一种用于单晶炉的二次加料装置及其加料器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于单晶炉的二次加料装置及其加料器，该加料器包括驱动电机、支撑套、储料桶、封堵件和传动机构。其中，支撑套可固定于单晶炉的阀口处；储料桶具有上填料口和下卸料口，并可滑动地设置于支撑套内；当储料桶在重力作用下相对于支撑套滑动至卸料位置后，限位结构用于限定储料桶相对于支撑套的竖直向下运动；封堵件可用于封堵下卸料口；传动机构用于将驱动电机的转动副转化为封堵件相对于支撑套的升降移动副。通过上述加料器实现了对单晶炉的二次加料，从而提高了单晶炉在单个周期内的产量、石英坩埚的利用率，从而降低了制备单晶的制造成本。
【专利说明】—种用于单晶炉的二次加料装置及其加料器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及单晶炉内二次加料设备【技术领域】，特别涉及一种用于单晶炉的二次加料装置及其加料器。
【背景技术】
[0002]单晶炉是生产单晶硅棒的设备，其生产过程为将装满多晶硅料的石英坩埚放入单晶炉内在负压状态下加热融化为液体硅料，再通过籽晶拉制成单晶硅，石英坩埚内的液体硅料全部被拉制成单晶硅棒，待冷却后打开单晶炉取出单晶硅棒成品。
[0003]单晶炉在拉制单晶的过程中，一直处于高温负压状态，固体硅料在融化成液体状态后，其所占空间小于石英坩埚的容积，即石英坩埚的部分空间尚未加以利用，而单晶炉单个周期内的产量与坩埚内的硅料量成正比。
[0004]可以理解，硅料固、液转换后在容器内所占容积的差值，造成了目前单晶炉单个周期内产量低，以及石英坩埚利用率低的问题。
[0005]有鉴于此，如何提高单晶炉单个周期内产量以及石英坩埚的利用率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
[0006]针对上述缺陷，本实用新型的核心目的在于，提供一种用于单晶炉的加料器，以解决目前单晶炉制备单晶时存在单个周期内产量以及石英坩埚的利用率的问题。在此基础上，该实用新型还提供一种包括上述加料器的二次加料装置。
[0007]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于单晶炉的加料器，包括:
[0008]驱动电机；
[0009]支撑套，其下端可与所述单晶炉的阀口连接；
[0010]储料桶，具有上填料口和下卸料口，可滑动地设置于所述支撑套；
[0011]限位结构，所述储料桶在重力作用下相对于支撑套滑动至卸料位置后，用于限定储料桶相对于支撑套的竖直向下运动；
[0012]封堵件，用于封堵所述下卸料口 ；
[0013]传动机构，用于将所述驱动电机的转动副转化为所述封堵件相对于所述支撑套的升降移动副。
[0014]优选地，所述传动机构具体为丝杠螺母传动机构，所述丝杠螺母传动机构的螺母连接于所述支撑套，丝杠穿插于所述储料桶并且其上端与所述螺母配合、下端与所述封堵件固定连接，所述驱动电机驱动所述螺母和所述丝杠中一者相对于另一者转动。
[0015]优选地，所述限位机构包括相适配的止推面和止挡环，所述止推面和所述止挡环中一者设置于所述支撑套，另一者设置于所述储料桶。
[0016]优选地，所述封堵件的形状为锥形，所述封堵件的底端直径大于所述下卸料口的口径、顶端直径小于所述下卸料口的口径。[0017]本实用新型所提供的一种用于单晶炉的加料器，包括驱动电机、支撑套、储料桶、封堵件和传动机构。其中，支撑套可固定于单晶炉的阀口处；储料桶具有上填料口和下卸料口，并可滑动地设置于支撑套内；当储料桶在重力作用下相对于支撑套滑动至卸料位置后，限位结构用于限定储料桶相对于支撑套的竖直向下运动；封堵件可用于封堵下卸料口 ；传动机构用于将驱动电机的转动副转化为封堵件相对于支撑套的升降移动副。
[0018]加料器位于填料和运料工况，封堵件封堵下卸料口，储料桶在封堵件作用下收纳于支撑套内；加料器由运料工况切换至卸料工况，驱动电机启动，封堵件在传动机构作用下相对于支撑套竖直向下移动，与此同时储料桶在重力作用下由支撑套伸出并随封堵件下降至卸料位置，封堵件继续竖直向下移动至下卸料口开启，储料桶内硅料在自身重力作用下沉降至单晶炉的坩埚内；加料完成后，启动驱动电机，传动机构带动封堵件相对于支撑套和储料桶上升至下卸料口关闭，继续上升并带动储料桶缩回至支撑套内。
[0019]通过上述加料器实现了对单晶炉的二次加料，从而提高了单晶炉在单个周期内的产量、石英坩埚的利用率，从而降低了制备单晶的制造成本。此外，由于储料桶将会伸入单晶炉内以完成二次加料，可以理解储料桶自身的清洁度会对单晶炉内制备单晶的质量产生影响，为了避免因附着于储料桶的污染物对单晶成品的影响，本方案中的加料器在填料和运料过程中，其储料桶始终位于支撑套内，从而降低了因二次加料而对单晶成品纯度的影响。
[0020]本实用新型还提供一种用于单晶炉的二次加料装置，包括升降装置和上述结构的加料器，所述升降装置用于将填充有硅料的所述加料器提升至所述阀口处，或者将所述加料器由所述阀口处移除。
[0021]优选地，所述升降装置包括移动式操作台、伸缩立柱、伸缩悬臂、第一驱动装置和第二驱动装置，所述伸缩立柱连接于所述移动式操作台并在所述第一驱动装置作用下相对于所述移动式操作台沿竖直方向伸缩，所述伸缩悬臂连接于所述伸缩立柱并可在所述第二驱动装置作用下相对于所述伸缩立柱沿水平方向伸缩，并与所述支撑套固定连接。
[0022]优选地，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置中至少一者为伸缩液压缸，所述伸缩液压缸的活塞杆与所述伸缩立柱和/或所述伸缩悬臂连接。
[0023]由于该加料器具有上述技术效果，因此包括该加料器的二次加料装置同样具有相同的技术效果，在此不再赘述。此外，上述加料装置采用升降装置，既可高效、精准的完成加料器的运输以及与单晶炉的对接关系，又可避免人工搬用操作加料器与单晶炉对接，而造成操作者靠近单晶炉而烫伤问题的发生，从而从另一方面又保证了操作者的工作安全性、降低了其劳动强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1示出了本实用新型所提供的加料器【具体实施方式】的主视结构示意图；
[0025]图2示出了图1中所示外置加料器的剖视结构示意图；
[0026]图3示出了图1的侧视结构示意图；
[0027]图4示出了图1的俯视结构示意图。
[0028]图1至4中附图标记与各个部件名称之间的对应关系:
[0029]I支撑套、11止推面、2储料桶、21止挡环、3封堵件、4驱动电机、5丝杠、6移动式操作台、7伸缩立柱、8伸缩悬臂、9车轮。
【具体实施方式】
[0030]本实用新型的核心在于，提供一种单晶炉的加料器，以便在单晶炉工作过程中向其炉体内二次添加硅料，以增加单晶炉单个加工周期内的产量。在此基础上，本实用新型还提供一种包括该加料器的二次加料装置。
[0031]现结合说明书附图，来说明本实用新型所提供的加料器的具体结构及其工作原理。需要说明的，本文中所涉及的方位词“上”和“下”是以说明书附图为基准来设定的，可以理解，上述方位词的出现并不限定本实用新型的保护范围。此外，本文中所涉及的储料桶所达到的卸料位置，是指单晶炉内坩埚上方适宜二次加料的位置，具体位置由单晶炉的具体结构而定。
[0032]请参见图1，该图示出了本实用新型所提供的加料器【具体实施方式】的主视结构示意图。
[0033]如图1所示，本方案所提供的一种用于单晶炉的加料器，包括驱动电机4、支撑套
1、储料桶2、封堵件3和传动机构，其中，支撑套I可固定于单晶炉的阀口处；储料桶2具有上填料口和下卸料口，并可滑动地设置于支撑套I内；当储料桶2在重力作用下相对于支撑套I滑动至卸料位置后，限位结构用于限定储料桶2相对于支撑套I的竖直向下运动；封堵件3可用于封堵下卸料口 ；传动机构用于将驱动电机4的转动副转化为封堵件3相对于支撑套I的升降移动副。为了便于更好地理解上述加料器的具体结构，请一并参见图2至图4，其中，图2示出了图1中所示外置加料器的剖视结构示意图，图3示出了图1的侧视结构示意图，图4示出了图1的俯视结构示意图。
[0034]加料器位于填料和运料工况，封堵件3封堵下卸料口，储料桶2在封堵件3作用下整体收纳于支撑套I内；加料器由运料工况切换至卸料工况，驱动电机4启动，封堵件3在传动机构作用下相对于支撑套I竖直向下移动，与此同时储料桶2在重力作用下由支撑套I伸出并随封堵件3下降至卸料位置，封堵件3继续竖直向下移动至下卸料口开启，储料桶2内硅料在自身重力作用下沉降至单晶炉的坩埚内；加料完成后，启动驱动电机4，传动机构带动封堵件3相对于支撑套I和储料桶2上升至下卸料口关闭，继续上升并带动储料桶2缩回至支撑套I内。
[0035]通过上述加料器实现了对单晶炉的二次加料，从而提高了单晶炉在单个周期内的产量、石英坩埚的利用率，从而降低了制备单晶的制造成本。此外，由于储料桶2将会升入单晶炉内以完成二次加料，可以理解储料桶2自身的清洁度会对单晶炉内制备单晶的质量产生影响，为了避免因附着于储料桶2的污染物对单晶成品的影响，本方案中的加料器在运料过程中，其储料桶2始终整体收纳于支撑套I内，从而降低了因二次加料而对单晶成品纯度的不利影响。
[0036]进一步，本方案中的传动机构具体为丝杠螺母传动机构，其中，丝杠螺母传动机构的螺母(图中未示出)固定连接于支撑套1，其丝杠5与驱动电机4的动力输出轴通过联轴器固定连接，丝杠5的下端与封堵件3固定连接，并穿过储料桶2与螺母配合。可以理解，丝杠5相对于螺母的上升或下降移动方向的调整，可通过切换驱动电机4的转向来实现。
[0037]本方案通过丝杠5螺母传动机构实现了动力的传递，具有结构简单、紧凑以及制造成本低的特点。当然，在满足将驱动电机4的转动副转化为封堵件3的升降移动副功能、加工及装配工艺要求的基础上，该传动机构也可以采用齿轮齿条传动机构、蜗轮蜗杆传动机构或者滚珠丝杠螺母传动机构等，本领域技术人员常用的动力传动方式。需要说明的是，本方案中的螺母可转动的连接于支撑套I，驱动电机4通过驱动螺母转动从而实现丝杠5相对于支撑套I的升降位移。
[0038]如图2所示，上述加料器的储料桶2的外周壁套装有止挡环21，支撑套I的内壁具有止推面11，当储料桶2随封堵件3相对于支撑套I下降至卸料位置时，所述止挡环21的下端面与止推面11相抵，从而限定储料桶2相对于支撑套I的竖直向下运动，从而可使封堵件3在传动机构作用下继续相对于支撑套I和储料桶2竖直向下移动至下卸料口开启。
[0039]可以理解，本方案中通过相适配限位面的配合限定了储料桶2相对于支撑套I移动的下止点位置(卸料位置)，具有结构及加工工艺简单的特点。当然，在满足储料桶2可相对于支撑套I在下止点上方往复运动功能、加工及装配工艺要求的基础上，两者间的滑动配合关系以及具体移动距离的限定，亦可采用本领域常用直线导轨等结构来实现。
[0040]更进一步地，如图2所示，本方案中的封堵件3形状为锥形，封堵件3的底端直径大于下卸料口直径、其顶端直径小于下卸料口的直径，封堵件3通过其顶端与丝杠5固定连接。
[0041]可以理解，采用锥形可提高封堵件3的密封效果。当然，在满足封堵下卸料口并在传动机构作用下相对于支撑套I升降运动功能、加工及装配工艺要求的基础上，该封堵件3亦可采用板状等其他结构。
[0042]除上述加料器外，本方案还提供一种加料装置，该加料装置还包括上述结构的加料器和升降装置，该升降装置可用于将填充有硅料的加料器运送至单晶炉的阀口处，并在二次加料完成后将加料器移出单晶炉。
[0043]具体地，升降装置包括移动式操作台6、伸缩立柱7、伸缩悬臂8、第一驱动装置(图中未示出)和第二驱动装置图中未示出)，其中，伸缩立柱7连接于移动式操作台6并在第一驱动装置作用下相对于移动式操作台6沿竖直方向伸缩，伸缩悬臂8连接于伸缩立柱7并可在第二驱动装置作用下相对于伸缩立柱7沿水平方向伸缩，并与支撑套I固定连接。
[0044]填料完成后，根据加工现场的实际空间，通过人工或驱动装置驱动移动底座使升降装置将加料器运送至单晶炉处，然后控制第一驱动装置使伸缩立柱7将加料器提升至单晶炉阀口高度处，再控制第二驱动装置驱动伸缩悬臂8伸出将加料器运送至阀口正上方，并使支撑套I的法兰下端面和阀口上端面抵靠以承担加料器的整体重量；加料器卸料完成后，再通过控制第二驱动装置和第一驱动装置将加料器移动至填料处或收纳处。
[0045]需要说明的是，本方案中第一驱动装置和第二驱动装置具体可采用液压传动机构或气压传动机构。当然，在满足伸缩立柱7相对于移动式操作台6沿竖直方向伸缩、伸缩悬臂8相对于伸缩立柱7沿水平方向伸缩功能、加工及装配工艺要求的基础上，该升降装置亦可采用本领域常用的其他惯用结构，或者是采用现有的吊车或者单晶炉的晶体提升装置。此外，移动式操作台6具有使其移动的车轮9，而使其移动的驱动方式可采用人工，或者参考现有车辆的驱动装置。
[0046]可以理解，本方案通过上述加料器专用升降装置，既可高效、精准的完成加料器的运输以及与单晶炉的对接关系，又可避免人工搬用操作加料器与单晶炉对接，而造成操作者靠近单晶炉而烫伤问题的发生，从而从另一方面又保证了操作者的工作安全性、降低了其劳动强度。
[0047]以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于单晶炉的加料器，其特征在于，包括: 驱动电机⑷； 支撑套(I)，其下端可与所述单晶炉的阀口连接； 储料桶(2)，具有上填料口和下卸料口，可滑动地设置于所述支撑套(I)； 限位结构，所述储料桶(2)在重力作用下相对于支撑套(I)滑动至卸料位置后，用于限定储料桶(2)相对于支撑套(I)的竖直向下运动； 封堵件(3)，用于封堵所述下卸料口 ； 传动机构，用于将所述驱动电机(4)的转动副转化为所述封堵件(3)相对于所述支撑套(I)的升降移动副。
2.如权利要求1所述的加料器，其特征在于，所述传动机构具体为丝杠螺母传动机构，所述丝杠螺母传动机构的螺母连接于所述支撑套(1)，丝杠(5)穿插于所述储料桶(2)并且其上端与所述螺母配合、下端与所述封堵件(3)固定连接，所述驱动电机(4)驱动所述螺母和所述丝杠(5)中一者相对于另一者转动。
3.如权利要求1所述的加料器，其特征在于，所述限位机构包括相适配的止推面(11)和止挡环(21)，所述止推面(11)和所述止挡环(21)中一者设置于所述支撑套(1)，另一者设置于所述储料桶(2)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的加料器，其特征在于，所述封堵件(3)的形状为锥形，所述封堵件(3)的底端直径大于所述下卸料口的口径、顶端直径小于所述下卸料口的口径。
5.一种用于单晶炉的二次加料装置，其特征在于，包括加料器和升降装置，所述升降装置用于将填充有硅料的所述加料器提升至所述阀口处，或者将所述加料器由所述阀口处移除，所述加料器具体为如权利要求1至4中任一项所述的加料器。
6.如权利要求5所述的二次加料装置，其特征在于，所述升降装置包括移动式操作台(6)、伸缩立柱(7)、伸缩悬臂(8)、第一驱动装置和第二驱动装置，所述伸缩立柱(7)连接于所述移动式操作台(6)并在所述第一驱动装置作用下相对于所述移动式操作台(6)沿竖直方向伸缩，所述伸缩悬臂(8)连接于所述伸缩立柱(7)并可在所述第二驱动装置作用下相对于所述伸缩立柱(7)沿水平方向伸缩，并与所述支撑套(I)固定连接。
7.如权利要求6所述的二次加料器装置，其特征在于，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置中至少一者为伸缩液压缸，所述伸缩液压缸的活塞杆与所述伸缩立柱(7)和/或所述伸缩悬臂(8)连接。
【文档编号】C30B29/06GK203820918SQ201420234237
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】李超 申请人:英利能源（中国）有限公司