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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-20
(45)【発行日】2023-11-29
(54)【発明の名称】単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構
(51)【国際特許分類】
C30B 29/06 20060101AFI20231121BHJP
C30B 15/00 20060101ALI20231121BHJP
【ＦＩ】
C30B29/06 502C
C30B15/00 Z
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020177034
(22)【出願日】2020-10-22
(65)【公開番号】P2022068397
(43)【公開日】2022-05-10
【審査請求日】2022-10-27
(73)【特許権者】
【識別番号】302006854
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】尼ヶ▲崎▼ 晋
【審査官】山本 一郎
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６３－１７０２９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－０１４８９９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ３０Ｂ ２９／０６
Ｃ３０Ｂ １５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
多結晶融液を貯留するための坩堝を内部に収容するチャンバと、前記多結晶融液から種結晶を介して単結晶を引き上げるワイヤーを有する引き上げ部と、を備えた単結晶引き上げ装置に設けられた単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構であって、回転駆動源と、
前記回転駆動源の回転により回転される回転部材と、前記回転部材の回転により前記ワイヤーの軸線と交差する進退方向に進退移動する移動部材と、を有する進退機構と、
前記移動部材に接続され、前記進退方向に延在し、前記進退方向の先端に前記ワイヤーと接触するワイヤー接触機構が設けられた可動軸と、を備え、
前記回転駆動源は、ハンドル本体と、前記ハンドル本体の回転により回転する伝達軸と、を有するハンドル機構である単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構。
【請求項2】
前記伝達軸は、フレキシブルシャフトである請求項１に記載の単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構。
【請求項3】
多結晶融液を貯留するための坩堝を内部に収容するチャンバと、前記多結晶融液から種結晶を介して単結晶を引き上げるワイヤーを有する引き上げ部と、を備えた単結晶引き上げ装置に設けられた単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構であって、
回転駆動源と、
前記回転駆動源の回転により回転される回転部材と、前記回転部材の回転により前記ワイヤーの軸線と交差する進退方向に進退移動する移動部材と、を有する進退機構と、
前記移動部材に接続され、前記進退方向に延在し、前記進退方向の先端に前記ワイヤーと接触するワイヤー接触機構が設けられた可動軸と、を備え、
前記可動軸は、前記進退方向の後端側から先端側に穿孔されたネジ軸収容孔を有し、
前記進退機構は、前記回転部材として機能するネジ軸と、前記移動部材として機能するナット部材とを有するネジ送り機構であり、前記ネジ軸は前記ネジ軸収容孔に挿入されている単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構。
【請求項4】
多結晶融液を貯留するための坩堝を内部に収容するチャンバと、前記多結晶融液から種結晶を介して単結晶を引き上げるワイヤーを有する引き上げ部と、を備えた単結晶引き上げ装置に設けられた単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構であって、
回転駆動源と、
前記回転駆動源の回転により回転される回転部材と、前記回転部材の回転により前記ワイヤーの軸線と交差する進退方向に進退移動する移動部材と、を有する進退機構と、
前記移動部材に接続され、前記進退方向に延在し、前記進退方向の先端に前記ワイヤーと接触するワイヤー接触機構が設けられた可動軸と、を備え、
前記進退機構は、前記回転部材として機能するピニオンと、前記移動部材として機能するラックとを有するラック・アンド・ピニオン機構である単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構。
【請求項5】
多結晶融液を貯留するための坩堝を内部に収容するチャンバと、前記多結晶融液から種結晶を介して単結晶を引き上げるワイヤーを有する引き上げ部と、を備えた単結晶引き上げ装置に設けられた単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構であって、
回転駆動源と、
前記回転駆動源の回転により回転される回転部材と、前記回転部材の回転により前記ワイヤーの軸線と交差する進退方向に進退移動する移動部材と、を有する進退機構と、
前記移動部材に接続され、前記進退方向に延在し、前記進退方向の先端に前記ワイヤーと接触するワイヤー接触機構が設けられた可動軸と、
前記チャンバの外面に取り付けられたケーシングと、を備え、
前記ケーシングは、前記ワイヤー接触機構が前記ワイヤーと接触する位置と前記ワイヤー接触機構が前記チャンバの内面より突出しない位置との間で前記進退方向に移動可能に前記可動軸を収容する大きさに形成されている単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構。
【請求項6】
前記可動軸は、前記チャンバの内部に挿入される円柱状の可動軸本体と、前記可動軸本体よりも径方向外側に拡径し、周方向の一部に径方向内側に凹となる直進ガイド係合溝が形成された拡径部と、を有し、前記ケーシングは、前記進退方向に延在し、前記直進ガイド係合溝と係合する直進ガイドを有する請求項５に記載の単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構。
【請求項7】
前記拡径部は、前記ケーシングの内面と接触することで前記可動軸の移動範囲を制限するように形成されている請求項６に記載の単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構。
【請求項8】
多結晶融液を貯留するための坩堝を内部に収容するチャンバと、前記多結晶融液から種結晶を介して単結晶を引き上げるワイヤーを有する引き上げ部と、を備えた単結晶引き上げ装置に設けられた単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構であって、
回転駆動源と、
前記回転駆動源の回転により回転される回転部材と、前記回転部材の回転により前記ワイヤーの軸線と交差する進退方向に進退移動する移動部材と、を有する進退機構と、
前記移動部材に接続され、前記進退方向に延在し、前記進退方向の先端に前記ワイヤーと接触するワイヤー接触機構が設けられた可動軸と、を備え、
前記ワイヤー接触機構は、前記軸線と略平行な回転軸を中心に回転可能、かつ、前記軸線と略直交する水平方向で互いに隣接して配置された一対のローラーを有し、
前記一対のローラーは、前記ローラーの周縁同士の間隔が前記ワイヤーの直径よりも小さくなるように配置されている単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、チョクラルスキー法（Czochralski method、以下「ＣＺ法」と略す。）を用いてシリコンなどの単結晶を育成する方法が知られている。ＣＺ法を用いて単結晶を育成する装置としては、巻取ドラムを用いてワイヤーを引き上げることにより、坩堝内で溶融された多結晶（例えばシリコン多結晶）の融液から単結晶を引き上げながら成長させる単結晶引き上げ装置が知られている。
【0003】
このような単結晶の引き上げ時においては、可撓性を有するワイヤーを用いて単結晶を引き上げる関係から、ワイヤーが振れるという問題があった。具体的には、ワイヤーの回転数がワイヤー引き上げ部から融液面までのワイヤー繰り出し長さで決まる固有振動数に一致するとワイヤーが共振を起こすという問題がある。ワイヤーが共振を起こすと、ワイヤーの振れが増大し単結晶の育成が困難となる。
【0004】
特許文献１には、ワイヤーが挿通される駒部材と、駒部材を係脱自在に保持するテーパ状係合孔を有するワイヤー支持具と、ワイヤー支持具をワイヤーの軸線と直交する方向に移動させる駆動手段と、を有するワイヤー振れ止め機構が記載されている。駆動手段は、エアシリンダを駆動源としている。
【0005】
特許文献２には、ワイヤーを中心に水平方向に相対向して設けられ、先端にワイヤーを保持するＶ字状溝が形成された一対のワイヤー保持具が記載されている。各々のワイヤー保持具は、駆動手段（エアシリンダ）によってワイヤーの軸線と直交する方向に移動させることができ、一対のワイヤー保持具のＶ字状溝にてワイヤーを挟み込む状態とすることで、ワイヤーの振れ止めを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】実開平２－１４０９８１号公報
【文献】特開平２－２７９５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の機構は、エアシリンダを駆動源としているため微調整が難しく、特に単結晶引き上げ中の振れ止めが難しいという課題がある。
また、特許文献１に記載の機構では駒部材によって、特許文献２に記載の機構では一対のワイヤー保持具によってワイヤーの位置が強制されるため、そこから新たなワイヤーの振れが生じたり、振れが大きくなったりするなどの不具合が考えられる。
また、特許文献１に記載の機構では駒部材によって、特許文献２に記載の機構では一対のワイヤー保持具によってワイヤーの位置が強制されるため、そこから新たなワイヤーの振れが生じたり、振れが大きくなったりするなどの不具合が考えられる。
【0008】
本発明は、ワイヤーに対してソフトな接触が可能となる可動軸を有し、かつ、ワイヤーの振れを抑制することができる単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構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】
【0009】
本発明の単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構は、チャンバと、前記チャンバ内に配置され、多結晶融液が貯留された坩堝と、前記多結晶融液から種結晶を介して単結晶を引き上げるワイヤーを有する引き上げ部と、を備えた単結晶引き上げ装置に設けられた単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構であって、回転駆動源と、前記回転駆動源の回転により回転される回転部材と、前記回転部材の回転により前記ワイヤーの軸線と交差する進退方向に進退移動する移動部材と、を有する進退機構と、前記移動部材に接続され、前記進退方向に延在し、前記進退方向の先端に前記ワイヤーと接触するワイヤー接触機構が設けられた可動軸と、を備えることを特徴とする。
【0010】
上記単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構において、前記回転駆動源は、ハンドル本体と、前記ハンドル本体の回転により回転する伝達軸と、を有するハンドル機構であってよい。
【0011】
上記単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構において、前記伝達軸は、フレキシブルシャフトであってよい。
【0012】
上記単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構において、前記回転駆動源は、回転制御可能なステッピングモーターであってよい。
【0013】
上記単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構において、前記可動軸は、前記進退方向の後端側から先端側に穿孔されたネジ軸収容孔を有し、前記進退機構は、前記回転部材として機能するネジ軸と、前記移動部材として機能するナット部材とを有するネジ送り機構であり、前記ネジ軸は前記ネジ軸収容孔に挿入されてよい。
【0014】
上記単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構において、前記進退機構は、前記回転部材として機能するピニオンと、前記移動部材として機能するラックとを有するラック・アンド・ピニオン機構であってよい。
【0015】
上記単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構において、前記チャンバの外面に取り付けられたケーシングを有し、前記ケーシングは、前記ワイヤー接触機構が前記ワイヤーと接触する位置と前記ワイヤー接触機構が前記チャンバの内面より突出しない位置との間で前記進退方向に移動可能に前記可動軸を収容する大きさに形成されてよい。
【0016】
上記単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構において、前記可動軸は、前記チャンバの内部に挿入される円柱状の可動軸本体と、前記可動軸本体よりも径方向外側に拡径し、周方向の一部に径方向内側に凹となる直進ガイド係合溝が形成された拡径部と、を有し、前記ケーシングは、前記進退方向に延在し、前記直進ガイド係合溝と係合する直進ガイドを有してよい。
【0017】
上記単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構において、前記拡径部は、前記ケーシングの内面と接触することで前記可動軸の移動範囲を制限するように形成されてよい。
【0018】
上記単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構において、前記ワイヤー接触機構は、前記軸線と略平行な回転軸を中心に回転可能、かつ、前記軸線と略直交する水平方向で互いに隣接して配置された一対のローラーを有し、前記一対のローラーは、前記ローラーの周縁同士の間隔が前記ワイヤーの直径よりも小さくなるように配置されてよい。
【0019】
上記単結晶引き上げ装置のワイヤー振れ止め機構において、前記回転駆動源と前記回転部材との間に介在し、前記回転駆動源側の回転を前記回転部材側に増速して伝達する増速機を有してよい。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、単結晶引き上げ中に、装置の上部機構が熱変形、強度低下によって多少の振れが生じたとしても、回転部材による移動部材の移動量を調整することにより微妙な調整が可能となる。また、ワイヤーに対してソフトな接触が可能となるため、新たなワイヤーの振れが発生することなく、ワイヤーの振れを効率的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の一実施形態に係る単結晶引き上げ装置の構成を示す概略図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るワイヤー振れ止め機構の一部を破断して示す斜視図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るワイヤー振れ止め機構の断面図である。
【図5】本発明の一実施形態に係るワイヤー接触機構の斜視図である。
【図6】本発明の一実施形態に係るワイヤー接触機構の上面図であり、ワイヤーとの接触状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本発明のワイヤー振れ止め機構は、ワイヤーの下端に取り付けられた種結晶を多結晶融液に接触させた後に引き上げることで単結晶を育成する単結晶引き上げ装置に設けられるものである。
本発明のワイヤー振れ止め機構は、ワイヤーの下端に取り付けられた種結晶を多結晶融液に接触させた後に引き上げることで単結晶を育成する単結晶引き上げ装置に設けられるものである。
【0023】
〔単結晶引き上げ装置〕
図１は、本発明の一実施形態に係る単結晶引き上げ装置１の構成を示す概略図である。
図１に示されるように、本実施形態の単結晶引き上げ装置１は、装置本体５０と、ワイヤー振れ止め機構２と、を備えている。装置本体５０は、チャンバ５１と、ワイヤー引き上げ部５５と、坩堝駆動部５６と、を備えている。
チャンバ５１の内部には、多結晶融液Ｍを貯留するための坩堝５４を収容することができる。
図示しないが、単結晶引き上げ装置１は、坩堝５４および坩堝５４に収容された多結晶融液Ｍ（例えばシリコン融液）を加熱するヒーターや、ヒーターの周囲に配置される断熱材などを備えている。また、単結晶引き上げ装置１は、チャンバ５１内をアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスで満たすガス導入口およびガス排出口を備えている。
図１は、本発明の一実施形態に係る単結晶引き上げ装置１の構成を示す概略図である。
図１に示されるように、本実施形態の単結晶引き上げ装置１は、装置本体５０と、ワイヤー振れ止め機構２と、を備えている。装置本体５０は、チャンバ５１と、ワイヤー引き上げ部５５と、坩堝駆動部５６と、を備えている。
チャンバ５１の内部には、多結晶融液Ｍを貯留するための坩堝５４を収容することができる。
図示しないが、単結晶引き上げ装置１は、坩堝５４および坩堝５４に収容された多結晶融液Ｍ（例えばシリコン融液）を加熱するヒーターや、ヒーターの周囲に配置される断熱材などを備えている。また、単結晶引き上げ装置１は、チャンバ５１内をアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスで満たすガス導入口およびガス排出口を備えている。
【0024】
チャンバ５１は、メインチャンバ５２と、このメインチャンバ５２の上部に接続されたプルチャンバ５３とを備えている。
坩堝５４は、メインチャンバ５２内に配置され、多結晶融液Ｍを貯留する。
坩堝５４は、メインチャンバ５２内に配置され、多結晶融液Ｍを貯留する。
【0025】
ワイヤー引き上げ部５５は、種保持具６１を介して取り付けられた種結晶Ｓを介して多結晶融液Ｍから単結晶Ｃを引き上げるワイヤーＷと、このワイヤーＷを昇降及び回転させる巻き上げ駆動部５７とを備えている。
巻き上げ駆動部５７は、プルチャンバ５３に対して回転可能に取り付けられたボックス５８と、ボックス５８内に配置された巻取ドラム５９と、巻取ドラム５９を回転駆動するモーター６０と、を有している。ボックス５８は、図示しない駆動装置により、ワイヤーＷの軸線を中心に回転駆動される。ボックス５８が、ワイヤーＷの軸線回りに回転することにより、ワイヤーＷもその軸線回りに回転する。
坩堝駆動部５６は、坩堝５４を下方から支持する支持軸６２を備え、坩堝５４を所定の速度で回転及び昇降させる。
巻き上げ駆動部５７は、プルチャンバ５３に対して回転可能に取り付けられたボックス５８と、ボックス５８内に配置された巻取ドラム５９と、巻取ドラム５９を回転駆動するモーター６０と、を有している。ボックス５８は、図示しない駆動装置により、ワイヤーＷの軸線を中心に回転駆動される。ボックス５８が、ワイヤーＷの軸線回りに回転することにより、ワイヤーＷもその軸線回りに回転する。
坩堝駆動部５６は、坩堝５４を下方から支持する支持軸６２を備え、坩堝５４を所定の速度で回転及び昇降させる。
【0026】
上記単結晶引き上げ装置１によれば、ＣＺ法を用いて、種結晶Ｓを多結晶融液Ｍに接触させた後に引き上げることにより、例えばシリコン単結晶などの単結晶Ｃが育成される。
【0027】
〔ワイヤー振れ止め機構〕
次に、単結晶引き上げ装置１のワイヤーＷの振れ止めに使用されるワイヤー振れ止め機構２について説明する。
図１に示されるように、ワイヤー振れ止め機構２は、ハンドル機構３と、ハンドル機構３の手動操作により進退する可動軸５を備える振れ止めユニット４と、を備える。
図２は、本発明の一実施形態に係るワイヤー振れ止め機構２の斜視図であり、主に振れ止めユニット４の構造を説明する図である。図３は、本発明の一実施形態に係るワイヤー振れ止め機構２の断面図である。
次に、単結晶引き上げ装置１のワイヤーＷの振れ止めに使用されるワイヤー振れ止め機構２について説明する。
図１に示されるように、ワイヤー振れ止め機構２は、ハンドル機構３と、ハンドル機構３の手動操作により進退する可動軸５を備える振れ止めユニット４と、を備える。
図２は、本発明の一実施形態に係るワイヤー振れ止め機構２の斜視図であり、主に振れ止めユニット４の構造を説明する図である。図３は、本発明の一実施形態に係るワイヤー振れ止め機構２の断面図である。
【0028】
ハンドル機構３は、可動軸５の進退動作の動力源となる回転駆動源である。
図３に示されるように、ハンドル機構３は、作業者の操作によって回転するハンドル本体３５と、ハンドル本体３５と振れ止めユニット４とを接続するフレキシブルシャフト３０と、ハンドル本体３５の回転をフレキシブルシャフト３０に伝達するかさ歯車３６と、を有する。ワイヤー振れ止め機構２は、手動操作による回転動作を動力源とし、可動軸５を進退させる。
図３に示されるように、ハンドル機構３は、作業者の操作によって回転するハンドル本体３５と、ハンドル本体３５と振れ止めユニット４とを接続するフレキシブルシャフト３０と、ハンドル本体３５の回転をフレキシブルシャフト３０に伝達するかさ歯車３６と、を有する。ワイヤー振れ止め機構２は、手動操作による回転動作を動力源とし、可動軸５を進退させる。
【0029】
フレキシブルシャフト３０は、インナーシャフト３１と、インナーシャフト３１を覆うアウターチューブ３２とを有する。インナーシャフト３１およびアウターチューブ３２は柔軟性を有する。フレキシブルシャフト３０は、ハンドル本体３５の回転動作を、ハンドル本体３５の上方に離隔して配置された振れ止めユニット４に伝達する伝達軸としての機能を有する。
【0030】
ハンドル本体３５は、ハンドル軸３５Ａを有し、ハンドル軸３５Ａは、かさ歯車３６の入力側歯車３６Ａと接続されている。フレキシブルシャフト３０のインナーシャフト３１は、出力軸３７を介してかさ歯車３６の出力側歯車３６Ｂと接続されている。この構造によれば、ハンドル本体３５を回転させることにより、かさ歯車３６を介してフレキシブルシャフト３０のインナーシャフト３１が回転する。
フレキシブルシャフト３０とかさ歯車３６によって動力を伝達する構成とすることにより、ハンドル本体３５をより低い位置に配置することができ、また、ハンドル本体３５の向きを作業者にとって操作し易い適切な向きとすることができる。
フレキシブルシャフト３０とかさ歯車３６によって動力を伝達する構成とすることにより、ハンドル本体３５をより低い位置に配置することができ、また、ハンドル本体３５の向きを作業者にとって操作し易い適切な向きとすることができる。
【0031】
次に、ハンドル本体３５の回転動作により進退する可動軸５を有する振れ止めユニット４について説明する。振れ止めユニット４は、プルチャンバ５３の上下方向の略中央部に配置されている。
振れ止めユニット４は、プルチャンバ５３に固定されたケーシング２０と、プルチャンバ５３内とケーシング２０内との間を進退可能な可動軸５と、可動軸５を進退させる進退機構６と、可動軸５の直進動作をガイドする直進ガイド７と、増速機８と、増速機８を支持するブラケット４６と、を有する。
以下の説明では、可動軸５の軸線Ａに沿う方向を進退方向Ｄと呼び、プルチャンバ５３に近い側を一方側Ｄ１、プルチャンバ５３から離れる側を他方側Ｄ２と呼ぶ。進退方向ＤはワイヤーＷの軸線（鉛直線）と略直交する水平方向である。
進退方向Ｄは、必ずしもワイヤーＷの軸線と略直交する水平方向である必要はなく、ワイヤーＷの軸線と交差する方向であれば、多少上下に傾いていても良い。しかし、ワイヤーＷの振れ止めを阻害するほどの傾きであってはならない。
振れ止めユニット４は、プルチャンバ５３に固定されたケーシング２０と、プルチャンバ５３内とケーシング２０内との間を進退可能な可動軸５と、可動軸５を進退させる進退機構６と、可動軸５の直進動作をガイドする直進ガイド７と、増速機８と、増速機８を支持するブラケット４６と、を有する。
以下の説明では、可動軸５の軸線Ａに沿う方向を進退方向Ｄと呼び、プルチャンバ５３に近い側を一方側Ｄ１、プルチャンバ５３から離れる側を他方側Ｄ２と呼ぶ。進退方向ＤはワイヤーＷの軸線（鉛直線）と略直交する水平方向である。
進退方向Ｄは、必ずしもワイヤーＷの軸線と略直交する水平方向である必要はなく、ワイヤーＷの軸線と交差する方向であれば、多少上下に傾いていても良い。しかし、ワイヤーＷの振れ止めを阻害するほどの傾きであってはならない。
【0032】
ケーシング２０は、進退方向Ｄに延びる筒状をなす収容部材であり、進退方向Ｄの他方側Ｄ２を封止する蓋部材１３を有している。ケーシング２０は、その内部に可動軸５、進退機構６、直進ガイド７を収容する。
ケーシング２０に収容された可動軸５は、ワイヤー接触機構１７（後述する）がワイヤーＷと接触する位置と、ワイヤー接触機構１７がプルチャンバ５３の内面より突出しない位置との間で進退方向Ｄに移動可能である。換言すれば、ケーシング２０は、可動軸５が進退方向Ｄの他方側Ｄ２に完全に後退した際、ワイヤー接触機構１７がプルチャンバ５３の内面より突出しない大きさである。
ケーシング２０に収容された可動軸５は、ワイヤー接触機構１７（後述する）がワイヤーＷと接触する位置と、ワイヤー接触機構１７がプルチャンバ５３の内面より突出しない位置との間で進退方向Ｄに移動可能である。換言すれば、ケーシング２０は、可動軸５が進退方向Ｄの他方側Ｄ２に完全に後退した際、ワイヤー接触機構１７がプルチャンバ５３の内面より突出しない大きさである。
【0033】
ケーシング２０は、進退方向Ｄの一端（進退方向Ｄの一方側Ｄ１の端部）がケーシング固定プレート４７を介してプルチャンバ５３の外面に取り付けられている。
ケーシング固定プレート４７は、振れ止めユニット４を支持するために形成されている。また、ケーシング固定プレート４７およびプルチャンバ５３には、可動軸５が挿通する孔４７Ａが形成されている。孔４７Ａは、ケーシング固定プレート４７およびプルチャンバ５３で大きさを必ずしも同じにする必要は無く、例えばプルチャンバ５３側を大きくしても良い。また、本実施形態のケーシング２０は、ケーシング固定プレート４７を介してプルチャンバ５３に固定されているが、プルチャンバ５３の強度が高ければ、ケーシング２０をプルチャンバ５３に直接的に固定してもよい。
ケーシング固定プレート４７は、振れ止めユニット４を支持するために形成されている。また、ケーシング固定プレート４７およびプルチャンバ５３には、可動軸５が挿通する孔４７Ａが形成されている。孔４７Ａは、ケーシング固定プレート４７およびプルチャンバ５３で大きさを必ずしも同じにする必要は無く、例えばプルチャンバ５３側を大きくしても良い。また、本実施形態のケーシング２０は、ケーシング固定プレート４７を介してプルチャンバ５３に固定されているが、プルチャンバ５３の強度が高ければ、ケーシング２０をプルチャンバ５３に直接的に固定してもよい。
【0034】
図３に示されるように、ケーシング２０の進退方向Ｄの一端には、可動軸５が挿通する可動軸挿通孔１０が形成されている。可動軸挿通孔１０の内面には、真空シール部１１が設けられている。真空シール部１１は、可動軸挿通孔１０の内周面と可動軸５の外周面との間をシールする。真空シール部１１は、例えばＯリングのようなシール部材によって形成されている。
【0035】
ケーシング２０の進退方向Ｄの他端（進退方向Ｄの他方側Ｄ２の端部）には、軸線Ａを中心とする径方向の外側に突出するフランジ部１２が形成されている。フランジ部１２は、蓋部材１３によって封止されている。蓋部材１３は、ケーシング２０のフランジ部１２に例えば、ボルトのような締結部材によって固定されている。蓋部材１３には、後述する進退機構６のネジ軸２６が挿通するネジ軸挿通孔１４が形成されている。
【0036】
可動軸５は、進退機構６により進退方向Ｄに移動し、その先端に設けられたワイヤー接触機構１７をワイヤーＷに接触させることで、ワイヤーＷの振れ止めを行う軸状部材である。
可動軸５は、プルチャンバ５３の内部に挿入される可動軸本体１６と、可動軸本体１６の一端に設けられたワイヤー接触機構１７と、可動軸本体１６の他端に形成された拡径部１８と、を有する。
可動軸５は、プルチャンバ５３の内部に挿入される可動軸本体１６と、可動軸本体１６の一端に設けられたワイヤー接触機構１７と、可動軸本体１６の他端に形成された拡径部１８と、を有する。
【0037】
可動軸５には、進退方向Ｄの他端から可動軸５の先端に向かって穿孔されたネジ軸収容孔２５が形成されている。ネジ軸収容孔２５は、後述する進退機構６のネジ軸２６が収容される有底孔である。ネジ軸収容孔２５は、拡径部１８から可動軸本体１６にわたって形成されているが、可動軸本体１６を貫通はしていない。
【0038】
拡径部１８は、可動軸本体１６よりも径方向外側に拡径した円柱状をなしている。図２および図４に示すように、拡径部１８の外周面には、進退方向にＤに延び、径方向内側に凹となる直進ガイド係合溝２９が形成されている。直進ガイド係合溝２９は、後述する円柱形状の直進ガイド７が係合する形状をなしている。直進ガイド係合溝２９は、拡径部１８の外周面の周方向の２ヶ所に形成されている。具体的には、２つの直進ガイド係合溝２９は、軸線Ａを含む鉛直面に対して対称となるように形成されている。
【0039】
また、拡径部１８は、拡径部１８の進退方向Ｄの一方側Ｄ１を向く面１８Ａと、ケーシング２０の進退方向Ｄの他方側Ｄ２を向く面２０Ａとが接触することにより、可動軸５の移動範囲を制限するように形成されている。具体的には、拡径部１８は、面１８Ａと面２０Ａとが当接するときに、可動軸５の先端がプルチャンバ５３の中心付近に位置するように形成されている。
【0040】
進退機構６は、進退方向Ｄに延びるネジ軸２６と、ナット部材２７と、ネジ軸２６とナット部材２７との間に介在するボール（図示せず）と、を有する所謂ネジ送り機構である。進退機構６（ネジ送り機構）を構成するネジとして、台形ネジやボールネジを採用することができる。ネジ軸２６は、伝達軸であるフレキシブルシャフト３０の回転により回転する回転部材として機能する。ナット部材２７は、ネジ軸２６の回転により進退方向Ｄに進退移動する移動部材として機能する。
【0041】
ネジ軸２６は、進退方向Ｄの一方側Ｄ１がケーシング２０のネジ軸挿通孔１４を介してケーシング２０内に挿入されている。
ネジ軸２６は、進退方向Ｄの他方側Ｄ２に、縮径された延長部２６Ａを有している。ネジ軸２６は、延長部２６Ａにて支持されている。すなわち、ネジ軸２６は、進退方向Ｄの他方側Ｄ２のみで支持され、進退方向Ｄの一方側Ｄ１は、可動軸５のネジ軸収容孔２５に挿入される。ネジ軸２６の延長部２６Ａは、ネジ軸挿通孔１４の内側に配置された軸受１４Ａによって支持されている。
ネジ軸２６は、進退方向Ｄの他方側Ｄ２に、縮径された延長部２６Ａを有している。ネジ軸２６は、延長部２６Ａにて支持されている。すなわち、ネジ軸２６は、進退方向Ｄの他方側Ｄ２のみで支持され、進退方向Ｄの一方側Ｄ１は、可動軸５のネジ軸収容孔２５に挿入される。ネジ軸２６の延長部２６Ａは、ネジ軸挿通孔１４の内側に配置された軸受１４Ａによって支持されている。
【0042】
ナット部材２７は、可動軸５の拡径部１８に例えばボルトのような締結部材によって固定されている。ナット部材２７が可動軸５に固定されていることによって、ナット部材２７の直進運動に伴い可動軸５が移動する。
【0043】
ケーシング２０を構成する蓋部材１３には、上記した直進ガイド係合溝２９と協働して可動軸５の回転を抑制し、かつ、可動軸５の進退方向Ｄの移動をガイドする、直進ガイド７が設けられている。直進ガイド７は、円柱状をなし、可動軸５の直進ガイド係合溝２９に対応する位置に配置されている。
【0044】
ワイヤー接触機構１７は、可動軸５が進退方向Ｄの一方側Ｄ１に移動することによって、ワイヤーＷに接触する機構である。図５および図６に示されるように、ワイヤー接触機構１７は、可動軸本体１６の先端に設けられたローラー保持部１９と、回転軸２４によってローラー保持部１９に回転自在に取り付けられた一対のローラー２１と、を有している。
回転軸２４の先端にはネジが形成されており、回転軸２４は、先端のネジをローラー保持部１９に設けられたネジ穴にねじ込むことで、ローラー保持部１９に固定される。また、ローラー保持部１９には、ワイヤーＷとの干渉を避けるための切り欠き２２が形成されている。
回転軸２４の先端にはネジが形成されており、回転軸２４は、先端のネジをローラー保持部１９に設けられたネジ穴にねじ込むことで、ローラー保持部１９に固定される。また、ローラー保持部１９には、ワイヤーＷとの干渉を避けるための切り欠き２２が形成されている。
【0045】
各々のローラー２１は、回転軸２４の軸線がワイヤーＷの軸線と略平行をなし、回転軸２４を中心に回転可能なように取り付けられている。
一対のローラー２１は、ローラー２１の周縁同士の間隔がワイヤーＷの直径よりも小さくなるように隣接して配置されている。また、一対のローラー２１は、上方から見て、軸線Ａに対して対称となるように配置されている。
ローラー２１は、例えば、ポリイミド樹脂などのエンジニアリングプラスチックで形成することができる。ローラー２１を構成する材料は、上記したものに限らず、引き上げられるワイヤーＷに接触に対する強度、耐熱性および絶縁性を有していれば、例えば、フッ素ゴム系やアルミナなどのセラミックス系の材料の採用も可能である。
一対のローラー２１は、ローラー２１の周縁同士の間隔がワイヤーＷの直径よりも小さくなるように隣接して配置されている。また、一対のローラー２１は、上方から見て、軸線Ａに対して対称となるように配置されている。
ローラー２１は、例えば、ポリイミド樹脂などのエンジニアリングプラスチックで形成することができる。ローラー２１を構成する材料は、上記したものに限らず、引き上げられるワイヤーＷに接触に対する強度、耐熱性および絶縁性を有していれば、例えば、フッ素ゴム系やアルミナなどのセラミックス系の材料の採用も可能である。
【0046】
増速機８は、ハンドル機構３とネジ軸２６との間に介在し、ハンドル機構３側の回転をネジ軸２６側に増速して伝達する伝達装置である。
増速機８は、ブラケット４６に支持されているケーシング３９と、ケーシング３９内に収容された歯車群４０と、を有する。ブラケット４６は、例えば金属板によって形成された支持部材であり、進退方向Ｄの一端がケーシング固定プレート４７に固定され、進退方向Ｄの他方側Ｄ２で増速機８を支持している。なお、図３では、歯車群４０を支持する軸受などの部材は省略している。
増速機８は、ブラケット４６に支持されているケーシング３９と、ケーシング３９内に収容された歯車群４０と、を有する。ブラケット４６は、例えば金属板によって形成された支持部材であり、進退方向Ｄの一端がケーシング固定プレート４７に固定され、進退方向Ｄの他方側Ｄ２で増速機８を支持している。なお、図３では、歯車群４０を支持する軸受などの部材は省略している。
【0047】
歯車群４０は、フレキシブルシャフト３０の回転動作を進退機構６のネジ軸２６に伝達する。歯車群４０は、フレキシブルシャフト３０に接続され、入力側歯車４１Ａと出力側歯車４１Ｂとからなるかさ歯車４１と、かさ歯車４１の後段に設けられ、互いに噛み合う第１の歯車４３および第２の歯車４４と、を有している。
かさ歯車４１の入力側歯車４１Ａは、入力軸４２を介してフレキシブルシャフト３０のインナーシャフト３１に接続されている。かさ歯車４１の出力側歯車４１Ｂは、第１の歯車４３と接続され、第１の歯車４３と噛み合う第２の歯車４４は、カップリング３３を介してネジ軸２６の延長部２６Ａと接続されている。
かさ歯車４１の入力側歯車４１Ａは、入力軸４２を介してフレキシブルシャフト３０のインナーシャフト３１に接続されている。かさ歯車４１の出力側歯車４１Ｂは、第１の歯車４３と接続され、第１の歯車４３と噛み合う第２の歯車４４は、カップリング３３を介してネジ軸２６の延長部２６Ａと接続されている。
【0048】
第１の歯車４３と第２の歯車４４は平歯車であり、第２の歯車４４の歯数は第１の歯車４３の歯数より少ない。例えば、第２の歯車４４の歯数は第１の歯車４３の歯数の１／２とすることができる。これにより、ネジ軸２６の回転数は、出力側歯車４１Ｂの回転数の２倍となる。
【0049】
次に、上記したワイヤー振れ止め機構２の作用について説明する。
作業者が、ハンドル機構３のハンドル本体３５を回転させることにより、フレキシブルシャフト３０のインナーシャフト３１が回転する。フレキシブルシャフト３０によって伝達された回転動作は、増速機８によって増速された後、進退機構６のネジ軸２６を回転させる。進退機構６は送りネジ機構であるため、ネジ軸２６の回転運動は直進運動に変換され、ナット部材２７が進退方向Ｄに移動し、ナット部材２７に固定された可動軸５が進退方向Ｄに移動する。
この際、直進ガイド７と直進ガイド係合溝２９とが協働することによって、可動軸５の軸線Ａ回りの回転が規制され、ワイヤー接触機構１７が回転することなく前進する。
作業者が、ハンドル機構３のハンドル本体３５を回転させることにより、フレキシブルシャフト３０のインナーシャフト３１が回転する。フレキシブルシャフト３０によって伝達された回転動作は、増速機８によって増速された後、進退機構６のネジ軸２６を回転させる。進退機構６は送りネジ機構であるため、ネジ軸２６の回転運動は直進運動に変換され、ナット部材２７が進退方向Ｄに移動し、ナット部材２７に固定された可動軸５が進退方向Ｄに移動する。
この際、直進ガイド７と直進ガイド係合溝２９とが協働することによって、可動軸５の軸線Ａ回りの回転が規制され、ワイヤー接触機構１７が回転することなく前進する。
【0050】
ここでハンドル本体３５の回転数について説明する。可動軸５（ワイヤー接触機構１７）がワイヤーＷに接触するまでのストロークをＸとし、進退機構６のネジ軸２６のピッチをＰとすると、可動軸５をＸ移動させるためには、ネジ軸２６をＸ／Ｐ回転させる必要がある。本実施形態のワイヤー振れ止め機構２では、増速機８によってハンドル機構３の回転数が２倍に増速されるため、可動軸５をストロークＸにわたって移動させるハンドル本体３５の回転数は、Ｘ／Ｐ回転の１／２でよい。
【0051】
可動軸５が直進動作することにより、図６に示されるように、ワイヤー接触機構１７がワイヤーＷに対して一方向より当接する。具体的には、ワイヤー接触機構１７の一対のローラー２１がワイヤーＷに接触する。
ワイヤーＷが振れている場合、ワイヤー接触機構１７のローラー２１により、振れが抑制される。また、ワイヤーＷがワイヤーＷの軸線回りに回転しつつ、上下方向に移動している場合は、ワイヤー接触機構１７のローラー２１が回転しながらワイヤーＷに接触するため、ワイヤーＷの移動を妨げることがない。
ワイヤーＷが振れている場合、ワイヤー接触機構１７のローラー２１により、振れが抑制される。また、ワイヤーＷがワイヤーＷの軸線回りに回転しつつ、上下方向に移動している場合は、ワイヤー接触機構１７のローラー２１が回転しながらワイヤーＷに接触するため、ワイヤーＷの移動を妨げることがない。
【0052】
上記実施形態によれば、可動軸５を一方向に直進移動させて、ワイヤー接触機構１７をワイヤーＷに接触させることにより、ワイヤーＷが共振を起こして振れた場合においても、ワイヤーＷの振れの増大を抑制することができる。
引上げられた単結晶断面内の電気抵抗率および酸素濃度分布などの特性は、ワイヤーＷの回転数に依存するため、要求される特性によっては、共振点以上の回転数まで高めたい場合が生じる。しかし、ワイヤーＷの回転数を共振点以上の回転数まで高めることは、通常は、ワイヤーＷの振れが増大し単結晶の育成が困難となるが、本実施形態によれば、育成中に振れ止めを行うことによって、これを可能にすることができる。従って、要求される特性を満足させることができる。
引上げられた単結晶断面内の電気抵抗率および酸素濃度分布などの特性は、ワイヤーＷの回転数に依存するため、要求される特性によっては、共振点以上の回転数まで高めたい場合が生じる。しかし、ワイヤーＷの回転数を共振点以上の回転数まで高めることは、通常は、ワイヤーＷの振れが増大し単結晶の育成が困難となるが、本実施形態によれば、育成中に振れ止めを行うことによって、これを可能にすることができる。従って、要求される特性を満足させることができる。
【0053】
また、ハンドル本体３５を手動で回転させて、伝達軸として機能するフレキシブルシャフト３０を介して進退機構６を駆動させる構成とした。これにより、単結晶Ｃ引き上げ中に、装置の上部機構が熱変形、強度低下によって多少の振れが生じたとしても、ネジ軸２６を構成するナット部材２７の移動量を調整することにより、可動軸５の送り量の微調整が可能となる。また、ワイヤーＷに対してソフトな接触が可能となるため、新たなワイヤーＷの振れが発生することもなく、ワイヤーＷの振れを効率的に抑制することができる。
【0054】
また、ワイヤー接触機構１７が一方向からワイヤーＷに接触することのみによりワイヤーＷの振れを抑える機構であり、ワイヤーＷの位置を強制することがないため、新たなワイヤーＷの振れを抑制することができる。
【0055】
また、ワイヤー接触機構１７が一対のローラー２１を有し、一対のローラー２１がワイヤーＷの回転を妨げないように回転することによって、ワイヤーＷと接触する部材がワイヤーＷにより磨耗することを防止することができ、ワイヤーＷの回転及び昇降の動作により、ワイヤーＷに接触する部材の削れによる不純物の落下を防止することができる。
【0056】
また、ケーシング２０の大きさを、ケーシング２０に可動軸５が収容された際、可動軸５がプルチャンバ５３の内面より突出しない大きさとすることによって、原料追加装填用の石英管や、プルチャンバ５３に収容された単結晶が揺れて可動軸５に衝突・接触するのを防止することができる。
【0057】
送りネジ機構である進退機構６のネジ軸２６を、動作対象である可動軸５のネジ軸収容孔２５に挿入する構造とし、また、簡素な構造の直進ガイド７で可動軸５の直進動作をガイドする構造としたことによって、振れ止めユニット４をコンパクトにすることができる。これにより、プルチャンバ５３の外部に大きなスペースを必要とせず、また、振れ止めユニット４のプルチャンバ５３への固定を容易とすることができる。
【0058】
また、増速機８により、ハンドル機構３における回転数が増速されるため、可動軸５をワイヤーＷ接触まで直進させるためのハンドル回転数を少なくすることができ、作業者の負担を軽減することができる。
【0059】
また、可動軸５の拡径部１８がケーシング２０の内壁に接触することで、可動軸５の進退方向Ｄの移動を制限できるので、可動軸５がプルチャンバ５３の内壁に接触することによる可動軸５の破損を防止することができる。
【0060】
なお、上記実施形態では、進退機構６をネジ送り機構としたが、フレキシブルシャフト３０の回転により回転する回転部材と、回転部材の回転により進退方向Ｄに移動する移動部材とを有する機構であればこれに限ることはなく、例えば、ラック（回転部材）とピニオン（移動部材）とからなるラック・アンド・ピニオン機構を採用してもよい。
【0061】
また、上記実施形態では、可動軸５の進退動作の動力源となる回転駆動源として、ハンドル機構３を用いたが、これに限ることはなく、例えば回転制御可能なステッピングモーターの採用も可能である。ステッピングモーターは、ドライバを介して直流のパルス電圧を印加して駆動するモーターであり、進退機構６のネジ軸２６を精度良く回転させることができ、ひいては、可動軸５を精度良く進退動作させることができる。
回転駆動源としてステッピングモーターを採用する場合、ステッピングモーターの出力軸は、進退機構６のネジ軸２６と直接的に接続されてもよいし、ステッピングモーターの仕様に応じて増速機８を介して接続してもよい。また、ステッピングモーターの制御は、有線のみならず、無線により行うことができる。
回転駆動源としてステッピングモーターを採用する場合、ステッピングモーターの出力軸は、進退機構６のネジ軸２６と直接的に接続されてもよいし、ステッピングモーターの仕様に応じて増速機８を介して接続してもよい。また、ステッピングモーターの制御は、有線のみならず、無線により行うことができる。
【符号の説明】
【0062】
１…単結晶引き上げ装置、２…ワイヤー振れ止め機構、３…ハンドル機構（回転駆動源）、４…振れ止めユニット、５…可動軸、６…進退機構、７…直進ガイド、８…増速機、１６…可動軸本体、１７…ワイヤー接触機構、１８…拡径部、２０…ケーシング、２１…ローラー、２５…ネジ軸収容孔、２６…ネジ軸（回転部材）、２７…ナット部材（移動部材）、２９…直進ガイド係合溝、３…ハンドル機構、３０…フレキシブルシャフト、３１…インナーシャフト、３５…ハンドル本体、３５Ａ…ハンドル軸、３６…かさ歯車、４０…歯車群、４１…かさ歯車、４３…第１の歯車、４４…第２の歯車、５１…チャンバ、５２…メインチャンバ、５３…プルチャンバ、５４…坩堝、５５…引き上げ部、Ａ…軸線、Ｃ…単結晶、Ｄ…進退方向、Ｍ…多結晶融液、Ｓ…種結晶、Ｗ…ワイヤー。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】