KR101137534B1 - 슬림 로드 커터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베드를 통해 이송되는 복수개의 잉곳을 복수개의 헤드로 절단하는 슬림로드 커터에 관한 것이다. 본 발명의 슬림 로드 커터기는 다수개의 커터를 구비한 복수개의 헤드를 구비하므로 작업 효율이 최소 4배 이상 증가하였다. 본 발명의 슬림 로드 커터기는 커팅시 발생하는 진동을 최소화하는 베드 이동 시스템을 채용하여 효율은 높이고 불량율을 최소화하였다.

Description

슬림 로드 커터{Slim rod cutter}
본 발명은 슬림로드 커터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베드를 통해 이송되는 복수 개의 잉곳을 다수의 커터기로 절단하여 작업 효율 및 생산성을 높인 슬림로드 커터에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 및 태양광 소자의 제조를 위해 사용되는 단결정 실리콘은 흑연 재질의 지지대에 설치된 석영 도가니 내부에 다결정 실리콘을 충진시킨 후 석영 도가니의 외주면을 둘러싸는 히터로 다결정 실리콘을 가열하여 액상으로 용융시킨다. 그런 다음 단결정으로 이루어진 씨드를 석영 도가니 내의 멜트 표면과 접촉시킨 후 씨드를 회전시키면서 서서히 인상시키면 고액 계면으로부터 단결정 실리콘 잉곳이 성장되기 시작한다. 씨드를 인상시키면 처음에는 단결정 넥(neck)이 형성되는데, 넥의 형성이 완료되면 씨드의 인상 속도를 줄여서 성장되는 잉곳의 직경을 확장시키고, 실리콘 멜트의 온도와 인상 속도를 조절하면서 씨드를 인상시키면 일정한 직경을 갖는 원기둥 형태의 잉곳 몸체가 성장된다. 이러한 일련의 과정을 통해 잉곳이 형성된다.
상기와 같은 과정을 거쳐 잉곳을 제조하는데 씨드를 사용한다. 일반적으로 씨드는 최초 원기둥 형상으로 제작된 잉곳을 절단하여 사용한다.
슬림 로드 커터는 태양전지용 폴리실리콘 슬림로드 제조용으로서 폴리실리콘 또는 폴리실리콘 잉곳을 가로 세로 각 5mm 이상 15mm 이하의 크기로 길이는 2m 이상의 길이로 절단할 수 있는 커터를 지칭한다.
슬림로드 커터를 사용하여 잉곳을 길이방향으로 2m 이상 절단할 수 있으며(슬림로드 가공) 이를 다시 필라멘트 작업을 한 후 CVD 반응기에 투입하여 폴리실리콘형성용 씨드(seed)로 사용한다.
종래에는 사용되는 슬림로드 커터기는 잉곳을 고정시킨 다음 커터기를 잉곳의 길이방향으로 이동시켜 절단하는 방식이었다. 이러한 종래기술은 하나의 커터기를 사용하여 절단하므로 효율성이 매우 떨어지는 문제점이 있다. 또한 헤드가 이동하여 절단하는 방식으로 충격과 진동이 심해 잉곳의 소실율이 높았다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 하나의 목적은 다수개의 커터를 구비하고 복수개의 잉곳을 한 번에 절단할 수 있는 효율적인 슬림 로드 커터기를 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명은 복수 개의 잉곳을 이송시키면서 다수개의 커터로 절단하는 새로운 방식의 슬림로드 커터기를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은
잉곳이 놓여지는 베드부 ; 상기 베드를 이동시키는 이송부 ; 및 상기 베드부 사이에서 마주보고 위치하고, 상기 베드부에 의해 이동되는 잉곳을 길이방향으로 절단하는 복수의 헤드부를 포함하는 슬림로드 커터에 관계한다.
본 발명의 슬림 로드 커터기는 다수개의 커터를 구비한 복수개의 헤드를 구비하므로 작업 효율이 최소 4배 이상 증가하였다. 본 발명의 슬림 로드 커터기는 커팅시 발생하는 진동을 최소화하는 베드 이동 시스템을 채용하여 효율은 높이고 불량율을 최소화하였으며, 2m이상의 잉곳을 0.1mm오차 내에서 절단하여야 하므로 V&V홈 형태의 레일을 채용하여 베드 이송시 오차를 최소화하였다.
도 1은 본 발명의 일구현예인 슬림 로드 커터기의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 커터부를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 사용가능한 새로운 구조의 휠 타입 커터를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 3의 커터 끝부분을 확대한 도면이다.
본 발명의 슬림 로드 커터는 베드 이동 시스템 및 복수의 헤드를 채용하여 절단효율을 획기적으로 높인 신규한 커터기이다.
일반적으로 폴리실리콘을 대량 생산하기 위해 슬림로드 커터를 사용하여 잉곳을 길이방향으로 2m 이상 절단하고(슬림로드 가공) 이를 다시 필라멘트 작업을 한 후 CVD 반응기에 투입하여 폴리실리콘형성용 씨드(seed)로 사용한다. 본 발명의 슬림로드 커터기는 폴리실리콘을 대량 생산하기 위해 잉곳을 길이방향으로 절단하는 커터를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일구현예인 슬림 로드 커터기의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 슬림 로드 커터기는 베드부(10), 이송부(20) 및 헤드부(30)를 포함한다.
상기 베드부(10)에는 잉곳(40)이 놓여지고 고정된다. 상기 베드부에는 상기 잉곳이 놓여질 수 있을 정도의 충분한 길이를 가지며, 상기 잉곳이 절단 작업 중에 흔들림없이 안정적인 거치상태를 유지하여야 한다. 이를 위해 상기 베드부(10)는 잉곳을 거치하고 고정하는 고정수단(11)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 고정수단(11)에 대한 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 일예로 원기둥 형상의 잉곳을 거치하기 위해 오목한 반원 형상의 거치부 및 이와 결합되는 반원형상의 덮개부를 포함할 수 있다. 상기 잉곳이 거치부에 놓여지면 상기 덮개부를 그 위에 장착하고 볼트를 사용하여 이들을 고정할 수 있다.
상기 베드부(10)는 잉곳이 하나 이상 고정될 수 있으며, 바람직하게는 두 개가 설치될 수 있으나 이에 대한 제한이 있는 것은 아니다.
상기 이송부(20)는 상기 베드부(10)의 하면을 지지한 상태에서 상기 베드부를 상기 헤드부 방향으로 이동시킨다.
상기 이송부(20)는 상기 베드부의 이송을 안내하는 안내가이드(21) 및 구동부(미도시)를 포함하여 상기 베드를 이동시킨다. 상기 베드부(10)는 구동부에 의해 V&V홈을 구비한 상기 안내가이드(21)를 따라 슬라이딩 되어 진동을 최소화할 수 있다.
상기 구동부에 대해서는 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 일예로서 유압실린더, 유압 펌프, 유압 라인, 유압작동유 탱크 등을 포함할 수 있다.
상기 헤드부(30)는 상기 베드부(10) 사이에서 마주보고 위치하고, 상기 베드부에 의해 이동되는 잉곳(40)을 길이방향으로 절단한다.
상기 헤드부(30)는 복수의 헤드부를 포함할 수 있으며, 각각 상하 좌우로 독립적으로 움직일 수 있다.
본 발명의 슬림 로드 커터기는 상기 마주보는 두 개의 헤드부 사이에 추가로 헤드부(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 추가된 헤드부는 별도의 지지축을 구비하여 이들 사이에 위치할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 슬림로드 커터기는 바람직하게는 2 개의 헤드부를 구비하는 것이나, 3개 이상의 헤드부를 구비하는 것을 배제하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 사용되는 커터부를 도시한 것이다.
도 2를 참고하면, 상기 헤드부(30)는 커터부(31) 및 이를 구동하는 모터(32)를 포함할 수 있다.
상기 커터부(31)는 다수개의 휠 타입 커터(311)와 이들 사이에 위치하여 절단 두께를 일정하게 유지하는 스페이서(312)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 상기 커터부(31)는 상기 휠 타입 커터를 1~20개, 바람직하게는 1~18개까지 포함할 수 있다.
상기 커터부(31)는 휠 타입 커터/스페이서/휠 타입 커터/스페이서 형태로 장착되어 형성될 수 있다. 상기 커터와 커터 사이의 간격은 스페이서를 사용하여 조절할 수 있다.
또한, 상기 스페이서(312)의 두께는 잉곳의 절단 두께에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 슬림로드(Slim Rod)를 사용할 수 있는 최소 두께인 7mm정도로 맞추고 휠의 두께를 줄여서 개수를 늘릴 수 있다.
상기 휠 타입 커터의 두께가 1.4~2mm가 될 수 있다. 잉곳의 직경이 170mm인 경우 휠 두께를 2T이하로 줄이면 슬림로드 개수를 늘릴 수 있다.
종래 기술은 지그 및 휠(커터) 등의 한계성으로 인해 작업 중에 발생하는 열과 충격을 견디지 못하고 휠이 휘어져 버려 잉곳이 깨지는 현상이 있었다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하고자 새로운 구조의 휠 타입 커터를 사용한다.
도 3은 본 발명에 사용가능한 새로운 구조의 휠 타입 커터를 나타내는 개략도이다. 도 4는 도 3의 커터 끝부분을 확대한 도면이다.
본 발명에서 사용가능한 휠 타입 커터는 절단 중에 발생하는 열과 충격에 견디는 재질을 사용할 수 있으며, 일예로는 스테인레스 스틸(SUS), 크롬 몰리브덴강(SCM)계열을 사용할 수 있다.
상기 휠 타입 커터(311)는 축이 삽입되는 중공(1)을 구비한 원형의 커터일 수 있다.
상기 휠 타입 커터(311)는 절삭수 공급을 위한 키홈(2)을 구비할 수 있다. 상기 키홈은 커터(311)의 외주연 아래에 4~12개, 바람직하게는 6~10개 정도가 형성될 수 있다. 상기 키홈이 너무 많으면 가공 중에 커터가 떨려 표면 탈락 현상이 발생할 수 있다.
상기 휠 타입 커터(311)는 외주연을 따라 형성되고 다수의 개구(3)를 구비한 칼날부(4)를 포함하고, 상기 칼날부의 선단에 돌출부(41) 및 함몰부(42)가 교대로 형성될 수 있다. 상기 개구(3)에 의해 절삭수의 원활한 공급이 가능하여 발생열을 줄일 수 있다. 상기 돌출부(41) 및 함몰부(42)가 교대로 반복 형성된 칼날부(4)는 발생된 열을 용이하게 소산시킬 수 있는 형상이다.
상기 칼날부(4)는 강도 향상을 위해 그 외면에 다이아몬드가 코팅될 수 있다.
상기 커터부(31)는 별도의 승강수단(미도시)에 의해 상하 방향으로 움직일 수 있다.
본 발명은 헤드부의 진동을 줄여주는 축가이드 장치(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 축 가이드 장치는 상기 헤드부의 일측면과 연결되어 헤드부의 진동을 줄일 수 있다.
본 발명에서는 베어링 방식이 아닌 메탈(Metal)방식을 사용한 스핀들 모터를 채용하여 18개 내외의 휠이 장착되어도 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명의 슬림로드 커터기는 절삭수 제공부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서의 절삭수 제공부는 커터부의 열 발생을 줄이기 위해 한 번에 많은 양의 절삭수를 커터부로 보내는 다노즐 분무기(미도시)가 될 수 있다. 상기 다노즐 분무기는 2개 이상 바람직하게는 4개 이상의 분기부를 구비하고 상기 분기부 말단에 노즐을 채용하는 구조일 수 있다.
또한 상기 커터기는 작업시 절삭수가 튀어나가는 것을 방지하는 절삭수 보호막을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 슬림 로드 커터기는 다수개의 커터를 구비한 복수개의 헤드를 구비하므로 작업 효율이 종래 기술에 비해 최소 4배 이상 증가하였다. 종래의 슬림 로드 커터기는 커터가 이동하면서 잉곳을 길이방향으로 절단하였으나 본 발명에서는 다수 개의 커터를 구비한 헤드의 안정적인 운영 및 효율을 높이고자 베드에 고정된 잉곳을 이동시키면서 절단하는 베드 이동 시스템을 채용하였다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 베드 20 : 이송부 30 : 헤드부
40 : 잉곳

Claims (7)

  1. 잉곳이 놓여지는 베드부와 상기 베드부를 이동시키는 이송부와 잉곳을 절단하기 위한 헤드부로 이루어진 슬림로드 커터에 있어서,
    상기 헤드부는 상기 베드부에 의해 이동되는 잉곳을 길이방향으로 절단하는 커터부와 이를 구동하는 모터로 이루어지며,
    상기 커터부는 다수개의 휠 타입 커터와 이들 사이에 위치하여 절단 두께를 일정하게 유지하는 스페이서를 포함하고,
    상기 휠 타입 커터는 외주연을 따라 형성되고 다수의 개구를 구비한 칼날부를 포함하고,
    상기 칼날부의 선단에 돌출부 및 함몰부가 교대로 형성됨을 특징으로 하는 슬림로드 커터
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 휠 타입 커터는 절삭수 공급을 위한 키홈을 구비한 것을 특징으로 하는 슬림로드 커터.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 칼날부는 그 외면에 다이아몬드 코팅된 것을 특징으로 하는 슬림로드 커터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이송부는 V&V홈 안내면을 구비하여 진동을 줄인 것을 특징으로 하는 슬림로드 커터.
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