KR101501668B1 - 램프 장치 및 램프 제조 방법 - Google Patents

램프 장치 및 램프 제조 방법 Download PDF

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이성용
장성욱
지상현
윤두영
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에이피시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 램프 장치 및 램프 제조 방법으로서, 대상체를 가열하는 램프 장치 및 이러한 램프를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는 열을 발생하는 필라멘트를 구비한 필라멘트 어셈블리; 일단이 상기 필라멘트 어셈블리와 결합 고정되는 내열 강화 부재; 일단이 상기 내열 강화 부재의 타단과 결합 고정되는 도전선 보호관; 상기 도전선 보호관의 타단과 결합 고정되는 고정 부재; 일단이 상기 필라멘트 어셈블리에 전기적으로 연결되어 상기 내열 강화 부재, 도전선 보호관 및 고정 부재를 차례로 관통하여 위치하며, 타단이 상기 고정 부재에서 돌출되어 있는 도전선;을 포함한다.

Description

램프 장치 및 램프 제조 방법{Apparatus for lamp and method for manufacturing the same}
본 발명은 램프 장치 및 램프 제조 방법으로서, 대상체를 가열하는 램프 장치 및 이러한 램프를 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이 등을 제조하는 다양한 공정에 있어서 열처리는 필수적인 과정이다. 오믹 접촉 합금(ohmic contact alloying), 이온 주입 손상 어닐링(ion-implantation damage annealing), 불순물 활성화(dopant activation), TiN, TiSi2, CoSi2 등의 박막 형성 등이 열처리를 요구하는 공정이다.
이러한 열처리를 수행하는 장비로는 퍼니스(furnace)와 급속 열처리(Rapid Thermal Process, RTP) 장치가 있다. 급속 열처리 장치는 기판 전체의 온도를 균일하게 유지하거나, 기판(웨이퍼)을 교체할 때마다 다른 기판들에 대해서도 같은 온도-시간 특성을 유지하거나, 기판의 온도를 정확하게 측정 및 제어하는데 어려움이 있어 크게 각광을 받지 못하다가, 최근 온도 측정 기술과 온도 제어 기술이 진보함에 따라 퍼니스를 대체하고 있다.
급속 열처리 장치는 텅스텐 할로겐 램프의 복사 광선을 이용하여 기판에 열을 전달한다. 따라서 급속 열처리 장치는 가열 블록을 구비하고, 이 가열 블록의 측면들 중 기판과 마주하는 측면에는 복수의 램프가 마련되어 있다.
도 1은 급속 열처리 장치에 사용되는 분리형 필라멘트 어셈블리가 히터 하우징에 장착된 소켓에 삽입되어 있는 모습을 도시한 그림이고, 도 2는 분리형 필라멘트 어셈블리의 소켓으로부터 램프를 이격시켜 분리한 모습을 도시한 그림이다.
분리형 필라멘트 어셈블리는 히터 하우징(1)에 장착되는 소켓(10)과, 소켓(10)과 착탈이 가능한 램프(20)로 이루어진다. 소켓(10)은 히터 하우징(1)의 상단의 장착면에 장착되어 히터 하우징(1)의 내부와 히터 하우징(1)의 외부를 격리하는 실링(sealing) 기능을 한다. 또한 소켓(10)은 삽입되는 램프(20)를 고정하는 기능을 한다. 소켓(10)은 외부의 전원선을 통하여 전력을 공급받아, 소켓 내부로 삽입되는 램프(20)의 전원핀(pin)으로 전력을 공급한다. 램프(20)는, 내부 공간을 할로겐 가스 상태로 유지하는 필라멘트 보호관(23)과, 필라멘트 보호관(23)의 내부에서 열을 발생하는 텅스텐의 필라멘트(22)와, 전원핀(pin)과 필라멘트(22)를 연결하는 도전선을 보호하는 도전선 보호관(21)이 구비된다.
그런데, 상기와 같이 소켓(10)과 램프(20)가 분리되는 분리형 필라멘트 어셈블리의 경우 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 소켓(10)과 램프(20)의 결합시에 결합의 어려움을 겪는 문제가 있다. 즉, 작업자가 소켓(10)에 램프(20)를 삽입하여 고정시에 램프(20)가 틀어지는 현상이 발생하고, 또한 램프(20)의 하중에 의하여 시간이 지남에 따라서 램프(20)가 소켓(10)에서 점차적으로 분리되는 현상이 발생하는 문제가 있다. 또한 램프(20)의 고정시에 가공 오차에 따른 램프(20)를 장착하는데 어려움이 있다.
둘째, 소켓(10)과 램프(20)를 탈부착시에 필라멘트 보호관(23)이 쉽게 깨지는 문제가 있다. 즉, 작업자가 램프(20)를 소켓(10)에서 탈착시에 지그(jig)를 이용하여 'T'자 형태의 필라멘트 보호관(23)을 파지하여 아래쪽으로 잡아당기는데, 이럴 경우 작업자에 의해 가해지는 지그 힘에 의하여 쿼츠(quartz) 재질의 필라멘트 보호관(23)이 파손될 수 있는 문제가 있다. 또한 램프(10)를 소켓(20)에 장착시에 필라멘트 보호관(23)을 파지하고 위쪽으로 힘을 가하여 소켓(10)에 꽂게 되는데, 이때, 가해지는 힘에 의하여 역시 필라멘트 보호관(23)이 파손될 수 있다.
셋째, 도전선을 보호하는 도전선 보호관(21)의 외부가 필라멘트(22)에서 발생되는 열에 의하여 탄화되는 문제가 있다. 필라멘트 보호관(23)과 도전선 보호관(21)의 경계 부분에 있는 외주면이 열에 의하여 탄화될 수 있는 문제가 있다.
한국등록특허 제1031226호
본 발명의 기술적 과제는 램프를 소켓에 장착할 때 램프가 틀어지는 현상, 장착 작업의 어려움을 해결하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 램프를 소켓에 장착하거나 분리할 때 필라멘트 보호관이 파손되는 문제를 원천적으로 해결하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 도전선 보호관이 열에 의하여 탄화되는 현상을 개선하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 열을 발생하는 필라멘트를 구비한 필라멘트 어셈블리; 일단이 상기 필라멘트 어셈블리와 결합 고정되는 내열 강화 부재; 일단이 상기 내열 강화 부재의 타단과 결합 고정되는 도전선 보호관; 상기 도전선 보호관의 타단과 결합 고정되는 고정 부재; 일단이 상기 필라멘트 어셈블리에 전기적으로 연결되어 상기 내열 강화 부재, 도전선 보호관 및 고정 부재를 차례로 관통하여 위치하며, 타단이 상기 고정 부재에서 돌출되어 있는 도전선;을 포함한다.
상기 필라멘트 어셈블리는, 제1입력단으로 유입된 전류가 가열선을 통과하여 제2입력단으로 흘러나가 열을 발생하는 필라멘트; 상기 필라멘트를 내부에 가지는 필라멘트 보호관; 상기 제1입력단에 도전 본딩되어 제1도전선이 연결된 제1도전판;
상기 제2입력단에 도전 본딩되어 제2도전선이 연결된 제2도전판; 상기 제1도전판과 제2도전판을 면상에 위치시켜, 일단이 상기 필라멘트 보호관에 결합 고정되며 타단이 상기 내열 강화 부재와 결합 고정되는 도전판 지지체;를 포함한다.
상기 필라멘트 보호관은, 상기 내열 강화 부재, 도전선 보호관 및 고정 부재의 결합 방향과 동일한 길이 방향을 가진다.
상기 필라멘트 보호관의 직경은, 상기 내열 강화 부재의 직경과 같거나 작도록 형성된다.
상기 내열 강화 부재는, 세라믹 재질로 형성되며, 상기 도전선 보호관은 메탈 재질로 구현되어 도전선 보호관의 내부는 세라믹으로 채워진다.
상기 고정 부재는, 상기 도전선이 관통하는 몸통 기둥; 상기 몸통 기둥의 측벽에서 둘레 방향을 따라 돌출된 돌출 플랜지;를 포함한다.
상기 필라멘트 어셈블리가 위치한 방향을 향하는 돌출 플랜지의 면에 실링재 삽입홈이 형성된다.
상기 고정 부재는, 일단면에서 둘레를 따라 돌출된 상부 플랜지를 가지는 상부 고정 부재; 일단면에서 둘레를 따라 돌출되어 상기 상부 플랜지와 접하는 하부 플랜지를 가지는 하부 고정 부재; 상기 상부 플랜지와 하부 플랜지를 결합하는 결합 부재;를 포함한다.
상기 상부 고정 부재는, 상부 기둥체; 상기 상부 기둥체의 일단면에서 둘레를 따라 돌출된 상부 플랜지; 상기 하부 고정 부재와 접하는 상부 기둥체의 면에서 돌출되며, 돌출면에 도전성의 단자핀 삽입홈을 가지는 결합 돌출체; 상기 단자핀 삽입홈에 연결되어 외부로 돌출된 외부 전원 연결선;을 포함한다.
상기 하부 고정 부재는, 하부 기둥체; 상기 하부 기둥체의 일단면에서 둘레를 따라 돌출되어 상기 상부 플랜지와 대향된 하부 플랜지; 상기 상부 고정 부재와 접하는 하부 기둥체의 면에서 파여진 단차면을 가지며, 상기 단자핀 삽입홈에 대향한 위치의 단차면에 단자핀이 돌출되어 형성된 결합 홈;을 포함한다.
상기 필라멘트 어셈블리가 위치한 방향을 향하는 하부 플랜지의 면에 형성되어 실링재가 위치할 수 있는 본체 결합 실링재 삽입홈; 상기 상부 플랜지와 접하는 하부 플랜지의 면에 형성되어 실링재가 위치할 수 있는 플랜지 결합 실링재 삽입홈;을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 형태는, 열을 발생하는 필라멘트를 구비한 필라멘트 어셈블리를 마련하는 과정; 상기 필라멘트 어셈블리에 도전선을 연결하는 과정; 상기 도전선이 내열 강화 부재의 내부를 관통하도록 하고, 상기 내열 강화 부재의 일단을 상기 필라멘트 어셈블리와 고정 결합시켜 분리되지 않도록 하는 과정; 상기 내열 강화 부재를 관통하여 돌출된 도전선이 도전선 보호관을 관통하도록 하고, 상기 도전선 보호관의 일단을 상기 내열 강화 부재의 타단과 고정 결합시켜 분리되지 않도록 하는 과정; 상기 도전선 보호관을 관통하여 돌출된 도전선이, 히터 하우징과 결합 가능한 고정 부재를 관통하도록 하고, 상기 고정 부재를 상기 도전선 보호관의 타단과 고정 결합시켜 분리되지 않도록 하는 과정;을 포함한다.
상기 고정 부재를 상기 도전선 보호관의 타단과 고정 결합되기 전에 상기 도전선 보호관의 내부를 세라믹으로 충진한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 일체형 램프로 구현됨으로써, 램프를 소켓에 장착하는 작업자의 불편을 없앴다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 램프를 소켓에 장착하거나 분리할 필요가 없어, 필라멘트 보호관이 파손되지 않아 장비를 보호할 수 있다. 따라서 램프를 설비에 용이하게 장착할 수 있어 생산성이 향상될 수 있으며, 필라멘트 사용 수명을 증대시킬 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 필라멘트에 인접한 영역의 도전선 보호관을 내열 강화 부재로 채택함으로써, 열에 의하여 도전선 보호관이 탄화되는 현상을 개선할 수 있다.
도 1은 급속 열처리 장치에 사용되는 분리형 필라멘트 어셈블리가 히터 하우징에 장착된 소켓에 삽입되어 있는 모습을 도시한 그림이다.
도 2는 분리형 필라멘트 어셈블리의 소켓으로부터 램프를 이격시켜 분리한 모습을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열 블록이 적용된 급속 열처리 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 복수의 램프가 히터 하우징의 장착면에 장착된 모습을 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 램프의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 램프의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 일체형 램프가 히터 하우징의 상측에서 삽입되는 단면도를 도시한 그림이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 일체형 램프가 히터 하우징에 장착된 단면도를 도시한 그림이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상부 고정 부재와 하부 고정 부재가 결합된 일체형 램프의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 상부 고정 부재와 하부 고정 부재가 분리되어 있는 일체형 램프의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 상부 고정 부재와 하부 고정 부재를 가지는 일체형 램프의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 일체형 램프를 제조하는 과정을 도시한 그림이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 상부 고정 부재와 하부 고정 부재를 차례로 결합하는 과정을 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.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열 블록이 적용된 급속 열처리 장치의 단면도이다.
공정 챔버(200)는 기판의 열처리 공간인 내부 공간을 가지는데, 열처리 공간 내부에 기판이 안착된다. 공정 챔버(200)는 내부가 비어있는 밀폐된 사각형 통 형상으로 제작되나, 이에 한정되지 않고, 다양한 통 형상이 가능하다. 즉, 원통 및 다각형통 형상들이 가능할 수 있다. 그리고 공정 챔버의 일 측면 및 타측면 각각에는 기판(S)의 출입을 위한 출입구가 마련되며, 어느 하나의 출입구는 이송 모듈(미도시)과 연결된다.
공정 챔버(200)는 내측에 기판(S)을 지지하는 기판 지지대(400)를 구비한다. 여기서 기판 지지대(400)는 내부에 수직방향으로 이동하는 복수개의 리프트 핀(410)이 구비될 수 있으며, 공정시 기판(S)이 안착되는 에지 링(edge ring)으로 이루어질 수 있다. 에지링은 열처리 공간의 내부에서 가열 블록(100)에 마주보며 대향되는 위치에 기판을 안착시킬 수 있는 안착 수단이다. 기판 지지대(400)는 승하강력을 제공하는 수단 예컨대, 실린더와 연결될 수 있다. 실시예에서는 전술한 바와 같이 리프트핀(410)으로 기판(S)을 수직방향으로 승하강하는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 기판(S)을 기판 지지대(400)에 지지시킬 수 있는 다양한 수단 예컨대, 정전기력(정전척) 또는 진공 흡착력을 이용하는 수단을 이용할 수도 있다.
쿼츠 윈도우(300;quartz window)는 가열 블록(100)과 공정 챔버(200)의 사이에 위치할 수 있다. 쿼츠 윈도우(300)는 하측에 위치하는 기판(S)으로 열을 투과시키는 물질로 제작된다. 쿼츠 윈도우(300)는 가열 블록(100)과 공정 챔버(200)의 사이에 공정 챔버의 기밀을 유지시키는데, 가열 블록(100)과 공정 챔버(200) 사이를 실링 수단(301)을 이용하여 차단시켜 가열 블록(100)이 진공이 유지되도록 하며, 외부 환경(압력,가스,오염물질)으로부터 공정 챔버를 보호한다. 또한 쿼츠 윈도우(300)는 램프(600)를 보호하고, 램프(600)에서 발생하는 열로 인해서 생기는 부산물이 공정 챔버(200) 내부의 열처리 공간에 위치한 기판(S)으로 떨어지는 것을 막아준다.
가열 블록(100)은 열에너지를 발생시키는 일체형 램프를 구비한 히터 하우징(500)을 가진다. 히터 하우징(500)의 바닥면인 램프 장착면(510)에는 기판(S)과 같은 열처리 대상물과 마주하고 있고, 복수의 일체형 램프(600)들을 구비한다. 일체형 램프(600)들은 도 4에 도시한 바와 같이 램프 장착면(510)에 배열되어, 기판(S)에 대향된 위치에 마련되며, 회전 또는 고정된 기판에 빛을 조사한다. 램프 장착면(510)은 도 4(a)에 도시한 바와 같이 원형으로 형성될 수 있으며, 또는 도 4(b)에 도시한 바와 같이 다각형으로 형성될 수 있는 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 일체형 램프(600)는 기존의 램프와 소켓이 분리된 구조와 다른 구조로서, 별도의 소켓을 두지 않고 일체형으로 된 램프 구조를 가진다. 이하 일체형 램프의 구조에 대하여 상술한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 램프의 사시도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 램프의 단면도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 일체형 램프가 히터 하우징의 상측에서 삽입되는 단면도를 도시한 그림이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 일체형 램프가 히터 하우징에 장착된 단면도를 도시한 그림이다.
일체형 램프(600)는, 필라멘트 어셈블리(640)와, 내열 강화 부재(630), 도전선 보호관(620), 고정 부재(610), 도전선(650)을 포함한다.
필라멘트 어셈블리(640)는 발열하는 필라멘트(644)를 가지는 가열체로서, 열을 발생하는 필라멘트(644), 필라멘트(644)를 보호하는 필라멘트 보호관(645), 필라멘트(644)에 전력을 공급하는 도전판(641), 도전판(641)을 지지하는 도전판 지지체(642)를 포함한다. 이밖에 필라멘트 지지체(643)를 포함할 수 있다.
필라멘트(644;filament)는 제1입력단(644a), 제2입력단(644b), 가열선(644c)을 구비하여, 제1입력단(644a)으로 유입된 전류가 몸체인 가열선(644c)을 통과하여 제2입력단(644b)으로 흘러나가 열을 발생한다. 필라멘트(644)의 재료는 고온에서도 계속 빛을 내야 하기 때문에 녹는점이 높아야 하고 적당한 전기저항값을 가져야 한다. 따라서 텅스텐이나 니켈 등이 사용될 수 있다. 텅스텐 필라멘트(644)의 경우, 텅스텐의 녹는점이 약 3390℃ 정도로서 필라멘트(644)의 발생 온도(약 2000℃)보다 훨씬 높아 이런 고온에 잘 견딜 수 있다.
필라멘트 지지체(643)는 필라멘트(644)의 가열선(644c)들을 지지하는 지지대로서, 석영과 같은 부도체로 구현될 수 있다.
필라멘트 보호관(645)은 필라멘트(644)를 내부 공간에 두어 필라멘트(644)를 보호한다. 필라멘트 보호관(645)은 투명한 석영 등의 재질로 구현될 수 있다. 필라멘트 보호관(645)은 내열 강화 부재(630), 도전선 보호관(620) 및 고정 부재(610)의 결합 방향과 동일한 길이 방향을 가지는 원주의 관 형태를 가진다. 필라멘트 보호관(645)은 한 측은 폐쇄되어 있고 타측이 내열 강화 부재(630)에 의하여 고정 결합되어 전체적으로 밀폐되어 내부 공간을 가지며, 이러한 내부 공간은 할로겐 가스로 채워져 발열 효율을 높일 수 있다. 필라멘트 보호관(645)의 직경은, 내열 강화 부재(630)의 직경과 같거나 작도록 형성한다. 이는 일체형 램프를 히터 하우징(500)으로부터 장착 또는 분리시킬 때, 히터 하우징(500)에 형성된 탈착구를 통과할 수 있도록 하기 위함이다. 여기서 내열 강화 부재(630)의 직경이 탈착구의 직경과 동일하다고 볼 수 있다.
제1도전판(641a)은 필라멘트(644)의 제1입력단(644a)에 전기적으로 연결되는 도전(導電) 본딩되어 제1도전선(650a)에 연결된다. 제2도전판(641b) 역시 필라멘트(644)의 제2입력단(644b)에 도전 본딩되어 제2도전선(650b)에 연결된다. 따라서 제1도전선(650a)을 통해 외부 전원으로부터 유입되는 전류는 제1도전판(641a)을 통해 제1입력단(644a)에 입력되며, 필라멘트(644)의 가열선을 거쳐서 제2도전판(641b) 및 제2도전선(650b)을 통해 외부 전원으로 흘러나간다. 참고로 제1도전판(641a) 및 제2도전판(641b)은 전도성이 좋은 몰리브덴(Mo)의 금속판의 재질을 가질 수 있다.
도전판 지지체(642)는 제1도전판(641a)과 제2도전판(641b)을 면상에 위치시켜, 일단이 필라멘트 보호관(645)에 결합 고정되며 타단이 내열 강화 부재(630)와 결합 고정된다. 필라멘트 보호관(645)과 분리되지 않도록 필라멘트 보호관(645)의 일단을 녹여서 도전판 지지체(642)의 일단과 고정 결합되도록 한다. 또한 내열 강화 부재(630)와 분리되지 않도록 도전판 지지체(642)의 타단을 내열 강화 부재(630)에 삽입하여 세라믹 본딩되도록 한다. 참고로 도전판 지지체(642)는 석영과 같은 부도체로 구현된다.
한편, 내열 강화 부재(630)는, 일단이 필라멘트 어셈블리(640)의 도전판 지지체(642)와 결합 고정되며 타단이 도전선 보호관(620)과 결합 고정되어, 필라멘트 어셈블리(640)의 도전판(641)과 도전선 보호관(620)의 사이에 위치한다. 내열 강화 부재(630)는 세라믹(A12O3)과 같이 열에 강한 재질로 구현된다. 따라서 인접한 필라멘트(644)에 의해 발생되는 열에 의하여 부재가 탄화(炭化)되는 현상을 방지할 수 있다. 종래에는 내열 강화 부재(630)없이 필라멘트 어셈블리(640)에 직접 도전선 보호관(620)이 연결되는 구조를 취하고 있어, 필라멘트 어셈블리(640)와 도전선 보호관(620)의 연결 부위가 필라멘트(644)의 열에 의하여 탄화되는 문제가 있다. 그러나 본 발명의 실시예는 필라멘트 어셈블리(640)와 도전선 보호관(620) 사이에 내열 강화 부재(630)를 구비하여, 필라멘트(644)의 열에 의해서도 필라멘트 어셈블리(640)의 접합 부분에서 탄화 현상이 발생되지 않도록 할 수 있다.
도전선 보호관(620)은 내열 강화 부재(630)의 타단과 결합 고정된다. 도전선 보호관(620)은 필라멘트 어셈블리(640)의 제1,2도전판(641)에 각각 연결된 제1,2도전선(650a,650b)(650)을 보호하는 하우징이다. 도전선 보호관(620)의 일단은 내열 강화 부재(630)와 결합 고정되며, 타단은 히터 하우징(500)과 탈착이 가능한 고정 부재(610)에 고정 결합된다. 도전선 보호관(620)의 표면은 금속 재질로 이루어지며, 도전선 보호관(620)의 내부는 세라믹으로 충진된다. 따라서 도전선 보호관(620)의 내부에 위치하는 제1도전선(650a) 및 제2도전선(650b)을 도전선 보호관(620)의 내부에서 세라믹으로 고정할 수 있다.
도전선(650)은 일단이 필라멘트 어셈블리(640)에 전기적으로 연결되어 내열 강화 부재(630), 도전선 보호관(620) 및 고정 부재(610)를 차례로 관통하여 위치하며, 타단이 상기 고정 부재(610)에서 돌출되어 있다. 이러한 도전선(650)은 피복이 있는 금속 와이어(wire)와 같이 얇은 도전성 배선으로 구현된다. 도전선(650)은 제1도전선(650a)과 제2도전선(650b)을 포함한다. 제1도전선(650a)은 제1도전판(641a)에 연결되는 금속 와이어이며, 제2도전선(650b)은 제2도전판(641b)에 연결되는 금속 와이어이다.
고정 부재(610)는 도전선 보호관(620)의 타단과 결합 고정되며, 히터 하우징(500)과 같은 설비 장치에 탈착 가능한 플랜지면을 가진다. 즉, 도전선 보호관(620), 내열 강화 부재(630), 필라멘트 어셈블리(640) 및 고정 부재(610)를 차례로 고정 결합하여 이들 구성부가 분리되지 않는 일체형 램프로 형성하는 것이다. 기존의 램프 장치의 경우에는 고정 부재(610)의 역할을 하는 소켓이 구비되어 있어 램프를 소켓에 삽입하거나 분리하는 구조를 가지고 있었으나, 본 발명의 일체형 램프 구조하에서는, 도전선 보호관(620), 내열 강화 부재(630), 필라멘트 어셈블리(640) 및 고정 부재(610)가 분리되지 않는 일체형 구조로서 고정 결합됨으로써, 종래의 램프 장착 오류 문제, 소켓에서의 분리나 장착시에 필라멘트 보호관(645)의 깨짐 문제 등을 해결할 수 있다.
고정 부재(610)는 도전선(650)이 관통하는 몸통 기둥과, 몸통 기둥의 측벽에서 둘레 방향을 따라 돌출된 돌출 플랜지(613)를 포함한다. 돌출 플랜지(613)는 히터 하우징(500)에 고정 부재(610)를 탈착시키는 역할을 한다. 도전선 보호관(620), 내열 강화 부재(630), 필라멘트 어셈블리(640) 및 고정 부재(610)로 된 일체형 램프를 히터 하우징(500)에 장착시키기 위해서는 도 7에 도시한 바와 같이 히터 하우징(500)의 탈착구에 필라멘트 어셈블리(640)부터 차례로 삽입하고 삽입이 완료되면, 도 8과 같이 고정 부재(610)의 돌출 플랜지(613)와 히터 하우징(500)을 볼트(612) 등을 통하여 체결하여 장착을 완료할 수 있다.
결국, 고정 부재(610)는 볼트(612) 등을 통하여 히터 하우징(500)과 탈착 가능한 부재이기 때문에, 고정 부재(610)만을 히터 하우징(500)에 체결함으로써 필라멘트 어셈블리(640), 내열 강화 부재(630), 도전선 보호관(620), 고정 부재(610)로 된 일체형 램프를 히터 하우징(500)에 체결하는 결과를 가져올 수 있다. 반대로 고정 부재(610)를 히터 하우징(500)에서 분리하게 되면, 필라멘트 어셈블리(640), 내열 강화 부재(630), 도전선 보호관(620), 고정 부재(610)로 된 일체형 램프를 히터 하우징(500)에서 분리하는 결과를 가져올 수 있다.
한편, 필라멘트 어셈블리(640)가 위치한 방향을 향하는 돌출 플랜지(613)의 면에 실링재 삽입홈(611)이 형성된다. 고정 부재(610)가 히터 하우징(500)과 체결될 시에 히터 하우징(500) 내의 밀폐력을 향상시키기 위하여, 돌출 플랜지(613)의 바닥면에 오링(O-ring) 등의 실링재가 삽입되는 실링재 삽입홈(611)이 형성될 수 있다. 또한 고정 부재(610)는 세라믹, 금속, 합성수지 재질 등으로 구현될 수 있다.
한편, 상기의 고정 부재(610)는 상기에서 설명한 바와 같이 하나의 몸체로 구현할 수 있지만, 본 발명의 다른 실시예로서 상부 고정 부재(6100)와 하부 고정 부재(6200)의 이원화된 고정 부재(610)로도 구현할 수 있다. 필라멘트 어셈블리(640)가 수명이 다하거나 고장난 경우 필라멘트 어셈블리(640)가 포함된 부분만을 교체하여 비용을 절감하기 위하여 고정 부재(610)를 상부 고정 부재(6100)와 하부 고정 부재(6200)로 이원화하는 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상부 고정 부재와 하부 고정 부재가 결합된 일체형 램프의 사시도이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 상부 고정 부재와 하부 고정 부재가 분리되어 있는 일체형 램프의 사시도이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 상부 고정 부재와 하부 고정 부재를 가지는 일체형 램프의 단면도이다.
이원화된 구조의 고정 부재(610)는 일단면에서 둘레를 따라 돌출된 상부 플랜지(6102)를 가지는 상부 고정 부재(6100)와, 일단면에서 둘레를 따라 돌출되어 상부 플랜지(6102)와 접하는 하부 플랜지(6202)를 가지는 하부 고정 부재(6200)와, 상부 플랜지(6102)와 하부 플랜지(6202)를 결합하는 결합 부재(6300)를 포함한다. 상부 고정 부재(6100)와 하부 고정 부재(6200)를 볼트와 같은 결합 부재(6300)로서 체결함으로써, 분리와 결합이 용이하게 이뤄질 수 있다.
상부 고정 부재(6100)는, 상부 기둥체(6101)와, 상부 기둥체(6101)의 일단면에서 둘레를 따라 돌출된 상부 플랜지(6102)와, 하부 고정 부재(6200)와 접하는 상부 기둥체(6101)의 면에서 돌출되며 돌출면에 도전성의 단자핀 삽입홈(6104)을 가지는 결합 돌출체(6103)와, 단자핀 삽입홈(6104)에 연결되어 외부로 돌출된 외부 전원 연결선(6105)을 포함한다. 결합 돌출체(6103)에는 안쪽으로 단자핀 삽입홈(6104)이 형성되어, 단자핀 삽입홈(6104)의 표면은 도전성막이 되어 있다. 따라서 단자핀 삽입홈(6104)의 도전성막에 외부 전원 연결선(6105)이 전기적으로 연결되어 있어, 외부의 전력을 단자핀 삽입홈(6104)의 도전성막까지 전달할 수 있다.
하부 고정 부재(6200)는, 하부 기둥체(201)와, 하부 기둥체(6201)의 일단면에서 둘레를 따라 돌출되어 상부 플랜지(6102)와 대향된 하부 플랜지(6202)와, 상부 고정 부재(6100)와 접하는 하부 기둥체(6201)의 면에서 파여진 단차면을 가지며, 단자핀 삽입홈(6104)에 대향한 위치의 단차면에 단자핀(6203)이 돌출되어 형성된 결합 홈(6204)을 포함한다. 이러한 단자핀(6203)은 제1,2단자핀으로 구현되어, 제1도전선(650a) 및 제2도전선(650b)에 각각 연결된다.
상부 플랜지(6102)와 하부 플랜지(6202)가 결합하게 되면 하부 플랜지(6202)에 형성된 단자핀(6203)이 상부 플랜지(6102)의 단자핀 삽입홈(6104)에 삽입되어 접하게 되어 도전성을 가지게 된다. 따라서 외부의 전력이 단자핀 삽입홈(6104), 단자핀(6203), 도전선(650)을 거쳐서 필라멘트(644)에 전력을 공급할 수 있게 된다.
한편, 도시하지는 않았지만 하부 고정 부재(6200)에는 히터 하우징(500)과 체결시키는 볼트가 삽입되는 체결홈(미도시)이 형성되어, 하부 고정 부재(6200)를 히터 하우징(500)에 체결 또는 분리시킬 수 있다.
한편, 필라멘트 어셈블리(640)가 위치한 방향을 향하는 하부 플랜지(6202)의 면에 형성되어 실링재가 위치할 수 있는 본체 결합 실링재 삽입홈(6400)과, 상부 플랜지(6102)와 접하는 하부 플랜지(6202)의 면에 형성되어 실링재가 위치할 수 있는 플랜지 결합 실링재 삽입홈(6401)이 추가로 구비될 수 있다. 본체 결합 실링재 삽입홈(6400)은 히터 하우징(500)에 하부 고정 부재(6200)를 체결할 때 오링 등의 실링재를 통한 밀폐성을 향상시키기 위하여 형성되며, 플랜지 결합 실링재 삽입홈(6401)은 상부 플랜지(6102)와 하부 플랜지(6202)를 서로 접하여 결합시킬 때 오링 등의 실링재를 통한 밀폐성을 향상시키기 위하여 형성된다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 일체형 램프를 제조하는 과정을 도시한 그림이다.
이하의 설명에서, 일단이라 함은 해당 부재의 길이 방향의 끝단을 말하며 타단이라 함은 일단의 길이 방향의 반대편에 위치한 끝단을 말한다.
우선, 필라멘트 어셈블리를 마련하는 과정을 가진다. 이러한 필라멘트 어셈블리의 제조 과정은, 도 12(a)에 도시한 바와 같이 제1입력단(644a)으로 전류가 입력되어 가열선(644c)을 통하여 제2입력단(644b)을 흘러 열을 발생하는 텅스텐 재질의 필라멘트(644)를 마련하고, 몰리브덴 재질의 제1도전판(641a)과 제2도전판(641b)이 장착된 도전판 지지체(642)를 마련한다. 참고로 제1입력단(644a)와 제2입력단(644b)는 석영 재질의 필라멘트 지지체(643)에 의하여 지지된다.
도 12(b)에 도시한 바와 같이 필라멘트(644)의 제1입력단(644a)과 제2입력단(644b)을 제1도전판(641a)과 제2도전판(641b)에 각각 도전되도록 본딩한다. 그 후, 도 12(c)에 도시한 바와 같이 석영 재질의 필라멘트 보호관(645) 내부의 필라멘트(644)를 위치시킨 후 필라멘트 보호관(645)의 일단을 녹여서 도전판 지지체(642)에 고정 결합하여 밀봉한다. 그 후, 필라멘트 보호관(645)에 형성된 주입관을 통해 필라멘트 보호관(645) 내부 공간을 진공 상태로 만들고, 이어서 할로겐 가스를 주입관을 통해 필라멘트 보호관(645)의 내부 공간으로 흘러보내, 필라멘트 보호관(645)의 내부 공간을 할로겐 분위기로 만들고 주입관을 밀봉시킨다.
그리고, 도 12(d)에 도시한 바와 같이 제1도전판(641a)과 제2도전판(641b)에 도전성을 가지는 제1도전선(650a)과 제2도전선(650b)을 각각 본딩하여 연결시키는 과정을 가진다. 참고로 이러한 제1,2도전선(650a,650b)은 소정의 길이를 가져 끝단이 최종적으로 고정 부재(610)를 관통하여 돌출된다.
이 후, 도 12(e)에 도시한 바와 같이 내열 강화 부재(630)의 일단을 필라멘트 어셈블리(640)의 도전판 지지체(642)에 고정 결합시켜, 내열 강화 부재(630)와 필라멘트 어셈블리(640)의 도전판 지지체(642)가 서로 분리되지 않도록 고정 결합한다. 이때 제1도전선(650a) 및 제2도전선(650b)은 내열 강화 부재(630)를 관통하여 위치한다. 또한 이러한 고정 결합은, 필라멘트 어셈블리(640)의 도전판 지지체(642)의 끝단을 내열 강화 부재(630)로 응고하여 고정 결합시킬 수 있다. 이러한 내열 강화 부재(630)로는 열에 강한 세라믹(Al2O3) 재질이 사용될 수 있다.
내열 강화 부재(630)를 형성한 후, 도 12(f)에 도시한 바와 같이 내열 강화 부재(630)의 타단과 도전선 보호관(620)의 일단이 서로 분리되지 않도록 고정 결합한다. 내열 강화 부재(630)와 도전선 보호관(620)은 세라믹 본딩에 의해 고정 결합될 수 있다. 도전선 보호관(620)은 금속 재질의 속이 빈 기둥체로서, 도전선 보호관(620)의 내부는 세라믹으로 충진된다. 이때, 도전선 보호관(620)의 내부에 충진된 세라믹에는 내열 강화 부재(630)에서 돌출된 제1도전선(650a) 및 제2도전선(650b)이 관통하여 도전선 보호관(620)으로부터 돌출되어 위치한다.
도전선 보호관(620)을 형성한 후, 도 12(g)에 도시한 바와 같이 고정 부재(610)와 도전선 보호관(620)의 타단이 서로 분리되지 않도록 고정 결합한다. 이때, 제1도전선(650a) 및 제2도전선(650b)은 고정 부재(610)의 내부를 관통하여 돌출되어, 외부의 전원부와 연결된다. 일체형 램프의 길이 방향을 따라서 필라멘트 어셈블리(640), 내열 강화 부재(630), 도전선 보호관(620), 고정 부재(610)가 차례로 고정 결합되어 일체형으로 제작될 수 있다. 고정 부재(610)는 볼트 등을 통하여 히터 하우징(500)과 탈착 가능한 부재이기 때문에, 고정 부재(610)만을 히터 하우징(500)에 체결함으로써 필라멘트 어셈블리(640), 내열 강화 부재(630), 도전선 보호관(620), 고정 부재(610)로 된 일체형 램프를 히터 하우징(500)에 체결하는 결과를 가져온다. 반대로 고정 부재(610)를 히터 하우징(500)에서 분리하게 되면, 필라멘트 어셈블리(640), 내열 강화 부재(630), 도전선 보호관(620), 고정 부재(610)로 된 일체형 램프를 히터 하우징(500)에서 분리하는 결과를 가져온다.
참고로, 고정 부재의 플랜지 바닥면에는 오링과 같은 실링재(611a)가 구비되어 히터 하우징(500)과의 결합시에 밀폐성을 향상시킬 수 있다.
한편, 분리형의 경우 앞의 과정은 똑같으며, 다만, 도 13에 도시한 바와 같이 상부 고정 부재(6100)와 하부 고정 부재(6200)를 각각 차례로 결합하는 과정을 가진다. 참고로, 필라멘트 어셈블리(640)가 위치한 방향을 향하는 하부 플랜지(6202)의 면에 형성되어 실링재가 위치할 수 있는 본체 결합 실링재 삽입홈(6400)과, 상부 플랜지(6102)와 접하는 하부 플랜지(6202)의 면에 형성되어 실링재가 위치할 수 있는 플랜지 결합 실링재 삽입홈(6401)이 추가로 구비될 수 있다. 본체 결합 실링재 삽입홈(6400)은 히터 하우징(500)에 하부 고정 부재(6200)를 체결할 때 오링 등의 실링재를 통한 밀폐성을 향상시키기 위하여 형성되며, 플랜지 결합 실링재 삽입홈(6401)은 상부 플랜지(6102)와 하부 플랜지(6202)를 서로 접하여 결합시킬 때 오링 등의 실링재를 통한 밀폐성을 향상시키기 위하여 형성된다.
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.
600:일체형 램프 610:고정 부재
620:도전선 보호관 630:내열 강화 부재
640:필라멘트 어셈블리

Claims (15)

  1. 열처리 장치의 히터 하우징에 장착되는 일체형 램프 장치에 있어서,
    열을 발생하는 필라멘트를 구비한 필라멘트 어셈블리;
    일단이 상기 필라멘트 어셈블리와 결합 고정되는 내열 강화 부재;
    일단이 상기 내열 강화 부재의 타단과 결합 고정되는 도전선 보호관;
    상기 도전선 보호관의 타단과 결합 고정되는 고정 부재;
    일단이 상기 필라멘트 어셈블리에 전기적으로 연결되어 상기 내열 강화 부재, 도전선 보호관 및 고정 부재를 차례로 관통하여 위치하며, 타단이 상기 고정 부재에서 돌출되어 있는 도전선;
    을 포함하며, 상기 필라멘트 어셈블리는,
    제1입력단으로 유입된 전류가 가열선을 통과하여 제2입력단으로 흘러나가 열을 발생하는 필라멘트;
    상기 필라멘트를 내부에 가지는 필라멘트 보호관;
    상기 제1입력단에 도전 본딩되어 제1도전선이 연결된 제1도전판;
    상기 제2입력단에 도전 본딩되어 제2도전선이 연결된 제2도전판;
    상기 제1도전판과 제2도전판을 면상에 위치시켜, 일단이 상기 필라멘트 보호관에 결합 고정되며 타단이 상기 내열 강화 부재와 결합 고정되는 도전판 지지체;
    를 포함하는 일체형 램프 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 필라멘트 보호관은, 상기 내열 강화 부재, 도전선 보호관 및 고정 부재의 결합 방향과 동일한 길이 방향을 가지는 일체형 램프 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 필라멘트 보호관의 직경은, 상기 내열 강화 부재의 직경과 같거나 작도록 형성되는 일체형 램프 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 내열 강화 부재는, 세라믹 재질로 형성되는 일체형 램프 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 도전선 보호관은 메탈 재질로 구현되는 일체형 램프 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 도전선 보호관의 내부는 세라믹으로 채워진 일체형 램프 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 고정 부재는,
    상기 도전선이 관통하는 몸통 기둥;
    상기 몸통 기둥의 측벽에서 둘레 방향을 따라 돌출된 돌출 플랜지;
    를 포함하는 일체형 램프 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 필라멘트 어셈블리가 위치한 방향을 향하는 돌출 플랜지의 면에 실링재 삽입홈이 형성된 일체형 램프 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 고정 부재는,
    일단면에서 둘레를 따라 돌출된 상부 플랜지를 가지는 상부 고정 부재;
    일단면에서 둘레를 따라 돌출되어 상기 상부 플랜지와 접하는 하부 플랜지를 가지는 하부 고정 부재;
    상기 상부 플랜지와 하부 플랜지를 결합하는 결합 부재;
    를 포함하는 일체형 램프 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 상부 고정 부재는,
    상부 기둥체;
    상기 상부 기둥체의 일단면에서 둘레를 따라 돌출된 상부 플랜지;
    상기 하부 고정 부재와 접하는 상부 기둥체의 면에서 돌출되며, 돌출면에 도전성의 단자핀 삽입홈을 가지는 결합 돌출체;
    상기 단자핀 삽입홈에 연결되어 외부로 돌출된 외부 전원 연결선;
    을 포함하는 일체형 램프 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 하부 고정 부재는,
    하부 기둥체;
    상기 하부 기둥체의 일단면에서 둘레를 따라 돌출되어 상기 상부 플랜지와 대향된 하부 플랜지;
    상기 상부 고정 부재와 접하는 하부 기둥체의 면에서 파여진 단차면을 가지며, 상기 단자핀 삽입홈에 대향한 위치의 단차면에 단자핀이 돌출되어 형성된 결합 홈;
    을 포함하는 일체형 램프 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 필라멘트 어셈블리가 위치한 방향을 향하는 하부 플랜지의 면에 형성되어 실링재가 위치할 수 있는 본체 결합 실링재 삽입홈;
    상기 상부 플랜지와 접하는 하부 플랜지의 면에 형성되어 실링재가 위치할 수 있는 플랜지 결합 실링재 삽입홈;
    을 포함하는 일체형 램프 장치.
  14. 열처리 장치의 히터 하우징에 장착되는 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 13 중 어느 하나의 일체형 램프를 제조하는 일체형 램프 제조 방법에 있어서,
    열을 발생하는 필라멘트를 구비한 필라멘트 어셈블리를 마련하는 과정;
    상기 필라멘트 어셈블리에 도전선을 연결하는 과정;
    상기 도전선이 내열 강화 부재의 내부를 관통하도록 하고, 상기 내열 강화 부재의 일단을 상기 필라멘트 어셈블리와 고정 결합시켜 분리되지 않도록 하는 과정;
    상기 내열 강화 부재를 관통하여 돌출된 도전선이 도전선 보호관을 관통하도록 하고, 상기 도전선 보호관의 일단을 상기 내열 강화 부재의 타단과 고정 결합시켜 분리되지 않도록 하는 과정;
    상기 도전선 보호관을 관통하여 돌출된 도전선이, 히터 하우징과 결합 가능한 고정 부재를 관통하도록 하고, 상기 고정 부재를 상기 도전선 보호관의 타단과 고정 결합시켜 분리되지 않도록 하는 과정;
    을 포함하는 일체형 램프 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 고정 부재를 상기 도전선 보호관의 타단과 고정 결합되기 전에 상기 도전선 보호관의 내부를 세라믹으로 충진하는 일체형 램프 제조 방법.
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