KR102589006B1 - 진공 단열 유리용 저마찰 스페이서 시스템 - Google Patents

진공 단열 유리용 저마찰 스페이서 시스템 Download PDF

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Abstract

단열 글레이징 유닛은 합동 형상을 가지는 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소를 포함한다. 단열 글레이징 유닛은 제 1 유리 요소를 제 2 유리 요소로부터 떨어뜨리기 위해 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소 사이에 배치되는 복수 개의 기다란 스페이서를 더 포함한다. 스페이서들은 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소 중 하나 또는 양자 모두의 표면과 롤링되는 선접촉 상태이며, 각각의 스페이서는 축을 따라 연장된다. 스페이서들은, 스페이서들 각각의 축이 상기 표면 상에 중첩되고 공통 중심을 가지는 가상 원형 라인에 접하도록 표면 상에 배향된다.

Description

진공 단열 유리용 저마찰 스페이서 시스템{LOW-FRICTION SPACER SYSTEM FOR VACUUM INSULATED GLASS}
본 발명은 비워진 글레이징(glazing) 요소용 방법 및 장치에 관한 것이고, 특히 인접한 유리판들 사이에 배치된 스페이서를 포함하는 비워진 글레이징 요소에 관한 것이다.
현존하는 많은 단열 글레이징 요소(예를 들어, 진공-단열 유리 유닛 또는 어셈블리)는 공간에 의해 서로 분리되는 두 개 이상의 유리판을 포함한다. 현존하는 일부 유리 패널 어셈블리는 작은 공간만큼 분리된 유리판들 사이에 위치되는 작은 스페이서를 내장하며, 이러한 공간은 가장 바깥쪽 유리판에 접합되는 스트립으로 둘레 에지를 따라 밀봉되어, 비워진 공간을 둘러싸는 투명 엔빌로프를 형성한다.
유리 패널 어셈블리 전체의 온도차는 어셈블리의 구조에 크게 영향을 미칠 수 있고, 일부 경우에는 어셈블리가 고장나게 할 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 외부 판의 온도는 통상적으로 외기 온도에 접근한다(추위에 노출되면 수축하고, 열에 노출되면 팽창함). 내부 판은 통상적으로 내기 온도(예를 들어, 빌딩 안의 온도)와 일치되는 상대적으로 일정한 온도에 있다. 내부 판에 대한 외부 판의 운동(즉 수축 또는 팽창) 현상은 "차동 판 운동(differential pane movement)"이라고 알려진다.
판들 사이의 공간에 걸친 열전달을 최소화하면서 유리판들 사이의 간극을 유지하기 위해서 스페이서가 사용된다. 종래의 일부 스페이서들은 통상적으로 정사각형 어레이로 위치되는 원통형 금속 필라의 형태를 가지는데, 각각의 필라의 원형 페이스는 각각의 유리판과 반대로 접촉된 상태이다(즉 스페이서는 지지 컬럼(support column)(으로서의 역할을 함). 스페이서는 흔히, 마찰력에 의해 뒤집히는 것을 방지하기 위해서 높이보다 더 큰 직경으로 성형된다. 이러한 스페이서의 경우, 유리판 엔빌로프(즉 판들 사이의 공간)를 비우면(evacuation) 유리판의 각 제곱피트 마다 큰 힘(예를 들어, 2000 파운드의 힘)이 유도된다. 이것은 각각의 필라 페이스 상에 약 50000 psi의 접촉 스트레스로 전환되며, 필라와 판 사이에 큰 정지 마찰력을 생성한다. 또한, 압력이 가해지면 각각의 필라 위로 유리판이 "도밍(doming)"되게 되고, 이것은 퀼트 직물을 떠올리게 하는 패턴을 형성한다.
외기 온도의 변화에 의해 생기는 차동 판 운동이 발생하면, 높은 정지 마찰력은 각각의 필라 위로의 유리의 도밍에 의해 악화되어, 슬립(slippage)이 잘 일어나지 않게 하여 글레이징 유닛이 원치않게 빌딩 안(또는 밖)으로 휘어지게 한다(bow). 필라의 평평한 페이스 위에서 판들이 슬립되면(이러한 운동에 대한 정적 마찰 저항이 극복되는 경우), 큰 잡음과 바람직하지 않은 스크래치도 역시 발생될 수 있다.
다른 스페이서는 구형 형상을 가져서 유리판과 스페이서 사이에 롤링되는 접촉을 제공한다. 그러나, 이러한 구형 스페이서는 그들의 형상과 판들과의 접선 접촉 때문에 매우 작은 점하중(point loading)을 가진다. 이러한 작은 점하중은, 볼링공을 얼어붙은 수영장 표면에 떨어뜨렸을 때 생기는 깨진 얼음 패턴과 유사한, 유리 표면에 있는 압흔에 기인하여 유리에 손상이 생기게 한다. 비록 구형 스페이서의 개수가 증가해서 접촉 스트레스를 압흔에 대한 임계 아래로 낮출 수 있지만, 통상적으로 양이 많아지면 코일 수 있게 되고 구와 유리의 표면에 의해 규정되는 평면 사이의 내재적인 점접촉은 여전히 유리를 손상시킨다.
그러므로, 유리에 압흔이 생기는 위험성을 낮추기 위해서 저마찰 롤링되는 접촉을 충분한 접촉 면적과 결합시키는 스페이서 디자인에 대한 필요성이 증가되어 왔다.
본 발명의 제 1 양태는 낮은 열손실 윈도우를 형성하기 위하여 사용될 수 있는 비워진 단열 유리 유닛이다. 본 발명의 제 2 양태는 낮은 열손실 윈도우용 비워진 단열 유리 유닛을 제작하는 방법이다.
판 크기와 무관하게 차동 판 운동을 진공 글레이징 내에서 거의 마찰이 없이 수용할 수 있는 스페이서의 패턴을 제조하기 위해서, 인접한 유리판과 롤링되는 접촉 하고 니들 베어링과 유사한 방식으로 동작할 수 있는 스페이서를 제작하는 것이 바람직하다. 선택적이기는 하지만, 이러한 롤링 접촉 스페이서가 적어도 하나의 판에 후속 처리와 제조 동작을 견디기에 충분한 접착력으로 부착되고, 심지어는 롤러 스페이서가 정상 사용시의 차동 판 운동 중에 깔끔하고 연마재 쓰레기가 없이 떨어져서 베어링 동작과 간섭을 일으키지 않게 하는 것이 바람직하다. 비용을 고려하면, 다수의 롤러 스페이서는, 유리판의 전체 판은 아니더라도 적어도 일부에 동시에 적용되고 결합되는 것이 바람직하다. 더욱이, 적용되는 동안 롤러 스페이서가 동심원들에 접하도록 스페이서가 배향되어, 차동 판 운동이 가상 원의 공통 중심 주위에서 균일하게 발생할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 단일 스페이서가 정규 패턴으로 글레이징 유닛 내에 배치되는 스페이서 장치로서 상세히 기술된다. 그러나, 정규적이거나 그렇지 않은 다른 패턴들도 사용될 수 있고, 단일 위치에 다수의 스페이서가 사용되어 원하는 기능을 해치지 않으면서 로컬 접촉 스트레스를 감소시킬 수 있다는 것도 쉽게 알 수 있을 것이다. 스페이서 배향이 완벽하게 접하지 않고, 접촉원들(circles of tangency)이 완벽하게 동심이 아니라면 기능이 크게 저하되지 않을 것이라는 것도 역시 쉽게 알 수 있을 것이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 코팅 또는 유리에 생긴 필라에 기인한 스크래치 손상 때문에 발생하는 보증 비용을 없애는 것뿐만 아니라, 글레이징에 대한 비-롤링 필라의 스틱-슬립 잡음도 제거하며, 또한 유연에 따른 에지 밀봉재와 상보적 방식으로 동작하여 외기 온도가 변하는 동안 비워진 글레이징 유닛의 보윙(bowing)을 제거하고, 심지어 상대적인 판 위치를 유지하는 기능이 둘레 밀봉재에 의해서만 이루어지게 하지 않을 롤링 스페이서 디자인을 제공하는 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 단열 글레이징 어셈블리를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 일반적으로 실질적으로 합동인 형상의 적어도 두 개의 유리 요소를 제공하는 단계를 포함한다. 각각의 유리 요소는 두 개의 실질적으로 평면형인 페이스들을 형성한다. 롤링 원통형 스페이서들의 패턴은 각각 여러 동심원 중 하나에 접하거나 거의 접한다. 유리 요소들은 롤링 스페이서에 의해 서로 실질적으로 평행하고 서로 이격되게 위치되어, 내부 공간을 형성한다. 이를 통하여, 각각의 에지가 인접한 유리 요소에 접합된 가요성 밀봉재 스트립이 밀폐되고 비워질 수 있는 내부 공간을 형성한다.
다른 양태에서, 본 발명은 진공 단열 유리의 유리판들 사이에 직접적인 접촉이 일어나지 않게 하는 롤러 베어링 기능을 가지는 스페이서를 생성하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 일반적으로, 롤러 스페이서를 형성하는 방법, 미리 정의된 바람직한 패턴으로 롤러 스페이서를 적어도 하나의 유리판에 배치하는 방법, 및 선택적으로는 상기 롤러 스페이서를 적어도 하나의 판에 부착하는 방법을 포함한다. 큰 비용 감소효과가 있는, 복수의 와이어 스페이서를 한 번에 적용하는 방법이 기술된다.
다른 양태에서, 본 발명은 비워진 단열 글레이징의 물품에 관한 것이다. 이러한 물품은 일반적으로 실질적으로 합동인 형상의 적어도 두 개의 유리 요소를 포함한다. 각각의 유리 요소는 두 개의 실질적으로 평면형인 페이스들을 형성한다. 이러한 요소들은 롤러 스페이서들의 패턴에 의해 이격되어 큰 보윙이 없이 차동 판 운동을 수용한다. 유리 요소들은 롤러 스페이서에 의해 서로 실질적으로 평행하고 서로 이격되에 위치되어, 그 사이에서 연장되는 내부 공간을 형성한다. 밀봉재 스트립이 유리 요소 상에 접합된다. 밀봉재 스트립은 내부 공간을 밀봉한다.
일 실시예에서, 본 발명은 합동 형상을 가지는 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소를 포함하는 단열 글레이징 유닛에 대한 것이다. 단열 글레이징 유닛은 제 1 유리 요소를 제 2 유리 요소로부터 떨어뜨리기 위해 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소 사이에 배치되는 복수 개의 기다란 스페이서를 더 포함한다. 스페이서들은 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소 중 하나 또는 양자 모두의 표면과 롤링되는 선접촉 상태이며, 각각의 스페이서는 제 1 축을 따라 연장된다. 스페이서들은, 스페이서들 각각의 제 1 축이 상기 표면 상에 중첩되고 공통 중심을 가지는 가상 원형 라인에 접하도록 표면 상에 배향된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소를 포함하는 단열 글레이징 어셈블리를 제조하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은, 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소 중 하나 또는 양자 모두의 표면과 롤링되는 선접촉 상태인 스페이서들로써 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소를 서로 이격시키는 단계를 포함한다. 각각의 스페이서는 제 1 축을 따라 연장된다. 이러한 방법은, 스페이서들 각각의 제 1 축이 상기 표면 상에 중첩되고 공통 중심을 가지는 가상 원형 라인에 접하도록 스페이서들을 표면 상에 배향시키는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 합동 형상을 가지는 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소를 포함하는 단열 글레이징 유닛을 제공한다. 단열 글레이징 유닛은 제 1 유리 요소를 제 2 유리 요소로부터 떨어뜨리기 위해 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소 사이에 배치되는 복수 개의 기다란 스페이서를 더 포함한다. 스페이서들 각각은 제 1 축을 따라 연장되고 제 1 축에 수직인 제 2 축을 가진다. 스페이서들 각각의 제 2 축은 대응하는 스페이서의 롤링 방향을 규정한다. 스페이서들은 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소 중 하나 또는 양자 모두의 표면과 롤링되는 선접촉 상태이고, 스페이서들은 스페이서들 중 적어도 하나의 롤링 방향이 스페이서들 중 적어도 하나의 다른 것의 롤링 방향과 달라지도록 표면 상에 배향된다.
본 발명의 다른 양태들은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 첨부 도면을 고려하면 명백해질 것이다.
도 1a 는 본 발명을 채용하고 있으며 유리판의 둘레를 따라 밀봉된 갭에 의해 서로 이격되는 유리판들을 포함하는 비워진 유리 유닛의 에지 뷰(edge view)이다.
도 1b 는 유리판 및 유리판에 결합되고 유리판들 중 적어도 하나의 도심(centroid)에 중심이 위치된 그리드 패턴으로 배치되는 롤링 접촉 스페이서를 도시하는, 도 1 의 비워진 유리 유닛의 평면도이다.
도 2 는 스페이서를 포함하고, 스페이서들이 접하거나 실질적으로 접하게 배향되는 가상의 동심원을 보여주는, 비워진 유리 유닛의 다른 평면도이다.
도 3 은 동일한 방사상 및 환상 증분으로 배치된 롤링 접촉 스페이서들을 포함하는 다른 예시적인 비워진 유리 유닛의 평면도이다.
도 4 는 유리판들 및 유리판들 중 적어도 하나의 도심으로부터 오프셋된 패턴으로 배치된 롤링 접촉 스페이서를 포함하는 다른 예시적인 비워진 유리 유닛의 평면도이다.
도 5 는 궁형(arcuate-shaped) 유리판들 및 유리판들 중 적어도 하나의 도심에 중심이 위치된 패턴으로 배치된 롤링 접촉 스페이서를 포함하는 다른 예시적인 비워진 유리 유닛의 평면도이다.
도 6 은 궁형 유리판들 및 유리판들 중 적어도 하나의 도심으로부터 오프셋된 패턴으로 배치된 롤링 접촉 스페이서를 포함하는 다른 예시적인 비워진 유리 유닛의 평면도이다.
도 7a 는 컬럼의 측면이 유리판들 중 하나와 접촉하는 원통 형상을 가지는 예시적인 스페이서에 의해 생성되는 스트레스 패턴을 예시하는 개략도이다.
도 7b 는 복합 에지(blended edge)가 있고 컬럼의 측면이 유리판들 중 하나와 접촉하는 원통 형상을 가지는 예시적인 스페이서에 의해 생성되는 스트레스 패턴을 예시하는 개략도이다.
도 7c 는 컬럼의 만곡된 측면이 유리판들 중 하나와 접촉하는 만곡된 원통 형상을 가지는 예시적인 스페이서에 의해 생성되는 스트레스 패턴을 예시하는 개략도이다.
도 7d 는 컬럼의 측면이 유리판들 중 하나와 접촉하는 대수형(logarithmic)-원통 형상을 가지는 예시적인 스페이서에 의해 생성되는 스트레스 패턴을 예시하는 개략도이다.
도 8a 는 연속적으로 만곡된 보디에 의해 규정되는 다른 예시적인 스페이서의 평면도이다.
도 8b 는 부분적으로 만곡된 보디에 의해 규정되는 다른 예시적인 스페이서의 평면도이다.
도 9a 는 중공 내부를 포함하는 예시적인 스페이서의 단면도이다.
도 9b 는 충진 재료를 가진 중공 내부를 포함하는 예시적인 스페이서의 단면도이다.
도 10a 는 유리판 상에서의 스페이서의 롤링을 제한하도록 스톱부에 의해 분리되는 대항 회전면을 포함하는 하나의 유리판 및 예시적인 스페이서의 부분 단면도이다.
도 10b 는 유리판 상에서의 스페이서의 롤링을 제한하도록 스톱부에 의해 분리되는 대항 회전면을 포함하는 하나의 유리판 및 다른 예시적인 스페이서의 부분 단면도이다.
도 11 은 유리 유닛 상에 배치된 스페이서들의 쌍을 포함하는, 다른 예시적인 비워진 유리 유닛의 일부의 평면도이다.
본 발명은 구성의 세부 사항에 대한 본 발명의 응용예와 상세한 설명에서 진술되거나 도면에서 도시된 컴포넌트들의 구성으로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 임의의 실시예들이 자세하게 설명되기 전에, 본 발명이 후속하는 상세한 설명에서 진술되거나 후속하는 도면에 표시된 구성요소들의 구성 및 배치의 세부사항에만 적용되는 것으로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예도 구현할 수 있고, 다양한 방법으로 실시되거나 실행될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때, "단열 글레이징 유닛" 및 "유리 패널 어셈블리"이라는 용어들은 동의어이고, 전자기 방사선에 적어도 부분적으로 투명하고, 그들의 평면형 페이스들을 따라 실질적으로 평행하며, 유리판들 사이에서 내부 공간을 형성하도록 밀봉된 둘러싸는 에지들과 실질적으로 합동인 형상인, 적어도 두 개의 유리 부재 또는 유리 요소(설명을 위해서 유리판이라고 불림)로 형성된 윈도우 글레이징 어셈블리를 가리킨다. 내부 공간은, 공기보다 도전성이 적고 몇 가지 구조에서는 점성이 높은 가스로 적어도 부분적으로 충진되거나, 비워질 수 있다(예를 들어, 진공을 이끌어냄으로써).
"차동 판 운동(differential pane movement)"이란, 하나의 판의 온도가 다른 판의 온도에 대해 변할 경우 발생하는, 두 개의 인접한 유리판들 사이의 상대적인 판 운동을 가리킨다. 이것은 또한 기계적 영향 또는 다른 영향(예를 들어, 취급하거나 사용하는 동안에 발생하는 충격)에 의해서도 발생된다.
"밀봉 상태(hermetic)"란 일 피트의 밀봉재 길이당 약 10-8 내지 10-9 표준 입방 센티미터/초("scc/sec") 이하의 헬륨 누설 레이트를 허용하는 밀봉재를 가리킨다.
"고밀봉 상태(highly-hermetic)"란 일 피트의 밀봉재 길이당 약 10-9 scc/sec 이하, 바람직하게는 약 10-11 scc/sec 이하, 그리고 가장 바람직하게는 약 10-12 scc/sec 이하의 헬륨 누설 레이트를 허용하는 밀봉재를 가리킨다.
용어 "가요성" 및 "유연성(compliant)"이란 탄성 성질과 운동을 수용하는 능력을 가지는 구조체를 가리킨다.
용어 "비유연성"이란 "가요성" 또는 "유연성"과 반대로 강성이거나 취성(brittle)을 가지는 구조체를 가리킨다.
마찰 또는 접촉에 대해서 용어 "정적"이 사용되면, 접촉하는 두 표면들이 상대 운동을 경험하지 않는다는 것을 의미한다.
마찰 또는 접촉에 대해서 용어 "동적"이 사용되면, 접촉하는 두 표면들이 상대 운동을 경험한다는 것을 의미한다.
도 1a 및 도 1b 는 비압축성이거나 실질적으로 비압축성인 재료(예를 들어, 합성물, 플라스틱, 유리, 금속, 등)로 제작된 롤링 접촉 스페이서(3)(도 1b)에 의해 이격되는 두 개의 유리 요소(1, 2)를 포함하는 예시적인 비워진 단열 글레이징 유닛을 도시한다. 각각의 스페이서(3)는 크기가 상대적으로 작다(예를 들어, 약 100 마이크론의 직경과 1000 마이크론의 길이임). 글레이징 유닛을 멀리서 바라보면, 스페이서(3)의 크기가 작기 때문에 스페이서(3)가 시각적으로 드러나지 않게 된다(즉 거의 모든 조명 및 배경 조건에서 실질적으로 보이지 않게 됨). 또는, 스페이서(3)는 유리 요소(1 및 2) 중 적어도 하나에 일시적으로 부착될 수 있다. 도 1b 의 실시예에서, 각각의 스페이서(3)는, 스페이서들이 정방형 또는 직사각형 그리드 패턴을 가진 어레이로 배향되도록 인접한 스페이서(3)로부터 등간격으로 위치된다. 각각의 기다란 스페이서의 배향은 랜덤이 아니라, 공통 중심(4)(도 2 에서 유리 요소(1, 2)의 도심과 일치하는 것으로 예시됨)에 대해 직교한다.
도 2 는 예시 글레이징 유닛 상에 중첩되고 롤링 접촉 스페이서들이 이러한 원들에 접한다는 것을 보여주는 일련의 가상 동심원(5)(공통 중심(4)을 가짐)을 도시한다. 이해될 수 있는 것처럼, 스페이서들(3)을 표면에 위치시키는 것은 정확하지 않을 수 있어서, 하나 이상의 스페이서(3)가 공통 중심(4)을 공유하는 하나 이상의 가상 원형 라인(예를 들어, 부분원 또는 전체원)에 대해 거의 접하는 배치로(예를 들어, 1 내지 5 도로 접하거나 원과 교차하는 등) 유리 요소(1, 2)의 표면 상에 배향될 수 있다. 용어 '접한다(tangent)'가 상세한 설명과 청구범위에서 사용되면, 공통 중심(4)을 공유하는 가상 원형 라인에 적어도 거의 또는 근사적으로 접하는 스페이서들(3)을 망라하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 원들의 적어도 일부는 서로 완전히 동심이 아닌 상태로 표면 상에 중첩될 수 있다(즉 원들은 거의 동심일 것임). 예를 들어, 두 개 이상의 원들의 중심점은 본 발명에서 벗어나지 않으면서 짧은 거리(예를 들어, 1 내지 10 인치)만큼 분리될 수 있다. '공통 중심'이라는 용어가 상세한 설명과 청구범위에서 사용되면, 서로 동심이거나 거의 동심인 원형 라인들을 망라하는 것으로 해석되어야 한다. 즉, '공통 중심'이라는 용어는 거의 동심인 원형 라인들의 양자 모두 중심에 의해 둘러싸이는 영역을 가리킬 수 있다(예를 들어, 5 인치만큼 이격된 중심들을 가지는 두 개의 가상 원에 대한 공통 중심은 두 개의 중심들 사이이고 이들에 가까우며 두 개의 중심을 포함하는 영역을 망라할 것이다).
스페이서(3)를 하나 이상의 가상 만곡형 라인에 따라 배치하면, 스페이서들(3)은 상이한 롤링 방향을 가지게 되어 요소들(1, 2)의 미끄러짐이 없이 차동 판 운동을 수용한다. 즉, 각각의 스페이서(3)는 기다란 스페이서(3)를 따라 연장되는 길이 축 또는 제 1 축, 및 제 1 축에 수직으로 배향된(예를 들어 교차하는) 제 2 축을 가진다. 본 발명을 설명하기 위해서, 제 1 축은 스페이서(3)의 단부의 중심을 지나는 직선에 의해 결정되고, 스페이서(3)가 그 중심으로 롤링할 수 있는 축을 규정한다. 이해될 수 있는 것처럼, 제 1 축은 스페이서 보디의 중심부를 통과해서 연장되거나 그렇지 않으면서 스페이서(3)의 반대 단부들을 통해 연장될 수 있다. 제 2 축은 스페이서(3)의 롤링 방향을 규정하고, 스페이서(3)는 스페이서들(3)중 적어도 하나의 롤링 방향이 스페이서들(3) 중 적어도 하나의 다른 것의 롤링 방향과 달라지도록 표면 상에 배향된다.
또한, 스페이서(3)는 유리 요소(1, 2)에 실질적으로 평행하게 배향된 각각의 스페이서(3)의 축을 따라 연장되어, 진공이 유도될 때 보윙 현상을 최소화하거나 제거하면서 유리 요소(1, 2)를 이격된 상태로 균일하게 지지한다. 달리 말하면, 스페이서(3)는 표면과 선접촉하고, 그러면 유리 요소(1, 2)에 인가되는 접촉 스트레스가 감소되고 유닛을 통한 열전달이 감소된다. 스페이서(3)가 롤링 접촉을 하면, 유리 또는 유리 상의 임의의 코팅(예를 들어, 저방사율 코팅)이 긁히는 것이 감소되거나 완전히 방지되는 것도 가능해진다. 스페이서(3)는 정확하고 균일한 직경을 가지는 와이어, 섬유, 또는 다른 필라멘트로 형성되거나 제작될 수 있다. 또한, 스페이서(3)의 길이는 원하는 지지 구조에 따라서 달라질 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 이러한 스페이서들(3)과 상세히 후술되는 스페이서들(3)의 상이한 구성에 의해, 스페이서 배치의 공통 중심에 대한 차동 판 운동(팽창 및 수축)이 생길 수 있다. 즉, 공통점(4)은 가상 원(또는 다른 만곡형 라인)의 공통 중심에 있는 "가상 핀(virtual pin)"이다(즉, 두 개의 요소(1, 2)가 이러한 위치에 핀으로 고정된 것과 같음). 단열 글레이징 유닛은, 적어도 차동 판 운동에 대한 저항성을 제공하기 위해, 공통점(4)의 위치에 대해 팽창 또는 수축이 조절될 수 있도록(즉 팽창 또는 수축은 공통점(4) 중심으로 발생됨) 설계될 수 있다. 스페이서(3)가 이와 같이 배향되면 차동 판 운동에 의해 초래되는 에지 밀봉재 내의 부하 및 스트레스도 역시 제한된다. 도 4 및 도 6 을 참조하면, 공통점(4)은 어디에나 위치될 수 있다- 유리 요소(들)(1, 2)의 중심(도심)과 정렬되거나 중심으로부터 오프셋될 수 있다(요소(1, 2)의 표면에서 표면을 벗어날 수 있음). 또한, 스페이서(3)는 임의의 형상(예를 들어, 도 1b, 도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같은 직사각형, 또는 반원 형상(도 5 를 참조한다)과 같은 비-직사각형, 또는 다른 다각형 또는 만곡된 형상)을 가지는 유리 요소(1, 2)를 분리하기 위하여 사용될 수 있다.
일반적으로, 각각의 스페이서에 가해지는 부하가 하나의 스페이서에서 다른 스페이서에 이르기까지 거의 동일하도록, 스페이서들(3)은 균일한 패턴으로 배치된다. 도 1 내지 도 9b 에 도시된 바와 같이, 스페이서들(3)은 가상 동심원에 접하게 배향되는 롤링 막대에 의해 규정된다.
도 1b 및 도 2 는 직사각형(예를 들어, 정방형) 어레이 또는 그리드 패턴을 가지는 스페이서(3)의 배치를 예시한다. 도 3 은 원형 또는 만곡형 어레이 또는 그리드 패턴을 가지는 스페이서(3)의 배치를 예시한다. 도 2 및 도 3 을 참조하면, 스페이서(3)는 가상 원에 대해 직교하거나 실질적으로 직교하도록 배향된다. 도 2 의 배치에 대한 도 3 의 배치의 주된 차이점은, 도 3 의 스페이서(3)는 균일한 방사상 간극을 가지고, 스페이서들(3)이 주어진 가상 원에 대해 직교하며 실질적으로 동일한 길이의 호들에 의해 분리된다는 것이다. 이러한 패턴에 의해, 패턴을 찾아내는 인간의 눈이 스페이서들을 구별하기가 더 어렵게 하는 의사-무작위 패턴이 얻어진다. 이러한 패턴의 방사상 속성은 X-Y 테이블이 아니라 방사상 암 운동으로 설계되는 자동화된 로봇에 그 쓰임새가 있다.
도 7a 내지 도 7d 는 단열 글레이징 유닛에서 사용될 수 있는 상이한 예시적인 스페이서(3), 및 필라형 또는 컬럼형 스페이서들(3)(즉 단일 축 중심의 상이한 회전 형상)이 스페이서-판 인터페이스에서의 접촉 스트레스 배포 프로파일에 어떻게 영향을 미치는지를 보여준다. 도 7a 는 접촉 스트레스가 스페이서(3)의 각각의 단부에서 최대치를 이루는(spike)(예를 들어, 원통형 니들 베어링과 유사함) 원통형 스페이서(3)를 예시한다. 도 7b 는 원통형 부분과 부드럽게 혼합되는 베벨형(beveled) 또는 챔퍼링된 단부를 가지는 원통형 스페이서를 예시한다; 이러한 형상의 경우, 순수하게 원통형인 스페이서의 첨예한 최대치들이 실질적으로 억제된다. 도 7c 는 만곡된 벽을 가지는 통(barrel)형 스페이서(3)를 도시한다. 이러한 형상은 각각의 단부에서의 첨예한 최대치를 감소시키고(제거할 수도 있음), 피크 스트레스는 중심에 위치된다. 도 7d 는 대수형(logarithmic) 또는 거의-반경형(radiused) 프로파일의 단부를 가지는 실질적으로 원통형인 스페이서(3)를 도시한다. 이러한 형상은 대부분의 스페이서 길이에 걸쳐서 스트레스를 실질적으로 균일하게 분포시키며, 각각의 단부에서 부드럽게 제로로 떨어뜨린다. 도 7d 에 도시된 형상은 다른 예시된 형상보다 유리 요소(1, 2)의 표면에 압흔이 발생할 위험성이 가장 적다.
도 8a 및 도 8b 는 두 개의 비-직선형 스페이서(3)를 도시한다. 도 8a 는 호의 형상을 가지는 롤링 접촉 스페이서(3)를 도시한다. 도 8b 는 휘어진 스페이서(3)를 예시한다(즉 스페이서(3)는 만곡된 부분과 직선 부분을 가짐). 스페이서(3)는 유리 요소(1, 2)에 처음에 연결될 때 호형 또는 구부러진 형상을 가져서 조립 시에 표면을 따라서 스페이서 운동(롤링)이 일어나는 것을 제한할 수 있다. 베어링 압력이 가해지면(예를 들어, 유리 요소(1, 2)가 서로 연결되면), 그리고 차동 판 운동과 결합되면, 비-직선형 스페이서(3)는 펴져서 스페이서(3)의 구름성(rollability)을 용이하게 하고 차동 판 운동에 대한 저항을 최소화할 수 있다.
도 9a 및 도 9b 는 스페이서들(3)이 중공형일 수 있다는 것을 보여준다. 도 9a 는 미충진 중공 스페이서(3)를 도시한다. 도 9b 는 재료(예를 들어, 금속, 유리, 플라스틱, 합성물, 등)로 충진된 중공 스페이서(3)를 도시한다. 일반적으로, 중공 스페이서(3)는 스페이서(3)를 통과하는 열전도율을 감소시킬 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 비-원통형 회전면(surface of revolution)을 가지는 스페이서(3)를 도시하며, 스페이서(3)는 스톱부 또는 돌기(8)에 의해 분리되는 대항 회전면을 가지도록 성형될 수 있다. 도 10a 및 도 10b 의 스페이서(3)는 스페이서(3)의 부분적인 롤링이 가능하게 한다(즉 스톱부(8)가 유리 요소(1, 2)의 표면 중 하나에 접촉할 때까지). 이것은 제작시에, 또는 글레이징 유닛이 차동 판 운동을 경험할 때에, 스페이서(3)의 큰 운동을 제한하는 데에 유용할 수 있다.
도 11 은 실질적으로 비압축성인 재료로 제작된 롤링 접촉 스페이서(3)에 의해 이격되는 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소(1, 2)를 포함하는 비워진 단열 글레이징 유닛의 일부를 도시한다. 두 개의 스페이서들(3)은 베어링 판 부하에 대한 각각의 지정된 위치에서 나란히 배치된다. 유닛 상의 하나 이상의 위치(예를 들어, 참조 번호 9 로 지정된 위치)가 하나의 스페이서(3)만을 가지는 경우, 유리 요소(1, 2)는 잔여 스페이서(3)에 의해 여전히 적절하게 지지된다.
본 발명의 예들이 더 상세히 후술된다.
예 1: 직사각형 진공 유리 유닛의 제작
롤링 접촉 스페이서는 0.15 mm 직경인 해스텔로이(Hastelloy)® 와이어로부터 자동화된 와이어 커터로 1 mm 길이로 절단되고, 자동화된 컴퓨터 수치 제어 머신에 의해 24 인치 x 48 인치 x 1/8 인치 두께의 직사각형 유리판 상에 위치되어 16 mm 바이 16 mm의 그리드 패턴을 형성한다. 각각의 스페이서가 배치된 후에, 한 쌍의 회전 핑거가 스페이서의 판 에지에 대한 위치를 바꾸지 않으면서 그 대칭축이 판 도심과 일치하는 공통 중심을 가지는 가상 원 중 하나에 접하도록 스페이서를 배향한다. 제 1 유리판과 같은 치수를 가지는 제 2 유리판이 정확하게 동일한 배향에서 제 1 유리판 위에 배치되어 양자 모두 판들의 에지가 전체 둘레 주위에서 인접하게 하며, 그리고 제 1 판 위에 놓이고 상기 스페이서들의 어레이에 의해 제 1 판으로부터 이격된다. 두 개의 판들의 에지 사이의 갭은 각각의 유리판의 각각의 에지를 따라 밀봉 상태로(hermetically) 실링된다. 결과적으로 얻어지는 엔빌로프는 유리 페룰(ferrule)을 통해 5×10-4 토르로 비워지고, 동시에 30 분 동안 250℃로 가열되어 내부 수분을 밖으로 빼낸다. 그러면 유리 페룰은 용융되어 닫힘으로써 비워진 진공 유리 유닛의 수명 동안에 진공 상태를 거의 유지한다.
예 2: 성형된 스페이서를 가지는 진공 유리 유닛
성형되고 첨예화된 에지를 가지는 카바이드 디스크의 형상인 롤링 날(rolling blade)을 가지는 자동화된 롤-포밍(roll-forming) 머신(스크류 생산 머신과 유사함)을 이용하여, 0.15 직경인 니티놀(Nitinol) 와이어가, 1.5 mm 길이이고 도 14d 에 도시된 바와 같은 대수형-형상의 단부를 가지는 롤링 접촉 스페이서를 형성하도록 형상이 정해지고(swaged) 절단되는데, 이것은 빈(bin)으로 떨어진다. 이러한 스페이서들은 적합한 엔드 이펙터(end effector) 및 로봇식 비젼을 가진 픽-및-플레이스 로봇에 의해 빈으로부터 꺼내진다. 로봇은 각각의 스페이서의 일단을, 80℃로 유지되고 용해된 진공-정제된 왁스(예를 들어, Apiezon W)로 제어가능하도록 코팅된 표면과 접촉시켜서, 작은 양의 왁스가 수축된 스페이서 단부로 전달되게 한다. 그러면, 로봇은 각각의 스페이서를 18 인치 x 36 인치 x 1/8 인치 두께의 직사각형 유리판 상에 배치하여 18 mm 바이 18 mm 그리드 패턴을 형성한다. 각각의 스페이서를 릴리스하기 전에, 로봇은 이것을 판 도심과 일치하는 공통 중심을 가지는 가상 원들 중 하나에 거의 접하도록 배향한다. 로봇의 엔드 이펙터에 탑재된 핫 와이어 코일이 방사 에너지를 스페이서로 전달하고, 자신의 단부에 있는 왁스-코팅이 액화되고 스페이서와 판 사이에 접착제 메니스커스(meniscus)를 형성하도록 보장한다. 핫 코일이 제거되면, 스페이서의 열은 신속하게 차가운 유리 내로 흘러가서, 왁스를 얼리고 일시적으로 스페이서를 제 위치에 고정한다. 17.5 인치 x 35.5 인치 x 1/8 인치 두께의 치수를 가진 제 2 유리판이 정렬된 도심들과 완벽하게 동일한 배향으로 제 1 유리판 상에 배치되어, 양자 모두 판들의 에지가 전체 둘레에 걸쳐 인접하게 한다. 자신의 하부에 낮은 방사율 코팅을 가지는 제 2 판은 중력에 의해 제 1 판 상에 놓이게 되고, 상기 스페이서의 어레이에 의해 제 1 판으로부터 떨어지도록 이격된다. 그러면, 어셈블리는 후속 제작 동작 중에 유리 및 스페이서 위치를 유지하도록 적절하게 고정된다. 그러면 두 개의 판들의 에지 사이의 갭은 가요성의 립드(ribbed) 금속 호일을 포함하는 유연 실링 시스템으로써 밀봉 방식으로 실링되고, 리본은 거의 실온인 결합 프로세스, 예컨대 초음파 결합을 사용해서 자신의 각각의 유리판에 각각의 에지를 따라서 결합된다. 왁스는 초음파 진동 및 처리의 영향이 있을 때에 스페이서 운동을 방지한다. 결과적으로 얻어지는 엔빌로프는 유리 페룰(ferrule)을 통해 5×10-4 토르로 비워지고, 동시에 30 분 동안 250℃로 가열되어 내부 수분을 밖으로 빼낸다. 비록 왁스가 용해되지만, 각각의 스페이서는 그들이 두 개의 유리판에 작용되는 레지스트 외부 압력에 저항할 때에 제 자리에 묶여 있게 된다. 그러면 유리 페룰은 용융되어 닫힘으로써 비워진 진공 유리 유닛의 수명 동안에 진공 상태를 거의 유지한다. 이러한 유닛을 설치한 직후에, 높은 외부 힘이 가해질 경우의 차동 판 운동은, 롤링 접촉 스페이서가 깔끔하고 연마재 쓰레기가 없이 떨어져서 베어링 동작과 간섭을 일으키지 않게 유도할 것이다. 사실 상, 왁스는 롤링 접촉 상태인 영역에 대한 윤활제로서의 역할을 하여, 유리 표면에 생긴 손상과 저방사율 코팅의 긁힘을 더욱 보호한다.
본 발명이 본 발명의 사상과 특징에서 벗어나지 않으면서 다른 특정 형태를 구현하거나 본 명세서에서 설명되는 실시예들의 조합을 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 특정 실시예들이 예시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상에서 크게 벗어나지 않으면서 다른 변형들이 이루어질 수 있다.
본 발명의 다양한 특징들은 다음 청구항에서 진술된다.

Claims (20)

  1. 단열 글레이징(glazing) 유닛으로서,
    합동 형상을 가지는 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소; 및
    상기 제 1 유리 요소를 상기 제 2 유리 요소로부터 이격시키도록 상기 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소 사이에 배치되는 복수 개의 스페이서들 - 각각의 스페이서는 축을 따라 연장됨 -을 포함하고,
    상기 스페이서들은 상기 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소 중 하나 또는 양자 모두의 표면과 롤링되는 선접촉(rolling, line contact) 상태에 있어서, 스페이서들이 상기 표면과 선접촉하여 그들의 축을 중심으로 롤링되도록 구성되며,
    상기 스페이서들은, 상기 복수 개의 스페이서들 중 적어도 하나의 스페이서의 축이 상기 표면 상에 중첩된 제 1 가상 원형 라인에 접하고, 상기 복수 개의 스페이서들 중 적어도 하나의 다른 스페이서는 상기 제 1 가상 원형 라인 또는 상기 제 1 가상 원형 라인과 공통 중심을 가지는 제 2 가상 원형 라인에 접하도록, 상기 표면 상에 배향되는, 단열 그레이징 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서들은 상기 표면 상에 중첩된 복수 개의 가상 원들을 따라 배치되고, 상기 복수 개의 가상 원들은 상기 제 1 가상 원형 라인을 포함하고 서로 동심인, 단열 그레이징 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수 개의 가상 원들은 공통 중심으로부터 균일한 방사상 간극을 가지는, 단열 그레이징 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수 개의 가상 원들 각각을 따라 배치되는 상기 복수 개의 스페이서들은 실질적으로 동일한 길이의 호들에 의해 분리되는, 단열 그레이징 유닛.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수 개의 가상 원들의 중심은 상기 제 1 유리 요소의 도심(centroid)과 정렬되는, 단열 그레이징 유닛.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수 개의 가상 원의 중심은 상기 제 1 유리 요소의 도심으로부터 오프셋되는, 단열 그레이징 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소의 사이에 공간이 형성되고, 상기 단열 그레이징 유닛은, 상기 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소의 외부 주변부에 결합되어 공간을 밀봉하는 밀봉재(seal)를 더 포함하고, 상기 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소 사이의 상기 공간은 비워지는(evacuated), 단열 그레이징 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 스페이서들 중 적어도 일부 스페이서는 상기 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소 중 적어도 하나에 임시 부착되는, 단열 그레이징 유닛.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 스페이서들 중 적어도 하나의 스페이서는 만곡되거나 챔퍼링된 기둥-형상에 의해 규정되는, 단열 그레이징 유닛.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 스페이서들 중 적어도 하나의 스페이서는 비-원통형 회전면(surface of revolution)을 가지는, 단열 그레이징 유닛.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 스페이서들은 회전면을 가지고, 상기 복수 개의 스페이서들 중 적어도 하나의 스페이서는 상기 표면 상에서의 상기 스페이서의 롤링 운동을 제한하는 스톱부(stop)를 가지는, 단열 그레이징 유닛.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서들 각각의 내부는 중공형인, 단열 그레이징 유닛.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서들 중 적어도 하나는 연장되고, 상기 적어도 하나의 스페이서는 그 연장 방향에서 만곡된, 단열 그레이징 유닛.
  14. 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소를 가지는 단열 글레이징 어셈블리의 제조 방법으로서,
    제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소를 스페이서들로 서로 이격시키는 단계 - 상기 스페이서들은 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소 중 하나 또는 양자 모두의 표면과 롤링되는 선접촉 상태에 있고, 상기 스페이서들 각각은 축을 따라 연장되어, 스페이서들이 상기 표면과 선접촉하여 그들의 축을 중심으로 롤링되도록 구성됨 -; 및
    상기 스페이서들 중 적어도 하나의 스페이서의 축이 상기 표면 상에 중첩된 제 1 가상 원형 라인에 접하고, 상기 스페이서들 중 적어도 하나의 다른 스페이서는 상기 제 1 가상 원형 라인 또는 상기 제 1 가상 원형 라인과 공통 중심을 가지는 제 2 가상 원형 라인에 접하도록, 상기 스페이서들을 상기 표면 상에 배향시키는 단계를 포함하는, 단열 글레이징 어셈블리 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스페이서들을 상기 표면 상에 중첩된 복수 개의 가상 원들을 따라 정렬시키는 단계를 더 포함하고, 상기 원들은 서로 동심인, 단열 글레이징 어셈블리 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수 개의 가상 원들이 공통 중심으로부터 균일한 방사상 간극을 가지도록 상기 스페이서들을 배치하는 단계를 더 포함하는, 단열 글레이징 어셈블리 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    이격된 관계에 있는 상기 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소를 밀봉하는 단계; 및
    상기 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소 사이의 공간을 비우는 단계를 더 포함하는, 단열 글레이징 어셈블리 제조 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 스페이서들 중 적어도 일부를 상기 표면에 임시 부착하는 단계를 더 포함하는, 단열 글레이징 어셈블리 제조 방법.
  19. 단열 글레이징 유닛으로서,
    합동 형상을 가지는 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소; 및
    상기 제 1 유리 요소를 제 2 유리 요소로부터 이격시키도록 상기 제 1 유리 요소와 제 2 유리 요소 사이에 배치되는 복수 개의 기다란 스페이서들 - 상기 복수 개의 스페이서들 각각은 제 1 축을 따라 연장되고 상기 제 1 축에 수직인 제 2 축을 가지며, 상기 복수 개의 스페이서들이 상기 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소 중 하나 또는 양자 모두의 표면과 라인 접촉을 유지하면서 롤링 방향으로 상기 제 1 축을 중심으로 롤링하도록 구성되도록 상기 스페이서들 각각의 제 2 축은 대응하는 스페이서의 롤링 방향을 규정함 -,
    상기 복수 개의 스페이서들은 상기 제 1 유리 요소 및 제 2 유리 요소 중 하나 또는 양자 모두의 표면과 롤링되는 선접촉 상태이며,
    상기 복수 개의 스페이서들은, 상기 복수 개의 스페이서들 중 적어도 하나의 스페이서의 롤링 방향이 상기 복수 개의 스페이서들 중 적어도 하나의 다른 스페이서의 롤링 방향과 다르도록 상기 표면 상에 배향되고,
    상기 복수 개의 스페이서들의 제 2 축들은 공통점을 향해 배향되는, 단열 글레이징 유닛.
  20. 삭제
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