CN107017336B - 形成四棱柱的加工方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种加工方法，能够抑制在板状基板上由多个较深的切削槽形成的棱柱发生倾倒。本发明是在具有制品区域(12)的板状基板(14)上形成多个四棱柱(44)的加工方法。在准备了具有围绕制品区域的剩余区域(16)的剩余尺寸板状基板(10)之后，在第1方向上利用切削刀具(30)切入剩余尺寸板状基板，形成第1切削槽(41)。之后，在与第1方向垂直的第2方向上利用切削刀具切入剩余尺寸板状基板，形成第2切削槽(42)，并将树脂填充到第1切削槽和第2切削槽内。然后，利用切削刀具对剩余区域进行切削，将其从板状基板去除。

Description

形成四棱柱的加工方法
技术领域
本发明涉及在板状基板上形成切削槽而形成多个四棱柱的加工方法。
背景技术
在利用了压电元件(压电陶瓷)的超声波探测器或闪烁器等中，公知一种排列了多个微小的四棱柱的结构(参照专利文献1)。作为形成多个这样的四棱柱的加工，存在如下的方法：在一个方向上每隔规定的间隔对板状基板进行多次切片加工，然后在与该方向垂直的方向上每隔规定的间隔对板状基板进行多次切片加工。例如，使用在专利文献2中公开的切削装置来进行该切片加工。在该切削装置中，一边通过高速旋转的切削刀具切入板状基板一边使它们相对移动从而进行切片加工。通过该切片加工，在板状基板上形成格子状的切削槽，并在由切削槽包围的区域内形成多个微小的四棱柱。
这里，在专利文献1中，当将树脂填充到在一个方向上进行切片加工而形成在板状基板上的切削槽中之后，将板状基板旋转90度，再次实施形成切削槽的切片加工。由此，在超声波探测器或闪烁器等较脆的材质的板状基板中，提高了树脂填充后的板状基板的刚性，然后实施将板状基板旋转90度之后的切片加工，形成多个微小的四棱柱。
专利文献1：日本特开平11-318893号公报
专利文献2：日本特开2009-27052号公报
但是，在以上述方式形成的四棱柱中，由于高度尺寸相对于纵横尺寸(aspectratio：高宽比)变大，所以有时四棱柱会由于切削水的喷射而在将切削刀具从板状基板的外缘拔出的出口侧倾倒。存在如下问题：该倾倒的出口侧的四棱柱不能发挥作为探测器或闪烁器等的功能而不能作为制品来使用。
发明内容
本发明是鉴于该点而完成的，其目的在于提供一种加工方法，能够抑制在板状基板中由多个较深的切削槽形成的四棱柱发生倾倒。
本发明的加工方法，是在具有制品区域的板状基板上形成多个四棱柱的加工方法，其中，该加工方法具有如下的步骤：剩余尺寸板状基板准备步骤，准备具有剩余区域的剩余尺寸板状基板，其中，所述剩余区域围绕该制品区域；第1切削槽形成步骤，在实施了剩余尺寸板状基板准备步骤之后，在第1方向上利用切削刀具切入剩余尺寸板状基板而形成第1切削槽；第2切削槽形成步骤，在实施了第1切削槽形成步骤之后，在与第1方向垂直的第2方向上利用切削刀具切入剩余尺寸板状基板而形成第2切削槽；树脂填充步骤，在实施了第2切削槽形成步骤之后，将树脂填充到第1切削槽和第2切削槽内；以及剩余区域去除步骤，在实施了树脂填充步骤之后，利用切削刀具将剩余区域切削而去除。
根据该方法，剩余尺寸板状基板具有围绕制品区域的剩余区域，在通过切削槽的形成而形成了多个四棱柱之后，对该剩余区域进行切削而去除。因此，通过在将切削刀具从板状基板的外缘拔出的出口侧形成剩余区域，能够消除在制品区域内倾倒的四棱柱，能够避免形成不能作为制品来使用的四棱柱。
优选在第1切削槽形成步骤中，在第1方向上利用切削刀具切入剩余尺寸板状基板而形成第1切削槽，并且在剩余区域中使切削刀具上升而在剩余区域中残留出非切削部，在第2切削槽形成步骤中，在与第1方向垂直的第2方向上利用切削刀具切入剩余尺寸板状基板而形成第2切削槽，并且在剩余区域中使切削刀具上升而在剩余区域中残留出非切削部。
在其他的方式中可以是：在第1切削槽形成步骤中，利用切削刀具从剩余尺寸板状基板的上方切入一侧的剩余区域，而在第1方向上形成规定的深度的第1切削槽，并且在另一侧的剩余区域中使切削刀具上升而在一侧和另一侧的剩余区域中残留出非切削部，在第2切削槽形成步骤中，利用切削刀具从剩余尺寸板状基板的上方切入一侧的剩余区域，而在与第1方向垂直的第2方向上形成第2切削槽，并且在另一侧的剩余区域中使切削刀具上升而在一侧和另一侧的剩余区域中残留出非切削部。
根据本发明，由于形成了围绕制品区域且在切削槽的形成后被去除的剩余区域，所以能够抑制在板状基板上由多个较深的切削槽形成的四棱柱倾倒。
附图说明
图1的(a)是加工后的压电元件的部分概略立体图，图1的(b)是第1实施方式的剩余尺寸板状基板准备步骤的说明图。
图2是第1实施方式的第1切削槽形成步骤的说明图。
图3是第1实施方式的第1切削槽和第2切削槽形成步骤的说明图。
图4是第1实施方式的第2切削槽形成步骤的说明图。
图5是第1实施方式的树脂填充步骤的说明图。
图6是第1实施方式的剩余区域去除步骤的说明图。
图7是第2实施方式的剩余尺寸板状基板准备步骤和第1切削槽形成步骤的说明图。
图8是第2实施方式的第1切削槽和第2切削槽形成步骤的说明图。
图9是第2实施方式的第2切削槽形成步骤的说明图。
图10是第2实施方式的剩余区域去除步骤的说明图。
标号说明
10：剩余尺寸板状基板；12：制品区域；14：板状基板；16：剩余区域；30：切削刀具；41：第1切削槽；42：第2切削槽；44：四棱柱；50：非切削部；52：非切削部；54：树脂；60：非切削部；62：非切削部。
具体实施方式
【第1实施方式】
以下参照附图对第1实施方式的压电元件的加工方法进行说明。首先，参照图1的(a)对压电元件进行说明。图1的(a)是加工后的压电元件的部分概略立体图。
如图1的(a)所示，压电元件40具有在第1方向上每隔规定的间隔形成的多个第1切削槽41以及在与第1方向垂直的第2方向上每隔规定的间隔形成的多个第2切削槽42。而且，通过形成第1切削槽41和第2切削槽42，在压电元件40中形成有排列在第1方向和第2方向上的多个四棱柱44。四棱柱44的高度尺寸与第1方向和第2方向上的尺寸相比相当大，也就是说，高宽比变大。例如，高宽比大约为10～27。
接着，参照图1的(b)、图2和图6对第1实施方式的加工方法进行说明。图1的(b)是剩余尺寸板状基板准备步骤的说明图，图2是第1切削槽形成步骤的说明图，图3是第1切削槽和第2切削槽形成步骤的说明图，图4是第2切削槽形成步骤的说明图，图5是树脂填充步骤的说明图，图6是剩余区域去除步骤的说明图。另外，在上述的各图中示出的步骤只不过是一例，并不仅限于该结构。
首先，如图1的(b)所示，实施剩余尺寸板状基板准备步骤，准备剩余尺寸板状基板10。通过如下方式来形成剩余尺寸板状基板10：准备压电元件的基板(未图示)，其尺寸比剩余尺寸板状基板10的平面尺寸大，并将该基板切成矩形。剩余尺寸板状基板10具有板状基板14，该板状基板14具有制品区域12，该剩余尺寸板状基板10还具有围绕该板状基板14的制品区域12的剩余区域16。在本实施方式中，板状基板14的正面的整个区域作为制品区域12而形成。然后，在图1中，与制品区域12的+X和+Y方向侧分别相邻的规定的宽度区域(由网点图示的区域)作为剩余区域16而形成。
因此，在剩余尺寸板状基板准备步骤中，将压电元件的基板(未图示)按照与矩形的板状基板14相比纵横两侧的尺寸变长的尺寸切成矩形。该切出的部分为剩余尺寸板状基板10，在包含有其-X和-Y方向侧的边(在一侧垂直的两边)的矩形区域中，具有板状基板14的规定的纵横尺寸的部分成为具有制品区域12的板状基板14。然后，在剩余尺寸板状基板10中，沿着+X和+Y方向侧的边(在另一侧垂直的两边)的规定的宽度区域成为剩余区域16。另外，为了方便描述，在图1以后的附图中所示的网点是为了能够区别并识别制品区域12与剩余区域16。在本实施方式中，虽然制品区域12与剩余区域16的材质和构造相同，但并不仅限于此，也可以使它们不同。
所切出的剩余尺寸板状基板10被粘接在粘合带20上，粘合带20的外周缘部被粘接在环状框架22上。由此，剩余尺寸板状基板10成为隔着粘合带20被环状框架22支承的状态。
在实施了剩余尺寸板状基板准备步骤之后，如图2和图3所示，实施第1切削槽形成步骤，利用切削刀具30来切入剩余尺寸板状基板10。切削刀具30被设置在能够旋转的主轴32的前端。在切削刀具30的附近设置有喷射喷嘴(未图示)，在切削加工中从喷射喷嘴向切削刀具30所进行的切削部分喷射切削水。
在第1切削槽形成步骤中，隔着粘合带20将剩余尺寸板状基板10吸引保持在卡盘工作台上(未图示)。卡盘工作台被设置成能够通过进给机构在X方向上移动并且能够旋转。
在对剩余尺寸板状基板10进行了吸引保持之后，对剩余尺寸板状基板10进行对位。该对位是对剩余尺寸板状基板10进行定位以使作为第1切削槽41的延伸方向的第1方向(参照图1的(a))成为切削进给方向(X方向)。此时，在本实施方式中，由于切削进给方向从-X方向侧到+X方向侧，所以将剩余区域16配置在作为该方向的结束侧的+X方向侧，将制品区域12配置在作为上流侧的-X方向侧。接着，将切削刀具30定位在比剩余尺寸板状基板10的-X方向侧的外缘靠外侧的位置。之后，使切削刀具30下降并将切削刀具30定位在与第1切削槽41的槽深度对应的高度位置。在该定位之后，使剩余尺寸板状基板10相对于高速旋转的切削刀具30在X方向上进行切削进给，由此，形成第1切削槽41。
此时，在切削进给的开始侧(-X方向侧)，通过切削刀具30从剩余尺寸板状基板10(制品区域12)的外缘的外侧切入。另一方面，在切削进给的结束侧(+X方向侧)，使切削刀具30在剩余尺寸板状基板10的外缘的近前、也就是说在剩余区域16中上升而从剩余尺寸板状基板10离开(参照图3)。这样，一边形成第1切削槽41，一边在剩余区域16中在第1切削槽41的结束侧(+X方向侧)残留出未形成切削槽的非切削部50。
当形成1条第1切削槽41时，与第1切削槽41的间隔对应地在分度方向(+Y方向)上对切削刀具30进行进给，使切削刀具30与相邻的第1切削槽41对位。依次重复该切削进给与分度进给，在剩余尺寸板状基板10上按顺序进行切削而形成多个第1切削槽41。
在实施了第1切削槽形成步骤之后，如图3和图4所示，实施第2切削槽形成步骤。在第2切削槽形成步骤中，将剩余尺寸板状基板10旋转90°，对剩余尺寸板状基板10进行定位以使作为第2切削槽42的延伸方向的第2方向(参照图1的(a))成为切削进给方向(X方向)。此时，将剩余区域16配置在作为切削进给方向的结束侧的+X方向侧，并将制品区域12配置在作为上游侧的-X方向侧。之后，以与第1切削槽形成步骤同样的要点来进行切削加工，由此，在与第1切削槽41垂直的方向上形成多个第2切削槽42。形成为在第2切削槽42的终端侧(+X方向侧)的剩余区域16中残留出未形成切削槽的非切削部52。通过实施第2切削槽形成步骤，在相邻的两条第1切削槽41与相邻的两条第2切削槽42之间形成四棱柱44。
在实施了第2切削槽形成步骤之后，如图5所示，实施树脂填充步骤。在树脂填充步骤中，将填充剂(填料)等树脂54填充到第1切削槽41和第2切削槽42的内部。树脂54优选使用不妨碍四棱柱44的伸缩的柔软的材质，并且，能够实现四棱柱44的强度的提高。
在实施了树脂填充步骤之后，如图6所示，实施剩余区域去除步骤。在剩余区域去除步骤中，对剩余尺寸板状基板10进行定位以使制品区域12与剩余区域16的边界位置56的延伸方向成为切削进给方向(X方向)。接着，在将切削刀具30定位在比剩余尺寸板状基板10的-X方向侧的外缘靠外侧的位置之后，使切削刀具30下降，将切削刀具30定位在以规定的深度切入粘合带20的高度位置。在该定位之后，使剩余尺寸板状基板10相对于高速旋转的切削刀具30在X方向上进行切削进给，在边界位置56处进行切断而将剩余尺寸板状基板10在Y方向上一分为二。
之后，将剩余尺寸板状基板10旋转90°，并对剩余尺寸板状基板10进行定位以使未切削的边界位置56成为切削进给方向(X方向)。之后，与上述同样地在未切削的边界位置56处进行切断，并对剩余尺寸板状基板10进行分割。由此，将剩余区域16相对于制品区域12去除，在板状基板14上形成具有多个四棱柱44的压电元件40。
根据这样的第1实施方式，由于将剩余区域16设置在各切削槽41、42的切削进给方向结束侧，所以在进行各切削槽41、42的切削时，切削刀具30从对板状基板14(制品区域12)的切削起连续地对剩余区域16进行切削。因此，在制品区域12的切削中，在各切削槽41、42的结束侧切削刀具30不从基板外缘拔出，能够防止在制品区域12中形成的全部的四棱柱44因所喷射的切削水的冲力而倾倒。由此，能够将全部的四棱柱44作为压电元件40，该压电元件40作为超声波探测器而发挥功能，与切削槽41、42的切削进给方向结束侧会倾倒的以往技术相比，可以保证能够作为制品来利用的区域变广。
并且，由于在剩余区域16中残留出非切削部50、52，所以在剩余区域16的切削中，能够不使切削刀具30从剩余尺寸板状基板10的外缘拔出。由此，能够通过剩余区域16来避免由各切削槽41、42包围的部分倾倒从而更好地防止四棱柱44的倾倒。这里，在切削刀具30从剩余尺寸板状基板10的外缘拔出的情况下，此时外缘附近呈碎片状飞散，但能够通过残留出非切削部50、52来避免碎片状的飞散。其结果是，还能够防止碎片状的飞散物与高速旋转的切削刀具30接触而损伤切削刀具30。
【第2实施方式】
接着，参照图7到图10对与第1实施方式不同的第2实施方式进行说明。图7到图10是第2实施方式的加工方法的说明图，图7是剩余尺寸板状基板准备步骤和第1切削槽形成步骤的说明图，图8是第1切削槽和第2切削槽形成步骤的说明图，图9是第2切削槽形成步骤的说明图，图10是剩余区域去除步骤的说明图。另外，在第2实施方式中，对于与第1实施方式共同的构成要素，赋予相同的标号并省略了说明。
在第2实施方式的加工方法中，关于剩余尺寸板状基板准备步骤，如图7所示，准备具有剩余区域16的剩余尺寸板状基板10，该剩余区域16围绕制品区域12的整周的四边。
在实施了剩余尺寸板状基板准备步骤之后，在第1切削槽形成步骤中，如图8的双点划线所示，将切削刀具30定位在-X方向侧(一侧)的剩余区域16的正上方即形成第1切削槽41的预定位置。然后，使高速旋转的切削刀具30从剩余尺寸板状基板10的上方下降，并切入与第1切削槽41的规定的槽深度对应的高度部分即-X方向侧的剩余区域16。此时，在切削进给的开始侧(-X方向侧)，通过切削刀具30从剩余区域16(尺寸板状基板10)的外缘的内侧切入，在所切入的位置的-X方向侧残留出未形成切削槽的非切削部60。在维持了切削刀具30所切入的高度位置的状态下，使剩余尺寸板状基板10相对于切削刀具30在X方向上进行切削进给，由此，形成第1切削槽41。在第1切削槽41的结束侧(+X方向侧)，如图7所示，与第1实施方式同样，在+X方向侧(另一侧)的剩余区域16中残留出未形成切削槽的非切削部50。这样，在剩余尺寸板状基板10上形成多个第1切削槽41。
在实施了第1切削槽形成步骤之后，在第2切削槽形成步骤中也以同样的要点进行切削加工，如图9所示，在第2切削槽42的两端侧残留出非切削部52、62。虽然存在重复的点，若进行说明，首先，将剩余尺寸板状基板10旋转90°，并对剩余尺寸板状基板10进行定位以使第2切削槽42的延伸方向成为切削进给方向(X方向)。之后，将切削刀具30定位在-X方向侧(一侧)的剩余区域16的正上方即形成第2切削槽42的预定位置。然后，使高速旋转的切削刀具30从剩余尺寸板状基板10的上方下降，并切入与第2切削槽42的规定的槽深度对应的高度部分即-X方向侧的剩余区域16。此时，在切削进给的开始侧(-X方向侧)，通过切削刀具30从剩余区域16(尺寸板状基板10)的外缘的内侧切入，在所切入的位置的-X方向侧残留出未形成切削槽的非切削部62。在维持了切削刀具30所切入的高度位置的状态下，使剩余尺寸板状基板10相对于切削刀具30在X方向上进行切削进给，由此，形成第2切削槽42。在第2切削槽42的结束侧(+X方向侧)，与第1实施方式同样，在+X方向侧(另一侧)的剩余区域16中残留出未形成切削槽的非切削部52。这样，在剩余尺寸板状基板10上形成多个第2切削槽42。
在实施了第2切削槽形成步骤、树脂填充步骤之后，如图10所示，实施剩余区域去除步骤。在剩余区域去除步骤中，制品区域12与剩余区域16的边界位置66在X方向和Y方向上分别为两个部位，对于全部的边界位置66，与第1实施方式同样地利用切削刀具30进行切削。由此，将剩余区域16相对于制品区域12去除，在板状基板14上形成具有多个四棱柱44的压电元件40。
根据这样的第2实施方式，由于在各切削槽41、42的切削进给方向开始侧也设置有剩余区域16，所以能够使该切削进给方向开始侧的四棱柱44也更不容易倾倒，能够更好地提高压电元件40的品质。
另外，本发明并不仅限于上述实施方式，能够实施各种变更。在上述实施方式中，关于在附图中图示的尺寸和形状等，并不仅限于此，能够在发挥本发明的效果的范围内进行适当变更。另外，只要在不脱离本发明的目的的范围内便能够实施适当变更。
例如，在上述各切削槽41、42的形成中，也可以不形成非切削部50、52、60、62，而是将切削刀具30从剩余区域16(剩余尺寸板状基板10)的外缘拔出。这样，对各切削槽41、42进行切削而形成多个四棱柱44，即使剩余区域16的成为棱柱状的部分暂时倾倒，由于剩余区域16会被去除，所以也防止了制品区域12中的四棱柱44的倾倒。
如以上说明的那样，本发明对在板状基板上形成高度尺寸相对于纵横尺寸较大的多个四棱柱的加工方法有用。

Claims (3)

1.一种形成四棱柱的加工方法，在具有制品区域的板状基板上形成多个四棱柱，其中，
该形成四棱柱的加工方法由如下的步骤构成：
剩余尺寸板状基板准备步骤，准备具有剩余区域的剩余尺寸板状基板，其中，所述剩余区域围绕该制品区域；
第1切削槽形成步骤，在实施了该剩余尺寸板状基板准备步骤之后，在第1方向上利用切削刀具切入该剩余尺寸板状基板而形成第1切削槽；
第2切削槽形成步骤，在实施了该第1切削槽形成步骤之后，在与所述第1方向垂直的第2方向上利用切削刀具切入该剩余尺寸板状基板而形成第2切削槽；
树脂填充步骤，在实施了该第2切削槽形成步骤之后，将树脂填充到该第1切削槽和该第2切削槽内；以及
剩余区域去除步骤，在实施了该树脂填充步骤之后，利用切削刀具对该制品区域与该剩余区域的边界位置进行切削而将该剩余区域去除。
2.根据权利要求1所述的形成四棱柱的加工方法，其中，
在所述第1切削槽形成步骤中，在第1方向上利用切削刀具切入该剩余尺寸板状基板而形成第1切削槽，并且在该剩余区域中使切削刀具上升而在该剩余区域中残留出非切削部，
在所述第2切削槽形成步骤中，在与所述第1方向垂直的第2方向上利用切削刀具切入所述剩余尺寸板状基板而形成第2切削槽，并且在该剩余区域中使切削刀具上升而在该剩余区域中残留出非切削部。
3.根据权利要求1所述的形成四棱柱的加工方法，其中，
在所述第1切削槽形成步骤中，利用切削刀具从该剩余尺寸板状基板的上方切入一侧的剩余区域，而在第1方向上形成规定的深度的第1切削槽，并且在另一侧的剩余区域中使切削刀具上升而在该一侧和另一侧的剩余区域中残留出非切削部，
在所述第2切削槽形成步骤中，利用切削刀具从该剩余尺寸板状基板的上方切入一侧的剩余区域，而在与所述第1方向垂直的第2方向上形成第2切削槽，并且在另一侧的剩余区域中使切削刀具上升而在该一侧和另一侧的剩余区域中残留出非切削部。
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