JP2009279673A - Spindle device and method of suppressing entry of foreign matter into spindle device - Google Patents

Spindle device and method of suppressing entry of foreign matter into spindle device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spindle device having a sealability capable of sufficiently suppressing the entry of foreign matter such as a grinding fluid therein, prevented from being complicated in configuration, and suppressed in cost. <P>SOLUTION: This spindle device 1 for rotating a tool A by a rotating shaft 20 includes a motor 21 installed in a housing 10 and driving the rotating shaft 20, an air bearing 22 rotatably supporting the rotating shaft 20 in the housing 10, a rotating flange 23 which is formed at the opening section B of the housing 10, which has the gap D formed between itself and the housing 10 and allowing the inside of the housing 10 to communicate with the outside, which is rotatable by the rotating shaft 20, and to which the tool A is fixed, air introduction sections 50, 52 for introducing a cooling air for cooling the motor 21 into the housing 10, and an air flow passage 60 for supplying the cooling air supplied into the housing 10 to the gap D and flowing out the cooling air from the gap D to the outside. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、スピンドル装置及びスピンドル装置の異物侵入抑制方法に関する。   The present invention relates to a spindle device and a foreign matter intrusion suppression method for the spindle device.

例えばシリコンウェハ、ガラス、セラミック等の脆性材の研削加工などには、一般的に工具を回転軸により回転させるスピンドル装置が用いられている。スピンドル装置は、例えば図５に示すようにハウジング２００の内部に、回転軸２０１を回転駆動するモータ２０２や、回転軸２０１を支持する軸受２０３を備えている。また、スピンドル装置は、ハウジング２００の開口部に、回転軸２０１により回転する回転フランジ２０４を備え、その回転フランジ２０４の外側に工具２０５が取り付けられている。また、スピンドル装置では、内部のモータ２０２が発熱し、当該熱により回転軸２０１の温度が変動し回転軸２０１の長さ等が変動すると、加工精度の低下を招く。このため、スピンドル装置には、例えばハウジング２００内のモータ２０２のある領域に冷却エアが給排気されモータ２０２が冷却されるものがある。   For example, a spindle device that rotates a tool around a rotating shaft is generally used for grinding a brittle material such as a silicon wafer, glass, or ceramic. For example, as shown in FIG. 5, the spindle device includes a motor 202 that rotationally drives the rotating shaft 201 and a bearing 203 that supports the rotating shaft 201 inside the housing 200. In addition, the spindle device includes a rotation flange 204 that is rotated by a rotation shaft 201 at an opening of the housing 200, and a tool 205 is attached to the outside of the rotation flange 204. Further, in the spindle device, when the internal motor 202 generates heat and the temperature of the rotating shaft 201 fluctuates due to the heat and the length of the rotating shaft 201 fluctuates, the processing accuracy is lowered. For this reason, in some spindle devices, for example, cooling air is supplied to and exhausted from a certain region of the motor 202 in the housing 200 to cool the motor 202.

ところで、スピンドル装置を用いてシリコンウェハなどの脆性材の研削加工を行う際には、粒子状の切粉が発生し、当該切粉が研削水に混入する。この切粉が混入した研削水は、スピンドル装置の被加工物に露出する部分の隙間、例えば上述の工具２０５が取り付けられた回転フランジ２０４とハウジング２００との隙間からハウジング２００の内部に侵入する可能性がある。ハウジング２００の内部に研削水が侵入すると、乾燥時に切粉が固着、堆積し、軸受２０３やモータ２０２の故障の原因となる。このため、従来より、ハウジングの工具側にカバーを設けるなどして、研削水がハウジングの内部に侵入することを抑制しようとしていたが、この方法では、研削水の侵入を十分に抑制できていなかった。   By the way, when grinding a brittle material such as a silicon wafer using a spindle device, particulate chips are generated and the chips are mixed in the grinding water. The grinding water mixed with the chips can enter the inside of the housing 200 through a gap of a portion exposed to the workpiece of the spindle device, for example, a gap between the rotary flange 204 to which the above-described tool 205 is attached and the housing 200. There is sex. If grinding water enters the inside of the housing 200, chips adhere and accumulate during drying, causing a failure of the bearing 203 and the motor 202. For this reason, conventionally, a cover has been provided on the tool side of the housing to prevent the grinding water from entering the housing, but this method has not sufficiently prevented the grinding water from entering. It was.

そこで、スピンドル内への異物の流入を防止するシール用気体供給部及びシール用気体流路を設けるスピンドルが提案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、隙間にシール用気体のエアを供給してシール性能を向上し、研削水がハウジング内に侵入することを抑制できる。   In view of this, there has been proposed a spindle provided with a sealing gas supply section and a sealing gas flow path for preventing foreign matter from flowing into the spindle (see Patent Document 1). According to this method, the sealing gas can be supplied to the gap to improve the sealing performance, and the grinding water can be prevented from entering the housing.

特開２００６−３３６８２６号公報JP 2006-336826 A

しかしながら、上記方法によれば、スピンドルの外部から大流量のエアを供給する必要があるため、例えばエアを供給するポンプなどの装置やその制御装置などが新たに必要になり、スピンドル装置の構成が複雑化し、コストが高くなる。   However, according to the above method, since it is necessary to supply a large flow of air from the outside of the spindle, for example, a device such as a pump for supplying air and its control device are newly required, and the configuration of the spindle device is reduced. Complicated and expensive.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、研削水などの異物の侵入を十分に抑制できるシール性能を有し、なおかつ構成の複雑化、高コスト化を抑制できるスピンドル装置を提供することをその目的とする。   The present invention has been made in view of such points, and provides a spindle device that has a sealing performance that can sufficiently suppress the intrusion of foreign matter such as grinding water, and that can suppress the complexity and cost of the configuration. That is the purpose.

上記目的を達成するための本発明は、工具を回転軸により回転させるスピンドル装置であって、工具側の一端面に開口部が形成され、中心軸上に前記回転軸が配置されたハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、前記回転軸を回転駆動するモータと、前記ハウジングの内部において当該ハウジングと前記回転軸との間に介在され、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記ハウジングの開口部に設けられ、当該ハウジングとの間にハウジングの内部と外部を連通する隙間を形成し、なおかつ前記回転軸により回転可能で、前記工具が固定される回転体と、前記モータを冷却するための冷却用気体を前記ハウジングの内部に導入するための気体導入部と、前記ハウジングの内部に供給された前記冷却用気体を、前記ハウジングと回転体の隙間に供給し、当該隙間から前記ハウジングの外部に流出させるための気体流路と、を有することを特徴とする。なお、上記「回転体」は、回転軸と一体であっても別体であってもよい。   The present invention for achieving the above object is a spindle device for rotating a tool by a rotating shaft, wherein an opening is formed in one end surface on the tool side, and the rotating shaft is disposed on a central axis, A motor provided inside the housing for rotationally driving the rotary shaft; a bearing interposed between the housing and the rotary shaft inside the housing; and rotatably supporting the rotary shaft; A rotating body that is provided in the opening of the housing and that communicates with the housing to communicate the inside and the outside of the housing and that can be rotated by the rotating shaft and to which the tool is fixed, and cools the motor A gas introduction part for introducing a cooling gas into the housing, and the cooling gas supplied to the inside of the housing. Fed into the gap of the body, and having a a gas flow path for allowing flow out of the gap to the outside of the housing. The “rotating body” may be integrated with the rotating shaft or may be a separate body.

本発明によれば、モータの冷却用気体を、回転体とハウジングの隙間に供給し、当該隙間からハウジングの外部に流出するので、回転体とハウジングの隙間からの異物の侵入を十分に抑制できる。また、モータの冷却用気体を用いて異物の侵入を抑制できるので、新たに気体供給装置などを設ける必要がなく、スピンドル装置の構造の複雑化や高コスト化を抑制できる。   According to the present invention, the cooling gas for the motor is supplied to the gap between the rotating body and the housing, and flows out of the housing through the gap, so that intrusion of foreign matters from the gap between the rotating body and the housing can be sufficiently suppressed. . In addition, since the intrusion of foreign matter can be suppressed using the motor cooling gas, it is not necessary to newly provide a gas supply device or the like, and the complexity and cost increase of the spindle device can be suppressed.

前記軸受は、静圧気体軸受であり、前記スピンドル装置は、前記静圧気体軸受から排出される軸受用気体を、前記気体流路の冷却用気体に合流させるための他の気体流路をさらに有していてもよい。かかる場合、静圧気体軸受が用いられるため、高い回転精度で、低振動のスピンドル装置を実現できる。これにより、スピンドル装置の加工精度を向上できる。そして、軸受用気体と冷却用気体を合流させて、回転体とハウジングの隙間に供給できるので、当該隙間から大流量の気体を流出させることができ、異物の侵入をより十分に抑制できる。   The bearing is a static pressure gas bearing, and the spindle device further includes another gas flow path for merging the bearing gas discharged from the static pressure gas bearing with the cooling gas of the gas flow path. You may have. In such a case, since a static pressure gas bearing is used, a low vibration spindle device can be realized with high rotational accuracy. Thereby, the processing accuracy of the spindle device can be improved. Since the bearing gas and the cooling gas can be combined and supplied to the gap between the rotating body and the housing, a large amount of gas can flow out from the gap, and the entry of foreign matter can be more sufficiently suppressed.

前記気体流路は、ハウジングの壁内を通るように形成されていてもよい。かかる場合、冷却用気体によりハウジングも冷却できるので、例えばモータの熱によるハウジングの温度上昇も抑制できる。この結果、ハウジングの温度上昇により軸受や回転軸の温度が変動して回転軸の長さ等が変動することを抑制できる。よって、スピンドル装置の加工精度を向上できる。   The gas flow path may be formed so as to pass through the wall of the housing. In such a case, since the housing can be cooled by the cooling gas, for example, the temperature rise of the housing due to the heat of the motor can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the temperature of the bearing and the rotating shaft from fluctuating due to the rise in the temperature of the housing and the length of the rotating shaft and the like from changing. Therefore, the processing accuracy of the spindle device can be improved.

前記モータは、前記軸受に対して工具側の反対側に設けられ、前記気体導入部は、前記ハウジングにおける前記軸受と前記モータの間に設けられ、前記ハウジングにおける前記気体流路の気体流入口は、前記モータに対して工具側の反対側に設けられていてもよい。かかる場合、冷却用気体が、ハウジングの内部においてモータの工具側からその反対側に流れ、その後、ハウジングの壁内の気体流路においてモータに対して工具の反対側から工具側に流れることになる。この結果、冷却用気体がモータの周辺を２回通過することになり、モータの熱を効果的に除去できる。   The motor is provided on the side opposite to the tool side with respect to the bearing, the gas introduction portion is provided between the bearing in the housing and the motor, and a gas inlet of the gas flow path in the housing is The motor may be provided on the opposite side of the tool side. In such a case, the cooling gas flows from the tool side of the motor to the opposite side inside the housing, and then flows from the opposite side of the tool to the tool side with respect to the motor in the gas flow path in the housing wall. . As a result, the cooling gas passes twice around the motor, and the heat of the motor can be effectively removed.

前記気体流路は、ハウジングの外部を通るように形成されていてもよい。かかる場合、ハウジングの壁内に流路を形成するよりも、低コスト化できる。   The gas flow path may be formed so as to pass outside the housing. In such a case, the cost can be reduced as compared with the case where the flow path is formed in the wall of the housing.

前記ハウジングには、ハウジングの内部の異物を除去する穴が設けられてもよい。かかる場合、何らかの原因で異物がハウジングの内部に侵入した場合には、穴を通じて異物を除去できる。   The housing may be provided with a hole for removing foreign matter inside the housing. In such a case, if a foreign matter enters the inside of the housing for some reason, the foreign matter can be removed through the hole.

前記穴は、前記気体流路に通じており、前記穴には、取り外し自在な栓が設けられていてもよい。かかる場合、気体流路を通る気体が穴から漏れて回転体とハウジングの隙間からの気体の流出量が減少することを防止できる。   The hole communicates with the gas flow path, and a removable plug may be provided in the hole. In such a case, it is possible to prevent the gas flowing through the gas flow path from leaking from the hole and reducing the outflow amount of the gas from the gap between the rotating body and the housing.

別の観点による本発明は、工具により加工される被加工物に露出する部分にハウジングの外部から内部に通じる隙間が形成されているスピンドル装置において、ハウジングの内部に異物が侵入することを抑制する方法であって、工具を駆動させるハウジング内部のモータを冷却するためにハウジングの内部に供給された冷却用気体を、前記隙間に供給し、当該隙間からハウジングの外部に流出させることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, in a spindle device in which a gap communicating from the outside to the inside of a housing is formed in a portion exposed to a workpiece to be machined by a tool, the foreign matter is prevented from entering the inside of the housing. A cooling gas supplied to the inside of the housing for cooling a motor inside the housing for driving the tool is supplied to the gap and flows out of the housing from the gap. .

本発明によれば、スピンドル装置の被加工物に露出する部分の隙間からの異物の侵入を十分に抑制できる。また、モータの冷却用気体を用いて異物の侵入を抑制できるので、新たに気体供給装置などを設ける必要がなく、スピンドル装置の構造の複雑化や高コスト化を抑制できる。   According to the present invention, it is possible to sufficiently suppress the intrusion of foreign matter from the gap of the portion exposed to the workpiece of the spindle device. In addition, since the intrusion of foreign matter can be suppressed using the motor cooling gas, it is not necessary to newly provide a gas supply device or the like, and the complexity and cost increase of the spindle device can be suppressed.

また、工具を回転させる回転軸を支持するハウジング内部の静圧気体軸受から排出される軸受用気体を、前記冷却用気体に合流させ、前記隙間に供給するようにしてもよい。かかる場合、軸受用気体と冷却用気体を合流させて、隙間に供給できるので、当該隙間から大流量の気体を流出させることができ、異物の侵入をより十分に抑制できる。   Further, a bearing gas discharged from a static pressure gas bearing inside a housing that supports a rotating shaft for rotating the tool may be merged with the cooling gas and supplied to the gap. In such a case, the bearing gas and the cooling gas can be merged and supplied to the gap, so that a large amount of gas can flow out of the gap, and the entry of foreign matter can be more sufficiently suppressed.

なお、前記異物侵入抑制方法におけるスピンドル装置は、工具を回転させる回転軸と、工具側の一端面に開口部が形成され、中心軸上に前記回転軸が配置されたハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、前記回転軸を回転駆動するモータと、前記ハウジングの内部において当該ハウジングと前記回転軸との間に介在され、前記回転軸を回転自在に支持する静圧気体軸受と、前記ハウジングの開口部に設けられ、前記回転軸により回転可能で前記工具が固定される回転体と、を有し、前記ハウジングと回転体との間にハウジングの内部と外部を連通する前記隙間が形成されていてもよい。   The spindle device in the foreign matter intrusion suppression method includes a rotating shaft for rotating a tool, a housing in which an opening is formed on one end surface on the tool side, and the rotating shaft is disposed on a central axis, and an interior of the housing. A motor that rotationally drives the rotating shaft, a hydrostatic gas bearing that is interposed between the housing and the rotating shaft inside the housing, and rotatably supports the rotating shaft; and A rotating body that is provided in the opening and is rotatable by the rotating shaft and to which the tool is fixed, and the gap that communicates the inside and the outside of the housing is formed between the housing and the rotating body. May be.

本発明によれば、異物の侵入を十分に抑制できるのでスピンドル装置の信頼性を向上できる。また、スピンドル装置の構造の複雑化や高コスト化を抑制できる。   According to the present invention, since the intrusion of foreign matter can be sufficiently suppressed, the reliability of the spindle device can be improved. Further, it is possible to suppress the complexity and cost increase of the structure of the spindle device.

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係るスピンドル装置１の構成の概略を示す説明図である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of a spindle device 1 according to the present embodiment.

スピンドル装置１は、全体を覆うハウジング１０を備えている。ハウジング１０は、筒状に形成され、工具Ａ側（前方側）の一端面に開口部Ｂが形成されている。また、ハウジング１０の工具Ａと反対側（後方側）の一端面は閉鎖されている。ハウジング１０の内部には、ハウジング１０の中心軸上に配置された回転軸２０と、回転軸２０を直接的に回転駆動するモータ２１と、ハウジング１０の内周面と回転軸２０との間に介在され、回転軸２０を回転自在に支持する静圧気体軸受としてのエア軸受２２が設けられている。ハウジング１０の開口部Ｂには、回転軸２０により回転される回転体としての回転フランジ２３が設けられている。なお、ハウジング１０は、例えば開口部Ｂを形成し回転フランジ２３を覆うシールリング１０ａ、エア軸受２２を覆うスピンドルハウジング１０ｂと、モータ２１を覆うモータブラケット１０ｃにより構成されている。   The spindle device 1 includes a housing 10 that covers the whole. The housing 10 is formed in a cylindrical shape, and an opening B is formed on one end surface on the tool A side (front side). Further, one end surface of the housing 10 opposite to the tool A (rear side) is closed. Inside the housing 10, there are a rotating shaft 20 disposed on the central axis of the housing 10, a motor 21 that directly drives the rotating shaft 20 to rotate, and an inner peripheral surface of the housing 10 and the rotating shaft 20. An air bearing 22 is provided as a static pressure gas bearing that is interposed and rotatably supports the rotary shaft 20. In the opening B of the housing 10, a rotating flange 23 is provided as a rotating body that is rotated by the rotating shaft 20. The housing 10 includes, for example, a seal ring 10 a that forms an opening B and covers the rotating flange 23, a spindle housing 10 b that covers the air bearing 22, and a motor bracket 10 c that covers the motor 21.

回転フランジ２３は、例えば回転軸２０より径が大きい円盤状に形成され、ハウジング１０の開口部Ｂをほぼ閉鎖している。回転フランジ２３は、後方側の面の中心部に回転軸２０が接続され、前方側の面に工具Ａが固定される。ハウジング１０のシールリング１０ａは、回転フランジ２３の外周面に近づくように内側に突出した環状の突条部３０が形成されている。この突条部３０と回転フランジ２３と間には、工具Ａにより加工される被加工物に面し、ハウジング１０の内部と外部を連通する隙間Ｄが形成されている。 The rotating flange 23 is formed in a disk shape having a diameter larger than that of the rotating shaft 20, for example, and substantially closes the opening B of the housing 10. The rotary flange 23 is connected to the rotary shaft 20 at the center of the rear surface, and the tool A is fixed to the front surface. The seal ring 10 a of the housing 10 is formed with an annular ridge portion 30 that protrudes inward so as to approach the outer peripheral surface of the rotary flange 23. A gap D is formed between the protrusion 30 and the rotary flange 23 so as to face the workpiece to be processed by the tool A and communicate the inside and the outside of the housing 10.

なお、突条部３０の内周面の中央付近には、例えばシールリング１０ａの周方向に沿った環状の凹部３１が形成されており、隙間Ｄを通じてハウジング１０の外部から内部に侵入しようとする異物をここで回収することもできる。 In the vicinity of the center of the inner peripheral surface of the protrusion 30, for example, an annular recess 31 is formed along the circumferential direction of the seal ring 10 a, and attempts to enter the inside from the outside of the housing 10 through the gap D. Foreign matter can also be collected here.

モータ２１は、ハウジング１０の後方側の端部に設けられている。モータ２１は、回転軸２０の外側面に固定されたロータ４０と、当該ロータ４０の周囲を覆うようにモータブラケット１０ｃの内側面に固定されたステータ４１を有しており、給電によりステータ４１に対しロータ４０を回転させ、回転軸２０を回転できる。   The motor 21 is provided at the end on the rear side of the housing 10. The motor 21 includes a rotor 40 fixed to the outer surface of the rotating shaft 20 and a stator 41 fixed to the inner surface of the motor bracket 10c so as to cover the periphery of the rotor 40. On the other hand, the rotor 40 can be rotated to rotate the rotary shaft 20.

ステータ４１と接触するモータブラケット１０ｃの内周面には、周方向に環状の溝４２が形成されている。溝４２には、モータブラケット１０ｃの外部に通じる冷却水流入孔４３と、冷却水流出孔４４が接続されている。これらの溝４２、冷却水流入孔４３及び冷却水流出孔４４により、冷却水の流路が形成され、外部の冷却水を冷却水流入孔４３から流入し、溝４２を通過させてモータ２１を冷却し、冷却水流出孔４４から排出することができる。   An annular groove 42 is formed in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the motor bracket 10 c that contacts the stator 41. A cooling water inflow hole 43 and a cooling water outflow hole 44 communicating with the outside of the motor bracket 10 c are connected to the groove 42. A cooling water flow path is formed by the grooves 42, the cooling water inflow holes 43, and the cooling water outflow holes 44, and external cooling water flows from the cooling water inflow holes 43 and passes through the grooves 42. It can be cooled and discharged from the cooling water outlet hole 44.

また、エア軸受２２とモータ２１との間のモータブラケット１０ｃの内周面には、冷却用気体としての冷却用エアの導入を行う環状のエア導入リング５０が設けられている。エア導入リング５０の内部には、外周面から中心方向に延びてその後モータ２１のある後方側の側面に連通するエア導入流路５１が形成されている。モータブラケット１０ｃには、エア導入流路５１に通じるエア導入孔５２が形成されている。これにより、外部からエア導入孔５２とエア導入リング５０のエア導入流路５１を通じて、モータブラケット１０ｃの内部に冷却用エアを供給できる。また、冷却用エアをモータ２１の前方側から後方側に向けて供給できる。なお、本実施の形態では、例えばエア導入リング５０とエア導入孔５２により冷却用気体導入部が構成されている。   An annular air introduction ring 50 that introduces cooling air as a cooling gas is provided on the inner peripheral surface of the motor bracket 10 c between the air bearing 22 and the motor 21. Inside the air introduction ring 50 is formed an air introduction flow path 51 that extends in the center direction from the outer peripheral surface and communicates with the rear side surface where the motor 21 is located. An air introduction hole 52 that communicates with the air introduction flow path 51 is formed in the motor bracket 10c. Thereby, the cooling air can be supplied to the inside of the motor bracket 10 c from the outside through the air introduction hole 52 and the air introduction passage 51 of the air introduction ring 50. Further, the cooling air can be supplied from the front side of the motor 21 toward the rear side. In the present embodiment, for example, the air introduction ring 50 and the air introduction hole 52 constitute a cooling gas introduction portion.

例えばモータブラケット１０ｃにおけるモータ２１よりも後方側の下部には、気体流路としてのエア流路６０のエア流入口６０ａが形成されている。エア流路６０は、モータブラケット１０ｃとスピンドルハウジング１０ｂの壁内を通って前方側のシールリング１０ａに通じている。シールリング１０ａの突条部３０の後方側の内周面には、エア流出口６０ｂが形成されており、エア流路６０は、このエア流出口６０ｂに通じている。エア流出口６０ｂが開口するシールリング１０ａの内側には、隙間Ｄに通じるエア拡散部６０ｃが形成されている。エア拡散部６０ｃは、例えばシールリング１０ａの内周面に沿って環状に形成されている。これにより、モータブラケット１０ｃの内部の冷却用エアをエア流入口６０ａから流入し、エア流路６０を通ってエア流出口６０ｂからエア拡散部６０ｃに供給し、さらに回転フランジ２３と突条部３０との隙間Ｄからハウジング１０の外部に冷却用エアを流出できる。   For example, an air inlet 60a of an air flow path 60 as a gas flow path is formed in the lower part of the motor bracket 10c on the rear side of the motor 21. The air flow path 60 passes through the walls of the motor bracket 10c and the spindle housing 10b and communicates with the seal ring 10a on the front side. An air outlet 60b is formed on the inner peripheral surface of the seal ring 10a on the rear side of the ridge 30. The air flow path 60 communicates with the air outlet 60b. An air diffusion portion 60c leading to the gap D is formed inside the seal ring 10a where the air outlet 60b opens. The air diffusion part 60c is formed in an annular shape along the inner peripheral surface of the seal ring 10a, for example. As a result, cooling air inside the motor bracket 10c flows from the air inlet 60a, passes through the air flow path 60, and is supplied from the air outlet 60b to the air diffusion portion 60c. The cooling air can flow out of the housing 10 from the gap D.

エア軸受２２は、回転軸２０の軸方向に２つ並列して設けられている。ハウジング１０のスピンドルハウジング１０ｂには、外部からエア軸受２２に軸受用気体としての軸受用エアを供給する軸受用エア供給流路７０が形成されている。この軸受用エアの供給により、エア軸受２２と回転軸２０との間の空間Ｃに軸受用エアがエア軸受２２の隙間から排出され、回転軸２０がエア軸受２２に非接触で支持された状態で回転できる。また、スピンドルハウジング１０ｂには、空間Ｃからエア流路６０に通じる他の気体流路としてのエア流路７１が形成されている。このエア流路７１により、エア軸受２２から排出された軸受用エアをエア流路６０の冷却用エアに合流させ、回転フランジ２３とシールリング１０ａとの隙間Ｄに、大流量のエアを供給できる。   Two air bearings 22 are provided in parallel in the axial direction of the rotary shaft 20. The spindle housing 10b of the housing 10 is formed with a bearing air supply flow path 70 for supplying bearing air as a bearing gas to the air bearing 22 from the outside. With this supply of bearing air, the bearing air is discharged from the gap of the air bearing 22 into the space C between the air bearing 22 and the rotating shaft 20, and the rotating shaft 20 is supported by the air bearing 22 in a non-contact manner. Can be rotated with. Further, an air flow path 71 is formed in the spindle housing 10b as another gas flow path leading from the space C to the air flow path 60. The air flow path 71 allows the bearing air discharged from the air bearing 22 to merge with the cooling air in the air flow path 60 and supply a large amount of air to the gap D between the rotating flange 23 and the seal ring 10a. .

次に、以上のように構成されたスピンドル装置１の動作について説明する。例えばシリコンウェハなどを研削加工する際には、先ず回転フランジ２３に研削工具Ａが取り付けられる。続いて、給電によりモータ２１が駆動し、回転軸２０が回転される。この際、軸受用エア供給流路７０には、軸受用エアが供給され、回転軸２０がエア軸受２２により非接触で支持されて回転される。   Next, the operation of the spindle apparatus 1 configured as described above will be described. For example, when grinding a silicon wafer or the like, the grinding tool A is first attached to the rotating flange 23. Subsequently, the motor 21 is driven by power supply, and the rotating shaft 20 is rotated. At this time, bearing air is supplied to the bearing air supply flow path 70, and the rotating shaft 20 is supported by the air bearing 22 in a non-contact manner and rotated.

そして、モータ２１を冷却するために、冷却水導入孔４３から溝４２に冷却水が導入される。また、エア導入孔５２とエア導入流路５１を通じてモータブラケット１０ｃの内部に冷却用エアが導入される。この冷却用エアは、モータ２１とエア軸受２２との間の位置からモータ２１側に向けて導入される。導入された冷却用エアは、モータ２１の周辺を通過し、モータ２１の後方のエア流入口６０ａに流入する。冷却用エアは、ハウジング１０の壁内のエア流路６０を通ってエア流出口６０ｂからシールリング１０ａの内側のエア拡散部６０ｃに送られる。また、エア軸受２２に供給された軸受用エアは、エア流路７１を通じてエア流路６０に排出され、冷却用エアと合流して、同じくシールリング１０ａの内側のエア拡散部６０ｃに送られる。   In order to cool the motor 21, cooling water is introduced into the groove 42 from the cooling water introduction hole 43. Further, cooling air is introduced into the motor bracket 10 c through the air introduction hole 52 and the air introduction flow path 51. This cooling air is introduced from the position between the motor 21 and the air bearing 22 toward the motor 21. The introduced cooling air passes around the motor 21 and flows into the air inlet 60 a behind the motor 21. The cooling air passes through the air flow path 60 in the wall of the housing 10 and is sent from the air outlet 60b to the air diffusion portion 60c inside the seal ring 10a. The bearing air supplied to the air bearing 22 is discharged to the air flow path 60 through the air flow path 71, merges with the cooling air, and is sent to the air diffusion portion 60c on the inner side of the seal ring 10a.

エア拡散部６０ｃの冷却用エアと軸受用エアは、回転フランジ２３の外周面に沿って拡散され、ハウジング１０の内部から、回転フランジ２３とシールリング１０ａの突条部３０との隙間Ｄを通過し、ハウジング１０の外部に噴出される。そして、隙間Ｄからエアが噴出された状態で、回転軸２０の回転により研削工具Ａが回転され、研削工具Ａにより被加工物が研削加工される。   The cooling air and the bearing air of the air diffusion part 60c are diffused along the outer peripheral surface of the rotary flange 23, and pass through the gap D between the rotary flange 23 and the protrusion 30 of the seal ring 10a from the inside of the housing 10. Then, it is ejected to the outside of the housing 10. Then, in a state where air is ejected from the gap D, the grinding tool A is rotated by the rotation of the rotating shaft 20, and the workpiece is ground by the grinding tool A.

以上の実施の形態によれば、モータ２１の冷却用気体を、回転フランジ２３とシールリング１０ａの隙間Ｄに供給し当該隙間Ｄからハウジング１０の外部に流出させるので、例えば研削加工で用いられる研削水等の異物が隙間Ｄを通じてハウジング１０の内部に侵入することを十分に抑制できる。これにより、研削水に含まれる切粉がハウジング１０の内部に侵入しエア軸受２２やモータ２１を破損することを防止できる。また、モータ２１の冷却用エアを用いてハウジング１０の内部への異物の侵入を抑制するので、新たにエアの供給装置等を設ける必要がなく、スピンドル装置１の構成の複雑化、高コスト化を抑制できる。   According to the above embodiment, the cooling gas for the motor 21 is supplied to the gap D between the rotating flange 23 and the seal ring 10a and flows out of the housing 10 from the gap D. Therefore, for example, grinding used in grinding It is possible to sufficiently prevent foreign substances such as water from entering the housing 10 through the gap D. Thereby, it is possible to prevent chips contained in the grinding water from entering the housing 10 and damaging the air bearing 22 and the motor 21. In addition, since the cooling air of the motor 21 is used to suppress the entry of foreign matter into the housing 10, it is not necessary to provide a new air supply device or the like, and the configuration of the spindle device 1 is complicated and the cost is increased. Can be suppressed.

また、スピンドルハウジング１０ｂに、エア流路７１を形成し、エア軸受２２から排出される軸受用エアをエア流路６０の冷却用エアに合流させるので、大流量のエアを回転フランジ２３とシールリング１０ａとの隙間Ｄに供給することができる。これにより、シール性能がさらに向上し、異物の侵入をより十分に抑制できる。   Further, the air flow path 71 is formed in the spindle housing 10b, and the bearing air discharged from the air bearing 22 is merged with the cooling air of the air flow path 60, so that a large amount of air is supplied to the rotary flange 23 and the seal ring. It can supply to the clearance gap D with 10a. As a result, the sealing performance is further improved, and entry of foreign matter can be more sufficiently suppressed.

さらに、エア流路６０は、ハウジング１０の壁内を通るように形成されているので、例えば冷却用エアによりハウジング１０も冷却でき、モータ２１の熱によるハウジング１０の温度上昇も抑制できる。この結果、ハウジング１０の温度上昇によりエア軸受２２や回転軸２０の温度が変動して回転軸２０の長さ等が変動することを抑制できる。よって、スピンドル装置１の加工精度を向上できる。   Furthermore, since the air flow path 60 is formed so as to pass through the wall of the housing 10, the housing 10 can also be cooled by cooling air, for example, and the temperature rise of the housing 10 due to the heat of the motor 21 can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the temperature of the air bearing 22 and the rotating shaft 20 from fluctuating due to the temperature rise of the housing 10 and the length of the rotating shaft 20 to fluctuate. Therefore, the processing accuracy of the spindle device 1 can be improved.

特に、上記実施の形態では、冷却用エアのエア導入孔５２やエア導入リング５０が、ハウジング１０のエア軸受２２とモータ２１の間に設けられ、エア流路６０のエア流入口６０ａが、モータ２１の後方側に設けられている。このため、ハウジング１０の内部では、冷却用エアが前方から後方に向かって流れ、エア流路６０では、モータ２１の後方からモータ２１の側方を通ってモータ２１の前方側に流れる。このため、例えば冷却用エアが行きと帰りで２回モータ２１の熱を除去することができ、モータ２１を効果的に冷却できる。   In particular, in the above embodiment, the air introduction hole 52 for cooling air and the air introduction ring 50 are provided between the air bearing 22 of the housing 10 and the motor 21, and the air inlet 60 a of the air flow path 60 is provided in the motor. 21 on the rear side. For this reason, inside the housing 10, cooling air flows from the front toward the rear, and in the air flow path 60, flows from the rear of the motor 21 to the front side of the motor 21 through the side of the motor 21. For this reason, for example, the heat of the motor 21 can be removed twice by the cooling air going and returning, and the motor 21 can be effectively cooled.

以上の実施の形態では、エア流路６０がハウジング１０の壁内を通過していたが、ハウジング１０の外部を通るようにしてもよい。図２は、かかる一例を示すものあり、気体流路としてのエア流路９０は、エア流入口９０ａからモータブラケット１０ｃを貫通し、その後エアホース９０ｄによりハウジング１０の外部を通ってシールリング１０ａに通じる。その後、エア流路９０は、シールリング１０ａを貫通してエア流出口９０ｂに通じ、ハウジング１０ａの内側のエア拡散部９０ｃと隙間Ｄに通じている。なお、上記実施の形態と同一部材については同じ符号を用いて説明を省略する。   In the above embodiment, the air flow path 60 passes through the wall of the housing 10, but may pass through the outside of the housing 10. FIG. 2 shows such an example. The air flow path 90 as a gas flow path passes through the motor bracket 10c from the air inlet 90a, and then communicates with the seal ring 10a through the outside of the housing 10 by the air hose 90d. . Thereafter, the air flow path 90 passes through the seal ring 10a and communicates with the air outlet 90b, and communicates with the air diffusion portion 90c inside the housing 10a and the gap D. In addition, about the same member as the said embodiment, description is abbreviate | omitted using the same code | symbol.

かかる例によれば、エア流路９０がハウジング１０の外部を通るので、ハウジング１０の壁内に流路を形成するよりも、低コスト化が図られる。   According to such an example, since the air flow path 90 passes through the outside of the housing 10, the cost can be reduced as compared with the case where the flow path is formed in the wall of the housing 10.

以上の実施の形態で記載したスピンドル装置１において、ハウジング１０に、ハウジング１０の内部の異物を除去する穴が設けられていてもよい。図３は、かかる一例を示すものであり、例えばシールリング１０ａの下部に、突条部３０の内周面の凹部３１から外周面に通じるドレイン抜き穴１００が形成される。これにより、何らかの原因で研削水等の異物がシールリング１０ａの内部に侵入した場合には、ドレイン抜き穴１００を通じて異物を除去できる。   In the spindle device 1 described in the above embodiment, the housing 10 may be provided with a hole for removing foreign matter inside the housing 10. FIG. 3 shows such an example. For example, a drain hole 100 is formed in the lower part of the seal ring 10a so as to communicate with the outer peripheral surface from the concave portion 31 on the inner peripheral surface of the protrusion 30. Thereby, when a foreign matter such as grinding water enters the inside of the seal ring 10 a for some reason, the foreign matter can be removed through the drain hole 100.

ドレイン抜き穴１００は、突条部３０以外の他の位置に形成されていてもよく、例えば図４に示すようにドレイン抜き穴１００は、シールリング１０ａの下部の突条部３０の後方側に設けられ、エア流路６０に開口し内側のエア拡散部６０ｃに通じるものであってもよい。また、ドレイン抜き穴１００には、取り外し自在な栓１０１が設けられていてもよい。こうすることにより、異物の除去時以外は、栓１０１によりドレイン抜き穴１００を封鎖し、例えばエアがドレイン抜き穴１００から漏れて隙間Ｄへのエアの供給量が減少することを防止できる。よって、隙間Ｄから外部に流出されるエアを大流量に維持できる。   The drain hole 100 may be formed at a position other than the ridge 30. For example, as shown in FIG. 4, the drain hole 100 is formed on the rear side of the ridge 30 below the seal ring 10a. It may be provided and open to the air flow path 60 and communicate with the inner air diffusion portion 60c. The drain hole 100 may be provided with a removable plug 101. By doing so, it is possible to prevent the drain hole 100 from being blocked by the stopper 101 except when the foreign matter is removed, and for example, to prevent air from leaking from the drain hole 100 and reducing the amount of air supplied to the gap D. Therefore, the air that flows out from the gap D to the outside can be maintained at a large flow rate.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the ideas described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.

スピンドル装置の構成の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of a structure of a spindle apparatus. ハウジングの外部を通るエア流路が形成されたスピンドル装置の説明図である。It is explanatory drawing of the spindle apparatus in which the air flow path which passes the exterior of a housing was formed. ドレイン抜き穴が形成されたスピンドル装置の説明図である。It is explanatory drawing of the spindle apparatus in which the drain hole was formed. ドレイン抜き穴に栓が取り付けられたスピンドル装置の説明図である。It is explanatory drawing of the spindle apparatus with which the stopper was attached to the drain hole. 改良前のスピンドル装置の模式図である。It is a schematic diagram of the spindle apparatus before improvement.

符号の説明Explanation of symbols

１ スピンドル装置
１０ ハウジング
２０ 回転軸
２１ モータ
２２ エア軸受
２３ 回転フランジ
５０ エア導入リング
５２ エア導入孔
６０ エア流路
Ａ 工具
Ｂ 開口部
Ｄ 隙間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spindle apparatus 10 Housing 20 Rotating shaft 21 Motor 22 Air bearing 23 Rotating flange 50 Air introducing ring 52 Air introducing hole 60 Air flow path A Tool B Opening D Gap

Claims (10)

工具を回転軸により回転させるスピンドル装置であって、
工具側の一端面に開口部が形成され、中心軸上に前記回転軸が配置されたハウジングと、
前記ハウジングの内部に設けられ、前記回転軸を回転駆動するモータと、
前記ハウジングの内部において当該ハウジングと前記回転軸との間に介在され、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、
前記ハウジングの開口部に設けられ、当該ハウジングとの間にハウジングの内部と外部を連通する隙間を形成し、なおかつ前記回転軸により回転可能で、前記工具が固定される回転体と、
前記モータを冷却するための冷却用気体を前記ハウジングの内部に導入するための気体導入部と、
前記ハウジングの内部に供給された前記冷却用気体を、前記ハウジングと回転体の隙間に供給し、当該隙間から前記ハウジングの外部に流出させるための気体流路と、を有することを特徴とする、スピンドル装置。 A spindle device for rotating a tool by a rotation shaft,
A housing in which an opening is formed on one end surface on the tool side, and the rotation shaft is disposed on a central axis;
A motor provided inside the housing and configured to rotate the rotating shaft;
A bearing that is interposed between the housing and the rotating shaft inside the housing, and rotatably supports the rotating shaft;
A rotating body that is provided in the opening of the housing, forms a gap that communicates the inside and outside of the housing with the housing, is rotatable by the rotating shaft, and is fixed to the tool;
A gas introduction part for introducing a cooling gas for cooling the motor into the housing;
The cooling gas supplied to the inside of the housing is supplied to the gap between the housing and the rotating body, and has a gas flow path for flowing out of the housing from the gap. Spindle device. 前記軸受は、静圧気体軸受であり、
前記静圧気体軸受から排出される軸受用気体を、前記気体流路の冷却用気体に合流させるための他の気体流路をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載のスピンドル装置。 The bearing is a static pressure gas bearing,
2. The spindle device according to claim 1, further comprising another gas flow path for merging the bearing gas discharged from the static pressure gas bearing with the cooling gas of the gas flow path. 前記気体流路は、ハウジングの壁内を通るように形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスピンドル装置。   The spindle apparatus according to claim 1, wherein the gas flow path is formed so as to pass through a wall of the housing. 前記モータは、前記軸受に対して工具側の反対側に設けられ、
前記気体導入部は、前記ハウジングにおける前記軸受と前記モータの間に設けられ、
前記ハウジングにおける前記気体流路の気体流入口は、前記モータに対して工具側の反対側に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のスピンドル装置。 The motor is provided on the opposite side of the tool with respect to the bearing,
The gas introduction part is provided between the bearing and the motor in the housing,
The spindle apparatus according to claim 3, wherein a gas inlet of the gas flow path in the housing is provided on a side opposite to a tool side with respect to the motor. 前記気体流路は、ハウジングの外部を通るように形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスピンドル装置。   The spindle device according to claim 1, wherein the gas flow path is formed so as to pass outside the housing. 前記ハウジングには、ハウジングの内部の異物を除去する穴が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のスピンドル装置。   The spindle device according to claim 1, wherein the housing is provided with a hole for removing foreign matter inside the housing. 前記穴は、前記気体流路に通じており、
前記穴には、取り外し自在な栓が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載のスピンドル装置。 The hole leads to the gas flow path;
The spindle device according to claim 6, wherein the hole is provided with a removable stopper. 工具により加工される被加工物に露出する部分にハウジングの外部から内部に通じる隙間が形成されているスピンドル装置において、ハウジングの内部に異物が侵入することを抑制する方法であって、
工具を駆動させるハウジング内部のモータを冷却するためにハウジングの内部に供給された冷却用気体を、前記隙間に供給し、当該隙間からハウジングの外部に流出させることを特徴とする、スピンドル装置の異物侵入抑制方法。 In a spindle device in which a gap communicating from the outside to the inside of the housing is formed in a part exposed to a workpiece to be machined by a tool, a method for suppressing foreign matter from entering the inside of the housing,
A foreign object for a spindle device, characterized in that a cooling gas supplied to the inside of the housing for cooling the motor inside the housing for driving the tool is supplied to the gap and flows out of the housing through the gap. Intrusion suppression method. 工具を回転させる回転軸を支持するハウジング内部の静圧気体軸受から排出される軸受用気体を、前記冷却用気体に合流させ、前記隙間に供給することを特徴とする、請求項８に記載のスピンドル装置の異物侵入抑制方法。   The bearing gas discharged from a static pressure gas bearing inside a housing that supports a rotating shaft for rotating a tool is merged with the cooling gas and is supplied to the gap. A method for suppressing foreign matter intrusion in a spindle device. 前記スピンドル装置は、工具を回転させる回転軸と、工具側の一端面に開口部が形成され、中心軸上に前記回転軸が配置されたハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、前記回転軸を回転駆動するモータと、前記ハウジングの内部において当該ハウジングと前記回転軸との間に介在され、前記回転軸を回転自在に支持する静圧気体軸受と、前記ハウジングの開口部に設けられ、前記回転軸により回転可能で前記工具が固定される回転体と、を有し、前記ハウジングと回転体との間にハウジングの内部と外部を連通する前記隙間が形成されていることを特徴とする、請求項８又は９に記載のスピンドル装置の異物侵入抑制方法。   The spindle device includes: a rotary shaft that rotates a tool; a housing in which an opening is formed on one end surface on the tool side; the rotary shaft is disposed on a central axis; and the rotary shaft provided in the housing. A motor that rotates the motor, a hydrostatic gas bearing that is interposed between the housing and the rotating shaft inside the housing, and rotatably supports the rotating shaft, and is provided at an opening of the housing, A rotating body that is rotatable by a rotating shaft and to which the tool is fixed, and the gap is formed between the housing and the rotating body so as to communicate the inside and the outside of the housing. 10. The foreign matter intrusion suppression method for a spindle device according to claim 8 or 9.
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