KR20030091438A - 플라즈마 분사장치 및 그 장치를 이용한 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체 장벽 방전에 의하여 발생된 플라즈마를 전극의 기하학적 배치와 강한 기체의 분출을 이용하여, 슬릿형태의 노즐을 통하여 플라즈마를 균일하게 분출시켜 넓은 면적의 입체적인 피처리물을 빠르고 균일하게 표면처리하고, 또한 피처리물에 미치는 전기장의 영향도 줄일 수 있는 플라즈마 분사 장치 및 그 장치를 이용한 표면처리방법에 관한 것이다.

본 발명의 플라즈마 분사 장치는 유전체 안에 내장된 접지 전극과 절연체로 이루어진 분사장치 몸체와 소정의 곡률을 가지는 반원 형태의 전원 전극을 구비하고 있으며, 접지 전극을 포함하는 유전체로 제작된 슬릿 형태의 노즐과 분사장치의 몸체의 여러 부분의 있는 가스 주입구와 전극들 사이에 고전압의 교류전원을 인가하는 고전압 발생부로 구성되어 있다.

Description

플라즈마 분사 장치 및 그 장치를 이용한 표면처리방법 {Plasma spray and its application method in surface treatment}

본 발명은 플라즈마 표면 처리 및 살균 장치의 플라즈마 발생원에 관한 것으로, 더 상세하게는 유전체 장벽 방전을 이용하여 플라즈마를 분사형태로 방출하는 장치 및 그 장치를 이용한 표면처리 방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 유전체 장벽 방전을 이용한 플라즈마 표면처리 장치는 도 1과 같이 평행한 전극판(2),(3) 과 유전체(1)를 구비하고 있으며, 전극판(2),(3)에 고전압의 교류전원(4)을 인가하여 방전을 발생시킴으로써 피처리물의 표면처리를 하게 된다. 그러나 종래 기술에 따른 표면 처리 장치의 경우에는 처리 될 수 있는 피처리물의 형태가 얇은 판 형태이어야 만 하고, 피처리물이 높은 전기장에 의해 영향을 받는 경우에는 표면 처리 및 살균처리를 하기 힘든 문제점을 갖고 있다. 이를 보완하고자 도 2와 같은 원통형의 분사장치를 개발하여 입체적인 피처리물에 사용하고 있으나, 플라즈마의 발생형태가 원형의 단면적을 가지고 있어 넓은 형태의 피처리물에는 적용하기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유전체 장벽 방전에 의하여 발생된 플라즈마를 전극의 기하학적 배치와 강한 기체의 분출을 이용하여, 슬릿형태의 노즐을 통하여 플라즈마를 균일하게 분출시키는데 있다. 이를 이용하여 넓은 면적의 입체적인 피처리물도 빠르고 균일하게 표면처리를 할 수 있게 하고, 또한 피처리물에 미치는 전기장의 영향을 줄이는데 그 목적이 있다.

도1 은 종래 기술에 따른 유전체 장벽 방전 플라즈마 장치의 구조

도2 는 종래 기술에 따른 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사 장치의 구조

도3 은 본 발명에 따른 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치의 단면 구조

도4 는 본 발명에 따른 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치의 적용예시

도5 는 본 발명에 따른 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치의 전극 배치 방법

도6 는 본 발명에 따른 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치에서 발생한 플라즈마의 공간적 균일성을 나타내어 주는 분광학적 측정 자료

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 유전체 장벽, 2: 평행판 전극, 3: 평행 접지 전극판, 4: 전원부, 5: 원통형 접지 전극

6: 가스주입구 , 7: 스크류 형태의 가이드, 8: 분사 장치 몸체 9: 원형 코일 형태 전극

10: 접지 전극 지지대

11: 전원 전극, 12: 접지전극, 13: 유전체 노즐,

14: 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치, 15: 방출된 플라즈마, 16: 입체적인 피 처리물, 17: 작업대

18: 분출된 플라즈마 가장자리에서 얻어진 빛 세기

19: 분출된 플라즈마 중심에서 얻어진 빛 세기

20: 분출된 플라즈마 전체에서 얻어진 통합된 빛 세기

이하 본 발명에 따른 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치 및 그 장치를 이용한 표면처리 방법의 실시 예를 첨부된 도면을 통해 설명한다.

본 발명에 따른 슬릿형 유전체 장벽 방전을 이용한 플라즈마 분사 장치의 실시예 1은 도 3에 나타낸 바와 같이, 유전체 안에 내장된 접지 전극(12)과 절연체로 이루어진 분사장치 몸체(14)와 소정의 곡률을 가지는 반원 형태의 전원 전극(11)을 구비하고 있으며, 상기 접지 전극(12)과 원형 단면의 전원 전극(11)을 포함하는 유전체로 제작된 슬릿 형태의 노즐(13)과 분사장치의 몸체(14)의 여러 부분의 있는가스 주입구(6)와 상기 전원 전극(11),(12)들 사이에 고전압의 교류전원을 인가하는 고전압 발생부(4)로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 접지 전극(12)과 소정의 곡률을 가지는 반원 형태의 전원 전극(11)사이에 교류전원(4)을 인가하여 유전체 장벽 방전을 발생시키게 되면, 전극의 구조에 따른 전계의 방향이 하전입자를 분출하는 방향으로 작용하고, 강력한 기체의 흐름이 발생된 플라즈마를 전계방향과 동일한 방향으로 가속하므로 기존의 유전체 장벽 방전과 같이 전극사이에 구속되지 않고 방출되게 된다.

상기 전원 전극(11)과 접지전극(12)은 동일한 원중심을 지니고 있어 전계의 방향이 방사형으로 만들어지나, 본 발명에 따른 플라즈마 분사장치의 실시예 2는 하전입자가 구속되지 않는 전계를 만들게 하기 위하여 접지 전극(12)의 원중심을 전원 전극(11)과 다르게 배치할 수 도 있는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 접지 전극(12)과 전원전극 (11) 사이의 원 중심을 다르게 배치함으로써 방출 플라즈마의 균일성을 향상시킬 수가 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 표면처리 예는 도 4와 같다. 즉 피처리물의 형상이 두꺼워 기존의 유전체 방전(도 1)에 의하여 처리되어 질 수 없는 경우 도 4와 같이 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치를 사용할 수 있다. 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치는 넓은 면적을 동시에 처리할 수 있어서 도 2와 같은형태보다 더 높은 효율을 기대할 수 있다.

도 4와 같이 넓은 면적의 피처리물을 처리하기 위해서는 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치에서 발생되는 플라즈마가 균일하게 발생되어야 하며, 이를 위해서 전극의 배치를 도 5와 같이 한다. 유전체 내에 삽입된 접지 전극(12)은 전원 전극(11) 보다 길게 배열되어 있어 전극 가장자리 부근에서 발생될 수 있는 필라멘트 방전을 억제하고 균일한 글로우 방전을 만들 수 있다. 전원 전극(11)의 경우도 가장자리 부분을 도 5와 같이 둥글게 하여 전계 집속에 의한 국부 방전을 억제하여 균일한 슬릿형태로 플라즈마를 분출할 수 있게 한다.

도 6은 본 발명에 따른 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치에서 발생되는 플라즈마가 균일하게 발생되었음을 보여주는 분광학적 측정 결과이다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 슬릿형 유전체 장벽 방전 플라즈마 분사장치를 사용하여 종래 기술이 방전영역이 제한되어 입체적인 피처리물의 표면처리를 하지 못하는 문제점을 극복하여 입체적인 피처리물의 경우에도 분사장치 밖으로 분출되는 균일한 플라즈마를 이용하여 처리 할 수 있고, 피처리물이 고전계의 전기장에 노출되는 것을 막을 수 있기 때문에 보다 다양한 재료의 피처리물 표면처리를 가능하게 해줄 수가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 슬릿형 유전체 장벽 방전을 이용한 플라즈마 분사 장치 있어서, 유전체 안에 내장된 접지 전극(12)과 절연체로 이루어진 분사장치 몸체(14)와 소정의 곡률을 가지는 반원 형태의 전원 전극(11)을 구비하고 있으며, 상기 접지 전극(12)을 포함하는 유전체로 제작된 슬릿 형태의 노즐(13)과 분사장치의 몸체(14)의 여러 부분의 있는 가스 주입구(6)와 상기 전원 전극(11),(12)들 사이에 고전압의 교류전원을 인가하는 고전압 발생부(4)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 분사장치
2. 제 1항에 있어서, 상기 접지전극(12)과 전원전극(11)의 원 중심을 달리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 분사장치
3. 유전체 안에 내장된 접지 전극(12)과 절연체로 이루어진 분사장치 몸체(14)와 소정의 곡률을 가지는 반원 형태의 전원 전극(11)을 구비하고 있으며, 상기 접지 전극(12)을 포함하는 유전체로 제작된 슬릿 형태의 노즐(13)과 분사장치의 몸체(14)의 여러 부분의 있는 가스 주입구(6)와 상기 전원 전극(11),(12)들 사이에 고전압의 교류전원을 인가하는 고전압 발생부(4)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 분사장치를 이용하여 입체적인 피처리물을 처리하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법
4. 상기 3항에 있어서,

   상기 플라즈마 분사 장치가 다수개인 것을 특징으로 하는 표면처리 방법