专利名称：：硅块破碎工具的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种能够良好地适用于硅块的破碎、特别是将棒状多晶硅破碎成被称为天然金块那样的拳头大小的小片的硅块破碎工具。
背景技术：
：如众所周知，用于制造半导体设备的硅晶圆通常使用如下的方法而制成通过西门子(Siemens)法生成棒状多晶硅块，接着将该硅块破碎成拳头大小的小片，然后以所破碎的硅小片作为原材料，采用柴式长晶法(Czochralski，CZ法)法生成圆柱形状的单晶^圭块(ingot)，对该硅块进行切断并研磨。在日本特开平2-152554号公报中公开有在多块圓柱状高纯度硅间对上述棒状多晶硅块进行压缩从而破碎成小片的破碎装置。此外，在日本特开平IO-6242号公报中公开有用于对上述棒状多晶硅进行敲打而将其破碎成小片的手动锤。
发明内容发明要解决的问题上述日本特开平2-152554号公报中公开的破碎装置的结构相当复杂，而且需要高功率等，因而成本明显偏高。另外，根据本发明人等的经验，上述日本特开平2-152554号公报中公开的破碎装置也存在如下的问题在进行破碎时，会大量产生无法进行有效使用的粉末，这样降低了小片的生成量。另一方面，利用上述日本特开平IO-6242号公报中公开的手动锤进行破碎，存在有这样的问题使作业负荷明显增大，需要熟练地4掌握破碎成所需小片的操作技巧，而且还需要具备相当大的腕力。用于解决问题的方案本发明鉴于如上问题而开发出的，其主要目的在于提供一种新颖的硅块破碎工具，其尽管是成本较低的工具，但是不会产生大量的粉末，无需过大的作业负荷，并且也不需要操作技巧和腕力，而能将硅块、特别是棒状多晶硅块破碎成所需尺寸的小片。根据本发明，提供一种为实现上述主要目的硅块破碎工具，其特征在于，该硅块破碎工具具有空气压力式活塞驱动部件，其是利用空气压力将活塞从后退位置驱动到突出位置的类型，上述活塞可在该后退位置与该突出位置之间自由移动地安装于壳体内；导向筒，其与该壳体相连结，并且沿该活塞的移动方向延伸；锤头；另外，当该活塞位于该后退位置时，使该活塞的前端进入到该导向筒的后端部内或位于比该导向筒的后端更靠后方，将该《垂头的后端部可自由移动地插入到该导向筒的前端部内，将该活塞从该后退位置驱动到该突出位置时，该活塞的前端与该锤头的后端发生撞击。优选的是，具有配设于远离该导向筒前端的前方的锤头导向构件，在该导向构件内形成有沿该活塞的移动方向延伸的贯通导向孔，该锤头的前端部穿过该贯通导向孔。在该锤头的长度方向中间部形成有凸缘，该锤头最好可在该凸缘的后表面与该导向筒的前端相抵接的后退位置和该凸缘的前表面与该导向构件的后表面相抵接的突出位置之间进行自由移动。优选在该导向构件的后表面配设冲击吸收构件。该锤头的前端最好是曲率半径为75~300mm、特另'J是訓~200mm的半球形状。该锤头的至少前端部最好由超硬合金形成。除了在该导向构件的前表面上的该贯通导向孔的区域之外，该导向筒、该锤头以及该导向构件最好由合成树脂制薄片(sheet)包覆起来。发明的效果本发明的硅块破碎工具尽管能够以较低的成本制成，但是使用本发明的硅块破碎工具时，不会产生大量的粉末，无需过大的作业负荷，并且也不需要操作技巧和腕力，而能将硅块、尤其棒状多晶硅块破碎成所需尺寸的小片。图l是表示按照本发明而构成的硅块破碎工具的最佳实施方式的主视图。图2是表示图l中的硅块破碎工具的一部分的剖视图。图3是表示使用图l中的硅块破碎工具来破碎硅块的一实施方式的局部剖视图。具体实施例方式以下，参照用于图示的附图，对按照本发明而构成的硅块破碎工具的最佳实施方式进行进一步详述。图l图示了按照本发明而构成的最佳实施方式的硅块破碎工具的整体。所图示的硅块破碎工具由空气压力式活塞驱动部件2、导向筒4、锤头6以及锤头导向构件8构成。接着，参照图l和图2继续进行说明，空气压力式活塞驱动部件2包括手枪形状的壳体IO、可在以图2中的实线表示的后退位置与以双点划线表示的突出位置之间自由移动地安装于该壳体10上的活塞12、安装于壳体10上的板机14以及附设于壳体10上的塞柱(plug)16。塞柱16经由软管(未图示)与空气压缩机(未图示)相连接。当用手指扣住板机14而克服弹性偏倚弹簧(未图示)的偏倚作用而扣动板机14时，利用高压空气的作用将活塞12从后退位置驱动到突出位置；放开板机14时，使活塞10从突出位置返回到后退位置。从各种构件的强度和操作安全性方面来考虑，用于驱动活塞10的高压空气的压力优选为0.5~l.OMPa左右。空气压力式活塞驱动部件2自身可使用公知的类型，能够优选使用例如由日立工枳4朱式会社制以商品名为"NV100H"而销售的高压辊式打钉机上采用的空气压力式活塞驱动部件、即除了拆装自由地安装的打钉弹匣(magazine)之外的主体部。因此，在本说明书中省略了空气压力式活塞驱动部件2的详细说明。如图2明确地图示，在空气压力式活塞驱动部件2的壳体10上固定有连结构件18。能够由金属、以合成树脂包覆的金属或合成树脂等适当的材料形成的连结构件18具有直径较大的基部20、和直径较小的主部22。在连结构件18内形成有沿着中心轴线方向贯通的通孔24。将横截面形状为圓形的通孔24的后端部、即图2中的右侧端部扩大成较大的直径。在连结构件18的后表面上形成有向后方突出的环状突条25。进而，在连结构件18的基部20,沿着圆周方向空开间隔形成多个(例如4个)通孔26。通过使连结构件18的环状突条25位于壳体10的环状凹部27内，且经由形成于其基部20上的通孔26将连结螺栓28旋入到壳体IO的螺紋孔中，由此使这样的连结构件18固定到壳体10上。以压入等适当方式将能够由金属、以合成树脂包覆的金属或合成树脂等适当的材料形成的上述导向筒4固定到连结构件18的通孔24内。呈圓筒形状的导向筒4的后端部位于通孔24的扩大后端部内，其前端部超过通孔24而向前方延伸。如从图2中可获得明确的理解那样，导向筒4沿空气压力式活塞驱动部件2的活塞12的移动方向延伸，且导向筒4的内径与活塞12的外径相对应。在图示的实施方式中，当活塞12位于上述后退位置时，则活塞12的前端位于导向筒4的后端部内。如果期望的话，也能够构成为当活塞12位于上述后退位置时，使活塞12的前端位于比导向筒4的后端更靠后方处。当将活塞12驱动到突出位置时，使活塞12的前端位于导向筒4的前端部内。为了方便说明，在说明锤头6之前对锤头导向构件8进行说明时，能够由金属、以合成树脂包覆的金属或合成树脂等适当的材料形成的导向构件8为圆板形状，在其中央形成有横截面形状为圆形的通孔30。进而，在导向构件8的周缘部，沿着圆周方向空开间隔地形成多个(例如4个)通孔32。佳j黄截面形状为圓形的通孔32的各个前端部扩大成大径。通过使连结螺栓34经由通孔32旋入到形成于上述连结构件18的前端部的螺紋孔中，来将这样的导向构件8固定到连结构件18上。将连结螺栓34的头部收容于通孔32的扩大部内。如图2明确地图示，导向构件8位于远离导向筒4前端的前方。使形成于导向构件8中央处的通孔30的中心轴线与导向筒4的中心轴线重合。最好将环形状的冲击吸收构件36紧固于导向构件8的后表面上。所述的冲击吸收构件36能够由如硬质合成橡胶那样的适当的冲击吸收材料形成。图示的实施方式中的整个锤头6为圆棒形状，在其长度方向中央部形成有环状凸缘38。使位于比凸缘38更靠后方的锤头6的后部外径与上述导向筒4的内径相对应。位于比凸缘38更靠前方的锤头6的前部外径比后部的外径略大，且与形成于导向构件8中央处的通孔30的内径相对应。锤头6的前端最好形成为曲率半径是75~300mm、特别是100~200mm的半球形状。根据下述的实验例可知，若曲率半径过小，则龟裂无法达到硅块的内部，需要过大的能量才能使硅块破碎，为使硅块破碎成所需尺寸的小片而需要使锤击硅块的8次数过多，而且还产生大量不能有效地使用的粉末(尺寸过小的片)。另一方面，若曲率半径过大，当敲击硅块的锤头角度稍微发生变动时，存在锤头的角部与硅块发生撞击，而难以有效地将破碎所需的能量施加到硅块上的倾向；而且，与曲率半径过小的情况同样，为使硅块破碎成所需尺寸的小片而需要使锤击硅块的次数过多，会产生大量不能有效地使用的粉末(尺寸过小的片)。将锤头6的后端部插入于导向筒4的前端部内，且将其前端部穿过导向构件8的通孔30。因此，锤头6可在后退位置(图2中以双点划线表示的位置)与突出位置(图2实线表示的位置)之间进行自由移动，上述后退位置是指其凸缘38的后表面与导向筒4前端相抵接的位置，上述突出位置是指其凸缘38的前表面与导向构件8后表面、更详细说与紧固于那里的冲击吸收构件36相抵接的位置。锤头6的至少前端部最好由以洛氏A硬度(HRA)为80以上的超硬合金、例如含有碳化鴒和钴作为主成分的超硬合金形成。整个锤头6能由超硬合金形成，也能通过如焊接那样的适当方法将由超硬合金形成的前端部紧固到由其它适当金属形成的剩余部分上。如图2中以双点划线简略图示那样，在所图示的实施方式中，除了在位于导向构件8前表面的通孔30区域之外，导向构件8、连结螺栓34、锤头6以及连结构件18均由合成树脂薄膜40包覆。这样使合成树脂膜40不含有当与硅接触时对硅造成不良影响的成分是重要的。接着，参照图l、图2和图3，对使用图示的硅块破碎工具来破碎硅块的最佳实施方式进行说明。将要破碎成小片的棒状多晶硅42载置于由适当的合成树脂形成的工作台44上。然后，如图3所示，将硅块破碎工具中的导向构件8的前表面抵接到硅42上。这样一来，锤头6从突出位置后退到其前端与导向构件8的前表面实质上重合的位置。在该状态下，扣动活塞驱动部件2的板机14时，利用高压空气将活塞12从图2中以实线表示的后退位置驱动到图2中以双点划线表示的突出位置，使活塞12的前端撞击到锤头6的后端。这样一来，借助锤头6向硅42施加所需的冲击力，使硅42破碎。当》文开活塞驱动部件2的板机14时，使活塞12返回到图2中以实线表示的后退位置上。适当地移动导向构件8相对于硅42的位置，重复完成对活塞驱动部件2的板机14的操作，由此能将整个棒状多晶硅42破碎成适当的尺寸的小片。通过适当地选定用于驱动活塞12的高压空气压力(如上所述，高压空气的压力0.5~l.OMPa左右为最佳)，能够调整施加于要石皮碎的硅42上的冲击力大小。按这样的顺序，不需要具备特别的操作技巧，而且也无需很大的腕力，而能够充分且容易地完成硅42的破碎。此外，根据下述实验例可知，通过适当地设定锤头6的前端的曲率半径，且适当地-没定由锤头6施加到石圭42上的冲击力大小，能充分地抑制在破碎硅42时产生粉体。实验例实验例1使用图l以及图2所示的实施方式的硅块破碎工具，按参照图3而说明的方式，对利用西门子法生成的长度200mm且直径U0mm(因此曲率半径为60mm)的圆柱形状的多晶硅块进行了破碎。使锤头的前端撞击硅块的周表面。在第2次以后的撞击中，使锤子撞击作为较大的块而残留下来的部分的保持初始状态时的周表面。此时，锤头前端的曲率半径为25mm,为驱动活塞而供给的高压空气的压力为0.9MPa,锤头对硅块的撞击次数为18次。将破碎的小片按小片的最大长度为大于120mm(作为柴式长晶法的原材料过大)、10~120mm(作为柴式长晶法的原材料适当)以及小于10mm(作为柴式长晶法的原材料过小)分类，并求出各自的重量比例。将其结果表示于表l中。实验例2锤头的前端的曲率半径为75mm，锤头对石圭块的撞击次数为6次，除此之外其它条件与实验例l同样地完成实验，将破碎的小片分类，并求出各自的重量比例。将其结果表示于表l中。实验例3锤头的前端的曲率半径为100mm,《垂头对石圭块的撞击次数为4次，除此之外其它条件与实验例l同样地完成实验，将破碎的小片分类，并求出各自的重量比例。将其结果表示于表l中。实-险例4锤头的前端的曲率半径为150mm,且《垂头对硅块的撞击次数为4次，除此之外其它条件与实验例l同样地完成实验，将破碎的小片分类，并求出各自的重量比例。将其结果表示于表l中。实验例5锤头的前端的曲率半径为200mm,4垂头对石圭块的撞击次数为5次，除此之外其它条件与实验例l同样地完成实验，将破碎的小片分类，并求出各自的重量比例。将其结果表示于表l中。实验例6锤头的前端的曲率半径为300mm，锤头对石圭块的撞击次数为8次，除此之外其它条件与实验例l同样地完成实验，将破碎的小片分类，并求出各自的重量比例。将其结果表示于表l中。实验例7锤头的前端的曲率半径为350mm,且《垂头对硅块的撞击次数为14次，除此之外其它条件与实验例l同样地完成实验，将破碎的小片分类，并求出各自的重量比例。将其结果表示于表l中。实验例8高压空气的压力为1.8MPa，且锤头对硅块的撞击次数为4次，除此之外其它条件与实验例l同样地完成实验，将破碎的小片分类，并求出各自的重量比例。将其结果表示于表l中。实验例9高压空气的压力为1.8MPa,锤头对硅块的撞击次数为3次，除此之外其它条件与实验例1同样地完成实验，将破碎的小片分类，并求出各自的重量比例。将其结果表示于表l中。实-验例10高压空气的压力为2.2MPa,锤头对硅块的撞击次数为3次，除此之外其它条件与实验例1同样地完成实验，将破碎的小片分类，并求出各自的重量比例。将其结果表示于表l中。12表1<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>权利要求1.一种硅块破碎工具，其特征在于，该硅块破碎工具具有空气压力式活塞驱动部件，其是利用空气压力将活塞从后退位置驱动到突出位置的类型，上述活塞可在该后退位置与该突出位置之间自由移动地安装于壳体内；导向筒，其与该壳体相连结，并且沿该活塞的移动方向延伸；锤头，当该活塞位于该后退位置时，使该活塞的前端进入到该导向筒的后端部内或位于比该导向筒的后端更靠后方，将该锤头的后端部可自由移动地插入到该导向筒的前端部内，将该活塞从该后退位置驱动到该突出位置时，该活塞的前端与该锤头的后端发生撞击。2.根据权利要求l所述的硅块破碎工具，其具有配设于远离该导向筒前端的前方的锤头导向构件，在该导向构件内形成有沿该活塞的移动方向延伸的贯通导向孔，该锤头的前端部穿过该贯通导向孔。3.根据权利要求3所述的硅块破碎工具，在该锤头的长度方向中间部形成有凸缘，该锤头可在该凸缘的后表面与该导向筒的前端相抵接的后退位置和该凸缘的前表面与该导向构件的后表面相抵接的突出位置之间进行自由移动。4.根据权利要求3所述的硅块破碎工具，在该导向构件的后表面配设有冲击吸收构件。5.根据权利要求l~4中任一项所述的硅块破碎工具，该锤头的前端是曲率半径为75300mm的半3求形状。6.根据权利要求5所述的硅块破碎工具，该锤头的前端是曲率半径为100~200mm的半;求形状。7.根据权利要求l~6中任一项所述的硅块破碎工具，该锤头的至少前端部由超硬合金形成。8.根据权利要求l~7中任一项所述的硅块破碎工具，除了在该导向构件的前表面上的该贯通导向孔区域以外，该导向筒、该锤头以及该导向构件由合成树脂制薄片包覆。全文摘要本发明提供一种硅块破碎工具，其具有利用空气压力将安装于壳体内的活塞从后退位置驱动到突出位置这种类型的空气压力式活塞驱动部件、与壳体相连结且沿着活塞的移动方向延伸的导向筒以及锤头。将该锤头的后端部可自由移动地插入到该导向筒的前端部内，当将活塞从后退位置驱动到突出位置时，该活塞的前端与该锤头的后端发生撞击。文档编号B02C1/00GK101522308SQ200780036768公开日2009年9月2日申请日期2007年10月11日优先权日2006年10月16日发明者井关祐二,山根八洲男,山田启司,近藤学申请人:株式会社德山