KR101030712B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 플라즈마 처리 장치는 전원을 공급받아 방전하는 고압전극을 양측에서 지지하며 상기 고압전극의 단부에 대응하는 경사면이 마련된 접지전극과, 상기 접지전극의 단부측에 형성되어 상기 경사면을 따라 형성된 복수의 가스 분출관과 연통하고 혼합가스가 공급되는 혼합 챔버와, 상기 혼합 챔버에 탈착 가능하게 결합되고 상기 혼합가스가 상기 가스 분출관에 이르기까지 적어도 2회 이상 절곡하여 유동하도록 내부 유로가 형성된 유동 지체 블록을 포함하는 것을 기술적 요지로 하여 일정하고 균일한 플라즈마의 획득이 가능하다.

플라즈마, 고압전극, 혼합 챔버, 가스 분출관, 유동 지체 블록

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING DEVICE}

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 혼합가스의 유동을 지체시켜 분사하고 고압 방전시킴으로써 균일하고 일정한 플라즈마의 획득이 가능하도록 하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

일반적인 플라즈마 처리 장치는 안정화된 대기압 플라즈마를 발생시켜 합성수지로 이루어진 피가공물의 표면 성질을 개선하거나, 도료나 잉크의 도포가 용이하도록 표면 처리를 하는데 활용되고 있다.

상기 플라즈마 처리 장치는 안정화된 대기압 플라즈마를 획득하기 위하여 접지전극 또는 고압전극의 표면을 유전체로 감싸서 스파크의 발생을 최소화하기도 한다.

그러나, 상기 플라즈마 처리 장치는 안정화된 대기압 플라즈마의 획득을 위하여 고압 방전을 일으키는 혼합가스의 균일한 혼합 여부가 무엇보다도 중요하다.

상기 혼합가스는 헬륨, 알곤 등의 불활성 가스나 질소 가스에 탄화수소계 가스, 탄화불소계 가스 또는 산소를 포함하는 활성가스를 혼합하여 얻어지는 것으로, 상기 혼합가스의 균일한 혼합 여부와 함께 안정화된 대기압 플라즈마의 획득을 위하여 중요한 인자는 상기 혼합가스의 혼합 공간 및 분출거리이다.

본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로, 균일하고 일정한 플라즈마의 획득이 가능하도록 하는 플라즈마 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명은 플라즈마의 방전 안정성을 확보할 수 있도록 하는 플라즈마 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예로, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 전원을 공급받아 방전하는 고압전극을 양측에서 지지하며 상기 고압전극의 단부에 대응하는 경사면이 마련된 접지전극과, 상기 접지전극의 단부측에 형성되어 상기 경사면을 따라 형성된 복수의 가스 분출관과 연통하고 혼합가스가 공급되는 혼합 챔버와, 상기 혼합 챔버에 탈착 가능하게 결합되고 상기 혼합가스가 상기 가스 분출관에 이르기까지 적어도 2회 이상 절곡하여 유동하도록 내부 유로가 형성된 유동 지체 블록을 포함한다.

일 실시예로, 상기 접지전극에는 상기 혼합 챔버와 상기 가스 분출관을 상호 연결하며, 상기 가스 분출관보다 상대적으로 작은 직경을 가진 분출홀 또는 상기 가스 분출관의 직경보다 상대적으로 작은 폭을 가진 분출슬릿이 더 마련되는 것이 바람직하다.

일 실시예로, 상기 유동 지체 블록은 상기 혼합 챔버에 안착되는 몸체와, 상기 몸체 일측에 형성되며, 상기 혼합 챔버와 연통하는 가스 공급관으로부터 공급되는 혼합가스를 일시 수용하는 수용부와, 상기 수용부로부터 상기 가스 분출관에 이르기까지 적어도 2회의 절곡부를 형성하는 유동지체 유로와, 상기 혼합가스를 균일하게 혼합하여 분사되도록 상기 유동지체 유로의 말단에 마련되는 오리피스부를 포함한다.

일 실시예로, 상기 오리피스부는 상기 혼합 챔버의 내측벽과 상기 몸체 사이에 배치되어 고정되는 본체와, 상기 본체를 관통하며, 상기 가스 분출관과 직교 방향의 유로를 형성하는 중간분출구를 포함한다.

일 실시예로, 상기 가스 분출관의 가스 분사거리는 5 내지 20 mm인 것이 바람직하다.

본 발명의 플라즈마 처리 장치는 고압전극을 양측에서 지지하는 접지전극에 내장된 혼합 챔버에 탈착 가능하게 결합되어 공급되는 혼합가스의 유동을 최대한 지체하여 균일하게 혼합되도록 한 다음 분출하여 방전시키도록 하는 구성을 채택함으로써 균일하고 일정한 플라즈마를 획득할 수 있으며, 플라즈마의 방전 안정성을 확보할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 나타낸 단면 개념도이다.

본 발명의 플라즈마 처리 장치는 접지전극(100), 혼합 챔버(200) 및 유동 지체 블록(300)을 포함한다.

상기 접지전극(100)은 단부의 단면 형상이 이등변 삼각형인 고압전극(500)을 양측에서 지지하며, 상기 고압전극(500)의 단부에 대응하는 경사면(110)이 마련된 것으로, 표면에 유전체(102)가 형성된다.

상기 경사면(110)은 상기 고압전극(500)과 방전을 일으킬 수 있는 면적을 제공한다.

상기 고압전극(500)의 표면에도 유전체(102)가 형성되며, 상기 고압전극(500)과 접지전극(100) 사이에는 전기적으로 절연 처리되는 것이 바람직하다.

상기 유전체(102, 502)는 인가된 전압에 의한 고압 방전시 발생할 우려가 있 는 스파크를 최소화하고, 지속적으로 발생하는 열에 견디기 위하여 형성된다.

상기 유전체(102, 502)는 고무, 테프론, 실리콘 수지류, 석영, 알루미나, 산화 티탄, 납-지르코늄-티타늄 복합 산화물, 실리카, 산화주석, 이산화 티타늄, 산화 지르코늄 등으로 이루어질 수 있다.

상기 혼합 챔버(200)는 전원을 공급받아 방전하는 접지전극(100)의 단부측에 형성되어 상기 경사면(110)을 따라 형성된 복수의 가스 분출관(120)과 연통하고, 혼합가스가 공급되는 공간을 제공한다.

따라서, 본발명의 플라즈마 처리 장치는 상기 혼합 챔버(200) 내에서 공급된 혼합가스가 충분히 균일하게 혼합될수록, 방전시 스파크가 없이 일정하고 균일한 형상의 플라즈마를 획득할 수 있다.

상기 유동 지체 블록(300)은 상기 혼합 챔버(200)에 탈착 가능하게 결합되고, 상기 혼합가스가 상기 가스 분출관(120)에 이르기까지 적어도 2회 이상 절곡하여 유동하도록 내부 유로가 형성된다.

상기 유동 지체 블록(300)은 상기 혼합 챔버(200)의 청소 또는 상기 유동 지체 블록(300)의 교체 및 수리 등 제반 점검이 용이하도록 상기 혼합 챔버(200)에 탈착 결합된다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 적용 및 실시가 가능하며, 다양한 실시예의 설명을 위하여 아래와 같이 주요 구성요소별로 설명한다.

상기 접지전극(100)에는 상기 혼합챔버(200)의 유동 지체 블록(300)을 거쳐 분사되는 가스가 방전될 때 일정하고 균일한 플라즈마를 형성할 수 있도록 상기 혼 합 챔버(200)와 상기 가스 분출관(120)을 분출홀(130) 또는 분출슬릿(140)의 형태로 연결한다.

상기 분출홀(130)은 상기 가스 분출관(120)보다 상대적으로 작은 직경을 가지도록 형성하고, 상기 분출슬릿(140)은 상기 가스 분출관(120)의 직경보다 상대적으로 작은 폭을 가지도록 형성한 것이다.

상기 분출홀(130) 및 분출슬릿(140)은 배관의 전후 압력차를 발생시켜 유체의 양이 일정하게 유지되어야 하는 개소에 사용하는 일종의 오리피스이다.

따라서, 상기 분출홀(130) 및 분출슬릿(140)을 거쳐 분사되는 혼합가스는 상기 고압전극(500)의 단부 근처에서 글로우(glow) 방전을 실시할 때 일정하고 균일한 플라즈마가 형성된다.

한편, 상기 유동 지체 블록(300)은 상기 혼합챔버(200)와 연통한 가스 공급관(201)으로부터 공급되는 혼합가스의 유동을 지체시켜 충분히 혼합되도록 한 것으로, 몸체(310)와 수용부(320)와 유동지체 유로(330)와 오리피스부(340)를 포함한다.

상기 몸체(310)는 상기 혼합 챔버(200)에 탈착 가능하게 결합되는 블록 형상의 것이며, 상기 수용부(320)는 상기 몸체(310)의 일측에 형성된다.

상기 수용부(320)는 상기 몸체(310) 일측에 형성되며, 상기 혼합 챔버(200)와 연통하는 가스 공급관(201)으로부터 공급되는 혼합가스를 일시 수용하는 장소이다.

상기 수용부(320)는 상기 가스 공급관(201)과 연통되는 부위에 형성하여 공 급된 상기 혼합가스가 곧바로 가스 분출구(120)측으로 유동하지 못하도록 둑과 같은 유동 제한 수단을 마련하는 것도 바람직하다.

상기 둑은 도면에서 상기 가스 공급관(201) 좌측에 형성된 턱과 같은 부분이며, 뒤에서 설명할 유동지체 유로(330)의 입구측과 연결되어 상기 혼합가스의 유동을 1차적으로 저지한다.

상기 유동지체 유로(330)는 상기 수용부(320)로부터 상기 가스 분출관(120)에 이르기까지 적어도 2회 이상의 절곡부(332)를 형성하여 상기 혼합가스의 유동을 2차적으로 저지한다.

상기 유동지체 유로(330)는 도면과 같이 상기 둑과 함께 2회 이상의 절곡부(332)가 형성된 형상으로 할 수 있으며, 상기 둑에 연통하여 미로 형상으로 제작한다든가, 격판을 지그재그로 설치하여 상기 혼합가스의 유로가 사행(蛇行) 형상을 이루도록 한다든가, 상기 둑에 연통하여 코일 스프링 형상으로 관을 권취한 형상을 이루도록 하는 등의 다양한 변형 및 응용이 가능하다.

상기 오리피스부(340)는 상기 혼합가스를 균일하게 혼합하여 분사되도록 상기 유동지체 유로(330)의 말단에 마련되는 것으로, 본체(342)와, 중간분출구(344)를 포함한다.

상기 오리피스부(340)는 상기 가스 분출관(120)과 같은 역할을 하는 것으로 상기 혼합가스의 유동을 유동지체 유로(330)를 통하여 최대한 지체시킨 다음, 유량을 1차적으로 일정하게 하기 위한 수단이며, 상기 가스 분출관(120)은 최종적으로 분출되는 상기 혼합가스의 유량을 일정하게 하기 위한 수단이다.

상기 본체(342)는 상기 혼합 챔버(200)의 내측벽과 상기 몸체(310) 사이에 배치되어 고정되며, 상기 중간분출구(344)는 상기 본체(342)를 관통하면서 상기 가스 분출관(120)과 직교 방향의 유로를 형성한다.

상기 중간분출구(344)는 도면에서 상세하게 표시하지 않았으나, 상기 본체(342)를 관통하는 복수의 홀 형태로 제작할 수 있다.

그리고, 상기 중간분출구(344)는 상기 본체(342)를 프레임으로 하고, 상기 프레임의 형태인 본체(342)에 장착되는 메쉬 형태의 것을 채택할 수도 있다.

한편, 상기 가스 분출관(120)의 가스 분사거리(d)는 5 내지 20 mm인 것이 바람직하다.

상기 가스 분사거리(d)가 5mm 이하일 경우, 상기 분출홀(130) 또는 분출슬릿(140)과 상기 가스 분출관(120)의 연결부위를 유동하는 상기 혼합가스의 밀도 차이가 너무 커지기 때문에 일정하고 균일한 플라즈마를 얻을 수 없다.

상기 가스 분사거리(d)가 20mm 이상일 경우, 일정하고 균일한 플라즈마의 획득에는 지장이 없으나, 장치의 부피와 무게가 커지게 되므로, 불필요한 재료의 낭비를 피할 수 없다.

상기 가스 분사거리(d)는 실제 산업 현장에서 일정하고 균일한 플라즈마를 얻을 수 있는 최적의 범위로서 5 내지 10mm를 유지하도록 상기 가스 분출관(120)을 제작한다.

이상과 같이 본 발명은 균일하고 일정한 플라즈마의 획득이 가능하고, 플라즈마의 방전 안정성을 확보할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 기본적 인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 나타낸 단면 개념도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100...접지전극 102...유전체

110...경사면 120...가스 분출관

130...분출홀 140...분출슬릿

200...혼합 챔버 201...가스 공급관

300...유동 지체 블록 310...몸체

320...수용부 330...유로

332...절곡부 340...오리피스부

342...본체 344...중간분출구

500...고압전극 502...유전체

600...절연판 d...가스 분사거리

Claims (7)

1. 전원을 공급받아 방전하는 고압전극을 양측에서 지지하며, 상기 고압전극에 대응하는 경사면이 마련된 접지전극;

   상기 접지전극의 단부측에 형성되어 상기 경사면을 따라 형성된 복수의 가스 분출관과 연통하고, 혼합가스가 공급되는 혼합 챔버; 및

   상기 혼합 챔버에 탈착 가능하게 결합되고, 상기 혼합가스가 상기 가스 분출관에 이르기까지 적어도 2회 이상 절곡하여 유동하도록 내부 유로가 형성된 유동 지체 블록;을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 접지전극에는,

   상기 혼합 챔버와 상기 가스 분출관을 상호 연결하며 상기 가스 분출관보다 상대적으로 작은 직경을 가진 분출홀이 더 마련되는 플라즈마 처리 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 접지전극에는,

   상기 혼합 챔버와 상기 가스 분출관을 상호 연결하며 상기 가스 분출관의 직경보다 상대적으로 작은 폭을 가진 분출슬릿이 더 마련되는 플라즈마 처리 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 유동 지체 블록은,

   상기 혼합 챔버에 안착되는 몸체와,

   상기 몸체 일측에 형성되며 상기 혼합 챔버와 연통하는 가스 공급관으로부터 공급되는 혼합가스를 일시 수용하는 수용부와,

   상기 수용부로부터 상기 가스 분출관에 이르기까지 적어도 2회의 절곡부를 형성하는 유동지체 유로와,

   상기 혼합가스를 균일하게 혼합하여 분사되도록 상기 유동지체 유로의 말단에 마련되는 오리피스부를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 오리피스부는,

   상기 혼합 챔버의 내측벽과 상기 몸체 사이에 배치되어 고정되는 본체와,

   상기 본체를 관통하며 상기 가스 분출관과 직교 방향의 유로를 형성하는 중간분출구를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 중간분출구는,

   상기 본체를 관통하는 복수의 홀 또는 상기 본체에 장착되는 메쉬인 플라즈마 처리 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 분출관의 가스 분사거리는 5 내지 20 mm인 플라즈마 처리 장치.

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