JP2013035079A

JP2013035079A - 四角柱状インゴットの四隅ｒ面の円筒研削方法

Info

Publication number: JP2013035079A
Application number: JP2011170635A
Authority: JP
Inventors: Koji Saito; 浩嗣斎藤; Kazuo Kobayashi; 一雄小林; Satoru Ide; 悟井出; Tomio Kubo; 富美夫久保
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-02-21

Abstract

【課題】四角柱状シリコンインゴットの四隅Ｒ面の面取り研削加工時間を短縮できる面取り加工方法の提供。
【解決手段】
カップホイール型砥石１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸１１ｏ，１１ｏの一対の砥石軸間高さを離間させ、ワークテーブルに搭載されたクランプ機構７の主軸台７ａと心押台７ｂ間に支架されたワークのＣ軸心を前後に２６度揺動回転させながら前記カップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇの刃先に当接触させてワークのインフィード研削を開始し、ついで、この揺動するワークを前記カップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇ間を通過させてトラバース研削を行ってワークのＲ面を面取り研削加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、両端（Ｃ軸面）が切断された四角柱状インゴットの四隅Ｒ面の円筒研削方法に関する。研削加工された四角柱状インゴットは、Ｃ軸芯に直角方向にワイヤーで切断され、太陽光発電板（太陽電池）用のシリコン基板として用いられる。

ＤＲＡＭ用のシリコン基盤は、溶解した金属珪素（Ｓ_ｉ）溶湯を円柱状グラファイト容器内に注湯し一方向に凝固させた後、容器内面と接触汚染した下端面と上端面の両端をスライサーで切断して平坦な面となし、この円柱状シリコンインゴットの両端面（Ｃ軸面）を主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構で水平方向に支架し、主軸台で円柱状シリコンインゴットを回転しつつ、回転する砥石車をインフィードして円柱状シリコンインゴットに砥石車で切り込みをかけ、次いで、前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを案内レール上で左右方向の一方向に移動（トラバース）させて円筒研削加工を行っている、または研削取り代が多いときは前記砥石車による切り込みと左右方向の往復移動（トラバース）を繰り返して円筒研削加工を行っている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００９−２３３７９４号公報（特許文献１）は、四角柱状シリコンインゴットブロック（ワーク）をオウトローダで主軸台と心押台とからなるクランプ装置に搬入し、支架させた後、左右方向に往復移動できる粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを備える研削装置を用い、（１）クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで４５度旋回させ、次いで、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを左方向に移動させて四角柱状シリコンインゴットブロックの一側面を粗研削加工、仕上げ研削加工した後、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを研削開始待機位置の右方向に後退させる。（２）前記クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで４５度旋回させてワークのＲ面を上方に向け、次いで、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを左方向に移動させてワークの一Ｒ面を粗研削加工、仕上げ研削加工した後、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを研削開始待機位置の右方向に後退させる。（３）クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで４５度旋回させ、次いで、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを左方向に移動させて四角柱状シリコンインゴットブロックの一側面を粗研削加工、仕上げ研削加工した後、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを研削開始待機位置の右方向に後退させる。（４）前記クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで４５度旋回させてワークのＲ面を上方に向け、次いで、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを左方向に移動させてワークの一Ｒ面を粗研削加工、仕上げ研削加工した後、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを研削開始待機位置の右方向に後退させる。（５）クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで４５度旋回させ、次いで、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを左方向に移動させて四角柱状シリコンインゴットブロックの一側面を粗研削加工、仕上げ研削加工した後、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを研削開始待機位置の右方向に後退させる。（６）前記クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで４５度旋回させてワークのＲ面を上方に向け、次いで、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを左方向に移動させてワークの一Ｒ面を粗研削加工、仕上げ研削加工した後、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを研削開始待機位置の右方向に後退させる。（７）クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで４５度旋回させ、次いで、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを左方向に移動させて四角柱状シリコンインゴットブロックの一側面を粗研削加工、仕上げ研削加工した後、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを研削開始待機位置の右方向に後退させる。（８）前記クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで４５度旋回させてワークのＲ面を上方に向け、次いで、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッ
ドを左方向に移動させてワークの一Ｒ面を粗研削加工、仕上げ研削加工した後、前記粗研削砥石ヘッドと仕上げ研削砥石ヘッドを研削開始待機位置の右方向に後退させる。工程のワークの面とし加工方法を開示する。この研削加工された四角柱状インゴットは、Ｃ軸芯に直角方向にワイヤーで切断され、太陽光発電板の基板として用いられる。

本件特許出願人は、特開２０１１−１３６３８２号公報（特許文献２）にて、角柱状インゴットの四隅Ｒコーナー部の円筒研削加工を１個の研削車９ｇで、角柱状インゴットの四側平面の面取りを一対の粗研削砥石１０ｇ，１０ｇで同期制御研削加工行ったのち、その面取り面四面を一対の精密仕上げ研削砥石１１ｇ，１１ｇで同期制御研削加工して面取りを完成させるインゴットの面取り加工装置１を提案した。

また、本件特許出願人は、特願２０１０−２１０３４１号特許明細書（特許文献３）にて、図２に示す円柱状シリコンインゴットの円筒研削装置、即ち、
ａ）機枠２上に左右方向に設けられた案内レール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、
ｂ）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、
ｃ）前記クランプ機構７に支架されたワーク（円柱状シリコンインゴット）を搭載した前記ワークテーブル４を左右方向に往復移動させる駆動機構５、
ｄ）カップホイール型仕上げ研削砥石１０ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸１０_ｏと前記カップホイール型仕上げ研削砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径のカップホイール型仕上げ研削砥石１０ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸１０_ｏを、これら砥石軸の軸芯が同一直線上にあり、かつ、この同一直線は前記ワークテーブルに直角になる位置に在って、前記クランプ機構に支架されたワークを挟んで前記２個のカップホイール型砥石のホイール状砥石刃が相対向する向きに設けられ、
ｅ）カップホイール型粗研削砥石１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸１１_ｏと前記カップホイール型粗研削砥石１１ｇと直径が同一のカップホイール型粗研削砥石１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸１１_ｏを、これら砥石軸の軸芯が同一直線上にあり、かつ、この同一直線は前記ワークテーブルに直角になる位置に在って、前記クランプ機構に支架されたワークを挟んで前記２個のカップホイール型粗研削砥石のホイール状砥石刃が相対向する向きに設けられている、
ことを特徴とする円筒研削装置を提案した。

上記特許文献３は、上記円筒研削装置を用い、図３に示す工程順序、即ち、次の工程を経て表面が平滑な四角柱状インゴットを製造する工程を開示する。

１）．クランプ機構７に支架された円柱状インゴットブロック（ワーク）の四側面を回転切断刃９１ａ，９１ｂで切り落とす、四隅Ｒを有する四角柱状ワークの製造工程。
２）．この四角柱状ワークを支架するクランプ装置７の主軸台７ａのセンター軸を回転させることによりワークを回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石（１１ｇ，１１ｇ）を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度で回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削）、ワークへの切り込みが所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させることによりワークのトラバース研削を行ってワーク四隅Ｒ面を円筒粗研削加工を行い、ついで、ワークテーブルを研削開始待機位置へと後退させる、ワーク四隅Ｒ面の円筒粗研削加工工程。
３）．この四角柱状ワークを支架するクランプ装置７の主軸台７ａのセンター軸を回転させることを中止し、次いで、前記一対のカップホイール型砥石（１１ｇ，１１ｇ）を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度で回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削）、
ワークへの切り込みが所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させることによりワークのトラバース研削を行ってワーク前後側面を表面粗研削加工した後、クランプ装置７を搭載するワークテーブル４を粗研削加工待機位置へと後退させ、主軸台７ａのセンター軸を９０度回転させることによりワークを回転させ、主軸台７ａのセンター軸の回転を停止してワークのセンタリングを行い、さらに、前記一対のカップホイール型砥石（１１ｇ，１１ｇ）を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度で回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削）、ワークへの切り込みが所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させることによりワークのトラバース研削を行ってワーク前後側面を表面粗研削加工を行う、四側面粗研削加工工程。
４）．四側面粗研削加工されたワークを支架するクランプ装置７の主軸台７ａのセンター軸を回転させることによりワークを回転させ、次いで、前記一対のカップホイール型砥石（１０ｇ，１０ｇ）を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度で回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削）、ワークへの切り込みが所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させることによりワークのトラバース研削を行ってワーク四隅Ｒ面の円筒仕上げ研削加工を行い、ワークテーブル４をワーク四隅Ｒ面の円筒仕上げ研削加工開始待機位置まで後退する、ワーク四隅Ｒ面の円筒仕上げ研削加工工程。
５）．四隅Ｒ面の円筒仕上げ研削加工されたワークを支架するクランプ装置７の主軸台７ａのセンター軸を回転させることを中止し、次いで、前記一対のカップホイール型砥石（１０ｇ，１０ｇ）を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度で回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削）、ワークへの切り込みが所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させることによりワークのトラバース研削を行ってワーク前後側面を表面粗研削加工した後、クランプ装置７を搭載するワークテーブル４を粗研削加工待機位置へと後退させ、主軸台７ａのセンター軸を９０度回転させることによりワークを回転させ、主軸台７ａのセンター軸の回転を停止してワークのセンタリングを行い、さらに、前記一対のカップホイール型砥石（１０ｇ，１０ｇ）を軸承する前後移動可能な砥石軸を略同一の回転速度で回転させつつ、これら回転している砥石軸を前方向に移動させて回転しているワークに切り込みを掛け（インフィード研削）、ワークへの切り込みが所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記カップホイール砥石が回転している方向へ移動させることによりワークのトラバース研削を行ってワーク前後側面の表面仕上げ研削加工を行う、四側面仕上げ削加工工程。

特開２００９−５５０３９号公報（特許文献４）は、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、次いで、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。

株式会社岡本工作機械製作所の"「円筒研削盤」ＯＧＭシリーズ"カタログ、２００９年９月作成。

特開２００９−２３３７９４号公報特開２０１１−１３６３８２号公報特願２０１０−２１０３４１号特許明細書（未公開）特開２００９−５５０３９号公報

上記特許文献１記載の面取り加工装置は、ワーク四隅Ｒ面を平面に研削するため、研削葛の発生量が多い欠点がある。

本件特許出願人は、前記特許文献３記載の円筒研削装置を製作し、２０１１年６月に太陽光発電池用シリコン基板加工メーカーに評価依頼したところ、「市販の面取り加工装置と比較してインゴットの面取り加工時間は半減し、得られる製品の表面平滑物性もワイヤーカット時にチッピングを生じさせない十分な値を示す。研削屑（フロスト）の発生量は市販品機械より少なく優れている。しかし、ワークの四隅Ｒ円筒研削加工時間がさらに、２〜５分短くなるなら、この円筒研削装置の改造機を２台買い増しする発注を行う。」との回答を受けた。

本願発明者らは、カップホイール型研削砥石によるワークの四隅Ｒ円筒研削加工時間中、カップホイール型研削砥石がワークの四隅Ｒを円筒研削加工している時間割合は、１４％であり、残りの８６％はワークの四側面からカップホイール型研削砥石は離れて回転していることに着目し、この空ら回転の割合を減らすことができるワークのＣ軸回転方法を検討したところ、ワークのＲ面の弧がワークのＣ軸と結ぶ角度（θ）が１８〜２０度であることから、ワークのＣ軸回転が２１〜２６度となるように、かつ、このワークのＣ軸回転をワークのＲ面弧の中間点とワークのＣ軸心を結ぶ基準線に対して前方向に１０．５〜１３度、後方向に１０．５〜１３度の角度で前後に揺動回転することをＲ面円筒研削加工中に３０〜５０回／分の割合で揺動させながらワークを回転しているカップホイール型研削砥石の一対間を通過させてワークのＲ面取り加工を行うことにより、直径２００ｍｍ、４５０ｍｍ長さのインゴットで四隅Ｒ研削加工時間を８分短縮できることを実施確認し、本発明に想到した。

請求項１に記載の発明は、
ａ）機枠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装置、
ｃ）前記クランプ装置に支架されたワークを搭載し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）カップホイール型砥石を軸承する前後移動および上下移動可能な砥石軸の一対を前記ワークテーブルに直角になる位置に在って、前記クランプ装置に支架されたワークを挟んで前記２個のカップホイール型砥石のホイール状砥石刃が相対向する向きに設けられている円筒研削装置を用い、次の工程を経て四角柱状インゴットブロック（ワーク）の四隅Ｒ面を面取り加工する方法を提供するものである。
１）．前記クランプ装置の主軸台と心押台間にワークを支架し、ワークのＲ面の円弧の中間点の一対を結ぶ線がクランプ装置の主軸台のワーク支持軸と心押台の支持軸を結ぶＣ軸を含む水平面に含まれるよう主軸台の支持軸をサーボモータで回転させてワークの芯出しを行う。
２）．カップホイール型砥石を軸承する砥石軸の一方を上昇させ、他方のカップホイール型砥石を軸承する砥石軸を下降させて双方の砥石軸間距離がカップホイール型砥石の直径（Ｈ）より２０〜７５ｍｍ差し引いた高さと成るよう砥石軸の高さ位置を決める。
３）.前記クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで前記ワークのＣ軸回転をワ
ークのＲ面弧の中間点とワークのＣ軸心を結ぶ基準線に対して前方向に１０．５〜１３度、後方向に１０．５〜１３度の角度で前後に揺動回転することをＲ面円筒研削加工中に３０〜５０回／分の割合で揺動する回転を開始する。
４）．上記カップホイール型砥石を軸承する砥石軸の一対をワークのＲ面に接する距離（Ｒ面研削開始待機位置）まで前進させ、ついで、一対の前記カップホイール型砥石を回転させる。
５）．前記クランプ装置を搭載するワークテーブルを前記カップホイール型砥石側へ移動（左方向移動）させ、クランプ装置に支架され前後に揺動回転ワークのＲ面がカップホイール型砥石の刃先に当接したら前記一対の砥石軸を所望の研削取り代量まで前進させてワークに切り込みを掛けるインフィード研削を開始する。
６）．ワークへの切り込み量が所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記の回転しているカップホイール砥石の一対の間を通過させる左方向の移動をさせて前記のＣ軸前後方向に揺動回転されているワークのＲ面のトラバース研削加工を行う。
７）．ワークのＲ面のトラバース研削加工が終了したら、前記ワークテーブルを右方向に後退させ、研削開始待機位置まで戻す。
８）．上記研削開始待機位置にあるワークテーブルに搭載された前記クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで９０度回転させて前記ワークの芯出しを行う。
９）．前記クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで前記ワークのＣ軸回転をワークのＲ面弧の中間点とワークのＣ軸心を結ぶ基準線に対して前方向に１０．５〜１３度、後方向に１０．５〜１３度の角度で前後に揺動回転することをＲ面円筒研削加工中に３０〜５０回／分の割合で揺動する回転を開始する。
１０）．前記クランプ装置を搭載するワークテーブルを前記カップホイール型砥石側へ移動（左方向移動）させ、クランプ装置に支架され前後に揺動回転ワークのＲ面がカップホイール型砥石の刃先に当接したら前記一対の砥石軸を所望の研削取り代量まで前進させてワークに切り込みを掛けるインフィード研削を開始する。
１１）．ワークへの切り込み量が所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記の回転しているカップホイール砥石の一対の間を通過させる左方向の移動をさせて前記のＣ軸前後方向に揺動回転されているワークのＲ面のトラバース研削加工を行う。
１２）．上記ワークのＲ面のトラバース研削加工が終了したら、前記ワークテーブルを右方向に後退させ、研削開始待機位置まで戻す。

本発明の円柱状シリコンインゴットブロックの四隅Ｒ面取り円筒研削方法は、円筒研削加工されたインゴットブロックの表面粗さＲａが０．２〜０．３μｍと優れた値を示し、後工程でのワイヤーカットによる厚み７５０〜９００μｍのウエハ製造時にチッピングが生じることはない。

一対のカップホイール型砥石により揺動されるワークのＲ面取りを行うので、カップホイール型砥石の空転時間が特許文献３記載のＲ面取り研削加工の時間と比較して削減され、対角線長さが２００ｍｍ、長さ４５０ｍｍの四角柱状シリコンインゴットブロックのＲ面取り研削加工時間が特許文献３記載のＲ面取り研削加工時間より８分短縮できた。

一対のカップホイール型砥石により揺動されるワークのＲ面取りを行うので、Ｒ面取り研削加工に利用されるカップホイール型砥石の刃先位置が広い域に拡がる。それゆえ、カップホイール型砥石の交換時期（寿命）が特許文献３記載のＲ面取り研削加工方法で使用されるカップホイール型砥石の寿命の６倍前後に延びた。特許文献３記載のＲ面取り研削加工方法では、Ｒ面取り研削加工に利用されるカップホイール型砥石の刃先位置が刃先コーナー部に集中していたからである。

図１は、ワークのＲ面取り研削工程を示すフロー図で、図１ａはワークの芯出し工程を、図１ｂはワークのＲ面取り研削工程を、図１ｃはワークの芯出し工程を、および、図１ｄはワークのＲ面取り研削工程を示す。図２は特許文献３に記載の円筒研削装置の平面図である。図３は特許文献３に記載の円柱状インゴットブロックを四角柱状インゴットブロックに面取り加工するフロー図である。

本発明のワークのＲ面取り研削加工に用いることができる円筒研削装置１は、例えば、特許文献３記載の円筒研削装置１を用いることができ、図２に示されるように、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により支架されて宙吊り状態となったワークｗが第二円筒研削ステージ１０、第一円筒研削ステージ１１、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。

クランプ機構７は非特許文献１に記載されるように公知のチャック機構であり、円筒研削装置で広く利用されている。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Ｃ軸周りに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。

前記第二円筒研削ステージ１０および第一円筒研削ステージ１１は、カップホイール型砥石の配置を示し、第一円筒研削ステージ１１で粗円筒研削加工（粗Ｒ面取り研削加工）を、第二円筒研削ステージ１０で仕上げ円筒研削加工（仕上げＲ面取り研削加工）を実施できるようそれぞれのカップホイール型砥石の砥番を選択する。

これら第二円筒研削ステージ１０、第一円筒研削ステージ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１０，１１の空間には排気ダクトが接続され、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。各々の研削ステージ１０，１１、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１１、第二研削ステージ１０、ロードポート８を設ける。

第二研削ステージ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の一対１０ｇ，１０ｇをその研削砥石面の砥石刃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。カップホイール型砥石の一対１０ｇ，１０ｇの直径は他方のカップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径である。このカップホイール型砥石の砥番は８００〜２，０００番が好ましい。

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。

第一研削ステージ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の一対１１ｇ，１１ｇをその研削砥石面の砥石刃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。カップホイール型砥石の一対１１ｇ，１１ｇの直径は一方のカップホイール型砥石の直径より１０〜２５ｍｍ小さい直径のカップホイール型砥石を用いる。砥番は１００〜６００番が好ましい。前記１０〜２５ｍｍの長さは、カップホイール型砥石の砥石刃横幅の２倍を超え５倍以下の長さであるのが円筒研削中のインゴットのヨーイングを抑える効果が大きい。小さい径のカップホイール型砥石の回転速度を大きい径のカップホイール型砥石の回転速度と同じとするために、小さい径のカップホイール型砥石の回転数を（大きい径のカップホイール型砥石の直径／小さい径のカップホイール型砥石の直径）倍の回転数に設定して用いる。

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。

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

なお、前記第二研削ステージ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、第二研削ステージ１０で使用する砥石が仕上げ研削カップホイール型砥石１０ｇであり、第一研削ステージ１１で使用する砥石は粗研削カップホイール型砥石１１ｇを用いた例を示す。

研削カップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇ，１１ｇ，１１ｇのカップホイール型砥石の直径は、同一径であり、直径が四角柱状ワークの対角線長さの１．０５〜１．３倍の直径が好ましい。しかし、一対の粗研削カップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇは直径を変えてもよく、大きい方の粗研削カップホイール型砥石１１ｇの直径がワークの対角線長さの１．２〜１．３倍の直径で、小さい方の粗研削カップホイール型砥石１１ｇの直径はワークの対角線長さの１．０５〜１．１倍の直径であってもよい。例えば、ワークの対角線長さが２００ｍｍの四角柱状シリコンインゴットを研削するときは大きい方の直径が２３０ｍｍ、小さい方の直径が２１０ｍｍである。カップホイール型砥石の砥石片１０ｇｓ、１ｇｓの幅は３〜１０ｍｍ、高さは４〜１５ｍｍ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。

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、カップホイール型仕上げ研削砥石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，１１ｇの環状砥石刃の直径は、四角柱状シリコンインゴットの対角線長さの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１１ｇの環状砥石刃は、砥番１００〜６００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、カップホイール型仕上げ研削砥石１０ｇの環状砥石刃は、砥番３００〜２，０００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。

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１０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を前記クランプ機構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。

図２に示すように、前記円筒研削装置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。

前記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ワークｗ１本を１対の爪で挟持し、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を待機位置へと戻す。

また、前記クランプ装置７に両端を支架されて宙吊り状態となっている円筒研削加工および洗浄・風乾されたワークを両爪で把持し、ついで、両爪を支持する固定台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を戻す。

上記シリコンインゴットブロック（ワーク）ｗの円筒研削装置１を用い、ワークｗとして両端（Ｃ軸面）が平面切断された四角柱状シリコンインゴットブロックの四隅Ｒ面を面取り研削加工するｗを円筒研削加工する作業は、次の工程を経て四角柱状インゴットブロック（ワーク）の四隅Ｒ面を面取り加工する。

１）．ワークローディング／アンローディング装置１３を用い、ワークをクランプ装置７の主軸台７ａと心押台７ｂ間に移送し、次いで、心押台７ｂを前進させてワークｗを主軸台７ａの支持軸７ａ_１と心押台７ｂの支持軸７ｂ_１間に支架し、ワークのＲ面の円弧の中間点の一対を結ぶ線がクランプ装置の主軸台のワーク支持軸７ａ_１と心押台の支持軸７ｂ_１を結ぶＣ軸を含む水平面に含まれるよう主軸台の支持軸７ａ_１をサーボモータで回転させてワークの芯出しを行う。

２）．直径が２５０ｍｍと直径が２３０ｍｍの一対のカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する前後移動可能な砥石軸１１_ｏ，１１_ｏの一方を上昇させ、他方のカップホイール型砥石１１ｇを軸承する砥石軸１１_ｏを下降させて双方の砥石軸間距離がカップホイール型砥石の直径（Ｈ）より２０〜７５ｍｍ差し引いた高さと成るよう砥石軸の高さ位置を決める。

３）.前記クランプ装置の主軸台の支持軸７ａ_１をサーボモータで前記ワークのＣ軸回
転をワークのＲ面弧の中間点とワークのＣ軸心を結ぶ基準線に対して前方向に１３度、後方向に１３度の角度で前後（合計２６度）に揺動回転することをＲ面円筒研削加工中に４０回／分の割合で揺動する回転を開始する。

４）．上記カップホイール型砥石を軸承する砥石軸の一対をワークのＲ面に接する距離（Ｒ面研削開始待機位置）まで前進させ、ついで、一対の前記カップホイール型砥石を２，８００〜４，０００ｍｉｎ^−１の回転数域の値であってワークに対し砥石軸１１_ｏ，１１_ｏが異なった回転方向となるよう回転させる。

５）．前記クランプ装置７を搭載するワークテーブル４を前記カップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇ側へ３５０ｍｍ／分の移動速度で左方向に移動させ、クランプ装置７に支架され前後に２６度の揺動角度で揺動回転しているワークのＲ面がカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇの刃先１１ｇ_Ｓに当接したら前記一対の砥石軸１１_ｏ，１１_ｏを所望の研削取り代量まで前進させてワークに切り込みを掛けるインフィード研削を開始する。インフィード研削加工がなされている間、研削液２０〜１，０００ｃｃ／分の量がカップホイール型砥石とワークが接する作業点に供給される。

６）．ワークへの切り込み量が所望量の値となったら前記ワークテーブル４を前記の回転しているカップホイール砥石の一対１１ｇ，１１ｇの間を通過させる左方向の移動をさせて前記のＣ軸前後方向に揺動回転されているワークのＲ面のトラバース研削加工を行う。１回のワークテーブル４の左方移動で粗面取り研削加工ができないときは、ワークのＲ面のトラバース研削加工の終了後、前記ワークテーブル４を右方向に後退させ、研削開始待機位置まで戻す。ついで、前記クランプ装置７を搭載するワークテーブル４を前記カップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇ側へ移動（左方向移動）させ、クランプ装置７に支架され前後に２６度の揺動角度で揺動回転しているワークのＲ面がカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇの刃先１１ｇ_Ｓに当接したら前記一対の砥石軸１１_ｏ，１１_ｏを所望の研削取り代量まで前進させてワークに切り込みを掛けるインフィード研削を開始する。ワークへの切り込み量が所望量の値となったら前記ワークテーブル４を前記の回転しているカップホイール砥石の一対１１ｇ，１１ｇの間を通過させる左方向の移動をさせて前記のＣ軸前後方向に揺動回転されているワークのＲ面のトラバース研削加工を行う操作を繰り返し、Ｒ面取り粗研削加工を終了させる。トラバース研削加工がなされている間、研削液２０〜１，０００ｃｃ／分の量がカップホイール型砥石とワークが接する作業点に供給される。

７）．ワークのＲ面のトラバース研削加工が終了したら、前記ワークテーブル４を右方向に後退させ、研削開始待機位置まで戻す。

８）．上記研削開始待機位置にあるワークテーブル４に搭載された前記クランプ装置７の主軸台の支持軸７ａ_１をサーボモータで９０度回転させて前記ワークの芯出しを行う。

９）．前記クランプ装置７の主軸台の支持軸７ａ_１をサーボモータで前記ワークのＣ軸回転をワークのＲ面弧の中間点とワークのＣ軸心を結ぶ基準線に対して前方向に１３度、後方向に１３度の角度で前後に揺動回転することをＲ面円筒研削加工中に４０回／分の割合で揺動する回転を開始する。

１０）．前記クランプ装置７を搭載するワークテーブル４を前記カップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇ側へ３５０ｍｍ／分の移動速度で左方向に移動させ、クランプ装置７に支架され前後に２６度の揺動角度で揺動回転しているワークのＲ面がカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇの刃先に当接したら前記一対の砥石軸１１_ｏ，１１_ｏを所望の研削取り代量まで前進させてワークに切り込みを掛けるインフィード研削を開始する。インフィード研削加工がなされている間、研削液２０〜１，０００ｃｃ／分の量がカップホイール型砥石とワークが接する作業点に供給される。

１１）．ワークへの切り込み量が所望量の値となったら前記ワークテーブル４を前記の回転しているカップホイール砥石の一対１１ｇ，１１ｇの間を通過させる左方向の移動をさせて前記のＣ軸前後方向に揺動回転されているワークのＲ面のトラバース研削加工を行う。１回のワークテーブル４の左方移動で粗面取り研削加工ができないときは、ワークのＲ面のトラバース研削加工の終了後、前記ワークテーブル４を右方向に後退させ、研削開始待機位置まで戻す。ついで、前記クランプ装置７を搭載するワークテーブル４を前記カップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇ側へ移動（左方向移動）させ、クランプ装置７に支架され前後に２６度の揺動角度で揺動回転しているワークのＲ面がカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇの刃先に当接したら前記一対の砥石軸１１_ｏ，１１_ｏを所望の研削取り代量まで前進させてワークに切り込みを掛けるインフィード研削を開始する。ワークへの切り込み量が所望量の値となったら前記ワークテーブル４を前記の回転しているカップホイール砥石の一対１１ｇ，１１ｇの間を通過させる左方向の移動をさせて前記のＣ軸前後方向に揺動回転されているワークのＲ面のトラバース研削加工を行う操作を繰り返し、Ｒ面取り粗研削加工を終了させる。トラバース研削加工されている間、研削液２０〜１，０００ｃｃ／分の量が作業点に供給される。

１２）．上記ワークのＲ面のトラバース研削加工が終了したら、前記ワークテーブル４を右方向に後退させ、研削開始待機位置まで戻す。

カップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇ一対を用いて、第二研削ステージ１０でワークの粗研削面取り加工が施されたＲ面の仕上げ研削面取り加工を行うときは、仕上げ研削取り代量が少ないので、上記６）工程および１１）工程において、ワークテーブル４の左方向移動は１回で行うことができる。

１３）上記インゴットの表面面取り研削加工が終了した後、クランプ機構７をロードポート８位置へ後退させ、そこで面取り研削加工がなされたワークを３６０度回転させながら圧空をインゴット表面に噴き付けて風乾させる。風乾が終えたらクランプ機構７によるワークの回転を終了させる。

１４）．ワークローディング／アンローディング装置１３の両爪を用いてクランプ機構７に支架されている面取り研削下降四角柱状シリコンインゴットブロックｗを把持し、ついで、心押台７ｂを左方向へ後退させて支架を解いたのち、両爪をワークストッカー１４Ｖ字棚段上方へ移動させ、下降してワークをワークストッカー１４Ｖ字棚段に載置し、そ
の後、両爪を離間してワークｗの把持を解く。

対角線長さ２００ｍｍ、長さ４５０ｍｍの四角柱状シリコンインゴットブロックの面取り研削加工１本を３２分で行うことができる。また、カップホイール型砥石の寿命が特許文献３記載の面取り研削加工によるカップホイール型砥石の寿命の６倍に延びた。

１円筒研削装置
ｗワーク（四角柱状シリコンインゴットブロック）
２機枠
４ワークテーブル
７クランプ機構
７ａ主軸台
７ｂ心押台
８ロードポート
１０第二研削ステージ
１０_ｏ砥石軸
１０ｇカップホイール型仕上げ研削砥石
１０ｇ_Ｓカップホイール型仕上げ研削砥石の刃先
１１第一研削ステージ
１１_ｏ砥石軸
１１ｇカップホイール型粗研削砥石
１１ｇ_Ｓカップホイール型粗研削砥石の刃先
１３ワークローディング／アンローディング装置
１４ワークストッカー

Claims

ａ）機枠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装置、
ｃ）前記クランプ装置に支架されたワークを搭載し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）カップホイール型砥石を軸承する前後移動および上下移動可能な砥石軸の一対を前記ワークテーブルに直角になる位置に在って、前記クランプ装置に支架されたワークを挟んで前記２個のカップホイール型砥石のホイール状砥石刃が相対向する向きに設けられている円筒研削装置を用い、次の工程を経て四角柱状インゴットブロック（ワーク）の四隅Ｒ面を面取り加工する方法。
１）．前記クランプ装置の主軸台と心押台間にワークを支架し、ワークのＲ面の円弧の中間点の一対を結ぶ線がクランプ装置の主軸台のワーク支持軸と心押台の支持軸を結ぶＣ軸を含む水平面に含まれるよう主軸台の支持軸をサーボモータで回転させてワークの芯出しを行う。
２）．カップホイール型砥石を軸承する砥石軸の一方を上昇させ、他方のカップホイール型砥石を軸承する砥石軸を下降させて双方の砥石軸間距離がカップホイール型砥石の直径（Ｈ）より２０〜７５ｍｍ差し引いた高さと成るよう砥石軸の高さ位置を決める。
３）.前記クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで前記ワークのＣ軸回転をワ
ークのＲ面弧の中間点とワークのＣ軸心を結ぶ基準線に対して前方向に１０．５〜１３度、後方向に１０．５〜１３度の角度で前後に揺動回転することをＲ面円筒研削加工中に３０〜５０回／分の割合で揺動する回転を開始する。
４）．上記カップホイール型砥石を軸承する砥石軸の一対をワークのＲ面に接する距離まで前進させ、ついで、一対の前記カップホイール型砥石を回転させる。
５）．前記クランプ装置を搭載するワークテーブルを前記カップホイール型砥石側へ移動させ、クランプ装置に支架され前後に揺動回転ワークのＲ面がカップホイール型砥石の刃先に当接したら前記一対の砥石軸を所望の研削取り代量まで前進させてワークに切り込みを掛けるインフィード研削を開始する。
６）．ワークへの切り込み量が所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記の回転しているカップホイール砥石の一対の間を通過させる左方向の移動をさせて前記のＣ軸前後方向に揺動回転されているワークのＲ面のトラバース研削加工を行う。
７）．ワークのＲ面のトラバース研削加工が終了したら、前記ワークテーブルを右方向に後退させ、研削開始待機位置まで戻す。
８）．上記研削開始待機位置にあるワークテーブルに搭載された前記クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで９０度回転させて前記ワークの芯出しを行う。
９）．前記クランプ装置の主軸台の支持軸をサーボモータで前記ワークのＣ軸回転をワークのＲ面弧の中間点とワークのＣ軸心を結ぶ基準線に対して前方向に１０．５〜１３度、後方向に１０．５〜１３度の角度で前後に揺動回転することをＲ面円筒研削加工中に３０〜５０回／分の割合で揺動する回転を開始する。
１０）．前記クランプ装置を搭載するワークテーブルを前記カップホイール型砥石側へ移動させ、クランプ装置に支架され前後に揺動回転ワークのＲ面がカップホイール型砥石の刃先に当接したら前記一対の砥石軸を所望の研削取り代量まで前進させてワークに切り込みを掛けるインフィード研削を開始する。
１１）．ワークへの切り込み量が所望量の値となったら前記ワークテーブルを前記の回転しているカップホイール砥石の一対の間を通過させる左方向の移動をさせて前記のＣ軸前後方向に揺動回転されているワークのＲ面のトラバース研削加工を行う。
１２）．上記ワークのＲ面のトラバース研削加工が終了したら、前記ワークテーブルを右方向に後退させ、研削開始待機位置まで戻す。