JP2017144516A - 加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の課題は、加工用の工具を支持するエアーベアリングにおいて、エアーベアリングのかじり現象を未然に防ぐことができる加工装置を提供することにある。【解決手段】本発明によれば、加工手段は、回転スピンドルと、該回転スピンドルをエアーで支持するエアーベアリングが配設されたハウジングと、該回転スピンドルの先端に装着された工具と、を含み、該ハウジングは、該エアーベアリングにエアーを供給する供給経路に連通する供給口と、該エアーベアリングから排気経路に連通し排気する排気口を備え、エアー源から該供給口に至る経路に圧力計と流量計とが配設され、該圧力計から検出される圧力値には第一の許容値が設定され、該流量計から検出される流量値には第二の許容値が設定される加工装置が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段とから少なくとも構成される加工装置に関する。
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表面に形成されたウエーハは、研削装置によって裏面が研削され所定の厚みに形成された後、ダイシング装置によって個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
研削装置は、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハを研削する研削ホイール（工具）を回転可能に装着した研削手段と、から概ね構成され、ウエーハを所望の厚みに加工することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
また、ダイシング装置は、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハを切削する切削ブレード（工具）を回転可能に装着した切削手段と、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（例えば、特許文献２を参照。）。
特開２０１０−０５２０５７号公報 特開２０１０−１７３００２号公報
上記した研削手段、切削手段は、工具が装着される回転スピンドルと、高圧エアーが供給されることにより該回転スピンドルを非接触状態で支持するエアーベアリングと、を含み構成されており、摩擦抵抗が殆どない状態で該回転スピンドルが回転可能に支持され、振動が抑制されて高精度な研削、切削を可能にしている。しかし、エアーを供給する供給経路または排気経路に、外部から埃、粉塵、水等が侵入し、あるいは圧力、温度変化に伴い発生する水等の異物が詰まると、エアーベアリングに対して十分な高圧エアーが供給されず、該非接触状態が維持できずに、かじり現象が生じて研削手段、および切削手段が破損するおそれがある。なお、該経路上においてエアー漏れが生じても同様の問題が発生する。
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、加工用の工具を支持するエアーベアリングにおいて、エアーベアリングのかじり現象を未然に防ぐことができる加工装置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保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段とから少なくとも構成される加工装置において、該加工手段は、回転スピンドルと、該回転スピンドルをエアーで支持するエアーベアリングが配設されたハウジングと、該回転スピンドルの先端に装着された工具と、を含み、該ハウジングは、該エアーベアリングにエアーを供給する供給経路に連通する供給口と、該エアーベアリングから排気経路に連通し排気する排気口を備え、エアー源から該供給口に至る経路に圧力計と流量計とが配設され、該圧力計から検出される圧力値に対して第一の許容値が設定され、該流量計から検出される流量値に対して第二の許容値が設定される加工装置が提供される。
該圧力計から検出される圧力値が該第一の許容値を外れるか、または、該流量計の値が該第二の許容値を外れた場合には、オペレータに警告することが好ましく、特に、該圧力計から検出される圧力値が該第一の許容値を維持し、該流量計から検出される流用値が第二の許容値を下回った場合に、該供給経路または該排気経路に異物の詰りが生じたことを警告することができ、該圧力計から検出される圧力値が該第一の許容値を維持し、該流量計から検出される流用値が第二の許容値を上回った場合は、該供給経路または該排気経路においてエアー漏れが生じたことを警告することができる。
本発明による加工装置における加工手段は、回転スピンドルと、該回転スピンドルをエアーで支持するエアーベアリングが配設されたハウジングと、該回転スピンドルの先端に装着された工具と、を含み、該ハウジングは、該エアーベアリングにエアーを供給する供給経路に連通する供給口と、該エアーベアリングから排気経路に連通し排気する排気口を備え、エアー源から該供給口に至る経路に圧力計と流量計とが配設され、該圧力計から検出される圧力値には第一の許容値が設定され、該流量計から検出される流量値には第二の許容値が設定されることにより、該エアー源からエアーベアリングに対して供給されるエアーの管理を、圧力計に加えて、流量計から検出される流量値によっても管理することができるようにしているため、供給エアーの圧力が所望の圧力を維持しているにも関わらず、エアーベアリングに対するエアーの供給経路、または排気経路に水等の異物が詰り、エアーベアリングに対して十分な高圧エアーが供給されない場合のかじり現象を予知して、エアーベアリングが配設された加工手段、例えば、研削手段、切削手段等の破損を未然に防止できる。
また、該圧力計から検出される圧力値が該第一の許容値を外れるか、または、該流量計の値が該第二の許容値を外れた場合に、オペレータに対して警告を実行するように構成し、特に、該圧力計から検出される圧力値が該第一の許容値を維持し、該流量計から検出される流用値が第二の許容値を下回った場合は、該供給経路または該排気経路に異物の詰りが生じたこと、該圧力計から検出される圧力値が該第一の許容値を維持し、該流量計から検出される流用値が第二の許容値を上回った場合は、該供給経路または該排気経路においてエアー漏れが生じたことを警告することができる。
本発明に従い構成された研削手段が適用される研削装置の全体斜視図。 図１に示す研削装置に適用される研削ユニットの縦断面、および高圧供給経路を示す概略図。 本発明に従い実施されるプログラムを説明するためのフローチャート。 他の実施形態として示す切削ユニットの縦断面、および高圧供給経路を示す概略図。
以下、本発明に基づき構成される加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、詳細に説明する。
図１には、第一の実施形態として、本発明に従い構成された加工手段を備えた研削装置の全体斜視図が示されている。図１に示す研削装置１は、静止基台２と、該静止基台２の背面から上方に向けコラム３が立設されている。コラム３には、上下方向に伸びる一対の案内レール４が固定されている。
研削ユニット１０は、スピンドルハウジング１２と、スピンドルハウジング１２を保持する支持部１３を有しており、該支持部１３は一対の案内レール４に沿って上下方向に移動する移動基台１４に取り付けられており、研削ユニット１０（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１０は、スピンドルハウジング１２内に回転可能に収容された回転スピンドル１５と、回転スピンドル１５を回転駆動するサーボモータ２０と、回転スピンドル１５の先端に固定されたホイールマウント２２と、ホイールマウント２２に着脱可能に装着され、下面に環状に配設された砥石２６を備えた研削ホイール２４とを含んでいる。
研削装置１は、研削ユニット１０を一対の案内レール４に沿って上下方向に移動するボールねじとパルスモータから構成される研削ユニット送り機構３０を備えている。該研削ユニット送り機構３０は、パルスモータを回転駆動することにより、ボールねじが回転し、移動基台１４が上下方向に移動される。
静止基台２の上面には、被加工物を保持する保持手段としてのチャックテーブル機構３６が配設されており、図示しない移動機構によりウエーハ着脱位置と、研削ユニット１０に対向する研削位置との間で移動されるように構成されている。
図２には、研削ユニット１０の縦断面、供給経路５４、および排気経路５６が概略的に示されている。研削ユニット１０のスピンドルハウジング１２は、回転スピンドル１５をその中心に支持しており、回転スピンドル１５は、一体的に形成された円板形状のスラストプレート７１を有し、回転スピンドル１５のラジアル方向をエアーで支持するラジアルエアーベアリング６０と、回転スピンドル１５のスラストプレート７１を挟むスラスト方向をエアーで支持するスラストエアーベアリング７０を含んでいる。
研削ユニット１０のスピンドルハウジング１２の外周部には、供給口５４１、排気口５６１が配設されている。スピンドルハウジング１２内には、高圧エアーをエアーベアリングに供給する供給経路５４(図中、太線で示す）と、ラジアルエアーベアリング６０、スラストエアーベアリング７０を経たエアーが排出される排気経路５６（図中、細線で示す）が形成されている。該高圧エアー（例えば、０．６ＭＰａ）は、外部のエアー供給源５０から供給され、経路５１を介して供給口５４１に導入され、各エアーベアリングを経て、排気口５６１から外部に排出される。
供給口５４１から導入された高圧エアーは、スピンドルハウジング１２内に形成された供給経路５４の途中から分岐された一方側の経路を介してラジアルエアーベアリング６０に形成されたエアー噴出口５４ａから噴出される。また、該高圧エアーは、該分岐された他方側の供給経路５４を介して、スラストエアーベアリング７０に形成されたエアー噴出口５４ｂからも噴出される。
ラジアルエアーベアリング６０、スラストエアーベアリング７０は、該エアー噴出口５４ａ、５４ｂから供給された高圧エアーにより微小な隙間（５〜１０μｍ）を持った高圧空気層を形成しており、回転スピンドル１５がスピンドルハウジング１２によって非接触状態で支持されるように構成されている。これにより極めて少ない抵抗で安定して高速回転することが可能になっている。なお、回転スピンドル１５の上端部には、回転スピンドル１５を回転駆動するためのステータ２０ａと、ロータ２０ｂからなるサーボモータ２０が形成されている。
エアー供給源５０は、本実施形態の加工装置が配置される工場等の加工現場において、複数の種々の装置に対して高圧エアーを供給するものであり、各装置において消費される高圧エアーの量が多少変化しても、略一定の圧力が維持される構成をなしており、該スピンドル１２が安定して支持されるようになっている。
該エアー供給源５０から研削ユニット１０に高圧エアーを供給する経路５１上には、経路内の圧力を検出する圧力計５２と、経路５１内を流通する高圧エアーの流量を検出する流量計５３が配設されており、検出された圧力値、および流量値は、後述する制御手段に出力されるようになっている。
本実施形態における研削装置１は、図示しない制御手段を備えており、該制御手段は、コンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、演算結果等を随時格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、入力インターフェース及び出力インターフェースとを備えている。該制御手段の該入力インターフェースには、上記高圧エアーの経路５１に配設された圧力計５２からの圧力値信号、流量計５３からの流量値信号、サーボモータ２０に配設された図示しない回転速度センサ、加速度センサの出力値等が入力される。そして、該出力インターフェースからは、サーボモータ２０に対する出力信号、オペレータに対する警告信号等を出力する。上記制御手段のリードオンリメモリ（ＲＯＭ）には、図３に示すフローチャートに基づき構成されたプログラムが記憶されており、研削装置１において実施される被加工物に対する加工が施される間、所定時間毎に繰り返し実行され、加工状態が監視される。
本実施形態の研削装置１は概略以上のように構成されており、その作用について、説明する。
図１に示す研削装置１において、保持手段を構成するチャックテーブル機構３６上にウエーハが載置されると、該制御手段から、サーボモータ２０を構成するステータ２０aに対して電力を印加する制御信号が出力され、ロータ２０ｂに連結された回転スピンドル１５が回転し、回転スピンドル１５に装着された研削ホイール２４の砥石２６により所定の研削加工が可能なスタンバイ状態となる。なお、サーボモータ２０に対して電力が供給される場合には、事前にエアー供給源５０から研削ユニット１０に対して高圧エアーが供給され、スピンドルハウジング１２の内部において、該回転スピンドル１５が非接触状態で支持されている。
サーボモータ２０に対して電力が供給され該研削ユニット１０の回転スピンドル１５が回転している状態で、一対の案内レール４に沿って移動基台１４が下降させられ、被加工物であるウエーハの研削面に接触してから研削加工が開始され、一定の研削送り速度で下降しながら研削加工が実行される。ここで、該研削装置１における異常を検出するため、所定時間毎に図３に示すフローチャートに基づくプログラムが繰り返し実行される。
該プログラムがスタートすると、経路５１に設置された圧力計５２から検出された圧力値が該制御手段に入力され記憶される（ステップＳ１）。さらに、同経路５１上に設置された流量計５３から検出される流量値が該制御手段に入力され記憶される（ステップＳ２）。
該制御手段には、該研削ユニット１０のエアーベアリングにおいて許容される高圧エアーの圧力許容値、および流量許容値が、所定の許容幅をもって予め設定され記憶されており、本実施形態においては、例えば、圧力許容値＝０．５〜０．６[ＭＰａ]、流量許容値＝４８〜５２[l／分]に設定されている。ステップＳ１、Ｓ２にて、経路５１の圧力値、流量値が制御手段に入力されたならば、該圧力値が、当該圧力許容値内に収まっているか否かが判定される（ステップＳ３）。当該圧力値が、圧力許容値に収まっている（Ｙｅｓ）と判定された場合は、圧力に異常はないと判断して、次のステップに進み、流量計５３により検出された流量値が、流量許容値に収まっているか否かが判定される（ステップＳ４）。流量値が上記した流量許容値に収まっている（Ｙｅｓ）と判定された場合は、ステップＳ４１に進み、異常フラグ＝０（異常なし）とされ、該プログラムは終了し、次のタイミングにて再びこのプログラムが実行される。なお、該プログラムが最初に実行された時には、初期設定として異常フラグが０に設定されている。
ステップＳ３に戻り説明を続けると、ステップＳ３にて検出された経路５１の圧力値が圧力許容値内ではない（Ｎｏ）と判定された場合は、ステップＳ３１に進み、異常フラグ＝１とされて制御手段に記憶され、ステップＳ７に進み、該異常フラグの値に基づきオペレータに対する異常の警告（ブザー、モニターに対する異常表示、赤色灯の点灯等）が実施される。なお、高圧エアーの経路５１における圧力異常（異常フラグ＝１）は、エアー供給源５０の異常が想定され、その旨をモニター等に表示（例えば、「供給エアー圧力異常」等）してもよい。
ステップＳ３にて圧力値が圧力許容値に収まっている（Ｙｅｓ）と判定された後、ステップＳ４に進み、流量値が流量許容値に収まっているか否かの判定を行った結果、該流量値が流量許容値に収まっていない（Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、該流量値が流量許容値以上であるか否かが判定され、流量値が流量許容値以上でない（Ｎｏ）と判定された場合は、流量許容値以下であると判定されたことになるので、ステップＳ５１に進み、異常フラグ＝２とされ制御手段に記憶される。そして、ステップＳ７に進み、異常フラグの値に基づきオペレータに対する異常の警告（ブザー、モニターに対する異常表示、赤色灯の点灯等）が実施される。なお、ステップＳ５においてＮｏと判定された場合は、高圧エアーの供給経路、または排気経路上のいずれかにおいて、異物等の詰りが生じたものと想定されるので、その旨をオペレータが視認可能なモニターに表示(例えば、「異物詰り発生」等）して警告を行う。
ステップＳ５で流量値が流量許容値以上である（Ｙｅｓ）と判定された場合は、ステップＳ６に進み、異常フラグ＝３とされ制御手段に記憶される。そして、ステップＳ７に進み、異常フラグの値に基づきオペレータに対する異常の警告（ブザー、モニターに対する異常表示、赤色灯の点灯等）が実施される。なお、ステップＳ５において流量値が流量許容値以上である場合は、高圧エアーの供給経路、または排気経路上のいずれかにおいて、エアー漏れが生じたものと想定されるので、その旨をオペレータが視認可能なモニターに表示(例えば、「エアー漏れ発生」等）して警告を行う。なお、異常フラグが１〜３になった場合には、モニターに異常内容を上記したように具体的に表示して警告することに加え、あるいはそれに替えて、加工装置に付帯する警告ランプの色によって異常を警告する、上記異常フラグの値をエラーコードとして表示する等、オペレータが異常の種類を区別できる種々の警告形態を採用することができる。
上述したように、工場等で容量の大きい高圧エアー供給源から複数の装置に高圧エアーを供給する場合、各装置において消費される高圧エアーの流量が多少変化しても、各装置に供給される高圧エアーの圧力値は略一定に保持される。よって、各装置におけるエアーの供給経路、排出経路において目詰まりやエアー漏れが生じても、圧力計からの検出値のみを監視していたのでは、当該異常を見逃したまま加工手段を使用し続けてしまい、エアーベアリングが正常に機能せずに、スピンドルハウジングと回転スピンドルが接触してかじり現象が発生し、エアーベアリング部が破損するおそれがある。これに対し、本発明に基づき構成される加工装置においては、高圧エアーの供給経路上に、圧力計に加え、流量計を設置し、圧力計により検出される圧力値と、流量計から検出される流量値とを合わせて監視することで、仮に圧力値が許容値内で維持されていたとしても、かじり現象が生じる前に、高圧エアーの供給経路、排出経路の異常を即座に検出して、かじり現象の発生を予知し、大きな破損に至ることを防止することができる。
また、本発明では、流量計にて検出された流量値が、流量許容値以上であるか、以下であるかに基づき、高圧エアーの漏れであるのか、エアーの供給経路、排気経路の目詰まりであるのかを区別することができるので、異常の発生を速やかに検出するとともに、異常原因を容易に特定することが可能になっている。
図４には、本発明に基づき構成される第二の実施形態として、切削装置に適用される切削ユニット１０´が示されており、該切削ユニット１０´の縦断面、高圧エアーを供給する経路５１、エアー供給経路５４、および排気経路５６が概略的に示されている。なお、上記した第一の実施形態の研削ユニット１０と同一の構成については、同一の番号を付してその詳細な説明は省略する。該切削ユニット１０´の回転スピンドル１５の先端部には、円環状の切削ブレード２７がフランジ部材２８により挟持されている。第一の実施形態における研削ユニット１０は、回転スピンドル１５の軸が上下方向を指向して配置され、案内レール４に沿って研削送り方向である上下方向に移動するように構成されていたが、当該第二の実施形態における切削ユニット１０´は、図示しない切削装置上において、回転スピンドル１５の軸方向が水平方向を指向するように配設される。
本実施形態の切削ユニット１０´では、回転スピンドル１５は水平方向に配設されて切削加工が行われるため、回転スピンドル１５の軸と直交する方向、すなわち、ラジアル方向に最も負荷を受けることになる。よって、供給経路５４、および排気経路５６のいずれかに異常が生じた場合、回転スピンドル１５のラジアルエアーベアリング６０でかじり現象が発生するおそれが大きくなる。そこで、本実施形態でも、第一の実施形態と同様に、図３に示すフローチャートに基づくプログラムを実行し、異常判定、および警告を実施することで、異常の発生を速やかに検出するとともに、異常原因を特定することが可能になっている。
上記した第一、第二の実施形態では、本発明を、研削砥石を工具とする研削装置、切削ブレードを工具とする切削装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、回転スピンドルと、該回転スピンドルをエアーで支持するエアーベアリングが配設されたハウジングと、該回転スピンドルの先端に装着された工具と、を含み、該ハウジングは、該エアーベアリングにエアーを供給する供給経路に連通する供給口と、該エアーベアリングから排気経路に連通し排気する排気口を備えたあらゆる加工手段を有する加工装置、例えば、旋盤加工装置、フライス盤加工装置等に適用することが可能である。
１：研削装置
２：静止基台
１０：研削ユニット
１０´：切削ユニット
１２：スピンドルハウジング
１３：支持部
１５：回転スピンドル
２０：サーボモータ
５０：エアー供給源
５２：圧力計
５３：流量計
５４：供給経路
５６：排気経路
６０：ラジアルエアーベアリング
７０：スラストエアーベアリング

Claims (4)

  1. 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段とから少なくとも構成される加工装置において、
    該加工手段は、回転スピンドルと、該回転スピンドルをエアーで支持するエアーベアリングが配設されたハウジングと、該回転スピンドルの先端に装着された工具と、を含み、
    該ハウジングは、該エアーベアリングにエアーを供給する供給経路に連通する供給口と、該エアーベアリングから排気経路に連通し排気する排気口を備え、
    エアー源から該供給口に至る経路に圧力計と流量計とが配設され、
    該圧力計から検出される圧力値には第一の許容値が設定され、該流量計から検出される流量値には第二の許容値が設定される加工装置。
  2. 該圧力計から検出される圧力値が該第一の許容値を外れるか、または、該流量計の値が該第二の許容値を外れた場合に、オペレータに警告する請求項１に記載の加工装置。
  3. 該圧力計から検出される圧力値が該第一の許容値を維持し、該流量計から検出される流用値が第二の許容値を下回った場合は、該供給経路または該排気経路に異物の詰りが生じたことを警告する請求項２に記載の加工装置。
  4. 該圧力計から検出される圧力値が該第一の許容値を維持し、該流量計から検出される流用値が第二の許容値を上回った場合は、該供給経路または該排気経路においてエアー漏れが生じたことを警告する請求項２、又は３に記載の加工装置。
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