JPH08118184A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動を防止することができるスピンドル装置
を提供する。 【構成】 回転軸１の左端に加工具を取り付け、回転軸
１の中央部に軸受３を配置し、右端部に磁気軸受複合モ
ータ２を配置する。この磁気軸受複合モータ２は、回転
磁界を形成するモータ巻線と、位置制御および磁気軸受
磁界を形成する磁気軸受巻線を備えているので、回転磁
界の機能と磁気軸受の機能を有する。従って、回転軸１
が短くても磁気軸受剛性と回転磁界との両方を確保でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スピンドル装置に係
り、例えば、回転軸の一端に取り付けた加工具により被
加工物を加工するスピンドル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、砥石等が先端部に取り付けられた
回転軸を軸受で回転自在に支持し、この回転軸をモータ
で高速回転させ、被加工物を砥石等で加工する装置とし
てスピンドル装置が知られている。

【０００３】このようなスピンドル装置の中には、被加
工物の形状や材料特性、或いはスピンドル装置を取付け
るための工作機械本体からの要求に応じるために、加工
具とその軸受による支持部とを離れた配置にした、特徴
のある形状のスピンドル装置がある。

【０００４】特徴のある形状をしたスピンドル装置の例
としては、半導体ウェーハを所定寸法で切断又は切溝加
工するためのダイシングソーが知られている。図４
（ａ）は、ダイシングソーと半導体ウェーハとの使用状
態における関係を示す概念図である。

【０００５】図４（ａ）に示すように、ダイシングソー
本体４１の内部には、回転軸４５や、図示しない軸受や
モータ等が配設されている。そして、回転軸４５の左端
部に取り付けられた極薄外周刃（ブレード）４２をモー
タで高速回転させつつ、半導体ウェーハ４３の左端部側
の１本目の切溝４４ａを加工する。

【０００６】次いで、ダイシングソー本体４１を右方
（矢印Ｘ方向）に移動させ、２本目の切溝４４ｂを加工
し、以下順次ダイシングソー本体４１を右方に移動させ
て切溝４４ｃ〜４４ｎを形成していく。図４（ｂ）は、
切溝加工時における半導体ウェーハ４３とブレード４２
とダイシングソー本体４１との関係を示す側面図であ
る。

【０００７】図４（ｂ）に示すように、ブレード４２の
刃先が半導体ウェーハ４３に切り込まれることにより、
切溝４４ａが形成されていく。この切溝加工の際には、
ブレード４２の直径（例えば、５０ｍｍ）がダイシング
ソー本体４１の直径（例えば、４０ｍｍ）より大きく形
成されていないと、ダイシングソー本体４１の外周面が
半導体ウェーハ４３に接触し、正確な切溝加工ができな
い。

【０００８】従って、ダイシングソー本体４１の、ブレ
ード４２の直径より小さな直径で構成される突き出し部
の長さＬは、半導体ウェーハ４３の直径（例えば、８イ
ンチ）とほぼ同等ないしはそれ以上の長さが必要であ
り、ダイシングソー本体４１は必然的に細長い外形とな
ってしまう。

【０００９】また、ダイシングソー本体４１内に配設さ
れた軸受として空気軸受を使用した場合には、回転軸４
５の長さがある程度長くないと、十分な磁気軸受剛性を
確保するのが困難である。この空気軸受を使用すること
も、ダイシングソー本体４１が細長い外形となる一因と
なっている。

【００１０】図５は、前述のような細長いダイシングソ
ーを構成する場合に使用するスピンドル装置Ｓの一例の
概略断面図である。図５に示すように、回転軸５１の右
端部側には、回転磁界を発生して回転軸５１を回転駆動
するためのモータ５２が配置され、回転軸５１の中央部
には回転軸５１を空気圧力により浮上させて回転自在に
支持する幅の広い空気軸受５３が配置されている。空気
軸受５３には、外部に配置された圧縮機（図示せず）か
ら供給された圧縮空気を回転軸５１の中心軸方向に吹き
出すための複数の絞り５３ａが形成されている。

【００１１】回転軸５１の左端部側には小径部５１ａが
突設され、小径部５１ａの左端部には図示しない砥石、
ブレード等の加工具が取り付けられる。小径部５１ａの
中央部にはスラストディスク５４が配置され、その近傍
にはスラスト電磁石５５が配置されている。

【００１２】以上説明したように、従来のスピンドル装
置Ｓは、モータや幅広の空気軸受等を使用しているた
め、回転軸５１の右端面と左端面との長さＬ00が非常に
長くなってしまっていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように回転軸５１が長くなると、不安定な振動が発生し
やすくなり、そのために回転軸を高速回転させるのが困
難であった。一方、図５における前記長さＬ00は、非常
に長くなっているが、前述の半導体ウェーハ４３（図４
（ｂ）参照）の切溝加工に必要なダイシングソー本体４
１の突き出し部の長さＬは、実際にはかなり短くてよ
い。

【００１４】そこで、本発明の目的は、回転軸の長さが
短く、また、不安定な振動の発生を防止したスピンドル
装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、一端部に加工具が取付けられる回転軸と、この回転
軸を支持する軸受と、前記回転軸を磁力により位置制御
する磁気軸受機能と、前記回転軸に回転力を与えるモー
タ機能とを備えた磁気軸受複合モータとをスピンドル装
置に具備させて前記目的を達成する。

【００１６】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
スピンドル装置において、前記磁気軸受複合モータが、
前記回転軸の他端部に配設され、前記軸受は、前記回転
軸の中間部分に配設されたことで前記目的を達成する。
請求項３記載の発明では、請求項１記載のスピンドル装
置において、前記軸受が、前記磁気軸受複合モータの両
側にそれぞれ配設されたことで前記目的を達成する。

【００１７】請求項４記載の発明では、請求項２又は３
記載のスピンドル装置に、前記磁気軸受複合モータによ
り回転される前記回転軸の回転周波数に応じて、前記磁
気軸受機能による磁気軸受剛性を調整する磁気軸受剛性
調整手段を具備させて前記目的を達成する。

【００１８】

【作用】請求項１記載のスピンドル装置では、回転軸
が、磁気軸受複合モータの磁気軸受機能によって磁気浮
上されると共に位置制御される。そして、モータ機能に
よって回転力が与えられることによって、軸受と前記磁
気軸受機能とに軸支されながら回転駆動される。

【００１９】請求項２記載のスピンドル装置では、回転
軸が、その中間部分において軸受により、他端部におい
て磁気軸受複合モータの磁気軸受機能により支持され
る。そして、磁気軸受複合モータのモータ機能による回
転力が前記回転軸の他端側に与えられることで、前記中
間部分と他端部とで軸支されながら回転駆動される。

【００２０】請求項３記載のスピンドル装置では、回転
軸が、磁気軸受複合モータの磁気軸受機能によって支持
されると共に、その両側で軸受によって支持されなが
ら、前記磁気軸受複合モータのモータ機能によって回転
される。請求項４記載のスピンドル装置では、磁気軸受
剛性調整手段が、回転軸の回転周波数に応じて、磁気軸
受剛性の調整を行う。これにより、回転軸の振動が抑制
される。例えば、回転軸の回転周波数が固有振動数また
は略固有振動数になったときに、磁気軸受剛性調整手段
が磁気軸受剛性を強めた場合には、回転軸の共振が防止
される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明のスピンドル装置における一実
施例を図１および図２を参照して詳細に説明する。図１
に示すように、スピンドル装置Ｓ00を構成する回転軸１
の左端から右端までの長さはＬａであり、この長さＬａ
は、図４に示した長さＬにほぼ等しい。

【００２２】回転軸１の右端部側には磁気軸受複合モー
タ２が配置されている。この磁気軸受複合モータ２は、
回転軸１に回転力を与えるモータ機能と、回転軸１を磁
気浮上させて位置制御する磁気軸受機能とを合わせ持っ
たモータである。本実施例における磁気軸受複合モータ
２では、回転軸１に対して回転磁界を発生させるモータ
用巻線と、回転軸１の位置制御を行う磁力を発生させる
磁気軸受用巻線とがそれぞれ独立して鉄心に巻装されて
いる。

【００２３】この磁気軸受複合モータ２には、磁気軸受
複合モータ制御部４が接続されている。磁気軸受複合モ
ータ制御部４は、回転軸１に与える回転力を制御するモ
ータ機能制御部４ａと、回転軸１を磁気浮上させて位置
制御すると共に、回転軸１の磁気軸受剛性を強める制御
を行う「磁気軸受剛性調整手段」としての軸受機能制御
部４ｂとを備えている。

【００２４】回転軸１の中央部には、長さがＬ33であ
り、複数の絞り３ａを有する空気軸受３が配置されてい
る。そして、空気軸受３の左端から磁気軸受複合モータ
２の右端までの長さＬ10は、図４に示した空気軸受５３
の長さＬ11にほぼ等しい（Ｌ11≒Ｌ10）。

【００２５】また、回転軸１の左端部側には小径部１ａ
が突設され、小径部１ａの中央部にはスラストディスク
５４が配置されている。スラストディスク５４の左右側
面に対向してスラスト電磁石５５が配置されている。ス
ラスト電磁石５５は、供給される直流に応じて磁力を発
生し、この磁力によりスラストディスク５４が左右に移
動されて回転軸１の位置決め制御が行なわれる。ここ
に、スラスト電磁石５５に供給される電流の大小および
方向は、図示しないスラスト方向位置検出センサが検出
した回転軸１の位置に応じて決定される。

【００２６】また、小径部１ａの左端部には図示しない
砥石、ブレード等の加工具が取り付けられる。以上のよ
うに構成すると、回転軸１の右端から小径部１ａの左端
までの長さはＬａであり、この長さＬａは、図４（ｂ）
に示した、半導体ウェーハ４３を直径方向に切溝加工す
る場合に必要なダイシングソー本体４１の突き出し部の
長さＬにほぼ等しい（Ｌ≒Ｌａ）。すなわち、図５に示
したスピンドル装置Ｓの全体長さＬ00より、長さＬ22だ
け短くても半導体ウェーハ４３の切溝加工に必要な突出
し長さＬａを確保できる。

【００２７】従って、本実施例によれば、回転軸１の長
さが短いので、不安定な振動が発生し難くなり、回転軸
１の高速回転が可能となる。また、回転軸１の固有振動
数（共振周波数）は、周知のように、回転軸１の重量
と、空気軸受３の支持剛性とにより決定される。この固
有振動数に対して、磁気軸受複合モータ１の磁気軸受巻
線への供給電流を制御することにより、ダンピングをか
けることができ、回転軸１を振動させずに安定して高速
回転させることができる。

【００２８】即ち、従来のタイプのダイシングソーＳ
（図５参照）においては、回転軸の回転周波数を徐々に
上げていった場合に、図２（ａ）に示すように、固有振
動数を通過する。そして、回転軸の回転周波数が固有振
動数を通過する際には、回転軸の振れが大きくなり、符
号Ａで示すように、高速回転に移行することができない
場合がある。

【００２９】そこで、図示しない回転数検出センサによ
り検出された回転軸１の回転周波数が、略固有振動数に
なった場合には、軸受機能制御部４ｂから磁気軸受複合
モータ１の磁気軸受巻線への供給電流を増加するように
制御する。すると、図２（ｂ）に示すように、磁気軸受
複合モータ１の磁気軸受剛性が固有振動数の近辺で強く
なり、回転軸の振れを小さく抑制することができる。す
なわち、共振現象を防止することができる。従って、本
実施例では回転軸１が短いので振動が発生し難い上に、
更に磁気軸受剛性を強めて回転軸の振れを小さくしてい
るので、確実に高速回転させることが可能となる。

【００３０】なお、本実施例では、ダイシングソーの場
合について説明したが、ダイシングソー以外の装置であ
っても、加工具と軸受による支持部が離れた位置に配置
されたスピンドル装置にも適用できる。また、本実施例
では、加工具としてブレードの場合を説明したが、砥石
でもよい。

【００３１】更に、本実施例では、軸受として空気軸受
３を使用した場合を説明したが、空気軸受３の代わり
に、油軸受、あるいは玉軸受やころ軸受等の転がり軸受
を使用してもよい。以上の実施例では、回転軸１の中間
部分に空気軸受３が配設され、磁気軸受複合モータ２
は、回転軸１の端部に配設されていたが、磁気軸受複合
モータと空気軸受３は、他の位置関係で配設されていて
もよい。

【００３２】例えば、回転軸１の中間部分に磁気軸受複
合モータ２を配設し、軸端に空気軸受３、あるいはその
他の軸受を配設してもよい。また、磁気軸受複合モータ
の両側に軸受を配設してもよい。図３は、磁気軸受複合
モータの両側に軸受を配設した場合の変形例を表したも
のである。なお、本例では、軸受としてボールベアリン
グ等の転がり軸受が使用されているが、他に空気軸受や
油軸受等を使用してもよい。

【００３３】図３に示すように、この変形例では、回転
軸６の図において左端部に図示しない加工具が取り付け
られ、右端側には、磁気軸受複合モータ２が配設されて
いる。磁気軸受複合モータ２の両側には、転がり軸受７
ａ、７ｂが配置され、回転軸６は、これら転がり軸受７
ａ、７ｂと磁気軸受複合モータ２の磁気軸受機能とによ
って軸方向に３箇所で支持されるようになっている。

【００３４】また、本例の転がり軸受７ａ、７ｂは、径
方向のみならず軸方向の力に対しても回転軸６を支持す
る機能を有している。従って、前述の実施例において設
けられていたスラストディスク５４やスラスト電磁石５
５等を省いた簡易な構造となっている。なお、この転が
り軸受７ａ、７ｂは、スラスト力を受けないものであっ
てもよい。但し、その場合には、転がり軸受７ａ、７ｂ
とは別に、スラスト軸受を配設する。例えば、前記実施
例のようにスラストディスク５４やスラスト電磁石５５
を使用する。

【００３５】本例では、磁気軸受複合モータ２の両側に
転がり軸受７ａ、７ｂが配設されているので、短い軸長
の回転軸６を３箇所で軸支することができる。すなわ
ち、回転軸６の長さを変えずに、全体の軸受剛性が増大
しているので、振動が発生しにくい。

【００３６】また、前述の実施例のように、磁気軸受複
合モータ２の磁気軸受剛性を調整して、固有振動数近辺
でダンピングを行うことにより、振動を能動的に抑制す
ることができる。従って、安定した高速回転が可能とな
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１〜３記載の
発明によれば、回転軸の長さを短くすることができ、回
転軸が不安定な振動を起こし難くなる。従って、回転軸
の高速回転を行うことが可能となる。

【００３８】また、請求項４記載の発明によれば、回転
軸の回転周波数に応じて、磁気軸受複合モータの磁気軸
受剛性が調整されるので、固有振動数近傍でも回転軸の
振れを効果的に抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のスピンドル装置の概略の断面
および磁気軸受複合モータの制御部を示す図である。

【図２】同上、回転軸の振れと軸受剛性との関係を示す
特性図であって、（ａ）は従来の空気軸受の場合の図、
（ｂ）は本実施例の磁気軸受複合モータによる磁気軸受
の場合の図である。

【図３】本発明の実施例に対する変形例を示した説明図
である。

【図４】従来のスピンドル装置を適用したダイシングソ
ーの概要を示す図であって、（ａ）は、ダイシングソー
と半導体ウェーハとの関係を示す図、（ｂ）はダイシン
グソーのブレードで半導体ウェーハに切溝加工をする際
の図である。

【図５】従来のスピンドル装置の概略構成を示す断面図
である。

【符号の説明】

１、６ 回転軸 ２ 磁気軸受複合モータ ３ 空気軸受 ４ 磁気軸受複合モータ制御部 ４ａ モータ機能制御部 ４ｂ 軸受機能制御部（磁気軸受剛性調整手段） ７ａ、７ｂ 転がり軸受 ５１ 従来の回転軸 ５４ スラストディスク ５５ スラスト電磁石

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端部に加工具が取付けられる回転軸
   と、 この回転軸を支持する軸受と、 前記回転軸を磁力により位置制御する磁気軸受機能と、
   前記回転軸に回転力を与えるモータ機能とを備えた磁気
   軸受複合モータとを具備することを特徴とするスピンド
   ル装置。
2. 【請求項２】 前記磁気軸受複合モータは、前記回転軸
   の他端部に配設され、 前記軸受は、前記回転軸の中間部分に配設されたことを
   特徴とする請求項１記載のスピンドル装置。
3. 【請求項３】 前記軸受は、前記磁気軸受複合モータの
   両側にそれぞれ配設されたことを特徴とする請求項１記
   載のスピンドル装置。
4. 【請求項４】 前記磁気軸受複合モータにより回転され
   る前記回転軸の回転周波数に応じて、前記磁気軸受機能
   による磁気軸受剛性を調整する磁気軸受剛性調整手段を
   備えたことを特徴とする請求項２又は３記載のスピンド
   ル装置。