KR101115203B1 - 단결정 성장장치의 케이블과 튜브를 연결하는 연결구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 단결정 성장장치의 케이블과 튜브의 연결구조는 폴리 실리콘을 내부에 수용하는 튜브와 튜브를 인상 및 하강시키는 케이블 사이에 회전력이 전달되지 않도록 차단하여 튜브의 회전을 방지하기 때문에 튜브의 회전에 의해서 케이블의 손상이 증가되는 것을 방지할 수 있다.

Description

단결정 성장장치의 케이블과 튜브를 연결하는 연결구조{Structure for connecting cable and tube provided in single crystal grower}

본 발명은 단결정 성장장치의 케이블과 튜브의 연결구조에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 폴리 실리콘을 내부에 수용하는 튜브와 튜브를 인상 및 하강시키는 케이블 사이에 회전력이 전달되지 않도록 차단하여 튜브의 회전을 방지하기 때문에 튜브의 회전에 의해서 케이블의 손상이 증가되는 것을 방지할 수 있는 연결구조에 관한 것이다.

일반적으로, 단결정 성장 공정 중에 성장장치의 내부로 폴리 실리콘(poly silicon)을 추가로 투입하기 위해 폴리 실리콘을 내부에 수용한 튜브를 이용하고 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 상기 튜브(5)는 케이블(1)에 의하여 인상되거나 하강된다. 모터(11)가 회전되면 케이블(1)이 와인더(12)의 둘레에 감겨서 튜브(5)가 인상되거나 케이블(1)이 와인더(12)로부터 풀려서 튜브(5)가 하강하게 된다.

케이블(1)은, 통상적으로 씨드 케이블(seed cable)로 불리는 것으로서, 여러 가닥의 가는 세선이 일정방향으로 감겨져서 이루어진다. 케이블(1)은 그 구조적 특성상, 인장방향으로 하중이 인가되거나 제거될 때에 탄성변형이 일어나면서 동시에 비틀림 모멘트가 발생한다.

즉, 튜브(5)를 인상할 때에는 튜브(5)와 폴리 실리콘(7)의 하중으로 인해서 케이블(1)에 인장력이 작용하게 되고, 상기 인장력에 의해서 케이블(1)이 인장되면서 케이블(1)에는 가는 세선이 감긴 방향으로 비틀림 모멘트가 발생하게 된다. 튜브(5)에 수용된 폴리 실리콘(7)을 투입하고 나면 케이블(1)에 걸린 인장력이 제거되고, 인장력이 제거되면 케이블(1)의 복원력으로 인해 가는 세선이 감긴 방향의 반대방향으로 비틀림 모멘트가 발생하게 된다.

상기 비틀림 모멘트에 의해서 케이블(1)이 회전되면 케이블(1)의 상단이 와인더(12)에 감겨 있어서 케이블(1)의 회전이 불가능하기 때문에 케이블(1)에는 비틀림 모멘트에 의한 비틀림 응력이 발생하게 된다. 이러한 비틀림 응력은 케이블(1)이 손상되는 직접적인 원인이 된다.

한편, 튜브(5)와 케이블(1)은 도 2에 도시된 연결구조(20)에 의해서 서로 연결된다.

상기 연결구조(20)는 상부연결부재(21)와, 튜브(5)와 연결된 하부연결부재(24) 및, 상부연결부재(21)와 하부연결부재(24)를 서로 연결하는 연결용 핀(26)을 구비한다. 케이블(1)은 척(27)과 씨드형 바(28)에 의해서 상부연결부재(21)에 연결된다.

상부연결부재(21)의 하단부에는 요홈(22)이 형성되고, 하부 연결부재(24)의 상단부에는 돌출부(25)가 형성된다. 상기 요홈(22)에 돌출부(25)가 삽입된 후, 상부 연결부재(21)의 하단부와 돌출부(25)를 관통하도록 연결용 핀(26)이 삽입되어서 상부연결부재(21)와 하부연결부재(24)가 서로 연결된다. 상기 연결구조(20)에 의해서 케이블(1)의 회전은 튜브(5)에 그대로 전달된다.

이와 같이, 케이블(1)의 회전이 튜브(5)에 전달되면 케이블(1)의 회전에 의해서 튜브(5)가 회전하게 되고, 튜브(5)가 회전하면 케이블(1)도 회전하게 된다. 상기 회전은 회전관성 때문에 시계방향의 회전과 반시계 방향의 회전이 상당 시간동안 지속되고, 이러한 회전에 의해서 케이블(1)의 손상이 더욱 커지는 문제점이 있다.

본 발명은 튜브와 케이블 사이에 회전력이 전달되지 않도록 차단하여 튜브의 회전을 방지하기 때문에 튜브의 회전에 의해서 케이블의 손상이 증가되는 것을 방지할 수 있는, 단결정 성장장치의 케이블과 튜브를 연결하는 연결구조를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 문제점들을 해결하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연결구조는, 단결정 성장공정 중에 추가로 투입하기 위한 폴리 실리콘을 내부에 수용할 수 있는 튜브; 상기 튜브를 인상 및 하강시키는 케이블; 및, 튜브와 케이블 사이에 설치되어 튜브와 케이블을 서로 연결하는 연결부;를 포함하고, 연결부는 케이블의 회전이 튜브에 전달되지 않도록 차단하는 베어링 부재를 구비한다.

바람직하게, 상기 베어링 부재는 세라믹 베어링이다.

본 발명에 따른 연결구조는 튜브와 케이블 사이에 회전력이 전달되지 않도록 차단하여 튜브의 회전을 방지하기 때문에 튜브의 회전에 의해서 케이블의 손상이 증가되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 단결정 성장장치의 케이블과 튜브를 연결하는 연결구조를 보여주는 주요 구성도.
도 2는 도 1의 연결구조를 보여주는 확대도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 단결정 성장장치의 케이블과 튜브를 연결하는 연결구조를 보여주는 도면.
도 4는 도 3의 연결구조에 따른 케이블 회전수와 도 1의 연결구조에 따른 케이블 회전수를 비교한 그래프.
도 5는 도 4의 케이블 회전수 측정에 사용된 케이블을 보여주는 단면도.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 단결정 성장장치의 케이블과 튜브를 연결하는 연결구조를 보여주는 도면이다.

도면을 참조하면, 상기 연결구조는 튜브(도 1의 5, 도 3에는 미도시)와, 튜브(5)를 인상 또는 하강시키는 케이블(도 1,2의 1, 도 3에는 미도시) 및, 케이블(1)과 튜브(5)를 서로 연결하는 연결부(40)를 구비한다.

튜브(5)와 케이블(1)은 각각 단결정 성장장치에 구비되는 통상적인 튜브(5) 및 케이블(1)과 동일한 구성을 가지고, 또한 '배경기술'란에서도 이미 설명된 바 있다. 따라서, 여기에서는 튜브(5)와 케이블(1)에 대한 설명을 생략하기로 한다.

상기 연결부(40)는 케이블(1)의 회전이 튜브(5)에 전달되지 않도록 튜브(5)와 케이블(1)을 서로 연결한다.

이를 위해서 연결부(40)는 상부 케이스와, 하부케이스와, 상부 케이스와 하부 케이스를 회전 가능하도록 연결하는 베어링부재와, 하부케이스에 연결된 제1 연결재(51)와, 튜브(5)에 연결된 제2 연결재(53) 및, 제1,2 연결재(51)(53)를 서로 결합시키는 연결용 핀(52)을 구비한다.

상부 케이스는 바(28)와 결합하는 제1 케이스(41)와, 제1 케이스(41)에 설치되는 제2 케이스(42)를 구비한다.

제1 케이스(41)는 바(도 2,3의 28)의 하단과 결합된다. 상기 바(28)는 척(도 2의 27, 도 3에는 미도시)과 제1 케이스(41)를 서로 연결한다. 제2 케이스(42)는 제1 케이스(41)에 결합되어 설치되는데, 그 내부에는 상부 베어링(43)을 지지하기 위한 턱(42a)이 형성된다.

하부 케이스는 베어링 부재에 의해서 상부 케이스에 회전 가능하도록 연결된다. 하부 케이스는 제3 케이스(44)와, 제3 케이스(44)에 설치되는 제4 케이스(46)를 구비한다. 제3 케이스(44)는 하부 베어링(45)에 의해서 지지될 수 있도록 그 상단(44a)이 절곡되어 있다. 제4 케이스(46)는 제3 케이스(44)와 결합된다. 제4 케이스(46)의 하단에는 제1 연결재(51)와 결합하기 위한 결합용 볼트(46a)가 형성된다.

상기 베어링부재는 상부 케이스와 하부 케이스를 회전 가능하도록 연결한다. 바람직하게, 상기 베어링 부재는 상부 베어링(43)과, 하부 베어링(45) 및, 상부 베어링(43)과 하부 베어링(45)을 관통하도록 설치되어 상부 베어링(43)과 하부 베어링(45)을 회전 가능하도록 연결하는 볼트부재를 구비한다.

상부 베어링(43)은 턱(42a)에 의해서 지지되도록 제2 케이스(42)의 내부에 설치된다. 하부 베어링(45)은 제3 케이스(44)의 내부에 설치된다.

볼트부재는 상부 베어링(43)과 하부 베어링(45)을 회전 가능하도록 연결한다. 볼트부재는 볼트(47a)와, 볼트(47a)와 결합하는 너트(47b)를 구비한다. 상기 볼트(47a)의 상단은 상부 베어링(43)에 의해서 지지되고, 너트(47b)는 볼트(47a)의 하단에 체결되어 하부 베어링(45)을 지지한다. 이 때, 하부 베어링(45)과 너트(47b) 사이에는 와셔(47c)가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 상부 베어링(43)과 하부 베어링(45) 사이에는 볼트(47a) 둘레에 부싱(bushing, 47d)이 설치되는 것이 바람직하다.

제1 연결재(51)는 상단에 형성된 제1 홈(51a)과, 하단부에 형성된 요홈(51b)을 구비한다. 제1 홈(51a)에는 결합용 볼트(46a)가 삽입되어 제1 연결재(51)와 제4 케이스(46)를 서로 결합시키고, 요홈(51b)에는 제2 연결재(53)가 삽입되어 제1 연결재(51)와 제2 연결재(53)를 서로 결합시킨다.

제2 연결재(53)는 상단에 형성된 돌출부(53a)와, 하단에 형성된 제2 홈(53b)을 구비한다. 돌출부(53a)는 요홈(51b)에 삽입된다. 돌출부(53a)가 요홈(51b)에 삽입된 후 결합용 핀(52)이 설치되면 제1 연결재(51)와 제2 연결재(53)가 서로 결합된다. 제2 홈(53b)에는 튜브(5) 상단의 바가 삽입되어 제2 연결재(53)와 튜브(5)를 서로 연결시킨다.

연결용 핀(52)은 제1 연결재(51)와 돌출부(53a)를 관통하도록 설치되어 제1 연결재(51)와 제2 연결재(53)를 서로 결합시킨다.

이와 같이, 본 발명에 따른 연결구조는 케이블(1)과 튜브(5)를 회전가능하도록 연결한다. 따라서, 케이블(1)의 회전이 튜브(5)에 전달되지 않기 때문에 케이블(1)의 회전이 아주 짧은 시간에 없어진다.

도 4는 본 발명에 따른 연결구조와 종래기술에 따른 연결구조(20)를 이용하여 폴리 실리콘이 수용된 튜브(5)를 동일 조건에서 각각 인상하였을 때 케이블(1)의 회전수를 서로 비교한 것이다. 상기 인상에 사용된 케이블(1)의 직경은 (2.5±0.1)mm이고 케이블(1)에 사용된 가는 세선은 343가닥(7×7×7, 도 5 참조)이며, 튜브(5)의 하중은 약 20kg이고 튜브(5)에 충진된 폴리 실리콘의 하중은 약 35kg이다.

도 4에서 x축은 케이블(1)의 회전방향이 변할 때까지 걸린 시간을 나타내고 y축은 케이블(1)의 회전방향이 변할 때까지 케이블(1)이 회전한 회전수를 나타낸다.

본 발명에 따른 연결구조를 이용한 경우는 케이블(1)이 약 3초까지 일방향으로 약 12회 회전한 후 더 이상 회전하지 않았고, 튜브(5)는 회전하지 않았다. 이에 비하여, 종래기술에 따른 연결구조(20)를 이용한 경우는 케이블(1)이 약 50초까지 일방향으로 약 14.7회 회전한 후, 약 93초까지 반대방향으로 약 7.5회 회전하고, 이어서 약 133초까지 일방향으로 약 5.5회 회전하였다. 종래기술에서 회전이 지속되는 것은 케이블(1)의 회전력이 튜브(5)에 전달되어 튜브(5)도 회전하기 때문이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
1 : 케이블 5 : 튜브
40 : 연결부 41 : 제1 케이스
42 : 제2 케이스 43 : 상부 베어링
44 : 제3 케이스 45 : 하부 베어링
46 : 제4 케이스 47a : 볼트
47b : 너트

Claims (2)

1. 단결정 성장공정 중에 추가로 투입하기 위한 폴리 실리콘을 내부에 수용할 수 있는 튜브;
   상기 튜브를 인상 및 하강시키는 케이블; 및
   튜브와 케이블 사이에 설치되어 튜브와 케이블을 서로 연결하는 연결부;를 포함하고,
   연결부는 케이블의 회전이 튜브에 전달되지 않도록 차단하는 베어링 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연결구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 베어링 부재는 세라믹 베어링인 것을 특징으로 하는 연결구조.
   
   
   
   
   
   
   

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