CN102925961B - 原料棒卡装装置及原料棒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原料棒卡装装置及原料棒；卡装装置包括卡料盘，卡料盘包括第一旋转圆板，第二旋转圆板，连接轴及N对卡料螺钉和固定螺母；第一旋转圆板上设置有N个相同的长孔，第二旋转圆板上设置有N个相同的螺旋孔，长孔与螺旋孔重合处处于以连接轴为圆心，半径相同的同一个圆上，其中N是大于等于3的自然数；每个卡料螺钉的另一端设置有装卡突起，N个卡料螺钉的装卡突起能够装卡原料棒。原料棒的一端是锥形，原料棒的另一端是圆柱形，原料棒圆柱形的一端的外表面设置有凹槽，凹槽与原料棒卡装装置的卡料螺钉的卡装突起相配合。本发明减少了装配工序且降低了生产成本，可用于卡装不同直径的多晶棒料，同时降低了多晶原料的加工难度。

Description

原料棒卡装装置及原料棒

技术领域

本发明涉及区熔单晶拉制领域，特别涉及一种原料棒卡装装置及原料棒。

背景技术

在大直径区熔单晶硅拉制过程中，需要将原料多晶硅棒挂在区熔单晶炉的上主轴。而区熔炉用的原料是经过滚磨加工的多晶硅棒，一端加工成锥形，另一端加工特殊的形状悬挂在区熔单晶炉上主轴上。在多晶硅棒和区熔单晶炉的上主轴连接处，需要一个装置，该装置上端与区熔单晶炉的上主轴相连，下端可以方便装卸多晶硅棒。现有的多晶硅棒卡装装置一般是将多晶硅棒用钼丝捆绑在一个与区熔单晶炉的上主轴相连的料爪上。通过调整料爪的开口的角度适用于不同直径的多晶硅棒；同时在多晶硅棒上打磨加工出与料爪形状相吻合的缺口。这种结构的缺点是：1、现有的多晶硅棒卡装装置每次卡装多晶硅棒都需要使用钼丝固定，几次之后钼丝就需要更换，钼丝较昂贵，因此产生很多额外的费用；2、料爪可以调节的范围很小，不同尺寸的多晶硅棒要用不同的料爪；3、多晶硅棒上与料爪所吻合的缺口形状不易加工；4、随着技术的不断提高，拉制的多晶硅棒直径越来越大，拉制工艺所需求的多晶硅棒与区熔单晶炉的下主轴的同轴度及多晶硅棒与线圈的垂直度要求越来越高，现有的多晶硅棒卡装装置不能很方便的进行调整，直接装卡的精度无法达到要求。

发明内容

本发明提供了一种原料棒卡装装置及原料棒，减少了装配工序且降低了生产成本，可用于卡装不同直径的原料棒，同时降低了原料棒的加工难度要求。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种原料棒卡装装置，包括卡料盘；所述卡料盘包括第一旋转圆板，第二旋转圆板，连接轴以及N对卡料螺钉和固定螺母，其中N是大于等于3的自然数；所述连接轴穿过第一旋转圆板和第二旋转圆板的圆心且使所述第一旋转圆板和第二旋转圆板相贴合，所述第一旋转圆板和第二旋转圆板能相对于连接轴转动；所述第一旋转圆板上设置有N个相同的长孔，所述第二旋转圆板上设置有N个相同的螺旋孔，所述第一旋转圆板的长孔与第二旋转圆板的螺旋孔重合处处于以连接轴为圆心，半径相同的同一个圆上；

所述N对卡料螺钉和固定螺母中，每个卡料螺钉穿过一个长孔和螺旋孔的重合处，一端与一个固定螺母相配合能够锁紧第二旋转圆板使其相对于第一旋转圆板固定，另一端设置有装卡突起，N个卡料螺钉的所有装卡突起能够装卡原料棒。

优选地，每个长孔沿第一旋转圆板的半径方向设置且相邻长孔所在半径的夹角是360°/N，每个长孔靠近第一旋转圆板圆心的一端到第一旋转圆板圆心的距离r相等，每个长孔远离第一旋转圆板圆心的一端到第一旋转圆板圆心的距离R相等；

每个螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端到第二旋转圆板圆心的距离相等且等于r，每个螺旋孔远离第二旋转圆板圆心的一端到第二旋转圆板圆心的距离相等且等于R，且从一个螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端到远离第二旋转圆板圆心的一端，螺纹孔到第二旋转圆板圆心的距离L从r连续变化到R；相邻螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端所在半径的夹角是360°/N。

优选地，N＝3。

优选地，还包括调整圆盘；所述调整圆盘的中心设置有连接用的螺纹柱，所述螺纹柱的中心设置有圆台形孔且所述圆台形孔较小底面与卡料盘相对，所述调整圆盘的一个半径上开设有通道，所述通道与螺纹柱中心的圆台形孔相通；

所述连接轴远离第一旋转圆板和第二旋转圆板的一端设置有球形突起，所述连接轴具有球形突起的一端穿过通道进入到锥形孔，所述球形突起卡接在锥形孔内。

优选地，所述调整圆盘上设置有M个相同的调整螺孔，每个调整螺孔沿调整圆盘的半径方向设置且相邻调整螺孔所在半径的夹角是360°/M，每个所述调整螺孔设置在调整圆盘的边缘，其中M是大于等于3的自然数；

所述调整圆盘还包括M个相同的调整螺钉，每个调整螺钉有一个与之配合的调整螺母；每个调整螺钉一端穿过调整圆盘的调整螺孔与卡料盘相接触，每个调整螺钉的另一端与调整螺母相配合，能够锁紧调整圆盘使卡料盘相对于调整圆盘固定。

优选地，M＝3。

优选地，所述第一旋转圆板与调整圆盘相对，所述调整螺钉一端穿过调整圆盘的调整螺孔与第一旋转圆板相接触。

优选地，所述连接轴是圆柱形连接轴，所述球形突起的直径大于圆柱形连接轴的直径；

所述通道的宽度大于圆柱形连接轴的直径；所述球形突起的直径大于圆台形孔较小底面的直径且所述圆柱形连接轴的直径小于圆台形孔较小底面的直径。

本发明还提供以下技术方案：

一种与上述任一种原料棒卡装装置相配合的原料棒，所述原料棒的一端是锥形，所述原料棒的另一端是圆柱形，所述原料棒圆柱形的一端的外表面设置有凹槽，所述凹槽与原料棒卡装装置的卡料螺钉的卡装突起相配合。

优选地，圆柱的半径在r到R之间。

本发明提供的一种原料棒卡装装置及原料棒，原料棒卡装装置的所述第一旋转圆板和第二旋转圆板同轴，且第一旋转圆板的长孔与第二旋转圆板的螺旋孔重合处都处于以连接轴为圆心，半径相同的同一个圆上；每个卡料螺钉穿过一个第一旋转圆板的长孔和第二旋转圆板的螺旋孔重合处，每个所述卡料螺钉的另一端设置有装卡突起，N个卡料螺钉的装卡突起能够装卡原料棒。这样，N个卡料螺钉在同一个圆上，只要原料棒是圆柱形且具有能将N个卡料螺钉卡入的凹槽即可实现对原料棒的卡装，降低了对原料棒的要求。此外，与现有的原料棒卡装装置相比，本发明的原料棒卡装装置卡装时减少了装配工序且降低了生产成本，可用于卡装不同直径的原料棒，同时降低了原料棒的加工难度要求。

附图说明

图1为本发明的原料棒卡装装置一个实施例的剖面示意图；

图2为图1所示原料棒卡装装置的卡料盘的俯视图；

图3为图1所示原料棒卡装装置的卡料盘的仰视图；

图4为图1所示原料棒卡装装置的俯视图。

主要元件附图标记说明如下：

100卡料盘，110第一旋转圆板，111长孔，120第二旋转圆板，121螺旋孔，130连接轴，140卡料螺钉，141固定螺母，142装卡突起；

200调整圆盘，210调整螺钉，211调整螺母，220螺纹柱，230通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的第一个实施例的原料棒卡装装置，在本实施例中以用于区熔单晶炉的多晶硅棒卡装装置为例进行描述；需要说明的是原料卡装装置并不限于用于区熔单晶炉，也可以用于其他设备，另外原料棒卡装装置也并不限于多晶硅棒卡装装置，也可以是对其他的原料棒进行卡装的原料棒卡装装置。本实施例的原料棒卡装装置包括卡料盘；所述卡料盘包括第一旋转圆板，第二旋转圆板，连接轴以及N对卡料螺钉和固定螺母；所述连接轴穿过第一旋转圆板和第二旋转圆板的圆心且使第一旋转圆板和第二旋转圆板相贴合，所述第一旋转圆板和第二旋转圆板能相对于连接轴转动；所述第一旋转圆板上设置有N个相同的长孔，所述第二旋转圆板上设置有N个相同的螺旋孔，所述第一旋转圆板的长孔与第二旋转圆板的螺旋孔重合处处于以连接轴为圆心，半径相同的同一个圆上；

所述N对卡料螺钉和固定螺母中，每个卡料螺钉穿过一个长孔和螺旋孔的重合处，一端与一个固定螺母相配合能够锁紧第二旋转圆板使其相对于第一旋转圆板固定，另一端设置有装卡突起，N个卡料螺钉的所有装卡突起能够装卡多晶硅棒。

本实施例的原料棒卡装装置，所述第一旋转圆板和第二旋转圆板同轴，且第一旋转圆板的长孔与第二旋转圆板的螺旋孔重合处都处于以连接轴为圆心，半径相同的同一个圆上；每个卡料螺钉穿过一个第一旋转圆板的长孔和第二旋转圆板的螺旋孔重合处，每个所述卡料螺钉的另一端设置有装卡突起，N个卡料螺钉的装卡突起能够装卡多晶硅棒。这样，N个卡料螺钉在同一个圆上，只要多晶硅棒是圆柱形且具有能将N个卡料螺钉卡入的凹槽即可实现对多晶硅棒的卡装，降低了对多晶硅棒的要求。此外，与现有的多晶硅棒卡装装置相比，本实施例的用于区熔单晶炉的多晶硅棒卡装装置卡装时减少了工序且降低了成本。

本发明的第二个实施例的原料棒卡装装置，在第一个实施例的基础上，对长孔和螺旋孔进一步进行阐述：

每个长孔沿第一旋转圆板的半径方向设置且相邻长孔所在半径的夹角是360°/N，每个长孔靠近第一旋转圆板圆心的一端到第一旋转圆板圆心的距离r相等，每个长孔远离第一旋转圆板圆心的一端到第一旋转圆板圆心的距离R相等；

每个螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端到第二旋转圆板圆心的距离相等且等于r，每个螺旋孔远离第二旋转圆板圆心的一端到第二旋转圆板圆心的距离相等且等于R，且从一个螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端到远离第二旋转圆板圆心的一端，螺纹孔到第二旋转圆板圆心的距离从r连续变化到R；相邻螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端所在半径的夹角是360°/N。

通过转动第二旋转圆板改变第二旋转圆板的螺旋孔与第一旋转圆板的长孔的相对角度，使得第二旋转圆板的螺旋孔与第一旋转圆板的长孔重合处所在的圆的半径可以在r到R之间连续变化，即所述N个卡料螺钉所在圆的半径可以在r到R之间连续变化，而N个卡料螺钉的另一端能够装卡多晶硅棒，这样，卡料盘能够装卡多晶硅棒的半径在r到R之间连续变化，半径范围比较大。不同半径的多晶硅棒的装卡能够采用同一个卡料盘实现。

本发明的第三个实施例的原料棒卡装装置，在第一个实施例和第二个实施例的基础上，对第一旋转圆板，第二旋转圆板和卡料螺钉进一步进行阐述：

N＝3。

本实施例的原料棒卡装装置，如图1所示，包括卡料盘100；所述卡料盘100包括第一旋转圆板110，第二旋转圆板120，连接轴130以及N对卡料螺钉140和固定螺母141；所述连接轴130穿过第一旋转圆板110和第二旋转圆板120的圆心且使第一旋转圆板和第二旋转圆板相贴合，所述第一旋转圆板和第二旋转圆板能相对于连接轴转动；

如图2所示，所述第一旋转圆板110上设置有3个相同的长孔111，每个长孔111沿第一旋转圆板的半径方向设置且相邻长孔所在半径的夹角是120°，每个长孔靠近第一旋转圆板圆心的一端到第一旋转圆板圆心的距离r相等，每个长孔远离第一旋转圆板圆心的一端到第一旋转圆板圆心的距离R相等；

如图3所示，所述第二旋转圆板120上设置有3个相同的螺旋孔121，每个螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端到第二旋转圆板圆心的距离相等且等于r，每个螺旋孔远离第二旋转圆板圆心的一端到第二旋转圆板圆心的距离相等且等于R，且从一个螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端到远离第二旋转圆板圆心的一端，螺纹孔到第二旋转圆板圆心的距离从r连续变化到R；相邻螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端所在半径的夹角是120°；

所述N对卡料螺钉和固定螺母中，每个卡料螺钉穿过一个长孔和螺旋孔的重合处，所述卡料螺钉的一端与一个固定螺母相配合能够锁紧第二旋转圆板使其相对于第一旋转圆板固定；每个所述卡料螺钉的另一端设置有装卡突起142，3个卡料螺钉的装卡突起能够装卡多晶硅棒。

本实施例的原料棒卡装装置，采用3个长孔，螺旋孔和卡装螺钉，是最优选的方式，也是经常采用的方式。因为一方面采用最简单的结构解决了第二个实施例所能解决的技术问题，简化了用于区熔单晶炉的多晶硅棒卡装装置，降低了生产的复杂程度，同时简化了卡装多晶硅棒的程序；另一方面，采用3个长孔，螺旋孔和卡装螺钉的用于区熔单晶炉的多晶硅棒卡装装置稳定性比4个及以上长孔，螺旋孔和卡装螺钉的用于区熔单晶炉的多晶硅棒卡装装置好。

本发明的第四个实施例的原料棒卡装装置，在上述任一个实施例的基础上，对用于区熔单晶炉的多晶硅棒卡装装置进一步进行阐述：

还包括调整圆盘；如图4所示，所述调整圆盘的中心设置有连接用的螺纹柱220，所述螺纹柱的中心设置有圆台形孔且所述圆台形孔较小底面与卡料盘相对，所述调整圆盘的一个半径上开设有通道230，所述通道230与螺纹柱中心的圆台形孔相通；

所述连接轴远离第一旋转圆板和第二旋转圆板的一端设置有球形突起，所述连接轴具有球形突起的一端穿过通道进入到锥形孔，所述球形突起卡接在锥形孔内。

与区熔单晶炉的上主轴相对处，设置有加热线圈，上主轴与加热线圈同轴且上主轴垂直于加热线圈。多晶硅棒的理想的位置在上主轴和加热线圈之间，且多晶硅棒与加热线圈同轴且垂直。

调整圆盘的中心的连接用的螺纹柱与区熔单晶炉的上主轴连接，保证了调整圆盘与区熔单晶炉的上主轴基本上同轴；卡料盘的连接轴的球形突起卡接在位于调整圆盘中心的锥形孔内，这样，保证了卡料盘与调整圆盘基本上同轴，而卡料盘与其卡装的多晶硅棒基本上同轴，这样，使得多晶硅棒与区熔单晶炉的上主轴基本上同轴，即通过调整多晶硅棒与区熔单晶炉的上主轴的位置关系间接调整多晶硅棒与加热线圈之间的位置关系。

本发明的第五个实施例的原料棒卡装装置，在第四个实施例的基础上，对调整圆盘进一步进行阐述：

所述调整圆盘上设置有M个相同的调整螺孔，每个调整螺孔沿调整圆盘的半径方向设置且相邻调整螺孔所在半径的夹角是360°/M，每个所述调整螺孔设置在调整圆盘的边缘，其中M是大于等于3的自然数；

所述调整圆盘还包括M个相同的调整螺钉，每个调整螺钉有一个与之配合的调整螺母；每个调整螺钉一端穿过调整圆盘的调整螺孔与卡料盘相接触，每个调整螺钉的另一端与调整螺母相配合，能够锁紧调整圆盘使卡料盘相对于调整圆盘固定。

调整圆盘的中心的连接用的螺纹柱与区熔单晶炉的上主轴连接后，调整圆盘相对于区熔单晶炉的上主轴位置固定，如果多晶硅棒与加热线圈之间的位置关系达不到同轴且垂直的要求时，通过调整M个的调整螺钉进而调整卡料盘与调整圆盘之间的角度来调整多晶硅棒与加热线圈之间的位置关系，使得多晶硅棒与加热线圈之间的位置关系更接近同轴且垂直的要求。

本发明的第六个实施例的原料棒卡装装置，在第五个实施例的基础上，对调整圆盘进一步进行阐述：

M＝3。

本实施例的原料棒卡装装置，如图1所示，还包括调整圆盘200；如图4所示，所述调整圆盘200上设置有3个相同的调整螺孔，每个调整螺孔沿调整圆盘的半径方向设置且相邻调整螺孔所在半径的夹角是120°，每个所述调整螺孔设置在调整圆盘的边缘；

所述调整圆盘还包括3个相同的调整螺钉210，每个调整螺钉210有一个与之配合的调整螺母211；每个调整螺钉一端穿过调整圆盘的调整螺孔与卡料盘相接触，每个调整螺钉的另一端与调整螺母相配合，能够锁紧调整圆盘使卡料盘相对于调整圆盘固定。

本实施例的原料棒卡装装置，采用3个调整螺钉，是最优选的方式，也是经常采用的方式。因为一方面采用最简单的结构解决了第五个实施例所能解决的技术问题，简化了原料棒卡装装置，降低了生产的复杂程度，同时简化了卡装多晶硅棒的程序；另一方面，采用3个调整螺钉的原料棒卡装装置稳定性比4个及以上调整螺钉的原料棒卡装装置好。

本发明的第七个实施例的原料棒卡装装置，在第五个实施例的基础上，对第一旋转圆板与调整圆盘进一步进行阐述：

所述第一旋转圆板与调整圆盘相对，所述调整螺钉一端穿过调整圆盘的调整螺孔与第一旋转圆板相接触。

本发明的第八个实施例的原料棒卡装装置，在第五个实施例的基础上，对原料棒卡装装置进一步进行阐述：

所述连接轴是圆柱形连接轴，所述球形突起的直径大于圆柱形连接轴的直径；

所述通道的宽度大于圆柱形连接轴的直径；所述球形突起的直径大于圆台形孔较小底面的直径且所述圆柱形连接轴的直径小于圆台形孔较小底面的直径。

本发明的第九个实施例提供了一种与上述任一种原料棒卡装装置相配合的原料棒，在本实施例中以多晶硅棒为例进行描述，需要说明的是原料棒并不限于多晶硅棒，也可以是其他的原料棒；所述多晶硅棒的一端是锥形，所述多晶硅棒的另一端是圆柱形，所述多晶硅棒圆柱形的一端的外表面设置有凹槽，所述凹槽与原料棒卡装装置的卡料螺钉的卡装突起相配合。

本发明的第九个实施例的原料棒，在第八个实施例的基础上，对原料棒进一步进行阐述：

圆柱的半径在r到R之间。

本发明的原料棒卡装装置，卡装本实施例的原料棒的过程如下：

首先，将原料棒通过凹槽挂在卡料盘的卡料螺钉的一端；根据原料棒圆柱形的一端的半径调整卡料螺钉所在圆的半径，调整卡料螺钉的位置，锁紧卡料螺钉；

然后，把卡料盘和多晶硅棒放入区熔单晶炉的炉膛，将连接轴具有球形突起的一端穿过调整圆盘的通道进入到锥形孔，所述球形突起卡接在锥形孔内；

最后，转动调整圆盘的调整螺钉，使原料棒与区熔单晶炉的上主轴基本上同轴，即原料棒与加热线圈基本上垂直；锁紧调整螺钉，即完成卡装原料棒。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种原料棒卡装装置，其特征在于，包括卡料盘；所述卡料盘包括第一旋转圆板，第二旋转圆板，连接轴以及N对卡料螺钉和固定螺母，其中N是大于等于3的自然数；所述连接轴穿过第一旋转圆板和第二旋转圆板的圆心且使所述第一旋转圆板和第二旋转圆板相贴合，所述第一旋转圆板和第二旋转圆板能相对于连接轴转动；所述第一旋转圆板上设置有N个相同的长孔，所述第二旋转圆板上设置有N个相同的螺旋孔，所述第一旋转圆板的长孔与第二旋转圆板的螺旋孔重合处处于以连接轴为圆心，半径相同的同一个圆上；

所述N对卡料螺钉和固定螺母中，每个卡料螺钉穿过一个长孔和螺旋孔的重合处，一端与一个固定螺母相配合能够锁紧第二旋转圆板使其相对于第一旋转圆板固定，另一端设置有装卡突起，N个卡料螺钉的所有装卡突起能够装卡原料棒。

2.根据权利要求1所述的原料棒卡装装置，其特征在于，每个长孔沿第一旋转圆板的半径方向设置且相邻长孔所在半径的夹角是360°/N，每个长孔靠近第一旋转圆板圆心的一端到第一旋转圆板圆心的距离r相等，每个长孔远离第一旋转圆板圆心的一端到第一旋转圆板圆心的距离R相等；

每个螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端到第二旋转圆板圆心的距离相等且等于r，每个螺旋孔远离第二旋转圆板圆心的一端到第二旋转圆板圆心的距离相等且等于R，且从一个螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端到远离第二旋转圆板圆心的一端，螺纹孔到第二旋转圆板圆心的距离L从r连续变化到R；相邻螺旋孔靠近第二旋转圆板圆心的一端所在半径的夹角是360°/N。

3.根据权利要求1或2所述的原料棒卡装装置，其特征在于，N＝3。

4.根据权利要求3所述的原料棒卡装装置，其特征在于，还包括调整圆盘；所述调整圆盘的中心设置有连接用的螺纹柱，所述螺纹柱的中心设置有圆台形孔且所述圆台形孔较小底面与卡料盘相对，所述调整圆盘的一个半径上开设有通道，所述通道与螺纹柱中心的圆台形孔相通；

所述连接轴远离第一旋转圆板和第二旋转圆板的一端设置有球形突起，所述连接轴具有球形突起的一端穿过通道进入到锥形孔，所述球形突起卡接在锥形孔内。

5.根据权利要求4所述的原料棒卡装装置，其特征在于，所述调整圆盘上设置有M个相同的调整螺孔，每个调整螺孔沿调整圆盘的半径方向设置且相邻调整螺孔所在半径的夹角是360°/M，每个所述调整螺孔设置在调整圆盘的边缘，其中M是大于等于3的自然数；

所述调整圆盘还包括M个相同的调整螺钉，每个调整螺钉有一个与之配合的调整螺母；每个调整螺钉一端穿过调整圆盘的调整螺孔与卡料盘相接触，每个调整螺钉的另一端与调整螺母相配合，能够锁紧调整圆盘使卡料盘相对于调整圆盘固定。

6.根据权利要求5所述的原料棒卡装装置，其特征在于，M＝3。

7.根据权利要求5所述的原料棒卡装装置，其特征在于，所述第一旋转圆板与调整圆盘相对，所述调整螺钉一端穿过调整圆盘的调整螺孔与第一旋转圆板相接触。

8.根据权利要求4所述的原料棒卡装装置，其特征在于，所述连接轴是圆柱形连接轴，所述球形突起的直径大于圆柱形连接轴的直径；

所述通道的宽度大于圆柱形连接轴的直径；所述球形突起的直径大于圆台形孔较小底面的直径且所述圆柱形连接轴的直径小于圆台形孔较小底面的直径。