KR20150061207A - 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치, 이를 이용한 시편 열처리 및 표면분석 장치 - Google Patents

온도제어기능을 갖는 시편홀더장치, 이를 이용한 시편 열처리 및 표면분석 장치 Download PDF

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Abstract

온도제어기능을 갖는 시편홀더장치, 이를 이용한 시편 열처리 및 표면분석 장치에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시편을 고정하며, 열처리챔버와 표면분석챔버 사이로 시편을 이송시키는 시편홀더장치로서, 상기 열처리챔버와 표면분석챔버 사이의 시편이송경로를 따라 이동하는 제1홀더몸체; 및 상기 제1홀더몸체에 상부에 고정되며, 상기 시편이 끼움 고정되는 시편고정홈을 구비하는 제2홀더몸체;를 구비하며, 상기 시편고정홈을 통해 고정된 상기 시편의 일면으로 적어도 하나의 써모커플이 구비되는 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치를 제공한다.

Description

온도제어기능을 갖는 시편홀더장치, 이를 이용한 시편 열처리 및 표면분석 장치{SAMPLE HOLDER DEVICE HAVING FUCTION OF CONTROLLING TEMPERATURE, SAMPLE THERMAL ANNEALING AND SURFACE ANALYZING APPARATUS USING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치, 이를 이용한 시편 열처리 및 표면분석 장치에 관한 것이다.
강판 제조, 반도체 소자 제조 등 여러 제조 분야에서는 제조물의 표면 상태를 분석하기 위하여 표면분석 장치를 이용하고 있다.
주지된 바와 같이, 표면분석의 가장 일반적인 방법은 분석대상 시편을 준비한 후, 이를 상온에서 X-선 광전자 분석기(X-ray photoelectron spectroscopy)를 이용하여 시편의 표면을 분석하는 방법이 알려져 있다.
그리고 상기의 표면분석 방법은 고온 열처리 시편의 경우에도 적용되고 있는데, 먼저 시편을 고온에서 열처리한 후 이를 상온에서 냉각한 후 표면분석 작업을 실시하고 있다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제2011-0056730호(공개일: 2011년 5월 31일)가 있으며, 상기 선행문헌에는 고온 열처리 시편 표면 분석 장치 및 이를 이용한 고온 열처리 시편 표면 분석 방법이 개시되어 있다.
본 발명은 시편의 온도를 직접 측정함에 따라 시편의 사이즈 및 강종에 따른 온도 오차를 줄일 수 있는 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 상기의 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치를 이용한 시편 열처리 및 표면분석 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시편을 고정하며, 열처리챔버와 표면분석챔버 사이로 시편을 이송시키는 시편홀더장치로서, 상기 열처리챔버와 표면분석챔버 사이의 시편이송경로를 따라 이동하는 제1홀더몸체; 및 상기 제1홀더몸체에 상부에 고정되며, 상기 시편이 끼움 고정되는 시편고정홈을 구비하는 제2홀더몸체;를 구비하며, 상기 시편고정홈을 통해 고정된 상기 시편의 일면으로 적어도 하나의 써모커플이 구비되는 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치를 제공한다.
상기 시편고정홈은, 상기 제2홀더몸체의 상면을 향해 상기 시편이 경사지게 삽입 가능하게 해주는 경사단부와, 상기 경사단부를 통해 삽입된 상기 시편이 상기 제2홀더몸체의 상면에 평행하게 안착될 수 있게 해주는 수평단부와, 상기 수평단부의 상부에서 상기 시편의 양단 내측으로 돌출되어 시편을 고정하는 고정단부를 구비할 수 있다.
상기 제2홀더몸체의 평면 크기는 상기 열처리챔버의 균일 가열 범위보다 크게 형성될 수 있다.
상기 써모커플은 상기 시편의 상면에 용접되어 부착될 수 있다.
상기 제1홀더몸체와의 사이에 한 쌍의 지지 바(bar)로 연결되어, 상기 제1홀더몸체를 시편이송경로를 따라 이동시켜주는 홀더이송부를 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시편이송경로를 따라 이동하는 제1홀더몸체와, 상기 제1홀더몸체에 상부에 고정되며, 시편이 끼움 고정되는 시편고정홈을 구비하는 제2홀더몸체를 구비하며, 상기 시편고정홈을 통해 고정된 상기 시편의 일면으로 적어도 하나의 써모커플이 구비되는 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치; 상기 시편홀더장치에 고정된 시편의 열처리를 수행하는 열처리챔버; 상기 시편홀더장치에 고정된 시편의 표면분석을 수행하는 표면분석챔버; 상기 열처리챔버와 분석챔버 사이의 시편이송경로를 따라 구비되는 이송관; 및 상기 이송관 내부에 구비되어 상기 시편홀더장치의 이송에 연동하여 개폐 조절되는 게이트;를 포함하는 시편 열처리 및 표면분석 장치를 제공한다.
상기 열처리챔버는 적외선 램프 가열 방식으로 상기 시편의 열처리를 수행할 수 있다.
상기 써모커플의 고정단은 상기 열처리챔버 내에 구비될 수 있다.
상기 시편고정홈은, 상기 제2홀더몸체의 상면을 향해 상기 시편이 경사지게 삽입 가능하게 해주는 경사단부와, 상기 경사단부를 통해 삽입된 상기 시편이 상기 제2홀더몸체의 상면에 평행하게 안착될 수 있게 해주는 수평단부와, 상기 수평단부의 상부에서 상기 시편의 양단 내측으로 돌출되어 시편을 고정하는 고정단부를 구비할 수 있다.
상기 제2홀더몸체의 평면 크기는 상기 열처리챔버의 균일 가열 범위보다 크게 형성될 수 있다.
상기 써모커플은 상기 시편의 상면에 용접되어 부착될 수 있다.
상기 제1홀더몸체와의 사이에 한 쌍의 지지 바(bar)로 연결되어, 상기 제1홀더몸체를 시편이송경로를 따라 이동시켜주는 홀더이송부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 시편의 온도 측정 및 제어가 가능한 시편홀더장치를 제공함으로써, 시편 열처리 및 표면분석 장치에서 직접적인 열처리 제어가 가능해질 수 있다.
특히, 시편의 온도를 직접 측정할 수 있어 시편 사이즈 및 강종에 따라 나타났던 온도 오차를 줄일 수 있어 테스트 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치 중 시편이 끼움 고정되는 제1홀더몸체를 도시한 사시도.
도 4의 (a)는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 구간 단면도이고, (b)는 Ⅱ-Ⅱ' 구간 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치에 홀더이송부가 연결된 모습을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치가 열처리챔버 내에 구비된 모습을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 열처리 및 표면분석 장치의 개념도.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치 및 이를 이용한 시편 열처리 및 표면분석 장치에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치를 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 시편홀더장치(100)는 시편(S)을 고정하며, 열처리 챔버와 표면분석 챔버 사이로 시편(S)을 이송시키는 시편홀더장치에 해당된다.
상기 시편홀더장치(100)는 제1홀더몸체(110)와 제2홀더몸체(120)를 포함한다.
상기 제1홀더몸체(110)는 상기 열처리 챔버와 표면분석 챔버 사이의 시편이송경로를 따라 이동하도록 구성될 수 있다,
또한, 상기 제2홀더몸체(120)는 상기 제1홀더몸체(110)에 상부에 고정되며, 상기 시편(S)이 끼움 고정되는 시편고정홈을 구비하는 형태로 구성될 수 있다.
그리고 상기 시편고정홈을 통해 고정된 시편(S)의 일면(도 1에서의 시편의 상면)에는 적어도 하나의 써모커플(130)이 구비되어 시편(S)의 온도를 직접적으로 측정할 수 있어 온도측정 및 제어가 가능하도록 구성될 수 있다. 그 결과 간접적으로 시편의 온도 측정이 가능하였던 종래의 경우에 비해 시편의 사이즈 및 강종에 의한 실제 시편과의 온도 차이 발생을 줄일 수 있다.
한편, 상기 써모커플(130)은 시편(S)의 상면에 용접되어 부착될 수 있다.
그리고, 상기 제2홀더몸체(120)의 평면 크기는 후술될 열처리챔버의 균일 가열 범위보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1홀더몸체(110)와 제2홀더몸체(120)는 상호 분리 및 결합이 가능한 구조로 이루어질 수 있는데, 구체적인 예로 상기 제1홀더몸체(110)와 제2홀더몸체(120)는 볼트(B)의 체결에 의해 결합되는 구조로 이루어질 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치(100)의 경우, 제2홀더몸체(120)의 상부에 구비된 시편고정홈의 구조에 특징이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치 중 제2홀더몸체를 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 제2홀더몸체(120)는 시편고정홈의 일측에 구비된 개방 부위를 통해 직사각형 플레이트 형상의 시편(S)이 끼워져 장착될 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 상기 제2홀더몸체(120)에 구비된 시편고정홈은, 경사단부(121)와, 수평단부(123)와, 고정단부(125)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 경사단부(121)는 상기 제2홀더몸체(120)의 상면을 향해 상기 시편(S)이 경사지게 삽입 가능하게 해주는 시편고정홈의 입구에 해당된다.
또한, 상기 수평단부(123)는 상기 경사단부(121)를 통해 삽입된 시편(S)이 상기 제2홀더몸체(120)의 상면에 평행하게 안착되는 부위를 말한다.
또한, 상기 고정단부(125)는 상기 수평단부(123)의 상부에서 상기 시편(S)의 양단 내측으로 돌출된 단턱 부위로서, 시편고정홈 내부로 끼워진 시편이 쉽게 상하 방향으로 분리 이탈하는 것을 방지해 준다.
이러한 형상에 따라, 직사각형 플레이트 형상의 시편(S)은 상기 제2홀더몸체(120)의 시편고정홈 내부로 손쉽게 끼움 고정될 수 있으며, 열처리 및 표면분석 작업을 마친 후에는 손쉽게 시편을 빼낼 수 있다.
도 4의 (a)는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ' 구간 단면도로서, 시편고정홈을 이루는 수평단부(123) 및 고정단부(125)의 폭 방향 단면 구조를 구체적으로 확인할 수 있다.
이와 함께, 도 4의 (b)는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ' 구간 단면도로서, 시편고정홈을 이루는 경사단부(121), 수평단부(123) 및 고정단부(125)의 길이 방향 단면 구조를 구체적으로 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치에 홀더이송부가 연결된 모습을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치(100)에는 홀더이송부(150)가 더 구비될 수 있다.
상기 홀더이송부(150)는 상기 제1홀더몸체(110)와 한 쌍의 지지 바(bar)(141)에 의해 연결되어, 상기 제1홀더몸체(110)를 시편이송경로를 따라 이동시켜주도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편홀더장치가 열처리챔버 내에 구비된 모습을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 상기 시편홀더장치(100)는 열처리챔버(200) 내에 구비될 수 있다.
이때, 상기 제2홀더몸체(120)의 평면 크기는 상기 열처리챔버(200)의 균일 가열 범위보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 시편(S)과 용접을 통해 부착된 써모커플(130)은 고정단은 상기 열처리챔버(200) 내에 구비될 수 있다.
한편, 상기 써모커플(130)에는 컨트롤러(220)가 더 구비될 수 있다. 그리고 상기 열처리챔버(200)는 적외선 램프 가열 방식으로 상기 시편홀더장치(100)에 고정된 시편(S)을 열처리 할 수 있다. 이를 위해, 상기 열처리챔버(200)에는 적외선 램프 구동부(210)가 더 구비될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 열처리 및 표면분석 장치의 개념도를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 열처리 및 표면분석 장치는, 앞서 설명한 시편홀더장치(100)와, 열처리챔버(200)와, 표면분석챔버(300)와, 이송관(400) 및 게이트(500)를 포함한다.
상기 시편홀더장치(100)는 전술한 바와 같이, 시편이송경로를 따라 이동하는 제1홀더몸체(110)와, 상기 제1홀더몸체에 상부에 고정되며, 시편(S)이 끼움 고정되는 시편고정홈을 구비하는 제2홀더몸체(120)를 구비할 수 있다.
또한, 상기 시편고정홈을 통해 고정된 시편(S)의 일면으로 적어도 하나의 써모커플(130)이 구비되어, 상기 시편의 온도를 직접 측정 가능하게 구성될 수 있다.
상기 열처리챔버(200)는 상기 시편홀더장치(100)에 고정된 시편(S)의 열처리를 수행하도록 구비된다.
그리고 표면분석챔버(300)는 상기 시편홀더장치(100)에 고정된 시편(S)의 표면분석을 수행하도록 구비된다.
한편, 상기 열처리챔버(200)와 분석챔버(300) 사이의 시편이송경로를 따라서 이송관(400)이 더 구비된다. 그리고 상기 이송관(400) 내부에는 개폐 가능한 게이트(500)가 구비된다,
상기 게이트(500)는 상기 시편홀더장치(100)가 상기 이송관(400)을 통해 상기 열처리챔버(200)로부터 상기 표면분석챔버(300) 쪽으로 이동할 때 개방되며, 그 외 이송관(400) 내의 시편이송경로를 차단하도록 구성된다.
도 7의 (a)에 미 설명된 도면부호 CON은 써모커플(130)의 컨트롤러에 해당한다.
도 7의 (a) 및 (b)를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 시편 열처리 및 표면분석 장치의 작동 관계를 설명하기로 한다.
먼저, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 시편홀더장치(100)에 고정된 시편(S)의 온도가 써모커플(130)에 의해 직접적으로 측정되면서, 상기 열처리챔버(200) 내에서 시편(S)의 열처리가 이루어진다.
상기 열처리챔버(200) 내에서 시편(S)의 열처리가 완료되면, 열처리된 시편(S)을 표면분석챔버(300)로 이송시키기 위하여 상기 열처리챔버(200) 내의 가스 공급이 중단되고 진공은 다시 설정된 범위 이하로 유지된다.
다음으로, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 열처리챔버(200) 및 표면분석챔버(300)의 진공이 유지된 후, 상기 이송관(400) 내의 게이트(500)가 개방되고, 이어서 상기 시편홀더장치(100)는 상기 표면분석챔버(300) 쪽으로 이송된다. 이로써, 시편홀더장치(100)에 고정된 시편(S)에 대한 표면분석 작업이 실시될 수 있다.
한편, 상기 열처리챔버(200)로부터 상기 표면분석챔버(300) 쪽으로 상기 시편홀더장치(100)가 이송될 때, 시편(S)에 부착되어 있던 써모커플(130)은 분리될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 시편의 온도 측정 및 제어가 가능한 시편홀더장치를 제공함으로써, 시편 열처리 및 표면분석 장치에서 직접적인 열처리 제어 및 표면분석 작업이 이루어질 수 있다.
특히, 시편의 온도를 직접 측정할 수 있어 시편 사이즈 및 강종에 따라 나타났던 온도 오차를 줄일 수 있어 테스트 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치 및 이를 이용한 시편 열처리 및 표면분석 장치에 관하여 살펴보았다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S: 시편 100: 시편홀더장치
110: 제1홀더몸체 120: 제2홀더몸체
121: 경사단부 123: 수평단부
125: 고정단부 130: 써모커플
141: 지지 바 150: 홀더이송부
200: 열처리챔버 210: 적외선 램프 구동부
220: 써모커플 컨트롤러(CON) 300: 표면분석챔버

Claims (12)

  1. 시편을 고정하며, 열처리챔버와 표면분석챔버 사이로 시편을 이송시키는 시편홀더장치로서,
    상기 열처리챔버와 표면분석챔버 사이의 시편이송경로를 따라 이동하는 제1홀더몸체; 및
    상기 제1홀더몸체에 상부에 고정되며, 상기 시편이 끼움 고정되는 시편고정홈을 구비하는 제2홀더몸체;를 구비하며,
    상기 시편고정홈을 통해 고정된 상기 시편의 일면으로 적어도 하나의 써모커플이 구비되는 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시편고정홈은,
    상기 제2홀더몸체의 상면을 향해 상기 시편이 경사지게 삽입 가능하게 해주는 경사단부와,
    상기 경사단부를 통해 삽입된 상기 시편이 상기 제2홀더몸체의 상면에 평행하게 안착될 수 있게 해주는 수평단부와,
    상기 수평단부의 상부에서 상기 시편의 양단 내측으로 돌출되어 시편을 고정하는 고정단부를 구비하는 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2홀더몸체의 평면 크기는 상기 열처리챔버의 균일 가열 범위보다 크게 형성되는 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 써모커플은 상기 시편의 상면에 용접되어 부착되는 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1홀더몸체와의 사이에 한 쌍의 지지 바(bar)로 연결되어, 상기 제1홀더몸체를 시편이송경로를 따라 이동시켜주는 홀더이송부를 더 구비하는 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치.
  6. 시편이송경로를 따라 이동하는 제1홀더몸체와, 상기 제1홀더몸체에 상부에 고정되며, 시편이 끼움 고정되는 시편고정홈을 구비하는 제2홀더몸체를 구비하며, 상기 시편고정홈을 통해 고정된 상기 시편의 일면으로 적어도 하나의 써모커플이 구비되는 온도제어기능을 갖는 시편홀더장치;
    상기 시편홀더장치에 고정된 시편의 열처리를 수행하는 열처리챔버;
    상기 시편홀더장치에 고정된 시편의 표면분석을 수행하는 표면분석챔버;
    상기 열처리챔버와 분석챔버 사이의 시편이송경로를 따라 구비되는 이송관; 및
    상기 이송관 내부에 구비되어 상기 시편홀더장치의 이송에 연동하여 개폐 조절되는 게이트;를 포함하는 시편 열처리 및 표면분석 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열처리챔버는 적외선 램프 가열 방식으로 상기 시편의 열처리를 수행하는 시편 열처리 및 표면분석 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 써모커플의 고정단은 상기 열처리챔버 내에 구비되는 시편 열처리 및 표면분석 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 시편고정홈은,
    상기 제2홀더몸체의 상면을 향해 상기 시편이 경사지게 삽입 가능하게 해주는 경사단부와,
    상기 경사단부를 통해 삽입된 상기 시편이 상기 제2홀더몸체의 상면에 평행하게 안착될 수 있게 해주는 수평단부와,
    상기 수평단부의 상부에서 상기 시편의 양단 내측으로 돌출되어 시편을 고정하는 고정단부를 구비하는 시편 열처리 및 표면분석 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2홀더몸체의 평면 크기는 상기 열처리챔버의 균일 가열 범위보다 크게 형성되는 시편 열처리 및 표면분석 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 써모커플은 상기 시편의 상면에 용접되어 부착되는 시편 열처리 및 표면분석 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1홀더몸체와의 사이에 한 쌍의 지지 바(bar)로 연결되어, 상기 제1홀더몸체를 시편이송경로를 따라 이동시켜주는 홀더이송부를 더 구비하는 시편 열처리 및 표면분석 장치.
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