KR101123866B1 - 플라스마 표면 처리 장치 및 방법 - Google Patents

플라스마 표면 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면처리방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도전성 대상물의 표면을 플라스마 이온을 이용하여 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 플라스마 이온을 이용하여 금속 판재나 선재와 같이 연속적으로 공급되는 대상물의 표면을 처리할 수 있는 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 의하면, 전기전도성 대상물의 피처리부 표면을 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 표면 처리 장치에 있어서, 상기 대상물의 피처리부에 부의 펄스 전압을 유기하도록, 상기 대상물의 피처리부의 경계 주위에 배치된 적어도 한 쌍의 변압기 코어; 상기 변압기 코어 각각에 감겨 있는 1차 권선; 및 상기 1차 권선 각각에 전기적으로 접속된 펄스전압발생장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 의한 플라스마 표면 처리 장치 및 방법은 펄스 변압기와 자성 코어를 이용하여 전압이 인가되는 영역을 한정할 수 있다. 따라서 플라스마 표면 처리 부위를 한정할 수 있다.
이온, 세정, 플라스마, 표면 처리

Description

플라스마 표면 처리 장치 및 방법{Apparatus and Method for plasma surface treatment}
본 발명은 표면처리방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도전성 대상물의 표면을 플라스마 이온을 이용하여 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
금속 판재나 선재를 열처리해야 할 경우, 냉간 압연 공정과 같은 이전 공정에서 사용된 압연유, 공정상의 분진 등의 이물질을 제거하지 않으면, 압연유, 분진 등 이물질이 약 1050~1100℃의 열처리 온도에서 탄화되어 금속 판재 표면의 오염을 유발하고, 표면 결함을 야기하게 된다. 또한, 금속 판재나 선재와 같은 도전성 대상물의 표면에 다른 소재를 증착, 도포 또는 접합할 경우, 금속 판재의 표면을 세정하거나, 개질 하는 표면 처리를 통해서 접착력 및 밀착력을 향상시킬 수 있다.
따라서, 금속 판재나 선재와 같은 도전성 대상물의 표면을 처리하는 방법이 필요하다. 이러한 방법으로는 여러 가지 화학약품을 이용하는 방법, 플라스마를 이용하는 방법 등이 사용되어 왔다.
화학약품을 사용하는 방법은 알칼리나 TCE 등의 유기용제에 대상물을 침적하여 유기물을 제거하는 방법이다. 그러나 이러한 방법은, 알칼리 탱크, 전해 세정 탱크, 온수 세정 탱크, 건조 공정 등을 거치게 되어 그 공정이 복잡하다는 문제점이 있다. 또한, 반응성을 유지하기 위한 적절한 농도 및 온도가 필요하므로 상당한 양의 에너지가 소모되어야 한다는 문제점이 있다. 또한, 화학약품을 장시간 사용됨으로 인하여 표면에 기름층이 생성되므로 세정상태가 양호하지 못해 세정품질이 저하되고, 미세한 틈의 세정이 불가능하게 된다는 문제점 있다. 또한, 환경에도 나쁜 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.
플라스마를 이용하는 방법은, 플라스마를 발생시켜 만들어진 이온이나 라디칼(radical) 등을 재료의 표면과 접촉시켜 재료표면의 불순물이나 오염물질을 제거하는 것이다. 이 중에서 이온을 주로 이용하는 방법은, 플라스마로 채워진 챔버 내에 표면 처리를 하고자 하는 대상물을 올려놓고, 대상물에 마이너스 고전압을 인가하여, 대상물의 표면 주위에 생성되는 천이성 플라스마 쉬스(Transition plasma sheath)에서 이온을 가속하면, 가속된 이온이 자발적으로 마이너스 고전압이 인가된 대상물의 표면과 충돌하는 원리를 이용한 것이다. 이 방법은 마이너스 고전압에 의해서 가속된 이온을 이용하여 표면을 처리하기 때문에 세정 및 표면 개질 효과가 우수하며, 표면 처리 속도가 매우 빠르다는 장점이 있다. 또한, 금속 산화물과 같은 무기물도 제거할 수 있다는 장점이 있다.
상술한 바와 같이 플라스마 이온을 이용한 표면 처리 방법은 많은 장점이 있으나, 다음과 같은 문제가 있다. 표면 처리 대상물이 전기 전도성 물질이며, 대상물의 일부만을 표면 처리해야할 필요가 있는 경우에 대상물에 인가되는 마이너스 고전압이 처리하고자 하는 영역을 벗어나서 대상물 전체에 인가되므로 플라스마 표면 처리를 원하는 부분 외에도 표면처리가 된다.
또한, 금속 판재나 선재와 같이 연속적인 대상물을 표면 처리하는 경우에는 대상물이 금속 롤러 등을 통하여 접지가 되어 있어서, 대상물에 마이너스 고전압을 인가할 수 없고, 그 결과 이온이 가속되지 않아서, 플라스마 이온을 이용한 표면처리를 할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 플라스마 이온을 이용하여 전기 전도성 대상물의 표면의 일부만을 처리할 수 있는 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 또 다른 목적은, 플라스마 이온을 이용하여 금속 판재나 선재와 같이 연속적으로 공급되는 대상물의 표면을 처리할 수 있는 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 전기전도성 대상물의 피처리부 표면을 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 표면 처리 장치에 있어서, 상기 대상물의 피처리부에 부의 펄스 전압을 유기하도록, 상기 대상물의 피처리부의 경계 주위에 배치된 적어도 한 쌍의 변압기 코어; 상기 변압기 코어 각각에 감겨 있는 1차 권선; 및 상기 1차 권선 각각에 전기적으로 접속된 펄스전압발생장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 장치가 제공된다.
또한, 상기 대상물의 피처리부에 부의 펄스 전압을 인가하도록, 상기 대상물의 피처리부의 경계 주위에 배치된 변압기 코어; 상기 변압기 코어에 감겨 있는 1차 권선; 상기 1차 권선에 전기적으로 접속된 펄스전압발생장치; 및 상기 대상물의 피처리부에 유기된 부의 펄스 전압에 의해 상기 대상물의 피처리부에 흐르는 전류가 상기 대상물의 피처리부의 경계를 벋어나 흐르는 것을 차단하도록, 상기 대상물의 피처리부의 경계 주위에 배치된 자성코어(magnetic core);를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 장치가 제공된다.
또한, 프로세스 가스를 공급하는 단계, 전기전도성 대상물의 주위에 플라스마 이온을 형성하는 단계, 및 상기 플라스마 이온을 가속하여 상기 전기전도성 대상물의 피처리부에 충돌시키는 단계,를 포함하는 전기전도성 대상물의 표면 처리 방법에 있어서, 상기 대상물의 피처리부에 상기 플라스마 이온을 가속하기 위한 부의 펄스 전압을 인가하도록, 상기 대상물의 피처리부 경계 주위에 적어도 한 쌍의 변압기 코어를 배치하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 방법이 제공된다.
또한, 상기 대상물의 피처리부에 상기 플라스마 이온을 가속하기 위한 부의 펄스 전압을 인가하도록, 상기 대상물의 피처리부 경계 주위에 변압기 코어를 배치하는 단계; 및 상기 대상물의 피처리부에 흐르는 전류가 대상물의 피처리부의 경계 를 벋어나 흐르는 것을 차단하도록, 상기 대상물의 피처리부의 경계 주위에 자성 코어를 배치하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 방법이 제공된다.
본 발명에 의한 플라스마 표면 처리 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 펄스 변압기와 자성 코어를 이용하여 전압이 인가되는 영역을 한정할 수 있다. 따라서 플라스마 표면 처리 부위를 한정할 수 있다. 또한, 금속 판재나 선재와 같이 접지되어 있는 상태로 공급되는 전도성 대상물의 표면에도 부의 전압을 인가할 수 있으므로 이러한 대상물의 표면을 처리할 수 있다.
둘째, 마이너스 고전압 펄스에 의해서 가속된 이온을 이용하여 표면을 처리하기 때문에 처리 속도가 빠르다. 따라서 빠른 속도로 연속적으로 공급되는 대상물의 표면처리에 적합하다.
셋째, 마이너스 고전압 펄스에 의해서 가속된 이온을 이용하여 표면을 처리하기 때문에 처리 대상물의 크기나 형상에 제한 없이 균일하고 안정적으로 표면을 처리할 수 있다.
넷째, 화학약품을 사용하지 않는다. 따라서 화학약품 처리 비용 문제, 환경오염 문제 등이 발생하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 플라스마 표면 처 리 장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스마 표면 처리 장치의 일실시예의 개략도이다. 본 실시예의 플라스마 표면 처리 장치는 연속적으로 공급되는 금속 판재의 표면을 처리하기 위한 장치이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 플라스마 표면 처리 장치는, 진공챔버(110), 진공펌프(120), 가스공급장치(130), 플라스마 발생장치(140), 펄스전압발생장치(150), 펄스 변압기(160, 170)를 포함한다.
진공챔버(110)는 금속 판재(w)의 피처리부(A)에 진공 환경을 제공하기 위한 것으로서, 진공챔버(110)의 상류 측에 형성된 입구(112)와 하류 측에 형성된 출구(114)를 포함한다. 금속 판재(w)는 챔버의 입구(112)를 통해서 진공챔버(110) 내부에 공급되고, 진공챔버(110) 내에서 플라스마 표면 처리가 완료된 후 진공챔버(110)의 출구(114)를 통해서 배출된다. 진공챔버(110)의 입구(112)와 출구(114)에는 각각 진공유지수단(116)이 설치되어 있다. 진공유지수단(116)은, 진공챔버(110)의 진공을 유지하면서 금속 판재(w)를 진공챔버(110) 내로 공급하고 진공챔버(110)로부터 배출하기 위하여 설치된다. 본 실시예의 플라스마 표면 처리 장치(100)는 진공챔버(110) 내로 롤 형태로 감겨있는 금속 판재(w)를 상기 진공챔버(110) 내부로 연속적으로 공급하기 위한 권출기(180)와, 진공챔버(110) 내부에서 표면처리되어 배출되는 금속 판재(w)를 연속적으로 회수하기 위한 권취기(190)를 더 포함한다.
진공펌프(120)는 진공챔버(110) 내의 기체를 배기시켜 진공을 형성시키기 위한 것이다. 진공펌프(120)는 진공 밸브(122)를 통해서 진공챔버(110) 내의 기체를 배기시킨다.
가스공급장치(130)는 플라스마 생성을 위한 가스를 진공챔버(110) 내부로 공급하기 위한 장치이다. 가스공급장치(130)는 가스주입밸브(132)를 구비하고 있으며, 가스주입밸브(132)를 통해 진공챔버(110) 내부에 가스를 공급한다. 가스공급장치(130)를 통하여 공급되는 가스는 질소(N2), 수소(H2), 산소(O2), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 등 다양한 가스일 수 있으며, 상기 가스 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있음은 물론, 조합하여 사용할 수도 있다.
플라스마 발생장치(140)는 챔버 내부에 플라스마 분위기를 형성한다. 플라스마 발생장치(140)는 플라스마를 형성하기 위한 플라스마 전극(142)과 플라스마 전극에 전원을 공급하기 위한 플라스마 전원(144)으로 구성된다. 플라스마 전원(144)은 피드스루(Feed through)를 통하여 진공챔버(110) 내의 플라스마 전극(142)에 전원을 공급한다. 플라스마 전극(142)에 전원이 인가되면, 플라스마전극(142) 주위의 가스 분자가 이온화되어, 양이온과 전자가 전리되어 혼재되어 있는 플라스마 상태가 진공챔버(110) 내부에 형성된다.
펄스전압발생장치(150)는 금속 판재(w)에 인가하기 위한 부의 펄스전압을 발생시킨다. 금속 판재(w)에 부의 펄스전압이 인가되면, 금속 판재(w)의 표면 주위에 천이성 플라스마 쉬스(Transition plasma sheath)가 생성되고, 플라스마 쉬스 내의 이온이 가속되어 마이너스 고전압이 인가된 금속 판재(w)의 표면과 충돌하여 표면 처리가 이루어진다. 도 2를 참고하면, 펄스전압발생장치(150)에서 발생하는 고전압 펄스는 펄스 폭(Pulse duration, Tp)이 50nS 내지 500mS이고, 펄스 크기(Pulse magnitude, Vp)가 -10V 내지 -100kV이며, 펄스 폭 대 펄스 종료 시간(Pulse stop time, t1)과 펄스 개시 시간(Pulse start time, t2) 사이의 간격(Tm)의 비가 1:5 내지 1:50,000인 부의 펄스 전압인 것이 바람직하다.
펄스 변압기(160, 170)는 금속 판재(w)의 피처리부(A)의 상류 측 및 하류 측에 각각 설치된다. 펄스 변압기(160, 170)는 변압기 코어(162, 172), 1차 권선(164, 174) 및 2차 권선을 포함하며, 금속 판재가 2차 권선 역할을 하게 된다.
도 3은 도 1에 도시된 플라스마 표면 처리 장치에 설치된 펄스 변압기의 배치 상태를 나타낸 사시도이다. 도 3을 참고하면, 변압기 코어(162, 172) 연속적으로 공급되는 금속 판재(w)가 통과하여 진행할 수 있도록, 금속 판재(w)의 표면으로부터 일정한 간격으로 이격되어 둘러싼 폐 루프 형태이다. 변압기 코어(162, 172)에 사용되는 재질, 설계 자속 밀도, 코어의 형상 파라미터 등은 1차 권선(164, 174)에 인가되는 펄스 전압의 크기, 2차 권선(A)에 유기되는 펄스 전압의 크기, 주파수 등을 고려하여 결정된다.
1차 권선(164, 174)은 동선 등 금속선으로 이루어진다. 1차 권선(164, 174)은 펄스전압발생장치(150)와 전기적으로 접속되어 있으므로, 펄스전압발생장치(150)에서 발생한 전압 펄스는 펄스 변압기(160, 170)의 1차 권선(164, 174)에 인가된다. 펄스전압발생장치(150)는 피드스루(152)를 통하여 진공챔버(110) 내의 펄스 변압기(160, 170)에 전원을 공급한다. 1차 권선(164, 174)에 펄스 전압이 인가되면, 1차 권선(164, 174)의 주위에 자장이 생기게 되며, 자장의 자력선은 자력 선이 잘 통과하는 변압기의 코어(162, 172)를 통과하게 된다. 변압기의 코어(162, 172)를 통과한 자력선은 패러데이의 법칙에 의해서 2차 권선의 역할을 하는 금속 판재(A)에 2차 전압을 유기한다. 즉, 펄스전압발생장치(150)에서 발생한 전압 펄스는 펄스 변압기(160, 170)를 통하여 금속 판재(w)의 피처리부(A)에 부의 펄스 전압으로 유기된다.
두 쌍의 상대 펄스 변압기(160, 170)는 금속 판재(w)의 피처리부(A)의 상류 측 및 하류 측에 각각 설치되며, 상류 측과 하류 측 펄스 변압기(160, 170)의 1차 권선(164, 174)은 모두 금속 판재(w)의 피처리부(A) 방향으로 부의 전압이 유기되도록 서로 다른 방향으로 권선 된다. 따라서 각각의 펄스 변압기(160, 170)에 의해 유기되는 전압은 금속 판재(w)에 같은 크기의 서로 방향이 반대인 펄스 전압으로 유기되게 하여, 금속 판재(w)에 유기되는 전압이 금속 판재(w)의 피처리부(A) 경계를 벗어나서는 상호 상쇄되도록 하여 금속 판재(w)의 피처리부(A)로 플라스마 처리부위를 한정하는 역할을 한다.
도 4는 도 3에 도시된 펄스 변압기에 의해서 금속 판재에 유기되는 전위 분포도이다. 도 4를 참고하여, 금속 판재(w)에 유기되는 전압이 금속 판재(w)의 피처리부(A) 경계를 벗어나서는 상호 상쇄되는 원리를 좀 더 상세히 설명한다.
금속 판재(w)의 피처리부(A)의 상류 측에 설치된 펄스 변압기(160)의 1차 권선(164)에 부의 펄스 전압이 인가되면, 1차 권선(164)의 주위에 자장이 생기고 이로 인하여 2차 권선에 해당하는 금속 판재(w)에 부의 2차 전압이 유기된다. 즉 상류 측 펄스 변압기(160)가 설치된 금속 판재(w) 부분(B)에서 전압 강하가 일어난 다. 금속 판재(w)의 피처리부(A)에서도 저항에 의한 전압강하가 있을 수 있으나, 주파수가 높은 부의 펄스가 인가되기 때문에 무시할 수 있다. 다음으로, 금속 판재(w)의 피처리부(A)의 하류 측에 설치된 펄스 변압기(170)의 1차 권선(174)에 부의 펄스 전압이 인가되면, 상류 측과 마찬가지로 금속 판재(w)에 2차 전압이 유기된다. 상술한 바와 같이 하류 측의 1차 권선(174)의 방향은 상류 측의 1차 권선(164)의 방향과 반대방향이므로 하류 측 펄스 변압기(170)가 설치된 금속 판재(w) 부분(C)에서는 상류 측 펄스 변압기(160)가 설치된 금속 판재(w) 부분(C)에서 일어난 전압강하와 동일한 크기의 전압상승이 일어난다. 결국, 금속 판재(w)의 피처리부(A) 경계를 벗어나서는 상류 측과 하류 측 펄스 변압기(160, 170)에 의해서 유기된 전압이 상호 상쇄되어 전위가 0이 된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 플라스마 표면 처리 장치(100)의 작동에 대해서 설명한다.
우선, 진공펌프(120)를 동작시켜서 진공챔버(110)의 내부에 진공을 형성하고, 플라스마를 형성하기 위한 가스를 가스공급장치(130)로 공급한다. 공급되는 가스는 표면 처리 목적에 따라 질소(N2), 수소(H2), 산소(O2), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 등 외에 다양한 가스일 수 있으며, 상기 가스 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있음은 물론, 조합하여 사용할 수도 있다. 진공챔버(110)의 내부가 플라스마를 발생시키기에 적당한 조건이 되면 플라스마 발생장치(140)를 동작시켜서 진공챔버(110)의 내부에 플라스마를 생성한다. 플라스마를 생성하는 방법에 대하여는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사항으로 설명을 생략한다.
다음으로, 롤 형태로 권출기(180)에 감겨있는 금속 판재(w)를 진공챔버(110)의 입구(112)를 통해서 공급한다. 진공챔버(110)의 입구(112)에는 진공용 립씰(116)이 설치되어 있으므로 진공이 유지된 상태로 금속 판재(w)를 공급할 수 있다. 공급된 금속 판재(w)는 진공챔버(110)의 입구(112) 측에 설치되어 있는 상류 측 펄스 변압기(160)를 통과하고, 진공챔버(110)의 출구(114) 측에 설치되어 있는 하류 측 펄스 변압기(170)를 통과한 후 진공챔버(110)의 출구(114)를 통해서 배출된다. 진공챔버(110)의 출구(114)에도 진공용 립씰(116)이 설치되어 있으므로 진공이 유지된 상태로 금속 판재(w)를 배출할 수 있다.
금속 판재(w)가 하류 측 펄스 변압기(170)를 통과하게 되면, 펄스전압발생장치(150)에서 전압 펄스를 발생시키고, 발생한 전압 펄스는 펄스전압발생장치(150)와 전기적으로 접속되어 있는 펄스 변압기(160, 170)를 통해서 금속 판재(w)의 피처리부(A)에 부의 펄스 전압으로 유기된다. 상류 측과 하류 측에 설치되는 펄스 변압기(160, 170)는 동일한 특성이 있으며, 각기 피처리부(A)에 동일한 크기를 갖는 부의 펄스 전압을 유기하게 하므로, 피처리부(A)에는 부의 펄스 전압이 인가되나 피처리부(A)를 벗어나서는 서로 유기된 전압이 서로 상쇄되어 접지 전압을 갖게 된다. 따라서 표면 처리부위가 피처리부(A)로 제한되게 된다.
다음으로, 피처리부(A)에 유기된 부의 전압 펄스에 의해서 금속 판재(w)의 피처리부(A) 주위에 플라스마 쉬스가 형성되고, 플라스마 쉬스 내의 양이온이 가속되어 금속 판재(w)의 피처리부(A)에 충돌한다. 충돌한 이온은 금속 판재(w) 표면의 이물질을 제거한다. 표면 처리된 금속 판재(w)는 상술한 바와 같이 진공챔버(110)의 출구(114)를 통해서 배출되고, 권취기(190)에 감긴다. 이러한 과정을 거치게 되면 롤 형태의 금속 판재(w)를 연속적으로 표면 처리할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 플라스마 표면 처리 장치의 다른 실시예에 설치된 펄스 변압기의 배치 상태를 나타낸 사시도이다. 본 실시예는 다수의 변압기를 직렬 연결하여 사용함으로써 금속 판재(w)의 피처리부(A)에 유기되는 전압을 높일 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 플라스마 표면 처리 장치의 또 다른 실시예의 개략도이다. 본 실시예는 하류 측 펄스 변압기(170) 대신에 자성코어(200)를 설치하고 있다는 점 외에는 도 1에 도시된 실시예와 차이가 없으므로, 나머지 부분의 설명은 생략한다.
자성코어(200)는 금속 판재(w)의 피처리부(A)의 하류 측에 설치되어, 금속 판재(w)의 피처리부(A)에 유기된 펄스 전압에 의해 금속 판재(w)의 피처리부(A)에 흐르는 전류가 금속 판재(w)의 피처리부(A) 경계를 벗어나 흐르는 것을 차단한다. 도 7은 도 6에 도시된 플라스마 표면 처리 장치에 설치된 펄스 변압기와 자성코어의 배치 상태를 나타낸 사시도이다. 도 7을 참고하면, 자성코어(200)는 연속적으로 공급되는 금속 판재(w)가 통과하여 진행할 수 있도록, 금속 판재(w)의 표면으로부터 일정한 간격으로 이격되어 둘러싼 폐 루프 형태이다.
이하, 도 7과 도 7의 전기적 등가 회로인 도 8을 참고하여, 자성코어(200)가 전류가 피처리부(A)의 경계를 벗어나 흐르는 것을 차단하는 원리를 설명한다. 자성 코어(200)는 비투자율이 높은 물질로 이루어져 큰 인덕턱스(L1)값을 갖는다. 자성코어(200)를 벗어난 곳으로부터 접지된 부분까지 연장되어 있는 금속 판재(w)의 부분(D부분)도 인덕턴스(Lq)값을 갖는다. 금속 판재(w)는 권출기(180) 및 권취기(190)에 감겨있으므로, 권출기(180) 및 권취기(190)와 물리적, 전기적으로 접속된다. 권출기(180)와 권취기(190)는 접지되어 있으므로 금속 판재(w)도 접지되어 있다.
상류 측에 설치된 펄스 변압기(160)에 의해서 피처리부(A)에 유기된 부의 고전압 펄스는 자성코어(200)에서의 전압 강하와 D부분에서의 전압 강하의 합과 같다. 금속 판재(w)의 저항값에 의한 전압의 강하도 있으나, 주파수가 높은 부의 고전압 펄스가 인가되기 때문에 자성코어(200)와 D부분의 인덕턴스에 의한 리액턴스 값이 훨씬 크다. 따라서 저항에 의한 전압 강하는 무시할 수 있고, 인덕턴스 만으로 이루어진 등가 회로를 구성할 수 있다. 자성코어(200)에서의 전압 강하는 자성코어(200)의 인덕턴스(L1)에 비례하고, D부분에서의 전압 강하는 D부분의 인덕턱스(Lq)에 비례한다. 따라서 L1이 Lq에 비해서 매우 큰 값이라면, 대부분의 전압 강하는 자성코어(200)에서 이루어진다. 즉, 피처리부(A)에 유기된 부의 고전압 펄스가 손실 없이 피처리부(A)에 전부 인가되도록 하기 위해서는 자성코어(200)의 인덕턴스(L1)가 D부분의 인덕턱스(Lq)에 비해서 충분히 클 것이 요구된다. 자성코어(200)의 인덕턴스를 높이기 위한 방법으로는 턴 수를 늘리는 방법과 비투자율을 높이는 방법이 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
예를 들면, 진공챔버(110) 내에서 표면 처리하는 것으로 설명하였으나, 대기압에서 표면 처리할 수도 있다.
또한, 펄스 변압기는 챔버 내부에 설치하는 것으로 설명하였으나, 필요한 경우에는 진공 챔버 외부에 설치할 수 있으며, 외부와 내부에 나누어 설치할 수도 있다.
또한, 금속 판재(w)를 연속적으로 공급하는 수단으로서 권출기(180)와 귄취기(190)를 사용하는 것으로 설명하였으나, 폭이 일정하고 길이가 긴 금속 판재를 적재하고, 이를 연속적으로 공급하는 방법을 사용할 수도 있다.
또한, 처리 대상물이 금속 판재(w)인 것으로 설명하였으나, 부의 고전압 펄스를 인가하기 위한 펄스 변압기를 변경하면, 금속 선재의 표면을 처리할 수 있음은 자명하다. 또한, 처리 대상물이 금속인 것으로 설명하였으나, 전도성이 있는 다른 대상물에도 본 발명에 따른 플라스마 표면 처리 장치 및 방법을 이용할 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스마 표면 처리 장치의 일실시예의 개략도
도 2는 본 발명에 있어서, 부의 고전압 펄스의 형태를 나타내는 설명도
도 3은 도 1에 도시된 플라스마 표면 처리 장치에 설치된 펄스 변압기의 배치 상태를 나타낸 사시도
도 4는 도 3에 도시된 펄스 변압기에 의해서 금속 판재에 유기되는 전위 분포도
도 5는 본 발명에 따른 플라스마 표면 처리 장치의 다른 실시예에 설치된 펄스 변압기의 배치 상태를 나타낸 사시도
도 6은 본 발명에 따른 플라스마 표면 처리 장치의 또 다른 실시예의 개략도
도 7은 도 6에 도시된 플라스마 표면 처리 장치에 설치된 펄스 변압기와 자성코어의 배치 상태를 나타낸 사시도
도 8은 도 7에 도시된 부분의 전기적 등가 회로
<도면부호의 간단한 설명>
110 진공챔버 120 진공펌프
130 가스공급장치 140 플라스마 발생장치
150 펄스전압발생장치 160, 170 펄스 변압기
180 권출기 190 권취기
200 자성코어

Claims (10)

  1. 전기전도성 대상물의 피처리부 표면을 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 표면 처리 장치에 있어서,
    플라스마 이온을 가속하여 상기 대상물의 피처리부 표면과 충돌시키기 위한 펄스 전압을 발생시키는 펄스전압발생장치; 및
    상기 펄스전압발생장치와 전기적으로 접속된 1차 권선이 감겨있으며, 상기 대상물의 피처리부의 경계 주위에 배치된 한 쌍의 변압기 코어;를 포함하며,
    상기 한 쌍의 변압기 코어 중 하나의 변압기 코어는 상기 대상물의 피처리부에 펄스 전압을 유기시키며, 다른 하나의 변압기 코어는 상기 대상물의 피처리부의 경계를 벗어난 부분에 유기된 펄스 전압은 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 장치.
  2. 전기전도성 대상물의 피처리부 표면을 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 표면 처리 장치에 있어서,
    플라스마 이온을 가속하여 상기 대상물의 피처리부 표면과 충돌시키기 위한 펄스 전압을 발생시키는 펄스전압발생장치;
    상기 펄스전압발생장치와 전기적으로 접속된 1차 권선이 감겨있으며, 상기 대상물의 피처리부의 경계 주위에 배치되어, 상기 대상물의 피처리부에 펄스 전압을 유기하는 변압기 코어; 및
    상기 대상물의 피처리부에 유기된 펄스 전압에 의해 상기 대상물의 피처리부에 흐르는 전류가 상기 대상물의 피처리부의 경계를 벗어나 흐르는 것을 차단하도록, 상기 대상물의 피처리부의 경계 주위에 배치된 자성코어(magnetic core);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 대상물을 수용하기 위한 진공챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진공챔버는,
    상기 대상물이 공급되는 입구;
    플라스마 표면 처리된 상기 대상물이 배출되는 출구; 및
    상기 진공챔버의 진공을 유지하면서 상기 대상물을 상기 진공챔버 내로 공급하고 진공챔버로부터 배출하도록, 상기 입구와 출구에 각각 설치된 한 쌍의 진공유지수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변압기 코어는,
    연속적으로 공급되는 상기 대상물이 통과하여 진행할 수 있도록, 그 대상물의 표면으로부터 일정한 간격으로 이격되어 둘러싼 폐 루프 형태인 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 대상물을 연속적으로 공급하도록, 상기 진공챔버 입구의 상류 측에 설치되는 권출기; 및
    연속적으로 표면 처리된 상기 대상물을 연속적으로 회수하도록, 상기 진공챔버 출구의 하류 측에 설치되는 권취기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 장치.
  7. 프로세스 가스를 공급하는 단계, 전기전도성 대상물의 주위에 플라스마 이온을 형성하는 단계를 포함하는 전기전도성 대상물의 표면 처리 방법에 있어서,
    상기 대상물의 피처리부 경계 주위에, 1차 권선이 감긴, 한 쌍의 변압기 코어를 배치하는 단계;
    상기 플라스마 이온을 가속하여 상기 대상물의 피처리부 표면에 충돌시키기 위해서, 한 쌍의 변압기 코어 중 하나의 변압기 코어의 1차 권선에 펄스 전압을 인가하여 상기 대상물의 피처리부에 펄스 전압을 유기하는 단계; 및
    한 쌍의 변압기 코어 중 다른 하나의 변압기 코어의 1차 권선에 펄스 전압을 인가하여 상기 대상물의 피처리부의 경계를 벗어난 부분에 유기된 펄스 전압은 상쇄시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 방법.
  8. 프로세스 가스를 공급하는 단계, 전기전도성 대상물의 주위에 플라스마 이온을 형성하는 단계를 포함하는 전기전도성 대상물의 표면 처리 방법에 있어서,
    상기 대상물의 피처리부 경계 주위에, 1차 권선이 감긴, 변압기 코어를 배치하는 단계;
    상기 플라스마 이온을 가속하여 상기 대상물의 피처리부 표면에 충돌시키기 위해서, 상기 변압기 코어의 1차 권선에 펄스 전압을 인가하여, 상기 대상물의 피처리부에 펄스 전압을 유기하는 단계; 및
    상기 대상물의 피처리부에 유기된 펄스 전압에 의해서 상기 대상물의 피처리부에 흐르는 전류가 대상물의 피처리부의 경계를 벗어나 흐르는 것을 차단하도록, 상기 대상물의 피처리부의 경계 주위에 자성 코어를 배치하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 대상물의 피처리부 주위의 압력을 대기압 이하로 유지하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 대상물을 연속적으로 공급하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 표면 처리 방법.
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