專利名稱：切削裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種切削裝置，該切削裝置使圓環(huán)狀切削刀片以其中心軸線為中心旋轉(zhuǎn)，并通過使其在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動的同時作用于被加工件上，從而切削加工件。
背景技術(shù)：
作為適用于切削像半導體晶片那樣的硬脆性被加工件的切削裝置，在特開2000-210928號公報和特開2001-162493號公報中公開了如下的切削裝置，該切削裝置使圓環(huán)狀切削刀片以其中心軸線為中心旋轉(zhuǎn)，并通過使其在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動的同時作用于被加工件上，從而切削被加工件。
該切削裝置具有用于保持被加工件的保持裝置、安裝成旋轉(zhuǎn)自如的主軸、固定在該主軸上的圓環(huán)狀切削刀片、用于使主軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置、以及使切削刀片在與其中心軸線方向相垂直的方向上進行超聲波振動的振動裝置。振動裝置具有壓電振子，用于使主軸在其中心軸線方向(所以是切斷刀片的中心軸線方向)上進行超聲波振動；以及振動方向變換裝置，用于把主軸的振動方向變換成與主軸的中心軸線相垂直的方向(所以是與切削刀片的中心軸線相垂直的方向)上。切削刀片的振幅可以通過調(diào)整加在壓電振子上的交流頻率和/或電壓來適當調(diào)整。
與僅僅使切削刀片以其中心軸線為中心旋轉(zhuǎn)而作用于被加工件上，從而切削被加工件的情況相比，若使切削刀片以其中心軸線為中心旋轉(zhuǎn)，并使其在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動的同時作用于被加工件上，從而切削被加工件，則在被加工件為硬脆性物品的情況下，也能夠回避乃至抑制所謂積屑的產(chǎn)生，能夠高效率地對被加工件進行切削。
根據(jù)本發(fā)明人的經(jīng)驗，現(xiàn)已查明，在上述那樣的切削裝置中，當對被加工件進行切削時，重要的是根據(jù)被加工件的材質(zhì)、切削深度和切削速度等，把切削刀片的振幅設定為需要值。然而在過去的切削裝置中，不能夠充分精密地識別出切削刀片的振幅，所以，很難根據(jù)被加工件的材質(zhì)、切削深度和切削速度等來適當調(diào)整刀具的振幅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，其目的是，對使圓環(huán)狀切削刀片以其中心軸線為中心進行旋轉(zhuǎn)，并使其在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動的同時作用于被加工件上，從而切削被加工件的切削裝置進行改良，能夠根據(jù)需要來測量切削刀片的振幅，所以隨之能夠根據(jù)被加工件的材質(zhì)、切削深度和切削速度等來適當調(diào)整刀具振幅。
根據(jù)本發(fā)明，作為達到上述主要目的的切削裝置，具有用于保持被加工件的保持裝置、安裝成旋轉(zhuǎn)自如的主軸、固定在該主軸上的圓環(huán)狀切削刀片、用于使該主軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置、以及使該切削刀片在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動的振動裝置，通過使該切削刀片旋轉(zhuǎn)、并在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動的同時作用于被該保持裝置保持的被加工件上，切削被加工件，其特征在于，具有用于測量該切削刀片的振幅的振幅測量裝置。
該振幅測量裝置最好包含保持間隔而設置的發(fā)光裝置和受光裝置。尤其，最好該發(fā)光裝置發(fā)光的光線的直徑為該切削刀片的振幅的2倍以上，不管測量該切削刀片的振幅時該切削刀片被振動，使該切削刀片的外周緣部位于該發(fā)光裝置和該受光裝置之間，以使該切削刀片的外周緣總是位于該發(fā)光裝置發(fā)光的光線內(nèi)，根據(jù)該切削刀片的振動所造成的該受光裝置的受光量的變動，計算出該切削刀片的振幅。在其他最佳方式中，該振幅測量裝置包含與該切削刀片的外周緣相接觸、并隨著該切削刀片的振動而被振動的接觸片，根據(jù)該接觸片的位移量，計算出該切削刀片的振幅。并且，在其他最佳方式中，該振幅測量裝置包含當該切削刀片的外周緣接觸時檢測該情況的接觸傳感器。


圖1是表示適用本發(fā)明的切削裝置的典型例中的主要部分的剖視圖。
圖2是一起表示圖1的切削裝置中的切削刀片和振幅測量裝置的部分正視圖。
圖3是舉例表示圖2所示的振幅測量裝置中的輸出電壓差和切削刀片振幅的相對關(guān)系的線型圖。
圖4(a)和(b)是表示使用圖2所示的振幅測量裝置的振幅測量方式的變形例的、與圖3相同的部分正視圖。
圖5是表示振幅測量裝置的變形例的、與圖3相同的正視圖。
圖6(a)和(b)是表示振幅測量裝置的再一變形例的、與圖3同樣的部分正視圖。
具體實施例方式
以下參照附圖，詳細說明按本發(fā)明構(gòu)成的切削裝置的最佳實施方式。
圖1表示按本發(fā)明構(gòu)成的切削裝置的最佳實施方式中的主要部分。圖示的切削裝置具有用編號2來表示整體的主軸單元，該主軸單元2包括外殼4。外殼4的整體是圓筒形狀，它具有外徑較大的后部6和外徑較小的前部8。穿過外殼4而延伸的穿通孔9包括內(nèi)徑較大的后部10和內(nèi)徑較小的前部12。在外殼4的后端部上形成了向半徑方向內(nèi)側(cè)突出的環(huán)狀突出部14；在前端部也形成了向半徑方向內(nèi)側(cè)突出的環(huán)狀突出部16。另外，在穿通孔9的前部形成了環(huán)狀溝槽18。
在外殼4內(nèi)用編號20表示整體的主軸被安裝成旋轉(zhuǎn)自如。圖示的主軸20和較大直徑的主體部22均具有較小直徑的后端部24及較小直徑的前端部26。在主體部22的前部，形成了環(huán)狀法蘭盤28，該環(huán)狀法蘭盤28位于外殼4上形成的上述環(huán)狀溝槽18內(nèi)。在外殼4的穿通孔9和活塞20的外周面之間，通過外殼4上形成的供給路(未圖示)而供給壓縮空氣，通過該壓縮空氣，把主軸20旋轉(zhuǎn)自如地保持在外殼4內(nèi)。外殼4的穿通孔9的前部12作為徑向空氣軸承使用，外殼4的穿通孔9的環(huán)狀溝槽18作為推力空氣軸承使用。
在主軸20的前端部26上固定了圓環(huán)狀切削刀片30。更詳細地說，在主軸20上固定了具有平坦的前面的環(huán)狀輪轂32。另一方面，切削刀片30的內(nèi)周緣部被固定在環(huán)狀輪轂34的平坦的后面的外周緣部。并且，把環(huán)狀輪轂34嵌裝在主軸20的前端部26，利用如緊固螺釘那樣的適當?shù)墓潭ㄑb置(未圖示)把環(huán)狀輪轂34固定到環(huán)狀輪轂32上，這樣把切削刀片30固定在主軸20上。切削刀片30最好是利用如電熔鑄造金屬那樣的適當?shù)恼澈蟿┱澈辖饎偸w料，來形成的非常薄的環(huán)狀刀具。
以下參照圖1，繼續(xù)說明。在主軸20的后端部24上附設用于使主軸20高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置36。在圖示的實施方式中，旋轉(zhuǎn)裝置36是一種傳動馬達，其包括設置在主軸20的后端部的永久磁鐵38、以及固定在穿通孔9的后部10內(nèi)而圍繞永久磁鐵38的定子線圈40。通過適當?shù)倪B接線(未圖示)來把交流電流供給到定子線圈40內(nèi)，這樣使永久磁鐵38旋轉(zhuǎn)，所以使主軸20及其上面所固定的切削刀片30旋轉(zhuǎn)。
主軸20的后端上連接了超聲波振子42。該振子42由壓電體44及設置在其兩側(cè)的電極板46構(gòu)成。在主軸單元2上還設置了電流供給裝置48，用于向振子42供給交流電流。更詳細的情況是，在與主軸20連接的振子42的后方，連接了向后方延伸的絕緣性支持部件50，在該支持部件50的小徑后端部安裝了受電線圈52。另一方面，在外殼4的后端上固定了具有圓筒狀周壁和后端壁的絕緣性杯子狀部件54。在該杯子狀部件54的內(nèi)圓面上安裝了供電線圈56。若使主軸20旋轉(zhuǎn)，向供電線圈56內(nèi)供給交流電流，則在受電線圈52內(nèi)感應交流電流。受電線圈52的兩個端子分別利用連接線(未圖示)連接在各振子42的電極板46上，所以，在受電線圈52內(nèi)感應的交流電流供給到振子42，這樣，振子42在主軸20的中心軸線方向上進行超聲波振動，所以，主軸20在該中心軸線方向上進行超聲波振動。主軸20的這樣的振動通過上述環(huán)狀輪轂32和34而變換到與主軸20的中心軸線相垂直的方向(即在圖1中的上下方向)上，傳遞到切削刀片30，切削刀片30在與該中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動。上述環(huán)狀輪轂32和34起到振動變換裝置的作用，即把超聲波振動從主軸20的中心軸線方向變換到與主軸20的中心軸線相垂直的方向上?；谡褡?2的切削刀片30的超聲波振動的詳細情況公開在上述特開2000-210928號公報和特開2001-162493號公報中，所以，引用該公報的說明，并在本說明書中省略說明。
以下參照圖1，繼續(xù)說明。圖示的切削裝置，例如具有用于保持作為半導體晶片的被加工件58的保持裝置60。保持裝置60可以是對被加工件58進行真空吸附的方式。當對保持裝置60所保持的被加工件58進行切削時，使主軸單元2相對于保持裝置60下降，使切削刀片30相對于被加工件58位于能形成預定的切削深度的位置上。并且，在使主軸20高速旋轉(zhuǎn)的同時在中心軸線方向上進行超聲波振動，這樣，使切削刀片30以其中心軸線為中心進行高速旋轉(zhuǎn)的同時在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動。然后，使保持裝置60和主軸單元2在與圖1中的紙面相垂直的方向上相對地進行移動，使切削刀片30作用于被加工件58上。
以下參照圖2，繼續(xù)說明。按本發(fā)明構(gòu)成的切削裝置中，重要的是設置一種用于測量切削刀片30的振幅的振幅測量裝置62。圖示的振幅測量裝置62具有保持臺64，該保持臺64在圖2中，在左右方向上留有間隔，并具有向上方延伸的2個支持部65和66。在一邊的支持部65的內(nèi)面?zhèn)?圖2中的右面?zhèn)?設置了發(fā)光元件68；在另一邊的支持部66的內(nèi)面?zhèn)?圖2中的左面?zhèn)?設置了受光元件70。發(fā)光元件68向受光元件70照射直徑d的光線LB，受光元件70接受光線LB。在受光元件70上附設用編號72來表示整體的運算裝置。該運算裝置72包括把受光元件70接受的光量變換成電壓值的光電變換裝置73、對光電變換裝置73輸出的電壓值的最大值和最小值的電壓差進行計算的電壓差計算裝置74、存儲電壓差和振幅的對照表的存儲裝置76、參照存儲在存儲裝置76內(nèi)的表來把電壓差計算裝置74輸出的電壓差變換成振幅的振幅計算裝置78。
當測量切削刀片30的振幅時，如圖2所示，使切削刀片30的周緣部位于發(fā)光元件68和受光元件70之間。發(fā)光元件68照射的光線LB的直徑d為切削刀片30的假定振幅w的2倍以上，當將切削刀片30定位成切削刀片30不振動時的外周緣大致上與光線LB的中心對準是最好的。這樣一來，即使切削刀片30振動，也能夠使切削刀片30的外周緣一定位于光線LB內(nèi)，切削刀片30的外周緣部遮擋光線LB。如圖2用二點劃線表示的那樣，若使切削刀片30就位，使切削刀片30在與其中心軸線相垂直的方向即圖2中的上下方向進行振動，則隨著對應于切削刀片30的振動而切削刀片30遮擋光線LB的量，受光元件70接受的光量發(fā)生變動。當切削刀片30在最上位置上時受光量最大，切削刀片30在最下位置上時受光量最小。隨著最大受光量和最小受光量之差，光電變換裝置73輸出的最大電壓值和最小電壓值的電壓差對應于切削刀片30的振幅w的2倍來變動。振幅計算裝置78根據(jù)電壓差計算裝置74輸出的電壓差，參照存儲裝置76內(nèi)存儲的表，求出切削刀片30的振幅。振幅計算裝置78輸出的振幅能夠顯示在適當?shù)娘@示裝置80上。例如通過對振動的切削刀片30進行閃光燈攝影，測量出切削刀片30的實際振幅w，并將該振幅w與電壓差計算裝置74輸出的電壓差相關(guān)聯(lián)起來，能夠預先編制存儲在存儲裝置76內(nèi)的表。圖3表示光線LB的直徑為0.1mm時和0.2mm時的、電壓差計算裝置74輸出的電壓差和切削刀片30的振幅的相互關(guān)系。
必要時也可以采用以下振幅測量方式來代替上述振幅測量方式。如圖4(a)所示，不使切削刀片30進行振動，而使其從二點劃線所示的位置起向從發(fā)光元件68照射而被受光元件70接受的光線LB下降。在切削刀片30到達實線所示的位置之前，受光元件70接受的光量沒有變化。但若切削刀片30越過實線所示的位置后下降(換言之，切削刀片30開始干涉光線LB)，則受光元件70接受的光量開始下降。所以，通過檢測受光元件70接受的光量的變化，即可檢測出切削刀片30已達到實線所示的位置的情況，求出這時的切削刀片30的中心軸線的高度H1。然后如圖4(b)所示，在使切削刀片30振動的狀態(tài)下從二點劃線所示的位置開始，向從發(fā)光元件68照射而被受光元件70接受的光線LB下降。在切削刀片30到達實線所不的位置之前，受光元件70接受的光量沒有變化。但切削刀片30若越過實線所示的位置而下降(換言之，在振動的切削刀片30到達最下位置上時的一瞬間干涉光線LB)，則受光元件70接受的光量開始降低。所以，檢測出受光元件70接受的光量的變化，即可檢測出切削刀片30已到達實線所示的位置的情況，求出這時的切削刀片30的高度H2。高度H1和高度H2之差就是切削刀片30的振幅w。
圖5表示振幅測量裝置的另一實施方式。圖5所示的振幅測量裝置162包括具有接觸片167的位移檢測器165。接觸片167以彈性狀態(tài)向最上位置偏移，但能夠從最上位置向下方移動，位移檢測器165輸出對應于接觸片167的位移量而變動的電壓。在測量切削刀片30的振幅時，如圖5所示，使切削刀片30的周緣與接觸片167的前端相接觸，然后使切削刀片30振動。于是，接觸片167對應于切削刀片30的振動而在上下方向上振動，位移檢測器165的輸出電壓對應于接觸片167的振動而發(fā)生變動。位移檢測器165輸出的最大電壓值和最小電壓值之差對應于切削刀片30的振幅w的2倍。所以，通過在位移檢測器165上附設與圖3所示的運算裝置72同樣的運算裝置，即可求出切削刀片30的振幅w。
圖6表示振幅測量裝置的另一實施方式。圖6所示的振幅測量裝置262包括接觸傳感器265，它用于在切削刀片30接觸其上面時檢測該情況。當測量切削刀片30的振幅時，最初，如圖6(a)所示，使切削刀片30不振動而從二點劃線所示的位置起向接觸傳感器265的方向下降。當切削刀片30下降到實線所示的位置，使切削刀片30與接觸傳感器265相接觸時，接觸傳感器265檢測出該情況。求出這時的切削刀片30的中心軸線的高度H1。然后，如圖6(b)所示，在使切削刀片30振動的狀態(tài)下從二點劃線所示的位置起向接觸傳感器265的方向下降。當切削刀片30下降到實線所示的位置時，在振動的切削刀片30到達最下位置時的一瞬間，切削刀片30與接觸傳感器265相接觸，所以，接觸傳感器265檢測出這一情況。求出這時的切削刀片30的高度H2。高度H1和高度H2之差最大是切削刀片30的振幅w。
以上，參照附圖詳細說明了按本發(fā)明構(gòu)成的切削裝置的最佳實施方式。但應當理解本發(fā)明不僅限于這些實施方式，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明能夠進行各種變形和修正。
權(quán)利要求
1.一種切削裝置，具有用于保持被加工件的保持裝置、安裝成旋轉(zhuǎn)自如的主軸、固定在該主軸上的圓環(huán)狀切削刀片、用于使該主軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置、以及用于使該切削刀片在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動的振動裝置，通過使該切削刀片旋轉(zhuǎn)、并在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動的同時作用于被該保持裝置保持的被加工件上，切削被加工件，其特征在于，具有用于測量該切削刀片的振幅的振幅測量裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的切削裝置，其特征在于該振幅測量裝置包含保持間隔而設置的發(fā)光裝置和受光裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的切削裝置，其特征在于該發(fā)光裝置發(fā)光的光線的直徑為該切削刀片的振幅的2倍以上，不管測量該切削刀片的振幅時該切削刀片被振動，使該切削刀片的外周緣部位于該發(fā)光裝置和該受光裝置之間，以使該切削刀片的外周緣總是位于該發(fā)光裝置發(fā)光的光線內(nèi)，根據(jù)該切削刀片的振動所造成的該受光裝置的受光量的變動，計算出該切削刀片的振幅。
4.如權(quán)利要求2所述的切削裝置，其特征在于該振幅測量裝置包含與該切削刀片的外周緣相接觸、并隨著該切削刀片的振動而被振動的接觸片，根據(jù)該接觸片的位移量，計算出該切削刀片的振幅。
5.如權(quán)利要求1所述的切削裝置，其特征在于該振幅測量裝置包含當該切削刀片的外周緣接觸時檢測該情況的接觸傳感器。
全文摘要
本發(fā)明的切削裝置，具有用于保持被加工件的保持裝置、安裝成旋轉(zhuǎn)自如的主軸、固定在該主軸上的圓環(huán)狀切削刀片、用于使該主軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置。該切削裝置還具有用于使該切削刀片在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動的振動裝置。通過使該切削刀片旋轉(zhuǎn)、并在與其中心軸線相垂直的方向上進行超聲波振動的同時作用于被該保持裝置保持的被加工件上，從而切削被加工件。在切削裝置上具有用于測量該切削刀片的振幅的振幅測量裝置。
文檔編號B28D5/02GK1773680SQ20051012046
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者熊谷壯祐 申請人:株式會社迪斯科