JP4450468B2 - ガラスルツボのリムカット装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスルツボ、特にシリコン単結晶の引き上げに用いる石英ガラスルツボの製造において、ルツボ開口縁部(リム)を滑らかに精度よく切断する装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
シリコン単結晶引き上げ用の石英ガラスルツボは、引き上げの生産性を高めるために次第に大型化している。現在、このガラスルツボは主に回転モールド法によって製造されており、回転するモールドの内表面に石英粉を均一に堆積させ、これを加熱溶融してガラス化することにより製造している。この製造方法ではルツボの開口縁部が不揃いになり易いので、製造後にこの開口縁部を一定幅切断して製品に仕上げており、従来はこの切断を手作業で行っている。ところがルツボの大型化に伴いリムの切断作業の負担が増し、その機械化が求められていた。
【０００３】
【発明の解決課題】
本発明は従来の上記課題を解決したものであり、ガラスルツボのリムを機械的に精度良く切断する装置を提供するものであり、大型ガラスルツボのみならず従来のガラスルツボについても好適な切断装置である。
【０００４】
【課題を解決する手段】
本発明の第一のリムカット装置は、ルツボを保持して切断する機構からなる。すなわち第一発明は、ガラスルツボの開口縁部(リム)を切断する装置であって、ルツボの保持手段とリムの切断手段を有し、上記保持手段はルツボを把持する開閉自在なアームとその回転上下動手段を有し、上記切断手段は切断刃とその移動手段を備えており、上記保持手段によってルツボを保持し回転しながら切断刃を押し当ててリムを切断することを特徴とするガラスルツボのリムカット装置に関する。この装置構成によれば、ルツボを機械的に保持しながら安定にリムを切断することができる。
【０００５】
本発明の第二のリムカット装置は、ルツボ保持機構およびリム切断機構に加えて、リムの切断に先だってルツボの姿勢を制御する機構を有する。すなわち第二発明は、上記保持手段および切断手段と共にルツボの芯出し機構を有しており、該芯出し機構は、ルツボを載置する回転台、該回転台の傾斜手段と移動手段、ルツボの位置合わせ手段、ルツボの偏心量と傾斜量を測定する手段を備え、このルツボの偏心量と傾斜量に基づいて回転台が傾斜してルツボを垂直に姿勢制御し、さらに回転台の移動によってルツボを上記保持手段に送り、該保持手段によってルツボを回転しながらリムを切断することを特徴とするガラスルツボのリムカット装置に関する。この装置構成によれば、ルツボの中心軸を垂直に保持して切断工程に導くことにより、リムを精度良く切断することができる。
【０００６】
本発明の第三のリムカット装置は、ルツボ保持機構およびリム切断機構に加えて、切断したリムを排出する機構を有する。すなわち第三発明は、上記保持手段および切断手段と共に切断したリムの排出機構を有しており、該排出機構は、移動自在な搬送台を備え、該搬送台にはリムを支えるサポートローラが設けられており、上記保持手段によってルツボを回転しつつ、リムがサポートローラで支えられた状態で切断され、切断したリムを搬送台の移動によって外部に排出することを特徴とするリムカット装置に関する。この装置構成によれば、切断面の破損などを生じることがなく、切断精度が良く、しかも滑らかな切断面を得ることができる。また、切断したリムの排出も容易に行うことができる。
【０００７】
本発明の第四のリムカット装置は、ルツボ保持機構およびリム切断機構に加えて、上記芯出し機構と上記排出機構とを併有する。すなわち第四発明は、上記保持手段および切断手段と共に上記芯出し機構と共に上記排出機構を有し、ルツボの芯出しから、リムの切断、およびリムの排出に至る一連の工程を連続して行う自動制御機構を有することを特徴とするリムカット装置である。
この装置構成によれば、芯出し機構、リム切断機構、排出機構によっておのおの芯出しステージ、切断ステージ、および排出ステージが一体に形成され、ルツボを載せた回転台が芯出しステージとリム切断ステージとを往復動し、芯出しステージにおいてルツボの姿勢を垂直に制御した後に、このルツボを載置した回転台が芯出しステージから切断ステージに移動し、切断ステージにおいて保持手段のアームが上記ルツボを把持し、回転しながらリムを切断し、次いで、搬出台が切断したリムを載置して切断ステージから搬出ステージに移動し、リムを外部に排出することにより、ルツボの姿勢制御からリムの切断、および排出に至る一連の工程が連続して自動的に行われる。
【０００８】
本発明の上記リムカット装置は、好ましくは、上記保持手段のアームがステム部を介してフレームに上下動および回転自在に装着されており、さらに該アームは複数本に分かれてルツボを囲むように下方に延び、その基部がステム部下端の支持板に摺動自在に装着されており、この摺動によってアームが開閉し、ルツボを下向きに把持する装置構成を含む。ルツボを下向きに保持することにより、リムの切断と排出を容易に行うことができる。
【０００９】
また、本発明の上記リムカット装置は、好ましくは、切断手段が切断刃をルツボに対して往復動および上下動する移動手段を有し、かつ切断刃が円形の回転刃によって形成されており、さらに切断面を面取りする円錐砥石が切断刃と同軸に設けられている装置構成を含む。
切断刃の位置を任意に調整する手段を有することにより、大きさの異なるルツボに対応して任意の幅にリムを切断することができる。また面取り用の円錐砥石が回転刃と一体に設けられていることにより、リムの切断後に回転刃と共通の回転手段を用いて切断面の面取りを行うことができる。
【００１０】
さらに、本発明の上記リムカット装置は、好ましくは、芯出し機構の位置合わせ手段が、回転台の中心に向かって往復動する複数のヘッドによって形成されている装置構成、および、芯出し機構の偏心量と傾斜量を測定する手段が、回転台のルツボに対して垂直な基準位置からルツボ上側面までの距離とルツボ下側面までの距離とを測定する手段によって形成されている装置構成を含む。このような装置構成によってルツボの位置合わせや中心軸の制御を容易に行うことができ、リムの切断精度を高めることができる。
【００１１】
さらに、本発明の上記リムカット装置は、好ましくは、排出機構の搬送台に、複数のサポートローラがルツボのリムの外周に沿う位置に立設されており、このサポートローラによってリムが挟持される装置構成、および、排出機構の搬送台に傾斜手段が設けられており、切断したリムを搬送台の傾斜によって外部に滑り落として排出する装置構成を含む。
リムの外周に沿って設けたサポートローラによってリムを保持しながら切断することにより、リムの切断が進行した際に、リムが傾いて切断部分を破損する等の不都合を防止することができる。また、テーブルの移動手段と傾斜手段を設けることにより、切断したリムを容易に取り出して排出することができる。
【００１２】
【発明の実施態様】
以下、本発明を図面に示す実施態様に即して具体的に説明する。図示するリムカット装置の一例は、ルツボの芯出し機構１０とリム切断機構３０および排出機構５０が一体に形成されたものであり、図１は装置の全体構成を示す正面図、図２はその平面図、図３はその側面図である。また、図４および図５は芯出し機構を示し、図６および図７はルツボの偏心量と傾斜量の測定手段を示す。図８は切断機構の概略を示し、図９および図１０は搬出機構を示す。
【００１３】
( Ａ ) ルツボの芯出し機構 ( 装置 )
ルツボの芯出し装置１０は、ルツボ１を載置する回転台１１、該回転台１１を傾斜する手段１２、ルツボの位置合わせ手段１３、回転するルツボの偏心量と傾斜量を測定する手段１４、およびルツボの高さを測定する手段２２を有する。回転台１１はリム切断機構(装置)３０に隣接して配置されている。図４に示すように、回転台１１の上面には複数の溝１５が回転台の中心から放射状に形成されており、この溝１５に設けたヘッド１６によってルツボの位置合わせ手段１３が形成されている。該ヘッド１６の下端は回転台１１の下側に設けた伸縮ロッドないしモータ等の駆動手段１７に連結されており、ヘッド１６はこの駆動手段１７により溝１５に沿って前後進する。回転台１１に載せられたルツボ１は上記ヘッド１６によって周囲から回転台１１の中心に向かって押圧され、ルツボ１の位置が調整される。
【００１４】
図５に示すように、回転台１１はフレーム１８によって支えられており、回転台１１とフレーム１８の間に傾斜手段１２が付設されており、またギア１９を介して回転手段２０が設けられている。さらに、回転台１１にはこれをリム切断装置に移動する駆動手段２１が設けられている。
【００１５】
図６、図７に示すように、ルツボの偏心量と傾斜量を測定する手段１４は、回転台１１の側方に設けられており、回転台１１のルツボ１に対して垂直な基準位置１４ｃからルツボ上側面までの距離Ｌ1を測定する手段１４ａと、ルツボ下側面までの距離Ｌ2とを測定する手段１４ｂを有する。この測定手段１４ａ,１４ｂは基準位置からルツボ側面に接触するように伸びる伸縮自在なロッドによって形成されている。なお、このような機械的な手段に代えて光学的に距離を測定するものでも良い。この上側の距離Ｌ1と下側の距離Ｌ2の差によってルツボの傾きが測定され、また、ルツボの回転に伴う距離Ｌ1,Ｌ2の変動によって回転中心からの偏心量が測定される。この距離Ｌ1,Ｌ2の差が実質的に零になるように回転台１１を傾斜することによってルツボの中心軸Ｍが垂直に制御される。また、距離Ｌ1,Ｌ2の変動量が実質的に零になるようにルツボの位置を上記位置合わせ手段１３によって調整することによりルツボの中心軸Ｍを回転中心に合わせることができる。
【００１６】
上記芯出し装置１０によってルツボの芯出しステージが形成されており、該芯出しステージにおいて、回転台１１に下向きに載置されたルツボ１は位置合わせ手段１３によって中央に向かって押し付けられ回転中心付近にその中心軸が位置するように調整される。次いで回転され、その傾斜量と偏心量が測定され、この測定量に応じて回転台１１が傾斜され、また位置合わせ手段１３によって位置ズレが調整され、ルツボの中心軸が垂直になるように制御される。このようにして姿勢制御されたルツボ１を載せた回転台１１は駆動手段２１によってリム切断機構３０に移動される。このとき、ルツボの高さを測定する装置２２がフレーム３４の上部に装着されており、回転台１１がリム切断機構に移動する際に、ルツボ１がこの測定装置２２の下方を通過し、超音波測定手段や光学的測定手段によってルツボ１の高さが測定される。
【００１７】
( Ｂ ) リム切断機構 ( 装置 )
リム切断装置３０はルツボ１の保持手段３１とリムの切断手段４０を有する。上記保持手段３１はステム部３２とその下端に設けた開閉自在なアーム３３によって形成されており、該アーム３３は上記ステム部３２を介してフレーム３４に装着されている。該フレーム３４は上側に伸びて立設されており、保持手段３１はフレーム３４に吊り下げた状態に形成されており、このステム部３２にはアーム３１を回転し上下動する手段３８が設けられている。さらに、上記アーム３３はルツボ１を囲むように複数本設けられており(図示する例では３本)、その下端は下方に延びており、ルツボ１を傷つけないようにクッション材３７が設けられている。一方、アーム３３の基部３３ａはステム部下端に設けた支持板３５に摺動自在に装着されている。これらのアーム３３はステム部３２のギア３６を介してルツボ１の径方向に摺動することによって開閉し、ルツボ１を下向きに把持する。
【００１８】
リムの切断手段４０は、上記アーム３３の下方に設けられており、切断刃４１を有する。この切断刃４１は円形の回転刃によって形成されており、伸縮自在なロッド４２の先端に軸着されている。該切断刃４１はルツボ１に対して水平に支持されていると共に該切断刃４１を支持するロッド４２にはルツボに対する切断刃４１の高さを調整する昇降手段(図示省略)が設けられている。また該切断刃４１の上面にはルツボの切断面を面取りする円錐台形の砥石４３が同軸に設けられている。なお、切断手段４０には、リムの切断が円滑に進行するように、切断箇所に水を噴射するノズル(図示省略)が設けられている。
【００１９】
上記リム切断装置３０によって切断ステージが形成されており、前述の芯出しステージにおいて姿勢制御されたルツボ１は回転台１１に載置されてこの切断ステージに搬入される。切断ステージにおいて、回転台１１がアーム３３の下方に停止した後、アーム３３が下降すると共にルツボ１の口径に応じて内側に移動してルツボ１を把持して吊り上げる。回転台１１は芯出しステージに復帰する。一方、アーム３３に保持されたルツボ１の下方には搬出機構(装置)５０の搬送台５１が進入し、この搬送台５１に向かってアーム３３が下降し、下向きに保持しているルツボ１を回転しながらリム２を搬送台５１に立設したサポートローラ５２の間に差し入れる。サポートローラ５２はルツボ１の回転に伴って共回りし、リム２を挟持した状態となる。
【００２０】
このルツボ１に対して切断刃４１の高さが調整された後、切断刃４１がロッド４２によってルツボ１のリム２に押し当てられ、アーム３３によってルツボ１を回転しながら切断刃４１を回転してリム２を切断する。リム２はサポートローラ５２によって挟持された状態で切断されるので、切断時の衝撃がルツボに加わらず切断面が破損しない。切断後、アーム３３を上昇してルツボ１を持ち上げる。このルツボ１の下側に切断刃４１と一体の円錐台形の砥石４３を挿入し、その円錐面をルツボの切断面に押し当てて上記砥石４３を回転し、ルツボ１を回転しながら切断面を面取りする。一方、切断されたリム２はサポートローラ５２に支えられた状態で搬送台５１に残るので、搬送台５１を外部に移動してリム２を取り出す。
【００２１】
( Ｃ ) 搬出機構 ( 装置 )
搬出装置５０は移動自在な搬送台５１を有する。図９，図１０に示すように、搬送台５１はフレーム５４の上面に形成されており、該フレーム５４にルツボのリム２を支える複数個(図示する例では３個)のサポートローラ５２が設けられている。該サポートローラ５２はルツボのリムに押圧するようにその外周に沿う位置に配設されており、また、搬送台５１はその傾動が妨げられないないように複数に分割して形成され、その間にサポートローラ５２が配設されている。該サポートローラ５２はルツボの径に応じてローラ相互の間隔を調整できるように伸縮自在なロッド５６に支持され、搬送台５１が水平に位置するときにこの搬送台上面から突き出すように立設されている。また、搬送台５１とフレーム５４の間には搬送台５１を上側に持ち上げて傾斜する傾動手段５３が設けられている。さらに、搬送台５１のフレーム５４には走行手段５５とその駆動手段(図示省略)設けられている。この搬送台５１によって搬出ステージが形成される。
【００２２】
リムの切断時、搬送台５１は保持手段３１の下方に位置し、アーム３３によって下向きに把持されたルツボのリム２がサポートローラ５２によって支えられている。この状態で保持手段３１が回転し、ルツボ１の回転に伴ってリム２に圧接するサポートローラ５２が共回りしながらリム２を支え、切断刃４１によってリムが切断される。リムの切断後、ルツボはアーム３３に把持されて上方に持ち上げられ、一方、搬送台５１は切断したリム２をサポートローラ５２の間に挟み込んだまま切断ステージ側方の排出ステージに移動する。排出ステージにおいて、搬送台５１は傾動手段５３によってサポートローラ５２の上側に傾斜される。この傾斜によってリム２はサポートローラ５２から外れ、搬送台５１の上面を滑り落ち外部に排出される。リム２を排出した後に搬送台５１は水平位置に復帰し、再び切断ステージに移動する。
【００２３】
( Ｄ ) 作動
本発明の上記リムカット装置には、好ましくは、芯出し工程からリム切断工程および排出工程に至る動作を連続して一体的に制御する自動制御回路が設けられる。この自動制御回路によって一連の動作が自動化される。すなわち、芯出しステージにおいて、位置合わせ手段が作動してルツボの中心位置が調整され、その信号を受けて回転台１１が始動し、同時に測定手段１４が作動して回転するルツボ１の偏心量および傾斜量を測定する。この測定結果の信号を受けて回転台１１の傾斜と位置合わせ手段が作動し、ルツボ１の姿勢を垂直に制御する。次いで、回転台１１が切断ステージに移動され、その移送時に測定手段２２によってルツボ１の高さが測定される。ルツボ１が保持装置３１の切断位置に停止すると、その信号を受けて、測定したルツボの高さに応じて保持手段３１が下降し、アーム３３がルツボ１を囲む状態となる。引き続きアーム３３が内側に向かって移動してルツボ１を把持する。このアーム３３の移動は位置センサーやルツボに接触した際の接触圧などを検出することにより制御することができる。ルツボを把持した後、保持手段３１が所定位置に上昇してルツボが持ち上げられ、回転台１１は芯出しステージに復帰する。
【００２４】
次いで、搬送台５１が保持手段３１のアーム下方に移動して切断位置で停止する。この停止信号を受けて保持手段３１が下降し、搬送台５１のサポートローラ５２の間にリム２を挟み入れると共に保持手段３１が回転する。この信号を受けて切断刃４１の高さが調整されると共に切断刃４１が回転され、伸縮ロッド４２が伸びて切断刃４１をルツボのリムに押し当ててリムの切断を開始する。リムの切断後、伸縮ロッド４２が後退して切断刃４１が待機位置に戻る。リムの切断終了は伸縮ロッド４２の伸張長さ等によって検出される。切断刃４１の後退後、その信号を受けて搬送台５１が側方の排出ステージに移動する。この搬送台５１の移動後、再び、伸縮ロッド４２が保持手段３１の下方に伸び、この信号を受けて保持手段３１が下降し、切断刃４１と一体に設けた砥石４３の円錐面をルツボの切断面に押し当てると共に砥石４３が回転し、切断面が面取りされる。
【００２５】
一方、排出ステージに移動した搬送台５１は、その停止信号を受けて切断ステージとは異なる側に傾動され、台上の切断リム２を側方に滑り落とす。この間に切断ステージではルツボの面取りが進み、面取り後、再び搬送台５１が切断ステージに移動し、保持手段３１の下方に停止する。この停止信号を受けて保持手段３１が搬送台５１に向かって下降し、面取りしたルツボ１を搬送台５１に載せると共にアーム３３が開いてルツボ１の把持を解除する。次いで保持手段３１が上昇する一方、搬送台５１が切断ステージから搬出ステージに移動してルツボ１を取り出す。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のリムカット装置はガラスルツボのリムを機械的に精度良く切断することができ、大型ガラスルツボについても短時間でリムの切断を完了することができる。また、本発明のリムカット装置は芯出しから切断したリムの排出に至る一連の動作を自動化できるので作業効率を大幅に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 リムカット装置の全体構成を示す正面図
【図２】 リムカット装置の平面図
【図３】 リムカット装置の側面図
【図４】 回転台の概略を示す部分外観図
【図５】 回転台の構造を示す概略断面図
【図６】 測定手段の概略を示す部分外観図
【図７】 測定方法を示す説明図
【図８】 アームと切断手段の構造を示す部分斜視図
【図９】 搬出装置の概略斜視図
【図１０】搬送装置の概略説明図
【符号の説明】
１−ルツボ、２−リム、１０−芯出し装置、１１−回転台、１２−傾斜手段、１３−位置合わせ手段、１４−測定手段、１５−溝、１６−ヘッド、１７−移動手段、１８−フレーム、１９−ギア、２０−回転手段、２２−高さ測定手段、３０−切断装置、３１−保持手段、３２−ステム部、３３−アーム、３４−フレーム、３５−支持板、３６−ギア、３７−クッション材、３８−回転上下動手段、４０−切断手段、４１−切断刃、４２−伸縮ロッド、４３−砥石、５０−排出装置、５１−搬送台、５２−サポートローラ、５３−傾動手段、５４−フレーム、５５−走行手段、５６−ロッド。

Claims (10)

1. ガラスルツボの開口縁部(リム)を切断する装置であって、ルツボの芯出し機構と、ルツボの保持手段と、リムの切断手段を有し、
   上記芯出し機構は、ルツボを載置する回転台、該回転台の傾斜手段と移動手段、ルツボの位置合わせ手段、ルツボの偏心量と傾斜量を測定する手段を備え、このルツボの偏心量と傾斜量に基づいて回転台が傾斜してルツボを垂直に姿勢制御し、さらに回転台の移動によってルツボを上記保持手段に送り、
   上記保持手段はルツボを把持する開閉自在なアームとその回転上下動手段を有し、
   上記切断手段は切断刃とその移動手段を備えており、上記保持手段によってルツボを回転しながら切断刃を押し当ててリムを切断することを特徴とするガラスルツボのリムカット装置。
2. 請求項１のリムカット装置であって、切断したリムの排出機構を有しており、該排出機構は移動自在な搬送台を備え、該搬送台にはリムを支えるサポートローラが設けられており、上記保持手段によってルツボを回転しつつ、リムがサポートローラで支えられた状態で切断され、切断したリムを搬送台の移動によって外部に排出することを特徴とするリムカット装置。
3. 請求項２のリムカット装置であって、上記芯出し機構と共に上記排出機構を有し、ルツボの芯出しから、リムの切断、およびリムの排出に至る一連の工程を連続して行う自動制御機構を有することを特徴とするリムカット装置。
4. 請求項２または３のリムカット装置において、排出機構の搬送台に、複数のサポートローラがルツボのリムの外周に沿う位置に立設されており、このサポートローラによってリムが挟持されるリムカット装置。
5. 請求項２〜４の何れかのリムカット装置において、排出機構の搬送台に傾斜手段が設けられており、切断したリムを搬送台の傾斜によって外部に滑り落として排出するリムカット装置。
6. 請求項１〜５の何れかのリムカット装置において、上記保持手段のアームがステム部を介してフレームに上下動および回転自在に装着されており、さらに該アームは複数本に分かれてルツボを囲むように下方に延び、その基部がステム部下端の支持板に摺動自在に装着されており、この摺動によってアームが開閉し、ルツボを下向きに把持するリムカット装置。
7. 請求項１〜６の何れかのリムカット装置において、切断手段が切断刃をルツボに対して往復動および上下動する移動手段を有し、かつ切断刃が円形の回転刃によって形成されており、さらに切断面を面取りする円錐砥石が切断刃と同軸に設けられているリムカット装置。
8. 請求項１〜７の何れかのリムカット装置において、芯出し機構の位置合わせ手段が、回転台の中心に向かって往復動する複数のヘッドによって形成されているリムカット装置。
9. 請求項１〜８の何れかのリムカット装置において、芯出し機構の偏心量と傾斜量を測定する手段が、回転台のルツボに対して垂直な基準位置からルツボ上側面までの距離とルツボ下側面までの距離とを測定する手段によって形成されているリムカット装置。
10. 請求項１〜９の何れかのリムカット装置であって、姿勢制御されたルツボの高さを測定する高さ測定手段を有しており、回転台の移動によってルツボを上記保持手段に送る際に、姿勢制御されたルツボの高さを測定するリムカット装置。

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