专利名称：切削装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种切削装置，该切削装置使圆环状切削刀片以其中心轴线为中心旋转，并通过使其在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动的同时作用于被加工件上，从而切削加工件。
背景技术：
作为适用于切削像半导体晶片那样的硬脆性被加工件的切削装置，在特开2000-210928号公报和特开2001-162493号公报中公开了如下的切削装置，该切削装置使圆环状切削刀片以其中心轴线为中心旋转，并通过使其在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动的同时作用于被加工件上，从而切削被加工件。
该切削装置具有用于保持被加工件的保持装置、安装成旋转自如的主轴、固定在该主轴上的圆环状切削刀片、用于使主轴旋转的旋转装置、以及使切削刀片在与其中心轴线方向相垂直的方向上进行超声波振动的振动装置。振动装置具有压电振子，用于使主轴在其中心轴线方向(所以是切断刀片的中心轴线方向)上进行超声波振动；以及振动方向变换装置，用于把主轴的振动方向变换成与主轴的中心轴线相垂直的方向(所以是与切削刀片的中心轴线相垂直的方向)上。切削刀片的振幅可以通过调整加在压电振子上的交流频率和/或电压来适当调整。
与仅仅使切削刀片以其中心轴线为中心旋转而作用于被加工件上，从而切削被加工件的情况相比，若使切削刀片以其中心轴线为中心旋转，并使其在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动的同时作用于被加工件上，从而切削被加工件，则在被加工件为硬脆性物品的情况下，也能够回避乃至抑制所谓积屑的产生，能够高效率地对被加工件进行切削。
根据本发明人的经验，现已查明，在上述那样的切削装置中，当对被加工件进行切削时，重要的是根据被加工件的材质、切削深度和切削速度等，把切削刀片的振幅设定为需要值。然而在过去的切削装置中，不能够充分精密地识别出切削刀片的振幅，所以，很难根据被加工件的材质、切削深度和切削速度等来适当调整刀具的振幅。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是，对使圆环状切削刀片以其中心轴线为中心进行旋转，并使其在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动的同时作用于被加工件上，从而切削被加工件的切削装置进行改良，能够根据需要来测量切削刀片的振幅，所以随之能够根据被加工件的材质、切削深度和切削速度等来适当调整刀具振幅。
根据本发明，作为达到上述主要目的的切削装置，具有用于保持被加工件的保持装置、安装成旋转自如的主轴、固定在该主轴上的圆环状切削刀片、用于使该主轴旋转的旋转装置、以及使该切削刀片在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动的振动装置，通过使该切削刀片旋转、并在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动的同时作用于被该保持装置保持的被加工件上，切削被加工件，其特征在于，具有用于测量该切削刀片的振幅的振幅测量装置。
该振幅测量装置最好包含保持间隔而设置的发光装置和受光装置。尤其，最好该发光装置发光的光线的直径为该切削刀片的振幅的2倍以上，不管测量该切削刀片的振幅时该切削刀片被振动，使该切削刀片的外周缘部位于该发光装置和该受光装置之间，以使该切削刀片的外周缘总是位于该发光装置发光的光线内，根据该切削刀片的振动所造成的该受光装置的受光量的变动，计算出该切削刀片的振幅。在其他最佳方式中，该振幅测量装置包含与该切削刀片的外周缘相接触、并随着该切削刀片的振动而被振动的接触片，根据该接触片的位移量，计算出该切削刀片的振幅。并且，在其他最佳方式中，该振幅测量装置包含当该切削刀片的外周缘接触时检测该情况的接触传感器。
图1是表示适用本发明的切削装置的典型例中的主要部分的剖视图。
图2是一起表示图1的切削装置中的切削刀片和振幅测量装置的部分正视图。
图3是举例表示图2所示的振幅测量装置中的输出电压差和切削刀片振幅的相对关系的线型图。
图4(a)和(b)是表示使用图2所示的振幅测量装置的振幅测量方式的变形例的、与图3相同的部分正视图。
图5是表示振幅测量装置的变形例的、与图3相同的正视图。
图6(a)和(b)是表示振幅测量装置的再一变形例的、与图3同样的部分正视图。
具体实施例方式
以下参照附图，详细说明按本发明构成的切削装置的最佳实施方式。
图1表示按本发明构成的切削装置的最佳实施方式中的主要部分。图示的切削装置具有用编号2来表示整体的主轴单元，该主轴单元2包括外壳4。外壳4的整体是圆筒形状，它具有外径较大的后部6和外径较小的前部8。穿过外壳4而延伸的穿通孔9包括内径较大的后部10和内径较小的前部12。在外壳4的后端部上形成了向半径方向内侧突出的环状突出部14；在前端部也形成了向半径方向内侧突出的环状突出部16。另外，在穿通孔9的前部形成了环状沟槽18。
在外壳4内用编号20表示整体的主轴被安装成旋转自如。图示的主轴20和较大直径的主体部22均具有较小直径的后端部24及较小直径的前端部26。在主体部22的前部，形成了环状法兰盘28，该环状法兰盘28位于外壳4上形成的上述环状沟槽18内。在外壳4的穿通孔9和活塞20的外周面之间，通过外壳4上形成的供给路(未图示)而供给压缩空气，通过该压缩空气，把主轴20旋转自如地保持在外壳4内。外壳4的穿通孔9的前部12作为径向空气轴承使用，外壳4的穿通孔9的环状沟槽18作为推力空气轴承使用。
在主轴20的前端部26上固定了圆环状切削刀片30。更详细地说，在主轴20上固定了具有平坦的前面的环状轮毂32。另一方面，切削刀片30的内周缘部被固定在环状轮毂34的平坦的后面的外周缘部。并且，把环状轮毂34嵌装在主轴20的前端部26，利用如紧固螺钉那样的适当的固定装置(未图示)把环状轮毂34固定到环状轮毂32上，这样把切削刀片30固定在主轴20上。切削刀片30最好是利用如电熔铸造金属那样的适当的粘合剂粘合金刚石颗料，来形成的非常薄的环状刀具。
以下参照图1，继续说明。在主轴20的后端部24上附设用于使主轴20高速旋转的旋转装置36。在图示的实施方式中，旋转装置36是一种传动马达，其包括设置在主轴20的后端部的永久磁铁38、以及固定在穿通孔9的后部10内而围绕永久磁铁38的定子线圈40。通过适当的连接线(未图示)来把交流电流供给到定子线圈40内，这样使永久磁铁38旋转，所以使主轴20及其上面所固定的切削刀片30旋转。
主轴20的后端上连接了超声波振子42。该振子42由压电体44及设置在其两侧的电极板46构成。在主轴单元2上还设置了电流供给装置48，用于向振子42供给交流电流。更详细的情况是，在与主轴20连接的振子42的后方，连接了向后方延伸的绝缘性支持部件50，在该支持部件50的小径后端部安装了受电线圈52。另一方面，在外壳4的后端上固定了具有圆筒状周壁和后端壁的绝缘性杯子状部件54。在该杯子状部件54的内圆面上安装了供电线圈56。若使主轴20旋转，向供电线圈56内供给交流电流，则在受电线圈52内感应交流电流。受电线圈52的两个端子分别利用连接线(未图示)连接在各振子42的电极板46上，所以，在受电线圈52内感应的交流电流供给到振子42，这样，振子42在主轴20的中心轴线方向上进行超声波振动，所以，主轴20在该中心轴线方向上进行超声波振动。主轴20的这样的振动通过上述环状轮毂32和34而变换到与主轴20的中心轴线相垂直的方向(即在图1中的上下方向)上，传递到切削刀片30，切削刀片30在与该中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动。上述环状轮毂32和34起到振动变换装置的作用，即把超声波振动从主轴20的中心轴线方向变换到与主轴20的中心轴线相垂直的方向上。基于振子42的切削刀片30的超声波振动的详细情况公开在上述特开2000-210928号公报和特开2001-162493号公报中，所以，引用该公报的说明，并在本说明书中省略说明。
以下参照图1，继续说明。图示的切削装置，例如具有用于保持作为半导体晶片的被加工件58的保持装置60。保持装置60可以是对被加工件58进行真空吸附的方式。当对保持装置60所保持的被加工件58进行切削时，使主轴单元2相对于保持装置60下降，使切削刀片30相对于被加工件58位于能形成预定的切削深度的位置上。并且，在使主轴20高速旋转的同时在中心轴线方向上进行超声波振动，这样，使切削刀片30以其中心轴线为中心进行高速旋转的同时在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动。然后，使保持装置60和主轴单元2在与图1中的纸面相垂直的方向上相对地进行移动，使切削刀片30作用于被加工件58上。
以下参照图2，继续说明。按本发明构成的切削装置中，重要的是设置一种用于测量切削刀片30的振幅的振幅测量装置62。图示的振幅测量装置62具有保持台64，该保持台64在图2中，在左右方向上留有间隔，并具有向上方延伸的2个支持部65和66。在一边的支持部65的内面侧(图2中的右面侧)设置了发光元件68；在另一边的支持部66的内面侧(图2中的左面侧)设置了受光元件70。发光元件68向受光元件70照射直径d的光线LB，受光元件70接受光线LB。在受光元件70上附设用编号72来表示整体的运算装置。该运算装置72包括把受光元件70接受的光量变换成电压值的光电变换装置73、对光电变换装置73输出的电压值的最大值和最小值的电压差进行计算的电压差计算装置74、存储电压差和振幅的对照表的存储装置76、参照存储在存储装置76内的表来把电压差计算装置74输出的电压差变换成振幅的振幅计算装置78。
当测量切削刀片30的振幅时，如图2所示，使切削刀片30的周缘部位于发光元件68和受光元件70之间。发光元件68照射的光线LB的直径d为切削刀片30的假定振幅w的2倍以上，当将切削刀片30定位成切削刀片30不振动时的外周缘大致上与光线LB的中心对准是最好的。这样一来，即使切削刀片30振动，也能够使切削刀片30的外周缘一定位于光线LB内，切削刀片30的外周缘部遮挡光线LB。如图2用二点划线表示的那样，若使切削刀片30就位，使切削刀片30在与其中心轴线相垂直的方向即图2中的上下方向进行振动，则随着对应于切削刀片30的振动而切削刀片30遮挡光线LB的量，受光元件70接受的光量发生变动。当切削刀片30在最上位置上时受光量最大，切削刀片30在最下位置上时受光量最小。随着最大受光量和最小受光量之差，光电变换装置73输出的最大电压值和最小电压值的电压差对应于切削刀片30的振幅w的2倍来变动。振幅计算装置78根据电压差计算装置74输出的电压差，参照存储装置76内存储的表，求出切削刀片30的振幅。振幅计算装置78输出的振幅能够显示在适当的显示装置80上。例如通过对振动的切削刀片30进行闪光灯摄影，测量出切削刀片30的实际振幅w，并将该振幅w与电压差计算装置74输出的电压差相关联起来，能够预先编制存储在存储装置76内的表。图3表示光线LB的直径为0.1mm时和0.2mm时的、电压差计算装置74输出的电压差和切削刀片30的振幅的相互关系。
必要时也可以采用以下振幅测量方式来代替上述振幅测量方式。如图4(a)所示，不使切削刀片30进行振动，而使其从二点划线所示的位置起向从发光元件68照射而被受光元件70接受的光线LB下降。在切削刀片30到达实线所示的位置之前，受光元件70接受的光量没有变化。但若切削刀片30越过实线所示的位置后下降(换言之，切削刀片30开始干涉光线LB)，则受光元件70接受的光量开始下降。所以，通过检测受光元件70接受的光量的变化，即可检测出切削刀片30已达到实线所示的位置的情况，求出这时的切削刀片30的中心轴线的高度H1。然后如图4(b)所示，在使切削刀片30振动的状态下从二点划线所示的位置开始，向从发光元件68照射而被受光元件70接受的光线LB下降。在切削刀片30到达实线所不的位置之前，受光元件70接受的光量没有变化。但切削刀片30若越过实线所示的位置而下降(换言之，在振动的切削刀片30到达最下位置上时的一瞬间干涉光线LB)，则受光元件70接受的光量开始降低。所以，检测出受光元件70接受的光量的变化，即可检测出切削刀片30已到达实线所示的位置的情况，求出这时的切削刀片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。
图5表示振幅测量装置的另一实施方式。图5所示的振幅测量装置162包括具有接触片167的位移检测器165。接触片167以弹性状态向最上位置偏移，但能够从最上位置向下方移动，位移检测器165输出对应于接触片167的位移量而变动的电压。在测量切削刀片30的振幅时，如图5所示，使切削刀片30的周缘与接触片167的前端相接触，然后使切削刀片30振动。于是，接触片167对应于切削刀片30的振动而在上下方向上振动，位移检测器165的输出电压对应于接触片167的振动而发生变动。位移检测器165输出的最大电压值和最小电压值之差对应于切削刀片30的振幅w的2倍。所以，通过在位移检测器165上附设与图3所示的运算装置72同样的运算装置，即可求出切削刀片30的振幅w。
图6表示振幅测量装置的另一实施方式。图6所示的振幅测量装置262包括接触传感器265，它用于在切削刀片30接触其上面时检测该情况。当测量切削刀片30的振幅时，最初，如图6(a)所示，使切削刀片30不振动而从二点划线所示的位置起向接触传感器265的方向下降。当切削刀片30下降到实线所示的位置，使切削刀片30与接触传感器265相接触时，接触传感器265检测出该情况。求出这时的切削刀片30的中心轴线的高度H1。然后，如图6(b)所示，在使切削刀片30振动的状态下从二点划线所示的位置起向接触传感器265的方向下降。当切削刀片30下降到实线所示的位置时，在振动的切削刀片30到达最下位置时的一瞬间，切削刀片30与接触传感器265相接触，所以，接触传感器265检测出这一情况。求出这时的切削刀片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，参照附图详细说明了按本发明构成的切削装置的最佳实施方式。但应当理解本发明不仅限于这些实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明能够进行各种变形和修正。
权利要求
1.一种切削装置，具有用于保持被加工件的保持装置、安装成旋转自如的主轴、固定在该主轴上的圆环状切削刀片、用于使该主轴旋转的旋转装置、以及用于使该切削刀片在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动的振动装置，通过使该切削刀片旋转、并在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动的同时作用于被该保持装置保持的被加工件上，切削被加工件，其特征在于，具有用于测量该切削刀片的振幅的振幅测量装置。
2.如权利要求1所述的切削装置，其特征在于该振幅测量装置包含保持间隔而设置的发光装置和受光装置。
3.如权利要求2所述的切削装置，其特征在于该发光装置发光的光线的直径为该切削刀片的振幅的2倍以上，不管测量该切削刀片的振幅时该切削刀片被振动，使该切削刀片的外周缘部位于该发光装置和该受光装置之间，以使该切削刀片的外周缘总是位于该发光装置发光的光线内，根据该切削刀片的振动所造成的该受光装置的受光量的变动，计算出该切削刀片的振幅。
4.如权利要求2所述的切削装置，其特征在于该振幅测量装置包含与该切削刀片的外周缘相接触、并随着该切削刀片的振动而被振动的接触片，根据该接触片的位移量，计算出该切削刀片的振幅。
5.如权利要求1所述的切削装置，其特征在于该振幅测量装置包含当该切削刀片的外周缘接触时检测该情况的接触传感器。
全文摘要
本发明的切削装置，具有用于保持被加工件的保持装置、安装成旋转自如的主轴、固定在该主轴上的圆环状切削刀片、用于使该主轴旋转的旋转装置。该切削装置还具有用于使该切削刀片在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动的振动装置。通过使该切削刀片旋转、并在与其中心轴线相垂直的方向上进行超声波振动的同时作用于被该保持装置保持的被加工件上，从而切削被加工件。在切削装置上具有用于测量该切削刀片的振幅的振幅测量装置。
文档编号B28D5/02GK1773680SQ20051012046
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月10日 优先权日2004年11月10日
发明者熊谷壮祐 申请人:株式会社迪斯科