KR20010018714A - 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치에 관한 것으로서, 플라즈마 중합처리장치에 있어서 풀림롤(unwinding roll)에 직류 전원을 인가함으로써 증착되는 기재 자체를 애노드 전극으로 사용하고, 증착챔버 내의 캐소드 전극은 증착되는 기재의 양쪽 면에 위치하는 것을 특징으로 하는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치를 제공한다. 또한 본 발명은 상기 장치의 특징을 포함하며 풀림챔버(unwinding chamber), 증착챔버 및 감김챔버(winding chamber)가 순차로 연결된 배치로 되어 있는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치를 제공한다. 한편 본 발명에 의한 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치에 있어서, 상기 증착챔버 내의 캐소드 전극은 증착되는 기재의 양쪽면에 다수개가 설치되어 있을 수 있다. 본 발명에 의하면 챔버 사이를 밀폐시키지 않고도 대항전극 부분에서만 방전이 일어나도록 하며, 기재의 양쪽 면이 동일하게 중합처리되어 제품의 생산성을 향상시킬 수 있고, 전극을 다수개 설치함으로써 전극상의 탄화가 방전영역에서 균일하게 발생하도록 한다. 따라서 본 발명은 보다 효율적으로 고품질의 균일한 막증착이 가능한 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치를 제공한다.

Description

직류전원 플라즈마중합 연속처리장치{AN APPARATUS FOR FORMING POLYMER CONTINUOUSLY ON THE SURFACE OF METAL BY DC PLASMA POLYMERIZATION}
본 발명은 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 장치는 금속, 고분자, 세라믹 등의 표면 처리에 사용되어 기재의 표면을 개질시키거나 새로운 막질을 형성시켜 기재의 활용도를 배가시키는 장치이다.
일반적으로 방전에 의한 플라즈마를 이용하여 금속판 등의 기재 표면을 처리할 때 경도, 내마모성 등이 뛰어난 피복층이 형성된다. 피복층이 형성된 제품은 자기디스크, 광디스크, 초경질공구 등으로 사용된다. 또한 강철판 표면에 형성된 도장막에 플라즈마처리를 하면 경질화되고, 내구성, 내식성 등이 뛰어난 도장 강판이 얻어진다.
한편, 플라즈마 중합처리의 연속 작업이 가능하게 되면 생산성이 향상된다. 띠형(band-type) 기재에 대한 수지막, 직포, 부직포 등의 절연재료에 대해서는 플라즈마 중합처리의 연속화가 비교적 용이하고 이미 여러 장치가 제안되어왔다.(일본특허 58-120859, 61-21105, 2-103206)
그러나 기재로서 띠형 금속재를 비접지 전위로 유지하면서 고주파방전에 의해 플라즈마 중합처리를 하는 경우 연속작업에 문제가 있다. 금속재는 도전성을 가지므로 방전전압이 플라즈마 중합처리장치의 전극 부분에만 인가되는 것이 아니라 금속재 및 금속재에 접촉하는 금속제 부품에도 인가되기 때문이다. 따라서 금속재를 비접지 전위로 유지하면서 고주파방전에 의해 연속적으로 플라즈마 중합처리를 하는 경우 상기한 금속의 도전성으로 인하여 이상방전이 발생하게 되고 장치 내에 오염을 야기시킨다. 또한 불안정한 방전으로 인하여 중합처리되는 금속재 표면의 피복층이 가루화(powderization)되거나, 박리(peeling off)되는 등의 결함이 생기기 쉽고 피복층이 열화(degeneration)되어 결국 제품의 특성을 저하시킨다.
이와 반대로 접지 전위를 유지하면서 연속적으로 플라즈마 중합처리하는 것이 가능하다. 즉 띠형 금속재를 접지전위로 유지하고 연속적으로 이송시키면서 플라즈마 처리를 하는 것이다. 그러나 접지전위를 유지하는 경우에는 플라즈마 중합처리된 기재에 대하여 비접지전위의 경우에 얻을 수 있는 내마모성 등의 증착 특성을 얻기 힘들다.
일본공개특허공보 평6-136506호에 의하면 상기의 비접지 전위를 유지하면서 이상방전, 불안정한 방전 등을 억제하여 연속적으로 띠형 기재를 플라즈마 중합처리할 수 있도록 안출한 플라즈마 중합처리장치로서, 특정 압력 분위기 하에서 플라즈마 방전이 생기도록 하여 전극부에만 방전전압이 인가되는 것을 가능하게 한다.
상기 공보에 나타난 종래의 플라즈마중합처리장치는 한 벌의 풀림롤(11)과 감김롤(12)과 한 쌍의 텐션롤(13, 14)과 지지구(15)가 배치된 이송챔버(10)와, 기재에 대하여 증착이 이루어지는 증착챔버(20)와, 상기 증착챔버 내에 설치된 롤상의 전극(21) 및 롤상의 전극에 대향 배치된 대향전극(22)과, 상기 이송챔버 및 증착챔버 사이에 마련되어 있는 절연성의 차폐판(30)과, 상기 차폐판에 형성되어 있고 이송챔버와 증착챔버의 압력차를 유지하도록 하는 두 개의 차압구(31, 32)와, 상기 이송챔버 및 증착챔버의 압력분위기를 제어하는 진공펌프(17, 18)와, 상기 증착챔버에 원료가스를 주입하는 가스주입구(23)와, 상기 이송챔버 및 증착챔버에 접속된 배기구(16, 24)로 구성되어 있다.
중합처리되는 띠형 금속재(1)는 이송챔버 내의 풀림롤로부터 이송되어 한쪽의 차압부를 지나 증착챔버에 도입되며, 상기 롤형태의 전극으로 이동하여 상기 대향전극 부근을 통과한 후 다른쪽 차압부를 지나 이송챔버 내의 감김롤로 이송된다. 상기 장치는 이송챔버로부터 증착챔버에 이송되는 띠형 금속재에 고주파방전에 의한 플라즈마 중합처리를 하고 다시 이송챔버로 상기 띠형 금속재를 돌려보내는 과정에서 상기 증착챔버의 압력분위기는 글로우(glow) 방전분위기로 하고, 이송챔버의 압력분위기는 증착챔버 보다 낮은 비글로우방전분위기로 하는 것을 특징으로 하고 있다.
플라즈마 방전은 그 방전의 종류에 대응하는 특정한 압력분위기에서 발생하는 경향을 갖고 있다. 예를 들면 플라즈마 중합 반응은 일반적으로 10-3~ 10 torr의 압력분위기일 때 발생하기 쉽고, 이 압력분위기를 벗어날 때 글로우방전이 발생하기 어렵다. 따라서 띠형 도전성 금속재를 중합처리하는 경우라도 이송챔버 영역과 증착챔버 영역을 구분하고, 상기 차압구에 의하여 각각의 영역을 다른 압력분위기로 유지하면서 증착챔버에서는 10-3~ 10 torr의 압력분위기로 하고, 이송챔버에서는 상기 범위 이외의 압력분위기로 하면 증착챔버에서는 글로우방전이 발생하지만 이송챔버에서는 글로우방전이 발생하기 어려우므로 이상방전을 억제할 수 있다고 적고 있다.
따라서 상기와 같이 각각의 챔버의 압력분위기를 달리하여 기재 전체에서 방전이 이루어지지 않고 증착챔버 내에서만 방전이 이루어지도록 함으로써 비접지전위로 유지한 띠형 금속재에 대하여도 전극부 이외의 금속재에 예측 불가능한 방전이 방지되어 양호한 막질의 피복층이 형성된다고 적고 있다.
그러나 상기 종래의 플라즈마중합장치는 고주파방전에 의해 플라즈마 반응이 발생하는 증착챔버 내에 방전전극으로서 롤형태의 전극과 대향전극으로서 절곡된 형상의 대향전극이 배설되고, 증착되는 기재의 한쪽 면이 상기 롤전극에 접촉되어 있는데, 이 경우 플라즈마가 왕성하게 일어나는 롤전극과 대향전극 사이에 있는 기재는 양면중 대향전극측에 대향된 면에서만 증착이 일어나기 때문에 다른 면을 증착하기 위해서는 플라즈마 처리작업을 한 번 더 수행해야 하는 번거로움이 있었다.
또한, 상기 종래의 플라즈마중합장치에서는 고주파전원을 사용하여 방전하기 때문에 전극으로 사용되는 기재에 (+), (-)전원이 교번되어 인가된다. 이 때 기재가 (-)인 경우 글로우방전 분위기하에 존재하게 되면 대항전극의 위치와는 상관없이 기재 전체부분에서 방전이 일어나는 경향이 있다. 그 이유는 방전은 낮은 전위 부분에서 전자가 튀어나오는 것으로부터 시작하기 때문인 것으로 판단된다.
또한, 상기 종래의 플라즈마중합장치에서는 대향전극이 위치한 부분에서만 방전이 일어나도록 하기위해서 이송챔버와 증착챔버 사이에 차압부를 형성하고 이송챔버와 증착챔버의 분위기를 서로 다르게 즉, 이송챔버는 비방전분위기로 하였다. 이 경우 기재 전체에서 방전이 일어나는 것을 방지하기 위하여 챔버 사이를 밀폐시키기 위한 장치를 추가해야하고 구분된 각각의 챔버를 정해진 압력으로 진공시키기 위해서 별도의 진공펌프가 필요하게 된다. 결국 설비에 들어가는 부품들이 증가하고, 전체적으로 장치의 단가가 상승하게 된다.
한편, 증착챔버 내의 전극은 일반적으로 일정한 면적을 갖게 되는데, 이 경우 전극 면적의 가장자리에서 반응가스의 탄화가 일어나고 이러한 탄화에 의해 증착이 불균일하게 형성되어 플라즈마 중합처리되는 제품의 균일성이 떨어진다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고 보다 효율적으로 양질의 플라즈마 중합처리된 막을 얻기 위하여 안출된 플라즈마중합처리장치로서, 챔버 사이를 차압구 등으로 밀폐시키지 않고도 대향전극 부분에서만 방전이 일어나도록 하여 고품질의 막증착이 가능하도록 하며, 기재의 양쪽 면이 동일한 조건으로 한 번에 플라즈마 중합처리되도록 하는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다. 또한 본 발명의 또다른 목적은 전극을 다수개 설치함으로써 탄화가 방전영역에서 균일하게 발생하는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마중합 연속처리장치를 나타내는 단면모식도이다.
도 2는 본 발명에 의한 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치의 제 1 실시예를 나타내는 단면모식도이다.
도 3은 본 발명에 의한 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치의 제 2 실시예를 나타내는 단면모식도이다.
도 4는 본 발명에 의한 또다른 실시예를 나타내는 단면모식도로서, 도 3에 나타난 장치에서 캐소드 전극이 기재의 양쪽면에 두 개가 설치되어 있는 것을 보여주고 있다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
1:기재 10:이송챔버
11:풀림롤 12:감김롤
13:텐션롤 14:텐션롤
15:지지구 16:배기구
17:진공펌프 18:진공펌프
20:증착챔버 21:롤상의 전극
22:대향전극 22a:대향전극
22b:대향전극 22c:대향전극
22d:대향전극 23:가스주입구
24:배기구 30:차폐판
31:차압구 32:차압구
33:연통구 34:챔버벽
36:풀림챔버 38:감김챔버
40:전원공급장치 41:저항
42:텐션롤
본 발명은 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치에 관한 것으로서, 표면처리되는 기재를 풀어주어 다른 챔버로 이송시키는 풀림롤과 표면처리된 기재를 감아주는 감김롤을 포함하고 있는 이송챔버와, 상기 이송챔버의 풀림롤로부터 도입되는 기재를 애노드(Anode)전극으로 사용하고 상기 기재의 상하에 대향되는 별도의 캐소드(Cathod)전극을 설치하여 직류방전 플라즈마에 의해 상기 기재 양 표면 상을 플라즈마중합처리하는 증착챔버와, 상기 기재에 고전압을 인가하는 고전압 공급부와, 상기 증착챔버를 진공으로 유지하기 위한 펌핑수단 및 반응성 가스 및 비반응성 가스를 도입하는 가스유입구를 포함하여 구성되는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치를 제공한다.
상기 이송 챔버는 표면처리되는 기재를 풀어주어 다른 챔버로 이송시키는 풀림롤을 포함하는 풀림챔버와, 상기 증착챔버에서 표면처리된 기재를 감아주는 감김롤을 포함하고 있는 감김챔버를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 이송챔버와 증착챔버 사이에 표면처리되는 또는 표면처리된 기재가 자유롭게 이동할 수 있는 연통구가 형성되어 있다.
본 발명에 있어서 고전압 공급부에 의해 인가되는 전원은 기재에 인가되며, 바람직하게는 풀림롤 또는 감김롤에 전원을 인가함으로써 기재 자체를 전극의 하나로 사용하게 된다. 이 경우에 풀림롤 또는 감김롤이 챔버 내에서 지지되는 부분에 풀림롤측 또는 감김롤측과 챔버측 사이에 절연부재를 더 포함할 수 있다.
한편 본 발명에 의한 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치에 있어서, 상기 증착챔버 내의 캐소드전극은 표면처리되는 기재의 주행방향을 따라 상하 양측에 다수개가 설치될 수 있다.
이하, 도면을 참조하며 본 발명에 관하여 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.
도 2은 본 발명에 의한 제 1 실시예를 나타내는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치로서, 기재(1)를 풀어주고 증착챔버로 이송하는 풀림롤(11)과, 중합처리된 기재를 감아주는 감김롤(12)과, 상기 풀림롤과 감김롤이 배치된 이송챔버(10)와, 기재에 대하여 증착이 이루어지는 증착챔버(20)와, 상기 증착챔버 내에 설치된 캐소드 전극(22)과, 상기 이송챔버 및 증착챔버 사이에 설치되어 있는 챔버벽(34)과, 상기 챔버벽에 설치되어 있고 기재가 자유롭게 이동할 수 있는 연통구(33)와, 상기 증착챔버의 압력을 제어하기 위한 진공펌프(미도시)와, 상기 증착챔버에 원료가스를 주입하는 가스주입구(23) 및 상기 증착챔버에 접속된 배기구(24)로 구성되어 있는 플라즈마 중합처리장치로서, 상기 풀림롤(11)에 직류 전원(40)을 인가함으로써 증착되는 기재(1) 자체를 애노드 전극으로 사용하고, 상기 증착챔버 내의 캐소드 전극(22)은 증착되는 기재의 양쪽 면에 위치하는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치이다.
상기 풀림롤(11)에는 직류 전원(40)을 인가하고, 따라서 상기 롤(11)에 감겨 있는 띠형(band-type) 기재(1)에 직류 전원이 인가된 채로 증착챔버(20)로 이송되어, 반응가스가 주입된 상기 증착챔버 내에서 상기 기재와 대향되는 캐소드 전극(22) 사이에 방전이 이루어짐으로써 기재에 플라즈마중합처리에 의한 막증착이 이루어지게 된다.
기재(1) 자체를 애노드 전극으로 사용하고 이에 대응하는 캐소드 전극(22)은 상기 증착챔버(20) 내에만 위치하므로 방전영역도 증착챔버 내로 제한된다. 따라서 이송챔버(10)와 증착챔버(20)를 밀폐시키거나 각각 다른 압력 분위기로 하기 위하여 별도의 진공 펌프를 설치할 필요가 없다.
또한 상기 캐소드 전극(22)은 증착챔버 내의 증착되는 기재의 양쪽 면에 위치하므로 기재 양쪽면에서 동일하게 방전이 일어나 동시에 플라즈마 중합처리가 가능하게 된다.
한편 상기 이송챔버(10) 및 증착챔버(20) 사이에 설치되어 있고 기재의 이동이 자유롭도록 하는 연통구가 설치되어 있는 챔버벽은 증착챔버 내에서 증착과정 중 발생하는 오염물질(예를 들면 탄화된 반응가스 등)이 이송챔버로 확산되어 기재를 더럽히는 것을 효과적으로 차단함과 동시에 기재의 각 챔버간 이동을 원할하게 할 수 있게 한다.
도 3은 본 발명에 의한 제 2 실시예를 나타내는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치로서, 기재를 풀어주고 증착챔버(20)로 이송하는 풀림롤(11)과, 상기 풀림롤에서 이송되는 기재에 대하여 증착이 이루어지는 증착챔버(20)와, 상기 증착챔버에서 중합처리된 기재를 감아주는 감김롤(12)과, 상기 증착챔버 내에 설치된 캐소드 전극(22)과, 상기 풀림챔버(36)와 증착챔버 및 증착챔버와 감김챔버(38) 사이에 각각 설치되어 있는 챔버벽(34)과, 상기 챔버벽에 설치되어 있고 기재가 자유롭게 이동할 수 있는 연통구(33)와, 상기 증착챔버의 압력을 제어하기 위한 진공펌프(미도시)와, 상기 증착챔버에 원료가스를 주입하는 가스주입구(23) 및 상기 증착챔버에 접속된 배기구(24)로 구성되어 있는 플라즈마 중합처리장치이다.
상기 실시예의 경우 풀림롤(11)에 직류전원(40)이 인가되고 캐소드 전극(22)은 전원이 인가되어 애노드로 사용되는 기재(1)의 양쪽면에 각각 위치한다는 점에서 도 2에 나타난 본 발명에 의한 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치와 동일하다.
다만 상기 풀림롤(11)은 풀림챔버에 배치되어 있고, 상기 감김롤(12)은 감김챔버(38)에 배치되어 있으며, 상기 풀림챔버, 증착챔버 및 감김챔버는 순차로 연결하여 배치되어 있고, 따라서 챔버벽(34)도 풀림챔버와 증착챔버 및 증착챔버와 감김챔버 사이에 각각 설치되어 있는 점이 다르다.
이와 같은 배치는 증착챔버 내에서 캐소드 전극과 기재와의 대향면적을 극대화할 수 있고, 연속작업에 있어서 기재에 미치는 장력을 적게하여 작업의 진행을 원활하게 할 수 있으며, 풀림챔버와 감김챔버가 각각 분리되어 있으므로 감김챔버에 별도의 장치를 설치하는 것이 용이하게 된다. 또한 풀림챔버, 증착챔버 및 감김챔버 각각에 대한 서로 다른 제어도 가능하여 중합처리되는 기재의 제품성을 극대화시킬 수 있는 기반을 제공한다.
뿐만 아니라 기재에 전원을 인가하는 바람직한 예로서, 풀림챔버 내의 풀림롤에 전원을 인가함으로써 작업 중에 띠형 기재가 끊어지거나 롤에서 기재가 떨어져나가는 경우가 발생하더라도 증착챔버 및 감김챔버에는 전원이 자동적으로 차단되어 감전되거나 장치에 전기적 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 3에 나타난 본 발명에 의한 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치에 있어서, 상기 증착챔버 내의 캐소드 전극(22a, 22b, 22c, 22d)이 증착되는 기재의 양쪽면에 두 개가 설치되어 있는 것을 보여주고 있다. 이러한 전극 구조는 전극 면적의 가장자리에서 주로 발생되는 탄화에 의해 전극이 오염되고 따라서 증착이 불균일하게 형성되어 플라즈마 중합처리되는 제품의 균일성이 떨어지는 것을 방지하며, 탄화가 방전영역에서 균일하게 발생하도록 하여 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 도 4에 나타난 본 발명의 실시예와는 달리 전극의 개수를 다수개 설치하는 것도 가능하다. 또한 상기의 전극 구조는 도 2에 나타난 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치에도 적용할 수 있다.
도 4의 실시예를 보면 각각의 전극에 저항이 부착되어 있는 것을 볼 수 있다. 이러한 저항은 각각의 전극별 전류 및 전압의 변동을 방지하여 안정한 플라즈마 발생을 가능하게 한다.
본 발명에 의하면 이송챔버와 증착챔버 사이를 차압구 등으로 밀폐시키지 않고도 대항전극 부분에서만 방전이 일어나도록 하여 고품질의 막증착이 가능하며, 기재의 양쪽 면이 동일한 조건으로 한 번에 플라즈마 중합처리되어 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 전극을 다수개 설치함으로써 전극상의 탄화가 방전영역에서 균일하게 발생하도록 하여 기재의 균일한 막증착을 가능하게 한다. 따라서 본 발명은 보다 효율적으로 양질의 플라즈마 중합처리된 막을 얻을 수 있는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치를 제공한다.

Claims (8)

  1. 표면처리되는 기재를 풀어주어 다른 챔버로 이송시키는 풀림롤과 표면처리된 기재를 감아주는 감김롤을 포함하고 있는 이송챔버와,
    상기 이송챔버의 풀림롤로부터 도입되는 기재를 애노드(Anode)전극으로 사용하고 상기 기재의 상하에 대향되는 별도의 캐소드(Cathod)전극을 설치하여 직류방전 플라즈마에 의해 상기 기재 양 표면 상을 플라즈마중합처리하는 증착챔버와,
    상기 기재에 고전압을 인가하는 고전압 공급부와,
    상기 증착챔버를 진공으로 유지하기 위한 펌핑수단 및
    반응성 가스 및 비반응성 가스를 도입하는 가스유입구를 포함하여 구성되는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이송 챔버는 표면처리되는 기재를 풀어주어 다른 챔버로 이송시키는 풀림롤을 포함하는 풀림챔버와, 상기 증착챔버에서 표면처리된 기재를 감아주는 감김롤을 포함하고 있는 감김챔버를 포함하여 구성되는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 고전압 공급부에 의해 인가되는 전원은 풀림롤에 인가되도록 함을 특징으로 하는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 풀림롤이 챔버 내에서 지지되는 부분에 풀림롤측과 챔버측 사이에 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 증착챔버 내의 캐소드전극은 표면처리되는 기재의 주행방향을 따라 상하 양쪽에 다수개가 설치되어 있는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 캐소드전극에는 저항이 부착되어 있는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 고전압 공급부에 의해 인가되는 전원은 감김롤에 인가되도록 함을 특징으로 하는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 감김롤이 챔버 내에서 지지되는 부분에 감김롤측과 챔버측 사이에 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전원 플라즈마중합 연속처리장치.
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