KR20140022812A - 진공 단열 유리 유닛들을 위한 조정 가능한 적외선 유닛(들)을 포함하는 국부적인 가열 기술들, 및/또는 이를 위한 장치들 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 특정한 예시적인 실시예들은 진공 단열 가스(VIG) 유닛들에 대한 가장자리 밀폐 기술들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 특정한 예시적인 실시예들은 유닛들의 가장자리 밀폐들에 국부적인 가열을 제공하기 위한 기술들, 및/또는 이를 달성하기 위해 결합된 오븐들에 관한 것이다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 적외선(IR) 가열 요소들은 근적외선(NIR) 및/또는 단파 적외선(SWIR) 대역(들) 내의 최고 파장에서 IR 방사선을 방출하기 위해 제어 가능하고, 최고 파장은 IR 가열 요소들에 작용된 전압을 조절하는 것에 의해 변화될 수 있다. 최고 파장은 VIG 유닛의 기판들에 제공된 열의 양을 감소시키는 동안 VIG 가장자리 밀폐를 형성하는 데 사용되는 프릿 물질을 우선적으로 가열시키기 위해 선택될 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, VIG 유닛의 기판들은 1분 이상 동안 325℃의 온도에 도달하지 않는다.

Description

진공 단열 유리 유닛들을 위한 조정 가능한 적외선 유닛(들)을 포함하는 국부적인 가열 기술들, 및/또는 이를 위한 장치들{LOCALIZED HEATING TECHNIQUES INCORPORATING TUNABLE INFRARED ELEMENT(S) FOR VACUUM INSULATING GLASS UNITS, AND/OR APPARATUSES FOR SAME}
본 발명의 특정한 예시적인 실시예들은 진공 단열 유리(VIG) 유닛들을 위한 가장자리 밀폐(sealing) 기술들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 특정한 예시적인 실시예들은 유리들의 가장자리 밀폐재들에 국부적인 가열을 제공하기 위한 기술, 및/또는 이를 달성하기 위해 결합된 오븐들(ovens)에 관한 것이다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 다수의 적외선(IR) 가열 요소들은 단파 적외선(SWIR) 대역(들) 및/또는 근적외선(NIR) 내에서 최고 파장(peak wavelength)으로 IR 방사선을 방출하기 위해 제어 가능하고, 최고 파장은 IR 가열 요소들에 적용된 전압을 조절하는 것에 의해 다양하게 될 수 있다. 최고 파장은 VIG 유닛의 기판들에 제공된 열의 양을 감소시키면서 VIG 가장자리 밀폐를 형성하기 위해 사용되는 프릿 물질(frit material)을 우선적으로 가열하기 위하여 선택될 수 있다.
진공 IG 유닛들은 종래 기술에서 공지되어 있다. 예를 들어 여기에 개시된 내용들이 참조로서 모두 포함된, 미국 특허 제5,664,395, 5,657,607, 및 5,902,652호를 보기 바란다.
도 1-2는 종래의 진공 IG 유닛(vacuum IG unit 또는 VIG unit)을 도시한다. 진공 IG 유닛(1)은 두 개의 멀리 이격된 유리 기판들(2 및 3)을 포함하고, 그것은 그것들 사이에 배기되거나(evacuated) 낮은 압력 공간(6)을 둘러싼다. 유리 시트들/기판들(2 및 3)은 지지 필러들(support pillars) 또는 스페이서들(spacers; 5) 및 융합된 땜납 유리(fused solder glass; 4)의 주변 또는 가장자리 밀폐에 의해 상호 연결된다.
펌프 아웃 튜브(pump out tube; 8)는 유리 시트(2)의 내부 표면으로부터 시트(2)의 외부 표면 내의 리세스(recess; 11)의 바닥으로 통과하는 구멍 또는 홀(10)에 땜납 유리(9)에 의해 밀봉하여(hermetically) 밀폐된다. 진공은 기판들(2 및 3) 사이의 내부 공동이 낮은 압력 영역 또는 공간(6)을 생성하기 위해 배기될 수 있도록 펌프 아웃 튜브(8)에 부착된다. 배기(evacuation) 후에, 튜브(8)는 진공을 밀폐하기 위해 용융된다. 리세스(11)는 밀폐된 튜브(8)를 유지한다. 임의적으로, 화학적 게터(chemical getter; 12)가 리세스(13) 내부에 포함될 수 있다.
그것들의 융합된 땜납 유리 주변 밀폐들(4)을 구비하여, 종래의 진공 IG 유닛들은 다음과 같이 제작될 수 있다. (궁극적으로 땜납 유리 가장자리 밀폐(4)를 형성하기 위해) 용액 내의 유리 프릿(glass frit)은 처음에 기판(2)의 주변부 주위에 증착된다. 외부 기판(3)은 그것들 사이에 유리 프릿/용액 및 스페이서들(5)을 끼우기 위해 기판(2)의 상부 위에 내려진다. 시트들(2, 3), 스페이서들, 및 밀폐 물질을 포함하는 전체 어셈블리는 그런 다음 대략 500℃의 온도로 가열되고, 그 온도에서 유리 프릿은 용융되고, 유리 시트들(2, 3)의 표면들은 젖고, 궁극적으로 기밀의 주변 또는 가장자리 밀폐(4)를 형성한다. 이러한 대략 500℃의 온도는 약 1시간에서 8시간 동안 유지된다. 튜브(8) 주위에 밀폐 및 주변/가장자리 밀폐(4)의 형성 후에, 어셈블리는 실내 온도로 냉각된다. 미국 특허 제 5,664,395호의 열(column) 2에는 종래의 진공 IG 처리 온도가 1시간 동안 대략 500℃라고 언급한다. '395 특허의 발명자 Collins는 Lenzen, Turner 및 Collins에 의한, '진공 유리의 열적 아웃개싱(Thermal Outgassing of Vacuum Glazing)'에서, “가장자리 밀폐 공정은 현재 꽤 느리다: 일반적으로 샘플의 온도는 시간당 200℃로 증가되고, 땜납 유리 성분에 따라 430℃ 및 530℃에서 변화하는 일정한 값에서 1시간 동안 유지된다.”라고 언급한다. 가장자리 밀폐(4)의 형성 후에, 진공은 낮은 압력 공간(6)을 형성하기 위해 튜브를 통해 끌려진다.
유감스럽게도, 가장자리 밀폐(4)의 형성에서 활용되는 전체 어셈블리의 전술된 높은 온도들 및 긴 가열 시간들은, 특히 진공 IG 유닛 내에서 열 강화되거나 템퍼링된(tempered) 유리 기판(들)(2, 3)을 사용하는 것이 요구될 때 바람직하지 않다. 도 3-4에 도시된 바와 같이, 템퍼링된 유리는 가열 시간의 상관 관계에 따라 높은 온도들에 노출 시 템퍼 강도(temper strength)를 잃는다. 게다가, 그러한 높은 처리 온도들은 특정 예시들에서 유리 기판들의 양쪽 또는 어느 하나에 적용될 수 있는 특정한 낮은-E 코팅(들)에 불리하게 영향을 미칠 수 있다.
도 3은 완전히 열적으로 템퍼링된 플레이트 유리가 다른 기간 동안 다른 온도들에 노출 시 원래의 템퍼(temper)를 어떻게 잃는지를 도시하는 그래프이고, 원래의 중앙 인장 응력은 인치 당 3,200 MU이다. 도 3에서 x-축은 시간(1에서 1000시간까지)의 수학 지수로(exponentially) 나타내는 반면, y-축은 열 노출 후에 남아 있는 원래의 템퍼 강도의 비율을 나타낸다. 도 4는 도 4의 x-축이 0에서 1시간까지 수학 지수적으로 연장한다는 것을 제외하고, 도 3과 유사한 그래프이다.
7개의 다른 곡선들이 도 3에 도시되고, 화씨 온도(℉)에서 다른 온도에 노출된 경우를 각각 나타낸다. 다른 곡선들/직선들은 400℉(도 3 그래프의 상부를 가로지름), 500℉, 600℉, 700℉, 800℉, 900℉ 및 950℉(도 3 그래프의 바닥 곡선)이다. 900℉의 온도는 대략 482℃와 균등하며, 그것은 도 1-2에서 전술된 종래의 땜납 유리 주변 밀폐(4)를 형성하기 위해 활용되는 범위 내에 있다. 따라서, 참조 부호 18에 의해 표시된 도 3에서 900℉의 곡선에 주의된다. 도시된 바와 같이 이 온도(900℉ 또는 482℃)에서 1시간 후에 원래 템퍼 강도의 오직 20%만이 남아 있다. 템퍼 강도의 그러한 상당한 감소(즉, 80% 감소)는 물론 바람직하지 않다.
도 3-4에서, 1시간 동안 900℉에 반대되는 1시간 동안 800℉(482℃)의 온도에서 가열된 때 훨씬 나은 템퍼 강도가 열적으로 템퍼링된 시트 내에 남아 있다. 그러한 유리 시트는 800℉에서 1시간 후에 그것의 원래 템퍼 강도의 약 70%를 유지하며, 그것은 동일한 시간 동안 900℉에 있을 때 20%보다 적은 것보다 상당히 낫다.
매우 오랫동안 전체 유닛을 가열하지 않는 것과 관련된 다른 이점은 더 낮은 온도 필러 물질들이 사용될 수 있다는 것이다. 이는 일부 예시들에서 바람직하거나 바람직하지 않을 수 있다.
비-템퍼링된(non-tempered) 유리 기판들이 사용된 때에도, 전체 VIG 어셈블리에 적용된 높은 온도들은 유리를 용융시키거나 응력들(stresses)을 유도할 수 있다. 이러한 압력들은 유리의 변형 및/또는 파손의 가능성이 증가할 수 있다.
그러므로, 진공 IG 유닛, 및 이를 만들기 위한 대응하는 방법이 종래 기술에서 필요하다는 것을 알 것이고, 거기에서 구조적으로 완전한 기밀의 가장자리 밀폐가 마주보는 유리 시트들 사이에 제공될 수 있다. 또한 템퍼링된 유리 시트들을 포함하는 진공 IG 유닛에 대하여 종래 기술에서 필요성이 존재하며, 전체 유닛이 땜납 유리 가장자리 밀폐를 형성하기 위해 가열되는 종래의 진공 IG 제작 기술보다 그것들의 원래 템퍼 강도를 더 유지하도록 주변 밀폐가 형성된다.
본 발명의 특정 예시적인 실시예들의 측면은 유닛의 비-주변 영역들의 가열을 감소시키고 그에 의해 기판들 깨짐의 가능성을 감소시키기 위해 가장자리 밀폐들을 형성하도록 유닛의 주변부에 국부적으로 가열을 적용하는 것에 관련된다.
특정 예시적인 실시예들의 측면은 결합된 오븐을 통해 유닛의 단계적인 가열, 국부적인 가열 및 단계적인 냉각을 제공하는 것에 관련되며, 국부적인 가열은 선형 열 공급원들의 배열 또는 매트릭스(matrix)를 포함하는 실질적으로 선형으로 집중된 적외선(IR) 열 공급원에 의해 제공된다.
특정 예시적인 실시예들의 다른 측면은 진공 IG 유닛의 열적으로 템퍼링된 유리 기판들/시트들의 적어도 특정 부분(들)이 종래의 가장자리 밀폐를 형성하는 기술들이 땜납 유리 가장자리 밀폐 물질과 함께 사용되는 것보다 그것들의 원래 템퍼 강도를 더 유지하도록 형성된 주변 또는 가장자리 밀폐를 구비하는 진공 IG 유닛을 제공하는 것에 관련된다.
특정 예시적인 실시예들의 다른 측면은 진공 IG 유닛, 및 이를 제작하기 위한 방법에 관한 것이며, 결과적인 열적으로 템퍼링된 유리 기판(들)의 적어도 부분은 가장자리 밀폐의 형성 후에 원래 템퍼 강도의 적어도 약 50%를 유지한다.
특정 예시적인 실시예들의 다른 측면은 진공 IG 유닛 내에 주변/가장자리 밀폐를 형성하기 위해 필요한 포스트-템퍼링(post-tempering) 가열 시간의 양을 감소시키는 것에 관련된다.
본 발명의 특정한 예시적인 실시예들에서, 진공 단열 유리(VIG) 유닛 내에 가장자리 밀폐를 형성하기 위한 장치가 제공된다. 다수의 적외선(IR) 가열 요소들은 근적외선(NIR) 및/또는 단파 적외선(SWIR) 대역(들) 내에서 최고 파장으로 IR 방사선을 방출하기 위해 제어 가능하다. IR 가열 요소들은 2-6" 중심-대-중심 거리를 구비하도록 서로로부터 멀리 이격된다. IR 가열 요소들은 그 안에 삽입 가능한 VIG 서브어셈블리의 하부 표면 아래에 및/또는 상부 표면 위에 1-36" (보다 바람직하게 2-10") 수직하게 위치된다. 제어기는 다수의 IR 가열 요소들에 의해 산출된 최고 파장을 변화시키기 위해 다수의 IR 가열 요소들에 공급된 전압의 양을 조절하기 위해 작동 가능하다. 장치의 내부 벽들은 그 위에 영향을 미치는 IR 가열 요소들로부터 IR 방사선의 감소된 양이 반사되게 하기에 적합한 특성들을 구비하는 물질을 포함하고, 반사된 IR 방사선은 일반적으로 퍼지거나 방향성이 없는 패턴으로 반사된다. 단열은 내부 벽들 주위에 제공된다.
본 발명의 특정한 예시적인 실시예들에서, 가장자리 밀폐를 포함하는 진공 단열 유리(VIG)를 제작하는 방법이 제공된다. VIG 서브어셈블리는 근적외선(NIR) 및/또는 단파 적외선(SWIR) 대역(들) 내에서 최고 파장으로 IR 방사선을 방출하기 위해 제어 가능한 다수의 적외선(IR) 가열 요소들을 포함하는 장치 안에 삽입되고, 다수의 IR 가열 요소들은 2-6" 중심-대-중심 거리를 구비하도록 서로로부터 이격되고 VIG 서브어셈블리의 하부 표면 아래에 및/또는 상부 표면 위에 2-10" 수직하게 위치된다. 장치의 내부 벽들은 그 위에 영향을 미치는 IR 가열 요소들로부터 IR 방사선의 감소된 양이 반사되게 하기에 충분한 특성들을 구비하는 물질을 포함하고, 반사 IR 방사선은 퍼지거나 방향성이 없는 패턴으로 반사된다. 단열은 내부 벽들 주위에 제공된다. VIG 서브어셈블리의 주변부 주위에 제공된 프릿 물질은 가장자리 밀폐를 형성하는 중에 다수의 IR 가열 요소들을 통해 가열되고, 전압의 양은 VIG 서브어셈블리의 유리 기판들에 비해 프릿 물질을 우선적으로 가열하기 위해 다수의 IR 가열 요소들에 의해 산출된 최고 파장을 변화시키기 위해 조절 가능하다.
본 발명의 특정한 예시적인 실시예들에서, 진공 단열 유리(VIG) 유닛 내에 가장자리 밀폐를 형성하기 위한 장치가 제공된다. 다수의 적외선(IR) 가열 요소들은 근적외선(NIR) 및/또는 단파 적외선(SWIR) 대역(들) 내에서 최고 파장으로 IR 방사선을 방출하기 위해 제어 가능하다. 제어기는 다수의 IR 가열 요소들에 의해 산출된 최고 파장을 변화시키기 위해 다수의 IR 가열 요소들에 공급된 전압의 양을 조절하기 위해 작동 가능하다. 제어기는 제1 및 제2 모드들로 작동 가능하며, 제1 모드는 IR 가열 요소들이 대략 절반의 전력 밀도(power density) 및 25-75% (보다 바람직하게 45-55%) 전압에서 작동하는 예열 모드이고 제2 모드는 IR 가열 요소들이 절반의 전력 밀도 및 50-100% (보다 바람직하게 75-85%) 전압에서 작동하는 제1 밀폐 모드이다.
본 발명의 특정한 예시적인 실시예들에서, VIG 유닛을 제작하는 방법이 제공된다. VIG 서브어셈블리는 가열기에 제공되고, VIG 서브어셈블리는 제1 및 제2 실질적으로 평행하게 이격된 유리 기판들, 제1 및 제2 유리 기판들 사이의 다수의 지지 필러들, 및 그것들 사이에 가장자리 밀폐를 형성하기 위한 프릿 물질을 포함한다. 적외선(IR) 에너지는 VIG 서브어셈블리를 예열하기 위해 대략 절반의 전력 밀도에서 작동하는 적어도 하나의 전구(bulb)로부터 방출된다. IR 에너지는 제1 및 제2 유리 기판들이 30%보다 낮은 흡수를 구비하고 프릿 물질이 VIG 유닛을 제작하는 중에 50%보다 큰 (보다 바람직하게 70% 또는 80%보다 큰) 흡수를 구비하는 미리-선택된 최고 IR 파장 및 대략 절반의 전력 밀도에서 작동하는 적어도 하나의 전구로부터 방출된다.
여기에 설명된 특징들, 측면들, 이점들 및 예시적인 실시예들은 더 추가적인 실시예들을 실현하기 위해 결합될 수 있다.
명세서 내에 포함되어 있음.
이러한 및 다른 특징들 및 이점들은 다음의 도면들과 결합하여 예시적으로 설명된 실시예들의 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 그리고 보다 완벽하게 이해될 수 있다:
도 1은 종래의 진공 IG 유닛의 공지된 단면도이다;
도 2는 도 1에 도시된 절단선을 따라 취해진 도 1의 진공 IG 유닛의 바닥 기판, 가장자리 밀폐, 및 스페이서들의 공지된 평면도이다;
도 3은 시간(hours) 대비 남아 있는 템퍼 강도의 비율의 상관관계를 나타내는 그래프이고, 다른 시간 동안 다른 온도들에 대하여 노출된 후에 유리의 열적으로 템퍼링된 시트에 대한 원래 템퍼 강도의 손실을 도시한다;
도 4는 더 작은 시간이 X-축 상에 제공된 것을 제외하고, 도 3과 유사한 시간 대비 남아 있는 템퍼 강도의 비율의 상관관계를 나타내는 그래프이다;
도 5는 예시적인 실시예에 따른 제1 챔버 오븐의 예시적인 배치를 도시하는 간략화된 측면도이다;
도 6은 예시적인 실시예에 따른 결합된 오븐의 가장자리 밀폐 영역 내의 IR 열 공급원들의 움직이는 집중(moving concentration)의 오버헤드 뷰(overhead view)이다;
도 7은 예시적인 실시예에 따른 IR 가열 요소에 근접하게 위치된 집중 및/또는 집속 거울의 측면도이다;
도 8은 예시적인 실시예에 따른, 결합된 오븐을 통해 VIG 어셈블리의 프릿 가장자리 밀폐들에 국부적인 가열을 제공하기 위한 공정을 도시하는 예시적인 플로우차트이다;
도 9a는 예시적인 실시예에 따른, IR 공급원 어레이(array) 안으로 들어오는 오븐 내의 벨트 상에 VIG 어셈블리의 오버헤드 뷰이다;
도 9b는 예시적인 실시예에 따른, IR 공급원 어레이 안으로 들어오는 오븐 내의 벨트 상에 VIG 어셈블리의 오버헤드 뷰이다;
도 9c는 예시적인 실시예에 따라, VIG 어셈블리의 단축을 따라 밀폐될 가장자리 및 VIG 어셈블리의 장축을 따라 밀폐될 가장자리들의 부분들 모두 IR 공급원 어레이로부터 IR에 모두 노출되도록 IR 공급원 어레이에 추가적으로 들어가는 VIG 어셈블리의 오버헤드 뷰이다;
도 9d는 예시적인 실시예에 따라, VIG 어셈블리의 장축을 따라 밀폐될 가장자리들만이 IR 공급원 어레이로부터 IR에 노출되도록 IR 공급원 어레이에 추가적으로 들어가는 VIG 어셈블리의 오버헤드 뷰이다;
도 9e는 예시적인 실시예에 따라, IR 공급원 어레이를 나가는 VIG 어셈블리의 오버헤드 뷰이다;
도 9f는 예시적인 실시예에 따른 제1 VIG 어셈블리가 IR 공급원 어레이를 나갈 때 IR 공급원 어레이에 들어가는 제2 VIG 어셈블리의 오버헤드 뷰이다;
도 10은 예시적인 실시예에 따라, 조금씩 비켜놓은(staggered) IR 열 공급원 설계를 포함하는 IR 공급원 배열의 오버헤드 뷰이다;
도 11a는 예시적인 실시예에 따른 IR 공급원들의 어레이와 함께 설치된 인-라인(in-line) 방식의 벨트 노(belt furnace)의 측면도이다;
도 11b는 예시적인 실시예에 따른 ir 공급원들의 두 개의 어레이들과 함께 설치된 인-라인 방식의 벨트 노의 측면도이다;
도 12는 예시적인 유리 프릿에 대한 파장 대비 전달, 반사 및 흡수를 도시하는 그래프이다;
도 13은 3.2mm 깨끗한 플로트 유리(float glass)에 대하여 파장 대비 유리 흡수를 도시하는 그래프이다;
도 14는 예시적인 IR 가열 요소들에 대하여 온도와 전압의 상관 관계를 나타낸다;
도 15는 특정한 예시적인 실시예들에 따라 프릿 물질의 흡수 특성들을 나타낸 그래프이다;
도 16a-b는 40% 전압, 완전한 전구(100% 전구 사용) 실험에 대하여, 개별적으로, 상부 및 바닥 위치들에 대하여 온도 대비 시간을 도시하는 그래프들이다;
도 17a-b는 50% 전압, 최대 전구(100% 전구 사용) 실험에 대하여, 개별적으로, 상부 및 바닥 위치들에 대하여 온도 대비 시간을 도시하는 그래프들이다;
도 18a-b는 60% 전압, 최대 전구(100% 전구 사용) 실험에 대하여, 개별적으로, 상부 및 바닥 위치들에 대하여 온도 대비 시간을 도시하는 그래프들이다;
도 19a-b는 50% 전압, 절반의 전구(50% 전구 사용) 실험에 대하여, 개별적으로, 상부 및 바닥 위치들에 대하여 온도 대비 시간을 도시하는 그래프들이다;
도 20a-b는 60% 전압, 절반의 전구(50% 전구 사용) 실험에 대하여, 개별적으로, 상부 및 바닥 위치들에 대하여 온도 대비 시간을 도시하는 그래프들이다;
도 21a-b는 70% 전압, 절반의 전구(50% 전구 사용) 실험에 대하여, 개별적으로, 상부 및 바닥 위치들에 대하여 온도 대비 시간을 도시하는 그래프들이다;
도 22a-b는 80% 전압, 절반의 전구(50% 전구 사용) 실험에 대하여, 개별적으로, 상부 및 바닥 위치들에 대하여 온도 대비 시간을 도시하는 그래프들이다;
도 23a-b는 90% 전압, 절반의 전구(50% 전구 사용) 실험에 대하여, 개별적으로, 상부 및 바닥 위치들에 대하여 온도 대비 시간을 도시하는 그래프들이다;
본 발명의 특정한 실시예들은 진공 IG 윈도우 유닛 내의 개선된 주변 또는 가장자리 밀폐, 및/또는 이를 제작하는 방법에 관한 것이다. “주변(peripheral)” 및“가장자리(edge)” 밀폐들은 여기에서 밀폐들이 유닛의 절대적인 주변 또는 가장자리에 위치되는 것을 의미하지 않고, 그 대신에 밀폐가 유닛의 적어도 하나의 기판의 가장자리에 또는 근접하여 (예를 들어, 약 2 인치 내에) 적어도 부분적으로 위치되는 것을 의미한다. 이와 같이, 여기에서 사용된“가장자리(edge)”는 유리 기판의 절대적인 가장자리에 국한되지 않고 기판(들)의 절대적인 가장자리에 또는 근접한 (예를 들어, 약 2인치 내에) 영역 또한 포함할 수 있다. 또한, 여기에서 사용된 것과 같이 “VIG 어셈블리”라는 용어는 예를 들어, 두 개의 평행하게-이격되는 기판들 및 프릿(frit)을 포함하는 리세스(recess)의 배기(evacuation) 및 VIG의 가장자리들이 밀폐되기 전에 중간 산출물을 언급하는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 프릿이 여기에서 하나 이상의 기판들에 의해 “지지되거나” 또는 “상에(on)”있는 것으로 언급되나, 이것은 프릿이 기판(들)에 직접적으로 접촉해야 한다는 것을 의미하지는 않는다. 다시 말해서, “상에(on)”라는 단어는 직접적으로 및 간접적인 것을 모두 포함하고, 프릿은 다른 물질(예를 들어 코팅 및/또는 얇은 필름)이 기판 및 프릿 사이에 제공될지라도 기판 “상에(on)” 있는 것으로 고려될 수 있다.
본 발명의 특정한 예시적인 실시예들에서, 결합된 영역의 오븐(unitized zoned oven)을 이용하는 진공 단열 유리 유닛들(vacuum insulated glass units)의 프릿 가장자리 밀폐(seal)를 위한 우선적인(preferential) 가열의 방법이 제공된다. 미리-조립된 유닛은 우선 프릿 밀폐를 용융시키는 데 요구되는 것보다 낮은 중간 온도로 가열된다(예를 들어 약 200-300℃의 온도). 그런 다음, 유닛의 가장자리는 프릿이 용융될 때까지 약 350-500의 국부적인 온도를 제공하기 위해, 근적외선 파장(예를 들어, 약 0.7-5.0㎛의 파장)에서, 보다 바람직하게, 약 1.1-1.4㎛에서 IR 방사선(radiation)을 발생시키도록 구성된 열 공급원들의 적어도 하나의 실질적으로 이-차원적인(two-dimensional) 어레이(array)를 통해 및/또는 실질적으로 선형으로 집속된(focused) 적외선(IR) 열 공급원으로부터의 국부적인 열로 추가적으로 가열된다. 동시에, 만약 템퍼링되거나(tempered) 열 강화된 유리가 사용된다면, 영역의 대부분이 여전히 중간 온도보다 아래에 있으므로, VIG 유닛의 열적으로 템퍼링된 유리 시트(들)/기판(들)의 적어도 특정한 부분들은 원래 템퍼 강도의 약 50% 보다 많지 않게 잃는다. 전반적인 낮은 온도에 의해, 특정한 예시적인 실시예들의 기술들은 샘플들이 냉각될 때 시간을 절약하고 바람직하게 에너지 소비를 감소시킬 수 있다. 국부적인 온도가 프릿을 포함하는 물질(들) 상의 부분에 기초하여 결정될 수 있다는 것은 이해될 수 있다. 예를 들어, 납-포함(lead-inclusive) 프릿들은 은-포함(silver-inclusive) 프릿들보다 더 낮은 온도들을 요구하는 경향이 있다.
특정한 예시적인 실시예들의 결합된 오븐은 다수의 챔버들(chambers)을 포함한다. 일반적으로, 챔버들은 입구 영역(entrance zone), 가장자리 밀폐 영역(edge sealing zone), 및 출구 영역(exit zone)에 대응할 것이다. 예시적인 결합된 오븐은 단일의 영역(예를 들어, 두 개의 입구 챔버들은 입구 영역 기능을 수행하기 위해 제공될 수 있으며, 두 개의 출구 챔버들은 출구 영역 기능을 수행하기 위해 제공될 수 있다 등)의 기능을 달성하기 위해 다수의 챔버들을 포함할 수 있고, 및/또는 단일의 챔버는 다수의 영역들(예를 들어, 단일의 챔버는 입구 및 출구 영역 기능 등을 제공할 수 있다)과 결합된 기능을 달성하기 위해 제공될 수 있다.
제한이 아닌 예시에 의해, 도 5는 예시적인 실시예에 따른 5개의 챔버 오븐(chamber oven; 50)의 예시적인 배치(layout)를 도시하는 간략화된 측면도이다. 그러나, 이전에 시사된 바와 같이, 더 많거나 더 적은 챔버들이 활용될 수 있는 것은 이해될 것 이다. 특정한 비-제한적인 실시들에서, 인접한 챔버들은 그것들 사이에 위치된 (인접한 챔버들 중간에 점선들로 나타내진) 밀폐 도어들(sealing doors)에 의해 분리될 수 있다. 링크(linkage), 풀리들(pulleys), 및/또는 다른 수단들은 그러한 도어들을 개방하고 폐쇄하기 위해 제공될 수 있다.
특정한 예시적인 실시예들의 결합된 오븐(50)은 산출물 흐름에 관하여 반-연속적이다(semi-continuous). 롤러 컨베이어(52) 또는 다른 이송 기술은 VIG 어셈블리 및/또는 그것의 내용물들이 서로에 대해 방해되거나 재위치되지 않도록 하나의 영역 및/또는 챔버로부터 다음으로 주어진 VIG 어셈블리를 물리적으로 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 시작 지점(52a)에서, 롤러 컨베이어(52)는 예를 들어, 제1 도어(54)를 통해, 오븐(50) 안으로 VIG 어셈블리들을 공급한다. VIG 어셈블리들은 그것들이 챔버 및/또는 영역 내부에 적합한 위치에 도달할 때 정지되고 위치 안으로 이동될 수 있다. VIG 어셈블리의 위치는 예를 들어, 포토-아이(photo-eye) 또는 다른 탐지 수단에 의해 결정될 수 있다. 제한이 아닌 예시에 의해, 위치는 (예를 들어, 도 6과 관련하여 이하에서 보다 상세히 설명되는 것과 같이) 특별한 수평 및 수직 위치들 등 내부에 정렬된, 특별한 챔버의 중심일 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 예를 들어 접합용 프릿이 용융되게 하기 위해, VIG 어셈블리가 충분히 가열되게 하기 위해, 특별한 위치에서 VIG 어셈블리는 일시적으로 정지시키는 것은 바람직할 수 있다.
특정한 예시적인 실시예들에서, 많은 VIG 어셈블리들은 그것들이 배치식으로(in batch) 처리될 수 있도록 동시에 오븐(50) 안으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 것과 같은 5개의 챔버 오븐은, 5개의 VIG 어셈블리들이 한번에 처리될 수 있을 때까지, 처리가 각각의 챔버의 진행(progress)에 따라 시작되고 정지될 수 있다. 예를 들어, 가장자리 밀폐 영역은 출구 영역 챔버들 내에 수행된 냉각(cooling)보다 더 많은 시간을 요구할 수 있다. 그러므로, 다른 영역들 및/또는 챔버들의 다른 처리 시간들을 고려하기 위해 약간의 지연이 처리 내에서 생길 수 있다.
입구 영역(entrance zone)(예를 들어 도 5의 예시적인 실시예에서 챔버들(1 및 2))에는 VIG 어셈블리가 단계들 내에서 가열 가능하도록 실질적으로 균일한 열 공급원이 마련된다. 즉, 실질적으로 균일한 열은 전체 VIG 어셈블리를 실질적으로 균일하게 가열하기 위해 VIG 어셈블리에 적용될 수 있다. 가열은 VIG 어셈블리 또는 그것의 내용물들의 동요를 감소시키도록 IR 열 공급원 또는 다른 수단으로부터 IR 방사선을 통해 달성될 수 있다.
가장자리 밀폐 영역(예를 들어 도 5의 챔버(3))에서, 실질적으로 균일한 열 공급원들은 미리 정해진 배경 온도에서 전체적으로 VIG 어셈블리를 유지시키기 위해 설치된다. 이는 입구 영역으로부터 온도를 약간 증가시키고 및/또는 입구 영역으로부터 중간 온도에서 전체 VIG 어셈블리는 유지시키는 것에 의해 성취될 수 있다. 그 동안에, 실질적으로 선형의 집속된 IR 열 공급원들(56)은 가장자리들에 적용된 세라믹 프릿을 용융시키기 위해 VIG 어셈블리의 주변에 국부적인 가열을 공급한다. IR 열은 예를 들어 VIG 어셈블리에 반대되는 가장자리 상의 포물면 거울(parabolic mirror)에 의해, 주변 가장자리들에 집속될 수 있다. 예시적인 집속 메커니즘의 보다 상세한 사항들은 도 7을 참조하여 이하에 제공된다. 이러한 특별한 영역이 가장자리 밀폐 영역으로 언급되었으나, 일부 가장자리 밀폐는 다른 영역들에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 출구 영역 내에 있는 동안 가장자리들이 밀폐를 계속할지라도, 일부 가장자리 밀폐는 일반 IR 방사선 공급원들이 차단되면 발생할 것이고 대부분의 용융(melting)은 가장자리 밀폐 영역 내에서 발생할 것이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 결합된 오븐의 가장자리 밀폐 영역 내의 IR 열 공급원들(62 및 64)의 이동하는 집중(moving concentration)의 오버헤드 뷰(overhead view)이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 프릿 용융 오븐은 다양한 크기로 된 VIG 어셈블리들이 밀폐될 수 있도록 설계된다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 집속된 IR 뱅크(bank)의 하나의 모서리는 제 위치에 고정된다(예를 들어, 뱅크들(62a-b)에 가장 근접한 모서리). 도 6의 예시에서, 뱅크들(62a-b)은 제 위치에 고정된다. 그러한 예시적인 배치들에서, 집속된 IR 뱅크의 오직 두 개의 측들만이 적절한 프릿 용융을 보증하기 위해 재위치될 필요가 있다. IR 공급원들은 또한 구역들의 일부 또는 전부가 VIG 어셈블리 크기의 그것에 대한 가열의 길이를 조절하기 위해 언제라도 켜질 수 있도록 구역들로 구획될 수 있다. 이러한 IR 공급원 뱅크들(64a-b)의 부분들은 예를 들어, 암들, 레일 상의 롤러들 및/또는 다른 링크장치들과 같은 기계적인 수단에 의해 VIG 어셈블리의 주변부 주위의 다양한 위치들 안으로 이동될 수 있다. 도 6에서, 이것은 (뱅크들(64a-b) 내에서 점선들에 의해 지정되는) 그것들의 초기 위치들로부터 (실선들에 의해 지정되는) 가장자리가 밀폐될 VIG 어셈블리(1')에 가장 가까운 위치들로 이동되는 뱅크 구획들(64a'- b') 및 구획된 뱅크들(64a-b)로 도시된다. 도 6의 실시예들에서, 62a-b의 부분들 및 뱅크들(64a'- b')에 대응하는 IR 공급원들만이 껴지게 되고; 뱅크들(64a-b) 내의 IR 공급원들의 나머지 및 뱅크들(62a-b) 내의 비-근접 IR 공급원들은 켜질 필요가 없다(예를 들어, 그것들은 꺼진 채로 유지된다).
그러므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 국부적인 열 공급원은 적외선 열 공급원 요소들의 제1, 제2, 제3 및 제4 뱅크들을 포함하고, 뱅크들은 적외선 열 공급원이 가장자리 용융 영역 내부에 실질적으로 직사각형으로 형상되도록 배치된다. 제1 및 제2 뱅크들은 제 위치에 고정되고 실질적으로 직사각형으로 형상으로 적외선 열 공급원의 두 개의 실질적으로 수직인 다리들을 구성하고, 제3 및 제4 뱅크들은 실질적으로 직사각형 형상의 적외선 열 공급원의 다른 두 개의 실질적으로 수직인 다리들을 구성한다. 제2 및 제3 뱅크들의 적외선 열 공급원 요소들은 밀폐될 가장자리들에 보다 가까이 이동하도록 유닛의 크기에 따라 이동 가능하다.
게다가, 집속 거울의 각도는 (도 7을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명되는 것과 같이) 열이 VIG 어셈블리 주변부들 상에 보다 정확하게 집속되게 하기 위해 특정한 예시적인 실시예들에서 조절 가능할 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, IR 구획된 공급원 이동 및/또는 집속은 개별적인 유닛들의 결과들을 조절하기 위해 컴퓨터로 제어될 수 있다. 보다 추가적으로, 가장자리가 밀폐될 VIG 어셈블리(1')는 IR 공급원들에 보다 근접하도록 높여질 수 있다. 이는 IR 뱅크들(62a-b)에 대한 적절한 X-Y 위치로 그것을 이동시키고, 이동 가능한 IR 뱅크들의 부분들을 이동시키고, VIG 어셈블리(1')를 위치 안으로 들어올리는 것에 의해 달성될 수 있다.
제한하지 않고 예시로서, 뱅크들 내의 IR 공급원들은 IR 튜브들일 수 있다. IR 튜브들은 VIG 어셈블리의 가장자리들을 가로질러 가열을 제공하기 위해 각각 충분히 가까울 수 있을 뿐 아니라(예를 들어, “간격들”을 남기지 않거나, 가장자리들 주위의 예열되거나 실질적으로 다르게 가열된 영역들), 그러한 튜브들의 이동을 고려하여 서로 충분히 멀리 멀어질 수 있다. 그러므로, 제한하지 않고 예시로서, IR 튜브들은 특정한 예시적인 실시예들 내에서 대략 5mm 멀리 위치될 수 있다. 뱅크들의 크기들은 VIG 유닛 제작 공정의 요구들에 따라 변화될 수 있다. 또한 제한하지 않고 예시로서, 대략 2-3 미터의 뱅크들은 대부분 표준의 VIG 제작 요건들을 수용하여야 한다.
도 5를 다시 한번 참조하여, VIG 어셈블리는 예를 들어, 도 5의 챔버들(4 및 5)을 통해 계단식(stepwise manner)으로, 하나 이상의 챔버들을 포함하는 출구 영역 내에서 냉각될 수 있다. 계단식 출구 배치가 실시될 때, 각각의 연속적인 출구 영역은 이전의 출구 영역 챔버보다 낮은 온도에서 유지될 수 있다. 이러한 배치는 강제 대류 공기 냉각(forced convective air cooling), 배수관 냉각(cooling water piping), 및/또는 특별한 출구 영역 챔버로부터 열을 제거하기에 적합한 다른 냉각 수단을 이용하여 가능해질 수 있다. 궁극적으로, VIG 어셈블리는 롤러들(52b)을 통해 출구 도어(58)를 통해 오븐(50)으로부터 말려질 수 있다(roll).
도 7은 예시적인 실시예에 따라 IR 가열 요소(IR heating element; 74)에 근접하게 위치된 집중 및/또는 집속 거울(concentration and/or focusing mirror; 72)의 측면도이다. 어떠한 유형의 집중 및/또는 집속 메커니즘이 특정한 다른 예시적인 실시예들과 함께 결합하여 사용될 수 있다는 것은 이해될 것이다. IR 가열 요소(74)로부터 IR 방사선은 땜납 프릿(solder frit; 4)에 근접하거나 그 위에 포물면 거울(72)에 의해 집속되거나 및/또는 집중될 수 있다. 거울(72)은 더 많거나 더 적은 VIG 어셈블리(1')의 주변 가장자리들이 가열되고, 기판들(2 및 3)로부터 멀리 또는 기판들에 IR 방사선을 집속시키기 위해 이동되거나 및/또는 재위치될 수 있다.
VIG 어셈블리 가장자리 밀폐 공정의 보다 상세한 설명이 이제 제공될 것이다. 미리-적용되고 가열된(fired) 주변 프릿 잉크(perimeter frit ink)를 포함할 수 있는, 미리-조립된 VIG 어셈블리가 오븐에 들어간다. 입구 영역에서, VIG 어셈블리는 약 200-300℃ 사이의 미리 정해진 온도까지 가열된다. 이는 하나 이상의 입구 챔버들 내에 단계식의 가열을 사용하여 달성될 수 있어, 전체 VIG 어셈블리가 하나 이상의 중간 온도들에서 예열될 수 있다. 일반적으로, VIG 어셈블리는 (예를 들어, 다른 처리 환경들 및/또는 상태들이 다른 “실내 온도”를 실시할 수 있도록 생각될 수 있을지라도, 일반적으로 약 23℃인) 실내 온도에서 오븐 안으로 들어갈 것이다. 전체 VIG 어셈블리는 제1 입구 영역 챔버 내에서 약 75℃로 그런 다음 제2 입구 영역 챔버 내에서 약 150℃로 가열될 수 있다. 예열 온도는 약 ±50℃만큼 변화할 수 있다.
가장자리 밀폐 영역에서, 전체 VIG 어셈블리는 약 200℃로 가열되고, IR 열 공급원(예를 들어, 컴퓨터로 제어된 실질적으로 선형인 IR 열 공급원)은 VIG 어셈블리의 주변부 주위에서 집중되거나 위치 안으로 이동된다. IR 열 공급원은 IR 방사선이 기판들의 상부 및/또는 바닥에 또는 프릿에 근접한 측들에 바로 “접촉”하도록 의미되든지 간에, 부분적으로 집속/집중 거울에 따라, VIG 어셈블리의 가장자리로부터 미리 정해진 거리에 (예를 들어, 약 0.5-10cm로부터) 활성화된다. 위에 언급된 바와 같이, IR 열 공급원은 예를 들어, VIG 어셈블리에 반대되는 IR 열 공급원의 측 상에 제공된 포물면 거울에 의해, 집속될 수 있다. VIG 어셈블리의 주변부 상에 프릿의 온도는, 유리의 성분에 기초되는 약 600-800℃로부터 변화하는, 유리 기판들의 용융점보다 여전히 낮으나 프릿을 융융시키기에 적합한, 약 350-500℃로 제어된다. 가장자리 밀폐 영역 내의 국부적인 가열 공정 동안, 유리 온도는 배경 온도(background temperature)에 남아 있는다. 따라서, 활용된다면, 열 강화되거나 템퍼링된 유리는 프릿 가열 및/또는 용융 공정들 동안 디-템퍼링의 감소된 양을 경험하거나 디-템퍼링되지 않는다.
가장자리 밀폐 영역 내에서 프릿 용융 이후에, VIG 어셈블리는 출구 영역에 전달된다. 출구 영역은 하나 이상의 온도 하강 영역들(temperature ramp-down areas)(또는 챔버들)을 포함할 수 있다. 온도는 VIG 어셈블리가 오븐을 나갈 때 약 100℃보다 낮은 온도에 있도록 감소된다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 제1 출구 챔버 내에서, 전체 VIG 어셈블리의 온도는 약 150℃로 그런 다음 제2 출구 챔버 내에서 약 75℃로 감소될 것이다. 위와 같이, 하강 온도들은 약 ±50℃ 만큼의 이러한 수치들로부터 변화할 수 있다.
도 8은 예시적인 실시예에 따라, 결합된 오븐을 통해 VIG 어셈블리의 프릿 가장자리 밀폐들에 국부적인 가열을 제공하기 위한 공정을 도시하는 예시적인 플로우차트이다. 단계(S82)에서, 밀폐될 다수의 가장자리들을 포함하는 VIG 어셈블리가 결합된 오븐 안으로 삽입된다. 롤러 컨베이어는 예를 들어, 도어를 통해, 오븐 안으로 VIG 어셈블리를 이송시킬 수 있다. 단계(S84)에서, VIG 어셈블리는 결합된 오븐의 입구 영역 내에서 하나 이상의 중간 온도들로 예열된다. 중간 온도(들)은 밀폐될 가장자리를 따라 프릿 및 유리의 용융점보다 낮다.
국부적인 열은 단계(S86)에서 결합된 오븐의 가장자리 밀폐 영역 내에서 (예를 들어, 하나 이상의 실질적으로 선형인 IR 열 공급원들을 이용하여, 근적외선 파장(예를 들어, 약 0.7-5.0㎛의 파장), 보다 바람직하게 약 1.1-1.4㎛를 구비하는 IR 방사선을 산출하여) 밀폐될 VIG 어셈블리의 가장자리들에 제공된다. 국부적인 열은 중간 온도(들)보다 높은 온도에 있으며 가장자리들 주위의 프릿을 용융시키기에 충분하다. 온도들은 프릿 물질의 성분에 따라 선택될 수 있다. 밀폐될 주변 가장자리들에 근접한 영역들로부터 떨어져, VIG 어셈블리는 중간 온도(예를 들어, 유리의 용융을 피하도록 충분히 낮은 온도에서, 중간 온도로부터 약 ±50℃보다 많이 변화하지 않음)의 그것에 가까운 온도에 유지된다.
도시되지 않은 단계에서, 국부적인 가열을 제공하기 위해, 다수의 열 공급원들(예들 들어, 실질적으로 선형의 IR 열 공급원들)이 예를 들어 뱅크 내에 제공된다. 뱅크들 중의 적어도 일부는 제 위치에 고정될 수 있다. VIG 어셈블리는 밀폐될 가장자리들의 적어도 일부가 고정된 뱅크들에 인접하도록 고정된 뱅크들에 근접하게 위치될 수 있다. 이동 가능한 열 공급원들을 포함하는 추가적인 뱅크들은 고정된 뱅크들에 인접하기 않은 VIG 어셈블리의 가장자리들에 근접하게 열을 제공하도록 위치될 수 있다. 가열될 영역들은 집중 및/또는 집속 거울을 제공하는 것에 의해 보다 섬세하게 조절될 수 있다.
도 8을 다시 참조하여, 단계(S88)에서, VIG 어셈블리는 오븐의 출구 영역 내에서 냉각된다. VIG 어셈블리의 예열 및/또는 냉각은 VIG 어셈블리를 포함하는 기판들의 디-템퍼링 및/또는 VIG 어셈블리의 파손의 가능성을 감소시키도록 단계적으로 될 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 많은 챔버들은 하나 이상의 영역들을 위해 제공될 수 있다. 그러한 실시예들과 함께 결합하여, 많은 챔버들은 예를 들어, 가열 및/또는 냉각 공정들이 단계적으로 될 때, 온도들의 상승(ramping-up) 및/또는 냉각 공정들을 위해 제공될 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 단일의 챔버는 많은 영역들의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 단일의 챔버는 기판을 예열하거나 및/또는 냉각할 수 있고, 단일의 챔버는 기판을 예열하거나 및/또는 가장자리들에 국부적인 열을 제공할 수 있고, 단일의 챔버는 가장자리들에 국부적인 열을 제공하거나 및/또는 기판을 냉각할 수 있다 등).
그러므로, 특정한 예시적인 실시예들은 바람직하게 프릿을 빨리 가열하고 용융시키고 냉각시킬 수 있다. 이는 VIG 어셈블리의 가장자리들에 근접하게 온도 구배(temperature gradient)를 산출하는 데 도움이 된다. 그 다음에, 온도 구배는 유리의 파손의 가능성들 및/또는 디-템퍼링을 감소시키는 데 도움이 된다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 열적으로 템퍼링된 VIG 유닛의 유리 시트(들)/기판(들)의 적어도 특정한 부분들은 원래 템퍼 강도의 약 50%보다 많지 않게 잃게 된다.
특정한 예시적인 실시예들은 비-가장자리 영역들(non-edge areas)이 비교적 낮은 온도에 남아 있는 동안, 주변부 주위에서 프릿이 용융되도록, 집속된 IR 열 공급원들의 어레이를 포함하는 국부적인 열을 이용하여 VIG의 가장자리들에 열을 제공한다. IR 열 공급원들의 어레이는 국부적인 열 공급원에서 많은 이동하는 부분들을 감소시키고 어떠한 실시예들에서 온도 영역들 사이에 분리를 반드시 요구하지 않는다. 어레이는 비교적 쉽게 표준 벨트 노 안으로 설치 가능하다. 이러한 설계의 다른 이점은 다양한 크기들 및 형상들의 VIG 유닛들을 산출하기 위해 사용될 수 있다는 것이다(예를 들어, 다양한 크기들의 실질적으로 직사각형 및 실질적으로 비-직사각형 형상의 VIG 유닛들).
이동 가능한 열 공급원들의 시스템을 실시하는 대신에, 또는 추가적으로, 특정한 예시적인 실시예들은 실질적으로 정지된 배열의 집속된 IR 공급원들이 설치된 벨트 노(belt furnace) 또는 “관(coffin)” 유형의 노 같은, 인-라인 노(in-line furnace)에 의해 국부적인 가열을 제공할 수 있다. 어레이는 스폿(spot) IR 공급원들의 수 W*L의 매트릭스(matrix)를 포함하고, 각각은 고정된 영역을 포함한다. 스폿IR 공급원들의 온/오프 작동은 가장자리 상의 각각의 스폿이 예를 들어, 프릿을 용융시키는 데 필요한 양과 동일한 미리 정해진 고정된 총 에너지에 대하여 IR 공급원들에 의해 조명되도록, 컴퓨터에 의해 개별적으로 제어될 수 있다. 어레이의 폭은 벨트의 전체적인 유효 폭을 포함할 수 있고, 어레이의 길이는 프릿을 용융시키기에 충분한 가열을 제공할 수 있다. 어레이의 길이는 등식에 의해 예측될 수 있다:
E = L* D/V
여기에서 E는 프릿을 용융시키는 데 사용된 단위 면적 당 총 에너지이고, L은 어레이의 길이이고, D는 IR 공급원의 전력 밀도이고, V는 노 라인 속도이다.
IR 공급원들의 어레이의 작동은 도 9a-9f를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다. 편의를 위해, 개별적인 열 공급원들은 명명 방식을 이용하여 확인될 것이고 각각의 개별적인 공급원은 #LW으로 지정되고, L- 및 W- 축들은 도 9a에 도시된 그것의 교차점에서 “1”로 번호가 매겨진다. 그러므로, 예를 들어, 도 9a-9f에서, 상부-좌측 열 공급원은 #98이고, 바닥-우측 열 공급원은 #11이다.
도 9a는 예시적인 실시예에 따른, IR 공급원 어레이(IR source array; 90) 아래에 그것의 입장에 앞서 오븐 내에서 벨트(92) 상에 VIG 어셈블리(1′)의 오버헤드 뷰이다. VIG 어셈블리(1′)가 IR 공급원 어레이(90) 아래에 가기 전에, 모든 IR 공급원들은 꺼진다(예를 들어, 비활성화된(greyed-out) IR 공급원 어레이(90) 내의 모든 서클들에 의해 지정되는 것과 같이).
도 9b는 예시적인 실시예에 따라, IR 공급원 어레이(90) 안으로 들어가는 오븐 내의 벨트(92) 상에 VIG 어셈블리(1′)의 오버헤드 뷰이다. VIG 어셈블리(1′)의 리딩 가장자리(leading edge)가 어레이 아래에 있을 때, 밀폐될 VIG 어셈블리(1′)의 가장자리를 덮는 IR 공급원들은 켜진다. 그러므로, 도 9B에서, 유닛들(#11 내지 #16)은 어두워진 서클들에 의해 지정된 것과 같이, 켜진다. 이때, IR 공급원 배열(90) 내의 다른 공급원들은 꺼진 채로 남아 있다.
도 9c는 VIG 어셈블리(1′)의 장축(major axis)을 따라 밀폐될 가장자리들의 부분들 및 VIG 어셈블리(1′)의 단축(minor axis)을 따라 밀폐될 가장자리 모두가 예시적인 실시예에 따라, IR 공급원 어레이(90)로부터 IR에 노출되도록 IR 공급원 어레이(90)에 추가적으로 들어가는 VIG 어셈블리(1′)의 오버헤드 뷰이다. 도 9c에 도시된 바와 같이, VIG 어셈블리(1′)는 어레이 영역에 추가적으로 들어가고, IR 공급원들은 W=1에서 W=2로 그리고 리딩 가장자리를 따르기 위해 W=3로 전환한다. 그 동안, #11, #21, #16 및 #26은 VIG 어셈블리(1')의 장축을 따라 밀폐될 가장자리들이 열에 노출되게 되므로 “온(on)”으로 남아 있는다.
도 9d는 예시적인 실시예에 따라, VIG 어셈블리(1')의 장축을 따라 밀폐될 가장자리들만이 IR 공급원 어레이(90)로부터 IR에 노출되도록 IR 공급원 어레이(90)에 추가적으로 들어가는 VIG 어셈블리(1')의 오버뷰(overview)이다. 일단 측 가장자리들만이 어레이 아래에 있으면, “온”패턴은 이동하는 방향으로 두 개의 평행하는 라인들이 되고, 모든 다른 열 공급원들은 “오프”로 변한다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 밀폐될 가장자리들을 구비하는 제2 VIG 어셈블리(1′)는 어레이를 향해 벨트(92) 아래로 오고 있다.
도 9e는 예시적인 실시예에 따라, IR 공급원 배열(90)을 나가는 VIG 어셈블리(1′)의 오버헤드 뷰이다. 트레일링 가장자리(trailing edge)가 어레이에 들어갈 때, 열(column)(L=1, 2, 3 ...)은 트레일링 가장자리에 대한 이러한 순서로 다시 켜질 것이다. 전체 열은 다음 어셈블리(1′)가 들어올 때까지 트레일링 가장자리가 지난 후에 완전히 꺼질 것이다. VIG 어셈블리(1′)가 어레이 영역(90)을 떠날 때까지는, 주변부 상의 각각의 스폿은 프릿을 용융시키기에 충분한 에너지와 실질적으로 동일한 양을 수용했다.
도 9f는 예시적인 실시예에 따라 제1 VIG 어셈블리(1′)가 IR 공급원 어레이(90)를 나가면서 IR 공급원 어레이(90)를 들어가는 제2 VIG 어셈블리(1′)의 오버헤드 뷰이다. 도 9f에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 VIG 어셈블리들(1′)은 다른 크기로 된다. 그러므로, 행 W=7이 제2 유닛에 대한 더 넓은 폭에 의해 발생하는 것을(on) 제외하고, 제2 VIG 어셈블리(1′)가 어레이 영역에 들어갈 때, 공정이 반복될 것이다.
그러므로, 어레이의 각각의 행(row) 및 열(column) 내의 각각의 열 공급원이 밀폐될 가장자리가 (예를 들어, 열 공급원에 의해 산출된 열의 영역 내부에) 열 공급원에 근접하는지에 따라 선택적으로 활성된다. 또한 어레이가 실질적으로 이차원(two-dimensional)이라는 것을 이해될 것이다.
켜지게 될 공급원들의 결정은 특정한 예시적인 실시예들에서 작업자에 의해 미리-프로그래밍될 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 포토-아이(photo-eye) 또는 다른 탐지 메커니즘들은 VIG 어셈블리의 위치 및/또는 크기를 결정하기 위해, 예를 들어 그것들이 켜지게 될 때 및 켜지게 될 어레이 내의 열 공급원들을 결정하기 위해, 사용될 수 있다.
단일의 IR 열 공급원(예를 들어, 어레이 내의)에 의해 산출된 에너지 강도(energy intensity)는 방출된 에너지가 영역의 중심에서 가장 높도록 실질적으로 정상적으로 영역을 가로질러 분산된다. 그러므로, 이격된 IR 열 공급원들을 포함하는 배치는 때때로 높고 낮은 에너지 영역들의 “줄무늬들(stripes)”을 생성할 수 있다. 때때로, 이것은 국부적인 및 비-국부적인 용융을 초래할 수 있다. 즉, 때때로 충분하거나 너무 많은 에너지는 특정 영역 또는 영역들에 적용될 것이나, 충분하지 않은 에너지가 인접한 영역 또는 영역들에 제공될 것이다.
따라서, 특정한 예시적인 실시예들은 열 공급원들이 조금씩 비켜놓은(staggered) IR 열 공급원들의 어레이를 포함할 수 있다. 도 10은 예시적인 실시예에 따라, 조금씩 비켜놓은 IR 열 공급원 설계를 포함하는 IR 공급원 어레이(90′)의 오버헤드 뷰이다. 도 10에서, 어레이(90′) 내의 개별적인 열 공급원들은, 좌측에서 우측으로 이동할 때, 제1 열 공급원의 남동 구역(southeast section)이 제2 열 공급원의 북서(northwest) 구역에 인접하고, 제2 열 공급원의 북동(northeast) 구역은 제3 열 공급원의 남서(southwest) 구역 등에 인접한다. 이러한 및/또는 다른 배치들은 때때로 달리 발생할 수 있는 줄무늬(striping)를 균등하게 하기 위해(to even out) 교대하는(alternating) 높고 낮은 노출 영역들을 제공하는 데 바람직하게 도움이 될 수 있다. 도 10의 조금씩 비켜놓은 IR 열 공급원 설계는 도 9a-9f의 설계와 실질적으로 동일하게 작동한다.
특정한 예시적인 실시예들에서, 디퓨져들(diffusers)은 에너지를 균등하게 하기 위해 각각의 램프(lamp)에 근접하게 위치될 수 있고, 달리 때때로 위에 언급된 것과 같이 줄무늬들로 또는 특별한 형상(예를 들어, 원형 램프들이 사용되는 원형 형상)에 따라 제공될 수 있으며, 그에 의해 가열된 영역을 가로질러 열의 실질적으로 균일한 분포를 제공할 수 있다. 일반적으로, 디퓨져는 어레이 내의 열 공급원들로부터 보다 균일한 열 유동(heat flux)를 제공하기 위해 어레이 내의 각각의 열 공급원에 제공될 수 있다. 디퓨져들은 도 10의 어레이 설계 및/또는 도 9a-9f의 어레이 설계 중의 어느 하나와 결합하여 사용될 수 있다.
도 11a는 IR 공급원들의 어레이(90)와 함께 설치된 인-라인 유형의 벨트 노의 측면도이다. 미리 조립된 VIG 어셈블리들(1′)은 노에 들어가고 미리 정해진 배경 온도(일반적으로 약 200-300℃ 사이)에 도달하기 위해 온도 상승 영역(temperature ramp-up zone)을 통해 가열된다. IR 어레이(90)는 이러한 배경 온도 영역 내에 설치되고 전술된 공정 또는 다른 공정 내에 VIG 어셈블리들(1′)의 주변부 주위에서 프릿을 용융시킨다. 전체 시간 동안, 노 벨브(92)는 VIG 어셈블리들(1′)의 가장자리들 주위에 우수한 기밀의 밀폐들을 보증하기 위해 VIG 어셈블리들(1′)의 주변부들에 충분한 가열을 제공하기 위해 선택된 일정한 속도에서 연속으로 이동할 수 있다. 만약 필요하다면, 펌핑 포트 튜브 밀폐(pumping port tube seal)는 또한 동시에 IR 어레이(90)를 이용하는 동일하거나 다른 방식으로 밀폐될 수 있다. 개별적인 IR 열 공급원들은 VIG 어셈블리들(1′)의 가장자리들에 적절한 우선적인 가열을 제공하기 위해 컴퓨터-제어에 의해 온 및 오프로 전환된다. VIG 어셈블리들(1′)의 가장자리 상의 프릿의 온도는, 유리 용융점보다 낮으나 프릿을 용융시키기에 적합한, 약 350-550℃ 사이에서 제어된다. 그 동안, 유리 온도는 배경 온도에 근접하거나 거기에 유지된다. VIG 어셈블리들(1′)은 그런 다음 그것이 오븐을 나갈 때, 예를 들어 약 100℃보다 낮게 냉각될 때까지 온도 하강 영역들을 통해 전달된다. 위에 언급된 바와 같이, 영역들은 분리된 챔버들일 수 있거나 그것들은 특정한 예시적인 실시예들에서 동일한 챔버들일 수 있다.
단일의 IR 열 공급원이 켜질 때, 산출된 에너지를 시간 동안 실질적으로 정상적으로 분포된다. 그러므로, 에너지는, 종종 상승되고, 안정화되고, 그런 다음 하강될 것이다. 따라서, 특정 예시적인 실시예들에서, 컴퓨터로 제어된 시스템은 바람직하게 의도된 에너지가 영역에 도달하는 것을 보증하기 위해 VIG 어셈블리가 그것 아래에 있기 전에 단일의 램프를 켜거나, 및/또는 가열되지 않은 인접한 영역들에 대한 노출을 감소시키기 위해 VIG 어셈블리가 나가기 전에 램프를 또한 끌 수 있다. 그러므로, 유닛이 어레이의 연속적인 열들을 가로질러 이동하면서, 각각의 열 공급원은 밀폐될 가장자리가 열 공급원으로부터 발산되는 열에 노출되기 전에 어레이의 행 및 열 내에서 활성화되고 또한 밀폐될 가장자리가 열 공급원으로부터 발산하는 열로부터 제거되기 전에 활성화된다.
도 11b는 예시적인 실시예에 따라 IR 공급원들의 두 개의 어레이들(90)과 함께 설치된 인-라인 유형의 벨트 노의 측면도이다. 예를 들어, 추가적인 어레이는 두 개의 어레이들이 양 측들로부터 밀폐될 가장자리들을 가열하도록 위로 지점 및 벨트 사이에 제공될 수 있다. 즉, 열은 그것의 더 빠른 및/또는 보다 균일한 용융을 보증하기 위해 프릿의 양 측들에 적용될 수 있다. 두 개의 어레이들(90)은 가장자리들이 밀폐되는 것을 보증하기 위해 동일하거나 다른 수단에 의해 동일한 방식으로 제어될 수 있다. 그 대신에, 온-오프 사이클들 사이의 약간의 지체 또는 약간 다른 온-오프 구성은 예를 들어, 전술된 줄무늬 문제점을 감소시키기는 것을 돕기 위해, 어레이들 사이에 안내될 수 있다.
전술된 및/또는 다른 예시적인 실시예들은 파장 범위 내의 에너지의 실질적인 부분을 전달하기 위해 작동 가능한 조절 가능한 IR 열 공급원을 수반할 수 있다. IR 열 공급원은 예를 들어, 필름, 도포(application), 페인트, 납땜 유리, 금속, 금속 및/또는 세라믹 코팅, 비드(bead), 프로파일(profile) 등과 같은, 적용된 물질을 선택적으로 가열하기 위해 사용될 수 있으며, 그것은 예정된 온도로 유리 또는 세라믹 기판 표면에 적용되고, 그에 의해 (예를 들어, 용융, 소결, 화학적 특성 변화, 아웃개싱(outgassing) 등과 같은) 바람직한 물리적 및/또는 화학적 변화를 유발한다.
특정한 예시적인 실시예들에서, 가열 요소들의 배치는 관심 영역에 국부적이거나 확산된 열 전달을 전달하는 구성으로 제공된다. 특정한 예시적인 실시예들에서, IR 전구들(bulbs)은 미리 정해진 스펙트럼의 반응을 생성하도록 설계될 수 있다. IR 전구들은 전압 조절들을 통해 추가적으로 미세하게-조절될 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 적어도 최고 파장(들)을 추가적으로 미세하게-조절하기 위해 전압 조절들을 제공하는 것에 의해 그리고 대략적인 스펙트럼의 반응을 생성하는 전구를 제공하는 것에 의해, 바람직한 최고 파장을 산출할 수 있다. 이러한 접근은 특정한 예시적인 실시예들에서 바람직하며, 전압 변화들이 예를 들어 작은 증가들로, 미세하게 제어될 수 있어, 더 작은 전체적인 전력 소비, 시스템 상에 감소된 양의 전계 응력(electrical stress) 등을 초래한다.
전구들은 그것들의 요소들(예를 들어, 텅스텐 또는 다른 요소들)이 거리 및/또는 단면적에 대하여 조절된다면 특정한 최고 파장을 방출하도록 마련될 수 있다. 이러한 치수적인 변화들은 저항 및 그에 따라서 산출된 열을 변화시키고, 차례로, 방출된 에너지의 스펙트럼에 영향을 미치는 데 도울 수 있다. 이전에 시사된 바와 같이, 근적외선(NIR) 및/또는 단파 적외선(SWIR) 대역들 내의 IR 빛이 사용될 수 있다. 그러한 스펙트럼들은 일반적으로 예를 들어, 750-1400 nm 및 1400-3000 nm의 파장들을 개별적으로 포함한다. VIG 적용들에서 사용 가능한 일부 프릿들은 이러한 범위 내에서 에너지를 흡수하도록 조절될 수 있다. 또한 그것을 지지하는 유리 기판이 비교적 낮은 흡수를 구비하는 스펙트럼을 가로질러 비교적 편평한 흡수를 구비하도록 그러한 프릿 물질들을 (예를 들어, 안료들 및/또는 첨가제들의 사용을 통해) 조절할 수 있다. 그러므로, 특정한 예시적인 실시예들에서, 요소들은 유리에 대한 높은 흡수의 파장 범위들로부터 멀리, 그리고 프릿에 대한 높거나 최고 흡수의 파장 범위들을 향해 조절될 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 약 1300-1700 nm의 파장들은 프릿 물질들이 이 영역에서 매우 흡수성이 있는 반면 유리에 의한 흡수는 상대적으로 낮다는 점에서 바람직하다는 것을 알 수 있다. 전에 언급된 바와 같이, 이러한 요소들은 그것들이 가장 큰 에너지를 방출하는 주파수를 제어하도록 전압을 변화시키는 것에 의해 추가적으로 조절될 수 있다.
도 12는 예시적인 유리 플릿에 대하여 파장 대비 전달, 반사 및 흡수를 도시하는 그래프이다. 보여지는 바와 같이, 프릿은 1300-1700 nm의 IR 파장을 통해 가열하기 위해 최적화된다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 프릿 물질은 바나듐-기반의 프릿 물질일 수 있다. 예를 들어, “바나듐-기반의 프릿 물질들, 및/또는 이를 제작하는 방법들”(atty. dkt. no. 3691-2172)이라는 제목이 붙은 출원 번호 13/___,___를 보기 바라고, 그것의 전체 내용은 여기에 참조로서 포함된다. 다른 프릿 물질들은 예를 들어 Ferro 2824B 및 2824G 프릿들을 포함하여 사용될 수 있다. 예를 들어 “개선된 프릿 물질 및/또는 이를 포함하는 진공 단열 유리 유닛들을 제작하는 방법”(atty. dkt. no. 3691-2307)이라는 제목이 붙은, 출원 번호 13/___,___를 포기 바란다. 다른 소위 “납이 없는(lead-free)” 프릿들은 다른 실시예들에서 사용될 수 있다.
도 13은 3.2 mm의 깨끗한 플로트 유리(float glass)에 대하여 파장 대비 유리 흡수를 도시하는 그래프이다. 도 13은 또한 다른 최고 파장들에서 작동하는 텅스텐 요소 출력들에 대하여 예시적인 프로파일들을 도시한다. 보여지는 바와 같이, 유리 흡수는 2.5 미크론 바로 위의 파장이 될 때까지 점차 증자하고 여기에서 증가(jump)는 대략적으로 수직이다. 그러므로, NIR 및/또는 SWIR 대역들을 향해, 예를 들어 IR 흡수가 비교적 낮은, 대략 1.14 또는 1.30 미크론 주위의 정점들로 IR 가열 요소들(및 IR 프릿 성분들)을 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 프릿은 그것이 유리 기판에 비해 IR 요소들로부터 적어도 약 두 배만큼의 열, 보다 바람직하게 적어도 약 세 배만큼의 열, 보다 더 바람직하게 3.5배 이상만큼의 열을 흡수하도록 파장에 대하여 조절될 수 있다.
도 14는 예를 들어 IR 가열 요소들에 대한 온도와 전압의 상관 관계를 나타낸다. 보여지는 바와 같이, 전압이 높을수록, 온도는 더 낮아진다. 또한 유리는 모든 전압들에 대하여 프릿보다 낮은 온도에서 유지된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 높은 유리/프릿 온도 차이는 특정한 예시적인 실시예들에서 바람직할 수 있다. 그리고 전술된 바와 같이, 이것은 유리의 흡수 범위로부터 멀리 그리고 프릿의 흡수 범위를 향해 IR 가열 요소(들)로부터 최고 출력을 조절하는 것에 의해 달성될 수 있다.
가열될 부분 및 요소 사이의 거리는 또한 예를 들어 가열 프로파일을 조절하여, 에너지 유동을 제어하도록 조절될 수 있다. 다시 말해서, 특정한 예시적인 실시예들에서, 가열될 부분 및 IR 방출기들() 사이의 수직 거리를 조절할 수 있다. 잭 스크류들(jack screws) 등은 그러한 이동을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 이동은 특정한 예시적인 실시예들에서 수동 또는 자동으로 될 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, IR 방출기들은 가열될 부분에 대하여 고정된 수직 위치 내에 제공될 수 있다. 일반적으로 VIG 유닛의 유리의 상부로부터 약 2-10", 보다 바람직하게 3-6", 및 때때로 약 4"의 거리가 바람직할 수 있다.
에너지 유동은 또한 인접한 가열 요소들 사이에서 거리를 변화시키는 것에 의해 조절될 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 2-6" (및 때때로 4")의 중심-대-중심 거리가 인접한 전구들에 대하여 제공될 수 있다. 이러한 예시적인 중심-대-중심 거리는 적합한 양의 열이 산출된다는 점에서 바람직하다. 전구들을 너무 가까이 함께 위치시키는 것은 기판들 및/또는 프릿 물질에 대하여 너무 많은 열을 산출할 수 있다.
방출기들(emitters)은 본 발명의 다른 실시예들에서 가열될 표적 영역에 대하여 다른 각도들로 제공될 수 있다. 예를 들어, 물품들이 즉시 삽입되거나 제거되는 예시적인 정지된 오븐에서, 그것들이 장착되는 표면(예를 들어, 가열된 부분 바로 위의 부분)에 대하여 대략 90도의 전구 각도(예를 들어, ±15도)는 바람직한 가열 프로파일을 산출한다는 점에서 바람직한 것으로 판명되었다. 대조적으로, 제품들이 롤러-기반의 컨베이어 시스템에 대하여 안팎으로 이동하는 예시적인 오븐에서, 전구들에 대한 대략 45도 각도들(예를 들어, ±15도)이 바람직한 가열 프로파일을 산출한다는 점에서 바람직한 것으로 판명되었다. 즉, 특정한 예시적인 실시예들은 챔버와 함께 일반적으로 수평으로 향해진 일반적으로 길쭉한 전구들을 사용할 수 있으며, 그러한 전구들은 VIG 어셈블리의 상부 및/또는 하부 표면들로부터 멀리/향하여 각이 지거나 일반적으로 수직한다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 전구들은 VIG 어셈블리의 위에 및/또는 아래에 제공될 수 있다.
특정한 예시적인 실시예들에서, 하나 이상의 반사(backing) 또는 다른 거울들이 IR 요소(들)에 의해 발생된 열을 집속시키도록 돕기 위해 사용될 수 있다.
가열 요소들 그 자체들은 특정한 예시적인 실시예들에서 대류, 전도, 및/또는 다른 냉각 수단에 의해 냉각될 수 있다.
적용된 가열될 물질(예를 들어, 프릿 슬러리(slurry)는 세라믹 물질, 물 또는 다른 용제 베이스 매개물(solvent base vehicle) 및 바인더; 페인트; 코팅; 납땜 유리; 금속들; 예를 들어, 열분해(pyrolytic) 또는 스퍼터된(sputtered) 필름을 포함하는 금속 및/또는 반도체 코팅들 등)은 에너지를 흡수할 수 있고 그것이 지지되는 유리 또는 세라믹 기판보다 더 빠른 속도로 가열될 수 있다. 이러한 선택적인 가열은 열이 예를 들어, 적용된 물질에 비해 열의 더 낮은 축적과 관련하여, 기판 특성들에 대해 감소된 영향을 구비한다는 점에서 바람직할 수 있다. 그러므로, 만약 기판이 열 처리된다면(예를 들어, 열 강화되거나 템퍼링된 유리), 에너지가 부분에 전달되는 주파수가 유리 기판보다 적용된 물질을 표적으로 한다는 점에서, 전구 특성들은 주로 변화되지 않을 수 있다.
도 15는 특정한 예시적인 실시예들에 따라 프릿 물질의 흡수 특성들을 나타내는 그래프이다. 예시적인 그래프는 나노미터의 파장에 대한 흡수 비율을 도시한다. 두 개의 다른 프릿 물질이, 프릿 1 및 프릿 2로 도시된다. 프릿 1은 전반적인 내용이 여기에 참조로서 포함된, 출원번호 13/___,___(atty. dkt. no. 3691-2307)의 특정한 예시적인 실시예들에 따른 개선된 프릿 물질이고, 프릿 2는 종래의 프릿 물질이다. 또한 두 개의 다른 유형의 유리가 도시된다. 제1은 종래의 깨끗한 플로트 유리이다. 제2(RLE-코팅된 유리)는 코팅된 유리 기판이나, 다른 예시적인 실시예들이 다른 낮은-E 코팅들로 될 수 있다. 그래프에서 보여지는 바와 같이, 프릿 1은 프릿 2 대비 증가된 흡수 특성들을 포함한다. 실제로, 프릿 1은 도시된 그래프의 길이에 대하여 80%보다 높은 흡수 비율을 그리고 그래프의 실질적인 부분에 대하여 거의 90% 또는 90%로 유지한다. 역으로, 프릿 2는 300 nm 파장 범위의 최대 흡수를 구비하고 이어서 장파 IR 영역들에 대하여 중간으로 약 20%의 흡수를 유지할 때까지 빨리 떨어진다.
도시된 바와 같이, 프릿 2는 유리 기판들 내에서 발견된 것들과 유사한 흡수 특성들을 가진다. 따라서, 프릿 2가 그러한 유리 기판들 상에 배치될 때, 유리 및 프릿 모두는 IR 에너지의 유사한 양을 흡수할 수 있다. IR 에너지의 유사한 흡수 특성들은 유사한 가열 프로파일들을 구비하는 유리 기판들 및 프릿을 이끌 수 있다. 대조적으로, 프릿 1의 흡수 특성들은 IR 에너지를 흡수하는 실질적으로 증가된 능력을 제공한다. 따라서, 특정한 예시적인 실시예들에서, 높은 IR 흡수 비율을 구비하는 프릿 물질이, 예를 들어 약 80%보다 높게, 또는 바람직하게 85%보다 높게, 보다 바람직하게 약 90%보다 높게, 문제가 되는 IR 파장들의 적어도 실질적인 부분에 대하여 제공될 수 있다. 물론, 50% 또는 75% 흡수를 구비하는 프릿 물질 또한 특정한 예시적인 실시예들에서 가능할 수 있다.
영역의 선택적이거나 우선적인 가열이 바람직할 수 있으나, 본 출원의 발명자들은 또한 전체적인 문제들로서 물품의 가열 프로파일을 관찰했다. 위에 나타내진 바와 같이, 디-템퍼링은 단일 결정(monolithic) 물품들에 대하여 위험하다. 그러나, 본 출원의 발명자들은 VIG 유닛들에 대하여 위험이 높아지는 것을 관찰했다. 다시 말해서, VIG 유닛들에 사용되는 기판들은 그것들의 단일 결정 유리 기판 사본들(counterparts)보다 디-템퍼링에 보다 민감하다. 그러므로, 특정한 예시적인 실시예들은 기판 온도가 바람직하게 1분 동안 375℃보다 높지 않게, 보다 바람직하게 1분 동안 350℃보다 높지 않게, 보다 더 바람직하게 1분 동안 325℃보다 높지 않다는 것을 보증하는 데 도움이 된다.
게다가, 전체적으로 유리 기판을 가로질러 균일한 온도 제어는 또한 최종 성능에 영향을 미친다. 따라서, 기판 및 프릿을 가로질러 가열의 균일성은 바람직하다. 그러한 균일성은 국부적인 과도한-가열의 영역들 또는 “핫 스폿들(hot spots)”의 생성을 방지하는 데 도움이 된다. 그러한 핫 스폿들은 유리 기판들의 디-템퍼링, 프릿 내의 공기 주머니들(air pockets) 또는 거품들의 생성, 프릿의 과도한-가열(over-firing) 등을 유발할 수 있다. 바람직하게, 기판 표면 및/또는 프릿은 ±5℃보다 많지 않게, 보다 바람직하게 ±2℃보다 많지 않게 다른 온도를 구비한다.
IR 가열을 위해 사용되는 챔버의 내부 표면들이 IR 빔들의 반사들을 유발할 수 있다는 것이 발견되었다. 이러한 반사들은 또한 잠재적으로 프릿 및/또는 기판 상에 또는 내에 “핫 스폿들”을 유발할 수 있고, 챔버 내부에 및/또는 기판들 상에 전반적인 온도 균일성을 감소시킬 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들은 챔버 내부에 특정한 표면들의 표면 특성들을 변화시키는 것에 의해 에너지의 확산 패턴을 생성하여 프릿 및 유리의 온도를 제어하는 데 도움이 된다. 이러한 표면들에 대한 변화들은 또한 유리 표면들로부터의 반사들의 영향을 감소시키는 데 도움이 될 수 있다.
보다 특별하게, 특정한 예시적인 실시예들은 반사의 보다 확산적인 패턴을 생성하는 데 도움이 되고 및/또는 향해진 반사를 감소시키는 데 도움이 되는 “흐린(hazy)” 내부 벽을 포함할 수 있다. 이는 보다 “밝은(shiny)” (그리고 반사적인) 금속 물질보다, 경화된 온도 저항의 배트 물질(hardened high temperature batt resistant batt material)의 내부 벽을 제공하는 것에 의해 달성될 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 내부 벽 물질은 예를 들어 50%보다 적은, 보다 바람직하게 25%보다 적은, 보다 더 바람직하게 20%보다 낮은, 가능한 10-15%보다 낮은 그리고 때때로 더 낮은, 적어도 IR 범위의 낮은 반사성을 구비할 수 있다. 그러한 경우에, IR의 감소된 양은 확산 패턴에 반영될 수 있다.
예열은 대류 또는 다른 가열 수단에 의해 특정한 예시적인 실시예들에 제공될 수 있으나, 특정한 예시적인 실시예들은 예열을 수반하지 않을 수 있다. 대신에, 챔버는 증가된 온도(예를 들어, 100℃)에서 유지될 수 있고, 유리의 일부 또는 전부는 IR 가열 요소(들)에 의해 단독으로 가열될 수 있다. 이러한 경우에, IR 가열 수단(들)은 증가된 온도(예를 들어, 100℃)를 유지하기 위해 및/또는 유리의 전부 또는 일부를 예열하기 위해 50% 전압에서 작동될 수 있는 반면, 증가된 70-80% 전압이 실제의 밀폐 공정을 위해 제공될 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 50% 및 80% 전압들은 이러한 두 개의 모드들을 위해 제공될 수 있으나, 전압은 다소, 예를 들어 바람직하게 ±10%, 보다 바람직하게 ±5%로 변화할 수 있다. 이하에서 상세히 보여지는 바와 같이, 50% 및 80% 전압들은 놀랍고 뜻밖이다.
위에 시사된 바와 같이, IR 방사선의 밀도는 디템퍼징을 유발하는 주요한 요인이었다. 결국, 짧은 방법(recipe) 시간들을 산출하기 위한 최대 램프들의 이용은 VIG의 거의 완전한 디템퍼링을 초래한 반면, 절반의 전구 전력 밀도(50% 전구 사용)의 이용은 코팅되고 깨끗한 유리 및 거의 동일한 파손 모두에 대하여 가장 우수한 템퍼를 보존한다. 놀랍게도 그리고 뜻밖에도, 절반의 전구 밀도(50% 전구 사용)에서 IR 전압은 50% 및 80%에서 가장 우수한 템퍼 보존(temper retention)을 가졌다.
열적 프로파일들은 다음의 기술들을 이용하여 개발되었다:
1. 유리를 따뜻하게 하기 위해 대류 열을 이용하여 100℃에서 시작된다.
2. 대류 팬이 꺼진다. 유리는 2-3분 동안 안정화되게 된다. 이는 SWIR을 구비하는 대류 공기 흐름 문제들로부터 온도 비-균일성을 감소시킨다.
3. 시간 및 IR 전압은 275℃까지 3분 가열을 제공하기 위해 조절되고 유리/프릿이 275℃에서 안정화되게 3분 동안 유지된다.
4. 전압 매트릭스에 기초되는 램프(ramp)는 40%, 50%, 및 60% 전압에서 최대 전구에 대해(100% 전구 사용), 그리고 50%, 60%, 70%, 80%, 90%에서 절반의 전구들에 대해(50% 전구 사용), 350℃ 최고 온도를 표적으로 한다.
5. IR 전압은 350℃ 온도에서 1분 동안 유지하도록 조절된다.
6. 냉각은 IR이 감소된 후에 최대 공기가 30초 주입되게 한다. 이는 디템퍼링에 대한 영향을 최소화하기 위해 오븐 및 유리 냉각을 증가시킨다.
19 열전쌍 시스템(thermocouple system)은 온도를 측정하기 위해 사용된다. IR 전압은 가능한 가장 우수한 온도 균일성을 획득하기 위해 그에 따라서 조절된다. 대략 10℃(±5℃) 균일성은 상승을 위해 획득되고 정점에서 유지된다.
결국 프로파일들이 완료된 후에, 각각은 함께 짝을 이루는 코팅된(78/31)//깨끗한 14x20 표준 템퍼링된 유리를 구비하여 진행된다(프릿 없음). 그러나, 다른 예시적인 실시예들은 다른 열 처리 가능한 및/또는 다른 이중-, 삼중-, 또는 사중-은 기반의 코팅들을 포함할 수 있다. 깨짐들(breaks)은 스프링 펀치(spring punch), 긴 주변부의 중간 내의 안쪽에 1 인치를 구비하여 이루어진다.
오븐의 냉각은 파손의 중요한 원인이 되는 것으로 발견되었다. 따라서, 특정한 예시적인 실시예들은 오븐 안에 설치된 공기 파이프들을 포함할 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서, 공기의 70-80 cfm는 밸브가 켜질 때 오븐에 제공될 수 있으며, 그에 의해 상승 동안 발생된 열의 일부를 제거하는 데 도움이 되고 또한 유리를 보다 빨리 냉각시키는 데 도움이 된다.
위에 나타내진 바와 같이, 특정한 예시적인 실시예들은 상승 동안 대류 열을 요구하지 않으며, 대신에 오직 IR 가열만 사용된다. 유리가 100에 도달하게 하고 히터들 및 팬을 끄는 예시적인 기술은 요소들이 더 냉각되게 하고 냉각 공정 동안 더 적은 잠열(latent heat)이 남아 있게 한다. 그러므로, 이러한 기술들은 특정한 예시적인 예시들에서 오븐 매스(oven mass) 및 가열 요소들로부터 열 부하를 감소시키는 데 도움이 되고 그래서 냉각 동안 추출되기 위한 더 낮은 전체 양의 열이 있다.
다음의 테이블은 전압 및 전구 변수들에 대한 파손을 요약하고, 실제 방법들 및 열적 프로파일들이 이하에 제공된다.
전구 밀도 IR 전압 설정 코팅된 Std 템퍼 깨끗한 Std 템퍼
최대 40% 완전히 디템퍼링됨 심하게 디템퍼링됨
최대 50% 완전히 디템퍼링됨 심하게 디템퍼링됨, 완전한 IR 중에서 가장 우수함
최대 60% 완전히 디템퍼링됨 심하게 디템퍼링됨
절반 50% 가장 적은 파손, 우수함
 가장 적은 파손, 우수함
절반 60% 적당히 디템퍼링됨
 적당히 디템퍼링됨
절반 70% 60%보다 더 적당히 디템퍼링됨
 60%보다 더 적당히 디템퍼링됨
절반 80% 작은 파손들, 50% 절반 전구만큼 거의 우수함 작은 파손들, 50% 절반 전구만큼 거의 우수함
절반 90% 절반 전구 시리즈 중 가장 디템퍼링됨
 절반 전구 시리즈 중 가장 디템퍼링됨
이러한 예시적인 데이터를 고려하여, 몇몇의 주목들이 “동일한” 열적 프로파일들에 기초된 밀도 및 IR 전압의 관점에서 이루어질 수 있다. 최대 전구들(100% 전구 사용)은 양쪽의 라이츠(lites)에서 심각한 디템퍼링을 유발했고, 코팅된 물품들이 가장 영향을 받았다(완전히 디템퍼링됨). 절반의 전구들(50% 전구 사용)은 양쪽의 코팅되고 깨끗한 제품들 상에 보다 동일한 영향을 미쳤고 더 적은 디템퍼링 효과를 가졌다.
일반적으로, 절반의 전구들(50% 전구 사용)은 50% 및 80%의 전압에서, 두 개의 가장 우수한 템퍼 파손 영역들을 가졌다. 절반의 전구 밀도(50% 전구 사용)는 4 인치의 전구에 대한 유리의 거리를 구비하여, 4인치 멀리 이격된 2000 와트 전구들을 수반한다. 특정한 예시적인 실시예들에서, IR 전구들로부터 IR 에너지의 상당한 겹침을 피하기 위해 그것이 바람직할 수 있다. 모든 실험들에 대한 템퍼 파손은 14x20 시트들을 가로질러 파손의 우수한 균일성을 보였고, 균일한 가열/냉각에 대하여 적합한 온도 균일성을 나타냈다.
다음의 표는 최대 전구(100% 전구 사용) 실험, 40% 전압을 구비하여 이러한 단계들 동안 온도 측정치들 및 예시적인 가열 프로파일 단계들을 나타낸다. 이러한 정보는 도 16a-b에서 가시적으로 보여지고, 그것은 개별적으로, 상부 및 바닥 위치들에 대하여 시간 대비 온도를 도시한다.
단계 ID 단계 (min) 덕트 온도 C 상부 정면 상부 중간 상부 뒤 바닥 정면 바닥 중간 바닥 뒤 팬 % 댐퍼 %
100 100C에서 유리, 획득하기 위해 10% 또는 25% IR을 사용하고, 그런 다음, 안정화시키기 위해 2-3분 끄시오
램프 3.6 0 40 22 40 37 23 32 0 0
홀드 3.0 0 15 8 23 30 7 21 0 0
램프 3.2 0 37 16 38 41 15 35 0 0
오프 0.1 0 5 5 5 5 5 5 0 0
온 0.5 0 30 17 30 30 17 30 0 0
오프 0.1 0 5 5 5 5 5 5 0 0
온 0.5 0 30 17 30 30 17 30 0 0
냉각 2.0 0 10 0 5 5 0 5 0 100
냉각 최종 15.0 0 10 0 5 15 0 5 50 100
절반 IR 1.0 0 0 0 0 0 0 0 0 100
다음의 표는 50% 전압, 최대 전구(100% 전구 사용) 실험을 구비하여 다음의 단계들에 대한 예시적인 가열 프로파일 단계들 및 온도 측정값들을 나타낸다. 이러한 정보는 도 17a-b에 가시적으로 보여지며, 상부 및 바닥 위치들에 대하여, 개별적으로 온도 대비 시간을 도시한다.
단계 ID 단계 (min) 덕트 온도
C		 상부 정면 상부 중간 상부 뒤 바닥
정면		 바닥
중간		 바닥 뒤 팬 % 댐퍼 %
100 100C에서 유리, 획득하기 위해 10% 또는 25% IR을 사용하고, 그런 다음, 안정화시키기 위해 2-3분 끄시오
램프 3.6 0 40 22 40 37 23 32 0 0
홀드 3.0 0 15 8 23 30 7 21 0 0
램프 1.8 0 45 23 50 50 22 50 0 0
오프 0.1 0 5 5 5 5 5 5 0 0
온 0.5 0 30 17 30 30 17 30 0 0
오프 0.1 0 5 5 5 5 5 5 0 0
온 0.5 0 30 17 30 30 17 30 0 0
냉각 2.0 0 10 0 5 5 0 5 0 100
최종 냉각 15.0 0 10 0 5 15 0 5 50 100
절반 IR 1.0 0 0 0 0 0 0 0 0 100
다음의 표는 60% 전압, 최대 전구(100% 전구 사용) 실험을 구비하여 다음의 단계들에 대한 예시적인 가열 프로파일 단계들 및 온도 측정값들을 나타낸다. 이러한 정보는 도 18a-b에 가시적으로 보여지며, 상부 및 바닥 위치들에 대하여, 개별적으로 온도 대비 시간을 도시한다.
단계 (min) 덕트 온도 C 상부 정면 상부 중간 상부 뒤 바닥 정면 바닥 중간 바닥 뒤 팬 % 댐퍼 %
275 100C에서 유리, 획득하기 위해 10% 또는 25% IR을 사용하고, 그런 다음, 안정화시키기 위해 2-3분 끄시오
3.6 0 40 22 40 37 23 32 0 0
3.0 0 15 8 23 30 7 21 0 0
1.2 0 60 40 60 60 40 60 0 0
0.1 0 5 5 5 5 5 5 0 0
0.5 0 30 17 30 30 17 30 0 0
0.1 0 5 5 5 5 5 5 0 0
0.5 0 30 17 30 30 17 30 0 0
2.0 0 10 0 5 5 0 5 0 100
15.0 0 10 0 5 15 0 5 50 100
1.0 0 0 0 0 0 0 0 0 100
다음의 표는 50% 전압, 절반의 전구(50% 전구 사용) 실험을 구비하여 다음의 단계들에 대한 예시적인 가열 프로파일 단계들 및 온도 측정값들을 나타낸다. 이러한 정보는 도 19a-b에 가시적으로 보여지며, 상부 및 바닥 위치들에 대하여, 개별적으로 온도 대비 시간을 도시한다.
단계 ID 단계 (min) 덕트 온도 C 상부 정면 상부 중간 상부 뒤 바닥 정면 바닥 중간 바닥 뒤 팬 % 댐퍼 %
100 100C에서 유리, 획득하기 위해 10% 또는 25% IR을 사용하고, 그런 다음, 안정화시키기 위해 2-3분 끄시오
램프 5.0 0 50 35 60 59 30 50 0 0
홀드 3.0 0 32 15 43 40 9 33 0 0
램프 9.0 0 40 15 50 50 20 50 0 0
오프 0.1 0 10 10 10 10 10 10 0 0
온 0.5 0 50 30 50 50 30 50 0 0
오프 0.1 0 10 10 10 10 10 10 0 0
온 0.5 0 50 30 50 50 30 50 0 0
냉각 2.0 0 20 0 5 15 0 5 0 100
최종 냉각 15.0 0 5 0 5 5 0 5 50 100
절반 IR 1.0 0 0 0 0 0 0 0 0 100
다음의 표는 60% 전압, 절반의 전구(50% 전구 사용) 실험을 구비하여 다음의 단계들에 대한 예시적인 가열 프로파일 단계들 및 온도 측정값들을 나타낸다. 이러한 정보는 도 20a-b에 가시적으로 보여지며, 상부 및 바닥 위치들에 대하여, 개별적으로 온도 대비 시간을 도시한다.
단계 ID 단계 (min) 덕트 온도 C 상부 정면 상부 중간 상부 뒤 바닥 정면 바닥 중간 바닥 뒤 팬 % 댐퍼 %
275 100C에서 유리, 획득하기 위해 10% 또는 25% IR을 사용하고, 그런 다음, 안정화시키기 위해 2-3분 끄시오
램프 5.0 0 50 35 60 59 30 50 0 0
홀드 3.0 0 32 15 43 40 9 33 0 0
램프 4.0 0 56 34 63 60 31 62 0 0
오프 0.1 0 10 10 10 10 10 10 0 0
온 0.5 0 50 30 50 50 30 50 0 0
오프 0.1 0 10 10 10 10 10 10 0 0
온 0.5 0 50 30 50 50 30 50 0 0
냉각 2.0 0 20 0 5 15 0 5 0 100
최종 냉각 15.0 0 5 0 5 5 0 5 50 100
절반IR 1.0 0 0 0 0 0 0 0 0 100
다음의 표는 70% 전압, 절반의 전구(50% 전구 사용) 실험을 구비하여 다음의 단계들에 대한 예시적인 가열 프로파일 단계들 및 온도 측정값들을 나타낸다. 이러한 정보는 도 21a-b에 가시적으로 보여지며, 상부 및 바닥 위치들에 대하여, 개별적으로 온도 대비 시간을 도시한다.
단계 ID 단계 (min) 덕트 온도 C 상부 정면 상부 중간 상부 뒤 바닥 정면 바닥 중간 바닥 뒤 팬 % 댐퍼 %
275 100C에서 유리, 획득하기 위해 10% 또는 25% IR을 사용하고, 그런 다음, 안정화시키기 위해 2-3분 끄시오
램프 5.0 0 50 35 60 59 30 50 0 0
홀드 3.0 0 32 15 43 40 9 33 0 0
램프 2.5 0 66 40 74 70 40 70 0 0
오프 0.1 0 10 10 10 10 10 10 0 0
온 0.5 0 60 40 60 60 40 60 0 0
오프 0.1 0 10 10 10 10 10 10 0 0
온 0.5 0 60 40 60 60 40 60 0 0
냉각 2.0 0 20 0 5 15 0 5 0 100
최종 냉각 15.0 0 5 0 5 5 0 5 50 100
절반 IR 1.0 0 0 0 0 0 0 0 0 100
다음의 표는 80% 전압, 절반의 전구(50% 전구 사용) 실험을 구비하여 다음의 단계들에 대한 예시적인 가열 프로파일 단계들 및 온도 측정값들을 나타낸다. 이러한 정보는 도 22a-b에 가시적으로 보여지며, 상부 및 바닥 위치들에 대하여, 개별적으로 온도 대비 시간을 도시한다.
단계 ID 단계 (min) 덕트 온도 C 상부 정면 상부 중간 상부 뒤 바닥 정면 바닥 중간 바닥 뒤 팬 % 댐퍼 %
275 100C에서 유리, 획득하기 위해 10% 또는 25% IR을 사용하고, 그런 다음, 안정화시키기 위해 2-3분 끄시오
램프 5.0 0 50 35 60 59 30 50 0 0
홀드 3.0 0 32 15 43 40 9 33 0 0
램프 1.8 0 76 50 83 78 48 80 0 0
오프 0.1 0 10 10 10 10 10 10 0 0
온 0.5 0 60 40 60 60 40 60 0 0
오프 0.1 0 10 10 10 10 10 10 0 0
온 0.5 0 60 40 60 60 40 60 0 0
냉각 2.0 0 20 0 5 15 0 5 0 100
최종 냉각 15.0 0 5 0 5 5 0 5 50 100
절반IR 1.0 0 0 0 0 0 0 0 0 100
다음의 표는 90% 전압, 절반의 전구(50% 전구 사용) 실험을 구비하여 다음의 단계들에 대한 예시적인 가열 프로파일 단계들 및 온도 측정값들을 나타낸다. 이러한 정보는 도 23a-b에 가시적으로 보여지며, 상부 및 바닥 위치들에 대하여, 개별적으로 온도 대비 시간을 도시한다.
단계 ID 단계 (min) 덕트 온도 C 상부 정면 상부 중간 상부 뒤 바닥 정면 바닥 중간 바닥 뒤 팬 % 댐퍼 %
100 100C에서 유리, 획득하기 위해 10% 또는 25% IR을 사용하고, 그런 다음, 안정화시키기 위해 2-3분 끄시오
램프 5.0 0 50 35 60 59 30 50 0 0
홀드 3.0 0 32 15 43 40 9 33 0 0
램프 1.4 0 85 60 96 90 60 90 0 0
오프 0.1 0 10 10 10 10 10 10 0 0
온 0.5 0 50 30 50 50 30 50 0 0
오프 0.1 0 10 10 10 10 10 10 0 0
온 0.5 0 50 30 50 50 30 50 0 0
냉각 2.0 0 20 0 5 15 0 5 0 100
최종 냉각 15.0 0 5 0 5 5 0 5 50 100
절반 IR 1.0 0 0 0 0 0 0 0 0 100
전술된 예시적인 프로파일들은, 예를 들어 전구들에 관하여 VIG 서브어셈블리(subassembly)의 위치에 기초하여, 전구들의 비-사이클링(no cycling) 온 및 오프를 수반한다. 그보다, 특정한 예시적인 실시예들에서, 전구들은 온도 요건들에 기초하여 단독으로 제어될 수 있다.
특정한 예시적인 실시예들은 절반의 전구 밀도(또는 50% 전구 사용) 및 최대 전구 밀도(또는 100% 전구 사용)에 관하여 설명되었다. 이는 켜지거나 꺼지는 전구들의 어레이 내에 전구들의 대략적인 수에 관련된다는 것을 알 수 있다. 즉, 절반의 전구 밀도(또는 50% 전구 사용)는 나머지는 꺼지는 등 켜진 대략 1/2 전구들에 관한 것이다. 그러한 시나리오에서, 모든 다른 전구는 켜질 수 있으나, 다른 배치들이 다른 실시예들에서 가능할 수 있다. 특정한 예시적인 실시예들에서 사용에 적합한 전구들은 Castle Solar에 의해 상업적으로 제공된 그것들을 포함한다.
여기에 설명된 예시적인 실시예들은 다양한 다른 VIG 어셈블리 및/또는 다른 유닛들 또는 구성요소들과 결합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판들은 유리 기판들, 열 강화된 기판들, 템퍼링된 기판들 등일 수 있다.
본 발명은 가장 실용적이고 바람직한 실시예들인 것으로 고려되는 것과 결합하여 설명되었으나, 본 발명은 개시된 실시예에 국한되지 않고, 대조적으로 첨부된 청구항들의 범위 및 사상 내에 포함된 다양한 변경들 및 균등한 배치들을 포함하도록 의도될 수 있다는 것은 이해된다.
1, 2: 챔버
1′: VIG 어셈블리
3: 유리 기판
4: 땜납 유리
5: 스페이서
6: 압력 공간
8: 펌프 아웃 튜브
9: 땜납 유리
10: 홀
12: 화학적 게터
13: 리세스
50: 오븐
52: 롤러 컨베이어
56: 출구 도어
62, 64: IR 열 공급원
62a, 62b: 뱅크
72: 집속 거울
74: IR 가열 요소
90: IR 공급원 어레이
92: 벨트

Claims (25)

  1. 진공 단열 가스(VIG) 유닛 내에 가장자리 밀폐를 형성하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는,
    근적외선(NIR) 및/또는 단파 적외선(SWIR) 대역(들) 내의 최고 파장에서 IR 방사선을 방출하기 위해 제어 가능한 다수의 적외선(IR) 가열 요소들;
    상기 다수의 IR 가열 요소들에 의해 산출된 상기 최고 파장을 변화시키기 위해 상기 다수의 IR 가열 요소들에 공급된 전압의 양을 조절하도록 작동 가능한 제어기;
    그 위에 영향을 미치는 상기 IR 가열 요소들로부터 IR 방사선의 감소된 양이 반사되게 하기에 적합한 특성들을 구비하는 물질을 포함하는 내부 벽들, 상기 반사된 IR 방사선은 일반적으로 확산되거나 방향성이 없는 패턴으로 반사됨; 및
    상기 내부 벽 주위에 제공된 단열재;
    을 포함하고,
    상기 다수의 IR 가열 요소들은 2-6" 중심-대-중심 거리를 구비하도록 서로로부터 이격되고,
    상기 다수의 IR 가열 요소들은 안에 삽입 가능한 VIG 서브어셈블리의 하부 표면보다 아래 및/또는 상부 표면보다 위 2-10"에 수직하게 위치되는, 진공 단열 가스(VIG) 유닛 내에 가장자리 밀폐를 형성하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최고 파장은 1300-1700 nm 사이인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 VIG 서브어셈블리의 유리 기판들에 비하여 상기 VIG 서브어셈블리의 프릿 물질에 의해 적어도 약 세 배만큼의 에너지가 흡수 가능하도록 상기 최고 파장이 선택되는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 IR 가열 요소들의 위치는 수직하게 조절 가능한 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 VIG 어셈블리의 상부 표면에 대해, 수집적으로 또는 개별적으로, 상기 다수의 IR 가열 요소들의 수직 위치를 조절하기 위해 하나 이상의 잭 스크류들을 더 포함하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IR 가열 요소들은 그것들이 장착되는 표면에 대해 대략 90도 각도들로 향해지는 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IR 가열 요소들은 그것들이 장착되는 표면에 대해 대략 45도 각도들로 향해지는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IR 가열 요소들은 상기 VIG 서브어셈블리를 가로질러 온도가 ±5℃보다 많지 않게 변화할 수 있는 안정적인 가열 환경을 유지하기 위해 작동 가능한 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IR 가열 요소들은 상기 VIG 서브어셈블리를 가로질러 온도가 ±2℃보다 많지 않게 변화할 수 있는 안정적인 가열 환경을 유지하기 위해 작동 가능한 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 벽은 경화된 배트 물질을 포함하는 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IR 가열 요소들은 추가적인 가열 요소들의 이용 없이 제1 상승된 온도에서 내부를 유지하도록 작동 가능하고, 상기 제1 상승된 온도는 상기 가장자리 밀폐를 형성하기 위해 필요한 온도보다 낮은 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 IR 가열 요소들은 상기 제1 상승된 온도에서 상기 가장자리 밀폐를 형성하기 위해 필요한 온도로 이동시키기 위해 전압 변화들을 통해 제어 가능한 장치.
  13. 가장자리 밀폐를 포함하는 진공 단열 유리(VIG) 유닛을 제작하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    장치 안으로 VIG 서브 어셈블리를 삽입하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 장치는,
    근적외선(NIR) 및/또는 단파 적외선(SWIR) 대역(들) 내의 최고 파장에서 IR 방사선을 방출하기 위해 제어 가능한 다수의 적외선(IR) 가열 요소들, 상기 다수의 IR 가열 요소들은 2-6" 중심-대-중심 거리를 구비하도록 서로로부터 이격되고 상기 VIG 서브어셈블리의 하부 표면보다 아래 및/또는 상부 표면보다 위 2-10"에 수직하게 위치됨;
    그 위에 영향을 미치는 상기 IR 가열 요소들로부터 IR 방사선의 감소된 양이 반사되게 하기에 적합한 특성들을 구비하는 물질을 포함하는 내부 벽들, 상기 반사된 IR 방사선은 확산되거나 방향성이 없는 패턴으로 반사됨; 및
    상기 내부 벽 주위에 제공된 단열재;
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 가장자리 밀폐를 형성할 때 상기 다수의 IR 가열 요소들을 통해 상기 VIG 서브어셈블리의 주변부 주위에 제공된 프릿 물질을 가열하는 단계, 전압의 양은 상기 VIG 서브어셈블리의 유리 기판들에 비해 상기 프릿 물질을 우선적으로 가열하기 위해 상기 다수의 IR 가열 요소들에 의해 산출된 최고 파장을 변화시키도록 조절 가능한 상기 다수의 IR 가열 요소들에 공급됨;
    를 포함하는, 가장자리 밀폐를 포함하는 진공 단열 유리(VIG) 유닛을 제작하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 최고 파장은 1300-1700 nm 사이인 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 VIG 서브어셈블리의 유리 기판들에 비하여 상기 VIG 서브어셈블리의 프릿 물질에 의해 적어도 약 세 배만큼의 에너지가 흡수 가능하도록 상기 최고 파장이 선택되는 방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IR 가열 요소들은 그것들이 장착되는 표면에 대해 대략 90도 각도들로 향해지는 방법.
  17. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IR 가열 요소들은 그것들이 장착되는 표면에 대해 대략 45도 각도들로 향해지는 방법.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 VIG 서브어셈블리를 가로질러 온도가 ±5℃보다 많지 않게 변화할 수 있는 안정적인 가열 환경을 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 VIG 서브어셈블리를 가로질러 온도가 ±2℃보다 많지 않게 변화할 수 있는 안정적인 가열 환경을 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 벽은 경화된 배트 물질을 포함하는 방법.
  21. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가적인 가열 요소들의 이용 없이 그리고 상기 IR 가열 요소들을 통해 제1 상승된 온도에서 상기 장치의 내부를 유지시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 상승된 온도는 상기 가장자리 밀폐를 형성하기 위해 필요한 온도보다 낮은 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    일단 상기 VIG 서브어셈블리가 상기 장치 안으로 삽입되면 상기 제1 상승된 온도로부터 상기 가장자리 밀폐를 형성하기 위해 필요한 온도로 이동시키기 위해 전압 변화들을 통해 상기 IR 가열 요소들의 출력을 조절하는 단계를 더 포함하는 방법.
  23. 제13항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 VIG 서브어셈블리의 유리 기판들은 상기 프릿 물질의 가열 동안 1분보다 길게 325℃의 온도에 도달하지 않는 방법.
  24. 진공 단열 유리(VIG) 유닛 내에 가장자리 밀폐를 형성하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는,
    근적외선(NIR) 및/또는 단파 적외선(SWIR) 대역(들) 내의 최고 파장에서 IR 방사선을 방출하기 위해 제어 가능한 다수의 적외선(IR) 가열 요소들; 및
    상기 다수의 IR 가열 요소들에 의해 산출된 상기 최고 파장을 변화시키기 위해 상기 다수의 IR 가열 요소들에 공급된 전압의 양을 조절하도록 작동 가능한 제어기;
    를 포함하고,
    상기 제어기는 제1 및 제2 모드들에서 작동 가능하며, 상기 제1 모드는 대략 절반의 전력 밀도 및 45-55% 전압에서 상기 IR 가열 요소들이 작동하는 예열 모드이고, 상기 제2 모드는 절반의 전력 밀도 및 75-85% 전압에서 상기 IR 가열 요소들이 작동하는 프릿 밀폐 모드인, 진공 단열 유리(VIG) 유닛 내에 가장자리 밀폐를 형성하기 위한 장치.
  25. VIG 유닛을 제작하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    히터에 VIG 서브어셈블리를 제공하는 단계, VIG 서브어셈블리는 제1 및 제2 실질적으로 평행하게 이격된 유리 기판들, 상기 제1 및 제2 유리 기판들 사이에 다수의 지지 필러들, 및 그 사이에 가장자리 밀폐를 형성하기 위한 프릿 물질을 포함함;
    상기 VIG 서브어셈블리를 예열하기 위해 대략 절반의 전력 밀도에서 작동하는 적어도 하나의 전구로부터 적외선(IR) 에너지를 방출하는 단계; 및
    상기 VIG 유닛을 제작할 때 상기 프릿 물질이 80%의 흡수를 구비하고 상기 제1 및 제2 유리 기판들이 30%보다 적은 흡수를 구비하는 미리-선택된 최고 IR 파장에서 그리고 대략 절반의 전력 밀도에서 작동하는 적어도 하나의 전구로부터 IR 에너지를 방출하는 단계;
    를 포함하는, VIG 유닛을 제작하는 방법.
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