KR101568287B1

KR101568287B1 - 고상파우더 코팅장치 및 코팅방법

Info

Publication number: KR101568287B1
Application number: KR1020140069017A
Authority: KR
Inventors: 김옥민; 김옥률
Original assignee: 주식회사 펨빅스; 김옥률; 김옥민
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2015-11-12
Also published as: TWI568499B; TW201545817A

Abstract

본 발명은 진공상태의 코팅챔버 내에 배치된 기재에 고상파우더를 분사코팅하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대기압 상태의 기체를 흡입한 흡입기체와 기체공급장치로부터 공급된 공급기체가 혼합된 수송기체가 대기압상태로 계속 유지되는 고상파우더공급부(미도시)에서 제공된 고상파우더의 수송기체로 사용할 수 있도록 구성된 고상파우더 코팅장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 「기체공급장치(15)에서 공급하는 공급기체의 유로로서, 말단에 분사노즐(30)이 결합된 기체공급관(10); 일측이 대기압에 개방된 상태로 상기 기체공급관(10)과 연통된 기체흡입관(20); 대기압 상태가 유지되는 환경에서 수용된 고상파우더(4)를 상기 기체흡입관(20)에 공급하는 고상파우더공급부(미도시); 상기 분사노즐(30)을 수용하는 코팅챔버(40); 상기 기체공급관(10)의 내부압력을 조절하는 유량조절장치(50); 및 상기 코팅챔버(40)의 내부압력을 조절하는 압력조절장치(60); 를 포함하여 구성되고, 상기 압력조절장치(60)의 구동으로 형성된 상기 코팅챔버(40)의 부압에 의해 상기 고상파우더공급부(미도시)에서 상기 기체흡입관(20)으로 고상파우더(4)가 유입되고, 상기 기체흡입관(20)의 개방된 일측으로 흡입된 흡입기체(1)와 상기 기체공급장치(15)로부터 공급된 공급기체(2)가 함께 고상파우더(4)의 수송기체(3)로 작용하도록 구성되고, 상기 기체공급관(10)은 제1구간(10a), 제2구간(10b) 및 제3구간(10c)이 차례로 연속되되, 상기 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c)의 직경조건이 1)조건(제1구간≥제3구간≥제2구간) 또는 2)조건(제3구간≥제1구간≥제2구간)에 부합하여 진공상태의 코팅챔버(40)에 배치된 기재에 고상파우더가 분사코팅되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치」를 제공한다.

Description

고상파우더 코팅장치 및 코팅방법{Powder Coating Apparatus and Method}

본 발명은 진공상태의 코팅챔버 내에 배치된 기재에 고상파우더를 분사코팅하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대기압 상태의 기체를 흡입한 흡입기체와 기체공급장치로부터 공급된 공급기체가 혼합된 수송기체가 대기압상태로 계속 유지되는 고상파우더공급부(미도시)에서 제공된 고상파우더의 수송기체로 사용할 수 있도록 구성된 고상파우더 코팅장치 및 방법에 관한 것이다.

고상파우더를 진공상태에서 기재에 분사코팅하는 전통적인 방법으로는 진공플라즈마스프레이 방법(VPS; vacuum plasma spray), 저온진공증착(vacuum cold spray) 방법, 에어로졸증착(AD; aerosol deposition) 방법 등이 있다. 위와 같은 종래의 방법들은 일정량의 고상파우더를 수송관에 연속적으로 원활하게 공급하여 분사하는데 시스템적으로 어려움이 있기 때문에 균일한 두께의 코팅박막 또는 코팅후막을 구현하기 어렵고, 더욱 3차원 형상의 기재에 균일한 코팅막을 형성하기 어려운 점이 있다.

진공상태에서 고상파우더를 분사하여 기재에 코팅하는 기술에서 균일한 품질의 코팅층을 구현하기 위해서는 고상파우더를 수송관에 정량 공급할 수 있어야 하고, 이러한 정량공급 상태를 연속적으로 유지할 수 있도록 하는 것이 필요하다.

아래의 [참고도 1]에 보이는 바와 같이, 종래 에어로졸증착(AD) 방법(US 7,153,567(composite structure and method and apparatus for forming the same), 이하 "종래기술 1")은 파우더가 담겨있는 챔버 내부에 압축기체를 공급하여 에어로졸화함으로써, 에어로졸화된 파우더를 수송관에 공급하는 방식을 사용하기 때문에, 파우더가 압축기체에 의해 불규칙적으로 비산하여 수송관에 일정량으로 공급되는 것이 불가능하다.

[참고도 1] - Figure 1 of US 7,153,567

종래기술 1과 같은 고상파우더 비정량공급의 문제를 해결하기 위하여 대한민국 특허등록 10-1228004 "복합구조물 형성방법, 조제입자 및 복합구조물 형성시스템"(PCT/JP2009/054344; EP 2 264 222; 이하 "종래기술 2")은 조제입자를 수용기구에 수용하고 에어로졸화하여 수송관에 공급하는 개선된 방법을 제시하고 있다(아래의 [참고도 2] 참조).

[참고도 2] - Figure 16 of EP 2 264 222

그러나 상기 "종래기술 2"의 특허 명세서에 첨부된 [도 21] 내지 [도 30]에 도시된 바와 같이 조제입자가 담겨 있는 수용기구 및 정량공급기구 자체에서 파우더가 정량공급 될지라도 동 명세서상의 [도 16]에 도시된 바와 같이 "종래기술 1"과 마찬가지로 파우더를 에어로졸화기구에 공급함으로써 결국 파우더는 불규칙 및 비정량적으로 수송될 수 밖에 없는 상태에 이르게 된다.

진공상태에서 고상파우더를 기재에 코팅하는 장치에 상기 종래기술 1 및 종래기술 2의 기술을 적용할 경우, 코팅장치 가동시 고상파우더를 수용하고 있는 챔버 또는 수용기구가 진공상태가 되어 고상파우더가 불규칙적으로 수송관에 빨려들어 가기 때문에 일정량의 파우더를 수송관에 공급하는 것이 어렵게 된다.

또한, 마찬가지로 아래의 [참고도 3]에 보이는 바와 같은 미국 특허등록 US 6,159,085("Method and apparatus for low pressure cold spraying"; 이하 "종래기술 3") 기술도 코팅 장치 가동시 고상파우더 공급기(feeder) 자체가 진공상태를 유지하고 있기 때문에 일정량의 파우더를 수송관에 공급하는 것이 어려워서 기재에 코팅되는 코팅두께를 일정하게 구현하기가 어렵고, 특히 수마이크로미터 수준의 두께 조절이 더욱더 어렵다.

[참고도 3] - Figure 1 of US 6,759,085

한편, 아래의 [참고도 4]에 보이는 바와 같은 US 2011/0104369 "Apparatus and method for continuous powder coating", 이하 "종래기술 4")는 코팅장치 중 고상파우더 공급부 일측이 대기압에 개방되어 있어서, 상기 종래기술 1 내지 종래기술 3에서 제공되는 파우더 공급방식 보다 상대적으로 조금 더 정량 및 규칙적으로 이루어지는 특징이 있다.

[참고도 4] - Figure 2 of US 2011/0104369

또한, 아래의 [참고도 5]에 보이는 바와 같은 대한민국 특허등록 10-1065271 "고상파우더 코팅장치"(PCT/KR2010/006889; US 2013/0192519; 이하 "종래기술 5")는 수송관 일측을 대기압 상태에 개방함으로써, 종래기술 4에서 제공되는 파우더 공급방식 보다 상대적으로 조금 더 정량 및 규칙적으로 이루어지는 특징이 있다. 다만, 코팅장치 가동시 불규칙한 고상파우더의 흡입량 문제를 개선하는 것이 필요하다.

[참고도 5] - Figure 1 of US 2013/0192519

또한, 상기 종래기술 5는 종래와 같이 압축기체를 공급하여 고상파우더를 수송하는 것이 아니라, 공기흡입부와 고상파우더공급부가 연통되어 흡입된 공기와 고상파우더를 혼합시킨 상태로 수송관에 공급하는데, 블록챔버를 수송관에 연통시켜 고상파우더를 수송, 분사하는 방식을 이용한 기술이다.

또한, 상기 종래기술 5는 임의의 공기흡입유량, 분사노즐의 단면적, 코팅챔버의 진공압력 및 초킹(chocking)의 조건에 따라 수송관에 흐를 수 있는 수송기체의 유량이 결정되고, 이에 따라 수송관의 압력이 결정되어 고상파우더가 진공챔버내 분사노즐을 통해 분사되는 기술이다.

다만, 상기 종래기술 5에서는 흡입되는 공기유량만으로 최종 수송기체의 분사속도 조건이 제어되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 흡입되는 공기유량만으로는 구현하기 어려운 분사속도 조건까지 제어할 수 있는 수단 및 방법이 필요하다.

즉, 전술한 바와 같이, 수송관에 고상파우더가 정량공급되고, 연속적으로 아주 적은 양도 미세하게 조절하여 공급되는 동시에 임의의 분사노즐 단면적 및 코팅챔버 내의 압력에 대응하여 코팅챔버 내로 분사되는 수송기체의 속도를 아음속 내지 초음속으로 발현하여 고상파우더의 필요 분사속도 조건에 맞도록 수송기체의 속도를 조절함으로써 고상파우더 및 기재 종류의 특성에 따라 코팅품질을 일정하게 유지하고 코팅두께를 일정하게 구현할 수 있는 고상파우더 코팅장치 및 코팅방법이 필요하다.

본 발명은 일정량의 고상파우더가 흡입기체와 함께 원활하게 수송되도록 함과 동시에 기체공급장치를 통하여 기체공급관 내로 공급되는 공급기체를 병용하여 기체공급관 내 압력을 임의의 분사속도 조건에 맞추어 조절함으로써 흡입기체의 유량만으로 최종 수송기체의 분사속도 조건이 제어되지 않는 상황에서도 수송기체 분사속도 조절이 가능한 고상파우더 코팅장치 및 코팅방법을 제공한다.

본 발명은 「기체공급장치(15)에서 공급하는 공급기체의 유로로서, 말단에 분사노즐(30)이 결합된 기체공급관(10); 일측이 대기압에 개방된 상태로 상기 기체공급관(10)과 연통된 기체흡입관(20); 대기압 상태가 유지되는 환경에서 수용된 고상파우더(4)를 상기 기체흡입관(20)에 공급하는 고상파우더공급부(미도시); 상기 분사노즐(30)을 수용하는 코팅챔버(40); 상기 기체공급관(10)의 내부압력을 조절하는 유량조절장치(50); 및 상기 코팅챔버(40)의 내부압력을 조절하는 압력조절장치(60); 를 포함하여 구성되고, 상기 압력조절장치(60)의 구동으로 형성된 상기 코팅챔버(40)의 부압에 의해 상기 고상파우더공급부(미도시)에서 상기 기체흡입관(20)으로 고상파우더(4)가 유입되고, 상기 기체흡입관(20)의 개방된 일측으로 흡입된 흡입기체(1)와 상기 기체공급장치(15)로부터 공급된 공급기체(2)가 함께 고상파우더(4)의 수송기체(3)로 작용하도록 구성되고, 상기 기체공급관(10)은 제1구간(10a), 제2구간(10b) 및 제3구간(10c)이 차례로 연속되되, 상기 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c)의 직경조건이 1)조건(제1구간≥제3구간≥제2구간) 또는 2)조건(제3구간＞제1구간≥제2구간)에 부합하여 진공상태의 코팅챔버(40)에 배치된 기재에 고상파우더가 분사코팅되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치」를 제공한다.

또한 본 발명은 「기체공급관(10) 말단에 결합된 분사노즐(30)을 수용하는 코팅챔버(40) 내부의 부압에 의해 상기 기체공급관(10)과 연통된 기체흡입관(20)에 흡입되는 흡입기체(1)와 기체공급장치(15)에서 상기 기체공급관(10)으로 제공되는 공급기체(2)가 혼합된 수송기체(3)가 대기압 상태로 수용되어 있다가 상기 부압에 의해 기체흡입관(20) 내에 유입되는 고상파우더(4)를 수송하여 상기 분사노즐(30)을 통해 분사되어, 상기 고상파우더(4)가 진공상태의 코팅챔버(40) 내부에 구비된 기재에 분사코팅 되도록 하며, 상기 기체공급관(10)은 제1구간(10a), 제2구간(10b) 및 제3구간(10c)이 차례로 연속되되, 상기 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c)의 직경조건이 1)조건(제1구간≥제3구간≥제2구간) 또는 2)조건(제3구간＞제1구간≥제2구간) 중 어느 하나에 부합하도록 구성하여 이용하는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅방법」을 함께 제공한다.

본 발명에 따르면 종래의 진공상태에서 고상파우더를 기재에 분사코팅하는 장치 및 방법에서 제기된 여러 문제점 및 단점을 해결할 수 있다.

구체적으로는, 첫째, 대기압 상태에 개방되어 있는 기체흡입관의 일측으로 고상파우더를 정량 및 연속적으로 미세하게 조절 공급가능하여, 종래의 고상파우더 비정량 공급문제를 해결할 수 있다.

둘째, 공급기체 유량, 코팅챔버의 압력, 기체흡입관의 압력 및 온도를 용이하게 제어하여, 흡입기체 유량만으로는 구현되지 않는 고상파우더 분사속도 조건을 구현할 수 있다.

셋째, 흡입기체와 공급기체를 병용함으로써 분사노즐을 통한 수송기체의 분사속도를 임의의 분사노즐 단면적에 대응하여 아음속 내지 초음속으로 구현할 수 있다.

넷째, 종래 진공상태에서 고상파우더를 기재에 분사코팅하는 기술에서 구현할 수 없는 대면적 기재(가로 2m, 세로 2m의 면적)에도 코팅두께를 편차 ±500nm 수준으로 정밀하고 균일하게 구현할 수 있다.

다섯째, 기체흡입관 일측으로 두 종류 이상이 혼합된 고상파우더를 한꺼번에 공급할 수 있을 뿐만 아니라 두 종류 이상의 고상파우더를 각각 공급하여 기재에 분사코팅할 수 있다.

[도 1]은 본 발명에 따른 고상파우더 코팅장치의 일 실시예 모식도이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 기체흡입관 및 기체공급관에 흡입기체, 공급기체 및 고상파우더가 수송되는 예를 나타낸 모식도이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 기체공급관의 직경변화 예를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명에 따른 고상파우더 코팅장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.

Ⅰ. 고상파우더 코팅장치

[도 1]에 도시된 바와 같이, 본 발명은 「기체공급장치(15)에서 공급하는 공급기체의 유로로서, 말단에 분사노즐(30)이 결합된 기체공급관(10); 일측이 대기압에 개방된 상태로 상기 기체공급관(10)과 연통된 기체흡입관(20); 대기압 상태가 유지되는 환경에서 수용된 고상파우더(4)를 상기 기체흡입관(20)에 공급하는 고상파우더공급부(미도시); 상기 분사노즐(30)을 수용하는 코팅챔버(40); 상기 기체공급관(10)의 내부압력을 조절하는 유량조절장치(50); 및 상기 코팅챔버(40)의 내부압력을 조절하는 압력조절장치(60); 를 포함하여 구성되고, 상기 압력조절장치(60)의 구동으로 형성된 상기 코팅챔버(40)의 부압에 의해 상기 고상파우더공급부(미도시)에서 상기 기체흡입관(20)으로 고상파우더(4)가 유입되고, 상기 기체흡입관(20)의 개방된 일측으로 흡입된 흡입기체(1)와 상기 기체공급장치(15)로부터 공급된 공급기체(2)가 함께 고상파우더(4)의 수송기체(3)로 작용하도록 구성되고, 상기 기체공급관(10)은 제1구간(10a), 제2구간(10b) 및 제3구간(10c)이 차례로 연속되되, 상기 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c)의 직경조건이 1)조건(제1구간≥제3구간≥제2구간) 또는 2)조건(제3구간＞제1구간≥제2구간)에 부합하여 진공상태의 코팅챔버(40)에 배치된 기재에 고상파우더가 분사코팅되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치」을 제공한다.

본 명세서에서 "흡입기체"는 대기압 상태에 있다가 상기 기체흡입관(20)에 걸린 부압(대기압 미만의 압력)에 의해 상기 기체흡입관(20)에 흡입된 기체를 통칭한다.

"공급기체"는 기체공급장치(15)에 의해 상기 기체공급관(10)에 공급되는 기체를 통칭한다.

"수송기체"는 고상파우더(4)를 수송하는 기체로서, 상기 흡입기체(1)와 공급기체(2)가 혼합되어 수송기체로 작용하도록 할 수 있다.

본 발명에서 기체공급관(10)은 상기 공급기체(2)와 수송기체(3)가 지나는 유로를 통칭한다. 반면 본 발명에서 기체흡입관(20)은 상기 흡입기체(1)가 지나는 유로를 지칭한다.

한편, 필요에 따라 일측이 개방된 상기 기체흡입관(20)에 흡입되는 흡입기체의 유량을 조절하는 흡입기체유량조절장치(미도시)를 상기 기체흡입관(20)에 구비할 수 있다.

[도 1]에 보이는 바와 같이, 상기 기체공급관(10)의 말단에 연통되어 있는 분사노즐(30)로 흡입기체(1)와 공급기체(2)가 혼합된 수송기체(3)가 고상파우더(4)를 수송하여 이동하게 된다.

상기 기체공급관(10)에 연통되어 기체를 공급하는 기체공급장치(15)에서는 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 수소, 공기 중 어느 하나를 공급하도록 할 수 있고, 상기 열거된 기체 중 둘 이상이 혼합된 기체를 공급할 수 있다. 또한, 상기 기체공급장치(15)에서 기체공급관(10)에 공급되는 공급기체(2)의 온도를 0℃∼600℃ 범위에서 조절함으로써, 최종적으로 분사되는 수송기체(3)의 속도와 온도를 제어할 수 있다.

[도 2]에 보이는 바와 같이, 본 발명이 제공하는 고상파우더 코팅장치는 상기 기체공급관(10)과 기체흡입관(20)을 다양하게 배치할 수 있다.

상기 기체흡입관(20)에 고상파우더를 제공하는 고상파우더공급부(미도시)도 필요에 따라 1개 또는 2개 이상 포함하여 구성할 수 있다. 상기 고상파우더공급부는 대기압 상태에서 고상파우더(4)를 저장하되, 상기 기체흡입관(20) 내부의 부압에 의해 상기 고상파우더가(4) 대기압 상태의 기체(즉, 흡입기체)와 함께 상기 기체흡입관(20) 일측으로 유입되도록 구성할 수 있다. 상기 고상파우더공급부에는 단위시간당 공급하는 고상파우더의 양을 일정하게 조절하기 위해 고상파우더 정량공급기를 구비해 둘 수 있다.

한편, 상기 분사노즐(30)은 고상파우더(4)를 코팅 임계속도(critical velocity) 이상, 침식속도(erosion velocity) 미만으로 분사하여 코팅효율(coating efficiency)을 최대로 하기 위한 것이다. 고상파우더(4)의 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 고상파우더(4)의 종류, 크기, 비중에 따라 임계속도와 침식속도가 상이하므로, 각 고상파우더(4)에 적합한 분사노즐을 선택적으로 적용할 수 있다. 본 발명에서는 분사노즐(30)로 원형 분사노즐(아음속 노즐 또는 초음속 노즐)을 적용할 수도 있고, 세로폭 보다 가로폭이 큰 슬릿(slit)노즐(아음속 노즐 또는 초음속 노즐)을 적용할 수도 있다. 슬릿노즐을 적용하는 경우에는 대면적 기재에 균일하게 고상파우더를 코팅 수 있다.

초음속 내지 아음속의 분사속도 발현을 위해 사용되는 분사노즐(30)로는 노즐 출구까지 축소되는 단면 형상을 가지는 오리피스(orifice) 노즐이거나, 노즐입구에서 노즐목(throat)으로 갈수록 단면적이 작아지고 다시 노즐목을 지나 노즐출구로 갈수록 단면적이 커지는 형상을 가지는 라발(laval) 노즐을 적용할 수 있다. 즉, 사용목적에 따라 상기 오리피스노즐은 수송기체 분사속도가 아음속 또는 음속으로 발현되는데 사용할 수 있고, 상기 라발노즐은 수송기체 분사속도가 아음속 또는 초음속으로 발현되는데 사용할 수 있다.

상기 분사노즐(30)에는 상대 위치를 제어하는 위치제어수단(70)을 결합시킴으로써 분사노즐(30)을 공간상의 특정좌표(x,y,z)로 이동시킬 수 있다. 상기 위치제어수단(70)은 분사노즐(30)을 통해 3차원 공간 임의의 위치에 있는 1∼3차원 형상 물체를 분사 코팅하는데 유용한 수단이 될 수 있다. 상기 위치제어수단(70)은 상기 분사노즐(30)과 결합되어 직선운동, 곡선운동, 회전운동 등이 가능한 가동 암(arm)으로 구성할 수 있다.

상기 코팅챔버(40)는 상기 분사노즐(30)을 수용하여 그 내부에 배치된 평면기재나 3차원 형상의 기재에 고상파우더(4)를 코팅하는 공간을 제공한다. 상기 코팅챔버(40) 내부에는 분사노즐(30)에서 고상파우더(4)가 분사되는 지점에 기재거치대(60)를 설치하여 상기 기재거치대(60)의 높낮이 조절을 통해 상기 분사노즐(30)과의 상대 위치가 조절되도록 할 수 있고, 상기 기재거치대는 회전 테이블(table)일 수 있다. 또한, 상기 기재거치대(60)는 직선운동, 곡선운동, 회전운동 등이 가능한 가동 암(arm)과 결합하여 구성할 수 있다. 고상파우더(4) 분사에 의한 반력에 영향을 받지 않도록 하기 위해서는 기재거치대(60)에 진공척(vacuum chuck)을 설치하여 기재(5)를 흡착하여 고정시키도록 구성할 수도 있다. 이와 같은 진공척을 설치한 경우에는 고상파우더 분사에 의한 기재의 요동을 억제할 수 있게 된다.

본 발명의 코팅챔버(40)는 기재의 종류에 관계없이 고상파우더(4)를 코팅할 수 있도록 다양한 실시예로 구성할 수 있다. 다만, 유리, 금속 등과 같이 딱딱한 소재의 기재에 고상파우더를 코팅하는 공정을 위해서는 기재이송장치를 배치타입(소정의 면적을 가지는 기재가 이송장치에 의해 이동하며 코팅되는 공정을 실행하기 위한 구조)장치로 구성할 수 있다. 물론, 폴리머 필름, 호일(foi1) 등과 같은 유연한 재질의 기재라도 전술한 배치타입장치로 이송하며 분사 코팅할 수 있으나 상기 기재이송장치를 롤투롤(roll-to-roll) 형태의 인라인 장치로 대체할 수도 있다. 이러한 롤투롤 장치의 일예로는 대한민국 특허등록 10-0991723 "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.

상기 코팅챔버(40)는 내부가 진공상태가 되더라도 외부의 압력에 충분히 저항할 수 있고, 내구성이 좋은 스테인레스(stainless) 스틸(steel), 알루미늄 합금 등의 재료로 구성하는 것이 좋고, 코팅챔버의 내부를 외부에서 관찰할 수 있도록 투명한 재료를 결합하여 제작할 수 있다. 또한, 상기 코팅챔버 일측에는 기재를 자동 또는 수동으로 진공챔버 내부로 위치시키거나, 코팅챔버 내부의 청소 등의 작업을 원활하게 하기 위한 도어를 설치할 수 있다.

상기 압력조절장치(55)는 상기 코팅챔버(40)의 내부를 대기압 미만의 부압상태로 유지시키기 위한 장치이다. 상기 압력조절장치(55)를 통하여 코팅챔버(40) 내의 압력을 대기압 미만의 부압으로 설정하면, 대기압 상태에 있는 기체가 상기 기체흡입관(20)의 일측으로 흡입된다. 상기 기체흡입관(20)은 분사노즐(30)을 매개로 코팅챔버와 연통되어 있으므로 위와 같은 작용이 가능하다.

상기 압력조절장치(55)는 코팅챔버(40) 내부를 진공상태로 유지하기 위한 배기펌프와 연결시킬 수 있다. 상기 배기펌프에는 상기 코팅챔버(40) 내에 잔류하는 고상파우더를 집진할 수 있는 집진장치(미도시)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 상기 코팅챔버(40) 내부의 압력 및 온도를 실시간으로 측정하기 위한 온도-압력측정기(80)를 설치할 수 있다.

한편, 상기 기체공급관(10)에 공급기체온도조절장치(미도시)를 결합시킴으로써 수송기체(3)의 온도가 조절되도록 할 수 있다. 상기 공급기체온도조절장치는 고상파우더(4)가 분사노즐(30)을 통해 아음속으로 분사되거나 초음속으로 분사되는 경우 코팅챔버에 위치한 기재에 열충격을 가하지 않도록 하기 위하여 필요한 것이다. 상기 공급기체온도조절장치로 수송기체를 가열하여 수송기체의 온도가 0℃∼600℃로 유지되도록 할 수 있다. 상기 기체공급관(10) 또는 기체흡입관(20)에 압력-온도 측정장치(80)를 설치하여 수송기체(3)의 압력과 온도를 실시간으로 확인할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 분사노즐(30) 전단에서의 압력, 코팅챔버 내부의 압력, 기체공급장치에서 공급하는 공급기체의 유량, 고상파우더공급부(미도시)의 고상파우더 공급량을 연동 제어하는 시스템제어부(미도시)를 구성하여 상기 구성요소들이 유기적으로 연동되도록 할 수 있다.

한편, [도 3]에 보이는 바와 같이 상기 기체공급관(10)은 제1구간(10a), 제2구간(10b) 및 제3구간(10c)이 차례로 연속되도록 구성되되, 상기 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c)의 직경조건이 이하의 1)조건 또는 2)조건으로 구성되어야 한다.

1)조건 : 제1구간≥제3구간≥제2구간;

2)조건 : 제3구간＞제1구간≥제2구간;

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또한, 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c)이 차례로 연결될 때 각 구간 사이 수송기체(3)와 고상파우더(4)의 흐름을 원활하기 위한 목적으로, 상기 제1구간(10a)과 제2구간(10b)의 연결부 또는 상기 제2구간(10b)과 제3구간(10c)의 연결부 중 소구경관과 대구경관이 연결되는 부위의 전부 또는 일부에 축소 또는 확대되는 변단면적 구간(10d)이 형성되도록 할 수 있다.

상기 기체흡입관(20)은 기체공급관(10)의 상기 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c) 및 상기 변단면적 구간(10d) 중 어디에도 연결시킬 수 있다.

상기 기체공급관(10) 또는 기체흡입관(20)의 직경과 상기 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c)의 직경은 베르누이정리(Bernoulli's theorem)와 수송기체 분사속도 조건에 맞추어 결정할 수 있다.

본 발명에서는 흡입기체(1), 공급기체(2) 및 고상파우더(4)의 이동 경로에 따라 상기 기체흡입관(20), 기체공급관(10) 및 고상파우더공급부(미도시)의 상호 배치가 다양하게 변경될 수 있다. 이하에서는 첨부된 도면과 함께 구체적인 실시예를 설명하기로 한다.

[도 2]의 (a)에 도시된 실시예 1은 고상파우더(4)가 흡입기체(1)와 함께 기체흡입관(20)에 유입되고, 공급기체(2)가 상기 기체흡입관(20)의 측방향으로 공급되도록 구성한 실시예이다. 이 경우 흡입기체(1)가 지나는 경로상에 고상파우더(4)가 공급되며, 상기 고상파우더(4)는 흡입기체(1)와 혼합된 상태로 기체흡입관(20)에 유입되어 공급기체(2)와 다시 섞인 채 분사노즐(30)까지 이동하게 된다.

[도 2]의 (b)에 도시된 실시예 2는 고상파우더가(4) 흡입기체(1)와 함께 대기압에 개방되어 있는 기체흡입관(20)의 일측에 유입되고, 공급기체(2)가 상기 기체흡입관(20)의 일측으로 공급되며, 흡입기체(1)만의 유로를 추가적으로 구성한 실시예이다.

[도 2]의 (c)에 도시된 실시예 3은 고상파우더공급부(미도시)가 2개 구비되어, 2개의 고상파우더공급부(미도시)에서 모두 고상파우더(4)가 흡입기체(1)와 함께 대기압에 개방되어 있는 기체흡입관(20)의 일측에 유입되도록 하고, 공급기체(2)가 상기 기체흡입관(20)의 일측을 통해 공급되도록 구성한 실시예이다. 이에 따라 2종류의 고상파우더를 혼합하여 기재에 코팅할 수 있다.

[도 2]의 (d)에 도시된 실시예 4는 공급기체(2)가 공급방향으로 직진하도록 기체공급관(10)이 형성되고, 고상파우더(4)는 흡입기체(1)와 함께 대기압에 개방되어 있는 기체흡입관(20)의 일측에 유입되도록 구성한 것이다. 이러한 실시예 4에서는 기체공급관을 따라 이동하는 공급기체(2)에 고상파우더(4)와 흡입기체(1)가 섞이게 된다.

본 발명은 위에서 언급한 바와 같이 첨부된 도면과 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

Ⅱ. 고상파우더 코팅방법

본 발명은 「기체공급장치(15)에서 기체공급관(10)에 공급기체(2)를 제공하고, 상기 기체공급관(10) 말단에 결합된 분사노즐(30)을 수용하는 코팅챔버(40) 내부의 부압에 의해 상기 기체공급관(10)과 연통된 기체흡입관(20)에 흡입되는 흡입기체(1)가 상기 공급기체(2)에 혼합되어 수송기체(3)를 형성토록 하고, 상기 수송기체(3)가, 대기압 상태로 수용되어 있다가 상기 부압에 의해 기체흡입관(20) 내에 유입되는 고상파우더(4)를 수송하여, 상기 고상파우더(4)가 상기 분사노즐(30)을 통해 분사되어, 진공상태의 코팅챔버(40) 내부에 구비된 기재에 분사코팅 되도록 하며, 상기 기체공급관(10)은 제1구간(10a), 제2구간(10b) 및 제3구간(10c)이 차례로 연속되되, 상기 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c)의 직경조건이 1)조건(제1구간≥제3구간≥제2구간) 또는 2)조건(제3구간＞제1구간≥제2구간)에 부합하도록 구성하여 이용하는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅방법」을 함께 제공한다.

위와 같은 고상파우더 코팅방법은 본 발명이 제공하는 고상파우더 코팅장치에 의해 구현되며, 상기 코팅챔버(40)의 내부 압력 조절에 따른 기체의 흡입과 공급, 고상파우더의 유입(흡입 또는 공급)이 동시에 또는 특정 순서에 따라 진행된다. 상기 고상파우더 코팅방법을 개조식으로 나타내면 다음과 같다.

a) 코팅챔버의 내부 압력 조절

b) 기체흡입관 내 흡입기체 유입(흡입)

c) 기체공급관 내 공급기체 유입(공급)

d) 기체흡입관 내 고상파우더 유입(흡입 또는 공급)

e) 고상파우더 분사 및 코팅

위의 5가지 과정 중 e)과정이 가장 늦게 이루어진다. 그러나 a) 내지 d)과정은 아래의 순서로 조합할 수 있다. 이하에서 '→'는 단계적 순서를 의미하는 것이고 '/'는 동시 진행을 의미하는 것이다.

① a) → b)/ c)/ d)

② c) → a) → b) → d)

위에서 예시한 외에도 본 발명의 목적 구현에 문제가 없는 범위에서 a) 내지 d)과정을 더욱 다양하게 조합할 수 있다.

또한, 본 발명에서 수송기체(3)의 유량을 조절을 통해 상기 기체공급관(10) 또는 기체흡입관(20)의 내부압력을 수송기체(3)의 분사속도 조건에 맞게 조절할 수 있고, 상기 압력조절장치(55)을 통해 코팅챔버(40) 내부압력을 760torr 미만으로 수송기체(3)의 분사속도 조건에 맞게 조절하는 과정을 더 포함시킬 수 있다.

상기 기체공급관 내 수송기체(3)의 온도를 수송기체(3)의 분사속도 조건에 맞게 0∼600℃ 범위로 조절할 수 있고, 이 때 상기 수송기체(3)의 분사속도 조건은 압축성 유체 또는 비압축성 유체 거동에 기초한다.

상기 흡입기체(1)는 대기압상태의 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 수소, 공기 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 것을 적용할 수 있으며, 상기 공급기체(2)는 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 수소, 공기 중 하나 또는 둘 이상이 혼합된 것을 적용할 수 있다.

1 : 흡입기체 2 : 공급기체
3 : 수송기체 4 : 고상파우더
5 : 기재
10 : 기체공급관 10a : 기체공급관의 제1구간
10b : 기체공급관의 제2구간 10c : 기체공급관의 제3구간
10d : 기체공급관의 변단면적 구간
20 : 기체흡입관 30 : 분사노즐
40 : 코팅챔버 50 : 유량조절장치
55 : 압력조절장치 60 : 기재거치대
70 : 위치제어수단 80 : 압력-온도 측정장치

Claims

기체공급장치(15)에서 공급하는 공급기체의 유로로서, 말단에 분사노즐(30)이 결합된 기체공급관(10);
일측이 대기압에 개방된 상태로 상기 기체공급관(10)과 연통된 기체흡입관(20);
대기압 상태가 유지되는 환경에서 수용된 고상파우더(4)를 상기 기체흡입관(20)에 공급하는 고상파우더공급부(미도시);
상기 분사노즐(30)을 수용하는 코팅챔버(40);
상기 기체공급관(10)의 내부압력을 조절하는 유량조절장치(50); 및
상기 코팅챔버(40)의 내부압력을 조절하는 압력조절장치(60); 를 포함하여 구성되고,
상기 압력조절장치(60)의 구동으로 형성된 상기 코팅챔버(40)의 부압에 의해 상기 고상파우더공급부(미도시)에서 상기 기체흡입관(20)으로 고상파우더(4)가 유입되고, 상기 기체흡입관(20)의 개방된 일측으로 흡입된 흡입기체(1)와 상기 기체공급장치(15)로부터 공급된 공급기체(2)가 함께 고상파우더(4)의 수송기체(3)로 작용하도록 구성되고,
상기 기체공급관(10)은 제1구간(10a), 제2구간(10b) 및 제3구간(10c)이 차례로 연속되되, 상기 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c)의 직경조건이 이하의 1)조건 또는 2)조건에 부합하여 진공상태의 코팅챔버(40)에 배치된 기재에 고상파우더가 분사코팅되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅장치.
1)조건 : 제1구간≥제3구간≥제2구간;
2)조건 : 제3구간＞제1구간≥제2구간;
기체공급장치(15)에서 기체공급관(10)에 공급기체(2)를 제공하고,
상기 기체공급관(10) 말단에 결합된 분사노즐(30)을 수용하는 코팅챔버(40) 내부의 부압에 의해 상기 기체공급관(10)과 연통된 기체흡입관(20)에 흡입되는 흡입기체(1)가 상기 공급기체(2)에 혼합되어 수송기체(3)를 형성토록 하고,
상기 수송기체(3)가, 대기압 상태로 수용되어 있다가 상기 부압에 의해 기체흡입관(20) 내에 유입되는 고상파우더(4)를 수송하여, 상기 고상파우더(4)가 상기 분사노즐(30)을 통해 분사되어, 진공상태의 코팅챔버(40) 내부에 구비된 기재에 분사코팅 되도록 하며,
상기 기체공급관(10)은 제1구간(10a), 제2구간(10b) 및 제3구간(10c)이 차례로 연속되되, 상기 제1구간(10a) 내지 제3구간(10c)의 직경조건이 이하의 1)조건 또는 2)조건에 부합하도록 구성하여 이용하는 것을 특징으로 하는 고상파우더 코팅방법.
1)조건 : 제1구간≥제3구간≥제2구간;
2)조건 : 제3구간＞제1구간≥제2구간;