KR101553683B1

KR101553683B1 - 회전식 대기압 플라즈마 발생장치

Info

Publication number: KR101553683B1
Application number: KR1020140033548A
Authority: KR
Inventors: 임광순
Original assignee: 주식회사 썬더기술
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2015-09-17

Abstract

본 발명은 회전식 플라즈마 발생장치에 관한 것이다. 본 발명은 일측 상부에는 가스가 주입되는 가스주입부가 형성되고, 내부에 플라즈마가 발생하는 공정챔버와 상기 공정챔버의 상부를 마감하며, 외부와 전선이 연결되도록 하는 전원 연결 소켓부와 상기 전원 연결 소켓부의 하부와 연결되어 상기 공정챔버 내부의 하단 방향으로 연장 형성되는 축과 상기 축에 형성되어 원판 형태로 표면에 일정간격으로 각각 통공이 마련되는 제1 및 제2, 제3 전극 하우징과 상기 제2 전극 하우징의 상부에 형성되어 상기 제2 전극 베어링을 회전시키는 회전 팬과 상기 제2 전극 하우징의 상부와 상기 제3 전극 하우징의 하부에 각각 형성되는 상하부 베어링과 상기 하부 베어링의 하부에 형성되어 상기 축의 끝단을 마감하는 전극 회전판과 상기 전극 회전판의 끝단부 일측에 형성되어 상기 전극 회전판의 회전으로 함께 회전하는 전극침과 상기 축의 끝단에 형성되어 상기 공정챔버의 밑면을 마감하며, 하부로 갈수록 점점 직경이 커지는 원뿔 형태의 노즐부와 상기 접지부와 결합되어 고전압의 펄스 형태로 전원을 인가하는 충전수단를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 종래 플라즈마 발생부에 구성된 노즐보다 확대된 노즐 발생 범위를 가지는 플라즈마 발생부를 설계하여 해당 부위 처리 면적의 증가를 가져올 수 있으므로 다양한 제품에도 적용이 가능하며 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Description

회전식 대기압 플라즈마 발생장치 {Rotational atmospheric Plasma Generating Device}

본 발명은 회전식 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 터치패널, LCD 공정 등 제품에 플라즈마 표면처리로 세정력, 표면개질 등의 효과를 갖는 회전식 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마(Plasma)란 물질 중에서 가장 낮은 에너지 상태를 가지고 있는 고체에 열을 가하여 온도가 올라가면 액체가 되고 다시 열에너지가 가해지면 기체로 전이를 일으킨다. 계속하여 기체가 더 큰 에너지를 받으면 상태 전이와는 다른 이온화된 입자들이 만들어지게 되며 이때 양이온과 음이온의 총 전하수는 거의 같아지게 되는데 이러한 상태가 전기적으로 중성을 띠는 플라즈마 상태라고 한다.

이러한 플라즈마를 이용하면 인공 다이아몬드를 합성할 수 있고 고대 유적지에서 발굴된 금속유물에 플라즈마로 표면처리를 하면 마모나 부식의 방지를 할 수 있으며 금속유물 상태의 개선효과도 있으며 플라즈마가 내는 빛을 이용한 플라즈마 표시장치(PDP)는 산업 전반에 있어 매우 폭넓게 사용하고 있다.

그러나, 상기와 같은 플라즈마를 발생시키는 장치는 노즐 형태가 협소하여 여러개의 플라즈마 발생장치의 노즐을 병렬로 사용하여 처리하여야 하는 불편함이 있었다.

따라서, 생산성을 향상시키기 어려운 문제점도 있었고 다양한 제품에 활용이 불가능하다는 문제점도 있었다.

KR-2009-0090140 10 KR-2012-0039199 10

따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로 노즐을 원형으로의 설계로 인하여 플라즈마의 발생 범위를 넓히고, 무전원으로 팬을 회전시킬수 있으므로 에너지 절약에도 이바지할 수 있는 회전식 대기압 플라즈마 발생장치를 제공하고자 하는데 있는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일측 상부에는 가스가 주입되는 가스주입부가 형성되고, 내부에 플라즈마를 생성시키는 하우징 형태의 공정챔버와 상기 공정챔버의 상부를 마감하며, 중앙에 형성된 중앙부 내부에는 접지부가 형성되어 충전수단과 연결되도록 하는 전원 연결 소켓부와 상기 전원 연결 소켓부의 하부와 연결되어 상기 공정챔버 내부의 하단 방향으로 연장 형성되는 축과 상기 축에 형성되어 원판 형태로 표면에 일정간격으로 각각 통공이 마련되는 제1 및 제2, 제3 전극 하우징과 상기 제2 전극 하우징의 하부에 형성되어 상기 제2 전극 베어링을 회전시키는 회전 팬과 상기 제2 전극 하우징의 상부와 상기 제3 전극 하우징의 하부에 각각 형성되는 상부, 하부 베어링과 상기 하부 베어링의 하부에 형성되어 상기 축과 수평으로 연결되어 있는 전극 회전판과 상기 전극 회전판의 끝단부에 수직으로 연장 형성되어 상기 전극 회전판의 회전으로 함께 회전하는 전극 침과 상기 축(20)의 끝단에 형성되어 상기 공정챔버의 밑면을 마감하며, 하부로 갈수록 점점 직경이 커지도록 형성되는 노즐부와 상기 접지부와 결합되어 고전압의 펄스 형태로 상기 전원 연결 소켓부에 전원을 인가하는 충전수단을 포함하는 것이다.

또한, 상기 공정챔부의 하부 끝단부와 상기 노즐부의 하부 끝단부 사이에는 노즐이 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 가스주입부를 통하여 공급되는 가스는 질소, 헬륨, 아르곤, 산소 중에서 선택되는 어느 하나이거나, 또는 적어도 2개 이상을 혼합한 가스인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 가스주입구를 통하여 주입되는 가스가 상기 공정챔버의 내부에 들어오는 속력으로 인한 풍력의 발생으로 인하여 상기 회전 팬이 회전하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 노즐의 길이는 0.5mm ~ 3 mm인 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 무전원으로 팬을 회전시켜 플라즈마를 발생시킬 수 있어 자원절약을 도모할 수 있으며, 종래 플라즈마 발생부에 설계된 노즐보다 분사 범위가 확대된 노즐 형태로 플라즈마 발생부를 설계하여, 해당 부위의 플라즈마 처리 면적의 증가를 가져올 수 있고, 다양한 제품에도 응용이 가능하므로 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 대기압 플라즈마 발생장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 대기압 플라즈마 발생장치의 내부 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 대기압 플라즈마 발생장치의 단면도.
도 4는 공정 챔버의 저면을 도시한 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시가 되더라도 가능한한 동일 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 회전식 대기압 플라즈마 발생장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 회전식 대기압 플라즈마 발생장치의 내부 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 대기압 플라즈마 발생장치의 단면도이고, 도 4는 공정 챔버의 저면을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 회전식 대기압 플라즈마 발생장치(100)는 일측 상부에는 가스가 주입되는 가스주입부(5)가 형성되고, 내부에 플라즈마를 발생시키는 하우징 형태의 공정챔버(10)와 상기 공정챔버(10)의 상부를 마감하며, 중앙에 형성된 원형의 중앙부(7) 내부에는 접지부(8)가 형성되어 충전수단(미도시)과 연결되도록 하는 전원 연결 소켓부(15)와 상기 전원 연결 소켓부(15)의 하부와 연결되어 상기 공정챔버(10) 내부의 하단 방향으로 연장 형성되는 축(20)과 상기 축(20)에 형성되어 원판 형태로 표면에 일정간격으로 각각 통공(30)이 마련되는 제1 및 제2, 제3 전극 하우징(41,42,43)과 상기 제2 전극 하우징(42)의 상부에 형성되어 상기 전극 회전축(40)을 회전시키는 회전 팬(50)으로 이루어지며, 상기 제2 전극 하우징(42)의 상부와 상기 제3 전극하우징(43)의 하부에 각각 형성되는 상부, 하부 베어링(40,60)과 상기 하부 베어링(60)의 하부에 형성되어 상기 축(20)과 수평으로 연결되어 있는 전극 회전판(70)과 상기 전극 회전판(70)의 끝단부에 수직으로 연장 형성되어, 상기 전극 회전판(70)의 회전으로 함께 회전하는 전극 침(80)과 상기 축(20)의 끝단에 형성되어 상기 공정챔버(10)의 밑면을 마감하며, 하부로 갈수록 점점 직경이 커지도록 형성되는 노즐부(90)와 상기 접지부(8)와 결합되어 고전압의 펄스 형태로 전원을 인가하는 충전수단(미도시)을 포함하는 구성적 특징을 갖는다.

공정챔버(10)는 전체적으로 하우징 형태의 원통 형상으로 구성되며, 일측 상부에 형성되어 상기 공정챔버(10)의 내부로 연통하는 가스 주입부(5)를 통하여 가스를 주입받고 대기압 플라즈마를 생성시키도록 하는 공간을 제공하는 것이다.

상기 공정챔버(10)의 직경은 상부에 형성된 전원연결 소켓부(15)보다 다소 넓은 직경으로 설계되어 상부에 일정한 통공(미도시)을 형성하여 상기 전원연결 소켓부(15)로 이를 마감시키는 형태인 것이다.

상기 공정챔버(10)는 고주파 파워가 투과될 수 있도록 유전체 윈도우로 이루어질 수 있다.

상기 공정 챔버(10)의 상부 일측에 형성된 가스 주입구(5)에 인체에 무해한 순수 가스가 공급되는데, 상기 가스는 질소(N), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 산소(○) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 적어도 2개 이상 혼합한 가스가 해당되는 것이다.

상기 전원연결 소켓부(15)에 연결되어 상기 공정챔버(10) 내부 하단을 향하여 수직방향으로 일정 길이의 축(20)이 형성되어 있다.

상기 축(20)에 걸려 있는 제1 및 제2, 제3 전극 하우징(41,42,43)은 높이가 낮은 원통 형상으로 표면에는 일정한 간격으로 다수 원(圓) 형태의 통공(30)이 형성되어 있어 공정챔버(10) 내부로 주입되는 가스가 통과하도록 하여 아래 방향으로의 흐름을 유도할 수 있는 것이다.

도시한 바와 같이, 상기 제1 전극 하우징(41)의 상부와 상기 제3 전극 하우징(43)의 하부에 상기 축(20)과 연결된 상부 및 하부 베어링(40,60)이 형성되어 상기 축(20)의 회전을 돕는 역할을 취하고 있다.

회전 팬(50)은 일반적인 프로펠러 형상으로 되어 있는 공지된 구성으로, 축(20)의 회전에 의한 바람이 발생되어 상기 회전 팬(50)은 회전을 하게 되는 것이다. 이것은 상기 공기 주입구(5)를 통하여 주입된 가스는 베르누이의 원칙에 의하여 빠른 낙하속도로 인한 풍력이 작용하여 무전원(無電源)으로 날개(프로펠러)의 회전이 가능하다는 특성을 갖게 되는 것이다.

하부 베어링(60)의 하부에는 전극 회전판(70)이 형성되어 있는데, 전극 회전판(70)은 상기 축(20)의 하부에 수평으로 형성되어 있는 구조인 것이다.

상기 전극 회전판(70)은 + 전극판으로 회전 팬(50)의 회전으로 인한 동력으로 함께 회전을 하여 상기 전극 회전판(70)의 끝단부에 수직방향으로 연장 형성되어, 상기 전극 회전판(70)의 회전으로 같이 전극침(80)을 연동하여 회전시키도록 하는 것이다.

그리고, 상기 축(20)의 끝단에 형성되어 상기 공정챔버(10)의 밑면을 마감하며, 하부로 갈수록 점점 직경이 커지도록 형성되는 노즐부(90)가 형성된다.

상기 공정챔버(10)의 하부 끝단부와 상기 노즐부(90)의 하부 끝단부 사이에는 노즐(95)이 형성되어, 대기압 플라즈마가 상기 노즐(95)을 통하여 외부에 형성된 평판 등의 부재로 유입될 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 노즐(95)의 크기는 0.5mm ~ 3mm인 것이 특징인데, 상기 3mm를 넘으면 밸런스가 맞지 않아 공기가 균일하게 전달되지 않기 때문이다.

충전수단(미도시)은 상기 접지부(8)와 결합되도록 하여 고주파의 펄스형태로 상기 전원연결 소켓부(15)에 전원을 인가하는 방식으로 보통의 일반적인 충전지 형태와 동일한 것이다. (여기서, 상기 충전수단의 구성과 작동 관계에 관한 설명은 공지된 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.)

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 의한 회전형 플라즈마 발생장치(100)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 가스 주입부(5)를 통하여 플라즈마 발생에 필요한 가스를 주입하고, 충전수단(미도시)을 통하여 전원연결 소켓부(15)에 전원을 인가한다.

상기 충전수단을 통하여 접지부(8)를 통해 전원을 인가하면 상기 전원연결 소켓부(15)로 + 고전압이 연결되어 상기 + 전원은 축(20)을 통하여 상기 축(20)의 하부에 형성되는 전국 회전판(70)으로 연결되어 회전판(70)이 회전을 시작하여 수직방향으로 연결, 형성된 전극 침(80)과 연동한다.

공정챔버(10)의 내부로 진입하는 가스는 제1 전극 하우징(41)과 제2 전극 하우징(42)에 형성된 통공(30)을 통하여 신속하고 용이하게 하향하여 진행하는 것이고 회전 팬(50)을 거쳐 제3 전극 하우징(43)을 지나게 되는 것이다.

여기서, 상기 가스주입구(5)를 통하여 주입되는 가스가 상기 공정챔버(10)의 내부에 인입되어, 하향 진행하며 생기는 속력으로 인한 풍력(風力)의 발생으로 회전 팬(50)이 회전하게 되는 것인데, 이것은 결국 무전원으로 회전을 시키는 것으로 전력을 사용하지 않아도 되므로 자원의 절약에도 일조할 수 있는 것이다.

따라서, 상기 회전 팬(50)의 회전작용으로 인하여 회전 팬(50)의 하부에 형성된 전극 회전판(70)도 동일하게 회전을 하게 되고 상기 전극 회전판(70)과 연결 형성된 전극 침(80)도 덩달아 회전운동을 하게 되는 것이다.

즉, 제3 전극 하우징(43)을 지나 계속 하향되는 가스는 노즐부(90)를 향하여 진행되고 전극 침(80)과 상기 노즐부(90) 사이에서 아크 대기압 플라즈마가 발생하게 된다. 즉, 전원의 공급으로 전극침(80)에서는 (+)극이, 노즐부(90)도 접지전극이 되어 (-)극을 발생하게 되는 것이다.

도 4를 참조하면, 상기 전극 침(80)이 축(20)을 중심으로 회전을 하게 되므로 대기압 플라즈마가 발생을 하여 노즐(95)을 통하여 외부로 방출되어 외부에 형성된 기판(미도시) 등의 표면처리 작업 등을 하게 되는 것이다.

따라서, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 노즐부(90)는 원뿔형으로 설계되어 있으므로 상기 노즐부(90)를 위요(圍繞)하는 형태인 노즐(95)을 통하여 넓게 공정챔버(10) 내부에서 생성된 플라즈마가 방출되게 되므로, 외부에 형성된 플라즈마 처리장치 등과 같은 관련 부재에 플라즈마 처리 면적이 클 경우에 있어서, 기존의 플라즈마 처리장치를 다수개 이용하여 병렬로 연결하여 사용하여야 하는 불편함을 해소할 수가 있는 것이다.

다시 말해서, 종래 플라즈마 발생장치보다 상기 노즐(95)을 통하여 방출되는 플라즈마 발생 범위가 넓게 되므로 이를 이용하여 다양한 제품에 적용이 가능하므로 생산성 향상을 도모할 수가 있는 것이다.

이상에서 서술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

5 : 가스 주입구 7 : 중앙부
8 : 접지부 10 : 공정챔버
15 : 전원연결 소켓부 20 : 축
30 : 통공 40 : 상부 베어링
41 : 제1 전극 하우징 42 : 제2 전극 하우징
43 : 제3 전극 하우징 50 : 회전 팬
60 : 하부 베어링 70 : 전극 회전판
80 : 전극 침 90 : 노즐부
95 : 노즐 100 : 회전식 대기압 플라즈마 발생장치

Claims

일측 상부에는 가스가 주입되는 가스주입부(5)가 형성되고, 내부에 플라즈마를 생성시키는 하우징 형태의 공정챔버(10);와
상기 공정챔버(10)의 상부를 마감하며, 중앙에 형성된 중앙부(7) 내부에는 접지부(8)가 형성되어 충전수단과 연결되도록 하는 전원 연결 소켓부(15);와
상기 전원 연결 소켓부(15)의 하부와 연결되어 상기 공정챔버(10) 내부의 하단 방향으로 연장 형성되는 축(20);과
상기 축(20)에 형성되어 원판 형태로 표면에 일정간격으로 각각 통공(30)이 마련되는 제1 및 제2, 제3 전극 하우징(41,42,43);과
상기 제2 전극 하우징(42)의 하부에 형성되어 상기 제2 전극 베어링(42)을 회전시키는 회전 팬(50);과
상기 제2 전극 하우징(42)의 상부와 상기 제3 전극 하우징(43)의 하부에 각각 형성되는 상부, 하부 베어링(40,60);과
상기 하부 베어링(60)의 하부에 형성되어 상기 축(20)과 수평으로 연결되어 있는 전극 회전판(70);과
상기 전극 회전판(70)의 끝단부에 수직으로 연장 형성되어 상기 전극 회전판(70)의 회전으로 함께 회전하는 전극 침(80);과
상기 축(20)의 끝단에 형성되어 상기 공정챔버(10)의 밑면을 마감하며, 하부로 갈수록 점점 직경이 커지도록 형성되는 노즐부(90);와
상기 접지부(8)와 결합되어 고전압의 펄스 형태로 상기 전원 연결 소켓부(15)에 전원을 인가하는 충전수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 대기압 플라즈마 발생장치.
제1항에 있어서, 상기 공정챔버(10)의 하부 끝단부와 상기 노즐부(90) 하부의 끝단부 사이에는 노즐(95)이 형성된 것을 특징으로 하는 회전식 대기압 플라즈마 발생장치.
제1항에 있어서, 상기 가스주입부(5)를 통하여 공급되는 가스는 질소(N), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 산소(O) 중에서 선택되는 어느 하나이거나, 또는 적어도 2개 이상을 혼합한 가스인 것을 특징으로 하는 회전식 대기압 플라즈마 발생장치.
제1항에 있어서, 상기 가스주입부(5)를 통하여 주입되는 가스가 상기 공정챔버(10)의 내부에 인입되어, 하향 진행하며 생기는 속력으로 인한 풍력의 발생으로 인하여 상기 회전 팬(50)이 회전하는 것을 특징으로 하는 회전식 대기압 플라즈마 발생장치.
제2항에 있어서, 상기 노즐(95)의 길이는 0.5mm ~ 3 mm인 것을 특징으로 하는 회전식 대기압 플라즈마 발생장치.