KR101389003B1

KR101389003B1 - 온도측정 파이로미터의 교정 장치

Info

Publication number: KR101389003B1
Application number: KR1020130012781A
Authority: KR
Inventors: 지상현
Original assignee: 에이피시스템 주식회사
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-04-24
Also published as: CN103968952A; CN103968952B; JP2014153357A; US20140219310A1; TW201432231A; US9568372B2; TWI497042B; JP5781644B2

Abstract

본 발명은 온도측정 파이로미터의 측정 편차가 없도록 하는 교정 장치에 관한 것으로서, 저온의 온도를 편차가 없도록 측정할 수 있도록 기준값을 교정하는 교정 장치이다. 본 발명의 실시 형태는 복사 에너지가 방사되는 복사 공간을 가지는 흑체와, 내부 공간에 상기 흑체를 마련하며, 상기 복사 공간과 관통 연결되는 출광구가 형성된 출광벽을 가지는 바디 하우징과, 상기 출광구에 대향하는 위치에 5㎛ ~ 20㎛의 장파장을 투과시킬 수 있는 투명 차단판을 구비하고, 상기 바디 하우징의 출광벽과 결합되는 출광벽 보호 덮개와, 상기 출광벽 보호 덮개를 상기 바디 하우징의 출광벽에 고정시키는 고정체를 포함한다.

Description

온도측정 파이로미터의 교정 장치{Apparatus for calibrating thermometer}

본 발명은 온도측정 파이로미터의 측정 편차가 없도록 하는 교정 장치에 관한 것으로서, 저온의 온도를 편차가 없도록 측정할 수 있도록 기준값을 교정하는 교정 장치이다.

기판에 대하여 열처리 공정을 수행하는 열처리 장치는 텅스텐 할로겐 램프와 같은 가열 램프를 이용하여 실리콘 기판에 열을 공급하고 이때 기판의 온도를 광학 프로브를 통하여 산출한다. 산출한 기판의 온도를 가열 제어기에서 피드백받아 가열 램프를 제어해주는 장치이다.

도 1은 저온 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(10) 내의 에지링(30)에 기판(20)이 장착된 상태에서 다수의 가열 램프(61)를 통하여 열처리가 이루어지고 기판(20)의 온도는 저온 온도측정 파이로미터(40)를 통하여 비접촉 방식으로 측정된다. 즉, 저온을 측정하는 온도측정 파이로미터(40)는 기판(20)으로부터 방출된 600℃ 이하의 저온의 5㎛ ~ 20㎛ 복사 에너지의 강도를 렌즈(41)를 통해 집광하여, 흑체 복사 온도 관계를 바탕으로 기판의 온도를 비접촉 방식으로 산출할 수 있다. 온도측정 파이로미터(40)에서 산출된 온도는 가열 제어기(50)를 통해 가열부(60)로 피드백되어 다수의 가열 램프(61)에 대한 온도 제어가 이루어진다.

한편, 온도측정 파이로미터(40)가 열처리 장치에 처음 조립되는 경우, 가열된 기판으로부터의 복사에 노출될 때 올바른 온도를 산출하기 위하여 온도측정 파이로미터의 기준값을 교정(calibration) 해야 한다. 또한 온도측정 파이로미터를 오래 사용하는 경우, 온도측정 파이로미터에 의해 감지되는 온도가 정확하지 않게 되므로 일정 주기로 온도측정 파이로미터를 재교정(re-calibration)해야 한다. 예를 들어, 기판이 가열되는 동안 기판에서 방출되는 광이 통과하는 영역이 오염되는 경우 측정 온도가 정확하지 않기 때문에 이에 맞도록 다시 재교정하여야 한다.

이러한 온도측정 파이로미터에 대한 기준값 교정은 흑체를 이용한 교정 장치를 통하여 ±1℃ 이내의 편차 보정을 통하여 이루어진다.

도 2는 교정 장치를 이용하여 온도측정 파이로미터에 대한 교정을 하기 위해, 온도측정 파이로미터에 교정 장치를 접촉한 모습을 도시한 그림이다. 교정 장치(1)는 내부에 흑체(110;black body;블랙바디)를 구비하고 있어, 흑체(110) 내부의 복사 공간(S)에서 복사되는 복사 에너지가 출광구를 통하여 외부로 방사된다. 따라서 출광구를 통하여 외부로 방사된 복사 에너지는 출광구에 정렬 배치된 온도측정 파이로미터(40)에 구비된 렌즈(41)로 전달될 수 있다. 따라서 교정 장치 내부의 흑체(110)를 특정 온도, 예컨대 600℃로 설정한 경우, 그에 따른 복사 에너지가 온도측정 파이로미터(40)로 전달되고, 온도측정 파이로미터는 이에 맞추어 온도 교정이 이루어진다. 즉, 흑체(110)의 복사 공간(S)에서 600℃의 복사 에너지가 방출되고 있는데도 온도측정 파이로미터(40)에서 산출되는 온도가 598℃인 경우, 온도측정 파이로미터(43)에서 600℃로 산출되도록 온도 산출에 사용되는 기준값을 교정한다.

한편, 교정 장치(1)는 내부의 흑체(110)에 의해 둘러싸이는 복사 공간(S)에서 방사되는 복사에너지는, 교정 장치(1)의 출광구(C)를 통해 방사된다. 출광구(C)를 통해 방사되는 복사에너지는 기판 스테이지 블록 하우징(70)의 관통로(71)를 통과하여 파이로미터(40)에 전달될 수 있다. 출광구(C)는 복사 공간(S)과 외부를 서로 관통시킨 구조로 되어 있기 때문에, 평상시에 출광구(C)를 통하여 복사 공간(S) 내부로 이물질이 유입되는 문제가 발생할 수 있다.

설령, 외부의 이물질 유입을 방지하기 위하여 출광구를 차단판으로 차단한다 하더라도, 교정 장치(1) 내의 복사 공간(S)에서 방사되는 복사에너지가 차단판에 의하여 차단되어 열효율이 떨어지는 문제가 있다.

특히, 투명 재질의 차단판이 출광구에 마련된다 하더라도, 흑체의 복사 공간(S)에서 방사되는 600℃ 이하의 온도에서 방사되는 장파장의 복사에너지는 거의 투과되지 못하는 문제가 있다. 즉, 600℃ 이하의 저온 열처리 장치의 경우 600℃ 이하의 온도를 정확하게 읽을 수 있도록 저온 측정 파이로미터가 교정되어야 한다. 따라서 교정을 위해 교정 장치(1)의 흑체(1)가 600℃ 이하의 저온인 5㎛ ~ 20㎛의 장파장의 복사 에너지를 방출하게 되는데, 유리 또는 석영 등의 일반적인 투명 재질의 차단판의 경우 5㎛ ~ 20㎛의 장파장의 복사 에너지를 거의 통과시키지 못하는 문제가 있다.

한국공개특허 10-2002-0019016(2002.03.09)

본 발명의 기술적 과제는 온도측정 파이로미터의 온도 편차에 대한 교정을 하는 교정 장치를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 교정 장치 내의 흑체를 가열하여 기준 온도에 도달하도록 하는 시간을 단축하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 흑체 내로 이물질 유입을 최소화하면서 흑체의 온도를 빠른 시간 내에 안정화하는데 있다.

본 발명의 실시 형태는 복사 에너지가 방사되는 복사 공간을 가지는 흑체와, 내부 공간에 상기 흑체를 마련하며, 상기 복사 공간과 관통 연결되는 출광구가 형성된 출광벽을 가지는 바디 하우징과, 상기 출광구에 대향하는 위치에 5㎛ ~ 20㎛의 장파장을 투과시킬 수 있는 투명 차단판을 구비하고, 상기 바디 하우징의 출광벽과 결합되는 출광벽 보호 덮개와, 상기 출광벽 보호 덮개를 상기 바디 하우징의 출광벽에 고정시키는 고정체를 포함한다.

또한 투명 차단판은 BaF₂, CaF₂, Ge 화합물 중 어느 하나의 재질로 이루어진다. 또한 투명 차단판은, 볼록렌즈 또는 오목렌즈 또는 볼록렌즈 결합체 또는 오목렌즈 결합체 또는 볼록렌즈와 오목렌즈의 결합체 중 어느 하나의 형태로 구현된다.

또한 출광벽 보호 덮개는, 상기 바디 하우징의 출광구와 외부를 잇는 통로 공간이 형성되도록 상기 바디 하우징의 출광벽에 이격되어 결합된다.

또한, 출광벽 보호 덮개는, 상기 바디 하우징의 출광벽에 마주보는 내부면과, 이러한 내부면의 반대면인 외부면을 구비하는 덮개 플레이트와, 상기 출광구에 대향하는 위치에서 상기 내부면과 외부면을 관통한 덮개 관통구와, 상기 덮개 관통구와 관통 연결된 중심구를 가지며 외부면에서 돌출된 관통체로서, 상기 중심구를 차단하는 투명 차단판을 구비한 투명 차단판 결합체와, 상기 내부면에서 돌출되어, 돌출면이 상기 바디 하우징의 출광벽과 접촉 가능한 이격체와, 상기 이격체의 돌출면과 외부면을 관통시킨 덮개 고정홀을 포함한다.

또한 바디 하우징의 출광벽은, 상기 출광벽 보호 덮개가 이격 결합되어 덮혀지는 영역인 중심 출광벽과, 상기 출광벽 보호 덮개가 덮혀지지 않는 영역인 테두리 출광벽을 포함하며, 상기 중심 출광벽의 두께가 상기 테두리 출광벽의 두께보다 더 작은 두께 단차를 가진다.

또한 투명 차단판 결합체는, 제1내부 원주를 가지며 상기 덮개 관통구의 외부면에서 돌출된 제1원주 돌출면을 가지는 제1원주 관통체와, 상기 제1내부 원주보다 큰 직경을 가지는 제2내부 원주를 가지며, 제2내부 원주의 내부면에 형성된 제2원주 나사선을 형성한 제2원주 관통체와, 내측면과 외측면을 가지며, 상기 내측면이 상기 제1원주 돌출면에 안착되는 투명 차단판과, 상기 투명 차단판의 외측면과 접하여 상기 제2원주 나사선을 따라 결합하여, 상기 투명 차단판을 상기 제1원주 돌출면에 밀착 고정하는 원주링을 포함한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 교정장치 내의 출광구를 투명 차단판으로 차단함으로써 외부의 이물질 유입을 차단할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 투명 차단판의 재질을 장파장 투과 재질로 구현함으로써, 저온의 흑체에서 방사되는 장파장 복사에너지를 투과시킬 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 교정 장치 내의 흑체의 내부 공간과의 통로를 이격틈으로 형성함으로써, 외부와의 열교환 효과를 향상시킬 수 있다. 따라서 외부와의 열교환 효율의 상승으로 인하여 흑체의 기준 온도에 도달하는 시간을 줄일 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면, 투명 차단판을 구비하여 흑체 내로 이물질 유입을 최소화하면서 동시에 흑체의 온도를 빠른 시간 내에 안정화할 수 있다.

도 1은 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 교정 장치를 이용하여 온도측정 파이로미터에 대한 교정을 하기 위해, 쿼츠 로드에 교정 장치를 접촉한 모습을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 교정 장치의 단면도를 도시한 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 바디 하우징의 일측벽에 이격 결합되는 출광벽 보호 덮개의 내부면을 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 출광벽 보호 덮개의 외부면을 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 출광벽 보호 덮개가 바디 하우징의 출광벽에 결합되기 전의 모습을 도시한 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 출광벽 보호 덮개가 바디 하우징의 출광벽에 결합된 후의 모습을 도시한 그림이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 바디 하우징의 일부 영역에만 출광벽 보호 덮개를 이격 결합한 교정 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 출광벽 보호 덮개가 바디 하우징의 출광벽의 일부에 결합되기 전의 모습을 도시한 그림이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 출광벽 보호 덮개가 바디 하우징의 출광벽의 일부에 결합된 후의 모습을 도시한 그림이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

이하 설명에서 온도측정 파이로미터라 함은 복사에너지를 측정하여 온도를 측정하는 비접촉식 온도 측정기를 말하는 것으로서, 특히 저온의 복사에너지를 이용하여 비접촉으로 온도 측정을 하는 장치를 말한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 교정 장치의 단면도를 도시한 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 바디 하우징의 일측벽에 이격 결합되는 출광벽 보호 덮개의 내부면을 도시한 그림이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 출광벽 보호 덮개의 외부면을 도시한 그림이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 출광벽 보호 덮개가 바디 하우징의 출광벽에 결합되기 전의 모습을 도시한 그림이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 출광벽 보호 덮개가 바디 하우징의 출광벽에 결합된 후의 모습을 도시한 그림이다.

교정 장치(1)는, 광을 흡수하여 복사하는 흑체(110), 이러한 흑체 및 가열기를 내부공간에 구비한 바디 하우징(100), 바디 하우징의 일측벽인 출광벽에 이격 결합되어 덮는 출광벽 보호 덮개(200), 및 출광벽 보호 덮개를 출광벽에 고정시키는 고정체(300)를 포함한다. 이밖에 흑체를 가열하는 가열기(500)를 바디 하우징(100)의 내부에 마련할 수 있으며, 또는 가열기를 바디 하우징의 외부에 마련할 수 있다.

흑체(110;black body,黑體)는 일단면이 파여져서 복사 에너지를 방사하는 내부 공간인 복사 공간(S)을 가진다. 따라서 복사 공간(S)의 내부에서 복사 에너지가 방사된다. 예를 들어, 흑체(110)가 600℃로 가열된 경우, 흑체는 복사 공간 내에서 복사 에너지를 방사하게 된다.

참고로, 흑체(blackbody,黑體)에 대하여 간단히 설명하면 알려진 바와 같이 흑체는, 완전 흑체라고도 한다. 흡수능(吸收能)이 1, 즉 100%인 물체로, 완전 흡수체는 현실적으로 존재하지 않으나 백금흑(白金黑)을 비롯하여 이것에 가까운 물체는 많다. 또 흑체가 내는 복사를 흑체 복사라 하며, 흑체 복사의 성질(에너지의 크기, 파장)과 흑체의 온도 사이에 간단한 관계가 성립됨이 알려져 있다. 따라서 흑체의 온도가 정해지면 흑체 복사의 성질이 결정되며, 반대로 흑체 복사의 성질로부터 흑체의 온도를 구할 수 있다. 예를 들면 태양도 흑체에 가까운 것으로 생각되기 때문에 태양으로부터 오는 에너지를 측정함으로써 태양의 온도를 추정할 수 있다.

따라서 흑체는 이상적으로는 완전한 흡수체이고 완전한 복사체로서 입사하는 모든 복사를 흡수하고 반사는 전혀 일어나지 않으며, 복사에너지는 연속적으로 모든 파장에서 일어나는 이상적인 물체라 할 수 있다.

참고로, 흑체의 복사율(blackbody radiation)에 관한 기본 공식은 플랭크의 법칙(Plank's Law)으로, 수식 1과 같다.

-수식 1-

상기에서 복사 에너지(radiation energy) W는 파장과 온도에 관한 함수이고, 특정 파장(λ)의 복사 에너지 세기(intensity)를 알면, 측정 대상(object)의 온도를 알 수 있다. 그러나 수학식 1은 이상적인 환경인 흑체에서만 적용 가능하다. 실제계에서는 복사율(emissivity)의 영향을 고려하여야 한다.

복사율은 흑체가 방출하는 복사 에너지와 고온의 물체가 방출하는 에너지를 비교하여 나타내는 비율을 말하며, 복사율 ε는 0 < ε < 1 크기를 갖는다. 여기서 흑체의 복사율 ε이 1이다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼의 경우, 일반적인 복사율은 0.7 정도이며, 환경에 따라 0.1 ~ 0.8(λ = 950 nm일 때)의 다양한 값으로 변화될 수 있다. 그리고 복사율의 변화에 영향을 주는 인자로서 기판의 온도, 표면 거칠기(roughness), 온도 측정 표면에 증착된 물질의 종류 및 두께, 기판의 백사이드 반사(backside reflector) 유무 및 표면의 형상(geometry), 챔버의 형상, 쿼츠 로드와 기판 간의 거리, 쿼츠 로드의 모양과 두께 및, 중심주파수 등이 있다.

바디 하우징(100)은, 내부 공간에 흑체를 마련하며 흑체의 복사 공간(S)에 관통 연결된 출광구(C)가 형성된 출광벽(110c)을 가진다. 바디 하우징(100)은 출광벽(110c)인 일측벽, 출광벽에서 길이 방향의 반대편벽인 타측벽(100a), 출광벽(100c)과 타측벽(100a)을 잇는 기둥측벽(100b)으로 된 기둥체로서, 그 내부 공간에 흑체(110)를 위치시킨다. 이때 흑체의 복사 공간에 개구된 흑체의 일단면과 마주 보는 바디 하우징의 일측벽을 출광벽(110c)이라 부르기로 한다. 출광벽(110c)에 관통된 홀인 출광구(C)를 형성하여 흑체의 복사 공간(S)과 외부가 관통 연결되도록 한다. 바디 하우징(100)은 흑체의 외부로의 열전도를 차단할 수 있는 재질이라면 다양한 재질이 사용될 수 있다.

가열기(500)는 흑체를 가열하는 수단으로서, 저항 방식, 열전도 방식 등 다양한 방식의 공지된 가열 방식으로 흑체를 가열할 수 있다. 가열기(500)는 바디 하우징(100)의 내부 공간에 마련되어 열전도체(501)를 통해 흑체를 가열할 수 있으며, 또는 바디 하우징(100)의 외부에 마련되어 별도의 전도성 매질을 통하여 흑체에 열에너지를 전달하여 흑체를 가열할 수 있다.

고정체(300;300a,300b,300c,300d)는 출광벽 보호 덮개(200)를 바디 하우징의 출광벽(100c)에 고정시킨다. 고정체(300)는 나사선 볼트 구조로 구현될 수 있으며, 이러한 나사선 볼트로 구현되는 경우, 출광벽 보호 덮개(200)의 덮개 고정홀(201;201a,201b,201c,201d)을 나사선 결합하며 관통하여 바디 하우징의 출광벽(100c)의 나사홈(102;102,102b,102c,102d)에 각각 나사선 결합하여, 출광벽 보호 덮개(200)를 바디 하우징의 출광벽(100c)에 고정 결합시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예 설명에서는 투광 차단판이 구비된 출광벽 보호 덮개(200)를 바디 하우징의 출광벽(100c)에 이격시켜 고정 결합하는 예를 설명할 것이다. 그러나 투광 차단판이 구비된 출광벽 보호 덮개가 바디 하우징의 출광벽(100c)에 이격되지 않고 밀착되어 고정 결합되는 경우에도 적용될 수 있다.

광벽 보호 덮개(200)는 출광구(C)에 대향하는 위치에 투명 차단판(210)을 구비하고, 상기 바디 하우징의 출광구와 외부를 잇는 통로 공간이 형성되도록 상기 바디 하우징의 출광벽과 결합되는 덮개이다. 이러한 통로 공간은 출광벽 보호 덮개의 측면에 구멍을 형성하거나 출광벽 보호 덮개와 출광벽 사이에 이격 공간을 형성하여 통로 공간을 형성할 수 있다. 이하 설명에서는 출광벽 보호 덮개가 출광벽에 이격 결합된 예를 설명할 것이나, 이러한 이격틈의 통로 공간 이외에 출광벽 보호 덮개의 측벽에 통로 구멍을 내어서 통로 공간을 형성한 경우에도 적용가능할 것이다.

출광벽 보호 덮개는 바디 하우징의 출광벽과 이격 결합됨으로써, 바디 하우징의 출광벽(100c)과 출광벽 보호 덮개(200) 사이에 이격틈이 생김으로써, 외부의 환경 분위기(대류 등)가 이격틈을 따라 유입되어 출광벽에 형성된 출광구(C)를 통하여 흑체(110)의 복사 공간(S)으로 유입될 수 있다. 반대로 흑체(110)의 복사 공간(S)의 환경 분위기가 출광구를 통해 배출되어 이격틈을 통해 외부와 연통될 수 있다. 따라서 흑체의 복사 공간(S)은 이격틈에 의해 차단되지 않아 빠른 시간 내에 흑체의 온도를 상승시킬 수 있게 된다.

바디 하우징의 출광벽(100c)과 출광벽 보호 덮개(200) 사이의 이격틈은 다양한 방식으로 설계될 수 있다. 이하 본 발명의 실시예는 도 4에 도시한 바와 같이 출광벽 보호 덮개의 내부면(240a;바디 하우징의 출광벽과 마주보는 면)에 적어도 하나 이상의 이격체(250;250a,250b,250c,250d)를 돌출시켜, 이러한 이격체(250)의 돌출면이 바디 하우징의 출광벽(100c)과 닿게 함으로서 돌출 높이 만큼의 이격틈이 생기도록 하는 예를 설명할 것이다. 그러나 이러한 실시예에 한정되지 않고 다양한 이격틈 형성 예가 있을 수 있을 것이다. 예컨대, 출광벽 보호 덮개를 바디 하우징의 출광벽에 결합시키는 나사선 볼트와 너트로 된 고정체에서, 바디 하우징 출광벽과 출광벽 보호 덮개사이에 너트를 위치시킴으로써, 너트의 두께 만큼의 이격틈이 생기도록 구현할 수 있다.

이하에서는 출광벽 보호 덮개의 내부면에 적어도 하나 이상의 이격체를 돌출시켜, 이러한 이격체의 돌출면이 바디 하우징의 출광벽과 닿게 함으로서 돌출 높이 만큼의 이격틈이 생기도록 하는 출광벽 보호 덮개의 실시 예를 설명한다.

출광벽 보호 덮개(200)는, 덮개 플레이트(240), 덮개 관통구(A), 투명 차단판 결합체(230), 이격체(250), 덮개 고정홀(201)을 포함한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 덮개 플레이트(240)는 바디 하우징의 출광벽에 마주보는 내부면(240a)), 이러한 내부면의 반대면인 외부면(240b))의 양측면을 가진다. 여기에서 내부면(240a)이라 함은 바디 하우징의 출광벽(110c)과 마주보는 면을 말하며, 외부면(240b)은 내부면의 반대측면으로서 외부 환경과 접하는 면을 말한다. 덮개 플레이트(240)의 형상은 바디 하우징의 출광벽 형상에 대응하도록 함이 바람직하다. 예를 들어, 출광벽 형상이 원주면을 가진다면 덮개 플레이트 형상도 출광벽 형상과 같이 원형으로 구현함이 바람직하다.

덮개 플레이트의 내부면(240a)의 가장자리는 끝단으로 갈수록 경사면(B1,이하, '제1경사면'이라 함)을 가지도록 구현할 수 있다. 제1경사면(B1)은 덮게 플레이트의 두께가 끝단으로 갈수록 얇은 두께를 가지도록 하는 경사를 가진다. 외부면은 경사지지 않고 내부면만 제1경사면(B1)을 가지도록 함으로써, 덮개 플레이트의 가장자리에서 끝단으로 갈수록 기울어짐을 가지도록 한다. 따라서 이러한 경사진 이격틈을 따라서 외부의 공기 등이 유입되기 수월하게 한다.

나아가, 도 3에 도시한 바와 같이 바디 하우징의 출광벽(110c)의 가장자리 역시, 제1경사면(B1)과 대향되어 동일한 이격틈을 가지도록 하는 제2경사면(B2)을 형성한다. 즉, 바디 하우징의 출광벽과 덮개 플레이트의 내부면 사이의 이격틈의 가장자리가 동일한 이격틈을 가지도록 제1경사면(B1)과 동일한 방향의 기울기를 가지는 제2경사면(B2)을 출광벽의 가장자리에 형성한다. 따라서 제1경사면(B1)과 제2경사면(B2)은 서로 대향되어 동일한 방향의 기울기를 가지게 되어, 경사진 이격틈을 따라서 외부의 공기 등의 유입이 효율적으로 이루어지도록 한다.

덮개 관통구(A)는 덮개 플레이트(240)의 내부면과 외부면을 관통하는 홀로서, 출광구에 대향하는 위치에서 출광구와 유사한 직경으로 형성된다. 따라서 출광구에서 배출되는 복사 에너지는 덮개 관통구(A)을 통과할 수 있다.

투명 차단판 결합체(230)는 덮개 관통구(A)와 관통 연결된 중심구를 가지며 외부면에서 돌출된 관통체로서, 중심구를 차단하는 투명 차단판(210)을 구비한다. 투명 차단판이 중심구의 내경에 접하며 설치되어, 중심구를 외부 환경과 차단한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 투명 차단판 결합체(230)는, 제1원주 관통체(230a), 제2원주 관통체(230b), 투명 차단판(210), 원주링(220)을 포함한다.

투명 차단판 결합체(230)는 직경이 다른 제1원주 관통체(230a)와 제2원주 관통체(230b)가 서로 단차진 구조로 연결되어 있다. 제1원주 관통체(230a)는, 일정한 직경을 가지는 내부 원주(이하, '제1내부 원주')를 가지며 상기 덮개 관통구(A)의 외부면에서 돌출된 제1원주 돌출면(231)을 가진다. 제2원주 관통체(230b)는 제1내부 원주보다 큰 직경을 가지는 제2내부 원주를 가지며 상기 제2내부 원주의 내부면에 나사선(이하, '제2원주 나사선')이 형성되어 있다. 따라서 제1원주 관통체와 제2원주 관통체가 서로 연결될 때, 제1원주 관통체의 제1원주 돌출면(231)이 관통체 내부에서 노출되는 단차 구조로서 연결된다.

투명 차단판(210)은 제2원주 관통체(230b)의 제2내부 원주보다 작은 직경을 가져 제2원주 관통체의 중심구로 삽입될 수 있다. 이때, 내측면과 외측면을 가지는 투명 차단판(210)은, 내측면이 제1원주 돌출면(231)에 접촉되어 안착될 수 있다. 투명 차단판(210)이 제2원주 관통체(230b)에 삽입되어 내측면이 제1원주 돌출면(231)에 접촉하도록 한 상태에서, 나사선의 외주면을 가지는 원주링(220)을 제2원주 관통체에 나사선 회전시켜 삽입한다. 따라서 원주링(220)은 제2원주 나사선을 따라 회전하며 제2원주 관통체에 조여지며, 최종적으로 투명 차단판(210)의 외측면을 상기 제1원주 돌출면에 밀착 고정할 수 있게 된다. 따라서 이러한 원주링(220)의 나사선 결합에 의하여 투명 차단판이 제2원주 관통체 내부에서 결합 고정될 수 있다.

또한 투명 차단판(210)은 이물질이 흑체 내부로 침투하지 못하도록 하며, 특히 본 발명의 실시예에서는 600℃ 이하의 저온의 복사에너지를 통과시키는 재질로 투명 차단판을 구현한다. 일반적으로 600℃ 이하의 저온의 피대상체는 5㎛ ~ 20㎛ 파장의 복사 에너지를 방사한다. 따라서 저온을 측정하는 파라미터를 교정하는데 사용되는 흑체(110) 역시 600℃ 이하의 저온의 복사에너지를 방사하게 되고, 흑체의 투명 차단판(210)은 이러한 5㎛ ~ 20㎛ 파장의 저온 복사 에너지를 통과시켜야 한다. 이를 위하여 본 발명의 실시예는 투명 차단판의 재질로서 5㎛ ~ 20㎛의 장파장을 투과시킬 수 있는 재질로 사용함이 바람직하다. 장파장을 투과시킬 수 있는 재질로는 특히 바람직하게는 BaF₂, CaF₂, Ge 중 어느 하나 이상이 포함된 재질을 사용한다. 장파장을 투과시킬 수 있는 재질의 투명 차단판을 사용함으로써, 이물질 차단 기능과 함께 저온 복사에너지를 통과시킬 수 있다. 참고로, 쿼츠나 사파이어 재질의 투명 차단판의 경우에는, 이물질 차단 기능만 가능하지 5㎛ ~ 20㎛ 파장(600℃이하)의 저온 복사 에너지를 통과시킬 수 없다.

또한 5㎛ ~ 20㎛ 파장의 저온 복사 에너지를 통과시키는 재질의 투명 차단판은 볼록 렌즈, 오목 렌즈 중 어느 하나의 형태로 구현될 수 있다. 투명 차단판을 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈 구조를 가짐으로써 흑체의 특정 지점의 온도를 정확하게 외부의 파이로미터에 전달할 수 있기 때문이다. 이밖에 5㎛ ~ 20㎛ 파장의 저온 복사 에너지를 통과시키는 재질의 투명 차단판을 다수의 볼록렌즈 결합체, 다수의 오목렌즈 결합체, 다수의 볼록렌즈 및 오목렌즈의 결합체의 형태로 구현할 수 있다. 이러한 렌즈 결합체 구조를 가짐으로써 원하는 촛점 집중도를 구현하여, 외부의 파이로미터에 정확한 흑체 온도를 전달해줄 수 있기 때문이다.

한편, 출광벽 보호 덮개와 바디 하우징의 출광벽 사이는, 출광벽 보호 덮개의 내부면에 적어도 하나 이상 돌출된 이격체에 의하여 이격틈이 형성될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 이격체(250)는 출광벽의 내부면에서 돌출된 구조체로서, 이격체(250)의 돌출면이 상기 바디 하우징의 출광벽과 접촉 가능하도록 한다. 따라서 출광벽 보호 덮개를 바디 하우징의 출광벽에 결합하더라도, 출광벽 보호 덮개의 내부면이 직접 출광벽에 닿는 것이 아니라, 내부면에서 돌출된 이격체(250)의 돌출면이 출광벽(110c)에 닿아 고정 결합되도록 할 수 있다.

이격체(250)는 출광벽 보호 덮개의 내부면에서 적어도 하나 이상 형성될 수 있으며, 복수개로 형성될 경우에는 동일한 간격으로서 내부면(240a)에서 돌출 형성될 수 있다. 이격체(250)는 돌출면과 외부면을 관통시킨 덮개 고정홀(201)을 형성한다. 각 덮개 고정홀(201)의 내부 원주면에는 나사선이 형성되어 있어, 덮개 고정홀(201)을 관통하는 고정체가 덮개 고정홀의 내부 원주면과 나사선 결합하며 관통할 수 있다. 참고로, 외부면(240b)에서 바라본 덮개 고정홀(201)에는 덮개 고정홀을 감싸도록 덮개 고정홀보다 더 큰 직경의 홈인 스톱퍼가 형성되어, 스톱퍼와 덮개 고정홀 사이의 단차면을 구비함으로써, 이러한 단차면에 의하여 고정체가 덮개 고정홀을 완전히 관통하지 않고 출광벽 보호 덮개의 외부면(240b)을 밀착하여 조일 수 있도록 한다.

도 6에 도시한 바와 같이 바디 하우징의 출광벽(110c)에는 이격체에 형성된 덮개 고정홀과 대향하는 위치에 나사선 내주면을 가지는 덮개 조임홈(102)이 형성되어 있다. 따라서 각 고정체(300;예컨대, 나사선 볼트)가 덮개 고정홀(201)을 관통할 때 나사선 결합하며 고정체의 끝단이 덮개 조임홈(102)에 삽입되어 나사선 결합됨으로써, 출광벽 보호 덮개(200)를 바디 하우징의 출광벽(100c)에 나사선 결합으로 고정할 수 있다.

한편, 상기에서 설명한 도 3 내지 도 7은 바디 하우징의 출광벽 전체를 출광벽 보호 덮개로 이격 결합하는 예를 설명한 것이다. 이하 도 8 내지 도 10에서 출광벽 보호 덮개의 다른 실시예를 설명한다. 상기에서 설명한 내용과 중복되는 부분은 설명을 생략한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 바디 하우징의 일부 영역에만 출광벽 보호 덮개를 이격 결합한 교정 장치의 단면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 출광벽 보호 덮개가 바디 하우징의 출광벽의 일부에 결합되기 전의 모습을 도시한 그림이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 출광벽 보호 덮개가 바디 하우징의 출광벽의 일부에 결합된 후의 모습을 도시한 그림이다.

출광벽 보호 덮개가 바디 하우징의 일부 영역의 출광벽에만 이격 결합되는데, 이를 위하여 바디 하우징의 출광벽은, 출광벽 보호 덮개(200)가 이격 결합되어 덮혀지는 영역인 중심 출광벽(110ca)과, 상기 출광벽 보호 덮개가 덮혀지지 않는 영역인 테두리 출광벽(110cb)을 포함한다. 중심 출광벽(110ca)은 출광구(C)를 중심에 두고 있어 출광구를 감싸는 벽체이며, 테두리 출광벽(110cb)은 중심 출광벽의 외부를 감싸는 영역의 벽체를 말한다.

중심 출광벽(110ca)의 두께와 테두리 출광벽(110cb)의 두께는 서로 다르며, 특히 중심 출광벽(110c)의 두께가 테두리 측벽(110cb의 두께보다 더 작도록 형성한다. 따라서 바디 하우징의 출광벽을 마주보며 바라보는 방향에서 볼 때, 중심 출광벽(110ca)과 테두리 출광벽(110cb)은 두께상으로 볼 때 단차 구조를 가지게 되어 중심 출광벽(110ca)이 테두리 출광벽(110cb)에 비하여 오목하게 파여진 형태를 가지게 된다.

중심 출광벽(110ca)의 구조를 상술하면, 중심 출광벽은 내주와 외주를 가지는 도넛 형태로서, 내주는 중심에 형성된 출광구(C)에 접한다. 또한 출광벽 보호 덮개(200)는 중심 출광벽의 외주 직경보다 작은 직경을 가지며, 따라서 출광벽 보호 덮개(200)가 상기 중심 출광벽의 영역 안에서 대향하여 이격 결합될 수 있다. 즉, 출광벽 보호 덮개(200)가 중심 출광벽(110ca)의 영역에만 위치하며 테두리 출광벽(110cb)의 바깥에는 위치하지 않는다.

중심 출광벽과 결합되는 출광벽 보호 덮개(200)는, 덮개의 내부면에서 돌출된 다수의 이격체(250)의 돌출면에 의하여 중심 출광벽에 닿게 되어 중심 출광벽(110ca)과 이격된다. 이러한 이격틈을 통하여 흑체의 복사 공간과 외부가 서로 연통될 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100:바디 하우징 100c:출광벽
110:흑체 200:출광벽 보호 덮개
230:투명 차단판 결합체 250:이격체
300:고정체

Claims

복사 에너지가 방사되는 복사 공간을 가지는 흑체;
내부 공간에 상기 흑체를 마련하며, 상기 복사 공간과 관통 연결되는 출광구가 형성된 출광벽을 가지는 바디 하우징;
상기 출광구에 대향하는 위치에 5㎛ ~ 20㎛의 장파장을 투과시킬 수 있는 투명 차단판을 구비하고, 상기 바디 하우징의 출광벽과 결합되는 출광벽 보호 덮개;
상기 출광벽 보호 덮개를 상기 바디 하우징의 출광벽에 고정시키는 고정체;
를 포함하는 온도측정 파이로미터의 교정 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 투명 차단판은 BaF₂, CaF₂, Ge 화합물 중 어느 하나의 재질로 이루어진 온도측정 파이로미터의 교정 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 투명 차단판은, 볼록렌즈 또는 오목렌즈 또는 볼록렌즈 결합체 또는 오목렌즈 결합체 또는 볼록렌즈와 오목렌즈의 결합체 중 어느 하나의 형태로 구현된 온도측정 파이로미터의 교정 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 출광벽 보호 덮개는, 상기 바디 하우징의 출광구와 외부를 잇는 통로 공간이 형성되도록 상기 바디 하우징의 출광벽에 이격되어 결합되는 온도측정 파이로미터의 교정 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 출광벽 보호 덮개는,
상기 바디 하우징의 출광벽에 마주보는 내부면과, 이러한 내부면의 반대면인 외부면을 구비하는 덮개 플레이트;
상기 출광구에 대향하는 위치에서 상기 내부면과 외부면을 관통한 덮개 관통구;
상기 덮개 관통구와 관통 연결된 중심구를 가지며 외부면에서 돌출된 관통체로서, 상기 중심구를 차단하는 투명 차단판을 구비한 투명 차단판 결합체;
상기 내부면에서 돌출되어, 돌출면이 상기 바디 하우징의 출광벽과 접촉 가능한 이격체;
상기 이격체의 돌출면과 외부면을 관통시킨 덮개 고정홀;
을 포함하는 온도측정 파이로미터의 교정 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 내부면의 가장자리는, 상기 덮개 플레이트의 끝단으로 갈수록 상기 덮개 플레이트의 두께가 얇아지도록 하는 제1경사면을 가지는 온도측정 파이로미터의 교정 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 바디 하우징의 출광벽의 가장자리는, 상기 제1경사면과의 간격이 동일한 이격틈을 가지도록 상기 제1경사면과 대향되는 제2경사면이 형성된 온도측정 파이로미터의 교정 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 바디 하우징의 출광벽은,
상기 출광벽 보호 덮개가 이격 결합되어 덮혀지는 영역인 중심 출광벽;
상기 출광벽 보호 덮개가 덮혀지지 않는 영역인 테두리 출광벽;
을 포함하며, 상기 중심 출광벽의 두께가 상기 테두리 출광벽의 두께보다 더 작은 두께 단차를 가지는 온도측정 파이로미터의 교정 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 중심 출광벽은,
내주와 외주를 가지는 도넛 형태로서, 상기 내주는 상기 출광구에 접하는 온도측정 파이로미터의 교정 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 출광벽 보호 덮개는 상기 외주의 직경보다 작은 직경을 가지며, 상기 출광벽 보호 덮개가 상기 중심 출광벽의 외주 내에서 대향하여 이격 결합되는 온도측정 파이로미터의 교정 장치.
청구항 5 또는 청구항 8에 있어서, 상기 투명 차단판 결합체는,
제1내부 원주를 가지며 상기 덮개 관통구의 외부면에서 돌출된 제1원주 돌출면을 가지는 제1원주 관통체;
상기 제1내부 원주보다 큰 직경을 가지는 제2내부 원주를 가지며, 제2내부 원주의 내부면에 형성된 제2원주 나사선을 형성한 제2원주 관통체;
내측면과 외측면을 가지며, 상기 내측면이 상기 제1원주 돌출면에 안착되는 투명 차단판;
상기 투명 차단판의 외측면과 접하여 상기 제2원주 나사선을 따라 결합하여, 상기 투명 차단판을 상기 제1원주 돌출면에 밀착 고정하는 원주링;
을 포함하는 온도측정 파이로미터의 교정 장치.