(57)【要約】【課題】スループット時間が短く、フットプリントがコンパクトなシリコンインゴットブロックの複合面取り加工装置を提供する。【解決手段】円柱状インゴットブロックの四側面剥ぎ加工をスライサー装置の一対の回転刃９１ａ，９１ｂで行って得られた角柱状インゴットの四隅Ｒ面および四側面を一対のカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇで粗研削加工して面取りし、ついで、一対の研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇでそのブロックの四隅Ｒ面および四側面を仕上げ研磨加工する面取りを行って表面平滑度の優れた角柱状インゴットブロックを短時間で製造することができる複合面取り加工装置１の提供。【選択図】図１
2012066310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）機枠（ベース）上に左右方向に設けられた案内レール上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル、
ｂ）このワークテーブル上に左右に分離して搭載された主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構、
ｃ）前記クランプ機構に支架されたワークを載せた前記ワークテーブルを左右方向に往復移動させる駆動機構、
ｄ）前記ワークテーブルを正面側から直角に見る方向であって、かつ、左側方向より右側方向へ向かって、
ｅ）前後移動可能および上下昇降可能な砥石軸の一対に軸承されたカップホイール型砥石の一対をその砥石面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた粗研削面取り加工ステージ、
ｆ）前記粗研削面取り加工ステージの右横側に平行に設けた、前後移動可能および上下昇降可能な研磨工具軸の一対に軸承された研磨ブラシの一対をその研磨面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた仕上げ研磨面取り加工ステージ、
および
ｇ）上記の仕上げ研磨面取り加工ステージの右横側位置であって前記ワークテーブル上に左右に分離して搭載された前記主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構にワークの移出入を可能とする開口部を備えるロードポート、
を設けたことを特徴とするインゴットブロックの複合面取り加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインゴットブロックの複合面取り加工装置を用い、ロードポート位置にあるクランプ機構の主軸台と心押台に支架した角柱状インゴットブロックを次の工程を経て四隅Ｒコーナー部と四側面平面の面取り加工を行うことを特徴とする角柱状インゴットブロックの複合面取り加工方法。
１）ロードポート位置にあるクランプ機構の主軸台と心押台に角柱状インゴットブロックを支架する。
２）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを左方向に移動させ、角柱状インゴットブロック（ワーク）の右端が粗研削面取り加工ステージのカップホイール型粗研削砥石の左端を越えた位置で前記ワークテーブルの移動を停止させる。
３）粗研削ステージの一対の砥石軸の一方を上昇、他方を下降させて双方の砥石軸芯間高さを５０〜１２０ｍｍとする。
４）粗研削面取り加工ステージの一対の砥石軸を前進移動させこれら砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石間の距離が角柱状インゴットブロックの四隅Ｒコーナー部の取り代量位置に到達したら前進移動を停止し、ついでこれら砥石軸を回転させる。
５）クランプ機構の主軸台のワークスピンドル軸を回転させることにより角柱状インゴットブロックをその軸芯方向（Ｃ軸）に回転させ、ついでワークテーブルを右方向に移動させて前記回転しているカップホイール型粗研削砥石の砥石刃に角柱状インゴットブロックのＲコーナー部を当接させて研削加工を開始しワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対のカップホイール型砥石の右端位置を越えたらＲコーナー部粗面取り加工終了とし、前記一対のカップホイール型粗研削砥石を軸承する砥石軸を後退させる。また、Ｒコーナー部粗面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置の主軸台のワークスピンドル軸の回転を停止させる。
６）Ｒコーナー部粗面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置を搭載するワークテーブルを左方向に移動させ、前記角柱状インゴットブロックの右端が粗研削面取り加工ステージのカップホイール型粗研削砥石の左端を越えた位置で前記ワークテーブルの移動を停止させる。
７）粗研削面取り加工ステージの一対の砥石軸の一方を下降、他方を上昇させて双方の砥石軸芯が前記角柱状インゴットブロックの軸芯と同一線上となる位置に調整する。
８）上記粗研削面取り加工ステージの一対の砥石軸を前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石が到達したら砥石軸の前進移動を停止し、ついでこれら砥石軸を回転させることにより砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石を回転させる。
９）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させて前記回転しているカップホイール型粗研削砥石の砥石刃に角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて粗研削加工を開始しつつワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対のカップホイール型粗研削砥石の右端位置を越えたら両側面粗面取り加工終了とし、前記一対のカップホイール型粗研削砥石を軸承する砥石軸を後退させる。
１０）上記クランプ機構を搭載するワークテーブルを左方向に移動させて前記角柱状インゴットブロックの右端が粗研削面取り加工ステージのカップホイール型粗研削砥石の左端を越えた位置で前記ワークテーブルの移動を停止させる。
１１）上記クランプ機構の主軸台のワークスピンドルを９０度回転させ、インゴットシブロックの未粗研削加工側面がカップホイール型粗研削砥石面に対向する位置とする。
１２）前記一対の砥石軸を前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石が到達したら砥石軸の前進移動を停止する。
１３）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させて前記回転しているカップホイール型粗研削砥石の砥石刃に角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて粗研削加工を開始しつつワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対のカップホイール型砥石の右端位置を越えたら両側面粗面取り加工終了とし、前記一対のカップホイール型粗研削砥石を軸承する砥石軸を後退させ、ついで、砥石軸の回転を停止する。
１４）仕上げ研磨面取り加工ステージの一対の研磨工具軸の一方を上昇、他方を下降させて双方の研磨工具軸芯間高さを０〜５０ｍｍとする。
１５）仕上げ研磨面取り加工ステージの一対の研磨工具軸を前進移動させこれら砥石軸に軸承された研磨ブラシ間の距離が角柱状インゴットブロックの四隅Ｒコーナー部の取り代量位置に到達したら前進移動を停止し、ついでこれら研磨工具軸を回転させる。
１６）クランプ機構の主軸台のワークスピンドル軸を回転させることにより角柱状インゴットブロックをその軸芯方向に回転させ、ついで前記粗研削面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させて前記回転している研磨工具である研磨ブラシに角柱状インゴットブロックのＲコーナー部を当接・摺擦させて研磨加工を開始しワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対の研磨ブラシの右端位置を越えたらＲコーナー部仕上げ面取り加工終了とし、前記一対の研磨ブラシを軸承する研磨工具軸を後退させる。また、Ｒコーナー部仕上げ研磨面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置の主軸台のワークスピンドル軸の回転を停止させる。
１７）Ｒコーナー部仕上げ研磨面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置を搭載するワークテーブルを左方向に移動させ、前記角柱状インゴットブロックの右端が仕上げ研磨加工ステージの研磨ブラシの左端を越えた位置で前記ワークテーブルの移動を停止させる。
１８）仕上げ研磨面取り加工ステージの一対の研磨工具軸の一方を下降、他方を上昇させて双方の研磨工具軸芯が前記角柱状インゴットブロックの軸芯と同一線上となる位置に調整する。
１９）上記仕上げ研磨面取り加工ステージの一対の研磨工具軸を前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら研磨工具軸に軸承された研磨ブラシが到達したら研磨工具軸の前進移動を停止し、ついでこれら研磨工具軸を回転させることにより研磨工具軸に軸承された研磨ブラシ一対を回転させる。
２０）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させて前記回転している研磨工具軸に軸承されている研磨ブラシに角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて仕上げ研磨面取り加工を開始しつつワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対の研磨ブラシの右端位置を越えたら両側面仕上げ研磨面取り加工終了とし、前記の研磨ブラシを軸承する研磨工具軸一対を後退させる。
２１）上記クランプ機構を搭載するワークテーブルを左方向に移動させて前記角柱状インゴットブロックの右端が仕上げ研磨面取り加工ステージの研磨ブラシの左端を越えた位置で前記ワークテーブルの移動を停止させる。
２２）上記クランプ機構の主軸台のワークスピンドルを９０度回転させ、インゴットブロックの未仕上げの研磨加工側面が研磨ブラシ面に対向する位置に調整する。
２３）前記一対の研磨工具軸を前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら研磨工具軸に軸承された研磨ブラシが到達したら研磨工具軸の前進移動を停止する。
２４）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させて前記回転している研磨工具軸に軸承されている研磨ブラシに角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて仕上げ研磨面取り加工を開始しつつワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対の研磨ブラシの右端位置を越えたら両側面仕上げ研磨面取り加工終了とし、前記一対の研磨ブラシを軸承する研磨工具軸を後退させ、ついで、研磨工具軸の回転を停止する。
２５）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させ、ロードポート位置で移動停止させ、ついでクランプ機構の心押台を後退させて四隅コーナー部の仕上げ研磨面取り加工および四側面の仕上げ研磨面取り加工が終了した角柱状インゴットブロックの支架を解除し、この角柱状インゴットブロックを複合面取り加工装置外へ搬出する。
【請求項３】
請求項１記載のインゴットブロックの複合面取り加工装置の左端面に、前記ワークテーブルの左右移動案内レールを延長して設けるとともに、ワークテーブルを搭載するクランプ機構の主軸台と心押台のワーク支持軸を挟んで一対の回転刃をその回転刃直径面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた側面剥ぎ加工ステージを設けたことを特徴とする円柱状インゴットブロックの複合面取り加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池（太陽光発電板）の基板として用いられる正方形もしくは長方形基板の原材料の角柱状の多結晶シリコンインゴットブロックや単結晶シリコンインゴットブロックの側面や円周面を面取り加工できる複合面取り加工装置に関する。また、この複合面取り加工装置を用い、Ｃ軸端面を切断したインゴットブロックの四隅のコーナー部や四側面表面を面取り加工して表面が平滑なインゴットシリコンインゴットブロックを製造する方法に関する。製造された表面が平滑なインゴットシリコンインゴットブロックをワイヤーカットソウを用いて厚み２００〜２４０μｍにスライスして同時に多くの太陽電池用シリコン基板を得る際に、得られるシリコン基板にチッピングや割れが生じることがない。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池用シリコン基板を製造する工程において、円柱状単結晶シリコンインゴットの円断面四周片をバンドソウで切り取り、四隅部に円弧（Ｒコーナー部）を残した角柱状シリコンインゴット（ワークピース）となし、ついで、横形円筒研削装置の主軸台と心押台よりなるクランプ装置で支架し、カップホイール型砥石で四側面の表面を所望厚み（８〜１０ｍｍ）を面取りし、ついでスライスして厚み２００〜３３０μｍの正方形状シリコン基板を製造することが行われている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、角柱状シリコンインゴットブロックとして、溶解した金属珪素溶湯を角柱状グラファイト容器内に注湯し一方向に凝固させた後、容器内面と接触汚染した下端面と側面をバンドソウで面取りして得られる多結晶シリコンインゴットを２乃至４のブロックに切断したインゴットブロックや、半導体基板の生産が閑散な時期に、半導体基板製造用円柱状シリコンインゴットブロックの四側面を一部Ｒ部分を残してスライサーにより切断し、ついで、両端面を面取り加工し、その後、柱状インゴットブロックのコーナーＲ面取り加工（取り代量は７．５〜８ｍｍ）を行ったのち、四側面平面を面取り加工（取り代量は０．５〜１ｍｍ）して太陽電池用の角柱状単結晶シリコンインゴットブロックとしたものが利用されている。多結晶シリコン基板に比較して単結晶シリコン基板の方が光変換率は高いが、面取り加工は難しいと言われている。
【０００４】
例えば、特開平８−７３２９７号公報（特許文献１）は、珪石または珪砂を電気炉で還元して得た金属シリコン融液を、耐熱性柱状容器内に流し込み、容器下端から上端に向けて徐々に冷却することによって一方向凝固した角柱状多結晶シリコンインゴット棒とし、容器内面と接触汚染した下端面と側面を５ｍｍ取り代量を研削、研磨して面取りし、さらにフッ酸・硝酸混合水溶液でエッチングして多結晶シリコンインゴットを製造する方法を提案する。
【０００５】
米国特許第６６７９７５９号公報（特許文献２）は、Ｃ軸端面が垂直に切断されたシリコンインゴットブロック側面の粗面を研磨工具で研磨加工して表面平滑度Ｒｙを８μｍ以下とした後、シリコンインゴットブロックを厚み２００〜３３０μｍの太陽電池用シリコン基板とする方法を提案する。この特許文献は、表面平滑度Ｒｙが８μｍ以下のシリコンブロックであればワイヤーソウでシリコンインゴットブロックを厚み２００〜３３０μｍの太陽電池用シリコン基板に同時カットしても基板に割れやチッピングが生じることはないと記載する。
【０００６】
更に、特開２００９−９９７３４号公報（特許文献３）は、鋳造によって成形されたシリコンインゴットを切断して複数のシリコンブロックとし、次いで該シリコンブロックをスライスして多数のシリコンウエハとするシリコンウエハの製造方法において、鋳造によって成形されたシリコンインゴットを切断して複数（２〜４個）のシリコンブロックとするに際して、予めシリコンインゴットの少なくとも１面を平らに研削する研削工程と、シリコンインゴットを、その平らに研削された面を下向きにして基台上に載置し、該シリコンインゴットから複数のシリコンブロックを切り出すシリコンブロック切り出し工程を含むことを特徴とするシリコンウエハの製造方法を提案する。
【０００７】
特開２００４−６９９７号公報（特許文献４）は、太陽電池用シリコン基板製造用の円柱状シリコンブロックをバンドソウで面取りして角柱状シリコンブロックとした後、ロール型ダイヤモンドスポンジ平砥石を用いて側平面を研磨加工し、そののち、スライス加工して角状シリコン基板を製造する方法を提案する。
【０００８】
特開２００９−５５０３９号公報（特許文献５）は、又、円柱状シリコンブロックをバンドソウで面取りして角柱状シリコンブロックとした後、砥粒径が８０〜６０μｍのカップホイール型砥石で側平面を粗研削加工し、ついで、砥粒径が３〜４０μｍのカップホイール型砥石で側平面を仕上げ研削加工し、さらに表面をエッチング処理したのち、スライシング加工して角状シリコン基板を製造する方法を提案する。
【０００９】
特許弟４１３３９３５号明細書（特許文献６）は、鋳造によって成形されたシリコンインゴットを円筒研削して外周面を平滑にした後、スライサーなどの側面剥ぎ機で四側面を切り取って四隅Ｒを有する略正方形断面のシリコンインゴットとなし、これを切断して複数のシリコンインゴットブロックとなし、更に、前記四側面を平らに研磨工具で研磨加工してその側面の平滑度Ｒｙを１０〜２０μｍとなし、このシリコンインゴットブロックをワイヤーカット方法で垂直方向に切断して略正方形状の薄いシリコン基板を製造する方法を提案する。
【００１０】
特開２００９−２３３７９４号公報（特許文献７）は、シリコンブロックの表面を研削／研磨する際に、シリコンブロックの長手方向の前後を機械的にチャッキング（クランピング）する一対のチャッキング部材（主軸台と心押台）で保持し、この状態でシリコンブロックの側面及びこれらを結ぶ４つの角部（４隅のＲコーナー部）を粗研削砥石と精密仕上げ砥石を用いて研削研磨する方法を提案する。この方法により、シリコンブロックの４つの角部および四側面を非接触でチャッキング部材に宙に浮かせたような状態で保持することができるので、その側面及び角部に傷が付いてしまうことを防止でき、さらにシリコンブロックの側面だけではなく角部も研削研磨して面取りすることができることから、シリコンブロックをスライス加工してシリコンウエハを製造する際、その周縁部が欠けたりすることを回避でき歩留まりを向上することができる。
【００１１】
角柱状シリコンインゴットの一辺の長さが５０ｍｍから１２５ｍｍ、１５６ｍｍ、２００ｍｍ、２４０ｍｍと長くなるに連れて、一辺が１５６ｍｍｍ乃至２４０ｍｍの角柱状シリコンインゴットをワイヤーカットソウで一度にスライスして厚み２００〜３３０μｍの太陽電池用シリコン基板を多量生産する際に前述したように角柱状シリコンインゴットのＲコーナー部分でチッピングが発生することが往々にあり、シリコン基板の生産ロス率を高めていることが基板加工メーカーより指摘されている。前記特許文献３、特許文献６のように研磨工具で側面を平坦研磨加工したのち、ワイヤーソウカッティングする対処方法や特開２００２−２５２１８８号公報（特許文献８）に記載されるように研磨ブラシで研磨加工する方法、あるいはエッチング処理方法で前記シリコン基板に切断する際のチッピング現象が生じることを防いでいる。
【００１２】
一辺が１５６ｍｍ、高さが２５０ｍｍであり四隅にＲコーナー部を残して切断された角柱状単結晶シリコンインゴットの面取り加工に現在では約９５〜１２０分、一辺が１５６ｍｍ、高さが５００ｍｍであり四隅にＲコーナー部を残して切断された角柱状単結晶シリコンインゴットの面取り加工に約１８０〜２１０分要しているのが実情である。この加工時間に、粗研削装置から仕上げ研削装置へのシリコンインゴットブロックの受け渡し時間約１０分が追加される。
【００１３】
一方、特公昭４９−１６４００号公報（特許文献９）、特開平４−３２２９６５号公報（特許文献１０）、特開平６−１６６６００号公報（特許文献１１）および特開平６−２４６６３０号公報（特許文献１２）は、半導体基板用シリコン基板製造用の円柱状シリコンインゴットの表面を面取り加工する横形の円筒研削装置を提案する。
【００１４】
これら特許文献９乃至特許文献１２に開示される横形の円筒研削装置は、減速機構を介してサーボモータによりセンター軸を回転させる主軸台と左右方向に移動可能な心押台の一対よりなるクランプ機構と、このクランプ機構の主軸台シンターと心押台センターとによって円柱状シリコンインゴットブロックの軸芯が水平（横）方向に、かつ、回転可能に支持された円柱状インゴットブロックの円周上面部に円板状平砥石の円形平面が向くように砥石軸に軸承した研削ヘッドを昇降させる昇降機構と、前記研削ヘッドを円柱状インゴットブロックの前記軸芯に対し平行に左右直線移動させる移動機構よりなる。
【００１５】
円柱状シリコンインゴットの円筒研削は、回転する円柱状インゴットの円周上面部高さ位置の面取りする高さ位置に円板状平砥石の底面を昇降機構により下降させ、ついで、リニア移動機構により研削ヘッドを右方向に移動させて研削ヘッドの円板状平砥石を円柱状インゴットの円周上面に回転させながら円柱状インゴット当接させて切り込みを開始し、円板状平砥石が円柱状インゴットの右端位置に到達した後、円板状平砥石を昇降機構により切り込み量の高さ量下降させ、リニア移動機構により円板状平砥石の移動方向を左方向に反転させ、ついで、円板状平砥石が円柱状インゴットの左端位置に到達した後、円板状平砥石を昇降機構により切り込み量の高さ量下降させ、リニア移動機構により研削ヘッドを右方向に移動させ、円板状平砥石が円柱状インゴットの右端位置に到達した後、円板状平砥石を昇降機構により切り込み量の高さ量下降させ、リニア移動機構により円板状平砥石の移動方向を左方向に反転させ、ついで、円板状平砥石が円柱状インゴットの左端位置に到達後、以下同様にして円板状平砥石の下降、反転、面取り、下降、反転、面取りを繰り返し、所望の厚み（１０μｍ〜５ｍｍ）の面取り加工を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平８−７３２９７号公報
【特許文献２】米国公開特許第２００８／０２２３３５１Ａ１明細書
【特許文献３】特開２００９−９９７３４号公報
【特許文献４】特開２００４−６９９７号公報
【特許文献５】特開２００９−５５０３９号公報
【特許文献６】特許弟４１３３９３５号明細書
【特許文献７】特開２００９−２３３７９４号公報
【特許文献８】特開２００２−２５２１８８号公報
【特許文献９】特公昭４９−１６４００号公報
【特許文献１０】特開平４−３２２９６５号公報
【特許文献１１】特開平６−１６６６００号公報
【特許文献１２】特開平６−２４６６３０号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】株式会社ジェイシーエム、“太陽電池製造装置  単結晶  全自動ライン”，〔オンライン〕、平成２１年３月９日検索、インターネット＜URL：http://www.e-jcm.co.jp/SolarCell/Mono/Auto/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記特許文献２が記載するようにワイヤーソウによるインゴットブロックのスライスカット時のチッピングや割れ防止にはインゴットブロックの表面平滑度Ｒｙが８μｍ以下であれば良く、半導体基板のシリコン基盤面のカップホイール型砥石による裏面研削では表面平滑度Ｒｙが０．５〜２μｍのシリコン基板表面が得られていることから四隅Ｒコーナー部の面取り加工する砥石車の代りにカップホイール型砥石を用いることで装置のフットプリントをより小さくできることが推量される。しかし、カップホイール型砥石による四隅Ｒコーナー部の面取り加工でカップホイール型砥石の砥石刃の外周縁部の磨耗によりカップホイール型砥石の交換時期が早いことが判明した。
【００１９】
本発明者らは、前後移動可能および上下昇降可能な砥石軸の一対に軸承されたカップホイール型砥石の一対をその軸芯の高さを若干ずらし、かつ、その砥石面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた粗研削ステージでシリコンインゴットブロックの四隅Ｒコーナー部の面取り粗研削加工と四側面の粗研削面取り加工を行い、ついで、前後移動可能および上下昇降可能な研磨工具軸の一対にそれぞれが軸承された研磨ブラシの一対をその研磨面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた仕上げ研磨ステージで前記粗研削面取り加工されたシリコンインゴットブロックの四隅Ｒコーナー部の研磨面取り加工と四側面の研磨面取り加工を行うことでインゴットブロックの面取り加工時間を短縮でき、カップホイール型砥石の寿命を向上、かつ、チッピングの生じないインゴットブロックが得られると推量した。
【００２０】
なお、上記研磨工具の研磨ブラシは、特許文献８に記載される研磨ブラシで、昭和工業株式会社より入手ができるものである。
【００２１】
本発明の第一の目的は、角柱状インゴットブロックの四隅Ｒコーナー部の研削加工および四側面の表面研削加工を短時間に加工できる角柱状シリコンインゴットブロックの複合面取り加工装置の提供にある。
【００２２】
本発明の第二の目的は、前記角柱状シリコンインゴットブロックの複合面取り加工装置の左端側にスライサー装置を付属させて、円柱状インゴットブロックの四側面の面剥ぎ加工を行い、ついで、この面剥ぎ加工されて形成された角柱状インゴットブロックの四側面平坦化加工と四隅Ｒ平坦化加工を行うことができる複合面取り加工装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の請求項１は、
ａ）機枠（ベース）上に左右方向に設けられた案内レール上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル、
ｂ）このワークテーブル上に左右に分離して搭載された主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構、
ｃ）前記クランプ機構に支架されたワークを載せた前記ワークテーブルを左右方向に往復移動させる駆動機構、
ｄ）前記ワークテーブルを正面側から直角に見る方向であって、かつ、左側方向より右側方向へ向かって、
ｅ）前後移動可能および上下昇降可能な砥石軸の一対に軸承されたカップホイール型砥石の一対をその砥石面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた粗研削面取り加工ステージ、
ｆ）前記粗研削面取り加工ステージの右横側に平行に設けた、前後移動可能および上下昇降可能な研磨工具軸の一対に軸承された研磨ブラシの一対をその研磨面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた仕上げ研磨面取り加工ステージ、
および
ｇ）上記の仕上げ研磨面取り加工ステージの右横側位置であって前記ワークテーブル上に左右に分離して搭載された前記主軸台と心押台の一対よりなるクランプ機構にワークの移出入を可能とする開口部を備えるロードポート、
を設けたことを特徴とするインゴットブロックの複合面取り加工装置を提供するものである。
【００２４】
本発明の請求項２は、請求項１に記載のインゴットブロックの複合面取り加工装置を用い、ロードポート位置にあるクランプ機構の主軸台と心押台に支架した角柱状インゴットブロックを次の工程を経て四隅Ｒコーナー部と四側面平面の面取り加工を行うことを特徴とする角柱状インゴットブロックの複合面取り加工方法を提供するものである。
１）ロードポート位置にあるクランプ機構の主軸台と心押台に角柱状インゴットブロックを支架する。
２）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを左方向に移動させ、角柱状インゴットブロック（ワーク）の右端が粗研削面取り加工ステージのカップホイール型粗研削砥石の左端を越えた位置で前記ワークテーブルの移動を停止させる。
３）粗研削ステージの一対の砥石軸の一方を上昇、他方を下降させて双方の砥石軸芯間高さを５０〜１２０ｍｍとする。
４）粗研削面取り加工ステージの一対の砥石軸を前進移動させこれら砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石間の距離が角柱状インゴットブロックの四隅Ｒコーナー部の取り代量位置に到達したら前進移動を停止し、ついでこれら砥石軸を回転させる。
５）クランプ機構の主軸台のワークスピンドル軸を回転させることにより角柱状インゴットブロックをその軸芯方向（Ｃ軸）に回転させ、ついでワークテーブルを右方向に移動させて前記回転しているカップホイール型粗研削砥石の砥石刃に角柱状インゴットブロックのＲコーナー部を当接させて研削加工を開始しワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対のカップホイール型砥石の右端位置を越えたらＲコーナー部粗面取り加工終了とし、前記一対のカップホイール型粗研削砥石を軸承する砥石軸を後退させる。また、Ｒコーナー部粗面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置の主軸台のワークスピンドル軸の回転を停止させる。
６）Ｒコーナー部粗面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置を搭載するワークテーブルを左方向に移動させ、前記角柱状インゴットブロックの右端が粗研削面取り加工ステージのカップホイール型粗研削砥石の左端を越えた位置で前記ワークテーブルの移動を停止させる。
７）粗研削面取り加工ステージの一対の砥石軸の一方を下降、他方を上昇させて双方の砥石軸芯が前記角柱状インゴットブロックの軸芯と同一線上となる位置に調整する。
８）上記粗研削面取り加工ステージの一対の砥石軸を前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石が到達したら砥石軸の前進移動を停止し、ついでこれら砥石軸を回転させることにより砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石を回転させる。
９）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させて前記回転しているカップホイール型粗研削砥石の砥石刃に角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて粗研削加工を開始しつつワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対のカップホイール型粗研削砥石の右端位置を越えたら両側面粗面取り加工終了とし、前記一対のカップホイール型粗研削砥石を軸承する砥石軸を後退させる。
１０）上記クランプ機構を搭載するワークテーブルを左方向に移動させて前記角柱状インゴットブロックの右端が粗研削面取り加工ステージのカップホイール型粗研削砥石の左端を越えた位置で前記ワークテーブルの移動を停止させる。
１１）上記クランプ機構の主軸台のワークスピンドルを９０度回転させ、インゴットブロックの未粗研削加工側面がカップホイール型粗研削砥石面に対向する位置とする。
１２）前記一対の砥石軸を前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石が到達したら砥石軸の前進移動を停止する。
１３）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させて前記回転しているカップホイール型粗研削砥石の砥石刃に角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて粗研削加工を開始しつつワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対のカップホイール型砥石の右端位置を越えたら両側面粗面取り加工終了とし、前記一対のカップホイール型粗研削砥石を軸承する砥石軸を後退させ、ついで、砥石軸の回転を停止する。
１４）仕上げ研磨面取り加工ステージの一対の研磨工具軸の一方を上昇、他方を下降させて双方の研磨工具軸芯間高さを０〜５０ｍｍとする。
１５）仕上げ研磨面取り加工ステージの一対の研磨工具軸を前進移動させこれら砥石軸に軸承された研磨ブラシ間の距離が角柱状インゴットブロックの四隅Ｒコーナー部の取り代量位置に到達したら前進移動を停止し、ついでこれら研磨工具軸を回転させる。
１６）クランプ機構の主軸台のワークスピンドル軸を回転させることにより角柱状インゴットブロックをその軸芯方向に回転させ、ついで前記粗研削面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させて前記回転している研磨工具である研磨ブラシに角柱状インゴットブロックのＲコーナー部を当接・摺擦させて研磨加工を開始しワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対の研磨ブラシの右端位置を越えたらＲコーナー部仕上げ面取り加工終了とし、前記一対の研磨ブラシを軸承する研磨工具軸を後退させる。また、Ｒコーナー部仕上げ研磨面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置の主軸台のワークスピンドル軸の回転を停止させる。
１７）Ｒコーナー部仕上げ研磨面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置を搭載するワークテーブルを左方向に移動させ、前記角柱状インゴットブロックの右端が仕上げ研磨加工ステージの研磨ブラシの左端を越えた位置で前記ワークテーブルの移動を停止させる。
１８）仕上げ研磨面取り加工ステージの一対の研磨工具軸の一方を下降、他方を上昇させて双方の研磨工具軸芯が前記角柱状インゴットブロックの軸芯と同一線上となる位置に調整する。
１９）上記仕上げ研磨面取り加工ステージの一対の研磨工具軸を前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら研磨工具軸に軸承された研磨ブラシが到達したら研磨工具軸の前進移動を停止し、ついでこれら研磨工具軸を回転させることにより研磨工具軸に軸承された研磨ブラシ一対を回転させる。
２０）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させて前記回転している研磨工具軸に軸承されている研磨ブラシに角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて仕上げ研磨面取り加工を開始しつつワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対の研磨ブラシの右端位置を越えたら両側面仕上げ研磨面取り加工終了とし、前記の研磨ブラシを軸承する研磨工具軸一対を後退させる。
２１）上記クランプ機構を搭載するワークテーブルを左方向に移動させて前記角柱状インゴットブロックの右端が仕上げ研磨面取り加工ステージの研磨ブラシの左端を越えた位置で前記ワークテーブルの移動を停止させる。
２２）上記クランプ機構の主軸台のワークスピンドルを９０度回転させ、インゴットブロックの未仕上げの研磨加工側面が研磨ブラシ面に対向する位置に調整する。
２３）前記一対の研磨工具軸を前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら研磨工具軸に軸承された研磨ブラシが到達したら研磨工具軸の前進移動を停止する。
２４）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させて前記回転している研磨工具軸に軸承されている研磨ブラシに角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて仕上げ研磨面取り加工を開始しつつワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対の研磨ブラシの右端位置を越えたら両側面仕上げ研磨面取り加工終了とし、前記一対の研磨ブラシを軸承する研磨工具軸を後退させ、ついで、研磨工具軸の回転を停止する。
２５）前記クランプ機構を搭載するワークテーブルを右方向に移動させ、ロードポート位置で移動停止させ、ついでクランプ機構の心押台を後退させて四隅コーナー部の仕上げ研磨面取り加工および四側面の仕上げ研磨面取り加工が終了した角柱状インゴットブロックの支架を解除し、この角柱状インゴットブロックを複合面取り加工装置外へ搬出する。
【００２５】
本発明の請求項３に記載のインゴットブロックの複合面取り加工装置は、前記請求項１記載のインゴットブロックの複合面取り加工装置の左端面に前記ワークテーブルの左右移動案内レールを延長して設けるとともに、ワークテーブルを搭載するクランプ機構の主軸台と心押台のワーク支持軸を挟んで一対の回転刃をその回転刃直径面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた側面剥ぎ加工ステージを設けたことを特徴とする円柱状インゴットブロックの複合面取り加工装置にある。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の発明のインゴットブロックの複合面取り加工装置は、特許文献８記載の一対の研磨ブラシを用いる面取り加工装置で面仕上げされたインゴットブロックと比較してインゴットブロックのＲコーナー部におけるチッピング発生防止に優れたインゴットブロックが得られる。よって、研磨仕上げされたインゴットブロックのＲコーナー部をエッチング処理により均一な表面とする工程が不要となる。
【００２７】
請求項３記載の複合面取り加工装置は、Ｃ軸端面が切断された円柱状インゴットブロックをクランプ機構に支持した状態でスライサー刃の回転で四側面剥ぎ取り加工することができるので、円柱状インゴットブロックの四隅Ｒ部面取り加工と四側面の面取り加工をなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は面剥ぎ加工ステージを備えた複合面取り加工装置の平面図である。
【図２】図２は面剥ぎ加工ステージを備えた複合面取り加工装置の中央部および後部を示す一部を切り欠いた右側面図である。
【図３】図３は複合面取り加工装置の仕上げ研磨面取り加工ステージの一部を切り欠いた背面図である。
【図４】図４のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈは円柱状インゴットブロックを角柱状インゴットブロックに面取り加工する工程を示す複合面取り装置の側面がわから見たフロー図である。
【図５】図５は複合面取り加工装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の複合面取り加工装置１の特徴は、前後移動可能な砥石軸の一対に軸承されたカップホイール型砥石の一対１１ｇ，１１ｇをその砥石面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた粗研削面取り加工ステージ１１、前後移動可能な研磨工具軸の一対に軸承された研磨ブラシの一対１０ｇ，１０ｇをその研磨ブラシの研磨面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた仕上げ研磨面取り加工ステージ１０における双方の砥石軸および研磨工具軸を前後移動可能および上下昇降移動可能にした点である。
【００３０】
図１、図２および図３に示されるように、複合面取り加工装置１は、機枠（ベース）２に左右方向に延びて敷設された一対の案内レール３，３上を左右方向に往復移動できるように設けられたワークテーブル４を設けてある。このワークテーブル４の左右往復移動は、サーボモータ５による回転駆動をボールネジ６が受けて回転し、このボールネジ６に螺合された固定台６ａが左方向または右方向に移動することにより、この固定台表面にワークテーブル４の裏面が固定されているワークテーブル４が左方向または右方向に前進する。ワークテーブル４の左方向または右方向の前進は、サーボモータ５の回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。
【００３１】
このワークテーブル４上に左右に分離して搭載された主軸台７ａと心押台７ｂの一対よりなるクランプ機構７が搭載されている。よって、ワークテーブル４の左方向または右方向の移動に付随してこのクランプ機構７も左方向または右方向に移動し、クランプ機構７の主軸台センター支持軸（ワークスピンドル軸）７ａ１と心押台センター支持軸７ｂ１により支架されて宙吊り状態となったワーク(シリコンインゴットブロック)ｗが側面剥ぎ加工ステージ９０、粗研削面取り加工ステージ１１、仕上げ研磨面取り加工ステージ１０、またはロードポート８位置へと移動することを可能としている。
【００３２】
クランプ機構７は特許文献７に記載されるように公知のチャック機構であり、円筒研削盤でよく使用されている。主軸台７ａは主軸台センター支持軸７ａ１をサーボモータ７ａｍで回転させることによりワークｗを３６０度あるいは９０度回転させる機能を有する。心押台７ｂは空気シリンダー７ｅ駆動でガイドレール上を左右に移動できる移動台７ｂｔ上に設けられ、ワークをクランプ機構７で支架したのち、レバー７ｌを押し下げることにより固定し、ワークテーブル４の移動により心押台７ｂを搭載する移動台７ｂｔが移動するのを防ぐ。
【００３３】
前記側面剥ぎ加工ステージ９０、粗研削面取り加工ステージ１１、仕上げ研磨面取り加工ステージ１０、およびロードポート８の位置関係は、前記ワークテーブル４を正面側から直角に見る方向であって、かつ、左側方向より右側方向へ向かって、側面剥ぎ加工ステージ９０、粗研削面取り加工ステージ１１、仕上げ研磨面取り加工ステージ１０およびロードポート８となっている。側面剥ぎ加工ステージ９０、粗研削面取り加工ステージ１１および仕上げ研磨加工ステージ１０は密閉カバー１２で覆われている。また、ロードポート８は片手横スライド扉により閉じられる。密閉カバー１２で覆われた各面取り加工ステージ１０，１１および側面剥ぎ加工ステージ９０の空間には排気ダクト（図示されていない）が接続され、この空間内に浮遊するミストや研削屑を外部へ排出する。
【００３４】
仕上げ研削ステージ１０は、サーボモータ１０ｍ１，１０ｍ１の回転駆動により前後移動可能なツールテーブル１０ｔ，１０ｔ上に設けられた研磨工具軸の一対１０ａ，１０ａに軸承された研磨ブラシの一対１０ｇ，１０ｇをその研磨ブラシの研磨面１０ｇｓ，１０ｇｓが相対向するようにワークテーブル４を挟んでワークテーブル４前後に対称にかつ研磨工具軸芯１０ｏ，１０ｏが同一線上となる位置に設け、これら研磨工具軸１０ａ，１０ａはサーボモータ１０Ｍ，１０Ｍの回転駆動により回転される構造となっている。これら研磨工具軸１０ａ，１０ａは固定板１６ａに固定され、この固定板１６ａはサーボモータ１０ｍ２，１０ｍ２の回転駆動によりボールネジ１６ｃが回転されることにより、コラム１６の前面に設けられた案内レール１６ｂ，１６ｂ上を固定板１６ａが上下移動可能となっている。研磨工具軸１０ａ，１０ａを昇降可能としたことによりインゴットブロックの仕上げ研磨面取り加工時に一対の研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇの研磨工具軸芯高さを双方とも同じ高さ位置とすることも、軸芯間の高さの差が１５０ｍｍ以下と異なった高さに位置させることもできる。
【００３５】
また、前記サーボモータ１０ｍ１，１０ｍ１による回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進または後退することにより、この固定台表面にツールテーブル１０ｔ，１０ｔの裏面が固定されているツールテーブル１０ｔ，１０ｔが前進移動または後退移動する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ１０ｍ１，１０ｍ１の回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。
【００３６】
粗研削面取り加工ステージ１１は、サーボモータ１１ｍ１，１１ｍ１の回転駆動により前後移動可能なツールテーブル１１ｔ，１１ｔ上に設けられた砥石軸の一対１１ａ，１１ａに軸承されたカップホイール型粗研削砥石の一対１１ｇ，１１ｇをその研削砥石面１１ｇｓ，１１ｇｓが相対向するようにワークテーブル４を挟んでワークテーブル４前後に対称にかつ砥石軸芯１１ｏ，１１ｏが同一線上となる位置に設け、これら砥石軸１１ａ，１１ａはサーボモータ１１Ｍ，１１Ｍの回転駆動により回転される構造となっている。これら砥石軸１１ａ，１１ａは固定板に固定され、この固定板はサーボモータ１１ｍ２，１１ｍ２の回転駆動により回転され、コラムの前面に設けられた案内レール上を上下昇降移動可能となっている。
【００３７】
サーボモータ１１ｍ１，１１ｍ１による回転駆動をボールネジが受けて回転し、このボールネジに螺合された固定台が前方向または後方向に前進移動または後退移動することにより、この固定台表面にツールテーブル１１ｔ，１１ｔの裏面が固定されているツールテーブル１１ｔ，１１ｔが前進または後退する。このツールテーブルの前進または後退の移動方向は、サーボモータ１１ｍ１，１１ｍ１の回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。
【００３８】
粗研削面取り加工ステージ１１は、前記仕上げ研磨面取り加工ステージ１０の右横側に各砥石軸１１ａ，１１ａが平行となるように設けられる。言い換えれば、両面取り加工ステージ１０，１１の研磨工具軸芯１０ｏと砥石軸芯１１ｏも平行となるよう設けられる。
【００３９】
前記粗研削面取り加工ステージ１１で使用するカップホイール型砥石１１ｇの砥番は１３０〜３００が好ましい。
【００４０】
カップホイール型研削砥石１１ｇ，１１ｇのカップ砥石直径またはリング砥石直径は、一辺が１５０ｍｍの正方形状の太陽電池用シリコン基板を目的とするときは、２３０〜２６０ｍｍであり、カップ砥石片１０ｇｓ，１１ｇｓの幅は３〜１０ｍｍ、リング状砥石幅は５〜１５ｍｍであるのがシリコンインゴットの研削焼け防止の観点から好ましい。砥石の中心点から砥石片幅外周の距離（半径）は、カップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇの２個は同一半径であってもよいが、一方のカップホイール型粗研削砥石１１ｇの直径が他方の直径よりもカップホイール型粗研削砥石１１ｇの直径より５〜２０ｍｍ短い方が四隅Ｒコーナー部粗研削加工時のインゴットブロックのヨーイング（前後側面の振動揺れ）を小さくできるので好ましい。
【００４１】
研削砥石１０ｇ，１１ｇの砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒が好ましく、結合剤（ボンド）はメタルボンド、ビトリファイドボンド、エポキシレジンボンドがよい。例えば、カップホイール型研削砥石１１ｇ，１１ｇは、例えば特開平９−３８８６６号公報、特開２０００―９４３４２号公報や特開２００４−１６７６１７号公報等に開示される有底筒状砥石台金の下部環状輪に砥石刃の多数を研削液が散逸する隙間間隔で環状に配置したカップホイール型砥石で、台金の内側に供給された研削液が前記隙間から散逸する構造のものが好ましい。このカップホイール型砥石１１ｇの環状砥石刃の直径は、角柱状シリコンインゴットの一辺の長さの１．２〜１．５倍の直径であることが好ましい。
【００４２】
前記仕上げ研磨面取り加工ステージ１０で使用する研磨ブラシ１０ｇは、ナイロン６，ナイロン６，１０、ナイロン６，１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、アラミドなどの高い融点を有する熱可塑性樹脂に砥番３８０〜１２００のダイヤモンド、炭化珪素などの砥粒を２０〜３５重量％の割合で溶融混練し、モノフィラメント状に溶融押し出し、延伸して得た砥粒分散モノフィラメントを多数本束ねたものを円板状定盤面に接着剤で固定したもので、昭和工業株式会社より入手できる。
【００４３】
研削液、研磨液としては、純水、コロイダルシリカ水分散液、セリア水分散液、ＳＣ−１液、ＳＣ−２液、あるいは、純水とこれら前記の水分散液または研削液を併用する。なお、研削液、研磨液としては、環境を考慮した排水処理の面から純水のみを利用するのが好ましい。
【００４４】
ロードポート８は、仕上げ研磨面取り加工ステージ１０の右横側であってワークテーブル４の前側に位置するハウジング材にワークを前記クランプ機構７への移出入を可能とする開口部８を設けることにより形成される。
【００４５】
図１に示されるように、面取り加工されるワークが円筒状シリコンインゴットブロックであることも想定し、複合面取り加工装置１の左端面に前記ワークテーブルの左右移動案内レール３，３を延長して設けるとともに、ワークテーブル４を搭載するクランプ機構の主軸台７ａと心押台７ｂのワーク支持軸７ａ１，７ｂ１を挟んで前後移動可能なスピンドル軸９２ａ，９２ｂの一対に軸承された回転刃（スライサー刃）の一対９１ａ，９１ｂをその直径面が相対向するようにワークテーブルを挟んでワークテーブル前後に設けられた円筒状インゴットブロック側面剥ぎステージ９０を設ける。
【００４６】
回転刃９１ａ，９１ｂの前後移動は、回転刃９１ａ，９１ｂを軸承するスピンドル軸９２ａ，９２ｂを回転させるサーボモータ９３ｍ，９３ｍを搭載したツールテーブル９４，９４を図示されていないモータ駆動ボールネジを回転駆動することにより行われる。このツールテーブル９４の前進または後退の移動方向は、モータの回転軸が時計廻り方向か、逆時計廻り方向かに依存する。
【００４７】
一対の回転刃（内周刃）９１ａ，９１ｂは、一対のスピンドル軸９２ａ，９２ｂに軸承され、これらスピンドル軸は駆動モータ９３ｍ，９３ｍにより回転されることにより、回転刃９１ａ，９１ｂはワークに対し同一時計廻り方向に５０〜７，５００ｍｉｎ−１の回転速度で回転される（両スピンドル軸の回転方向は互いに逆方向となる）。前記スピンドル軸９２ａ，９２ｂはツールテーブル９４，９４を前後移動することによりインゴットブロックｗの面剥ぎ加工開始位置へと移動可能である。ワークテーブル４は、５〜２００ｍｍ／分の速度で移動可能であり、回転軸９２ａ，９２ｂの昇降は１００ｍｍまで上下移動可能である。前記回転刃としては、直径が４５０〜８００ｍｍ、厚み０．１〜１．０ｍｍの鋼板シートにダイヤモンド微粒子を電着したダイヤモンドカッターが使用される。
【００４８】
ワーク（円柱状インゴットブロック）のＣ軸を水平方向に支持するクランプ機構７を搭載するワークテーブル４を左方向に移動させることによりワーク端面の前後が一対の回転刃９１ａ，９１ｂに当接し、これら回転刃により円柱状ワーク前面および後面が円弧状に削ぎ落とされる面剥ぎ加工が行われる。ワーク前後面の面剥ぎ加工が終了したら、クランプ機構７の主軸台７ａの支持軸を９０度回転させ、面剥ぎ加工が為されていないワークの円弧面を前後位置に向け、ついで、ワークテーブル４を右方向に反転させ、前記一対の回転刃９１ａ，９１ｂを逆方向に駆動モータ９３ｍ，９３ｍで回転させて面剥ぎ加工を行う。四側面の面剥ぎ加工時間は、直径が２００ｍｍ、高さが２５０ｍｍの円柱状単結晶シリコンインゴットブロックで１０〜２０分、直径が２００ｍｍ、高さ５００ｍｍの円柱状単結晶シリコンインゴットブロックで１８〜３６分で行うことができる。
【００４９】
図１に示すように、本発明のインゴットブロックの複合面取り加工装置１は、前記ワークテーブル４の前側であって前記ロードポート８と前記仕上げ研磨面取り加工ステージ１０との空間部にワークローディング／アンローディング装置１３およびインゴットブロック３本を貯えるワークストッカー１４，１４，１４を機枠２上に並設している。
【００５０】
ワークストッカー１４，１４，１４は、インゴットブロック（ワーク）３本を４５度傾斜して収納できる断面が逆２等辺三角形状のＶ字棚段を備え、機枠から突き出した位置決めピン上に載置されている。
【００５１】
前記ワークローディング／アンローディング装置１３は、ワークストッカー１４Ｖ字棚段に保管されているインゴットブロック１本を１対の爪で挟持し、両爪を上昇させることによりワークを吊り上げ、ついで、後退、右方向への移動、下降してロードポート８前に位置させ、さらに後退させることによりこのロードポート８からワークをクランプ装置７の主軸台７ａと心押台７ｂ間へと搬送する。ワークの一端を主軸台７ａのセンター支持軸７ａ１に当接させた後、心押台７ｂを空気シリンダー７ｅで右方向に移動させてセンター支持軸７ｂ１に他端を当接させワークを４５度Ｖ傾斜させかつ４面を宙吊り状態に支架する。ついで、前記爪を離間させてワークの把持を開放し、ついで、両爪を支持する固定台を上昇させ、左方向に移動させ、さらに、前方向に後退させ両爪を待機位置へと戻す。
【００５２】
また、前記クランプ装置７に４面を宙吊り状態に支架されている面取り加工および洗浄・風乾されたワークを両爪で把持し、ついで、両爪を支持する固定台を上昇させ、左方向に移動させ、さらに、前方向に後退させ両爪をワークストッカー１４，１４，１４の空棚上方へ移動したのち、下降させてワークを前記空棚に載置下後、両爪を離間してワークを開放したのち、前記待機位置へと両爪を戻す。
【実施例】
【００５３】
本発明のインゴットブロックの複合面取り加工装置１を用い、ワークｗとして両端が平面切断された円柱状インゴットブロックを面剥ぎ加工および面取り加工して四隅に長さ５〜３０ｍｍの円弧が残された角柱状シリコンインゴットブロックに加工する作業は、次の工程を経て行われる。
【００５４】
１）．ワークストッカー１４Ｖ字棚段に保管されているインゴットブロック（ワーク）１本をワークローディング／アンローディング装置１３を用いてロードポート８位置にあるクランプ機構７へ搬送し、ついで、ワークをクランプ機構７の主軸台７ａと心押台７ｂで支架させる。
【００５５】
２）．インゴットブロックを宙吊りに支架したクランプ機構７を搭載するワークテーブル４を左方向に１〜１５ｍｍ／分の速度で移動させ、ワーク端面の前後を一対の回転刃９１ａ，９１ｂに当接し、これら回転刃により円柱状ワーク前面および後面が円弧状半月に削ぎ落とす面剥ぎ加工を行う。(図４ａ参照)
【００５６】
３）．ワーク前後面の面剥ぎ加工が終了したら、クランプ機構７の主軸台７ａの支持軸７ａ１を９０度回転させ、面剥ぎ加工が為されていないワークの円弧面を前後位置に向け、ついで、ワークテーブル４を右方向に反転させ、前記一対の回転刃９１ａ，９１ｂを逆方向に駆動モータ９３ｍ，９３ｍで回転させて面剥ぎ加工を行う。例えば、直径２００ｍｍの円柱状インゴットブロックは一辺の長さが約１５５ｍｍの正方形断面となるように円弧部は削ぎ落とされる。(図４ｂ参照)
【００５７】
４）．前記クランプ機構を搭載するワークテーブル４を右方向に移動させ、角柱状インゴットブロックの右端が粗研削面取り加工ステージ１１のカップホイール型研削砥石１１ｇの左端に近い位置に到達したら前記ワークテーブル４の右方向移動を停止させる。
【００５８】
５）．粗研削面取り加工ステージ１１の一対の砥石軸１１ａ，１１ａの前側砥石軸１１ａを５ｍｍ下降、後ろ側砥石軸１１ａを５ｍｍ上昇させて双方の砥石軸芯１１Ｏ，１１Ｏ間高さを５０〜１２０ｍｍとする。
【００５９】
６）．粗研削面取り加工ステージ１１の一対の砥石軸１１ａ，１１ａを前進移動(送り速度は５０〜７０ｍｍ／分)させこれら砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇ間の距離が角柱状インゴットブロックの四隅Ｒコーナー部の取り代量位置に到達したら砥石軸の前進移動を停止し、ついでこれら砥石軸１１ａ，１１ａを１，８００〜２，５００ｒｐｍの回転速度で回転させる。
【００６０】
７）．クランプ機構の主軸台７ａのワークスピンドル軸７ａ１を４５度回転させることにより角柱状インゴットブロックをその軸芯方向（Ｃ軸）に回転させ、ついでワークテーブル４を右方向に移動(送り速度は４０〜７０ｍｍ／分)させて前記同期制御回転しているカップホイール型粗研削砥石の砥石刃１１ｇｓ，１１ｇｓに角柱状インゴットブロックのＲコーナー部を当接させつつ、上記ワークの前後面に研削液２０〜１，０００ｃｃ／分の量を作業点に供給する研削加工を開始しワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対のカップホイール型砥石の右端位置を越えたら２〜７ｍｍ厚みのＲ面取り加工作業を終了させる。ついで、前記一対のカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する砥石軸１１ａ，１１ａを後退させる。また、Ｒコーナー部粗面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置の主軸台のワークスピンドル軸７ａ１の回転を停止させる。(図４ｃ参照)
【００６１】
８）．Ｒコーナー部粗面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置７を搭載するワークテーブル４を左方向に移動させ、前記角柱状インゴットブロックの右端が粗研削ステージ１１のカップホイール型粗研削砥石１１ｇの左端を越えた位置で前記ワークテーブル４の移動を停止させる。
【００６２】
９）．粗研削面取り加工ステージ１１の一対の砥石軸の一方１１ａを下降、他方１１ａを上昇させて双方の砥石軸芯１１Ｏ，１１Ｏが前記角柱状インゴットブロックの軸芯（Ｃ軸）と同一線上となる位置に調整する。
【００６３】
１０）．上記粗研削面取り加工ステージ１１の一対の砥石軸１１ａ，１１ａを前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石が到達したら砥石軸の前進移動を停止し、ついでこれら砥石軸１１ａ，１１ａを回転させることにより砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇを１，８００〜２，６００ｒｐｍの回転速度で回転させる。
【００６４】
１１）．前記クランプ機構を搭載するワークテーブル４を右方向に送り速度１８０〜２２０ｍｍ／分で移動させて前記回転しているカップホイール型粗研削砥石１１ｇの砥石刃に角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて粗研削加工を開始しつつワークテーブル４の右方向移動を続行し、クランプ機構７に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対のカップホイール型粗研削砥石の右端位置を越えたら両側面粗面取り加工終了とし、前記一対のカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する砥石軸１１ａ，１１ａを後退させる。ワ−クテーブル４の１回の右方向移動で終了しないときは、ワ−クテーブル４の左右方向に１８０〜２２０ｍｍ／分速度で往復移動および粗研削砥石１１ｇ，１１ｇのインフィード研削（infeed-grinding）を行う。この粗研削砥石による両側面取り加工の際、角柱状インゴットブロックとカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇが当接する加工作業点に向けて研削液が５０〜１，０００ｃｃ／分の供給量で供給される。(図４ｄ参照)
【００６５】
１２）．上記クランプ機構７を搭載するワークテーブル４を左方向に移動させて前記角柱状インゴットブロックの右端が粗研削ステージ１０のカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇの左端を越えた位置で前記ワークテーブル４の移動を停止させる。
【００６６】
１３）．上記クランプ機構の主軸台７ａのワークスピンドル７ａ１を９０度回転させ、インゴットブロックの未粗研削加工側面がカップホイール型粗研削砥石１１ｇ面に対向する位置に調整する。
【００６７】
１４）．前記一対の砥石軸１１ａ，１１ａを前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇが到達したら砥石軸１１ａ，１１ａの前進移動を停止する。
【００６８】
１５）．前記クランプ機構７を搭載するワークテーブル４を右方向に送り速度１８０〜２２０ｍｍ／分で移動させて前記１，８００〜２，６００ｒｐｍで回転しているカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇの砥石刃１１ｇｓ，１１ｇｓに角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて粗研削加工を開始しつつワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構７に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対のカップホイール型砥石１１ｇの右端位置を越えたら両側面粗面取り加工終了とし、前記一対のカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇを軸承する砥石軸１１ａ，１１ａを後退させ、ついで、砥石軸１１ａ，１１ａの回転を停止する。ワ−クテーブル４の１回の右方向移動で終了しないときは、ワ−クテーブル４の左右方向に１８０〜２２０ｍｍ／分速度で往復移動および粗研削砥石１１ｇ，１１ｇのインフィード研削（infeed-grinding）を行う。この粗研削砥石による両側面取り加工の際、角柱状インゴットブロックとカップホイール型粗研削砥石１１ｇ，１１ｇが当接する加工作業点に向けて研削液が５０〜１，０００ｃｃ／分の供給量で供給される。(図４ｅ参照)
【００６９】
１６）．仕上げ研磨面取り加工ステージ１０の一対の研磨工具軸１０ａ，１０ａの一方を上昇、他方を下降させて双方の砥石軸芯１０Ｏ，１０Ｏ間高さを０〜１２０ｍｍとする。
【００７０】
１７）．仕上げ研磨面取り加工ステージ１０の一対の研磨工具軸１０ａ，１０ａを前進移動させこれら研磨工具軸に軸承された研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇ間の距離が角柱状インゴットブロックの四隅Ｒコーナー部の取り代量位置に到達したら前進移動を停止し、ついでこれら研磨工具軸１０ａ，１０ａを２，８００〜３，２００ｒｐｍの回転速度で回転させる。
【００７１】
１８）．クランプ機構の主軸台のワークスピンドル軸７ａ１を回転させることにより角柱状インゴットブロックをその軸芯方向に回転させ、ついで前記粗研削加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ機構を搭載するワークテーブル４を右方向に送り速度４０〜７０ｍｍ／分で移動させて前記２，８００〜３，２００ｒｐｍで回転している研磨ブラシのブラシ刃先１０ｇｓに角柱状インゴットブロックのＲコーナー部を当接させて研磨面取り加工を開始しワークテーブル４の右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対の研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇの右端位置を越えたらＲコーナー部仕上げ面取り加工終了とし、前記一対の研磨ブラシを軸承する研磨工具軸１０ａ，１０ａを後退させる。また、Ｒコーナー部仕上げ面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置の主軸台のワークスピンドル軸７ａ１の回転を停止させる。ついで、研磨工具軸１０ａ，１０ａの回転を停止する。(図４ｆ参照)
【００７２】
１９）．Ｒコーナー部仕上げ面取り加工された角柱状インゴットブロックを支架するクランプ装置７を搭載するワークテーブル４を左方向に移動させ、前記角柱状インゴットブロックの右端が仕上げ研磨面取り加工ステージ１０の研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇの左端を越えた位置で前記ワークテーブル４の移動を停止させる。
【００７３】
２０）．仕上げ研磨面取り加工ステージ１０の一対の研磨工具軸１０ａ，１０ａの一方を下降、他方を上昇させて双方の研磨工具軸芯が前記角柱状インゴットブロックの軸芯と同一線上となる位置に調整する。
【００７４】
２１）．上記仕上げ研磨面取り加工ステージ１０の一対の研磨工具軸１０ａ，１０ａを前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら研磨工具軸に軸承された研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇのブラシ刃先が到達したら研磨工具軸１０ａ，１０ａの前進移動を停止し、ついでこれら砥石軸を２，８００〜３，２００ｒｐｍで回転させることにより研磨工具軸に軸承された研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇを回転させる。
【００７５】
２２）．前記クランプ機構７を搭載するワークテーブル４を右方向に送り速度２１０〜２４０ｍｍ／分で移動させて前記回転している研磨ブラシのブラシ刃先１０ｇｓ，１０ｇｓに角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて仕上げ研磨面取り加工を開始しつつワークテーブルの右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対の研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇの右端位置を越えたら両側面仕上げ面取り（インゴットブロックの前後面を同時に同期制御精密仕上げ研磨面取り加工（０．０５〜０．１ｍｍ量の面取りを行う作業）を行う。この仕上げ側面取り加工の際、角柱状インゴットブロックと研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇが当接する加工作業点に向けて研磨液が５０〜１，０００ｃｃ／分の供給量で供給される。加工終了後、前記一対の研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇを軸承する研磨工具軸１０ａ，１０ａを後退させる。(図４ｇ参照)
【００７６】
２３）．上記クランプ機構を搭載するワークテーブル４を左方向に移動させて前記角柱状インゴットブロックの右端が仕上げ研磨面取り加工ステージの研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇの左端を越えた位置で前記ワークテーブル４の移動を停止させる。
【００７７】
２４）．上記クランプ機構の主軸台のワークスピンドル７ａ１を９０度回転させ、インゴットブロックの未仕上げ面取り加工側面が研磨ブラシ面に対向する位置に調整する。
【００７８】
２５）．前記一対の研磨工具軸１０ａ，１０ａを前進移動させ、角柱状インゴットブロックの両側面の取り代量位置にこれら研磨工具軸に軸承された研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇが到達したら研磨工具軸１０ａ，１０ａの前進移動を停止する。
【００７９】
２６）．前記クランプ機構７を搭載するワークテーブル４を右方向に送り速度２１０〜２４０ｍｍ／分で移動させて前記２，８００〜３，２００ｒｐｍで回転している研磨ブラシのブラシ刃先１０ｇｓ，１０ｇｓに角柱状インゴットブロックの両側面を当接させて仕上げ研磨面取り加工を開始しつつワークテーブル４の右方向移動を続行し、クランプ機構に支架されている角柱状インゴットブロックの左端が前記一対の研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇの右端位置を越えたら両側面仕上げ研磨面取り加工終了とし、前記一対の研磨パッドを承する研磨工具軸１０ａ，１０ａを後退させ、ついで、研磨工具軸１０ａ，１０ａの回転を停止する。この仕上げ研磨側面取り加工の際、角柱状インゴットブロックと研磨ブラシ１０ｇ，１０ｇが当接する加工作業点に向けて研磨液が５０〜１，０００ｃｃ／分の供給量で供給される。(図４ｈ参照)
【００８０】
２７）．前記クランプ機構を搭載するワークテーブル４を右方向に移動させ、ロードポート８位置で移動停止させる。その位置８で角柱状インゴットブロックを主軸台のワークスピンドル７ａ１で回転させながら圧空をインゴットブロック表面に噴き付けて風乾させる。風乾が終えたらクランプ機構７の主軸台７ａによる角柱状シリコンインゴットの回転作業を終了させる。次にクランプ機構の心押台７ｂを後退させて四隅コーナー部の面取り加工および四側面の面取り加工が終了した角柱状インゴットブロックのクランプ機構による支架を解除し、この角柱状インゴットブロックをワークローディング／アンローディング装置１３を用いて複合面取り加工装置１外のワークストッカー１４，１４，１４のうちの空いているストッカー棚内へと搬出する。
【００８１】
上記の面取り加工作業において、スライサーによる面剥ぎ加工ステージ９０での作業時間を除いたとき、一辺が１５６ｍｍ、高さが２５０ｍｍであり四隅にＲ部を残した角柱状単結晶シリコンインゴットブロックの面取り加工のスループット加工時間（スループット）は、砥石径２３０ｍｍと２６０ｍｍの砥番１７０のカップホイール型粗研削砥石一対と研磨ブラシ径２６０ｍｍの研磨ブラシ一対を用い、粗研削面取り加工ステージ１１での四隅Ｒコーナー部面取り時のワークテーブル４送り速度６０ｍｍ／分、両側面取り時のワークテーブル４送り速度２００ｍｍ／分、砥石軸１１ａ回転速度２，４００ｒｐｍでの条件、および、仕上げ研磨面取り加工ステージ１０での四隅Ｒコーナー部面取り時のワークテーブル４送り速度６０ｍｍ／分、両側面取り時のワークテーブル４送り速度２２０ｍｍ／分、研磨工具軸１０ａの回転速度３，０００ｒｐｍの条件下では角柱状インゴットブロックの面取り加工時間は、２７分であった。面取り加工されたインゴットブロックの面平滑度Ｒｙは１．１４μｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
角柱状シリコンインゴットブロックの面取り加工作業のスループット時間が従来の（conventional）面取り加工装置の半分で行うことができるシリコンインゴットブロックの複合面取り加工装置である。また、四隅Ｒ研削加工時にカップホイール型砥石一対の砥石軸芯間の高さを５〜２０ｍｍ離すことによりカップホイール型砥石の交換時期（寿命）を１．５〜２倍長くすることができた。
【符号の説明】
【００８３】
１    複合面取り加工装置
ｗ    インゴットブロック
２    機枠
４    ワークテーブル
７    クランプ機構
７ａ  主軸台
７ｂ  心押台
８    ロードポート
１０    仕上げ研磨面取り加工ステージ
１０ｇ  研磨ブラシ
１１    粗研削面取り加工ステージ
１１ｇ  カップホイール型粗研削砥石
１３    ワークローディング／アンローディング装置
１４    ワークストッカー
９０    面剥ぎ加工ステージ
９１ａ、９１ｂ  回転刃
【図１】
2012066310.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2012066310.tif 000006
【図５】
2012066310.tif 000007