(57)【要約】【課題】連結部材と第２ホーンとの回転位置を調節して工具の先端と加工材料の加工部位との位置合わせを行うことで、工具の交換に伴う労力を低下することができる超音波加工装置を提供する。【解決手段】雄ねじ部４８および雌ねじ部５６により連結部材４２と第１ホーン２８とを締結固定し、雄ねじ部５２および雌ねじ部５８により連結部材４２の第１の底面４６と第２ホーン３０との回転位置を所望の位置関係となるように互いに連結した状態で固定用ナット５４を回転させて固定用ナット５４の下端面を第２ホーン３０に押圧することにより第１ホーン２８と第２ホーン３０とを連結する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を発生させる超音波振動発生手段から、前記超音波振動発生手段に連結部材を介して着脱自在に取り付けられた工具ホーンへ振動が伝達され、前記工具ホーンが振動することで加工材料を加工する超音波加工装置であって、
前記連結部材は、
前記超音波振動発生手段に対向する第１の底面と前記工具ホーンに対向する第２の底面とを有し且つ外周部に雄ねじが形成されたほぼ円柱形状の本体と、
前記本体の外周部の雄ねじに螺合する固定用ナットと
を有し、
前記第１の底面および前記第２の底面の一方は対向する前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの一方に固定され、
前記第１の底面および前記第２の底面の他方とこれに対向する前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの他方に互いに連結するための螺合手段が形成され、
前記螺合手段により前記第１の底面および前記第２の底面の他方とこれに対向する前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの他方を所望の位置関係となるように互いに連結した状態で前記固定用ナットを回転させて前記固定用ナットの端面を前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの他方に押圧することにより前記超音波振動発生手段と前記工具ホーンとを連結することを特徴とする超音波加工装置。
【請求項２】
前記第１の底面および前記第２の底面の一方とこれに対向する前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの一方に互いに螺合することで締結固定する締結手段が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波加工装置。
【請求項３】
前記第１の底面および前記第２の底面の一方は、これに対向する前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの一方に一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動発生手段に連結部材を介して着脱自在に取り付けられた工具ホーンが振動することで加工材料を加工する超音波加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体の分野において、セラミックスやシリコンなどの硬脆性材料を穿孔加工することが求められており、その手段として砥粒を用いた超音波加工が利用されている。超音波加工とは、超音波振動により針形状を有する工具に縦の振動を起こさせ、工具と加工材料との間に介在する砥粒が工具からの振動波を繰り返し加工材料に与えることで加工材料を破砕していく加工のことである。近年、加工材料の加工は、大きな加工材料に微細な径で多数の穴をあけることが要求されており、その加工技術にも精密性が求められている。
【０００３】
従来、例えば特許文献１に開示の超音波加工装置は、超音波振動が超音波振動発生部から第１ホーンおよび第２ホーンを介して工具に伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１４３０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、図９に示すように、工具１は第２ホーン２に一体に形成されており、工具１の着脱は雄ねじが形成された連結部材３を介して第１ホーン４から第２ホーン２を着脱することによって行われる。
しかしながら、工具１を交換する場合、図１０に示すように、連結部材３に対する第２ホーン２の締付けトルク等に応じて工具１の回転位置が本来の位置Ｐ０から位置Ｐ１へずれを生じると、新たな工具の先端の位置に合わせて加工材料の加工部位の位置を調整する必要があり、工具を交換する度に多くの手間および時間を要するおそれがある。特に、加工材料が大きくなるとその手間と時間も多大なものとなってしまう。
【０００６】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、連結部材と第１ホーンまたは第２ホーンとの回転位置を調節して工具の先端と加工材料の加工部位との位置合わせを行うことで、工具の交換に伴う労力を低下することができる超音波加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、
超音波振動を発生させる超音波振動発生手段から、前記超音波振動発生手段に連結部材を介して着脱自在に取り付けられた工具ホーンへ振動が伝達され、前記工具ホーンが振動することで加工材料を加工する超音波加工装置であって、
前記連結部材は、
前記超音波振動発生手段に対向する第１の底面と前記工具ホーンに対向する第２の底面とを有し且つ外周部に雄ねじが形成されたほぼ円柱形状の本体と、
前記本体の外周部の雄ねじに螺合する固定用ナットと
を有し、
前記第１の底面および前記第２の底面の一方は対向する前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの一方に固定され、
前記第１の底面および前記第２の底面の他方とこれに対向する前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの他方に互いに連結するための螺合手段が形成され、
前記螺合手段により前記第１の底面および前記第２の底面の他方とこれに対向する前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの他方を所望の位置関係となるように互いに連結した状態で前記固定用ナットを回転させて前記固定用ナットの端面を前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの他方に押圧することにより前記超音波振動発生手段と前記工具ホーンとを連結することを特徴とする超音波加工装置を提供するものである。
【０００８】
ここで、前記第１の底面および前記第２の底面の一方とこれに対向する前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの一方に互いに螺合することで締結固定する締結手段が形成されていることが好ましい。
また、前記第１の底面および前記第２の底面の一方は、これに対向する前記超音波振動発生手段および前記工具ホーンの一方に一体に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、連結部材と第１ホーンまたは第２ホーンとの回転位置を調節して工具の先端と加工材料の加工部位との位置合わせを行うことで、工具の交換に伴う労力を低下することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る超音波加工装置を表す正面図である。
【図２】実施形態１で用いられた第１ホーンと第２ホーンとを連結する連結部材の構成を表す側面図である。
【図３】図２に示す連結部材の螺合手段と第２ホーンとを螺合した状態を表す側面図である。
【図４】図２に示す連結部材の固定用ナットを締め付けた状態を表す側面図である。
【図５】実施形態２に係る超音波加工装置に用いられる連結部材の構成を表す側面図である。
【図６】実施形態４に係る超音波加工装置に用いられる連結部材の構成を表す側面図である。
【図７】実施形態５に係る超音波加工装置に用いられる連結部材の構成を表す側面図である。
【図８】実施形態５の変形例に係る超音波加工装置に用いられる連結部材の構成を表す側面図である。
【図９】従来の超音波加工装置に用いられる連結部材の構成を表す側面図である。
【図１０】図９に示す連結部材で連結された工具の位置を表す下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、添付の図面に示す好適な実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態１に係る超音波加工装置１０の構成を示す。超音波加工装置１０は、鉛直方向に配置された柱上のコラム１２を有し、コラム１２の表面には鉛直方向に移動手段１４が設けられている。
移動手段１４は、コラム１２に固定して配置された鉛直方向に延在する板状の固定台１６を有する。固定台１６の表面には、回転可能に設置された円柱形状を有する回転軸１８と、回転軸１８が貫通した板状の形状を有する移動台２０が設置されている。また、回転軸１８には、その回転を駆動するサーボモータ２２が接続されている。回転軸１８の外周には、軸に沿って雄ねじが形成され、これに対応した雌ねじが移動台２０にも形成されており、サーボモータ２２の駆動により回転軸１８が回転することで移動台２０が上下方向に移動できる。
【００１３】
移動台２０の表面には、超音波加工機構２４が固定されている。超音波加工機構２４は、超音波振動を発生させる振動発生部２６と、発生した振動を伝達する第１ホーン２８および第２ホーン３０と、伝達された振動により加工材料を加工する工具３２とを有する。
振動発生部２６は、その内部に備えられた図示しない超音波振動子によって超音波を発信させ、鉛直方向の振動を発生させる。振動発生部２６の下面には下方に向かって縮径されたほぼ円錐形状を有する第１ホーン２８が連結され、第１ホーン２８の下面には円柱形状を有する第２ホーン３０が着脱自在に連結されている。第２ホーン３０の下面には、針形状を有する工具３２が下方に向かって複数固定して配置されている。このように、各部材が連結されることで、振動発生部２６から発生された振動が第１ホーン２８および第２ホーン３０を介して工具３２に伝達される。
【００１４】
工具３２の下方には、材料固定手段３４がコラム１２に固定されて設置されている。材料固定手段３４は、コラム１２に固定された直方体の形状の材料固定台３６と、材料固定台３６の上方に図示しない支持部材を介して所定の隙間を開けて材料固定台３６に固定された板状の形状を有する位置合わせ治具３８を有する。位置合わせ治具３８には、その板を貫通する穴が各工具３２の配置と断面形状に一致するように形成されている。また、材料固定台３６と位置合わせ治具３８との所定の隙間には、加工材料４０が挿入され、加工材料４０の加工部位と位置合わせ治具３８の穴の位置とが一致するように材料固定台３６に固定される。これにより、工具３２を位置合わせ治具３８の穴に通すことで、加工材料４０と工具３２の先端の位置を位置合わせすることができる。
【００１５】
図２に第１ホーン２８と第２ホーン３０とを連結する連結部材４２の構成を示す。連結部材４２は、外周部に雄ねじが形成されたほぼ円柱形状の本体４４と、本体４４の上面（第１の底面）４６に垂直方向に突出形成された雄ねじ部４８と、本体４４の下面（第２の底面）５０に垂直方向に突出形成された雄ねじ部５２と、本体４４の外周部の雄ねじに螺合する固定用ナット５４とを有する。第１ホーン２８の下面および第２ホーン３０の上面にはそれぞれ雌ねじ部５６および５８が形成されており、雄ねじ部４８および５２と螺合される。また、固定用ナット５４には係合溝６０が形成されており、固定用ナット５４を回転させる図示しない回転具を係合溝６０に係合して固定用ナット５４を回転させる。
なお、固定用ナット５４を回転させる回転具は、固定用ナット５４を回転させることができればよく、公知の道具が利用できる。また、係合溝６０も回転具に合わせて種々の形状が利用される。
ここで、連結部材４２は、工具３２に超音波振動を効率よく伝達するために、この加工装置１０で使用される超音波振動に対して、第１ホーン２８、第２ホーン３０および工具３２と共に共振体を形成するように構成されることが望ましい。
このため、本体４４の軸芯方向の長さＡを、振動発生部２６により発生させる超音波振動の半波長相当の長さ、あるいは半波長の整数倍相当の長さに設定し、また、固定用ナット５４の軸芯方向の長さＢも、振動発生部２６により発生させる超音波振動の半波長相当の長さ、あるいは半波長の整数倍相当の長さに設定することが好ましい。
【００１６】
なお、上述した、振動発生部２６と第１ホーン２８は本発明における超音波振動発生手段を構成し、第２ホーン３０と工具３２は本発明における工具ホーンを構成している。また、第１ホーン２８の下面に形成された雌ねじ部５６と連結部材の上面４６に形成された雄ねじ部４８は本発明における締結手段を構成し、第２ホーン３０の上面に形成された雌ねじ部５８と連結部材４２の下面５０に形成された雄ねじ部５２は本発明における螺合手段を構成している。
【００１７】
次に、図１に示した超音波加工装置１０の動作を説明する。
まず、加工材料４０が材料固定台３６に固定される。オペレータにより加工材料４０の加工部位が決定されると、位置合わせ治具３８が加工材料４０の加工部位と位置合わせ治具３８の穴とを一致させて材料固定台３６に設置される。
次に、移動台２０に固定された超音波加工機構２４の第１ホーン２８と第２ホーン３０を、連結部材４２を介して連結する。図２に示すように、第１ホーン２８の下面に形成された雌ねじ部５６に連結部材４２の雄ねじ部４８を螺合することで第１ホーン２８の下面に連結部材４２の上面４６を押圧させ、連結部材４２を第１ホーン２８に締結固定する。続いて、図３に示すように、第２ホーン３０の上面に形成された雌ねじ部５８と連結部材４２の雄ねじ部５２とを互いに位置合わせした状態で第２ホーン３０を回転させることにより、第２ホーン３０の雌ねじ部５８を連結部材４２の雄ねじ部５２に螺合させ、連結部材４２の下面５０と第２ホーン３０の上面とが接触しない状態で、第１ホーン２８に対して第２ホーン３０が所望の位置関係となったところで第２ホーン３０の回転を停止する。次に、図示しない回転具を係合溝６０に係合し、図４に示すように、固定用ナット５４を回転して下方に移動させ、固定用ナット５４の下端面を第２ホーン３０の上面に押圧することで連結部材４２と第２ホーン３０を連結し、これにより第１ホーン２８と第２ホーン３０との連結が完了する。
なお、第１ホーン２８に対する第２ホーン３０の所望の位置関係とは、第２ホーン３０に設置された各工具３２の配置と断面形状が、位置合わせ治具３８の穴を介して加工材料４０の加工部位と一致する位置となるように、予めオペレータにより決定された位置関係である。
【００１８】
次に、移動台２０により超音波加工機構２４を下方に移動させることで、図１に示すように、工具３２の先端が位置合わせ治具３８の穴を通して加工材料４０の加工部位に達する。
この状態で、図示しない砥粒供給手段から砥粒が加工材料４０と工具３２との間に供給されると共に、振動発生部２６の超音波振動子から第１ホーン２８および第２ホーン３０を介して工具３２へ振動が伝達される。工具３２からの振動波が砥粒を介して加工材料４０の加工部位に繰り返し与えられることで、加工材料４０が破砕されて加工されていく。
加工材料４０の加工が完了すると、移動手段１４により超音波加工機構２４を上方に移動させる。続いて、加工材料４０が材料固定台３６から取り外され、新たな加工材料４０が材料固定台３６に固定される。
【００１９】
ここで、工具３２が摩耗している場合には、第１ホーン２８から第２ホーン３０を取り外し、新たな第２ホーン３０に交換する必要がある。この時、連結部材４２により、第１ホーン２８と新たな第２ホーン３０との回転位置を所望の位置関係に調節することができるので、加工材料４０を移動させることなく簡便に工具３２の先端と加工材料４０の加工部位との位置合わせを行うことができる。
このようにして、工具３２による加工材料４０の加工を同様に繰り返していき、所定数の加工材料４０を加工した時点で加工が終了される。
【００２０】
なお、工具４６と加工材料５８の加工部位とを位置合わせできるのであれば、位置合わせ治具５６を使用しなくてもよい。
【００２１】
本実施形態の超音波加工装置１０によれば、第１ホーン２８から第２ホーン３０を取り外し、新たな第２ホーン３０に交換する時に、連結部材４２により、第１ホーン２８と新たな第２ホーン３０との回転位置を所望の位置関係に調節することができるので、加工材料４０を移動させることなく簡便に工具３２の先端と加工材料４０の加工部位との位置合わせを行うことができる。
【００２２】
実施形態２
なお、実施形態１では、連結部材４２の下面５０の雄ねじ部５２と第２ホーン３０の上面に形成された雌ねじ部５８との螺合により第２ホーン３０が連結部材４２に連結されるが、これに限るものではない。
例えば、図５に示すように、連結部材４２の下面５０に形成された雌ねじ部６２と第２ホーン３０の上面に突出形成された雄ねじ部６４との螺合により、第２ホーン３０を第１ホーン２８に対して所望の位置関係となるように調節し、固定用ナット５４を回転させて固定用ナット５４の下端面を第２ホーン３０の上面に押圧することにより連結部材４２と第２ホーン３０を連結してもよい。
なお、本実施形態においては、第２ホーン３０の上面に形成された雄ねじ部６４と連結部材４２の下面５０に形成された雌ねじ部６２は本発明における螺合手段を構成している。
【００２３】
実施形態３
また、実施形態１では、第１ホーン２８の下面に形成された雌ねじ部５６に連結部材４２の雄ねじ部４８を螺合して連結部材４２を第１ホーン２８に締結固定しているが、これに限るものではない。
例えば、第１ホーンの下面に突出形成された雄ねじ部と連結部材の上面に形成された雌ねじ部との螺合により、第１ホーンの下面に連結部材の上面を押圧させ、連結部材を第１ホーンに締結固定してもよい。
なお、本実施形態においては、第１ホーンの下面に形成された雄ねじ部と連結部材の上面に形成された雌ねじ部は本発明における締結手段を構成している。
【００２４】
実施形態４
また、実施形態１では、第１ホーン２８の下面に形成された雌ねじ部５６に連結部材４２の雄ねじ部４８を螺合して連結部材４２を第１ホーン２８に締結固定し、第２ホーン３０の上面に形成された雌ねじ部５８を連結部材４２の雄ねじ部５２に螺合させた後、固定用ナット５４の下端面を第２ホーン３０の上面に押圧することで連結部材４２と第２ホーン３０を連結しているが、これに限るものではない。
例えば、図６に示すように、第２ホーン３０の上面に形成された雌ねじ部６６に連結部材４２の雄ねじ部６８を螺合することで第２ホーン３０の上面に連結部材４２の下面を押圧して連結部材４２を第２ホーン３０に締結固定し、第１ホーン２８の下面に形成された雌ねじ部７０を連結部材の上面に形成された雄ねじ部７２に螺合させ、固定用ナット５４を回転させて固定用ナット５４の上端面を第１ホーン２８の下面に押圧することで連結部材４２と第２ホーン３０を連結してもよい。
なお、本実施形態においては、第２ホーン３０の上面に形成された雌ねじ部６６と連結部材４２の下面５０に形成された雄ねじ部６８は本発明における締結手段を構成し、第１ホーン２８の下面に形成された雌ねじ部７０と連結部材の上面４６に形成された雄ねじ部７２は本発明における螺合手段を構成している。
【００２５】
実施形態５
また、実施形態１では、第１ホーン２８の下面に形成された雌ねじ部と連結部材４２の上面に形成された雄ねじ部の螺合により第１ホーン２８が連結部材４２に連結されているが、図７に示すように、連結部材４２の上面４６を第１ホーン２８に一体に形成してもよい。
同様に、実施形態２では、第２ホーン３０の上面に形成された雌ねじ部と連結部材４２の下面に形成された雄ねじ部の螺合により第２ホーン３０が連結部材４２に連結されているが、図８に示すように、連結部材４２の下面５０を第２ホーン３０に一体に形成してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０  超音波加工装置
１２  コラム
１４  移動手段
１６  固定台
１８  回転軸
２０  移動台
２２  サーボモータ
２４  超音波加工機構
２６  振動発生部
２８  第１ホーン
３０  第２ホーン
３２  工具
３４  材料固定手段
３６  材料固定台
３８  位置合わせ治具
４０  加工材料
４２  連結部材
４４  本体
４６  上面
４８、５２、６４、６８、７２  雄ねじ部
５０  下面
５４  固定用ナット
５６、５８、６２、６６、７０  雌ねじ部
６０  係合溝
【図１】
2011194370.tif 000003
【図２】
2011194370.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011194370.tif 000011
【図１０】
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