JP2013215831A - スピンドルユニット及び切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マウントや回転工具の重さに合わせたスピンドルの制動が可能なスピンドルユニットを提供する。
【解決手段】マウントに装着された回転工具と、スピンドル２６を駆動する電動モータ５８と、モータードライバーと、を備えたスピンドルユニット２６であって、モータードライバー２６は、モータ５８の回転エネルギーを熱エネルギーに変換して消費しスピンドル２６を停止させる、複数の抵抗器７０を含んでおり、マウント及び回転工具の合計重量が大きい場合、抵抗器７０を選択的にステーターコイル６２に接続することで、抵抗器７０で消費される電力を増やしてスピンドル２６を停止させる力を大きくし、合計重量が小さい場合、抵抗器７０を選択的にステーターコイル６２に接続することで、抵抗器７０で消費される電力を減らして回転する該スピンドルを停止させる力を小さくし、適切な回転スピードの減速によって所定の時間内にスピンドル２６を停止させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、回転工具が取り付けられたスピンドルユニット及び該スピンドルユニットを備えた切削装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて表面に形成された半導体ウエーハは、裏面が研削装置によって研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電機機器に広く利用されている。

研削装置は、ウエーハ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ウエーハを研削する複数の研削砥石を自由端部に環状に配設した研削ホイールを回転可能に支持する研削手段とから概ね構成され、ウエーハを高精度に所望の厚みに形成できる。

また、切削装置は、ウエーハ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ウエーハを切削する切削ブレードを回転可能に支持する切削手段とから概ね構成され、ウエーハを高精度に個々のデバイスに分割することができる。

研削装置、切削装置等の加工装置では、高速回転する回転工具により加工を実施する。こうした回転工具はスピンドルユニットのスピンドルに装着され、スピンドルは電動モータによって回転駆動され、電動モータはモータードライバーによって制御される。

例えば、切削装置では、スピンドルの先端に後フランジが固定され、この後フランジに切削ブレードが装着されて該後フランジと前フランジで切削ブレードを挟持し、固定ナットで固定する。本明細書では後フランジと前フランジの組合せをマウントと称する。

加工装置のマウントは、加工や回転工具の種類や数に応じて大きさや重さは様々であり、その直径は約４５〜８０ｍｍの範囲にわたり、装着する回転工具の数も１乃至１０枚、厚さも大きな幅がある。よって、回転工具を挟み込んで装着するマウントの大きさや重さも大きく異なる。

スピンドルを回転させる電動モータはモータードライバーによって回転及び停止の制御がなされ、停止の際には制動回路の抵抗器によってスピンドルの回転エネルギーを熱エネルギーを変換して消費し、スピンドルにブレーキをかけてスピンドルの回転を停止させている。

特開２００９−２５５２２０号公報 特開平８−１７４４１３号公報 特開２００８−１４９３８３号公報 特開２００６−２３７３３２号公報

スピンドルはその制動をモータードライバーの制動回路によって行っているが、停止時には所定の抵抗を電動モータのステーターコイルに接続し、抵抗でモータの逆起電力により発生した電力を熱エネルギーに変換して消費し、スピンドルに直結されたモータのローターにブレーキを掛けてスピンドルの回転を停止させている。

そのため、非常に重いマウント及び回転工具をスピンドルに取り付けて加工後、スピンドルの回転を停止させる際、マウント及び回転工具の重さによって慣性回転力が大きくなっており、所定の抵抗ではスピンドルを停止させるまで数分単位の時間がかかるといった問題があった。

重いマウント及び回転工具を装着したスピンドルの停止に抵抗値を合わせた場合、軽量のマウント及び回転工具を取り付けたときのスピンドルの停止が急停止となるため、スピンドルの慣性力の影響でマウント締結部の保持力が保てなくなってマウントが軸方向にずれる恐れがある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スピンドルに装着したマウントや回転工具の重さに合わせたスピンドルの制動が可能なスピンドルユニット及びスピンドルユニットを備えた切削装置を提供することである。

請求項１記載の発明によると、スピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングに回転自在に支持されたスピンドルと、該スピンドルに取り付けられたマウントと、該マウントに装着された回転工具と、該スピンドルを回転駆動する電動モータと、該電動モータを制御するモータードライバーと、を備えたスピンドルユニットであって、該モータードライバーは、該電動モータの回転エネルギーを熱エネルギーに変換して消費し回転する該スピンドルを停止させる、複数の抵抗器が該電動モータのステーターコイルにそれぞれスイッチを介して並列接続された制動回路を含んでおり、該マウント及び該回転工具の合計重量が大きい場合は、該各スイッチを制御して該抵抗器を選択的に該ステーターコイルに接続することで、該抵抗器で消費される電力を増やして回転する該スピンドルを停止させる力を大きくし、該マウント及び該回転工具の合計重量が小さい場合は、該各スイッチを制御して該抵抗器を選択的に該ステーターコイルに接続することで、該抵抗器で消費される電力を減らして回転する該スピンドルを停止させる力を小さくし、重さの異なる該マウント及び該回転工具が取り付けられても、適切な回転スピードの減速によって所定の時間内に回転する該スピンドルを停止させることを特徴とするスピンドルユニットが提供される。

請求項２記載の発明によると、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切削加工する請求項１記載のスピンドルユニットと、該スピンドルユニットを制御する制御手段と、該制御手段に接続された加工条件を入力する入力手段と、を備えた切削装置であって、該制御手段は、前記マウント及び前記回転工具の合計重量と対応する消費電力及び該消費電力を達成するための該スイッチのオン／オフが登録された記憶手段を具備しており、該入力手段によって使用する該マウント及び該回転工具が入力されると、該制御手段が前記電動モータの電源オフに応じて、該記憶手段に登録されている回転する該スピンドルを所定の時間内に停止させるのに必要な該スイッチをオンにして、該ステーターコイルに接続される該抵抗器を選択して回転する該スピンドルを適当な回転スピードの減速によって所定の時間内に停止させることを特徴とする切削装置が提供される。

本発明のスピンドルユニットによると、電動モータのステーターコイルにそれぞれスイッチを介して複数の抵抗器を並列に接続し、スピンドルに装着する回転工具やマウントの重さに応じてスイッチのオン／オフを制御して、抵抗器で消費する消費電力を適宜選択できるようしたため、回転工具やマウントの重さに合わせたスピンドルの制動が可能であるという効果を奏する。

また、予め回転工具やマウントの種類とそれに合わせた消費電力を発生するための抵抗器の数や種類を記憶手段に登録しておくことで、回転工具やマウントを変更する場合、登録した中から選択することで自動的に抵抗器の数や種類を調整し、最適なブレーキ力を回転するスピンドルに作用させることができる。

切削装置の斜視図である。 スピンドルの先端にブレードマウントを固定する様子を示す分解斜視図である。 ブレードマウントにワッシャーブレードを装着する様子を示す分解斜視図である。 第１実施形態の制動回路に接続されたスピンドルユニットの縦断面図である。 第２実施形態の制動回路に接続されたスピンドルユニットの縦断面図である。 マウン及び回転工具の重量が軽い場合の第１実施形態の制動回路の説明図である。 電動モータのステーターコイルに並列接続された抵抗器の消費電力が異なる場合の第２実施形態の制動回路の説明図である。 マウント及び回転工具の重量が重い場合の第１実施形態の制動回路の説明図である。 マウント及び回転工具の重量が重い場合の第２実施形態の制動回路の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態の切削装置２の斜視図が示されている。切削装置２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作パネル４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像ユニットによって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示モニタ６が設けられている。

切削装置２の切削対象である半導体ウエーハ（以下単にウエーハと略称することがある）１１は、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着された後、図１に示したウエーハカセット８中に複数枚収容される。ウエーハカセット８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置される。

ウエーハカセット８の後方には、ウエーハカセット８から切削前のウエーハ１１を搬出するとともに、切削後のウエーハをウエーハカセット８に搬入する搬出入ユニット１０が配設されている。

ウエーハカセット８と搬出入ユニット１０との間には、搬出入対象のウエーハ１１が一時的に載置される領域である仮置き領域１２が設けられており、仮置き領域１２には、ウエーハ１１を一定の位置に位置合わせする位置合わせ機構１４が配設されている。

仮置き領域１２の近傍には、ウエーハ１１を吸着して搬送する旋回アームを有する搬送ユニット１６が配設されており、仮置き領域１２に搬出されて位置合わせされたウエーハ１１は、搬送ユニット１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、このチャックテーブル１８に吸引保持される。

チャックテーブル１８は、回転可能且つ図示しない加工送り機構によりＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル１８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウエーハ１１の切削すべき領域を検出するアライメントユニット２２が配設されている。２０は環状フレームＦをクランプするクランプである。

アライメントユニット２２は、ウエーハ１１の表面を撮像する撮像ユニット２４を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の処理によって切削すべき領域を検出することができる。撮像ユニット２４によって取得された画像は、表示モニタ６に表示される。

アライメントユニット２２の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウエーハ１１に対して切削加工を施すスピンドルユニット２６が配設されている。スピンドルユニット２６はアライメントユニット２２と一体的に構成されており、両者が連動してＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。

スピンドルユニット２６は、回転可能なスピンドル２８の先端に切削ブレード３０が装着されて構成され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。切削ブレード３０は撮像ユニット２４のＸ軸方向の延長線上に位置している。スピンドルユニット２６のＹ軸方向の移動は図示しない割り出し送り機構により達成される。

３４は切削加工の終了したウエーハ１１を洗浄するスピンナ洗浄ユニットであり、切削加工の終了したウエーハ１１は搬送ユニット３２によりスピンナ洗浄ユニット３４まで搬送され、スピンナ洗浄ユニット３４でスピン洗浄及びスピン乾燥される。

図２を参照すると、スピンドル２８の先端に後フランジ４０を装着する様子を示す分解斜視図が示されている。スピンドルユニット２６のスピンドルハウジング３６中には、図示しない電動モータにより回転駆動されるスピンドル２８が回転可能に収容されている。スピンドル２８はテーパ部２８ａ及び先端小径部２８ｂを有しており、先端小径部２８ｂには雄ねじ３８が形成されている。

４０はボス部４２と、ボス部４２と一体的に形成された固定フランジ４４とから構成される後フランジであり、ボス部４２には雄ねじ４６が形成されている。更に、後フランジ４０は装着穴４７を有している。

後フランジ４０は、装着穴４７をスピンドル２８の先端小径部２８ｂ及びテーパ部２８ａに挿入して、ナット４８を雄ねじ４６に螺合して締め付けることにより、図３に示すようにスピンドル２８の先端小径部２８ｂに取り付けられる。

図３を参照すると、ワッシャー状の切削ブレード３０をスピンドル２８の先端に固定された後フランジ４０に装着する様子を示す分解斜視図が示されている。切削ブレード３０はその全体が電鋳された切刃（電鋳砥石）から形成されている。

後フランジ４０のボス部４２に切削ブレード３０を挿入し、更に前フランジ５０をボス部４２に挿入して、固定ナット５２を雄ねじ４６に螺合して締め付けることにより、切削ブレード３０は後フランジ４０と前フランジ５０とにより両側から挟まれてスピンドル２８に取り付けられる。本明細書では、後フランジ４０と前フランジ５０との組合せをマウントと称する。

図４を参照すると、本発明第１実施形態の制動回路に接続されたスピンドルユニット２６の縦断面図が示されている。スピンドル２８の先端部にはスピンドルと一体的に形成された環状スラストプレート２８ａが配設されている。

高圧エアがスピンドルハウジング３６に形成されたエア供給路３７に導入されると、スピンドル２８の外周とスピンドルハウジング３６の内周との間にラジアルエアベアリング５４が形成され、更に環状スラストプレート２８ａとスピンドルハウジング３６との間にスラストエアベアリング５６が形成され、スピンドル２８はラジアルエアベアリング５４及びスラストエアベアリング５６により回転可能に支持される。

スピンドル２８には電動モータ５８のローター６０が一体的に連結されている。ローター６０の外周にはステーターコイル６２が配設され、ステーターコール６２はモーターカバー６４により覆われている。

電動モータ５８のステーターコイル６２にはモータードライバーの一部を構成する第１実施形態の制動回路６８が接続されている。図４では電動モータ５８を駆動するモータードライバーの駆動回路が省略されている。

制動回路６８は、スイッチ７２ａ，７２ｂ，７２ｃを介して、同一抵抗値の３個の抵抗器７０を電動モータ５８のステーターコイル６２に並列接続して構成されている。ステーターコイル６２の一方の端子は接地されている。

切削装置２の図示しないコントローラのメモリには、後フランジ４０、切削ブレード３０及び前フランジ５０の合計重量（マウントと切削ブレード３０の合計重量）と対応する消費電力を発生するためのスイッチ７２ａ〜７２ｃのオン／オフの関係が予め登録されている。

例えば、後フランジ４０、切削ブレード３０及び前フランジ５０の合計重量が軽い場合には、スイッチ７２ａのみがオンとされ、中程度の場合にはスイッチ７２ａ及び７２ｂがオンとされ、重い場合にはスイッチ７２ａ，７２ｂ，７２ｃがオンとされるマップがメモリに格納されている。

図５を参照すると、第２実施形態の制動回路６８Ａに接続されたスピンドルユニット２６の縦断面図が示されている。本実施形態の制動ユニット６８Ａでは、抵抗値が異なる３個の抵抗７０ａ，７０ｂ，７０ｃをそれぞれスイッチ７２ａ，７２ｂ，７２ｃを介して電動モーター５８のステーターコイル６２に並列接続して構成されている。ここでは、抵抗器７０ａの抵抗値が一番大きく、抵抗値が７０ａ＞７０ｂ＞７０ｃの関係にあるものとして説明する。

切削装置２の図示しないコントローラのメモリには、後フランジ４０、切削ブレード３０及び前フランジ５０の合計重量と対応する消費電力を発生するためのスイッチ７２ａ〜７２ｃのオン／オフの関係がマップとして登録されている。

例えば、後フランジ４０、切削ブレード３０及び前フランジ５０の合計重量が軽い場合には、スイッチ７２ａのみがオンとされ、中程度の場合にはスイッチ７２ｂのみがオンとされ、重い場合にはスイッチ７２ｃのみがオンとされるマップがメモリに格納されている。

次に、図６を参照して、後フランジ４０、切削ブレード３０及び前フランジ５０の合計重量が軽い場合の制動回路６８の作用について説明する。作業者が操作パネル４によって使用する後フランジ４０、切削ブレード３０及び前フランジ５０の種類を入力する。

これに応じてコントローラはメモリに格納されているマップからオンすべきスイッチをスイッチ７２ａ〜７２ｃの中から選択する。ここでは合計重量が軽いので、スイッチ７２ａをオンにし、他のスイッチ７２ｂ及び７２ｃはオフのままとする。

切削ブレード３０による被加工物切削加工中は、スピンドル２８は電動モータ５８により３００００ｒｐｍ程度で高速回転されている。電動モータ５８への電力の供給が断たれると、スイッチ７２ａがオンとなり、制動回路６８が作動する。

ローター６０の高速回転によりステーターコイル６２には逆起電力が発生し、この逆起電力による電流が制動回路６８の抵抗器７０及びスイッチ７２ａを流れ、抵抗器７０で符号７４に示すように電力を熱エネルギーとして消費する。

電力を熱エネルギーとして消費することにより、回転するスピンドル２８にはブレーキが掛けられ、スピンドル２８は所定の時間内、例えば３０秒から１分以内に停止する。

図７に示す第２実施形態の制動回路６８Ａの場合にも、後フランジ４０、切削ブレード３０及び前フランジ５０の合計重量が軽い場合には、抵抗値の高い抵抗器７０ａが選択されスイッチ７２ａのみがオンとなる。

作業者が操作パネル４によって使用する後フランジ４０、切削ブレード３０及び前フランジ５０の種類を入力すると、コントローラが抵抗器７０ａを選択する。スピンドル２８の駆動が断たれるのに同期して制動回路６８Ａのスイッチ７２ａがオンとなり、ステーターコール６２に発生した逆起電力による電流が制動回路６８Ａの抵抗器７０ａ及びスイッチ７２ａを流れ、抵抗器７０ａで符号７６で示すように電力を熱エネルギーとして消費する。これにより、高速回転するスピンドル２８にブレーキがかけられ、スピンドル２８は所定の時間内、例えば３０秒〜１分以内に停止する。

図８を参照すると、スピンドルユニット２６Ａの第２実施形態が示されている。本実施形態のスピンドルユニット２６Ａでは、スピンドル２８の先端にスペーサー３１を間に挟んで複数の切削ブレード３０が装着されている。本明細書では、後フランジ４０、スペーサー３１及び前フランジ５０の組合せをマウントと称する。

よって、この実施形態のスピンドルユニット２６Ａでは、後フランジ４０、複数の切削ブレード３０、複数のスペーサー３１及び前フランジ５０の合計重量は重くなる。この場合には、第１実施形態の制動回路６８では、スイッチ７２ａ、７２ｂ及び７２ｃがオンとなって３個の抵抗器７０が全て選択される。

よって、ステーターコイル６２に発生した逆起電力による電流が並列接続された３個の抵抗器７０の全てを流れるため、符号７８で示すように各抵抗器７０で電力が熱エネルギーとして消費され、これに応じて回転するスピンドル２８にブレーキがかけられ、スピンドル２８の回転が所定時間内、例えば３０秒〜１分以内に停止する。

次に、図９を参照して、第２実施形態のスピンドルユニット２６Ａのスピンドル２８を停止させる際の第２実施形態の制動回路６８Ａの作用について説明する。作業者が操作パネル４によって後フランジ４０、切削ブレード３０の数、スペーサー３１の数及び前フランジ５０の種類を入力すると、コントローラはメモリに格納されているマップから抵抗値の一番低い抵抗器７０ｃを選択する。

電動モータ５８の駆動が断たれるのに同期して制動回路６８Ａのスイッチ７２ｃがオンとされ、高速回転するスピンドル２８によってステーターコイル６２に発生した逆起電力の電流が制動回路６８Ａの抵抗器７０ｃ及びスイッチ７２ｃを流れる。

抵抗器７０ｃは抵抗値が低いため、大量の電流が流れて符号８０で示すように大きな熱エネルギーが発生し、これにより電力が多量に消費される。その結果、スピンドル２８にブレーキがかけられ、スピンドル２８の回転が所定時間内、例えば３０秒〜１分以内に停止する。

このように、上述したスピンドルユニット２６，２６Ａでは、スピンドル２８に装着されるマウント及び切削ブレード３０の種類及び数に応じて、制動回路６８，６８Ａ中の最適な抵抗器７０，７０ａ〜７０ｃのうちの一つ或いは複数が選択されるため、常にスピンドル２８の回転を所定時間内に停止させることができる。

上述した実施形態では、本発明を切削装置のスピンドルユニットについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば研削装置、研磨装置等のスピンドルユニットにも同様に適用することができる。

４ 操作パネル
２６，２６Ａ スピンドルユニット
２８ スピンドル
３０ 切削ブレード
４０ 後フランジ
５０ 前フランジ
５８ 電動モータ
６０ ローター
６２ ステーターコール
６４ カバー
６８，６８Ａ 制動回路
７０，７０ａ〜７０ｃ 抵抗器
７２ａ〜７２ｃ スイッチ

Claims (2)

1. スピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングに回転自在に支持されたスピンドルと、該スピンドルに取り付けられたマウントと、該マウントに装着された回転工具と、該スピンドルを回転駆動する電動モータと、該電動モータを制御するモータードライバーと、を備えたスピンドルユニットであって、
   該モータードライバーは、該電動モータの回転エネルギーを熱エネルギーに変換して消費し回転する該スピンドルを停止させる、複数の抵抗器が該電動モータのステーターコイルにそれぞれスイッチを介して並列接続された制動回路を含んでおり、
   該マウント及び該回転工具の合計重量が大きい場合は、該各スイッチを制御して該抵抗器を選択的に該ステーターコイルに接続することで、該抵抗器で消費される電力を増やして回転する該スピンドルを停止させる力を大きくし、
   該マウント及び該回転工具の合計重量が小さい場合は、該各スイッチを制御して該抵抗器を選択的に該ステーターコイルに接続することで、該抵抗器で消費される電力を減らして回転する該スピンドルを停止させる力を小さくし、
   重さの異なる該マウント及び該回転工具が取り付けられても、適切な回転スピードの減速によって所定の時間内に回転する該スピンドルを停止させることを特徴とするスピンドルユニット。
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切削加工する請求項１記載のスピンドルユニットと、該スピンドルユニットを制御する制御手段と、該制御手段に接続された加工条件を入力する入力手段と、を備えた切削装置であって、
   該制御手段は、前記マウント及び前記回転工具の合計重量と対応する消費電力及び該消費電力を達成するための該スイッチのオン／オフが登録された記憶手段を具備しており、
   該入力手段によって使用する該マウント及び該回転工具が入力されると、該制御手段が前記電動モータの電源オフに応じて、該記憶手段に登録されている回転する該スピンドルを所定の時間内に停止させるのに必要な該スイッチをオンにして、該ステーターコイルに接続される該抵抗器を選択して回転する該スピンドルを適当な回転スピードの減速によって所定の時間内に停止させることを特徴とする切削装置。

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