JP3585024B2

JP3585024B2 - 単結晶引上装置

Info

Publication number: JP3585024B2
Application number: JP26722598A
Authority: JP
Inventors: 信幸佐藤
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2018-09-07
Also published as: JP2000086387A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、種結晶を取付けたワイヤを巻上げドラムで巻上げて単結晶を引上げる構成の単結晶引上装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶引上装置では、単結晶引上時には微低速送り、引上時以外には高速送りが必要である。両送り動作の速度差が大きいため、一般に、高速用モータと低速用モータの２つの原動機が使用され、クラッチによって高速と微低速の切替えが行われる。
【０００３】
微低速送りには大きな減速比が必要であるが、従来は、複数の平歯車やウオーム歯車を用いた減速機を組み合わせて高減速比を得ている。複数の減速機を接続するためには、複数の軸継手も必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さて、単結晶の引上げにおいては、極めて高精度の微低速送り制御が必要である。
【０００５】
しかしながら、従来の引上装置では、複数の軸継手とクラッチを用いるため、伝達系のロスや速度ムラ、振動の発生が避けられなかった。バックラッシュ等による振動が増大した場合には、引上げた単結晶の品質が劣化することも多々あった。
【０００６】
一方、最近は大口径の単結晶を引上げるため、装置が複雑化、大型化する傾向にあるが、この点からは伝達系の簡素化と小型化が求められる。
【０００７】
このような従来技術の問題点に鑑み、本発明は、駆動系の振動を低減でき、小型化が可能であり、高品質の単結晶の引上げが可能な単結晶引上装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段は、種結晶を取付けたワイヤを巻上げドラムで巻上げて単結晶を引上げる構成の単結晶引上装置において、巻上げのための駆動源として高速用モータと低速用モータを設け、低速用モータに減速機として第１の波動歯車装置を接続し、第１の波動歯車装置に直列で第２の波動歯車装置を接続したことを特徴とする単結晶引上装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の単結晶引上装置は、種結晶を取付けたワイヤを巻上げドラムで巻上げて単結晶を引上げる構成になっていて、巻上げのための駆動系に高速用モータと低速用モータを別々に設け、低速用モータに減速機として第１の波動歯車装置を接続し、第１の波動歯車装置に直列で第２の波動歯車装置の波動発生器を接続している。
【００１０】
さらに、好ましくは、第２の波動歯車装置の内歯を有する剛歯車にその内歯とは別の第１伝動手段を設け、この第１伝導手段を高速用モータに接続した他の第２伝動手段と連動させ、第２波動歯車装置の柔歯車から動力を取り出して巻上げ動作を行う。
【００１１】
また、第２の波動歯車装置の剛歯車に外歯を有する歯車を固定するのが好ましい。この歯車は前記第１伝動手段の１つの態様である。
【００１２】
第２の波動歯車装置の柔歯車から取出した動力を、磁気シール付きベアリング部を介して巻上げドラムに直接伝達することもできる。
【００１３】
第１の波動歯車装置と第２の波動歯車装置によって、高速時に１／１〜１／２、低速時に１／２５００〜１／２５６００の減速比をクラッチレス構造で得ることができるようにすると、より好ましい伝動特性が得られる。
【００１４】
さらに高速用モータと低速用モータにブレーキ手段を設けることによって、低速送り時に第２の波動歯車装置の剛歯車を確実に停止させることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【００１６】
図１は本発明の単結晶引上装置の回転引上ユニットを示す部分断面図であり、図２はその引上駆動部を拡大して示す断面図である。図中、見易くするため、波動歯車装置における柔歯車の外歯と剛歯車の内歯は図示を省略している。
【００１７】
単結晶引上装置１０は、種結晶を取付けたワイヤ３０を回転引上ユニット２７によって回転させながら巻上げて、溶融チャンバ内のるつぼ（図示せず）から単結晶３１を引上げるものである。
【００１８】
回転引上ユニット２７は、回転駆動用モータ２９によって駆動される回転ステージを備えている。回転ステージは、磁気シール付きベアリングユニット２８によって支持されている。
【００１９】
回転ステージ上には真空チャンバ２６が設けられ、その中にワイヤ３０を巻上げるための巻上げドラム２３が配置されている。巻上げドラム２３の軸は、磁気シール付きベアリングユニット２４及び通常のベアリング２５によって支持されている。巻上げドラム２３の軸は引上駆動部２２に連結されている。
【００２０】
引上駆動部２２は、高速用ブレーキ付モータ１３と低速用ブレーキ付モータ１４を備えている。
【００２１】
低速用ブレーキ付モータ１４の出力軸には減速機として第１の波動歯車装置１７、たとえば「ハーモニックドライブ」（商品名）が接続され、さらに、第１の波動歯車装置１７には直列で第２の波動歯車装置１８が接続されている。
【００２２】
波動歯車装置１７、１８は、周知のように、内歯を備えた筒状の剛歯車（サーキュラスプライン）１７ａ、１８ａ、剛歯車より歯数が僅かに少ない外歯を備え、楕円形に変形して剛歯車に嵌入することにより、その一部の歯を剛歯車の内歯と噛み合わせるようにしたカップ状部材からなる弾性変形可能な柔歯車（フレクスプライン）１７ｂ、１８ｂと、柔歯車の中にあって、その柔歯車を変形させながら剛歯車の内歯に対する外歯の噛み合い位置を順次移動させる波動発生器（ウェーブジェネレータ）１７ｃ、１８ｃとを備えたものである。波動発生器１７ｃ、１８ｃは、実質的にカムとして機能する部材により構成される。
【００２３】
第１の波動歯車装置１７は、通常の減速機として用いられる。
【００２４】
すなわち、第１の波動歯車装置１７では、波動発生器１７ｃが低速用ブレーキ付モータ１４の出力軸に接続され、波動歯車装置１７の入力軸として回転駆動される。内歯を有する剛歯車１７ａは、ケーシングに固定状態に支持されている。変形しながら剛歯車に噛み合う柔歯車１７ｂは、第１波動発生装置１７の出力軸となり第２の波動歯車装置１８に連結されている。
【００２５】
一方、第２の波動歯車装置１８は、第１の波動歯車装置１７に直列で接続されている。
【００２６】
すなわち、第２の波動歯車装置１８の波動発生器１８ｃは、第１の波動歯車装置１７の出力軸（柔歯車１７ｂ）に連結され、入力軸として回転駆動される。また、柔歯車１８ｂの軸は出力軸１９となり、巻上げドラム２３を回転駆動する。
【００２７】
そして、第２の波動歯車装置１８では、外歯を有する歯車１６が剛歯車１８ａに同軸で固定されている。歯車１６の外歯は、剛歯車１８ａの内歯とは別の伝動手段として機能する。歯車１６は、高速用ブレーキ付モータ１３の出力軸に接続された歯車１５と噛み合っている。
【００２８】
ここで、駆動ユニット２２の動作を説明する。
【００２９】
先ず、高速送り時の動作を述べる。高速送り時には、高速用ブレーキ付モータ１３が駆動され、低速用ブレーキ付モータ１４は停止される。
【００３０】
高速用ブレーキ付モータの回転は、バックラッシ除去機構が設けられた歯車１５から歯車１６に伝達される。
【００３１】
歯車１６には波動歯車装置１８の剛歯車１８ａが固定されており、低速用ブレーキ付モータ１４は停止しているため、波動発生器１８ｃは回転せず、動力は剛歯車１８ａから柔歯車１８ｂへ減速され出力軸１９へと伝達される。
【００３２】
ここで、剛歯車１８ａと柔歯車１８ｂの減速比は約１／１となる。歯車１５、１６の減速比を１／ｉ_１とすると、高速送り時の減速比は約（１／ｉ_１）・（１／１）となる。
【００３３】
高速送り時の減速比は、例えば１／１〜１／２程度に設定することができる。
【００３４】
次に、低速送り時の動作を述べる。低速送り時には、低速用ブレーキ付モータ１４が駆動され、高速用ブレーキ付モータ１３は停止される。
【００３５】
低速用ブレーキ付モータ１４の回転は、第１の波動歯車装置１７の波動発生器１７ｃに伝達され、柔歯車１７ｂから減速されて取り出される。
【００３６】
さらに、柔歯車１７ｂの回転が第２の波動歯車装置１８の波動発生器１８ｃに伝達される。高速用ブレーキ付モータ１３が停止しているため、剛歯車１８ａは回転せず、動力は波動発生器１８ｃから柔歯車１８ｂへ減速され出力軸１９へ伝達される。
【００３７】
ここで、第１及び第２波動歯車装置１７、１８の減速比を１／ｉ_２、１／ｉ_３とすると、低速送り時の減速比は（１／ｉ_２）・（１／ｉ_３）となる。
【００３８】
減速比１／ｉ_２、１／ｉ_３はそれぞれ１／５０〜１／１６０、１／５０〜１／１６０程度に設定できる。従って、低速送り時の正味の減速比は、例えば１／２５００〜１／２５６００程度にすることができる。
【００３９】
低速送り時には剛歯車１８ａを確実に停止させておくため，二つの歯車を回転方向に少しずらし、複数のボルトにてその歯車を固定したバックラッシ除去機構付の歯車１５を介して高速用ブレーキ付モータ１３のブレーキをかけておくが、ブレーキなし高速用ギヤードモータにして、バックラッシ除去機構付の歯車１５の軸をブレーキ手段で保持することも可能である。
【００４０】
なお、本発明は前述の実施例に限定されない。例えば、第２の波動歯車装置の剛歯車に設ける（内歯とは別の）伝動手段は、ベルト駆動用のプーリでも良い。その場合、高速用モータの出力軸にもプーリを設け、両者をベルトで連動する。また、第２の波動歯車装置の剛歯車に直接外歯を形成しても良い。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の単結晶引上装置によれば、第１と第２の波動歯車装置を用いることにより、クラッチレスで高速と微低速の切替えが可能となり、クラッチに起因する駆動系の振動を皆無にできる。
【００４２】
また、波動歯車装置の使用により、バックラッシュ等の駆動系の振動も低減することができる。
【００４３】
このように、引上げ時の振動を大幅に低減できるので、品質の安定した良質の単結晶の引上げが可能となる。
【００４４】
また、第１と第２の波動歯車装置を直列で組み合わせて用いることにより、高減速比を得ることができる。
【００４５】
また、従来必要であった多数の減速機や軸継手が削減可能となり、駆動系を簡素化して小スペース化を図ることができる。
【００４６】
このため、駆動ユニットからの出力を、磁気シール付きベアリングユニットを介して、真空ハウジング内の巻取ドラムに直接伝達することが可能となる。
【００４７】
そして、装置を全体的に小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単結晶引上装置の回転引上ユニットを示す部分断面図。
【図２】図１の引上駆動ユニットを拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１０単結晶引上げ装置
１３高速用ブレーキ付モータ
１４低速用ブレーキ付モータ
１５第２伝動手段
１６第１伝動手段（歯車）
１７第１の波動歯車装置
１８第２の波動歯車装置
１７ａ、１８ａサーキュラスプライン（剛歯車）
１７ｂ、１８ｂフレクスプライン（柔歯車）
１７ｃ、１８ｃウェーブジェネレータ（波動発生器）
２４磁気シール付きベアリング部
３０ワイヤ

Claims

種結晶を取付けたワイヤ（３０）を巻上げドラム（２３）で巻上げて単結晶を引上げる構成の単結晶引上装置において、巻上げのための駆動源として高速用モータ（１３）と低速用モータ（１４）を設け、低速用モータ（１４）に減速機として第１の波動歯車装置（１７）を接続し、第１の波動歯車装置（１７）に直列で第２の波動歯車装置（１８）を接続したことを特徴とする単結晶引上装置。
第２の波動歯車装置（１８）の内歯を有する剛歯車（１８ａ）にその内歯とは別の第１伝動手段（１６）を設け、この第１伝導手段（１６）を高速用モータに接続した他の第２伝動手段（１５）と連動させ、第２波動歯車装置（１８）の柔歯車（１８ｂ）から動力を取り出して巻上げ動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の単結晶引上装置。
前記第１伝動手段として外歯を有する歯車（１６）を使用し、その歯車（１６）を第２の波動歯車装置（１８）の剛歯車（１８ａ）に固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の単結晶引上装置。
第２の波動歯車装置（１８）の柔歯車（１８ｂ）から取出した動力を、磁気シール付きベアリング部（２４）を介して、巻取ドラム（２３）に伝達することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の単結晶引上装置。
第１の波動歯車装置（１７）と第２の波動歯車装置（１８）によって、高速時に１／１〜１／２、低速時に１／２５００〜１／２５６００の減速比をクラッチレス構造で得ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の単結晶引上装置。
高速用モータ（１３）と低速用モータ（１４）は、低速送り時に第２の波動歯車装置（１８）の剛歯車（１８ａ）を停止させるブレーキ手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の単結晶引上装置。