KR102194067B1 - 분말 또는 섬유 균일 코팅장치 - Google Patents

분말 또는 섬유 균일 코팅장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다량의 금속 입자, 세라믹 입자, 산화물 입자 등의 분말 또는 섬유의 표면에 균일한 코팅층을 형성하는 분말 및 섬유 균일 코팅 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의한 분말 및 섬유 균일 코팅 장치는 튜브부 내측으로 가압 공기를 공급하여 회전하는 튜브부 내측에서 분말이 분산되도록 함으로써 코팅되는 분말이 원심력에 의해 튜브부 측벽으로 뭉쳐 코팅 효율이 저하되는 것을 방지하여 줄 수 있다.

Description

분말 또는 섬유 균일 코팅장치{Powder and fiber uniform coating apparatus}
본 발명은 분말 및 섬유 코팅 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다량의 금속 입자, 세라믹 입자, 산화물 입자 등의 분말 또는 섬유의 표면에 균일한 코팅층을 형성하는 분말 및 섬유 균일 코팅 장치에 관한 것이다.
최근 미세 소자의 발달에 따라 분말 코팅이 각광을 받고 있다. 그런데, 분말상인 피처리재를 대상으로 코팅시 피처리재가 단순한 평판이나 고정된 기판재나 물체 또는 지그에 의해서 유지되면서 회전이나 정해진 동작이 이뤄지는 물체를 처리하는 것이 아니라 불규칙하게 움직이는 미세한 입자를 대상으로 하는 점이 가장 큰 어려움이다.
종래 분말의 코팅 처리를 위한 박막 증착법에는 분말의 균일한 박막코팅을 위해서 원자단위의 정확한 두께 조절이 용이한 ALD 방식의 성장 방법이 도입된 바 있다. 이러한 ALD 방법을 이용하여 분말 표면에 박막을 증착시키는 방식에는 유동층 반응기(fluidized bed reactor)를 이용하는 방법이 있다. 이러한 유동층 반응기를 이용한 ALD 방법으로 분말을 코팅하는 방법은 예를 들면 미국특허공개공보 제2011/0200822호에 제안되어 있다. 이러한 유동층 반응기를 이용한 방식은 분사 가스등을 통하여 분말의 응집을 방지하여 균일한 분말 코팅이 가능하도록 고안된 방식으로서, 챔버 내부에 기체를 주입함으로써 내부의 분말을 교반시키며, 금속 소결필터로 주입되는 가스는 그 몸체에 형성된 다수의 구멍을 통해 배출됨으로써 실행된다. 이때 가스 주입 장치에서 가까운 곳에 위치한 분말의 경우에는 가스와 반응 확률이 크지만, 반대로 가스 주입 장치에서 떨어진 곳에 위치한 분말의 경우에는 분말과 가스의 반응 확률이 적어지게 되어 균일한 코팅의 한계가 존재하는 문제점이 있다.
그리고 챔버 내부의 튜브의 회전을 통하여 내부의 분말을 교반시키는 경우 분말이 원심력에 의하여 챔버 내부의 튜브 측벽에 몰려 가스 기체 흐름을 방해하거나 분말 코팅 효율이 감소한다.
한국공개특허 제2017-0142312호(초미세 세라믹 비드의 CVD 다이아몬드 증착 방법) 한국등록특허 제10-1646440호(분말 스퍼터링 방법으로 인듐을 도핑한 산화갈륨 나노와이어의 제조방법)
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 고려하여 제안된 것으로, 본 발명은 챔버 내부 튜브안에 위치하는 다량의 금속 입자, 세라믹 입자, 산화물 입자 등의 분말 또는 섬유가 뭉치거나 코팅 가스의 흐름을 방해하지 않으면서 표면에 균일한 코팅층이 형성될 수 있는 분말 또는 섬유 균일 코팅 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 분말 및 섬유 균일 코팅 장치는 챔버부, 상기 챔버부 내측에 위치하며 외부와 연통되는 다수의 통공이 형성되고 내부에 분말이 위치하는 튜브부, 상기 튜브부를 지지하면서 회전시키는 회전 구동부, 상기 회전 구동부 일측에 형성되어 상기 튜브부 내측으로 상기 분말을 코팅하기 위한 코팅가스를 공급하는 코팅가스 주입부, 상기 챔버부를 관통하여 형성되는 관 형상으로 상기 챔버부의 길이방향을 따라 복수개 형성되고 상기 원통형의 튜브부 내측으로 가압 공기를 공급하여 상기 회전하는 튜브부 내측에서 상기 분말이 분산되도록 하는 가압 공기 주입부를 포함하는 한다.
본 발명에 의한 분말 및 섬유 균일 코팅 장치는 튜브부 내측으로 가압 공기를 공급하여 상기 회전하는 튜브부 내측에서 상기 분말이 분산되도록 함으로써 코팅되는 분말이 원심력에 의해 튜브부 측벽으로 뭉쳐 코팅 효율이 저하되는 것을 방지하여 줄 수 있다.
또한 본 발명에 의한 분말 및 섬유 균일 코팅 장치는 튜브부 내측으로 가압 공기를 공급하여 상기 회전하는 튜브부 내측에서 상기 분말이 분산되도록 함으로써 코팅되는 분말이 원심력에 의해 튜브부 측벽으로 뭉쳐 달라붙거나 통공 사이에 코팅된 분말이 끼는 것 등으로 인해 코팅 완료 후 코팅된 분말을 수거하는데 어려움이 생기는 것을 방지하여 줄 수 있다.
그리고 본 발명에 의한 분말 및 섬유 균일 코팅 장치는 상기 가압 공기 주입부로 공급되는 가압 공기를 가열 또는 냉각하여 줌으로써 상기 가압 공기 주입부를 통해 공급되는 공기에 의해 튜브부 내측에서 온도가 변화되어 코팅효율이 저하되는 것을 방지하여 줄 수 있다.
그리고 본 발명에 의한 분말 및 섬유 균일 코팅 장치는 유동층 제어를 위한 강한 압력 가스 주입으로 인해 코팅 가스가 함유량이 저하되거나 코팅 효율이 저하되는 것을 방지하여 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분말 및 섬유 균일 코팅 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분말 및 섬유 균일 코팅 장치의 작동 예시를 나타낸 참조도이다.
본 발명에 따른 실시예에 대하여 구체적으로 설명하기 전에, 본 발명은 이하의 상세한 설명 또는 첨부 도면에 도시된 구성에 한정되지 않으며 다양한 방식으로 사용되거나 수행될 수 있다.
또한, 본 명세서에 사용되는 표현이나 용어는, 단지 설명을 위한 것이며, 한정을 위한 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에 사용되는, "장착된", "설치된", "접속된", "연결된", "지지된", "결합된" 등의 표현은, 다른 것을 나타내는 것으로 지시하거나 한정하고 있는 않는 한, 직접적인 그리고 간접적인 장착, 설치, 접속, 연결, 지지, 및 결합을 모두 포함하는 광범위한 표현으로 사용되고 있다. "접속된", "연결된", "결합된"이라고 하는 표현은, 물리적인 또는 기계적인 접속, 연결 또는 결합에 한정되지 않는다.
그리고 본 명세서에서, 상부, 하부, 하향, 상향, 후방, 바닥, 전방, 후부 등과 같이 방향을 나타내는 용어는 도면을 설명하기 위해 사용되고 있지만, 이러한 용어는, 편의를 위해 도면에 대해 상대적인 방향(정상적으로 봤을 때)을 나타내는 것이다. 이러한 방향을 나타내는 용어는, 어떠한 형태로든 본 발명을 그 문자대로 한정하거나 제한하는 것으로 받아들여져서는 안 된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "제1", "제2", "제3" 등의 용어는, 단지 설명을 위한 것이며, 상대적인 중요도를 의미하는 것으로 고려되어서는 안 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조로 하여 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분말 및 섬유 균일 코팅 장치(10)의 구성을 나타내는 단면도로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분말 및 섬유 균일 코팅 장치(10)는 챔버부(200), 튜브부(120), 회전 구동부(100), 코팅 가스 주입부(112), 가압 공기 주입부(300) 및 히터부(220)를 포함한다.
먼저, 챔버부(200)는 진공챔버로서 튜브부(120)의 양단부 회전가능하게 지지하며 회전가능하게 지지하는 양단부는 기밀 수단(미도시)에 의해 기밀하게 유지되며, 이에 따라 진공챔버(200)가 진공 상태에 있을 때 그 진공 상태를 유지시킨다.
다음으로 튜브부(120)는 내부에 코팅이 되는 분말(또는 섬유)(20)이 위치하며 내측으로 가압 공기를 공급받아 회전하는 튜브부(120) 내측에서 분말(20)이 분산되도록 표면에 다수의 통공(122)이 형성된다.
이와 같은 통공(122)은 사용자가 튜브부(120) 외측에 별도의 통공(122)을 형성하여 주는 형태 또는 튜브부(120)를 메쉬(Mesh) 형태로 형성하여 주는등 사용자의 선택에 따라 자유롭게 실시가 가능하다.
튜브부(120)의 통공(122) 또는 메쉬(Mesh)의 크기는 통상 분말(20) 또는 미립자는 직경 1 내지 10 ㎛의 마이크론 사이즈 입자를 의미할 수 있지만 경우에 따라서는 수십 내지 수백 마이크론급 입자나 수나노 내지 수백 나노사이즈의 입자 또한 포함하는 개념일 수 있으므로 이와 같은 분말(20)이 튜브부(120) 외측으로 통과되어 나오지 않은 크기로 형성하여 주는 것이 바람직하다.
그리고 튜브부(120)는 원통형, 사각통형, 삼각통형 등 다양하게 실시가 가능한데 회전에 용이한 형태인 원통형으로 형성하여 주는 것이 바람직하다.
다음으로 회전 구동부(100)는 튜브부(120)를 회전시키는 구동수단으로서 모터, 기어 또는 풀리등을 이용하여줄 수 있다.
다음으로 코팅 가스 주입부(112)는 분말(20)을 코팅하는 가스를 튜브부(120) 내측으로 공급하여 주는 수단으로서 코팅 가스 저장부(미도시) 또는 코팅 가스 공급부(미도시)를 통해 코팅 가스를 전달받아 코팅 가스를 튜브부(120) 내측으로 공급하여 주며 공기압축기(미도시)를 이용하여 가압된 코팅 가스를 튜브부(120) 내측으로 공급하여 줄 수 있다.
다음으로 가압 공기 주입부(300)는 튜브부(120) 내측으로 가압 공기를 공급하여 회전하는 튜브부(120) 내측에서 분말(20)이 분산되도록 함으로써 코팅되는 분말(20)이 원심력에 의해 튜브부(120) 측벽으로 뭉쳐 코팅 효율이 저하되는 것을 방지한다.
가압 공기는 질소 등 사용자의 선택에 따라 다양한 가압 공기가 사용될 수 있으며 챔버부(200)를 관통하여 형성되는 관(310) 형상으로 챔버부(200)의 길이방향을 따라 복수개 형성된다.
튜브부(120) 내측에 위치하는 분말(20)은 수 마이크론(1~10㎛)급에 해당하는 입자일 때, 실리카를 예로 들면 육안 상으로 보기에는 거의 밀가루처럼 보일 수 있으며, 이들은 거의 달라붙어 있는 상태이다.
그리고 여름철 습도가 높을 때는 분말(20) 사이에는 습기가 스며들어 분말(20) 사이에는 미세한 물방울이 존재한다. 이러한 물방울은 분말(20)이 더욱 엉기게 하고 분말(20)의 섞임과 자리바꿈을 어렵게 한다.
이러한 특성을 가지는 분말(20)이 회전하는 튜브부(120) 내측에 위치하게 되면 도 2의 (가)에 도시된 바와 같이 분말(20)의 특성과 회전되는 원심력으로 인해 튜브부(120) 내측에 달라붙거나 통공(122)에 끼게 되어 분산을 어렵게 함으로서 균일한 코팅이 이루어지지 않게 된다.
이에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분말 및 섬유 균일 코팅 장치(10)는 도 2의 (나)에 도시된 바와 같이 튜브부(120) 내측으로 가압 공기를 수직방향으로 공급하여 회전하는 튜브부(120) 내측에서 분말(20)이 분산되도록 함으로써 균일한 코팅이 이루어질 수 있도록 한다.
이때 가압 공기가 상온의 공기인 경우 코팅되는 튜브부(120) 내측의 온도는 상온보다 높은 가열된 공기이므로 튜브부(120) 내측의 온도를 저하시켜 분말(20)에 코팅이 원활히 이루어지는 것을 저해할 수 있다.
이에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분말 및 섬유 균일 코팅 장치(10)는 히터부(220)를 통해 가열된 공기를 튜브부(120) 내측으로 제공하여 줌으로써 튜브부(120) 내측의 온도가 변화되는 것을 방지하여 줄 수 있다.
또는 사용자의 선택에 따라서는 히터부(220)를 냉원과 열원을 제공하는 열전소자 모듈(도시하지 않음)로 대체하여 코팅시에는 가열 공기를 제공하며 코팅이 완료된 후에는 냉각을 위하여 냉각된 공기를 제공하는 형태로 형성하여 줄 수 있다.
다음으로 튜브부(120)는 챔버부(200) 내측에서 챔버부(200) 길이방향을 따라 좌우로 왕복 운동 가능하게 구비하여 줄 수 있다.
이는 튜브부(120) 내측으로 보다 다양한 측면에서 가압 공기가 공급되도록 하여 보다 균일하게 분말(20)이 분산될 수 있도록 하기 위함이다.
이를 위해 튜브부(120)를 좌우로 구동시키는 구동수단(미도시)을 구비하여 줄 수 있으며 사용자의 선택에 따라서는 튜브부(120)를 진동시키기 위한 진동수단도 추가로 구비하여 줄 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 분말 및 섬유 균일 코팅 장치(10)는 이와 같은 구성을 통해 분말(20)의 코팅 균일화 및 코팅된 분말(20)의 원활한 수거를 이룰 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10: 분말 및 섬유 균일 코팅 장치
100: 회전 구동부 112: 코팅 가스 주입부 120: 튜브부
200: 챔버부 220: 히터부 300: 가압 공기 주입부

Claims (4)

  1. 챔버부;
    상기 챔버부 내측에 위치하며 외부와 연통되는 다수의 통공이 형성되고 내부에 분말 또는 섬유가 위치하는 튜브부;
    상기 튜브부를 지지하면서 회전시키는 회전 구동부;
    상기 회전 구동부 일측에 형성되어 상기 튜브부 내측으로 상기 분말 또는 섬유를 코팅하기 위한 코팅가스를 공급하는 코팅가스 주입부;
    상기 챔버부를 관통하여 형성되는 관 형상으로 상기 챔버부의 길이방향을 따라 복수개 형성되고 상기 튜브부 내측으로 가압 공기를 공급하여 상기 회전하는 튜브부 내측에서 상기 분말 또는 섬유가 분산되도록 하는 가압 공기 주입부;를 포함하는 분말 또는 섬유 균일 코팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가압 공기 주입부로 공급되는 가압 공기는 상기 가압 공기 주입부 일측에 형성된 히터부에 의해 가열되어 상기 튜브부 내측으로 공급되는 분말 또는 섬유 균일 코팅 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가압 공기 주입부로 공급되는 가압 공기는 상기 가압 공기 주입부 일측에 형성된 열전소자 모듈에 의해 가열 또는 냉각되어 상기 튜브부 내측으로 공급되는 분말 또는 섬유 균일 코팅 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 튜브부는 상기 챔버부 내측에서 상기 챔버부 길이방향을 따라 좌우로 왕복 운동 가능하게 구비되는 분말 또는 섬유 균일 코팅 장치.
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