CN107639535A - 主轴单元和加工装置 - Google Patents

Abstract

提供主轴单元和加工装置，通过低价且简易的结构对主轴的旋转方向进行识别。主轴单元(42)具有：主轴(44)，在该主轴(44)上安装有磨削磨轮(46)；壳体(43)，其将主轴支承为能够旋转；电动机(71)，其使主轴旋转；以及旋转检测构件(81)，其对主轴的旋转方向进行检测。旋转检测构件构成为具有：多个遮光板(82)，它们的宽度不同，沿主轴的圆周方向隔开间隔地配置；以及传感器部(84)，其对多个遮光板进行检测，根据遮光板的检测节律的差异来检测主轴的旋转方向。

Description

主轴单元和加工装置

技术领域

本发明涉及在前端安装有加工工具的主轴单元和加工装置。

背景技术

作为磨削装置的主轴单元，公知在主轴的前端侧的安装座上安装有作为加工工具的磨削磨轮、主轴的后端侧与作为驱动源的电动机连结的结构(例如，参照专利文献1)。在这种主轴单元中，通常，在与主轴一体旋转的旋转体上形成有缝等，利用传感器部对缝等进行检测而识别出主轴旋转的有无和旋转速度(转速(rpm))。即，根据缝等旋转1圈的时间来识别出旋转速度，根据传感器部在一定的时间内检测到缝等的次数来识别出转速。

专利文献1：日本特开2013-158872号公报

但是，在使用于主轴单元的电动机中使用感应电动机等，这种电动机能够根据配线的连接方法来变更主轴的旋转方向。但是，虽然能够如上述那样在装置侧对旋转的有无及旋转速度进行识别，但即使因电动机的配线的连接错误等而使主轴的旋转方向出错，也无法在装置侧识别出旋转方向。虽然也考虑了通过在主轴上安装编码器来识别出旋转方向，但存在编码器价格高昂而使成本增加的问题。

发明内容

本发明是鉴于该点而完成的，其目的之一在于，提供能够通过低价且简易的结构来识别出主轴的旋转方向的主轴单元和加工装置。

本发明的一个方式的主轴单元具有：主轴，其与安装加工工具的安装座连接；壳体，其将该主轴支承为能够旋转；作为旋转驱动源的电动机，其与该主轴连结；以及旋转检测构件，其对该主轴基于该电动机的旋转进行检测，其中，该旋转检测构件具有：至少两个检测部，它们与该主轴连接并且以该主轴的轴心为中心沿圆周方向宽度不同；以及传感器部，其对旋转的该至少两个检测部进行检测，能够根据由该传感器部对通过使该主轴旋转而旋转的该至少两个检测部进行检测而得的检测节律的差异来判断旋转方向。

根据该结构，随着主轴的旋转而利用传感器部对至少两个宽度不同的检测部进行检测，由此，从旋转检测构件输出与主轴的旋转方向对应的检测节律。因此，根据一定时间内的检测节律的节律图案的重复次数来识别出主轴的转速。并且，由于检测节律根据主轴的旋转方向而不同，所以能够根据检测节律的差异来判断主轴的旋转方向。这样，能够使用用于检测主轴的转速的结构，通过低价且简易的结构对旋转方向进行检测。

本发明的一个方式的加工装置具有判断构件以及上述的主轴单元，其中，该判断构件将该传感器部所检测出的检测节律与预先存储的第1旋转方向上的第1节律和作为与该第1旋转方向相反方向的第2旋转方向上的第2节律进行比较而对该主轴的旋转方向进行判断。

根据本发明，利用传感器部对与主轴一起旋转的至少两个宽度不同的检测部进行检测，从而能够通过低价且简易的结构对主轴的旋转方向进行识别。

附图说明

图1是本实施方式的磨削装置的立体图。

图2是本实施方式的主轴单元的剖视示意图。

图3是本实施方式的旋转检测构件的俯视示意图。

图4的(A)和(B)是本实施方式的旋转检测构件所进行的旋转方向的检测动作的说明图。

图5的(A)～(D)是变形例的旋转检测构件所进行的旋转方向的检测动作的说明图。

图6是变形例的旋转检测构件的俯视示意图。

标号说明

1：磨削装置(加工装置)；42：主轴单元；43：壳体；44：主轴；45：安装座；46：磨削磨轮(加工工具)；61：识别构件；62：判断构件；71：电动机；81、91、96：旋转检测构件；82、92、97：遮光板(检测部)；83、93：缝；84、94、98：传感器部。

具体实施方式

以下，参照附图对本实施方式的磨削装置进行说明。图1是本实施方式的磨削装置的立体图。另外，将磨削装置作为加工装置来进行例示说明，但只要是具有本实施方式的主轴单元的加工装置即可。并且，磨削装置并不限定于如图1所示那样磨削加工专用的装置结构，例如，也可以组装到全自动地实施磨削加工、研磨加工、清洗加工等一系列加工的全自动类型的加工装置中。

如图1所示，磨削装置1构成为使用将多个磨削磨具47排列成环状的磨削磨轮(加工工具)46对保持在保持工作台20上的晶片W进行磨削。晶片W在粘贴于保护带T的状态下被搬入到磨削装置1中，隔着保护带T而保持在保持工作台20上。另外，晶片W只要是作为磨削对象的板状部件即可，可以是硅、砷化镓等半导体晶片，也可以是陶瓷、玻璃、蓝宝石等光器件晶片，还可以是器件图案形成前的预切片的晶片。

在磨削装置1的基台10的上表面形成有沿X轴方向延伸的矩形的开口，该开口被能够与保持工作台20一起移动的移动板11和波纹状的防水罩12覆盖。在防水罩12的下方设置有使保持工作台20沿X轴方向移动的滚珠丝杠式的进退构件(未图示)。保持工作台20构成为与旋转构件(未图示)连结，能够通过旋转构件的驱动而进行旋转。并且，在保持工作台20的上表面上形成有通过多孔质的多孔材料对晶片W进行吸引保持的保持面21。

在基台10上的柱15上设置有对磨削构件40在相对于保持工作台20接近和远离的方向(Z轴方向)上进行磨削进给的磨削进给构件30。磨削进给构件30具有：一对导轨31，它们配置在柱15上且与Z轴方向平行；以及电动机驱动的Z轴工作台32，其以能够滑动的方式设置在一对导轨31上。在Z轴工作台32的背面侧形成有未图示的螺母部，这些螺母部与滚珠丝杠33螺合。通过与滚珠丝杠33的一端部连结的驱动电动机34使滚珠丝杠33旋转驱动，从而使磨削构件40沿着导轨31在Z轴方向上移动。

磨削构件40构成为借助外壳41安装在Z轴工作台32的前表面上，利用主轴单元42使磨削磨轮46绕中心轴进行旋转。主轴单元42是所谓的空气主轴，在壳体43的内侧借助空气对主轴44进行浮动支承。主轴44的前端与安装座45连结，在安装座45上安装有磨削磨轮46，在磨削磨轮46上呈环状地配设有多个磨削磨具47。磨削磨具47是利用金属结合剂或树脂结合剂等结合剂将金刚石磨粒固定而形成的。

并且，磨削构件40的高度位置通过线性标尺51来测量。线性标尺51利用设置在Z轴工作台32的读取部52来读取设置在导轨31的表面的标尺部53的刻度，从而对磨削构件40的高度位置进行测量。在基台10的上表面设置有对晶片W的厚度进行测量的厚度测量构件55。厚度测量构件55使一对触头56、57与保持工作台20的保持面21和晶片W的上表面接触，根据保持工作台20的保持面高度与晶片W的上表面高度的差值来测量出晶片W的厚度。

并且，在磨削装置1上设置有对装置各部分进行集中控制的控制构件60和对各种信息进行显示的显示构件65。控制构件60和显示构件65由执行各种处理的处理器或存储器等构成。存储器根据用途由ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)等一个或多个存储介质构成。在该磨削装置1中，根据线性标尺51和厚度测量构件55的测量结果来通过控制构件60对磨削进给量进行控制，通过磨削构件40将晶片W磨削至规定的厚度。

另外，在通常的磨削装置中设置有对主轴的转速等进行识别的结构。例如，在与主轴一体旋转的旋转体上形成缝，利用光传感器或光纤传感器对缝的一定时间的检测次数进行计数而检测出主轴的转速。但是，虽然利用该结构能够在磨削装置侧识别出主轴的转速，但无法识别出主轴的旋转方向。并且，在采用感应电动机来作为电动机的情况下，通过配线的连接来变更旋转方向，但因配线的连接错误等而使主轴反向旋转。

如果是像泵等那样只要通过是否进行正常动作便能够容易地判别出旋转方向还好，但在像磨削装置的主轴单元那样无法看一眼就判别出旋转方向的情况下，可能会以反向旋转的状态持续磨削晶片W。在该情况下，也能够在主轴上设置编码器而对旋转方向进行检测。但是，编码器是在正反旋转的电动机中使用进而将旋转变位量输出为电信号的结构，当将其使用于如磨削装置的主轴单元那样仅按照一个方向旋转、不需要旋转变位量的检测的结构时，成本变高。

本案发明人研究了不使用价格高昂的编码器来低价且简易地对主轴44的旋转方向进行识别的结构，对识别主轴44的转速等的结构进行改良而完成了能够识别旋转方向的主轴单元42。由此，除了主轴44的转速等之外，还能够在磨削装置1中识别出旋转方向。并且，利用显示构件65来显示主轴44的旋转方向，从而能够将因电动机71的配线的连接错误等导致的主轴44的反向旋转通知给操作者。

以下，参照图2和图3对本实施方式的主轴单元进行说明。图2是本实施方式的主轴单元的剖视示意图。图3是本实施方式的旋转检测构件的俯视示意图。

如图2所示，主轴单元42中，利用壳体43来围绕直立姿势的主轴44，使空气从壳体43相对于主轴44的侧面喷出而形成将主轴44支承为能够旋转的空气轴承。主轴44的前端与安装有磨削磨轮46的安装座45连接，主轴44的后端与旋转驱动源的电动机71连结。电动机71由设置在主轴44的上端部分的转子72和隔着冷却套74设置在壳体43的内周面的定子73构成。在冷却套74内形成有多个冷却水路75，通过冷却水路75来抑制电动机71的发热。

在主轴44的下端部分和中间部分形成有大直径的圆板部77、76，在壳体43的下端部分，以进入到圆板部76、77之间的方式形成有环状部78。在该情况下，在主轴44的圆板部76、77与壳体43的环状部78之间设置有成为空气的通路的微小间隙。在环状部78的外表面上形成有多个喷射口79，各喷射口79通过环状部78内的流路而与空气提供源80连接。通过从环状部78的多个喷射口79向主轴44的外表面喷射空气，主轴44借助空气被壳体43浮动支承。

此时，由于主轴44的圆板部76、77被壳体43的环状部78借助空气以较广的面积浮动支承，所以沿推力方向对主轴44作用的加工负荷被分散。并且，主轴44和壳体43内的空气一边对电动机71进行冷却一边从主轴单元42的上方排出，并且通过设置在壳体43的下端的罩67的内侧从主轴单元42的下方排出。并且，在罩67的下部内表面上安装有防止磨削水进入到罩67内的带状的海绵材料68。

如图2和图3所示，在壳体43的上表面安装有对由电动机71产生的主轴44的旋转进行检测的旋转检测构件81。旋转检测构件81构成为利用传感器部84对以主轴44的轴心为中心的沿圆周方向交替配置的宽度不同(中心角不同)的3个扇状的遮光板(检测部)82a～82c和3个缝83a～83c进行检测。3个遮光板82a～82c在与主轴44的轴心垂直的水平面内按照形成宽度不同的缝83a～83c的方式沿周向隔开间隔地配置在主轴44上。

传感器部84是所谓的透过型的光纤传感器，其投光部85和受光部86夹着遮光板82的外周侧上下对置。通过使来自投光部85的光被遮光板82a～82c遮光而利用传感器部84对遮光板82a～82c进行检测。因此，通过使主轴44旋转而使遮光板82a～82c和缝83a～83c在投光部85与受光部86之间通过，从而从传感器部84输出光的透过和遮光重复进行的检测节律。能够通过从该传感器部84输出的检测节律的不同来判断主轴44的旋转方向。

并且，在控制构件60上设置有对主轴44的转速进行识别的识别构件61和对主轴44的旋转方向进行判断的判断构件62。识别构件61与旋转检测构件81连接，根据从旋转检测构件81输出的检测节律对主轴44的转速(rpm)进行识别。例如，识别构件61根据表现在一定时间内的检测节律中的节律图案的重复次数对主轴44的转速进行识别。在该情况下，也可以根据一定时间内的遮光板82a～82c、缝83a～83c的任意的检测次数来识别主轴44的转速。

判断构件62与旋转检测构件81连接，根据从旋转检测构件81输出的检测节律对主轴44的旋转方向进行判断。判断构件62预先对表示第1旋转方向上的第1节律和表示与第1旋转方向相反方向的第2旋转方向上的第2节律进行存储，将它们与旋转检测构件81的传感器部84所检测出的检测节律进行比较而判断出主轴44的旋转方向。并且，判断构件62与将旋转方向与主轴44的转速及旋转速度一起显示的显示构件65连接。另外，显示构件65也可以仅显示主轴44的反向旋转。

另外，关于旋转检测构件81的传感器部84所检测出的检测节律，例如作为将遮光状态设为开、将透过状态设为关的脉冲信号而输出。并且，关于预先存储在判断构件62中的第1、第2节律，存储有实际使主轴44进行了正反向旋转时的旋转检测构件81的输出。另外，第1、第2节律并不仅限于实验求得的值，也可以是经验或理论上求得的值。并且，也可以代替利用显示构件65对主轴44的反向旋转进行显示的结构而利用警告声、蜂鸣声等那样的声音或灯的闪烁或亮灯等的发光来通知主轴44的反向旋转。

这样，根据传感器部84所检测出的检测节律在磨削装置1侧识别出主轴44的旋转方向。因此，能够将主轴44的反向旋转通知给操作者而将电动机71的配线重新连接以便恢复正常的旋转方向。因此，能够防止主轴44在反向旋转的状态下持续磨削晶片W。并且，利用使用于转速等的检测的旋转检测构件81对旋转方向进行检测，由此，与使用编码器的结构相比，能够通过低价且简易的结构对主轴44的旋转方向进行检测。

参照图4对旋转检测构件所进行的旋转方向的检测动作进行说明。图4是本实施方式的旋转检测构件所进行的旋转方向的检测动作的说明图。其中，图4的(A)示出了主轴进行了正向旋转的状态，图4的(B)示出了主轴进行了反向旋转的状态。并且，在旋转检测构件中，将图示的逆时针旋转的检测节律存储为第1节律，将图示的顺时针旋转的检测节律存储为第2节律。

如图4的(A)所示，当主轴44按照箭头A方向旋转时，从旋转检测构件81输出电压的开区间T1a、关区间T2b、开区间T1b、关区间T2c、开区间T1c、关区间T2a重复的检测节律。在检测节律的开区间T1a～T1c中，传感器部84的光被遮光板82a～82c遮挡，从而电压按照与各遮光板82a～82c的板宽度对应的期间为开。在检测节律的关区间T2a～T2c中，传感器部84的光透过缝83a～83c，从而电压按照与各缝83a～83c的缝宽度对应的期间为关。

即，检测节律的开区间T1a～T1c分别与遮光板82a～82c对应，检测节律的关区间T2a～T2c分别与缝83a～83c对应。对旋转检测构件81所检测出的检测节律和第1、第2节律进行比较，当检测节律与第1节律一致时，判断为主轴44逆时针旋转。这样，根据检测节律来识别出旋转检测构件81按照遮光板82a、缝83b、遮光板82b、缝83c、遮光板82c、缝83a的顺序通过传感器部84。

另一方面，如图4的(B)所示，当主轴44按照箭头B方向旋转时，从旋转检测构件81输出电压的开区间T1c、关区间T2c、开区间T1b、关区间T2b、开区间T1a、关区间T2a重复的检测节律。对旋转检测构件81所检测出的检测节律和第1、第2节律进行比较，当检测节律与第2节律一致时，判断为主轴44顺时针旋转。这样，根据检测节律来识别出旋转检测构件81按照遮光板82c、缝83c、遮光板82b、缝83b、遮光板82a、缝83a的顺序通过传感器部84。

但是，由于旋转检测构件81的遮光板82a～82c、缝83a～83c的大小不同，所以可能在重量平衡上产生偏差而使主轴44偏心从而产生振动。因此，对遮光板82a～82c的重量进行调整以使相对于主轴44的重量平衡均匀。例如，实施遮光板82a～82c的厚度变更、材料变更、配重的追加、开孔加工等，以便不给传感器部84所进行的检测带来影响。由此，即使遮光板82的大小不同，主轴44也不会偏心，晶片W的加工精度不会恶化。

如上所述，根据本实施方式的主轴单元42，随着主轴44的旋转而利用传感器部84对宽度不同的3个遮光板82进行检测，由此，从旋转检测构件81输出与主轴44的旋转方向对应的检测节律。因此，根据一定时间内的检测节律的节律图案的重复次数来识别出主轴44的转速。并且，由于检测节律根据主轴44的旋转方向而不同，所以能够根据检测节律的差异来判断主轴44的旋转方向。这样，能够使用用于检测主轴44的转速的结构而通过低价且简易的结构对旋转方向进行检测。

另外，在本实施方式中，旋转检测构件81构成为具有3个遮光板82a～82c来作为检测部，但并不限定于该结构。只要旋转检测构件具有至少两个宽度不同的检测部即可，例如，也可以使用两个遮光板来检测主轴的旋转方向。以下，参照图5对变形例的旋转检测构件所进行的旋转方向的检测动作进行说明。图5是变形例的旋转检测构件所进行的旋转方向的检测动作的说明图。

如图5的(A)所示，在变形例的旋转检测构件91中，配置以主轴44的轴心为中心的沿圆周方向宽度不同(中心角不同)的两个扇状的遮光板92a、92b，在遮光板92a、92b之间形成有相同宽度的缝93a、93b。该旋转检测构件91中，利用传感器部94来交替地检测两个遮光板92a、92b，所以即使旋转方向不同，也按照开区间T1a、关区间T2、开区间T1b、关区间T2、开区间T1a…的方式重复相同的检测节律。在该情况下，能够通过着眼于检测节律的最先的开区间来判断主轴44的旋转方向。

例如，在使传感器部94的初期位置对准缝93a的情况下，根据作为最先的开区间检测出开区间T1a、T1b的哪一个来判断主轴44的旋转方向。当检测出开区间T1b为最先的开区间时，判断为主轴44的旋转方向为逆时针方向。另一方面，如图5的(B)所示，当检测出开区间T1a为最先的开区间时，判断为主轴44的旋转方向为顺时针方向。不过，由于在使传感器部94的初期位置对准缝93b的情况下判断结果相反，所以需要预先对传感器部94的初期位置进行把握。

并且，如图5的(C)所示，在使传感器部94的初期位置对准遮光板92a的中途的情况下，根据最先的开区间的长度来判断主轴44的旋转方向。当检测出开区间T1a的一半以下的区间为最先的开区间时，判断为主轴44的旋转方向为逆时针方向。另一方面，如图5的(D)所示，当检测出开区间T1a的一半以上的区间为最先的开区间时，判断为主轴44的旋转方向为顺时针方向。另外，即便在使传感器部94的初期位置对准遮光板92b的中途的情况下，也能够同样地判断主轴44的旋转方向。

并且，在本实施方式中，旋转检测构件81构成为具有扇状的遮光板82a～82c来作为检测部，但不限定于该结构。例如，如图6所示，旋转检测构件96也可以具有宽度不同的长方形的遮光板97a～97c来作为检测部。虽然在遮光板97a～97c之间不再存在缝，但即使是这样的结构，也能够对主轴44的旋转方向进行检测。

并且，在本实施方式中，将遮光板来作为检测部来进行例示说明，将光纤传感器作为传感器部来进行例示说明，但并不限定于该结构。只要旋转检测构件是能够对检测部进行检测的结构即可，例如，也可以具有金属板来作为检测部，具有磁传感器等接近传感器来作为传感器部，还可以具有反射板来作为检测部，具有反射型的光传感器来作为传感器部。

并且，在本实施方式中，说明了判断构件62对检测节律和第1、第2节律进行比较来判断主轴44的旋转方向的结构，但并不限定于该结构。判断构件62也可以仅通过检测节律的节律图案来判断主轴44的旋转方向。

并且，在本实施方式中，对磨削装置1的主轴单元42进行了说明，但并不限定于该结构。只要主轴单元是能够判断主轴的旋转方向的结构即可，例如也可以是研磨装置或切削装置的主轴单元。在该情况下，在研磨装置的主轴单元上安装研磨垫来作为加工工具，在切削装置的主轴单元上安装切削刀具来作为加工工具。

并且，对本实施方式和变形例进行了说明，但作为本发明的其他的实施方式，也可以对上述实施方式和变形例进行整体或部分地组合。

并且，本发明的实施方式并不限定于上述的实施方式，也可以在不脱离本发明的技术思想的主旨的范围内进行各种变更、置换、变形。进而，只要因技术的进步或衍生出的其他技术而利用其他方法来实现本发明的技术思想，则也可以使用该方法。因此，权利要求书的范围覆盖了能够包含在本发明的技术思想的范围内的全部的实施方式。

并且，在本实施方式中，对将本发明适用于磨削装置的主轴单元的结构进行了说明，但也能够适用在可以通过低价且简易的结构对主轴的旋转方向进行识别的加工装置的主轴单元中。

如以上说明的那样，本发明具有能够通过低价且简易的结构对主轴的旋转方向进行识别的效果，特别是对使用了感应电动机的主轴单元和加工装置有用。

Claims (2)

1.一种主轴单元，其具有：主轴，其与安装加工工具的安装座连接；壳体，其将该主轴支承为能够旋转；作为旋转驱动源的电动机，其与该主轴连结；以及旋转检测构件，其对该主轴基于该电动机的旋转进行检测，其中，

该旋转检测构件具有：

至少两个检测部，它们与该主轴连接并且以该主轴的轴心为中心沿圆周方向宽度不同；以及

传感器部，其对旋转的该至少两个检测部进行检测，

能够根据由该传感器部对通过使该主轴旋转而旋转的该至少两个检测部进行检测而得的检测节律的差异来判断旋转方向。

2.一种加工装置，其具有判断构件以及权利要求1所述的主轴单元，其中，

该判断构件将该传感器部所检测出的检测节律与预先存储的第1旋转方向上的第1节律和作为与该第1旋转方向相反方向的第2旋转方向上的第2节律进行比较而对该主轴的旋转方向进行判断。