JP7129904B2 - 電極端子挿入治具 - Google Patents

Description

本発明は、電極端子挿入治具に関する。

一般に、スピンドルの先端に切削ブレードを装着し、チャックテーブルに保持した被加工物を切削加工する切削装置が知られている。この種の切削装置は、被加工物への切り込み深さを制御するため、切削ブレードの下端がチャックテーブルに接触した位置を原点位置として検出する原点位置検出機構を備えている。この原点検出機構は、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の、該スピンドルの端面に対向する挿入口に電極端子を挿入し、回転する該スピンドルの端面に向かって押しつけることで電極端子とスピンドルとが摺動しつつ電気的に接続し、電極端子に接続されたリード線を原点検出回路に接続して構成される。このように構成された原点検出機構は、切削ブレードがチャックテーブルに接触すると、スピンドルを介して原点検出回路に電流が流れるため、この電流の流れを電流計によって検出し、この電流を検出した時点における切削ブレードの切り込み位置を原点位置に設定している（例えば、特許文献１参照）。

実用新案登録第２５９７８０８号公報

ところで、上記した電極端子は、スピンドルの端面と接触する先端のカーボンブラシ片と、このカーボンブラシ片に接続される長尺なコイルばねと、コイルばねに接続するリード線とからなっている。カーボンブラシ片は、コイルばねの付勢力によって、スピンドルの端面と摺動しているため、カーボンブラシ片の摩耗によって定期的な交換を要する。一方、コイルばねとカーボンブラシ片とを有する電極端子は形状を維持しにくく、スピンドルハウジングの端の凹部の底部に形成された挿入口に電極端子を挿入するには熟練を要し、工数がかかる問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電極端子を挿入口に容易に挿入できる電極端子挿入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、本発明は、被加工物を切削する切削ブレードが先端に装着されるスピンドルを回転自在に収容するスピンドルハウジングの後端に形成された凹部の底部に形成され、該スピンドルに接触する導通用の長尺な電極端子が挿入される挿入口に該電極端子を挿入するための電極端子挿入治具であって、先端が該凹部の下側に挿入されて嵌合し、該先端を含む上面に該電極端子が載置され該挿入口に連通するガイド溝を有し、該電極端子が該挿入口に案内されることを特徴とするものである。

本発明に係る電極端子挿入治具は、先端が凹部の下側に挿入されて嵌合し、先端を含む上面に電極端子が載置され挿入口に連通するガイド溝を有するため、電極端子を上面のガイド溝に載置し、先端をスピンドルハウジングの凹部に嵌合させることで、電極端子をガイド溝によって挿入口に案内することができ、電極端子を挿入口に容易に挿入することができる。

図１は、本実施形態に係る電極端子挿入治具が使用される切削ユニットを備えた切削装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、原点検出機構が設けられた切削ユニットの縦断面図である。 図３は、電極端子の構成例を示す斜視図である。 図４は、電極端子挿入治具を模式的に示す斜視図である。 図５は、スピンドルハウジングの凹部に電極端子挿入治具を連結した状態を示す図である。 図６は、電極端子挿入治具を使用して電極端子をスピンドルハウジングの挿入口に挿入する動作の説明図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

以下、本実施形態に係る電極端子挿入治具について説明する。図１は、本実施形態に係る電極端子挿入治具が使用される切削ユニットを備えた切削装置の構成例を示す斜視図である。図２は、原点検出機構が設けられた切削ユニットの縦断面図である。図３は、電極端子の構成例を示す斜視図である。切削装置１は、図１に示すように、チャックテーブル１０と切削ユニット２０とを相対移動させることにより、チャックテーブル１０上に保持された被加工物（不図示）を切削加工するものである。切削装置１は、チャックテーブル１０と、切削ユニット２０と、撮像ユニット３０と、Ｘ軸移動ユニット４０と、Ｙ軸移動ユニット５０と、Ｚ軸移動ユニット６０とを含んで構成されている。

被加工物は、切削加工される加工対象であり、特に限定されないが、例えば、シリコン、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）等を母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハ、セラミックス、ガラス、サファイア系の円板状の無機材料基板、金属や樹脂等の円板状の延性材料等を含む各種加工材料である。

チャックテーブル１０は、図１に示すように、多孔性セラミックス等から形成された保持部１１と、この保持部１１が配置される枠体１３と、この枠体１３の周囲に配設された複数（例えば４個）のクランパ１２とを備える。保持部１１は、板状の被加工物をその裏面側から吸引することで保持する。クランパ１２は、被加工物を支持する環状フレーム（不図示）を挟持する。枠体１３は、例えば、ステンレス鋼等の導電性を有する金属材料で形成されている。また、チャックテーブル１０は、保持部１１の中心軸線を中心に回転可能に構成されており、切削ユニット２０に対して、任意の回転角度に調整することができる。

切削ユニット２０は、切削ブレード２１と、スピンドル２２（図２）と、スピンドルハウジング２３と、切削液供給ノズル２４とを含んでいる。スピンドルハウジング２３内にはスピンドル２２が収容され回転可能に支持されている。スピンドル２２は、スピンドルハウジング２３中に収容されたモータ２６（図２）により回転駆動され、スピンドル２２の先端側には切削ブレード２１が着脱可能に装着されている。

切削ブレード２１は、チャックテーブル１０に保持された被加工物を切削する。切削ブレード２１は、略リング形状の極薄の切削砥石である。切削液供給ノズル２４は、切削ブレード２１による被加工物の加工中に、被加工物の加工点へ切削液を供給する。

撮像ユニット３０は、複数の画素からなり、チャックテーブル１０に保持された被加工物を撮像し、画像を生成する。撮像ユニット３０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサを用いたカメラ等であるが、これに限定されるものではない。

Ｘ軸移動ユニット４０は、装置基台２上に搭載されて、チャックテーブル１０を切削送り方向（Ｘ軸方向）に移動させるものである。切削送り方向（Ｘ軸方向）は、鉛直方向と直交する。Ｘ軸移動ユニット４０は、Ｘ軸パルスモータ４１と、Ｘ軸ボールねじ４２と、一対のＸ軸ガイドレール４３，４３とを含んでいる。一対のＸ軸ガイドレール４３，４３上には、チャックテーブル１０が載置され、このチャックテーブル１０の下部にＸ軸ボールねじ４２が螺合している。Ｘ軸移動ユニット４０は、Ｘ軸パルスモータ４１により発生した回転力によりＸ軸ボールねじ４２を回転駆動させることで、チャックテーブル１０を一対のＸ軸ガイドレール４３，４３に沿って、装置基台２に対してＸ軸方向に移動させる。

Ｙ軸移動ユニット５０は、装置基台２上に搭載されて、切削ブレード移動基台３及び切削ユニット２０を割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動させるものである。ここで、割り出し送り方向（Ｙ軸方向）は、切削ブレード２１の回転軸の軸方向であり、切削送り方向（Ｘ軸方向）及び鉛直方向とそれぞれ直交している。Ｙ軸移動ユニット５０は、Ｙ軸パルスモータ５１と、Ｙ軸ボールねじ５２と、一対のＹ軸ガイドレール５３，５３とを含んでいる。一対のＹ軸ガイドレール５３，５３上には、切削ユニット２０が搭載される切削ブレード移動基台３が載置され、この切削ブレード移動基台３の下部にＹ軸ボールねじ５２が螺合している。Ｙ軸移動ユニット５０は、Ｙ軸パルスモータ５１により発生した回転力によりＹ軸ボールねじ５２を回転駆動させることで、切削ブレード移動基台３及び切削ユニット２０をＹ軸ガイドレール５３，５３に沿って、装置基台２に対してＹ軸方向に移動させる。

Ｚ軸移動ユニット６０は、切削ブレード移動基台３に搭載されて、支持部４及び切削ユニット２０を切り込み送り方向（Ｚ軸方向）に移動させるものである。この切り込み送り方向（Ｚ軸方向）は、鉛直方向であり、切削送り方向（Ｘ軸方向）及び割り出し送り方向（Ｙ軸方向）にそれぞれ直交する。Ｚ軸移動ユニット６０は、切削ブレード移動基台３に設けられており、Ｚ軸パルスモータ６１と、Ｚ軸ボールねじ（不図示）と、一対のＺ軸ガイドレール６３，６３とを含んでいる。一対のＺ軸ガイドレール６３，６３には、切削ユニット２０が搭載される支持部４が連結されており、この支持部４にＺ軸ボールねじが螺合している。Ｚ軸移動ユニット６０は、Ｚ軸パルスモータ６１により発生した回転力によりＺ軸ボールねじを回転させることで、支持部４及び切削ユニット２０をＺ軸ガイドレール６３に沿ってガイドしつつ、切削ブレード移動基台３に対してＺ軸方向に移動させる。

上記した構成では、被加工物を保持したチャックテーブル１０と切削ユニット２０とを切削送り方向（Ｘ軸方向）、割り出し送り方向（Ｙ軸方向）及び切り込み送り方向（Ｚ軸方向）にそれぞれ相対的に移動させて被加工物に対する切削加工を行う。この場合、切削ブレード２１の切り込み量を制御するために、切削ブレード２１の基準となる高さ位置（原点位置）を予め切削装置１に設定しておく必要がある。このため、切削装置１は、図２に示すように、切削ブレード２１の原点位置を検出するための原点検出機構７０を切削ユニット２０に備えている。

まず、図２を参照して、切削ユニット２０の内部構造を説明する。上述のように、切削ユニット２０は、スピンドル２２と、このスピンドル２２を収容するスピンドルハウジング２３とを備える。スピンドル２２は、導電性材料により略円柱状に形成されたスピンドル本体２２Ａと、スピンドル本体２２Ａの外周に円板状に径方向に突出して形成されたスラストプレート２２Ｂとを備える。スピンドルハウジング２３は筒状に形成され、軸方向に貫通する軸孔２３Ａを備えている。スピンドル２２は、スピンドルハウジング２３に形成された軸孔２３Ａに挿通して配設され、この軸孔２３Ａの内壁とスピンドル２２との間に供給される高圧エアによって回転自在に支持される。

また、スピンドルハウジング２３内には、スピンドル２２を回転駆動するモータ２６が収容されている。このモータ２６は、導電性を有し、軸方向にスピンドル２２と一体的に形成されるロータ２６Ａと、このロータ２６Ａの外周側においてスピンドルハウジング２３に固定されたステータ２６Ｂとを備えて構成される。ステータ２６Ｂは、通電により磁界を発生させてロータ２６Ａを回転駆動する回転力を発生させ、切削ブレード２１を回転駆動する。

スピンドルハウジング２３は、少なくとも後端部２３Ｂ（図２では右端部）が絶縁性の樹脂材で形成されている。この後端部２３Ｂには、軸方向に窪んだ凹部２３Ｃが形成され、この凹部２３Ｃに原点検出機構７０が設けられている。具体的には、原点検出機構７０は、一対の電極端子７１を備え、これら電極端子７１は、スピンドルハウジング２３の凹部２３Ｃの底部２３Ｃ１に形成された一対の挿入口２３Ｄにそれぞれ挿入されている。この挿入口２３Ｄは、スピンドルハウジング２３内に収容されるモータ２６のロータ２６Ａの端面２６Ａ１に対向する。

一対の電極端子７１は、図２及び図３に示すように、ロータ２６Ａの端面２６Ａ１（スピンドル２２）と接触する導通用のカーボンブラシ片７２と、このカーボンブラシ片７２に接続される長尺なコイルばね７３と、このコイルばね７３に接続される固定部材７４とを備える。カーボンブラシ片７２は、略円柱状に形成されてロータ２６Ａの端面２６Ａ１に対向して当接する当接面７２Ａを有する。コイルばね７３は、いわゆる圧縮ばねであり、カーボンブラシ片７２をロータ２６Ａの端面２６Ａ１に押し付ける方向に付勢する。コイルばね７３は、導電性材料で形成されて、カーボンブラシ片７２と固定部材７４とを物理的及び電気的に連結する。固定部材７４は、導電性材料を略円柱状に形成し、カーボンブラシ片７２及びコイルばね７３と共に挿入口２３Ｄに挿入され、コイルばね７３の付勢力によってカーボンブラシ片７２をロータ２６Ａの端面２６Ａ１に押し付けた状態に保持する。本実施形態では、固定部材７４は、円柱状の外周面に雄ねじ７４Ａ（固定部）が形成され、スクリュードライバ等の工具（不図示）を用いて挿入口２３Ｄの内周面に形成される雌ねじ（不図示）に螺合して固定される。固定部材は上記した形状に限るものではなく、カーボンブラシ片７２をロータ２６Ａの端面２６Ａ１に押し付けた状態に保持できれば他の形状としてもよい。

原点検出機構７０は、電極端子７１の固定部材７４にそれぞれ接続されたリード線７５により形成される原点検出回路７６を備える。原点検出回路７６において、一方の電極端子７１は、固定部材７４に接続されたリード線７５により、電流計７７、電源７８、第１スイッチ７９を介してチャックテーブル１０の枠体１３に接続されている。また、他方の電極端子７１の固定部材７４に接続されたリード線７５は２つに分岐され、一方のリード線７５は、第２スイッチ８０を介して、電源７８と第１スイッチ７９との間に接続されている。他方のリード線７５は、第３スイッチ８１を介して、アースに接続（接地）されている。

まず、切削ブレード２１の切り込み方向（Ｚ軸方向）の基準と成る原点位置を検出する時以外には、第１スイッチ７９、第２スイッチ８０を開き、第３スイッチ８１を閉じてスピンドル２２（ロータ２６Ａ）、他方の電極端子７１、第３スイッチ８１とアースとを電気的に接続させ、スピンドル２２をアースする。

一方、切削ブレード２１の原点位置を検出するには、モータ２６でスピンドル２２を高速で回転させながら、原点検出回路７６の第１スイッチ７９と第３スイッチ８１を開き、第２スイッチ８０を閉じる。これにより、一対の電極端子７１のカーボンブラシ片７２がいずれもロータ２６Ａの端面２６Ａ１に正常に当接している場合には、一方の電極端子７１からロータ２６Ａ、他方の電極端子７１、第２スイッチ８０、電源７８、電流計７７を通じて再び一方の電極端子７１に戻る閉回路が形成される。このため、この閉回路に流れる電流を電流計７７で検出することにより、各電極端子７１の正常な動作を確認できる。

次に、第２スイッチ８０、第３スイッチ８１を開き、第１スイッチ７９を閉じてから、Ｚ軸移動ユニット６０を駆動して切削ユニット２０を下降させる。この時、切削ユニット２０における切削ブレード２１（切刃）がチャックテーブル１０の枠体１３に接触すると、切削ブレード２１から枠体１３、第１スイッチ７９、電源７８、電流計７７、一方の電極端子７１、スピンドル（ロータ２６Ａ）２２を通じて、再び切削ブレード２１に戻る閉回路が形成されるため、この閉回路に流れた電流を電流計７７により検出できる。

これによって、電流計７７で電流を検出した瞬間を切削ブレード２１の切り込み方向（Ｚ軸方向）の原点位置と定め、切削装置１の図示しないコントローラ中のＺ軸方向の位置を０にリセットしてメモリに記憶する。その後、被加工物の切削は、この原点位置を基準として適正な量の切り込みで行うことができる。Ｚ軸方向の原点位置の検出は、切削ブレード２１の切刃の磨耗の程度を考慮して、定期的に又は任意に実施するようにする。

一方、上記した閉回路に流れた電流を電流計７７で検出できなかった場合には、何れかの電極端子７１のカーボンブラシ片７２がロータ２６Ａの端面２６Ａ１に正常に当接していないと想定されるので、切削ブレード２１の原点位置の検出の作業を中止し、原点検出機構７０の補修を実施する。原点検出機構７０の補修としては、例えば、カーボンブラシ片７２が摩耗した場合には、この電極端子７１を新品に交換する。ここで、コイルばね７３とカーボンブラシ片７２とを有する電極端子７１は形状を維持しにくく、スピンドルハウジング２３の凹部２３Ｃの底部２３Ｃ１に形成された挿入口２３Ｄに電極端子７１を挿入するには熟練を要し、工数がかかる問題がある。

次に、電極端子７１を交換する際に使用する電極端子挿入治具について説明する。図４は、電極端子挿入治具を模式的に示す斜視図である。図５は、スピンドルハウジングの凹部に電極端子挿入治具を連結した状態を示す図である。電極端子挿入治具１００は、上記したスピンドルハウジング２３の凹部２３Ｃの底部２３Ｃ１に形成された挿入口２３Ｄに電極端子７１を挿入するためのものである。電極端子挿入治具１００は、図４に示すように、矩形状（直方体状）をした本体部１０１と、この本体部１０１の短手方向の一側面１０１Ｂから側方に突出した突出部（先端）１０２とを備える。電極端子挿入治具１００は、例えば、樹脂材料などによって一体的に形成される。

突出部１０２は、図４に示すように、上面１０２Ａが平面となり、下面１０２Ｂが円弧状の曲面となる略半円柱状に形成される。突出部１０２の上面１０２Ａは本体部１０１の上面１０１Ａと面一に形成され、これら上面１０１Ａ，１０２Ａには、長手方向に沿って延びる二本のガイド溝１０３が形成されている。このガイド溝１０３は、上記した電極端子７１（図３）が載置されて該電極端子７１を挿入口２３Ｄに案内する溝である。ガイド溝１０３、少なくとも長手方向の長さＬは、電極端子７１（カーボンブラシ片７２、コイルばね７３及び固定部材７４）の平常時（付勢されていない状態）の長さよりも長く形成されている。

電極端子挿入治具１００は、図５に示すように、例えば、作業台１１０の上でスピンドルハウジング２３と連結される。具体的には、突出部１０２は、スピンドルハウジング２３の凹部２３Ｃの下側に挿入されて該凹部２３Ｃと嵌合する。二本のガイド溝１０３は、突出部１０２が凹部２３Ｃと嵌合した際に挿入口２３Ｄと連通する位置及び大きさに形成されている。図５に示すように、ガイド溝１０３の溝幅が挿入口２３Ｄの直径と同等に形成され、ガイド溝１０３の溝底１０３Ａが挿入口２３Ｄの下縁２３Ｄ１とほぼ面一になるように形成されている。

次に、電極端子７１の交換動作について説明する。図６は、電極端子挿入治具を使用して電極端子をスピンドルハウジングの挿入口に挿入する動作の説明図である。交換前の古い電極端子７１は、挿入口２３Ｄから引き抜かれている。

図６に示すように、スピンドルハウジング２３を例えば作業台１１０の上に載せる。この場合、切削ブレード２１（図１）はスピンドル２２から取り外されている。次に、スピンドルハウジング２３の凹部２３Ｃに電極端子挿入治具１００の突出部１０２を挿入して、スピンドルハウジング２３と電極端子挿入治具１００とを連結する。この状態で、電極端子挿入治具１００に形成された二本のガイド溝１０３にそれぞれ新しい電極端子７１を載せる。

上述のように、二本のガイド溝１０３は、突出部１０２を凹部２３Ｃに嵌合させた際に、挿入口２３Ｄと連通する位置及び大きさに形成されているため、ガイド溝１０３に沿って電極端子７１を挿入口２３Ｄに向けて案内し、該挿入口２３Ｄ内にカーボンブラシ片７２、コイルばね７３及び固定部材７４を順次挿入する。固定部材７４が挿入口２３Ｄに挿入されると、工具を使用して該固定部材７４を挿入口２３Ｄに固定することで、カーボンブラシ片７２はロータ２６Ａの端面２６Ａ１に押し付けた状態で保持される。

本実施形態では、電極端子挿入治具１００は、スピンドルハウジング２３の凹部２３Ｃの下側に挿入されて嵌合する突出部１０２を備え、この突出部１０２を含む電極端子挿入治具１００の上面１０１Ａ、１０２Ａに電極端子７１が載置され挿入口２３Ｄに連通するガイド溝１０３を有するため、ガイド溝１０３に沿って電極端子７１を挿入口２３Ｄに向けて案内することができる。このため、電極端子７１がコイルばね７３に接続されたカーボンブラシ片７２を有して形状を維持しにくい構造であっても、該電極端子７１を容易に挿入口２３Ｄに挿入することができ、作業時間の大幅な低減（１台あたり約２０分低減）を可能とした。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。上記した実施形態では、電極端子挿入治具１００は、本体部１０１側にガイド溝１０３の長手方向の後端（隔壁）を設けているが、これに限るものではなく、長手方向の後端を除去して長手方向に貫通したガイド溝としてもよい。この構成では、ガイド溝にスクリュードライバを沿わせつつ電極端子７１を固定することができ、電極端子７１の取付作業をより効率良く行うことができる。

１ 切削装置
１０ チャックテーブル
１３ 枠体
２０ 切削ユニット
２１ 切削ブレード
２２ スピンドル
２３ スピンドルハウジング
２３Ａ 軸孔
２３Ｂ 後端部（後端）
２３Ｃ 凹部
２３Ｃ１ 底部
２３Ｄ 挿入口
２６ モータ
２６Ａ ロータ（スピンドル）
２６Ｂ ステータ
７０ 原点検出機構
７１ 電極端子
７２ カーボンブラシ片
７２Ａ 当接面
７３ コイルばね
７４ 固定部材
７５ リード線
７６ 原点検出回路
１００ 電極端子挿入治具
１０１ 本体部
１０１Ａ 上面
１０２ 突出部（先端）
１０２Ａ 上面
１０３ ガイド溝

Claims (1)

1. 被加工物を切削する切削ブレードが先端に装着されるスピンドルを回転自在に収容するスピンドルハウジングの後端に形成された凹部の底部に形成され、該スピンドルに接触する導通用の長尺な電極端子が挿入される挿入口に該電極端子を挿入するための電極端子挿入治具であって、
   先端が該凹部の下側に挿入されて嵌合し、該先端を含む上面に該電極端子が載置され該挿入口に連通するガイド溝を有し、
   該電極端子が該挿入口に案内されることを特徴とする電極端子挿入治具。

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