KR102205172B1 - 금속제 물품의 내표면에 산화피막을 형성하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 유체가 유통하는 유통로 및 외부로부터 유통로로 유체가 유입되거나 유통로로부터 유체가 유출되는 복수 개의 통로가 형성된 금속제 물품에 대하여 유통로의 표면을 플라즈마 전해 산화에 의해 산화하여 산화 피막을 형성하는 산화피막 형성 장치에 관한 것으로서, 금속제 물품의 표면의 일부와 맞닿아서 금속제 물품을 지지하는 지지 수단; 각각의 통로를 통해 삽입되어 금속제 물품의 유통로 및 통로에 배치되고 전력이 인가되는 복수 개의 제1 전류 인가 수단; 금속제 물품의 각각의 통로와 유체가 통하게 결합되고, 지지 수단에 탈착식으로 결합되는 복수 개의 유체 순환 수단; 및 금속제 물품에 결합되어 전력을 인가하는 제2 전류 인가 수단을 포함하고, 유체 순환 수단 중 일부는 전해질 용액이 공급되어 유체가 통하게 결합되는 금속제 물품의 통로를 통하여 전해질 용액을 유통로에 공급하고, 유체 순환 수단 중 나머지는 금속제 물품의 유통로부터 유체가 통하게 결합되는 통로를 통하여 배출되는 전해질 용액이 유입되어 전해질 용액을 외부로 배출하는 것이다.

Description

금속제 물품의 내표면에 산화피막을 형성하는 장치{Apparaus for Forming an Oxidization layer on a Inner surface of Metal Products}

본 발명은 금속제 물품의 내표면에 산화피막을 형성하는 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 내부에 유체가 유통하는 유통로를 갖춘 금속제 물품에 대하여 유통로의 표면에 플라즈마 전해 산화에 의해 산화피막을 형성하는 장치에 관한 것이다.

금속의 표면에 산화막을 형성하여 내부식성과 내마모성 등을 향상시키는 기술이 널리 활용되고 있다.

그러한 기술로서 종래로부터 양극 산화피막 처리가 널리 활용되어 오고 있다.

양극 산화피막 처리(Anodizing)는, 피처리 대상물로서 알루미늄제의 물품을 전해조에 침지하고 물품에 양극 전류을 인가하여 표면을 산화시켜 산화피막을 형성하는 것이다.

이러한 양극 산화피막 처리에 의해 알루미늄 표면에 산화알루미늄(Al₂O₃)의 다공성의 피막이 형성되는데, 이러한 피막은 경도가 높고 내부식성이 우수하며 다공성을 가지기 때문에 여러가지 활용도를 갖는다.

그러나, 양극 산화피막 처리에 의해 형성되는 피막은 플라즈마 발생 환경 또는 플라즈마 가스가 유동하는 것과 같은 높은 부식성 환경에서 견딜 수 있는 수준의 높은 내부식성을 갖지는 못하며, 피막이 갖는 다공성으로 인하여 피막의 일부가 플라즈마 가스에 의해 부식되어 박리되거나 공극 내에 불순물이 침투하여 잔류한다는 문제도 있다.

양극 산화피막 처리보다 높은 수준의 내부식성과 내마모성을 갖는 표면을 형성하는 기술로서, 플라즈마 전해 산화 처리 기술이 개발되어 활용되고 있다.

플라즈마 전해 산화 처리는, 전해질 용액에 피처리 대상물인 금속제 물품을 침지하고 금속제 물품에 전류를 인가하여 전해질 용액 내에서 금속제 물품의 표면을 산화층으로 개질시키는 공정으로써, 반응 도중에 금속제 물품의 표면에서 미세한 아크(플라즈마)가 발생된다. 미세한 아크에 의한 고열과 고압이 산화층에 작용하여 산화층을 알파-알루미나로 변태시킴으로써 높은 경도와 내식성을 갖추게 된다.

이러한 플라즈마 전해 산화 처리에서도 표면에는 다공성 산화층이 형성되지만 다공성 산화층의 내측으로 치밀하고 경도가 높은 경화층이 형성된다. 연마 등에 의해 표면측의 다공성 산화층을 제거하면 경화층이 표면으로 노출되어 금속제 물품의 표면이 매우 우수한 내부식성과 내마모성을 갖게 된다.

플라즈마 전해 산화 처리에 관한 발명으로서, 대한민국 특허 제1592945호(문헌 1) 및 유럽특허 EP1,488,024B(문헌 2)에서 개시하는 발명이 있다.

문헌 1에서는 플라즈마 전해 산화 처리를 위한 알루미늄 제품의 전처리 방법을 개시하고 있고, 문헌 2에서는 전류 인가 조건을 개시하고 있는데, 이 문헌들의 발명을 비롯하여 플라즈마 전해 산화 처리에 관한 종래 기술은 모두 피처리 대상물을 전해조에 침지한 상태에서 산화처리를 행하는 구성을 채택하고 있다.

피처리 대상물의 일부에만 산화 피막을 형성하려는 경우에는 산화피막 처리가 필요하지 않은 부분까지 산화피막이 형성되어 매우 비효율적인 것은 물론이고, 경우에 따라서는 산화피막 처리가 필요한 부분을 제외한 나머지 부분의 산화피막을 다시 제거하는 공정을 거치거나 산화피막 처리가 필요한 부분 외의 나머지 부분에 코팅 등을 한 후에 산화피막 처리를 하여야 한다는 문제가 있다.

또한, 종래 기술에서는 피처리 대상물 전체가 침지되는 전해조를 갖추어야 하므로, 장치의 크기가 과도하게 크게 된다는 문제점도 있다.

대한민국 특허 제1592945호(문헌 1) 유럽특허 EP1,488,024B(문헌 2)

본 발명의 발명자들은 플라즈마 전해 산화에 의해 금속의 표면에 산회피막을 형성하는 기술을 원격 플라즈마 소스 블록(Remote Plasma Source Block, 이하 'RPS 블록')에 적용하는 것을 고려하였다.

원격 플라즈마 소스 세정 시스템은 반도체 장비의 화학기상증착(CVD) 챔버를 세척하는 것으로서, 세정용 가스를 플라즈마 상태로 만들어 챔버로 공급하는 RPS 블록을 갖추고 있다.

이러한 RPS 블록은 세정용 가스가 유동하는 유통로가 마련되고, 유통로 일단의 유입구를 통하여 세정용 가스가 공급되면 유통로에서 세정 가스를 고전압에 의해 플라즈마화한 상태로 만들어서 유통로의 타단에 마련되는 유출구를 통하여 이온화된 세정용 가스가 챔버로 흘러나가게 구성되어 있으며, 유통로에 대하여 직각으로 연결되는 복수의 연결 관로를 위한 통로들이 마련되어 있다.

RPS 블록의 유통로, 유입구, 유출구 및 각종 통로에는 플라즈마 가스가 생성되어 유동하며, 플라즈마 가스는 부식성이 강하므로 이들 통로들의 표면은 높은 내식성이 요구된다.

이러한 RPS 블록 외에도 원격 플라즈마 소스 세정 시스템에서 플라즈마 가스에 접촉하는 표면을 갖춘 다른 부품들 역시 내부의 가스 유통로에 높은 내식성이 요구된다.

이러한 RPS 블록이나 부품들은 내측의 유통로의 표면에 대해서만 내식성이 큰 산화피막의 형성이 요구되지만, 문헌 1과 2의 발명을 포함한 종래의 플라즈마 전해 산화 기법에서는 피처리 대상물을 전해조에 침지하여 처리함으로써 피처리 대상물의 전체 표면에 산화피막이 형성되는 문제가 있었고 장치의 크기가 과대하게 되었으므로, 본 발명의 발명자들은 피처리 대상물에서 가스가 유통되는 표면에 대해서만 산화피막의 형성을 할 수 있는 장치를 고려하였다.

본 발명은 금속제 물품의 내부에 형성되어 가스가 유동하는 유통로의 표면을 플라즈마 전해 산화하여 산화피막을 형성하는 장치를 제공하려는 것으로서, 구체적으로는 내부에 유체가 유통하는 유통로가 형성된 금속제 물품의 유통로를 플라즈마 전해 산화에 의해 산화하여 산화피막을 형성하는 장치를 제공하려는 것이다.

특히, 본 발명은 금속제 물품을 산화피막 형성 장치에 쉽게 장착하고 분리할 수 있으며, 유체의 누설 없는 유통을 위하여 장치를 조립하고 장치에 금속제 물품을 장착하는 일이 용이하게 이루어질 수 있으며, 전체적인 크기가 컴팩트하게 되는 장치를 제공하려는 것이다.

부가적으로, 본 발명은 하나의 장치에서 복수 개의 금속제 물품의 유통로의 표면에 산화피막을 동시에 형성할 수 있는 장치를 제공하려는 것이다.

이러한 본 발명의 해결 과제는, 내부에 유체가 유통하는 유통로 및 외부로부터 유통로로 유체가 유입되거나 유통로로부터 유체가 유출되는 복수 개의 통로가 형성된 금속제 물품에 대하여 유통로의 표면을 플라즈마 전해 산화에 의해 산화하여 산화 피막을 형성하는 것인 본 발명의 산화피막 형성 장치에 의해 달성된다.

본 발명의 산화피막 형성 장치는,

금속제 물품의 표면의 일부와 맞닿아서 금속제 물품을 지지하는 지지 수단; 각각의 통로를 통해 삽입되어 금속제 물품의 유통로 및 통로에 배치되고 전력이 인가되는 복수 개의 제1 전류 인가 수단; 금속제 물품의 각각의 통로와 유체가 통하게 결합되고, 지지 수단에 탈착식으로 결합되는 복수 개의 유체 순환 수단; 및 금속제 물품에 결합되어 전력을 인가하는 제2 전류 인가 수단을 포함하고,

유체 순환 수단 중 일부는 전해질 용액이 공급되어 유체가 통하게 결합되는 금속제 물품의 통로를 통하여 전해질 용액을 유통로에 공급하고, 유체 순환 수단 중 나머지는 금속제 물품의 유통로부터 유체가 통하게 결합되는 통로를 통하여 배출되는 전해질 용액이 유입되어 전해질 용액을 외부로 배출하는 것이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 산화피막 형성 장치에서는,

금속제 물품을 지지 수단에 지지하고, 각각의 유체 순환 수단을 금속제 물품의 각각의 통로에 유체가 통하게 결합하고 제1 전류 인가 수단을 각각의 통로를 통하여 금속제 물품의 유통로에 삽입한다.

이어서, 일부의 유체 순환 수단을 통하여 전해질 용액을 그 유체 순환 수단이 결합되는 통로로 공급하고 나머지 유체 순환 수단을 통하여 그 유체 순환 수단이 결합되는 통로로부터 외부로 배출하여 전해질 용액이 금속제 물품의 유통로를 순환하도록 하며, 이와 동시에 제1 전류 인가 수단과 제2 전류 인가 수단에 전력을 인가하여 제1 전류 인가 수단과 금속제 물품의 유통로 및 통로 사이에 플라즈마 아크를 발생시켜 금속제 물품의 유통로의 표면에 산화 피막을 형성한다.

유통로 표면에 대한 산화피막의 형성이 완료되면, 유체 순환 수단 및 제1 전류 인가 수단을 지지 수단으로부터 분리하고 금속제 물품으로부터 제2 전류 인가 수단을 분리하며, 금속제 물품을 지지 수단으로부터 분리한다. 분리된 금속제 물품에서 산화피막이 형성된 부분을 연마하고 금속제 물품을 세척하면 금속제 물품의 유통로에 대한 산화피막의 형성이 완료된다.

이러한 구성과 작용에 따르면, 금속제 물품을 지지하면서 산화피막을 형성하려는 부분에 대해서만 전해질 용액을 순환시키면서 제1 전류 인가 수단과 금속제 물품의 유통로 표면 사이에 발생하는 플라즈마 아크에 의해 전해 산화에 의한 산화피막이 형성된다.

따라서, 금속제 물품을 전해조에 침지하여 금속제 물품의 전체에 산화피막이 형성되게 하는 일이 없고 장치 전체의 크기가 작아지고 간단한 구성으로 된다.

본 발명의 부가적 특징으로서, 본 발명의 산화피막 형성 장치에서,

각각의 유체 순환 수단은 일 단부가 폐쇄되고 타 단부가 개방되는 중공 원통형으로 형성되고, 개방된 단부는 유체가 통하게 결합되는 금속제 물품의 통로와 유체 연통되며, 각각의 제1 전류 인가 수단은 봉 형태로 형성되어 유체 순환 수단의 폐쇄된 단부에 결합되어 유체 순환 수단에 동심으로 배치되고, 각각의 유체 순환 수단에는 외부로부터 유체가 공급되거나 배출되는 포트가 마련되고 중공의 내부 공간을 통하여 포트와 개방된 단부 사이에 유체가 유동하는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 유체 순환 수단에 의해 금속제 물품의 통로를 통하여 전해질 용액을 유통로에 공급하면서도 유통로 내부에 제1 전류 인가 수단이 배치되므로, 장치 전체의 구성이 간단하게 되고, 또한, 유체 순환 수단을 배치하는 작업에 의해 제1 전류 인가 수단도 배치가 되므로, 장치의 조립과 분해 및 금속제 물품의 배치와 제거 작업이 간단하게 이루어질 수 있다.

전술한 본 발명의 부가적 특징에 대한 하나의 실시 양태로서, 본 발명의 산화피막 형성 장치는,

원통형의 관통홀과 숫나사가 형성되는 외표면을 갖추고 각각의 유체 순환 수단을 지지 수단에 결합하는 복수 개의 결합구를 더 포함하고, 결합구의 관통홀은 각각의 유체 순환 수단의 외표면과 맞닿고 결합구의 외표면의 숫나사는 지지 수단에 형성되는 암나사와 나사 결합되고, 결합구와 지지 수단의 나사 결합에 의해 각각의 유체 순환 수단이 지지 수단에 결합되는 것으로 구성할 수 있다.

또한, 이러한 구성에서, 유체 순환 수단의 외표면에는 단차가 형성되고 결합구의 일부가 유체 순환 수단의 단차와 길이 방향으로 접촉하여 지지 수단의 나사 결합에 의해 결합구가 유체 순환 수단을 금속제 물품의 통로 둘레의 표면에 대하여 가압하는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 각각의 유체 순환 수단은 결합구를 지지 수단에 나사 결합하는 간단한 작업에 의해 지지 수단에 결합되고 나사 결합을 해제하는 간단한 작업에 의해 분리된다. 특히 나사 결합에 따라 결합구가 유체 순환 수단을 금속제 물품의 통로에 대해 가압하므로, 유체 순환 수단과 금속제 물품의 통로 사이가 외부에 대해 간단하게 밀봉될 수 있다.

본 발명의 추가의 특징으로서, 본 발명의 산화피막 형성 장치는,

지지 수단에는 금속제 물품의 외표면의 특정 부분을 구속하여 지지하는 지지부가 마련되고, 각각의 유체 순환 수단이 고정되는 고정부가 금속제 물품의 통로의 위치에 정합되어 마련되는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 추가의 특징적 구성에 관한 실시 양태로서,

금속제 물품의 외표면의 상기 특정 부분은 패널 형태로 형성되는 부분이고, 지지 수단의 지지부는 상기 패널 형태로 형성되는 부분이 삽입되어 맞닿는 공간이며, 유체 순환 수단에 회전 가능하게 결합되며 외표면에 숫나사를 갖춘 결합구를 더 포함하고, 각각의 유체 순환 수단이 고정되는 고정부는 결합구의 숫나사가 맞물리는 암나사가 형성되는 결합공으로 이루어지는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 구성에서는 각각의 유체 순환 수단이 금속제 물품의 통로에 위치 정합되어 서로 유체가 연통되도록 하기 위하여 유체 순환 수단을 지지 수단에 결합할 때에 별도의 정밀한 위치 조정 작업 등은 필요하지 않게 된다.

지지 수단에는 금속제 물품의 특정 부분이 구속되어 지지되는 지지부와 유체 순환 수단이 고정되는 고정부가 함께 마련되므로, 지지 수단에 금속제 물품을 지지하고 유체 순환 수단을 고정부에 결합하면, 유체 순환 수단은 금속제 물품의 통로의 위치에 배치되어 고정되므로, 양자를 서로 연통시키기 위해 위치를 맞추어 배치하는 작업이 필요하지 않게 된다.

또한, 그러한 지지부를 단순히 금속제 물품에서 패널 형태의 부분이 삽입되어 구속되는 것으로 구성하고 고정부를 암나사가 형성되는 결합공으로 구성하면, 매우 간단한 구성으로 금속제 물품의 통로와 유체 순환 수단의 위치 정합이 아주 간단한 구성과 간단한 작업으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 산화피막 형성 장치에서는, 하나의 장치로서 복수 개의 금속제 물품에 대한 산화피막 형성 처리를 수행할 수 있다.

그와 같은 구성으로서, 본 발명의 산화피막 형성 장치에서,

지지 수단에는 복수 개의 금속제 물품이 장착되되, 금속제 물품들은 유통로가 서로 동심으로 배치되고, 어느 하나의 금속제 물품의 유통로의 유출구가 이에 인접하는 다른 금속제 물품의 유통로의 유입구와 연통되는 것으로 구성할 수 있다.

이와 같이 구성하는 경우, 하나의 장치로 복수 개의 금속제 물품을 처리할 수 있으므로 장치의 운용 효율이 높은 것은 물론이고, 유체 순환 수단과 제1 전류 인가 수단은 서로 연통되는 유입구와 유출구에는 설치될 필요가 없고, 제1 전류 인가 수단은 서로 연통되지 않는 나머지의 유입구와 유출구 등의 통로를 통하여 서로 연통하는 유통로에 배치될 수 있다. 특히, 각각의 전류 인가 수단에 전력을 공급하는 전력 공급원이나 유체 순환 수단들에 전해질 용액을 공급하는 장치를 하나만 구비하고도 복수 개의 금속제 물품을 처리할 수 있어서 매우 효율적이다.

전해질 용액은 어느 하나의 금속제 물품의 통로를 통하여 유입되고 서로 연통하는 유입구와 유출구를 통하여 다른 하나의 금속제 물품의 통로로 유입되어 배출되도록 구성할 수 있다.

따라서, 복수 개의 금속제 물품을 하나의 장치에서 동시에 처리하면서도 제1 전력 공급 장치와 유체 순환 수단의 갯수가 처리하려는 금속제 물품의 갯수에 비례하여 증가하지 않는다. 특히, 지지 수단이나 유체 순환 수단에 전해질 용액을 공급하는 공급원이나 배출되는 전해질 용액을 순환시키는 수단과 같이 부수하는 구성이 중복하여 마련될 필요가 없게 된다.

복수 개의 금속제 물품을 하나의 장치에서 처리하는 구성의 실시 양태로서,

지지 수단에는 상기 어느 하나의 금속제 물품의 유통로의 유출구 및 상기 인접하는 다른 금속제 물품의 유통로의 유입구 사이에 배치되는 연결구가 마련되고, 연결구는 상기 어느 하나의 금속제 물품의 유통로의 유출구 및 상기 인접하는 다른 금속제 물품의 유통로의 유입구와 유체가 연통되도록 구성되는 것으로 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화피막 형성 장치에 의해 산화피막을 형성하려는 RPS 블록의 사시도와 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화피막 형성 장치에 의해 산화피막을 형성하려는 단블록의 사시도와 단면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 산화피막 형성 장치에 RPS 블록과 단블록이 배치된 상태를 보여주는 사시도와 단면도이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 산화피막 형성 장치를 이루는 지지 블록의 사시도와 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 각각 도 4의 A, B, C 부분의 확대단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서 본 발명을 원격 플라즈마 소스 세정 시스템을 구성하는 RPS 블록과 단블록의 내측면에 산화 피막을 형성하는 장치에 적용한 실시예의 구성과 작용을 설명한다.

RPS 블록은 세정용 가스가 유동하는 유통로가 마련되고, 유통로 일단의 유입구를 통하여 세정용 가스가 공급되면 유통로에서 세정 가스를 플라즈마에 의해 이온화된 상태로 만들어서 유통로의 타단에 마련되는 유출구를 통하여 이온화된 세정용 가스가 챔버로 흘러나가게 구성되어 있으며, 유통로에 대하여 직각으로 연결되는 복수의 연결 관로를 위한 통로들이 마련되어 있다.

먼저, 각각 RPS 블록의 사시도와 단면도를 도시하는 도 1을 참조하여 본 실시예의 산화피막 형성 장치에 의해 내측면에 산화피막을 형성하려는 피처리 대상물인 RPS 블록의 구성을 개략적으로 설명한다.

RPS 블록(110)은 알루미늄 소재의 일체형 블록으로 형성되고, 사각형 단면의블록 내부에는 길이 방향 일단으로부터 타단까지 연장되는 유통로(112)가 형성되어 있다. 유통로의 일단은 외부의 가스 공급원으로부터 가스가 공급되는 유입구(113)이며, 타단은 플라즈마화된 가스가 배출되는 유출구(114)이다. 유통로(112)의 중간, 즉 유입구(113)와 유출구(114) 사이에는 플라즈마 등이 공급되는 2개의 통로(115, 116)가 유통로(2)에 대하여 수직으로 형성되어 있다.

RPS 블록(110)의 길이 방향 양단의 외측에는 RPS 블록을 장착하기 위한 패널 형태의 제1 및 제2 장착면(117, 118)이 형성되어 있다.

다음으로, 도 2를 참조하여, RPS 블록(110)과 함께 본 실시예의 산화피막 형성 장치로 내측면에 산화피막을 형성하려는 피처리 대상물로서 단블록(120)에 대해 설명한다.

단블록(120)은 원격 플라즈마 소스 세정 시스템을 이루는 부품의 하나로서, 원통형으로 형성되고 내측에 양 단부가 외부로 개방되는 유입구(122)와 유출구(123)를 이루는 플라즈마 가스의 유통로(121)가 형성되어 있는 것이다.

본 실시예의 산화피막 형성 장치는 RPS 블록(110)과 단블록(120)을 동시에 처리하여 이들의 내측면에 산화피막을 형성하는 것이다.

다음으로, 본 실시예의 산화피막 형성 장치에 RPS 블록(110)과 단블록(120)이 장착되어 있는 상태를 각각 사시도와 단면도로 도시하는 도 3과 도 4을 참조하여 본 실시예의 산화피막 형성 장치의 전체적인 구성을 설명한다.

본 실시예의 산화피막 형성 장치는, RPS 블록(110)의 외부 표면의 일부와 맞닿아서 RPS 블록이 지지되고 장착되며 비전도성의 엔지니어링 플라스틱인 MC 나일론을 사출 성형하여 마련된 지지 수단으로서의 지지 블록(10), RPS 블록의 유입구(113)와 유출구(114) 및 각각의 통로(115, 116)에 맞닿아 배치되며 전해질 용액을 RPS 블록(110) 및 단블록(120)에 유통시키는 유체 순환 수단으로서의 제1 내지 제4 유체 순환구(21 ~ 24), 각각의 유체 순환구를 지지 블록(10)에 결합하여 주는 제1 내지 제4 결합구(31 ~ 34), 제1 내지 제4 유체 순환구(11 ~ 14)에 각각 결합되고 RPS 블록(120)의 유통로(112) 또는 단블록의 유통로(121)에 삽입되며 전력이 인가되는 제1 전류 인가 수단으로서의 제1 내지 제4 전극(41 ~ 44), RPS 블록(110) 또는 단블록(120)에 직접 결합되어 전력을 인가하는 제2 전류 인가 수단으로서의 제5 전극(45)과 제6 전극(46), 및 지지 블록(10)에 장착되고 RPS 블록(110)과 단블록(120)의 유통로(112, 121)가 유체가 서로 연통되도록 연결하는 주는 연결구(50)가 마련되어 있다.

다음으로, 도 5와 도 6을 참조하여 지지 블록(10)의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.

지지 블록(10)은 RPS 블록(110)이 놓이는 부분과 단블록(120)이 놓이는 2개의 부분으로 크게 나누어져 있다.

지지 블록(10)은 RPS 블록(110)을 전체적으로 에워싸도록 형성되어 있는 박스 형태의 제1 장착부(11)와 단블록(120)이 놓이는 부분(18, 19)로 이루어져 있다.

제1 장착부(11)의 길이 방향의 양 단부를 이루는 제1 단부면(14)과 제2 단부면(15)의 길이 방향 내측으로는 각각 RPS 블록(110)의 장착면(117, 118)이 끼워지도록 장착면의 형태에 상응하여 직육면체의 공간을 이루는 제1 및 제2 삽입 공간(12, 13)이 지지부로서 형성되어 있다,

제1 삽입 공간(12)의 길이 방향 외측의 제1 단부면(14)에는 RPS 블록(110)의 유입구(113)와 동심으로 원형으로 개방되는 제1 결합공(141)이 형성되어 있다. 결합공(141)에는 암나사가 형성되어 있다. 또한, 반대측의 제2 삽입 공간(13)의 길이 방향 외측의 제2 단부면(15)에는 연결구(50)가 끼워지는 제5 결합공(151)이 유체 순환 수단의 고정부로서 형성되어 있다.

또한, 통로(115, 116)가 배치되는 위치에는 통로와 동심으로 원형으로 절개되어 있는 2개의 제2 및 제3 결합공(16, 17)이 길이 방향으로 나란하게 형성되어 있다. 이 결합공들(16, 17)도 유체 순환 수단의 고정부로서 마련되는 것이며, 암나사가 형성되어 있다.

지지 블록(10)의 길이 방향 종단에 제2 단부면(15)과 평행하게 배치되는 제3 단부면(19)이 마련되어 있고, 제2 단부면(15)과 제3 단부면(19)의 사이에는 바닥측의 연결면(18)이 마련되어 있다.

제3 단부면(19)에는 제4 유체 순환구(24)이 결합되는 원형의 제4 결합공(191)이 형성되어 있다. 제4 결합공(191) 역시 유체 순환 수단의 고정부로서 마련되는 것이며, 암나사가 형성되어 있다.

다시 도 3과 도 4를 참조하여 본 실시예의 산화피막 형성 장치의 구성을 설명한다.

산화피막 형성 장치에서, 산화피막을 형성하려는 피처리 대상물인 RPS 블록(110)과 단블록(120)은 지지 블록(10)에 놓여 지지된다. RPS 블록(110)은 양 단부의 제1 및 제2 장착면(117, 118)이 각각 지지 블록의 제1 및 2 삽입 공간(14, 15)에 삽입되어 그 위치가 구속된다.

제1 및 제2 장착면(117, 118)의 모든 표면이 지지 블록의 제1 및 2 삽입 공간(14, 15)의 표면과 맞닿아 구속될 필요는 없으며, RPS 블록(110)의 길이 방향과 폭방향의 각각의 하나의 표면이 제1 및 2 삽입 공간(14, 15)의 표면과 맞닿는 것으로 RPS 블록(110)의 지지 블록(110)에 대한 위치 정합이 이루어질 수 있다.

RPS 블록(110)과 단블록(120)은 그 유통로(112, 121)가 서로 나란하게 동심으로 배치되고, RPS 블록(110)의 유출구(113)가 단블록의 유입구(112)와 마주하고 그 사이에 유출입구(51, 52)를 갖춘 연결구(50)가 배치되어 연결구(50)를 통하여 RPS 블록(110)과 단블록(120) 사이에 전해질 용액이 유통된다.

단블록(120)은 별도의 위치 정합을 위한 구성이 없이, 양 단부를 이루는 유입구(112)와 유출구(113)과 연결구(50) 및 제4 유체 순환구(24)와 맞닿음으로써 배치 위치가 결정된다.

RPS 블록의 유통로의 양 단부인 유입구(113)에는 제1 유체 순환구(21)가 결합되어 있고, 유입구(113)와 유출구(114)에 수직으로 형성되는 통로(115, 116)에는 각각 제2 및 제3 유체 순환구(22, 23)가 결합되어 있으며, 단블록(120)의 유출구(123)에는 제4 유체 순환구(24)가 결합되어 있다.

제1 내지 제4 유체 순환구(14)는 각각 지지 블록(10)에 나사 결합되는 제1 내지 제4 결합구(31 ~ 34)에 의해 지지 블록(10)에 결합되는 동시에 RPS 블록(110)과 단블록(120)에 전해질 용액이 유통되도록 결합되어 있다.

전해질 용액은 제1 내지 제3 유체 순환구(21 ~ 23)를 통하여 RPS 블록(110)에 유입되어 유통로(112)를 흐르고 연결구(50)를 통하여 단블록(120)의 유통로(121)를 흐른 후에 제4 유체 순환구(24)를 통하여 전해질 용액을 회수하는 장치로 배출된다.

따라서, 전해질 용액은 RPS 블록(110)과 단블록(120)에서 산화피막을 형성하려는 모든 내표면을 통과하여 흐르게 된다.

제1 및 제4 유체 순환구(21, 24)는 그 길이 방향의 축선이 RPS 블록(110)의 통로(115, 116)와 동심이고 단블록(120)의 유통로의 길이 방향과 수직으로 배치되도록 지지 블록(10)에 결합되어 있다.

제1 내지 제4 전극(41 ~ 44)는 각각 제1 및 제4 유체 순환구(21, 24)의 축선에 동심으로 되도록 결합되어, 각각 RPS 블록(110)과 단블록(120)의 유통로(112, 121) 또는 통로(115,116)에 삽입되었을 때에 이들과 동심이 된다.

제1 전극(41)은 대체로 RPS 블록의 유통로(112) 전체에 걸쳐 배치되며, 제4 전극(44)은 단블록(120), 연결 블록(50) 및 RPS 블록의 유출구(114)까지 연장되어 배치되며, 제2 전극(42)과 제3 전극(43)은 RPS 블록의 통로(117, 118)에 삽입되어 제1 전극(41)에 인접한 부분까지 연장되어 있다.

이로써, 제1 내지 제4 전극(41 ~ 44)은 RPS 블록(110)과 단블록(120)에서 산화피막을 형성하려는 내부 표면 전체에 대해 동심으로 배치된다.

제5 및 제6 전극(45, 46)는 각각 RPS 블록(110) 및 단블록(120)에서 지지 블록(10) 등에 의해 둘러싸이지 않은 부분에 직접 결합된다.

다음으로, 제1 내지 제4 유체 순환구(21 ~ 24)가 지지 블록(10)에 결합되는 구성에 대해 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 4의 일부를 확대하여 도시하는 도 7을 참조하여 제1 유체 순환구(21)가 결합되는 구성에 대해 설명한다.

제1 유체 순환구(21)는 길이 방향의 양단부가 폐쇄된 형태의 중공 원통형으로 형성된 것이다. 일측의 단부면은 원형의 캡(212)으로 폐쇄되어 있고, 타측의 단부면(211)은 지지 블록(10)에 결합된 상태에서 RPS 블록(110)의 유입구(3)와 마주하게 되어 있다.

길게 연장되는 봉 형태의 제1 전극(31)이 제1 유체 순환구(21)에 동심으로 배치되어 결합되어 있다. 제1 전극(31)은 캡(211)에 고정 결합되어 제1 유체 순환구(21)의 내부 공간을 관통하여 배치되어 있다.

제1 유체 순환구(21)를 지지 블록(10)에 결합하면 제1 전극(31)의 일부는 RPS 블록(110)의 유입구(3)을 통과하여 유출구(4) 근처까지 연장되어 내부의 유통로(2)에 대해 동심으로 배치된 상태로 된다.

제1 유체 순환구(21)의 단부면(211)은 RPS 블록(110)의 유입구(3) 둘레의 표면과 마주하고 둘레에 오링(216)이 마련되어 있어서 유입구(3)를 외부로부터 밀봉식으로 폐쇄하지만, 단부면(212)에서 제1 전극(31)이 관통하는 중심의 둘레로는 전해질 용액이 RPS 블록(110)의 유통로(3)로 유출되는 전해질 통로(213)가 형성되어 있다.

또한, 캡(211)에 인접한 둘레에는 전해질 용액이 제1 유체 순환구(21)의 내부로 유입되는 복수 개의 포트(214)가 마련되어 있다.

이러한 구성에 따라, 포트(214)를 통하여 전해질 용액이 제1 유체 순환구(21)의 내부로 유입된 후에 전해질 통로(213)를 통하여 RPS 블록(110)의 유통로(2)로 흘러들어가게 된다.

제1 유체 순환구(21)은 제1 결합구(31)에 의해 지지 블록(10)에 결합되어 있다. 제1 결합구(31)는 내측으로 제1 유체 순환구(21)의 외표면(215)과 같이 원형의 단면을 갖는 관통홀(311)이 형성되어 있고, 관통홀(311)의 표면은 제1 유체 순환구(21)의 외표면(215)과 맞닿아서 제1 결합구(31)가 제1 유체 순환구(21)에 대해 회전 가능하다.

제1 결합구(31)의 원통형의 외표면에는 숫나사(313)가 형성되어 있어서, 지지 블록(10)의 제1 결합공(141)에 형성되어 있는 암나사와 나사 결합된다.

제1 결합구(31)의 선단면은 제1 유체 순환구(21)의 단부면(211)의 이면과 맞닿아서, 제1 결합구(31)의 숫나사(313)와 지지 블록(10)의 제1 결합공(141)의 암나사가 나사 결합됨에 따라 제1 유체 순환구(21)를 RPS 블록(110)의 제1 장착면(117)에 대해 가압한다.

제1 유체 순환구의 단부면(211)의 오링(216)이 RPS 블록(110)의 제1 장착면(117)에 맞닿아서 밀착되어 RPS 블록(110)의 유입구(113)와 제1 유체 순환구의 전해질 통로(213)의 둘레를 외부로부터 밀봉한다.

RPS 블록(110)은 제1 장착면(117)과 제2 장착면(118)이 각각 지지 블록(10)의 제1 및 제2 삽입 공간(12, 13)에 삽입되어 지지 블록(10)에 대한 위치가 고정되고, 제1 유체 순환구(21)는 외표면(215)이 제1 결합구(31)의 관통홀(311)과 맞닿고 제1 결합구(31)는 지지 블록(10)의 제1 결합공(141)에 나사 결합된다. 또한, 나사 결합에 의해 제1 유체 순환구의 단부면(211)이 길이 방향으로 RPS 블록의 제1 장착면(7)에 밀착된다.

이러한 결합 관계에 의해 제1 유체 순환구(21)의 RPS 블록(110)에 대한 결합 위치는 정해지므로, 별도의 배치 위치를 맞추는 작업이 없이, 제1 유체 순환구에 결합되어 있는 제1 전극(41)은 RPS 블록(110)의 유통로(2)에 동심으로 배치되고, 제1 유체 순환구(21)의 전해질 통로(113)와 RPS 블록(110)의 유입구(113)의 위치가 서로 정합되고 외부에 대해 밀봉된 상태로 전해질 용액이 유통할 수 있게 된다.

다음으로, 도 8을 참조하여 제2 및 제3 유체 순환구(22, 23)가 지지 블록(10)에 결합되는 구성에 대해 설명한다. 제2 및 제3 유체 순환구(22, 23)의 구성 및 이들이 지지 블록(10)에 결합되는 구성은 서로 동일하므로 제2 유체 순환구(22)에 대해서만 설명한다.

제2 유체 순환구(22)도 제1 유체 순환구(21)과 마찬가지로 중공 원통형으로 형성되어 있고, 제2 전극(42)이 제2 유체 순환구(22)를 관통하여 결합되어 있다.

제2 유체 순환구(22)는 길이 방향 일측의 단부면(221)은 폐쇄되어 있고, 타측의 단부면(222)은 RPS 블록(110)의 통공(5)과 연통하도록 개방되어 전해질의 통로를 이루고 있다.

길게 연장되는 봉 형태의 제2 전극(32)이 제2 유체 순환구(22)의 폐쇄된 단부면(221)을 관통하여 결합되어, 제2 유체 순환구(22)의 내부 공간을 관통하여 동심으로 배치되어 있다. 제1 유체 순환구(22)을 지지 블록(10)에 결합하면 제2 전극(32)의 일부는 RPS 블록(110)의 통공(5)으로 삽입되어 유통로(2)까지 연장되어 배치된다.

제2 유체 순환구(22)의 개방된 단부(222)는 RPS 블록(110)의 통로(115) 둘레의 표면에 인접하고 둘레에 오링(226)이 마련되어 있어서 통로(115)를 외부로부터 밀봉식으로 폐쇄한다.

제2 유체 순환구(22)의 외표면(223)에는 전해질 용액이 제2 유체 순환구(22)의 내부로 유입되는 복수 개의 포트(224)가 마련되어 있다. 포트(224), 제2 유체 순환구(22)의 개방된 단부면(222) 및 RPS 블록의 통로(115)가 서로 연통되어 외부의 전해질 용액 공급원(미도시)으로부터 RPS 블록의 통로(115) 및 유통로(112)로 전해질 용액이 공급되어 유통된다.

제2 유체 순환구(22)은, 제1 유체 순환구(21)가 제1 결합구(21)에 의해 지지 블록(10)에 결합되는 것과 동일한 방식으로, 제2 결합구(32)에 의해 지지 블록(10)에 결합되어 있다.

제2 결합구(32)는 내측으로 제2 유체 순환구(22)의 외표면(223)과 같이 원형의 단면을 갖는 관통홀(321)이 형성되어 있고, 관통홀(321)의 표면이 제2 유체 순환구(22)의 외표면(223)과 맞닿아서 제2 결합구(32)는 제2 유체 순환구(22)에 대해 회전 가능하다.

제2 결합구(32)의 원통형의 외표면에는 숫나사(323)가 형성되어 있어서, 지지 블록(10)의 제2 결합공(16)에 형성되어 있는 암나사와 나사 결합된다.

제2 결합구(32)의 관통홀(321)과 제2 유체 순환구(22)의 외표면(223)에는 단차부(327, 227)이 형성되어 있어서, 제2 결합구의 숫나사(323)와 지지 블록(10)의 제2 결합공(16)의 암나사를 나사 결합하면, 제2 결합구(32)가 제2 유체 순환구(22)을 RPS 블록(110)의 통로(5) 둘레의 표면에 대해 압박한다.

제2 유체 순환구의 단부면(221)에 배치된 오링(226)이 RPS 블록(110)의 통로(115) 둘레에 맞닿아 밀착되어 RPS 블록(110)의 통로(115)와 제2 유체 순환구의 개방된 단부면(222)의 둘레를 외부로부터 밀봉한다.

제2 유체 순환구(22)과 여기에 결합되어 있는 제2 전극(42)은, 제1 유체 순환구(21) 및 제1 전극(41)과 마찬가지로, RPS 블록(110)과 지지 블록(10)의 결합, 제2 결합구(32)와 제2 유체 순환구(22)의 결합 관계 및 제2 결합구(32)와 지지 블록(10) 사이의 결합 관계에 의해, 별도의 배치 위치를 맞추는 작업이 없이, 제2 전극(42)은 RPS 블록(110)의 통로(2)에 동심으로 삽입되어 유통로(2)까지 연장되어 배치되고, 제2 유체 순환구(22)의 개방된 단부면(222)이 RPS 블록(110)의 통로(115)와 위치 정합되고 외부에 대해 밀봉된 상태로 전해질 용액이 유통할 수 있게 된다.

다음으로, 도 9를 참조하여 제4 유체 순환구(24)가 지지 블록(10)에 결합되는 구성 및 피처리 대상물인 단블록(120)이 제4 유체 순환구 및 연결구(50)에 의해 지지 블록(10)에 결합되는 구성에 대해 설명한다.

도 4를 함께 참조하면, RPS 블록(110)의 유출구(4)는 지지 블록(10)의 제2 단부면(15)에 형성되어 있는 제5 결합공(151)에 인접하여 놓이게 되는데, 지지 블록의 제5 결합공(151)에는 연결구(50)가 끼워져 고정되어 있다.

연결구(50)는 양 단부가 개방된 중공 원통형으로 형성되어 있어서, 일측의 단부는 전해질 용액의 유입구(51)를 이루고 타측의 단부는 전해질 용액의 유출구(52)를 이루고 있다.

연결구의 유입구(51)는 RPS 블록의 유출구(4)과 마주하여 서로 연통하고 있고 연결구의 유입구(51) 둘레에 배치되어 있는 오링(54)에 의해 주위로부터 밀봉된다.

한편, 지지 블록의 제2 단부면(15)과 마주하는 제3 단부면(19)에는 제4 유체 순환구(24)가 결합되어 있다. 제4 유체 순환구(24)는 제2 유체 순환구(22)과 같은 구성에 의해 같은 원리로 지지 블록(10)에 결합된다.

제4 유체 순환구(24)는 양 단부가 개방된 중공 원통형으로 형성되어 있고, 일측의 개방된 단부에는 캡(241)이 끼워져서 단부를 폐쇄하고 있다. 이 캡(241)에는 봉 형태의 제4 전극(44)이 동심으로 고정 결합되어 있어서, 제4 전극(44)은 제4 유체 순환구(24)을 관통하여 결합되어 있다.

제4 유체 순환구(24)의 타측의 단부면(242)은 지지 블록(10)의 제3 단부면(19)에 형성된 제4 결합공(191)을 관통하여, 연결구(50)의 유출구(52)와 서로 마주하게 된다.

제4 유체 순환구(22)의 단부면(242)과 연결구(50)의 유출구(53) 사이에는 지지 블록의 연결면(18)에 단블록(120)이 놓이게 된다.

단블록(120)의 양측 유입구(112)와 유출구(123)는 각각 연결구(50)의 유출구(52)와 제4 유체 순환구(22)의 단부면(242)와 마주하게 되며, 연결구(50)의 유출구(52)와 제4 유체 순환구(24)의 단부면(242)의 둘레에 각각 마련되어 있는 오링(245, 55)에 의해 외부로부터 밀봉된다. 제4 유체 순환구(22)의 둘레에는 전해질 용액이 제4 유체 순환구(22)의 내부로부터 유출되는 복수 개의 포트(244)가 마련되어 있다.

이에 따라, 전해질 용액이 RPS 블록(110)의 유통로(112)로부터 유출구(114)를 통하여 배출되고, 연결구(50)로 유입되어 다시 단블록(120)의 유통로(121)로 유동한 후에, 제4 유체 순환구(24)를 통과하여 포트(244)를 통하여 외부로 유출된다.

제4 유체 순환구(24)은, 제2 유체 순환구(22)가 제2 결합구(32)에 의해 지지 블록(10)에 결합되는 것과 동일한 방식으로, 제4 결합구(34)에 의해 지지 블록(10)에 결합되어 있다.

제4 결합구(34)는 내측으로 원형의 단면을 갖는 관통홀(341)이 형성되어 있고, 관통홀(341)의 표면이 제4 유체 순환구(24)의 원형 단면의 외표면(245)과 맞닿아서 제2 유체 순환구(24)에 대해 회전 가능하다.

제4 결합구(34)의 원통형의 외표면(342)에는 숫나사(343)가 형성되어 있어서, 지지 블록(10)의 제4 결합공(191)에 형성되어 있는 암나사와 나사 결합된다.

제4 유체 순환구(24)의 외표면(243)에는 단차부(246)가 형성되어 있어서, 제4 결합구의 숫나사(343)와 지지 블록(10)의 제4 결합공(191)의 암나사를 나사 결합하면, 제4 결합구(34)의 선단이 제4 유체 순환구(24)을 단블록(120)의 유출구(123) 둘레의 표면에 대해 가압한다.

제4 유체 순환구(24)와 여기에 결합되어 있는 제4 전극(44)은, 제1 유체 순환구(21) 및 제1 전극(41)과 마찬가지로, RPS 블록(110)과 지지 블록(10)의 결합, 제4 결합구(34)와 제4 유체 순환구(24)의 결합 관계 및 제4 결합구(34)와 지지 블록(10) 사이의 결합 관계에 의해, 별도의 배치 위치를 맞추는 작업이 없이, 제4 전극(44)이 단블록(120)에 동심으로 삽입되어 배치된다.

또한, 단블록(120)은 지지 블록(10)에 고정된 연결구(50) 및 제4 결합구(34)에 의해 지지 블록(10)에 배치되는 제4 유체 순환구(24) 사이에서 고정되므로, 별도의 위치 조정 작업 없이 단블록의 유입구(122)와 유출구(123)가 각각 연결 블록의 유출구(52) 및 제4 유체 순환구의 단부면(242)와 위치 정합되어 제 위치에 배치되고, 제4 전극(44)은 단블록(120)의 유통로(111)에 동심으로 배치된다.

이하, 도 3과 4를 참조하여 이상의 구성에 따라 RPS 블록(110) 및 단블록(120)이 산화피막 형성을 위해 본 실시예의 산화피막 형성 장치에 결합되는 과정을 설명한다.

먼저, 지지 블록(10)에는 제2 단부면(15)에 연결구(50)만이 결합되어 있다. 이 상태에서 RPS 블록(110)과 단블록(120)을 지지 블록(10)에 놓는다.

RPS 블록(110)은 제1 장착면(117)과 제2 장착면(118)이 각각 지지 블록의 제1 삽입 공간(12)과 제2 삽입 공간(13)에 삽입되도록 하면 산화피막 형성을 위한 제 위치에 놓이게 된다. 단블록(120)은 유입구(112)가 연결구(50)의 유출구(52)와가 마주하도록 지지 블록의 제2 단부면(15)과 제3 단부면(19) 사이에 배치한다.

이어서, 제1 내지 제4 유체 순환구(21 ~ 24) 각각에 제1 내지 제4 결합구(31 ~ 34)를 결합하고, 제1 내지 제4 유체 순환구(21 ~ 24)의 선단을 각각 RPS 블록(10)의 유입구(3), 통로(5, 6) 및 단블록(120)의 유출구(123)에 맞대어 놓은 상태에서 제1 내지 제4 결합구(31 ~ 34)를 회전시켜서 그 숫나사가 지지 블록(10)의 상응하는 부분의 암나사와 결합되게 한다.

이로써 RPS 블록(110)과 단블록(120)은 지지 블록(10)의 제 위치에 배치되어 고정된다.

각각의 전극(41 ~ 43)에 전원을 연결하고, 제1 내지 제3 유체 순환구(21 ~ 23)의 포트들(214, 224, 234)에는 전해질 용액의 공급원으로부터의 튜브(미도시)를 연결하며, 제4 유체 순환구(24)의 포트(244)에는 배출되는 전해질 용액이 수거되어 냉각되는 장치에 연결되는 튜브(미도시)를 연결한다.

이상의 구성을 갖는 본 실시예의 산화피막 형성 장치에서는 RPS 블록(110)과 단블록(120)이 함께 장착되어 산화피막의 형성 처리가 이루어지지만, 예컨대 RPS 블록(110)만을 처리하는 장치로 구성되는 경우에는 본 실시예의 산화피막 형성 장치의 구성을 다음과 같이 변형하여 이용할 수 있다.

전술한 실시예의 산화피막 형성 장치에서, 지지 블록(10)의 연결면(18)과 제3 단부면(19) 및 연결구(50)는 제거되고, 제1 유체 순환구(21)와 같은 구성을 갖되 전극을 갖추지 않는 유체 순환 수단을 제2 단부면(15)의 제5 결합공(151)에 결합함으로써, RPS 블록(110)만을 처리하는 산화피막 형성 장치를 구성할 수 있다

이상의 구성과 결합에 따라 수행되는 산화피막 형성 공정에 대해 설명한다.

전해질 용액으로서는 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트룸(NaOH)의 수용액이 사용될 수 있는데, 본 실시예에서는 수산화칼륨 3 ~ 12 중량부와 물유리라고 불리우는 규산나트륨(Na₂SiO₃) 3 ~ 18 중량부를 증류수 1000 중량부에 용해시킨 것이 사용된다. 본 실시예에서는 전해질 용액으로서 pH가 11 ~ 13인 알카리성 용액이며 농도는 0.5 ~ 1.5 w%인 것을 이용할 수 있다.

제1 내지 제3 유체 순환구(21, 22, 23)의 포트(214, 224, 234)에는 전해질 용액을 공급하는 용액 공급 장치(미도시)로부터 전해질 용액이 공급된다. 용액 공급 장치는 펌프와 필터 및 전해질 용액을 상온으로 냉각시키는 냉각 수단이 갖추어져 있다.

제1 내지 제3 유체 순환구(21, 22, 23)를 통하여 공급되는 전해질 용액은 각각 RPS 블록(110)의 유입구((113) 및 통로(115, 116)을 통하여 유통로(112)에 유입된 후에 유출구(114)로 유출된다. RPS 블록(110)을 흐른 전해질 용액은 연결 블록(50)을 통하여 단블록(120)의 유통로(121)를 흐르고, 제4 유체 순환구(24)의 포트(244)를 통하여 배출된다.

전해질 용액은 최초에 제1 내지 제3 유체 순환구(21, 22, 23)로 상온 상태로 공급되지만, RPS 블록(110)과 단블록(120)에서의 플라즈마 전해 산화 처리에 의해 온도가 상승한다.

제4 유체 순환구(24)의 포트(244)를 통하여 배출되는 용액은 용액 공급 장치의 냉각 수단에 의해 30 ℃ 이하로 냉각되고 필터를 걸쳐 불순물이 제거된 후에 펌프에 의해 다시 제1 내지 제3 유체 순환구(21, 22, 23)를 통하여 공급된다.

이러한 전해질 용액의 순환과 더불어 제1 내지 제6 전극(41 ~ 46)에는 플라즈마 생성을 위한 전력이 공급된다.

제1 전류 인가 수단을 이루는 제1 내지 제6 전극(41 ~ 46)에 전력을 공급하는 전력 공급 장치(미도시)가 마련되어, 제1 내지 제4 전극(41 ~ 44)과 제5 및 제6 전극(45, 56)에 2극의 교류 전력을 인가한다. 인가되는 전력은 380V의 전압을 가지며 7 ~ 35 A/dm2의 전류 밀도로 전극들에 공급된다.

RPS 블록(110)에는 제5 전극(45)이 접속되어 있고, 그 내표면, 즉 RPS 블록의 유통로(112), 유입구(113), 유출구(114) 및 통로들(115, 116)의 중심에는 반대 극성을 갖는 제1 내지 제4 전극(41 ~ 44)이 배치되어 있어서, 제1 내지 제4 전극(41 ~ 44)과 RPS 블록(110)의 내표면 사이에는 전해질에 의한 전류의 도통 상태로 되며, 플라즈마 전해 산화에 의해 RPS 블록의 유통로(112), 유입구(113), 유출구(114) 및 통로들(115, 116)에서 전극들과 마주하는 표면에 산화피막이 생성된다.

이러한 산화피막의 생성은 다음의 화학식으로 표현된다.

2Al + 3(H₂O) = Al₂O₃ + 3H₂

전해질 용액을 이루는 물로부터 해리 상태의 산소와 수소가 발생하고, RPS 블록을 이루는 소재인 알루미늄은 해리된 산소와 결합하여 알루미나의 층을 형성한다.

이에 따라, RPS 블록의 표면에는 감마-알루미나(γ-alumina layer)로 이루어지는 비정질 다공성의 층이 형성되고, 그 하층으로는 알파-알루미나(α-alumina)로 이루어지는 경화층이 형성된다.

본 실시예에서 산화피막을 형성하고자 하는 RPS 블록(110)은 그 유통로(112)에서 세정용의 플라즈마 가스가 생성되는 것이므로 매우 강한 부식 조건에 놓이며, 또한, 단블록(120) 역시 그 유통로가 플라즈마 가스가 흐르는 유통로를 형성하므로 높는 부식성 환경에 놓이게 된다. 그러한 부식 조건에서 다공성층은 모재로부터 박리되어 플라즈마 가스 중에 불순물로서 혼입될 수 있으므로, 후공정에서 연마 등에 의해 제거된다.

RPS 블록(110) 및 단블록(120)에 대한 산화피막 형성 공정이 완료되면, 제1 내지 제4 결합구(31 ~ 34)의 나사 결합을 해제하여 제1 내지 제4 유체 순환 수단(21 ~ 24)을 지지 블록(10)으로부터 분리한다. 이에 따라 제1 내지 제4 전극(41 ~ 44)도 함께 분리된다.

이어서, RPS 블록(110) 및 단블록(120)은 지지 블록(10)으로부터 분리하고, 여기에 결합되어 있는 제5 및 제6 전극(45, 46)을 분리한다. 제5 및 제6 전극(45, 46)은 각각 RPS 블록(110) 및 단블록(120)을 플라즈마 세정 장치에 부착하기 위한 나사홀 등에 삽입되어 있으므로 별도의 도구 없이 제거된다.

전극을 제거한 RPS 블록(110) 및 단블록(120)은 표면에 부착되어 있는 전해질 용액을 제거하도록 물로 세척하고 연마 장치에 의해 표면의 다공성층을 제거한다.

연마 작업 후에 다시 RPS 블록(110) 및 단블록(120)을 초음파를 인가하는 상태에서 물로 세척하여 표면의 불순물을 제거한다. 이로써 RPS 블록(110) 및 단블록(120)에 대한 산화피막 형성 작업은 종료한다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 산화피막 형성 장치 및 형성 방법의 구성과 작용을 설명하였는바, 본 발명은 이러한 실시예의 구성에 한정되지 않고 청구범위에 기재한 범위에서 다양한 변형과 요소의 부가가 가능하다.

10: 지지 블록 21 ~ 22: 유체 순환 수단
31 ~ 35: 결합구 41 ~ 46: 전극
110: RPS 블록 120: 단블록

Claims (8)

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3. 내부에 유체가 유통하는 유통로 및 외부로부터 유통로로 유체가 유입되거나 유통로로부터 유체가 유출되는 복수 개의 통로가 형성된 금속제 물품에 대하여 유통로의 표면을 플라즈마 전해 산화에 의해 산화하여 산화 피막을 형성하는 산화피막 형성 장치로서,
   금속제 물품의 표면의 일부와 맞닿아서 금속제 물품을 지지하는 지지 수단;
   각각의 통로를 통해 삽입되어 금속제 물품의 유통로 및 통로에 배치되고 전력이 인가되는 복수 개의 제1 전류 인가 수단;
   금속제 물품의 각각의 통로와 유체가 통하게 결합되고, 지지 수단에 탈착식으로 결합되는 복수 개의 유체 순환 수단; 및
   금속제 물품에 결합되어 전력을 인가하는 제2 전류 인가 수단; 및
   원통형의 관통홀과 숫나사가 형성되는 외표면을 갖추고 각각의 유체 순환 수단을 지지 수단에 결합하는 복수 개의 결합구
   을 포함하고,
   유체 순환 수단 중 일부는 전해질 용액이 공급되어 유체가 통하게 결합되는 금속제 물품의 통로를 통하여 전해질 용액을 유통로에 공급하고, 유체 순환 수단 중 나머지는 금속제 물품의 유통로부터 유체가 통하게 결합되는 통로를 통하여 배출되는 전해질 용액이 유입되어 전해질 용액을 외부로 배출하는 것이며,
   각각의 유체 순환 수단은 일 단부가 폐쇄되고 타 단부가 개방되는 중공 원통형으로 형성되고, 개방된 단부는 유체가 통하게 결합되는 금속제 물품의 통로와 유체 연통되고, 각각의 유체 순환 수단에는 외부로부터 유체가 공급되거나 배출되는 포트가 마련되고 중공의 내부 공간을 통하여 포트와 개방된 단부 사이에 유체가 유동하며,
   각각의 제1 전류 인가 수단은 봉 형태로 형성되어 유체 순환 수단의 폐쇄된 단부에 결합되어 유체 순환 수단에 동심으로 배치되고,
   결합구의 관통홀은 각각의 유체 순환 수단의 외표면과 맞닿고 결합구의 외표면의 숫나사는 지지 수단에 형성되는 암나사와 나사 결합되고, 결합구와 지지 수단의 나사 결합에 의해 각각의 유체 순환 수단이 지지 수단에 결합되는 것인, 산화피막 형성 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   유체 순환 수단의 외표면에는 단차가 형성되고 결합구의 일부가 유체 순환 수단의 단차와 길이 방향으로 접촉하여 지지 수단의 나사 결합에 의해 결합구가 유체 순환 수단을 금속제 물품의 통로 둘레의 표면에 대하여 가압하는 것인, 산화피막 형성 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   지지 수단에는 금속제 물품의 외표면의 특정 부분을 구속하여 지지하는 지지부가 마련되고, 각각의 유체 순환 수단이 고정되는 고정부가 금속제 물품의 통로의 위치에 정합되어 마련되는 것인, 산화피막 형성 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   금속제 물품의 외표면의 상기 특정 부분은 패널 형태로 형성되는 부분이고, 지지 수단의 지지부는 상기 패널 형태로 형성되는 부분이 삽입되어 맞닿는 공간이며,
   각각의 유체 순환 수단이 고정되는 고정부는 결합구의 숫나사가 맞물리는 암나사가 형성되는 결합공으로 이루어지는 것인, 산화피막 형성 장치.
7. 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
   지지 수단에는 복수 개의 금속제 물품이 장착되되, 금속제 물품들은 유통로가 서로 동심으로 배치되고, 어느 하나의 금속제 물품의 유통로의 유출구가 이에 인접하는 다른 금속제 물품의 유통로의 유입구와 연통되는 것인, 산화피막 형성 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   지지 수단에는 상기 어느 하나의 금속제 물품의 유통로의 유출구 및 상기 인접하는 다른 금속제 물품의 유통로의 유입구 사이에 배치되는 연결구가 마련되고,
   연결구는 상기 어느 하나의 금속제 물품의 유통로의 유출구 및 상기 인접하는 다른 금속제 물품의 유통로의 유입구와 유체가 연통되도록 구성되는 것인, 산화피막 형성 장치.

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