JP5333049B2 - ワークの加工装置及び加工方法 - Google Patents
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Description
図6に一般的な円筒研削装置の一例の概略図を示す。
この円筒研削装置100は、インゴット101を保持するためのクランプ102、102’、インゴット101を研削する研削ホイール103等を具備している。クランプ102、102’はその軸周りに回転可能となっている。
そのような活用方法として、円錐状の端部を円筒研削装置を用いてその外径が所望の径になるまで更に小径に円筒研削して円柱状に加工後、実験用のウェーハに切断加工されたり、仕様に適合できる他の製品に転用していた。
このような円錐状の端部を円筒研削する従来の方法として、例えば、上記したような円筒研削装置に装着された半導体インゴットをその軸心を中心として回転させながら半導体インゴットの円錐状の端部の外周を半導体インゴットの直胴部の一端から所定長さだけ直胴部より小径に円筒研削し段差を形成する工程を有する半導体インゴットの加工方法が開示されている(特許文献1参照)。
このように、前記コアビットの中心軸と前記加工するワークの芯とを一致させる位置決め手段を有すれば、ワークをより精度良く円柱形状に加工できるものとなる。
このように、前記コアビットの外周面に近接させる、少なくとも1つのガイドローラーを具備し、該ガイドローラーを前記コアビットの外周面に近接させながら前記ワークを加工するものであれば、コアビットが偏心して回転するのを抑制することができ、その結果、ワークをより精度良く円柱形状に加工でき、コアビットのライフの低下及びワークの加工ロスを抑制できるものとなる。
このように、前記ガイドローラーが、前記位置決めブロック及び/又は前記押えブロックに配置されるものであれば、コアビットがワークに当接して回転する直近にガイドローラーを配置したものとなるので、コアビットが偏心して回転するのをより確実に抑制できるものとなる。
このように、前記ワークの円錐台底部の外周面の一部が円筒研削されたものであれば、上記したワークの外周面に当接して押え付ける位置決めブロック及び押えブロックを簡単な構成にすることができるし、ワークの位置決めもより容易に正確に行うことができるものとなる。
このように、前記位置決め手段による前記テーブルの移動と、前記コアビットによるワークのくり貫き加工を自動制御する機構を具備すれば、作業者の作業工程時間を削減できるものとなる。
このように、前記コアビットの中心軸と前記加工するワークの芯とを一致させる位置決めを行ってから前記ワークの加工を行えば、ワークを短時間でより精度良く円柱形状に加工することができる。
このように、前記コアビットの外周面にガイドローラーを近接させながら前記ワークの加工を行えば、コアビットが偏心して回転するのを抑制することができ、その結果、ワークをより精度良く円柱形状に加工することができ、コアビットのライフの低下及びワークの加工ロスを抑制できる。
このように、前記コアビットによる前記ワークへの切り込みにおいて、切り込み開始時及び切り込み終了時のみ切り込み速度を遅くすれば、ワークの加工において、ワークに欠けが発生するのを抑制できる。
このように、前記ワークとして、円錐台底部の外周面の一部が円筒研削されたものを用いれば、上記した位置決めブロック及び押えブロックによるワークの押え付けを簡単に実施できるし、ワークの位置決めもより容易に正確に行うことができる。
このように、前記位置決めにおける前記テーブルの移動と、前記コアビットによるワークのくり貫き加工を自動制御して、作業者の作業工程時間を削減することができる。
一般に、CZ法等によって引き上げられた例えばシリコン単結晶等のインゴットは円柱状の直胴部に円錐状の端部を有している。このようなインゴットは引き上げ後、所定の径となるように外周面に研削加工が施され、ブロックの切断工程にて円錐状の端部が切断分離され円柱状の直胴部のみとされる。
しかし、円筒研削装置で所望の径になるまで研削するのは、その工程に多大な時間がかかり、また、研削される部分は全て研削粉としてロスとなってしまう。そのため、研削される部分のロスを削減しつつ円錐状の端部を短時間で円柱形状に加工することが課題となっていた。
また、図2は本発明のワークの加工装置及び加工方法で加工対象となるワークの概略を説明する説明図である。
図2に示すように、CZ法等によって引き上げられたインゴットは円柱状の直胴部に円錐状の端部(コーンおよびテール)を有している。この円錐状の端部は直胴部から切り離され、先端の尖った部分が切り落されて円錐台形状となる。この円錐台形状のワークが本発明での加工対象となる。ここで、先端の尖った部分が切断された切断面は、本発明のワークの加工装置及び加工方法で前記直胴部の直径より小さい所望の直径を有する円柱状にくり貫き加工するために、その所望の径以上の直径になるように切断されている。
ここで、コアビット2は、市販のコアドリルに通常取り付けられるものを用いることができ、加工されるワークWの円柱形状の直径に併せて、そのコアビット2の直径を選択することができる。
このように、本発明のワークの加工装置では、用いるコアビット2の直径を変更することで容易にワークWの様々な直径への加工に対応することができる。
さらに、ワークWのくり貫き加工後にコアビット2を相対的に上方に移動させる際、この供給口からコアビット2の内側に水等の流体を噴射して内圧をかけるようにすることで、コアビット2の内部に密着していたワークWを分離することができ、コアビット2の移動をスムーズに行うことができる。或いは、その流体として圧縮空気を用い、圧縮空気をコアビット2の内側に噴射する機構を設けるようにしても良い。
また、くり貫き加工後のワークWをテーブル5上から搬出するために、図5に示すように、吸着式のハンドリング装置12を設け、ワークWを吸着して引き出すようにすることができる。
このようなワークの加工装置1であれば、ワークを短時間で精度良く円柱形状に加工できるものとなる。また、その円柱形状以外のほとんど全ての部分が研削粉としてロスすることなくブロック状で残るので、例えば有価物として売却する等、この部分を無駄にすることなく利用でき、コストを削減できるものとなる。
このような位置決め手段7を有していれば、簡単な構成でワークWの位置決め芯出しを行うことができ、ワークWをより精度良く円柱形状に加工できるものとなる。
このように、コアビット2の外周面に近接させる、少なくとも1つのガイドローラー10を具備し、そのガイドローラー10をコアビット2の外周面に近接させながらワークWを加工するものであれば、ワークWがシリコン等のような硬いものであっても、コアビット2がワークWに切り込む際に偏心して回転してしまうのを抑制できるものとなる。その結果、ワークWをより精度良く円柱形状に加工でき、偏心によるコアビット2のライフの低下を抑制し、また加工ロスが増えるのを抑制できるものとなる。
ここでは、図1に示すようなワークの加工装置1を用いた場合について説明する。
まず、図3に示すように、円錐台状のワークWをテーブル5に載置する。このとき、ワークWの向きを、例えば図5に示すように、ワークWの円錐台底部を下側にして載置しても良いし、円錐台底部を上側にして載置しても良い。
このようにして位置決めを行えば容易にワークWの位置決めを行うことができ、ワークWをより精度良く円柱形状に加工することができる。
ここで、コアビット2の回転数、切り込み送り速度は加工するインゴットやコアビット2の砥石6の直径等に応じて適宜決定することができるが、例えば、回転数を400〜600rpm、切り込み送り速度を0.3〜3.0mm/minとすることができる。
このようにしてワークWを加工すれば、ワークWを短時間で精度良く円柱形状に加工することができる。また、その円柱形状以外のほとんど全ての部分が研削粉としてロスすることなくブロック状で残るので、この部分を無駄にすることなく利用でき、コストを削減することができる。
また、この際、例えば水等の研削液を砥石6に供給しながらくり貫き加工することができる。そして、その研削液の供給量を例えば、5〜20L/minとすることができる。
このように、コアビット2によるワークWへの切り込みにおいて、切り込み開始時及び切り込み終了時のみ切り込み速度を遅くすれば、ワークWの加工において、特に切り込み開始時及び切り込み終了時に発生し易いワークWの欠けを抑制することができる。
そして、加工終了後はくり貫いたワークWを取り出して搬出する位置にテーブル5を移動させる。
図1に示すような本発明のワークの加工装置を用い、本発明のワークの加工方法に従って直径300mmのシリコン単結晶インゴットから切断分離し、先端の尖った部分を切断した円錐台状の長さ150mmのワークを直径200mmの円柱形状に加工した。
また、ワークの加工は図4に示すような位置決め手段によって位置決めしてから行った。加工中には、水をコアビットに設けた供給口から供給し、その流量を切り込み中で5L/min、切り込み完了時に20L/minとした。また、図4に示すようなガイドローラを位置決めブロックに1箇所設け、コアビットの外周面にそのガイドローラーを近接させながら加工を行った。
その結果を表1に示す。表1に示すように、加工時間は0.5時間であり、後述する比較例の33.5時間という結果と比べ大幅に改善されていることが分かる。ワークの加工ロスも1Kgと比較例の13Kgという結果と比べ著しく少なくなっていることが分かる。
また、作業者が行った作業工程時間も比較例の4時間と比べ0.5時間と大幅に短縮している。
このように、本発明のワークの加工装置及び加工方法は、円錐状端部の先端を切断して得られる円錐台状のワークを短時間で円柱形状に加工し、その円柱形状以外の部分のロスを削減して加工できることが確認できた。
ワークを加工位置に位置決めする際のテーブルの移動と、コアビットの切り込み送り速度制御、回転制御を自動制御する機構を設けた、図1に示すような本発明のワークの加工装置を用いた以外実施例1と同様にしてワークを加工し、実施例1と同様に加工時間、作業者が行った作業工程時間及びワークの加工ロスについて評価した。ここで、コアビットの切り込み送り速度は、切り込み開始時から切り込み量約30mmまでの切り込み速度を0.3mm/min、残り切り込み量約15mmから切り込み終了までの切り込み速度を1.0mm/min、それ以外の部分での切り込み速度を2.0mm/minとし、コアビットの回転数を500rpmとした。
その結果を表1に示す。表1に示すように、実施例1に比べ、作業者が行った作業工程時間が0.5時間から0.1時間に短縮されており、自動制御を行うことにより作業者が行った作業工程時間を更に短縮することができた。
図6に示すような円筒研削装置を用いてワークを円筒研削する従来の方法によって、円錐台状のワークを円柱状に加工し、実施例1と同様に評価した。
その結果を表1に示す。表1に示すように、加工時間、作業者が行った作業工程時間及びワークの加工ロスのいずれも実施例1より悪化していることが分かる。
4…駆動モータ、 5…テーブル、 6…砥石、 7…位置決め手段、
8…位置決めブロック、 9…押えブロック、 10…ガイドローラー、
11…移動手段、 12…ハンドリング装置、
13…押えブロックのエアシリンダ、 14…自動制御機構。
Claims (13)
- 円柱状の直胴部と該直胴部の端部が円錐状であるインゴットから前記端部を切断分離し、該切断された円錐状端部の先端を切断して得られた円錐台状のワークを円柱形状に加工するワークの加工装置であって、少なくとも、
前記円錐台状のワークを載置するテーブルと、該テーブルに載置されたワークの上方に配置され、円筒状で先端に砥石を有した中心軸周りに回転可能なコアビットと、該コアビットに駆動力を伝達して回転させる駆動モータと、前記コアビットを前記ワークに対して相対的に上下方向に移動させる送り機構と、前記コアビットの外周面に近接させる、少なくとも1つのガイドローラーを具備し、
前記コアビットを駆動モータによって回転させながら前記送り機構によって相対的に下方に切り込み送りし、前記コアビットの砥石を前記テーブルに載置された前記円錐台状のワークに当接させて該ワークを円柱形状にくり貫き加工するものであり、前記ガイドローラーを前記コアビットの外周面に近接させながら前記ワークを加工するものであることを特徴とするワークの加工装置。 - 前記コアビットの中心軸と前記加工するワークの芯とを一致させる位置決め手段を有することを特徴とする請求項1に記載のワークの加工装置。
- 前記位置決め手段は、前記ワークが載置されたテーブルを前記コアビットの直下に移動させる移動手段と、前記テーブル上に配置され、前記ワークの外周面に当接して該ワークを位置決めする位置決めブロックと、該位置決めブロックと対向した位置に配置され、前記ワークに対して水平方向に前進して前記ワークを押え込む押えブロックとを有し、
前記位置決めブロックは、該位置決めブロックと前記ワークの外周部が当接した状態で前記移動手段によって前記テーブルを前記コアビットの直下に移動させた際に、前記ワークの芯が前記コアビットの中心軸に一致するような位置に配置されたものであることを特徴とする請求項2に記載のワークの加工装置。 - 前記ガイドローラーは、前記位置決めブロック及び/又は前記押えブロックに配置されるものであることを特徴とする請求項3に記載のワークの加工装置。
- 前記ワークの円錐台底部の外周面の一部が円筒研削されたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のワークの加工装置。
- 前記位置決め手段による前記テーブルの移動と、前記コアビットによるワークのくり貫き加工を自動制御する機構を具備するものであることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のワークの加工装置。
- 円柱状の直胴部と該直胴部の端部が円錐状であるインゴットから前記端部を切断分離し、該切断された円錐状端部の先端を切断して得られた円錐台状のワークを円柱形状に加工するワークの加工方法であって、
前記円錐台状のワークをテーブルに載置し、円筒状で先端に砥石を有したコアビットを中心軸周りに回転させながら該コアビットを前記テーブルに載置されたワークの上方から下方に相対的に切り込み送りし、前記コアビットの砥石を前記ワークに当接させて該ワークを円柱形状にくり貫き加工することを特徴とするワークの加工方法。 - 前記コアビットの中心軸と前記加工するワークの芯とを一致させる位置決めを行ってから前記ワークの加工を行うことを特徴とする請求項7に記載のワークの加工方法。
- 前記位置決めは、前記ワークの外周面に当接して該ワークを位置決めする位置決めブロックを、該位置決めブロックと前記ワークの外周部が当接した状態で前記テーブルを前記コアビットの直下に移動させた際に、前記ワークの芯が前記コアビットの中心軸に一致するような前記テーブル上の位置に配置し、前記位置決めブロックと対向した位置から前記ワークに対して水平方向に前進する押えブロックによって前記ワークを押え込み、前記ワークが載置されたテーブルを前記コアビットの直下に移動させることによって行うことを特徴とする請求項8に記載のワークの加工方法。
- 前記コアビットの外周面にガイドローラーを近接させながら前記ワークの加工を行うことを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載のワークの加工方法。
- 前記コアビットによる前記ワークへの切り込みにおいて、切り込み開始時及び切り込み終了時のみ切り込み速度を遅くすることを特徴とする請求項7乃至請求項10のいずれか1項に記載のワークの加工方法。
- 前記ワークとして、円錐台底部の外周面の一部が円筒研削されたものを用いることを特徴とする請求項7乃至請求項11のいずれか1項に記載のワークの加工方法。
- 前記位置決めにおける前記テーブルの移動と、前記コアビットによるワークのくり貫き加工を自動制御することを特徴とする請求項9乃至請求項12のいずれか1項に記載のワークの加工方法。
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