KR101753041B1

KR101753041B1 - 대형 폴리테트라플루오로에틸렌 적분구 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101753041B1
Application number: KR1020160090528A
Authority: KR
Inventors: 신동주; 정기룡
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2017-07-03
Also published as: US20180016374A1; US10787530B2

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 적분구는 12개의 오각형 구각과 20개의 육각형 구각으로 형성된다. 상기 적분구는 상기 육각형 구각은 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각과 상기 제1 원형 구각을 절단하여 형성한 6개의 제1 보조 구각으로 구성되고, 상기 오각형 구각은 상기 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각과 제2 직경을 가지는 제2 원형 구각을 절단하여 형성한 5개의 제2 보조 구각으로 구성된다.

Description

대형 폴리테트라플루오로에틸렌 적분구 및 그 제조 방법{ Large PolyTetraFluoroEthylene Integrating Sphere and Fabrication Method Of The Same}

본 발명은 PTFE 적분구에 관한 것으로, 더 구체적으로 대형의 PTFE 적분구에 관한 것이다.

적분구(integrating sphere)는 광측정에서 많이 사용되고 있다. 적분구는 내부에 코팅되는 반사물질에 따라 BaSO₄ 적분구와 PTFE (PolyTetraFluoroEthylene) 적분구로 구분될 수 있다.

BaSO₄ 적분구의 경우, 약 300 nm 이상의 가시광선 및 근적외선에서 사용될 수 있다. 그러나, 자외선영역에서는 반사율이 낮아서 사용될 수 없다. BaSO₄ 코팅이 용이하다. 대형(직경이 약 3 m) 적분구의 제작이 가능하고, 가격이 저렴하다.

PTFE 적분구는 200 nm 이상의 자외선, 가시광선 및 적외선에서도 사용될 수 있다. PTFE 코팅이 어렵다. 상용화되어 있는 PTFE 적분구는 압축-가열-고체 상태로 성형한 PTFE를 사용한다. 주로, 소형 적분구 제작에 사용된다. 가격이 비싸다. 대형 적분구 제작이 어렵고 가능하더라도 매우 고가이다.

본 발명의 발명자는 2005년 소형 PTFE 적분구를 제작할 수 있는 논문을 발표하였다(2005년 한국 광학회). 오각형과 육각형 형태로 PTFE를 압축 성형하여 속이 빈 구형 틀의 내부에 코팅한다. 2005년에 개발한 PTFE 코팅기술은 직경이 약 50 cm이하인 소형 적분구 제작에 적용 가능하다. 그러나, 직경이 1 m 이상이 되면 이 PTFE 성형 기술을 직접 적용하기 곤란하다. 구체적으로, 오각형과 육각형의 압축 지그 제작에 비용이 많이 든다. 또한, 지그를 제작해도 PTFE를 균일하게 압축하기 곤란하다. PTFE를 압축 성형해도 구형 틀에 코팅하기 곤란하다. 즉, 너무 커서 부스러지기 쉽다. 따라서, 대형 PTFE 적분구의 제작기술이 요구된다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 직경 1 미터 이상의 대형 PTFE 적분구를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 오각형 구각과 상기 육각형 구각은 PTFE를 압축하여 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 PTFE의 압축 밀도는 1.2 g/㎤ 일 수 잇다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적분구는 12개의 오각형 구각과 20개의 육각형 구각으로 형성된다. 상기 육각형 구각은 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각과 상기 제1 원형 구각을 절단하여 형성한 6개의 제1 보조 구각으로 구성되고, 상기 오각형 구각은 상기 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각과 제2 직경을 가지는 제2 원형 구각을 절단하여 형성한 5개의 제2 보조 구각으로 구성된다. 이 적분구의 제조 방법은 상기 제1 원형 구각을 형성하기 위한 제1 성형 틀과 제2 원형 구각을 형성하기 위한 제2 성형 틀을 준비하는 단계; 상기 제1 성형 틀에 소정의 PTFE 파우더를 제공하여 압축 성형 단계; 상기 제2 성형 틀에 소정의 PTFE 파우더를 제공하여 압축 성형 단계; 압축 성형된 제1 원형 구각을 절단하여 제1 보조 구각을 제공하는 단계; 압축 성형된 제2 원형 구각을 절단하여 제2 보조 구각을 제공하는 단계; 적분구용 반구에 접착층을 도포하고 상기 제1 원형 구각, 상기 제1 보조 구각, 및 상기 제2 보조 구각을 끼워 맞추어 PTFE 반구 각을 형성하는 단계; 및 상기 PTFE 반구 각을 개재하여 재압축 반구를 상기 적분구용 반구와 결합시키어 재압축 하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 PTFE의 압축 밀도는 1.2 g/㎤ 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적분구의 제조 방법은 원형의 성형 틀을 사용하여 PTFE 적분구를 대형으로 제작할 수 있다. 이러한 PTFE 적분구에서, PTFE의 밀도가 균일하다. 제1 성형 틀과 제2 성형 틀만을 사용하므로, 제작이 쉽고 저렴하다. 원형 성형 틀을 사용하여, PTFE 압축 및 성형이 용이하다. 제작비가 저렴하다. 사용 중 보수가 용이하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PTFE 적분구의 구각을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 PTFE 적분구를 구성하는 오각형 구각과 육각형 구각을 나타내는 전개도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오각형 구각과 육각형 구각을 나타내는 평면도이다.
도 4는 제1 성형 틀을 나타내는 단면도이다.
도 5는 제2 성형 틀을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제1 성형 틀과 제1 모형 틀을 나타내는 단면도이다.
도 7은 제2 성형 틀과 제2 모형 틀을 나타내는 단면도이다.
도 8 및 도 9는 적분구용 반구와 PTFE 반구 각을 설명하는 단면도이다.
도 10은 적분구용 반구와 재압축 반구를 설명하는 단면도이다.
도 11은 적분구를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PTFE 적분구의 구각을 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1의 PTFE 적분구를 구성하는 오각형 구각과 육각형 구각을 나타내는 전개도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오각형 구각과 육각형 구각을 나타내는 평면도이다.

도 4는 제1 성형 틀을 나타내는 단면도이다.

도 5는 제2 성형 틀을 나타내는 단면도이다.

도 6은 제1 성형 틀과 제1 모형 틀을 나타내는 단면도이다.

도 7은 제2 성형 틀과 제2 모형 틀을 나타내는 단면도이다.

도 8 및 도 9는 적분구용 반구와 PTFE 반구 각을 설명하는 단면도이다.

도 10은 적분구용 반구와 재압축 반구를 설명하는 단면도이다.

도 11은 적분구를 나타내는 단면도이다.

도 1 내지 도 11을 참조하면, 적분구(130)는 12개의 오각형 구각(3)과 20개의 육각형 구각(2)으로 형성된다. 상기 육각형 구각(2)은 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각(11)과 상기 제1 원형 구각을 절단하여 형성한 6개의 제1 보조 구각(12)으로 구성된다. 상기 오각형 구각(3)은 상기 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각(11)과 제2 직경을 가지는 제2 원형 구각(14)을 절단하여 형성한 5개의 제2 보조 구각(13)으로 구성된다. PTFE 압축 밀도가 1.2 g/㎤일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적분구의 제조 방법은 상기 제1 원형 구각을 형성하기 위한 제1 성형 틀과 제2 원형 구각을 형성하기 위한 제2 성형 틀을 준비하는 단계; 상기 제1 성형 틀에 소정의 PTFE 파우더를 제공하여 압축 성형 단계; 상기 제2 성형 틀에 소정의 PTFE 파우더를 제공하여 압축 성형 단계; 압축 성형된 제1 원형 구각을 절단하여 제1 보조 구각을 제공하는 단계; 압축 성형된 제2 원형 구각을 절단하여 제2 보조 구각을 제공하는 단계; 적분구용 반구에 접착층을 도포하고 상기 제1 원형 구각, 상기 제1 보조 구각, 및 상기 제2 보조 구각을 끼워 맞추어 PTFE 반구 각을 형성하는 단계; 및 상기 PTFE 반구 각을 개재하여 재압축 반구를 상기 적분구용 반구와 결합시키어 재압축 하는 단계를 포함한다.

적분구는 반지름(R)의 속이 빈 적분구용 반구의 내부에 오각형 구각과 육각형 구각을 압축 및 성형한 PTFE를 붙여서 제작한다. 상기 적분구에 맞는 오각형 구각과 육각형 구각은 균일한 밀도로 압축하기에는 너무 크다. 따라서, 작은 크기로 나누어서 균일한 밀도로 압축해야 한다.

상기 적분구에 맞는 오각형 구각과 육각형 구각을 원 형태와 원 밖의 형태로 나누어서 PTFE를 수 밀리미터 내지 수십 밀리니터 두께로 압축 성형한다. 바람직하게는 상기 구각의 두께는 12 밀리미터일 수 있다.

상기 육각형 구각(2)은 제1 직경(R1)을 가지는 제1 원형 구각(11)과 상기 제1 원형 구각을 절단하여 형성한 6개의 제1 보조 구각(12)으로 구성된다. 상기 오각형 구각(3)은 상기 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각(11)과 제2 직경(R2)을 가지는 제2 원형 구각(14)을 절단하여 형성한 5개의 제2 보조 구각(13)으로 구성된다.

상기 제1 원형 구각(11)을 형성하기 위한 제1 성형 틀(20)과 제2 원형 구각(14)을 형성하기 위한 제2 성형 틀(120)을 준비한다.

상기 제1 성형 틀(20)에서, 지름(D6)과 육각형의 한 변의 길이(l)와 같다. 한 변의 길이(l)는 0.40355 R이다. 여기서, R은 적분구의 반경이다. 상기 제1 성형 틀(20)의 내구 구면의 표면은 균일한 거칠기(거칠기: 약 3 ㎛)로 가공된다. 상기 제1 성형 틀(20)은 베이스(22), 하부 틀(24), 측벽(26) 및 상부 틀(28)을 포함한다.

상기 제2 성형 틀(120)에서, 지름(D5)은 1.042 l 이다. 여기서, l은 오각형의 한 변의 길이(l)이다. 한 변의 길이(l)는 0.40355 R이다. 여기서, R은 적분구의 반경이다. 상기 제2 성형 틀(20)은 베이스(122), 하부 틀(124), 측벽(126) 및 상부 틀(128)을 포함한다.

육각형 구각(2)은 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각(11)과 상기 제1 원형 구각을 절단하여 형성한 6개의 제1 보조 구각(12)으로 구성된다. 상기 제1 보조 구각은 상기 제1 원형 구각(11)을 제1 모형 틀(29)을 사용하여 절단된다.

오각형 구각(3)은 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각(11)과 제2 반경을 가지는 제2 원형 구각(14)을 절단하여 형성한 5개의 제2 보조 구각(13)으로 구성된다. 상기 제2 보조 구각(13)은 상기 제2 원형 구각을 제2 모형 틀(129)을 사용하여 절단된다.

[오각형 구각 및 육각형 구각에서 공통으로 사용되는 제1 원형 구각의 압축 성형]

(1) PTFE 압축 밀도가 1.2 g/㎤ 가 되도록 PTFE의 무게를 저울로 측정해서 상기 제1 성형 틀(20)의 중앙 부분에 붓는다. (2) PTFE의 두께가 균일하도록 고르게 펴준다. (3) 상기 제1 성형 틀(20)의 상부 틀(28)을 덮고 상기 제1 성형 틀의 하부 틀(24)과 밀착하도록 압축한다. (4) 압축된 상태로 약 20 분 정도 유지한다. (5) 상기 제1 성형 틀의 상부 틀(28)을 분리하고 하부 틀(24)을 위로 밀어 올려서 압축된 PTFE를 꺼낸다.

[제1 보조 구각]

(1) 상기 제1 성형 틀(20)로 제1 원형 구각의 성형 과정과 동일하게 압축하여 20 분 동안 유지한다. (2)상기 제1 성형 틀의 윗부분(28)을 분리하고 아래 부분(24)을 밀어 올린다. (3) 제1 모형 틀(29a)을 상기 제1 원형 구각의 윗면에 대고 플라스틱 칼로 PTFE를 자른다. (4) 제1 모형 틀(29a)과 같은 형태의 PTFE를 분리한다. (하나의 제1 원형 구각에서 2개의 제1 보조 구각 제작 가능)

[제2 보조 구각]

(1) 제2 성형 틀(120)을 사용하여 제1 원형 구각의 성형 과정과 동일하게 압축하여 약 20 분 동안 유지한다. (2) 제2 성형 틀의 상부 틀(129)을 분리하고 하부틀(124)을 밀어 올린다. (3) 제2 모형 틀(129a)을 윗면에 대고 플라스틱 칼로 상기 제2 원형 구각(14)을 자른다. (4) 제2 모형 틀(129a)과 같은 형태의 상기 제2 원형 구각(13)를 분리한다. (하나의 제2 원형 구각에서 2개의 제2 보조 구각 제작 가능)

[코팅 과정]

적분구용 반구(110)에 접착층을 도포하고 상기 제1 원형 구각(11), 상기 제1 보조 구각(12), 및 상기 제2 보조 구각(13)을 끼워 맞추어 PTFE 반구 각(130a)을 형성한다. (1) 속이 빈 적분구용 반구(110)에 접착층을 도포한다. 상기 접착층은 진공용 윤활유일 수 있다. (2) 상기 제1 원형 구각(11)을 상기 적분구용 반구(110)의 가장자리에서 부터 미끄러지도록 하여 중앙 부분으로 보낸다. (3) 오각형 구각의 외부 형태를 제공하는 제2 보조 구각(13)을 같은 방법으로 중앙에 있는 상기 제1 원형 구각 주위로 보내고 서로 밀착시켜서 오각형 형태로 만든다. (4) 오각형 형태의 한 변에 육각형 외부를 구성하는 제1 보조 구각(12)을 밀착시킨다. (5) 육각형을 구성하는 상기 제1 원형 구각(11)을 밀착시킨다. (6) 위와 같은 방법으로 오각형 구각(3)과 육각형 구각(2)을 적분구용 반구(110)에 접착시킨다. (7) 적분구용 반구에 링 형태의 보조 틀(112)을 결합시킨다. 반구 가장자리 부분에서 빈틈은 압축된 PTFE를 잘게 부순 가루로 메꾸어 PTFE 반구 각(130a)을 완성한다.

[재압축 과정 ]

상기 PTFE 반구 각(130a)을 개재하여 재압축 반구(114)를 상기 적분구용 반구(110)와 결합시키어 재압축한다. (1) 적분구용 반구(110)에 접착된 상기 PTFE 반구 각(130a)은 재압축 반구(114)에 의하여 압축된다. 상기 적분구용 반구의 내면의 반경은 상기 재압축 반구의 외면의 반경보다 크다. 반지름의 차이는 적분구 구각의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. (2) 재압축 상태에서 약 24 시간 동안 결합된 상태로 유지한다. (3) 적분구 구각에서 필요한 구멍들은 결합된 상태에서 플라스틱 칼로 파내서 완성한다. (4) 한 쌍의 재압축된 PTFE 반구 각(130a,130b)은 서로 결합하여 적분구(130)를 제공한다.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

2: 육각형 구각
3: 오각형 구각
12:제1 보조 구각
13; 제2 보조 구각

Claims

12개의 오각형 구각과 20개의 육각형 구각으로 형성된 적분구에서 있어서,
상기 육각형 구각은 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각과 상기 제1 원형 구각을 절단하여 형성한 6개의 제1 보조 구각으로 구성되고,
상기 오각형 구각은 상기 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각과 제2 직경을 가지는 제2 원형 구각을 절단하여 형성한 5개의 제2 보조 구각으로 구성되는 것을 특징으로 하는 적분구.

제1 항에 있어서,
상기 오각형 구각과 상기 육각형 구각은 PTFE를 압축하여 형성된 것을 특징으로 적분구.

제2 항에 있어서,
상기 PTFE의 압축 밀도는 1.2 g/㎤ 인 것을 특징으로 하는 적분구.

12개의 오각형 구각과 20개의 육각형 구각으로 형성된 적분구의 제조 방법에 있어서,
상기 육각형 구각은 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각과 상기 제1 원형 구각을 절단하여 형성한 6개의 제1 보조 구각으로 구성되고,
상기 오각형 구각은 상기 제1 직경을 가지는 제1 원형 구각과 제2 직경을 가지는 제2 원형 구각을 절단하여 형성한 5개의 제2 보조 구각으로 구성되고,
상기 제1 원형 구각을 형성하기 위한 제1 성형 틀과 제2 원형 구각을 형성하기 위한 제2 성형 틀을 준비하는 단계;
상기 제1 성형 틀에 소정의 PTFE 파우더를 제공하여 압축 성형 단계;
상기 제2 성형 틀에 소정의 PTFE 파우더를 제공하여 압축 성형 단계;
압축 성형된 제1 원형 구각을 절단하여 제1 보조 구각을 제공하는 단계;
압축 성형된 제2 원형 구각을 절단하여 제2 보조 구각을 제공하는 단계;
적분구용 반구에 접착층을 도포하고 상기 제1 원형 구각, 상기 제1 보조 구각, 및 상기 제2 보조 구각을 끼워 맞추어 PTFE 반구 각을 형성하는 단계; 및
상기 PTFE 반구 각을 개재하여 재압축 반구를 상기 적분구용 반구와 결합시키어 재압축 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적분구 제조 방법.

제 4 항에 있어서,
상기 PTFE의 압축 밀도는 1.2 g/㎤ 인 것을 특징으로 하는 적분구 제조 방법.