KR102023544B1 - 가스통의 가스 잔량 체크장치 - Google Patents

가스통의 가스 잔량 체크장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐비닛(cabinet)에 설치되어 가스 라인으로 가스를 공급하는 가스통의 무게를 실시간으로 측정하여 가스통의 교체시기를 판단할 수 있도록 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치에 관한 것으로, 가스통을 리프터에 로딩하여 승, 하강시키는 구조에서 가스통의 무게 중심이 로드 셀의 중심과 일치하지 않더라도 가스통의 무게를 정확히 측정할 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 캐비닛에 수직으로 고정 설치되는 베이스(40)와, 상기 베이스(40)에 승, 하강 가능하게 설치되어 제1 LM 가이드(41)에 의해 안내되는 볼 스크류 하우징(42)과, 상기 볼 스크류 하우징(42)에 설치되어 가스통(60)의 무게를 측정하는 가스 잔량 감지부(43)와, 상기 베이스(40)에 고정 설치되어 볼 스크류 하우징(42)의 중심에 나사 결합된 볼 스크류(44)를 회전시키는 액츄에이터(45)와, 상기 베이스(40)에 설치된 제2 LM 가이드(46)에 안내되어 볼 스크류(44)의 회전에 따라 승, 하강하며, 가스통(60)이 로딩되는 무빙 베이스(70)와, 상기 무빙 베이스(70)에 편심되게 설치되어 가스 잔량 감지부(43)에 하중을 가하는 하중가압수단(80)과, 상기 하중가압수단(80)에 의해 가스 잔량 감지부(43)에 가해진 하중을 판단하여 가스통의 교체시기를 알리는 알림수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

가스통의 가스 잔량 체크장치{GAS RESIDUAL QUANTITY DETECTION DEVICE FOR GAS TANK}
본 발명은 캐비닛(cabinet)에 설치되어 가스 라인으로 가스를 공급하는 가스통의 무게를 실시간으로 측정하여 가스통의 교체시기를 판단할 수 있도록 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 가스통을 리프터에 로딩하여 승, 하강시키는 구조에서 가스통의 무게 중심이 로드 셀의 중심과 일치하지 않더라도 가스통의 무게를 정확히 측정할 수 있도록 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼를 제조하는 일련의 공정에는 여러 가지 종류의 가스가 다양한 용도로 사용되고 있는데, 가스를 사용하는 소정의 공정이 진행되는 도중에 가스의 교체 시기를 판단하기 위해서는 가스의 압력을 측정하여 가스통의 교체시기를 판단하고 있다.
그러나 저압 가스인 경우, 가스의 압력이 낮아 사용 도중에 가스량이 감소하여도 압력 측정에 의해서는 이를 확인하기가 곤란하여 가스통의 무게 변화를 측정하여 가스통의 교체시기를 판단하고 있다.
상기 웨이퍼 제조공정에 사용되는 가스는 고가이어서 최대한 많이 사용하여야 되지만, 가스통의 내부에는 미세한 불순물이 잔류하고 있어 불순물이 공정으로 공급되면 불량품이 대량 생산되므로 가스통의 교체시기를 정확하게 판단하여야 된다.
도 1은 종래의 장치를 나타낸 구성도이고 도 2는 가스 잔량 감지부의 구성을 나타낸 종단면도로써, 종래의 가스공급장치(20)는 소정의 가스가 충전되어 있는 가스통(21)과, 상기 가스통(21)의 하부를 지지하는 지지부(22)와, 상기 가스통(21)의 일부와 연결되어 소정의 반도체 웨이퍼 제조 설비에 가스를 공급하는 가스 공급관(23)으로 구성되어 있다.
반도체 웨이퍼 제조 설비의 이온 주입 장치(도시는 생략함)에 사용되는 가스통(21)에는 이온 생성용 가스인 BH3, BF3, PH3, PF3, AsH3, AsF3 등의 가스가 충전되어 있다.
상기 가스통(21)의 하부와 지지부(22) 사이에는 가스 잔량 감지부(30)가 개재되어 있는데, 상기 가스 잔량 감지부(30)는 도 3과 같은 로드 셀(load cell)을 주로 사용하고 있다.
상기 로드 셀(30)은 외함(31), 로드 버튼(32; load button), 변형 게이지(strain gauge)(33), 케이블(34) 및 모니터부(35)로 구성되어 있다.
상기 가스통(21)의 하부와 지지부(22)의 사이에 개재되는 외함(31) 내부에는 로드 버튼(32)이 삽입되어 상향 돌출되어 있어 가스통(21)의 하부와 접촉하여 가스통(21)의 하중을 받는다.
상기 변형 게이지(33)는 역시 외함(31)에 삽입되어 로드 버튼(32)과 결합되어 버튼(32)이 가스통(21)의 하중을 받을 때 그에 따른 변형이 발생된다.
따라서 가스통(21)에 충전되어 있던 가스가 가스 공급관(23)을 통해 공급됨에 따라 가스의 양이 변하면, 가스통(21)의 하중 변화가 로드 버튼(32)을 통하여 변형 게이지(33)로 전달되므로 상기 변형 게이지(33)가 변형을 일으키며, 그에 따라 전기저항이 변하고 전류 역시 변하게 된다.
이것을 디지털의 전기신호로 변환시켜 변형 게이지(33)와 케이블(34)에 의하여 연결되어 있는 모니터부(35)에 전달하면, 모니터부(35)에 하중이 표시되므로 가스통(21)의 교체시기를 판단하게 된다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 0001) 대한민국 공개특허공보 10-1999-0032928(1999.05.15.공개)
(특허문헌 0002) 대한민국 등록특허공보 10-0242982(1998.11.15.등록)
그러나 이러한 종래의 장치는 가스통이 캐비닛에 고정식으로 내장되는 타입에서는 가스통의 무게 중심이 가스 잔량 감지부의 무게 중심과 일치하므로 가스통의 무게를 정확히 측정할 수 있지만, 가스통의 자동 교체를 위해 가스통을 리프터에 로딩하여 승, 하강시키는 구조에서는 가스통의 무게 중심이 가스 잔량 감지부의 중심과 일치하지 않고 편 하중이 걸리게 되므로 가스통의 무게를 정확히 측정할 수 없게 되는 치명적인 결함이 있었다.
본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써, 가스통의 자동 교체를 위해 가스통을 리프터에 로딩하여 승, 하강시키는 타입에서 그 구조를 개선하여 가스통의 무게를 측정하는 가스 잔량 감지부에 편 하중이 걸리더라도 가스통의 무게를 정확히 측정할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 가스통의 교체 시기를 정확히 판단함에 따라 가스통의 내부에 잔류하는 미세한 불순물이 웨이퍼 제조설비에 공급되지 않도록 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 캐비닛에 수직으로 고정 설치되는 베이스와, 상기 베이스에 승, 하강 가능하게 설치되어 제1 LM 가이드에 의해 안내되는 볼 스크류 하우징과, 상기 볼 스크류 하우징에 설치되어 가스통의 무게를 측정하는 가스 잔량 감지부와, 상기 베이스에 고정 설치되어 볼 스크류 하우징의 중심에 나사 결합된 볼 스크류를 회전시키는 액츄에이터와, 상기 베이스에 설치된 제2 LM 가이드에 안내되어 볼 스크류의 회전에 따라 승, 하강하며, 가스통이 로딩되는 무빙 베이스와, 상기 무빙 베이스에 편심되게 설치되어 가스 잔량 감지부에 하중을 가하는 하중가압수단과, 상기 하중가압수단에 의해 가스 잔량 감지부에 가해진 하중을 판단하여 가스통의 교체시기를 알리는 알림수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치가 제공된다.
본 발명은 캐비닛에 설치되는 가스통을 리프터에 로딩하여 자동으로 승, 하강시키는 타입의 장비에서 가스통의 무게를 정확히 판단하여 적절한 시기에 가스통을 교체할 수 있게 되므로 장비의 자동화 실현이 가능한 이점이 있다.
또한, 가스통의 무게를 측정하는 가스 잔량 감지부에 가해지는 하중을 웨이트 발란스 스프링에 의해 상쇄시켜 최소화할 수 있게 되므로 가스 잔량 감지기인 로드 셀의 용량을 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 원가를 절감할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 장치를 나타낸 구성도
도 2는 가스 잔량 감지부의 구성을 나타낸 종단면도
도 3은 본 발명이 구비된 가스통 리프터를 나타낸 사시도
도 4는 본 발명의 요부를 나타낸 분해 사시도
도 5는 본 발명의 요부를 확대하여 나타낸 사시도
도 6은 본 발명의 작동을 설명하기 위한 정면도
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
도 3은 본 발명이 구비된 가스통 리프터를 나타낸 사시도이고 도 4는 본 발명의 요부를 나타낸 분해 사시도이며 도 5는 본 발명의 요부를 확대하여 나타낸 사시도로써, 본 발명은 캐비닛(도시는 생략함)에 수직으로 고정 설치되는 베이스(40)와, 상기 베이스(40)에 승, 하강 가능하게 설치되어 제1 LM 가이드(41)에 의해 안내되는 볼 스크류 하우징(42)과, 상기 볼 스크류 하우징(42)에 설치되어 가스통(60)의 무게를 측정하는 로드 셀(load cell)과 같은 가스 잔량 감지부(43)와, 상기 베이스(40)에 고정 설치되어 볼 스크류 하우징(42)의 중심에 나사 결합된 볼 스크류(44)를 회전시키는 Z축 서보 모터와 같은 액츄에이터(45)와, 상기 베이스(40)에 설치된 제2 LM 가이드(46)에 안내되어 볼 스크류(44)의 회전에 따라 승, 하강하며, 가스통(60)이 로딩되는 무빙 베이스(70)와, 상기 무빙 베이스(70)에 편심되게 설치되어 가스 잔량 감지부(43)에 하중을 가하는 하중가압수단(80)과, 상기 하중가압수단(80)에 의해 가스 잔량 감지부(43)에 가해진 하중을 판단하여 가스통의 교체시기를 알리는 알림수단 등으로 구성되어 있다.
이때, 상기 가스 잔량 감지부(43)의 상면에 하중가압수단(80)이 접속되는 베어링 슬라이드 블럭(47)를 설치하는 것이 보다 바람직한데, 이는 가스 잔량 감지부(43)가 마모되는 현상을 방지하기 위한 것이다.
상기 하중가압수단(80)을 본 발명의 일 실시예로 도시한 도 5에서는 상기 무빙 베이스(70)에 고정된 베어링 홀더(81)와, 상기 베어링 홀더(81)에 고정되어 무빙 베이스(70)의 배면으로 노출된 베어링 핀(82)과, 상기 베어링 핀(82)에 회전 가능하게 설치되어 베어링 슬라이드 블럭(47)의 상면에 접속되는 베어링과 같은 접촉부재(83)로 구성하였으나, 당해 분야에 기술자가 다양한 형태로 적용 가능함은 이해 가능한 것이다.
본 발명에서는 무빙 베이스(70)에 설치되는 각종 부품 및 가스통(60)의 무게를 상쇄시켜 용량이 크지 않은 가스 잔량 감지부(43)를 사용하도록 함으로써, 원가를 줄일 수 있도록 도 5 및 도 6에서와 같이 상기 볼 스크류 하우징(42)의 양측에 웨이트 발란스 스프링(48)이 각각 설치되어 상기 웨이트 발란스 스프링(48)의 상면이 무빙 베이스(70)에 형성된 통공(71)의 상면에 접속되도록 설치되어 있는데, 이때 상기 볼 스크류 하우징(42)에 단턱부(42a)가 형성되어 있고 상기 단턱부(42a)의 양측에는 웨이트 발란스 스프링(48)의 하부가 끼워지는 요입홈(42b)이 형성되어 있어 상기 웨이트 발란스 스프링(48)이 각종 부품 및 가스통(60)의 무게를 상쇄시키게 된다.
상기 웨이트 발란스 스프링(48)의 탄성계수는 무빙 베이스(70) 및 무빙 베이스에 장착되는 부품의 종류에 따라 달라지므로 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
상기 가스통(60)으로부터 가스를 웨이퍼 제조설비에 공급하여 가스통(60)의 교체시기가 판단되면 이를 알리는 알림수단(도시는 생략함)을 부저, 경광등, 싸이렌, 음성메시지, 모니터 중 어느 하나로 선택 적용하여 작업자에게 가스통(60)의 교체시기를 알리도록 되어 있다.
본 발명의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 가스통(60)을 리프터(50)에 로딩하여 상승시킨 다음 가스통(60)의 가스분사노즐(도시 생략함)에 가스배관의 일단에 고정된 커넥터 너트(도시는 생략함)를 연결시키고 밸브 핸들(61)을 개방하면 가스통(60) 내의 가스가 웨이퍼 제조설비에 공급된다.
상기한 바와 같이 리프터(50)에 로딩된 가스통(60)을 상승시키면 가스 잔량 감지기(43)와 가스통(60)의 중심간 이격거리(S)가 발생된 상태에서 무빙 베이스(70) 및 각종 부품 그리고 가스통(60)의 무게가 하중가압수단(80)인 베어링(83)을 통해 베어링 슬라이드 블럭(47)의 상면에 전달된다.
이에 따라, 상기 무빙 베이스(70)가 제2 LM 가이드(46)에 안내되어 수직방향으로만 움직이고 가스 잔량 감지기(43)에도 하중이 수직방향으로만 걸리게 되므로 가스 잔량 감지부(43)인 로드 셀에서 가스통(60)의 무게를 측정하는 데, 이때 가스통(60)의 무게를 제외한 나머지 무게는 이미 제어부(도시는 생략함)의 셋팅시 "0"점을 조정하였으므로 가스통(60)의 무게만을 측정하게 된다.
한편, 상기한 바와 같이 무빙 베이스(70)가 상승하여 그 하중이 베어링 슬라이드 블럭(47)에 걸릴 때 볼 스크류 하우징(42)의 단턱부(42a)의 양측에는 무빙 베이스(70)에 형성된 통공(71)의 저면에 밀착되어 무빙 베이스(70) 및 부품의 무게를 상쇄시키는 웨이트 발란스 스프링(48)이 설치되어 있어 가스 잔량 감지기(43)인 로드 셀의 용량을 줄이고도 가스통(60)의 무게를 실시간으로 안정되게 측정할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 동작으로 가스통(60)의 무게를 측정하여 제어부에 셋팅된 가스통(60)의 교체시기가 판단되면 알림수단을 통해 작업자에게 가스통(60)의 교체시기를 알림과 동시에 캐비닛의 일 측에 설치된 새로운 가스통을 통해 가스를 웨이퍼 제조설비에 계속해서 공급할 수 있게 된다.
이와 같이 가스통을 교체하고 나면 작업자가 사용하고 난 가스통을 캐비닛에서 꺼내고 새로운 가스통을 캐비닛의 리프터(50)에 로딩함으로써, 새로운 가스통으로 교체 가능해지게 되는 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 상기 상세한 설명에서 기술된 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
40 : 베이스 41 : 제1 LM 가이드
42 : 볼 스크류 하우징 43 : 가스 잔량 감지기
44 : 볼 스크류 45 : 액츄에이터
46 : 제2 LM 가이드 47 : 베어링 슬라이드 블럭
48 : 웨이트 발란스 스프링 50 : 리프터
60 : 가스통 61 : 밸브 핸들
70 : 무빙 베이스 71 : 통공
80 : 하중가압수단 81 : 베어링 홀더

Claims (9)

  1. 캐비닛에 수직으로 고정 설치되는 베이스(40)와, 상기 베이스(40)에 승, 하강 가능하게 설치되어 제1 LM 가이드(41)에 의해 안내되는 볼 스크류 하우징(42)과, 상기 볼 스크류 하우징(42)에 설치되어 가스통(60)의 무게를 측정하는 가스 잔량 감지부(43)와, 상기 베이스(40)에 고정 설치되어 볼 스크류 하우징(42)의 중심에 나사 결합된 볼 스크류(44)를 회전시키는 액츄에이터(45)와, 상기 베이스(40)에 설치된 제2 LM 가이드(46)에 안내되어 볼 스크류(44)의 회전에 따라 승, 하강하며, 가스통(60)이 로딩되는 무빙 베이스(70)와, 상기 무빙 베이스(70)에 편심되게 설치되어 가스 잔량 감지부(43)에 하중을 가하는 하중가압수단(80)과, 상기 하중가압수단(80)에 의해 가스 잔량 감지부(43)에 가해진 하중을 판단하여 가스통의 교체시기를 알리는 알림수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 잔량 감지부(43)의 상면에 하중가압수단(80)이 접속되는 베어링 슬라이드 블럭(47)을 더 설치한 것을 특징으로 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하중가압수단(80)이,
    상기 무빙 베이스(70)에 고정된 베어링 홀더(81)와,
    상기 베어링 홀더(81)에 고정되어 무빙 베이스(70)의 배면으로 노출된 베어링 핀(82)과,
    상기 베어링 핀(82)에 회전 가능하게 설치되어 베어링 슬라이드 블럭(47)의 상면에 접속되는 접촉부재(83)로 구성된 것을 특징으로 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 접촉부재(83)가 베어링인 것을 특징으로 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼 스크류 하우징(42)의 양측에 웨이트 발란스 스프링(48)을 각각 설치함과 함께 상기 웨이트 발란스 스프링(48)의 상면이 무빙 베이스(70)에 형성된 통공(71)의 상면에 접속되도록 설치하여 가스 잔량 감지부(43)에 가해지는 무게가 감량되도록 한 것을 특징으로 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 볼 스크류 하우징(42)에 단턱부(42a)를 형성하여 상기 단턱부(42a)의 양측에 웨이트 발란스 스프링(48)의 하부가 끼워지는 요입홈(42b)을 형성한 것을 특징으로 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 알림수단이 부저, 경광등, 싸이렌, 음성메시지, 모니터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 액츄에이터(45)가 Z축 서보 모터인 것을 특징으로 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 잔량 감지부(43)가 로드 셀인 것을 특징으로 하는 가스통의 가스 잔량 체크장치.
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KR102389236B1 (ko) * 2021-09-03 2022-04-22 곽현영 가스용기 무게 측정 장치
KR20240003005A (ko) 2022-06-29 2024-01-08 (주)유수 가스누설 감지 기능을 겸비한 가스잔량표시장치

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