(57)【要約】【課題】円筒状インゴットブロックの外周面の円筒研削加工を短くしたい。およびワークの結晶方位を高精度に検出したい。【解決手段】  ＸＲＤ機600を挟んで同一タイプのｎ（ｎ＝２〜４の整数）台の円筒研削装置500を配置した複合面取り加工装置１とし、円筒研削装置500でワーク外周面の皺を取り除いた後に、円筒研削加工されたワークの結晶方位をＸＲＤ機600で検出、マーキングする。その後、前記円筒研削装置500を用いてワークのオリフラ研削加工を行う。【選択図】図１
2013038111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右方向に延びた第一案内レール（１００）上を滑走できる搬送ロボット（２００）、
上記第一案内レールの右端に設けられた円柱状インゴットブロック（ワーク）の第一貯蔵棚（３００）、
上記第一案内レールの左端に設けられたオリフラ加工されたワーク（最終加工製品）の第二貯蔵棚（４００）、
前記搬送ロボットの滑走用第一案内レール（１００）に対し、後ろ側に１台のＸ線回析結晶方位測定装置（６００）を挟んでその左右に円筒研削装置（５００，５００）を間隔を空けて併設した面取り加工装置群、
より構成されるワークの複合面取り加工装置（１）であって、
上記の円筒研削装置（５００）は、前後方向に延びる第二案内レール（３，３）上を滑走できる芯出し機能を備えた主軸台（７ａ）と心押台（７ｂ）よりなるクランプ装置（７）を載置する移動テーブル（４）を設けとともに、前記クランプ装置の支持軸（７ａ１，７ｂ１）に支架されるワークのＣ軸に対し直角方向に、かつ、Ｃ軸を挟んで一対の円筒研削用カップホイール型砥石（１０ｇ，１０ｇ）を軸承する砥石軸を前進後退可能に設けるとともに、オートローダー機器（１３）およびワークストッカー（１４）を備え、前記ワークストッカー（１４）と前記オートローダー機器（１３）と前記クランプ装置（７）とでワークローディング／アンローディングステージを構成し、前記クランプ装置（７）と前記一対の円筒研削用カップホイール型砥石（１０ｇ，１０ｇ）を軸承する砥石軸とでワークの円筒研削ステージおよびオリフラ研削加工ステージを構成する円筒研削装置（５００）である、
ことを特徴とする複合面取り加工装置（１）。
【請求項２】
請求項１記載の複合面取り加工装置（１）を用い、円筒研削装置（５００）の一対の円筒研削用カップホイール型砥石（１０ｇ，１０ｇ）で円柱状インゴットブロック（ワーク）を円筒研削加工した後に、Ｘ線回析結晶方位測定装置（６００）でワークの結晶方位を測定、マーキングし、ついで、マーキングされたワークを前記円筒研削装置（５００）のクランプ装置（７）に戻し、一方の円筒研削用カップホイール型砥石（１０ｇ）を用いてオリフラ研削加工を実施することを特徴とする、ワークの複合面取り加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア、単結晶シリコン等の円柱状インゴット（ワーク）の円筒研削加工およびオリフラ研削加工をする複合面取り加工装置および、それを用いてワークの円筒外周面を円筒研削加工した後、ワークの結晶方位をＸ線回析結晶方位測定装置（ＸＲＤ機）で検出、レーザーマーキングし、ついで、ワークのオリフラ方向を芯出しした後にオリフラ研削加工するワークの面取り加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ基板用のサファイア基板の原材料の円柱状サファイア・インゴットブロック（ワーク）は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）あるいはベルニューイ法で育成したインゴットを適当な長さ（例えば、２５０ｍｍ、５００ｍｍ、１，０００ｍｍ）に結晶方向に切断してインゴットブロックとなしている。サファイア・インゴットの結晶方位は、ａ面、ｒ面、ｍ面およびｃ面配向を有する。円柱状サファイア・インゴットブロックの直径は、２インチ、４インチ、および６インチのものが、単結晶シリコンインゴットブロックの直径は、８インチ、１０インチ、１２インチ、２０インチのものが市場より入手できる。
【０００３】
特開２００９−２９８６７６号公報（特許文献１）の０００８段落は、「円柱状インゴットブロックは、その外周面をカップホイール型砥石により円筒研削され、さらに、オリエンテーションフラット（通称「オリフラ」と言う）またはインデックスフラット（通称「インフラ」と言う）が研削または切削された後、インゴットブロックのワイヤーカットソウによる厚み２００〜９００μｍの厚みにスライス加工されウエハを製造している。」と記載する。さらに、段落００２０−００２３は、「オリフラとは、円形の半導体基板の外周の一部を結晶方位と平行な方向にきり欠いて結晶方位を特定されるものであり、インフラとはオリフラと共に円形の半導体基板の外周に形成され、表裏を判別するためのものである。ただし、半導体基板の表裏を判別するためには、オリフラとインフラが半導体基板の中心に対して非対称となる位置に形成される必要がある。サファイア基板のオリフラは、結晶方位（１１−２０方向）を特定する。」と記載する。
【０００４】
また、特開２００８−２０７９９２号公報（特許文献２）は、段落０００２から０００４において、「サファイアは、六方晶の結晶構造を有する酸化アルミニウムの単結晶（融点：約２０５０℃）である。サファイア単結晶は、例えば、青色ＬＥＤ用のＧａＮ成膜基板などの基板材料として使用される。サファイア単結晶は異方性を有する材料であり、サファイア単結晶のインゴットからＧａＮ成膜用のウエハを切り出す場合、ウエハの主面がサファイア単結晶のｃ軸＜０００１＞に垂直な面（ｃ面）となるように切り出すことが一般的である。また、サファイアは光学的に一軸性の透明材料であることから液晶プロジェクタ用フィルムなどの光学材料としても使用される。光学材料として使用する場合、着色がなく透明であることが要求される。また、サファイア単結晶の偏光特性から、上記の基板材料の場合と同様、ｃ軸に垂直な面を主面とするｃ面基板が主に使用される。
【０００５】
サファイア単結晶のインゴットからｃ面基板を切り出す場合、材料をなるべく無駄にしないためには、ｃ軸方向に結晶を育成して略円柱状のインゴットを得るとともに、このインゴットをｃ軸方向（インゴットの軸方向）に対して垂直に切断することが望ましい。しかしながら、ｃ軸方向に結晶を育成した場合、泡欠陥が生じやすいことが知られている。インゴット内に泡欠陥があると、加工時に割れが生じやすく、また、基板材料や光学材料として使用した場合にそれらの特性が不十分となりやすい。泡欠陥の発生を低減する方法として、サファイア単結晶の育成方向をｃ軸から所定角度ずらした方向としたり、ｃ軸に
垂直なａ軸又はｍ軸方向とすることが知られている（例えば、特開２００４−８３３１６号公報参照）。」と記載する。
【０００６】
また、サファイア・インゴットブロックは、特開２００８−９７１号公報（特許文献３）に開示されるように、大きな厚い板状のサファイア結晶からボーリングコアビット（刃物）で型抜き切り出しして製造されているのもある。
【０００７】
さらに、特表２０１０−５１４５８１号公報（特許文献４）は、インゴットブロックをスライス加工されたサファイア基板の表面加工方法を開示し、ａ面、ｒ面、ｍ面、及びｃ面配向からなる群から選択される結晶配向を有し且つ約０．０３７μｍ／ｃｍ2以下のｎ
ＴＴＶを有する概ね平坦な表面を含むサファイア基板であって、ｎＴＴＶが該概ね０平坦な表面の表面積で規格化された総厚みばらつきであり、該基板は約９．０ｃｍ以上の直径を有するサファイア基板を得ると開示する。その実施態様として、段落０００５から０００９において、「第１の固定研磨材を用いてサファイア基板の第１表面を研削加工すること、及び第１の固定研磨材よりも小さい平均粒径を有する第２の固定研磨材を用いてサファイア基板の第１表面を研削加工することを含むサファイア基板の機械加工方法を対象とする。他の実施態様は、第１表面がｃ面配向を有するように研磨材を用いてそれぞれのサファイア基板の第１表面を研削加工することを含む複数のサファイア基板を含むサファイア基板ロットを提供する方法を対象とし、サファイア基板ロットは少なくとも２０個のサファイア基板を含む。それぞれのサファイア基板は（ｉ）ｃ面配向、（ｉｉ）結晶のｍ面ミスオリエンテーション角度（θm）、及び（ｉｉｉ）結晶のａ面ミスオリエンテーショ
ン角度（θa）を有する第１表面を有し、ここでは、（ａ）ミスオリエンテーション角度
θmの標準偏差σmが約０．０１３０以下、及び（ｂ）ミスオリエンテーション角度θaの
標準偏差σaが約０．０３２５以下のうち少なくとも１つが成り立つ。他の実施態様は、
少なくとも２０個のサファイア基板を含むサファイア基板ロットを対象とする。それぞれのサファイア基板は（ｉ）ｃ面配向、（ｉｉ）結晶のｍ面ミスオリエンテーション角度（θm）、及び（ｉｉｉ）結晶のａ面ミスオリエンテーション角度（θa）を有する第１表面を有し、ここでは、（ａ）ミスオリエンテーション角度θmの標準偏差σmが約０．０１３０以下、及び（ｂ）ミスオリエンテーション角度θaの標準偏差σaが約０．０３２５以下のうち少なくとも１つが成り立つ。」と記載する。
【０００８】
特開２００９−１８６１８１号公報（特許文献５）は、図２に円柱状インゴットの結晶方位を測定するＸ線回析結晶方位測定装置を、および図６においてＸ線回析結晶方位測定装置を備えた円柱状インゴットの円筒研削装置を示し、段落００７０から００７７および段落００８５から００８９記載で円柱状インゴットの結晶方位ｈを測定した後に、第一搬送ロボットでインゴットを図３に示すカット面取り機に移動させ、そこで、軸方向結晶方位ｈに対し垂直に第一カット面Ｗａ１を研削して新たな第一カット面Ｗａ３とし、反対方向の第二カット面Ｗａ２を研削して新たな第二カット面Ｗａ４とし、ついで、第一搬送ロボットで垂直カット面Ｗ３，Ｗ４を有するインゴットを円筒研削装置のクランプ装置に移送し、円柱状砥石を用いて円柱状インゴットの外周面を円筒研削する方法が記載されている。さらに、特許文献５の図１０および段落００９０記載において、前記円筒研削加工されたインゴットの半径方向結晶方位ｋを前記Ｘ線回析結晶方位測定装置で測定し、前記円筒研削装置でインゴットの半径方向結晶方位ｋを基準としてオリフラ面を加工形成させることを開示する。
【０００９】
特開２００９−１１１２６０号公報（特許文献６）は、少なくとも、切断用トレーに載置されたインゴットを切断手段により切断してブロックに切り分ける切断部と、該切断部から前記切断用トレーを送出入するためのテーブルを有する送出入部と、該送出入部の動作を制御する制御部と、前記切断されたブロックを前記切断用トレーから搬送用トレーに移載する移載部とを具備するインゴット切断装置において、前記移載部は、少なくとも、
前記ブロックを挟持するアーム機構と、前記ブロックを前記搬送用トレーに倒置する倒置機構とを具備し、前記ブロックが所定長さに達している長いブロックは前記アーム機構により前記搬送用トレーに移載し、前記ブロックが所定長さに達していない短いブロックは前記アーム機構により前記倒置機構に載置して、該倒置機構により前記ブロックを倒して前記搬送用トレーに移載するものであることを特徴とするインゴット切断装置を開示する。
【００１０】
さらに、株式会社ジェイシーエムは、単結晶シリコンインゴットのトップ、テールを切断した後に、指定した長さでブロックカットを自動で行うＪＢＳ−１１０全自動バンドソー装置（商品名）を販売している（非特許文献１）。
【００１１】
特開２００４−６６７３４号公報（特許文献７）は、ワークをワイヤにより切断するインゴット（ワーク）の切断装置において、
ＹＡＧレーザー装置により結晶面が溝の深さ方向に平行となるようにワークの姿勢が調整されてインゴットが装着されたセットプレート上のワークの外周を局所的に加熱することにより、前記ワイヤの線径に応じた幅の溝を形成する溝加工装置と、
前記セットプレートが装着され、ワークの外周に形成された溝の深さ方向に沿ってワイヤを相対移動させてワークを切断するワイヤソー装置とを備えたことを特徴とするＸＲＤ機を備えた切断装置を開示する。
【００１２】
一方、半導体基板にノッチやレーザー加工できるＸ線回析結晶方位測定器付きレーザー装置（ＸＲＤ機）も基板やインゴットの結晶方位を測定するのに利用されている。例えば、ＪＳＴ−ＣＲＥＳＴの田中  義人は、「放射光時間分解Ｘ線回折測定による光記録媒体の相変化構造計測」先端磁性材料研究会１００３１６＠東工大発表論文（非特許文献２）でＸＲＤ機の構造およびその利用方法を開示する。
【００１３】
また、成蹊大学院の菊田  進作らは、「ＸＲＤ結晶方位データベースを応用したレーザー加工材のスプリングバック量の推定」成蹊大学および株式会社アマダ共同発表論文（非特許文献３）でＸＲＤ機の構造およびその利用方法を開示する。
【００１４】
さらに、ＸＲＤ機で単結晶インゴットの結晶方位を測定する方法は、特開平１０−１６０６８８号公報（特許文献８）、特開２０００−２６７２号公報（特許文献９）、特開２００１−１３０９２号公報（特許文献１０）、特開２００１−２７２３５９号公報（特許文献１１）等で開示されるように、半導体基板メーカーでは行われていることである。
【００１５】
一方、特開２００５−２５５４６３号公報（特許文献１２）は、図１において、インゴットの円筒研削加工（１０１）後にインゴットのオリフラ加工（１０２）を行い、次いで、インゴットをワイヤーソウでウエハースライス加工（１０３）し、その後にウエハー外周研削加工（１０４）を行う工程図を開示する。
【００１６】
また、特開２０１１−１３６３８２号公報（特許文献１３）は、図３で示す、角柱状インゴットの４隅Ｒコーナ部の円筒研削加工を１個の研削車９ｇで、角柱状インゴットの４側平面の面取りを一対の粗研削砥石１０ｇ，１０ｇで同期制御研削加工行ったのち、その面取り面４面を一対の精密仕上げ研削砥石１１ｇ，１１ｇで同期制御研削加工して面取りを完成させるインゴットの面取り加工装置５００を開示する。
【００１７】
また、特開２０００−１５８１２３号公報（特許文献１４）は、インゴット搬送用ロボットおよびインゴットの搬送方法を開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【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”、[online]、平成２３年７月２１日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：www.e-jcm.co.jp/SolarCell/Mono/JBS-110.html＞
【非特許文献２】田中  義人、“放射光時間分解Ｘ線回折測定による光記録媒体の相変化構造計測”先端磁性材料研究会１００３１６＠東工大発表ＰＤＦ論文、[online]、平成２３年７月６日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：www.spring8.or.jp/ext/ja/iuss/htm/text/06file/.../tanaka.pdf＞
【非特許文献３】菊田  進作、外３名、“ＸＲＤ結晶方位データベースを応用したレーザ加工材のスプリングバック量の推定”、[online]、平成２３年７月６日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：www.sd.seikei.ac.jp/lab/zairiki/_.../2011zairyo_powerpoint_kikuta.pdf＞
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００９−２９８６７６号公報
【特許文献２】特開２００８−２０７９９２号公報
【特許文献３】特開２００８−９７１号公報
【特許文献４】特表２０１０−５１４５８１号公報
【特許文献５】特開２００９−１８６１８１号公報
【特許文献６】特開２００９−１１１２６０号公報
【特許文献７】特開２００４−６６７３４号公報
【特許文献８】特開平１０−１６０６８８号公報
【特許文献９】特開２０００−２６７２号公報
【特許文献１０】特開２００１−１３０９２号公報
【特許文献１１】特開２００１−２７２３５９号公報
【特許文献１２】特開２００５−２５５４６３号公報
【特許文献１３】特開２０１１−１３６３８２号公報
【特許文献１４】特開２０００−１５８１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
インゴット製造メーカーが半導体基板メーカーに出荷している結晶性インゴットブロック（ワーク）は、インゴットのＣ軸両端面がＣ軸に対し直角に切断されたインゴットブロックである。それゆえ、上記特許文献５記載のＸＤＲ機、ワークＣ軸端面カットおよびオリフラ研削加工用のカット面研削機、ならびに、円筒研削装置を備える複合面取り加工装置を用いて市販のワークの面取り加工する作業においては、カット面研削機のオリフラ研削加工工程が不要である。また、オリフラ研削加工するオリフラ方位を検出するためのＸＲＤ機によるワークの結晶方位の測定をワークの円筒研削加工前の外周面に皺のある出荷されたワークに対し行っているので、この皺の存在による結晶方位（サファイアインゴットの結晶は六角形）測定の精度がサファイア・インゴットではワークのＣ軸からオリフラ線に対し結んだ垂線（９０度）の筈が８８．５〜９０度とばらついてしまう面取り加工ワークが得られる。さらに、上記特許文献５記載の複合面取り加工装置を用いて市販のワークの面取り加工する作業においては、ワークの円筒研削加工が律速工程であり、ワークＣ軸端面カットおよびオリフラ研削加工工程の２〜４倍を超える加工時間が費やされている。よって、基板製造メーカーからは、１機当たり３，０００万円前後する高価なＸＤＲ機をもっと有効利用でき、面取り加工されたインゴットブロックの生産量がより増大するＸＤＲ機付複合面取り加工装置の出現が望まれている。
【００２１】
本願発明者らは、特許文献１３に開示されるインゴットの面取り加工装置は、ワークの円筒研削加工およびオリフラ研削加工できることに着目し、１台のＸＤＲ機に対して左右
にこのインゴットの面取り加工装置を配置すること、および、ワークの円筒研削加工後に、ＸＲＤ機で円筒研削加工されたワークの結晶方位の測定およびマーキングを行う加工ソフトに切り替えることにより、半導体基板メーカーの要望を適える複合面取り加工装置となると想到し、本発明に到った。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の請求項１は、
左右方向に延びた第一案内レール（１００）上を滑走できる搬送ロボット（２００）、
上記第一案内レールの右端に設けられた円柱状インゴットブロック（ワーク）の第一貯蔵棚（３００）、
上記第一案内レールの左端に設けられたオリフラ加工されたワーク（最終加工製品）の第二貯蔵棚（４００）、
前記搬送ロボットの滑走用第一案内レール（１００）に対し、後ろ側に１台のＸ線回析結晶方位測定装置（６００）を挟んでその左右に円筒研削装置（５００，５００）を間隔を空けて併設した面取り加工装置群、
より構成されるワークの複合面取り加工装置（１）であって、
上記の円筒研削装置（５００）は、前後方向に延びる第二案内レール（３，３）上を滑走できる芯出し機能を備えた主軸台（７ａ）と心押台（７ｂ）よりなるクランプ装置（７）を載置する移動テーブル（４）を設けとともに、前記クランプ装置の支持軸（７ａ１，７ｂ１）に支架されるワークのＣ軸に対し直角方向に、かつ、Ｃ軸を挟んで一対の円筒研削用カップホイール型砥石（１０ｇ，１０ｇ）を軸承する砥石軸を前進後退可能に設けるとともに、オートローダー機器（１３）およびワークストッカー（１４）を備え、前記ワークストッカー（１４）と前記オートローダー機器（１３）と前記クランプ装置（７）とでワークローディング／アンローディングステージを構成し、前記クランプ装置（７）と前記一対の円筒研削用カップホイール型砥石（１０ｇ，１０ｇ）を軸承する砥石軸とでワークの円筒研削ステージおよびオリフラ研削加工ステージを構成する円筒研削装置（５００）である、
ことを特徴とする複合面取り加工装置（１）を提供するものである。
【００２３】
本発明の請求項２は、請求項１記載の複合面取り加工装置（１）を用い、円筒研削装置（５００）の一対の円筒研削用カップホイール型砥石（１０ｇ，１０ｇ）で円柱状インゴットブロック（ワーク）を円筒研削加工した後に、Ｘ線回析結晶方位測定装置（６００）でワークの結晶方位を測定、マーキングし、ついで、マーキングされたワークを前記円筒研削装置（５００）のクランプ装置（７）に戻し、一方の円筒研削用カップホイール型砥石（１０ｇ）を用いてオリフラ研削加工を実施することを特徴とする、ワークの複合面取り加工方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の複合面取り加工装置（１）は、１台のＸＲＤ機（６００）に対し、複数の円筒研削装置（５００）を配置したので、１台のＸＲＤ機を有効に利用できる。また、ワークの結晶方位を円筒研削加工して外周面の皺を取り去った平滑な面とした後にＸ線回析結晶方位測定装置（６００）でワークの結晶方位を測定するので、結晶方位測定精度がより正確となる。
【００２５】
また、円筒研削装置（５００）のカップホイール型砥石一対（１０ｇ，１０ｇ）を同時に用いてワークを円筒研削加工できるので、特許文献５記載の複合面取り加工装置の円筒研削装置と比較して円筒研削加工時間を１／２に短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は複合面取り加工装置の平面図である。
【図２】図２は円筒研削装置の側面面である。
【図３】図３は円筒研削装置の平面面である。
【図４】図４はオートローダー機器の背面図である。
【図５】図５は円筒研削装置の平面図で、オートローダー機器は省略されている。
【図６】図６はワーク外周面を面取り加工している作業図であり、ワークの端面方向から見た図である。図６ａは円筒粗研削加工作業を、図６ｂは円筒仕上げ研削加工作業を、図６ｃはオリフラ研削加工作業を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に示される本発明の複合面取り加工装置１は、左右方向に延びた第一案内レール１００上を滑走できる搬送ロボット２００、第一案内レールの右端に設けられたワークの第一貯蔵棚３００、前記第一案内レール１００の左端に設けられたオリフラ加工されたワークの第二貯蔵棚４００、前記搬送ロボットの滑走用第一案内レール１００に対し、後ろ側に平行に設けられた右端より左端側に向かって、円筒研削加装置５００が２台、ＸＲＤ機６００が１台、および、円筒研削装置５００の２台が間隔を空けて併設した複合面取り加工装置１である。
【００２８】
４台の円筒研削装置５００は、同一型の円筒研削装置である。この円筒研削装置５００は一対のカップホイール型研削砥石１０ｇ，１０ｇを具備するが、図２、図３に示す円筒研削装置のように、カップホイール型粗研削砥石１０ｇ，１０ｇの一対、および、カップホイール型仕上げ研削砥石の一対１１ｇ，１１ｇを備える円筒研削装置５００としてもよい。
【００２９】
図２、図３および図５に示すように、円筒研削装置５００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、このボールネジに螺合された固定台（図示されていない）が左方向または右方向に前進することにより、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。
【００３０】
このワークテーブル４上に前後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装置７が搭載されている。よって、ワークテーブル４の前方向または後ろ方向の移動に付随してこのクランプ装置７も前方向または後ろ方向に移動し、クランプ装置７の主軸台センター支持軸７ａ１と心押台センター支持軸７ｂ１により支架（挟持）されて宙吊り状態となったワークｗは、第一円筒研削ステージ１０、第二円筒研削ステージ１１、またはロードポート８位置へと移動することが可能となっている。
【００３１】
クランプ装置７は公知のチャック機構であり、シリコンインゴットの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。
【００３２】
前記第一円筒研削ステージ１０、第二円筒研削ステージ１１、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を側面側から直角に見る方向であって、かつ、前側方向より後ろ側方向へ向かって、第一円筒研削ステージ１０、第二研削ステージ１１、ロードポート８を設ける。第一円筒研削ステージ１０および第二円筒研削ステージ１１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１２ａにより閉じられる。密閉カバー１２で覆われた各研削１０，１１の空間には排気ダクト１８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。
【００３３】
第一円筒研削ステージ１０は、サーボモータ１０ｍ，１０ｍの回転駆動により前後移動可能なツールテーブル１０ｔ，１０ｔ上に設けられた砥石軸の一対１０ａ，１０ａに軸承されたカップホイール型砥石の一対１０ｇ，１０ｇをその研削砥石面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前後に対称にかつ砥石軸芯１０ｏ，１０ｏが同一線上となる位置に設け、これら砥石軸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。
【００３４】
サーボモータ１０ｍ，１０ｍ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１０ｍ，１０ｍ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。
【００３５】
第二円筒研削ステージ１１は、サーボモータ１１ｍ，１１ｍ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。
【００３６】
サーボモータ１１ｍ，１1ｍ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１１ｍ，１１ｍ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。
【００３７】
第二円筒研削ステージ１１は、前記第一円筒研削ステージ１０の後ろ側に平行に設けられる。即ち、両ステージ１０，１１の砥石軸芯１０ｏ，１１ｏが平行である。
【００３８】
カップホイール型円筒研削砥石１０ｇ，１０ｇ，１１ｇ，１１ｇおよびオリフラ研削加工用カップホイール型砥石のカップホイール型砥石直径は、ワークが２〜６インチのサファイア基板用円柱状インゴットブロックであるときは、１００〜２４０ｍｍである。カップ砥石片の幅は３〜１０ｍｍ、リング状砥石幅は５〜１５ｍｍであるのがワークの研削焼け防止の観点から好ましい。
【００３９】
カップホイール型円筒研削砥石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、カップホイール型円筒研削砥石は特開平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円筒研削砥石の環状砥石刃の直径は、ワーク直径の１．２〜１．５倍の直径であることが好ましい。前記カップホイール型粗研削砥石１０ｇの環状砥石刃は、砥番１００〜２８０番のダイヤモンドレジンボンド砥石、または
ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石が好ましい。また、カップホイール型仕上げ研削砥石１１ｇの環状砥石刃は、砥番３００〜１，２００番のダイヤモンドレジンボンド砥石、ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石、またはダイヤモンドメタルボンド砥石が好ましい。
【００４０】
研削液としては、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、これら水分散液に有機リン化合物を配合した水分散液を利用するのが好ましい。
【００４１】
ロードポート８は、第二円筒研削ステージ１１の後ろ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ｗを前記クランプ装置７への移出入を可能とする開口部を設けることにより形成される。
【００４２】
前記円筒研削装置５００のカップホイール型円筒研削砥石１１ｇによるワークのオリフラ研削加工時には、前記第二円筒研削ステージ１１は、オリフラ研削ステージと呼び変えられる。
【００４３】
図２において符号２０は制御装置を、符号２１は操作盤を示す。また、図３において、符号９ｃは研削液供給管を示す。
【００４４】
図１、図２、図３および図４に示すように、円筒研削装置（５００）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と前記第二研削ステージ１１との空間部にオートローダー機器（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を機枠２上に並設している。符号１５は、脚立車を備えた運搬台車１６のテーブル上に載置された予備のワークストッカー（保管棚）である。
【００４５】
ワークストッカー（保管棚）１４，１５は、ワーク３本ｗ，ｗ，ｗ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１６上に載置されている。
【００４６】
前記オートローダー機器（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ワーク１本を１対の爪１３ａ，１３ｂ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１３ａ，１３ｂを離間させてワークの把持を開放し、ついで、両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆ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１３ａ，１３ｂを待機位置へと戻る。
【００４７】
また、前記クランプ装置７に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１３ａ，１３ｂで把持し、ついで、両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆ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１３ａ，１３ｂをワークストッカー１４，１５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１３ａ，１３ｂ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１３ａ，１３ｂを戻す。
【００４８】
両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆの前後方向の移動は、サーボモータ１３ｍ
により回転駆動されたボールネジ１３ｋに裏面を螺合させた固定台１３ｆの滑走面１３ｓをコラム１３ｃ側面に設けられた案内レール１３ｇ上を滑走させることにより行われる。両爪１３ａ，１３ｂを支持する固定台１３ｆの上下方向の移動は、エアーシリンダー１３ｐにより行われる。両爪１３ａ，１３ｂの離間は、図４の円内に示されるマイクロウイークエアシリンダ１３ｅを用いて両爪１３ａ，１３ｂを離間させる。両爪１３ａ，１３ｂの僅かな昇降の微調整は、マイクロウイークエアシリンダ１３ｌを用いて行う。両爪１３ａ，１３ｂの僅かな前後移動の微調整は、マイクロウイークエアシリンダ１３Ｒを用いて行う。
【００４９】
上記円筒研削装置５００に設置されたワークストッカー１４，１５に保管されたワークｗをオートローダー機器１３のロボット爪１３ａ，１３ｂを用い、クランプ装置７の支持軸７ａ１，７ｂ１に自動挟持（支架）する工程は次ぎのように行われる。
【００５０】
オートローダー機器１３のロボット爪１３ａ，１３ｂで直径がＲｍｍ、研削取り代（ｔ）設定がｔｇｍｍ厚みの円筒状インゴットブロック（ワーク）の中央部を把持する。Ｓ０１
【００５１】
前記ロボット爪に把持されたワークを主軸台７ａの支持軸７ａ１と心押台７ｂの支持軸７ｂ１間へ搬入し、前記心押台７ｂを前進させて前記ワークｗの長手方向（Ｃ軸方向）の両端を前記クランプ装置７の支持軸７ａ１，７ｂ１で支架させる。なお、支持軸７ａ１，７ｂ１の両軸心を結ぶ線をクランプ装置７のＣ軸心と呼ぶ。Ｓ０２
【００５２】
オートローダー機器１３のロボット爪１３ａ，１３ｂをワークｗより遠ざける。Ｓ０３
【００５３】
カップホイール型砥石１１ｇに対するワークのオリフラ方向芯出しは、ＸＲＤ機により結晶方位がマーキングされた値に基づき、主軸台７ａの支持軸をサーボモータで回転させることによりワークのオリフラ方向がカップホイール型砥石１１ｇの刃先面に平行となるようにワークを回転させて行う。
【００５４】
一対のカップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇによるワークの円筒研削加工は、ワー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を左右方向に１〜１５ｍｍ／分速度で移動させながら、かつ、主軸台のセンター支持軸７ａ１を１０〜３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら８００〜３，０００ｒｐｍの回転速度で回転しているカップホイール型砥石の一対１０ｇ，１０ｇの砥石軸をクランプ装置７のＣ軸心側へ前進させてカップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇの刃先位置がクランプ装置７のＣ軸心から（Ｒ／２−ｔｇ）の距離（研削開始点位置）までインフィードして研削加工を開始し、研削液を５〜１００ｃｃ／分の量研削作業点に供給させながら前記カップホイール型砥石の一対１０ｇ，１０ｇにより移動するインゴットブロック外周面厚みをｔｇｍｍの取り代量除去するインフィード円筒研削加工である。
【００５５】
カップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇによるワークの研削取り代（ｔｇ）は０．５〜１．０ｍｍである。
【００５６】
前述したように、第一案内レール１００上を滑走する搬送ロボット２００は、ワークロッカー１４、貯蔵棚３００，４００、右側配置の円筒研削装置５００、５００、ＸＤＲ機６００、左側配置の円筒研削装置５００，５００間においてワークｗを受け渡すのに使用される。
【００５７】
Ｘ線回析結晶方位測定器付きレーザー装置（X-ray diffraction）６００は、Ｘ線照射
器、Ｘ線回析器、ＣＣＤカメラ、ワーク台、時間回路を有するコントローラ等を備える。
ワークの撮像、ワークの結晶方位測定、ワークへのレーザーマーキング、ワークのＣ軸からワークの外周までの半径の算出などが可能である。
【００５８】
図１および図２に示す複合面取り加工装置１を用い、円筒研削装置５００の一対の円筒研削用カップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇで円柱状インゴットブロック（ワーク）を円筒研削加工した後に、Ｘ線回析結晶方位測定装置６００でワークの結晶方位を測定し、ついで、ワークを前記円筒研削装置５００に戻し、一方の円筒研削用カップホイール型砥石１０ｇまたは１１ｇでオリフラ研削加工を実施する工程は次の順序で行われる。
【００５９】
１）．第一貯蔵棚３００に保管されているワークｗを搬送ロボット２００で把持し、ついで把持されたワークを円筒研削装置５００のワークストッカー１４上に移送する。（ワークの移送工程）
【００６０】
２）．円筒研削装置５００のワークストッカー１４上に載置されたワークをオートローダー機器１３のハンド爪にワークを抱かえ込み、クランプ装置７の主軸台の支持軸７ａ1
と心押台の支持軸７ｂ１間にワークのＣ軸心がこのクランプ装置の主軸台の支持軸と心押台の支持軸を結ぶＣ軸心と一致するようにワークを支架させる。（ワークのローディング工程）
【００６１】
３）前記クランプ装置７に支架されているワークを主軸台７ａのサーボモータによりクランプ装置のＣ軸廻りに回転させ、前記カップホイール型砥石軸を回転させ、回転するこのカップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇを前記Ｃ軸廻りに回転しているワークの円周面に当接するよう前進（左方向移動）させて円筒粗研削加工を開始し、前記カップホイール型砥石を円筒粗研削取り代（ｔｇｒ）を引いた半径（Ｒ／２）の円筒研削加工ワークが得られる距離まで前進（左方向移動）させる切込み加工を行った後、前記クランプ装置を前記カップホイール型砥石１０ｇ，１０ｇ側へさらに前進させ、通過させて前記クランプ装置に支架されているワークの外周面を円筒粗研削加工する。
【００６２】
ついで、前記ワークテーブル４に搭載されているクランプ装置７を一対の回転しているカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇ側へ進行させ、前記クランプ装置７に支架されているＣ軸廻りに回転しているワークを前記カップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇの刃先に当接させ、円筒仕上げ研削加工を開始し、前記カップホイール型砥石（１１ｇ，１１ｇ）を円筒仕上げ研削取り代（ｔｇｆ）を引いた半径（Ｒ／２）の円筒研削加工ワークが得られる距離まで前進（左方向移動）させる切込み加工を行った後、前記クランプ装置を前記一対のカップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇ間をさらに前進させ、通過させて前記クランプ装置７に支架されているワークｗの外周面を円筒仕上げ研削加工する。ついで、前記クランプ装置７を搭載するワークテーブル４を円筒研削開始点待機位置まで後退させたのち、円筒研削加工されたワークｗをオートローダー機器１３のハンド爪に把持し、ワークストッカー１４へ移送する。（ワークの円筒研削工程）（図６ａ,図６ｂ参照）
【００６３】
４）．前記円筒研削装置５００のワークストッカー１４に載置されたワークｗを搬送ロボット２００で把持し、Ｘ線回析結晶方位測定装置６００の作業台上へと移送し、そこでワークの結晶方位をレーザー光でマーキングする。（ワークの結晶方位マーキング工程）
【００６４】
５）．結晶方位がマーキングされたワークを搬送ロボット２００で把持し、前記円筒研削装置５００のワークストッカー１４に移送する。（マーキングワークの移送工程）
【００６５】
６）．前記円筒研削装置５００のワークストッカー１４上に載置されたワークをオートローダー機器１３のハンド爪にワークを抱かえ込み、クランプ装置７の主軸台の支持軸７ａ1と心押台の支持軸７ｂ１間にワークのＣ軸心がこのクランプ装置の主軸台の支持軸と
心押台の支持軸を結ぶＣ軸心と一致するようにワークを支架させる。ついで、主軸台の支持軸７ａ1を回転させて支架されているワークをそのワークのオリフラ加工される方位が
カップホイール型砥石１１ｇに対し平行に向くように回転させる芯出しを行う。（ワークのオリフラ方位芯出し工程）
【００６６】
７）．前記円筒研削装置５００の一対のカップホイール型砥石軸の内のワークがオリフラ加工される位置に近い側にあるカップホイール型砥石１１ｇを軸承する砥石軸を回転させ、回転するカップホイール型砥石１１ｇを前記オリフラ加工される結晶方位に芯出しされたワークの円周面に当接（オリフラ研削加工開始点位置）するよう前進（左方向移動）させ、ついで、前記クランプ装置７を搭載するワークテーブル４を前記カップホイール型砥石１１ｇ側へ前進させてカップホイール型砥石１１ｇとワークｗを接触させてオリフラ研削加工を開始し、さらに前記カップホイール型砥石１１ｇを前進させてオリフラ研削取り代（ｔoｏ）を研削する距離まで前進（左方向移動）させる切込み加工を行った後、前
記クランプ装置７を前記カップホイール型砥石１１ｇ，１１ｇ間を通過する移動を行ってワークの外周面にオリフラを形成する。ついで、前記クランプ装置７を搭載するワークテーブル４を円筒研削開始点待機位置まで後退させ、オートローダー機器１３のハンド爪にワークを抱かえ込み、円筒研削装置５００のワークストッカー１４に移送する。（ワークのオリフラ研削加工工程）(図６ｃ参照)
【００６７】
および、
【００６８】
８）．前記ワークロッカー１４に載置されたワークｗを前記搬送ロボット２００が受け取って第二貯蔵棚４００に移送する。（ワークのアンローディング工程）
【００６９】
各々の円筒研削装置５００ａ，５００ｂ，５００ａ，５００ｂのクランプ装置７へのワークの支架させる時間をずらす面取り加工プログラムとすることにより、各々の円筒研削装置５００ａ，５００ｂ，５００ａ，５００ｂを同時間帯に稼動させることができ、１台のＸＲＤ機を有効に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の複合面取り加工装置１は、１台のＸＲＤ機６００、および複数（２〜４台）台の円筒研削装置５００の使用でインゴットブロックの円筒研削加工およびオリフラ研削加工できるので、複合面取り加工装置１の１台のＸＲＤ機当たりの１時間当たりの面取り加工ワークの生産量を約ｎ倍以上向上させることができる。特に、一対のカップホイール型砥石（１０ｇ，１０ｇ）でワークの円筒研削加工を行うので、特許文献５記載のＸＤＲ機付き円筒研削装置１台当たりのワークの円筒研削加工時間を１／２に短縮できる。
【符号の説明】
【００７１】
１    複合面取り加工装置
ｗ    ワーク（円柱状サファイア・インゴットブロック）
１００  第一案内レール
２００  搬送ロボット
３００，４００  貯蔵棚
５００  円筒研削装置
４    ワークテーブル
６    第二案内レール
７    クランプ機構
７ａ  主軸台
７ｂ  心押台
８    ロードポート
１０    第一研削ステージ
１０ｇ  カップホイール型円筒研削砥石
１１    第二研削ステージ
１１ｇ  カップホイール型円筒研削砥石
１３    オートローダー機器
１４    ワークストッカー
６００  ＸＲＤ機
【図１】
2013038111.tif 000003
【図２】
2013038111.tif 000004
【図３】
2013038111.tif 000005
【図４】
2013038111.tif 000006
【図５】
2013038111.tif 000007
【図６】
2013038111.tif 000008