CN1517186A

CN1517186A - 划线装置

Info

Publication number: CN1517186A
Application number: CNA031015905A
Authority: CN
Inventors: 石川裕一
Original assignee: THK Co Ltd; Beldex Corp
Current assignee: Thk Intechs Co ltd; THK Co Ltd
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2023-01-15
Also published as: CN101062575A; CN100396448C

Abstract

一个用于在工件上形成划线的划线装置，包括一个用于产生振动的振动生成件；一个通过利用该振动生成件的振动切割工件的切割件；一个从该振动生成件垂直向下延伸从而将该振动生成件的振动传递给该切割件的轴；一个用于将轴的线性运动沿其中心轴线方向引导给切割件的引导单元；和一个用于调节由切割件施加给工件的载荷的载荷调节机构，所述载荷调节机构由磁力操作。按这样划线装置，引导单元通过所述载荷调节机构引导轴的垂直(抬起)运动，和引导由振动生成件产生的振动导致的轴的振动。

Description

划线装置

技术领域

本发明涉及一种划线装置或一种用于在一个由易碎材料，例如玻璃、半导体等制成的工件上形成(划出)一条划线的划线器。

背景技术

已公知用于在工件的或被加工件的表面上形成一条划线的划线装置。在操作中，当将一个正在振动的切割件压在工件表面上时，将在工件表面上产生垂直的裂纹，并从而沿工件的厚度延伸，在这种情况下，当切割件在工件表面上运动时，就会在工件表面上产生一条连续的划线(裂纹)。在这样的划(划出的)线之后，通过沿该划线弯曲工件使工件断开。

图7示出了一个划线装置，其具有传统结构并设有一个用于振动切割件1的划线体2。划线体2具有一个壳，在该壳中容纳有作为振动生成件的压电元件。轴4如此设置，从而如图所示，其从上述壳的下部向下延伸，并适于被一个置于壳3中的引导件垂直导向。上述切割件1安装在轴4的下端部上。作为切割件1，在此可以使用正方锥形的金刚石工具。当压电元件振动时，轴4就与切割件1一起振动。

壳3与滑块5相连，该滑块通过一个引导件7，例如线性引导件安装在工作台6上。操作引导件7以引导滑块5、壳3和划线体2与轴4和切割件1一起关于工作台6呈线性运动方式运动。工作台6通过一个运动机构，即驱动机构10相对于工件(被加工件)9运动。

分别安装在划线体2侧上和工作台6侧上的一对磁铁8a和8b彼此互斥，从而调节切割件1施加到工件9上的静载荷。当切割件1由磁铁8a和8b的互斥力抬起时，可以调节静载荷(即，在振动生成元件没有振动时由切割件施加到工件上的载荷)。此时，划线体2的垂直运动(抬起或浮动)受到引导件7的引导。

按上述结构的划线装置，切割件1可以振动，故按照待切割工件的种类、类型或厚度可以适当地调节由切割件1施加到工件9上的静载荷。

然而，在具有上述特征和结构的传统划线装置中，用于引导划线体2的抬起运动的引导件7和用于引导轴4的振动的引导件分别独立地位于在图7中彼此按横向间隔距离L的位置上。因此，当轴4振动时，在引导件7上产生一个力矩载荷(moment load)，该引导件悬撑划线体2。

如果产生这样的力矩载荷，则切割件1沿水平方向振动，同时也沿垂直方向振动，如图7所示。当切割件1水平振动时，将对由切割件1施加到工件9上的载荷产生一个水平分力，按照这样的分力，将在工件9的表面上产生水平裂纹，从而破坏工件9，因此是不方便的。

此外，当振动生成元件振动时，划线体2以及切割件1也振动。然而，引导件7随后的动作由于施加到引导件7上的力矩载荷而变得更糟，并且相应的，在划线体2振动的同时也产生阻力。

另外，用于引导抬起运动的引导件7和用于振动的引导件的单独的，即独立的位置使得划线体的结构复杂并增加了其重量。在工件9具有较差的平整度或者切割件运动成与从前的划线相交的情况下，划线体2垂直抬起和放下，从而当划线体的整个重量增加时，划线体的惯性力也增加，因此导致由切割件1施加到工件9上的载荷的大的振动。

发明内容

因此，本发明的目的是基本上消除上述现有技术中遇到的缺陷或不便，并提供一种划线装置，其能够基本上抑制切割件在划线装置中的水平振动，并使切割件以具有减小重量的振动部分的简单结构只沿垂直方向振动。

上述和其它目的可按本发明实现，在一方面，通过提供一个用于在工件上形成划线的划线装置，包括：

一个用于产生振动的振动生成件；

一个通过利用该振动生成件的振动切割工件的切割件；

一个从该振动生成件垂直向下延伸从而将该振动生成件的振动传递给该切割件的轴；

一个用于将轴的线性运动沿其中心轴线方向引导给切割件的引导单元；和

一个用于调节由切割件施加给工件的载荷的载荷调节机构，所述载荷调节机构由磁力操作，

其中，所述引导单元通过所述载荷调节机构引导轴的运动，和引导由振动生成件产生的振动导致的轴的振动。

按本发明的这一方面，引导单元同时实现引导由操作振动生成件引起的轴的振动的功能和通过载荷调节机构引导轴的向上运动(抬起或浮动)的功能。相应地，由于不必如现有技术那样独立(单独)设置两个引导件来分别实现上述两种功能，所以不再引起任何力矩载荷。因此，防止产生切割件的水平振动，并且切割件可只沿垂直方向平稳振动。

此外，由于单个引导件的作用是同时实现上述两种引导功能，该引导单元的结构可以变得简单，而且重量会变轻，因此使得少量的载荷变化被施加到切割件上。

对于这样的引导单元，优选使用例如线性引导件、球花键引导件、球衬套引导件或滑动轴承引导件。

在这一方面，可以采用下述优选示例。

该划线装置还包括一个用于沿工件运动切割件的切割件运动机构。

该轴在其外周表面上形成有滚动件滚动部分，该引导单元包括一个与该轴配装的外套筒，该套筒在其内周表面上形成有滚动件滚动部分，和包括位于形成于轴上的滚动件滚动部分和形成于外套筒上的滚动件滚动部分之间的数个滚动件。该滚动件可以是球，形成于轴上的该滚动件滚动部分和形成于外套筒上的滚动件滚动部分可以是槽。

该振动生成件具有一条中心线，该轴具有一条大体与振动生成件的中心线对齐的中心线。

该振动生成件容纳在一个壳中，一个锥盘弹簧位于该壳中，处于轴和振动生成件之间的部位，从而轴的振动跟随振动生成件的振动。

划线装置还可以设有一个可相对于工件运动的工作台，该引导单元安装在该工作台上，该工作台通过该运动机构而运动。

该载荷调节机构可包括一对沿轴振动方向彼此间隔设置的磁铁、一个压电元件或是一个超磁致伸缩元件。

按这些优选示例，通过沿工件表面和在工件表面上运动切割件可以很好地划出一条划线。

由于轴被装配到外套筒中，从而围绕住轴的外周，当轴振动时，该轴可以顺当地和稳定地沿垂直方向导向。另外，由于在轴和外套筒之间设置了滚动件，所以在轴振动时引起的阻力可以减小。

此外，振动生成件的振动可以沿其中心轴线方向高效地传递给轴，而不会给轴带来不利的力矩载荷。

锥盘弹簧的设置将易于只沿垂直(轴向)方向进行传递。

在本发明的另一方面，还提供了一个用于在工件上形成划线的划线装置，包括：

一个设置成可相对于工件运动的工作台；

一个用于运动该工作台的运动机构；

一个用于产生振动的振动生成件；

一个通过利用该振动生成件的振动切割工件的切割件；

一个安装在该工作台上用于沿其中心轴线方向引导轴的线性运动的引导单元；和

一个用于调节由切割件施加给工件的载荷的载荷调节机构，所述载荷调节机构包括一个磁铁。该磁铁包括一对沿轴振动方向彼此间隔设置的磁铁块。

按这一方面，大体可以实现例如上述参见第一实施例的相同的有利功能和效果。

从下面结构附图的说明中将更加清楚本发明的本质和其它特征。

附图说明

在附图中：

图1是一个示出了一个按本发明第一实施例的划线装置的前视图；

图2是图1划线装置的侧视图；

图3是图1划线装置的引导件的透视图；

图4是一个前视图，以截面部分地表示了图3的引导件；

图5是一个侧视图，以截面部分地表示了图3的引导件；

图6是一个垂直截面图，示出了一个按本发明第二实施例的划线装置；和

图7是一个示出了一个具有传统结构的划线装置的前视图。

具体实施方式

首先，图1和2所示的划线装置表现了本发明的第一实施例，其用于在薄板形的、由易碎材料，例如玻璃、半导体、陶瓷等制成的工件(或被加工件)11表面上划出划线，并从而沿其厚度方向延伸。该划线装置包括一个振动生成件14、一个从振动生成件14垂直延伸的轴15、一个安装在轴15的下端部从而受到穿过轴15的振动生成件14的振动的切割件1，一个用于沿其中心轴线方向引导轴的线性运动的引导件28和一对利用磁力的作为载荷调节装置的磁铁17a和17b。引导件28安装在一个可由运动或驱动机构19运动的工作台18上，该驱动机构的作用是运动工作台18，从而沿工件11沿二维(X-Y)方向或三维(X-Y-Z)方向运动切割件12。

在组装好了的状态中，当驱动划线装置时，切割件1的末端(前端)邻靠在工件9的表面上，如图1所示，同时在该状态中，当驱动振动生成件14以振动切割件12时，在工件11的表面上产生垂直裂纹，然后当切割件12在工件11表面上运动时，这些裂纹便连接起来形成一条连续的裂纹，从而形成划(划出的)线13。

作为切割件12，可以使用正方锥形的金刚石工具。虽然这样的正方锥形金刚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，例如玻璃的情况下，具有算盘珠形状的轮式工具是有效的。

一例如在施加外电场时导致失真的压电元件，例如压电致动器用于振动生成件14。在使用压电元件14时，它是以预定的频率改变待施加的电压而周期膨胀和收缩的。通过施加外电场，在压电元件上产生压力，该压力被传递到切割件12上。当该压力施加到切割件12上时，便同时在工件11的表面上形成正方锥形的凹部和垂直的裂纹。

用于将振动生成件14产生的振动传递给切割件12的轴15在横截面上具有圆形的形状，并受到引导件28的支撑，以沿其中心轴线方向线性运动。轴15在其下端部设置了一个工具保持部20(工具保持件)，另一方面，其上端部与振动生成件14相连。

如图3和4所示，数个球滚动槽形式的滚动件滚动路径排15a形成在轴15的外周上，从而沿轴向延伸。另外，除了具有圆形横截面的的轴件外，还可以使用其它的具有多边形横截面的轴件。另外，也可以使用沿其轴向具有不同横截面的轴。此外，实心轴和空心轴都可以用作为本发明的划线装置的轴15。

振动生成件14的中心线和轴15的中心线基本上彼此对齐的，从而有效地沿其轴线方向传递轴的振动。相反，如果这些中心线是彼此错开的，则力矩载荷将被施加到轴15上。

用于沿其轴线方向引导轴15的线性运动的引导件28包括一个外圆筒或套筒21，其覆盖轴15和数个球22、22、---的外周，这些球作为滚动元件布置在外套筒21和轴15之间。这样的引导件28通过支架安装在工作台18上。该引导件28实现引导轴15的运动，例如抬起运动的功能，和引导由振动生成件14产生的轴15的振动的功能。

图3-5表现了引导件28的一个示例。参见这些附图，轴15作为形成有数排沿其轴线方向延伸的滚动槽15a的多槽轴构成。另一方面，与轴15相配装的外套筒21在其内周表面上形成有数个沿轴线方向延伸的作为滚动件滚动路径的球滚动槽21a，从而与轴15的滚动槽15a相一致。数个球22、22、---置于这些球滚动槽15a和21a之间，并在其间滚动。在外套筒21内侧，形成有一个环形的用于沿其循环球22、22、---的循环路径，一个用于保持球22的保持件34也组装在其中。球22在外套筒21和轴15之间与轴15关于外套筒21的线性运动相一致地滚动和运动。球22沿环形的循环路径循环，同时沿其滚动。另外，考虑到轴15具有小的振幅，故在没有形成环形的循环路径的情况下，也可以采用有限循环路径。另外，上述结构的引导件28可以以其它各种类型的能够引导轴15的往复运动的件，例如线性引导件、球衬套引导件或滑动轴承引导件构成。

参见图1，通过利用磁力向切割件12提供抬起或浮动力的磁铁17a和17b包括一对沿轴15的振动方向彼此分隔开的永久磁铁。这些磁铁中的一块17a安装到工作台18的一侧，而其中的另一块17b安装到划线装置的划线体23的一侧(即，在该实施例中，安装在一个容纳壳，即壳24上，在该壳中容纳有振动生成件14)。一个支架25固定在工作台18和磁铁17a上，另一个支架26固定在壳24上。磁铁17b安装在该支架26上。在所示实施例中，虽然磁铁17b固定在壳24上，但磁铁17b也可安装在振动划线体23侧的任一部分上，例如，轴15上。如此设置磁铁17a和17b，从而相同的磁极，例如N极彼此相对置，从而通过在这些磁铁17a和17b之间产生的互斥力可以减小由切割件12施加到工件11上的静载荷。

在一个改型实施例中，磁铁17a可由一个未示出的位置调节机构，例如通过调节其高度而由此改变从切割件12施加到工件11上的静载荷的测微计替代。另外，永久磁铁17a和17b也可以由能够调节磁力的电磁铁构成。另外，磁铁17a和17b也可以如此构成，从而每一个都具有环形形状，该环形的中心位于轴的中心线上。

振动生成件14容纳在壳24中。振动生成件14以其下端部邻靠安装在轴15的上端部的一个保持件27，并以其上端部邻靠一个位于壳24上部的调节螺纹件38。一个弹簧29布置在壳24的下部，从而轴15的振动跟随振动生成件14的振动。该弹簧呈锥盘形，具有一个连续的圆周横截面，其作用是通过其自身的弹性力向上推动保持件27并在保持件27和安装在壳24上的调节螺纹件38之间向振动生成件14提供预载荷(即，一个沿其轴向方向压在振动生成件14上的力)。为了防止切割件12在振动生成件14的振动过程中从工件11上抬起，可以向壳24提供一个物重，或者可以设置弹簧或磁铁，从而向下推动壳24。

也可以说，该实施例的划线装置表现了一个模型，其中存在有一个具有质量M1(轴承5的质量和切割件12的质量)的物重和一个具有质量M2(壳24的质量和防浮动物重的质量)的物重，振动生成件14位于这两个物重之间。出于这一原因，为了有效地向切割件12传递由振动生成件14产生的压力，重要的是最佳地设置位于振动生成件14两侧的具有质量M1和M2的物重的平衡。通常而言，通过使质量M2大于质量M1，由振动生成件14产生的压力可被有效地传递给切割件12。

上述结构和特征的划线装置可以下述方式使用和应用。

首先，工件11被设置和放置在水平布置的基座30上。然后，工作台18通过运动机构19而相对于基座30上的工件11水平地运动。在切割件12被安装到邻靠工件11边缘的划线体上之后，切割件12便在工件的上表面上运行，当切割件12在工件11上运行时，便由切割件12向工件11施加静载荷。在此时，通过调节磁铁的高度，相应于斥力的量的静载荷由于磁铁而被减小，因此可以调节静载荷。在过度增加静载荷的情况下，可以在工件11的表面上形成水平裂纹，相反，在过度降低静载荷的情况下，当划线体23振动时。切割件12从工件11的表面浮动，工件11由此被损坏。静载荷的大小根据工件11的材料和其厚度设定。

在已经得到预定的或所需的静载荷之后，向振动生成件14施加高频场，由此使其周期性振动。振动生成件14的振动通过轴15传递给切割件12，当切割件12振动时，在工件上表面形成一个凹部，然后在工件11上形成一条与该凹部连续的垂直裂纹。

如上所述，按本发明的第一实施例，由于来自振动生成件14的振动引导件28同时用作为引导轴15振动的构件和通过磁铁17a和17b引导轴15抬起运动的构件。因此，不会产生例如在这些引导件是独立单独设置的传统划线装置中产生的力矩载荷，由此可以防止产生切割件12的水平振动，因此切割件12可以只沿垂直方向振动。

此外，当工作台18通过运动机构19沿水平方向运动而同时振动切割件12时，在工件11的表面形成由垂直裂纹构成的划(划出的)线13，然后从基座30上拆下其上形成有划线13的工件11，之后利用未示出的断开装置沿划线断开工件。

图6示出了一个按本发明第二实施例的划线装置。该第二实施例的划线装置也包括产生振动的振动生成件14、从振动生成件14垂直延伸的轴15、安装在轴15的下端部从而通过振动生成件14经轴15而振动的切割件12、用于引导轴沿其中心线方向线性运动的引导件28和一对未示出的作为载荷调节机构的磁铁，该磁铁利用磁力调节由切割件12施加给工件11的载荷。引导件28安装在未示出的工作台上，其可通过运动机构19而且运动。

在该第二实施例中，振动生成件14通过使用磁性材料而制成，这导致在施加磁场时磁体变形，更为具体地说，将使用具有较大位移的超磁致伸缩元件31。

围绕超磁致伸缩元件31缠绕线圈32，从而产生磁场，该超磁致伸缩元件31也被容纳在壳24中。该超磁致伸缩元件31的下端邻靠位于轴15上端部的保持件27，另一方面，超磁致伸缩元件31的上端邻靠壳24的上部。弹簧29布置在壳24的下部，从而轴15的振动跟随超磁致伸缩元件31的振动。该弹簧呈锥盘形，在其圆周方向上具有不变的横截面形状。弹簧29通过其自身的弹性恢复力向上推动保持件27并在保持件27和壳24上部之间提供预载荷(沿轴向方向压在超磁致伸缩元件31上的力)。

当施加给超磁致伸缩元件31的磁场以预定频率变化时，超磁致伸缩元件31周期性地膨胀或收缩。也就是说，通过施加外磁场使超磁致伸缩元件31产生压力，该压力然后被传递给切割件12。通常而言，由于超磁致伸缩元件产生的压力大于压电元件产生的压力，所以在需要向切割件12传递大的压力时超磁致伸缩元件将有效地用于切割材料，例如玻璃。

根据该第二实施例，可以实现例如上述参见第一实施例的有利功能和效果。

另外，应该指出的是，本发明不局限于所述实施例，在不脱离后附权利要求书的范畴的情况下可以进行许多改动和变型。

Claims

1.一个用于在工件上形成划线的划线装置，包括：

一个用于产生振动的振动生成件；

一个通过利用该振动生成件的振动切割工件的切割件；

其特征在于，所述引导单元通过所述载荷调节机构引导轴的运动，和引导由振动生成件产生的振动导致的轴的振动。

2.按权利要求1所述的划线装置，还包括一个用于沿工件运动切割件的切割件运动机构。

3.按权利要求1或2所述的划线装置，其特征在于，所述轴在其外周表面上形成有滚动件滚动部分，所述引导单元包括一个与所述轴配装的外套筒，所述套筒在其内周表面上形成有滚动件滚动部分，和包括位于形成于轴上的滚动件滚动部分和形成于外套筒上的滚动件滚动部分之间的数个滚动件。

4.按权利要求3所述的划线装置，其特征在于，所述滚动件是球，形成于轴上的所述滚动件滚动部分和形成于外套筒上的滚动件滚动部分是槽。

5.按上述权利要求1-4中任一项所述的划线装置，其特征在于，所述振动生成件具有一条中心线，所述轴具有一条大体与振动生成件的中心线对齐的中心线。

6.按上述权利要求1-5中任一项所述的划线装置，其特征在于，所述振动生成件容纳在一个壳中，一个锥盘弹簧位于所述壳中，处于轴和振动生成件之间的部位，从而轴的振动跟随振动生成件的振动。

7.按权利要求2所述的划线装置，还包括一个可相对于工件运动的工作台，所述引导单元安装在该工作台上，该工作台通过所述运动机构而运动。

8.按上述权利要求1-7中任一项所述的划线装置，其特征在于，所述载荷调节机构包括一对沿轴振动方向彼此间隔设置的磁铁。

9.按上述权利要求1-8中任一项所述的划线装置，其特征在于，所述振动生成件包括一个压电元件。

10.按上述权利要求1-9中任一项所述的划线装置，其特征在于，所述振动生成件包括一个超磁致伸缩元件。

11.一个用于在工件上形成划线的划线装置，包括：

一个设置成可相对于工件运动的工作台；

一个用于运动该工作台的运动机构；

一个用于产生振动的振动生成件；

一个通过利用该振动生成件的振动切割工件的切割件；

一个安装在工作台上用于沿其中心轴线方向引导轴的线性运动的引导单元；和

一个用于调节由切割件施加给工件的载荷的载荷调节机构，所述载荷调节机构包括一个磁铁。

12.按权利要求11所述的划线装置，其特征在于，所述磁铁包括一对沿轴振动方向彼此间隔设置的磁铁块。