JP3469488B2 - 超音波振動切断装置 - Google Patents
超音波振動切断装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波振動切断装置
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造において、ＩＣ等の組
込まれた半導体ウエハを複数のベアチップと呼ばれるさ
いころ状の半導体チップに切断する場合、超音波振動に
より切断することが試みられている。
込まれた半導体ウエハを複数のベアチップと呼ばれるさ
いころ状の半導体チップに切断する場合、超音波振動に
より切断することが試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記超音波振
動により半導体ウエハをさいころ状の半導体チップに切
断することは、成功していないのが現状である。又、
金、銀、アルミニウム、半田、銅等の粘りの有る柔らか
いもの、セラミックス、シリコン、フェライト等の硬く
て脆いもの、合成樹脂と金属とより成る積層構造となっ
ているもの、無機質と金属と合成樹脂とより成る積層構
造となっているもの等も、超音波振動により切断するこ
とは成功例が無い。
動により半導体ウエハをさいころ状の半導体チップに切
断することは、成功していないのが現状である。又、
金、銀、アルミニウム、半田、銅等の粘りの有る柔らか
いもの、セラミックス、シリコン、フェライト等の硬く
て脆いもの、合成樹脂と金属とより成る積層構造となっ
ているもの、無機質と金属と合成樹脂とより成る積層構
造となっているもの等も、超音波振動により切断するこ
とは成功例が無い。
【０００４】そこで、本発明は上記のような物性を有す
る各種の切断対象部品を適切に切断できる超音波振動切
断装置を提供しようとするものである。
る各種の切断対象部品を適切に切断できる超音波振動切
断装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明にあって
は、切断対象部品を固定するために装置本体に取付けら
れた搭載台と、装置本体に取付けられた前後左右上下の
互いに直交する３方向に直線移動可能な３軸駆動機構
と、搭載台に固定された切断対象部品を切断するために
３軸駆動機構の３方向出力部に取付けられて切断刃を回
転駆動及び径方向に超音波振動させる超音波振動回転機
構と、を備えた超音波振動切断装置において、超音波振
動回転機構が、３軸駆動機構の３方向出力部に取付けら
れる固定外殻と、固定外殻の内部に回転可能に装着され
た回転内殻と、回転内殻の内部に格納された振動子と、
振動子に結合されて回転内殻と同軸状に配置された共振
器と、共振器の固定外殻及び回転内殻の一端より外側に
突出された最小振動振幅点に設けられた切断刃と、回転
内殻を回転するための駆動源とを備えたことを特徴とし
ている。請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の
回転外殻が作業用孔を有し、回転外殻が貫通孔を有し、
共振器が外周面に凹部を有し、回転内殻及び共振器の回
り止めを図るための棒を回転外殻の外側から上記凹部に
差込む場合に作業用孔と貫通孔と凹部とが位置合わせ可
能であることを特徴としている。請求項３の発明にあっ
ては、請求項１に記載の超音波振動回転機構の切断刃と
切断対象部品とを冷却するための冷媒を切断刃と切断対
象部品とに噴射するノズル部が超音波振動回転機構又は
３方向出力部に設けられたことを特徴としている。請求
項４の発明にあっては、請求項３に記載の搭載台の周囲
にはノズル部から噴射されて切断刃と切断対象部品と冷
却した冷媒を捕捉する冷媒受が設けられたことを特徴と
している。
は、切断対象部品を固定するために装置本体に取付けら
れた搭載台と、装置本体に取付けられた前後左右上下の
互いに直交する３方向に直線移動可能な３軸駆動機構
と、搭載台に固定された切断対象部品を切断するために
３軸駆動機構の３方向出力部に取付けられて切断刃を回
転駆動及び径方向に超音波振動させる超音波振動回転機
構と、を備えた超音波振動切断装置において、超音波振
動回転機構が、３軸駆動機構の３方向出力部に取付けら
れる固定外殻と、固定外殻の内部に回転可能に装着され
た回転内殻と、回転内殻の内部に格納された振動子と、
振動子に結合されて回転内殻と同軸状に配置された共振
器と、共振器の固定外殻及び回転内殻の一端より外側に
突出された最小振動振幅点に設けられた切断刃と、回転
内殻を回転するための駆動源とを備えたことを特徴とし
ている。請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の
回転外殻が作業用孔を有し、回転外殻が貫通孔を有し、
共振器が外周面に凹部を有し、回転内殻及び共振器の回
り止めを図るための棒を回転外殻の外側から上記凹部に
差込む場合に作業用孔と貫通孔と凹部とが位置合わせ可
能であることを特徴としている。請求項３の発明にあっ
ては、請求項１に記載の超音波振動回転機構の切断刃と
切断対象部品とを冷却するための冷媒を切断刃と切断対
象部品とに噴射するノズル部が超音波振動回転機構又は
３方向出力部に設けられたことを特徴としている。請求
項４の発明にあっては、請求項３に記載の搭載台の周囲
にはノズル部から噴射されて切断刃と切断対象部品と冷
却した冷媒を捕捉する冷媒受が設けられたことを特徴と
している。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１〜図８は本発明の第１実施の
形態であって、図１は超音波振動切断装置の正面を示
し、図２は超音波振動回転駆動機構１２を図１のＡ−Ａ
線に沿い切断した断面を示し、図３は超音波振動回転駆
動機構１２を図２のＢ−Ｂ線に沿い切断した断面を示
し、図４は共振器と振動波形との関係を示し、図５はホ
ーン２６と切断刃２７とを分解した断面を示し、図６は
固定外殻２２とカバー７０との周りを分解して示し、図
７は冷媒受１６を切断した断面を示し、図８はノズル部
１５の周りを示す。
形態であって、図１は超音波振動切断装置の正面を示
し、図２は超音波振動回転駆動機構１２を図１のＡ−Ａ
線に沿い切断した断面を示し、図３は超音波振動回転駆
動機構１２を図２のＢ−Ｂ線に沿い切断した断面を示
し、図４は共振器と振動波形との関係を示し、図５はホ
ーン２６と切断刃２７とを分解した断面を示し、図６は
固定外殻２２とカバー７０との周りを分解して示し、図
７は冷媒受１６を切断した断面を示し、図８はノズル部
１５の周りを示す。
【０００７】図１を参照し、超音波振動切断装置につい
て説明する。１は装置本体であって、下部に移動用の車
輪２と固定用の脚部３とを有する。そして、超音波切断
装置を移動する場合は、脚部３が車輪２よりも装置本体
１側に退避させられ、車輪２が設置面Ｇに接触した状態
において、装置本体１が押されるか引かれることによ
り、車輪２が回転し、装置本体１が移動できる。又、超
音波切断装置が設置される場合は、図示のように、脚部
３が車輪２よりも設置面Ｇ側に突出して設置面Ｇに接触
させられ、車輪２が設置面Ｇよりも浮上することによ
り、装置本体１が設置面Ｇに固定できる。脚部３はボル
ト・ナットにより形成されており、装置本体１が設置面
Ｇに固定される際に、装置本体１の水平調整ができる。
て説明する。１は装置本体であって、下部に移動用の車
輪２と固定用の脚部３とを有する。そして、超音波切断
装置を移動する場合は、脚部３が車輪２よりも装置本体
１側に退避させられ、車輪２が設置面Ｇに接触した状態
において、装置本体１が押されるか引かれることによ
り、車輪２が回転し、装置本体１が移動できる。又、超
音波切断装置が設置される場合は、図示のように、脚部
３が車輪２よりも設置面Ｇ側に突出して設置面Ｇに接触
させられ、車輪２が設置面Ｇよりも浮上することによ
り、装置本体１が設置面Ｇに固定できる。脚部３はボル
ト・ナットにより形成されており、装置本体１が設置面
Ｇに固定される際に、装置本体１の水平調整ができる。
【０００８】４は切削対象部品を搭載固定するために装
置本体１の上部に設けられた搭載台であって、仰角φと
回転角θとを調整する機能を有する。仰角φの調整は、
マイクロメーターヘッドと称呼される精密ニードルアク
チュエータにより３ヶ所で搭載台４の最上面の水平を調
整する。回転角θの調整は、回転テーブルのように、ア
クチュエータにより搭載台４の最上面の平面内での向き
を調整する。切削対象部品を搭載台４に固定するには、
松脂、ＵＶ樹脂、両面テープ等のような冷媒耐久性と熱
可塑性とを併有する接着剤、又は、吸引吸着等の何れか
を用いることができる。接着剤の冷媒耐久性は、冷媒が
接着剤に触れても、搭載台４と切削対象部品とに対する
接着剤の接着が解離しない特性である。接着剤の熱可塑
性は、切断対象部品が例えば半導体装置のウエハの場合
には、接着剤が高温であっても半導体装置の製造過程で
行われるバーインテスト時に加熱される程度の温度を受
けると、搭載台４と切削対象部品とに対する接着剤の接
着が解離する特性である。吸引吸着の場合は、搭載台４
の最上面に吸引孔をあけ、吸引孔と搭載台４とは別に設
けた吸引ポンプとを吸引経路で接続し、吸引ポンプが駆
動された状態において、吸引経路のバルブを開弁動作す
ることにより、吸引孔を介して搭載台４の最上面に切断
対象部品を固定すれば良い。吸引孔は切断対象部品が切
断された各単体に対応して設けても良い。搭載台４の最
上面に切断対象部品を囲む環状の外枠を設けて、切断さ
れた単体の飛散を防止しても良い。
置本体１の上部に設けられた搭載台であって、仰角φと
回転角θとを調整する機能を有する。仰角φの調整は、
マイクロメーターヘッドと称呼される精密ニードルアク
チュエータにより３ヶ所で搭載台４の最上面の水平を調
整する。回転角θの調整は、回転テーブルのように、ア
クチュエータにより搭載台４の最上面の平面内での向き
を調整する。切削対象部品を搭載台４に固定するには、
松脂、ＵＶ樹脂、両面テープ等のような冷媒耐久性と熱
可塑性とを併有する接着剤、又は、吸引吸着等の何れか
を用いることができる。接着剤の冷媒耐久性は、冷媒が
接着剤に触れても、搭載台４と切削対象部品とに対する
接着剤の接着が解離しない特性である。接着剤の熱可塑
性は、切断対象部品が例えば半導体装置のウエハの場合
には、接着剤が高温であっても半導体装置の製造過程で
行われるバーインテスト時に加熱される程度の温度を受
けると、搭載台４と切削対象部品とに対する接着剤の接
着が解離する特性である。吸引吸着の場合は、搭載台４
の最上面に吸引孔をあけ、吸引孔と搭載台４とは別に設
けた吸引ポンプとを吸引経路で接続し、吸引ポンプが駆
動された状態において、吸引経路のバルブを開弁動作す
ることにより、吸引孔を介して搭載台４の最上面に切断
対象部品を固定すれば良い。吸引孔は切断対象部品が切
断された各単体に対応して設けても良い。搭載台４の最
上面に切断対象部品を囲む環状の外枠を設けて、切断さ
れた単体の飛散を防止しても良い。
【０００９】５は前後左右上下の互いに直交する３方向
に直線移動可能な３軸駆動機構であって、搭載台４の両
側に離隔配置されて装置本体１に取付けられた前後方向
へのガイド部６，７と、搭載台４よりも上方でガイド部
６，７の可動部に横架された左右方向へのガイドレール
８と、ガイドレール８に左右方向に駆動可能に組付けら
れた可動ヘッド９と、可動ヘッド９に組付けられた上下
方向への昇降ヘッド１０と、昇降ヘッド１０に組付けら
れたホルダ１１とを備える。そして、ガイドレール８が
図外のステップモータのようなアクチュエータによりガ
イド部６，７に沿い回転せずに図１の紙面の表裏方向で
あるＹ方向に直線的に移動し、可動ヘッド９が図外のス
テップモータのようなアクチュエータによりガイドレー
ル８に沿い回転せずに図１の紙面の左右方向であるＸ方
向に直線的に移動し、昇降ヘッド１０が図外のステップ
モータ又はエアシリンダの何れか１つのアクチュエータ
により可動ヘッド９に対して回転せずに直線的に昇降す
ることにより、ホルダ１１が下降、切断、上昇、復帰そ
れぞれの４つの直線より成る四角形の軌跡を描くように
移動する。１２は超音波振動回転機構であって、搭載台
４に固定された切断対象部品の切断のために３軸駆動機
構５の３方向出力部であるホルダ１１に設けられる。
に直線移動可能な３軸駆動機構であって、搭載台４の両
側に離隔配置されて装置本体１に取付けられた前後方向
へのガイド部６，７と、搭載台４よりも上方でガイド部
６，７の可動部に横架された左右方向へのガイドレール
８と、ガイドレール８に左右方向に駆動可能に組付けら
れた可動ヘッド９と、可動ヘッド９に組付けられた上下
方向への昇降ヘッド１０と、昇降ヘッド１０に組付けら
れたホルダ１１とを備える。そして、ガイドレール８が
図外のステップモータのようなアクチュエータによりガ
イド部６，７に沿い回転せずに図１の紙面の表裏方向で
あるＹ方向に直線的に移動し、可動ヘッド９が図外のス
テップモータのようなアクチュエータによりガイドレー
ル８に沿い回転せずに図１の紙面の左右方向であるＸ方
向に直線的に移動し、昇降ヘッド１０が図外のステップ
モータ又はエアシリンダの何れか１つのアクチュエータ
により可動ヘッド９に対して回転せずに直線的に昇降す
ることにより、ホルダ１１が下降、切断、上昇、復帰そ
れぞれの４つの直線より成る四角形の軌跡を描くように
移動する。１２は超音波振動回転機構であって、搭載台
４に固定された切断対象部品の切断のために３軸駆動機
構５の３方向出力部であるホルダ１１に設けられる。
【００１０】１３は超音波振動回転機構１２の切断刃と
切断対象部品とに対する冷却系統であって、タンク１４
と、ホルダ１１又は超音波振動回転機構１２の何れかに
取付けられたノズル部１５と、搭載台４の周囲に配置さ
れた冷媒受１６と、冷媒受１６とタンク１４とに配管さ
れた冷媒戻路１７と、タンク１４とノズル部１５とに配
管された冷媒供給路１８とを備える。そして、水又はそ
の他の液体の何れかの冷媒がタンク１４に入れられた状
態において、タンク１４に設けられた図外のポンプが電
力駆動することにより、冷媒が冷媒供給路１８よりノズ
ル部１５に加圧供給された後、ノズル部１５より超音波
振動回転機構１２の切断刃と切断対象部品とに噴射され
て冷却する。冷却後の冷媒は冷媒受１６に捕捉された
後、冷媒も戻路１７よりタンク１４に戻る。タンク１４
に戻った冷媒がタンク１４の内部に設けられたフィルタ
を通過することにより、フィルタが切断屑を冷媒より分
離する。切削屑が除去された冷媒がポンプに吸引され、
ポンプが冷媒をノズル部１５側に加圧供給することによ
り、冷媒が循環使用される。又、冷媒供給路１８は、タ
ンク１４側のソリッドパイプ１９と、ノズル部１５側の
ソリッドパイプ２０と、双方のソリッドパイプ１９，２
０に接続されたフレキシブルパイプ２１とを備える。そ
して、超音波振動切断機構１２が搭載台４上の切断対象
部品を切断する際、ホルダ１１が四角形の軌跡に沿い移
動する過程において、フレキシブルパイプ２１がホルダ
１１の移動軌跡に追従しつつ伸縮し、冷媒がタンク１４
よりノズル部１５に適切に供給される。
切断対象部品とに対する冷却系統であって、タンク１４
と、ホルダ１１又は超音波振動回転機構１２の何れかに
取付けられたノズル部１５と、搭載台４の周囲に配置さ
れた冷媒受１６と、冷媒受１６とタンク１４とに配管さ
れた冷媒戻路１７と、タンク１４とノズル部１５とに配
管された冷媒供給路１８とを備える。そして、水又はそ
の他の液体の何れかの冷媒がタンク１４に入れられた状
態において、タンク１４に設けられた図外のポンプが電
力駆動することにより、冷媒が冷媒供給路１８よりノズ
ル部１５に加圧供給された後、ノズル部１５より超音波
振動回転機構１２の切断刃と切断対象部品とに噴射され
て冷却する。冷却後の冷媒は冷媒受１６に捕捉された
後、冷媒も戻路１７よりタンク１４に戻る。タンク１４
に戻った冷媒がタンク１４の内部に設けられたフィルタ
を通過することにより、フィルタが切断屑を冷媒より分
離する。切削屑が除去された冷媒がポンプに吸引され、
ポンプが冷媒をノズル部１５側に加圧供給することによ
り、冷媒が循環使用される。又、冷媒供給路１８は、タ
ンク１４側のソリッドパイプ１９と、ノズル部１５側の
ソリッドパイプ２０と、双方のソリッドパイプ１９，２
０に接続されたフレキシブルパイプ２１とを備える。そ
して、超音波振動切断機構１２が搭載台４上の切断対象
部品を切断する際、ホルダ１１が四角形の軌跡に沿い移
動する過程において、フレキシブルパイプ２１がホルダ
１１の移動軌跡に追従しつつ伸縮し、冷媒がタンク１４
よりノズル部１５に適切に供給される。
【００１１】９７はＣＣＤカメラのような撮像手段であ
って、搭載台４に固定された切断対象部品を撮像して電
気信号に変換した信号を制御部１００に出力する。制御
部１００は、ＣＣＤカメラ９７から入力された画像信号
を制御部１００に予め設定された基準画像情報と比較
し、画像信号と基準画像情報との位置ずれを演算し、そ
の演算結果により搭載台４の回転角θ調整機能を駆動す
る。これにより、切断作業に際し搭載台４に固定された
切断対象部品が超音波振動回転機構１２に対し正確に向
けられる。尚、図１においてＫは保護カバーである。
って、搭載台４に固定された切断対象部品を撮像して電
気信号に変換した信号を制御部１００に出力する。制御
部１００は、ＣＣＤカメラ９７から入力された画像信号
を制御部１００に予め設定された基準画像情報と比較
し、画像信号と基準画像情報との位置ずれを演算し、そ
の演算結果により搭載台４の回転角θ調整機能を駆動す
る。これにより、切断作業に際し搭載台４に固定された
切断対象部品が超音波振動回転機構１２に対し正確に向
けられる。尚、図１においてＫは保護カバーである。
【００１２】図２と図３とを参照し、超音波振動回転機
構１２について説明する。超音波振動回転機構１２は、
大まかには、ホルダ１１にボルトで取付けられた固定外
殻２２と、固定外殻２２の内部に回転可能に装着された
回転内殻２３と、回転内殻２３の内部に格納された振動
子２４と、振動子２４に無頭ねじのようなねじで同軸状
に結合されて回転内殻２３の内部に同軸状に格納された
ブースタ２５と、ブースタ２５に無頭ねじのようなねじ
で同軸状に結合されて固定外殻２２及び回転内殻２３の
一端より外側に突出された円形状のホーン２６と、ホー
ン２６の振動伝達方向変換部に設けられた切断刃２７
と、固定外殻２２の他端部に取付けられて回転内殻２３
を回転するための駆動源であるモータ２８とを備える。
切断刃２７の厚さｔは数ミクロン〜２００ミクロン程度
である。ブースタ２５とホーン２６とが共振器を構成す
る。
構１２について説明する。超音波振動回転機構１２は、
大まかには、ホルダ１１にボルトで取付けられた固定外
殻２２と、固定外殻２２の内部に回転可能に装着された
回転内殻２３と、回転内殻２３の内部に格納された振動
子２４と、振動子２４に無頭ねじのようなねじで同軸状
に結合されて回転内殻２３の内部に同軸状に格納された
ブースタ２５と、ブースタ２５に無頭ねじのようなねじ
で同軸状に結合されて固定外殻２２及び回転内殻２３の
一端より外側に突出された円形状のホーン２６と、ホー
ン２６の振動伝達方向変換部に設けられた切断刃２７
と、固定外殻２２の他端部に取付けられて回転内殻２３
を回転するための駆動源であるモータ２８とを備える。
切断刃２７の厚さｔは数ミクロン〜２００ミクロン程度
である。ブースタ２５とホーン２６とが共振器を構成す
る。
【００１３】固定外殻２２は前後に貫通する格納室２９
を有する。格納室２９の前半部に挿入された回転内殻２
３と固定外殻２２との間には後側ベアリング３０と前側
ベアリング３１とが配置される。後側ベアリング３０の
アウタリングが固定外殻２２の格納室２９に突出した段
差部３２で受止められ、後側ベアリング３０のインナリ
ングが回転内殻２３の外周面に突出した段差部３３で受
止められ、後側ベアリング３０と前側ベアリング３１と
間には筒状のベアリングシート３４が配置される。ベア
リングシート３４の両端は後側ベアリング３０のアウタ
リングと前側ベアリング３１のアウタリングとのそれぞ
れに接触する。前側ベアリング３１のアウタリングは固
定外殻２２の前端部内側にねじ嵌合装着された環状の外
側ベアリング押え３５により押えられる。前側ベアリン
グ３１のインナリングは回転内殻２３の前端部外側にね
じ嵌合装着された環状の内側ベアリング押え３６により
押えられる。そして、外側ベアリング押え３５は内側ベ
アリング押え３６と回転内殻２３の前端とを冷媒の表面
張力より小さな隙間を以って被覆し、係る隙間より冷媒
が前側ベアリング３１の側に進入することを防止する。
外側ベアリング押え３５は前面に締結工具を嵌め込むた
めの図外の凹部を有し、係る凹部に締結工具を嵌めて締
結操作することにより、外側ベアリング押え３５と固定
外殻２２との結合が適切となる。
を有する。格納室２９の前半部に挿入された回転内殻２
３と固定外殻２２との間には後側ベアリング３０と前側
ベアリング３１とが配置される。後側ベアリング３０の
アウタリングが固定外殻２２の格納室２９に突出した段
差部３２で受止められ、後側ベアリング３０のインナリ
ングが回転内殻２３の外周面に突出した段差部３３で受
止められ、後側ベアリング３０と前側ベアリング３１と
間には筒状のベアリングシート３４が配置される。ベア
リングシート３４の両端は後側ベアリング３０のアウタ
リングと前側ベアリング３１のアウタリングとのそれぞ
れに接触する。前側ベアリング３１のアウタリングは固
定外殻２２の前端部内側にねじ嵌合装着された環状の外
側ベアリング押え３５により押えられる。前側ベアリン
グ３１のインナリングは回転内殻２３の前端部外側にね
じ嵌合装着された環状の内側ベアリング押え３６により
押えられる。そして、外側ベアリング押え３５は内側ベ
アリング押え３６と回転内殻２３の前端とを冷媒の表面
張力より小さな隙間を以って被覆し、係る隙間より冷媒
が前側ベアリング３１の側に進入することを防止する。
外側ベアリング押え３５は前面に締結工具を嵌め込むた
めの図外の凹部を有し、係る凹部に締結工具を嵌めて締
結操作することにより、外側ベアリング押え３５と固定
外殻２２との結合が適切となる。
【００１４】固定外殻２２は周壁に作業用孔３７を有す
る。作業用孔３７はホルダ１１よりもホーン２６の側に
位置する。スプリングシート３４は作業用孔３７と対応
する逃げ孔３８を有する。回転内殻２３は前後に貫通す
る収容室３９と周壁の貫通孔４０とを有する。貫通孔４
０は作業用孔３７と対応する。ブースタ２５は作業用孔
３７と対応する凹部４１を外周面に有する。そして、振
動子２４とブースタ２５とが回転内殻２３の内部に装着
される際に貫通孔４０と凹部４１との位置を合せてお
き、スプリングシート３４が固定外殻２２の内部に装着
される際に作業用孔７と逃げ孔３８との位置を合せてお
く。それから、ホーン２６又は切断刃２７の何れかを交
換する場合、作業者がホーン２６を手で回して作業用孔
３７と貫通孔４０との整合を確認した後に図外の棒を作
業用孔３７より逃げ孔３８と貫通孔４０とを経て凹部４
１に差込むことにより、回転内殻２３及びブースタ２５
の回り止めが図られ、ホーン２６又は切断刃２７の何れ
かの交換がやりやすくなる。
る。作業用孔３７はホルダ１１よりもホーン２６の側に
位置する。スプリングシート３４は作業用孔３７と対応
する逃げ孔３８を有する。回転内殻２３は前後に貫通す
る収容室３９と周壁の貫通孔４０とを有する。貫通孔４
０は作業用孔３７と対応する。ブースタ２５は作業用孔
３７と対応する凹部４１を外周面に有する。そして、振
動子２４とブースタ２５とが回転内殻２３の内部に装着
される際に貫通孔４０と凹部４１との位置を合せてお
き、スプリングシート３４が固定外殻２２の内部に装着
される際に作業用孔７と逃げ孔３８との位置を合せてお
く。それから、ホーン２６又は切断刃２７の何れかを交
換する場合、作業者がホーン２６を手で回して作業用孔
３７と貫通孔４０との整合を確認した後に図外の棒を作
業用孔３７より逃げ孔３８と貫通孔４０とを経て凹部４
１に差込むことにより、回転内殻２３及びブースタ２５
の回り止めが図られ、ホーン２６又は切断刃２７の何れ
かの交換がやりやすくなる。
【００１５】回転内殻２３の収容室３９には振動子２４
とブースタ２５とが配置される。振動子２４とブースタ
２５とが結合された状態において、振動子２４とブース
タ２５とが収容室３９に回転内殻２３の前側より挿入さ
れることにより、振動子２４が収容室３９に非接触に配
置され、ブースタ２５の前側支持部４２の外周面と後側
支持部４３の外周面とが収容室３９の内周面に接触しつ
つ挿入され、後側支持部４３が収容室３９に突出した段
差部４４で受止められる。前側支持部４２の外周面と後
側支持部４３の外周面と収容室３９の内周面との接触に
より、振動子２４とブースタ２５とが収容室３９に径方
向にがたつきなく配置される。前側支持部４２は回転内
殻２３の前端部内側にねじ嵌合装着された環状の締結具
４５により押えられる。これにより、振動子２４とブー
スタ２５とが回転内殻２３に前後方向にがたつきなく同
軸状に組付けられる。締結具４５は内側縁部にゴム又は
合成樹脂よる成る環状のシール部材４６を有する。シー
ル部材４６はブースタ２５の外周面に接触して、締結具
４５とブースタ２５との間の隙間に対する防水を図る。
締結具４５は外側ベアリング押え３５を冷媒の表面張力
より小さな隙間を以って被覆し、係る隙間より冷媒が回
転外殻２３の側に進入することを防止する。締結具４５
は前面に締結工具を嵌め込むための図外の凹部を有し、
係る凹部に締結工具を嵌めて締結操作することにより、
締結具４５と回転外殻２３との結合が適切となる。
とブースタ２５とが配置される。振動子２４とブースタ
２５とが結合された状態において、振動子２４とブース
タ２５とが収容室３９に回転内殻２３の前側より挿入さ
れることにより、振動子２４が収容室３９に非接触に配
置され、ブースタ２５の前側支持部４２の外周面と後側
支持部４３の外周面とが収容室３９の内周面に接触しつ
つ挿入され、後側支持部４３が収容室３９に突出した段
差部４４で受止められる。前側支持部４２の外周面と後
側支持部４３の外周面と収容室３９の内周面との接触に
より、振動子２４とブースタ２５とが収容室３９に径方
向にがたつきなく配置される。前側支持部４２は回転内
殻２３の前端部内側にねじ嵌合装着された環状の締結具
４５により押えられる。これにより、振動子２４とブー
スタ２５とが回転内殻２３に前後方向にがたつきなく同
軸状に組付けられる。締結具４５は内側縁部にゴム又は
合成樹脂よる成る環状のシール部材４６を有する。シー
ル部材４６はブースタ２５の外周面に接触して、締結具
４５とブースタ２５との間の隙間に対する防水を図る。
締結具４５は外側ベアリング押え３５を冷媒の表面張力
より小さな隙間を以って被覆し、係る隙間より冷媒が回
転外殻２３の側に進入することを防止する。締結具４５
は前面に締結工具を嵌め込むための図外の凹部を有し、
係る凹部に締結工具を嵌めて締結操作することにより、
締結具４５と回転外殻２３との結合が適切となる。
【００１６】振動子２４への電気系統は次のようになっ
ている。振動子２４は導電性の有る覆体４７を外嵌装着
し、振動子２４の負極電極と覆体４５とが接続される。
覆体４７の後端中央には正極振動子端子４８を電気絶縁
固定し、正極振動子端子４８と振動子２４の正極端子と
が接続される。回転外殻２３の後端には電気絶縁材製の
回転接続部４９がねじで固定される。回転接続部４９
は、内部に埋設された正極回転端子５０と、周面に装着
されたスリップリングと称呼される負極・正極環状回転
端子５１，５２と、前面より突出した負極回転端子５３
と、負極・正極環状回転端子５１，５２相互を隔てるよ
うに周面より突出した電気絶縁材よる成る環状の隔壁５
４とを有する。正極回転端子５０と正極環状回転端子５
２とが回転接続部４９に埋設された図外の導体により接
続され、正極回転端子５０の前面が正極振動子端子４８
に接触する。負極環状回転端子５１と負極回転端子５３
とが回転接続部４９に埋設された導体により接続され、
負極回転端子５３が覆体４７の外周面に接触する。回転
接続部４９と対応する位置において、固定外殻２２は電
気絶縁材よる成る複数の固定接続部５５を有する。各固
定接続部５５は、ブラシと称呼される負極・正極摺接端
子５６，５７と、負極・正極摺接端子５６，５７を回転
接続部４９側に付勢する導電性材料よるなる負極・正極
弾性部材５８，５９と、負極・正極配線端子６０，６１
と、電気絶縁材製のキャップ６２，６３と、負極・正極
摺接端子５６，５７間に位置した環状の溝６４とを個別
に有する。負極摺接端子５６が負極弾性部材５８により
押されて負極環状回転端子５１に接触し、正極摺接端子
５７が正極弾性部材５９により押されて正極環状回転端
子５２に接触する。
ている。振動子２４は導電性の有る覆体４７を外嵌装着
し、振動子２４の負極電極と覆体４５とが接続される。
覆体４７の後端中央には正極振動子端子４８を電気絶縁
固定し、正極振動子端子４８と振動子２４の正極端子と
が接続される。回転外殻２３の後端には電気絶縁材製の
回転接続部４９がねじで固定される。回転接続部４９
は、内部に埋設された正極回転端子５０と、周面に装着
されたスリップリングと称呼される負極・正極環状回転
端子５１，５２と、前面より突出した負極回転端子５３
と、負極・正極環状回転端子５１，５２相互を隔てるよ
うに周面より突出した電気絶縁材よる成る環状の隔壁５
４とを有する。正極回転端子５０と正極環状回転端子５
２とが回転接続部４９に埋設された図外の導体により接
続され、正極回転端子５０の前面が正極振動子端子４８
に接触する。負極環状回転端子５１と負極回転端子５３
とが回転接続部４９に埋設された導体により接続され、
負極回転端子５３が覆体４７の外周面に接触する。回転
接続部４９と対応する位置において、固定外殻２２は電
気絶縁材よる成る複数の固定接続部５５を有する。各固
定接続部５５は、ブラシと称呼される負極・正極摺接端
子５６，５７と、負極・正極摺接端子５６，５７を回転
接続部４９側に付勢する導電性材料よるなる負極・正極
弾性部材５８，５９と、負極・正極配線端子６０，６１
と、電気絶縁材製のキャップ６２，６３と、負極・正極
摺接端子５６，５７間に位置した環状の溝６４とを個別
に有する。負極摺接端子５６が負極弾性部材５８により
押されて負極環状回転端子５１に接触し、正極摺接端子
５７が正極弾性部材５９により押されて正極環状回転端
子５２に接触する。
【００１７】よって、正極配線端子６１が図外の配線に
より超音波発生器の正極出力端子に配線されることによ
り、振動子２４に対する正極経路が正極配線端子６１、
正極弾性部材５９、正極摺接端子５６、正極回転端子５
０、正極振動子端子４８により形成される。各負極配線
端子６０が図外の配線により負極配線端子６０、負極弾
性部材５８、負極摺接端子５６、負極回転端子５１、覆
体４７により形成される。正極経路と負極経路とが形成
された状態において、超音波発生器から振動子２４に電
力が供給されることにより、振動子２４が所定周波数の
縦波の超音波振動を発生して出力する。又、隔壁５４
は、負極・正極環状回転端子５１，５２と負極・正極摺
接端子５６，５７との摺接により発生した粉末が負極・
正極環状回転端子５１，５２相互を短絡するような、粉
塵短絡を防止する。又、溝６４は、負極・正極環状回転
端子５１，５２と負極・正極摺接端子５６，５７との摺
接により発生した粉末が負極・正極摺接端子５６，５７
相互を短絡するような、粉塵短絡を防止する。又、隔壁
５４と溝６４との嵌合により、上記粉塵短絡の防止性能
が最適となる。
より超音波発生器の正極出力端子に配線されることによ
り、振動子２４に対する正極経路が正極配線端子６１、
正極弾性部材５９、正極摺接端子５６、正極回転端子５
０、正極振動子端子４８により形成される。各負極配線
端子６０が図外の配線により負極配線端子６０、負極弾
性部材５８、負極摺接端子５６、負極回転端子５１、覆
体４７により形成される。正極経路と負極経路とが形成
された状態において、超音波発生器から振動子２４に電
力が供給されることにより、振動子２４が所定周波数の
縦波の超音波振動を発生して出力する。又、隔壁５４
は、負極・正極環状回転端子５１，５２と負極・正極摺
接端子５６，５７との摺接により発生した粉末が負極・
正極環状回転端子５１，５２相互を短絡するような、粉
塵短絡を防止する。又、溝６４は、負極・正極環状回転
端子５１，５２と負極・正極摺接端子５６，５７との摺
接により発生した粉末が負極・正極摺接端子５６，５７
相互を短絡するような、粉塵短絡を防止する。又、隔壁
５４と溝６４との嵌合により、上記粉塵短絡の防止性能
が最適となる。
【００１８】回転外殻２３とモータ２８との連結構造は
次のようになっている。回転接続部４９の後部には電気
絶縁材製の軸部材６５がボルトで締結される。軸部材６
５には前側カップリング６６が一緒に回転するように装
着される。モータ２８が固定外殻２２の後部に装着され
た後部外殻６８にボルトで締結される。モータ２８の出
力端には後側カップリング６９が一緒に回転するように
装着される。前側カップリング６６と後側カップリング
６９とが相互に前後方向への嵌め合いにより一緒に回転
するような凹凸を有する。そして、前側・後側カップリ
ング６６，６９が嵌合した状態おいて、モータ２８が回
転駆動すると、その回転動力がモータ２８の出力端より
前側・後側カップリング６６，６９、軸部材６５、回転
接続部４９を経て回転外殻２３に伝達し、回転外殻２３
が回転する。
次のようになっている。回転接続部４９の後部には電気
絶縁材製の軸部材６５がボルトで締結される。軸部材６
５には前側カップリング６６が一緒に回転するように装
着される。モータ２８が固定外殻２２の後部に装着され
た後部外殻６８にボルトで締結される。モータ２８の出
力端には後側カップリング６９が一緒に回転するように
装着される。前側カップリング６６と後側カップリング
６９とが相互に前後方向への嵌め合いにより一緒に回転
するような凹凸を有する。そして、前側・後側カップリ
ング６６，６９が嵌合した状態おいて、モータ２８が回
転駆動すると、その回転動力がモータ２８の出力端より
前側・後側カップリング６６，６９、軸部材６５、回転
接続部４９を経て回転外殻２３に伝達し、回転外殻２３
が回転する。
【００１９】後部外殻６８には箱形のカバー７０がねじ
で固定される。カバー７０は後部外殻６８より固定接続
部５５を非接触に被覆しつつ固定外殻２２の中間部を非
接触に被覆する。カバー７０の前部は固定外殻２２の外
側面に立設された図外の支柱にねじで固定される。
で固定される。カバー７０は後部外殻６８より固定接続
部５５を非接触に被覆しつつ固定外殻２２の中間部を非
接触に被覆する。カバー７０の前部は固定外殻２２の外
側面に立設された図外の支柱にねじで固定される。
【００２０】要するに、図２に示すように、超音波振動
回転機構１２は回転外殻２３の内部にブースタ２５と振
動子２４とが同軸状に組込まれ、ブースタ２５に同軸状
に結合された切断刃７を有するホーン２６が回転外殻２
３と固定外殻２２との前外側に配置され、固定外殻２２
の後部に取付けられたモータ２８が回転外殻２３に同軸
状に連結された簡素な構造である。
回転機構１２は回転外殻２３の内部にブースタ２５と振
動子２４とが同軸状に組込まれ、ブースタ２５に同軸状
に結合された切断刃７を有するホーン２６が回転外殻２
３と固定外殻２２との前外側に配置され、固定外殻２２
の後部に取付けられたモータ２８が回転外殻２３に同軸
状に連結された簡素な構造である。
【００２１】図４を参照し、ブースタ２５とホーン２６
とより構成される共振器について説明する。ブースタ２
５は、チタン、アルミニウム、焼き入れされた鉄等の何
れかの音響特性の良い材料より成り、振動子２４より伝
達された超音波振動に共振する１波長の長さを有する形
態により、回転外殻２３と振動子２４とへの同軸状とな
る芯出しと切削加工時の撓み防止とが良くなる。ブース
タ２５の両端部には振動子２４からの超音波振動に共振
する振動波形Ｗ１の最大振動振幅点ｆ１，ｆ５が存在
し、ブースタ２５の前側支持部４３と後側支持部４３と
には最小振動振幅点ｆ２，ｆ４が存在する。振動波形Ｗ
１は共振による超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）
を表す。
とより構成される共振器について説明する。ブースタ２
５は、チタン、アルミニウム、焼き入れされた鉄等の何
れかの音響特性の良い材料より成り、振動子２４より伝
達された超音波振動に共振する１波長の長さを有する形
態により、回転外殻２３と振動子２４とへの同軸状とな
る芯出しと切削加工時の撓み防止とが良くなる。ブース
タ２５の両端部には振動子２４からの超音波振動に共振
する振動波形Ｗ１の最大振動振幅点ｆ１，ｆ５が存在
し、ブースタ２５の前側支持部４３と後側支持部４３と
には最小振動振幅点ｆ２，ｆ４が存在する。振動波形Ｗ
１は共振による超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）
を表す。
【００２２】前側支持部４２は、振動波形Ｗ１の最小振
動振幅点ｆ４より径方向外側に突出する環状の付根部４
２ａと、付根部４２ａの周縁よりホーン２６側に延設し
た筒状の肉薄部４２ｂと、肉薄部４２ｂの先端より径方
向外側に突出する環状の肉厚部４２ｃとを有する。後側
支持部４３は、最小振動振幅点ｆ２より径方向外側に突
出する環状の付根部４３ａと、付根部４３ａの周縁より
振動子２４側に延設した筒状の肉薄部４３ｂと、肉薄部
４３ｂの先端より径方向外側に突出する環状の肉厚部４
３ｃとを有する。肉厚部４２ｃ，４３ｃの外周面が回転
外殻２３の収容室３９の内周面に全体的に接触すること
により、ブースタ２５の回転外殻２３に対する前後方向
の支持間隔（スパン）が長くなり、切削加工時の撓み防
止がより良くなる。付根部４２ａ，４３ａの厚さ＞肉薄
部４２ｂ，４３ｂ、肉厚部４２ｃ，４３ｃ＞肉薄部４２
ｂ，４３ｂに形成されている。
動振幅点ｆ４より径方向外側に突出する環状の付根部４
２ａと、付根部４２ａの周縁よりホーン２６側に延設し
た筒状の肉薄部４２ｂと、肉薄部４２ｂの先端より径方
向外側に突出する環状の肉厚部４２ｃとを有する。後側
支持部４３は、最小振動振幅点ｆ２より径方向外側に突
出する環状の付根部４３ａと、付根部４３ａの周縁より
振動子２４側に延設した筒状の肉薄部４３ｂと、肉薄部
４３ｂの先端より径方向外側に突出する環状の肉厚部４
３ｃとを有する。肉厚部４２ｃ，４３ｃの外周面が回転
外殻２３の収容室３９の内周面に全体的に接触すること
により、ブースタ２５の回転外殻２３に対する前後方向
の支持間隔（スパン）が長くなり、切削加工時の撓み防
止がより良くなる。付根部４２ａ，４３ａの厚さ＞肉薄
部４２ｂ，４３ｂ、肉厚部４２ｃ，４３ｃ＞肉薄部４２
ｂ，４３ｂに形成されている。
【００２３】ホーン２６はチタン、アルミニウム、焼き
入れされた鉄等の何れかの音響特性の良い材料より成
り、振動子２４より伝達された超音波振動に共振する１
／２波長の長さを有する。ホーン２６の両端部には振動
波形Ｗ１の最大振動振幅点ｆ５，ｆ７が存在する。ホー
ン２６における振動波形Ｗ１の最小振動振幅点ｆ６には
前述した振動伝達方向変換部７１と切断刃２７とが存在
する。振動伝達方向変換部７１を除くホーン２６とブー
スタ２５とは矢印Ｘ１で示す軸方向に振動する。
入れされた鉄等の何れかの音響特性の良い材料より成
り、振動子２４より伝達された超音波振動に共振する１
／２波長の長さを有する。ホーン２６の両端部には振動
波形Ｗ１の最大振動振幅点ｆ５，ｆ７が存在する。ホー
ン２６における振動波形Ｗ１の最小振動振幅点ｆ６には
前述した振動伝達方向変換部７１と切断刃２７とが存在
する。振動伝達方向変換部７１を除くホーン２６とブー
スタ２５とは矢印Ｘ１で示す軸方向に振動する。
【００２４】振動伝達方向変換部７１はホーン２６より
大きな直径と最小振動振幅点ｆ６を中心として両端側に
等分に振分けられた幅とを有し、ホーン２６と同軸状の
円形を呈し、振動の伝達方向を軸方向より径方向に変換
する。この伝達方向が径方向に変換された超音波振動の
瞬間的な変位（振動振幅）を示す振動波形Ｗ２における
最大振動振幅点ｆ８，ｆ９は振動伝達方向変換部７１の
周縁部に存在する。切断刃２７は最小振動振幅点ｆ６に
位置し、振動伝達方向変換部７１より大きな直径を有
し、切断刃２７の刃先は矢印Ｙ１で示す径方向に振動す
る。この刃先が径方向に振動することは、振動伝達方向
変換部７１からの刃先の突出量により決まる。つまり、
切断刃２７の直径が振動伝達方向変換部７１の直径より
大き過ぎると、刃先は矢印Ｘ１方向への振動も生じてし
まうので、切断刃２７の直径は振動伝達方向変換部７１
の直径を基に刃先が矢印Ｙ１方向にのみ振動する範囲内
に定められる。
大きな直径と最小振動振幅点ｆ６を中心として両端側に
等分に振分けられた幅とを有し、ホーン２６と同軸状の
円形を呈し、振動の伝達方向を軸方向より径方向に変換
する。この伝達方向が径方向に変換された超音波振動の
瞬間的な変位（振動振幅）を示す振動波形Ｗ２における
最大振動振幅点ｆ８，ｆ９は振動伝達方向変換部７１の
周縁部に存在する。切断刃２７は最小振動振幅点ｆ６に
位置し、振動伝達方向変換部７１より大きな直径を有
し、切断刃２７の刃先は矢印Ｙ１で示す径方向に振動す
る。この刃先が径方向に振動することは、振動伝達方向
変換部７１からの刃先の突出量により決まる。つまり、
切断刃２７の直径が振動伝達方向変換部７１の直径より
大き過ぎると、刃先は矢印Ｘ１方向への振動も生じてし
まうので、切断刃２７の直径は振動伝達方向変換部７１
の直径を基に刃先が矢印Ｙ１方向にのみ振動する範囲内
に定められる。
【００２５】又、ブースタ２５の前側・後側支持部４
２，４３を避けた外周面、及び、ホーン２６の振動伝達
方向変換部７１を避けた外周面のそれぞれには、ブース
タ２５と振動子２４との結合や解除、ブースタ２５とホ
ーン２６との結合や解除それぞれに際し工具を挿入する
工具用凹部７２，７３，７４，７５を個別に有する。
２，４３を避けた外周面、及び、ホーン２６の振動伝達
方向変換部７１を避けた外周面のそれぞれには、ブース
タ２５と振動子２４との結合や解除、ブースタ２５とホ
ーン２６との結合や解除それぞれに際し工具を挿入する
工具用凹部７２，７３，７４，７５を個別に有する。
【００２６】図５を参照し、ホーン２６と切断刃２７と
の取付構造について説明する。切断刃２７はホーン２６
の振動伝達方向変換部７１に挟み付けられるリング状で
あって、外周縁部にはダイヤモンドの粉末が埋め込まれ
ている。振動伝達方向変換部７１は、ホーン２６より突
出した本体部７６と、本体部７６の最小振動振幅点ｆ６
側端より外側に突出したフランジ部７７と、フランジ部
７７より最大振動振幅点ｆ７側に突出した雄ねじ部７８
と、雄ねじ部７８にねじ嵌合装着されるナット７９とよ
り形成される。ナット７９はフランジ部７７と同径の外
径を有する。切断刃２７が雄ねじ部７８に外接嵌合さ
れ、ナット７９が雄ねじ部７８にねじ嵌合装着されて本
体部７７とで切断刃２７を挟み付けた状態において、ナ
ット７９と雄ねじ部７８との総和質量が本体部７６とフ
ランジ部７７との総和質量と同一となるように、ナット
７９の厚さと雄ねじ部７８の直径及び厚さとが定められ
ている。又、ナット７９の外周面は周方向に連続する凹
凸な性状を有する。そして、図外の周方向に連続する凹
凸な内面性状に形成された孔を有する工具でナット７９
を操作する際、工具の孔をナット７９に外嵌装着し、工
具をレンチのように操作することにより、ナット７９を
雄ねじ部７８に締結又は解除することができる。
の取付構造について説明する。切断刃２７はホーン２６
の振動伝達方向変換部７１に挟み付けられるリング状で
あって、外周縁部にはダイヤモンドの粉末が埋め込まれ
ている。振動伝達方向変換部７１は、ホーン２６より突
出した本体部７６と、本体部７６の最小振動振幅点ｆ６
側端より外側に突出したフランジ部７７と、フランジ部
７７より最大振動振幅点ｆ７側に突出した雄ねじ部７８
と、雄ねじ部７８にねじ嵌合装着されるナット７９とよ
り形成される。ナット７９はフランジ部７７と同径の外
径を有する。切断刃２７が雄ねじ部７８に外接嵌合さ
れ、ナット７９が雄ねじ部７８にねじ嵌合装着されて本
体部７７とで切断刃２７を挟み付けた状態において、ナ
ット７９と雄ねじ部７８との総和質量が本体部７６とフ
ランジ部７７との総和質量と同一となるように、ナット
７９の厚さと雄ねじ部７８の直径及び厚さとが定められ
ている。又、ナット７９の外周面は周方向に連続する凹
凸な性状を有する。そして、図外の周方向に連続する凹
凸な内面性状に形成された孔を有する工具でナット７９
を操作する際、工具の孔をナット７９に外嵌装着し、工
具をレンチのように操作することにより、ナット７９を
雄ねじ部７８に締結又は解除することができる。
【００２７】図６を参照し、固定外殻２２とカバー７０
との周りについて説明する。カバー７０は底面前部の開
口部８０と底面後部の端子基板８１とを有する。端子基
板８１は合成樹脂製基部に振動子用正極端子８２と振動
子負極用端子８３とモータ用正極端子８４とモータ用負
極端子８５とを有する。そして、カバー７０が固定外殻
２２に装着された状態において、振動子用正極端子８２
と固定接続部５５の正極配線端子６１とが、振動子用負
極端子８３と固定接続部５５の負極配線端子６９とが、
モータ用正極端子８４とモータ２８の正極端子とが、モ
ータ用負極端子８５とモータ２８の負極端子とが、カバ
ー７０で覆われた内部空間を利用して配線された図外の
それぞれの電線を介して接続される。又、振動子用正極
端子８２と振動子用負極端子８３とには図外の超音波発
生器の正極出力端子と負極出力端子とがそれぞれの電線
を介してカバー７０の外部より接続される。モータ用正
極端子８４とモータ用負極端子８５とには図外のモータ
ドライブ回路の正極出力端子と負極出力端子とがそれぞ
れの電線を介してカバー７０の外部より接続される。上
記各端子と電線との配線作業終了後に、蓋８６が固定外
殻２２に複数の支柱８７を介してねじで固定されて開口
部８１を閉じる。よって、開放された開口部８１を利用
して上記配線を行うことにより、配線作業がやりやすく
いなる。又、蓋８６で開口部８１を閉じることにより、
感電等の事故が防止できる。なお、固定外殻２２の側面
に突出した複数の支柱８８は反対側面にも同様に存在
し、固定接続部５５と干渉しないようにカバー７０を固
定外殻２２にねじで取付けるための部材である。
との周りについて説明する。カバー７０は底面前部の開
口部８０と底面後部の端子基板８１とを有する。端子基
板８１は合成樹脂製基部に振動子用正極端子８２と振動
子負極用端子８３とモータ用正極端子８４とモータ用負
極端子８５とを有する。そして、カバー７０が固定外殻
２２に装着された状態において、振動子用正極端子８２
と固定接続部５５の正極配線端子６１とが、振動子用負
極端子８３と固定接続部５５の負極配線端子６９とが、
モータ用正極端子８４とモータ２８の正極端子とが、モ
ータ用負極端子８５とモータ２８の負極端子とが、カバ
ー７０で覆われた内部空間を利用して配線された図外の
それぞれの電線を介して接続される。又、振動子用正極
端子８２と振動子用負極端子８３とには図外の超音波発
生器の正極出力端子と負極出力端子とがそれぞれの電線
を介してカバー７０の外部より接続される。モータ用正
極端子８４とモータ用負極端子８５とには図外のモータ
ドライブ回路の正極出力端子と負極出力端子とがそれぞ
れの電線を介してカバー７０の外部より接続される。上
記各端子と電線との配線作業終了後に、蓋８６が固定外
殻２２に複数の支柱８７を介してねじで固定されて開口
部８１を閉じる。よって、開放された開口部８１を利用
して上記配線を行うことにより、配線作業がやりやすく
いなる。又、蓋８６で開口部８１を閉じることにより、
感電等の事故が防止できる。なお、固定外殻２２の側面
に突出した複数の支柱８８は反対側面にも同様に存在
し、固定接続部５５と干渉しないようにカバー７０を固
定外殻２２にねじで取付けるための部材である。
【００２８】図７を参照し、冷媒受１６について説明す
る。冷媒受１６は、搭載台４を離隔して囲む環状の底部
８９と、底部８９の内周縁より立上がる内周壁９０と、
底部８９の外周縁より立上がる外周壁９１とより成る皿
状であって、底部８９に冷媒戻路１７を有する。内周壁
９０は搭載台４の切断対象部品を載せる最上面としての
テーブル９２の外形よりも小さな内径を有し、切断対象
部品側よりテーブル９２を経由して落下する冷媒を装置
本体１側に回り込むことがないように底部８９側に適切
に誘導することができる。外周壁９１はテーブル９２の
外形よりも大きな内径を有する。外周壁９１の上縁はテ
ーブル９２よりも上位であって、テーブル９２に搭載さ
れた仮想線示の切断対象部品よりも上位であれば、回転
する切断刃２７より飛散する冷媒を底部８９側に適切に
誘導することができるので、冷媒飛散防止上最良であ
る。
る。冷媒受１６は、搭載台４を離隔して囲む環状の底部
８９と、底部８９の内周縁より立上がる内周壁９０と、
底部８９の外周縁より立上がる外周壁９１とより成る皿
状であって、底部８９に冷媒戻路１７を有する。内周壁
９０は搭載台４の切断対象部品を載せる最上面としての
テーブル９２の外形よりも小さな内径を有し、切断対象
部品側よりテーブル９２を経由して落下する冷媒を装置
本体１側に回り込むことがないように底部８９側に適切
に誘導することができる。外周壁９１はテーブル９２の
外形よりも大きな内径を有する。外周壁９１の上縁はテ
ーブル９２よりも上位であって、テーブル９２に搭載さ
れた仮想線示の切断対象部品よりも上位であれば、回転
する切断刃２７より飛散する冷媒を底部８９側に適切に
誘導することができるので、冷媒飛散防止上最良であ
る。
【００２９】図８を参照し、ノズル部１５について説明
する。ノズル部１５はホルダ１１又は超音波振動回転機
構１２の何れかに取付けられた基部に切断対象部品側ノ
ズル９３と切断刃側ノズル９４とを有する。切断対象部
品側ノズル９３は先端より冷媒９５を矢印で示すように
切断刃２７の切込側における切断対象部品に向けて噴射
し、切断刃側ノズル９４は側部より冷媒９６を矢印で示
すように切断刃２７の切断対象部品２７への切込部分近
傍に向けて噴射する。よって、切断刃２７と切断対象部
品とが互いに接触する部分に冷媒９５，９６が十分に供
給され、冷媒８５，９６が切断刃２７と切断対象部品と
適切に冷却することができる。特に、切断対象部品が半
導体ウエハの場合でも、半導体ウエハに集積されたＩＣ
部品が切断熱より保護される。
する。ノズル部１５はホルダ１１又は超音波振動回転機
構１２の何れかに取付けられた基部に切断対象部品側ノ
ズル９３と切断刃側ノズル９４とを有する。切断対象部
品側ノズル９３は先端より冷媒９５を矢印で示すように
切断刃２７の切込側における切断対象部品に向けて噴射
し、切断刃側ノズル９４は側部より冷媒９６を矢印で示
すように切断刃２７の切断対象部品２７への切込部分近
傍に向けて噴射する。よって、切断刃２７と切断対象部
品とが互いに接触する部分に冷媒９５，９６が十分に供
給され、冷媒８５，９６が切断刃２７と切断対象部品と
適切に冷却することができる。特に、切断対象部品が半
導体ウエハの場合でも、半導体ウエハに集積されたＩＣ
部品が切断熱より保護される。
【００３０】第１実施形態の動作について説明する。図
１において、搭載台４に切断対象部品としてＩＣが組込
まれた半導体ウエハを固定する。そして、作業者が装置
本体１に設けられた図外の操作盤を操作し、切断開始が
制御部１００に指示されると、制御部１００がＣＣＤカ
メラ９９に撮影開始を指示し、ＣＣＤカメラ９９が搭載
台４上の半導体ウエハの画像信号を制御部１００に出力
し、制御部１００が画像信号と基準画像情報とに基づく
演算結果である位置ずれを搭載台４に出力し、搭載台４
の回転角θの調整機能が働き、超音波振動回転機構１２
に対する半導体ウエハの位置合せが終了する。この後、
制御部１００が３軸駆動機構５と超音波振動回転機構１
２と冷却系統１３とを制御することにより、超音波振動
回転機構１２の図２に示す切断刃２７が一方向に回転す
ると共に超音波振動に共振し、ノズル部１５が冷媒を噴
射し、３軸駆動機構５のホルダ１１がＸ方向移動とＺ方
向移動とにより四角形の軌跡を描く。その四角形の１回
の軌跡において、超音波振動回転機構１２の切断刃７が
半導体ウエハに対する一方向の１回の切断が実行され
る。その１回の切断が終了すると、３軸駆動機構５のホ
ルダ１１がＹ方向に移動した後、再び、四角形の軌跡を
描くことにより、超音波振動回転機構１２の切断刃７が
半導体ウエハに対する一方向の次の１回の切断が行われ
る。その切断終了後、３軸駆動機構５のホルダ１１がＹ
方向に再び移動することを繰返すことにより、半導体ウ
エハが複数の帯状に切断される。この帯状の切断が完了
すると、制御部１００が搭載台４に９０度回転を指示
し、搭載台４の回転角θの調整機能が働き、超音波振動
回転機構１２に対する半導体ウエハの向きが９０度変化
する。その状態において、制御部１００が３軸駆動機構
５の制御を再開し、切断刃７が帯状の半導体ウエハを複
数のさいころ状に切断することにより、１つの半導体ウ
エハに対する超音波振動回転による切断作業が終了す
る。
１において、搭載台４に切断対象部品としてＩＣが組込
まれた半導体ウエハを固定する。そして、作業者が装置
本体１に設けられた図外の操作盤を操作し、切断開始が
制御部１００に指示されると、制御部１００がＣＣＤカ
メラ９９に撮影開始を指示し、ＣＣＤカメラ９９が搭載
台４上の半導体ウエハの画像信号を制御部１００に出力
し、制御部１００が画像信号と基準画像情報とに基づく
演算結果である位置ずれを搭載台４に出力し、搭載台４
の回転角θの調整機能が働き、超音波振動回転機構１２
に対する半導体ウエハの位置合せが終了する。この後、
制御部１００が３軸駆動機構５と超音波振動回転機構１
２と冷却系統１３とを制御することにより、超音波振動
回転機構１２の図２に示す切断刃２７が一方向に回転す
ると共に超音波振動に共振し、ノズル部１５が冷媒を噴
射し、３軸駆動機構５のホルダ１１がＸ方向移動とＺ方
向移動とにより四角形の軌跡を描く。その四角形の１回
の軌跡において、超音波振動回転機構１２の切断刃７が
半導体ウエハに対する一方向の１回の切断が実行され
る。その１回の切断が終了すると、３軸駆動機構５のホ
ルダ１１がＹ方向に移動した後、再び、四角形の軌跡を
描くことにより、超音波振動回転機構１２の切断刃７が
半導体ウエハに対する一方向の次の１回の切断が行われ
る。その切断終了後、３軸駆動機構５のホルダ１１がＹ
方向に再び移動することを繰返すことにより、半導体ウ
エハが複数の帯状に切断される。この帯状の切断が完了
すると、制御部１００が搭載台４に９０度回転を指示
し、搭載台４の回転角θの調整機能が働き、超音波振動
回転機構１２に対する半導体ウエハの向きが９０度変化
する。その状態において、制御部１００が３軸駆動機構
５の制御を再開し、切断刃７が帯状の半導体ウエハを複
数のさいころ状に切断することにより、１つの半導体ウ
エハに対する超音波振動回転による切断作業が終了す
る。
【００３１】図９は本発明の第２実施形態であって、超
音波振動回転機構１２と補助超音波振動回転機構１０１
とを用い、補助超音波振動回転機構１０１は前記ブース
タ２５に相当するブースタ１０２を回転可能に格納した
形成であって、ブースタ１０２が超音波振動回転機構１
２の切断刃２７を有するホーン２６の他端に無頭ねじの
ようなねじで同軸状に結合されされた形態において、超
音波振動回転機構１２と補助超音波振動回転機構１０１
とが前記ホルダ１１に相当する二股状のホルダ１０３に
両持ち支持に装着され、第１実施形態と同様に適用でき
る。
音波振動回転機構１２と補助超音波振動回転機構１０１
とを用い、補助超音波振動回転機構１０１は前記ブース
タ２５に相当するブースタ１０２を回転可能に格納した
形成であって、ブースタ１０２が超音波振動回転機構１
２の切断刃２７を有するホーン２６の他端に無頭ねじの
ようなねじで同軸状に結合されされた形態において、超
音波振動回転機構１２と補助超音波振動回転機構１０１
とが前記ホルダ１１に相当する二股状のホルダ１０３に
両持ち支持に装着され、第１実施形態と同様に適用でき
る。
【００３２】図１０は本発明の第３実施形態であって、
ホーン１１０と切断刃１１１とを一体構成したものであ
る。図１０のａ図に示すように、ホーン１１０の初期形
状を作る。この初期形状は、チタン、アルミニウム、焼
き入れされた鉄等の何れかの音響特性の良い材料より成
り、振動子２４より伝達された超音波振動に共振する１
／２波長の長さを有し、両端部に矢印Ｘ２で示す軸方向
に振動する振動波形Ｗ３の最大振動振幅点ｆ１１，ｆ１
３を有し、振動波形Ｗ３の最小振動振幅点ｆ１２に振動
伝達方向変換部１１２を有し、振動伝達方向変換部１１
２の外周面に環状突起１１３を有する。環状突起１１３
は最小振動振幅点ｆ１２より軸方向一側に位置がずれて
いる。次に、図１０のｂ図に示すように、ダイヤモンド
の切断刃１１が環状突起１１３を種として振動伝達方向
変換部１１２の外周面に成長させる。成長した切断刃１
１２は最小振動振幅点ｆ１２に位置し、その厚さｔは例
えば数ミクロン〜２００ミクロンである。そして、図１
０のｃ図に示すように、切断刃１１１の成長完了後、環
状突起１１２を除去することにより、切断刃１１１の一
体化されたホーン１１０が得られる。この第３実施形態
において、振動伝達方向変換部１１２はホーン１１０よ
り大きな直径と最小振動振幅点ｆ１２を中心として両端
側に等分に振分けられた幅とを有し、ホーン１１０と同
軸状の円形を呈し、振動の伝達方向を軸方向より径方向
に変換する。この変換された振動波形Ｗ４における最大
振動振幅点ｆ１４，ｆ１５は振動伝達方向変換部１１２
の周縁部に存在する。切断刃１１１は最小振動振幅点ｆ
１２に位置し、振動伝達方向変換部１１２より大きな直
径を有し、切断刃１１１の刃先は矢印Ｙ２で示す径方向
に振動する。金属を種としてダイヤモンドを成長される
方法は公知である。切断刃１１１の一体化されたホーン
１１０は、第１実施形態のホーン２６に代えてブースタ
１５に無頭ねじようになねじにより同軸状に結合される
ことにより、同様に適用できる。要するに、第３実施形
態は、第１・第２実施形態のような切断刃７を挟持した
ホーン２６に代えて、切断刃１１２の一体化されたホー
ン１１０も使用できることを開示したものである。尚、
振動波形Ｗ３は振動波形Ｗ１に相当し、振動波形Ｗ４は
振動波形Ｗ２に相当し、矢印Ｘ２は矢印Ｘ１に相当し、
矢印Ｙ２は矢印Ｙ１に相当し、最大振動振幅点ｆ１１は
最大振動振幅点ｆ５に相当し、最小振動振幅点ｆ１２は
最小振動振幅点ｆ６に相当し、最大振動振幅点ｆ１３は
最大振動振幅点ｆ７に相当し、最大振動振幅点ｆ１４，
１５は最大振動振幅点ｆ８，９に相当する。
ホーン１１０と切断刃１１１とを一体構成したものであ
る。図１０のａ図に示すように、ホーン１１０の初期形
状を作る。この初期形状は、チタン、アルミニウム、焼
き入れされた鉄等の何れかの音響特性の良い材料より成
り、振動子２４より伝達された超音波振動に共振する１
／２波長の長さを有し、両端部に矢印Ｘ２で示す軸方向
に振動する振動波形Ｗ３の最大振動振幅点ｆ１１，ｆ１
３を有し、振動波形Ｗ３の最小振動振幅点ｆ１２に振動
伝達方向変換部１１２を有し、振動伝達方向変換部１１
２の外周面に環状突起１１３を有する。環状突起１１３
は最小振動振幅点ｆ１２より軸方向一側に位置がずれて
いる。次に、図１０のｂ図に示すように、ダイヤモンド
の切断刃１１が環状突起１１３を種として振動伝達方向
変換部１１２の外周面に成長させる。成長した切断刃１
１２は最小振動振幅点ｆ１２に位置し、その厚さｔは例
えば数ミクロン〜２００ミクロンである。そして、図１
０のｃ図に示すように、切断刃１１１の成長完了後、環
状突起１１２を除去することにより、切断刃１１１の一
体化されたホーン１１０が得られる。この第３実施形態
において、振動伝達方向変換部１１２はホーン１１０よ
り大きな直径と最小振動振幅点ｆ１２を中心として両端
側に等分に振分けられた幅とを有し、ホーン１１０と同
軸状の円形を呈し、振動の伝達方向を軸方向より径方向
に変換する。この変換された振動波形Ｗ４における最大
振動振幅点ｆ１４，ｆ１５は振動伝達方向変換部１１２
の周縁部に存在する。切断刃１１１は最小振動振幅点ｆ
１２に位置し、振動伝達方向変換部１１２より大きな直
径を有し、切断刃１１１の刃先は矢印Ｙ２で示す径方向
に振動する。金属を種としてダイヤモンドを成長される
方法は公知である。切断刃１１１の一体化されたホーン
１１０は、第１実施形態のホーン２６に代えてブースタ
１５に無頭ねじようになねじにより同軸状に結合される
ことにより、同様に適用できる。要するに、第３実施形
態は、第１・第２実施形態のような切断刃７を挟持した
ホーン２６に代えて、切断刃１１２の一体化されたホー
ン１１０も使用できることを開示したものである。尚、
振動波形Ｗ３は振動波形Ｗ１に相当し、振動波形Ｗ４は
振動波形Ｗ２に相当し、矢印Ｘ２は矢印Ｘ１に相当し、
矢印Ｙ２は矢印Ｙ１に相当し、最大振動振幅点ｆ１１は
最大振動振幅点ｆ５に相当し、最小振動振幅点ｆ１２は
最小振動振幅点ｆ６に相当し、最大振動振幅点ｆ１３は
最大振動振幅点ｆ７に相当し、最大振動振幅点ｆ１４，
１５は最大振動振幅点ｆ８，９に相当する。
【００３３】尚、前記第１実施形態では切断対象部品と
して半導体ウエハを用いたが、切断対象部品としては
金、銀、アルミニウム、半田、銅等の粘りの有る柔らか
いもの、セラミックス、シリコン、フェライト等の硬く
て脆いもの、合成樹脂と金属とより成る積層構造となっ
ているもの、無機質と金属と合成樹脂とより成る積層構
造となっているもの等でも良い。
して半導体ウエハを用いたが、切断対象部品としては
金、銀、アルミニウム、半田、銅等の粘りの有る柔らか
いもの、セラミックス、シリコン、フェライト等の硬く
て脆いもの、合成樹脂と金属とより成る積層構造となっ
ているもの、無機質と金属と合成樹脂とより成る積層構
造となっているもの等でも良い。
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、切断対象部品を搭載台に固定し、超音波振動回転機
構と３軸駆動機構とが動作することにより、超音波振動
回転機構の切断刃が一方向に回転すると共に超音波振動
し、３軸駆動機構の３方向出力部が四角形の軌跡を描
き、超音波振動回転機構の切断刃が切断対象部品を切断
することができるうえ、回転外殻の内部に共振器が格納
され、共振器の固定外殻及び回転内殻の一端より外側に
突出された最小振動振幅点に切断刃を有し、固定外殻の
他端部に取付けられた駆動源が回転外殻を回転すること
により、超音波振動回転機構の構造を簡素にすることが
できる。請求項２の発明によれば、共振器または切断刃
を交換する場合に、作業用孔と貫通孔と凹部とが互いに
位置が合わせられた状態で、作業者が棒を作業用孔より
貫通孔を経て凹部に差込むことにより、回転内殻及び共
振器の回り止めが図られ、共振器又は切断刃の何れかの
交換がやりやすくなる。請求項３の発明によれば、ノズ
ル部から噴射された冷媒が超音波振動回転機構の切断刃
と切断対象部品とを冷却することにより、切断対象部品
が切断熱による損傷を受けることがないように保護する
ことができる。請求項４の発明によれば、冷媒受が切断
刃と切断対象部品との冷却後の冷媒を捕捉することによ
り、当該冷却後の冷媒が搭載台周りの装置本体に飛散す
るのを防止することができる。しかも、冷媒受で捕捉さ
れた冷媒をノズル部に循環供給することも可能である。
ば、切断対象部品を搭載台に固定し、超音波振動回転機
構と３軸駆動機構とが動作することにより、超音波振動
回転機構の切断刃が一方向に回転すると共に超音波振動
し、３軸駆動機構の３方向出力部が四角形の軌跡を描
き、超音波振動回転機構の切断刃が切断対象部品を切断
することができるうえ、回転外殻の内部に共振器が格納
され、共振器の固定外殻及び回転内殻の一端より外側に
突出された最小振動振幅点に切断刃を有し、固定外殻の
他端部に取付けられた駆動源が回転外殻を回転すること
により、超音波振動回転機構の構造を簡素にすることが
できる。請求項２の発明によれば、共振器または切断刃
を交換する場合に、作業用孔と貫通孔と凹部とが互いに
位置が合わせられた状態で、作業者が棒を作業用孔より
貫通孔を経て凹部に差込むことにより、回転内殻及び共
振器の回り止めが図られ、共振器又は切断刃の何れかの
交換がやりやすくなる。請求項３の発明によれば、ノズ
ル部から噴射された冷媒が超音波振動回転機構の切断刃
と切断対象部品とを冷却することにより、切断対象部品
が切断熱による損傷を受けることがないように保護する
ことができる。請求項４の発明によれば、冷媒受が切断
刃と切断対象部品との冷却後の冷媒を捕捉することによ
り、当該冷却後の冷媒が搭載台周りの装置本体に飛散す
るのを防止することができる。しかも、冷媒受で捕捉さ
れた冷媒をノズル部に循環供給することも可能である。
【図１】 本発明の第１実施形態の超音波振動切断装置
を示す正面図。
を示す正面図。
【図２】 同第１実施形態の超音波振動回転駆動機構の
図１のＡ−Ａ線断面図。
図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】 同第１実施形態の超音波振動回転駆動機構の
図２のＢ−Ｂ線断面に相当する断面図。
図２のＢ−Ｂ線断面に相当する断面図。
【図４】 同第１実施形態の共振器と振動波形との関係
を示す模式図。
を示す模式図。
【図５】 同第１実施形態のホーンと切断刃とを分解し
た断面図。
た断面図。
【図６】 同第１実施形態の固定外殻と後部外殻とを分
解した斜視図。
解した斜視図。
【図７】 同第１実施形態の冷媒受周りを示す断面図。
【図８】 同第１実施形態のノズル部を示す斜視図。
【図９】 本発明の第２実施形態を示す側面図。
【図１０】 本発明の第３実施形態を示すホーンの製作
工程図。
工程図。
１ 装置本体
５ ３軸駆動機構
１１ ホルダ
１２ 超音波振動回転機構
１３ 冷却系統
２２ 固定外殻
２３ 回転内殻
２４ 振動子
２５ ブースタ
２６，１１０ ホーン
２７，１１１ 切断刃
２８ モータ
４９ 回転接続部
５５ 固定接続部
７１，１１２ 振動伝達方向変換部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−163134（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−224728（ＪＰ，Ａ)
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(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B28D 5/02
H01L 21/301
Claims (4)
- 【請求項１】 切断対象部品を固定するために装置本体
に取付けられた搭載台と、装置本体に取付けられた前後
左右上下の互いに直交する３方向に直線移動可能な３軸
駆動機構と、搭載台に固定された切断対象部品を切断す
るために３軸駆動機構の３方向出力部に取付けられて切
断刃を回転駆動及び径方向に超音波振動させる超音波振
動回転機構と、を備えた超音波振動切断装置において、
超音波振動回転機構が、３軸駆動機構の３方向出力部に
取付けられる固定外殻と、固定外殻の内部に回転可能に
装着された回転内殻と、回転内殻の内部に格納された振
動子と、振動子に結合されて回転内殻と同軸状に配置さ
れた共振器と、共振器の固定外殻及び回転内殻の一端よ
り外側に突出された最小振動振幅点に設けられた切断刃
と、回転内殻を回転するための駆動源とを備えたことを
特徴とする超音波振動切断装置。 - 【請求項２】 回転外殻が作業用孔を有し、回転外殻が
貫通孔を有し、共振器が外周面に凹部を有し、回転内殻
及び共振器の回り止めを図るための棒を回転外殻の外側
から上記凹部に差込む場合に作業用孔と貫通孔と凹部と
が位置合わせ可能であることを特徴とする請求項１記載
の超音波振動切断装置。 - 【請求項３】 超音波振動回転機構の切断刃と切断対象
部品とを冷却するための冷媒を切断刃と切断対象部品と
に噴射するノズル部が超音波振動回転機構又は３方向出
力部に設けられたことを特徴とする請求項１記載の超音
波振動切断装置。 - 【請求項４】 搭載台の周囲にはノズル部から噴射され
て切断刃と切断対象部品と冷却した冷媒を捕捉する冷媒
受が設けられたことを特徴とする請求項３記載の超音波
振動切断装置。
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