JPS60249567A - 固体物質の多重ラツプ切断方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、往復動するブレードセットが圧力下で上方か
ら下方へ固体物質を通って進行する切断作業を行い、こ
の間にブレードの上方から切断領域に研摩剤懸濁液を供
給することから成る、固体物質の多重ラップ切断方法及
び同方法を実施する装置に関する。

光電池によるエネルギー生産は、ソーラー電池の製造コ
ストをかなり低下させることができた場合にのみ、多く
の点で欠点のあるｌｌ習的なエネルギー発生源の補助に
考えられるものである。そのため、基礎材料の調製から
Ｉｉ！終ソーラー電池までの全ての製造工程のコストを
減することが必要である。重要な製造工程の１つは、大
でいはバー形またはブロック形である基礎材料をディス
ク形に切断する工程であり、このディスク形から次にソ
ーラー電池が製造される。

ノコビキニ程は一般に２つの方法：すなわち、バーを次
々にディスクにノコビキする内孔ノコビキ方法、または
バーを同時に多数のディスクに分割する多重ラップ切断
方法によって行われる。

多重ランプ切断方法は、特にケイ素ブロックまたはゲル
マニウムブロックの切断に対して、西ドイツ特許公開第
２，０３９，６９９号明細書及び西ドイツ特許公開第２
，７２２，７８２号明細書から公知である。これらの公
開明細書では、一定の側面速度で往復動するノコフレー
ムによって、圧力下のブロックが上方から下方へ切断さ
れる。切断操作の間、ラッピングが研摩剤の懸濁液がブ
レードの上部から供給される。切断用懸濁液は西ドイツ
特許公開第２，７２２，７８２号明細書に従って製造す
ることができる。この懸濁液は分割間隙中に侵透し、切
断領域に達し、最後に下方に流れて、分離された物質を
切断領域から搬出する。しかし、高い生産速度を可能に
する、これらの方法によって得られたディスクは微細な
き裂を含んでいる場合が多く、使用に値しないものであ
る。加工材が長方形の断面を有する場合には、ブレード
の不均一な研摩に起因する衝撃力がノコフレームの逆転
点でそれぞれ加工材に作用し、境界破壊のような損傷を
生ずるので、さらに問題が起ることになる（西ドイツ特
許出願筒３，２４７，８２６．７号明細書参照）。この
ような場合に、損傷したディスクを使用することができ
ない。

東ドイツ経済特許第６７６３１号（１９６９年６月５日
出願）からは、ラッピング研摩剤のエマルジョンを満た
した槽内に上から加工材を浸漬させ、槽内に存在する切
断ノコ上を往復動させる加工材にさらに回転連動を加え
ることによって、ラップ切断で切断されるディスクの表
面品質を高めることが知られている。ラッピング研摩剤
のエマルジョンが半導体結晶バーの切断領域で切断ブレ
ードを覆うことによって、切断品質の改善がもたらされ
る。

これに対して、本発明の課題は固体物質、特にケイ素ま
たはゲルマニウムのような半導体材料の単結晶または多
結晶ブジツクを切断する場合に、切断ａ程中のディスク
の機械的損傷による収率低下を避けるための、請求の範
囲第１項の上位概念に述べるような方法を提供すること
である。

この課題は、固体物質にその最下端の下方に切断面に対
して垂直に設けられた回転軸を中心とする回転連動を与
えることを特徴とする方法によって解決される。

すなわち、この方法では上述の東ドイツ経済特許の方法
に反して、被切断固体物質を上方から下方に貫通するブ
レードセットの連動によって切断操作を行い、ブレード
の下側にある切断領域にブレードの上部からラッピング
研摩剤を供給する場合にも、製造されたディスクの機械
的損傷が明らかに減少することが意外にも発見された。

加工材の回転は切断領域にラッピング研摩剤エマルジョ
ンを蓄積させず、切断帯からのラッピング研摩剤の放出
を強化させるために、切断結果を悪化させることが、当
然予想された。

本発明による方法は西ドイツ特許公開第２，０３９．６
９９号明細書または西ドイツ特許公開第２，７２２．７
８２号明細書に述べられているようなラップ切断機また
は往復動ノコへの利用に、必要な改造を施した後に適し
ている。本発明の方法は長方形または方形の断面積を有
するブロック形状の固体物質の切断に特に良好な結果を
もたらすが、例えば丸いバーのような他の断面積を有す
るディスクの切断における損傷を減することにも効宋的
である。

本発明による方法の実施には、加工材を回転位置から両
側へそれぞれ０．１−３Ｐ、好ましくは０．７〜Ｔの角
度だけ傾けることが合目的であると判明している。これ
より大きい回転範囲も原則として可能であるが、一般に
材料の応力のみを高め、必要な装置費用を上昇させるに
すぎず、結束を実質的に改善することはない。回転範囲
をこれより狭くすると、切断結果の辺速な悪化がしばし
ば観察されることになる。切断過程中、回転範囲を一定
に維持するまたは有利に縮少することができる。

回転圧」りの周波数は共鳴の発生を減するようにブレー
ドセットの周波数と同調させなければならない。多重ラ
ップ切断に用いられる往復動ノコは一般に非常に複雑な
振動システムを有しているので、それぞれの機械に特異
的なパラメータとしての共鳴の発生を評価することは大
てい困難である。

このため、回転運動の周波数を往復動ノコに療択した作
動周波数の大きさに合わせて経験的にＳＪ節するのが合
口的である。回転運動の周波数はフレーム周波数に比べ
て、同位相もしくは逆位相作動または高い周波数が可能
であるとしても、低い周波数になるように選択すること
が望ましい。切断作業中に、回転周波数を変えることも
可能であるが、一定に維持することが望ましい。一般に
、ノコフレーム作動周波数の約０．２〜０６４倍の周波
数における作業が実証されている。

加工材の回転運動の中心となる回転軸は２つの前提を満
たさなければならない。すなわち、ブレードセットと加
工材の間で傾斜することのない回転連動を可能にし、切
断による損失を最小にするために、回転軸は切断面すな
わち、加工材の切断が進行する面に対してできるだけ垂
直でなければならない。また、回転軸は切断作業中にブ
レードの切断縁を通らないように、加工材の最下端の下
方に配置されなければならない。回転運動中に加工材に
よって画かれる空間形状は中空シリンダーの切断面に相
当するものであり、その外形は加工材の外縁と回転軸と
の間の最大距離によって決定され、内径は最下縁と回転
軸とのｆｆｌの丸部によって決定される。

この内径を小さく維持することが望ましく、すなわち、
回転軸は加工材の最下縁に近づけるべきであり、例えば
加工材が固定されている加工材キャリヤの範囲内及び直
下に設けるべきである。長方形または方形の横断面を有
するブロック状の加工材の場合には、連続的な切断作業
によってブレードの作動長さが著しく減少するとともに
逆転点におけるブレード衝撃も減少する。

加工材の横断面の重心の回転運動が鏡像対称になるよう
に、回転軸を設けることが望ましい。このことは回転軸
を加工材の横断面の重心の直下に垂直に設けることによ
って達成される。２個の隣接するケイ素ブロックを一段
階でディスクに切断する場合には、これらの横断面の共
通の重心を回転軸の上方に垂直に配置すべきである。

図面を参照しながら本発明の詳細な説明すると、幅出し
フレーム１内に設けられたブレードセット２が、切断作
業中往復動を行う。このような切断作業中、ケイ素また
はゲルマニウムのブロックである加工材６は垂直駆動装
置１７によって下方から上方にブレードセットに対して
押圧されるが、この代りにまたはこの他にブレード２を
下方に押圧することもできる。換言すると、ブレード２
は下降して加工材６中に効果的に作動することができる
。例えば振動ノズルのような形状のラッピング研摩側供
給手段１６かブレードセットの上方の位置から切断領域
へ、ラッピング研摩剤を供給する。

加工材台乙によって加工材キャリヤ５と連結している、
例えばガラス製またはセラミック製の切断基台４に、加
工材を接着剤等によって固定するのが便利である。切断
基台４の厚さは、基台が部分的にすでに切断されている
切断作業の終了時にさえも、ブレードと加工材キャリヤ
５との接触を避けるように選択するのが望ましい。

加工材キャリヤ５の内部及びその加二材台６の下方に、
加工材３の横断面の重心の直下に配置されることによっ
て、鏡像対称的な回転運動を可能にする回転シャフトす
なわち回転軸が存在する。

連結フォーク８は一加工材キャリャの下側に連結してお
り、その下端において送りバー９を有している。この送
りパーは例えば摩擦ベアリングのようなベアリング１０
によって、ピボット駆動装置１１に連結している。ピボ
ット駆動装ｆＦｆ１１は調節可能な偏心ディスク１２を
備えた可変速度電気モータのような駆動装置から成って
いる。例えば液圧、空気圧または電磁気式駆動装置のよ
うな、他の駆動装置を用いることも可能である。動力伝
動は摩擦ベアリング１６によって支えられ、一端におい
てディスク１２と連結し、他端においてリンク１５を介
して摩擦ベアリング１０と連結している駆動ロッド１４
から成っている。

駆動ロッドの往復動が送りバー９の回転運動を生じて、
加工材を前進させる。このような配置の利点は、加工材
を上方に供給することによってシャフト７の回転軸と送
りバー９上のピボット駆動装置の接触点との間の距離が
切断作業の進行につれて絶えず増加することである。こ
れに応じて、加工材が切断作業中に静止位置から移動す
る角度が減少し、ブレードセットの作動長さも減少する
。

そのため、切断の端面においてブレード下縁の応力を受
けない部分に均一な変化が生ずる。逆転点におけるブレ
ードの衝撃が減少し、これによって、ブレードが不均一
に応力を受けることから生じて分割されたディスクに損
傷を与える、切断終了時の段状構造が減少することにな
る。

本発明によると、切断プロセスの開始時に、加工材キャ
リヤ上に切断基台によって固定された加工材が望ましい
周波数及び偏りで先ず第一に回転運動に入るのが望まし
い。次に、加工材が低い圧力下で、ラッピング研磨剤懸
濁液の供給を絶えず受けながら、作動周波数で往復動す
るブレードセットと接触する。切断縁が完全な形状であ
るとき、すなわち全回転プロセス中に全てのブレードが
被切断加工材の表面と摩擦を生じなが゛ら接触する場合
には、圧力が最終的には、装置によって一般に定められ
ている所定作動圧力にまで上昇する。切断作業の開始時
に加工材を静止させ、始動段階の終り近くでのみ往復回
転プロセスを徐々に開始して、往復回転プロセスを望ま
しい作業周波数及び傾斜にまで高めることもできる。そ
の後、例えば作動圧力、ブレードストローク、ノコ・フ
レーム作動周波数または供給ラッピング剤の種類及び臘
に関して、一般に装置によって定まる通常及び公知のプ
ロセスパラメータ下で、切断作業を完成させることかで
゛きる。加工材に付加的な回転を加えることによって、
その他の点では同じ条件下で実施したラップ切断プロセ
スに比べて、作業効率を高め、生成するディスクの品質
を改善することができる。

本発明による方法は、ケイ素、ゲルマニウムのような半
導体材料、例えばひ化ガリウムまたはリン化インジウム
のような周期律表■〜Ｖ族の化合物、例えばサファイア
、スピネルまたはルビーのような酸化物の切断に特に適
しているが、例えば六角形の窒化ホウ素のような、比較
的軟い物質の切断にも適している。本発明による方法は
長方形または方形の断面を有する加工材に特に有利に用
いられる。

実施例 添付面に相当する、加工材回転装置を備えた市販の往復
動ノコ［Ｍａｙｅｒ　９ｓ　Ｂｕｒｇｅｒ　（ステフイ
ツスブルグ）、Ｔｙｐｅ　Ｇ５２１中のガラス切断基台
（厚さ約９ｍｍ）に、柱状構造の多結晶ケイ素ブロック
（１００Ｘ　１００Ｘ　１６０ｍｍ）を固定した。加工
材の重心は回転軸の垂直上方に位置しており、ブレード
セットによって定められる切断面に対して垂直である。

回転軸の中点と加工材の最下縁との間の距離は約５０−
ｍであった。

加工材は静止位置から０．４°の傾斜、または全体で０
．８°の傾斜を通して、約２５０ストローク７分の周波
数で回転させた。

ブレードセットは１８５ブレード（厚さ０．２０ｍｍ、
高さ６．５　ｍ　ｍ　、ブレード間の間隔０．６Ｔｎｍ
。

ブレード長さ２６２ｍｍ）から成り、７５０ストｐ−り
７分（ブレードスト四−り長さ７２．５　ｒｌＩｍ）で
移動する。

回転する加工材を上方に押し、振動するブレードセット
に対して０．１ｍ／ブレードの低い圧力で押圧した。全
てのブレードがケイ素ブロックに接触した後に、圧力が
徐々に　Ｎ／ブレードまで上昇した。この切断作業中、
粘度２ｍｐａ　を有する鉱油フラクション中に炭化ホウ
素（粒度分布２０〜４０μｍ）を懸濁させた、懸濁液（
鉱油１重量％：炭化ホウ素１重量部）をラッピング研摩
剤として、ブレードセットの上部から振動ノズルによっ
て供給した。

ケイ素ブロックを完全に切断した後に、ケイ素ブロック
の回転運動とブレードセットの往復動を停止させた。得
られた１８４枚のディスクは切断損傷を示さなかった。

切断作業は２時間後に終了した。ことは０．９　Ｃｍ　
／分／ブレードの切断効率に相当するものである。

比較のために、同サイズのケイ素ブロックを回転運動さ
せないこと以外は同じ条件下でディスクに切断した。こ
の場合には、得られ７．１８４枚のディスクの中、５０
％以上が切断損傷を含むものであった。全切断作業は６
．５時間を要した；従って、切断効率はわずか肌５ｏｍ
２／分／ブレードであった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による方法を実施するための本発明の一郭
様の部分断面正面図である。 １・・帖）出しフレーム ２・・ブレード ６・・加工材 ４・・切断基台 ５・・加工材キャリヤ ６・・加工材台 ７・・回転軸 ９・・送りバー １０・・ベアリング １１・・ピボット駆動装置 第１頁の続き ■多発　明　者　アルフレート・モリツ　ドイツ　−セ ＠発明者　クレメンス・ミュール　ドイツくウェル　ト
ラ ソ連邦共和国　プルクハウゼン、ブラームスシュトラソ
連邦共和国プルクハウゼン、ケールシュタインシューセ
　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）往復動するブレードセットが圧力下で上方から下方
   へ加工材を通って進行する切断作業を行い、切断作業中
   にブレードの上方から研摩剤懸濁液を切断領域に供給す
   る固体物質の多重ラップ切断方法において、加工材に加
   工材の最下端の下方に切断面に対して垂直に設けられた
   回転軸を中心とする回転運動を行わせることを特徴とす
   る方法。 ２）回転運動の際に、加工材が０．１〜３Ｆ′の角度だ
   け静止位置から傾斜することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ３）切断作業が進行するにつれて加工材の傾斜角度が小
   さくなることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の方法。 ４）加工材の重心の回転運動が鏡像対称であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれ
   か１項に記載の方法。 ５）往復動するブレードセット（２）、下方からブレー
   ドセットに接近する加工材キャリヤ（５）及びブレード
   セットの上方に配置された研摩副供給手段から成る固体
   物質の多重ラップ切断装置において、加工材キャリヤ（
   ５）が加工材の下方に配置された回転軸（７）を中心と
   して回転可能に配置され、回転運動をもたらす回転駆動
   装置６１）と連結していることを特徴とする装置。