KR102012794B1 - 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 본 발명에 의한 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법은, 초고순도 가스가 충전될 실린더를 성형하여 마련하는 성형단계, 성형된 실린더의 내부의 습기를 제거하도록 열처리하는 열처리단계, 열처리된 실린더의 내면을 쇼트 처리하는 제1처리단계, 쇼트 처리된 실린더의 내면을 다단계로 연마 처리하는 제2처리단계 및 실린더에 초고순도 가스를 봉인하는 봉인단계를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 실린더 내부의 오염을 효율적으로 제거함으로써 충전되는 가스의 초고순도 상태를 유지할 수 있게 된다.

Description

초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법{CYLINDER TREATMENT METHOD FOR ULTRA-HIGH PURITY GAS FILLING}
본 발명은 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 실린더의 내부를 가스의 초고순도 상태를 저해하지 않도록 처리하여 고효율의 초고순도 가스 충전이 가능한 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법에 관한 것이다.
현대 산업의 발전으로 인해, 반도체 발광소자(LED), 액정표시장치(LCD), 태양광 발전 및 집적 회로 마이크로 전자 등 각 업종에서 기체 순도에 대한 수요가 증가되고 있다. 특히, 전자 산업분야에서 사용되는 순도가 극히 높은 각종 고순도, 초고순도 기체에 대한 요구도 점점 엄격해지고 있으며, 고순도, 초고순도를 요구할 뿐만 아니라, 처리 공정중의 품질 확보에 대한 요구가 증대하고 있다. 예컨대, 반도체 공정과 같은 제조 공정이 민감한 분야에 처리 가스에 극히 일부라도 불순물이 포함될 경우, 제조되는 웨이퍼(Wafer)의 손상을 야기한다.
한편, 이러한 순도가 높은 가스는 일반적으로 가스 실린더를 사용하여 저장탱크에 저장되며, 가스 실린더 자체의 오염은 가스의 순도에 영향을 미치는 요인이 된다. 이에 따라, 근래에는 순도가 높은 가스를 제공하기 위해 가스 실린더의 오염을 억제하기 위한 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1344936호 대한민국 등록실용신안공보 제20-0399166호
본 발명의 목적은 간단한 공정을 정체됨 없이 수행하여 실린더 내부의 불순물을 효율적으로 제거함으로써, 초고순도 가스의 충전 효율을 향상시킬 수 있는 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법은, 초고순도 가스가 충전될 실린더를 성형하여 마련하는 성형단계, 성형된 상기 실린더의 내부의 습기를 제거하도록 열처리하는 열처리단계, 열처리된 상기 실린더의 내면을 쇼트 처리하는 제1처리단계, 쇼트 처리된 상기 실린더의 내면을 다단계로 연마 처리하는 제2처리단계 및, 상기 실린더에 상기 초고순도 가스를 봉인하는 봉인단계를 포함한다.
일측에 의하면, 상기 성형단계는, 양단이 개방된 강재 재질의 심레스 파이프(seamless pipe)의 내면을 연삭하여 상기 실린더로 성형시킬 수 있다.
일측에 의하면, 상기 열처리단계는, 상기 실린더의 내부로 스팀(Steam)을 퍼지시켜 상기 실린더 내부의 수분을 제거할 수 있다.
일측에 의하면, 상기 열처리단계는, 상기 실린더의 내부로 내시경을 유입시켜 상기 실린더의 내부 습도상태를 확인하면서 열처리가 이루어질 수 있다.
일측에 의하면, 상기 제1처리단계는, 상기 실린더의 내부로 쇼트재를 분사하여 내면의 이물질을 제거하며, 상기 쇼트재 분사 이후에 상기 실린더는 세척될 수 있다.
일측에 의하면, 상기 제2처리단계는, 상기 실린더의 내부로 서로 다른 연마재료가 다단계로 분사되어 상기 실린더의 내면을 연마시키며, 상기 실린더의 내면 연마 이후에 상기 실린더는 세척될 수 있다.
일측에 의하면, 상기 제2처리단계는, 제1연마재료를 상기 실린더의 내면으로 분사하여 1차 연마하는 제1연마단계 및 상기 제1연마재료와 다른 크기의 제2연마재료를 상기 실린더의 내면으로 분사하여 상기 실린더의 내면이 코팅되도록 2차 연마하는 제2연마단계를 포함할 수 있다.
일측에 의하면, 상기 제1연마재료는 12 ~ 18mm 길이의 입방체 형상을 가지며, 상기 제2연마재료는 7 ~ 13mm 직경의 구 형상을 가지되, 상기 제1 및 제2연마재료는 상기 실린더의 내용적 1L당 0.7 ~ 0.11kg이 사용될 수 있다.
일측에 의하면, 상기 제1 및 제2연마단계는 각각 6 ~ 10시간 및 1 ~ 6시간 이상 상기 실린더를 회전하면서 이루어질 수 있다.
일측에 의하면, 상기 봉인단계는 2 ~ 4bar의 압력의 질소(N2)를 상기 실린더에 충전하여 봉인할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 실린더 내부의 불순물을 효율적으로 제거할 수 있어, 실린더에 충전되는 가스의 초고순도를 유지할 수 있게 된다.
둘째, 열처리된 실린더를 쇼트 처리한 후, 다단계로 연마 처리하는 간단한 공정을 통해 초고순도 가스 충전이 가능해져, 효율 향상에 기여할 수 있다.
셋째, 실린더의 불순물을 제거하기 위한 각 단계들이 정체됨 없이 연결되어 이루어짐으로써, 빠른 시간안에 효과적으로 내부 오염을 제거할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법(1)은 성형단계(10), 열처리단계(20), 제1처리단계(30), 제2처리단계(40) 및 봉인단계(50)를 포함한다.
참고로, 본 발명에서 설명하는 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법(1)은 6N(99.99995%)급 질소(N2)와 같은 초고순도 가스가 충전되는 실린더를 제조함에 있어서, 가스의 초고순도 상태를 유지할 수 있도록 내부를 처리하기 위한 것이다.
성형단계(10)는 실린더의 형상으로 성형하기 이전에, 실린더의 재료가 되는 파이프의 내면의 표면조도를 매끄럽게 연삭시킨다. 이러한 성형단계(10)는 특수 사포휠을 사용하여 파이프 제조 공정시 발생된 파이프 내면의 거친 표면을 연삭 가공하여, 가스가 충전되는 실린더로 성형된다.
이때, 파이프의 내부로 내시경과 같은 관찰수단이 유입됨으로써, 파이프 내면의 표면 거칠기를 육안으로 확인할 수 있다. 또는, 파이프의 내부로 거칠기를 감지할 수 있는 센서를 유입시켜 파이프의 내면 연삭 상태를 확인할 수도 있다.
참고로, 본 발명에서 설명하는 파이프는 양단이 개방된 무봉 심레스 파이프(seamless pipe)인 것으로 예시한다. 또한, 파이프는 강재(Steel) 재질로 형성될 수 있다.
열처리단계(20)는 파이프의 연삭 가공에 의해 마련된 실린더의 내부로 가스를 충진할 수 있도록 실린더의 내부를 열처리한다. 보다 구체적으로, 실린더 내부에 물과 같이 습기가 유입되면 실린더의 급랭과 함께 수증기에 의한 얼룩이 발생되므로, 실린더의 양단을 특수 막음 처리하여 내부를 열처리한다.
이때, 열처리단계(20)는 실린더의 내부로 스팀을 퍼지하여 내면을 건조시킴으로써, 실린더 내면의 수분을 제거할 수 있다. 스팀 퍼지를 위한 강관은 실린더의 대략 1/2 내지 2/3 위치까지 삽입될 수 있으며, 대략 60min 내외의 시간동안 열처리 공정이 이루어질 수 있다. 또한, 열처리를 위한 블로우 온도는 대략 70 ~ 80 ℃이며, 스팀의 온도는 70 ~ 80 ℃임이 바람직하다.
참고로, 열처리단계(20)에서 실린더의 내부로 내시경 또는 습도감지 센서 등을 실린더의 내부로 유입시킴으로써, 실린더 내부의 습도 상태를 확인하면서 열처리가 이루어질 수 있다.
제1처리단계(30)는 열처리단계(20)를 거쳐 내부의 습기가 제거된 실린더를 고압 기류와 함께 쇼트재를 분사하여 실린더의 내부를 1차 처리한다. 이때, 제1처리단계(30)는 작은 알갱이의 강재 쇼트볼을 포함하는 쇼트재를 실린더의 내면으로 고압 분사하는 쇼트 장비를 이용한다. 쇼트장비를 통해 고압 분사되는 쇼트재는 실린더의 열처리단계(20)를 통해 발생될 수 있는 산화 스케일과 같은 실린더 내면의 이물질을 제거한다. 여기서, 제1처리단계(30)에서의 쇼트 시간은 파이프 내면의 연삭된 조도를 침해하지 않는 정도를 유지한다.
한편, 제1처리단계(30) 이후에 고압기류를 이용하여 실린더의 내부에 잔류된 쇼트 분진과 같은 이물질을 제거하는 실린더 제1세척단계(31)를 가짐이 바람직하다.
제2처리단계(40)는 제1처리단계(30)와 실린더 제1세척단계(31)를 거쳐 1차 처리된 실린더를 연삭하여 2차 처리한다. 보다 구체적으로, 제2처리단계(40)는 고밀도의 연마용 특수돌과 같은 다양한 연삭용 주재를 실린더의 내부로 투입시킨다. 이때, 실린더는 소정 회전력으로 일정시간 반복 회전된다. 이러한 제2처리단계(40)를 거쳐 실린더의 내면은 유리 거울과 유사한 표면 조도를 가지도록 연마된다. 그로 인해, 실린더의 내면은 높은 광결도의 목적을 달성할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 제2처리단계(40)는 실린더 내면을 2단계로 연마한다.
1단계 연마 공정은 실린더 내부에 입방체의 고밀도 제1연마재료 예컨대, 연마석을 주입하여, 연마시킨다. 이때, 입방체인 제1연마재료는 대략 15mm 내외의 길이를 가질 수 있으며, 실린더의 내용적 1L당 제1연마재료의 사용량은 대략 0.9kg 내외일 수 있다. 또한, 실린더는 고속 회전장치에 의해 시계방향으로 고속 회전함이 바람직하며, 이 때의 회전시간은 최소 8시간 이상일 수 있다.
즉, 8시간 이상 고속 회전되는 실린더의 내부로 연마석을 포함하는 연마재료가 분사되어, 실린더의 내부가 1차 연마된다.
2단계 연마 고정은 1차 연마된 실린더의 내면을 2차 광택 연마시킨다. 이때, 2차 연마공정에 투입되는 제2연마재료는 제1연마재료와 다른 사이즈를 가지며, 본 실시예에서는 대략 10mm 내외의 직경을 가지는 볼인 것으로 예시한다. 이러한 제2연마재료는 실린더의 1L당 대략 0.9kg 정도의 사용량으로 실린더의 내면으로 분사될 수 있다. 아울러, 회전장치에 의해 고속 회전되는 실린더는 최소 4시간 이상 회전되어, 2차 연마공정이 수행될 수 있다.
정리하면, 1차 연마된 실린더는 회전장치에 의해 4시간 이상 회전되며, 회전되는 동안 직경이 10mm 내외인 볼 형상의 제2연마재료가 실린더의 내부로 고속 분사되어 실린더의 내면이 연마 코팅되는 것이다. 이렇게 2단계로 연마된 실린더의 내부 표면의 조도 즉, 거칠기는 최소 3.0마이크로 이하임이 바람직하다.
참고로, 제2처리단계(40)에서 실린더는 리프트와 같은 거치수단에 거치되되, 기계장치를 이용해 수직으로 세워진 상태로 거치된다. 그로 인해, 제2처리단계(40)에서 실린더의 내면으로 2단계로 분사되는 제1 및 제2연마재료와 제1 및 제2연마재료 및 함께 분사되는 연마수가 중력방향으로 배출될 수 있게 된다.
아울러, 2단계로 분사되는 제1 및 제2연마재료 중, 1차로 분사되는 입방체 형상의 제1연마재료는 99.9% 이상의 순도를 가지는 알루미나 인공 소결의 세라믹체일 수 있다. 또한, 2차로 분사되는 볼 형상의 제2연마재료는 99.9% 이상의 순도를 가지는 산화규소 인공 소결의 세라믹구일 수 있다.
한편, 제2처리단계(40) 또한, 실린더의 내부를 고압 노즐을 통해 세척시키는 실린더 제2세척단계(41)를 가진다. 실린더 제2세척단계(41)는 특수 정제된 고온의 순수물을 고압기류를 발생시키는 노즐을 통해 실린더의 내부로 분사시킴으로써 실린더의 내부를 세척할 수 있다. 또한, 실린더의 내면에 잔류된 유분은 특수 첨가재를 고압 분사되는 순수물에 첨가하여 함께 분사함으로써, 제거될 수 있다.
봉인단계(50)는 실린더 제2세척단계(41)까지 거쳐 내면이 쇼트 및 연마된 실린더의 내부로 초고순도 가스를 투입하여 봉인 처리한다. 이때, 실린더에 봉인되는 가스는 3bar 정도의 6N급 질소(N2) 가스인 것으로 예시하나, 꼭 이에 한정되지 않음은 당연하다.
이상과 같은 실린더 처리단계들은 순차적으로 정체됨 없이 신속하게 다음 공정으로 연결되어 진행된다. 그로 인해, 실린더의 내면에 처리 공정 중 발생될 수 있는 녹이나 얼룩 등의 흠결도 방지될 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 초고순도 가스가 충전될 실린더를 성형하여 마련하는 성형단계;
    성형된 상기 실린더의 내부의 습기를 제거하도록 열처리하는 열처리단계;
    열처리된 상기 실린더의 내면을 쇼트 처리하는 제1처리단계;
    쇼트 처리된 상기 실린더의 내면을 다단계로 연마 처리하는 제2처리단계; 및
    상기 실린더에 상기 초고순도 가스를 봉인하는 봉인단계; 를 포함하고,
    상기 열처리 단계는,
    상기 실린더의 내부로 스팀(Steam)을 퍼지시켜 상기 실린더 내부의 수분을 제거하고
    상기 스팀을 퍼지시키기 위한 강관은 실린더의 1/2 내지 2/3 위치까지 삽입하며, 60 min내외의 시간동안 열처리 공정이 이루어지고 열처리 블로우 온도는 70~80℃이며, 스팀의 온도는 70~80℃이고,
    상기 실린더의 내부로 내시경을 유입시켜 상기 실린더의 내부 습도상태를 확인하면서 열처리가 이루어지고,
    상기 제 2 처리단계는,
    제1 연마재료를 상기 실린더의 내면으로 분사하여 1차 연마하는 제1연마단계; 및
    상기 제1 연마재료와 다른 크기의 제2 연마재료를 상기 실린더의 내면으로 분사하여 상기 실린더의 내면이 코팅되도록 2차 연마하는 제2연마단계;
    상기 제1 연마재료는 12 ~18mm 길이의 입방체 형상을 가지며 99.9%이상의 순도를 가지는 알루미나 인공소결의 세라믹체이고, 상기 제 2 연마재료는 7 ~ 13mm 직경의 구 형상을 가지며 99.9%이상의 순도를 가지는 산화규소 인공 소결의 세라믹구이고,
    상기 제 1 및 제 2 연마재료는 상기 실린더의 내용적 1L당 0.7 ~ 0.11kg이 사용되는 초고순도 가스 충전용 실린더 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성형단계는,
    양단이 개방된 강재 재질의 심레스 파이프(seamless pipe)의 내면을 연삭하여 상기 실린더로 성형시키는 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1처리단계는,
    상기 실린더의 내부로 쇼트재를 분사하여 내면의 이물질을 제거하며,
    상기 쇼트재 분사 이후에 상기 실린더는 세척되는 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2처리단계는,
    상기 실린더의 내부로 서로 다른 연마재료가 다단계로 분사되어 상기 실린더의 내면을 연마시키며,
    상기 실린더의 내면 연마 이후에 상기 실린더는 세척되는 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2연마단계는 각각 6 ~ 10시간 및 1 ~ 6시간 이상 상기 실린더를 회전하면서 이루어지는 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 봉인단계는 2 ~ 4bar의 압력의 질소(N2)를 상기 실린더에 충전하여 봉인하는 초고순도 가스 충전용 실린더 처리방법.
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