JPWO2006126302A1 - 円盤状の切断ブレードを備えた切断具及び切断装置 - Google Patents

Abstract

中央に透孔（２１）を備える円盤状の切断ブレード（２２）、切断ブレード（２２）の両表面の各々に切断ブレード（２２）と同軸に配置固定されている円環状の剛性板（２３）、そして剛性板（２３）の各々の外側表面もしくは内周縁端部に接して剛性板と同軸に配置固定されている、剛性板（２３）の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子（２４）からなる切断具（２０）は、使用する切断ブレードの厚みに依らずに加工対象物を高い精度で切断あるいは溝入れすることができる。

Description

本発明は、ガラス、シリコン、シリコンナイトライドに代表される硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物の切断あるい溝入れに有利に用いることができる、円盤状の切断ブレードを備えた切断具及び切断装置に関する。

ガラス、シリコン、シリコンナイトライドに代表される硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物を切断あるいは溝入れするために、切断具として円盤状の切断ブレードを備えた切断装置が広く用いられている。この切断装置では、円盤状の切断ブレードを回転させながら、その外周縁端部の刃先を加工対象物に接触させることにより、加工対象物の切断あるいは溝入れが行なわれる。

このような切断装置を用いて、例えば、シリコンウエハを多数のシリコンチップに切断する場合には、高い歩留まり（一枚のシリコンウエハを切断して得られるシリコンチップの枚数）が要求される。このため、切断装置には、ウエハの切削量が少ない厚みの薄い切断ブレードが用いられている。また、加工対象物を微細な幅で溝入れする際にも厚みの薄い切断ブレードが用いられている。

一方、切断装置の切断ブレードをその径方向に超音波振動させることにより、切断ブレードと加工対象物との摩擦抵抗が小さくなり、摩擦で生じる熱による加工対象物の歪みの発生が抑制されるため、加工対象物を切断あるいは溝入れする精度が向上することは知られている。

図１は、特許文献１に記載の従来の切断装置の構成例を示す側面断面図である。図１の切断装置１０は、回転駆動装置１１、駆動装置１１の軸受に回転可能に支持されている回転軸１２、回転軸１２の周囲に装着されている、円盤状の切断ブレード１４及びその両表面の各々に固定されている円環状の超音波振動子１５からなる切断具、回転軸１２の先端に付設されたロータリートランス１７、そしてロータリートランス１７を介して各々の超音波振動子１５に電気的に接続されている電源１８などから構成されている。

ロータリートランス１７は、各々コイル１６ａとコア１６ｂとからなる電力供給ユニット１７ａ及び電力受容ユニット１７ｂから構成されている。そしてロータリートランス１７の電力供給ユニット１７ａは支柱１９に固定され、そして電力受容ユニット１７ｂは回転軸１２の先端に固定されている。ロータリートランス１７は、切断や溝入れの際に切断ブレード１４と共に回転する各々の超音波振動子１５に電源１８の電気的エネルギーを付与するために用いられている。

そして、この切断装置１０が備える切断具は、各々の超音波振動子１５が切断ブレード１４の表面に直接固定されており、各々の超音波振動子１５にて発生した超音波振動を効率良く且つ安定に切断ブレード１４に付与することができるため、優れた切断性能を安定に示すとされている。
特開２００４−２９１６３６号公報

図１に示す切断具は、超音波振動子にて発生した超音波振動を効率良く且つ安定に切断ブレードに付与することができるため、加工対象物を安定した高い精度で切断あるいは溝入れすることができる。そして、切断具に厚みの薄い切断ブレードを使用することにより、加工対象物を高い精度で且つ高い歩留まりで切断、あるいは高い精度で且つ微細な幅で溝入れすることができるようになる。

しかしながら、使用する切断ブレードの厚みがある程度以下に薄い厚み（１ｍｍ以下、特に１００μｍ以下）であると、切断ブレードがその厚み方向に撓み易いため、超音波振動が付与された切断ブレードが、その径方向だけでなく厚み方向にも超音波振動（撓み振動）し易くなる。切断ブレードがその厚み方向に超音波振動（撓み振動）すると、加工対象物が切断ブレードの厚みよりも大きな幅にて切断あるいは溝入れされるため、切断や溝入れの精度が低下し、また切断ブレードの厚みに対する加工対象物の切削量の割合も大きくなる傾向にある。さらに切断ブレードの刃先の摩耗量も大きくなる傾向にある。

本発明の課題は、加工対象物を、使用する切断ブレードの厚みに依らずに高い精度で切断あるいは溝入れすることができる切断具を提供することにある。
本発明の課題はまた、加工対象物を高い精度で且つ高い歩留まりで切断、あるいは高い精度で且つ微細な幅で溝入れするために有利に用いることができる切断具を提供することにもある。

本発明は、中央に透孔を備える円盤状の切断ブレード、この切断ブレードの両表面の各々に切断ブレードと同軸に配置固定されている円環状の剛性板、そして剛性板の各々の外側表面もしくは内周縁端部に接して剛性板と同軸に配置固定されている、剛性板の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子からなる切断具にある。

なお、本明細書において「切断具」には、加工対象物を部分的に切断する、すなわち溝入れする用具も含まれる。また本明細書において、「剛性板の外径」とは、超音波振動子が剛性板の表面に接して配置固定される場合には、剛性板の両表面のうちの超音波振動子に接する表面の外径を、そして超音波振動子が剛性板の内周縁端部に接して配置固定される場合には、剛性板の両表面のうちの外径の小さいほうの表面の外径を意味する。また本明細書において、「超音波振動子の外径」とは、超音波振動子が剛性板の表面に接して配置固定される場合には、超音波振動子の両表面のうちの剛性板に接する表面の外径を、そして超音波振動子が剛性板の内周縁端部に接して配置固定される場合には、超音波振動子の剛性板の内側周縁部に接する部分の外径を意味する。

本発明の切断具の好ましい態様は、次の通りである。
（１）切断ブレードの厚みが１ｍｍ以下である。
（２）各々の剛性板が外径の１０％以下の厚みを有する。
（３）各々の剛性板の上記超音波振動子よりも外側の表面が樹脂材料層により被覆されている。
（４）各々の剛性板が、その外周縁部に超音波振動子の外周縁端部に接触している環状の肉厚部を有する。
（５）円盤状切断ブレードとその両側に配置されている剛性板及び超音波振動子とが、切断ブレードの透孔の周縁に備えられた拘束手段によって互いに結合固定されている。

本発明はまた、軸受、軸受に回転可能に支持されている、各々放射状に広がる一対のフランジを持つ回転軸、回転軸の周囲に固定されている、中央に透孔を備える円盤状の切断ブレードと、切断ブレードの両表面の各々に切断ブレードと同軸に配置固定されている円環状の剛性板と、そして剛性板の各々の外側表面もしくは内周縁端部に接して剛性板と同軸に配置固定されている剛性板の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子とからなる、各々の剛性板の外側周辺の領域にて上記一対のフランジにより支持されている切断具、および超音波振動子の各々に電気的に接続されている電源を含む切断装置にもある。なお、本明細書において、「切断装置」には、加工対象物を部分的に切断する、すなわち溝入れする装置も含まれる。

本発明の切断装置の好ましい態様は、次の通りである。
（１）上記軸受に固定されている電力供給ユニットと、上記回転軸に固定されている電力受容ユニットとからなるロータリートランスが備えられ、そして上記電源が該ロータリートランスを介して超音波振動子の各々に電気的に接続されている。
（２）一対のフランジが、各々樹脂材料層を介して切断具を支持している。

本発明はまた、各々中央に透孔を備える一対の円環状の剛性板、そして各々の剛性板の一方の表面もしくは内周縁端部に接して剛性板と同軸に配置固定されている、剛性板の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子からなる超音波振動付与具にもある。

本発明の切断具の切断ブレードは、その両表面の各々に配置固定された剛性板により補強されているため、その厚みが薄い場合であっても厚み方向には超音波振動し難い。このため、本発明の切断具は、使用する切断ブレードの厚みに依らずに加工対象物を高い精度で切断あるいは溝入れすることができる。更に、本発明の切断具に厚みの薄い切断ブレードを用いることにより、加工対象物を高い精度で且つ高い歩留まりで切断、あるいは高い精度で且つ微細な幅で溝入れすることができる。

先ず、本発明の切断具について、添付の図面を用いて説明する。図２は、本発明の切断具の構成例を示す正面図であり、そして図３は、図２に記入した切断線III−III線に沿って切断した切断具の側面断面図である。

図２及び図３に示す切断具２０は、中央に透孔２１を備える円盤状の切断ブレード２２、切断ブレード２２の両表面の各々に切断ブレード２２と同軸に配置固定されている円環状の剛性板２３、そして各々の剛性板２３の外側表面に接して剛性板２３と同軸に配置固定されている、剛性板２３の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子２４から構成されている。

円盤状の切断ブレード２２としては、丸鋸、あるいは円盤状の基板の表面に砥粒を固定した切断ブレードに代表される公知の切断ブレードを用いることができる。

上記の切断ブレードに用いる円盤状の基板は、例えば、アルミニウム、鉄、あるいはステンレススチールなどの金属材料から形成される。

砥粒としては、例えば、ダイヤモンド粒子、アルミナ粒子、シリカ粒子、酸化鉄粒子、酸化クロム粒子、あるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）粒子などが用いられる。通常、砥粒の平均粒径は０．１乃至１０μｍの範囲に設定される。

砥粒は、例えば、砥粒を含むメッキ浴にて円盤状の基板をメッキ処理することにより円盤状の基板の表面に固定される。砥粒は、バインダー樹脂（例、フェノールホルマリン樹脂）を用いて円盤状の基板の表面に固定されていてもよい。

剛性板２３は、例えば、アルミニウム合金やチタンに代表される金属材料、あるいはアルミナに代表されるセラミック材料から形成される。剛性板２３は、例えば、接着剤を用いて切断ブレード２２の表面に配置固定される。

この接着剤として、例えば、熱可塑性樹脂と水溶性ワックスとを含むホットメルト型の接着剤を用いると、切断具２０を温水に浸漬することにより、固化した接着剤を溶解させることができるため、超音波振動子２４が配置固定された剛性板２３（超音波振動付与具）を切断ブレード２２の表面から容易に取り外すことができる。従って、例えば、使用により刃先が摩耗した切断ブレードから超音波振動付与具を取り外し、この超音波振動付与具を別の新しい切断ブレードの表面に固定して再使用することができる。すなわち、製造コストの高い超音波振動子を廃棄することなく再使用することが可能になる。

超音波振動子２４としては、例えば、円環状の圧電体の両表面の各々に電極層が付設された構成の圧電振動子が用いられる。圧電素子の電極層の表面は電気的に絶縁性を示す材料により被覆されていることが好ましい。圧電素子の電極層と、この電極層の表面に接触する部品（代表例、剛性板）とを電気的に絶縁することができるからである。超音波振動子２４は、例えば、エポキシ樹脂系の接着剤を用いて剛性板２３の表面に配置固定される。

圧電体の材料の代表例としては、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミック材料が挙げられる。電極層の材料の例としては、銀やリン青銅などの金属材料が挙げられる。圧電体は、例えば、その厚み方向に分極処理される。

そして、各々の超音波振動子２４に（超音波振動子２４として用いる圧電振動子の各々の電極層に）電気的エネルギー（例、交流電圧）を付与することにより超音波振動が発生する。この超音波振動は、剛性板２３により補強された円盤状の切断ブレード２２に付与されて、切断ブレード２２が超音波振動する。

切断具２０が備える剛性板２３は、切断ブレード２２の厚みが薄い場合に、切断ブレードを補強する（その厚み方向に撓み難くする）機能を有している。このため、剛性板２３で補強された切断ブレード２２は、その厚みが薄い場合であっても厚み方向には超音波振動し難い。従って、本発明の切断具は、使用する切断ブレードの厚みに依らずに加工対象物を高い精度で切断あるいは溝入れすることができる。そして、切断具に厚みの薄い（好ましくは厚みが１ｍｍ以下、更に好ましくは厚みが１００μｍ以下、５μｍ以上）切断ブレードを用いることにより、加工対象物を高い精度で且つ高い歩留まりで切断、あるいは高い精度で且つ微細な幅で溝入れすることができる。

また、厚みの薄い切断ブレードは、その刃先が加工対象物に接触した際に刃先に撓みを生じ易い。加工対象物との接触により切断ブレードの刃先に撓みを生じると、例えば、加工対象物を切断あるいは溝入れした際に、切断面の上端あるいは溝の上端のエッジに欠け（チッピングと呼ばれている）を生じて、加工対象物を十分に満足できる仕上がりで切断あるいは溝入れすることが難しい。本発明の切断具においては、切断ブレードが剛性板で補強されているため、切断ブレードの刃先が加工対象物と接触した際に刃先に撓みを生じ難い。従って、本発明の切断具は、厚みの薄い切断ブレードを使用して加工対象物を切断あるいは溝入れした際に加工対象物にチッピングを生じ難いという利点も有している。

切断ブレードの厚み方向の超音波振動を抑制するため、各々の剛性板２３の厚み（超音波振動子２４が固定されている部分の厚み）は０．１ｍｍ以上、好ましくは０．２ｍｍ以上であることが好ましい。また、各々の剛性板２３は、その外径の１０％以下、１％以上の厚みを有していることが好ましい。このような形状の剛性板は、超音波振動を付与した場合に、その厚み方向よりも径方向に大きく超音波振動し易いため、切断ブレードがその厚み方向よりも径方向に大きく超音波振動するようになるからである。

剛性板２３は、その外周縁部に超音波振動子２４の外周縁端部に接触している環状の肉厚部２３ａを有していることが好ましい。これにより、超音波振動子２４にて発生した超音波振動のうち、振動子２４の径方向に振動する超音波振動を剛性板２３を介して効率良く切断ブレード２２に付与することができ、切断ブレード２２をその厚み方向よりも径方向に更に大きく超音波振動させることができるからである。

次に、本発明の切断装置について説明する。図４は、本発明の切断装置の構成例を示す側面断面図である。図４の切断装置４０は、軸受４１、軸受４１に回転可能に支持されている、各々放射状に広がる一対のフランジ４２ａ、４２ｂを持つ回転軸４３、回転軸４３の周囲に固定されている、中央に透孔を備える円盤状の切断ブレード２２と、切断ブレード２２の両表面の各々に切断ブレード２２と同軸に配置固定されている円環状の剛性板２３と、そして剛性板２３の各々の外側表面に接して剛性板２３と同軸に配置固定されている剛性板２３の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子２４とからなる、各々の剛性板２３の外側周辺の領域にて上記一対のフランジ４２ａ、４２ｂにより支持されている切断具２０、および各々の超音波振動子２４に電気的に接続されている電源４４などから構成されている。図４の切断装置４０の切断具２０の構成は、図２及び図３に示す切断具２０と同一である。

なお、図４において、ロータリートランス４５の電力受容ユニット４５ｂと各々の超音波振動子２４とを電気的に接続する電気配線３２は、その超音波振動子の側の一部分を省略して記載してある。電力受容ユニット４５ｂと各々の超音波振動子２４とは、電気配線３２を用いて、例えば、図１の切断装置１０と同様にして互いに電気的に接続することができる。

図４の切断装置４０は、切断具２０の切断ブレード２２を、各々の超音波振動子２４にて発生させた超音波振動を付与しながら回転させ、その外周縁端部の刃先を加工対象物に接触させることにより、加工対象物の切断あるいは溝入れを行なう装置である。通常、加工対象物を切断あるいは溝入れする際には、切断ブレードと加工対象物との接触面に研削液が供給される。

切断装置４０は、剛性板２３、２３で補強された切断ブレード２２に超音波振動が付与されるため、使用する切断ブレードの厚みに依らずに加工対象物を高い精度で切断あるいは溝入れすることができる。また、切断装置４０は、切断具２０に厚みの薄い切断ブレードを用いることにより、加工対象物を高い精度で且つ高い歩留まりで切断、あるいは高い精度で且つ微細な幅で溝入れすることができる。

図４に示すように、切断具２０の各々の剛性板２３には、剛性板２３の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子２４が固定されている。そして切断具２０は、各々の剛性板２３の外側周辺の領域にて、回転軸４３に備えられた一対のフランジ４２ａ、４２ｂによって支持されている。一対のフランジ４２ａ、４２ｂにより切断具２０を各々の超音波振動子２４として用いる圧電振動子の外側表面にて支持すると、圧電振動子を構成する圧電セラミックにクラックが発生する場合があるからである。

図４に示すように、切断装置４０には、上記の軸受４１に固定されている電力供給ユニット４５ａと、上記回転軸４３に固定されている電力受容ユニット４５ｂとからなるロータリートランス４５が備えられ、そして上記電源４４がロータリートランス４５を介して各々の超音波振動子２４に電気的に接続されていることが好ましい。

ロータリートランス４５は、加工対象物を切断あるいは溝入れする際に切断ブレード２２と共に回転する各々の超音波振動子２４に、電源４４の電気的エネルギーを付与するために用いられている。ロータリートランス４５は、電力供給ユニット４５ａと電力受容ユニット４５ｂとが互いに僅かに間隔をあけて近接配置された構成を有している。この電力供給ユニット４５ａ及び電力受容ユニット４５ｂは、それぞれ環状の形状に設定されている。

電力供給ユニット４５ａは、環状のステータコア４６ａ及びステータコイル４７ａから構成され、そして電力受容ユニット４５ｂは、環状のロータコア４６ｂ及びロータコイル４７ｂから構成されている。そしてステータコア４６ａ及びロータコア４６ｂの各々は、フェライトなどの磁性材料から形成され、その周方向に沿って環状の溝が形成されている。ステータコイル４７ａ及びロータコイル４７ｂの各々は、ステータコア４６ａ及びロータコア４６ｂの各々に形成された環状の溝の長さ方向（周方向）に沿って導線がコイル状に巻かれた構成を有している。

電力供給ユニット４５ａのステータコイル４７ａには、電気配線３１を介して電源４４が電気的に接続され、そして電力受容ユニット４５ｂのロータコイル４７ｂには、電気配線３２を介して切断具２０の各々の超音波振動子２４が電気的に接続されている。このように、電源４４はロータリートランス４５を介して切断具２０の各々の超音波振動子２４に電気的に接続されている。

このロータリートランス４５のステータコイル４７ａとロータコイル４７ｂとは互いに近接配置されているために、電源４４にて発生した電気的エネルギーをステータコイル４７ａに付与することにより両者のコイルが互いに磁気的に結合される。このため、上記のステータコイル４７ａに付与された電気的エネルギーは、ロータコイル４７ｂ（すなわち電力受容ユニット４５ｂ）がその周方向に回転している場合であってもロータコイル４７ｂに伝達する。従って、電源４４にて発生した電気的エネルギーを、切断や溝入れの際に切断ブレード２２と共に回転する各々の超音波振動子２４に付与することができる。

本発明の切断装置４０においては、ロータリートランス４５の電力供給ユニット４５ａが（支持具３３を介して）軸受４１に固定され、そして電力受容ユニット４５ｂが（フランジ４２ａを介して）回転軸４３に固定されている、すなわちロータリートランス４５が切断具２０の軸受４１の側に配置されているため、切断具２０（切断ブレード２２）を回転軸４３の先端の側から容易に取り外すことができる。このため、切断装置４０は、例えば、切断ブレード２２の刃先が使用により摩耗した際に、これを別の切断ブレードに交換する際の作業性に優れている。

また、切断装置４０は、ロータリートランス４５が切断具２０の軸受４１の側に配置されているため、切断ブレード２２と加工対象物とが接触した際に回転軸４３に僅かに撓みを生じた場合であっても、この撓みによって電力受容ユニット４５ｂの位置が（図１の切断装置のように、電力受容ユニットが回転軸の先端に固定されている場合と比較して）変動し難い。すなわち、ロータリートランス４５の電力供給ユニット４５ａと電力受容ユニット４５ｂとの相対的な位置関係に変動を生じ難いため、電源４４にて発生した電気的エネルギーを、切断具２０の各々の超音波振動子２４に安定に付与することができる。従って、切断ブレード２２に超音波振動を安定に付与することができる。

また、切断装置４０を用いて、切断ブレード２２を加工対象物に対して上下左右に移動させて加工を行なう場合には、ロータリートランス４５が切断ブレード２２と共に移動するため（ロータリートランス４５の電力供給ユニット４５ａと電力受容ユニット４５ｂとの相対的な位置関係が変動しないため）、電源４４にて発生した電気的エネルギーを、切断具２０の各々の超音波振動子２４に安定に付与することができる。従って、切断ブレード２２に超音波振動を安定に付与することができる。

本発明の切断装置において、ロータリートランスの電力供給ユニットは、軸受に直接的あるいは間接的に固定することができる。この間接的な固定には、軸受が回転軸を駆動する回転駆動装置に内蔵されている場合に、電力供給ユニットを回転駆動装置あるいはそのカバーに直接もしくは支持具を介して間接的に固定することも含まれる。図４の切断装置４０の電力供給ユニット４５ａは、軸受４１に支持具３３を介して間接的に固定されている。

同様に、本発明の切断装置において、ロータリートランスの電力受容ユニットは、回転軸に直接的あるいは間接的に固定することができる。図４の切断装置４０の電力受容ユニット４５ｂは、回転軸４３にフランジ４２ａを介して間接的に固定されている。

なお、本発明の切断装置の各々の超音波振動子には、例えば、スリップリングを介して電源の電気的エネルギーを供給することもできるが、ロータリートランスを用いると、その電力供給ユニットと電力受容ユニットが互いに非接触に配置されているために、切断ブレードを高速回転（例えば、１万回転／分以上）させた場合にも各々の超音波振動子に安定に電気的エネルギーを付与できる利点がある。

図４の切断装置４０は、例えば、次の手順により組み立てることができる。先ず、回転軸４３を支持している軸受４１に、支持具３３を介してロータリートランス４５の電力供給ユニット４５ａを固定して、そのステータコイル４７ａに電気配線３１を介して電源４４を電気的に接続する。次に、フランジ４２ａにロータリートランス４５の電力受容ユニット４５ｂを固定して、これを回転軸４３の周囲に装着してボルト３４によって仮固定する。次に、円盤状の切断ブレード２２の両表面の各々に、剛性板２３と超音波振動子２４とを、例えば、エポキシ樹脂系の接着剤を用いて固定して切断具２０を作製し、これを回転軸４３の周囲に装着する。そして、上記の電源受容ユニット４５ｂのロータコイル４７ｂと各々の超音波振動子２４とを、電気配線３２を介して互いに電気的に接続する。最後に、フランジ４２ｂを回転軸４３に嵌め合わせて、これをナット３５を用いて仮固定する。このようにして、切断装置４０を組み立てることができる。

図５は、本発明の切断装置の別の構成例を示す側面断面図である。図５の切断装置５０の構成は、切断具２０ａの円盤状の切断ブレード２２とその両側に配置されている剛性板２３及び超音波振動子２４とが、切断ブレード２２の透孔の周縁に備えられた拘束手段５１によって互いに結合固定されていること以外は図４に示す切断装置４０と同様である。図５に示す拘束手段５１は、中央に透孔を備えるボルト５１ａ及びナット５１ｂから構成されている。

このような拘束手段５１を用いることにより、切断具２０ａが回転軸４３の周囲に安定に（回転軸４３に対して垂直方向に精度良く）配置される。また、一対の円環状の剛性板２３、そして各々の剛性板２３の一方の表面に剛性板２３と同軸に配置固定されている、剛性板２３の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子２４から構成される超音波振動付与具を、切断ブレード２２から容易に取り外すことができるようになる。従って、例えば、切断ブレード２２の刃先が使用により摩耗した際に、超音波振動付与具を切断ブレード２２から取り外し、これを別の新しい切断ブレードに配置固定する作業（製造コストの高い超音波振動子の再使用）が容易になる。

切断ブレード２２の両表面の各々には、グリースなどの接触媒質を介して剛性板２３が配置され、超音波振動子２４と共に拘束手段５１により固定（仮固定）されていることが好ましい。接触媒質を用いることにより、各々の剛性板２３と切断ブレード２２との界面における超音波振動の反射が抑制されるため、各々の超音波振動子２４にて発生した超音波振動を効率良く切断ブレード２２に付与することができるからである。

また、図５に示すように、拘束手段５１に接触する各々の超音波振動子２４の外側表面には絶縁層２５が付設されていることが好ましい。絶縁層２５を付設することにより、拘束手段５１が金属などの導電性材料から形成されている場合に、切断ブレード２２の両側に配置されている一対の超音波振動子２４が拘束手段５１を介して互いに電気的に接続され短絡することを防止することができるからである。拘束手段５１のボルト５１ａとナット５１ｂとにより切断具２０ａを締め付ける際に、超音波振動子２４を構成する圧電セラミックでのクラックの発生を抑制するため、絶縁層２５は樹脂材料から形成されていることが好ましい。

図６は、本発明の切断装置のさらに別の構成例を示す側面断面図である。図６の切断装置６０の構成は、切断具２０ｂの各々の剛性板２３の超音波振動子２４よりも外側の表面が樹脂材料層２６により被覆されていること以外は図４の切断装置４０と同様である。

図６に示すように、切断装置６０が備える一対のフランジ４２ａ、４２ｂは、樹脂材料層２６を介して切断具２０ｂを支持していることが好ましい。図６の切断装置６０の場合には、樹脂材料層２６は剛性板２３の外側表面に付設されている。通常、切断装置６０の一対のフランジ４２ａ、４２ｂの各々は、例えば、アルミニウム、鉄、あるいはステンレススチールなどの金属材料から形成される。上記のように各々の剛性板２３が樹脂材料層２６により被覆されていると、樹脂材料層２６の音響インピーダンスの値とフランジ４２ａ、４２ｂの各々の音響インピーダンスの値とが大きく異なるために、各々の超音波振動子２４にて発生した超音波振動がフランジ４２ａ、４２ｂに伝わり難くなる。このため、各々の超音波振動子２４にて発生した超音波振動を、切断ブレード２２の刃先にまで十分に付与することができるようになるからである。なお、樹脂材料層は、各々のフランジの切断具の側の面に付設されていてもよい。

樹脂材料層２６を形成する樹脂材料の例としては、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂材料が挙げられる。樹脂材料層の形成方法の例としては、樹脂材料をコーティングする方法、および樹脂材料製のフィルムをラミネートする方法が挙げられる。なお、樹脂材料製のフィルムには、繊維強化樹脂材料製のフィルムが含まれる。

また、切断や溝入れを行なっている回転中の切断ブレード２２に大きな負荷が加わった場合に切断具２０ｂの全体が停止（フランジ４２ａ、４２ｂに対してスリップ）すると、ロータリートランス４５の電力受容ユニット４５ｂが回転を続けるために、電力受容ユニット４５ｂと各々の超音波振動子２４とを電気的に接続している電気配線３２が断線する場合がある。図６に示すように、切断具２０ｂの各々の剛性板２３の内周縁端部に突起２３ｂが形成され、そしてこの突起２３ｂが、切断装置６０の回転軸４３にその長さ方向に形成されている溝４３ａに嵌め合わされていると、回転中の切断ブレード２２に大きな負荷が加わった場合に切断具２０ｂの切断ブレード２２のみを停止（各々の剛性板２３に対してスリップ）させることができる。この際に、超音波振動付与具（各々超音波振動子２４が配置固定された一対の剛性板２３）は回転軸４３と共に回転を続けるため、上記の電気配線３２の断線を防止することができる。

図７は、本発明の切断装置のさらに別の構成例を示す側面断面図である。図７の切断装置７０の構成は、切断具２０ｃの各々の剛性板２３の厚みが均一である（肉厚部を有していない）こと以外は図４の切断装置４０と同様である。このような剛性板２３を備える切断具２０ｃは、その作製が容易であるという利点を有している。

図８は、本発明の切断装置のさらに別の構成例を示す側面断面図である。図８の切断装置８０の構成は、切断具２０ｄの各々の剛性板２３の内周縁端部に接して、剛性板２３の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子２４が剛性板２３と同軸に配置固定されていること以外は図４の切断装置４０と同様である。

図８に示すように、切断具２０ｄの各々の剛性板２３は、その内周縁端部にて超音波振動子２４の外周縁端部に接触している。このため、超音波振動子２４にて発生した超音波振動のうち、振動子２４の径方向に振動する超音波振動を剛性板２３を介して効率良く切断ブレード２２に付与することができる。従って、切断ブレード２２をその厚み方向よりも径方向に大きく超音波振動させることができる。

なお、図８に示すように、各々の超音波振動子２４をその内周縁端部が回転軸４３に接触しないように配置することにより、回転軸４３に付与される超音波振動の量が減少するため、各々の超音波振動子２４にて発生した超音波振動を効率良く切断ブレード２２に付与することができる。

先行技術文献の切断装置の構成例を示す側面断面図である。 本発明の切断具の構成例を示す正面図である。 図２に記入した切断線III−III線に沿って切断した切断具の側面断面図である。 本発明の切断装置の構成例を示す側面断面図である。 本発明の切断装置の別の構成例を示す側面断面図である。但し、切断装置の電源の記載は省略してある。 本発明の切断装置のさらに別の構成例を示す側面断面図である。但し、切断装置の電源の記載は省略してある。 本発明の切断装置のさらに別の構成例を示す側面断面図である。但し、切断装置の電源の記載は省略してある。 本発明の切断装置のさらに別の構成例を示す側面断面図である。但し、切断装置の電源の記載は省略してある。

符号の説明

１０ 切断装置
１１ 回転駆動装置
１２ 回転軸
１４ 切断ブレード
１５ 超音波振動子
１６ａ コイル
１６ｂ コア
１７ ロータリートランス
１７ａ 電力供給ユニット
１７ｂ 電力受容ユニット
１８ 電源
１９ 支柱
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 切断具
２１ 透孔
２２ 切断ブレード
２３ 剛性板
２３ａ 肉厚部
２３ｂ 突起
２４ 超音波振動子
２５ 絶縁層
２６ 樹脂材料層
３１、３２ 電気配線
３３ 支持具
３４ ボルト
３５ ナット
４０ 切断装置
４１ 軸受
４２ａ、４２ｂ フランジ
４３ 回転軸
４３ａ 溝
４４ 電源
４５ ロータリートランス
４５ａ 電力供給ユニット
４５ｂ 電力受容ユニット
４６ａ ステータコア
４６ｂ ロータコア
４７ａ ステータコイル
４７ｂ ロータコイル
５０ 切断装置
５１ 拘束手段
５１ａ ボルト
５１ｂ ナット
６０、７０、８０ 切断装置

Claims (17)

1. 中央に透孔を備える円盤状の切断ブレード、該切断ブレードの両表面の各々に該切断ブレードと同軸に配置固定されている円環状の剛性板、そして該剛性板の各々の外側表面もしくは内周縁端部に接して該剛性板と同軸に配置固定されている該剛性板の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子からなる切断具。
2. 切断ブレードの厚みが１ｍｍ以下である請求項１に記載の切断具。
3. 各々の剛性板が外径の１０％以下の厚みを有する請求項１に記載の切断具。
4. 各々の剛性板の上記超音波振動子よりも外側の表面が樹脂材料層により被覆されている請求項１に記載の切断具。
5. 各々の剛性板が、その外周縁部に超音波振動子の外周縁端部に接触している環状の肉厚部を有する請求項１に記載の切断具。
6. 円盤状切断ブレードとその両側に配置されている剛性板及び超音波振動子とが、該切断ブレードの透孔の周縁に備えられた拘束手段によって互いに結合固定されている請求項１に記載の切断具。
7. 軸受、該軸受に回転可能に支持されている、各々放射状に広がる一対のフランジを持つ回転軸、該回転軸の周囲に固定されている、中央に透孔を備える円盤状の切断ブレードと、該切断ブレードの両表面の各々に該切断ブレードと同軸に配置固定されている円環状の剛性板と、そして該剛性板の各々の外側表面もしくは内周縁端部に接して該剛性板と同軸に配置固定されている該剛性板の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子とからなる、上記各々の剛性板の外側周辺の領域にて一対のフランジにより支持されている切断具、および該超音波振動子の各々に電気的に接続されている電源を含む切断装置。
8. 切断ブレードの厚みが１ｍｍ以下である請求項７に記載の切断装置。
9. 各々の剛性板が外径の１０％以下の厚みを有する請求項７に記載の切断装置。
10. 各々の剛性板の上記超音波振動子よりも外側の表面が樹脂材料層により被覆されている請求項７に記載の切断装置。
11. 各々の剛性板が、その外周縁部に超音波振動子の外周縁端部に接触している環状の肉厚部を有する請求項７に記載の切断装置。
12. 上記軸受に固定されている電力供給ユニットと、上記回転軸に固定されている電力受容ユニットとからなるロータリートランスが備えられ、そして上記電源が該ロータリートランスを介して超音波振動子の各々に電気的に接続されている請求項７に記載の切断装置。
13. 一対のフランジが、各々樹脂材料層を介して切断具を支持している請求項７に記載の切断装置。
14. 各々中央に透孔を備える一対の円環状の剛性板、そして各々の剛性板の一方の表面もしくは内周縁端部に接して該剛性板と同軸に配置固定されている該剛性板の外径よりも小さな外径を持つ円環状の超音波振動子からなる超音波振動付与具。
15. 各々の剛性板が外径の１０％以下の厚みを有する請求項１４に記載の超音波振動付与具。
16. 各々の剛性板の上記超音波振動子よりも外側の表面が樹脂材料層により被覆されている請求項１４に記載の超音波振動付与具。
17. 各々の剛性板が、その外周縁部に超音波振動子の外周縁端部に接触している環状の肉厚部を有する請求項１４に記載の超音波振動付与具。

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