KR101731643B1 - 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

과제
스루풋 시간이 짧고, 풋 프린트가 컴팩트한 실리콘 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치를 제공한다.
해결 수단
원기둥 형상 잉곳 블록의 4 측면 박리 가공을 슬라이서 장치의 1 쌍의 회전 블레이드 (91a, 91b) 에 의해 실시하여 얻어진 각기둥 형상 잉곳의 4 모서리 (R) 면을 1 쌍의 컵 휠형 제 1 연삭 지석 (11g, 11g) 으로 조연삭 가공하여 모따기하고, 이어서 1 쌍의 컵 휠형 제 2 연삭 지석 (10g, 10g) 에 의해 그 블록의 4 측면을 마무리 연삭 가공하는 모따기를 하고, 추가로 그 블록의 4 모서리 (R) 면을 연삭차 (9g) 로 마무리 가공하여 각기둥 형상 잉곳 블록을 제조하는 복합 모따기 가공 장치 (1).

Description

잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치 {COMPLEX PROCESSING DEVICE FOR CHAMFERING OF INGOT BLOCK}
본 발명은 태양 전지 (태양광 발전판) 의 기판으로서 사용되는 정사각형 혹은 직사각형 기판의 원재료의 각기둥 형상의 다결정 실리콘 잉곳 블록이나 단결정 실리콘 잉곳 블록의 측면이나 원주면을 모따기 가공할 수 있는 복합 모따기 가공 장치에 관한 것이다. 실리콘 잉곳 블록을 와이어 커트 방법으로 두께 200 ∼ 240 ㎛ 로 슬라이스하여 동시에 많은 태양 전지용 실리콘 기판을 얻을 때에, 잉곳 블록 절단시의 칩핑이나 크랙이 없는 각기둥 형상 혹은 원기둥 형상 실리콘 잉곳 블록을 단시간에 제조하기 위하여 C 축 단면 (端面) 을 절단한 원기둥 형상 잉곳 블록 표면을 모따기 가공하는 데에 사용된다.
태양 전지용 실리콘 기판을 제조하는 공정에 있어서, 원기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳의 원단면 4 주편을 밴드 소에 의해 잘라내어, 4 모서리부에 원호 (R 코너부) 를 남긴 각기둥 형상 실리콘 잉곳 (워크 피스) 으로 하고, 이어서 가로형 원통 연삭 장치의 주축대와 심압대로 이루어지는 클램프 장치로 지지 현가하여, 컵 휠형 지석 (砥石) 으로 4 측면의 표면을 원하는 두께 (8 ∼ 10 ㎜) 로 모따기하고, 이어서 슬라이스하여 두께 200 ∼ 330 ㎛ 의 정사각형 형상 실리콘 기판을 제조하는 것이 실시되고 있다 (예를 들어, 비특허문헌 1 참조).
또, 각기둥 형상 실리콘 잉곳 블록으로서, 용해한 금속 규소 (Si) 용탕을 각기둥 형상 그라파이트 용기 내에 주탕 (注湯) 하여 일방향으로 응고시킨 후, 용기 내면과 접촉 오염된 하단면과 측면을 모따기하여 얻어지는 다결정 실리콘 잉곳을 2 내지 4 의 블록으로 절단한 잉곳 블록이나, 반도체 기판의 생산이 한산한 시기에, 반도체 기판 제조용 원기둥 형상 실리콘 잉곳 블록의 4 측면을 일부 R 부분을 남기고 슬라이서에 의해 절단하고, 이어서 양 단면을 모따기 가공하고, 그 후 기둥 형상 잉곳 블록의 코너 R 면 모따기 가공 (가공 여유량은 7.5 ∼ 8 ㎜) 을 실시한 후, 4 측면 평면을 모따기 가공 (가공 여유량은 0.5 ∼ 1 ㎜) 하여 태양 전지용의 각기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳 블록으로 한 것이 이용되고 있다. 다결정 실리콘 기판과 비교하여 단결정 실리콘 기판이 광 변환율은 높지만, 모따기 가공은 어려운 것으로 여겨지고 있다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 평8-73297호 (특허문헌 1) 는, 규석 또는 규사를 전기로에서 환원하여 얻은 금속 실리콘 융액을, 내열성 기둥 형상 용기 내에 흘려 넣고, 용기 하단에서 상단을 향하여 서서히 냉각시킴으로써 일방향 응고시킨 각기둥 형상 다결정 실리콘 잉곳봉으로 하고, 용기 내면과 접촉 오염된 하단면과 측면을 5 ㎜ 가공 여유량 연삭, 연마하여 모따기하고, 추가로 불산·질산 혼합 수용액으로 에칭하여 다결정 실리콘 잉곳을 제조하는 방법을 제안한다.
미국 특허 제6679759호 (특허문헌 2) 는, C 축 단면이 수직으로 절단된 실리콘 잉곳 블록 측면의 조면 (粗面) 을 연마 공구로 연마 가공하여 표면 평활도 (Ry) 를 8 ㎛ 이하로 한 후, 실리콘 잉곳 블록을 두께 200 ∼ 330 ㎛ 의 태양 전지용 실리콘 기판으로 하는 방법을 제안한다.
또한, 일본 공개특허공보 2009-99734호 (특허문헌 3) 는, 주조에 의해 성형된 실리콘 잉곳을 절단하여 복수의 실리콘 블록으로 하고, 이어서 그 실리콘 블록을 슬라이스하여 다수의 실리콘 웨이퍼로 하는 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 있어서, 주조에 의해 성형된 실리콘 잉곳을 절단하여 복수의 실리콘 블록으로 할 때에, 미리 실리콘 잉곳의 적어도 1 면을 평평하게 연삭하는 연삭 공정과, 실리콘 잉곳을, 그 평평하게 연삭된 면을 하방향으로 하여 기대 상에 탑재하고, 그 실리콘 잉곳으로부터 복수의 실리콘 블록을 잘라내는 실리콘 블록 잘라내기 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 제조 방법을 제안한다.
일본 공개특허공보 2004-6997호 (특허문헌 4) 는, 태양 전지용 실리콘 웨이퍼 제조용의 원기둥 형상 실리콘 블록을 밴드 소에 의해 모따기하여 각기둥 형상 실리콘 블록으로 한 후, 롤형 다이아몬드 스펀지 평지석을 사용하여 측평면을 연마 가공하고, 그 후 슬라이스 가공하여 각형상 웨이퍼를 제조하는 방법을 제안한다.
일본 공개특허공보 2009-55039호 (특허문헌 5) 는, 또한 원기둥 형상 실리콘 블록을 밴드 소에 의해 모따기하여 각기둥 형상 실리콘 블록으로 한 후, 지립 (砥粒) 직경이 80 ∼ 60 ㎛ 인 컵 휠형 지석에 의해 측평면을 조 (粗) 연삭 가공하고, 이어서 지립 직경이 3 ∼ 40 ㎛ 인 컵 휠형 지석에 의해 측평면을 마무리 연삭 가공하고, 추가로 표면을 에칭 처리한 후, 슬라이싱 가공하여 각형상 웨이퍼를 제조하는 방법을 제안한다.
일본 특허 제4133935호 명세서 (특허문헌 6) 는, 주조에 의해 성형된 실리콘 잉곳을 원통 연삭하여 외주면을 평활하게 한 후, 슬라이서 등의 측면 박리기로 4 측면을 잘라내어 4 모서리 (R) 를 갖는 대략 정사각형 단면의 실리콘 잉곳으로 하고, 이것을 절단하여 복수의 실리콘 잉곳 블록으로 하고, 추가로 상기 4 측면을 평평하게 연마 공구로 연마 가공하여 그 측면의 평활도 (Ry) 를 10 ∼ 20 ㎛ 로 하고, 이 실리콘 잉곳 블록을 와이어 커트 방법으로 수직 방향으로 절단하여 대략 정사각형 형상의 얇은 실리콘 기판을 제조하는 방법을 제안한다.
일본 공개특허공보 2009-233794호 (특허문헌 7) 는, 실리콘 블록의 표면을 연삭/연마할 때에, 실리콘 블록의 길이 방향의 전후를 기계적으로 척킹 (클램핑) 하는 1 쌍의 척킹 부재 (주축대와 심압대) 로 지지하고, 이 상태에서 실리콘 블록의 측면 및 이들을 잇는 4 개의 모서리부 (4 모서리의 R 코너부) 를 조연삭 지석과 정밀 마무리 지석을 사용하여 연삭 연마하는 방법을 제안한다. 이 방법에 의해, 실리콘 블록의 4 개의 모서리부 및 4 측면을 비접촉으로 척킹 부재에 공중에 띄운 것 같은 상태로 지지할 수 있으므로, 그 측면 및 모서리부에 흠집이 생기는 것을 방지할 수 있으며, 또한 실리콘 블록의 측면만이 아니라 모서리부도 연삭 연마하여 모따기할 수 있기 때문에, 실리콘 블록을 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼를 제조할 때에, 그 주연부가 결손되거나 하는 것을 회피할 수 있어 수율을 향상시킬 수 있다.
각기둥 형상 실리콘 잉곳의 1 변의 길이가 50 ㎜ 내지 125 ㎜, 156 ㎜, 200 ㎜, 240 ㎜ 로 길어짐에 따라, 1 변이 156 ㎜ 내지 240 ㎜ 인 각기둥 형상 실리콘 잉곳을 와이어 커트 소로 한 번에 슬라이스하여 두께 200 ∼ 330 ㎛ 의 태양 전지용 실리콘 기판을 다량 생산할 때에, 전술한 바와 같이 각기둥 형상 실리콘 잉곳의 R 코너 부분에서 칩핑이 발생하는 경우가 종종 있어, 실리콘 기판의 생산 로스율을 높이는 것이 기판 가공 메이커로부터 지적되고 있다. 상기 특허문헌 3, 특허문헌 6 과 같이 연마 공구로 측면을 평탄 연마 가공한 후, 와이어 커팅하는 대처 방법이나 일본 공개특허공보 2002-252188호 (특허문헌 8) 에 기재되는 바와 같이 연마 브러시로 연마 가공하는 방법, 혹은 에칭 처리 방법에 의해 상기 웨이퍼로 절단할 때의 칩핑 현상이 발생하는 것을 방지하고 있다.
1 변이 156 ㎜, 높이가 250 ㎜ 이며 4 모서리에 R 코너부를 남기고 절단된 각기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳의 모따기 가공에, 현재로는 약 95 ∼ 120 분, 1 변이 156 ㎜, 높이가 500 ㎜ 이며 4 모서리에 R 코너부를 남기고 절단된 각기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳의 모따기 가공에 약 180 ∼ 210 분을 요하는 것이 실정이다. 이 가공 시간에, 조연삭 장치로부터 마무리 연삭 장치로 실리콘 잉곳을 주고 받는 시간 약 10 분이 추가된다.
한편, 일본 특허공보 소49-16400호 (특허문헌 9), 일본 공개특허공보 평4-322965호 (특허문헌 10), 일본 공개특허공보 평6-166600호 (특허문헌 11) 및 일본 공개특허공보 평6-246630호 (특허문헌 12) 는, 반도체 기판용 실리콘 기판 제조용의 원기둥 형상 실리콘 잉곳의 표면을 모따기 가공하는 가로형의 원통 연삭 장치를 제안한다.
이들 특허문헌 9 내지 특허문헌 12 에 개시되는 가로형의 원통 연삭 장치는, 감속 기구를 개재하여 서보 모터에 의해 센터축을 회전시키는 주축대와 좌우 방향으로 이동 가능한 심압대의 1 쌍으로 이루어지는 클램프 기구와, 이 클램프 기구의 주축대 센터와 심압대 센터에 의해 원기둥 형상 실리콘 잉곳의 축심이 수평 (가로) 방향으로, 또한 회전 가능하도록 지지된 원기둥 형상 잉곳의 원주 상면부에 원판 형상 평지석의 원형 평면이 향하도록 지석 축으로 축승 (軸承) 된 연삭 헤드를 승강시키는 승강 기구와, 상기 연삭 헤드를 원기둥 형상 잉곳의 상기 축심에 대하여 평행하게 좌우 직선 이동시키는 이동 기구로 이루어진다.
원기둥 형상 실리콘 잉곳의 원통 연삭은, 회전하는 원기둥 형상 잉곳의 원주 상면부 높이 위치의 모따기하는 높이 위치에 원판 형상 평지석의 저면을 승강 기구에 의해 하강시키고, 이어서 리니어 이동 기구에 의해 연삭 헤드를 우방향으로 이동시켜 연삭 헤드의 원판 형상 평지석을 원기둥 형상 잉곳의 원주 상면에 회전시키면서 원기둥 형상 잉곳과 맞닿게 하여 절삭을 개시하고, 원판 형상 평지석이 원기둥 형상 잉곳의 우단 위치에 도달한 후, 원판 형상 평지석을 승강 기구에 의해 절삭량의 높이량 하강시켜, 리니어 이동 기구에 의해 원판 형상 평지석의 이동 방향을 좌방향으로 반전시키고, 이어서 원판 형상 평지석이 원기둥 형상 잉곳의 좌단 위치에 도달한 후, 원판 형상 평지석을 승강 기구에 의해 절삭량의 높이량 하강시켜, 리니어 이동 기구에 의해 연삭 헤드를 우방향으로 이동시키고, 원판 형상 평지석이 원기둥 형상 잉곳의 우단 위치에 도달한 후, 원판 형상 평지석을 승강 기구에 의해 절삭량의 높이량 하강시켜, 리니어 이동 기구에 의해 원판 형상 평지석의 이동 방향을 좌방향으로 반전시키고, 이어서 원판 형상 평지석이 원기둥 형상 잉곳의 좌단 위치에 도달한 후, 이하 동일하게 하여 원판 형상 평지석의 하강, 반전, 모따기, 하강, 반전, 모따기를 반복하여, 원하는 두께 (10 ㎛ ∼ 5 ㎜) 의 모따기 가공을 실시한다.
본원 특허 출원인은, 와이어 커팅할 때의 칩핑이 발생하지 않는 각기둥 형상 실리콘 잉곳 블록 (각기둥 형상 실리콘 잉곳 블록) 을 단시간에 제조할 수 있는 워크 로딩/언로딩 스테이지, 워크의 측면 조연삭 스테이지, 워크의 측면 마무리 연삭 스테이지 및 워크 4 모서리 (R) 마무리 연삭 스테이지를 갖는 모따기 가공 장치에 워크 로더를 부속시킨 복합 모따기 가공 장치 (도 3 참조) 를 일본 특허출원 2009-296602호 명세서 (특허문헌 13) 에서 제안하였다.
본원 특허 출원인은 또한, 상기 복합 모따기 가공 장치의 워크의 측면 조연삭 스테이지 또는 워크의 측면 마무리 연삭 스테이지에 있어서, 원기둥 형상 실리콘 잉곳을 원통 연삭 가공할 수 있는 것, 혹은 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 모서리 (R) 원호 연삭 가공할 수 있는 것을 일본 특허출원 2010-1734호 명세서 (특허문헌 14) 에서 제안하였다.
일본 공개특허공보 평8-73297호 미국 공개 특허 제2008/0223351 A1 명세서 일본 공개특허공보 2009-99734호 일본 공개특허공보 2004-6997호 일본 공개특허공보 2009-55039호 일본 특허 제4133935호 명세서 일본 공개특허공보 2009-233794호 일본 공개특허공보 2002-252188호 일본 특허공보 소49-16400호 일본 공개특허공보 평4-322965호 일본 공개특허공보 평6-166600호 일본 공개특허공보 평6-246630호 일본 특허출원 2009-299602호 명세서 (비공개) 일본 특허출원 2010-001734호 명세서 (비공개)
주식회사 JCM, "태양 전지 제조 장치 단결정 전자동 라인", [온라인], 헤이세이 21년 3월 9일 검색, 인터넷 ＜URL：http://www.e-jcm.co.jp/SolarCell/Mono/Auto/＞
본 발명의 제 1 목적은, 상기 특허문헌 13 에 기재된 복합 모따기 장치의 4 측면 조연삭 스테이지를 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 모서리 (R) 연삭 가공으로 변경한 각기둥 형상 블록의 4 측면 평탄화 가공 및 4 모서리 (R) 연삭 가공할 수 있는 복합 모따기 가공 장치의 제공에 있다.
본 발명의 제 2 목적은, 상기 특허문헌 13 에 기재된 복합 모따기 가공 장치의 잉곳 블록의 워크 로딩/언로딩 스테이지에 구비된 워크의 척 기구 (주축대와 심압대) 를 블록의 면 박리 가공 스테이지의 척 기구로 이용하기 위하여, 상기 복합 모따기 가공 장치의 좌단측에 슬라이서 장치를 부속시키고, 원기둥 형상 블록의 4 측면의 면 박리 가공과, 이 면 박리 가공되어 형성된 각기둥 형상 블록의 4 측면 평탄화 가공과, 4 모서리 (R) 연삭 가공할 수 있는 복합 모따기 가공 장치의 제공에 있다.
본 발명의 청구항 1 은,
a) 기계 케이싱 (베이스) 상에 좌우 방향으로 형성된 안내 레일 상을 좌우 방향으로 왕복 이동할 수 있도록 형성된 워크 테이블,
b) 이 워크 테이블 상에 좌우로 분리되어 탑재된 주축대와 심압대의 1 쌍으로 이루어지는 클램프 기구,
c) 상기 클램프 기구에 지지 현가된 워크를 탑재한 상기 워크 테이블을 좌우 방향으로 왕복 이동시키는 구동 기구,
d) 상기 워크 테이블을 정면측으로부터 직각으로 보는 방향이며, 또한 좌측 방향에서 우측 방향을 향하여,
e) 전후 이동 가능한 지석 축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석 또는 링 형상 지석의 1 쌍을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 제 1 연삭 스테이지,
f) 상기 제 1 연삭 스테이지의 우횡측에 평행하게 형성된, 전후 이동 가능한 지석 축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석 또는 링 형상 지석의 1 쌍을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 제 2 연삭 스테이지,
g) 상기 제 2 연삭 스테이지의 우횡측이며 상기 워크 테이블의 앞쪽에 위치하는 하우징재에 워크를 상기 클램프 기구에 대한 이출입 (移出入) 을 가능하도록 하는 개구부를 구비하는 로드 포트, 및
h) 상기 로드 포트에 대향하는 상기 워크 테이블의 뒷쪽에, 지석을 갖는 지석 축을 워크 테이블의 좌우 방향으로 평행하며, 이 지석 축을 그 축심이 전후 방향으로 이동 가능하도록 툴 테이블 상에 형성한 R 코너부 마무리 연삭 스테이지, 를 형성한 것을 특징으로 하는 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치를 제공하는 것이다.
(또한, 상기 제 1 연삭 스테이지와 상기 제 2 연삭 스테이지 중 어느 일방은 워크의 4 모서리 (R) 연삭 가공에 사용되고, 타방은 워크의 측면 연삭 가공에 사용되는 것이다.)
본 발명의 청구항 2 에 기재된 실리콘 잉곳의 모따기 가공 장치는, 상기 제 1 연삭 스테이지에서 사용하는 지석이 워크의 4 모서리 (R) 연삭 가공에 사용하는 조연삭 지석이며, 이 1 쌍의 조연삭 지석의 컵 지석 직경 또는 링 지석 직경은 상이하고, 일방의 직경이 타방의 직경보다 5 ∼ 20 ㎜ 짧은 것을 특징으로 하는, 청구항 1 에 기재된 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치에 있다.
본 발명의 청구항 3 에 기재된 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치는, 상기 청구항 2 에 기재된 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치의 좌단면에, 상기 워크 테이블의 좌우 이동 안내 레일을 연장하여 형성함과 함께, 워크 테이블을 탑재하는 클램프 기구의 주축대와 심압대의 워크 지지축 (C 축) 을 사이에 두고 1 쌍의 회전 블레이드 (슬라이서 블레이드) 를 그 회전 블레이드 직경면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 측면 박리 가공 스테이지를 형성한 것을 특징으로 하는, 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치에 있다.
본 발명의 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치를 사용하여 C 축 단면이 절단된 원기둥 형상 잉곳 블록을 클램프 기구에 지지한 상태에서 슬라이서 블레이드의 회전으로 4 측면을 박리 가공한 후, 1 쌍의 제 1 연삭 지석을 사용하여 잉곳 블록의 4 모서리 (R) 를 조연삭 가공 (모따기 가공) 하고, 계속해서 1 쌍의 제 2 연삭 지석을 사용하여 잉곳 블록의 4 측면을 연삭 가공 (모따기 가공) 한 후, 마지막으로 지석에 의해 잉곳 블록의 4 모서리 (R) 를 마무리 연삭 가공 (모따기 가공) 할 수 있다.
본 발명의 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치는, 각기둥 형상 실리콘 잉곳을 공중에 매단 클램프 기구를 좌우 방향으로 왕복 이동시키면서, 또한 주축대의 클램프축을 360 도 회전시키면서 원통 형상의 지석에 의해 잉곳 블록의 4 모서리 (R) (코너부) 를 모따기 가공할 수 있으며, 얻어지는 4 모서리 (R) 의 표면 평활도 (Ry) 는 0.05 ∼ 0.2 ㎛ 로 매우 광택이 우수한 것이다. 또, 제 2 연삭 지석에 의해 모따기된 잉곳 블록의 4 측면의 표면 평활도 (Ry) 는 0.5 ∼ 2 ㎛ 로 특허문헌 3 에 기재된 실시예 기재의 5 ㎛ 의 값과 비교하여 현격히 우수한 값이다.
특허문헌 7 에 기재된 잉곳 블록의 모따기 가공 장치의 R 코너부 모따기 2 공정, 평면 조연삭 4 공정 및 평면 마무리 연삭 4 공정의 합계 10 공정에 대하여, 본원 발명의 모따기 가공 장치는 제 1 연삭 지석에 의한 4 모서리 (R) 면의 조연삭 가공 1 공정, 제 2 연삭 지석에 의한 측면 모따기 2 공정 (주축대의 90 도 회전이 2 회) 및 4 모서리 (R) 면의 지석에 의한 마무리 연삭 가공 1 공정의 합계 5 공정으로 모따기 작업을 실시할 수 있으므로, 모따기 가공 시간은 약절반 감소에 조금 못 미치게 된다. 1 변이 156 ㎜, 높이가 250 ㎜ 이며 4 모서리에 R 부를 남기고 밴드 소에 의해 절단된 각기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳의 모따기 가공을 스루풋 가공 시간 약 45 분만에 생산할 수 있다. 또, 156 ㎜ 변, 높이 500 ㎜ 의 각기둥 형상 실리콘 잉곳의 모따기 가공의 스루풋 가공 시간은, 약 90 분 동안에 실시할 수 있다.
도 1 은 면 박리 가공 스테이지를 구비한 복합 모따기 가공 장치의 평면도이다.
도 2 는 면 박리 가공 스테이지를 구비한 복합 모따기 가공 장치의 정면도이다.
도 3 은 모따기 가공 장치를 정면 좌측 기울기 약 15 도의 각도에서 본 사시도이다.
도 4 는 모따기 가공 장치의 평면도이다.
도 5 는 모따기 가공 장치의 정면도이다.
도 6 은 모따기 가공 장치의 좌측면도이다.
도 7 은 모따기 가공 장치의 우측면도이다.
도 8 은 밀폐 커버, 워크 스토커 및 워크 로딩/언로딩 장치를 떼어내고 본 모따기 가공 장치의 평면도이다.
도 9 는 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 모서리 (R) 부를 컵 지석에 의해 원호 연삭 가공하고 있는 상태를 나타내는 평면도이다.
본 발명의 복합 모따기 가공 장치 (1) 는, 도 1, 도 2, 도 4 및 도 8 에 나타내는 바와 같이, 기계 케이싱 (베이스 : 2) 에 좌우 방향으로 연장되어 부설된 1 쌍의 안내 레일 (3, 3) 상을 좌우 방향으로 왕복 이동할 수 있도록 형성된 워크 테이블 (4) 을 형성하고 있다. 이 워크 테이블 (4) 의 좌우 왕복 이동은, 서보 모터 (5) 에 의한 회전 구동을 볼 나사 (6) 가 받아 회전하고, 이 볼 나사에 나사 결합된 고정대 (도시 생략) 가 좌방향 또는 우방향으로 전진함으로써, 이 고정대 표면에 워크 테이블 (4) 의 이면이 고정되어 있는 워크 테이블 (4) 이 좌방향 또는 우방향으로 전진한다. 워크 테이블 (4) 의 좌방향 또는 우방향의 전진은, 서보 모터 (5) 의 회전축이 시계 방향인지, 반시계 방향인지에 따라서 결정된다.
이 워크 테이블 (4) 상에 좌우로 분리되어 탑재된 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 의 1 쌍으로 이루어지는 클램프 기구 (7) 가 탑재되어 있다. 따라서, 워크 테이블 (4) 의 좌방향 또는 우방향의 이동에 부수되어 이 클램프 기구 (7) 도 좌방향 또는 우방향으로 이동하고, 클램프 기구 (7) 의 주축대 센터 지지축 (7a1) 과 심압대 센터 지지축 (7b1) 에 의해 지지 현가되어 공중에 매달린 상태로 된 워크 (각기둥 형상 잉곳 블록 : w) 가 4 모서리 (R) 마무리 연삭 스테이지 (9), 제 2 연삭 스테이지 (10), 제 1 의 4 모서리 (R) 조연삭 스테이지 (11), 또는 로드 포트 (8) 위치로 이동할 수 있도록 되어 있다.
클램프 기구 (7) 는 특허문헌 7 에 기재되는 바와 같이 공지된 척 기구로서, 원통 연삭반에서 흔히 사용되고 있다. 주축대 (7a) 는 주축대 센터 지지축 (7a1) 을 서보 모터 (7am) 에 의해 회전시킴으로써 워크 (w) 를 360 도 혹은 90 도 회전시키는 기능을 갖는다. 심압대 (7b) 는 공기 실린더 (7e) 구동으로 가이드 레일 상을 좌우로 이동할 수 있는 이동대 (7bt) 상에 형성되어, 워크를 클램프 기구 (7) 로 지지 현가한 후, 레버를 아래로 눌러 고정시켜, 워크 테이블 (4) 의 이동에 의해 심압대 (7b) 를 탑재한 이동대 (7bt) 가 이동하는 것을 방지한다.
상기 4 모서리 (R) 마무리 연삭 스테이지 (9), 제 2 연삭 스테이지 (10), 제 1 연삭 스테이지 (11), 및 로드 포트 (8) 의 위치 관계는, 상기 워크 테이블 (4) 을 정면측으로부터 직각으로 보는 방향이며, 또한 좌측 방향에서 우측 방향을 향하여, 면 박리 가공 스테이지 (90), 제 1 의 4 모서리 (R) 조연삭 스테이지 (11), 제 2 연삭 스테이지 (10), 로드 포트 (8) 를 형성하고, 이 로드 포트 (8) 의 배면에 4 모서리 (R) 마무리 연삭 스테이지 (9) 가 형성된다. 면 박리 가공 스테이지 (90), 4 모서리 (R) 마무리 연삭 스테이지 (9), 제 1 연삭 스테이지 (11) 및 제 2 연삭 스테이지 (10) 는 밀폐 커버 (12) 로 덮여 있다 (도 1, 도 3 참조). 또, 로드 포트 (8) 는 편측 횡슬라이드문 (12a) 에 의해 닫힌다. 밀폐 커버 (12) 로 덮인 각 연삭 스테이지 (9, 10, 11) 의 공간에는 배기 덕트 (13) 가 접속되어, 이 공간 내에 부유하는 미스트나 연삭 부스러기를 외부로 배출한다.
제 2 연삭 스테이지 (10) 는, 서보 모터 (10m, 10m) 의 회전 구동에 의해 전후 이동 가능한 툴 테이블 (10t, 10t) 상에 형성된 지석 축의 1 쌍 (10a, 10a) 에 축승된 컵 휠형 지석 또는 링 형상 지석의 1 쌍 (10g, 10g) 을 그 연삭 지석면 (10gs, 10gs) 이 서로 대향하도록 워크 테이블 (4) 을 사이에 두고 워크 테이블 (4) 전후로 대칭되고 또한 지석 축심 (10o, 10o) 이 동일선 상이 되는 위치에 형성하고, 이들 지석 축 (10a, 10a) 은 서보 모터 (10M, 10M) 의 회전 구동에 의해 회전되는 구조로 되어 있다.
서보 모터 (10m, 10m) 에 의한 회전 구동을 볼 나사가 받아 회전하고, 이 볼 나사에 나사 결합된 고정대가 전방향 또는 후방향으로 전진 또는 후퇴함으로써, 이 고정대 표면에 툴 테이블 (10t, 10t) 의 이면이 고정되어 있는 툴 테이블 (10t, 10t) 이 전진 이동 또는 후퇴 이동한다. 이 툴 테이블이 전진 또는 후퇴하는 이동 방향은, 서보 모터 (10m, 10m) 의 회전축이 시계 방향인지, 반시계 방향인지에 따라서 결정된다.
제 1 연삭 스테이지 (11) 는, 서보 모터 (11m, 11m) 의 회전 구동에 의해 전후 이동이 가능한 툴 테이블 (11t, 11t) 상에 형성된 지석 축의 1 쌍 (11a, 11a) 에 축승된 컵 휠형 지석 또는 링 형상 지석의 1 쌍 (11g, 11g) 을 그 연삭 지석면 (11gs, 11gs) 이 서로 대향하도록 워크 테이블 (4) 을 사이에 두고 워크 테이블 (4) 전후로 대칭되고 또한 지석 축심 (11o, 11o) 이 동일선 상이 되는 위치에 형성하고, 이들 지석 축 (11a, 11a) 은 서보 모터 (11M, 11M) 의 회전 구동에 의해 회전되는 구조로 되어 있다.
서보 모터 (11m, 11m) 에 의한 회전 구동을 볼 나사가 받아 회전하고, 이 볼 나사에 나사 결합된 고정대가 전방향 또는 후방향으로 전진 이동 또는 후퇴 이동 함으로써, 이 고정대 표면에 툴 테이블 (11t, 11t) 의 이면이 고정되어 있는 툴 테이블 (11t, 11t) 이 전진 또는 후퇴한다. 이 툴 테이블이 전진 또는 후퇴하는 이동 방향은, 서보 모터 (11m, 11m) 의 회전축이 시계 방향인지, 반시계 방향인지에 따라서 결정된다.
제 1 연삭 스테이지 (11) 는, 상기 제 2 연삭 스테이지 (10) 의 우횡측에 평행하게 형성된다. 즉, 양 연삭 스테이지 (10, 11) 의 지석 축심 (10o, 11o) 은 평행해지도록 형성된다.
또한, 상기 제 2 연삭 스테이지 (10) 에서 사용하는 지석 및 상기 제 1 연삭 스테이지 (11) 에서 사용하는 지석은, 좌우의 지석의 지반이 동일해도 되고 상이해도 된다.
연삭 지석 (10g, 10g, 11g, 11g) 의 컵 지석 직경 또는 링 지석 직경은, 1 변이 150 ㎜ 인 정사각형 형상의 태양 전지용 실리콘 기판을 목적으로 할 때에는 240 ∼ 260 ㎜ 이며, 컵 지석편의 폭은 3 ∼ 10 ㎜, 링 형상 지석 폭은 5 ∼ 15 ㎜ 인 것이 실리콘 잉곳의 연삭 번 방지의 관점에서 바람직하다. 지석의 중심점으로부터 지석 폭 외주의 거리 (반경) 는, 제 1 연삭 지석의 1 개 또는 2 개와 제 2 연삭 지석의 2 개는 동일 반경인 것이, 1 쌍의 제 1 조연삭 지석 (10g, 10g) 의 컵 지석 직경 또는 링 지석 직경은 일방의 직경이 타방의 직경보다 5 ∼ 20 ㎜ 짧은 것이 바람직하다.
연삭 지석 (10g, 11g) 의 지립은 다이아몬드 지립, CBN 지립이 바람직하고, 결합제 (본드) 는 메탈 본드, 비트리파이드 본드, 에폭시레진 본드가 좋다. 예를 들어, 컵 휠형 연삭 지석 (10g, 11g) 은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평9-38866호, 일본 공개특허공보 2000―94342호나 일본 공개특허공보 2004-167617호 등에 개시되는 유저 통 형상 지석 대금 (臺金) 의 하부 고리형 고리에 지석 블레이드의 다수를 연삭액이 흩어 없어지는 간극 간격으로 고리형으로 배치한 컵 휠형 지석으로, 대금의 내측에 공급된 연삭액이 상기 간극으로부터 흩어 없어지는 구조인 것이 바람직하다. 이 컵 휠형 지석 (11g) 의 고리형 지석 블레이드의 직경은, 각기둥 형상 실리콘 잉곳의 1 변의 길이의 1.2 ∼ 1.5 배의 직경인 것이 바람직하다. 상기 컵 휠형 제 1 조연삭 지석 (11g) 의 고리형 지석 블레이드는, 지번 100 ∼ 280 번의 다이아몬드 레진 본드 지석, 또는 다이아몬드 비트리파이드 본드 지석이 바람직하다. 또, 컵 휠형 제 2 연삭 지석 (10g) 의 고리형 지석 블레이드는, 지번 300 ∼ 1,200 번의 다이아몬드 레진 본드 지석, 다이아몬드 비트리파이드 본드 지석, 또는 다이아몬드 메탈 본드 지석이 바람직하다. 또, 후술하는 지석 (9g) 으로는 지번 300 ∼ 1,200 번의 다이아몬드 지석이 바람직하다.
연삭액으로는 순수, 콜로이드실리카 수분산액, 세리아 수분산액, SC-1 액, SC-2 액, 혹은 순수와 이들 상기한 수분산액 또는 연삭액을 병용한다. 또한, 연삭액으로는 환경을 고려한 수처리 면에서 순수만을 이용하는 것이 바람직하다.
로드 포트 (8) 는, 제 2 연삭 스테이지 (10) 의 우횡측이며 워크 테이블 (4) 의 앞쪽에 위치하는 하우징재에 워크 (w) 를 상기 클램프 기구에 대한 이출입을 가능하도록 하는 개구부를 형성함으로써 형성된다.
4 모서리 (R) 마무리 연삭 가공 스테이지 (9) 는, 상기 로드 포트 (8) 에 대향하는 상기 워크 테이블 (4) 의 뒷쪽에, 지석 (9w) 을 갖는 지석 축 (9a) 을 워크 테이블 (4) 의 좌우 방향으로 평행하며, 이 지석 축 (9a) 의 축심 (9o) 을 전후 방향으로 이동 가능하도록 툴 테이블 (9t) 상에 형성한 구조를 취한다.
도 1, 도 4 및 도 7 로부터 이해되는 바와 같이, 지석 축 (9a) 의 회전 구동은 서보 모터 (9M) 의 회전 구동에 의해 이루어지고, 툴 테이블 (9t) 의 전진 후퇴는, 서보 모터 (9m) 에 의한 회전 구동을 볼 나사가 받아 회전하고, 이 볼 나사에 나사 결합된 고정대가 전방향 또는 후방향으로 전진 또는 후퇴함으로써, 이 고정대 표면에 툴 테이블 (9t) 의 이면이 고정되어 있는 툴 테이블 (9t) 이 안내 레일 (9r, 9r) 상을 전진 이동 또는 후퇴 이동한다. 이 툴 테이블이 전진 또는 후퇴하는 이동 방향은, 서보 모터 (9m) 의 회전축이 시계 방향인지, 반시계 방향인지에 따라서 결정된다.
도 2 에 있어서, 부호 9c 는 연삭액 공급관을, 도 6 에 있어서 부호 9d 는 건조 공기 (드라이 에어) 공급구를 나타낸다. 이 건조 공기는, 모따기 가공되어 연삭액 (순수) 에 의해 세정된 각기둥 형상 잉곳 (워크) 의 표면에 분사되어, 연삭액을 날려 보내고 각기둥 형상 잉곳 표면을 건조시키는 데에 사용된다. 또, 도 1 및 도 3 에 있어서 부호 20 은 제어 장치를, 부호 21 은 조작반을 나타낸다.
도 1, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치 (1) 는, 상기 워크 테이블 (4) 의 앞쪽이며 상기 로드 포트 (8) 와 상기 제 2 연삭 스테이지 (10) 의 공간부에 워크 로딩/언로딩 장치 (13) 및 잉곳 블록 3 개를 저장하는 워크 스토커 (14) 를 기계 케이싱 (2) 상에 나란히 형성하고 있다. 부호 15 는, 발판 사다리를 구비한 운반 대차 (16) 의 테이블 상에 탑재된 예비 워크 스토커이다.
워크 스토커 (14, 15) 는, 잉곳 블록 (워크) 3 개 (w, w, w) 를 45 도 경사지게 하여 수납할 수 있는 단면 (斷面) 이 역이등변 삼각형 형상인 V 자 선반단을 구비하고, 기계 케이싱으로부터 돌출된 위치 결정핀 (16) 상에 탑재되어 있다.
상기 워크 로딩/언로딩 장치 (13) 는, 워크 스토커 (14) V 자 선반단에 보관되어 있는 잉곳 블록 1 개를 1 쌍의 클로 (13a, 13b) 로 끼워 잡고, 양 클로를 상승시킴으로써 워크를 매달아 올리고, 이어서 후퇴, 우방향으로의 이동, 하강시켜 로드 포트 (8) 앞에 위치시키고, 더욱 후퇴시킴으로써 이 로드 포트 (8) 로부터 워크를 클램프 장치 (7) 의 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 사이에서 반송한다. 워크의 일단을 주축대 (7a) 의 센터 지지축 (7a1) 에 맞닿게 한 후, 심압대 (7b) 를 공기 실린더 (7e) 로 우방향으로 이동시켜 센터 지지축 (7b1) 에 타단을 맞닿게 하고 워크를 45 도 V 경사시키고 또한 4 면을 공중에 매달린 상태로 지지 현가한다. 이어서, 상기 클로 (13a, 13b) 를 이간시켜 워크의 파지를 개방하고, 이어서 양 클로 (13a, 13b) 를 지지하는 고정대 (13f) 를 상승시켜 좌방향으로 이동시키고, 또한 전방향으로 후퇴시켜 양 클로 (13a, 13b) 를 대기 위치로 되돌린다.
또, 상기 클램프 장치 (7) 에 4 면이 공중에 매달린 상태로 지지 현가되어 있는 모따기 가공 및 세정·풍건된 워크를 양 클로 (13a, 13b) 로 파지하고, 이어서 양 클로 (13a, 13b) 를 지지하는 고정대 (13f) 를 상승시켜 좌방향으로 이동시키고, 또한 전방향으로 후퇴시켜 양 클로 (13a, 13b) 를 워크 스토커 (14, 15) 의 빈 선반 상방으로 이동시킨 후, 하강시켜 워크를 상기 빈 선반에 탑재한 후, 양 클로 (13a, 13b) 를 이간시켜 워크를 개방한 후, 상기 대기 위치로 양 클로 (13a, 13b) 를 되돌린다.
양 클로 (13a, 13b) 를 지지하는 고정대 (13f) 의 전후 방향의 이동은, 도 4및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 서보 모터 (13m) 에 의해 회전 구동된 볼 나사 (13k) 에 이면을 나사 결합시킨 고정대 (13f) 의 활주면 (13s) 을 칼럼 (13c) 측면에 형성된 안내 레일 (13g) 상을 활주시킴으로써 이루어진다. 양 클로 (13a, 13b) 를 지지하는 고정대 (13f) 의 상하 방향의 이동은, 에어 실린더 (13p) 에 의해 이루어진다. 양 클로 (13a, 13b) 의 이간은, 도 7 의 원내에 나타내어지는 마이크로 위크 에어 실린더 (13e) 를 사용하여 양 클로 (13a, 13b) 를 이간시킨다. 양 클로 (13a, 13b) 의 약간의 승강 미세 조정은, 마이크로 위크 에어 실린더 (13l) 를 사용하여 실시한다. 양 클로 (13a, 13b) 의 약간의 전후 이동의 미세 조정은, 마이크로 위크 에어 실린더 (13R) 를 사용하여 실시한다.
원기둥 형상 잉곳 블록의 4 측면 박리 가공 스테이지 (90) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상기 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치의 좌단면에 상기 워크 테이블 (4) 의 좌우 이동 안내 레일을 연장하여 형성함과 함께, 이 워크 테이블 (4) 에 탑재하는 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 의 워크 지지축 (C 축) 을 사이에 두고 1 쌍의 회전 블레이드 (슬라이서 블레이드 : 91a, 91b) 를 그 회전 블레이드 직경면이 서로 대향하도록 워크 테이블 (4) 을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 측면 박리 가공 스테이지 (90) 이다.
1 쌍의 회전 블레이드 (내주 블레이드 : 91a, 91b) 는, 1 쌍의 회전축 (92a, 92b) 에 축승되고, 이들 회전축은 구동 모터 (93m, 93m) 에 의해 회전됨으로써, 회전 블레이드 (91a, 91b) 는 워크에 대하여 동일 시계 방향으로 50 ∼ 7,500 min-1 의 회전 속도로 회전된다 (양 회전축의 회전 방향은 서로 역방향이 된다). 상기 회전축 (92a, 92b) 은 툴 테이블 (94, 94) 을 전후 이동시킴으로써 잉곳 블록 (w) 의 면 박리 가공 개시 위치로 이동 가능하다. 워크 테이블 (4) 은 5 ∼ 200 ㎜/분의 속도로 이동 가능하고, 회전축 (92a, 92b) 의 승강은 100 ㎜ 까지 상하 이동 가능하다. 상기 회전 블레이드로는, 직경이 450 ∼ 800 ㎜, 두께 0.1 ∼ 1.0 ㎜ 의 강판 시트에 다이아몬드 미립자를 전착 (電着) 한 다이아몬드 커터가 사용된다.
워크 (원기둥 형상 잉곳 블록) 의 C 축을 수평 방향으로 지지하는 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 좌방향으로 이동시킴으로써 워크 단면의 전후가 1 쌍의 회전 블레이드 (91a, 91b) 에 맞닿고, 이들 회전 블레이드에 의해 원기둥 형상 워크 전면 및 후면이 원호 형상으로 연삭되어 떨어지는 면 박리 가공이 이루어진다. 워크 전후면의 면 박리 가공이 종료되면, 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 의 지지축을 90 도 회전시켜, 면 박리 가공이 이루어지지 않은 워크의 원호면을 전후 위치로 향하게 하고, 이어서 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 반전시켜, 상기 1 쌍의 회전 블레이드 (91a, 91b) 를 역방향으로 구동 모터 (93m, 93m) 에 의해 회전시켜 면 박리 가공을 실시한다. 4 측면의 면 박리 가공 시간은, 직경이 200 ㎜, 높이가 250 ㎜ 인 원기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳 블록에서 10 ∼ 20 분, 직경이 200 ㎜, 높이 500 ㎜ 의 원기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳 블록에서 18 ∼ 36 분만에 실시할 수 있다.
본 발명의 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치 (1) 를 사용하여, 워크 (w) 로서 양단이 평면 절단된 원기둥 형상 잉곳 블록을 면 박리 가공 및 모따기 가공하여 4 모서리에 길이 5 ∼ 30 ㎜ 의 원호가 남겨진 각기둥 형상 실리콘 잉곳 블록으로 가공하는 작업은, 다음과 같이 하여 이루어진다.
1). 워크 스토커 (14) V 자 선반단에 보관되어 있는 잉곳 블록 (워크) 1 개를 워크 로딩/언로딩 장치 (13) 를 사용하여 클램프 기구 (7) 에 반송하고, 이어서 워크를 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 에 의해 지지 현가시킨다.
2). 잉곳 블록을 공중에 매달아 지지 현가한 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 1 ∼ 15 ㎜/분의 속도로 이동시켜, 워크 단면의 전후를 1 쌍의 회전 블레이드 (91a, 91b) 에 맞닿게 하고, 이들 회전 블레이드에 의해 원기둥 형상 워크 전면 및 후면을 원호상 반달로 연삭하여 떨어뜨리는 면 박리 가공을 실시한다.
3). 워크 전후면의 면 박리 가공이 종료되면, 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 의 지지축을 90 도 회전시켜, 면 박리 가공이 이루어지지 않은 워크의 원호면을 전후 위치로 향하게 하고, 이어서 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 반전시켜, 상기 1 쌍의 회전 블레이드 (91a, 91b) 를 역방향으로 구동 모터 (93m, 93m) 에 의해 회전시켜 면 박리 가공을 실시한다. 예를 들어, 직경 200 ㎜ 의 원기둥 형상 잉곳 블록은 1 변의 길이가 약 155 ㎜ 인 정사각형 단면이 되도록 원호부는 연삭되어 떨어진다.
4). 사각 기둥 형상으로 면 박리 가공된 잉곳 블록을 공중에 매달아 지지 현가한 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 1 ∼ 15 ㎜/분의 속도로 이동시키면서, 주축대 (7a) 에 의해 워크를 회전시킨다. 한편, 1 쌍의 제 1 조연삭 지석 (11g, 11g) 을 100 ∼ 300 rpm 의 회전 속도로 동기 제어 회전시키면서, 상기 워크의 전후면에 연삭액 20 ∼ 1,000 cc/분의 양을 작업점에 공급하면서 상기 사각 기둥 형상 잉곳 블록의 4 모서리 (R) 를 조연삭 가공하여, 2 ∼ 7 ㎜ 두께의 R 모따기 가공 작업을 종료시킨다. 도 9 에 그 4 모서리 (R) 조연삭 가공 작업의 플로우를 나타낸다.
5). 상기 잉곳 블록의 제 1 조연삭 가공의 4 모서리 (R) 모따기 작업이 종료된 후, 4 모서리 (R) 모따기 가공된 잉곳 블록을 공중에 매달아 지지 현가한 클램프 기구 (7) 를 탑재한 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 1 ∼ 15 ㎜/분 속도로 이동시키면서 1 쌍의 정밀 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 을 1,200 ∼ 3,000 rpm 의 회전 속도로 회전시키면서 워크의 전후면에 맞닿게 하고, 슬라이딩 마찰시켜 잉곳 블록의 전후면을 동시에 동기 제어 정밀 마무리 연삭 가공 (0.05 ∼ 0.1 ㎜ 양의 절삭을 실시하는 작업) 을 실시한다. 워크 테이블 1 회의 우방향 이동으로 종료되지 않을 때에는, 워크 테이블 (4) 의 좌우 방향으로 1 ∼ 15 ㎜/분 속도로 왕복 이동 및 정밀 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 의 인피드 연삭 (infeed-grinding) 을 실시한다. 이 정밀 마무리 측면 따기 가공시, 각기둥 형상 잉곳 블록과 컵 휠형 정밀 마무리 연삭 지석이 맞닿는 가공 작업점을 향하여 연삭액이 50 ∼ 1,000 cc/분의 공급량으로 공급된다.
6). 잉곳 블록을 공중에 매달아 지지 현가한 클램프 기구 (7) 의 주축대의 센터 지지축 (7a1) 을 90 도 회전시킴으로써 지지 현가되어 있는 잉곳 블록의 미가공의 제 2 연삭 가공면을 전후 위치로 하고, 이어서 이 각기둥 형상 잉곳 블록을 공중에 매달아 지지 현가한 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 1 ∼ 15 ㎜/분 속도로 이동시키면서 1 쌍의 정밀 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 을 1,200 ∼ 3,000 rpm 의 회전 속도로 회전시키면서 워크의 전후면에 맞닿게 하고, 슬라이딩 마찰시켜 잉곳 블록의 전후면을 동시에 동기 제어 정밀 마무리 연삭 가공 (0.05 ∼ 0.1 ㎜ 량의 절삭을 실시하는 작업) 을 실시한다. 워크 테이블 1 회의 우방향 이동으로 종료되지 않을 때에는, 워크 테이블 (4) 의 좌우 방향으로 1 ∼ 15 ㎜/분 속도로 왕복 이동 및 정밀 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 의 인피드 연삭 (infeed-grinding) 을 실시한다. 이 정밀 마무리 평모따기 가공시, 각기둥 형상 잉곳 블록과 컵 휠형 정밀 마무리 연삭 지석이 맞닿는 가공 작업점을 향하여 연삭액이 50 ∼ 1,000 cc/분의 공급량으로 공급된다.
7). 4 측면이 평탄 가공 연삭된 사각 기둥 형상 잉곳 블록을 공중에 매달아 지지 현가한 클램프 기구 (7) 를 우방향으로 1 ∼ 15 ㎜/분 속도로 왕복 이동시키면서, 또한 주축대의 센터 지지축을 10 ∼ 300 rpm 의 회전 속도로 회전시키면서 원통 형상의 지석 (9g) 을 800 ∼ 3, 000 rpm 의 회전 속도로 회전시키면서, 연삭액이 5 ∼ 100 cc/분의 양 공급되어 있는 작업점에 인피드하는 원통 연삭을 실시하고, 잉곳 블록의 4 모서리 (R) 를 0.2 ∼ 1.0 ㎜ 모따기하는 정밀 원호 연삭 가공을 실시한다.
8). 상기 4 모서리 (R) 정밀 원호 연삭 가공의 모따기 작업이 종료된 후, 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시켜 워크를 로드 포트 (8) 위치로 후퇴시킨다. 거기서 각기둥 형상 잉곳 블록을 주축대 (7a) 에 의해 회전시키면서 압축 공기를 잉곳 블록 표면에 분사하여 풍건시킨다. 풍건이 끝나면 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 에 의한 각기둥 형상 실리콘 잉곳의 회전 작업을 종료시킨다.
워크 로딩/언로딩 장치 (13) 의 양 클로 (13a, 13b) 를 사용하여 클램프 기구 (7) 에 지지 현가되어 있는 잉곳 블록을 파지하고, 이어서 심압대 (7b) 를 좌방향으로 후퇴시켜 워크의 지지 현가를 해제한 후, 양 클로 (13a, 13b) 를 워크 스토커 (14) V 자 선반단 상방으로 이동시키고, 하강시켜 각기둥 형상 잉곳 블록을 워크 스토커 (14) V 자 선반단에 탑재하고, 이어서 양 클로 (13a, 13b) 를 이간시켜 각기둥 형상 잉곳 블록의 파지를 해제한다.
본 발명의 다른 실시형태로서 각기둥 형상 잉곳 블록의 측면의 평활도 (Ry) 를 0.1 ∼ 0.2 ㎛ 정도로까지 향상시키기 위하여, 제 1 연삭 지석 (11g) 에 4 모서리 (R) 조연삭 가공과 측면 조연삭 가공의 2 종의 가공 작업을 부담시킬 수도 있다. 이 작업을 할 때, 제 2 연삭 지석 (10g) 은 지번 1,000 ∼ 4,000 의 다이아몬드 컵 휠형 지석이 사용된다.
각기둥 형상 잉곳 블록의 4 모서리 (R) 조연삭 가공과 측면 조연삭 가공은 어느 것이 먼저 이루어져도 된다. 예를 들어, 상기 4) 의 4 모서리 (R) 조연삭 가공이 종료된 후, 상기 잉곳 블록의 제 1 조연삭 가공의 4 모서리 (R) 모따기 작업이 종료된 후, 4 모서리 (R) 모따기 가공된 잉곳 블록을 공중에 매달아 지지 현가한 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 좌방향으로 이동시켜 되돌리고, 이어서 우방향으로 1 ∼ 15 ㎜/분 속도로 이동시키면서 1 쌍의 조연삭 지석 (11g, 11g) 을 1,200 ∼ 3,000 rpm 의 회전 속도로 회전시키면서 워크의 전후면에 맞닿게 하고, 슬라이딩 마찰시켜 잉곳 블록의 전후면을 동시에 동기 제어 조연삭 가공 (1 ∼ 2 ㎜ 량의 절삭을 실시하는 작업) 을 실시하고, 또 다시, 워크 테이블 (4) 을 좌방향으로 이동시키고, 잉곳 블록을 공중에 매달아 지지 현가한 클램프 기구 (7) 의 주축대의 센터 지지축 (7a1) 을 90 도 회전시킴으로써 지지 현가되어 있는 잉곳 블록의 미가공의 제 1 연삭 가공면을 전후 위치로 하고, 이어서 이 각기둥 형상 잉곳 블록을 공중에 매달아 지지 현가한 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 1 ∼ 15 ㎜/분 속도로 이동시키면서 1 쌍의 조연삭 지석 (11g, 11g) 을 1,200 ∼ 3,000 rpm 의 회전 속도로 회전시키면서 워크의 전후면에 맞닿게 하고, 슬라이딩 마찰시켜 잉곳 블록의 전후면을 동시에 동기 제어 조연삭 가공 (1 ∼ 2 ㎜ 량의 절삭을 실시하는 작업) 을 실시한다.
상기 작업이 가해짐으로써, 스루풋 시간은 1 변이 156 ㎜, 높이가 250 ㎜ 이며 4 모서리에 R 부를 남기고 밴드 소에 의해 절단된 각기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳 블록의 모따기 가공의 스루풋 가공 시간은 약 80 분으로 길어진다. 또, 156 ㎜ 변, 높이 500 ㎜ 의 각기둥 형상 실리콘 잉곳의 모따기 가공의 스루풋 가공 시간은 약 155 분이 된다.
실리콘 잉곳 블록의 모따기 가공 작업의 스루풋 시간이 종래 (conventional) 가공 장치의 약 절반으로 실시할 수 있는 실리콘 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치이다.
1 복합 모따기 가공 장치
w 잉곳 블록
2 기계 케이싱
4 워크 테이블
7 클램프 기구
7a 주축대
7b 심압대
8 로드 포트
9 R 코너부 연삭 스테이지
9g 4 모서리 (R) 마무리 연삭 가공용 원통 형상의 지석
10 제 2 연삭 스테이지 (4 측면 연삭 가공)
10g 컵 휠형 정밀 마무리 연삭 지석
11 제 1 연삭 스테이지 (4 모서리 (R) 조연삭 가공)
11g 컵 휠형 조연삭 지석
13 워크 로딩/언로딩 장치
14 워크 스토커
90 면 박리 가공 스테이지
91a, 91b 회전 블레이드

Claims (3)

  1. a) 기계 케이싱 (베이스) 상에 좌우 방향으로 형성된 안내 레일 상을 좌우 방향으로 왕복 이동할 수 있도록 형성된 워크 테이블,
    b) 이 워크 테이블 상에 좌우로 분리하여 탑재된 주축대와 심압대의 1 쌍으로 이루어지는 클램프 기구,
    c) 상기 클램프 기구에 지지 현가된 워크를 탑재한 상기 워크 테이블을 좌우 방향으로 왕복 이동시키는 구동 기구,
    d) 상기 워크 테이블을 정면측으로부터 직각으로 보는 방향이며, 또한 좌측 방향에서 우측 방향을 향하여,
    e) 전후 이동 가능한 지석 축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석 또는 링 형상 지석의 1 쌍을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 제 1 연삭 스테이지,
    f) 상기 제 1 연삭 스테이지의 우횡측에 평행하게 형성된, 전후 이동 가능한 지석 축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석 또는 링 형상 지석의 1 쌍을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 제 2 연삭 스테이지,
    g) 상기 제 2 연삭 스테이지의 우횡측이며 상기 워크 테이블의 앞쪽에 위치하는 하우징재에 워크를 상기 클램프 기구에 대한 이출입을 가능하도록 하는 개구부를 구비하는 로드 포트, 및
    h) 상기 로드 포트에 대향하는 상기 워크 테이블의 뒷쪽에, 지석을 갖는 지석 축을 워크 테이블의 좌우 방향으로 평행하며, 이 지석 축을 그 축심이 전후 방향으로 이동 가능하도록 툴 테이블 상에 형성한 R 코너부 마무리 연삭 스테이지를 형성하고,
    또한, 상기 제 1 연삭 스테이지와 상기 제 2 연삭 스테이지 중 어느 일방은 워크의 4 모서리 (R) 연삭 가공에 사용되고, 타방은 워크의 측면 연삭 가공에 사용되는 것을 특징으로 하는 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연삭 스테이지에서 사용하는 지석이 워크의 4 모서리 (R) 연삭 가공에 사용하는 조 (粗) 연삭 지석이며, 이 1 쌍의 조연삭 지석의 컵 지석 직경 또는 링 지석 직경은 상이하고, 일방의 직경이 타방의 직경보다 5 ∼ 20 ㎜ 짧은 것을 특징으로 하는, 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치의 좌단면에, 상기 워크 테이블의 좌우 이동 안내 레일을 연장하여 형성함과 함께, 워크 테이블에 탑재되는 클램프 기구의 주축대와 심압대의 워크 지지축을 사이에 두고 1 쌍의 회전 블레이드를 그 회전 블레이드 직경면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 측면 박리 가공 스테이지를 형성한 것을 특징으로 하는, 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치.
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