JP6910201B2 - Spindle unit - Google Patents
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Description
本発明は、被加工物を加工するための加工具が装着されるスピンドルを備えたスピンドルユニットに関する。 The present invention relates to a spindle unit including a spindle on which a processing tool for processing a workpiece is mounted.
従来、ウエーハ等の被加工物を加工する加工装置として、被加工物を目標である仕上げ厚みまで薄化する研削装置が知られており、また、被加工物の表面の平坦性を高めるべく表面仕上げする研磨装置が知られている。研削装置は、砥石を環状に配設した研削ホイールをスピンドルユニットに装着して回転させて被加工物を研削している。研磨装置は、円板状の基台に研磨パッドを配設し、基台をスピンドルユニットに装着して回転させて被加工物を研磨している。 Conventionally, as a processing device for processing a workpiece such as a wafer, a grinding device for thinning the workpiece to a target finish thickness has been known, and a surface for improving the flatness of the surface of the workpiece is known. Polishing equipment for finishing is known. In the grinding device, a grinding wheel in which grindstones are arranged in an annular shape is mounted on a spindle unit and rotated to grind a workpiece. In the polishing apparatus, a polishing pad is arranged on a disk-shaped base, and the base is attached to a spindle unit and rotated to polish a work piece.
ここで、特許文献1に示すように、被加工物を研削する研削手段と、研削後の被加工物を研磨する研磨手段とを両方備えた研削研磨装置も知られている。研削研磨装置は、スピンドルユニットを2つ備え、例えば、第1のスピンドルユニットに研削ホイールを装着し、第2のスピンドルユニットに研磨パッドを装着している。また、研削研磨装置は、被加工物を保持する複数の保持テーブルと、複数の保持テーブルが周方向に並んで配置されるターンテーブルとを備えている。研削研磨装置で加工を行う場合、ターンテーブルを間欠的に回転することで、第1のスピンドルユニット及び第2のスピンドルユニットの直下となる加工位置に、保持テーブルを順番に位置付けて被加工物に研削及び研磨加工を行っている。
Here, as shown in
しかしながら、上記の研削研磨装置にあっては、スピンドルユニットが2つになる上、2つのスピンドルユニットに対応した加工位置に保持テーブルを移動させる必要があり、そのための構成が複雑化するだけでなく装置全体が大型化する、という問題がある。 However, in the above-mentioned grinding and polishing apparatus, the number of spindle units is two, and it is necessary to move the holding table to the processing position corresponding to the two spindle units, which not only complicates the configuration for that purpose. There is a problem that the entire device becomes large.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、スピンドルユニットを含む加工装置全体の小型化、構成の簡略化を図ることができるスピンドルユニットを提供することを目的の1つとする。 The present invention has been made in view of the above points, and one of the objects of the present invention is to provide a spindle unit capable of downsizing and simplifying the configuration of the entire processing apparatus including the spindle unit.
本発明の一態様のスピンドルユニットは、被加工物を加工する加工具を装着する装着面を有するマウントを一方の端に連結するスピンドルと、スピンドルを回転可能にベアリングを介して支持するケーシングと、を備えたスピンドルユニットであって、マウントは、スピンドルの一方の端に軸心と中心を一致させ連結する円板マウントと、円板マウントの外側で円板マウントの中心を中心とした環状の環状マウントと、環状マウントをスピンドルの軸心方向に移動させる移動手段とを備え、移動手段は、環状マウントに連結されスピンドルの軸心と中心を一致させた環状の環状ピストンと、環状ピストンを収容する環状の収容室内で環状ピストンをスピンドルの軸心方向に移動可能とするシリンダと、シリンダの収容室内にエアを供給する第1のエア供給口と第2のエア供給口と、環状マウントと環状ピストンとを連結しスピンドルの軸心方向に延在する複数のロッドと、シリンダと円板マウントとを連結しスピンドルの軸心方向に延在する棒状の複数のガイドと、ガイドが貫通する環状マウントに形成される複数のガイド穴と、を備え、第1のエア供給口からエアを供給し環状ピストンをスピンドルの一方の端に向かって移動させガイドに沿ってガイド穴が環状ピストンの移動方向と同方向に移動し環状マウントの装着面を円板マウントの装着面より突出させ、第2のエア供給口からエアを供給し環状ピストンをスピンドルの他方の端に向かって移動させガイドに沿ってガイド穴が環状ピストンの移動方向と同方向に移動し円板マウントの装着面を環状マウントの装着面より突出させ、被加工物に対して円板マウントに装着した加工具と環状マウントに装着した加工具とを選択的に使用する事を可能にしたことを特徴とする。 The spindle unit of one aspect of the present invention includes a spindle that connects a mount having a mounting surface for mounting a processing tool for processing a workpiece to one end, and a casing that rotatably supports the spindle via a bearing. The mount is a spindle unit equipped with a disc mount that connects to one end of the spindle with its axis aligned with the center, and an annular ring centered on the center of the disc mount on the outside of the disc mount. A mount and a moving means for moving the annular mount in the axial direction of the spindle are provided, and the moving means accommodates an annular annular piston connected to the annular mount and aligned with the axis of the spindle, and an annular piston. A cylinder that allows the annular piston to move in the annular accommodation chamber in the axial direction of the spindle, a first air supply port and a second air supply port that supply air to the cylinder accommodation chamber, an annular mount, and an annular piston. A plurality of rods connecting and extending in the axial direction of the spindle, a plurality of rod-shaped guides connecting the cylinder and the disc mount and extending in the axial direction of the spindle, and an annular mount through which the guides penetrate. A plurality of guide holes formed are provided, and air is supplied from the first air supply port to move the annular piston toward one end of the spindle, and the guide holes are aligned with the moving direction of the annular piston along the guides. Move in the direction so that the mounting surface of the annular mount protrudes from the mounting surface of the disc mount, supply air from the second air supply port, move the annular piston toward the other end of the spindle, and guide holes along the guide. Moves in the same direction as the movement direction of the annular piston so that the mounting surface of the disc mount protrudes from the mounting surface of the annular mount. It is characterized by making it possible to selectively use and.
この構成によれば、異なるマウントに装着した加工具を選択的に使用できるので、単一のスピンドルユニットによって2種の加工具による異なる加工を選択的に実施することができる。これにより、スピンドルユニットを含む加工装置にて、スピンドルユニットの設置数を減らすことができ、且つ、2つのスピンドルユニットの加工位置間を移動させる機構を省略することができる。この結果、加工装置における構成の簡略化、部品点数の削減を実現でき、加工装置全体での軽量化、小型化を図ることができる。しかも、環状ピストンによって環状マウントを移動させるので、環状マウントが軸心から離れた位置で環状ピストンにより支持される。従って、軸心位置にて支持される場合に比べ、加工中に生じる力によって環状マウントが所望の位置から傾くことを防ぐことができる。これにより、環状マウントに装着した加工具による加工精度を安定して良好に保つことが可能となる。 According to this configuration, since the processing tools mounted on different mounts can be selectively used, different processing by the two types of processing tools can be selectively performed by a single spindle unit. As a result, in the processing apparatus including the spindle unit, the number of spindle units installed can be reduced, and the mechanism for moving between the processing positions of the two spindle units can be omitted. As a result, the configuration of the processing apparatus can be simplified, the number of parts can be reduced, and the weight and size of the entire processing apparatus can be reduced. Moreover, since the annular mount is moved by the annular piston, the annular mount is supported by the annular piston at a position away from the axis. Therefore, it is possible to prevent the annular mount from tilting from a desired position due to the force generated during machining, as compared with the case where it is supported at the axial center position. As a result, it is possible to stably maintain good processing accuracy by the processing tool attached to the annular mount.
本発明のスピンドルユニットにおいて、ベアリングは、エアの供給によりアキシャルエアベアリングとラジアルエアベアリングとを形成し、アキシャルエアベアリングは、シリンダの上面に対してエアを噴きつけて形成されるとよい。 In the spindle unit of the present invention, the bearing may form an axial air bearing and a radial air bearing by supplying air, and the axial air bearing may be formed by injecting air onto the upper surface of the cylinder.
また、本発明のスピンドルユニットにて、シリンダの第1のエア供給口と第2のエア供給口とにエアを供給するエア供給手段は、スピンドルの他方の端に接続するロータリジョイントと、スピンドルの軸内に配設され第1のエア供給口とエア供給源とを連通する第1のエア供給路と、第2のエア供給口とエア供給源とを連通する第2のエア供給路とを備えるとよい。 Further, in the spindle unit of the present invention, the air supply means for supplying air to the first air supply port and the second air supply port of the cylinder is a rotary joint connected to the other end of the spindle and the spindle. A first air supply path that is arranged in the shaft and communicates the first air supply port and the air supply source, and a second air supply path that communicates the second air supply port and the air supply source. You should prepare.
また、本発明のスピンドルユニットにて、スピンドルの軸内に配設され加工具に加工液を供給する加工液供給路を備えるとよい。 Further, the spindle unit of the present invention may be provided with a machining fluid supply path which is arranged in the shaft of the spindle and supplies the machining fluid to the machining tool.
また、本発明のスピンドルユニットにて、ロータリジョイントは、筒状の回転軸と、回転軸を回転可能に支持するエアベアリングを形成するハウジングと、を備え、回転軸は、筒を形成する厚み内で軸心方向に延在してスピンドルの第1のエア供給路に接続する第3のエア供給路と、スピンドルの第2のエア供給路に接続する第4のエア供給路とを備え、ハウジングは、外壁に形成したベアリングエア供給口から供給したエアを内壁から噴出させてエアベアリングを形成し回転軸を回転可能に支持するベアリングエア供給路と、外壁に形成した第1の供給口から供給したエアを回転軸の第3のエア供給路に連通する第1の連通路と、外壁に形成した第2の供給口から供給したエアを回転軸の第4のエア供給路に連通する第2の連通路と、内壁に形成しエアベアリングを形成するエアを排気する排気溝と、を備えるとよい。 Further, in the spindle unit of the present invention, the rotary joint includes a cylindrical rotating shaft and a housing forming an air bearing that rotatably supports the rotating shaft, and the rotating shaft is within the thickness of forming the cylinder. A housing including a third air supply path extending in the axial direction and connecting to the first air supply path of the spindle and a fourth air supply path connecting to the second air supply path of the spindle. Is supplied from a bearing air supply path formed on the outer wall by ejecting air supplied from the bearing air supply port formed on the outer wall from the inner wall to form an air bearing and rotatably support the rotating shaft, and a first supply port formed on the outer wall. A second communication path for communicating the generated air to the third air supply path of the rotary shaft and a second communication path for communicating the air supplied from the second supply port formed on the outer wall to the fourth air supply path of the rotary shaft. It is preferable to provide a continuous passage of the above and an exhaust groove for exhausting air formed on the inner wall to form an air bearing.
本発明によれば、スピンドルユニットを含む加工装置全体の小型化、構成の簡略化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size of the entire processing apparatus including the spindle unit and simplify the configuration.
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るスピンドルユニットについて説明する。図1は、実施の形態に係るスピンドルユニットの縦断面図である。 Hereinafter, the spindle unit according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the spindle unit according to the embodiment.
図1に示すように、スピンドルユニット10は、軸心の延出方向が上下方向に向けられたスピンドル11と、スピンドル11を囲繞して回転可能に支持するケーシング12とを備えている。また、スピンドルユニット10は、スピンドル11の一方の端となる下端に連結されたマウント13と、スピンドル11の他方の端となる上端に接続されたロータリジョイント15とを備えている。なお、ロータリジョイント15には電磁弁Vを介してシリンダ用エア供給源Aが接続されている。
As shown in FIG. 1, the
スピンドル11は、上方領域を形成して回転駆動源のモータ16が連結される第1軸部11aと、第1軸部11aの下方に大径のベアリング板11bを介在させて配置される第2軸部11cとを備えている。また、スピンドル11の軸中心となる内部には研削液(加工液)を供給するための研削液供給路(加工液供給路)11dが形成されている。なお、研削液供給路11dを囲う位置には、後述する第1のエア供給路及び第2のエア供給路が配設形成されている。
The
モータ16は、スピンドル11の第1軸部11aに設けられたロータ16aと、冷却ジャケット16bを介してケーシング12の内周面に設けられたステータ16cとを備えている。冷却ジャケット16b内には多数の冷却水路が形成されており、ケーシング12に設けられた冷却水供給部12Aから冷却水が供給され、冷却水排出部12Bから冷却水がケーシング12の外部に排出される。
The
ケーシング12は、モータ16を囲繞する上側形成部12aと、スピンドル11の第2軸部11cを囲繞する下側形成部12bと、上側形成部12a及び下側形成部12bの間にてベアリング板11bの外周側に位置する中間形成部12cとを備えている。ここで、スピンドル11は、ベアリング18を介してケーシング12に支持されている。ベアリング18は、エアの供給によって上アキシャルベアリング20、下アキシャルベアリング21、ラジアルベアリング22を形成する。
The
上アキシャルベアリング20は、ベアリング板11bと、ベアリング板11bの下方に対向するケーシング12の下側形成部12bとによって形成される。下側形成部12bの上面には多数の噴出口20aが形成され、噴出口20aからベアリング板11bの下面に高圧エアが噴きつけられる。これにより、ベアリング板11bの下面と下側形成部12bの上面との間にエアが流れ込み、それらの間に僅かな隙間が形成された状態が維持されてアキシャルベアリングとして機能するようになる。
The upper axial bearing 20 is formed by a
下アキシャルベアリング21は、マウント13を構成するシリンダ30と、シリンダ30の上方に対向するケーシング12の下側形成部12bとによって形成される。下側形成部12bの下面にも多数の噴出口21aが形成され、噴出口21aからシリンダ30の上面に対して高圧エアが噴きつけられる。これにより、シリンダ30の上面と下側形成部12bの下面との間にエアが流れ込み、それらの間に僅かな隙間が形成された状態が維持されてアキシャルベアリングとして機能するようになる。
The lower
ラジアルベアリング22は、スピンドル11の第2軸部11cと、第2軸部11cの外周にて径方向に対向するケーシング12における下側形成部12bの内周面とによって形成される。下側形成部12bの内周面にも多数の噴出口22aが形成され、噴出口22aから第2軸部11cの外周面に高圧エアが噴きつけられる。これにより、第2軸部11cの外周面と下側形成部12bの内周面との間にエアが流れ込み、それらの間に僅かな隙間が形成された状態が維持されてラジアルベアリングとして機能するようになる。
The
各噴出口20a、21a、22aは、下側形成部12b内に形成された流路23に接続されている。流路23は、中間形成部12c内の流路24を通じて高圧エア源(不図示)に接続され、高圧エア源から供給される高圧エアを各噴出口20a、21a、22aで噴出できるようになっている。
Each of the
マウント13は、スピンドル11の下端に連結される移動手段26と、移動手段26の下端に連結される円板マウント27と、円板マウント27の外側に位置する環状の環状マウント28とを備えている。
The
移動手段26は、上部円柱部と上部円柱部の下に形成される上部円柱部より小径の下部円柱部とからなる段付き円柱状をなすシリンダ30と、シリンダ30の上部円柱部内に形成される環状の収容室31内に収容されて上下方向に移動可能とされた環状ピストン32と、環状ピストン32から下方に延びるロッド33とを備えている。ロッド33は、図1では1本のみを図示したが、環状ピストン32の周方向に等角度(例えば120°)毎に複数設けられる。
The moving means 26 is formed in a
シリンダ30は、上方に形成されてケーシング12の下側形成部12bと概略同一の外径寸法に形成された大径部30aと、大径部30aの下端に連なる小径部30bとを備えた形状に形成される。大径部30aの上面には、下アキシャルベアリング21の噴出口21aからの高圧エアが噴きつけられ、大径部30aがベアリング板としても機能するように設けられる。大径部30aの下面からは、環状ピストン32に連なるロッド33が突出しており、ロッド33の下端は環状マウント28の上面に固定される。従って、環状ピストン32はロッド33を介して環状マウント28に連結されている。
The
ここで、収容室31の上面には第1のエア供給口35が形成され、収容室31の下面には第2のエア供給口36が形成されている。第1のエア供給口35から収容室31にエアを供給することで、収容室31における環状ピストン32の上方空間が圧力上昇して環状ピストン32を下方に移動させる。一方、第2のエア供給口36から収容室31にエアを供給することで、収容室31における環状ピストン32の下方空間が圧力上昇して環状ピストン32を上方に移動させる(図5参照)。
Here, a first
円板マウント27は、シリンダ30における小径部30bの下端面に固定され、言い換えると、スピンドル11の下端にシリンダ30を介在させて連結される。円板マウント27と、シリンダ30における大径部30aの下面との間には、上下方向に延びる棒状のガイド38が設けられる。ガイド38は、図1では1本のみを図示したが、例えば、隣り合うロッド33の中間にそれぞれ配置する等、円板マウント27の周方向に複数設けられる。環状マウント28にはガイド38が貫通するガイド穴28aが形成され、ガイド38に沿うガイド穴28aの上下動で環状マウント28の上下動が案内される。
The
円板マウント27の下面は装着面として形成され、板状の被加工物を研削加工する研削ホイール(加工具)40が装着される。研削ホイール40には多数の研削砥石41が環状に配設されている。円板マウント27及び研削ホイール40には研削液(加工液)用の流路27a、40aが形成されている。各流路27a、40aは相互に連通しており、また、円板マウント27の流路27aは、シリンダ30に形成された流路30cにも連通し、シリンダ30の流路30cは、スピンドル11の研削液供給路11dに連通している。研削液供給路11dの上端(上流端)は、後述する研削液用流路を通じて不図示の研削液供給源(加工液供給源)に接続され、研削液供給路11d及び各流路30c、27a、40aを通じ、研削ホイール40の流路40aの下流端から研削液が流れ出す。これにより、研削加工時には研削液によって研削砥石41及び被加工物が冷却されると共に、被加工物の上面から研削屑が研削液と共に洗い流される。
The lower surface of the
環状マウント28の内側の開口には、シリンダ30の小径部30bが非接触となるように貫通している。環状マウント28の下面は装着面として形成され、被加工物を研磨加工する環状の研磨パッド(加工具)43が環状となる基台44及びプラテン45を介して装着される。研磨パッド43、基台44及びプラテン45の内径寸法は、円板マウント27及び研削ホイール40の外径寸法より大きく形成される。従って、研磨パッド43、基台44及びプラテン45の内側に円板マウント27及び研削ホイール40が接触せずに収容され、研削ホイール40に対して研磨パッド43が上下方向に相対移動可能となる。
The
ここで、円板マウント27及び環状マウント28それぞれの中心位置(軸心位置)は、上下方向に向けられ、且つ、スピンドル11の中心位置(軸心位置)と一致するように配設される。従って、それらの構成の中心位置が一致するような位置関係となっている。
Here, the center position (axial center position) of each of the
図2は、ロータリジョイント及びスピンドルの一部の縦断面図である。図2に示すように、スピンドル11においては、加工液供給路11dを囲う位置にて120°間隔毎に3本のエア供給路11e、11f(1本は不図示)が配設形成されている。3本のエア供給路のうちの1本は第1のエア供給路11e、他の1本は第2のエア供給路11fとされ、残りの1本は予備用供給路として本実施の形態では使用されない。各エア供給路11e、11fは、スピンドル11の軸心方向と平行に延出している。ここにおいて、第1のエア供給路11e、第2のエア供給路11f及びロータリジョイント15を含んでエア供給手段50が構成される。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a part of the rotary joint and the spindle. As shown in FIG. 2, in the
第1のエア供給路11eは、シリンダ30内に形成された流路30dに連通して第1のエア供給口35にエアを供給する。第2のエア供給路11fは、シリンダ30内に形成された流路30eに連通して第2のエア供給口36にエアを供給する。
The first
ロータリジョイント15は、筒状の回転軸51と、回転軸51を回転可能に支持するハウジング52とを備えている。
The rotary joint 15 includes a tubular
回転軸51の下端は、フランジ状に形成されてスピンドル11の上端に連結され、スピンドル11と回転軸51とが一体に軸心周りに回転可能となっている。回転軸51は、筒の内部空間として軸心位置に形成された研削液用流路51aを備え、この研削液用流路51aはスピンドル11の研削液供給路11dと連通している。研削液用流路51aは不図示の研削液供給源(加工液供給源)に接続される。
The lower end of the
図3は、回転軸の概略斜視図である。図2及び図3に示すように、回転軸51は、研削液用流路51aを囲う位置にて120°間隔毎に3本のエア供給路51b、51c、51d(図3では1本は不図示)が配設形成されている。3本のエア供給路のうちの1本は第3のエア供給路51b、他の1本は第4のエア供給路51cとされ、残りの1本は予備用供給路51dとして本実施の形態では使用されない。各エア供給路51b〜51dは、回転軸51の筒を形成する厚み内で軸心方向と平行に延出している。第3のエア供給路51bはスピンドル11の第1のエア供給路11eに接続され、第4のエア供給路51cはスピンドル11の第2のエア供給路11fに接続される。
FIG. 3 is a schematic perspective view of the rotation axis. As shown in FIGS. 2 and 3, the rotating
回転軸51の外周面には、3本の周溝として第1の周溝51e、第2の周溝51f及び予備用周溝51gが形成されている。これら周溝のうち、中央に位置する第1の周溝51eは回転軸51内部にて第3のエア供給路51bに連通し、上側の第2の周溝51fは回転軸51内部にて第2のエア供給路51cに連通する。なお、下側の予備用周溝51gは予備用供給路51dに連通しているが、本実施の形態では使用されない。
On the outer peripheral surface of the
図2におけるハウジング52の左側部分には、上下に並んで5本の流路が形成されている。これら流路のうち、上から3番目に位置する流路は第1の連通路53とされる。第1の連通路53は、ハウジング52の内壁にて第1の周溝51eに連通し、この第1の周溝51eを通じて第3のエア供給路51bに連通する。第1の連通路53は、ハウジング52の外壁側をエアが供給される第1の供給口53aとして形成し、この第1の供給口53aが電磁弁Vを介してシリンダ用エア供給源Aに接続される。また、第1の連通路53は、電磁弁Vによって大気開放される。
In the left side portion of the
ハウジング52における5本の流路のうち、上から2番目に位置する流路は第2の連通路54とされる。第2の連通路54は、ハウジング52の内壁にて第2の周溝51fに連通し、この第1の周溝51eを通じて第4のエア供給路51cに連通する。第2の連通路54は、ハウジング52の外壁側をエアが供給される第2の供給口54aとして形成し、この第2の供給口54aが電磁弁Vを介してシリンダ用エア供給源Aに接続される。また、第2の連通路54は、電磁弁Vによって大気開放される。
Of the five flow paths in the
ハウジング52における5本の流路のうち、上から4番目に位置する流路は予備用連通路55とされる。予備用連通路55は、ハウジング52の内壁にて第3の周溝51gに連通し、この第3の周溝51gを通じて予備用供給路51d(図3参照)に連通する。本実施の形態では、予備用連通路55はハウジング52の外壁側にて栓等によって閉塞される。
Of the five flow paths in the
ハウジング52における5本の流路のうち、最上位及び最下位となる流路は上側ベアリングエア供給路(ベアリングエア供給路)57、下側ベアリングエア供給路(ベアリングエア供給路)58とされる。上側ベアリングエア供給路57及び下側ベアリングエア供給路58は、ハウジング52の外壁側を上側ベアリングエア供給口(ベアリングエア供給口)57a及び下側ベアリングエア供給口(ベアリングエア供給口)58aとして形成する。上側ベアリングエア供給路57及び下側ベアリングエア供給路58は、ハウジング52の内壁側を噴出口57b、58bとして形成し、噴出口57b、58bから回転軸51の外周面に高圧エアが噴きつけられる。上側ベアリングエア供給路57及び下側ベアリングエア供給路58は、上側ベアリングエア供給口57a及び下側ベアリングエア供給口58aを通じて高圧エア源(不図示)に接続される。これにより、高圧エア源から供給される高圧エアを各噴出口57b、58bから回転軸51の外周面に噴きつけできるようになる。従って、回転軸51の外周面とハウジング52の内壁との間にエアが流れ込み、それらの間に僅かな隙間が形成された状態が維持されてラジアルベアリングとして機能するようになる。
Of the five flow paths in the
ハウジング52の内壁において、上側ベアリングエア供給路57における下方隣接位置及び下側ベアリングエア供給路58における上方隣接位置には、内壁の周方向に延びる環状の排気溝52a、52bが形成されている。これら排気溝52a、52bには、隣接する噴出口57b、58bから噴きつけられたエアが流れ込み、このエアの流れによっても上記のラジアルベアリングとしての機能に寄与する。
In the inner wall of the
ここで、ハウジング52の内壁において、第1の連通路53と第2の連通路54との間、第1の連通路53と予備用連通路55との間にも、内壁の周方向に延びる環状の排気溝52c、52dが形成される。第1の連通路53及び第2の連通路54に供給されるエアは、その一部が隣接する排気溝52a、52c、52dに流れ込み、このエアの流れによっても上記のラジアルベアリングとしての機能に寄与することとなる。
Here, in the inner wall of the
各排気溝52a〜52dは、ハウジング52の内壁より図2中右側に形成された排気流路60に連通している。排気流路60は、排気溝52a〜52dから流れ込んだエアを装置の外部に排出する。
The
回転軸51の上端側にはフランジ状のベアリング板61が形成されている。ハウジング52は、ベアリング板61の上下両側を囲繞する形状に形成されている。ハウジング52には、ベアリング板61の上下両面に高圧エアを噴きつける噴出口62が形成されている。噴出口62は、ハウジング52に形成されたアキシャルベアリングエア供給路(ベアリングエア供給路)63に連通しており、アキシャルベアリングエア供給路63は、ハウジング52の外壁側をアキシャルベアリングエア供給口63aとして形成する。アキシャルベアリングエア供給路63は、アキシャルベアリングエア供給口(ベアリングエア供給口)63aを通じて高圧エア源(不図示)に接続される。これにより、高圧エア源から供給される高圧エアを噴出口62からベアリング板61の外周面に噴きつけ、ベアリング板61とハウジング52の内面との間に僅かな隙間が形成された状態が維持されてアキシャルベアリングとして機能するようになる。
A flange-shaped
続いて、上述したスピンドルユニット10にて使用する研削ホイール40及び研磨パッド43の切換方法について図2に加え、図4及び図5を参照して説明する。図4は、研磨パッドを使用する場合の説明図であり、図5は、研削ホイールを使用する場合の説明図である。研磨パッド43を使用する場合には、図2及び図4に示すように、電磁弁Vにてシリンダ用エア供給源Aからのエアがロータリジョイント15における第1の連通路53に流れるように制御する。第1の連通路53に流れるエアは、第3のエア供給路51b、スピンドル11の第1のエア供給路11e、シリンダ30の流路30dの順に流れて第1のエア供給口35に達する。
Subsequently, a method of switching between the
そして、第1のエア供給口35からシリンダ30の収容室31にエアが供給され、収容室31における環状ピストン32の上方空間が圧力上昇して環状ピストン32がスピンドル11の一方の端となる下端方向に移動する。この移動によって、環状マウント28が下方に移動され、環状マウント28の下面となる装着面が円板マウント27の下面となる装着面より突出した状態となる(図6参照)。これにより、環状マウント28に装着した研磨パッド43が研削ホイール40の下端より下方に配置され、被加工物(不図示)に研磨パッド43だけが接触するようにして研磨加工を実施できるようになる。
Then, air is supplied from the first
一方、この状態から研削ホイール40を使用する場合、図5に示すように、電磁弁Vにてシリンダ用エア供給源Aからのエアがロータリジョイント15における第2の連通路54に流れるように制御する。第2の連通路54に流れるエアは、第4のエア供給路51c、スピンドル11の第2のエア供給路11f、シリンダ30の流路30eの順に流れて第2のエア供給口36に達する。
On the other hand, when the grinding
そして、第2のエア供給口36からシリンダ30の収容室31にエアが供給され、収容室31における環状ピストン32の下方空間が圧力上昇して環状ピストン32がスピンドル11の他方の端となる上端方向に移動する。この移動によって、環状マウント28が上方に移動され、円板マウント27の下面となる装着面が環状マウント28の下面となる装着面より突出した状態となる(図7参照)。これにより、円板マウント27に装着した研削ホイール40が研磨パッド43の下端より下方に配置され、被加工物(不図示)に研削ホイール40だけが接触するようにして研削加工を実施できるようになる。
Then, air is supplied from the second
このように、本実施の形態のスピンドルユニット10では、被加工物に対し、円板マウント27に装着した研削ホイール40と、環状マウント28に装着した研磨パッド43とを選択的に使用する事が可能となる。
As described above, in the
なお、環状ピストン32に移動時において、第1のエア供給口35及び第2のエア供給口36の何れか一方からエアを供給しているとき、他方は収容室31内のエアの排気口として機能する。エアを排気する場合は、上述したエアを供給する経路にて逆方向にエアが流れ、電磁弁Vから外部にエアが排出される。
When air is being supplied from either the first
このような実施の形態によれば、シリンダ30の環状ピストン32を移動させることによって、研磨パッド43の内側に研削ホイール40を収容したり突出させたりすることができる。これにより、単一のスピンドルユニット10にて、研削ホイール40及び研磨パッド43の使用を簡単に切り換えでき、異なる加工となる研削及び研磨を選択的に実施することができる。従って、1台の加工装置にて研削及び研磨の両方の加工を行う場合、2体のスピンドルユニットを設けずに単一のスピンドルユニット10にて対応でき、スピンドルユニット10の設置数を削減できる。更に、2つのスピンドルユニットの加工位置間を移動させる機構を省略することもできる。その結果、スピンドルユニット10を備えた加工装置の構成を簡略化でき、且つ、加工装置の大きさを小型化することができる。
According to such an embodiment, the grinding
また、環状ピストン32によって環状マウント28を移動する構成としたので、それらの連結位置をスピンドル11の軸心位置より外側に離れた位置に設定することができる。これにより、加工中に環状マウント28の軸心位置が傾くような力が加わっても、例えば軸心位置にピストンを設けた構成に比べ、かかる力に対する抗力を大きく確保でき、環状マウント28及び研磨パッド43が傾くことを抑制して加工精度を高めることができる。
Further, since the
また、下アキシャルベアリング21では、シリンダ30の上面にエアを噴きつけているので、シリンダ30がベアリング板と同様に機能するようになる。つまり、下アキシャルベアリング21だけに用いられるベアリング板を省略することができ、構成を簡略化することができる。しかも、スピンドルユニット10の軸心方向の全長を短縮でき、且つ、ベアリング18と各マウント27、28とを接近した設計を採用できるので、これによっても、研削ホイール40や研磨パッド43が傾くことを抑制して加工精度向上を図ることができる。
Further, in the lower
なお、円板マウント27及び環状マウント28に装着する加工具は、種々の変更が可能であり、例えば、両方のマウント27、28とも研削ホイールを装着したり、研磨パッドを装着したりしてもよい。この場合には、一方で粗加工を行い、他方で仕上げ加工を行うことが例示できる。
The processing tools attached to the
また、被加工物は、加工の種類に応じて、例えば、半導体デバイスウェーハ、光デバイスウェーハ、パッケージ基板、半導体基板、無機材料基板、酸化物ウェーハ、生セラミックス基板、圧電基板等の各種ワークが用いられてもよい。半導体デバイスウェーハとしては、デバイス形成後のシリコンウェーハや化合物半導体ウェーハが用いられてもよい。光デバイスウェーハとしては、デバイス形成後のサファイアウェーハやシリコンカーバイドウェーハが用いられてもよい。また、パッケージ基板としてはCSP(Chip Size Package)基板、半導体基板としてはシリコンやガリウム砒素等、無機材料基板としてはサファイア、セラミックス、ガラス等が用いられてもよい。さらに、酸化物ウェーハとしては、デバイス形成後又はデバイス形成前のリチウムタンタレート、リチウムナイオベートが用いられてもよい。 Further, as the workpiece, various workpieces such as semiconductor device wafers, optical device wafers, package substrates, semiconductor substrates, inorganic material substrates, oxide wafers, raw ceramic substrates, and piezoelectric substrates are used depending on the type of processing. May be done. As the semiconductor device wafer, a silicon wafer or a compound semiconductor wafer after device formation may be used. As the optical device wafer, a sapphire wafer or a silicon carbide wafer after device formation may be used. Further, a CSP (Chip Size Package) substrate may be used as the package substrate, silicon, gallium arsenide or the like may be used as the semiconductor substrate, and sapphire, ceramics, glass or the like may be used as the inorganic material substrate. Further, as the oxide wafer, lithium tantalate or lithium niobate after device formation or before device formation may be used.
また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれる全ての実施形態をカバーしている。 Further, the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment and modification, and may be variously modified, replaced, or modified without departing from the spirit of the technical idea of the present invention. Furthermore, if the technical idea of the present invention can be realized in another way by the advancement of technology or another technology derived from it, it may be carried out by using that method. Therefore, the scope of claims covers all embodiments included within the scope of the technical idea of the present invention.
以上説明したように、本発明は、スピンドルユニットを含む加工装置全体の大きさを小型化、構成の簡略化を図ることができるという効果を有し、2種類の回転する加工具によってそれぞれ加工を行う加工装置に有用である。 As described above, the present invention has the effect of reducing the size of the entire processing apparatus including the spindle unit and simplifying the configuration, and processing is performed by two types of rotating processing tools. It is useful for the processing equipment to be performed.
10 スピンドルユニット
11 スピンドル
11a 研削液供給部(加工液供給部)
11e 第1のエア供給路
11f 第2のエア供給路
12 ケーシング
13 マウント
15 ロータリジョイント
18 ベアリング
20 上アキシャルベアリング
21 下アキシャルベアリング
22 ラジアルベアリング
26 移動手段
27 円板マウント
28 環状マウント
30 シリンダ
31 収容室
32 環状ピストン
35 第1のエア供給口
36 第2のエア供給口
40 研削ホイール(加工具)
43 研磨パッド(加工具)
50 エア供給手段
51 回転軸
51b 第3のエア供給路
51c 第4のエア供給路
52 ハウジング
52a〜52e 排気溝
53 第1の連通路
53a 第1の供給口
54 第2の連通路
54a 第2の供給口
57 上側ベアリングエア供給路(ベアリングエア供給路)
57a 上側ベアリングエア供給口(ベアリングエア供給口)
58 下側ベアリングエア供給路(ベアリングエア供給路)
58a 下側ベアリングエア供給口(ベアリングエア供給口)
63 アキシャルベアリングエア供給路(ベアリングエア供給路)
63a アキシャルベアリングエア供給口(ベアリングエア供給口)
10
11e 1st
43 Polishing pad (processing tool)
50 Air supply means 51
57a Upper bearing air supply port (bearing air supply port)
58 Lower bearing air supply path (bearing air supply path)
58a Lower bearing air supply port (bearing air supply port)
63 Axial bearing air supply path (bearing air supply path)
63a Axial bearing air supply port (bearing air supply port)
Claims (5)
該マウントは、該スピンドルの一方の端に軸心と中心を一致させ連結する円板マウントと、該円板マウントの外側で該円板マウントの中心を中心とした環状の環状マウントと、該環状マウントを該スピンドルの軸心方向に移動させる移動手段とを備え、
該移動手段は、該環状マウントに連結され該スピンドルの軸心と中心を一致させた環状の環状ピストンと、該環状ピストンを収容する環状の収容室内で該環状ピストンを該スピンドルの軸心方向に移動可能とするシリンダと、該シリンダの該収容室内にエアを供給する第1のエア供給口と第2のエア供給口と、該環状マウントと該環状ピストンとを連結し該スピンドルの軸心方向に延在する複数のロッドと、該シリンダと該円板マウントとを連結し該スピンドルの軸心方向に延在する棒状の複数のガイドと、該ガイドが貫通する該環状マウントに形成される複数のガイド穴と、を備え、
該第1のエア供給口からエアを供給し該環状ピストンを該スピンドルの一方の端に向かって移動させ該ガイドに沿って該ガイド穴が該環状ピストンの移動方向と同方向に移動し該環状マウントの装着面を該円板マウントの装着面より突出させ、該第2のエア供給口からエアを供給し該環状ピストンを該スピンドルの他方の端に向かって移動させ該ガイドに沿って該ガイド穴が該環状ピストンの移動方向と同方向に移動し該円板マウントの装着面を該環状マウントの装着面より突出させ、被加工物に対して該円板マウントに装着した加工具と該環状マウントに装着した加工具とを選択的に使用する事を可能にしたスピンドルユニット。 A spindle unit comprising a spindle for connecting a mount having a mounting surface for mounting a processing tool for processing a workpiece to one end, and a casing for rotatably supporting the spindle via a bearing.
The mount includes a disk mount that is connected to one end of the spindle so that its axis and center are aligned with each other, an annular mount that is outside the disk mount and is centered on the center of the disk mount, and an annular mount. A moving means for moving the mount in the axial direction of the spindle is provided.
The moving means has an annular piston connected to the annular mount and aligned with the axial center of the spindle, and the annular piston in the annular storage chamber accommodating the annular piston in the axial direction of the spindle. A movable cylinder, a first air supply port and a second air supply port for supplying air to the accommodation chamber of the cylinder, and an annular mount and the annular piston are connected to each other in the axial direction of the spindle. A plurality of rods extending in the rod, a plurality of rod-shaped guides extending in the axial direction of the spindle connecting the cylinder and the disk mount, and a plurality of rod-shaped guides formed in the annular mount through which the guides penetrate. With guide holes ,
Air is supplied from the first air supply port, the annular piston is moved toward one end of the spindle, and the guide hole moves along the guide in the same direction as the moving direction of the annular piston, and the annular piston is moved. The mounting surface of the mount protrudes from the mounting surface of the disk mount, air is supplied from the second air supply port, the annular piston is moved toward the other end of the spindle, and the guide is along the guide. The hole moves in the same direction as the moving direction of the annular piston so that the mounting surface of the disc mount protrudes from the mounting surface of the annular mount, and the processing tool mounted on the disk mount and the annular shape with respect to the workpiece. A spindle unit that enables selective use with the processing tools attached to the mount.
該アキシャルエアベアリングは、該シリンダの上面に対してエアを噴きつけて形成される請求項1記載のスピンドルユニット。 The bearing forms an axial air bearing and a radial air bearing by supplying air.
The spindle unit according to claim 1, wherein the axial air bearing is formed by injecting air onto the upper surface of the cylinder.
該スピンドルの他方の端に接続するロータリジョイントと、該スピンドルの軸内に配設され該第1のエア供給口とエア供給源とを連通する第1のエア供給路と、該第2のエア供給口とエア供給源とを連通する第2のエア供給路とを備えた請求項1または請求項2に記載のスピンドルユニット。 The air supply means for supplying air to the first air supply port and the second air supply port of the cylinder is
A rotary joint connected to the other end of the spindle, a first air supply path arranged within the shaft of the spindle and communicating the first air supply port and the air supply source, and the second air. The spindle unit according to claim 1 or 2, further comprising a second air supply path that communicates the supply port and the air supply source.
筒状の回転軸と、該回転軸を回転可能に支持するエアベアリングを形成するハウジングと、を備え、
該回転軸は、筒を形成する厚み内で軸心方向に延在して該スピンドルの該第1のエア供給路に接続する第3のエア供給路と、該スピンドルの該第2のエア供給路に接続する第4のエア供給路とを備え、
該ハウジングは、外壁に形成したベアリングエア供給口から供給したエアを内壁から噴出させてエアベアリングを形成し該回転軸を回転可能に支持するベアリングエア供給路と、外壁に形成した第1の供給口から供給したエアを該回転軸の該第3のエア供給路に連通する第1の連通路と、外壁に形成した第2の供給口から供給したエアを該回転軸の該第4のエア供給路に連通する第2の連通路と、内壁に形成しエアベアリングを形成するエアを排気する排気溝と、を備えた請求項3記載のスピンドルユニット。 The rotary joint is
A tubular rotating shaft and a housing forming an air bearing that rotatably supports the rotating shaft are provided.
The rotating shaft extends in the axial direction within the thickness forming the cylinder and connects to the first air supply path of the spindle, and the second air supply path of the spindle. Equipped with a fourth air supply path that connects to the road
The housing has a bearing air supply path that rotatably supports the rotating shaft by ejecting air supplied from a bearing air supply port formed on the outer wall from the inner wall to form an air bearing, and a first supply formed on the outer wall. The air supplied from the first air passage that communicates the air supplied from the port to the third air supply path of the rotating shaft and the air supplied from the second supply port formed on the outer wall are the fourth air of the rotating shaft. The spindle unit according to claim 3, further comprising a second communication passage communicating with the supply path and an exhaust groove for exhausting air formed on the inner wall to form an air bearing.
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