切削装置
【課題】切削ブレードを径方向に伝達される超音波振動によるスピンドルシャフトの破損を防止しつつ、被切削物の加工を効果的に行うことができる切削装置を提供すること。
【解決手段】切削ブレード２７と、先端側に切削ブレード２７が取り付けられたスピンドルシャフト２６と、スピンドルシャフト２６の軸方向に超音波振動を発生させる超音波振動子４３と、切削ブレード２７とスピンドルシャフト２６との間に介在されたスペーサ部材２８とを備え、スピンドルシャフト２６は、スペーサ部材２８側の端面３６を超音波振動の軸方向圧力が最小となる最大振動振幅点Ｐ１に位置付けており、スペーサ部材２８は、スピンドルシャフト２６の端面３６に当接して、切削ブレード２７を振動変換点となる最小振動振幅点Ｐ２に位置付ける構成とした。
【解決手段】切削ブレード２７と、先端側に切削ブレード２７が取り付けられたスピンドルシャフト２６と、スピンドルシャフト２６の軸方向に超音波振動を発生させる超音波振動子４３と、切削ブレード２７とスピンドルシャフト２６との間に介在されたスペーサ部材２８とを備え、スピンドルシャフト２６は、スペーサ部材２８側の端面３６を超音波振動の軸方向圧力が最小となる最大振動振幅点Ｐ１に位置付けており、スペーサ部材２８は、スピンドルシャフト２６の端面３６に当接して、切削ブレード２７を振動変換点となる最小振動振幅点Ｐ２に位置付ける構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動する切削ブレードによって被加工物を切削する切削装置に関し、特に、金属や厚めのガラス等の難削材の切削に好適な切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属や厚めのガラス等の難削材を切削する切削装置として、切削ブレードを径方向に超音波振動させて切削するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された切削装置は、スピンドルシャフトの前端側に固定した切削ブレードに、スピンドルシャフトの後端側に設けた超音波振動子からの超音波振動を伝達することで被加工物を切削する。切削ブレードは、スピンドルシャフトの軸方向に伝達される超音波振動の最小振動振幅点、すなわち、超音波振動の伝達方向を軸方向から径方向に変換する振動伝達方向変換点に配置されている。
【０００３】
このため、超音波振動子から発せられた超音波振動は、スピンドルシャフトから切削ブレードに軸方向に伝達され、切削ブレードにおいて伝達方向が軸方向から径方向に変換される。研削ブレードに伝達された超音波振動は、スピンドルシャフトに当接されたボス部からボス部の径方向外側に取り付けられた円環状の切削刃に径方向に伝達される。このように、切削装置は、切削刃の刃先に対して超音波振動を径方向に伝達させることにより、研削砥石を径方向に瞬間的に繰り返し伸縮させて、被加工物を切削するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、最小振動振幅点付近においては、軸方向の超音波振動の圧力が高く、超音波振動が径方向に伝達されるため、スピンドルシャフトの先端側の端面と切削ブレードのボス部の端面とが径方向に擦れ、スピンドルシャフトの端面を傷付けてしまっていた。特に、切削ブレードのボス部がアルミニウム等で形成されると、ボス部とスピンドルシャフトとの擦れによって発生する摩擦熱により、切削ブレードのボス部の一部がスピンドルシャフトの端面に溶着されていた。このため、最悪の場合には、ボス部の端面とスピンドルシャフトの端面とが全体的に付着され、切削ブレードをスピンドルシャフトから取り外せないおそれがあった。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、切削ブレードを径方向に伝達される超音波振動によるスピンドルシャフトの破損を防止しつつ、被切削物の加工を効果的に行うことができる切削装置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】
【０００７】
本発明の切削装置は、超音波振動子が後端側に配設されて軸方向に延伸するスピンドルシャフト及び該スピンドルシャフトの先端部の端面に固定部材により挟持固定された切削ブレードを含む切削手段と、上面に被加工物を保持するためのチャックテーブルとを具備し、前記チャックテーブルに保持された前記被加工物を径方向に超音波振動させた前記切削ブレードにて切削するための切削装置であって、前記切削手段は、前記超音波振動子から発せられ且つ前記スピンドルシャフトの軸方向に伝達される超音波振動の振幅が最大になり軸方向圧力が最小になる最大振動振幅点に、前記スピンドルシャフトの前記端面が位置するように前記スピンドルシャフトの長さが規定され、前記切削ブレードが前記スピンドルシャフトの前記端面に前記固定部材で挟持固定されると、前記超音波振動の伝達方向が軸方向から径方向へ変換する位置である前記超音波振動の最小振動振幅点に前記切削ブレードが位置するように、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの前記端面と間を超音波振動の波長λ／４の奇数倍の長さに調整する長さ調整部が、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの端面との間に位置される、ことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、軸方向圧力が最小となる最大振動振幅点にスピンドルシャフトの端面が位置されるため、超音波振動の軸方向圧力によりスピンドルシャフトが傷付けられることがない。また、長さ調整部により最大振動振幅点から軸方向に超音波振動の波長λ／４の奇数倍の長さだけ離れた最小振動振幅点に切削ブレードが合わせられるため、超音波振動の伝達方向が軸方向から径方向に変換され、切削ブレードにより被加工物を効果的に振動切削することができる。このように、超音波振動によるスピンドルシャフトの破損を防止しつつ、切削ブレード対して径方向に伝達された超音波振動により被加工物を効果的に振動切削することができる。
【０００９】
また本発明は、上記切削装置において、前記長さ調整部を、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの前記端面との間に装着されたスペーサ部材で構成することができる。
【００１０】
また本発明は、上記切削装置において、前記長さ調整部を、前記切削ブレードのボス部の前記スピンドルシャフト側を伸長したボス伸長部で構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、切削ブレードを径方向に伝達される超音波振動によるスピンドルシャフトの破損を防止しつつ、被切削物の加工を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、切削装置の斜視図である。
【図２】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、切削ユニットの断面図である。
【図３】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、切削ユニットにおける超音波振動の伝達方向の説明図である。
【図４】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、スピンドルシャフトと切削ブレードとの位置関係の説明図である。
【図５】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、長さ調整部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１を参照して、本発明の実施の形態に係る切削装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る切削装置の斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、切削装置１は、ハウジング２上のチャックテーブル３に保持された被加工物Ｗを、チャックテーブル３の上方に設けられた切削ユニット４（切削手段）により切削するように構成されている。被加工物Ｗは、略円盤状に形成されており、表面に格子状に配列されたストリート７１によって複数の領域に区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等のデバイス７２が形成されている。また、被加工物Ｗは、貼着テープ７３を介して環状フレーム７４に支持され、カセット８（図１では二点鎖線で示している）内に収容された状態で切削装置１に搬入および搬出される。
【００１５】
なお、被加工物Ｗとしては、半導体パッケージ、シリコン、ガリウム砒素、セラミック、ガラス、サファイヤ（Al2O3）系の無機材料基板、ＬＣＤドライバー等の各種電気部品やミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料が含まれる。
【００１６】
チャックテーブル３は、被加工物Ｗを吸着保持するものであり、ハウジング２内の図示しない移動機構により加工送り方向となるＸ軸方向に左右動される。このチャックテーブル３の図示右端側の移動位置は、チャックテーブル３に対して被加工物Ｗが受け渡される受け渡し位置に設定され、切削ユニット４に臨む移動位置は、被加工物Ｗが切削加工される加工位置に設定されている。図１では、チャックテーブル３を受け渡し位置で待機させた状態を示している。
【００１７】
ハウジング２には、受け渡し位置のチャックテーブル３に隣接して、カセット載置テーブル１１が設けられている。カセット載置テーブル１１は、被加工物Ｗを収納したカセット８が載置され、昇降可能に構成されている。カセット載置テーブル１１は、カセット８を載置した状態で昇降することにより、高さ方向において被加工物Ｗの引出位置および押込位置を調整している。
【００１８】
カセット載置テーブル１１の後方には、搬入搬出手段１２および仮置きテーブル１３が配置されている。搬入搬出手段１２は、カセット載置テーブル１１でカセット８の高さが調整された状態で、カセット８から被加工物Ｗを仮置きテーブル１３に引き出す他、仮置きテーブル１３上の被加工物Ｗをカセット８内に押し込むように構成されている。仮置きテーブル１３は、一対のガイドレールを有し、搬入搬出手段１２による被加工物Ｗの引き出し及び押し込みを側方からガイドする。
【００１９】
仮置きテーブル１３の近傍には、第一の搬送アーム１４が配置されている。第一の搬送アーム１４は、仮置きテーブル１３とチャックテーブル３との間で被加工物Ｗを搬送する。また、受け渡し位置のチャックテーブル３の後方には、仮置きテーブル１３に隣接して洗浄手段１５が設けられている。洗浄手段１５は、スピンナー洗浄テーブル２１を有し、スピンナー洗浄テーブル２１に被加工物Ｗを保持させた状態でスピンナー洗浄する。
【００２０】
ハウジング２の図示左側方部分には、モニタ１６を載せる支持台７が設けられており、支持台７の側面２２には第二の搬送アーム１７が設けられている。第二の搬送アーム１７は、チャックテーブル３と洗浄手段１５との間で被加工物Ｗを搬送する。
【００２１】
また、切削ユニット４は、支持台７内に設けられた図示しない移動機構により割出送り方向となるＹ軸方向及び切り込み方向となるＺ軸方向に移動される。このように、切削装置１では、Ｘ軸方向に加工送りされるチャックテーブル３とＹ軸方向に割出送りされる切削ユニット４とを相対移動させて、チャックテーブル３上の被加工物Ｗを格子状に加工可能となっている。なお、切削ユニット４の詳細については後述する。
【００２２】
支持台７には、チャックテーブル３の移動経路の上方において、保持部２３が設けられている。保持部２３には、撮像部１８が下方に突出して配設され、被加工物Ｗの上面を撮像するように構成されている。撮像部１８による撮像結果は、切削ユニット４とチャックテーブル３上の被加工物Ｗとのアライメントに利用される。モニタ１６は、支持台７上に配置され、撮像部１８によって撮像された撮像画像や加工条件等を表示する。
【００２３】
図２を参照して、切削ユニットについて詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る切削ユニットの断面図である。
【００２４】
図２に示すように、切削ユニット４は、スピンドルハウジング２５と、スピンドルハウジング２５に回転可能に支持されたスピンドルシャフト２６と、スピンドルシャフト２６の先端にスペーサ部材２８を介して取り付けられた切削ブレード２７とを有している。スピンドルハウジング２５は、略円筒状に形成され、内側にスピンドルシャフト２６を回転可能に支持している。スピンドルハウジング２５の内周面は、スピンドルシャフト２６の外周面との間に僅かな隙間を有しており、この隙間に供給された高圧エアによりエア軸受けとして機能する。
【００２５】
スピンドルシャフト２６は、例えば、ステンレス等で形成されており、スピンドルハウジング２５に支持される中央部分が大径に形成され、先端部分及び後端部分が小径に形成されている。スピンドルシャフト２６の大径部分には、径方向に突出したフランジ部３１が形成されている。スピンドルハウジング２５には、このフランジ部３１に対応して環状溝３２が形成されており、フランジ部３１と環状溝３２との間にも高圧エアが介在する僅かな隙間が形成される。この構成により、スピンドルシャフト２６は、スピンドルハウジング２５に対して軸ブレが抑制された状態で支持される。
【００２６】
スピンドルシャフト２６の先端側の小径部分は、切削ブレード２７が取り付けられる取付部３３となっており、スピンドルハウジング２５の先端側から突出されている。取付部３３には、先端の端面３６から軸中心にネジ穴３４が形成されており、固定ボルト４１により環状のスペーサ部材２８を介して切削ブレード２７が取り付けられる。
【００２７】
スピンドルシャフト２６の後端側の小径部分の一部は、永久磁石が取り付けられて、電動モータ４２のロータ４６を構成している。電動モータ４２は、このロータ４６と、ロータ４６を囲うようにスピンドルハウジング２５に配設されたステータ４７とを有している。電動モータ４２は、ステータ４７に対して交流電圧が印加されることで、ロータ４６が固定されたスピンドルシャフト２６を回転させる。
【００２８】
また、スピンドルシャフト２６の後端側の小径部分には、ロータ４６の後端側に超音波振動子４３が設けられている。超音波振動子４３は、電歪振動子であり、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス材料で形成される。超音波振動子４３は、所定周波数の交流電圧が印加されることで、スピンドルシャフト２６の軸方向に超音波振動（縦波、粗密波）を発生させる。この超音波振動子４３には、非接触式給電部４４から交流電圧が印加される。なお、超音波振動子４３は、スピンドルシャフトの軸方向に超音波振動を発生させる構成であればよく、例えば、磁歪振動子であってもよい。
【００２９】
非接触式給電部４４は、スピンドルシャフト２６において超音波振動子４３の後端側に設けられた受電部４８と、受電部４８を囲うようにスピンドルハウジング２５に配設された送電部４９とを有している。受電部４８及び送電部４９は、受電コイルと送電コイルとを対向配置して構成されている。送電部４９は、外部からの電力を電磁誘導方式により非接触で受電部４８に送電し、受電部４８を介して超音波振動子４３に給電する。
【００３０】
切削ブレード２７は、被加工物Ｗを研削する切削刃５１と、切削刃５１を保持する基台部５２とを有している。切削刃５１は、例えば、ダイヤモンド等の砥粒をボンド材で結合して円環状に形成されている。基台部５２は、例えば、スピンドルシャフト２６に固定されるボス部５３と、ボス部５３の外周面から径方向に延在するフランジ部５４とで構成されている。ボス部５３及びフランジ部５４は、例えば、アルミニウム等で形成され、軸中心に固定ボルト４１のネジ部分を挿通可能な貫通孔５６が形成されている。
【００３１】
スペーサ部材２８は、スピンドルシャフト２６と切削ブレード２７との間に配置され、スピンドルシャフト２６の先端側の端面３６と切削ブレード２７との位置関係を調整する長さ調整部として機能する。また、スペーサ部材２８は、例えば、ステンレスまたはアルミニウムで形成され、軸中心に貫通孔６１を形成した円筒状であり、固定ボルト４１のネジ部分を挿通可能としている。なお、詳細については後述するが、スペーサ部材２８の軸方向における長さは、スピンドルシャフト２６の端面３６と切削ブレード２７との間隔を超音波振動の波長λの１／４にするように形成されている。
【００３２】
切削ブレード２７は、固定ボルト４１のネジ部をボス部５３及びスペーサ部材２８に挿通させて、取付部３３のネジ穴３４に締め付けることでスピンドルシャフト２６の先端に固定される。固定ボルト４１は、例えば、ステンレスで形成されている。このように構成された切削ブレード２７は、振動変換部材として機能し、スピンドルシャフト２６の軸方向に伝達された超音波振動の振動方向を径方向に変換して、切削刃５１の刃先に伝達する。この場合、取付部３３の端面３６、スペーサ部材２８の両端面６２、６３、ボス部５３の両端面６５、６６、及び固定ボルト４１の押圧面６７は、それぞれ平坦に形成されているため、固定ボルト４１の締付により部材間の密着性が高められる。この構成により、スピンドルシャフト２６から切削ブレード２７に安定した超音波振動が伝達される。
【００３３】
このように、切削ユニット４は、切削ブレード２７を高速回転させつつ、切削刃５１を径方向に超音波振動させることで、被加工物Ｗを加工している。すなわち、切削ユニット４は、切削刃５１を径方向に瞬間的に伸縮させ、切削刃５１の砥粒を大きな加速度で被加工物Ｗに繰り返し衝突させることで、金属や厚めのガラス等の難削材で形成された被加工物Ｗであっても効果的に切削可能となっている。
【００３４】
ここで、図３を参照して、切削ユニットにおける超音波振動の伝達について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る切削ユニットにおける超音波振動の伝達方向の説明図である。なお、図３においては、Ｗ１がスピンドルシャフトを軸方向に伝達される超音波振動の振幅波形、Ｗ２が切削ブレードを径方向に伝達される超音波振動の振幅波形をそれぞれ示している。
【００３５】
図３に示すように、振幅波形Ｗ１は、スピンドルシャフト２６内を縦波（粗密波）で軸方向に伝達される波形を示し、最大振動振幅点Ｐ１と最小振動振幅点Ｐ２とを含む一定周期で振幅している。最大振動振幅点Ｐ１では、スピンドルシャフト２６の軸方向の変位が最大となり、最小振動振幅点Ｐ２では、スピンドルシャフト２６の軸方向の変位が最小となる。最小振動振幅点Ｐ２は、超音波振動の伝達方向を軸方向から径方向に変換する振動方向変換点となっており、この振動方向変換点に切削ブレード２７が配置される。
【００３６】
したがって、超音波振動子４３から発生された超音波振動は、スピンドルシャフト２６からスペーサ部材２８を介して切削ブレード２７に向けて軸方向に伝達され、切削ブレード２７において径方向に変換される。振幅波形Ｗ２は、切削ブレード２７内を縦波（粗密波）で径方向に伝達される波形を示し、最大振動振幅点Ｐ３と最小振動振幅点Ｐ４とを含む一定周期で振幅している。最大振動振幅点Ｐ３では、切削刃５１の径方向の変位が最大となり、最小振動振幅点Ｐ４では、切削刃５１の径方向の変位が最小となる。
【００３７】
このとき、振幅波形Ｗ２の最大振動振幅点Ｐ３が、切削刃５１の刃先に合うように、切削刃５１の径や超音波振動子４３の周波数が調整される。この構成により、切削刃５１を径方向に瞬間的に伸縮させることが可能となっている。なお、固定ボルト４１の頭部６８の厚みは、頭部６８の開放端側の端面３６が振幅波形Ｗ１の最大振動振幅点Ｐ１となるように設定される。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、振動変換部材としての切削ブレード２７を、振幅波形Ｗ１の最小振動振幅点（振動方向変換点）Ｐ２に合わせるようにしたが、この構成に限定されるものではない。切削ブレード２７は、切削刃５１に対して所望の超音波振動を得られる範囲であれば、振幅波形Ｗ１の最小振動振幅点Ｐ２から位置ズレしてもよい。同様に、切削刃５１の刃先を、振幅波形Ｗ２の最大振動振幅点Ｐ３に合わせるようにしたが、この構成に限定されるものではない。切削刃５１の刃先は、切削刃５１に対して所望の超音波振動を得られる範囲であれば、振幅波形Ｗ２の最大振動振幅点Ｐ３から位置ズレしてもよい。
【００３９】
次に、図４を参照して、スペーサ部材によって調整されるスピンドルシャフトと切削ブレードとの位置関係について説明する。図４は、本実施の形態に係るスピンドルシャフトと切削ブレードとの位置関係の説明図である。なお、図４においては、Ｗ１がスピンドルシャフトを軸方向に伝達される超音波振動の振幅波形、Ｗ３がスピンドルシャフトを軸方向に伝達される超音波振動の圧力波形をそれぞれ示している。また、ここでは、スペーサ部材を設けない構成を比較例として、この比較例と比較しつつ説明する。
【００４０】
図４に示すように、上記した振幅波形Ｗ１は、最大振動振幅点Ｐ１と最小振動振幅点Ｐ２とを含む一定周期で振幅している。一方、圧力波形Ｗ３は、スピンドルシャフト２６及び切削ブレード２７に伝達される超音波振動の軸方向圧力を示し、最大振動振幅点Ｐ１にで軸方向圧力が最小となり、最小振動振幅点Ｐ２で軸方向圧力が最大となる。すなわち、圧力波形Ｗ３は、振幅波形Ｗ１に対して波長λ／４分だけシフトされている。
【００４１】
比較例に係るスピンドルシャフト８１は、先端側の取付部８２の長さにより、切削ブレード８３が振動変換点である最小振動振幅点Ｐ２（最大圧力）に位置されている。よって、切削ブレード８３は、スピンドルシャフト８１から軸方向に伝達された超音波振動の伝達方向を径方向に変換し、超音波振動を切削刃８４に向けて伝達する。この場合、スピンドルシャフト８１の端面８５は、切削ブレード８３のボス部８７が薄厚なため、軸方向圧力が最大となる最小振動振幅点Ｐ２の近傍においてボス部８７に当接する。このため、スピンドルシャフト８１の端面８５は、超音波振動の大きな軸方向圧力を受け、傷付きやすくなっている。
【００４２】
一方、本実施の形態に係るスピンドルシャフト２６は、比較例に係るスピンドルシャフト２６よりも取付部３３の長さが短く形成され、軸方向圧力が最小となる最大振動振幅点Ｐ１に端面３６を位置付けている。このため、スピンドルシャフト２６の端面３６は、超音波振動から大きな軸方向圧力を受けることがなく、摩擦熱によってスペーサ部材２８の一部がスピンドルシャフト２６の端面３６に溶着されることが防止される。
【００４３】
また、本実施の形態においては、スピンドルシャフト２６と切削ブレード２７との間にスペーサ部材２８が介在される。このスペーサ部材２８は、スピンドルシャフト２６と切削ブレード２７との間隔を波長λ／４の長さに調整している。よって、切削ブレード２７は、スペーサ部材２８により、スピンドルシャフト２６の端面３６の位置する最大振動振幅点Ｐ１から波長λ／４だけ離れた最小振動振幅点Ｐ２、すなわち、振動変換点に位置される。
【００４４】
このように、本実施の形態に係る切削ユニット４においては、スピンドルシャフト２６と切削ブレード２７との間にスペーサ部材２８を介在させたため、スピンドルシャフト２６を短く形成して、軸方向圧力が最小となる最大振動振幅点Ｐ１にスピンドルシャフト２６の端面３６を位置付けることが可能となる。また、スペーサ部材２８がスピンドルシャフト２６の端面３６と切削ブレード２７との間隔を波長λ／４の長さに調整するため、スピンドルシャフト２６の端面３６を最大振動振幅点Ｐ１に位置付けた状態で、切削ブレード２７を振動変換点（最小振動振幅点Ｐ２）に位置付けることが可能となる。したがって、スピンドルシャフト２６の破損を防止しつつ、切削ブレード２７に対して径方向に伝達された超音波振動により被加工物Ｗを効果的に振動切削することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、スピンドルシャフト２６の端面３６を最大振動振幅点Ｐ１に位置付ける構成としたが、この構成に限定されるものではない。スピンドルシャフト２６の端面３６は、超音波振動の軸方向圧力により傷付かない範囲であれば、圧力波形Ｗ２の最大振動振幅点Ｐ１から位置ズレしてもよい。
【００４６】
また、長さ調整部としてのスペーサ部材２８は、スピンドルシャフト２６の端面３６と切削ブレード２７との間隔を波長λ／４の長さに厳密に一致させる構成に限定されるものではない。スペーサ部材２８は、切削ブレード２７を振動変換点の近傍に位置させて、所望の超音波振動を伝達させることが可能であればよい。すなわち、波長λ／４とは、厳密に解釈されるものではなく、スピンドルシャフト２６の端面３６に対して切削ブレード２７を、所望の超音波振動が伝達される位置に離間させる長さであればよい。
【００４７】
また、本実施の形態においては、長さ調整部としてのスペーサ部材２８をスピンドルシャフト２６と切削ブレード２７との間に介在させる構成としたが、この構成に限定されるものではない。長さ調整部は、最大振動振幅点Ｐ１に位置されたスピンドルシャフト２６の端面３６に当接して、切削ブレード２７を振動変換点（最小振動振幅点Ｐ２）に位置させることが可能な構成であれば、どのような構成でもよい。例えば、図５に示すように、長さ調整部は、切削ブレード２７のボス部５３のスピンドルシャフト２６側を伸長させたボス伸長部５９で構成されてもよい。
【００４８】
ここで、切削装置１の切削動作の流れについて簡単に説明する。切削装置１が稼働されると、搬入搬出手段１２が進退移動して、カセット載置テーブル１１上のカセット８から仮置きテーブル１３上に被加工物Ｗを引き出す。このとき、被加工物Ｗは、仮置きテーブル１３にガイドされてＸ軸方向で位置決めされると共に、搬入搬出手段１２の移動量によりＹ軸方向で第一の搬送アーム１４に対して位置合わせされる。
【００４９】
次に、第一の搬送アーム１４が仮置きテーブル１３上の被加工物Ｗをピックアップして、受け渡し位置のチャックテーブル３上に載置する。次に、チャックテーブル３が被加工物Ｗを吸引保持した状態で、切削ブレード２７に臨む加工位置に向けて移動される。このとき、チャックテーブル３が撮像部１８の下方に移動されて、撮像部１８により被加工物Ｗの一部が撮像される。
【００５０】
次に、チャックテーブル３が加工位置に移動されると、撮像部１８に撮像された撮像画像に基づいて被加工物Ｗのストリート７１と切削ブレード２７の切削刃５１とが位置合わせされる。そして、切削ユニット４が下降されることで高速回転した切削刃５１により被加工物Ｗが切り込まれる。このとき、切削刃５１は、ボス部５３内を径方向に伝達される超音波振動により、加工負荷が低減されている。
【００５１】
切削ブレード２７により被加工物Ｗが切り込まれると、チャックテーブル３がＸ軸方向に加工送りされ、被加工物Ｗの１本のストリート７１が加工される。続いて、切削ユニット４がＹ軸方向に数ピッチ分だけ移動され、切削ブレード２７の切削刃５１が隣接するストリート７１が加工される。この動作が繰り返されて被加工物ＷのＸ軸方向の全てのストリート７１が加工される。次に、チャックテーブル３が図示しない移動機構により９０度回転され、被加工物ＷのＹ軸方向のストリート７１の加工が開始される。
【００５２】
加工済みの被加工物Ｗは、第二の搬送アーム１７によって洗浄手段１５に搬送され、洗浄手段１５においてスピンナー洗浄された後、チャックテーブル３上に戻される。次に、第一の搬送アーム１４が、チャックテーブル３上の被加工物Ｗをピックアップして仮置きテーブル１３上に載置する。そして、搬入搬出手段１２が進退移動して、カセット載置テーブル１１上のカセット８内に被加工物Ｗを押し込む。切削装置１では、この動作が繰り返される。
【００５３】
以上のように、本実施の形態に係る切削装置１によれば、軸方向圧力が最小となる最大振動振幅点Ｐ１にスピンドルシャフト２６の端面３６が位置付けられるため、超音波振動の軸方向圧力によりスピンドルシャフト２６の端面３６が傷付けられることがない。また、スペーサ部材２８により最大振動振幅点から軸方向に超音波振動の波長λ／４の長さだけ離れた最小振動振幅点Ｐ２に切削ブレード２７が合わせられるため、超音波振動の伝達方向が軸方向から径方向に変換され、切削ブレード２７により被加工物Ｗを効果的に振動切削することができる。このように、超音波振動によるスピンドルシャフト２６の破損を防止しつつ、切削ブレード２７対して径方向に伝達された超音波振動により被加工物Ｗを効果的に振動切削することができる。
【００５４】
なお、上記した実施の形態においては、長さ調整部は、スピンドルシャフトの端面と切削ブレードとの間を波長λ／４に調整する構成としたが、この構成に限定されるものではない。長さ調整部は、最大振動振幅点Ｐ１に位置付けられたスピンドルシャフトの端面に当接して切削ブレードを最小振動振幅点Ｐ２に位置付ける構成であればよい。すなわち、長さ調整部は、スピンドルシャフトの端面と切削ブレードとの間隔を波長λ／４の奇数倍の長さにする構成であれば、どのような構成でもよい。
【００５５】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、切削ブレードを径方向に伝達される超音波振動によるスピンドルシャフトの破損を防止しつつ、被切削物の加工を効果的に行うことができるという効果を有し、特に、超音波振動する切削ブレードによって金属や厚めのガラス等の難削材の切削に好適な切削装置に有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 切削装置
２ ハウジング
３ チャックテーブル
４ 切削ユニット（切削手段）
２５ スピンドルハウジング
２６ スピンドルシャフト
２７ 切削ブレード
２８ スペーサ部材（長さ調整部）
３３ 取付部
３６ 端面
４１ 固定ボルト（固定部材）
４２ 電動モータ
４３ 超音波振動子
４４ 非接触式給電部
５１ 切削刃
５２ 基台部
５３ ボス部
５４ フランジ部
５９ ボス伸長部（長さ調整部）
Ｗ 被加工物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動する切削ブレードによって被加工物を切削する切削装置に関し、特に、金属や厚めのガラス等の難削材の切削に好適な切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属や厚めのガラス等の難削材を切削する切削装置として、切削ブレードを径方向に超音波振動させて切削するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された切削装置は、スピンドルシャフトの前端側に固定した切削ブレードに、スピンドルシャフトの後端側に設けた超音波振動子からの超音波振動を伝達することで被加工物を切削する。切削ブレードは、スピンドルシャフトの軸方向に伝達される超音波振動の最小振動振幅点、すなわち、超音波振動の伝達方向を軸方向から径方向に変換する振動伝達方向変換点に配置されている。
【０００３】
このため、超音波振動子から発せられた超音波振動は、スピンドルシャフトから切削ブレードに軸方向に伝達され、切削ブレードにおいて伝達方向が軸方向から径方向に変換される。研削ブレードに伝達された超音波振動は、スピンドルシャフトに当接されたボス部からボス部の径方向外側に取り付けられた円環状の切削刃に径方向に伝達される。このように、切削装置は、切削刃の刃先に対して超音波振動を径方向に伝達させることにより、研削砥石を径方向に瞬間的に繰り返し伸縮させて、被加工物を切削するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、最小振動振幅点付近においては、軸方向の超音波振動の圧力が高く、超音波振動が径方向に伝達されるため、スピンドルシャフトの先端側の端面と切削ブレードのボス部の端面とが径方向に擦れ、スピンドルシャフトの端面を傷付けてしまっていた。特に、切削ブレードのボス部がアルミニウム等で形成されると、ボス部とスピンドルシャフトとの擦れによって発生する摩擦熱により、切削ブレードのボス部の一部がスピンドルシャフトの端面に溶着されていた。このため、最悪の場合には、ボス部の端面とスピンドルシャフトの端面とが全体的に付着され、切削ブレードをスピンドルシャフトから取り外せないおそれがあった。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、切削ブレードを径方向に伝達される超音波振動によるスピンドルシャフトの破損を防止しつつ、被切削物の加工を効果的に行うことができる切削装置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】
【０００７】
本発明の切削装置は、超音波振動子が後端側に配設されて軸方向に延伸するスピンドルシャフト及び該スピンドルシャフトの先端部の端面に固定部材により挟持固定された切削ブレードを含む切削手段と、上面に被加工物を保持するためのチャックテーブルとを具備し、前記チャックテーブルに保持された前記被加工物を径方向に超音波振動させた前記切削ブレードにて切削するための切削装置であって、前記切削手段は、前記超音波振動子から発せられ且つ前記スピンドルシャフトの軸方向に伝達される超音波振動の振幅が最大になり軸方向圧力が最小になる最大振動振幅点に、前記スピンドルシャフトの前記端面が位置するように前記スピンドルシャフトの長さが規定され、前記切削ブレードが前記スピンドルシャフトの前記端面に前記固定部材で挟持固定されると、前記超音波振動の伝達方向が軸方向から径方向へ変換する位置である前記超音波振動の最小振動振幅点に前記切削ブレードが位置するように、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの前記端面と間を超音波振動の波長λ／４の奇数倍の長さに調整する長さ調整部が、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの端面との間に位置される、ことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、軸方向圧力が最小となる最大振動振幅点にスピンドルシャフトの端面が位置されるため、超音波振動の軸方向圧力によりスピンドルシャフトが傷付けられることがない。また、長さ調整部により最大振動振幅点から軸方向に超音波振動の波長λ／４の奇数倍の長さだけ離れた最小振動振幅点に切削ブレードが合わせられるため、超音波振動の伝達方向が軸方向から径方向に変換され、切削ブレードにより被加工物を効果的に振動切削することができる。このように、超音波振動によるスピンドルシャフトの破損を防止しつつ、切削ブレード対して径方向に伝達された超音波振動により被加工物を効果的に振動切削することができる。
【０００９】
また本発明は、上記切削装置において、前記長さ調整部を、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの前記端面との間に装着されたスペーサ部材で構成することができる。
【００１０】
また本発明は、上記切削装置において、前記長さ調整部を、前記切削ブレードのボス部の前記スピンドルシャフト側を伸長したボス伸長部で構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、切削ブレードを径方向に伝達される超音波振動によるスピンドルシャフトの破損を防止しつつ、被切削物の加工を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、切削装置の斜視図である。
【図２】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、切削ユニットの断面図である。
【図３】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、切削ユニットにおける超音波振動の伝達方向の説明図である。
【図４】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、スピンドルシャフトと切削ブレードとの位置関係の説明図である。
【図５】本発明に係る切削装置の実施の形態を示す図であり、長さ調整部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１を参照して、本発明の実施の形態に係る切削装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る切削装置の斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、切削装置１は、ハウジング２上のチャックテーブル３に保持された被加工物Ｗを、チャックテーブル３の上方に設けられた切削ユニット４（切削手段）により切削するように構成されている。被加工物Ｗは、略円盤状に形成されており、表面に格子状に配列されたストリート７１によって複数の領域に区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等のデバイス７２が形成されている。また、被加工物Ｗは、貼着テープ７３を介して環状フレーム７４に支持され、カセット８（図１では二点鎖線で示している）内に収容された状態で切削装置１に搬入および搬出される。
【００１５】
なお、被加工物Ｗとしては、半導体パッケージ、シリコン、ガリウム砒素、セラミック、ガラス、サファイヤ（Al2O3）系の無機材料基板、ＬＣＤドライバー等の各種電気部品やミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料が含まれる。
【００１６】
チャックテーブル３は、被加工物Ｗを吸着保持するものであり、ハウジング２内の図示しない移動機構により加工送り方向となるＸ軸方向に左右動される。このチャックテーブル３の図示右端側の移動位置は、チャックテーブル３に対して被加工物Ｗが受け渡される受け渡し位置に設定され、切削ユニット４に臨む移動位置は、被加工物Ｗが切削加工される加工位置に設定されている。図１では、チャックテーブル３を受け渡し位置で待機させた状態を示している。
【００１７】
ハウジング２には、受け渡し位置のチャックテーブル３に隣接して、カセット載置テーブル１１が設けられている。カセット載置テーブル１１は、被加工物Ｗを収納したカセット８が載置され、昇降可能に構成されている。カセット載置テーブル１１は、カセット８を載置した状態で昇降することにより、高さ方向において被加工物Ｗの引出位置および押込位置を調整している。
【００１８】
カセット載置テーブル１１の後方には、搬入搬出手段１２および仮置きテーブル１３が配置されている。搬入搬出手段１２は、カセット載置テーブル１１でカセット８の高さが調整された状態で、カセット８から被加工物Ｗを仮置きテーブル１３に引き出す他、仮置きテーブル１３上の被加工物Ｗをカセット８内に押し込むように構成されている。仮置きテーブル１３は、一対のガイドレールを有し、搬入搬出手段１２による被加工物Ｗの引き出し及び押し込みを側方からガイドする。
【００１９】
仮置きテーブル１３の近傍には、第一の搬送アーム１４が配置されている。第一の搬送アーム１４は、仮置きテーブル１３とチャックテーブル３との間で被加工物Ｗを搬送する。また、受け渡し位置のチャックテーブル３の後方には、仮置きテーブル１３に隣接して洗浄手段１５が設けられている。洗浄手段１５は、スピンナー洗浄テーブル２１を有し、スピンナー洗浄テーブル２１に被加工物Ｗを保持させた状態でスピンナー洗浄する。
【００２０】
ハウジング２の図示左側方部分には、モニタ１６を載せる支持台７が設けられており、支持台７の側面２２には第二の搬送アーム１７が設けられている。第二の搬送アーム１７は、チャックテーブル３と洗浄手段１５との間で被加工物Ｗを搬送する。
【００２１】
また、切削ユニット４は、支持台７内に設けられた図示しない移動機構により割出送り方向となるＹ軸方向及び切り込み方向となるＺ軸方向に移動される。このように、切削装置１では、Ｘ軸方向に加工送りされるチャックテーブル３とＹ軸方向に割出送りされる切削ユニット４とを相対移動させて、チャックテーブル３上の被加工物Ｗを格子状に加工可能となっている。なお、切削ユニット４の詳細については後述する。
【００２２】
支持台７には、チャックテーブル３の移動経路の上方において、保持部２３が設けられている。保持部２３には、撮像部１８が下方に突出して配設され、被加工物Ｗの上面を撮像するように構成されている。撮像部１８による撮像結果は、切削ユニット４とチャックテーブル３上の被加工物Ｗとのアライメントに利用される。モニタ１６は、支持台７上に配置され、撮像部１８によって撮像された撮像画像や加工条件等を表示する。
【００２３】
図２を参照して、切削ユニットについて詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る切削ユニットの断面図である。
【００２４】
図２に示すように、切削ユニット４は、スピンドルハウジング２５と、スピンドルハウジング２５に回転可能に支持されたスピンドルシャフト２６と、スピンドルシャフト２６の先端にスペーサ部材２８を介して取り付けられた切削ブレード２７とを有している。スピンドルハウジング２５は、略円筒状に形成され、内側にスピンドルシャフト２６を回転可能に支持している。スピンドルハウジング２５の内周面は、スピンドルシャフト２６の外周面との間に僅かな隙間を有しており、この隙間に供給された高圧エアによりエア軸受けとして機能する。
【００２５】
スピンドルシャフト２６は、例えば、ステンレス等で形成されており、スピンドルハウジング２５に支持される中央部分が大径に形成され、先端部分及び後端部分が小径に形成されている。スピンドルシャフト２６の大径部分には、径方向に突出したフランジ部３１が形成されている。スピンドルハウジング２５には、このフランジ部３１に対応して環状溝３２が形成されており、フランジ部３１と環状溝３２との間にも高圧エアが介在する僅かな隙間が形成される。この構成により、スピンドルシャフト２６は、スピンドルハウジング２５に対して軸ブレが抑制された状態で支持される。
【００２６】
スピンドルシャフト２６の先端側の小径部分は、切削ブレード２７が取り付けられる取付部３３となっており、スピンドルハウジング２５の先端側から突出されている。取付部３３には、先端の端面３６から軸中心にネジ穴３４が形成されており、固定ボルト４１により環状のスペーサ部材２８を介して切削ブレード２７が取り付けられる。
【００２７】
スピンドルシャフト２６の後端側の小径部分の一部は、永久磁石が取り付けられて、電動モータ４２のロータ４６を構成している。電動モータ４２は、このロータ４６と、ロータ４６を囲うようにスピンドルハウジング２５に配設されたステータ４７とを有している。電動モータ４２は、ステータ４７に対して交流電圧が印加されることで、ロータ４６が固定されたスピンドルシャフト２６を回転させる。
【００２８】
また、スピンドルシャフト２６の後端側の小径部分には、ロータ４６の後端側に超音波振動子４３が設けられている。超音波振動子４３は、電歪振動子であり、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス材料で形成される。超音波振動子４３は、所定周波数の交流電圧が印加されることで、スピンドルシャフト２６の軸方向に超音波振動（縦波、粗密波）を発生させる。この超音波振動子４３には、非接触式給電部４４から交流電圧が印加される。なお、超音波振動子４３は、スピンドルシャフトの軸方向に超音波振動を発生させる構成であればよく、例えば、磁歪振動子であってもよい。
【００２９】
非接触式給電部４４は、スピンドルシャフト２６において超音波振動子４３の後端側に設けられた受電部４８と、受電部４８を囲うようにスピンドルハウジング２５に配設された送電部４９とを有している。受電部４８及び送電部４９は、受電コイルと送電コイルとを対向配置して構成されている。送電部４９は、外部からの電力を電磁誘導方式により非接触で受電部４８に送電し、受電部４８を介して超音波振動子４３に給電する。
【００３０】
切削ブレード２７は、被加工物Ｗを研削する切削刃５１と、切削刃５１を保持する基台部５２とを有している。切削刃５１は、例えば、ダイヤモンド等の砥粒をボンド材で結合して円環状に形成されている。基台部５２は、例えば、スピンドルシャフト２６に固定されるボス部５３と、ボス部５３の外周面から径方向に延在するフランジ部５４とで構成されている。ボス部５３及びフランジ部５４は、例えば、アルミニウム等で形成され、軸中心に固定ボルト４１のネジ部分を挿通可能な貫通孔５６が形成されている。
【００３１】
スペーサ部材２８は、スピンドルシャフト２６と切削ブレード２７との間に配置され、スピンドルシャフト２６の先端側の端面３６と切削ブレード２７との位置関係を調整する長さ調整部として機能する。また、スペーサ部材２８は、例えば、ステンレスまたはアルミニウムで形成され、軸中心に貫通孔６１を形成した円筒状であり、固定ボルト４１のネジ部分を挿通可能としている。なお、詳細については後述するが、スペーサ部材２８の軸方向における長さは、スピンドルシャフト２６の端面３６と切削ブレード２７との間隔を超音波振動の波長λの１／４にするように形成されている。
【００３２】
切削ブレード２７は、固定ボルト４１のネジ部をボス部５３及びスペーサ部材２８に挿通させて、取付部３３のネジ穴３４に締め付けることでスピンドルシャフト２６の先端に固定される。固定ボルト４１は、例えば、ステンレスで形成されている。このように構成された切削ブレード２７は、振動変換部材として機能し、スピンドルシャフト２６の軸方向に伝達された超音波振動の振動方向を径方向に変換して、切削刃５１の刃先に伝達する。この場合、取付部３３の端面３６、スペーサ部材２８の両端面６２、６３、ボス部５３の両端面６５、６６、及び固定ボルト４１の押圧面６７は、それぞれ平坦に形成されているため、固定ボルト４１の締付により部材間の密着性が高められる。この構成により、スピンドルシャフト２６から切削ブレード２７に安定した超音波振動が伝達される。
【００３３】
このように、切削ユニット４は、切削ブレード２７を高速回転させつつ、切削刃５１を径方向に超音波振動させることで、被加工物Ｗを加工している。すなわち、切削ユニット４は、切削刃５１を径方向に瞬間的に伸縮させ、切削刃５１の砥粒を大きな加速度で被加工物Ｗに繰り返し衝突させることで、金属や厚めのガラス等の難削材で形成された被加工物Ｗであっても効果的に切削可能となっている。
【００３４】
ここで、図３を参照して、切削ユニットにおける超音波振動の伝達について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る切削ユニットにおける超音波振動の伝達方向の説明図である。なお、図３においては、Ｗ１がスピンドルシャフトを軸方向に伝達される超音波振動の振幅波形、Ｗ２が切削ブレードを径方向に伝達される超音波振動の振幅波形をそれぞれ示している。
【００３５】
図３に示すように、振幅波形Ｗ１は、スピンドルシャフト２６内を縦波（粗密波）で軸方向に伝達される波形を示し、最大振動振幅点Ｐ１と最小振動振幅点Ｐ２とを含む一定周期で振幅している。最大振動振幅点Ｐ１では、スピンドルシャフト２６の軸方向の変位が最大となり、最小振動振幅点Ｐ２では、スピンドルシャフト２６の軸方向の変位が最小となる。最小振動振幅点Ｐ２は、超音波振動の伝達方向を軸方向から径方向に変換する振動方向変換点となっており、この振動方向変換点に切削ブレード２７が配置される。
【００３６】
したがって、超音波振動子４３から発生された超音波振動は、スピンドルシャフト２６からスペーサ部材２８を介して切削ブレード２７に向けて軸方向に伝達され、切削ブレード２７において径方向に変換される。振幅波形Ｗ２は、切削ブレード２７内を縦波（粗密波）で径方向に伝達される波形を示し、最大振動振幅点Ｐ３と最小振動振幅点Ｐ４とを含む一定周期で振幅している。最大振動振幅点Ｐ３では、切削刃５１の径方向の変位が最大となり、最小振動振幅点Ｐ４では、切削刃５１の径方向の変位が最小となる。
【００３７】
このとき、振幅波形Ｗ２の最大振動振幅点Ｐ３が、切削刃５１の刃先に合うように、切削刃５１の径や超音波振動子４３の周波数が調整される。この構成により、切削刃５１を径方向に瞬間的に伸縮させることが可能となっている。なお、固定ボルト４１の頭部６８の厚みは、頭部６８の開放端側の端面３６が振幅波形Ｗ１の最大振動振幅点Ｐ１となるように設定される。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、振動変換部材としての切削ブレード２７を、振幅波形Ｗ１の最小振動振幅点（振動方向変換点）Ｐ２に合わせるようにしたが、この構成に限定されるものではない。切削ブレード２７は、切削刃５１に対して所望の超音波振動を得られる範囲であれば、振幅波形Ｗ１の最小振動振幅点Ｐ２から位置ズレしてもよい。同様に、切削刃５１の刃先を、振幅波形Ｗ２の最大振動振幅点Ｐ３に合わせるようにしたが、この構成に限定されるものではない。切削刃５１の刃先は、切削刃５１に対して所望の超音波振動を得られる範囲であれば、振幅波形Ｗ２の最大振動振幅点Ｐ３から位置ズレしてもよい。
【００３９】
次に、図４を参照して、スペーサ部材によって調整されるスピンドルシャフトと切削ブレードとの位置関係について説明する。図４は、本実施の形態に係るスピンドルシャフトと切削ブレードとの位置関係の説明図である。なお、図４においては、Ｗ１がスピンドルシャフトを軸方向に伝達される超音波振動の振幅波形、Ｗ３がスピンドルシャフトを軸方向に伝達される超音波振動の圧力波形をそれぞれ示している。また、ここでは、スペーサ部材を設けない構成を比較例として、この比較例と比較しつつ説明する。
【００４０】
図４に示すように、上記した振幅波形Ｗ１は、最大振動振幅点Ｐ１と最小振動振幅点Ｐ２とを含む一定周期で振幅している。一方、圧力波形Ｗ３は、スピンドルシャフト２６及び切削ブレード２７に伝達される超音波振動の軸方向圧力を示し、最大振動振幅点Ｐ１にで軸方向圧力が最小となり、最小振動振幅点Ｐ２で軸方向圧力が最大となる。すなわち、圧力波形Ｗ３は、振幅波形Ｗ１に対して波長λ／４分だけシフトされている。
【００４１】
比較例に係るスピンドルシャフト８１は、先端側の取付部８２の長さにより、切削ブレード８３が振動変換点である最小振動振幅点Ｐ２（最大圧力）に位置されている。よって、切削ブレード８３は、スピンドルシャフト８１から軸方向に伝達された超音波振動の伝達方向を径方向に変換し、超音波振動を切削刃８４に向けて伝達する。この場合、スピンドルシャフト８１の端面８５は、切削ブレード８３のボス部８７が薄厚なため、軸方向圧力が最大となる最小振動振幅点Ｐ２の近傍においてボス部８７に当接する。このため、スピンドルシャフト８１の端面８５は、超音波振動の大きな軸方向圧力を受け、傷付きやすくなっている。
【００４２】
一方、本実施の形態に係るスピンドルシャフト２６は、比較例に係るスピンドルシャフト２６よりも取付部３３の長さが短く形成され、軸方向圧力が最小となる最大振動振幅点Ｐ１に端面３６を位置付けている。このため、スピンドルシャフト２６の端面３６は、超音波振動から大きな軸方向圧力を受けることがなく、摩擦熱によってスペーサ部材２８の一部がスピンドルシャフト２６の端面３６に溶着されることが防止される。
【００４３】
また、本実施の形態においては、スピンドルシャフト２６と切削ブレード２７との間にスペーサ部材２８が介在される。このスペーサ部材２８は、スピンドルシャフト２６と切削ブレード２７との間隔を波長λ／４の長さに調整している。よって、切削ブレード２７は、スペーサ部材２８により、スピンドルシャフト２６の端面３６の位置する最大振動振幅点Ｐ１から波長λ／４だけ離れた最小振動振幅点Ｐ２、すなわち、振動変換点に位置される。
【００４４】
このように、本実施の形態に係る切削ユニット４においては、スピンドルシャフト２６と切削ブレード２７との間にスペーサ部材２８を介在させたため、スピンドルシャフト２６を短く形成して、軸方向圧力が最小となる最大振動振幅点Ｐ１にスピンドルシャフト２６の端面３６を位置付けることが可能となる。また、スペーサ部材２８がスピンドルシャフト２６の端面３６と切削ブレード２７との間隔を波長λ／４の長さに調整するため、スピンドルシャフト２６の端面３６を最大振動振幅点Ｐ１に位置付けた状態で、切削ブレード２７を振動変換点（最小振動振幅点Ｐ２）に位置付けることが可能となる。したがって、スピンドルシャフト２６の破損を防止しつつ、切削ブレード２７に対して径方向に伝達された超音波振動により被加工物Ｗを効果的に振動切削することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、スピンドルシャフト２６の端面３６を最大振動振幅点Ｐ１に位置付ける構成としたが、この構成に限定されるものではない。スピンドルシャフト２６の端面３６は、超音波振動の軸方向圧力により傷付かない範囲であれば、圧力波形Ｗ２の最大振動振幅点Ｐ１から位置ズレしてもよい。
【００４６】
また、長さ調整部としてのスペーサ部材２８は、スピンドルシャフト２６の端面３６と切削ブレード２７との間隔を波長λ／４の長さに厳密に一致させる構成に限定されるものではない。スペーサ部材２８は、切削ブレード２７を振動変換点の近傍に位置させて、所望の超音波振動を伝達させることが可能であればよい。すなわち、波長λ／４とは、厳密に解釈されるものではなく、スピンドルシャフト２６の端面３６に対して切削ブレード２７を、所望の超音波振動が伝達される位置に離間させる長さであればよい。
【００４７】
また、本実施の形態においては、長さ調整部としてのスペーサ部材２８をスピンドルシャフト２６と切削ブレード２７との間に介在させる構成としたが、この構成に限定されるものではない。長さ調整部は、最大振動振幅点Ｐ１に位置されたスピンドルシャフト２６の端面３６に当接して、切削ブレード２７を振動変換点（最小振動振幅点Ｐ２）に位置させることが可能な構成であれば、どのような構成でもよい。例えば、図５に示すように、長さ調整部は、切削ブレード２７のボス部５３のスピンドルシャフト２６側を伸長させたボス伸長部５９で構成されてもよい。
【００４８】
ここで、切削装置１の切削動作の流れについて簡単に説明する。切削装置１が稼働されると、搬入搬出手段１２が進退移動して、カセット載置テーブル１１上のカセット８から仮置きテーブル１３上に被加工物Ｗを引き出す。このとき、被加工物Ｗは、仮置きテーブル１３にガイドされてＸ軸方向で位置決めされると共に、搬入搬出手段１２の移動量によりＹ軸方向で第一の搬送アーム１４に対して位置合わせされる。
【００４９】
次に、第一の搬送アーム１４が仮置きテーブル１３上の被加工物Ｗをピックアップして、受け渡し位置のチャックテーブル３上に載置する。次に、チャックテーブル３が被加工物Ｗを吸引保持した状態で、切削ブレード２７に臨む加工位置に向けて移動される。このとき、チャックテーブル３が撮像部１８の下方に移動されて、撮像部１８により被加工物Ｗの一部が撮像される。
【００５０】
次に、チャックテーブル３が加工位置に移動されると、撮像部１８に撮像された撮像画像に基づいて被加工物Ｗのストリート７１と切削ブレード２７の切削刃５１とが位置合わせされる。そして、切削ユニット４が下降されることで高速回転した切削刃５１により被加工物Ｗが切り込まれる。このとき、切削刃５１は、ボス部５３内を径方向に伝達される超音波振動により、加工負荷が低減されている。
【００５１】
切削ブレード２７により被加工物Ｗが切り込まれると、チャックテーブル３がＸ軸方向に加工送りされ、被加工物Ｗの１本のストリート７１が加工される。続いて、切削ユニット４がＹ軸方向に数ピッチ分だけ移動され、切削ブレード２７の切削刃５１が隣接するストリート７１が加工される。この動作が繰り返されて被加工物ＷのＸ軸方向の全てのストリート７１が加工される。次に、チャックテーブル３が図示しない移動機構により９０度回転され、被加工物ＷのＹ軸方向のストリート７１の加工が開始される。
【００５２】
加工済みの被加工物Ｗは、第二の搬送アーム１７によって洗浄手段１５に搬送され、洗浄手段１５においてスピンナー洗浄された後、チャックテーブル３上に戻される。次に、第一の搬送アーム１４が、チャックテーブル３上の被加工物Ｗをピックアップして仮置きテーブル１３上に載置する。そして、搬入搬出手段１２が進退移動して、カセット載置テーブル１１上のカセット８内に被加工物Ｗを押し込む。切削装置１では、この動作が繰り返される。
【００５３】
以上のように、本実施の形態に係る切削装置１によれば、軸方向圧力が最小となる最大振動振幅点Ｐ１にスピンドルシャフト２６の端面３６が位置付けられるため、超音波振動の軸方向圧力によりスピンドルシャフト２６の端面３６が傷付けられることがない。また、スペーサ部材２８により最大振動振幅点から軸方向に超音波振動の波長λ／４の長さだけ離れた最小振動振幅点Ｐ２に切削ブレード２７が合わせられるため、超音波振動の伝達方向が軸方向から径方向に変換され、切削ブレード２７により被加工物Ｗを効果的に振動切削することができる。このように、超音波振動によるスピンドルシャフト２６の破損を防止しつつ、切削ブレード２７対して径方向に伝達された超音波振動により被加工物Ｗを効果的に振動切削することができる。
【００５４】
なお、上記した実施の形態においては、長さ調整部は、スピンドルシャフトの端面と切削ブレードとの間を波長λ／４に調整する構成としたが、この構成に限定されるものではない。長さ調整部は、最大振動振幅点Ｐ１に位置付けられたスピンドルシャフトの端面に当接して切削ブレードを最小振動振幅点Ｐ２に位置付ける構成であればよい。すなわち、長さ調整部は、スピンドルシャフトの端面と切削ブレードとの間隔を波長λ／４の奇数倍の長さにする構成であれば、どのような構成でもよい。
【００５５】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、切削ブレードを径方向に伝達される超音波振動によるスピンドルシャフトの破損を防止しつつ、被切削物の加工を効果的に行うことができるという効果を有し、特に、超音波振動する切削ブレードによって金属や厚めのガラス等の難削材の切削に好適な切削装置に有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 切削装置
２ ハウジング
３ チャックテーブル
４ 切削ユニット（切削手段）
２５ スピンドルハウジング
２６ スピンドルシャフト
２７ 切削ブレード
２８ スペーサ部材（長さ調整部）
３３ 取付部
３６ 端面
４１ 固定ボルト（固定部材）
４２ 電動モータ
４３ 超音波振動子
４４ 非接触式給電部
５１ 切削刃
５２ 基台部
５３ ボス部
５４ フランジ部
５９ ボス伸長部（長さ調整部）
Ｗ 被加工物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子が後端側に配設されて軸方向に延伸するスピンドルシャフト及び該スピンドルシャフトの先端部の端面に固定部材により挟持固定された切削ブレードを含む切削手段と、上面に被加工物を保持するためのチャックテーブルとを具備し、
前記チャックテーブルに保持された前記被加工物を径方向に超音波振動させた前記切削ブレードにて切削するための切削装置であって、
前記切削手段は、前記超音波振動子から発せられ且つ前記スピンドルシャフトの軸方向に伝達される超音波振動の振幅が最大になり軸方向圧力が最小になる最大振動振幅点に、前記スピンドルシャフトの前記端面が位置するように前記スピンドルシャフトの長さが規定され、
前記切削ブレードが前記スピンドルシャフトの前記端面に前記固定部材で挟持固定されると、前記超音波振動の伝達方向が軸方向から径方向へ変換する位置である前記超音波振動の最小振動振幅点に前記切削ブレードが位置するように、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの前記端面と間を超音波振動の波長λ／４の奇数倍の長さに調整する長さ調整部が、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの端面との間に位置される、ことを特徴とする切削装置。
【請求項２】
前記長さ調整部は、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの前記端面との間に装着されたスペーサ部材である、ことを特徴とする請求項１記載の切削装置。
【請求項３】
前記長さ調整部は、前記切削ブレードのボス部の前記スピンドルシャフト側を伸長したボス伸長部である、ことを特徴とする請求項１記載の切削装置。
【請求項１】
超音波振動子が後端側に配設されて軸方向に延伸するスピンドルシャフト及び該スピンドルシャフトの先端部の端面に固定部材により挟持固定された切削ブレードを含む切削手段と、上面に被加工物を保持するためのチャックテーブルとを具備し、
前記チャックテーブルに保持された前記被加工物を径方向に超音波振動させた前記切削ブレードにて切削するための切削装置であって、
前記切削手段は、前記超音波振動子から発せられ且つ前記スピンドルシャフトの軸方向に伝達される超音波振動の振幅が最大になり軸方向圧力が最小になる最大振動振幅点に、前記スピンドルシャフトの前記端面が位置するように前記スピンドルシャフトの長さが規定され、
前記切削ブレードが前記スピンドルシャフトの前記端面に前記固定部材で挟持固定されると、前記超音波振動の伝達方向が軸方向から径方向へ変換する位置である前記超音波振動の最小振動振幅点に前記切削ブレードが位置するように、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの前記端面と間を超音波振動の波長λ／４の奇数倍の長さに調整する長さ調整部が、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの端面との間に位置される、ことを特徴とする切削装置。
【請求項２】
前記長さ調整部は、前記切削ブレードと前記スピンドルシャフトの前記端面との間に装着されたスペーサ部材である、ことを特徴とする請求項１記載の切削装置。
【請求項３】
前記長さ調整部は、前記切削ブレードのボス部の前記スピンドルシャフト側を伸長したボス伸長部である、ことを特徴とする請求項１記載の切削装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２１８４８３（Ｐ２０１１−２１８４８３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９００２０（Ｐ２０１０−９００２０）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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