JP6519029B2

JP6519029B2 - 切削装置

Info

Publication number: JP6519029B2
Application number: JP2017037090A
Authority: JP
Inventors: 中居　誠也; 誠也中居
Original assignee: Adwelds Corp
Current assignee: Adwelds Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP2018140474A

Description

本発明は、可撓性を有する切削対象物を所定の厚みに切削して切削片を加工形成する切削装置に関する。

従来、シリコーンなどの可撓性を有する切削対象物を所定の厚みに切削（スライス）して切削片を加工形成する装置として、例えば特許文献１に記載のように、切削対象物をスライスするナイフと、ナイフに超音波振動を付与する超音波発振機構と、ナイフを昇降操作する昇降機構とを備える超音波カッターにより、切削対象物を所定の厚みに切削（スライス）する装置がある。

特開２０１５−４５０１９号公報（段落００．４４〜００４２および図５参照）

しかしながら、上記した特許文献１に記載の手法では、切削対象物が可撓性を有するため、超音波カッターのナイフを下動させて切削対象物を切削して切削片を形成する際に、切削対象物がナイフの押圧力により圧縮変形して切削対象物の端面に圧縮に伴って膨らみが生じ、形成される切削片の厚みが不均一になり、特に数１０〜数１００μｍの薄い切削片を均一な厚みに形成することができないという問題がある。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、可撓性を有する切削対象物を均一な厚みに切削して、数１０〜数１００μｍの薄い切削片であっても高精度の均一な厚みに形成できるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明に係る切削装置は、可撓性を有する切削対象物を所定の厚みに切削して切削片を加工形成する切削装置において、振動子により発生する超音波振動に共振する共振器を備える超音波振動手段と、前記超音波振動手段を振動方向である上下方向に移動自在に支持するとともに、前記超音波振動手段の上下方向軸周りの支持角度を調整可能に支持する支持手段と、前記超音波振動手段の前記共振器に取り付けられ前記共振器を介して超音波振動が印加される切削刃と、前記切削対象物を前記切削刃の下方位置で保持する保持手段と、前記支持手段に取り付けられ、前記切削対象物の端面に対峙する側に摺動面を有し、前記支持手段による前記超音波振動手段の上下動に連動して前記摺動面が前記切削対象物の端面を摺動するガイド体と、前記切削刃による前記切削対象物の切削の度に前記切削対象物を保持手段ごと前記ガイド体に向かう方向に送り移動させる移動手段と、前記超音波振動手段、前記支持手段および前記移動手段を制御する制御手段と、前記ガイド体を前記切削対象物に向かう方向に移動させて前記切削刃の上下移動面と前記ガイド体の前記摺動面との間の距離により設定される前記切削片の厚みを調整する調整手段とを備え、前記ガイド体の少なくとも前記摺動面が、摩擦係数０．４以下に設定され、前記摺動面の上端は、前記切削刃の刃先を含む水平面と同じか該水平面より下方に位置し、前記ガイド体の前記切削対象物の端面に対峙する側の前記摺動面よりも上部には、上に行くほど前記切削刃から離れるように平面または曲面状に傾斜した傾斜面が形成されており、前記超音波振動手段の下動による前記切削刃の下動の際に、前記共振器を介して前記切削刃に超音波振動を印加しながら前記切削対象物を切削しつつ、前記摺動面の摺動により前記切削刃の下動に伴う前記切削対象物の前記端面側の圧縮変形を抑えることを特徴としている。

このような構成によれば、超音波振動手段の下動による切削刃の下動に伴い切削対象物が圧縮されても、ガイド体によって切削対象物の端面が押えされるため、切削対象物の端面の圧縮変形が抑制される。その結果、超音波振動手段の下動による切削刃の下動に連動して、ガイド体の摩擦係数０．４以下の摺動面が切削刃の下動に伴う切削対象物の端面の圧縮変形を抑制されながら該端面を摺動し、共振器を介して切削刃に超音波振動を印加しながら切削対象物が切削されることによって、切削対象物を均一な厚みに切削することができ、数１０〜数１００μｍの薄い切削片であっても高精度に形成することができる。

しかも、ガイド体の摺動面を摩擦係数０．４以下に設定することにより、切削対象物が可撓性を有する材質であっても、ガイド体の摺動面が摩擦力によって切削対象物の端面に引っ掛かって摺動できなくなることを防止でき、ガイド体の摺動面が切削対象物の端面を円滑に摺動することができ、切削片をより一層の高精度の厚みに形成することができる。また、摺動面の上端は、切削刃の刃先を含む水平面と同じか該水平面より下方に位置するので、超音波振動手段の下動による切削刃の下動に伴って、切削刃が切削対象物に当接し始めるときには、ガイド体の摺動面が既に切削対象物の端面に当接しているため、切削刃の下動により切削対象物が圧縮する際に、切削対象物の種類によって圧縮変形する位置が異なっても、ガイド体によって切削対象物の端面を押えて切削対象物の端面の圧縮変形を確実に抑制することができる。さらに、ガイド体の切削対象物の端面に対峙する側の摺動面よりも上部に、上に行くほど切削刃から離れるように平面または曲面状に傾斜した傾斜面を形成することにより、ガイド体の摺動面よりも上部の傾斜面に沿って、切削されて形成される切削片を、傾斜面によりガイドして切削対象物から逃がすことができるため、形成される切削片が切削の邪魔になるのを未然に防止して円滑な切削を行うことができる。

また、前記摺動面は、前記ガイド体に摩擦係数０．４以下のコーティング材をコーティングして形成されているとよく、前記ガイド体の全部または前記摺動面を含む一部が、摩擦係数０．４以下の材質により形成されていてもよい。

こうすると、ガイド体の摺動面を摩擦係数０．４以下に設定することができ、ガイド体の摺動面の円滑な摺動を実現することができる。

また、前記切削対象物は、可撓性を有するシリコーン、軟質樹脂、軟質ゴムのいずれかであるのが望ましい。このように、シリコーン、軟質樹脂、軟質ゴム等の可撓性を有する材質の薄い切削片を精度よく形成することができて電子部品の放熱用シートなどに利用することができる。

本発明によれば、ガイド体によって切削対象物の端面を押えることにより、切削対象物の端面の圧縮変形を抑制しつつ、超音波振動手段の下動による切削刃の下動に連動して、ガイド体の摩擦係数０．４以下の摺動面が切削対象物の端面を円滑に摺動し、共振器を介して切削刃に超音波振動を印加しながら切削対象物が切削されるため、切削対象物を均一な厚みに切削することができ、数１０〜数１００μｍの薄い切削片であっても高精度に形成することができる。

本発明に係る切削装置の一実施形態の側面図である。図１の正面図である。図１の一部の正面図である。図１の動作説明図である。図１の動作説明図である。図１の動作説明図である。図１の動作説明図である。図１の切削装置の効果の説明図である。図１の切削装置の効果の説明図である。

本発明に係る切削装置の一実施形態について図１ないし図７を参照して説明する。

（装置構成）
図１に示すように、切削装置１は、一端側縁部に刃先２３ａが形成された矩形平板状の切削刃２３に振動を印加して載置台３の載置面３１に載置されたシリコーンなどの可撓性を有する切削対象物Ｓを切削（スライス）するものであって、共振器２１が設けられたヘッド部２と、後述する架台１１上に設置され載置面３１に載置された切削対象物Ｓを切削刃２３の下方位置に保持する保持手段としての載置台３と、支持手段２４に支持された共振器２１を切削方向（矢印Ｚ方向）に駆動する駆動機構４と、切削装置１の各部の制御を行う制御装置６（本発明の「制御手段」に相当）とを備えている。

ヘッド部２は、図１および図２に示すように、後述する振動子２２とともに本発明の超音波振動手段を構成する共振器２１と、共振器２１を支持する支持手段２４とを備えている。

共振器２１は、図１および図２に示すように、ブースタ２５とホーン２６とを備え、ブースタ２５の他方端とホーン２６の一方端とが、互いの中心軸が同軸になるように無頭ねじにより連結されている。

ブースタ２５は、ブースタ２５のほぼ中央の位置と、両端位置とが最大振幅点となるように、共振周波数の一波長の長さに形成されている。このとき、最大振幅点から１／４波長離れた位置は、それぞれ第１および第２最小振幅点に相当する。また、ブースタ２５は端部側から見た断面が円形である円柱状に形成されている。そして、ブースタ２５の一方端に、ブースタ２５の中心軸と同軸になるように振動子２２が無頭ねじにより接続されている。

また、ブースタ２５の第１最小振幅点および第２最小振幅点におけるブースタ２５の外周面に、それぞれ凹状の溝が形成されることによりブースタ２５（共振器２１）が把持されるため被把持部が形成されている。なお、この実施形態では、ブースタ２５の中心軸にほぼ直交する断面形状が八角形状となるように被把持部が形成されているが、断面形状が円形状やその他の多角形状となるように被把持部を形成してもよい。

ホーン２６は、その両端位置が最大振幅点となるように、共振周波数の半波長の長さに形成されている。このとき、ホーン２６のほぼ中央の位置が第３最小振幅点に相当する。また、ホーン２６は、正面視矩形状に形成され、側面視が先端に向って先細りする口ばし状に形成されている。そして、ホーン２６の他方端の取付部には段差２６ａが形成され、切削刃２３の刃先２３ａが振動子２２の反対側（下側）を向くように該振動子２２の振動方向（矢印Ｚ方向）に平行配置された切削刃２３がホーン２６の他方端の取付部の段差２６ａに取り付けられている。

そして、制御装置６に制御されることによって振動する振動子２２の超音波振動に共振する共振器２１から、共振器２１の中心軸の方向に振動する超音波振動が切削刃２３に印加される。また、この実施形態では、ホーン２６の側面には、振動子２２の振動方向であるブースタ２５およびホーン２６の中心軸方向にほぼ平行に２つの長孔２６ｂ（図２参照）が透設されている。なお、長孔２６ｂの形成場所およびその数は、ホーン２６の幅等、ホーン２６の形状に応じて適宜調整すればよく、長孔２６ｂは１個であってもよいし、３個以上の長孔２６ｂがホーン２６に形成されていてもよい。また、ホーン２６に長孔２６ｂが形成されていなくても構わない。

このように構成された共振器２１において、振動子２２が制御装置６に制御されて超音波振動を発生し、これにより共振器２１がその中心軸方向に振動する。このとき、ホーン２６には振動方向とほぼ平行に２つの長孔２６ｂが透設されているため、ホーン２６の長孔２６ｂを挟んだ各部位における振動の位相および振幅が調整される。したがって、超音波振動の振幅がホーン２６の他方端の幅方向に渡ってほぼ同じ大きさとなり、幅方向に渡って振幅の大きさが調整された振動が切削刃２３に印加される。ここで、超音波振動の周波数は、１５，２０，３０，４０，５０，６０ｋＨｚ、振幅は０．１μｍ以上とするのが望ましい。

なお、切削刃２３は片刃であっても両刃のいずれであってもよく、切削刃２３は、高炭素鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度鋼、焼結高速度鋼、超硬合金、セラミックス、サーメット、工業用ダイヤモンド、電鋳ダイヤモンドなどの種々の材質により形成することができ、切削対象物の種類や、要求される切削片の大きさに応じて刃厚は１００μｍ〜２ｍｍ、好ましくは１ｍｍとなるように形成するとよい。また、切削刃２３は、熱硬化性や熱可塑性の性質を有する樹脂接着剤や、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属ろう、はんだなどの接着材によって接着されることによりホーン２６の取付部に取り付けられたり、ネジによりホーン２６の取付部に取り付けられる。また、切削刃２３の刃先２３ａを、化学気相成長（ＣＶＤ）や物理気相成長（ＰＶＤ）により、窒化チタン、炭窒化チタン、チタンアルミナイトライド、アルミクロムナイトライド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅＣａｒｂｏｎ）などの硬質物質によりコーティングしてもよい。

支持手段２４は、基部２７とクランプ手段２８とを備え、クランプ手段２８でブースタ２５の被把持部を把持することにより共振器２１を支持する。

また、クランプ手段２８は、ブースタ２５に形成された２つの被把持部を把持できるように、金属製の第１部材２８ａおよび第２部材２８ｂを備えている。また、第１部材２８ａおよび第２部材２８ｂには、被把持部の断面形状に合わせた凹部がそれぞれ設けられている。そして、第１部材２８ａおよび第２部材２８ｂの凹部で被把持部を挟持するように、被把持部を形成する凹状の溝に、基部２７に支持されたクランプ手段２８の第１部材２８ａと第２部材２８ｂとが嵌挿され、ボルトで第１部材２８ａおよび第２部材２８ｂが固定されることによって、被把持部がクランプ手段２８により直接挟んで締め付けられて把持される。

これにより、共振器２１は、切削刃２３の刃先２３ａが載置台３の載置面３１と対向するように支持手段２４により支持される。

また、共振器２１の中心軸方向（振動方向）に対する切削刃２３の回転方向（θ方向）における刃先２３ａの向きを調整するためのレバー１００が、共振器２１に取り付けられている。また、流体シリンダ、ギア、プーリー等が組み合わされたモータ等のアクチュエータを備え、レバー１００を移動させることにより刃先２３ａの向きを調整する微調整ユニット１０１が設けられている。

したがって、クランプ手段２８のボルトを緩めた状態でレバー１００を微調整ユニット１０１によりθ方向（図１参照）に回動することで、切削刃２３のθ方向における刃先２３ａの向きを調整することができる。そして、切削刃２３の刃先２３ａの向きと、載置台３に載置された切断対象物Ｓの向きとを容易に微調整することができる。そして、刃先２３ａの向きと、載置台３に載置された切削対象物Ｓの向きとの微調整が完了すれば、クランプ手段２８のボルトを再度締付けて共振器２１を把持するとよい。

なお、共振器２１を支持する支持手段２４の構成は、ブースタ２５に形成された被把持部を把持してボルトにより固定されるクランプ手段２８に限られず、例えば、電気制御可能に構成された機械的なクランプ機構や、ワンタッチで取り付け可能なクランプ機構など、被把持部を把持して支持できる構成であればどのようなものであってもよい。

また、共振器２１に形成される被把持部の位置は、最小振幅点に限らず、共振器２１の任意の位置に被把持部を形成すればよい。また、被把持部の形状は凹形状に限られず、例えば、凸形状に形成するなど、どのような形状にして形成してもよい。

載置台３は、切削対象物Ｓが載置されるものであり、後述する架台１１上に固定して設置され、送り機構（本発明の「移動手段」に相当）３２により、載置面３１上に載置された切削対象物Ｓが、矢印Ｙと反対の向きに切削する厚みに相当する所定量ずつ送り移動されるようになっている。このとき、切削対象物Ｓが載置面３１上を円滑に摺動するように、載置面３１の表面に摩擦係数０．４以下のコーティング材によるコーティング層が形成され、或いは、載置面３１の表面付近の一部が摩擦係数０．４以下の材質により形成されている。

ここで、摩擦係数０．４以下の素材として、テフロン（登録商標）であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）などのフッ素樹脂、ＨＤＰＥ（硬質ポリエチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＵＨＭＷＰＥ（高分子ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等の樹脂を使用するのが望ましく、これらを載置台３および後述するガイド体１４に使用するとよい。

送り機構３２は、本発明の「移動手段」に相当し、図１、図２中の矢印Ｙ方向に双方向に平行移動する側面視Ｌ字状を成すテーブル３２ａと、駆動モータ３２ｂと、後述する架台１１の矢印Ｘ方向におけるほぼ中央位置において矢印Ｙ方向に平行に配置された長尺のボールねじ３２ｃと、ボールねじ３２ｃに螺合するねじ穴が設けられた移動部材３２ｄと、後述する架台１１上の載置台３の左右の両側であって配設された矢印Ｙ方向に平行な１対のガイドレール３２ｅと、テーブル３２ａの下面に設けられ、両ガイドレール３２ｅそれぞれに沿って往復移動する２対のガイド部材３２ｆとを備えている。ここで、ボールねじ３２ｃが、架台１１の矢印Ｙ方向における両側に設けられたフレーム（図示省略）にその中心軸を回転中心として回転自在に支持され、移動部材３２ｄが、ボールねじ３２ｃと螺合した状態でテーブル３２ａの下面に結合されている。

さらに、制御装置６に制御されてボールねじ３２ｃの一端に連結された駆動モータ３２ｂが回転することにより、ボールねじ３２ｃと螺合した移動部材３２ｄが矢印Ｙ方向に往復移動することにより、移動部材３２ｄに結合されたテーブル３２ａが両ガイドレール３２ｅ，３２ｅによりガイドされつつ矢印Ｙ方向に往復移動可能に構成されている。そして、切削対象物Ｓの切削の度に、テーブル３２ａが切削対象物Ｓを切削する厚みに相当する量ずつ矢印Ｙと反対方向に移動され、テーブル３２ａの縦方向の当接片が載置面３１上に載置された切削対象物Ｓに当接した状態で、テーブル３２ａによって切削対象物Ｓが載置台３上を矢印Ｙと反対方向に移動（摺動）され、切削対象物Ｓが、形成する切削片の厚みに相当する所定量ずつ送り移動されるようになっている。

駆動機構４は、共振器２１に取り付けられた切削刃２３の刃先２３ａが載置台３の載置面３１と対向するように支持手段２４に支持された共振器２１を、振動子２２の振動方向に平行な矢印Ｚ方向に移動させるものである。また、架台１１には、正面視略矩形所の正面板１２ａの両側に側面板１２ｂが後方に向けて延設されたフレーム部材１２が立設されており、正面板１２ａの下方位置にはアーチ状の開口１２ｃが設けられている。駆動機構４は、フレーム部材１２の開口１２ｃの上方に配置されて正面板１２ａに取り付けられている。

駆動機構４は、フレーム部材１２の正面板１２ａに取り付けられた正面板４１と、正面板４１に設けられたフレーム４２に取り付けられた駆動モータ４３と、駆動モータ４３に連結されたボールねじ４４と、正面板４１の左右端部にそれぞれに矢印Ｚ方向に平行に配設されたガイドレール４５とを備え、ボールねじ４４が支持手段２４の基部２７に螺合するとともに、左右のガイドレール４５に沿って摺動自在に一対ずつのガイド部材２７ａが基部２７の裏面側の左右端部に設けられている。

また、ボールねじ４４は、正面板４１の矢印Ｘ方向におけるほぼ中央の位置においてその長軸方向が矢印Ｚ方向に平行に配置されており、ボールねじ４４の上端部および下端部は、正面板４１に設けられた複数のフレーム４２にその中心軸を回転中心として回転自在に支持されている。そして、制御装置６に制御されて駆動モータ４３が回転することにより、支持手段２４とガイドレール４５とが移動する。

具体的には、共振器２１は、共振器２１の中心軸の方向がボールねじ４４の長軸方向と平行な方向、すなわち共振器２１の中心軸の方向と駆動機構４による共振器２１の移動方向（図１、図２中の矢印Ｚ方向）とが平行になり、切削刃２３の刃先２３ａが載置台３の載置面３１上の切削対象物Ｓと対峙するように支持手段２４により支持される。ここで、切削刃２３の幅は、切削対象物Ｓよりも幅広になるように設定されている。

そして、駆動機構４により支持手段２４が下動されることで共振器２１が一体的に載置台３に近接する矢印Ｚ方向に下動することにより、駆動機構４による加圧力が切削刃２３の刃先２３ａから載置台３の載置面３１に載置された切断の対象物Ｓに加えられると同時に、制御装置６の制御により振動する振動子２２の超音波振動に共振器２１が共振して切削刃２３が超音波振動して、切削対象物Ｓが切削刃２３により所定の厚みに切削されて切削片ＳＲが形成される。

そして、制御装置６は、圧力検出手段の検出信号に基づいて駆動モータ４３のトルク制御を行うことにより、切削刃２３による切削対象物Ｓへの加圧力を制御することができる。このように、圧力検出手段の検出信号に基づく駆動機構４（駆動モータ４３）のフィードバック制御を行うことにより、ボールねじ４４と基部２７との螺合部分に生じる摩擦力などに影響されずに、切削刃２３による対象物Ｓへの加圧力を所定の加圧力に制御することができる。

なお、送り機構３２、駆動機構４は、それぞれ、駆動モータ３６，４３およびボールねじ３２ｃ，４４が組み合わされて構成されているが、エアシリンダによる流体圧力を利用したアクチュエータやリニアモータ等の他のアクチュエータを用いて送り機構３２、駆動機構４が構成されていてもよい。

制御装置６は、切削装置１全体の制御を行うための操作パネル（図示省略）を備えており、振動子２２へ印加される電圧値または電流値により算出される超音波エネルギーの大きさ、駆動モータ３２ｂ，４３の駆動トルクの制御、載置台３の矢印Ｙ方向における移動制御などの制御を行って、切削刃２３の刃先２３ａと載置面３１上の切削対象物Ｓとの相対位置を調整する。

ところで、切削刃２３に共振器２１により超音波振動を印加しつつ切削対象物Ｓを切削しようとすると、切削刃２３の下動時の押圧力により圧縮変形して切削対象物Ｓの端面Ｓｅに圧縮に伴う膨らみが生じ、切削片の厚みが不均一になる。

そのため、図１、図３に示すように、切削対象物Ｓの切削に際して、切削対象物Ｓの端面に対峙する側に摺動面１４ａを有するガイド体１４を、支持手段２４の例えばクランプ手段２８の下面に取り付け、共振器２１による切削刃２３の上下動に連動して、ガイド体１４の摺動面１４ａが切削対象物Ｓの端面Ｓｅを摺動するようにガイド体１４を配置し、摺動面１４ａの摺動により切削刃２３の下動に伴う切削対象物Ｓの端面Ｓｅ側の圧縮変形を抑えるようにしている。

そして、ガイド体１４の摺動面１４ａが切削刃２３の刃先２３ａと常に平行になり、かつ、摺動面１４ａの上端が、切削刃２３の刃先２３ａを含む水平面よりも距離ｄだけ下方に位置するようにガイド体１４が支持手段２４に取り付けられている。ここで、距離ｄは、図示しない位置設定手段により可変設定できるようにガイド体１４が支持手段２４に取り付けられており、切削刃２３の下動により切削対象物Ｓが圧縮される際に、切削対象物Ｓの種類によって圧縮変形する位置や変形量が異なっても、距離ｄを適宜可変設定することにより、ガイド体１４によって切削対象物Ｓの端面Ｓｅを押えて切削対象物Ｓの端面Ｓｅの圧縮変形を確実に抑制することが可能になる。

このとき、ガイド体１４の少なくとも摺動面１４ａの表面には、摩擦係数０．４以下のコーティング材によるコーティング層を形成し、ガイド体１４の摺動面１４ａが摩擦力によって切削対象物Ｓの端面Ｓｅに引っ掛かることを未然に防止し、ガイド体１４の摺動面１４ａの円滑な摺動を可能にしている。なお、ガイド体１４の全部または摺動面１４ａを含む一部が、摩擦係数０．４以下の材質により形成されていてもよい。

また、ガイド体１４は、図１、図３中の矢印Ｙ方向の平行に往復移動自在に支持手段２４に取り付けられており、ガイド体１４に設けられたマイクロメータ構成の調整手段１５により、ガイド体１４を切削対象物Ｓに向かう方向に移動されて切削刃２３の上下移動面とガイド体１４の摺動面１４ａとの間の距離ｔ（図３参照）が調整され、これにより切削によって形成される切削片ＳＲの厚みがｔに調整されるようになっている。

さらに、図３に示すように、ガイド体１４の摺動面１４ａの上部および下部には、上に行くほど切削刃２３から遠ざかって離れるように平面状に傾斜した傾斜面１４ｂ，１４ｃがそれぞれ形成されており、ガイド体１４の上面であって上側の傾斜面１４ｂの上方位置には、湾曲した受け部１４ｄが取り付けられており、この受け部１４ｄにより形成された切削片ＳＲが受け止められる。なお、傾斜面１４ｂ，１４ｃは曲面状の傾斜面であってもよい。

（切削動作）
図３に示すように、上記した微調整ユニット１０１により、切削刃１３の刃先２３ａおよびガイド体１４の摺動面１４ａのθ方向に回動されて、切削刃１３の刃先２３ａおよびガイド体１４の摺動面１４ａが切削対象物Ｓの端面Ｓｅに平行になるように調整され、調整手段１５により、ガイド体１４を切削対象物Ｓに向かう方向に移動されて切削刃２３の上下移動面とガイド体１４の摺動面１４ａとの間の距離ｔが調整されて形成されるべき切削片ＳＲの厚みｔが調整される。

そして、図４に示すように、駆動機構４により共振器２１が支持手段２４ごと下動され、切削刃２３の刃先２３ａが切削対象物Ｓに当接され、所定の加圧力が切削刃２３に加えられると同時に共振器２１により切削刃２３に超音波振動が印加されつつ、切削刃２３が下動され、図５に示すように、切削刃２３により切削対象物Ｓが切削されて切削片ＳＲが形成され、形成された切削片ＳＲは受け部１４ｄにより受け止められる。なお、切削刃２３の下動速度は、切削対象物Ｓの材質や、切削片ＳＲの厚み等に応じて、０．０５ｍｍ／ｓ〜２００ｍｍ／ｓに設定するのが好ましい。

このとき、ガイド体１４の摺動面１４ａが切削対象物Ｓの端面Ｓｅを摺動しつつ切削が行われるため、図５中の丸枠内の部分拡大図に示すような切削刃２３の下動に伴う切削対象物Ｓの端面Ｓｅ側の圧縮変形Ｃｄが、摺動面１４ａが端面Ｓｅを摺動することによって抑えられ、切削片ＳＲの厚みの均一性が確保される。

さらに、切削刃２３が下動されて図６に示すように切削対象物Ｓの下面まで到達すると、その時点で切削刃２３の下動が停止され、所定の厚みｔの１枚の切削片ＳＲが形成され、続いて図７に示すように、切削刃２３が支持手段２４ごと上方に移動されて切断開始の位置に戻されるとともに、次の切削片ＳＲを切削形成するために、テーブル３２ａが切削片ＳＲの厚みｔに相当する距離ｔだけ矢印Ｙ方向と反対方向（図７中の太線矢印方向）に移動されて切削対象物Ｓが載置台３の載置面３１上を距離ｔだけ移動される。その後、上記した動作が繰り返されて、所定の厚みｔの切削片ＳＲが繰り返し形成される。

このとき、比較のために、種類の異なる複数の切削対象物Ｓ（サンプルＡ〜Ｅ）について、ガイド体１４の摺動面１４ａの摩擦係数を０．４以下に設定して切削片ＳＲを形成した場合、摺動面１４ａの摩擦係数を０．４より大きく設定して切削片ＳＲを形成した場合における切削片の厚みの均一性を調べたところ、図８に示すように、摺動面１４ａの摩擦係数が０．４以下であると、摩擦係数が０．４よりも大きい場合に比べて、切削片ＳＲの厚みのばらつきが２％よりも小さくほぼ均一になり、外観も良好で実用上問題ないことが分かる。

また、ガイド体１４の摺動面１４ａの上端と切削刃２３の刃先２３ａからの距離ｄ（図３参照）を変えたときの、切削片ＳＲの厚みのばらつきについても検証した。検証条件として、高さ４０ｍｍの切削対象物Ｓを切削して目標厚み２００μｍの切削片ＳＲを作成するものとし、距離ｄを０ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍ、さらにガイド体なしの場合について切削片ＳＲの厚みのばらつきを測定した結果、図９に示すようになった。

図９は、各距離で切削片ＳＲを所定数ずつ作成し、各切削片ＳＲの厚みの目標厚み（２００μｍ）に対する偏差の平均値を表わしており、距離ｄ＝０ｍｍで３μｍ、距離ｄ＝１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍでいずれも２μｍになる一方、距離ｄが４０ｍｍつまり切削対象物Sの最下端の場合およびガイド体なしの場合には、厚みの偏差の平均がそれぞれ７μｍ，８μｍと大きくなった。これは、距離ｄが４０ｍｍの場合には、ガイド体１４の摺動面１４ａの上端が切削対象物Ｓの最下端にあって接触していないに等しいので、ガイド体１４による押え効果を発揮できない状態にあり、その結果ガイド体なしの場合と同様、切削片ＳＲの厚みのばらつきが大きくなったものと考えられる。よって、ガイド体１４の摺動面１４ａが切削対象物Ｓの端面Ｓｅに接触して押えることができる状態にガイド体１４を配置すればよいことが分かる。

したがって、上記した実施形態によれば、切削刃２３の下動に連動して、ガイド体１４の摩擦係数０．４以下の摺動面１４ａが切削刃２３の下動に伴う切削対象物Ｓの端面Ｓｅの圧縮変形を抑えながら該端面Ｓｅを摺動するため、共振器２１を介して切削刃２３に超音波振動を印加しながら切削対象物Ｓが切削されることによって、切削対象物Ｓを均一な厚みに切削することができ、数１０〜数１００μｍの薄い切削片ＳＲであっても高精度に形成することができる。

しかも、ガイド体１４の摺動面１４ａを摩擦係数０．４以下に設定することにより、切削対象物Ｓが可撓性を有する材質であっても、ガイド体１４の摺動面１４ａが摩擦力によって切削対象物Ｓの端面Ｓｅに引っ掛かって摺動できなくなるのを未然に防止することができ、ガイド体１４の摺動面１４ａが切削対象物Ｓの端面Ｓｅを円滑に摺動することができ、切削片ＳＲをより一層の高精度の厚みに形成することができる。

また、ガイド体１４の摺動面１４ａの上端を、切削刃２３の刃先２３ａを含む水平面より下方に位置させることにより、支持手段２４ごと切削刃２３が下動するのに伴い、切削刃２３が切削対象物Ｓを押圧し始めたときには、ガイド体１４の摺動面１４ａが既に切削対象物Ｓの端面Ｓｅに当接しているため、切削刃２３の下動により切削対象物Ｓが圧縮されても、ガイド体１４によって切削対象物Ｓの端面Ｓｅを押えて切削対象物Ｓの端面Ｓｅの圧縮変形を確実に抑制することができる。このとき、切削対象物Ｓが圧縮される際に、切削対象物Ｓの種類によって圧縮変形する位置や変形量が異なっても、距離ｄ（図３参照）を適宜可変設定することにより、ガイド体１４によって切削対象物Ｓの端面Ｓｅを押えて切削対象物Ｓの端面Ｓｅの圧縮変形を確実に抑えることができる。

また、ガイド体１４の切削対象物Ｓの端面Ｓｅに対峙する側の摺動面１４ａよりも上部に傾斜面が１４ｂを形成したため、ガイド体１４の摺動面１４ａよりも上部の傾斜面１４ｂに沿って、切削されて形成される切削片ＳＲを、傾斜面１４ｂによりガイドして切削対象物Ｓから逃がすことができるため、形成される切削片ＳＲが切削の邪魔になるのを未然に防止して円滑な切削を行うことができる。

また、受け部１４ｄを設けたため、形成された切削片ＳＲを受け部１４ｄにより受け止めることができ、切削片ＳＲの破損を防止できる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。

例えば、上記した実施形態では、ガイド体１４の摺動面１４ａを、摩擦係数０．４以下に設定した例について説明したが、ガイド体１４の摺動面１４ａの表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）を２５ａ以下の密状態に加工するようにしてもよい。

このように、ガイド体１４の摺動面１４ａの表面粗さＲａを２５ａ以下とした場合も、表面粗さＲａが２５ａよりも大きい場合に比べて、切削片ＳＲの厚みがほぼ均一になり外観も良好で実用上問題ないことが分かった。

さらに、ガイド体１４の摺動面１４ａおよび載置台３の載置面３１を摩擦係数０．４以下でかつ表面粗さＲａを２５ａ以下に設定してもよいのは勿論である。

また、上記した実施形態では、ガイド体１４の摺動面１４ａの上端を、切削刃２３の刃先２３ａを含む水平面より下方に位置させる場合について説明したが、傾斜面１４ｂ，１４ｃを形成せずにガイド体１４の一側面全体を摺動面としてもよく、さらにガイド体１４の一側面全体を摺動面の上端、つまりガイド体１４の上面を切削刃２３の刃先２３ａを含む水平面と同じ面内あるいは該水平面よりも下方に位置するようにガイド体１４を配置してもよい。

また、例えば共振器の形状等の構成は上記した例に限定されるものではなく、切断刃の押切方向に平行な振動を切断刃に印加することができれば、共振器をどのように構成してもよい。例えば、側面視形状が末広がり状を有するように共振器が構成されていてもよいし、一般的な直方体状に共振器が構成されていてもよい。また、共振器が一体的な一つの部材により形成されていてもよいし、３個以上の部材が連結されることにより共振器が形成されていてもよい。

また、切削刃２３の共振器２１への取付方法については上記した例に限定されるものではなく、例えば、共振器２１の他方端面に矢印Ｘ方向に平行に嵌合構が形成され、切削刃２３が刃先２３ａと反対側の他端側から嵌合構に嵌入され接着されることにより、切削刃２３が共振器２１に取り付けられていてもよい。

また、上記した実施形態では、切削対象物Ｓをシリコーンとした場合について説明したが、切削対象物はこれに限定されるものではなく、軟質樹脂その他の可撓性を有する樹脂、エラストマー，軟質ゴムであってもよく、好ましくはガラス転移温度が常温よりも低い材質のものを切削対象物とし、得られた切削片が電子部品の放熱用の熱伝性シート等として利用されるものであるとよい。

また、ガイド体１４の摺動面１４ａの上側にのみ傾斜面１４ｂを有する構成であってもよく、下側の傾斜面１４ｃは特に必要ではない。ただし、傾斜面１４ｂ，１４ｃをガイド体１４の中心を通る水平面に対照な位置に形成しておけば、どちらの傾斜面１４ｂ，１４ｃを上に配置してもよく、上側の傾斜面に不具合が生じたときに下側の傾斜面を上側に配置すればよく、ガイド体１４の取り付け作業が簡便になる。

また、矢印Ｚ軸方向への駆動機構４の構成、その他の装置構成は、上記した実施形態の構成に限られるものではなく、要するに、切削刃２３を共振器２１ごと矢印Ｚ方向に往復移動に移動させることができ、切削対象物Ｓを矢印Ｙ方向に送り移動させることができる構成であればよい。

そして、本発明は、切削刃に超音波振動を印加して切削対象物を所定の厚みに切削する装置すべてに適用することができる。

１ …切削装置
３ …載置台（保持手段）
６ …制御装置（制御手段）
１４ …ガイド体
１４ａ…摺動面
１４ｂ…傾斜面
１５ …調整手段
２１ …共振器（超音波振動手段）
２２ …振動子（超音波振動手段）
２３ …切削刃
２３ａ…刃先
２４ …支持手段
３１ …載置面
３２ …送り機構（移動手段）
Ｓ …切削対象物
Ｓｅ …端面
ＳＲ …切削片
ｔ …厚み

Claims

可撓性を有する切削対象物を所定の厚みに切削して切削片を加工形成する切削装置において、
振動子により発生する超音波振動に共振する共振器を備える超音波振動手段と、
前記超音波振動手段を振動方向である上下方向に移動自在に支持するとともに、前記超音波振動手段の上下方向軸周りの支持角度を調整可能に支持する支持手段と、
前記超音波振動手段の前記共振器に取り付けられ前記共振器を介して超音波振動が印加される切削刃と、
前記切削対象物を前記切削刃の下方位置で保持する保持手段と、
前記支持手段に取り付けられ、前記切削対象物の端面に対峙する側に摺動面を有し、前記支持手段による前記超音波振動手段の上下動に連動して前記摺動面が前記切削対象物の端面を摺動するガイド体と、
前記切削刃による前記切削対象物の切削の度に前記切削対象物を保持手段ごと前記ガイド体に向かう方向に送り移動させる移動手段と、
前記超音波振動手段、前記支持手段および前記移動手段を制御する制御手段と、
前記ガイド体を前記切削対象物に向かう方向に移動させて前記切削刃の上下移動面と前記ガイド体の前記摺動面との間の距離により設定される前記切削片の厚みを調整する調整手段と
を備え、
前記ガイド体の少なくとも前記摺動面が、摩擦係数０．４以下に設定され、
前記摺動面の上端は、前記切削刃の刃先を含む水平面と同じか該水平面より下方に位置し、
前記ガイド体の前記切削対象物の端面に対峙する側の前記摺動面よりも上部には、上に行くほど前記切削刃から離れるように平面または曲面状に傾斜した傾斜面が形成されており、
前記超音波振動手段の下動による前記切削刃の下動の際に、前記共振器を介して前記切削刃に超音波振動を印加しながら前記切削対象物を切削しつつ、前記摺動面の摺動により前記切削刃の下動に伴う前記切削対象物の前記端面側の圧縮変形を抑えることを特徴とする切削装置。
前記摺動面は、前記ガイド体に摩擦係数０．４以下のコーティング材をコーティングして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の切削装置。
前記ガイド体の全部または前記摺動面を含む一部が、摩擦係数０．４以下の材質により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の切削装置。
前記切削対象物は、可撓性を有するシリコーン、軟質樹脂、軟質ゴムのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の切削装置。