超音波切断装置
【課題】基板上に成長させた被処理体を少量の液媒体で且つ短時間で効率良く回収できるようにする。
【解決手段】基板Ｐの処理面と貯留槽４１の底板表面とを対向させ且つその間隙を少量の液媒体で満たし、超音波振動子４２により貯留槽４１の底板を厚さ方向に振動させ、その振動を液媒体を介して基板Ｐに伝達して基板Ｐを面内方向に振動させることで、基板Ｐから被処理体を切断して液媒体と一緒に回収する。
【解決手段】基板Ｐの処理面と貯留槽４１の底板表面とを対向させ且つその間隙を少量の液媒体で満たし、超音波振動子４２により貯留槽４１の底板を厚さ方向に振動させ、その振動を液媒体を介して基板Ｐに伝達して基板Ｐを面内方向に振動させることで、基板Ｐから被処理体を切断して液媒体と一緒に回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波切断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、特許文献１に開示されているように、カーボン繊維を螺旋状に巻回したカーボンナノコイルが製造されている。このカーボンナノコイルは、カーボン繊維が導電性を有し且つコイル形状に形成されていることから、高性能な電磁波吸収体材料として、例えば、携帯電話器等への利用が期待されている。また、バネ特性を有しているので、マイクロマシンのスプリングやアクチュエータの材料としても注目を集めている。そこで、カーボンナノコイルを効率良く大量に生産するための技術が求められている。
【０００３】
このカーボンナノコイルは、特許文献１にも記載されているように、触媒微粒子膜を基板表面に生成し、化学気相成長（CVD）法により原料ガスを流通させると、触媒微粒子が触媒核となって原料ガスが分解され、触媒核の付着したカーボンナノコイルが製造される。
【０００４】
そして、基板上に成長させたカーボンナノコイルを基板から切断して回収するためには、例えば、特許文献２に従来例として記載されているような超音波洗浄技術が用いられている。具体的に、洗浄槽の底面裏面に超音波振動子を取り付けておき、洗浄槽内に洗浄液を満たし、超音波振動子を振動させて洗浄槽を介して洗浄液を振動させることで洗浄液中に小さな気泡を発生させ、この気泡が基板に当たって壊れるときの衝撃波で基板上に付着したカーボンナノコイルを引き剥がすようになっている。
【特許文献１】特開２００４−２６１６３０号公報
【特許文献２】特開２０００−１０７７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の超音波洗浄装置では、大容量の洗浄槽を用いているため大量の洗浄液が必要となり、コスト増大の要因となっていた。また、洗浄液中に小さな気泡を発生させてカーボンナノコイルを引き剥がすため、気泡が基板に当たる際の気泡の付着分布にムラがあり、その結果、基板から回収できるカーボンナノコイルの量が少なく、効率的な回収が難しいという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板上に成長させた被処理体を少量の液媒体で且つ短時間で効率良く回収できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するため、本発明は、超音波振動子で発生させた縦方向の振動波を基板の処理面に対して垂直に当てることで基板を面内方向に振動させ、被処理体を基板から切断するようにした。
【０００８】
具体的に、本発明は、基板の処理面側に成長させた被処理体を該基板から切断して回収するための超音波切断装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【０００９】
すなわち、請求項１の発明は、振動伝達媒体としての液媒体を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽の底板裏面に取り付けられた超音波振動子とを備え、
前記基板の処理面と前記貯留槽の底板表面とを対向させ且つ少なくともその間隙を少量の液媒体で満たし、前記超音波振動子により該貯留槽の底板を厚さ方向に振動させ、その振動を液媒体を介して該基板に伝達して該基板を面内方向に振動させることで、該基板から被処理体を切断して液媒体と一緒に回収することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、
前記貯留槽の上方には、前記基板と対向する反射板が配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、
前記超音波振動子は、前記貯留槽の底板裏面に複数配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１項において、
前記貯留槽内には、前記基板を両端支持する一対のガイドスペーサが設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記基板を前記貯留槽内に搬送する搬送手段と、
前記搬送手段で搬送された前記基板を前記貯留槽内から排出する排出手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５において、
前記排出手段は、前記貯留槽を傾斜させて前記基板を傾斜方向に排出するとともに、該基板から切断した被処理体を液媒体と一緒に傾斜方向に排出して回収するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のうち何れか１項において、
前記貯留槽に貯留する液媒体の液面から該貯留槽の底面までの深さは、前記超音波振動子の振動周波数の１／４波長以下に設定されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、超音波振動子で発生させた振動が縦方向の振動波となって液媒体を介して基板表面に向かって垂直に伝達され、伝達された縦方向の振動波が基板において横方向の振動波に変換されて基板が面内方向に超音波振動するから、基板の処理面に成長させた被処理体が基板の面内方向の超音波振動に追従できず、被処理体の表層部分が基板から切断されて液媒体中に混在する。
【００１７】
このように、基板の処理面と貯留槽の底板との間隙に少量の液媒体を満たして基板を超音波振動させるだけで基板から被処理体を切断することができ、切断に必要な液媒体が少量で済むためコスト低減に有利となる。また、従来の超音波洗浄のように、液媒体中に小さな気泡を発生させて、この気泡が基板に当たって壊れるときの衝撃波で被処理体を引き剥がす構成とは異なるため、気泡の付着分布にムラができたり基板が傷ついたりする等の問題が解消され、基板を再利用することも可能となる。さらに、基板の処理面全体から均等に被処理体を切断することができるため、被処理体を効率良く大量に回収することができる。また、基板面は横振動して液媒体は縦振動するために、被処理体であるカーボンナノコイルの基板への付け根部分には強い応力がかかる結果となり、付け根部分で折れてカーボンナノコイルが基板から切断される。
【００１８】
さらに、本発明では、被処理体を基板から切断する切断能力が非常に高いため、超音波振動子の出力を小さくでき、超音波振動のパワーも少なくて済むことから、短時間で効率良く被処理体の回収作業を行うことができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、基板と対向する反射板が貯留槽の上方に配置されているから、振動のエネルギーを有効に反射させるようにして効率的に基板を超音波振動させることができる。すなわち、基板上面が開放されている場合には、振動のエネルギーが基板を通過した後に減衰されやすくなるが、反射板を設けることにより、基板を通過した振動のエネルギーが反射板との間の液媒体を介して反射板に与えられ、反射板がそのエネルギーによって振動する結果、反射板から反射された超音波振動が基板の上面に与えられる。これにより、振動のエネルギーの減衰を抑えることができ、効率的に基板を振動させて被処理体を回収することができる。
【００２０】
また、両面に被処理体を成長させた基板を用いて被処理体の回収作業を行う場合には、反射板を設けた構成とすることで、基板両面の被処理体を同時に切断することができ、さらに効率的に被処理体を回収することができる。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、貯留槽の底板裏面に超音波振動子が複数配置されているから、基板表面に伝達される振動を均一化することができる。すなわち、超音波振動子を１つだけ配置した場合には、超音波振動子近傍の振動が最も強く、外周部に向かうに従って振動が弱まる傾向があるが、複数の超音波振動子を配置するようにすれば、振動の弱まる外周部付近で互いの振動波が折り返してくるために重なって強め合うこととなる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、貯留槽内に基板を両端支持する一対のガイドスペーサを設けたから、基板の処理面と貯留槽の底板表面との間に所定深さの間隙を設けることができ、基板の処理面と貯留槽の底板表面との間を液媒体で確実に満たすことができ、効率的に振動の伝達を行うことができる。また、貯留槽内から基板を排出する際に、貯留槽を傾斜させて基板を排出する構造にした場合、スムーズに基板を排出することができる。すなわち、基板表面と貯留槽の底板表面との間に隙間がない場合には、貯留槽を傾斜させたとしても、基板が貯留槽の底板に密着して上手く排出されないおそれがあるが、基板を両端支持させて接触面積を小さくしておけば、貯留槽の傾斜に連動して基板を傾斜方向にスムーズに排出することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、基板を貯留槽内に搬送する搬送手段と、貯留槽内の基板を排出する排出手段とを設けたから、貯留槽内に基板をセットする作業や、被処理体を切断した後の基板を回収する作業を作業者が行う必要が無く、基板の搬送から被処理体の回収動作までを自動的に連続して行うことができ作業効率が向上する。このような構成とすれば、近年、高性能な電磁波吸収体材料として需要が高まっているカーボンナノコイルを大量生産する上で有利となる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、排出手段により、貯留槽を傾斜させて基板を傾斜方向に排出するとともに、基板から切断した被処理体を液媒体とともに傾斜方向に排出して回収するようにしたから、貯留槽を傾斜させるだけで基板の排出と被処理体を含む液媒体の回収とを同時に行うことができ、作業効率が向上する。
【００２５】
請求項７に係る発明によれば、貯留槽に貯留する液媒体の液面から該貯留槽の底面までの深さを、超音波振動子の振動周波数の１／４波長以下となるように設定したから、振動のプラスとなる強い振動波のみを基板に伝達させることが可能となり、基板の振動効率をさらに高めることができて、基板から被処理体を切断する切断効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２７】
図１は本発明の実施形態に係る超音波切断装置の構成を示す正面図、図２は平面図である。図１及び図２に示すように、この超音波切断装置１０は、基板Ｐの処理面側に成長させたカーボンナノコイル等の被処理体を基板Ｐから切断して回収するものであり、複数の本体フレーム１１を組み合わせて形成した直方体状の本体架台１２を備えている。
【００２８】
前記本体架台１２は、上下方向の略中央位置を左右方向に延びる中間フレーム１１ａによって上部室１２ａと下部室１２ｂとに区画されている。この上部室１２ａ内には、搬送ユニット２０、基板収容ユニット３０、振動ユニット４０、液供給ユニット４５、反射ユニット５０、及び排出ユニット６０が配設され、下部室１２ｂには貯留タンク８０が配設されている。また、回収ユニット７０は、上部室１２ａと下部室１２ｂとに跨って配設されている。なお、本実施形態では、図１において右側を基板搬送方向の上流側、左側を下流側として以下説明する。
【００２９】
前記本体架台１２の右端部には、電源ＯＮ／ＯＦＦや各種設定を行うための複数のスイッチ等が設けられたコントロールボックス１３が取り付けられている。また、本体架台１２の下端部の４隅には、本体架台１２の高さ調整のための調整ボルト１４がそれぞれ取り付けられている。
【００３０】
また、前記本体架台１２の上部室１２ａには、装置前後方向の両端にそれぞれ配置された中間フレーム１１ａ，１１ａに跨って架設プレート１５が架設されている。この架設プレート１５上には、装置前後方向の両端部から立設プレート１６，１６がそれぞれ立設されており、立設プレート１６，１６同士を連結する連結プレート１７，１７が、立設プレート１６の幅方向両端部にそれぞれ取り付けられている。
【００３１】
前記搬送ユニット２０は、基板収容ユニット３０に収容されている基板Ｐを振動ユニット４０の貯留槽４１内に搬送するためのものであり、搬送シリンダ２１と、搬送シリンダ２１のロッド先端に取り付けられた断面コ字状の搬送爪２２とを備えている。
【００３２】
前記搬送シリンダ２１は、ロッド挿通口近傍に取り付けられた断面Ｌ字状の取付ブラケット２３が、基板搬送方向に延び且つ右側の連結プレート１７の上面に取り付けられた取付プレート１８上に固定されることで、本体架台１２の上部室１２ａ内に固定されている。また、前記搬送爪２２の断面コ字状の溝部が基板Ｐの搬送ライン上に位置するように搬送ユニット２０の高さ調整がされている。
【００３３】
前記基板収容ユニット３０は、上下方向に互いに間隔をあけて基板Ｐを収容する基板収容ラック３８を載置する載置台３１を有し、搬送ユニット２０の搬送ライン上に基板Ｐが位置するように、所定のピッチで上下方向に移動自在に構成されている。具体的には、基板収容ユニット３０よりも基板搬送方向の上流側で装置奥側に配置された図示しない回転モータのモータ軸に取り付けられた駆動プーリ３３と、載置台３１の奥側の略中央位置に設けられたボールネジ３６と同軸に取り付けられた従動プーリ３４とが回転ベルト３５で連結されている。また、載置台３１の従動プーリ３４の左右両側に載置台３１の上下方向への移動を案内するガイド軸３７，３７が設けられている。そして、駆動プーリ３３を回転させることで、その回転が回転ベルト３５を介して従動プーリ３４に伝達され、従動プーリ３４の回転に伴ってボールネジ３６が回転して載置台３１が上下方向に移動するようになっている。
【００３４】
また、載置台３１には、断面凹状のガイド溝３２ａを有する位置決めガイド３２，３２が、互いのガイド溝３２ａが装置前後方向に対向するように配置されている。また、基板Ｐを収容する基板収容ラック３８には、位置決めガイド３２のガイド溝３２ａに嵌合するガイド突起３８ａが位置決めガイド３２に対応して設けられている。この位置決めガイド３２のガイド溝３２ａに基板収容ラック３８のガイド突起３８ａを嵌合することで、載置台３１における基板収容ラック３８の位置が規定される。
【００３５】
前記振動ユニット４０は、図３及び図４にも拡大して示すように、振動伝達媒体としての液媒体を貯留する貯留槽４１と、貯留槽４１の底板裏面に取り付けられた超音波振動子４２と、貯留槽４１内に配置され、基板Ｐを両端支持する一対のガイドスペーサ４３，４３とを備えている。
【００３６】
前記貯留槽４１は、前記液供給ユニット４５から供給される液媒体を貯留するものであり、超音波振動子４２で発生させた超音波振動が液媒体を介して貯留槽４１内の基板Ｐに伝達され、基板Ｐが面内方向に振動されることにより基板Ｐから被処理体が切断され、切断された被処理体が液媒体中に混在して回収されるようになっている。なお、本実施形態では、液媒体としてアルコールを用いている。
【００３７】
また、前記貯留槽４１の底板における、超音波振動子４２の取り付け位置よりも下流側の底板は、下流側に向かって上方に傾斜しており、貯留槽４１内の基板Ｐを搬送方向下流側から排出しやすい形状となっている。
【００３８】
前記超音波振動子４２は、貯留槽４１の底板裏面の前後方向及び左右方向に互いに間隔をあけて計４個配置されている。なお、本実施形態では４個の超音波振動子４２を用いた構成について説明しているが、個数は特に限定するものではなく、貯留槽４１の大きさ等に応じて適宜設定可能である。このような配置とすることにより、基板Ｐ表面に伝達される振動を均一化することができる。すなわち、超音波振動子４２を１つだけ配置した場合には、超音波振動子４２近傍の振動が最も強く、外周部に向かうに従って振動が弱まる傾向があるが、複数の超音波振動子４２を配置するようにすれば、振動の弱まる外周部付近で互いの振動波が折り返してくるために重なって強め合うこととなり好ましい。
【００３９】
なお、超音波振動子４２は、貯留槽４１の底板を厚さ方向に振動させるように動作するものであり、超音波振動子４２で発生させた振動が縦方向の振動波となって液媒体を介して基板Ｐ表面に向かって垂直に伝達され、伝達された縦方向の振動波が基板Ｐにおいて横方向の振動波に変換されて基板Ｐが面内方向に超音波振動するようになっている。これにより、基板Ｐの処理面に成長させた被処理体が基板Ｐの面内方向の超音波振動に追従できず、被処理体の表層部分が基板Ｐから切断される。
【００４０】
前記ガイドスペーサ４３は、貯留槽４１内に基板Ｐを配置したときに、基板Ｐの処理面と貯留槽４１の底板表面との間に所定深さの間隙を設けるためのものであり、基板Ｐの処理面と貯留槽４１の底板表面との間を液媒体で確実に満たして、効率的に振動の伝達を行うことができるようにしている。
【００４１】
さらに、このガイドスペーサ４３により間隙を設けておけば、貯留槽４１内から基板Ｐを排出する際に、排出ユニット６０を用いて貯留槽４１を傾斜させて基板Ｐを排出する場合、スムーズに基板Ｐを排出することができる。すなわち、基板Ｐ表面と貯留槽４１の底板表面との間に隙間がない場合には、貯留槽４１を傾斜させたとしても、基板Ｐが貯留槽４１の底板に密着して上手く排出されないおそれがあるが、基板Ｐを両端支持させて接触面積を小さくしておけば、貯留槽４１の傾斜に連動して基板Ｐを傾斜方向にスムーズに排出することができる。
【００４２】
前記液供給ユニット４５は、振動ユニット４０の貯留槽４１内に液媒体を供給するためのものであり、貯留槽４１の上方で搬送方向の上流側及び下流側にそれぞれ配置されている。液供給ユニット４５のノズル部４５ａから噴射された液媒体は、貯留槽４１内に貯留される。
【００４３】
前記反射ユニット５０は、反射板５２と、反射板５２を上下方向に移動自在とする反射板シリンダ５１とを備えている。この反射ユニット５０は、振動ユニット４０の貯留槽４１の上方に、貯留槽４１内に配置された基板Ｐと反射板５２とが対向するように配置されている。
【００４４】
そして、反射板シリンダ５１のシリンダロッドを伸長させて反射板５２を下方に位置付けることで、基板Ｐを通過した振動のエネルギーを反射板５２で反射させ、振動のエネルギーの減衰を抑えるようにしている。これにより、効率的に基板Ｐを超音波振動させることができる。この反射板５２は、例えばステンレスで形成するようにしている。
【００４５】
前記排出ユニット６０は、貯留槽４１内の基板Ｐ及び被処理体を含む液媒体を回収ユニット７０側に排出するためのものであり、排出シリンダ６１のシリンダロッドの伸縮動作に連動して、貯留槽４１の下流側を下方に傾斜させて基板Ｐを傾斜方向に排出するとともに、基板Ｐから切断した被処理体を液媒体と一緒に傾斜方向に排出して回収するように構成されている。
【００４６】
具体的に、貯留槽４１の上流側端部は、蝶番４７を介して立設プレート１６の左側に取り付けられた連結プレート１７に回動自在に接続されており、蝶番４７を支点に貯留槽４１が回動することで、貯留槽４１の下流側を下方に傾斜することができるようになっている。また、貯留槽４１の下流側端部は排出ユニット６０の支持ベルト６５の一端と接続されている。支持ベルト６５の他端は、本体架台１２の上方の本体フレーム１１に固定されている。この支持ベルト６５は、貯留槽４１の装置前後方向の両端をそれぞれ支持するように２本設けられている。
【００４７】
前記支持ベルト６５の一端側と他端側との間には、排出ローラ６２及びガイドローラ６４が配置され、排出ローラ６２及びガイドローラ６４にそれぞれ支持ベルト６５が巻き掛けられている。
【００４８】
前記排出ローラ６２は、支持ベルト６５に対応して貯留槽４１の装置前後方向の両端に間隔をあけて配置されており、この排出ローラ６２，６２間が連結部材６３により連結され、該連結部材６３が排出シリンダ６１のロッド先端部に接続されている。
【００４９】
また、前記ガイドローラ６４は、排出ローラ６２よりも下方位置で且つ貯留槽４１寄りに配置されている。このガイドローラ６４も支持ベルト６５に対応して装置前後方向の両端に間隔をあけて配置されている。
【００５０】
ここで、排出シリンダ６１のシリンダロッドを伸長させると、支持ベルト６５が巻き掛けられた排出ローラ６２とガイドローラ６４との間隔が長くなり、支持ベルト６５が貯留槽４１の下流側端部を上方に持ち上げる方向に引っ張られ、貯留槽４１が水平に保持される。
【００５１】
一方、排出シリンダ６１のシリンダロッドを縮退させると、排出ローラ６２とガイドローラ６４との間隔が短くなって支持ベルト６５が弛み、蝶番４７を介して貯留槽４１が回動して、貯留槽４１の下流側端部が下方に傾斜する。これにより、貯留槽４１内の基板Ｐが傾斜方向に排出されるとともに、被処理体が液媒体と一緒に傾斜方向に排出されるようになっている。
【００５２】
前記回収ユニット７０は、貯留槽４１から排出された基板Ｐ、及び被処理体を含む液媒体を回収するためのものであり、回収タンク７１と、回収タンク７１内の上方位置で貯留槽４１の下流側近傍に配置された排出ガイド板７２と、基板Ｐを回収する基板回収箱７３と、液媒体回収ノズル７４とを備えている。
【００５３】
前記回収タンク７１は、上方が開口した箱状に形成され、その底板の右側端部には排水口が開口しており、回収タンク７１内の液媒体が該排水口に流れ込むようにその周辺の底板が排水口に向かって傾斜している。また、回収タンク７１の搬送方向下流側（図１では左側）の側壁の上部は切り欠かれており、前記基板回収箱７３で回収した基板Ｐを回収タンク７１の切欠きから作業者が容易に取り除くことができるようになっている。
【００５４】
前記排出ガイド板７２は、貯留槽４１から排出した基板Ｐ及び被処理体を含む液媒体が回収タンク７１内から飛散しないように、且つ回収タンク７１の下方への落下を案内するように下方に延びる板材で構成され、回収タンク７１の左側の側壁の切欠きの近傍に配置されている。
【００５５】
前記基板回収箱７３は、貯留槽４１から排出された基板Ｐを回収するものであり、上方が開口した箱状に形成され、その底板の左側を下方に傾斜させた状態で配置されている。この基板回収箱７３の底板には、図１で左右方向に延びる複数のスリット７３ａが装置前後方向に間隔をあけて形成されており、基板回収箱７３内に回収された基板Ｐに付着している液媒体が、スリット７３ａを介して回収タンク７１の底部に流下するようになっている。
【００５６】
前記液媒体回収ノズル７４は、回収タンク７１の底板に開口した排水口に連通するように底板裏面に取り付けられ、回収タンク７１内の液媒体を貯留タンク８０側に排水するようになっている。
【００５７】
前記貯留タンク８０は、回収タンク７１の液媒体回収ノズル７４から流れ込んだ被処理体を含む液媒体を貯留するためのものであり、タンク本体８１と、タンク本体８１を本体架台１２から出し入れ自在に載置するスライド台８５とを備えている。
【００５８】
前記タンク本体８１は、略直方体状の箱型に形成されており、回収タンク７１の液媒体回収ノズル７４に対応する位置に、回収タンク７１から排水される液媒体をタンク本体８１内に導く導水管８２が取り付けられている。そして、タンク本体８１の左右両側には、タンク本体８１を持ち運ぶ際の把持部分となる把手８３，８３が取り付けられている。
【００５９】
前記スライド台８５は、タンク本体８１を載置するものであり、スライド台８５の左右両側には、装置前後方向に摺動自在なリニアガイド８６，８６が取り付けられている。リニアガイド８６は本体架台１２に固定されており、スライド台８５が装置前後方向に摺動自在となっている。
【００６０】
前記スライド台８５の前面にはカバー板８８が取り付けられ、カバー板８８の左右方向略中央位置にはスライド把手８９が取り付けられている。そして、作業者がスライド把手８９を引っ張ることでスライド台８５を装置手前側に引き出して、タンク本体８１を本体架台１２から取り出すことができるようになっている。
【００６１】
なお、本実施形態に係る超音波切断装置１０では、回収ユニット７０から排水された被処理液を含む液媒体を貯留タンク８０に貯留し、作業者がタンク本体８１を取り出して次の処理工程を行う処理装置まで搬送するようにしているが、この形態に限定するものではなく、例えば、回収ユニット７０から排水された液媒体を、次の処理工程を行う処理装置に対して直接供給するような構成としても構わない。
【００６２】
−被処理体の切断動作−
次に、基板Ｐの処理面側に成長させた被処理体を超音波切断装置１０で切断して回収するための動作手順について、図１〜図４を用いて説明する。
【００６３】
図１〜図４に示すように、まず、基板収容ラック３８内に、互いに上下方向に間隔をあけて複数の基板Ｐを収容して、基板収容ユニット３０の載置台３１に載置する。このとき、位置決めガイド３２のガイド溝３２ａに基板収容ラック３８のガイド突起３８ａを嵌合して位置決めする。
【００６４】
そして、基板収容ユニット３０の回転モータを回転させて載置台３１を上方に移動させて基板収容ラック３８の最下段の基板Ｐが搬送ライン上に位置付けられるようにする。
【００６５】
次に、搬送ユニット２０の搬送シリンダ２１のシリンダロッドを伸長させて基板Ｐの後方（搬送方向の上流側）を搬送爪２２で押し、基板Ｐを振動ユニット４０の貯留槽４１内に搬送する。そして、最下段の基板Ｐを搬送した後、搬送シリンダ２１のシリンダロッドを縮退させて待機位置まで戻し、続いて基板収容ユニット３０の載置台３１を一段下げて、次の基板Ｐが搬送ライン上に位置付けられるようにする。
【００６６】
前記貯留槽４１内に基板Ｐが収容された後、液供給ユニット４５を作動させて貯留槽４１内に液媒体を供給する。このとき、基板Ｐの前後方向の両端は、貯留槽４１の底板表面に設けられた一対のガイドスペーサ４３，４３によって支持されており、基板Ｐの処理面と貯留槽４１の底板表面との間に間隙が形成されているから、基板Ｐと貯留槽４１の底板との間隙が液供給ユニット４５から供給された液媒体で満たされる。その後、基板Ｐ全体が液媒体に沈下するまで液媒体を供給する。なお、液媒体の液面から貯留槽４１の底板表面までの深さは、超音波振動子４２の振動周波数の１／４波長寸法に設定されていて、上昇中の超音波エネルギーが最大になる部分を使用して基板Ｐから被処理体を切断している。
【００６７】
そして、反射ユニット５０の反射板シリンダ５１のシリンダロッドを伸長して、反射板５２を基板Ｐの上面に間隙を有して対向させる。この反射板５２と基板Ｐの上面との間隙は１ｍｍ程度に設定するのが好ましい。
【００６８】
次に、貯留槽４１の裏面に取り付けられた超音波振動子４２を作動させて貯留槽４１の底板を厚さ方向に振動させる。このとき、超音波振動子４２で発生させた振動が縦方向の振動波となって液媒体を介して基板Ｐ表面に向かって垂直に伝達され、伝達された縦方向の振動波が基板Ｐにおいて横方向の振動波に変換されて基板Ｐが面内方向に超音波振動する。これにより、基板Ｐの処理面に成長させたカーボンナノコイル等の被処理体は、基板Ｐの面内方向の超音波振動に追従できず、被処理体の表層部分が基板Ｐから切断されて液媒体中に混在されるようになる。
【００６９】
そして、基板Ｐから被処理体を切断した後、排出ユニット６０の排出シリンダ６１のシリンダロッドを縮退させる。これにより、排出ローラ６２及びガイドローラ６４に巻き掛けられていた支持ベルト６５が弛み、蝶番４７を支点に貯留槽４１が回動して貯留槽４１の下流側が下方に傾斜して、貯留槽４１内の基板Ｐと被処理体を含む液媒体とが下流側の回収ユニット７０内に排出される。そして、貯留槽４１から基板Ｐ及び液媒体を排出した後、排出シリンダ６１のシリンダロッドを伸長させ、貯留槽４１の下流側端部を上方に持ち上げる方向に支持ベルト６５を引っ張り、貯留槽４１を水平に保持しておき、次の基板Ｐが搬送されるまで待機する。
【００７０】
前記貯留槽４１から排出された液媒体は、回収ユニット７０内の排出ガイド板７２に沿って下方に流出し、排水口から液媒体回収ノズル７４を流通して貯留タンク８０側に排水される。一方、貯留槽４１から排出された基板Ｐは、回収ユニット７０内の基板回収箱７３に順次積層されて収容される。基板Ｐに付着している液媒体は、基板回収箱７３の底板に開口したスリット７３ａを介して回収タンク７１の底部に流下する。
【００７１】
上述した処理を繰り返し行い、前記貯留タンク８０内に被処理体を含む液媒体が所定量以上回収された場合には、スライド把手８９を引っ張ってスライド台８５を装置手前側に引き出し、作業者がタンク本体８１の把手８３を持って次の処理工程の処理装置まで搬送する。
【００７２】
以上のように、本実施形態に係る超音波切断装置１０によれば、超音波振動子４２で発生させた振動が縦方向の振動波となって基板Ｐ表面に向かって垂直に伝達され、伝達された振動は基板Ｐにおいて横方向の振動波となって基板Ｐを面内方向に超音波振動させることで、基板Ｐの処理面に成長させたカーボンナノコイル等の被処理体が、基板Ｐの面内方向の超音波振動の動作に追従できずにその表層部分が基板Ｐから切断されるから、基板Ｐの処理面全体から均等に被処理体を切断することができ、被処理体を効率良く大量に回収することができる。また、基板Ｐの処理面と貯留槽４１の底板との間隙に少量の液媒体を満たしておくだけで基板Ｐから被処理体を切断できるため、被処理体の回収に必要な液媒体が少量で済み、コスト低減に有利となる。
【００７３】
なお、本実施形態では、基板Ｐの処理面に成長させる被処理体としてカーボンナノコイルを一例に説明したが、例えば、カーボンナノチューブ等、その他の様々な材料に対して本発明を適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明は、基板上に成長させた被処理体を少量の液媒体で且つ短時間で効率良く回収できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波切断装置の構成を示す正面図である。
【図２】本実施形態に係る超音波切断装置の構成を示す平面図である。
【図３】切断ユニットの構成を示す正面図である。
【図４】切断ユニット及び反射ユニットの構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 超音波切断装置
２０ 搬送ユニット（搬送手段）
３０ 基板収容ユニット
４０ 振動ユニット
４１ 貯留槽
４２ 超音波振動子
４３ ガイドスペーサ
４５ 液供給ユニット
５０ 反射ユニット
５２ 反射板
６０ 排出ユニット（排出手段）
７０ 回収ユニット
Ｐ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波切断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、特許文献１に開示されているように、カーボン繊維を螺旋状に巻回したカーボンナノコイルが製造されている。このカーボンナノコイルは、カーボン繊維が導電性を有し且つコイル形状に形成されていることから、高性能な電磁波吸収体材料として、例えば、携帯電話器等への利用が期待されている。また、バネ特性を有しているので、マイクロマシンのスプリングやアクチュエータの材料としても注目を集めている。そこで、カーボンナノコイルを効率良く大量に生産するための技術が求められている。
【０００３】
このカーボンナノコイルは、特許文献１にも記載されているように、触媒微粒子膜を基板表面に生成し、化学気相成長（CVD）法により原料ガスを流通させると、触媒微粒子が触媒核となって原料ガスが分解され、触媒核の付着したカーボンナノコイルが製造される。
【０００４】
そして、基板上に成長させたカーボンナノコイルを基板から切断して回収するためには、例えば、特許文献２に従来例として記載されているような超音波洗浄技術が用いられている。具体的に、洗浄槽の底面裏面に超音波振動子を取り付けておき、洗浄槽内に洗浄液を満たし、超音波振動子を振動させて洗浄槽を介して洗浄液を振動させることで洗浄液中に小さな気泡を発生させ、この気泡が基板に当たって壊れるときの衝撃波で基板上に付着したカーボンナノコイルを引き剥がすようになっている。
【特許文献１】特開２００４−２６１６３０号公報
【特許文献２】特開２０００−１０７７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の超音波洗浄装置では、大容量の洗浄槽を用いているため大量の洗浄液が必要となり、コスト増大の要因となっていた。また、洗浄液中に小さな気泡を発生させてカーボンナノコイルを引き剥がすため、気泡が基板に当たる際の気泡の付着分布にムラがあり、その結果、基板から回収できるカーボンナノコイルの量が少なく、効率的な回収が難しいという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板上に成長させた被処理体を少量の液媒体で且つ短時間で効率良く回収できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するため、本発明は、超音波振動子で発生させた縦方向の振動波を基板の処理面に対して垂直に当てることで基板を面内方向に振動させ、被処理体を基板から切断するようにした。
【０００８】
具体的に、本発明は、基板の処理面側に成長させた被処理体を該基板から切断して回収するための超音波切断装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【０００９】
すなわち、請求項１の発明は、振動伝達媒体としての液媒体を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽の底板裏面に取り付けられた超音波振動子とを備え、
前記基板の処理面と前記貯留槽の底板表面とを対向させ且つ少なくともその間隙を少量の液媒体で満たし、前記超音波振動子により該貯留槽の底板を厚さ方向に振動させ、その振動を液媒体を介して該基板に伝達して該基板を面内方向に振動させることで、該基板から被処理体を切断して液媒体と一緒に回収することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、
前記貯留槽の上方には、前記基板と対向する反射板が配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、
前記超音波振動子は、前記貯留槽の底板裏面に複数配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１項において、
前記貯留槽内には、前記基板を両端支持する一対のガイドスペーサが設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記基板を前記貯留槽内に搬送する搬送手段と、
前記搬送手段で搬送された前記基板を前記貯留槽内から排出する排出手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５において、
前記排出手段は、前記貯留槽を傾斜させて前記基板を傾斜方向に排出するとともに、該基板から切断した被処理体を液媒体と一緒に傾斜方向に排出して回収するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のうち何れか１項において、
前記貯留槽に貯留する液媒体の液面から該貯留槽の底面までの深さは、前記超音波振動子の振動周波数の１／４波長以下に設定されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、超音波振動子で発生させた振動が縦方向の振動波となって液媒体を介して基板表面に向かって垂直に伝達され、伝達された縦方向の振動波が基板において横方向の振動波に変換されて基板が面内方向に超音波振動するから、基板の処理面に成長させた被処理体が基板の面内方向の超音波振動に追従できず、被処理体の表層部分が基板から切断されて液媒体中に混在する。
【００１７】
このように、基板の処理面と貯留槽の底板との間隙に少量の液媒体を満たして基板を超音波振動させるだけで基板から被処理体を切断することができ、切断に必要な液媒体が少量で済むためコスト低減に有利となる。また、従来の超音波洗浄のように、液媒体中に小さな気泡を発生させて、この気泡が基板に当たって壊れるときの衝撃波で被処理体を引き剥がす構成とは異なるため、気泡の付着分布にムラができたり基板が傷ついたりする等の問題が解消され、基板を再利用することも可能となる。さらに、基板の処理面全体から均等に被処理体を切断することができるため、被処理体を効率良く大量に回収することができる。また、基板面は横振動して液媒体は縦振動するために、被処理体であるカーボンナノコイルの基板への付け根部分には強い応力がかかる結果となり、付け根部分で折れてカーボンナノコイルが基板から切断される。
【００１８】
さらに、本発明では、被処理体を基板から切断する切断能力が非常に高いため、超音波振動子の出力を小さくでき、超音波振動のパワーも少なくて済むことから、短時間で効率良く被処理体の回収作業を行うことができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、基板と対向する反射板が貯留槽の上方に配置されているから、振動のエネルギーを有効に反射させるようにして効率的に基板を超音波振動させることができる。すなわち、基板上面が開放されている場合には、振動のエネルギーが基板を通過した後に減衰されやすくなるが、反射板を設けることにより、基板を通過した振動のエネルギーが反射板との間の液媒体を介して反射板に与えられ、反射板がそのエネルギーによって振動する結果、反射板から反射された超音波振動が基板の上面に与えられる。これにより、振動のエネルギーの減衰を抑えることができ、効率的に基板を振動させて被処理体を回収することができる。
【００２０】
また、両面に被処理体を成長させた基板を用いて被処理体の回収作業を行う場合には、反射板を設けた構成とすることで、基板両面の被処理体を同時に切断することができ、さらに効率的に被処理体を回収することができる。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、貯留槽の底板裏面に超音波振動子が複数配置されているから、基板表面に伝達される振動を均一化することができる。すなわち、超音波振動子を１つだけ配置した場合には、超音波振動子近傍の振動が最も強く、外周部に向かうに従って振動が弱まる傾向があるが、複数の超音波振動子を配置するようにすれば、振動の弱まる外周部付近で互いの振動波が折り返してくるために重なって強め合うこととなる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、貯留槽内に基板を両端支持する一対のガイドスペーサを設けたから、基板の処理面と貯留槽の底板表面との間に所定深さの間隙を設けることができ、基板の処理面と貯留槽の底板表面との間を液媒体で確実に満たすことができ、効率的に振動の伝達を行うことができる。また、貯留槽内から基板を排出する際に、貯留槽を傾斜させて基板を排出する構造にした場合、スムーズに基板を排出することができる。すなわち、基板表面と貯留槽の底板表面との間に隙間がない場合には、貯留槽を傾斜させたとしても、基板が貯留槽の底板に密着して上手く排出されないおそれがあるが、基板を両端支持させて接触面積を小さくしておけば、貯留槽の傾斜に連動して基板を傾斜方向にスムーズに排出することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、基板を貯留槽内に搬送する搬送手段と、貯留槽内の基板を排出する排出手段とを設けたから、貯留槽内に基板をセットする作業や、被処理体を切断した後の基板を回収する作業を作業者が行う必要が無く、基板の搬送から被処理体の回収動作までを自動的に連続して行うことができ作業効率が向上する。このような構成とすれば、近年、高性能な電磁波吸収体材料として需要が高まっているカーボンナノコイルを大量生産する上で有利となる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、排出手段により、貯留槽を傾斜させて基板を傾斜方向に排出するとともに、基板から切断した被処理体を液媒体とともに傾斜方向に排出して回収するようにしたから、貯留槽を傾斜させるだけで基板の排出と被処理体を含む液媒体の回収とを同時に行うことができ、作業効率が向上する。
【００２５】
請求項７に係る発明によれば、貯留槽に貯留する液媒体の液面から該貯留槽の底面までの深さを、超音波振動子の振動周波数の１／４波長以下となるように設定したから、振動のプラスとなる強い振動波のみを基板に伝達させることが可能となり、基板の振動効率をさらに高めることができて、基板から被処理体を切断する切断効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２７】
図１は本発明の実施形態に係る超音波切断装置の構成を示す正面図、図２は平面図である。図１及び図２に示すように、この超音波切断装置１０は、基板Ｐの処理面側に成長させたカーボンナノコイル等の被処理体を基板Ｐから切断して回収するものであり、複数の本体フレーム１１を組み合わせて形成した直方体状の本体架台１２を備えている。
【００２８】
前記本体架台１２は、上下方向の略中央位置を左右方向に延びる中間フレーム１１ａによって上部室１２ａと下部室１２ｂとに区画されている。この上部室１２ａ内には、搬送ユニット２０、基板収容ユニット３０、振動ユニット４０、液供給ユニット４５、反射ユニット５０、及び排出ユニット６０が配設され、下部室１２ｂには貯留タンク８０が配設されている。また、回収ユニット７０は、上部室１２ａと下部室１２ｂとに跨って配設されている。なお、本実施形態では、図１において右側を基板搬送方向の上流側、左側を下流側として以下説明する。
【００２９】
前記本体架台１２の右端部には、電源ＯＮ／ＯＦＦや各種設定を行うための複数のスイッチ等が設けられたコントロールボックス１３が取り付けられている。また、本体架台１２の下端部の４隅には、本体架台１２の高さ調整のための調整ボルト１４がそれぞれ取り付けられている。
【００３０】
また、前記本体架台１２の上部室１２ａには、装置前後方向の両端にそれぞれ配置された中間フレーム１１ａ，１１ａに跨って架設プレート１５が架設されている。この架設プレート１５上には、装置前後方向の両端部から立設プレート１６，１６がそれぞれ立設されており、立設プレート１６，１６同士を連結する連結プレート１７，１７が、立設プレート１６の幅方向両端部にそれぞれ取り付けられている。
【００３１】
前記搬送ユニット２０は、基板収容ユニット３０に収容されている基板Ｐを振動ユニット４０の貯留槽４１内に搬送するためのものであり、搬送シリンダ２１と、搬送シリンダ２１のロッド先端に取り付けられた断面コ字状の搬送爪２２とを備えている。
【００３２】
前記搬送シリンダ２１は、ロッド挿通口近傍に取り付けられた断面Ｌ字状の取付ブラケット２３が、基板搬送方向に延び且つ右側の連結プレート１７の上面に取り付けられた取付プレート１８上に固定されることで、本体架台１２の上部室１２ａ内に固定されている。また、前記搬送爪２２の断面コ字状の溝部が基板Ｐの搬送ライン上に位置するように搬送ユニット２０の高さ調整がされている。
【００３３】
前記基板収容ユニット３０は、上下方向に互いに間隔をあけて基板Ｐを収容する基板収容ラック３８を載置する載置台３１を有し、搬送ユニット２０の搬送ライン上に基板Ｐが位置するように、所定のピッチで上下方向に移動自在に構成されている。具体的には、基板収容ユニット３０よりも基板搬送方向の上流側で装置奥側に配置された図示しない回転モータのモータ軸に取り付けられた駆動プーリ３３と、載置台３１の奥側の略中央位置に設けられたボールネジ３６と同軸に取り付けられた従動プーリ３４とが回転ベルト３５で連結されている。また、載置台３１の従動プーリ３４の左右両側に載置台３１の上下方向への移動を案内するガイド軸３７，３７が設けられている。そして、駆動プーリ３３を回転させることで、その回転が回転ベルト３５を介して従動プーリ３４に伝達され、従動プーリ３４の回転に伴ってボールネジ３６が回転して載置台３１が上下方向に移動するようになっている。
【００３４】
また、載置台３１には、断面凹状のガイド溝３２ａを有する位置決めガイド３２，３２が、互いのガイド溝３２ａが装置前後方向に対向するように配置されている。また、基板Ｐを収容する基板収容ラック３８には、位置決めガイド３２のガイド溝３２ａに嵌合するガイド突起３８ａが位置決めガイド３２に対応して設けられている。この位置決めガイド３２のガイド溝３２ａに基板収容ラック３８のガイド突起３８ａを嵌合することで、載置台３１における基板収容ラック３８の位置が規定される。
【００３５】
前記振動ユニット４０は、図３及び図４にも拡大して示すように、振動伝達媒体としての液媒体を貯留する貯留槽４１と、貯留槽４１の底板裏面に取り付けられた超音波振動子４２と、貯留槽４１内に配置され、基板Ｐを両端支持する一対のガイドスペーサ４３，４３とを備えている。
【００３６】
前記貯留槽４１は、前記液供給ユニット４５から供給される液媒体を貯留するものであり、超音波振動子４２で発生させた超音波振動が液媒体を介して貯留槽４１内の基板Ｐに伝達され、基板Ｐが面内方向に振動されることにより基板Ｐから被処理体が切断され、切断された被処理体が液媒体中に混在して回収されるようになっている。なお、本実施形態では、液媒体としてアルコールを用いている。
【００３７】
また、前記貯留槽４１の底板における、超音波振動子４２の取り付け位置よりも下流側の底板は、下流側に向かって上方に傾斜しており、貯留槽４１内の基板Ｐを搬送方向下流側から排出しやすい形状となっている。
【００３８】
前記超音波振動子４２は、貯留槽４１の底板裏面の前後方向及び左右方向に互いに間隔をあけて計４個配置されている。なお、本実施形態では４個の超音波振動子４２を用いた構成について説明しているが、個数は特に限定するものではなく、貯留槽４１の大きさ等に応じて適宜設定可能である。このような配置とすることにより、基板Ｐ表面に伝達される振動を均一化することができる。すなわち、超音波振動子４２を１つだけ配置した場合には、超音波振動子４２近傍の振動が最も強く、外周部に向かうに従って振動が弱まる傾向があるが、複数の超音波振動子４２を配置するようにすれば、振動の弱まる外周部付近で互いの振動波が折り返してくるために重なって強め合うこととなり好ましい。
【００３９】
なお、超音波振動子４２は、貯留槽４１の底板を厚さ方向に振動させるように動作するものであり、超音波振動子４２で発生させた振動が縦方向の振動波となって液媒体を介して基板Ｐ表面に向かって垂直に伝達され、伝達された縦方向の振動波が基板Ｐにおいて横方向の振動波に変換されて基板Ｐが面内方向に超音波振動するようになっている。これにより、基板Ｐの処理面に成長させた被処理体が基板Ｐの面内方向の超音波振動に追従できず、被処理体の表層部分が基板Ｐから切断される。
【００４０】
前記ガイドスペーサ４３は、貯留槽４１内に基板Ｐを配置したときに、基板Ｐの処理面と貯留槽４１の底板表面との間に所定深さの間隙を設けるためのものであり、基板Ｐの処理面と貯留槽４１の底板表面との間を液媒体で確実に満たして、効率的に振動の伝達を行うことができるようにしている。
【００４１】
さらに、このガイドスペーサ４３により間隙を設けておけば、貯留槽４１内から基板Ｐを排出する際に、排出ユニット６０を用いて貯留槽４１を傾斜させて基板Ｐを排出する場合、スムーズに基板Ｐを排出することができる。すなわち、基板Ｐ表面と貯留槽４１の底板表面との間に隙間がない場合には、貯留槽４１を傾斜させたとしても、基板Ｐが貯留槽４１の底板に密着して上手く排出されないおそれがあるが、基板Ｐを両端支持させて接触面積を小さくしておけば、貯留槽４１の傾斜に連動して基板Ｐを傾斜方向にスムーズに排出することができる。
【００４２】
前記液供給ユニット４５は、振動ユニット４０の貯留槽４１内に液媒体を供給するためのものであり、貯留槽４１の上方で搬送方向の上流側及び下流側にそれぞれ配置されている。液供給ユニット４５のノズル部４５ａから噴射された液媒体は、貯留槽４１内に貯留される。
【００４３】
前記反射ユニット５０は、反射板５２と、反射板５２を上下方向に移動自在とする反射板シリンダ５１とを備えている。この反射ユニット５０は、振動ユニット４０の貯留槽４１の上方に、貯留槽４１内に配置された基板Ｐと反射板５２とが対向するように配置されている。
【００４４】
そして、反射板シリンダ５１のシリンダロッドを伸長させて反射板５２を下方に位置付けることで、基板Ｐを通過した振動のエネルギーを反射板５２で反射させ、振動のエネルギーの減衰を抑えるようにしている。これにより、効率的に基板Ｐを超音波振動させることができる。この反射板５２は、例えばステンレスで形成するようにしている。
【００４５】
前記排出ユニット６０は、貯留槽４１内の基板Ｐ及び被処理体を含む液媒体を回収ユニット７０側に排出するためのものであり、排出シリンダ６１のシリンダロッドの伸縮動作に連動して、貯留槽４１の下流側を下方に傾斜させて基板Ｐを傾斜方向に排出するとともに、基板Ｐから切断した被処理体を液媒体と一緒に傾斜方向に排出して回収するように構成されている。
【００４６】
具体的に、貯留槽４１の上流側端部は、蝶番４７を介して立設プレート１６の左側に取り付けられた連結プレート１７に回動自在に接続されており、蝶番４７を支点に貯留槽４１が回動することで、貯留槽４１の下流側を下方に傾斜することができるようになっている。また、貯留槽４１の下流側端部は排出ユニット６０の支持ベルト６５の一端と接続されている。支持ベルト６５の他端は、本体架台１２の上方の本体フレーム１１に固定されている。この支持ベルト６５は、貯留槽４１の装置前後方向の両端をそれぞれ支持するように２本設けられている。
【００４７】
前記支持ベルト６５の一端側と他端側との間には、排出ローラ６２及びガイドローラ６４が配置され、排出ローラ６２及びガイドローラ６４にそれぞれ支持ベルト６５が巻き掛けられている。
【００４８】
前記排出ローラ６２は、支持ベルト６５に対応して貯留槽４１の装置前後方向の両端に間隔をあけて配置されており、この排出ローラ６２，６２間が連結部材６３により連結され、該連結部材６３が排出シリンダ６１のロッド先端部に接続されている。
【００４９】
また、前記ガイドローラ６４は、排出ローラ６２よりも下方位置で且つ貯留槽４１寄りに配置されている。このガイドローラ６４も支持ベルト６５に対応して装置前後方向の両端に間隔をあけて配置されている。
【００５０】
ここで、排出シリンダ６１のシリンダロッドを伸長させると、支持ベルト６５が巻き掛けられた排出ローラ６２とガイドローラ６４との間隔が長くなり、支持ベルト６５が貯留槽４１の下流側端部を上方に持ち上げる方向に引っ張られ、貯留槽４１が水平に保持される。
【００５１】
一方、排出シリンダ６１のシリンダロッドを縮退させると、排出ローラ６２とガイドローラ６４との間隔が短くなって支持ベルト６５が弛み、蝶番４７を介して貯留槽４１が回動して、貯留槽４１の下流側端部が下方に傾斜する。これにより、貯留槽４１内の基板Ｐが傾斜方向に排出されるとともに、被処理体が液媒体と一緒に傾斜方向に排出されるようになっている。
【００５２】
前記回収ユニット７０は、貯留槽４１から排出された基板Ｐ、及び被処理体を含む液媒体を回収するためのものであり、回収タンク７１と、回収タンク７１内の上方位置で貯留槽４１の下流側近傍に配置された排出ガイド板７２と、基板Ｐを回収する基板回収箱７３と、液媒体回収ノズル７４とを備えている。
【００５３】
前記回収タンク７１は、上方が開口した箱状に形成され、その底板の右側端部には排水口が開口しており、回収タンク７１内の液媒体が該排水口に流れ込むようにその周辺の底板が排水口に向かって傾斜している。また、回収タンク７１の搬送方向下流側（図１では左側）の側壁の上部は切り欠かれており、前記基板回収箱７３で回収した基板Ｐを回収タンク７１の切欠きから作業者が容易に取り除くことができるようになっている。
【００５４】
前記排出ガイド板７２は、貯留槽４１から排出した基板Ｐ及び被処理体を含む液媒体が回収タンク７１内から飛散しないように、且つ回収タンク７１の下方への落下を案内するように下方に延びる板材で構成され、回収タンク７１の左側の側壁の切欠きの近傍に配置されている。
【００５５】
前記基板回収箱７３は、貯留槽４１から排出された基板Ｐを回収するものであり、上方が開口した箱状に形成され、その底板の左側を下方に傾斜させた状態で配置されている。この基板回収箱７３の底板には、図１で左右方向に延びる複数のスリット７３ａが装置前後方向に間隔をあけて形成されており、基板回収箱７３内に回収された基板Ｐに付着している液媒体が、スリット７３ａを介して回収タンク７１の底部に流下するようになっている。
【００５６】
前記液媒体回収ノズル７４は、回収タンク７１の底板に開口した排水口に連通するように底板裏面に取り付けられ、回収タンク７１内の液媒体を貯留タンク８０側に排水するようになっている。
【００５７】
前記貯留タンク８０は、回収タンク７１の液媒体回収ノズル７４から流れ込んだ被処理体を含む液媒体を貯留するためのものであり、タンク本体８１と、タンク本体８１を本体架台１２から出し入れ自在に載置するスライド台８５とを備えている。
【００５８】
前記タンク本体８１は、略直方体状の箱型に形成されており、回収タンク７１の液媒体回収ノズル７４に対応する位置に、回収タンク７１から排水される液媒体をタンク本体８１内に導く導水管８２が取り付けられている。そして、タンク本体８１の左右両側には、タンク本体８１を持ち運ぶ際の把持部分となる把手８３，８３が取り付けられている。
【００５９】
前記スライド台８５は、タンク本体８１を載置するものであり、スライド台８５の左右両側には、装置前後方向に摺動自在なリニアガイド８６，８６が取り付けられている。リニアガイド８６は本体架台１２に固定されており、スライド台８５が装置前後方向に摺動自在となっている。
【００６０】
前記スライド台８５の前面にはカバー板８８が取り付けられ、カバー板８８の左右方向略中央位置にはスライド把手８９が取り付けられている。そして、作業者がスライド把手８９を引っ張ることでスライド台８５を装置手前側に引き出して、タンク本体８１を本体架台１２から取り出すことができるようになっている。
【００６１】
なお、本実施形態に係る超音波切断装置１０では、回収ユニット７０から排水された被処理液を含む液媒体を貯留タンク８０に貯留し、作業者がタンク本体８１を取り出して次の処理工程を行う処理装置まで搬送するようにしているが、この形態に限定するものではなく、例えば、回収ユニット７０から排水された液媒体を、次の処理工程を行う処理装置に対して直接供給するような構成としても構わない。
【００６２】
−被処理体の切断動作−
次に、基板Ｐの処理面側に成長させた被処理体を超音波切断装置１０で切断して回収するための動作手順について、図１〜図４を用いて説明する。
【００６３】
図１〜図４に示すように、まず、基板収容ラック３８内に、互いに上下方向に間隔をあけて複数の基板Ｐを収容して、基板収容ユニット３０の載置台３１に載置する。このとき、位置決めガイド３２のガイド溝３２ａに基板収容ラック３８のガイド突起３８ａを嵌合して位置決めする。
【００６４】
そして、基板収容ユニット３０の回転モータを回転させて載置台３１を上方に移動させて基板収容ラック３８の最下段の基板Ｐが搬送ライン上に位置付けられるようにする。
【００６５】
次に、搬送ユニット２０の搬送シリンダ２１のシリンダロッドを伸長させて基板Ｐの後方（搬送方向の上流側）を搬送爪２２で押し、基板Ｐを振動ユニット４０の貯留槽４１内に搬送する。そして、最下段の基板Ｐを搬送した後、搬送シリンダ２１のシリンダロッドを縮退させて待機位置まで戻し、続いて基板収容ユニット３０の載置台３１を一段下げて、次の基板Ｐが搬送ライン上に位置付けられるようにする。
【００６６】
前記貯留槽４１内に基板Ｐが収容された後、液供給ユニット４５を作動させて貯留槽４１内に液媒体を供給する。このとき、基板Ｐの前後方向の両端は、貯留槽４１の底板表面に設けられた一対のガイドスペーサ４３，４３によって支持されており、基板Ｐの処理面と貯留槽４１の底板表面との間に間隙が形成されているから、基板Ｐと貯留槽４１の底板との間隙が液供給ユニット４５から供給された液媒体で満たされる。その後、基板Ｐ全体が液媒体に沈下するまで液媒体を供給する。なお、液媒体の液面から貯留槽４１の底板表面までの深さは、超音波振動子４２の振動周波数の１／４波長寸法に設定されていて、上昇中の超音波エネルギーが最大になる部分を使用して基板Ｐから被処理体を切断している。
【００６７】
そして、反射ユニット５０の反射板シリンダ５１のシリンダロッドを伸長して、反射板５２を基板Ｐの上面に間隙を有して対向させる。この反射板５２と基板Ｐの上面との間隙は１ｍｍ程度に設定するのが好ましい。
【００６８】
次に、貯留槽４１の裏面に取り付けられた超音波振動子４２を作動させて貯留槽４１の底板を厚さ方向に振動させる。このとき、超音波振動子４２で発生させた振動が縦方向の振動波となって液媒体を介して基板Ｐ表面に向かって垂直に伝達され、伝達された縦方向の振動波が基板Ｐにおいて横方向の振動波に変換されて基板Ｐが面内方向に超音波振動する。これにより、基板Ｐの処理面に成長させたカーボンナノコイル等の被処理体は、基板Ｐの面内方向の超音波振動に追従できず、被処理体の表層部分が基板Ｐから切断されて液媒体中に混在されるようになる。
【００６９】
そして、基板Ｐから被処理体を切断した後、排出ユニット６０の排出シリンダ６１のシリンダロッドを縮退させる。これにより、排出ローラ６２及びガイドローラ６４に巻き掛けられていた支持ベルト６５が弛み、蝶番４７を支点に貯留槽４１が回動して貯留槽４１の下流側が下方に傾斜して、貯留槽４１内の基板Ｐと被処理体を含む液媒体とが下流側の回収ユニット７０内に排出される。そして、貯留槽４１から基板Ｐ及び液媒体を排出した後、排出シリンダ６１のシリンダロッドを伸長させ、貯留槽４１の下流側端部を上方に持ち上げる方向に支持ベルト６５を引っ張り、貯留槽４１を水平に保持しておき、次の基板Ｐが搬送されるまで待機する。
【００７０】
前記貯留槽４１から排出された液媒体は、回収ユニット７０内の排出ガイド板７２に沿って下方に流出し、排水口から液媒体回収ノズル７４を流通して貯留タンク８０側に排水される。一方、貯留槽４１から排出された基板Ｐは、回収ユニット７０内の基板回収箱７３に順次積層されて収容される。基板Ｐに付着している液媒体は、基板回収箱７３の底板に開口したスリット７３ａを介して回収タンク７１の底部に流下する。
【００７１】
上述した処理を繰り返し行い、前記貯留タンク８０内に被処理体を含む液媒体が所定量以上回収された場合には、スライド把手８９を引っ張ってスライド台８５を装置手前側に引き出し、作業者がタンク本体８１の把手８３を持って次の処理工程の処理装置まで搬送する。
【００７２】
以上のように、本実施形態に係る超音波切断装置１０によれば、超音波振動子４２で発生させた振動が縦方向の振動波となって基板Ｐ表面に向かって垂直に伝達され、伝達された振動は基板Ｐにおいて横方向の振動波となって基板Ｐを面内方向に超音波振動させることで、基板Ｐの処理面に成長させたカーボンナノコイル等の被処理体が、基板Ｐの面内方向の超音波振動の動作に追従できずにその表層部分が基板Ｐから切断されるから、基板Ｐの処理面全体から均等に被処理体を切断することができ、被処理体を効率良く大量に回収することができる。また、基板Ｐの処理面と貯留槽４１の底板との間隙に少量の液媒体を満たしておくだけで基板Ｐから被処理体を切断できるため、被処理体の回収に必要な液媒体が少量で済み、コスト低減に有利となる。
【００７３】
なお、本実施形態では、基板Ｐの処理面に成長させる被処理体としてカーボンナノコイルを一例に説明したが、例えば、カーボンナノチューブ等、その他の様々な材料に対して本発明を適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明は、基板上に成長させた被処理体を少量の液媒体で且つ短時間で効率良く回収できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波切断装置の構成を示す正面図である。
【図２】本実施形態に係る超音波切断装置の構成を示す平面図である。
【図３】切断ユニットの構成を示す正面図である。
【図４】切断ユニット及び反射ユニットの構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 超音波切断装置
２０ 搬送ユニット（搬送手段）
３０ 基板収容ユニット
４０ 振動ユニット
４１ 貯留槽
４２ 超音波振動子
４３ ガイドスペーサ
４５ 液供給ユニット
５０ 反射ユニット
５２ 反射板
６０ 排出ユニット（排出手段）
７０ 回収ユニット
Ｐ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の処理面側に成長させた被処理体を該基板から切断して回収するための超音波切断装置であって、
振動伝達媒体としての液媒体を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽の底板裏面に取り付けられた超音波振動子とを備え、
前記基板の処理面と前記貯留槽の底板表面とを対向させ且つ少なくともその間隙を少量の液媒体で満たし、前記超音波振動子により該貯留槽の底板を厚さ方向に振動させ、その振動を液媒体を介して該基板に伝達して該基板を面内方向に振動させることで、該基板から被処理体を切断して液媒体と一緒に回収することを特徴とする超音波切断装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記貯留槽の上方には、前記基板と対向する反射板が配置されていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記超音波振動子は、前記貯留槽の底板裏面に複数配置されていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち何れか１項において、
前記貯留槽内には、前記基板を両端支持する一対のガイドスペーサが設けられていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記基板を前記貯留槽内に搬送する搬送手段と、
前記搬送手段で搬送された前記基板を前記貯留槽内から排出する排出手段とを備えていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記排出手段は、前記貯留槽を傾斜させて前記基板を傾斜方向に排出するとともに、該基板から切断した被処理体を液媒体と一緒に傾斜方向に排出して回収するように構成されていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうち何れか１項において、
前記貯留槽に貯留する液媒体の液面から該貯留槽の底面までの深さは、前記超音波振動子の振動周波数の１／４波長以下に設定されていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項１】
基板の処理面側に成長させた被処理体を該基板から切断して回収するための超音波切断装置であって、
振動伝達媒体としての液媒体を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽の底板裏面に取り付けられた超音波振動子とを備え、
前記基板の処理面と前記貯留槽の底板表面とを対向させ且つ少なくともその間隙を少量の液媒体で満たし、前記超音波振動子により該貯留槽の底板を厚さ方向に振動させ、その振動を液媒体を介して該基板に伝達して該基板を面内方向に振動させることで、該基板から被処理体を切断して液媒体と一緒に回収することを特徴とする超音波切断装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記貯留槽の上方には、前記基板と対向する反射板が配置されていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記超音波振動子は、前記貯留槽の底板裏面に複数配置されていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち何れか１項において、
前記貯留槽内には、前記基板を両端支持する一対のガイドスペーサが設けられていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうち何れか１項において、
前記基板を前記貯留槽内に搬送する搬送手段と、
前記搬送手段で搬送された前記基板を前記貯留槽内から排出する排出手段とを備えていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記排出手段は、前記貯留槽を傾斜させて前記基板を傾斜方向に排出するとともに、該基板から切断した被処理体を液媒体と一緒に傾斜方向に排出して回収するように構成されていることを特徴とする超音波切断装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうち何れか１項において、
前記貯留槽に貯留する液媒体の液面から該貯留槽の底面までの深さは、前記超音波振動子の振動周波数の１／４波長以下に設定されていることを特徴とする超音波切断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２７９３５４（Ｐ２００８−２７９３５４Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２５３１１（Ｐ２００７−１２５３１１）
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（５９１２３０６７５）株式会社サワーコーポレーション (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（５９１２３０６７５）株式会社サワーコーポレーション (9)
【Ｆターム（参考）】
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