專利名稱::硅塊破碎工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明涉及一種能夠良好地適用于硅塊的破碎、特別是將棒狀多晶硅破碎成被稱為天然金塊那樣的拳頭大小的小片的硅塊破碎工具。
背景技術(shù):
:如眾所周知,用于制造半導(dǎo)體設(shè)備的硅晶圓通常使用如下的方法而制成通過西門子(Siemens)法生成棒狀多晶硅塊,接著將該硅塊破碎成拳頭大小的小片,然后以所破碎的硅小片作為原材料,采用柴式長(zhǎng)晶法(Czochralski,CZ法)法生成圓柱形狀的單晶^圭塊(ingot),對(duì)該硅塊進(jìn)行切斷并研磨。在日本特開平2-152554號(hào)公報(bào)中公開有在多塊圓柱狀高純度硅間對(duì)上述棒狀多晶硅塊進(jìn)行壓縮從而破碎成小片的破碎裝置。此外,在日本特開平IO-6242號(hào)公報(bào)中公開有用于對(duì)上述棒狀多晶硅進(jìn)行敲打而將其破碎成小片的手動(dòng)錘。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的問題上述日本特開平2-152554號(hào)公報(bào)中公開的破碎裝置的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,而且需要高功率等,因而成本明顯偏高。另外,根據(jù)本發(fā)明人等的經(jīng)驗(yàn),上述日本特開平2-152554號(hào)公報(bào)中公開的破碎裝置也存在如下的問題在進(jìn)行破碎時(shí),會(huì)大量產(chǎn)生無法進(jìn)行有效使用的粉末,這樣降低了小片的生成量。另一方面,利用上述日本特開平IO-6242號(hào)公報(bào)中公開的手動(dòng)錘進(jìn)行破碎,存在有這樣的問題使作業(yè)負(fù)荷明顯增大,需要熟練地4掌握破碎成所需小片的操作技巧,而且還需要具備相當(dāng)大的腕力。用于解決問題的方案本發(fā)明鑒于如上問題而開發(fā)出的,其主要目的在于提供一種新穎的硅塊破碎工具,其盡管是成本較低的工具,但是不會(huì)產(chǎn)生大量的粉末,無需過大的作業(yè)負(fù)荷,并且也不需要操作技巧和腕力,而能將硅塊、特別是棒狀多晶硅塊破碎成所需尺寸的小片。根據(jù)本發(fā)明,提供一種為實(shí)現(xiàn)上述主要目的硅塊破碎工具,其特征在于,該硅塊破碎工具具有空氣壓力式活塞驅(qū)動(dòng)部件,其是利用空氣壓力將活塞從后退位置驅(qū)動(dòng)到突出位置的類型,上述活塞可在該后退位置與該突出位置之間自由移動(dòng)地安裝于殼體內(nèi);導(dǎo)向筒,其與該殼體相連結(jié),并且沿該活塞的移動(dòng)方向延伸;錘頭;另外,當(dāng)該活塞位于該后退位置時(shí),使該活塞的前端進(jìn)入到該導(dǎo)向筒的后端部?jī)?nèi)或位于比該導(dǎo)向筒的后端更靠后方,將該《垂頭的后端部可自由移動(dòng)地插入到該導(dǎo)向筒的前端部?jī)?nèi),將該活塞從該后退位置驅(qū)動(dòng)到該突出位置時(shí),該活塞的前端與該錘頭的后端發(fā)生撞擊。優(yōu)選的是,具有配設(shè)于遠(yuǎn)離該導(dǎo)向筒前端的前方的錘頭導(dǎo)向構(gòu)件,在該導(dǎo)向構(gòu)件內(nèi)形成有沿該活塞的移動(dòng)方向延伸的貫通導(dǎo)向孔,該錘頭的前端部穿過該貫通導(dǎo)向孔。在該錘頭的長(zhǎng)度方向中間部形成有凸緣,該錘頭最好可在該凸緣的后表面與該導(dǎo)向筒的前端相抵接的后退位置和該凸緣的前表面與該導(dǎo)向構(gòu)件的后表面相抵接的突出位置之間進(jìn)行自由移動(dòng)。優(yōu)選在該導(dǎo)向構(gòu)件的后表面配設(shè)沖擊吸收構(gòu)件。該錘頭的前端最好是曲率半徑為75~300mm、特另'J是訓(xùn)~200mm的半球形狀。該錘頭的至少前端部最好由超硬合金形成。除了在該導(dǎo)向構(gòu)件的前表面上的該貫通導(dǎo)向孔的區(qū)域之外,該導(dǎo)向筒、該錘頭以及該導(dǎo)向構(gòu)件最好由合成樹脂制薄片(sheet)包覆起來。發(fā)明的效果本發(fā)明的硅塊破碎工具盡管能夠以較低的成本制成,但是使用本發(fā)明的硅塊破碎工具時(shí),不會(huì)產(chǎn)生大量的粉末,無需過大的作業(yè)負(fù)荷,并且也不需要操作技巧和腕力,而能將硅塊、尤其棒狀多晶硅塊破碎成所需尺寸的小片。圖l是表示按照本發(fā)明而構(gòu)成的硅塊破碎工具的最佳實(shí)施方式的主視圖。圖2是表示圖l中的硅塊破碎工具的一部分的剖視圖。圖3是表示使用圖l中的硅塊破碎工具來破碎硅塊的一實(shí)施方式的局部剖視圖。具體實(shí)施例方式以下,參照用于圖示的附圖,對(duì)按照本發(fā)明而構(gòu)成的硅塊破碎工具的最佳實(shí)施方式進(jìn)行進(jìn)一步詳述。圖l圖示了按照本發(fā)明而構(gòu)成的最佳實(shí)施方式的硅塊破碎工具的整體。所圖示的硅塊破碎工具由空氣壓力式活塞驅(qū)動(dòng)部件2、導(dǎo)向筒4、錘頭6以及錘頭導(dǎo)向構(gòu)件8構(gòu)成。接著,參照?qǐng)Dl和圖2繼續(xù)進(jìn)行說明,空氣壓力式活塞驅(qū)動(dòng)部件2包括手槍形狀的殼體IO、可在以圖2中的實(shí)線表示的后退位置與以雙點(diǎn)劃線表示的突出位置之間自由移動(dòng)地安裝于該殼體10上的活塞12、安裝于殼體10上的板機(jī)14以及附設(shè)于殼體10上的塞柱(plug)16。塞柱16經(jīng)由軟管(未圖示)與空氣壓縮機(jī)(未圖示)相連接。當(dāng)用手指扣住板機(jī)14而克服彈性偏倚彈簧(未圖示)的偏倚作用而扣動(dòng)板機(jī)14時(shí),利用高壓空氣的作用將活塞12從后退位置驅(qū)動(dòng)到突出位置;放開板機(jī)14時(shí),使活塞10從突出位置返回到后退位置。從各種構(gòu)件的強(qiáng)度和操作安全性方面來考慮,用于驅(qū)動(dòng)活塞10的高壓空氣的壓力優(yōu)選為0.5~l.OMPa左右。空氣壓力式活塞驅(qū)動(dòng)部件2自身可使用公知的類型,能夠優(yōu)選使用例如由日立工枳4朱式會(huì)社制以商品名為"NV100H"而銷售的高壓輥式打釘機(jī)上采用的空氣壓力式活塞驅(qū)動(dòng)部件、即除了拆裝自由地安裝的打釘彈匣(magazine)之外的主體部。因此,在本說明書中省略了空氣壓力式活塞驅(qū)動(dòng)部件2的詳細(xì)說明。如圖2明確地圖示,在空氣壓力式活塞驅(qū)動(dòng)部件2的殼體10上固定有連結(jié)構(gòu)件18。能夠由金屬、以合成樹脂包覆的金屬或合成樹脂等適當(dāng)?shù)牟牧闲纬傻倪B結(jié)構(gòu)件18具有直徑較大的基部20、和直徑較小的主部22。在連結(jié)構(gòu)件18內(nèi)形成有沿著中心軸線方向貫通的通孔24。將橫截面形狀為圓形的通孔24的后端部、即圖2中的右側(cè)端部擴(kuò)大成較大的直徑。在連結(jié)構(gòu)件18的后表面上形成有向后方突出的環(huán)狀突條25。進(jìn)而,在連結(jié)構(gòu)件18的基部20,沿著圓周方向空開間隔形成多個(gè)(例如4個(gè))通孔26。通過使連結(jié)構(gòu)件18的環(huán)狀突條25位于殼體10的環(huán)狀凹部27內(nèi),且經(jīng)由形成于其基部20上的通孔26將連結(jié)螺栓28旋入到殼體IO的螺紋孔中,由此使這樣的連結(jié)構(gòu)件18固定到殼體10上。以壓入等適當(dāng)方式將能夠由金屬、以合成樹脂包覆的金屬或合成樹脂等適當(dāng)?shù)牟牧闲纬傻纳鲜鰧?dǎo)向筒4固定到連結(jié)構(gòu)件18的通孔24內(nèi)。呈圓筒形狀的導(dǎo)向筒4的后端部位于通孔24的擴(kuò)大后端部?jī)?nèi),其前端部超過通孔24而向前方延伸。如從圖2中可獲得明確的理解那樣,導(dǎo)向筒4沿空氣壓力式活塞驅(qū)動(dòng)部件2的活塞12的移動(dòng)方向延伸,且導(dǎo)向筒4的內(nèi)徑與活塞12的外徑相對(duì)應(yīng)。在圖示的實(shí)施方式中,當(dāng)活塞12位于上述后退位置時(shí),則活塞12的前端位于導(dǎo)向筒4的后端部?jī)?nèi)。如果期望的話,也能夠構(gòu)成為當(dāng)活塞12位于上述后退位置時(shí),使活塞12的前端位于比導(dǎo)向筒4的后端更靠后方處。當(dāng)將活塞12驅(qū)動(dòng)到突出位置時(shí),使活塞12的前端位于導(dǎo)向筒4的前端部?jī)?nèi)。為了方便說明,在說明錘頭6之前對(duì)錘頭導(dǎo)向構(gòu)件8進(jìn)行說明時(shí),能夠由金屬、以合成樹脂包覆的金屬或合成樹脂等適當(dāng)?shù)牟牧闲纬傻膶?dǎo)向構(gòu)件8為圓板形狀,在其中央形成有橫截面形狀為圓形的通孔30。進(jìn)而,在導(dǎo)向構(gòu)件8的周緣部,沿著圓周方向空開間隔地形成多個(gè)(例如4個(gè))通孔32。佳j黃截面形狀為圓形的通孔32的各個(gè)前端部擴(kuò)大成大徑。通過使連結(jié)螺栓34經(jīng)由通孔32旋入到形成于上述連結(jié)構(gòu)件18的前端部的螺紋孔中,來將這樣的導(dǎo)向構(gòu)件8固定到連結(jié)構(gòu)件18上。將連結(jié)螺栓34的頭部收容于通孔32的擴(kuò)大部?jī)?nèi)。如圖2明確地圖示,導(dǎo)向構(gòu)件8位于遠(yuǎn)離導(dǎo)向筒4前端的前方。使形成于導(dǎo)向構(gòu)件8中央處的通孔30的中心軸線與導(dǎo)向筒4的中心軸線重合。最好將環(huán)形狀的沖擊吸收構(gòu)件36緊固于導(dǎo)向構(gòu)件8的后表面上。所述的沖擊吸收構(gòu)件36能夠由如硬質(zhì)合成橡膠那樣的適當(dāng)?shù)臎_擊吸收材料形成。圖示的實(shí)施方式中的整個(gè)錘頭6為圓棒形狀,在其長(zhǎng)度方向中央部形成有環(huán)狀凸緣38。使位于比凸緣38更靠后方的錘頭6的后部外徑與上述導(dǎo)向筒4的內(nèi)徑相對(duì)應(yīng)。位于比凸緣38更靠前方的錘頭6的前部外徑比后部的外徑略大,且與形成于導(dǎo)向構(gòu)件8中央處的通孔30的內(nèi)徑相對(duì)應(yīng)。錘頭6的前端最好形成為曲率半徑是75~300mm、特別是100~200mm的半球形狀。根據(jù)下述的實(shí)驗(yàn)例可知,若曲率半徑過小,則龜裂無法達(dá)到硅塊的內(nèi)部,需要過大的能量才能使硅塊破碎,為使硅塊破碎成所需尺寸的小片而需要使錘擊硅塊的8次數(shù)過多,而且還產(chǎn)生大量不能有效地使用的粉末(尺寸過小的片)。另一方面,若曲率半徑過大,當(dāng)敲擊硅塊的錘頭角度稍微發(fā)生變動(dòng)時(shí),存在錘頭的角部與硅塊發(fā)生撞擊,而難以有效地將破碎所需的能量施加到硅塊上的傾向;而且,與曲率半徑過小的情況同樣,為使硅塊破碎成所需尺寸的小片而需要使錘擊硅塊的次數(shù)過多,會(huì)產(chǎn)生大量不能有效地使用的粉末(尺寸過小的片)。將錘頭6的后端部插入于導(dǎo)向筒4的前端部?jī)?nèi),且將其前端部穿過導(dǎo)向構(gòu)件8的通孔30。因此,錘頭6可在后退位置(圖2中以雙點(diǎn)劃線表示的位置)與突出位置(圖2實(shí)線表示的位置)之間進(jìn)行自由移動(dòng),上述后退位置是指其凸緣38的后表面與導(dǎo)向筒4前端相抵接的位置,上述突出位置是指其凸緣38的前表面與導(dǎo)向構(gòu)件8后表面、更詳細(xì)說與緊固于那里的沖擊吸收構(gòu)件36相抵接的位置。錘頭6的至少前端部最好由以洛氏A硬度(HRA)為80以上的超硬合金、例如含有碳化鴒和鈷作為主成分的超硬合金形成。整個(gè)錘頭6能由超硬合金形成,也能通過如焊接那樣的適當(dāng)方法將由超硬合金形成的前端部緊固到由其它適當(dāng)金屬形成的剩余部分上。如圖2中以雙點(diǎn)劃線簡(jiǎn)略圖示那樣,在所圖示的實(shí)施方式中,除了在位于導(dǎo)向構(gòu)件8前表面的通孔30區(qū)域之外,導(dǎo)向構(gòu)件8、連結(jié)螺栓34、錘頭6以及連結(jié)構(gòu)件18均由合成樹脂薄膜40包覆。這樣使合成樹脂膜40不含有當(dāng)與硅接觸時(shí)對(duì)硅造成不良影響的成分是重要的。接著,參照?qǐng)Dl、圖2和圖3,對(duì)使用圖示的硅塊破碎工具來破碎硅塊的最佳實(shí)施方式進(jìn)行說明。將要破碎成小片的棒狀多晶硅42載置于由適當(dāng)?shù)暮铣蓸渲纬傻墓ぷ髋_(tái)44上。然后,如圖3所示,將硅塊破碎工具中的導(dǎo)向構(gòu)件8的前表面抵接到硅42上。這樣一來,錘頭6從突出位置后退到其前端與導(dǎo)向構(gòu)件8的前表面實(shí)質(zhì)上重合的位置。在該狀態(tài)下,扣動(dòng)活塞驅(qū)動(dòng)部件2的板機(jī)14時(shí),利用高壓空氣將活塞12從圖2中以實(shí)線表示的后退位置驅(qū)動(dòng)到圖2中以雙點(diǎn)劃線表示的突出位置,使活塞12的前端撞擊到錘頭6的后端。這樣一來,借助錘頭6向硅42施加所需的沖擊力,使硅42破碎。當(dāng)》文開活塞驅(qū)動(dòng)部件2的板機(jī)14時(shí),使活塞12返回到圖2中以實(shí)線表示的后退位置上。適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)導(dǎo)向構(gòu)件8相對(duì)于硅42的位置,重復(fù)完成對(duì)活塞驅(qū)動(dòng)部件2的板機(jī)14的操作,由此能將整個(gè)棒狀多晶硅42破碎成適當(dāng)?shù)某叽绲男∑?。通過適當(dāng)?shù)剡x定用于驅(qū)動(dòng)活塞12的高壓空氣壓力(如上所述,高壓空氣的壓力0.5~l.OMPa左右為最佳),能夠調(diào)整施加于要石皮碎的硅42上的沖擊力大小。按這樣的順序,不需要具備特別的操作技巧,而且也無需很大的腕力,而能夠充分且容易地完成硅42的破碎。此外,根據(jù)下述實(shí)驗(yàn)例可知,通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定錘頭6的前端的曲率半徑,且適當(dāng)?shù)?沒定由錘頭6施加到石圭42上的沖擊力大小,能充分地抑制在破碎硅42時(shí)產(chǎn)生粉體。實(shí)驗(yàn)例實(shí)驗(yàn)例1使用圖l以及圖2所示的實(shí)施方式的硅塊破碎工具,按參照?qǐng)D3而說明的方式,對(duì)利用西門子法生成的長(zhǎng)度200mm且直徑U0mm(因此曲率半徑為60mm)的圓柱形狀的多晶硅塊進(jìn)行了破碎。使錘頭的前端撞擊硅塊的周表面。在第2次以后的撞擊中,使錘子撞擊作為較大的塊而殘留下來的部分的保持初始狀態(tài)時(shí)的周表面。此時(shí),錘頭前端的曲率半徑為25mm,為驅(qū)動(dòng)活塞而供給的高壓空氣的壓力為0.9MPa,錘頭對(duì)硅塊的撞擊次數(shù)為18次。將破碎的小片按小片的最大長(zhǎng)度為大于120mm(作為柴式長(zhǎng)晶法的原材料過大)、10~120mm(作為柴式長(zhǎng)晶法的原材料適當(dāng))以及小于10mm(作為柴式長(zhǎng)晶法的原材料過小)分類,并求出各自的重量比例。將其結(jié)果表示于表l中。實(shí)驗(yàn)例2錘頭的前端的曲率半徑為75mm,錘頭對(duì)石圭塊的撞擊次數(shù)為6次,除此之外其它條件與實(shí)驗(yàn)例l同樣地完成實(shí)驗(yàn),將破碎的小片分類,并求出各自的重量比例。將其結(jié)果表示于表l中。實(shí)驗(yàn)例3錘頭的前端的曲率半徑為100mm,《垂頭對(duì)石圭塊的撞擊次數(shù)為4次,除此之外其它條件與實(shí)驗(yàn)例l同樣地完成實(shí)驗(yàn),將破碎的小片分類,并求出各自的重量比例。將其結(jié)果表示于表l中。實(shí)-險(xiǎn)例4錘頭的前端的曲率半徑為150mm,且《垂頭對(duì)硅塊的撞擊次數(shù)為4次,除此之外其它條件與實(shí)驗(yàn)例l同樣地完成實(shí)驗(yàn),將破碎的小片分類,并求出各自的重量比例。將其結(jié)果表示于表l中。實(shí)驗(yàn)例5錘頭的前端的曲率半徑為200mm,4垂頭對(duì)石圭塊的撞擊次數(shù)為5次,除此之外其它條件與實(shí)驗(yàn)例l同樣地完成實(shí)驗(yàn),將破碎的小片分類,并求出各自的重量比例。將其結(jié)果表示于表l中。實(shí)驗(yàn)例6錘頭的前端的曲率半徑為300mm,錘頭對(duì)石圭塊的撞擊次數(shù)為8次,除此之外其它條件與實(shí)驗(yàn)例l同樣地完成實(shí)驗(yàn),將破碎的小片分類,并求出各自的重量比例。將其結(jié)果表示于表l中。實(shí)驗(yàn)例7錘頭的前端的曲率半徑為350mm,且《垂頭對(duì)硅塊的撞擊次數(shù)為14次,除此之外其它條件與實(shí)驗(yàn)例l同樣地完成實(shí)驗(yàn),將破碎的小片分類,并求出各自的重量比例。將其結(jié)果表示于表l中。實(shí)驗(yàn)例8高壓空氣的壓力為1.8MPa,且錘頭對(duì)硅塊的撞擊次數(shù)為4次,除此之外其它條件與實(shí)驗(yàn)例l同樣地完成實(shí)驗(yàn),將破碎的小片分類,并求出各自的重量比例。將其結(jié)果表示于表l中。實(shí)驗(yàn)例9高壓空氣的壓力為1.8MPa,錘頭對(duì)硅塊的撞擊次數(shù)為3次,除此之外其它條件與實(shí)驗(yàn)例1同樣地完成實(shí)驗(yàn),將破碎的小片分類,并求出各自的重量比例。將其結(jié)果表示于表l中。實(shí)-驗(yàn)例10高壓空氣的壓力為2.2MPa,錘頭對(duì)硅塊的撞擊次數(shù)為3次,除此之外其它條件與實(shí)驗(yàn)例1同樣地完成實(shí)驗(yàn),將破碎的小片分類,并求出各自的重量比例。將其結(jié)果表示于表l中。12表1<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>權(quán)利要求1.一種硅塊破碎工具,其特征在于,該硅塊破碎工具具有空氣壓力式活塞驅(qū)動(dòng)部件,其是利用空氣壓力將活塞從后退位置驅(qū)動(dòng)到突出位置的類型,上述活塞可在該后退位置與該突出位置之間自由移動(dòng)地安裝于殼體內(nèi);導(dǎo)向筒,其與該殼體相連結(jié),并且沿該活塞的移動(dòng)方向延伸;錘頭,當(dāng)該活塞位于該后退位置時(shí),使該活塞的前端進(jìn)入到該導(dǎo)向筒的后端部?jī)?nèi)或位于比該導(dǎo)向筒的后端更靠后方,將該錘頭的后端部可自由移動(dòng)地插入到該導(dǎo)向筒的前端部?jī)?nèi),將該活塞從該后退位置驅(qū)動(dòng)到該突出位置時(shí),該活塞的前端與該錘頭的后端發(fā)生撞擊。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅塊破碎工具,其具有配設(shè)于遠(yuǎn)離該導(dǎo)向筒前端的前方的錘頭導(dǎo)向構(gòu)件,在該導(dǎo)向構(gòu)件內(nèi)形成有沿該活塞的移動(dòng)方向延伸的貫通導(dǎo)向孔,該錘頭的前端部穿過該貫通導(dǎo)向孔。3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅塊破碎工具,在該錘頭的長(zhǎng)度方向中間部形成有凸緣,該錘頭可在該凸緣的后表面與該導(dǎo)向筒的前端相抵接的后退位置和該凸緣的前表面與該導(dǎo)向構(gòu)件的后表面相抵接的突出位置之間進(jìn)行自由移動(dòng)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅塊破碎工具,在該導(dǎo)向構(gòu)件的后表面配設(shè)有沖擊吸收構(gòu)件。5.根據(jù)權(quán)利要求l~4中任一項(xiàng)所述的硅塊破碎工具,該錘頭的前端是曲率半徑為75300mm的半3求形狀。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅塊破碎工具,該錘頭的前端是曲率半徑為100~200mm的半;求形狀。7.根據(jù)權(quán)利要求l~6中任一項(xiàng)所述的硅塊破碎工具,該錘頭的至少前端部由超硬合金形成。8.根據(jù)權(quán)利要求l~7中任一項(xiàng)所述的硅塊破碎工具,除了在該導(dǎo)向構(gòu)件的前表面上的該貫通導(dǎo)向孔區(qū)域以外,該導(dǎo)向筒、該錘頭以及該導(dǎo)向構(gòu)件由合成樹脂制薄片包覆。全文摘要本發(fā)明提供一種硅塊破碎工具,其具有利用空氣壓力將安裝于殼體內(nèi)的活塞從后退位置驅(qū)動(dòng)到突出位置這種類型的空氣壓力式活塞驅(qū)動(dòng)部件、與殼體相連結(jié)且沿著活塞的移動(dòng)方向延伸的導(dǎo)向筒以及錘頭。將該錘頭的后端部可自由移動(dòng)地插入到該導(dǎo)向筒的前端部?jī)?nèi),當(dāng)將活塞從后退位置驅(qū)動(dòng)到突出位置時(shí),該活塞的前端與該錘頭的后端發(fā)生撞擊。文檔編號(hào)B02C1/00GK101522308SQ200780036768公開日2009年9月2日申請(qǐng)日期2007年10月11日優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日發(fā)明者井關(guān)祐二,山根八洲男,山田啟司,近藤學(xué)申請(qǐng)人:株式會(huì)社德山