JP5047645B2 - 立軸型平面加工盤 - Google Patents

Description

本発明は、立軸型平面加工盤ないし研削盤に関し、特に、大型研削加工の高精度化に適した立軸型平面加工盤ないし研削盤に関する。

ウェハや半導体装置の高精度加工（特に研削）には、特許文献１又は特許文献２に提案されているような、立軸型平面研削盤が多用されている。図７は、このような形式の従来例に係る立軸型平面研削盤の一例の正面図であり、図８は、図７に示した立軸型平面研削盤のヘッド片持ち構造を模式的に示す要部上面図である。

図７及び図８を参照すると、従来例に係る立軸型平面研削盤は、定置のベッド４１と、ベッド４１に回転自在に支持されワークＷを保持するテーブル４１ａと、ベッド４１上に固定されたブロック状のコラム４２と、中間コラム４２に回転自在に支持されたボールネジ５５と、ボールネジ５５に螺合し中間コラム４２内を昇降自在なボールナット５６と、ボールナット５６と共に昇降するコラム３７と、モータ５８の回転力がベルト６１を介して伝達されその下端に砥石５０ａが取り付けられる主軸５０を回転自在に支持し、且つボールナット５６の片側に接続されると共にコラム４２と摺動しながら昇降するヘッド６０と、を有している。なお、モータ５８は、コラム４２に形成されたモータ昇降枠４４ｃ内を昇降する。

主軸５０の図中右側において、ヘッド６０の図中右側と、コラム４２の図中左側には、互いに摺動自在に形状結合する結合部６０ａ，４２ａが形成されている。結合部６０ａ，４２ａの所定面間に滑り面６７がある。また、結合部６０ａ，４２ａの間には、立軸方向に延在するテーパ面を備えた楔５３が挿入されている。楔５３は、調整ねじ５４によってヘッド６０又コラム４２に取り付けられる。調整ねじ５４を並進させることにより、楔５３が昇降して、ヘッド６０とコラム４２の滑り面６７同士の距離が楔５３のテーパ断面厚さに応じて変化し、これによって、ヘッド６０ないし主軸５０の調芯がなされる。

研削時、ヘッド６０は、コラム４２に片持ちされたような状態で、その片側がコラム４２の片側と摺動しながら昇降する共に、主軸５０が回転されることにより、砥石５０ａはワークＷを研削しながら切り込んでいく。

特開昭６１−２７４８７３号公報 特開２００５−１１１６２２号公報

現在、半導体装置等の製造コストを低減するために、立軸型平面研削盤の大型化又は砥石の高速回転化が求められている。しかしながら、上記従来例のように、高速回転され又は高負荷（大重量）が印加されるヘッドを、該ヘッドの片側に設けられた滑り面を介してコラムに片持ち支持している場合、例えば、高速回転時、ヘッドの支持が不安定となり、主軸の傾きや振れが発生して、研削精度が低下するおそれがある。特に、主軸の回転力を伝達ベルトを介して、主軸の片側に配置されたモータから得ている場合、主軸の回転がぶれ易いという問題もある。また、上記従来例によれば、ヘッドをコラムに直接的に片持ち支持し、ヘッドに片側荷重が加わった状態でその支持箇所でヘッドの精密な位置調整を行うため、位置（角度を含む）調整が困難であるという問題がある。

また、ヘッドの片側のみで、ヘッドの位置調整を行うため、主軸の垂直度を出すことが困難であるという問題がある。主軸の垂直度の傾きないしぶれは、工具回転時の加工面の水平精度を低下させるものである。その影響は工具直径の増大に伴い一層大きくなる。

本発明の目的は、工具を支持する主軸の傾きやぶれが高度に防止され、大型平面加工の高精度化に適した立軸型平面加工盤（特に研削ないし切削盤）を提供することである。

本発明は、第１の視点において、テーブル上に保持されたワークを、立軸回りに回転自在及び該立軸方向に昇降自在な主軸に取り付けられた工具によって研削する立軸型平面研削盤であって、前記テーブルを回転自在に支持する定置のベッド部と、前記ベッド部に固定された中間コラム部と、前記中間コラム部に固定されたラム受け部と、前記ラム受け部に形成された中空筒状のラム受け枠と、昇降部材を定置部材に対して垂直姿勢を維持して昇降させる昇降機構と、前記昇降機構の一側において前記昇降部材に接続されたモータと、前記主軸を回転自在に支持し、前記昇降機構の他側において前記昇降部材に接続されて前記ラム受け枠内を昇降する角ラムと、を有し、前記角ラムの前記立軸周りの外面は前記ラム受け枠の内面によって囲まれ、該外面が該内面上を摺動することにより該角ラムの昇降が案内される、ことを特徴とする立軸型平面加工盤を提供する。

本発明によれば、中空筒状のラム受け枠の内面によって囲まれた角ラムの立軸周りの外面が該内面上を摺動することによって該角ラムの昇降が案内されることにより、主軸の支持が安定し、主軸の傾きやぶれが高度に防止される。したがって、工具回転時の加工面の水平精度を高くなる。かくして、本発明によれば、主軸の回転を高速度化した場合、或いは主軸に取り付ける工具が大型化した場合であっても、高い加工精度を得ることができる。

本発明の好ましい実施の形態に係る立軸型平面加工盤において、前記ラム受け枠の角部に、前記角ラムを受ける基準すべり面が配置され、前記角ラムの外面は、該角ラムの角部に配置され前記基準すべり面と摺動する滑り面であって、前記主軸と前記昇降機構の昇降軸を結ぶＸ方向に沿って、前記主軸を挟んで両側にそれぞれ配置されたＸ方向の滑り面と、前記Ｘ方向と前記立軸方向に直交するＹ方向に沿って、前記主軸を挟んで両側にそれぞれ配置されたＹ方向の滑り面と、を含む。これによって、角ラムは、交差する両方向に挟持されたような状態で安定的に昇降される。

本発明の好ましい実施の形態に係る立軸型平面加工盤は、前記主軸が調芯可能となるよう前記ラム受け部に位置調整可能に取り付けられ、前記角ラムの前記外面と摺接して、前記角ラムの外面を前記ラム受け枠の内面のうち基準すべり面（基準受け面）に向かって付勢する楔を有する。

本発明の好ましい実施の形態に係る立軸型平面加工盤においては、複数の前記楔が、前記角ラムの外面のうち互いに交差する該外面とそれぞれ摺接するよう配置される。楔は、角ラムの各外面に対して一個又は複数個配置される。複数個配置する場合、好ましくは、楔は前記外面のＸ方向工又はＹ方向の両端部に配置され、一個配置する場合には、前記外面のＸ方向工又はＹ方向の中央部に配置される。

本発明の好ましい実施の形態に係る立軸型平面加工盤においては、前記角ラムの前記外面において、各面に前記ラム受け枠の内面と摺動する滑り面がある。これによって、角ラムは、その昇降が多面的に支持される。

本発明の好ましい実施の形態に係る立軸型平面加工盤において、前記ラム受け枠は、前記中間コラム部に固定されたラム受け台と、前記ラム受け台に固定され該ラム受け枠の一側面を塞ぐラム受け板と、前記ラム受け台ないし前記ラム受け板に位置調整可能に取り付けられる楔によって形成される。

本発明の好ましい実施の形態に係る立軸型平面加工盤において、前記昇降機構は、ボールネジ機構から成り、前記ボールネジ機構は、前記ラム受け部に回転自在に支持されたボールネジと、前記昇降部材として前記ボールネジに螺合され該ボールネジの回転に伴って昇降するボールナットとを有する。

本発明の好ましい実施の形態に係る立軸型平面加工盤は、前記昇降機構の昇降軸を中心として、前記昇降部材の前記モータ側と前記角ラム側にそれぞれ印加される荷重を調整するバランスウェイトを有する。さらに好ましくは、前記バランスウェイトは、前記昇降部材の前記モータ側に対して接続されて、該モータの下方に配置される。

本発明の好ましい実施の形態に係る立軸型平面加工盤において、前記ラム受け枠は、角筒状である。

本発明の好ましい実施の形態に係る立軸型平面加工盤において、前記立軸型平面加工盤は、立軸型平面研削盤である。

本発明の好ましい実施の形態に係る立軸型平面加工盤、特に研削盤は、テーブル上に保持されたワークを、立軸回りに回転自在及び該立軸方向に昇降自在な主軸に取り付けられた工具によって研削する立軸型平面研削盤であって、前記テーブルを回転自在に支持する定置のベッド部と、前記ベッド部に固定された中間コラム部と、前記中間コラム部に固定されたラム受け部と、前記ラム受け部に形成された中空筒状のラム受け枠と、前記ラム受け部に回転自在に支持されたボールネジと、前記ボールネジに螺合され該ボールネジの回転に伴って昇降するボールナットと、前記ボールナットの一側に接続されたモータと、前記主軸を回転自在に支持し、前記ボールナットの他側に接続されて前記ラム受け枠内を昇降する角ラムと、を有し、前記角ラムの前記立軸周りの外面は前記ラム受け枠の内面によって囲まれ、該外面が該内面上を摺動することにより該角ラムの昇降が案内される。

本発明の好ましい実施の形態において、工具には、研削加工の倍、研磨ないし研削用砥石が用いられ、場合によっては、砥石以外の研磨ないし研削用工具を用いてもよい。加工が切削や研磨の場合、対応して切削工具や研磨工具を用いることができ、それに対応する仕様の工具ヘッドを用いることができる。

以下、本発明の概念構成を図１を参照して説明する。図１は、本発明の概念構成図である。図１に示す立軸型平面加工盤は、テーブル１ａ上に保持されたワークＷを、立軸（Ｚ軸）回りに回転自在及び該立軸方向に昇降自在な主軸に取り付けられた工具１０ａによって研削する立軸型平面研削盤であって、テーブルＷを回転自在に支持する定置のベッド部１と、ベッド部１に固定された中間コラム部２と、中間コラム部２に固定されたラム受け部３と、ラム受け部３に形成された中空筒状のラム受け枠４ａと、昇降部材１２ｂを定置部材（中間コラム部２又はラム受け部３）１１に対して垂直姿勢を維持して昇降させる昇降機構１２と、昇降機構１２の一側において昇降部材１２ｂに接続されたモータ１８と、主軸１０を回転自在に支持し、昇降機構１２の他側において昇降部材１２ｂに接続されてラム受け枠４ａ内を昇降する角ラム９と、を有し、角ラム９の立軸周りの外面はラム受け枠３の内面によって囲まれ、該外面が該内面上を摺動することにより角ラム９の昇降が案内される。昇降部材１２ｂは、昇降軸１２ａ上をＺθ軸に沿って昇降する。モータ１８は、昇降部材１２ｂに接続されて、角ラム９（及び主軸１０）と同期（一体）に昇降する。テーブルＷは、Ｚｔ軸周りに回転する。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。図２は、本発明の一実施例に係る立軸型平面研削盤の正面断面図である。図３は、図２の要部上面図である。図４は、図２に示したラム受け台の下面図である。

図２〜図４を参照すると、本発明の一実施例に係る立軸型平面研削盤は、テーブル１上に保持されたワークＷを、立軸回りに回転自在及び立軸方向に昇降自在な主軸２に取り付けられた砥石１０ａによって研削する立軸型平面研削盤であって、テーブル１ａを回転自在に支持する定置のベッド部１と、ベッド部１に固定された中間コラム部２と、中間コラム部２に固定されたラム受け部３と、ラム受け部３に形成された中空筒状のラム受け枠４ａと、ラム受け部３に回転自在に支持されたボールネジ５と、ボールネジ５に螺合されボールネジ５の回転に伴って昇降するボールナット６と、ボールナット６の一側に接続されたモータ（主軸回転用モータ）１８と、主軸１０を回転自在に支持し、ボールナット６の他側に接続されてラム受け枠４ａ内を昇降する角ラム９と、を有している。角ラム９の立軸周りの外面は、ラム受け枠４ａの内面によって囲まれ、該外面が該内面上を摺動することにより角ラム９の昇降が案内される。

モータ１８は、取付板等を含むモータ接続部８を介して、ボールナット６の一側に接続されている。角ラム９は、角ラム接続部７を介して、ボールナット６の他側に接続されている。

テーブル１ａには、テーブル用モータ１ｃからベルト１ｂを介して回転力が伝達される。ボールネジ５には、図５に示すウォーム２３及びホイール２４を介して、ボールネジ用モータ２２からギヤボックス２２ａ（図５に示すウォーム２３及びホイール２４参照）を介して回転力が伝達される。主軸１０には、モータ１８から、プーリ１９、ベルト２１、プーリ２０を介して回転力が伝達される。

主軸２は、ヘッド９に対して、上下のベアリング１５，１６ｂを介して回転自在に支持されている。上ベアリング１５には、スプリング１７が作用している。

特に、図４を参照すると、ラム受け部３は、ブロック状のラム受け台３ａと、ラム受け台３ａにボルト固定されラム受け枠４ａの一側面を塞ぐラム受け板３ｂから構成されている。ラム受け台３ａには、ラム受け枠４ａ用の開口と、ボールネジ用孔４ｂと、モータ１８が昇降するモータ昇降孔４ｃが形成されている。さらに、ラム受け台３ａには、ラム受け枠４ａ用の開口とボールネジ用孔４ｂとの間に、角ラム接続部７が昇降するための空間が形成され、ボールネジ用孔４ｂとモータ昇降孔４ｃの間に、モータ接続部８が昇降するための空間が形成されている。

特に、図４を参照すると、ラム受け枠４ａは、ラム受け台３ａのコの字状面と、ラム受け板３ｂの一側面と、ラム受け台３ａ又はラム受け板３ｂに位置調整可能に取り付けられる楔１３の外面によって形成されている。

図５は、図２に示した立軸型平面研削盤を模式的に説明する正面断面図である。図６は、図２に示した立軸型平面研削盤を模式的に説明する上面図である。

特に、図４〜図６を参照すると、角ラム９の外面とラム受け枠４ａの内面の間には、角ラム９およびラム受け枠４ａの角部に配置され、角ラム９の昇降を案内するための八箇所の滑り面２７及び四箇所の基準滑り面（基準受け面）２８がある。基準滑り面２８は、ラム受け台３ａの内面上に形成されている。滑り面２７は、断面四角状の角ラム９の外面において各四面にそれぞれ配置されている。

特に、図６を参照すると、角ラム９の外面は、主軸１０とボールネジ５の軸を結ぶＸ方向に沿って、主軸１０を挟んで両側にそれぞれ配置されたＸ方向の滑り面２７，２７と、Ｘ方向と立軸方向に直交するＹ方向に沿って、主軸１０を挟んで両側にそれぞれ配置されたＹ方向の滑り面２７，２７と、を含んでいる。滑り面２７は、角ラム９のＸ方向及びＹ方向外面においてそれらの両端部にそれぞれ配置されている。

なお、滑り面２７ないし基準滑り面（基準受け面）２８同士の間には、逃げ面２９を形成して、角ラム９とラム受け枠４ａの食いつきを防止することが好ましい。

楔１３は、角ラム９の外面のうち互いに交差する外面（図６のＸ方向外面とＹ方向外面）とそれぞれ摺接するよう複数個配置されている。楔１３は、角ラム９の外面と摺接して、角ラム９の外面（滑り面２７）をラム受け枠４ａの内面のうち基準すべり面（基準受け面）２８に向かって付勢する。

なお、楔１３及び調整ねじ１４には、上述した従来例と同様のものを用いることができる。角ラム９をラム受け枠４ａに挿入した後、調整ねじ１４を回して、角ラム９のラム受け部３に対する精密な位置調整をして、主軸２の垂直度さらに砥石１０ａの加工面の水平度を出すことができる。

なお、楔１３の立軸方向（Ｚ方向）の長さは、角ラム９の同方向長さの半分程度が好ましい。楔１３の厚み（Ｘ方向又はＹ方向の厚み）及びテーパ角度は、十分な強度と調整幅が担保できるよう設定すればよい。楔１３は、その全長に亘って、角ラム９の外面（滑り面２７）に当てることが好ましい。

本実施例によれば、角ラム９の昇降時、角ラム９がそれを囲むラム受け枠４ａにＸ方向及びＹ方向に沿って挟持された状態で、ラム受け枠４ａ内面上を摺動することにより、角ラム９の支持が安定し、主軸１０の垂直度ひいては砥石１０ａの加工面の水平度が高められている。また、主軸２の回転力をベルト２１を介して、主軸２のＸ方向片側に配置されたモータ８から得ているが、角ラム９がＸ方向に関して挟持されているため、主軸２の傾きが防止される。

かくして、本実施例によれば、ボールネジ５の回転軸Ｚθを通るＹＺ平面を中心として、ボールナット６の一側にモータ１８等が接続され、同他側に主軸１０を含む角ラム９が接続された立軸型平面研削盤において、砥石１０ａ及び主軸が巨大化し、或いは主軸１０が高速回転される場合であって、主軸１０の傾きや振れが高度に防止される。また、主軸１０を含む角ラム９をラム受け部３に取り付ける際、角ラム９の位置調整も容易となる。したがって、本実施例の装置によれば、主軸１０の回転を高速度化した場合、或いは主軸１０に取り付ける砥石１０ａが大型化した場合であっても、高い加工精度を得ることができる。

また、特に、図２又は図５を参照すると、本実施例の立軸型平面研削盤は、ボールネジ５を中心として、ボールナット６の一側（モータ１８側）と他側（角ラム９側）にそれぞれ印加される荷重を調整するバランスウェイト２１を有している。バランスウェイト２１は、モータ接続板７に対して接続されて、モータ１８の下方に配置されている。これによって、ボールネジ５を中心軸Ｚθとする左右の微妙なバランスが取れ、主軸２の振れが一層防止される。

本発明の立軸型平面加工盤、特に研削盤は、工具（砥石）周速１０００〜１２００ｍ、７００φテーブルの回転数１０００ｒｐｍの高速・大型研削に好適に適用される。また、本発明は、半導体装置等の加工に好適に適用され、特に、大型のシリコン基板等の半導体装置の加工に好適に適用されるが、同様の加工精度を要するその他の部材一般の加工にも、当然適用できる。

本発明の概念構成図である。 本発明の一実施例に係る立軸型平面研削盤の正面断面図である。 図２の要部上面図である。 図２に示したラム受け台の下面図である。 図２に示した立軸型平面研削盤を模式的に説明する正面断面図である。 図２に示した立軸型平面研削盤を模式的に説明する上面図である。 従来例に係る立軸型平面研削盤の一例の正面図である。 図７に示した立軸型平面研削盤のヘッド片持ち構造を模式的に示す要部上面図である。

符号の説明

１ ベッド部
１ａ テーブル
１ｂ ベルト
１ｃ テーブル駆動モータ
２ 中間コラム部
３ ラム受け部
３ａ ラム受け台
３ｂ ラム受け板
４ａ ラム受け枠
４ｂ ボールネジ用孔
４ｃ モータ昇降孔
５ ボールネジ（昇降駆動部材）
６ ボールナット（昇降部材）
（５，６） 昇降機構
７ 角ラム接続部
８ モータ接続部
９ 角ラム
１０ 主軸
１０ａ 工具
１１ 定置部材（ベット部１，中間コラム部２，ラム受け部３）
１２ 昇降機構
１２ａ 昇降軸（ボールネジ５）
１２ｂ 昇降部材（ボールナット６）
１２ｃ ギヤボックス（ウォーム２３，ホイール２４）
１３ 楔
１４ 調整ねじ
１５ 上ベアリング
１６ 下ベアリング
１７ スプリング
１８ モータ
１９ プーリ
２０ プーリ
２１ ベルト
２２ ボールネジ用モータ
２２ａ ギヤボックス
２３ ウォーム
２４ ホイール
（２３，２４） ギヤボックス
２５ バランスウェイト
２７ 滑り面
２８ 滑り基準面（基準受け面）
Ｚ 主軸の回転軸（立軸）
Ｚｔ テーブル回転軸
Ｚθ ボールネジの回転軸（中心軸）

Claims (11)

1. テーブル上に保持されたワークを、立軸回りに回転自在及び該立軸方向に昇降自在な主軸に取り付けられた工具によって研削する立軸型平面加工盤であって、
   前記テーブルを回転自在に支持する定置のベッド部と、
   前記ベッド部に固定された中間コラム部と、
   前記中間コラム部に固定されたラム受け部と、
   前記ラム受け部に形成された中空筒状のラム受け枠と、
   昇降部材を垂直姿勢を維持して昇降させる昇降機構と、
   前記昇降機構の一側において前記昇降部材に接続されたモータと、
   前記主軸を回転自在に支持し、前記昇降機構の他側において前記昇降部材に接続されて前記ラム受け枠内を昇降する角ラムと、
   を有し、
   前記角ラムの前記立軸周りの外面は前記ラム受け枠の内面によって囲まれ、該外面が該内面上を摺動することにより該角ラムの昇降が案内される、
   ことを特徴とする立軸型平面加工盤。
2. 前記ラム受け枠の角部に、前記角ラムを受ける基準すべり面が配置され、
   前記角ラムの外面は、該角ラムの角部に配置され前記基準すべり面と摺動する滑り面であって、前記主軸と前記昇降機構の昇降軸を結ぶＸ方向に沿って、前記主軸を挟んで両側にそれぞれ配置されたＸ方向の滑り面と、前記Ｘ方向と前記立軸方向に直交するＹ方向に沿って、前記主軸を挟んで両側にそれぞれ配置されたＹ方向の滑り面と、を含む、ことを特徴とする請求項１記載の立軸型平面加工盤。
3. 前記主軸が調芯可能となるよう前記ラム受け部に位置調整可能に取り付けられ、前記角ラムの前記外面と摺接して、前記角ラムの外面を前記ラム受け枠の内面のうち基準滑り面に向かって付勢する楔を有する、ことを特徴とする請求項１又は２記載の立軸型平面加工盤。
4. 複数の前記楔が、前記角ラムの外面のうち互いに交差する該外面とそれぞれ摺接するよう配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一記載の立軸型平面加工盤。
5. 前記角ラムの前記外面において、各面に前記ラム受け枠の内面と摺動する滑り面があることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一記載の立軸型平面加工盤。
6. 前記ラム受け枠は、前記中間コラム部に固定されたラム受け台と、前記ラム受け台に固定され該ラム受け枠の一側面を塞ぐラム受け板と、前記ラム受け台ないし前記ラム受け板に位置調整可能に取り付けられる楔によって形成される、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一記載の立軸型平面加工盤。
7. 前記昇降機構は、ボールネジ機構から成り、
   前記ボールネジ機構は、前記ラム受け部に回転自在に支持されたボールネジと、前記昇降部材として前記ボールネジに螺合され該ボールネジの回転に伴って昇降するボールナットとを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一記載の立軸型平面加工盤。
8. 前記昇降機構の昇降軸を中心として、前記昇降部材の前記モータ側と前記角ラム側にそれぞれ印加される荷重を調整するバランスウェイトを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一記載の立軸型平面加工盤。
9. 前記バランスウェイトは、前記昇降部材の前記モータ側に対して接続されて、該モータの下方に配置されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一記載の立軸型平面加工盤。
10. 前記ラム受け枠は、角筒状であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一記載の立軸型平面加工盤。
11. 前記立軸型平面加工盤は、立軸型平面研削盤であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一記載の立軸型平面加工盤。

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