KR102449550B1 - 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템 및 방법을 제공한다. 이 시스템은, 플라즈마 빔이 토출되도록 구성된 플라즈마 발생 장치, 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며, 웹 기재를 감아서 이송하는 이송 롤러, 이송 롤러의 중심부를 롤러의 중심 축 방향으로 통과하는 수냉배관, 수냉배관을 통해 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각 장치를 포함한다.
Description
본 발명은 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 플라즈마 발생 장치에 의해 표면 처리되는 웹 기재를 이송하는 롤러의 온도 조절이 가능한 웹 기재 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 기체상태의 물질에 계속 열을 가하여 온도를 높일 때 생성되는 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체를 지칭한다. 물질의 이러한 상태를 플라즈마 상태라고 하며, 물질의 상태인 고체, 액체 및 기체와 함께 제4의 물질 상태로 불린다. 이런 플라즈마 상태는 전기적으로 중성을 띄게 되며, 이를 이용하여 소재의 표면에 코팅을 하면 마모나 부식을 방지할 수 있어 소재의 상태를 개선하는 효과가 있다.
일반적으로 플라즈마 생성 장치는, 한 쌍의 대향하는 전극 사이에 방전 공간을 형성하고, 방전 공간 내에서 방전을 발생시켜 플라즈마를 얻기 위해 방전 공간에 플라즈마 생성 가스를 공급하고 전극들 사이에 전압을 인가한다. 하지만, 종래의 플라즈마 생성 장치에서는 플라즈마 방전 시 열이 발생할 수 있으며, 특히 플라즈마 처리 성능을 향상시키기 위해 전극들 사이에 고주파 전압을 인가하는 경우 이러한 열 발생이 증가할 수 있다. 플라즈마 발생 장치에서 발생하는 열은 피처리물에 손상을 가할 수 있다. 예를 들어, 피처리물이 금속 또는 플라스틱 필름과 같이 유연성이 있는 웹 기재인 경우에는, 피처리물에 가해진 열 충격에 의해 제품이 휘어지거나 늘어지는 현상 등이 발생하여 손상되는 문제가 있다.
웹 기재의 표면 처리 또는 코팅을 하기 위해서는 화학적 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition)이 사용될 수 있다. 이 화학적 처리 방법에서는, 웹 기재의 코팅되는 표면이 휘발성 전구체(예를 들어, 오가노실리콘(organosilicon))를 포함하는 처리 가스 혼합물에 노출된다. 여기서 휘발성 전구체는 플라즈마 소스에 의해 에너지를 받아 플라즈마를 생성한다. 이에 따라 여기된 전구체는 웹 기재의 표면 상에서 반응 또는 분해되어 증착 또는 코팅이 이루어진다.
웹 기재 또는 유연성을 갖는 기판의 표면 처리에는 롤투롤(roll-to-roll) 플라즈마 표면처리 장치를 활용한 방법이 많이 사용된다. 롤투롤 장치는 피처리물인 웹 기재를 권출하는 언와인딩 롤러(winding roller)와 그 웹 기재를 감아 당기는 와인딩 롤러(unwinding roller)를 통하여 표면처리 영역으로 공급되는 웹 기재의 표면에 플라즈마 표면 처리를 실행하는 장치이다. 일반적으로 사용되는 종래의 롤투롤 플라즈마 표면처리 장치는, 웹 기재가 그 표면에 밀착되고, 이렇게 밀착된 웹 기재에 플라즈마 처리가 진행되는 원통형상의 드럼(또는 이송 롤러)와 이에 대향하여 배치되는 하나 이상의 플라즈마 생성 장치를 포함한다.
종래의 롤투롤 플라즈마 표면처리 장치에서는, 웹 기재에 방사되는 플라즈마의 열이 웹 기재를 통해 드럼에 전달될 수 있으며, 드럼에 전달된 열은 웹 기재의 품질에 손상을 가하는 원인이 될 수 있다. 또한, 웹 기재의 좌우 치우침은 웹 기재가 드럼으로부터 벌어지는 현상을 초래하여, 웹 기재를 표면처리하는 과정에서 웹 기재에 온도 편차를 발생시켜 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 개시는, 이상 설명한 바와 같은 종래의 롤투롤 플라즈마 표면처리 장치에서의 플라즈마 열에 의한 이송 롤러의 과열과 이로 인한 웹 기재의 손상, 이송 롤러에 의한 웹 기재의 이동 시 발생하는 온도 편차 문제 등을 해결할 수 있는 플라즈마 생성 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템 및 방법을 제안한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템은, 플라즈마 빔이 토출되도록 구성된 플라즈마 발생 장치, 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며, 웹 기재를 감아서 이송하는 이송 롤러, 이송 롤러(120)의 중심부를 통과하는 수냉배관, 수냉배관을 통해 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 냉각 장치는, 냉각 장치를 통과하여 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각부, 및 냉각부에 의해 온도가 조절된 냉각수를 수냉배관을 통해 상기 이송 롤러로 공급하는 공급부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템은, 플라즈마 생성 장치에서 토출되는 플라즈마 빔의 세기를 측정하고, 측정된 플라즈마 빔의 세기에 기초하여 냉각장치를 통과하여 흐르는 냉각수의 온도를 제어하는 제어 장치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어 장치는, 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔 세기를 측정하는 플라즈마 세기 측정부, 측정된 플라즈마 빔 세기에 기초하여 이송 롤러의 온도를 예측하는 온도 예측부, 예측된 온도에 기초하여 온도제어 신호를 생성하여 냉각 장치로 전송하는 온도조절부를 포함할 수 있다. 또한, 냉각 장치의 냉각부는, 온도제어 신호에 기초하여, 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하여 이송 롤러를 통해 이송되는 웹 기재 처리 방법은, 제어 장치에 의해 플라즈마 발생 장치에서 생성된 플라즈마 빔의 세기를 측정하는 단계, 측정된 플라즈마 빔의 세기에 기초하여 이송 롤러의 온도를 예측하는 단계, 예측된 온도에 기초해서 온도제어 신호를 생성하여 냉각 장치로 전송하는 단계, 냉각 장치에 의해 수신된 온도제어 신호에 기초하여 냉각 장치를 통과하여 흐르는 냉각수의 온도를 제어하는 단계, 온도가 제어된 냉각수를 이송 롤러의 내부로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 웹 기재 처리 시스템에 있어서 플라즈마 발생 장치에 대향하여 배열된 이송 롤러의 내부를 관통하는 수냉배관을 설치함으로써, 플라즈마에 의한 이송 롤러의 과열을 방지할 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 웹 기재 처리 시스템에 있어서 플라즈마 발생 장치로부터 분사되는 플라즈마 빔의 세기를 측정하고, 측정된 빔의 세기를 기초하여 웹 기재를 감아서 이송하는 이송 롤러의 온도 변화를 예측 및 조절할 수 있다. 이와 같이, 이송 롤러의 온도 변화를 예측 및 조절함으로써, 웹 기재 처리 장치에서 이송 롤러에 밀착하여 이동하는 웹 기재의 온도를 효과적으로 조절할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 웹 기재 처리 시스템에서 이송 롤러에 밀착하여 이송되는 웹 기재에 대해 플라즈마 처리를 진행하는 과정에서 플라즈마 발열로 인한 웹 기재의 손상, 열화 및 변형 등을 예방할 수 있다.
본 개시의 실시예들은, 이하 설명하는 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 유사한 요소들을 나타내지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템에서 이송 롤러를 통과하는 수냉배관의 온도를 제어하는 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템에서 수냉배관이 설치된 이송 롤러의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템에서 수냉배관을 통과하는 냉각수의 온도 조절과 순환을 제어하는 냉각장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템에서 이송 롤러를 통과하는 수냉배관의 온도를 제어하는 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템에서 수냉배관이 설치된 이송 롤러의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템에서 수냉배관을 통과하는 냉각수의 온도 조절과 순환을 제어하는 냉각장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
본 개시에서 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
본 개시에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 개시에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다.
본 개시의 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 개시에서, 용어 '부(part 또는 portion)' 또는 '장치(device)'는 소프트웨어 구성요소, 하드웨어 구성요소 또는 이들의 조합을 의미하며, '부' 또는 '장치'는 특정 역할이나 기능을 수행하기 위해 구성될 수 있다. 그렇지만 '부' 또는 '장치'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부' 또는 '장치'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부' 또는 '장치'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 본 개시에서 설명되는 구성요소들과 '부' 또는 '장치'들은 그 내부에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '장치'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '장치'들로 더 분리될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템(100)은, 플라즈마 빔이 토출되도록 구성된 하나 이상의 플라즈마 발생 장치(110), 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며, 웹 기재를 감아서 이송하는 이송 롤러(120), 이송 롤러(120)의 중심부를 롤러의 회전 또는 중심 축 방향으로 통과하는 수냉배관(150), 수냉배관(150)을 통해 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각 장치(130)를 포함할 수 있다.
또한, 웹 기재 처리 시스템(100)은, 플라즈마 발생 장치(110) 및 냉각 장치(130)에 연결되며, 플라즈마 발생 장치(110)에서 토출되는 플라즈마 빔의 세기를 측정하고, 측정된 플라즈마 빔의 세기에 기초하여 냉각 장치(130)를 통과하여 흐르는 냉각수의 온도를 제어하는 제어 장치(140)를 더 포함할 수 있다.
플라즈마 발생 장치(110)는, 예를 들어 대기압인 약 760 Torr의 압력에서 플라즈마를 방전시켜 발생하는 대기압 플라즈마 발생 장치일 수 있다. 일 예에서, 플라즈마 발생 장치(110)는, 발생된 플라즈마를 유기물인 고분자 재료로 구성된 웹 기재의 표면 처리에 사용될 수 있고, 이 경우 고분자 재료의 소수성, 친수성, 염색성, 접착성 등을 개선시킬 수 있다. 다른 예에서, 플라즈마 발생 장치(110)는 금속 재료로 구성된 웹 기재의 표면 처리에 사용될 수 있으며, 이 경우 금속표면에 TiN/C, CrN/C, AIN 등과 같은 초경 피막을 코팅함으로써 표면의 내마모, 내부식 성질을 개선할 수 있다.
플라즈마 발생 장치(110)가 대기압 플라즈마 발생 장치인 경우, 통상 상온 상압 환경에서 구동될 수 있도록, 제네레이터, 고전압변압기, 플라즈마 방전을 발생시키는 전극들, 노즐 등으로 구성될 수 있다. 고전압 변압기에 의해 발생된 고주파 고전압은 플라즈마 발생 장치(110) 내부에 설치된 전극들에 인가되며, 인가된 전압에 의해 전극들 사이에 전기 아크 형태의 고주파 방전이 발생된다. 이와 같이 플라즈마 발생 장치(110) 내부에 전기 아크가 발생된 상태에서 작동 가스가 전기 아크와 접촉하여 플라즈마 상태로 변환된다. 플라즈마 발생 장치(110)에서 생성된 플라즈마 빔은 노즐을 통해 토출된다.
도 1에서는, 복수의 플라즈마 발생 장치(110)가 2열로 배치되며, 복수의 플라즈마 발생 장치(110)의 노즐이 비스듬한 각도로 이송 롤러(120)에 대향하도록 배열된 구성이 도시되어 있으나, 본 개시의 웹 기재 처리 시스템의 구성은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하나 이상의 선형 노즐을 구비한 플라즈마 발생 장치가 이송 롤러(120)에 대향하도록 배치될 수도 있다.
이송 롤러(120)는, 플라즈마 발생 장치(110)에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하도록 배치되며, 언와인딩 롤러(unwinding roller)(미도시)로부터 권출되는 웹 기재를 감아서 와인딩 롤러(winding roller)(미도시) 방향으로 이송할 수 있다. 이러한 구성에서, 이송되는 웹 기재는 이송 롤러의 표면에 밀착된 상태에서 이송되는 동안에, 플라즈마 발생 장치(110)에서 방사되는 플라즈마에 의해 그 표면이 처리될 수 있다.
이송 롤러(120)는 롤러의 대략 중심부를 중심 축(또는 회전 축) 방향으로 통과하는 수냉배관(150)을 포함할 수 있다. 이 구성에서, 수냉배관(150)을 통해 냉각수가 공급됨으로써, 냉각수에 의해 이송 롤러(120)의 온도가 조절될 수 있다.
냉각 장치(130)는, 수냉배관(150)에 공급되는 냉각수를 저장하고, 저장된 냉각수를 수냉배관(150)을 통해 흐르도록 순환시킬 수 있다. 또한, 냉각 장치(130)는 그 내부에서 저장되거나 순환되는 냉각수의 온도를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 장치(130)는, 제어 장치(140)로부터 수신되는 온도제어 신호에 기초하여 냉각수의 온도를 제어할 수 있다.
제어 장치(140)는, 플라즈마 발생 장치(110)에서 토출되는 플라즈마 빔의 세기(또는 온도)를 측정하고, 측정된 플라즈마 빔의 세기에 기초하여 온도제어 신호를 생성할 수 있다. 제어 장치(140)가 생성한 온도제어 신호는 냉각 장치(130)에 제공되어, 냉각 장치(130)가 온도제어 신호에 기초하여 그 내부를 통과하는 냉각수의 온도를 제어하도록 할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템에서 냉각 장치를 제어하는 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템(100)의 구성요소들 중에서 도 1에 도시된 시스템(100)과 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들은 그 기능과 구성이 동일 또는 유사할 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 1에 도시된 시스템(100)과 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들의 기능과 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템 (100)은, 플라즈마 발생 장치(110), 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며, 웹 기재를 감아서 이송하는 이송 롤러(120), 이송 롤러(120)의 중심부를 롤러의 중심 축 방향으로 통과하는 수냉배관(150), 수냉배관(150)을 통해 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각 장치(130)를 포함할 수 있다.
플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템(100)은, 플라즈마 발생 장치(110)에서 토출되는 플라즈마 빔의 세기를 측정하고, 측정된 플라즈마 빔의 세기에 기초하여 냉각 장치(130)를 통과하여 흐르는 냉각수의 온도를 제어하는 제어 장치(140)를 더 포함할 수 있다.
제어 장치(140)는, 플라즈마 발생 장치(110)에 의해 생성된 플라즈마 빔 세기를 측정하는 플라즈마 세기 측정부(141), 측정된 플라즈마 빔 세기에 기초하여 이송 롤러(120)의 온도를 예측하는 온도 예측부(142), 예측된 온도에 기초하여 온도제어 신호를 생성하여 냉각 장치(130)로 전송하는 온도 조절부(143)를 포함할 수 있다.
플라즈마 세기 측정부(141)는, 플라즈마 생성 장치(110)로부터 플라즈마 세기에 관한 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 생성 장치(110)는 노즐에서 토출되는 플라즈마의 세기를 측정하는 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 장치(110)의 센서(예를 들어, 온도 센서, 전압 또는 전류 센서 등)는 측정된 플라즈마 세기(예를 들어, 온도 값, 전압 값, 전류 값 등과 같이 플라즈마 세기를 도출할 수 있는 정보)를 플라즈마 세기 측정부(141)로 전송할 수 있다. 다른 예에서, 플라즈마 세기 측정부(141)는 플라즈마 생성 장치(110)와 근접한 위치에 설치된 플라즈마 세기 측정 센서(예를 들어, 온도 센서, 전압 또는 전류 센서 등)에 연결될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 세기 측정부(141)는, 플라즈마 생성 장치(110)와 근접한 위치에 설치된 센서로부터 플라즈마 세기를 수신할 수 있다.
온도 예측부(142)는, 플라즈마 세기 측정부(141)로부터 전송되는 플라즈마 세기 정보에 기초하여, 플라즈마 생성 장치(110)에서 발생하는 플라즈마의 온도를 예측할 수 있다. 예를 들어, 온도 예측부(142)는, 복수의 플라즈마 세기 정보에 대응하는 플라즈마 온도 정보를 나타내는 데이터(또는 대응 테이블)를 내부 메모리에 저장할 수 있다. 이 경우, 온도 예측부(142)는 수신되는 플라즈마 세기 정보에 대응하는 플라즈마 온도 정보를 내부 메모리로부터 추출할 수 있다.
온도 조절부(143)는, 온도 예측부(142)로부터 출력되는 플라즈마 온도 정보에 기초하여 온도제어 신호를 생성하여 냉각 장치(130)로 전송한다. 예를 들어, 온도 조절부(143)는 플라즈마 온도 값이 높을 수록, 냉각 장치(130)가 냉각수의 온도를 더 하강할 수 있도록 지시하는 온도제어 신호를 생성할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템에서 이송 롤러의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템(100)의 구성요소들 중에서 도 1 및 도 2에 도시된 시스템(100)과 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들은 그 기능과 구성이 동일 또는 유사할 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 1 및 도 2에 도시된 시스템(100)과 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들의 기능과 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템 (100)에서, 이송 롤러(120)는, 플라즈마 발생 장치(110)에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐(112)과 대향하도록 배치되며, 언와인딩 롤러(unwinding roller)(미도시)로부터 권출되는 웹 기재(310)를 감아서 와인딩 롤러(winding roller)(미도시) 방향으로 이송할 수 있다. 이러한 구성에서, 이송되는 웹 기재(310)는 이송 롤러(120)의 표면에 밀착된 상태에서 이송되는 동안에, 플라즈마 발생 장치(110)에서 방사되는 플라즈마에 의해 그 표면이 처리될 수 있다.
한편, 이송 롤러(120)의 대략 중심부에는 수냉배관(150)이 배치되며, 수냉배관(150)을 통해 냉각수가 순환된다. 수냉배관(150)에 연결된 냉각 장치(130)는 냉각수의 온도를 조절함으로써, 수냉배관(150)을 감싸도록 구성된 이송 롤러(120)의 표면의 온도를 제어할 수 있다. 따라서, 이송 롤러(120)의 표면에 밀착되어 이송되는 웹 기재(310)에 조사되는 플라즈마 빔의 온도에 의해 이송 롤러(120)의 표면이 과열되더라도, 이송 롤러(120)의 표면이 냉각됨으로써 웹 기재(310)의 온도가 지나치게 상승되는 것을 방지할 수 있다.
추가적으로, 냉각 장치(130)는 제어 장치(140)로부터 수신된 온도제어 신호를 기초하여 냉각 장치(130)를 통과하여 흐르는 냉각수의 온도를 제어할 수도 있다. 이에 따라, 냉각 장치(130)는, 플라즈마 생성 장치(110)에서 토출되는 플라즈마 빔의 온도 측정 값 또는 온도 예측 값에 따라 적절히 냉각수의 온도를 조절할 수 있다. 따라서, 플라즈마 생성 장치(110)에서 토출되는 플라즈마 빔의 온도 변화에 따라 수냉배관(150)을 흐르는 냉각수의 온도를 조절하는 것이 가능하다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템에서 냉각수의 온도를 조절하는 냉각 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템(100)의 구성요소들 중에서 도 1 내지 도 3에 도시된 시스템(100)과 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들은 그 기능과 구성이 동일 또는 유사할 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 1 내지 도 3에 도시된 시스템(100)과 동일한 부재번호로 표시된 구성요소들의 기능과 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 냉각 장치(130)는, 수냉배관(150)을 통해 냉각 장치(130)로 유입되는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각부(131)와, 냉각부(131)에 의해 온도가 조절된 냉각수를 다시 수냉배관(150)으로 순환시키는 공급부(132)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 냉각부(131)는, 냉각수의 온도를 하강시키기 위한 냉각 팬을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각부(131)는 그 내부에 비표면적을 높일 수 있는 핀(fin) 형태의 구조물을 포함하여, 이 구조물을 통과하는 냉각수의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
공급부(132)는, 냉각부(131)에 의해 온도가 조절된 냉각수를 수냉배관(150)을 통해 이송 롤러(120)의 내부(150)로 순환시킬 수 있다. 예를 들어, 공급부(132)는 냉각수를 수냉배관(150)을 통해 순환시킬 수 있는 순환펌프를 포함할 수 있다.
수냉배관(150)과 냉각 장치(130)를 통과하는 냉각수는 물 또는 비활성 기체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각 효과를 갖는 다양한 유체를 포함할 수도 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
플라즈마 장치를 이용하는 웹 기재 처리 방법(500)은, 제어 장치가 플라즈마 발생 장치에서 생성된 플라즈마 빔의 세기를 측정하는 단계(S510)로 개시될 수 있다. 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 제어 장치(140)의 플라즈마 세기 측정부(141)는 플라즈마 발생 장치에서 생성되는 플라즈마 빔의 세기 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 생성 장치(110) 의 센서(예를 들어, 온도 센서, 전압 또는 전류 센서 등)는 측정된 플라즈마 세기(예를 들어, 온도 값, 전압 값, 전류 값 등과 같이 플라즈마 세기를 도출할 수 있는 정보)를 플라즈마 세기 측정부(141)로 전송할 수 있다. 다른 예에서, 플라즈마 세기 측정부(141)는 플라즈마 생성 장치(110)와 근접한 위치에 설치된 플라즈마 세기 측정 센서(예를 들어, 온도 센서, 전압 또는 전류 센서 등)에 연결될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 세기 측정부(141)는, 플라즈마 생성 장치(110)와 근접한 위치에 설치된 센서로부터 플라즈마 세기를 수신할 수 있다.
다음으로, 제어 장치에 의해 측정된 플라즈마 빔의 세기에 기초하여 이송 롤러의 온도를 예측할 수 있다(S520). 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 온도 예측부(142)는, 플라즈마 세기 측정부(141)로부터 전송되는 플라즈마 세기 정보에 기초하여, 플라즈마 생성 장치(110)에서 발생하는 플라즈마의 온도를 예측할 수 있다. 예를 들어, 온도 예측부(142)는, 복수의 플라즈마 세기 정보에 대응하는 플라즈마 온도 정보를 나타내는 데이터(또는 대응 테이블)를 내부 메모리에 저장할 수 있다. 이 경우, 온도 예측부(142)는 수신되는 플라즈마 세기 정보에 대응하는 플라즈마 온도 정보를 내부 메모리로부터 추출할 수 있다.
제어 장치에 의해 예측된 온도에 기초해서 온도제어 신호를 생성하여 냉각 장치로 전송할 수 있다(S530). 일 실시예에서, 도 2를 참조하면, 온도 조절부(143)는, 온도 예측부(142)로부터 출력되는 플라즈마 온도 정보에 기초하여 온도제어 신호를 생성하여 냉각 장치(130)로 전송한다. 예를 들어, 온도 조절부(143)는 플라즈마 온도 값이 높을 수록, 냉각 장치(130)가 냉각수의 온도를 더 하강할 수 있도록 지시하는 온도제어 신호를 생성할 수 있다.
냉각 장치에 의해 수신된 온도제어 신호에 기초하여 냉각 장치를 통과하여 흐르는 냉각수의 온도를 제어할 수 있다(S540). 일 실시예에서, 도 4를 참조하면, 냉각 장치(130)의 냉각부(131)는, 수신된 온도제어 신호에 기초하여, 수냉배관(150)을 통해 냉각 장치(130)로 유입되는 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.
또한, 냉각 장치의 공급부는 온도가 제어된 냉각수를 수냉배관을 통해 이송 롤러의 내부로 공급할 수 있다(S550). 일 실시예에서, 도 4를 참조하면, 냉각 장치(130)의 공급부(132)는, 냉각부(131)에 의해 온도가 조절된 냉각수를 수냉배관(150)을 통해 이송 롤러(120)의 내부(150)로 순환시킬 수 있다. 예를 들어, 공급부(132)는 냉각수를 수냉배관(150)을 통해 순환시킬 수 있는 순환펌프를 포함할 수 있다.
본 명세서에서는 본 개시가 일부 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
100: 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템
110: 플라즈마 발생 장치
120: 이송 롤러
130: 냉각 장치
131: 냉각부
132: 공급부
140: 제어 장치
141: 플라즈마 세기 측정부
142: 온도 예측부
143: 온도 조절부
150: 수냉배관
310: 웹 기재
Claims (5)
- 플라즈마 발생 장치를 이용하는 웹 기재 처리 시스템에 있어서,
플라즈마 빔이 토출되도록 구성된 플라즈마 발생 장치;
상기 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며, 언와인딩 롤러로부터 권출되는 웹 기재를 감아서 와인딩 롤러 방향으로 이송하는 이송 롤러;
상기 이송 롤러의 중심부를 통과하는 수냉배관; 및
상기 수냉배관을 통해 상기 이송 롤러의 내부로 순환하는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각 장치를 포함하고,
상기 냉각 장치는,
상기 냉각 장치를 통과하여 상기 이송 롤러의 내부로 순환하는 냉각수의 온도를 조절하는 냉각부; 및
상기 냉각부에 의해 온도가 조절된 냉각수를 상기 수냉배관을 통해 상기 이송 롤러의 내부로 순환시키는 공급부
를 포함하고,
상기 플라즈마 발생 장치에서 토출되는 플라즈마 빔의 세기를 측정하고, 상기 측정된 플라즈마 빔의 세기에 대응하는 내부 메모리로부터 추출된 플라즈마 온도 정보에 기초하여 상기 냉각부를 제어하여 상기 냉각수의 온도를 실시간으로 제어하는 제어 장치를 더 포함하고,
상기 제어 장치는,
상기 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔 세기를 측정하는 플라즈마 세기 측정부;
상기 측정된 플라즈마 빔 세기에 대응하는 플라즈마 온도 정보를 나타내는 대응 테이블을 저장한 상기 내부 메모리로부터 추출된 상기 플라즈마 온도 정보에 기초하여 상기 이송 롤러의 온도를 예측하는 온도 예측부; 및
상기 예측된 온도에 기초하여 상기 플라즈마 온도 정보가 높을 수록 상기 냉각수의 온도를 더 하강시킬 수 있도록 지시하는 온도제어 신호를 생성하여 상기 냉각 장치로 전송하는 온도 조절부
를 포함하고,
상기 냉각 장치의 상기 냉각부는, 상기 온도제어 신호에 기초하여, 상기 냉각수의 온도를 실시간으로 조절하는,
시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 플라즈마 발생 장치에 의해 생성된 플라즈마 빔이 토출되는 노즐과 대향하며, 언와인딩 롤러로부터 권출되는 웹 기재를 감아서 와인딩 롤러 방향으로 이송하는 이송 롤러를 통해 이송되는 웹 기재 처리 방법에 있어서,
제어 장치의 플라즈마 세기 측정부에 의해, 상기 플라즈마 발생 장치에서 생성된 플라즈마 빔의 세기를 측정하는 단계;
상기 제어 장치의 온도 예측부에 의해, 상기 측정된 플라즈마 빔의 세기에 대응하는 내부 메모리로부터 추출된 플라즈마 온도 정보에 기초하여 상기 이송 롤러의 온도를 예측하는 단계;
상기 제어 장치의 온도 조절부에 의해, 상기 예측된 온도에 기초해서 온도제어 신호를 생성하여 냉각 장치로 전송하는 단계;
상기 냉각 장치의 냉각부에 의해, 수신된 상기 온도제어 신호에 기초하여 상기 냉각 장치를 통과하여 상기 이송 롤러의 내부로 흐르는 냉각수의 온도를 실시간으로 제어하는 단계;
상기 냉각 장치에 의해, 상기 온도가 실시간으로 제어된 냉각수를 상기 이송 롤러의 중심부를 통과하는 수냉배관을 통해 순환시키는 단계; 및
상기 냉각 장치에 의해, 상기 이송 롤러의 표면을 냉각하는 단계
를 포함하는,
방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |