CN112725885B - 一种单晶硅夹持爪装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶硅夹持爪装置，包括伸缩杆，内层套筒，电动推拉机构，外层套筒，连接部及夹持爪机构；电动推拉机构包括电机和推拉杆，通过螺栓固定在内层套筒上；夹持爪机构包括第一联动杆、第二联动杆及弯爪；使用该装置时需将单晶硅棒拉制出腰部，控制电动推拉机构推动外层套筒向下移动，带动联动杆使弯爪向内合拢，弯爪底部的刻纹斜面紧贴硅棒腰部斜面，可抓紧单晶硅棒边防止相对滑动，之后松弛提拉线，夹持爪装置可代替提拉线工作。本发明能解决目前传统提拉机构难以提拉承载超重单晶硅棒的不足，具强度大，装载可靠稳定等优点，可夹持超重单晶硅棒并防止细颈断裂。

Description

一种单晶硅夹持爪装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及单晶硅生产制备技术领域，尤其涉及一种用于单晶硅棒夹持和提拉装置。

背景技术

单晶硅是微电子工业和光伏发电的基础材料。光伏产业以及超大规模、超高速集成电路的迅速发展对单晶硅材料提出了愈来愈严格的要求，“大尺寸、高质量”成为目前单晶硅材料的发展趋势。

直拉法是单晶硅制备的主要方法。直拉法生长单晶硅一般包括多晶硅料装料、熔化、引晶、缩颈、放肩、等径生长、收尾和冷却等工艺过程。利用软轴提拉是目前最普遍的提拉单晶技术，其特点是使用含钨合金钢质材料的软钢绳作为提拉单晶的提拉线，提拉线下部连接用于夹住籽晶的籽晶夹头，上部连接实现提拉线卷绕的提拉头，通过提拉头卷绕提拉线提供单晶硅棒升降的动力。

随着单晶硅棒朝着超大重量、超大尺寸发展，提拉机构的负载越来越大，这会导致提拉线强度降低，减少设备的使用寿命，同时增大了细颈断裂的风险，不利于单晶硅的制备，还有可能引发严重的安全事故。

发明内容

为了克服直拉法单晶硅超重超大尺寸方向发展所遇到的技术问题与不足，本发明提供一种直拉法单晶硅夹持爪装置及其工作方法，使夹持爪可夹持住正在提拉的超重单晶硅棒，代替提拉线进行提拉，并控制单晶硅棒转动，防止细颈发生断裂。

为实现上述目的，本发明采用以下方案实现：一种单晶硅夹持爪装置，包括提拉线和单晶硅棒，所述提拉线依次穿过内层套筒、电动推拉机构、外层套筒和连接部后其末端夹持有籽晶，单晶硅棒位于夹持爪机构的中心轴线上，所述夹持爪机构包括若干个第一联动杆、若干个弯爪和若干个第二联动杆，所述第一联动杆和所述第二联动杆的一端均与所述弯爪铰接在一起，所述内层套筒依次穿过所述电动推拉机构和所述外层套筒后其末端与连接部的顶端固定连接，所述连接部的末端设置有若干个第一铰接孔，所述第一联动杆的另外一端对应铰接在所述第一铰接孔内；所述电动推拉机构与所述外层套筒固定连接，所述外层套筒的末端设置有若干个第二铰接孔，所述第二联动杆的另外一端对应铰接在所述第二铰接孔内。

上述方案中，所述内层套筒包括内层直筒，所述内层直筒上方固定安装有第二连接盘，所述内层直筒依次穿过所述电动推拉机构和所述外层套筒后其末端与连接部的顶端固定连接。

上述方案中，所述第二连接盘上固定有伸缩杆。

上述方案中，所述伸缩杆包括若干节伸缩筒，每个所述伸缩筒的底端设置有环形内卡翅，顶端设置有，上一节伸缩筒内的环形内卡翅用于卡住下一节伸缩筒顶端的外卡翅，从而实现相邻两个伸缩筒之间的伸缩过程。

上述方案中，所述电动推拉机构包括压盘，所述压盘上方安装有若干电机，下方固定有固定方筒，每个所述电机上安装有推拉杆，所述固定方筒位于所述推拉杆的中部，所述内层直筒穿过所述电动推拉机构后通过螺栓固定安装在所述固定方筒上；所述外层套筒固定安装在所述推拉杆的末端。

上述方案中，所述外层套筒包括外层直筒，所述外层直筒一端安装有固定套，另外一端安装有凸台，所述固定套上固定有若干凸座，所述凸座与所述推拉杆通过螺纹固定安装在一起，所述凸台上开设有若干第二铰接孔。

上述方案中，所述连接部包括第三连接盘，所述第三连接盘上方固定有若干连接弯架，所述第三连接盘下方固定安装有若干连接头，所述连接弯架与所述内层直筒通过螺纹固定连接，所述连接头上开设有第一铰接孔。

上述方案中，所述连接头与所述连接弯架相对所述第三连接盘错开排列。

上述方案中，所述弯爪的夹紧端端面为刻纹斜面，所述弯爪拐角处设有加强筋。

本发明还提供一种单晶硅夹持爪装置的工作方法：单晶硅首次放肩阶段完成进入等径生长一段时间后提高拉速拉制腰部，拉腰阶段完成后再次放肩，重新进入单晶硅等径生长阶段；控制夹持爪机构转速与提拉线转速一致，夹持爪机构此时处于张开状态，弯爪在未夹持状态下位于单晶硅棒腰部周围，当单晶硅棒腰部接近弯爪水平位置时，控制电动推拉机构推动外层套筒向下移动，带动联动杆使弯爪向内合拢，弯爪底部的刻纹斜面紧贴硅棒腰部斜面，可抓紧单晶硅棒防止弯爪与单晶硅棒发生相对滑动；调整完成后松弛提拉线，使提拉线不再参与提拉过程，同时使提拉线保持一定提拉速度，防止提拉线发生缠绕，影响夹持爪装置的运行，提升伸缩杆实现单晶硅棒的提拉过程。

本发明所具有的有益效果有：（1）本发明设计的夹持爪机构强度大、可靠性稳定，用于夹持超重大尺寸单晶硅棒，可解决传统提拉结构难以承载超重单晶硅的问题。夹持爪机构夹持单晶硅棒的腰部进行提拉，有利于降低了细颈断裂的风险。（2）采用伸缩杆的设计可有效节省提拉过程所占用的空间。（3）弯爪端面设有刻纹斜面，增大了夹持爪机构提拉单晶硅棒腰部斜面摩擦力，同时可避免单晶硅棒和夹持爪机构发生相对滑动。

附图说明

图1是本发明所涉及的一种单晶硅夹持爪装置的结构示意图。

图2是本发明所涉及的伸缩杆的结构示意图。

图3是本发明所涉及的伸缩杆的结构剖视图。

图4是本发明所涉及的电动推拉机构的结构示意图。

图5是本发明所涉及的外层套筒的结构示意图。

图6是本发明所涉及的内层套筒与所述连接部、夹持爪机构配合后的结构示意图。

图7是本发明所涉及的连接部的结构示意图。

图8是本发明所涉及的夹持爪机构的结构示意图。

图9是本发明所涉及的刻纹斜面的示意图。

图中各标记分别是：10-伸缩杆、101-伸缩筒、102-第一连接盘、103-环形内卡翅、104-环形外卡翅、11-内层套筒、111-第二连接盘、112-内层直筒、12-电动推拉机构、121-电机、122-推拉杆、123-螺帽、124-压盘、125-固定方筒、13-外层套筒、131-固定套、132-外层直筒、133-凸台、134-凸座、14-连接部、141-连接弯架、142-第三连接盘、143-连接头、15-夹持爪机构、151-第一联动杆、152-弯爪、153-刻纹斜面、154-第二联动杆、16-单晶硅棒、17-籽晶、18-提拉线。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征、设计目的以及效果，以下结合具体实施例和附图给予详细说明。

参照图1，本发明一种单晶硅夹持爪装置用来夹取和提拉单晶硅棒，包括伸缩杆10，内层套筒11，电动推拉机构12，外层套筒13，连接部14，夹持爪机构15，单晶硅棒16，籽晶17，提拉线18，提拉线18依次穿过内层套筒11、电动推拉机构12、外层套筒13和连接部14后其末端夹持有籽晶17，单晶硅棒16位于夹持爪机构15的中心轴线上。如图2和图3所示，所述伸缩杆10包括伸缩筒101及第二连接盘102，所述伸缩杆10设有三个所述伸缩筒101，所述伸缩筒101底端存在环形内卡翅103，顶端存在环形外卡翅104，所述环形内卡翅103用于卡住前一节伸缩筒的尾部的所述外卡翅104，从而实现伸缩筒101之间的伸缩过程。所述伸缩杆10的传动方式可以采用电动或者气动实现所述伸缩杆10的伸缩过程。如图6所示，内层套筒11包括第二连接盘111和内层直筒112，所述第二连接盘111存在通孔，用于和第一连接盘102通过螺栓固定，所述内层直筒112下部存在通孔，用于通过螺栓固定。所述内层套筒11内部的空腔可使所述提拉线18竖直穿过，不影响所述提拉线18的运动。如图4和图5所示，所述电动推拉机构12包括压盘124，所述压盘124上方安装有若干电机121，下方固定有固定方筒125，每个所述电机121上安装有推拉杆122，所述固定方筒125位于所述推拉杆122的中部，所述内层直筒112穿过所述电动推拉机构12后通过螺栓固定安装在所述固定方筒125上；所述外层套筒13包括外层直筒132，所述外层直筒132一端安装有固定套131，另外一端安装有凸台133，所述固定套131上固定有若干凸座134，所述凸座134与所述推拉杆122通过螺纹固定安装在一起，所述凸台133上开设有若干第二铰接孔。所述推拉杆122底端的螺帽123设有内螺纹，所述外层套筒13顶端的凸座134设有外螺纹，所述螺帽123与所述凸座134通过螺纹固定，所述推拉杆122向下移动过程可推动所述外层套筒13向下移动。 如图6和图7所示，所述连接部14包括第三连接盘142，所述第三连接盘142上方固定有若干连接弯架141，所述第三连接盘142下方固定安装有若干连接头143，所述连接弯架141与所述内层直筒112通过螺纹固定连接，所述连接头143上开设有第一铰接孔，所述连接头143与所述连接弯架141错开排列，减轻所述第三连接盘142上的负载。

如图8所示，所述夹持爪机构15包括第一联动杆151、弯爪152以及第二联动杆154，每个所述弯爪152带有两个通孔，其中一个通孔两侧各对应着所述第一联动杆151一端的通孔，双头螺柱穿过通孔并由螺纹固定，使所述弯爪152夹在两个所述第一联动杆151中间（所述第一联动杆151的另外一端对应铰接在所述连接部14上的第一铰接孔内），另一个通孔与所述第二联动杆154的装配方式与此相同（所述第二联动杆154的另外一端对应铰接在所述外层套筒13上的第二铰接孔内），所述弯爪152拐角处设有加强筋，使其与所述弯爪152构成三角结构，用于加强结构强度，所述弯爪152的夹持端端面上带有刻纹斜面153，所述刻纹斜面153保证了所述弯爪152与所述单晶硅棒16夹紧后不发生相对滑动。以此为例，其余弯爪同样按照上述方式进行装配。

本发明在实施例中的单晶硅生长阶段中，单晶硅首次放肩阶段完成进入等径生长一段时间后提高拉速拉制腰部，拉腰阶段完成后再次放肩，重新进入单晶硅等径生长阶段；控制夹持爪装置转速与所述提拉线18的转速一致，所述夹持爪机构15此时处于张开状态，所述弯爪152在未夹持状态下位于所述单晶硅棒16的腰部周围，当所述单晶硅棒16腰部接近所述弯爪152水平位置时，控制所述电动推拉机构12推动所述外层套筒13向下移动，带动联动杆使所述弯爪152向内合拢，所述弯爪152底部的刻纹斜面紧贴硅棒腰部斜面，可抓紧所述单晶硅棒16防止所述弯爪152与硅棒发生相对滑动；调整完成后可以松弛所述提拉线18，使所述提拉线18不再参与提拉过程，同时提升所述伸缩杆10实现所述单晶硅棒16的提拉过程。

所述夹持爪机构15在未夹持状态时处于张开状态，避免所述夹持爪机构15在此时触碰到所述单晶硅棒16，影响所述单晶硅棒16的拉制。

所述夹持爪机构15在提拉过程中，可以松弛所述提拉线18，所述提拉线18松弛后便不再参与所述单晶硅棒16后期的提拉过程，但需要使所述提拉线18保持一定提拉速度，防止所述单晶硅棒16与所述提拉线18发生缠绕，影响夹持爪装置的运行。所述夹持爪机构15代替后期所述提拉线18工作，减轻所述提拉线18的负载。

上述实施例是对本发明结构以及工作方法进一步详细说明，需理解的是，本发明通过变形还具有其他的实施方式，并不限于以上实施例，同时，本发明示意图中的零件数量仅为示意但不限于所示意数量，本领域的普通技术人员能够从本发明书所公开的内容中实现多种替代与变形形式，并加以执行，均认为是本发明的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单晶硅夹持爪装置，包括提拉线（18）和单晶硅棒（16），其特征在于，所述提拉线（18）依次穿过内层套筒（11）、电动推拉机构（12）、外层套筒（13）和连接部（14）后其末端夹持有籽晶（17），单晶硅棒（16）位于夹持爪机构（15）的中心轴线上，所述夹持爪机构（15）包括若干个第一联动杆（151）、若干个弯爪（152）和若干个第二联动杆（154），所述第一联动杆（151）和所述第二联动杆（154）的一端均与所述弯爪（152）铰接在一起，所述内层套筒（11）依次穿过所述电动推拉机构（12）和所述外层套筒（13）后其末端与连接部（14）的顶端固定连接，所述连接部（14）的末端设置有若干个第一铰接孔，所述第一联动杆（151）的另外一端对应铰接在所述第一铰接孔内；所述电动推拉机构（12）与所述外层套筒（13）固定连接，所述外层套筒（13）的末端设置有若干个第二铰接孔，所述第二联动杆（154）的另外一端对应铰接在所述第二铰接孔内；所述内层套筒（11）包括内层直筒（112），所述内层直筒（112）上方固定安装有第二连接盘（111），所述内层直筒（112）依次穿过所述电动推拉机构（12）和所述外层套筒（13）后其末端与连接部（14）的顶端固定连接；所述第二连接盘（111）上固定有伸缩杆（10）。

2.根据权利要求1所述的一种单晶硅夹持爪装置，其特征在于，所述伸缩杆（10）包括若干节伸缩筒（101），每个所述伸缩筒（101）的底端设置有环形内卡翅（103），顶端设置有（104），上一节伸缩筒内的环形内卡翅（103）用于卡住下一节伸缩筒顶端的外卡翅（104），从而实现相邻两个伸缩筒（101）之间的伸缩过程。

3.根据权利要求1所述的一种单晶硅夹持爪装置，其特征在于，所述电动推拉机构（12）包括压盘（124），所述压盘（124）上方安装有若干电机（121），下方固定有固定方筒（125），每个所述电机（121）上安装有推拉杆（122），所述固定方筒（125）位于所述推拉杆（122）的中部，所述内层直筒（112）穿过所述电动推拉机构（12）后通过螺栓固定安装在所述固定方筒（125）上；所述外层套筒（13）固定安装在所述推拉杆（122）的末端。

4.根据权利要求3所述的一种单晶硅夹持爪装置，其特征在于，所述外层套筒（13）包括外层直筒（132），所述外层直筒（132）一端安装有固定套（131），另外一端安装有凸台（133），所述固定套（131）上固定有若干凸座（134），所述凸座（134）与所述推拉杆（122）通过螺纹固定安装在一起，所述凸台（133）上开设有若干第二铰接孔。

5.根据权利要求1所述的一种单晶硅夹持爪装置，其特征在于，所述连接部（14）包括第三连接盘（142），所述第三连接盘（142）上方固定有若干连接弯架（141），所述第三连接盘（142）下方固定安装有若干连接头（143），所述连接弯架（141）与所述内层直筒（112）通过螺纹固定连接，所述连接头（143）上开设有第一铰接孔。

6.根据权利要求5所述的一种单晶硅夹持爪装置，其特征在于，所述连接头（143）与所述连接弯架（141）相对所述第三连接盘（142）错开排列。

7.根据权利要求1所述的一种单晶硅夹持爪装置，其特征在于，所述弯爪（152）的夹紧端端面为刻纹斜面（153），所述弯爪（152）拐角处设有加强筋。

8.一种利用权利要求1所述的单晶硅夹持爪装置进行夹持的方法，其特征在于：单晶硅首次放肩阶段完成进入等径生长一段时间后提高拉速拉制腰部，拉腰阶段完成后再次放肩，重新进入单晶硅等径生长阶段；控制夹持爪机构（15）转速与提拉线转速一致，夹持爪机构（15）此时处于张开状态，弯爪在未夹持状态下位于单晶硅棒腰部周围，当单晶硅棒腰部接近弯爪水平位置时，控制电动推拉机构推动外层套筒向下移动，带动联动杆使弯爪向内合拢，弯爪底部的刻纹斜面紧贴硅棒腰部斜面，可抓紧单晶硅棒防止弯爪与单晶硅棒发生相对滑动；调整完成后松弛提拉线，使提拉线不再参与提拉过程，同时使提拉线保持一定提拉速度，防止提拉线发生缠绕，影响夹持爪装置的运行，提升伸缩杆实现单晶硅棒的提拉过程。

Images