CN115781954A - 一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硅片切割技术领域，为一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备,切割设备包括轴辊、放线辊、收线辊、金刚石线，金刚石线从放线辊上引出，设备还包括安装座，安装座上固定待切割的硅锭，轴辊包括相互平行的第一轴辊、第二轴辊、第三轴辊，第一轴辊为金刚石线的引入与引出辊，金刚石线依次在第一轴辊、第二轴辊、第三轴辊上绕制若干圈，第二轴辊和第三轴辊之间的金刚石线与硅锭接触并进行切割，安装座将硅锭推向金刚石线，第一轴辊、第二轴辊、第三轴辊具有独立的旋转驱动且转速相同。切割设备还包括自转组件，自转组件位于放线辊和第一轴辊之间，自转组件环绕金刚石线，自转组件带动金刚石线进行自转。

Description

一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备

技术领域

本发明涉及硅片切割设备技术领域，具体为一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备。

背景技术

随着光伏产业持续发展，光伏用硅片的需求越来越大，早期的金刚石硅片尺寸较小，大量使用125*125mm的硅片，随着产品迭代，硅片尺寸逐渐提升到182*182mm或210*210mm，硅片是硅锭被切割获得的，其中，金刚石线切割占切割份额的较大比重。

现有技术中，金刚石线切割设备一般为双轴辊单驱动的形式，轴辊上绕制一圈圈的金刚石线，金刚石线在轴辊上弯曲180°，且只有一个轴辊进行主动旋转，另一个轴辊则是被动旋转，金刚石线还需要具备牵引被动轴辊的拉力，金刚石线常常被过度拉伸而发生断裂，影响切割效率，换线还会影响硅锭切割中断位置的切割面粗糙度，因此，目前的金刚石线切割设备故障率偏高，影响产业发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，切割设备包括轴辊、放线辊、收线辊、金刚石线，金刚石线从放线辊上引出，金刚石线在轴辊上绕制若干圈后进入收线辊，切割设备还包括安装座，安装座上固定待切割的硅锭，轴辊包括相互平行的第一轴辊、第二轴辊、第三轴辊，第一轴辊为金刚石线的引入与引出辊，金刚石线依次在第一轴辊、第二轴辊、第三轴辊上绕制若干圈，第二轴辊和第三轴辊之间的金刚石线与硅锭接触并进行切割，安装座将硅锭推向金刚石线，第一轴辊、第二轴辊、第三轴辊具有独立的旋转驱动且转速相同。

三个轴辊进行绕线，金刚石线的单次弯曲量减少，减轻金刚石线的断裂概率，延长使用寿命，第一轴辊、第二轴辊、第三轴辊分别独立驱动，轴辊独立驱动后，旋转的同时为金刚石线分级施加向前的动力，而不是需要金刚石线牵引无动力的轴辊进行转动，金刚石线内部的拉力减小，防止断线情况发生。安装座将硅锭不断朝金刚石线推送，让未被切割的位置与金刚石线有接触预紧力。

进一步的，切割设备还包括自转组件，自转组件位于放线辊和第一轴辊之间，自转组件环绕金刚石线，自转组件带动金刚石线进行自转。

金刚石线依靠自身与硅锭的线接触进行切割，实际就是线切割的一种，金刚石线不断深入硅锭内，切割层就是竖直方向上硅锭与金刚石线接触的薄薄一层材料，金刚石线上方是已经完成切割的区域，切割区下方是待切割区域，绕成多圈的金刚石线将硅锭在一个个竖直面内切开，完成切割作业，传统金刚石线都只有一个运动方向，就是线性前进，而本申请为金刚石线添加了一个自转运动，自转起来的金刚石线可以在切割硅锭的过程中，将已经从硅锭基体上脱离下来的碎屑转移到金刚石线上方的已切区，切割区只有尚未从硅锭基体上脱离的材料，只让金刚石线对切割区的材料产生切割作用，防止硅锭切割过程掉落下来的碎料作为颗粒物持续存在于切割区内，非预期的颗粒物会影响金刚石线对于切割区的切割质量，切割面粗糙度提升，影响切割质量，所以，自转的金刚石线将颗粒物带出切割区后，切割质量稳定，金刚石线的自转不需要很快，只需要在每层切割过程中，有一转以上的自转就足够，自转组件将金刚石线持续自转，自转会在线上以扭转力的形式向前传递，从而让整根线都能够自转起来。

进一步的，自转组件包括转筒、柱块、弹性球头，转筒套装在金刚石线上，转筒内沿轴向设置腰圆型延伸并首尾连接的循环腔，循环腔有两个及以上，循环腔绕转筒轴线圆周均布，循环腔壁面上设置首尾相连的T型槽，柱块嵌入T型槽内，柱块端部固定弹性球头，转筒外表面输入旋转动力。

金刚石线从转筒中心贯穿，金刚石线与紧邻的弹性球头静摩擦接触，随着金刚石线的线性前进，柱块和弹性球头一同轴向前进，柱块在循环的T型槽内回转时，还没转筒圆周推动作空间上的转动，及柱块受到金刚石线带动具有轴向速度，而柱块的圆周运动又反过来通过弹性球头作用在金刚石线上使金刚石线带上自转，金刚石线与弹性球头之间为静摩擦接触，没有磨损。

进一步的，弹性球头为橡胶材质。橡胶弹性形变可以很大，金刚石线穿入转筒时，弹性球头在循环时与金刚石线进入啮合接触，在接触过程中，可以让弹性球头具有较大的形变，这样每个弹性球头与金刚石线表面具有可以有较大的正压力，结合较大的静摩擦系数，可以提供较大的静摩擦力来防止金刚石线和弹性球头的接触脱离。

进一步的，自转组件还包括驱动轮和支撑轮，驱动轮与支撑轮设置在转筒的外围，驱动轮、支撑轮分别于转筒外表面齿啮合连接，支撑轮被动旋转，驱动轮具有旋转动力输入。

进一步的，驱动轮开始转动带动转筒旋转，支撑轮起径向支撑。

放线辊的安装位置具有绕转筒轴线的转动，放线辊安装位置转动速度与转筒转动速度相同。

自转组件对于金刚石线施加的自转运动会在转筒处向两侧传播，如果传播到放线辊上，则金刚石线表层线和下层线之间就可能出现相对摩擦，造成金刚石线的损坏，所以，需要将朝向放线辊的自转作用释放掉，保持放线辊原始的无扭转状态。

进一步的，收线辊包括至少两个挤送轮，挤送轮啮合咬住从第一轴辊流出的金刚石线，挤送轮啮合输出的金刚石线成为自由端掉落在一个无旋转阻力的水平盘上。

使用后的金刚石线需要释放掉自转造成的少量扭转，金刚石线在收线辊后方自由悬吊，扭转释放，在下次使用前重新卷绕到放线辊上，保证使用前的无扭转状态。

进一步的，第一轴辊、第二轴辊、第三轴辊表面设置金刚石线绕线的线槽，在第二轴辊、第三轴辊上的线槽具有粗糙区和光滑区，粗糙区和光滑区沿轴辊的轴向等分，

当金刚石线的自转方向是朝前方看时成顺时针时，第二轴辊上线槽出线侧为粗糙区，第三轴辊的入线侧为粗糙区。

线槽的粗糙区和光滑区是相对而言的粗糙、光滑，粗糙区比光滑区具有更大的摩擦系数即可，金刚石线在第二轴辊、第三轴辊过线时，金刚石线先从第二轴辊脱出，绕入第三轴辊上轴向偏移一个距离的线槽内，金刚石线在第二轴辊上线槽脱出时，其按前进方向的右侧与粗糙区接触，从线槽脱出时，会受到线槽单侧的摩擦力，摩擦力在金刚石线上产生的力矩是顺着金刚石线自转方向的，可以让金刚石线的自转在此位置保持，不需要从遥远的自转组件传递过来，金刚石线在从第三轴辊处进入线槽时，也是倾斜进入线槽，只有金刚石线前进方向左侧与粗糙区接触，摩擦力产生的力矩也是促进顺着金刚石线自转方向的转矩，在第二轴辊、第三轴辊之间过线的金刚石线是用作切割硅锭的段落，此段的金刚石线被粗糙区促进自转，保证切割过程时将切割区物质带出，防止碎屑颗粒物与硅锭基体刚性接触造成磨损，影响切割面质量。

进一步的，第二轴辊、第三轴辊为轴芯加轴套的分体连接形式，第二轴辊、第三轴辊上的线槽设置到轴套上。分体连接让线槽被金刚石线磨损后方便更换轴套。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过多个轴辊来改善金刚石线在绕线过程时的弯曲程度，防止过度弯曲导致断裂危险，多个轴辊独立电机驱动，防止金刚石线内产生较大拉力，金刚石线被施加自转，金刚石线在硅锭处切割时，线切割的同时具有自转，自转的金刚石线将切割下来的碎屑带出切割区，防止颗粒物也产生切割作用而将切割面划伤，切割质量下降，硅片表面还需要进一步的抛光才可使用，第二轴辊和第三轴辊上线槽具有不同的粗糙度区域，粗糙区对金刚石线在进入轴辊与脱离轴辊时产生的摩擦力为顺着自转方向的转矩，从而保持金刚石线的自转，不需要金刚石线通过扭转来传递自转运动。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明布置流程示意图；

图2是本发明轴辊上绕金刚石线的立体示意图；

图3是本发明在硅锭切面上的作用过程示意图；

图4是本发明自转组件的轴面剖切示意图；

图5是本发明自转组件与金刚石线传动的立体示意图；

图6是本发明转筒的驱动示意图；

图7是本发明第二轴辊、第三轴辊上线槽对于金刚石线的作用力示意图；

图8是本发明金刚石线在进入第三轴辊线槽的摩擦受力示意图；

图中：11-第一轴辊、12-第二轴辊、13-第三轴辊、14-线槽、141-粗糙区、142-光滑区、21-放线辊、22-收线辊、3-自转组件、31-转筒、32-循环腔、33-T型槽、34-柱块、35-弹性球头、38-驱动轮、39-支撑轮、7-金刚石线、8-安装座、9-硅锭。

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。

一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，切割设备包括轴辊、放线辊21、收线辊22、金刚石线7，金刚石线7从放线辊21上引出，金刚石线7在轴辊上绕制若干圈后进入收线辊22，切割设备还包括安装座8，安装座8上固定待切割的硅锭9，轴辊包括相互平行的第一轴辊11、第二轴辊12、第三轴辊13，第一轴辊11为金刚石线7的引入与引出辊，金刚石线7依次在第一轴辊11、第二轴辊12、第三轴辊13上绕制若干圈，第二轴辊12和第三轴辊13之间的金刚石线7与硅锭9接触并进行切割，安装座8将硅锭9推向金刚石线7，

第一轴辊11、第二轴辊12、第三轴辊13具有独立的旋转驱动且转速相同。

如图1、2所示，三个轴辊进行绕线，金刚石线7的单次弯曲量减少，减轻金刚石线7的断裂概率，延长使用寿命，第一轴辊11、第二轴辊12、第三轴辊13分别独立驱动，轴辊独立驱动后，旋转的同时为金刚石线7分级施加向前的动力，而不是需要金刚石线7牵引无动力的轴辊进行转动，金刚石线7内部的拉力减小，防止断线情况发生。安装座8将硅锭9不断朝金刚石线9推送，让未被切割的位置与金刚石线7有接触预紧力。

切割设备还包括自转组件3，自转组件3位于放线辊21和第一轴辊11之间，自转组件3环绕金刚石线7，自转组件3带动金刚石线7进行自转。

如图1～3所示，金刚石线7依靠自身与硅锭9的线接触进行切割，实际就是线切割的一种，金刚石线7不断深入硅锭9内，切割层就是竖直方向上硅锭9与金刚石线7接触的薄薄一层材料，金刚石线7上方是已经完成切割的区域，切割区下方是待切割区域，绕成多圈的金刚石线7将硅锭9在一个个竖直面内切开，完成切割作业，传统金刚石线7都只有一个运动方向，就是线性前进，而本申请为金刚石线7添加了一个自转运动，自转起来的金刚石线7可以在切割硅锭9的过程中，将已经从硅锭9基体上脱离下来的碎屑转移到金刚石线7上方的已切区，切割区只有尚未从硅锭9基体上脱离的材料，只让金刚石线7对切割区的材料产生切割作用，防止硅锭9切割过程掉落下来的碎料作为颗粒物持续存在于切割区内，非预期的颗粒物会影响金刚石线7对于切割区的切割质量，切割面粗糙度提升，影响切割质量，所以，自转的金刚石线7将颗粒物带出切割区后，切割质量稳定，金刚石线7的自转不需要很快，只需要在每层切割过程中，有一转以上的自转就足够，自转组件3将金刚石线7持续自转，自转会在线上以扭转力的形式向前传递，从而让整根线都能够自转起来。

自转组件3包括转筒31、柱块34、弹性球头35，转筒31套装在金刚石线7上，转筒31内沿轴向设置腰圆型延伸并首尾连接的循环腔32，循环腔32有两个及以上，循环腔32绕转筒31轴线圆周均布，循环腔32壁面上设置首尾相连的T型槽33，柱块34嵌入T型槽33内，柱块34端部固定弹性球头35，转筒31外表面输入旋转动力。

如图4、5所示，金刚石线7从转筒31中心贯穿，金刚石线7与紧邻的弹性球头35静摩擦接触，随着金刚石线7的线性前进，柱块34和弹性球头35一同轴向前进，柱块34在循环的T型槽33内回转时，还没转筒31圆周推动作空间上的转动，及柱块34受到金刚石线7带动具有轴向速度，而柱块34的圆周运动又反过来通过弹性球头35作用在金刚石线7上使金刚石线7带上自转，金刚石线7与弹性球头35之间为静摩擦接触，没有磨损。

弹性球头35为橡胶材质。橡胶弹性形变可以很大，金刚石线7穿入转筒31时，弹性球头35在循环时与金刚石线7进入啮合接触，在接触过程中，可以让弹性球头35具有较大的形变，这样每个弹性球头35与金刚石线7表面具有可以有较大的正压力，结合较大的静摩擦系数，可以提供较大的静摩擦力来防止金刚石线7和弹性球头35的接触脱离。

自转组件3还包括驱动轮38和支撑轮39，驱动轮38与支撑轮39设置在转筒31的外围，驱动轮38、支撑轮39分别于转筒31外表面齿啮合连接，支撑轮39被动旋转，驱动轮38具有旋转动力输入。

如图6所示，驱动轮38开始转动带动转筒31旋转，支撑轮39起径向支撑。

放线辊21的安装位置具有绕转筒31轴线的转动，放线辊21安装位置转动速度与转筒31转动速度相同。

自转组件3对于金刚石线7施加的自转运动会在转筒31处向两侧传播，如果传播到放线辊21上，则金刚石线7表层线和下层线之间就可能出现相对摩擦，造成金刚石线7的损坏，所以，需要将朝向放线辊21的自转作用释放掉，保持放线辊21原始的无扭转状态。

收线辊22包括至少两个挤送轮，挤送轮啮合咬住从第一轴辊11流出的金刚石线7，挤送轮啮合输出的金刚石线7成为自由端掉落在一个无旋转阻力的水平盘上。

使用后的金刚石线7需要释放掉自转造成的少量扭转，金刚石线7在收线辊22后方自由悬吊，扭转释放，在下次使用前重新卷绕到放线辊21上，保证使用前的无扭转状态。

第一轴辊11、第二轴辊12、第三轴辊13表面设置金刚石线7绕线的线槽14，在第二轴辊12、第三轴辊13上的线槽14具有粗糙区141和光滑区142，粗糙区141和光滑区142沿轴辊的轴向等分，

当金刚石线7的自转方向是朝前方看时成顺时针时，第二轴辊12上线槽14出线侧为粗糙区141，第三轴辊13的入线侧为粗糙区141。

如图7、8所示，是第二轴辊12、第三轴辊13的仰视方向，线槽14的粗糙区141和光滑区142是相对而言的粗糙、光滑，粗糙区比光滑区具有更大的摩擦系数即可，金刚石线7在第二轴辊12、第三轴辊13过线时，金刚石线7先从第二轴辊12脱出，绕入第三轴辊13上轴向偏移一个距离的线槽14内，金刚石线7在第二轴辊12上线槽14脱出时，其按前进方向的右侧与粗糙区141接触，从线槽脱出时，会受到线槽14单侧的摩擦力，摩擦力在金刚石线7上产生的力矩是顺着金刚石线7自转方向的，可以让金刚石线7的自转在此位置保持，不需要从遥远的自转组件3传递过来，金刚石线7在从第三轴辊13处进入线槽14时，也是倾斜进入线槽，只有金刚石线7前进方向左侧与粗糙区141接触，摩擦力产生的力矩也是促进顺着金刚石线7自转方向的转矩，在第二轴辊12、第三轴辊13之间过线的金刚石线7是用作切割硅锭9的段落，此段的金刚石线7被粗糙区141促进自转，保证切割过程时将切割区物质带出，防止碎屑颗粒物与硅锭9基体刚性接触造成磨损，影响切割面质量。

第二轴辊12、第三轴辊13为轴芯加轴套的分体连接形式，第二轴辊12、第三轴辊13上的线槽14设置到轴套上。分体连接让线槽14被金刚石线7磨损后方便更换轴套。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，切割设备包括轴辊、放线辊(21)、收线辊(22)、金刚石线(7)，所述金刚石线(7)从放线辊(21)上引出，金刚石线(7)在轴辊上绕制若干圈后进入收线辊(22)，其特征在于：所述切割设备还包括安装座(8)，所述安装座(8)上固定待切割的硅锭(9)，所述轴辊包括相互平行的第一轴辊(11)、第二轴辊(12)、第三轴辊(13)，所述第一轴辊(11)为金刚石线(7)的引入与引出辊，所述金刚石线(7)依次在第一轴辊(11)、第二轴辊(12)、第三轴辊(13)上绕制若干圈，第二轴辊(12)和第三轴辊(13)之间的金刚石线(7)与硅锭(9)接触并进行切割，所述安装座(8)将硅锭(9)推向金刚石线(7)，

所述第一轴辊(11)、第二轴辊(12)、第三轴辊(13)具有独立的旋转驱动且转速相同。

2.根据权利要求1所述的一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，其特征在于：所述切割设备还包括自转组件(3)，所述自转组件(3)位于放线辊(21)和第一轴辊(11)之间，自转组件(3)环绕金刚石线(7)，自转组件(3)带动金刚石线(7)进行自转。

3.根据权利要求2所述的一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，其特征在于：所述自转组件(3)包括转筒(31)、柱块(34)、弹性球头(35)，所述转筒(31)套装在金刚石线(7)上，转筒(31)内沿轴向设置腰圆型延伸并首尾连接的循环腔(32)，所述循环腔(32)有两个及以上，循环腔(32)绕转筒(31)轴线圆周均布，所述循环腔(32)壁面上设置首尾相连的T型槽(33)，所述柱块(34)嵌入T型槽(33)内，柱块(34)端部固定弹性球头(35)，所述转筒(31)外表面输入旋转动力。

4.根据权利要求3所述的一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，其特征在于：所述弹性球头(35)为橡胶材质。

5.根据权利要求3所述的一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，其特征在于：所述自转组件(3)还包括驱动轮(38)和支撑轮(39)，所述驱动轮(38)与支撑轮(39)设置在转筒(31)的外围，驱动轮(38)、支撑轮(39)分别于转筒(31)外表面齿啮合连接，支撑轮(39)被动旋转，驱动轮(38)具有旋转动力输入。

6.根据权利要求3所述的一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，其特征在于：所述放线辊(21)的安装位置具有绕转筒(31)轴线的转动，放线辊(21)安装位置转动速度与转筒(31)转动速度相同。

7.根据权利要求6所述的一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，其特征在于：所述收线辊(22)包括至少两个挤送轮，挤送轮啮合咬住从第一轴辊(11)流出的金刚石线(7)，挤送轮啮合输出的金刚石线(7)成为自由端掉落在一个无旋转阻力的水平盘上。

8.根据权利要求2所述的一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，其特征在于：所述第一轴辊(11)、第二轴辊(12)、第三轴辊(13)表面设置金刚石线(7)绕线的线槽(14)，在第二轴辊(12)、第三轴辊(13)上的线槽(14)具有粗糙区(141)和光滑区(142)，粗糙区(141)和光滑区(142)沿轴辊的轴向等分，

当金刚石线(7)的自转方向是朝前方看时成顺时针时，第二轴辊(12)上线槽(14)出线侧为粗糙区(141)，第三轴辊(13)的入线侧为粗糙区(141)。

9.根据权利要求8所述的一种三主轴三电机驱动的硅片切割设备，其特征在于：所述第二轴辊(12)、第三轴辊(13)为轴芯加轴套的分体连接形式，第二轴辊(12)、第三轴辊(13)上的线槽(14)设置到轴套上。

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