。
【００１４】
カバー部材２の前面には、ワーク保持部５の移動範囲に対応して開口部２ａが設けられており、開口部２ａにはカバー扉９が水平動自在に装着されている。カバー扉９は扉開閉シリンダ９ａによって駆動され、これにより開口部２ａは開閉する。洗浄処理室１ｂ内への樹脂基板８の搬入・搬出は、開口部２ａの前面に設けられた基板搬送アーム１０によって行われる。
【００１５】
次に図２を参照して、ワーク保持部５の構造を説明する。ワーク保持部５は、冷却ユニット１２の上面に樹脂基板８が載置される保持テーブル１１を積層した構成となっている。保持テーブル１１の上面には、ガイド部材１３が設けられており、保持テーブル１１上に載置された樹脂基板８はガイド部材１３によって位置決めされる。さらに保持テーブル１１の上面には、樹脂基板８を構成する個片基板８ａの配列に対応して、吸着孔１１ａが形成されており、保持テーブル１１の内部には、吸着孔１１ａから真空吸引するための内部吸引孔１１ｂ（図４参照）が設けられている。
【００１６】
樹脂基板８が保持テーブル１１に載置された状態で、真空吸引源２９（図５参照）によって内部吸引孔１１ｂから真空吸引することにより、樹脂基板８のそれぞれの個片基板８ａを真空吸着によって保持することができるようになっている。冷却ユニット１２の内部には、冷媒循環孔１２ａが設けられており、冷媒循環孔１２ａ内に不凍液などの冷媒を循環させることにより、保持テーブル１１に保持された樹脂基板８は予め設定された所定温度に冷却される。
【００１７】
次に図３を参照して、バリ取り洗浄対象の樹脂基板８および樹脂基板８におけるバリの発生状態について説明する。ここで示す樹脂基板８は、小型機器に用いられる小サイズの回路基板が同一の親基板に作り込まれたいわゆる多面取り基板であり、ガラスエポキシ樹脂などの樹脂を材質としている。ここでは、部品実装作業の前工程において必要に応じて行われる基板切断、またはスクリーン印刷や電子部品の搭載などの部品実装作業が完了した後、完成品としての個片基板８ａに分割するための基板切断を終えた状態のものが対象となっている。
【００１８】
この基板切断はダイシングブレードやルータなどの切削工具を用いて行われ、ここに示す例では、取り扱いの便宜のため、それぞれの個片基板８ａを完全には分離させず、部分的に繋がった状態としている。すなわち図３に示すように、樹脂基板８において横方向には連続した連続切断溝１４が加工され、縦方向には各個片基板８ａ毎に断続した断続切断溝１５が加工されており、複数の個片基板８ａを樹脂基板８の全体形状を保ったまま一体として搬送して、ワーク保持部５に保持させることが可能となっている。
【００１９】
図３（ａ）の拡大図に示すように連続切断溝１４は、樹脂基板８の表面に形成された電極１７とともに、樹脂基板８を貫通して設けられたスルーホール１６を切断する形態で加工されている。この溝加工によって形成された切断面１４ａにおいて、スルーホール１６の内面に電極１７と一体に形成された導電性金属の膜（ここでは銅膜）が、ガラスエポキシ樹脂などの樹脂を材質とする樹脂基板８の本体とともに切断されることによってバリが発生する。
【００２０】
このバリは、切削工具による切断加工時に切削断面１７ａが切断方向に金属の延性により引き伸ばされて延出し、面的な拡がりを有する形で薄膜状に形成された面積的に大きなバリ（以下「面バリ１８ａ」と略称する。）とともに、電極１７の一部が微細な髭状に引き伸ばされた幅細のバリ（以下「髭バリ１８ｂ」と略称する。）など、バリ発生形態（発生部位、大きさ、付着強度など）の異なる多様なバリが発生する。さらにこのようなバリが断片として飛散して切断部近傍に付着した場合には、付着バリ１８ｃとして残留する。
【００２１】
このようなバリが残留したまま製品として用いられると、脱落したバリによる回路電極の短絡などの不具合の原因となるため、基板切断過程で発生したバリは極力除去する必要があるが、銅など回路電極に用いられる金属は延性に富んで屈曲容易であり、単純に機械的に外力を作用させて折り取る形で効率よく除去することが難しい場合が多い。本実施の形態においては、このようなバリ発生形態や付着特性が異り、完全な除去が難しいバリを対象として、以下に説明する方法によってバリ取り洗浄を行うようにしている。
【００２２】
図４は、このバリ取り洗浄に使用されるノズルヘッド６の構成およびワーク保持部５における樹脂基板８の保持形態を示している。前述のように、ワーク保持部５の保持テーブル１１上に載置された樹脂基板８は、個片基板８ａ毎に設けられた吸着孔１１ａによって保持テーブル１１に吸着保持されており、冷却ユニット１２に設けられた冷媒循環孔１２ａ内で冷却媒体を循環させることにより、樹脂基板８は保持テーブル１１を介して冷却される。
【００２３】
この冷却効果により、バリ取り洗浄動作に先立って、樹脂基板８の温度を極力低下させ、以下に説明するアイスブラストによるバリ取り洗浄を効率よく行うことができる。すなわち、ワーク保持部５は、ワークである樹脂基板８を予め冷却するための予冷手段である冷却ユニット１２を備えた構成となっている。なお対象となるワークの種類によっては予冷が不要の場合もあり、冷却ユニット１２は必須構成要件ではない。
【００２４】
ノズルヘッド６は、ノズルブロック６ａにアイスブラストノズル２２を装着した構成となっている。アイスブラストノズル２２は、作動流体供給部７から供給される洗浄液としての洗浄水と圧縮空気から発生した凍結粒子２３ａおよび液滴２３ｂを含んだ洗浄媒体２３を、ワーク保持部５に保持された樹脂基板８に対して噴射する。アイスブラストノズル２２は、ノズルヘッド６に対して所定姿勢、すなわちそれぞれから噴射される洗浄媒体２３の樹脂基板８の表面８ｂへの入射角度が角度αとなるように保持される。角度αは、一般には３０度〜６０度の範囲であるが、詳細の角度は個別の樹脂基板８を対象として実際にバリ取り洗浄テストを行った試行結果に基づいて設定される。
【００２５】
次に、図５を参照して、作動流体供給部７などの配管系の構成を説明する。図５において、真空吸引源２９は保持テーブル１１に接続されており、真空吸引源２９を作動させることにより、樹脂基板８は保持テーブル１１に吸着保持される。冷媒循環部３０は、冷媒供給管３０ａ・戻り管３０ｂを介して冷却ユニット１２に接続されており、不凍液などの冷媒を冷却して冷却対象部に循環させる機能を有している。冷媒供給管３０ａに介設された開閉バルブ３１を開閉することにより、冷却ユニット１２による樹脂基板８の冷却動作が制御される。
【００２６】
作動流体供給部７には、洗浄水供給源３２およびエア供給源３３から、洗浄液として使用される洗浄水および噴射媒体として使用される圧縮空気がそれぞれ供給される。アイスブラストノズル２２に洗浄水と圧縮空気を供給する配管系について説明する。エア供給源３３に接続されたエア供給管３３ａはアイスブラストノズル２２に接続されており、エア供給管３３ａにはレギュレータ４１、フィルタ４２、温湿度調整器４３、および開閉バルブ４５が介設されている。開閉バルブ４５を開閉制御することにより、アイスブラストノズル２２に供給される圧縮空気がオンオフ制御される。
【００２７】
レギュレータ４１はエア供給配管３３ａに供給される圧縮空気の圧力を調整し、フィルタ４２は供給される圧縮空気の異物を濾過して除去する。温湿度調整器４３は圧縮空気を冷却することにより水分を凍結させて除去するとともに、圧縮空気の温度を所定温度に調整する。エア供給配管３３ａに接続された温度センサ４４は、供給される圧縮空気の温度を検出する。レギュレータ４１を操作することにより、アイスブラストノズル２２に供給される圧力を所定の圧力に設定することができる。ここでは圧縮空気は、０．２Ｍｐａ〜１ＭＰａの圧力範囲から選択された規定圧に設定される。
【００２８】
また温湿度調整器４３の動作設定により、アイスブラストノズル２２に供給される圧縮空気の湿度および温度を所望範囲に設定することができるようになっている。ここでは、設定温度・湿度としては、温度が０℃〜４０℃（好ましくは１０〜３０℃）、湿度が露点温度換算で−２０℃〜０℃（好ましくは−１５℃〜−５℃）の条件範囲から選定される。上述のエア供給源３３およびエア供給配管３３ａに介設された各要素は、アイスブラストノズル２２に圧縮気体である圧縮空気を供給する気体供給手段を構成している。
【００２９】
洗浄水供給配管３２ａは、定量吐出型のポンプ４６に接続されており、ポンプ４６は洗浄水供給配管３２ａを介して供給された洗浄水を定量吐出する。吐出された洗浄水は、吐出水配管４６ａを介して洗浄水冷却ユニット５０に送給される。吐出水配管４６ａには流量センサ４７、逆止弁４８、フィルタ４９が介設されている。流量センサ４７は吐出水配管４６ａを流れる洗浄水の流量を検出する。逆止弁４８は洗浄水の逆流を防止し、フィルタ４９は洗浄水中の異物を濾過して除去する。
【００３０】
洗浄水冷却ユニット５０に備えられた冷媒容器５０ａには冷媒供給管３０ａ、戻り管３０ｂが開閉バルブ５２を介して繋ぎ込まれており、開閉バルブ５２を開状態にすることにより、冷媒容器５０ａ内には冷媒循環部３０によって冷却される不凍液などの冷媒５１が循環する。冷媒容器５０ａ内には吐出水配管４６ａと連通した冷却管５０ｂが配置されており、冷却管５０ｂは冷媒５１に浸漬された状態にあって常に冷媒５１によって冷却されている。
【００３１】
上記構成により、吐出水配管４６ａから送給された洗浄水は、冷却管５０ｂ内を通過することによって、−５℃〜３０℃（好ましくは０℃〜２０℃）の温度範囲内に設定される設定温度（本実施の形態においては、約５℃）に冷却され、この状態で冷水供給配管５０ｃを介してアイスブラストノズル２２に供給される。このとき、流量センサ４７の検出結果に基づいて制御部（図示省略）によってポンプ４６の駆動を制御することにより、アイスブラストノズル２２には常に予め設定された規定流量の冷水が供給される。上記構成において、洗浄水供給源３２から冷水供給配管５０ｃに至る配管系に設けられた各要素は、洗浄液である洗浄水をアイスブラストノズル２２に対して供給する洗浄液供給手段を構成している。
【００３２】
次に図６を参照して、アイスブラストノズル２２の構造およびアイスブラストノズル２２による洗浄媒体２３の噴射態様について説明する。なおアイスブラストノズル２２は既に公知のものであり、その構成は特開２００７−７３６１５号公報に詳述されている。
【００３３】
図６（ａ）に示すように、アイスブラストノズル２２は、円筒形状のノズル本体部２２ａを主体としており、ノズル本体部２２ａには長手方向に貫通して内部流路孔２４が形成されている。内部流路孔２４の上流側は、エア供給配管３３ａが接続されて圧縮空気（矢印ａ）が導入される導入部２４ａとなっている。導入部２４ａに供給される圧縮空気は、予め設定された所定の温度・湿度に保たれるよう、温湿度調整器４３によって調整されている。
【００３４】
導入部２４ａの下流側には、内部流路孔２４の流路径が流れ方向に沿って絞られたコンバージェント部２４ｂ、流路径が最も小さく絞られたスロート部２４ｃ、流路径が拡大するダイバージェント部２４ｄおよび流路径が漸増する加速冷却部２４ｅが圧縮空気の流れ方向に順次設けられている。加速冷却部２４ｅがノズル本体部２２ａの端部に到達した開口は、洗浄媒体２３を噴射する噴射口２２ｂとなっている。またコンバージェント部２４ｂの上流側には整流板２７が設けられており、これにより圧縮空気の流れが整流されて圧力損失を減少させることができ、スロート部２４ｃへの圧縮空気の供給をスムーズに行うことができる。
【００３５】
すなわち、上述構成のアイスブラストノズル２２は、コンバージェント部２４ｂ、スロート部２４ｃおよびダイバージェント部２４ｄを有するラバールノズルを形成している。ノズル本体部２２ａはＰＴＦＥ樹脂などの樹脂や金属で形成されており、一体成形あるいは適宜分割して成形されたものを一体化して製作される。スロート部２４ｃの直径は例えば３〜１０ｍｍの範囲から適宜設定され、スロート部２４ｃから噴射口までの距離は、例えば１００〜３００ｍｍの範囲で圧縮空気を加速するのに十分な距離に設定される。
【００３６】
コンバージェント部２４ｂ、スロート部２４ｃおよびダイバージェント部２４ｄの形状は、供給される圧縮空気が断熱膨張により低温に冷却されるように、特性曲線法によって、供給される圧縮空気を適切に断熱膨張させ、洗浄水を微粒化して低温に冷却可能な形状に設計される。特性曲線法によって設計されたラバールノズルにおいては、供給される圧縮空気がコンバージェント部２４ｂで亜音速であっても、断面積の小さいスロート部２４ｃで音速となり、断面積の大きくなったダイバージェント部２４ｄで圧力が低下して超音速となる。
【００３７】
すなわち圧縮空気は、スロート部２４ｃで音速程度の高速となるように圧力が調整された後、亜音速（例えば５０ｍ／ｓｅｃ程度）でコンバージェント部２４ｂに供給され、コンバージェント部２４ｂで加速されてスロート部２４ｃで音速（３３０ｍ／ｓｅｃ程度）となり、ダイバージェント部２４ｄでさらに加速されて、例えば４００〜５００ｍ／ｓｅｃ程度の超音速まで加速される。この加速とともに生じる断熱膨張により、圧縮空気の温度は−６０℃〜−１１０℃程度に低下する。
【００３８】
スロート部２４ｃの上流側には、洗浄水を圧縮空気の流れと同方向に吐出する洗浄液供給管２５が設けられている。ここで洗浄水の温度は前述の温度範囲で設定される規定水温となるように洗浄水冷却ユニット５０によって温度調整されており、予め設定された規定量で冷水供給配管５０ｃを介して供給される。供給された洗浄水は、洗浄液供給管２５の先端部の吐出口から吐出されて微細な液滴２６となり、圧縮空気とともに下流側へ高速で流動する。
【００３９】
洗浄液供給管２５の吐出口は、図７（ａ）に示すように、スロート部２４ｃの近傍且つ内部流路孔２４の内側壁面から離れた位置、例えばスロート部２４ｃの中心から上流方向および下流方向にそれぞれスロート部２４ｃの内径ｄの５倍の長さの範囲以内である吐出口配置範囲（破線枠で示す範囲Ｒ参照）内に配置される。このように、洗浄液供給管２５の吐出口をノズル本体部２２ａの内側壁面から離れたスロート部２４ｃの近傍に配置することにより、吐出された洗浄水が微粒化した液滴２６がノズル本体部２２ａの内側壁面に形成される境界層領域の影響を受けにくくなる。これにより、液滴２６の速度低下を抑えて十分に加速することができ、洗浄媒体としての能力を向上させることが可能となっている。
【００４０】
ここで洗浄液供給管２５の吐出口を上述の吐出口配置範囲内に位置させることの意義を説明する。吐出口を吐出口配置範囲の上流側に配置した場合には、洗浄水が流速が遅く且つ温度が高い圧縮空気中に吐出されるため、生成される液滴の粒径が大きくなるとともに、冷却効率も低下する。また吐出口を吐出口配置範囲の下流側に配置した場合には、ノズル本体部２２ａの噴射口２２ｂまでの距離が短くなり、生成された液滴を十分に冷却することができない。これに対し、吐出口を上述の吐出口配置範囲内に位置させることにより、生成される液滴の粒径を小さくするとともに、生成された液滴を下流側に流動させる過程において十分な冷却のための距離を確保することが可能となっている。
【００４１】
アイスブラストノズル２２内における洗浄媒体の生成過程について説明する。導入部２４ａに設定圧（例えば０．５Ｍｐ）で供給された圧縮空気の流れは、まず整流板２７によって整流され、次いでコンバージェント部２４ｂによって加速され（矢印ｂ）、音速程度の流速でスロート部２４ｃを通過する。そしてスロート部２４ｃからダイバージェント部２４ｄ内に移動することにより圧力が低下してさらに加速され（矢印ｃ）、前述のように断熱膨張により−１１０℃程度まで温度が低下する。そして洗浄液供給管２５の吐出口から吐出され圧縮空気の流れによって微粒化した液滴２６は、温度が低下した圧縮空気によって急激に冷却され、液滴２６が凍結した凍結粒子２３ａおよび液滴２６が０℃以下においても過冷却の液滴の状態で存在する液滴２３ｂの双方またはいずれか一方が生成される。すなわち、ここでは凍結粒子２３ａ洗浄液および液滴２３ｂを含む固液２相の噴霧粒子群が形成される。
【００４２】
そしてこのような固液２相の噴霧粒子群を含む圧縮空気の流れである洗浄媒体２３は、徐々に拡径する加速冷却部２４ｅ内で加速されながら下流側へ高速で流動し（矢印ｄ）、アイスブラストノズル２２の噴射口２２ｂから噴射される。加速冷却部２４ｅにおける拡径度合いは、内部流路孔２４の内側壁面付近に形成される境界層領域の厚みを考慮して決定される。一般に流体の円管内流れにおいては、管内壁面付近で流れの状態が変化する境界層が形成され、この境界層領域では流速が低下する。そして管内径が一定の円管内流れの場合には、管出口付近で境界層領域が拡がり、この結果流れの中心付近での流速の低下が生じる。これに対し、この境界層領域を考慮して流れ方向に徐々に拡径した加速冷却部２４ｅを設けることにより、境界層領域における流速低下の影響を抑えることができ、噴射口２２ｂ付近でも高速の流れを広い範囲で確保できるようになっている。
【００４３】
アイスブラストノズル２２の設計に際しては、洗浄媒体２３によってバリ取り洗浄作用を有する有効径Ｄとして、図６（ｂ）に示す必要処理幅Ｗ、すなわち樹脂基板８の切断幅Ｂに、付着バリ１８ｃ（図３参照）などによるバリ付着が発生する洗浄対象範囲を加えた幅Ｗを十分カバーすることが可能な有効径Ｄが得られるように、アイスブラストノズル２２の各部寸法が設定される。さらに、エア供給配管３３ａに備えられた温湿度調整器４３によって圧縮空気の温度・湿度、さらに洗浄水冷却ユニット５０によって洗浄水の温度をそれぞれ調整することにより、凍結粒子２３ａと液滴２３ｂとの比率を所望の比率に設定することが可能となっている。
【００４４】
なお、洗浄液供給管２５の形態として、洗浄水とともに洗浄水と異なる種類の気体を混合して噴射できるよう、２重管構造としてもよい。ここでは、混合する気体として最も簡便な圧縮空気を使用する例を示している。すなわち、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）に示す洗浄液供給管２５よりも大径の洗浄液供給管２５Ａの内部に、気体供給管２５Ｂを挿通させて２重管構造とし、気体供給管２５Ｂをエア供給源３３に連結された気体供給配管２８に接続する。洗浄液供給管２５Ａの吐出口から洗浄水を吐出させる際に、気体供給管２５Ｂから圧縮空気を同時に噴出させて混合することにより、吐出された洗浄水を微粒化する作用が増大して液滴２６の粒径をより細かくすることができる。
【００４５】
そして気体供給管２５Ｂから噴出する圧縮空気の圧力や流量を調整することにより、所望の粒度の液滴２６を得ることが可能となる。このとき、より細かい液滴２６とすることにより冷却速度を高めて洗浄媒体２３中の凍結粒子２３ａの割合を高めることができ、前述の圧縮空気の温度・湿度や、洗浄水の温度調整と併せて、凍結粒子２３ａと液滴２３ｂとの比率を調整可能となっている。なお、気体供給管２５Ｂから噴射する気体として圧縮空気の替わりに、洗浄対象物を汚染する性質を有しないものであれば、窒素ガスなど他の種類の気体を用いるようにしてもよい。
【００４６】
上記構成において、前述の洗浄液供給手段、気体供給手段およびアイスブラストノズル２２は、洗浄液としての洗浄水の凍結粒子２３ａおよび過冷却状態の液滴２３ｂを含む洗浄媒体を樹脂基板８を切断加工した加工部位に対して噴射する凍結洗浄媒体噴射手段を構成している。そしてこの凍結洗浄媒体噴射手段は、洗浄水を供給する前述の洗浄液供給手段と、アイスブラストノズル２２の本体部を構成し、内部流路孔２４を絞って設けられた円形の断面のスロート部２４ｃの下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部２４ｄが形成されたノズル本体部２２ａと、ノズル本体部２２ａに設けられ流れ方向と同方向に供給された洗浄液としての洗浄水を吐出する洗浄液供給管２５とを有する構成となっている。
【００４７】
また上述のアイスブラストノズル２２の内部構造において、洗浄液供給管２５の吐出口がノズル本体部２２ａの内壁側面から離れたスロート部２４ｃの近傍に配置され、しかも圧縮空気の流速がスロート部２４ｃにおいて音速となり、ダイバージェント部２４ｄにおける圧縮空気の流れにより、吐出された洗浄水が微粒化されて生成した液滴２６が急激に冷却されて、凍結粒子２３ａおよび過冷却状態の液滴２３ｂが生成される形態となっている。なお本実施の形態に示す例においては、バリ取り洗浄に用いる洗浄液として、もっとも安価で使用しやすい水（洗浄水）を用いる例を示したが、アルコールなど水以外の洗浄に適した液体を洗浄液として用いてもよい。
【００４８】
このように、上記構成のラバールノズルを応用したアイスブラストノズル２２は、圧縮空気と洗浄水を供給するのみで、凍結粒子２３ａおよび過冷却状態の液滴２３ｂを含んだ洗浄媒体２３を発生させることが可能であることに加えて、前述のように、所定の粒度に微粒化された液滴２６を十分に加速して冷却させることができ、さらに凍結粒子２３ａと液滴２３ｂとの比率を所望の割合に設定出来るという従来にない優れた特性を有している。このような特性を備えたアイスブラストノズル２２をバリ取り洗浄装置に用いることにより、以下に説明するように銅など延性に富んだ金属の微細なバリを対象とするバリ取りに適した洗浄媒体を、効率よく低コストで発生させることが可能となっている。
【００４９】
なお、上述のアイスブラストノズル２２は、ノズル本体部２２ａがラバールノズルを構成する形状となっているが、ノズル本体部２２ａがスロート部２４ｃの下流側にダイバージェント部２２ｄを備えていればよく、スロート部２４ｃの上流側にコンバージェント部２２ｂをを備えることは本発明における必須要件ではない。
【００５０】
次に、切断加工後の樹脂基板８の加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄方法について説明する。すなわちここでは対象となるワークは電子部品が実装される樹脂基板であり、除去するバリは樹脂基板８の表面もしくは貫通孔の内面に形成された銅膜を機械的に切断することによって生じたものである。前述のように、樹脂基板８を貫通して設けられたスルーホール１６を切断する形態の溝加工においては、面バリ１８ａや髭バリ１８ｂなど、バリ発生形態の異なる多様なバリが発生する。
【００５１】
本実施の形態に示すバリ取り洗浄装置によるバリ取り洗浄方法においては、洗浄媒体２３中に微細な凍結粒子２３ａや液滴２３ｂが多数含まれていることから、微細なバリに対しても確実にこれら凍結粒子や水滴を作用させて、確実なバリ除去を行うことができるという長所を有している反面、これらの凍結粒子２３ａや水滴２３ｂは分散状態で噴射されることから、図３に示す面バリ１８ａなど強固な付着力を保ったまま発生しているバリに対しては、バリ除去のための十分な打撃力という観点からは必ずしも有効ではない。
【００５２】
このようなバリまでを除去可能範囲に含めてバリ取り条件を設定しようとすれば、噴射量・圧力を高めに設定するとともに、処理速度を低く設定する必要があり、結果としてバリ取り作業コストの上昇と作業効率の低下を招く結果となる。このため、対象となる樹脂基板８に発生するバリに、前述の面バリなど強固な付着力を有するものが高い確率で含まれている場合には、前述のアイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄動作に先立って、加工部位に発生したバリのうち、アイスブラストノズル２２によって除去困難なバリを予め除去するか、もしくはバリの強度を弱めてアイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄を容易にするための前処理を行うことが望ましい。この前処理においては、微細なバリは除去対象とはならないことから、バリ取り外力を大雑把に作用させるラフな方法でよい。
【００５３】
このような前処理の方法としては、旧来より用いられているブラシによる方法、レーザ光の照射による方法、砥粒ブラストによる方法、またはウォータジェットによる方法などを用いることができる。これらの前処理を実行するための前処理装置は、図１に示すバリ取り洗浄装置の前工程装置として別個に設けてもよく、また砥粒ブラストやウォータジェットなど、図１に示すバリ取り洗浄装置に一体に組み込み可能な方式の前処理手段である場合には、同一の洗浄処理室１ｂ内に組み込むことができる。
【００５４】
すなわち砥粒ブラストやウォータジェットのためのブラストノズルやウォータジェットノズルをワーク保持部５に保持された樹脂基板８に対して噴射可能に保持させ、バリ取り洗浄装置内または装置外に配置された砥粒供給装置や高圧水発生装置からブラストノズルやウォータジェットノズルにバリ取り洗浄媒体としての砥粒や高圧水を供給可能な構成とする。この場合にはバリ取り洗浄装置は、アイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄動作に先立って、加工部位に発生したバリのうちアイスブラストノズル２２によるバリ取りが困難なバリを除去、もしくはバリの強度を弱めてアイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄を容易にするための前処理を行う前処理手段を備えた形態となっている。
【００５５】
次にアイスブラストノズル２２による樹脂基板８を対象としたバリ取り洗浄動作について、図８を参照して説明する。ここでは、対象となる樹脂基板８の加工部位にアイスブラストノズル２２では除去困難な強固なバリが発生していない場合、あるいはそのようなバリを前処理によって除去、もしくはバリの強度を弱めてアイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄を容易にした後の樹脂基板８を対象とする例を示す。
【００５６】
まず、図３に示す切断加工後の樹脂基板８をワーク保持部５に保持させる（ワーク保持工程）。このとき、ワーク保持部５に備えられた予冷手段によって樹脂基板８を予め設定された予冷温度（０〜１０℃）まで冷却する。なお、バリ取り洗浄装置に前述の前処理手段が一体に設けられている場合には、アイスブラストノズル２２によるバリ取り洗浄に先立って、前述の前処理を行う（前処理工程）。
【００５７】
この後ノズルヘッド６による樹脂基板８を対象としたバリ取り洗浄動作が開始される。すなわちアイスブラストノズル２２をワーク保持部５に対して相対移動させながら、凍結粒子２３ａおよび液滴２３ｂを含む洗浄媒体２３を加工部位に対してアイスブラストノズル２２を介して噴射する（洗浄媒体噴射工程）。
【００５８】
この洗浄媒体噴射工程の詳細を説明する。まずエア供給管５０ｃからノズル本体部２２ａの導入部２４ａ内に圧縮空気を供給して、スロート部２４ｃにおいて圧縮空気の流速を音速とする（第１工程）。次いで、ノズル本体部２２ａの内側側面から離れたスロート部２４ｃの近傍に配置された洗浄液供給管２５の吐出口から、ノズル本体部２２ａにおける圧縮空気の流れと同方向に洗浄水を吐出する（第２工程）。次に、ダイバージェント部２４ｄにおける圧縮空気の流れによって洗浄水が微粒化されて生成した液滴２６を急激に冷却することにより、凍結粒子２３ａ洗浄液供給管過冷却状態の液滴２６ｂを生成する（第３工程）。次に、図８（ａ）に示すように、凍結粒子２３ａおよび液滴２３ｂを含む洗浄媒体２３を、アイスブラストノズル２２の噴射口２２ｂから樹脂基板８の加工部位に対して噴射する（第４工程）。そして噴射された洗浄媒体２３によって、加工部位に生じたバリを除去して洗浄する（バリ取り洗浄工程）。
【００５９】
このバリ取り洗浄工程の詳細を説明する。まず、凍結粒子２３ａをバリに対して衝突させて除去する（第１工程）。すなわち、図８（ａ）に示すように、面状に展開されて受圧面積の大きい面バリ１８ａに凍結粒子２３ａの衝突力を作用させ、脱落させる。次いで、凍結粒子２３ａの衝突によってもなお除去されずに残留する髭バリ１８ｂを液滴２３ｂによって包み込む（第２工程）。すなわち図８（ｂ）に示すように、幅細形状で受圧面積が小さく凍結粒子２３ａの衝突力では除去が困難な髭バリ１８ｂに液滴２３ｂを付着させ、液滴２３ｂによって髭バリ１８ｂを包み込む。このとき液滴２３ｂは過冷却されていることから、微細な髭バリ１８ｂに接触すると急速に凍結固化する。
【００６０】
そして複数の液滴２３ｂが髭バリ１８ｂに付着堆積することにより、髭バリ１８ｂは液滴２３ｂが凍結固化した氷結体２３ｃによって包み込まれ、髭バリ１８ｂを内包する固体物３４を生成する（第３工程）。この後、図８（ｃ）に示すように、固体物３４を凍結粒子２３ａの衝突によって剥離させる（第４工程）。このような固形物３４は面的な拡がりを有することから、髭バリ１８ｂそのもののサイズと比較して面積的に大きく、洗浄媒体２３の噴射による外力によって、図８（ｄ）に示すように、容易にバリ発生部位から剥離脱落し、これにより髭バリ１８ｂが樹脂基板８から除去される。
【００６１】
これとともに、図３（ｂ）に示す樹脂基板８の上面に付着した付着バリ１８ｃなど、基板切断における加工部位の近傍に存在する微細異物も同様に、液滴２３ｂが凍結固化した氷結体２３ｃに包み込まれて除去される。すなわち、ここでは、樹脂基板８に生成した微細な髭バリ１８ｂなどの微細異物の除去において、髭バリ１８ｂなどの微細異物を包み込んだ過冷却の液滴２３ｂが凍結固化することによって生成した固形物３４を、樹脂基板８のバリ発生部位から剥離させるようにしている。
【００６２】
上記説明したように、樹脂基板８の切断後のバリ取り洗浄のように、除去することが困難な微細なバリを対象とするバリ取り洗浄装置において、上記構成のアイスブラストノズル２２を採用することにより、銅など延性に富んだ金属の微細なバリを対象として、バリ取り作業を高いバリ取り品質で効率よく行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のバリ取り洗浄装置およびバリ取り洗浄方法は、ワークを機械的に加工した加工部位に発生する微細なバリを高いバリ取り品質で効率よく除去することができるという効果を有し、樹脂基板を機械的に切断することによって生じた銅膜のバリなど除去困難なバリを対象とするバリ取り洗浄の分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置のワーク保持部の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置によるバリ取り洗浄対象となる樹脂基板の説明図
【図４】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置におけるノズルヘッドの構成説明図
【図５】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置における作動流体供給部の配管系統図
【図６】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置に使用されるラバールノズルの構造説明図
【図７】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄装置に使用されるラバールノズルの部分断面図
【図８】本発明の一実施の形態のバリ取り洗浄方法の工程説明図
【符号の説明】
【００６５】
１ バリ取り洗浄装置
３ ＸＹロボット
５ ワーク保持部
６ ノズルヘッド
７ 作動流体供給部
８ 実装基板
８ａ 個片基板
１１ 保持テーブル
１２ 冷却ユニット
１６ スルーホール
１７ 電極
１８ａ 面バリ
１８ｂ 髭バリ
２２ アイスブラストノズル（洗浄ノズル）
２３ 洗浄媒体
２３ａ 凍結粒子
２３ｂ 液滴
３２ 洗浄水供給源
３３ エア供給源
３４ 固形物
４６ ポンプ
５０ 洗浄水冷却ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄装置であって、
前記ワークを保持するワーク保持部と、洗浄液の凍結粒子および過冷却状態の液滴を含む洗浄媒体を前記加工部位に対して洗浄ノズルを介して噴射する凍結洗浄媒体噴射手段と、前記洗浄ノズルを前記ワーク保持部に対して相対移動させる移動手段とを備え、
前記凍結洗浄媒体噴射手段は、前記洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、前記洗浄ノズルの本体部を形成し、内部流路孔を絞って設けられた円形の断面のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部が形成されたノズル本体部と、前記内部流路孔の前記流れ方向に圧縮気体を供給する気体供給手段と、前記ノズル本体部に設けられ前記流れ方向と同方向に前記供給された洗浄液を吐出する洗浄液供給管とを有し、
前記洗浄液供給管の吐出口が前記ノズル本体部の内壁側面から離れた前記スロート部の近傍に配置され、しかも前記圧縮気体の流速が前記スロート部において音速となり、
前記ダイバージェント部における前記圧縮気体の流れにより前記洗浄液が微粒化されて生成した液滴が急激に冷却されて、前記凍結粒子および過冷却状態の液滴が生成されることを特徴とするバリ取り洗浄装置。
【請求項２】
前記ワーク保持部は、前記ワークを予め冷却するための予冷手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のバリ取り洗浄装置。
【請求項３】
前記凍結洗浄媒体噴射手段によるバリ取り洗浄動作に先立って、前記加工部位に発生したバリのうち前記凍結洗浄媒体噴射手段によるバリ取りが困難なバリを除去もしくはバリの強度を弱めて前記凍結洗浄媒体噴射手段によるバリ取り洗浄を容易にするための前処理を行う前処理手段を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のバリ取り洗浄装置。
【請求項４】
前記ワークは電子部品が実装される樹脂基板であり、前記バリは前記樹脂基板の表面もしくは貫通孔の内面に形成された銅膜を機械的に切断することによって生じたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバリ取り洗浄装置。
【請求項５】
ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄方法であって、
前記ワークをワーク保持部に保持させるワーク保持工程と、洗浄ノズルを前記ワーク保持部に対して相対移動させながら、洗浄液の凍結粒子および過冷却状態の液滴を含む洗浄媒体を前記加工部位に対して前記洗浄ノズルを介して噴射する洗浄媒体噴射工程と、前記洗浄媒体によって前記加工部位に生じた前記バリを除去して洗浄するバリ取り洗浄工程とを含み、
さらに前記洗浄媒体噴射工程は、前記洗浄ノズルの本体部を形成し円形の断面のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部を備えたノズル本体部に圧縮気体を供給して、前記スロート部において前記圧縮気体の流速を音速とする第１工程と、
前記ノズル本体部の内側側面から離れた前記スロート部の近傍に配置された洗浄液供給管の吐出口から前記ノズル本体部における前記圧縮気体の流れと同方向に前記洗浄液を吐出する第２工程と、
前記ダイバージェント部における前記圧縮気体の流れによって前記洗浄液が微粒化されて生成した液滴を急激に冷却することにより、前記凍結粒子および過冷却状態の液滴を生成する第３工程と、
前記洗浄媒体を前記洗浄ノズルから前記加工部位に対して噴射する第４工程とを含み、
前記バリ取り洗浄工程は、前記凍結粒子を前記バリに対して衝突させて除去する第１工程と、前記凍結粒子の衝突によってもなお除去されずに残留するバリを前記液滴によって包み込む第２工程と、前記液滴が凍結固化することにより前記バリを内包する固体物を生成する第３工程と、前記固体物を前記凍結粒子の衝突によって剥離させる第４工程とを含むことを特徴とするバリ取り洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄媒体噴射工程に先だって、前記ワーク保持部に備えられた予冷手段によって前記ワークを予め冷却することを特徴とする請求項５記載のバリ取り洗浄装置。
【請求項７】
前記洗浄媒体噴射工程に先立って、前記加工部位に発生したバリのうち前記凍結洗浄媒体噴射手段によるバリ取りが困難なバリを除去もしくはバリの強度を弱めて前記凍結洗浄媒体噴射手段によるバリ取り洗浄を容易にするための前処理を行う前処理工程を含むことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載のバリ取り洗浄方法。
【請求項８】
前記ワークは電子部品が実装される樹脂基板であり、前記バリは前記樹脂基板の表面もしくは貫通孔の内面に形成された銅膜を機械的に切断することによって生じたものであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のバリ取り洗浄方法。
【請求項１】
ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄装置であって、
前記ワークを保持するワーク保持部と、洗浄液の凍結粒子および過冷却状態の液滴を含む洗浄媒体を前記加工部位に対して洗浄ノズルを介して噴射する凍結洗浄媒体噴射手段と、前記洗浄ノズルを前記ワーク保持部に対して相対移動させる移動手段とを備え、
前記凍結洗浄媒体噴射手段は、前記洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、前記洗浄ノズルの本体部を形成し、内部流路孔を絞って設けられた円形の断面のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部が形成されたノズル本体部と、前記内部流路孔の前記流れ方向に圧縮気体を供給する気体供給手段と、前記ノズル本体部に設けられ前記流れ方向と同方向に前記供給された洗浄液を吐出する洗浄液供給管とを有し、
前記洗浄液供給管の吐出口が前記ノズル本体部の内壁側面から離れた前記スロート部の近傍に配置され、しかも前記圧縮気体の流速が前記スロート部において音速となり、
前記ダイバージェント部における前記圧縮気体の流れにより前記洗浄液が微粒化されて生成した液滴が急激に冷却されて、前記凍結粒子および過冷却状態の液滴が生成されることを特徴とするバリ取り洗浄装置。
【請求項２】
前記ワーク保持部は、前記ワークを予め冷却するための予冷手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のバリ取り洗浄装置。
【請求項３】
前記凍結洗浄媒体噴射手段によるバリ取り洗浄動作に先立って、前記加工部位に発生したバリのうち前記凍結洗浄媒体噴射手段によるバリ取りが困難なバリを除去もしくはバリの強度を弱めて前記凍結洗浄媒体噴射手段によるバリ取り洗浄を容易にするための前処理を行う前処理手段を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のバリ取り洗浄装置。
【請求項４】
前記ワークは電子部品が実装される樹脂基板であり、前記バリは前記樹脂基板の表面もしくは貫通孔の内面に形成された銅膜を機械的に切断することによって生じたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバリ取り洗浄装置。
【請求項５】
ワークを機械的に加工した加工部位に発生したバリを除去して洗浄するバリ取り洗浄方法であって、
前記ワークをワーク保持部に保持させるワーク保持工程と、洗浄ノズルを前記ワーク保持部に対して相対移動させながら、洗浄液の凍結粒子および過冷却状態の液滴を含む洗浄媒体を前記加工部位に対して前記洗浄ノズルを介して噴射する洗浄媒体噴射工程と、前記洗浄媒体によって前記加工部位に生じた前記バリを除去して洗浄するバリ取り洗浄工程とを含み、
さらに前記洗浄媒体噴射工程は、前記洗浄ノズルの本体部を形成し円形の断面のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部を備えたノズル本体部に圧縮気体を供給して、前記スロート部において前記圧縮気体の流速を音速とする第１工程と、
前記ノズル本体部の内側側面から離れた前記スロート部の近傍に配置された洗浄液供給管の吐出口から前記ノズル本体部における前記圧縮気体の流れと同方向に前記洗浄液を吐出する第２工程と、
前記ダイバージェント部における前記圧縮気体の流れによって前記洗浄液が微粒化されて生成した液滴を急激に冷却することにより、前記凍結粒子および過冷却状態の液滴を生成する第３工程と、
前記洗浄媒体を前記洗浄ノズルから前記加工部位に対して噴射する第４工程とを含み、
前記バリ取り洗浄工程は、前記凍結粒子を前記バリに対して衝突させて除去する第１工程と、前記凍結粒子の衝突によってもなお除去されずに残留するバリを前記液滴によって包み込む第２工程と、前記液滴が凍結固化することにより前記バリを内包する固体物を生成する第３工程と、前記固体物を前記凍結粒子の衝突によって剥離させる第４工程とを含むことを特徴とするバリ取り洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄媒体噴射工程に先だって、前記ワーク保持部に備えられた予冷手段によって前記ワークを予め冷却することを特徴とする請求項５記載のバリ取り洗浄装置。
【請求項７】
前記洗浄媒体噴射工程に先立って、前記加工部位に発生したバリのうち前記凍結洗浄媒体噴射手段によるバリ取りが困難なバリを除去もしくはバリの強度を弱めて前記凍結洗浄媒体噴射手段によるバリ取り洗浄を容易にするための前処理を行う前処理工程を含むことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載のバリ取り洗浄方法。
【請求項８】
前記ワークは電子部品が実装される樹脂基板であり、前記バリは前記樹脂基板の表面もしくは貫通孔の内面に形成された銅膜を機械的に切断することによって生じたものであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のバリ取り洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−３０７６２４（Ｐ２００８−３０７６２４Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５６２４４（Ｐ２００７−１５６２４４）
【出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【特許番号】特許第４１５１７９６号（Ｐ４１５１７９６）
【特許公報発行日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（５９１０６５５４９）福岡県 (121)
【出願人】（０００１７９３２８）リックス株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【特許番号】特許第４１５１７９６号（Ｐ４１５１７９６）
【特許公報発行日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（５９１０６５５４９）福岡県 (121)
【出願人】（０００１７９３２８）リックス株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
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