CN101562127A - 划线装置以及多轴划线装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及划线装置以及多轴划线装置。本发明提供一种能够使从划线工具赋予工件上的载荷稳定化的划线装置。本发明的划线装置具备：轴部件(1)，其具有磁铁(5)；电枢(2)，其具有围绕轴部件(1)的周围的多个线圈(8)；划线工具(4)，其设置于轴部件(1)的前端，用于在薄板状的工件(W)上刻上划线；移动机构(21)，其使划线工具(4)沿工件(W)的表面相对移动。在电枢(2)的线圈中流过电流，由此划线工具向工件(W)的表面进退。在划线工具与工件(W)的表面接触时，进一步在电枢(2)的线圈中流过电流，由此在按照工件(W)的表面内的划线工具(4)的行进方向使轴部件(1)绕其轴线旋转的状态下，从划线工具(4)向工件(W)赋予载荷。

Description

划线装置以及多轴划线装置

技术领域

本发明涉及用于在玻璃基板、半导体晶片等薄板状的工件上刻上划线的划线装置。

背景技术

在切断玻璃基板、半导体晶片等薄板状的工件时，预先在工件的表面上刻上划线。将划线工具以适当的载荷压在工件的表面上，使划线工具沿工件的表面移动，由此能够在工件的表面上刻上划线。形成划线后，若沿划线将工件弯曲，则划线的垂直裂缝到达工件的里面，而将工件切断。如果能够在工件上形成深的垂直裂缝，就能够仅通过划线工序将工件切断。

近年来的FPD(平板显示器)用基板朝着薄型化发展，例如板厚为0.1mm以下的玻璃粘合基板也开始出现。若工件变薄且脆性进一步变高，则在工件上形成划线时必须使从划线工具赋予工件上的载荷小且维持在稳定的状态。若发生载荷变动，则产生突发的破坏等，难以保证切断质量。

如图11所示，在现有的划线装置中，使用用于向划线工具61赋予载荷的气缸62，且通过调整器对从划线工具61向工件W上赋予的载荷进行调整(例如参考专利文献1)。另外，为了使划线工具61追随工件W的表面的凸凹，通过使用了直线导轨63的浮动机构支承划线头部64。即，为使划线工具61追随工件W的表面的高度的凸凹而上下移动，通过直线导轨63支承安装划线工具61的划线头部64。而且，使用旋转轴承66引导垂直轴65的旋转，从而按照划线工具61的行进方向使垂直轴65能够绕其轴线旋转。

[专利文献1]日本特开2005-82413号公报

然而，在现有的划线装置中，从划线工具向工件赋予载荷时由于以下(1)～(3)的理由恐怕会引起载荷的变动，在工件的局部上产生碎片或裂痕。特别在载荷较小时容易引起载荷的变动。

(1)在按照工件的表面的凸凹使划线头部上下移动时，气缸内的压力变动，从而赋予工件上的载荷变动。

(2)在结构上由于划线头部的自重容易变重，因此由于划线头部的惯性的原因，按照工件的表面的凸凹的划线头部的上下移动迟缓。另外，由于用于减少直线导轨的滑动阻力或赋予工件上的划线头部的自重的拉伸弹簧，而使划线头部的上下移动迟缓。

(3)从划线头部传递到划线工具的载荷由转子轴承吸收或者放大，从划线工具赋予工件上的载荷变动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种划线装置以及多轴划线装置，其能够使从划线工具赋予工件上的载荷稳定化。

为了解决所述问题，第一发明是一种划线装置，其具备：轴部件，其具有磁铁；电枢，其具有围绕所述轴部件的周围的线圈；划线工具，其设置于所述轴部件的前端，用于在薄板状的工件上刻上划线；移动机构，其使所述划线工具沿所述工件的表面相对移动，在所述电枢的所述线圈中流过电流，由此所述划线工具向所述工件的表面进退，在所述划线工具与所述工件的表面接触时，进一步在所述电枢的所述线圈中流过电流，由此在按照所述工件的表面内的所述划线工具的行进方向使所述轴部件能够绕其轴线旋转的状态下，从所述划线工具向所述工件赋予载荷。

第二发明是根据第一发明所述的划线装置，其特征在于，所述划线装置还具备控制装置，所述控制装置进行控制向所述工件的表面进退的所述轴部件的位置的位置控制和控制从与所述工件接触的所述划线工具向所述工件赋予的载荷的载荷控制。

第三发明是根据第二发明所述的划线装置，其特征在于，所述划线装置还具备：电流传感器，其检测在所述线圈中流过的电流；位置传感器，其检测所述轴部件的轴线方向的位置，所述控制装置根据指令以及来自所述位置传感器的信息进行所述位置控制，并且根据指令以及来自所述电流传感器的信息进行所述载荷控制。

第四发明是根据第一至第三发明中任意一项所述的划线装置，其特征在于，所述划线装置还具备静压空气轴承，所述静压空气轴承在从轴承主体的外部供给的空气的力的作用下使所述轴部件在轴承主体中浮起，同时对所述轴部件在其轴线方向上的直线运动、绕轴线的旋转进行引导。

第五发明是一种多轴划线装置，其通过多个包括根据第一至第四发明中任意一项所述的划线装置的所述轴部件、所述电枢以及所述划线工具的划线头部以相互的所述轴部件平行的方式层叠而构成。

根据本发明，由于在原本自重轻且能够绕轴线旋转的轴部件上设置划线工具，因此能够实现保持划线工具的部分的自重的轻量化。而且，由于轴部件相对于电枢沿轴线方向移动时的滑动阻力接近于零，因此能够提高划线工具相对于工件的表面的凹凸的追随性。因而，能够使从划线工具向工件赋予的载荷稳定化。

附图说明

以下参照附图对所述本发明的目的和特征进行详细说明，且对其中一个实例进行例示说明，其中，

图1是本发明的第一实施方式的划线装置的垂直剖面图。

图2是划线装置的划线头部的立体图。

图3是静压空气轴承的剖面图。

图4是杆形直线电动机的立体图(包含局部剖面图)。

图5是线圈以及卷料匣的立体图。

图6是线圈以及卷料匣的详细图(图中(A)表示卷料匣的主视图，图中(B)表示沿线圈以及卷料匣的轴线方向的剖面图)。

图7是表示磁铁和线圈的位置关系的图。

图8是驱动器的结构图。

图9是本发明的第二实施方式的多轴划线装置的垂直剖面图。

图10是本发明的第三实施方式的划线装置的垂直剖面图。

图11是表示现有的划线装置的侧面图。

符号说明：1-杆(轴部件)，2-电枢，4-切断轮(划线工具)，5-磁铁，8-线圈，11-划线头部，21-移动机构，22-静压空气轴承，22a-轴承主体，30-驱动器(控制装置)，32-电流传感器，33-位置·速度传感器。

具体实施方式

参照附图对本发明的划线装置的实施方式进行详细的说明。图1以及图2表示本发明的第一实施方式的划线装置。图1表示划线装置的垂直剖面图，图2表示划线头部的剖面图。

划线装置具备：放置工件W的工作台6；设置作为划线工具的切断轮4的划线头部11；使划线头部11相对于工件W沿工件W的表面相对移动的移动机构21。工作台6在水平面上延伸。在工作台6上开有用于吸附工件W的多个空气吸引孔。移动机构21使划线头部11或工作台6的任意一方移动。在使切断轮4与工件W的表面接触的状态下，移动机构21使切断轮4沿工件W的表面在X轴方向上相对移动，由此切断轮4在工件W的表面上沿X轴方向滚动，从而在工件W的表面上刻上划线。在工件W的表面上刻多根划线时，刻上一根划线后移动机构21使划线头部11或工作台6的任意一方在Y轴方向上移动，其后移动机构21使与工件W的表面接触的切断轮4沿工件W的表面在X轴方向上移动。

划线头部11具备：杆形直线电动机，其由作为轴部件的杆1以及围绕杆1的电枢2构成；静压空气轴承22，其对杆1相对于电枢2在杆1的轴线方向上的直线运动进行引导；保持架3，其直接固定(不夹持转子轴承)在杆1的前端；切断轮4，其可旋转地支承在保持架3上。

在保持架3的下端部形成由狭缝分为两股的车轴保持部3a。在车轴保持部3a上可旋转地夹持算盘珠状的切断轮4。切断轮4的车轴在水平方向上延伸。在水平方向延伸的切断轮4的车轴与在垂直方向上延伸的杆1的轴线正交。由于切断轮4容易按照其行进方向在水平面内旋转，因此也可以像椅子的脚轮那样使切断轮4的车轴错开杆1的轴线。

在杆形直线电动机的电枢2的下端安装静压空气轴承22。如图3所示，在圆筒状的轴承主体22a上形成用于对杆1和轴承主体22a之间供给空气的空气供给路径22b。在空气供给路径22b中从轴承主体22a的外部供给压缩空气，在杆1和轴承主体22a之间构成空气膜23。静压空气轴承22在轴承主体22a中使杆1在空气的力的作用下浮起，同时对杆1在轴线方向上的直线运动、绕轴线的旋转进行引导。由于杆1和轴承主体22a不接触，因此能够使杆1的滑动阻力接近于零。另外，在仅通过磁力使杆1在电枢2内保持为浮起的状态的杆形直线电动机中，电枢2内的杆1有可能发生偏离。通过设置在杆1和轴承主体22a之间夹有空气膜23的静压空气轴承，能够使杆1的直线运动和旋转运动稳定(第四发明的效果)。

图4表示杆形直线电动机的详细图。杆形直线电动机由作为轴部件的杆1以及电枢2构成，所述杆1具有多个磁铁，且N极和S极的磁极在轴线方向上交互形成，所述电枢2具有围绕杆1的周围的多个线圈8。在杆1和线圈8之间存在磁性间隙。多个线圈8被由成形体形成的壳17覆盖。这多个线圈8以及壳17构成电枢2。杆形直线电动机通过在杆1的磁铁5上产生的磁场和在线圈8中流动的电流，获得用于杆1直线运动的推力。

杆1由例如不锈钢等的非磁性材料构成，且像管那样具有中空的空间。在杆1的中空空间中，圆柱状的多个磁铁5(切片磁铁(segment magnet))以同极相互对置的方式层叠。在磁铁5之间夹持由例如铁等磁性体构成的极靴7(磁极块)。通过夹持极靴7，能够使磁铁5形成的磁场接近于正弦波。

线圈8通过将铜线螺旋状卷绕而构成，保持在卷料匣9中。图5以及图6表示线圈8以及保持线圈8的卷料匣9的详细图。多个圆环状的线圈8在其轴线方向上以相互的轴线一致的方式配置成一列。在轴线方向上相邻排列的三个线圈构成三相(U相、V相、W相)线圈。组合多个三相的线圈，由此构成整体的线圈组件。由于需要使相邻的线圈8彼此绝缘，因此在线圈8之间夹持树脂制的隔板部9b作为绝缘材料。隔板部9b形成为与线圈8的正面形状相同的圆环形状。隔板部9b与在线圈8的轴线方向上细长延伸的板状的架主体部9a一体地成形。即，卷料匣9是树脂成形品，由在线圈8的轴线方向上细长延伸的板状的架主体部9a和从架主体部9a向下方突出的薄壁的多个隔板部9b构成。在架主体部9a的侧面设有注塑成型时用于将卷料匣9固定在模具上的突起9c。在架主体部9a的下表面形成与线圈8的外形形状相符的曲面状的凹处9d。

在卷料匣9的上表面安装与架主体部9a相同的平面形状的矩形状的绝缘基板10。在绝缘基板10上形成与线圈8的导线8a电连接的导电图案。导电图案连接U相彼此的线圈、V相彼此的线圈、W相彼此的线圈而形成。

线圈8以及卷料匣9由作为成形体的壳17覆盖。通过将线圈8以及卷料匣9安装在注塑成形的模具中，并在模具中喷射成形材料，由此线圈8以及卷料匣9与壳17形成为一体。通过将线圈8与壳17一体地***成形，由此与将线圈8用其他部件的壳覆盖的情况相比，具有能够使壳17的壁厚较薄的优点。使壳17的壁厚较薄，由此能够缩小杆形直线电动机的尺寸。

如图4所示，与杆1的轴线正交的截面的壳17的外形形状实质上形成为四边形(在本实施方式中为长方形)。在壳17的侧面中的一个面上加工用于将壳17安装在移动机构21的台上的内螺纹12。内螺纹12是在注塑成形壳17时，通过将***螺母13埋入模具中而与壳17形成为一体。另外，在壳17的上表面上形成在杆1的轴线方向上隔开间隔并***定位销的两个定位孔14。两个定位孔14在杆1的轴线上排列，且连接两个定位孔14的线与杆1的轴线平行。通过在壳17上加工定位孔14，由此在将壳17安装在移动机构21的台上时，能够防止杆1倾斜安装。

在壳17上形成用于提高散热特性的散热片17a。在壳17的轴线方向的两端部一体地形成由壳17定位的端部件19。与线圈8以及卷料匣9同样地预先将端部件19***模具中。在该端部件19的一方通过螺钉等固定机构安装所述的静压空气轴承22(参照图2)。另外，在端部件19的另一方安装用于检测杆1的轴线方向的位置的作为位置传感器的编码器。将编码器收容在安装于壳17的轴线方向的端部的箱20中。

由于安装在移动机构21的台上，因此要求壳17的机械强度高。另外，由于需要和线圈8保持绝缘，因此要求壳17的绝缘性高。进而，为了提高冷却功率，要求壳17的热传递性好。为了满足这些要求，壳17的材料采用玻璃环氧等热塑性树脂，或者将绝缘性的金属氧化物粒子作为填充材料而与热塑性树脂混合而成的成形材料。

图7表示直线电动机的磁铁5和线圈8的位置关系。在杆1内的中空空间内，作为励磁磁铁，圆盘状的多个磁铁5(切片磁铁)以同极相互对置、即N极和N极、S极和S极对置的方式层叠。需要说明的是，虽然图7未表示，但实际上在磁铁5之间夹持极靴7(参照图4)。在杆1的周围层叠包围杆1的多个线圈8。线圈8通过将由U·V·W构成的三相线圈组合多个而构成。若在三相线圈中流过每120°相位不同的三相电流，则产生在线圈8的轴线方向上移动的移动磁场。在移动磁场的作用下将推力施加到杆1内的磁铁5上，杆1与移动磁场的速度同步进行直线运动。如图1所示，伴随着杆1的直线运动，安装在杆1的前端的切断轮4也在Z轴方向上作直线运动，向工件W的表面进退。由于杆1在线圈8内经由磁性间隙而呈浮起的状态，因此能够使杆1作直线运动时的滑动阻力接近于零。

杆1在线圈8内绕杆1的轴线旋转自如地保持。在切断轮4与工件W的表面接触时，进而在三相线圈中流过三相交流电流，由此能够在切断轮4上产生向下方向的推力，能够从切断轮4向工件W赋予载荷。在切断轮4向工件W的表面赋予载荷期间，杆1也处于能够绕其轴线旋转的状态。因此，在移动机构21使切断轮4沿表面移动时，杆1按照切断轮4的行进方向旋转。任意地改变切断轮4的行进方向(切断轮4滚动的方向)，由此不仅直线，连曲线的划线也能够稳定形成。

图8表示作为控制杆形直线电动机的控制装置的驱动器的结构图。驱动器30由以下构成：电力变换器31，其以适于控制电压形PWM变换器(脉宽调制)等的杆形直线电动机的方式供给电能；电流传感器32，其检测在杆形直线电动机的线圈中流动的电流；位置·速度传感器33，其检测杆1的轴线方向的位置以及速度；控制器34～36，其通过控制电力变换器31而控制杆形直线电动机。位置·速度传感器33共用一个编码器。

控制***由用于进行位置控制的位置控制回路37、用于进行速度控制的速度控制回路38和用于进行电流控制的电流控制回路39这三个回路构成。位置控制回路37是主回路，以速度控制回路38、电流控制回路39的顺序构成辅助回路。电流控制回路39具有以交流电流构成控制回路的情况以及将三相交流电流变换为旋转正交二轴上的矢量而构成控制回路的情况这两种。

位置控制器34算出来自位置指令器40的指令以及来自位置传感器33的反馈信号的偏差，生成速度指令以使偏差接近于零。速度控制器35算出位置控制器34生成的速度指令以及来自速度传感器33的反馈信号的偏差，生成电流指令以使偏差接近于零。电流控制器36算出速度控制器35生成的电流指令以及来自电流传感器32的反馈信号的偏差，生成电压指令以使偏差接近于零。电力变换器31根据电流控制器36生成的电压指令，向杆形直线电动机42供给三相交流电流。

有时也从载荷指令器41向电流控制器36直接输入电流指令。通过开关44切换来自速度控制器35的电流指令和来自载荷指令器41的电流指令。由此能够控制向杆形直线电动机42供给的电流、即杆形直线电动机产生的推力，能够控制从切断轮4赋予工件W上的载荷。

驱动器30首先按照来自位置指令器40的位置指令使杆1在Z轴方向上下降，进行使切断轮4与工件W的表面接触的位置控制。若切断轮4与工件W的表面接触，则切换开关44，驱动器30进行载荷控制。驱动器30根据来自载荷指令器41的指令将从切断轮4向工件W赋予的载荷控制为一定。在该状态下，移动机构21使切断轮4沿工件W的表面移动。在移动机构21使切断轮4沿工件W的表面移动的期间，从切断轮4向工件W赋予的载荷保持为一定。形成划线后，在使切断轮4从工件W的表面在Z轴方向上离开时，再次切换开关44，驱动器30根据位置指令使杆1在Z轴方向上上升。

只要采用这样的能够切换位置控制和载荷控制的驱动器30，则采用一个杆形直线电动机，就能够共同进行切断轮4的位置的控制以及从切断轮4赋予工件W上的载荷的控制。由于不需要一并使用控制位置的直线电动机以及控制载荷的气缸，因此实现划线头部11的结构的简化。另外，由于能够将从切断轮4赋予工件W上的载荷保持为一定，因此能够防止像使用了气缸时那样，在切断轮4追随工件W的表面的凸凹而上下移动时，从切断轮4赋予工件W上的载荷产生变动(第二发明的效果)。

图9表示本发明的第二实施方式的多轴划线装置。在该实施方式的划线装置中，将多个所述第一实施方式的划线装置的划线头部11以相互的杆1平行的方式层叠。构成划线头部11的杆1、电枢2、静压空气轴承22、保持架3以及切断轮4的结构与所述第一实施方式相同，因此标注相同符号而省略说明。

多个划线头部11集中安装在移动机构21的台上。若移动机构21使多个划线头部11沿工件W的表面移动，则在工件W的表面上同时形成多根划线。各划线头部11的结构是将保持架3安装在杆形直线电动机的杆1的前端的简单结构，因此能够缩短多个划线头部11之间的间距。由此，也能够缩短在工件W上同时形成的多根划线的间距(第五发明的效果)。

图10表示本发明的第三实施方式的划线装置。在该实施方式的划线装置中组装用于使切断轮4的高度主动地追随工件W的表面的凸凹的高度测量部51。高度测量部51由激光测距仪等构成，对切断轮4的行进方向的前方的工件W的测量点W1的高度进行测量。控制杆形直线电动机的驱动器30在切断轮4通过工件W的测量点W1时，根据高度测量部51测量的工件W的测量点W1的高度，控制杆1的Z轴方向的位置以使切断轮4切入工件W的深度一定。由此，避免了将切断轮4过度地压在工件W上，能够抑制在切断轮4通过工件W的凸凹时常出现的微细的划线碎片的产生。还有，在该实施方式中，驱动器所进行的位置控制与载荷控制一并使用。

高度测量部51配置在与切断轮4相同的位置时，即使使驱动器30高速响应，也由于切断轮4上下移动之前需要一定的时间，因此不能使切断轮4准确地追随工件W的表面的凸凹。为了不在切断轮4的上下移动时产生时间的延迟，将高度测量部51配置在切断轮4的行进方向的前方的测量点W1上。驱动器30在将切断轮4到达前方的工件W的测量点W1的时间以及杆1的响应时间相加之后，在切断轮4通过工件W的测量点W1时，使切断轮4上下移动以使切断轮4的切入深度保持一定。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，在不改变本发明的要点的范围内能够具体化为各种实施方式。例如划线工具可以使用被称作点金刚石的前端尖的工具来替代切断轮。另外，也可以在杆和架之间夹持压电元件等振子以使划线工具振动。这里，需要注意使包含振子的杆的质量不变重。进而，也可以使杆形直线电动机的杆自身振动。此时，也可以像音圈电动机那样在杆上配置单一的磁铁，或者也可以使多个磁铁以N极彼此或S极彼此对置的方式配置。进而，也可以设置使杆绕其轴线旋转的驱动机构，而控制切断轮的水平面内的旋转角度。

本发明基于2008年4月16日递交的日本专利申请2008-107148号公报和2009年2月27日递交的日本专利申请2009-045718号公报。

Claims (5)

1.一种划线装置，其具备：

轴部件，其具有磁铁；

电枢，其具有围绕所述轴部件的周围的线圈；

划线工具，其设置于所述轴部件的前端，用于在薄板状的工件上刻上划线；

移动机构，其使所述划线工具沿所述工件的表面相对移动，

在所述电枢的所述线圈中流过电流，由此所述划线工具向所述工件的表面进退，

在所述划线工具与所述工件的表面接触时，进一步在所述电枢的所述线圈中流过电流，由此在按照所述工件的表面内的所述划线工具的行进方向使所述轴部件能够绕其轴线旋转的状态下，从所述划线工具向所述工件赋予载荷。

2.根据权利要求1所述的划线装置，其特征在于，

所述划线装置还具备控制装置，所述控制装置进行控制向所述工件的表面进退的所述轴部件的位置的位置控制和控制从与所述工件接触的所述划线工具向所述工件赋予的载荷的载荷控制。

3.根据权利要求2所述的划线装置，其特征在于，

所述划线装置还具备：

电流传感器，其检测在所述线圈中流过的电流；

位置传感器，其检测所述轴部件的轴线方向的位置，

所述控制装置根据指令以及来自所述位置传感器的信息进行所述位置控制，并且根据指令以及来自所述电流传感器的信息进行所述载荷控制。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的划线装置，其特征在于，

所述划线装置还具备静压空气轴承，所述静压空气轴承在从轴承主体的外部供给的空气的力的作用下使所述轴部件在轴承主体中浮起，同时对所述轴部件在其轴线方向上的直线运动、绕轴线的旋转进行引导。

5.一种多轴划线装置，其通过多个包括根据权利要求1～3中任意一项所述的划线装置的所述轴部件、所述电枢以及所述划线工具的划线头部以相互的所述轴部件平行的方式层叠而构成。

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