CN205043991U - 一种单晶硅棒单根开方机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单晶硅棒单根开方机，包括机座，固定设置在机座上的单晶硅棒固定机构、切割机构和放排线机构；所述切割机构包括切割机头、布置在切割机头上的多个用于张紧切割线切割段的切割轮、多个用于实现过渡或导向的过渡导向轮、至少一套用于张紧切割线的张紧装置和一根切割线，切割线绕接在过渡导向轮、张紧装置和切割轮上且两端连接回放排线机构，其特征在于，所述单晶硅棒固定机构用于固定单根硅棒，所述切割机头和进给机构相连并能够靠进给机构控制实现对硅棒的开方。本实用新型具有结构简单，切割效率高，能够实现较长单晶硅棒切割的优点，能够获得更长的开方硅棒，以提高后续切片机的切割效率，降低了硅片生产的整体成本。

Description

一种单晶硅棒单根开方机

技术领域

本实用新型涉及一种开方机，具体涉及一种单晶硅棒单根开方机。

背景技术

目前，随着社会对绿色可再生能源利用的重视和开放，光伏太阳能发电领域越来越得到重视和发展。光伏发电领域中，采用太阳能电池将太阳能转化为电能实现发电，通常的晶体硅太阳能电池是在厚度160~200μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭后通过多线锯切割而成。

现有硅片的制作流程，一般是先将多晶硅脆状材料提拉为单晶硅棒，然后采用开方机进行开方；此时，切割机构沿硅棒长度方向进给并在硅棒周向上切割出四个两两平行的平面，使得硅棒整体呈类长方体形；开方完毕后，再采用多线切片机沿长度方向对开方后的硅棒进行切片，得到所需硅片。

其中，现有的开方机，均是一次性能够完成多根硅棒开方切割的结构设计，例如本行业通常使用的梅尔博格公司、重庆四和晶工、大连连城、上海日进等生产的硅棒开方机，能够一次性完成对十六根硅棒的切割开方。但是这种现有的硅棒开方机，虽然切割机构一次进给能够完成多根硅棒的切割，但是由于硅棒根数较多，切割机构中切割线在布置走线时需要经过很多罗拉（即转轮）转向，使其工作时能耗损失较大，降低了切割效率，为了保证切割效果，切割机构进给速度通常很慢，一般只能达到1.3~2mm/min。故整体切割效率实际并不高，且为了保证切割稳定性，通常只能实现500mm长度以内的硅棒开方。同时，硅棒开方后对应后续切片处理的切片机通常也只适用于500mm长度以内的硅棒进行切片，能够保证切片质量。

但随着目前光伏领域的发展和技术的成熟，现有的较为先进的多线切片机，已能够适用于更长硅棒的切片处理，由于硅棒在切片机中切片时两端会报废部分长度的废料，故通常硅棒长度越长，切片机切片的整体效率才会越高。所以对于本领域技术人员，有必要研发一种能够适用于较长硅棒开方的开方机，使其能够获得更长的开方硅棒，以提高后续切片机的切割效率，降低硅片生产的整体成本。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：怎样提供一种结构简单，切割效率高，能够实现较长硅棒切割的单晶硅棒单根开方机，使其能够获得更长的开方硅棒，以提高后续切片机的切割效率，降低硅片生产的整体成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种硅棒单晶单根开方机，包括机座，固定设置在机座上的硅棒固定机构、切割机构和放排线机构；所述切割机构包括切割机头、布置在切割机头上的多个用于张紧出切割线切割段的切割轮、多个用于实现过渡或导向的过渡导向轮、至少一套用于张紧切割线的张紧装置和一根切割线，切割线绕接在过渡导向轮、张紧轮和切割轮上且两端连接回放排线机构，放排线机构包括可转动地横向安装在机座上的放线卷筒和收线卷筒，切割线的两端缠绕连接在放线卷筒和收线卷筒上，放线卷筒和放线电机传动连接，收线卷筒和收线电机传动连接，其特征在于，所述硅棒固定机构包括两个固定设置在机座上的安装座，两个安装座上端水平相对延伸形成有整体呈水平圆柱形的夹持部，一个安装座上的夹持部为固定设置的固定夹持部，另一个安装座上的夹持部可水平活动设置的活动夹持部以实现夹紧，夹持部直径和待切割硅棒直径匹配，两个夹持部相对一端端部均沿相互垂直的方向设置有两对用于实现切割线走线让位的让位槽；所述切割机头竖向设置且套设在夹持部外，所述切割线在切割机头前方布置为用于切割的“井”字形，切割机头和进给机构相连并能够靠进给机构控制在两个夹持部之间来回运动。

这样，本单晶硅棒单根开方机，使用时，只需将单根硅棒两端抵接夹持到安装座的夹持部之间，然后启动切割机构和进给机构，使得切割机头沿进给机构进给，靠切割机头前侧“井”字形的切割线实现对单根硅棒的切割。这样由于切割线的切割部只需布置为简单的“井”字形，故所需的切割轮和过渡导向轮的数量均大为减少，使得切割线布线更简单，切割效率更快，同时切割机构的结构和体积也可以大幅简化，使其能够更加轻松快捷地在进给机构带动下实现切割，故切割效率和进给速度能够得到大幅提高且能够更好地保证切割稳定性，也降低了机器整体重量以及工厂占地面积。极大地延长了能够切割硅棒的长度，能够获得更长的开方硅棒以提高后续切片机的切割效率，降低了硅片生产的整体成本。

作为优化，所述活动夹持部安装在一个固定于对应安装座的油缸的伸缩臂上。

这样，靠油缸带动夹持部实现对硅棒的夹紧，操作简单，动作快捷且夹紧可靠。

作为优化，所述切割机头整体呈竖向的板状体，且中部为能够供待切割硅棒自由穿过的让位空间，切割机头前侧面的上部左右两端和下部左右两端各自沿竖向设置有一个切割轮，切割机头前侧面的左侧上下两端和右侧上下两端也各水平设置有一个切割轮，八个切割轮前侧面位于同一竖向平面上且使得切割线绕过切割轮后在八个切割轮前侧面形成用于切割的“井”字形，井字形中间矩形部分沿水平方向的投影落入到切割机头中部的让位空间内。

这样，切割机头结构能够实现“井”字形的切割，且自身结构更加简单紧凑，降低了质量，以提高进给控制速度。

作为进一步优化，所述切割机头下端面左右两侧各设置有一个向下的导轨槽，导轨槽用于实现和进给机构中的两根沿夹持部长度方向设置在夹持部两侧下方机座上的导轨滑动配合，切割机构下端中部还沿竖向固定设置有一个螺母，螺母用于和进给机构中的一根丝杠配合形成丝杠螺母传动副，所述丝杠和一个进给电机传动连接。

这样，方便切割机头和电机丝杆螺母传动副配合实现进给传动，结构简单巧妙且保证了进给的稳定性。

作为优化，所述八个切割轮各自可转动地安装在一个水平设置的安装臂前端，安装臂后端靠螺栓固定在切割机头上的条形槽上，所述条形槽长度方向和对应切割轮设置方向一致。

这样，可以方便调整八个切割轮的位置，以调整切割线切割段“井”字形的大小，以调节切割位置，更好地满足切割尺寸要求。

作为优化，所述切割机头上还设置有八根切割液出液管道，切割液出液管道的出液口分别正对八个切割轮前侧面切割线靠近“井”字形中部相交位置设置，切割液出液管道和切割液供给系统相连。

这样，切割液出液管道正对“井”字形中部相交位置出液润滑，能够更好地帮助完成切割，且切割液出液更加精确和具有针对性，不造成浪费。

作为优化，部分过渡导向轮安装在切割机头上，部分过渡导向轮和张紧轮安装在一个固定于放排线机构一侧的固定架上。

这样，更加方便布线和走线控制。

作为优化，还包括放排线辅助机构，所述放排线辅助机构包括用于安装放线卷筒和放线电机的放线卷筒安装座，放线卷筒安装座下端可滑动地配合在沿放线卷筒轴心线方向设置的放线滑轨上，放线卷筒安座和机座之间设置有放线滑动控制机构，放线滑动控制机构能够用于控制放线卷筒安座根据收放线情况对应地沿放线滑轨滑动使得放线卷筒上出线位置固定不变；所述放排线辅助机构还包括用于安装收线卷筒和收线电机的收线卷筒安装座，收线卷筒安装座下端可滑动地配合在沿收线卷筒轴心线方向设置的收线滑轨上，收线卷筒安座和机座之间设置有收线滑动控制机构，收线滑动控制机构能够用于控制收线卷筒安座根据收放线情况对应地沿收线滑轨滑动使得收线卷筒上回线位置固定不变。

这样，靠放排线辅助机构能够补充放排线时，切割线沿放线卷筒以及收线卷筒轴向的移动距离，保证出线位置和回线位置不变，更加利于提高切割线控制精确度。实施时，放线滑动控制机构以及收线滑动控制机构均可以靠电机丝杆螺母传动副的结构实现，更好地利于控制。

作为优化，张紧装置附近还设置有用于检测张紧装置的张紧轮上的切割线张力的张力传感器，张力传感器和放线电机以及收线电机联动设置。

这样，能够检测切割线张紧力后实时调节放排线速度，实现闭环控制，更好地保证切割线切割效果，提高切割效率且保证切割稳定性。

作为优化，放线卷筒和收线卷筒的主体为硬铝材料制得。这样能够更好地减轻重量，减小惯性矩，提高切割效率，同时由于本装置中切割线长度大幅缩短，故硬铝材料的卷筒已经能够保证质量，保证收放线的稳定性。

综上所述，本实用新型具有结构简单，切割效率高，能够实现较长硅棒切割的优点，能够获得更长的开方硅棒，以提高后续切片机的切割效率，降低了硅片生产的整体成本。

附图说明

图1为本实用新型单晶硅棒单根开方机最优实施方式从正面斜视方向的立体结构示意图。

图2为图1的单晶硅棒单根开方机从后面斜视方向的立体结构示意图。

图3为图1的单晶硅棒单根开方机从后面正视方向的结构示意图。

图4为图1的单晶硅棒单根开方机中单独切割机头的主视图。

图5为图4的左视图。

图6为图4的立体图。

具体实施方式

下面结合最优实施方式及附图对本实用新型作进一步的详细说明。

最优实施方式：如图1-6所示，一种单晶硅棒单根开方机，包括机座1，固定设置在机座1上的硅棒固定机构、切割机构和放排线机构；所述切割机构包括切割机头2、布置在切割机头2上的多个用于张紧出切割线切割段的切割轮3、多个用于实现过渡或导向的过渡导向轮4、至少一套用于张紧切割线的张紧装置（张紧装置主要由张紧轮5和张紧执行机构构成）和一根切割线6，切割线6绕接在过渡导向轮4、张紧轮5和切割轮3上且两端连接回放排线机构，放排线机构包括可转动地横向安装在机座1上的放线卷筒7和收线卷筒8，切割线6的两端缠绕连接在放线卷筒7和收线卷筒8上，放线卷筒7和放线电机9传动连接，收线卷筒8和收线电机10传动连接，其中，所述硅棒固定机构包括两个固定设置在机座上的安装座11，两个安装座11上端水平相对延伸形成有整体呈水平圆柱形的夹持部12，一个安装座上的夹持部12为固定设置的固定夹持部，另一个安装座上的夹持部可水平活动设置的活动夹持部以实现夹紧，夹持部12直径和待切割硅棒直径匹配，两个夹持部12相对一端端部均沿相互垂直的方向设置有两对用于实现切割线走线让位的让位槽13；所述切割机头2竖向设置且套设在夹持部12外，所述切割线6在切割机头2前方布置为用于切割的“井”字形，切割机头2和进给机构相连并能够靠进给机构控制在两个夹持部之间来回运动。

这样，本单晶硅棒单根开方机，使用时，只需将单根硅棒两端抵接夹持到安装座的夹持部之间，然后启动切割机构和进给机构，使得切割机头沿进给机构进给，靠切割机头前侧“井”字形的切割线实现对单根硅棒的切割。硅棒的夹持安装方便快捷以提高效率。且由于切割线的切割部只需布置为简单的“井”字形，故所需的切割轮和过渡导向轮的数量均大为减少，使得切割线布线更简单，切割效率更快，同时切割机构的结构和体积也可以大幅简化，降低重量，使其能够更加轻松快捷地在进给机构带动下实现切割，故切割效率和进给速度能够得到大幅提高且能够更好地保证切割稳定性。极大地延长了能够切割硅棒的长度，能够获得更长的开方硅棒以提高后续切片机的切割效率，降低了硅片生产的整体成本。

其中，所述活动夹持部安装在一个固定于对应安装座的油缸14的伸缩臂上。

这样，靠油缸带动夹持部实现对硅棒的夹紧，操作简单，动作快捷且夹紧可靠。

其中，所述切割机头2整体呈竖向的板状体，且中部为能够供待切割硅棒自由穿过的让位空间，切割机头2前侧面的上部左右两端和下部左右两端各自沿竖向设置有一个切割轮3，切割机头2前侧面的左侧上下两端和右侧上下两端也各水平设置有一个切割轮3，八个切割轮前侧面位于同一竖向平面上且使得切割线绕过切割轮后在八个切割轮前侧面形成用于切割的井字形，井字形中间矩形部分沿水平方向的投影落入到切割机头1中部的让位空间内。

这样，切割机头结构能够实现“井”字形的切割，且自身结构更加简单紧凑，降低了质量，以提高进给控制速度。

其中，所述切割机头下端面左右两侧各设置有一个向下的导轨槽15，导轨槽15用于实现和进给机构中的两根沿夹持部长度方向设置在夹持部两侧下方机座上的导轨16滑动配合，切割机构下端中部还沿竖向固定设置有一个螺母17，螺母17用于和进给机构中的一根丝杠18配合形成丝杠螺母传动副，所述丝杠18和一个进给电机19传动连接。

这样，方便切割机头和电机丝杆螺母传动副配合实现进给传动，结构简单巧妙且保证了进给的稳定性。

其中，所述八个切割轮3各自可转动地安装在一个水平设置的安装臂20前端，安装臂20后端靠螺栓固定在切割机头2上的条形槽上，所述条形槽长度方向和对应切割轮3设置方向一致。

这样，可以方便调整八个切割轮的位置，以调整切割线切割段井字形的大小，以调节切割位置，更好地满足切割要求。

其中，所述切割机头2上还设置有八根切割液出液管道21，切割液出液管道21的出液口分别正对八个切割轮前侧面切割线靠近井字形中部相交位置设置，切割液出液管道21和切割液供给系统相连。

这样，切割液出液管道正对井字形中部相交位置出液润滑，能够更好地帮助完成切割，且切割液出液更加精确和具有针对性，不造成浪费。

其中，部分过渡导向轮安装在切割机头2上，部分过渡导向轮和张紧轮安装在一个固定于放排线机构一侧的固定架22上。

这样，更加方便布线和走线控制。

其中，还包括放排线辅助机构，所述放排线辅助机构包括用于安装放线卷筒7和放线电机9的放线卷筒安装座23，放线卷筒安装座23下端可滑动地配合在沿放线卷筒轴心线方向设置的放线滑轨上，放线卷筒安座23和机座1之间设置有放线滑动控制机构，放线滑动控制机构能够用于控制放线卷筒安座23根据收放线情况对应地沿放线滑轨滑动使得放线卷筒7上出线位置固定不变；所述放排线辅助机构还包括用于安装收线卷筒8和收线电机10的收线卷筒安装座24，收线卷筒安装座24下端可滑动地配合在沿收线卷筒轴心线方向设置的收线滑轨上，收线卷筒安座24和机座1之间设置有收线滑动控制机构，收线滑动控制机构能够用于控制收线卷筒安座24根据收放线情况对应地沿收线滑轨滑动使得收线卷筒8上回线位置固定不变。

这样，靠放排线辅助机构能够补充放排线时，切割线沿放线卷筒以及收线卷筒轴向的移动距离，保证出线位置和回线位置不变，更加利于提高切割线控制精确度。实施时，放线滑动控制机构以及收线滑动控制机构均可以靠电机丝杆螺母传动副的结构实现，更好地利于控制。

其中，张紧轮5上还设置有用于检测张紧轮上的切割线张力的张力传感器，张力传感器和放线电机以及收线电机联动设置。

这样，能够检测切割线张紧力后实时调节放排线速度，实现闭环控制，更好地保证切割线切割效果，提高切割效率且保证切割稳定性。

其中，放线卷筒7和收线卷筒8的主体为硬铝材料制得。这样能够更好地减轻重量，提高切割效率，同时由于本装置中切割线长度大幅缩短，故铝材料的卷筒已经能够保证质量，保证收放线的稳定性。

上述的硅棒单根开方机，经具体试验使用验证，能够完成800m长度的硅棒切割开方且能够保证开方时的进给效率达到30mm/min以上，故不仅能够实现长硅棒的开方，而且开方整体效率并不低于现有的一次切割多根硅棒开方机，产能也提高了不少。且综合运行成本（CoO)小于现有的多根金刚石线开方机。

Claims (10)

1.一种单晶硅棒单根开方机，包括机座，固定设置在机座上的硅棒固定机构、切割机构和放排线机构；所述切割机构包括切割机头、布置在切割机头上的多个用于张紧切割线切割段的切割轮、多个用于实现过渡或导向的过渡导向轮、至少一套用于张紧切割线的张紧装置和一根切割线，切割线绕接在过渡导向轮、张紧轮和切割轮上且两端连接回放排线机构，放排线机构包括可转动地横向安装在机座上的放线卷筒和收线卷筒，切割线的两端缠绕连接在放线卷筒和收线卷筒上，放线卷筒和放线电机传动连接，收线卷筒和收线电机传动连接，其特征在于，所述硅棒固定机构包括两个固定设置在机座上的安装座，两个安装座上端水平相对延伸形成有整体呈水平圆柱形的夹持部，一个安装座上的夹持部为固定设置的固定夹持部，另一个安装座上的夹持部可水平活动设置的活动夹持部以实现夹紧，夹持部直径和待切割硅棒直径匹配，两个夹持部相对一端端部均沿相互垂直的方向设置有两对用于实现切割线走线让位的让位槽；所述切割机头竖向设置且套设在夹持部外，所述切割线在切割机头前方布置为用于切割的“井”字形，切割机头和进给机构相连并能够靠进给机构控制在两个夹持部之间来回运动。

2.如权利要求1所述的单晶硅棒单根开方机，其特征在于，所述活动夹持部安装在一个固定于对应安装座的油缸的伸缩臂上。

3.如权利要求1所述的单晶硅棒单根开方机，其特征在于，所述切割机头整体呈竖向的板状体，且中部为能够供待切割硅棒自由穿过的让位空间，切割机头前侧面的上部左右两端和下部左右两端各自沿竖向设置有一个切割轮，切割机头前侧面的左侧上下两端和右侧上下两端也各水平设置有一个切割轮，八个切割轮前侧面位于同一竖向平面上且使得切割线绕过切割轮后在八个切割轮前侧面形成用于切割的“井”字形，“井”字形中间矩形部分沿水平方向的投影落入到切割机头中部的让位空间内。

4.如权利要求3所述的单晶硅棒单根开方机，其特征在于，所述切割机头下端面左右两侧各设置有一个向下的导轨槽，导轨槽用于实现和进给机构中的两根沿夹持部长度方向设置在夹持部两侧下方机座上的导轨滑动配合，切割机构下端中部还沿竖向固定设置有一个螺母，螺母用于和进给机构中的一根丝杠配合形成丝杠螺母传动副，所述丝杠和一个进给电机传动连接。

5.如权利要求3所述的单晶硅棒单根开方机，其特征在于，所述八个切割轮各自可转动地安装在一个水平设置的安装臂前端，安装臂后端靠螺栓固定在切割机头上的条形槽上，所述条形槽长度方向和对应切割轮设置方向一致。

6.如权利要求3所述的单晶硅棒单根开方机，其特征在于，所述切割机头上还设置有八根切割液出液管道，切割液出液管道的出液口分别正对八个切割轮前侧面切割线靠近“井”字形中部相交位置设置，切割液出液管道和切割液供给系统相连。

7.如权利要求3所述的单晶硅棒单根开方机，其特征在于，部分过渡导向轮安装在切割机头上，部分过渡导向轮和张紧轮安装在一个固定于放排线机构一侧的固定架上。

8.如权利要求1所述的单晶硅棒单根开方机，其特征在于，还包括放排线辅助机构，所述放排线辅助机构包括用于安装放线卷筒和放线电机的放线卷筒安装座，放线卷筒安装座下端可滑动地配合在沿放线卷筒轴心线方向设置的放线滑轨上，放线卷筒安座和机座之间设置有放线滑动控制机构，放线滑动控制机构能够用于控制放线卷筒安座根据收放线情况对应地沿放线滑轨滑动使得放线卷筒上出线位置固定不变；所述放排线辅助机构还包括用于安装收线卷筒和收线电机的收线卷筒安装座，收线卷筒安装座下端可滑动地配合在沿收线卷筒轴心线方向设置的收线滑轨上，收线卷筒安座和机座之间设置有收线滑动控制机构，收线滑动控制机构能够用于控制收线卷筒安座根据收放线情况对应地沿收线滑轨滑动使得收线卷筒上回线位置固定不变。

9.如权利要求1所述的单晶硅棒单根开方机，其特征在于，张紧装置附近设置有用于检测张紧装置的张紧轮上的切割线张力的张力传感器，张力传感器和放线电机以及收线电机联动设置。

10.如权利要求1所述的单晶硅棒单根开方机，其特征在于，放线卷筒和收线卷筒的主体为硬铝材料制得。