JP2008307613A - 加工装置および加工工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切削ブレードによる切断および研磨ホイールによる研磨を効率よく実施することができる加工装置および該加工装置用いる加工工具を提供する。
【解決手段】被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工手段とを含み、加工手段がスピンドルハウジングに回転可能に支持された回転スピンドルと、回転スピンドルの端部に装着された工具マウントと、工具マウントに装着される加工工具を具備し、加工工具が円盤状の基台と、基台の外周より径方向外方に突出して装着された切削ブレードと、基台の外周部側面から軸方向に突出して装着された環状の研磨ホイールとからなっている加工装置であって、加工工具の基台に配設された超音波振動子と、超音波振動子に交流電圧を印加する電圧印加手段とを具備している。
【選択図】図３

Description

本発明は、被加工物を切断するとともに切断面を効果的に研磨することができる加工装置および該加工装置に用いる加工工具に関する。

記録媒体用のヘッドとしては、例えばウエーハ形状に形成されたアルチック（アルミナ・チタン・カーバイト複合セラミックス）基板を所定寸法に切断分割したチップが用いられる。このような記録媒体用ヘッドの材料となるアルチックは、その硬度がビッカース硬度で略２０００と高いため、ダイヤモンド砥粒をボンド剤で固めた切削ブレードによって所定寸法のチップに切断加工される。このようにして所定寸法に切断されたチップを記録媒体用ヘッドとして使用するためには、切断面の面粗さを２０ｎｍ（ナノメートル）以下の面精度に加工する必要がある。

上述した基板の切断と切断面の研磨を効率よく実施するために、本出願人は下記特許文献１に開示されている加工装置を提案した。
特開２００１−２７７１１０号公報

しかるに、アルチックは、その硬度がビッカース硬度で略２０００と高いため、切削ブレードによる切断効率および研磨ホイールによる研磨効率が低く生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、切削ブレードによる切断および研磨ホイールによる研磨を効率よく実施することができる加工装置および該加工装置に用いる加工工具を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工手段とを含み、該加工手段がスピンドルハウジングに回転可能に支持された回転スピンドルと、該回転スピンドルの端部に装着された工具マウントと、該工具マウントに装着される加工工具を具備し、該加工工具が円盤状の基台と、該基台の外周より径方向外方に突出して装着された切削ブレードと、該基台の外周部側面から軸方向に突出して装着された環状の研磨ホイールとからなっている加工装置において、
該加工工具の該基台に配設された超音波振動子と、該超音波振動子に交流電圧を印加する電圧印加手段と、を具備している、
ことを特徴とする加工装置が提供される。

また、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工手段とを含み、該加工手段がスピンドルハウジングに回転可能に支持された回転スピンドルと、該回転スピンドルの端部に装着された工具マウントと、該工具マウントに装着される加工工具と、該加工工具に超音波振動を付与するための交流電圧を印加する電圧印加手段とを具備している加工装置の加工工具であって、
円盤状の基台と、該基台の外周より径方向外方に突出して装着された切削ブレードと、該基台の外周部側面から軸方向に突出して装着された環状の研磨ホイールと、該基台に配設された超音波振動子とを具備している、
ことを特徴とする加工工具が提供される。

本発明によれば、加工工具を構成する基台に超音波振動子が配設されているので、加工時に超音波振動子に交流電力を印加することにより超音波振動子が径方向に超音波振動せしめられる。この結果、超音波振動子を装着した基台も径方向に超音波振動し、基台に装着された切断ブレードおよび研磨ホイールが径方向に超音波振動するので、切削ブレードによる切削抵抗が減少するため、被加工物がアルチック等の難削材であっても容易に切断することができる。また、研磨ホイールによって被加工物を研磨する場合にも研磨ホイールに超音波振動が作用するので、研磨によって生成され研磨ホイールの砥粒間に滞留して目詰まりの原因となる研磨屑が研磨ホイールに作用する微振動により流動されて除去される。このため、研磨ホイールの目詰まりを防止することができるため、アルチック等の脆性硬質材料であっても効率よく研削することができる。

以下、本発明に従って構成された加工装置および加工工具の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成された加工装置の斜視図が示されている。
図１に示された加工装置は、略直方体状の装置ハウジング１を具備している。この装置ハウジング１内には、被加工物を保持するチャックテーブル２が切削送り方向である矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設されている。チャックテーブル２は、上面である保持面上に被加工物を図示しない吸引手段を作動することによって吸引保持するようになっている。また、チャックテーブル２は、図示しない回転機構によって回転可能に構成されている。このように構成されたチャックテーブル２は、図示しない切削送り手段によって、矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるようになっている。

図示の実施形態における切削装置は、切削手段としてのスピンドルユニット３を具備している。このスピンドルユニット３は、図示しない移動基台に装着され割り出し方向である矢印Ｙで示す方向および切り込み方向である矢印Ｚで示す方向に移動調整されるスピンドルハウジング３１と、該スピンドルハウジング３１に回転自在に支持された回転スピンドル３２と、該回転スピンドル３２の先端部に装着された加工工具４とを具備している。

この加工工具４およびその取付け構造について、図２乃至図４を参照して説明する。
加工工具４は、円盤状の基台（ハブ）４１と、該基台４１の片側面外周部に基台４１の外周より径方向外方に突出して装着された環状の切断ブレード４２と、基台４１の他側面に軸方向に突出して装着された環状の研磨ホイール４３とからなっている。基台（ハブ）４１には、その中心部に後述するブレードマウント５の装着部５２に嵌合する嵌合穴４１１が形成されているとともに、図３に示すように一方の側面（図３において右側の側面）に環状の凹部４１２が形成されている。また、基台（ハブ）４１には、凹部４１２と嵌合穴４１１との間に複数の貫通穴４１３が形成されている。この複数の貫通穴４１３は、図示の実施形態においては４個の円弧状の穴からなっている。

上記切断ブレード４２は、砥粒をレジンボンド材に混錬し環状に成型して焼成したレジノイドブレードや、砥粒を金属ボンド材に混錬し環状に成型して焼成したメタルブレードや、アルミニウム等によって形成された基台の側面に砥粒をニッケル等の金属メッキで結合した電鋳ブレード等の砥石ブレードが用いられる。上記研磨ホイール４３は、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドで結合したレジンボンド砥石、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドで結合したメタルボンド砥石、ダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドで結合したビトリファイドボンド砥石等が用いられる。このように構成された加工工具４の円盤状の基台（ハブ）４１には、図３に示すように一方の側面（図３において右側の側面）に超音波振動子４０を収容する環状の凹部４１２が形成されている。

図示の実施形態における加工工具４は、上記基台（ハブ）４１に形成された環状の凹部４１２に配設される超音波振動子４０を具備している。この超音波振動子４０は、回転スピンドル３２の軸方向に分極された円環状の圧電体４０１と、該圧電体４０１の両側分極面に装着された円環状の2枚の電極板４０２、４０３と、圧電体４０１および電極板４０２、４０３を覆う絶縁体４０４とからなっている。圧電体４０１は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって形成されている。一方の電極板４０２は図3および図4に示すように一部が絶縁体４０４の内周面に沿って折曲げられた電極端子４０２aを備えている。また、他方の電極板４０３は、一方の電極板４０２に設けられた電極端子４０２aと１８０度の位相を持って設けられ絶縁体４０４の内周面に沿って折曲げられた電極端子４０３aを備えている。このように構成された超音波振動子４０は、基台（ハブ）４１に形成された環状の凹部４１２に適宜の接着剤によって装着される。

上述したように構成された加工工具４は、図３に示すように加工装置のスピンドルハウジング３１に回転自在に支持された回転スピンドル３２に装着される工具マウント５と、該工具マウント５と対向して配設される工具挟持フランジ6とによって挟持され固定される。工具マウント５は、図２および図３に示すように円環状のフランジ部５１と、該フランジ部５１の中心部から側方に突出して形成された円筒状の装着部５２とからなっている。装着部５２には、軸方向に貫通する嵌合穴５２１が形成されており、先端部の外周面に雄ネジ５２２が形成されている。なお、嵌合穴５２１の内周面は、回転スピンドル３２の先端部に形成されたテーパー面３２１と対応するテーパー面に形成されている。

上記工具挟持フランジ6は、嵌合穴６１を有する円環状に形成されている。この嵌合穴６１の直径は、上記工具マウント５の装着部５２に嵌合する寸法に形成されている。

上述した工具マウント５と工具挟持フランジ6とによって加工工具４を固定するには、図3に示すように工具マウント５の装着部５２に形成された嵌合穴５２１を回転スピンドル３２の先端部に形成されたテーパー面３２１に嵌合する。そして、回転スピンドル３２の先端部に形成された雄ネジ３２２に第1の締め付けナット７１を螺合することにより、工具マウント５を回転スピンドル３２に装着する。次に、加工工具４の基台（ハブ）４１に形成された嵌合穴４１１を工具マウント５の装着部５２に嵌合する。そして、工具挟持フランジ6の嵌合穴６１を工具マウント５の装着部５２に嵌合する。このようにして、工具マウント５の装着部５２に加工工具４の基台（ハブ）４１と工具挟持フランジ6を嵌合したならば、工具マウント５の装着部５２に形成された雄ネジ５２２に第2の締め付けナット７２を螺合することにより、工具マウント５のフランジ部５１と工具挟持フランジ6との間に加工工具４を挟持して固定する。

図示の実施形態における切削手段としてのスピンドルユニット３は、上記超音波振動子４０に交流電圧を印加する電圧印加手段８を具備している。電圧印加手段８は、工具マウント５に配設された受電手段８１と、該受電手段８１と対向して配設されスピンドルハウジング３１の先端面に装着された給電手段８２を具備している。受電手段８１は、工具マウント５におけるスピンドルハウジング３１と対向する面に形成された嵌合凹部５１４に嵌合され環状の溝８１１aを備えたローター側コア８１１と、該ローター側コア８１１の環状の溝８１１a内に配設された受電コイル８１２とからなっている。このように構成された受電手段８１の受電コイル８１２の一端８１２aは、工具マウント５に配設された導線８１３aおよび電極端子８１４a、加工工具４の基台（ハブ）４１に配設された電極端子８１５aおよび導線８１６aを介して超音波振動子４０を構成する一方の電極板４０２の電極端子４０２aに接続されている。また、受電コイル８１２の他端８１２bは、工具マウント５に配設された導線８１３bおよび電極端子８１４b、加工工具４の基台（ハブ）４１に配設された電極端子８１５bおよび導線８１６bを介して超音波振動子４０を構成する他方の電極板４０３の電極端子４０３aに接続されている。

上記給電手段８２は、受電手段８１と対向する面に環状の溝８２１aを備えたステータ側コア８２１と、該ステータ側コア８２１の環状の溝８２１a内に配設された給電コイル８２２とからなっている。なお、ステータ側コア８２１は、スピンドルハウジング３１の先端面に取付けボルト８２３によって装着される。このように構成された給電手段８２の給電コイル８２２は、電気配線８２４、８２５を介して交流電源８３に接続されている。なお、図示の実施形態における電圧印加手段８は、交流電源の周波数を変換する周波数変換器８４を備えている。以上のように構成された、受電手段８１と給電手段８２は、ロータリートランスを構成する。

図示の実施形態における電圧印加手段８は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。交流電源８３から周波数変換器８４によって所定の周波数に変換された交流電圧が給電手段８２の給電コイル８２２に印加されると、回転する受電手段８１の受電コイル８１２、導線８１３aおよび８１３b、電極端子８１４aおよび８１4b、電極端子８１５aおよび８１5b、導線８１６aおよび８１６bを介して超音波振動子４０の電極板４０２と電極版４０３間に所定周波数の交流電圧が印加される。この結果、超音波振動子４０は、径方向に繰り返し変位して超音波振動する。従って、超音波振動子４０を装着した加工工具４の基台（ハブ）４１も径方向に超音波振動し、基台（ハブ）４１に装着された切断ブレード４２および研磨ホイール４３が径方向に超音波振動する。なお、図示の実施形態においては、基台（ハブ）４１に複数の貫通穴４１３が形成されているので、基台（ハブ）４１における径方向の剛性が減少するため、上記超音波振動による振幅が大きくなる。従って、基台（ハブ）４１に装着された切断ブレード４２および研磨ホイール４３には、径方向に大きな振幅をもった超音波振動が作用せしめられる。

以上のように構成された切削手段としてのスピンドルユニット４は、図示しない割り出し送り手段によって図１において矢印Yで示す割り出し送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない切り込み送り手段によって図１において矢印Ｚで示す切り込み送り方向に移動せしめられるようになっている。

図１を参照して説明を続けると、図示の実施形態における切削装置は、上記チャックテーブル２上に保持された被加工物の表面を撮像し、上記加工工具４によって加工すべき領域を検出するための撮像手段１１を具備している。この撮像手段１１は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなっている。

上記装置ハウジング２におけるカセット載置領域には、被加工物を収容するカセットを載置するカセット載置テーブル１２が配設されている。このカセット載置テーブル１２は、図示しない昇降手段によって上下方向に移動可能に構成されている。カセット載置テーブル１２上には、図示しない被加工物を収容するカセット１３が載置される。図示の実施形態における加工装置は、上記カセット載置テーブル１２上に載置されたカセット１３に収容されている被加工物を仮置きテーブル１４に搬出する搬出手段１５と、仮置きテーブル１４に搬出された被加工物を上記チャックテーブル２上に搬送する第１の搬送手段１６と、チャックテーブル２上で加工された被加工物を洗浄する洗浄手段１７と、チャックテーブル２上で加工された被加工物を洗浄手段１７へ搬送する第２の搬送手段１８を具備している。

以上のように構成された加工装置の作動について、簡単に説明する。
カセット載置テーブル１２上に載置されたカセット１３の所定位置に収容されている被加工物は、図示しない昇降手段によってカセット載置テーブル１４が上下動することにより搬出位置に位置付けられる。次に、搬出手段１５が進退作動して搬出位置に位置付けられた被加工物を仮置きテーブル１４上に搬出する。仮置きテーブル１４に搬出された被加工物は、第１の搬送手段１６の旋回動作によって上記チャックテーブル２上に搬送される。チャックテーブル２上に被加工物が載置されたならば、図示しない吸引手段が作動して被加工物をチャックテーブル２上に吸引保持する。このようにして被加工物を保持したチャックテーブル２は、撮像手段１１の直下まで移動せしめられる。チャックテーブル２が撮像手段１１の直下に位置付けられると、撮像手段１１によって被加工物に形成されている切断ラインが検出され、スピンドルユニット４を割り出し方向である矢印Ｙ方向に移動調節して切断ラインと加工工具４の切断ブレード４２との精密位置合わせ作業が行われる。

その後、加工工具４を矢印Ｚで示す方向に所定量切り込み送りし所定の方向に回転させつつ、被加工物を吸引保持したチャックテーブル２を切削送り方向である矢印Ｘで示す方向（加工工具４の回転軸と直交する方向）に所定の切削送り速度で移動することにより、チャックテーブル２上に保持された被加工物は加工工具４の切断ブレード４２により所定の切断ラインに沿って切断される。この切削工程においては、電圧印加手段８が附勢され上述したように超音波振動子４０が径方向に超音波振動せしめられる。この結果、超音波振動子４０を装着した加工工具４の基台（ハブ）４１も径方向に超音波振動し、基台（ハブ）４１に装着された切断ブレード４２および研磨ホイール４３が径方向に超音波振動するので、切削ブレード４２による切削抵抗が減少するため、被加工物がアルチック等の難削材であっても容易に切断することができる。

上述したように切断された被加工物の切断面を研磨する場合には、切断された被加工物を治具により保持し、チャックテーブル２に吸引保持する。そして、加工工具４を回転して研磨ホイール４３の端面を被加工物の切断面に接触させて研磨する。この研磨工程においても電圧印加手段８が附勢され上述したように超音波振動子４０が径方向に超音波振動せしめられる。この結果、超音波振動子４０を装着した加工工具４の基台（ハブ）４１も径方向に超音波振動し、基台（ハブ）４１に装着された切断ブレード４２および研磨ホイール４３が径方向に超音波振動する。従って、研磨によって生成され研磨ホイール４３の砥粒間に滞留して目詰まりの原因となる研磨屑が研磨ホイール４３に作用する微振動により流動されて除去される。このため、研磨ホイール４３の目詰まりを防止することができるため、アルチック等の脆性硬質材料であっても効率よく研磨することができる。
なお、上述した加工工具４の切断ブレード４２による研磨工程および研磨ホイール４３による研磨工程の詳細については、特開２００１−２７７１１０号公報を参照されたい。

本発明に従って構成された加工装置の斜視図。 図１に示す加工装置に装備されるスピンドルユニットの一実施形態を示す分解斜視図。 図１に示す加工装置に装備されるスピンドルユニットの一実施形態の要部断面図。 図３に示すスピンドルユニットに装着される超音波振動子の正面図。

符号の説明

１：装置ハウジング
２：チャックテーブ
３：スピンドルユニット
３１：スピンドルハウジング
３２：回転スピンドル
４：加工
４０：超音波振動子
４０１：圧電体
４０２、４０３：電極板
４１：基台（ハブ）
４２：切削ブレード
４３：研磨ホイール
５：工具マウント
５１：フランジ部
５２：装着部
６：工具挟持フランジ
８：電圧印加手段
８１：受電手段
８１２：受電コイル
８２：給電手段
８２２：給電コイル
８３：交流電源
８４：周波数変換器
１１：アライメント手段
１２：カセット載置テーブル
１３：カセット
１４：仮置きテーブル
１５：搬出手段
１６：第１の搬送手段
１７：洗浄手段
１８：第２の搬送手段

Claims (2)

1. 被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工手段とを含み、該加工手段がスピンドルハウジングに回転可能に支持された回転スピンドルと、該回転スピンドルの端部に装着された工具マウントと、該工具マウントに装着される加工工具を具備し、該加工工具が円盤状の基台と、該基台の外周より径方向外方に突出して装着された切削ブレードと、該基台の外周部側面から軸方向に突出して装着された環状の研磨ホイールとからなっている加工装置において、
   該加工工具の該基台に配設された超音波振動子と、該超音波振動子に交流電圧を印加する電圧印加手段と、を具備している、
   ことを特徴とする加工装置。
2. 被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を加工する加工手段とを含み、該加工手段がスピンドルハウジングに回転可能に支持された回転スピンドルと、該回転スピンドルの端部に装着された工具マウントと、該工具マウントに装着される加工工具と、該加工工具に超音波振動を付与するための交流電圧を印加する電圧印加手段とを具備している加工装置の加工工具であって、
   円盤状の基台と、該基台の外周より径方向外方に突出して装着された切削ブレードと、該基台の外周部側面から軸方向に突出して装着された環状の研磨ホイールと、該基台に配設された超音波振動子とを具備している、
   ことを特徴とする加工工具。

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