TWI476086B - 切斷裝置 - Google Patents

Description

切斷裝置

本發明係關於在進行升降運動之刀具保持器安裝有平刀的切斷裝置。

於電感或電容、積體電路用封裝體等之製造過程中，藉由包含作為切斷刀之平刀的切斷裝置，將陶瓷胚片或其疊層體切斷成格子狀而形成晶片。為了均質地切斷陶瓷胚片等被切斷物，對於切斷刀，沿著切斷方向施加高頻率振動甚為有效。作為實現此的裝置，據知有超音波振動方式的切斷裝置。於此種切斷裝置，在作為沿著切斷方向振動之振動源之電伸縮/磁伸縮型振動器，連接有稱為號角的振動放大器。電伸縮/磁伸縮型振動器之振動經由該號角而傳遞給切斷刀。

習知超音波振動方式的切斷裝置，係使振動方向與切斷方向一致，並且號角介在振動源與切斷刀之間。然而，於此種切斷裝置中，振動源與切斷刀的間隔變大，因介在其等之間的號角之共振作用而容易產生橫側晃動。因此，該橫側晃動再加上切斷刀的極薄化而於切斷刀產生彎曲或起伏現象，無法獲得均質的切斷面。而且，於該習知例中，振動源、號角及切斷刀沿著切斷方向相連配置。因此，沿著切斷方向之裝置長度增大，無法適用於設置空間受限的用途上。

日本特開2007-30116號專利公報提案改善前述問題。該改善提案採用將振動源的振動直接傳遞給切斷刀的構造。若依據該構造，不僅可防止切斷刀的橫側晃動或彎曲、起伏，亦可達成裝置之微型化。

亦即，於日本特開2007-30116號專利公報，揭示一種於升降之刀具保持部，安裝有作為切斷刀之平刀的切斷裝置。若依據該切斷裝置，於刀具保持器內設置有疊層型壓電元件。而且，壓電元件下的表面接合於刀板安裝區塊。工件之切斷工作係協同刀具保持器之下降動作，一面藉由壓電元件對切斷刀賦予縱向的微振動而一面進行。於此所稱的接合，意味壓電元件下的表面固定於刀板安裝區塊之狀態。總言之，由於壓電元件下的表面與刀板安裝區塊無法接離，因此刀板安裝區塊始終與壓電元件成為一體而振動。

如此，若依據日本特開2007-30116號專利公報所記載的裝置，壓電元件的微振動直接傳遞予刀板安裝區塊。藉此使得切斷刀不會橫側晃動，可形成均質的切斷面。相對於此，本案發明者進一步發現若可在構造上使橫側晃動等不會產生，且微型且緊密地使共振構造介在振動源與切斷刀之間，則可活用上述文獻所揭示的裝置之優點，同時可增大切斷刀之振幅，更進一步提升切斷性能。

本發明之目的在於，一種對切斷刀給予超音波振動之切斷裝置，其不對切斷刀造成橫側晃動，利用共振作用對切斷刀給予具有大振幅的振動，藉此可進一步提升切斷性能，且使賦予共振作用的構造介在振動源與切斷刀之間，並同時達成裝置之微型化。

為了達成上述目的，本發明之一態樣提供一種切斷裝置，其係於進行升降運動之刀具保持器，安裝有平刀狀之切斷刀。刀具保持器包含：框體部，其係設置有沿著切斷刀的切斷方向振動之壓電元件；及刀具保持部，其係經由位於壓電元件側面之共振作用部而從下方結合於框體部。刀具保持部係固定切斷刀，並且具有壓電元件之下端所抵接的抵接面。壓電元件係使包括刀具保持部及共振作用部之振動系統振動而成為共振狀態。

若依據本發明，刀具保持部具有壓電元件之下端所抵接的抵接面。因此，雖該構造係以壓電元件的振動直接施加於刀具保持部，但刀具保持部並不與壓電元件成為一體而振動。當作為驅動源之壓電元件被驅動時，由於壓電元件之下端抵接於刀具保持部之抵接面，因此振動施加於包括刀具保持部及共振作用部之振動系統。藉此，利用共振作用部之彈簧特性，使刀具保持部及共振作用部沿著切斷刀的切斷方向振動。該振動系統具有根據刀具保持部之質量及共振作用部之彈簧常數的固有振動數。藉由使利用壓電元件所施加的振動與該固有振動數成為一致，包括刀具保持部及共振作用部之振動系統成為共振狀態。藉此，能夠以甚大於壓電元件的振動之振幅，使刀具保持部所固定的切斷刀沿著切斷方向振動。

此時，壓電元件直接對於刀具保持部施加振動。而且，具有彈簧特性之共振作用部配置於壓電元件側面。因此，不會對切斷刀造成橫側晃動，可利用共振作用對切斷刀給予具有大振幅的振動，而進一步提升切斷性能。並且，沿著振動方向之裝置長度不增大，因此亦可實現微型化。

以下，根據圖1及圖2說明關於本發明之切斷裝置的一實施型態。

如圖1(a)、(b)所示，刀具保持器1包含框體部10、刀具保持部11及共振作用部12。於框體部10設置有壓電元件2，其係沿著切斷刀3之切斷方向振動。於刀具保持部11固定有平刀狀之切斷刀3。

於框體部10設置有壓電元件2。壓電元件2的下端為自由驅動面2A。自由驅動面2A為壓電元件2下的表面，亦或為連接於壓電元件2的下端之驅動構件20下的表面均可。壓電元件2配置於框體部10之收容部10A內。壓電元件2的下端從收容部10A釋放。

刀具保持部11包含基體部11A及壓板11B。切斷刀3被基體部11A擋住，且由壓板11B壓著。藉此，切斷刀3係於刀緣朝向下方的狀態下，由刀具保持部11所保持。具體而言，從基體部11A的保持面突出之突起部11A1插入於切斷刀3之保持孔及壓板11B之插入孔。於突起部11A1之外周面形成有螺紋部。使螺帽11A2螺合於突起部11A1之螺紋部，藉此將壓板11B對於基板部11A壓住。

於刀具保持部11形成有壓電元件2之自由驅動面2A所抵接的抵接面11C。當壓電元件2驅動時，壓電元件2之自由驅動面2A會抵接於刀具保持部11之抵接面11C。然後，藉此，由壓電元件2所造成的振動可直接施加於刀具保持部11。且，壓電元件2之自由驅動面2A與刀具保持部11之抵接面11C並未接合。因此，能夠以與壓電元件2的振動不同的頻率，使刀具保持部11振動。總言之，於壓電元件2的振動時，壓電元件2之自由驅動面2A以敲打刀具保持部11之抵接面11C的方式發揮作用。於本實施型態中，抵接意味自由驅動面2A與抵接面11C雖未接合但接觸的狀態。總言之，由於自由驅動面2A與抵接面11C可接離，因此藉由連續重複自由驅動面2A與抵接面11C的接離，壓電元件2之自由驅動面2A會以敲打刀具保持部11之抵接面11C的方式發揮作用。

共振作用部12位於壓電元件2側面。共振作用部12係將框體部10與刀具保持部11互相結合。亦即，刀具保持部11係經由共振作用部12而從下方結合於框體部10。於圖示的例中，於1個壓電元件2之兩側配置有1對共振作用部12之各1個。為了使刀具保持部11安定地振動，宜對於壓電元件2呈左右對稱地設置共振作用部12。於圖1所示的例中，壓電元件2為1個，但不限於此，亦可於框體部10設置複數個壓電元件2。於設置複數個壓電元件2的情況下，必須使所有壓電元件2同步振動。

共振作用部12具有高剛性彈簧構造。共振作用部12與框體部10一體化。共振作用部12具有結合於刀具保持部11的彈簧端。共振作用部12被施加予壓電元件2的振動，藉此以共振頻率使共振作用部12及刀具保持部11振動。因此，共振作用部12除了必須為剛性高的彈簧構造以外，亦必須不會橫向晃動。

具體而言，共振作用部12包含靠近框體部10的部分作為基端12c。共振作用部12包括：一懸臂狀之水平彈簧部分12a，其係從基端12c水平地延伸；及垂直彈簧部分12b，其係從水平彈簧部分12a往垂直方向屈曲。垂直彈簧部分12b之端部結合於刀具保持部11。藉由於共振作用部12形成此類橫L字型的彈簧構造，可減少橫向振動成分，使切斷刀3沿著切斷方向有效率地振動。再者，彈簧構造若為可獲得適當振動的構造，則任何構造均可。

接著，說明關於本實施型態之刀具保持器1的功能。

當驅動壓電元件2時，壓電元件2之自由驅動面2A會抵接於刀具保持部11之抵接面11C。藉此，從作為振動源之壓電元件2，對於包括刀具保持部11及共振作用部12之振動系統施加有振動。然後，刀具保持部11及共振作用部12係藉由共振作用部12之彈簧特性而沿著切斷刀3之切斷方向振動。該振動系統具有根據刀具保持部11之質量及共振作用部12之彈簧常數的固有振動數。藉由使利用壓電元件2所施加的振動與該固有振動數一致，包括刀具保持器11及共振作用部12之振動系統成為共振狀態。藉此，能夠以甚大於壓電元件2的振動之振幅，使刀具保持部11所固定的切斷刀沿著切斷方向振動。

此時，壓電元件2直接對於刀具保持器11施加振動。而且，具有彈簧特性之共振作用部12配置於壓電元件2側面。因此，沿著振動方向之裝置長度不增大。而且，藉由對於作為振動源之壓電元件2呈左右對稱地設置共振作用部12，亦可抑制橫側晃動。藉此，可避免切斷面之彎曲或起伏等，亦可獲得均質的切斷面。在此同時，亦可增加振幅，進一步提高切斷性能，亦可實現裝置之微型化。

於壓電元件2連接有省略圖示之控制機構。壓電元件2之振動頻率宜可由控制機構變更。此情況下，逐漸提高壓電元件2之振動頻率，以使得包括刀具保持部11及共振作用部12之振動系統共振。然後，於上述振動系統共振的時點，固定壓電元件2之驅動狀態，與刀具保持部11及共振作用部12之型態相對應而讓振動系統成為共振狀態。

接著，參考圖2說明關於包含前述刀具保持器1之切斷裝置A的構成。

如圖2所示，於省略圖示之機台上，設置有旋轉台100、及配置於旋轉台100兩側並往前後方向延伸之1對Y軸導軌101。於各Y軸導軌101，分別可滑動地安裝有腳部102a。於1對腳部102a上設置有門型的支持機體102。於支持機體102前面，設置有往上下方向延伸之1對Z軸導軌103。而且，於支持機體102前面，設置有可沿著兩Z軸導軌103滑動之刀具撞鎚104。於刀具撞鎚104，安裝有可拆裝之前述刀具保持器1。

旋轉台100設置為可藉由省略圖示之驅動源而於特定角度(90度)範圍內旋轉。於旋轉台100的上面，安裝有表面有真空孔開口之吸附台105。於吸附台105上，載置並固定待切斷的工件W。於支持機體102設置有作為驅動源之伺服馬達M1,M2。伺服馬達M1配置於刀具撞鎚104的中央上方。升降軸106被驅動並連結於伺服馬達M1，於升降軸106的下端連結有刀具撞鎚104。藉此，伺服馬達M1可使刀具撞鎚104進行升降運動。而且，伺服馬達M2配置於機台上之支持機體102的背後面下部。Y驅動軸107被驅動並連結於伺服馬達M2，於Y驅動軸107的前端連接有支持機體102。藉此，伺服馬達M2可使刀具撞鎚104往Y軸方向(前後方向)進行往復運動。於刀具保持器1的下部，安裝有可拆裝之平刀狀之切斷刀3。切斷刀3配置於旋轉台100之吸附台105的正上方。

因此，安裝於刀具保持器1之切斷刀3係追隨於藉由伺服馬達M1進行升降運動之刀具撞鎚104，而於吸附台105上進行升降運動。然後，由下降的切斷刀3切斷工件W。而且，於每1次的切斷動作，切斷刀3一面藉由伺服馬達M2往Y軸方向僅移動特定尺寸，一面重複上述切斷動作。進一步亦於旋轉台100旋轉90度後，藉由同樣的切斷動作，將工件W切斷成格子狀。

再者，於上述切斷裝置A，其中使用伺服馬達M1,M2作為驅動源，但亦可使用線性馬達、汽缸、油壓伺服馬達等。而且，亦可使旋轉台100往Y軸方向移動，以取代使支持機體102往Y軸方向移動。

於上述切斷裝置A，藉由伺服馬達M1，刀具保持器1與刀具撞鎚104在吸附台105上一同下降。與此同時，在切斷刀3接觸工件W的時序，藉由壓電元件2的動作，以數十μm的振幅往縱向進行高速振動。換言之，藉由刀具保持器1之下降動作協同切斷刀3之振動，以進行工件W之切斷動作。該切斷動作係可發生例如從數100Hz至10000Hz以上之無法聽見頻率的振動。故，藉由前述共振所獲得之期望的振動數，可獲得切斷性能高的大振幅之振動。

詳言之，以設定於伺服馬達M1之特定或變更後的送進量，使刀具保持器1下降。此時，一面對下降的切斷刀3賦予振動，一面切斷工件W。工件W切斷後，於刀具保持器1充分上升後的時點，藉由伺服馬達M2，將刀具撞鎚104沿著Y軸方向僅送進特定量。其後，再次為了切斷工件W而使刀具保持器1下降。重複工件W的切斷直到切斷工件W之Y軸方向的端部為止。其後，使旋轉台100旋轉90度後，再次重複上述切斷動作。藉此將工件W切斷成格子狀，製作例如長寬尺寸為0.6mm×0.3mm之微小尺寸的晶片。

若藉由上述切斷裝置A，可賦予切斷刀3大振幅的振動。藉由其產生的摩擦熱，工件W之組成粒子或黏合劑之移動變得容易。因此，高脆度材料之切斷阻力減輕，可防止發生裂痕。除此之外，本實施型態係於刀具保持器1內設置壓電元件2，不設置號角而對於切斷刀3直接進行驅動的方式。因此，可防止切斷刀3之彎曲或起伏等，亦可實現裝置之微型化。

1‧‧‧刀具保持器

2‧‧‧壓電元件

2A‧‧‧自由驅動面

3‧‧‧切斷刀

10‧‧‧框體部

10A‧‧‧收容部

11‧‧‧刀具保持部

A‧‧‧切斷裝置

11A‧‧‧基體部

11A1‧‧‧突起部

11A2‧‧‧螺帽

11B‧‧‧壓板

11C‧‧‧抵接面

12‧‧‧共振作用部

12a‧‧‧水平彈簧部分

12b‧‧‧垂直彈簧部分

12c‧‧‧基端

20‧‧‧驅動構件

100‧‧‧旋轉台

101‧‧‧Y軸導軌

102‧‧‧支持機體

102a‧‧‧腳部

103‧‧‧Z軸導軌

104‧‧‧刀具撞鎚

105‧‧‧吸附台

106‧‧‧升降軸

107‧‧‧Y驅動軸

W‧‧‧工件

M1,M2‧‧‧伺服馬達

圖1(a)表示關於本發明之一實施型態的切斷裝置之刀具保持部之前視圖，(b)為沿著圖1(a)之1b-1b線之剖面圖；及圖2表示關於本發明之實施型態的切斷裝置之立體圖。

100．．．旋轉台

1．．．刀具保持器

101．．．Y軸導軌

A．．．切斷裝置

102．．．支持機體

102a．．．腳部

103．．．Z軸導軌

104．．．刀具撞鎚

105．．．吸附台

106．．．升降軸

107．．．Y驅動軸

W．．．工件

M1,M2．．．伺服馬達

3．．．切斷刀

Claims (5)

1. 一種切斷裝置，其係於進行升降運動之一刀具保持器，安裝有平刀狀之一切斷刀，其特徵為：該刀具保持器包含：一框體部，其係設置有沿著該切斷刀的切斷方向振動之一壓電元件；及一刀具保持部，其係經由位於該壓電元件側面之一共振作用部而從下方結合於該框體部；該刀具保持器固定該切斷刀，並且具有該壓電元件之下端所抵接的一抵接面；該壓電元件係使包括該刀具保持部及該共振作用部之一振動系統振動而成為共振狀態。
2. 如申請專利範圍第1項之切斷裝置，其中包含1個該壓電元件及1對該共振作用部，該各共振作用部分別配置於該壓電元件的兩側。
3. 如申請專利範圍第1或2項之切斷裝置，其中該共振作用部具有高剛性彈簧構造。
4. 如申請專利範圍第3項之切斷裝置，其中該共振作用部包含靠近該框體部之基端，該高剛性彈簧構造包括：一懸臂狀之水平彈簧部分，其係從該框體部之基端水平地延伸；及垂直彈簧部分，其係從該水平彈簧部分往垂直方向屈曲，該垂直彈簧部分之端部結合於該刀具保持部。
5. 如申請專利範圍第1或2項之切斷裝置，其中該壓電元件之振動頻率可控制成使包括該刀具保持部及該共振作用部之一該振 動系統共振。