专利名称：一种防断裂自定心精密子晶装夹结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及单晶硅或多晶硅硅棒拉制炉，尤其涉及硅棒拉制炉中的子晶夹头 部件。
技术背景在硅棒拉晶炉中，硅料经高温熔融后必须通过子晶将硅棒旋转引出，目前，拉棒所 用的子晶是由单晶硅加工而成的圆柱形，在硅棒的拉制过程中，要求子晶能与拉晶炉中的 旋转提升杆同步旋转和同步升降。子晶的装夹结构不仅影响到硅棒是否拉制成，而且直接 影响到硅棒的成型质量。现有的子晶装夹结构都包括旋转提升杆、子晶和子晶螺纹套组成， 子晶套装在子晶螺纹套上，并用固定销使两者在周向和轴向固定连接，再通过子晶螺纹套 旋接在旋转提拉杆上，通过这种连接结构使旋转提拉杆的扭矩传递给子晶。为了使圆柱形 子晶能与子晶螺纹套牢固连接，必须在圆柱体的子晶壁体上磨制一个缺口，在子晶套装在 子晶螺纹套中后，用固定销将两者固定连为一体，这样才能保证子晶与子晶螺纹套的同步 旋转和同步升降，从而满足硅棒拉制工艺要求。在拉制硅棒的过程中，子晶很容易在缺口处 断裂。现有子晶装夹结构除了子晶容易断裂外，在实际使用过程中还存在如下二个方面的 缺陷①硅棒拉制结束后，拉晶炉中的旋转提升杆应快速上升，上升到极限位置后水平 移出炉外空冷，然后将接棒装置放在硅棒下方，松开子晶螺纹套，使硅棒放落在接棒装置 上。在硅棒的放落过程中，由于硅棒已与接棒装置接触，此时要求硅棒不能旋转，否则很容 易划伤硅棒表面，严重时会导致硅棒表面出现爆瓷现象。在接棒过程中，由于必须旋转子晶 螺纹套，而旋转子晶螺纹套就会带动子晶转动，从而迫使硅棒转动，硅棒转动就会导致硅棒 与接棒装置相接触的表面产生划伤或爆瓷。②由于子晶是固定套装在子晶螺纹套的子晶配合孔中，子晶螺纹套通过内螺纹旋 接在拉晶炉的旋转提升杆上，子晶螺纹套的内螺纹孔与子晶配合孔之间的同轴度难以保 证，这就使得子晶的实际旋转中心与子晶自身的轴线不重合，在硅棒拉制过程中，很容易产 生硅棒圆度、圆柱度偏差过大，从而直接影响硅棒的质量，降低硅棒的利用率
实用新型内容
为了克服现有子晶装夹结构存在的上述不足，本实用新型提供了一种防断裂自定 心精密子晶装夹结构。它在不削弱子晶强度的前提下，既能保证子晶与旋转提升杆同轴，又 能实现两者的同步旋转和同步升降，从结构上消除在拉制过程中子晶的断裂现象，同时，通 过提高子晶与旋转提升杆的同轴度，提高硅棒拉制的几何尺寸精度和形位精度，在接棒的 过程中，硅棒不会随子晶螺纹套旋转，能有效防止硅棒表面的损伤或爆瓷。本实用新型所采用的技术方案是—种防断裂自定心精密子晶装夹结构，包括拉晶炉的旋转提升杆、子晶和子晶螺 纹套，子晶套装在子晶螺纹套中，子晶螺纹套通过内螺纹旋固在旋转提升杆上，其特征是在旋转提升杆下端面的中心位置设有同轴的定心孔和扭转沉孔，定心孔和扭转沉孔均与旋 转提升杆同轴，定心孔和扭转沉孔构成台阶沉孔结构，且定心孔位于扭转沉孔的上方，在旋 转提升杆的外圆上设有外螺纹；子晶为阶梯轴结构，它由定心杆、扭转台阶和旋转拉杆组 成，定心杆位于扭转台阶的上方，旋转拉杆位于扭转台阶的下方，定心杆、扭转台阶和旋转 拉杆的轴线重合，定心杆的直径与定心孔的直径相对应，定心杆的高度略小于定心孔的深 度，扭转台阶的横截面形状和大小与扭转沉孔相对应，扭转台阶的高度略大于扭转沉孔的 深度；子晶螺纹套包括内螺纹孔、子晶孔和内端面，要求内螺纹孔与子晶孔同轴，内端面与 内螺纹孔的轴线垂直。进一步，扭转台阶与扭转沉孔的横截面形状为正多边形或切边圆形。更进一步，扭转台阶与扭转沉孔的横截面形状为正六边形。进一步，定心杆与定心孔的配合间隙为0 0. 02毫米，扭转台阶与扭转沉孔的配 合间隙为0. 05 0. 10毫米，旋转拉杆与子晶孔的配合间隙为0. 03 0. 10毫米。由于将传递扭矩的配合结构设置在子晶与旋转提升杆之间，在子晶与旋转提升杆 之间设有同轴配合结构和扭矩传递结构，用子晶螺纹套对子晶进行轴向限位固定，这样在 没有削弱子晶强度的前提下，实现了子晶与旋转提升杆之间的同轴配合和周向扭矩传递， 既满足了子晶与旋转提升杆同步旋转和同步升降的要求，又能从结构上消除子晶断裂的缺 陷，消除了因子晶轴线与旋转提升杆轴线不重合而产生硅棒圆度和圆柱度精度超差的缺 陷，提高了硅棒的几何尺寸精度和形位精度，从而提高了硅棒的利用率。当硅棒拉制结束 后，由于子晶的上端通过扭转台阶与旋转提升杆上的扭转沉孔进行周向限位配合，子晶的 下端与硅棒粘合成一体，因此，在松开子晶螺纹套时，子晶和旋转提升杆都不会随子晶螺纹 套转动。消除了现有技术中松开子晶螺纹套会带动硅棒旋转的缺陷，防止了因硅棒转动而 产生表面划伤或爆瓷。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为子晶的一种结构示意图；图3为旋转提拉杆下端的结构示意图；图4为子晶螺纹套的结构示意图；图5为子晶上扭转台阶的几种典型横截面形状示意图图中1-旋转提升杆；2-子晶；3-子晶螺纹套；4-硅棒；11-定心孔；12-扭转 沉孔；13-外螺纹；21-定心杆；22-扭转台阶；23-旋转拉杆；31-内螺纹孔；32-子晶孔； 33-内端面；A-定心杆的高度；B-定心孔的深度；C-扭转台阶的高度；D-扭转沉孔的深度。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式
本实用新型所述一种防断裂自定心精密子晶装夹结构，包括拉晶炉的旋转提升杆 1、子晶2和子晶螺纹套3，在旋转提升杆1下端面的中心位置设有与旋转提升杆1同轴的定 心孔11和扭转沉孔12，扭转沉孔12的横截面形状为正六边形，定心孔11的横截面形状为 圆形，定心孔11和扭转沉孔12组成台阶沉孔结构，且定心孔11位于扭转沉孔12的上方，在旋转提升杆1的外圆上设有外螺纹13 ；子晶2为阶梯轴结构，从上到下由定心杆21、扭转 台阶22和旋转拉杆23组成，定心杆21位于扭转台阶22的上方，旋转拉杆23位于扭转台 阶22的下方，三者的轴线重合，定心杆21的直径与定心孔11的直径相对应，两者之间的配 合间隙为0. 005 0. 03毫米，定心杆的高度A比定心孔的深度B小1 5毫米，扭转台阶 22的横截面形状也为正六边形，扭转台阶的高度C比扭转沉孔的深度D大2 5毫米，扭 转台阶22与扭转沉孔12的配合间隙为0. 05 0. 10毫米；所述子晶螺纹套3包括内螺纹 孔31、子晶孔32和内端面33，内螺纹孔31与子晶孔32同轴，内端面33与内螺纹孔31的 轴线垂直，子晶孔32与子晶2的旋转拉杆23的配合间隙为0. 05 0. 10毫米。在上例中，扭转台阶22与扭转沉孔12的横截面形状可选择其它正多边形或切边 圆形或其它截面形状，只要能传递扭矩即可。本实用新型的装夹、拆卸方法如下将子晶2上端的定心杆21和扭转台阶22分别套装在旋转提升杆1下端面的中心 位置设有同轴的定心孔U和扭转沉孔12中，再将子晶螺纹套3窜过子晶2上的旋转拉杆 23，通过子晶螺纹套3上的内螺纹孔31旋接在旋转提升杆1的外螺纹13上，这样定心杆21 与定心孔11的精密配合，确保了两者的同轴度要求，扭转台阶22与扭转沉孔12的配合能 够将旋转提升杆1的转动传递给子晶2，子晶螺纹套3的旋接实现了对子晶2轴向的限位和 固定。这种子晶装夹结构，在没有削弱子晶2强度的前提下，满足了子晶2与旋转提升杆 1之间同步旋转和同步升降要求。从结构消除了子晶2在拉棒过程中容易断裂的缺陷，通过 保证子晶2与旋转提升杆1之间的同轴度来消除因子晶2轴线与旋转提升杆1轴线不重合 而产生硅棒圆度和圆柱度精度超差的缺陷，提高了硅棒的几何尺寸精度和形位精度，从而 提高了硅棒的利用率。通过扭转台阶22与扭转沉孔121的配合来保证旋转子晶螺纹套3 时子晶2和旋转提升杆1都转动，消除现有技术在接棒过程中硅棒表面因转动产生的划伤 或爆瓷。
权利要求1.一种防断裂自定心精密子晶装夹结构，包括拉晶炉的旋转提升杆(1)、子晶(2)和子 晶螺纹套(3)，子晶( 套装在子晶螺纹套(3)中，子晶螺纹套C3)通过内螺纹旋固在旋转 提升杆(1)上，其特征是在旋转提升杆(1)下端面的中心位置设有同轴的定心孔(11)和 扭转沉孔(12)，定心孔(11)和扭转沉孔(12)均与旋转提升杆(1)同轴，定心孔(11)和扭 转沉孔(12)构成台阶沉孔结构，且定心孔(11)位于扭转沉孔(12)的上方，在旋转提升杆 (1)的外圆上设有外螺纹(13)；子晶(2)为阶梯轴结构，它由定心杆(21)、扭转台阶(22)和 旋转拉杆组成，定心杆位于扭转台阶0 的上方，旋转拉杆位于扭转台阶 (22)的下方，定心杆(21)、扭转台阶0 和旋转拉杆的轴线重合，定心杆的直径 与定心孔(11)的直径相对应，定心杆的高度(A)略小于定心孔的深度(B)，扭转台阶02) 的横截面形状和大小与扭转沉孔(1 相对应，扭转台阶的高度(C)略大于扭转沉孔的深度 ⑶；子晶螺纹套⑶包括内螺纹孔(31)、子晶孔(32)和内端面(33)，要求内螺纹孔(31) 与子晶孔(32)同轴，内端面(33)与内螺纹孔(31)的轴线垂直。
2.根据权利要求1所述防断裂自定心精密子晶装夹结构，其特征是扭转台阶02)与 扭转沉孔(12)的横截面形状为正多边形或切边圆形。
3.根据权利要求1所述防断裂自定心精密子晶装夹结构，其特征是定心杆与 定心孔(11)的配合间隙为O 0.02毫米，扭转台阶02)与扭转沉孔(12)的配合间隙为 0. 05 0. 10毫米，旋转拉杆与子晶孔(3 的配合间隙为0. 03 0. 10毫米。
4.根据权利要求2所述防断裂自定心精密子晶装夹结构，其特征是扭转台阶02)与 扭转沉孔(1 的横截面形状为正六边形。
专利摘要一种防断裂自定心精密子晶装夹结构，在旋转提升杆下端面设有同轴的定心孔和扭转沉孔，子晶由同轴的旋转拉杆、扭转台阶和定心杆组成，定心杆与定心孔精密配合，扭转台阶与扭转沉孔周向配合限位，通过定心杆与定心孔的精密配合实现同轴定位，通过扭转台阶与扭转沉孔的周向限位实现同步转动，用子晶螺纹套进行轴向固定实现同步升降。由于将传递扭矩的配合结构设置在子晶与旋转提升杆之间，通过子晶与旋转提升杆的同轴配合和周向限位，再用子晶螺纹套来固定，既满足了子晶与旋转提升杆同步旋转和同步升降的要求，又满足了在接棒过程中硅棒和子晶不能旋转的要求，消除了子晶断裂、硅棒表面容易划伤或爆瓷缺陷，提高了硅棒的几何尺寸精度和形位精度。
文档编号C30B15/32GK201915169SQ201120103089
公开日2011年8月3日 申请日期2011年4月9日 优先权日2011年4月9日
发明者张斌, 杨健, 杨瑞祥, 杨静, 王桂奋, 王迎春 申请人:金坛正信光伏电子有限公司