KR100906017B1 - 구조화된 물체를 성형하는 방법 및 장치, 그리고 상기방법에 따라 제조된 물체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면에 세장 구조를 가진 물체를 성형하기 위한 방법과 상기 공정을 이용하여 제조되는 물체와 이런 형태의 물체를 포함하여 구성되는 장치에 관련되며, 이는 이런 형태의 방법을 이용하여 스페이서를 높은 수준의 측면 배치 정밀도로, 대량으로, 그리고 낮은 비용으로 제조할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이러한 목적을 위하여, 표면(13)에서 한 방향으로 세장 구조(2-11, 2A, 11A, 2B)를 가진 예비 형성체를 제공하고, 상기 구조를 갖춘 상기 예비 형성체는 하나 이상의 부위(14)에서 가열되며, 상기 예비 형성체는 적어도 상기 예비 형성체의 일부분이 희망하는 단면 형상 또는 최종적인 단면 형상에 본질적으로 상응하는 단면을 가질 때까지 가열된 상태에서 인발된다. 상기 예비 형성체는 복사선이 재료를 한번 통과하는 동안 그 복사 출력의 절반 이하 만이 흡수되도록 하는 스펙트럼 분포를 가지는 복사선에 의하여 가열된다.

인발, 예비 형성체, 스페이서, 홈, 성형체, 적외선 복사, 단면 형상

Description

구조화된 물체를 성형하는 방법 및 장치, 그리고 상기 방법에 따라 제조된 물체{METHOD AND DEVICE FOR SHAPING A STRUCTURED BODY AND BODY PRODUCED ACCORDING TO SAID METHOD}

본 발명은 그 표면에 특히 함몰부와 같이 세장 구조를 가진 물체를 성형하는 방법과, 그 방법을 이용하여 제조되는 물체와, 그리고 이러한 형태의 물체를 포함하여 구성되는 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 형태의 물체를 성형하는 방법을 수행하는 장치와도 관련된 것이다.

광섬유는 가열된 상태의 섬유 예비 형성체로부터 인발(引拔)되고, 그에 의해서 광 도파관(導波管)에 사용되는 매우 축소된 섬유 단면을 갖게 된다.

마이크로 시스템 기술의 분야에서는 공정이 매우 미세한 구조를 다양한 물질에 도입하는 것을 목표로 한다. 이러한 구조는 보통 펑크티폼(punctiform)또는 선형 돌출 구조 또는 함몰 구조 같은 것들이다. 완성된 구성 요소에서 이러한 구조는 예를 들어 액체 또는 기체의 매우 미세한 유동을 조절하는 통로로 사용된다.

많은 응용품에서 이러한 구조는 전체 구성 요소에 걸쳐 한 방향, 예를 들어 길이 방향으로, 예를 들어 이어진 통로 또는 활모양의 통로의 형태로, 균일하게 형성된다. 이러한 구성 요소에는 예를 들어, 소형화된 열교환기 또는 광섬유를 지정 된 위치로 이동시켜서 그것을 이 위치에서 제자리에 고정시키는 데 사용되는 구성 요소가 있다.

또한, 국제 특허 출원 제 PCT/JP 00/07955호에서는 본질적으로 봉 형상의 렌즈인데 빈 공간을 재인발함으로써 빈 공간의 축소된 단면을 얻는 렌즈의 제조 공정을 개시하고 있다. 위에서 언급된 섬유와 본질적으로 봉 형상의 렌즈는 각각 외면이 둥근데, 이는 이러한 둥근 형상은 표면 장력에 기인하여 점성 재료에 의해 자동적으로 형성될 수 있어서 가열 유리의 성형시에 매우 유리하며, 따라서 상기 섬유와 렌즈의 성형시에 도움이 된다.
독일 특허 공개 공보 제 39 02 988 A1호는 광 도파관 커넥터 용의, 홈이 있는 지지물을 제조하는 공정을 개시하는 데, 여기서 V 홈은 약 90°의 틈새각으로 형성되고, 예비 형성체는 적당하게 가열된 후 원래 직경의 약 1/10의 직경으로 인발된다. 적절하다면 다른 홈들도 제공된다. 그러나 이 공정은 양품률과 달성가능한 공차에 관하여 개선의 필요성이 있다.
프랑스 특허 공개 공보 제 2 788 267 A1호는 유리 스페이서를 제조하는 공정에 관한 것인데, 여기서 희망하는 단면과 유사한 단면을 가진 모(母)유리가 10⁵ dPas 내지 10⁹ dPas 의 점도에서 가열되어 인발되고, 인발된 유리는 잘라서 많은 수의 유리 스페이서로 만든다.
유럽 특허 공개 공보 제 0 929 101 A1호는 백금 층이 있는 유리 요소의 프레스 성형을 위한 스탬프를 개시한다.
독일 특허 공개 공보 제 197 36 732 A1호는 레이저 광선으로 제품을 가공하는 장치 및 공정을 개시한다.
또한 프랑스 특허 제 2 505 472호는 적외선 에너지를 집중시키는 장치를 포함한, 광 섬유를 제조하기 위한 장치를 개시한다.

에칭에 의해 제조되어 온 V 홈이 있는 실리콘 기판은 정확하게 미리 정해진 측면 간격을 실현하기 위해 광 정보통신 기술 분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 상황에서, 측면 배치 정확성이 실리콘의 결정학적 평면에 의해 본질적으로 정의되고 고도로 정확한 사진 석판 인쇄 공정을 사용할 수 있다는 것은 대단히 유리한 것이다. 그러나 하나의 결점은 V 형상 홈의 고정된 각인데, 이는 사진 석판 인쇄 공정 동안 선택적인 에칭률과 실린콘의 결정학적 방향 확정에 의해서 실질적으로 미리 결정된다. 본질적으로 단일 결정 형태인 실리콘 기판과 사진 석판 인쇄 공정의 높은 가격은 저렴한 대량 생산에 대한 중요한 장애물이 된다.

대조적으로, 구조가 있는 예비 형성체가 인발되고 있거나 재인발되고 있을 때 처음에 인발한 것이 크기에 맞춰 변형된 예비 형성체의 구조가 되지 못하고, 그에 따라 많은 적용례에서 예비 형성체의 형상이 인발된 제품에 있어 충분히 정확하게 복제되지 못한다는 문제점이 발생한다. 예를 들어, 영국 특허 공개 공보 제 2 108 483 A호로부터 이러한 형태의 형상 변화는 특히 온도, 예비 형성체의 단면, 인발 시 적용되는 장력, 그리고 예비 형성체 재료의 점탄성에 의존한다는 것이 알려져 있다. 재인발 시에 발생하는 변형은 원래 평면이었던 표면을 오목한 곡면으로 만들고 가장자리를 둥글게 만드는 바늘겨레 변형을 포함한다. 인발 온도가 오목 또는 볼록의 변형 형태에 대해 미치는 영향도 또한 특히, 미국 특허 제 5,721,050호로부터 알려져 있다.

영국 특허 공개 공보 제 2 108 483 A호 에서는 이러한 목적을 위해 형상의 변화가 예비 형성체의 제조 시에 고려되어야 한다는 제안을 하고 있다. 그러나, 형상 변화의 효과는 인발된 부품의 크기 그리고/또는 인발되는 구성 요소에 대한 예비 형성체의 크기의 비에 달려 있으므로, 변형 효과의 상쇄는 특정 척도에서만 정확하게 달성할 수 있다. 따라서 복제 가능한 결과물을 얻기 위해서는 장력과 온도와 같은 다른 요소들이 맞추어 질 것이 또한 요구된다.

본 발명은, 예를 들어 스페이서와 같은 구성 요소를 높은 수준의 측면 배치 정밀도로, 낮은 비용으로, 그리고 대량으로 제조하는 데 사용될 수 있는 저렴한 제조 방법을 제공하려는 목적에 기초하고 있다. 더구나, 본 방법으로 달성할 수 있는 홈 형상과 홈 치수 상의 제한을 가능한 피하려고 하며, 이런 식으로 홈 내에서 크기가 다른 섬유를 사용할 수 있고 동시에 홈 내의 섬유들을 더욱 성공적으로 수용할 수 있도록 한다.

이 목적은 표면에, 예를 들어 함몰부와 같은 세장 구조를 가진 물체를 성형하는 방법에 의해 매우 간단하게 달성되는데, 이 때 예비 형성체는 그 표면에 특히 함몰부와 같은 세장 구조를 가지고, 이러한 구조를 갖춘 상기 예비 형성체는 적어도 하나의 부위에서 또는 적어도 부분적으로 가열되며, 예를 들어 함몰부와 같은 구조를 갖춘 상기 예비 형성체는 적어도 상기 예비 형성체의 일부분이 희망하는 단면 형상 또는 최종 단면 형상에 실질적으로 상응하는 단면 형상을 가질 때까지 가열 상태에서 인발된다.

종래 방식의 가열의 경우에는, 유리는 대개 흡수 또는 대류에 의해 표면에서 가열된다. 이 경우, 체적은 열 전도에 의해 그리고 두드러지게는 짧은 거리를 지난 다음에 다시 흡수되는 장파 적외선 복사에 의해 가열된다. 이러한 작동원리로 인해서 인발 벌브(bulb) 그리고/또는 가열 부위에서 온도 구배가 생긴다. 이것은 점성의 구배와 연관된다. 이로 인해서 가열 부위 그리고/또는 인발 벌브에서 유리의 유동이 불균일해진다.

표면 장력에 부가하여, 이 효과는 예를 들어 영국 특허 공개 공보 제 2 108 483 A호에 기술된 바와 같이 비례하지 않고 반대되는 변형이 생기게 한다. 그러나, 인발되는 재료가 균일하게 가열될 수 있다면 여기에 기술된 효과는 대개 피할 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 목적을 위해서 예비 형성체는 특히 적어도 하나의 적외선 복사기(radiator)와 같은 복사원(源)에 의해서 가열되는데, 이 적외선 복사기는 그 복사열의 작은 부분만이 재료를 통과하는 통로에서 흡수된다. 따라서 이러한 낮은 흡수 수준으로 인해 인발되는 물체의 체적에서 균질한 가열이 가능하다. 가열이 이렇게 균질하므로 온도 구배는 작아지고 따라서 인발 벌브에서 유리의 점 성 구배도 매우 작아져서 유리는 변형이 생기지 않고 균일하게 인발될 수 있다.

물체 표면 부근에서의 광범위한 복사열의 흡수를 막기 위해서는, 특히 유리 또는 글래스-세라믹으로 만들어진 예비 형성체의 경우에, 스펙트럼 출력 밀도의 대다수가 단파 적외선 범위에 있도록 복사선의 스펙트럼 분포를 선택할 수 있다. 대부분의 유리와 글래스-세라믹은 장파 적외선 범위에서 흡수가 우세한 구역을 가진다. 이런 이유로 해서, 예를 들어 가열된 유리 재료 그 자체에서 발산되는 것과 같은 장파 적외선 복사가 재료 속 깊숙히 퍼지지 못하는 것이고 그리고/또는 색깔 온도가 낮은 종래의 가열 수단이 사용될 때 가열되는 재료의 표면에서 과도한 흡수가 일어나는 것이다.

적외선 복사를 이용한 균일 가열에 관해서 공보 번호 DE 299 05 385 U1, DE 199 38 808 A1 그리고 WO 00/56675 인 본 출원인의 이름으로 된 초기의 출원들도 참조해야 할 것이며, 상기 출원들에서 개시된 내용들은 본 발명의 주제 내용에 온전히 포함된다.

물론 복사열의 흡수는 예비 형성체의 재료에 대단히 종속적이다. 따라서 예를 들어 가시 영역에서 재료의 흡수가 충분히 낮다면 이 영역에서 다른 복사원을 사용하는 것도 고려할 수 있다. 어쨌든 그 의도는 가열에 사용되는 복사선이, 복사선이 재료를 한 번 통과하는 동안 많아야 절반의 복사 출력이 흡수되도록 하는 스펙트럼 분포를 가지도록 하는 것이다. 흡수는 예비 형성체의 재료에만 좌우되는 것이 아니고 복사선이 통과하는 재료의 두께에 의해서도 영향을 받기 때문에 이 값은 평균값으로 이해된다. 그러나 인발 방향으로 단면적의 감소로 인해서 이 두께는 인 발 방향으로 가열 부위를 따라 변하고, 더욱이 대응하는 광선의 공간 방향에 의해 영향을 받는다.

단파 적외선 영역을 중심으로 하는 적외선 복사를 가열에 사용하는 것이 특히 바람직하다. 예비 형성체의 재료로 유리하게 사용될 수 있는 많은 유리 또는 글래스-세라믹은 파장 약 2.7 ㎛에서 흡수가 우세한 지점을 가지고, 따라서 이러한 재료의 투과도는 이 값 이하에서 매우 높아진다. 따라서 복사의 스펙트럼 출력 밀도가 주로 이 값 이상이 되는 복사원을 사용하는 것이 유리하다. 이는 예를 들어 그에 대응하는 높은 색온도를 가지는 열 복사선을 내는 복사원으로 실현할 수 있다. 흡수 우세 지점이 2.7 ㎛에 있다면, 그 스펙트럼 출력 밀도가 더 짧은 파장 부분에서 우세해야 한다는 조건은 1500 K 의 색온도로 만족시킬 수 있다. 이 경우, 총 스펙트럼 출력 밀도의 약 51%가 더 짧은 파장 부분에 분포한다. 따라서 예비 형성체 재료의 흡수도는 떨어지고, 색온도가 예를 들어 2000 K 이상으로 훨씬 높다면 재료는 더 균일하게 가열된다. 예를 들어 본 발명의 한 실시예에서는 색온도 약 2400 K 에서 작동될 수 있는 적외선 석영관 복사기를 사용하기 위한 준비가 되어 있다. 색온도 2400 K 에서 빈의 변위 법칙에 따르면 최대 스펙트럼 출력 밀도를 가지는 파장은 1210 ㎚ 이며 이는 2.7 ㎛보다 훨씬 작은 것이다.

더구나, 에너지의 활용도를 개선하기 위해서는 복사원으로부터 가열되는 부위에 직접 쬐어지는 직접 복사만을 이용하는 것은 그리 유리하지 않다. 즉 복사 출 력은 복사 성분이 반사되고 그리고/또는 산란된 후에 가열 부위에 가하여지는 간접 복사 성분도 포함할 수 있다. 흡수되지 않고 가열되는 부위를 이미 통과했던 복사 성분도 이렇게 산란되고 반사되어 다시 재료 쪽으로 향하게 할 수 있으며 그에 의해 가열에 기여할 수 있다. 예비 형성체의 재료가 복사원이 발산하는 복사선에 대해 투과성이 높은 경우라도 이런 방식으로 효율적인 가열을 실현하는 것이 가능하다.

따라서, 본 발명의 방법을 수행하고 그리고/또는 본 발명의 물체를 제조하는 기구는 인발되는 재료를 가열하는 복사원에 더하여 반사하는 요소나 복사선을 산란시키는 재료도 포함하는 것이 유리하다. 예를 들자면 적외선 복사기가 사용된다면 그로부터 나오는 적외선 복사를 흩어지게 반사시키는 쿼잘(Quarzal) 벽 요소를 사용할 수 있다.

예비 형성체의 재료에 의해 흡수되는 복사 출력의 비율이 낮을수록, 예비 형성체의 그 부분은 더 균일하게 가열된다. 그러나 이는 또한 예비 형성체 재료의 가열에 이용가능한, 복사원에서 나오는 총 복사 출력의 비율을 감소시킨다. 예를 들어, 예비 형성체 재료가 균일한 가열이 특히 중요한 경우이거나, 인발 장치가 그에 관련한 반사 특성이 좋은 요소를 구비하여 복사선이 여러 번 예비 형성체로 반사되거나 산란되어 돌아가도록 하되 그 출력 손실은 경미한 정도에 그친다면, 복사원은 그 재료의 1회 통과 시에 30% 미만 또는 심지어 10% 미만의 복사 출력만이 흡수되도록 유리하게 선택할 수 있다.

물론 인발되는 예비 형성체 재료의 가열은, 예를 들어 저항 가열과 같은 추 가적인 가열원에 의해 증대될 수 있다. 이는 예를 들어 상대적으로 차가운 주변 공기에서 표면이 냉각되어서 가열된 재료의 표면에서 온도 구배가 생기는 경우에 유리할 수 있다. 이 경우, 이러한 형태의 추가적인 가열에 의해서 표면에서 발생하는 온도 구배를 상쇄시키는 것이 가능하다.

매우 놀랍게도, 가열과 예비 형성체를 인발하는 작업은 점성 재료의 표면 장력 때문에 함몰부가 기판에서 밀려나도록 만들지는 않는다. 또 다른 놀라운 사실은 그 형상을 본질적으로 잃지 않고 형상에 있어 절대 측면 공차를 가지며 앞서 언급한 축소 배율에 의해 더욱 배치가 개선되면서 10 또는 심지어 100의 배율로 이런 형태의 함몰부의 크기를 축소하는 것이 가능하다는 것이다.

다른 홈 표면에 관하여 홈 표면에서 10분의 1 밀리미터의 측면 공차를 가지는 기판이 10배 배율의 축소 후에는 약 100분의 1 밀리미터의 측면 공차를 가지고, 100배 배율의 축소 후에는 약 1 ㎛의 절대 측면 공차를 가진다.

이로 인해 예비 형성체의 처리에 대해 저렴한 재료를 사용하여 높은 정확성 수준 즉, 양호한 절대 허용 공차값으로 저렴한 성형 공정을 사용할 수 있다. 인발 작업은 상기 공정에 의해 이용 가능하게 된 스페이서의 양품률을 급격하게 증가시키고 그 절대 공차값을 우수하고 정밀도 높은 범위로 바꾸어 준다.

본 발명 방법에 의해 제조할 수 있는 물체는 미소 구조를 가진 유사한 공지 구성 요소에 비교되는 특징들에 의해서도 구별된다. 예를 들어, 에칭으로 구조가 생성된 구성 요소에 비교할 때 본 발명에 의해 만들어질 수 있는 물체 표면의 거칠기는 상당히 감소되거나 또는 채택된 측정법으로는 실질적으로 탐지할 수 없는 정 도이다. 따라서 본 발명에 의해 제조할 수 있는 구성 요소의 광학적, 기계적 특성도 뛰어나다.

본 발명에서 예비 형성체의 인발 또는 재인발 중에 높은 치수 정밀도를 달성할 수 있는 이유는 위에서 언급한 바와 같이 특히 특별히 균일한 가열에 있고, 따라서 기껏해야 근소한 정도의 온도 구배가 가열 부위의 단면을 따라 나타날 뿐이다. 그러므로 특히 그 표면에 세장 구조를 가지고, 예비 형성체가 표면에 한 방향으로 세장 구조를 가지고 있으며, 상기 구조를 갖춘 예비 형성체는 적어도 하나의 부위에서 가열되고, 상기 구조를 갖춘 예비 형성체는 적어도 그 일부분이 희망하는 단면 형상 또는 최종 단면 형상에 실질적으로 상응하는 단면을 가질 때까지 가열된 상태에서 인발되며, 가열된 부분에서 그 단면을 따라 생기는 최대의 온도 차이는 0.5℃ 보다 작다는 사실에 의해 특징지워지는, 물체를 성형하는 방법을 제공하는 것도 또한 본 발명의 범위 이내이다.

온도 구배가 이렇게 작기 때문에, 특히 유리 또는 글래스-세라믹이 인발되는 경우 축소된 크기의 물체에 높은 치수 정밀도로 구조를 복제하는 결과를 달성할 수 있다.

가열 부분의 단면을 따라 최대의 온도 차이가 0.1℃ 보다 작도록 가열을 실시하는 것이 특히 바람직하다.

그러므로 본 발명은 대량 생산에 적합하고, 극도로 높은 수준의 정밀도를 실현하며, 획득한 홈 표면을 선택하는 데 실질적으로 제한이 없는 저렴한 제조 공정을 제공한다.

성형에 있어서의 탁월한 결과로 인해서 특히 측면 스페이서에 대해서 새로운 결합 구조가 실현되며, 이들은 분광계, 광 접속기, 그리고 예를 들어 광신호의 전송에 쓰이는 섬유-고체 상태의 도파관 인터페이스와 같은 광 통신 기술 장치에서의 사용에 매우 적합하다.

예비 형성체는 연삭, 용융점 이상으로 가열되는 프레스 틀 내에서의 열 성형, 블랭크 프레싱 또는 처리되는 표면의 희망하는 형상의 음각을 본질적으로 나타내는 스탬프에 의한 열 스탬핑에 의해서 특히 유리하게 성형된다.

예비 형성체 위에 녹여진 스트랜드(strand)가 돌출 구조를 형성하도록 윤곽이 형성된 스트랜드를 예비 형성체 위에 녹이는 것은 그러한 돌출 구조를 제조하는 데에 특히 적합하다.

재인발에 적당한 점성은 예를 들어, 적정하게는 약 100℃ 에서 2000℃ 의 온도 사이에서 늘여야 할 부분의 온도를 조절함으로써, 그리고 예비 형성체로 사용되는 재료에도 의존하면서 설정된다.

예를 들어 보로플로우트(Borofloat) 유리와 같은 유리에 대해서는 매우 성공적으로 본 발명을 실시하는 것이 가능하였다. 이 경우 보로플로우트 유리에 대해서는 약 850℃에서 인발 작업을 유리하게 수행할 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 예비 형성체는 약 10⁸ dPas 의 점도에서 가열된 상태로 인발되는데, 그 결과 단면 면적의 비율에 근거하여 원래의 형상을 실질적으로 완전히 보유한 채로 단면이 축소되고, 또한 원래 단면 면적의 1/100 영역의 경우와 심지어 원래 단면적의 1/10,000 영역의 경우라도 고도의 치수 정밀도로 물체가 성형된다.

그 길이가 크게 늘어난 인발된 물체는 일정한 길이로 절단되고, 새김눈을 내고 꺾어서 개별적인 물체로 유리하게 분할한다. 다른 유리한 실시예에서는 일정한 길이로 절단되고 그리고/또는 금을 새기고 쪼개어서 개별적인 물체로 분할된 물체는 다른 모듈에 기계적으로 커플링 결합하기 위해 그 위쪽 면을 땅으로 향하게 한다.

본 방법은 특히 열가소성 물질을 포함하는 플라스틱 물체에도 유리하게 적용할 수 있다.

특히 선호되는 실시예에서는 실내 온도의 영역에서 실제적으로 열 팽창이 없는 글래스-세라믹을 사용한다. 이는 특히 분광계용 격자의 제조에 있어서 이런 형태의 분광계의 극도로 안정된 작동이 확보되고 더욱이 높은 수준의 정밀도가 신뢰성 있게 보장된다는 것을 의미한다.

함몰부의 선호되는 형상은 일반적으로 성형체(shaped body)의 길이 방향 축에 본질적으로 평행하게 뻗은 홈들을 포함한다.

첫 번째 선호되는 실시예에서는 홈들은 본질적으로 V 형상의 단면을 포함하고, V 형상의 단면은 마찬가지로 홈의 길이 방향 축에 대하여 경사진 V 형상을 포함하며, 이런 식으로 블레이징이 있는 격자를 제공하는데, 여기서 회절된 빛의 강도는 적어도 1차의 회절에서 증가된다.

본 발명에 따라 성형되는 물체의 대안 실시예에서는 홈이 본질적으로 직사각 형 또는 사다리꼴 단면을 가지고, V 형상 홈 그리고 U 형상 홈의 경우와 마찬가지로 그 홈의 측면 벽의 경사는 본질적으로 희망하는 대로 미리 정해질 수 있는 예비 형성체의 경사각에 상응한다.

도면에서 더 상세하게 도시되지는 않지만, 언더컷을 인발 전에 예비 형성체에 도입할 수 있다면 언더컷이 있는 홈을 실현하는 것도 가능하다. 인발 작업 동안 이러한 홈 형상은 본 공정에 따라 얻어지는 성형체 상에 같은 형상으로 마찬가지로 본질적으로 복제된다.

본 발명의 다른 형태에서는, 예로서 도파관이 홈에 삽입되고 성형체는 이미 정렬된 방식으로 다른 도파관과 높은 정밀도로 연결될 수 있는 광 도파관의 배열을 위한 스페이서로서 기능한다. 이러한 다른 도파관은 고형체의 표면에 사진 석판술의 정밀도로 형성될 것이다. 이런 형태의 고형체로는 송신기, 수신기, 변조기 또는 일반 용어로서 광 통신 기술 시스템의 광 회로가 있다.

다른 대안 실시예에서는 기판과 다른 굴절 지수를 가지는 투과성 있는 재료가 홈으로 삽입되고, 이런 식으로 도파관은 홈 자체에서 유리하게 한정된다.

성형 물체에 예를 들어 유전체 다층 코팅과 같은 반사 코팅이 된다면, 1차 회절에 대한 블레이징에 의해 최적화되는 반사 격자에 높은 정밀도를 부여하는 것이 가능하다.

이런 형태의 코팅이 없다면 격자는 전송 격자로 사용될 수 있고, 이 경우 투과성 있는 기판을 선택하고 격자의 각 표면에 반사를 막는 코팅을 하는 것이 유리하다.

기판에서 전송되는 빛에 대하여 표면에서 형성되는 격자는, 그것의 크기가 적절히 조정된다면, 분포된 브래그(Bragg) 반사를 가진 격자로 사용될 수 있고, 빛은 기판 밖으로 또는 기판 속으로 커플링 연결될 수 있다. 이러한 특징의 커플링 연결 작업은 예를 들어 도료처리된 도파관 증폭기, 특히 드문 토류(土類)로 도료처리된 도파관 증폭기에 있어 상당히 중요하다. 또한, 비 센서의 매우 간단한 실시예에서 빛이 차량의 앞유리 속으로 진입하도록 하고 앞유리를 통해서 일정 투과 거리를 지난 다음 밖으로 되돌아와서 연결되도록 하는 것이 가능하며, 이 경우 차량 앞유리를 때리는 빗방울 때문에 앞유리에서 발생하는 투과 손실을 고도로 정밀하게 측정할 수 있다.

더욱이 한쪽 면 이상에 구조를 가지는 극도로 정교하게 조직된 구성 요소에 대한 상당한 수요가 있다. 마주보는 면에 구조를 가지는 구성 요소는 특히 중요하다. 예로서, 구성 요소의 아랫면에 있는 구조물은 그 저부에 있는 구성 요소를 정렬하는 데에 사용될 수 있다. 복수의 구성 요소가 서로의 위에 쌓아지고 개개의 구성 요소의 정확한 방향 결정이 중요한 경우에 또 다른 일반적인 상황이 발생한다.

이런 형태의 부품을 제조하는 공지된 방법 중 하나는 미소 전자공학 제작기술로부터 알려진 실리콘 사진 석판술 기술을 이용하는 것으로, 이 방법은 마스크 기술에 의해 매우 미세한 구조물을 광학적으로 기판으로 이동시키는 데에 사용되며, 이 매우 미세한 구조물은 그 다음 에칭 공정에서 더 큰 기하학적 구조물로 변환된다. 이 고도로 정밀한 공정은 상당한 비용을 필요로 하며 따라서 저비용으로 제조해야 할 부품을 대량 생산하는 데에는 적합하지 않다. 더욱이, 예를 들어 단결정 형태로 되어 있는 실리콘과 같이 매우 적은 수의 재료만이 이러한 방식으로 처리될 수 있다.

높은 비용도 마찬가지로 이 재료와 관련된다. 높은 비용 뿐만이 아니라, 서로 정교하게 정렬되어 있는, 예를 들어 한 구성 요소의 마주보는 양 면과 같은 구조물은 처리를 위해 오직 한 면만이 접근가능하므로 이러한 공정으로는 제조할 수 없다.

이 공정의 다른 단점은 기초 재료인 실리콘의 격자 평면을 따르는 구조만을 제조할 수 있다는 점이다. 그러므로 가능한 구조물을 선택하는 데에 있어 심각한 제한이 존재한다.

LIGA 공정(LIGA는 독일어 "Lithographie, Galvanoformung und Abformung"의 약자임)이 대량 생산되는 미소 구조물 구성 요소의 제조를 위해 개발되어 왔다. LIGA 공정은 마이크로 미터 이하 범위의 구조물을 가지고 플라스틱, 금속, 세라믹으로 된 3차원 부품을 제조하는 데에 사용될 수 있다. 그러나 LIGA 공정에 대한 마스크의 제조를 위해서는 높은 에너지와, 훌륭한 엑스선 복사가 필요하고 따라서 마스크 노출은 일반적으로 싱크로트론 복사(synchrotron radiation)를 이용하여 복잡한 방법으로 수행해야 하며, 이는 대량 생산에 대한 상당한 비용 요소가 된다. 이 공정은 마찬가지로 석판술의 마스크 제작법을 사용하고 있으므로, 한 면 이상에 서로 정밀하게 정렬된 미소 구조물을 가지는 구성 요소의 제조가 쉽지 않다는 추가적인 문제점이 다시 발생한다.

본 발명에 의하면, 한 쪽 표면 이상에 마이크로 미터 범주의 구조를 가지고, 그 구조가 서로 정밀하게 정렬되는 구성 요소라도 그 제조는 매우 간단한 방법으로 가능하다.

따라서 본 발명은 적어도 물체의 한 방향을 따라 세장 구조를 가진 물체를 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법에서는 시작 물체(starting body)가 제조되고, 이 시작 물체는 적어도 두 개의 면에서 확대된 스케일로 한 방향을 따라 세장 구조를 가지며, 시작 물체는 상기 구조의 가늘고 긴 방향으로 시작 물체에 가해진 힘에 의하여 늘여지고, 예비 형성체 상의 구조는 축소된 스케일로 막대나 띠 상에서 복제된다.

하나 이상의 면에 한 방향으로 세장 구조를 가지는 예비 형성체는 본 발명의 방법을 이용하여 그리고 재인발 공정에 의하여, 축소된 스케일로, 원래의 단면에 상응하는 단면을 가지는 연속된 띠로 변형된다. 그러므로 예비 형성체 상에 존재하던 구조는 소형화된 형상으로 띠나 막대의 표면에 복제된다.

본 발명의 방법은 매우 놀라울 정도로 간단한 방법으로 예비 형성체의 표면에 존재하던 구조의 크기가 축소되도록 할 뿐만 아니라 예비 형성체의 제조 공차도 그에 부합하게 감소되도록 한다. 그러므로, 본 발명의 방법은 고도로 정밀하게 제작되는 미소 구조의 제조에 사용할 수 있다. 더욱이 미소 구조를 한 개 이상의 면에 적용하면 구성 요소의 다양한 면의 구조들이 서로 정밀하게 정렬될 수 있다. 상대적으로 거칠게 구조가 형성된 예비 형성체로부터 재인발된 띠 또는 막대의 모든 면의 구조들을 동시에 제조한다는 것은 예를 들어 하면과 상면에서의 서로에 관한 구조물들의 기하 배치가 매우 작은 공차와 복제할 수 있는 방식으로 제조될 수 있 다는 것을 의미한다. 이것은 지금까지 개시된 공정으로는 불가능한 것이다. 더욱이 본 발명의 방법에 있어서는, 예비 형성체의 비교적 큰 스케일의 기하학적 치수를 조사함으로써 구성 요소를 제조하는 실제 공정을 수행하기 전에도 매우 높은 정밀도로 서로에 관한 구조의 위치를 점검할 수 있다. 예를 들어 예비 형성체가 재인발되는 온도와 인발 속도과 같은 제조 매개 변수를 매우 정확하게 조정함으로써 예비 형성체 단면의 모든 치수를 이런 식으로 제조되는 막대 또는 띠에서 축소된 스케일로 복제할 수 있다.

적어도 두 면이 실질적으로 서로 맞은 편에 놓여 있다면 본 방법의 또 다른 이점이 생긴다. 한 면에 구조가 형성된 예비 형성체를 재인발하면 제조되는 막대나 띠가 자주 부풀거나 구부러지며, 이 경우에 제조되는 막대나 띠의 단면 윤곽에 있어 희망하는 외형과 용납할 수 없는 차이가 생긴다. 이는 시작 형상에서 변형되어야 하는 재료의 비대칭적 분포 때문이며, 이것은 유리 띠가 조절할 수 없게 변형되는 경향을 증대시킨다. 처음 구조가 형성된 면의 실제적으로 맞은 편 면에 구조를 형성시킴으로써 이런 경향을 상쇄시킬 수 있다. 예비 형성체의 적어도 두 개의 실질적으로 맞은 편 면에 구조를 형성시킴으로써 띠가 조절할 수 없게 변형되는 경향을 제거할 수 있다.

힘을 가하여 예비 형성체를 변형시키기 위해서는 시작 물체의 적어도 한 부분을 그 재료가 소성적으로 변형될 수 있는 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 가열된 영역에서는 예비 형성체 재료의 점성이 일반적으로 낮기 때문에, 예비 형성체는 조절할 수 있는 방식으로 그리고 본질적으로 가열된 영역에서 가해진 힘에 의하 여 늘여진다.

또한, 본 발명의 방법에서 예비 형성체는 한쪽 면의 수용 부분에서 쥐어지는 것이 유리하다. 이 경우 예비 형성체를 재인발하는 데에 사용되는 힘은 상기 수용 부분의 반대쪽 끝에 가하는 것이 바람직하다. 또한, 축소된 단면의 스트랜드가 연속적으로 인발될 수 있도록 가열 영역은 공간적으로 고정된 위치에서 지지되고 예비 형성체가 나아가게 하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 방법을 수행하는 그리고/또는 본 발명에 따른 성형체를 제조하는 기구를 제공하는 것도 본 발명의 범위 내이다. 이런 형태의 기구는

- 예비 형성체의 적어도 하나의 부위을 가열하는 데 사용되는 복사원

- 예비 형성체를 일면에서 지지하기 위한 수용부

- 예비 형성체를 인발하기 위한 인발 기구

를 포함하여 구성된다. 이 경우 복사원에서 나오는 복사선은 재료를 한번 통과하는 동안 많아야 절반의 복사 출력이 흡수되도록 하는 스펙트럼 분포를 가진다.

또한 상기 기구는 바람직하게는 예비 형성체를 앞으로 나아가게 하는 장치를 구비한다. 이 장치는 가열된 재료가 인발 기구에 의해 인발 벌브의 반대 면에서 뽑아져 나오는 동안 예비 형성체 재료를 가열 영역 그리고/또는 인발 벌브 쪽으로 공급한다. 이런 방법으로 인발 기구는 본질적으로 일정한 비율로 축소된 단면 치수를 가지는 본 발명에 따른 물체를 예비 형성체로부터 인발한다.

인발 벌브의 온도 분포에 영향을 미칠 수 있는 외부 작용으로 생기는 혼란을 줄이기 위해서 복사원을 가열 머플 속에 배치할 수 있다. 이러한 배치는 예를 들어 가열 부위 표면을 냉각시키는 공기 흐름의 크기를 줄여 준다.

특히 유리 또는 글래스-세라믹 재료로 만든 예비 형성체를 인발하기 위해서는, 복사원은 바람직하게는 유리 또는 글래스-세라믹에서의 흡수를 낮은 수준으로 유지하기 위하여 1,500 K 또는 2,000 K 이상의 색온도를 가지는 열 복사선을 방출할 수 있도록 구성된 적외선 복사기를 적어도 하나 포함하도록 하는 것이 유리하다.

앞서 언급한 바와 같이, 가열시 높은 효율성을 실현하기 위하여 상기 기구는 복사원에서 나오는 복사선을 반사하거나 산란시키는 요소를 적어도 하나 포함하도록 하는 것이 더욱 유리하다.

도 1은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 예비 형성체의 평면도이다.

도 2A와 도 2B는 본 발명의 방법을 수행하는 데 적합한 다른 예비 형성체의 투시도이다.

도 3은 도 4에 도시된 성형체의 평면 B-B를 따라 절개한 단면을 나타내는 도면으로서, 평면 A-A를 따라 절개한 도 1에 도시된 예비 형성체의 단면의 형상에 본질적으로 대응하는 도면이다.

도 4는 인발 작업 동안 성형체로 전이 단계에 있는 예비 형성체를 나타내는 도면이다.

도 5는 인발 작업에 의해서 치수가 크게 축소되고, 성형체를 블레이징 격자 로서 사용하는 데에 적합하게 만드는, 도 3에 비하여 수정된 홈 형상을 가지는 기판의 단면 윤곽으로서 예비 형성체를 인발하여 얻은 것을 나타내는 도면이다.

도 6은 인발 작업에 의해서 치수가 크게 축소되고 그 홈들이 투과성 있는 다른 재료로 채워진 기판의 단면 윤곽으로서 그 예비 형성체를 인발하여 얻은 것을 나타내는 도면이다.

도 7은 V 형상 홈의 에지가 매우 둥근 성형체의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 8은 그 홈이 투과성 있는 다른 재료로 채워져 있는, 도 7에 도시된 성형체의 실시예를 나타내는 도면이다.

도 9는 본질적으로 직사각형, 바람직하게는 정사각형의 홈을 가지고, 적어도 이 홈이 다른 기판으로 덮이는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 10은 홈을 채우고 그러나 도 9에서 보여지는 다른 기판은 없는, 도 7에 도시된 단면 윤곽을 나타내는 도면이다.

도 11은 본질적으로 U 형상의 홈이 있는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 12는 본질적으로 U 형상의 홈이 있고, 그 홈이 투과성 있는 다른 재료로 채워지는, 도 11에 도시된 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 13은 광 도파관이 배열되는 성형체를 나타내는 도면이다.

도 14는 예비 형성체를 인발하여 얻어지고, 그 치수가 인발 작업의 결과 예비 형성체에 비하여 크게 축소되는 구성 요소의 실시예에 있어서의 단면 윤곽을 나 타내는 도면이다.

도 15는 예비 형성체를 인발하여 얻어지는, 사다리꼴의 통로 구조가 있는 구성 요소의 다른 실시예에 있어서의 단면 윤곽을 나타내는 도면이다.

도 16은 맞은 편 면에서 서로를 보완하는 플루트 홈 구조가 있는 구성 요소의 또 다른 실시예에 있어서의 단면 윤곽을 나타내는 도면이다.

도 17은 상면과 하면 뿐만 아니라 측면에도 단축(單軸) 구조를 가지는 구성 요소의 또 다른 실시예에 있어서의 단면 윤곽을 나타내는 도면이다.

도 18은 본 발명에 따라 제조되는 물체의 실제 단면 형상을 측정한 것을 나타내는 도면이다.

도 19는 단파 적외선 복사를 이용하여 본 발명에 따라 인발된 물체와 종래의 저항 가열법에 의해 가열되고 인발된 물체의 평면도(planarity)를 비교한 것을 나타내는 도면이다.

도 20은 물체의 인발 시에 생기는 가능한 변형의 양을 측정하는 기하 측정 변수를 도시하는 도면이다.

도 21은 단파 적외선 복사를 이용하여 인발 벌브를 가열하기 위한 가열 머플을 통과하는 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 설명*

1 : 예비 형성체

2 - 11,

2A - 11A,

52, 54, 56,

58, 60, 62,

64 : 홈, 함몰부, 플루트 구조

2B, 11B : 돌출부

120 : 1의 제1 면

130 : 1의 제2 면

13 : 1의 표면

14 : 1의 가열 부위, 인발 벌브

15 : 성형체

16 : 성형체의 하면

17 : 성형체의 상면

171 - 178 : 위상 전방 벡터

18 : 성형체의 기판

24 : 다른 유리, 다른 재료

25 - 32 : 도파관

33 : 상부 기판 34의 하면

34 : 상부 기판

40, 50 : 표면, 지지 표면

41 - 45 : 통로 구조

46, 47 : 빗면

48 : 폐쇄면

66, 68 : 측면의 홈

70, 72 : 측면의 돌출부

80 : 가열 머플

81 : 80의 하우징

82 : 쿼잘 실린더

83 : 제거 가능한 쿼잘 부품

84 : 적외선 복사기

85 : 냉각관

아래에서는 바람직한 실시예를 기초로 하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 우선 예비 형성체의 평면도를 나타내는 도 1이 참조되며, 예비 형성체는 어느 곳이나 참조 번호 1로 표시되고 그 안에 홈이 형성된다.

홈(2 내지 11)에 더하여, 왼쪽 면에는 도 1에 도시된 바와 같이 예비 형성체를 인발 기구에 올려 놓기 위한 함몰부가 있는데 이는 해당 기술 분야의 당업자에게 알려진 것이고 그림에서 더 상세하게 나타내지는 않는다.

본 발명에 따른 다른 예비 형성체(1)가 도 2에 보여지며, 홈 2와 홈 11은 생략되었다.

도 2는 예비 형성체 1의 또 다른 실시예의 투시도를 나타낸다. V 형상 돌출 형상의 구조(2B와 11B)가 제1 면(120)의 반대편 면(130)에 배열된다. 상기 구조(2B 와 11B)는 각각 플루트 구조(2A와 11A)에 대해 보완적인 단면을 가진다. 아울러, 돌출부(2B와 11B)는 그에 보완적인 플루트 모양의 함몰부(2A, 11A)와 같은 거리 만큼 서로 떨어져서 배치되어 있다. 재인발과 절제 부분들의 분리에 의하여 예비 형성체로부터 얻어지고 일정한 비율로 본질적으로 축소되는 단면을 가지는 구성 요소는 제1 구성 요소의 제1 면과 다른 구성 요소의 제2 면이 서로의 위에서 받치게 되도록 서로 맞물리는 구조(2A와 2B와 11A와 11B)에 의해 쌓여질 수 있는데, 상기 미소 구조물이 서로 맞물려 있다는 사실에 의해 구조물이 뻗어 있는 방향에 대한 횡방향으로 서로에 대한 구성 요소들의 정확한 배치를 달성할 수 있다.

표면 13에 배열되어 있는, 본질적으로 V 형상 윤곽을 가진 홈(3 내지 10)은 예비 형성체(1)를 도시하고 있는 도 2에서 명확하게 볼 수 있다.

이하의 본문은 인발 작업 동안에 적어도 부분적으로 가열된 상태의 예비 형성체를 나타내는 도 4를 참조할 것이고, 간소화를 위해 홈(3 내지 6)을 형성하는 몇 개의 함몰부만이 도시된다.

예비 형성체(1)의 가열 부위(도면 부호 14로 표시된 부위)에서 인발력이 그 자체로 알려져 있는 방식으로 예비 형성체(1)에 작용하며, 이런 식으로 본 방법을 이용하여 제조하려고 하는 물체(15)를 형성하기 위해 화살표 X 방향으로 인발이 수행되면서 예비 형성체(1)를 그 본질적으로 희망하는 단면 형상 그리고/또는 그 최종 단면 형상으로 성형시킨다.

가열은 예를 들어 열 또는 비(非)열 복사, 층류 공기 유동, 또는 가열되어야 할 부위의 주위를 가열 매트로 둘러싸는 방법과 같이 해당 기술분야의 당업자에게 알려진 실질적으로 모든 가열 수단에 의해서 수행할 수 있다. 인발되는 물체의 부피를 균질하게 가열하는 가열 기술을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 예를 들어 단파 적외선 복사 또는 마이크로웨이브를 사용하여 실현할 수 있다. 그러나, 가열은 특히 가열 부위의 단면을 따라서 온도 차이가 0.5 ℃ 미만 또는 심지어 0.1℃ 미만이 되도록 행한다. 이는 단면 구역의 방향을 따라 작거나 무시할 수 있을 정도의 온도 구배만이 존재한다는 것을 의미한다. 따라서 단면 구역내에서의 점성의 차이와 또한 가열 부위(도면 부호 14로 표시된 부위)에서의 이런 형태의 단면 구역의 경계 곡선 그리고/또는 인발 벌브를 따라서 존재하는 표면 장력의 차이는 매우 작다. 이렇게 온도 차이가 작으므로 원래 평면이었던 표면의 원형의 그리고 오목한 변형과 같은 변형을 가능한 한 피할 수 있다.

그러나 가열 부위(도면 부호 14로 표시된 부위)의 단면에 걸쳐 온도가 일정하도록 보장하기 위해서는 대단한 주의를 기울여야 한다. 가열 부위(도면 부호 14로 표시된 부위) 즉, 전체 단면을 따라서 섭씨 0.5 도 를 초과하는 편차, 바람직하게는 섭씨 0.1 도를 초과하는 편차를 피해야 한다.

V 형상 홈을 포함하여 인발 작업에 의해 형성되고, 형상에 관하여는 정확하지만 단면에 관하여는 축소된 예비 형성체(1)의 복제에 대응하는 물체(15)의 두 가지 실시예가 도 3A 및 도 3B에 도시된다.

도 3B에 나타낸 물체는 도 3A에 나타낸 물체와 달리 V 형상 홈(2A, 11A, 3-10)에 더하여, 물체(15)의 기판(18)에 돌출부(2B, 11B)를 가지고 있다.

도 4의 단면 구역 B-B에 따른 단면도와 실질적으로 정확히 일치하는 단면 형상이 도 1의 단면 구역 A-A를 따라 생기며, 이는 변형되지 않은 예비 형성체(1)의 영역에 배열된다.

도 1 및 도 3에 도시되는 예비 형성체(1)는 가열과 인발 작업 전에 연삭, 프레스 틀 내에서의 열 성형, 블랭크 프레싱 또는 처리되어야 할 표면의 희망하는 형상의 음각을 본질적으로 나타내는 스탬프에 의한 열 스탬핑에 의해 그 표면(13)에 성형된다.

또한, 본 발명에서는 예를 들어 사진 석판술 또는 에칭 공정과 같이 해당 기술 분야의 당업자에게 이용 가능한 어떤 다른 성형 공정도 비용 문제 때문에 부적합한 경우가 아니라면 이 성형 작업에 사용할 수 있다.

그 표면이 처리된 다음, 예비 형성체(1)는(도면에는 보여지지 않지만) 인발 기구에 죄어지고, 그 부위(도면 부호 14로 표시된 부위)에서 약 100 ℃ 내지 2,000 ℃ 의 온도로 가열된다.

보로플로우트(borofloat) 유리의 경우 본 공정에 따라 가열되는 부위에 적용되는 온도는 약 850℃이다.

열 처리의 목적은 예비 형성체가 그 가열된 부위에서 약 10⁵ dPas 내지 10¹⁰ dPas 의 범위에 있는 점도를 가지도록 확실히 하기 위해서이다. 이 같은 관계에서 10⁸ dPas 의 점도가 특히 선호된다.

인발 작업 후에 인발된 물체(15)는 그 단면에 걸쳐 천천히 그리고 균일하게 냉각될 수 있고, 따라서 그 물체는 원래의 강도로 복원된다.

특히 선호되는 실시예에서는 성형체를 희망하는 길이로 끊어서 개개의 조각으로 나누기 위해 이하에서는 하면으로 인용되는, 면(16)상에 인발 방향 X에 횡 방향으로 새김눈을 낸다.

또한 상기 개개의 조각이 톱질, 레이저 커팅 또는 다른 적당한 기계적 처리에 의해 형성되도록 하는 것도 본 발명의 범위 이내이다.

상기 분할 과정 후에 분할면에서 거친 표면이 남는다면 이 거칠기는 끝단 면 연삭에 의해 희망하는 잔여 거칠기 값으로 줄일 수 있다. 이런 형태의 연삭 처리는 이 분야에서 숙련된 사람에게 잘 알려진 것이다.

보로플로우트 유리 뿐만 아니라 다른 유리, 특히 석영 유리도 본 발명의 상황에서 사용된다.

다른 특히 선호되는 실시예에서 예비 형성체(1)는 그 범위 내에서 글래스-세라믹이 어떠한 열 팽창도 거의 하지 않는 온도 범위를 가진 글래스-세라믹, 또는 성형 후에 글래스-세라믹으로 변환될 수 있고 그 온도 범위 내에서 이 글래스-세라믹이 어떤 열 팽창도 하지 않는 유리를 포함하여 구성된다.

본 발명의 다른 구성에서는 예비 형성체(1)와 인발된 물체(15)는 가열되었을 때 상기에 기술한 점도 값을 가지는 열가소성 물질을 포함하여 구성된다.

이하의 본문은 도 5를 참조하는데, 도 5에서는 홈(3' 내지 10')이 비대칭적으로 배열되어 있고, 그리고/또는 그 단면이 V 형상이며, 그 V 형상은 물체(15')의 길이 방향 축에 대하여 옆방향으로 경사져 있다.

이는 블레이징 격자로 알려져 있고, 예로서 위상 전방 벡터(171 내지 178)에 의해 도시되는 빛이 반사되고 회절되면서 특정한 회절 차수에 대하여 증가된 빛 강도가 이용 가능하게 되는 격자가 된다. 이러한 목적에 필요한 홈(3' 내지 10')의 측면 벽의 각도는 해당 기술 분야에서 숙련된 사람에게 잘 알려져 있다.

도 5에 도시된 격자는 그 상면(13')에서 반사 금속 또는 유전체 코팅을 갖추며 따라서 상면(13')의 반사도는 크게 증가된다.

본 발명이 전달 격자를 제공하려는 목적이라면, 상면(13')의 반사 층 대신에 성형체(15')의 상면(13')과 하면(16')에 반사 억제 코팅을 입히는 것이 유리하다.

이하의 본문은 도 6을 참조하는데, 도 6은 도 3에서 나타낸, 그러나 채워진 홈(2 내지 11)이 있는 물체(15)를 통하는 단면을 도시한다.

다른 물질, 바람직하게는 성형체(15)의 기판과 다른 굴절 지수를 가지는 유리(24) 또는 플라스틱이 홈(2 내지 11)에 배치된다.

결과로서, 도파관은 홈(2 내지 11) 내에서 한정되는데, 이 도파관은 예를 들어 U 형상 홈(3 내지 10)이 있는 성형체(15)에서 도 13에 나타낸 도파관의 연장으로서 사용되고, 도 6에서 나타낸 성형체(15)가 다른 고체 상태 도파관과 연결된다면 다른 고체 상태 도파관으로 간단하게 변이될 수 있도록 한다.

도 3과 도 6에 도시된 홈에 대한 대안적인 구성에서, 예비 형성체(1)와 성형체(15)가 도 7과 도 8에 나타낸 바와 같이 둥근 에지를 가지도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 구성에서는, U 형상의 홈(2 내지 11)이 안에 형성된 성형체(15)가 도 11, 도 12 및 도 13에 도시된다.

도 12에 나타낸 그림에 따르면 홈(2 내지 11)은 다른 재료(24) 즉, 성형체(15)와 다른 굴절 지수를 가지는 유리로 채워진다.

다른 유리(24)에 대한 대안으로서, 플라스틱 특히 열가소성 물질을 사용하는 것도 가능하다. 이런 형태의 다른 재료가 이미 예비 형성체 안에 사용되었을 수 있으며, 그 재료가 예비 형성체 1과 유사한 열적 특성을 가진다면 그 재료도 인발에 의하여 변형될 수 있다.

다른 재료(24)의 열적 거동이 예비 형성체(1)와 다르다면, 대안으로서, 다른 재료(24)는 가열된 상태로 냉각된 성형체(15) 속으로 주입될 수 있고 또는 플라스틱의 경우에는 다른 재료(24)가 부드러워진 형태로 주입되어 용매 증발, 중합 반응 또는 해당 기술 분야의 숙련자에게 알려진 다른 방법으로 홈(3 내지 10)에 정착될 수 있다.

도 13에서 나타내는 성형체(15)의 단면도에서 U 형상의 홈(3 내지 10) 속에 있는 도파관(25 내지 32)은 홈(3 내지 10)의 측면과 저면에 밀착되어 지지된다.

이에 따라서 홈(3 내지 10)이 치수가 결정된다면, 홈(3 내지 10)의 치수의 높은 정밀도와 광 도파관(25 내지 32)의 탄성 피복의 외부 치수의 높은 정밀도는 적용되는 힘에 대한 어떤 한계값이 신뢰성 있게 초과되지 않음을 의미하므로, 응력이 유발하는 복굴절 손실이 도파관에서 발생하지 않으면서 광 도파관(25 내지 32)에 대한 신뢰성 있는 압입 끼워맞춤을 제공할 수 있다.

형상이 유지되는 정확도를 측정하기 위해서 도 18은 인발된 물체(15)의 형상을 복제한 결과의 측정값을 도시한다.

도 18에 도시된 실시예에서는 단면적의 축소가 1:100인데, 본 발명에 의하면 이 비율은 1:100,000 또는 그 이상에까지 이를 수 있다. 예비 형성체는 형상에 있어서는 뾰족한 끝, 즉 홈의 바닥과 가장 높은 위치에서만 대단히 작은 변화가 있을 뿐이며, 정확하게 V 형상의 단면을 가진다. 형상에 있어서 이러한 변화의 정도는 도 14에 나타낸 보로플로우트 유리에 대해 측정한 곡선으로부터 즉시 명백해진다.

마지막으로 도 9에 도시되는 본 발명의 다른 실시예가 참조되는데, 여기서 본질적으로 직사각형 형상의 홈(2 내지 11)의 내측 벽이 반사된다. 더욱이, 성형체(15)에 배열된 기판(34)의 하면(33)이 반사된다. 그 결과, 홈(2 내지 11)은 광 신호의 전송에 적합한 속이 빈 도파관을 제공한다.

더욱이, 이런 형태의 반사되는 홈(2 내지 11)이 광 도파관을 형성하기 위해 다른 재료(24)로 채워지게 하는 것은 본 발명의 범위 이내이다.

본질적으로 수직의 측면 벽을 가지는 홈이 도 9 내지 도 13에 도시되기는 하지만, 본 발명이 이 특정의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이 측면 벽이 사실상 어떤 희망하는 각도로 배열되도록 하는 것도 본 발명의 범위 이내이고, 그 결과 특히 사다리꼴의 홈 형상도 실현될 수 있다.

다음의 본문은 도 14를 참고할 것인데, 이는 예비 형성체(1)의 인발에 의해 얻어지는, 구성 요소의 실시예 또는 인발 작업의 결과로 그 치수가 예비 형성체에 비교할 때 크게 축소된 성형체(15)의 단면 윤곽을 나타낸다.

이 실시예에서 사다리꼴 단면을 가지는 통로 구조(41 내지 45)는 기판(18)에서 구성 요소(15)의 길이 방향으로 뻗어 있다. 다른 표면의 형상은 복수의 구성 요소가 그것들이 정확하게 함께 맞추어지도록 서로의 위에 배열되는 것을 가능하게 한다. 이러한 배열에서 앞으로 상면으로 인용되는 측면(17)의 표면(40)은 하면(16)의 표면(50)의 위에 놓여지게 되고 아래의 빗면(46)에 접촉하는 빗면(47)에 의해 옆방향의 방향을 확실히 결정할 수 있다. 표면(48)은 아래에 위치한 구성 요소의 통로 구조(41 내지 45)를 패쇄한다.

도 15는 예비 형성체의 인발에 의해 얻어지는, 구성 요소의 다른 실시예 또는 인발 작업의 결과로 그 치수가 예비 형성체에 비교할 때 크게 축소된 성형체(15)의 단면 윤곽을 나타낸다. 이 실시예는 면(17)에 V 형상 구조(2A와 11A)에 더하여 사다리꼴 통로 구조(3 내지 10)가 있다는 것을 제외하고는 도 3B가 나타내는 실시예와 유사한 단면을 가진다. 이 경우, 하면의 돌출부(2B와 11B)는 아래의 동일한 물체(15) 상면의 상응하는 플루트 구조(2A, 11A)와 맞물려지고, 복수의 구성 요소들(15)이 정확하게 서로 맞추어져서 서로의 위에 쌓아질 수 있게 보장한다. 이 경우 다시 한번 사다리꼴 통로 구조(3 내지 10)는 그 위에 위치한 부품(15)의 면(48)에 의해 폐쇄된다.

도 16은 본 발명에 따라 제조되는 구성 요소를 통과하는 단면을 나타낸다. 이 경우 구성 요소의 한 측면상의 V 형상의 플루트 구조(52, 54, 56, 58, 60, 62 그리고 64)는 위에 배열된 동일한 구성 요소의 다른, 본질적으로 맞은 편 면 상의 V 형상의 플루트 구조(3 내지 9)를 보완하여, 쌓아 올려진 구성 요소(15)의 구조(3 내지 9와 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64)는 함께 단면이 다이아몬드 또는 정사각형 형상의 통로를 형성한다. 이 경우도 마찬가지로 돌출부(2B, 11B)와 그에 상응하는 플루트 구조(2A, 11A)로 인해서 구성 요소(15)는 정확하게 맞추어서 쌓을 수 있다.

이하의 본문은 도 17을 참조하는데, 이는 본 발명의 방법을 이용하여 제조된 구성 요소의 또 다른 실시예 또는 성형체(15)의 한 단면을 도시한다. 상면(17)과 하면(16) 이외에 옆면에도 단축의 세장 구조(66, 68, 70, 72)가 갖추어져 있다. 상면의 플루트 구조(3 내지 10)는, 예를 들어 광 도파관의 국부적인 고정에 사용된다. 하면의 구조(2B와 11B)는 나타내지 않았지만 대응하는 홈을 가진 저부 상에서 해당 구성 요소를 매우 정확하게 고정시킬 수 있게 한다. 복수의 이러한 구성 요소들도 마찬가지로 정확하게 맞추어서 구조(2B, 11B와 2A, 2B)가 서로 맞물린 채로 서로의 위에 올릴 수 있다. 구성 요소(15)의 옆면에 있는 단축의 세장 구조는 돌출부(70, 72)와 홈(66, 68)을 나타낸다. 복수의 동일한 구성 요소(15)는 또한 돌출부(70, 72)와 홈(66, 68)에 의해 서로의 옆에 매우 정확하게 배치될 수 있다. 물론 도시된 각진 구조 뿐만 아니라, 벽이 수직하거나 단면이 둥근 형상인 구조를 사용할 수도 있다.

물론, 서로의 위나 옆으로 쌓을 수 있는 것은 본 발명에 따른 동일한 성형체(15)만을 말하는 것은 아니다. 다른 구조의 구성 요소들이라도 그것들이 서로에 대해 정렬시킬 수 있는 보완적인 구조를 가지고 있다면 함께 결합시키는 것이 가능하다.

도 19는 단파 적외선 복사를 이용하여 본 발명에 따라 인발된 물체와 종래의 저항 가열에 의해 가열되어 인발된 물체의 평면도를 비교한 것을 나타낸다. 이 그래프에서 "1100v"와 "1100r"로 표시된 곡선은 각각 구조를 갖춘 전면과 구조를 갖추지 않은 후면에서 종래 방식으로 가열된 물체로부터 측정한 값을 나타낸다. 마찬가지로 "IR2_1552v"로 표시된 곡선은 단파 적외선 복사를 이용한 가열에 의해 인발된 물체의 구조를 갖춘 전면의 평면도를 나타내고, "IR2_1552r"로 표시된 곡선은 이 물체의 후면의 평면도를 나타낸다. 이 물체들의 단면 형상은 도 3A에 나타낸 실시예에서 V 형상 홈(2와 11)이 없는 단면 형상에 본질적으로 대응된다. 측정값은 제조시에 이용되는 인발 방향에 본질적으로 수직인 방향을 따라 측정한 것이고, 따라서 그 값들은 인발 방향에 수직인 단면의 개요를 나타낸다.

두 가지의 측정되는 물체에 대해서는, 보로플로우트 40으로 명명된 보로플로우트 유리로 만들어진 길이 약 0.6 미터의 예비 형성체에 연삭에 의해 V 형상 함몰부 8개가 갖추어진다. 이 예비 형성체의 폭은 48 밀리 미터이고 그 두께는 11.5 밀리 미터이다. 그 면, 홈 또는 함몰부는 치수적으로 5 마이크로 미터 보다 양호한 정밀도를 갖는다.

종래의 가열 방법에 의해 인발되는 물체를 제조하기 위해서 예비 형성체는 바닥 끝단이 종래의 저항 가열 장치를 구비한 가열 머플로 투사되도록 하는 위치에 죄어진다. 그리고 나서 가열 머플은 850℃까지 가열된다. 유리가 무르게 된 후에 그것은 270 밀리 미터/분의 속도로 인발되고 예비 형성체는 3 밀리 미터/분의 속도로 전진된다. 그리고 나서 인발된 제품은 개개의 조각으로 분할되고 측정 탐침을 이용하여 분석된다.

종래의 저항 가열장치가 구비되는 가열 머플 대신에 단파 적외선 복사기 3개가 구비되는 가열 머플을 가열에 사용한다는 것을 제외하고는 본 발명에 따라 제조되는 물체도 위와 같은 방법으로 제조된다. 도 19에서 볼 수 있듯이, 단파 적외선 복사에 의해 인발되는 물체는 종래의 가열방법에 의해 생산되는 물체보다 매우 좋은 치수 정밀도를 가진다. 예를 들어 본 발명에 따라 제조된 물체의 V 형상 홈의 에지는 둥글게 되는 정도가 덜하며, 이는 종래의 방법에 의한 물체와 비교할 때 홈의 깊이가 더 크다는 것으로 나타난다.

물체들의 후면에서 측정된 값은 도 19에서 "1100r"과 "IR2_1552r"로 표시된 곡선이 나타내듯이 본 발명에 따라 제조된 물체가 "도그 보우닝"으로 알려진 원치 않는 효과에 보다 덜 취약하다는 것을 보여준다. 이 효과는 평면의 오목한 변형을 일으키고 따라서 인발될 때 직사각형의 예비 형성체가 개의 뼈와 같은 형상의 단면을 가진 물체를 닮아 가기 시작한다.

다음 표는 양적인 비교를 제공한다; 표시된 "평면도 V홈 최대", "평면도 V홈 최소" 변수는 도 20에서 설명된다. 표에 제시된 편차는 마이크로 미터의 단위이다:

매개 변수	종래의 가열 방식	단파 적외선 가열
전면의 평면도(planarity)	16.31	7.53
후면의 평면도	87.83	24.01
평면도 V 홈 최대	5.29	8.89
평면도 V 홈 최소	4.99	1.97

도 21은 단파 적외선 복사에 의해 가열하기 위한, 인발 벌브를 가열하는 데 쓰이는 가열 머플 또는 도 4에 도시된 가열 부위(도면 부호 14로 표시된 부위)의 본보기 실시예를 나타낸다.

어디서나 80으로 표시되는 가열 머플은 예를 들어 두 개의 반쪽 껍질로 제조될 수 있는 쿼잘 실린더(82)를 포함하여 구성된다. 쿼잘 실린더는 확산 반사기로서, 즉 복사원에서 나오는 복사선을 산란시키거나 반사하는 요소로 작용하여, 제조품 그리고/또는 가열 부위(도면 부호 14로 표시된 부위)를 통과하는 동안 흡수되지 않은 복사선이 다시 제조품으로 반사되어 가열되어야 할 재료를 더 오랜 시간동안 통과할 수 있도록 한다. 물론, 상기 가열 머플이 다른 형태의 반사기를 포함하여 구성되도록 하는 것도 가능하다. 예를 들어 가열 머플은 반사되는 표면을 가질 수 있다.

또한, 가열 머플(80)에는 수냉용의 냉각관(85)을 구비하는 하우징(81)이 있다. 인발되는 물체(15)를 위한 작은 구멍에서 떨어져 있는 머플(80)의 배출구(87)는 예비 형성체의 인발 후에 제거할 수 있는 2개의 쿼잘 부품(83)에 의해 폐쇄될 수 있다. 이는 인발 벌브(14)의 온도 분포에 영향을 주어서 인발체(15)의 원치 않는 변형을 일으킬 수 있는 분열적인 굴뚝 효과를 최소화시킨다.

가열되는 예비 형성체 재료가 그 방출되는 복사선 출력의 적어도 50%에 투과성이 있도록 하는 적외선 복사기(84)가 쿼잘 실린더(82)에 설치되고, 따라서 재료를 한번 통과하는 동안에는 많아야 복사 출력의 50%가 흡수된다. 개별의 복사기(84)는 인발 벌브(14)의 신장된 부분과 온도 분포에 그 목표로 하는 영향이 미치도록 하면서 개별적으로 작동될 수 있다. 유리 또는 글래스-세라믹으로 된 예비 형성체에 대해서는 약 2,400 K의 색온도에서 작동될 수 있는 적외선 석영관 복사기를 사용하는 것이 바람직하고, 이 경우 이런 종류의 예비 형성체 재료는 이러한 성질의 색온도를 가진 열 복사에 대해 흡수도가 낮으므로 특히 균일한 가열을 달성할 수 있다.

도 21에서는 또한, 도시되지는 않지만 복사기를 수용하거나 열전대를 설치하기 위한 구멍이 쿼잘 실린더(82)에 존재할 수 있다. 고온계에 의해 유리 온도를 측정하기 위한 다른 구멍도 쿼잘 실린더(82)에 형성될 수 있다.

열 머플은 바람직하게는 인발 기구의 부분으로서 공간적으로 고정된 위치에 배열된다. 작동시에, 마찬가지로 인발 벌브(14)도 움직이지 않는 가열 머플의 내부 영역의 공간적으로 고정된 위치에 존재하며, 예비 형성체는 인발 속도와 크기 축소율로부터 결정되는 속도로 전진된다.

Claims (47)

1. 물체를 성형하기 위한 방법에 있어서,

   한 방향으로 연장되는 세장 구조(2-11, 2A, 11A, 2B, 11B, 41-48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72)를 가지는 예비 형성체를 물체 표면(13)에 제공하고,

   상기 한 방향으로 연장되는 세장 구조를 갖춘 상기 예비 형성체를 하나 이상의 부위(14)에서 가열하며,

   상기 한 방향으로 연장되는 세장 구조를 갖춘 상기 예비 형성체를 상기 예비 형성체의 일부분 이상이 희망하는 단면 형상 또는 최종적인 단면 형상에 상응하는 단면을 가질 때까지 가열된 상태에서 인발하되,

   상기 예비 형성체는 10⁵ dPas 내지 10¹⁰ dPas 범위의 점도에서 인발하고,

   복사선이 재료를 한 번 통과하는 동안 그 복사 출력의 절반 이하가 흡수되도록 하는 스펙트럼 분포를 가지는 복사선으로 상기 예비 형성체를 가열하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
2. 물체를 성형하기 위한 방법으로서,

   한 방향으로 연장되는 세장 구조(2-11, 2A, 11A, 2B, 11B, 41-48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72)를 가지는 예비 형성체를 물체 표면(13)에 제공하고,

   상기 한 방향으로 연장되는 세장 구조를 갖춘 상기 예비 형성체(1)를 하나 이상의 부위(14)에서 가열하며,

   상기 한 방향으로 연장되는 세장 구조를 갖춘 상기 예비 형성체를 상기 예비 형성체의 일부분 이상이 희망하는 단면 형상 또는 최종적인 단면 형상에 상응하는 단면을 가질 때까지 가열된 상태에서 인발하되,

   상기 예비 형성체는 10⁵ dPas 내지 10¹⁰ dPas 범위에 있는 점도에서 인발하고,

   가열 부위에서 상기 단면을 따라 생기는 최대 온도 차이는 0.5℃ 미만으로 하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
3. 제2항에 있어서, 가열 부위에서 상기 단면을 따라 생기는 최대 온도 차이는 0.1℃ 미만으로 하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 복사 출력은 간접 복사 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 복사선이 상기 재료를 한 번 통과하는 동안 상기 복사 출력의 30% 미만이 흡수되는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 복사선이 상기 재료를 한 번 통과하는 동안 상기 복사 출력의 10% 미만이 흡수되는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 단파 적외선 영역을 중심으로 하는 적외선 복사를 사용하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
8. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기의 가열을 위해서는 색온도가 1,500 K 를 초과하는 열 복사를 사용하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 예비 형성체는 함몰부를 갖추는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
10. 제1항에 있어서, 연삭, 프레스 틀 내부에서의 열 성형, 블랭크 프레싱(blank pressing), 처리되어야 할 표면의 희망하는 형상의 음각을 나타내는 스탬프에 의한 열 스탬핑(hot stamping), 그리고 하나 이상의 윤곽이 형성된 스트랜드(strand)의 용융 중에서 하나 이상의 공정에 의해 상기 예비 형성체의 표면을 성형하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 예비 형성체를 100℃ 내지 2,000℃ 범위의 온도에서 가열된 상태로 인발하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 예비 형성체를 850℃ 의 온도에서 가열된 상태로 인발하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 예비 형성체를 10⁵ dPas 내지 10¹⁰ dPas 범위의 점도에서 가열된 상태로 인발하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 예비 형성체를 10⁸ dPas의 점도에서 가열된 상태로 인발하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 성형체를 새김눈을 긋고 꺾음으로써 개개의 물체로 분할하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
16. 제15항에 있어서, 성형되고 그리고 새김눈을 긋고 꺾음으로써 개개의 물체로 분할된 상기 물체의 표면이 지면을 향하는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
17. 제1항에 있어서, 예비 형성체와 인발체는 유리와 석영 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
18. 제1항에 있어서, 예비 형성체와 인발체는 글래스-세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
19. 제1항에 있어서, 예비 형성체와 인발체는 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
20. 물체의 하나 이상의 방향으로 연장되는 세장 구조(2-11, 2A, 11A, 2B, 11B, 41-48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72)를 가진 물체(15)를 제조하기 위한 제1항에 따른 방법으로서, 예비 형성체(1)가 두 개의 면(120, 130) 이상에서 한 방향으로 연장되는 세장 구조(2-11, 2A, 11A, 2B, 11B, 41-48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72)를 갖추는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
21. 제20항에 있어서, 최소 두 개의 면(120, 130)은 맞은 편의 면인 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
22. 제1항에 있어서, 상기 예비 형성체는 그 단면에 있어서 제조할 물체의 정확하고 확대된 복제품임을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
23. 제1항에 있어서, 가열 부위는 공간적으로 제자리에 고정되어 있고 예비 형성체를 전진시키는 것을 특징으로 하는, 물체의 성형을 위한 방법.
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
38. 삭제
39. 삭제
40. 삭제
41. 삭제
42. 삭제
43. 삭제
44. 삭제
45. 삭제
46. 삭제
47. 삭제

Images