KR101099476B1 - 내면을 균일하게 코팅할 수 있는 분사 장치 및 이를 구비하는 코팅 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 튜브 혹은 배관의 내면에 균일한 코팅막 형성 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 분사 장치(200)는, 일면(211)을 통해 공급되는 소스 가스를 일면(211)과 수평 방향으로 마주하는 경사면(212)으로 운반하거나, 일면(211)과 수직 방향으로 마주하는 원형 또는 다각형의 일면(213)으로 운반하는 몸체(210); 및 경사면(212) 또는 원형 또는 다각형의 일면(213)에 위치하며, 상기 소스 가스를 피코팅체(10)의 내면에 분사시키는 하나 또는 다수개의 노즐(220)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
노즐, 내경, 코팅, 튜브

Description

내면을 균일하게 코팅할 수 있는 분사 장치 및 이를 구비하는 코팅 시스템 {JETTING APPARATUS FOR UNIFORMLY COATING INNER PLANE AND COATING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 내면을 균일하게 코팅할 수 있는 분사 장치 및 이를 구비하는 코팅 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 튜브나 배관과 같이 내경을 가지는 부품의 내면 전체에 균일하게 소스 가스(코팅제를 포함하는 가스)를 분사시킬 수 있는 분사 장치 및 이를 이용하여 보다 균일하고 신뢰성 있는 코팅막을 형성할 수 있는 코팅 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 공정 장치에서 사용되는 부품들은 표면이 공정 플라즈마에 노출되기 때문에 활성화된 라디칼과의 화학적인 반응뿐만 아니라 이온들에 의한 물리적 충격을 동시에 받게 되어 손상되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 내플라즈마성을 가지는 소재로 부품을 제작하는 것이 바람직하나, 가격이 크게 상승할 수 있고 부품의 다른 특성(예를 들면, 강도)이 저하될 수 있는 한계가 있다.
따라서, 가장 현실적인 방법으로 제안된 기술이 부품의 표면을 코팅하는 방 법이다.
이때, 코팅 방법으로는 플라즈마 용사법이 주로 사용되는데 고열의 플라즈마에 수십 마이크로미터(um) 크기의 소스(원료)를 고속으로 통과시켜 용융시킴으로써, 이를 피코팅체의 표면에 증착시키는 방식이다. 플라즈마 용사법은 수백 마이크로미터 이상의 두꺼운 후막을 짧은 시간 안에 피코팅체의 표면에 성장시킬 수 있는 이점이 있다.
그러나, 플라즈마 용사법은 미용융된 입자가 다수 존재할 수 있어 코팅막의 거칠기가 증가할 수 있고, 저밀도의 다층 구조를 가짐에 따라 두께가 얇은 박막으로 형성하기 어렵다. 또한, 플라즈마 용사법은 상온 공정 자체가 불가능하다. 특히, 튜브나 배관과 같이 일정한 내경을 가지는 피코팅체의 내면을 코팅할 경우에, 플라즈마 용사법은 세라믹 원료분말을 용융 시키기 위해 고온의 플라즈마를 발생시켜야만 하며, 고온의 플라즈마 발생을 위해서는 플라즈마 토치가 요구된다. 현재 상용화 되고 있는 플라즈마 용사 장치에 적용되고 있는 플라즈마 토치는 플라즈마 전극, 공정 가스 공급관, 분말 공급관, 플라즈마 유도관 등 복잡한 구조로 구성되어 튜브 혹은 배관 내부에 장입할 수 없어 현재 플라즈마 용사법을 통한 튜브 혹은 배관 내부의 코팅층 형성에 있어서 기술적인 한계를 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 피코팅체의 내면에 균일하게 소스 가스를 분사시킬 수 있는 분사 장치를 제공하도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상온에서도 분사 장치에 소스 가스를 균일하게 공급할 수 있는 코팅 시스템을 제공하도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 피코팅체의 내면에 균일하고 신뢰성 있는 코팅막을 형성할 수 있는 분사 장치 및 이를 구비하는 코팅 시스템을 제공하도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 일면을 통해 공급되는 소스 가스를 상기 일면과 수평 방향으로 마주하는 경사면으로 운반하거나, 상기 일면과 수직 방향으로 마주하는 원형 또는 다각형의 일면으로 운반하는 몸체; 및 상기 경사면 또는 상기 원형 또는 다각형의 일면에 위치하며, 상기 소스 가스를 피코팅체의 내면에 분사시키는 하나 또는 다수개의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 분사 장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 소스 가스를 하나 또는 다수개의 노즐을 통해 피코팅체의 내면에 분사시키는 분사 장치; 상기 챔버 내에 위치하며, 상기 피코팅체를 지지하는 지지대; 상기 챔버 외부에 위치하며, 상기 피코팅체를 회전시키는 회전 장치; 상기 챔버 외부에 위치하며, 상기 분 사 장치를 상기 피코팅체의 내부로 직선 운동시키는 이동 장치; 및 상기 챔버 외부에 위치하며, 상기 분사 장치로 상기 소스 가스를 공급하는 소스 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템에 의해서도 달성된다.
이때, 상기 챔버 내의 파티클을 수집하는 수집기를 더 구비할 수 있다.
상기 소스 공급 장치는, 코팅제를 저장하는 저장부; 상기 저장부 하부에 위치하며, 가스를 균일하게 통과시켜서 상기 코팅제를 부유시키는 분배부; 상기 저장부를 하부에서 지탱하되, 상기 코팅제를 진동시켜 부유시키는 진동부; 및 상기 저장부 내에 위치하며, 상기 부유된 코팅제를 포집하여 상기 분사 장치로 운반시키는 포집부를 포함할 수 있다.
상기 저장부 내에는 상기 코팅제를 회전력으로 부유시키는 회전부를 더 구비할 수 있다.
상기 분배부는 다공성 세라믹판 또는 다수의 구멍을 가지는 타공 형상의 금속판을 포함할 수 있다.
상기 진동부는 공진할 수 있다.
상기 소스 가스의 분사 방향과 상기 피코팅체의 내면이 이루는 분사각은 0도 내지 90도의 범위일 수 있다.
상기 노즐은 상기 노즐의 일부 영역이 서로 중첩되게 배열될 수 있다.
상기 피코팅체의 회전 속도와 상기 분사 장치의 직선 운동 속도 중 적어도 하나를 조절하여 상기 피코팅체의 내면을 코팅할 수 있다.
상기 회전 장치는 상기 피코팅체를 직선 운동시키는 가능을 더 포함할 수 있 다.
본 발명에 의하면, 경사면 또는 다각형의 일면에 하나 또는 다수개의 노즐을 구비하여 피코팅체의 내면에 균일하게 소스 가스(코팅제를 포함하는 가스)를 분사시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 소스 가스를 피코팅체의 내면에 고속으로 분사시켜 상온에서도 코팅막(특히, 세라믹 코팅막)을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 분사 장치와 피코팅체를 직선 및/또는 회전운동 시킴으로써 대면적에 균일하게 분사할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상술된 기술적 특징을 이용함으로써 피코팅체의 내면(특히, 내경이 형성된 내면)에 균일하고 신뢰성 있는 코팅막(특히, 세라믹 코팅막)을 형성할 수 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어 나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
코팅 시스템의 전체 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 내면을 균일하게 코팅할 수 있는 분사 장치(200)를 구비하는 코팅 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 코팅 시스템은 챔버(100), 분사 장치(200), 회전 장치(300), 소스 공급 장치(400), 이동 장치(500), 지지대(600) 및 수집기(700)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버(100)는 본 발명의 코팅 공정이 이루어지도록 외부와 밀폐된 공간을 형성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 장치(200)는 챔버(100) 내부에 위치할 수 있으며, 소스 공급 장치(400)로부터 소스 가스를 공급받아 피코팅체(10)의 내면에 균일하게 분사시킴으로써, 고품질의 코팅막(미도시)을 형성시키는 기능 을 수행할 수 있다.
분사 장치(200)는 일면(211)을 통해 공급되는 소스 가스를 일면(211)과 수평 방향으로 마주하는 경사면(212)으로 운반하거나, 일면(211)과 수직 방향으로 마주하는 다각형의 일면(213)으로 운반하여, 경사면(212) 또는 다각형의 일면(213)에 위치하는 하나 또는 다수개의 노즐(220)을 통해 균일하게 소스 가스를 분사시킬 수 있다. 분사 장치(200)의 보다 상세한 설명은 도 2 이하를 참조한 상세한 설명에 의해 상세한 설명을 통해 명확히 이해될 것이다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 장치(300)는 챔버(100) 외부 또는 내부에 위치할 수 있으며, 피코팅체(10)와 기구적으로 연결되어 피코팅체(10)를 회전시키는 기능을 수행할 수 있다.
회전 장치(300)는 회전 운동이 가능한 공지된 모터와 같은 회전 수단을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 회전 방향과 각도를 제어할 수 있는 서보 모터(servomotor)일 수 있는데, 펄스 신호에 따라 회전하여 정밀하면서도 제어가 용이한 스테핑 모터(Stepping Motor)를 사용할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 공급 장치(400)는 챔버(100) 외부에 위치할 수 있으며, 분사 장치(200)로 공급되는 코팅제(20)와 이를 운반하는 가스를 각각 저장하고 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 보다 상세하게는, 진동(특히, 공진) 및/또는 회전력을 이용하여 코팅제(20)를 미립자화하여 부유시킴으로써, 소스 가스[부유된 코팅제(20)를 포함하는 가스]를 용이하게 분사 장치(200)로 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
소스 공급 장치(400)는 별도의 가열 없이도 분말 형태의 코팅제(20)를 미립자화 하여 분사 장치(200)로 공급할 수 있는데, 일명 에어로졸(aerosol) 방식으로 불리는 원리를 기반으로 할 수 있다. 상기 원리를 채용하면 코팅제(20)의 융점보다 충분히 낮은 온도, 즉 상온에서 가스를 이용하여 코팅제를 부유시켜서 코팅제를 포함하는 에어로졸을 제조할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 단일 또는 혼합된 형태의 코팅제(20)도 용이하게 공급할 수 있는데, 소스 공급 장치(400)의 보다 상세한 설명은 도 7을 참조한 상세한 설명에 의해 상세한 설명을 통해 명확히 이해될 것이다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 장치(500)는 분사 장치(200)를 직선 운동시키는 기능을 수행할 수 있다.
이동 장치(500)는 챔버(100) 내의 분사 장치(200)를 피코팅체(10) 내부에서 일 방향으로 직선 운동시킴으로써, 대면적 상에 균일한 코팅막을 형성할 수 있도록 한다. 일례로, 볼 스크류(ball screw) 또는 LM(liner motion) 가이드와 같은 선형 운동 장치를 사용하여 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 전환할 수 있는 형태일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 직선 운동할 수 있는 공지된 기술을 제한 없이 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지대(600)는 챔버(100) 내부에 위치할 수 있으며, 피코팅체(10)를 하부에서 지지하는 구조물일 수 있다. 지지대(600)는 회전하는 피코팅체가 길이 방향으로 쳐짐이 발생될 경우 내부로 장입되는 분사장치와 충돌할 수 있기 때문에 쳐짐을 방지할 수 있다. 이때, 본 발명에서 는 피코팅체(10)가 회전 장치(300)에 의해 회전되므로, 이를 용이하게 하기 위해 지지대(600)의 상부에는 회전 수단(610)을 더 구비하여 피코팅체(10)와 지지대(600)가 접하는 면에서의 마찰력을 감소시키는 것이 바람직하다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 수집기(700)는 챔버(100) 내에서 코팅층 형성에 미참여한 파티클이 진공 펌프 유니트로 직접적인 유입을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
수집기(700)는 진공 흡입 장치일 수 있으며, 전기적 및/또는 물리적 방법으로 수행할 수 있다. 전기적 방법으로는 전기 집진 방식이 이용되고 있으나, 본 발명에서는 물리적 방법을 통해 파티클 포집 공정을 수행할 수 있다. 본 발명에서는 수집기(700) 내부에 일정 각을 지닌 원뿔형의 갓을 다층으로 설치한 것을 특징으로 하며, 층과 층간의 부피를 다르게 하여 물리적으로 기체의 흐름을 난류로 형성시켜 기체에 포함된 입자들이 수집기 내벽이나 원뿔형 갓의 표면에 충돌시킨다. 또한, 파티클의 흐름 속도를 감소시켜 파티클들이 진공 펌프 유니트로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하며, 원뿔형의 갓과 수집기 내벽과의 간격은 진공 펌핑 효율 감소를 최소화되는 거리를 이격시키는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 시스템에서 코팅제(20)의 분사 균일도[즉, 피코팅체(10)의 내면에 코팅되는 코팅막의 균일도]는 크게 분사 장치(200)와 소스 공급 장치(400)의 동작 조건과 밀접한 관련이 있다. 예를 들어, 코팅제(20)의 균일한 혼합을 위해 인가되는 진동의 주기 및 파워, 코팅제(20)의 균일한 혼합을 위해 인가되는 회전의 주기 및 파워, 및 코팅제(20)를 포함하는 에어 로졸의 유량 등의 제어를 통해 코팅제(20)의 분사 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 코팅제(20)의 분사 균일도는 분사 장치(200)의 직선 운동(특히, 방향 및/또는 속도)과 피코팅체(10)의 회전 운동(특히, 방향 및/또는 속도)에 의해 제어될 수 있다. 이 중에서 이하의 상세한 설명에서 이해될 수 있는 분사 장치(200)와 소스 공급 장치(400)의 구성을 제외한 분사 장치(200)와 피코팅체(10)의 운동 제어와 관련한 특징적 기술을 살펴보면 다음과 같다.
즉, 본 발명에서 분사 장치(200)의 노즐(220)을 통해 분사되는 코팅제(20)는 분사 장치(200) 자체의 직선 운동과 피코팅체(10)의 회전 운동이 합쳐지면서 나선형 운동으로 피코팅체(10)의 내면과 충돌할 수 있다. 이때, 발생되는 충격량에 의해 코팅제가 피코팅체(10)의 내면에 박히면서 앵커층(anchor layer)이 형성되고, 이를 반복적으로 수행함으로써 고밀도의 코팅막이 피코팅체(10)의 내면 상에 균일하게 형성될 수 있다.
이때, 피코팅체(10)의 내면에 코팅층과 코팅층 사이의 코팅되지 않는 궤적(면적)을 최소화하기 위해서는 분사 장치(200)의 직선 운동 속도와 피코팅체(10)의 회전 운동 속도를 적절하게 제어할 필요가 있으며, 특히 분사 장치(200)의 직선 운동 속도는 피코팅체(10)의 회전 운동 속도보다 충분히 작게 할 필요가 있다.
한편, 이상에서는 코팅 과정 중에 피코팅체(10)는 회전 장치(300)에 의해 회전 운동을 하고 분사 장치(200)는 이동 장치(500)에 의해 직선 운동을 하는 것으로 설명되고 있으나 본 발명의 코팅 시스템이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명은 코팅 과정 중에 분사 장치(200)는 고정되어 있고 피코팅체(10) 가 회전 및 직선 운동을 하는 코팅 시스템일 수 있다. 이 경우 회전 장치(300)는 피코팅체(10)를 직선 운동시키는 기능을 더 포함하여 구성될 수 있다.
분사 장치의 구성
본 명세서에 있어서, 분사 장치란 튜브, 배관과 같이 내경을 가지는 부품의 내면을 코팅할 수 있는 분사용 노즐이 구비된 장치를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 상세한 설명에서는, 일례로 미립자화되어 부유된 코팅제를 포함하는 소스 가스를 분사하는 코팅 시스템을 중심으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 노즐 기술 분야 전반에 본 발명의 분사 장치가 동일하게 적용할 수 있음은 자명할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)의 정 방향 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)의 도 2에서 I 부터 I`까지 영역의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)는 몸체(210) 및 노즐(220)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 몸체(210)는 소스 가스[코팅제(20)를 포함하는 에어로졸]를 공급하는 공급관(30)과 연결되어 소스 공급 장치(400)로부터 코팅제(20)를 공급 받을 수 있는 일면(211)과, 일면(211)과 수평 방향으로 마주하며 하나 또는 다수개의 노즐(220)이 구비되는 경사면(212)을 포함하여 구성된 구조 체일 수 있다. 몸체(210)는 원통형의 형상일 수 있으며, 경사면(212)은 원뿔 형상일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 노즐(220)은 경사면(212)에 하나 또는 다수개가 위치되어, 소스 공급 장치(400)에서 공급되는 코팅제(20)를 포함하는 에어로졸을 균일하게 분사시키는 기능을 수행할 수 있다. 일례로, 도 2를 참조하면, 노즐(220)의 개수는 10개 이상인 것이 바람직하다. 또한, 노즐(220)의 형상은 원형 또는 각형인 것이 바람직하다.
노즐(220)은 몸체(210)의 중심부를 기준으로 일정한 지름을 가지는 원형으로 배열일 수 있는데, 특히, 노즐(220)은 피코팅체(10)의 내면과 0도 내지 70도의 범위에서 분사각(A)[즉, 코팅제의 분사 방향과 피코팅체(10)의 내면이 이루는 각도]을 형성하는 것이 바람직하다. 이는 분사각(A)이 0도 미만이면 피코팅체(10)의 내면에 분사될 수 없고, 70도를 초과하면 피코팅체(10)의 내면과 분사 거리가 짧아져서 분사 범위가 감소하여, 균일한 코팅막을 형성하기 어렵기 때문이다.
한편, 노즐(220)의 분사각(A)은 몸체(210)의 경사면(212)의 각도에 의해 결정될 수 있다. 즉, 원뿔 형상의 경사면(212)이 갖는 경사각(A)과 노즐(220)의 분사각(A)을 동일하게 할 수 있다. 따라서, 노즐(220)이 위치하는 경사면(212)의 각도를 조절하면 분사각(A)를 조절할 수 있으므로, 이로 인해 피코팅체(10)의 내면에 형성되는 코팅막의 균일도를 제어할 수 있다.
이상에서는 경사면(212)의 일례로 원뿔 형상을 설명하였지만 분사각을 제어할 수 있는 다른 형상의 경우도 본 발명에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)의 다른 형태의 정 방향 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)의 다른 형태인 도 4에서 I 부터 I`까지 영역의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)의 다른 형태인 도 4에서의 상대적인 노즐(220) 위치를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 다른 형태의 분사 장치(200)는 몸체(210) 및 노즐(220)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 몸체(210)는 소스 가스[코팅제(20)를 포함하는 에어로졸]를 공급하는 공급관(30)과 연결되어 소스 공급 장치(400)로부터 코팅제(20)를 공급 받을 수 있는 일면(211)과, 일면(211)과 수직 방향으로 마주하며 하나 또는 다수개의 노즐(220)이 구비되는 다각형의 일면(213: 213A, 213B, 213C)을 포함하여 구성된 구조체일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예의 다른 형태인 노즐(220)은 다각형의 일면(213A, 213B, 213C)마다 하나 또는 다수개가 위치되어, 소스 공급 장치(400)에서 공급되는 코팅제(20)를 고속으로 피코팅체(10)의 내면에 균일하게 분사시키는 기능을 수행할 수 있다. 일례로, 도 4를 참조하면, 본 발명에서 분사 장치의 노즐(220)은 다각형의 한 개 이상의 일면(213)에 설치가 가능하다. 즉 다각형의 모든 면에 노즐(220)이 설치되어 분사될 수 있으나, 특히 다각형의 면수가 짝수일 경우에는 일면마다 교대로 설치할 수도 있다. 예를 들면, 다각형이 6면일 경우 6면 모두에서 분사될 수 있으나, 일면마다 교대로 분사되어 실질적으로는 3면에서만 분사될 수도 있다.
또한, 노즐(220)의 형상은 원형 또는 각형인 것이 바람직하다. 노즐(220)의 형상이 원형인 경우 지름은 0.3mm 내지 5mm의 범위 내인 것이 바람직하며, 노즐(220)의 형상이 각형인 경우 노즐의 총 단면적은 10mm2 내지 40mm2의 범위 내인 것이 바람직하다.
특히 노즐(220)은 피코팅체(10)의 내면과 45도 내지 90도의 범위에서 분사각(A)을 형성하는 것이 바람직하다. 이는 분사각(A)이 45도 미만인 경우 본 발명의 또 다른 분사 장치와 같은 경사면의 설치가 요구되며, 90도를 초과하면 분사 장치 내부에 코팅제(20) 분말이 누적되어 노즐(200)이 막힘 현상이나 누적된 분말이 일시에 분출되어 균일한 코팅막을 형성하기 어렵기 때문이다.
한편, 다각형의 면(213) 수에 따라 노즐(220)간의 분사 간격을 조절할 수 있으므로 이로 인해 피코팅체(10)의 내면에 형성되는 코팅막 균일도를 제어할 수 있다.
도 6을 더 참조하면, 다각형, 일례로 삼각형의 면(213A, 213B, 214C) 마다 위치되는 노즐(220)은 상기 면 상에서 서로 중첩되지 않도록 상대적으로 서로 다른 위치에 형성될 수 있는데, 바람직하게는 노즐(220)의 일부 영역이 중첩하게 형성되어 코팅막을 형성할 수 있다. 즉, 피코팅체(10)의 내면 중에서 코팅이 되지 않는 영역이 발생하는 것을 방지하기 위해 노즐(220)의 일부 영역이 중첩되도록 하기 것 이 바람직하다.
따라서, 다각형의 면(213) 수를 증가시키거나 감소시켜 중첩되는 영역을 제어할 수 있으므로, 이로 인해 코팅막의 균일도를 제어할 수 있다. 물론, 다각형의 일면(213: 213A, 213B, 213C)마다 구비되는 노즐(220)의 개수에 따라 코팅막의 균일도를 제어할 수도 있음은 자명할 것이다.
이상에서는 본 발명에서는 삼각형을 일례로 설명되었지만 다른 다각형의 경우도 본 발명에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서는 다각형을 일례로 설명되었지만 다각형이 아닌 원형의 경우도 본 발명에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
상술된 본 발명의 분사 장치(200)는 다수의 부품이 결합된 조립체일 수 있어 공급되는 소스 가스의 누설을 방지하기 위해 실링(sealing) 되는 것이 바람직하다.
소스 공급 장치의 구성
이하의 상세한 설명에서는 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 소스 공급 장치(400)의 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 소스 공급 장치(400)를 간략하게 나타내는 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 소스 공급 장치(400)는 저장부(410), 분배부(420), 회전부(430: 431, 432, 433), 진동부(440), 포집부(450) 및 가스 공급부(460)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 저장부(410)는 피코팅체(10) 내면에 형성 되는 코팅막의 재료에 해당하는 코팅제(20)를 내부에 저장하는 기능을 수행할 수 있으며, 코팅제(20)를 포함하는 에어로졸을 발생시키는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 코팅제(20)로는 내마모성, 내식성, 내산화성, 내플라즈마성 등의 특성을 가지는 세라믹(ceramics) 계열을 사용할 수 있는데, 일례로 이트리아(yttria: Y2O3)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 분말 형태로 존재하여 부유될 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 분배부(420)는 저장부(410)의 하부에 위치하며, 저장부(410)의 외부에 위치하는 가스 공급부(460)에서 공급되는 운반용 가스를 저장부(410)의 상부로 균일하게 통과시키는 기능을 수행할 수 있다.
분배부(420)는 가스를 대면적에 균일하게 분배하여 통과시키기 위해 미세한 개구부(구멍)가 다수 형성된 평판 구조를 가질 수 있다. 일례로는, 다공성 세라믹판 또는 다수의 구멍을 가지는 타공 형상의 금속판일 수 있다. 이때, 분배부(420)의 개구부의 개수는 1개 이상이 바람직하며, 10개 이상인 것이 더 바람직하며, 30개 이상인 것이 더욱 더 바람직하다. 또한, 분배부(420)의 개구부의 직경은 3mm 이하인 것이 바람직하며, 1mm 이하인 것이 더 바람직하다.
이때, 가스 분배부(420)를 통과한 가스는 코팅제(20)를 부유시키고 이로부터 가스와 코팅제(20)가 혼재된 에어로졸을 발생시키고, 이를 분사 장치(200)로 공급하여 챔버(100) 내에 설치된 피코팅체(10) 내면에 코팅층을 형성할 수 있다. 이와 같이 코팅제(20)를 포함하는 에어로졸은 챔버(100) 내에서 피코팅체(10) 내면에 코 팅막을 형성하는 소스 가스(source gas)의 기능을 수행할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 회전부(430: 431, 432, 433)는 저장부(410)의 내부에 위치하며, 코팅제(20) 사이에서 기계적으로 회전 날개(432)를 고속으로 회전시킴으로써 가스 분배부(420)에서 공급된 가스로 인해 중앙부에 가스 채널이 형성되는 것을 방지하며, 더불어 코팅제(20) 사이에 미세 공간을 다량으로 형성하여 낮은 가스 유량에서도 코팅제(20)을 포함한 에어로졸을 발생시킬 수 있는 기능을 수행할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 회전부(430)는 회전축(431)과 다수개의 날개(432)로 구성될 수 있는데, 회전축(431)은 몸체(410)의 외부에 위치하는 모터(433)에 의해 회전되어 날개(432)를 회전시키게 된다. 회전부(430)는 가스의 통과 방향과 수직하는 방향으로 회전하는 것이 바람직하며, 이때, 회전부(430)의 날개(432)의 회전수는 10rpm 이상이 바람직하며, 100rpm 이상이 더 바람직하며, 300rpm 이상이 더욱 더 바람직하다.
따라서, 다수개의 날개(432)는 회전하면서 코팅제(20)의 분말 사이에 채널(공간)을 형성하여 적은 유량에도 코팅제(20)가 부유될 수 있도록 유도할 수 있다. 또한, 이러한 회전력은 프로펠러의 임펠러(impeller)와 같은 효과를 야기하여 상승 기류를 얻을 수 있기 때문에 소스 가스의 공급을 용이하게 제어할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 진동부(440)는 저장부(410)에 저장된 코팅제(20)를 진동(특히, 공진)에 의해 미립자화하여 부유시키는 기능을 수행할 수 있다. 진동부(440)는 일례로, 공지된 전자식/기계식 바이브레이터(vibrator)를 제 한 없이 사용할 수 있는데, 바람직하게는 주파수 가변 제어 방식을 사용하여 정밀하게 진동을 제어할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 포집부(450)는 저장부(410) 내에서 발생된 코팅제(20)를 포함하는 에어로졸을 포집하여 분사 장치(200)로 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 포집부(450)는 가스에 의해 부유된 코팅제(20) 중에서 소정의 임계치에 해당되는 코팅제(20)만을 선택적으로 수집함으로써 보다 균일한 코팅제(20)만이 실제 코팅에 기여할 수 있게 한다. 일례로, 포집부(450)에 의하여 0.05um 내지 5um의 직경 범위를 갖는 미립자의 코팅제만을 포집하여 이를 코팅막의 원료로 사용하며, 분말이 상호 응집된 10um 이상의 분말이 분사 장치로 공급되는 것을 최대로 억제하여 피코팅체(20)의 내면에 순도 높은 코팅막을 형성할 수 있게 된다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 가스 공급부(460)는 저장부(410)로 가스를 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 가스 공급부(460)에서 제공되는데 가스로는 불활성이며, 부유화된 코팅제(20)를 분사 장치(200)로 용이하게 이동할 수 있는 고순도의 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2) 등이 사용될 수 있다.
한편, 이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양 한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 내면을 코팅할 수 있는 분사 장치(200)를 구비하는 코팅 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)의 정 방향 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)의 도 2에서 I 부터 I`까지 영역의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)의 다른 형태의 정 방향 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)의 다른 형태인 도 4에서 I 부터 I`까지 영역의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 분사 장치(200)의 다른 형태인 도 4에서의 노즐(220) 위치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 소스 공급 장치(400)를 간략하게 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 챔버 200: 분사 장치
210: 몸체 220: 노즐
300: 회전 장치 400: 소스 공급 장치
410: 공급부 420: 분배부
430: 회전부 440: 진동부
450: 포집부 460: 가스 공급부
500: 이동 장치 600: 지지대
700: 수집기

Claims (14)

  1. 일면을 통해 공급되는 소스 가스를 상기 일면과 수평 방향으로 마주하는 경사면으로 운반하거나, 상기 일면과 수직 방향으로 마주하는 원형 또는 다각형의 일면으로 운반하는 몸체; 및
    상기 몸체의 상기 경사면 또는 상기 원형 또는 다각형의 일면에 위치하며, 상기 소스 가스를 피코팅체의 내면에 분사시키는 하나 또는 다수개의 노즐
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스 가스의 분사 방향과 상기 피코팅체의 내면이 이루는 분사각은 0도 초과 내지 90도 미만의 범위인 것을 특징으로 하는 분사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 노즐의 일부 영역이 서로 중첩되게 배열될 수 있는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
  4. 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하며, 소스 가스를 하나 또는 다수개의 노즐을 통해 피코팅체의 내면에 분사시키는 분사 장치;
    상기 챔버 내에 위치하며, 상기 피코팅체를 지지하는 지지대;
    상기 챔버 외부에 위치하며, 상기 피코팅체를 회전시키는 회전 장치;
    상기 챔버 외부에 위치하며, 상기 분사 장치를 상기 피코팅체의 내부로 직선 운동시키는 이동 장치; 및
    상기 챔버 외부에 위치하며, 상기 분사 장치로 상기 소스 가스를 공급하는 소스 공급 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 챔버 내의 파티클을 수집하는 수집기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 소스 공급 장치는,
    코팅제를 저장하는 저장부;
    상기 저장부 하부에 위치하며, 상부로 가스를 균일하게 통과시켜서 상기 코팅제를 부유시키는 분배부;
    상기 저장부를 하부에서 지탱하되, 상기 코팅제를 진동시켜 부유시키는 진동부; 및
    상기 저장부 내에 위치하며, 상기 부유된 코팅제를 포집하여 상기 분사 장치 로 운반시키는 포집부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저장부 내에는 상기 코팅제를 회전력으로 부유시키는 회전부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 분배부는 다공성 세라믹판 또는 다수의 구멍을 가지는 타공 형상의 금속판을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 진동부는 공진하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 분사 장치는,
    상기 소스 공급 장치에서 일면을 통해 공급되는 상기 소스 가스를 상기 일면과 수평 방향으로 마주하는 경사면으로 운반하거나, 상기 일면과 수직 방향으로 마주하는 원형 또는 다각형의 일면으로 운반하는 몸체; 및
    상기 몸체의 상기 경사면 또는 상기 원형 또는 다각형의 일면에 위치하며, 상기 소스 가스를 피코팅체의 내면에 분사시키는 하나 또는 다수개의 노즐
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소스 가스의 분사 방향과 상기 피코팅체의 내면이 이루는 분사각은 0도 초과 내지 90도 미만의 범위인 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 노즐의 일부 영역이 서로 중첩되게 배열되는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 피코팅체의 회전 속도와 상기 분사 장치의 직선 운동 속도 중 적어도 하나를 조절하여 상기 피코팅체의 내면을 코팅하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 회전 장치는 상기 피코팅체를 직선 운동시키는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 시스템.
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