JP2013010158A - インゴットブロックの自動クランプ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒状サファイアインゴットブロックの外周面を円筒研削加工する際、研削屑の発生量を減少させたい。
【解決手段】 オートローダー機器１３でワークをクランプ装置７ａ，７ｂに自動クランプさせる際、一旦ワークをクランプさせた後、クランプされたワークの外周面高さを高さ測定機器ＨＳで測定し、最大高さ（Ｈ_ｈ）と最小高さ（Ｈ_ｍ）の差の半分の値（Ｈ_ｈ−Ｈ_ｍ）／２だけワークのＣ軸心位置を移動させる再クランプを行った後にカップホイール型砥石１０ｇを用いてワークのインフィード円筒研削加工を開始する。
【選択図】図５

Description

本発明は、オートローダー（自動搬入機器）のハンド爪を用いてインゴットブロックを把持した後、主軸台と心押台よりなるクランプ装置へインゴットブロックを搬入し、ついで、インゴットブロックのＣ軸両端を支架する際のインゴットブロックの自動クランプ方法に関する。クランプ装置に正しく支架されたインゴットブロックは、回転するカップホイール型砥石とインゴットブロックの相対的な左右方向の移動により表面を０．５〜８ｍｍ厚み研削加工により面取りされ、表面が平滑なインゴットブロックとされる。

ＤＲＡＭ、ＳＯＩ基板、太陽発電基板等の単結晶シリコン基板、ＬＥＤ基板用のサファイア基板、ＧａＡｓ基板等の素材の円柱状インゴットブロックは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により育成した単結晶シリコンインゴット、またはベルニューイ法で育成した化合物半導体インゴットの結晶方向をＸ線解析装置で測定し、必要により円柱状ロッドを作成し、この円柱状インゴットを主軸台と心押台よりなるクランプ装置に支架した状態でインゴットの結晶方向をＸ線解析装置で測定し、円柱状インゴットのＣ軸方向に直角な結晶方向にダイソウや内周刃やワイヤーソー等のスライシング装置で２５０ｍｍ、５００ｍｍ、１，０００ｍｍの長さに切断され、円柱状インゴットブロックの面取り加工メーカーあるいは半導体基板製造メーカーに供給されている。円柱状インゴットブロックの直径は、２インチ、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチのものが市場より入手できる。

円柱状インゴットブロックは、インゴットブロックのワイヤーカットソウによる厚み２００〜９００μｍの厚みにスライス加工する際のインゴットブロック外周縁の割れや欠け等を防止するために外周部に面取り加工が施される。面取り加工方法としては、エッチング方法、ＣＭＰ研磨方法、カップホイール型砥石を用いる円筒研削方法が実施されている。

特開２００９−２３３８１９号公報（特許文献１）は、上記Ｘ線解析装置で結晶方向を検出した単結晶シリコンインゴットに結晶方向をマーク付けし、このマーク付けした単結晶シリコンインゴットブロックを、
主軸台と心押台よりなるクランプ装置、前記単結晶シリコンインゴットブロックの回転軸（Ｃ軸）方向(左右方向)に移動可能な円筒研削砥石と、前記単結晶インゴットブロックにオリエンテーションフラットおよび／またはノッチ加工を行う砥石と、結晶線を基準にしてマークを付された前記単結晶インゴットの側面の画像を取り込むカメラと、前記取り込んだ画像を処理するコントローラーから成り、前記マークの位置を認識して記憶する画像処理手段と、前記単結晶インゴットの結晶方位をＸ線回折測定するためのＸ線回折装置とを具備した単結晶インゴットの円筒研削装置の前記クランプ装置で挟持し、
前記画像処理手段により前記予め付されたマークの位置を記憶し、前記クランプ装置により前記インゴットを軸周りに回転させながら前記円筒研削ホイールを前記インゴットの回転軸方向に移動させて前記インゴットの側面を円筒研削した後、
前記Ｘ線回折装置により前記インゴットの結晶方位をＸ線回折測定し、前記マークの位置を基準として前記測定した回折ピークから所定の結晶方位の位置を特定し、前記特定した位置を基準として任意の位置に前記砥石によりオリエンテーションフラットおよび／またはノッチ加工を行う単結晶インゴットブロクの円筒研削装置を提案する。

円柱状インゴットブロックは、インゴットブロックのワイヤーカットソウによる厚み２００〜９００μｍの厚みにスライス加工する際のインゴットブロック外周縁の割れや欠け等を防止するために外周部に面取り加工が施される。面取り加工方法としては、エッチン
グ方法、ＣＭＰ研磨方法、カップホイール型砥石を用いる円筒研削方法が実施されている。

表面が平滑に面取り加工された円柱状インゴットブロックは、その用途が太陽光発電板であるときは、主軸台と心押台よりなるクランプ装置に円柱状インゴットブロックのＣ軸両端を支架し、回転するカップホイール型砥石とインゴットブロックの相対的な左右方向の移動により表面を０．５〜８ｍｍ厚み研削加工により面取りされ、表面が平滑なインゴットブロックとされる。

本願特許出願人は、特願２０１０−２５１４８３号明細書（特許文献２）にて、
ａ）機枠（ベース）上に左右方向に設けられた案内レール上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル
ｂ）このワークテーブル上に左右に分離して搭載された主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構、
ｃ）前記クランプ機構に支架されたワーク（角柱状インゴット）を載せた前記ワークテーブルを左右方向に往復移動させる駆動機構、
ｄ）前記ワークテーブルを正面側から直角に見る方向であって、かつ、左側方向より右側方向へ向かって、
ｅ）前後移動可能な砥石軸の一対に軸承されたカップホイール型砥石の一対をその砥石面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた第一研削ステージ、
ｆ）前記第一研削ステージの右横側に平行に設けた、前後移動可能な砥石軸の一対に軸承されたカップホイール型砥石の一対をその砥石面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた第二研削ステージ、
ｇ）上記第二研削ステージの右横側であって前記ワークテーブルの前側に位置するハウジング材にワークを前記クランプ機構への移出入を可能とする開口部を備えるロードポート、
および、
ｈ）上記ロードポートに対向する前記ワークテーブルの後側に、砥石車を有する砥石軸をワークテーブルの左右方向に平行であって、この砥石軸をその軸芯が前後方向に移動可能にツールテーブル上に設けたＲコーナー部研削ステージ、
を設けたことを特徴とする面取り加工装置を提案した。

特開２００９−５５０３９号公報（特許文献３）は、又、円柱状シリコンブロックをバンドソウで面取りして角柱状シリコンブロックとした後、砥粒径が８０〜６０μｍのカップホイール型砥石で側平面を粗研削加工し、ついで、砥粒径が３〜４０μｍのカップホイール型砥石で側平面を仕上げ研削加工し、さらに表面をエッチング処理したのち、スライシング加工して角状ウエハを製造する方法を提案する。

特開２００９−２３３８１９号公報 特願２０１０−２５１４８３号明細書（非公開） 特開２００９−５５０３９号公報

麻生首相のアース・グリーン・インダストリー政策およびオバマ大統領のグリーン・ニューデイル政策の一環から太陽光発電板、ＬＥＤ基板が注目され、円柱状シリコンブロックやサファイア円柱状インゴットブロックの供給不足が問題視され、２０１０年後半にお
いて研削屑の出が少ない面取り加工装置の出現が半導体基板業界より望まれている。

特許文献１記載の円筒研削装置を利用する半導体基板メーカーは、円柱状インゴットブロックの面取り加工代（ｔ_ｅ）を０．５〜１．５ｍｍと少なく面取り加工プログラムに設定し、この加工プログラムをコントローラー（数値制御装置）のメモリー部に記憶させ、加工業者が前記円柱状インゴットブロックのＣ軸両端をクランプ装置に挟持させたのち、円柱状インゴットブロックの面取り加工作業者は金槌で円柱状インゴットブロックを叩いてクランプ装置のワーク支持軸に対する円柱状インゴットブロックのＣ軸位置を研削砥石の研削砥石開始位置高さに合わせてから、研削砥石による円柱状インゴットブロックの面取り加工を開始している。

この円柱状インゴットブロックのクランプ装置への挟持（支架）位置の補正方法は、再生に利用される研削屑の発生量が減量される利点がある。しかし、金槌で円柱状インゴットブロックを叩く手作業で挟持位置が補正されるので、研削面取り加工された円柱状インゴットブロックの中には、Ｃ軸補正位置が正確ではなく、外周寸法が不足の円柱状インゴットブロックが見出され、これがロス基板発生原因となるので、再生加工品として廻されるので基板生産率低下の原因となっている。例えば、サファイア基板においては、ワイヤーカット法により円柱状インゴットブロックをスライス加工した厚み０．２〜１．０ｍｍのサファイア基板のオリフラ直角に対する結晶配位方向角度が０．５度を越えるとサファイア基板としては不良品扱いとなるからである。

本発明者等は、前記特許文献２記載のインゴットブロックの面取り加工装置で使用されるオートローダー機器およびクランプ装置を利用し、インゴットブロック（ワーク）のクランプ装置への自動クランププログラムを変更してワークをオートローダー機器のロボット爪で把持し、クランプ装置に搬入して支架させ、支架させたワークの両端近傍の外周位置高さ（Ｈ_ｒ，Ｈ_ｌ）を測定し、この２点の外周位置高さの差（Ｈ_ｒ−Ｈ_ｌ）の１／２量だけインゴットブロックのＣ軸位置の前記クランプ装置の支持軸への挟持位置を補正することにより不良率を低減させることができると想定し、本発明に到った。

本発明の請求項１は、オートローダー機器のロボット爪で直径がＲｍｍ、研削取り代（ｔ）設定がｔ_ｇｍｍ厚みの円筒状インゴットブロック（ワーク）の中央部を把持し、
前記ロボット爪に把持されたワークをクランプ装置を構成する主軸台と心押台の間へ搬入し、
前記心押台を前進させて前記ワークの長手方向（Ｃ軸方向）の両端を前記クランプ装置で支架させた後、オートローダー機器のロボット爪をワークより遠ざけ、クランプ装置に支架させたワークの両端近傍の外周位置高さ（Ｈ_ｒ，Ｈ_ｌ）を高さ測定機器を用いて前記ワークを主軸台でＣ軸周りに３６０度回転させながら測定し、
この測定された２点のＣ軸線上からの外周位置高さの最大値と最小値の差（Ｈ_ｈ−Ｈ_ｍ）の１／２量を算出し、
次いで、前記ワークの中央を前記オートローダー機器のロボット爪で把持した後、クランプ装置の心押台を後退させてワークの挟持を開放し、
前記オートローダー機器のロボット爪に把持されたワークを前記の算出された（Ｈ_ｈ−Ｈ_ｍ）の１／２量だけインゴットブロックのＣ軸位置を移動させる前記クランプ装置の支持軸（Ｃ軸）への補正を行った後、前記心押台を前進させて前記クランプ装置に支架させるとともに、ロボット爪をワークより遠ざけ、
支架させた前記ワークの両端近傍の外周位置高さ（Ｈ_ｒ，Ｈ_ｌ）を高さ測定機器により前記ワークを主軸台でＣ軸周りに３６０度回転させながら測定し、
この測定された２点のＣ軸線上からの外周位置高さの最大値（Ｈ_ｈ）と最小値（Ｈ_ｍ）の値（Ｈ_ｈ，Ｈ_ｍ）が共に（Ｒ／２−ｔ_ｇ）ｍｍ以上であればワークのクランプ装置への
自動クランプ終了の信号を発信し、次工程のカップホイール型砥石による円筒状インゴットブロックの面取り研削加工を開始する、
前記測定された２点のＣ軸線上からの外周位置高さの最大値（Ｈ_ｈ）と最小値（Ｈ_ｍ）の値（Ｈ_ｈ，Ｈ_ｍ）の少なくとも１点の外周位置高さの値が（Ｒ／２−ｔ_ｇ）ｍｍ未満であればワークのクランプ装置への自動クランプ不良の信号を発信し、前記オートローダー機器のロボット爪でワークの中央部を把持した後、前記心押台を後退させてワークの支架を開放し、次いでロボット爪を移動させてワークをクランプ装置外へ搬送する、
ことを特徴とするインゴットブロックの自動クランプ方法を提供するものである。

本発明のオートローダー機器を利用する円筒状インゴットブロックの自動クランプ方法は、研削取り代（ｔ_ｇ）が小さいインゴットブロックであってもクランプ装置上で、インゴットブロックの砥石による面取り加工の可能性有無を評価できるので、不良インゴットブロックに研削加工の機会を与えない。また、研削取り代（ｔ_ｇ）が小さいので、面取り加工屑の発生量を少なくすることができる。

図１は特許文献２に記載の面取り加工装置を正面左側斜め約１５度の角度から見た斜視図である。 図２は特許文献２に記載の面取り加工装置の平面面である。 図３は特許文献２に記載の面取り加工装置の右側面である。 図４は特許文献２に記載の面取り加工装置にインゴットブロックをクランプ装置へクランプする状態を示す平面図で、オートローダー機器が省略されている。 図５はインゴットブロックをクランプ装置へ自動クランプするステップ図である。 図６はインゴットブロックをクランプ装置へ自動クランプするフローシートである。

オートローダー機器１３とクランプ装置７を説明するため、図１、図２、図３および図４に示される特許文献２記載の面取り加工装置１について説明する。この面取り加工装置１は、機枠（ベース）２に左右方向に延びて敷設された一対の案内レール３，３上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル４を設けてある。このワークテーブル４の左右往復移動は、サーボモータ５による回転駆動をボールネジ６が受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台（図示されていない）が左方向または右方向に前進することにより、この固定台表面にワークテーブル４の裏面が固定されているワークテーブル４が左方向または右方向に前進する。ワークテーブル４の左方向または右方向の前進は、サーボモータ５の回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。

このワークテーブル４上に左右に分離して搭載された主軸台７ａと心押台７ｂの一対よりなるクランプ機構７が搭載されている。よって、ワークテーブル４の左方向または右方向の移動に付随してこのクランプ機構７も左方向または右方向に移動し、クランプ機構７の主軸台センター支持軸７ａ_１と心押台センター支持軸７ｂ_１により支架（挟持）されて宙吊り状態となったワーク(円柱状または角柱状インゴットブロック)ｗがＲコーナー部研削ステージ９、第一研削ステージ１０、第二研削ステージ１１、またはロードポート８位置へと移動することが可能となっている。

クランプ装置７は特許文献１で示されるように公知のチャック機構であり、円筒研削盤でよく使用されている。主軸台７ａは主軸台センター支持軸７ａ_１をサーボモータ７ａ_ｍで回転させることによりワークｗを３６０度あるいは９０度回転させる機能を有する。心
押台７ｂは空気シリンダー７ｅ駆動でガイドレール上を左右に移動できる移動台７ｂ_ｔ上に設けられ、ワークをクランプ機構７で支架したのち、レバーを押し下げることにより固定し、ワークテーブル４の移動により心押台７ｂを搭載する移動台７ｂ_ｔが移動するのを防ぐ。

前記Ｒコーナー部研削ステージ９、第一研削ステージ１０、第二研削ステージ１１、およびロードポート８の位置関係は、前記ワークテーブル４を正面側から直角に見る方向であって、かつ、左側方向より右側方向へ向かって、第一研削ステージ１０、第二研削ステージ１１、ロードポート８を設け、このロードポート８の背面にＲコーナー部研削ステージ９が設けられる。Ｒコーナー部研削ステージ９、第一研削ステージ１０および第二研削ステージ１１は密閉カバー１２で覆われている。また、ロードポート８は片手横スライド扉１２ａにより閉じられる。密閉カバー１２で覆われた各研削ステージ９，１０，１１の空間には排気ダクト１３が接続され、この空間内に浮遊するミストや研削屑を外部へ排出する。

第一研削ステージ１０は、サーボモータ１０ｍ，１０ｍの回転駆動により前後移動可能なツールテーブル１０ｔ，１０ｔ上に設けられた砥石軸の一対１０ａ，１０ａに軸承されたカップホイール型砥石またはリング状砥石の一対１０ｇ，１０ｇをその研削砥石面１０ｇ_ｓ，１０ｇ_ｓが相対向するようにワークテーブル４を挟んでワークテーブル４前後に対称にかつ砥石軸芯１０_ｏ，１０_ｏが同一線上となる位置に設け、これら砥石軸１０ａ，１０ａはサーボモータ１０_Ｍ，１０_Ｍの回転駆動により回転される構造となっている。

サーボモータ１０ｍ，１０ｍによる回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進または後退することにより、この固定台表面にツールテーブル１０ｔ，１０ｔの裏面が固定されているツールテーブル１０ｔ，１０ｔが前進移動または後退移動する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ１０ｍ，１０ｍの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。

第二研削ステージ１１は、サーボモータ１１ｍ，１１ｍの回転駆動により前後移動可能なツールテーブル１１ｔ，１１ｔ上に設けられた砥石軸の一対１１ａ，１１ａに軸承されたカップホイール型砥石またはリング状砥石の一対１１ｇ，１１ｇをその研削砥石面１１ｇ_ｓ，１１ｇ_ｓが相対向するようにワークテーブル４を挟んでワークテーブル４前後に対称にかつ砥石軸芯１１_ｏ，１１_ｏが同一線上となる位置に設け、これら砥石軸１１ａ，１１ａはサーボモータ１１_Ｍ，１１_Ｍの回転駆動により回転される構造となっている。

サーボモータ１１ｍ，１1ｍによる回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボール
ネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進移動または後退移動することにより、この固定台表面にツールテーブル１１ｔ，１１ｔの裏面が固定されているツールテーブル１１ｔ，１１ｔが前進または後退する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ１１ｍ，１１ｍの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。

第二研削ステージ１１は、前記第一研削ステージ１０の右横側に平行に設けられる。即ち、両ステージ１０，１１の砥石軸芯１０_ｏ，１１_ｏが平行である。

なお、前記第一研削ステージ１０で使用する砥石および前記第二研削ステージ１１で使用する砥石は、左右の砥石のいずれが粗研削砥石であっても精密仕上げ研削砥石であってもよい。図では、第一研削ステージ１０で使用する砥石が粗研削砥石１０ｇであり、第二研削ステージ１１で使用する砥石は精密仕上げ研削砥石１１ｇを用いた例を示す。

研削砥石１０ｇ，１０ｇ，１１ｇ，１１ｇのカップホイール型砥石直径は、一辺が１５０ｍｍの正方形状の太陽電池用シリコン基板用インゴットブロックを目的とするときは、２４０〜６０ｍｍであり、カップ砥石片の幅は３〜１０ｍｍ、リング状砥石幅は５〜１５ｍｍであるのがシリコンインゴットの研削焼け防止の観点から好ましい。砥石の中心点から砥石幅外周の距離（半径）は、粗研削砥石の１個または２個と精密仕上げ研削砥石の２個は同一半径であるのが、インゴット面取り仕上げ面の平均粗さＲａが良好なものとなる。また、一対の粗研削砥石１０ｇ，１０ｇのカップホイール型砥石直径は同じであっても一方の直径が他方の直径よりも５〜２０ｍｍ短くても良い。ワークが２〜６インチのサファイア基板用円柱状インゴットブロックであるときは、研削砥石１０ｇ，１０ｇ，１１ｇ，１１ｇのカップホイール型砥石直径は、１００〜２４０ｍｍである。

研削砥石１０ｇ，１１ｇの砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒が好ましく、結合剤（ボンド）はメタルボンド、ビトリファイドボンド、エポキシレジンボンドがよい。例えば、カップホイール型粗研削砥石１０ｇは、例えば特開平９−３８８６６号公報、特開２０００―９４３４２号公報や特開２００４−１６７６１７号公報等に開示される有底筒状砥石台金の下部環状輪に砥石刃の多数を研削液が散逸する隙間間隔で環状に配置したカップホイール型砥石で、台金の内側に供給された研削液が前記隙間から散逸する構造のものが好ましい。このカップホイール型砥石１０ｇの環状砥石刃の直径は、角柱状シリコンインゴットの一辺の長さの１．２〜１．５倍の直径であることが好ましい。前記カップホイール型粗研削砥石の環状砥石刃は、砥番１００〜２８０番のダイヤモンドレジンボンド砥石、またはダイヤモンドビトリファイドボンド砥石が好ましい。また、カップホイール型精密仕上げ研削砥石１１ｇの環状砥石刃は、砥番３００〜１，２００番のダイヤモンドレジンボンド砥石、ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石、またはダイヤモンドメタルボンド砥石が好ましい。また、後述する砥石車９ｇとしては砥番３００〜１，２００番のダイヤモンド砥石車が好ましい。

研削液としては、純水、コロイダルシリカ水分散液、セリア水分散液、ＳＣ−１液、ＳＣ−２液、あるいは、純水とこれら前記の水分散液または研削液を併用する。なお、研削液としては、環境を考慮した水処理の面から純水のみを利用するのが好ましい。

ロードポート８は、第二研削ステージ１１の右横側であってワークテーブル４の前側に位置するハウジング材にワークｗを前記クランプ装置７への移出入を可能とする開口部を設けることにより形成される。

Ｒコーナー部研削ステージ９は、上記ロードポート８に対向する前記ワークテーブル４の後側に、砥石車９ｗを有する砥石軸９ａをワークテーブル４の左右方向に平行であって、この砥石軸９ａの軸芯９_ｏを前後方向に移動可能にツールテーブル９ｔ上に設けた構造を採る。

砥石軸９ａの回転駆動はサーボモータ９_Ｍの回転駆動により行われ、ツールテーブル９ｔの前進後退は、サーボモータ９ｍによる回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進または後退することにより、この固定台表面にツールテーブル９ｔの裏面が固定されているツールテーブル９ｔが案内レール９ｒ，９ｒ上を前進移動または後退移動する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ９ｍの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。

図１において符号２０は制御装置を、符号２１は操作盤を示す。また、図２において、符号９ｃは研削液供給管を示す。

図１、図２および図３に示すように、円柱状インゴットブロック（ワーク）の面取り加工装置１は、前記ワークテーブル４の前側であって前記ロードポート８と前記第二研削ステージ１０との空間部にオートローダー（ワークローディング／アンローディング装置）１３およびインゴットブロク３本を貯えるワークストッカー１４を機枠２上に並設している。符号１５は、脚立車を備えた運搬台車１６のテーブル上に載置された予備のワークストッカーである。

ワークストッカー１４，１５は、インゴットブロック（ワーク）３本ｗ，ｗ，ｗを４５度傾斜して収納できる断面が逆２等辺三角形状のＶ字棚段を備え、機枠から突き出した位置決めピン１６上に載置されている。

前記オートローダー機器（ワークローディング／アンローディング装置）１３は、ワークストッカー１４Ｖ字棚段に保管されているインゴットブロック（ワーク）ｗ１本を１対の爪１３ａ，１３ｂで挟持し、両爪を上昇させることによりワークを吊り上げ、ついで、後退、右方向への移動、下降してロードポート８前に位置させ、さらに後退させることによりこのロードポート８からワークをクランプ装置７の主軸台７ａと心押台７ｂ間へと搬送する。ワークの一端を主軸台７ａのセンター支持軸７ａ１に当接させた後、心押台７ｂを空気シリンダー７ｅで右方向に移動させてセンター支持軸７ｂ１に他端を当接させワークを４５度Ｖ傾斜させかつ４面を宙吊り状態に支架する。ついで、前記爪１３ａ，１３ｂを離間させてワークの把持を開放し、ついで、両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆを上昇させ、左方向に移動させ、さらに、前方向に後退させ両爪１３ａ，１３ｂを待機位置へと戻る。

また、前記クランプ装置７に宙吊り状態に支架されている面取り加工および洗浄・風乾されたワークを両爪１３ａ，１３ｂで把持し、ついで、両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆを上昇させ、左方向に移動させ、さらに、前方向に後退させ両爪１３ａ，１３ｂをワークストッカー１４，１５の空棚上方へ移動したのち、下降させてワークを前記空棚に載置下後、両爪１３ａ，１３ｂを離間してワークを開放したのち、前記待機位置へと両爪１３ａ，１３ｂを戻す。

両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆの前後方向の移動は、サーボモータ１３ｍにより回転駆動されたボールネジ１３ｋに裏面を螺合させた固定台１３ｆの滑走面１３ｓをコラム１３ｃ側面に設けられた案内レール１３ｇ上を滑走させることにより行われる。両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆの上下方向の移動は、エアーシリンダー１３ｐにより行われる。両爪１３ａ，１３ｂの離間は、図３の円内に示されるマイクロウイークエアシリンダ１３ｅを用いて両爪１３ａ，１３ｂを離間させる。両爪１３ａ，１３ｂの僅かな昇降の微調整は、マイクロウイークエアシリンダ１３ｌを用いて行う。両爪１３ａ，１３ｂの僅かな前後移動の微調整は、マイクロウイークエアシリンダ１３_Ｒを用いて行う。

上記インゴットブロックの面取り加工装置１に設置されたワークストッカー１４，１５に保管された円柱状インゴットブロックｗをオートローダー機器１３のロボット爪１３ａ，１３ｂを用い、クランプ装置７の支持軸７ａ_１，７ｂ_１に自動挟持（支架）する工程は次ぎのように行われる。

オートローダー機器１３のロボット爪１３ａ，１３ｂで直径がＲｍｍ、研削取り代（ｔ）設定がｔ_ｇｍｍ厚みの円筒状インゴットブロック（ワーク）の中央部を把持する。Ｓ０１

前記ロボット爪に把持されたワークを主軸台７ａの支持軸７ａ_１と心押台７ｂの支持軸７ｂ_１間へ搬入し、前記心押台７ｂを前進させて前記ワークｗの長手方向（Ｃ軸方向）の両端を前記クランプ装置７の支持軸７ａ_１，７ｂ_１で支架させる。なお、支持軸７ａ_１，７ｂ_１の両軸芯を結ぶ線をクランプ装置７のＣ軸心と呼ぶ。Ｓ０２

オートローダー機器１３のロボット爪１３ａ，１３ｂをワークｗより遠ざける。Ｓ０３

クランプ装置７に支架させたワークｗの両端近傍の外周位置高さ（Ｈ_ｒ，Ｈ_ｌ）を高さ測定機器ＨＳ（例えば、東京精密株式会社のタッチプローブセンサΣＤ（商品名）、ニコン株式会社のレザー型変位センサー機器、または、特許文献１に示されるＣＣＤカメラを備えた画像撮像装置）を用いて前記ワークを主軸台でＣ軸周りに３６０度回転させながら測定する。Ｓ０４

この測定された２点のＣ軸線上からの外周位置高さの最大値（Ｈ_ｈ）と最小値（Ｈ_ｍ）の差（Ｈ_ｈ−Ｈ_ｍ）の１／２量を数値制御装置の演算部で算出する。Ｓ０５

また、クランプ装置７のＣ軸心とカップホイール型砥石１０ｇの研削開始点位置間の距離（Ｒ／２−ｔ_ｇ）と前記最小値（Ｈ_ｍ）の大小を数値制御装置の比較部で比較し、（Ｒ／２−ｔ_ｇ−Ｈ_ｍ）の値が正となる方向であって、クランプ装置７のＣ軸心と高さ測定機器ＨＳを含む平面上でワークのＣ軸心を移動させる方向を決める。Ｓ０６

前記ワークｗの中央を前記オートローダー機器１３のロボット爪１３ａ，１３ｂで把持した後、クランプ装置７の心押台７ｂを後退させてワークの挟持を開放する。Ｓ０７

前記オートローダー機器のロボット爪に把持されたワークを前記の算出された（Ｈ_ｈ−Ｈ_ｍ）の１／２量だけインゴットブロックのＣ軸位置を移動させる前記クランプ装置の支持軸心（Ｃ軸）への補正を行う。Ｓ０８

前記心押台７ｂを前進させて前記クランプ装置７の支持軸７ａ_１，７ｂ_１に支架させる。Ｓ０９

ロボット爪１３ａ，１３ｂをワークｗより遠ざける。Ｓ１０

支架させた前記ワークｗの両端近傍の外周位置高さ（Ｈ_ｒ，Ｈ_ｌ）を前記高さ測定機器ＨＳを用いて前記ワークｗを主軸台７ａのサーボモータでＣ軸周りに３６０度回転させながら測定する。Ｓ１１

この測定された２点のＣ軸線上からの外周位置高さの最大値（Ｈ_ｈ）と最小値（Ｈ_ｍ）の値（Ｈ_ｈ，Ｈ_ｍ）が共に（Ｒ／２−ｔ_ｇ）ｍｍ以上であればワークのクランプ装置７への自動クランプ終了の信号を発信しＳ１２ａ、次工程のカップホイール型砥石による円筒状インゴットブロックのインフィード面取り研削加工を開始する。Ｓ１３

前記測定された２点のＣ軸線上からの外周位置高さの最大値（Ｈ_ｈ）と最小値（Ｈ_ｍ）の値（Ｈ_ｈ，Ｈ_ｍ）の少なくとも１点の外周位置高さの値が（Ｒ／２−ｔ_ｇ）ｍｍ未満であればワークのクランプ装置への自動クランプ不良の信号を発信しＳ１２ｂ、前記オートローダー機器１３のロボット爪１３ａ，１３ｂでワークｗの中央部を把持した後、前記心押台７ｂを後退させてワークのクランプ装置７による支架を開放し、次いでロボット爪１３ａ，１３ｂをワークストッカー１４へ移動させる（ワークをクランプ装置７外へ搬送する）。Ｓ１４

上記Ｓ１３工程のカップホイール型砥石１０ｇによる円筒状インゴットブロックの面取り研削加工は、インゴットブロックを宙吊りに支架したクランプ機構７を左右方向に１〜１５ｍｍ／分速度で移動させながら、かつ、主軸台のセンター支持軸７ａ_１を１０〜３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら８００〜３，０００ｒｐｍの回転速度で回転しているカップホイール型砥石の一対１０ｇ，１０ｇの砥石軸をクランプ装置７のＣ軸心側へ前進させてカップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇの刃先位置がクランプ装置７のＣ軸心から（Ｒ／２−ｔ_ｇ）の距離（研削開始点位置）までインフィードして研削加工を開始し、研削液を５〜１００ｃｃ／分の量研削作業点に供給させながら前記カップホイール型砥石の一対１０ｇ，１０ｇにより移動するインゴットブロック外周面厚みをｔ_ｇｍｍの取り代量除去するインフィード円筒研削加工である。

面取り加工される円柱状インゴットブロック（ワーク）ｗ市販品の素材としては、直径が８〜１２インチの単結晶シリコンインゴットブロック、直径が２〜６インチのサファイアインゴットブロック、ＧａＡｓインゴットブロック等が挙げられる。ワーク長さは１００〜１，０００ｍｍである。

カップホイール型砥石１０ｇ，１１ｇによる円柱状インゴットブロック（ワーク）ｗの研削取り代（ｔ_ｇ）はシリコンインゴットブロックの場合は０．５〜６ｍｍ、サファイアインゴットブロック、ＧａＡｓインゴットブロックの場合は０．５〜１．０ｍｍである。

本願発明のインゴットブロックの自動クランプ方法は、特許文献２記載の一対のカップホイール型研削砥石１０ｇ，１０ｇを用いて円筒研削する円筒研削装置に利用できるし、特許文献１記載の１個の円筒研削砥石で円柱状インゴットブロックを円筒研削する円筒研削装置にも採用できる。

上述のＳ１２ｂ工程で自動クランプ不良と判定された円柱状インゴットブロックｗは、円筒研削加工が行われずに回収されるので、研削量（ｔ）を前記設定研削量（ｔ_ｇ）よりも大きい値とした円筒研削材料として再使用可能である。

本発明のオートローダー機器１３を利用する円筒状インゴットブロックｗの自動クランプ方法は、研削取り代（ｔ_ｇ）が小さいインゴットブロックであってもクランプ装置７上で、インゴットブロックの研削砥石による面取り加工の可能性有無を評価できるので、不良インゴットブロックに研削加工の機会を与えない。また、研削取り代（ｔ_ｇ）が小さいので、面取り加工屑の発生量を少なくすることができる。

１ 面取り加工装置
ｗ 円柱状インゴットブロック
７ クランプ機構
７ａ 主軸台
７ｂ 心押台
８ ロードポート
１０ 第一研削ステージ
１１ 第二研削ステージ
１３ オートローダー機器
１４ ワークストッカー
ＨＳ 高さ測定機器

Claims (1)

1. オートローダー機器のロボット爪で直径がＲｍｍ、研削取り代（ｔ）設定がｔ_ｇｍｍ厚みの円筒状インゴットブロックの中央部を把持し、
   クランプ装置を構成する主軸台と心押台の間へ前記ロボット爪に把持された円筒状インゴットブロックを搬入し、
   前記心押台を前進させて前記円筒状インゴットブロックの長手方向（Ｃ軸方向）の両端を前記クランプ装置で支架させた後、オートローダー機器のロボット爪を前記円筒状インゴットブロックより遠ざけ、クランプ装置に支架させた前記円筒状インゴットブロックの両端近傍の外周位置高さ（Ｈ_ｒ，Ｈ_ｌ）を高さ測定機器により前記円筒状インゴットブロックを主軸台でＣ軸周りに３６０度回転させながら測定し、
   この測定された２点のＣ軸線上からの外周位置高さの最大値と最小値の差（Ｈ_ｈ−Ｈ_ｍ）の１／２量を算出し、
   次いで、前記円筒状インゴットブロックの中央を前記オートローダー機器のロボット爪で把持した後、クランプ装置の心押台を後退させて前記円筒状インゴットブロックの挟持を開放し、
   前記オートローダー機器のロボット爪に把持された前記円筒状インゴットブロックを前記の算出された（Ｈ_ｈ−Ｈ_ｍ）の１／２量だけ円筒状インゴットブロックのＣ軸位置を前記クランプ装置の支持軸（Ｃ軸）に対する移動を行う補正を行った後、前記心押台を前進させて前記クランプ装置に支架させるとともに、ロボット爪を前記円筒状インゴットブロックより遠ざけ、
   支架させた前記円筒状インゴットブロックの両端近傍の外周位置高さ（Ｈ_ｒ，Ｈ_ｌ）を高さ測定機器を用いて前記ワークを主軸台でＣ軸周りに３６０度回転させながら測定し、
   この測定された２点のＣ軸線上からの外周位置高さの最大値（Ｈ_ｈ）と最小値（Ｈ_ｍ）の値（Ｈ_ｈ，Ｈ_ｍ）が共に（Ｒ／２−ｔ_ｇ）ｍｍ以上であれば前記円筒状インゴットブロックのクランプ装置への自動クランプ終了の信号を発信し、次工程のカップホイール型砥石による円筒状インゴットブロックの面取り研削加工を開始する、
   前記測定された２点のＣ軸線上からの外周位置高さの最大値（Ｈ_ｈ）と最小値（Ｈ_ｍ）の値（Ｈ_ｈ，Ｈ_ｍ）の少なくとも１点の外周位置高さの値が（Ｒ／２−ｔ_ｇ）ｍｍ未満であれば前記円筒状インゴットブロックのクランプ装置への自動クランプ不良の信号を発信し、前記オートローダー機器のロボット爪で前記円筒状インゴットブロックの中央部を把持した後、前記心押台を後退させて前記円筒状インゴットブロックの支架を開放し、次いでロボット爪を移動させて前記円筒状インゴットブロックを前記クランプ装置外へ搬送する、
   ことを特徴とするインゴットブロックの自動クランプ方法。

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