專利名稱：劃線裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種劃線裝置或一種用于在一個由易碎材料，例如玻璃、半導體等制成的工件上形成(劃出)一條劃線的劃線器。
背景技術：
已公知用于在工件的或被加工件的表面上形成一條劃線的劃線裝置。在操作中，當將一個正在振動的切割件壓在工件表面上時，將在工件表面上產生垂直的裂紋，并從而沿工件的厚度延伸，在這種情況下，當切割件在工件表面上運動時，就會在工件表面上產生一條連續(xù)的劃線(裂紋)。在這樣的劃(劃出的)線之后，通過沿該劃線彎曲工件使工件斷開。
圖7示出了一個劃線裝置，其具有傳統(tǒng)結構并設有一個用于振動切割件1的劃線體2。劃線體2具有一個殼，在該殼中容納有作為振動生成件的壓電元件。軸4如此設置，從而如圖所示，其從上述殼的下部向下延伸，并適于被一個置于殼3中的引導件垂直導向。上述切割件1安裝在軸4的下端部上。作為切割件1，在此可以使用正方錐形的金剛石工具。當壓電元件振動時，軸4就與切割件1一起振動。
殼3與滑塊5相連，該滑塊通過一個引導件7，例如線性引導件安裝在工作臺6上。操作引導件7以引導滑塊5、殼3和劃線體2與軸4和切割件1一起關于工作臺6呈線性運動方式運動。工作臺6通過一個運動機構，即驅動機構10相對于工件(被加工件)9運動。
分別安裝在劃線體2側上和工作臺6側上的一對磁鐵8a和8b彼此互斥，從而調節(jié)切割件1施加到工件9上的靜載荷。當切割件1由磁鐵8a和8b的互斥力抬起時，可以調節(jié)靜載荷(即，在振動生成元件沒有振動時由切割件施加到工件上的載荷)。此時，劃線體2的垂直運動(抬起或浮動)受到引導件7的引導。
按上述結構的劃線裝置，切割件1可以振動，故按照待切割工件的種類、類型或厚度可以適當?shù)卣{節(jié)由切割件1施加到工件9上的靜載荷。
然而，在具有上述特征和結構的傳統(tǒng)劃線裝置中，用于引導劃線體2的抬起運動的引導件7和用于引導軸4的振動的引導件分別獨立地位于在圖7中彼此按橫向間隔距離L的位置上。因此，當軸4振動時，在引導件7上產生一個力矩載荷(moment load)，該引導件懸撐劃線體2。
如果產生這樣的力矩載荷，則切割件1沿水平方向振動，同時也沿垂直方向振動，如圖7所示。當切割件1水平振動時，將對由切割件1施加到工件9上的載荷產生一個水平分力，按照這樣的分力，將在工件9的表面上產生水平裂紋，從而破壞工件9，因此是不方便的。
此外，當振動生成元件振動時，劃線體2以及切割件1也振動。然而，引導件7隨后的動作由于施加到引導件7上的力矩載荷而變得更糟，并且相應的，在劃線體2振動的同時也產生阻力。
另外，用于引導抬起運動的引導件7和用于振動的引導件的單獨的，即獨立的位置使得劃線體的結構復雜并增加了其重量。在工件9具有較差的平整度或者切割件運動成與從前的劃線相交的情況下，劃線體2垂直抬起和放下，從而當劃線體的整個重量增加時，劃線體的慣性力也增加，因此導致由切割件1施加到工件9上的載荷的大的振動。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是基本上消除上述現(xiàn)有技術中遇到的缺陷或不便，并提供一種劃線裝置，其能夠基本上抑制切割件在劃線裝置中的水平振動，并使切割件以具有減小重量的振動部分的簡單結構只沿垂直方向振動。
上述和其它目的可按本發(fā)明實現(xiàn)，在一方面，通過提供一個用于在工件上形成劃線的劃線裝置，包括一個用于產生振動的振動生成件；一個通過利用該振動生成件的振動切割工件的切割件；一個從該振動生成件垂直向下延伸從而將該振動生成件的振動傳遞給該切割件的軸；一個用于將軸的線性運動沿其中心軸線方向引導給切割件的引導單元；和一個用于調節(jié)由切割件施加給工件的載荷的載荷調節(jié)機構，所述載荷調節(jié)機構由磁力操作，
其中，所述引導單元通過所述載荷調節(jié)機構引導軸的運動，和引導由振動生成件產生的振動導致的軸的振動。
按本發(fā)明的這一方面，引導單元同時實現(xiàn)引導由操作振動生成件引起的軸的振動的功能和通過載荷調節(jié)機構引導軸的向上運動(抬起或浮動)的功能。相應地，由于不必如現(xiàn)有技術那樣獨立(單獨)設置兩個引導件來分別實現(xiàn)上述兩種功能，所以不再引起任何力矩載荷。因此，防止產生切割件的水平振動，并且切割件可只沿垂直方向平穩(wěn)振動。
此外，由于單個引導件的作用是同時實現(xiàn)上述兩種引導功能，該引導單元的結構可以變得簡單，而且重量會變輕，因此使得少量的載荷變化被施加到切割件上。
對于這樣的引導單元，優(yōu)選使用例如線性引導件、球花鍵引導件、球襯套引導件或滑動軸承引導件。
在這一方面，可以采用下述優(yōu)選示例。
該劃線裝置還包括一個用于沿工件運動切割件的切割件運動機構。
該軸在其外周表面上形成有滾動件滾動部分，該引導單元包括一個與該軸配裝的外套筒，該套筒在其內周表面上形成有滾動件滾動部分，和包括位于形成于軸上的滾動件滾動部分和形成于外套筒上的滾動件滾動部分之間的數(shù)個滾動件。該滾動件可以是球，形成于軸上的該滾動件滾動部分和形成于外套筒上的滾動件滾動部分可以是槽。
該振動生成件具有一條中心線，該軸具有一條大體與振動生成件的中心線對齊的中心線。
該振動生成件容納在一個殼中，一個錐盤彈簧位于該殼中，處于軸和振動生成件之間的部位，從而軸的振動跟隨振動生成件的振動。
劃線裝置還可以設有一個可相對于工件運動的工作臺，該引導單元安裝在該工作臺上，該工作臺通過該運動機構而運動。
該載荷調節(jié)機構可包括一對沿軸振動方向彼此間隔設置的磁鐵、一個壓電元件或是一個超磁致伸縮元件。
按這些優(yōu)選示例，通過沿工件表面和在工件表面上運動切割件可以很好地劃出一條劃線。
由于軸被裝配到外套筒中，從而圍繞住軸的外周，當軸振動時，該軸可以順當?shù)睾头€(wěn)定地沿垂直方向導向。另外，由于在軸和外套筒之間設置了滾動件，所以在軸振動時引起的阻力可以減小。
此外，振動生成件的振動可以沿其中心軸線方向高效地傳遞給軸，而不會給軸帶來不利的力矩載荷。
錐盤彈簧的設置將易于只沿垂直(軸向)方向進行傳遞。
在本發(fā)明的另一方面，還提供了一個用于在工件上形成劃線的劃線裝置，包括一個設置成可相對于工件運動的工作臺；一個用于運動該工作臺的運動機構；一個用于產生振動的振動生成件；一個通過利用該振動生成件的振動切割工件的切割件；一個從該振動生成件垂直向下延伸從而將該振動生成件的振動傳遞給該切割件的軸；一個安裝在該工作臺上用于沿其中心軸線方向引導軸的線性運動的引導單元；和一個用于調節(jié)由切割件施加給工件的載荷的載荷調節(jié)機構，所述載荷調節(jié)機構包括一個磁鐵。該磁鐵包括一對沿軸振動方向彼此間隔設置的磁鐵塊。
按這一方面，大體可以實現(xiàn)例如上述參見第一實施例的相同的有利功能和效果。
從下面結構附圖的說明中將更加清楚本發(fā)明的本質和其它特征。


在附圖中圖1是一個示出了一個按本發(fā)明第一實施例的劃線裝置的前視圖；圖2是圖1劃線裝置的側視圖；圖3是圖1劃線裝置的引導件的透視圖；圖4是一個前視圖，以截面部分地表示了圖3的引導件；圖5是一個側視圖，以截面部分地表示了圖3的引導件；圖6是一個垂直截面圖，示出了一個按本發(fā)明第二實施例的劃線裝置；和圖7是一個示出了一個具有傳統(tǒng)結構的劃線裝置的前視圖。
具體實施例方式
首先，圖1和2所示的劃線裝置表現(xiàn)了本發(fā)明的第一實施例，其用于在薄板形的、由易碎材料，例如玻璃、半導體、陶瓷等制成的工件(或被加工件)11表面上劃出劃線，并從而沿其厚度方向延伸。該劃線裝置包括一個振動生成件14、一個從振動生成件14垂直延伸的軸15、一個安裝在軸15的下端部從而受到穿過軸15的振動生成件14的振動的切割件1，一個用于沿其中心軸線方向引導軸的線性運動的引導件28和一對利用磁力的作為載荷調節(jié)裝置的磁鐵17a和17b。引導件28安裝在一個可由運動或驅動機構19運動的工作臺18上，該驅動機構的作用是運動工作臺18，從而沿工件11沿二維(X-Y)方向或三維(X-Y-Z)方向運動切割件12。
在組裝好了的狀態(tài)中，當驅動劃線裝置時，切割件1的末端(前端)鄰靠在工件9的表面上，如圖1所示，同時在該狀態(tài)中，當驅動振動生成件14以振動切割件12時，在工件11的表面上產生垂直裂紋，然后當切割件12在工件11表面上運動時，這些裂紋便連接起來形成一條連續(xù)的裂紋，從而形成劃(劃出的)線13。
作為切割件12，可以使用正方錐形的金剛石工具。雖然這樣的正方錐形金剛石工具用于具有薄的厚度的工件是有效的，但在工件具有大的厚度，例如玻璃的情況下，具有算盤珠形狀的輪式工具是有效的。
一例如在施加外電場時導致失真的壓電元件，例如壓電致動器用于振動生成件14。在使用壓電元件14時，它是以預定的頻率改變待施加的電壓而周期膨脹和收縮的。通過施加外電場，在壓電元件上產生壓力，該壓力被傳遞到切割件12上。當該壓力施加到切割件12上時，便同時在工件11的表面上形成正方錐形的凹部和垂直的裂紋。
用于將振動生成件14產生的振動傳遞給切割件12的軸15在橫截面上具有圓形的形狀，并受到引導件28的支撐，以沿其中心軸線方向線性運動。軸15在其下端部設置了一個工具保持部20(工具保持件)，另一方面，其上端部與振動生成件14相連。
如圖3和4所示，數(shù)個球滾動槽形式的滾動件滾動路徑排15a形成在軸15的外周上，從而沿軸向延伸。另外，除了具有圓形橫截面的的軸件外，還可以使用其它的具有多邊形橫截面的軸件。另外，也可以使用沿其軸向具有不同橫截面的軸。此外，實心軸和空心軸都可以用作為本發(fā)明的劃線裝置的軸15。
振動生成件14的中心線和軸15的中心線基本上彼此對齊的，從而有效地沿其軸線方向傳遞軸的振動。相反，如果這些中心線是彼此錯開的，則力矩載荷將被施加到軸15上。
用于沿其軸線方向引導軸15的線性運動的引導件28包括一個外圓筒或套筒21，其覆蓋軸15和數(shù)個球22、22、---的外周，這些球作為滾動元件布置在外套筒21和軸15之間。這樣的引導件28通過支架安裝在工作臺18上。該引導件28實現(xiàn)引導軸15的運動，例如抬起運動的功能，和引導由振動生成件14產生的軸15的振動的功能。
圖3-5表現(xiàn)了引導件28的一個示例。參見這些附圖，軸15作為形成有數(shù)排沿其軸線方向延伸的滾動槽15a的多槽軸構成。另一方面，與軸15相配裝的外套筒21在其內周表面上形成有數(shù)個沿軸線方向延伸的作為滾動件滾動路徑的球滾動槽21a，從而與軸15的滾動槽15a相一致。數(shù)個球22、22、---置于這些球滾動槽15a和21a之間，并在其間滾動。在外套筒21內側，形成有一個環(huán)形的用于沿其循環(huán)球22、22、---的循環(huán)路徑，一個用于保持球22的保持件34也組裝在其中。球22在外套筒21和軸15之間與軸15關于外套筒21的線性運動相一致地滾動和運動。球22沿環(huán)形的循環(huán)路徑循環(huán)，同時沿其滾動。另外，考慮到軸15具有小的振幅，故在沒有形成環(huán)形的循環(huán)路徑的情況下，也可以采用有限循環(huán)路徑。另外，上述結構的引導件28可以以其它各種類型的能夠引導軸15的往復運動的件，例如線性引導件、球襯套引導件或滑動軸承引導件構成。
參見圖1，通過利用磁力向切割件12提供抬起或浮動力的磁鐵17a和17b包括一對沿軸15的振動方向彼此分隔開的永久磁鐵。這些磁鐵中的一塊17a安裝到工作臺18的一側，而其中的另一塊17b安裝到劃線裝置的劃線體23的一側(即，在該實施例中，安裝在一個容納殼，即殼24上，在該殼中容納有振動生成件14)。一個支架25固定在工作臺18和磁鐵17a上，另一個支架26固定在殼24上。磁鐵17b安裝在該支架26上。在所示實施例中，雖然磁鐵17b固定在殼24上，但磁鐵17b也可安裝在振動劃線體23側的任一部分上，例如，軸15上。如此設置磁鐵17a和17b，從而相同的磁極，例如N極彼此相對置，從而通過在這些磁鐵17a和17b之間產生的互斥力可以減小由切割件12施加到工件11上的靜載荷。
在一個改型實施例中，磁鐵17a可由一個未示出的位置調節(jié)機構，例如通過調節(jié)其高度而由此改變從切割件12施加到工件11上的靜載荷的測微計替代。另外，永久磁鐵17a和17b也可以由能夠調節(jié)磁力的電磁鐵構成。另外，磁鐵17a和17b也可以如此構成，從而每一個都具有環(huán)形形狀，該環(huán)形的中心位于軸的中心線上。
振動生成件14容納在殼24中。振動生成件14以其下端部鄰靠安裝在軸15的上端部的一個保持件27，并以其上端部鄰靠一個位于殼24上部的調節(jié)螺紋件38。一個彈簧29布置在殼24的下部，從而軸15的振動跟隨振動生成件14的振動。該彈簧呈錐盤形，具有一個連續(xù)的圓周橫截面，其作用是通過其自身的彈性力向上推動保持件27并在保持件27和安裝在殼24上的調節(jié)螺紋件38之間向振動生成件14提供預載荷(即，一個沿其軸向方向壓在振動生成件14上的力)。為了防止切割件12在振動生成件14的振動過程中從工件11上抬起，可以向殼24提供一個物重，或者可以設置彈簧或磁鐵，從而向下推動殼24。
也可以說，該實施例的劃線裝置表現(xiàn)了一個模型，其中存在有一個具有質量M1(軸承5的質量和切割件12的質量)的物重和一個具有質量M2(殼24的質量和防浮動物重的質量)的物重，振動生成件14位于這兩個物重之間。出于這一原因，為了有效地向切割件12傳遞由振動生成件14產生的壓力，重要的是最佳地設置位于振動生成件14兩側的具有質量M1和M2的物重的平衡。通常而言，通過使質量M2大于質量M1，由振動生成件14產生的壓力可被有效地傳遞給切割件12。
上述結構和特征的劃線裝置可以下述方式使用和應用。
首先，工件11被設置和放置在水平布置的基座30上。然后，工作臺18通過運動機構19而相對于基座30上的工件11水平地運動。在切割件12被安裝到鄰靠工件11邊緣的劃線體上之后，切割件12便在工件的上表面上運行，當切割件12在工件11上運行時，便由切割件12向工件11施加靜載荷。在此時，通過調節(jié)磁鐵的高度，相應于斥力的量的靜載荷由于磁鐵而被減小，因此可以調節(jié)靜載荷。在過度增加靜載荷的情況下，可以在工件11的表面上形成水平裂紋，相反，在過度降低靜載荷的情況下，當劃線體23振動時。切割件12從工件11的表面浮動，工件11由此被損壞。靜載荷的大小根據(jù)工件11的材料和其厚度設定。
在已經得到預定的或所需的靜載荷之后，向振動生成件14施加高頻場，由此使其周期性振動。振動生成件14的振動通過軸15傳遞給切割件12，當切割件12振動時，在工件上表面形成一個凹部，然后在工件11上形成一條與該凹部連續(xù)的垂直裂紋。
如上所述，按本發(fā)明的第一實施例，由于來自振動生成件14的振動引導件28同時用作為引導軸15振動的構件和通過磁鐵17a和17b引導軸15抬起運動的構件。因此，不會產生例如在這些引導件是獨立單獨設置的傳統(tǒng)劃線裝置中產生的力矩載荷，由此可以防止產生切割件12的水平振動，因此切割件12可以只沿垂直方向振動。
此外，當工作臺18通過運動機構19沿水平方向運動而同時振動切割件12時，在工件11的表面形成由垂直裂紋構成的劃(劃出的)線13，然后從基座30上拆下其上形成有劃線13的工件11，之后利用未示出的斷開裝置沿劃線斷開工件。
圖6示出了一個按本發(fā)明第二實施例的劃線裝置。該第二實施例的劃線裝置也包括產生振動的振動生成件14、從振動生成件14垂直延伸的軸15、安裝在軸15的下端部從而通過振動生成件14經軸15而振動的切割件12、用于引導軸沿其中心線方向線性運動的引導件28和一對未示出的作為載荷調節(jié)機構的磁鐵，該磁鐵利用磁力調節(jié)由切割件12施加給工件11的載荷。引導件28安裝在未示出的工作臺上，其可通過運動機構19而且運動。
在該第二實施例中，振動生成件14通過使用磁性材料而制成，這導致在施加磁場時磁體變形，更為具體地說，將使用具有較大位移的超磁致伸縮元件31。
圍繞超磁致伸縮元件31纏繞線圈32，從而產生磁場，該超磁致伸縮元件31也被容納在殼24中。該超磁致伸縮元件31的下端鄰靠位于軸15上端部的保持件27，另一方面，超磁致伸縮元件31的上端鄰靠殼24的上部。彈簧29布置在殼24的下部，從而軸15的振動跟隨超磁致伸縮元件31的振動。該彈簧呈錐盤形，在其圓周方向上具有不變的橫截面形狀。彈簧29通過其自身的彈性恢復力向上推動保持件27并在保持件27和殼24上部之間提供預載荷(沿軸向方向壓在超磁致伸縮元件31上的力)。
當施加給超磁致伸縮元件31的磁場以預定頻率變化時，超磁致伸縮元件31周期性地膨脹或收縮。也就是說，通過施加外磁場使超磁致伸縮元件31產生壓力，該壓力然后被傳遞給切割件12。通常而言，由于超磁致伸縮元件產生的壓力大于壓電元件產生的壓力，所以在需要向切割件12傳遞大的壓力時超磁致伸縮元件將有效地用于切割材料，例如玻璃。
根據(jù)該第二實施例，可以實現(xiàn)例如上述參見第一實施例的有利功能和效果。
另外，應該指出的是，本發(fā)明不局限于所述實施例，在不脫離后附權利要求書的范疇的情況下可以進行許多改動和變型。
權利要求
1.一個用于在工件上形成劃線的劃線裝置，包括一個用于產生振動的振動生成件；一個通過利用該振動生成件的振動切割工件的切割件；一個從該振動生成件垂直向下延伸從而將該振動生成件的振動傳遞給該切割件的軸；一個用于將軸的線性運動沿其中心軸線方向引導給切割件的引導單元；和一個用于調節(jié)由切割件施加給工件的載荷的載荷調節(jié)機構，所述載荷調節(jié)機構由磁力操作，其特征在于，所述引導單元通過所述載荷調節(jié)機構引導軸的運動，和引導由振動生成件產生的振動導致的軸的振動。
2.按權利要求1所述的劃線裝置，還包括一個用于沿工件運動切割件的切割件運動機構。
3.按權利要求1或2所述的劃線裝置，其特征在于，所述軸在其外周表面上形成有滾動件滾動部分，所述引導單元包括一個與所述軸配裝的外套筒，所述套筒在其內周表面上形成有滾動件滾動部分，和包括位于形成于軸上的滾動件滾動部分和形成于外套筒上的滾動件滾動部分之間的數(shù)個滾動件。
4.按權利要求3所述的劃線裝置，其特征在于，所述滾動件是球，形成于軸上的所述滾動件滾動部分和形成于外套筒上的滾動件滾動部分是槽。
5.按上述權利要求1-4中任一項所述的劃線裝置，其特征在于，所述振動生成件具有一條中心線，所述軸具有一條大體與振動生成件的中心線對齊的中心線。
6.按上述權利要求1-5中任一項所述的劃線裝置，其特征在于，所述振動生成件容納在一個殼中，一個錐盤彈簧位于所述殼中，處于軸和振動生成件之間的部位，從而軸的振動跟隨振動生成件的振動。
7.按權利要求2所述的劃線裝置，還包括一個可相對于工件運動的工作臺，所述引導單元安裝在該工作臺上，該工作臺通過所述運動機構而運動。
8.按上述權利要求1-7中任一項所述的劃線裝置，其特征在于，所述載荷調節(jié)機構包括一對沿軸振動方向彼此間隔設置的磁鐵。
9.按上述權利要求1-8中任一項所述的劃線裝置，其特征在于，所述振動生成件包括一個壓電元件。
10.按上述權利要求1-9中任一項所述的劃線裝置，其特征在于，所述振動生成件包括一個超磁致伸縮元件。
11.一個用于在工件上形成劃線的劃線裝置，包括一個設置成可相對于工件運動的工作臺；一個用于運動該工作臺的運動機構；一個用于產生振動的振動生成件；一個通過利用該振動生成件的振動切割工件的切割件；一個從該振動生成件垂直向下延伸從而將該振動生成件的振動傳遞給該切割件的軸；一個安裝在工作臺上用于沿其中心軸線方向引導軸的線性運動的引導單元；和一個用于調節(jié)由切割件施加給工件的載荷的載荷調節(jié)機構，所述載荷調節(jié)機構包括一個磁鐵。
12.按權利要求11所述的劃線裝置，其特征在于，所述磁鐵包括一對沿軸振動方向彼此間隔設置的磁鐵塊。
全文摘要
一個用于在工件上形成劃線的劃線裝置，包括一個用于產生振動的振動生成件；一個通過利用該振動生成件的振動切割工件的切割件；一個從該振動生成件垂直向下延伸從而將該振動生成件的振動傳遞給該切割件的軸；一個用于將軸的線性運動沿其中心軸線方向引導給切割件的引導單元；和一個用于調節(jié)由切割件施加給工件的載荷的載荷調節(jié)機構，所述載荷調節(jié)機構由磁力操作。按這樣劃線裝置，引導單元通過所述載荷調節(jié)機構引導軸的垂直(抬起)運動，和引導由振動生成件產生的振動導致的軸的振動。
文檔編號B25H7/00GK1517186SQ03101590
公開日2004年8月4日 申請日期2003年1月15日 優(yōu)先權日2003年1月15日
發(fā)明者石川裕一 申請人:Thk株式會社, 株式會社貝爾德克斯