JP2019042910A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の解決すべき課題は、加工装置が起動されていないにも関わらず、加工具が惰性で回転していることを作業者が容易に把握する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、被加工物を保持する保持テーブル２１と、該保持テーブル２１が保持した被加工物を加工する加工具を先端に装着したスピンドル５０と、該スピンドル５０を回転させるモータ４９と、該スピンドル５０の回転を検出する検出手段と、該スピンドル５０の回転が検出されたことを報知する表示灯６５と、を備えた加工装置１であって、該検出手段は、コイル６１と永久磁石６２とを用いて該コイル６１を貫通する該永久磁石６２の磁束Ｂ線により該コイル６１が発電する発電部６０を備え、該発電部６０において発電された電力により該表示灯６５を点灯させる加工装置が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、被加工物を加工する加工装置に関する。

被加工物としてのウエーハを加工する加工装置は、スピンドルの先端側に加工具が装着され、スピンドルの後端側にモータが連結されている（例えば、特許文献１を参照。）。このモータの駆動によりスピンドルが高速回転されることにより、スピンドルの先端側の加工具が回転される。回転する加工具によってウエーハが加工される。

上記した加工具の回転を停止するためには、スピンドルに連結されるモータにブレーキをかける必要がある。インバータが用いられるモータであれば、電源からインバータを介して流れる電力によってモータが回転される。ここで、このモータにブレーキをかけるときには、インバータからモータへの出力を止めモータを空回りさせ、惰性により空回りするモータにより発電された電力をモータからインバータに送る。そして、このモータから送られる電気を抵抗に接続させて電気を消費するようにしてモータに制動力を生じさせる。

特開２００７−５４９１２号公報

上記した従来の加工装置によれば、加工具の回転を止めるためには、モータから送られる電気を抵抗に接続すべく、回路を切り換える必要がある。しかし、たとえば、停電や電気系のトラブルにより加工装置に対する電源の供給が絶たれた場合は、上記したようにモータから送られた電気を抵抗に接続するように回路を切り換えてブレーキをかけることができず、モータが回り続ける、いわゆるフリーランの状態になる。元々、エアベアリングでスピンドルを回転可能に支持する構成では、スピンドルの外側面を囲繞する内側面を有するケーシングを備え、スピンドルの外側面とケーシングの内側面との間に高圧のエアを供給しエアベアリングが構成される。そのため、スピンドルはケーシングの内側面に対し非接触で支持されていることから、スピンドルの回転抵抗は小さく、また、加工具の重量も大きいことから、一旦フリーランの状態になると、加工具の回転状態を作業者が把握できないまま加工具が長時間回り続ける、という問題がある。

本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、加工装置が起動されていないにも関わらず、加工具が惰性で回転していることを作業者が容易に把握する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テーブルと、該保持テーブルが保持した被加工物を加工する加工具を先端に装着したスピンドルと、該スピンドルを回転させるモータと、該スピンドルの回転を検出する検出手段と、該スピンドルの回転が検出されたことを報知する報知手段と、を備えた加工装置であって、該検出手段は、コイルと永久磁石とを用いて該コイルを貫通する該永久磁石の磁束線により該コイルが発電する発電部を備え、該発電部において発電された電力により該報知手段を作動させる加工装置が提供される。

該モータに電力が供給されて該スピンドルが回転しているときには該発電部により該スピンドルの回転速度を検出する状態とし、該モータに電力が供給されない状態で該スピンドルが回転されているときには該発電部により発電を行い該報知手段に電力を供給する状態となるように切り換える切換手段を備えていることが好ましい。

該発電部は、該スピンドルに装着した該永久磁石と、該スピンドルの回転と共に該永久磁石が接近離反を繰り返すように配設されたコイルと、を備え、該スピンドルの回転により該コイルに接近した該永久磁石の磁束線が該コイルを貫通して発電するように構成することができる。また、該スピンドルを金属で構成し、該発電部は、該スピンドルに近接して配設される回転軸と、該回転軸を中心に回転し、外周部の周方向に永久磁石のＳ極とＮ極とを交互に配設したロータと、該ロータの外周部を囲むコイルと、を備え、該スピンドルに近接した該ロータの外周部に配設された該永久磁石の磁束線により該スピンドルの表面に発生する渦電流と、回転する該スピンドルの該渦電流が該永久磁石の磁場に作用して、該ロータを回転させ、該ロータの該永久磁石による磁束線が該コイルを貫通することで発電するように構成されていてもよい。

本発明は、被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルが保持した被加工物を加工する加工具を先端に装着したスピンドルと、該スピンドルを回転させるモータと、該スピンドルの回転を検出する検出手段と、該スピンドルの回転が検出されたことを報知する報知手段と、を備えた加工装置であって、該検出手段は、コイルと永久磁石とを用いて該コイルを貫通する該永久磁石の磁束線により該コイルが発電する発電部を備え、該発電部において発電された電力により該報知手段を作動させるようにしたことから、加工装置が起動されていないにも関わらず加工具が惰性で回転していることを作業者が容易に把握することができる。

本発明の第１実施形態に係る研削装置の全体斜視図である。 図１に示す研削装置の表示灯に対する電力供給経路を示す模式図である。 図２に示す電力供給経路に生じる電圧パルスの態様示す概念図である。 本発明の電力供給経路の第１変形例を示す模式図である。 本発明の電力供給経路の第２変形例を示す模式図である。 図５に示す第２変形例の電力供給経路に生じる電圧と回転速度との関係を示すグラフである。

以下、本発明に基づき構成された加工装置の第１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は、第１実施形態に係る研削装置の全体斜視図である。図１に示すように、研削装置１は、基台１１上に被加工物としてのウエーハＷを保持する保持テーブル２１と、保持テーブル２１に保持されたウエーハＷを研削する研削手段４０とを配置して構成されている。

基台１１の垂直壁部１４には、研削手段４０を保持テーブル２１に接近、及び離間する方向に移動させる研削送り手段３１が設けられている。研削送り手段３１は、垂直壁部１４に配置されたＺ軸方向に平行が一対のガイドレール３２と、一対のガイドレール３２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３３とを有している。Ｚ軸テーブル３３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ねじ３４が螺合される。ボールねじ３４の一端部に連結された駆動モータ３５によりボールねじ３４が回転駆動されることで、研削手段４０がガイドレール３２に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段４０は、スピンドルユニットホルダ４１を介してＺ軸テーブル３３の全面に取り付けられており、ウエーハＷを加工する加工具としての研削ホイール４６を回転させるスピンドルユニット４２を備えている。スピンドルユニット４２には、図２に示すように、上方側にモータ４９と、モータ４９により回転させられるスピンドル５０を内包するスピンドルハウジング４３が備えられている。

図１に戻り説明を続けると、スピンドルハウジング４３の下方側にはスピンドル５０の下端に配設されたマウント４４が設けられている。スピンドルハウジング４３にはフランジ４５が設けられ、フランジ４５を介してスピンドルユニットホルダ４１に支持される。研削ホイール４６は、マウント４４の下面に配設され、ホイール基台４７に複数の研削砥石４８を円環状に配設することにより構成される。複数の研削砥石４８は、たとえば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等のボンド剤等で固めたセグメント砥石で構成される。この研削砥石４８により、保持テーブル２１に保持されたウエーハＷを研削する。

研削装置１の基台１１の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口は保持テーブル２１と共に移動されるカバー１２、蛇腹状の防水カバー１３に覆われている。防水カバー１３の下方には、保持テーブル２１をＸ軸方向に移動させる移動手段（図示は省略する。）と、保持テーブル２１を回転させる回転手段（図示は省略する。）と、が設けられている。保持テーブル２１の表面には、多孔質のポーラス材によりウエーハＷを吸引する保持面２３が形成されている。保持面２３は、保持テーブル２１内の流路を通じて図示しない吸引源に接続されており、保持面２３に生じる負圧によってウエーハＷが吸引保持される。

研削装置１は、上記した研削ホイール４６を用いて、保持テーブル２１に保持された被加工物としてのウエーハＷを研削するように構成される。ウエーハＷを研削する際には、保持テーブル２１の回転中心と研削ホイール４６の外周端とを一致するように位置付け、研削砥石４８がウエーハＷの被研削面を通過することでウエーハＷが削られて薄化される。なお、本実施形態におけるウエーハＷは、半導体デバイスウエーハである例を示すが、本発明はこれに限定されず、光デバイスウエーハ、パッケージ基板等、種々のウエーハに適用することができ、ウエーハ、基板を構成する材料についても特に限定されるものではない。

保持テーブル２１及び研削手段４０から構成される加工スペースは、直方体形状の図中二点鎖線で示す筐体１５で全体が覆われ、加工室１６を構成する。筐体１５の前面には、研削加工において必要な情報を表示したり、研削装置１に加工条件設定したりするためのタッチ入力が可能な表示パネルＭが設置される。

また、研削装置１には、装置各部を統括制御する制御部９０が設けられている。制御部９０は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置（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、検出した検出値、演算結果等を一時的に格納するための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（詳細についての図示は省略）。なお、説明の都合上、制御部９０を筐体１５の外に示しているが、実際には、筐体１５の内部に設置される。

一般にスピンドルを回転させるモータには、電源からインバータを介して電気が流されており、インバータによりモータの回転が制御される。研削ホイール４６の回転を停止するためには、上記したように、インバータからモータへの出力を停止することによりモータを空回りさせると共に、モータにより発電された電力を抵抗に接続するように回路を切り換えてモータにブレーキをかける制御を実施する。

しかしながら、インバータからモータに電気を流しているときに停電等により主電源からの電力の供給が絶たれると、ブレーキをかけるために必要な抵抗側にスイッチを切り換えることができず、モータにブレーキをかけることができない。このため、本実施形態に当てはめて考えると、研削ホイール４６は惰性により回転し続けることになる。スピンドルユニット４２の回転抵抗は元々小さく、またスピンドル５０や研削ホイール４６の重量が重いことから、回転が長く続き、作業者が回転していることを気づかないことがある。

また、通常の研削装置においては、スピンドルの回転速度を検知するための検知手段、たとえばエンコーダ等が配置されているが、主電源からの電力の供給が絶たれている場合は、回転状態を把握することができない。そこで、本実施形態では、研削装置１に電力が供給されない場合であっても、スピンドル５０が回転している状況を把握することができるようにしたものである。

図１及び図２を参照しながら、より具体的に説明する。本実施形態では、スピンドル５０の回転を検出する検出手段を備えている。該検出手段は、発電部６０により構成され、発電部６０はスピンドルハウジング４３の上端部に配設されている。本実施形態では、発電部６０は、検出手段カバー１００に覆われている。発電部６０は、コイル６１と永久磁石６２とを用いてコイル６１を貫通する永久磁石６２の磁束線Ｂにより発電するように構成される。コイル６１はモータ４９の上面に配設され、コイル６１を構成する巻線部の一端側は、スピンドル５０が回転状態であることを作業者に報知するための報知手段としての表示灯６５に接続される。表示灯６５は、作業者への注意喚起を促すため、赤色であることが好ましいが、これに限定されず他の色でもよいし、「回転中」等の文字表示を発光させるものでもよい。なお、表示灯６５は小さい電力で点灯できるＬＥＤを用いるとよい。また、本実施形態では、報知手段として表示灯を採用したが、これに限定されず、警報を発生するようにしてもよい。警報を発生させる手段としては、小さい電力で音を発生させることができる圧電ブザーを用いるとよい。さらに、該巻線部の他端側は、リレースイッチ６３を介して表示灯６５に接続される。永久磁石６２は、スピンドル５０の上端部に配設された円形プレート５０ａの下面に配設され、Ｓ極とＮ極が上下になるように配設される。円形プレート５０ａはスピンドル５０の回転と共に回転し、円形プレート５０ａに配設された永久磁石６２は、スピンドル５０の回転によりコイル６１上を通過するように位置付けられている。

図２（ａ）に示すように、切換手段として機能するリレースイッチ６３は、制御部９０に接続され、そのオンオフがコントロールされる主電源８０（ＡＣ２００Ｖ）から図示しないインバータ回路を介してスピンドル５０を回転駆動するモータ４９に電力を供給する配線上に配置される。図に示すように、主電源８０からの電力が供給される場合は、リレースイッチ６３のリレーコイル６４の作用によりコイル６１の他端側を制御部９０に接続する接点６３ｂに接続する。また、図２（ｂ）に示すように、主電源８０からの電力の供給が絶たれた場合は、リレーコイル６４の作用が消失し、図示しない付勢ばねの作用により、コイル６１の他端側を表示灯６５側に接続する接点６３ａに接続する。

スピンドル５０が回転して永久磁石６２がコイル６１に接近し、近接した状態になると、永久磁石６２により形成される磁束線Ｂがコイル６１を貫通する状態となる。さらにスピンドル５０が回転することで、永久磁石６２の磁力線Ｂはコイル６１から離れた状態となる。スピンドル５０が高速で回転すると、磁束線Ｂがコイル６１を通過することで、図３（ａ）〜（ｃ）に示すようにパルス状の電圧が生じる。スピンドル５０の回転速度が速いほど、時間当たりのパルス回数が増え、発電量も増加する。上記した発電部６０と表示灯６５の作用について以下に説明する。

本実施形態の研削装置１に主電源８０から正常に電力が供給されている場合は、制御部９０によって各制御対象部が正常に制御され、研削加工が実施される。この際、リレースイッチ６３は、主電源８０からの電力の供給があるため、コイル６１の他端側を制御部９０に接続する接点６３ｂに接続する。このようにすることで、図３に示すように、制御部９０に対してスピンドル５０が１回転する毎に１パルスの信号が送られる。回転速度が速い場合は図３（ａ）に示すように多くのパルスが送信され、回転速度が遅くなるに従い、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように時間当たりのパルス数が変化する。制御部９０は、このような信号に基づいて単位時間当たりのパルス数をカウントし、現在の回転速度（ｒｐｍ）を算出することができる。ここで算出されたスピンドル５０の回転速度は、上記した表示パネルＭに表示される。

ここで、研削装置１の主電源８０が停電等により喪失されたものとする。主電源８０からの電力の供給がなくなると、上記したようにリレースイッチ６３におけるリレーコイル６４の作用が消失され、図示しない付勢ばねの作用によりコイル６１の他端側を表示灯６５側に接続する接点６３ａに接続する。この際、スピンドル５０が回転している場合、永久磁石６２がコイル６１上を繰り返し通過することで発電部６０が発電する。この発電部６０により発電された電力が表示灯６５に供給され点灯することで、研削装置１に主電源から８０から電力が供給されていなくても、作業者はスピンドル５０が回転していることを把握することができる。すなわち、発電部６０が本発明の検出手段を構成する。

上記したように、本実施形態で示す発電部６０は、停電等における主電源喪失時のスピンドル５０の回転を検出する検出手段としてだけでなく、通常状態における回転速度を検出するセンサとしても機能するため、従来配置されていた回転速度を検出するためのエンコーダ等の回転速度検出手段をなくすことができる。

本発明は、上記した実施形態に限定されず、本発明の技術的範囲に含まれる限り、種々の変形例が含まれる。図４に基づき、第１変形例について説明する。なお、以下の説明においては、上記した実施形態と相違する点を中心に説明し、同一の部分については同一の番号を付し、詳細な説明については省略する。

上記した実施形態では、スピンドル５０の上端部に円形プレート５０ａを配設し円形プレート５０ａの下面に配設した永久磁石６２とモータ４９の上面に配設したコイル６１とにより発電部６０を構成したが、この第１変形例では、上記した円形プレート５０ａに永久磁石６１を配置することに代えて、スピンドル５０の上端側の軸に直接永久磁石６２ａを配置している。また、これに伴い、コイル６１ａを永久磁石６２ａが形成する磁束線Ｂが貫通するように、すなわち、コイル６１ａの巻線の中心軸が磁束線Ｂに対向するように配設している。このようにコイル６１ａと永久磁石６２ａとにより発電部６０Ａを構成することで、上記した実施形態と同様に、スピンドル５０が回転するに伴って図３に示したようなパルス状の電圧を発生する。したがって、上記実施形態と同様に、リレースイッチ６３の作用により主電源８０から電力が供給されている場合は、発電部６０Ａが回転速度を検出するためのセンサとして機能し、主電源８０からの電力の供給が消失した場合は、表示灯６５を点灯させる発電機として機能する。

さらに、図５（ａ）、（ｂ）に基づき、第２変形例について説明する。この第２変形例も第１変形例と同様に、発電部６０Ｂが上記した実施形態、及び第１の変形例と相違し、その他の部位については、略同一の構成を備えている。

この第２の変形例では、図５（ａ）に示すように、スピンドル５０の上端部に近接した位置に回転軸６２ｃを配置する。この回転軸６２ｃには、回転軸６２ｃを中心として回転するロータ６２ｂが配設される。さらに、このロータ６２ｂを囲むようにコイル６１ｂを配設する。ロータ６２ｂの外周部には、周方向にＳ極とＮ極とが交互になるように永久磁石を配設している。これにより、永久磁石がスピンドル５０の表面に近接した状態となる。上記したように、この第２の変形例では、このロータ６２ｂとコイル６１ｂとにより発電部６０Ｂが構成される。

図５（ｂ）を参照しながらその作用について説明する。スピンドル５０が矢印Ｖ１方向に回転すると、スピンドル５０の外周面が、ロータ６２ｂの外周部に交互に配置されたＳ極とＮ極に対して動く。スピンドル５０は金属（たとえばステンレス、アルミ等）によって形成されていることから、スピンドル５０の外周面に最も近い磁石（Ｎ極）の磁場は、スピンドル５０に浸透しながら、互いに向きが反対となる渦電流Ｚ１、Ｚ２を起こし、このような渦電流Ｚ１、Ｚ２によって、それぞれに磁場を発生させる。渦電流Ｚ１、Ｚ２の向きは反対であるため、渦電流Ｚ１、Ｚ２によって発生する磁場の向きも逆方向となる。渦電流Ｚ１によって発生する磁場はスピンドル５０の回転軸中心に向かう方向の磁場であり、渦電流Ｚ２によって発生する磁場は、スピンドル５０の回転軸中心から離れる方向の磁場である。したがって、スピンドル５０の回転方向Ｖ１の前側に位置する渦電流Ｚ１によって発生した磁場によって、スピンドル５０の外周面に最も近い磁石（Ｎ極）が引き寄せられ、後ろ側に位置する渦電流Ｚ２によって発生した磁場はこの磁石（Ｎ極）を押し出すように作用する。ロータ６２ｂの外周面には、上記したように永久磁石がＮ極とＳ極が交互になるように配設されているため、スピンドル５０が矢印の方向に回転することで、近接する永久磁石の極性により向きが反対の渦電流が連続して発生し、ロータ６２ｂの永久磁石に対して反発したり、引き寄せたりするように作用する。これによりロータ６２ｂをスピンドル５０の回転速度に応じた速度で回転させるように作用する。

上記したようにロータ６２ｂが回転することにより、ロータ６２ｂの外周部に配設された永久磁石の磁束線Ｂがコイル６１ｂを貫通し、回転速度に応じた誘導起電力が生じる（図６を参照。）。そして、このコイル６１ｂの一端側は、上記した実施形態、第１変形例と同様に、表示灯６５に接続され、他端側はリレースイッチ６３に接続されている。この第２変形例では、主電源８０から研削装置１に電力が供給されている場合は、リレースイッチ６３を介して、ロータ６２ｂが回転することによりコイル６１ｂに発生した発電電力は制御部９０に送られる。そして、制御部９０では、コイル６１ｂにより発生した電圧から、図６に示すような予め記憶されたグラフを参照することで、回転速度を検出することができる。

第２変形例において、主電源８０からの電力が絶たれた場合、リレースイッチ６３の作用により、接点が６３ａに切換えられ、コイル６１ｂにより発生した電力は、表示灯６４に供給され、表示灯６５を点灯させる。よって、この第２変形例においても、主電源８０からの電力の供給がなくなった場合、作業者はスピンドル５０の回転状態を把握することができる。

本発明は、上記した実施形態、及び第１、第２変形例に限定されず、さらに種々の変形例を想定することができる。例えば、上記した実施形態、変形例では、発電部６０、６０Ａ、６０Ｂにおいて発生した電力を、リレースイッチ６３を介して表示灯６５、及び制御部９０に出力するように構成したが、本発明はこれに限定されず、表示灯６５にのみ出力するように構成してもよい。一般的な加工装置では、スピンドルの回転速度を検出する装置が標準的に備えられており、上記したように、主電源８０からの電力が供給されている状態においては、発電部６０、６０Ａ、６０Ｂによって回転速度を検出するに及ばない場合も想定される。

また、上記した実施形態、及び変形例では、本発明を研削装置１に適用した例を提示したが、本発明はこれに限定されず、スピンドルの回転により加工具を回転させる加工装置であれば、いかなる加工装置にも適用することができる。例えば、被加工物を切削する切削ブレードを加工具とする切削装置に対しても適用することが可能であり、切削ブレードを回転させるスピンドルに対して本発明の構成を適用することができる。

１：研削装置
２１：保持テーブル
４０：研削手段
４１：スピンドルユニットホルダ
４２：スピンドルユニット
４３：スピンドルハウジング
４４：マウント
４５：フランジ
４６：研削ホイール
４８：研削砥石
４９：モータ
５０：スピンドル
６０、６０Ａ、６０Ｂ：発電部
６１、６１ａ、６１ｂ：コイル
６２、６２ａ、６２ｂ：永久磁石
６３：リレースイッチ
６４：リレーコイル
６５：表示灯
８０：主電源
Ｍ：表示パネル

Claims (4)

1. 被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルが保持した被加工物を加工する加工具を先端に装着したスピンドルと、該スピンドルを回転させるモータと、該スピンドルの回転を検出する検出手段と、該スピンドルの回転が検出されたことを報知する報知手段と、を備えた加工装置であって、
   該検出手段は、コイルと永久磁石とを用いて該コイルを貫通する該永久磁石の磁束線により該コイルが発電する発電部を備え、該発電部において発電された電力により該報知手段を作動させる加工装置。
2. 該モータに電力が供給されて該スピンドルが回転しているときには該発電部により該スピンドルの回転速度を検出する状態とし、該モータに電力が供給されない状態で該スピンドルが回転されているときには該発電部により発電を行い該報知手段に電力を供給する状態となるように切り換える切換手段を備えている、請求項１に記載の加工装置。
3. 該発電部は、
   該スピンドルに装着した該永久磁石と、該スピンドルの回転と共に該永久磁石が接近離反を繰り返すように配設されたコイルと、を備え、
   該スピンドルの回転により該コイルに接近した該永久磁石の磁束線が該コイルを貫通して発電する請求項１、又は２に記載の加工装置。
4. 該スピンドルは金属で構成され、
   該発電部は、
   該スピンドルに近接して配設される回転軸と、該回転軸を中心に回転し、外周部の周方向に永久磁石のＳ極とＮ極とを交互に配設したロータと、該ロータの外周部を囲むコイルと、を備え、
   該スピンドルに近接した該ロータの外周部に配設された該永久磁石の磁束線により該スピンドルの表面に発生する渦電流と、回転する該スピンドルの該渦電流が該永久磁石の磁場に作用して、該ロータを回転させ、該ロータの該永久磁石による磁束線が該コイルを貫通することで発電するように構成された請求項１、又は２に記載の加工装置。