円柱状ブロックのくり抜き方法及び装置
【課題】サファイア単結晶インゴットからコアドリルを用いて結晶方向と所望の角度をなす結晶方位の円柱状ブロックを採取する方法において、コアビットの刃先部がインゴットから逃げたり、ブレることなくスムースに切り込み始め、くり抜き終了近くでインゴットに欠けやひび割れ等を生ずることがないようにする。
【解決手段】インゴット２７までの距離を計測し、最短距離と最長距離の間を三区分する。コアビット１３の送り量は送りモータ１６のエンコーダ１７から回転数を読取ることにより求める。制御装置２９は送りモータ１６を制御し、刃先部１２の送り量が前記最短距離に達して切り込みを行う区分まではコアビット１３の送りを低速に、次の区分においては低速ではあるが、送り速度を上げ、最後の区分においては更に送り速度を上げる。全ての刃先部１２がインゴット２７に切り込んだのちは、高速送りを行い、くり抜き終了近くで低速送りとする。
【解決手段】インゴット２７までの距離を計測し、最短距離と最長距離の間を三区分する。コアビット１３の送り量は送りモータ１６のエンコーダ１７から回転数を読取ることにより求める。制御装置２９は送りモータ１６を制御し、刃先部１２の送り量が前記最短距離に達して切り込みを行う区分まではコアビット１３の送りを低速に、次の区分においては低速ではあるが、送り速度を上げ、最後の区分においては更に送り速度を上げる。全ての刃先部１２がインゴット２７に切り込んだのちは、高速送りを行い、くり抜き終了近くで低速送りとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア単結晶インゴットからコアドリルを用いて円柱状のブロックをくり抜き加工する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基盤となるウェハは通常、サファイア単結晶インゴットから切削加工した円柱状のブロックを一定の厚みにスライスすることにより得られ、下記特許文献１には、ＣＺ法（チョクラルスキー法）又はＥＦＧ法（Edge-defined Film-fed. Growth Method）等によって得られたサファイア単結晶インゴットからコアドリルを用い、円筒状のコアビットを２〜１０mm/minの送り速度で送って円柱状のブロックをくり抜き加工する方法が開示されており、コアドリルを用いたくり抜き方法は、断面が真円に近い精度の良好な円柱状のブロックを１回の穿孔作業で容易かつ短時間で得られる、としている。
【０００３】
下記特許文献１にはまた、所望の結晶方位を有するウェハを製造するためにサファイア単結晶インゴットの結晶成長方向であるａ軸に対して、所定の角度或いはａ軸と直交するｃ軸の方向へ穿孔することにより、サファイア単結晶インゴットと異なる結晶方位を有する円柱状のブロックを製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サファイア単結晶インゴットは、概して結晶成長方向と直交する断面が結晶成長方向で変化するいびつな形状となっている。結晶方向のａ軸と直交するｃ軸の結晶方位を有する円柱状のブロックの製造をコアドリルを用いて行う場合、切削加工によりａ軸と平行な基準面を作成したのち、コアドリル下のテーブル上に基準面を当てて、サファイア単結晶インゴットを設置するが、コアビットはドリルのようなセンターを有しないため狙った位置に正確に切り込むことが容易でない。すなわちインゴットへ切り込む際、図１に示すようにコアドリルを構成するコアビット１の刃先部２の一部がインゴット３の傾斜ないし湾曲部に当たると、刃先部２が図の矢印方向に逃げたり、ブレたりし易くなる。しかもサファイアは硬度が高いうえに靭性が低く脆いため、前述する刃先部のブレによりインゴットが欠けたり、割れやひびを生じ易い。
【０００６】
本発明は、サファイア単結晶インゴットからコアドリルを用いて結晶方向のａ軸と所望の角度を有する結晶方位の円柱状ブロックを前記のような問題を生ずることなく、スムースにくり抜くことができる方法及び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】
【０００７】
請求項１に係わる発明は、コアドリルを用い、該コアドリルを構成する円筒状のコアビットを送りモータで送って、テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットをくり抜き、結晶方向と所望の角度を有する結晶方位の円柱状ブロックを製造する方法であって、コアドリルを構成するコアビットの刃先部の一部がサファイア単結晶インゴットに切り込み始める当初は、送りモータの回転速度を下げ、前記刃先部の一部が前記インゴットに切り込んだのちは、送りモータの回転速度を連続的或いは段階的に増加させ、刃先部の全てが前記インゴットに切り込むと、送りモータの回転速度を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部がくり抜きの終了する近くまで達すると、送りモータの回転速度を再び低下させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係わる発明は、請求項１に係わる発明において、前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットから採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心が前記コアビットの回転中心に位置するように前記インゴットを位置決めしたのち、コアドリルに設けた第１の計測手段によって、コアビットの刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットまでの距離を刃先部の円周方向に沿って連続的に測定し、ついで前記送りモータの回転数を第２の計測手段で読取ることによって求めた前記刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された前記インゴットまでの距離のうちの最短距離に達し、コアビットの刃先部がインゴットに切り込んだ当初は送りモータの回転速度を低速にし、その後コアビットの刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで送りモータの回転速度を連続して、或いは段階的に増加させ、コアビットの刃先部が全て前記インゴットに切り込んだのちは送りモータの回転速度を高速の一定速度に維持させ、コアビットの刃先部がインゴットの置かれるテーブル近くに達すると、送りモータの回転速度を再び低下させるように制御装置が送りモータを制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係わる発明は、請求項２に係わる発明を実施する装置であって、先端にダイヤモンド砥粒のチップよりなる刃先部を備えたコアビットと、該コアビットを回転駆動する回転駆動装置と、送りモータを備え、前記コアビットを送る送り装置とを有するコアドリルと、インゴットが設置されるｘｙ方向に移動可能なテーブルと、該テーブルをｘ軸方向に送る第１の移動装置と、前記テーブルをｙ軸方向に送る第２の移動装置と、前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットから採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心が前記コアビットの回転中心に位置するように前記インゴットを位置決めする位置決め手段と、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に設置したサファイア単結晶インゴットまでの距離を計測する第１の計測手段と、前記コアドリルの送りモータの回転数を読取る第２の計測手段と、該第２の計測手段によって読取った送りモータの回転数からコアビット先端の刃先部の送り量を演算する機能、前記第１の計測手段による計測が前記刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットに対し、刃先部の円周方向に沿って連続的に行われるように前記第１及び第２の移動装置を制御する機能及び前記演算により求めたコアビットの刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された計測値のうち、最短距離を越えるまで送りモータの回転数を低速に制御し、最短距離を越えたのち、コアビット刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで連続的に或いは段階的に送りモータの回転数を増加するように制御し、全ての刃先部が前記インゴットに食い込んだのちは送りモータの回転数を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部の送り量がテーブル近くに達すると、送りモータの回転数を低速に制御する機能を有する制御装置とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係わる発明は、請求項２に係わる発明を実施する別の装置に関するもので、先端にダイヤモンド砥粒のチップよりなる刃先部を備えたコアビットと、該コアビットを回転駆動する回転駆動装置と、送りモータを備え、前記コアビットを送る送り装置とを有するコアドリルと、一垂直軸線の回りに回転可能に軸支されるテーブルと、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットをコアビットの回転中心に位置決めする第2の位置決め手段と、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に設置したサファイア単結晶インゴットまでの距離を計測する第１の計測手段と、前記コアドリルの送りモータの回転数を読取る第２の計測手段と、該第２の計測手段によって読取った送りモータの回転数からコアビット先端の刃先部の送り量を演算する機能及び該演算により求めたコアビットの刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された計測値のうち、最短距離を越えるまで送りモータの回転数を低速に制御し、最短距離を越えたのち、コアビット刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで連続的に或いは段階的に送りモータの回転数を増加するように制御し、全ての刃先部が前記インゴットに食い込んだのちは送りモータの回転数を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部の送り量がテーブル近くに達すると、送りモータの回転数を低速に制御する機能を有する制御装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係わる発明によると、コアビット先端の刃先部がサファイア単結晶インゴットに切り込む時点では送りモータが低速に回転するため、インゴットへの切り込みがスムースに行われ、前述するような刃先部の逃げやブレによるインゴットの欠損や割れ、ひびを生ずることがない。刃先部がある程度切り込むと、その後、送り速度を上げても逃げが生じにくくなる。刃先部が全てインゴットに切り込まれると、刃先部の逃げを生ずることはなく、高速で送ってもインゴットが損傷したり、割れやひびを生じない。くり抜きが終了する近くでは、インゴットや切り込まれた円柱状のブロックに割れを生じ易くなるが、送り速度を低速にすることにより、こうした問題を生じにくくなる。以上のようにして本発明によれば、サファイア単結晶インゴットから狙い通りの円柱法ブロックをスムースに効率よく採取することができる。
【００１２】
請求項２及び請求項３、４に係わる発明によると、請求項１に係わる発明によって得られる円柱状ブロックを自動的に製造することができる。しかも請求項３に係わる発明においては、サファイア単結晶インゴットから円柱状ブロックを採取後、更にテーブルをｘｙ方向に送って新たに採取しようとする円板状ブロックの円形断面の中心をコアビットの回転中心に位置決めすることで、同じサファイア単結晶インゴットから複数の円柱状ブロックを採取することができる。また請求項４に係わる発明においては、テーブルを回転させるだけで第１の計測手段による円周上でのインゴットまでの距離の計測が簡易に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】コアビット刃先部がインゴットの傾斜部に当たるときの説明図。
【図２】本発明に係わるくり抜き加工装置の模式図。
【図３】同装置のテーブルの平面図。
【図４】インゴットまでの測定値を示す展開図。
【図５】本発明に係わるくり抜き加工装置の別の例の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態の円柱状ブロックのくり抜き装置について図面により説明する。
図２は、本装置全体の模式図を示すもので、コアドリルはコアドリルユニット１１として示され、該ユニットは先端にダイヤモンド砥粒のチップよりなる刃先部１２を備えたコアビット１３を有し、該コアビット１３は駆動モータ１４よりなる回転駆動装置によって垂直軸線の回りを回転駆動されるようになっている。
【００１５】
コアビット１３はまた、コアドリルにおいてよく知られるように、送りモータ１６と、ピニオンラック機構或いはボールネジよりなる往復直線運動機構（その一例が特許文献１にも開示されている。）により、前記垂直軸線に沿って送られて昇降できるようになっており、送りモータ１６は、その回転数が第２の計測手段であるエンコーダ１７により計測されるようになっている。
【００１６】
コアドリルユニット１１はまた、９０°の角度で配置される一対のレーザラインマーカー１８と第１の計測手段であるレーザ距離計１９を備えている。このレーザ距離計１９は採取しようとする円柱状ブロックの径に合わせて径方向に位置調整可能であるか、径方向に位置を変えて取り外し可能に取り付けられ、或いは採取される円柱状ブロックのサイズに合わせて複数個所に設けられる。
【００１７】
コアドリルユニット１１のベース２１上には図３に示すように、矢印のｘ方向に移動可能なテーブル２２ａと、該テーブル２２ａ下において矢印のｙ方向に移動可能なテーブル２２ｂよりなるテーブル２２が設置され、テーブル２２ａは第１の移動装置を構成するｘ軸用モータ２４と、図示しないボールネジ又はピニオンラック機構によりｘ軸方向に送られ、またテーブル２２ｂは第２の移送装置を構成するｙ軸用モータ２５と図示しないボールネジ又はピニオンラック機構によりｙ軸方向に送られるようになっている。
【００１８】
制御装置２９は、ＣＰＵと、送り制御用のプログラム、インゴット位置決め用のプログラム、送りモータ１６の回転数よりコアビット刃先部の上下位置を算出する計算式、円周上のｘｙ座標を求める式などを格納するＲＯＭと、前記第１及び第２の計測手段によって計測された計測値、その他各種のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等からなって全体がパソコンで構成されている。そして前記ｘ軸用モータ２４及びｙ軸用モータ２５を制御する機能と（両モータ２４及び２５はそれぞれ、制御装置２９によることなく、手動ボタンの操作によっても起動、停止を行うことができるようになっている）、コアビット１３を回転駆動する駆動モータ１４及び送りモータ１６を制御する機能と、送りモータ１６のエンコーダ１７から読取った回転数の累積値から前記刃先部１２の送り量を演算する機能と、前記レーザ距離計１９によって刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットまでの距離の測定が刃先部の円周方向に沿って連続的に行われるように前記第１及び第２の移動装置を制御する機能、前記レーザ距離計１９によって求められたサファイア単結晶インゴットまでの距離のうち、最小距離と最大距離の間を数区分し、コアビットの刃先部の送り量が増して区分された各レベルに達する都度、送りモータ１６の回転が低速ではあるが次第に増加し、刃先部の送り量が前記最大距離を越えると、送り速度が高速の一定速度となり、更に刃先部の送り量がテーブルに近づくと、送り速度が低速となるように前記送りモータ１６を制御する機能を備えている。ここでサファイア単結晶インゴット２７は、前述のＣＺ法やＥＦＧ法或いはキロプロス法によって製造されたものである。
【００１９】
本装置は以上のように構成され、サファイア単結晶インゴット２７から円柱状のブロックをくり抜き加工する際には、インゴット２７を結晶成長方向のａ軸と平行な基準面を機械切削加工により作成し、基準面を下向きにしてテーブル上に設置する。
【００２０】
次にインゴット２７から採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心点に相当する箇所ｏにマーク付けを行う。このマーク付けは例えばポンチを打ち込むか、或いはマジックその他筆記具によって記される。
【００２１】
マーク付け後、レーザラインマーカー１８でインゴット上に当てられた直交するラインの交点が前記マークに合致するようにボタン操作によってｘ軸用モータ２４及びｙ軸用モータ２５を起動停止しながらテーブル２２のｘｙ制御を行う。
【００２２】
インゴット２７にマーク付けされたマークをレーザラインマーカー１８の交点に合致させることにより位置決めが行われ、したがってサファイア単結晶インゴット２７から採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心が前記コアビットの回転中心に位置するように前記インゴットを位置決めする位置決め手段は、前記マーク付け、レーザラインマーカー１８、ｘ軸用モータ２４及びｙ軸用モータ２５等により構成される。ここでｘ軸用モータ２４及びｙ軸用モータ２５は前記位置決め手段を構成するばかりでなく、レーザ距離計１９によってインゴット２７までの距離を測定するため、テーブル２２ａ及びテーブル２２ｂをｘｙ制御する機能も有している。
【００２３】
テーブル２２ａ及びテーブル２２ｂをｘｙ制御してインゴット２７にマーク付けされたマークをレーザラインマーカー１８の交点に合致させたときのマーク付けされた点が中心点（０．０）となり、これより半径ｒ、例えば３インチをテンキー等の外部入力手段により制御装置２９に入力すると、制御装置２９により前記中心点を中心とする半径ｒの実線で示す円周上のｘｙ座標が求められる。
【００２４】
制御装置２９は次にレーザ距離計１９によって行われる、コアビットの刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットまでの距離の測定が刃先部の円周方向に沿って連続的に行われるようにｘ軸用モータ２４及びｙ軸用モータ２５を制御し、テーブル２２ａ、２２ｂをｘｙ制御する。これにより刃先部の円周方向に沿う、レーザ距離計１９からインゴット２７までの距離が連続的に測定され、制御装置２９に出力される。
図４は、レーザ距離計１９により刃先部に沿って測定された測定値を例示した展開図を示す。
【００２５】
制御装置２９は図４に例示された測定値のうち、最小値、すなわちコアビット刃先部１２が最も早くインゴット２７に当たる箇所である最短距離の測定値と、最大値、すなわちコアビット刃先部１２が最も遅くインゴット２７に当たる箇所（この箇所では刃先部１２全体がインゴット２７に切り込んだ状態となる）である最短距離の測定値を求め、この間を数区分、例えば３区分する。そして送りモータ１６のエンコーダ１７より求めたコアビットの刃先部１２の送り量が前記最短距離を越え、図のB位置に達するまで送りモータ１６の送り量が図４のＢ位置に達すると、送りモータ１６の回転数をゆっくりであるが、増加させる。
【００２６】
刃先部１２の位置が図４のＣ位置に達すると、送りモータ１６の回転数をゆっくりであるが更に増加させる。
刃先部１２の位置が図４のＤ位置に達し、刃先部全体が一定の高速の送り量で切り込みを行う。
【００２７】
刃先部１２の位置がテーブル近くに達すると、制御装置２９は送りモータ１６の回転数を大幅に低下させ、ゆっくりと一定速度で回転させてインゴット２７への切り込みを完了する。
【００２８】
以上のようにしてくり抜き加工が行われ、インゴット２７より円柱状ブロックが採取される。インゴット２７の別の箇所から続いてコアビット１３と同じ半径の円柱状ブロックを採取するときには、採取しようとする別の箇所のインゴット２７に前記と同様にしてマーク付けを行ったのち、レーザラインマーカー１８の交点がマークに合致するようにテーブル２２ａ、２２ｂのｘｙ制御を行う。そして両者が合致したときのマーク付けされた点である中心点（ｘｏ、ｙｏ）を求めたのち、この中心点を中心とするコアビットの半径の円周（図４の一点鎖線で示す）上のｘｙ座標を求め、ついで制御装置２９によりテーブル２２ａ、２２ｂをｘｙ制御してレーザ距離計１９によるインゴット２７までの距離の測定を刃先部１２の円周方向に沿って行う。以後は前述の実施形態と同様、制御装置２９による送りモータ１６の制御が行われ、インゴット２７から円柱状ブロックのくり抜きが行われる。
【００２９】
前記実施形態では、コアビット１３の刃先部１２がインゴット２７に切り込み始めてから全て切り込まれるまで、コアビット１３の送りは３段階で変えられるようになっているが、３段階以外の２段階又は４段階以上に変えられるようにしてもよいし、無段で連続して変えられるようにしてもよい。
【００３０】
前記実施形態ではまた、インゴット２７にマーク付けしたマークとレーザポインター１８の光点を合致させるのにボタン操作でｘ軸用モータ２４とｙ軸用モータ２５を操作し、テーブル２２ａ、２２ｂのｘｙ制御を行っているが、モータ２４、２５を使用しないでハンドル操作でテーブル２２ａ、２２ｂをｘｙ方向に送って行うこともできる。こうしたハンドル操作によるテーブル移動の一例が前述の特許文献１にも開示されている。
【００３１】
前記実施形態ではまた、インゴット２７までの距離を測定する第１の計測手段としてレーザ距離計を用いているが、超音波による距離計を用いてもよい。
【００３２】
図５に示す実施形態では、テーブル３１が垂直軸線の回りに回転可能に軸支され、テーブル下に取付けたステッピングモータ３２により１回転するか、或いはステッピングモータ３２に代え、手回しによって１回転するようにされる。
【００３３】
本実施形態においては、先ず前記実施形態と同様、インゴット２７にマーク付けを行い、マークがレーザラインマーカー１８の交点に合致するようにインゴット２７をテーブル３１上に位置決めして設置する。これによりマークはテーブル３１の回転中心に位置するようになる。本実施形態において、第２の位置決め手段はレーザラインマーカー１８で構成される。
【００３４】
インゴット設置後、テーブル３１をモータにより、或いは手回しにより一回転させ、回転中心から距離ｒの位置に設置されたレーザ距離計１９でインゴット２７までの距離を測定する。以後は前述の実施形態と同様、制御装置２９による送りモータ１６の制御が行われ、インゴット２７から円柱状ブロックのくり抜きが行われる。
【００３５】
本実施形態による場合、テーブルをｘｙ制御してインゴット２７に付したマークをレーザポインター１８の光点に合致させる必要もないし、レーザ距離計１９による計測が刃先部直下の刃先部１２に沿った円周上で行われるようにテーブルをｘｙ制御する必要もなく、操作が容易で、制御装置２９の制御プログラムも簡単となる。
実験例
【００３６】
内径１００mmのコアビットを用いてサファイア単結晶インゴットにくり抜き加工を行い、直径１００mmの円柱状ブロックを作成した。このときのコアビットの送り量は、図４に示すように刃先部がインゴットに切り込み始め、全ての刃先部が切り込むまでを三区分し、Ｂレベルに達するまでは０．１mm/min、Ｃレベルに達するまでは０．５mm/min、Ｄレベルに達するまでは０．８mm/minに設定し、Ｄレベルに達すると、５mm/minに設定して行った。そして刃先部がインゴットの基準面から５mmの高さに達すると、送り量を０．５mm/minに下げ、くり抜きを完了した。
【００３７】
刃先部がインゴットに切り込み始めたときにはコアビットの逃げやブレはなく、スムースな穿孔作業が行え、得られた円柱状ブロックに欠けや割れは生じなかった。
【符号の説明】
【００３８】
１１・・コアドリルユニット
１２・・刃先部
１３・・コアビット
１４・・駆動モータ
１６・・送りモータ
１７・・エンコーダ
１８・・レーザラインマーカー
１９・・レーザ距離計
２２、２２ａ、２２ｂ、３１・・テーブル
２４・・ｘ軸用モータ
２５・・ｙ軸用モータ
２７・・インゴット
２９・・制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア単結晶インゴットからコアドリルを用いて円柱状のブロックをくり抜き加工する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基盤となるウェハは通常、サファイア単結晶インゴットから切削加工した円柱状のブロックを一定の厚みにスライスすることにより得られ、下記特許文献１には、ＣＺ法（チョクラルスキー法）又はＥＦＧ法（Edge-defined Film-fed. Growth Method）等によって得られたサファイア単結晶インゴットからコアドリルを用い、円筒状のコアビットを２〜１０mm/minの送り速度で送って円柱状のブロックをくり抜き加工する方法が開示されており、コアドリルを用いたくり抜き方法は、断面が真円に近い精度の良好な円柱状のブロックを１回の穿孔作業で容易かつ短時間で得られる、としている。
【０００３】
下記特許文献１にはまた、所望の結晶方位を有するウェハを製造するためにサファイア単結晶インゴットの結晶成長方向であるａ軸に対して、所定の角度或いはａ軸と直交するｃ軸の方向へ穿孔することにより、サファイア単結晶インゴットと異なる結晶方位を有する円柱状のブロックを製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サファイア単結晶インゴットは、概して結晶成長方向と直交する断面が結晶成長方向で変化するいびつな形状となっている。結晶方向のａ軸と直交するｃ軸の結晶方位を有する円柱状のブロックの製造をコアドリルを用いて行う場合、切削加工によりａ軸と平行な基準面を作成したのち、コアドリル下のテーブル上に基準面を当てて、サファイア単結晶インゴットを設置するが、コアビットはドリルのようなセンターを有しないため狙った位置に正確に切り込むことが容易でない。すなわちインゴットへ切り込む際、図１に示すようにコアドリルを構成するコアビット１の刃先部２の一部がインゴット３の傾斜ないし湾曲部に当たると、刃先部２が図の矢印方向に逃げたり、ブレたりし易くなる。しかもサファイアは硬度が高いうえに靭性が低く脆いため、前述する刃先部のブレによりインゴットが欠けたり、割れやひびを生じ易い。
【０００６】
本発明は、サファイア単結晶インゴットからコアドリルを用いて結晶方向のａ軸と所望の角度を有する結晶方位の円柱状ブロックを前記のような問題を生ずることなく、スムースにくり抜くことができる方法及び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】
【０００７】
請求項１に係わる発明は、コアドリルを用い、該コアドリルを構成する円筒状のコアビットを送りモータで送って、テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットをくり抜き、結晶方向と所望の角度を有する結晶方位の円柱状ブロックを製造する方法であって、コアドリルを構成するコアビットの刃先部の一部がサファイア単結晶インゴットに切り込み始める当初は、送りモータの回転速度を下げ、前記刃先部の一部が前記インゴットに切り込んだのちは、送りモータの回転速度を連続的或いは段階的に増加させ、刃先部の全てが前記インゴットに切り込むと、送りモータの回転速度を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部がくり抜きの終了する近くまで達すると、送りモータの回転速度を再び低下させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係わる発明は、請求項１に係わる発明において、前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットから採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心が前記コアビットの回転中心に位置するように前記インゴットを位置決めしたのち、コアドリルに設けた第１の計測手段によって、コアビットの刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットまでの距離を刃先部の円周方向に沿って連続的に測定し、ついで前記送りモータの回転数を第２の計測手段で読取ることによって求めた前記刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された前記インゴットまでの距離のうちの最短距離に達し、コアビットの刃先部がインゴットに切り込んだ当初は送りモータの回転速度を低速にし、その後コアビットの刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで送りモータの回転速度を連続して、或いは段階的に増加させ、コアビットの刃先部が全て前記インゴットに切り込んだのちは送りモータの回転速度を高速の一定速度に維持させ、コアビットの刃先部がインゴットの置かれるテーブル近くに達すると、送りモータの回転速度を再び低下させるように制御装置が送りモータを制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係わる発明は、請求項２に係わる発明を実施する装置であって、先端にダイヤモンド砥粒のチップよりなる刃先部を備えたコアビットと、該コアビットを回転駆動する回転駆動装置と、送りモータを備え、前記コアビットを送る送り装置とを有するコアドリルと、インゴットが設置されるｘｙ方向に移動可能なテーブルと、該テーブルをｘ軸方向に送る第１の移動装置と、前記テーブルをｙ軸方向に送る第２の移動装置と、前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットから採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心が前記コアビットの回転中心に位置するように前記インゴットを位置決めする位置決め手段と、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に設置したサファイア単結晶インゴットまでの距離を計測する第１の計測手段と、前記コアドリルの送りモータの回転数を読取る第２の計測手段と、該第２の計測手段によって読取った送りモータの回転数からコアビット先端の刃先部の送り量を演算する機能、前記第１の計測手段による計測が前記刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットに対し、刃先部の円周方向に沿って連続的に行われるように前記第１及び第２の移動装置を制御する機能及び前記演算により求めたコアビットの刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された計測値のうち、最短距離を越えるまで送りモータの回転数を低速に制御し、最短距離を越えたのち、コアビット刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで連続的に或いは段階的に送りモータの回転数を増加するように制御し、全ての刃先部が前記インゴットに食い込んだのちは送りモータの回転数を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部の送り量がテーブル近くに達すると、送りモータの回転数を低速に制御する機能を有する制御装置とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係わる発明は、請求項２に係わる発明を実施する別の装置に関するもので、先端にダイヤモンド砥粒のチップよりなる刃先部を備えたコアビットと、該コアビットを回転駆動する回転駆動装置と、送りモータを備え、前記コアビットを送る送り装置とを有するコアドリルと、一垂直軸線の回りに回転可能に軸支されるテーブルと、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットをコアビットの回転中心に位置決めする第2の位置決め手段と、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に設置したサファイア単結晶インゴットまでの距離を計測する第１の計測手段と、前記コアドリルの送りモータの回転数を読取る第２の計測手段と、該第２の計測手段によって読取った送りモータの回転数からコアビット先端の刃先部の送り量を演算する機能及び該演算により求めたコアビットの刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された計測値のうち、最短距離を越えるまで送りモータの回転数を低速に制御し、最短距離を越えたのち、コアビット刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで連続的に或いは段階的に送りモータの回転数を増加するように制御し、全ての刃先部が前記インゴットに食い込んだのちは送りモータの回転数を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部の送り量がテーブル近くに達すると、送りモータの回転数を低速に制御する機能を有する制御装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係わる発明によると、コアビット先端の刃先部がサファイア単結晶インゴットに切り込む時点では送りモータが低速に回転するため、インゴットへの切り込みがスムースに行われ、前述するような刃先部の逃げやブレによるインゴットの欠損や割れ、ひびを生ずることがない。刃先部がある程度切り込むと、その後、送り速度を上げても逃げが生じにくくなる。刃先部が全てインゴットに切り込まれると、刃先部の逃げを生ずることはなく、高速で送ってもインゴットが損傷したり、割れやひびを生じない。くり抜きが終了する近くでは、インゴットや切り込まれた円柱状のブロックに割れを生じ易くなるが、送り速度を低速にすることにより、こうした問題を生じにくくなる。以上のようにして本発明によれば、サファイア単結晶インゴットから狙い通りの円柱法ブロックをスムースに効率よく採取することができる。
【００１２】
請求項２及び請求項３、４に係わる発明によると、請求項１に係わる発明によって得られる円柱状ブロックを自動的に製造することができる。しかも請求項３に係わる発明においては、サファイア単結晶インゴットから円柱状ブロックを採取後、更にテーブルをｘｙ方向に送って新たに採取しようとする円板状ブロックの円形断面の中心をコアビットの回転中心に位置決めすることで、同じサファイア単結晶インゴットから複数の円柱状ブロックを採取することができる。また請求項４に係わる発明においては、テーブルを回転させるだけで第１の計測手段による円周上でのインゴットまでの距離の計測が簡易に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】コアビット刃先部がインゴットの傾斜部に当たるときの説明図。
【図２】本発明に係わるくり抜き加工装置の模式図。
【図３】同装置のテーブルの平面図。
【図４】インゴットまでの測定値を示す展開図。
【図５】本発明に係わるくり抜き加工装置の別の例の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態の円柱状ブロックのくり抜き装置について図面により説明する。
図２は、本装置全体の模式図を示すもので、コアドリルはコアドリルユニット１１として示され、該ユニットは先端にダイヤモンド砥粒のチップよりなる刃先部１２を備えたコアビット１３を有し、該コアビット１３は駆動モータ１４よりなる回転駆動装置によって垂直軸線の回りを回転駆動されるようになっている。
【００１５】
コアビット１３はまた、コアドリルにおいてよく知られるように、送りモータ１６と、ピニオンラック機構或いはボールネジよりなる往復直線運動機構（その一例が特許文献１にも開示されている。）により、前記垂直軸線に沿って送られて昇降できるようになっており、送りモータ１６は、その回転数が第２の計測手段であるエンコーダ１７により計測されるようになっている。
【００１６】
コアドリルユニット１１はまた、９０°の角度で配置される一対のレーザラインマーカー１８と第１の計測手段であるレーザ距離計１９を備えている。このレーザ距離計１９は採取しようとする円柱状ブロックの径に合わせて径方向に位置調整可能であるか、径方向に位置を変えて取り外し可能に取り付けられ、或いは採取される円柱状ブロックのサイズに合わせて複数個所に設けられる。
【００１７】
コアドリルユニット１１のベース２１上には図３に示すように、矢印のｘ方向に移動可能なテーブル２２ａと、該テーブル２２ａ下において矢印のｙ方向に移動可能なテーブル２２ｂよりなるテーブル２２が設置され、テーブル２２ａは第１の移動装置を構成するｘ軸用モータ２４と、図示しないボールネジ又はピニオンラック機構によりｘ軸方向に送られ、またテーブル２２ｂは第２の移送装置を構成するｙ軸用モータ２５と図示しないボールネジ又はピニオンラック機構によりｙ軸方向に送られるようになっている。
【００１８】
制御装置２９は、ＣＰＵと、送り制御用のプログラム、インゴット位置決め用のプログラム、送りモータ１６の回転数よりコアビット刃先部の上下位置を算出する計算式、円周上のｘｙ座標を求める式などを格納するＲＯＭと、前記第１及び第２の計測手段によって計測された計測値、その他各種のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等からなって全体がパソコンで構成されている。そして前記ｘ軸用モータ２４及びｙ軸用モータ２５を制御する機能と（両モータ２４及び２５はそれぞれ、制御装置２９によることなく、手動ボタンの操作によっても起動、停止を行うことができるようになっている）、コアビット１３を回転駆動する駆動モータ１４及び送りモータ１６を制御する機能と、送りモータ１６のエンコーダ１７から読取った回転数の累積値から前記刃先部１２の送り量を演算する機能と、前記レーザ距離計１９によって刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットまでの距離の測定が刃先部の円周方向に沿って連続的に行われるように前記第１及び第２の移動装置を制御する機能、前記レーザ距離計１９によって求められたサファイア単結晶インゴットまでの距離のうち、最小距離と最大距離の間を数区分し、コアビットの刃先部の送り量が増して区分された各レベルに達する都度、送りモータ１６の回転が低速ではあるが次第に増加し、刃先部の送り量が前記最大距離を越えると、送り速度が高速の一定速度となり、更に刃先部の送り量がテーブルに近づくと、送り速度が低速となるように前記送りモータ１６を制御する機能を備えている。ここでサファイア単結晶インゴット２７は、前述のＣＺ法やＥＦＧ法或いはキロプロス法によって製造されたものである。
【００１９】
本装置は以上のように構成され、サファイア単結晶インゴット２７から円柱状のブロックをくり抜き加工する際には、インゴット２７を結晶成長方向のａ軸と平行な基準面を機械切削加工により作成し、基準面を下向きにしてテーブル上に設置する。
【００２０】
次にインゴット２７から採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心点に相当する箇所ｏにマーク付けを行う。このマーク付けは例えばポンチを打ち込むか、或いはマジックその他筆記具によって記される。
【００２１】
マーク付け後、レーザラインマーカー１８でインゴット上に当てられた直交するラインの交点が前記マークに合致するようにボタン操作によってｘ軸用モータ２４及びｙ軸用モータ２５を起動停止しながらテーブル２２のｘｙ制御を行う。
【００２２】
インゴット２７にマーク付けされたマークをレーザラインマーカー１８の交点に合致させることにより位置決めが行われ、したがってサファイア単結晶インゴット２７から採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心が前記コアビットの回転中心に位置するように前記インゴットを位置決めする位置決め手段は、前記マーク付け、レーザラインマーカー１８、ｘ軸用モータ２４及びｙ軸用モータ２５等により構成される。ここでｘ軸用モータ２４及びｙ軸用モータ２５は前記位置決め手段を構成するばかりでなく、レーザ距離計１９によってインゴット２７までの距離を測定するため、テーブル２２ａ及びテーブル２２ｂをｘｙ制御する機能も有している。
【００２３】
テーブル２２ａ及びテーブル２２ｂをｘｙ制御してインゴット２７にマーク付けされたマークをレーザラインマーカー１８の交点に合致させたときのマーク付けされた点が中心点（０．０）となり、これより半径ｒ、例えば３インチをテンキー等の外部入力手段により制御装置２９に入力すると、制御装置２９により前記中心点を中心とする半径ｒの実線で示す円周上のｘｙ座標が求められる。
【００２４】
制御装置２９は次にレーザ距離計１９によって行われる、コアビットの刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットまでの距離の測定が刃先部の円周方向に沿って連続的に行われるようにｘ軸用モータ２４及びｙ軸用モータ２５を制御し、テーブル２２ａ、２２ｂをｘｙ制御する。これにより刃先部の円周方向に沿う、レーザ距離計１９からインゴット２７までの距離が連続的に測定され、制御装置２９に出力される。
図４は、レーザ距離計１９により刃先部に沿って測定された測定値を例示した展開図を示す。
【００２５】
制御装置２９は図４に例示された測定値のうち、最小値、すなわちコアビット刃先部１２が最も早くインゴット２７に当たる箇所である最短距離の測定値と、最大値、すなわちコアビット刃先部１２が最も遅くインゴット２７に当たる箇所（この箇所では刃先部１２全体がインゴット２７に切り込んだ状態となる）である最短距離の測定値を求め、この間を数区分、例えば３区分する。そして送りモータ１６のエンコーダ１７より求めたコアビットの刃先部１２の送り量が前記最短距離を越え、図のB位置に達するまで送りモータ１６の送り量が図４のＢ位置に達すると、送りモータ１６の回転数をゆっくりであるが、増加させる。
【００２６】
刃先部１２の位置が図４のＣ位置に達すると、送りモータ１６の回転数をゆっくりであるが更に増加させる。
刃先部１２の位置が図４のＤ位置に達し、刃先部全体が一定の高速の送り量で切り込みを行う。
【００２７】
刃先部１２の位置がテーブル近くに達すると、制御装置２９は送りモータ１６の回転数を大幅に低下させ、ゆっくりと一定速度で回転させてインゴット２７への切り込みを完了する。
【００２８】
以上のようにしてくり抜き加工が行われ、インゴット２７より円柱状ブロックが採取される。インゴット２７の別の箇所から続いてコアビット１３と同じ半径の円柱状ブロックを採取するときには、採取しようとする別の箇所のインゴット２７に前記と同様にしてマーク付けを行ったのち、レーザラインマーカー１８の交点がマークに合致するようにテーブル２２ａ、２２ｂのｘｙ制御を行う。そして両者が合致したときのマーク付けされた点である中心点（ｘｏ、ｙｏ）を求めたのち、この中心点を中心とするコアビットの半径の円周（図４の一点鎖線で示す）上のｘｙ座標を求め、ついで制御装置２９によりテーブル２２ａ、２２ｂをｘｙ制御してレーザ距離計１９によるインゴット２７までの距離の測定を刃先部１２の円周方向に沿って行う。以後は前述の実施形態と同様、制御装置２９による送りモータ１６の制御が行われ、インゴット２７から円柱状ブロックのくり抜きが行われる。
【００２９】
前記実施形態では、コアビット１３の刃先部１２がインゴット２７に切り込み始めてから全て切り込まれるまで、コアビット１３の送りは３段階で変えられるようになっているが、３段階以外の２段階又は４段階以上に変えられるようにしてもよいし、無段で連続して変えられるようにしてもよい。
【００３０】
前記実施形態ではまた、インゴット２７にマーク付けしたマークとレーザポインター１８の光点を合致させるのにボタン操作でｘ軸用モータ２４とｙ軸用モータ２５を操作し、テーブル２２ａ、２２ｂのｘｙ制御を行っているが、モータ２４、２５を使用しないでハンドル操作でテーブル２２ａ、２２ｂをｘｙ方向に送って行うこともできる。こうしたハンドル操作によるテーブル移動の一例が前述の特許文献１にも開示されている。
【００３１】
前記実施形態ではまた、インゴット２７までの距離を測定する第１の計測手段としてレーザ距離計を用いているが、超音波による距離計を用いてもよい。
【００３２】
図５に示す実施形態では、テーブル３１が垂直軸線の回りに回転可能に軸支され、テーブル下に取付けたステッピングモータ３２により１回転するか、或いはステッピングモータ３２に代え、手回しによって１回転するようにされる。
【００３３】
本実施形態においては、先ず前記実施形態と同様、インゴット２７にマーク付けを行い、マークがレーザラインマーカー１８の交点に合致するようにインゴット２７をテーブル３１上に位置決めして設置する。これによりマークはテーブル３１の回転中心に位置するようになる。本実施形態において、第２の位置決め手段はレーザラインマーカー１８で構成される。
【００３４】
インゴット設置後、テーブル３１をモータにより、或いは手回しにより一回転させ、回転中心から距離ｒの位置に設置されたレーザ距離計１９でインゴット２７までの距離を測定する。以後は前述の実施形態と同様、制御装置２９による送りモータ１６の制御が行われ、インゴット２７から円柱状ブロックのくり抜きが行われる。
【００３５】
本実施形態による場合、テーブルをｘｙ制御してインゴット２７に付したマークをレーザポインター１８の光点に合致させる必要もないし、レーザ距離計１９による計測が刃先部直下の刃先部１２に沿った円周上で行われるようにテーブルをｘｙ制御する必要もなく、操作が容易で、制御装置２９の制御プログラムも簡単となる。
実験例
【００３６】
内径１００mmのコアビットを用いてサファイア単結晶インゴットにくり抜き加工を行い、直径１００mmの円柱状ブロックを作成した。このときのコアビットの送り量は、図４に示すように刃先部がインゴットに切り込み始め、全ての刃先部が切り込むまでを三区分し、Ｂレベルに達するまでは０．１mm/min、Ｃレベルに達するまでは０．５mm/min、Ｄレベルに達するまでは０．８mm/minに設定し、Ｄレベルに達すると、５mm/minに設定して行った。そして刃先部がインゴットの基準面から５mmの高さに達すると、送り量を０．５mm/minに下げ、くり抜きを完了した。
【００３７】
刃先部がインゴットに切り込み始めたときにはコアビットの逃げやブレはなく、スムースな穿孔作業が行え、得られた円柱状ブロックに欠けや割れは生じなかった。
【符号の説明】
【００３８】
１１・・コアドリルユニット
１２・・刃先部
１３・・コアビット
１４・・駆動モータ
１６・・送りモータ
１７・・エンコーダ
１８・・レーザラインマーカー
１９・・レーザ距離計
２２、２２ａ、２２ｂ、３１・・テーブル
２４・・ｘ軸用モータ
２５・・ｙ軸用モータ
２７・・インゴット
２９・・制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアドリルを用い、該コアドリルを構成する円筒状のコアビットを送りモータで送って、テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットをくり抜き、結晶方向と所望の角度を有する結晶方位の円柱状ブロックを製造する方法であって、コアドリルを構成するコアビットの刃先部の一部がサファイア単結晶インゴットに切り込み始める当初は、送りモータの回転速度を下げ、前記刃先部の一部が前記インゴットに切り込んだのちは、送りモータの回転速度を連続的或いは段階的に増加させ、刃先部の全てが前記インゴットに切り込むと、送りモータの回転速度を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部がくり抜きの終了する近くまで達すると、送りモータの回転速度を再び低下させることを特徴とするサファイア単結晶インゴットから円柱状ブロックをくり抜く方法。
【請求項２】
前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットから採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心が前記コアビットの回転中心に位置するように前記インゴットを位置決めしたのち、コアドリルに設けた第１の計測手段によって、コアビットの刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットまでの距離を刃先部の円周方向に沿って連続的に測定し、ついで前記送りモータの回転数を第２の計測手段で読取ることによって求めた前記刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された前記インゴットまでの距離のうちの最短距離に達し、コアビットの刃先部がインゴットに切り込んだ当初は送りモータの回転速度を低速にし、その後コアビットの刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで送りモータの回転速度を連続して、或いは段階的に増加させ、コアビットの刃先部が全て前記インゴットに切り込んだのちは送りモータの回転速度を高速の一定速度に維持させ、コアビットの刃先部がインゴットの置かれるテーブル近くに達すると、送りモータの回転速度を再び低下させるように制御装置が送りモータを制御することを特徴とする請求項１記載のサファイア単結晶インゴットから円柱状ブロックをくり抜く方法。
【請求項３】
先端にダイヤモンド砥粒のチップよりなる刃先部を備えたコアビットと、該コアビットを回転駆動する回転駆動装置と、送りモータを備え、前記コアビットを送る送り装置とを有するコアドリルと、インゴットが設置されるｘｙ方向に移動可能なテーブルと、該テーブルをｘ軸方向に送る第１の移動装置と、前記テーブルをｙ軸方向に送る第２の移動装置と、前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットから採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心が前記コアビットの回転中心に位置するように前記インゴットを位置決めする位置決め手段と、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に設置したサファイア単結晶インゴットまでの距離を計測する第１の計測手段と、前記コアドリルの送りモータの回転数を読取る第２の計測手段と、該第２の計測手段によって読取った送りモータの回転数からコアビット先端の刃先部の送り量を演算する機能、前記第１の計測手段による計測が前記刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットに対し、刃先部の円周方向に沿って連続的に行われるように前記第１及び第２の移動装置を制御する機能及び前記演算により求めたコアビットの刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された計測値のうち、最短距離を越えるまで送りモータの回転数を低速に制御し、最短距離を越えたのち、コアビット刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで連続的に或いは段階的に送りモータの回転数を増加するように制御し、全ての刃先部が前記インゴットに食い込んだのちは送りモータの回転数を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部の送り量がテーブル近くに達すると、送りモータの回転数を低速に制御する機能を有する制御装置とを有することを特徴とする請求項２記載のサファイア単結晶インゴットから円柱状ブロックをくり抜く方法を実施する装置。
【請求項４】
先端にダイヤモンド砥粒のチップよりなる刃先部を備えたコアビットと、該コアビットを回転駆動する回転駆動装置と、送りモータを備え、前記コアビットを送る送り装置とを有するコアドリルと、一垂直軸線の回りに回転可能に軸支されるテーブルと、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットをコアビットの回転中心に位置決めする第２の位置決め手段と、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に設置したサファイア単結晶インゴットまでの距離を計測する第１の計測手段と、前記コアドリルの送りモータの回転数を読取る第２の計測手段と、該第２の計測手段によって読取った送りモータの回転数からコアビット先端の刃先部の送り量を演算する機能及び該演算により求めたコアビットの刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された計測値のうち、最短距離を越えるまで送りモータの回転数を低速に制御し、最短距離を越えたのち、コアビット刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで連続的に或いは段階的に送りモータの回転数を増加するように制御し、全ての刃先部が前記インゴットに食い込んだのちは送りモータの回転数を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部の送り量がテーブル近くに達すると、送りモータの回転数を低速に制御する機能を有する制御装置とを有することを特徴とする請求項２記載のサファイア単結晶インゴットから円柱状ブロックをくり抜く方法を実施する装置。
【請求項１】
コアドリルを用い、該コアドリルを構成する円筒状のコアビットを送りモータで送って、テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットをくり抜き、結晶方向と所望の角度を有する結晶方位の円柱状ブロックを製造する方法であって、コアドリルを構成するコアビットの刃先部の一部がサファイア単結晶インゴットに切り込み始める当初は、送りモータの回転速度を下げ、前記刃先部の一部が前記インゴットに切り込んだのちは、送りモータの回転速度を連続的或いは段階的に増加させ、刃先部の全てが前記インゴットに切り込むと、送りモータの回転速度を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部がくり抜きの終了する近くまで達すると、送りモータの回転速度を再び低下させることを特徴とするサファイア単結晶インゴットから円柱状ブロックをくり抜く方法。
【請求項２】
前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットから採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心が前記コアビットの回転中心に位置するように前記インゴットを位置決めしたのち、コアドリルに設けた第１の計測手段によって、コアビットの刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットまでの距離を刃先部の円周方向に沿って連続的に測定し、ついで前記送りモータの回転数を第２の計測手段で読取ることによって求めた前記刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された前記インゴットまでの距離のうちの最短距離に達し、コアビットの刃先部がインゴットに切り込んだ当初は送りモータの回転速度を低速にし、その後コアビットの刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで送りモータの回転速度を連続して、或いは段階的に増加させ、コアビットの刃先部が全て前記インゴットに切り込んだのちは送りモータの回転速度を高速の一定速度に維持させ、コアビットの刃先部がインゴットの置かれるテーブル近くに達すると、送りモータの回転速度を再び低下させるように制御装置が送りモータを制御することを特徴とする請求項１記載のサファイア単結晶インゴットから円柱状ブロックをくり抜く方法。
【請求項３】
先端にダイヤモンド砥粒のチップよりなる刃先部を備えたコアビットと、該コアビットを回転駆動する回転駆動装置と、送りモータを備え、前記コアビットを送る送り装置とを有するコアドリルと、インゴットが設置されるｘｙ方向に移動可能なテーブルと、該テーブルをｘ軸方向に送る第１の移動装置と、前記テーブルをｙ軸方向に送る第２の移動装置と、前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットから採取しようとする円柱状ブロックの円形断面の中心が前記コアビットの回転中心に位置するように前記インゴットを位置決めする位置決め手段と、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に設置したサファイア単結晶インゴットまでの距離を計測する第１の計測手段と、前記コアドリルの送りモータの回転数を読取る第２の計測手段と、該第２の計測手段によって読取った送りモータの回転数からコアビット先端の刃先部の送り量を演算する機能、前記第１の計測手段による計測が前記刃先部直下の刃先部が当たる箇所のインゴットに対し、刃先部の円周方向に沿って連続的に行われるように前記第１及び第２の移動装置を制御する機能及び前記演算により求めたコアビットの刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された計測値のうち、最短距離を越えるまで送りモータの回転数を低速に制御し、最短距離を越えたのち、コアビット刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで連続的に或いは段階的に送りモータの回転数を増加するように制御し、全ての刃先部が前記インゴットに食い込んだのちは送りモータの回転数を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部の送り量がテーブル近くに達すると、送りモータの回転数を低速に制御する機能を有する制御装置とを有することを特徴とする請求項２記載のサファイア単結晶インゴットから円柱状ブロックをくり抜く方法を実施する装置。
【請求項４】
先端にダイヤモンド砥粒のチップよりなる刃先部を備えたコアビットと、該コアビットを回転駆動する回転駆動装置と、送りモータを備え、前記コアビットを送る送り装置とを有するコアドリルと、一垂直軸線の回りに回転可能に軸支されるテーブルと、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に横倒しした状態で設置されるサファイア単結晶インゴットをコアビットの回転中心に位置決めする第２の位置決め手段と、前記コアドリルに設置され、前記テーブル上に設置したサファイア単結晶インゴットまでの距離を計測する第１の計測手段と、前記コアドリルの送りモータの回転数を読取る第２の計測手段と、該第２の計測手段によって読取った送りモータの回転数からコアビット先端の刃先部の送り量を演算する機能及び該演算により求めたコアビットの刃先部の送り量が前記第１の計測手段によって計測された計測値のうち、最短距離を越えるまで送りモータの回転数を低速に制御し、最短距離を越えたのち、コアビット刃先部が全て前記インゴットに切り込むに至るまで連続的に或いは段階的に送りモータの回転数を増加するように制御し、全ての刃先部が前記インゴットに食い込んだのちは送りモータの回転数を高速の一定速度に維持させ、前記刃先部の送り量がテーブル近くに達すると、送りモータの回転数を低速に制御する機能を有する制御装置とを有することを特徴とする請求項２記載のサファイア単結晶インゴットから円柱状ブロックをくり抜く方法を実施する装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１６０３６（Ｐ２０１２−１１６０３６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６６２３２（Ｐ２０１０−２６６２３２）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００１６５４２４）株式会社コンセック (30)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００１６５４２４）株式会社コンセック (30)
【Ｆターム（参考）】
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