(57)【要約】  軸受（２１）、軸受（２１）に回転可能に支持されている回転軸（２２）、回転軸（２２）の周囲に装着されている、中央に透孔を備える円盤状の切断ブレード（２４）と、この切断ブレード（２４）の少なくとも一方の表面に切断ブレードと同軸に配置固定されている円環状の超音波振動子（２５）とからなる切断具（２６）、上記軸受（２１）に固定されている電力供給ユニット（２７ａ）と、上記回転軸（２２）に固定されている電力受容ユニット（２７ｂ）とからなるロータリートランス（２７）、そしてロータリートランス（２７）を介して超音波振動子（２５）に電気的に接続されている電源（２８）を含む切断装置（２０）は、切断ブレード（２４）を交換する際の作業性に優れ、そして加工の際に回転する切断ブレード（２４）に超音波振動を安定に付与することができるために切断性能の安定性に優れている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受、該軸受に回転可能に支持されている回転軸、該回転軸の周囲に装着されている、中央に透孔を備える円盤状の切断ブレードと、該切断ブレードの少なくとも一方の表面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超音波振動子とからなる切断具、該軸受に固定されている電力供給ユニットと、該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、そして該ロータリートランスを介して超音波振動子に電気的に接続されている電源を含む切断装置。
【請求項２】
円盤状の切断ブレードの両表面の各々に円環状の超音波振動子が固定されている請求項１に記載の切断装置。
【請求項３】
回転軸が各々放射状に広がる一対のフランジを備え、そして該一対のフランジが、各々樹脂材料を介して、切断具をその各々の超音波振動子の外側周辺の領域にて支持している請求項２に記載の切断装置。
【請求項４】
回転軸にその長さ方向に沿って複数個の切断具が並列に装着されている請求項１に記載の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスやシリコンなどの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は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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。従来より、このような切断装置の切断ブレードに超音波振動を付与することにより、加工対象物を切断する精度が向上することは知られている。【０００３】
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の周囲に装着された円盤状の切断ブレード１４、切断ブレード１４の両表面の各々に固定された円環状の超音波振動子１５、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。【０００４】
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。
【特許文献１】特開２００４−２９１６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１の従来の切断装置１０は、切断ブレード１４の表面に超音波振動子１５が直接固定され、各々の振動子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に優れた切断性能を安定に示す。しかしながら、例えば、使用により刃先が摩耗した切断ブレード１４を別の新しい切断ブレードに交換する際には、ロータリートランス１７の電力供給ユニット１７ａを支柱１９と共に回転軸１２の先端付近から別の位置に移動しなければならず、切断ブレードを交換する作業に手間かかる。【０００６】
また、切断装置１０は、加工の際に切断ブレード１４と加工対象物とが接触して回転軸１２に僅かに撓みを生じた場合、あるいは加工対象物に対して切断ブレード１４を上下左右に移動させて加工を行なう場合には、電力供給ユニット１７ａと電力受容ユニット１７ｂとの相対的な位置関係が変動しないように、電力供給ユニット１７ａを電力受容ユニット１７ｂの動きに対応させて正確な位置に移動しないと各々の超音波振動子１５に付与される電気的エネルギーの量が変動するため、切断ブレード１４に超音波振動をある程度以上に安定に付与することが難しい。すなわち、切断性能（例、加工対象物を切断あるいは溝入れする精度）の安定性をある程度以上に高くすることは難しい。【０００７】
さらにまた、切断装置１０は、切断ブレード１４の厚みが薄い（例えば、１ｍｍ程度以下）場合には、加工の際に切断ブレード１４の外周縁端部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。この撓みの発生を抑えるために、切断装置１０の切断ブレード１４をその刃先の内側の表面領域にて支持すると、超音波振動が切断ブレード１４の刃先にまで伝わり難くなるために切断性能が低下する傾向にある。【０００８】
本発明の課題は、切断ブレードを交換する際の作業性に優れ、そして加工の際に回転する切断ブレードに超音波振動を安定に付与することができる切断装置を提供することにある。
本発明の課題はまた、切断ブレードを交換する際の作業性に優れ、切断ブレードの厚みが薄い場合であってもその刃先に撓みを生じ難く、そして加工の際に回転する切断ブレードの刃先にまで超音波振動を安定に且つ十分に付与することができる切断装置を提供することにもある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、軸受、軸受に回転可能に支持されている回転軸、回転軸の周囲に装着されている、中央に透孔を備える円盤状の切断ブレードと、この切断ブレードの少なくとも一方の表面に切断ブレードと同軸に配置固定されている円環状の超音波振動子とからなる切断具、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、そしてロータリートランスを介して超音波振動子に電気的に接続されている電源を含む切断装置にある。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装置、すなわち加工対象物を溝入れする装置も含まれる。【００１０】
本発明の切断装置の好ましい態様は、次の通りである。
（１）円盤状の切断ブレードの両表面の各々に円環状の超音波振動子が固定されている。
（２）回転軸が各々放射状に広がる一対のフランジを備え、そして前記一対のフランジが、各々樹脂材料を介して、切断具をその各々の超音波振動子の外側周辺の領域にて支持している。
（３）回転軸に、その長さ方向に沿って複数個の切断具が並列に装着されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の切断装置においては、例えば、使用により刃先が摩耗した切断ブレードを、回転軸の先端の側から取り外して別の切断ブレードに簡単に交換することができる。また、本発明の切断装置は、加工の際に切断ブレードと共に回転する超音波振動子に、ロータリートランスを介して電源の電気的エネルギーを安定に付与することができ、これにより超音波振動子にて発生した超音波振動を切断ブレードに安定に付与することができるために切断性能の安定性に優れている。【００１２】
更に、本発明の切断装置において、切断具の切断ブレードの両表面の各々に超音波振動子を固定して、この切断具を樹脂材料を介して一対のフランジで支持することにより、切断ブレードの厚みが薄い場合であってもその刃先に撓みを生じ難くなり、また樹脂材料によってフランジへの超音波振動の伝達が抑制されるために各々の超音波振動子にて発生した超音波振動を切断ブレードの刃先にまで十分に付与することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の切断装置を、添付の図面を用いて説明する。図２は、本発明の切断装置の構成例を示す断面図であり、そして図３は、図２に示す樹脂材料層３０を備えた切断具２６を図２の右側から見た図である。【００１４】
図２の切断装置２０は、軸受２１、軸受２１に回転可能に支持されている回転軸２２、回転軸２２の周囲に装着されている、中央に透孔（図３：２３）を備える円盤状の切断ブレード２４と、切断ブレード２４の両表面の各々に切断ブレード２４と同軸に配置固定されている円環状の超音波振動子２５とからなる切断具２６、上記軸受２１に固定されている電力供給ユニット２７ａと、上記回転軸２２に固定されている電力受容ユニット２７ｂとからなるロータリートランス２７、そしてロータリートランス２７を介して各々の超音波振動子２５に電気的に接続されている電源２８などから構成されている。【００１５】
なお、図２において、ロータリートランス２７の電力受容ユニット２７ｂと各々の超音波振動子２５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２７ｂと各々の超音波振動子２５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。【００１６】
図２の切断装置２０は、切断具２６の切断ブレード２４を、各々の超音波振動子２５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。このように、切断ブレード２４に超音波振動を付与する（すなわち切断ブレードを超音波振動させる）ことにより、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。【００１７】
切断具２６は、円盤状の切断ブレード２４と、その両表面の各々に固定された円環状の超音波振動子２５から構成され、切断装置２０の回転軸２２の周囲に装着されている。切断具２６の構成や材料については、上記の特許文献１に詳しく記載されているため、以下では簡単に説明する。【００１８】
円盤状の切断ブレード２４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。【００１９】
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。【００２０】
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、あるいは酸化クロム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。【００２１】
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、樹脂バインダーを用いて円盤状の基板の表面に固定されていてもよい。【００２２】
各々の超音波振動子２５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。【００２３】
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。【００２４】
各々の超音波振動子２５は、例えば、エポキシ樹脂を用いて円盤状のブレード２４の表面に固定される。そして、各々の超音波振動子２５に（超音波振動子２５として用いる圧電振動子の各々の電極層に）、電源２８にて発生した電気的エネルギー（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。この超音波振動は円盤状の切断ブレード２４に付与されて、切断ブレード２４が超音波振動する。なお、円盤状の切断ブレードの一方の表面にのみ超音波振動子を固定した場合でも切断ブレードを超音波振動させることはできるが、切断ブレードの両表面の各々に超音波振動子を固定したほうが切断ブレードを安定に超音波振動させることができる。【００２５】
図２の切断装置２０のロータリートランス２７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２４と共に回転する各々の超音波振動子２５に、電源２８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２７は、電力供給ユニット２７ａと電力受容ユニット２７ｂ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２７ａ及び電力受容ユニット２７ｂは、それぞれ環状の形状に設定されている。【００２６】
電力供給ユニット２７ａは、環状のステータコア３３ａ及びステータコイル３４ａから構成され、そして電力受容ユニット２７ｂは、環状のロータコア３３ｂ及びロータコイル３４ｂから構成されている。そしてステータコア３３ａ及びロータコア３３ｂ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３４ａ及びロータコイル３４ｂの各々は、ステータコア３３ａ及びロータコア３３ｂ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。【００２７】
電力供給ユニット２７ａのステータコイル３４ａには、電気配線３１を介して電源２８が電気的に接続され、そして電力受容ユニット２７ｂのロータコイル３４ｂには、電気配線３２を介して切断具２６の各々の超音波振動子２５が電気的に接続されている。このように、電源２８はロータリートランス２７を介して切断具２６の各々の超音波振動子２５に電気的に接続されている。【００２８】
このロータリートランス２７のステータコイル３４ａとロータコイル３４ｂとは互いに近接配置されているために、電源２８にて発生した電気的エネルギーをステータコイル３４ａ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３４ａに付与された電気的エネルギーは、ロータコイル３４ｂ（すなわち電力受容ユニット２７ｂ）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３４ｂに伝達する。従って、電源２８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２４と共に回転する各々の超音波振動子２５に付与することができる。【００２９】
そして、本発明の切断装置２０においては、ロータリートランス２７の電力供給ユニット２７ａが（支持具３５を介して）軸受２１に固定され、そして電力受容ユニット２７ｂが（後に説明するフランジ２９ａを介して）回転軸２２に固定されている、すなわちロータリートランス２７が切断具２６の軸受２１の側に配置されているため、切断具２６（切断ブレード２４）を回転軸２２の先端の側から容易に取り外すことができる。このため、本発明の切断装置２０は、例えば、切断ブレード２４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。【００３０】
また、本発明の切断装置２０は、ロータリートランス２７が切断具２６の軸受２１の側に配置されているため、切断ブレード２４と加工対象物とが接触した際に回転軸２２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２７ｂの位置が（図１の切断装置のように、電力供給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２７の電力供給ユニット２７ａと電力受容ユニット２７ｂとの相対的な位置関係に変動を生じ難いため、電源２８にて発生した電気的エネルギーを、切断具２６の各々の超音波振動子２５に安定に付与することができる。従って、切断ブレード２４に超音波振動を安定に付与することができる。【００３１】
また、本発明の切断装置２０を用いて、切断ブレード２４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２７が切断ブレード２４と共に移動するため（ロータリートランス２７の電力供給ユニット２７ａと電力受容ユニット２７ｂとの相対的な位置関係が変動しないため）、電源２８にて発生した電気的エネルギーを、切断具２６の各々の超音波振動子２５に安定に付与することができる。従って、切断ブレード２４に超音波振動を安定に付与することができる。【００３２】
なお、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２の切断装置２０の電力供給ユニット２７ａは、軸受け２１に支持具３５を介して間接的に固定されている。【００３３】
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２の切断装置２０の電力受容ユニット２７ｂは、回転軸に、次に説明するフランジ２９ａを介して間接的に固定されている。【００３４】
図２に示すように、切断装置２０の回転軸２２には、各々放射状に広がる一対のフランジ２９ａ、２９ｂが備えられ、そして一対のフランジ２９ａ、２９ｂが、各々樹脂材料（各々の超音波振動子２５に付設された樹脂材料層３０）を介して、切断具２６をその各々の超音波振動子２５の外側周辺の領域にて支持していることが好ましい。これにより、切断ブレード２４の厚みが薄い（例えば、１ｍｍ程度以下）場合であっても、その刃先に撓みを生じ難くなるからである。一対のフランジ２９ａ、２９ｂ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。【００３５】
切断具２６を、樹脂材料層３０を介して一対のフランジ２９ａ、２９ｂで支持する理由は、次の通りである。【００３６】
（１）一対のフランジ２９ａ、２９ｂにより、切断具２６を各々の超音波振動子２５として用いる圧電振動子の外側表面にて直接支持すると、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。切断具２６を、樹脂材料層３０を介して一対のフランジ２９ａ、２９ｂで支持することにより、上記のクラックの発生を抑制することができるからである。【００３７】
（２）樹脂材料層３０の音響インピーダンスの値と、各々のフランジの音響インピーダンスの値とは大きく異なるため、各々の超音波振動子２５にて発生した超音波振動はフランジ２９ａ、２９ｂに伝わり難くなる。このため、切断ブレード２４の刃先に撓みを生じ難くするために切断具２６を一対のフランジ２９ａ、２９ｂにより支持した場合であっても、切断ブレード２４の刃先にまで十分に超音波振動を付与することができるからである。【００３８】
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、超音波振動子の表面に樹脂材料をコーティングする方法、および超音波振動子の表面に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。【００３９】
図２の切断装置２０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２２を支持している軸受２１に、支持具３５を介してロータリートランス２７の電力供給ユニット２７ａを固定して、そのステータコイル３４ａに電気配線３１を介して電源２８を電気的に接続する。次に、フランジ２９ａにロータリートランス２７の電力受容ユニット２７ｂを固定して、これを回転軸２２の周囲に装着してボルト３６によって仮固定する。次に、円盤状のブレード２４の両表面の各々に、樹脂材料層３０を付設した超音波振動子２５を、例えば、エポキシ樹脂を用いて仮固定して、これを回転軸２２の周囲に装着する。そして、上記の電力受容ユニット２７ｂのロータコイル３４ｂと各々の超音波振動子２５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２９ｂを回転軸２２に嵌め合わせて、これをナット３７を用いて仮固定する。このようにして、切断装置２０を組み立てることができる。【００４０】
図４は、本発明の切断装置の別の構成例を示す断面図である。図４の切断装置４０の構成は、ロータリートランス２７の電力供給ユニット２７ａが、回転軸２２に固定された電力受容ユニット２７ｂの外側に配置されていること以外は図２に示す切断装置２０と同様である。図４に示すように、ロータリートランス２７の電力供給ユニット２７ａと電力受容ユニット２７ｂとは、互いに同心円状に配置されていてもよい。【００４１】
図５は、本発明の切断装置のさらに別の構成例を示す断面図である。図５の切断装置５０の構成は、回転軸２２にその長さ方向に沿って複数個の切断具（合計で六個の切断具２６）が並列に装着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。フランジ２９ａ、２９ｂ、２９ｃは、各々の切断具２６を、その各々の超音波振動子２５の外側周辺の領域にて樹脂材料層３０を介して支持するために用いられている。【００４２】
図５の切断装置５０は、加工対象物を複数個に同時に切断したり、あるいは加工対象物に互いに平行な複数本の溝を形成したりする際に有利に用いることができる。例えば、シリコンウエハを短時間で多数のシリコンチップに切断することができる。【００４３】
なお、円盤状の切断ブレードに円環状の超音波振動子を付設した構成の切断具については、上記の特許文献１に詳しく記載されている。本発明の切断装置には、この特許文献１の明細書中に記載されている様々な構成の切断具を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の切断装置の構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の切断装置の構成例を示す断面図である。
【図３】図２に示す樹脂材料層３０を備えた切断具２６を図２の右側から見た図である。
【図４】本発明の切断装置の別の構成例を示す断面図である。但し、切断装置の電源の記載は省略してある。
【図５】本発明の切断装置のさらに別の構成例を示す断面図である。但し、切断装置の電源の記載は省略してある。
【符号の説明】
【００４５】
１０  切断装置
１１  回転駆動装置
１２  回転軸
１４  円盤状の切断ブレード
１５  円環状の超音波振動子
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、４０、５０  切断装置
２１  軸受
２２  回転軸
２３  透孔
２４  円盤状の切断ブレード
２５  円環状の超音波振動子
２６  切断具
２７ａ  電力供給ユニット
２７ｂ  電力受容ユニット
２７  ロータリートランス
２８  電源
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ  フランジ
３０  樹脂材料層
３１、３２  電気配線
３３ａ  ステータコア
３３ｂ  ロータコア
３４ａ  ステータコイル
３４ｂ  ロータコイル
３５  支持具
３６  ボルト
３７  ナット
【図１】
2006126298.tif 000002
【図２】
2006126298.tif 000003
【図３】
2006126298.tif 000004
【図４】
2006126298.tif 000005
【図５】
2006126298.tif 000006
【国際調査報告】
2006126298.tif 000007
2006126298.tif 000008