KR101833144B1 - 유·무기물 표면처리를 위한 고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치 - Google Patents

Abstract

본원은 플라즈마 토출 헤드 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 넓은 면적에 대해 일정한 밀도의 플라즈마 빔을 토출할 수 있고, 노즐이나 헤드를 빠르게 교체할 수 있는 회전형 대기압 플라즈마 헤드 장치에 관한 것이다.
본원의 제 1 측면은, 플라즈마가 토출되는 노즐부(100); 일측에서 상기 노즐부와 탈착되고, 타측에서 몸체 수평 지지부와 연계되는 회전 몸체부(200); 일측에서 상기 회전 몸체부와 연계되면서 타측은 공압호스와 고압 전원 케이블과 연결되어 플렉서블 호스부와 연계되는 몸체 수평 지지부(300); 일측에서 회전 동력부 하우징과 탈착되고, 타측에서 케이블부와 연계되는 플렉서블 호스부(400): 상기 노즐부 내부에 내삽되는 전극(510)과 상기 전극과 연결된 고압 전원 케이블(520)을 포함하는 전극부(500); 상기 노즐부 내부에 내삽되면서, 일측은 전극와 연계되고, 타측은 고압 전원 케이블과 연계되며, 전극이 연결되는 전극공 외주연측에 가스 토출부(610)를 포함하는 속이 빈 원기둥 형상의 절연체부(600); 일측은 상기 몸체 수평 지지부에 내포되고, 타측은 가스부와 연결되는 공압호스(700): 모터를 포함하여 동력전달부를 통해 그 회전력을 상기 회전몸체부에 전달하는 회전 동력부(800): 상기 회전 동력부와 연계되면서 상기 동력전달부를 오염원으로 부터 보호하고, 상기 몸체 수평 지지부와 일측에서 결합하는 몸체 수직지지부(900); 및, 상기 회전 동력부를 내포하면서, 상기 몸체 수평 지지부와 수직적으로 결합하는 회전 동력부 하우징(1000):을 포함하는, 고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치를 제공할 수 있다.
본원에 의하면, 종래의 대기압 플라즈마 헤드 장치와 비교하여 부피가 적어 작업 공간의 효율성을 더할 수 있고, 특히, 고밀도의 안정적인 고출력의 플라즈마를 형성할 수 있으며, 작업 환경에 맞게 손쉽게 노즐을 교체할 수 있음과 더불어, 헤드 장치의 고장시 전문 A/S인원이 필요없고 단순한 유지보수 교육을 받은 자체 인원이 스페어 파트를 모듈식으로 쉽게 현장에서 수리와 교체를 용이하게 할 수 있다.

Description

유·무기물 표면처리를 위한 고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치{ROTARY-TYPE PLASMA HEAD FOR TREATMENT OF ORGANIC OR INORGANIC SUBSTANCE}

본원은 플라즈마 토출 헤드 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 넓은 면적에 대해 일정한 밀도의 플라즈마 빔을 토출할 수 있고, 노즐이나 헤드를 빠르게 교체할 수 있는 회전형 대기압 플라즈마 헤드 장치에 관한 것이다.

플라즈마는 수만도 정도의 온도와 밀도를 갖는 저온 글로우 방전 플라즈마와 수천만도 이상의 온도와의 밀도를 갖는 초고온 핵융합 플라즈마로 구별될 수 있는데, 공업적으로는 저온 글로우 방전 플라즈마가 널리 이용되고 있고, 예시적으로는 반도체 공정에서 플라즈마 식각(Plasma Etch) 및 증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 금속이나 고분자의 표면처리, 신물질의 합성 등에서 이용되고 있으며, 고분자의 표면처리, 금속 표면처리, 또는 환경 정화 등에서 널리 이용되고 있고, 최근에는 공정의 미세화, 저온화의 필요성 때문에 플라즈마 공정이 종래의 공정을 대체하고 있으며, 경우에 따라서는 플라즈마만이 제공할 수 있는 물질이나 환경을 이용하기 위한 응용분야가 점점 더 확대되고 있다.

일반적으로 플라즈마를 방전시킬 때에는 대기압인 760 Torr 정도의 압력에서 발생시키는 것 보다 대기압보다 낮은 1 mTorr ~ 100 Torr 정도의 압력에서 발생시키는 것이 더쉬운데 이 때문에 대부분의 플라즈마는 대기압 보다 낮은 압력에서 방전되고 있다. 그런데 이렇게 낮은 압력에서 플라즈마를 발생시키려면 진공 용기를 제작하고 진공을 유지하기 위해 진공 펌프를 장착해야 하는 등 여러 가지 제약 조건이 따르는데 이러한 이유로 진공이 아닌 대기압에서 플라즈마를 발생시키는 방법에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

예시적으로, 앞서 언급한 유기물인 고분자의 표면처리의 경우에는 고분자 재료의 소수성, 친수성, 염색성, 접착성 등을 개선하여 이들에 의해 만들어지는 섬유나 재료들의 기능을 향상시키는데 대기압 플라즈마가 이용되고 있고, 금속의 표면처리의 경우에는 금속표면에 TiN/C, CrN/C, AlN 등과 같은 초경 피막을 코팅함으로써 표면의 내마모, 내부식 성질을 개선할 수 있다. 대기압 플라즈마를 이용한 증착법을 쓸 경우 부착력이 좋고, 증착 온도가 낮아질 수 있어서, 종래의 방법에서와 같이 증착시 기판의 고온 가열이 필요하여 이에 수반되는 모재의 변형, 변성을 줄일 수 있는 등의 장점이 있기 때문에 대기압 플라즈마를 이용한 초경피막 기술 등이 산업체에서 널리 사용되고 있다.

이러한 대기압 플라즈마 표면처리 장비는 통상 상온·상압 환경에서 구동될 수 있도록 크게 제네레이터, 고전압변압기, 헤드, 노즐, 호스로 구성되어 있는데, 통상 유전체 장벽 방전(DBD; dielectric barrier discharge)을 통해 복잡한 펄스 전력 공급기가 없이도 비평형 조건에서 동작이 가능하고, 고출력의 방전도 할 수 있다. 그러나, 종래의 유전체 장벽 방전 기술은 균일한 플라즈마 대상 가스를 흘려 보내지 못하고 있어 고밀도의 고출력 플라즈마 빔을 형성하지 못하는 문제점을 지니고 있다.

그리고, 회전하는 타입으로서 대기압 플라즈마 헤드 장치는 상대적으로 넓은 표면적에 일정한 강도의 플라즈마 빔을 골고루 분사하여 표면처리를 하거나, 물질 표면의 개질에 있어서 변성을 약하게 하면서 표면처리를 할 때 사용되는 등 다양하게 이용되고 있는데, 이러한 회전형 플라즈마 헤드 장치는 노즐부위 등이 회전을 할 때의 진동에 발생하는 진동에 의해 정밀한 작업이 어려운 현실이기에 내진 설계된 플라즈마 헤드 장치가 필요한 실정이다.

또한, 노즐부위 등이 회전하는 특성상, 회전으로 인한 내부의 부품 손상과 이에 따른 교체가 빈번하게 일어나는데, 이 때 회전형 플라즈마 헤드 장치 전체를 일일이 모두 분해하여 손상된 부품을 교체하고 다시 일일이 부품하나 하나를 조립해야하는 불편함이 존재하고 있다.

한편, 작업의 필요에 따라 특정의 면적, 특정의 각도, 특정의 세기 등이 필요한 작업 범위에 있어서, 그 작업 범위에 맞게 플라즈마 헤드 장치를 전체를 교체하여 로봇팔에 장착하여 사용하는 경우가 많아, 이에 따른 불편함과 작업의 지연이 빈번히 일어나는 문제점이 있다.

더불어, 종래의 대기압 플라즈마 헤드 장치는 그 자체의 유지보수가 어렵고 까다로워서, 실제 현장에서 사용 중 고장이 난 경우에는 특정 장비에 대해 교육받은 전문 A/S 인원에 의해 장비의 교체가 이루어졌기 때문에 시간적으로 작업 지연의 문제점이 빈번히 발생하였다.

이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제 1553683 호는‘회전식 대기압 플라즈마 발생장치’에 관한 것으로, 상세하게는 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 제2전극 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 전극회전판의 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 플라즈마 발생장치에 대한 기술을 제시하고 있다.

하지만, 이 기술은 무전원으로 팬을 회전시켜 플라즈마를 발생하여 자원 절약을 위한 목적을 지닌 발명이어서, 구체적으로 고밀도 고출력의 플라즈마 형성의 문제라든지, 회전에 의한 진동의 문제 해결을 위한 내진설계의 문제 해결이나, 노즐에서 토출되는 플라즈마의 상태의 적절한 변경 용이성의 문제의 해결이나, 대기압 플라즈마 헤드 장치가 고장난 경우에 있어서의 교체 용이성의 문제 해결에 대한 기술에 대한 제시는 없는 실정이다.

본원은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출한 것으로서, 고속 회전에 의한 경우에라도 안정적으로 작업을 수행할 수 있도록 내진 설계가 되어있으며, 안정저인 출력의 플라즈마 빔을 형성할 수 있고, 작업 환경에 맞게 손쉽게 노즐을 교체할 수 있음과 더불어, 헤드 장치의 고장시 현장에서 수리와 교체를 용이하게 할 수 있는 대기압 플라즈마 헤드 장치를 제공하고자 한다.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본원의 제 1 측면은, 플라즈마가 토출되는 노즐부; 일측에서 상기 노즐부와 탈착되고, 타측에서 몸체 수평 지지부와 연계되는 회전 몸체부; 일측에서 상기 회전 몸체부와 연계되면서 타측은 공압호스와 고압 전원 케이블과 연결되어 플렉서블 호스부와 연계되는 몸체 수평 지지부; 일측에서 회전동력부 하우징과 탈착되고, 타측에서 케이블부와 연계되는 플렉서블 호스부: 상기 노즐부 내부에 내삽되는 전극과 상기 전극과 연결된 고압 전원 케이블을 포함하는 전극부; 상기 노즐부 내부에 내삽되면서, 일측은 전극와 연계되고, 타측은 고압 전원 케이블과 연계되며, 전극이 연결되는 전극공 외주연측에 가스 토출부를 포함하는 속이 빈 원기둥 형상의 절연체부; 일측은 상기 몸체 수평 지지부와 연결되고, 타측은 가스부와 연결되는 공압호스: 모터를 포함하여 동력전달부를 통해 그 회전력을 상기 회전몸체부에 전달하는 회전 동력부: 상기 회전 동력부와 연계되면서 상기 동력전달부를 오염원으로 부터 보호하고, 상기 몸체 수평 지지부와 일측에서 결합하는 몸체 수직지지부; 및, 상기 회전 동력부를 내포하면서, 상기 몸체 수평 지지부와 수직적으로 결합하는 회전 동력부 하우징:을 포함하는, 고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치를 제공할 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 노즐부는, 노즐 및 일측에 노즐 탈착부가 형성되고, 타측은 회전 몸체부의 일측과 결합되는 노즐바디부를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 회전 몸체부는, 일측은 상기 노즐부와 연계되고, 타측은 제 2 회전기어와 연계되는 원통형 회전 바디부; 일측에서 상기 회전 바디부와 결합된 제 2 회전기어; 상기 회전 바디부 내부 중심에 위치하면서, 일측은 절연체부 지지부와 연계되고, 타측은 몸체 수평 지지부와 연계되며, 몸체 외주면은 베어링부와 연계되는 베어링 지지부; 상기 베어링 지지부의 몸체 외주면에 위치하는 베어링 이격 유닛을 포함하고, 상기 베어링 이격 유닛을 기준으로 제 1 베어링과 제 2 베어링이 대향되게 배치되는 베어링부:를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 몸체 수평 지지부는, 일측이 나사산 처리되어 상기 회전 몸체부와 연계되어 공압 누수를 방지하는 몸체 수평지지 머리부; 및, 일측은 상기 수평지지 머리부와 연계되며, 고압 전원 케이블과 공압호스와 연결되어 플렉서블 호스와 연계시키는 몸체 수평지지 꼬리부:를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플렉서블 호스부는, 상기 회전동력부 하우징과 연계되는 제 1 SF 커넥터; 상기 케이블부와 연계되는 제 2 SF 커넥터; 및, 상기 제 1 SF 커넥터와 상기 제 2 SF 커넥터 사이에 연결되는 플렉서블 호스:를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전극은, 구리 전극에 니켈이 도금된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 절연체부는, 세라믹 재질인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 절연체부의 가스토출부는, 원형 통공이 n+1 각형으로 형성된 것(여기서, n은 2 ≤ n ≤ 14 인 정수)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 절연체부의 가스토출부는, 원형 통공이 9 각형으로 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플렉서블 호스부는 케이블부 사이에서 멀티커넥터부를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 의하면, 종래의 대기압 플라즈마 헤드 장치와 비교하여 부피가 적어 작업 공간의 효율성을 더할 수 있고, 특히, 고밀도의 안정적인 고출력의 플라즈마를 형성할 수 있으며, 작업 환경에 맞게 손쉽게 노즐을 교체할 수 있음과 더불어, 헤드 장치의 고장시 전문 A/S인원이 필요없고 단순한 유지보수 교육을 받은 자체 인원이 스페어 파트를 모듈식으로 쉽게 현장에서 수리와 교체를 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른, 본원의 대기압 플라즈마 헤드 장치의 분리 사시도
도 2는 본원의 일 구현예에 따른, 본원의 대기압 플라즈마 헤드 장치의 도 1 결합 사시도
도 3은 본원의 일 구현예에 따른, 본원의 대기압 플라즈마 헤드 장치의 도 2에서의 단면도
도 4는 본원의 일 구현예에 따른, 노즐의 예시와 노즐 바디부의 분리 사시 활동도
도 5는 본원의 일 구현예에 따른, 회전 몸체부의 세부 예시 사시도
도 6은 본원의 일 구현예에 있어서, 절연체부의 결합관계도 및 절연체부 사시도
도 7은 절연체부, 절연체부 지지부, 및 베어링 지지부를 색채 처리한 도 2의 일부 확대단면도
도 8은 본원의 일 구현예에 있어서, 회전동력부의 부위를 도 1에서 확대하여 표현한 사시도

이하, 첨부한 도면 및 구현예 또는 실시예를 들어, 본원에 속한 기술 분야의 평균적 지식을 가진 자가 용이하게 본원을 반복 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.

본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소와 “연계”된다고 할 때, 이는 다른 구성요소가 추가될 수 있는 부분이 있다고 해도 실질적으로 결합된 것과 실질적으로 그 과제의 해결원리가 동일할 수 있음을 포함하거나, 간접적으로 연결된다는 의미를 함께 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 “전에” 또는 “후에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접 연동하는 경우 뿐만 아니라 두 단계 사이에 또 다른 단계가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 “~ (하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른, 본원의 대기압 플라즈마 헤드 장치의 분리 사시도이고, 도 2는 본원의 일 구현예에 따른, 본원의 대기압 플라즈마 헤드 장치의 도 1 결합 사시도이며, 도 3은 본원의 일 구현예에 따른, 본원의 대기압 플라즈마 헤드 장치의 도 2에서의 단면도로서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본원을 상세히 설명하면, 본원의 제 1 측면은, 플라즈마가 토출되는 노즐부(100); 일측에서 상기 노즐부와 탈착되고, 타측에서 몸체 수평 지지부와 연계되는 회전 몸체부(200); 일측에서 상기 회전 몸체부와 연계되면서 타측은 공압호스와 고압 전원 케이블과 연결되어 플렉서블 호스부와 연계되는 몸체 수평 지지부(300); 일측에서 회전 동력부 하우징과 탈착되고, 타측에서 케이블부와 연계되는 플렉서블 호스부(400): 상기 노즐부 내부에 내삽되는 전극(510)과 상기 전극과 연결된 고압 전원 케이블(520)을 포함하는 전극부(500); 상기 노즐부 내부에 내삽되면서, 일측은 전극와 연계되고, 타측은 고압 전원 케이블과 연계되며, 전극이 연결되는 전극공 외주연측에 가스 토출부(610)를 포함하는 속이 빈 원기둥 형상의 절연체부(600); 일측은 상기 몸체 수평 지지부에 내포되고, 타측은 가스부와 연결되는 공압호스(700): 모터를 포함하여 동력전달부를 통해 그 회전력을 상기 회전몸체부에 전달하는 회전 동력부(800): 상기 회전 동력부와 연계되면서 상기 동력전달부를 오염원으로 부터 보호하고, 상기 몸체 수평 지지부와 일측에서 결합하는 몸체 수직지지부(900); 및, 상기 회전 동력부를 내포하면서, 상기 몸체 수평 지지부와 수직적으로 결합하는 회전 동력부 하우징(1000):을 포함하는, 고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치를 제공할 수 있다.

도 4는 본원의 일 구현예에 따른, 노즐의 예시와 노즐 바디부의 분리 사시 활동도로서, 1 내지 도 3 및 도 4를 참조하여 본원을 상세히 설명하면, 상기 노즐부(100)는 플라즈마 빔이 토출되는 부위로서, 노즐(110)이 노즐바디부(120)와 일체형으로 형성된 것일 수 있으나, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 노즐부(100)는, 노즐(110) 및 일측에 노즐 탈착부(121)가 형성되고, 타측(122)은 회전 몸체부의 일측과 결합되는 노즐바디부(120)를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 노즐바디부(120)는 전극(510)에서 나오는 전자를 받아주는 역할을 수행하며, 상기 노즐(110)은 다양한 형상의 디자인으로 설계되어 플라즈마 빔이 퍼지는 면적과 강도 등이 조절될 수 있는데, 상세하게는 형성되는 플라즈마 빔의 직경과 노즐구의 위치과 크기, 분사반경, 분사길이를 책임지며 주 재료는 알루미늄, 황동, 또는 스테인리스 등으로 제작될 수 있다. 노즐 탈착부(121)는 다양한 노즐과 호환되는 규격으로 표준규격으로 제작되었으며, 노즐은 작업의 내용에 따라서 깊이를 달리하거나, 노즐구(111)의 크기를 달리하는 다양한 노즐 및 복수의 노즐구를 가지는 노즐, 깊이를 달리하는 노즐 등을 사용할 수 있으며, 작업자는 상황에 맞게 즉시로 노즐만을 교체하여 정밀한 작업을 용이하게 실시할 수 있고, 다양한 변수에 빠르게 대처할 수 있는 장점을 제공한다.

상기 노즐 탈착부(121)에 상기 노즐(110)이 탈착되는 방법은 나사산 결합방식, 부속 나사산으로 조이는 방식, 또는 억지끼움 방식 등을 이용할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니나, 오링을 포함하여 나사산의 결합방식을 사용하는 것이 작업 안정성에 효과적이다.

상기 회전 몸체부(200)는 일측에서 상기 노즐부(100)와 탈착되고, 타측에서 몸체 수평 지지부와 연계되는 유닛으로서, 상기 회전 몸체부는 상기 노즐부와 상기 플렉서블 호스부, 및 회전 동력부 하우징과 연계되어 그 내부에 전극(510), 고압 전원 케이블(520), 절연체부(500), 또는 공압호스(600)를 내포하는 프레임의 역할을 수행함과 동시에, 회전 동력부(800)에 의해 전달되는 회전력을 받아 노즐부를 회전시키는 중추적 역할을 수행하며, 강성 재질을 정밀가공하여 제작할 수 있다.

도 5는 본원의 일 구현예에 따른, 회전 몸체부의 세부 예시 사시도로서, 도 1 내지 도 3 및 도 5를 참조하여 본원을 상세히 설명하면, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 회전 몸체부(200)는, 일측은 상기 노즐부(100; 120)와 연계되고, 타측은 제 2 회전기어(220)와 연계되는 원통형 회전 바디부(210); 일측에서 상기 회전 바디부와 결합된 제 2 회전기어(220); 상기 회전 바디부 내부 중심에 위치하면서, 일측은 절연체부 지지부(630)와 연계되고, 타측은 몸체 수평 지지부(300;310)와 연계되며, 몸체 외주면은 베어링부와 연계되는 베어링 지지부(230); 상기 베어링 지지부의 몸체 외주면에 위치하는 베어링 이격 유닛(242)을 포함하고, 상기 베어링 이격 유닛을 기준으로 제 1 베어링(241)과 제 2 베어링(243)이 대향되게 배치되는 베어링부(240):를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

모터(810)에 의해 전달되는 회전력은 제 1 회전기어(820)에 의해 전달되고, 이는 다시 타이밍밸트(830)에 의해 제 2 회전기어(220)에 전달되는데, 상기 제 2 회전기어(220)는 상기 원통형 회전 바디부(210)와 피스(p11) 및 가이드 너트(n11)에 의해 안정적으로 결합되어 있기 때문에, 모터에 의한 회전력은 상기 원통형 회전 바디부(210)에 안정적으로 전달된다. 상기 회전형 바디부(210)는 강성재질을 정밀가공하여 제작할 수 있다.

본원의 특징으로서 상기 베어링 지지부(230)는 상기 회전 바디부 내부 중심에 위치하면서, 일측은 절연체부 지지부(630)와 연계되어 실질적으로 상기 노즐 바디부의 길이까지 긴 길이로 안정적으로 수평적 힘을 유지(도 7 참조)하고 있으며, 타측은 몸체 수평 지지부(300;310)와 연계되는데, 이 때, 상기 몸체 수평 지지부(300)는 몸체 수직지지부(900)와 직각으로 고정되기 때문에 매우 3중적으로 견고히 고정시켜 주게 된다.

이와 같이 몸체 수평지지부(300)가 안정적으로 고정되기 때문에, 상기 원통형 회전 바디부(210)가 고속으로 회전해도 진동을 최소화할 수 있고, 더불어, 본원의 특징으로서, 상기 베어링부(240)는 상기 베어링 지지부의 몸체 외주면에 위치하는 베어링 이격 유닛(242)을 포함하고, 상기 베어링 이격 유닛(242)을 기준으로 제 1 베어링(241)과 제 2 베어링(243)이 대향되게 배치되는 구조를 지니기 때문에 상기 원통형 회전 바디부(210)의 회전에 의한 진동을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 베어링 이격 유닛(242)이 두개의 베어링 사이에서 대향되게 배치되고, 더불어 상기 절연체부 지지부가 3중적으로 안정적으로 고정된 종합적인 본원의 구조결합에 의해 효과적인 내진 설계가 이루어져, 진동 없이 작업의 효율성을 높일 수 있고, 장치의 연장 수명에도 크게 기여할 수 있다.

도 1 내지 도 3 및 도 5를 계속 참조하여 본원을 상세히 설명하면, 상기 몸체 수평 지지부(300)는 일측에서 상기 회전 몸체부와 연계되고, 타측은 상기 플렉서블 호스부와 연계되는데, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 몸체 수평 지지부(300)는, 일측이 나사산 처리되어 상기 회전 몸체부(200;230)와 연계되어 공압 누수를 방지하는 몸체 수평지지 머리부(310); 및, 일측은 상기 수평지지 머리부와 연계되며, 고압 전원 케이블과 공압호스와 연결되어 플렉서블 호스와 연계시키는 몸체 수평지지 꼬리부(320):를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 몸체 수평지지머리부(310)는 수직적으로는 상기 몸체 수직지지부(900)와 결합하고, 수평적으로는 상기 베어링부(200), 상세하게는 베어링 지지부(230)와 결합하여, 회전에 의한 진동을 완충시키고 장치의 안정적 고정에 기여하게 된다. 그리고, 공압이 빠져 나가지 않도록 나사산 처리할 수 있다. 한편, 상기 베어링부가 결합되는 반대편에는 몸체 수평지지 꼬리부(320)와 결합되는데, 상기 몸체 수평지지 꼬리부는 공압호수가 연결되어 있다. 이와 같이, 상기 몸체 수평지지부(300)도 상기 몸체 수평지지머리부(310)와 몸체 수평지지꼬리부(320)로 모듈화되었기 때문에, 플라즈마 헤드 장치의 수리시에 고장난 특정 부품만을 손쉽게 교체할 수 있는 편리함을 제공할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 계속 참조하여 본원을 상세히 설명하면상기 플렉서블 호스부(400)는 일측에서 회전 동력부 하우징(1000)과 탈착되고, 타측에서 케이블부(미도시)와 연계되어 내부에는 고압 전원 케이블(520) 및 공압호스(700)를 내포하고 있으며, 케이블부(미도시)와 회전 동력부 하우징(1000) 사이에서 유연성을 제공하여 작업의 효율과 편리성을 높여주는 역할을 수행한다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플렉서블 호스부(400)는, 상기 회전동력부 하우징(1000)과 연계되는 제 1 SF 커넥터(410); 상기 케이블부와 연계되는 제 2 SF 커넥터(430); 및, 상기 제 1 SF 커넥터와 상기 제 2 SF 커넥터 사이에 연결되는 플렉서블 호스(420):를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제 1 SF 커넥터(410)와 상기 제 2 SF 커넥터(430)은 아연재질을 사용할 수 있으며, 상기 플렉서블 호스(420)은 수축현상이 없는 주름관 호스를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이와 같이, 플렉서블 호스부(400)도 SF 커넥터(410, 430)와 플렉서블 호스(420)로 모듈의 방식으로 구성하여, 장비의 고장이나 부품의 교체에 있어서 편리하게 모듈을 분해하여 빠르게 부품교환을 수행하고 모듈을 손쉽게 안정적으로 조립할 수 있도록 지원한다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플렉서블 호스부(400)는 케이블부(미도시) 사이에서 멀티커넥터부(1100)를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 멀티 커넥터(1100)는 일측은 상기 플렉서블 호스부(400), 상세하게는 제 2 SF 커넥터(430)와 연결되고, 타측은 제네레이터(미도시) 등과 연결되는 케이블부(미도시)와 연결된다. 이 때, 상기 멀티커넥터(1100)는 고압 전원케이블(520)과 공압호스(700)가 말단에 연결되어 있고, 각 단자의 말단에 서브커넥터(미도시)를 연결하여 케이블(미도시)내의 고압 전원케이블(미도시)과 공압호스(미도시)를 연결할 수 있다. 이렇게 모듈을 구성함에 따라, 장비의 고장이나 부품의 교체에 있어서 편리하게 모듈을 분해하여 빠르게 부품교환을 수행하고 모듈을 손쉽게 안정적으로 조립할 수 있도록 지원할 수 있게 된다.

도 1 내지 도 3을 계속 참조하여 본원을 상세히 설명하면, 상기 전극(510)은 노즐부(200) 상세하게는 노즐 바디부(210)와의 사이에서 전자를 토출하는 역할을 하는 유닛으로서, 전자의 이동이 많은 만큼 전극은 조금씩 마모되는 소모품이기도 하며, 상기 전극(510)은, 예시적으로 텅스텐 등의 금속에 이리듐 코팅된 것을 이용할 수도 있고, 구리 전극에 니켈이 도금된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구리와 니켈을 전기 전도도가 높으며, 내마모성이 높은데서 그 활용면에서 효율적이다.

상기 고압 전원 케이블(520)은 중심에 전원과 연결되는 전선이 절연재로 코팅된 케이블로서, 상기 절연재 내부의 전선은 상기 전극(510)에 형성된 내삽되면서 전극에 형성된 홀(h4)에 나사(p4)로 양측에서 안정적으로 고정된다.

도 6은 본원의 일 구현예에 있어서, 절연체부의 결합관계도 및 절연체부 사시도이고, 도 7은 절연체부, 절연체부 지지부, 및 베어링 지지부를 색채 처리한 도 2의 일부 확대 단면도로서, 도 1 내지 도 3 및 도 6 및 도 7을 참조하여 본원을 상세히 설명하면, 상기 절연체부(600)는 상기 공압호스(700)에서 토출되는 가스를 내부에 균일하고도 집적되게 베어링지지부(230), 몸체 수평 지지 머리부(310) 및 몸체 수평 지지 꼬리부(320)와 함께 가스버퍼부(650)에 모으면서 상기 전극(510)의 방향으로 일정한 가스를 토출시켜 주는 역할을 하며, 이를 통해 고밀도의 안정적인 플라즈마 빔이 토출될 수 있다.

이 때, 상기 절연체부(600)는 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이, 전극이 연결되는 전극공(620) 외주연측에 가스 토출부(610)를 포함하는 속이 빈 원기둥 형상을 지니고 있으며, 속이 빈 원기둥 형상 내부로 가스가 유입되면서 속이 빈 공간에서 완충되는 기압에 의해 균일한 기압으로 상기 가스 토출부(610)로 가스가 유출하게 되어, 고밀도의 안정적인 플라즈마 빔을 형성할 수 있는 것이다. 또한, 상기 전극(510)과 고압 전원 케이블(520)의 연결에서도 중간 연결체 역할을 겸하고 있어서, 안정적이고 효율적인 플라즈마 빔의 토출을 가능하게 해 준다.

상기 절연체부(600)는 공압호스(700)에서 토출되는 가스가 전극(510)으로 가기 전에 상기 가스버퍼부(650)내에 균일하면서 고밀도의 유체 플럭스를 형성시키는데, 이 때 지속적인 압력에 의해 상기 절연체부(600)는 필수적으로 안정적으로 고정되어야 하며, 따라서 절연체부 지지부(630)에 의해 안정적으로 1차 고정됨과 더불어, 2차적으로 상기 상기 절연체부 지지부(630)내부로 베어링 지지부(230)까지 밀착되어 고정되고, 3차적으로는 전극(510)에 의해 고정되는 3중적 안정 고정을 이루고 있는 특징이 있다.

한편, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 절연체부는 상기 몸체부와 연계되는 부분에서 오링(O-ring;640)을 추가 포함하여, 가스의 누출을 막고 안정적인 반응을 수행할 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 절연체부(600)는, 세라믹 재질인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 절연체부의 가스토출부(610)는, 원형 통공이 n+1 각형으로 형성된 것(여기서, n은 2 ≤ n ≤ 14 인 정수)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 때, 절연체부(600)는 일측은 전극(510)와 연계되고, 전극이 연결되는 전극공(520) 외주연측에 가스 토출부(610)가 형성되는데, 이 수가 홀수인 경우에 있어서 그 균일한 가스의 토출이 가능함을 확인할 수 있었고, 보다 바람직하게는 상기 가스토출부는, 원형 통공이 9 각형으로 형성된 것에서 효율이 높음을 확인할 수 있었다.

상기 공압호스(700)는 일측은 원터치 피팅 커넥터(710)에 의해 상기 몸체 수평 지지부(300)와 연결되고, 타측은 가스부(미도시)와 연결되며, 가스부는 케이블(미도시)을 통해 가스탱크와 연결시킬 수 있으며, 이는 본원이 속하는 기술분야의 평균적 지식을 가진 자는 용이하게 이를 반복재현할 수 있는 것이므로, 자세한 설명은 생략한다.

도 8은 본원의 일 구현예에 있어서, 회전동력부의 부위를 도 1에서 확대하여 표현한 사시도로서, 도 8 및 도 1 내지 도 3을 계속 참조하여 본원을 상세히 설명하면, 상기 회전 동력부(800)는 모터(810)를 포함하여 동력전달부를 통해 그 회전력을 상기 회전몸체부에 전달하는 역할을 수행한다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 동력전달부는 모터(810)와 연결되는 제 1 회전기어, 상기 제 1 회전기어의 회전력을 상기 제 2 회전기어(220)에 전달시키는 타이밍 밸트(830)을 포함하고 있으며, 본원의 특징으로서, 제 1 회전기어, 제 2 회전기어, 및 타이밍 밸트는 전방에서 회전 동력부 하우징 전면부(1020)와 몸체 수직 지지부(900) 사이에 위치한다.

한편, 상기 몸체 수직 지지부(900)는 일측에 형성된 수평 지지부 결합부(910)을 통해 몸체 수평 지지부(300)과 결합하는 역할 이외에, 내부의 회전 기어 등에 이물질이 들어가지 못하게 밀폐시켜 오염원으로 부터 장치를 보호해 주는 역할을 수행한다.

상기 회전 동력부 하우징(1000)은 회전 동력부(800)를 내포하면서, 외부 오염원으로 부터 장치를 보호하며, 상기 몸체 수평 지지부(300)와 수직적으로 결합하는데, 도 1 내지 도 3을 계속 참조하여 본원을 상세히 설명하면, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 회전 동력부 하우징(1000)은 하우징 캡(1010), 하우징 전면격벽(1020), 하우징 후면격벽(1030), 및 하우징 바닥부(1040)을 포함할 수 제조할 수 있으며, 상기 하우징 바닥부(1040)는 로봇과의 기구연결부를 구성하여 사용할 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 회전 동력부 하우징은 일측에 접지부(1200)를 추가포함 할 수 있으며, 상기 접지부는 회전 몸체부로 부터 넘어오는 전기를 외부로 빼주는 역할을 수행하며, 도 8 및 도 1 내지 도 3을 계속 참조하여 본원을 상세히 설명하면, 상기 접지부(1200)는 카본브러쉬(1210)와 상기 카본 브러쉬가 마모될 때 카본브러쉬를 지속적으로 접지시키주는 스프링(1220), 접지커버(1230)를 포함하여 구성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 대해 이상에서 구현예 또는 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본원의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 노즐부 110 : 노즐
120 : 노즐 바디부 200 : 회전 몸체부
210 : 원통형 회전 바디부 220 : 제 2 회전기어
230 : 베어링 지지부 300 : 몸체 수평 지지부
310 : 몸체 수평 지지 머리부 320 : 몸체 수평 지지 꼬리
400 : 플렉서블 호스부 500 : 전극부
510 : 전극 520 : 고압 전원 케이블
600 : 절연체부 700 : 공압호스
800 : 회전동력부 900 : 몸체 수직 지지부
1000 : 회전 동력부 하우징 1100 : 멀티 커넥터
1200 : 접지부

Claims (10)

1. 플라즈마가 토출되는 노즐부;
   일측에서 상기 노즐부와 탈착되고, 타측에서 몸체 수평 지지부와 연계되는 회전 몸체부;
   일측에서 상기 회전 몸체부와 연계되면서 타측은 플렉서블 호스부와 연계되는 몸체 수평 지지부;
   일측에서 상기 회전 몸체부와 탈착되고, 타측에서 케이블부와 연계되는 플렉서블 호스부:
   상기 노즐부 내부에 내삽되는 전극과 상기 전극과 연결된 고압 전원 케이블을 포함하는 전극부;
   상기 노즐부 내부에 내삽되면서, 일측은 전극와 연계되고, 타측은 고압 전원 케이블과 연계되며, 전극이 연결되는 전극공 외주연측에 가스 토출부를 포함하는 속이 빈 원기둥 형상의 절연체부;
   일측은 상기 몸체부에 내포되고, 타측은 가스부와 연결되는 공압호스:
   모터를 포함하여 동력전달부를 통해 그 회전력을 상기 회전몸체부에 전달하는 회전 동력부: 플라즈마가 토출되는 노즐부;
   일측에서 상기 노즐부와 탈착되고, 타측에서 몸체 수평 지지부와 연계되는 회전 몸체부;
   일측에서 상기 회전 몸체부와 연계되면서 타측은 공압호스와 고압 전원 케이블과 연결되어 플렉서블 호스부와 연계되는 몸체 수평 지지부;
   일측에서 회전동력부 하우징과 탈착되고, 타측에서 케이블부와 연계되는 플렉서블 호스부:
   상기 노즐부 내부에 내삽되는 전극과 상기 전극과 연결된 고압 전원 케이블을 포함하는 전극부;
   상기 노즐부 내부에 내삽되면서, 일측은 전극와 연계되고, 타측은 고압 전원 케이블과 연계되며, 전극이 연결되는 전극공 외주연측에 가스 토출부를 포함하는 속이 빈 원기둥 형상의 절연체부;
   일측은 상기 몸체 수평지지부와 연결되고, 타측은 가스부와 연결되는 공압호스:
   모터를 포함하여 동력전달부를 통해 그 회전력을 상기 회전몸체부에 전달하는 회전 동력부:
   상기 회전 동력부와 연계되면서 상기 동력전달부를 오염원으로 부터 보호하고, 상기 몸체 수평 지지부와 일측에서 결합하는 몸체 수직지지부; 및,
   하우징 캡과 하우징 전면격벽과 하우징 후면격벽 및 하우징 바닥부를 통해 상기 회전하는 회전 동력부를 내포하면서, 상기 하우징 전면격벽은 상기 몸체 수직지지부를 내삽하여 상기 몸체 수평지지부와 수직적으로 연결되고, 상기 하우징 후면격벽은 상기 플렉서블 호스부와 연결되는, 회전 동력부 하우징:을 포함하되,
   
   상기 회전 몸체부는,
   일측은 상기 노즐부와 연계되고, 타측은 제 2 회전기어와 연계되는 원통형 회전 바디부;
   일측에서 상기 회전 바디부와 결합된 제 2 회전기어;
   상기 회전 바디부 내부 중심에 위치하면서, 일측은 절연체부 지지부에 내삽되면서 절연제 지지부에 내삽된 절연체부의 일측과 연결되고, 타측은 몸체 수평지지 머리부와 연계되며, 몸체 외주면은 베어링부와 연계되는 베어링 지지부; 및
   상기 베어링 지지부의 몸체 외주면에 위치하는 베어링 이격 유닛을 포함하고, 상기 베어링 이격 유닛을 기준으로 제 1 베어링과 제 2 베어링이 대향되게 배치되는 베어링부:를 포함하는 것이며,
   
   상기 몸체 수평 지지부는,
   일측이 나사산 처리되어 상기 회전 몸체부의 베어링 지지부와 연계되어 공압 누수를 방지하는 몸체 수평지지 머리부; 및,
   일측은 상기 수평지지 머리부와 연계되며, 고압 전원 케이블과 공압호스와 연결되어 플렉서블 호스와 연계시키는 몸체 수평지지 꼬리부:를 포함하는 것이며,
   
   상기 절연체부는 절연체부 지지부에 의해 내삽되어 고정되되, 상기 절연체부 지지부는 상기 절연체부를 내삽함과 동시에 상기 절연체부와 연결되는 베이링 지지부의 일측의 일부를 내삽하여 고정하는 것이고,
   
   상기 몸체 수평 지지부와 상기 베어링 지지부와 상기 절연체부는,
   상호 연결되어 속이 빈 원통형의 구조체를 형성하되, 상기 공압호스의 그 일측이 상기 몸체 수평 지지부와 연결되되 내부로는 내삽되지 않고 내부로 가스를 공급하고, 상기 고압 전원 케이블은 상기 몸체 수평 지지부와 연결되면서 내부로 연결되어 속이 빈 원통형 구조체의 내주벽과 이격되어 상기 전극과 연결되어, 고압 전원 케이블과 속이 빈 원통형 구조체의 내주벽 사이에 가스 버퍼부를 형성하는 것인,
   
   고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐부는,
   노즐 및 일측에 노즐 탈착부가 형성되고, 타측은 회전 몸체부의 일측과 결합되는 노즐바디부를 포함하는 것인,
   고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 플렉서블 호스부는,
   상기 회전동력부 하우징과 연계되는 제 1 SF 커넥터;
   상기 케이블부와 연계되는 제 2 SF 커넥터; 및,
   상기 제 1 SF 커넥터와 상기 제 2 SF 커넥터 사이에 연결되는 플렉서블 호스:를 포함하는 것인,
   고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극은 구리 전극에 니켈이 도금된 것인,
   고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 절연체부는 세라믹 재질인 것인,
   고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 절연체부의 가스토출부는 원형 통공이 n+1 각형으로 형성된 것(여기서, n은 2 ≤ n ≤ 14 인 정수); 인,
   고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 절연체부의 가스토출부는 원형 통공이 9 각형으로 형성된 것인,
   고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉서블 호스부는 케이블부 사이에서 멀티커넥터부를 추가 포함하는 것인,
    고밀도 회전형 플라즈마 빔 토출 헤드 장치.

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