JP2007083332A - Cut-off device and cutter holder for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は切断装置およびそれに使用される切断装置用カッターホルダに関し、さらに詳しくはセラミックグリーンシートやその積層体等の切断対象物を切断(フルカット)又は所要深さまで切り込む(ハーフカット)ために使用される切断装置であって、特に、切断刃の下降動作と同時に横方向の微振動を付与しながら切断動作させる切断装置およびカッターホルダに関する。 The present invention relates to a cutting device and a cutter holder for a cutting device used therefor, and more specifically, used for cutting (full cut) or cutting to a required depth (half cut) such as a ceramic green sheet or a laminate thereof. In particular, the present invention relates to a cutting device and a cutter holder that perform a cutting operation while applying a slight vibration in the lateral direction simultaneously with a lowering operation of the cutting blade.
従来、セラミックグリーンシート又はその積層体は、インダクタやコンデンサ、集積回路用パッケージなどの製造過程において、平刃状の切断刃を備えた切断装置により格子状に切断されてチップ(セラチップ)を作製するが、その切断動作時の切断刃に横方向の微振動を付与する従来装置として特開平6−8195号公報(特許文献1)に開示の切断装置が知られている。
その特許文献1には、積層セラミックコンデンサの積層体をチップ状に切断する切断装置であって、切断刃1を挟持したカッターホルダ2に振動ブロック3を配設し、振動ブロック3に圧電アクチュエータ6を圧接させて配設し、切断時に圧電アクチュエータ6にて、振動ブロック3およびカッターホルダ2を介し切断刃1に横振動を加え、それにより、切断抵抗に対応できない不具合つまり切断刃の刃曲がりを防止することが記載されている。具体的には、昇降動可能なラムに相当する可動プレート4の下端に振動ブロック3が水平方向に摺動可能に支持され、その振動ブロック3の下部に、厚さ約0.2mmの切断刃1が装着されたカッターホルダ2を取り付け、さらに、振動ブロック3の側方に外付けとして圧電アクチュエータ6が配設され、その圧電アクチュエータ6の先端を振動ブロック3に当接させた構造とし、前記圧電アクチュエータ6に交流電源から電圧を加えて切断刃1に振幅約+1mmの振動を与えるようにしたものである(符号はいずれも同文献中のものを援用した)。
Conventionally, a ceramic green sheet or a laminate thereof is cut into a lattice by a cutting device having a flat blade-like cutting blade in a manufacturing process of an inductor, a capacitor, an integrated circuit package, and the like to produce a chip (cerachip). However, a cutting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-8195 (Patent Document 1) is known as a conventional device that imparts a slight lateral vibration to the cutting blade during the cutting operation.
Patent Document 1 discloses a cutting device for cutting a multilayer ceramic capacitor multilayer body into chips, in which a
上記従来装置は、その出願当時のセラミックグリーシートの材質、切断刃の厚さ(約0.2mm)を考慮する限りにおいては特許文献1に記載の課題が解決できることも想定される。
しかしながら、近時のセラミックグリーンシートの切断においては、該グリーンシートの組成改善により積層体が切断抵抗の大きな材料となっており、また、チップの微小化つまり縦横寸法が0.6mm×0.3mm、さらに0.4mm×0.2mmといった微小のチップ切断も要請されていることに伴って切断刃がより極薄化、例えば、刃先部の最大刃厚が約25μm〜50μm(シャンク部の厚みが約0.4mm〜1mm)の切断刃を使用する必要がある。そのため、上記従来装置を使用することによっては、切断刃の刃曲りを必ずしも防止できないことが判明し、厳格な寸法精度が求められるチップの切断工程にあって、その高い切断精度の要請に応じ得られない不具合があった。
すなわち、セラミックグリーンシートの切断抵抗の増大、切断刃の極薄化に対応するには、振動出力形態(波形・振幅・周波数など)を制御して切断刃に大きな振動数(周波数)の高速微振動を付与する必要がある。しかし、上記従来装置は、振動アクチュエータを外付け構造とし、しかも振動ブロックを必須構成とすることから切断刃に振動を付与する振動駆動構造体が大型かつ重量化しており、そのために、切断刃に大きな振動数の高速微振動を加えることができないことが主要因と考えられる。また、前記振動駆動構造体の大型化により装置全体が大型化する不具合もあった。
It is assumed that the conventional apparatus can solve the problem described in Patent Document 1 as long as the material of the ceramic grease sheet and the thickness of the cutting blade (about 0.2 mm) at the time of filing are taken into consideration.
However, in recent cutting of ceramic green sheets, the laminate has become a material with high cutting resistance due to the improvement of the composition of the green sheets, and the chip size is reduced, that is, the vertical and horizontal dimensions are 0.6 mm × 0.3 mm. Further, along with the demand for cutting a very small chip of 0.4 mm × 0.2 mm, the cutting blade is made extremely thin, for example, the maximum blade thickness of the blade edge portion is about 25 μm to 50 μm (the thickness of the shank portion is It is necessary to use a cutting blade of about 0.4 mm to 1 mm). For this reason, it has been found that the use of the above-mentioned conventional apparatus cannot always prevent the cutting blade from being bent, and in the cutting process of the chip that requires strict dimensional accuracy, it is possible to meet the demand for high cutting accuracy. There was a bug that could not be done.
In other words, in order to cope with an increase in the cutting resistance of ceramic green sheets and the ultra-thinning of the cutting blade, the vibration output mode (waveform, amplitude, frequency, etc.) is controlled so that the cutting blade has a large frequency (frequency). It is necessary to apply vibration. However, in the above-mentioned conventional apparatus, the vibration actuator has an external structure, and the vibration block is an essential component. Therefore, the vibration drive structure that applies vibration to the cutting blade is large and heavy. It is thought that the main factor is that it is not possible to apply high-speed fine vibration with a large frequency. In addition, there is a problem that the entire apparatus is enlarged due to the enlargement of the vibration drive structure.
一方、上記セラミックグリーンシートの切断工程においては、一枚のシートに対して多数の切断動作(フルカットまたはハーフカット)を反復し、それによりシートを格子状に切断して微小なチップを多数取りし、その後に焼成されるものである。そのため、切断工程において、クラックの発生を原因とするチップの欠け割れが歩留まりに大きく影響するが、前記のとおりチップの微小化に伴ってクラックが横へ流れるとチップの寸法不良や性能不良となって不良品となるので、高い歩留まりを担保するためには、各切断動作ごとでクラックの発生を防止することが要請される。しかしながら、上記従来装置においては、そのようなクラック発生の防止については特に配慮が施されてはいない。 On the other hand, in the cutting process of the ceramic green sheet, a number of cutting operations (full cut or half cut) are repeated on one sheet, thereby cutting the sheet into a grid and taking a lot of minute chips. And then fired. For this reason, chip cracks caused by cracks in the cutting process greatly affect the yield, but if the cracks flow sideways as the chips are miniaturized as described above, chip dimensional defects and performance defects will occur. Therefore, in order to ensure a high yield, it is required to prevent the occurrence of cracks in each cutting operation. However, in the above-described conventional apparatus, no particular consideration is given to the prevention of such cracks.
本発明は、上記従来事情に鑑みて、振動を付与する振動駆動構造体を小型かつ軽量化することにより、近時のセラミックグリーンシートやその積層体等の切断対象物(以下、ワークという)のように、切断抵抗が大きな可撓性または脆性なワークであっても極薄平刃状の切断刃を用いて、切断刃の刃曲りを防止する切断加工を可能にして、切断精度に優れた切断装置を提供することを目的とする。
また、セラミックグリーンシートなどワークの組成に応じて振動出力形態を適正に制御するとともに切断刃の刃先部形状を改善することにより、切断刃がワークに及ぼす切断圧力を軽減するようにし、それにより各切断動作ごとにおけるクラックの発生を防止して歩留まりを高め生産性を向上させることを目的とする。
さらに、振動駆動源を内設してもなお小型化された汎用性・実用性のあるカッターホルダを提供することを目的とする。
In view of the above-described conventional circumstances, the present invention reduces the size and weight of a vibration driving structure that imparts vibrations, thereby cutting a cutting object (hereinafter referred to as a workpiece) such as a recent ceramic green sheet or a laminate thereof. In this way, even with flexible or brittle workpieces with high cutting resistance, an ultra-thin flat blade-like cutting blade can be used to perform cutting processing that prevents the cutting blade from bending, and has excellent cutting accuracy. An object is to provide a cutting device.
In addition, the vibration output mode is appropriately controlled according to the composition of the workpiece such as a ceramic green sheet and the cutting edge shape of the cutting blade is improved, so that the cutting pressure exerted on the workpiece by the cutting blade is reduced. An object of the present invention is to prevent the occurrence of cracks in each cutting operation, increase the yield, and improve the productivity.
A further object of the present invention is to provide a versatile and practical cutter holder that is reduced in size even when a vibration drive source is provided.
斯る本発明の切断装置およびカッターホルダは、振動発振源に積層型圧電素子を採用するとともに切断刃を取り付ける刃板取付ブロックに前記圧電素子を直接に接合すること、つまり積層型圧電素子を内設することにより切断刃に横方向の高速微振動を付与する直接駆動方式を採用したことを特徴とする。具体的には次のとおりである。 Such a cutting apparatus and cutter holder of the present invention employs a laminated piezoelectric element as a vibration oscillation source and directly joins the piezoelectric element to a blade plate mounting block to which a cutting blade is attached. It is characterized by adopting a direct drive system that applies a high-speed fine vibration in the lateral direction to the cutting blade. Specifically, it is as follows.
本発明の切断装置は、昇降動可能なラムに追従して昇降動するカッターホルダに平刃状の切断刃を取り付けた切断装置において、前記カッターホルダの固定ブロックに刃板取付ブロックを横方向へ微振動可能に構成するとともにカッターホルダに積層型圧電素子を水平状に内設し、その圧電素子の一側面を固定ブロックの垂直壁に接合させ、他側面を刃板取付ブロックの垂直壁に接合させて、前記カッターホルダの下降動作と協働して前記圧電素子により切断刃に横方向の高速微振動を付与しながら切断動作させることを特徴とする(請求項1)。
本発明によれば、カッターホルダの下降時に切断刃に横方向の微振動を付与することによって、ワークの切断抵抗を軽減することは従来装置と同様であるが、切断刃を取り付ける刃板取付ブロックのみを横方向へ可動状としたので、可動部分が著しく軽量化されて切断刃を高速で微振動させることができ、極薄切断刃を使用する場合であっても切断刃が刃曲がりを生じることなくワークを切断することができる。また、圧電素子の出力を制御することにより、刃厚に応じた振動数、振幅を適正に選定することができる。
なお、本発明において切断とは、フルカット、ハーフカットの両方を包含するものである。
The cutting device of the present invention is a cutting device in which a flat blade-like cutting blade is attached to a cutter holder that moves up and down following a ram that can move up and down, and a blade plate mounting block is laterally attached to a fixed block of the cutter holder. Constructed to allow fine vibrations, a stacked piezoelectric element is installed horizontally in the cutter holder, one side of the piezoelectric element is joined to the vertical wall of the fixed block, and the other side is joined to the vertical wall of the blade plate mounting block Thus, in cooperation with the lowering operation of the cutter holder, the piezoelectric element causes the cutting blade to perform a cutting operation while applying lateral high-speed fine vibrations (Claim 1).
According to the present invention, it is the same as the conventional apparatus that the cutting resistance of the workpiece is reduced by applying a slight lateral vibration to the cutting blade when the cutter holder is lowered, but the blade plate mounting block for mounting the cutting blade. Since only the movable part is movable in the lateral direction, the movable part is remarkably lightened and the cutting blade can be vibrated at high speed, and the cutting blade bends even when an ultra-thin cutting blade is used. The workpiece can be cut without any problems. Further, by controlling the output of the piezoelectric element, it is possible to appropriately select the frequency and amplitude according to the blade thickness.
In the present invention, cutting includes both full cut and half cut.
上記積層型圧電素子を内設させる具体的構成として、上記刃板取付ブロックは、ラムに固定される前記固定ブロックの下位に横方向へ微変位可能な弾性変位部位を介して連接され、その固定ブロックの固定側垂直壁と刃板取付ブロックの可動側垂直壁との間に前記積層型圧電素子が配設されていることを特徴とし(請求項2)、さらに好ましくは、上記積層型圧電素子がカッターホルダの略中央部に配置され、その両側に前記弾性変位部位がそれぞれ形成されるようにする(請求項3)。
これにより、刃板取付ブロックだけが、弾性変位部位により横方向へ微振動可能であるとともに積層型圧電素子が固定ブロックと刃板取付ブロックとの間にコンパクトに収容される。なお、積層型圧電素子は、その積層長さに応じて振幅(伸び量)が増大するが、必要とする切断刃の振幅(ストローク)と横方向からの応力に対して脆弱な圧電素子の保護を考慮して、圧電素子を1個とするか、あるいは2個またはそれ以上を直列に連結して使用するかを選択すればよい。
As a specific configuration in which the laminated piezoelectric element is installed, the blade plate mounting block is connected to a lower part of the fixed block fixed to the ram via an elastic displacement portion that can be slightly displaced in the lateral direction, and fixed. The multilayer piezoelectric element is disposed between a fixed vertical wall of the block and a movable vertical wall of the blade plate mounting block (Claim 2), and more preferably, the multilayer piezoelectric element Is arranged at a substantially central portion of the cutter holder, and the elastic displacement portions are respectively formed on both sides thereof (claim 3).
As a result, only the blade plate mounting block can be vibrated in the lateral direction by the elastic displacement portion, and the stacked piezoelectric element is accommodated compactly between the fixed block and the blade plate mounting block. In addition, although the amplitude (elongation amount) of the laminated piezoelectric element increases according to the laminated length, it protects the piezoelectric element that is vulnerable to the required cutting blade amplitude (stroke) and lateral stress. In consideration of the above, it is only necessary to select one piezoelectric element or two or more piezoelectric elements connected in series.
また、切断精度を高めるためには、切断刃が設定される所定の振幅で微振動しながら切断動作をすることが重要であり、そのために、切断刃の振幅を検出するセンサー、具体的には、上記カッターホルダに刃板取付ブロックの変位量を検出するセンサーを設けていることを特徴とする(請求項4)。センサーには、磁歪センサー、圧電センサー、静電容量センサーなど何れを採用することも自由である。
そして、センサーにより刃板取付ブロックの変位量が設定値の範囲から外れた場合には、積層型圧電素子の出力を制御することにより修正・補正することもよいが、好ましくは、即座に警報信号を発して切断装置を停止させるようにする。それによれば、切断製品(チップ等)の歩留まりを高めるとともに切断刃およびカッターホルダを損傷から保護することができる。
Further, in order to increase the cutting accuracy, it is important to perform a cutting operation while slightly vibrating with a predetermined amplitude set by the cutting blade. For this purpose, a sensor for detecting the amplitude of the cutting blade, specifically, The cutter holder is provided with a sensor for detecting the amount of displacement of the blade plate mounting block (claim 4). As the sensor, any of a magnetostrictive sensor, a piezoelectric sensor, a capacitance sensor and the like can be employed.
If the displacement of the blade plate mounting block deviates from the set value range by the sensor, it may be corrected / corrected by controlling the output of the laminated piezoelectric element. To stop the cutting device. According to this, it is possible to increase the yield of cutting products (chips and the like) and to protect the cutting blade and the cutter holder from damage.
上記各請求項において、切断刃はその刃先部(刃先縁)の形状として、従来の直線刃を使用するなど任意であるが、切断刃に横方向の微振動を付与することを考慮すると、切断性能を改善するために、切断刃が、その刃先部を微細かつ滑らかな凸刃と凹刃で連続形成した波形切断刃(波刃)を採用する(請求項5)。
その場合において、滑らかな凸刃と凹刃の形状はサインカーブであることが好ましく、また、微細とは、凸刃間および凹刃間のピッチが同一で、その凸刃間のピッチが約1mm以下、例えば0.5mm程度であり、凸刃の刃高さ(凹刃底から凸刃頂点までの高さ)が約30〜60μm、例えば50μm程度をいう。
それによれば、切断刃の横方向への微振動時に凸刃が縦送り方向との合成ベクトルでワークに食い込むことにより切断力が増すので、直線刃のような横滑りによる刃先部の摩耗が少なく、しかもカッターホルダの下降動作に伴う切断圧力を必要以上に大きくする必要がなく、また、凸刃および凹刃を微細かつ滑らかな波形としたので、鋸刃(三角刃)のような切断角による局部的な切断圧力がかからず、したがって、切断時におけるクラックの発生が抑制される。
In each of the above-mentioned claims, the cutting blade is optional as the shape of the blade edge (blade edge), such as using a conventional straight blade, but in consideration of giving a slight lateral vibration to the cutting blade, the cutting blade In order to improve the performance, the cutting blade employs a corrugated cutting blade (wave blade) in which the blade tip portion is continuously formed with a fine and smooth convex blade and a concave blade.
In that case, the shape of the smooth convex blade and the concave blade is preferably a sine curve, and fine means that the pitch between the convex blades and the concave blade is the same, and the pitch between the convex blades is about 1 mm. Hereinafter, it is about 0.5 mm, for example, and the height of the convex blade (height from the bottom of the concave blade to the top of the convex blade) is about 30 to 60 μm, for example about 50 μm.
According to it, since the cutting force increases when the convex blade bites into the workpiece with the combined vector with the vertical feed direction at the time of the fine vibration in the lateral direction of the cutting blade, the wear of the cutting edge portion due to side slip like a straight blade is small, Moreover, it is not necessary to increase the cutting pressure associated with the lowering operation of the cutter holder more than necessary, and the convex and concave blades have a fine and smooth waveform. Therefore, the generation of cracks during cutting is suppressed.
上記波形切断刃は、前記凸刃の刃高さを一様とするのではなく高低の段差を設けることが好ましく、具体的には、刃先部が、刃先位置に高低差を有する高い凸刃および低い凸刃と、それらの間に介在する深さ一定の凹刃とで連続させた波形にするとよい(請求項6)。
その場合において、低い凸刃の刃高さを高い凸刃の刃高さの1/2程度、例えば、前記例示で高い凸刃の刃高さを50μmとした場合に低い凸刃を25μmとする。
それにより、切断時におけるワークに及ぼす切断圧力が高低二段の凸刃により分散されるので、クラックの発生がより確実に防止される。
It is preferable that the corrugated cutting blade is not provided with a uniform height of the convex blade, but is provided with a step difference in height. Specifically, the cutting edge portion has a high convex blade having a height difference in the blade tip position and It is good to make it the waveform continuously made by the low convex blade and the concave blade of fixed depth interposed between them.
In that case, the blade height of the low convex blade is about 1/2 of the blade height of the high convex blade. For example, when the blade height of the high convex blade is 50 μm in the above example, the low convex blade is 25 μm. .
Thereby, since the cutting pressure exerted on the workpiece at the time of cutting is dispersed by the two high and low convex blades, the generation of cracks can be prevented more reliably.
また、本発明のカッターホルダは、横方向へ微変位可能な弾性変位部位を介し固定ブロックと刃板取付ブロックとを上下一体に連結することにより全体として略矩形状に構成し、その両ブロック間に素子収容空間を設け、そこに積層型圧電素子を与圧状態で横方向へ微伸縮可能に取り付け、前記刃板取付ブロックには、該ブロックと押え板とにより平刃状の切断刃を着脱可能に挟着固定して構成される(請求項7)。
さらに具体的には、上記素子収容空間の両側にそれぞれ前記弾性変位部位が形成され、素子収容空間には、一側に固定ブロックの垂直壁を下向きに配置し、それに対向する他側に刃板取付ブロックの垂直壁を上向きに配置し、両垂直壁間に前記積層型圧電素子を水平状に配設して各端面を前記各垂直壁に接合したものである(請求項8)。
それによれば、切断刃の振動駆動源である積層型圧電素子および刃板取付ブロックをコンパクトに組み付けて機能性、取り扱い性に優れるとともに外段取りにより切断刃などの交換が可能な独立したホルダ構造が得られる。
Further, the cutter holder of the present invention is formed in a substantially rectangular shape as a whole by connecting the fixed block and the blade plate mounting block vertically together via an elastic displacement portion that can be slightly displaced in the lateral direction, and between the blocks. An element storage space is provided in the stack, and a laminated piezoelectric element is attached to the blade plate mounting block so that it can be slightly expanded and contracted in the lateral direction. A flat blade-shaped cutting blade is attached to and detached from the blade plate mounting block. It is configured to be clamped and fixed as possible (claim 7).
More specifically, the elastic displacement portions are formed on both sides of the element accommodating space, and the vertical wall of the fixed block is arranged downward on one side in the element accommodating space, and the blade plate on the other side facing it. The vertical wall of the mounting block is disposed upward, the stacked piezoelectric elements are horizontally disposed between the vertical walls, and the respective end surfaces are joined to the vertical walls.
According to this, an independent holder structure in which the laminated piezoelectric element and the blade plate mounting block, which are the vibration drive source of the cutting blade, are assembled in a compact manner and excellent in functionality and handling, and the cutting blade can be replaced by external setup. can get.
本発明の請求項1によれば、切断刃を横方向に微振動させる可動部分を刃板取付ブロックだけにして軽量化したので、切断刃の下降動作と協働して切断刃に高速微振動を付与することができ、また、積層型圧電素子を使用するので、切断刃の振動数、振幅を刃厚およびワークに応じて適正に選定することができる。したがって、ワークを所要寸法に切断することができる切断精度の高い切断装置が得られる。
また、請求項2および3によれば、上記切断刃の駆動源である積層型圧電素子をカッターホルダにコンパクトに内設することが可能であって、全体として小型化された切断装置を提供することができる。
そして、請求項4によれば、刃板取付ブロックの変位量を検出することにより切断動作が適正か否かを監視し、不良品の発生を未然に防止して切断装置の生産性を向上させることができる。
According to the first aspect of the present invention, since the movable part that slightly vibrates the cutting blade in the lateral direction is made only by the blade plate mounting block, the weight is reduced. Moreover, since a laminated piezoelectric element is used, the frequency and amplitude of the cutting blade can be appropriately selected according to the blade thickness and the workpiece. Therefore, it is possible to obtain a cutting device with high cutting accuracy that can cut the workpiece into a required dimension.
According to the second and third aspects of the present invention, it is possible to compactly install the laminated piezoelectric element, which is a driving source of the cutting blade, in the cutter holder, and to provide a cutting device that is miniaturized as a whole. be able to.
According to the fourth aspect of the present invention, whether or not the cutting operation is proper is monitored by detecting the amount of displacement of the blade plate mounting block, thereby preventing the occurrence of defective products and improving the productivity of the cutting device. be able to.
また、請求項5によれば、切断刃の刃先部を改善することにより、切断時におけるワークのクラック発生を抑制することができ、請求項6によれば、さらに確実にクラックの発生を防止し、従来装置に比べて、歩留まりを著しく高めて生産性を向上させることができる。
Further, according to
そして、請求項7および8によれば、上記切断装置に着脱可能であり、切断刃や積層型圧電素子の交換や保守点検のために外段取りが可能であって、しかもコンパクトにして機能性、取り扱い性に優れたカッターホルダを提供することができ。
And according to
本発明の実施の形態をセラミックグリーンシートの積層体をワークとする切断装置について図面により説明すると、図1はその切断装置Aの概要を示す斜視図、図2は要部の正面図、図3は同側面図を示す。
図1において、図示省略した機台上に、回転テーブル1を配設するとともにその両側に前後方向へ延びるY軸ガイドレール2,2を配置し、そのY軸ガイドレール2,2に脚部3a,3aをスライド可能とした門型支持機体3を搭載する。支持機体3には、前面に上下方向へ延びるZ軸ガイドレール4,4を備え、そのZ軸ガイドレール4,4に沿って背部をスライド可能としたカッターラム5を配設するとともに該ラム5にカッターホルダ10を着脱可能に取り付けて切断装置Aを構成する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings about a cutting device using a laminate of ceramic green sheets as a workpiece. FIG. 1 is a perspective view showing an outline of the cutting device A, FIG. Shows the same side view.
In FIG. 1, a rotary table 1 is disposed on a machine base (not shown), and Y-
回転テーブル1は、図示省略した駆動源により所定角度(90度)を回転可能に設置され、上面には、表面にバキューム孔を開口した吸着テーブル6を一体的に取り付け、その吸着テーブル6上に切断するワークWを載せて保持する作業テーブルである。
上記支持機体3には、カッターラム5の中央部上方に駆動源であるサーボモータM1を設置し、そのサーボモータM1により駆動される昇降軸7を前記カッターラム5に連結してカッターラム5を昇降動可能とし、また、支持機体3の背面下部には駆動源であるサーボモータM2を機台上に設置し、そのサーボモータM2により駆動されるY駆動軸8を前記支持機体3に連結してカッターラム5をY軸方向(前後方向)へ往復動可能としている。
カッターホルダ10は、下半部に平刃状の切断刃11を着脱可能に取り付け、その切断刃11が回転テーブル1の前記吸着テーブル6の直上に位置するよう配置される。
The turntable 1 is installed so as to be rotatable at a predetermined angle (90 degrees) by a drive source (not shown), and a suction table 6 having a vacuum hole on the surface is integrally attached to the upper surface. It is a work table which mounts and hold | maintains the workpiece | work W to cut | disconnect.
The
The
したがって、カッターホルダ10に取り付けた切断刃20は、サーボモータM1により昇降動するカッターラム5に追従して吸着テーブル6上を昇降動し、その下降時にワークWを切断するとともに一回の切断動作ごとにサーボモータM2によりY軸方向へ所定寸法だけ移動しながら切断動作を繰り返し、回転テーブル1が90度回転した後も同様の切断動作をしてワークWを格子状に切断する。
なお、上記切断装置Aにおいて、駆動源としてサーボモータM1,M2を使用した場合を説明したが、それに限定されるものではなく、リニアモータ、エアーシリンダ、油圧サーボモータなど他の駆動方式を採用することも任意であり、また、支持機体3の具体的構造や移動方式、特に、支持機体3をY軸方向へ移動させることに代えて、回転テーブル1をY軸方向へ移動させてもよいことは勿論である。
Therefore, the
In the cutting apparatus A, the case where the servo motors M1 and M2 are used as drive sources has been described. However, the present invention is not limited to this, and other drive methods such as a linear motor, an air cylinder, and a hydraulic servo motor are employed. In addition, the specific structure and movement method of the
次に、上記カッターホルダ10の詳細について図2〜図6により説明する。
カッターホルダ10は、金属製、例えばアルミニューム又はステンレス鋼、あるいはジュラルミンやチタン製とし、全体として略矩形状を呈するが、撓み変形するバネ性部位(弾性変位部位)11,11を介して連結された上半部の固定ブロック10aと下半部の刃板取付ブロック10bとに二分された形状とする。
詳しくは、カッターホルダ10は、両ブロック10a,10bの中央部分に両ブロックにわたる略矩形状の空洞を形成して素子収容空間12とし、その両側にそれぞれバネ性部位11,11を形成する。その各バネ性部位11は、両ブロックへ連結する複数本(図では各側3本)のリブを切り出し形成するとともに該リブの上下各端を薄肉なバネ部11aとし、刃板取付ブロック10bに力がかかったときに前記バネ部11aの撓みにより刃板取付ブロック10bが横方向へ微変位、詳しくはバネ性部位11,11が微小に揺動することによる微変位をするようにしている。
また、両ブロック10a,10bの左右両側辺も間隙13,13を介して離間させた形状であるが、固定ブロック10aの左右両側辺には、ナイロンやジュラコンなど耐摩耗性を有する保護ピース14を嵌入し、その底面を刃板取付ブロック10bの上面に当接させた状態とする。この保護ピース14により前記バネ部11aに過度な負荷がかかることを抑制してバネ性部位11の挫屈を防止するものである。なお、保護ピース14の上面には押えネジ14aを取り付けて保護ピース14を支持するとともに刃板取付ブロック10bへの押し付けを調整可能にする。
Next, the details of the
The
Specifically, the
The left and right sides of both
刃板取付ブロック10bは、その下半部前面を全幅にわたり切除した形状にして取付面15を形成し、その取付面15に切断刃20を取り付けるようにする。切断刃20の取り付けは、前記取付面15の上端部に設けた段差15aに切断刃20の上端面20aを偏芯ボルト16により押し上げ密着させ、前面に押え板17を押し当て、取付面15にボルト18で締め付けることで取付面15と押え板17で切断刃20を挟着固定する。押さえ板17は、その上端に設けた突起17aが刃板取付ブロック10bに形成した溝15bに係合して落下が防止される(図3(b)参照)。
前記偏芯ボルト16は、押え板17に開口した窓孔19から操作できるようにし、押え板17を取り付けた後でもボルト18を緩め、偏芯ボルト16を操作して切断刃20を前記段差15aに密着できるようにしている。
The blade
The
また、刃板取付ブロック10b及び押え板17には、その略全幅に渉るヒータ21a,21bを配設して切断刃20を加熱するようにする。
切断刃20は、炭化タングステン−コバルト系などの超硬合金製とし、さらに好ましくは、表面に硬質被服層を形成したものを使用する。好ましい刃寸法を例示すれば、シャンク部の厚みが0.4〜1mm、刃先部の最大刃厚が25〜50μm、刃先角が15〜20度、刃渡りが20〜25cmのものを使用する。これらの寸法以外の場合には刃板取付ブロック10bを大小用意して対応する。
なお、上記切断刃20は刃先部が全長にわたり平坦な直線刃の場合を例示している。
In addition, the blade
The
In addition, the said
上記カッターホルダ10は、その背面を前記カッターラム5の下半部に押し当て位置決めして、固定ブロック10aを数本のボルト22によりカッターラム5に止着して着脱可能に組み付ける(図3参照)。
したがって、カッターホルダ10は、バネ性部位11,11が撓み変形する弾性変位によって刃板取付ブロック10bが横方向へ微振動可能である。
なお、上記バネ性部位11は、カッターホルダ10とは別体のバネ部材を上下両ブロック10a,10b間に介在させて連結するなど、刃板取付ブロック10bを固定ブロック10aに対して横方向へ弾性的に微振動可能に連結するものであれば、その形状・構造に限定されるものではない。
The back surface of the
Therefore, in the
The
そして、上記カッターホルダ10は、前記素子収容空間12内に2個の積層型圧電素子23a,23bを直列に連接して配設する。
具体的には、素子収容空間12の一側端(図では左端)に固定ブロック10aから一体に延びる下向きの垂直壁24を形成するとともに他側端(図では右端)に刃板取付ブロック10bから一体に延びる上向きの垂直壁25を形成し、その垂直壁24の内側には、該壁との間で略H型の緩衝構造となる受盤24aを一体に形成し、同様に、垂直壁25の内側には、該壁との間で略H型の緩衝構造となる受盤25aを一体に形成して、両受盤24a,25a間に積層型圧電素子23a,23bを配設する。
上記各垂直壁24,25は、素子収容空間12の左右両側壁を構成するものであるが、その垂直壁24,25の外側面を略傾斜面とし、それらの各外側に微小間隙を介し対向して他方のブロック10b,10aから一体に延びる補助壁26,27を形成する。すなわち、垂直壁24の外側には、刃板取付ブロック10bの補助壁26を上向きに突出させ、垂直壁25の外側に固定ブロック10aの補助壁27を下向きに突出させる。そして、その微小間隙を介して対向する垂直壁24と補助壁26、垂直壁25と補助壁27の対向位置に間隙の変位量を検出する磁歪センサー28を設ける。
The
Specifically, a downward
Each of the
上記圧電素子23a,23bは、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を主成分とする圧電材料と内部電極を交互に積み重ねた積層型であって、電圧を印加することにより積層方向(長手方向)に微伸縮動するので、振動発振源として横方向に微振動する変位が得られるものであり、本発明では、狭いカッターホルダ10に内設されて前記刃板取付ブロック10bの垂直壁25に向け集中的に出力するように長方体形状のものを使用する。
この圧電素子23a,23bは、素子収容空間12に取り付けるため、各外側面を固定ブロック10aの受盤24a、刃板取付ブロック10bの受盤25bにそれぞれ接着等により固定するが、圧電素子23a,23b間には緩衝材29をそれぞれ接着して介在させる(図5参照)。
The
The
緩衝材29は、アルミニュームやジュラルミン又は強化プラスチック材など非磁性材で形成したH型盤であり、その中心に形成された溝部の撓みにより圧電素子23a,23bにかかる曲げ応力を緩衝する。また、図5により明らかなように、緩衝材29は、同じくH型である前記受盤24a,25aに対してその向きを90度ずらした状態、すなわち溝部の向きを90度違え配置して緩衝方向に位相差を設ける。それにより、刃板取付ブロック10bの微振動時に圧電素子23a,23bにかかる横方向の応力を緩衝して、圧電素子23a,23bが同じ方向にずれて生じる横ずれ(横捩れ)を防止するようにする。
受盤24a,25aおよび緩衝材29の各面、すなわち圧電素子23a,23bが接合する面には、それぞれ微細な溝30を形成している(図5参照)。それによって、圧電素子23a,23bを受盤24a,25a、緩衝材29に接着する際に、余分な接着剤が溝30から排出するようにし、それらに確実に接着させる。
The
上記圧電素子23a,23bは、その伸縮時には一側端の垂直壁24が固定側であるため、可動側である垂直壁25を押動して進退往復動作を繰り返すことにより刃板取付ブロック10bを横方向(図2の右方向)へ微振動させる。
この圧電素子23a,23bは、伸縮動作における伸長した後の収縮側の復元力が弱いので、カッターホルダ10のバネ性部位11に弾性復元力を残した状態、つまり圧電素子23a,23bに圧縮をかけた与圧状態にして素子収容空間12に収容する。
詳しくは、図2および図6に示すように、刃板取付ブロック10bの一側部(図2の右側)に段部31 aを有する係合孔31を開口し、固定ブロック10aの右側面に抑え板32をボルト止めして着脱可能に取り付け、抑え板32の下部には前記係合孔31に挿入される支持ピン32aを突設して該ピン32aに与圧バネ(皿バネ)33を伸縮自在に装着し、その与圧バネ33の内端を係合孔31の前記段部31aに押圧させた状態で抑え板32を固定する。それにより、刃板取付ブロック10bを介してバネ性部位11が与圧バネ33の弾力で押圧されるので、圧電素子23a,23bに圧縮がかかった状態となるものである。
When the
Since the
Specifically, as shown in FIGS. 2 and 6, an
上記磁歪センサー28は、前記圧電素子23a,23bの作動に伴い弾性変位する垂直壁24と補助壁26との間、垂直壁25と補助壁27との間の空隙の変位量を検出することによりバネ性部位11の変位量を検出するもの、つまり刃板取付ブロック10bの微振動時における振幅、結果として後述する積層型圧電素子の振幅を検出するものであり、また、配線の断線その他の原因により2個の圧電素子23a,23bが、作動不能を検出したとき瞬時に破損防止の対策ができる。
なお、この磁歪センサー28は、バネ性部位11の横方向の変位量を検出可能であれば、特に取り付け位置に限定されるものではなく、また、磁歪センサーに代えて、静電容量センサーなど他種のセンサーを用いることも自由であり、さらに、この磁歪センサー28は必ずしも両側に設ける必要はなく、いずれか一方のみとすることもよい。
The
The
而して、上記切断装置Aは、サーボモータM1によりカッターラム5と共にカッターホルダ10が吸着テーブル6上を下降し、切断刃20がワークWに接触するタイミングで、積層型圧電素子23a,23bの作動により切断刃20が横方向へ数μmから百数十μmの設定振幅で高速微振動するので、そのカッターホルダ10の下降動作と切断刃20の微振動との協働により切断動作をする。その切断動作においては、例えば、8KHzから15KHz以上の不可聴領域の高速微振動まで発生させることができ、共振による過剰な振幅や耳障りな音域を避けて最適な振動数と振幅を自在に設定できる。
詳しくは、カッターホルダ10がサーボモータM1に設定された定量または可変な送り量で下降しながら切断刃20が横方向に高速で微振動しつつワークWを切断し、カッターホルダ10が上昇したところで、サーボモータM2によりカッターラム5をY軸方向へ定寸送りした後に再びカッターホルダ10が下降しながら前記切断動作をし、その切断動作をY軸方向の終端まで繰り返し、その後に、回転テーブル1を90度回転させた状態で再度前記と同様の切断動作を反復することによってワークWを格子状に切断して微小な(例えば、縦横寸法0.4mm×0.2mm)チップを作製する。
Thus, in the cutting device A, when the
Specifically, when the
したがって、上記切断装置Aによれば、上記切断刃20に微振動を付与することによる摩擦熱で発熱し、ワークWの組成粒子やバインダーが移動しやすくなって脆性の高い素材の切断抵抗を軽減させるばかりでなく、軽量化された刃板取付ブロック10bにより切断刃20を高速で微振動させるので、切断動作中における刃曲がりが発生せず微小なチップの寸法精度を高めることができるとともに刃曲がりに伴うクラックの発生を抑制することができ、併せて、切断刃にかかる負荷が高速微振動により減少するので切断刃の摩耗を軽減できる。
なお、上記切断刃20に微振動を付与することに加えて、刃板取付ブロック10bおよび押え板17に設けたヒータ21a,21bにより切断刃20を介してワークWを加熱するので、ワークWの切断抵抗をさらに軽減して切断性を高めている。
Therefore, according to the cutting apparatus A, heat is generated by frictional heat generated by applying fine vibration to the
In addition to applying fine vibration to the
そして、上記カッターホルダ10によれば、積層型圧電素子23a,23bを内蔵するもコンパクトなホルダ構造である。
And according to the said
図7は、上記積層型圧電素子23a,23bの駆動システムを説明するブロック図であり、図中の符号34は圧電素子23a,23bに配線された出力制御装置、同35は前記磁歪センサー28に配線された振幅検出回路である。
出力制御装置34は、圧電素子23a,23bを微伸縮動させるために駆動電圧をかける出力信号(波形・周波数・振幅)を制御するものであり、その波形として図8に例示するいずれの態様も使用することができるが、セラミックグリーンシートのような可撓性を有する脆性素材のワークを切断する場合には同図(b)の波形、あるいは(d)の波形の頂部を湾曲状に変形するなどの変更を加えて使用することが好適である。周波数は、切断刃に高速微振動を付与することから、好ましくは8〜15KHz又はそれ以上の不可聴領域とし、振幅(切断刃の振動ストローク)は、サーボモータM1の下降送り10μmに対して50〜150μm、好ましくは100μmである。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a drive system for the laminated
The
振幅検出回路35は、前記磁歪センサー28により垂直壁24と補助壁26との間、垂直壁25と補助壁27との間の間隙の変位量とした圧電素子23a,23bの振幅を検出する回路であり、その検出値が出力制御装置34にフィードバックされる。出力制御装置34は、磁歪センサー28からフィードバックされる検出データを予め入力されている設定データと比較し、その比較値が許容範囲にあるかどうか判定する。
そして、比較値が許容範囲内であれば切断動作を続行するが、比較値が許容範囲から外れた場合、すなわち圧電素子23a,23bの振幅が過大または過小な場合には、警報信号を出力して警報ランプ等を点灯させ、あるいはそれと共にカッターラム5を上昇させた後に切断装置Aを停止させるようにする。それにより、切断動作が中断されるので不良品の発生を未然に防止して歩留まりを向上させ、また、切断刃20の損傷を防止することができる。なお、切断装置Aを停止することに代えて、出力制御装置34において出力信号を変更することにより、検出データが設定データに自動補正されるようにしてもよいことは勿論である。
The
If the comparison value is within the allowable range, the cutting operation is continued. However, if the comparison value is out of the allowable range, that is, if the amplitude of the
次に、直線刃である前記切断刃20に代えた他の実施形態を説明する。
図9および図10は波形切断刃40を示す。
切断刃40は、その刃先部40aを微細かつ滑らかな凸刃41と凹刃42で連続形成した波刃としたものである。凸刃41と凹刃42との連続形状は、先尖り状の鋸刃または三角刃ではなく図10に拡大して示すように、滑らかなサインカーブを描くような形状にして、凸部(山部)および凹部(谷部)の各刃面をいずれもR形とする。この切断刃40の具体的な刃先寸法を例示すると、刃間ピッチP1が0.5mm、刃高さH1が50μmである。
この切断刃40を使用して前記切断動作をすれば、切断刃40が横方向へ微振動するときにR形凸刃41がワークW面を摺動するが、単にワークW面を滑るだけでないので摩耗が少ないとともに適度の食い込みを生じて切断し、しかも、切断刃の縦送りによってもR形凸刃41およびR形凹刃42であるので、ワークWに局部的な切断圧力がかからず、したがって、切断時におけるワークWのクラック発生を抑制することができる。
Next, another embodiment in which the
9 and 10 show the
The
If the cutting operation is performed using the
図11〜図13は前記切断刃40をさらに改善した切断刃50を示す。
切断刃50は、その刃先部50aを微細かつ滑らかなR形凸刃とR形凹刃で連続形成した波形切断刃であることは前記切断刃40と同様であるが、その凸刃を高い凸刃51aと低い凸刃51bの二段にするとともにそれらを1個おきに配置し、それらの間に形成される凹刃52の深さを一定としたものである。この切断刃50の具体的な刃先寸法を例示すれば、刃間ピッチP2が0.5mm、凸刃51aの刃高さH2が50μm、凸刃51bの刃高さH3が25μmである。
また、凸刃51a,51bを高低二段としたことに伴い、両凸刃51a,51bの刃厚が変化、すなわち、図12(A)(B)および図14から知れるように低い凸刃51bの刃厚が高い凸刃51aの刃厚よりも薄くなる。そして、凸刃51a,51bおよび凹刃52の刃厚の関係は、それらの刃厚をT2,T3,T4とすると(便宜上、最大厚さの部分を示す)、T2>T3>T4である(図14参照)。
11 to 13 show a
The
Further, as the
この切断刃50を使用した前記切断動作の工程1ストローク(微振動の一往復動作)を例示すれば図15のとおりであり、それから知れるように、凸刃51aと凸刃51bがワークWに対して異なる高低位置で微振動による切断動作をするので、ワークWにかかる切断圧力が二箇所にて分散される。したがって、切断刃40の場合に比べて、切断圧力を軽減することができるので、ワークWのクラック発生をより確実に防止することができる。そして、切断圧力を軽減できることは、換言すれば切断刃50の縦送り速度を速くすることができるので、切断作業性を高めることもできる。
また、上記のとおり低い凸刃51bの刃厚T3が凸刃51aより薄くなることにより、切断角が小さくなってクラック発生の要因をさらに減少させるだけでなく、セラミックグリーンシートのように粘性のあるバインダー等を含むワークの場合でも、横方向の微振動時において、ワークの切断側面と接触するのは全凸刃の半分に相当する凸刃51aだけとなり、切断刃全体としてのワークWとの粘着性を減少させるので切断性を高めることができる。
An example of the step 1 stroke (one reciprocating motion of fine vibration) of the cutting operation using the
In addition, as described above, the blade thickness T3 of the low
なお、上記の実施の形態においては、切断対象のワークがセラミックグリーンシートの場合について説明したが、本発明の切断装置は、高硬度で高い靭性または脆性を有して切断抵抗の大きい切断対象物であれば、セラミックグリーンシートに限定されずに適用できるものである。
また、上記実施の形態において、振動駆動源である積層型圧電素子は、2個を直列に連結して使用する場合を説明したが、略同一長さの1個の圧電素子を内設することもよく、あるいは3個以上を連結することも任意である。
また、上記実施の形態において、カッターホルダは、カッターラムの下降時に切断動作をする切断装置に組み付けた場合を説明したが、カッターラムの上昇時に切断動作をする切断装置、すなわちワークを下面から切断(フルカット、ハーフカット)する切断装置にも適用可能であり、さらには、二つのカッターホルダを組み合わせてワークを上下からハーフカットする切断装置に適用することも可能であり、切断に伴うクラック発生を確実に制御できるから焼成後の分割で欠けによる不良品とする事がない。
In the above embodiment, the case where the workpiece to be cut is a ceramic green sheet has been described. However, the cutting apparatus of the present invention is a cutting object having high hardness, high toughness or brittleness, and high cutting resistance. If it is, it can apply without being limited to a ceramic green sheet.
Further, in the above-described embodiment, the case where two stacked piezoelectric elements that are vibration driving sources are connected in series has been described. However, one piezoelectric element having substantially the same length is provided internally. It is also possible to connect three or more.
In the above embodiment, the cutter holder has been described as being assembled to a cutting device that performs a cutting operation when the cutter ram is lowered, but the cutting device that performs the cutting operation when the cutter ram is raised, that is, the workpiece is cut from the lower surface. It can be applied to cutting devices that perform (full cut, half cut), and can also be applied to a cutting device that cuts workpieces from the top and bottom by combining two cutter holders. Can be reliably controlled, and there is no possibility of defective products due to chipping in the division after firing.
A:切断装置 W:ワーク 5:カッターラム
10:カッターホルダ 10a:固定ブロック 10b:刃板取付ブロック
11:バネ性部位(弾性変位部位) 11a:バネ部
12:素子収容空間 15:取付面 17:押え板
20:切断刃 23a,23b:積層型圧電素子
25:垂直壁 27:垂直壁 28:磁歪センサー
33:与圧バネ 40:切断刃 40a:刃先部
41:凸刃 42:凹刃
50:切断刃 50a:刃先部 51a:高い凸刃
51b:低い凸刃 52:凹刃
A: Cutting device W: Workpiece 5: Cutter ram 10:
Claims (8)
The elastic displacement portions are respectively formed on both sides of the element receiving space, and the vertical wall of the fixed block is arranged downward on one side and the vertical wall of the blade plate mounting block on the other side facing the element receiving space. 8. The cutter holder for a cutting apparatus according to claim 7, wherein the cutter holder is disposed upward, and the stacked piezoelectric elements are horizontally disposed between both vertical walls, and each end face is joined to each vertical wall.
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