CN112338706B - 主轴单元 - Google Patents

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Abstract

提供主轴单元，抑制主轴因加工屑而难以旋转。主轴罩(66)的设置于罩部(67)的下端部的密封部(68)具有朝向主轴(44)的外周面(77a)倾斜的上侧面(68a)和下侧面(68b)，在密封部(68)与主轴(44)的圆板部(77)的外周面(77a)之间形成比罩部(67)的第1间隙(T1)窄的第2间隙(T2)。因此，能够抑制磨削废液进入主轴(44)与主轴罩(66)之间而使加工屑固着在主轴(44)与主轴罩(66)之间的情况。因此，能够抑制主轴(44)难以旋转。

Description

主轴单元
技术领域
本发明涉及主轴单元。
背景技术
在磨削装置中，一边提供磨削水一边利用磨削磨具对卡盘工作台所保持的被加工物进行磨削。磨削磨具呈环状配置在基台上，与基台一起构成磨削磨轮。磨削磨轮安装于主轴单元的安装座并进行高速旋转。
主轴单元具有：主轴；安装座，其与主轴的下端连接；外壳，其利用空气轴承对主轴的侧面进行支承；以及电动机，其使主轴旋转。
当对被加工物进行磨削时，产生包含磨削屑等加工屑的磨削废液。为了抑制该磨削废液附着于主轴的侧面，具有覆盖主轴的侧面的罩。该罩配设在外壳的下端与安装座的上表面之间。该罩的内表面与主轴的侧面之间的狭窄的间隙成为排出空气轴承的空气的排气路，位于主轴的下部的排气路的下端成为排气口。
专利文献1：日本特开2017-222003号公报
当空气轴承的空气停止时，来自排气口的空气的排出也停止。因此，磨削废液有时会进入主轴与罩之间的间隙。在该情况下，进入到间隙的磨削废液干燥，加工屑固着于主轴的侧面和罩的内表面而将间隙填满，使得主轴有时难以旋转。
对此，在专利文献1中公开了能够分解罩而进行清扫的结构。但是，为了实施这样的清扫，需要进行罩的分解作业、清扫作业以及罩的安装作业这样的作业，花费时间，因此生产率降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供能够抑制主轴因磨削屑等加工屑而难以旋转的主轴单元。
根据本发明，提供主轴单元，其具有：主轴，其在前端连结有用于安装加工工具的安装座；外壳，其围绕该主轴的外周面，通过空气轴承将该主轴支承为旋转自如；以及主轴罩，其在该外壳的下端与该安装座之间围绕该主轴，该主轴罩包含：罩部，其具有与该主轴的外周面相对的内周面，在该内周面与该主轴的外周面之间形成第1间隙；以及密封部，其在该罩部的下端与该罩部一体地设置，具有朝向该主轴的外周面倾斜的内斜面，在该密封部与该主轴的外周面之间形成比该第1间隙窄的第2间隙，从而抑制加工屑干燥附着于该主轴的外周面。
在本主轴单元中，主轴罩的设置于罩部的下端部的密封部具有朝向主轴的外周面倾斜的内斜面部。而且，通过该内斜面部，在密封部与主轴的外周面之间形成比罩部的第1间隙窄的第2间隙。
这样，在本主轴单元中，在主轴与主轴罩之间的间隙的下端形成有宽度较窄的部分(第2间隙)。因此，能够抑制包含加工屑的磨削废液进入该间隙。
因此，在本主轴单元中，在主轴与主轴罩之间的间隙中，能够良好地抑制磨削废液中的加工屑固着(干燥附着)于主轴的外周面。因此，能够抑制主轴难以旋转。
另外，在本主轴单元中，通过在主轴罩的下端设置内斜面部，使主轴与主轴罩之间的间隙局部变窄。即，在主轴与主轴罩之间的间隙设置微小长度(主轴所延伸的方向(上下方向)的长度)的、宽度较窄的第2间隙。
这样，在本主轴单元中，宽度较窄的第2间隙以描绘出圆的方式形成，第2间隙的长度较短(形成为线状)，因此能够抑制磨削废液通过第2间隙进入到第1间隙。
另外，由于第2间隙较短，因此即使加工屑干燥附着于第2间隙，其量也变少。因此，能够抑制积存在第2间隙中的加工屑阻碍主轴的旋转。另外，由于这样的加工屑是少量的，因此通过使主轴旋转，能够容易地将加工屑去除(弹飞)。因此，能够降低对主轴罩进行清扫的必要性。
附图说明
图1是本发明实施方式的磨削装置的立体图。
图2是主轴单元的剖视图。
图3是示出主轴罩的结构的剖视图。
图4是示出主轴罩的变形例的剖视图。
标号说明
1：磨削装置；20：卡盘工作台；21：保持面；30：磨削进给机构；40：磨削单元；45：安装座；46：磨削磨轮；47：磨削磨具；42：主轴单元；43：外壳；44：主轴；76：圆板部；77：圆板部；77a：外周面；66：主轴罩；67：罩部；67a：内周面；T1：第1间隙；68：密封部；68a：上侧面；68b：下侧面；T2：第2间隙；W：晶片；Wa：正面；Wb：背面。
具体实施方式
图1所示的磨削装置1是用于对作为被加工物的晶片W进行磨削处理的装置。图1所示的晶片W例如是圆形的半导体晶片。在晶片W的正面Wa上形成有未图示的多个器件。正面Wa在图1中朝向下方，通过粘贴保护带T而被保护。晶片W的背面Wb成为实施磨削加工的被加工面。
磨削装置1具有：基台10，其沿Y轴方向延伸设置；以及柱15，其竖立设置于基台10上的+Y方向侧。在基台10的上表面形成有沿Y轴方向延伸的矩形状的开口15。该开口15被移动板11和波纹状的防水罩12覆盖。
以贯穿移动板11的方式配设有卡盘工作台20。卡盘工作台20是用于对晶片W进行保持的圆板形状的工作台，具有保持面21。保持面21包含多孔质的多孔材料。在保持面21上载置有晶片W的状态下，通过将由未图示的吸引源发挥的吸引力传递到保持面21，晶片W被保持面21吸引保持。
在移动板11上伸缩自如地连结有防水罩12。在晶片W的磨削加工时，通过配设在基台10的内部的沿Y轴方向移动的移动机构，卡盘工作台20和移动板11沿Y轴方向一体地往复移动。防水罩12伴随着移动板11的Y轴方向的移动而伸缩。
在基台10上的柱15的前表面设置有磨削单元40和磨削进给机构30，该磨削单元40对晶片W进行磨削，该磨削进给机构30使磨削单元40沿磨削进给方向即Z轴方向移动。
磨削进给机构30具有：一对导轨31，它们与Z轴方向平行；移动工作台32，其在该导轨31上滑动；滚珠丝杠33，其与导轨31平行；电动机34；以及保持架35，其安装于移动工作台32的前表面(正面)。保持架35对磨削单元40进行保持。
移动工作台32以能够滑动的方式设置于导轨31。在移动工作台32的后表面侧(背面侧)固定有未图示的螺母部。该螺母部与滚珠丝杠33螺合。电动机34与滚珠丝杠33的一端部连结。
在磨削进给机构30中，通过电动机34使滚珠丝杠33旋转，从而使移动工作台32沿着导轨31在Z轴方向上移动。由此，安装于移动工作台32的保持架35和保持架35所保持的磨削单元40也与移动工作台32一起沿Z轴方向移动。
磨削单元40具有：主轴单元42；安装座45，其安装于主轴单元42的前端(下端)；以及磨削磨轮46，其具有磨削磨具47。
主轴单元42是所谓的空气主轴单元。主轴单元42包含：外壳43；主轴44，其被外壳43支承；以及主轴罩66，其覆盖主轴44的下端部分。
在与卡盘工作台20相邻的位置配设有厚度测量器55。厚度测量器55能够在磨削期间例如以接触的方式对晶片W的厚度进行测量。即，厚度测量器55使触头56和触头57分别与卡盘工作台20的保持面21和晶片W的背面Wb接触。由此，厚度测量器55能够求出卡盘工作台20的保持面21的高度和晶片W的背面Wb的高度，并能够根据这些高度的差来测量晶片W的厚度。
另外，在柱15上配设有用于对磨削单元40的高度位置进行测量的线性标尺51。线性标尺51包含：读取部52，其设置于移动工作台32，与移动工作台32一起沿Z轴方向移动；以及标尺部53，其设置于导轨31的正面。读取部52通过读取标尺部53的刻度来测量磨削单元40的高度位置。
另外，磨削装置1具有对磨削装置1的各结构要素进行控制的控制单元50。控制单元50对上述磨削装置1的各结构要素进行控制，从而对晶片W实施作业者所期望的加工。
接着，对本实施方式的主轴单元42进行更详细地说明。
如图2所示，主轴单元42具有：直立姿势的主轴44；外壳43，其覆盖主轴44，对主轴44进行支承；主轴罩66，其覆盖主轴44的下端部分；以及电动机71，其对主轴44进行旋转驱动。
主轴44沿Z轴方向(高度方向)延伸。在主轴44的中间部分形成有大直径的圆板部76。另外，在主轴44的下端部分也形成有大直径的圆板部77。
在主轴44的上端连结有电动机71。电动机71具有设置于主轴44的上端部分的转子72和定子73。定子73隔着冷却套74而设置于外壳43的内周面。在冷却套74内形成有多个冷却水路75。通过这些冷却水路75来冷却电动机71。
在主轴44的前端(下端)连结有上述安装座45。
在安装座45上安装有作为加工工具的磨削磨轮46。在磨削磨轮46上呈环状配设有多个磨削磨具47。磨削磨具47例如是通过利用金属结合剂或树脂结合剂等结合剂固定金刚石磨粒而形成的。磨削磨具47对卡盘工作台20所保持的晶片W的背面Wb进行磨削(参照图1)。
如图2所示，外壳43构成为围绕主轴44的外周面，通过空气轴承将主轴44支承为旋转自如。外壳43在其下端部分具有环状部78。环状部78以进入主轴44的圆板部76与圆板部77之间并且在圆板部76和圆板部77与环状部78之间形成有微小的间隙S的方式设置于外壳43。
另外，外壳43具有与空气提供源80连接的空气提供路120和多个空气喷出口79。空气提供路120形成为在包含环状部78的外壳43内延伸。空气喷出口79以与主轴44的圆板部76和圆板部77对置的方式设置于环状部78，并与空气提供路120连接。
主轴罩66设置于外壳43的下端。即，主轴罩66配置于外壳43的下端与安装座45的上表面之间。而且，主轴罩66围绕从外壳43的下端突出的主轴44的下端部分即圆板部77。主轴罩66的下端与安装座45分离/接触。
如图3所示，主轴罩66具有：作为上方部分的罩部67，其安装于外壳43；以及密封部68，其在罩部67的下端部与罩部67一体地形成。
罩部67是具有内周面67a的大致圆筒形状的部分，以与外周面77a大致平行的方式覆盖主轴44的圆板部77的外周面77a的周围。罩部67的内周面67a与主轴44的圆板部77的外周面77a相对。罩部67在内周面67a与圆板部77的外周面77a之间形成具有宽度L1的第1间隙T1。该第1间隙T1的宽度L1例如为3.5mm。
密封部68具有上侧面68a和下侧面68b，是具有大致三角形的剖面的大致环形状的部分。上侧面68a是从罩部67的内周面67a朝向主轴44的圆板部77的外周面77a向下方倾斜的倾斜面。下侧面68b设置于主轴罩66的下端。下侧面68b是从主轴罩66的下端朝向圆板部77的外周面77a向上方倾斜的面。上侧面68a和下侧面68b相当于朝向外周面77a(以接近外周面77a的方式)倾斜的内斜面部的一例。
上侧面68a和下侧面68b在顶部68c处接触。而且，通过上侧面68a和下侧面68b，在密封部68与圆板部77的外周面77a之间形成第2间隙T2。该第2间隙T2的宽度L2比第1间隙T1的宽度L1窄，例如为0.5mm。
在具有这样的结构的磨削装置1中，使主轴单元42的主轴44旋转，通过与主轴44一起进行旋转的磨削磨轮46的磨削磨具47，对晶片W进行磨削加工(参照图1)。
另外，在对晶片W进行磨削加工时，在主轴单元42中，如箭头K所示，从图2所示的空气喷出口79朝向主轴44的圆板部76和圆板部77与外壳43的环状部78之间的间隙S喷出高压的空气。这样，通过向主轴44(圆板部76和圆板部77)的外表面喷射高压的空气，主轴44借助空气而相对于外壳43被浮动支承。即，主轴44以与外壳43非接触的状态被外壳43支承为能够旋转。
另外，被提供到间隙S的空气一边对电动机71进行空冷一边从主轴单元42的上方排出，并且从设置于外壳43的下端的主轴罩66的下端、即主轴44(圆板部77)与主轴罩66之间的下端排出。
另外，在磨削加工时，从未图示的磨削水提供源经由例如设置于主轴44的流路向晶片W提供磨削水。因此，在磨削加工中，生成包含磨削屑等加工屑的磨削废液。
对此，在本实施方式的主轴单元42中，如图3所示，主轴罩66中的设置于罩部67的下端部的密封部68具有：上侧面68a，其朝向主轴44的圆板部77的外周面77a向下方倾斜；以及下侧面68b，其朝向外周面77a向上方倾斜。而且，通过这些上侧面68a和下侧面68b，在密封部68与主轴44的圆板部77的外周面77a之间形成比罩部67的第1间隙T1窄的第2间隙T2。
这样，在本实施方式中，在主轴44与主轴罩66之间的第1间隙T1的下端形成有宽度较窄的部分即第2间隙T2。因此，无论从主轴44与主轴罩66之间的下端有无空气排出，都能够抑制包含加工屑的磨削废液进入主轴44与主轴罩66之间。
因此，在本实施方式中，在主轴44与主轴罩66之间，能够良好地抑制磨削废液中的加工屑固着(干燥附着)于主轴44的圆板部77的外周面77a。因此，能够抑制主轴44难以旋转。
另外，在本实施方式中，通过在主轴罩66的下端设置上侧面68a和下侧面68b，使主轴44与主轴罩66之间的间隙局部变窄。即，在主轴44与主轴罩66之间设置微小长度(主轴44所延伸的方向(上下方向)的长度)的、宽度较窄的第2间隙T2。这样，宽度较窄的第2间隙T2以描绘出圆的方式形成，第2间隙T2的长度较短，因此能够抑制磨削废液通过第2间隙T2进入到第1间隙T1。
另外，由于第2间隙T2较短，因此即使加工屑干燥附着于第2间隙T2，其量也变少。因此，能够抑制积存在第2间隙T2中的加工屑阻碍主轴44的旋转。另外，由于这样的加工屑是少量的，因此通过使主轴44旋转，能够容易地将加工屑去除(弹飞)。因此，能够降低对主轴罩66进行清扫的必要性。
另外，在本实施方式中，优选主轴44(圆板部77)与主轴罩66的罩部67之间的第1间隙T1的宽度L1为比较宽的宽度，以使磨削废液不会由于毛细管现象而沿着第1间隙T1上升。
另外，本实施方式的磨削装置不限定于图1所示的装置结构，例如也可以是全自动地实施晶片相对于盒的搬出和搬入、磨削加工、研磨加工以及清洗加工等一系列加工的全自动型的加工装置。
另外，本实施方式所示的主轴单元42也可以应用于研磨装置。在该情况下，主轴单元42具有研磨垫来代替磨削磨轮46。
另外，在本实施方式中，如图3所示，主轴罩66的密封部68的下侧面68b是朝向主轴44的圆板部77的外周面77a向上方倾斜的面。也可以取而代之，如图4所示，下侧面68b是以与圆板部77的外周面77a大致垂直的方式朝向该外周面77a延伸的面。在该结构中，也能够在主轴44与主轴罩66之间形成宽度较窄的第2间隙T2。
即，在本实施方式中，只要密封部68的上侧面68a和下侧面68b中的任意一方是朝向主轴44的圆板部77的外周面77a倾斜的倾斜面(内斜面部)即可。由此，能够在主轴44与主轴罩66之间形成宽度较窄的第2间隙T2。
但是，与密封部68的上侧面68a以与外周面77a大致垂直的方式延伸相比，优选密封部68的上侧面68a朝向外周面77a向下方倾斜。在该情况下，即使磨削废液等进入主轴44与主轴罩66之间(第1间隙T1)，也容易将它们排出。

Claims (1)

1.一种主轴单元，其具有：
主轴，其在前端连结有用于安装加工工具的安装座；
外壳，其围绕该主轴的外周面，通过空气轴承将该主轴支承为旋转自如；以及
主轴罩，其在该外壳的下端与该安装座之间围绕该主轴，
该主轴罩包含：
罩部，其具有与该主轴的外周面相对的内周面，在该内周面与该主轴的外周面之间形成第1间隙；以及
密封部，其在该罩部的下端与该罩部一体地设置，具有朝向该主轴的外周面倾斜的内斜面部，
在该密封部与该主轴的外周面之间形成比该第1间隙窄的第2间隙，
该密封部具有在该第2间隙的下侧朝向该主轴的外周面向上方倾斜的下侧面来作为该内斜面部，
从而抑制加工屑干燥附着于该主轴的外周面。
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