加工装置的制作方法

1.本发明涉及加工装置，其具有对被加工物进行保持的保持单元以及对被加工物进行加工的加工单元。


背景技术：

2.作为对被加工物进行加工的加工装置的一例，已知有对被加工物进行切入式磨削的磨削装置。磨削装置具有用于对被加工物进行吸引保持的圆板状的卡盘工作台。在卡盘工作台的下方设置有用于使卡盘工作台绕规定的旋转轴旋转的电动机。
3.例如在电动机的输出轴上固定有驱动带轮，驱动带轮的旋转经由带而传递至固定于卡盘工作台的旋转轴的从动带轮。在手动式的磨削装置中，电动机和卡盘工作台固定于能够沿着规定方向移动的移动板。
4.例如电动机借助电动机托架而固定于移动板的侧方，卡盘工作台被支承为能够在该移动板上旋转。当移动板在规定方向上移动时，电动机和卡盘工作台一起在规定方向上移动(例如参照专利文献1)。
5.另外，在进行切入式磨削的磨削装置中，卡盘工作台的保持面具有中央部比外周部突出的圆锥形状，卡盘工作台的旋转轴按照保持面的一部分与水平方向大致平行的方式相对于铅垂方向倾斜。
6.卡盘工作台通过支承于移动板的圆筒状的工作台基座支承为能够旋转，工作台基座的倾斜(即、卡盘工作台的旋转轴的倾斜)通过支承卡盘工作台的倾斜调整机构进行调整。
7.倾斜调整机构具有配置成将工作台基座的周向的不同的三个部位进行支承的三个支承部。三个支承部包含：一个固定支承部，其相对于移动板固定工作台基座的铅垂方向的位置；以及两个可动支承部，它们能够相对于移动板改变工作台基座的铅垂方向的位置。
8.在磨削时，由于电动机的动作而产生热，由于该热，基于可动支承部的工作台基座的铅垂方向的支承位置发生微妙地变化，因此存在卡盘工作台的旋转轴的倾斜从预先设定的倾斜变化的问题。另外，还存在所产生的热传递至卡盘工作台而使保持面的形状发生变化的问题。
9.当卡盘工作台的旋转轴的倾斜或保持面的形状发生变化时，磨削后的完工厚度的面内均匀性降低。因此，提出了如下的磨削装置：对电动机的安装位置下工夫，以便使提供至被加工物与磨削磨具的接触区域的纯水等磨削水在磨削时飞散而有助于电动机的冷却(例如参照专利文献2)。
10.专利文献1：日本特开2010-89234号公报
11.专利文献2：日本特开2017-42875号公报
12.但是，在通过在磨削(加工)时飞散的磨削水(加工水)使电动机冷却的情况下，即使是在被加工物的磨削前的预热运转时，为了使电动机冷却，也需要持续提供加工水，因此加工水的使用量增大，其结果是，生产成本增加。


技术实现要素：

13.本发明是鉴于该问题点而完成的，其目的在于降低从电动机向倾斜调整机构或卡盘工作台传递热的程度，并且与利用使用完的加工水使电动机冷却的情况相比降低加工水的使用量。
14.根据本发明的一个方式，提供加工装置，其具有对被加工物进行保持的保持单元以及对该被加工物进行加工的加工单元，其中，该保持单元具有：卡盘工作台，其具有对该被加工物进行吸引保持的保持面；电动机，其用于使该卡盘工作台绕规定的旋转轴旋转；壳体，其在内侧的空间中配置有该电动机；第1管部，其用于向该壳体的内侧的该空间提供空气；以及第2管部，其用于从该空间排出空气，利用从该第1管部向该壳体提供的空气而使该电动机冷却。
15.优选该壳体具有隔热构造。
16.另外，优选该隔热构造具有：外壁；内壁；以及真空层，其位于该外壁与该内壁之间的空间且处于具有低于大气压的压力的真空状态。
17.另外，优选该保持单元还具有环状的冷却板，该冷却板配置成与该壳体接触，并且具有供该电动机的输出轴插入的贯通孔，该冷却板在内部具有供冷却水通过的冷却水路。
18.另外，优选该保持单元还具有：驱动带轮，其安装于该电动机的输出轴；从动带轮，其安装于该卡盘工作台的该旋转轴；以及带，其卷绕于该驱动带轮和该从动带轮。
19.本发明的一个方式的加工装置利用提供至配置有电动机的壳体的内侧的空间的空气而使电动机冷却。由此，能够降低由于电动机进行动作而产生的热向倾斜调整机构或卡盘工作台传递的程度，并且与利用加工时飞散的加工水使电动机冷却的情况相比能够降低加工水的使用量。
附图说明
20.图1是磨削装置的立体图。
21.图2是包含卡盘工作台的保持单元的局部剖视侧视图。
22.图3是卡盘工作台和磨削磨轮的俯视图。
23.图4是保持单元的立体图。
24.图5的(a)是将壳体和托架取下的状态的保持单元的立体图，图5的(b)是壳体和托架的分解立体图。
25.图6是图5的(b)的b-b剖视图。
26.图7是托架、冷却夹套和壳体的分解立体图。
27.图8是第2实施方式的保持单元的立体图。
28.标号说明
29.2：磨削装置(加工装置)；4：基台；4a：开口；6：工作台罩；6a、6b：折皱状罩；8：卡盘工作台；8a：保持面；8b：区域；11：被加工物；11a：正面；11b：背面；13：保护带；12：保持单元；14a：框体；14b：多孔质板；16：旋转轴；16a：中心线；18：工作台基座；18a：凸缘部；20：倾斜调整机构；20a：固定支承部；20b、20c：可动支承部；22：移动板；22a：凹部；24：从动带轮；26：壳体；26a：主体部；26b：开口；26c：凸缘部；26d：空间；28：托架；28a：外螺纹；28b：开口；30：电动机；30a：输出轴；30b：驱动带轮；32：环形带；34：空气；36a：第1管部；36b：第2管部；40：外
壁；42：内壁；44：真空层；46：柱部；48：z轴方向移动单元；50：导轨；52：移动板；54：滚珠丝杠；56：驱动源；58：保持部件；60：磨削单元(加工单元)；62：主轴壳体；64：主轴；66：旋转驱动源；68：安装座；70：磨削磨轮；70a：磨轮基台；70b：磨削磨具；72：冷却夹套(冷却板)；72a：贯通孔；72b：冷却水路；74：提供管；76：冷却水；78：排出管；a1：搬入搬出区域；a2：磨削区域。
具体实施方式
30.参照附图，对本发明的一个方式的实施方式进行说明。图1是第1实施方式的用于进行切入式磨削的磨削装置(加工装置)2的立体图。本实施方式的磨削装置2是所谓的手动式，通过作业者进行被加工物11的搬入、搬出等。
31.图1所示的x轴方向、y轴方向和z轴方向(磨削进给方向)相互垂直。在本实施方式中，x-y平面与水平方向大致平行，z轴方向与铅垂方向大致平行。
32.磨削装置2具有对磨削装置2的构成要素进行支承的大致长方体状的基台4。在基台4的上表面上形成有矩形状的开口4a。开口4a的长边部沿着y轴方向配置。在开口4a的一部分配置有矩形状的工作台罩6。
33.在工作台罩6的y轴方向的两侧按照覆盖开口4a的一部分的方式设置有能够沿着y轴方向伸缩的折皱状罩6a、6b。另外，在工作台罩6上设置有圆板状的卡盘工作台8。
34.这里，参照图2和图3对卡盘工作台8的构造进行说明。图2是包含卡盘工作台8的保持单元12的局部剖视侧视图，图3是卡盘工作台8和磨削磨轮70(后述)的俯视图。
35.如图3所示，卡盘工作台8具有由非多孔质的陶瓷形成的圆板状的框体14a。在框体14a上形成有圆板状的凹部(未图示)。在凹部的底面上形成有呈同心圆状配置的多个环状槽(未图示)。
36.另外，按照通过多个环状槽的中心的方式在框体14a上形成有贯通孔(未图示)。另外，按照在凹部的底面上构成俯视十字形状的方式形成有多个直线状槽(未图示)，以便将贯通孔和多个环状槽连接。
37.在框体14a的贯通孔上连接有用于从喷射器、真空泵等吸引源(未图示)传递负压的管部(未图示)。另外，在框体14a的凹部中固定有由多孔质陶瓷形成的大致圆板状的多孔质板14b。
38.多孔质板14b的底面大致平坦，但多孔质板14b的上表面具有中央部比外周部略微突出的圆锥形状。向多孔质板14b的上表面传递由吸引源产生的负压。
39.多孔质板14b的上表面和框体14a的上表面为大致同一平面，作为对被加工物11进行吸引保持的保持面8a发挥功能。在卡盘工作台8的底面上固定有圆柱状的旋转轴16的上端部。
40.旋转轴16借助空气轴承(未图示)等而以能够旋转的方式支承于圆板状的工作台基座18。在工作台基座18的底部的外周部设置有圆环状的凸缘部18a。凸缘部18a被倾斜调整机构20支承。
41.倾斜调整机构20包含配置成将凸缘部18a的周向的不同的三个部位进行支承的固定支承部20a(参照图3)以及可动支承部20b、20c。如图3所示，固定支承部20a、可动支承部20b、20c沿着凸缘部18a的周向大致等间隔地配置。
42.固定支承部20a、可动支承部20b、20c的各上端部固定于凸缘部18a(参照图2)。另外，固定支承部20a、可动支承部20b、20c的各下端部支承于移动板22。
43.固定支承部20a相对于移动板22固定工作台基座18的z轴方向的位置。与此相对，可动支承部20b、20c分别能够相对于移动板22改变工作台基座18的z轴方向的位置。
44.可动支承部20b、20c具有：按照朝向下方的方式配置的螺纹孔；以及具有以能够旋转的方式插入至该螺纹孔的外螺纹的杆(未图示)。在杆的下端部固定有使杆旋转的脉冲电动机等驱动部(未图示)。
45.通过利用驱动部调整杆向螺纹孔的插入量，能够调整基于可动支承部20b、20c的工作台基座18的z轴方向的支承位置。通过调整工作台基座18的z轴方向的支承位置，能够调整工作台基座18的倾斜(即、旋转轴16的倾斜)。
46.例如按照旋转轴16的上端部向图2的纸面右侧略微倾斜的方式调整旋转轴16的倾斜。另外，在图2中，用单点划线示出旋转轴16的中心线16a，省略了粘贴于正面11a侧的保护带13。
47.当在调整了旋转轴16的倾斜的状态下按照背面11b向上方露出的方式利用保持面8a吸引保持被加工物11时，被加工物11的背面11b侧的与图3所示的保持面8a的圆弧状的区域8b对应的一部分被后述的磨削磨轮70磨削。
48.如图2所示，旋转轴16的下端部突出到比工作台基座18靠下方的位置，在该下端部安装有由不锈钢形成的圆板状的从动带轮24。另外，在形成于移动板22的底面侧的凹部22a中配置有由金属等形成的长方体状的壳体26。
49.壳体26借助托架28而通过外螺纹28a固定于移动板22。壳体26具有有底方筒状的主体部26a。在壳体26的上端部形成有矩形状的开口26b(参照图5的(b))，在开口26b的周围设置有凸缘部26c。
50.在壳体26的内侧形成有空间26d(参照图5的(b))。本实施方式的空间26d具有纵190mm、横216mm、高200mm的尺寸。在本实施方式的空间26d中按照输出轴30a朝上的方式配置有电动机30(参照图5的(a))。
51.本实施方式中的电动机30的外部尺寸为纵176mm、横176mm、高182mm，除了输出轴30a的一部分以外的电动机30的主体收纳于空间26d。另外，空间26d中的电动机30的占有率约为69％。
52.电动机30的输出轴30a的上端部贯通壳体26的开口26b和形成于托架28的中央部的圆形的开口28b(参照图5的(b))而突出至比移动板22的上表面靠上方的位置。
53.在输出轴30a的上端部安装有金属制的圆板状的驱动带轮30b。驱动带轮30b例如由含有0.42％至0.48％的碳的碳钢(在日本工业标准中被称为s45c)形成。
54.在驱动带轮30b和上述从动带轮24上卷绕有橡胶制的环形带32。当使电动机30进行动作时，输出轴30a的旋转传递至卡盘工作台8的旋转轴16，卡盘工作台8例如以100rpm以上且300rpm以下的规定的转速绕旋转轴16旋转。
55.伴随电动机30的动作，在电动机30中产生热。例如电动机30的线圈由铜形成，线圈具有规定的电阻，因此通过向线圈的通电电流而在电动机30中产生热。
56.当在电动机30中产生的热传递至可动支承部20c时，可动支承部20c所支承的工作台基座18的z轴方向的位置会微妙地变化。由于z轴方向的位置的微妙变化，卡盘工作台8的
旋转轴16的倾斜从预先设定的倾斜改变。
57.另外，当所产生的热传递至卡盘工作台8时，保持面8a的形状会发生变化。因此，在本实施方式中，如图4所示，利用提供至壳体26的空气(air)34使电动机30冷却。
58.图4是保持单元12的立体图，图5的(a)是将壳体26和托架28取下的状态的保持单元12的立体图，图5的(b)是壳体26和托架28的分解立体图。
59.另外，在图4和图5的(a)中，用双点划线示出卡盘工作台8，省略了倾斜调整机构20、移动板22等。另外，在图4和图5的(b)中，仅代表性地示出所安装的四个外螺纹28a中的一个外螺纹28a。
60.在壳体26的一侧面上连接有向空间26d提供空气34的第1管部36a的一端部。在第1管部36a的另一端部设置有取入外部的空气而进行送风的风扇等空气提供源(未图示)。另外，也可以代替风扇而设置具有空气压缩机、温度控制机构和空气罐等的干燥空气提供装置。
61.从第1管部36a向壳体26的空间26d例如以100l/min的流量提供23℃的空气34。不过，流量和温度是一例。在壳体26的另一侧面上连接有用于从空间26d排出空气34的第2管部36b的一端部。
62.从第1管部36a提供至空间26d的空气34在吸收了电动机30的热之后，从第2管部36b排出到空间26d外，取而代之，从第1管部36a将比较冷的空气34新提供至空间26d。
63.这样，能够利用空气34使电动机30冷却，因此能够降低由于电动机30的动作而产生的热传递至卡盘工作台8、倾斜调整机构20等的程度。另外，在预热运转时，也能够利用空气34使电动机30冷却，因此与利用磨削(加工)时使用的磨削水(加工水)使电动机30冷却的情况相比能够降低磨削水的使用量。
64.如图6所示，本实施方式的壳体26的主体部26a具有隔热构造。图6是图5的(b)的b-b剖视图。具体而言，隔热构造具有：由不锈钢等金属形成的外壁40；由不锈钢等金属形成且配置于外壁40的内侧的内壁42；以及外壁40与内壁42之间的真空层44。
65.真空层44位于外壁40与内壁42之间的空间，该空间处于具有低于大气压的压力的真空状态。在本实施方式中，与壳体26不具有隔热构造的情况相比，能够降低从壳体26的内部的空间26d向外壁40的热传递。
66.因此，与没有隔热构造的情况相比，能够降低因电动机30的动作而产生的热从壳体26经由移动板22而传递至倾斜调整机构20的程度。另外，隔热构造不限于上述例，可以在内壁42的外侧(即、外壁40侧)的面上设置由银等形成的金属箔。另外，也可以由玻璃形成内壁42。
67.返回图2，对使移动板22沿着y轴方向移动的y轴方向移动机构进行说明。在移动板22的下部沿着y轴方向配置有一对导轨(未图示)。移动板22以能够滑动的方式支承于一对导轨上。
68.在移动板22的下表面侧设置有螺母部(未图示)。在螺母部中以能够旋转的方式连结有沿着y轴方向配置于一对导轨之间的滚珠丝杠(未图示)。在滚珠丝杠的一端部连结有步进电动机等驱动源(未图示)。
69.若使驱动源进行动作，则移动板22沿着y轴方向移动。例如在向卡盘工作台8搬入被加工物11时以及在从卡盘工作台8搬出被加工物11时，在位于开口4a的y轴方向的一端部
附近的搬入搬出区域a1(参照图1)中配置卡盘工作台8。
70.另外，在对保持面8a所吸引保持的被加工物11实施切入式磨削时，在位于开口4a的y轴方向的另一端部附近的磨削区域a2中配置卡盘工作台8。这里，返回图1，对磨削装置2的其他构成要素进行说明。
71.在开口4a的y轴方向的另一端部设置有长方体状的柱部46。在柱部46的开口4a侧的一个面(正面)设置有z轴方向移动单元48。z轴方向移动单元48具有沿着z轴方向配置的一对导轨50。
72.在一对导轨50上以能够沿着z轴方向滑动的方式安装有移动板52。在移动板52的背面上设置有螺母部(未图示)。在螺母部中以能够旋转的方式连结有沿着z轴方向配置于一对导轨50之间的滚珠丝杠54。
73.在滚珠丝杠54的上端部设置有步进电动机等驱动源56。当使驱动源56进行动作时，移动板52沿着z轴方向移动。在移动板52的正面上借助保持部件58而固定有磨削单元(加工单元)60。
74.z轴方向移动单元48使磨削单元60沿着z轴方向移动，由此调整磨削单元60的z轴方向的位置。磨削单元60具有高度方向沿着z轴方向配置的圆筒状的主轴壳体62。
75.在主轴壳体62内以能够旋转的方式收纳有圆柱状的主轴64的一部分。在主轴64的上端部设置有电动机等旋转驱动源66。在主轴64的下端部借助圆板状的安装座68而安装有圆环状的磨削磨轮70。
76.磨削磨轮70具有由铝合金等金属形成的圆环状的磨轮基台70a。在磨轮基台70a的下表面侧沿着磨轮基台70a的周向大致等间隔地配置有多个磨削磨具70b。
77.磨削磨具70b例如是在金属、陶瓷、树脂等结合材料中混合金刚石、cbn(cubic boron nitride，立方氮化硼)等磨粒之后经由成型、烧制等而形成的。另外，磨削装置2的动作通过控制单元(未图示)进行控制。
78.控制单元例如由计算机构成，该控制单元包含：以cpu(central processing unit，中央处理器)为代表的处理器(处理装置)；dram(dynamic random access memory，动态随机存取存储器)等主存储装置；以及闪存等辅助存储装置。
79.在辅助存储装置中存储有包含规定程序的软件。按照该软件使处理装置等进行动作，由此实现控制单元的功能。
80.利用磨削装置2进行磨削的被加工物11例如是由硅等形成的圆板状的晶片。在被加工物11的正面11a侧呈格子状设定有多条分割预定线(未图示)。
81.在由多条分割预定线划分的各区域内形成有ic(integrated circuit，集成电路)等器件(未图示)。在被加工物11的磨削时，为了降低对器件的损伤，将与被加工物11大致为相同直径的树脂制的保护带13粘贴于正面11a侧。
82.在被加工物11的磨削时，首先在搬入搬出区域a1配置卡盘工作台8，隔着保护带13而吸引保持被加工物11的正面11a侧。接着，使卡盘工作台8移动至磨削区域a2。
83.并且，一边使卡盘工作台8和磨削磨轮70分别在规定的方向上旋转，一边使磨削单元60以规定的磨削进给速度沿着z轴方向下降。由此，对被加工物11的背面11b侧进行磨削(切入式磨削)。
84.另外，在磨削时，从设置于磨削磨轮70的内部喷嘴(未图示)或配置于磨削单元60
的下部的外部喷嘴(未图示)向被加工物11与磨削磨具70b的接触区域提供纯水等磨削水。不过，在磨削装置2的预热运转时，不从内部喷嘴或外部喷嘴提供磨削水。
85.在进行了规定的时间的磨削之后，使磨削单元60上升，使卡盘工作台8和磨削磨轮70的旋转停止。并且，使卡盘工作台8从磨削区域a2向搬入搬出区域a1移动，将磨削后的被加工物11从卡盘工作台8取出。
86.在本实施方式中，在使卡盘工作台8旋转的电动机30进行动作的期间，利用提供至配置有电动机30的壳体26的内侧的空间26d的空气34使电动机30冷却。
87.由此，能够降低由于电动机30进行动作而产生的热传递至倾斜调整机构20或卡盘工作台8的程度。另外，在预热运转时，也能够利用空气34使电动机30冷却，因此与利用磨削时飞散的磨削水使电动机30冷却的情况相比，能够降低磨削水的使用量。
88.另外，与壳体26不具有隔热构造的情况相比，能够降低从空间26d向外壁40的热传递，因此能够降低因电动机30的动作而产生的热传递至倾斜调整机构20的程度。
89.接着，对第2实施方式进行说明。在第2实施方式中，如图7所示，在托架28与壳体26的凸缘部26c之间配置有俯视呈矩形环状且侧视呈薄板状的冷却夹套(冷却板)72。
90.图7是第2实施方式的托架28、冷却夹套72和壳体26的分解立体图。在图7中，与图4同样地仅代表性地示出所安装的四个外螺纹28a中的一个外螺纹28a。
91.冷却夹套72通过四个外螺纹28a以被托架28和凸缘部26c沿z轴方向夹持的方式固定于移动板22。图8是第2实施方式的保持单元12的立体图。
92.另外，在图8中，也用双点划线示出卡盘工作台8，省略了倾斜调整机构20、移动板22等，仅代表性地示出所安装的四个外螺纹28a中的一个外螺纹28a。
93.如图7所示，在冷却夹套72的中央部形成有用于供输出轴30a插入的矩形的贯通孔72a。在冷却夹套72的内部按照围绕贯通孔72a的四条边的方式形成有冷却水路72b。
94.在冷却夹套72的一个侧面上连接有提供管74的一端部。在提供管74的另一端部连接有用于提供冷却至规定的温度的冷却水76的定温水提供源(未图示)。
95.另外，在冷却夹套72的另一个侧面上连接有排出管78的一端部。排出管78的另一端部与定温水提供源连接。从定温水提供源提供的冷却水76通过提供管74、冷却水路72b和排出管78而返回至定温水提供源。
96.冷却夹套72与凸缘部26c接触，因此从壳体26向托架28传递的热被冷却水76吸收。吸收了热的冷却水76从排出管78排出，取而代之，从提供管74将比较冷的冷却水76新提供至冷却水路72b。
97.这样，在第2实施方式中，除了提供至壳体26的内部的空间26d的空气34以外，还能够利用冷却水76使电动机30冷却。因此，与第1实施方式相比，能够使电动机30更可靠地冷却，因此能够进一步降低由于电动机30进行动作而产生的热传递至倾斜调整机构20或卡盘工作台8的程度。
98.另外，冷却水76利用定温提供装置进行循环，因此不会影响磨削水的消耗量。因此，与第1实施方式同样地，与利用磨削时飞散的磨削水使电动机30冷却的情况相比，能够降低磨削水的使用量。
99.另外，冷却水路72b按照围绕贯通孔72a的四条边的方式形成，因此与仅在贯通孔72a的两条边或三条边形成冷却水路72b的情况相比，能够更可靠地使电动机30冷却。
100.因此，例如与未在最靠近电动机30的可动支承部20c侧的冷却夹套72的一条边形成冷却水路72b的情况相比，能够有效地抑制热对可动支承部20c的影响。
101.除此以外，上述实施方式的构造、方法等只要不脱离本发明的目的的范围，则可以适当地变更并实施。在上述实施方式中，在第1管部36a的另一端部配置有空气提供源，但也可以在第2管部36b的另一端部侧进一步设置风扇等吸引机构而吸引空气34。
102.另外，在上述实施方式中，作为加工装置，对手动式的磨削装置2进行了说明，但也可以在自动地进行被加工物11的搬入、搬出、清洗等的自动式的磨削装置(未图示)中应用上述保持单元12。
103.例如在具有粗磨削单元和精磨削单元的自动式的磨削装置中，三个卡盘工作台8沿着一个圆板状的转台(未图示)的周向大致等间隔地配置。
104.对于一个卡盘工作台8，设置有一个电动机30等。不过，各电动机30并未固定于移动板22，而是借助托架28或借助托架28和冷却夹套72而固定于转台的底面侧。
105.另外，作为加工装置的另一方式，也可以在具有代替磨削磨轮70而将圆板状的研磨垫(未图示)安装于安装座68而得的研磨单元(加工单元)的研磨装置中应用上述保持单元12。
106.另外，作为加工装置的又一方式，也可以在具有粗磨削单元、精磨削单元和研磨单元的自动式的磨削研磨装置中应用上述保持单元12。
107.另外，作为加工装置的又一方式，也可以在具有代替磨削磨轮70而将刀具磨轮等切削工具(未图示)安装于安装座68而得的刀具单元(加工单元)的刀具切削装置(也被称为平面刨床)中应用上述保持单元12。