专利名称：全自动坩埚机械手的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体生产设备，特别涉及一种用于搬运单晶炉内的石墨坩埚、石英 坩埚以及硅料的全自动坩埚机械手。
背景技术：
目前市场上大部分单晶炉设备都还没有可以实现自动搬运搬运石墨坩埚、石英坩 埚以及硅料的功能部件，工厂在拉制晶棒的开始和结束时都需要人工托运硅料与石英坩 埚。但是人工搬运硅料和石英坩埚时，由于人为因素极易损坏高价的石英坩埚和污染硅原 料，还存在工作效率低、劳动力成本高等问题。针对该问题，本公司曾研制出一种悬臂式坩 埚起吊搬运机构，使原来的纯人工操作变成半自动化操作，相对来说节约了一定的劳动力 与时间成本，但是悬臂转动还是需要通过工人手动操作，不是特别方便，比较费力，准确度 不高，操作也不是很到位，容易出差错。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种全自动化的坩埚机械手，使 单晶炉生产车间实现完全自动化搬运坩埚设备，生产效率高，省时省力，准确可靠。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下全自动坩埚机械手，包括提拉石英坩埚的抓手部件、与抓手部件连接的横向调节 部件、升降传动机构和旋转机构。进一步，所述坩埚抓手部件上设置锁紧单元与气动单元，气动单元包括汽缸，汽缸 内设置传动轴，所述汽缸也可以是马达等；横向调节部件及坩抓手部件安装在悬臂梁上，所述悬臂梁与升降传动机构连接。气动单元的侧部还连接一悬臂梁，通过所述悬臂梁与升降传动机构连接。所述锁紧单元包括与传动轴连接的锁紧机构，锁紧机构由活动座和连杆构成，所 述连杆连接上述汽缸内的传动轴。所述坩埚抓手部件是由三个圆周均布的活动卡爪及固定盘构成，安装在可移动的 滑板上；所述滑板安装在横向调节部件的微型直线导轨上，可在其上移动。不工作时，锅爪处于伸展状态，当要抓取时，汽缸运动，通过连杆带动锅爪自动缩 进，抓取坩埚；所述横向调节部件用于调节坩埚抓手的横向位置，由微型直线导轨和小型滚珠丝 杠副、马达等组成，此部件起到调整对心的作用；所述微型直线导轨位于上述悬臂梁的上 方，小型滚珠丝杠副设于微型直线导轨上，所述小型滚珠丝杠副连接汽缸外壁。所述升降传动机构包括升降主杆即立柱、T型丝杠副、悬臂梁与伺服电机，伺服电 机设置在立柱的顶部，伺服电机连接悬臂梁，悬臂梁可沿着所述滚珠丝杠副上下滑动。进一步，所述立柱采用一定壁厚的无缝钢管，外径加工研磨，减轻重量，同时所有 线路可从内部通过，滚珠丝杠提升稳定可靠。
所述悬臂梁通过连接板及螺钉组件连接上述立柱，通过立柱上的升降传动机构可 带动悬臂梁及其连接的横向调节部件、气动单元、锁紧单元与坩埚抓手部件一起整体上下 移动。所述旋转机构包括减速箱、设置于减速箱内的减速电机、齿轮传动副、推力轴承， 转轴座与其内部的转轴，所述转轴上端通过轴承与其上部的立柱连接，转轴下端穿过转轴 座延伸至减速箱内与所述齿轮传动副连接，齿轮传动副通过推力轴承连接减速电机的传动 机构。所述减速电机采用内置式安装于减速箱内部，有利于节省空间。本发明的有益效果是，结构新颖、简单，容易加工，可实现全自动化搬运硅料及坩 埚，大大提高了生产效率，也节省了人力成本，经济效益明显。
图1为本发明的主视图；图2为本发明的俯视图；图中，1、抓手部件，2、横向调节部件，3、升降传动机构，31、伺服电机，4、旋转机构， 11、锁紧单元，12、气动单元，13、石英坩埚，41、转轴座，42、转轴，43、减速箱，44、齿轮传动 副，45、减速电机，5、立柱，6、悬臂梁；
具体实施例方式为了使本发明的创作特征、技术手段与达成目的易于明白理解，以下结合具体实 施例进一步阐述本发明。实施例参看图1，一种全自动坩埚升降机构，包括提拉石英坩埚的抓手部件1、与抓手部 件1连接的横向调节部件2、与横向调节部件2连接的升降传动机构3和旋转机构4。抓手部件1下是装有硅料的石英坩埚13，由于石英坩埚1易碎，所以其外面一般用 石墨坩埚托住。抓手部件1上方设置锁紧单元11，锁紧单元11上连接气动单元12，气动单元12 通过空气压缩原理使锁紧单元11锁紧相应部件；所述气动单元12上部设置横向调节部件2，横向调节部件2由丝杆螺母及微型直 线导轨、联轴器连接的伺服电机21，通过横向调节部件2可调节抓手部件1的位置，使之与 下面装有硅料的石英坩埚13位置相对应，便于抓取；气动单元12安装在坩埚抓手部件1 上，悬臂梁6通过螺栓及连接板连接在升降传动机构3的立杆上，升降传动机构3的顶部设 置伺服电机31，伺服电机31通过传动机构与下部的T型丝杆螺母连接，升降传动机构3可 进行升降动作，带动悬臂梁6及抓手部件1、石英坩埚13 —起上下移动。升降传动机构3与悬臂梁6整体安装在立柱5上，立柱5的底部设置旋转机构，旋 转机构包括转轴座41、转轴42、减速箱43、齿轮传动副44与减速电机45，转轴座41内设置 转轴42，转轴42通过螺栓组件连接立柱5的底部；转轴座41下设置较宽的减速箱43，减速箱43内设有齿轮传动副44与减速电机 45，齿轮传动副44通过大齿轮与转轴42上的小齿轮啮合，减速电机45通过传动机构连接
4齿轮传动副44。本发明的工作过程主要通过以下几个动作完成(1)将所抓取的坩埚实现上下升降安装在立柱5上的升降传动机构3实现，伺服 电机31动作通过联轴器使T型丝杆螺母传动带动悬臂梁6上下运动，升降行程可通过安装 在立柱5两端的光电开关控制在所要求的行程范围内；(2)将所抓取的坩埚上下升降运动的同时可水平旋转运动水平旋转运动是由减 速箱43内的减速电机45工作，通过齿轮传动副44使转轴旋转，带动立柱5旋转，从而使安 装在立柱5上所有机构和部件都能在水平方向做旋转运动，实现坩埚和硅料的搬运；(3)实现坩埚的抓取与释放的功能由气动单元12的气缸动作使得与其连接的锁 紧单元11的传动轴伸缩运动，所述传动轴的下端连接有坩埚抓手部件1，坩埚抓手部件1是 由三个圆周均布的活动卡爪及固定盘构成，通过气缸的伸缩运动同时实现三个卡抓的抓取 与释放功能；(4)实现坩埚抓手部件的对中由安装在悬臂梁6前端的横向调节部件2实现。横 向调节部件2的伺服电机21动作，使联轴器连接的小型滚珠丝杠副动作，可以使安装在微 型直线导轨上的滑板横向移动，而坩埚抓手部件1安装在可移动的滑板上，起到调整对心 的作用。上述机器的最大高度约2630mm，转臂旋转中心距离1515mm，调整中心距离80mm， 升降极限行程为600mm。本机构可用于18寸、20寸、22寸、24寸规格的坩埚上下料，如果使用不同型号的坩 埚，只要更换三个锅瓜即可，其它部件全部通用，符合模块化通用化的设计思想。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。
权利要求
全自动坩埚机械手，其特征在于，包括用于抓起石英坩埚的坩埚抓手部件，设置在坩埚抓手部件上的锁紧单元以及气动单元，悬臂梁，安装在悬臂梁前端的横向调节部件，及使悬臂梁上下运动的升降机构，设置在升降传动机构侧部起导向作用的立柱，所述立柱底部连接有转轴座及减速箱，所述转轴座内设置转轴与减速箱内的齿轮传动副通过齿轮啮合传动，所述齿轮传动副通过传动轴连接减速电机。
2.根据权利要求1所述的全自动坩埚机械手，其特征在于，所述坩埚抓手部件是由三 个圆周均布的活动卡爪及固定盘构成，安装在可移动的滑板上。
3.根据权利要求1所述的全自动坩埚机械手，其特征在于，所述气动单元包括汽缸，汽 缸内设有传动轴，通过传动轴连接锁紧单元机构。
4.根据权利要求1所述的全自动坩埚机械手，其特征在于，所述横向调节部件通过伺 服电机、滚珠丝杆副，微型直线导轨自动调节横向位置。
5.根据权利要求1所述的全自动坩埚机械手，其特征在于，所述升降传动机构的最上 端设置伺服电机，伺服电机通过联轴器连接T型丝杆螺母副，使得连接在螺母上的悬臂梁 实现升降运动。
6.根据权利要求1所述的全自动坩埚机械手，其特征在于，所述起导向作用的立柱安 装在转轴上，转轴安装在转轴座内，转轴座固定在减速箱上端。
7.根据权利要求1所述的全自动坩埚机械手，其特征在于，所述减速箱内设有齿轮传 动副，以及减速电机，通过减速电机可以使立柱转动，从而使安装在立柱上的悬臂梁旋转， 把坩埚从一个位置搬运到另一个位置。
全文摘要
本发明公开了一种全自动坩埚机械手，用于自动拖运单晶炉内的石墨坩埚、石英坩埚以及石英坩埚里面所装的硅料。本机构主要包括以下功能部件，底部减速箱，减速箱里有转轴、齿轮传动副、减速电机，减速箱上面安装有转轴座，还有安装在转轴上的立柱；所述立柱上设有悬臂梁，及使悬臂梁上下运动的升降机构，悬臂梁的前端设有坩埚抓手部件、气动单元与锁紧单元，以及用于调节坩埚抓手横向位置的横向调节部件。本发明使得搬运硅料及坩埚实现全自动化，省时省力，大大提高了生产效率。
文档编号C30B35/00GK101880909SQ20101021001
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者贺贤汉, 赖章田 申请人:上海汉虹精密机械有限公司