KR102812244B1 - 저온 생성 장치 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 저온 생성 장치는 체결 링이 형성되는 베이스부; 상기 체결 링과 맞물려 결합되면 내부 캡을 하방으로 압착하여 진공 밀폐 공간을 형성하는 외부 캡; 상기 외부 캡의 안쪽에서 상기 외부 캡과 상기 체결 링의 결합으로 인해 O-링과 결합하여 진공 챔버를 형성하는 내부 캡; 및 상기 내부 캡의 진공 누설을 방지하기 위하여, 상기 내부 캡이 눌려지는 방향으로 상기 내부 캡과 밀착되는 O-링을 포함하고, 상기 체결 링에 형성된 복수의 제1 돌출부와, 상기 외부 캡에 형성된 복수의 홈이 서로 대응하여 맞물림으로써, 상기 외부 캡의 회전 동작에 의해 상기 외부 캡과 상기 체결 링이 결속된다.

Description

저온 생성 장치{CRYOSTAT}

개시 내용은 저온 생성 장치에 관한 것이다.

기존의 크라이오스탯은 연구실 규모를 넘어서는 대형 장비로 제작되는 경우가 많았다. 이러한 대형 크라이오스탯은 액체 헬륨 또는 액체 질소 라인을 복잡하게 구비하고 있어, 유지·보수 과정에서 많은 인력과 비용이 소모되었다. 특히 소형 샘플을 빠르게 교체하거나, 간단한 센서 시험을 반복적으로 수행하려는 상황에서는 이러한 크고 복잡한 구조가 효율을 떨어뜨리는 요인이 되었다.

또한, 내부를 밀폐하기 위한 챔버 구조와 냉각 라인이 일체로 설계될 때 챔버 안으로 공기나 습기가 유입되는 문제가 빈번히 발생했다. 극저온 환경을 만들기 위해서는 고진공 상태가 필수적인데, 습기나 미세한 공기 흐름이 침투하면 냉각 속도가 저하되거나 장비 성능이 급격히 떨어질 수 있다. 이와 같은 현상은 액체 헬륨·질소와 같은 냉매를 더 많이 소모하게 만들고, 안정적 진공 유지를 방해하여 실험 결과에 악영향을 끼쳤다.

따라서, 크라이오스탯의 크기를 축소하면서 복잡한 냉각 라인을 단순화하고, 진공 형성 과정에서 습기나 공기가 쉽게 침투하지 않도록 설계하는 것은 초전도체 연구, 양자 물리 실험, 센서 특성 평가 등의 저온 분야에서 중요한 과제로 부상하였다.

일 실시예는 기존 대형 장비의 복잡한 구조를 간소화하면서도 소형·중형 크기의 샘플이나 센서를 안정적으로 극저온 상태에 두는 장치를 제공하고자 한다.

일 실시예는 진공 유지가 어려웠던 연결부 또는 냉각 라인 접합부의 구성을 재설계함으로써, 습기나 공기의 침투 위험을 줄이고 냉각 효율을 높이는 장치를 제공하고자 한다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 바로 제한되지 않으며, 언급되지는 않았으나 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있는 과제를 포함할 수 있다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 저온 생성 장치는 체결 링이 형성되는 베이스부; 상기 체결 링과 맞물려 결합되면 내부 캡을 하방으로 압착하여 진공 밀폐 공간을 형성하는 외부 캡; 상기 외부 캡의 안쪽에서 상기 외부 캡과 상기 체결 링의 결합으로 인해 O-링과 결합하여 진공 챔버를 형성하는 내부 캡; 및 상기 내부 캡의 진공 누설을 방지하기 위하여, 상기 내부 캡이 눌려지는 방향으로 상기 내부 캡과 밀착되는 O-링을 포함하고, 상기 체결 링에 형성된 복수의 제1 돌출부와, 상기 외부 캡에 형성된 복수의 홈이 서로 대응하여 맞물림으로써, 상기 외부 캡의 회전 동작에 의해 상기 외부 캡과 상기 체결 링이 결속된다.

상기 장치는 상기 진공 챔버 내에 극저온 냉매를 공급하기 위한 냉매 주입 포트 및 상기 진공 챔버의 내부 공기를 제거하기 위한 진공 펌핑 포트를 더 포함하고, 상기 냉매 주입 포트 및 상기 진공 펌핑 포트는 상기 베이스부의 하단에 배치될 수 있다.

상기 외부 캡은, 내부 하단에 배치되는 범퍼부를 포함하는 상부 캡 및 상기 복수의 제1 돌출부와 결속되는 상기 복수의 홈을 포함하는 하부 캡을 포함하고, 상기 상부 캡의 회전 동작에 의해 상기 범퍼부가 상기 내부 캡을 아래 방향으로 누름으로써 상기 진공 밀폐 공간을 형성할 수 있다.

상기 장치는 상기 베이스부의 상기 O-링 안쪽에 배치되는 기판을 더 포함하고, 상기 기판에는 센서가 배치되어 진공 상태에서 샘플의 극저온 특성을 측정하도록 구성될 수 있다.

상기 기판의 중앙에는 개구부가 형성되고, 상기 장치는, 상기 개구부를 통해 노출되며, 냉매 공급 장치로부터 전달되는 극저온을 상기 샘플에 공급하는 제2 돌출부를 더 포함할 수 있다.

상기 기판에 형성된 피드스루를 통해 상기 센서에서 발생되는 전기 신호가 컨트롤러로 전달되도록 구성되며, 상기 기판 주변으로 형성된 상기 O-링에 의해 상기 내부 캡 내 측이 기밀 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.

상기 복수의 홈은 수직 방향 홈 및 수평 방향 홈을 포함하고, 상기 외부 캡은, 우선 상기 수직 방향 홈을 통해 하방으로 움직이면서 상기 내부 캡을 누르게 한 후, 상기 수평 방향 홈을 통해 회전 동작 함으로써 상기 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 할 수 있다.

상기 수평 방향 홈은 끝단의 하단은 상기 체결 링의 제1 돌출부에 대응하는 곡률을 갖고, 상기 외부 캡은 상기 수평 방향 홈은 끝단의 하단에 접촉 센서를 포함하고, 상기 접촉 센서는, 상기 복수의 제1 돌출부 중 하나가 접촉하면 컨트롤러에 접촉 신호를 전달하고, 상기 컨트롤러는, 상기 접촉 신호를 수신하면 냉각 동작을 준비할 수 있다.

상기 복수의 홈은 상기 외부 캡의 하단을 기준으로 소정의 각도를 갖고 형성된 테이퍼 홈 및 수평 방향 홈을 포함하고, 상기 외부 캡은, 우선 상기 테이퍼 홈을 통해 사선 방향 및 하방으로 움직이면서 상기 내부 캡을 누르게 한 후, 상기 수평 방향 홈을 통해 회전 동작 함으로써 상기 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 할 수 있다.

상기 복수의 홈은 상기 외부 캡의 하단을 기준으로 소정의 각도를 갖고 형성된 테이퍼 홈, 수직 방향 홈, 및 수평 방향 홈을 포함하고, 상기 외부 캡은, 우선 상기 테이퍼 홈을 통해 사선 방향 및 하방으로 움직이면서, 상기 외부 캡의 내부 하단에 배치되는 범퍼부가 상기 내부 캡에 닿거나 상기 내부 캡을 적어도 일부 누르게 한 후, 상기 수직 방향 홈을 통해 하방으로 움직이면서 상기 범퍼부가 상기 내부 캡에 완전하게 밀착되게 하며, 상기 수평 방향 홈을 통해 회전 동작 함으로써 상기 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 저온 생성 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 저온 생성 장치의 구성 요소를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 저온 생성 장치의 외부 캡 및 내부 캡을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4은 일 실시예에 따른 저온 생성 장치의 사시도의 일부이다.
도 5는 도 4의 저온 생성 장치의 내부 캡을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 저온 생성 장치의 기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 7A 내지 도 7H는 일 실시예에 따른 외부 캡의 정면도의 예들이다.
도 8은 일 실시예에 따른 저온 생성 장치의 사진이다.

본 명세서에 기재된 다양한 실시예들은, 본 개시의 기술적 사상을 명확히 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이며, 이를 특정한 실시 형태로 한정하려는 것이 아니다. 본 개시의 기술적 사상은, 본 명세서에 기재된 각 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 대체물(alternatives) 및 각 실시예의 전부 또는 일부로부터 선택적으로 조합된 실시예를 포함한다. 또한 본 개시의 기술적 사상의 권리 범위는 이하에 제시되는 다양한 실시예들이나 이에 대한 구체적 설명으로 한정되지 않는다.

기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서, 본 명세서에서 사용되는 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 가질 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "포함한다", "포함할 수 있다", "구비한다", "구비할 수 있다", "가진다", "가질 수 있다" 등과 같은 표현들은, 대상이 되는 특징(예: 기능, 동작 또는 구성요소 등)이 존재함을 의미하며, 다른 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다. 즉, 이와 같은 표현들은 제2 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 명세서에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

또한, 명세서에서 사용되는 '모듈' 또는 '부'라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소를 의미하며, '모듈' 또는 '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만, '모듈' 또는 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '모듈' 또는 '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, '모듈' 또는 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 또는 변수들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구성요소들과 '모듈' 또는 '부'들은 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '모듈' 또는 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '모듈' 또는 '부'들로 더 분리될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따르면, '모듈' 또는 '부'는 프로세서 및 메모리로 구현될 수 있다. '프로세서'는 범용 프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 제어기, 마이크로제어기, 상태 머신 등을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 몇몇 환경에서, '프로세서'는 주문형 반도체(ASIC), 프로그램가능 로직 디바이스(PLD), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 등을 지칭할 수도 있다. '프로세서'는, 예를 들어, DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들의 조합, DSP 코어와 결합한 하나 이상의 마이크로프로세서들의 조합, 또는 임의의 다른 그러한 구성들의 조합과 같은 처리 디바이스들의 조합을 지칭할 수도 있다. 또한, '메모리'는 전자 정보를 저장 가능한 임의의 전자 컴포넌트를 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. '메모리'는 임의 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 비-휘발성 임의 액세스 메모리(NVRAM), 프로그램가능 판독-전용 메모리(PROM), 소거-프로그램가능 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거가능 PROM(EEPROM), 플래쉬 메모리, 자기 또는 광학 데이터 저장장치, 레지스터들 등과 같은 프로세서-판독가능 매체의 다양한 유형들을 지칭할 수도 있다. 프로세서가 메모리로부터 정보를 판독하고/하거나 메모리에 정보를 기록할 수 있다면 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다고 불린다. 프로세서에 집적된 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다.

본 명세서에서 사용되는 "제1", "제2", 또는 "첫째", "둘째" 등의 표현은, 문맥상 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 동종 대상들을 지칭함에 있어 한 대상을 다른 대상과 구분하기 위해 사용되며, 해당 대상들 간의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 "A, B, 및 C," "A, B, 또는 C," "A, B, 및/또는 C" 또는 "A, B, 및 C 중 적어도 하나," "A, B, 또는 C 중 적어도 하나," "A, B, 및/또는 C 중 적어도 하나," "A, B, 및 C 중에서 선택된 적어도 하나," "A, B, 또는 C 중에서 선택된 적어도 하나," "A, B, 및/또는 C 중에서 선택된 적어도 하나" 등의 표현은, 각각의 나열된 항목 또는 나열된 항목들의 가능한 모든 조합들을 의미할 수 있다. 예를 들어, "A 및 B 중에서 선택된 적어도 하나"는, (1) A, (2) A 중 적어도 하나, (3) B, (4) B 중 적어도 하나, (5) A 중 적어도 하나 및 B 중 적어도 하나, (6) A 중 적어도 하나 및 B, (7) B 중 적어도 하나 및 A, (8) A 및 B를 모두 지칭할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "~에 기초하여"라는 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 기술되는, 결정, 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 하나 이상의 인자를 기술하는데 사용되고, 이 표현은 해당 결정, 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 추가적인 인자를 배제하지 않는다.

본 명세서에서 사용되는, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다는 표현은, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되는 것뿐 아니라, 새로운 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 매개로 하여 연결 또는 접속되는 것을 의미할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(configured to)"은 문맥에 따라, "~하도록 설정된", "~하는 능력을 가지는", "~하도록 변경된", "~하도록 만들어진", "~를 할 수 있는" 등의 의미를 가질 수 있다. 해당 표현은, "하드웨어적으로 특별히 설계된"의 의미로 제한되지 않으며, 예를 들어 특정 동작을 수행하도록 구성된 프로세서란, 소프트웨어를 실행함으로써 그 특정 동작을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)를 의미할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 개시의 다양한 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면 및 도면에 대한 설명에서, 동일하거나 실질적으로 동등한(substantially equivalent) 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여될 수 있다. 또한, 이하 다양한 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있으나, 이는 해당 구성요소가 그 실시예에 포함되지 않는 것을 의미하지는 않는다.

도 1은 일 실시예에 따른 저온 생성 장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 저온 생성 장치(10)는 극저온 환경을 생성하고 유지하기 위한 장치로서, 주로 초전도체 연구나 저온 물리학 실험, 전자소자 특성 평가 등에서 사용된다. 저온 생성 장치(10)는 제어된 저온환경을 만들고 그것을 유지하기 위해 사용하는 장치일 수 있다. 저온 생성 장치(10)는 크라이오스탯(cryostat)일 수 있다.

일 실시예에 따른 저온 생성 장치(10)는 적어도 본체(110), 입출력부(120), 손잡이(130), 외부 캡(140)을 포함한다.

본체(110)는 저온 생성 장치(10) 전체의 기계적 지지 및 단열을 담당한다. 본체(110)의 내부에는 진공 챔버가 형성될 수 있으며, 냉각 시스템, 온도 센서 및 히터 등의 요소가 배치된다. 냉각 시스템은 액체 헬륨, 액체 질소 또는 폐쇄형 헬륨 냉각기를 포함할 수 있으며, 본체(110) 내부를 저온으로 유지하도록 구성된다. 본체(110)는 외부 공기로부터 열이 유입되는 것을 방지하기 위해 금속 재질 또는 복합 재질로 형성될 수 있다.

입출력부(120)는 저온 생성 장치(10)의 전반적인 동작을 제어하고 상태를 확인하기 위한 사용자 인터페이스로서, 입력부와 출력부로 구성된다. 입력부에는 전원 스위치, 온도 설정, 메뉴 선택 등을 위한 조작부가 포함되며, 출력부에는 내부 온도나 기기 작동 상태와 같은 정보를 표시하는 디스플레이가 설치될 수 있다. 출력부는 온도 센서 및 압력 센서 등에서 측정한 값을 표시할 수 있다. 사용자는 출력부를 통해 온도, 압력, 전기적 신호 등 각종 상태를 모니터링할 수 있다. 실시예에 따라, 디스플레이는 터치스크린 패널로 구현될 수 있다. 입출력부(120)는 저온 생성 장치(10)의 전면 또는 측면에 구비될 수 있다. 사용자는 이 입출력부(120)를 통해 저온 생성 장치(10)의 운용에 필요한 각종 명령을 입력하고, 설정값이나 측정값 등을 확인하여 적절한 조치를 취할 수 있다.

손잡이(130)는 저온 생성 장치(10)을 이동하거나 배치할 때 사용된다. 저온 생성 장치(10)는 비교적 작은 형태로 제작될 수 있으므로, 사용자는 손잡이(130)를 통해 저온 생성 장치(10)를 연구실 내 다른 장비 주변으로 옮길 수 있다. 손잡이(130)를 구비함으로써 본체(110)의 무게와 부피에도 불구하고 취급이 편리해진다.

외부 캡(140)은 저온 생성 장치(10) 상부 또는 측면에 배치되어, 본체(110) 내부를 진공 상태로 유지할 수 있다. 외부 캡(140)은 개폐가 가능하도록 형성되며, 닫히게 되는 경우 내부 캡을 아래 방향으로 눌러 내부 캡이 본체(110)에 견고하게 밀착되도록 하여 진공 상태를 유지시킨다. 외부 캡(140)은 기밀을 확보하기 위한 O-링 등 밀폐 부재를 가질 수 있으며, 이를 통해 저온 생성 장치(10)의 내부에 형성된 극저온 환경과 외부 대기 환경 간의 열 및 기체 유입을 방지한다. 실시예들에서, 외부 캡(140)의 형상 및 동작은 다양하게 변형되어 구현될 수 있다.

저온 생성 장치(10)의 작동 절차를 살펴보면, 먼저 사용자는 본체(110) 내부의 샘플 홀더나 기판(예: PCB) 위에 실험 대상 물질(초전도체, 반도체 소자 등)을 장착한다. 이어서 외부 캡(140)을 닫고, 입출력부(120)에 연결된 진공 펌프를 통해 본체(110) 내부를 진공 상태로 만든다. 이후 냉각 매체(액체 헬륨, 액체 질소 등)를 주입하거나 폐쇄형 냉각기를 구동하여 내부 온도를 낮춘다. 이때 온도 센서가 측정한 값을 바탕으로 히터를 제어하여 설정된 온도를 유지할 수 있다. 사용자는 입출력부(120)에 연결된 계측 장치를 통해 온도, 압력, 전기 신호 등을 실시간 확인하면서 실험을 진행한다.

저온 생성 장치(10)는 극저온에서 나타나는 다양한 물리적, 전자적 현상을 연구하기 위하여 사용된다. 예를 들어, 초전도체의 임계 온도 측정, 저온 상태에서의 전기전도도 측정, 극저온 센서의 신호 감도 평가 등이 가능하다. 또한 본체(110) 내부의 진공 챔버에서 공기나 수분으로 인한 열전달을 억제하므로, 소량의 냉매로도 장시간 냉각 상태를 유지할 수 있다.

이상에서 설명한 실시 예에 따르면, 저온 생성 장치(10)는 본체(110), 입출력부(120), 손잡이(130), 외부 캡(140) 등의 구성을 통해 소형이면서도 안정적으로 극저온 환경을 생성하고 유지한다. 본체(110)는 단열 및 구조적 지지를 제공하고, 입출력부(120)는 냉각 및 측정 장치와의 연결을 용이하게 한다. 손잡이(130)를 이용하면 장치를 원하는 위치로 이동하기 편리하며, 외부 캡(140)은 진공 및 냉매 주입 등 내부 환경의 형성에 관여한다. 이러한 구성을 통해 저온 생성 장치(10)는 다양한 물리학, 재료공학, 전자공학 분야에서 저온 실험을 수행하기에 적합하다.

도 2는 도 1의 저온 생성 장치의 구성 요소를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 저온 생성 장치의 외부 캡 및 내부 캡을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 외부 캡(140)은 상부 캡(141)과 하부 캡(142)로 이루어질 수 있다. 상부 캡(141)과 하부 캡(142)은 서로 맞물려 같은 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 하부 캡(142)이 체결 링과 우선 결합되고, 상부 캡(141)이 하부 캡(142)에 결속되면서 내부 캡을 누르는 것으로 구현될 수도 있다. 실시예에 따라, 상부 캡(141)과 하부 캡(142)은 일체형으로 제작할 수도 있다.

먼저, 상부 캡(141)은 외부로 드러나는 캡의 가장 윗부분으로, 사용자가 손으로 잡아 돌릴 수 있는 부분에 해당한다. 예를 들어, 사용자는 상부 캡(141)을 반시계 방향으로 회전시킴으로써 외부 캡(140)이 본체와 분리되도록 할 수 있다. 사용자는 상부 캡(141)을 시계 방향으로 회전시킴으로써 외부 캡(140)이 본체와 밀착되어 닫히도록 할 수 있다. 하부 캡(142)은 상부 캡(141) 아래쪽에서 함께 회전하는 부품으로서, 외부 캡(140) 전체를 본체 혹은 내부 구성과 밀폐 및 체결하기 위한 기능을 수행한다.

베이스부(150)는 하부 캡(142)와 결합하여 외부 캡(140)을 고정하거나 분리하도록 구성되는 체결 링을 포함한다. 베이스부(150)는 본체 내에 배치되며, 본체의 개구부를 통해 외부에 노출되어 외부 캡(140)과 결합될 수 있다. 체결 링은 베이스부(150)의 길이 방향에 수직한 방향으로 원통형 테두리부로 구현될 수 있다.

체결 링에는 외주면에 원통의 바깥 방향으로 복수의 돌출부(P1, P2)가 형성된다. 하부 캡(142)에는 복수의 돌출부(P1, P2)에 대응하는 복수의 홈(D1, D2)이 마련되어 있고, 돌출부(P1, P2)와 홈(D1, D2)의 개수는 서로 동일하게 구성되며, 개수에 대해서는 특별하게 한정되지 않는다. 복수의 돌출부(P1, P2)가 복수의 홈(D1, D2)에 들어맞음으로써, 체결 링은 하부 캡(142)에 안정적으로 고정될 수 있다. 또한 복수의 돌출부(P1, P2)가 복수의 홈(D1, D2)과 분리됨으로써, 체결 링은 하부 캡(142)과 분리될 수 있다. 체결 링의 외측 단면 넓이가 하부 캡(142)의 내측 단면 넓이보다 같거나 작도록 형성될 수 있으므로, 하부 캡(142) 내부에서 원활하게 맞물리면서도 불필요한 간섭이 생기지 않도록 한다.

베이스부(150)의 하단에는 복수의 포트부(R1, R2)가 형성될 수 있다. 복수의 포트부(R1, R2)는 냉매 주입이나 진공 펌핑을 위해 사용될 수 있다. 일반적으로 저온 생성 장치에서는 액체 헬륨이나 액체 질소와 같은 냉매를 주입하거나, 진공 펌프를 연결해 내부 공기를 제거하여 극저온 환경을 유지한다. 복수의 포트부(R1, R2)를 통해 냉매 라인이나 진공 라인이 연결되면, 샘플이 배치된 챔버 내부를 원하는 온도와 압력으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 포트부(R1)는 진공 챔버 내에 극저온 냉매를 공급하기 위한 냉매 주입 포트이고, 포트부(R2)는 진공 챔버의 내부 공기를 제거하기 위한 진공 펌핑 포트일 수 있다.

도 3을 함께 참조하면, 외부 캡(140)에서 상부 캡(141)과 하부 캡(142)은 서로 맞물려 동일한 방향으로 회전하도록 구성되며, 설계에 따라 일체형으로 구현될 수도 있다. 상부 캡(141)의 내부 하단에는 범퍼부(180)가 형성된다. 범퍼부(180)는 내부 캡(160)을 하방으로 누르는 역할을 하여, 내부 캡(160)과 O-링(O-ring; 170) 사이에 밀착력이 형성되도록 한다. 즉, 상부 캡(141)의 회전 동작에 의해 범퍼부(180)가 내부 캡(160)을 아래 방향으로 누름으로써 진공 밀폐 공간을 형성할 수 있다.

외부 캡(140)을 회전시켜 돌출부(P1, P2)가 홈(D1, D2)와 맞물리면 내부 공간이 밀폐된다. 이때 내부 캡(160)은 O-링(170)과 결합되어 내부 챔버를 진공 상태로 만들기 위한 밀폐 구조를 형성한다.

내부 캡(160)은 외부로부터 공기와 습기가 유입되는 것을 차단하며, 베이스부(150) 상의 O-링(170)과 접촉하여 기밀을 이루도록 배치된다. 외부 캡(140)을 닫고 나면 상부 캡(141)의 범퍼부(180)가 내부 캡(160)을 아래로 압착하게 되며, 이로 인해 진공 상태가 유지될 수 있는 밀착력이 발생한다.

포트부(R2)는 냉매 주입 또는 진공 펌핑을 위해 사용된다. 액체 헬륨, 액체 질소와 같은 극저온 냉매를 포트부(R2)를 통해 공급하거나, 진공 펌프를 연결하여 내부 공간을 고진공 상태로 만들 수 있다. 내부 챔버가 진공 상태를 이루면 공기로 인한 열전달이 현저히 줄어들어 내부를 낮은 온도로 안정적으로 유지할 수 있다.

내부 캡(160)의 하단에는 기판이 배치될 공간이 마련된다. 내부 캡(160)의 하단부와 베이스부(150) 사이에 일정한 빈 공간이 형성된다. 이 공간에 기판이 수평 방향으로 놓이며, 기판 위에는 센서나 소자(샘플)가 배치될 수 있다.

기판에 부착되는 센서나 소자는 저온 환경에서 측정을 위해 외부 장치와 전기 신호를 주고받을 필요가 있다. 이에 따라 포트부(R1~R3)는 원형 구멍은 진공 배기나 냉매 주입 뿐만 아니라, 기판이 연결된 전선이나 피드스루(Feedthrough)가 통과하기 위한 경로로 이용될 수 있다. 설계에 따라 포트부(R1~R3)는 부위에는 추가적인 가스켓이나 커넥터가 장착되어 기밀 상태가 유지된다.

작동 과정과 관련하여, 먼저 베이스부(150)의 O-링(170)과 기판 위로 내부 캡(160)을 올려둔다. 기판에는 샘플(예: 센서, 반도체 소자 등)이 부착되며, 이 샘플에 연결된 전선이 포트부(R1~R3)를 통해 컨트롤러 또는 외부 계측 장치로 연장될 수 있다. 이어서 외부 캡(140)을 조립하여 체결 링(155)의 돌출부(P1, P2)와 하부 캡(142)의 홈(D1, D2)이 맞물리도록 회전시키면, 범퍼부(180)가 내부 캡(160)을 압착하여 밀폐가 이루어진다. 이후 포트부(R1~R3)를 통해 내부를 진공으로 만들거나 냉매를 주입하면, 내부 캡(160) 내 공간과 기판 주위가 낮은 온도로 냉각된다.

이와 같은 구조를 통해 진공 및 극저온 환경에서 기판에 장착된 샘플에 대해 안정적으로 실험할 수 있다. 샘플에서 발생하는 전기 신호나 측정 결과는 기판의 회로를 통해 컨트롤러로 전달되며 출력부에 표시된다. 또한, 내부 캡(160)과 O-링(170)의 결합, 그리고 상부 캡(141)의 범퍼부(180)에 의해 내부 캡(160)이 아래로 눌려 밀착됨으로써 진공 누설을 억제할 수 있다. 결과적으로, 내부 챔버는 진공 환경을 유지하면서 냉매 공급으로 인한 저온 상태를 형성하며, 이를 통해 여러 물리적, 전자적 특성을 관찰하거나 실험할 수 있다.

도 4은 일 실시예에 따른 저온 생성 장치의 사시도의 일부이다.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 저온 생성 장치는 저온 환경을 유지하는 외부 캡(240)을 포함할 수 있다. 외부 캡(240)은 단일 구조로 형성되며, 이에 따라 외부 캡(240)은 내부 캡을 덮고 밀폐하는 기능을 하나의 본체로 수행하며, 돌출부(P1, P2)와 홈(G1, G2)을 이용해 체결 링 등과 체결될 수 있다.

외부 캡(240)의 홈(G1, G2)을 구비하며, 홈(G1, G2)은 체결 링의 돌출부(P1, P2)와 체결된다. 체결 링에 형성된 돌출부(P1, P2)가 외부 캡(240)의 홈(G1, G2)에 삽입됨으로써 상호 결합에 의해 외부 캡(240)이 고정된다. 사용자는 외부 캡(240)을 돌리는 동작만으로 체결 링의 돌출부(P1, P2)와 홈(G1, G2)를 맞물리거나 해제할 수 있다. 이때 외부 캡(240)은 내부 캡과의 밀착이 이뤄져 진공 상태를 형성하는 데 필요한 밀폐 구조를 유지한다. 이 결합 구조를 통해 내부 캡(또는 다른 내부 구성 요소)과 외부 환경 사이를 진공 밀폐 상태로 유지하는 것이 가능하다.

외부 캡(240)이 일체형으로 구성됨에 따라, 사용자 입장에서는 캡을 분리하거나 결합하는 과정이 단순해진다. 캡을 돌려서 홈(G1, G2)과 돌출부(P1, P2)가 맞물리는 동작만으로 진공 및 냉각 챔버를 형성할 수 있다. 또한 외부 캡(240)의 단일 구조는 캡 내부에 형성되는 간극이나 접합부를 줄여, 진공 누설 방지에 유리한 측면이 있다. 홈(G1, G2)의 배열은 돌출부(P1, P2)의 배열과 동일하게 배치되어, 외부 캡(240)이 의도한 각도에서 멈추어 기밀을 유지할 수 있다.

체결 과정에서 돌출부(P1, P2)는 홈(G1, G2)에 대응하여 삽입 및 회전되며, 이때 마찰력과 형상 결합에 의해 외부 캡(240)이 고정된다. 돌출부(P1, P2) 및 홈(G1, G2)의 개수나 위치는 외부 캡(240)의 크기, 내부 캡과의 배치 구조 등을 고려하여 결정될 수 있다.

본 실시예에서 외부 캡(240)이 일체형으로 구현된 점은, 내부 공간을 쉽게 밀폐하고 누설 위험을 낮추는 데 활용된다. 사용자는 외부 캡(240)을 회전만으로 체결하는 방식으로 내부의 진공 또는 극저온 환경을 유지할 수 있다. 이때 냉매 주입 또는 진공 펌핑은 별도의 포트나 내부 구조를 통해 이뤄질 수 있으며, 외부 캡(240)은 그 외부 요인을 차단하여 내부 캡과의 사이에서 안정적인 실험 환경을 조성한다.

이와 같이 외부 캡(240)은 일체형 구성에서 돌출부(P1, P2)와 홈(G1, G2) 간 맞물림을 통해 간단하면서도 견고한 체결을 제공하며, 사용 편의성과 기밀 유지를 제공할 수 있다.

도 5는 도 4의 저온 생성 장치의 내부 캡을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 저온 생성 장치에서 외부 캡(예를 들어, 도 1의 140 또는 도 4의 240)이 제거된 상태가 도시되어 있다. 베이스부 상부에 체결 링(255)이 배치되고, 베이스부는 본체 내에 배치된다. 체결 링(255)에는 복수의 돌출부(P1, P2, P3)가 바깥 방향으로 형성된다. 체결 링(255) 및 돌출부(P1, P2, P3)를 통해 외부 캡이 결합될 위치를 알 수 있다.

체결 링(255)은 베이스부에 고정되어 있고, 돌출부(P1, P2, P3)가 외부 캡의 홈(미도시)과 맞물려 회전식 체결이 이루어진다. 사용자가 외부 캡을 본체 위로 씌운 후 일정 각도로 돌리면 돌출부(P1, P2, P3)가 홈에 삽입되어 외부 캡 및 내부 캡(260)이 고정된다. 이때 내부 캡(260)은 샘플이 배치되는 저온 챔버 영역을 형성하거나, 진공 상태를 만들기 위한 밀폐 공간을 제공한다. 내부 캡(260)은 체결 링(255)의 안쪽에서 베이스부의 O-링과 같은 가스켓과 결합되며, 이를 통해 내부 캡(260) 주변으로 공기가 유입/유출되지 않도록 단절한다.

외부 캡이 돌출부(P1, P2, P3)에 결합됨에 따라 외부 캡으로부터 내부 캡(260)에 아래 방향으로 힘이 작용하게 되어 내부 캡(260)은 O-링과 더욱 견고하게 결합되며 내부 캡 내의 챔버는 진공 및 밀폐 상태가 된다. 이때 냉매 주입 또는 진공 펌핑을 수행하면, 내부 캡(260) 주변 온도를 극저온 범위까지 낮출 수 있다. 본 실시예에서 내부 캡(260)은 샘플을 보호하고 외부 열전달을 억제하는 역할을 하며, 외부 캡이 체결되면 내부 캡(260) 내부의 진공 및 냉각 라인이 안정적으로 유지될 수 있다.

전체 작동 과정을 간단히 살펴보면, 먼저 본체에 내부 캡(260)을 설치하고, 그 안에 샘플이나 센서 등을 배치한다. 이후 체결 링(255) 둘레에 돌출부(P1, P2, P3)가 노출된 상태에서 외부 캡을 결합한다. 외부 캡을 돌리면 돌출부(P1, P2, P3)와 홈이 맞물리고, 내부 캡(260)은 외부 캡에 의해 눌러져 밀폐 구역에 놓이게 된다. 이어서 냉매 공급이나 진공 펌프 작동을 통해 내부 온도와 압력을 제어하며 실험을 수행한다. 실험 종료 후에는 외부 캡을 다시 반대 방향으로 돌려 돌출부(P1, P2, P3)와 홈을 분리한 뒤, 내부 캡(260)을 꺼내거나 샘플을 교체할 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 저온 생성 장치의 기판을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 체결 링(255), 돌출부(270), 기판(BD), 및 O-링(OR)이 표시되어 있으며, 이하에서는 해당 구성요소들에 대해서 설명한다. 원통형 형태의 체결 링(255) 안쪽으로 기판(BD)이 배치되어 있고, 그 둘레에는 O-링(OR)이 설치될 수 있는 공간이 확보된다.

체결 링(255)은 내부 공간을 진공 상태로 형성하기 위한 하우징 역할을 수행한다. 외부 캡(미도시)이 체결 링(255)에 결합되면, 내부 챔버가 밀폐 상태가 된다. 이때 체결 링(255)은 본체 또는 베이스부와 함께 기계적 고정 및 밀폐를 제공한다. 체결 링(255)의 안쪽에는 진공 누설을 방지하기 위하여 O-링(OR)이 삽입될 수 있는 홈이나 안착부가 마련된다.

기판(BD)은 샘플(또는 센서)을 부착하고, 컨트롤러 또는 외부 계측 장치와 신호를 주고받기 위한 전기적 연결부(피드스루)로 기능한다. 기판(BD)에서 개구부의 주변에는 복수의 금색 패드가 배치되어 전기적 연결부(피드스루) 역할을 담당한다. 샘플 또는 센서와 컨트롤러 또는 외부 계측 장치 간 신호를 주고받을 수 있도록 설계되며, 필요에 따라 온도 센서와 히터를 위한 별도의 접속 단자가 포함될 수 있다. 기판(BD)은 냉각 헤드와 연결되어 열전달 통로를 형성함과 동시에, 진공 환경에서 전기 신호를 안정적으로 전달하는 매개체가 된다.

기판(BD)에는 중앙 개구부가 형성되어 있으며, 본체 또는 냉각 헤드와 연결된 돌출부(270)가 이 개구부로부터 일부가 노출된다. 돌출부(270)는 본체 측에 마련되어 있어 기계적·열적 기능을 수행한다. 먼저, 돌출부(270)는 냉각 매체(액체 헬륨·질소 또는 폐쇄형 헬륨 냉각기)를 통해 저온 상태가 된 본체의 온도를 기판(BD)에 전달하는 경로가 된다. 이를 통해 기판(BD) 위에 장착되는 샘플이 빠르게 냉각될 수 있다.

샘플이 이 돌출부(270) 인근에 배치되면, 샘플과 돌출부(270) 간 열전달이 활발해져 낮은 온도까지 안정적으로 냉각이 이루어진다. 실시예들에서, 돌출부(270) 둘레나 내부에 온도 센서 또는 히터를 추가로 설치되어, 실험 중 온도를 정밀하게 측정하거나 미세하게 가열하여 온도 변동을 제어할 수도 있다.

기판(BD)은 냉각 헤드와 열적으로 연결되어 저온을 전달받음으로써 샘플을 극저온 영역으로 냉각하고, 동시에 샘플에서 발생하는 열을 방출한다.

O-링(OR)은 체결 링(255)과 기판(BD) 사이에서 진공 밀폐를 이루기 위한 가스켓 역할을 수행한다. O-링(OR)은 내부 캡을 기준으로 외부 요소가 유입되거나 내부 요소가 유출되지 않도록 한다. O-링(OR)은 내부 캡의 진공 누설을 방지하기 위해, 내부 캡이 눌려지는 방향으로 내부 캡과 밀착될 수 있다. 진공 펌프를 통해 내부 공기를 제거하거나 냉매를 주입할 때, 미세한 틈으로 공기가 유입되지 않도록 O-링(OR)이 빈틈을 차단한다. 이를 통해 샘플이 극저온 상태로 유지될 수 있으며, 외부 공기에 의한 온도 상승이나 산화, 수분 흡착이 억제된다.

이러한 구성요소들의 조합을 통해, 사용자 또는 장치 운용자는 기판(BD) 위에 샘플을 배치하고, 돌출부(270)를 통해 제공되는 냉각 효과를 활용하여 극저온 환경에서 물리적·전자적 특성을 시험할 수 있다. 내부 캡 및 외부 캡을 다시 씌우면 전체 구조가 진공·밀폐 상태로 전환되며, 액체 헬륨이나 질소 등 냉매 주입 또는 폐쇄형 냉각기의 가동을 통해 샘플을 필요한 온도까지 안정적으로 냉각할 수 있다. 기판(BD)에 형성된 금색 패드 및 돌출부(270) 인근에는 온도 센서와 히터가 배치될 수 있어, 실험에 요구되는 온도 범위를 정밀하게 제어하고 측정하는 과정이 가능하다.

도 7A 내지 도 7H는 일 실시예에 따른 외부 캡의 정면도의 예들이다.

도 7A를 참조하면, 일 실시예에 따른 외부 캡(340A)은 수직 방향 홈(VF) 및 수평 방향 홈(HF)을 포함할 수 있다. 체결 링의 돌출부(예를 들어, 도 2의 P1, P2)는 수직 방향 홈(VF)을 통과한 후 수평 방향 홈(HF)을 통과할 수 있다. 외부 캡(340A)은 우선 수직 방향 홈(VF)을 통해 하방으로 움직이면서 내부 캡(예를 들어, 도 3의 160)을 누르게 한 후, 수평 방향 홈(HF)을 통해 회전 동작 함으로써 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 할 수 있다. 수평 방향 홈(HF)이 외부 캡(340A)의 잠금 및 고정 상태를 유지하게 함으로써 저온 생성 장치는 기밀을 유지할 수 있다.

도 7B를 참조하면, 일 실시예에 따른 외부 캡(340B)은 테이퍼 홈(F1) 및 수평 방향 홈(F2)을 포함할 수 있다. 테이퍼 홈(F1)은 외부 캡(340B)의 하단을 기준으로 소정의 각도(A1)를 갖고 형성될 수 있다. 체결 링의 돌출부(예를 들어, 도 2의 P1, P2)는 테이퍼 홈(F1)을 통과한 후 수평 방향 홈(F2)을 통과할 수 있다. 외부 캡(340A)은 우선 테이퍼 홈(F1)을 통해 사선 방향 및 하방으로 움직이면서 내부 캡(예를 들어, 도 3의 160)을 누르게 한 후, 수평 방향 홈(F2)을 통해 회전 동작 함으로써 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 할 수 있다. 수평 방향 홈(F2)이 외부 캡(340A)의 잠금 및 고정 상태를 유지하게 함으로써 저온 생성 장치는 기밀을 유지할 수 있다.

도 7B에서는 일 실시예에 따른 외부 캡(340B)이 시계 방향으로 회전하도록 소정의 각도(A1)가 0 내지 90도의 각도 범위에 있는 것으로 도시하였으나, 실시예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 소정의 각도(A1)가 90 내지 180도의 각도 범위에 있어 외부 캡(340B)이 반시계 방향으로 회전하도록 구성될 수도 있다. 또한, 수평 방향 홈(F2)은 테이퍼 홈(F1)의 회전 방향과 일치하도록 같은 방향(시계 방향)에 형성되는 것으로 도시하였으나, 반대 방향(반시계 방향)으로 형성되는 것으로 구현될 수도 있다. 이 경우, 사용자는 외부 캡(340B)을 시계 방향으로 회전시켜 돌출부가 테이퍼 홈(F1)을 통과하게 한 후, 테이퍼 홈(F1)의 끝단에서부터는 외부 캡(340B)을 반시계 방향으로 회전시켜 돌출부가 수평 방향 홈(F2)을 통과하게 할 수 있다.

도 7C를 참조하면, 일 실시예에 따른 외부 캡(340C)은 테이퍼 홈(F1) 및 수평 방향 홈(F2)을 포함할 수 있다. 테이퍼 홈(F1) 및 수평 방향 홈(F2)에 대한 내용은 도 7B의 외부 캡(340B)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 이에, 중복되는 내용은 생략한다. 수평 방향 홈(F2)의 끝단은 체결 링의 돌출부의 형상에 대응하도록 곡률을 가질 수 있다. 이에, 돌출부와 수평 방향 홈(F2)이 더욱 견고하게 체결될 수 있다.

일 실시예에 따른 외부 캡(340C)은 수평 방향 홈(F2)의 끝단의 수평 방향에 접촉 센서(410)를 포함할 수 있다. 접촉 센서(410)는 체결 링의 돌출부의 접촉 여부를 컨트롤러에 전달할 수 있다. 예를 들어, 접촉 센서(410)는 체결 링의 돌출부가 접촉되면 접촉 신호를 컨트롤러에 전달할 수 있다. 접촉 센서(410)는 체결 링의 돌출부가 접촉되지 않으면 대기 상태를 유지할 수 있다. 컨트롤러는 접촉 신호를 수신하면 냉각 동작을 준비할 수 있다. 즉, 컨트롤러는 접촉 신호가 수신되지 않으면 냉각 동작을 수행하지 않을 수 있다. 이와 같이, 외부 캡(340C)에 의해 내부 캡이 눌러져 진공 챔버가 형성되는 경우에 냉각 동작이 수행됨으로써, 저온 생성 장치는 냉각 효율을 높여 장비 성능이 향상될 수 있다. 특별하게 도시되지 않은 경우라도, 다른 실시예들의 외부 캡에 대해서도 접촉 센서(410)가 동일하게 적용될 수 있다.

도 7D를 참조하면, 일 실시예에 따른 외부 캡(340D)은 테이퍼 홈(F1) 및 수평 방향 홈(F2)을 포함할 수 있다. 수평 방향 홈(F2)의 끝단의 하단은 체결 링의 돌출부의 형상에 대응하도록 곡률을 가질 수 있다. 이에, 체결 링의 돌출부가 회전 및 이동되어 수평 방향 홈(F2)의 끝단에 도달하면 곡률 형상에 들어맞게 고정되게 되므로 저온 생성 장치는 기밀을 유지하여 진공 상태를 유지할 수 있다. 일 실시예에 따른 외부 캡(340D)은 수평 방향 홈(F2)의 끝단의 하단에 접촉 센서(420)를 포함할 수 있다. 접촉 센서(420)는 체결 링의 돌출부의 접촉 여부를 컨트롤러에 전달할 수 있다. 예를 들어, 접촉 센서(420)는 체결 링의 돌출부가 접촉되면 접촉 신호를 컨트롤러에 전달할 수 있다. 접촉 센서(420)는 체결 링의 돌출부가 접촉되지 않으면 대기 상태를 유지할 수 있다. 컨트롤러는 접촉 신호를 수신하면 냉각 동작을 준비할 수 있다. 즉, 컨트롤러는 접촉 신호가 수신되지 않으면 냉각 동작을 수행하지 않을 수 있다. 이와 같이, 외부 캡(340D)에 의해 내부 캡이 눌러져 진공 챔버가 형성되는 경우에 냉각 동작이 수행됨으로써, 저온 생성 장치는 냉각 효율을 높여 장비 성능이 향상될 수 있다. 특별하게 도시되지 않은 경우라도, 다른 실시예들의 외부 캡에 대해서도 접촉 센서(420)가 동일하게 적용될 수 있다.

다른 실시예에서, 외부 캡(340E)은 수평 방향 홈(F2)을 테이퍼 홈으로 교체할 수도 있다. 예를 들어, 다른 실시예에 따른 외부 캡은 제1 테이퍼 홈(F1) 및 제2 테이퍼 홈을 포함할 수 있다. 제1 테이퍼 홈(F1)은 외부 캡(340D)의 하단을 기준으로 제1 각도를 갖고, 제2 테이퍼 홈은 외부 캡(340D)의 하단을 기준으로 제2 각도를 가질 수 있다. 제1 각도는 제2 각도보다 클 수 있다. 제2 테이퍼 홈이 제2 각도를 가지고 수직 방향으로 내부 캡을 누르는 힘을 전달함으로써, 돌출부에 대응하는 곡률로 의한 압력 감소를 상쇄할 수 있게 된다.

도 7E를 참조하면, 일 실시예에 따른 외부 캡(340E)은 테이퍼 홈(G1), 수직 방향 홈(G2), 및 수평 방향 홈(G3)을 포함할 수 있다. 테이퍼 홈(G1)은 외부 캡(340E)의 하단을 기준으로 소정의 각도를 갖고 형성될 수 있다. 체결 링의 돌출부(예를 들어, 도 2의 P1, P2)는 테이퍼 홈(G1)을 통과한 후 수직 방향 홈(G2)을 통과할 수 있다. 외부 캡(340E)은 우선 테이퍼 홈(G1)을 통해 사선 방향 및 하방으로 1차적으로 움직이면서 내부 캡(예를 들어, 도 3의 160)을 누르게 한 후, 수직 방향 홈(G2)을 통해 하방으로 2차적으로 움직이면서 내부 캡을 더 누르게 할 수 있다. 예를 들어, 테이퍼 홈(G1)을 통해 외부 캡(340E) 내부의 범퍼부가 내부 캡에 닿거나 내부 캡을 일부 누를 수 있으며, 수직 방향 홈(G2)을 통해 범퍼부가 내부 캡에 완전하게 밀착되게 할 수 있다. 이에, 외부 캡(340E)이 1차 및 2차를 통해 내부 캡을 누름으로써 저온 생성 장치는 더욱 기밀하게 진공 상태를 유지할 수 있게 된다. 외부 캡(340E)은 수평 방향 홈(G3)을 통해 회전 동작 함으로써 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 할 수 있다. 수평 방향 홈(G3)이 외부 캡(340E)의 잠금 및 고정 상태를 유지하게 함으로써 저온 생성 장치는 기밀을 유지할 수 있다.

도 7F를 참조하면, 일 실시예에 따른 외부 캡(340F)은 수직 방향 홈(K1), 테이퍼 홈(K2), 및 수평 방향 홈(K3)을 포함할 수 있다. 체결 링의 돌출부(예를 들어, 도 2의 P1, P2)는 수직 방향 홈(K1)을 통과한 후 테이퍼 홈(K2)을 통과할 수 있다. 테이퍼 홈(K2)은 외부 캡(340F)의 하단을 기준으로 소정의 각도를 갖고 형성될 수 있다. 외부 캡(340F)은 우선 수직 방향 홈(K2)을 통해 하방으로 1차적으로 움직이면서 내부 캡(예를 들어, 도 3의 160)을 누르게 한 후, 테이퍼 홈(K2)을 통해 사선 방향 및 하방으로 2차적으로 움직이면서 내부 캡을 더 누르게 할 수 있다. 외부 캡(340F)이 1차 및 2차를 통해 내부 캡을 누름으로써 저온 생성 장치는 더욱 기밀하게 진공 상태를 유지할 수 있게 된다. 외부 캡(340F)은 수평 방향 홈(K3)을 통해 회전 동작 함으로써 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 할 수 있다. 수평 방향 홈(K3)이 외부 캡(340F)의 잠금 및 고정 상태를 유지하게 함으로써 저온 생성 장치는 기밀을 유지할 수 있다.

도 7G를 참조하면, 일 실시예에 따른 외부 캡(340G)은 수직 방향 홈(VF1, VF2) 및 수평 방향 홈(HF1, HF2)을 포함할 수 있다. 체결 링의 돌출부(예를 들어, 도 2의 P1, P2)는 수직 방향 홈(VF1)을 통과한 후 수평 방향 홈(HF1)을 통과할 수 있다. 외부 캡(340G)은 우선 수직 방향 홈(VF1)을 통해 하방으로 1차적으로 움직이면서 내부 캡(예를 들어, 도 3의 160)을 누르게 한 후, 수평 방향 홈(HF1)을 통해 회전 동작 함으로써 수직 방향 홈(VF2)에 도달할 수 있다. 그 후 외부 캡(340G)은 수직 방향 홈(VF2)을 통해 하방으로 2차적으로 움직이면서 내부 캡을 더 누르게 한 후, 수평 방향 홈(HF2)을 통해 회전 동작 함으로써 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 할 수 있다. 외부 캡(340G)이 1차 및 2차를 통해 내부 캡을 누름으로써 저온 생성 장치는 더욱 기밀하게 진공 상태를 유지할 수 있게 된다. 외부 캡(340G)은 수평 방향 홈(VF3)을 통해 회전 동작 함으로써 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 할 수 있다. 수평 방향 홈(VF3)이 외부 캡(340G)의 잠금 및 고정 상태를 유지하게 함으로써 저온 생성 장치는 기밀을 유지할 수 있다.

도 7H를 참조하면, 일 실시예에 따른 외부 캡(340H)은 수직 방향 홈(VF1, VF2) 및 수평 방향 홈(HF1, HFF)을 포함할 수 있다. 수직 방향 홈(VF1, VF2) 및 수평 방향 홈(HF1)에 대해서는 도 7G의 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 이에, 중복되는 내용은 설명을 생략한다. 수평 방향 홈(HFF)은 수평 방향 홈(HF1)과 반대 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 외부 캡(340H)이 시계 방향으로 회전하도록 수평 방향 홈(HF1)이 형성된 경우, 수평 방향 홈(HFF)은 외부 캡(340H)이 반시계 방향으로 회전하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 외부 캡(340H)이 반시계 방향으로 회전하도록 수평 방향 홈(HF1)이 형성된 경우, 수평 방향 홈(HFF)은 외부 캡(340H)이 시계 방향으로 회전하도록 형성될 수 있다. 이러한 구조는 도 7H의 실시예에서만 한정되는 것은 아니고, 도 7E 또는 도 7F의 실시예에 적용될 수도 있다. 반대 방향의 회전을 통해 사용자는 기밀을 유지하기 위한 마지막 단계를 감각적으로 쉽게 인식할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 외부 캡(340H)을 시계 방향 회전시킨 후 반시계 방향으로 회전시키는 동작을 끝으로 냉각 동작을 위한 모든 준비 동작이 마무리된 것을 쉽게 인식할 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 저온 생성 장치의 사진이다.

도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 저온 생성 장치는 본체, 외부 캡, 입출력부를 포함할 수 있다. 입출력부는 전원 스위치, 온도 설정, 메뉴 선택 등을 위한 조작부를 포함하는 입력부와, 동작 정보를 표시하는 디스플레이를 포함하는 출력부를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 외부 캡의 홈의 끝단에 접촉 센서가 설치되는 경우, 컨트롤러는 디스플레이를 통해 체결 링의 돌출부가 홈의 끝단에 접촉하였는지 여부를 표시할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 접촉 센서로부터 접촉 신호를 수신하면 디스플레이를 통해 진공 및 냉각을 위한 준비가 완료되었음을 표시할 수 있다.

본 개시의 실시예들에 따른 방법의 각 단계들이나 동작들은, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램의 실행에 따라 하나 이상의 프로세서를 포함하는 컴퓨터에 의해 수행될 수 있음은 자명하다.

전술한 기록매체에 저장된 컴퓨터 실행가능 명령어(instruction)들은, 해당하는 각 단계를 수행하도록 프로그램된 컴퓨터 프로그램을 통해 구현 가능하되, 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행 가능하다. 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory readable medium)일 수 있다. 이 때, 비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐시, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 방법을 수행하기 위한 프로그램들은 소거가능 프로그래머블 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적 소거가능 프로그래머블 판독 전용 메모리(EEPROM), 및 플래시 메모리 디바이스와 같은 반도체 메모리 디바이스, 내부 하드 디스크 및 이동식 디스크와 같은 자기 디스크, 광학-자기 디스크, 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함하는 비휘발성 메모리 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.

본 문서에 개시된 다양한 예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 온라인으로 배포될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 개시가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 개시가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 개시의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서 내에 기술된 특징들 및 장점들은 모두를 포함하지 않으며, 특히 많은 추가적인 특징들 및 장점들이 도면들, 명세서, 및 청구항들을 고려하여 당업자에게 명백해질 것이다. 더욱이, 본 명세서에 사용된 언어는 주로 읽기 쉽도록 그리고 교시의 목적으로 선택되었고, 본 개시의 주제를 묘사하거나 제한하기 위해 선택되지 않을 수도 있다는 것을 주의해야 한다.

본 개시의 실시예들의 상기한 설명은 예시의 목적으로 제시되었다. 이는 개시된 정확한 형태로 본 개시를 제한하거나, 빠뜨리는 것 없이 만들려고 의도한 것이 아니다. 당업자는 상기한 개시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있다.

그러므로 본 개시의 범위는 상세한 설명에 의해 한정되지 않고, 이를 기반으로 하는 출원의 임의의 청구항들에 의해 한정된다. 따라서, 본 개시의 실시예들의 개시는 예시적인 것이며, 이하의 청구항에 기재된 본 개시의 범위를 제한하는 것은 아니다.

Claims (10)

1. 체결 링이 형성되는 베이스부;
   상기 체결 링과 맞물려 결합되면 내부 캡을 하방으로 압착하여 진공 밀폐 공간을 형성하는 외부 캡;
   상기 외부 캡의 안쪽에서 상기 외부 캡과 상기 체결 링의 결합으로 인해 O-링과 결합하여 진공 챔버를 형성하는 내부 캡; 및
   상기 내부 캡의 진공 누설을 방지하기 위하여, 상기 내부 캡이 눌려지는 방향으로 상기 내부 캡과 밀착되는 O-링
   을 포함하고,
   상기 체결 링에 형성된 복수의 제1 돌출부와, 상기 외부 캡에 형성된 복수의 홈이 서로 대응하여 맞물림으로써, 상기 외부 캡의 회전 동작에 의해 상기 외부 캡과 상기 체결 링이 결속되는,
   저온 생성 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 진공 챔버 내에 극저온 냉매를 공급하기 위한 냉매 주입 포트 및 상기 진공 챔버의 내부 공기를 제거하기 위한 진공 펌핑 포트
   를 더 포함하고,
   상기 냉매 주입 포트 및 상기 진공 펌핑 포트는 상기 베이스부의 하단에 배치되는,
   저온 생성 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 외부 캡은,
   내부 하단에 배치되는 범퍼부를 포함하는 상부 캡 및 상기 복수의 제1 돌출부와 결속되는 상기 복수의 홈을 포함하는 하부 캡을 포함하고,
   상기 상부 캡의 회전 동작에 의해 상기 범퍼부가 상기 내부 캡을 아래 방향으로 누름으로써 상기 진공 밀폐 공간을 형성하는,
   저온 생성 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 베이스부의 상기 O-링 안쪽에 배치되는 기판
   을 더 포함하고,
   상기 기판에는 센서가 배치되어 진공 상태에서 샘플의 극저온 특성을 측정하도록 구성되는,
   저온 생성 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 기판의 중앙에는 개구부가 형성되고,
   상기 장치는,
   상기 개구부를 통해 노출되며, 냉매 공급 장치로부터 전달되는 극저온을 상기 샘플에 공급하는 제2 돌출부
   를 더 포함하는 저온 생성 장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 기판에 형성된 피드스루를 통해 상기 센서에서 발생되는 전기 신호가 컨트롤러로 전달되도록 구성되며, 상기 기판 주변으로 형성된 상기 O-링에 의해 상기 내부 캡 내 측이 기밀 상태를 유지하도록 구성되는,
   저온 생성 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 홈은 수직 방향 홈 및 수평 방향 홈을 포함하고,
   상기 외부 캡은,
   우선 상기 수직 방향 홈을 통해 하방으로 움직이면서 상기 내부 캡을 누르게 한 후, 상기 수평 방향 홈을 통해 회전 동작 함으로써 상기 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 하는,
   저온 생성 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 수평 방향 홈은 끝단의 하단은 상기 체결 링의 제1 돌출부에 대응하는 곡률을 갖고,
   상기 외부 캡은 상기 수평 방향 홈은 끝단의 하단에 접촉 센서를 포함하고,
   상기 접촉 센서는,
   상기 복수의 제1 돌출부 중 하나가 접촉하면 컨트롤러에 접촉 신호를 전달하고,
   상기 컨트롤러는,
   상기 접촉 신호를 수신하면 냉각 동작을 준비하는,
   저온 생성 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 홈은 상기 외부 캡의 하단을 기준으로 소정의 각도를 갖고 형성된 테이퍼 홈 및 수평 방향 홈을 포함하고,
   상기 외부 캡은,
   우선 상기 테이퍼 홈을 통해 사선 방향 및 하방으로 움직이면서 상기 내부 캡을 누르게 한 후, 상기 수평 방향 홈을 통해 회전 동작 함으로써 상기 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 하는,
   저온 생성 장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홈은 상기 외부 캡의 하단을 기준으로 소정의 각도를 갖고 형성된 테이퍼 홈, 수직 방향 홈, 및 수평 방향 홈을 포함하고,
    상기 외부 캡은,
    우선 상기 테이퍼 홈을 통해 사선 방향 및 하방으로 움직이면서, 상기 외부 캡의 내부 하단에 배치되는 범퍼부가 상기 내부 캡에 닿거나 상기 내부 캡을 적어도 일부 누르게 한 후, 상기 수직 방향 홈을 통해 하방으로 움직이면서 상기 범퍼부가 상기 내부 캡에 완전하게 밀착되게 하며, 상기 수평 방향 홈을 통해 회전 동작 함으로써 상기 내부 캡을 누른 상태를 유지하게 하는,
    저온 생성 장치.