JP4693529B2 - 超音波振動切削装置および超音波振動切削装置に用いられる取付補助治具 - Google Patents

Description

この発明は、超音波振動によって被加工物を切削する超音波振動切削装置および超音波振動切削装置に用いられる取付補助治具に関するものである。

従来から、被加工物としての半導体ウェハをチップ形状に分割する際、基台に取り付けられた切削砥石をもった切削ブレードを用いて半導体ウェハを切断する切削装置が知られている。この切削装置は、加工点における温度上昇を抑えることや、切削抵抗を増加させずにチッピングを減少させることなどの課題があり、この課題を解決する一つの方策として、切削ブレードを超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削装置がある（特許文献１参照）。

ここで、この超音波切削装置は、超音波振動によって切削ブレードをその厚さ方向に撓ませ、この切削ブレード先端の超音波振動によって半導体ウェハを切断するが、超音波振動による力が切断溝を広げる方向に作用するため、結果的に切削抵抗が増大し、チッピングが発生し易いという問題があった。

そこで、切削ブレードが取り付けられたスピンドルの回転軸方向に伝達する超音波振動の方向を切削ブレードの外径方向に変換し、切削ブレードにおける超音波振動の方向を径方向にした超音波振動切削装置が提案されている（特許文献２参照）。これによれば、従来の切削ブレードによる切断装置に比して、切削抵抗を減少してチッピングを抑えることができる点、加工点に切削水が供給され易い点、超音波振動によって切削ブレードに付着したコンタミが振り落とされるので切削ブレードにコンタミが付着しない点、切削ブレードに対する負担が軽減され寿命が延びる点などの利点を有する。

ところで、上述した超音波振動切削装置では、切削ブレードとともに取り付けられた振動伝達方向変換部によって超音波振動の伝達方向が切削ブレードの径方向に変換されるため、切削ブレードの形状や大きさ、スピンドルの長さや径、超音波振動子の出力以外に、切削ブレードおよび超音波振動子が回転スピンドルに取り付けられる位置を一層正確に行う必要がある。この場合、超音波振動子から伝達される超音波振動の波形が最小振幅となる最小振動振幅点を振動伝達方向変換点とし、この振動伝達方向変換点と同一位置もしくはその近傍の位置に切削ブレードが配置される。この振動伝達方向変換点で、スピンドルの回転軸方向から伝達された超音波振動は、切削ブレードの径方向に変換される。ここで、切削ブレードの先端すなわち刃先位置において超音波振動の波形が最大振幅である最大振動振幅点となるように、この切削ブレードのブレード径や超音波周波数等が調整されることになる。

したがって、上述した最小振動振幅点や最大振動振幅点の位置が、設定した位置から少しでもずれると、切削ブレードの径方向における超音波振動が設定した振幅にならなかったり、極端な場合は超音波振動しない場合が生じる。このため、スピンドルと切削ブレードとは一体的に構成し、位置ずれをなくすことが好ましい。しかし、切削ブレードは消耗品であるため、スピンドルと一体構成とすると、スピンドル部分を含めて交換することになり、費用対効果が悪くなる。このため、砥石部と基台部とが一体構成された切削ブレード（ハブブレード）を用い、切削ブレードの基台部には、スピンドルと同一径をもつ円柱状凸部の接合面を設けてスピンドルの先端部の接合面に接合することによって、スピンドルと切削ブレードとが一体的に構成できるようにしている。さらに、切削ブレードの基台部の他方側にも、スピンドルと同一径をもつ円柱状凸部の接合面を設け、この接合面に、スピンドルと同一径をもつスペーサの接合面を合わせ、取付ボルトによってこれらスピンドル、切削ブレード、スペーサを密着接合することによってスピンドルに対して切削ブレードを一体的に構成している。なお、スペーサは、その先端部において、超音波振動子からスピンドルの軸方向に伝達する超音波振動の波形が最大振動振幅点となるように設定する調整部材としての機能をもつ。ここで、スペーサは、切削ブレードと一体的に形成してもよいが、切削ブレードの取り扱いが困難になるため、分離できる構成であることが好ましい。

特開２００２−３３６７７５号公報 特開２０００−２１０９２８号公報

しかしながら、上述した取付ボルトが挿入される、切削ブレードの基台の貫通孔に、取付ボルトを挿入して切削ブレードとスピンドルとを一体的に構成した場合、取付ボルトと、基台の貫通孔とが接触状態であるため、この接触部分において超音波振動による摩擦が生じ、この摩擦によって異常音が発生し、さらには基台の貫通孔に接触する取付ボルトの表面が削られてしまい取付ボルトの交換を余儀なくされ、寿命が短くなるという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異常音の発生を抑え、寿命を長くすることができる超音波振動切削装置および超音波振動切削装置に用いられる取付補助治具を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる超音波振動切削装置は、スピンドルと、該スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドルの先端部に装着され、切削砥石部と該切削砥石部を支持する基台部と該基台部の中心部に形成された基台部貫通孔とを有した切削ブレードと、前記スピンドルに設けられて超音波振動を発する振動子とを備え、前記振動子から発せられ前記スピンドルの軸方向に伝達される超音波振動の伝達方向を前記切削ブレードの径方向に変換し、該径方向に超音波振動する前記切削ブレードによって被加工物を切削する超音波振動切削装置において、前記切削ブレードの基台部に設けられた前記基台部貫通孔を介して前記スピンドルの先端部に形成されたねじ孔に螺合するボルト部材の締結によって前記切削ブレードと前記スピンドルの先端部とを固定するとともに、前記ボルト部材と前記基台部貫通孔の内壁とを非接触状態にすることを特徴とする。

また、この発明にかかる超音波振動切削装置は、上記の発明において、前記スピンドルの先端部が接合する前記切削ブレードの接合面と反対側の接合面で前記切削ブレードに接合し、少なくとも前記超音波振動の周波数に応じて前記超音波振動の振動状態を調整するスペーサをさらに備え、前記スペーサは、前記ボルト部材を通すスペーサ貫通孔が設けられ、前記ボルト部材が前記スペーサ貫通孔と前記基台部貫通孔とを介して前記スピンドルの先端部のねじ穴に螺合して前記スペーサと前記切削ブレードとを前記スピンドルの先端部に固定するとともに、前記ボルト部材と前記スペーサ貫通孔の内壁とを接触状態にすることを特徴とする。

また、この発明にかかる超音波振動切削装置は、上記の発明において、前記切削ブレードと前記スピンドルの先端部とが接合する面の間に密着部材を有し、前記密着部材は、導電性を有することを特徴とする。

また、この発明にかかる超音波振動切削装置は、上記の発明において、前記切削ブレードと前記スピンドルの先端部とが接合する面の間と、前記スペーサと前記切削ブレードとが接合する面の間との間に密着部材を配置し、該密着部材のいずれか一方あるいは双方が導電性を有することを特徴とする。

また、この発明にかかる超音波振動切削装置は、上記の発明において、前記密着部材は、体積抵抗が１０⁷Ω・ｍ以下であることを特徴とする。

また、この発明にかかる超音波振動切削装置は、上記の発明において、前記密着部材は、樹脂に導電性材料を混合して形成した部材であることを特徴とする。

また、この発明にかかる超音波振動切削装置に用いられる取付補助治具は、上記の発明において、前記スピンドルの先端部と中央部に前記スピンドルの径とほぼ同じ径となる円柱状凸部をもつ前記切削ブレードとを固定する際に、前記スピンドルの先端部外周に係合させて凹部を形成し、該凹部に前記切削ブレードの円柱状凸部を挿入して接合させる接合部を有するとともに、前記接合部は分割可能に構成され、前記スピンドルの外周に係合するときには、分割された前記接合部を前記スピンドルの外周上で合わせた後に、ねじ止めによって前記接合部を固定することを特徴とする。

この発明にかかる超音波振動切削装置および超音波振動切削装置に用いられる取付補助治具では、スピンドルと、該スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドルの先端部に装着され、切削砥石部と該切削砥石部を支持する基台部と該基台部の中心部に形成された基台部貫通孔とを有した切削ブレードと、前記スピンドルに設けられて超音波振動を発する振動子とを備え、前記振動子から発せられ前記スピンドルの軸方向に伝達される超音波振動の伝達方向を前記切削ブレードの径方向に変換し、該径方向に超音波振動する前記切削ブレードによって被加工物を切削する際、前記切削ブレードの基台部に設けられた前記基台部貫通孔を介して前記スピンドルの先端部に形成されたねじ孔に螺合するボルト部材の締結によって前記切削ブレードと前記スピンドルの先端部とを固定するとともに、前記ボルト部材と前記基台部貫通孔の内壁とを非接触状態にするようにしているので、ボルト部材と基台部貫通孔の内壁とが接触することがなく、この接触による異常音の発生を抑え、この接触による摩擦による摩耗がなくなるので寿命を長くすることができるという効果を奏する。

以下、この発明を実施するための最良の形態である超音波振動切削装置および超音波振動切削装置に用いられる取付補助治具について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の実施の形態である超音波振動切削装置が搭載された切削装置の概要構成を示す斜視図である。図１に示すように、この切削装置１０は、略直方体状の装置ハウジング１を有し、この装置ハウジング１には、半導体ウェハなどの被加工物をストックするカセット機構２と、このカセット機構２に収納された被加工物を搬出するとともに切削作業終了後の被加工物をカセット機構２に搬入する被加工物搬出・搬入機構３と、この被加工物搬出・搬入機構３によって搬出された被加工物を保持するチャックテーブル機構４と、このチャックテーブル機構４によって保持された被加工物を、切削ブレード２２の超音波振動によって切削する超音波振動切削装置２０と、この超音波切削装置２０によって切削された被加工物を洗浄する洗浄機構６と、チャックテーブル機構４と洗浄機構６との間で被加工物を搬送する被加工物搬送機構７とが配設される。さらに、装置ハウジング１には、モニタ８が配設される。なお、チャックテーブル機構４は、チャックテーブル１５を有し、チャックテーブル１５は、ウェハテープ１３を介してフレーム１４に支持された状態の被加工物１２を真空吸着によって安定的に保持する。

図２は、図１に示した切削装置１０の超音波振動切削装置２０の概要構成を示す斜視図であり、図３は、超音波振動切削装置２０の縦断面図である。図２に示すように、この超音波振動切削装置２０は、スピンドル２５を主として囲うスピンドルハウジング２６およびスピンドル２５の先端に装着される切削ブレード２２を主としてカバーするブレードカバー２８を有する。なお、切削ブレード２２は、切削砥石部２２ａと基台部２１とからなり、一体的に構成されている。また、切削ブレード２２の近傍には切削水供給ノズル２７が設けられる。

図３に示すように、スピンドルハウジング２６内には、スピンドル２５を回転可能に支持するラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１と、ロータ３２１およびステータ３２２を有するモータ３２と、スピンドル２５の後端部に設けられた超音波振動子３３と、ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１に高圧エアを供給する図示しないエア供給路と、ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１によって噴出されたエアを排出する図示しない排気路とが設けられる。さらに、スピンドルハウジング２６の後端部には、超音波振動子３３に電力を供給する非接触式給電装置４０が設けられる。

スピンドル２５の後端部側は、モータ３２の回転軸であるロータ３２１と連結され、ロータ３２１およびステータ３２２の相互作用によって発生する回転駆動力によって、スピンドル２５が高速回転する。また、スピンドル２５の先端部側には、スピンドル２５の軸径よりも大きい径をもつスラストプレート２５１が設けられる。

ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１は、図示しないエア供給路を介して、高圧ポンプなどによって構成された図示しないエア供給手段と連通している。これによって、図示しないエア供給手段が供給する高圧エアは、ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１に供給される。

ラジアルエアベアリング３０は、スピンドルハウジング２６の内周面に略均等に設けられた図示しない複数の噴射口から、スピンドル２５の外周に向けてエアを噴出する。これによって、ラジアルエアベアリング３０は、スピンドル２５が回転軸に対して垂直な径方向、すなわちラジアル方向（Ｘ軸およびＺ軸方向）に移動することを制限し、高速回転するスピンドル２５をラジアル方向に支持し、横ブレを防止する。

一方、スラストエアベアリング３１は、スラストプレート２５１の左右両側に設けられた図示しない噴射口から、スラストプレート２５１を狭持するようにエアを噴出する。これによって、スラストエアベアリング３１は、スピンドル２５が回転軸方向、すなわちスラスト方向（Ｙ軸方向）に移動することを制限し、高速回転するスピンドル２５をスラスト方向に支持し、縦ブレを防止する。

このように、スピンドルハウジング２６は、ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１から噴出するエアによって、スピンドル２５を高速回転可能に支持することができる。なお、エアベアリングの構成は、これに限らず、たとえば、スラストエアベアリング３１およびスラストプレート２５１は、スピンドル２５の切削ブレード２２側に１組だけ設けられる構成でなくてもよく、スピンドル２５の略中央部や基部側などの箇所に１組設けるようにしてもよいし、複数組設けるようにしてもよい。

また、ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１から噴出されたエアの大部分は、図示しない排気路を通ってスピンドルハウジング２６外部に排気されるが、一部のエアは、切削ブレード２２側におけるスピンドル２５とスピンドルハウジング２６との隙間から排出され、エアシールとして機能する。なお、上述したように、スピンドルハウジング２６内を流通するエアは、スピンドルハウジング２６およびスピンドル２５の温度を制御する温度制御媒体としても機能する。これによって、スピンドル２５の温度を所定温度に維持して、スピンドル２５に熱歪みが発生することを防止できる。

ここで、上述したスピンドル２５、スピンドルハウジング２６、ラジアルエアベアリング３０、スラストエアベアリング３１、モータ３２、図示しないエア供給路、図示しない排気路、および図示しないエア供給手段などは、エアスピンドルを構成している。

さらに、この超音波振動切削装置２０は、スピンドル２５および切削ブレード２２を超音波振動させるための振動発生手段として、図３に示すように、超音波振動子３３と、この超音波振動子３３に電力を供給する非接触式給電装置４０とが設けられる。

超音波振動子３３は、スピンドル２５の後端部側、すなわち切削ブレード２２の反対側において、ロータ３２１よりさらに後端部側に配設される。この超音波振動子３３は、たとえば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックス材料からなる電歪振動子で構成される。この超音波振動子３３は、非接触式給電装置４０から供給された電力によって、所定周波数の縦波の超音波振動を発生する。なお、超音波振動子３３は、上述した電歪振動子に限らず、超音波振動が発生できればよく、たとえば超磁歪振動子を含む磁歪振動子あるいは水晶振動子などによって構成してもよい。

非接触式給電装置４０は、スピンドル２５の後端部に設けられた２次トランス４４と、この２次トランス４４を取り囲むように所定間隔離隔して配設された１次トランス４２とを有する。この非接触式給電装置４０は、外部電源からの電力を、電磁誘導方式によって非接触でスピンドル２５に伝達して、超音波振動子３３に供給する。この電力によって、超音波振動子３３は、超音波振動を発生してスピンドル２５を超音波振動させる。

このように、スピンドル２５に設けた電歪振動子である超音波振動子３３に対し、非接触式給電装置４０を用いて非接触で給電している。上述したエアスピンドル機構においてスピンドル２５は、スピンドルハウジング２６によって非接触で保持される。このエアスピンドル機構において、非接触式給電装置４０によって給電することによって、スピンドル２５に給電用の部材を接触させなくて済むので、スピンドル２５が円滑に回転することができ、エアスピンドルの利点を生かすことができる。この観点から、給電装置として上述した非接触式給電装置４０を用いることが好ましいが、これに限らず、接触式の給電装置を用いてもよい。なお、超音波振動子３３として磁歪振動子を用いる場合、上述した給電装置は不要である。

上述した構成の非接触式給電装置４０から電力が供給された超音波振動子３３は、超音波振動を発生してスピンドル２５を超音波振動させる。この超音波振動は、スピンドル２５の軸方向（Ｙ軸方向）に伝達され、スピンドル２５の先端部に装着された切削ブレード２２に向かう。

さらに、このスピンドル２５の回転軸方向（Ｙ軸方向）に伝達される超音波振動を切削ブレード２２の径方向（ＸＺ平面方向）に変換するときの振動伝達方向変換点のＹ軸位置が、スピンドル２５に対する切削ブレード２２の装着位置、すなわち切削ブレード２２のＹ軸位置と同一となるように、スピンドル２５の構造や超音波振動子３３の周波数などが調整される。

このような構成によって、スピンドル２５の回転軸方向に超音波振動を伝達させ、切削ブレード２２と同一位置にある振動伝達方向変換点で、この伝達された超音波振動の振動方向を切削ブレード２２の径方向に変換できる。これによって、切削ブレード２２を径方向に超音波振動させる。すなわち、リング形状の切削砥石部２２ａが高周波で拡径、縮径を繰り返すように振動させながら、被加工物１２を切削することができる。

ここで、切削ブレード２２を径方向に超音波振動させることができる原理の概要について説明する。図４は、切削ブレード２２の径方向に超音波振動を伝達する原理を説明する説明図である。図４では、スピンドル２５の回転軸方向で超音波振動子３３からの超音波振動に共振する振動波形Ｗ１と、伝達方向が径方向に変換された振動波形Ｗ２とが示されている。振動波形Ｗ１は、共振による超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）を示し、振動波形Ｗ２は、伝達方向が径方向に変換された超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）を示している。

図４に示すように、スピンドル２５の回転軸上、すなわちＹ軸上には、振動波形Ｗ１の最大振動振幅点Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇと、最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈとが存在する。通常、最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈは、スピンドル２５の径方向の伸長が最大となる。したがって、スピンドル２５とスピンドルハウジング２６との間隔は、少なくとも最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈにおけるスピンドル２５の最大拡径量よりも大きくしなければならない。しかし、その他の点に関しては、エアスピンドル機構を採用しているため、メカスピンドル機構の場合のように最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈ付近を構造的に補強する必要はない。

振動波形Ｗ１の最小振動振幅点Ｂは、振動伝達方向変換点であり、この振動伝達方向変換点の位置に、切削ブレード２２が設けられる。振動伝達方向変換点Ｂにおいて、超音波振動の伝達方向が、スピンドル２５の回転軸方向から、切削ブレード２２の径方向に変換される。このように、伝達方向が径方向に変換された超音波振動の振動波形Ｗ２における最大振動振幅点α，βが、切削砥石部２２ａの刃先に位置するように、切削ブレード２２のブレード径や超音波振動の周波数が調整される。なお、スペーサ２３の軸方向の厚みは、スペーサ２３の開放端側が、最大振動振幅点Ａとなるように設定される。すなわち、最大振動振幅点Ａと最小振動振幅点Ｂとの間が、振動する超音波波長の１／４波長あるいはこれに１／２波長の整数倍を加算した長さに設定する。

このようにして、スピンドル２５を軸方向に伝達してきた超音波振動の伝達方向を径方向に変換することによって、切削ブレード２２は拡径、縮径を繰り返し、切削ブレード２２の刃先が図４に示した矢印方向に振動することになる。たとえば、切削ブレード２２の径が３インチであって、電圧６０Ｖで周波数５５ｋＨｚの超音波振動をさせた場合、切削ブレード２２の刃先は、５〜６μｍの振幅が発生する。

ここで、切削ブレード２２は、基台部２１を有し、この基台部２１に取り付けられている。この基台部２１の軸方向の両端は、スピンドル２５の円柱状の先端部２４の径と同じ
円柱状の凸部２１ａ，２１ｂを有する。切削ブレード２２は、先端部２４の接合面と、凸部２１ａの接合面とで密着されるとともに、凸部２１ｂの接合面と、凸部２１ｂと同じ円柱状のスペーサ２３の接合面とで密着される。なお、先端部２４の接合面、凸部２１ａ，２１ｂの接合面、スペーサ２３の接合面は、径方向すなわちＸ−Ｙ平面に平行な面であり、かつ平坦な面であり、密着性が高まるように形成されている。このスピンドル２５、切削ブレード２２、スペーサ２３は、取付ボルト２９によって軸方向に相互に締め付けられるように構成される。すなわち、先端部２４の切削ブレード２２側には、取付ボルト２９の先端と螺合できるように取付ボルト２９先端側にタップが立てられた穴２４ｃが形成されている。また、基台部２１の回転軸を中心には、取付ボルト２９が挿入される貫通孔２１ｃが形成されている。さらに、スペーサ２３の回転軸中心にも、取付ボルト２９が挿入される貫通孔２３ｃが形成されるとともに、接合面の反対側には、取付ボルト２９の頭が配置される開口部が形成されている。

ここで、穴２４ｃおよび貫通孔２３ｃの径は、取付ボルト２９の径と同じであり、穴２４ｃおよび貫通孔２３ｃの内壁と取付ボルト２９の周面とは接触状態となる。一方、貫通孔２１ｃの径は、取付ボルト２９の径よりも大きく、貫通孔２１ｃの内壁と取付ボルト２９の周面とは非接触状態となる。この貫通孔２１ｃの内壁と取付ボルト２９の周面との間隙は、０．１〜０．４ｍｍ程度である。間隙の値を０．１〜０．４ｍｍとしてのは、この間隙が０．４ｍｍを超えると、スピンドル２５と切削ブレード２２の接合面とを密着させる面積が減少し、充分な固定ができない可能性が生じ、間隙が０．１ｍｍ未満にすると、取付ボルト２９と貫通孔２１ｃの内壁とが接触してしまう可能性が生じるからである。取付ボルト２９と貫通孔２１ｃの内壁が接触した状態で超音波振動させると、上述したように、異常音が発生し、また取付ボルト２９が摩擦によって磨り減り、寿命が短くなってしまう。なお、取付ボルト２９の径は、８ｍｍである。

このスピンドル２５、切削ブレード２２、スペーサ２３の各接合面の密着性が高ければそのまま接合してもよいが、この実施の形態では、この接合面間に、導電性の密着部材５２，５４を設けて密着させている。この密着部材５２，５４を設けると、接合面の平坦度が悪い場合であっても、この密着部材５２，５４が接合面の凹凸を吸収し、高い密着性を確実かつ容易に確保することができ、超音波振動の伝達を効率よく行うことができる。なお、この密着部材５２，５４は、後述するように導電性を有することが好ましいが、導電性を有しなくても、高い密着性を有する密着部材であればよい。

なお、切削ブレード２２とスピンドル２５との接合面に凹凸などを設けて位置決めを行うことができれば、切削ブレード２２およびスピンドル２５との一体的な構成を容易に行うことができるが、この接合面に凹凸などを設けると、超音波振動を加えた場合、接合面の密着性が低いなどの理由で、切削ブレード２２の外径方向に対する超音波振動の振幅が小さくなってしまい、切削機能が低下してしまう。そのために、接合面を平坦な面としているが、この平坦性のために切削ブレード２２の組立性を困難なものとしている。

特に、超音波振動を用いた切削装置では、切削ブレード２２を回転させるため、切削ブレード２２の径方向にほぼ均等の振幅で超音波振動させる必要があり、このためには、切削ブレード２２とスピンドル２５との中心軸を高い精度で位置合わせする必要がある。しかも、この実施の形態では、切削ブレード２２の貫通孔２１ｃと取付ボルト２９との間に間隙を設けているが、この間隙は、小さいにもかかわらず、非接触状態とするために、高い精度が要求される。

そこで、この実施の形態では、スピンドル２５と切削ブレード２２との一体的な組立を確実かつ容易にするための取付補助治具を用いて組み立てている。図５は、取付補助治具の分解図であり、図６は、取付補助治具の左側面図であり、図７は、取付補助治具の正面図である。また、図８は、取付補助治具を用いてスピンドル２５に切削ブレード２２およびスペーサ２３を取り付ける状態を示す図である。図５〜図８において、取付補助治具は、スピンドル２５の先端部２４の径よりもやや大きく、先端部２４に内接する貫通孔６４を形成する。この取付補助治具は、上下から組み合わせることによって貫通孔６４を形成する上部本体６０と下部本体６１とを有するとともに、上部本体６０と下部本体６１とを固定する２つの固定ネジ６２，６３を有する。

まず、切削ブレード２２をスピンドル２５の先端部２４に取り付ける場合、２つに分離された上部本体６０と下部本体６１とによって形成される貫通孔６４が、先端部２４に内接するように合わせ、この状態で、固定ネジ６２，６３によって固定する。この取付補助治具の固定位置は、一端が、スピンドルハウジング２６の端部に接触した状態で定まる位置である。また、この取付補助治具の固定によって形成される貫通孔６４の開口部から先端部２４の接合面までの深さａは、切削ブレード２２の凸部２１ａの高さｂよりも小さくなるように固定される。この場合、深さａが高さｂに比して小さすぎると、切削ブレード２２が落下してしまうので、貫通孔６４に凸部２１ａを挿入した場合に、手を離しても切削ブレード２２が静止して保持される深さａに設定する必要がある。

切削ブレード２２を貫通孔６４に挿入することによって、スピンドル２５の先端部２４の接合面と切削ブレード２２の凸部２１ａの接合面との位置合わせを正確に行うことができる。ここで、密着部材５２を設ける場合には、図９に示すように中心が取付ボルト２９の径と同一の径である貫通孔５２ａをもった円盤状の密着部材を予め接合面に挿入しておく。

ここで、スペーサ２３を用いなくても、凸部２１ｂの端部である接合面の位置が最大振動振幅点Ａになっている場合にはスペーサ２３を必要とせずに、そのまま取付ボルト２９によって切削ブレード２２とスピンドル２５とを締結することができる。

スペーサ２３をさらに取り付ける場合、図５〜図７に示した取付補助部材と同じ構成の他の取付補助部材を用いて、貫通孔６４が切削ブレード２２の凸部２１ｂに内接するように固定する。この場合、貫通孔６４の開口部から凸部２１ｂの接合面までの深さｃは、スペーサ２３の高さｄよりも小さくなるように固定される。この場合も、深さｃが高さｄに比して小さすぎると、スペーサ２３が落下してしまうので、貫通孔６４にスペーサ２３を挿入した場合に、手を離してもスペーサ２３が静止して保持される深さｃに設定する必要がある。

スペーサ２３を貫通孔６４に挿入することによって、切削ブレード２２の凸部２１ｂの接合面とスペーサ２３の接合面との位置合わせを正確に行うことができる。ここで、密着部材５４を設ける場合には、図９に示すように中心が取付ボルト２９の径と同一の径である貫通孔５４ａをもった円盤状の密着部材を予め接合面に挿入しておく。

その後、スペーサ２３の貫通孔２３ｃ、切削ブレード２２の貫通孔２１ｃ、およびスピンドル２５の先端部２４の穴２４ｃの順に、取付ボルト２９を挿入し、螺着することによって、スペーサ２３および切削ブレード２２をスピンドル２５に締結することができる。その後、２つの取付補助部材を取り除くことによって、スピンドル２５に切削ブレード２２およびスペーサ２３を取り付ける組立が終了する。

これによって、スピンドル２５に対する切削ブレード２２およびスペーサ２３の位置決めを精度よく行うことができる。特に、切削ブレード２２の貫通孔２１ｃの径が、取付ボルト２９の径よりも大きく設定されているにもかかわらず、貫通孔２１ｃおよび取付ボルト２９の中心軸合わせを容易かつ精度良く行うことができる。

ところで、この超音波振動切削装置２０では、切削ブレード２２の高さ方向（Ｚ軸方向）の基準位置を算出するために、切削ブレード２２をチャックテーブル１４に接触させて基準位置を測定する接触セットアップ処理を行うようにしている。この接触セットアップ処理では、チャックテーブル１４の少なくとも切削ブレード２２が接触する部分は、導電性をもたせ、切削ブレード２２がチャックテーブル１４に電気的に接触した位置を基準位置として測定している。そのため、図１０に示すように、電源７２から印加される電流が、切削ブレード２２、スピンドル２５、スピンドル２５の後端部に接触する接触端子７０を介して流れたか否かの導通チェックを行う検出回路７１を設けている。

この場合、切削ブレード２２の基台部は、たとえばアルミで形成され、またスピンドル２５は、たとえばステンレスなどで形成され、ともに導通部材によって形成されるとともに、切削ブレード２２とスピンドル２５とは接合面で、直接接合されているため、切削ブレード２２の貫通孔２１ｃと取付ボルト２９との間に間隙が生じていても導通をとることができる。しかし、密着部材５２，５４を設ける場合、この間隙が存在するため、密着部材５２，５４のいずれか一方は、導通性を有する必要がある。

すなわち、密着部材５２，５４の双方とも導通性を持たせる必要はない。これは、密着部材５２が絶縁性である場合、一般に導電部材で形成された取付ボルト４９を介してスピンドル２５側に導通するからであり、密着部材５４が絶縁性である場合、導電部材５２を介してスピンドル２５に導通するからである。もちろん、導通部材５２，５４のいずれか一方を用いないで接合面を直接接続する場合にも同様に適用できる。

なお、導電部材５２，５４は、たとえば３〜１００μｍ程度の厚さであり、材質としては、平坦面の凹凸を吸収することができる程度の軟質材料であることが好ましい。たとえば、樹脂に導電性物質を混合した材料を用いることができる。このような材料としては、透明導電性フィルム「エレクリスタ」、異方性導電性フィルム「Ｃｕｐｉｌ」（日東電工製）、導電性フィルム「ＤＦ７０７ＦＲ」（ＺＩＰＰＥＲ Ｔｕｂｉｎｇ製）、透明導電性フィルム「ＯＴＥＣ」（株式会社トービ製）、導電性薄膜フィルム「ＫＺ−４５」（鬼怒川工業製）などを適用することができる。なお、これらの導電性材料に限らず、導電性の密着部材であればよく、切削ブレード２２をスピンドル２５に取り付けるとき、取付ボルト２９が締め付けるトルクＴが、１０（Ｎｍ）＜Ｔ＜３０Ｎｍの範囲である場合、密着部材５２，５４の硬度（ロックウェル硬さＨＲＲ）は、５〜７０となる材質でよい。

また、ここでいう導電性とは、体積抵抗で１０⁷Ω・ｃｍ以下の物質であり、この体積抵抗は、ＪＩＳ Ｋ ７１９４（導電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験法）によって測定されたものとする。たとえば、導電性薄膜フィルム「ＫＺ−４５」（鬼怒川工業製）は、５×１０^-1Ω・ｃｍである。

さらに、密着部材５２，５４は、一方の面を切削ブレード２２側の接合面、あるいはスピンドル２５側の接合面に予め貼り付けておくと、取付作業が一層容易になる。さらに、液体からなる密着部材を塗布し、乾燥させて各接合面を密着させるようにしてもよい。
導通 密着部材は設けなくてもよい。

この実施の形態では、切削ブレード２２の貫通孔２１ｃと取付ボルト２９との間に間隙を設け、非接触状態としているので、超音波振動を加えたときに異常音が発生せず、しかも取付ボルト２９の摩耗がなくなり、取付ボルト２９の交換寿命を延ばすことができる。

また、この実施の形態では、スピンドル２５と切削ブレード２２との接合面間および切削ブレード２２とスペーサ２３との接合面間に導電性の密着部材５２，５４を設けているので、スピンドル２５、切削ブレード２２、およびスペーサ２３との密着性を確実かつ容易に得ることができ、スピンドル２５、切削ブレード２２、およびスペーサ２３の一体的な構成を確実かつ容易に行うことができる。

この発明の実施の形態である超音波振動切削装置が搭載された切削装置の概要構成を示す斜視図である。 図１に示した切削装置の超音波振動切削装置の概要構成を示す斜視図である。 超音波振動切削装置の縦断面図である。 切削ブレードの径方向に超音波振動を伝達する原理を説明する説明図である。 取付補助治具の分解図である。 図６は、取付補助治具の左側面図である。 取付補助治具の正面図である。 取付補助治具を用いてスピンドルに切削ブレードおよびスペーサを取り付ける状態を示す図である。 密着部材の構成を示す図である。 接触セットアップ処理に関する超音波振動切削装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 装置ハウジング
２ カセット機構
３ 被加工物搬出・搬入機構
４ チャックテーブル機構
６ 洗浄機構
７ 被加工物搬送機構
８ モニタ
１０ 切削装置
１２ 被加工物
１３ 吸着チャック
１４ チャックテーブル
１５ 吸着チャック支持台
２０ 超音波振動切削装置
２１ 基台部
２１ａ，２１ｂ 凸部
２１ｃ，２３ｃ 貫通孔
２２ 切削ブレード
２２ａ 切削砥石部
２３ スペーサ
２４ 先端部
２４ｃ 穴
２５ スピンドル
２６ スピンドルハウジング
２７ 切削水供給ノズル
２８ ブレードカバー
２９ 取付ボルト
３０ ラジアルエアベアリング
３１ スラストエアベアリング
３２ モータ
３３ 超音波振動子
４０ 非接触式給電装置
４２ １次トランス
４４ ２次トランス
５２，５４ 密着部材
６０ 上部本体
６１ 下部本体
６２，６３ 固定ネジ
２５１ スラストプレート
３２１ ロータ
３２２ ステータ

Claims (5)

1. スピンドルと、該スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、前記スピンドルの先端部に装着され、切削砥石部と該切削砥石部を支持する基台部と該基台部の中心部に形成された基台部貫通孔とを有した切削ブレードと、前記スピンドルに設けられて超音波振動を発する振動子とを備え、前記振動子から発せられ前記スピンドルの軸方向に伝達される超音波振動の伝達方向を前記切削ブレードの径方向に変換し、該径方向に超音波振動する前記切削ブレードによって被加工物を切削する超音波振動切削装置において、
   前記スピンドルの先端部が接合する前記切削ブレードの接合面と反対側の接合面で前記切削ブレードに接合し、少なくとも前記超音波振動の周波数に応じて前記超音波振動の振動状態を調整し、中心部にスペーサ貫通孔が設けられたスペーサを備え、
   前記スペーサ貫通孔と前記基台部貫通孔とを介して前記スピンドルの先端部のねじ穴に螺合するボルト部材の締結によって前記スペーサと前記切削ブレードとを前記スピンドルの先端部に固定するとともに、前記ボルト部材と前記スペーサ貫通孔の内壁とを接触状態にし、前記ボルト部材と前記基台部貫通孔の内壁とを非接触状態にすることを特徴とする超音波振動切削装置。
2. 前記切削ブレードと前記スピンドルの先端部とが接合する面の間に密着部材を有し、前記密着部材は、導電性を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動切削装置。
3. 前記切削ブレードと前記スピンドルの先端部とが接合する面の間と、前記スペーサと前記切削ブレードとが接合する面の間との間に密着部材を配置し、該密着部材のいずれか一方あるいは双方が導電性を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動切削装置。
4. 前記密着部材は、体積抵抗が１０⁷Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の超音波振動切削装置。
5. 前記密着部材は、樹脂に導電性材料を混合して形成した部材であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の超音波振動切削装置。

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