Устройство для резки материалов неправильной формы, преимущественно полупроводниковых

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е б зво2

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.12.74 (21) 2091444/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05 08.76. Бюллетень № 29 (45) Дата опубликования описания 15.12.76 (51) М. Кл. В 28 О 5/00

Государственный иомитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК

621.382.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. И. Гашенко, В. М. Ходяк, П. Д. Медведев, Г. А. Доброхотов и Ю. В. Данковский (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ НЕПРАВИЛЬНОЙ ФОРМЫ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

1 2

Изобретение относится к области обработки полупроводниковых материалов, например моно- и поликристаллических кремния и германия и может быть использовано там, где требуется производить поперечную резку кристаллических стержней цилин- 5 дрической или близкой к ней формы на различной длины части с высокими требованиями к качеству образуемых резкой поверхностей и минимальными потерями обрабатываемого материала.

Для производства либо переработки полупро- l0 воднико .. материалов, например кремния и германия в виде моно- и поликристаллических стержней (слитков), широко используются устройства и станки для раскроя стержней на куски различного размера либо на тонкие пластины. Режущим инстру- 15 ментом в таких устройствах и станках являются обычно алмазированные отрезные круги с внутренней либо наружной режущей кромкой. Способы фиксации разрезаемого стержня, подачи его на отрезной круг, а также технические и экономичес- 20 кие возможности известных устройств и станков самые различные.

Так, например, в отечественном станке модели

2405 или в станке " Sta kG" производства ГДР, имеющих дисковую головку с режущим инструментом в ви- 25 де отрезного круга с внутренней режущей кромкой, закрепление стержня при резке осуществляется путем его наклейки на оправку, установленную на подвижном столе станка. Конструкция этих станков и используемый режущий инструмент рассчитаны на резку стержней длиной не более 70 мм и диаметром не более 40 мм.

Станок по авт. св. N 211674 снабжен дополнительно смонтированным на подвижном столе вращающимся трехкулачковым патроном, благодаря чему можно жестко фиксировать при резке стержни, но лишь строго цилиндрической формы. Максимальные габариты стержней, обрабатываемых на этом станке: длина не более 250 мм, диаметр не более 70 мм.

Однако для фиксации полупроводниковых стержней с помощью трехкулачкового патрона на практике приходится прибегать к предварительной обработке (калибровке) стержней по наружному диаметру, так как кристаллы имеют, как правило переменное сечение. Лишь в этом случае достигается необходимая точность ориентации стержня отноСительно режущего инструмента и надежность его крепления при резке, однако при калибровке стержней теряется много дорогостоящего материала.

523802

Пелью изобретения является осуществление полуавтоматической поперечной резки моно- и поли— кристаллических стержней, например кремния и германия, диаметром до 110 мм и неограниченной длины на части требуемого размера. 5

Для этого предлагаемое устройство содержит закрепленный на шпиндельном узле приводной режущий инструмент, зажимное вращающееся приспособление и механизм подачи. Механизм подачи выполнен в виде посаженного на вал рычага — 1р маятника, на котором расположены зажимное приспособление и механизм его вращения. Зажимное приспособление имеет сквозной проход на неограниченную длину в обе стороны, причем в отвесном положении рычага — маятника центральная ось 1б зажимного приспособления совпадает с режущей кромкой инструмента и находится в одной плоскости с осями вала и шпинделя.

Несущий рычаг — маятник вал оснащен жестко закрепленными на нем посредством штанг подвиж- З) ными балансирующими грузами для регулировки нажимного усилия на режущий инструмент и дополнительно связан с опорой посредством дроссельного регулятора.

Зажимное приспособление выполнено в виде врашаюшегося монтажного кольца, на котором смонтированы не менее, чем в три ряда, по три в плоскости каждого ряда усилительные эксцентриковые кулачки и сопряженные с ними зажимные рычаги, причем усилительные эксцентриковые ку- 8р лачки кинематически связаны с шестернями, передающими на кулачки усилие при зажиме и приводимыми в действие червячным винтом через венцовые шестерни.

Каждый ряд усилительных эксцентриковых кула- 8б чков приводится в действие автономно, а все три зажимных подпружиненных рычага каждого ряда приводятся в действие одновременно и смещаются при этом на одинаковую величину.

Штанги с подвижными балансирующими груза- 4р ми расположены на механизме подачи относительно рычага — маятника таким образом, что нажимное усилие при резке сохраняется постоянным либо монотонно изменяется в сторону возрастания или ,убывания по мере резания стержня. 45

На фиг. 1 изображено предложенное устройство, вид сбоку (крышка кожуха механизма вращения снята ): на фиг, 2 — разрез по А — А на фиг. 1 (по оси рычага-маятника с разрезом зажимного приспособления закрепленного стержня и механиз- 5р ма вращения); на фиг. 3 — зажимное приспособлегмасштаб 1:2): на фиг.4 — разрез по Б — Б на фп: . 3; на фиг. 5 — разрез по В-В на фиг. 3.

Устройство включает корпус-станину 1, на столе 2 которого смонтирован шпиндель 3 режущего 55 .ыска, связанный с приводом 4. На столе 2 закреплены жестко связанные между собой консольные опоры 5, которые удерживают с двух концов смонтированный на подшипниках вал 6. На валу 6 установлен рычаг — маятник 7, имеющий О

4 возможность занимать отвесное (вертикальное) положение и поворачиваться между консольными опорами в вертикальной плоскости не менее чем на

45 . На свободном нижнем конце рычага — маятника о

7 закреплено зажимное приспособление 8 для крепления стержня 9 и механизм 10 для вращения эажимного приспособления 8 вместе со стержнем 9.

Нижний конец рычага — маятника 7 с закрепленным на нем механизмом вращения 10 и кожухом механизма вращения 11 находятся в проеме 12 стола 2, выполненном между консольными опорами 5.

Шпиндель 3 режущего инструмента, вал 6 и зажимное приспособление 8 расположены таким образом, что в отвесном положении рычага — маятника 7 их оси находятся в одной плоскости, а ось зажимного приспособления 8 совмещается с наружной кромкой режущего инструмента, Шпиндель 3 установлен таким образом, что плоскость режущего инструмента располагается у самой стенки проема 12 стола 2, а плоскость торца зажимного приспособления 8 при отвесном положении серьги 7 расположена параллельно и рядом с плоскостью режущего диска. Вал 6 связан через рычаг 13 с основанием опоры 5 посредством дроссельного регулятора 14, с помощью которого регулируется скорость подачи слитка на режущий диск. На противоположном конце вала 6 закреплен второй рычаг 13, на котором смонтирован фиксатор для стопорения рычагамаятника 7 под углом 45О Кроме того, на рычагах

13 и 15 жестко закреплены штанги 16 с подвижными грузами, предназначенными для регулировки нажимного усилия на режущий инструмент, Передняя верхняя часть устройства, смонтированная на столе 2, в целях безопасности обслуживания защищена прозрачным откидным колпаком 17, шарнирно закрепленным на опорах 5, Зажимное устройство 8 состоит из имеющего вид втулки корпуса 18, жестко закрепленного в отверстии маятника 7.

Внутри корпуса 18 с помощью колец — обойм 19, 20 и шариков 21, расположенных равномерно по диаметру в два ряда, смонтировано вращающееся на шариках 21 монтажное кольцо 22, на наружной поверхности которого выполнена беговая дорожка для шариков, являющееся внутренней обоймой подшипника. Такая же беговая дорожка для другого ряда шариков выполнена на одной из трех направляющих шайб 23, которые закреплены на торце монтажного кольца 22 с помощью стяжных винтов 24. По осям винтов 24 между направляющими шайбами установлены распорные втулки 25.

Зазор между шариками 21 и обоймами регулируется гайкой 26, вворачиваемой в корпус 18. Между направляющими шайбами 23 расположены в три ряда по три в плоскости каждого ряда эксцентриковые кулачки 27. Оси кулачков расположены радиально по окружности под углом 120о, причем ось каждого кулачка одного ряда совпадает с осями аналогично расположенных кулачков остальных рядов. Между этими же шайбами 23 на оси 28 смонтированы подпружиненные зажимные рычаги

523802

29, которые, воспринимая нажимное усилие от эксцентриковых кулачков 27, поворачиваются вокруг оси 28 к центру зажимного устройства. На другом торце монтажного кольца 22 посредством винтов 30 и распорных втулок 31 закреплены четыре направляющих шайбы 32, между которыми расположены в три ряда по три в плоскости каждого ряда шестерни 33. Оси шестерен 33 также расположены радиально по окружности под углом 120, а ось о каждой шестерни одного ряда совпадает с осями аналогично расположенных шестерен остальных рядов. При этом шестерни 33 расположены таким образом, что одна общая ось трех шестерен (по одной из каждого ряда) является одновременно общей осью трех эксцентриковых кулачков 27 (по одному из каждого ряда). Все три шестерни 33 одного ряда находятся в зацеплении с венцовой шестерней 34. Наружным диаметром венцовая шестерня 34 связана с червячным винтом 35> смонтированным в обойме 36. В свою очередь, обойма 36 с помощью винтов 37 закреплена на направляющих шайбах

32, которые жестко соединены с монтажным кольцом 22. Одновременно каждая шестерня 33 периферийного (крайнего ) ряда одного торца монтажного кольца 22 связана с соответствующим эксцентриковым кулачком 27 периферийного (крайнего) ряда другого торца монтажного кольца посредством валика 38, который проходит через отверстия направляющих шайб 32 и 23. Каждая шестерня среднего ряда связана с каждым эксцентриковым кулачком среднего ряда втулкой 39, надетой на валик 38, а каждая шестерня внутреннего ряда связана с каждым эксцентриковым кулачком внутреннего ряда втулкой 40, которая проходит через отверстие в монтажном кольце 22. Внутренний кожух выполнен из двух втулок 41 и 42. Втулка 41, закрепленная винтами 24 на монтажном кольце 22, имеет окна 43, через которые выходят зажимные рычаги 29.

На торце кожуха-втулки 42 закреплена приводная шестерни 44, связанная с механизмом вращения 10.

Описываемое устройство работает следующим образом.

Колпак 17 откидывается в крайнее верхнее положение. Рычаг-маятник 7 отводится от режущего диска поворотом на валу 6 примерно на 45 or отвесного положения и фиксируется автоматическим фиксатором: В полость внутреннего кожуха зажимного приспособления вводится предназначенный для резки стержень 9, и место предполагаемого реза совмещается с плоскостью режущего инструмента. Затем на квадратные сечения торцов вала червячного винта

35 надевается торцовый ключ и производится его вращение. При этом передается усилие на венцовую шестерню 34, которая, вращаясь между неподвижными направляющими шайбами 32, поворачивает одновременно на одинаковую величину три шестерни 33 одного ряда, находящиеся с ней в зацеплении, Шестерни 33, в свою очередь, передают вращение валикам 38, на которых с другого конца закреплены эксцентриковые кулачки 27. Эксцентриковые

6 кулачки, нажимая на зажимны рычаги 29, поворачивают их вокруг осей 28, в результате чего зажимные рычаги через окна 43 подводятся к стержню 9 и зажимают его. При этом центр стержня в плоскости зажима тремя рычагами одного ряда обязательно совпадает с осью зажимного устройства. Затем производится зажим следующим рядом зажимных рычагов. При этом зажатие производят поочередно сначала крайними рядами, так как это дает точное совмещение оси стержня с осью зажимного устройства. В связи с тем, что зажимные рычаги каждого ряда приводятся в действие независимо друг от друга, выдвигаются на любую необходимую величину и в то же время находятся как одно целое в одном корпусе, имеется возможность производить соосный зажим стержней в любом месте с любым перепадом диаметра по их длине. Вариант зажима такого стержня показан на фиг, 2. В результате стержень оказывается зажатым в девяти точках, по три точки в трех плоскостях зажима. Защитный колпак 17 устанавливается в рабочее положение.

Включается привод 4 вращения режущего диска и механизм 10 для вращения зажимного устройства

8. При этом механизм вращения 10 с помощью шестерни 44 и кожуха — втулки 42 вращает зажимное устройство 8 вместе со стержнем 9 с необходимой скоростью (например, 20-40 об/мин) . В зажимном устройстве 8 неподвижными остаются кожух 18, кольца-обоймы 19 и 20 и регулировочная гайка 26. Затем рычаг-маятник снимается с фиксатора и под действием силы тяжести поворачивается в сторону режущего инструмента. При этом в силу того, что вал 6 через рычаг 13 связан с дроссельным регулятором 14, рычаг — маятник движется со скоростью, задаваемой регулятором. По мере подачи вращающегося стержня 9 на режущий инструмент, происходит постепенное снятие слоя материала по окружности вращаемого стержня в плоскости режущего диска по диаметру в направлении к центру стержня. Когда маятник становится в строго отвесное (вертикальное) положение, центр стержня совмещается с режущей кромкой инструмента, при этом стержень оказывается полностью разрезанным в плоскости, строго перпендикулярной его продольной оси. После этого рычаг — маятник рукояткой отводится в исходное положение, фиксируется фиксатором, оба привода автоматически отключаются, поднимается защитный колпак 17 и производится разжим оставшегося в зажимном устройстве стержня 9 в обратной последовательности. Затем операция повторяется.

В связи с тем, что нажимное усилие от веса рычага — маятника уменьшается с приближением ее к отвесному положению, скорость подачи стержня на режущий диск тоже соответственно уменьшается. Для поддержания требуемой скорости подачи на протяжении всего реза на валу 6 жестко закреплены штанги 16 с подвижными балансирующими грузами под таким углом к оси рычага-маятника 7,.что при повороте вала суммарный вращающий момент ма523802 б

7

Фиг. я ятника и грузов обеспечивает постоянное либо монотонно изменяющееся с требуемой скоростью нажимное усилие.

Формула и.зобретения

1. Устройство для резки материалов неправильной формы, преимущественно полупроводниковых, например стержней кремния, содержащее приводной режущий инструмент и механизм подачи, выполненный в виде посаженного на вал рычага, на одном плече которого расположено зажимное приспособление, о тли ча юще е с я тем, что, с целью снижения потерь обрабатываемого материала путем повышения качества резания и надежного закрепления стержней с переменным диаметром, зажимное приспособление выполнено в виде приводного вращающегося кольца не менее, чем с тремя рядами подпружиненных зажимных рычагов, расположенных по окружности под равным углом и контактирующих с каждым из рычагов усилительных эксцентриковых кулачков с индивидуальным при1р в одом.

2. Устройство по п. 1, отличающее ся тем, что,с целью сохранения усилия подачи при резке постоянным или монотонно изменяющимся, плечи рычага механизма подачи расположены под углом и

1б одно из них снабжено подвижным противовесом.

523802

Ю-9

Составитель В, Бужинский

Техред А. Демьянова коРРектоР И. Гоксич редактор Е. Братчикова

Заказ 5057/398

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 690 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5