KR20230064971A - 생산성이 향상된 석영 도가니 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 생산성이 향상된 석영 도가니 제조장치는 구조의 간소화, 적용 부품의 변경 등과 같은 구조 개선을 통하여 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 제조원가를 감소시킬 수 있는 발명에 관한 것이다.
Description
본 발명은 생산성이 향상된 석영 도가니의 제조방치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 구조의 간소화, 적용 부품의 변경 등과 같은 구조 개선을 통하여 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 제조원가를 감소시킬 수 있는 석영 도가니의 제조장치에 관한 것이다.
석영 도가니는 반도체와 태양전지 등의 실리콘 잉곳(silicon ingot), 웨이퍼(wafer) 등 제조에 사용되는 필수적인 중요 소재로서, 1,450℃에서 폴리실리콘(poly silicon)을 녹이는 용기 역할을 한다. 이러한 석영 도가니는 개별 고객의 요구에 맞게 설계 제조되는 맞춤식(tailer made) 성격의 제품으로, 고객의 요구, 특히 웨이퍼 인상(引上) 조건에 맞추어 개발을 해야 한다. 따라서 고객과의 긴밀한 기술 교류를 통해 제품이 개발되고 있는 실정이다.
석영 도가니는 ① 고순도 석영 원료의 사용(SiO2>99.999% 이상), ② 도가니 내층의 적은 기포량, ③ 고온에 강하고 낮은 열팽창성, ④ 뛰어난 내부식성, ⑤ 깨끗한 표면(기포 팽창 방지), ⑥ 기계적 안정성 등의 요구특성을 만족해야 한다.
석영 도가니의 관련 선행기술로서, 하기 특허문헌 0001에는 “벽 내부에 미세 기포를 가지며 고순도 석영 도가니를 연속적으로 제조하기에 적합한 석영 도가니의 제조장치”가 개시되어 있다. 그러나 상기 선행기술은 성형장치의 연속공정을 채택하며, 전기 소비를 줄이면서 출력을 높이는 기술을 도출하고, 미세기포 함유를 최소화하여 치밀한 구조의 고순도 석영 도가니를 얻을 수 있는 것일 뿐이고, 구조가 복잡하여 효율이 낮은 문제점이 있다.
또한 하기 특허문헌 0002에는 “대형의 고순도 석영 도가니를 제조하기에 적합한 석영 도가니 제조장치”가 개시되어 있다. 그러나 상기 선행기술은 석영 도가니 벽에 미세기포가 함유되는 것을 최소화할 수 있어 치밀한 구조의 석영 도가니를 얻을 수 있고, 재활용 실리콘층의 존재로 인하여 석영 도가니의 열 쇼크에 의한 손상이 방지될 뿐이고, 구조가 복잡하여 효율이 낮은 문제점이 있다.
따라서 장치의 구조 개선을 통하여 작업 시간을 단축하고, 효율 증가에 의한 생산성을 향상시킬 수 있는 기술 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 구조를 간소화하고 적용 부품의 변경 등과 같은 구조를 개선함으로써 효율 증가에 의한 생산성을 향상시킬 수 있는 석영 도가니의 제조장치를 제공함에 목적이 있다.
본 발명에 의한 생산성이 향상된 석영 도가니 제조장치는,
윗면이 개방되고 도가니와 같이 오목한 형태를 하는 몰드; 상기 몰드가 수평면에 대하여 기울어지도록 상기 몰드를 기울이는 몰드 경사수단; 상기 몰드를 중심으로 회전축으로 하여 회전시키는 구동모터; 상기 몰드의 상부에서 상기 몰드의 내부에 재활용 실리콘 가루를 공급하도록 설치되는 재활용 실리콘 저장용기; 상기 재활용 실리콘 가루가 공급된 후에 상기 몰드의 상부에서 상기 몰드의 내부에 성형용 실리콘 가루를 공급하도록 설치되는 성형용 실리콘 저장용기; 상기 몰드의 외부에서 내부에 삽입되도록 설치되는 성형바; 상기 성형바가 상기 몰드의 중심축에 나란하게 기울어진 채로 상기 몰드의 내벽에서 소정간격 이격되도록 상기 성형바를 이송시키는 성형바 이송수단; 상기 몰드의 상부 가운데에 열주입구가 관통 형성되며 상기 성형바 이송수단으로 상기 성형바가 상기 몰드의 외부로 반출되었을 때에 상기 몰드의 윗면을 가리도록 설치되는 수냉판; 상기 수냉판의 상부에서 상기 열주입구에 접근되도록 설치되는 카본봉; 을 포함하되,
상기 몰드 내부에 있는 기체를 외부로 배출시키기 위하여 상기 몰드의 내벽에 기체배출수단이 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 의한 그 밖의 구체적인 과제의 해결수단은 발명의 상세한 설명에 기재되어 있다.
본 발명에 의한 생산성이 향상된 석영 도가니 제조장치는 구조를 간소화하고 적용 부품의 변경 등과 같은 구조를 개선함으로써 효율 증가에 의한 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 제조원가를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 성형장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 용융장치에 의한 아크방전을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 카본봉 및 수냉판의 설치 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 진공압 기술을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 성형장치의 몰드 내부 및 진공소켓을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 성형장치의 탄소봉이 카본홀더 및 석영커버와 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 성형장치의 전체 구성을 나타낸 입체도이다.
도 8은 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 성형장치의 몰드에 관한 도면이다.
도 2는 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 용융장치에 의한 아크방전을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 카본봉 및 수냉판의 설치 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 진공압 기술을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 성형장치의 몰드 내부 및 진공소켓을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 성형장치의 탄소봉이 카본홀더 및 석영커버와 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 성형장치의 전체 구성을 나타낸 입체도이다.
도 8은 본 발명의 석영 도가니 제조장치 중 성형장치의 몰드에 관한 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 의한 생산성이 향상된 석영 도가니 제조장치는,
윗면이 개방되고 도가니와 같이 오목한 형태를 하는 몰드; 상기 몰드가 수평면에 대하여 기울어지도록 상기 몰드를 기울이는 몰드 경사수단; 상기 몰드를 중심으로 회전축으로 하여 회전시키는 구동모터; 상기 몰드의 상부에서 상기 몰드의 내부에 재활용 실리콘 가루를 공급하도록 설치되는 재활용 실리콘 저장용기; 상기 재활용 실리콘 가루가 공급된 후에 상기 몰드의 상부에서 상기 몰드의 내부에 성형용 실리콘 가루를 공급하도록 설치되는 성형용 실리콘 저장용기; 상기 몰드의 외부에서 내부에 삽입되도록 설치되는 성형바; 상기 성형바가 상기 몰드의 중심축에 나란하게 기울어진 채로 상기 몰드의 내벽에서 소정간격 이격되도록 상기 성형바를 이송시키는 성형바 이송수단; 상기 몰드의 상부 가운데에 열주입구가 관통 형성되며 상기 성형바 이송수단으로 상기 성형바가 상기 몰드의 외부로 반출되었을 때에 상기 몰드의 윗면을 가리도록 설치되는 수냉판; 상기 수냉판의 상부에서 상기 열주입구에 접근되도록 설치되는 카본봉; 을 포함하되,
상기 몰드 내부에 있는 기체를 외부로 배출시키기 위하여 상기 몰드의 내벽에 기체배출수단이 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 생산성이 향상된 석영 도가니 제조장치 중 성형장치를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 먼저 윗면이 개방되고 오목한 형태를 하는 스테인레스강(SUS) 재질의 몰드(10)를 준비한다(도 1a), 이 때 몰드(10)의 밑면 외측에는 구동모터(도 8의 11a)의 동력을 전달받아 회전하는 회전축(11)이 설치된다. 회전축(11)은 몰드(10)의 중심축에 일치하며, 재활용 실리카 가루(20) 및 성형용 실리카 가루(120)를 원심력에 의하여 몰드(10)의 내부 벽면에 붙일 수 있도록 회전력을 부가하기 위한 장치이다.
그리고 성형장치의 구성을 설명하기 위하여 몰드(10)의 내부 벽면에 재활용 실리카 가루(20)을 붙이는 단계를 설명한다. 상기 몰드(10)를 수직에 대해서 제1각도, 30~60° 기울인 후(도 1b), 상기 제1각도로 기울어진 상태에서 회전시키면서 몰드(10)의 상부에서 재활용 실리카 저장용기(30)에 저장되어 있는 재활용 실리카 가루(20)를 몰드(10)의 측벽 상부(A)에 떨어뜨린다(도 1c). 이 때 몰드(10)가 기울어져 회전하고 있기 때문에 재활용 실리카 가루(20)는 몰드(10)의 저면(C)에는 아직 쌓이지 못하고, 몰드(10)의 측벽 상부(A)에서 하부(B) 쪽으로 천천히 흘러 내려오게 된다. 재활용 실리카 가루(20)의 공급량을 일정하게 하기 위하여 재활용 실리콘 저장용기(30)의 밑에 정량공급수단(35)이 설치된다.
만약에 도 1a에서와 같이 몰드(10)가 수직으로 세워져 있는 상태에서 바로 재활용 실리카 가루(20)를 떨어뜨린다면, 회전하는 몰드(10)의 저면(C)에만 재활용 실리카 가루(20)가 쌓이고 몰드(10)의 측면(A,B)에는 재활용 실리카 가루(20)가 쌓이지 않게 된다. 이때에는 몰드(10)의 측벽 상부(A)까지 재활용 실리카 가루(20)가 올라가도록 하기 위하여 몰드(10)를 상당히 고속으로 회전시켜야 하는데 이는 바람직하지 않은 것이다. 설사 이렇게 고속회전을 시킨다고 하더라도 이러한 방법으로는 재활용 실리카 가루(20)를 몰드(10)의 측벽(A,B)에 균일한 두께로 형성시키는 것은 어려운 일이다.
몰드(10)의 측벽 상부(A)에서 측벽 하부(B)로 미끄러져 흘러 내리는 재활용 실리카 가루(20)의 양은 재활용 실리카 가루(20)끼리의 자체 마찰력과 재활용 실리카 가루(20)와 몰드(10) 사이의 마찰력에 의해서 영향을 받을 것인데, 이때 재활용 실리카 가루(20)의 분말 사이즈(size)가 크게 관여할 것이다. 상기 제1각도는 이와 같은 여러 가지 요소를 감안하여 결정될 수 있으며, 후속단계를 고려할 때에 바람직하게는 30~60°사이가 좋다.
이렇게 재활용 실리카 가루(20)를 떨어뜨려 공급한 후에(도 1c), 성형바(40)를 회전하는 몰드(10) 내부로 내려 몰드(10)와 성형바(40) 사이의 간격(d) 만큼 몰드(10)의 내벽에 재활용 실리카 가루(20)가 쌓이도록 위치한다. 몰드(10)의 회전과 성형바(40)의 위치 제어에 의하여 재활용 실리카 가루(20)는 몰드(10) 내부 측면에 간격(d)의 두께로 성형된다.
또한 몰드(10)가 기울어진 상태로 회전하는 상태에서 측면 재활용 실리카층(20a)의 성형이 완료된 후에(도 1d), 몰드(10)를 수직하게 세운다(도 1e).
몰드(10)가 회전하는 상태에서 수직으로 세워도 측면에 형성된 재활용 실리카층(20a)은 흘러내리지 않고 그대로 몰드(10)에 붙어 있으며, 성형바(40)를 올린 후 몰드 바닥부분(c) 재활용 실리카층(20a)을 형성할 수 있는 분량의 재활용 실리카 가루(20)를 떨어뜨린 후 다시 성형바를 내리고(도 1e 참조), 몰드(10) 바닥면(c)에 몰드 벽면에 형성된 재활용 실리카층(20a)과 같은 두께의 재활용 실리카층을 성형한다. 이로써 본 발명의 석영 도가니의 외부면에 형성되는 재활용 실리카층(20a)은 몰드(10) 내측에 성형될 수 있다.
재활용 실리카층(20a)이 형성된 내측에 2d의 두께로 성형용 실리카층(120a)을 재활용 실리카층(20a)과 동일한 순서로 성형한다.
회전하는 몰드(10)를 수직에 대해서 제1각도, 30~60°기울인 후에(도 1b 참조), 상기 제1각도로 기울어진 상태에서 회전시키면서 몰드(10)의 상부에서 성형용 실리카 저장용기(130; 도 1f 참조)에 저장되어 있는 성형용 실리카가루(120)를 몰드(10)의 측벽 상부(A)에 떨어뜨린다(도 1c 참조). 이어서 성형바(40)를 몰드(10) 내로 내려 재활용 실리카층(d)의 약 2배에 해당하는 2d의 두께로 측면 성형용 실리카층을 성형한 후(도1d 참조), 회전하는 몰드(10)를 수직으로 세우고, 성형바(40)를 올린 후에 몰드 바닥부분(c)에 성형용 실리카층을 형성할 수 있는 분량의 성형용 실리카 가루(120)를 떨어뜨린 후에(정량공급수단 35; 도 1f 참조), 다시 성형바를 내려(도 1e 참조) 몰드(10) 바닥면(c)에 몰드 벽면에 형성된 성형용 실리카층(20a)과 같은 두께의 성형용 실리카층을 성형한다.
이로써 본 발명의 생산성이 향상된 석영 도가니의 내외부면을 구성하는 성형용 실리카층(120a)과 재활용 실리카층(20a)이 회전하는 몰드(10) 내측에 성형할 수 있다.
본 발명에 있어서 재활용 실리카층(20a)은 고순도의 성형용 실리카층(120a) 외부에 경제적으로 비용이 저렴한 재활용 실리카층을 형성하여도 실리콘의 인상 등에 나쁜 영향이 없으며, 용융단계에서 몰드의 냉각장치와 도가니의 사이에 위치하기 때문에 석영 도가니가 완성된 후 재활용 실리카층(20a)이 미반응층으로서 취출이 용이하게 하는 역할을 한다. 석영 도가니의 고온 용융에 따른 스테인레스(SUS) 재질의 몰드(10)의 형태가 변하는 열쇼크를 방지하는 미반응층에 재활용 실리카를 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 생산성이 향상된 석영 도가니 제조장치 중 용융장치를 설명하기 위한 도면들이다.
구체적으로 성형용 실리카층(120a)이 형성된 도 1f의 몰드(10)에서 성형바(40)를 반출시킨 후에 몰드(10)와 소정 간격 이격되도록 몰드(10)의 윗면 입구에 수냉판(210)이 설치된다. 수냉판(210)은 가운데에 열주입구(211)가 뚫여 있다. 이렇게 수냉판(210)을 몰드(10)에 소정 간격 이격시키는 이유는 아크방전에 의한 실리카 용융과정에서 수냉판(210)은 고정되고 몰드(10)는 계속 회전할 수 있도록 하기 위함이다.
수냉판(210) 상에는 3상의 카본봉(carbon electrode, 200)이 열주입구(211)를 통하여 수냉판(210) 이하로 내려올 수 있도록 상하 이동이 가능하게 설치된다. 카본봉(200)은 전기를 공급받아 6,000~10,000℃의 고온 아크(arc)를 발생시킨다. 고온 아크는 카본봉(200)을 열주입구(211)를 통하여 수냉판(210) 수평위치를 기준으로 몰드 내부로 향하여 0~15cm 범위내에서 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 특징으로 카본봉(200)의 주위에 공기분사구(212)를 설치하는 것을 특징으로 한다(도 2 참조). 본 발명의 연구 결과 아크 방전으로 가압공기를 분사할 경우 5~20%의 전압과 출력이 증가한다는 점을 도출하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 고온 아크에 의해서 몰드(10)에 제일 안쪽에 위치하는 성형용 실리카층(120a)이 치밀화 된다. 이 때 몰드(10)의 벽에 실질적으로 닿고 있는 재활용 실리카층(20a)은 몰드(10)의 차가운 벽에 의하여 냉각되기 때문에 성형용 실리카층(120a)만큼 치밀화 되지는 않는다. 따라서 나중에 석영 도가니를 몰드(10)에서 취출할 경우에 재활용 실리카층(20a)은 부스러기처럼 떨어져 나와 성형용 실리카층(120a)만 남게 되는 것이다.
수냉판(210)은 노즐 등 지지대(미도시)를 지지하기 위한 수단으로서, 또한 카본봉(200)에서 제공되는 열이 몰드(10)내에서 순환되어 균일하게 분포되도록 하는 역할을 하므로, 몰드(10)의 고열이 그 외부로 한꺼번에 빠져나와 버리는 것을 방지할 수 있다. 이러한 아크 용융 단계에서 몰드(10)가 회전하기 때문에 도 4에서와 같이 회전에 의한 원심력(F)에 의하여 실리카층(20a, 120a)이 치밀해진다.
상기 본 발명의 일 특징으로서 도 2를 참조하여, 카본봉(200) 주위에 아크방전점(착화점)을 향하여 1~15개의 공기분사구(212)를 설치하여 0.1~15 kgf/㎠의 압력으로 공기를 분사하면, 카본봉에 전력을 가하는 시점에서 3~7분 후 공기분사를 하는 경우 전압이 5~20% 향상되고, 따라서 아크방전의 출력 또한 5~20% 향상된다는 것을 도출하였다. 또한 도 2에 도시된 바와 같이, 공기를 분사함에 따라 아크방전 화염의 폭이 30°에서 60°로 확대되어 석영 도가니 내부 전체에 걸쳐 가열할 수 있게 된다. 그리고 도가니 저면에 도달한 화염은 도 2의 도시와 같이, 측벽을 따라 제트기류가 발생하여 상부 외측으로 흘러가므로 도가니 내면 전체에 용융되어 도가니 내부면에 미세기포를 방지하는 효과 또한 우수한 것임을 밝힐 수 있었다.
한편, 성형용 실리카층(120a) 내에 미세 기포(micropore)가 존재하면, 석영 도가니의 품질이 저하되어 바람직하지 않으므로 몰드(10)의 내벽에 기체배출수단을 복수개 설치하는 것이 바람직하다.
도 5는 석영 도가니 제조장치 중 성형장치의 몰드 내부 및 진공소켓을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 기체배출수단은 진공소켓(110)으로서, 몰드벽의 내면에 설치되고, 몰드벽의 내면쪽에는 오목홈(113)이 형성되며, 오목홈에는 진공배관(114)이 연결 설치된다.
상기 오목홈(113)의 안쪽 끝단에 스테인레스 재질로서, 70~100 메쉬의 메쉬망(111)이 다수 겹 설치되는데, 3겹이 가장 바람직하다. 메쉬망(111)은 공기만 흡입하고 재활용 실리카층(20a)이 함께 빨려 들어오는 것을 방지하기 위한 것이다. 이때 그 크기가 70메쉬 미만일 경우에는 통기성이 저하되어 미세기포의 생성이 많아지고, 100 메쉬를 초과하면 통기성 증가에 의한 표면 균열 및 기포의 생성이 증가하여 석영 도가니의 품질이 저하되는 문제가 발생한다.
재활용 실리카층(20a)은 상술한 바와 같이 아크 용융과정에서 녹아서 완전히 치밀화되지 않고 단지 가루가 뭉쳐진 형태를 하기 때문에 진공흡입력에 의하여 빨려 들어갈 염려가 있어 이렇게 메쉬망(111)을 설치하는 것이다.
진공배관(114)은 몰드(10) 외부의 진공펌프(미도시)에 연결되며, 500~700mmHg 정도의 압력으로 흡입이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
몰드벽 내에는 냉각수관(미도시)이 설치되며, 상기 냉각수관과 진공배관(114)은 서로 독립적인 경로가 되도록 배열된다.
한편, 종래기술에서는 상기 카본봉(200)의 상부에 부스바(240)와 연결하기 위하여 카본홀더(220)가 설치되어 있는데, 본원 발명에서는 도 6과 같이, 상기 카본홀더(20)의 외곽을 씌워지도록 석영커버(230)가 추가로 설치되어 있다. 이는 상기 카본홀더(20)의 장시간 사용에 따른 카본이 산화되어 소모를 방지하기 위함이고, 나아가 카본홀더(20)의 교체 주기 증가를 통한 생산량의 증대를 얻을 수 있게 된다.
이렇게 아크 용융과정이 끝나면 석영 도가니 취출 및 후처리장치 단계로 몰드(10)를 재활용 실리카층(20a)으로부터 분리해 낸다. 성형용 실리카층(120a)은 아크 용융에 의하여 이미 용융이 이루어진 상태이지만, 재활용 실리카층(20a)은 차가운 몰드벽에 의하여 용융되지 않고 미반응상태의 원료 그대로 가루가 덩어리 형태로 뭉쳐있는 형태이므로 이 과정에서 재활용 실리카층(20b)은 부스러기처럼 성형용 실리카층(120a)에서부터 떨어져 나온다. 따라서 성형용 실리카층(120a)으로 이루어지는 석영 도가니가 얻어진다.
이렇게 얻어지는 석영 도가니는 표면이 샌딩(sanding) 처리되어 마감되고, 또한 클라이언트의 요구에 부응하도록 그 판단을 절단하여 원하는 도가니 깊이를 얻는다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 석영 도가니 제조장치를 설명하기 위한 도면이며, 여기에서 설명되지 않은 내용은 이미 앞서 설명되었기에 그 설명을 생략한 것이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 몰드(10)는 윗면이 도가니와 같이 오목한 형태를 한다. 몰드(10)를 기울이기 위하여 몰드 경사수단(13)으로서 회전축이 몰드(10)와 연결되어 가로로 설치된다. 몰드(10)는 중심축을 회전축(11)으로 하여 회전되며 이를 위하여 구동모터(11a)가 설치된다. 따라서 몰드(10)는 경사진 채로 회전축(11)을 축으로 하여 회전하게 된다. 몰드 경사수단(13)은 몰드(10)의 중심축이 수직에서 0~150°범위에서 기울어지도록 설치된다. 이는 완성된 석영 도가니(122)를 반출시키기 위한 것이다. 완성된 석영 도가니(122)는 치밀화된 성형용 실리카층(120a)의 외부에 가루형태로 덩어리진 상태의 재활용 실리카층(20a)이 형성된 상태이며, 이후에 재활용 실리카층(20a)을 털어내고 성형용 실리카층(120a)의 표면을 샌딩 처리하면 제품화가 되는 것이다.
성형바(40)는 몰드(10)의 외부에서 내부로 삽입되도록 설치되며, 몰드(10)의 기울어짐에 대응하여 성형바(40)가 몰드(10)의 중심축에 나란하게 기울어진 채로 몰드(10)의 내벽에 소정간격 이격되도록 성형바 이송수단(42, 43, 44)에 의해 그 이동이 제어된다.
상기 성형바 이송수단(42, 43, 44)은 성형바(40)와 몰드(10)의 내벽 사이의 이격 거리를 결정하는 두께조절수단(44), 성형바(40)를 수직에 대해 0~60°기울어지도록 경사지게 하는 경사조절수단(43), 성형바(40)가 몰드(10)의 내부로 삽입되어 들어가는 깊이를 결정하는 깊이 조절수단(42)을 포함하여 이루어진다.
재활용 실리카 저장용기(30)와 성형용 실리콘 저장용기(130)는 필요한 시기에 몰드(10)의 상부로 이송되도록 설치된다.
도가니 성형과정이 끝나면, 성형바(40)를 몰드(10)의 외부로 반출한 후에 도 2에서와 같은 아크 용융과정으로 진입하는데, 이러한 아크 용융과정은 성형과정에 사용된 몰드(10)를 그대로 사용하여 진행하여 몰드 수평이송수단(51, 52)을 통하여 몰드(10)를 아크 용융장치로 수평 이송시킨다.
아크 용융장치는 도2에 도시된 바와 같이, 고온의 열을 발생시키므로 많은 전력을 소모한다. 따라서 아크 용융장치는 안정되게 고정 설치되는 것이 바람직하므로 이렇게 몰드(10)를 아크 용융장치로 이송시키는 것이다.
용융단계가 완료된 석영 도가니는 취출 및 후처리장치로 이송되어 석영 도가니 제조공정이 완료된다. 본 발명의 연속제조공정은 재활용 실리카층(20a) 성형장치와 성형용 실리카층(120a) 성형장치를 분리하여 배치함으로서 공정을 단순화할 수 있고 연속공정을 가장 빠른 속도로 진행할 수 있다는 특징이 있다.
또한 본 발명에 의한 생산성이 향상된 석영 도가니 제조장치는 종래기술인 상기 특허문헌 0001에 비하여 장치의 구조를 간소화하고 적용 부품의 변경 등과 같은 구조를 개선함으로써 효율 증가에 의한 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 제조원가를 감소시킬 수 있는 특징이 있다(아래 [표 1] 참조).
| 종래기술 | 본원 발명 | |||
| 교체 주기 | 세라믹솜 | 매회 | 진공소켓 | 500회 |
| 차열판 | 4개 생산 후 | 차열판 미사용 | 교체 불요 | |
| 카본홀더 | 8개 생산 후 | 카본홀더 + 석영커버 |
50개 생산 후 | |
| 공정감소시간 (생산기준/개, 분) |
- | 진공소켓 | 5 | |
| 차열판 미사용 | 8 | |||
| 카본홀더 + 석영커버 |
3 | |||
| 공정감소시간 (생산량 기준/일, 분) |
- | 320 | ||
| 생산 증가량(개/일) | - | 5(25%) | ||
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
10: 몰드 11: 수직회전축
13: 몰드경사수단 20: 재활용 실리콘 가루
20a: 재활용 실리콘층 30: 재활용 실리콘 저장용기
35: 정량공급수단 40: 성형바
42: 깊이조절수단 43: 경사조절수단
44: 두께조절수단 51, 52: 몰드 수평이송수단
110: 진공소켓 111: 메쉬망
112: 나사산 113: 오목홈
114: 진공배관 120: 성형용 실리콘가루
120a: 성형용 실리콘층 122: 석영 도가니
130: 성형용 실리콘 저장용기 200: 카본봉
210: 수냉판 211: 열주입구
220: 카본홀더 230: 석영커버
240 : 부스바
13: 몰드경사수단 20: 재활용 실리콘 가루
20a: 재활용 실리콘층 30: 재활용 실리콘 저장용기
35: 정량공급수단 40: 성형바
42: 깊이조절수단 43: 경사조절수단
44: 두께조절수단 51, 52: 몰드 수평이송수단
110: 진공소켓 111: 메쉬망
112: 나사산 113: 오목홈
114: 진공배관 120: 성형용 실리콘가루
120a: 성형용 실리콘층 122: 석영 도가니
130: 성형용 실리콘 저장용기 200: 카본봉
210: 수냉판 211: 열주입구
220: 카본홀더 230: 석영커버
240 : 부스바
Claims (5)
- 윗면이 개방되고 도가니와 같이 오목한 형태를 하는 몰드;
상기 몰드가 수평면에 대하여 기울어지도록 상기 몰드를 기울이는 몰드 경사수단;
상기 몰드를 중심으로 회전축으로 하여 회전시키는 구동모터;
상기 몰드의 상부에서 상기 몰드의 내부에 재활용 실리콘 가루를 공급하도록 설치되는 재활용 실리콘 저장용기;
상기 재활용 실리콘 가루가 공급된 후에 상기 몰드의 상부에서 상기 몰드의 내부에 성형용 실리콘 가루를 공급하도록 설치되는 성형용 실리콘 저장용기;
상기 몰드의 외부에서 내부에 삽입되도록 설치되는 성형바;
상기 성형바가 상기 몰드의 중심축에 나란하게 기울어진 채로 상기 몰드의 내벽에서 소정간격 이격되도록 상기 성형바를 이송시키는 성형바 이송수단;
상기 몰드의 상부 가운데에 열주입구가 관통 형성되며 상기 성형바 이송수단으로 상기 성형바가 상기 몰드의 외부로 반출되었을 때에 상기 몰드의 윗면을 가리도록 설치되는 수냉판;
상기 수냉판의 상부에서 상기 열주입구에 접근되도록 설치되는 카본봉; 을 포함하되,
상기 몰드 내부에 있는 기체를 외부로 배출시키기 위하여 상기 몰드의 내벽에 기체배출수단이 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 석영 도가니 제조장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 몰드 경사수단은 상기 몰드의 중심축이 수직에서 0~150°로 기울어지는 것을 특징으로 하는 석영 도가니 제조장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 카본봉의 상부에는 부스바와 연결하기 위하여 카본홀더가 설치되고, 상기 카본홀더의 외곽을 씌워지도록 석영커버가 설치되는 것을 특징으로 하는 석영 도가니 제조장치.
- 제 3항에 있어서,
상기 기체배출수단은,
상기 몰드의 내면벽쪽에 형성되는 오목홈;
상기 오목홈과 상기 몰드의 외부에 있는 진공펌프를 연결하도록 상기 몰드의 벽 내측 하부에 설치되는 진공배관;
상기 오목홈의 내부는 메쉬망으로 채워지고 오목홈과 결합되도록 외주면에 나나선이 형성되는 진공소켓;을 포함하는 것을 특징으로 하는 석영 도가니 제조장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 메쉬망은 3단으로 이루어지며 70~100 메쉬의 크기인 것을 특징으로 하는 석영 도가니 제조장치.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210150669A KR102635122B1 (ko) | 2021-11-04 | 2021-11-04 | 생산성이 향상된 석영 도가니 제조장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR20230064971A true KR20230064971A (ko) | 2023-05-11 |
| KR102635122B1 KR102635122B1 (ko) | 2024-02-08 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118063080A (zh) * | 2024-04-18 | 2024-05-24 | 诸城市锦德耐火材料有限公司 | 一种环保型坩埚熔制系统及方法 |
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-
2021
- 2021-11-04 KR KR1020210150669A patent/KR102635122B1/ko active IP Right Grant
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