JP2006156481A - 超音波振動切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 切削ブレードをスピンドルに装着する際に，切削ブレードとスピンドルとを一体的に近い形態で強固に固定して相互に密着させることが可能な，超音波振動切削装置を提供すること。
【解決手段】
切削ブレード２２を径方向に超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削装置において，スピンドル２５の先端部には，スピンドル２５の先端側に向かうほど縮径するテーパ部２５２と，固定部材２４と螺合する固定部材係合部２５４とが設けられている。また，切削ブレード２２は基台部２１と一体的に構成されており，基台部２１の中心には，テーパ部２５２と係合するテーパ孔２１２が貫通形成されている。かかる超音波振動切削装置では，切削ブレード２２をスピンドル２５に装着するに際し，テーパ孔２１２をテーパ部２５２に係合させた後，固定部材２４を固定部材係合部２５４に締結することによって，基台部２１とスピンドル２５とが密着して固定される。
【選択図】 図５

Description

本発明は，超音波振動切削装置に関し，特に，切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削装置に関する。

半導体ウェハ等の被加工物をチップ状に分割するために，切削砥石である切削ブレードによって半導体ウェハを格子状に切削加工するダイシング装置等の切削装置が知られている。このような切削装置においては，加工点における温度上昇を抑えることや，切削抵抗を増加させずにチッピングを減少させることが，継続的な課題となっている。かかる課題の解決手段として，超音波振動を使用して切削することが検討されている。

このような超音波振動を利用した切削方法の一例として，特許文献１には，切削ブレードをその厚さ方向（回転軸方向）に撓ませるようにして超音波振動させる超音波振動切断装置が記載されている。しかし，この超音波振動切断装置では，超音波振動する切削ブレードによって半導体ウェハの切削溝を広げるような力が働くため，どうしても切削抵抗が増加し，チッピングが発生し易いという問題があった。

このような問題を解決できる方法として，特許文献２には，切削ブレードをその径方向に超音波振動させて被加工物を切断する超音波振動切断装置が記載されている。この超音波振動切断装置では，切削ブレードが取り付けられたスピンドルを介して水平方向に伝達された超音波振動の伝達方向を，切削ブレードと共に取り付けられた振動伝達方向変換部によって垂直方向に変換して，切削ブレードを径方向に振動させている。

このように，径方向に超音波振動させた切削ブレードによって被加工物を切削加工することにより，超音波振動させていない切削ブレードによる通常の切断加工と比較して，（１）切削抵抗を低減してチッピングを抑制できる，（２）加工点に切削水が供給され易くなるため，加工点における温度上昇を抑えて，熱による歪が生じ難い，（３）切削ブレードの振動によりコンタミネーションが振り落とされるため，切削ブレードにコンタミネーションが付着しない，（４）切削ブレードに対する負荷を軽減して寿命が延びる，といった利点がある。

特開２００２−３３６７７５号公報 特開２０００−２１０９２８号公報 特開平１１−１６２８８２号公報

上記超音波振動切断装置においては，切削ブレードをスピンドルに取り付けるに際し，切削ブレードを超音波振動させない通常の切削装置と比べて，超音波振動によって切削ブレードが外れ易くなるため，切削ブレードをスピンドルに強固に固定しなければならない。さらに，切削ブレードの取付位置も正確さが要求される。例えば，切削ブレードの中心位置とスピンドルの中心位置とが正確に一致していない場合には，切削ブレードが超音波振動しないか，或いは超音波振動したとしてもその振幅が偏ってしまう。

また，上記超音波振動切削装置は，スピンドルを介して伝達されるスピンドル軸方向の超音波振動を，振動伝達方向変換点で切削ブレードの径方向に変換して，切削ブレードを径方向に超音波振動させる構成である。このため，切削ブレードの形状を超音波振動し易い形状に工夫することも必要であるが，たとえこのように工夫したとしても，切削ブレードと，切削ブレードの基台部と，スピンドルとが相互に密着していない場合には，上記振動伝達方向変換点で超音波振動を変換できないので，切削ブレードを径方向に好適に超音波振動させることができない，という問題があった。

かかる各部材を密着させるためには，理想的には，切削ブレードとスピンドルとを一体的に構成することが望ましいが，切削ブレードが消耗する度に，高価なスピンドルまでも交換することは実用的ではない。従って，切削ブレードとスピンドルとを別体に構成した上で，極力一体的に近い状態で切削ブレードをスピンドルに取り付けることが必要とされた。

ところで，切削ブレードをスピンドルに取り付ける機構として，例えば特許文献３には，ハブブレードをハブフランジによってスピンドルに取り付ける機構が記載されている。この取り付け機構では，ハブブレードの取付孔をテーパ孔とし，ハブフランジに当該テーパ孔に係合するテーパ部を設け，更にハブフランジにもスピンドルのテーパ部に係合するテーパ孔が設けられた構成である。かかる構成により，ハブブレードを容易に着脱できる効果があると記載されている。

ところが，特許文献３の機構は，ハブブレードをハブフランジに取り付けるときに，ハブブレードのテーパ孔とハブフランジのテーパ部とが接触して位置決めされるとともに，ハブフランジの外周部とハブブレードのブレード部分とが接触して位置決めされる。このように２箇所で位置決めするためには，ハブブレードおよびハブフランジを非常に高精度で成形することが要求され，現実的には成形することが極めて困難であるという問題があった。

また，本願発明者が検証した結果，このような問題を解決できたとしても，特許文献３の機構では，ハブブレードとハブフランジとを固定する際に，ナット等による締め付け力がテーパ構造によって切削ブレードの径方向にも伝達されるために，テーパ構造を有さない場合と同程度の力で締め付けると，ハブブレードとハブフランジとが強固に固定されてしまい，特許文献３の記載内容とは反対に，却ってかじりが生じて取り外しが困難となってしまうことが分かった。

そこで，本発明は上記のような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，切削ブレードをスピンドルに取り付ける際に，切削ブレードとスピンドルとを一体的に近い形態で強固かつ正確に固定して相互に密着させることが可能な，新規かつ改良された超音波振動切削装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，スピンドルと，スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと，スピンドルの先端部に装着される切削ブレードと，スピンドルに設けられスピンドルを超音波振動させる超音波振動子とを備えた超音波振動切削装置が提供される。この超音波振動切削装置は，超音波振動子からスピンドルを介して伝達される超音波振動の伝達方向を変換し，切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する。この超音波振動切削装置において，スピンドルの先端部には，スピンドルの先端側に向かうほど縮径するテーパ部と，テーパ部よりもスピンドルの先端側に形成され，固定部材と係合する固定部材係合部とが設けられている。また，切削ブレードは，切削ブレードを支持する基台部と一体的に構成されており，基台部の中心には，スピンドルのテーパ部と係合するテーパ孔が貫通形成されている。かかる超音波振動切削装置において，切削ブレードをスピンドルに装着するに際し，基台部のテーパ孔をスピンドルのテーパ部に係合させた後，固定部材をスピンドルの固定部材係合部に締結することによって，基台部とスピンドルとが密着して固定される。なお，固定部材は，例えば，固定ナットまたは固定ボルトなどで構成することができ，この固定ナットまたは固定ボルトが，スピンドルの固定部材係合部である雄ねじ部または雌ねじ部と螺合することによって，基台部がスピンドルの先端部に固定される。

かかる構成により，切削ブレードと一体形成された基台部を，ハブフランジ等の仲介なしに，スピンドルに対して直接的に固定するので，切削ブレードをスピンドルに対して一体的に近い形態で装着できる。さらに，基台部のテーパ孔とスピンドルのテーパ部との相互作用によって，締結する力が基台部及びスピンドルの径方向にも働くため，基台部をスピンドルに対して強固に固定できる。このため，基台部とスピンドルとが好適に密着するので，切削ブレードとスピンドルをより一体的に固定できるようになる。また，切削ブレードの装着時に，上記基台部のテーパ孔とスピンドルのテーパ部とを係合させることによって，切削ブレードの中心位置とスピンドルの中心位置とを容易かつ正確に一致させることができる。

以上説明したように本発明によれば，切削ブレードと一体形成された基台部を，ハブフランジ等の仲介なしに，スピンドルに対して直接的に固定する。このため，切削ブレードとスピンドルとを一体的に近い形態で固定できる。

さらに，基台部のテーパ孔とスピンドルのテーパ部とによって，基台部をスピンドルに対して強固に固定できる。このため，基台部とスピンドルとが密着して，切削ブレードとスピンドルをより一体的に固定できるようになる。

また，切削ブレードの装着時に，上記基台部のテーパ孔とスピンドルのテーパ部とを係合させることによって，切削ブレードの中心位置とスピンドルの中心位置とを容易かつ正確に一致させることができる。

このように，スピンドルを介して伝達された超音波振動の伝達方向を変換して切削ブレードを径方向に超音波振動させる超音波振動切削装置に適した態様で，切削ブレードをスピンドルに装着することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず，図１に基づいて，本発明の第１の実施形態にかかる超音波振動切削装置の一例として構成されたダイシング装置１０の全体構成について説明する。なお，図１は，本実施形態にかかるダイシング装置１０を示す全体斜視図である。

図１に示すように，ダイシング装置１０は，例えば，半導体ウェハなどの被加工物１２を切削加工する切削ユニット（スピンドルユニット）２０と，被加工物１２を保持する保持手段であるチャックテーブル１５と，切削ユニット移動機構（図示せず。）と，チャックテーブル移動機構（図示せず。）とを備える。

切削ユニット２０は，スピンドルに装着された切削ブレード（詳細は後述する。）を備えている。この切削ユニット２０は，径方向に超音波振動する切削ブレードを高速回転させながら被加工物１２に切り込ませることにより，被加工物１２を切削して極薄のカーフ（切溝）を形成することができる。

また，チャックテーブル１５は，例えば，上面が略平坦な円盤状のテーブルであり，その上面に真空チャック（図示せず。）等を具備している。このチャックテーブル１５は，例えば，ウェハテープ１３を介してフレーム１４に支持された状態の被加工物１２が載置され，この被加工物１２を真空吸着して安定的に保持することができる。

切削ユニット移動機構は，切削ユニット２０を，Ｙ軸方向に移動させる。このＹ軸方向は，切削方向（Ｘ軸方向）に対して直交する水平方向であり，例えば，切削ユニット２０内に配設されたスピンドルの軸方向である。このようなＹ軸方向の移動により，切削ブレードの刃先を被加工物１２の切削位置（切削ライン）に位置合わせすることができる。また，この切削ユニット移動機構は，切削ユニット２０をＺ軸方向（垂直方向）にも移動させる。これにより，被加工物１２に対する切削ブレードの切り込み深さを調整したり，後述するブレード検出手段に向けて切削ブレードを降下したりできる。

チャックテーブル移動機構は，通常のダイシング加工時には，被加工物１２を保持したチャックテーブル１５を切削方向（Ｘ軸方向）に往復移動させて，被加工物１２に対し切削ブレードの刃先を直線的な軌跡で作用させる。

かかる構成のダイシング装置１０は，高速回転する切削ブレードを被加工物１２に切り込ませながら，切削ユニット２０とチャックテーブル１５とを相対移動させることにより，被加工物１２をダイシング加工することができる。なお，ダイシング装置１０には，モニタ等の表示装置１６が設けられている。この表示装置１６は，アライメント時に撮像された被加工物１２表面の画像や，切削加工設定情報などの各種情報を表示できる。

次に，図２に基づいて，本実施形態にかかる切削ユニット２０の構成について説明する。なお，図２は，本実施形態にかかる切削ユニット２０を示す斜視図である。

図２に示すように，切削ユニット２０は，例えば，切削ブレード２２と，切削ブレードと一体化された基台部２１と，固定部材の一例である固定ナット２４と，スピンドル２５と，スピンドルハウジング２６と，切削水供給ノズル２７と，ホイルカバー２８と，を主に備える。

切削ブレード２２は，例えば，略リング形状を有する極薄の切削砥石（切り羽）であり，ダイヤモンド等の砥粒を電鋳して形成される。この切削ブレード２２は，切削ブレード２２を支持する基台部２１と一体的に構成されている。即ち，切削ブレード２２と基台部２１は，切り羽部とマウント部とが一体化された所謂ハブブレードを構成している。かかる切削ブレード２２および基台部２１は，固定ナット２４によって，スピンドル２５の先端部に装着される。かかる切削ブレードの装着機構は，本実施形態にかかる特徴的構成であり，詳細については後述する（図５参照）。

また，スピンドル２５は，例えば，後述するモータ（図示せず。）の回転駆動力を切削ブレード２２に伝達するための回転軸であり，装着された切削ブレード２２を例えば３０，０００ｒｐｍで高速回転させることができる。このスピンドル２５の大部分は，スピンドルハウジング２６に覆われているが，その先端部は，スピンドルハウジング２６から露出しており，かかる先端部にブレード２２および基台部２１が装着される。

また，スピンドルハウジング２６は，スピンドル２５を覆うようにして設けられたハウジングである。このスピンドルハウジング２６は，内部に設けられたエアベアリングによって，スピンドル２５を高速回転可能に支持することができるが，詳細については後述する（図３参照）。

また，切削水供給ノズル２７は，例えば切削ブレード２２の両側に脱着可能に設けられ，加工点付近に切削水を供給して冷却する。また，ホイルカバー２８は，切削ブレード２２の外周を覆うにして設けられ，切削水や切削屑などの飛散を防止する。

かかる構成の切削ユニット２０は，スピンドル２５により切削ブレード２２を高速回転させ，かかる切削ブレード２２の刃先を被加工物１２に切り込ませて相対移動させる。これにより，例えば，被加工物１２の加工面を切削加工して，切削ラインに沿って極薄の切溝（カーフ）を形成することができる。

次に，図３および図４に基づいて，本実施形態にかかる切削ユニット２０におけるスピンドルハウジング２６の内部構成について説明する。なお，図３は，本実施形態にかかるスピンドルハウジング２６の内部構成を示す部分切り欠き側面図である。この図３では，説明の便宜上，スピンドルハウジング２６および非接触給電装置５０等を，スピンドル２５の中心軸を含む垂直面で切断した断面で表してある。

図３に示すように，切削ユニット２０のスピンドルハウジング２６の内部には，例えば，スピンドル２５と，スピンドル２５を回転可能に支持するラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１と，ロータ３２１およびステータ３２２を有するモータ３２と，ステータ３２２に電力を供給するためのステータ用給電装置３４と，スピンドル２５の後端部側に設けられた超音波振動子３３と，ラジアルエアベアリング３０及びスラストエアベアリング３１に高圧エアを供給するためのエア供給路（図示せず。）と，ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１によって噴出されたエアを排出するための排気路（図示せず。）と，が設けられている。さらに，スピンドルハウジング２６の後端部には，超音波振動子３３に電力を供給するための非接触給電装置５０が設けられている。

スピンドル２５の後端部側は，モータ３２を構成する回転軸であるロータ３２１が連結されている。ステータ用給電装置３４によりステータ３２２に電力を供給すると，ロータ３２１およびステータ３２２の相互作用により回転駆動力が発生し，この回転駆動力によってスピンドル２５が高速回転する構成である。また，スピンドル２５の先端部側には，スピンドル２５の軸径よりも大径のスラストプレート２５１が設けられている。

ラジアルエアベアリング３０及びスラストエアベアリング３１は，上記エア供給路を介して，高圧ポンプ等で構成されたエア供給手段（図示せず。）と連通している。これにより，エア供給手段が提供する高圧エアは，ラジアルエアベアリング３０及びスラストエアベアリング３１に供給される。

ラジアルエアベアリング３０は，例えば，スピンドルハウジング２６の内周面に略均等に設けられた複数の噴射口（図示せず。）から，スピンドル２５の外周に向けてエアを噴出する。これにより，ラジアルエアベアリング３０は，空気圧によって，スピンドル２５が軸に対して垂直な径方向（ラジアル方向，即ち，ＸおよびＺ軸方向）へ移動することを制限して，高速回転するスピンドル２５をラジアル方向に支持することができる（即ち，横ブレを防止できる）。

一方，スラストエアベアリング３１は，スラストプレート２５１の左右両側に設けられた噴射口（図示せず。）から，スラストプレート２５１を挟持するようにエアを噴出する。これにより，スラストエアベアリング３１は，空気圧によって，スピンドル２５が軸方向（スラスト方向，即ち，Ｙ軸方向）へ移動することを制限して，高速回転するスピンドル２５をスラスト方向に支持することができる（即ち，縦ブレを防止できる）。

このように，スピンドルハウジング２６は，ラジアルエアベアリング３０及びスラストエアベアリング３１から噴出するエアによって，スピンドル２５を高速回転可能に支持することができる。なお，エアベアリングの構成は，上記図３の例に限定されず，多様に設計変更可能である。例えば，スラストエアベアリング３１およびスラストプレート２５１は，図３の例のように，スピンドル２５の切削ブレード２２側に１組だけ設けられる構成でなくてもよく，例えば，スピンドル２５の略中央部や基部側などの箇所に１組設けられる，或いはこれらの箇所に複数組設けられるなどしてもよい。

また，ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１から噴出されたエアの大部分は，上記排気路を通ってスピンドルハウジング２６外部に排気されるが，一部のエアは，切削ブレード２２側におけるスピンドル２５とスピンドルハウジング２６との隙間から排出され，エアシールとして機能する。なお，上記のようにしてスピンドルハウジング２６内を流通するエアは，スピンドルハウジング２６およびスピンドル２５の温度を制御する温度制御媒体としても機能する。これにより，スピンドル２５の温度を所定温度に維持して，スピンドル２５に熱歪みが生ずることを防止できる。

以上のような，スピンドル２５，スピンドルハウジング２６，ラジアルエアベアリング３０，スラストエアベアリング３１，モータ３２，エア供給路，排気路およびエア供給手段などは，エアスピンドルを構成している。

さらに，本実施形態にかかる切削ユニット２０には，スピンドル２５および切削ブレード２２を超音波振動させるための振動発生手段として，図３に示すように，超音波振動子３３と，この超音波振動子３３に電力を供給する非接触給電装置５０とが設けられている。

超音波振動子３３は，スピンドル２５の後端部側（切削ブレード２２とは反対側）において，ロータ３２１よりさらに後端部側に配設されている。この超音波振動子３３は，例えば，ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックス材料からなる電歪振動子で構成されている。かかる超音波振動子３３は，非接触給電装置５０から供給された電力により，所定周波数の縦波の超音波振動を発生する。この超音波振動子３３を構成する電歪振動子は，超磁歪振動子と比べて，安価であり，かつ，性能が安定しているためスピンドル２５を好適に超音波振動させることができるという利点がある。

なお，超音波振動子３３は，かかる電歪振動子の例に限定されず，超音波振動を発生可能であれば，例えば，磁歪振動子（超磁歪振動子を含む。）または水晶振動子などで構成することもできる。また，超音波振動子３３は，例えば，スピンドル２５の最後端部，中央部，先端部側など，スピンドル２５の如何なる箇所に設置してもよい。

非接触給電装置５０は，上記超音波振動子３３に非接触方式で電力を供給する。この非接触給電装置５０は，外部電源（図示せず。）に接続された給電側のトランスである一次側トランス５２と，スピンドル２５の後端部に連結された受電側のトランスである二次側トランス５４とからなる。この一次側トランス５２と二次側トランス５４とは，所定間隔を空けて離隔配置されている。この非接触給電装置５０は，外部電源からの電力を，一次側トランス５２から二次側トランス５４に電磁誘導方式により非接触で伝達し，スピンドル２５を介して超音波振動子３３に供給する。

このように供給された電力により，超音波振動子３３は超音波振動を発生してスピンドル２５を超音波振動させる。例えば，超音波振動子３３を例えば５０ｋＨｚで超音波振動させるために，非接触給電装置５０は，例えば５０ｋｗ〜６０ｋｗの電力を供給する。しかし，非接触給電装置５０の供給電力は，超音波振動子３３の特性に応じて異なり，かかる例に限定されるものではない。

このように，本実施形態にかかる切削ユニット２０では，スピンドル２５に設けられた電歪振動子である超音波振動子３３に対して，非接触給電装置５０を用いて非接触で給電している。上記のようなエアスピンドル機構においてスピンドル２５はスピンドルハウジング２６によって非接触で保持されている。かかる機構において，非接触給電装置５０によって給電することにより，スピンドル２５に給電用の部材を接触させなくて済むので，スピンドル２５が円滑に回転でき，エアスピンドルの利点を生かすことができる。かかる観点から，給電装置として上記非接触給電装置５０を用いることが好ましいが，かかる例に限定されず，接触式の給電装置を用いることも可能である。なお，超音波振動子３３として磁歪振動子を用いる場合には，上記給電装置は不要である。

かかる構成の非接触給電装置５０から電力が供給された超音波振動子３３は，超音波振動を発生してスピンドル２５を超音波振動させる。この超音波振動は，スピンドル２５の軸方向（Ｙ軸方向）に伝達され，スピンドル２５の先端部に装着された切削ブレード２２に向かう。

さらに，このようにスピンドル２５の軸方向（Ｙ軸方向）に伝達される超音波振動を切削ブレード２２の径方向（ＸＺ平面方向）に変換するときの振動伝達方向変換点のＹ軸位置が，スピンドル２５に対する切削ブレード２２の装着位置（切削ブレード２２のＹ軸位置）と略同一となるように，スピンドル２５および基台部２１等の形状および配置や，超音波振動子３３の周波数などが調整されている。

以上のような構成によって，スピンドル２５の軸方向に超音波振動を伝達させ，切削ブレード２２と略同一位置にある振動伝達方向変換点で，当該伝達された超音波振動の伝達方向を切削ブレード２２の径方向に変換できる。これにより，切削ブレード２２を径方向に超音波振動させる，即ち，リング形状の切削ブレード２２を高周波で拡径，縮径を繰り返すように振動させながら，当該切削ブレード２２によって被加工物１２を切削することができる。

このように切削ブレード２２を径方向に超音波振動させる原理についは，例えば上記特許文献２に記載されており公知であるが，以下に，図４に基づいて簡単に説明する。

図４は，本実施形態にかかる切削ユニット２５において，超音波振動子３３からの超音波振動に共振する振動波形Ｗ１と，伝達方向が径方向に変換された振動波形Ｗ２とを示す説明図である。振動波形Ｗ１は，共振による超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）を表し，振動波形Ｗ２は，伝達方向が径方向に変換された超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）を表す。

図４に示すように，スピンドル２５の軸上（Ｙ軸上）には，振動波形Ｗ１の最大振動振幅点Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇと，最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈが存在する。通常，最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈでは，スピンドル２５の径方向の伸長が最大となる。従って，スピンドル２５とスピンドルハウジング２６との間隔は，少なくとも最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈにおけるスピンドル２５の最大拡径量よりも大きくしなければならない。しかし，その他の点に関しては，切削ユニット２０がエアスピンドル機構を採用しているため，メカスピンドル機構の場合のように最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈ付近を構造的に補強したりする必要はない。

振動波形Ｗ１の最小振動振幅点Ｂは，振動伝達方向変換点であり，この振動伝達方向変換点と同一位置若しくはその近傍の位置に，切削ブレード２２が配置されている。振動伝達方向変換点Ｂにおいて，超音波振動の伝達方向が，スピンドル２５の軸方向（以下，単に「軸方向」という場合もある。）から，切削ブレード２２の径方向（以下，単に「径方向」という場合もある。）に変換される。このように伝達方向が径方向に変換された超音波振動の振動波形Ｗ２における最大振動振幅点α，βが，切削ブレード２２の刃先位置に位置するように，切削ブレード２２のブレード径や超音波振動の周波数等が調整されている。

さらに，上記超音波振動を好適に伝達および変換するために，切削ブレード２２と基台部２１とが一体構成されており，さらに，ナット２４と基台部２１とスピンドル２５先端部とが相互に密着して強固に固定されるように各部が構成されているが，詳細は後述する。

以上のようにして，スピンドル２５を軸方向に伝達してきた超音波振動の伝達方向を径方向に変換することにより，切削ブレード２２は拡径，縮径を繰り返して，切削ブレード２２の刃先が，図４の矢印で示す径方向に振動する。

なお，振動伝達方向変換点（上記Ｂ点）において，振動伝達方向の変換を促すために，ホーンなどの振動伝達方向変換部材を配置することもできるが，振動伝達方向変換点の位置と切削ブレード２２の位置とが略同一であれば，この振動伝達方向変換部材を別途に配設しなくとも，振動伝達方向を変換することは可能である。

以上，図２〜図４に基づいて，本実施形態にかかる切削ユニット２０の構成，特に，切削ブレード２２を径方向に超音波振動させるための構成について説明した。

次に，図５に基づいて，本発明の特徴である切削ブレード装着機構について説明する。図５は，本実施形態にかかる切削ブレード装着機構の構造を示す断面図である。このうち，（ａ）は各部材を分離させた状態を示す断面図であり，（ｂ）は各部材を結合させた状態を示す断面図である。

図５に示すように，スピンドル２５の先端部には，基台部２１のテーパ孔２１２と係合するテーパ部２５２と，固定ナット２４と螺合する雄ねじ部２５４と，が形成されている。テーパ部２５２は，スピンドル２５の先端に向かうほど縮径するように形成されている。このテーパ部２５２のテーパ面の傾斜は，例えば１／８〜１／２０である。また，雄ねじ部２５４は，固定部材の一例である固定ナット２４と係合する固定部材係合部の一例である。この雄ねじ部２５４は，テーパ部２５２よりもスピンドル２５の先端側に配設されている。かかる雄ねじ部２５４は，その外周に螺旋状のねじ溝が形成されており，固定ナット２４と螺合する。

また，切削ブレード２２と，この切削ブレード２２を支持する基台部２１とは一体構成されている。このように，切削ブレード２２と基台部２１とを一体構成する手法としては，例えば，別体に構成された切削ブレード２２と基台部２１とを，接着剤等により相互に接着して一体化してもよいし，或いは，電解メッキ法によって基台部２１の外周部に切り羽を成長させて切削ブレード２２を形成するようにしてもよい。

基台部２１は，リング状の切削ブレード２２を支持してスピンドル２５に軸着するための部材である。この基台部２１は，中心側に設けられた小径の軸着部２１４と，軸着部２１４の外周にツバ状に突出形成された環状支持部２１６とからなる。軸着部２１４は，スピンドル２５に軸着される比較的厚い部分である。環状支持部２１６は切削ブレード２２を支持する比較的薄い部分であり，この環状支持部２１６の一側には切削ブレード２２が一体化されている。かかる軸着部２１４と環状支持部２１６は，スピンドル２５の軸方向に略対称な形状となるように成形されている。

さらに，基台部２１の軸着部２１４の中心には，スピンドル２５の軸方向に，テーパ形状の貫通孔であるテーパ孔２１２が形成されている。このテーパ孔２１２は，スピンドル２５の軸方向前方（固定ナット２４側）に向かうほど縮径するようなテーパ形状を有する。かかるテーパ孔２１２のテーパ面の傾斜は，上記スピンドル２５のテーパ部２５２のテーパ面と同一の傾斜であり，例えば１／８〜１／２０である。さらに，テーパ孔２１２のスピンドル２５軸方向の長さ（軸着部２１４の肉厚）は，テーパ部２５２のスピンドル２５軸方向の長さよりも短い。

このため，かかるテーパ孔２１２はスピンドル２５のテーパ部２５２と正確に係合する。即ち，基台部２１のテーパ孔２１２内にスピンドル２５のテーパ部２５２を挿入したときには，テーパ孔２１２のテーパ面（内周面）とテーパ部２５２のテーパ面（外周面）とが，隙間なく相互接面して密接する。

固定ナット２４は，基台部２１をスピンドル２５の先端部に軸着して固定する機能を有する。この固定ナット２４は，その内周面に，スピンドル２５の雄ねじ部２５４と螺合する雌ねじ部２４２が形成されている。また，固定ナット２４の外径は，基台部２１のテーパ孔２１２の固定ナット２４側の孔径よりも大きい。

また，上記のような基台部２１および固定ナット２４の材質は例えばアルミであり，スピンドル２５の材質は例えばステンレスであるが，かかる例に限定されず，その他の金属または樹脂などの各種材質で形成してもよい。このような基台部２１，固定ナット２４およびスピンドル２５の材質によって超音波振動の伝達速度などが相違するが，この相違は，これらの部材の形状，大きさ等による影響と比較すると軽微であるので，現実にはほとんど影響がないと思われる。

以上，本実施形態にかかる切削ブレード装着機構の構成について説明した。以下に，このような切削ブレード装着機構を用いて，切削ブレード２２をスピンドル２５に装着する手法について説明する。

まず，基台部２１のテーパ孔２１２内にスピンドル２５の先端部を挿入して，基台部２１のテーパ孔２１２とスピンドル２５のテーパ部２５２とを係合させる。これにより，スピンドル２５の先端部が基台部２１を貫通して，基台部２１の反対側（図５の左側）に雄ねじ部２５４が突出する。

次いで，固定ナット２４をスピンドル２５の雄ねじ部２５４に螺合させて，固定ナット２４を締結する。これにより，基台部２１が固定ナット２４とスピンドル２５のテーパ部２５２との間に挟み込まれて，スピンドル２５の先端部に安定的に軸着される。このとき，基台部２１のテーパ孔２１２とスピンドル２５のテーパ部２５２とが，密着して固定される。つまり，上記テーパ孔２１２と上記テーパ部２５２とからなるテーパ構造を利用するため，固定ナット２４を締結する力が，スピンドル２５の軸方向のみならず，切削ブレード２２の径方向にも伝達される。このため，固定ナット２４を締結することにより，基台部２１をスピンドル２５先端部に対してより強固に固定して，基台部２１とスピンドル２５とを密着させることができる。

このように，本実施形態にかかる切削ブレード装着機構では，フランジ等の別途のマウント部材を用いることなく，切削ブレード２２が一体化された基台部２１をスピンドル２５に直接的に装着する。従って，切削ブレード２２をスピンドル２５に対して一体的に近い形態で装着できる。

以上のように，切削ブレード２２をスピンドル２５に装着したときに，双方の間に介在する部材は基台部２１のみであり，しかも，この基台部２１は切削ブレード２２と一体構成されている。また，別体構成された基台部２１とスピンドル２５とは，強固に固定されて，相互に密着する。従って，切削ブレード２１とスピンドル２５を一体構成した場合と近い形態で装着できるので，スピンドル２５を介して伝達された超音波振動を，好適に変換して切削ブレード２２まで伝達できる。

また，切削ブレード２２の装着時に，上記基台部２１とスピンドル２５のテーパ構造によって，切削ブレード２２の中心位置とスピンドル２５の中心位置とを容易かつ正確に一致させることができる。このように切削ブレード２２の装着位置が正確であるので，超音波振動させようとしたときに，装着位置のずれが原因で，切削ブレード２２が振動しない，或いは振動したとしてもその振幅が偏ってしまうといったことがない。

以上のように，本実施形態にかかる切削ブレード装着機構では，超音波振動切削装置に適した態様で，切削ブレード２２をスピンドル２５に装着することができる。

また，切削ブレード２２が消耗した場合には，一体化された切削ブレード２２および基台部２１を，スピンドル２５から取り外して交換することもできる。よって，高価なスピンドル２５までも交換する必要がないので，経済的である。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，上記実施形態では，超音波振動切削装置としてダイシング装置１０の例を挙げて説明したが，本発明は，かかる例に限定されない。例えば，スピンドル２５により高速回転する切削ブレード２２を用いて被加工物１２を切削加工する装置であれば，例えば，ダイシング加工以外の切削加工を行う各種の切削装置であってもよい。

また，上記実施形態にかかる切削ユニット２０では，スピンドル２５の支持機構として，エアスピンドルの例を挙げて説明したが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，スピンドル２５の支持機構は，スピンドル２５をベアリングで機械的に支持するメカスピンドルであってもよい。本発明は，切削ブレード２２を径方向に超音波振動させる超音波振動切削装置であれば，如何なるスピンドルの支持機構であっても適用可能である。

また，上記実施形態では，超音波振動子３３は，スピンドル２５の後端部側に設けられたが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，超音波振動子３３は，スピンドル２５の中央部または先端部側などに設けてもよい。

また，上記実施形態では，固定部材として固定ナット２４を用いて基台部２１をスピンドル２５の先端部に固定したが，本発明は，かかる例に限定されず，任意の固定部材を用いてもよい。例えば，スピンドル２５の先端部に形成された雌ねじ部（固定部材係合部に該当する。）と螺合する固定ボルトを用いて，当該固定ボルトの頭で基台部２１を係止するようにして，基台部２１をスピンドル２５の先端部に固定してもよい。

また，基台部２１の形状は上記実施形態の例に限定されず，切削ブレード２２を支持可能であれば，任意の形状とすることができる。このとき，基台部２１は，振動伝達方向変換点Ｂ（図４参照）を中心として，スピンドル２５の軸方向に対称な形状とすることが好ましい。これにより，超音波振動の伝達方向を好適に変換して切削ブレード２２に好適に伝達できる。

本発明は，切削ブレードを径方向に超音波振動させながら切削を行う超音波振動切削装置に適用可能である。

本発明の第１の実施形態にかかるダイシング装置を示す全体斜視図である。 同実施形態にかかる切削ユニットを示す斜視図である。 同実施形態にかかるスピンドルハウジングの内部構成を示す部分切り欠き側面図である。 同実施形態にかかる切削ブレードを径方向に超音波振動させる原理を示す説明図である。 同実施形態にかかる切削ブレード装着機構の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０ ： ダイシング装置
１２ ： 被加工物
１５ ： チャックテーブル
１６ ： 表示装置
２０ ： 切削ユニット
２１ ： 基台部
２２ ： 切削ブレード
２４ ： 固定ナット（固定部材）
２５ ： スピンドル
２６ ： スピンドルハウジング
３３ ： 超音波振動子
５０ ： 非接触給電装置
２１２ ： テーパ孔
２１４ ： 軸着部
２１６ ： 環状支持部
２４２ ： 雌ねじ部
２５２ ： テーパ部
２５４ ： 雄ねじ部（固定部材係合部）

Claims (1)

1. スピンドルと，前記スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと，前記スピンドルの先端部に装着される切削ブレードと，前記スピンドルに設けられ前記スピンドルを超音波振動させる超音波振動子とを備え，前記超音波振動子から前記スピンドルを介して伝達される超音波振動の伝達方向を変換し，前記切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削装置において：
   前記スピンドルの先端部には，前記スピンドルの先端側に向かうほど縮径するテーパ部と，前記テーパ部よりも前記スピンドルの先端側に形成され，固定部材と係合する固定部材係合部とが設けられており，
   前記切削ブレードは，前記切削ブレードを支持する基台部と一体的に構成されており，
   前記基台部の中心には，前記スピンドルの前記テーパ部と係合するテーパ孔が貫通形成されており，
   前記切削ブレードを前記スピンドルに装着するに際し，前記基台部の前記テーパ孔を前記スピンドルの前記テーパ部に係合させた後，前記固定部材を前記スピンドルの前記固定部材係合部に締結することによって，前記基台部と前記スピンドルとが密着して固定されることを特徴とする，超音波振動切削装置。
   
   
   

Images