JP2004340241A

JP2004340241A - エアースピンドル

Info

Publication number: JP2004340241A
Application number: JP2003137066A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Wakita; 信彦脇田
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】回転軸がエアーベアリングによって支持された構成のエアースピンドルにおいて、ベアリングと回転軸との接触によるカジリ現象が生じないようにする。
【解決手段】ラジアルエアーベアリング１２は、カーボンによって円筒状に形成され支持面２０と外周面２１とを有する円筒部１６と、支持面２０から外周面２１までを貫通する複数のオリフィスピン挿入孔１７とからなるラジアルベアリング本体１８と、オリフィスピン挿入孔１７に挿入され回転軸１１と支持面２０との間に形成された隙間にエアーを供給するオリフィスピン１９とから構成され、オリフィスピン１９は、エアーを噴出する噴出孔２４が形成されたエアー供給面２３を有し、エアー供給面２３は、支持面２０から窪んだ位置に形成され、エアー供給面２３とオリフィスピン挿入孔１７とによって囲まれる領域にエアーポケット２５を形成する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸をエアーによって支持する構成のエアースピンドルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転軸をエアーによってラジアル方向（半径方向）に支持するラジアルエアーベアリングとしては、例えば図５に示す構成のものが知られている。このラジアルエアーベアリング５０においては、回転軸５１の外周側に配設される円筒部５２と円筒部５２の支持面５３と外周面５４との間を貫通するオリフィスピン挿入孔５５とでラジアルベアリング本体５６を構成しており、オリフィスピン挿入孔５５にオリフィスピン５７が圧入され、オリフィスピン５７から噴出するエアーによって回転軸５１を支持する構成となっている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３０４３８号公報
【特許文献２】
特開平３−２１３７１８号公報
【０００４】
オリフィスピン５７は、その外径がオリフィスピン挿入孔５５の内径に対応しており、中央部にはエアーを噴出する噴出孔５８が形成されている。また、オリフィスピン５７には、噴出孔５８を有し回転軸５１と対面する側の面に凹部５９が形成されており、この凹部５９とオリフィスピン５７とでエアーポケット６０を構成している。そして、噴出孔５８から噴出するエアーがエアーポケット６０において広がって回転軸５１を支持する構成となっている。
【０００５】
ラジアルエアーベアリング本体５６は、通常はカーボンによって形成されているため、回転軸５１とラジアルエアーベアリング５０とが接触してもカジリ現象が生じにくい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オリフィスピン５７の先端中心部に形成されたエアーポケット６０の両側からは突部６１が突出して形成されており、凸部６１は支持面５３と面一に形成され、オリフィスピン５７は金属によって形成されているため、凸部６１と回転軸５１とが接触してカジリ現象が生じるという問題がある。一方、オリフィスピン５７をカーボンによって製造するのは困難である。
【０００７】
また、上記のようなカジリ現象は、ラジアルエアーベアリングと回転軸との関係だけでなく、スラストエアーベアリングと回転軸との関係においても同様に起こりうる問題である。
【０００８】
従って、回転軸がエアーベアリングによって支持された構成のエアースピンドルにおいては、ベアリングと回転軸との接触によるカジリ現象が生じないようにすることに課題を有している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための具体的手段として本発明は、回転軸と、回転軸をエアーによってラジアル方向に支持するラジアルエアーベアリングと、ラジアルエアーベアリングを保持するスピンドルハウジングとを少なくとも備えたエアースピンドルであって、ラジアルエアーベアリングは、カーボンによって円筒状に形成され支持面と外周面とを有する円筒部と、支持面から外周面までを貫通する複数のオリフィスピン挿入孔とからなるラジアルベアリング本体と、オリフィスピン挿入孔に挿入され回転軸と支持面との間に形成された隙間にエアーを供給するオリフィスピンとから構成され、オリフィスピンは、エアーを噴出する噴出孔が形成されたエアー供給面を有し、エアー供給面は、支持面から窪んだ位置に形成され、エアー供給面とオリフィスピン挿入孔とによって囲まれる領域にエアーポケットが形成されるエアースピンドルを提供する。
【００１０】
そしてこのエアースピンドルは、オリフィスピン挿入孔の内径が０．８ｍｍ〜１．０ｍｍであり、オリフィスピン挿入孔に挿入されるオリフィスピンの外径がオリフィスピン挿入孔の内径に対応しており、オリフィスピンに形成された噴出孔の内径が０．１ｍｍ〜０．２ｍｍであり、オリフィスピンのエアー供給面が、ラジアルエアーベアリング本体の円筒部を構成する支持面から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ窪んだ位置に形成されること、エアースピンドルには、回転軸をエアーによって軸心方向に支持するスラストエアーベアリングを備え、スラストエアーベアリングは、カーボンによって形成され回転軸に形成された支持面と外周面とを有するフランジをエアーによって支持する一対の環状部と、支持面から外周面までを軸心方向に貫通する複数のオリフィスピン挿入孔とからなるスラストベアリング本体と、オリフィスピン挿入孔に挿入されフランジと支持面との間に形成された隙間にエアーを供給するオリフィスピンとから構成され、オリフィスピンは、エアーを噴出する噴出孔が形成されたエアー供給面を有し、エアー供給面は、支持面から窪んだ位置に形成され、エアー供給面とオリフィスピン挿入孔とによって囲まれる領域にエアーポケットが形成されること、オリフィスピン挿入孔の内径が０．８ｍｍ〜１．０ｍｍであり、オリフィスピン挿入孔に挿入されるオリフィスピンの外径がオリフィスピン挿入孔の内径に対応しており、オリフィスピンに形成された噴出孔の内径が０．１ｍｍ〜０．２ｍｍであり、オリフィスピンのエアー供給面が、スラストエアーベアリング本体の環状部を構成する支持面から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ窪んだ位置に形成されること、オリフィスピンが、真鍮によって形成されることを付加的な要件とする。
【００１１】
上記のように構成されるエアースピンドルにおいては、オリフィスピンに形成された平面状のエアー供給面とベアリング本体に形成されたオリフィスピン挿入孔とによってエアーポケットを形成したことにより、ベアリング本体の支持面から窪んだ位置に平面状のエアー供給面が位置付けられるため、オリフィスピンと回転軸とが接触することがなく、カジリ現象が生じるのを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例として、図１〜図３に示すエアースピンドル１０について説明する。図１に示すように、エアースピンドル１０は、回転軸１１と、回転軸１１をエアーによってラジアル方向（半径方向）に支持するラジアルエアーベアリング１２と、回転軸１１をスラスト方向（軸心方向）に支持するスラストエアーベアリング１３と、ラジアルエアーベアリング１２及びスラストエアーベアリング１３を保持するスピンドルハウジング１４とを備えている。
【００１３】
回転軸１１は、モータ（図示せず）に駆動されて高速回転可能であり、先端に近い部分にはフランジ１５が形成されている。
【００１４】
ラジアルエアーベアリング１２は、図２に示すように、円筒状に形成された円筒部１６とオリフィスピン挿入孔１７とからなるラジアルベアリング本体１８と、オリフィスピン挿入孔１７に挿入されるオリフィスピン１９とから構成される。
【００１５】
円筒部１６はカーボンによって形成されており、内周側の支持面２０と回転軸１１との間には僅かな隙間（例えば１０μｍ程度）が形成されている。一方、外周面２１は、スピンドルハウジング１４に固定されて保持されている。
【００１６】
図２に示すように、円筒部１６に形成されたオリフィスピン挿入孔１７は、外周面２１から支持面２０までを貫通して複数形成されており、各オリフィスピン挿入孔１７は、例えば内径が０．８ｍｍ〜１．０ｍｍとなっている。
【００１７】
各オリフィスピン挿入孔１７にはオリフィスピン１９が挿入されている。オリフィスピン１９は、エアー供給路２２から供給されるエアーを回転軸１１と支持面２０との間の隙間に供給するもので、例えば真鍮等の金属によって形成され、各オリフィスピン１９の外径は、オリフィスピン挿入孔１７の内径に対応している。
【００１８】
図２において拡大して示すように、オリフィスピン１９の回転軸１１と対面する側には、平面状のエアー供給面２３を有している。エアー供給面２３は、円筒部１６の支持面２０より若干（例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ）窪んだ位置に形成されている。
【００１９】
エアー供給面２３の中心部には、エアーを噴出する噴出孔２４が形成されている。この噴出孔２４の内径は、例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。また、エアー供給面２３とオリフィスピン挿入孔１７の内周面とによって囲まれた領域にはエアーポケット２５が形成される。
【００２０】
このように構成されるラジアルエアーベアリング１２においては、オリフィスピン１９が金属によって形成されていても、そのエアー供給面２３が円筒部１６の支持面２０より窪んだ位置に形成されているため、オリフィスピン１９と回転軸１１とが接触せず、カジリが生じない。
【００２１】
図１に示したように、スラストエアーベアリング１３は、回転軸１１を構成するフランジ１５を軸心方向の両側からエアーによって支持しており、図３に示すように、２つの環状部２６と各環状部２６の外周面２７から支持面２８までを軸心方向に貫通する複数のオリフィスピン挿入孔２９とでスラストベアリング本体３０を構成し、スラストベアリング本体３０とオリフィスピン３１とでスラストエアーベアリング１３を構成している。
【００２２】
環状部２６はカーボンによって形成されており、フランジ１５に対面する側の支持面２８とフランジ１５との間には僅かな隙間が形成されている。また、オリフィスピン挿入孔２９には、当該隙間にエアーを供給するオリフィスピン３１が挿入される。各オリフィスピン挿入孔２９は、例えば内径が０．８ｍｍ〜１．０ｍｍとなっており、各オリフィスピン３１の外径は、オリフィスピン挿入孔２９の内径に対応している。
【００２３】
オリフィスピン３１は、例えば真鍮等の金属によって形成され、オリフィスピン３１のフランジ１５と対面する側にはエアー供給面３２を有している。エアー供給面３２は、環状部２６の支持面２８より若干（例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ）窪んだ位置に形成されている。
【００２４】
エアー供給面３２の中心部には、エアーを噴出する噴出孔３３が形成されている。この噴出孔３３の内径は、例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。また、エアー供給面３２とオリフィスピン挿入孔２９の内周面とによって囲まれた領域にはエアーポケット３４が形成される。
【００２５】
このように構成されるスラストエアーベアリング１３においては、オリフィスピン３１が金属によって形成されていても、そのエアー供給面３２が環状部２６の支持面２８より窪んだ位置に形成されているため、オリフィスピン３１とフランジ１５とが接触せず、カジリが生じない。
【００２６】
上記のように構成されるエアースピンドル１０は、例えば図４に示す切削装置４０に搭載される。この切削装置４０は、Ｘ軸駆動手段４１に駆動されてＸ軸方向に移動可能なチャックテーブル４２において被加工物を保持し、Ｙ軸駆動手段４３及びＺ軸駆動手段４４に駆動されてＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能な切削手段４５によって被加工物を切削する装置であり、切削手段４５にはエアースピンドル１０を備えている。
【００２７】
エアースピンドル１０はＹ軸方向の軸心を有し、図１に示した回転軸１１の先端部（左側）には切削ブレード４６が装着されている。また、エアースピンドル１０の側部には、切削すべき領域を撮像・検出して切削ブレード４６との位置合わせを行うアライメント手段４７が配設されている。
【００２８】
例えば半導体ウェーハＷを切削する場合は、テープＴを介してフレームＦと一体となった半導体ウェーハＷがチャックテーブル４２に保持され、チャックテーブル４２が＋Ｘ方向に移動することによりアライメント手段４７の直下に位置付けられて切削すべきストリートが検出される。そして更にチャックテーブル４２が同方向に移動すると共に、切削ブレード４６が高速回転しながら切削手段４５が加工して半導体ウェーハＷに切り込むことにより切削が行われる。
【００２９】
また、ストリート間隔分ずつ切削手段４５をＹ軸方向に割り出し送りしながら同様の切削を行うことにより同方向のすべてのストリートが切削され、更にチャックテーブル４１を９０度回転させてから同様の切削を行うことにより、すべてのストリートが縦横に切削される。
【００３０】
上記のようにして切削を行う際は、切削ブレード４６が半導体ウェーハＷと接触することにより回転軸１１の軸心にぶれが生じるが、上記説明したように、回転軸１１は、ラジアルエアーベアリング１２を構成するオリフィスピン１９及びスラストエアーベアリング１３を構成するオリフィスピン３１と接触しないため、カジリ現象が生じるのを防止することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、ラジアルエアーベアリングとスラストエアーベアリングの双方において、ベアリング本体の支持面から窪んだ位置に平面状のエアー供給面が位置付けられることとしたが、ラジアルエアーベアリングのみこのような構成としてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るエアースピンドルにおいては、オリフィスピンに形成された平面状のエアー供給面とベアリング本体に形成されたオリフィスピン挿入孔とによってエアーポケットを形成したことにより、ベアリング本体の支持面から窪んだ位置に平面状のエアー供給面が位置付けられるため、オリフィスピンと回転軸とが接触することによるカジリ現象が生じるのを防止することができる。
【００３３】
また、オリフィスピンをオリフィスピン挿入孔に挿入するだけでエアーポケットが形成されるため、製造も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエアースピンドルの一例を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】スラストエアーベアリングを拡大して示す断面図である。
【図４】切削装置の一例を示す斜視図である。
【図５】従来のラジアルエアーベアリングを示す断面図である。
【符号の説明】
１０…エアースピンドル１１…回転軸
１２…ラジアルエアーベアリング
１３…スラストエアーベアリング
１４…スピンドルハウジング１５…フランジ
１６…円筒部１７…オリフィスピン挿入孔
１８…ラジアルベアリング本体
１９…オリフィスピン２０…支持面
２１…外周面２２…エアー供給路
２３…エアー供給面２４…噴出孔
２５…エアーポケット２６…環状部２７…外周面
２８…支持面２９…オリフィスピン挿入孔
３０…スラストベアリング本体
３１…オリフィスピン３２…エアー供給面
３３…噴出孔３４…エアーポケット
４０…切削装置４１…Ｘ軸駆動手段
４２…チャックテーブル４３…Ｙ軸駆動手段
４４…Ｚ軸駆動手段４５…切削手段
４６…切削ブレード４７…アライメント手段

Claims

回転軸と、該回転軸をエアーによってラジアル方向に支持するラジアルエアーベアリングと、該ラジアルエアーベアリングを保持するスピンドルハウジングとを少なくとも備えたエアースピンドルであって、
該ラジアルエアーベアリングは、カーボンによって円筒状に形成され支持面と外周面とを有する円筒部と、該支持面から該外周面までを貫通する複数のオリフィスピン挿入孔とからなるラジアルベアリング本体と、
該オリフィスピン挿入孔に挿入され該回転軸と該支持面との間に形成された隙間にエアーを供給するオリフィスピンと
から構成され、
該オリフィスピンは、エアーを噴出する噴出孔が形成されたエアー供給面を有し、
該エアー供給面は、該支持面から窪んだ位置に形成され、該エアー供給面と該オリフィスピン挿入孔とによって囲まれる領域にエアーポケットが形成されるエアースピンドル。
オリフィスピン挿入孔の内径は０．８ｍｍ〜１．０ｍｍであり、該オリフィスピン挿入孔に挿入されるオリフィスピンの外径は該オリフィスピン挿入孔の内径に対応しており、該オリフィスピンに形成された噴出孔の内径は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍであり、
該オリフィスピンのエアー供給面は、ラジアルエアーベアリング本体の円筒部を構成する支持面から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ窪んだ位置に形成される請求項１に記載のエアースピンドル。
エアースピンドルには、回転軸をエアーによって軸心方向に支持するスラストエアーベアリングを備え、
該スラストエアーベアリングは、カーボンによって形成され該回転軸に形成された支持面と外周面とを有するフランジをエアーによって支持する一対の環状部と、該支持面から該外周面までを軸心方向に貫通する複数のオリフィスピン挿入孔とからなるスラストベアリング本体と、
該オリフィスピン挿入孔に挿入され該フランジと該支持面との間に形成された隙間にエアーを供給するオリフィスピンと
から構成され、
該オリフィスピンは、エアーを噴出する噴出孔が形成されたエアー供給面を有し、
該エアー供給面は、該支持面から窪んだ位置に形成され、該エアー供給面と該オリフィスピン挿入孔とによって囲まれる領域にエアーポケットが形成されるエアースピンドル。
オリフィスピン挿入孔の内径は０．８ｍｍ〜１．０ｍｍであり、該オリフィスピン挿入孔に挿入されるオリフィスピンの外径は該オリフィスピン挿入孔の内径に対応しており、該オリフィスピンに形成された噴出孔の内径は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍであり、
該オリフィスピンのエアー供給面は、スラストエアーベアリング本体の環状部を構成する支持面から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ窪んだ位置に形成される請求項３に記載のエアースピンドル。
オリフィスピンは、真鍮によって形成される請求項１、２、３または４に記載のエアースピンドル。