(57)【要約】      （修正有）【課題】一台の破砕装置で、破砕ロールの間隙を調整することなく多結晶シリコンを最適な破砕比でロス率を抑えながら破砕することができる多結晶シリコンの破砕装置を提供する。【解決手段】互いに逆回転する一対の破砕ロール２間に塊状の多結晶シリコンを挟み込んで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、破砕ロール２の外周面上に複数の破砕歯１０が半径方向外方に突出して設けられており、各破砕ロール２の複数の破砕歯１０の先端を通る外接円どうしの間隔は基端４側より先端５側が広くなるように配置され、これら破砕ロール２の対向部の上方位置に、多結晶シリコンを載置して基端２０側から先端２１側に向けて送る一対の送りローラ３が設けられ、これら送りローラ３の水平方向の相互間隔は、基端２０側よりも先端２１側が広くなるように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに逆回転する一対の破砕ロール間に塊状の多結晶シリコンを挟み込んで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、前記破砕ロールの外周面上に複数の破砕歯が半径方向外方に突出して設けられており、各破砕ロールの複数の破砕歯の先端を通る外接円どうしの間隔は基端側より先端側が広くなるように配置され、これら破砕ロールの対向部の上方位置に、多結晶シリコンを載置して基端側から先端側に向けて送る一対の送りローラが設けられ、これら送りローラの水平方向の相互間隔は、基端側よりも先端側が広くなるように配置されていることを特徴とする多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項２】
前記送りローラが円柱状に形成されており、該送りローラは基端側から先端側に向かうにしたがって下り勾配に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項３】
前記送りローラは、先端側が基端側よりも小径に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項４】
前記送りローラは、テーパ状の外周面を有する構成とされることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項５】
前記送りローラの相互間隔と前記破砕ロールの複数の破砕歯を通る外接円どうしの間隔とは、垂直方向に沿う同一断面での送りローラの相互間隔に対する前記外接円どうしの間隔の比が長さ方向にわたってほぼ同じ比率に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項６】
前記破砕歯は、前記一対の破砕ロールの複数の破砕歯の先端を通る外接円どうしの間隔が狭い側では狭いピッチ、該外接円どうしの間隔が広い側では広いピッチで配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項７】
前記送りローラは、これら送りローラの対向部間で外周面が下方から上方に向けて移動する向きに相互に逆方向に回転させられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項８】
前記送りローラの外周面に、該送りローラの回転方向に沿って基端側から先端側にかけて螺旋状の溝又は凸条が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項９】
前記送りローラの対向部間の上方に、前記多結晶シリコンの移動を案内する補助機構が設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項１０】
前記補助機構は、前記送りローラと間隔をおいて配置され該送りローラの基端側から先端側にかけて移動する回転ベルトと、該回転ベルトの表面に移動方向に間隔をおいて立設される複数のすくい板とを有する構成とされることを特徴とする請求項９に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項１１】
前記破砕ロールの対向部の下方位置に、破砕ロール間から落下した多結晶シリコンを分級するための一対の分級ローラが設けられ、これら分級ローラは、水平方向間隔が分級すべき製品寸法に設定されるとともに、基端側又は先端側のいずれかに向かうにしたがって下り勾配に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【請求項１２】
前記分級ローラの下り勾配の下端に、分級ローラ間から落下しなかった多結晶シリコンを前記送りローラに再度供給する送り戻し機構が設けられていることを特徴とする請求項１１記載の多結晶シリコンの破砕装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体用シリコンの原料として用いられる多結晶シリコンを塊状に破砕するための多結晶シリコンの破砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップに使用されるシリコンウエハは、例えばチョクラルスキー（ＣＺ）法により製造された単結晶シリコンから作製される。そして、このＣＺ法による単結晶シリコンの製造には、例えば、シーメンス法によって棒状に形成された多結晶シリコンを塊状に破砕したものが用いられる。
この多結晶シリコンの破砕は、図１１に示すように、多結晶シリコンのロッドＲを数ｍｍ〜数ｃｍの大きさの塊Ｓにするものであり、ロッドＲを熱衝撃等によって適宜の大きさに砕いた後に、ハンマーで直接叩き割る方法が一般的であるが、作業者の負担が大きく、棒状の多結晶シリコンから所望の大きさの塊を得るには非効率である。
【０００３】
この負担を回避するため、適宜の大きさに砕いた塊状のシリコン破砕物を、破砕機で所望の大きさに破砕する技術が知られている。この破砕の際にはロス（微細分）の発生を低くすることが重要視されている。ロスの発生を低くするためには、破砕機に投入される多結晶シリコン（以下、チャンクという）の形状の厚みに対して、必要以上に破砕歯を押し込まないこと、つまり、各多結晶シリコンの大きさごとに適正な破砕比を与えながら破砕する必要がある。
【０００４】
この種の技術として、例えば、特許文献１において、塊状のシリコン破砕物を一対のロールを供えた粉砕機に複数回供給し、破砕を繰り返すことで所望の大きさのシリコン微粉砕物を得る方法が提案されている。この場合、所定の粉砕比（破砕比）により粉砕機でシリコン破砕物を粉砕し、粉砕後に得られるシリコン微粉砕物が所望の大きさのシリコン微粉砕物の最大の辺の長さより小さいか又は等しい辺の長さのものと、所望の大きさより大きい辺の長さのものとに分級する。さらに、ロールの間隙を多段階に狭めながら、所望のシリコン微粉砕物よりも大きい辺の長さの粉砕品を再度同じ粉砕機に供給して粉砕し、目標とする大きさまでシリコン微粉砕物を何度も破砕する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３５１６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、破砕機に投入されるチャンクは不定形であり、特許文献１の場合にはこの様々な厚みを有するチャンクに応じた破砕比にするために、破砕する度にロールの間隙を個別に調整する必要があることから手間や時間がかかっていた。しかも、このロールの個別の調整作業が難しく、結果としてロスが増える傾向にある。
また、このように一台の破砕機でロールの間隔を調整しながら複数回破砕を繰り返す方法に代えて、破砕比の異なる複数台の破砕機を用意し、これら破砕機を順次使用しながら破砕することが考えられるが、装置全体が大型化し、コスト増を招く。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、一台の破砕装置で、破砕ロールの間隙を調整することなく多結晶シリコンを最適な破砕比でロス率を抑えながら破砕することができる多結晶シリコンの破砕装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、互いに逆回転する一対の破砕ロール間に塊状の多結晶シリコンを挟み込んで破砕する多結晶シリコンの破砕装置であって、前記破砕ロールの外周面上に複数の破砕歯が半径方向外方に突出して設けられており、各破砕ロールの複数の破砕歯の先端を通る外接円どうしの間隔は基端側より先端側が広くなるように配置され、これら破砕ロールの対向部の上方位置に、多結晶シリコンを載置して基端側から先端側に向けて送る一対の送りローラが設けられ、これら送りローラの水平方向の相互間隔は、基端側よりも先端側が広くなるように配置されていることを特徴とする。
【０００９】
塊状の多結晶シリコンを一対の送りローラの間に投入すると、この送りローラの基端側から先端側に多結晶シリコンが送られる。そして、この送りローラの水平方向の相互間隔が基端側よりも先端側が広くなるように配置されていることから、その間隔に応じて、基端側では比較的小さい多結晶シリコン、先端側では大きい多結晶シリコンが両送りローラ間から下方の破砕ロール間に落下する。また、破砕ロールも複数の破砕歯の先端を通る外接円どうしの間隔は基端側より先端側が広くなるように配置されているから、多結晶シリコンの厚みに応じた間隔で破砕することができ、基端側では比較的小さい多結晶シリコン、先端側では大きい多結晶シリコンを破砕することができる。したがって、破砕ロールの間隔を調整することなく、多結晶シリコンの大きさに応じた所定の破砕比で破砕可能となる。
さらに、破砕後の多結晶シリコンを分級し、大きい多結晶シリコンを繰り返し同じ破砕装置で破砕すれば、所望の大きさの多結晶シリコンを得ることができる。
なお、送りローラ相互間の水平方向角度を変えることにより破砕比を適宜変更することが可能であり、例えば、先端側の相互間隔を広げて破砕比を大きくし、または狭めて破砕比を小さくすることが可能である。
【００１０】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記送りローラが円柱状に形成されており、該送りローラは基端側から先端側に向かうにしたがって下り勾配に傾斜して配置されているとよい。
円柱状の送りローラが基端側から先端側に向かうにしたがって下り勾配に傾斜していることから、多結晶シリコンが基端側から先端側に向かって送りローラ上を滑って移動する。この際、送りローラの水平方向の相互間隔が基端側よりも先端側が広くなるように配置されていることから、その間隔に応じて基端側では比較的小さい多結晶シリコン、先端側に向かうにしたがって大きい多結晶シリコンを両送りローラ間から下方の破砕ロール間に落下させることができる。したがって、破砕ロールの間隔を調整することなく、多結晶シリコンの大きさに応じた所定の破砕比で破砕可能となる。
【００１１】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記送りローラは、先端側が基端側よりも小径に設けられているとよい。また、前記送りローラは、テーパ状の外周面を有する構成とされるとよい。
例えば、送りローラの外周面を先端に向かうにしたがって小径となるテーパ形状や段付き形状とし、先端側を基端側よりも小径に設けることで、送りローラの水平方向の相互間隔が基端側より先端側で広くなるように配置されるとともに、送りローラ外周面の上側が下り勾配に傾斜して配置されることとなる。このような送りローラを用いることにより、円柱状の送りローラを下り勾配に傾斜して配置した場合と同様に、多結晶シリコンを送りローラの外周面形状に沿って基端側から先端側に向かって送ることができる。
【００１２】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記送りローラの相互間隔と前記破砕ロールの複数の破砕歯の先端を通る外接円どうしの間隔とは、垂直方向に沿う同一断面での送りローラの相互間隔に対する前記外接円どうしの間隔の比が長さ方向にわたってほぼ同じ比率に設定されているとよい。
【００１３】
送りローラの相互間隔は、その間から落下する多結晶シリコンの厚みを規制し、破砕ロールの複数の破砕歯の先端を通る外接円どうしの間隔は、破砕された後の多結晶シリコンの大きさを規制する。したがって、垂直方向に沿う同一断面での送りローラの相互間隔に対する外接円どうしの間隔の比は、供給する多結晶シリコンの大きさに対する破砕後の多結晶シリコンの大きさの比、すなわち破砕比を特定することになり、その比が長さ方向にわたってほぼ同じ比率に設定されていることにより、供給される多結晶シリコンの大きさにかかわらずほぼ同じ破砕比で破砕することができる。
【００１４】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記破砕歯は、前記外接円どうしの間隔が狭い側では狭いピッチ、該外接円どうしの間隔が広い側では広いピッチで配置されているとよい。
【００１５】
この破砕装置では、破砕ロールを回転しながら破砕歯によって多結晶シリコンを連続的に打撃して効率良く破砕でき、その際、各破砕歯が、その複数の破砕歯の先端を通る外接円どうしの間隔が狭い側では狭いピッチ、外接円どうしの間隔が広い側では広いピッチで配置されているので、多結晶シリコンの大きさに合わせた最適な破砕歯の配置で破砕でき、多結晶シリコンがこの破砕歯により押しつぶされて微細粉が生じることも防止される。
【００１６】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記送りローラは、これら送りローラの対向部間で外周面が下方から上方に向けて相互に逆方向に回転させられるとよい。
【００１７】
このように送りローラを対向部間で外周面が下方から上方に向けて移動する向きに回転させることにより、供給される塊状の多結晶シリコンを両送りローラ間に挟みこむことなく、基端側から先端側に向けて滑らせながら円滑に送ることができ、多結晶シリコンをその様々な厚みに応じた位置で無段階で確実に破砕ロールに供給することができる。
【００１８】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記送りローラの外周面に、該送りローラの回転方向に沿って基端側から先端側にかけて螺旋状の溝又は凸条が形成されているとよい。
送りローラの外周面に螺旋状の溝又は凸条を設けることで、送りローラの回転に伴って多結晶シリコンが外周面の溝又は凸条に沿って案内される。したがって、送りローラ自体を傾斜させる等しなくても、送りローラの基端側から先端側に向かって多結晶シリコンを円滑に送ることができる。
【００１９】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置において、前記送りローラの対向部間の上方に、前記多結晶シリコンの移動を案内する補助機構が設けられているとよい。
送りローラ上に供給される多結晶シリコンは、送りローラの対向部間上で積み重ねられ、例えば大きな多結晶シリコンの上に小さな多結晶シリコンが乗った状態となる（これをブリッジ現象という。）と、その小さな多結晶シリコンは大きな多結晶シリコンと一緒に所定位置から離れた位置まで運ばれて落下することとなり、破砕ロール間を破砕されずに通過してしまうことがある。この場合、多結晶シリコンの破砕回数を増加させ、ロス発生量の増加を招くことになる。
そこで、多結晶シリコンを破砕ロールの所定位置に円滑に落下させるため、多結晶シリコンを送りローラ上で一列に移動させることが望ましい。ところが、多結晶シリコンを一列に移動させると、破砕の処理量の低下が懸念される。このため、多結晶シリコンの処理量を増加させるために、多結晶シリコンの送りローラ上での移動速度を上げる必要がある。送りローラの外周面の下り勾配を急勾配にすることが考えられるが、装置の高さが増加することや、多結晶シリコンが送りローラ上を勢いよく滑るために所定の落下位置から落下し難くなることが問題となる。
【００２０】
そこで、本発明の多結晶シリコンの破砕装置では、多結晶シリコンの移動を案内する補助機構を設けることで、多結晶シリコンのブリッジが形成されることを防止するとともに、多結晶シリコンの移動速度を上げて、破砕比制御の精度を下げることなく、破砕装置の処理量を増加させることとしている。
補助機構としては、例えば、送りローラと間隔をおいて配置され該送りローラの基端側から先端側にかけて移動する回転ベルトと、その回転ベルトの表面に移動方向に間隔をおいて立設される複数のすくい板とを有する構造等を用いることができる。この場合、回転ベルトと送りローラとの間で多結晶シリコンを一列に並べて送ることができ、また、回転ベルトの移動に伴ってすくい板に多結晶シリコンが接触して移動することで多結晶シリコンの移動が促進されるので、破砕の処理量を向上させることができる。
【００２１】
本発明の多結晶シリコン破砕装置において、前記破砕ロールの対向部の下方位置に、破砕ロール間から落下した多結晶シリコンを分級するための一対の分級ローラが設けられ、これら分級ローラは、水平方向間隔が分級すべき製品寸法に設定されるとともに、基端側又は先端側のいずれかに向かうにしたがって下り勾配に傾斜して配置されているものとしてもよい。
分級ローラの間隔を所望の大きさの製品寸法に設定しておくことにより、破砕後の多結晶シリコンを分級することができ、破砕された多結晶シリコンが製品寸法内であれば、分級ローラ間から落下し、所望の大きさを超えている場合には分級ローラの勾配にしたがって基端又は先端から落下する。
【００２２】
この場合、前記分級ローラの下り勾配の下端に、分級ローラ間から落下しなかった多結晶シリコンを前記送りローラに再度供給する送り戻し機構が設けられているとよい。
所望の大きさを超えた製品寸法外の多結晶シリコンを再度送りローラに供給して破砕し、これを必要に応じて繰り返すことにより、所望の大きさのものを得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の多結晶シリコンの破砕装置によれば、一台の破砕装置で、破砕ロールの間隙を調整することなく多結晶シリコンを最適な破砕比でロス率を抑えながら破砕することができる。その結果、手割りの場合と同等の高品質の多結晶シリコンの破砕片を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る多結晶シリコンの破砕装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】特定の垂直断面における破砕ロールと送りローラとの配置を示す断面図である。
【図５】破砕ロールの表面状態を示す一部を省略した斜視図である。
【図６】破砕歯ユニットを示す斜視図である。
【図７】破砕歯と固定カバーとの固定を説明する要部断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の多結晶シリコンの破砕装置を説明する斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態の多結晶シリコンの破砕装置を説明する斜視図である。
【図１０】本発明の第４実施形態の多結晶シリコンの破砕装置を説明する斜視図である。
【図１１】多結晶シリコンのロッドを破砕して塊状としたものを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る多結晶シリコンの破砕装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態の破砕装置１００は、図１に示すように、一対の破砕ロール２、２及び一対の送りローラ３、３を有し、互いに逆回転する破砕ロール２、２間に塊状の多結晶シリコンを挟み込んで破砕するようになっている。また、破砕ロール２、２間で破砕された多結晶シリコンをさらに一対の分級ロール３１、３１によって分級し、所定寸法を超えるものを再度送りローラ３，３に戻して破砕することができるようになっている。
【００２６】
一対の破砕ロール２、２は、図４に示すように、外周面上に複数の破砕歯１０が半径方向外方に突出して設けられており、各破砕ロール２、２の複数の破砕歯１０の先端を通る外接円２５どうしの間隔は、基端４側より先端５側が広くなるように配置されており、基端４における外接円２５どうしの間隔は狭く、先端５側の外接円２５どうしの間隔は、基端４の間隔よりも広くなっている。
【００２７】
また、各破砕歯１０は、一対の破砕ロール２、２の複数の破砕歯１０の先端を通る外接円２５どうしの間隔が狭い側（基端側）になるにつれて狭いピッチ、外接円２５どうしの間隔が広い側（先端側）になるにつれて広いピッチで配置されている。本実施形態では、図２及び図３にＡ〜Ｆで示す順に複数の破砕歯１０の先端を通る外接円２５どうしの間隔が広くなっている。
【００２８】
この場合、図５に示すように、各破砕ロール２、２の外周面は、均一な円柱面ではなく、軸方向に沿う長尺な平坦面１１を周方向に連結して構成された多面体状に形成されており、各平坦面１１の両端部にはねじ穴１３が設けられ、これら平坦面１１に破砕歯ユニット１２が一つずつねじ１４により固定されている。
【００２９】
破砕歯ユニット１２は、図６に示すように、破砕ロール２の平坦面１１に当接する短冊状の固定カバー１５と、この固定カバー１５に取り付けられる複数個の破砕歯１０とから構成されている。破砕歯１０は、超硬合金又はシリコン材により設けられ、その先端部１６が例えば球面状に形成されるとともに、側面部１７が円柱面状に形成されている。
【００３０】
固定カバー１５は、破砕ロール２の平坦面１１と同じ幅、長さの短冊状に形成され、その長手方向に破砕歯取付け用の図示しない固定孔が貫通状態に形成されている。破砕歯１０は、固定孔に嵌合等の適宜の手段によって、固定カバー１５に回り止めされた状態で固着される。
例えば、図７（ａ）に示すように、固定カバー１５には、破砕歯１０Ａの円柱面状に形成された側面部１７と嵌合する固定孔１５ａが貫通状態に形成されており、破砕歯１０Ａの側面部１７を固定カバー１５に焼き嵌めすることにより固定され、破砕歯ユニット１２Ａが形成される。そして、固定カバー１５の表面に、破砕歯１０Ａの先端を貫通させる貫通孔１８ａを設けた表面カバー１８が被せられ、固定カバー１５は表面カバー１８と重ね合わせた状態で、ボルト等の固定手段によって破砕ロール２表面に固定される。
この際、破砕歯１０Ａは、固定カバー１５に開けられた固定孔１５ａに焼き嵌めされているので、固定孔１５ａと嵌合する破砕歯１０Ａの側面部１７全面で強固に固定される。このため、多結晶シリコン破砕時に破砕歯１０Ａがぶれることや回転することが無く、さらに応力集中を低減させることができ、安定的に破砕を続けることができる。また、破砕歯１０Ａと固定カバー１５とが一体化されることで、固定カバー１５の強度を向上させることができる。
そして、一部の破砕歯１０Ａに破損が発生した場合には、破砕歯ユニット１２のユニット交換を行うことにより、破損した破砕歯１０Ａの交換を容易に行うことができるため、メンテナンス負荷を低減させることができる。
【００３１】
なお、破砕歯の形状として、固定カバー１５と嵌合する側面部１７と固定カバー１５から突出する先端部１６とが同径に形成されたストレート歯（破砕歯１０Ａ）を用いて説明したが、破砕歯の形状はストレート歯に限定されるものではなく、その他の種々の破砕歯を用いることができる。
例えば、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、先端部１６を側面部１７よりも大径としたかさ形状を有する破砕歯１０Ｂ，１０Ｃを用いることで、多結晶シリコンの破砕時において、先端部１６の座部分１６ａで破砕歯にかかる曲げ荷重を受けることが可能となる。したがって、破砕時の応力集中係数を低減させることができ、破砕歯の強度を向上させることができる。また、このようなかさ形状の先端部１６を有する破砕歯１０Ｂ，１０Ｃにおいては、固定カバー１５と固定される側面部１７の断面積よりも先端部１６を大径に形成できることから、各破砕歯の間隔を密に配置することが可能となる。このため、各破砕歯間を破砕されずにすり抜ける多結晶シリコンを低減させることができる。なお、図７（ｃ）に符号１９で示すように、かさ形状の先端部１６と円柱面状の側面部１７とをテーパ形状で接続することで、先端部１６と側面部１７との接続部分にかかる応力集中を低減させることができる。
【００３２】
そして、このように構成される各破砕歯ユニット１２は、例えば、隣接する破砕歯ユニット１２の破砕歯１０が破砕ロール２の周方向に連続して並ばないように、破砕歯１０が千鳥状に配列した状態に取り付けられる。一方、両破砕ロール２の間では、その対向部において両破砕ロール２の破砕歯１０の先端部１６どうしが対向するように配置される。
【００３３】
一対の送りローラ３は、例えば超硬合金又はシリコン材により形成され、多結晶シリコンを長さ方向に送りながら破砕ロール２間に供給するものであり、破砕ロール２、２の対向部の上方位置に設けられている。これら送りローラ３は、円柱状に形成されており、水平方向の相互間隔が基端２０側よりも先端２１側が広くなるように、かつ基端２０側から先端２１側に向かうにしたがって下り勾配に傾斜して配置されている。
また、送りローラ３は、その対向部間で外周面が下方から上方に向けて移動する向き、すなわち、図１の矢印の方向に相互に逆方向に回転させられる。
なお、図１では、構成がわかり易いように送りローラ３を小さく描いているが、操作性の観点から、図１に示すものより適宜大径の送りローラ３が用いられる。
【００３４】
このように、送りローラ３が下り勾配に傾斜して配置され、相互に逆方向に回転させられることで、これら送りローラ３の間に供給された多結晶シリコンを先端２１の方向に送ることができるようになっている。その際、多結晶シリコンは送りローラ３に対して一個ずつ供給される。送りローラ３が基端２０側から先端２１側に向かうにしたがって水平方向の相互間隔が所定角度で漸次広がっていることにより、相互間隔が狭い基端４側に供給された破砕片は、両送りローラ３、３によって先端５側に送られながら、これら送りローラ３の間からその相互間隔よりも小さいものが順次破砕ロール２上に落下するようになっている。送りローラ３の基端２０側で小さい破砕片が落下し、先端２１側で大きい破砕片が落下する。
【００３５】
また、送りローラ３の相互間隔と破砕ロール２の相互間隔（複数の破砕歯１０の先端を通る外接円２５どうしの間隔）とは、送り方向に直交する同一垂直断面位置では、図４に示すように、送りローラ３の相互間隔Ｇ１が破砕ロール２の相互間隔Ｇ２よりも広くなるように設定されており、その垂直断面での破砕ロール２の相互間隔に対する送りローラ３の相互間隔の比（Ｇ１／Ｇ２）が、長さ方向にわたってほぼ同じ比率に設定されている。この比率、すなわち（送りローラの相互間隔）／（破砕ロールの相互間隔）は、（破砕すべき投入多結晶シリコンの大きさ）／（目的とする破砕片の大きさ）であり、破砕比である。
【００３６】
分級ローラ３１、３１は、破砕ロール２、２の対向部の下方位置に設けられており、水平方向の相互間隔は全長にわたって一定とされるが、送りローラ３、３と同様に基端側から先端側に向けて下り勾配に傾斜している。この分級ローラ３１、３１の水平方向の相互間隔が、分級すべき製品寸法に設定される。
また、この分級ローラ３１、３１の回転方向は、送りローラ３，３と同様に、対向部間で両ローラ３１、３１の外周面が上向きとなる方向とされる。さらに、これら分級ローラ３１、３１の両側方には、破砕ロール２、２間から落下する多結晶シリコンを分級ローラ３１、３１の間に案内するためのシュータ３２が設けられている。
また、分級ローラ３１、３１の対向部間の下方には、分級ローラ３１、３１間から落下する多結晶シリコンを捕集するための容器３３が設置され、分級ローラ３１、３１の先端には、分級ローラ３１、３１間から落下しなかった多結晶シリコンを再度送りローラ３の基端部に供給する送り戻し機構３４が接続される。この送り戻し機構３４はコンベアやシュータ等を組み合わせて構成することができる。
【００３７】
なお、破砕装置１００には、破砕ロール２、送りローラ３、分級ローラ３１等を収容するために図示しないハウジングが設けられ、このハウジングは、コンタミ防止のため、ポリプロピレン等の樹脂製とされ、あるいは金属製のハウジングの内面にテトラフルオロエチレンのコーティングをしたものが用いられる。
【００３８】
このように構成した破砕装置１００を用いて多結晶シリコン破砕片を破砕する場合、両破砕ロール２、２を回転させた状態で、予め粗く破砕した適宜の大きさの多結晶シリコンの破砕片を送りローラ３の基端２０側に投入すると、上記したように送りローラ３、３の相互間隔よりも小さくなる位置で送りローラ３の間から破砕片が破砕ロール２上に落下する。
【００３９】
両破砕ロール２、２の間に落下した多結晶シリコンは、その破砕歯１０により塊状に破砕される。このとき、一対の破砕ロール２、２間の相互間隔Ｇ２と、一対の送りローラ３、３間の相互間隔Ｇ１とは、前述したように、送り方向に直交する同一垂直断面における比（Ｇ２／Ｇ１）が長さ方向にわたってほぼ同じ比率に設定されているので、長さ方向にわたってほぼ一定の破砕比で破砕することがきる。そして、両送りローラ３の基端側では小さい多結晶シリコンが供給され、先端側に向かうにしたがって大きい多結晶シリコンが供給され、その多結晶シリコンの大きさに合わせるように破砕ロール３も基端側から先端側にかけて漸次相互間隔を広げて配置され、したがって、投入される多結晶シリコンの大きさにかかわらずほぼ一定の破砕比で破砕することができる。
なお、前述したように、同一垂直断面位置では、送りローラ３の方が破砕ロール２よりも相互間隔が広いため、送りローラ３の間から落下した破砕片が破砕ロール２の破砕歯１０、１０の間に確実に挟まり、この破砕歯１０により確実に破砕片を破砕することができる。
【００４０】
そして、両破砕ロール２間で破砕された多結晶シリコンは、破砕ロール２の下方で分級ローラ３１、３１間に案内され、分級ローラ３１、３１の相互間隔で設定される所定の大きさの多結晶シリコンは分級ローラ３１、３１間から落下して容器３３に捕集され、所定寸法より大きい多結晶シリコンは分級ローラ３１、３１の先端から落下する。分級ローラ３１、３１間から落下した多結晶シリコンは製品として供され、一方、分級ローラ３１、３１の先端から落下した多結晶シリコンは送り戻し機構３４を経由して送りローラ３に戻され、再度破砕処理が繰り返される。
このように、破砕ロール２間で破砕した多結晶シリコンを分級しながら、所定寸法より大きい多結晶シリコンのみ破砕を繰り返すことで、その繰り返し回数を最小とし、ロスを低減することができる。
【００４１】
図８は、本発明の第２実施形態の多結晶シリコンの破砕装置２００を示している。
図１に示す第１実施形態の多結晶シリコンの破砕装置１００では、多結晶シリコンを送りローラ３の傾斜に沿って移動させる構成としていることから、多結晶シリコンの処理量を増加させるためには、多結晶シリコンの送りローラ３上での移動速度を上げる必要がある。また、送りローラ３の対向部間上で大きい多結晶シリコンの上に小さい多結晶シリコンが積み重ねられてブリッジを形成することがあり、この場合には破砕ロール２間を破砕されずに通過する多結晶シリコンが発生するおそれがある。その結果、結晶シリコンの破砕回数を増加させ、ロス発生量の増加を招くことになる。
そこで、送りローラ３上に供給される多結晶シリコンを破砕ロール２の所定位置に落下させるために、多結晶シリコンを送りローラ３上で一列に移動させることが望ましい。ところが、多結晶シリコンを一列に移動させると、破砕の処理量の低下を招くことが懸念される。
一方で、送りローラ３の傾斜（下り勾配）を急勾配にすることが考えられるが、装置の高さが増加することや、多結晶シリコンが送りローラ３上を勢いよく滑ることで、所定の落下位置から落下し難くなるおそれがある。
【００４２】
第２実施形態の多結晶シリコンの破砕装置２００においては、図８に示すように、送りローラ３の対向部間の上方に、多結晶シリコンの移動を案内する補助機構６を設けることとしている。
例えば、補助機構６は、送りローラ３の対向部間上方に送りローラ３と間隔をおいて配置され、その送りローラ３の基端側から先端側にかけて移動する回転ベルト６１と、その回転ベルト６１の表面に移動方向に間隔をおいて立設される複数のすくい板６２とを有する構成とされる。送りローラ３と間隔をおいて配置される回転ベルト６１により、多結晶シリコンのブリッジが形成されることを防止することができ、回転ベルト６１と送りローラ３との間で多結晶シリコンを一列に並べて送ることができる。また、回転ベルト６１の移動に伴ってすくい板６２が多結晶シリコンに接触して多結晶シリコンの移動を案内することで、多結晶シリコンの移動が促進され、破砕の処理量を向上させることができる。
このように、第２実施形態の多結晶シリコンの破砕装置２００においては、補助機構６により、送りロール３の対向部間上で多結晶シリコンのブリッジが形成されることを防止でき、多結晶シリコンの移動速度を上げて、破砕比制御の精度を下げることなく、破砕装置の処理量を増加させることができる。
【００４３】
図９は、本発明の第３実施形態の多結晶シリコンの破砕装置３００を示している。
前述の第１実施形態及び第２実施形態では、一対の送りローラ３を円柱状に設けて、各送りローラ３の外径は全長にわたって同じに設定していたが、第３実施形態の多結晶シリコンの破砕装置３００では、送りローラ３は、先端２１側が基端２０側よりも小径に設けられ、先端２１側に先細り状のテーパ状の外周面２６を有する構成とされる。また、両送りローラ３の軸線は、先端に向かうにしたがって漸次大きくなるように配置されており、送りローラ３間の相互間隔が先端に向かうにしたがって漸次大きくなる配置とされている。
そして、破砕ロール２は、先端５側が基端４側よりも小径に形成された段付き形状とされており、送りローラ３と同様に、軸線が先端に向かうにしたがって漸次大きくなるように配置され、破砕ロール間の相互間隔が先端に向かうにしたがって漸次大きくなる配置とされている。
【００４４】
このように、送りローラ３の外周面２６を、先端に向かうにしたがって小径となるテーパ形状とし、先端２１側を基端２０側よりも小径に設けることで、送りローラ３の外周面２６の上側が下り勾配となるように傾斜して配置されることとなる。このような送りローラ３を用いることにより、第１実施形態のように、円柱状の送りローラを下り勾配に傾斜して配置した場合と同様に、多結晶シリコンを送りローラ３の形状に沿って基端２０側から先端２１側に向かって円滑に送ることができる。
なお、送りローラ３の外周面２６の上側を下り勾配とする構成としては、上記実施形態のように送りローラ３の外周面２６をテーパ状とする構成に限定されるものではない。例えば、送りローラの外周面を先端に向かうにしたがって小径となる段付き形状とすることにより、外周面をテーパ状に形成した場合と同様に、多結晶シリコンを送りローラの先端側に向かって送ることができる。
また、前述の実施形態では、両軸線を先端に向かうにしたがって漸次大きくなるように配置したが、破砕ロール間の相互間隔が先端に向かうにしたがって漸次大きくなる配置であれば、破砕ロールを先細り状のテーパ状に形成して軸線は相互に平行に配置する、破砕ロールを先端に向かうにしたがって漸次小径となる段付きロールとして、その軸線は相互に平行に配置する、などの構成としてもよい。
【００４５】
図１０は、本発明の第４実施形態の多結晶シリコンの破砕装置４００を示している。
第４実施形態の多結晶シリコンの破砕装置４００は、円柱状の送りローラ３の外周面に、その送りローラ３の回転方向に沿って基端２０側から先端２１側にかけて螺旋状の溝又は凸条２７が形成された構成とされる。
また、破砕ロール２の外径は、全長にわたって同じに設定され、両軸線を先端に向かうにしたがって漸次大きくなるように配置されている。これにより、破砕ロール２間の相互間隔が先端に向かうにしたがって漸次大きくなる配置とされる。
このように、送りローラ３の外周面に螺旋状の溝又は凸条２７を設けることで、送りローラ３の回転に伴って多結晶シリコンが外周面の溝又は凸条２７に沿って案内される。したがって、送りローラ３自体を傾斜させる等しなくても、送りローラ３の基端２０側から先端２１側に向かって多結晶シリコンを円滑に送ることができる。なお、送りローラ３の外周面に螺旋状の溝又は凸条２７を設けるとともに、送りローラ３自体を傾斜させる構成とすることも可能である。
【００４６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
前述の実施形態では、破砕ロール２の外径は全長にわたって同じに設定して、両軸線を先端に向かうにしたがって漸次大きくなるように配置したが、破砕ロール間の相互間隔が先端に向かうにしたがって漸次大きくなる配置であれば、前述の実施形態に限定されることなく、種々の構成を採用することができる。
例えば、破砕ロールを先細り状のテーパ状に形成して軸線は相互に平行に配置する、破砕ロールを先端に向かうにしたがって漸次小径となる段付きロールとして、その軸線は相互に平行に配置する、などの構成としてもよい。さらに、破砕ロールの外周面を、先端に向かうにしたがって漸次大径となる段付き形状もしくはテーパ状とし、軸線を先端に向かうにしたがって漸次水平方向の相互間隔を広くなるように配置する構成とすることにより、各破砕ロールの複数の破砕歯の先端を通る外接円どうしの間隔を基端側より先端側が広くなるように配置することができる。
【００４７】
また、送りローラの相互間隔と破砕ロールの相互間隔とにより設定される破砕比を長さ方向にわたってほぼ同じ比率に設定したが、例えば、破砕ロールの相互間隔は変えないで、送りローラ先端の間隔を大きくして破砕比を先端側に向けて漸次大きくする、あるいは送りローラ先端の間隔を小さくして破砕比を先端側に向けて漸次小さくすることも可能である。
破砕歯に関しては、固定カバー１５を用いて破砕ロール２に固定する方法を示したが、破砕歯を直接ロール面に固定する方法として、ロール表面に植え込みボルトを配設し、この植え込みボルトに破砕歯を締結するようにしてもよい。
また、各破砕歯ユニット１２は、破砕歯１０が千鳥状に配列した状態に取り付けていたが、破砕歯の配列は、これに限定されるものではない。隣接する破砕歯ユニット１２の破砕歯１０を破砕ロール２の周方向に連続して並べる構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１００，２００，３００，４００  破砕装置（多結晶シリコンの破砕装置）
２  破砕ロール
３  送りローラ
４  基端
５  先端
６  補助機構
１０，１０Ａ〜１０Ｃ  破砕歯
１１  平坦面
１２，１２Ａ〜１２Ｃ  破砕歯ユニット
１３  ねじ穴
１４  ねじ
１５  固定カバー
１６  先端部
１７  側面部
１８  表面カバー
２０  基端
２１  先端
２５  外接円
２６  外周面
２７  溝又は凸条
３１  分級ローラ
３２  シュータ
３３  容器
３４  送り戻し機構
６１  回転ベルト
６２  すくい板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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