KR101378128B1

KR101378128B1 - 석영 유리 샌드위치 패널 제조 방법

Info

Publication number: KR101378128B1
Application number: KR1020130001488A
Authority: KR
Inventors: 오정근; 김진만
Original assignee: 주식회사 금강쿼츠
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2014-03-26

Abstract

패널의 합착 경계면에서 발생하는 불량을 최소화하는 석영 유리 샌드위치 패널의 제조 방법이 개시된다. 본 발명은 두 투명 패널 사이에 상기 투명 패널에 비해 작은 크기를 갖는 불투명 패널을 수납하고 압착하는 단계; 상기 패널의 압착 상태에서, 상기 두 투명 패널의 외주를 따라 상기 두 투명 패널 사이의 간극을 실링하고 상기 외주를 따른 최소한 일부에 상기 패널 내부의 공기를 배기하기 위한 배기구를 제공하는 단계; 상기 통기구를 통해 배기하면서 상기 두 투명 패널의 외면을 가열하여 상기 투명 패널과 상기 불투명 패널을 접합하는 단계; 및 상기 접합된 패널의 외주를 따라 커팅하는 단계를 포함하는 석영 유리 샌드위치 패널의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 샌드위치 패널의 제조 공정이 간단하고 별다른 가공 공정 없이도 패널의 사용 면적을 증대시킬 수 있게 된다.

Description

석영 유리 샌드위치 패널 제조 방법 {Manufacturing Methods for Sandwich Quartz Glass Panel}

본 발명은 투명 석영 유리 패널 및 불투명 석영유리 패널로 이루어진 샌드위치 패널의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패널의 합착 경계면에서 발생하는 불량을 최소화하는 석영유리 샌드위치 패널의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 공정 또는 장치에서 사용되는 석영 유리는 통상 고순도 및 고 내열성을 갖는 투명 석영 유리(CFQ)를 주로 사용한다. 그러나, 일부의 응용에 있어서 광 또는 열을 차단하는 차폐 재료가 사용될 필요가 있는데, 이 때에는 불투명 석영 유리(OPQ)가 사용된다.

불투명 석영 유리에서는 통상 투광성을 낮추기 위해 유리 내부에 미세한 기포를 형성하는데, 이러한 기포의 존재로 인해 불투명 석영 유리는 내화학성이 취약하다. 예컨대, 반도체 공정에서 에칭(etching) 등에 의해 불투명 석영 유리가 식각되어 발생한 미세 입자(particle)는 반도체 재료의 오염원이 될 수 있고, 또한 기포 내에 함유된 이물질이 반도체 공정에 영향을 미칠 수 있다.

이에 따라, 불투명 석영 유리가 갖는 열차폐 특성을 유지하면서 취약한 내화학성을 보완하기 위하여 샌드위치 형태의 석영 유리 패널이 사용되어 오고 있다.

일본공개특허공보 제2004-91314호는 투명 석영 유리층의 중간에 불투명 석영 유리 층을 개재시킨 다층 구조의 석영 유리 패널을 제안한 바 있고, 한국특허공개공보 제2009-77255호는 복수의 이종 또는 동종의 석영 유리를 지그 상에 적층하여 석영 유리 패널을 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법에 따르면 석영 유리판과 지그에 홀을 형성하고 상기 홀에 진공 수단을 연결한 후 적층된 석영 유리판을 밀착시키고, 가스 토오치 또는 버너 화염을 이용하여 상기 적층된 석영 유리를 부착시킨다.

그러나, 이 방법에 따르면 적층된 최소한 일부의 석영 유리판에 홀을 형성하여야 하므로, 가공 작업으로 인해 제조 공정이 복잡하고, 최종 제품에 형성된 홀로 인해 제품의 사용 가능 면적이 작아 적용이 어렵다는 문제점이 있다.

일본공개특허 제2004-91314호 한국공개특허 제2009-0077255호

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 제조 공정이 간단하고 샌드위치 석영 유리 패널의 제조 방법을 제공하는 것으로 목적으로 한다.

또한 본 발명은 별다른 가공 공정 없이 패널의 사용 면적을 증대시킬 수 있는 샌드위치 석영 유리 패널의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 두 투명 석영 유리 패널 사이에 상기 투명 석영 유리 패널에 비해 작은 크기를 갖는 불투명 석영 유리 패널을 수납하고 압착하는 단계; 상기 패널들의 압착 상태에서, 상기 두 투명 석영 유리 패널의 외주를 따라 상기 두 투명 석영 유리 패널 사이의 간극을 실링하고 상기 외주를 따른 최소한 일부에 내부의 공기를 배기하기 위한 배기구를 제공하는 단계; 상기 통기구를 통해 배기하면서 상기 두 투명 석영 유리 패널의 외면을 가열하여 상기 투명 석영 유리 패널과 상기 불투명 석영 유리 패널을 접합하는 단계; 및 상기 접합된 패널의 외주를 따라 커팅하는 단계를 포함하는 석영 유리 샌드위치 패널의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 상기 압착 단계 및 상기 실링 단계 사이에, 상기 두 투명 석영 유리 패널의 외주를 따라 가열하여 상기 두 투명 석영 패널의 간극을 좁히는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 상기 실링 단계에서 사용되는 실링재는 석영 유리 인 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 접합 단계는 토오치로 상기 투명 석영 유리 패널의 외면을 지그재그로 가열하여 수행되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 커팅 단계는 커팅면에 상기 불투명 석영 유리 패널이 노출되도록 절단선을 선정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 배기구는 석영 유리 배기 파이프에 의해 구현될 수 있다.

본 발명에 따르면, 샌드위치 패널의 제조 공정이 간단하고 별다른 가공 공정 없이도 패널의 사용 면적을 증대시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 두 투명 석영 유리 패널 사이에 불투명 석영 유리 패널이 수납된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 투명 패널의 외주에 만곡부를 형성하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 실링재가 투명 패널 사이의 간극을 실링하는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 실링이 완료된 합착 패널을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 합착 패널의 접합을 위한 장치 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 합착 패널을 접합하는 과정을 패널의 측면에서 바라 본 모식도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 접합이 완료된 합착 패널의 정면도를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 커팅이 완료된 패널의 단면을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 측면에 투명 석영층을 구비하는 샌드위치 패널의 단면을 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 샌드위치 패널의 평면 및 측면 사진이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 투명 석영 유리 패널(10a, 10b) 사이에 불투명 석영 유리 패널(20)이 수납된다. 상기 두 개의 투명 석영 유리 패널(10a, 10b)의 간극(δ₁)은 상기 불투명 석영유리 패널(20)의 두께에 의해 규정된다. 도시된 바와 같이, 상기 두 투명 패널의 양면은 압착된다. 본 발명에서 상기 압착을 위한 하중 부여 수단에는 제한이 없으며, 예컨대 그라파이트 블록이 사용될 수 있다.

또한, 도시된 바와 같이, 합착시 상기 불투명 패널이 상기 투명 패널 내부에 수납되도록 상기 불투명 패널은 상기 투명 패널에 비해 크기가 작다. 본 발명에서 상기 불투명 패널은 실링 후 접합시 패널 내부의 배기를 위한 배기 통로를 제공할 수 있도록 그 크기가 적절히 제어될 수 있다. 바람직하게는 원형 패널의 경우 상기 불투명 패널의 직경은 상기 투명 패널 직경의 75~90%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 패널의 형상에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대 원형 또는 사각형 패널이 사용될 수 있다.

부가적으로, 본 발명에서 투명 패널 사이의 간극은 적절히 조절될 수 있다.

도 2를 참조하면, 투명 패널의 압착 상태에서 토오치(100)나 버너와 같은 가열 수단으로 상기 투명 패널의 외주를 따라 가열한다. 가열에 의해 상기 투명 패널의 외주는 국부적으로 용융될 수 있으며 그 결과 투명 패널의 외주는 만곡부를 형성하고, 그 사이의 간극(δ₂)은 감소한다.

이와 같이, 두 투명 패널 사이의 간극을 좁힘으로써, 후속 실링 단계의 수행이 용이해 질 수 있다. 물론, 간극의 조절에는 예시한 방법 이외에 다른 방법이 사용될 수 있음을 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 누구나 알 수 있을 것이다.

다음으로, 상기 투명 패널의 압착 상태를 유지하면서 외주면을 따라 상기 투명 패널의 간극을 실링한다. 본 발명에서 실링 단계는 용접에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 실링 단계는 석영 용접봉을 토오치로 가열하여 외주를 따라 상기 간극 부위를 용접하는 방식으로 수행될 수 있다.

도 3은 실링 단계의 수행에 의해 실링재(40)가 상기 투명 패널(10a, 10b) 사이의 간극을 실링하는 모습을 나타낸 단면도이다. 이 때, 상기 실링재(40)와 상기 반투명 패널(20) 사이의 패널 내부에는 약간의 공간이 형성되는 것이 바람직하며, 이를 위해 상기 투명 및 불투명 패널의 크기가 설계된다. 전술한 바와 같이, 형성된 공간은 후속되는 접합 단계에서 패널 내부에서 배기구와의 연통을 위한 통로로 제공될 수 있다.

본 발명의 상기 실링 단계에서 상기 합착된 투명 패널 내부의 배기를 위한 배기구가 제공된다. 이를 위해 배기 파이프와 같은 수단을 상기 투명 패널 사이의 간극에 삽입한 후 용접을 완료함으로써 수행될 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 실링이 완료된 합착 패널을 나타낸 평면도이다.

도 3 및 4를 참조하면, 합착 패널(10)은 투명 패널(10a, 10b) 내부에 크기가 작은 불투명 패널(10a)이 삽입된 구조로 되어 있다. 상기 투명 패널(10a, 10b)의 외주를 따라 상기 투명 패널의 간극은 실링재(40)에 의해 밀봉되어 있다. 상기 합착 패널(10) 외주 일부에는 배기 파이프(50)와 같은 배기구가 형성되며, 상기 배기 파이프(50)는 상기 실링재(40)와 상기 불투명 패널(20) 사이의 공간에 연통되도록 삽입되어 있다.

본 발명에서 상기 실링재(40)와 상기 불투명 패널(20) 사이의 공간은 패널의 크기를 조절함으로써 적절히 설계될 수 있다.

실링 단계에서의 압착 결과, 상기 투명 패널(10a, 10b)과 그 사이의 불투명 패널(20)은 물리적으로 접촉하며, 실링재(40)는 압착력을 해제한 후에도 상기 불투명 패널(20)과 상기 투명 패널(10a, 10b)의 물리적 접촉을 보증한다.

이상의 과정을 거쳐 제조된 합착 패널(10)은 물리적 접촉 상태에 있고, 후속 과정을 통해 화학적인 접합을 이룬다.

도 5는 합착 패널의 접합을 위한 장치 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 합착 패널이 접합용 지그(60) 상에 지지된다. 접합용 지그(60)는 상기 합착 패널을 지지할 수 있는 임의의 형상이나 구조로 제작될 수 있다.

상기 접합용 지그(60)에 장착된 합착 패널의 배기구(50)에는 배기관을 통해 진공 펌프(80)가 연결된다. 상기 진공 펌프(80)는 상기 합착 패널의 내부의 공기를 배기한다.

합착 패널 내부의 공기의 배기와 동시에 상기 합착 패널의 투명 패널(10a, 10b) 외면을 가열하여 상기 투명 패널(10a, 10b)과 상기 불투명 패널(20)을 접합한다.

도 6은 합착 패널(10)을 접합하는 과정을 패널(10)의 측면에서 바라 본 모식도이다.

토오치(200)나 버너를 사용하여 합착 패널(10)의 일측 투명 패널(10a)의 외면을 가열한다. 토오치(200)는 상기 패널(10a)의 외면을 지그재그 또는 'ㄹ'자 방식으로 일주함으로써 상기 투명 패널(10a)과 상기 불투명 패널(20)이 면접합 되도록 한다.

합착 패널의 타측 투명 패널(10b)의 외면 또한 동일한 방식으로 열처리 될 수 있다. 열처리에 의해 투명 패널(10a, 10b)과 불투명 패널(20)의 접촉면은 화학적으로 결합한다.

상기 불투명 패널(20)은 내부에 기포가 분산된 구조를 갖는다. 따라서, 통상의 접합 과정에서는 기포의 소멸이 용이하지 않게 되며, 그 결과 접합면에서의 접합 강도가 약해지고 균열의 원인을 제공할 수 있다.

본 발명에서는 전술한 실링 공정에서 형성된 배기구에 의해 패널 내부의 압력이 대기압 이하로 유지되게 함으로써 투명 패널 및 불투명 패널의 접합면에서 기포의 소멸이 용이하게 된다. 그에 따라 패널 간의 접합은 보다 견고해질 수 있다.

도 7은 접합이 완료된 합착 패널(10)의 정면도를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 7의 패널에서 절단선(90)에 의해 규정되는 소정 영역을 절단함으로써 샌드위치 패널이 제조될 수 있다. 예컨대, 상기 절단선은 불투명 패널의 영역 내에서 선정되는 것이 바람직하다.

도 8은 절단된 패널의 단면을 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 샌드위치 패널(10)은 상하부의 투명 패널(10a, 10b)과 중간에 개재된 불투명 패널(20)로 구성된다.

본 발명에서는 필요한 경우 상기 샌드위치 패널의 제조를 위한 추가의 공정이 부가될 수 있다. 도 9는 본 발명의 (다른 실시예에 따라) 부가 공정을 거친 샌드위치 패널의 단면을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면 투명 패널(10a, 10b) 사이에 불투명 패널(20)이 개재되며, 상기 불투명 패널의 외주를 따라 투명 석영유리층(12)이 형성되어 있다. 상기 투명 석영유리층(12)은 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예컨대, 도 8에서 제조된 패널의 불투명 패널(20)의 외주를 따라 불산과 같은 식각 수단으로 식각하고, 석영 유리 용접봉을 사용하여 용접함으로써 불투명 석영 유리 패널의 측면에 투명 석영유리층(12)을 형성할 수 있다.

<실시예>

φ390mm 이고 두께 2mm인 2 매의 투명 석영 유리(CFQ)를 로터리 연마하여 두께 1.5t인 투명 석영 유리 패널을 제조하였다. 제조된 패널을 세정 및 건조하였다. 마찬가지 방식으로, 불투명 석영 유리를 연마하여 φ350*2.0t의 불투명 석영 유리 패널을 제조하였다.

턴테이블 위에 3매의 고밀도 카본 블록(30mm*50mm)을 배열하고, 위에서 제조된 패널을 CFQ/OPQ/CFQ 순으로 적층하여 CFQ 패널 위에 카본 블록(50mm*50mm)을 배열하여 하중을 가하였다.

이어서, 쌍버너를 이용하여 상부 CFQ 및 하부 CFQ의 외주를 따라 가열하여 만곡부를 형성하였다. 이 때, 상하의 CFQ 테두리의 만곡부가 형성하는 간극은 약 2mm로 유지하였다.

이어서, φ2mm인 석영 용접봉과 용접 토오치(수소+산소)로 1,700℃~2,300℃의 화염으로 상기 투명 패널간의 만곡부 간극을 용접하였다. 이 때, 상기 패널 용접 구간의 시점과 종점 사이 약 5~200mm 구간은 비용접 상태로 두었고, 용접된 부위에 대한 화염 풀림 처리를 하였다. 이어서, 상기 비용접 구간을 배기튜브의 삽입을 위해 원형 용접하고 배기 튜브를 삽입한 후 용접을 완료하였다. 이어서, 상기 배기 튜브의 끝에 고무 호스를 연결하고, 고무 호스의 타단을 진공펌프의 인렛(Inlet)에 연결하여 고정하였다.

이와 같이, 제작된 구조물을 장착 지그에 장착한 후 진공펌프의 밸브를 오픈하였다.

이어서, 패널의 양면을 버너(산소+수소)로 500℃~800℃ 온도에서 예열하고, 1,400℃~1,800℃ 온도로 하방으로 'ㄹ' 자 형상을 따라 가열하였다. 이어서, 패널의 양면을 화염 풀림 처리하여 내부의 응력을 해소하였다. 이와 같이, 제조된 샌드위치 패널의 두께는 약 4.9mm 였다.

제조된 샌드위치 패널을 φ330mm로 레이저 커팅하고, 세정 및 건조하였다.

도 10은 전술한 실시예에 따라 제조된 샌드위치 패널의 평면 사진이고, 도 11은 측면 사진이다.

도 11에서 샌드위치 패널을 이루는 투명 패널과 반투명 패널간의 매끈한 접합면을 확인할 수 있다.

10 합착 패널
12 투명 석영 유리층
10a, 10b 투명 패널
20 불투명 패널
30 만곡부
40 실링재
50 배기 파이프
60 장착용 지그
80 진공 펌프

Claims

두 투명 석영 유리 패널 사이에 상기 투명 석영 유리 패널에 비해 작은 크기를 갖는 불투명 석영 유리 패널을 수납하고 압착하는 단계;
상기 패널들의 압착 상태에서, 상기 두 투명 석영 유리 패널의 외주를 따라 상기 두 투명 석영 유리 패널 사이의 간극을 실링하고 상기 외주를 따른 최소한 일부에 내부의 공기를 배기하기 위한 배기구를 제공하는 단계;
상기 통기구를 통해 배기하면서 상기 두 투명 석영 유리 패널의 외면을 가열하여 상기 투명 석영 유리 패널과 상기 불투명 석영 유리 패널을 접합하는 단계; 및
상기 접합된 패널의 외주를 따라 커팅하는 단계를 포함하는 석영 샌드위치 패널의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 압착 단계 및 상기 실링 단계 사이에, 상기 두 투명 석영 유리 패널의 외주를 따라 가열하여 상기 두 투명 석영 유리 패널의 간극을 좁히는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석영 유리 샌드위치 패널의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 실링 단계에서 사용되는 실링재는 석영 유리 인 것을 특징으로 하는 석영 유리 샌드위치 패널의 제조 방법.
제1항에 있어서,
접합 단계는 토오치로 상기 석영 유리 패널의 외면을 지그재그로 가열하여 수행되는 것을 특징으로 하는 석영 유리 샌드위치 패널의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 커팅 단계는 커팅면에 상기 불투명 석영 유리 패널이 노출되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 석영 유리 샌드위치 패널의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 배기구는 배기 파이프에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 석영 유리 샌드위치 패널의 제조 방법.