JP2018083244A - スピンドルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】エア源の切り換えによるエアの供給の安定化を図る。
【解決手段】エアベアリングを構成するスピンドルユニット（４２）は、ケーシング（５１）の外壁に配設される第１の供給口（８１）及び第２の供給口（８２）を備える。第１の配管（８４）は第１の供給口とメインエア源（９３）とを接続し、第２の配管（８５）は第２の供給口とサブエア源（９４）とを接続する。分岐部は、第１の配管、第２の配管及び噴出口（５３）に通じる第３の配管（８６）を接続する。第１の配管には分岐部から第１の供給口に向かう方向へのエアの流れを遮断する第１の逆止弁（８７）が配設され、第２の配管には分岐部から第２の供給口に向かう方向へのエアの流れを遮断する第２の逆止弁（８８）が配設される。ケーシングではメインエア源とサブエア源とに接続し、メインエア源からのエア供給が途絶えたとしても瞬時にサブエア源からのエアを供給可能にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、エアベアリングによってスピンドルを回転可能に支持するスピンドルユニットに関する。

研削装置等の加工装置では、スピンドルユニットによって加工具を回転させることでウエーハを加工している（例えば、特許文献１参照）。加工装置のスピンドルユニットは、ハウジングで囲繞されたスピンドルを高圧エアで支持するエアスピンドルで構成される。ハウジングの内壁にはスピンドルにエアを噴射する噴射口が設けられ、スラストベアリングとラジアルベアリングとを形成してスピンドルを回転可能に支持している。ハウジングの内部には噴射口に接続されてエアを供給する供給路が形成され、ハウジングの外壁には、供給路にエア供給源を接続するための供給口が形成されている。このようなスピンドルユニットでは、供給口からのエアの供給が途絶えると、スピンドルを支持するためのエア圧力が急激に低下し、スピンドルを齧らせて破損させる、という問題がある。

かかる問題を解消するため、加工装置に対してメインエアと予備エアとの２つのエア源を接続する構成が知られている。かかる構成では、メインエアのエア圧力が低下したら予備エアに切り換え、スピンドルがハウジングの内壁に接触しないように保護している。具体的には、メインエアと予備エアとの切り換えは、メインエアに接続される圧力スイッチが圧力低下に反応したら予備エアに切り換え、メインエアの圧力スイッチが圧量復帰に反応したら予備エアからメインエアに切り換えている。メインエア及び予備エアは加工装置の入口付近より上流側で合流され、かかる入口からスピンドルユニットのハウジング供給口に連通する１本の配管を介してスピンドルユニットに供給されている。

特開２０１１−８３８６４号公報

上述した２つのエア源からエアを供給する構成では、装置の入口とハウジング供給口とを接続する配管がハウジング近くで破損した場合、破損位置の上流側における圧力スイッチは反応しない。このため、噴射口へのエアの供給が途絶えないように、メインエアから予備エアへエア源を切り換えることができなくなる、という問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、エア源の切り換えによるエアの供給の安定化を図ることができるスピンドルユニットを提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様のスピンドルユニットは、加工具を装着するマウントと、マウントの中心を軸に回転するスピンドルと、スピンドルを囲繞するケーシングと、を備え、スピンドルの外壁とケーシングの内壁との間にエアを流通させラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングとを構成しスピンドルを回転可能に支持するスピンドルユニットであって、エアは、メインエアとサブエアとの２つのエア源を接続可能とし、ケーシングは、外壁に配設されメインエア源に接続可能とする第１の供給口と、外壁に配設されサブエア源に接続する第２の供給口と、内壁に配設されラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングとにエアを噴出する噴出口と、第１の供給口と第２の供給口と噴出口とを接続するため３方向に分岐する第１の接続口と第２の接続口と第３の接続口とを備える分岐部と、第１の供給口と第１の接続口とを接続する第１の配管と、第２の供給口と第２の接続口とを接続する第２の配管と、噴出口と第３の接続口とを接続する第３の配管と、第１の配管に配設し分岐部から第１の供給口に向かう方向へのエアの流れを遮断する第１の逆止弁と、第２の配管に配設し分岐部から第２の供給口に向かう方向へのエアの流れを遮断する第２の逆止弁と、を備え、メインエア源とサブエア源との２つのエア源に接続して、メインエア源からのエア供給が途絶えたとしても瞬時にサブエア源からのエアを供給可能にしてエアベアリングを構成可能にすることを特徴とする。

この構成によれば、スピンドルユニットを構成するケーシングの第１の供給口でメインエア源と接続され、第２の供給口でサブエア源と接続される。そして、メインエア源からのエア供給が途絶えたときに、ケーシングに備えられた第１の逆止弁によるエアの遮断で圧力低下を防止し、第２の配管、第２の逆止弁及び分岐部を経てサブエア源からのエア供給が可能となる。これにより、圧力スイッチやセンサ等による電気系統での制御を利用せず、スピンドルユニット内にて２つのエア源を機械式で切り換えることができる。これにより、従来のように加工装置の入口とケーシングとを接続する配管が破損しても、エア源をメインエアからサブエアに切り換え、エアを安定供給することが可能となる。この結果、スピンドルがケーシングの内面に接触する齧った状態になってスピンドルが破損することを防ぐことができる。

本発明によれば、スピンドルユニット内にて２つのエア源を機械式で切り換えることができ、エア源の切り換えによるエアの供給の安定化を図ることができる。

本実施の形態の研削装置の斜視図である。 本実施の形態のスピンドルユニットの断面模式図である。 本実施の形態のエア切換手段の配管系統図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の研削装置について説明する。図１は、本実施の形態の研削装置の斜視図である。なお、以下の説明では、研削装置は、図１に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。

図１に示すように、研削装置１は、多数の研削砥石４５を環状に並べた小型の研削ホイール４４を用いて、チャックテーブル２０上のウエーハＷを研削するように構成されている。ウエーハＷは保護テープＴが貼着された状態で研削装置１に搬入され、保護テープＴを介してチャックテーブル２０に保持される。なお、ウエーハＷは、研削対象となる板状部材であればよく、シリコン、ガリウム砒素等の半導体ウエーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア等の光デバイスウエーハでもよいし、デバイスパターン形成前のアズスライスウエーハでもよい。

研削装置１の基台１０の上面には、Ｘ軸方向に延在する長方形状の開口が形成され、この開口はチャックテーブル２０と共に移動可能な移動板１１及び蛇腹状の防水カバー１２に覆われている。防水カバー１２の下方には、チャックテーブル２０をＸ軸方向に進退移動させるボールねじ式の進退手段（不図示）が設けられている。チャックテーブル２０は、回転手段（不図示）に連結されており、回転手段の駆動によって回転可能に構成されている。また、チャックテーブル２０の上面には、多穴質のポーラスセラミック材によってウエーハＷを吸引保持する保持面２１が形成されている。

基台１０上のコラム１５には、研削手段４０をチャックテーブル２０の保持面２１に対してＺ軸方向に研削送りする研削送り手段３０が設けられている。研削送り手段３０は、コラム１５に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３１と、一対のガイドレール３１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３２とを有している。Ｚ軸テーブル３２の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３３が螺合されている。ボールネジ３３の一端部に連結された駆動モータ３４によりボールネジ３３が回転駆動されることで、研削手段４０がガイドレール３１に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段４０は、ハウジング４１を介してＺ軸テーブル３２の前面に取り付けられており、スピンドルユニット４２で研削ホイール（加工具）４４を中心軸回りに回転させるように構成されている。スピンドルユニット４２は、いわゆるエアスピンドルであり、ケーシング５１の内側で高圧エアを介してスピンドル５５（図２参照）を回転可能に支持している。スピンドル５５の先端にはマウント４３が連結されており、マウント４３の中心を軸にスピンドル５５が回転する。マウント４３には多数の研削砥石４５が環状に配設された研削ホイール４４が装着されている。研削砥石４５は、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて形成されている。本実施の形態の研削装置１では、研削水を供給しながら、回転中の研削ホイール４４をウエーハＷに押し付けることで、ウエーハＷが所望の厚みまで薄化される。

以下、図２を参照して、本実施の形態のスピンドルユニットについて説明する。図２は、本実施の形態のスピンドルユニットの断面模式図である。

図２に示すように、スピンドルユニット４２は、直立姿勢のスピンドル５５をケーシング５１で囲繞して、スピンドル５５の外面に対してケーシング５１からエアを噴出させて、スピンドル５５を回転可能に支持するエアベアリングを形成している。スピンドル５５の下端（下方の端）には研削ホイール（加工具）４４を装着したマウント４３が連結され、スピンドル５５の上端側には回転駆動源のモータ７１が連結されている。モータ７１は、スピンドル５５の上端部分に設けられたロータ７２と、冷却ジャケット７３を介してケーシング５１の内周面に設けられたステータ７４とで構成されている。冷却ジャケット７３内には多数の冷却水路７５が形成されており、冷却水路７５によってモータ７１の発熱が抑えられている。

スピンドル５５の下端部分及び中間部分には大径の円板部５６、５７が形成され、ケーシング５１の下端部分には円板部５６、５７の間に入り込むように環状部５２が形成されている。スピンドル５５の円板部５６、５７とケーシング５１の環状部５２の間には、エアの通り路になる僅かな隙間が設けられている。ケーシング５１の内壁となる環状部５２の外面には多数の噴出口５３が配設されるよう形成されている。各噴出口５３は、後述するメインエア源９３及びサブエア源９４から供給される高圧エアを噴出する。噴出口５３から噴出された高圧エアは、スピンドル５５の外壁とケーシング５１の内壁との間の僅かな隙間に流通される。

環状部５２の多数の噴出口５３からスピンドル５５の外面に高圧エアが噴出されることで、スピンドル５５がケーシング５１に対して高圧エアを介して浮動支持される。これにより、ケーシング５１にラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングが形成され、ラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングによって径方向及び軸方向でスピンドル５５の外側壁が回転可能に支持される。このとき、スラストベアリングによって広い範囲でスピンドル５５の円板部５６、５７が浮動支持されているため、スピンドル５５に対してスラスト方向に作用する加工負荷が適度に分散されている。

スピンドル５５とケーシング５１内の高圧エアは、モータ７１を空冷しながらスピンドルユニット４２の上方から排気されると共に、ケーシング５１の下部に設けられたスピンドルカバー７７の内側を通ってスピンドルユニット４２の下方から排気される。スピンドルカバー７７の下部内面には、スピンドルカバー７７内への研削水の進入を防止する帯状のスポンジ材７８が取り付けられている。スポンジ材７８によってスピンドルカバー７７とスピンドル５５の隙間が狭められると共に、高圧エアの排気が阻害されることなく、研削加工時の加工屑のスピンドルカバー７７内への進入が抑制される。

また、スピンドル５５には、研削水の流路となる貫通路５８がスピンドル５５の中心を鉛直方向に貫通するように形成されている。ケーシング５１のジョイント６２には、下方に突き出るノズル６３が設けられ、ノズル６３の下端は貫通路５８内に入り込んでいる。ノズル６３には研削水供給源（不図示）に接続されており、ノズル６３から貫通路５８を通じて研削水が供給される。

貫通路５８の下端にはマウント４３及び研削ホイール４４に形成された流路６５、６６が連通され、貫通路５８内の研削水は研削ホイール４４の排水口（排出部）６４から外部に排出される。このように、ノズル６３によってスピンドル５５の上端側から貫通路５８に研削水が供給され、マウント４３及び研削ホイール４４の流路６５、６６を通り、研削ホイール４４の排水口６４によってスピンドル５５の下方側から研削砥石４５に研削水が排出される。研削加工時には研削水によって研削砥石４５及びウエーハＷ（図１参照）が冷却されると共に、ウエーハＷの上面から研削屑が研削水と共に洗い流される。

ここで、本実施の形態のケーシング５１は、噴出口５３に供給するエアの入口として、エア切換手段８０を更に備えている。エア切換手段８０は、ケーシング５１に含まれる構成として一体となるものであれば、ケーシング５１に直接装着される継手としたり、ブロック状の筐体を備えてケーシング５１の一部を形成したりすることが例示できる。以下、図３を参照して、エア切換手段８０の構成について説明する。図３は、本実施の形態のエア切換手段の配管系統図である。

図３に示すように、エア切換手段８０は、第１の供給口８１、第２の供給口８２、３方向に分岐する分岐部８３、第１の配管８４、第２の配管８５、第３の配管８６、第１の逆止弁８７及び第２の逆止弁８８を備えている。

エア切換手段８０において、第１の供給口８１及び第２の供給口８２は、ケーシング５１の外面側で配管の接続等を行えるようにケーシング５１の外壁に配設されている。第１の供給口８１の一端は、第１の接続配管９１を介してメインエア源９３が接続され、第２の供給口８２の一端は、第２の接続配管９２を介してサブエア源９４が接続されている。メインエア源９３及びサブエア源９４は、コンプレッサー等により構成され、それらから供給するエアの圧力を同じにしてもよいし、メインエア源９３の方がサブエア源９４より高圧としてもよい。また、第１の供給口８１の他端は、第１の配管８４の上流端側が接続され、第２の供給口８２の他端は、第２の配管８５の上流端側が接続されている。

第１の配管８４の下流端側は、分岐部８３の第１の接続口８３ａに接続され、第２の配管８５の下流端側は、分岐部８３の第２の接続口８３ｂに接続されている。また、分岐部８３の第３の接続口８３ｃには、第３の配管８６の上流端側が接続されている。第３の配管８６の下流端側は、環状部５２内の流路５２ａに接続され、この流路５２ａを通じて噴出口５３（図２参照）に接続される。従って、第１の供給口８１を通じて供給されるメインエアは、第１の配管８４、分岐部８３の第１接続口８３ａから第３接続口８３ｃ、第３の配管８６、流路５２ａを経て噴出口５３から噴出される。また、第２の供給口８２を通じて供給されるサブエアは、第２の配管８５、分岐部８３の第２接続口８３ｂから第３接続口８３ｃ、第３の配管８６、流路５２ａを経て噴出口５３から噴出される。

第１の逆止弁８７は第１の配管８４に配設され、分岐部８３から第１の供給口８１に向かう方向へのエアの流れを遮断する。第２の逆止弁８８は第２の配管８５に配設され、分岐部８３から第２の供給口８２に向かう方向へのエアの流れを遮断する。従って、第１の配管８４及び第２の配管８５では、分岐部８３側のエア圧力が各供給口８１、８２側すなわちエア源９３、９４のエア圧より高圧となっても、各供給口８１、８２側にエアが逆流することが規制される。

続いて、２つのエア源９３、９４から供給されるエアの切換動作について説明する。ここでは、２つのエア源９３、９４の供給圧力を同一とし、研削加工中において、メインエア源９３や第１の接続配管９１の不具合等によってメインエア源９３からのエア供給が途絶えたと仮定する。メインエア源９３からのエア供給が途絶えると、メインエア源９３に第１の接続配管９１を介して接続される第１の供給口８１及び第１の配管８４でエアの圧力が低下する。一方、サブエア源９４からのエアの供給は継続され、且つ、エアベアリングとしてケーシング５１内が高圧になるので、第１の配管８４に比べ、第２の配管８５及び第３の配管８６が相対的に高圧となる。従って、分岐部８３を通じて第２の配管８５及び第３の配管８６から第１の配管８４に向かってエアが流れ込もうとするが、かかるエアの流れは第１の逆止弁８７で遮断される。これにより、メインエア源６３からのエア供給が途絶えたとしても、第２の配管８５及び第３の配管８６でエアの圧力低下が生じることなく、瞬時にサブエア源９４からのエア供給を継続してエアベアリングを構成可能となる。

この状態からメインエア源９３からのエア供給が復帰した場合、第１の配管８４のエアが高圧となって、第１の逆止弁８７での遮断が解除される。これにより、メインエア源９３から第１の配管８４を通じたエア供給に切り換えでき、ケーシング５１内にメインエアが供給されてエアベアリングを構成可能となる。

なお、サブエア源９４からのエア供給が途絶えた場合であっても、上記説明に対し、作動する逆止弁が第１の逆止弁８７から第２の逆止弁８８に変わる点を除いて同様にエアベアリングを構成可能となる。

以上のように、本実施の形態のスピンドルユニット４２は、一方のエア源９３、９４から供給されるエア圧力が低下しても、逆止弁８６、８７の作動によって他方のエア源９３、９４からのエア供給を維持してエアベアリングの機能を保つことができる。従って、センサや電動機器等による電気系統での制御を行わず、ケーシング５１に備えられた逆止弁８６、８７等の構成にて２つのエア源９３、９４を機械式に切り換えることができる。これにより、接続配管９３、９４に破損等の不具合が生じても、ケーシング５１内にエアスピンドルとして機能し得るエア供給を安定して継続することができる。この結果、スピンドル５５とケーシング５１との間のエア圧力が、スピンドル５５の齧りが発生しまう圧力以下となることがなく、スピンドル５５が破損することを防止することができる。

なお、上記実施の形態では、メインエアとサブエアとを同一圧力とした場合を説明したが、これらの圧力は異なっていてもよい。例を挙げると、サブエアがメインエアより低圧になる場合（例えば、サブエア０．４５ＭＰａ、メインエア０．５ＭＰａ）、各逆止弁８７、８８の作動圧力が、これに応じて第２の逆止弁８８の方が第１の逆止弁８７より低圧となる。

また、本実施の形態では、スピンドルに２つの円板の間にケーシングの環状部が入り込むように形成されたが、この構成に限定されない。スピンドル及びケーシングは、スピンドルを回転可能に支持可能な構造であれば、どのように形成されてもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

また、本実施の形態では、本発明を研削装置用のスピンドルユニットに適用した構成について説明したが、エア源の切り換えによるエアの供給の安定化を図ることができる他の加工装置のスピンドルユニットに適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、エア源の切り換えによるエアの供給の安定化を図ることができるという効果を有し、特に、研削加工で使用されるスピンドルユニットに有用である。

４２ スピンドルユニット
４３ マウント
４４ 研削ホイール（加工具）
５１ ケーシング
５３ 噴出口
５５ スピンドル
８１ 第１の供給口
８２ 第２の供給口
８３ 分岐部
８３ａ 第１の接続口
８３ｂ 第２の接続口
８３ｃ 第３の接続口
８４ 第１の配管
８５ 第２の配管
８６ 第３の配管
８７ 第１の逆止弁
８８ 第２の逆止弁

Claims (1)

1. 加工具を装着するマウントと、該マウントの中心を軸に回転するスピンドルと、該スピンドルを囲繞するケーシングと、を備え、該スピンドルの外壁と該ケーシングの内壁との間にエアを流通させラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングとを構成し該スピンドルを回転可能に支持するスピンドルユニットであって、
   該エアは、メインエアとサブエアとの２つのエア源を接続可能とし、
   該ケーシングは、
   外壁に配設されメインエア源に接続可能とする第１の供給口と、該外壁に配設されサブエア源に接続する第２の供給口と、該内壁に配設され該ラジアルエアベアリングと該スラストエアベアリングとにエアを噴出する噴出口と、該第１の供給口と該第２の供給口と該噴出口とを接続するため３方向に分岐する第１の接続口と第２の接続口と第３の接続口とを備える分岐部と、該第１の供給口と該第１の接続口とを接続する第１の配管と、該第２の供給口と該第２の接続口とを接続する第２の配管と、該噴出口と該第３の接続口とを接続する第３の配管と、該第１の配管に配設し該分岐部から該第１の供給口に向かう方向へのエアの流れを遮断する第１の逆止弁と、該第２の配管に配設し該分岐部から該第２の供給口に向かう方向へのエアの流れを遮断する第２の逆止弁と、を備え、
   該メインエア源と該サブエア源との２つのエア源に接続して、該メインエア源からのエア供給が途絶えたとしても瞬時にサブエア源からのエアを供給可能にしてエアベアリングを構成可能にするスピンドルユニット。

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