CN1086164C - 超声波振动刀具 - Google Patents

Abstract

一种在垂直于一共振器中心轴的方向延伸的盘形刀具是可拆卸地安装在模制成大体呈圆柱形并具有一紧固件的共振器上。

Description

超声波振动刀具

本发明涉及一种利用超声波振动来切削一工件的刀具。

目前已知有一种超声波振动刀具，其中，一种诸如一切割刀片、金刚石刀具或锯片的刀具是整体地设置在一随着以预定频率进行的超声波振动而发生共振的共振器内，作为一用来从晶片、金属箔、印刷电路板或合成树脂基片上切割作为半导体元件的半导体芯片的工具。

但是，由于所述刀具是整体地设置在所述共振器内不能更换唯一的刀具，因此，这种已有技术的超声波振动刀具是不经济的。

为了解决该问题，本发明旨在提供一种能更换刀具并且具有经济优点的超声波振动刀具。

根据本发明的第一方面，提供了一种超声波振动刀具，它是用一安装在一共振器上的刀具来切削工件的，所述共振器随着以预定频率进行的超声波振动而发生共振。由于所述刀具是安装在最小振幅点处或者所述最小振幅点附近，因此，可以有效地将沿切削方向进行的振动赋予所述刀具，从而可以有效地进行切削。

由于所述共振器具有一大直径部分和一从所述大直径部分的一端面同轴地凸伸出来的阳螺纹部分，在其圆盘形圆周部分上具有一切削刀片的所述刀具是安装在所述阳螺纹部分上，并且一螺母紧固于从该刀具凸伸出来的所述阳螺纹部分，以可拆卸地安装所述刀具，从而借助所述螺母和大直径部分使所述刀具位于共振器的最小振幅点处，因此藉助螺母的紧固作用力，可以牢固地固定所述刀具。

此外，由于所述刀具是用所述螺母可拆卸地安装于最小振幅点处，因此，通过将所述螺母与所述阳螺纹部分分开，可以很方便地更换所述刀具。

根据本发明的第二方面，提供了一种超声波振动刀具，它具有两个安装在一共振器上用于切削工件的刀具，所述共振器随着以预定频率进行的超声波振动而共振。由于所述的两个刀具是可拆卸地安装在离开所述共振器最小振幅点等距的位置上，因此，可以用所述的两个刀具进行切削作业。

由于具有相同形状的两个刀具是用其间留有预定间距的两螺母安装的，因此，通过将该两螺母与所述阳螺纹部分分开，可以很方便地更换该两刀具。

此外，当用其间设有预定间距的诸螺母来安装具有相同形状的多个刀具时，可以从一工件上切下若干具有预定宽度的部分。

从以下结合附图的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更为清楚。

图1示出了本发明的第一实施例，其中图1(a)是该实施例的外观立体图，图1(b)是一分解剖视图，图1(c)是一表示与振动波形相互关系的波形图。

图2示出了本发明的第二实施例，其中图2(a)是该实施例的外观立体图，图2(b)是一分解剖视图，图2(c)是一表示与振动波形相互关系的波形图。

图1示出了本发明的第一实施例，其中，一沿着垂直于中心轴L的方向凸伸出来的金刚石刀具2藉一螺母3而安装在一共振器1上，所述共振器大体被模制成圆柱形并具有中心轴L。所述共振器1具有：一其直径小于所述金刚石刀具2直径的大直径部分1a；一同轴地设置在所述大直径部分1a的一端面上的小直径部分1b；一同轴地设置在所述大直径部分1a的另一端面上并装入所述金刚石刀具2的通孔2a内的阳螺纹部分1c；一同轴地设置在所述阳螺纹部分1c的一端面上的小直径部分1d；以及形成在所述小直径部分1b和1d的端面中心的螺孔1e和1f。可将一在其中心处具有一通孔2a的商品用作所述金刚石刀具2。所述螺母3具有一待装入所述共振器1的阳螺纹部分1c上的螺纹部分3a。

在该实施例中，金刚石刀具2的通孔2a安装在共振器1的阳螺纹部分1c上，螺母3安装在从通孔2a凸伸出来的阳螺纹1c上，一紧固工具安装入其中一个工具孔中，所述工具孔未予图示，它们形成在共振器1的小直径部分1b和1d的外圆周表面内，朝着紧固方向转动该工具可以牢固地紧固螺母3，由此可使所述单个的金刚石刀具2与共振器1的大直径部分1a紧密接触而使得它同轴地夹置在大直径部分1a和螺母3之间，粘附有金刚石粉末并用作切削刃的金刚石刀具2的外周部分从共振器1向外凸伸出来。在这个组装式超声波振动刀具中，一振子的输出端借助共振器1内的螺孔1e、一形成在所述振子的输出端内未示的螺孔，以及未示的待旋入这些螺孔中的无头螺钉而同轴地连接于共振器1的小直径部分1b上，所述振子是一由压电元件或磁致伸缩元件制成的电声或电振振子，用来将电能转换为机械能，通过产生具有预定频率竖直的超声振动输出，并由一未图示超声波发生器提供动力。该共振器1由诸如SKD11或其它类似牌号的超钢制成棒状，并在真空气氛中硬化，或由烧结的金属制成棒状。所述共振器1本身是一种超声波喇叭，它能够将从连接于其上的未示振子传送来的超声波振动施加于所述金刚石刀具2上，它从最大振幅点f1至最大振幅点f3的长度等于一半波长，如图1(c)所示。而金刚石刀具2以下述方式安装在共振器1上：当从振子一侧看所述共振器1时，使金刚石刀具夹置在共振器1和螺母3之间。所述最小振幅点f2位于与共振器1相连的所述金刚石刀具2的厚度的中间位置。在这种情况中，所述共振器1的大直径部分1a和阳螺纹部分1c以及螺母3构成了本发明的紧固装置A。

根据该实施例的结构，由于金刚石刀具2是夹设在共振器1和螺母3之间，因此，通过将紧固工具安装入上述未示的、形成在共振器1内的工具孔中，并朝着松开的方向转动所述螺母，可以很方便地更换金刚石刀具2。因此，该实施例是经济有利的。

将所述未示的振子连接于所述组装式超声波振动刀具的一端，并随后将该组件连接于一超声波振动切割机的夹持部分，使其一侧或两侧由所述夹持部分支承，从而使它能被一未示的电动机所驱动而转动，或者随着所述夹持件的水平运动而转动。当通过将电力提供给所述振子而使所述共振器1随着垂直的超声波振动而进行共振时，如图1(c)所示，由在最小振幅点f2处彼此垂直相交的虚线L1和L2示出的振动和相互共振交替地产生在共振器1内，位于共振器1的最大振幅点f1和f3处的部分以图1(c)中箭头X1所示的方向振动，位于最小振幅点f2处的金刚石刀具2的切削刀片以图1(c)中箭头Y1所示的、垂直于箭头X1所示方向的方向进行振动。在上述由电动机驱动的或随所述夹持件的水平运动一同转动的旋转运动的作用下，金刚石刀具2的外圆周部分逐渐与一工件的待切削部分接触，所述工件可以是一晶片、金属箔、印刷电路板或合成树脂基片，从而由一晶片、金属箔、印刷电路板或合成树脂基片上切割下作为半导体元件的半导体芯片。

图2示出了本发明的第二实施例。一以垂直于中心轴L的方向凸伸出来的、具有相同形状的两个金刚石刀具11和12安装在一共振器10的所述外圆周表面上，所述共振器大体呈圆柱形并具有中心轴L和两个螺母13和14，并且在刀具11和12之间具有预定间距。所述共振器10具有一其直径小于所述金刚石刀具11和12的直径的大直径部分10a；待安装入形成在金刚石刀具11和12内的通孔11a和11b中并且同轴地设置在所述大直径部分10a的两端面上的阳螺纹部分10b和10c；一同轴地设置在所述阳螺纹部分10b和10c的端面上的小直径部分10d和10e；以及分别形成在小直径部分10d和10e的端面中心的螺孔10f和10g。将一在其中心处具有通孔11a和12a的商品用作所述金刚石刀具11和12。所述螺母13和14具有待装入所述共振器10的阳螺纹部分10b和10c上的螺纹部分13a和14a。

在该实施例中，金刚石刀具11的通孔11a安装在共振器10的阳螺纹部分10b上，螺母13安装在从通孔11a凸伸出来的阳螺纹部分10b上，一紧固工具安装入一工具孔中，所述工具孔未予图示，它形成在共振器10的小直径部分10d的外圆周表面内，以便藉助朝着紧固方向转动可以牢固地紧固螺母13，同样，金刚石刀具12的通孔12a安装在共振器10的阳螺纹部分10c上，螺母14安装在从通孔12a凸伸出来的阳螺纹部分10c上，一紧固工具安装入一工具孔中，所述工具孔未予图示，它形成在共振器10的小直径部分10e的外圆周表面内，以便藉助朝着紧固方向转动可以牢固地紧固螺母14。因此使所述两个金刚石刀具11和12与共振器10的大直径部分10a紧密接触而使得它们分别同轴地夹置在大直径部分10a和螺母13以及大直径部分10a和螺母14之间，并且在其两者之间具有预定间距，该间距是大直径部分10a的厚度，粘附有金刚石粉末并用作切削刃的金刚石刀具11和12的外圆周部分从共振器10向外凸伸出来。在这个组装式超声波振动刀具中，一振子的输出端借助共振器10内的螺孔10f、一形成在所述振子的输出端内未示的螺孔以及待旋入这些螺孔中的未示的无头螺钉同轴地连接于共振器10的小直径部分10d上，所述振子是一由压电元件或磁致伸缩元件制成的电声或电振振子，用来将电能转换为机械能，通过产生具有预定频率竖直的超声振动输出，并由一未图示超声波发生器提供动力。该共振器10由诸如SKD11或其它类似牌号的超钢制成棒状，并在真空气氛中硬化，或由烧结的金属制成棒状。所述共振器10本身是一种超声波喇叭，它能够将从连接于其上的未示振子传送来的超声波振动施加于所述金刚石刀具11和12上。虽然所述金刚石刀具11和12是安装在共振器10上并使它们分别夹设在共振器10和螺母13以及共振器10和螺母14之间，但是当从振子一侧看所述共振器10时，如图2(c)所示，由在最小振幅点f12处彼此垂直相交的虚线L11和L12示出的振动和相互共振交替地产生在所述共振器10内，所述共振器10从最大振幅点f11至最大振幅点f13的长度等于半个波长。最小振幅点f12位于所述共振器10的大直径部分10a的厚度的中间位置，所述的两个金刚石刀具11和12位于最小振幅点f12的两侧上，并自所述最小振幅点等距分开。在这种情况中，所述共振器10的大直径部分10a和阳螺纹部分10b、10c以及螺母13和14构成了本发明的紧固装置B。

根据该实施例的结构，由于两个金刚石刀具11和12是用螺母13和14安装在共振器10上，一紧固工具安装入一个或两个未示的、形成在共振器10的小直径部分10d和10e的外圆周表面内的工具孔中，因此朝着松开的方向转动所述螺母13和14，可以很方便地更换金刚石刀具11和12。因此，该实施例是经济有利的。

将所述未示的振子连接于所述组装式超声波振动刀具的一端，并随后将该组件连接于一超声波振动切割机的夹持部分，使其一侧或两侧由所述夹持部分所支承，可以使它能被一未示的电动机所驱动而转动，或者随着所述夹持件的水平运动而转动。当通过将电力提供给所述振子而使所述共振器1随垂直的超声波振动一起共振时，如图2(c)所示，位于共振器10的最大振幅点f11和f13处的部分以图2(c)中箭头X2所示的方向振动，位于最小振幅点f12附近的金刚石刀具11和12的切削刀片以图2(c)中箭头Y2所示的、垂直于箭头X2所示方向的方向进行振动。在上述由电动机驱动的转动或随所述夹持件的水平运动而转动的作用下，金刚石刀具11和12的外圆周部分逐渐与一工件的待切削部分接触，所述工件可以是一晶片、金属箔、印刷电路板或合成树脂基片，以从由一晶片、金属箔、印刷电路板或合成树脂基片上切割下具有预定宽度的、作为半导体元件的半导体芯片。

在该第二实施例中，利用例如所述刀具11来切削一不等于所述第一实施例中预定宽度的宽度是可能的。在这种情况中，当一工件的材料是具有较小振幅的较柔软的材料，诸如合成树脂时，可以通过拆去另一刀具12并安装螺母14来进行切削。但是，当一工件的材料是较硬的并且具有较大振幅的材料，诸如晶片或金属箔时，则必需用一未示的平衡刀具来替代所述刀具12以较好地平衡振幅，所述平衡刀具的质量与刀具12的质量大体相等。所述平衡刀具的直径被制造得小于用来切削的刀具11的直径，以便当刀具11与所述工件接触而切削工件时防止所述平衡刀具与工件相接触，从而可以正常地进行切削作业。

在所述第一和第二实施例中，当振幅较大时，应该降低螺母3、13和14的径向厚度，即，降低螺纹部分3a、13a和14a和其外圆周表面之间的厚度，从而降低振动能量损失。在这种情况中，当螺母3、13和14的外径基本等于共振器1和10的大直径部分1a和10a的外径，并且共振器1和10的阳螺纹部分1c、10b和10c的外径与螺母3、13和14的螺纹部分3a、13a和14a的内径被加大，以降低螺母3、13和14的径向厚度时，可以较好地平衡振幅。

在所述的第一和第二实施例中，当将螺母3、13和14的紧固方向设定为一相对于切削作业中刀具2、11和12的转动方向而言的紧固方向时，可以防止螺母3、13和14在切削作业中的松动现象。

在图1和图2中，金刚石刀具2、11和12的切削刀片被简单地表示成具有一矩形截面。在绝大多数情况中，这些切削刀片事实上是被制成具有一楔形截面。

如果根据一工件的材料，使用一切割刀片或锯片而不是所述的金刚石刀具2、11和12来作为一刀具，可以获得与上述两实施例相同的功效。

当然，可以在所述共振器10的外圆周表面上设置多种结构，它们都能用螺母13和14将两个刀具安装在所述共振器10的大直径部分10a的两侧上。另一方面，当然也可以在所述共振器1的外圆周表面上设置多种结构，它们都能用螺母3将一刀具安装在共振器1的大直径部分1a的一侧上。

Claims (4)

1.一种超声波振动刀具，它包括一随以预定频率进行的超声波振动而共振并模制成大体呈圆柱形的共振器，以及一安装在所述共振器上的刀具，其特征在于，

垂直于所述共振器中心轴的方向凸伸的圆盘形刀具是用一螺纹紧固装置可拆卸地安装在共振器上的最小振幅点处或所述最小振幅点附近。

2.如权利要求1所述的超声波振动刀具，其特征在于，用来紧固所述刀具的所述螺纹紧固装置包括：一从所述共振器的外圆周表面径向凸伸出来的大直径部分、一形成在所述共振器的外圆周表面上并且位于所述大直径部分附近的阳螺纹部分，以及一旋在所述阳螺纹部分并且用来将所述刀具夹设在它和所述大直径部分之间的螺母。

3.一种超声波振动刀具，它包括：一随着以预定频率进行的超声波振动而发生共振并且模制成大体圆柱形的共振器，以及安装在所述共振器上的一些刀具，其特征在于，

垂直于所述共振器中心轴的方向凸伸的各盘形刀具是用一螺纹紧固装置而沿前、后方向可拆卸地安装在共振器上、位于那些以相同间距离开最小振幅点的位置处。

4.如权利要求3所述的超声波振动刀具，其特征在于，用来紧固所述刀具的所述螺纹紧固装置包括：一从所述共振器的外圆周表面、在大体其中心处径向凸伸出来的大直径部分；两个形成在所述共振器的外圆周表面上并且位于所述大直径部分两侧上的阳螺纹部分；以及两个旋在所述阳螺纹部分上并且用来将所述各刀具夹设在它们和所述大直径部分之间的螺母。

Images