KR20110133428A - 광학 측정용 셀 - Google Patents

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KR20110133428A
KR20110133428A KR1020110052164A KR20110052164A KR20110133428A KR 20110133428 A KR20110133428 A KR 20110133428A KR 1020110052164 A KR1020110052164 A KR 1020110052164A KR 20110052164 A KR20110052164 A KR 20110052164A KR 20110133428 A KR20110133428 A KR 20110133428A
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이세이 요코야마
기미히코 아리모토
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가부시키가이샤 호리바 세이샤쿠쇼
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Abstract

[과제] 제조비용의 삭감을 도모하면서, 셀 길이를 변경할 수 있어, 스페이서(30)를 확실히 소망의 위치에 위치결정할 수 있는 셀(100)을 제공한다.
[해결수단] 유로를 사이에 두는 한 쌍의 광학창(23)을 가지는 셀(100)로서, 수용 오목부(11) 및 수용 오목부(11)에 연통하는 액도입부(14) 및 액도출부(13)가 마련된 셀본체(10)와, 수용 오목부(11)에 수용되고, 한 쌍의 광학창(23)을 형성하는 한 쌍의 투광부재(20, 21)와, 한 쌍의 투광부재(20, 21)끼리의 대향면(20a, 21a)간의 거리를 결정하는 스페이서(30)와, 투광부재(20, 21) 및 스페이서(30)를 수용 오목부(11)의 저면(11d)을 향하여 가압하고, 유로를 형성하는 가압기구(80)를 구비하며, 한 쌍의 투광부재(20, 21)끼리의 대향면(20a, 21a)의 적어도 한쪽에 스페이서(30)에 대응하는 형상의 위치결정 오목부(22)가 마련되어 있고, 위치결정 오목부(22)에 스페이서(30)가 끼워져 대략 위치결정되도록 구성했다.

Description

광학 측정용 셀 {CELL FOR OPTICAL MEASURING}
본 발명은, 예를 들면 반도체 등의 제조공정에서 불화수소산(HF) 등의 약액의 농도 등을 측정하기 위해서 이용되는 광학 측정용 셀에 관한 것이고, 특히, 피검액이 흐르는 유로를 사이에 두는 한 쌍의 광학창을 가지는 광학 측정용 플로우 셀에 관한 것이다.
이런 종류의 플로우 셀은 반도체 제조장치에 마련된 약액배관에 접속되어 있다. 그리고, 이 플로우 셀의 한쪽의 광학창에 측정광이 조사되고, 다른 쪽의 광학창으로부터 나온 투과광이 수광된다. 또한, 피검액의 투과광 강도로부터 당해 피검액에 포함되는 소정 성분의 농도 등이 산출되어, 약액의 농도 제어가 행해진다.
종래, 이 플로우 셀은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 액도입부 및 액도출부에 연결되는 유로를 내부에 형성하도록 복수의 투광성 부재를 용착 또는 분자결합 등으로 고착시켜 일체 성형되어 있다.
그런데, 이 용착 또는 분자결합 등의 고착처리에 대한 가공비는 비싸, 제조비용이 높아져 버린다고 하는 문제가 있다. 특히, 불화수소산(HF) 등의 약액에 대해서 내식성을 가지는 재질(예를 들면 사파이어 등)을 이용한 경우, 재질 자체가 고가인 것에 더하여, 사파이어에 대한 가공비가 고가이기 때문에, 더욱 제조비용이 높아져 버린다. 또, 투광성 부재끼리가 고착되어 있기 때문에, 플로우 셀마다 셀 길이이 정해져 있고, 다른 셀 길이로 측정하고자 하는 경우에는, 다른 플로우 셀을 준비할 필요가 있어, 비용이 발생한다는 문제도 있다.
이것에 대해서, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 고착이 아니고, 끼움지지에 의해서 플로우 셀을 조립한 것이 고려되고 있다. 구체적으로 말하면, 한 쌍의 광투과부가 소정의 간격으로 대향 배치되고, 그 한 쌍의 광투과부의 사이에 이들을 소정의 간격(셀 길이)으로 설정하기 위한 스페이서가 개재하고 있으며, 그들을 배치한 프레임체가 한 쌍의 덮개판으로 끼움지지하여 나사고정 연결되어 있다. 이와 같은 것으로 하면, 스페이서의 길이를 설정하여, 셀 길이를 결정할 수 있다.
그렇지만, 끼움지지된 스페이서가 플로우 셀의 운반 또는 장착시의 진동 또는 충격, 혹은 측정시의 피검액의 압력 등에 의해 위치가 어긋나 버리고, 그 결과, 유로 형상이 변화하거나 측정광의 광로상과 같이 부적당한 위치에 스페이서가 억지로 들어가거나 해 버려, 측정 오차가 발생하는 문제가 있다.
또, 플로우 셀의 조립공정에서 스페이서를 광투과부의 사이에 배치할 때에, 광투과부에 대해서 스페이서를 어디에 배치해야 하는 것인지를 판단하기 어렵고, 또한, 스페이서를 배치하거나, 한 쌍의 광투과부의 사이에 끼워 고정하거나 할 때에, 스페이서의 위치가 어긋나 버린다고 하는 문제가 있다. 따라서, 스페이서의 조립 작업이 어렵고, 소망의 유로 형상을 형성하는 것이 곤란하다.
[특허문헌 1] 일본국 특개평8-68746호 공보
그래서, 본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여, 제조비용의 삭감을 도모하면서, 셀 길이를 변경할 수 있음과 아울러, 스페이서를 소망의 위치에 확실히 위치결정할 수 있는 광학 측정용 셀을 제공하는 것을 그 주된 소기 과제로 하는 것이다.
즉, 본 발명에 관한 광학 측정용 셀은, 피검액이 수용되는 유로를 사이에 두는 한 쌍의 광학창을 가지는 광학 측정용 셀로서, 저면의 일부에 관통구멍이 마련된 수용 오목부 및 당해 수용 오목부의 내측 주위면에 연통하는 액도입부 및 액도출부가 마련된 셀본체와, 상기 수용 오목부에 수용되고, 상기 한 쌍의 광학창을 형성하는 한 쌍의 투광부재와, 상기 한 쌍의 투광부재끼리의 대향면 각각에 접촉하고, 당해 대향면간의 거리를 결정하는 스페이서와, 상기 한 쌍의 투광부재 및 상기 스페이서를 상기 수용 오목부의 저면을 향하여 가압하여 밀착시키고, 상기 한 쌍의 투광부재간에 상기 액도입부 및 상기 액도출부에 연결되는 유로를 형성하는 가압기구를 구비하며, 상기 한 쌍의 투광부재끼리의 대향면 중 적어도 한쪽에 상기 스페이서에 대응하는 형상의 위치결정 오목부가 마련되어 있고, 당해 위치결정 오목부에 상기 스페이서가 끼여 대략 위치결정되는 것이다. 또한, 「대략 위치결정된다」란, 스페이서가 위치결정 오목부에 흔들림 없이 끼여 위치결정되는 것만이 아니고, 측정에 지장이 없는 범위에서 스페이서가 위치결정 오목부에 약간의 흔들림을 가지고 위치결정되는 것을 포함한다.
이와 같은 것으로 하면, 가압기구에 의해서 각 투광부재 및 스페이서를 가압하여 밀착시키므로, 비용이 높은 고착처리를 행할 필요가 없어, 제조비용을 억제할 수 있다. 또, 각 투광부재 및 스페이서가 고착되지 않고, 가압기구에 의해서 부재를 가압하여 밀착시키고 있으므로, 스페이서를 두께나 형상 등이 다른 스페이서로 변경할 수 있어, 셀 길이를 변경할 수 있다. 또한, 투광부재에 위치결정 오목부가 마련되어 있으므로, 스페이서를 위치결정 오목부에 끼울 수 있어, 외부로부터의 진동, 충격이나 피검액의 압력 등에 의해서 스페이서가 위치결정 오목부가 마련된 투광부재에 대해서 어긋나 버리는 것을 방지할 수 있다. 또, 스페이서를 소망의 위치에 확실히 위치결정할 수 있어 소망의 유로 형상을 형성할 수 있다. 덧붙여 말하면, 위치결정 오목부로 하면 절삭 또는 연마 등에 의해서 형성할 수 있어, 고착 등에 의해서 위치결정용의 부재를 별도로 장착할 필요가 없기 때문에, 제조비용을 억제할 수도 있다.
상기 위치결정 오목부가 상기 대향면의 외연부에 마련됨과 아울러, 상기 위치결정 오목부의 저면이 상기 투광부재의 측면에 연결되는 계단형상으로 형성되어 있고, 상기 스페이서가 상기 수용 오목부의 내측 주위면 및 당해 내측 주위면에 대향하는 위치결정 오목부의 측면의 사이에 끼워져 위치결정되는 것으로 하면, 유로를 셀의 중앙부에 형성할 수 있다. 또, 위치결정 오목부가 외연부에 마련되어 있으므로, 위치결정 오목부가 대향면의 중앙부에 마련되어 있는 경우보다도, 연마에 의해서 형성하기 쉽다.
조립공정에서, 이미 배치된 투광부재의 위치결정 오목부의 위치를 확인하여, 스페이서를 확실히 위치결정하기 위해서는, 상기 위치결정 오목부가 상기 수용 오목부의 저면 측에 배치된 투광부재의 대향면에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
상기 수용 오목부가 평면에서 보아 대략 원형상을 이루고, 상기 한 쌍의 투광부재 각각이 평면에서 보아 상기 수용 오목부에 끼이는 대략 원형상이며, 상기 스페이서가 평면에서 보아 상기 한 쌍의 투광부재와 대략 동일 원의 부분 원호형상을 이루는 측면을 가지는 한 쌍의 부분 원호판이고, 상기 위치결정 오목부가 평면에서 보아, 상기 스페이서와 각각 대략 동일 형상으로 마련되어 있음과 아울러, 상기 액도입부 및 상기 액도출부를 사이에 두고, 상기 대향면에서의 외연부에 형성되어 있는 것으로 하면, 각 부재가 주로 원형상으로 형성되어 있으므로, 가공이 간단하여, 제조비용을 억제할 수 있다. 또, O링 등의 씰부재에 의해서 씰하기 쉽다고 하는 이점도 있다. 또한, 스페이서로서 한 쌍의 부재 중 어느 한쪽을 이용하는 경우보다도 한 쌍의 부재를 이용하는 것이 부재에 걸리는 면압을 저감할 수 있으므로, 스페이서의 파손을 막을 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 제조비용의 삭감을 도모하면서, 셀 길이를 변경할 수 있음과 아울러, 스페이서를 소망의 위치에 확실히 위치결정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서의 광학 측정용 플로우 셀을 이용한 모식도.
도 2는 동일한 실시형태에서의 광학 측정용 플로우 셀을 나타내는 사시도.
도 3은 동일한 실시형태에서의 광학 측정용 플로우 셀의 배면도.
도 4는 동일한 실시형태에서의 광학 측정용 플로우 셀의 종단면 부분 확대도.
도 5는 동일한 실시형태에서의 광학 측정용 플로우 셀의 횡단면 확대도.
도 6은 동일한 실시형태에서의 수용 오목부가 마련된 투광부재를 나타내는 도면.
도 7은 동일한 실시형태에서의 스페이서를 나타내는 평면도.
도 8은 동일한 실시형태에서의 광학 측정용 플로우 셀을 나타내는 분해 사시도.
도 9는 다른 실시형태에서의 스페이서를 나타내는 도면.
도 10은 종래의 플로우 셀을 나타내는 도면.
다음으로, 본 발명의 일실시형태에 관한 광학 측정용 플로우 셀(100)에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태에 관한 광학 측정용 플로우 셀(100)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 반도체 제조장치에 마련된 배관(L)에 접속되어, 불화수소산 등의 약액(피검액)의 농도 등을 측정하기 위해서 이용된다. 또, 플로우 셀(100)은 한 쌍의 광학창(23)을 가지고, 그 광학창(23)은 피검액이 흐르는 유로를 사이에 두고 서로 대향하고 있다. 그리고, 광원으로부터의 광이 한쪽의 광학창(23)으로부터 피검액에 조사되고, 다른 쪽의 광학창(23)으로부터 나온 투과광이 광검출부에 의해서 수광된다. 그리고 그 광검출부로부터의 광강도신호를 수신한 연산부에 의해, 피검액에 포함되는 소정 성분의 농도가 산출된다. 이와 같이 하여 얻어진 농도를 이용하여, 약액의 농도 등이 제어된다.
구체적으로는, 광학 측정용 플로우 셀(100)은, 도 2 ~ 5에 나타내는 바와 같이, 플로우 셀본체(10)와, 한 쌍의 투광부재(20, 21)와, 스페이서(30)와, 가압기구(80)를 구비하고 있다.
플로우 셀본체(10)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 개략 직방체 형상을 이루는 것이며, 도 4에 나타내는 바와 같이, 전면(前面)에 수용 오목부(11)와, 수용 오목부(11)의 내측 주위면(11c)에 연통하는 액도출부(13) 및 액도입부(14)가 마련되어 있다. 플로우 셀본체(10)는, 예를 들면 PTFE(폴리테트라 플루오르 에틸렌)을 이용하여 형성되어 있다. 또한, 셀 내에서 기포가 머물러 버리는 것을 방지하기 위해, 피검액은 하부의 액도입부(14)로부터 도입되고, 상부의 액도출부(13)로부터 도출된다.
수용 오목부(11)는 한 쌍의 투광부재(20, 21) 및 스페이서(30)를 내부에 수용하기 위한 것이다. 그리고, 수용 오목부(11)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 대략 원통형(평면에서 보아 대략 원형상)이며, 그 저면(11d)의 중앙부에 광을 통과시키기 위한 관통구멍(11a)과, 저면(11d)의 외주부에 원환(圓環)홈(11b)이 마련되어 있다. 수용 오목부(11), 관통구멍(11a) 및 원환홈(11b)은 평면에서 보아 동심원 모양으로 형성되어 있다.
액도출부(13)는 수용 오목부(11)로부터 피검액을 도출하기 위한 것이다. 그리고, 이 액도출부(13)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 일단이 수용 오목부(11)의 내측 주위면(11c)의 상부로 개구하고, 타단이 외부 배관(L)에 접속되어 있는 내부 유로(13a)를 가지고 있다. 그리고, 액도출부(13)의 내부 유로(13a)는 플로우 셀본체(10)의 상면 및 하면에 수직이고, 또한 수용 오목부(11)의 대략 원형상의 중심을 통과하는 일직선 모양으로 형성되어 있다. 또한 액도출부(13)의 상부가 이음매로서의 기능을 가지고 있다.
액도입부(14)는 수용 오목부(11)에 피검액을 도입하기 위한 것이다. 그리고, 이 액도입부(14)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 일단이 수용 오목부(11)의 내측 주위면(11c)의 하부로 개구하며, 타단이 외부 배관(L)에 접속되어 있는 내부 유로(14a)를 가지고 있다. 그리고, 액도입부(14)의 내부 유로(14a)는 플로우 셀본체(10)의 상면 및 하면에 수직이고, 또한 수용 오목부(11)의 대략 원형상의 중심을 통과하는 일직선 모양으로 형성되어 있다. 또한, 액도입부(14)의 하부가 이음매로서의 기능을 가지고 있다. 또, 액도출부(13)의 개구(13b) 및 액도입부(14)의 개구(14b)는 수용 오목부(11)의 대략 원형상의 중심을 사이에 두고 대향하고 있다.
한 쌍의 투광부재(20, 21)는, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 수용 오목부(11)에 수용되어, 소정의 거리로 대향 배치되어 플로우 셀(100)의 한 쌍의 광학창(23)을 형성하는 것이다. 그리고, 이 한 쌍의 투광부재(20, 21)는 수용 오목부(11)의 저면(11d) 측에 수용되는 제1 투광부재(20)와, 수용 오목부(11)의 개구면 측에 수용되는 제2 투광부재(21)로 구성된다. 제1 투광부재(20) 및 제2 투광부재(21)는 평면에서 보아 대략 동일 형상이며, 도 6에 나타내는 바와 같이, 각각 수용 오목부(11)에 끼이는 대략 원판 형상이다. 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 각 투광부재(20, 21)가 수용 오목부(11)에 수용된 상태에서, 제1 투광부재(20)의 하면(20c)(대향면(20a)의 반대 측의 면)은 수용 오목부(11)의 저면(11d)과 접촉함과 아울러, 제1 투광부재(20)의 대향면(20a) 및 제2 투광부재(21)의 대향면(21a) 각각이 수용 오목부(11)의 저면(11d)과 각각 평행하게 된다.
또, 제1 투광부재(20)의 두께에 대해서, 액도출부(13)의 개구(13b) 및 액도입부(14)의 개구(14b)와의 관계로 말하면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 수용 오목부(11)에 제1 투광부재(20)가 수용된 상태에서, 액도출부(13)의 개구(13b) 및 액도입부(14)의 개구(14b)가 제1 투광부재(20)에 의해서 막히지 않도록 설정되어 있다. 즉, 수용 오목부(11)의 저면(11d)으로부터 액도출부(13)의 개구(13b) 및 액도입부(14)의 개구(14b)에서의 수용 오목부(11)의 개구면 측의 구석까지의 거리보다도, 제1 투광부재(20)의 두께가 얇아지도록 제1 투광부재(20)의 두께와 액도출부(13)의 개구(13b) 및 액도입부(14)의 개구(14b)의 위치, 형상 또는 크기가 상대적으로 설정되어 있다. 또한, 한 쌍의 투광부재(20, 21)는 불화수소산(HF) 등의 약품으로의 내식성, 가압에 견디는 강도, 투광성이 뛰어난 사파이어를 이용하여 형성된다.
스페이서(30)는, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 투광부재(20, 21)의 대향면(20a, 21a) 각각에 접촉하여, 대향면(20a, 21a)끼리를 서로 평행으로 함과 아울러, 한 쌍의 투광부재(20, 21)의 대향면(20a, 21a)간의 거리를 정하기 위한 것이다. 또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 스페이서(30)는 서로 동일 형상인 한 쌍의 부분 원호판이다. 이 한 쌍의 부분 원호판 각각은 만곡하고 있는 외측면(30a)과, 직선 모양의 내측면(30b)으로 형성된다. 그리고, 그 외측면(30a)은 평면에서 보아 한 쌍의 투광부재(20, 21)와 대략 동일 원(수용 오목부(11)의 대략 동일 원)의 부분 원호형상을 이루고 있다. 스페이서(30)는 불화수소산(HF) 등의 약액으로의 내식성, 가압에 견디는 강도가 뛰어나는 사파이어를 이용하여 형성된다.
가압기구(80)는, 도 3 ~ 5에 나타내는 바와 같이, 수용 오목부(11)의 저면(11d)으로부터 차례차례 배치된 제1 투광부재(20) 및 스페이서(30) 및 제2 투광부재(21)를 수용 오목부(11)의 저면(11d)을 향하여 가압하여 밀착시켜, 한 쌍의 투광부재(20, 21) 및 스페이서(30)의 사이에 액도출부(13) 및 액도입부(14)에 연결되는 유로를 형성하기 위한 것이다. 그리고, 가압기구(80)는 플로우 셀본체(10)를 사이에 두는 제1 끼움지지판(50) 및 제2 끼움지지판(60)과, 제1 끼움지지판(50) 및 제2 투광부재(21)의 사이에 개재하는 경사링(44)과, 각 끼움지지판을 연결하기 위한 예를 들면 볼트인 연결부재(70)를 구비하고 있다. 또한, 플로우 셀본체(10)의 수용 오목부(11)의 주위에는 연결부재(70)를 삽입 통과시키기 위한 삽통구멍(16)(여기에서는 4개)이 전면으로부터 배면으로 관통하고 있다.
제1 끼움지지판(50)은, 도 3 ~ 5에 나타내는 바와 같이, 플로우 셀본체(10)의 전면 측에 장착되어, 수용 오목부(11)에 수용된 각 부재를 억제하기 위한 것이다. 제1 끼움지지판(50)의 상부에는 광을 통과시키는 관통구멍(51)과, 연결부재(70)를 삽입 통과시키는 삽통구멍(52)(여기에서는 4개)이 마련되어 있다. 관통구멍(51)은 수용 오목부(11)의 관통구멍(11a)에 대응하는 위치에 마련되어 있다. 삽통구멍(52) 각각은 플로우 셀본체(10)의 삽통구멍(16)에 대응하는 위치에 마련되어 있다. 또, 제1 끼움지지판(50)의 하부에는 플로우 셀(100)을 외부 장치 등에 장착하기 위한 구멍이 마련되어 있다.
제2 끼움지지판(60)은, 도 3 ~ 5에 나타내는 바와 같이, 플로우 셀본체(10)의 배면 측에 장착되는 것이며, 플로우 셀본체(10)의 배면보다도 한 단계 작은 대략 직사각형판이다. 또, 제2 끼움지지판(60)에 광을 통과시키는 관통구멍(61) 및 연결부재(70)를 나사 맞춤시키는 암나사구멍(62)(여기에서는 4개)이 마련되어 있다. 관통구멍(61)은 수용 오목부(11)의 관통구멍(11a)에 대응하는 위치에 마련되어 있다. 암나사구멍(62) 각각은 플로우 셀본체(10)의 삽통구멍(16)에 대응하는 위치에 마련되어 있다.
경사링(44)은, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 끼움지지판(50) 및 제2 투광부재(21) 각각에 접촉하여, 제1 끼움지지판(50)으로부터 제2 투광부재(21)에 가압력을 전하기 위한 것이다. 구체적으로, 이 경사링(44)은 개략 원통 형상이며, 그 외측 주위면 및 제2 투광부재(21)에 접하는 저면의 일부를 비스듬하게 잘라내어 형성된 테이퍼 모양의 경사면을 가지고 있다. 또, 경사링(44)의 내경은 수용 오목부(11)의 관통구멍(11a)의 지름과 대략 일치하고 있다. 또한, 수용 오목부(11)에 제1 투광부재(20), 스페이서(30), 제2 투광부재(21), 경사링(44)을 차례차례 수용한 높이가 수용 오목부(11)의 깊이보다도 높아지도록 경사링(44)의 두께가 설정되어 있다. 즉, 경사링(44)의 일부가 수용 오목부(11)로부터 불거져 나오도록 설정되어 있다.
또한, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 경사링(44)의 경사면과, 제2 투광부재(21)의 상면(21b)(대향면(21a)의 반대 측의 면)과, 수용 오목부(11)의 내측 주위면(11c)과의 사이에 O링(43) 등의 씰부재가 배치된다. 그리고, 경사링(44)이 수용 오목부(11)의 저면(11d)을 향하여 가압되면, O링(43)이 찌부러진다. 이 상태에서 O링(43) 및 제2 투광부재(21)의 상면(21b)이 기밀(氣密)되도록 밀착한다. 한편으로 O링(43) 및 수용 오목부(11)의 내측 주위면(11c)이 기밀되도록 밀착한다. 그 결과, 유로를 흐르는 피검액이 각 투광부재(20, 21) 및 스페이서(30)의 사이로부터 수용 오목부(11)의 내측 주위면(11c)까지 누출한 경우라도, 외부로의 액리크(leak)를 막을 수 있다. 또한, 이 O링(43)은 PTFE(폴리테트라 플루오르 에틸렌) 등을 이용하여 형성된다.
그리고, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 투광부재(20, 21)끼리의 대향면(20a, 21a)의 적어도 한쪽(여기에서는, 제1 투광부재(20)의 대향면(20a))에, 스페이서(30)에 대응하는 형상의 위치결정 오목부(22)가 마련되어 있다. 이 위치결정 오목부(22)는 스페이서(30)를 끼워 대략 위치결정하기 위한 것이다. 구체적으로는, 수용 오목부(11)에 제1 투광부재(20)가 수용된 상태에서, 위치결정 오목부(22)는 액도출부(13) 및 액도입부(14)를 사이에 두도록 대향면(20a)의 외연부의 양단에 각각 마련되어 있다. 그리고, 위치결정 오목부(22)의 저면(22b)이 투광부재의 측면(20b)에 연결되는 계단형상으로서 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 위치결정 오목부(22)는 제1 투광부재(20)의 외주에 대한 평행한 한 쌍의 현(弦)으로부터 지름 방향을 향하여 각각 한 단계 낮게 형성되어 있다.
또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 스페이서(30)를 위치결정 오목부(22)에 끼워 넣은 상태에서, 평면에서 보아, 스페이서(30)의 만곡하고 있는 외측면(30a)과 제1 투광부재(20)의 측면(20b)이 일치함과 아울러, 도 5에 나타내는 바와 같이, 스페이서(30)의 직선 모양의 내측면(30b)과 위치결정 오목부(22)의 측면(22a)이 접촉한다. 또, 도 5에 나타내는 바와 같이, 위치결정 오목부(22)의 측면(22a)은 서로 대략 평행하게 마련되어 있으며, 그 측면(22a)간의 거리가 수용 오목부(11)에 마련된 관통구멍(11a)의 직경보다도 크고, 또한, 액도출부(13)의 개구(13b) 및 액도입부(14)의 개구(14b)의 폭보다도 크게 되어 있다. 위치결정 오목부(22)의 깊이는 적절히 설정 가능하고, 본 실시형태에서는 0.1㎜ 정도로 설정되어 있다. 또, 스페이서(30)는 대향면(20a, 21a)간의 거리(셀 길이)를 결정하고 있으며, 그 거리는 스페이서(30)의 두께로부터 위치결정 오목부(22)의 깊이를 뺀 값이 된다.
그리고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 수용 오목부(11)에 한 쌍의 투광부재(20, 21) 및 스페이서(30)가 수용되어 있는 상태에서, 스페이서(30)는 수용 오목부(11)의 내측 주위면(11c) 및 내측 주위면(11c)에 대향하는 위치결정 오목부(22)의 측면(22a)의 사이에 끼워져 어긋나지 않도록 위치결정된다. 또한, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 액도출부(13)의 개구(13b) 및 액도입부(14)의 개구(14b)의 중앙이 대향면(20a, 21a)간, 또한 스페이서(30)의 내측면(30b)간, 또한 위치결정 오목부(22)의 측면(22a)간에 있다.
또한, 본 실시형태의 플로우 셀(100)은 피검액이 흐르는 유로(샘플 셀)에 더하여, 참조 셀(레퍼런스 셀)을 구비하고 있다. 참조 셀은 광을 통과시켜, 기준의 투과광 강도를 얻기 위한 것이며, 도 5에 나타내는 바와 같이, 주로, 플로우 셀본체(10)에 마련된 참조 수용 오목부(12)와 참조 원기둥 부재(41)로 구성된다.
참조 수용 오목부(12)는 참조 원기둥 부재(41)를 수용하기 위한 것이다. 그리고, 참조 수용 오목부(12)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 플로우 셀본체(10)의 배면에 수용 오목부(11)와 소정 거리 이간하여 평면에서 보아 대략 원형상으로 마련되어 있다. 참조 수용 오목부(12)의 저면의 일부에는 관통구멍(12a)이 마련되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 참조 수용 오목부(12) 및 관통구멍(12a)은 평면에서 보아 동심원 모양으로 형성되어 있다.
참조 원기둥 부재(41)는 광을 통과시켜, 기준의 투과광 강도를 얻기 위한 것이며, 평면에서 보아, 참조 수용 오목부(12)에 끼이는 대략 원기둥 형상이다. 참조 원기둥 부재(41)의 길이는 측정하고자 하는 소정 성분의 굴절률에 따라, 적절히 설정된다. 참조 원기둥 부재(41)는 석영 유리를 이용하여 형성되어 있다.
또한, 플로우 셀본체(10)의 참조 수용 오목부(12)의 주위에 연결부재(70)를 관통시키기 위한 연결구멍(17)(여기에서는 2)이 전면으로부터 배면으로 관통하고 있다. 그리고, 제2 끼움지지판(60)에 연결부재(70)를 나사 맞춤시키는 암나사구멍(63)(여기에서는 2개)이 연결구멍(17)에 대응하는 위치에 마련되어 있다. 또, 제2 끼움지지판(60)에 광을 통과시키는 관통구멍(61)이 참조 수용 오목부(12)의 관통구멍(12a)에 대응하는 위치에 마련되어 있다.
다음으로, 본 실시형태의 플로우 셀(100)을 조립하는 순서의 일례를, 도 8을 참조하면서 설명한다.
우선, 참조 셀(레퍼런스 셀)의 조립에 대해 설명한다. 플로우 셀본체(10)의 배면을 위로 향하여, 플로우 셀본체(10)의 참조 수용 오목부(12)에 참조 원기둥 부재(41)와 O링(43)을 차례차례 수용한다. 또한 참조 수용 오목부(12)의 개구면(플로우 셀본체(10)의 배면)에 제2 끼움지지판(60)을 얹고, 연결부재(70)인 볼트를 플로우 셀본체(10)의 전면 측으로부터 플로우 셀본체(10)의 참조 수용 오목부(12) 측의 연결구멍(17)에 삽입 통과시키며, 또한, 그 연결구멍(17)에 대응하는 제2 끼움지지판(60)의 암나사구멍(63)에 나사 맞춤시킨다. 그 결과, 제2 끼움지지판(60) 및 참조 원기둥 부재(41)가 플로우 셀본체(10)에 장착되어 참조 셀이 형성된다.
다음으로, 피검액이 흐르는 유로(샘플 셀)의 조립에 대해 설명한다. 상기의 참조 셀 조립 후, 플로우 셀본체(10)를 이반(裏返)하여, 플로우 셀본체(10)의 전면을 위로 향한다. 다음으로, 도 5 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 플로우 셀본체(10)의 수용 오목부(11)의 원환홈(11b)에 O링(43)을 수용하고, 이어서, 제1 투광부재(20)를 수용한다. 이 때, 위치결정 오목부(22)가 수용 오목부(11)의 개구면 측 즉 플로우 셀본체(10)의 전면 측을 향해져 있음과 아울러, 위치결정 오목부(22)가 액도출부(13) 및 액도입부(14)를 사이에 두도록 배치되어 있다. 또한, 스페이서(30)의 하면(30c)이 위치결정 오목부(22)에 끼이도록 스페이서(30)를 배치한다. 이 상태에서, 스페이서(30)가 수용 오목부(11)의 내측 주위면(11c)과, 당해 내측 주위면(11c)에 대향하는 위치결정 오목부(22)의 측면(22a)의 사이에 끼워져 있으므로, 스페이서(30)가 제1 투광부재(20)에 대해서 어긋나지 않도록 위치결정된다.
그리고, 각 부재를 수용한 수용 오목부(11)의 개구면에 제1 끼움지지판(50)을 얹는다. 이어서, 연결부재(70)인 볼트를 제1 끼움지지판(50)에 마련된 삽통구멍(52) 및 플로우 셀본체(10)의 전면 측으로부터 플로우 셀본체(10)의 수용 오목부(11) 측의 삽통구멍(16)에 삽입 통과시키고, 또한, 제2 끼움지지판(60)에 마련된 암나사구멍(62)에 나사 맞춤시킨다. 그 결과, 제1 끼움지지판(50)이 플로우 셀본체(10)에 장착된다. 또한, 볼트를 체결해 가면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 투광부재(20, 21) 및 스페이서(30)가 수용 오목부(11)의 저면(11d)을 향하여 가압되어 밀착하고, 한 쌍의 투광부재(20, 21) 및 수용 오목부(11)의 사이에 액도출부(13) 및 액도입부(14)에 연결되는 유로가 형성된다. 이 상태에서, 스페이서(30)는 대향면(20a, 21a)간의 거리(셀 길이)를 결정하고 있으며, 그 거리는 스페이서(30)의 두께로부터 위치결정 오목부(22)의 깊이를 뺀 것이 된다.
또한, 한 쌍의 투광부재(20, 21)의 대향면(20a, 21a)간의 거리(셀 길이)를 변경하는 경우의 순서의 일례를 설명한다. 우선, 제1 끼움지지판(50)을 떼어낸 후, 경사링(44)과, O링(43)과, 제2 투광부재(21)와, 스페이서(30)를 떼어낸다. 그리고, 다른 두께의 스페이서(30)와, 제2 투광부재(21)와, O링(43)과, 경사링(44)을 차례차례 수용하고, 제1 끼움지지판(50)을 다시 장착한다. 그 결과, 한 쌍의 투광부재(20, 21)의 대향면(20a, 21a)간의 거리(셀 길이)가 다른 유로가 형성된다.
본 실시형태에 의하면, 가압기구(80)에 의해서 각 투광부재(20, 21) 및 스페이서(30)를 가압하여 밀착시키므로, 비용이 높은 고착처리를 행할 필요가 없어, 제조비용을 억제할 수 있다. 또, 각 투광부재(20, 21) 및 스페이서(30)가 고착되지 않고, 가압기구(80)에 의해서 부재를 가압하여 밀착시키고 있으므로, 스페이서(30)를 두께나 형상 등이 다른 스페이서(30)로 변경할 수 있어, 셀 길이를 변경할 수 있다. 또한, 투광부재에 위치결정 오목부(22)가 마련되어 있으므로, 스페이서(30)를 위치결정 오목부(22)에 끼울 수 있어, 외부로부터의 진동, 충격이나 피검액의 압력 등에 의해서 스페이서(30)가 위치결정 오목부(22)가 마련된 투광부재에 대해서 어긋나 버리는 것을 방지할 수 있다. 또, 스페이서(30)를 소망의 위치에 확실히 위치결정할 수 있어, 소망의 유로 형상을 형성할 수 있다. 덧붙여 말하면, 위치결정 오목부(22)로 하면 절삭 또는 연마 등에 의해서 형성할 수 있어, 고착 등에 의해서 위치결정용의 부재를 별도로 장착할 필요가 없기 때문에, 제조비용을 억제할 수도 있다.
또, 제1 투광부재(20)가 수용 오목부(11)에 수용된 상태에서, 위치결정 오목부(22)가 수용 오목부(11)의 관통구멍(11a)보다도 외측에 있으므로, 스페이서(30)가 측정광의 광로상에 억지로 들어가지 않도록 할 수 있어, 측정 오차의 발생을 저감할 수 있다. 또한, 경사링(44)의 경사면을 통하여 O링(43)에 제1 끼움지지판(50)으로부터의 가압력이 가압된 상태에서, O링(43) 및 제2 투광부재(21)의 상면(21b)이 기밀되도록 밀착함과 아울러, O링(43) 및 수용 오목부(11)의 내측 주위면(11c)이 기밀되도록 밀착하므로, 유로를 흐르는 피검액이 각 투광부재(20, 21) 및 스페이서(30)의 사이로부터 수용 오목부(11)의 내측 주위면(11c)까지 누출한 경우라도, 외부로의 액리크를 막을 수 있다.
덧붙여 말하면, 본 실시형태에서는 참조 셀이 석영 유리로 이루어지는 참조 원기둥 부재(41)를 이용하여 구성되어 있으므로, 사파이어로 구성한 경우보다도 제조비용을 억제할 수 있다. 또, 이음매가 플로우 셀본체(10)와 일체 성형되어 있으므로, 이음매 및 플로우 셀본체(10)의 접합부로부터의 액리크를 막을 수 있다.
또한, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 실시형태에서는 스페이서를 두께가 다른 스페이서로 바꿈으로써, 셀 길이를 변경하는 것으로 했지만, 제1 투광부재를 위치결정 오목부의 깊이가 다른 제1 투광부재로 바꿈으로써, 셀 길이를 변경하도록 해도 된다.
또, 이음매는 플로우 셀본체에 일체 성형되는 것으로 했지만, 별체의 이음매를 플로우 셀본체에 장착하도록 해도 된다.
또한, 스페이서의 두께나 위치결정 오목부의 깊이를 변경함으로써, O링, 제1 투광부재, 스페이서, 제2 투광부재, O링 및 경사링을 겹친 높이가 수용 오목부의 깊이보다도 낮게 되어 버려(수용 오목부에 경사링 등이 완전하게 수용되어 버려), 제1 끼움지지판에 의해서 가압할 수 없게 되어 버렸을 경우, 경사링을 두께가 보다 큰 경사링으로 변경하도록 하면 된다. 또, 제1 끼움지지판과 경사링과는 별체로 마련되는 것으로 했지만, 제1 끼움지지판 및 경사링이 고착 등에 의해 장착되어 있거나, 일체 성형되어 있거나 해도 된다.
덧붙여 말하면, 위치결정 오목부는 한 단계만큼 낮은 계단형상으로 했지만, 복수단의 계단형상 등이라도 된다. 또, 스페이서는 평면에서 보아 한 쌍의 투광부재와 대략 동일 원의 부분 원호형상을 이루는 측면을 가지는 대략 초승달 형상 또는 대략 방추(紡錘)형상이라도 된다.
또, 스페이서(30)가, 도 9에 나타내는 바와 같이, 원통 형상의 홀더(90)와, 홀더(90)의 단부면의 적어도 한쪽에 마련된 위치결정 오목부(22)와 대응하는 형상의 위치결정 볼록부(93)와, 홀더(90)의 둘레벽 및 홀더(90)의 위치결정 볼록부(93)를 축방향으로 관통하는 길이규정부재(91)와, 홀더(90)의 외측 주위면에서 대향하는 위치에 관통하는 도입로(92)를 구비하는 것이라도 된다.
그리고, 길이규정부재(91)의 길이는 홀더(90)에서의 위치결정 볼록부(93)가 마련된 부분의 축방향의 길이와 대략 동일하다. 재질면에서 말하면, 홀더(90)가, 예를 들면 PFA(테트라 플루오르 에틸렌 퍼플루오로(perfluoro) 알킬 비닐 에테르 공중합체)나 PTFE(폴리테트라 플루오르 에틸렌)으로 형성되고, 길이규정부재(91)가 사파이어 등으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 것이면, 스페이서(30)의 전체가 사파이어로 구성된 것보다도 저가격으로 제조할 수 있다. 이 특징은, 특히 스페이서(30)의 길이나 두께가 크게 되었을 경우에 의해 현저하게 된다. 또한, 길이규정부재(91)가 열팽창율이 낮고 내압성이 높은 재질인 사파이어에 의해서 구성되어 있으므로, 홀더(90)가 열에 의해 팽창하거나 가압에 견딜 수 없는 재질에 의해서 구성되어 있거나 하는 경우라도, 한 쌍의 투광부재(20, 21)의 대향면(20a, 21a)간의 거리를 확실히 결정할 수 있다.
또, 위치결정 오목부는 한 쌍의 투광부재의 대향면의 한쪽에 마련되는 것으로 했지만, 대향면의 양쪽에 마련되는 것으로 하여도 된다. 또한, 셀은 플로우 셀인 것으로 했지만, 배치처리에서의 측정에 이용하기 위한 배치 셀이라도 된다. 참조용 셀(레퍼런스 셀)은 피검액이 흐르는 유로(샘플 셀)와 일체로 마련하는 것으로 했지만, 별체로 마련해도 된다. 그 외, 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.
100 … 플로우 셀 10 … 플로우 셀본체
11 … 수용 오목부 11a … 수용 오목부의 관통구멍
13 … 액도출부 14 … 액도입부
20 … 제1 투광부재 21 … 제2 투광부재
22 … 위치결정 오목부 23 … 광학창
30 … 스페이서 80 … 가압기구
90 … 홀더 L … 배관

Claims (4)

  1. 피검액이 수용되는 유로를 사이에 두는 한 쌍의 광학창을 가지는 광학 측정용 셀로서,
    저면의 일부에 관통구멍이 마련된 수용 오목부 및 당해 수용 오목부의 내측 주위면에 연통하는 액도입부 및 액도출부가 마련된 셀본체와,
    상기 수용 오목부에 수용되고, 상기 한 쌍의 광학창을 형성하는 한 쌍의 투광부재와,
    상기 한 쌍의 투광부재끼리의 대향면 각각에 접촉하고, 당해 대향면간의 거리를 결정하는 스페이서와,
    상기 한 쌍의 투광부재 및 상기 스페이서를 상기 수용 오목부의 저면을 향하여 가압하여 밀착시키고, 상기 한 쌍의 투광부재간에 상기 액도입부 및 상기 액도출부에 연결되는 유로를 형성하는 가압기구를 구비하며,
    상기 한 쌍의 투광부재끼리의 대향면 중 적어도 한쪽에 상기 스페이서에 대응하는 형상의 위치결정 오목부가 마련되어 있고, 당해 위치결정 오목부에 상기 스페이서가 끼워져 대략 위치결정되는 광학 측정용 셀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 위치결정 오목부가 상기 대향면의 외연부에 마련됨과 아울러, 상기 위치결정 오목부의 저면이 상기 투광부재의 측면에 연결되는 계단형상으로서 형성되어 있고,
    상기 스페이서가 상기 수용 오목부의 내측 주위면 및 당해 내측 주위면에 대향하는 위치결정 오목부의 측면의 사이에 끼워져 위치결정되는 광학 측정용 셀.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 위치결정 오목부가 상기 수용 오목부의 저면 측에 배치된 투광부재의 대향면에 마련되어 있는 광학 측정용 셀.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 수용 오목부가 평면에서 보아 대략 원형상을 이루고,
    상기 한 쌍의 투광부재 각각이 평면에서 보아 상기 수용 오목부에 끼이는 대략 원형상이며,
    상기 스페이서가 평면에서 보아 상기 한 쌍의 투광부재와 대략 동일 원의 부분 원호형상을 이루는 측면을 가지는 한 쌍의 부분 원호판이고,
    상기 위치결정 오목부가, 평면에서 보아, 상기 스페이서와 각각 대략 동일 형상으로 마련되어 있음과 아울러, 상기 액도입부 및 상기 액도출부를 사이에 두고, 상기 대향면에서의 외연부에 형성되어 있는 광학 측정용 셀.
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