(57)【要約】【課題】超音波振動の変位方向を変換して切削を行う超音波振動切削装置において、超音波振動が外周刃工具の刃厚方向に伝達されるのを防止し、高精度な切削加工を行うこと。【解決手段】軸線回りに回転駆動し、超音波変位を付与する超音波振動子に連結されて軸線方向に伸縮する超音波共振体を備えるスピンドルに取り付けられる切削ブレード２０の取り付け用フランジであって、一対のフランジ２１，２２からなり、切削ブレード２０の挟持面２４，２５からなる挟持部とスピンドルに取り付けられる取り付け孔部２６との間に、空洞部２３が形成されており、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を空洞部２３により吸収し、超音波振動が切削ブレード２０の刃厚方向に伝達されるのを防止することにより、スピンドルから伝達された超音波振動の変位方向を切削ブレード２０の径方向にのみ変換する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転駆動し、超音波変位を付与する超音波振動子に連結されて軸線方向に伸縮する超音波共振体を備えるスピンドルに取り付けられる外周刃工具取り付け用フランジであって、
外周刃工具を挟持する一対のフランジからなり、
前記外周刃工具の挟持部と前記スピンドルに取り付けられる取り付け孔部との間に、空洞部が形成された外周刃工具取り付け用フランジ。
【請求項２】
前記空洞部は、前記外周刃工具の径方向に細長い断面形状を有するものである請求項１記載の外周刃工具取り付け用フランジ。
【請求項３】
前記空洞部は、前記外周刃工具の両挟持面の延長面上を含むように形成されたものである請求項１または２に記載の外周刃工具取り付け用フランジ。
【請求項４】
前記空洞部は、前記外周刃工具の軸を中心とするリング状または円柱状に形成されたものである請求項１から３のいずれかに記載の外周刃工具取り付け用フランジ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の外周刃工具取り付け用フランジと、
外周刃工具と
から構成される超音波ダイシング用工具。
【請求項６】
軸線回りに回転駆動し、超音波変位を付与する超音波振動子に連結されて軸線方向に伸縮する超音波共振体を備えるスピンドルと、
このスピンドルに取り付けられる請求項５記載の超音波ダイシング用工具と
を備える超音波振動切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波共振体により伝播される超音波振動の変位方向を変換して切削を行う超音波振動切削装置およびこれに用いられる超音波ダイシング用工具並びに外周刃工具取り付け用フランジに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイシング加工とは、薄い板状工作物を賽の目状に切断したり、溝を施したりする際に用いる加工法である。このようなダイシング加工は、例えば、半導体製造において、シリコンウエハをチップのサイズに分断する際に用いられている。ダイシング加工では、円盤状であって外周部分に刃面となる砥粒層が形成された外周刃工具（切削ブレード）が使用され、切削ブレードを高速回転させてウエハ表面を削るように加工することによって、シリコンウエハをチップのサイズに分断する。
【０００３】
ところで、半導体材料として用いられるシリコンは硬くて脆い材質であり、加工が難しく、加工液の供給量不足やノズルの取り付け位置、ブレードの設置精度や加工条件の選定などの微少な不具合により、加工時のうねりやチッピング（工作物切断後の加工溝のエッジ部分に発生する欠けのこと）を招き、加工精度に大きな影響を及ぼすことがある。
【０００４】
そこで、このように硬くて脆い脆性材料の加工特性を向上させるために、超音波を利用した加工法が考案されている。例えば、特許文献１には、スピンドルと、スピンドルの先端部に装着される切削ブレードと、スピンドルに設けられスピンドルを超音波振動させる電歪振動子とを備え、電歪振動子からスピンドルを介して伝達される超音波振動を変換し、切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削装置が記載されている。また、この特許文献１には、切削ブレードをいわゆるワッシャーブレードで構成し、その両側からフランジで挟持してスピンドルに軸着する例が記載されている。
【０００５】
この超音波振動切削装置では、スピンドルの軸方向に超音波振動を伝達させ、切削ブレードと同一位置にある振動伝達方向変換点で、当該伝達された超音波振動の伝達方向を切削ブレードの径方向に変換し、切削ブレードを径方向に超音波振動させる。これにより、リング状の切削ブレードを高周波で拡径、縮径を繰り返すように振動させながら、当該切削ブレードによって被加工物を切削することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４７７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、この超音波振動切削装置のように振動方向を変換する場合、スピンドルの軸方向に伝達してきた超音波振動は、切削ブレードの径方向の変位に完全に変換される訳ではなく、一部は切削ブレードの刃厚方向の超音波変位として伝達されてしまう。そして、このように切削ブレードの刃厚方向に超音波振動が伝達されると、被加工物を切削ブレードの刃厚方向にも削ってしまうことになり、加工精度の低下や切削ブレードの寿命の低下を招くことになる。
【０００８】
そこで、本発明は、超音波振動の変位方向を変換して切削を行う超音波振動切削装置において、超音波振動が外周刃工具の刃厚方向に伝達されるのを防止し、高精度な切削加工を行うことが可能な超音波振動切削装置およびこれに用いられる超音波ダイシング用工具並びに外周刃工具取り付け用フランジ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】
【０００９】
本発明の外周刃工具取り付け用フランジは、軸線回りに回転駆動し、超音波変位を付与する超音波振動子に連結されて軸線方向に伸縮する超音波共振体を備えるスピンドルに取り付けられる外周刃工具取り付け用フランジであって、外周刃工具を挟持する一対のフランジからなり、外周刃工具の挟持部とスピンドルに取り付けられる取り付け孔部との間に、空洞部が形成されたものである。
【００１０】
本発明の外周刃工具取り付け用フランジによれば、スピンドルから伝播される軸線方向の超音波振動の変位方向が、挟持する外周刃工具の径方向に変換される際、一部の軸線方向に伝達される超音波変位が、外周刃工具の挟持部とスピンドルに取り付けられる取り付け孔部との間に形成された空洞部により吸収されるので、超音波振動が外周刃工具の刃厚方向に伝達されるのを防止することができる。
【００１１】
ここで、空洞部は、外周刃工具の径方向に細長い断面形状を有するものであることが望ましい。これにより、超音波振動が外周刃工具の径方向へ伝達されるのを阻害することなく、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を空洞部により吸収して、超音波振動が外周刃工具の刃厚方向に伝達されるのを防止することができる。
【００１２】
また、空洞部は、外周刃工具の両挟持面の延長面上を含むように形成されたものであることが望ましい。これにより、一部の軸線方向に伝達される超音波変位が、これらの両挟持面を伝って外周刃工具に伝達されるのをさらに防止することができる。
【００１３】
また、空洞部は、外周刃工具の軸を中心とするリング状または円柱状に形成されたものであることが望ましい。これにより、スピンドルから伝播される軸線方向の超音波振動の変位方向が、挟持する外周刃工具の径方向に変換される際、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を、このリング状または円柱状の空洞部の内側で吸収して、外側の外周刃工具に伝達されるのをさらに防止することができる。
【００１４】
本発明の超音波ダイシング用工具は、上記外周刃工具取り付け用フランジと、外周刃工具とから構成されるものである。この超音波ダイシング用工具を、スピンドルに取り付けることによって、スピンドルから伝播される軸線方向の超音波振動の変位方向を外周刃工具の径方向にのみ変換して、この変換した超音波変位で刃面を径方向にのみ微伸縮させて高精度な切削加工を行うことが可能となる。
【００１５】
本発明の超音波振動切削装置は、軸線回りに回転駆動し、超音波変位を付与する超音波振動子に連結されて軸線方向に伸縮する超音波共振体を備えるスピンドルと、このスピンドルに取り付けられる上記超音波ダイシング用工具とを備えるものである。この超音波振動切削装置によれば、超音波ダイシング用工具の外周刃工具の刃面を径方向にのみ微伸縮させて高精度な切削加工を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
（１）外周刃工具を挟持する一対のフランジからなり、外周刃工具の挟持部とスピンドルに取り付けられる取り付け孔部との間に、空洞部が形成された外周刃工具取り付け用フランジにより、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を、外周刃工具の挟持部とスピンドルに取り付けられる取り付け孔部との間に形成された空洞部により吸収し、超音波振動が外周刃工具の刃厚方向に伝達されるのを防止することができるので、スピンドルから伝播される軸線方向の超音波振動の変位方向を外周刃工具の径方向にのみ変換して、この変換した超音波変位で刃面を径方向にのみ微伸縮させて高精度な切削加工を行うことが可能となる。
【００１７】
（２）空洞部が、外周刃工具の径方向に細長い断面形状を有するものであることにより、超音波振動が外周刃工具の径方向へ伝達されるのを阻害することなく、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を空洞部により吸収して、超音波振動が外周刃工具の刃厚方向に伝達されるのを防止することができるので、スピンドルから伝播される軸線方向の超音波振動の変位方向を効率良く外周刃工具の径方向に変換して、この変換した超音波変位で刃面を径方向にのみ微伸縮させて高精度な切削加工を行うことが可能となる。
【００１８】
（３）空洞部が、外周刃工具の両挟持面の延長面上を含むように形成されたものであることにより、軸線方向に伝達される超音波変位がこれらの両挟持面を伝って外周刃工具に伝達されるのをさらに防止して、高精度な切削加工を行うことが可能となる。
【００１９】
（４）空洞部が、外周刃工具の軸を中心とするリング状または円柱状に形成されたものであることにより、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を、このリング状または円柱状の空洞部の内側で吸収して、外側の外周刃工具に伝達されるのをさらに防止して、高精度な切削加工を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明の実施の形態における超音波振動切削装置の要部の超音波スピンドルユニットを示す図であって、（ａ）は一部切欠断面図、（ｂ）は右側面図である。図２は図１の超音波ダイシング用工具を示す図であって、（ａ）は超音波スピンドルユニット側からみた平面図、（ｂ）は断面図である。図３は図２の超音波ダイシング用工具を分解した状態を示す断面図である。図４の（ａ）は図３のＡ矢視図、（ｂ）は図３のＢ矢視図、（ｃ）は図３のＣ矢視図である。
【００２１】
本実施形態における超音波振動切削装置は、図１に示す超音波スピンドルユニット１を備える。この超音波スピンドルユニット１の先端部には、図２に示す超音波ダイシング用工具２が取り付けられる。超音波スピンドルユニット１は、駆動モータとしてのスピンドルモータ１０と、このスピンドルモータ１０により軸線回りに回転させるスピンドル軸１１と、超音波を発振する超音波振動子１２と、超音波振動子１２により発振された超音波振動の振幅を伝達するとともにスピンドル軸１１を支持するホーン１３とを備える。
【００２２】
超音波ダイシング工具２は、図２から図４に示すように、外周刃工具としての切削ブレード２０と、この切削ブレード２０を挟持する一対のフランジ２１，２２とから構成される。切削ブレード２０は、外周部分に刃面となる砥粒層が形成され、中央が円形にくり抜かれて中空部２０ａを構成している環状円盤（いわゆるワッシャーブレード）である。また、切削ブレード２０には、フランジ２１，２２により挟持した際に固定するためのボルト（図示せず。）を挿通するためのボルト孔２０ｂが形成されている。
【００２３】
フランジ２１は、スピンドル軸１１に取り付けるためのボルト等の締結具（図示せず。）を挿通する挿通孔２１ａが形成された胴部２１ｂと、この胴部２１ｂから外側に張り出すように形成された鍔部２１ｃとから構成される。鍔部２１ｃには、切削ブレード２０をフランジ２２とともに挟持して共締めするためのボルト（図示せず。）を挿通するボルト孔２１ｄを備える。また、フランジ２１は、切削ブレード２０をフランジ２２とともに挟持した際に、切削ブレード２０およびフランジ２２との間に空洞部２３（図２（ｂ）参照。）を形成するためのリング状の溝部２１ｅが設けられている。
【００２４】
フランジ２２は、フランジ２１とともにスピンドル軸１１に取り付けるためのボルト等の締結具を挿通する挿通孔２２ａが形成された胴部２２ｂと、この胴部２２ｂから外側に張り出すように形成された鍔部２２ｃとから構成される。鍔部２２ｃには、雌ねじが形成され、フランジ２１側から挿通されたボルトがねじ込まれる雌ねじ孔２２ｄを備える。また、フランジ２２は、切削ブレード２０をフランジ２１とともに挟持した際に、フランジ２１の胴部２１ｂと嵌合する凹部２２ｅが設けられている。
【００２５】
これらの切削ブレード２０およびフランジ２１，２２により構成される超音波ダイシング工具２は、図２に示すように、切削ブレード２０を挟持するフランジ２１，２２の両挟持面２４，２５からなる挟持部と、挿通孔２１ａ，２２ａにより構成されるスピンドル軸１１の取り付け孔部２６との間であって、フランジ２１，２２の鍔部２１ｃ，２２ｃの位置にリング状の空洞部２３が形成されている。なお、図２および図３において、下側が超音波スピンドルユニット１側である。
【００２６】
超音波振動子１２は、４０ｋＨｚの固有振動数を有する圧電型の振動子である。ホーン１３は、この超音波振動子１２により発振された超音波とほぼ同じ固有振動数を有し、発振された超音波振動により共振し、伸長および収縮を繰り返しながらスピンドル軸１１まで超音波変位を伝達する超音波共振体である。超音波ダイシング用工具２は、このスピンドル軸１１にボルト等の締結具によって固定され、スピンドル軸１１によって軸線回りに回転する。
【００２７】
上記構成の超音波振動切削装置では、まず、切削ブレード２０をフランジ２１，２２により挟持し、フランジ２１のボルト孔２１ｄからボルト（図示せず。）を挿入し、切削ブレード２０のボルト孔２０ｂを介してフランジ２２の雌ねじ孔２２ｄにねじ込み、固定する。そして、ボルトをこの超音波ダイシング用工具２の取り付け孔部２６に通し、トルクレンチなどの締め付け工具によって締め付けることによって、超音波ダイシング用工具２を超音波スピンドルユニット１に取り付ける。
【００２８】
この状態で、超音波振動子１２を駆動させて軸線方向に超音波を発振すると、この超音波と共振する固有周波数を持つホーン１３が共振してスピンドル軸１１まで超音波変位が伝達される。これにより、スピンドル軸１１に取り付けられた超音波ダイシング用工具２の胴部２１ｂにまず超音波変位が伝達される。なお、超音波スピンドルユニット１は、超音波ダイシング用工具２の共振周波数で超音波を発振するので、超音波スピンドルユニット１により発振された超音波が超音波ダイシング用工具２に伝達されたことにより、超音波ダイシング用工具２は共振状態となっている。
【００２９】
図５は超音波ダイシング用工具２内での超音波変位の伝播の様子を示す説明図である。図５に示すように、超音波ダイシング用工具２の胴部２１ｂ，２２ｂまで伝達された超音波変位は、取り付け孔部２６から放射状に胴部２１ｂ，２２ｂ内を伝播し始める。そして、胴部２１ｂの端面まで進むと超音波変位が反射され、伝播の方向を変えながら鍔部２１ｃ，２２ｃへと進む。
【００３０】
このとき、鍔部２１ｃ，２２ｃへと進む超音波変位のうち、スピンドル軸１１の軸線方向の超音波変位は、胴部２１ｂ，２２ｂから鍔部２１ｃ，２２ｃへと入ったところにある空洞部２３によって吸収され、空洞部２３より先の鍔部２１ｃ，２２ｃへは切削ブレード２０の径方向の超音波変位のみが進んでいく。このようにして胴部２１ｂ，２２ｂ内に放射状に伝播された超音波変位は、胴部２１ｂ，２２ｂのスピンドル軸１１取り付け側並びにボルト締め付け側の端面で反射を繰り返しながら、その径方向の超音波変位のみが切削ブレード２０へと進む。
【００３１】
このように、本実施形態における超音波振動切削装置では、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を空洞部２３により吸収し、超音波振動が切削ブレード２０の刃厚方向に伝達されるのを防止することにより、超音波スピンドルユニット１から伝達された超音波振動の変位方向を切削ブレード２０の径方向にのみ変換し、この変換した径方向の超音波変位により切削ブレード２０の刃面を径方向にのみ微伸縮させて高精度な切削加工を行うことが可能である。
【００３２】
また、図２の（ｂ）に示すように空洞部２３は、切削ブレード２０の径方向に細長い断面形状を有するので、胴部２１ｂ，２２ｂから鍔部２１ｃ，２２ｃへ超音波振動が径方向へ伝達されるのを阻害することなく、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を空洞部２３により吸収して、超音波振動が切削ブレード２０の刃厚方向に伝達されるのを防止することができる。
【００３３】
また、図２の（ｂ）に示すように空洞部２３は、切削ブレード２０の両挟持面２４，２５の延長面上を含むように形成されているので、軸線方向に伝達される超音波変位がこれらの両挟持面２４，２５を伝って切削ブレード２０に伝達されるのをさらに防止している。さらに、この空洞部２３は、切削ブレード２０の軸を中心とするリング状に形成されているので、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を、このリング状の空洞部２３の内側で吸収して、空洞部２３の外側に伝達されるのをさらに防止している。
【００３４】
なお、本実施形態においては、切削ブレード２０の中空部２０ａの外径は溝部２１ｅの外径と一致しているが、これらは必ずしも一致する必要はない。例えば、中空部２０ａの外径が溝部２１ｅの外径よりも小さい場合、すなわち切削ブレード２０の中空部２０ａの周縁部が空洞部２３内に突出している場合であっても、軸線方向に伝達される超音波変位は空洞部２３によって吸収されるので、この空洞部２３を介して切削ブレード２０へは伝達されない。
【００３５】
次に、本実施形態における超音波ダイシング工具２の変形例について説明する。図６は超音波ダイシング工具の別の実施形態を示す断面図である。図７は図６の超音波ダイシング用工具を分解した状態を示す断面図である。
【００３６】
図６および図７に示す超音波ダイシング工具３は、切削ブレード２０と、この切削ブレード２０を挟持する一対のフランジ３１，３２とから構成される。前述の超音波ダイシング工具２との違いは、フランジ３１の切削ブレード２０側に切削ブレード２０の軸を中心とするリング状の溝部３１ａが設けられ、フランジ３２の切削ブレード２０側に切削ブレード２０の中空部２０ａに嵌合する略リング状の突出部３２ａと、この突出部３２ａの内側に同軸のリング状の溝部３２ｂとが設けられている点である。
【００３７】
また、フランジ３１は、フランジ２１と同様の挿通孔３１ｂが形成された胴部３１ｃと、この胴部３１ｃから外側に張り出すように形成された鍔部３１ｄとから構成される。また、フランジ３２は、フランジ２２と同様の挿通孔３２ｃが形成された胴部３２ｄと、この胴部３２ｄから外側に張り出すように形成された鍔部３２ｅとから構成される。
【００３８】
この構成の超音波ダイシング工具３では、図６に示すように、フランジ３２の突出部３２ａが、切削ブレード２０の中空部２０ａに嵌合してフランジ３１の底面に当接して切削ブレード２０を挟持する。そして、フランジ３１の溝部３１ａの内面とフランジ３２の溝部３２ｂの内面との間でリング状の空洞部３７が形成されている。なお、図６および図７において、下側が超音波スピンドルユニット１側である。
【００３９】
この構成の超音波ダイシング工具３においても、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を空洞部３７により吸収し、超音波振動が切削ブレード２０の刃厚方向に伝達されるのを防止することにより、超音波スピンドルユニット１から伝達された超音波振動の変位方向を切削ブレード２０の径方向にのみ変換し、この変換した径方向の超音波変位により切削ブレード２０の刃面を径方向にのみ微伸縮させて高精度な切削加工を行うことが可能である。
【００４０】
また、図６に示すように空洞部３７は、切削ブレード２０の両挟持面３４，３５の延長面上を含むように形成されているので、軸線方向に伝達される超音波変位がこれらの両挟持面３４，３５を伝って切削ブレード２０に伝達されるのをさらに防止している。さらに、この空洞部３７は、切削ブレード２０の軸を中心とするリング状に形成されているので、一部の軸線方向に伝達される超音波変位を、このリング状の空洞部３７の内側で吸収して、空洞部３７の外側に伝達されるのをさらに防止している。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の超音波振動切削装置およびこれに用いられる超音波ダイシング用工具並びに外周刃工具取り付け用フランジは、超音波共振体により伝播される超音波振動の変位方向を変換して切削を行うためのものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態における超音波振動切削装置の要部の超音波スピンドルユニットを示す図であって、（ａ）は一部切欠断面図、（ｂ）は右側面図である。
【図２】図１の超音波ダイシング用工具を示す図であって、（ａ）は超音波スピンドルユニット側からみた平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】図２の超音波ダイシング用工具を分解した状態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は図３のＡ矢視図、（ｂ）は図３のＢ矢視図、（ｃ）は図３のＣ矢視図である。
【図５】超音波ダイシング用工具内での超音波変位の伝播の様子を示す説明図である。
【図６】超音波ダイシング工具の別の実施形態を示す断面図である。
【図７】図６の超音波ダイシング用工具を分解した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  超音波スピンドルユニット
２，３  超音波ダイシング用工具
１０  スピンドルモータ
１１  スピンドル軸
１２  超音波振動子
１３  ホーン
２０  切削ブレード
２０ａ  中空部
２０ｂ，２１ｄ  ボルト孔
２１，２２，３１，３２  フランジ
２１ａ，２２ａ，３１ｂ，３２ｃ  挿通孔
２１ｂ，２２ｂ，３１ｃ，３２ｄ  胴部
２１ｃ，２２ｃ，３１ｄ，３２ｅ  鍔部
２１ｅ  溝部
２２ｄ  雌ねじ孔
２２ｅ  凹部
２３，３７  空洞部
２４，２５，３４，３５  挟持面
２６  取り付け孔部
３１ａ，３２ｂ  凹部
３２ａ  凸部
【図１】
2008187158.tif 000003
【図２】
2008187158.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008187158.tif 000006
【図５】
2008187158.tif 000007
【図６】
2008187158.tif 000008
【図７】
2008187158.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月5日(2007.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2008187158.tif 000010