KR20040071133A - 광학 투과성 윈도우를 갖는 리드 제조 방법 및 장치 - Google Patents

광학 투과성 윈도우를 갖는 리드 제조 방법 및 장치 Download PDF

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KR20040071133A
KR20040071133A KR10-2004-7006846A KR20047006846A KR20040071133A KR 20040071133 A KR20040071133 A KR 20040071133A KR 20047006846 A KR20047006846 A KR 20047006846A KR 20040071133 A KR20040071133 A KR 20040071133A
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레이데온 컴퍼니
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Abstract

금속판(126)은 그를 관통해서 연장되는 복수의 개구(127)를 갖고, 습식 수소 처리(157)를 사용하여 세척된다. 이후, 유리 윈도우(106)는 개구에 위치되고, 각각의 윈도우가 판의 각 측면에서 외향으로 돌출하는 방식으로 가열에 의해 금속판으로 각각 융합된다(231). 금속판의 노출된 표면은 니켈 및 금으로 전기도금된다(236). 하나 이상의 코팅제(41, 46, 47)가 각각의 윈도우의 하나 또는 양측면에 도포된다. 이후, 몇몇 섹션은 조립체로부터 절단되고, 이들 각각은 광학 장치(10)용 리드(17)로 작용할 수 있다.

Description

광학 투과성 윈도우를 갖는 리드 제조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MAKING A LID WITH AN OPTICALLY TRANSMISSIVE WINDOW}
종래의 장치는 리드에 의해 폐쇄되는 내부에 개구부를 갖는 하우징을 포함한다. 상기 리드는 프레임과, 프레임 내부에 배치되고 프레임에 밀폐식으로 밀봉된 윈도우를 포함하며, 상기 윈도우는 관심 영역의 주파수 대역(waveband of interest)에 있는 방사선에 대해 투과적이다. 상기 장치는 사람에 의해 보여질 수 있도록 몇몇 스크린 타입 상에서 전형적으로 투사되는 상(image)을 형성하기 위한 텔레비전 또는 프로젝터에 사용될 수 있다. 상기 장치는 하우징 내에 공지된 타입의 디지털 마이크로 미러 장치(DMD)를 포함한다. 방사선에 의한 빔은 리드 내의 윈도우를 통해 하우징으로 입사하며, 디지털 마이크로 미러 장치에 의해 하나의 상을 표현하는 복수의 서브-빔(sub-beam)을 형성하도록 처리되며, 이후 서브-빔의 적어도 일부는 스크린 상으로 투사되는 상의 생성을 용이하게 하기 위해 윈도우를 통해 하우징을 나간다.
종래의 리드는 개구를 가지며 개구가 관통되는 금속 프레임을 형성하는 단계와, 상기 프레임을 통하여 개구 내에 유리의 일부를 위치시키는 단계와, 이후 상기 프레임과 유리를 유리의 주연부 엣지가 프레임 내의 개구 엣지에 융합될 때까지 가열되는 단계를 통해 형성된다. 이후, 유리의 측면은 연마되고 폴리싱되며, 하나 이상의 코팅이 유리의 양측에 도포된다. 종래의 리드 및 이를 제조하는 공정이 일반적으로 그 의도된 목적에 적절하지만, 모든 경우를 만족시키는 것은 아니었다.
이와 관련하여, 다양한 적용예에서는 다양한 크기의 리드 및/또는 다양한 크기의 유리 윈도우가 요구된다. 개별 부품으로 각각의 리드를 제조하는 것은 부분적으로는 각각의 리드에 요구되는 개별적인 처리 및 공정들과, 부분적으로는 비교적 비싼 개별적인 공구의 사용이 각각의 상이한 프레임 크기에 요구되기 때문에, 시간과 비용에 있어 소모적이다. 따라서, 각각의 개별적인 프레임 내의 유리 윈도우의 대향 측면들을 연마 또는 폴리싱하는 것은 이중 디스크(double disk) 연마 장치 내의 크기 정도의 프레임을 적절하게 지지할 수 있는 특수한 지지부가 필요하며, 각각의 지지부는 리드의 특별한 크기에 맞도록 구성되어야 한다. 몇몇 리드 형상은 대단위 마켓과 연관되지 않으며, 따라서 높은 공구 사용 비용은 개별적인 리드 생산 전체 비용에서 높은 부분을 나타낼 수 있다.
다른 고려 사항은 각각의 유리 부분을 프레임의 합체부에 융합시킬 때, 프레임 내의 불순물은 가스를 형성시킬 수 있다는 것이다. 예로써, 프레임 내의 카본 불순물은 카본기 가스들의 형성을 유도할 수 있다. 유리가 융합에 사용된 열에 의해 연화되기 때문에, 상기 가스들은 유리 내의 버블을 만들 수 있다. 버블의 과도한 양은 리드가 결함이 있는 것으로 생각되어 버려야만 할 정도로 유리 윈도우의 광학적 특성을 저하시킬 수 있다. 이것은 제조 공정의 효율을 현격히 감소시킨다. 예로써, 해리된 암모니아 분위기에서 프레임을 처리함으로써, 불순물을 제거하여 금속 프레임을 세척하는 기술들이 개발되어왔다. 그러나, 상기 기술들은 모든 경우를 만족시킬 수는 없었다. 특히, 상기 기술들은 불순물의 개수 즉, 유리 내의 가스 버블의 수를 감소시켜서, 생산 수율을 증가시켰다. 그러나, 결함 때문에 제거되어야 하는 부품의 수는 여전히 바람직하지 못할 정도로 많았으며, 이것은 만족할 만한 리드의 비용을 바람직하지 못할 정도로 높게 하였다.
본 발명은 전체적으로 방사선에 대해 투과적인 윈도우를 지지하는 프레임을 갖는 리드(lid)에 관한 것이며, 특히 상기 리드를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 태양을 구체화한 리드에 의해 폐쇄된 개구를 갖는 하우징을 포함한 장치의 개략 측단면도이다.
도2는 도1의 리드의 개략 분해 사시도이다.
도3은 도1의 리드의 일부에 대한 개략 측단면도이다.
도4는 본 발명의 태양을 구체화한 방법의 유리 윈도우 제조를 수행하는 단계의 순서를 도시한 플로우차트이다.
도5는 도4의 방법에 의해 제조된 유리 윈도우의 개략 사시도이다.
도6은 본 발명의 태양을 구체화한 방법의 금속판 제조를 수행하는 단계의 순서를 도시한 플로우차트이다.
도7은 도6의 방법에 의해 제조된 금속판의 개략 저면도이다.
도8은 도7의 금속판의 개략 상면도이다.
도9는 도8의 9-9선을 따라 취한 개략 부분 단면도이다.
도10은 본 발명의 태양을 구체화한 방법의 다양한 부분의 조립을 수행하는 단계의 순서를 도시한 플로우차트이다.
도11은 도10의 방법에 사용된 임의의 공구 사용의 일부인 하부 융합판의 개략 상면도이다.
도12는 도11의 12-12선을 따라 취한 개략 단면도이다.
도13은 도10의 방법 중 사용된 공구의 일부인 상부 융합판의 개략 상면도이다.
도14는 도13의 14-14선을 따라 취한 개략 단면도이다.
도15는 도10의 방법에 사용된 공구의 일부인 평형추의 개략 사시도이다.
도16은 도10의 방법의 중간 단계에 있는 조립체의 개략 단면도이다.
도17은 도10의 방법의 중간 단계에 있는 다른 조립체의 개략 상면도이다.
본 발명의 제1 형태에 따르면, 소정의 파장을 갖는 방사선에 각각 투과적인 복수의 윈도우를 형성하는 단계와, 자체를 관통하는 복수의 개구를 구비한 판을 제조하는 단계와, 환형 시일이 주연부를 따라 연장된 윈도우의 환형부와 개구 주위로 연장된 판의 환형부 사이에 제공되는 방식으로 각각의 상기 윈도우를 상기 판에 고착식으로 고정시키는 단계와, 상기 판에 고정된 각각의 윈도우의 각각의 표면을 동시에 처리하는 단계와, 그 후, 각각의 윈도우와 상기 판의 각각의 환형부를 각각 포함하는 복수의 섹션을 상기 판으로부터 절단하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 장치는 관통하는 복수의 개구를 구비한 판과, 소정의 파장을 갖는 방사선에 각각 투과적인 복수의 윈도우를 포함하고, 각각의 윈도우는 주연부를 따라 연장된 윈도우의 환형부와 개구 주위로 연장된 판의 환형부 사이에 환형 시일을 제공하는 방식으로 상기 판에 고정되고, 각각의 윈도우는 처리를 요하는 표면을 그 위에 갖는다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 방법은 습식 수소 분위기에서 금속 부품을 가열하는 단계와, 그 후 상기 금속 부품의 표면을 산화시키는 단계와, 그 후 상기 금속 부품의 표면과 접촉하여 유리 부품을 위치설정시키는 단계와, 그 후, 유리 부품이 상기 금속 부품에 직접 융합되게 하도록 금속 부품과 유리 부품을 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 더 나은 이해는 첨부 도면과 관련한 하기의 상세한 설명으로부터 가능하다.
도1은 본 발명의 태양을 구체화한 장치의 개략 단면도이다. 장치(10)는 안에 챔버(12)를 갖는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 관통하는 수직 개구(13)를 갖는 상부벽을 갖는다. 공지된 타입의 디지털 마이크로 미러 장치(DMD)는 챔버(12) 내에서와, 하우징(11)의 바닥벽의 상부면 중심에 지지된다. DMD(16)는 그 상측에 2차원 배열된 미소한 반사 미러들을 갖는다. 상기 미러들은 각각 상의 개별적 픽셀에 해당하며, 전기적 제어 신호에 응답하는 DMD(16)에 의해 독립적인 물리적 이동을 할 수 있다.
하우징(11)의 내외부 사이를 밀폐식 시일 방식으로 개구(13)를 폐쇄하도록, 리드(17)가 하우징(12)의 상부에 제공된다. 따라서, 리드(17)의 주연 엣지들은 하우징(11)의 상부면에 공지된 방식으로 심(seam) 용접된다. 챔버(12) 내부의 영역(18)에는 가스가 제공되며, 리드(17)는 상기 가스가 챔버(12) 내의 영역(18)으로부터 탈출되지 않는 것을 보장한다. 상기 가스는 DMD(16) 상의 2차원 배열체의 미러들의 움직임을 용이하게 하고, 비교적 긴 작동 수명 시간을 갖도록 하기 위해 윤할시키는 기능을 한다. 그러나, 상기 가스는 다소 부식성이 있기 때문에, 하우징(11) 및 리드(17)는 가스로 인한 부식 손상에 저항성을 갖는다.
도2는 리드(17)의 개략 사시 분해도이다. 도1 및 도2에서, 리드(17)는 환형 금속 프레임(23)과, 프레임 내에 고정식으로 장착되는 윈도우(24)를 포함한다. 본 실시예에서, 프레임(23)은 예로써 ASTM-F15와 같이 다양한 구입처에서 상용으로 입수하기 용이한 재료 타입인 강철 재료(steel material)로 제조된다. 프레임(23)은 상부면 및 바닥면이 평행한 판형이며, 프레임(23)의 외부 엣지는 거의 장방형을 갖는다. 개구(27)는 프레임(23)의 중심을 통해 수직으로 연장된다. 개구(27)는 둥글게 처리된 코너를 제외하고는 거의 장방형이다. 프레임(23)은 그 상측에 거의 장방형 단면의 환형 홈 또는 리세스(29)를 갖는다. 상기 리세스(29)는 프레임의 전체 주연부를 따라 전체적으로 균일한 폭과 두께를 갖는 외부 돌출식 환형 플랜지(32)를 형성하도록, 프레임의 전체 주연 엣지를 따라 연장된다.
윈도우(24)는 평행한 상부면 및 바닥면을 갖는 판형 요소이며, 프레임(23)과같이 거의 동일한 두께를 갖는다. 윈도우의 외부 엣지는 둥글게 처리된 코너를 갖는 장방형상을 가지며, 윈도우(24)는 프레임(23)을 통해 개구(23)와 거의 동일한 크기와 형상을 갖는다. 윈도우(24)의 주연 엣지는 그 전체 길이를 따라 프레임(23)의 재료에 직접 융합되므로, 윈도우(24)와 윈도우(24) 주변으로 완전히 연장되는 프레임 사이에 환형 시일을 형성한다. 이러한 밀폐식 시일은 부식성 가스가 하우징(11)의 챔버(12) 내의 영역(18)으로 유지되도록 한다. 윈도우(24)의 엣지를 프레임(23)으로 융해시키는데 사용되는 기술은 이후 상세히 설명된다.
윈도우(24)는 본 실시예에서 버지니아주 댄빌(Danville)의 코닝 주식회사의 카탈로그 제7056으로부터 상용으로 입수 가능한 보로실리콘(borosilicon) 유리 재료의 층(38)을 포함한다. 상기 특수한 유리 재료는 중간에서는 약 545nm 이며, 약 420nm에서 700nm까지의 파장 범위로 확장될 수 있는 방사선을 투과시킬 수 있다. 또한, 상기 특수한 유리 재료는 중간 파장인 545nm의 방사선에 대해 약 1.47 내지 1.50의 굴절율을 갖는다. 그러나, 상이한 범위의 주파수 대역의 방사선에 투과적이며 관심 영역 내의 방사선을 위한 상이한 굴절율을 갖는 다른 유리 재료가 사용될 수 있다.
윈도우(24)는 유리층(38)의 하측에 불투명한 재료의 매우 얇은 층(41)을 가지며, 본 실시예에서 이것은 크롬이다. 명확한 표시를 위해 크롬층(41)의 두께는 도면에서 다른 부분들의 크기보다 과장되었다. 장방형 구멍(42)이 크롬층(41)의 중심을 통해 제공된다. 크롬층(41)은 선택적으로 윈도우(24)로부터 생략될 수 있다.
윈도우(24)는 그 상하측 모두에 무반사(AR) 재료인 매우 얇은 코팅을 더 포함한다. 명확한 표시를 위해, AR 코팅은 도1 및 도2에 별도로 도시되지 않는다. 그러나, 도3은 윈도우(24)의 작은 영역의 개략 부분 단면도이며, 유리층(38)과, 구멍(42)을 갖는 크롬층(41)과, AR 코팅(46, 47)을 도시한다. 명확한 표시를 위해, 도3에서 코롬 층(41)과 AR 코팅(46, 47)의 두께는 과장된다. AR 코팅(46, 47)은 각각 상기한 대략 420nm 내지 700nm의 방사선 범위에 대해 투과적이다. 본 실시예에서, AR 코팅(46, 47)은 모두 실리콘 2산화물(dioxide)로 제조된다. 그러나, 이들은 또한 마그네슘 플루오라이드와 같은 임의의 적절한 다른 무반사 재료로 제조될 수 있다.
도1에서, 장치(10)는 다음과 같이 작동한다. 도1에 두 개의 화살표(56)로 개략 표시된 되돌아오는 방사선의 빔은 윈도우(24)를 통과하며, DMD(16)로 이동한다. DMD(16)의 각각의 미러들은 그 미러의 현재 물리적 위치에 의해 결정된 각각의 방향에서 빔의 각각의 부분을 반사한다. 원래의 빔의 다양하게 독립적으로 반사된 부분은 본 명세서에서는 서브-빔으로 언급된다. 이후, 상이한 서브-빔들은 상이한 방향으로 DMD(16)로부터 멀어져가며, 적어도 그 일부는 도1에 두 개의 화살표(57)로 개략 도시된 바와 같이 윈도우(24)를 통해 되돌아올 수 있다.
단순한 표시를 위해, 내부로 향하는 방사선(56)과 외부로 향하는 방사선(57)은 도1에 수직선으로 도시되었으나, 다양한 빔들 및 서브-빔들은 전체적으로 다양한 방향을 지나가는 것으로 이해될 수 있다. 물론, 윈도우(24)를 통한 임의의 방향을 통과하는 모든 방사선(56, 57)은 크롬층(41) 내의 구멍(42)을 통과한다.
동시에 여러 개의 리드(17)를 제조하는 방법이 설명된다. 도4는 상기 방법의 일부를 나타낸 플로우차트이다. 특히, 도4는 각각의 리드(17)의 윈도우(24) 내에서 각각의 유리층(38)이 되는 복수의 유리 요소의 제조를 수행하는 단계의 순서를 나타낸다. 상세하게는, 도4의 블록(101)은 판으로 형상이 가공되는 유리 원재료를 나타낸다. 상기에 주지된 바와 같이, 본 실시예에 사용된 유리 원재료는 코닝 주식회사의 카탈로그 제7056으로부터 상용으로 입수 가능한 보로실리케이트(borosilicate) 유리 재료이다. 다량의 상기 유리 원재료는 거의 16시간 동안 실온 분위기의 25℃로부터 1050℃까지 점진적으로 가열된다. 이후, 가열된 유리 재료는 약 0.394 센티미터(0.155 인치)의 균일한 두께를 갖는 시트로 가압 및/또는 형성된다. 이후, 상기 유리 시트는 점차 25℃ 까지 냉각된다.
이후, 블록(102)에서, 유리 시트는 복수의 분리된 유리 윈도우 요소로 절단된다. 도5는 유리 윈도우 요소(106) 중 하나의 개략적인 사시도이다. 유리 윈도우 요소(106)는 각각 기계 가공 또는 밀링 또는 레이저를 사용하여 유리 시트로부터 절단된다. 요소(106)가 프레임(23) 중 하나의 개구(27, 도2)와 실질적으로 동일한 크기 및 형상을 갖도록, 유리 윈도우(106)의 주연 엣지는 둥글게 처리된 코너를 갖는 거의 장방형을 갖는다. 이때, 유리 윈도우(106)는 그 일부가 다음의 설명과 같이 연마 또는 폴리싱으로 제거되기 때문에 도2 및 도3에 도시된 유리층(38)보다 다소 두껍다.
도6은 각각 도2의 프레임(23)에 해당하는 몇몇 섹션을 갖는 금속판을 만들기 위해 수행되는 단계의 순서를 도시한 플로우차트이다. 도6에 도시된 순서는 본 실시예에서는 ASTM-F15와 같은 상용으로 입수 가능한 시트 재료인 금속 원재료의 시트에서 시작한다. 도6의 블록(121)에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서, 상기 금속 시트는 이로부터, 각각 17.78 센티미터 ×17.78 센티미터(7인치 ×7인치) 크기를 갖는 하나 이상의 정방형 금속판을 만들기 위해 정밀 블랭킹된다. 상기 정밀 블랭킹 공정은 각각의 판을 통해 개구의 2차원 배열을 동시에 형성하며, 상기 각각의 개구는 거의 장방형이지만 둥글게 처리된 코너를 갖는다. 따라서, 도7은 정밀 블랭킹에 의해 금속 시트에서 분리된 17.78 센티미터 ×17.78 센티미터(7인치 ×7인치) 판 중 하나인 정방형 금속판(126)의 개략 저면도이다. 판(126)은 그를 관통하여 연장하는 20개의 거의 장방형인 개구(127)를 갖는다. 상기 개구(127)들은 5행 4열을 갖는 배열체 내에 배치된다.
이후, 도6의 블록(122)에 나타낸 바와 같이, 판(126)은 본 실시예에서 0.292센티미터(0.115인치)로 선택된 균일한 두께가 되도록 이중-디스크 연마된다. 이후, 도6의 블록(131)에서, 20개의 환형 홈들이 판(26)의 하부측으로 가공된다. 또한, 도8은 환형 홈(136)들을 도시한 판(126)의 개략 상면도이다. 도9는 도8의 9-9선을 따라 취한 판(126)의 일부의 개략 부분 단면도이다. 각각의 환형 홈(136)들은 개구(127)의 전체 주연부를 따르는 개구(127)로부터 작은 일정 거리로 외향 이격되는 방식이 되도록, 각각의 개구(127) 중 하나의 주변으로 연장되는 것을 알 수 있다.
인접한 홈(136)들은 작은 거리로 서로 이격되어, 판(126)과 동일한 수직 두께를 가지며, 후속 공정 중 판(126)의 중심 영역을 강하게 하는 수직 리브(142,143)의 그리드를 형성한다. 판(126)은 결국 이후 상세히 설명되는 방식으로 프레임(23, 도1 및 도2)과 동일한 프레임(20)을 형성하기 위해 절단된다.
또한, 도6의 블록(131)에서, 다양한 크기 및 형태의 몇몇 얼라인먼트 구멍이 판(126)을 통해 가공 또는 드릴링된다. 상기 얼라인먼트 구멍의 예는 도7 및 도8에 도번 137 내지 139로 나타난다. 도6의 블록(146)에서, 판(126)은 공지된 기술을 사용하여 디버링된다. 이후, 블록(147)에서, 판(126) 및 몇몇 다른 유사한 판은 적절한 지지 랙(rack)에 놓여지며, 탈이온(DI)수로 린스된다.
이후, 블록(148)에서, 위에 판을 갖는 상기 지지 랙은 약 50℃ 내지 75℃의 온도를 갖는 계면 활성 용액(비누 용액)에 약 5분 내지 15분 범위의 간격으로 침지된다. 랙 및 판은 이후 상기 용액으로부터 제거된다. 이후, 블록(151)에서, 랙 및 판은 상온에서 탈이온수로 린스된다.
이후, 블록(152)에서, 상기 판은 상온의 염화 제2철 용액에 약 1분 내지 4분 정도의 시간 간격으로 랙과 판을 침지시킴으로써 에칭된다. 이후, 상기 랙과 판은 상기 용액으로부터 제거되며, 배수된다. 이후, 블록(153)에서, 랙 및 판은 상온의 탈이온 수로 15분간 린스된다. 이후, 블록(156)에서, 랙 및 판은 150℃에서 20분간 건조된다.
이후, 판(126)들은 랙으로부터 세라믹 지지 부재로 이동되며, 대략 950℃ 내지 1100℃의 최고 온도를 유지하며, 약 11분 내지 15분 범위의 시간 간격으로 15 내지 30 PPM/℃의 이슬점 설정을 갖는 습식 수소전로(wet hydrogen furnace) 내에서 처리된다. 이것은 CH4, CO2및 CO와 H2와 같은 생성물의 형성을 통해, 다른 포착 오염물을 따라 판으로부터, 탄소, 산소, 및 황을 제거시켜 금속판을 세척하게 한다.
블록(157)과 관련하여 상기한 습식 수소 공정과 달리, 판 및 세라믹 지지 부재는 대략 1000℃ 내지 1250℃의 온도를 유지하며, 10분 내지 30분의 유지 시간동안 20 내지 40 PPM/℃의 이슬점 설정을 갖는 3:1로 해리된 암모니아 분위기에 놓여질 수 있다.
블록(157)과 관련하여 논의된 습식 수소 공정의 완료 이후, 상기 방법은 판이 상이한 세라믹 지지 부재로 이동되는 블록(158)으로 진행된다. 이후, 상기 판은 판과 세라믹 지지 부재를 습식 질소전로(wet nitrogen furnace)에서 최고 온도를 약 600℃ 내지 1000℃로 유지하며, 약 9분 내지 13분의 시간 간격으로 위치시킴으로써 산화 처리된다. 상기 습식 질화 처리에 의해 프레임 상에 형성된 산화층은 약 3 옹스트롬 내지 10 옹스트롬 범위의 두께를 가질 수 있으며, 유리와 금속 사이에 형성될 수 있는 접착체의 강도를 증가시켜준다. 너무 적은 산화 또는 너무 많은 산화는 접착체를 약하게 한다.
도10은 (도5에 도시된) 도면번호 106 타입의 유리 윈도우(20)를 갖는 판(126, 도7 내지 도9)을 조립하기 위한 본 실시예에서 수행되는 단계의 순서를 도시한 플로우차트이다. 블록(201)에서, 금속판(126)의 샘플 서브세트(subset)는 검사를 위해 선택되며, 유리 윈도우(106)의 샘플 서브세트도 검사를 위해 선택된다.본 실시예에서, 프래임 및 원도우의 검사는 특수한 품질 수준을 확신하기 위해 검사가 필요한 부품의 개수를 결정하는데 소정의 테이블이 사용되는 산업 표준 기술인 1%의 합격 품질 수준(AQL)을 얻기 위해 수행된다. 다음의 조립체 처리에 관한 설명은 검사 절차를 통과한 판 및 윈도우를 다루고 있다.
도10의 블록(202)에서, 각각의 유리 윈도우(106)는 20℃ 내지 40℃에서 30초 내지 2분 동안 49% 플루오르화수소산 용액에 의해 세척된다. 이후, 각각의 유리 윈도우(106)는 탈이온수로 린스된다. 이후, 각각의 유리 윈도우(106)는 예로써, 150℃에서 20분간 완전히 건조될 때까지 구워진다.
이후, 도10의 블록(203)에서, 판(126)과 20개의 윈도우(106)는 그들이 서로 융합될 수 있을 때까지 서로에 대해 적절한 위치를 유지시키는 융합 공구의 사용을 통해 조립된다. 따라서, 도11은 조립을 위해 제공된 재사용식 융합 공구의 일부인 하부 융합판(207)의 개략 상면도이다. 도12는 도11의 12-12선을 따라 취한 하부 융합판(207)의 개략 단면도이다. 판(207)은 17.78 센티미터 ×17.78 센티미터(7 인치 ×7 인치)의 크기를 갖고 그 상측에 복수의 얕은 리세스(208)들을 갖는 흑연 재료로 제조된다. 리세스(208)들은 윈도우(106) 요소와 거의 동일한 크기와 형상을 갖도록, 각각 둥글게 처리된 코너를 갖는 거의 장방형이다.
도13은 재생식 융합 공구의 다른 일부인 상부 융합판(211)의 개략 상면도이다. 도14는 도13의 14-14선을 따라 취한 융합판(211)의 개략 단면도이다. 융합판(211)은 17.78 센티미터 ×17.78 센티미터(7 인치 ×7 인치)의 크기를 갖고, 그를 통해 연장되는 복수의 개구(212)를 갖는 흑연 재료로 제조된다. 각각의 개구(212)는 둥글게 처리된 코너를 갖는 거의 장방형부를 가지며, 그 크기 및 형상은 윈도우(106) 요소의 크기와 형상에 대응한다.
도15는 재사용식 융합 공구의 다른 구성요소인 평형추(216)의 개략 사시도이다. 평형추(216)는 상부면과 바닥면이 평행한 판형 요소이며, 둥글게 처리된 코너를 갖는 거의 장방형상이 되는 주연 엣지를 갖는다. 상기 평형추는 흑연 재료로 제조되며, 평형추(216)의 길이 및 폭은 각각의 유리 윈도우(106)의 길이 및 폭보다 약간 작다.
도16은 하부 융합판(207), 상부 융합판(211), 금속판(126), 20개의 유리 윈도우(103) 및 20개의 평형추(216)를 포함한 조립체(221)의 개략 단면도이다. 상세하게는, 20개의 유리 윈도우(106)는 각각 하부 융합판(207) 상에 위치되어 그 하부가 얕은 리세스(208) 중 각각의 하나에 배치되도록 한다. 이후, 금속판(126)이 하부 융합판(207)의 상부에 지지될 때까지 하방으로 이동시키는 것에 의해 부가된다. 20개의 유리 윈도우(106)는 각각 금속판(126) 내의 각각의 개구(127) 내에 수용될 수 있다. 유리 윈도우(106) 각각은 금속판(126)의 두께보다 다소 큰 초기 두께를 갖는다. 얕은 리세스(208)는 각각 유리 윈도우(106)의 두께와 금속판(126)의 두께의 차이에 대략 절반 정도의 깊이를 갖는다. 결과적으로, 도16과 같이, 리세스(208)들은 각각의 윈도우(106) 요소가 판(126)의 각각의 측과 거의 동일한 양만큼 외향으로 돌출되도록 윈도우 요소를 위치시킨다.
이후, 상부 융합판(211)이 금속판(126)의 상부에 지지될 때까지 하방으로 이동시키는 것에 의해 부가된다. 각각의 유리 윈도우(106)의 상부는 상부 융합판(211)을 통해 각각의 개구(212) 내에 수용된다. 이후, 평형추(216)의 각각은 유리 윈도우(106)의 각각의 상부에 위치된다. 평형추(216)는 유리가 금속판(126)으로 융합될 때 유리 윈도우(106)를 제자리에 유지시키며, 이는 다음에 논의된 방식에서 발생된다. 평형추(216)는 유리 윈도우(106)를 제 위치에 유지시킬 만큼 충분한 무게를 가지지만, 유리 윈도우(106)의 재료가 융합 공정의 가열 중 유동하거나 변형할 만큼 큰 힘을 가하면 안되다.
이후, 도10의 블록(131)에서, 조립체(221)가 노에 위치되면 900℃ 내지 1050℃ 온도의 비활성 분위기에서 가열된다. 조립체(221)는 1시간 45분 내지 2시간 15분의 시간 주기 동안 노 내에 있게 되며, 최고 온도에서 약 20분 동안 유지된다. 이 온도에서, 유리 윈도우(106)의 재료는 연화되며, 각각의 유리 윈도우(106)의 주연 엣지는 금속판(126)을 통해서 또한, 그 모든 주연부를 따라 합체된 개구(127)의 엣지에 직접 융합된다. 특정한 시간 간격의 마지막에서, 조립체(221)는 유리 윈도우(106)가 다시 경화되며 금속판(126)에 고정식으로 접착되도록 상온으로 냉각된다. 이것은 유리 윈도우(106)의 전체 주연 엣지를 따라 유리 윈도우(106)와 금속판(126) 사이에 밀폐식 시일을 만든다.
금속판이 [도6의 블록(157)에서]논의된 습식 수소 공정의 사용을 통해 세척되었기 때문에, 금속에 카본 및 다른 불순물이 사실상 감소되었고, 이것은 융합 공정 중 다양한 가스들을 생성할 수 있는 정도를 감소시켜서, 이러한 가스들이 유리 윈도우(106)의 재료 내에 바람직하지 못한 버블들을 생성하는 정도를 감소시킨다. 융합 처리가 완결될 때 금속판(126)과 그에 고정된 유리 윈도우(106)는 평형추(216)와 상부 및 하부 융합판(207, 211)을 포함하는 융합 공구로부터 분리된다. 융합판(207, 211)과 평형추(216)가 흑연 재료로 형성되기 때문에, 유리 재료(106)는 융합 처리동안 그들에 융합되지 않아서 금속판(126)과 유리 윈도우(106)를 융합 공구로부터 분리하는 것이 어렵다.
윈도우(106)의 유리 재료가 융점 온도에 도달하고 융합 처리 중에 연해지기 때문에, 각각의 유리 윈도우(106)의 대향부 상의 표면은 전형적으로 융합 처리에 의해 영향을 받은 광학 특성을 갖는다. 따라서, 도10의 블록(232)을 참조하면, 각각의 유리 윈도우(106)의 대향 측면은 연마되고 폴리싱된다. "연마"와 "폴리싱"이라는 분리된 용어는 두 용어 모두를 사용하는 것이 산업상 통상적이므로 본 명세서에 둘 다 사용된다. 그러나, 연마 및 폴리싱 모두는 윈도우(106) 표면의 연마 정련(abrasive refinement)을 포함하고, 기본적으로 이용되는 연마제의 거칠기면에서만 단지 상이하다는 것을 이해해야 한다.
개시된 실시예에서, 모두 20개의 유리 윈도우(106)의 양 측면은 동시에 연마되고 폴리싱된다. 이는 공지된 형태의 도시되지 않은 이중 디스크 연마 장치의 사용을 통해 행해진다. 이러한 이중 디스크 연마 장치에서, 두 개의 연마제 및 대략 60.96 센티미터(24인치)의 직경을 가진 동축 디스크는 서로에 대해 회전되고 그 안에 고정된 유리 윈도우(106)를 구비한 금속판(126)은 디스크 상의 두 개의 대향면들 사이에 위치되어, 각각의 유리 윈도우(106)의 대향 측면은 각각의 디스크 상에 각 표면을 각각 결합시킨다. 다음에, 각각의 유리 윈도우(106)의 양측면은 각각의 측면이 금속판(126)의 상부면 또는 바닥면과 대략 동일한 높이가 될 때까지 동시에연마되고 폴리싱된다.
이러한 연마 및 폴리싱은 특정 광학 표준을 달성하기 위해 행해진다. 개시된 실시예에서, 광학 표준은 각각의 유리 윈도우(106)의 상부 및 바닥면이 두 개의 외변(fringes) 불규칙도 및 네 개의 외변 구형력의 평탄도로 폴링싱되는 것이다. 모든 유리 윈도우(106)의 양측면을 동시에 연마 및 폴리싱하는 것은 이미 존재하는 기술에 대해 현저한 비용 감소를 제공하고, 여기서 연마 및 폴리싱은 단일 금속 프레임에 장착된 단일 유리 윈도우 위에서 행해진다.
도10의 블록(233)을 참조하면, 연마 및 폴리싱이 특정 광학 표준을 만족시키도록 수행될 때, 윈도우(106)를 구비한 금속판(126)을 포함하는 조립체는 금속판(126)의 노출된 표면을 세척하는 처리를 받게 된다. 특히, 금속판(126)과 유리 윈도우(106)를 포함하는 조립체는 산성 디스케일 욕조, 알카리성 세척 욕조, 및 염화수소 산성 욕조에 연속적으로 침지된다. 이러한 욕조는 도6의 블록(158)에서 금속 위에 형성된 산화의 제거를 포함해서 도금을 준비할 때 금속판(126)의 노출된 표면을 세척하도록 작용한다. 이와 관련하여, 산화의 목적은 금속판(126)과 유리 윈도우(106) 사이에 안전한 결합을 보증하는 금속판(126)의 표면을 제공하는 것이다. 유리에 의해 결합되지 않은 금속의 다른 표면부에 대해, 이러한 표면이 도포될 수 있도록 이러한 표면으로부터 산화를 제거하는 것이 적절하다.
다음에, 블록(236)에서, 금속판(126)의 노출된 표면은 적어도 508 마이크로센티미터(200 마이크로인치)의 두께를 갖는 니켈층으로 전기도금된다. 다음에, 적어도 127 마이크로센티미터(50 마이크로인치)의 두께를 갖는 금층이 니켈층 위로전기도금된다. 금 및 니켈층은 하우징(11)의 챔버(12)(도1) 내에 배치된 윤활 가스의 부식 특성과 같은 환경 인자로 인한 손상으로부터 금속판(126)의 ASTM-F15 강철 재료를 보호하도록 돕는다.
다음에, 도10의 블록(237)을 참조하면, 니켈과 금층의 두께는 본 기술분야에 공지된 기술을 사용해서 x-레이 형광(XRF) 측정법을 의해 확인된다. 개시된 실시예에서, 이러한 XRF 측정법은 그에 고정된 윈도우(106)를 구비한 금속판(126)을 각각이 포함하는 조립체의 서브세트 위에서 행해진다. 다음에, 블록(238)에서, 각각의 유리 윈도우(106)는 양측면에서 세척된다. 이 개시된 실시예에서, 이는 린트 없는 천과 이소플로필 알콜을 사용하여 수동으로 행해진다.
도1 내지 도3과 관련된 상술된 설명과 같이, 홈(42)이 있는 크롬층(41)은 선택적이다. 결과적으로, 블록(241)에서 크롬층(41)이 현재 제조되는 조립체에 제공되는지가 결정된다. 만약, 제공되지 않으면, 다음에 두 개의 후속 블록(242, 243)이 스킵된다. 제공되면, 그 처리는 블록(242)으로 진행한다.
블록(242)에서, 마스크는 크롬층을 각각의 유리 윈도우(106)의 하부측에 도포하도록 사용된다. 마스크는 금속으로 형성되고 판(211)보다 현저히 얇은 것을 제외하고 도13 및 도14의 211로 도시된 판과 유사하다. 마스크는 금속판(126)의 하부측 위에 위치되어, 금속판(126)은 덮이고 단지 유리 윈도우(106)의 바닥면만이 노출된다. 다음에, 크롬층이 700Å 내지 4,000Å 범위의 두께로 각각의 유리 윈도우(106)의 바닥면 위로 스퍼터링된다. 다음에 마스크는 제거된다. 다음에, 블록(243)에서, 포토레지스트층이 유리 윈도우(106)와 금속판(126)의 바닥면 위로 도포된다. 이 포토레지스트는 공지된 기술을 사용하여 패턴화되고, 다음에 크롬층이 도1 및 도2의 크롬층(41)에서 42로 도시된 홈에 상응하는 장방형 홈을 각각의 유리 윈도우(106) 위의 크롬층에 형성하도록 에칭된다. 다음에, 포토레지스트는 제거된다.
다음에, 도10의 블록(246)에서, 마스크는 각각의 유리 윈도우(106)의 양측면에 반사방지 코팅제를 도포한다. 블록(146)에 사용되는 마스크는 블록(242)과 관련되어 상술된 금속 마스크와 물리적으로 동등한 얇은 금속 마스크이다. 마스크의 사용을 통해, 반사방지 코팅제는 각각의 윈도우(106)의 각 측면에 도포되지만, 금속판(126)의 금도금된 표면에 도포되지 않는다.
도17은 제조 공정에서 이 지점에서 나타날 때의 조립체의 개략 상부도이다. 도17의 조립체는 금속판(126) 및 금속판(126)의 개구(127)에 고정된 윈도우(106)를 포함한다. 도면번호(251)는 그 위에 제공되는 크롬층 및 투명 윈도우(106)의 가시성 관통부를 나타내고, 도면번호(252)는 크롬층(251)을 관통하는 장방형 홈을 나타낸다. 반사방지 코팅제는 존재하지만, 도17에 별도로 도시되지 않는다.
다음에, 도10의 블록(256)에서, 플라스틱 재료의 도시되지 않은 시트는 예를 들어, 정전기 부착(static cling) 플라스틱 재료 시트의 형태로 도17에 도시된 조립체의 각 측면에 일시적으로 도포된다. 플라스틱 재료의 목적은 피스가 판(126)으로부터 절단되는 동안 유리 윈도우(106)를 보호하는 것이다. 특히, 도면번호(258)는 20개의 장방형 파선들 중 하나를 나타내고, 이들 각각은 금속판(126)에서 각각의 홈(136)의 바닥벽을 통해 절단되는 경로를 나타낸다. 도17의 장방형 파선(258) 각각은 각각의 유리 윈도우 주위 및 금속판(126)의 관련 부분 주위로 연장된다.
정확한 절단은 공지된 형태의 미세-블랭킹 처리를 사용하여 각각의 파선(258)을 따라 형성된다. 이와 달리, 파선(258)을 따른 절단은 공지된 형태의 도시되지 않은 다이아몬드 휠 쏘를 사용하여 형성된다. 각각의 파선(258)을 따라 절단된 후, 조립체의 20개의 섹션이 금속판(126)으로부터 절단되고, 각각의 이러한 섹션은 도1 및 도2에서 17로 도시된 리드와 동일한 리드이다.
다음에, 도10의 블록(261)을 참조하면, 정전기 부착 플라스틱 시트는 금속판(126)으로부터 절단된 20개의 리드 각각의 양측면으로부터 제거된다. 다음에, 각각의 이러한 리드에서 각각의 윈도우 양측면은 린트가 없는 천과 이소프로필 알콜로 세척된다. 이소프로필 알콜에 의한 제거를 방해하는 임의 잔류물이 있는 드문 경우에, 아세톤이 그 잔류물을 제거하기 위해 린트가 없는 천과 함께 선택적으로 사용될 수 있다. 세척 후에, 각각의 리드는 도1의 10으로 도시된 형태의 장치로 용이하게 설치된다.
본 발명은 다수의 기술적 장점을 제공한다. 하나의 이러한 기술적 장점은, 제조 공정 중 다수의 단계가 각각 행해져서 단일 조립체에서 복수의 광학 윈도우가 동시에 처리되기 때문에, 결과적인 리드의 전체 비용이 25% 이상 현저히 감소될 수 있다는 것이다.
이러한 일 태양은 조립체가 처리되는 윈도우의 정확한 수에 관계없이 17.78 센티미터 ×17.78 센티미터(7 인치 × 7 인치)와 같은 표준 크기를 가질수 있다는것이다. 이와 관련하여, 17.78 센티미터 ×17.78 센티미터(7 인치 × 7 인치) 조립체는 윈도우가 비교적 작을 때 더 많은 윈도우, 또는 윈도우가 비교적 클 때 더 적은 윈도우를 포함할 수 있다. 결과적으로, 몇몇 특정의 공구가 조립체의 각각의 형상에 대해 요구될 수 있지만, 임의의 다른 공구가 임의의 특정 조립체의 윈도우의 수에 관계없이 표준 크기를 갖는 모든 이러한 조립체용으로 사용되고 표준화될 수 있다. 예를 들어, 이중 디스크 연마 기술을 이용하여 윈도우를 연마하고 폴리싱할 때, 17.78 센티미터 ×17.78 센티미터(7 인치 ×7 인치) 조립체 크기로 양립할 수 있는 단일 세트의 표준화된 공구가 개발될 수 있고, 다음에 각각의 조립체에서 윈도우의 특정 수에 관계없이 이러한 모든 조립체용으로 이용될 수 있다. 특정화된 공구의 현저한 비용과 같은 인자로 인해, 공구의 표준화는 그 결과적인 리드의 전체 비용을 현저히 감소시키는데 협조할 수 있다.
다른 장점은 거의 모든 처리 단계가 완성된 후까지 분리 리드가 각각의 조립체로부터 절단되지 않는다는 것이고, 이는 또한 현저한 비용 감소에 효력을 미치는 데 협조할 수 있다. 이는 특히 유리 윈도우를 연마하고 폴리싱하는 단계, 광학 크롬층을 도포하고 에칭하는 단계, 다음에 반사방지 코팅제를 도포하는 단계의 경우에 사실이다.
또 다른 장점은 금속 프레임이 산화되고 다음에 유리 윈도우에 융합되기 전에 프레임의 표면으로부터 불순물을 제거하기 위해 습식 수소 처리하게 되는 경우에 실현된다. 습식 수소 처리는 이미 존재하는 기술보다 불순물을 제거하는 것에 더욱 더 효과적이다. 습식 수소 처리가 불순물을 제거할 때 특히 효과적이라는 것으로 인해, 가스 형성에서의 현저한 감소 및 이에 따른 따라서 유리 윈도우 안의 버블의 형성을 현저히 감소시킨다. 이는 차례로 결점으로서 폐기해야 하는 부품의 수에서의 현저한 감소에 영향을 주고, 이는 제조 공정의 효율도에서의 현저한 증가 및 이에 따른 각각의 부품의 비용에서의 감소를 나타낸다.
일 실시예가 상세히 도시되고 설명되었지만, 다양한 대체예와 변경예가 다음의 청구범위에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 기술사상 및 범위 내에서 가능하다는 것이 이해된다.

Claims (20)

  1. 소정의 파장을 갖는 방사선에 각각 투과적인 복수의 윈도우를 형성하는 단계와,
    자체를 관통하는 복수의 개구를 구비한 판을 제조하는 단계와,
    환형 시일이 주연부를 따라 연장된 윈도우의 환형부와 개구 주위로 연장된 판의 환형부 사이에 제공되는 방식으로 각각의 상기 윈도우를 상기 판에 견고하게 고정시키는 단계와,
    상기 판에 고정된 각각의 윈도우의 각각의 표면을 동시에 처리하는 단계와,
    그 후, 각각의 윈도우와 상기 판의 각각의 환형부를 각각 포함하는 복수의 섹션을 상기 판으로부터 절단하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 윈도우를 형성하는 단계는 상기 윈도우가 상기 판보다 각각 더 두껍도록 행해지고,
    상기 윈도우를 상기 판에 견고하게 고정시키는 단계는 각 측면 상에 상기 판 이상의 작은 거리 외향으로 돌출하도록 상기 윈도우를 위치설정시키는 단계를 포함하고,
    상기 윈도우를 처리하는 단계는 각각의 윈도우의 일 측면의 각각의 표면의 연마 정련에 동시을 수행하는 단계와, 각각의 윈도우의 타 측면의 각각의 표면의 연마 정련에 동시을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연마 정련을 수행하는 단계는 각각의 윈도우의 양 측면의 표면의 연마 정련을 동시에 수행함으로써 행해지는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 연마 정련을 수행하는 단계는 이중 디스크 연마 기술로 행해지는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 윈도우를 상기 판에 견고하게 고정시키는 단계는 각각의 윈도우의 주연부가 상기 판의 재료에 직접 융합되게 하는 방식으로 상기 판과 윈도우를 가열함으로써 행해지는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 윈도우를 처리하는 단계 후와 절단 단계 전에, 관통 홈을 구비한 불투명층을 각각의 윈도우의 일 표면 상에 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 불투명층을 형성하는 단계는 각각의 윈도우 위로 크롬을 스퍼터링하고 그 후 각각의 윈도우 상에 크롬을 통해 구멍을 에칭함으로써 행해지는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 연마 전련을 수행하는 단계 후와 절단 단계 전에, 각각의윈도우의 적어도 일 측면에 반사방지층을 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 견고하게 고정시키는 단계는
    제1 부품의 얕은 리세스에서 각각의 윈도우를 지지하는 단계와,
    상기 판을 관통하는 개구에 배치된 윈도우로 상기 제1 부품 상의 판을 지지하는 단계와,
    각각의 윈도우의 상단부를 각각 수용하는 복수의 개구를 갖는 제2 부품을 상기 판 위에 지지하는 단계와,
    각각의 윈도우 상에 놓인 각각의 평형추를 제2 부품의 각각의 개구 내에 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 자체를 관통하는 복수의 개구를 구비한 판과,
    소정의 파장을 갖는 방사선에 각각 투과적인 복수의 윈도우를 포함하고,
    각각의 윈도우는 주연부를 따라 연장된 윈도우의 환형부와 개구 주위로 연장된 판의 환형부 사이에 환형 시일을 제공하는 방식으로 상기 판에 고정되고, 각각의 윈도우는 처리를 요하는 표면을 그 위에 갖는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 윈도우는 상기 판보다 각각 더 두껍고 각각의 윈도우가 그의 각 측면에 판 이상의 작은 거리 외향으로 돌출되도록 상기 판의 각각의 개구 내에 각각 고정되고,
    각각의 윈도우는 처리를 요하는 표면을 각 측면에 구비한 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 각각의 윈도우는 상기 판의 재료에 직접 융합되는 주연 엣지를 구비한 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 판은 강철 재료이고 각각의 윈도우는 붕규산 유리 재료인 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 판은 일측면에 복수의 환형 홈을 구비하고, 각각의 홈은 상기 판을 관통하는 각각의 개구 주위로 연장되는 장치.
  15. 습식 수소 분위기에서 금속 부품을 가열하는 단계와,
    그 후 상기 금속 부품의 표면을 산화시키는 단계와,
    그 후 상기 금속 부품의 표면과 접촉하여 유리 부품을 위치설정시키는 단계와,
    그 후, 유리 부품이 상기 금속 부품에 직접 융합되게 하도록 금속 부품과 유리 부품을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 금속 부품은 강철 재료인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 유리 부품은 붕규산 유리 재료인 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 습식 수소 분위기에서 금속 부품을 가열하는 단계는 대략 11 내지 15분 범위의 기간동안 대략 950℃ 내지 1100℃의 범위에서 최고 온도로 금속 부품을 가열하면서 15 내지 30PPM/℃의 범위로 상기 분위기의 이슬점 설정을 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 산화 단계는 대략 600℃ 내지 1000℃의 최고 온도를 유지하면서 대략 9 내지 13분의 시간 간격동안 습식 질소전로에서 금속 부품을 처리하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 유리 부품은 소정의 파장을 가진 방사선에 투과적이고,
    상기 금속 부품은 관통하는 개구를 갖고,상기 가열 단계는 유리 부품의 환형 주연부가 상기 개구 주위로 연장되는 금속 부품의 환형부에 직접 밀봉식으로 융합되는 방식으로 금속 부품을 관통하는 개구 내에 배치된 유리 부품으로 행해지는 방법.
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