KR100319824B1 - 진공창의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공층이 형성되어 있는 이중 유리창인 진공창의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명 방법에 의하여 제조된 진공창은 두 유리 사이의 간격 즉, 진공층의 두께가 종래 0.1∼0.2mm 보다 큰 0.4∼2mm 인 점에 그 특징이 있으며, 유리 사이의 간격이 넓으므로서 진공 작업시 유리 사이에 잔류하는 공기와 가스 분자의 운동성이 향상되어 진공 작업시 작업 효율이 높고, 진공 형성 후에는 진공층이 두꺼워 열 손실을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 발명 진공창 제조 방법의 공정상 특징은 첫째, 땜납 유리의 증착(增着)을 위한 요홈부를, 두 유리 적층시 하 유리가 되는 유리의 상면 모서리를 따라 모서리에 가능한 한 가까운 곳에 형성시키고, 진공 작업을 위한 진공홀은 에어 제트법으로 형성시키며 둘째, 요홈부에 스크린 방식으로 증착된 땜납 유리를 상하 양 유리 접합전 1차 가열하여 배출 가스를 제거하면서 예비 소성시키고 셋째, 2차 가열에 의한 접합 완료 후 330∼370℃의 진공 온도에서 진공 작업을 실시하며 진공홀의 밀봉은 프리트가 증착된 실캡과 토르실로 2중 밀봉을 한다는 점에 있다.

또한 본 발명 방법에 의한 진공창은 진공홀 가공에 의한 종래의 미세 크랙 발생이 방지되어 진공도 유지 능력이 우수하며, 두 유리 사이에 충분한 진공층이 확보되고, 땜납 유리의 접합 부분이 균일한 형상을 함으로써 열손실을 최소화 할 수 있는 잇점이 있다.

Description

진공창의 제조 방법{Method for manufacturing vaccum glazing and its products}

본 발명은 진공창의 제조 방법에 관한 것으로서, 더 자세하게는 진공창의 진공 형성을 위한 진공홀을 에어 제트(air-zet) 방법으로 형성시키고, 진공창을 구성하는 상호 대향하고 있는 두 장의 유리 사이 간격을 0.4∼2mm정도로 하여 진공층을 충분히 확보하며, 양 유리의 접합은 한쪽 유리의 대향면 상의 모서리와 근접한 부위에 모서리를 따라 형성시킨 에칭(etching) 홈에 땜납 유리를 스크린 방식으로 증착(增着)시킨 후, 그 위에 지지대를 배열하고 1차 가열하여 증착된 땜납 유리를 부분 소성시킨 다음, 지지대 위에 다른 한 장의 유리를 적층하여 2차 가열함으로써 일정한 형상의 접합부를 형성시킨 진공창의 제조 방법에 관한 것이다.

오늘날의 건축물은 건축 기술의 발전과 함께 외관과 건축물 사용에 대한 효율성에 있어서 상당한 진전이 이루어졌으며, 에너지 절감을 위한 다양한 소재가 개발되었으나, 열 손실이 가장 많은 유리창은 적정 수준의 강도가 보장되면서도 건물 외부가 보일 수 있도록 적절한 투명도를 가져야 함에 따라 유리류를 사용해야만 한다는 제약이 따르게 된다.

따라서, 유리창의 단열을 위하여 여러 방법이 개발되었고, 그 중에서 가장 대표적인 방법이 두 장의 유리를 적층한 이중 유리창이며, 이러한 이중 유리창은 양 유리 사이의 간격과 그 간격 사이의 공간을 처리하는 방법에 따라 여러 종류가 있다.

가장 단순한 이중 유리창은 두 장의 유리를 양 유리의 대향면 사이에 일정한 틈이 형성되도록 단순히 접합한 것으로 보통 페어 글라스(pair glass)라 불린다. 이 페어 글라스는 양 유리 사이의 확보된 공간에 잔류하는 공기층을 처음 그대로 유지시킨 것으로서 공기층에 의한 단열성능이 떨어지므로 공기층에 의한 열전달 손실을 방지할 수는 없다.

상기 이중 유리창의 단점을 보완하기 위하여, 유리 사이의 공간에 열전도도가 낮은 아르곤이나 크립톤 가스를 주입한 이중 유리창이 있으나, 이 역시 열 손실을 감소시키는 것에는 한계가 있다.

따라서, 열전도도가 극히 작은 진공 상태를 유리 사이의 공간에 형성시킨 진공 이중 유리창이 개발되었으며, 이때 형성되는 진공도는 10^-6토르 수준으로 이중 유리창의 유리 사이 공간의 가스나 공기의 열 대류와 전도에 의하여 발생되는 열 손실을 거의 완벽하게 방지할 수가 있는 수준이다.

상기 진공 이중 유리창은 전술한 다른 종류의 이중 유리창과 달리, 두 장의 유리 사이에 형성된 진공층과 대기압 간 압력 차이로 인하여 양 유리는 밀착되려고 하기 때문에 양 유리 사이에는 진공층의 간격 유지를 위한 적절한 길이를 갖는 지지대가 다수 배치되며, 지지대의 길이가 곧 진공층의 두께가 되는 것이다.

진공창의 제조는 양 유리 사이 공간의 진공 형성과 양 유리의 모서리를 접합시키는 방법에 기술적 어려움과 특징이 있는데, 미국식의 경우에는 약 500℃의 진공 챔버(chamber) 내에서 레이저를 이용하여 유리의 모서리를 용접하는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 이 방법은 별도의 진공 챔버가 필요할 뿐 아니라 진공 챔버 내에서 모서리 용접 중에 발생하는 산화된 기화 유리가 레이저의 렌즈에 증착(蒸着)되어 레이저의 효율을 떨어뜨리기 때문에 렌즈의 관리가 까다로운 단점이 있다.

그리고, 진공 형성과 접합에 대한 다른 방법으로는 유리의 모서리에 땜납 유리를 바른 후 가열로에서 500℃정도로 가열하여 양 유리를 접합한 다음, 진공 튜브를 사용하여 진공을 형성시키는 방법이 있다.

상기의 두 방법을 비교하여 보면, 진공 챔버를 이용한 미국식 보다는 땜납 유리와 진공 튜브를 이용하는 것이 보다 손쉬운 방법이기는 하지만, 이 방법 역시 다음과 같은 문제점들이 지적되고 있다.

첫째, 진공 이중 유리창의 유리 사이 간격이 보통 0.1∼0.2mm 수준으로서, 양 유리 사이의 간격이 너무 좁아 진공층의 형성 및 그 작업성이 효율적이지 못하다. 즉, 최종적으로는 진공층이 되는 양 유리 사이의 공간이 너무 좁기 때문에 진공 작업전 그 공간에 존재하는 기체 분자들이 여기되지(excited) 못하여 활동적인 분자 활동을 하지 못하는 상태이며, 이는 목표로 하는 진공도 형성에 악영향을 끼치게 된다. 따라서, 진공 작업시 진공 펌프의 과부하를 초래하고 진공 온도를 높이 설정해야 하기 때문에 에너지의 손실을 증가시키게 된다.

둘째, 양 유리의 접합시 양 유리 사이로 함침되는 땜납 유리의 깊이를 제어하기가 어렵다.

양 유리의 접합 과정에 대한 개략 단면도를 도시한 도 1과 같이 두 장의 유리 중에서 다소 면적이 큰 유리(1B) 상면에 지지대(2)를 일정 간격으로 배열한 후, 면적이 작은 유리(1A)를 양 유리의 중심이 일치하도록 지지대(2) 위로 적층하고, 양 유리의 접합에 필요한 겔상의 땜납 유리(3)를 하 유리(1B)의 모서리에 근접한 대향면(1D)상에서 하 유리(1A)의 단면부(1C)와 접하도록 도포한다.

상기와 같이 접합 준비가 완료된 적층 유리를 접합 가열로에 넣고 가열한 후, 냉각시키면 처음 겔상의 땜납 유리(3)가 겔상 →액상 →고상의 변화를 거쳐 양 유리를 접합시키는 고체상의 땜납 유리(3A)가 되는데, 이 과정에서의 문제는 양 유리 사이로 함침되는 땜납 유리의 깊이(3B)를 제어하기가 어렵다는 점인 바, 작업 상황에 따라 상기의 함침 깊이(3B)가 불규칙하게 된다.

그리고, 상기의 상 유리(1A) 모서리 단면을 땜납 유리로 완전히 덮는 경우와 달리, 도 2는 상하 같은 크기의 유리를 사용할 경우이며, 이 경우에도 적층시의 땜납 유리(21)가 접합할 때 고온의 열을 받아 도2의 (나)와 같이 유리 사이로의 함침부(3C)를 일정하게 제어하는 것이 쉽지가 않다. 따라서, 최종 응고 완료된 땜납 유리의 표면적이 증가됨으로써 땜납 유리 접합부를 통한 열손실이 증가될 수 있다.

셋째, 양 유리의 가열 접합시 땜납 유리에서 발생하는 여러 종류의 가스가 양 유리 사이의 공간에 충진되어 접합 완료 후의 진공 작업 효율을 떨어뜨린다.

네째, 양 유리의 접합 전, 진공 형성을 위한 진공홀을 양 유리 중 하나의 유리에 대하여 모서리 가까운 곳에 형성시키는 과정이 있으며, 이 진공홀은 다이어몬드 공구 등을 이용한 드릴링(drilling)으로 형성되기 때문에 진공홀 내주면에는 드릴 공구와 진공홀 내주면 사이의 마찰과 충격에 의한 가공 스트레스(stress)가 잔류하여 미세 크랙 발생을 초래함으로써 진공도를 장시간 유지하지 못 할 수가 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 진공창의 적절한 진공도 유지와 진공 작업의 효율화 및 에너지 손실을 최소화 할 수 있는 양 유리 사이의 최적 진공간격을 새로이 설정하고, 양 유리의 접합에 쓰이는 땜납 유리의 접합부 형상, 특히 함침 깊이를 일정하게 제어할 수 있으며, 땜납 유리에서 발생하는 가스가 양 유리 사이의 공간에 집적되는 양을 최소화 할 수 있는 진공창 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

상기와 함께, 진공홀의 내주면에 잔류하는 가공 스트레스를 줄여 미세 균열 발생을 방지함으로써 진공도를 장시간 유지할 수 있도록 할 수 있는 진공홀의 가공 방법도 함께 제공하고자 한다.

도 1은 상하 유리의 크기가 다른 종래 진공창의 접합부 단면도로서,

(가)는 땜납 유리가 용융 접합되기 전의 단면도이고,

(나)는 땜납 유리가 용융되어 접합된 후의 단면도이다.

도 2는 상하 유리의 크기가 동일한 종래 진공창의 접합부 단면도로서,

(가)는 땜납 유리가 용융·접합되기 전의 단면도이고,

(나)는 땜납 유리가 용융·접합된 후의 단면도이다.

도 3은 본 발명 방법에 의해 하 유리 상면에 땜납 유리가 증착된 상태도로서,

(가)는 사시도이고,

(나)는 땜납 유리 증착부의 부분 단면도이며,

(다)는 땜납 유리 접합부의 부분 단면도이다.

도 4는 본 발명 방법의 공정도이다.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

2. 지지대 3,21,31. 땜납유리

본 발명의 상기 목적은 에어 제트(air-zet) 방법으로 양 유리 사이 공간의 내부 가스 제거를 위한 진공홀을 유리에 형성시키고, 적층 접합시 아래에 위치하게 되는 하 유리의 상면 모서리를 따라 증착 도포된 땜납 유리를 1차 가열함으로써 땜납 유리에 함유된 가스를 유리의 접합전 미리 발생시켜 제거하면서 적절히 소성시킨 후, 다른 한 장의 유리를 유리 사이에 배치되는 간격 유지용 지지대(pillar)를이용하여 하 유리와의 간격이 0.4∼2mm가 되도록 적층한 다음, 다시 가열하여 접합하고 진공층을 형성시킨 후 2중 밀봉하는 방법에 의하여 달성된다.

본 발명 진공창 제조 방법은 도 4의 공정도에서 알 수 있듯이, 저방사(low-ε) 코팅 유리의 절단 및 면치 가공 →요홈부 에칭 →진공홀 가공 →세척 및 건조 →땜납 유리 제조 →땜납 유리 증착(增着) →지지대 설치 및 자연 건조 →1차 가열 →상하 유리 적층 →2차 가열 접합 →냉각 →진공 작업 →세라믹 히터 가열 및 실캡 밀봉 →토르실(torr seal) 밀봉의 단계로 구성되며, 주요 공정에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

상기 본 발명의 진공창 제조 과정을 크게 나누면, 유리에 진공홀을 형성시키고 세정하는 단계와, 접합시의 하 유리 모서리를 따라 상면의 가장자리에 스크린 인쇄방식으로 땜납 유리를 증착시키는 단계와, 땜납 유리가 증착된 유리를 가열로에서 1차 가열하여 부분 소성시키는 단계와, 적층된 이중 유리를 가열로에서 일정 시간 다시 가열하여 양 유리를 접합시키는 단계와, 접합이 완료된 이중 유리를 가열로에서 적절한 진공 온도까지 냉각하는 단계와, 진공 온도에서 진공 펌프를 사용하여 진공홀로부터 내부 가스를 뽑아 이중 유리의 진공층을 형성시키고 형성된 진공압을 유지하는 단계와, 세라믹 히터를 이용하여 프리트(frit)가 증착된 실캡(seal cap)과 토르실로 진공홀을 이중 밀봉시키는 단계로 나눌 수 있다.

상기 본 발명 진공창의 제조 방법의 상기 단계별 기술적 구성과 구체적인 작용 효과에 때한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면과 공정도를 참조한 아래의 설명에 의하여 명확하게 이해될 것이다.

첫 공정인 진공홀 형성과 세정 단계에서 진공홀은 홀 주변과 내주면에 미세 크랙이 발생하지 않도록 에어 제트 머신으로 형성시키며, 진공홀 가공시 유리에 부착되는 이물질과 세척액의 제거와 진공홀 가공에 의한 잔류 스트레스를 해소시키기 위하여 증류수 및 유리 세정제로 세척한 후 드라이 오븐 속에서 120℃정도로 일정 시간 가열해 준다.

접합시 하층에 위치하는 하 유리의 상면 모서리를 따라 땜납 유리를 증착시키는 단계는 스크린 인쇄 방법을 이용하여 도3과 같이 모서리에 가능한 한 가깝게 땝납을 증착한다. 이때, 하 유리의 상면에는 상기 진공홀 형성 전 땜납 유리(31)가 증착될 요홈부(32)가 에칭(etching)되어 있으며, 그 요홈부(32)를 따라 땜납 유리를 증착시키는 것이다.

상기의 요홈부(32)는 진공창의 열손실을 최소화하기 위하여 최대한 모서리에 까깝게 형성시켜 주며, 그 폭(32A)은 10mm 이하, 깊이(32B)는 1mm 이하로 한다. 상기의 요홈부(32)는 땜납 유리가 접합 과정에서 두 유리 사이로 깊이 함침되는 것을 방지하고 접합부의 형상을 균일하도록 하기 위한 것으로서, 상기의 크기보다 크게되면 요홈부 유리의 강도가 저하될 수가 있다.

땜납 유리가 증착된 하 유리의 1차 가열 단계는, 가열시 겔상의 땜납 유리에서 발생하는 가스를 양 유리의 접합 전에 미리 방출시켜 추후 진공 형성 작업을 효율적으로 하기 위한 과정으로서, 350℃정도로 가열하여 일정 시간 동안 유지하는 것이 바람직 하다.

상 유리를 적층하는 단계는 1차 가열이 완료된 하 유리의 상면에 양 유리간간격을 0.4∼2mm로 유지시켜 주는 역할을 하기 위하여 적절히 배치된 다수의 지지대 위에 상 유리를 하 유리와 중심이 일치하도록 적층하는 단계로서, 양 유리간 간격이 상기 거리를 유지하도록 지지대를 선정하는 것이 중요하며, 지지대는 원통형 또는 각기둥으로서 지지대를 통한 열전달을 최소화 하기 위하여 단면적은 1mm²를 초과하지 않도록 한다.

양 유리 사이의 간격이 0.4mm 미만일 경우에는 양 유리의 접합 후, 그 공간에 잔류하는 가스나 공기의 여기 상태가 충분치 못하여 진공 작업의 효율성이 떨어지고, 2mm를 초과하면 진공압에 대항하여 양 유리를 지지하는 지지대의 직경이 커지게 되고, 그 배치 숫자도 많아지게 됨으로써 진공창을 통한 가시율이 저하될 뿐 아니라 지지대를 통한 열 손실도 증가하게 된다.

양 유리를 접합시키는 단계는 적층이 완료된 적층 유리를 가열로 속에서 430∼470℃ 범위로 가열 유지함으로써 증착된 땜납 유리를 용융시켜서 양 유리를 완전히 접합시키는 단계이다.

상기의 접합 온도에서 진공 온도까지 냉각하는 단계는 땜납 유리의 냉각과 함께 양 유리 사이의 공간에 잔류하는 가스나 공기 분자들의 활동성을 유지하여 진공 작업을 효율적으로 할 수 있는 330∼370℃ 정도까지 냉각시키는 단계이다. 즉, 진공 온도란 330∼370℃ 범위의 온도를 뜻한다.

진공압을 유지하는 단계는 접합이 완료된 이중 유리를 상기의 진공 온도에서 유지시키면서 진공 펌프로를 이용하여 진공홀을 통하여 유리 사이에 잔류하는 가스및 공기를 제거하는 과정이다.

끝으로, 진공홀을 밀봉하는 단계는, 진공 작업 완료 후 진공홀에 수직 대향하여 위치하는 실린더의 단부에 안착된 세라믹 히터를 이용하여 프리트가 증착된 실캡으로 진공홀을 1차 밀봉하고, 그 실캡 부위를 토르 실로서 2차 밀봉시켜 진공홀을 통한 진공도 저하를 방지해주는 단계이다.

상기의 프리트는 땜납 유리와 동일한 재질로서 350℃정도의 온도에서 용융이 시작됨과 동시에 자체에 함유된 가스를 방출하며, 430∼470℃ 정도에서 완전 용융점을 갖고 열전도가 가능한 한 낮은 연질 재료를 사용하는 것이 효과적이다.

상기와 같은 본 발명 방법에 의하여 제조된 진공창은 진공층의 간격을 종래보다 확대함으로서, 진공 작업 효율을 높이고 진공 펌프의 과부하를 감소시켜 진공 펌프의 수명을 연장하여 줄 뿐 아니라, 종래 진공창보다 확대된 진공층은 열 손실을 감소시켜 준다.

그리고, 하 유리에 형성시킨 땜납 유리 증착 위치 즉, 요홈부인 에칭홈은 땜납 유리의 접합 상태를 균일하게 형성시켜 불필요한 표면적 확대에 따른 땜납 유리에 의한 열 전달 면적을 감소시켜 주는 효과가 있다.

또한, 땜납 유리를 2차에 걸쳐 가열함으로서 최종 유리의 접합시 땜납 유리에서 발생하는 가스의 양을 줄여 주고, 이 역시 진공 형성을 효율적으로 형성시키는 역할을 함에 따라 진공창의 단열 효과를 향상시켜 주는 잇점이 있다.

Claims (3)

1. 상·하 유리 사이에 지지대가 개재되고 내부가 진공 상태로 유지되는 진공창의 제조 방법에 있어서, 상·하 유리의 절단 및 면치 가공을 하는 단계와, 하 유리의 상면 모서리부를 따라 에칭을 하여 요홈부를 형성시키는 단계와, 상·하 유리 적어도 어느 한 쪽에 에어 제트법으로 진공홀을 형성시키는 단계와, 상기 하 유리의 에칭된 요홈부에 스크린 방식으로 땜납 유리를 증착시키는 단계와, 땜납 유리가 증착된 하 유리를 1차 가열하여 땜납 유리 중의 가스 성분을 제거하는 단계와, 하유리 상면에 지지대가 개재된 상태로 상유리를 적층하는 단계와, 상기 상·하 유리 적층체를 2차 가열하여 접합시키는 단계와, 상기 진공홀을 통하여 공기와 가스를 제거하여 상·하 유리 사이의 공간을 진공 상태가 되도록 하는 단계 및 진공홀을 밀봉시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 진공창의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 하 유리에는 땝납 증착을 위한 요홈부가 폭 10mm 이하, 깊이 1mm 이하의 크기로 모서리를 따라 모서리 부근에 에칭되어 형성됨을 특징으로 하는 진공창 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서, 땜납 유리를 요홈부에 스크린 방식으로 증착시킨 후, 증착된 땜납 유리를 1차 가열하여 땜납 유리로부터 배출되는 가스를 1차 제거한 다음, 상 유리를 적층하여 430∼470℃의 온도로 2차 가열하여 두 유리를 접합시킴을 특징으로 하는 진공창 제조 방법.