KR20070016172A - 내부 보충식 엔클로저 - Google Patents

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KR20070016172A
KR20070016172A KR1020067027012A KR20067027012A KR20070016172A KR 20070016172 A KR20070016172 A KR 20070016172A KR 1020067027012 A KR1020067027012 A KR 1020067027012A KR 20067027012 A KR20067027012 A KR 20067027012A KR 20070016172 A KR20070016172 A KR 20070016172A
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KR
South Korea
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enclosure
gas
bubbles
thin film
gas source
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KR1020067027012A
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엘렌 버츠-쿠퍼
로버트 씨. 핏저
다니엘 비. 주니어 펜더그라스
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

내부 보충식 기체 함유 엔클로저 및 엔클로저를 내부 보충하는 방법이 개시된다.
엔클로저, 기체 공급원, 불활성 기체, 반응성 기체, 투과성 박막, 버블, 가스켓

Description

내부 보충식 엔클로저 {Internally Replenished Enclosure}
본 발명은 내부 보충식 기체 함유 엔클로저 및 엔클로저를 내부 보충하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 컴퓨터 하드 디스크 저장 장치에서 특히 유용하다.
기체 함유 엔클로저는 다양한 용도에서 유리할 수 있다. 통상, 엔클로저는 예를 들어 기계식 체결구, 용접, 또는 접착제를 사용하여 둘 이상의 섹션을 연결함으로써 형성된다. 하나 이상의 부품이 엔클로저 내에 위치되고, 엔클로저는 예를 들어 불활성 기체인, 기체(들)로 충전된다. 완성된 엔클로저는 기체 분위기를 함유하고, 하나 이상의 부품이 엔클로저에 의해 보호된다.
예를 들어, 몇몇 하드 디스크 드라이브가 엔클로저 내에서 보호된다. 엔클로저 자체는 통상 공기 환경 내에 위치되고, 엔클로저의 내부는 불활성 기체(예를 들어, 헬륨)로 충전된다. 통상, 하드 디스크 드라이브 엔클로저 내의 헬륨 분위기는 플래터를 회전시키는데 요구되는 에너지 및 주위 압력 부상 높이에 대한 헤드의 감도를 감소시킨다. 헬륨 분위기는 또한 제조자가 더 낮은 부상 높이를 갖는 드라이브를 형성하도록 허용할 수 있어서, 더 빠른 데이터 접근 및 회수 속도로 이어진다.
엔클로저의 섹션들이 연결되는 결합부는 엔클로저 내의 기체가 빠져나가고 그리고/또는 주위 기체가 엔클로저로 들어오는 것을 허용하는 누출이 되기 쉽다. 몇몇 용도에서, 엔클로저는 주위 환경과 엔클로저의 내부 사이의 기체의 유동을 최소화하거나 실질적으로 제거하기 위해 예를 들어 접착제, 가스켓, 및/또는 시일을 사용하여 밀봉될 수 있다. 그러나, 기체는 엔클로저를 밀봉하도록 사용된 재료(예를 들어, 접착제 및 가스켓)를 통해 확산될 수 있다. 누출, 확산, 또는 몇몇 다른 메커니즘에 의해, 엔클로저 내의 원하는 기체의 상대량은 통상 시간에 걸쳐 감소한다.
통상, 실제로, 엔클로저 내의 원하는 기체 분위기는 수년(예를 들어, 2년, 3년, 또는 5년, 또는 그 이상)일 수 있는 부품의 수명 동안 유지되어야 한다. 그러므로, 사용 수명을 연장하기 위해 엔클로저 내의 기체를 보충하는 것이 종종 바람직하다. 보충의 한 가지 방법은 엔클로저의 섹션들 사이의 연결을 파괴하고, 엔클로저를 기체로 재충전하고, 이를 재밀봉하는 것을 요구한다. 다른 방법은 엔클로저에 충전 포트를 제공하는 단계, 및 엔클로저 내의 분위기를 보충하기 위한 외부 기체 공급을 사용하는 단계를 포함한다. 두 방법은 충전을 위해 엔클로저를 그의 사용 환경으로부터 제거하거나, 접근을 제공하기 위해 엔클로저 둘레에 추가의 공간을 제공하는 것을 요구할 수 있다. 충전 포트의 존재는 또한 누출에 대한 더 큰 기회를 제공하고, 추가의 가스켓 또는 시일을 요구할 수 있으며, 원하는 기체의 엔클로저로부터의 확산 및/또는 주위 기체의 엔클로저 내로의 확산을 허용할 가능성이 있다.
다른 보충 공급원은 기체를 보유하기 위한 불투과성 저장 탱크와, 기체가 탱 크를 빠져나오도록 허용하기 위한 하나 이상의 밸브와, 밸브(들)을 작동시키기 위한 일련의 제어부를 포함한다. 그러한 장치의 사용이 엔클로저의 개방 또는 충전 포트의 존재를 요구하지 않을 수 있지만, 그러한 장치의 크기, 무게, 및 복잡성은 많은 용도에서 바람직하지 않을 수 있다.
본 발명자는 엔클로저 내의 기체 분위기를 내부 보충하는 투과성 박막을 포함하는 기체 공급원을 개발했다.
간략하게, 일 태양에서, 본 발명은 엔클로저 내부의 기체 공급원을 포함하는 내부 보충식 엔클로저를 제공하고, 기체 공급원은 투과성 박막 내에 함유된 기체를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 기체 공급원은 복수의 버블을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 투과성 박막은 유리 또는 유리/세라믹을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 투과성 박막은 금속 및/또는 금속 산화물 코팅 유리 또는 유리/세라믹을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 버블은 수지 내로 혼합된다.
몇몇 실시예에서, 기체 공급원은 중합체 필름과, 선택적으로 금속 및/또는 금속 산화물 코팅을 포함하는 주머니를 포함한다.
본 발명의 상기 설명은 본 발명의 각각의 실시예를 설명하도록 의도되지 않았다. 본 발명의 하나 이상의 실시예의 세부 사항은 또한 아래의 설명에서 설명된다. 본 발명의 다른 특징, 목적, 및 장점은 설명 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도1은 예시적인 불활성 기체 분위기를 도시한다.
도2A는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 공급원을 도시한다.
도2B는 도2A의 기체 공급원의 단면도를 도시한다.
기체 분위기를 함유하는 엔클로저가 매우 다양한 용도로 사용된다. 엔클로저의 크기 및 형상과, 엔클로저를 형성하도록 사용되는 재료의 특성은 예를 들어 엔클로저 내에 포함되는 부품의 크기 및 형상과, 엔클로저에 대해 이용 가능한 공간과, 엔클로저 내의 원하는 분위기를 포함한 최종 사용 요건에 따라 변할 수 있다. 도1을 참조하면, 예시적인 엔클로저(100)는 2개의 섹션, 하우징(110) 및 커버(120)를 포함한다. 엔클로저(100)는 부품(140) 및 기체 분위기를 포함한다.
통상, 엔클로저는 예를 들어 기계식 체결구(예를 들어, 나사, 볼트, 리벳), 용접, 및/또는 접착제를 포함한 임의의 공지된 수단에 의해 연결된 임의의 개수의 섹션을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가스켓이 누출을 감소시키기 위해 이음매에 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가스켓은 엔클로저의 섹션들을 연결하고 결과적인 이음매를 밀봉할 수 있는 접착식 가스켓일 수 있다. 도1을 참조하면, 접착식 가스켓(130)은 커버(120)를 하우징(110)에 연결한다.
몇몇 실시예에서, 엔클로저는 하나 이상의 불활성 기체로 충전된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "불활성" 기체는 전형적인 사용 조건(예를 들어, 온도 및 압력) 하에서 엔클로저 내의 부품 및 엔클로저 내의 다른 재료(예를 들어, 기체)와의 화학 반응을 실질적으로 나타내지 않는 것이다. 임의의 불활성 기체가 사용될 수 있다. 예시적인 불활성 기체는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 및 질소를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 저밀도 불활성 기체(예를 들어, 헬륨)가 바람직하다.
몇몇 실시예에서, 엔클로저는 하나 이상의 반응성 기체로 충전된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "반응성" 기체는 전형적인 사용 조건(예를 들어, 온도 및 압력) 하에서 엔클로저 내의 부품들 또는 엔클로저 내의 다른 재료들(예를 들어, 기체) 중 적어도 하나와 반응하는 것이다. 임의의 공지된 반응성 기체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 환원성 기체가 엔클로저 내의 산화성 기체와 반응하도록 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 산화성 기체를 제거하기 위한 환원성 기체의 사용은 엔클로저 내의 부품의 수명을 연장할 것이다. 예시적인 반응성 기체는 수소, 산소, 일산화탄소, 포름알데하이드, 다이보레인, 및 암모니아를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 반응성 기체는 수소가 아니다.
통상, 임의의 공지된 기체가 예를 들어 엔클로저 내의 원하는 분위기에 따라 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 불활성 기체(예를 들어, 헬륨)가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 반응성(예를 들어, 환원성) 기체가 사용될 수 있다.
특정 기체가 예를 들어 재료, 온도, 또는 압력의 변화로 인해, 하나의 용도에서는 불활성이지만 다른 용도에서는 반응성일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 이산화탄소는 불활성 기체일 수 있지만, 다른 실시예에서, 이산화탄소는 반응성 기체일 수 있다.
통상, 엔클로저 내의 특정 기체의 상대량은 엔클로저 내의 그러한 기체의 몰분율(즉, 기체의 총 몰수에 대한 특정 기체의 몰수)에 의해 정의될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 엔클로저 내의 특정 기체의 상대량은 엔클로저 내의 그러한 기체의 분압으로서 표현될 수 있고, 여기서 기체의 분압은 엔클로저 내의 전체 압력에 의해 곱해진 그러한 기체의 몰분율과 동일하다.
통상, 엔클로저 내의 원하는 기체(들)의 상대량은 시간에 걸쳐 감소하여, 엔클로저 내의 부품의 사용 수명을 제한한다. 예를 들어, 반응성 기체가 시간에 걸쳐 소비될 것이고, 주위 기체가 엔클로저 내로 누출 또는 확산될 수 있고, 그리고/또는 원하는 기체가 엔클로저로부터 누출 또는 확산될 수 있다. 엔클로저 내의 특정 기체의 고갈 속도는 그러한 기체의 상대량이 시간에 따라 감소하는 속도(예를 들어, 그러한 기체의 분압이 시간에 따라 감소하는 속도)로서 정의된다. 통상, 고갈 속도는 예를 들어 특정 기체가 엔클로저로부터 누출 및/또는 확산되는 속도의 증가, 다른 기체가 엔클로저 내로 누출 또는 확산되는 속도의 증가, 및 반응성 기체에 대해, 특정 기체가 반응하는 속도의 증가와 함께 증가할 것이다.
엔클로저 내의 특정 기체의 고갈 속도는 또한 그의 보충 속도, 즉 특정 기체가 보충되는 속도에 의해 영향을 받는다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 엔클로저 내의 원하는 기체는 엔클로저 내에 기체 공급원을 위치시킴으로써 내부 보충된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 엔클로저 내의 원하는 기체는 엔클로저의 섹션들 사이에 기체 공급원을 위치시킴으로써 내부 보충된다. 이러한 기체 공급원은 투과성 박막 내에 함유된 하나 이상의 기체를 포함한다.
도2A 및 도2B를 참조하면, 본 발명의 기체 공급원의 일 실시예가 도시되어 있다. 버블(20)은 평균 두께(T) 및 평균 직경(D)을 갖는 박막(210)을 포함한다. 하나 이상의 기체가 공동(220) 내에 저장된다.
주어진 체적의 버블에서 보충을 위해 이용 가능한 기체의 양을 최대화하기 위해, 기체는 상승된 압력으로 버블 내에 저장될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 저장 압력은 적어도 약 200 kPa(29 psi)(몇몇 실시예에서, 적어도 약 1000 kPa(145 psi), 적어도 약 1725 kPa(250 psi), 또는 적어도 약 2750 kPa(400 psi))이다.
통상, 버블은 임의의 형상, 크기(예를 들어, 평균 직경), 크기 분포, 체적, 박막 두께, 밀도, 및 종횡비(구형 버블에 대해 평균 벽 두께에 대한 평균 직경의 비율)일 수 있다.
버블은 임의의 형상을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블은 최대 내압을 견디기 위해 실질적으로 구형이다. 다른 형상은 예를 들어 입방체, 원통, 반구, 반원통, 피라미드 등을 포함한, 임의의 개수의 면을 갖는 임의의 기하학적 3차원 다각형을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 버블들은 크기(예를 들어, 직경 또는 체적)의 분포를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 분포는 예를 들어 가우스, 로렌쯔, 또는 대수 정규 분포인 입자 크기 특징화 함수에 의해 설명될 수 있다. 분포는 (예를 들어, 하나의 입자 크기만을 포함하는) 단일 모드 또는 다중 모드(예를 들어, 이중 모드, 삼중 모드 등)일 수 있다. 통상, 다중 모드 분포는 증가된 충진 밀도를 제공한다.
몇몇 실시예에서, 버블들은 적어도 약 1 ㎛(몇몇 실시예에서, 적어도 약 5 ㎛, 적어도 약 10 ㎛, 또는 적어도 약 20 ㎛)의 중간값 직경(즉, 50%)을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블들은 약 5000 ㎛ 미만(몇몇 실시예에서, 약 1000 ㎛ 미만, 약 500 ㎛ 미만, 약 100 ㎛ 미만, 또는 약 50 ㎛ 미만)의 평균 크기를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블들은 적어도 약 50 ㎛3(몇몇 실시예에서, 적어도 약 250 ㎛3, 또는 적어도 약 500 ㎛3)의 버블당 평균 내부 체적을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 버블들은 약 1,000,000,000 ㎛3 미만(몇몇 실시예에서, 약 250,000,000 ㎛3 미만, 또는 50,000,000 ㎛3 미만, 또는 5,000,000 ㎛3 미만)의 평균 체적을 갖는다.
통상, 박막(210)은 사용 조건(예를 들어, 온도)에서 버블 내에 저장된 기체에 대해 투과성인 임의의 재료(들)을 포함할 수 있다. 예시적인 박막은 유리, 유리/세라믹, 금속(예를 들어, Ti 및 Pd), 금속 산화물, 금속 및 금속 산화물의 다중 층, 질화물, 탄화물, 규화물과 같은 다른 금속 화합물, 합금, 및 중합체 재료를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 박막은 동일하거나 상이한 재료의 복수의 층을 포함한다. 박막에 대해 사용되는 재료(들)의 선택은 예를 들어 투과성(즉, 박막을 통한 저장 기체의 운반 속도), 밀도, 및 기계적 특성(예를 들어, 인장 강도, 파쇄 저항)에 의존할 수 있다.
통상, 특정 박막 재료를 통한 기체의 투과성은 일반적인 실험에 의해 결정될 수 있다. (예를 들어, ASTM 테스트 방법 D737-96 및 D3985 참조.) 투과 속도는 문헌에도 보고되어 있다. (예를 들어, 진공 기술(Vacuum Technology), 로쓰, 에이.(Roth, A.), 노쓰 홀랜드 퍼블리싱 코.(North Holland Publishing Co.), 164, 166면(1976년) 참조.) 통상, 투과성은 예를 들어 박막의 조성, 각각의 층의 두께, 및 하나 이상의 층 내의 핀홀, 공극, 또는 패턴의 존재에 의존할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 박막의 평균 두께는 적어도 0.01 ㎛(몇몇 실시예에서, 적어도 0.1 ㎛, 또는 적어도 0.5 ㎛)이다. 몇몇 실시예에서, 박막의 평균 두께는 20 ㎛ 미만(몇몇 실시예에서, 5.0 ㎛ 미만, 또는 2.0 ㎛ 미만)이다. 몇몇 실시예에서, 버블들은 박막 두께의 분포를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 버블들의 평균 투과 속도는 박막 두께의 분포를 조정함으로써 제어될 수 있다.
유리 버블은 임의의 공지된 방법에 의해 만들어질 수 있다. (예를 들어, 미국 특허 제3,365,315호 및 제4,767,726호 참조.) 또한, 본 발명에서 유용한 유리 버블은 예를 들어 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 스카치라이트 글래스 버블(Scotchlite Glass Bubble)이라는 상표명으로 구입 가능한 것을 포함하여, 상업적으로 구입 가능하다. 세라믹 버블 또한 예를 들어 쓰리엠 컴퍼니로부터 Z-라이트 스피어(Z-Light Sphere) 및 지오스피어(Zeeosphere)라는 상표명으로 구입 가능한 것을 포함하여, 상업적으로 구입 가능하다.
몇몇 실시예에서, 박막의 투과성은 박막의 특성을 변경함으로써 조정될 수 있다. 통상, 박막 두께 또는 밀도의 증가는 투과성을 감소시킨다. 또한, 하나 이상의 층이 투과성을 감소시키기 위해 박막의 표면에 도포될 수 있다. 예를 들어, 무기 재료(예를 들어, 금속 및/또는 금속 산화물)가 유리 또는 유리 세라믹 박막에 도포될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 금, 은, 구리, 주석, 아연, 알루미늄, 텅스텐, 크롬, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 팔라듐, 및/또는 백금과 같은 금속이 사용될 수 있다. 다른 유용한 재료는 탄소 및 실리콘과, 금속 및/또는 준금속을 함유하는 합금을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 질화티타늄, 산화주석, 또는 산화알루미늄이 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 층(들)의 두께는 적어도 약 0.2 ㎚(몇몇 실시예에서, 적어도 약 0.3 ㎚, 적어도 약 0.5 ㎚, 또는 적어도 약 1 ㎚)이다. 몇몇 실시예에서, 층(들)의 두께는 약 20 ㎚ 미만(몇몇 실시예에서, 약 10 ㎚ 미만, 약 5 ㎚ 미만, 또는 약 2 ㎚ 미만)이다.
몇몇 실시예에서, 공극 또는 핀홀이 하나 이상의 층 내에 존재할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 층이 박막의 일 부분에만 도포될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블들 중 일부만이 박막에 도포된 추가의 층을 가질 것이다. 통상, 각각의 이러한 특성은 복수의 버블들의 평균 투과 속도를 제어하도록 조정될 수 있다.
예를 들어 물리 증착(스퍼터 코팅, 증발 코팅, 및 음극 아크 적층), 화학 증착, 무전해 도금, 및 졸-겔 코팅과 같은 습식 화학 수단을 포함한 임의의 공지된 방법이 무기 재료의 얇은 필름 층을 유리 버블에 도포하도록 사용될 수 있다 (예를 들어, 미국 특허 제4,618,525호 참조). 상업적으로 구입 가능한 코팅 유리 버블은 예를 들어 펜실베니아주 밸리 포지 소재의 포터스 인더스트리즈, 인크.(Potters Industries, Inc.)로부터 컨덕트-오-필(Conduct-O-Fill)이라는 상표명으로 구입 가 능한 것을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 버블의 표면은 예를 들어 유기 재료, 예를 들어 에폭시 실란 및 메타크릴레이트 염화크롬으로 처리될 수 있다. 예시적인 표면 처리 버블은 쓰리엠 컴퍼니로부터 스카치라이트 글래스 버블이라는 상표명으로 구입 가능한 것을 포함한다 (예를 들어, D32/4500, H20/1000, 및 A20/1000).
기체 공급원은 임의의 공지된 수단에 의해 엔클로저 내에 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블은 엔클로저 내에 헐겁게 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블은 투과성 용기, 예를 들어 중합체 백 또는 주머니 내에 위치될 수 있고, 주머니는 엔클로저 내에 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 중합체 주머니는 주머니의 벽을 통한 불활성 기체의 투과 속도를 제어하기 위해, 예를 들어 금속 또는 금속 산화물로 코팅될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 버블은 수지와 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블은 수지의 표면에 접착되고 그리고/또는 수지 내에 부분적으로 캡슐화될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블들 중 일부는 수지 내에 완전히 캡슐화될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 실질적으로 모든 버블(예를 들어, 90 중량% 초과, 몇몇 실시예에서, 95% 초과, 또는 99% 초과)이 수지 내에 완전히 캡슐화될 수 있다.
통상, 임의의 공지된 수지가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 수지는 버블의 내부로부터 수지를 통해 엔클로저의 내부로의 기체의 투과 속도를 제어하도록 선택될 수 있다. 예시적인 수지는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 에폭시, 실리콘, 올레핀, 및 폴리에스터를 포함한다. 수지는 열가소성, 열경화성, 탄성중합체, 또는 열가소성 탄성중합체일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 고도로 가교 결합된 수지(예를 들어, 에폭시)가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 고도로 결정성인 수지(예를 들어, 폴리에틸렌 및 에틸렌 비닐 알코올)가 사용될 수 있다. 수지는 예를 들어 수분, 열, 화학선(예를 들어, 가시광선, UV), 또는 전자 비임에 의해 경화될 수 있다.
버블은 예를 들어 버블을 용융된 수지 또는 수지의 용액(예를 들어, 수용액 또는 용매 용액) 내로 혼합하는 것을 포함한 임의의 공지된 수단에 의해 수지 내로 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블은 예를 들어 2-롤 분쇄기를 사용하여 수지와 함께 분쇄될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블은 압출기에 첨가되어 수지와 조합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블은 수지를 형성하기 위해 이후에 중합되는 예비 중합체 혼합물에 첨가될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 수지는 접착제일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블 충전 접착제가 엔클로저 내의 부분들을 연결하고 그리고/또는 엔클로저의 섹션들을 연결하도록 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 수지는 (예를 들어, 엔클로저의 섹션들 사이에 위치된) 엔클로저와 함께 사용되는 가스켓을 형성하도록 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버블 함유 수지는 엔클로저의 하나 이상의 내부 표면 상에 도포(예를 들어, 코팅)될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 수지는 엔클로저 내의 부품의 하나 이상의 표면에 도포될 수 있다.
버블 이외에, 수지는 예를 들어 실리카, 탈크, 카본 블랙, 전기적 및/또는 열적으로 전도성인 입자, 유변 변형제(예를 들어, 요변제), 점착제, 가소제, 발포 제, 섬유, 중실 및/또는 중공 비드, 염료, 및/또는 안료를 포함한 다른 재료를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 기체는 투과성 용기, 예를 들어 주머니 내에 저장될 수 있고, 주머니는 엔클로저 내에 위치될 수 있다. 주머니는 코팅 또는 비코팅 중합체 필름을 포함할 수 있다. 코팅은 유기 및 무기(예를 들어, 금속 및/또는 금속 산화물) 재료를 포함한다.
투과성 박막 내에 함유된 원하는 기체를 포함하는 기체 공급원에 의해 제공되는 보충 속도는 예를 들어 박막의 평균 투과성, 투과성 박막 내에 함유된 원하는 기체의 전체 체적, 엔클로저 내의 원하는 기체의 분압, 기체 함유 투과성 박막이 봉입된 수지, 및 엔클로저 내의 온도 및 압력을 포함한 다양한 파라미터의 함수이다. 통상, 보충 속도는 원하는 기체가 투과성 박막을 통해 확산되므로, 시간에 따라 변할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 엔클로저 내의 원하는 기체의 고갈을 실질적으로 방지하기에 충분한 보충 속도를 갖는 기체 공급원을 제공하는 것이 바람직할 수 있고, 즉 보충 속도는 원하는 기체가 예를 들어 반응, 누출, 및/또는 확산에 의해 엔클로저로부터 제거되는 속도들의 합 이상이어야 한다.
몇몇 실시예에서, 엔클로저 내의 원하는 기체의 상대량(예를 들어, 분압)을 그의 초기 상대량에 대해 원하는 수준으로 유지하기에 충분한 보충 속도를 갖는 기체 공급원을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 보충 속도는 엔클로저 내의 원하는 기체의 분압을 그의 초기 분압의 적어도 20%, 몇몇 실시예에 서, 적어도 50%, 몇몇 실시예에서, 적어도 75%, 또는 그의 초기 분압의 적어도 90%로 유지하기에 충분해야 한다.
몇몇 실시예에서, 엔클로저 내의 원하는 기체의 분압은 엔클로저 내의 부품의 작동 수명 동안 유지되어야 한다. 몇몇 실시예에서, 엔클로저 내의 원하는 기체의 분압은 적어도 1년, 몇몇 실시예에서, 적어도 2년, 몇몇 실시예에서, 적어도 3년, 그리고 적어도 5년, 또는 그 이상 동안 유지되어야 한다.
예
다음의 구체적이지만 제한적이지 않은 예는 본 발명을 예시하는 역할을 할 것이다. 모든 백분율은 달리 표시되지 않으면 중량에 의한다.
비코팅 버블
쓰리엠 컴퍼니로부터 스카치라이트 글래스 버블 S60/10,000이라는 상표명으로 구입 가능한 버블이 사용되었다. 유리는 70 - 80%의 SiO2, 8 - 15%의 CaO, 3 - 8%의 Na2O, 및 2 - 6%의 B2O3인 것으로 보고되었다. 평균 버블 밀도는 30㎛의 중간값 직경(즉, 50%), 1.3 ㎛의 평균 벽 두께, 및 28 ㎛의 내경에서, 0.60±0.02 g/cc로 보고되었다.
알루미늄 코팅 버블
비코팅 버블의 샘플이 얇은(대략 1000 Å) 알루미늄 층으로 코팅되었다. 버블은 스퍼터링 공급원으로부터의 금속 원자의 플럭스로 코팅되면서 교반되었다. 다음으로, 산화알루미늄의 필름이 알루미늄 스퍼터링 중에 산소의 동시 첨가를 포 함하는 반응성 스퍼터-적층을 거쳐 알루미늄 층 상에 적층되었다. 코팅 버블의 밀도는 0.65 g/cm3이었다.
기체 충전
비코팅 및 알루미늄 코팅 버블이 충전되었다. 다음의 예에서, 코팅 버블은 코팅이 도포된 후에 충전되었다. 통상, 버블은 하나 이상의 코팅이 도포되기 전에 또는 그 후에 기체로 충전될 수 있다.
대략 70g의 버블이 오토클레이브 내로 장입되고, 그 다음 오토클레이브가 밀봉되고 소기되었다. 오토클레이브는 6.9 MPa(평방 인치당 1000 파운드(psi))로 헬륨 기체로 가압되고 300℃로 가열되었다. 온도가 300℃에 도달했을 때, 헬륨 기체의 압력은 6.9 MPa(1000 psi) 증분으로 변화되어, 1시간 동안 각각의 증분으로 유지되었다. 48 MPa(7000 psi)의 압력이 도달되었을 때, 시스템은 3시간 동안 일정하게 유지되었다. 오토클레이브는 그 다음 냉각되어 통기되고, 버블은 오토클레이브로부터 제거되었다.
버블 내의 기체의 압력의 한 가지 추정은 이상 기체 법칙(즉, P1/T1 = P2/T2)을 사용하여 계산될 수 있다. 따라서, P1 = 48 MPa, T1 = 573K(300℃), 그리고 T2 = 298K(25℃)에서, 주위 압력(P2)에서의 버블 내의 압력은 25 MPa(3640 psi)로 계산된다.
버블 투과성
버블 박막을 통한 투과에 의해 유리 버블로부터 방출되는 기체의 양은 기체 크로마토그래피를 사용하여 측정되었다. 코팅 및 비코팅 버블이 주위 온도 및 상승된 온도에서 테스트되었다. 테스트 이전의 헬륨 손실을 최소화하기 위해, 모든 버블은 오토클레이브로부터 제거되어 테스트를 위해 선택될 때까지 -20℃로 저장되었다. 샘플의 요약이 표1에 제시되어 있다.
예 코팅 온도 질량(g)
1 없음 21℃ 50.1
2 없음 70℃ 50.6
3 알루미늄 21℃ 60.6
4 알루미늄 70℃ 60.6
각각의 예에 대해, 버블은 2.54 cm x 2.54 cm(1 인치 x 1 인치) 플라스틱 칭량 접시 내로 칭량되고, 이는 그 다음 주위 공기를 함유하는 격납 튜브 내로 위치되었다. 격납 튜브의 체적은 대략 600 mL였다. 튜브의 결합부들은 고진공 그리스로 밀봉되었다. 예1 및 예3은 주위 온도(21℃)로 유지되었고, 예2 및 예4는 70℃ 오븐 내에 위치되었다.
기체 크로마토그래피(GC)가 격납 튜브 내부의 분위기의 조성 변화를 모니터링하도록 사용되었다. 주기적으로, 격납 튜브 내부의 분위기의 작은 부분이 제거되어 샘플 용기 내에 저장되었다. 샘플링 전에, 상승된 온도로 유지된 튜브는 오븐으로부터 제거되어, 약 30분 동안 실온으로 냉각되었다. 각각의 샘플 용기는 콘-소켓 조인트를 거쳐 기체 크로마토그래피 장치의 샘플링 포트에 연결되었다. GC 분석의 작동 파라미터가 표2에 제시되어 있다. 버블의 그램당 버블로부터 투과되는 기체의 체적이 표3 및 표4에서 보여진다.
기기 애질런트 테크놀로지스(Agilent Technologies)로부터 구입한 HP 5890 GC
운반 기체 아르곤(대략 3 mL/min)
칼럼 뉴저지주 라리탄 소재의 크롬팩 인크.(Chrompack Inc.)로부터 구입한 5Å 25m x 0.32mm 분자체
헤드 압력 0.083 MPa(12 psi)
주입 라이너 2mm 내경(180℃로 유지)
분류 50 mL/min
오븐 프로그램 2분 동안 40℃, 그 다음 10℃/min으로 100℃까지 증가
검출 열 전도(220℃에서 측정)
비코팅 버블에 대한 투과율
버블의 그램당 헬륨의 밀리리터
시간(시간) 예1 예2
0 0 --
3 6 33
21 29 98
46 46 124
119 73 159
171 84 172
216 90 --
218 -- 179
293 -- 190
294 99 --
389 107 192
485 114 199
696 124 202
코팅 버블에 대한 투과율
버블의 그램당 헬륨의 밀리리터
시간(시간) 예3 예4
0 0 0
14 2 12
45 5 28
61 6 35
88 8 --
91 -- 44
166 13 --
167 -- 60
261 17 --
262 -- 74
357 21 --
358 -- 83
569 27 --
570 -- 102
버블 내부의 기체의 실제 체적
방법 1: 기체 크로마토그래피
헬륨 충전 비코팅 버블의 샘플이 전술한 바와 같이 격납 튜브 내에 위치되었다. 격납 튜브 및 버블은 1주 동안 150℃ 오븐 내에 위치되었다. 튜브는 그 다음 오븐으로부터 제거되어, 실온으로 냉각되었고, 튜브 내의 분위기가 전술한 바와 같이 GC를 사용하여 분석되었다. 버블은 버블의 그램당 250 mL의 헬륨을 함유하는 것으로 밝혀졌다.
유사하게, 헬륨 충전 비코팅 버블의 샘플이 격납 튜브 내에 위치되어 10분 동안 600℃ 오븐 내에 위치되었다. 튜브는 그 다음 오븐으로부터 제거되어 실온으로 냉각되었고, 튜브 내의 분위기가 전술한 바와 같이 GC를 사용하여 분석되었다. 버블은 버블의 그램당 191 mL의 헬륨을 함유한다.
방법 2: 등압 파쇄 테스트
버블 내부에 함유된 헬륨의 양을 결정하기 위해, 0.364g의 버블이 3.5g의 글라이콜(이엠 사이언스 코프.(EM Science Corp.)로부터 구입한 분석 등급 글라이콜)을 함유하는 풍선(내셔널 라텍스 프로덕츠(National Latex Products)로부터 구입한 #1032 라텍스 풍선) 내로 위치되었다. 버블 및 글라이콜로 충전된 풍선의 초기 체적은 메스실린더 내에 담긴 10W-30 엔진 오일 내로의 침지에 의해 측정되었다. 다음으로, 풍선 및 그의 내용물은 버블을 파단시켜서 내부에 저장된 헬륨을 방출하기에 충분한 등압 압력(138 MPa(20,000 psi))을 받았다. 풍선 체적의 증가는 메스실린더 내의 오일의 변위를 측정함으로써 결정되었다.
헬륨 충전 유리 버블의 2가지 샘플이 테스트되었다. 오토클레이브로부터 제거된 후 1시간에 테스트된 제1 샘플은 0.417g 샘플 내의 18 mL 헬륨(43.2 mL/g)을 함유했다. 이러한 체적에 기초하여, 충전된 버블 내부의 압력은 2.74 MPa(397 psi)인 것으로 계산되었다. 오토클레이브로부터 제거된 후 24시간에 테스트된 제2 샘플은 0.364g 샘플 내의 8 mL 헬륨(22.0 mL/g)을 함유했다. 충전된 버블 내부의 압력은 1.76 MPa(255 psi)인 것으로 계산되었다.
본 발명의 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 범주 및 취지로부터 벗어나지 않고서 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (22)

  1. 내부 보충식 엔클로저이며,
    초기 분압을 갖는 제1 기체와,
    엔클로저 내부에 보충 기체 공급원을 포함하고,
    기체 공급원은 투과성 박막 내에 함유된 제1 기체를 포함하는 엔클로저.
  2. 제1항에 있어서, 투과성 박막은 유리, 세라믹, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 엔클로저.
  3. 제2항에 있어서, 투과성 박막은 금속 및 금속 산화물 중 적어도 하나를 더 포함하는 엔클로저.
  4. 제1항에 있어서, 투과성 박막은 금속, 금속 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 엔클로저.
  5. 제1항에 있어서, 투과성 박막은 중합체 필름과, 금속 및 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 엔클로저.
  6. 제1항에 있어서, 기체는 불활성 기체이고, 선택적으로 불활성 기체는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 질소, 이산화탄소, 또는 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 엔클로저.
  7. 제1항에 있어서, 기체는 반응성 기체이고, 선택적으로 반응성 기체는 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 포름알데하이드, 다이보레인, 암모니아, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 엔클로저.
  8. 제7항에 있어서, 반응성 기체는 산소와 반응하는 엔클로저.
  9. 제1항에 있어서, 기체 공급원은 복수의 버블을 포함하고,
    선택적으로 복수의 버블은,
    (a) 박막 두께의 분포,
    (b) 직경의 분포, 또는
    (c) 이들의 조합을 갖는 엔클로저.
  10. 제9항에 있어서, 복수의 버블들은 500 ㎛ 미만, 선택적으로 100 ㎛ 미만, 선택적으로 50 ㎛ 미만의 중간값의 직경을 갖는 엔클로저.
  11. 제9항에 있어서, 투과성 박막은 유리 또는 유리/세라믹을 포함하고, 선택적으로 투과성 박막은 금속, 금속 산화물, 또는 이들의 조합을 더 포함하고, 선택적 으로 금속, 금속 산화물, 또는 이들의 조합은 유리 또는 유리/세라믹의 외부 표면에 결합되는 엔클로저.
  12. 제9항에 있어서, 복수의 버블들 중 적어도 일부는 수지 내에 캡슐화되는 엔클로저.
  13. 제12항에 있어서, 엔클로저는 복수의 섹션을 포함하고, 수지는 접착제이고, 적어도 2개의 섹션들이 접착제로 연결되는 엔클로저.
  14. 제12항에 있어서, 엔클로저는 복수의 섹션과, 적어도 2개의 섹션들을 분리하는 가스켓을 포함하고, 가스켓은 수지를 포함하는 엔클로저.
  15. 제12항에 있어서, 수지는 엔클로저의 적어도 하나의 내부 표면의 일 부분에 도포되는 엔클로저.
  16. 제12항에 있어서, 수지는 엔클로저 내의 부품에 도포되는 엔클로저.
  17. 제1항에 있어서, 기체 공급원은 적어도 1년, 적어도 2년, 적어도 3년, 및 적어도 5년으로부터 선택된 기간 동안 20%, 50%, 75%, 및 90%로부터 선택된 제1 기체의 초기 분압의 백분율로 제1 기체의 분압을 유지하기에 충분한 보충 속도를 갖는 엔클로저.
  18. 엔클로저를 내부 보충하는 방법이며,
    초기 분압을 갖는 제1 기체를 함유하는 엔클로저를 제공하는 단계와,
    투과성 박막 내에 함유된 제1 기체를 포함하는 기체 공급원을 엔클로저 내부에 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 기체 공급원은 엔클로저에 의해 둘러싸인 공동 내에 위치되는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 엔클로저는 복수의 섹션을 포함하고, 기체 공급원은 엔클로저의 2개의 섹션들을 함께 결합시키는 접착제 내에 위치되는 방법.
  21. 제18항에 있어서, 엔클로저는 복수의 섹션을 포함하고, 기체 공급원은 엔클로저의 2개의 섹션들 사이에 위치된 가스켓 내에 위치되는 방법.
  22. 제18항에 있어서, 기체 공급원은 적어도 1년, 적어도 2년, 적어도 3년, 및 적어도 5년으로부터 선택된 기간 동안 20%, 50%, 75%, 및 90%로부터 선택된 제1 기체의 초기 분압의 백분율로 제1 기체의 분압을 유지하기에 충분한 보충 속도를 갖는 방법.
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