KR20110134811A

KR20110134811A - 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치 및 가공 방법

Info

Publication number: KR20110134811A
Application number: KR1020100098194A
Authority: KR
Inventors: 유타카 요시다; 가즈오 고바야시; 츠요시 요시다; 유키오 우에하라; 요시히로 데라쿠보; 히로츠구 사이토우
Original assignee: 가부시키가이샤 오카모도 코사쿠 기카이 세이사쿠쇼
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2011-12-15
Also published as: KR101184959B1; JP5406126B2; JP2011255454A; US8460058B2; US20110306277A1

Abstract

(과제)
스루풋 시간이 짧고, 풋프린트가 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 얻어진 각기둥 형상 잉곳의 4 구석 (R) 면 및 4 측면을 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 에 의해 조연삭 가공하여 모따기하고, 이어서 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 에 의해 그 블록의 4 구석 (R) 면 및 4 측면을 마무리 연삭 가공하는 모따기 가공하여 표면 평활도가 우수한 각기둥 형상 잉곳 블록을 제조하는 복합 모따기 가공 장치 (1).

Description

잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치 및 가공 방법{COMPLEX PROCESSING DEVICE FOR CHAMFERING OF INGOT BLOCK AND METHOD OF PROCESSING THEREOF}

본 발명은, 태양 전지 (태양광 발전판) 의 기판으로서 사용되는 정사각형 또는 직사각형 기판의 원재료인 각기둥 형상의 다결정 실리콘 잉곳 블록이나 단결정 실리콘 잉곳 블록의 측면이나 원주면을 모따기 가공할 수 있는 복합 모따기 가공 장치에 관한 것이다. 또, 이 복합 모따기 가공 장치를 사용하여, C 축 단면 (端面) 을 절단한 잉곳 블록의 4 구석의 코너부나 4 측면 표면을 모따기 가공하여 표면이 평활한 잉곳 실리콘 잉곳 블록을 제조하는 방법에 관한 것이다. 제조된 표면이 평활한 잉곳 실리콘 잉곳 블록을 와이어 커트 소우를 사용하여 두께 200 ∼ 240 ㎛ 로 슬라이스하여 동시에 많은 태양 전지용 실리콘 기판을 얻을 때, 얻어지는 실리콘 기판에 칩핑이나 균열이 발생되지 않는다.

태양 전지용 실리콘 기판을 제조하는 공정에 있어서, 원기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳의 원 단면 (斷面) 4 주편 (周片) 을 밴드 소우로 절단하고, 4 구석부에 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 지석으로 4 측면의 표면을 원하는 두께 (8 ∼ 10 ㎜) 로 모따기하고, 이어서 슬라이스하여 두께 200 ∼ 330 ㎛ 의 정사각 형상 실리콘 기판을 제조하는 것이 실시되고 있다 (예를 들어, 비특허문헌 1 참조).

또, 각기둥 형상 실리콘 잉곳 블록으로서, 용해된 금속 규소 용탕을 각기둥 형상 그라파이트 용기 내에 주탕하여 일방향으로 응고시킨 후, 용기 내면과 접촉 오염된 하단면과 측면을 밴드 소우로 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 남겨 슬라이서로 절단하고, 이어서 양 단면을 모따기 가공하고, 그 후, 기둥 형상 잉곳 블록의 코너 R 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 사용되고 있다. 다결정 실리콘 기판과 비교하여 단결정 실리콘 기판 쪽이 광 변환율은 높으나, 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 일방향으로 응고된 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 조면을 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. 이 특허문헌은, 표면 평활도 (Ry) 가 8 ㎛ 이하인 실리콘 블록이면, 와이어 소우로 실리콘 잉곳 블록을 두께 200 ∼ 330 ㎛ 의 태양 전지용 실리콘 기판으로 동시에 커트해도 기판에 균열이나 칩핑이 발생되지 않는 것으로 기재한다.

나아가, 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 제조방법에 있어서, 주조에 의해 성형된 실리콘 잉곳을 절단하여 복수 (2 ∼ 4 개) 의 실리콘 블록으로 할 때, 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 절단하는 실리콘 블록 절단 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 소우로 모따기하여 각기둥 형상 실리콘 블록으로 한 후, 롤형 다이아몬드 스펀지 평지석을 사용하여 측평면을 연마 가공하고, 그 후, 슬라이스 가공하여 각 형상 웨이퍼를 제조하는 방법을 제안한다.

일본 공개특허공보 2009-55039호 (특허문헌 5) 는, 또, 원기둥 형상 실리콘 블록을 밴드 소우로 모따기하여 각기둥 형상 실리콘 블록으로 한 후, 지립 직경이 80 ∼ 60 ㎛ 인 컵 휠형 지석으로 측평면을 조 (粗) 연삭 가공하고, 이어서 지립 직경이 3 ∼ 40 ㎛ 인 컵 휠형 지석으로 측평면을 마무리 연삭 가공하고, 추가로 표면을 에칭 처리한 후, 슬라이싱 가공하여 각 형상 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 구석 (R) 을 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 정사각 형상의 얇은 실리콘 기판을 제조하는 방법을 제안한다.

일본 공개특허공보 2009-233794호 (특허문헌 7) 는, 실리콘 블록의 표면을 연삭/연마할 때, 실리콘 블록의 길이 방향 전후를 기계적으로 척킹 (클램핑) 하는 1 쌍의 척킹 부재 (주축대와 심압대) 로 유지하고, 이 상태에서 실리콘 블록의 측면 및 이들을 연결하는 4 개의 모서리부 (4 구석의 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 상태에서 유지할 수 있기 때문에, 그 측면 및 모서리부에 흠집이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 추가로 실리콘 블록의 측면뿐만이 아니고 모서리부도 연삭 연마하여 모따기할 수 있는 점에서, 실리콘 블록을 슬라이스 가공하여 실리콘 웨이퍼를 제조할 때, 그 주연부가 결손되거나 하는 것을 회피할 수 있어 수율을 향상시킬 수 있다.

각기둥 형상 실리콘 잉곳의 1 변 길이가 50 ㎜ 내지 125 ㎜, 156 ㎜, 200 ㎜, 240 ㎜ 로 길어짐에 따라, 1 변이 156 ㎜ 내지 240 ㎜ 인 각기둥 형상 실리콘 잉곳을 와이어 커트 소우로 한번에 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 자주 있어, 실리콘 기판의 생산 로스율을 높이는 것이 기판 가공 메이커로부터 지적되고 있다. 상기 특허문헌 3 및 특허문헌 6 과 같이 연마 공구로 측면을 평탄 연마 가공한 후, 와이어 소우 커팅하는 대처 방법이나 일본 공개특허공보 2002-252188호 (특허문헌 8) 에 기재된 바와 같이 연마 브러시로 연마 가공하는 방법, 혹은 에칭 처리 방법으로 상기 웨이퍼로 절단할 때의 칩핑 현상이 발생하는 것을 방지하고 있다.

1 변이 156 ㎜, 높이가 250 ㎜ 이며 4 구석에 R 코너부를 남기고 절단된 각기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳의 모따기 가공에, 현재로서는 약 95 ∼ 120 분, 1 변이 156 ㎜, 높이가 500 ㎜ 이며 4 구석에 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 주고받는 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 이동할 수 있는 심압대의 1 쌍으로 이루어지는 클램프 기구와, 이 클램프 기구의 주축대 센터와 심압대 센터에 의해 원기둥 형상 실리콘 잉곳의 축심이 수평 (가로) 방향으로, 또한, 회전할 수 있도록 지지된 원기둥 형상 잉곳의 원주 상면부에 원판 형상 평지석의 원형 평면이 향하도록 지석축에 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 잉곳을 맞닿게 하여 절삭을 개시하고, 원판 형상 평지석이 원기둥 형상 잉곳의 우단 위치에 도달한 후, 원판 형상 평지석을 승강 기구에 의해 절삭량의 높이량 하강시키고, 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 하강시키고, 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 하강시키고, 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 발생되지 않는 각기둥 형상 실리콘 잉곳 블록을 단시간에 제조할 수 있는 워크 로딩/언로딩 스테이지, 워크의 측면 조연삭 스테이지, 워크의 측면 마무리 연삭 스테이지 및 워크 4 구석 (R) 마무리 연삭 스테이지를 갖는 모따기 가공 장치에 워크 로더를 부속시킨 복합 모따기 가공 장치를 일본 특허출원 2009-296602호 명세서 (특허문헌 13) 에서 제안하였다.

본원 특허 출원인은 또, a) 머신 케이싱 (2) 상에 좌우 방향으로 형성된 안내 레일 상을 좌우 방향으로 왕복 이동할 수 있도록 형성된 워크 테이블 (4),

b) 이 워크 테이블 상에 좌우로 분리되어 탑재된 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 의 1 쌍으로 이루어지는 클램프 기구,

c) 워크 (잉곳 블록 : w) 를 지지 현가한 상기 클램프 기구를 탑재하는 상기 워크 테이블 (4) 을 좌우 방향으로 왕복 이동시키는 구동 기구 (5),

d) 상기 워크 테이블을 정면측으로부터 직각으로 바라보는 방향이고, 또한, 좌측 방향에서 우측 방향을 향하여,

i) 전후 이동 가능한 스핀들축 (92a, 92b) 의 1 쌍에 축승된 회전 블레이드 (슬라이서 블레이드) 의 1 쌍 (91a, 91b) 을 그 직경면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 잉곳 블록면 박리 스테이지 (90),

e) 전후 이동 가능한 지석축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석의 1 쌍 (11g, 11g) 을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 제 1 연삭 스테이지 (11),

f) 상기 제 1 연삭 스테이지의 우횡측으로 평행하게 형성된, 전후 이동 가능한 지석축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석의 1 쌍 (10g, 10g) 을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 제 2 연삭 스테이지 (10),

g) 상기 제 2 연삭 스테이지의 우횡측으로서 상기 워크 테이블의 전측에 위치하는 하우징재에 워크를 상기 클램프 기구에 대한 이출입 (移出入) 을 가능하게 하는 개구부를 구비하는 로드 포트 (8),

및,

h) 상기 로드 포트 (8) 에 대향하는 상기 워크 테이블의 후측에, 지석차를 갖는 지석축을 워크 테이블의 좌우 방향으로 평행하고, 이 지석축을 그 축심이 전후 방향으로 이동 가능하게 툴 테이블 상에 형성한 R 코너부 마무리 연삭 스테이지 (9) 를 형성한 것을 특징으로 하는 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치 (1) (도 5 및 도 6 참조) 를 일본 특허출원 2010-61844호 명세서 (특허문헌 14) 에서 제안하였다.

(특허문헌 1) 일본 공개특허공보 평8-73297호

(특허문헌 2) 미국 공개특허 제2008/0223351 A1 명세서

(특허문헌 3) 일본 공개특허공보 2009-99734호

(특허문헌 4) 일본 공개특허공보 2004-6997호

(특허문헌 5) 일본 공개특허공보 2009-55039호

(특허문헌 6) 일본 특허 제4133935호 명세서

(특허문헌 7) 일본 공개특허공보 2009-233794호

(특허문헌 8) 일본 공개특허공보 2002-252188호

(특허문헌 9) 일본 특허공보 소49-16400호

(특허문헌 10) 일본 공개특허공보 평4-322965호

(특허문헌 11) 일본 공개특허공보 평6-166600호

(특허문헌 12) 일본 공개특허공보 평6-246630호

(특허문헌 13) 일본 특허출원 2009-299602호 명세서 (미공개)

(특허문헌 14) 일본 특허출원 2010-61844호 명세서 (미공개)

(비특허문헌 1) 주식회사 JCM, “태양 전지 제조 장치 단결정 전자동 라인", [온라인], 평성 21년 3월 9일 검색, 인터넷 <URL:http://www.e-jcm.co.jp/SolarCe11/Mono/Auto/>

상기 특허문헌 14 에 기재된 복합 모따기 장치는, 1 변이 156 ㎜, 높이가 250 ㎜ 이며 4 구석에 R 부를 남겨 핸드 소우로 절단한 각기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳의 모따기 가공을 스루풋 가공 시간 40 ∼ 45 분에서 실시할 수 있고, 표면 평활도 (Ry) 가 0.2 ∼ 0.5 ㎛ 로 매우 평활도가 높은 잉곳 블록을 고생산성으로 가공할 수 있는 것이다. 또, 슬라이서에 의한 면 박리 가공 스테이지 (90) 를 형성함으로써, 반도체 기판의 생산 한산기에 남은 원기둥 형상 실리콘 잉곳 블록을 태양광 전지 기판용의 각기둥 형상 실리콘 잉곳 블록으로 가공할 수 있는 이점이 있다.

그러나, 컵 휠형 지석에 의한 4 구석 (R) 코너부의 모따기 가공에 의해 컵 휠형 지석의 지석 블레이드의 외주 가장자리부의 마모에 의해 컵 휠형 지석의 교환 시기가 빠른 것이 판명되었다. 또, 특허문헌 2 가 기재하는 바와 같이 와이어 소우에 의한 잉곳 블록의 슬라이스 커트시의 칩핑이나 균열 방지에는 잉곳 블록의 표면 평활도 (Ry) 가 8 ㎛ 이하이면 되고, 반도체 기판의 실리콘 기반 (基盤) 면의 컵 휠형 지석에 의한 이면 연삭에서는, 표면 평활도 (Ry) 가 0.5 ∼ 2 ㎛ 인 실리콘 기반면을 얻을 수 있는 점에서 4 구석 (R) 코너부의 모따기 가공하는 지석차 대신에 컵 휠형 지석을 사용함으로써 장치의 풋프린트를 보다 작게 할 수 있는 것을 추량할 수 있다.

본 발명자들은, 상기 특허문헌 14 에 기재된 복합 모따기 장치 (1) 에 있어서, e) 전후 이동 가능 및 상하 승강 가능한 지석축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석의 1 쌍을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 조연삭 스테이지, 및 f) 전후 이동 가능 및 상하 승강 가능한 지석축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석의 1 쌍을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 마무리 연삭 스테이지로 하고, 상기 조연삭 스테이지에서 실리콘 잉곳의 4 구석 (R) 코너부의 모따기 가공과 4 측면의 모따기 가공을 실시하고, 및 상기 마무리 연삭 스테이지에서 실리콘 잉곳의 4 구석 (R) 코너부의 모따기 가공과 4 측면의 모따기 가공을 실시하는 것으로 하고, 전술한 h) 지석차에 의한 R 코너부 마무리 연삭 스테이지를 삭제하여 복합 모따기 가공 장치의 풋프린트를 보다 작게 함과 함께 잉곳의 모따기 가공 시간도 단축할 수 있는 것으로 추량하였다.

컵 휠형 지석의 수명 연장에 대해서는, 실리콘 잉곳의 4 구석 (R) 코너부의 모따기 가공시에 지석축의 승강을 실시하여 컵 휠형 지석의 1 쌍의 지석 축심간의 높이를 50 ∼ 120 ㎜ 떨어진 상태에서 실시함으로써, 잉곳 블록의 R 코너부에 닿는 컵 휠형 지석의 지석 블레이드의 면적을 확대할 수 있어 4 구석 (R) 코너부의 모따기 가공 1 회당의 절삭 블레이드의 마모량을 줄임으로써 달성할 수 있는 것으로 추량하였다.

본 발명의 제 1 목적은, 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 구석 (R) 코너부의 연삭 가공 및 4 측면의 표면 연삭 가공을 상기 특허문헌 14 의 복합 모따기 가공 장치보다 단시간에 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 구비하여 장착된 워크의 척 기구 (주축대와 심압대) 를 블록의 면 박리 가공 스테이지의 척 기구에 사용하기 위하여, 상기 복합 모따기 가공 장치의 좌단측에 슬라이서 장치를 부속시켜, 원기둥 형상 블록의 4 측면의 면 박리 가공과 이 면 박리 가공되어 형성된 각기둥 형상 블록의 4 측면 평탄화 가공과 4 구석 (R) 연삭 가공할 수 있는 복합 모따기 가공 장치의 제공에 있다.

본 발명의 청구항 1 은,

a) 머신 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,

e) 전후 이동 가능 및 상하 승강 가능한 지석축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석의 1 쌍을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 조연삭 스테이지로서, 상기 1 쌍의 컵 휠형 지석의 지석 직경은 워크의 대각선 길이보다 함께 큰 직경을 나타내고, 또한, 일방의 컵 휠형 지석의 직경은 타방의 컵 휠형 지석의 직경보다 5 ∼ 20 ㎜ 짧고,

f) 상기 조연삭 스테이지의 우횡측으로 평행하게 형성한, 전후 이동 가능 및 상하 승강 가능한 지석축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석의 1 쌍을, 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 마무리 연삭 스테이지, 및

g) 상기 마무리 연삭 스테이지의 우횡측 위치로서 상기 워크 테이블 상에 좌우로 분리되어 탑재된 상기 주축대와 심압대의 1 쌍으로 이루어지는 클램프 기구에 워크의 이출입을 가능하게 하는 개구부를 구비하는 로드 포트를 형성한 것을 특징으로 하는 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 청구항 2 는, 청구항 1 에 기재된 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치를 사용하여, 로드 포트 위치에 있는 클램프 기구의 주축대와 심압대에 지지 현가된 각기둥 형상 잉곳 블록을 다음의 공정을 거쳐 4 구석 (R) 코너부와 4 측면 평면을 컵 휠형 지석에 의해 모따기 가공하는 것을 특징으로 하는 각기둥 형상 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 방법을 제공하는 것이다.

1) 로드 포트 위치에 있는 클램프 기구의 주축대와 심압대에 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가한다.

2) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록 (워크) 의 우단이 조연삭 스테이지의 컵 휠형 조연삭 지석의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블의 이동을 정지시킨다.

3) 조연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축의 일방을 상승시키고 타방을 하강시켜 쌍방의 지석 축심간 높이를 50 ∼ 120 ㎜ 로 한다.

4) 조연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석간의 거리가 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 구석 (R) 코너부의 가공 여유량 위치에 도달하면 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축을 회전시킨다.

5) 클램프 기구의 주축대의 워크 스핀들축을 회전시킴으로써 각기둥 형상 잉곳 블록을 그 축심 방향 (C 축) 으로 회전시키고, 이어서 워크 테이블을 우방향으로 이동시켜, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 조연삭 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 R 코너부를 맞닿게 하여 연삭 가공을 개시하고 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 지석의 우단 위치를 넘으면 R 코너부 조 (粗) 모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시킨다. 또, R 코너부 조모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치의 주축대의 워크 스핀들축의 회전을 정지시킨다.

6) R 코너부 조모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 조연삭 스테이지의 컵 휠형 조연삭 지석의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블의 이동을 정지시킨다.

7) 조연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축의 일방을 하강시키고 타방을 상승시켜 쌍방의 지석 축심이 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 축심과 동일 선상이 되는 위치로 조정한다.

8) 상기 조연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석이 도달하면 지석축의 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축을 회전시킴으로써 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석을 회전시킨다.

9) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시키고, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 조연삭 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 조연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석의 우단 위치를 넘으면 양 측면 조모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시킨다.

10) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 조연삭 스테이지의 컵 휠형 조연삭 지석의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블의 이동을 정지시킨다.

11) 상기 클램프 기구의 주축대의 워크 스핀들을 90°회전시켜, 실리콘 블록의 미조연삭 가공 측면이 컵 휠형 조연삭 지석면에 대향하는 위치로 한다.

12) 상기 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석이 도달하면 지석축의 전진 이동을 정지한다.

13) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시키고, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 조연삭 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 조연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 지석의 우단 위치를 넘으면 양 측면 조모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시키고, 이어서 지석축의 회전을 정지한다.

14) 마무리 연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축의 일방을 상승시키고 타방을 하강시켜 쌍방의 지석 축심간 높이를 50 ∼ 120 ㎜ 로 한다.

15) 마무리 연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석간의 거리가 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 구석 (R) 코너부의 가공 여유량 위치에 도달하면 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축을 회전시킨다.

16) 클램프 기구의 주축대의 워크 스핀들축을 회전시킴으로써 각기둥 형상 잉곳 블록을 그 축심 방향으로 회전시키고, 이어서 상기 조연삭 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시키고, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 R 코너부를 맞닿게 하여 연삭 가공을 개시하고, 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 지석의 우단 위치를 넘으면 R 코너부 마무리 모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시킨다. 또, R 코너부 마무리 모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치의 주축대의 워크 스핀들축의 회전을 정지시킨다.

17) R 코너부 마무리 모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 마무리 연삭 스테이지의 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블의 이동을 정지시킨다.

18) 마무리 연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축의 일방을 하강시키고 타방을 상승시켜 쌍방의 지석 축심이 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 축심과 동일 선상이 되는 위치로 조정한다.

19) 상기 마무리 연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석이 도달하면 지석축의 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축을 회전시킴으로써 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석을 회전시킨다.

20) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시키고, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 마무리 연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 우단 위치를 넘으면 양 측면 마무리 모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시킨다.

21) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 마무리 연삭 스테이지의 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블의 이동을 정지시킨다.

22) 상기 클램프 기구의 주축대의 워크 스핀들을 90°회전시켜, 실리콘 블록의 마무리 연삭 가공 측면이 컵 휠형 마무리 연삭 지석면에 대향하는 위치로 한다.

23) 상기 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석이 도달하면 지석축의 전진 이동을 정지한다.

24) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시키고, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 마무리 연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 우단 위치를 넘으면 양 측면 마무리 모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시키고, 이어서 지석축의 회전을 정지한다.

25) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시켜, 로드 포트 위치에서 이동 정지시키고, 이어서 클램프 기구의 심압대를 후퇴시켜 4 구석 코너부의 모따기 가공 및 4 측면의 모따기 가공이 종료된 각기둥 형상 잉곳 블록의 지지 현가를 해제하고, 이 각기둥 형상 잉곳 블록을 복합 모따기 가공 장치 밖으로 반출한다.

본 발명의 청구항 3 에 기재된 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치는, 상기 청구항 1 에 기재된 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치의 좌단면에 상기 워크 테이블의 좌우 이동 안내 레일을 연장시켜 형성함과 함께, 워크 테이블을 탑재하는 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 장치에 있다.

청구항 1 발명의 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치는, 특허문헌 14 에 기재된 복합 모따기 가공 장치와 비교하면 지석차에 의한 잉곳 블록의 4 구석 (R) 코너부 연삭 스테이지를 삭제할 수 있기 때문에 풋프린트 (설치 면적) 를 보다 작게 할 수 있다. 또, 청구항 2 에 기재된 모따기 가공 방법을 채용함으로써 컵 휠형 연삭 지석의 수명을 1.5 ∼ 2 배 정도 길게 할 수 있다. 게다가, 1 변이 156 ㎜, 높이가 250 ㎜ 인 각기둥 형상 실리콘 잉곳 블록의 모따기 가공을 27 ∼ 38 분으로 실시할 수 있고, 이 모따기 가공 시간은 특허문헌 14 에 기재된 복합 모따기 가공 장치의 40 ∼ 45 분과 비교하면 짧은 시간이다. 또, 156 ㎜ 변, 높이 500 ㎜ 의 각기둥 형상 실리콘 잉곳의 모따기 가공의 스루풋 가공 시간은 78 ∼ 82 분으로 실시할 수 있다. 나아가, 모따기된 잉곳 블록의 4 측면의 표면 평활도 (Ry) 는 0.5 ∼ 2 ㎛ 로서, 특허문헌 3 의 실시예에 기재된 5 ㎛ 의 값과 비교하여 매우 우수한 값이다.

청구항 3 에 기재된 복합 모따기 가공 장치는, C 축 단면이 절단된 원기둥 형상 잉곳 블록을 클램프 기구에 지지한 상태에서 슬라이서 블레이드의 회전에 의해 4 측면 박리 제거 가공한 후, 1 쌍의 조연삭 지석을 사용하여 잉곳 블록의 4 구석 (R) 조연삭 가공과 4 측면 조연삭 가공하고, 계속해서 1 쌍의 마무리 연삭 지석을 사용하여 잉곳 블록의 4 구석 (R) 마무리 연삭 가공과 4 측면의 마무리 연삭 가공을 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 중앙부 및 후부를 나타내는 일부를 잘라낸 우측면도이다.
도 3 은 복합 모따기 가공 장치의 마무리 연삭 가공 스테이지의 일부를 잘라낸 배면도이다.
도 4 의 a, b, c, d, e, f, g, h 는 원기둥 형상 잉곳 블록을 각기둥 형상 잉곳 블록으로 모따기 가공하는 공정을 나타내는 복합 모따기 장치의 측면측에서 바라본 플로우도이다.
도 5 는 일본 특허출원 2010-61844호 명세서에 기재된 복합 모따기 가공 장치의 정면도이다. (미공개)
도 6 은 일본 특허출원 2010-61844호 명세서에 기재된 복합 모따기 가공 장치의 사시도이다. (미공개)

발명을 실시하기 위한 형태

본 발명의 청구항 1 및 청구항 3 에 기재된 복합 모따기 가공 장치 (1) 는, 일본 특허출원 2010-61844호 명세서에 기재된 복합 모따기 가공 장치의 e) 전후 이동 가능한 지석축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석의 1 쌍 (11g, 11g) 을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 제 1 연삭 스테이지 (11), 및 f) 전후 이동 가능한 지석축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석의 1 쌍 (10g, 10g) 을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 제 2 연삭 스테이지 (10) 에 있어서의 쌍방의 지석축을 전후 이동 가능하게 한 것 외에 상하 승강 이동 가능하게 한 점이다. 또, 지석차에 의한 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 구석 (R) 코너부의 마무리 모따기 스테이지 (9) 를 삭제한 점이다.

도 1, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 복합 모따기 가공 장치 (1) 는, 머신 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) 이 형성되어져 있다. 이 워크 테이블 (4) 의 좌우 왕복 이동은, 서보 모터 (5) 에 의한 회전 구동을 볼 나사 (6) 가 받아 회전하고, 이 볼 나사 (6) 에 나선 결합된 고정대 (6a) 가 좌방향 또는 우방향으로 이동함으로써, 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 회전 방향인지 시계 회전 반대 방향인지인지에 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 부수하여, 이 클램프 기구 (7) 도 좌방향 또는 우방향으로 이동하고, 클램프 기구 (7) 의 주축대 센터 지지축 (워크 스핀들축 : 7a₁) 과 심압대 센터 지지축 (7b₁) 에 의해 지지 현가되어 공중에 매달린 상태로 된 워크 (실리콘 잉곳 블록 : w) 가 측면 박리 가공 스테이지 (90), 마무리 연삭 스테이지 (10), 조연삭 스테이지 (11), 또는 로드 포트 (8) 위치로 이동할 수 있도록 하고 있다.

클램프 기구 (7) 는 특허문헌 7 에 기재된 바와 같이 공지된 척 기구로서, 원통 연삭반에서 흔히 사용되고 있다. 주축대 (7a) 는 주축대 센터 지지축 (7a1) 을 서보 모터 (7a_m) 에 의해 회전시킴으로써 워크 (w) 를 360°혹은 90°회전시키는 기능을 갖는다. 심압대 (7b) 는 공기 실린더 (7e) 구동에 의해 안내 레일 상을 좌우로 이동할 수 있는 이동대 (7b_t) 상에 형성되고, 워크를 클램프 기구 (7) 에 의해 지지 현가한 후, 레버 (7_l) 를 아래로 눌러 고정시켜, 워크 테이블 (4) 의 이동에 의해 심압대 (7b) 를 탑재하는 이동대 (7b_t) 가 이동하는 것을 방지한다.

상기 측면 박리 가공 스테이지 (90), 마무리 연삭 스테이지 (10), 조연삭 스테이지 (11), 및 로드 포트 (8) 의 위치 관계는, 상기 워크 테이블 (4) 을 정면측으로부터 직각으로 바라보는 방향이고, 또한 좌측 방향에서 우측 방향을 향하여, 측면 박리 가공 스테이지 (90), 조연삭 스테이지 (11), 마무리 연삭 스테이지 (10) 및 로드 포트 (8) 로 되어 있다. 측면 박리 가공 스테이지 (90), 조연삭 스테이지 (11) 및 마무리 연삭 스테이지 (10) 는 밀폐 커버 (12) 로 덮여 있다. 또, 로드 포트 (8) 는 편측 횡슬라이드문에 의해 닫힌다. 밀폐 커버 (12) 로 덮인 각 연삭 스테이지 (10, 11) 및 측면 박리 가공 스테이지 (90) 의 공간에는 배기 덕트 (도시 생략) 가 접속되고, 이 공간 내에 부유하는 미스트나 연삭 부스러기를 외부로 배출한다.

마무리 연삭 스테이지 (10) 는, 서보 모터 (10m₁, 10m₁)의 회전 구동에 의해 전후 이동 가능한 툴 테이블 (10t, 10t) 상에 형성된 지석축의 1 쌍 (10a, 10a) 에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 1 쌍 (10g, 10g) 을 그 연삭 지석면 (10g_s, 10g_s) 이 서로 대향하도록 워크 테이블 (4) 을 사이에 두고 워크 테이블 (4) 전후에 대칭적으로 또한 지석 축심 (10o, 10o) 이 동일 선상이 되는 위치에 형성하고, 이들 지석축 (10a, 10a) 은 서보 모터 (10_M, 10_M)의 회전 구동에 의해 회전되는 구조로 되어 있다. 이들 지석축 (10a, 10a) 은 고정판 (16a) 에 고정되고, 이 고정판 (16a) 은 서보 모터 (10m₂, 10m₂)의 회전 구동에 의해 볼 나사 (16c) 가 회전됨으로써, 칼럼 (16) 의 전면 (前面) 에 형성된 안내 레일 (16b, 16b) 상을 고정판 (16a) 이 상하 이동할 수 있도록 되어 있다. 지석축 (10a, 10a) 을 승강 가능하게 함으로써, 잉곳 블록의 연삭 가공시에 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 의 지석 축심 높이를 쌍방 동일 높이로 할 수도 있고 상이한 높이에 위치시킬 수도 있다.

또, 상기 서보 모터 (10m₁, 10m₁) 에 의한 회전 구동을 볼 나사가 받아 회전하고, 이 볼 나사에 나선 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 테이블의 전진 또는 후퇴의 이동 방향은, 서보 모터 (10m₁, 10m₁)의 회전축이 시계 회전 방향인지 시계 회전 반대 방향인지에 따라서 결정된다.

조연삭 스테이지 (11) 는, 서보 모터 (11m₁, 11m₁)의 회전 구동에 의해 전후 이동 가능한 툴 테이블 (11t, 11t) 상에 형성된 지석축의 1 쌍 (11a, 11a) 에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석의 1 쌍 (11g, 11g) 을 그 연삭 지석면 (11g_s, 11g_s)이 서로 대향하도록 워크 테이블 (4) 을 사이에 두고 워크 테이블 (4) 전후에 대칭적으로 또한 지석 축심 (11o, 11o) 이 동일 선상이 되는 위치에 형성하고, 이들 지석축 (11a, 11a) 은 서보 모터 (11_M, 11_M) 의 회전 구동에 의해 회전되는 구조로 되어 있다. 이들 지석축 (11a, 11a) 은 고정판에 고정되고, 이 고정판은 서보 모터 (11m₂, 11m₂)의 회전 구동에 의해 회전되고, 칼럼의 전면에 형성된 안내 레일 상을 상하 승강 이동할 수 있도록 되어 있다.

서보 모터 (11m₁, 11m₁)에 의한 회전 구동을 볼 나사가 받아 회전하고, 이 볼 나사에 나선 결합된 고정대가 전방향 또는 후방향으로 전진 이동 또는 후퇴 이동함으로써, 이 고정대 표면에 툴 테이블 (11t, 11t) 의 이면이 고정되어 있는 툴 테이블 (11t, 11t) 이 전진 또는 후퇴한다. 이 툴 테이블의 전진 또는 후퇴의 이동 방향은, 서보 모터 (11m₁, 11m₁) 의 회전축이 시계 회전 방향인지 시계 회전 반대 방향인지에 따라서 결정된다.

조연삭 스테이지 (11) 는, 상기 마무리 연삭 스테이지 (10) 의 우횡측에 각 지석축이 평행이 되도록 형성된다. 즉, 양 연삭 스테이지 (10, 11) 의 지석 축심 (10o, 11o) 은 평행이 되도록 형성된다.

상기 조연삭 스테이지 (11) 에서 사용하는 컵 휠형 지석의 지번 (砥番) 은 130 ∼ 200 이고, 마무리 연삭 스테이지 (10) 에서 사용하는 컵 휠형 지석의 지번은 380 ∼ 700 이 바람직하다.

컵 휠형 연삭 지석 (10g, 10g, 11g, 11g) 의 컵 지석 직경 또는 링 지석 직경은, 1 변이 150 ㎜ 인 정사각 형상의 태양 전지용 실리콘 기판을 목적으로 할 때에는 230 ∼ 260 ㎜ 이며, 컵 지석편 (10g_s, 11g_s)의 폭은 3 ∼ 10 ㎜, 링 형상 지석 폭은 5 ∼ 15 ㎜ 인 것이 실리콘 잉곳의 연삭 번 방지 관점에서 바람직하다. 지석의 중심점으로부터 지석편 폭 외주의 거리 (반경) 는, 컵 휠형 조연삭 지석 (11g) 1 개와 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g) 2 개는 동일 반경이지만, 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 의 컵 지석 직경은, 일방의 직경이 타방의 직경보다 5 ∼ 20 ㎜ 짧은 편이 4 구석 (R) 코너부 조연삭 가공시의 잉곳 블록의 요잉 (전후 측면의 진동 흔들림) 을 방지하기 때문에 바람직하다.

연삭 지석 (10g, 11g) 의 지립은, 다이아몬드 지립, CBN 지립이 바람직하고, 결합제 (본드) 는 메탈 본드, 비트리파이드 본드, 에폭시레진 본드가 바람직하다. 예를 들어, 컵 휠형 연삭 지석 (10g, 11g) 은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평9-38866호, 일본 공개특허공보 2000-94342호나 일본 공개특허공보 2004-167617호 등에 개시되어 있는 유저 (有底) 통 형상 지석 대금 (臺金) 의 하부 환형 고리에 지석 블레이드의 다수를 연삭액이 산일 (散逸) 되는 간극 간격으로 환형으로 배치된 컵 휠형 지석으로서, 대금의 내측에 공급된 연삭액이 상기 간극으로부터 산일되는 구조의 것이 바람직하다. 이 컵 휠형 지석 (11g) 의 환형 지석 블레이드의 직경은, 각기둥 형상 실리콘 잉곳의 1 변 길이의 1.2 ∼ 1.5 배의 직경인 것이 바람직하다.

연삭액으로는, 순수, 콜로이달 실리카 수분산액, 세리아 수분산액, SC-1 액, SC-2 액, 혹은, 순수와 이들 상기의 수분산액 또는 연삭액을 병용한다. 또한, 연삭액으로는 환경을 고려한 수처리 면에서 순수만을 사용하는 것이 바람직하다.

로드 포트 (8) 는, 마무리 연삭 스테이지 (10) 의 우횡측이고, 워크 테이블 (4) 의 전측에 위치하는 하우징재에 워크를 상기 클램프 기구 (7) 에 이출입할 수 있도록 하는 개구부 (8) 를 형성함으로써 형성된다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 워크가 원통형 실리콘 잉곳 블록인 것도 상정하여, 복합 모따기 가공 장치 (1) 의 좌단면에 상기 워크 테이블의 좌우 이동 안내 레일 (3, 3) 을 연장시켜 형성함과 함께, 워크 테이블 (4) 을 탑재하는 클램프 기구의 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 의 워크 지지축 (7a_l, 7b₁)을 사이에 두고 전후 이동 가능한 스핀들축 (92a, 92b) 의 1 쌍에 축승된 회전 블레이드 (슬라이서 블레이드) 의 1 쌍 (91a, 91b) 을 그 직경면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 원통 형상 잉곳 블록 측면 박리 스테이지 (90) 를 형성한다.

회전 블레이드 (91a, 91b) 의 전후 이동은, 회전 블레이드 (91a, 91b) 를 축승하는 스핀들축 (92a, 92b) 을 회전시키는 서보 모터 (93m, 93m) 를 탑재한 툴 테이블 (94, 94) 을 도시되지 않은 모터 구동 볼 나사를 회전 구동함으로써 행해진다. 이 툴 테이블 (94) 의 전진 또는 후퇴의 이동 방향은, 모터의 회전축이 시계 회전 방향인지 시계 회전 반대 방향인지에 따라서 결정된다.

1 쌍의 회전 블레이드 (내주 블레이드 ; 91a, 91b) 는 1 쌍의 스핀들축 (92a, 92b) 에 축승되고, 이들 스핀들축은 구동 모터 (93m, 93m) 에 의해 회전됨으로써, 회전 블레이드 (91a, 91b) 는 워크에 대하여 동일한 시계 회전 방향으로 50 ∼ 7,500 min^- ¹의 회전 속도로 회전된다 (양 스핀들축의 회전 방향은 서로 역방향이 된다). 상기 스핀들축 (92a, 92b) 은 툴 테이블 (94, 94) 을 전후 이동함으로써 잉곳 블록 (w) 의 면 박리 가공 개시 위치로 이동할 수 있다. 워크 테이블 (4) 은 5 ∼ 200 ㎜/분의 속도로 이동할 수 있고, 회전축 (92a, 92b) 의 승강은 100 ㎜ 까지 상하 이동할 수 있다. 상기 회전 블레이드로는, 직경이 450 ∼ 800 ㎜, 두께 0.1 ∼ 1.0 ㎜ 의 강판 시트에 다이아몬드 미립자를 전착한 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 연삭 제거되는 면 박리 가공이 행해진다. 이 면 박리 가공시에, 회전 블레이드 (91a, 91b) 를 향하여 냉각액이 공급된다. 워크 전후면의 면 박리 가공이 종료되면, 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 의 지지축을 90°회전시키고, 면 박리 가공이 실시되지 않은 워크의 원호면을 전후 위치를 향하게 하고, 이어서 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 반전시키고, 상기 1 쌍의 회전 블레이드 (91a, 91b) 를 역방향으로 구동모터 (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 ㎜ 인 원기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳 블록에서 18 ∼ 36 분에 실시할 수 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치 (1) 는, 상기 워크 테이블 (4) 의 전측이고 상기 로드 포트 (8) 와 상기 제 2 연삭 스테이지 (10) 의 공간부에 워크 로딩/언로딩 장치 (13) 및 잉곳 블록 3 개를 비축하는 워크 스토커 (14, 14, 14) 를 머신 케이싱 (2) 상에 나란히 설치하고 있다.

워크 스토커 (14, 14, 14) 는, 잉곳 블록 (워크) 3 개를 45°경사지게 하여 수납할 수 있는 단면이 역이등변 삼각 형상인 V 자 선반단을 구비하고, 머신 케이싱으로부터 돌출된 위치 결정 핀 상에 탑재되어 있다.

상기 워크 로딩/언로딩 장치 (13) 는, 워크 스토커 (14) V 자 선반단에 보관되어 있는 잉곳 블록 1 개를 1 쌍의 클로로 사이에 끼워 파지하고, 양 클로를 상승시킴으로써 워크를 매달아 올리고, 이어서 후퇴, 우방향으로의 이동, 하강시켜 로드 포트 (8) 전에 위치시키고, 다시 후퇴시킴으로써 이 로드 포트 (8) 로부터 워크를 클램프 장치 (7) 의 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 간에 반송한다. 워크의 일단을 주축대 (7a) 의 센터 지지축 (7a₁)에 맞닿게 한 후, 심압대 (7b) 를 공기 실린더 (7e) 에 의해 우방향으로 이동시키고 센터 지지축 (7b₁)에 타단을 맞닿게 하여 워크를 45°V 경사시키고 또한 4 면을 공중에 매달린 상태로 지지 현가한다. 이어서 상기 클로를 이간시켜 워크의 파지를 개방하고, 이어서 양 클로를 지지하는 고정대를 상승시켜 좌방향으로 이동시키고, 다시 전방향으로 후퇴시켜 양 클로를 대기 위치로 되돌린다.

또, 상기 클램프 장치 (7) 에 4 면을 공중에 매달린 상태로 지지 현가되어 있는 모따기 가공 및 세정·풍건 (風乾) 된 워크를 양 클로로 파지하고, 이어서 양 클로를 지지하는 고정대를 상승시켜 좌방향으로 이동시키고, 다시 전방향으로 후퇴시켜 양 클로를 워크 스토커 (14, 14, 14) 의 비어 있는 선반 상방으로 이동시킨 후, 하강시켜 워크를 상기 비어 있는 선반에 탑재한 후, 양 클로를 이간시켜 워크를 개방한 후, 상기 대기 위치로 양 클로를 되돌린다.

(실시예)

본 발명의 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치 (1) 를 사용하여 워크 (w) 로서 양 단이 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, 다음의 공정을 거쳐 실시된다.

1). 워크 스토커 (14) V 자 선반단에 보관되어 있는 잉곳 블록 (워크) 1 개를 워크 로딩/언로딩 장치 (13) 를 사용하여 로드 포트 (8) 위치에 있는 클램프 기구 (7) 에 반송하고, 이어서 워크를 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 와 심압대 (7b) 에 의해 지지 현가하게 한다.

2). 잉곳 블록을 공중에 매달리듯이 지지 현가된 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 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 연삭 제거하는 면 박리 가공을 실시한다. (도 4a 참조)

3). 워크 전후면의 면 박리 가공이 종료되면, 클램프 기구 (7) 의 주축대 (7a) 의 지지축 (7a1) 을 90 도 회전시키고, 면 박리 가공이 실시되지 않은 워크 원호면을 전후 위치로 향하게 하고, 이어서 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 반전시키고, 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 원호부가 연삭 제거된다. (도 4b 참조)

4). 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 조연삭 스테이지의 컵 휠형 조연삭 지석의 좌단에 가까운 위치에 도달하면 상기 워크 테이블 (4) 의 우방향 이동을 정지시킨다.

5). 조연삭 스테이지 (11) 의 1 쌍의 지석축 (11a, 11a) 의 전측 (11a) 을 5 ㎜ 하강, 후측 (11a) 을 5 ㎜ 상승시켜 쌍방의 지석 축심 (11o, 11o) 간 높이를 50 ∼ 120 ㎜ 로 한다.

6). 조연삭 스테이지 (11) 의 1 쌍의 지석축 (11a, 11a) 을 전진 이동 (이송 속도는 50 ∼ 70 ㎜/분) 시키고, 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 간의 거리가 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 구석 (R) 코너부의 가공 여유량 위치에 도달하면 지석축의 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축 (11a, 11a) 을 1,800 ∼ 2,50O rpm 으로 회전시킨다.

7). 클램프 기구의 주축대 (7a) 의 워크 스핀들축 (7a₁) 을 45°회전시킴으로써 각기둥 형상 잉곳 블록을 그 축심 방향 (C 축) 으로 회전시키고, 이어서 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 이동 (이송 속도는 40 ∼ 7 0 ㎜/분) 시켜 상기 동기 제어 회전되고 있는 컵 휠형 조연삭 지석의 지석 블레이드 (11g_s, 11g_s)에 각기둥 형상 잉곳 블록의 R 코너부를 맞닿게 하면서, 상기 워크의 전후면에 연삭액 20 ∼ 1,000 cc/분의 양을 작업점에 공급하는 연삭 가공을 개시하여 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 지석의 우단 위치를 넘으면 2 ∼ 7 ㎜ 두께의 R 모따기 가공 작업을 종료시킨다. 이어서 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 을 축승하는 지석축 (11a, 11a) 을 후퇴시킨다. 또, R 코너부 조모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치의 주축대의 워크 스핀들축 (7a1) 의 회전을 정지시킨다. (도 4c 참조)

8). R 코너부 조모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 조연삭 스테이지 (11) 의 컵 휠형 조연삭 지석 (11g) 의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블 (4) 의 이동을 정지시킨다.

9). 조연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축의 일방 (11a) 을 하강시키고 타방 (11a) 을 상승시켜, 쌍방의 지석 축심 (11o, 11o) 이 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 축심 (C 축) 과 동일 선상이 되는 위치로 조정한다.

10). 상기 조연삭 스테이지 (11) 의 1 쌍의 지석축 (11a, 11a) 을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석이 도달하면 지석축의 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축 (11a, 11a) 을 회전시킴으로써 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 을 l,800 ∼ 2,600 rpm 으로 회전시킨다.

11). 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 이송 속도 180 ∼ 22O ㎜/분으로 이동시켜 상기 회전하고 있는 컵 휠형 조연삭 지석 (11g) 의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 조연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블 (4) 의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구 (7) 에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석의 우단 위치를 넘으면 양 측면 조모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석 (11g) 을 축승하는 지석축 (11a) 을 후퇴시킨다. 워크 테이블 (4) 의 1 회의 우방향 이동에 의해 종료되지 않았을 때에는, 워크 테이블 (4) 의 좌우 방향으로 180 ∼ 220 ㎜/분의 속도로 왕복 이동 및 조연삭 지석 (11g, 11g) 의 인피드 연삭 (infeed-grinding) 을 실시한다. 이 조연삭 지석에 의한 양측 모따기 가공시에, 각기둥 형상 잉곳 블록과 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 이 맞닿는 가공 작업점을 향하여 연삭액이 50 ∼ 1,000 cc/분의 공급량으로 공급된다. (도 4d 참조)

12). 상기 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 조연삭 스테이지 (10) 의 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블 (4) 의 이동을 정지시킨다.

13). 상기 클램프 기구의 주축대 (7a) 의 워크 스핀들 (7a1) 을 90°회전시켜, 실리콘 블록의 미조연삭 가공 측면이 컵 휠형 조연삭 지석 (11g) 면에 대향하는 위치로 한다.

14). 상기 1 쌍의 지석축 (11a, 11a) 을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 이 도달하면 지석축 (11a, 11a) 의 전진 이동을 정지한다.

15). 상기 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 이송 속도 180 ∼ 220 ㎜/분으로 이동시키고, 상기 1,800 ∼ 2,600 rpm 으로 회전하고 있는 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 의 지석 블레이드 (11g_s, 11g_s) 에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 조연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구 (7) 에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 지석의 우단 위치를 넘으면 양 측면 조모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 을 축승하는 지석축 (11a, 11a) 을 후퇴시키고, 이어서 지석축 (11a, 11a) 의 회전을 정지한다. 워크 테이블 (4) 의 1 회의 우방향 이동으로 종료되지 않았을 때에는, 워크 테이블 (4) 의 좌우 방향으로 180 ∼ 220 ㎜/분의 속도로 왕복 이동 및 조연삭 지석 (11g, 11g) 의 인피드 연삭 (infeed-grinding) 을 실시한다. 이 조연삭 지석에 의한 양측 모따기 가공시, 각기둥 형상 잉곳 블록과 컵 휠형 조연삭 지석 (11g, 11g) 이 맞닿는 가공 작업점을 향하여 연삭액이 50 ∼ 1,000 cc/분의 공급량으로 공급된다. (도 4e 참조)

16). 마무리 연삭 스테이지 (10) 의 1 쌍의 지석축 (10a, 10a) 의 일방을 상승시키고 타방을 하강시켜 쌍방의 지석 축심 (10o, 10o) 간 높이를 50 ∼ 120 ㎜ 로 한다.

17). 마무리 연삭 스테이지 (10) 의 1 쌍의 지석축 (10a, 10a) 을 전진 이동시키고, 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 간의 거리가 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 구석 (R) 코너부의 가공 여유량 위치에 도달하면 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축 (10a, 10a) 을 2,800 ∼ 3,200 rpm 으로 회전시킨다.

18). 클램프 기구의 주축대의 워크 스핀들축 (7a₁) 을 회전시킴으로써 각기둥 형상 잉곳 블록을 그 축심 방향으로 회전시키고, 이어서 상기 조연삭 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 이송 속도 40 ∼ 70 ㎜/분으로 이동시켜 상기 2,800 ∼ 3,200 rpm 으로 회전하고 있는 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 지석 블레이드 (10g_s) 에 각기둥 형상 잉곳 블록의 R 코너부를 맞닿게 하여 연삭 가공을 개시하고, 워크 테이블 (4) 의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 지석 (10g, 10g) 의 우단 위치를 넘으면 R 코너부 마무리 모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석을 축승하는 지석축 (10a, 10a) 을 후퇴시킨다. 또, R 코너부 마무리 모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치의 주축대의 워크 스핀들축 (7a1) 의 회전을 정지시킨다. 이어서 지석축 (10a, 10a) 의 회전을 정지한다. (도 4f 참조)

19). R 코너부 마무리 모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 마무리 연삭 스테이지 (10) 의 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블 (4) 의 이동을 정지시킨다.

20). 마무리 연삭 스테이지 (10) 의 1 쌍의 지석축 (10a, 10a) 의 일방을 하강시키고 타방을 상승시켜 쌍방의 지석 축심이 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 축심과 동일 선상이 되는 위치로 조정한다.

21). 상기 마무리 연삭 스테이지 (10) 의 1 쌍의 지석축 (10a, 10a) 을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 이 도달하면 지석축 (10a, 10a) 의 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축을 2,800 ∼ 3,200 rpm 으로 회전시킴으로써 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 을 회전시킨다.

22). 상기 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 이송 속도 210 ∼ 240 ㎜/분으로 이동시켜 상기 회전하고 있는 컵 휠형 지석의 지석 블레이드 (10g_s, 10g_s)에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 마무리 연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 의 우단 위치를 넘으면 양 측면 마무리 모따기 [(잉곳 블록의 전후면을 동시에 동기 제어 정밀 마무리 연삭 가공 (0.05 ∼ 0.1 ㎜ 량을 모따기하는 작업)] 를 실시한다. 이 마무리 측면 제거 가공시, 각기둥 형상 잉곳 블록과 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 이 맞닿는 가공 작업점을 향하여 연삭액이 50 ∼ 1,000 cc/분의 공급량으로 공급된다. 가공 종료후, 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 을 축승하는 지석축 (10a, 10a) 을 후퇴시킨다. (도 4g 참조}

23). 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 마무리 연삭 스테이지의 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (109, 109) 의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블 (4) 의 이동을 정지시킨다.

24). 상기 클램프 기구의 주축대의 워크 스핀들 (7a1) 을 90°회전시켜, 실리콘 블록의 미마무리 연삭 가공 측면이 컵 휠형 마무리 연삭 지석면에 대향하는 위치로 한다.

25). 상기 1 쌍의 지석축 (10a, 10a) 을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 이 도달하면, 지석축 (10a, 10a) 의 전진 이동을 정지한다.

26). 상기 클램프 기구 (7) 를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 이송 속도 210 ∼ 240 ㎜/분으로 이동시켜 상기 2,800 ∼ 3,200 rpm 으로 회전하고 있는 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 지석 블레이드 (10g_s, 10g_s)에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 마무리 연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블 (4) 의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 의 우단 위치를 넘으면 양 측면 마무리 모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시키고, 이어서 지석축의 회전을 정지한다. 이 마무리 측면 제거 가공시, 각기둥 형상 잉곳 블록과 컵 휠형 마무리 연삭 지석 (10g, 10g) 이 맞닿는 가공 작업점을 향하여 연삭액이 50 ∼ 1,000 cc/분의 공급량으로 공급된다. (도 4h 참조)

27). 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블 (4) 을 우방향으로 이동시켜 로드 포트 (8) 위치에서 이동 정지시킨다. 그 위치 (8) 에서 각기둥 형상 잉곳 블록을 주축대의 워크 스핀들 (7a1) 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. 다음으로 클램프 기구의 심압대 (7b) 를 후퇴시켜 4 구석 코너부의 모따기 가공 및 4 측면의 모따기 가공이 종료된 각기둥 형상 잉곳 블록의 클램프 기구에 의한 지지 현가를 해제하고, 이 각기둥 형상 잉곳 블록을 워크 로딩/언로딩 장치 (13) 를 사용하여 복합 모따기 가공 장치 (1) 외의 워크 스토커 (14, 14, 14) 중의 비어 있는 스토커 선반내로 반출한다.

상기의 모따기 가공 작업에 있어서, 슬라이서에 의한 면 박리 가공 스테이지 (90) 에서의 작업을 제외했을 때, 1 변이 156 ㎜, 높이가 250 ㎜ 이고 4 모서리에 R 부를 남긴 각기둥 형상 단결정 실리콘 잉곳 블록의 모따기 가공의 스루풋 가공 시간 (스루풋) 은, 지석 직경 230 ㎜ 와 260 ㎜ 의 지번 170 의 컵 휠형 조연삭 지석 1 쌍과 지석 직경 260 ㎜ 의 지번 500 의 컵 휠형 마무리 연삭 지석 1 쌍을 사용하여, 조연삭 스테이지 (11) 에서의 4 구석 (R) 코너부의 모따기시의 워크 테이블 (4) 이송 속도 60 ㎜/분, 양측 모따기시의 워크 테이블 (4) 이송 속도 200 ㎜/분, 지석축 (11a) 회전수 2,400 rpm, 마무리 연삭 스테이지 (10) 에서의 4 구석 (R) 코너부 모따기시의 워크 테이블 (4) 이송 속도 60 ㎜/분, 양측 모따기시의 워크 테이블 (4) 이송 속도 220 ㎜/분, 지석축 (10a) 회전수 3,000 rpm 의 조건하에서는 27 분이었다. 모따기 가공된 잉곳 블록의 면평활도 (Ry) 는 1.2 ㎛ 였다.

본 발명의 다른 실시양태로서 조연삭 스테이지 (11) 및 마무리 연삭 스테이지 (10) 에 있어서의 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 구석 (R) 연삭 가공과 양 측면연삭 가공은, 그 가공 순서를 반대로 해도 된다.

산업상 이용 가능성

실리콘 잉곳 블록의 모따기 가공 작업의 스루풋 시간이 종래 (conventional) 가공 장치의 절반으로 실시할 수 있는 실리콘 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치이다. 또, 4 구석 (R) 연삭 가공시에 컵 휠형 지석 1 쌍의 지석 축심간의 높이를 5 ∼ 20 ㎜ 떨어지게 함으로써 컵 휠형 지석의 수명이 일본 특허출원 2010-61844호 명세서에 기재된 모따기 가공 방법을 채용했을 때와 비교하여 1.5 ∼ 2 배의 수명이 되었다.

1 복합 모따기 가공 장치
w 잉곳 블록
2 머신 케이싱
4 워크 테이블
7 클램프 기구
7a 주축대
7b 심압대
8 로드 포트
10 마무리 연삭 스테이지
10g 컵 휠형 마무리 연삭 지석
11 조연삭 스테이지
11g 컵 휠형 조연삭 지석
13 워크 로딩/언로딩 장치
14 워크 스토커
90 면 박리 가공 스테이지
91a, 91b 회전 블레이드

Claims

a) 머신 케이싱 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 바라보는 방향이고, 또한, 좌측 방향에서 우측 방향을 향하여,
e) 전후 이동 가능 및 상하 승강 가능한 지석축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석의 1 쌍을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 조연삭 스테이지로서, 상기 1 쌍의 컵 휠형 지석의 지석 직경은 워크의 대각선 길이보다 함께 큰 직경을 나타내고, 또한, 일방의 컵 휠형 지석의 직경은 타방의 컵 휠형 지석의 직경보다 5 ∼ 20 ㎜ 짧고,
f) 상기 조연삭 스테이지의 우횡측으로 평행하게 형성한, 전후 이동 가능 및 상하 승강 가능한 지석축의 1 쌍에 축승된 컵 휠형 지석의 1 쌍을 그 지석면이 서로 대향하도록 워크 테이블을 사이에 두고 워크 테이블 전후에 형성된 마무리 연삭 스테이지, 및
g) 상기 마무리 연삭 스테이지의 우횡측 위치로서 상기 워크 테이블 상에 좌우로 분리되어 탑재된 상기 주축대와 심압대의 1 쌍으로 이루어지는 클램프 기구에 워크의 이출입을 가능하게 하는 개구부를 구비하는 로드 포트를 형성한 것을 특징으로 하는 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치.
제 1 항에 기재된 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치를 사용하고, 로드 포트 위치에 있는 클램프 기구의 주축대와 심압대에 지지 현가된 각기둥 형상 잉곳 블록을 다음의 공정을 거쳐 4 구석 (R) 코너부와 4 측면 평면을 컵 휠형 지석에 의해 모따기 가공하는 것을 특징으로 하는 각기둥 형상 잉곳 블록의 복합 모따기 가공 방법.
1) 로드 포트 위치에 있는 클램프 기구의 주축대와 심압대에 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가함.
2) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 조연삭 스테이지의 컵 휠형 조연삭 지석의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블의 이동을 정지시킴.
3) 조연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축의 일방을 상승시키고 타방을 하강시켜 쌍방의 지석 축심간 높이를 50 ∼ 120 ㎜ 로 함.
4) 조연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석간의 거리가 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 구석 (R) 코너부의 가공 여유량 위치에 도달하면 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축을 회전시킴.
5) 클램프 기구의 주축대의 워크 스핀들축을 회전시킴으로써 각기둥 형상 잉곳 블록을 그 축심 방향으로 회전시키고, 이어서 워크 테이블을 우방향으로 이동시켜, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 조연삭 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 R 코너부를 맞닿게 하여 연삭 가공을 개시하고, 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 지석의 우단 위치를 넘으면 R 코너부 조모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시킴. 또, R 코너부 조모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치의 주축대의 워크 스핀들축의 회전을 정지시킴.
6) R 코너부 조모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 조연삭 스테이지의 컵 휠형 조연삭 지석의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블의 이동을 정지시킴.
7) 조연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축의 일방을 하강시키고 타방을 상승시켜 쌍방의 지석 축심이 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 축심과 동일 선상이 되는 위치로 조정함.
8) 상기 조연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석이 도달하면 지석축의 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축을 회전시킴으로써 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석을 회전시킴.
9) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시키고, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 조연삭 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 조연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석의 우단 위치를 넘으면 양 측면 조모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시킴.
10) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 조연삭 스테이지의 컵 휠형 조연삭 지석의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블의 이동을 정지시킴.
11) 상기 클램프 기구의 주축대의 워크 스핀들을 90°회전시켜, 실리콘 블록의 미조연삭 가공 측면이 컵 휠형 조연삭 지석면에 대향하는 위치로 함.
12) 상기 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 조연삭 지석이 도달하면 지석축의 전진 이동을 정지함.
13) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시키고, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 조연삭 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 조연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 지석의 우단 위치를 넘으면 양 측면 조모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 조연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시키고, 이어서 지석축의 회전을 정지함.
14) 마무리 연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축의 일방을 상승시키고 타방을 하강시켜 쌍방의 지석 축심간 높이를 50 ∼ 120 ㎜ 로 함.
15) 마무리 연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석간의 거리가 각기둥 형상 잉곳 블록의 4 구석 (R) 코너부의 가공 여유량 위치에 도달하면 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축을 회전시킴.
16) 클램프 기구의 주축대의 워크 스핀들축을 회전시킴으로써 각기둥 형상 잉곳 블록을 그 축심 방향으로 회전시키고, 이어서 상기 조연삭 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시키고, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 R 코너부를 맞닿게 하여 연삭 가공을 개시하고, 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 지석의 우단 위치를 넘으면 R 코너부 마무리 모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시킴. 또, R 코너부 마무리 모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치의 주축대의 워크 스핀들축의 회전을 정지시킴.
17) R 코너부 마무리 모따기 가공된 각기둥 형상 잉곳 블록을 지지 현가하는 클램프 장치를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 마무리 연삭 스테이지의 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블의 이동을 정지시킴.
18) 마무리 연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축의 일방을 하강시키고 타방을 상승시켜 쌍방의 지석 축심이 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 축심과 동일 선상이 되는 위치로 조정함.
19) 상기 마무리 연삭 스테이지의 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석이 도달하면 지석축의 전진 이동을 정지하고, 이어서 이들 지석축을 회전시킴으로써 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석을 회전시킴.
20) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시키고 상기 회전하고 있는 컵 휠형 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 마무리 연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵휠형 마무리 연삭 지석의 우단 위치를 넘으면 양 측면 마무리 모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시킴.
21) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 좌방향으로 이동시키고, 상기 각기둥 형상 잉곳 블록의 우단이 마무리 연삭 스테이지의 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 좌단을 넘은 위치에서 상기 워크 테이블의 이동을 정지시킴.
22) 상기 클램프 기구의 주축대의 워크 스핀들을 90°회전시켜, 실리콘 블록의 미마무리 연삭 가공 측면이 컵 휠형 마무리 연삭 지석면에 대향하는 위치로 함.
23) 상기 1 쌍의 지석축을 전진 이동시키고, 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면의 가공 여유량 위치에 이들 지석축에 축승된 컵 휠형 마무리 연삭 지석이 도달하면 지석축의 전진 이동을 정지함.
24) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시키고, 상기 회전하고 있는 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 지석 블레이드에 각기둥 형상 잉곳 블록의 양 측면을 맞닿게 하여 마무리 연삭 가공을 개시하면서 워크 테이블의 우방향 이동을 속행하고, 클램프 기구에 지지 현가되어 있는 각기둥 형상 잉곳 블록의 좌단이 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석의 우단 위치를 넘으면 양 측면 마무리 모따기 가공 종료로 하고, 상기 1 쌍의 컵 휠형 마무리 연삭 지석을 축승하는 지석축을 후퇴시키고, 이어서 지석축의 회전을 정지함.
25) 상기 클램프 기구를 탑재하는 워크 테이블을 우방향으로 이동시켜 로드 포트 위치에서 이동 정지시키고, 이어서 클램프 기구의 심압대를 후퇴시켜 4 구석 코너부의 모따기 가공 및 4 측면의 모따기 가공이 종료된 각기둥 형상 잉곳 블록의 지지 현가를 해제하고, 이 각기둥 형상 잉곳 블록을 복합 모따기 가공 장치 외로 반출함.
제 1 항에 있어서,
잉곳 블록의 복합 모따기 가공 장치의 좌단면에 상기 워크 테이블의 좌우 이동 안내 레일을 연장시켜 형성함과 함께, 워크 테이블을 탑재하는 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.