專利名稱：超聲波振動刀具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用超聲波振動來切削一工件的刀具。
目前已知有一種超聲波振動刀具，其中，一種諸如一切割刀片、金剛石刀具或鋸片的刀具是整體地設置在一隨以預定頻率進行的超聲波振動而共振的共振器內，作為一用來從晶片、金屬箔、印刷電路板或合成樹脂基片上切割作為半導體元件的半導體芯片的工具。
但是，由于所述刀具是整體地設置在所述共振器內不能更換唯一的刀具，因此，這種已有技術的超聲波振動刀具是不經濟的。
為了解決該問題，本發明旨在提供一種能更換刀具的具有經濟優點的超聲波振動刀具。
根據本發明的第一方面，提供了一種超聲波振動刀具，它是用一安裝在一共振器上的刀具來切削工件的，所述共振器隨以預定頻率進行的超聲波振動而共振。由于所述刀具是安裝在最小振幅點處或者其附近，因此，可以有效地將以切削方向進行的振動賦予所述刀具，從而可以有效地進行切削。
由于所述共振器具有一大直徑部分和一從所述大直徑部分的一端面同軸地凸伸出來的陽螺紋部分，在其圓盤形圓周部分上具有一切削刀片的所述刀具是安裝在所述陽螺紋部分上，并且一螺母緊固于從該刀具凸伸出來的所述陽螺紋部分，以可拆卸地安裝所述刀具，從而借助所述螺母和大直徑部分使所述刀具位于共振器的最小振幅點處，因此藉助螺母的緊固作用力，可以牢固地固定所述刀具。
此外，由于所述刀具是用所述螺母可拆卸地安裝于最小振幅點處，因此，通過將所述螺母與所述陽螺紋部分分開，可以很方便地更換所述刀具。
根據本發明的第二方面，提供了一種超聲波振動刀具，它具有兩個安裝在一共振器上用于切削工件的刀具，所述共振器隨以預定頻率進行的超聲波振動而共振。由于所述的兩個刀具是可拆卸地安裝在離開所述共振器最小振幅點等距的位置上，因此，可以用所述的兩個刀具進行切削作業。
由于具有相同形狀的兩個刀具是用其間留有預定間距的兩螺母安裝的，因此，通過將該兩螺母與所述陽螺紋部分分開，可以很方便地更換該兩刀具。
此外，當具有相同形狀的多個刀具用在其間設有預定間距設的諸螺母安裝好時，可以從一工件上切下若干具有預定寬度的部分。
從以下結合附圖的詳細描述中，本發明的上述和其它目的，特征和優點將變得更為清楚。
圖1示出了本發明的第一實施例，其中圖1(a)是該實施例的外觀立體圖，圖1(b)是一分解剖視圖，圖1(c)是一表示與振動波形相互關系的波形圖。
圖2示出了本發明的第二實施例，其中圖2(a)是該實施例的外觀立體圖，圖2(b)是一分解剖視圖，圖2(c)是一表示與振動波形相互關系的波形圖。
圖1示出了本發明的第一實施例，其中，一在垂直于中心軸L的方向凸伸出來的金剛石刀具2藉一螺母3而安裝在一共振器1上，所述共振器大體被模制成圓柱形并具有中心軸L。所述共振器1具有一其直徑小于所述金剛石刀具2直徑的大直徑部分1a；一同軸地設置在所述大直徑部分1a的一端面上的小直徑部分1b；一同軸地設置在所述大直徑部分1a的另一端面上并裝入所述金剛石刀具2的通孔2a內的陽螺紋部分1c；一同軸地設置在所述陽螺紋部分1c的一端面上的小直徑部分1d；以及形成在所述小直徑部分1b和1d的端面中心的螺孔1e和1f。將一在其中心處具有一通孔2a的商品用作所述金剛石刀具2。所述螺母3具有一待裝入所述共振器1的陽螺紋部分1c上的螺紋部分3a。
在該實施例中，金剛石刀具2的通孔2a安裝在共振器1的陽螺紋部分1c上，螺母3安裝在從通孔2a凸伸出來的陽螺紋1c上，一緊固工具安裝入其中一個工具孔中，所述工具孔未予圖示，它們形成在共振器1的小直徑部分1b和1d的外圓周表面內，朝著緊固方向轉動該工具可以牢固地緊固螺母3，由此使所述單個的金剛石刀具2與共振器1的大直徑部分1a緊密接觸而使得它同軸地夾置在大直徑部分1a和螺母3之間，粘附有金剛石粉末并用作切削刃的金剛石刀具2的外周部分從共振器1向外凸伸出來。在這個組裝式超聲波振動刀具中，一振子的輸出端借助共振器1內的螺孔1e，一形成在所述振子的輸出端內未示的螺孔，以及未示的待旋入這些螺孔中的無頭螺釘同軸地連接于共振器1的小直徑部分1b上，所述振子是一由壓電元件或磁致伸縮元件制成的電聲或電振振子，用來將電能為為機械能，通過產生具有預定頻率豎直的超聲振動輸出，并由一未圖示超聲波發生器提供動力。該共振器1由諸如SKD11或其它類似牌號的超鋼制成棒狀，并在真空氣氛中硬化，或由燒結的金屬制成棒狀。所述共振器1本身是一種超聲波喇叭，它能夠將從連接于其上的未示振子傳送來的超聲波振動施加于所述金剛石刀具2上，它從最大振幅點f1至最大振幅點f3的長度等于一半波長，如圖1(c)所示。而金剛石刀具2以下述方式安裝在共振器1上當從振子一側看所述共振器1時，使金剛石刀具夾置在共振器1和螺母3之間。所述最小振幅點f2位于與共振器1相連的所述金剛石刀具2的厚度的中間位置。在這種情況中，所述共振器1的大直徑部分1a和陽螺紋部分1c以及螺母3構成了本發明的緊固裝置A。
根據該實施例的結構，由于金剛石刀具2是夾設在共振器1和螺母3之間，因此，通過將緊固工具安裝入上述未示的、形成在共振器1內的工具孔中，并朝著松開的方向轉動所述螺母，可以很方便地更換金剛石刀具2。因此，該實施例是經濟有利的。
將所述未示的振子連接于所述組裝式超聲波振動刀具的一端，并隨后將該組件連接于一超聲波振動切割機的夾持部分，使其一側或兩側由所述夾持部分支承，從而使它能被一未示的電動機所驅動轉動或者隨著所述夾持件的水平運動而轉動。當通過將電力提供給所述振子而使所述共振器1隨著垂直的超聲波振動而進行共振時，如圖1(c)所示，由在最小振幅點f2處彼此垂直相交的虛線L1和L2示出的振動和相互共振被交替地產生在共振器1內，位于共振器1的最大振幅點f1和f3處的部分以圖1(c)中箭頭X1所示的方向振動，位于最小振幅點f2處的金剛石刀具2的切削刀片以圖1(c)中箭頭Y1所示的、垂直于箭頭X1所示方向的方向進行振動。在上述由電動機驅動的或隨所述夾持件的水平運動一同轉動的旋轉運動的作用下，金剛石刀具2的外圓周部分逐漸與一工件的待切削部分接觸，所述工件可以是一晶片、金屬箔、印刷電路板或合成樹脂基片，從而由一晶片、金屬箔、印刷電路板或合成樹脂基片上切割下作為半導體元件的半導體芯片。
圖2示出了本發明的第二實施例。一以垂直于中心軸L的方向凸伸出來的、具有相同形狀的兩個金剛石刀具11和12安裝在一共振器10的所述外圓周表面上，所述共振器大體呈圓柱形并具有中心軸L和兩個螺母13和14，并且在刀具11和12之間具有預定間距。所述共振器10具有一其直徑小于所述金剛石刀具11和12直徑的大直徑部分10a；待安裝入形成在金剛石刀具11和12內的通孔11a和11b中、并同軸地設置在所述大直徑部分10a的兩端面上的陽螺紋部分10b和10c；一同軸地設置在所述陽螺紋部分10b和10c的端面上的小直徑部分10d和10e；以及分別形成在小直徑部分10d和10e的端面中心的螺孔10f和10g。將一在其中心處具有通孔11a和12a的商品用作所述金剛石刀具11和12。所述螺母13和14具有待裝入所述共振器10的陽螺紋部分10b和10c上的螺紋部分13a和14a。
在該實施例中，金剛石刀具11的通孔11a安裝在共振器10的陽螺紋部分10b上，螺母13安裝在從通孔11a凸伸出來的陽螺紋部分10b上，一緊固工具安裝入一工具孔中，所述工具孔未予圖示，它形成在共振器10的小直徑部分10d的外圓周表面內，以便藉助朝著緊固方向轉動可以牢固地緊固螺母13，同樣，金剛石刀具12的通孔12a安裝在共振器10的陽螺紋部分10c上，螺母14安裝在從通孔12a凸伸出來的陽螺紋部分10c上，一緊固工具安裝入一工具孔中，所述工具孔未予圖示，它形成在共振器10的小直徑部分10e的外圓周表面內，以便藉助朝著緊固方向轉動可以牢固地緊固螺母14。因此使所述兩個金剛石刀具11和12與共振器10的大直徑部分10a緊密接觸而使得它們分別同軸地夾置在大直徑部分10a和螺母13以及大直徑部分10a和螺母14之間，并且在其兩者之間具有預定間距，該間距是大直徑部分10a的厚度，粘附有金剛石粉末并用作切削刃的金剛石刀具11和12的外圓周部分從共振器10向外凸伸出來。在這個組裝式超聲波振動刀具中，一振子的輸出端借助共振器10內的螺孔10f、一形成在所述振子的輸出端內未示的螺孔以及未示的待旋入這些螺孔中的無頭螺釘同軸地連接于共振器10的小直徑部分10d上，所述振子是一由壓電元件或磁致伸縮元件制成的電聲或電振振子，用來將電能轉換為機械能，通過產生具有預定頻率豎直的超聲國輸出，并由一未圖示超聲波發生器提供動力。該共振器10由諸如SKD11或其它類似牌號的超鋼制成棒狀，并在真空氣氛中硬化，或由燒結的金屬制成棒狀。所述共振器10本身是一種超聲波喇叭，它能夠將從連接于其上的未示振子傳送來的超聲波振動施加于所述金剛石刀具11和12上。雖然所述金剛石刀具11和12是安裝在共振器10上并使它們分別夾設在共振器10和螺母13以及共振器10和螺母14之間，但是當從振子一側看所述共振器10時，如圖2(c)所示，由在最小振幅點f12處彼此垂直相交的虛線L11和L12示出的振動和相互共振交替地產生在所述共振器10內，所述共振器10從最大振幅點f11至最大振幅點f13的長度等于半個波長。最小振幅點f12位于所述共振器10的大直徑部分10a的厚度的中間位置，所述的兩個金剛石刀具11和12位于最小振幅點f12的兩側上，并自所述最小振幅點等距分開。在這種情況中，所述共振器10的大直徑部分10a和陽螺紋部分10b、10c以及螺母13和14構成了本發明的緊固裝置B。
根據該實施例的結構，由于兩個金剛石刀具11和12是用螺母13和14安裝在共振器10上，一緊固工具安裝入一個或兩個未示的、形成在共振器10的小直徑部分10d和10e的外圓周表面內的工具孔中，因此朝著松開的方向轉動所述螺母13和14，可以很方便地更換金剛石刀具11和12。因此，該實施例是經濟有利的。
將所述未示的振子連接于所述組裝式超聲波振動刀具的一端，并隨后將該組件連接于一超聲波振動切割機的夾持部分，使其一側或兩側由所述夾持部分所支承，可以使它能被一未示的電動機所驅動而轉動，或者隨著所述夾持件的水平運動而轉動。當通過將電力提供給所述振子而使所述共振器1隨垂直的超聲波振動一起共振時，如圖2(c)所示，位于共振器10的最大振幅點f11和f13處的部分以圖2(c)中箭頭X2所示的方向振動，位于最小振幅點f12附近的金剛石刀具11和12的切削刀片以圖2(c)中箭頭Y2所示的、垂直于箭頭X2所示方向的方向進行振動。在上述由電動機驅動的轉動或隨所述夾持件的水平運動而轉動的作用下，金剛石刀具11和12的外圓周部分逐漸與一工件的待切削部分接觸，所述工件可以是一晶片、金屬箔、印刷電路板或合成樹脂基片，以從由一晶片、金屬箔、印刷電路板或合成樹脂基片上切割下具有預定寬度的、作為半導體元件的半導體芯片。
在該第二實施例中，利用例如所述刀具11來切削一不等于所述第一實施例中預定寬度的寬度是可能的。在這種情況中，當一工件的材料是具有較小振幅的較柔軟的材料，諸如合成樹脂時，可以通過拆去另一刀具12并安裝螺母14來進行切削。但是，當一工件的材料是較硬的具有較大振幅的材料，諸如晶片或金屬箔時，則必需用一未示的平衡刀具來替代所述刀具12以較好地平衡振幅，所述平衡刀具的質量與刀具12的質量大體相等。所述平衡刀具的直徑被制造得小于用來切削的刀具11的直徑，以便當刀具11與所述工件接觸而切削工件時防止所述平衡刀具與工件相接觸，從而可以正常地進行切削作業。
在所述第一和第二實施例中，當振幅較大時，應該降低螺母3、13和14的徑向厚度，即，降低螺紋部分3a、13a和14a和其外圓周表面之間的厚度，從而降低振動能量損失。在這種情況中，當螺母3、13和14的外徑基本等于共振器1和10的大直徑部分1a和10a的外徑，并且共振器1和10的陽螺紋部分1c和10b和10c的外徑和螺母3、13和14的螺紋部分3a、13a和14a的內徑被加大，以降低螺母3、13和14的徑向厚度，從而較好地平衡了振幅。
在所述的第一和第二實施例中，當將螺母3、13和14的緊固方向設定為一相對于切削作業中刀具2、11和12的轉動方向為緊固方向時，可以防止螺母3、13和14在切削作業中的松動現象。
在圖1和圖2中，金剛石刀具2、11和12的切削刀片被簡單地表示成具有一矩形截面。在絕大多數情況中，這些切削刀片事實上是被制成具有一楔形截面。
如果根據一工件的材料，使用一切割刀片或鋸片而不是所述的金剛石刀具2、11和12來作為一刀具，可以獲得與上述兩實施例相同的功效。
當然，可以在所述共振器10的外圓周表面上設置多種結構，它們都能實現用螺母13和14將兩個刀具安裝在所述共振器10的大直徑部分10a的兩側上。另一方面，當然也可以在所述共振器1的外圓周表面上設置多種結構，它們都能實現用螺母3將一刀具安裝在共振器1的大直徑部分1a的一側上。
權利要求
1.一種超聲波振動刀具，它包括一隨以預定頻率進行的超聲波振動而共振并模制成大體呈圓柱形的共振器，以及一安裝在所述共振器上的刀具，其特征在于，垂直于所述共振器中心軸的方向凸伸的圓盤形刀具是用一螺釘緊固件可拆卸地安裝在共振器上的最小振幅點處或其附近。
2.如權利要求1所述的超聲波振動刀具，其特征在于，用來緊固所述刀具的所述緊固件包括一從所述共振器的外圓周表面徑向凸伸出來的大直徑部分、一形成在所述共振器的外圓周表面上、所述大直徑部分附近的陽螺紋部分、以及一旋在所述陽螺紋部分、用來將所述刀具夾設在它和所述大直徑部分之間的螺母。
3.一種超聲波振動刀具，它包括一隨以預定頻率進行的超聲波振動而共振并模制成大體呈圓柱形的共振器，以及安裝在所述共振器上的諸刀具，其特征在于，垂直于所述共振器中心軸的方向凸伸的諸盤形刀具是用一螺釘緊固件可拆卸地安裝在共振器上以相同間距離開最小振幅點的前方和后方位置處。
4.如權利要求3所述的超聲波振動刀具，其特征在于，用來緊固所述諸刀具的所述緊固件包括一從所述共振器的大體在其中心處的外圓周表面徑向凸伸出來的大直徑部分、兩個形成在所述共振器的外圓周表面上、位于所述大直徑部分兩側上的陽螺紋部分、以及兩個旋在所述陽螺紋部分上、用來將所述諸刀具夾設在它們和所述大直徑部分之間的螺母。
全文摘要
一種在垂直于一共振器中心軸的方向延伸的盤形刀具是可拆卸地安裝在模制成大體呈圓柱形并具有一緊固件的共振器上。
文檔編號B26D7/08GK1167665SQ9711037
公開日1997年12月17日 申請日期1997年4月14日 優先權日1996年4月12日
發明者佐藤茂, 石井亮一 申請人:株式會社厄泰克斯