JP2013066957A

JP2013066957A - 研削装置

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Publication number: JP2013066957A
Application number: JP2011205900A
Authority: JP
Inventors: Chuichi Tanimoto; 宙一谷本
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: JP5766566B2

Abstract

【課題】超音波振動を伴って研削を行う研削ホイールをホイールマウントに装着する場合に高精度な電極位置精度を不要とすると共に、超音波振動加工時のノード領域の変化によっても電極接触不良を発生させず、かつ、研削ホイールを容易に着脱可能な研削装置を提供すること。
【解決手段】研削装置（１）は、ホイールマウント（３１）に磁力を持つ固定電極（６２）を配設すると共に、ホイールベース（４１３）の収容部（４１３ａ）内に磁力により引き付けられる材質で形成された可動電極７１３を含む可動電極部（７１）を配設し、可動電極部（７１）を収容部（４１３ａ）に進退可能に収容する。ホイールベース（４１３）にホイールマウント（３１）に装着されると、固定電極（６２）の磁力により可動電極部（７１）が固定電極（６２）に接触し環状超音波振動子（４１５）に通電されると共に、可動電極部（７１）がホイールベース（４１３）に非接触とされる。
【選択図】図６

Description

本発明は、研削装置に関し、例えば、超音波振動を伴って被加工物の研削を行う研削装置に関する。

携帯電話、パソコンなどの各種機器の製造工程においては、ＬＳＩ（Large Scale Integration）などの集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）が設けられた略円盤形状のウェーハが用いられている。このウェーハにおいては、表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域に区画され、この区画された複数の領域にそれぞれ集積回路が形成される。そして、ウェーハを分割予定ラインに沿って切断することにより、各種機器に用いられる個々のデバイスを製造する。このウェーハは、個々のデバイスに分割される前に、研削砥石を有する研削ホイールを備えた研削装置によって、裏面が研削されて所望の厚さに調整される。

ところで、研削装置によってウェーハの裏面を研削すると、研削に伴って生じる研削屑によって研削砥石に目詰まりが生じる場合がある。特に、サファイア、シリコンナイトライド、リチウムタンタレート、アルチックなどの脆性硬質材料を研削する場合、研削砥石の目詰まりが生じやすく、研削に長時間を要し生産性が低下する場合がある。このような問題点に着目し、本出願人は、研削ホイールに環状の超音波振動子を配設し、研削時に研削ホイールを超音波振動させることにより、研削屑による研削砥石の目詰まりを抑制できる研削装置を開発し、既に特許出願している（特許文献１参照）。

かかる研削装置においては、研削ホイールを支持するホイールマウントに連結された回転スピンドルの端部に超音波振動子に電力を供給する電力供給手段が接続される。回転スピンドルは、軸心の長手方向に空洞部が形成されており、この空洞部を介して電力供給手段に接続された導電線が配設される。この導電線はホイールマウントに設けられた凹型コネクタに接続される。特許文献１に記載の研削装置においては、研削ホイールをホイールマウントに装着する際に、ホイールマウントに設けられた凹型コネクタに超音波振動子に接続された凸型コネクタを接続することにより、超音波振動子に高周波電力が供給されて研削ホイールが超音波振動する。

しかしながら、特許文献１に記載された研削装置においては、研削ホイールをホイールマウントに対して着脱する際に、凹型コネクタ及び凸型コネクタを着脱しなければならず、研削ホイールの着脱に手間を要する場合がある。このような問題点に着目し、本出願人は、凹型コネクタ及び凸型コネクタを介さずに研削ホイールの超音波振動子と電力供給手段とを電気的に接続することにより、ホイールマウントに対する研削ホイールの着脱を容易に行うことができる研削装置を開発し、既に特許出願している（特許文献２参照）。

かかる研削装置においては、研削ホイールに設けられた環状の超音波振動子の周囲に２つの環状電極を配設し、環状電極と超音波振動子とを電気的に接続すると共に、電力供給手段に電気的に接続された一対の押圧電極をホイールマウントに配設する。特許文献２に記載の研削装置においては、ホイールマウントに研削ホイールを装着した際に、一対の押圧電極が２つの環状電極に向けて突出して一対の押圧電極と２つの環状電極とが接触する。この構成により、凹型コネクタ及び凸型コネクタを介さずに超音波振動子と電力供給手段とを電気的に接続できるので、ホイールマウントに対する研削ホイールの着脱が容易となる。

特開２００８−２３６９３号公報特開２０１０−１９４６５０号公報

しかしながら、特許文献２に記載の研削装置においては、一対の押圧電極が２つの環状電極に向けて突出することによって一対の押圧電極と環状電極とを電気的に接続するので、一対の押圧電極及び２つの環状電極の配設位置の誤差により、一対の押圧電極と環状電極との間の接触不良が生じるおそれがある。また、一対の押圧電極と２つの環状電極との接点で電気的に接続するため、研削砥石の摩耗や研削ホイールの回転数の変化により、超音波振動に伴う加工時に振動が相殺される領域であるノード領域が変化すると、電極間の接点不良が生じることがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、超音波振動を伴って研削を行う研削ホイールをホイールマウントに装着して使用する場合において、高精度な電極位置精度を不要とすると共に、超音波振動加工時のノード領域変化によっても電極接触不良を発生させず、かつ、研削ホイールを容易に着脱できる研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、前記チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、前記研削手段に使用される研削ホイールと、を備えた研削装置であって、前記研削手段は、スピンドルハウジングと、前記スピンドルハウジング中に回転可能に収容されたスピンドルと、前記スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、前記スピンドルを回転駆動する駆動源とを含み、前記研削ホイールは、前記ホイールマウントとネジによって締結され、導電性部材で形成されたホイールベースと、前記ホイールベースの自由端部に環状に配設された複数の研削砥石と、前記ホイールベースに配設された環状超音波振動子と、前記環状超音波振動子に積層されて配設された環状電極と、前記ホイールベースの中央に開口した収容部と、前記収容部に収容された可動電極部とを含み、前記可動電極部は、磁力により引きつけられる材質で形成された可動電極と、前記可動電極を保持し前記開口に挿通する被収容部と、前記可動電極が前記開口から突設するように前記被収容部を規制する規制部と、前記可動電極部から前記環状電極に連結する導電性のフレキシブル導線とを含み、前記可動電極部は前記ホイールベースの前記収容部に進退可能に収容されており、前記ホイールマウントは、中央の自由端面近傍に配設され前記研削ホイールをネジにより締結した状態において前記可動電極に向き合う位置に配設され磁力を持つ固定電極を有し、前記研削ホイールは、ネジにより前記ホイールマウントに締結されると、前記固定電極の磁力により前記可動電極部が前記固定電極に接触し該環状電極に通電されるとともに、前記可動電極部が前記ホイールベースに非接触になることを特徴とする。

この研削装置によれば、ホイールマウントに磁力を持つ固定電極を配設すると共に、ホイールベースの収容部内に磁力により引き付けられる材質で形成された可動電極を含む可動電極部を配設し、可動電極部はホイールベースの該収容部に進退可能に収容したことから、研削ホイールをホイールマウントに締結して装着した際に、可動電極部が固定電極の磁力によって引き寄せられて固定電極に接触する。これにより、コネクタなどを介さずに研削ホイールをホイールマウントに装着するだけで固定電極と可動電極が磁力により自動で接続されるので、研削ホイールの接続が容易となる。また、可動電極部が研削ホイールのホイールベースから非接触の状態となるので、ホイールベースの振動が可動電極部に伝わることがなく、振動による電極の接触不良が回避できる。さらに、固定電極の磁力により可動電極と固定電極とが接触するので、高精度な電極位置精度を要さずに固定電極と可動電極とを電気的に接続することが可能となると共に、超音波振動を伴う加工時に振動が相殺される領域であるノード領域が変化した場合においても、固定電極と可動電極との間の電極間の接点不良を抑制することが可能となる。また、磁力を持つ固定電極を被研削物から離れたホイールマウントに配設するので、被加工物に対する磁力の影響を低減することができる。さらに、研削ホイールに磁石を用いずホイールマウントに磁力を持つ固定電極を配置するので、消耗品である研削ホイールを安価に構成することができる。また、固定電極及び可動電極部をホイールマウントの中央部に配設したことから、研削ホイールの回転に伴う遠心力の影響を受けずに安定して接続状態を維持することできる。

本発明の研削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、前記チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、前記研削手段に使用される研削ホイールと、を備えた研削装置であって、前記研削手段は、スピンドルハウジングと、前記スピンドルハウジング中に回転可能に収容されたスピンドルと、前記スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、前記スピンドルを回転駆動する駆動源とを含み、前記研削ホイールは、前記ホイールマウントとネジによって締結され、導電性部材で形成されたホイールベースと、前記ホイールベースの自由端部に環状に配設された複数の研削砥石と、前記ホイールベースに配設された環状超音波振動子と、前記環状超音波振動子に積層されて配設された環状電極と、前記ホイールベースの中央に開口した収容部と、前記収容部に収容された可動電極部とを含み、前記可動電極部は、磁力を持つ可動電極と、前記可動電極を保持し前記開口に挿通する被収容部と、前記可動電極が前記開口から突設するように前記被収容部を規制する規制部と、前記可動電極部から前記環状電極を連結する導電性のフレキシブル導線とを含み、前記被収容部は該ホイールベースの前記収容部に進退可能に収容されており、前記ホイールマウントは、中央の自由端面近傍に配設され前記研削ホイールをネジにより締結した状態において前記可動電極に向き合う位置に配設され磁力により引きつけられる材質で形成された固定電極とを含み、前記研削ホイールは、ネジにより前記ホイールマウントに締結されると、前記可動電極の磁力により前記可動電極部が前記固定電極に接触し前記環状超音波振動子に通電されるとともに、前記可動電極部が該ホイールベースに非接触になることを特徴とする。

本発明の研削装置においては、前記チャックテーブルの表面は水平面に形成され、前記研削手段の前記ホイールマウントはチャックテーブルに対面して配設され、前記ホイールマウントは前記固定電極と前記ホイールマウントの自由端面との間に自由端面側に開口した空間と、前記開口を内側から塞ぎ且つ磁力により引きつけられない材質で形成された導電性プレートとを有し、前記導電性プレートは、伸縮性の防水シートで前記空間の内壁に固定され、前記開口と前記固定電極との間で進退可能であり、前記研削ホイール未装着時には、前記導電性プレートは自重により前記空間の内壁に垂下して前記開口を塞ぎ、前記研削ホイールがネジにより前記ホイールマウントに締結されると、前記固定電極又は可動電極の磁力により前記可動電極部が前記導電性プレートを介して前記固定電極に接触し前記環状電極に通電されることが好ましい。

本発明の研削ホイールは、上記研削装置に使用される研削ホイールであって、前記規制部は、導電性を有し、前記ホイールベースの前記開口より大径で且つ前記可動電極が前記開口から突設するように前記被収容部を懸架し、前記フレキシブル導線は、導電性を有する前記規制部から前記環状超音波振動子に積層された前記環状電極に連結し、前記ホイールマウントと離反時には、前記環状電極と連結している導電性を有する前記規制部が前記ホイールベースに接触し、前記環状超音波振動子に帯電した電荷が放電されることを特徴とする。

この研削ホイールによれば、導電性を有する材料で構成された規制部が、ホイールベースの開口より大径に形成されて被収容部に懸架されると共に、規制部と環状電極とをフレキシブル導線を介して連結したことから、規制部と環状電極とが電気的に接続される。これにより、環状超音波振動子上に設けられた環状電極が規制部を介して短絡されるので、圧電効果により環状超音波振動子に帯電した電荷を放電することができ、研削ホイールを安全に取り扱うことができる。

本発明によれば、超音波振動を伴って研削を行う研削ホイールをホイールマウントに装着して使用する場合において、高精度な電極位置精度を不要とすると共に、超音波振動加工時のノード領域変化によっても電極接触不良を発生させず、かつ、研削ホイールを容易に着脱できる研削装置を提供することができる。

本実施の形態に係る研削装置の外観斜視図である。本実施の形態に係る研削装置の一部の構成を略示的に示す断面図である。本実施の形態に係る研削装置のホイールマウント周辺の斜視図である。本実施の形態に係る研削装置の研削ホイールの斜視図である。本実施の形態に係る研削装置のホイールマウント及び研削ホイールの断面模式図である。本実施の形態に係る研削装置のホイールマウント及び研削ホイールの断面模式図である。本実施の形態に係る研削装置のホイールマウント及び研削ホイールの他の構成を示す断面模式図である。本実施の形態に係る研削装置のホイールマウント及び研削ホイールの他の構成を示す断面模式図である。

以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る研削装置１の一例を示す外観斜視図である。なお、以下においては、説明の便宜上、図１に示す左下方側を研削装置１の前方側と呼び、同図に示す右上方側を研削装置１の後方側と呼ぶものとする。また、以下においては、説明の便宜上、図１に示す上下方向を研削装置１の上下方向と呼ぶものとする。

図１に示すように、本実施の形態に係る研削装置１は、装置のハウジングを構成する基台１００を有している。基台１００は、研削装置１の前後方向に延在する主部１０１と、この主部１０１の後端部で上方側に延出して設けられた壁部１０２とを有している。主部１０１の上面の前方側には、研削装置１に対する指示を受け付ける操作パネル１０３が設けられている。操作パネル１０３の後方側には、ワークＷ（被加工物）を保持したチャックテーブル１０４を前後に移動可能に支持するテーブル支持台１０５が設けられている。一方、壁部１０２の前面には、上下方向に延びる一対のガイドレール１０６が設けられている。これらのガイドレール１０６に研削ユニット２１（研削手段）が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット２１は、研削送り機構１１によって駆動されて昇降可能となっている。研削送り機構１１は、ガイドレール１０６に平行に配設され鉛直方向に延びるボールネジ１１１と、ボールネジ１１１の一端に連結されボールネジ１１１を正逆両方向に回転させるモータ１１２と、ボールネジ１１１に螺合する内部のナット（不図示）を有すると共に、脚部がガイドレール１０６に摺接した移動基台１１３と、移動基台１１３に連結され研削ユニット２１を支持する支持部１１４とから構成される。研削送り機構１１は、モータ１１２によって駆動されたボールネジ１１１が回動することによって、移動基台１１３がガイドレール１０６にガイドされて昇降することにより研削ユニット２１を昇降させる。

研削ユニット２１は、移動基台１１３に装着されたスピンドルユニット２２を備える。スピンドルユニット２２は、支持部１１４によって支持される。スピンドルユニット２２は、支持部１１４に支持されたスピンドルハウジング２２１と、このスピンドルハウジング２２１中に回転自在に配設された回転スピンドル２２２（図１において不図示、図２参照）とを有している。回転スピンドル２２２の下端部は、スピンドルハウジング２２１の下端部を越えて下方側に突出しており、その下端部の先端には円板形状のホイールマウント３１が連結される。ホイールマウント３１には、研削ユニット２１による研削に使用される研削ホイール４１が固定される。なお、ホイールマウント３１は、上面（表面）が水平面に形成されたチャックテーブル１０４に対面可能に配設されている。

図２は、本実施の形態に係る研削装置１の一部の構成を略示的に示す断面図である。図２に示すように、回転スピンドル２２２は、スピンドルハウジング２２１によって非接触状態で回転可能に支持されている。

研削ユニット２１は、回転スピンドル２２２を回転駆動する駆動源としての電動モータ２３を備える。電動モータ２３は、回転スピンドル２２２の中間部に連結されたロータ２３１と、ロータ２３１の外周側に配設されたステータコイル２３２とを備える。電動モータ２３は、電力供給手段５１から電力の供給を受けて動作する。

電力供給手段５１は、交流電源５１１と、給電手段２４２の給電コイル２４２ｂとの間に介在する電圧調整手段５１２と、給電コイル２４２ｂに供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段５１３と、電圧調整手段５１２及び周波数調整手段５１３を制御する制御手段５１４と、超音波振動の振幅等の入力に用いる入力手段５１５と含んで構成されている。

交流電源５１１は、制御回路５１６及び配線５１７を介して電動モータ２３のステータコイル２３２に接続される。このステータコイル２３２に交流電力を供給することによりロータ２３１及び回転スピンドル２２２を回転させることができる。

回転スピンドル２２２の一端部（下端部）には、小径先端部２２３が設けられている。この小径先端部２２３の下端部にホイールマウント３１が固定される。回転スピンドル２２２の他端部（上端部）には、ロータリートランス２４が設けられる。ロータリートランス２４は、回転スピンドル２２２の上端に連結された受電手段２４１と、受電手段２４１の外周側に位置する給電手段２４２とから構成される。

受電手段２４１は、回転スピンドル２２２に連結されたロータコア２４１ａと、ロータコア２４１ａに巻回された受電コイル２４１ｂとから構成されている。給電手段２４２は、受電手段２４１を構成するロータコア２４１ａの外周側に配設されたステータコア２４２ａと、ステータコア２４２ａに配設された給電コイル２４２ｂとから構成される。なお、給電コイル２４２ｂには、配線５１８を介して交流電力が供給される。

受電手段２４１の受電コイル２４１ｂには、導電線２５が接続されている。この導電線２５の一部は、回転スピンドル２２２の軸方向に形成された貫通孔２２２ａを通り、後述するホイールマウント３１の固定電極６２（図２において不図示、図３参照）に接続されている。

ここで、回転スピンドル２２２の下端部に固定されるホイールマウント３１、並びに、このホイールマウント３１に装着される研削ホイール４１の構成について説明する。図３は、本実施の形態に係る研削装置１のホイールマウント３１周辺の斜視図である。なお、図３においては、研削ホイール４１を外したホイールマウント３１を下方側から示している。図４は、本実施の形態に係る研削装置１の研削ホイール４１の斜視図である。なお、図４においては、研削ホイール４１を上方側から示している。

図３に示すように、ホイールマウント３１は、導電性を有する金属材料で構成され、概して円板形状を有している。ホイールマウント３１の下面中央には、回転スピンドル２２２の貫通孔２２２ａに連通する円孔３１ａが設けられている。この円孔３１ａには、詳細について後述するように、中央部に孔６１ａが設けられた絶縁部材６１が取り付けられる。この絶縁部材６１の内部には、孔６１ａから一部が露出した状態で固定電極６２が保持される。また、ホイールマウント３１の外周縁部には、ホイールマウント３１を上下方向に貫通する複数（本実施の形態では６個）のネジ穴３１ｂが設けられている。

図４に示すように、研削ホイール４１は、導電性を有する金属材料で構成され、概して円板形状を有している。研削ホイール４１は、円環形状を有し、ホイールマウント３１に固定される装着リング４１１と、装着リング４１１に環状連結部４１２を介して一体的に形成されたホイールベース４１３と、ホイールベース４１３の自由端部に環状に配設された複数の研削砥石４１４とを備える。

装着リング４１１の外周縁部には、研削ホイール４１の上下方向に貫通する複数（本実施の形態では６個）のネジ穴４１１ａが設けられている。このネジ穴４１１ａは、ホイールマウント３１に設けられたネジ穴３１ｂに対応する位置に配置される。このホイールマウント３１のネジ穴３１ｂと装着リング４１１のネジ穴４１１ａとをネジ３１ｃ（図２参照）によって締結することにより、ホイールマウント３１に研削ホイール４１が装着される。

ホイールベース４１３の中央部には、上方側に開口して円形状の収容部４１３ａが設けられている。より具体的には、収容部４１３ａは、ホイールベース４１３を上下方向に貫通する貫通孔で構成される。ホイールベース４１３上の収容部４１３ａの周囲には、収容部４１３ａを構成する円形状の開口部と同心円状に環状超音波振動子４１５が配設される。

なお、環状超音波振動子４１５としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｉ、Ｔｉ）Ｏ_３）、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（Ｋ，Ｎ）（ＫＮｂＯ_３）などを用いることができる。

環状超音波振動子４１５の上方には、環状超音波振動子４１５と略同一形状を有する環状電極４１６が積層して配設される。例えば、環状電極４１６は、環状超音波振動子４１５に接着剤等により固着される。環状電極４１６は、フレキシブル導線４１７を介して後述する可動電極部７１（より具体的には、可動電極部７１を構成する規制部７１２）と電気的に接続される。

装着リング４１１とホイールベース４１３とは、環状連結部４１２により連結される。環状連結部４１２には、ホイールベース４１３の周方向に沿って複数のスリット４１２ａが設けられている。これらのスリット４１２ａは、環状連結部４１２を上下方向に貫通して設けられており（図５参照）、ホイールマウント３１に対する環状超音波振動子４１５による超音波振動の伝達を抑制する役割を果たす。

ホイールベース４１３の収容部４１３ａ内には、可動電極部７１が上下方向に進退可能に収容される。可動電極部７１は、収容部４１３ａの開口に挿通される略円柱形状の被収容部７１１と、被収容部７１１の上面に設けられた円板形状の規制部７１２と、規制部７１２を貫通して配置され、被収容部７１１に保持される可動電極７１３と、被収容部７１１の下面に設けられた円板形状の係合部７１４（図４に不図示、図５参照）とを含んで構成される。

図５及び図６は、本実施の形態に係る研削装置１のホイールマウント３１及び研削ホイール４１の断面模式図である。なお、図５においては、ホイールマウント３１に研削ホイール４１を対向配置した装着前の状態（ホイールマウント３１から研削ホイール４１が離反した状態）を示し、図６においては、ホイールマウント３１に研削ホイール４１を装着した状態を示している。

図５に示すように、ホイールベース４１３の上方には、環状連結部４１２を介して装着リング４１１が連結されている。このため、ホイールベース４１３の上面４１３ｂと、ホイールマウント３１の下面３１ｄとの間には、研削ホイール４１がホイールマウント３１に装着されると、所定の空間が形成される（図６参照）。上述した可動電極部７１は、この空間内において、ホイールベース４１３に設けられた収容部４１３ａに進退可能に収容される。

可動電極部７１を構成する規制部７１２は、ホイールベース４１３の開口（収容部４１３ａの開口）より径方向の幅寸法が僅かに大きく形成されている。すなわち、ホイールベース４１３の開口より大径に設けられており、当該開口を覆うように配置される。規制部７１２は、規制部７１２下面の外周縁部とホイールベース４１３の収容部４１３ａの開口縁部とが当接した状態で、可動電極部７１（より具体的には、被収容部７１１）を懸架し、可動電極部７１の収容部４１３ａ内への落下を規制する。規制部７１２が収容部４１３ａ内への被収容部７１１の落下を規制することにより、可動電極７１３がホイールベース４１３の開口（収容部４１３ａの開口）から突設した状態に維持される。

また、規制部７１２は、導電性を有する金属材料で構成される。この規制部７１２と、環状超音波振動子４１５に積層された環状電極４１６との間でフレキシブル導線４１７が連結されている。すなわち、ホイールマウント３１から研削ホイール４１が離反した状態においては、環状超音波振動子４１５とホイールベース４１３とがフレキシブル導線４１７及び規制部７１２を介して電気的に接続される。一方で、環状超音波振動子４１５の裏面側は、導電性部材で構成されたホイールベース４１３と接触しているので、超音波振動子４１５の上面側と下面側とが短絡される。

保管時等のように、研削ホイール４１がホイールマウント３１に装着されていない状態においては、周囲の雰囲気に応じて研削ホイール４１の伸縮等が発生し得る。このような研削ホイール４１の伸縮は、例えば、真夏の外気から空調設備により温度管理された室内へ移動させる際の温度変化等の要因により発生することが考えられる。研削ホイール４１の伸縮等に代表される外部からの応力は、環状超音波振動子４１５における圧電作用の発生原因となる。外部からの応力が作用する状況下においては、環状超音波振動子４１５の圧電作用により環状超音波振動子４１５の表面が帯電する事態が発生し得る。このような事態が発生した場合、ホイールマウント３１に対する装着作業時等において、研削ホイール４１を安全に取り扱うことが困難となる。このような事態に対応すべく、本実施の形態に係る研削ホイール４１においては、導電性を有する金属材料で構成した規制部７１２を環状超音波振動子４１５と電気的に接続すると共に、ホイールマウント３１から研削ホイール４１が離反した状態で規制部７１２をホイールベース４１に接触させることにより、環状超音波振動子４１５の上面側と下面側とを短絡させている。これにより、圧電作用により環状超音波振動子４１５に帯電した電荷を放電することができ（すなわち、環状超音波振動子４１５による圧電作用による帯電を防止でき）、研削後に取り外した研削ホイール４１を安全に取り扱うことが可能となる。

可動電極７１３は、磁力により引き付けられる材料、例えば、鉄により構成される。可動電極７１３は、規制部７１２の略中央部に配置され、少なくとも一部が規制部７１２の上面から上方に突出するように設けられる。なお、可動電極７１３の上端部には、平面部が設けられている。この平面部は、後述する固定電極６２を構成する磁石６２１の吸着面を構成する。

係合部７１４は、被収容部７１１の下面に設けられており、収容部４１３ａ内に配置される。係合部７１４は、規制部７１２と同様に、ホイールベース４１３の開口（収容部４１３ａの開口）より径方向の幅寸法が僅かに大きく設けられており、被収容部７１１が収容部４１３ａから上方側又は下方側に離脱するのを防止する役割を果たす。

一方、ホイールマウント３１の中央に設けられた円孔３１ａには、絶縁部材６１が取り付けられる。絶縁部材６１は、円孔３１ａ内に挿入される挿入部６１１と、この挿入部６１１の下端に設けられた円板形状を有する平面部６１２とから構成される。平面部６１２の下面は、絶縁部材６１がホイールマウント３１に完全に取り付けられた状態において、ホイールマウント３１の下面３１ｄと同一平面上に配置される。平面部６１２の中央には、孔６１ａが設けられている。

挿入部６１１の内部には、固定電極６２が収納される。固定電極６２は、平面部６１２の孔６１ａから一部が露出するように挿入部６１１内に収納される。固定電極６２は、磁石６２１と、この磁石６２１を被覆する導電部材６２２とを備える。磁石６２１を内部に備えることにより、固定電極６２は、磁力を持つ固定電極として機能する。磁石６２１の下面を被覆する導電部材６２２の一部は、他面（例えば、磁石６２１の上面や側面）を被覆する部分よりも薄く設けられている。磁石６２１の下面に対応する導電部材６２２の一部を薄く設けることにより、ホイールベース４１３に配置される可動電極部７１（より具体的には可動電極７１３）に対して磁石６２１の磁力が適切に作用するように構成している。

導電部材６２２は、絶縁部材６１によって絶縁される。回転スピンドル２２２内に形成された貫通孔２２２ａに配置された導電線２５ａは、絶縁部材２６を介して導電部材６２２に接続されており、導電線２５ａと異なる他の導電線２５ｂは、ホイールマウント３１自体に接続されている。

ホイールベース４１３の中央に開口した収容部４１３ａに収容される可動電極部７１と、ホイールマウント３１の自由端面の中央近傍の円孔３１ａに取り付けられた絶縁部材６１内に保持される固定電極６２とは、研削ホイール４１がネジ３１ｃによりホイールマウント３１に締結される状態において、互いに向き合う位置に配設される。図５に示すように、研削ホイール４１がネジ３１ｃによりホイールマウント３１に締結される前の状態においては、固定電極６２の磁力が作用せず、可動電極部７１は、被収容部７１１が収容部４１３ａ内に収容された状態で維持される。

一方、研削ホイール４１がネジ３１ｃによりホイールマウント３１に締結されると、図６に示すように、固定電極６２の磁力によって可動電極７１３が引き付けられ、可動電極部７１がホイールマウント３１側（上方側）に移動する。この結果、可動電極７１３が固定電極６２に接触すると共に、規制部７１２がホイールベース４１３の収容部４１３ａの開口縁部から離間して、可動電極部７１がホイールベース４１３と非接触状態になる。

また、規制部７１２は、フレキシブル導線４１７を介して環状超音波振動子４１５（環状電極４１６）に電気的に接続された状態を維持している。このため、固定電極６２と可動電極７１３とが電気的に接続されると共に、フレキシブル導線４１７を介して可動電極７１３に電気的に接続された環状超音波振動子４１５が固定電極６２と電気的に接続される。この結果、電力供給手段５１から固定電極６２を介して環状超音波振動子４１５に電源が供給され、超音波振動を伴った研削ホイール４１による研削加工が可能となる。

なお、固定電極６２と可動電極７１３とが接続した状態においては、環状超音波振動子４１５の裏面側に生じた電荷は、導電部材で構成されたホイールベース４１３、ホイールベース４１３と締結されたホイールマウント３１及びホイールマウント３１に接続された導電線２５ｂを介して出力される。そして、研削装置１のグランド端子を介して接地される。

このように、本実施の形態に係る研削装置１においては、ホイールマウント３１に磁力を持つ固定電極６２を配設すると共に、研削ホイール４１のホイールベース４１３の収容部４１３ａ内に磁力により引き付けられる材質で形成された可動電極７１３を含む可動電極部７１を配設し、この可動電極部７１をホイールベース４１３の収容部４１３ａ内で進退可能に収容したことから、研削ホイール４１をホイールマウント３１に装着した際に、可動電極部７１が固定電極３０２の磁力によって引き寄せられて自動的に固定電極６２に接触する。これにより、コネクタなどを介さずに超音波振動子４１５と電力供給手段５１とを電気的に接続できるので、研削ホイール４１を容易に着脱することが可能となる。

特に、固定電極６２の磁力によって可動電極７１３と固定電極６２とが接触するので、高精度な電極位置精度を要さずに固定電極６２と可動電極７１３とを電気的に接続できると共に、超音波振動を伴う加工時に振動が相殺される領域であるノード領域が変化した場合においても、固定電極６２と可動電極７１３との間の電極間の接点不良を抑制できる。

また、磁力を持つ固定電極６２をワークＷ（被加工物）から離れたホイールマウント３１に配設するので、ワークＷに対する磁力の影響を低減することができる。さらに、研削ホイール４１に磁石を用いず、ホイールマウント３１に磁力を持つ固定電極６２を配設するので、消耗品である研削ホイール４１を安価に構成することができる。さらに、可動電極部７１をホイールマウント３１の中央部に配設したことから、研削ホイール４１の回転に伴う遠心力の影響を受けずに安定して接続状態を維持することができる。

次に、図１に示した研削装置１を用いて被加工物（ワーク）Ｗを研削する場合の研削装置１の動作について説明する。ワークＷは、被保持面にテープＴが貼着されてチャックテーブル１０４に保持される。そして、チャックテーブル１０４が後方側に移動することにより、ワークＷが研削ユニット２１の下方側の領域に位置づけられる。

次に、チャックテーブル２を例えば３００ＲＰＭほどの回転速度で回転させると共に、回転スピンドル２２２を回転させることにより、研削ホイール４１を例えば６０００ＲＰＭ程度の回転速度で回転させながら、研削送り機構１１が研削ユニット２１を降下させることにより、回転する研削砥石４１４をワークＷに接触させて研削を行うことが可能となる。そして、ワークＷが所望の厚さとなった時点で研削ユニット２１を上昇させて研削を終了する。

次に、本実施の形態に係る研削装置１の他の構成例について説明する。図７及び図８は、本実施の形態に係る研削装置１の他の構成例を示す図であり、図５及び図６に対応する一部の断面を模式的に示している。なお、以下においては、本実施の形態に係る研削装置１の他の構成例における相違点のみ説明するものとする。また、以下の説明においては、説明の便宜上、他の構成例に係る研削装置を研削装置１０と呼ぶものとする。また、図７及び図８において、図５及び図６と同一の構成要素については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

この研削装置１０においては、図７及び図８に示すように、可動電極部７１の規制部７１２が非導電材料で構成され、環状電極４１６に接続されたフレキシブル導線４１７が可動電極７１３に接続される点で本実施の形態に係る研削装置１と相違する。

また、この研削装置１０においては、ホイールマウント３１の円孔３１ａに取り付けられる絶縁部材６１の構成において本実施の形態に係る研削装置１と相違する。絶縁部材６１においては、ホイールマウント３１の自由端面と固定電極６２との間に自由端面側（下方側）に開口した空間６３が設けられている。この空間６３内には、孔６１ａを内側から塞ぐ導電性プレート６４１が配設されている。導電性プレート６４１は、磁力により引き付けられない材質で形成され、例えば、円板形状を有している。このため、固定電極６２を構成する磁石６２１により導電性プレート６４１が引き付けられることはない。

導電性プレート６４１は、その外周縁部において、伸縮性を有する防水シート６４２により空間６３の内壁面に固定される。より具体的には、導電性プレート６４１は、防水シート６４２を介して絶縁部材６１における空間６３を規定する側壁面に固定される。伸縮性を有する防水シート６４２を介して固定されることから、導電性プレート６４１は、空間６３内において、孔６１と固定電極６２との間で上下方向に進退可能に構成される。図７に示すように、研削ホイール４１の未装着時には、導電性プレート６４１は、自重により空間６３の内壁面に垂下して孔６１ａを塞ぐ。言い換えると、導電性プレート６４１は、絶縁部材６１における孔６１ａを規定する内壁面の上面に載置され、孔６１ａを覆った状態とされる。

一方、図８に示すように、研削ホイール４１がネジ３１ｃによりホイールマウント３１に締結されると、固定電極６２の磁力により可動電極７１３が重力に抗して引き付けられる。そして、可動電極７１３は、導電性プレート６４１と接触した後、導電性プレート６４１を押し上げながら自動的に固定電極６２に接触する。この結果、図５及び図６に示した研削装置１と同様に、ホイールマウント３１に研削ホイール４１を取り付けることにより、電力供給手段５１と環状超音波振動子４１５（環状電極４１６）とが電気的に接続されるので、研削ホイール４１の脱着を容易にすることができる。また、研削ホイール４１がホイールマウント３１から外された際には、導電性プレート６４１が自重によって垂下して絶縁部材６１の開口部を構成する孔６１ａを塞ぐので、絶縁部材６１の空間６３内への研削水などの浸入を防止できる。なお、固定電極６２を磁石によって引き付けられる材質で構成する一方、可動電極７１３に磁力を持たせる構成とした場合でも同様である。

このように、図７及び図８に示した研削装置１０においても、ホイールマウント３１に研削ホイール４１を取り付けることで、自動的に可動電極７１３と固定電極６２とが導電性プレート６４１を介して接触する一方、研削ホイール４１をホイールマウント３１から取り外すことで可動電極７１３が固定電極６２から離間するので、ホイールマウント３１に対する研削ホイール４１の着脱とは別に可動電極７１３と固定電極６２との接触状態を操作する必要がなく、研削ホイール４１の着脱を容易とすることができる。また、固定電極６２と可動電極７１３とは磁力により引き合って接触するため、高い位置精度が要求されることはなく、電極の位置誤差による接触不良が生じることもない。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態においては、可動電極７１３を磁石によって引き付けられる材質で構成する一方、固定電極６２側に磁石６２１を配置して可動電極７１３と固定電極６２とを電気的に接続する構成について説明している。しかしながら、可動電極７１３と固定電極６２とを電気的に接続する構成については、これに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。例えば、固定電極６２を磁石によって引き付けられる材質で構成する一方、可動電極７１３に磁力を持たせ、可動電極７１３を固定電極６２側に移動することで可動電極７１３と固定電極６２とを電気的に接続する構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、可動電極部７１にて、被収容部７１１の上面に設けられた規制部７１２により可動電極７１３がホイールベース４１の開口から突設するように被収容部７１１の移動を規制する場合について説明しているが、被収容部７１１の移動を規制する規制部７１２の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、被収容部７１１の下面に設けられた係合部７１４に規制部７１２としての機能を兼ねさせることも可能である。

以上説明したように、本発明は、超音波振動を伴って研削を行う研削ホイールをホイールマウントに装着して使用する場合において、高精度な電極位置精度を不要とすると共に、超音波振動加工時のノード領域の変化によっても電極接触不良を発生させず、かつ、研削ホイールを容易に着脱できるという効果を有し、特に、サファイア、シリコンナイトライド、リチウムタンタレート、アルチックなどの脆性硬質材料の研削装置として好適に用いることができる。

１、１０研削装置
１１研削送り機構
１００基台
１０１主部
１０２壁部
１０３操作パネル
１０４チャックテーブル
１０５テーブル支持台
１０６ガイドレール
１１１ボールネジ
１１２モータ
１１３移動基台
１１４支持部
２１研削ユニット（研削手段）
２２スピンドルユニット
２２１スピンドルハウジング
２２２回転スピンドル
２２２ａ貫通孔
２２３小径先端部
２３電動モータ
２３１ロータ
２３２ステータコイル
２４ロータリートランス
２４１受電手段
２４２給電手段
２４１ａロータコア
２４１ｂ受電コイル
２４２ａステータコア
２４２ｂ給電コイル
２５導電線
３１ホイールマウント
３１ａ円孔
３１ｂネジ穴
３１ｃネジ
４１研削ホイール
４１１装着リング
４１１ａネジ穴
４１２環状連結部
４１２ａスリット
４１３ホイールベース
４１３ａ収容部
４１４研削砥石
４１５環状超音波振動子
４１６環状電極
４１７フレキシブル導線
５１電力供給手段
５１１交流電源
５１２電圧調整手段
５１３周波数調整手段
５１４制御手段
５１５入力手段
５１６制御回路
５１７配線
５１８配線
６１絶縁部材
６１ａ孔
６１１挿入部
６１２平面部
６２固定電極
６２１磁石
６２２導電部材
６４１導電性プレート
６４２防水シート
７１可動電極部
７１１被収容部
７１２規制部
７１３可動電極
７１４係合部

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルと、前記チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、前記研削手段に使用される研削ホイールと、を備えた研削装置であって、
前記研削手段は、スピンドルハウジングと、前記スピンドルハウジング中に回転可能に収容されたスピンドルと、前記スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、前記スピンドルを回転駆動する駆動源とを含み、
前記研削ホイールは、前記ホイールマウントとネジによって締結され、導電性部材で形成されたホイールベースと、前記ホイールベースの自由端部に環状に配設された複数の研削砥石と、前記ホイールベースに配設された環状超音波振動子と、前記環状超音波振動子に積層されて配設された環状電極と、前記ホイールベースの中央に開口した収容部と、前記収容部に収容された可動電極部とを含み、
前記可動電極部は、磁力により引きつけられる材質で形成された可動電極と、前記可動電極を保持し前記開口に挿通する被収容部と、前記可動電極が前記開口から突設するように前記被収容部を規制する規制部と、前記可動電極部から前記環状電極に連結する導電性のフレキシブル導線とを含み、前記可動電極部は前記ホイールベースの前記収容部に進退可能に収容されており、
前記ホイールマウントは、中央の自由端面近傍に配設され前記研削ホイールをネジにより締結した状態において前記可動電極に向き合う位置に配設され磁力を持つ固定電極を有し、
前記研削ホイールは、ネジにより前記ホイールマウントに締結されると、前記固定電極の磁力により前記可動電極部が前記固定電極に接触し該環状電極に通電されるとともに、前記可動電極部が前記ホイールベースに非接触になることを特徴とする研削装置。
被加工物を保持するチャックテーブルと、前記チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、前記研削手段に使用される研削ホイールと、を備えた研削装置であって、
前記研削手段は、スピンドルハウジングと、前記スピンドルハウジング中に回転可能に収容されたスピンドルと、前記スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、前記スピンドルを回転駆動する駆動源とを含み、
前記研削ホイールは、前記ホイールマウントとネジによって締結され、導電性部材で形成されたホイールベースと、前記ホイールベースの自由端部に環状に配設された複数の研削砥石と、前記ホイールベースに配設された環状超音波振動子と、前記環状超音波振動子に積層されて配設された環状電極と、前記ホイールベースの中央に開口した収容部と、前記収容部に収容された可動電極部とを含み、
前記可動電極部は、磁力を持つ可動電極と、前記可動電極を保持し前記開口に挿通する被収容部と、前記可動電極が前記開口から突設するように前記被収容部を規制する規制部と、前記可動電極部から前記環状電極を連結する導電性のフレキシブル導線とを含み、前記被収容部は該ホイールベースの前記収容部に進退可能に収容されており、
前記ホイールマウントは、中央の自由端面近傍に配設され前記研削ホイールをネジにより締結した状態において前記可動電極に向き合う位置に配設され磁力により引きつけられる材質で形成された固定電極とを含み、
前記研削ホイールは、ネジにより前記ホイールマウントに締結されると、前記可動電極の磁力により前記可動電極部が前記固定電極に接触し前記環状超音波振動子に通電されるとともに、前記可動電極部が該ホイールベースに非接触になることを特徴とする研削装置。
前記チャックテーブルの表面は水平面に形成され、前記研削手段の前記ホイールマウントはチャックテーブルに対面して配設され、前記ホイールマウントは前記固定電極と前記ホイールマウントの自由端面との間に自由端面側に開口した空間と、前記開口を内側から塞ぎ且つ磁力により引きつけられない材質で形成された導電性プレートとを有し、前記導電性プレートは、伸縮性の防水シートで前記空間の内壁に固定され、前記開口と前記固定電極との間で進退可能であり、前記研削ホイール未装着時には、前記導電性プレートは自重により前記空間の内壁に垂下して前記開口を塞ぎ、前記研削ホイールがネジにより前記ホイールマウントに締結されると、前記固定電極又は可動電極の磁力により前記可動電極部が前記導電性プレートを介して前記固定電極に接触し前記環状電極に通電されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の研削装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の研削装置に使用される研削ホイールであって、前記規制部は、導電性を有し、前記ホイールベースの前記開口より大径で且つ前記可動電極が前記開口から突設するように前記被収容部を懸架し、前記フレキシブル導線は、導電性を有する前記規制部から前記環状超音波振動子に積層された前記環状電極に連結し、前記ホイールマウントと離反時には、前記環状電極と連結している導電性を有する前記規制部が前記ホイールベースに接触し、前記環状超音波振動子に帯電した電荷が放電されることを特徴とする研削ホイール。