KR20220027752A

KR20220027752A - 가공 장치

Info

Publication number: KR20220027752A
Application number: KR1020210096433A
Authority: KR
Inventors: 지로 게노조노
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2021-07-22
Publication date: 2022-03-08
Also published as: JP2022038718A; JP7517910B2; US20220063053A1

Abstract

(과제) 가공 장치에 있어서, 마운트로부터 가공구 휠을 단시간에 교환 가능하게 한다.
(해결 수단) 가공 장치는, 환상 기대의 하면에 가공부를 고정시킨 가공구 휠을 스핀들의 선단에 고정시킨 마운트의 장착면에 장착하여 피가공물을 가공하는 가공 유닛과, 피가공물을 유지하는 유지 유닛을 포함한다. 가공구 휠은, 환상 기대의 내측면으로부터 중앙을 향하여 연장되고, 가공구 휠의 중심을 기준으로 대향 배치한 적어도 2 개의 턱부를 갖고, 마운트는, 턱부를 거는 걸기부와, 걸기부를 스핀들의 축 방향에서 상방향으로 탄성 지지하는 스프링과, 걸기부를 축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지부를 갖는다.

Description

가공 장치{PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물을 가공하는 가공 장치에 관한 것이다.

연삭 장치는, 복수의 연삭 지석을 환상으로 환상 기대에 배치한 연삭 휠을 스핀들의 선단에 배치한 마운트에 장착하고, 그 스핀들을 회전시켜 척 테이블에 유지된 피가공물을 연삭 지석으로 연삭하고 있다. 그리고, 피가공물을 연삭하면 연삭 지석이 소모되기 때문에, 연삭 휠을 적절한 타이밍에서 교환하고 있다.

마운트는, 연삭 휠을 지지하는 지지면과, 지지면에 환상으로 복수 형성된 관통공을 구비하고, 연삭 휠은, 그 지지면에 지지되는 환상 기대의 피지지면에 그 관통공에 대응한 복수의 암나사공을 구비하고 있다. 그리고, 관통공을 관통시킨 나사를 암나사공에 나사 결합시키는 것에 의해 마운트에 연삭 휠을 장착하고 있다. 또한, 예를 들어, 연삭 휠을 원 터치로 교환 가능하게 하는 특허문헌 1 에 기재된 연삭 장치도 있다.

일본 공개특허공보 2019-202399호

나사 고정의 연삭 휠을 교환할 때에는, 복수의 나사를 제거하고, 새로운 연삭 휠을 장착하는 데에 있어서 복수의 그 나사를 암나사공에 나사 결합시키고 있다. 이와 같이 복수의 나사의 제거와, 장착을 실시하기 때문에, 교환 작업은, 시간이 걸린다는 문제가 있다.

따라서, 예를 들어 피가공물을 연삭 지석 등의 가공구로 가공하는 연삭 장치 등의 가공 장치는, 가공구 휠을 단시간에 교환할 수 있도록 한다는 과제가 있다.

또한, 특허문헌 1 에 기재된 발명은, 스핀들에 연결한 마운트에 고정된 클로와, 마운트에 배치되어 가동하는 클로로 연삭 휠을 장착하기 때문에, 연삭 휠의 내주 직경이 공차 내에서 상이하면, 마운트의 중심, 요컨대 스핀들의 축심과, 연삭 휠의 중심이 일치하지 않게 된다. 그 때문에, 스핀들의 회전에 의해 회전하는 연삭 중인 연삭 휠의 중심이 편심하기 때문에 연삭 휠에 진동이 발생하여, 연삭된 피가공물의 두께 편차가 커진다는 문제가 있다.

그 때문에, 가공 장치에 있어서는, 마운트에 장착한 가공구 휠의 중심과 마운트의 중심을 일치시켜, 스핀들을 회전시켰을 때에 진동을 발생시키지 않도록 한다는 과제도 있다. 또한, 스핀들의 회전에 의해 마운트의 지지면과 연삭 휠의 피지지면 사이에 간극이 생기지 않도록 한다는 과제가 있다.

본 발명에 의하면, 가공 장치로서, 환상 기대의 하면에 가공구를 고정시킨 가공구 휠을 스핀들의 선단에 고정시킨 마운트의 장착면에 장착하여 피가공물을 가공하는 가공 유닛과, 피가공물을 유지하는 유지 유닛을 구비하고, 그 가공구 휠은, 그 환상 기대의 내측면으로부터 중앙을 향하여 연장되고, 그 가공구 휠의 중심을 기준으로 대향 배치한 적어도 2 개의 턱부를 갖고, 그 마운트는, 그 턱부를 거는 걸기부와, 그 걸기부를 그 스핀들의 축 방향에서 상방향으로 탄성 지지하는 스프링과, 그 걸기부를 그 축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지부를 갖고, 그 장착면에 장착한 그 가공구 휠이 그 장착면 상에서 회전 이동하지 않도록, 그 마운트의 그 장착면에는 제 1 볼록부 또는 제 2 오목부가 형성되어 있고, 그 환상 기대의 상면에는 그 제 1 볼록부를 끼워 넣기 가능한 제 1 오목부 또는 그 제 2 오목부를 끼워 넣기 가능한 제 2 볼록부가 형성되어 있는 가공 장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 가공 유닛은, 상기 스핀들을 회전하지 않도록 고정시키는 고정 기구를 구비한다.

바람직하게는, 상기 가공구는 연삭 지석이고, 상기 가공구 휠은, 상기 환상 기대의 하면에 환상으로 복수의 그 연삭 지석을 배치하여 구성된다.

바람직하게는, 상기 가공구는 연마 패드이고, 상기 가공구 휠은, 상기 환상 기대의 하면에 그 연마 패드를 배치하여 구성된다.

바람직하게는, 상기 가공구는 선삭 바이트이고, 상기 가공구 휠은, 상기 환상 기대의 하면에 그 선삭 바이트를 배치하여 구성된다.

본 발명에 의하면, 가공구 휠을 마운트에 장착, 또는 마운트로부터 제거할 때에, 복수의 나사의 장착이나 나사의 제거를 실시하지 않아도 되기 때문에, 가공구 휠을 단시간에 교환할 수 있게 된다. 또한, 연삭 가공시에, 스핀들의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 가공구 휠을 마운트의 장착면에 밀착시키고 있기 때문에, 가공구가 피가공물 위에서 흔들리는 것을 억제할 수 있어, 가공 후의 피가공물의 피가공면에 악영향을 미치지 않고, 또한, 피가공물의 평탄도를 높이는 것이 가능해진다.

가공 유닛은, 예를 들어, 마운트로부터의 가공구 휠의 교환시 등에 있어서, 스핀들을 회전하지 않도록 고정시키는 고정 기구를 구비함으로써, 장착 작업에 있어서의 마운트와 가공구 휠의 위치 맞춤 작업 등을 용이 그리고 적절하게 실시하는 것이 가능해진다.

도 1 은, 가공 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 마운트에 가공구 휠이 장착된 상태의 가공 유닛의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3 은, 가공구 휠을 환상 기대의 상면측으로부터 본 평면도이다.
도 4 는, 마운트를 환상 기대가 장착되는 장착면측으로부터 본 저면도이다.
도 5 는, 가공구 휠, 및 내부에 배치 형성된 스프링이 압축 코일 스프링인 마운트를 나타내는 단면도이다.
도 6 은, 마운트에 장착되고 환상 기대의 하면에 연마 패드를 배치한 가공구 휠의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 7 은, 마운트에 장착되고 환상 기대의 하면에 선삭 바이트를 배치한 가공구 휠의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 8 은, 가공 유닛에 의해 유지 유닛에 유지된 피가공물을 연삭하고 있는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9 는, 마운트로부터 가공구 휠을 제거하고 있는 상태를 설명하는 단면도이다.

도 1 에 나타내는 가공 장치 (1) 는, 척 테이블 등의 유지 유닛 (30) 상에 흡인 유지된 피가공물 (90) 을 가공 유닛 (2) 에 의해 연삭 가공하는 연삭 장치로서, 가공 장치 (1) 의 장치 베이스 (10) 상의 전방 (-Y 방향측) 은, 유지 유닛 (30) 에 대하여 피가공물 (90) 의 착탈이 이루어지는 착탈 영역이며, 장치 베이스 (10) 상의 후방 (＋Y 방향측) 은, 가공 유닛 (2) 에 의해 유지 유닛 (30) 상에 유지된 피가공물 (90) 의 연삭 가공이 이루어지는 가공 영역이다.

또한, 본 발명에 관련된 가공 장치는, 가공 장치 (1) 와 같은 가공 유닛 (2) 이 1 축의 가공 장치에 한정되는 것이 아니고, 조 (粗) 연삭 유닛과 마무리 연삭 유닛을 구비하고, 회전하는 턴테이블로 피가공물 (90) 을 조연삭 유닛 또는 마무리 연삭 유닛의 하방에 위치시키는 것이 가능한 2 축의 가공 장치 등이어도 된다. 또한, 가공 장치 (1) 는, 연마 패드로 피가공물 (90) 에 연마 가공을 실시하는 연마 가공 장치여도 되고, 선삭 바이트로 피가공물 (90) 의 피가공면인 이면 (902) 을 평탄화하는 서페이스 플레너여도 된다.

피가공물 (90) 은, 예를 들어, 실리콘 모재 등으로 이루어지는 원형의 반도체 웨이퍼이지만, 이것으로 한정되지 않고, 갈륨비소, 사파이어, 세라믹스, 수지, 질화갈륨 또는 실리콘 카바이드 등으로 구성되어 있어도 된다. 도 1 에 있어서 하방을 향하고 있는 피가공물 (90) 의 표면 (900) 은, 복수의 디바이스가 형성되어 있고, 보호 테이프 (909) (도 8 참조) 가 첩착되어 보호되어 있다. 상방을 향하고 있는 피가공물 (90) 의 이면 (902) 은, 예를 들어 연삭 가공이 실시되는 피연삭면이 된다.

외형이 평면에서 보아 원형상인 유지 유닛 (30) 은, 예를 들어, 포러스 부재 등으로 이루어지고 피가공물 (90) 을 흡착하는 흡착부 (300) 와, 흡착부 (300) 를 지지하는 프레임체 (301) 를 구비한다. 유지 유닛 (30) 의 흡착부 (300) 는, 이젝터 기구 또는 진공 발생 장치 등의 도시하지 않은 흡인원에 연통하고, 흡인원이 흡인함으로써 만들어진 흡인력이, 흡착부 (300) 의 노출면과 프레임체 (301) 의 상면으로 구성되는 유지면 (302) 에 전달됨으로써, 유지 유닛 (30) 은 유지면 (302) 상에서 피가공물 (90) 을 흡인 유지할 수 있다.

유지 유닛 (30) 은, 커버 (39) 에 의해 주위로부터 둘러싸이면서 축 방향이 Z 축 방향 (연직 방향) 인 회전축을 축으로 회전 가능하고, 커버 (39) 및 커버 (39) 에 연결되어 Y 축 방향으로 신축하는 아코디언 커버 (390) 의 하방에 배치 형성된 전동 슬라이더 등의 도시하지 않은 Y 축 이동 기구에 의해, 장치 베이스 (10) 상을 Y 축 방향으로 왕복 이동 가능하다.

가공 영역에는, 칼럼 (11) 이 세워 형성되어 있고, 칼럼 (11) 의 -Y 방향측의 전면 (前面) 에는 가공 유닛 (2) 을 유지 유닛 (30) 에 대하여 이간 또는 접근하는 Z 축 방향으로 연삭 이송하는 승강 기구 (17) 가 배치 형성되어 있다. 승강 기구 (17) 는, 축 방향이 Z 축 방향인 볼 나사 (170) 와, 볼 나사 (170) 와 평행하게 배치 형성된 1 쌍의 가이드 레일 (171) 과, 볼 나사 (170) 의 상단에 연결되어 볼 나사 (170) 를 회동시키는 승강 모터 (172) 와, 내부의 너트가 볼 나사 (170) 에 나사 결합하여 측부가 가이드 레일 (171) 에 슬라이딩 접촉하는 승강판 (173) 을 구비하고 있고, 승강 모터 (172) 가 볼 나사 (170) 을 회동시키면, 이것에 수반하여 승강판 (173) 이 가이드 레일 (171) 에 가이드되어 Z 축 방향으로 왕복 이동하고, 승강판 (173) 에 고정된 가공 유닛 (2) 이 Z 축 방향으로 연삭 이송된다.

유지 유닛 (30) 에 유지된 피가공물 (90) 을 연삭 가공하는 가공 유닛 (2) 은, 축 방향이 Z 축 방향인 스핀들 (20) 과, 스핀들 (20) 을 회전 가능하게 지지하는 하우징 (21) 과, 스핀들 (20) 을 회전 구동하는 모터 (22) 와, 스핀들 (20) 의 선단 (하단) 에 접속된 원환상의 마운트 (24) 와, 마운트 (24) 의 하면인 장착면 (240) (도 2 참조) 에 착탈 가능하게 장착된 가공구 휠 (25) 과, 하우징 (21) 을 지지하고 승강 기구 (17) 의 승강판 (173) 에 고정된 홀더 (29) 를 구비한다.

본 실시형태에 있어서, 가공구 휠 (25) 은 연삭 휠이다. 즉, 도 2 에 나타내는 가공구 휠 (25) 은, 평면에서 보아 원환상의 환상 기대 (250) 와, 환상 기대 (250) 의 하면에 환상으로 배치된 대략 직방체 형상의 복수의 연삭 지석인 가공구 (251) 와, 환상 기대 (250) 의 내측면으로부터 가공구 휠 (25) 의 중앙을 향하여 연장되고, 가공구 휠 (25) 의 중심을 기준으로 대향 배치된 적어도 2 개의 턱부 (254) 와, 중앙에 형성된 원형의 개구 (256) (도 3 참조) 를 구비한다. 가공구 (251) 는, 예를 들어, 레진 본드나 메탈 본드 등으로 다이아몬드 지립 등이 고착되어 성형되어 있다. 가공구 (251) 는, 상기와 같은 연삭 지석 칩 사이에 소정 간격을 두고 환상으로 배열된 세그먼트 지석이어도 되고, 가공구 (251) 가 1 개의 환상의 고리로 성형된 연삭 지석이어도 된다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 턱부 (254) 는, 예를 들어 가공구 휠 (25) 의 둘레 방향으로 45 도 간격을 두고 8 개 환상 기대 (250) 의 내측면에 일체적으로 평면에서 보아 대략 사다리꼴상으로 형성되어 있지만, 수 및 형상은 본 예에 한정되는 것은 아니다. 턱부 (254) 는, 다른 1 개의 턱부 (254) 와 가공구 휠 (25) 의 중심을 사이에 두고 수평면 내 (X 축 Y 축 평면 내) 에 있어서 대향하고 있다. 턱부 (254) 의 상면과 환상 기대 (250) 의 상면 (2500) 은 면일이 되어 있다.

예를 들어, 도 2, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 환상 기대 (250) 의 상면 (2500) 에는 둘레 방향으로 180 도 간격을 두고 후술하는 마운트 (24) 의 제 1 볼록부 (2402) 가 끼워 넣기되는 예를 들어 평면에서 보아 대략 직사각형상의 제 1 오목부 (2501) 가 2 개 형성되어 있다. 또한, 제 1 오목부 (2501) 의 형상 및 개수는 본 예에 한정되지 않는다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 마운트 (24) 의 평탄한 상면에는 마운트 (24) 의 중심과 스핀들 (20) 의 중심을 합치시켜 스핀들 (20) 의 하단이 연결되어 있다. 도 2, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 마운트 (24) 는, 턱부 (254) 를 거는 걸기부 (243) 와, 걸기부 (243) 를 스핀들 (20) 의 축 방향 (Z 축 방향) 에서 상방향으로 탄성 지지하는 스프링 (244) 과, 걸기부 (243) 를 축 방향 (Z 축 방향) 으로 이동 가능하게 지지하는 지지부 (245) 를 구비하고 있다.

도 2, 도 4 에 나타내는 마운트 (24) 의 원기둥 형상의 마운트 기부 (241) 의 내부에는, 마운트 (24) 의 둘레 방향으로 45 도 간격을 두고 8 개의 수용실 (248) 이 형성되어 있고, 그 수용실 (248) 은 예를 들어 평면에서 보아 대략 사다리꼴상으로 형성되어 있다. 각 수용실 (248) 에는, 각각 1 개씩 걸기부 (243), 스프링 (244), 및 지지부 (245) 가 배치 형성되어 있고, 수용실 (248) 의 크기는 걸기부 (243) 의 이동 및 스프링 (244) 의 신축을 허용할 수 있는 크기로 설정되어 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 수용실 (248) 의 하방에는 마운트 기부 (241) 보다 소직경의 원기둥 볼록부 (247) 가 Z 축 방향으로 소정 두께로 연장되도록 형성되어 있고, 수용실 (248) 의 외주측의 영역 하방 이외의 영역 하방은, 원기둥 볼록부 (247) 에 의해 막혀 있다. 원기둥 볼록부 (247) 는, 마운트 기부 (241) 중심과 그 중심이 대략 합치하고 있고, 가공구 휠 (25) 의 내경, 즉, 도 3 에 나타내는 턱부 (254) 의 내측면을 더한 개구 (256) 의 직경에 대응한 직경으로 설정되어 있고, 가공구 휠 (25) 의 원형의 개구 (256) 에 끼워 맞춤되어, 마운트 (24) 의 중심과 장착면 (240) 에 장착된 가공구 휠 (25) 의 중심을 일치시킬 수 있다. 원기둥 볼록부 (247) 의 외측면은, 턱부 (254) 의 내측면에 맞닿는다.

또한, 마운트 (24) 의 중심과 장착면 (240) 에 장착된 가공구 휠 (25) 의 중심을 일치시키기 위해서, 원기둥 볼록부 (247) 대신에, 마운트 기부 (241) 의 하면에 가상적으로 형성한 원기둥 볼록부 (247) 의 외주를 따라 마운트 기부 (241) 의 하면에 복수의 위치 맞춤 핀을 배치시켜도 된다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 원기둥 볼록부 (247) 의 상면의 수용실 (248) 에 대응하는 영역에는, 스프링 (244) 의 마운트 (24) 의 중심측에 위치하는 후단측을 예를 들어 너트 (2471) 에 의해 체결 고정시키기 위한, 대략 원기둥 형상의 고정 볼트 (2472) 가 세워 형성되어 있다. 고정 볼트 (2472) 의 상부측 외주면에는 나사가 잘려 있고, 인장 코일 스프링 등의 스프링 (244) 의 후단측에 형성된 훅 (2441) 에 고정 볼트 (2472) 를 삽입하고, 추가로 너트 (2471) 를 고정 볼트 (2472) 의 나사에 나사 결합시킴으로써, 스프링 (244) 의 후단측을 수용실 (248) 내에서 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 원기둥 볼록부 (247) 는, 마운트 기부 (241) 로부터 제거 가능하게 되어 있고, 작업자가, 스프링 (244) 등을 수용실 (248) 내로부터 노출시킨 상태에서 조정 등을 실시하는 것이 가능하게 되어 있다.

스프링 (244) 은, 예를 들어, 수평으로 마운트 (24) 의 직경 방향 외측을 향하여 연장되는 인장 코일 스프링으로서, 그 양선단측에 도 2 에 나타내는 훅 (2441) 이 각각 형성되어 있고, 걸기부 (243) 에 배치 형성되어 스프링 (244) 에 대략 직교차하도록 수평 방향에서 마운트 (24) 의 직경 방향으로 직교하는 방향으로 연장되는 연결 바 (2433) 에 일방의 훅 (2441) 이 걸리고, 타방의 훅 (2441) 이 고정 볼트 (2472) 에 걸린 상태에서, 스프링 (244) 에 의해 고정 볼트 (2472) 와 연결 바 (2433) 가 접속되어 있다. 또한, 스프링 (244) 대신에 수평 방향으로 신축 가능한 고무 기둥을 사용하여 고정 볼트 (2472) 와 연결 바 (2433) 와 접속시켜도 된다.

또한, 스프링 (244) 은, 인장 코일 스프링이 아니라 도 5 에 나타내는 압축 코일 스프링 (246) 이어도 된다. 또한, 도 5 에 나타내는 압축 코일 스프링 (246) 을 사용할 때에는, 걸기부 (243) 는, 연결 바 (2433) 대신에 상측 기부 (2431) 에 버팀판 (2439) 을 구비하고 있다. 또한, 마운트 기부 (241) 의 내부에 버팀판 (2439) 보다 직경 방향 외측의 위치에 압축 코일 스프링 (246) 을 수용하는 스프링 수용실 (2465) 을 형성하고 있다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 가공구 휠 (25) 이 마운트 (24) 에 장착되어 있는 상태에 있어서는, 스프링 수용실 (2465) 에 마운트 기부 (241) 의 직경 방향으로 연장되도록 수용된 압축 코일 스프링 (246) 은, 스프링 수용실 (2465) 의 내벽과 버팀판 (2439) 을 접속하여, 스프링 수용실 (2465) 의 내벽과 버팀판 (2439) 의 거리를 확대하고자 하고 있다. 즉, 이 압축 코일 스프링 (246) 이 스프링 수용실 (246) 의 내벽에 대하여 버팀판 (2439) 을 개재하여 상측 기부 (2431) 를 마운트 (24) 의 중심측을 향하여 멀어지고자 함으로써, 지지부 (245) 를 지지점으로 하여 걸기부 (243) 전체는 회동하도록 힘이 가해지고, 결과, 접촉 클로부 (2435) 가 상방향으로 탄성 지지되어 있고, 턱부 (254) 가 접촉 클로부 (2435) 에 의해 마운트 (24) 의 장착면 (240) 에 가압되어 있다.

또한, 지지부 (245) 를 축으로 걸기부 (243) 를 회동시켜 접촉 클로부 (2435) 를 상방향으로 탄성 지지하는 구성이면 상기에 한정되지 않는다. 스프링 (244) 을 수평 방향이 아니라 수직 방향 (Z 축 방향) 으로 연장되도록 배치시켜도 된다.

걸기부 (243) 는, 예를 들어, 턱부 (254) 의 수에 맞추어, 마운트 (24) 의 둘레 방향으로 45 도 간격을 두고 8 개 배치 형성되어 있다. 걸기부 (243) 는, 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이 측면 대략 L 자상으로 형성되어 있고, 수용실 (248) 내에 수용된 상측 기부 (2431) 와, 상측 기부 (2431) 와 일체적으로 형성되어 원기둥 볼록부 (247) 의 외주측의 영역에 형성된 관통공 (2474) 으로부터 마운트 (24) 의 하방 외측으로 노출되어 가공구 휠 (25) 의 턱부 (254) 에 접촉하는 접촉 클로부 (2435) 와, 예를 들어 상측 기부 (2431) 에 배치 형성된 연결 바 (2433) 를 구비하고 있다.

도 2, 도 4 에 나타내는 지지부 (245) 는, 예를 들어, 걸기부 (243) 의 상측 기부 (2431) 를 일방의 측면으로부터 타방의 측면으로 관통하도록 삽입하여 끼워진 회동 축으로서, 그 양단이 예를 들어 원기둥 볼록부 (247) 에 도시하지 않은 베어링 등을 개재하여 회동 가능하게 접속되어 있다. 본 실시형태에 있어서는 지지부 (245) 의 회동과 함께 걸기부 (243) 가 회동하는 구성으로 되어 있지만, 고정된 지지부 (245) 에 대하여 걸기부 (243) 만이 상대적으로 회동하는 구성으로 되어 있어도 된다.

원기둥 볼록부 (247) 에 둘레 방향으로 45 도 간격을 두고 8 개 두께 방향으로 형성된 관통공 (2474) 은, 걸기부 (243) 의 회동을 허용할 수 있는 크기로 설정되어 있다. 걸기부 (243) 의 관통공 (2474) 으로부터 마운트 (24) 의 하방 외측으로 노출된 접촉 클로부 (2435) 는, 그 상면이 가공구 휠 (25) 의 턱부 (254) 에 하방으로부터 접촉하여 지지하는 지지면으로 되어 있고, 그 지지면 및 그 지지면의 외주 가장자리는 R 상으로 둥글게 되어 구배가 형성되어 있다. 이와 같이 그 지지면 및 그 지지면의 외주 가장자리가 R 상으로 둥글게 되어 있음으로써, 접촉 클로부 (2435) 와 턱부 (254) 의 접촉시에 있어서의 쓸림 등이 저감된다.

도 2, 도 4 에 나타내는 마운트 (24) 의 장착면 (240) 에는, 둘레 방향으로 180 도 간격을 두고, 환상 기대 (250) 의 상면 (2500) 에 형성된 제 1 오목부 (2501) 에 끼워 넣기 가능한 예를 들어 대략 사각 기둥상의 제 1 볼록부 (2402) 가 2 개 형성되어 있다.

또한, 환상 기대 (250) 의 상면 (2500) 에 제 2 볼록부를 세워 형성시켜, 마운트 (24) 의 장착면 (240) 에 제 2 볼록부를 끼워 넣기 가능한 제 2 오목부를 형성해도 된다. 이 경우에 있어서의 환상 기대 (250) 의 제 2 볼록부는, 예를 들어, 종래의 볼트 고정되는 환상 기대의 상면에 형성된 암나사공에 육각 구멍이 형성된 볼트를 장착하여, 육각 구멍이 형성된 볼트의 머리를 제 2 볼록부로 해도 된다.

도 2 에 나타내는 바와 같이 스핀들 (20) 의 내부에는, 도시하지 않은 연삭수 공급원에 연통하여 연삭수의 통과하는 길이 되는 유로 (200) 가, 스핀들 (20) 의 축 방향 (Z 축 방향) 으로 관통하여 형성되어 있고, 유로 (200) 는, 또한 마운트 (24) 의 중앙에 형성된 마운트 유로 (249) 에 연통되어 있다. 마운트 유로 (249) 는, 마운트 기부 (241) 의 내부에 있어서 Z 축 방향으로 연장된 후, 원기둥 볼록부 (247) 내에 있어서 원기둥 볼록부 (247) 의 둘레 방향으로 일정한 간격을 두고 평면에서 보아 방사상으로 분기하고 있고, 마운트 유로 (249) 의 분기한 하단측은, 예를 들어 원기둥 볼록부 (247) 의 하면의 외주측의 영역에 있어서 각각 개구하고 있고, 그 개구로부터 분출된 연삭수가 가공구 (251) 에 도달하는 구성으로 되어 있다.

또한, 평면에서 보아 방사상으로 분기한 마운트 유로 (249) 는, 마운트 (24) 에 복수 형성되는 수용실 (248) 과 수용실 (248) 사이에 교대로 형성되어 있다. 즉, 분기한 마운트 유로 (249) 의 개구로부터 분출된 연삭수가 걸기부 (243) 에 의해 차단되어 가공구 (251) 에 도달하지 않는 등의 사태는 발생하지 않는다.

예를 들어, 도 1, 도 2 에 나타내는 가공 유닛 (2) 은, 스핀들 (20) 및 마운트 (24) 가 가공구 휠 (25) 의 교환시 등에 있어서 회전하게 되는 경우가 없도록 고정시키는 고정 기구 (80) 를 구비하고 있어도 된다. 도 1 에 나타내는 고정 기구 (80) 의 구체예에 대하여 이하에 설명한다.

예를 들어, 스핀들 (20) 을 회전 가능하게 지지하는 하우징 (21) 은, 스핀들 (20) 을 에어 베어링으로 회전 가능하게 지지하는 에어 스핀들 기구를 구비하고 있다. 에어 스핀들 기구는, 예를 들어 원통상의 하우징 (21) 과 스핀들 (20) 사이의 간극에 고압 에어로 이루어지는 에어층을 형성하고, 이 에어층의 압력으로 스핀들 (20) 을 비접촉으로 지지함으로써, 하우징 (21) 에 스핀들 (20) 을 마찰 저항 없이 회전 가능하게 지지시킨다.

하우징 (21) 에는 에어 공급관 (81) 을 통하여 컴프레서 등으로 이루어지는 에어 공급원 (82) 이 연통하고 있고, 에어 공급관 (81) 에는 솔레노이드 밸브 등의 개폐 밸브 (83) 가 배치 형성되어 있다. 고정 기구 (80) 는, 예를 들어, 개폐 밸브 (83) 에 대한 통전을 제어하여 개폐 밸브 (83) 의 개폐 동작을 제어하고, 가공구 휠 (25) 의 교환시 등에 있어서 개폐 밸브 (83) 를 닫음으로써, 하우징 (21) 내로의 에어의 공급을 정지시켜, 스핀들 (20) 에 힘이 가해져도 스핀들 (20) 이 회전하게 되는 경우가 없도록 한다.

예를 들어, 가공 유닛 (2) 이 구비하는 가공구 휠은, 연삭 휠인 가공구 휠 (25) 대신에, 도 6 에 나타내는 환상 기대 (250) 의 하면에 연마 패드인 가공구 (263) 를 배치 형성한 가공구 휠 (26), 즉, 연마 휠 (26) 이어도 된다. 가공구 (263) 는, 도 1 에 나타내는 피가공물 (90) 의 이면 (902) 을 연마하여 경면화시켜 항절 강도를 높일 수 있다.

가공구 휠 (26) 과 가공구 휠 (25) 의 상이점은, 가공구 (263) 가 연마 패드인 것 이외에는, 대략 동일하게 되어 있기 때문에, 설명을 생략한다. 연마 패드인 가공구 (263) 는, 예를 들어, 펠트 등의 부직포로 이루어지고, 평면에서 보아 원환상으로 형성되고, 또한, 유지 유닛 (30) 에 유지되는 피가공물 (90) 의 직경보다 예를 들어 대직경으로 되어 있다. 또한, 가공구 (263) 는, 접착제로 지립을 부직포에 접착시키고 있어도 된다.

예를 들어, 가공구 (263) 의 피가공물 (90) 에 맞닿는 하면에는, 격자상의 홈이 형성되어 있고, 가공구 (263) 에 예를 들어 가공 유닛 (2) 내부를 통하거나, 또는 가공 유닛 (2) 외부에 배치된 도시하지 않은 슬러리 노즐로부터 공급되는 슬러리는, 주로 그 홈 내를 흘러 가공구 (263) 의 하면 전체로 확산되어 간다. 또한, 가공구 (263) 는 슬러리를 사용하는 CMP 연마가 아니라, 드라이 연마에 사용되는 것이어도 된다.

예를 들어, 가공 유닛 (2) 이 구비하는 가공구 휠은, 연삭 휠인 가공구 휠 (25) 대신에, 도 7 에 나타내는 환상 기대 (250) 의 하면에 선삭 바이트인 가공구 (273) 를 배치 형성한 가공구 휠 (27), 즉, 선삭 휠 (27) 이어도 된다. 가공구 (273) 는, 피가공물 (90) 의 이면 (902) 을 선삭하여 평탄도를 높일 수 있다.

가공구 휠 (27) 과 가공구 휠 (25) 의 상이점은, 가공구 (273) 가 선삭 바이트 (single point cutting tool) 인 것 이외에는, 대략 동일하게 되어 있기 때문에, 설명을 생략한다. 가공구 (273) 는, 환상 기대 (250) 의 하면 또는 측면에 고정 볼트 (274) 등에 의해 고정되는 판상의 섕크 (2735) 와, 판상의 섕크 (2735) 의 하단에 뾰족한 형상 등으로 형성된 절삭날 (2736) 을 구비하고 있다. 절삭날 (2736) 은, 예를 들어, 다이아몬드 바이트 등이며, 환상 기대 (250) 의 하면으로부터 하방으로 소정 길이로 돌출된 상태가 되어 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 연삭 위치까지 강하한 상태의 가공 유닛 (2) 에 인접하는 위치에는, 예를 들어, 피가공물 (90) 의 두께를 접촉식으로 측정하는 두께 측정 수단 (38) 이 배치 형성되어 있다.

이하에, 도 1 에 나타내는 가공 장치 (1) 에 있어서, 유지 유닛 (30) 에 유지된 피가공물 (90) 을 가공구 휠 (25) 에 의해 연삭하는 경우의 가공 장치 (1) 의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 착탈 영역 내에 있어서, 피가공물 (90) 이 유지 유닛 (30) 의 유지면 (302) 상에 서로의 중심을 대략 합치시킨 상태로 재치 (載置) 된다. 그리고, 도시하지 않은 흡인원에 의해 만들어지는 흡인력에 의해 유지 유닛 (30) 이 유지면 (302) 상에서 피가공물 (90) 을 흡인 유지한다.

이어서, 피가공물 (90) 을 유지한 유지 유닛 (30) 이, 착탈 영역으로부터 가공 영역 내의 가공 유닛 (2) 의 아래까지 ＋Y 방향으로 이동한다. 그리고, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 가공구 휠 (25) 의 회전 중심이 피가공물 (90) 의 회전 중심에 대하여 소정 거리만큼 수평 방향으로 어긋나, 가공구 (251) 의 회전 궤적이 피가공물 (90) 의 회전 중심을 통과하도록 위치 맞춤된다. 이어서, 가공 유닛 (2) 이 승강 기구 (17) 에 의해 소정 연삭 이송 속도로 -Z 방향으로 이송되고, 소정 회전 속도로 회전하는 가공구 (251) 가 피가공물 (90) 의 상측을 향한 이면 (902) 에 맞닿음으로써 연삭 가공이 실시된다. 또한, 유지 유닛 (30) 이 소정 회전 속도로 회전하는 것에 수반하여 유지면 (302) 상에 유지된 피가공물 (90) 도 회전하기 때문에, 피가공물 (90) 의 이면 (902) 의 전체면이 연삭된다. 연삭 가공 중에는, 연삭수를 스핀들 (20) 내의 유로 (200), 및 마운트 유로 (249) 를 통하여 가공구 (251) 와 피가공물 (90) 의 접촉 부위에 대하여 공급하여, 접촉 부위를 냉각·세정한다.

또한, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 가공구 휠 (25) 은, 유지 유닛 (30) 으로부터 수평 방향으로 일부가 돌출되도록 위치되어 있기 때문에, 그 돌출된 부분의 가공구 휠 (25) 의 내측에 위치한 연삭물 분사 노즐 (15) 로부터 분사시킨 연삭수를 가공구 (251) 와 피가공물 (90) 의 접촉 부위에 직접 공급해도 된다.

도 1 에 나타내는 두께 측정 수단 (38) 에 의해 피가공물 (90) 의 두께 측정이 실시되면서, 원하는 두께까지 피가공물 (90) 이 연삭된 후, 가공구 휠 (25) 이 상승하여 가공구 (251) 가 피가공물 (90) 로부터 이간하여 연삭 가공이 종료된다.

상기와 같이 피가공물 (90) 을 예를 들어 복수 장 연속해서 연삭해 가면, 가공구 (251) 가 마모되어 가공구 휠 (25) 의 교환이 필요하게 된다. 이하에 가공구 휠 (25) 의 교환에 대하여 설명한다.

먼저, 가공 유닛 (2) 이 피가공물 (90) 을 연삭 가능한 상태로 조립되어 있는 상태, 즉, 도 2, 및 도 8 에 나타내는 가공구 휠 (25) 이 마운트 (24) 에 장착되어 있는 상태에 대하여 설명한다. 도 2, 도 8 에 나타내는 가공구 휠 (25) 의 원형의 개구 (256) (도 3 참조) 에 원기둥 볼록부 (247) 가 끼워 맞춤되어, 마운트 (24) 의 중심과 장착면 (240) 에 장착된 가공구 휠 (25) 의 중심이 합치되어 있다. 또한, 환상 기대 (250) 의 각 제 1 오목부 (2501) 에 마운트 (24) 의 각 제 1 볼록부 (2402) 가 끼워 넣기되어, 환상 기대 (250) 의 평탄한 상면 (2500) 이 마운트 (24) 의 평탄한 장착면 (240) 에 접촉하고 있다.

또한, 각 스프링 (244) 이 연결 바 (2433) 를 개재하여 걸기부 (243) 의 상측 기부 (2431) 를 마운트 (24) 의 중심측을 향하여 인장함으로써, 걸기부 (243) 를 지지하는 지지부 (245) 를 지지점으로 하여, 접촉 클로부 (2435) 가 턱부 (254) 를 향하여 가도록 들어 올려지는, 즉, 스핀들 (20) 의 축 방향인 ＋Z 방향으로 이동하도록 접촉 클로부 (2435) 의 R 상의 상면이 턱부 (254) 의 하면에 접촉한다. 이 상태는, 걸기부 (243) 의 접촉 클로부 (2435) 가 스핀들 (20) 의 축 방향인 Z 축 방향에 있어서 상방향으로 스프링 (244) 에 의해 탄성 지지된 상태이다. 그 결과, 턱부 (254) 가, 접촉 클로부 (2435) 에 의해 마운트 (24) 의 장착면 (240) 에 하방으로부터 가압되어, 걸기부 (243) 에 걸림과 함께 마운트 (24) 와 접촉 클로부 (2435) 에 의해 협지 고정된 상태가 된다.

이와 같이 마운트 (24) 에 가공구 휠 (25) 이 장착된 상태의 도 1 에 나타내는 가공 유닛 (2) 의 하우징 (21) 내에는, 에어 공급원 (82) 으로부터 열린 상태의 개폐 밸브 (83) 및 에어 공급관 (81) 을 통하여 압축 에어가 공급되고, 스핀들 (20) 이 하우징 (21) 에 의해 비접촉으로 물림 등이 발생하지 않는 상태에서 회전 가능하게 지지되어 있다.

그리고, 상기에 설명한 바와 같이 모터 (22) 에 의해 스핀들 (20) 이 회전되는 것에 수반하여, 가공구 휠 (25) 이 피가공물 (90) 을 연삭할 수 있도록 회전할 수 있다. 또한, 가공구 휠 (25) 이 스핀들 (20) 과 함께 회전하고 있을 때에 있어서는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 각 걸기부 (243) 에 원심력 (F) 이 가해진다. 여기서, 스프링 (244) 에 의해 상측 기부 (2431) 가 마운트 (24) 의 중심측을 향하여 인장되어 있는 걸기부 (243) 는, 원심력 (F) 이 가해지기 때문에, 접촉 클로부 (2435) 에 의해 마운트 (24) 의 장착면 (240) 을 하방으로부터 밀어 올리는 힘이 더욱 강해져, 가공구 휠 (25) 을 마운트 (24) 의 장착면 (240) 에 더욱 밀착시키고 있기 때문에, 가공구 (251) 가 피가공물 (90) 상에서는 흔들리는 것이 억제되어, 상기에 설명한 가공 후의 피가공물 (90) 의 피가공면인 이면 (902) 에 악영향을 미치지 않고, 또한, 연삭 후의 이면 (902) 의 평탄도를 높이는 것이 가능해진다.

상기와 같이 가공 유닛 (2) 이 피가공물 (90) 을 연삭 가능한 상태로 조립되어 있는 상태, 즉, 가공구 휠 (25) 이 마운트 (24) 에 장착되어 있는 상태로부터, 마운트 (24) 로부터 가공구 휠 (25) 을 제거하는 경우에는, 먼저, 모터 (22) 에 의한 스핀들 (20) 의 회전이 정지되고, 또한, 도 1 에 나타내는 고정 기구 (80) 의 개폐 밸브 (83) 가 닫혀 하우징 (21) 내로의 에어의 공급이 정지되어, 스핀들 (20) 및 마운트 (24) 가 작업자의 교환 작업에 의해 힘이 가해져도 회전하게 되는 경우가 없는 상태가 된다.

이어서, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 작업자가 예를 들어 양손 (199) 으로 가공구 휠 (25) 의 외측면을 눌러, 가공구 휠 (25) 을 -Z 방향으로 내리도록 힘을 가함으로써, 턱부 (254) 가, 접촉 클로부 (2435) 를 눌러 내리면서 -Z 방향으로 이동한다. 또한, 걸기부 (243) 를 지지하는 지지부 (245) 를 지지점으로 하여, 접촉 클로부 (2435) 가 내려져, 후단측이 고정되어 있는 스프링 (244) 이 수평 방향 외측으로 신장됨과 함께 줄어들고자 하는 탄성력을 축적한다. 그리고, 환상 기대 (250) 의 각 제 1 오목부 (2501) 로부터 마운트 (24) 의 각 제 1 볼록부 (2402) 가 벗어나, 마운트 (24) 로부터 가공구 휠 (25) 이 제거된 상태가 된다. 그 후, 스프링 (244) 이 다시 줄어듦으로써, 걸기부 (243) 도 예를 들어 접촉 클로부 (2435) 의 상면이 수평면과 평행이 되는 상태로 돌아간다.

상기와 같이, 환상 기대 (250) 의 하면에 가공구 (251) 를 배치한 가공구 휠 (25) 을 스핀들 (20) 의 선단에 배치한 마운트 (24) 의 장착면 (240) 에 장착시켜 피가공물 (90) 을 가공하는 가공 유닛 (2) 과, 피가공물 (90) 을 유지하는 유지 유닛 (30) 을 구비한 본 발명에 관련된 가공 장치 (1) 는, 가공구 휠 (25) 은, 환상 기대 (250) 의 내측면으로부터 중앙을 향하여 연장되고, 가공구 휠 (25) 의 중심을 기준으로 대향 배치한 적어도 2 개의 턱부 (254) 를 구비하고, 마운트 (24) 는, 턱부 (254) 를 거는 걸기부 (243) 와, 걸기부 (243) 를 스핀들 (20) 의 축 방향에서 상방향으로 탄성 지지하는 스프링 (244) 과, 걸기부 (243) 를 축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지부 (245) 를 구비하고, 장착면 (240) 에 장착한 가공구 휠 (25) 이 장착면 (240) 상에서 회전하지 않도록, 마운트 (24) 의 장착면 (240) 에 형성되는 제 1 볼록부 (2402) 또는 제 2 오목부와, 환상 기대 (250) 의 상면 (2500) 에 형성되고 제 1 볼록부 (2402) 를 끼워 넣기 가능한 제 1 오목부 (2501) 또는 그 제 2 오목부를 끼워 넣기 가능한 제 2 볼록부를 구비함으로써, 가공구 휠 (25) 을 마운트 (24) 에 장착, 또는 제거할 때에 복수의 나사의 장착이나 나사의 제거를 실시하지 않아도 되기 때문에, 가공구 휠 (25) 을 단시간에 교환할 수 있게 된다.

또한, 가공 유닛 (2) 은, 예를 들어, 마운트 (24) 로부터의 가공구 휠 (25) 의 교환시 등에 있어서, 스핀들 (20) 을 회전하지 않도록 고정시키는 고정 기구 (80) 를 구비함으로써, 장착 작업에 있어서의 마운트 (24) 와 가공구 휠 (25) 의 위치 맞춤 작업, 즉, 예를 들어, 제 1 볼록부 (2402) 와 제 1 오목부 (2501) 의 위치 맞춤 작업 등을 용이 그리고 적절하게 실시하는 것이 가능해진다.

본 발명에 관련된 가공 장치 (1) 는, 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 효과를 발휘할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경 가능하다.

90 : 피가공물
900 : 표면
902 : 이면
909 : 보호 테이프
1 : 가공 장치
10 : 장치 베이스
30 : 유지 유닛
302 : 유지면
39 : 커버
38 : 두께 측정 수단
11 : 칼럼
17 : 승강 기구
2 : 가공 유닛
20 : 스핀들
200 : 유로
21 : 하우징
22 : 모터
29 : 홀더
24 : 마운트
240 : 장착면
2402 : 제 1 볼록부
241 : 마운트 기부
243 : 걸기부
2433 : 연결 바
2431 : 상측 기부
2435 : 접촉 클로부
244 : 스프링
2441 : 훅
245 : 지지부
248 : 수용실
249 : 마운트 유로
247 : 원기둥 볼록부
2474 : 관통공
2472 : 고정 볼트
2471 : 너트
25 : 가공구 휠 (연삭 휠)
250 : 환상 기대
2500 : 환상 기대의 상면
2501 : 제 1 오목부
251 : 가공구 (연삭 지석)
256 : 개구
254 : 턱부
15 : 연삭수 분사 노즐
80 : 고정 기구
81 : 에어 공급관
82 : 에어 공급원
83 : 개폐 밸브
26 : 가공구 휠 (연마 휠)
263 : 가공구 (연마 패드)
27 : 가공구 휠 (선삭 휠)
273 : 가공구 (선삭 바이트)
2735 : 섕크
2736 : 절삭 날
246 : 압축 코일 스프링
2465 : 스프링 수용실
2439 : 버팀판

Claims

가공 장치로서,
환상 기대의 하면에 가공구를 고정시킨 가공구 휠을 스핀들의 선단에 고정시킨 마운트의 장착면에 장착하여 피가공물을 가공하는 가공 유닛과,
피가공물을 유지하는 유지 유닛을 구비하고,
그 가공구 휠은, 그 환상 기대의 내측면으로부터 중앙을 향하여 연장되고, 그 가공구 휠의 중심을 기준으로 대향 배치한 적어도 2 개의 턱부를 갖고,
그 마운트는, 그 턱부를 거는 걸기부와, 그 걸기부를 그 스핀들의 축 방향에서 상방향으로 탄성 지지하는 스프링과, 그 걸기부를 그 축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 지지부를 갖고,
그 장착면에 장착한 그 가공구 휠이 그 장착면 상에서 회전 이동하지 않도록, 그 마운트의 그 장착면에는 제 1 볼록부 또는 제 2 오목부가 형성되어 있고, 그 환상 기대의 상면에는 그 제 1 볼록부를 끼워 넣기 가능한 제 1 오목부 또는 그 제 2 오목부를 끼워 넣기 가능한 제 2 볼록부가 형성되어 있는 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가공 유닛은, 상기 스핀들을 회전하지 않도록 고정시키는 고정 기구를 포함하는 가공 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 가공구는 연삭 지석이고, 상기 가공구 휠은, 상기 환상 기대의 하면에 환상으로 복수의 그 연삭 지석을 배치하여 구성되는 가공 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 가공구는 연마 패드이고, 상기 가공구 휠은, 상기 환상 기대의 하면에 그 연마 패드를 배치하여 구성되는 가공 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 가공구는 선삭 바이트이고, 상기 가공구 휠은, 상기 환상 기대의 하면에 그 선삭 바이트를 배치하여 구성되는 가공 장치.