KR20160068229A - 잉곳의 인상제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시드 척이 구비된 케이블의 흔들림을 제어하여 잉곳의 직경을 안정적으로 제어할 수 있는 잉곳의 인상제어장치에 관한 것이다.
본 발명은 실리콘 융액으로부터 잉곳이 성장되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에 승강 가능하게 위치하는 케이블; 상기 케이블의 하단에 종자 결정이 고정되는 시드 척; 상기 케이블을 상하 방향으로 승강시키는 승강 제어부; 상기 챔버의 내벽에 상하 방향으로 길게 구비된 한 쌍의 가이드; 및 상기 가이드들을 따라 양단이 안내되고, 상기 케이블과 같이 승강 가능하게 설치되는 지지대;를 포함하는 잉곳의 인상제어장치를 제공한다.

Description

잉곳의 인상제어장치 {Growing control apparatus of the ingot}
본 발명은 시드 척이 구비된 케이블의 흔들림을 제어하여 잉곳의 직경을 안정적으로 제어할 수 있는 잉곳의 인상제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 단결정 잉곳제조장치에는 잉곳을 안전하게 인상하기 위한 케이블 타입의 인상장치가 주로 적용되고 있다.
도 1은 일반적인 케이블 타입의 인상장치가 도시된 도면이다.
일반적인 단결정 잉곳제조장치는 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(1) 내측에 도가니(2)가 구비되고, 상기 도가니(2)에 담긴 융액(Melt)으로부터 잉곳(Ingot : IG)을 성장시키게 된다.
이때, 상기 융액(Melt)으로부터 잉곳(IG)을 인상시키기 위하여 케이블(3)이 구비되고, 상기 케이블(3)의 하단에 종자 결정을 매달기 위하여 시드척(4)이 구비된다.
물론, 상기 케이블(3)을 감아올리도록 구성되는 드럼 및 모터 등으로 구성되는 인상 구동부(5)가 상기 챔버(1)의 상측 외부에 구비된다.
상기와 같은 단결정 잉곳제조장치의 동작을 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 상기 인상 구동부(5)가 상기 케이블(3)을 하강시키면, 상기 시드척(4)에 매달린 종자결정(Seed)이 상기 융액(Melt)에 담그고, 상기 케이블(3)이 서서히 회전함에 따라 상기 종자결정(Seed)으로부터 직경이 작은 넥(Neak)을 형성시킨 다음, 상기 넥(Neak)으로부터 반경 방향으로 잉곳(IG)의 직경만큼 결정을 성장시킨다.
이후, 상기 인상 구동부(5)가 상기 케이블(3)을 상승시키면, 상기 케이블(3)에 매달린 잉곳(IG)이 균일한 직경을 가진 원기둥 형상으로 성장한다.
이와 같이, 케이블 타입의 잉곳인상장치는 고유의 연성을 가진 케이블의 특성상 잉곳의 회전축 궤적이 타원 또는 원형 형태로 거동하는 오비트(Orbit) 현상이 발생하고, 이로 인하여 잉곳의 직경을 균일하게 제작하기 어려울 뿐 아니라 잉곳이 챔버에 부딪혀 추락하는 사고 발생의 위험이 있다.
한국공개특허 제2013-0034128호에는 오비트 현상을 제거하기 위하여 접었다 펼수 있는 샤프트 타입으로 잉곳을 끌어올리는 실리콘 단결정 제조장치가 개시되고 있다.
그러나, 종래 기술에 따르면, 접었다 펼 수 있는 샤프트 타입으로 잉곳을 끌어올리기 때문에 샤프트의 불안정한 회전에 영향을 받아 종자결정(Seed)과 넥(Neak) 사이의 파손으로 인하여 잉곳이 추락하는 위험이 있으며, 구조적으로 케이블에 비해 접었다 펼 수 있는 샤프트 타입으로 구성하기 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 잉곳이 매달리는 케이블의 오비트 현상을 제어하고, 잉곳의 직경을 균일하게 성장시킬 수 있는 잉곳의 인상제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 실리콘 융액으로부터 잉곳이 성장되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에 승강 가능하게 위치하는 케이블; 상기 케이블의 하단에 종자 결정이 고정되는 시드 척; 상기 케이블을 상하 방향으로 승강시키는 승강 제어부; 상기 챔버의 내벽에 상하 방향으로 길게 구비된 한 쌍의 가이드; 및 상기 가이드들을 따라 양단이 안내되고, 상기 케이블과 같이 승강 가능하게 설치되는 지지대;를 포함하는 잉곳의 인상제어장치를 제공한다.
본 발명에서, 상기 시드 척과 가이드 사이에 위치하고, 상기 케이블보다 큰 직경을 가지도록 상기 케이블에 상하 간격을 두고 구비된 복수개의 볼; 및 상기 볼들 사이에 위치하고, 상기 볼들의 상하측에서 회전 가능하게 지지하는 복수개의 가이드 벨트;를 더 포함한다.
본 발명에 따른 잉곳의 인상제어장치는 잉곳을 성장시키는 케이블이 챔버 내측에 구비된 한 쌍의 가이드 및 지지대에 의해 상하 방향으로 안내되며, 케이블이 하부에 장착된 볼 및 가이드 벨트에 의해 회전 가능하게 지지됨으로써, 연성을 가진 케이블이 고정된 회전축 상에서 회전 및 승강되도록 한다.
따라서, 케이블에 의해 인상되는 잉곳의 직경을 균일하게 제어할 수 있으며, 케이블의 오비트 현상으로 잉곳이 챔버와 부딪혀 파손 및 추락되는 위험을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 케이블 타입의 인상장치가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 잉곳제조장치가 도시된 도면.
도 3은 도 2에 적용된 가이드 및 지지대 설치구조가 도시된 평단면도.
도 4는 도 2에 적용된 볼과 벨트의 설치구조가 도시된 정면도.
도 5는 도 4의 A 에서 본 측면도.
도 6은 도 5의 B 에서 본 평면도.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 잉곳제조장치가 도시된 도면이고, 도 3은 도 2에 적용된 가이드 및 지지대 설치구조가 도시된 평단면도이다.
본 발명에 따른 잉곳제조장치는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 잉곳이 성장되는 공간을 형성하는 챔버(110)와, 상기 챔버(110) 내부에서 성장하는 잉곳을 케이블(121)에 의해 고정된 회전축을 따라 성장시키는 인상제어장치(120)를 포함하도록 구성된다.
상기 챔버(110)는 잉곳을 만든 다음, 인상시키기 위한 공간을 제공하는데, 실시예에서 챔버 본체(111)와, 상부 챔버(112)와, 연결 챔버(113)로 구성될 수 있다.
상기 챔버 본체(111)는 비교적 직경이 큰 원통 형상으로써, 잉곳이 만들어지는 공간을 제공하며, 실리콘 융액이 담기는 도가니를 비롯하여 히터 및 단열부재가 내장된다.
상기 상부 챔버(112)는 비교적 직경이 작은 원통 형상으로써, 잉곳이 상승하는 공간을 제공하며, 상기 챔버 본체(111) 상측에 상기 연결 챔버(113)에 의해 밀폐되도록 연결된다.
상기 인상제어장치(120)는 잉곳을 고정된 회전축을 중심으로 회전시키는 동시에 인상시키는 케이블 타입으로 구성되는데, 실시예에서 케이블(121)과, 시드척(122)과, 인상 구동부(123)와, 한 쌍의 가이드(124a,124b)와, 지지대(125)와, 볼(126)과, 벨트(127)로 구성된다.
상기 케이블(121)은 고유의 연성을 지닌 복수개의 와이어가 꼬임된 형태로 구성되며, 고하중의 잉곳을 인상시킬 수 있는 강도를 가지도록 구성된다.
상기 시드척(122)은 상기 케이블(121)의 하단에 장착되는데, 종자결정을 매달 수 있는 형태로 구성되며, 한정되지 아니한다.
상기 인상 구동부(123)는 상기 상부 챔버(112)의 상측에서 상기 케이블(121)을 끌어당길 수 있도록 구비되는데, 상기 케이블(121)이 감길 수 있는 드럼 및 이를 회전시킬 수 있는 모터 등을 포함하도록 구성되며, 한정되지 아니한다.
상기 가이드들(124a,124b)은 상기 상부 챔버(112)의 내벽 양측에 상하 방향으로 길게 장착되고, 상기 지지대(125)는 상기 가이드들(124a,124b) 사이를 가로지도록 수평 방향으로 설치되며, 상기 지지대(125)의 양단에 구비된 연결부(125a,125b)가 상기 가이드들(124a,124b)을 따라 상하 방향으로 승강될 수 있도록 설치된다.
이때, 상기 지지대(125)의 중심에는 상기 케이블(121)이 관통할 수 있는 홀(125h)이 구비되고, 상기 케이블(121)이 회전하더라도 상기 지지대(125)와 간섭되지 않는다.
또한, 상기 지지대(125)는 별도의 구동장치가 연결되지 않으며, 상기 인상 구동부(123)에 의해 상기 케이블(121)이 승강됨에 따라 함께 승강되는데, 상기 케이블(121)의 하부와 상기 지지대(125) 사이에 장착된 볼(126)과 벨트(127)에 의해 상기 케이블(121)이 회전 가능한 동시에 상기 케이블(121)이 지지대(125)와 함께 승강 가능하게 작동될 수 있다.
도 4는 도 2에 적용된 볼과 벨트의 설치구조가 도시된 정면도이고, 도 5는 도 4의 A 에서 본 측면도이며, 도 6은 도 5의 B 에서 본 평면도이다.
상기 볼들(126)과 벨트들(127)은 상기 케이블(121)의 하부 즉, 상기 시드척(122 : 도 2에 도시) 상측의 일부 구간에 걸쳐 서로 적층되도록 구비되는데, 상기 볼들(126)과 상기 벨트들(127)은 상기 케이블(121)이 회전 가능하게 지지할 수 있도록 구성된다.
실시예에서, 상기 볼(126)은 상기 케이블(121)을 감싸도록 설치되는 볼 베어링 타입으로 구성되고, 상기 벨트(127)는 상기 케이블(121)을 감싸도록 한 쌍의 반원판(127a,127b)이 결합된 형태로 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
물론, 상기 볼(126)의 직경이 상기 벨트(127)의 반원판들(127a,127b) 사이의 공간보다 크게 형성되도록 한다.
이때, 상기 벨트들(127) 중에 최상단에 구비된 벨트(127)의 상면이 상기 지지대(125 : 도 2에 도시)의 하면과 결합되도록 구성되며, 상기 케이블(121)이 인상됨에 따라 상기 지지대(125 : 도 2에 도시)도 같이 인상될 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성된 인상제어장치의 작동을 도 2를 참조하여 살펴보면, 다음과 같다.
상기 인상 구동부(123)에 의해 상기 케이블(121)이 하강하면, 상기 지지대(125)는 하중에 의해 상기 가이드들(124a,124b)을 따라 하강한다.
상기 시드척(122)이 실리콘 융액에 담그고, 종자결정으로부터 결정을 성장시키되, 상기 인상 구동부(123)에 의해 상기 케이블(121)의 인상 속도를 조절하면, 종자결정으로부터 넥을 형성시킨 다음, 원하는 직경만큼 결정이 성장하도록 하여 잉곳이 만들어진다.
그런데, 상기 케이블(121)이 인상되면, 상기 벨트(127)에 의해 연결된 케이블과 연결된 지지대(125)도 같이 인상된다.
따라서, 상기 지지대(125)는 상기 가이드들(124a,124b)에 의해 지지된 상태에서 인상되고, 상기 케이블(121)의 하부는 상기 지지대(125)의 홀(125h : 도 3에 도시)에 한정되는 동시에 상기 볼들(126)과 벨트들(127)에 의해 한정된 공간에서만 회전 가능하게 된다.
물론, 상기 케이블(121)은 고유의 연성으로 인하여 고하중의 잉곳을 인상하는 과정에서 고정된 회전축을 벗어나 특정 궤도로 회전될 수 있다.
하지만, 상기와 같이 케이블(121)이 상기 지지대(125)의 홀(125h : 도 3에 도시)을 비롯하여 상기 볼들(126)과 벨트들(127)에 의해 일정 길이 이상으로 고정된 회전축을 중심으로 회전하도록 안내하기 때문에 잉곳의 직경을 상하 방향으로 균일하게 유지하여 잉곳의 품질을 개선할 수 있고, 잉곳 인상 과정 중에 오비트 현상을 방지하여 사고 위험을 줄일 수 있다.
110 : 챔버 111 : 챔버 본체
112 : 상부 챔버 113 : 연결 챔버
120 : 인상제어장치 121 : 케이블
122 : 시드척 123 : 인상 구동부
124a,124b : 가이드 125 : 지지대
126 : 볼 127 : 벨트

Claims (6)

  1. 실리콘 융액으로부터 잉곳이 성장되는 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내에 승강 가능하게 위치하는 케이블;
    상기 케이블의 하단에 종자 결정이 고정되는 시드 척;
    상기 케이블을 상하 방향으로 승강시키는 승강 제어부;
    상기 챔버의 내벽에 상하 방향으로 길게 구비된 한 쌍의 가이드; 및
    상기 가이드들을 따라 양단이 안내되고, 상기 케이블과 같이 승강 가능하게 설치되는 지지대;를 포함하는 잉곳의 인상제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지대는 중심에 상기 케이블이 관통되는 홀이 구비되는 잉곳의 인상제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는,
    실리콘 융액으로부터 잉곳이 성장되는 챔버 본체와,
    상기 챔버 본체 상측에 상기 챔버 본체보다 직경이 작게 구비된 상부 챔버로 구성되고,
    상기 가이드들은,
    상기 상부 챔버의 내벽 양측에 대향되도록 구비되는 잉곳의 인상제어장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시드 척과 가이드 사이에 위치하고, 상기 케이블보다 큰 직경을 가지도록 상기 케이블에 상하 간격을 두고 구비된 복수개의 볼; 및
    상기 볼들 사이에 위치하고, 상기 볼들의 상하측에서 회전 가능하게 지지하는 복수개의 가이드 벨트;를 더 포함하는 잉곳의 인상제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 볼은 볼 베어링 타입으로 구성되는 잉곳의 인상제어장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 지지대의 하측에 최상단에 위치하는 가이드 벨트의 상면이 고정되는 잉곳의 인상제어장치.
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WO2020111368A1 (ko) * 2018-11-28 2020-06-04 웅진에너지 주식회사 잉곳 성장장치

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