JP2019181577A

JP2019181577A - 研削装置の回転継手

Info

Publication number: JP2019181577A
Application number: JP2018070794A
Authority: JP
Inventors: 洋人福田; Hiroto Fukuda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-02
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2019-10-24

Abstract

【課題】シール部材やパッキンの劣化を抑制することができる研削装置の回転継手を実現する。【解決手段】本発明の一形態に係る研削装置の回転継手１は、研削液が通る研削液経路ＬＲである研削液用配管２と、研削液用配管２が内部に通された状態で固定される固定ジョイント体３と、固定ジョイント体３に回転シールを介して回転可能に接続され、研削液用配管２が内部に通される回転ジョイント体４と、固定ジョイント体３と回転シールと回転ジョイント体４とに連続するように研削液用配管２の周辺に形成されるエア経路と、を備え、回転ジョイント体４における研削液用配管２を囲む内周面は、研削液用配管２に通されるＯリング１４が収容される収容部と、収容部から固定ジョイント体３の側に向かうに従って縮径する傾斜面４ｆと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、研削装置の回転継手に関し、例えば、ワークを研削する研削装置に用いられ、研削液経路とエア経路とを備える回転継手に関する。

半導体ウェハなどのワークを研削するための研削装置において、研削パッドの回転を許容するべく回転継手が用いられており、当該回転継手は、研削液が通る研削液経路及びエアが通るエア経路を備えている。

例えば、特許文献１の回転継手は、第１のジョイント体の内部に第２のジョイント体がパッキンやベアリングを介して回転可能に挿入されており、第１のジョイント体に形成された研削液用経路と第２のジョイント体に形成された研削液経路とがシール機構を介して連続している。

そして、シール機構は、第１のジョイント体に設けられた第１のシール部材と第２のジョイント体に設けられた第２のシール部材とが接触することで、研削液の漏れを抑制しつつ、第２のジョイント体の回転を許容する構成とされている。

特開平１１−２５７４９６号公報

特許文献１の回転継手においては、第１のシール部材と第２のシール部材との間に研削液が侵入する可能性がある。このとき、研削液には、例えば、砂やダイヤモンドなどの超硬質物質が含まれているので、第１のシール部材と第２のシール部材との間に研削液が侵入すると、第１のシール部材及び第２のシール部材が劣化してしまう。また、第２のジョイント体が回転する際にパッキンの内周面が擦られ、パッキンが劣化してしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、シール部材やパッキンの劣化を抑制することができる研削装置の回転継手を実現する。

本発明の一態様に係る研削装置の回転継手は、ワークを研削する研削装置に用いられ、研削液経路とエア経路とを備える回転継手であって、
研削液が通る前記研削液経路である研削液用配管と、
前記研削液用配管が内部に通された状態で固定される固定ジョイント体と、
前記固定ジョイント体に回転シールを介して回転可能に接続され、前記研削液用配管が内部に通される回転ジョイント体と、
前記固定ジョイント体と前記回転シールと前記回転ジョイント体とに連続するように前記研削液用配管の周辺に形成される前記エア経路と、
を備え、
前記回転ジョイント体における前記研削液用配管を囲む内周面は、前記研削液用配管に通されるＯリングが収容される収容部と、前記収容部から前記固定ジョイント体の側に向かうに従って縮径する傾斜面と、を有する。
このような構成により、エア経路に研削液が侵入しようとしても、エア経路からエアが排出されるので、エア経路への研削液の侵入を抑制することができる。そのため、内部への研削液の侵入を抑制でき、シール部材（例えば、回転シール）の損傷を抑制することができる。また、Ｏリングは、回転ジョイント体の回転に伴って回転するが、エアによって押し広げられ、研削液用配管と略非接触の状態となる。そのため、Ｏリングが研削液用配管に擦れ難く、結果として、Ｏリングの損傷を抑制することができる。

本発明によれば、シール部材やパッキンの劣化を抑制することができる研削装置の回転継手を実現できる。

実施の形態の研削装置の回転継手を模式的に示す部分断面図である。研削装置でワークを搬送する際の本実施の形態の研削装置の回転継手の状態を示す断面図である。一般的な研削装置の回転継手を模式的に示す部分断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

先ず、本実施の形態の研削装置の回転継手の基本構成を説明する。図１は、本実施の形態の研削装置の回転継手を模式的に示す部分断面図である。なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。

研削装置の回転継手（以下、単に回転継手と省略する場合がある。）１は、半導体ウェハなどのワークを研削する研削装置に用いられ、図１に示すように、研削液用配管２、固定ジョイント体３及び回転ジョイント体４を備えている。

研削液用配管２は、研削液が通る研削液経路ＬＲであり、Ｚ軸方向に配置されている。研削液用配管２は、例えば、円筒形状である。固定ジョイント体３は、例えば、略円柱形状を基本形態としており、第１の接続部３ａ、第１の収容部３ｂ、第２の収容部３ｃ、第２の接続部３ｄ及び第３の収容部３ｅを備えている。但し、固定ジョイント体３の形状は、限定されない。

第１の接続部３ａは、Ｚ軸方向から見て、固定ジョイント体３の略中央に配置されており、Ｚ軸＋側に突出している。このような第１の接続部３ａは、研削液を供給するための第１のポンプと接続される。詳細には、第１の接続部３ａには、第１のポンプに接続された配管１０が接続される。これにより、固定ジョイント体３は、固定されている。

第１の収容部３ｂは、固定ジョイント体３をＺ軸方向に貫通しており、Ｚ軸＋側の端部は第１の接続部３ａの内部に配置されている。このような第１の収容部３ｂは、研削液用配管２を収容する。このとき、研削液用配管２のＺ軸＋側の端部は、固定部材１１を介して第１の接続部３ａに固定されている。

固定部材１１は、例えば、固定部材１１の内部にねじ部を有し、当該固定部材１１の外周面が第１の接続部３ａの内周面に固定されている。そして、固定部材１１のねじ部に研削液用配管２のＺ軸＋側の端部に形成されたねじ部がねじ込まれることで、研削液用配管２が固定ジョイント体３に固定されている。

第２の収容部３ｃは、第１の収容部３ｂにおけるＺ軸＋側の部分を除く他の部分を囲み、ロータリージョイント１２を収容する。ロータリージョイント１２は、第１のシール部材１２ａ、第２のシール部材（回転シール）１２ｂ及びスプリング１２ｃを備えている。

第１のシール部材１２ａは、Ｚ軸方向に延在する貫通部１２ｄを有する円筒形状を基本形態としており、第２の収容部３ｃの周面に沿ってＺ軸方向に移動可能である。貫通部１２ｄは、研削液用配管２の外径より大きな内径を有し、貫通部１２ｄの内部に研削液用配管２が通されている。

第２のシール部材１２ｂは、第１のシール部材１２ａに対してＺ軸−側に配置されており、第２のシール部材１２ｂのＺ軸＋側の面が第１のシール部材１２ａのＺ軸−側の面に略面接触している。そして、第２のシール部材１２ｂのＺ軸−側の部分は、固定ジョイント体３のＺ軸−側の面からＺ軸−方向に突出している。つまり、第２のシール部材１２ｂのＺ軸−側の部分は、第２の収容部３ｃの内部に収容されていない。

第２のシール部材１２ｂは、Ｚ軸方向に延在する貫通部１２ｅを有する円筒形状を基本形態としており、第２のシール部材１２ｂのＺ軸＋側の部分の外周面において周方向に連続する凹部１２ｆを備えている。貫通部１２ｅは、第１のシール部材１２ａの内径と略等しい内径を有し、貫通部１２ｅの内部に研削液用配管２が通されている。

スプリング１２ｃは、第１のシール部材１２ａに対してＺ軸＋側に配置されており、第１のシール部材１２ａをＺ軸−方向に押圧する。これにより、第１のシール部材１２ａのＺ軸−側の面は、第２のシール部材１２ｂのＺ軸＋側の面と確実に略面接触する。

このような第１のシール部材１２ａ及び第２のシール部材１２ｂの内周面と研削液用配管２の外周面との間に形成された隙間は、固定ジョイント体３のエア経路ＡＲ１となる。

第２の接続部３ｄは、固定ジョイント体３の内部で第２の収容部３ｃと連通している。このような第２の接続部３ｄは、エアを供給又は吸引するための第２のポンプと接続される。詳細には、第２の接続部３ｄは、例えば、第２のポンプに接続された配管が接続される継手である。

第３の収容部３ｅは、第２の収容部３ｃのＺ軸−側の部分を囲み、軸受１３の外周部を収容する。軸受１３は、ラジアル軸受であり、軸受１３の内周部が第２のシール部材１２ｂの凹部１２ｆに嵌め込まれている。これにより、ロータリージョイント１２は、軸受１３を介して固定ジョイント体３に支持されている。

回転ジョイント体４は、例えば、略円柱形状を基本形態としており、嵌入部４ａ、第１の収容部４ｂ及び岐路４ｃを備えている。嵌入部４ａは、回転ジョイント体４のＺ軸＋側の端部に形成されており、Ｚ軸方向から見て、回転ジョイント体４の略中央に配置されている。但し、回転ジョイント体４の形状は、円錐形状などでもよい。

このような嵌入部４ａに第２のシール部材１２ｂのＺ軸−側の端部が嵌め込まれることで、回転ジョイント体４は、ロータリージョイント１２を介して固定ジョイント体３に回転可能に接続されている。このとき、第２のシール部材１２ｂの中心軸は、回転ジョイント体４の中心軸と略重なるように配置される。

第１の収容部４ｂは、回転ジョイント体４をＺ軸方向に貫通しており、Ｚ軸＋側の端部が嵌入部４ａの内部に配置されている。そして、第１の収容部４ｂは、研削液用配管２の外径より大きな内径を有し、第１の収容部４ｂの内部に研削液用配管２が通されている。このような第１の収容部４ｂの周面と研削液用配管２の外周面との隙間は、回転ジョイント体４の第１のエア経路ＡＲ２となる。

岐路４ｃは、第１の収容部４ｂから分岐路４ｄを介して分岐して回転ジョイント体４のＺ軸−側の面まで到達しており、回転ジョイント体４の第２のエア経路ＡＲ３となる。このとき、固定ジョイント体３の第２の接続部３ｄ、固定ジョイント体３のエア経路ＡＲ１、回転ジョイント体４の第１のエア経路ＡＲ２及び第２のエア経路ＡＲ３は、連通している。

次に、本実施の形態の回転継手１の回転ジョイント体４の特徴的部分を説明する。本実施の形態の回転ジョイント体４は、さらに第２の収容部４ｅ及び傾斜面４ｆを備えている。第２の収容部４ｅは、第１の収容部４ｂにおける分岐路４ｄよりＺ軸−側の一部を囲むように、回転ジョイント体４における研削液用配管２を囲む内周面に形成されている。

第２の収容部４ｅの内部には、Ｏリング（即ち、パッキン）１４が収容されている。Ｏリング１４は、研削液用配管２の外径より大きい内径を有し、Ｏリング１４の内部に研削液用配管２が通されている。つまり、Ｏリング１４と研削液用配管２との間は、エアが通過可能な隙間を形成可能である。

傾斜面４ｆは、第２の収容部４ｅからＺ軸＋側に向かうに従って縮径し、第２の収容部４ｅのＺ軸＋側の面を形成する。傾斜面４ｆは、例えば、４５°の傾斜角度に設定されるが、Ｏリング１４の径などに応じて、適宜、変更することができる。

次に、本実施の形態の回転継手１を研削装置に用いた場合の当該回転継手１の動作を説明する。ここで、研削装置は、ワークの研削及び搬送が可能な構成とされており、図１は、研削装置でワークを研削する際の本実施の形態の回転継手の状態を示し、図２は、研削装置でワークを搬送する際の本実施の形態の回転継手の状態を示している。

回転ジョイント体４のＺ軸−側の端部には、研削パッドが接続される。研削パッドは、研削液用配管２に接続された吐出口、回転ジョイント体４の第１のエア経路ＡＲ２に接続された第１の通気口、及び回転ジョイント体４の第２のエア経路ＡＲ３に接続された第２の通気口を備えている。

ワークを研削する際には、回転ジョイント体４をモータなどの駆動力によって回転させる。それと共に、図１に示すように、固定ジョイント体３の第１の接続部３ａから研削液を供給しつつ、第２の接続部３ｄからエアを供給する。

これにより、研削液は、研削液用配管２を介して研削パッドの吐出口から吐出される。一方、固定ジョイント体３のエア経路ＡＲ１から回転ジョイント体４に供給されたエアは、Ｏリング１４を第２の収容部４ｅのＺ軸−側の面に押し付けつつ、Ｏリング１４と研削液用配管２との隙間に流れ込み、Ｏリング１４を押し広げる。その結果、エアは、Ｏリング１４によって遮断されることなく、回転ジョイント体４の第１のエア経路ＡＲ２及び第２のエア経路ＡＲ３を介して研削パッドの第１の通気口及び第２の通気口から排出される。

このような状態で研削パッドをワークのＺ軸＋側の面に押し当てつつ移動させると、ワークのＺ軸＋側の面を研削することができる。このとき、回転ジョイント体４の第１のエア経路ＡＲ２及び第２のエア経路ＡＲ３に研削液が侵入しようとしても、第１のエア経路ＡＲ２及び第２のエア経路ＡＲ３からエアが排出されているので、第１のエア経路ＡＲ２及び第２のエア経路ＡＲ３への研削液の侵入を抑制することができる。また、固定ジョイント体３の第１の接続部３ａの内周面と研削液用配管２の外周面との間は、固定部材１１によって塞がれているので、固定ジョイント体３の第２の収容部３ｃへの研削液の侵入を抑制することができる。これにより、ロータリージョイント１２への研削液の侵入を抑制でき、ロータリージョイント１２のシール部材の損傷を抑制することができる。

しかも、Ｏリング１４は、回転ジョイント体４の回転に伴って回転するが、上述のようにエアによって押し広げられ、研削液用配管２と略非接触の状態となる。そのため、Ｏリング１４が研削液用配管２に擦れ難く、結果として、Ｏリング１４の損傷を抑制することができる。

一方、ワークを吸着して搬送する際には、図２に示すように、回転ジョイント体４の回転及び研削液の供給を止め、固定ジョイント体３の第２の接続部３ｄからエアを吸引し、ワークを研削パッドに吸着させる。

ここで、図３は、一般的な研削装置の回転継手を模式的に示す部分断面図である。なお、一般的な回転継手において、本実施の形態の回転継手と等しい部材には等しい符号を付している。

一般的な回転継手１００は、図３に示すように、回転ジョイント体４が第２の収容部４ｅや傾斜面４ｆを備えておらず、また、Ｏリング１４も備えていない。このとき、回転継手１００は、回転ジョイント体４が回転した際に、回転ジョイント体４の第１の収容部４ｂの周面と研削液用配管２の外周面とが接触して焼き付かないように、第１の収容部４ｂの周面と研削液用配管２の外周面との間に隙間が確保されている。そのため、ワークを吸引する際に、第２のエア経路ＡＲ３だけでなく、第１のエア経路ＡＲ２からもエアが吸引され、吸引力が低い。

それに対して、本実施の形態の回転継手１は、図２に示すように、エアによってＯリング１４は回転ジョイント体４の傾斜面４ｆに沿ってＺ軸＋方向に引き上げられる。その結果、Ｏリング１４は傾斜面４ｆと研削液用配管２との隙間を塞ぎ、大凡、エアは回転ジョイント体４の第２のエア経路ＡＲ３のみから吸引される。そのため、一般的な回転継手１００に比べて、大きな吸引力を発現させることができる。

このように本実施の形態の回転継手１は、ロータリージョイント１２への研削液の侵入を抑制でき、ロータリージョイント１２のシール部材の損傷を抑制することができる。また、Ｏリング１４が研削液用配管２に擦れ難く、結果として、Ｏリング１４の損傷を抑制することができる。

しかも、本実施の形態の回転継手１は、一般的な回転継手１００に比べて、大きな吸引力を発現させることができる。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１回転継手
２研削液用配管
３固定ジョイント体、３ａ第１の接続部、３ｂ第１の収容部、３ｃ第２の収容部、３ｄ第２の接続部、３ｅ第３の収容部
４回転ジョイント体、４ａ嵌入部、４ｂ第１の収容部、４ｃ岐路、４ｄ分岐路、４ｅ第２の収容部、４ｆ傾斜面
１０配管
１１固定部材
１２ロータリージョイント
１２ａ第１のシール部材、１２ｄ貫通部
１２ｂ第２のシール部材、１２ｅ貫通部、１２ｆ凹部
１２ｃスプリング
１３軸受
１４Ｏリング
ＡＲ１第１のエア経路
ＡＲ２第２のエア経路
ＡＲ３第３のエア経路
ＬＲ研削液経路

Claims

ワークを研削する研削装置に用いられ、研削液経路とエア経路とを備える回転継手であって、
研削液が通る前記研削液経路である研削液用配管と、
前記研削液用配管が内部に通された状態で固定される固定ジョイント体と、
前記固定ジョイント体に回転シールを介して回転可能に接続され、前記研削液用配管が内部に通される回転ジョイント体と、
前記固定ジョイント体と前記回転シールと前記回転ジョイント体とに連続するように前記研削液用配管の周辺に形成される前記エア経路と、
を備え、
前記回転ジョイント体における前記研削液用配管を囲む内周面は、前記研削液用配管に通されるＯリングが収容される収容部と、前記収容部から前記固定ジョイント体の側に向かうに従って縮径する傾斜面と、を有する、研削装置の回転継手。