(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段とを備えた研削装置であって、
該研削手段は、スピンドルハウジング中に回転可能に収容されたスピンドルと、該スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、該ホイールマウントとネジによって締結されホイールベースに環状超音波振動子を備えるとともに該ホイールベースの自由端部に複数の研削砥石が環状に配設された研削ホイールと、該スピンドルを回転駆動する駆動源とを含んでおり、
該研削ホイールの該ホイールベースには、該環状超音波振動子に高周波電力を供給する可動電極が配設されており、
該可動電極は、磁力により引きつけられる材質で形成されバネ部材に連結されてケースに収納されており、
該ホイールマウントには、該研削ホイールをネジにより締結した状態において該可動電極に向き合う位置でありかつ該可動電極よりも該研削ホイールの半径方向外周側に、磁力を持つ固定電極が配設されており、
該研削ホイールは、ネジにより該ホイールマウントに締結する際、該バネ部材の引っ張り張力より強力な該固定電極の磁力により該可動電極が該固定電極に接触し、
該スピンドルを回転させると、該可動電極にはたらく遠心力により、該可動電極よりも研削ホイールの半径方向外周側に配設された該固定電極に対して該可動電極が接触圧力を加える構造としたことを特徴とする研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を伴って被加工物の研削を行う研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に複数形成されたウエーハは、切削装置等の分割装置によって個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン等の各種機器に利用されている。ウエーハは、デバイスに分割される前に、研削砥石を備えた研削ホイールによって裏面が研削されて所定の厚さに形成される。
【０００３】
また、研削装置を用いてサファイア、シリコンナイトライド、リチウムタンタレート、アルチック等の脆性硬質材料を研削すると、長時間を要し生産性が低いことから、本出願人は、超音波振動子を備えた研削ホイールを使用し、研削ホイールが超音波振動しながら被加工物を研削する研削装置を開発し、特許出願した（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載された研削装置では、研削ホイールを支持するホイールマウントに連結された回転スピンドルの端部に電力供給手段が連結され、回転スピンドルの軸心の長手方向に形成された空洞部を介して導電線がホイールマウントに延びた構成となっている。そして、ホイールマウントには、導電線が接続された凹型コネクタが形成されており、この凹型コネクタと研削ホイールに形成された凸型コネクタとを接続すると、凸型コネクタに接続された超音波振動子に高周波電力が供給され、研削ホイールが振動する構成となっている。
【０００５】
かかる研削装置では、研削ホイールをホイールマウントに対して着脱する際に、凹型コネクタ及び凸型コネクタを着脱しなければならず、手間がかかるという問題があった。そこで、本出願人は、ホイールマウントに対する研削ホイールの着脱を容易に行うことができる研削装置を開発し、特許出願した（特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献２に記載された研削装置では、研削ホイールに環状の超音波振動子が配設されているとともに、その周囲に超音波振動子と電気的に接続された２つの環状電極が設けられており、ホイールマウントに研削ホイールを装着することにより、当該２つの環状電極がホイールマウントの下端に設けられた２つの電極と接触し、研削ホイールが超音波振動する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２３６９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９４６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２における環状電極の配設位置には高い精度が要求されるため、誤差により電極の接触不良が生じるおそれがある。また、電極同士が点接触により接続されるため、超音波振動を伴う加工時に振動が相殺される領域であるノード領域が変化すると、電極の接触不良が生じることがある、
【０００９】
本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、超音波振動を伴って研削を行う研削ホイールをホイールマウントに装着して使用する場合において、高精度な電極位置精度を不要とするとともに、超音波振動加工時のノード領域変化によっても電極接触不良を発生させず、かつ、研削ホイールを容易に着脱できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段とを備えた研削装置に関するもので、研削手段は、スピンドルハウジング中に回転可能に収容されたスピンドルと、スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、ホイールマウントとネジによって締結されホイールベースに環状超音波振動子を備えるとともにホイールベースの自由端部に複数の研削砥石が環状に配設された研削ホイールと、スピンドルを回転駆動する駆動源とを含んでおり、研削ホイールのホイールベースには、環状超音波振動子に高周波電力を供給する可動電極が配設されており、可動電極は、磁力により引きつけられる材質で形成されバネ部材に連結されてケースに収納されており、ホイールマウントには、研削ホイールをネジにより締結した状態において可動電極に向き合う位置でありかつ可動電極よりも研削ホイールの半径方向外周側に、磁力を持つ固定電極が配設されており、研削ホイールは、ネジによりホイールマウントに締結する際、バネ部材の引っ張り張力より強力な固定電極の磁力により可動電極が固定電極に接触し、スピンドルを回転させると、可動電極にはたらく遠心力により、可動電極よりも研削ホイールの半径方向外周側に配設された固定電極に対して可動電極が接触圧力を加える構造としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る研削装置においては、超音波振動子に高周波電力を供給する可動電極が研削ホイールに配設され、可動電極が磁力により引きつけられる材質で形成されバネ部材によりケースに収納されているとともに、ホイールマウントには磁力をもつ固定電極が可動電極よりも外周側に配設されており、研削ホイールを研削マウントにネジにより締結する時に互いの電極が向き合うように配置され、磁力により可動電極と固定電極とが接触するため、電極同士の接続が容易であり、研削ホイールをホイールマウントに対して着脱するだけで、可動電極と固定電極との着脱も容易に行うことができる。また、磁力に加えて遠心力により可動電極が固定電極に対して接触圧力を加えるため、回転中においても可動電極と固定電極とをより確実に接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】研削装置の一例を示す斜視図である。
【図２】研削装置の一部の構成を略示的に示す断面図である。
【図３】固定電極を備えたホイールマウントの一例を示す斜視図である。
【図４】研削ホイールの一例を示す斜視図である。
【図５】研削ホイールをホイールマウントに装着し固定電極と可動電極とが向き合った状態を略示的に示す断面図である。
【図６】研削ホイールをホイールマウントに装着し固定電極と可動電極とが接触した状態を略示的に示す断面図である。
【図７】被加工物を研削する状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示す研削装置１は、チャックテーブル２に保持された被加工物に対して研削手段３によって研削加工が施される装置であり、チャックテーブル２は、回転可能であるとともに、前後方向に移動可能となっている。
【００１４】
研削手段３は、鉛直方向の軸心を有しスピンドルハウジング３０中に回転可能に収容されたスピンドル３１と、スピンドル３１の一方の先端（下端）に固定されたホイールマウント３２と、ホイールマウント３２に固定された研削ホイール３３とを備えている。
【００１５】
研削手段３は、研削送り手段４によって駆動されて昇降可能となっている。研削送り手段４は、鉛直方向に延びるボールネジ４０と、ボールネジ４０と平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールネジ４０の一端に連結されボールネジ４０を正逆両方向に回動させるモータ４２と、ボールネジ４０に螺合する内部のナット（図示せず）を有するとともに側部がガイドレール４１に摺接した昇降部４３と、昇降部４３に連結され研削手段３を支持する支持部４４とから構成されており、モータ４２によって駆動されてボールネジ４０が回動することにより昇降部４３がガイドレール４１にガイドされて昇降すると、研削手段３も昇降する構成となっている。
【００１６】
図２に示すように、スピンドル３１は、スピンドルハウジング３０によって非接触状態で回転可能に支持されている。
【００１７】
研削手段３には、スピンドル３１を回転駆動する駆動源３５を備えている。駆動源３５は、電動モータであり、スピンドル３１の中間部に連結されたロータ３５０と、ロータ３５０の外周側に配設されたステータコイル３５１とを備えている。駆動源３５は、電力供給手段５から電力の供給を受けて動作する。
【００１８】
電力供給手段５は、交流電源５０と、交流電源５０のステータコイル３６１との間に介在する電圧調整手段５１と、ステータコイル３６１に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段５２と、電圧調整手段５１及び周波数調整手段５２を制御する制御手段５３と、超音波振動の振幅等の入力に用いる入力手段５４とを備えている。
【００１９】
交流電源５０は、制御回路５５及び配線５６を介して駆動源３５のステータコイル３５１に接続されており、ステータコイル３５１に交流電力を供給することによりロータ３５０及びスピンドル３１を回転させることができる。
【００２０】
スピンドル３１の一端は小径先端部３１０となっており、小径先端部３１０にホイールマウント３２が固定されている。
【００２１】
スピンドル３１の他端には、ロータリートランス３６を備えている。ロータリートランス３６は、スピンドル３１の上端に連結された受電手段３６０と、受電手段３６０の外周側に位置する給電手段３６１とから構成される。受電手段３６０は、スピンドル３１に連結されたロータコア３６０ａと、ロータコア３６０ａに巻回された受電コイル３６０ｂとから構成されている。
【００２２】
給電手段３６１は、受電手段３６０を構成するステータコア３６０ｂの外周側に配設されたステータコア３６１ａと、ステータコア３６１ａに配設された給電コイル３６１ｂとから構成される。給電コイル３６１ｂには、配線５７を介して交流電力が供給される。
【００２３】
受電手段３６０の受電コイル３６０ｂには、導電線３７が接続されている。この導電線３７は、スピンドル３１の軸方向に形成された孔３７ａを通り、図３に示す固定電極３８に接続されている。
【００２４】
図３に示す固定電極３８は、ホイールマウント３２の下面から下方に突出した状態で複数（図３の例では２つ）固着されており、それぞれが磁性を有している。
【００２５】
図３に示すように、ホイールマウント３２には、鉛直方向に貫通する貫通孔３２０が環状に複数形成されており、この貫通孔３２０に図２に示すネジ３２１を挿入し、図４に示す研削ホイール３３のネジ穴３３ａに締結することにより、研削ホイール３３がホイールマウント３２に固定される。
【００２６】
図４に示すように、研削ホイール３３は、ホイールマウント３２に固定される装着リング３３０と、装着リング３３０の下方に一体に形成されたホイールベース３３１と、ホイールベース３３１の下面の自由端部に環状に固着された複数の研削砥石３３２とから構成されている。
【００２７】
ホイールベース３３１の中心部には円形の中心孔３３１ａが形成されており、この中心孔３３１ａの周囲には、中心孔３３１ａと同心円状に形成された環状超音波振動子６を備えている。環状超音波振動子６としては、チタン酸バリウム（BaTiO３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Pb(Zi、Ti)O３）、リチウムナイオベート（LiNbO３）、リチウムタンタレート（LiTaO３）、ニオブ酸カリウムナトリウム(K,N)(KnbO３)等を用いることができる。
【００２８】
ホイールベース３３１においては、環状超音波振動子６の外周側に電極接続部７が複数（図３の例では２つ）配設されている。個々の電極接続部７は、環状超音波振動子６に電気的に接続される導電線７０と、導電線７０が固定される固定板７１と、固定板７１よりも外周側に位置し固定板７１と電気的に導通する可動電極７２と、固定板７１と可動電極７２とを連結するバネ部材７３と、これらを収容するケース７４とから構成されている。ケース７４には、研削ホイール３３の径方向外周側の端部に開口部７４０が形成されており、バネ部材７３の伸縮により開口部７４０を介して可動電極７２が出没可能となっている。
【００２９】
可動電極７２は、磁力により引きつけられる材質、例えば金属により形成されている。また、バネ部材７３の伸縮方向は、研削ホイール３３の径方向であり、バネ部材７３よりも当該径方向の外周側に可動電極７２が位置している。
【００３０】
装着リング３３０には、周方向に離間して複数のスリット３３０ａが形成されている。このスリット３３０ａは、超音波振動がホイールマウント３２に伝達されるのを抑制する役割を果たす。
【００３１】
図５に示すように、装着リング３３０とホイールベース３３１とは環状連結部３３３によって連結されている。ホイールベース３３１の底面３３１ｂと環状連結部３３３の内側面３３３ａとによって囲まれる空間３３４に電極接続部７が収容されている。なお、図５においては電極接続部７を１つのみ図示しているが、他にも少なくとも１個は電極接続部７が空間３３４に配設されている。
【００３２】
図５に示すように、ネジ３２１を締結してホイールマウント３２に研削ホイール３３を固定すると、固定電極３８と電極接続部７の可動電極７２とが向き合った状態となる。また、固定電極３８は、可動電極７２よりも研削ホイール３３の半径方向外周側に位置する。
【００３３】
そして、可動電極７２は、図６に示すように、固定電極３８の磁力によって、バネ部材７３の伸張を伴って開口部７４０から外側に出て固定電極３８に近づく方向に移動し、固定電極３８に接続される。すなわち、固定電極３８の磁力はバネ部材７３の引っ張り張力より強く、かかる磁力により電極接続部７を引きつけて接触させる。このように、研削ホイール３３をホイールマウント３２に取り付けるだけで固定電極３８と可動電極７２とが接続されるため、電力供給手段５から供給された高周波電力が、導電線３７及び固定電極３８を介して可動電極７２に伝わり、可動電極７２が環状超音波振動子６に高周波電力を供給することができる。
【００３４】
一方、固定電極３８と電極接続部７とは磁力によって接続されているため、ネジ３２１を緩めて研削ホイール３３をホイールマウント３２から取り外すと、固定電極３８と電極接続部７との接続が解除される。
【００３５】
このように、ホイールマウント３２に対して研削ホイール３３を取り付けることによって固定電極３８と電極接続部７とが磁力により接触し、研削ホイール３３をホイールマウント３２から取り外すことで電極接続部７が固定電極３８から離れるため、ホイールマウント３２に対する研削ホイール３３の着脱とは別に固定電極３８と可動電極７２との接触状態を操作する必要がなく、研削ホイールの着脱を容易とすることができる。また、固定電極３８と可動電極７２とは磁力により引き合って接触するため、高い位置精度が要求されることはなく、誤差による接触不良が生じることもない。
【００３６】
次に、図１に示した研削装置１を用いて被加工物（ワーク）Ｗを研削する場合に装置の動作について説明する。ワークＷは、被保持面にテープＴが貼着されてチャックテーブル２に保持される。そして、チャックテーブル２が後方側に移動することにより、ワークＷが研削手段３の下方に位置づけされる。
【００３７】
次に、チャックテーブル２を例えば３００ＲＰＭほどの回転速度で回転させるとともに、スピンドル３１を回転させることにより研削ホイール３３を例えば６０００ＲＰＭ程度の回転速度で回転させながら、研削送り手段４が研削手段３を降下させることにより、図７に示すように、回転する研削砥石３３２をワークＷに接触させて研削を行う。そして、ワークＷが所望の厚さとなった時点で研削手段３を上昇させて研削を終了する。
【００３８】
図６に示したように、電極接続部７を構成する可動電極７２は、バネ部材７３に連結されバネ部材７３よりも研削ホイール３３の外周側に位置しているため、研削中は、スピンドル３１及び研削ホイール３３が回転することにより、可動電極７２には固定電極３８側に向けた遠心力が作用する。したがって、磁力による接触に加えて、遠心力によっても可動電極７２が固定電極３８に接触圧力を加えるため、接触不良が起こるのをより確実に防止することができる。
【００３９】
また、可動電極７２と固定電極３８とは面で接触するため、高精度な位置あわせが不要であり、超音波振動加工時のノード領域が変化しても、接触不良が発生しない。
【実施例】
【００４０】
超音波振動子として、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）で形成されたものを用いた。上記可動電極７２を備えた研削ホイール３３を固定電極３８を備えたホイールマウント３２に装着し、２８ｋＨｚ、１５０Ｖの電圧を電力供給手段５から印加したところ、研削砥石３３２は、２８ｋＨｚの周波数でラジアル方向（径方向）に１０μｍ前後、スラスト方向（軸方向）に１０μｍ前後の振幅で振動した。
【００４１】
一方、従来の研削ホイールをホイールマウントに装着し、同じ条件で電圧を印加すると、研削砥石はラジアル方向に０．２μｍ前後の振幅でしか振動しなかった。
【００４２】
なお、図２に示した周波数調整手段５２として、交流電流の周波数をＤＣ〜５００ｋＨｚまで調整可能である（株）エヌエフ回路設計ブロックが提供するデジタルファンクションジェレネータ（ＤＦ-1905）を使用した。
【符号の説明】
【００４３】
１：研削装置
２：チャックテーブル
３：研削手段
３０：スピンドルハウジング  ３１：スピンドル
３２：ホイールマウント
３２０：貫通孔  ３２１：ネジ
３３：研削ホイール  ３３ａ：ネジ穴
３３０：装着リング  ３３０ａ：スリット
３３１：ホイールベース  ３３２：研削砥石  ３３３：環状連結部
３３４：空間
３５：駆動源  ３５０：ロータ  ３５１：ステータコイル
３６：ロータリートランス
３６０：受電手段  ３６０ａ：ロータコア  ３６０ｂ：受電コイル
３６１：給電手段  ３６１ａ：ステータコア  ３６１ｂ：給電コイル
３７：導電線  ３７ａ：孔  ３８：固定電極
４：研削送り手段
４０：ボールネジ  ４１：ガイドレール  ４２：モータ  ４３：昇降部
４４：支持部
５：電力供給手段
５０：交流電源  ５１：電圧調整手段  ５２：周波数調整手段
５３：制御手段  ５４：入力手段  ５５：制御回路  ５６，５７：配線
６：環状超音波振動子
７：電極接続部
７０：導電線  ７１：固定板  ７２：可動電極  ７３：バネ部材
７４：ケース  ７４０：開口部
【図１】
0005690643.tif 000002
【図２】
0005690643.tif 000003
【図３】
0005690643.tif 000004
【図４】
0005690643.tif 000005
【図５】
0005690643.tif 000006
【図６】
0005690643.tif 000007
【図７】
0005690643.tif 000008