KR101065271B1

KR101065271B1 - 고상파우더 코팅장치

Info

Publication number: KR101065271B1
Application number: KR1020090038240A
Authority: KR
Inventors: 김옥률; 김옥민; 이근식; 정승채
Original assignee: 주식회사 펨빅스
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2011-09-20
Also published as: KR20100119234A

Abstract

본 발명은 가스 공급장치의 압축기체를 사용하여 고상파우더를 수송하지 않고, 대기압상태에 있는 공기를 흡입시켜 고상파우더를 수송하고, 이 흡입 수송된 고상파우더를 진공상태에서 분사하여 기재에 코팅할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 진공챔버 내부의 압력을 조절하고, 분사노즐 전(前)단부의 압력을 대기압 보다 낮은 압력으로 설정함으로써, 가스공급장치로부터 압축기체의 공급 없이 대기압 상태에 있는 공기를 자동 흡입하여 고상파우더를 수송하고, 이 흡입 수송된 고상파우더를 진공챔버 내부에 위치한 분사노즐 출구에서 분사하여 임의의 기재에 코팅할 수 있는 장치를 제공한다.

고상파우더, 분사, 코팅, 진공, 진공챔버, 압력, 대기압, 수송기체

Description

고상파우더 코팅장치{Powder coating apparatus}

본 발명은 가스 공급장치의 압축기체를 사용하여 고상파우더를 수송하지 않고, 대기압 상태의 공기를 흡입시켜 고상파우더를 수송하고, 이 흡입된 수송된 고상파우더를 진공챔버 내부에 위치한 임의의 기재에 분사하여 코팅할 수 있는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래의 전통적인 고상 파우더 분사 증착방법을 살펴보면 다음과 같다.

1. 저온분사(cold spray) 방법

저온분사(콜드스프레이) 방법은 수백℃의 기체를 저압(10~20bar) 또는 고압(20~40bar) 상태로 압축하여, 1~50㎛크기의 금속입자들을 압축된 기체와 함께 기재에 분사하여 증착시키는 방법이다. 이 방법에 의해 분사되는 기체의 속도는 300m/s 이상이며, 이에 따른 금속입자의 운동에너지와 기체의 열에 의해 금속입자들이 기재에 충돌될 때 소성 변형이 이루어지고, 기재 표면의 온도 상승에 의해 입 자가 기재에 융착되는 방식으로 증착이 이루어졌다. 이러한 방법에 의한 증착층의 두께는 수 mm에서 수 cm까지 가능하다. 다만, 비중이 낮거나 미세한 입자들은 충격파(shock wave) 등의 요인에 의해 입자 흐름의 속도가 현저히 감소하므로 기재에 증착되지 않는다는 단점이 있다.

(1) 미합중국 특허 5,302,414("Gas-dynamic spraying method for applying a coating"; PCT/SU90/00126)는 스프레이 코팅에 관한 기술로서, 압축기체를 사용하여 고상파우더를 수송하는 방법으로 3가지 방법을 적용하고 있다. 첫 번째 방법은 이 특허발명의 Fig. 1에 도시된 바와 같이 압축기체 챔버에 저장되어 있는 압축기체를 압력관 및 고상파우더가 담긴 호퍼에 공급하고, 실린더 드럼을 회전시켜 고상파우더가 호퍼 쪽으로 역류하지 않도록 압력을 조절하여 기체와 혼합되어 노즐로 이동될 수 있도록 하는 방법을 사용하였고, 두 번째 방법은 첫 번째 방법과 마찬가지로, 이 특허발명의 Fig. 4에 도시된 바와 같이 압축기체 챔버에 저장되어 있는 압축 기체를 고상파우더가 있는 피더(feeder)에 직접 공급하여 고상파우더를 밀어내어 노즐로 공급될 수 있도록 하는 방법을 사용하였고, 세 번째 방법은 이 특허발명의 Fig. 5에 도시된 바와 같이 압축기체 챔버에 저장된 압축기체를 가열장치와 고상파우더 공급기에 각각 공급하고, 공급된 압축기체와 고상파우더가 혼합 챔버(premix chamber)에서 혼합되게 하고, 수송기체관을 혼합챔버에 직접 표면까지 연결하고, 고상파우더 공급관을 혼합챔버 내부로 관통하게 하여 고상파우더가 역류되지 않고 노즐에 원활하게 수송할 수 있도록 하는 방법을 제시하였다.

(2) 미합중국 특허 6,139,913("Kinetic spray coating method and apparatus")은 스프레이 코팅에 관한 기술로서, 이 특허발명의 Fig. 2에 도시된 바와 같이 고상파우더를 수송하기 위하여 압력탱크의 공기를 혼합챔버로 이송하고, 또한 이 혼합챔버 내부로 수송된 고압의 공기보다 높은 압력상태의 고상파우더를 수송하는 방법을 제공한다.

(3) 미합중국 특허 4,815,414("Powder spray apparatus")는 대기압 상태에 있는 고상파우더를 노즐유닛으로 이송하고, 압축공기 장치로부터 공기를 노즐유닛으로 이송하여 분사캡(ejection cap)에서 서로 혼합되어 분사되는 장치를 제시한 것으로서, 이 특허발명의 명세서와 함께 첨부된 Fig. 1에 도시된 바와 같이 고상파우더와 초음속 노즐(sprayer)로 일차 분사되어 노즐유닛 내에 있는 판(profile-shaping plate)에 부딪혀 고상파우더의 속도가 감소하여, 실제로 출구(ejection cap)에서의 속도는 코팅속도에 이르지 못할 수 있고, 고상파우더가 상기 판에 증착될 수 있는 문제점이 있다.

(4) 미합중국 특허 6,569,245("Method and apparatus for applying a powder coating")는 대기압 상태에 있는 고상파우더를 노즐에 공급하여 코팅하는 기술로서, 이 특허발명의 Fig. 1에 도시된 바와 같이 압축공기 공급장치에서 압축공기를 노즐유닛에 공급하고, 이 노즐유닛에 고상파우더를 공급하여 분사되는 기술로 설명 되어 있다. 그러나, 대기압 상태에 있는 고상파우더가 노즐유닛에 공급되기 위해서는 노즐유닛의 압력이 대기압 상태보다 낮은 부압이 형성되어야만 공급될 수 있으므로, 이러한 장치에서 고상파우더는 노즐유닛에 공급되지 못하고 역류될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 고상파우더의 분사속도를 더 높게 발현하기 위해 압축공기의 압력을 더 상승시킬 경우 고상파우더는 노즐유닛에 더더욱 공급될 수 없는 환경에 놓이게 되는 문제점이 있다.

(5) 대한민국 특허 10-0770173호("저온스프레이 장치"), 대한민국 특허 10-0575139호("가스냉각장치가 구비된 저온 스프레이 코팅장치") 및 대한민국 특허 10-0515608호("분말 예열장치가 구비된 저온 스프레이 장치"; PCT/KR04/03395)는 종래의 저온분사 방법에서와 마찬가지로 질소, 헬륨, 공기 등의 고압가스를 이용하여 분말을 수송하여 분사하는 방법을 제공한다.

(6) 대한민국 특허등록 10-0691161호("전계방출 에미터전극 제조방법")는 상기 콜드스프레이 방법을 이용하여 탄소나노튜브 분말을 초음속으로 분사하여 기재에 증착하여 전계방출 에미터 전극을 제조하는 방법을 개시하였다. 이 방법 역시 압축가스 공급부에서 가스를 공급하여 분말을 수송하며, 공기 중에서 기체가 초음속으로 분사되므로, 심한 소음이 발생하는 단점이 있으며, 특히 금속 입자가 아닌 비중이 작고 나노미터 크기인 탄소나노튜브가 분사되면, 충격파에 의해 입자 속도가 현저히 감소하여 기재에 증착되기 어려운 문제점이 있다.

(7) 미합중국 특허 6,759,085("Method and apparatus for low pressure cold spraying; PCT/US03/18758; WO 03/106051)는 종래 콜드스프레이 방법에서 고가의 비활성 압축기체(pressurized inert gas)를 일반적으로 사용하기 때문에 압축기체를 회수하여 재사용(recycling)하기 위한 방법을 제시하였다. 구체적으로는 진공탱크(vacuum tank)를 구비하고, 콜드스프레이 노즐을 이 진공탱크에 위치시켜, 압축기체로 고상파우더를 수송하여 분사한 후 압력탱크의 압축기체를 진공 펌프로 배기하여 필터링한 다음, 다시 압축기(gas compressor)를 통하여 수송기체를 압축하여 재사용하는 방법을 제공한다.

전술한 바와 같이 종래의 저온분사 방법에서는; 1) 고상파우더를 수송하는 기체로 압축된 고가의 기체(예; 질소, 헬륨 등의 비활성기체) 또는 압축공기를 사용하므로, 분사 장치에서 반드시 압축기체 공급장치가 필요하고, 2) 고상파우더를 강제투입(injection)하므로 단위시간당 일정한 양을 공급하기 어렵고, 3) 대기압상태의 공기중에 분사되므로 소음이 발생하고, 4) 고온의 가스 및 분말 온도로 인하여 플라스틱과 같이 열충격에 약한 기재를 사용할 수 없으며, 5) 비중이 낮거나, 파우더 입자간 응집력이 크거나, 마이크로미터 이하 크기의 분말은 충격파(shock wave)에 의해 입자속도가 현저히 감소하여 기재에 증착하기 어려운 단점이 있다.

2. 에어로졸증착(AD; Aerosol Deposition) 방법

에어로졸 증착방법은 기체 증착(gas deposition)법을 개선 발전시켜, 다양한 박막을 제조할 수 있도록 고안된 것이다. 에어로졸 증착방법의 기본 개념은 압축기체를 고상 파우더가 담긴 에어로졸 챔버(chamber)로 수송하고, 압력차를 이용하여 에어로졸 챔버 내에 부유하는 파우더를 압축기체가 수송하여, 진공챔버 내에 있는 기재에 노즐을 통하여 분사하여 증착하는 방법이다.

(1) 대한민국 특허등록 10-07677395호("복합구조물"; PCT/JP2000/007076), 대한민국 특허등록 10-0695046호("초미립자 취성재료의 저온성형방법 및 그것에 사용하는 초미립자 취성재료"; PCT/JP2003/006640) 및 대한민국 특허등록 10-0724070호("복합구조물 및 그의 제조방법과 제조장치"; PCT/JP2000/007076)에서 공통적으로, 재료를 수송하는 수송기체로 공기 압축기, 질소 탱크, 헬륨 탱크의 압축가스 장치를 사용하여 압축가스를 에어로졸 챔버 내부로 수송하여 분말을 에어로졸화하여 수송관을 통하여 진공챔버로 수송하여 분사하는 방법을 제시하였다. 즉, 고상파우더 공급 방법은 고상파우더가 위치해 있는 에어로졸 챔버에 공급되는 수송기체의 압력을 증착 챔버 내의 압력보다 큰 압력을 유지시킴으로써 고상파우더가 아음속 노즐에 공급되어 분사될 수 있도록 한 것이다.

다만, 에어로졸 증착 방법에서 에어로졸 챔버 내에 있는 고상파우더가 수송기체와 혼합되어 이동할 때 에어로졸 챔버 출구에서 토출되는 고상파우더의 양을 일정하게 연속적으로 공급하는 것이 매우 어려운 문제점이 있다. 그 이유는 고상파우더 입자의 거동이 수송가스의 거동과 일치하지 않으므로 실제 에어로졸 챔버에 연결된 압력관을 통한 에어로졸의 이동방향과 에어로졸 챔버로 유입되는 수송기체 의 이동방향이 일치할 확률이 매우 낮아 균일한 농도의 에어로졸(고상파우더와 수송기체의 혼합상태)이 압력관에 연속적으로 공급되기 어렵다. 또한 에어로졸 챔버에서 에어로졸 생성시 에어로졸 챔버 내벽에 정전기 발생으로 인한 고상파우더의 부착으로 일정량의 고상파우더가 연속적으로 에어로졸 챔버에 연결된 압력관을 통해 수송되기 어렵기 때문이다.

(2) 대한민국 특허등록 10-0531165호("기판 위에 고정된 카본파이버를 위한 방법 및 장치"; 미합중국 특허 7,306,503("Method and apparatus of fixing fibers on a substrate using an aerosol deposition process"))는 상기 에어로졸 증착방법의 기본 개념에 에어로졸 챔버에서 아크방전(arc discharge)으로 탄소나노튜브를 바로 생성하여 진공챔버로 카본나노튜브를 수송하여 증착하는 방법 및 장치를 개시하였다. 이 방법 및 장치는 에어로졸 증착법에 분말의 재료를 탄소나노튜브로 적용하여 박막을 형성하는 기술로서, 금속 입자의 형태와 아주 다른 튜브형의 재료(직경(수~수십 나노미터) 대비 길이(수~수십 마이로크미터)의 비(aspect ratio)가 약 500~1,000배이며, 반데르발스(van der waals) 인력에 의한 응집현상 및 고분자 사슬의 엉킴현상과 유사한 특성을 가지는 재료)인 탄소나노튜브의 물질적인 특성 및 상기 전술한 바와 같이 고상파우더 공급방법이 탄소나노튜브 입자의 양이 아음속 노즐에 연결된 압력관에 균일한 농도의 에어로졸(고상파우더와 수송기체의 혼합상태)로 연속적으로 공급되기 어렵다. 따라서, 대면적 기재에 균일한 증착이 요구되는 상용화 제품 생산에 적용하기에 문제점이 있고, 탄소나노튜브 재료의 형태가 기 존의 에어로졸 방법으로서는 균일한 박막을 제조할 수 없는 문제점이 있다는 것을 간과하고 있다.

한편, 대한민국 특허등록 10-0499613호("전자방출 소자와, 전자원과, 발광장치 및 화상 형성장치의 제조방법"), 대한민국 특허등록 10-0490112호("파이버의 제조방법 및 그 파이버를 이용한 전자방출소자와, 전자원 및 화상표시 장치 각각의 제조방법")는 상기 방법을 이용하여 전자방출소자 등의 장치 제조방법을 개시하였다.

(3) 대한민국 특허 10-0846148호("고상 파우더를 이용한 증착박막 형성방법 및 장치")는 상기 에어로졸 증착법을 이용한 것으로서, 이 방법은 에어로졸 챔버 내부 공간에 위치한 고상파우더(원료분말)를 외부수송가스의 공급으로 에어로졸화하여 블록챔버와 진공챔버간의 압력차에 의해 진공챔버와 연결된 수송관으로 토출되게 한다. 이때 블록챔버에 공급되는 외부 수송가스의 유동과 고상파우더의 유동이 일치하지 않으므로, 연속적으로 정량의 고상파우더를 노즐에서 분사할 수 없게 된다. 또한, 간헐적으로 압력을 조절하기 때문에 고상파우더를 연속적으로 균일하게 증착하는데 상당한 문제점이 있다. 왜냐하면, 간헐적으로 압력을 조절할 때 이로 인하여 그 시간에 해당되는 순간의 분사 간격으로 균일한 박막을 형성할 수 없는 문제점이 있기 때문이다. 특히 튜브형 재료(직경대비 길이가 약 500~1000배)인 경우 반데르발스 인력에 의한 응집 및 고분자 사슬의 엉킴을 분산시키기 위하여, 에어로졸 챔버 내에 필터 또는 바람개비를 설치하여 분산시키려고 하였으나, 오히 려 챔버 내에 와류가 발생하여 더 응집되어 진공챔버내로 분말 입자가 수송되기 전 단계에서 분산에 역효과가 발생할 수 있고, 필터로 인하여 수송기체의 유량 부하가 발생할 우려가 클 뿐만 아니라, 에어로졸 챔버에서 진공챔버로 수송되는 에어로졸 챔버의 출구 수송관 단면에 단위시간당 일정한 유량과 일정한 양의 분말이 공급되지 못하고 불규칙적으로 수송된 에어로졸이 노즐을 통하여 기재에 분사되므로 균일한 물성이 필요한 제품(예를 들면, 박막 필름 등)에는 사용할 수 없는 한계성이 있다.

한편, 이 방법은 모재가 위치한 공간, 원료분말이 위치한 공간, 외부수송가스의 공급, 에어로졸화된 미립자의 분사, 수송라인 등을 간헐적으로 개폐함으로써, 노즐에서 분사되는 에어로졸 입자의 속도를 증가시켜 충돌에너지를 크게 하고자 한 방법이다. 그러나, 이 방법의 아음속 노즐(오리피스 노즐; 단면적이 축소되는 노즐)의 경우, 아음속 노즐출구에서의 최대속도(M, 마하수; mach number)가 1이 되어, 이 방법에서처럼 간헐적으로 개폐하는 방법으로는 노즐입구의 압력이 증가하더라도, 노즐에 흐르는 질량유량만 증가할 뿐, 노즐 출구의 분사속도는 그 이상 증가하지 않고, 에어로졸의 고상파우더 입자 속도가 그 이상 증가하지 않는다.

요약하면, 상기 에어로졸 증착방법은 1) 전술한 콜드스프레이 방법에서와 마찬가지로 고상파우더를 수송하기 위한 압축기체 공급장치가 필요하고, 2) 에어로졸 챔버내에서 형성되는 에어로졸의 농도와 양이 일정하게 조절되어 토출될 수 없어, 균일하게 증착하기 어려운 단점이 있다.

전술한 바와 같이 상기 콜드스프레이 및 에어로졸 증착방법의 고상파우더 분사증착 방법에서 개선할 문제점은 ⅰ) 고상파우더를 수송하기 위하여 대기압보다 높은 고압력의 비활성 압축기체 또는 압축공기가 요구되며, ⅱ) 고상파우더 공급을 연속적으로 정량으로 수송하여 분사할 수 없고, ⅲ) 대기압 상태 또는 진공상태에서 비중이 낮거나, 입자크기가 수 나노미터 이하인 고상파우더를 기재에 코팅하기 어렵다는 것 등이다.

본 발명은 진공챔버 내부의 압력을 조절하고, 분사노즐 전단부의 압력을 대기압보다 낮은 압력으로 설정함으로써, 가스 공급장치에서 수송되는 비활성 압축기체나 압축공기의 공급 없이 대기압 상태에 있는 공기를 자동흡입하여 고상파우더를 수송하고, 이 흡입 수송된 고상파우더를 진공챔버 내부에 위치한 분사노즐을 통해 분사하여 임의의 기재에 코팅할 수 있는 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 대기압 상태의 공기가 흡입되는 공기흡입부(10); 상기 공기흡입부(10)를 통해 흡입된 공기에 고상파우더를 정량 공급하는 고상파우더공급부(20); 흡입된 공기와 고상파우더가 혼합되어 수송되는 수송관(30); 상기 수송관(30)의 말단에 구비되어 상기 고상파우더를 분사하는 분사노즐(40); 배기펌프(51)가 구비되어 있고, 내부에는 기재(1)가 배치되어 있으며, 상기 분사노즐(40)을 수용하는 진공챔버(50); 및 상기 배기펌프(51)의 배기량과 배기속도를 조절하는 압력조절장치(60); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 공기흡입부(10)에 설치되어 흡입되는 공기의 유량을 조절하는 공기유량조절장치(11); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고 상파우더 코팅장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 공기흡입부(10)에 설치되어 흡입되는 공기의 온도를 조절하는 공기온도조절장치(12); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 흡입된 공기가 고상파우더와 혼합되기 전에 공기를 필터링 및 건조처리하는 흡입공기처리부(13); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 공기흡입부(10) 및 고상파우더공급부(20)와 연통되어 있어 흡입된 공기와 고상파우더를 혼합시킨 상태로 상기 수송관(30)에 공급하는 블록챔버(21); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 고상파우더공급부(20)와 연통되어 있으며, 일측에 개방구(23)가 형성된 블록챔버(21); 및 상기 블록챔버(21)와 수송관(30)을 연결하는 가지관(31);이 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

이 경우 상기 가지관(31)에는 고상파우더 온도조절장치(24); 가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치와, 상기 가지관(31)을 통해 상기 블록챔 버(21)에서 수송관(30)으로 공급되는 고상파우더가 입자크기 선별장치(25) 및 분산장치(27)를 차례로 거치도록 구비되며, 상기 입자크기 선별장치(25)는 회수관(28)을 통해 고상파우더 회수기(26)와 연통된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 함께 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 수송관(30)을 통해 분사노즐(40)로 이송되는 고상파우더(3)가 입자크기 선별장치(25) 및 분산장치(27)를 차례로 거치도록 구비되며, 상기 입자크기 선별장치(25)는 회수관(28)을 통해 고상파우더 회수기(26)와 연통된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 수송관(30)의 말단과 분사노즐(40) 사이에는 상기 분사노즐(40)의 위치를 조절하는 분사노즐 위치조절장치(31); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 진공챔버(50) 내에는 상기 기재거치대(53); 가 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

이 경우 상기 진공챔버(50) 내에는 상기 기재거치대(53)와 연결된 기재이송장치(54); 가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 함께 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 배기펌프(51)에 연결되어 상기 진공챔버(50) 내에 잔류하는 고상파우더를 집진회수처리할 수 있는 집진회수처리장치(55); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 진공챔버(50) 내에는 기재표면을 활성화시키는 플라즈마 처리장치(미도시); 가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 분사노즐(40)과 기재(1) 사이에 전기장을 발생시키는 정전장치(70); 가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

이 경우 상기 정전장치(70)는, 도선(71)에 의해 일측전극은 수송관에 연결되고, 타측전극은 도선(71)에 의해 접지면(4)에 접지된 제1고압전원(72); 도선(71)에 의해 상기 분사노즐(40)과 연결된 메탈링(73); 도선(71)에 의해 일측전극은 상기 메탈링(73)과 연결되고, 타측전극은 도선(71)에 의해 접지면(4)에 접지된 제2고압전원(74); 을 포함하여 구성되고, 접지면(4)에 연결된 제1고압전원(72)과 제2고압전원(74)의 전극은 상호 반대 극이며, 상기 제2고압전원(74)과 메탈링(73)을 연결하는 도선에는 기재와 연결되는 지선이 분선되어 있는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 함께 제공한다.

전술한 고상파우더 코팅장치는 상기 분사노즐(40) 전단에서의 압력, 진공챔 버(50) 내부의 압력, 공기흡입부(10)에서의 공기 흡입 유량, 고상파우더공급부(20)에서의 고상파우더 공급량을 연동 제어하는 시스템제어부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우에는 상기 수송관(30) 내부, 분사노즐(40) 전단부, 진공챔버(50) 내부에는 각각 온도/압력측정기(5)가 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 함께 제공한다.

본 발명에 따르면 종래 고상파우더 분사 증착법에서 제기된 여러 문제점 및 단점을 해결할 수 있다.

구체적으로는, 첫째, 종래 고상파우더 분사 증착 장치에서는 고상파우더를 수송하는 수송기체로 질소, 헬륨, 혼합가스의 비활성 압축기체 및 압축공기를 사용하였지만, 본 발명이 제공하는 고상파우더 코팅장치는 대기압 상태의 공기를 흡입하여 흡입된 공기로 고상파우더를 수송하여 분사 코팅할 수 있어서, 종래의 비활성 압축기체 및 압축공기 공급 장치가 필요 없다.

둘째, 진공챔버의 공기를 배기하는 공정, 분사노즐 전(前)단의 압력(Po)을 대기압(760torr) 미만으로 조절하는 공정, 진공챔버 내부의 압력을 분사조건(예; 노즐출구에서의 팽창파, 수직충격파, 경사충격파 등에 따른 고상파우더의 분사속도)에 맞게 조절하는 공정, 대기압 공기를 흡입하여 고상파우더를 분사노즐로 수송하는 공정, 상기 고상파우더를 분사노즐을 통해 진공상태의 진공챔버 내부에 구비된 기재에 분사하는 공정으로 아음속 노즐 및 초음속 노즐을 통하여 각 고상파우더 의 임계 코팅속도 이상으로 구현할 수 있다. 이에 따라, 1) 소성변형으로 증착되는 금속류, 파쇄로 증착되는 세라믹류(산화물, 질화물, 붕화물 등), 중간적인 증착특성을 지닌 특수재료(탄소나노튜브, 풀러린(fullerene), 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene), 이종재료(예; 금속+세라믹, 금속(또는 세라믹)+특수재료 등) 및 상기 원소들의 조합인 화합물 등의 고상 파우더, 2)입자 크기가 마이크로미터 크기뿐만 아니라 마이크로미터 크기 이하의 나노미터 크기(예: 어느 한 방향만이 나노미터 크기로 제한되어 있는 2차원 구조의 양자우물(quantum well), 두 방향이 나노미터 크기로 제한되는 1차원 구조의 양자선(quantum wire), 세 방향 모두 나노미터 크기로 제한되는 0차원 구조의 양자점(quantum dot)) 및 비중이 낮은 고상파우더, 3) 튜브형, 판형, 구형, 선형(예:rod, wire) 등의 형상을 가지고 있는 고상파우더를 기재에 코팅할 수 있다.

셋째, 대기압 상태의 흡입된 공기의 온도를 조절하는 공기온도조절장치 및 고상파우더 온도조절장치를 통하여 기재에 열충격 없이 코팅할 수 있어서, 금속, 반금속, 세라믹, 폴리머, 종이 등의 기재의 재료에 상관없이 코팅할 있다.

넷째, 진공챔버에 연결된 압력조절장치를 통하여 분사환경을 아음속 및 초음속의 압력조건을 설정하기가 용이하고, 고상파우더 분사 시 발생하는 소음을 제거할 수 있으며, 화학적 반응을 감소시킬 수 있다.

다섯째, 기재이송장치의 속도 및 반복 회수를 조절하여, 각 고상파우더에 따른 저속 및 고속의 코팅층 형성 속도가 가능하고, 광범위한 코팅층의 두께(서브마이크로미터~수백마이크로미터) 조절이 용이하다.

본 발명에 따른 고상파우더 코팅장치로 제조할 수 있는 제품은 전기전자관련 코팅 제품; 전도성 (반)투명 전극, FED(field emission display)용 전계방출소자, BLU(back light unit)용 전계방출소자, CNT 조명장치, 태양전지, 반도체, 전자 차폐재, 방열 및 발열체, 센서, 플렉시블(flexible) 디스플레이 전극, 정전기 방지재, 분산재, 연성회로기판(PCB, FCCL), 유전체(dielectric), 자장(magnetically conducting) 재료, 수퍼커패서트(super-capacitor), 적층콘덴서, 2차전지 전극, 연료전지 전극 등을 예로 들 수 있고, 기계관련 코팅 제품; 내마모성(antifriction) 재료, 내부식성(corrosion-resistance) 재료, 표면 강화(surface hardening) 재료 등을 예로 들 수 있다.

Ⅰ. 고상파우더 코팅 장치

본 발명은 대기압 상태의 공기가 흡입되는 공기흡입부; 상기 공기흡입부를 통해 흡입된 공기에 고상파우더를 정량 공급하는 고상파우더공급부; 흡입된 공기와 고상파우더가 혼합되어 수송되는 수송관; 상기 수송관의 말단에 구비되어 상기 고상파우더를 분사하는 분사노즐; 배기펌프가 구비되어 있고, 내부에는 기재가 배치되어 있으며, 상기 분사노즐을 수용하는 진공챔버; 및 상기 배기펌프의 배기량과 배기속도를 조절하는 압력조절장치; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 제공한다.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 각 구성요소별로 상세히 설명하기로 한다.

상기 공기흡입부(10)는 대기압 상태의 공기를 흡입하는 역할을 수행한다. 고상파우더 분사 증착을 위한 종래의 장치, 방법은 모두 고상파우더 수송을 위한 수송가스로서 비활성 압축기체 또는 압축공기를 활용하였으며, 이들의 공급을 위한 별도의 공급장치가 필요하였다. 고상파우더를 수송하는 비활성 압축기체로는 아르곤(Ar), 질소(N₂), 헬륨(He) 등이 사용된다. 상기 비활성 압축기체는 상용화 제품을 양산하기 위한 연속공정에 사용하기에는 매우 고가의 기체이며, 저장용기로 사용할 경우에도 용기의 용량 한계성이 있다. 또한 비활성 압축기체를 사용하지 않고, 공기를 사용하더라도 압축하여 공급하는 압축기(air compressor)가 필요하다. 본 발명은 고압의 비활성 압축기체 및 압축공기 공급 장치 없이, 대기압 상태에 있는 공기를 흡입하도록 구성된 것으로서, 상기 공기흡입부(10)는 대기압 상태의 외부 공기를 흡입하는 역할을 담당한다. 본 발명은 비활성 압축기체와 압축공기를 사용하지 않기 때문에, 상용화 제품을 양산하기 위한 연속공정에 적합하며, 본 발명을 이용하여 코팅한 제품의 제작 단가도 크게 줄일 수 있다.

상기 공기흡입부(10)에서의 공기 흡입 원리는 [도 1] 및 [도 2]에 도시된 바와 같이 후술할 진공챔버(50)의 배기펌프(51)에 연결된 압력조절장치(60)를 통하여 진공챔버(50) 내의 압력을 대기압 미만의 압력(760torr)으로 설정하여, 대기압 상태에 있는 공기가 상기 공기흡입부(10)에 흡입되도록 하는 것이다. 상기 공기흡입부(10)는 수송관(30)과 분사노즐(40)을 매개로 진공챔버(50)와 연통되어 있으므로 위와 같은 작용이 가능하다.

또한, 상기 공기흡입부(10)는 흡입되는 공기의 유량을 조절하는 공기유량조절장치(11)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 상기 공기유량조절장치(11)는 흡입되는 공기의 유량을 조절하여 단위 시간당 일정량(liter/min)으로 흡입되도록 조절하는 장치이다. 상기 공기흡입부(10)에서 흡입되는 공기의 유량은 분사노즐(40)의 단면적, 진공챔버(50)의 진공압력에 따라 결정할 수 있는데, 이때 최대 공기 유량의 조건은 분사노즐에서 초킹(choking)이 되는 유량이다. 왜냐하면, 분사노즐에서 초킹이 되어야만 각 분사노즐에서 최고의 속도를 발현할 수 있기 때문이다.

본 발명은 진공챔버(50)에 연통되어 있는 배기펌프(51)를 이용하여 공기흡입부(10)에 부압을 형성시키도록 구성된 것이기 때문에 분사노즐(40)의 단면적, 진공챔버(50)의 진공압력 및 초킹의 조건에 따라 최대 흡입할 수 있는 공기의 유량보다 더 많은 공기를 흡입할 수는 없고 그 미만의 공기를 흡입할 수 있도록 유량 조절이 가능하다. 또한, 목적에 따라 흡입공기의 유량을 증가시켜 이 범위 내에서 유량을 조절하려면, 분사노즐(40)의 단면적을 크게 하거나, 흡입된 공기가 분사노즐(40)에 이르기 전(前), 즉 수송관 단부의 공기 온도를 낮추거나, 진공챔버(50)의 압력을 저(低) 진공상태로 조절하면 된다. 이에 따라 분사노즐(40)로 적용되는 아음속노즐 또는 초음속노즐에서 발현될 수 있는 최고의 분사속도를 발현시킬 수 있다.

한편, 흡입되는 공기(2)의 온도 조절을 위해서는 상기 공기흡입부(10)에 공기온도조절장치(12)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 상기 공기온도조절장치(12)는 고상파우더(3)가 분사노즐(40)을 통해 아음속으로 분사되거나 초음속으로 분사되는 경우 진공챔버(50)에 위치한 기재(1)에 열충격을 가하지 않도록 하기 위하여 필요한 것이다. 또한, 상기 공기온도조절장치(12)로 흡입되는 공기를 가열하여 공기의 온도가 상온 이상으로 유지되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 흡입된 공기(2)가 고상파우더와 혼합되기 전에 공기를 필터링 및 건조처리하는 흡입공기처리부(13); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 함께 제공한다. 상기 흡입공기처리부(13)는 공기필터(14)와 공기건조장치(15)가 각각 필터링 처리와 건조처리를 시행하도록 구성할 수 있다. 상기 공기필터(14)는 수분필터, 유분필터 및 먼지필터로 구성하여 공기 중의 불순물을 제거할 수 있다. 상기 공기건조장치(15)는 공기를 건조 상태로 처리할 수 있다. 또한, 이러한 흡입공기처리부(13)는 [도 5]에 도시된 실시예에 추가하여, 상기 블록챔버(21)의 개방구(23)로 흡입되는 공기의 수분 및 불순물을 제거하기 위하여, 상기 공기필터(14)와 공기건조장치(15)를 설치하여 수분 및 불순물이 제거된 건조공기가 고상파우더와 혼합되어 수송되도록 할 수 있다.

상기 고상파우더공급부(20)는 상기 공기흡입부(10)를 통해 흡입된 공기에 고상파우더를 정량으로 공급하는 역할을 한다. 상기 고상파우더공급부(20)는 단위시간당 공급하는 고상파우더의 양을 일정하게 조절하기 위해 [도 1] 내지 [도 3]에 도시된 바와 같이 고상파우더 공급량 조절장치(22)를 구비토록 할 수 있으며, 고상파우더는 블록챔버(21) 내로 토출되어 흡입된 공기와 섞이도록 할 수 있다. 상기 블록챔버(21)는 상기 공기흡입부(10) 및 고상파우더공급부(20)와 연통되도록 구성하여, 흡입된 공기와 고상파우더를 혼합시킨 상태로 상기 수송관(30)에 공급하는 역할을 담당하도록 구성할 수 있다. 상기 블록챔버(21)는 [도 1]에 도시된 바와 같이 공기흡입부(10)와 수송관(30) 사이에 위치하여 고상파우더가 직접 수송관으로 유입되도록 구성할 수도 있고, [도 2]에 도시된 바와 같이 별도의 가지관(블록챔버 상부 가지관(33a) 및 하부 가지관(31b))을 두어 수송관(30)을 지나는 공기에 고상파우더가 유입되도록 구성할 수도 있다.

한편, [도 5]는 블록챔버(21)의 일측에 대기압 상태의 공기가 유입될 수 있도록 개방구(23)를 설치하고, 상기 블록챔버(21)와 수송관(30)을 연결하는 가지관(33)을 별도로 구성하여, 상기 개방구(23)로 유입된 공기가 상기 가지관(33)을 통해 부압이 형성된 수송관으로 흘러들어가도록 구성한 예이다. 이에 따라 고상파우더가 상기 블록챔버(21)로 흡입(suction)되어 공기와 함께 수송관(30)으로 유입된다. 이 경우 수송관(30) 중간에 별도의 혼합장치(32)를 두어 공기와 고상파우더가 고르게 혼합된 상태로 분사되도록 할 수 있다. 상기 혼합장치(32)는 벤투리(venturi) 효과를 이용하여 대기압 상태에 있는 고상파우더와 상기 공기흡입부(10)로 흡입된 공기를 수송관(30)으로 원활하게 수송되게 하여 혼합되도록 구성된 것이다. 상기 혼합장치(32)는 [도 5]에 도시된 바와 같이 수송관(30)과 블록챔버(21)에서부터 이어진 가지관(33)이 만나는 위치에 설치할 수 있다. 이때, 상기 혼합장치(32)는 공기와 고상파우더의 원활한 혼합 수송을 위해 [도 7]에 도시된 바와 같이 그 단면의 면적과 형상을 적절하게 구성할 수 있다.

또한, [도 7]에 도시된 바와 같이 상기 혼합장치(32), 수송관(30) 내부 및 가지관(33) 내부의 압력과 온도를 측정하는 온도/압력 측정기(4)를 통하여 각 부위에 대기압 미만의 압력이 형성되는지 확인할 수 있으며, 이를 통해 고상파우더(3)의 수송이 원활하게 이루어지도록 각 부위별 온도와 압력상태를 제어하도록 구성할 수 있다.(상기 혼합장치에 대해서는 특허출원 2009-0021959호 "고상파우더 공급장치 및 압력관 내 고상파우더 공급방법" 및 특허출원 2009-0032151호 "고상파우더 공급장치 및 압력관 내 고상파우더 공급방법" 참조)

또한, 본 발명은 고상파우더의 온도조절을 위한 고상파우더 온도조절장치(24)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 상기 고상파우더 온도조절장치(24)는 [도 5]에 도시된 바와 같이 상기 블록챔버(21)와 수송관(30)을 연결하는 가지관(33)에 위치하여 고상파우더공급장치(20)에서 토출되어 블록챔버(21)를 통해 흡입 공급되는 고상파우더를 가열 또는 냉각하여 온도를 조절하는 장치이다.

상기 공기온도조절장치(12)와 고상파우더 온도조절장치(24)는 고상파우더(3) 분사시 수송공기와 고상파우더의 온도로 인한 기재 열충격을 미치지 않는 범위 내에서 기재의 재료에 따라 온도를 적절하게 조절하도록 제어되어야 한다. 기재에 열충격을 미치지 않는 온도 제어 방법으로는, 본 발명자들이 기 출원한 대한민국 특허출원 10-2008-0111430호("기재 열충격 제어수단을 구비한 고상파우더 분사 증착 장치 및 고상파우더 분사 증착 과정에서의 기재 열충격 제거를 위한 온도조절방 법")을 적용할 수 있다.

상기 수송관(30)은 공기흡입부(10)에서 흡입된 공기(2)에 혼합된 고상파우더(3)를 분사노즐(40)로 수송하는 관로로서, [도 1]에 도시된 바와 같이 고상파우더공급부(20)의 블록챔버(21)와 분사노즐(40)을 직접 연결하도록 구성하거나, [도 2]에 도시된 바와 같이 가지관(33a, 33b)을 매개로 고상파우더공급부(20)와 수송관(30)을 연결되도록 구성할 수 있다. 상기 수송관(30)을 지나는 고상파우더(3)가 일정한 분사량과 속도를 유지하기 위해서는, 상기 수송관(30)의 단면적이 외부의 충격 또는 내부의 압력으로 인해 증가하거나 감소하지 않아야 한다. 상기 수송관(30)을 플라스틱 재질 등으로 제작하면 외부압력 등의 요인에 의해 진동되거나, 단면적이 축소 또는 증가하게 되므로, 상기 수송관(30)을 통해 수송되는 고상파우더(3)의 양이 불규칙하게 분사된다. 또한, 고상파우더를 기재(1)에 균일하게 코팅하기 위해서는 플라스틱과 같은 유연한 재질 보다는 스테인레스(stainless) 스틸(steel) 등의 재질로 제작된 수송관 사용이 더 바람직하고, 수송관에 흐르는 고상파우더의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 단열을 하는 것이 바람직하다.

한편, 고상파우더의 코팅 효율 및 균일도를 향상시키기 위한 구성요소로서는 입자크기 선별장치(25), 고상파우더 회수기(26) 및 분산장치(27)를 추가로 구성할 수 있다. 이는 일정한 입자 크기의 고상파우더를 선별 공급하여 기재에 코팅시킬 때 코팅 임계속도에서 전체적으로 일정한 크기의 고상파우더가 기재에 코팅될 수 있도록 구비되는 것이다. [도 9]와 [도 10]은 입자크기 선별장치(25), 고상파우더 회수기(26) 및 분산장치(27)가 부가된 장치의 개략도이다. [도 9]는 고상파우더공급부(20)가 수송관(30)에 직접 연결되어 있지 않고, 가지관(33)을 매개로 수송관(30)에 연결된 실시예로서, 고상파우더가 블록챔버(21)에서 수송관(30)으로 수송되는 과정에서 상기 입자크기 선별장치(25)와 분산장치(27)를 차례로 거치도록 구성된 것이고, 상기 입자크기 선별장치(25)를 통해 분류된 일정하지 않은 크기의 입자들은 따로 회수관(28)을 통하여 고상파우더 회수처리기(26)에서 회수되도록 구성된 예이다. [도 10]은 수송관(30)을 통해 분사노즐(40) 쪽으로 이송되는 고상파우더(3)는 상기 입자크기 선별장치(25)와 분산장치(27)를 차례로 거치도록 구성된 것이고, 상기 입자크기 선별장치(25)를 통해 분류된 일정하지 않은 크기의 입자들은 따로 회수관(28)을 통하여 고상파우더 회수처리기(26)에 회수되도록 구성된 예이다. 다만, 전술한 고상파우더공급부(20)에서 처음부터 일정한 크기의 고상파우더를 준비한다면, 상기 입자크기 선별장치(25)가 별도로 필요하지 않을 수도 있다. 한편, 분산장치(27)는 응집된 고상파우더를 분산시키는 장치로서, 고상파우더 분산작업은 고상파우더공급부(20)의 고상파우더 공급 방식(예; 일정한 용적으로 공급하는 용적식, 일정한 중량으로 공급하는 중량제어식), 고상파우더의 응집특성, 고상파우더 손상(defect) 정도에 따라 분산정도를 결정하여 수행하여야 한다. 상기 분산장치(27)는 [도 9] 및 [도 10]에 도시된 바와 같이 상기 입자크기 선별장치(25) 다음에 설치하는 것이 바람직하다. 상기 분산장치(27)는 초음파를 발생시켜 고상파우더에 조사하여 분산시키도록 구성할 수 있다.

상기 분사노즐(40)은 상기 수송관(30)의 말단에 구비되어 있으며, 공기와 혼합된 고상파우더(3)를 진공챔버(50) 내에 분사하여 기재에 코팅되도록 하는 구성요소이다. 상기 분사노즐(40)은 고상파우더를 코팅 임계속도(critical velocity) 이상, 침식속도(erosion velocity) 미만으로 분사하여 코팅효율(coating efficiency)을 최대로 하기 위한 것이며, 고상파우더의 종류 및 크기에 따라 아음속(subsonic; 마하수(M)<1) 노즐 또는 음속(sonic; 마하수(M)=1) 노즐 또는 초음속(supersonic; 마하수(M)>1) 노즐을 적용할 수 있다. 상기 아음속 노즐은 오리피스(orifice) 노즐이라고도 하는데, 노즐 출구까지 축소되는 단면 형상을 가진다. 아음속 노즐 출구에서 발현될 수 있는 최고의 기체 분사속도는 마하수(M)가 1(음속)을 초과할 수 없다. 또한, 초음속 노즐은 초음속 노즐입구에서 초음속 노즐목(throat)으로 갈수록 단면적이 작아지고 다시 초음속 노즐목을 지나 초음속 노즐출구로 갈수록 단면적이 커지는 형상을 가지고 있는데, 이를 일반적으로 라발(laval) 노즐이라고 부른다. 이 초음속 노즐은 1897년 스웨덴의 Gustaf de Laval에 의해 개발되어 증기 터빈(steam turbine)에 이용되었고, 그 후 Robert Goddard에 의해 로켓트 엔진에 그 원리가 적용되었다. 상기 초음속 노즐은 압력과, 온도, 단면적비에 따라 마하수(M)가 결정된다.

코팅을 하는 고상파우더의 종류, 크기, 비중에 따라 임계속도와 침식속도가 상이하므로, 각 고상파우더에 적합한 분사노즐을 선택적으로 적용할 수 있다. 상기 분사노즐(40)의 형태는 [도 1] 내지 [도 3]에 도시한 원형 분사노즐(아음속 노즐 또는 초음속 노즐)을 적용할 수도 있고, [도 4]에 도시한 바와 같이 세로폭 보다 가로폭이 큰 슬릿(slit) 노즐(아음속 노즐 또는 초음속 노즐)을 적용하여 대면적 기재에 균일하게 고상파우더를 코팅할 수 있다. 한편, [도 6]에 도시된 바와 같이 3차원 형상 물체에 고상파우더를 분사 코팅할 수도 있다. 상기 분사노즐(40)의 재질은 압력과 온도에 강한 스테인레스 스틸이나, 티타늄, 알루미늄 합금 등의 재질로 제작할 수 있다.

상기 분사노즐(40)은 별도로 구비된 분사노즐 위치조절장치(31)로 그 위치를 조절할 수 있으며, 구체적으로는 수송관(30)의 말단과 분사노즐(40) 사이에 장착시킬 수 있다. 상기 분사노즐 위치조절장치(31)는 분사노즐(40)을 진공챔버(50) 내 공간상의 특정좌표(x,y,z)로 이동시킬 수 있고, 기재(1)와 분사노즐(40)간의 이격거리를 조절할 수 있다. 상기 분사노즐 위치조절장치(31)는 분사노즐(40)이 3차원 공간의 임의 위치에 있는 3차원 형상 물체를 분사 코팅하는데 유용한 수단이 될 수 있다. [도 4]는 분사노즐(40)의 길이를 조절할 수 있도록 수송관(30)에 장착된 분사노즐 위치조절장치(31)로서 이는 분사노즐(40)과 기재(1)간의 이격거리를 조절함으로써 분사노즐(40)과 기재(1)간 거리로 인해 발생하는 분사노즐 주위의 압력차이 및 압력변화를 조절하고 확인할 수 있는 수단으로 사용할 수 있다.

상기 진공챔버(50)는 상기 분사노즐(40)을 수용하여 내부에 배치된 평면기재나 3차원 형상의 기재에 고상파우더를 코팅하는 공간을 제공한다. 상기 진공챔버(50) 내부에는 분사노즐(40)에서 고상파우더(3)가 분사되는 지점에 기재거치 대(53)를 설치해 둘 수 있고, 상기 기재거치대(53)는 기재(1)를 수송하는 기재이송장치(54)와 연결시킬 수 있다. 상기 기재거치대(53)는 [도 1] 내지 [도 3]에 도시된 바와 같이 배치할 수 있으며, 여기에는 [도 4]에 도시된 바와 같은 기재이송장치(54)를 함께 장착해둘 수 있다.

[도 4] 및 [도 8]은 진공척(vacuum chuck, 56)으로 기재를 흡착하여, 고상파우더 분사에 의한 반력에 영향을 받지 않도록 구성한 실시예를 도시한 것이다. 상기 진공척(56)은 기재 하부에 설치되어 기재를 흡착하여 고정할 수 있도록 작동하는 것이며, 기재이송장치(54)가 작동하는 경우에도 상기 기재(1)가 안정되게 고정될 뿐만 아니라 고상파우더(3) 분사에 의한 기재(1)의 요동 발생도 함께 억제할 수 있도록 구성된 것이다. 다만, 상기 진공척(56)의 흡착압력과 배기펌프(51)의 배기압력차로 인하여 기재거치대(53)에 위치해 있는 기재(1)가 들뜨는 현상이 발생하지 않도록 진공척(56)의 흡착압력을 적절하게 조절하여야 한다. 상기 진공척(56)의 흡착압력을 조절하기 위해서는 별도의 배기펌프를 설치할 수도 있고, 진공챔버(50)와 연통되어 있는 배기펌프 연결관(52)에 진공척(56)을 연결하여 기재를 흡착할 수도 있다(미도시).

본 발명의 진공챔버(50)는 기재(1)의 종류에 관계없이 고상파우더를 코팅할 수 있도록 다양한 실시예로 구성할 수 있다. 다만, 유리, 금속 등과 같이 딱딱한 소재의 기재에 고상파우더를 코팅하는 공정을 위해서는 상기 기재이송장치(54)를 배치타입(소정의 면적을 가지는 기재가 이송장치에 의해 이동하며 코팅되는 공정을 실행하기 위한 구조)장치로 구성할 수 있다. 물론, 폴리머 필름, 호일(foio) 등과 같은 유연한 재질의 기재라도 전술한 배치타입장치로 이송하며 분사 코팅할 수 있으나 [도 8]에 도시된 바와 같이 상기 기재이송장치를 롤투롤(roll-to-roll) 형태의 인라인 장치로 대체할 수 있다. 이러한 롤투롤 장치의 일예는 본 발명자들이 기 출원한 특허출원 10-2008-0090115호("고상파우더 연속 증착 롤투롤 장치")를 적용할 수 있다. 상기 기재이송장치는 기재의 재질에 따라 조립, 해체 및 치환 가능하도록 구성할 수 있다. 또한, 상기 기재이송장치는 기재의 이송속도 및 왕복회수 등을 조절할 수 있도록 구성할 수 있다.

한편, 진공챔버(50) 내에는 [도 4]에 도시된 바와 같이 3차원 형상(구체, 사면체, 봉, 관 등의 규칙적인 형상 또는 불규칙한 형상)의 기재에 고상파우더를 코팅하기 위한 기재거치대(53)를 설치할 수 있고, 상기 기재거치대(53)는 3차원 형상 기재(1)를 전체적으로 코팅하기 위하여 물체의 위치 및 방향 제어가 가능하도록 구성할 수 있다.

상기 진공챔버(50)의 재질은 내부가 진공상태가 되더라도 외부의 압력에 충분히 저항할 수 있고, 내구성이 좋은 스테인레스(stainless) 스틸(steel), 알루미늄 합금 등의 재료로 구성하는 것이 좋고, 진공챔버(50)의 내부를 외부에서 관찰할 수 있도록 투명한 재료를 결합하여 제작할 수 있고, 상기 진공챔버(50) 일측에는 기재(1)를 자동 또는 수동으로 진공챔버 내부로 위치시키거나, 챔버 내부의 청소 등의 작업을 원활하게 하기 위한 도어(미도시)를 설치할 수 있다.

한편, 상기 진공챔버(50)에는 배기펌프(51)가 구비되어 있어야 하는데, 상기 배기펌프(51)는 상기 진공챔버(50)를 진공상태로 유지시키기 위한 장치이다. 상기 진공챔버(50)는 진공상태로 유지시켜야 진공챔버 내의 화학적 반응을 감소시키고, 고상파우더 분사시의 소음을 감소시킬 수 있다. 상기 진공챔버(50)와 상기 배기펌프(51) 사이에는 압력조절장치(60)가 장착되어 있다. 상기 압력조절장치(60)는 배기펌프(51)의 배기량과 배기속도를 조절하여 진공챔버(50)의 압력을 조절하고, 이에 따라 상기 공기흡입부(10)로 유입되는 공기와 상기 고상파우더공급부(20)에서 고상파우더와 수송공기의 혼합이 이루어질 수 있도록 압력을 유지할 수 있으며, 기재(1)에 고상파우더 코팅 시 상기 분사노즐(40) 전(前) 수송관 단부에서의 압력과 진공챔버(50)의 압력을 효율적으로 유지, 조절할 수 있다.

상기 배기펌프(51)에는 상기 진공챔버(40) 내에 잔류하는 고상파우더를 집진회수처리할 수 있는 집진회수처리장치(55)를 더 포함하여 구성할 수 있다. [도 4]와 [도 8]은 배기펌프(51)의 전단부와 후단부에 연결되어, 고상파우더 분사 후 진공챔버(50)에 남은 미량의 고상파우더를 집진회수 처리할 수 있도록 구비된 것이다. 고상파우더는 공기보다 무거우므로 공기는 배기하고, 고상파우더는 하부 바닥에서 집진하는 원리를 사용할 수 있다.

한편, 표면이 플라즈마 처리된 기재는 표면이 활성화되어 고상파우더와의 강한 화학적 결합이 이루어지므로 코팅효율이 향상된다. 플라즈마 상태에서는 이온이나 전자의 에너지가 높아 기재의 표면이 활성화될 수 있는 것이다. 따라서, 진공챔버 내에는 기재표면 처리를 위한 플라즈마 처리장치를 더 장착해둘 수 있다. 화학적 방법에 의한 기재의 표면처리는 많은 화학제품의 처리에 관계된 환경적인 문제를 야기하나 플라즈마를 이용하는 방법은 환경 친화적인 공정이므로 실제 산업적으 로 많은 이점이 있다.

한편, 본 발명은 정전장치(electrostatic, 70)를 더 구비한 고상파우더 코팅장치를 제공한다. 상기 정전장치(70)는 고상파우더의 코팅균일도(coating uniformity) 및 코팅효율(coating efficiency)을 향상시키기 위한 장치로서, 분사노즐(40)과 기재(1) 사이에 전기장(electric field; E)을 형성시킴으로써, 고상파우더가 기재에 충분히 도달하여 코팅될 수 있도록 하는 것이다.

상기 정전장치(70)가 구비된 고상파우더 코팅장치의 실시예는 [도 11]에 도시되어 있다. [도 11]에 도시된 정전장치(70)는 제1고압전원(high voltage source, 72), 제2고압전원(74), 메탈링(metal ring, 73) 및 이들을 연결하는 도선(71)으로 구성된 것이다.

상기 제1고압전원(72)은 도선(71)에 의해 일측전극이 수송관(30)에 연결되고, 타측전극은 도선(71)에 의해 접지면(4)에 연결된다. 상기 메탈링(73)은 도선(71)에 의해 분사노즐(40)과 연결되는 것으로서, 제1고압전원(72) 또는 제2고압전원(74)에 전압 인가시 분사노즐(40)과 기재(1) 사이에 강한 전기장이 생성되도록 구비되는 것이다. 상기 제2고압전원(74)은 일측전극이 도선(71)에 의해 기재(1)와 연결되고, 타측전극은 접지면(4)에 연결된다. 이 때, 접지면(4)에 연결된 제1고압전원(72)과 제2고압전원(74)의 전극은 상호 반대 극(polarity)이어야 하며, 상기 제1고압전원(72)과 접지면(4)을 연결하는 도선(71)에는 상기 메탈링(73)과 연결되는 지선이 분선되어 있어야 한다. 상기 정전장치(70)는 고상파우더의 형상, 크기, 종류 및 코팅 효율에 따라 그 사용 여부를 결정할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 분사노즐(40) 전단에서의 압력, 진공챔버(50) 내부의 압력, 공기흡입부(10)에서의 공기 흡입 유량, 고상파우더공급부(20)에서의 고상파우더 공급량을 연동 제어하는 시스템제어부(미도시)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치를 함께 제공한다.

상기 시스템제어부의 제어를 위해서는 [도 3]에 도시된 바와 같이 상기 수송관(30) 내부, 상기 분사노즐(40)의 전단 및 상기 진공챔버(50) 내부에 각각 온도/압력측정기(5)를 장착하여 각 부위의 온도와 압력 정보를 수집할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

아울러, [도 7]에 도시된 바와 같이 혼합장치(32), 가지관(33) 등에도 온도/압력측정기(5)를 장착하여 주요 부위의 온도, 압력 정보를 상기 시스템제어부에 제공할 수 있도록 구성할 수 있다. 아울러, 상기 공기유량조절장치(11)에는 질량유량측정기를 설치하고, 상기 고상파우더 공급량 조절장치(22)에는 고상파우더 공급량 측정기를 설치하여, 상기 시스템제어부에 수집된 정보를 제공토록 구성할 수 있다.

한편, 상기 시스템제어부는, 상기 진공챔버(50)를 진공상태로 제어하여 대기압 상태의 공기가 상기 공기흡입부(10)를 통해 수송관으로 유입되고, 상기 고상파우더공급부(20)에서 제공되는 고상파우더(3)가 공기와 혼합되어 분사노즐(40)을 통 해 진공챔버(50) 내로 분사되도록 하되, 상기 고상파우더의 고속 분사를 위해 상기 분사노즐(40) 전(前) 수송관(30) 단부의 압력(Po)을 760torr 미만으로 조절하고, 상기 진공챔버(50) 내부의 압력을 분사노즐(40)의 단면적과 형상, 수송관(30) 단부와 분사노즐(40) 출구간의 압력차와 온도비에 따라 조절하여 상기 고상파우더(3)는 상기 분사노즐(40)에서 아음속 또는 초음속으로 분사되도록 제어할 수 있다. 이에 대해서는 이하의 "Ⅱ. 고상파우더 코팅방법"에서 고상파우더를 기재에 코팅하는 방법적 측면으로 자세히 서술하기로 한다.

Ⅱ. 고상파우더 코팅방법

이하에서는 본 발명에 따른 고상파우더 코팅장치를 이용하여 기재에 고상파우더를 코팅하는 방법(이하, '고상파우더 코팅방법' 이라 함)을 설명한다. 상기 고상파우더 진공증착방법은 (a) 진공챔버(50)의 공기를 배기하는 단계; (b) 분사노즐(40) 전(前) 수송관(30) 단부의 압력(Po)을 760torr 미만으로 조절하는 단계; (c) 상기 진공챔버(50) 내부의 압력을 분사조건(예; 노즐출구에서의 팽창파, 수직충격파, 경사충격파 등에 따른 분사속도)에 맞게 조절하는 단계; (d) 대기압 공기를 흡입하여 상기 공기와 혼합된 고상파우더(3)를 상기 분사노즐(40)로 수송하는 단계; 및 (e) 상기 고상파우더(3)를 분사노즐(40)을 통해 진공상태의 진공챔버(50) 내부에 구비된 기재(1)에 아음속 또는 초음속으로 분사하는 단계; 를 포함하여 실시될 수 있다. 이하에서는 전술한 각 단계별로 고상파우더 코팅방법을 상세히 설명 하기로 한다.

1. (a)단계

본 단계는 진공챔버(50)의 공기를 배기하는 단계이다. 본 단계에서는 진공챔버(50)와 연결되어 있는 배기펌프(51)를 통하여 상기 진공챔버(50) 내의 공기를 배기하여 진공압력을 유지한다. 본 (a)단계는 대기압 공기 흡입 및 대기압 상태에 있는 고상파우더를 수송하기 위한 예비공정이며, 진공챔버(50) 내부의 압력을 조절하기 위한 준비공정에 해당된다.

2. (b)단계

본 단계는 분사노즐(40) 전(前) 수송관(30) 단부의 압력(Po)을 대기압(760torr) 미만으로 조절하는 단계로서, 본 단계는 대기압 상태에 있는 고상파우더가 수송관(30)에 원활하게 흡입 공급될 수 있는 조건을 맞추는 단계이다.

3. (c)단계

본 단계는 진공챔버(50) 내부의 압력(Pv)을 분사조건(예; 노즐출구에서의 팽창파, 수직충격파, 경사충격파 등에 따른 분사속도)에 맞게 조절하는 단계이다. 본 단계는 상기 (a)단계를 통해 진공챔버(50) 임의의 압력(Pv)이 유지되는 상태에서, 분사조건에 맞게 진공챔버(50)의 압력이 분포할 수 있도록 배기펌프에 연결되어 있는 압력조절장치(60)를 통하여 상기 (b)단계에서 조절된 분사노즐(40) 전 수송 관(30) 단부의 압력(Po)과 분사노즐(40)의 마하수 조건에 맞추어 진공챔버(50) 내부의 압력(Pv)을 맞추는 공정이다.

예를 들어, 상기 분사노즐로서 아음속 노즐이 적용될 경우, 아음속 노즐 출구에서 발현될 수 있는 수송공기의 최고 분사속도는 M(마하수)=1(음속)을 초과할 수 없다. 이 때는 노즐 전(前) 수송관 단부의 압력(Po)과 노즐 출구 압력(Pe) 비(Pe/Po)가 0.528일 경우 아음속 노즐 출구에서의 최고 분사 속도인 M=1(음속)이 발현된다. 그러므로, 아음속 노즐 전(前) 수송관 단부의 압력(Po)을 대기압(760torr) 미만으로 설정하고(Po<760 torr), 아음속 노즐이 있는 진공챔버에서의 아음속 노즐 출구 배압(Pb, back pressure)을 노즐 전단부의 압력 Po와 0.528을 곱한 압력(Po×0.528) 미만으로 설정하면 아음속 노즐에서 최고 분사속도를 발현할 수 있다. 이 때, 아음속 노즐에서 분사되는 공기의 유량은 노즐출구 단면적과 노즐 전단부의 온도에 따라 결정된다.

한편, 상기 분사노즐로서 초음속 노즐이 적용될 경우, 초음속 노즐은 압력과, 온도, 단면적비에 따라 마하수(M)가 결정된다. 분사노즐 전(前) 수송관 단부의 압력(Po)을 700torr로 설정하고, 대기압(760torr)하에 있는 고상파우더가 전술한 공기흡입부(10)로부터 흡입된 공기에 실려 수송관에 흡입되고, 노즐목-출구 단면적 비(노즐출구 단면적/노즐목 단면적=Ae/A*)가 1.176일 때 노즐출구의 마하수(M)는 1.5가 되는데, 이 때, 노즐출구 및 주위에서 충격파 및 팽창파가 형성되지 않고 완전 팽창할 수 있는 압력은 190torr이다. 따라서, 진공챔버에서의 초음속 노즐 출구 배압(Pv)을 190torr에 설정하면 노즐목-출구 단면적 비를 가진 형상의 초음속 노즐 에서 속도 감소 없이 최대속도(M=1.5)로 분사될 수 있다.

4. (d)단계

본 단계는 대기압 공기를 흡입하고 이 공기에 혼합된 고상파우더(3)를 분사노즐(40)로 수송하는 단계로서, 상기 (a)공정, (b)공정에서 조절된 압력상태에서 고상파우더(3)가 수송관(30)을 통하여 분사노즐(40)로 수송되는 공정이다.

본 (d)단계에서 대기압 공기를 흡입하고 흡입된 공기에 고상파우더를 공급할 때에는 다음과 같은 추가적인 공정을 수행할 수 있다.

1) 대기압 흡입공기의 불순물을 필터링 하는 공정

2) 대기압 흡입공기를 건조처리하는 공정

3) 대기압 흡입공기의 유량 조절 공정;

4) 대기압 흡입공기의 온도조절(가열) 공정;

5) 고상파우더의 온도조절(냉각 또는 가열) 공정;

6) 고상파우더의 정량공급 공정;

또한, 본 (d)단계에서는 (e)공정에서의 고상파우더 코팅 균일도 및 코팅효율 향상을 위해 다음과 같은 공정을 더 추가하여 수행할 수 있다.

1) 고상파우더 입자크기 선별 공정;

2) 고상파우더 분산 공정;

5. (e)단계

본 단계는 상기 (a) 내지 (d)단계로 수송된 고상파우더를 원형 또는 슬릿분사노즐을 통해 진공상태의 진공챔버 내부에 구비된 기재에 아음속 또는 초음속으로 분사하여 기재에 코팅하는 공정이다.

또한, 본 (e)단계에 더 부가하여 고상파우더의 코팅 효율을 향상시키기 위하여 기재 표면을 플라즈마(plasma)로 처리하여 분사하는 공정을 추가적으로 수행할 수 있다.

또한, 본 (e)단계에 더 부가하여 고상파우더의 코팅균일도 및 효율을 향상시키기 위하여 분사노즐과 기재 사이에 전기장(electric field)을 형성시켜 분사하는 공정을 추가적으로 수행할 수도 있다.

또한, 본 (e)단계에 더 부가하여, 분사 후 미량의 고상파우더를 집진회수 처리하는 공정을 더 수행할 수 있다.

상기 (a) 내지 (e)단계는 전술한 시스템제어부에 의해 각 구성요소가 연동제어되는 상태에서 시행할 수 있다.

Ⅲ. 고상파우더 코팅에 의해 형성되는 결과물

상기 고상파우더 코팅장치를 이용해 제조할 수 있는 것은 다음과 같다.

1. 고상파우더(탄소나노튜브, ITO(indium tin oxide) 등)로 코팅하여 구현되는 전도성 (반)투명 전극

2. 탄소나노튜브 분말로 코팅 구현되는 FED(field emission display) 및 BLU(back light unit)용 전계방출소자

3. 탄소나노튜브 분말로 코팅 구현되는 고효율 조명장치

4. 고상파우더 코팅으로 구현되는 태양 전지

5. 고상파우더 코팅으로 구현되는 반도체 소자(semiconductor diode)

6. 고상파우더(탄소나노튜브, 구리 등) 코팅으로 구현되는 반도체 배선

7. 고상파우더(구리, 니켈 등) 코팅으로 구현되는 적층콘덴서

8. 고상파우더 코팅으로 구현되는 2차전지 전극 및 연료전지 전극

9. 고상파우더 코팅으로 구현되는 전자 차폐재

10. 탄소나노튜브 분말이 코팅되어 구현되는 고효율 방열체 및 발열체

11. 탄소나노튜브 분말이 코팅되어 구현되는 고효율 센서

12. 고상파우더 코팅으로 구현되는 플렉시블(flexible) 디스플레이

13. 고상파우더 코팅으로 구현되는 정전기 분산재

14. 고상파우더 코팅으로 구현되는 연성회로기판

15. 탄소나노튜브 코팅으로 구현되는 고분자복합재 및 초경량, 고강도복합재

16. 고상파우더 코팅으로 구현되는 유전체(dielectric)

17. 고상파우더 코팅으로 구현되는 전자장(magnetically conducting) 재료

18. 고상파우더 코팅으로 구현되는 내마모성(antifriction) 재료

19. 고상파우더 코팅으로 구현되는 내부식성(corrosion-resistance) 재료

20. 고상파우더 코팅으로 구현되는 표면 강화(surface hardening) 재료 등.

도 1은 본 발명에 따른 고상파우더 코팅장치 기본 실시예의 개략도이다.

도 2는 가지관이 형성된 고상파우더 코팅장치 실시예의 개략도이다.

도 3은 주요 구성요소에 온도/압력측정기가 설치된 실시예의 개략도이다.

도 4는 공기유량조절장치와 흡입공기처리부가 구비된 실시예의 개략도이다.

도 5는 공기온도조절장치와 고상파우더 온도조절장치가 구비된 실시예의 개략도이다.

도 6은 분사노즐의 위치조절장치가 부가되어 3차원 형상의 기재에 고상파우더를 증착시킬 수 있도록 구성된 실시예의 개략도이다.

도 7은 본 발명에 적용된 혼합장치 단면형상의 개략도이다.

도 8은 본 발명에 적용된 롤트롤(roll-to-roll) 기재이송장치가 구비된 실시예의 개략도이다.

도 9는 가지관에 입자크기 선별장치와 분산장치가 부가된 실시예의 개략도이다.

도 10은 수송관에 입자크기 선별장치와 분산장치가 부가된 실시예의 개략도이다.

도 11은 정전장치가 구비된 실시예의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기재 2 : 공기

3 : 고상파우더 4 : 접지면

5 : 온도/압력 측정기 6 : 롤러

10 : 공기흡입부 11 : 공기유량조절장치

12 : 공기온도조절장치 13 : 흡입공기처리부

14 : 공기필터 15 : 공기건조장치

20 : 고상파우더공급부 21 : 블록챔버

22 : 고상파우더 공급량 조절장치 23 : 개방구

24 : 고상파우더 온도조절장치 25 : 입자크기 선별장치

26 : 고상파우더 회수기 27 : 분산장치

30 : 수송관 31 : 분사노즐 위치조절장치

32 : 혼합장치 33 : 가지관

33a : 상부 가지관 33b : 하부 가지관

40 : 분사노즐 50 : 진공챔버

51 : 배기펌프 52 : 배기펌프 연결관

53 : 기재 거치대 54 : 기재 이송장치

55 : 집진회수처리장치 56 : 진공척

60 : 압력조절장치 70 : 정전장치

71 : 도선 72 : 제1고압전원

73 : 메탈링 74 : 제2고압전원

75 : 메탈링 고정기

Claims

대기압 상태의 공기가 흡입되는 공기흡입부(10);

상기 공기흡입부(10)를 통해 흡입된 공기에 고상파우더를 정량 공급하는 고상파우더공급부(20);

흡입된 공기와 고상파우더가 혼합되어 수송되는 수송관(30);

상기 수송관(30)의 말단에 구비되어 상기 고상파우더(3)를 분사하는 분사노즐(40);

배기펌프(51)가 구비되어 있고, 내부에는 기재(1)가 배치되어 있으며, 상기 분사노즐(40)을 수용하는 진공챔버(50); 및

상기 배기펌프(51)의 배기량과 배기속도를 조절함으로써 상기 진공챔버(50)의 내부가 대기압 미만의 압력이 되도록 하여, 대기압 상태의 공기가 상기 공기흡입부(10)에 흡입되도록 하는 압력조절장치(60); 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

상기 공기흡입부(10)에 설치되어 흡입되는 공기의 유량을 조절하는 공기유량조절장치(11); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

상기 공기흡입부(10)에 설치되어 흡입되는 공기의 온도를 조절하는 공기온도조절장치(12); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

흡입된 공기가 고상파우더와 혼합되기 전에 공기를 필터링 및 건조처리하는 흡입공기처리부(13); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

상기 공기흡입부(10) 및 고상파우더공급부(20)와 연통되어 있어 흡입된 공기와 고상파우더를 혼합시킨 상태로 상기 수송관(30)에 공급하는 블록챔버(21); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

상기 고상파우더공급부(20)와 연통되어 있으며, 일측에 개방구(23)가 형성된 블록챔버(21); 및

상기 블록챔버(21)와 수송관(30)을 연결하는 가지관(31);이 구비된 것을 특 징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제6항에서,

상기 가지관(31)에는 고상파우더 온도조절장치(24); 가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치
제6항에서,

상기 가지관(31)을 통해 상기 블록챔버(21)에서 수송관(30)으로 공급되는 고상파우더가 입자크기 선별장치(25) 및 분산장치(27)를 차례로 거치도록 구비되며,

상기 입자크기 선별장치(25)는 회수관(28)을 통해 고상파우더 회수기(26)와 연통된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

상기 수송관(30)을 통해 분사노즐(40)로 이송되는 고상파우더(3)가 입자크기 선별장치(25) 및 분산장치(27)를 차례로 거치도록 구비되며,

상기 입자크기 선별장치(25)는 회수관(28)을 통해 고상파우더 회수기(26)와 연통된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

상기 수송관(30)의 말단과 분사노즐(40) 사이에는 상기 분사노즐(40)의 위치를 조절하는 분사노즐 위치조절장치(31); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

상기 진공챔버(50) 내에는 기재거치대(53); 가 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제11항에서,

상기 진공챔버(50) 내에는 상기 기재거치대(53)와 연결된 기재이송장치(54); 가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

상기 배기펌프(51)에 연결되어 상기 진공챔버(50) 내에 잔류하는 고상파우더 를 집진회수처리할 수 있는 집진회수처리장치(55); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

상기 진공챔버(50) 내에는 기재표면을 활성화시키는 플라즈마 처리장치(미도시); 가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항에서,

상기 분사노즐(40)과 기재(1) 사이에 전기장을 발생시키는 정전장치(70); 가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제15항에서, 상기 정전장치(70)는,

일측전극은 도선(71)에 의해 수송관에 연결되고, 타측전극은 도선(71)에 의해 접지면(4)에 접지된 제1고압전원(72);

상기 분사노즐(40)과 도선(71)에 의해 연결된 메탈링(73);

일측전극은 도선(71)에 의해 상기 기재(1)와 연결되고, 타측전극은 도선(71)에 의해 접지면(4)에 접지된 제2고압전원(74); 을 포함하여 구성되고,

접지면(4)에 연결된 제1고압전원(72)과 제2고압전원(74)의 전극은 상호 반대 극이며,

상기 제1고압전원(72)과 접지면(4)을 연결하는 도선에는 상기 메탈링(73)과 연결되는 지선이 분선되어 있는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,

상기 분사노즐(40) 전단에서의 압력, 진공챔버(50) 내부의 압력, 공기흡입부(10)에서의 공기 흡입 유량, 고상파우더공급부(20)에서의 고상파우더 공급량을 연동 제어하는 시스템제어부(미도시)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제17항에서,

상기 수송관(30) 내부, 분사노즐(40) 전단부, 진공챔버(50) 내부에는 각각 온도/압력측정기(5)가 구비된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
제17항에서, 상기 시스템제어부는,

상기 진공챔버(50)를 진공상태로 제어하여 대기압 상태의 공기가 상기 공기 흡입부(10)를 통해 수송관으로 유입되고, 상기 고상파우더공급부(20)에서 제공되는 고상파우더(3)가 공기와 혼합되어 분사노즐(40)을 통해 진공챔버(50) 내로 분사되도록 하되,

상기 고상파우더의 고속 분사를 위해 상기 분사노즐(40) 전(前) 수송관(30) 단부의 압력(Po)을 760torr 미만으로 조절하고, 상기 진공챔버(50) 내부의 압력을 분사노즐(40)의 단면적과 형상, 수송관(30) 단부와 분사노즐(40) 출구간의 압력차와 온도비에 따라 고려하여 조절하여 상기 고상파우더(3)는 상기 분사노즐(40)에서 아음속 또는 초음속으로 분사되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.