KR200236599Y1 - 상압 플라즈마 발생기 - Google Patents

Abstract

상압 플라즈마 발생기에 관해 개시되어 있다. 개시된 본 고안은 서로 다른 방전 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극의 절연을 위한 절연체와, 상기 제1 및 제2 전극 사이로 플라즈마 소오스 가스를 유입시키기 위하여 마련된 소오스 가스 유입구와, 플라즈마 방출을 위한 플라즈마 방출구를 구비하되, 상기 제1 및 제2 전극은 방전 영역이 유자(U)형이 되도록 구비되어 있고, 상기 플라즈마 방출구는 소정의 길이를 갖는다. 이와 함께 복수의 분사 노즐로부터 평판형 전극 사이로 가스가 공급되는 평판 토치형 플라즈마 발생기도 개시되어 있다.

Description

상압 플라즈마 발생기{Atmosphere pressure plasma generator}

본 고안은 플라즈마 발생기에 관한 것으로써, 자세하게는 상압 플라즈마 발생기에 관한 것이다.

플라즈마는 이온화된 상태의 기체이다. 플라즈마 속에는 전기적으로 중성인 원자들로만 이루어진 고온 기체와 달리 서로 반대의 전하를 띤 입자들, 즉 전자와 원자핵이 뒤섞여 존재한다. 따라서 플라즈마는 전체적으로는 중성이지만 국부적으로는 이온과 전자사이의 전하 분리에 의한 전기장이, 전하의 흐름에 의한 전류와 자기장이 발생된다.

이러한 플라즈마는 형성시의 온도에 따라 저온 또는 고온 플라즈마로, 형성시의 압력에 따라 저압(수 mmTorr∼수 Torr) 또는 상압(∼760torr) 플라즈마로 각각 구분할 수 있다.

이 중에서 상압 플라즈마는 대기압 상태에서 형성되므로, 저압 플라즈마를 형성할 때처럼 고비용의 진공시스템이 필요하지 않은 이점이 있다.

이러한 이점에도 불구하고 상압 플라즈마는 간격이 좁은 전극들 사이에서 형성되기 때문에 대면적화 하기 어렵고, 따라서 그 적용 대상도 좁은 면적을 갖는 대상으로 제한된다.

따라서, 본 고안이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 대면적을 갖는 대상물을 효과적으로 플라즈마 처리할 수 있는 상압 플라즈마 발생기를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안의 제1 실시예에 의한 상압 플라즈마 발생기의 측면도이다.

도 2는 도 1을 2-2'방향을 따라 절개한 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시한 상압 플라즈마 발생기의 평면도이다.

도 4는 도 1에 도시한 상압 플라즈마 발생기의 밑면도이다.

도 5는 본 고안의 제2 실시예에 의한 상압 플라즈마 발생기에서 제1 실시예와 상이한 전극부의 단면도이다.

도 6은 본 고안의 제3 실시예에 의한 상압 플라즈마 발생기의 측면도이다.

도 7은 본 고안의 제4 실시예에 의한 상압 플라즈마 발생기의 평면도이다.

도 8은 도 7을 8-8'방향으로 절개한 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*

40:제1 전극 42, 52:제2 전극

44:절연성 밀봉 캡 46, 54, 56:제2 전극 지지체

48:방전 영역 50:플라즈마 방출구

60:상압 플라즈마 발생기 62:플라즈마 처리 대상물

70:가스 유입구 72:가스 공급관

74:분사 노즐 76, 78:제1 및 제2 전극

80:분사 수단 82, 84:제1 및 제2 연결부

88:취부대 90:절연판

92, 94:제1 및 제2 전극 덮개 96, 98:제1 및 제2 고정 수단

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 고안은 서로 다른 방전 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극의 절연을 위한 절연체와, 상기 제1 및 제2 전극 사이로 플라즈마 소오스 가스를 유입시키기 위하여 마련된 소오스 가스 유입구와, 플라즈마 방출을 위한 플라즈마 방출구를 구비하되,

상기 제1 및 제2 전극은 방전 영역이 유자(U)형이 되도록 구비되어 있고, 상기 플라즈마 방출구는 소정의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기를 제공한다.

이때, 상기 제1 전극은 상기 방전 영역을 사이에 두고 상기 제2 전극을 유자(U)형으로 감싸는 형태로 구비되어 있다.

상기 플라즈마 방출구는 상기 제2 전극의 하향 첨두 부분과 마주하는 제1 전극의 바닥에 형성되어 있다.

상기 플라즈마 소오스 가스 유입구는 상기 제1 전극의 측면에 구비되어 있다.

상기 제2 전극은 복수개의 전극으로 구성되어 있으며, 각 전극은 상기 졀연체를 관통한 지지체에 연결되어 있다.

또한, 본 고안은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 절연판을 사이에 두고 위 아래로 구비된 제1 및 제2 전극과, 상기 제1 및 제2 전극을 덮는 제1 및 제2 전극 덮개와, 상기 제1 및 제2 전극을 각각 상기 제1 및 제2 전극 덮개에 체결시키는 고정시키면서 상기 제1 및 제2 전극을 외부 전원과 연결시키는 제1 및 제2 고정 수단과, 상기 요소들을 포함하는 블록을 지지하는 지지대와, 상기 제1 고정 수단이 구비된 면에 구비된 가스 유입구와, 상기 가스 유입구의 직하방에 연결된 가스 공급관 및 상기 가스 공급관에 수직한 방향으로 구비되어 있고, 그 일단은 상기 가스 공급관에 연결되어 있으며, 타단은 상기 가스 유입구를 통해서 주입되는 가스가 상기 제1 전극을 관통해서 상기 제2 전극에 대응되는 절연판 상에 분사되도록 구비된 분사 수단을 특징으로 하는 플라즈마 발생기를 제공한다.

여기서, 상기 분사 수단은 나란하게 구비된 복수의 분사 노즐로 구성된 노즐 블록이다.

상기 가스 공급관은 상기 복수의 분사 노즐의 일단과 연결되도록 구비되어 잇다.

상기 가스 공급관의 양단에 상기한 구성 요소들을 포함하는 제2의 상압 플라즈마 발생기가 연결될 수 있는 연결부가 구비되어 있다.

상기 제1 및 제2 전극은 각각 상기 분사 노즐 블록과 대응할 수 있는 길이를 갖고 상기 가스 공급관과 나란하게 구비된 판형 전극 및 라인 형태의 전극이다.

이러한 본 고안에 의한 상압 플라즈마 발생기를 이용하면, 대면적을 갖는 대상물의 표면도 용이하게 플라즈마 처리할 수 있다.

이하, 본 고안의 실시예에 의한 상압 플라즈마 발생기를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 영역들은 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.

<제1 실시예>

도 1을 참조하면, 참조번호 40은 소정의 길이를 갖는 제1 전극이고, 42는 제1 전극(40)에 인가되는 전압과 반대되는 전압이 인가되는 제2 전극이다.

예를 들면, 제1 전극(40)에 양의 전압이 인가되는 경우 제2 전극(42)에 음의 전압이 인가되고, 제1 전극(40)에 음의 전압이 인가되는 경우 제2 전극(42)에 양의 전압이 인가된다.

아래의 설명에서 제1 전극(40)에 음의 전압이, 제2 전극(42)에 양의 전압이 각각 인가되는 것으로 간주한다.

제2 전극(42)은 제1 전극(40)에 비해 길이는 짧지만 마찬가지로 소정의 길이를 갖는다.

참조번호 42a는 제1 전극(40) 측면에 형성된 플라즈마 형성용 소오스 가스 유입구이다. 소오스 가스 유입구(42a)는 도면에서 볼 수 있듯이 제1 전극(40) 측면에 복수개가 형성되어 있다. 소오스 가스 유입구(42a)는 균일한 가스 유입을 위해 제1 전극(40)의 측면 가운데에도 형성되어 있으나, 편의 상 그 도시를 생략하였다.

참조번호 44는 제1 전극(40) 상에 형성된 절연성 밀봉 캡이고, 46은 이를 관통해서 제2 전극(42)에 전원을 공급함과 동시에 제2 전극(42)을 지지하는 지지체이다. 제2 전극(42)은 두 개의 지지체(46)에 의해 지지된다. 지지체(46)의 수는 제2 전극(42)의 중량이나 플라즈마 발생 효율 등을 고려하여 증감할 수 있다.

도 1을 2-2'방향을 따라 절개한 도 2를 참조하면, 제1 전극(40)은 단면이 유자(U)형이되, 하단에 플라즈마 방출구(50)가 형성되어 있어, 이를 중심으로 좌우가 대칭적으로 분리된 형태이다. 절연성 밀봉 캡(44)은 제1 전극(40)을 덮고 있으며, 제1 전극(40)의 상단과 밀봉 접촉되어 있다. 이렇게 해서 방전 중에 플라즈마가 위쪽으로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 제2 전극(42)은 절연성 밀봉 캡(44)과 제1 전극(40)으로 만들어진 공간내에 구비되어 있으며, 그 상단은 밀봉을 유지하도록 절연성 밀봉 캡(44)을 관통한 지지체(46)에 연결되어 있고, 그 하단은 제1 전극(40)과 비접촉 상태로 하향 확장되어 첨두 부분이 플라즈마 방출구(50)와 마주하고 있다. 상압 플라즈마 형성을 고려하는 경우, 플라즈마 방출구(50)의 직경은 제2 전극(42)의 직경보다 작은 것이 바람직하다. 상기 공간에 상기한 바와 같은 제2 전극(42)이 구비됨으로써, 제1 및 제2 전극(40, 42) 사이에 제2 전극(42)을 감싸는 유자형 방전 영역(48)이 만들어진다.

계속해서, 플라즈마 소오스 가스 유입구(42a)는 플라즈마 방출구(50)를 중심으로 좌우 대칭적으로 분리된 제1 전극(40)의 양측에 각각 형성되어 있다. 플라즈마 소오스 가스 유입구(42a)는 방전 영역(48)에 플라즈마 소오스 가스을 유입할 수 형태이면, 어떠한 형태라도 무방하나, 그 중에서도 방전 영역(48)으로부터 플라즈마가 누출되는 것을 방지할 수 있는 형태가 바람직하다. 이러한 플라즈마 소오스 가스 유입구(42a)는 제1 전극(40)의 양측에 구비되는 것이 균일한 플라즈마를 원활하게 공급할 수 있는 바람직한 설계이지만, 어느 한 측에만 구비할 수도 있다.

도 3을 참조하면, 제1 전극(40)과 제2 전극(42)은 서로 나란하게 구비되어 있고, 제1 및 제2 전극(40, 42) 사이의 방전 영역(48)도 제2 전극(42) 둘레를 따라 균일한 두께로 나란하게 형성되어 있다. 또, 지지체(46)의 두께가 제2 전극(42)의 두께보다 얇다. 그러나 지지체(46)의 두께는 제2 전극(42)의 두께와 동일하거나 더 두꺼워도 무방하다. 또, 플라즈마 발생기의 전체 외형은 직사각형이다. 하지만, 플라즈마 발생기의 외형은 원형, 타원형 또는 정사각형 등이 될 수 있다.

도 4는 상기한 특성을 갖는 플라즈마 발생기의 저면을 나타낸 도면으로써, 소정의 두께로 제1 및 제2 전극(40, 42)의 길이 방향을 따라 길게 형성된 플라즈마 방출구(50)를 볼 수 있고, 플라즈마 방출구(50)의 두께는 제2 전극(42)의 두께에 비해 얇다는 사실도 확인할 수 있다.

<제2 실시예>

제1 실시예에 의한 플라즈마 발생기에서 제2 전극(42, 도 2 참조)은 다양한 형태를 가질 수 있는데, 제2 실시예에서 그 한 예를 제시한다. 이때, 제1 실시예에서 설명한 부재와 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 그에 대한 설명은 생략한다.

또한, 제1 실시예에 도시된 부분과 동일한 부분은 도시를 생략한다.

도 5를 참조하면, 지지체(46)에 연결된 제2 전극(52)은 플라즈마 방출구(50, 도 2 참조)와 마주하는 제1 및 제2 부분(52a, 52b)으로 구성되어 있다. 제1 및 제2 부분(52a, 52b)은 각각 나란하되, 지지체(46)와 연결되는 부분에서 하나로 된다.

<제3 실시예>

제2 전극의 구성이 제1 실시예에 의한 그것과 다른 것에 특징이 있다. 이때, 제1 실시예에서 설명한 부재와 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 그에 대한 설명은 생략한다.

구체적으로, 도 6을 참조하면, 한 개의 제1 전극(40)과 두 개의 제2 전극(54a, 56a)을 구비한다. 두 개의 제2 전극(54a, 56a)들 각각은 제1 실시예의 제2 전극(42, 도 2 참조)과 동일한 형태이다. 하지만 각각은 한 개의 지지체(54 또는 56)에 의해 전원이 공급되고 지지된다.

<제4 실시예>

평판 토치 방식의 상압 플라즈마 발생기에 관한 것이다.

도 7을 참조하면, 참조번호 70은 가스 유입구를 나타내고, 72는 가스 유입구(70)에 연결된 가스 공급관을 나타낸다. 그리고 참조번호 80은 가스 유입구(72)를 통해서 유입되는 가스를 제1 전극(76)과 제2 전극(78) 사이로 분사하는 분사 수단으로써, 분사 수단(80)은 복수의 분사 노즐(74)로 구성된 분사 블록이다. 제1 전극(76)은 분사 수단(80)과 대응할 수 있는 길이를 갖고 가스 공급관(72)과 나란하게 구비된 판형 전극이고, 제2 전극(78)은 라인 형태의 전극이다. 제1 전극(76)은 음의 전압이 인가되는 음극이고, 제2 전극(86)은 양의 전압이 인가되는 양극이다. 가스 공급관(72)의 양단에 제1 및 제2 연결부(82, 84)가 구비되어 있다. 제1 및 제2 연결부(82, 84)는 제2의 상압 플라즈마 발생기가 연결되는 곳으로써, 예컨대 제1 연결부(82) 또는 제2 연결부(84)에 본 고안의 제4 실시예와 같은 구성을 갖는 제2의 상압 플라즈마 발생기가 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 여러대의 상압 플라즈마 발생기를 연결함으로써, 대형 상압 플라즈마 발생기의 구성도 가능하다.

도 8을 참조하면 가스 공급관(72)은 가스 유입구(70)의 직하방에 연결되어 있고, 이러한 가스 공급관(72)에 분사 수단(80)의 일단이 연결되어 있다. 곧, 분사 수단(80)을 구성하는 복수의 분사 노즐(74)의 일단은 전부 가스 공급관(72)에 연결되어 있다. 이렇게 해서, 가스 유입구(70)를 통해 가스 공급관(72)으로 유입되는 가스는 가스 공급관(72)에 수직한 방향으로 구비된 분사 수단(80)으로 공급된다.

제1 및 제2 전극(76, 78)은 절연판(90)을 사이에 두고 상하로 구비되어 있으나, 제1 전극(76) 직하방에 제2 전극(78)이 구비된 것이 아니라 제1 전극(76)이 끝나는 부분에 제2 전극(78)이 구비되어 있기 때문에, 제1 및 제2 전극(76, 78)은 대각선상에 구비된 형태가 된다.

한편, 분사 노즐(74)의 타단, 곧 가스 유입구(70)를 통해서 유입되는 가스가 분사되는 끝단은 제1 전극(76)을 관통해서 제2 전극(78)에 대응되는 절연판(90) 상으로 가스가 공급되도록 구비되어 있다.

제1 전극(76)은 제1 전극 덮개(92)로 덮여 있고, 제2 전극(78) 또한 제2 전극 덮개(84)로 덮여 있으며, 이들은 제1 및 제2 고정 수단(96, 98)에 의해 고정되어 있다. 제1 및 제2 고정 수단(96, 98)은 고정용 볼트로써, 이들을 통해 외부 전원(미도시)으로부터 제1 및 제2 전극(76, 78)에 전압이 인가된다.

도 7 및 도 8을 함께 참조할 때, 제1 전극(76)은 평판형 전극인 것이 더욱명확하고, 제2 전극(78)은 라인 형태인 것이 더욱 명확해진다.

도 7 및 도 8에서 참조번호 88은 상기한 구성 요소들로 구성된 블록을 이들을 지지하는 지지대(미도시)에 연결하는 취부대를 나타낸다. 취부대(88)에 형성된 원(100)은 상기 지지대와 취부대(88)가 연결되는 부분을 나타낸다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 고안의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 방전 영역이 브이(V)자형이 되도록 전극이 배치된 상압 플라즈마 발생기를 고려할 수도 있을 것이고, 상술한 본 고안의 플라즈마 발생기를 복수개 나란하게 배열한 플라즈마 발생기를 고려할 수 있고, 이들을 장착한 플라즈마 처리 챔버를 구상할 수도 있을 것이다. 때문에 본 고안의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 고안은 방전 영역이 유자(U)형이 되도록 전극들이 구비되어 있고, 방전 영역 바닥 쪽에 전극들을 따라 소정의 길이를 갖는 플라즈마 방출구가 구비된 상압 플라즈마 발생기를 제공한다. 이러한 본 고안의 플라즈마 발생기는 스캔 방식으로 플라즈마 처리 대상을 플라즈마 처리할 수 있고, 실질적인 플라즈마 발생 영역은 방출구의 길이와 스캔 거리의 곱으로 정해지는 넓이가 된다. 따라서 대면적을 갖는 대상물에 대해 용이한 플라즈마 처리가 가능하다.

Claims (14)

1. 서로 다른 방전 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극;

   상기 제1 및 제2 전극의 절연을 위한 절연체;

   상기 제1 및 제2 전극 사이로 플라즈마 소오스 가스를 유입시키기 위하여 마련된 소오스 가스 유입구; 및

   플라즈마 방출을 위한 플라즈마 방출구를 구비하되,

   상기 제1 및 제2 전극은 방전 영역이 유자(U)형이 되도록 구비되어 있고, 상기 플라즈마 방출구는 소정의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 방전 영역을 사이에 두고 상기 제2 전극을 유자(U)형으로 감싸는 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 방출구는 상기 제2 전극의 하향 첨두 부분과 마주하는 제1 전극의 바닥에 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 소오스 가스 유입구는 상기 제1 전극의 측면에 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 플라즈마 소오스 가스 유입구는 상기 제1 전극의 양측면에 복수개 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 절연체는 상기 제1 전극을 덮는 형태로 제1 전극의 상단과 밀폐성 있게 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제2 전극은 상기 절연체를 관통한 지지체에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 제2 전극은 복수개의 전극으로 구성되어 있으며, 각 전극은 상기 졀연체를 관통한 지지체에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
9. 절연판을 사이에 두고 위 아래로 구비된 제1 및 제2 전극;

   상기 제1 및 제2 전극을 덮는 제1 및 제2 전극 덮개;

   상기 제1 및 제2 전극을 각각 상기 제1 및 제2 전극 덮개에 체결시키는 고정시키면서 상기 제1 및 제2 전극을 외부 전원과 연결시키는 제1 및 제2 고정 수단;

   상기 요소들을 포함하는 블록을 지지하는 지지대;

   상기 제1 고정 수단이 구비된 면에 구비된 가스 유입구;

   상기 가스 유입구의 직하방에 연결된 가스 공급관; 및

   상기 가스 공급관에 수직한 방향으로 구비되어 있고, 그 일단은 상기 가스 공급관에 연결되어 있으며, 타단은 상기 가스 유입구를 통해서 주입되는 가스가 상기 제1 전극을 관통해서 상기 제2 전극에 대응되는 절연판 상에 분사되도록 구비된 분사 수단을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 분사 수단은 나란하게 구비된 복수의 분사 노즐로 구성된 노즐 블록인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 가스 공급관은 상기 복수의 분사 노즐의 일단과 연결되도록 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 가스 공급관의 양단에 상기한 구성 요소들을 포함하는 제2의 상압 플라즈마 발생기가 연결될 수 있는 연결부가 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 연결부에 상기 제2의 상압 플라즈마 발생기가 연결된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
14. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극은 각각 상기 분사 노즐 블록과 대응할 수 있는 길이를 갖고 상기 가스 공급관과 나란하게 구비된 판형 전극 및 라인 형태의 전극인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.