JP2000053496A

JP2000053496A - Ｓｉ系材料の曲げ加工方法、曲げ加工装置、及びＳｉ系材料製芯線部材

Info

Publication number: JP2000053496A
Application number: JP11153693A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Kuriyama; 和也栗山; Takayuki Furukoshi; 貴之古越
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】非常に脆く、曲げ加工は不可能であると考え
られていたＳｉ系材料を、脆性−延性遷移温度以上に加
熱し、加熱部に曲げモーメントを作用させてすべり変形
を生じさせることによって曲げ加工を可能にし、Ｓｉ系
材料の加工自由度を大幅に向上すること。【解決手段】Ｓｉ系材料には、脆性を呈する状態から
延性を呈する状態に遷移する脆性−延性遷移温度が存在
する。この遷移温度以上では、Ｓｉ系材料は結晶のすべ
りが積極的に起こり得る状態である。従って、遷移温度
以上に加熱した加熱部に曲げモーメントを作用させる
と、加熱部において格子間あるいは結晶粒間にすべりが
生じ、Ｓｉ系材料は変形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、単結晶又は多結
晶のシリコン（以下、「Ｓｉ」と称す。）系材料を、精
度良く、コンタミネーションを与えることなく曲げ加工
することが可能なＳｉ系材料の曲げ加工方法と曲げ加工
装置とに関するものである。またこの発明は多結晶Ｓｉ
を製造するためのＳｉ系材料製芯線部材に関するもので
もある。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体材料として、需要の著しい
伸びを示しているＳｉは、半導体としての物理的、電気
的特性に着目されている。中でも、バルク材料としての
ＳｉはＤＲＡＭ（Ｄｉｒｅｃｔｒａｎｄｏｍａｃｃ
ｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）、ＭＰＵ（ｍｉｃｒｏｐｒｏ
ｃｅｓｓｏｒｕｎｉｔ）用基板として多用され、ウエ
ハを中心として、その需要が非常に伸びている。近年、
ウエハは、大径化が進み、ウエハの元になるＳｉインゴ
ットも、その重量が２００ｋｇ以上となってきており、
その製造工程において、把持・運搬をどのようにして行
うかが大きな課題となっている。すなわち、金属の汚染
をきらう本業界においては、ハンドリング用治具等にお
いてもＳｉ等を多用しているが、インゴットの重量の増
大、大径化に伴いこのような治具の製作が困難となって
いる。

【０００３】そこで、Ｓｉインゴット自体に加工等を加
えることにより、運搬等を可能にすることも考えられる
が、難加工材の加工であり、後洗浄等も必要となるた
め、この方策にはコストアップ、製造工程の複雑化など
の新たな課題が生じる。

【０００４】また、シリコンウエハの高機能化のために
高温熱処理や成膜をバッチ処理で実施する。この際に用
いられるウエハの保持治具は、従来は石英が主流であっ
たが、ウエハの大径化によって、ウエハと物性が同じで
かつコンタミネーションレベルの低減が期待できる単結
晶シリコンボードが使用されることが多くなってきた。
しかしながら、これらのボードは、単結晶シリコンイン
ゴットから削り出しで製作され、さらに機械加工性の問
題から非常に高価であるという問題がある。そのためこ
れらの構成部品を自由に曲げ加工することを可能にし、
その加工自由度を向上するというニーズがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでＳｉは非常に
脆いため、常温では大きな力を加えると衝撃的に破壊す
る。また、Ｓｉは高温における強度も高いため、塑性加
工は不可能であると考えられていた。さらに、すべり変
形を拘束するような圧縮変形の場合には、Ｓｉの融点直
下まで変形を起こさず、そのまま溶融するか、あるいは
破壊するかという状況であるため、曲げ加工は不可能で
あると考えられていた。

【０００６】しかしながら本発明者等は、Ｓｉ系材料に
おいて、脆性−延性遷移温度以上に加熱した加熱部に曲
げモーメントを作用させ、すべり変形を生じさせること
によって、精度良く、コンタミネーションを与えること
なく曲げ加工が可能であるとの知見に基づき、本発明を
なすに至った。

【０００７】すなわち本発明は、非常に脆く、曲げ加工
は不可能であると考えられていたＳｉ系材料を、脆性−
延性遷移温度以上に加熱し、加熱部に曲げモーメントを
作用させてすべり変形を生じさせることによって曲げ加
工を可能にし、これにより従来は機械加工でしか製作で
きなかったＳｉ系材料製の部材の製作を可能にし、さら
に機械加工では製作の不可能な形状の部材の製作を可能
とすることによって、Ｓｉ系材料の加工自由度を大幅に
向上するものである。

【０００８】またモノシラン、トリクロロシラン等の原
料ガスの導入される析出反応容器内に配置され、加熱状
態でその表面に多結晶Ｓｉを成長させるために使用され
るＳｉ系材料製芯線部材においては、次のような欠点が
あった。すなわち従来、多結晶Ｓｉを製造するためのＳ
ｉ系材料製芯線部材においては、図１０に示すように、
芯線部３１から連結部３２へと至る両者の接続部３３
は、直交して配置された棒状の芯線部３１と棒状の連結
部３２とを、凹凸嵌合等によって機械的に接続する構造
が採用されていた。この従来の接続構造においては、芯
線部材を通電加熱しながら、その表面に多結晶Ｓｉを成
長させる際に、接続部３３において以下のような理由か
ら多結晶Ｓｉの異常成長が生じていた。まず第１には、
接続部３３における接触抵抗が大であるため、その部分
の温度上昇が大となり、この結果、多結晶Ｓｉの異常成
長を招くのである。また第２には、直交して配置された
２本の棒状部材３１、３２の交差内側部分において、互
いの輻射熱が影響し合い、この部分の温度上昇が大とな
り、この部分においても多結晶Ｓｉの異常成長が生じる
のである。そしてこのように接続部３３において多結晶
Ｓｉの異常成長が生じると、棒状多結晶Ｓｉを分割して
取り出す際に、以下のような不具合が生じる。すなわち
図１１に示すように、上記接続部３３の近傍において棒
状多結晶Ｓｉがきれいに軸方向と直交する方向には割れ
ず、斜めに割れてしまい、この結果、棒状多結晶Ｓｉの
製造歩留りが低下してしまうのである。

【０００９】従って他の発明は、多結晶Ｓｉを成長させ
るために使用されるＳｉ系材料製芯線部材を製造するに
際し、曲げ加工を利用することによって、多結晶Ｓｉの
異常成長を抑制し、このため棒状多結晶Ｓｉの分割作業
を行い易くすることによって、棒状多結晶Ｓｉの製造歩
留りを向上するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び効果】そこで請求項１
のＳｉ系材料の曲げ加工方法は、Ｓｉ系材料１を、脆性
−延性遷移温度以上に加熱し、この加熱部に曲げモーメ
ントを作用させ、Ｓｉ系材料１にすべり変形を生じさせ
ることを特徴としている。

【００１１】図１は、Ｓｉ系材料における加熱温度と、
当該加熱温度下での破断時に生じた塑性歪との関係を示
すグラフである。図１に示すように、常温で脆性を呈す
るＳｉ系材料は、７００℃付近までは塑性歪はほとんど
生じないが、７００℃を超えたあたりからすべりに起因
する塑性歪が徐々に発生し、８００℃以上では急激に増
大する。すなわち、Ｓｉ系材料には、脆性を呈する状態
から延性を呈する状態に遷移する脆性−延性遷移温度が
存在するということである。上記脆性−延性遷移温度以
上では、Ｓｉ系材料は結晶のすべりが積極的に起こり得
る状態であると考えられる。そこで、請求項１のよう
に、脆性−延性遷移温度以上に加熱した加熱部に曲げモ
ーメントを作用させると、加熱部において原子間あるい
は結晶粒間にすべりが生じ、Ｓｉ系材料は変形するもの
と考えられる。尚、加熱源は特に限定されるものではな
く、ガス、高周波、高周波を利用した輻射熱などを使用
することができる。

【００１２】そして上記により、従来は機械加工でしか
製作できなかったＳｉ系材料製の部材の製作が可能にな
り、さらに機械加工では製作の不可能な形状の部材の製
作が可能となることによって、Ｓｉ系材料の加工自由度
を大幅に向上することが可能となる。

【００１３】また請求項２のＳｉ系材料の曲げ加工方法
は、上記請求項１において、加熱部に曲げモーメントを
作用させる際に、加熱部の後位の位置において、特定軸
心５ａ回りに回動可能に枢支された回動アーム５の把持
部５ｂにＳｉ系材料１を把持する一方、加熱されたＳｉ
系材料１を回動アーム５に向けて送出し、このＳｉ系材
料１の送出しと上記回動アーム５の回動とによってＳｉ
系材料１に曲げモーメントを作用させることを特徴とし
ている。

【００１４】上記請求項２のＳｉ系材料の曲げ加工方法
では、Ｓｉ系材料１の送出しと回動アーム５の回動とに
よってＳｉ系材料１には連続的に曲げモーメントが作用
する。Ｓｉ系材料１は塑性を持つ状態まで加熱されてい
るので、曲げモーメントが作用した加熱部ではすべり変
形が生じ、曲げが生じる。従って、成形型を用いないい
わゆる連続ダイレス曲げ加工を実施することができ、Ｓ
ｉ系材料１を滑らかな円弧状に曲げ加工することができ
る。また、成形用型を使用しないので、加熱部が型表面
に接触することがなく、金属汚染や酸化等のコンタミネ
ーションを抑制した曲げ加工が可能となる。尚、Ｓｉ系
材料１の送出しは、請求項３のようにＳｉ系材料１に送
出機構３、あるいは駆動装置２から推進力を作用させて
行ってもよいし、請求項４のようにＳｉ系材料１に回動
アーム５から牽引力を作用させて行ってもよい。

【００１５】さらに請求項５のＳｉ系材料の曲げ加工方
法は、上記請求項２における加熱は、上記Ｓｉ系材料１
が送出された直後の段階で局所的に行い、これにより上
記Ｓｉ系材料１の加熱領域が上記Ｓｉ系材料１の送出し
に伴って順に移動していくことを特徴としている。

【００１６】上記請求項５のＳｉ系材料の曲げ加工方法
では、Ｓｉ系材料１にゆるやかな温度分布が付与される
ため、上述の連続ダイレス曲げ加工を行うことによっ
て、Ｓｉ系材料１への熱衝撃を緩和して変形を開始さ
せ、その変形部を徐々に拡大させて、所定の曲げ加工部
を実現することが可能となる。これによって、良好な曲
げ加工が可能となる。

【００１７】請求項６のＳｉ系材料の曲げ加工方法は、
請求項２において、Ｓｉ系材料１の送出しを、Ｓｉ系材
料１に推進力を与えながら送出するため流体圧シリンダ
２を用いて行い、上記流体圧シリンダ２を動作させる流
体の供給流量を略一定に維持すると共に、上記送出され
たＳｉ系材料１を上記把持部５ｂの前位の位置において
局所的に加熱することを特徴としている。

【００１８】上記請求項６のＳｉ系材料の曲げ加工方法
によれば、流体圧シリンダ２を動作させる流体の供給流
量を略一定に維持しているので、Ｓｉ系材料１の加熱部
の温度変化とＳｉ系材料１の送出速度とがうまくマッチ
ングした状態において曲げ変形が生じることになる。つ
まり温度変化が変形抵抗の変化をもたらし、変形抵抗の
変化が曲げ変形量の変化を招き、曲げ変形量の変化が送
出速度を変化させ、送出速度の変化が再度、温度変化を
招くというように、自己制御作用ともいえる動作状態下
において曲げ加工が進行することになるのであり、この
結果、安定した曲げ加工を行うことが可能となる。

【００１９】上記Ｓｉ系材料１は棒状であるのが実施容
易性の観点から好ましく（請求項７）、またその加熱温
度は、９００℃以上であれば良好な曲げ加工が可能であ
るが、コンタミネーションを抑制する見地からは１３０
０℃以下とするのが好ましい（請求項８、請求項１
２）。実用上、さらに好ましいのは、１０００〜１２５
０°Ｃの範囲である（請求項９、請求項１３）。

【００２０】請求項１０のＳｉ系材料の曲げ加工装置
は、特定軸心５ａ回りに回動可能に枢支されると共に、
Ｓｉ系材料１を把持するための把持部５ｂを有する回動
アーム５と、上記Ｓｉ系材料１を回動アーム５に向けて
推進させる駆動機構２とを備え、上記Ｓｉ系材料１の推
進と上記回動アーム５の回動とによってＳｉ系材料１に
曲げモーメントを作用させるべく構成し、さらに上記把
持部５ｂの前位の位置において上記Ｓｉ系材料１を加熱
する加熱手段４を設けると共に、上記駆動機構２が、略
一定の流体供給流量に維持さた流体圧シリンダ２を備え
ていることを特徴としている。

【００２１】請求項１４のＳｉ系材料の曲げ加工装置
は、Ｓｉ系材料に曲げモーメントを与える第１手段と、
Ｓｉ系材料に第１手段に向けて軸方向推進力を作用させ
る第２手段と、上記第１手段と第２手段との間で上記Ｓ
ｉ系材料を局部加熱する手段とを備え、上記第２手段
は、Ｓｉ系材料の温度低下によりＳｉ系材料の送り速度
を低下させるように応答し、またＳｉ系材料の温度上昇
によりＳｉ系材料の送り速度を増加させるように応答
し、これにより負帰還がＳｉ系材料の曲げを安定化させ
ていることを特徴としている。

【００２２】請求項１５のＳｉ系材料の曲げ加工装置
は、上記請求項１４の装置において、第２手段は、略一
定の流体供給流量に維持さた流体圧シリンダを備えてお
り、これにより速度増加が流体圧シリンダ内の圧力低下
をもたらし、また速度低下が圧力上昇をもたらし、この
ことによって上記負帰還を構成していることを特徴とし
ている。

【００２３】上記請求項１０、請求項１４、請求項１５
のＳｉ系材料の曲げ加工装置によれば、請求項６のＳｉ
系材料の曲げ加工方法の実施に好適である。

【００２４】請求項１１のＳｉ系材料の曲げ加工装置
は、上記回動アーム５の把持部５ｂは、上記Ｓｉ系材料
１と同材料又はそれよりも高硬度な材料で構成されてい
ることを特徴としている。

【００２５】上記請求項１１のＳｉ系材料の曲げ加工装
置では、金属汚染や酸化等のコンタミネーションを抑制
した曲げ加工が可能となる。

【００２６】請求項１６のＳｉ系材料製芯線部材は、モ
ノシラン、トリクロロシラン等の原料ガスの導入される
析出反応容器内に配置され、加熱状態でその表面に多結
晶Ｓｉを成長させるために使用されるＳｉ系材料製芯線
部材であって、略平行に延びる一対の芯線部２１、２１
と、この芯線部２１、２１の一端側を互いに連結する連
結部２２とを備えて成り、上記芯線部２１から連結部２
２へと至る両者の接続部２３を曲げ加工によって形成し
ていることを特徴としている。

【００２７】また請求項１７のＳｉ系材料製芯線部材
は、上記曲げ加工は、常温で脆性を呈するＳｉ系材料１
を、脆性−延性遷移温度以上に加熱し、この加熱部に曲
げモーメントを作用させ、Ｓｉ系材料１にすべり変形を
生じさせることによって行われていることを特徴として
いる。

【００２８】上記請求項１６及び請求項１７の多結晶Ｓ
ｉ成長用の芯線部材においては、芯線部２１から連結部
２２へと至る両者の接続部２３を曲げ加工によって形成
しているので、この接続部２３においては、上記従来の
ような多結晶Ｓｉの異常成長が生じ難くなり、このため
棒状多結晶Ｓｉの折り割り作業が行い易くなり、この結
果、棒状多結晶Ｓｉの製造歩留りを向上することが可能
となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】次にこの発明のＳｉ系材料の曲げ
加工方法、曲げ加工装置、及びＳｉ系材料製芯線部材の
具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に
説明する。図２は、本発明の曲げ加工方法を実施する加
工装置の概略図である。

【００３０】棒状のＳｉ系材料１は、例えばエアシリン
ダを備えた駆動機構２によって、その軸方向に推進力が
作用されており、また送出機構であるガイドローラ群３
によって特定方向に送出される。ガイドローラ群３に関
してＳｉ系材料１の進行方向前方側には近接して加熱装
置４が配置されている。加熱装置４は、例えば加熱コイ
ル４ａと高周波発生装置４ｂとを備えて構成され、加熱
コイル４ａ内にＳｉ系材料１を貫入させ、高周波発生装
置４ｂによって高周波電流を加熱コイル４ａに流す。こ
れによって、Ｓｉ系材料１には、誘動電流が流れて加熱
される。

【００３１】一方、把持部５ｂを備えた回動アーム５
は、回転中心軸５ａ回りに回動可能にレール６に枢支さ
れる。把持部５ｂは、Ｓｉ系材料１と同材料又はそれよ
りも高硬度な材料で構成されている。回転中心軸５ａ
は、ガイドローラ群３によって送出される棒状のＳｉ系
材料１の軸方向と直交する方向に設定されている。そし
て、加熱されたＳｉ系材料１は、その軸方向が把持部５
ｂの円弧軌道上に接するように送出される。このＳｉ系
材料１を把持部５ｂで把持すれば、Ｓｉ系材料１によっ
て押されて回動アーム５が回動し、これによってＳｉ系
材料１の加熱部には曲げモーメントが連続的に作用す
る。このＳｉ系材料１の加熱部は上述したように、格子
間あるいは結晶粒間がすべりを起こし易い状態にあるた
め、作用する曲げモーメントによってすべりが生じ、曲
げが生じる。

【００３２】このように上記方法によれば、成形用型を
用いない、いわゆる連続ダイレス曲げ加工を実施するこ
とができ、棒状のＳｉ系材料１を滑らかな円弧状に曲げ
加工することができる。また、成形用型を使用しないの
で、加熱部が型表面に接触することがなく、金属汚染や
酸化等のコンタミネーションを抑制した曲げ加工が可能
となる。

【００３３】さらに、上記加工方法では、一定の曲げ加
工精度を確保することができる。以下にその理由を説明
する。まず上記加工装置においては、図２に示すよう
に、曲げの支点よりＳｉ系材料１の進行方向に対して前
方にのみ曲げモーメントが一様に付与される。一般に、
鋼管の曲げ加工においては、水冷等によって進行方向に
対し温度分布を持たせ、曲げの支点より加工物の進行方
向に対し前方にのみ曲げモーメントが一様に付与されて
も、変形が起こるのは冷却を受けない部位のみにするこ
とによって、曲げ加工精度を一定に保っている。一方、
Ｓｉ系材料１のような脆性材料の曲げ加工においては、
変形は結晶のすべりが主な原因であり、すべり変形が発
生すると、ガイドローラ群３の送出と回動アーム５の回
動とによって発生する曲げモーメントは吸収される。上
記加工方法では、Ｓｉ系材料１を連続して送り出すこと
によって、連続的に曲げモーメントが付与され、すべり
変形が発生する工程が連続的に繰り返される。この自己
調整作用によって、ばらつきの少ない曲げ加工が可能と
なる。

【００３４】尚、Ｓｉ系材料１の送出しは、駆動装置２
によってＳｉ系材料１に推進力を作用させて行ってもよ
いし、回動アーム５を回転駆動させてＳｉ系材料１に牽
引力を作用させて行ってもよい。

【００３５】また、Ｓｉ系材料１の加熱は、Ｓｉ系材料
１がガイドローラ群３から送出された直後の段階で局所
的に行うようにする。これによって、Ｓｉ系材料１の加
熱領域がＳｉ系材料１の送出しに伴って順に移動してい
くことになり、Ｓｉ系材料１にゆるやかな温度分布が付
与される。従って、上述の連続ダイレス曲げ加工を行う
ことによって、Ｓｉ系材料１への熱衝撃を緩和して変形
を開始させ、その変形部を徐々に拡大させて、所定の曲
げ加工を実現することができるので、良好な曲げ加工が
可能となる。

【００３６】さらに、Ｓｉ系材料１の加熱領域におい
て、最高温度を曲げの支点よりもＳｉ系材料１の進行方
向に対し後方となるように設定することで、良好な曲げ
加工を行うことができる。

【００３７】また、把持部５ｂはＳｉ系材料１と同材料
又はそれよりも高硬度な材料で構成されているので、金
属汚染や酸化等のコンタミネーションを抑制した曲げ加
工が可能となる。

【００３８】上記加熱装置４は、上述したような高周波
を利用したものに限らず、ガスバーナや、高周波を利用
した輻射熱によるものであってもよい。また、加熱温度
は、約９００℃以上であれば良好な曲げ加工が可能であ
るが、上記コンタミネーションを抑制する見地からは約
１３００℃以下とするのが好ましい。

【００３９】次に上記実施の形態においてさらに好まし
い曲げ加工方法について説明する。図３にはこの方法を
実施するための曲げ加工装置を示しているが、棒状のＳ
ｉ系材料１は、駆動装置として使用された油圧シリンダ
２によって、その軸方向に推進力が作用され、特定方向
に送出される。すなわち油圧シリンダ２のロッド２ａに
把持部２ｂが設けられ、この把持部２ｂで棒状のＳｉ系
材料１を把持している。一方、把持部５ｂを備えた回動
アーム５は、回転中心軸５ａ回りに自由回動可能にレー
ル６に枢支される。把持部５ｂは、Ｓｉ系材料１と同材
料又はそれよりも高硬度な材料で構成されている。回転
中心軸５ａは、油圧シリンダ２によって送出される棒状
のＳｉ系材料１の軸方向と直交する方向に設定されてい
る。そして、上記送出された棒状のＳｉ系材料１が上記
上記把持部５ｂの円弧軌道に接する位置、又はその近傍
の位置に加熱装置４が配置されている。加熱装置４は、
例えば水素−酸素混合ガスバーナによって構成され、こ
れによって、Ｓｉ系材料１が加熱される。加熱されたＳ
ｉ系材料１は、その軸方向が把持部５ｂの円弧軌道上に
接するように送出される。このＳｉ系材料１を把持部５
ｂで把持すれば、Ｓｉ系材料１によって押されて回動ア
ーム５が回動し、これによってＳｉ系材料１の加熱部に
は曲げモーメントが連続的に作用する。このＳｉ系材料
１の加熱部は、格子間あるいは結晶粒間がすべりを起こ
し易い状態にあるため、作用する曲げモーメントによっ
てすべりが生じ、曲げが生じる。

【００４０】そして上記装置において特徴的な点は、油
圧シリンダ２へ供給する圧油の流量が略一定になるよう
に制御していることである。このとき油圧シリンダ２内
の圧力が基準値を越えないように、その最高圧力は規制
しておく。具体的には、図３にも示しているように、油
圧シリンダ２の前位に圧力補償付流量弁１１とリリーフ
弁１２とを介設しておくのである。上記圧力補償付流量
弁１１は、詳しくは、可変オリフィス１３と差圧一定形
の減圧弁１４とより構成され、可変オリフィス１３の前
位の流体圧力を減圧弁１４のパイロット室に、また可変
オリフィス１３の後位の流体圧力を減圧弁１４のバネ室
にそれぞれ導入することにより、可変オリフィス１３の
前後の差圧をバネ力相当圧力に維持し、これにより流体
圧力が変動しても、可変オリフィス１３を流れる流量を
一定に維持するように機能する。また上記リリーフ弁１
２は、油圧シリンダ２内の流体圧力が規制圧力を越えな
いように動作する。なおこの曲げ加工方法においては、
回動アーム５は自由に回動し得るように枢支されてい
る。

【００４１】上記装置を用いた場合、つまり油圧シリン
ダ２へ供給する流体の流量を一定に制御する場合のＳｉ
系材料の曲げ動作について説明する。図４、及び図５に
は、曲げ動作時の加熱部の温度Ｔ、棒状のＳｉ系材料１
の送り速度ｖ、油圧シリンダ２内の流体圧力Ｐの経時変
化を示している。まず図４に示すように、何らかの原因
（外乱）によりＳｉ系材料１の加熱部での温度Ｔが低下
したとすると（時点）、Ｓｉ系材料１の変形抵抗が大
きくなり、油圧シリンダ２の移動量が小となって、Ｓｉ
系材料１の送り速度ｖが低下すると共に（時点）、油
圧シリンダ２内の流体圧力Ｐが上昇する（時点）。こ
の場合、油圧シリンダ２内の最高圧力は上記リリーフ弁
１２によって規制され、圧力の異常上昇による棒状Ｓｉ
系材料１の折損は防止される（時点）。上記のように
Ｓｉ系材料１の送り速度ｖが低下すると、加熱部に滞留
する時間が長くなって投入熱量が増加するため、今度は
温度Ｔが上昇し始める（時点）。そうするとＳｉ系材
料１の変形抵抗が小さくなると共に、油圧シリンダ２内
の流体圧力Ｐが上昇しているので、Ｓｉ系材料１にはす
べり変形が生じてＳｉ系材料１が曲がり変形し、Ｓｉ系
材料１の送り速度ｖが増加する（時点）。その後、油
圧シリンダ２内の流体圧力Ｐは低下する（時点）。そ
してＳｉ系材料１の送り速度ｖが増加した結果、加熱部
に滞留する時間が短くなって投入熱量が減少するため、
今度は温度Ｔが低下し、以降は上記同様の動作を繰り返
す。このように上記曲げ加工方法によれば、温度低下、
変形抵抗増大、送り速度低下、温度上昇、変形抵抗低
下、曲がり変形、送り速度増加、温度低下という動作を
繰り返しながらスムーズな曲げ加工が行える。

【００４２】また図５に示すように、上記とは逆に、何
らかの原因（外乱）によりＳｉ系材料１の加熱部での温
度Ｔが上昇したとすると（時点）、Ｓｉ系材料１の変
形抵抗が小さくなり、油圧シリンダ２の移動量が大とな
って、Ｓｉ系材料１の送り速度ｖが増加すると共に（時
点）、油圧シリンダ２内の流体圧力Ｐが低下する（時
点）。上記のようにＳｉ系材料１の送り速度ｖが増加
すると、加熱部に滞留する時間が短くなって投入熱量が
減少するため、今度は温度Ｔが低下し始める（時点
）。そうするとＳｉ系材料１の変形抵抗が大きくなる
と共に、Ｓｉ系材料１の送り速度ｖが低下する（時点
）。その後、油圧シリンダ２内の流体圧力Ｐは上昇す
る（時点）。そしてＳｉ系材料１の送り速度ｖが低下
した結果、加熱部に滞留する時間が長くなって投入熱量
が増加するため、今度は温度Ｔが上昇し（時点）、以
降は上記同様の動作を繰り返す。このようにこの場合に
も、温度上昇、変形抵抗低下、曲がり変形、送り速度増
加、温度低下、変形抵抗増加、送り速度低下、温度上昇
という動作を繰り返しながらスムーズな曲げ加工が行え
る。

【００４３】これに対して、図６にはＳｉ系材料１の送
り速度ｖを一定に制御する場合の加熱部の温度Ｔ、棒状
のＳｉ系材料１の送り速度ｖ、油圧シリンダ２内の流体
圧力Ｐの経時変化を示している。まず図のように何等か
の原因（外乱）により、加熱部の温度Ｔが低下すると
（時点）、Ｓｉ系材料１の変形抵抗は大きくなる。こ
のときＳｉ系材料１の送り速度ｖは一定に維持されてい
るので、油圧シリンダ２内の流体圧力Ｐは大きくなる
（時点）。そして上記Ｓｉ系材料１の上記温度低下に
伴う変形抵抗の増大により、曲がり変形が生じ難くなる
と、油圧シリンダ２内の流体圧力Ｐは次第に上昇し、最
終的にはＳｉ系材料１の折損を招くことになる（時点
）。

【００４４】以上のように、油圧シリンダ２へ供給する
流体の流量を一定に維持する制御を行えば、Ｓｉ系材料
１の加熱部の温度変化とＳｉ系材料１の送り速度ｖとが
うまくマッチングした状態において曲げ変形が生じるこ
とになる。つまり温度変化が変形抵抗の変化をもたら
し、変形抵抗の変化が曲げ変形量の変化を招き、曲げ変
形量の変化が送り速度を変化させ、送り速度の変化が再
度、温度変化を招くというように、自己制御作用ともい
える動作状態下において曲げ加工が進行することになる
のであり、この結果、安定した曲げ加工を行うことが可
能となる。なお上記油圧シリンダ２に代えてエアシリン
ダを使用してもよく、この場合にも上記同様に流量制御
を行う。

【００４５】ところで上記のような曲げ加工を行う場
合、加熱部における加熱温度が重要な制御因子である
が、それと共に曲げ加工時にＳｉ系材料１に与える歪み
速度も曲げ加工の成否を左右する重要な因子となる。図
７には、Ｓｉ系材料１の降伏応力（上部降伏応力）の温
度依存性を示している〔Ｊ．Ｒ．Ｐａｔｅｌａｎｄ
Ａ．Ｒ．Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．３４，２７８８（１９６３）参照〕。同図のよう
に、加熱温度が上昇すれば、降伏応力は低下するが、そ
れと共に、歪み速度が低下しても降伏応力は低下する。
いま歪み速度、１．１×１０^-3／秒の場合について注目
すると、加熱温度が約１２００°Ｃ近傍になると、Ｓｉ
系材料１は、約１０ＭＰａ程度の応力で降伏するものと
推察される。いま直径８ｍｍのＳｉ棒を半径５０ｍｍで
９０°だけ曲げる状態を想定すると、このときに内外径
において生じる歪みは、単純計算でε＝０．０８程度に
なる。そしてこれだけの歪み量を上記１．１×１０^-3／
秒の歪み速度でもって付与しようとすると、約７２秒を
要し、従ってＳｉ棒は、約１ｍｍ／秒の送り速度でもっ
て送給していく必要が生じる。この状態を歪み速度、
１．１×１０^-4の場合にあてはめると、Ｓｉ棒の送り速
度を約０．１ｍｍ／秒とし、また加熱温度を１０００〜
１１００°ＣとすればＳｉ棒の曲げ加工が行えるという
ことになる。以上のことから、Ｓｉ系材料１を曲げ加工
する場合には、Ｓｉの融点（１４１０°Ｃ）を考慮する
と共に、コンタミネーションを抑制するという観点か
ら、９００〜１３００°Ｃ、好ましくは１０００〜１２
５０°Ｃの加熱を行い、また曲げ加工作業能率の観点か
ら、１．１×１０^-3／秒〜１．１×１０^-4（概略、１０
^-3〜１０^-4／秒）の歪み速度を付与しながら曲げ加工を
行うのが好ましいことが明らかである。

【００４６】

【実施例】（実施例１）図３に示す装置を使用して、直
径８ｍｍの単結晶Ｓｉ棒を、ガスバーナで１２５０℃程
度まで加熱し、１１．５ｋｇの推進力を付与して、曲げ
角度９０°、半径５０ｍｍの円弧状に加工した。送り速
度は０．５〜０．７ｍｍ／秒であった。１０本のＳｉ棒
の曲げ加工を行った結果、曲げ角度のばらつきは９０°
±１．５°、半径のばらつきは５０ｍｍ±１．５ｍｍで
あり、破断は生じなかった。

【００４７】図８には、上記によって曲げ加工されたＳ
ｉ棒の外観写真（図８（ａ））と破断部のＳＥＭ像（図
８（ｂ））とを示している。破断部は、曲げ加工後にＳ
ｉ棒を、軸方向とは直交する方向に破断したものであ
り、ＳＥＭ像においては、その上側にＳｉ棒の外周面が
そのままの状態で示されており、またその下側に破断面
の状態が示されている。同図のように、破断面において
はすべり線が、またＳｉ棒の外周面には引上げ線が明瞭
に観察されており、このことからもＳｉ棒の曲げがすべ
り変形に起因するものであることが明らかである。

【００４８】（実施例２）直径８ｍｍの単結晶Ｓｉ棒
を、上記実施例１と同一の加工条件で、曲げ角度９０
°、半径１００ｍｍの円弧状に加工した。１０本のＳｉ
棒の曲げ加工を行った結果、曲げ角度のばらつきは９０
°±１．５°、半径のばらつきは１００ｍｍ±２ｍｍで
あり、破断は生じなかった。

【００４９】次に上記Ｓｉ系材料の曲げ加工方法の好ま
しい適用例について説明する。これは上記方法によっ
て、多結晶Ｓｉを製造するためのＳｉ系材料製芯線部材
を製造しようとするものである。すなわち、上記曲げ加
工方法を利用して、芯線部２１から連結部２２へと至る
両者の接続部２３を曲げ加工によって形成すると共に、
棒状のＳｉ系材料を電子ビーム溶接、レーザ溶接、機械
的接合方法等によって接続することによってＳｉ系材料
製芯線部材を構成するのである。このＳｉ系材料製芯線
部材は、図９に示すように、略平行に延びる一対の芯線
部２１、２１と、この芯線部２１、２１の一端側を互い
に連結する連結部２２とを備えたものにおいて、上記芯
線部２１から連結部２２へと至る両者の接続部２３を上
記したような曲げ加工によって形成するのである。この
接続部２３においては、上記従来のような多結晶Ｓｉの
異常成長が生じ難くなり、このため棒状多結晶Ｓｉの折
り割り作業が行い易くなり、この結果、棒状多結晶Ｓｉ
の製造歩留りを向上することが可能となる。

【００５０】なおこの多結晶Ｓｉを製造するためのＳｉ
系材料製芯線部材は、上記した曲げ加工方法を利用する
他、他の任意の曲げ加工方法を利用して製造することが
可能であり、これによっても上記同様の作用効果が得ら
れる。

【００５１】上記実施例では断面円形の棒状のＳｉ系材
料を用いているが、この発明はこれに限られるものでは
ない。例えば、卵形状、三角形状の断面を有するＳｉ系
材料に対してもこの発明の適用が可能である。また円弧
状曲げに代えて、例えばＳ字状曲げ、直線部と複数の折
返し部を有する曲げ等、Ｓｉ系材料を他の形状に曲げる
場合にもこの発明の適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓｉ系材料の加熱下における破断試験結果を示
すグラフである。

【図２】本発明の曲げ加工方法を実施する加工装置の概
略図である。

【図３】本発明の曲げ加工方法を実施する加工装置の変
更例の概略図である。

【図４】流量一定制御によるＳｉ系材料の曲げ動作時の
加熱部の温度Ｔ、棒状のＳｉ系材料１の送り速度ｖ、油
圧シリンダ内の流体圧力Ｐの経時変化を示すタイムチャ
ート図である。

【図５】流量一定制御によるＳｉ系材料曲げ動作時の加
熱部の温度Ｔ、棒状のＳｉ系材料１の送り速度ｖ、油圧
シリンダ内の流体圧力Ｐの経時変化を示すタイムチャー
ト図である。

【図６】送り速度一定制御によるＳｉ系材料曲げ動作時
の加熱部の温度Ｔ、棒状のＳｉ系材料１の送り速度ｖ、
油圧シリンダ内の流体圧力Ｐの経時変化を示すタイムチ
ャート図である。

【図７】Ｓｉ系材料の降伏応力の温度依存性を歪み速度
との関係において示すグラフである。

【図８】曲げ加工後のＳｉ棒の金属組織の状態を示す顕
微鏡写真であって、（ａ）はその外観を示し、また
（ｂ）はＳＥＭ像を示す写真である。

【図９】本発明のＳｉ系材料製芯線部材の一実施例を示
す概略図である。

【図１０】従来のＳｉ系材料製芯線部材の構造を説明す
るための概略図である。

【図１１】従来のＳｉ系材料製芯線部材によって製造さ
れる多結晶Ｓｉ棒において生じる不具合を説明するため
の概略図である。

【符号の説明】

１Ｓｉ系材料２駆動装置３ガイドローラ群（送出機構）４加熱装置４ａ加熱コイル４ｂ高周波発生装置５回動アーム５ａ回転中心軸５ｂ把持部６レール２１芯線部２２連結部２３接続部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ系材料（１）を、脆性−延性遷移温
度以上に加熱し、この加熱部に曲げモーメントを作用さ
せ、Ｓｉ系材料（１）にすべり変形を生じさせることを
特徴とするＳｉ系材料の曲げ加工方法。
【請求項２】上記加熱部に曲げモーメントを作用させ
る際に、加熱部の後位の位置において、特定軸心（５
ａ）回りに回動可能に枢支された回動アーム（５）の把
持部（５ｂ）にＳｉ系材料（１）を把持する一方、加熱
されたＳｉ系材料（１）を回動アーム（５）に向けて送
出し、このＳｉ系材料（１）の送出しと上記回動アーム
（５）の回動とによってＳｉ系材料（１）に曲げモーメ
ントを作用させることを特徴とする請求項１のＳｉ系材
料の曲げ加工方法。
【請求項３】上記Ｓｉ系材料（１）に推進力を作用さ
せることを特徴とする請求項２のＳｉ系材料の曲げ加工
方法。
【請求項４】上記Ｓｉ系材料（１）に牽引力を作用さ
せることを特徴とする請求項２又は請求項３のＳｉ系材
料の曲げ加工方法。
【請求項５】上記加熱は、上記Ｓｉ系材料（１）が送
出された直後の段階で局所的に行い、これにより上記Ｓ
ｉ系材料（１）の加熱領域が上記Ｓｉ系材料（１）の送
出しに伴って順に移動していくことを特徴とする請求項
２のＳｉ系材料の曲げ加工方法。
【請求項６】上記Ｓｉ系材料（１）の送出しを、Ｓｉ
系材料（１）に推進力を与えながら送出するため流体圧
シリンダ（２）を用いて行い、上記流体圧シリンダ
（２）を動作させる流体の供給流量を略一定に維持する
と共に、上記送出されたＳｉ系材料（１）を上記把持部
（５ｂ）の前位の位置において局所的に加熱することを
特徴とする請求項２のＳｉ系材料の曲げ加工方法。
【請求項７】上記Ｓｉ系材料（１）は、棒状のＳｉ材
料であることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれ
かのＳｉ系材料の曲げ加工方法。
【請求項８】上記請求項１〜請求項７のいずれかのＳ
ｉ系材料の曲げ加工方法において、上記加熱温度を９０
０〜１３００℃としていることを特徴とするＳｉ系材料
の曲げ加工方法。
【請求項９】上記加熱温度を１０００〜１２５０℃と
していることを特徴とする請求項８のＳｉ系材料の曲げ
加工方法。
【請求項１０】特定軸心（５ａ）回りに回動可能に枢
支されると共に、Ｓｉ系材料（１）を把持するための把
持部（５ｂ）を有する回動アーム（５）と、上記Ｓｉ系
材料（１）を回動アーム（５）に向けて推進させる駆動
機構（２）とを備え、上記Ｓｉ系材料（１）の推進と上
記回動アーム（５）の回動とによってＳｉ系材料（１）
に曲げモーメントを作用させるべく構成し、さらに上記
把持部（５ｂ）の前位の位置において上記Ｓｉ系材料
（１）を加熱する加熱手段（４）を設けると共に、上記
駆動機構（２）が、略一定の流体供給流量に維持さた流
体圧シリンダ（２）を備えていることを特徴とするＳｉ
系材料の曲げ加工装置。
【請求項１１】上記回動アーム（５）の把持部（５
ｂ）は、上記Ｓｉ系材料（１）と同材料又はそれよりも
高硬度な材料で構成されていることを特徴とする請求項
１０のＳｉ系材料の曲げ加工装置。
【請求項１２】上記加熱手段（４）は、Ｓｉ系材料
（１）を局部加熱するものであって、その加熱温度を９
００〜１３００℃としていることを特徴とする請求項１
０のＳｉ系材料の曲げ加工装置。
【請求項１３】上記加熱温度を１０００〜１２５０℃
としていることを特徴とする請求項１２のＳｉ系材料の
曲げ加工装置。
【請求項１４】Ｓｉ系材料に曲げモーメントを与える
第１手段と、Ｓｉ系材料に第１手段に向けて軸方向推進
力を作用させる第２手段と、上記第１手段と第２手段と
の間で上記Ｓｉ系材料を局部加熱する手段とを備え、上
記第２手段は、Ｓｉ系材料の温度低下によりＳｉ系材料
の送り速度を低下させるように応答し、またＳｉ系材料
の温度上昇によりＳｉ系材料の送り速度を増加させるよ
うに応答し、これにより負帰還がＳｉ系材料の曲げを安
定化させていることを特徴とするＳｉ系材料の曲げ加工
装置。
【請求項１５】上記第２手段は、略一定の流体供給流
量に維持さた流体圧シリンダを備えており、これにより
速度増加が流体圧シリンダ内の圧力低下をもたらし、ま
た速度低下が圧力上昇をもたらし、このことによって上
記負帰還を構成していることを特徴とする請求項１４の
Ｓｉ系材料の曲げ加工装置。
【請求項１６】モノシラン、トリクロロシラン等の原
料ガスの導入される析出反応容器内に配置され、加熱状
態でその表面に多結晶Ｓｉを成長させるために使用され
るＳｉ系材料製芯線部材であって、略平行に延びる一対
の芯線部（２１）（２１）と、この芯線部（２１）（２
１）の一端側を互いに連結する連結部（２２）とを備え
て成り、上記芯線部（２１）から連結部（２２）へと至
る両者の接続部（２３）を曲げ加工によって形成してい
ることを特徴とするＳｉ系材料製芯線部材。
【請求項１７】上記曲げ加工は、Ｓｉ系材料（１）
を、脆性−延性遷移温度以上に加熱し、この加熱部に曲
げモーメントを作用させ、Ｓｉ系材料（１）にすべり変
形を生じさせることによって行われていることを特徴と
する請求項１６のＳｉ系材料製芯線部材。