KR101078220B1

KR101078220B1 - 잉곳성장장치의 시드 메카니즘 중량 밸런싱장치

Info

Publication number: KR101078220B1
Application number: KR1020090117358A
Authority: KR
Inventors: 박진섭
Original assignee: (주)에스테크
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-11-01
Also published as: KR20110060693A

Abstract

본 발명은 잉곳성장장치의 상부에 설치되는 시드 메카니즘(Seed Mechanism)의 중량 밸런싱장치에 관한 것으로, 스풀드럼(17)이 이동할 때 무게 역보상용으로 설치되는 중량추(33)가 스풀드럼(17)이 이동하는 반대방향으로 이동하면서 시드 메카니즘(13)의 밸런싱이 자동 조절되도록 한 것이다.

잉곳성장장치, 시드, 시드 메카니즘, 인상, 중량추, 스풀드럼, 인상 케이블

Description

잉곳성장장치의 시드 메카니즘 중량 밸런싱장치{SEED MCCHANISM AUTO WEIGHT BALANCING DEVICE OF INGOT GROWING APPARATUS}

본 발명은 잉곳성장장치의 상부에 설치되는 시드 메카니즘(Seed Mechanism)의 중량 밸런싱장치에 관한 것으로, 상세하게는 잉곳 인상을 위하여 스풀드럼(Spool Drum)이 이동할 때 무게 역보상용으로 설치되는 중량추가 스풀드럼이 이동하는 반대방향으로 이동하면서 시드 메카니즘의 밸런싱이 자동 조절되도록 한 것이다.

일반적으로 단결정 잉곳(Ingot)은 초크랄스키(Czochralski) 결정 성장법(CZ 법)으로 제조되며, 핫죤 영역에 설치되는 도가니에 폴리 실리콘 등의 고체 원료를 충전하고 전열히터로 가열 및 용융시켜 융액(Melt)을 만든 다음, 단결정 시드(seed)를 시드 커넥터에 매달아 융액에 접촉시킨 후 서서히 회전 및 인상시키면, 네크부(neck part), 직경이 증가하는 숄더부(shoulder part), 직경이 일정한 원기둥 형태의 바디부(body part)의 순서로 인상되고, 마지막으로 직경이 감소하는 테 일부(tail part)를 끝으로 단결정 잉곳이 얻어진다.

도 1은 초크랄스키법(Czochralski Method)으로 단결정 잉곳(Ingot)을 성장시키는 잉곳성장장치(1)를 도시한 것으로, 상기 잉곳성장장치(또는 잉곳생산장치)는 수냉실이 구비된 제1 챔버(1)와, 베이스챔버(1) 내부에 설치되고 멜트(Melt:폴리 실리콘)(2)을 용융시키는 석영도가니 및 흑연도가니(3)와, 석영도가니와 흑연도가니를 지지하는 페데스탈(4)과, 상기 도가니(3)를 가열하는 전열히터(5)와, 상기 전열히터(5)로 대전력(大電力)을 공급하는 전원공급수단과, 상기 도가니(3) 및 페데스탈(4)을 지지ㆍ회전ㆍ상승ㆍ하강시키는 구동축(6) 및 구동수단(7)과, 제1 챔버(1) 상부에 설치되고 수냉실이 구비된 제2 챔버(8)와, 상기 제2 챔버(8) 상부에 설치되고 수냉실이 구비되는 풀챔버(9)와, 상기 풀챔버(9)에 설치되는 잉곳(Ingot)(10) 인상용 시드(11)와 인상케이블(12) 및 시드 메카니즘(Seed Mechanism)(13)과, 뷰포트(14), 차열수단(15), 진공수단, 냉각수단, 감지수단, 제어수단 및 계측수단 등으로 구성된다.

도 2는 풀챔버(9) 상부에 설치되는 시드 메카니즘(13)을 도시한 것으로, 기밀(氣密) 구조의 챔버(14) 내부에 정역회전 모터(15)와 동력전달수단(16)에 의해 정역회전하는 스풀드럼(17)이 스플라인 결합되어 축봉의 길이방향으로 이동할 수 있게 구성되고, 상기 스풀드럼(17)의 상부 일측에는 브라켓(18)으로 축 지지되는 지지롤러(19)가 설치되고, 상기 지지롤러(19) 하부에는 인상케이블(12)이 상승 및 하강하는 승강홀(20)(h)이 형성되며, 상기 브라켓(18)은 챔버(14) 하부의 플레이트(22) 부분에 고정되거나, 챔버(14) 측판에 고정된다.

상기 인상케이블(12)은 스풀드럼(17)의 표면에 형성되는 복수의 나선홈(17a)에 권취되고, 지지롤러(19)의 외주홈 상부에 권회된 다음 승강홀(20)(h)을 지나 멜트(2) 상부까지 하강하고, 인상케이블(12)의 단부에는 성장 잉곳(10)을 인상시킬 수 있게 시드(11) 및 시드척이 설치되며, 잉곳(10)이 성장함에 따라 모터(15)가 정회전하고 스풀드럼(17)이 회전하면 인상케이블(12)이 스풀드럼(17)에 감기면서 성장 중인 잉곳(10)이 천천히 인상되며, 필요에 의해 모터(15)가 역회전하면 스풀드럼(17)이 역회전하고 인상케이블(12)이 풀리면서 하강하게된다.

상기 시드 메카니즘(Seed Mechanism)은 잉곳성장장치의 최상부에 위치하면서 시드(Seed)를 승강 및 회전시키고 성장중인 잉곳(Ingot)을 인상(引上)시키는 기능을 담당한다.

상기 시드 메카니즘(Seed Mechanism)은 플레이트(22)에 고정되는 복수의 중량추를 이용하여 중량 밸런싱(Weight Balancing)을 하고 있으나, 시드 메카니즘(13) 내부에서 인상케이블(12)을 감아올리거나 풀어내리는 스풀드럼(17)이 스풀결합된 축봉의 길이방향으로 이동하면서 시드 메카니즘(13)의 전체 중량이 언밸런싱(Unbalaceing)되고, 이에 따라 인상중인 잉곳(또는 시드)이 타원운동(Orbitation)하게 되므로 잉곳의 성장불량이 발생된다.

상기 인상케이블(12)은 길이가 4m 전후로 매우 긴 편이고, 인상케이블(12) 하부에 시드(11)와 시드척이 설치되고 잉곳(10)이 그 하부에 고착되어 성장하는 상태이므로 시드 메카니즘(13)의 중량이 약간만 언밸런싱되더라도 잉곳(10)이 타원운동(또는 진자운동)하면서 성장불량으로 이어지는 문제점이 있다.

본 발명은 잉곳성장치의 시드 메카니즘에 설치되는 스풀드럼(Spool Drum)이 이동할 때 중량추가 반대방향으로 이동하면서 자동 밸런싱이 이루어지는 시드 메카니즘의 중량 밸런싱 장치를 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 구동수단에 의해 정역 회전하는 축봉과, 상기 축봉 외주면에 스플라인 결합되는 스풀드럼과, 상기 축봉의 타측 단부에 형성되는 볼스크류와, 상기 볼스크류에 체결되는 중량추와, 상기 중량추에 미끄럼 결합되는 안내봉과, 상기 안내봉을 지지하는 지지부재를 포함하며, 상기 중량추의 이동방향은 스풀드럼이 이동하는 반대 방향으로 구성된다.

본 발명은 스풀 드럼의 무게 이동만큼 반대 방향으로 중량추가 이동하여 중량 역보상이 이루어짐으로써 시드 메카니즘의 무게중심이 정확하게 유지되어 잉곳 의 타원운동이 방지되고 양품의 잉곳이 얻어진다.

본 발명은 잉곳 인상에 의해 시드 메카니즘의 스풀드럼이 회전 및 이동할 때 중량추가 반대방향으로 이동하면서 자동 밸런싱이 이루어지는 효과가 있다.

본 발명은 구조가 간단하며, 스풀드럼의 회전 및 이동에 따라 중량추가 반대 방향으로 이동하면서 무게중심이 자동으로 유지되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 스풀드럼의 무게 이동만큼 반대 방향으로 중량추를 이동시켜 역보상 해줌으로써 시드 메카니즘의 무게중심이 정확하게 유지되어 잉곳의 타원운동이 방지되므로, 잉곳의 안정적인 성장이 보장되는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.

도 3, 도 4는 본 발명 일 예로 도시한 시드 메카니즘(Seed Mechanism)(13)의 평면도로, 도 3은 스풀드럼(17)과 중량추(33)가 가까워지면서 중량 밸런싱이 이루 어지고 있는 상태이고, 도 4는 스풀드럼(17)과 중량추(33)가 멀어지면서 중량 밸런싱이 이루어지고 있는 상태이다.

상기 시드 메카니즘(13)은 잉곳성장장치의 최상부에 위치하면서 시드(Seed)를 승강 및 회전시키고 성장중인 잉곳(Ingot)을 인상(引上)시키는 기능을 담당하며, 인상케이블(12)의 센터가 유지될 수 있도록 인상케이블(12)이 감기거나 풀릴 때 스풀드럼(17)이 이동하도록 구성된다.

본 발명은 시드 메카니즘(13)의 하부에 설치되는 플레이트(22)와, 상기 플레이트(22) 상부면에 축브라켓(24)으로 축지지되는 축봉(23)과, 상기 축봉(23) 외주면에 스플라인 결합되는 스풀드럼(17)과, 스풀드럼(17) 외주면에 소정피치로 형성되는 나선홈(17a)과, 상기 나선홈(17a)에 권취되는 인상케이블(12)과, 인상케이블(12)이 상승 및 하강하는 승강홀(20)(h)과, 스풀드럼(17)과 승강홀(20)(h) 사이의 상부에 설치되어 인상케이블(12)을 안내하는 지지롤러(19)와, 축봉(23)의 일측 단부에 결합되는 웜감속기(26)와, 웜감속기(26)의 타이밍풀리(27)와, 정역회전모터(28)의 타이밍 풀리를 연결하는 타이밍벨트(29) 등의 동력전달수단과, 축봉(23)의 타측에 단부에 형성되는 볼스크류(30)와, 상기 볼스크류(30)에 체결되는 중량추(33)와, 상기 중량추(33)에 미끄럼 결합되어 중량추(33)의 회전을 방지하는 복수의 안내봉(32)과, 상기 안내봉(32)을 지지하는 지지부재(31)로 구성된다.

상기 시드 메카니즘(13)은 플레이트(22)에 고정되는 복수의 중량추(34)(35)에 의해 중량 밸런싱(Weight Balancing)이 이루어지고 있으나, 스풀드럼(17)의 이동에 의해 언밸런싱이 발생되지만, 상기 이동형 중량추(33)에 의해 시드 메카니즘(13)의 무게 중심이 유지된다.

즉, 도 4와 같이 축봉(23) 외면에 스플라인 결합된 스풀드럼(17)과 축봉(23)이 모터(28)에 의해 정회전하면서 인상케이블(12)을 감아올리는 경우 스풀드럼(17)은 A(-) 방향으로 이동하게되고, 축봉(23)의 볼스크류(30) 부분에 체결된 중량추(30)는 한 쌍의 안내봉(32)에 의해 회전이 억지되고 A(+) 방향으로 이동하면서 서로 멀어지므로 시드 메카니즘(13)의 전체 중량이 자동으로 밸런싱되고, 시드의 타원운동이 방지되며 잉곳(10)의 성장불량이 방지된다.

또한, 도 3과 같이 축봉(23) 외면에 스플라인 결합된 스풀드럼(17)과 축봉(23)이 모터(28)에 의해 역회전하면서 인상케이블(12)을 풀어내리는 경우 B(+) 방향으로 이동하게되고, 축봉(23)의 볼스크류(30) 부분에 체결된 중량추(30)는 한 쌍의 안내봉(32)에 의해 회전이 억지되고 B(-) 방향으로 이동하면서 서로 가까워지므로, 시드 메카니즘(13)의 전체 중량이 자동으로 밸런싱되고, 잉곳(10)과 시드(11) 및 인상케이블(12)의 타원운동이 방지되며 잉곳(10)의 성장불량이 방지된다.

본 발명에서 중량추(33)의 무게와 이동거리는 스풀드럼(17)의 중량과 이동거리를 감안하여 중량 밸런싱이 유지될 수 있도록 조정된다.

본 발명에서 인상케이블(12)은 길이가 4m 전후로 매우 긴 편이고, 잉곳(10)이 그 하부에 위치하면서 성장하는 상태이더라도 시드 메카니즘(13)의 중량이 밸런싱되므로 잉곳(10)과 시드(11) 및 인상케이블(12)의 타원운동(Orbitation)이나 편심이 방지되며, 아울러 잉곳(10)의 성장불량이 방지된다.

본 발명은 스풀드럼(17)의 무게 이동만큼 반대 방향으로 중량추(33)가 이동하면서 중량 불균형을 역보상 해주게 되므로 시드 메카니즘(13)의 무게중심이 정확하게 유지되어 잉곳(10)의 타원운동이 방지된다.

본 발명은 중량추(33)에 의해 시드 메카니즘(13)의 편심이나 무게 불균형이 해소되고 기구적으로 안정화되어 시드 메카니즘(13)의 수명이 연장된다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

도 1 : 잉곳성장장치의 구성도.

도 2 : 시드 메카니즘의 구성도.

도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 시드 메카니즘의 평면도로, 스풀드럼과 중량추가 멀어지고 있는 상태도.

도 4 : 본 발명 본 발명 일 예로 도시한 시드 메카니즘의 평면도로, 스풀드럼과 중량추가 가까워지고 있는 상태도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(10)--잉곳 (11)--시드

(12)--인상케이블 (13)--시드 메카니즘

(17)--스풀드럼 (17a)--나선홈

(19)--지지롤러 (20)(h)--인상케이블 승강홀

(22)--플레이트 (23)--축봉

(24)--축브라켓 (26)--웜감속기

(27)--타이밍풀리 (28)--정역회전모터

(29)--타이밍벨트 (30)--볼스크류

(31)--지지부재 (32)--안내봉

(33)--중량추

Claims

구동수단에 의해 정역 회전하는 축봉;

상기 축봉 외주면에 스플라인 결합되는 스풀드럼;

상기 축봉의 타측 단부에 형성되는 볼스크류;

상기 볼스크류에 체결되는 중량추;

상기 중량추에 미끄럼 결합되는 안내봉;

상기 안내봉을 지지하는 지지부재;

를 포함하는 잉곳성장장치의 시드 메카니즘 중량 밸런싱장치.
청구항 1에 있어서; 중량추의 이동방향은 스풀드럼이 이동하는 반대 방향 임을 특징으로 하는 잉곳성장장치의 시드 메카니즘 중량 밸런싱장치.