KR20100102129A - 진공증착시의 증기의 유동제어방법과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리영역(6)을 통하여 이동방향으로 이동중인 기재(25)를 코팅하기 위한 방법과 장치에 관한 것으로, 코팅물질의 증기가 억류통체(5)내에서 생성되고, 이 증기가 코팅물질이 기재(25)의 표면에 응축되는 처리영역(6)을 향하여 처리개방부를 통과한다. 처리개방부를 통한 증기의 유동은 상기 증기가 처리개방부를 통하여 처리영역(6)으로 향하는 개방위치와, 증기가 처리개방부를 통하여 처리개방부(6)를 향하여 유동하는 것이 방지되는 폐쇄위치 사이로 적어도 하나의 밀폐요소(13)에 의하여 처리개방부가 차단되는 정도를 조절함으로서 제어된다.

Description

진공증착시의 증기의 유동제어방법과 장치 {METHOD AND DEVICES FOR CONTROLLING A VAPOUR FLOW IN VACUUM EVAPORATION}

본 발명은 이동방향으로 이동하는 이동중의 기재의 코팅을 위한 방법과 장치에 관한 것으로, 본 발명의 장치는 코팅물질의 증기소오스가 배치되고 적어도 하나의 처리개방부를 통하여 증기소오스에 연통하는 처리영역을 갖는 억류통체(confinement enclosure)를 포함한다. 증기소오스는 기재를 코팅하기 위한 증기의 유동을 생성할 수 있도록 한다. 이와 같이 본 발명은 진공증착코팅방법에서 코팅될 기재를 향하는 증기의 유동을 제어하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 다양한 횡단면형태를 갖는 스트립, 거더(girder), 판재, 형강재의 형태로 예를 들어 후크나 금속제 배스킷과 같은 지지체상에 배치된 부품으로서 코팅영역으로 이송되는 강철기재를 향하는 금속의 증발로 얻은 아연증기의 유동을 제어하고 조절하는데 유리하다.

비록 본 발명의 주제인 증발된 증기의 유동의 제어가 증발되는 기재의 특성이나 사용된 증발의 형태에 대하여 완전히 무관하지만, 이는 특히 아연플라즈마증발에 의한 아연도금방법에서 코팅될 기재를 향하는 아연증기의 유동의 제어와 조절에 적합하다. 증기소오스에 포함된 코팅물질은 예를 들어 이러한 물질의 증발을 위하여 줄효과 또는 인덕션 또는 플라즈마에 의하여 가열될 수 있다.

아연플라즈마증발에 의한 아연도금방법이 이미 특허문헌 WO 02/16664에 기술되어 알려져 있다. 이 방법은 일정량의 아연을 액체상태로 유지하고 일반적으로 상대전극, 특히 양극에 대하여 액상 아연을 음극으로 바이어싱함으로서 아연증기에서 생성된 플라즈마에 의한 증발을 위한 보유용기를 이용한다. 상대전극은 코팅될 기재에 의하여 구성될 수 있다. 보유용기에는 아연도금 진공탱크를 향하여 통과하는 가스로부터 격리된 진공억류통체내에 배치된 진공로에 담겨 있는 액상 아연에 잠기는 공급튜브에 의하여 액상 아연이 공급되며, 아연도금 진공탱크에서는 가스압력을 조절함으로서 아연도금이 일어나는 진공탱크내에 배치된 보유용기내의 액상 아연의 레벨을 조절할 수 있도록 한다. 아연증기에서 생성된 플라즈마는 일반적으로 보유용기의 하측에 배치된 자기회로에 의한 마그네트론 방전에 의하여 얻는다. 보유용기 상부의 아연증기압은 액상 아연의 표면에서 소산(消散)되는 전력에 따라 달라지며 강철기재에서 단위시간당 증착가능한 아연의 중량을 고정한다. 이러한 증기압은 증착되는 수 kg/min 의 아연질량에 해당하는 수 mbar 일 수 있다. 따라서, 이미 특허문헌 WO 02/16664에서 언급된 바와 같이, 일반적으로 주위온도에서 기재 이외의 다른 모든 냉각된 표면에 아연증기가 응축되어 장치 전체를 오염시키는 것을 방지하기 위하여 가열되는 벽을 구비하는 억류통체를 제공하는 것을 권장한다. 이러한 억류통체에는 코팅될 기재가 이를 통과할 수 있도록 입구개방부와 출구개방부가 제공된다. 따라서, 아연코팅은 억류통체를 통과하는 기재의 냉각된 표면에 아연증기가 직접 고체상태로 응축되게 함으로서 얻는다. 전형적으로 기재 표면의 온도는 150℃ 이하이다.

플라즈마에 공급되고 억류통체를 통하여 통과하는 강철기재의 단위시간당 면적에 따라서 보유용기내 액상 아연의 표면에서 플라즈마로부터 방출된 이온의 충격에 의하여 소산되는 전력을 적응시킬 수 있도록 하는 것이 필요하다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 특히, 억류통체내에 기재가 존재하지 않거나 통과하지 않을 때 이러한 전력의 공급을 차단하고, 억류통체내에 기재가 진입하거나 통과하기 시작할 때 액상 아연의 표면에서 소산되는 전력을 역으로 트리거링 시키거나 점진적으로 증가시킬 수 있다. 이는 기재의 표면에서 아연의 두께가 일정하도록 하고 특히 기재가 억류통체를 통과하지 않을 때 억류통체의 입구개방부와 출구개방부를 통한 아연의 손실을 제한하도록 수행된다. 그 이유는 아연과 에너지의 면에서 경제적 손실은 차치하고, 아연의 오염이 제어되지 않는 경우 아연이 오염이 플라즈마 증착에 의한 아연도금장치를 크게 훼손시키기 때문이다.

종래기술에서 설명된 억류통체의 이용은 여러 가지 결점을 갖는다.

그 이유는 기재가 억류통체내에 존재하지 않거나 이를 통과하지 않을 때, 플라즈마 가열로 아연을 증발시키는 전력공급이 차단되는 경우라 하여도, 예를 들어, 보유용기내에 수용되어 있는 액상 아연은 정상가동중에 금속에 저장된 열에 의하여 계속 증발하기 때문이다. 따라서 이러한 아연증기는 억류통체의 입구개방부와 출구개방부를 통하여 자유롭게 방출되거나 부동의 기재상에 응축될 수 있어야 한다. 억류통체의 외부를 향하는 아연의 이러한 손실이나 부동의 기재에 아연이 응축되는 것을 제한하기 위하여, 액상 아연이 존재하는 보유용기를 비워 액상 아연을 아연도금탱크의하측에 놓인 탱크내의 온도유지로내에 유지된 아연 저장조로 복귀시키는 간단한 수단이 구성된다. 그러나, 억류통체에 대한 기재의 진입과 진출, 또는 기재의 통과의 중단과 재개에 소요되는 전이시간이 공급튜브를 통하여 액상 아연을 보유용기에 채우거나 이로부터 배출하는데 소요되는 시간 보다 매우 적다. 따라서 이러한 해법은 실제로 이용될 수 없다.

더욱이, 어떠한 기재가 억류통체를 통과할 때, 종래기술에 설명된 바와 같은 억류통체는 코팅될 기재의 여러 표면에 따라 아연의 유동을 조정(adapt)할 수 없다. 예를 들어 I-형 단면 또는 U-형 단면을 갖는 거더의 경우와 같이 코팅될 기재의 표면의 영역이 증기의 유동의 방향에 따라 변화하지만 전체 기재의 균일한 증착이 이루어지도록 하는 목적이 중요하다. 예를 들어 강철 시이트의 다른 면에 코팅되는 코팅물의 두께와 상이한 강철 시이트의 한 면에 어떠한 두께로 코팅되는 것이 요구될 때, 여러 면에 상이한 두께로 기재를 코팅하는 것은 불가능하다.

본 발명 주제의 방법과 장치는 본질적으로 다음의 해법을 통하여 무엇보다도 이들 두 결점을 해소하는데 목적이 있다.

- 코팅될 기재가 통과하는 처리영역으로부터 억류통체의 내부를 격리한다. 이 기능은 기재가 이러한 처리영역을 횡단하거나 또는 처리영역을 통하여 이동하지 않을 때 활성화된다.

- 적어도 하나의 증기밀폐요소를 조절함으로써 이동방향에 대하여 횡방향으로 기재를 향하는 방향에 따라, 또는 처리영역에 대하여 억류통체내의 증기소오스의 위치에 따라 증기의 유동을 조절한다.

이를 위하여, 처리개방부를 통하여 증기소오스와 처리영역 사이에서 증기의 유동을 제어하기 위한 조절수단이 제공된다. 이들 조절수단은 상기 증기의 유동이 처리영역을 향하여 처리개방부를 통과하는 개방위치와, 처리영역이 증기소오스에 대하여 격리되는 폐쇄위치사이로 이동될 수 있는 밀폐요소로 구성된다.

본 발명의 특별히 유리한 구성에서, 통로가 억류통체의 입구개방부와 출구개방부 사이의 기재의 이동방향으로 연장되고, 상기 처리영역은 이러한 통로내에 배치되며 조절수단은 상기 증기소오스와 통로의 내부 사이에서 증기의 유동을 제어할 수 있게 되어 있다.

이와 같이 억류통체의 입구개방부와 출구개방부는 억류통체를 통하여 완전히 통과하고 증기가 억류통체의 내부로부터 기재가 통과하는 처리영역을 향하여 통과하도록 하는 개폐장치를 갖는 튜브의 형태인 통로에 의하여 함께 연결된다. 기재가 처리영역을 통하여 통과하지 않을 때, 억류통체를 곧바로 통과하는 이 튜브의 모든 개방부는 폐쇄된다. 기재가 처리영역을 통과할 때, 통로의 개방부는 기재를 향하여 정렬되도록 요구된 증기의 유동에 따라서 많이 또는 적게 개방된다.

억류통체의 벽에 금속증기의 고체상 또는 액체상 응축을 충분히 방지할 수 있는 벽온도를 얻기 위하여 예를 들어 줄효과에 의한 가열로 억류통체의 벽을 가열하기 위한 장치가 제공된다. 또한 억류통체를 가열하기 위한 이러한 장치는 복사열로 동일한 온도를 유지함으로서 억류통체를 통과하는 증기의 유동을 조절하기 위한 통로를 구성하는 벽에 아연증기가 응축되는 것을 방지할 수 있다. 이는 증기의 유동조절장치의 구조를 단순화하여 증기의 유동이 처리영역을 향하여 처리개방부를 통과하는 개방위치와, 처리영역이 임의의 형상을 가지는 증기소오스에 대하여 격리되는 폐쇄위치 사이로 이동될 수 있는 밀폐요소를 구성하는 기계적인 간단한 구조를 이용할 수 있도록 한다.

본 발명은 플라즈마 아연도금장치나 조절가능한 밀폐요소를 갖는 튜브의 형태인 통로가 곧바로 통과하는 억류통체로 제한되지 않는 것이 명백하다. 그 이유는 진공증착이 일반적인 증기소오스를 이용하여 가열수단에 의하여 이루어지기 때문이다. 물질도 아연에 국한되는 것은 아니다. 예를 들어 마그네슘과 같은 다른 금속 또는 고분자증착의 관점에서 유기화합물이 사용될 수 있다. 조절형 밀폐요소의 장치는 억류통체를 곧바로 통과하는 관상체 구조로 구성될 필요는 없고 억류통체의 벽에 형성된 처리개방부를 폐쇄하고 코팅될 기재를 향하는 평판구조를 가질 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 장치와 방법의 특별한 실시형태의 비제한적인 예를 들어 상세히 설명한다.

도 1은 종래기술의 플라즈마 아연도금장치의 사시도.
도 2는 관절형 판체로 구성되는 밀폐요소가 구비된 처리영역이 입구개방부와 출구개방부사이에 연장된 본 발명에 따른 억류통체를 보인 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 일련의 평행한 관절형 판체로 구성되는 처리영역의 벽을 보인 사시도.
도 4는 벽이 슬라이드 형태의 밀폐요소로 구성되는 처리영역을 갖는 본 발명에 따른 억류통체의 사시도.
도 5는 벽이 평행하거나 이들의 평면에 대하여 수직으로 이동될 수 있는 평판형 밀폐요소를 구성하는 처리영역을 갖는 본 발명에 따른 억류통체의 사시도.
도 6은 기재가 처리영역을 통과하고 밀폐요소가 개방위치에 놓여 있는 것을 보인 플라즈마 아연도금장치에서 본 발명에 따른 장치의 특별히 유리한 형태를 보인 사시도.
도 7은 기재가 없고 밀폐요소가 폐쇄위치에 놓여 있는 것을 보인 도 6의 발명에 따른 장치의 사시도.

도면에서는 동일 또는 유사한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 붙였다.

발명의 상세한 설명

도 1에서 보인 바와 같이, 종래기술에 따른 아연도금장치는 코팅될 기재가 통과하는 상부장비(1)와 아연 저장조를 포함하는 하부장비(2)로 구성된다.

상부장비(1)는 억류통체(5)가 위에 얹히는 보유용기(4)에 의하여 형성되는 증기소오스가 내부에 배치된 진공탱크(3)를 포함한다. 억류통체는 이를 구성하고 있는 벽에 증기가 부착되는 것을 방지하기 위하여 가열형 벽을 가지고 증기가 자유롭게 순환할 수 있도록 하고 코팅될 기재의 이동방향에 대하여 횡방향으로 증기가 누설됨이 없이 코팅될 제품의 전 둘레에 분포될 수 있도록 하는 관상의 형태이다.

보유용기(4)내의 액상 아연은 코팅될 기재가 통과하는 처리영역(6)을 향하여 증기의 유동이 이루어질 수 있도록 억류통체(5)내에서 생성된 플라즈마에 의하여 증발된다. 처리영역(6)은 억류통체(5)의 입구개방부(7)와 출구개방부(8) 사이에 연장되고 억류통체(5)의 입구개방부(7)와 출구개방부(8)를 연결하는 통로에 해당한다. 처리영역(6)은 보유용기(4)의 상부에 배치되고 처리개방부를 형성하는 이러한 통로의 개방벽을 통하여 억류통체(5)의 내부와 연통한다.

보유용기(4)에는 상부장비(1)의 진공탱크(3)와 하부용기(2)의 제2진공탱크(11) 사이에 위치하는 기밀형 연결부(10)를 통과하는 공급튜브(9)에 의하여 액상 아연이 공급된다. 이러한 공급튜브(9)는 보유용기(4)의 저면을 지나 제2진공탱크(11)의 온도유지로(12)내의 아연 저장조내에 잠겨 있다.

도 1에서 명백하게 보인 바와 같이, 종래기술에 따른 억류통체(5)는 처리영역(6)내에 존재할 수도 있는 기재의 여러 면을 향하는 아연증기의 유동을 조절하거나 또는 기재가 처리영역내에 존재하지 않을 때 이러한 아연증기를 차단하기 위한 어떠한 장치도 포함하고 있지 않다.

도 2는 본 발명의 유리한 실시형태에 따라서 처리개방부(14)를 통하여 증기소오스(4)와 처리영역(6) 사이에서 코팅물질로부터의 증기의 유동을 제어하기 위한 조절수단을 갖는 도 1의 처리영역(6)을 구비하는 억류통체(5)를 보이고 있다.

억류통체(5)의 내부공간은 코팅물질로부터의 증기가 코팅될 제품의 전 둘레와 통로 중 하나 이상을 통하여 분배될 수 있도록 한다. 이와 같이 자유공간이 억류통체의 벽과 통로의 벽 사이에 존재함으로써 억류통체내에서 증기의 자유로운 순환과 분배가 이루어질 수 있도록 한다.

처리영역(6)을 포함하는 통로는 바람직하기로는 관상의 구조이고 입구개방부(7)와 출구개방부(8) 사이에 연장된 벽으로 둘러싸여 있다. 따라서, 통로의 벽은 처리영역(6)을 둘러싼다. 이들 벽은 처리개방부(14)를 가지며 이들 처리개방부(14)의 개폐와 기재의 이동방향에 대하여 횡방향으로 증기의 유동을 조절하기 위한 조절수단을 포함한다.

조절수단은 상기 증기의 유동이 처리영역(6)을 향하여 처리개방부를 통과하는 개방위치와, 처리영역(6)이 증기소오스(4)에 대하여 격리되는 폐쇄위치 사이로 이동될 수 있는 밀폐요소(13)을 포함한다.

억류통체(5)의 입구개방부(7)와 출구개방부(8) 사이에서 기재의 이동방향으로 연장되고 상기 처리영역(6)을 포함하는 통로의 벽은 개방위치와 폐쇄위치 사이로 이동될 수 있는 밀폐요소(14)에 의하여 구성된다. 개방위치에서, 처리영역은 적어도 부분적으로 개방되고 상기 증기의 유동은 이러한 처리개방부를 통하여 증기소오스(4)로부터 통로의 내부로 유입될 수 있다. 폐쇄위치에서, 통로의 내부, 즉, 처리영역은 밀폐요소(13)에 의하여 증기소오스(4)에 대해 격리된다. 이와 같이 통로의 벽은 폐쇄위치와 개방위치 사이로 이동될 수 있다.

밀폐요소(13)는 개방위치와 폐쇄위치 사이로 경사질 수 있도록 처리개방부에 대하여 관절연결된 판체(15)로 구성된다. 이들 판체(15)는 직사각형의 형태이고 이들의 길이방향은 억류통체(5)의 입구개방부(7)와 출구개방부(8) 사이에서 기재의 이동방향에 대하여 평행하게 연장된다.

도 3에는 통로의 벽이 도시되어 있다. 이들 벽은 판체(15)로 이루어지는 상기 밀폐요소(13)로 구성되고 억류통체(5)에 대하여 처리영역을 격리시키기 위하여 처리개방부를 폐쇄할 수 있는 베니션 블라인드(venetian blind)의 형태로 되어 있다.

통로는 서로 평행하고 중앙의 가동형 스핀들로 지지프레임(16)에 고정된 직사각형 판체(15)를 갖는 벽으로 구성되는 관상구조를 갖는다. 지지프레임(16)은 각각 억류통체(5)의 입구개방부(7)와 출구개방부(8)에 인접하여 배치되고 코팅될 기재가 통과할 수 있도록 하는 개방부(17)를 갖는다. 판체(15)의 중앙축선을 중심으로 하여 회전시킴으로서, 이들 판체는 베니션 블라인드 처럼 개방되고 폐쇄될 수 있다. 도면의 간명한 이해를 위하여 이들 판체를 회전시키는 장치를 도시하지 않았다. 일반적으로 각 판체(15)의 회전은 독립적으로 이루어질 수도 있다. 이는 코팅방법에 최대의 다양성을 부여한다. 판체(15)를 구동시키기 위한 장치는 예를 들어 모터나 잭을 포함할 수 있으며 증기소오스(4)에 의하여 생성된 증기에 의한 오염을 방지하기 위하여 억류통체(5)의 외부에 설치되는 것이 바람직하다.

도 4는 처리영역을 포함하는 통로의 벽이 슬라이드(18, 19, 20, 21)로 구성되어 도 2에서 보인 것과는 상이한 처리영역(6)을 갖는 억류통체(5)를 보이고 있다.

본 발명에 따른 장치의 이러한 특별한 구성에 있어서, 슬라이드(18, 19, 20, 21)는 통로의 중심축선에 평행한 방향, 즉, 환언컨데, 처리영역(6)을 통하여 기재가 이동하는 방향에 평행한 방향으로 이동될 수 있다. 억류통체(5)의 외측으로 이들 슬라이드(18, 19, 20, 21)를 당김으로서, 증기가 당기어진 슬라이드에 대하여 수직인 방향으로 처리영역을 향하여 통과할 수 있도록 하는 개방부는 억류통체(5)의 외측으로 슬라이드(18, 19, 20, 21)를 당기는 정도에 비례하여 개방된다. 슬라이드(18, 19, 20, 21)는 기재가 처리영역(6)을 통과하지 않을 때 전체 처리개방부를 폐쇄하고 처리영역(6)으로 증기가 통과하는 것을 방지함으로서 외부로 향하는 증기의 손실을 최소화하기 위하여 억류통체(5)의 내측으로 삽입된다.

또한 통로의 벽 또는 슬라이드는 기재의 둘레에 대한 증기의 유동을 보다 정밀하게 조절할 수 있도록 서로 나란히 연장된 하나 이상의 판체로 구성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 각 판체는 기재의 이동방향에 평행하게 독립적으로 이동될 수 있다.

슬라이드(18, 19, 20, 21)는 예를 들어 잭(도시하지 않았음)에 의하여 작동되고 억류통체(5)의 외벽에 고정된 판체로 구성된다.

도 5는 통로내에 제공되고 그 벽이 그 평면에 대하여 평행하게 또는 수직을 이루는 방향으로 이동될 수 있는 평면상의 밀폐요소(13)를 구성하는 처리영역(6)을 보이고 있다.

본 발명에 따른 장치의 이러한 특별한 구성은 밀폐요소가 다양한 방법으로 이동될 수 있음을 보이고 있다. 예를 들어, 상부의 밀폐요소와 두개의 측부 밀폐요소의 경우 억류통체(5)내에서 이들의 평면에 대하여 수직을 이룬다. 예를 들어 저면벽은 자신의 평면에서 기재(도시하지 않았음)의 이동방향에 대하여 수직인 방향으로 이동될 수 있는 두개의 밀폐요소(13)로 구성된다. 기재는 처리영역(6)의 양측에서 지지프레임(16)내에 존재하는 개방부(17)를 통하여 이동할 수 있다.

도 6과 도 7은 플라즈마 아연도금설비에서 본 발명에 따른 장치를 보인 것이다. 이러한 설비는 특히 처리영역(6)을 갖는 억류통체(5)의 상부에 배치된 보유용기(4)를 포함하는 본 발명에 따른 장치의 하류측과 상류측의 진공탱크(22)(23)에 착설된 일련의 모터작동형 롤러(24)에 의하여 기재를 이송하기 위한 시스템을 포함한다. 기재를 매달아 설비의 여러 영역을 통하여 이들을 이송하기 위한 모노레일 이송시스템과 같은 다른 이송시스템이 이용될 수 있다.

기재는 처리영역(6)과 억류통체(5)를 진공 또는 요구된 아르곤압력하에 연속하여 유지함으로서 유입되는 공기에 의하여 처리영역이 오염되는 것을 방지할 수 있도록 하는 진공에어록(도시하지 않았음)에 의하여 설비내로 도입된다. 전형적으로 요구된 아르곤압력은 0.05~5 Pa 사이이다.

기재는 도면에 도시하지 않은 출구측 진공에어록에 의하여 설비로부터 배출된다.

도 6과 도 7에서 보인 본 발명에 따른 장치는 판체(15)의 형태인 밀폐요소(13)를 갖는 증기의 유동 조절시스템을 이용한다. 코팅물질의 증기의 유동을 조절하기 위한 이러한 시스템은 도 2와 도 3에 도시되어 있다. 아연도금될 기재(25)가 상부장비(1)의 처리영역(6)을 통과할 때, 도 6에서 보인 바와 같이 아연증기가 기재(25)를 향할 수 있도록 판체(15)가 개방된다.

기재(25)가 처리영역(6)을 통과하지 않는 경우, 처리영역(6)을 향하는 아연증기의 유동을 조절하기 위한 판체(15)는 도 7에서 보인 바와 같이 진공억류통체(3)내에서 아연증기의 손실을 최대한 제한하기 위하여 모두 폐쇄된다. 이와 같이 통로의 벽이 이들의 폐쇄위치에 놓이므로서 처리영역(6)은 코팅물질의 증기가 존재하는 억류통체(5)의 내부에 대하여 격리된다.

플라즈마 아연도금설비에서 본 발명의 작동조건과 특별한 구성

플라즈마증착 아연도금설비의 작동시작

플라즈마증착 아연도금설비가 정비후에 진공하에 놓였을 때, 증기조절장치의 판체로 구성된 밀폐요소(13)는 장치의 조절가능한 개방부가 최대로 개방되어 공기가 배출되고 억류통체내에 요구된 아르곤압력이 도달하도록 하는 위치에 놓인다. 설비내의 아르곤압력이 0.001~0.01 mbar 에 도달하였을 때, 억류통체의 벽은 전기요소에 의하여 400~500℃의 온도로 가열된다. 도 2와 도 3에 따른 아연증기의 유동 조절장치의 밀폐요소(13)는 회전작동되어 개방부를 폐쇄함으로서 억류통체의 내부로부터 처리영역(6)을 광학적으로 격리된다. 증기조절장치의 밀폐요소(13)는 억류통체(5)의 내부벽에 의하여 방사된 적외선복사열에 의하여 가열된다. 수개의 밀폐요소(13)에 그 온도를 모니터하기 위한 서머커플이 구비되는 것이 바람직하다. 밀폐요소(13)에 작동온도가 도달하였을 때(전형적으로 400~500℃) 액상 아연이 보유용기(4)에 전기적인 수단, 광학적인 수단, 또는 기계적인 수단에 의하여 측정되는 레벨까지 도입된다.

기재의 이동방향에 대하여 횡방향으로 아연증기의 유동을 조절하기 위하여 개방위치와 폐쇄위치 사이로 회전될 수 있는 연속의 판체로 구성된 밀폐요소를 구동시키기 위한 특별한 장치

본 발명의 특별히 유리한 실시형태에서, 도 2 및 도 3에서 보인 바와 같이 판체(15)로 구성되는 밀폐요소(13)는 지지프레임(16)에 고정된 스핀들상에 지지되어 있다. 이들 판체(15)의 회전은 예를 들어 체인, 케이블 또는 런너가 결합된 레바와 같은 적당한 수단에 의하여 일체로 이루어진다. 이는 기재의 이동방향에 대하여 평행하게 연장된 통로의 4개 벽에 대하여서 수행된다. 이와 같이 함으로서 장치는 조절가능하게 개방될 수 있다. 특히, 처리영역을 포함하는 통로의 각 벽의 처리개방부는 독립적으로 개폐된다. 이들 벽은 각각 기재의 처리영역(6)에 대하여 상부, 하부 및 측부에 배치되고 입구개방부(7)와 출구개방부(8) 사이에 연장된다. 유리하게, 밀폐요소(13)의 기계적인 구동은 억류통체(5)의 벽을 통과하는 4개 전동기구를 통하여 주위온도(약 300K)로 유지되고 있는 억류통체(5)의 외부벽에 고정된 4개의 독립된 장치에 의하여 수행된다. 기계적인 구동장치는 잭 또는 로터리장치일 수 있으며 일반적으로 전기기계, 공압 또는 유압장치일 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 이러한 특별구성의 이점은 주어진 구조를 갖는 기재의 이동방향에 따라서 코팅될 기재의 영역에 따른 방향에 의하여 아연증기의 유동을 조절할 수 있다는 것에 있다. 특히 코팅될 기재의 횡단면에 따라 처리영역을 향하는 증기가 통과하는 분포를 조절할 수 있다.

따라서, 예를 들어, 횡단면이 U-형이고 개방부가 상측으로 향하며 두께를 무시한 단면의 기본치수가 동일한 강철기재의 경우, U-형 단면의 내면이 각 측면 및 저면 보다 3배가 크므로 아연증기의 유동은 기재의 하측부와 양측에 위치하는 벽을 통과하는 것보다 기재의 상부에 위치하는 통로의 벽을 통과하는 것이 3배 커야 한다. U-형 단면의 내면은 본질적으로 상부벽을 통과하는 아연으로 코팅된다. 따라서 이러한 상부벽은 완전히 개방되어야 하는 반면에 측벽과 저면벽은 부분적으로 폐쇄되어야 한다.

일반적으로, 각 벽의 폐쇄정도는 기재의 구조뿐만 아니라 처리영역을 구성하는 통로의 횡단면 크기에 대한 기재의 크기, 기재가 평행하게 처리될 때 처리영역에서 기재의 수와 분포, 그리고 각 벽에 대한 증기소오스의 근접성에 따라 달라질 수 있다.

예를 들어, 만약 상기 언급된 바와 같이 U-형 횡단면을 갖는 기재가 평행하게 처리되고 처리영역내에서 등거리를 두고 분포되어 있는 경우, 기재의 모든 면을 균일하게 코팅할 수 있도록 하는 개방부의 특성은, 전형적으로 상부면의 경우는 100%의 개방, 저면의 경우는 60%의 개방, 그리고 양측면의 경우 20%의 개방이 이루어질 수 있다.

보유용기(4)의 상부의 처리영역(6)에서 수평으로 이동하는 시이트 또는 플레이트의 양면에 균일한 두께의 증착이 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 강철시이트 또는 플레이트의 아연도금의 경우, 억류통체내에서 아연증기의 유동을 조절하고 시이트 또는 플레이트의 양면에 동일한 아연증기의 유동이 이루어질 수 있도록 시이트나 플레이트의 상부에 위치하는 밀폐요소(13)는 완전히 개방되고 보유용기와 시이트 및 플레이트 사이에 놓인 밀폐요소는 부분적으로 폐쇄할 필요가 있다. 일반적으로, 시이트 또는 플레이트의 측변부에 대향되게 배치된 밀폐요소는 강철 시이트 또는 플레이트의 아연도금에 대하여 본 발명에 따른 장치의 적용이 요구되지 않는다. 이들 벽에 수직인 방향으로 증기가 통과하는 것을 차단하는 고정형의 좌우측벽으로 구성된 것을 이용할 수 있다.

작동모드에서 본 발명에 따른 장치가 구비된 플라즈마증착 아연도금유니트의 관리

기재가 통로의 내부에서 처리영역(6)내에 존재하지 않을 때, 밀폐요소(13)는 제자리에 그대로 놓여 모든 벽 또는 처리개방부는 폐쇄상태에 놓인다. 기재가 입구개방부(7)나 출구개방부(8)의 부근에서 일측 또는 타측 또는 양측의 검출기에 의하여 처리영역의 내부에 부분적으로 또는 전체적으로 배치되어 있는 것이 검출되었을 때, 밀폐요소(13)가 작동되어 벽이 개방됨으로서 요구된 아연증기의 유동 또는 기재 이동방향에 대한 밀폐요소의 배치방향에 따른 요구된 정도로 아연증기가 기재를 향하여 통과하도록 한다. 일반적으로 밀폐요소의 개방정도는 처리될 기재의 특성에 따라서, 예를 들어 평행하게 처리되는 기재의 구조와 수에 따라서 사전에 조절된다.

밀폐요소(13)가 개방되었을 때, 보유용기(4)와 양극(도시하지 않았음)에 연결되고 보유용기(4)와 처리영역을 구성하는 통로 사이에서 억류통체(5)내에 배치되고 이러한 보유용기내에 도입된 액상 아연의 증착을 위한 아연증기내에서 플라즈마를 얻을 수 있도록 하는 전원이 트리거된다. 이러한 전원에 의하여 플라즈마에 공급되는 전력은 두개의 입구측 및 출구측 검출기가 기재에 의하여 작동될 때의 그 공칭전력에 이르기까지 사전에 설정된 프로그램에 따라서 증가된다. 끝으로, 억류통체(5)의 출구개방부(8)의 부근에 배치된 검출기만이 기재에 의하여 작동될 때, 사전에 설정된 프로그램에 따라 차단될 때까지 이러한 전원에 의하여 공급되는 전력이 감소된다. 기재가 처리영역을 완전히 떠나고 억류통체(5)의 입구개방부(7)와 출구개방부(8)의 부근에 배치된 검출기에 의하여 기재가 더 이상 검출되지 않을 때, 밀폐요소(13)가 작동되어 통로의 벽에 형성된 처리개방부를 완전히 폐쇄하여 억류통체(5)의 외부로의 아연증기의 손실을 최소화한다.

기재가 억류통체를 통과하거나 이동하지 않을 때 아연증기를 수용하고 있는 억류통체에 대하여 처리영역을 폐쇄함으로서 제공되는 본 발명에 따른 방법의 중요한 이점은 기재의 처리영역에 대한 증발에 의한 아연의 손실을 방지하고 플라즈마에서 전력을 유지할 필요가 없는 한편 보유용기에서 액상 아연의 응고 위험이 없이 시스템이 억류통체의 벽의 온도에서 열역학적 평형을 유지하는 것이다.

증기의 유동을 조절하기 위한 장치가 구비된 플라즈마증착 아연도금유니트의 작동중지

플라즈마증착 아연도금유니트가 중지되고처리영역에서 기재가 더 이상 검출되지 않을 때, 밀폐요소는 폐쇄위치에 놓인다. 그리고 보유용기(4)내의 액상 아연이 공급튜브(9)를 통하여 온도유지로(12)로 이동하여 보유용기가 비워진다. 보유용기(4)에서 모든 액상 아연이 비워졌을 때, 억류통체(5)의 내부와 외부 사이로 가스가 통과할 수 있도록 밀폐요소가 완전히 개방된다. 그리고 설비가 유지보수를 위하여 대기중에 개방되기 전에 억류통체의 내벽을 냉각시키기 위하여 억류통체의 가열요소가 차단된다.

실제적용의 예

강철 형강재의 플라즈마증착 아연도금을 위한 설비

플라즈마증착에 의하여 강철 형강재를 아연도금하기 위한 설비에는 도 2 및 도 3에서 보인 바와 같이 아연증기의 유동을 조절하기 위한 장치를 갖는 억류통체가 구비되어 있다. 증기의 유동조절기에는 처리영역을 통과하는 기재의 각 상부, 하부 및 측부의 아연증기의 유동을 독립적으로 조절하기 위한 4개의 독립된 벽이 구비되어 있다. 아연도금될 기재의 이동방향으로 배치되는 4개의 기본횡방향에 일치하는 4개의 벽으로 이루어진 밀폐요소가 억류통체(5)의 외부벽에 고정된 잭(도시하지 않았음)에 의하여 해당 판체(15)의 회전에 의하여 작동된다. 지지프레임(16)에서 기재의 통과를 위한 개방부(17)의 단면크기는 전형적으로 700 mm x 200 mm 이고 기재의 이동방향에 평행한 통로 또는 처리영역의 크기는 600 mm 이다. 기재가 처리영역을 통과하는 것이 검출될 때, 판체(15)는 기재의 모든 면이 균일하게 코팅될 수 있도록 하는 갱방정도에 따라 4개의 독립된 각 벽에 대하여 개방된다. 전형적으로, 기재의 상부에 위치하는 벽은 100% 개방되고, 기재의 하부에 위치하는 벽은 80% 개방되며 측부의 벽은 50%가 개방된다. 기재가 처리영역을 완전히 떠날 때, 독립된 밀폐요소가 완전히 폐쇄되고 보유용기와 이에 대향된 양극(도시하지 않았음) 사이에 연결된 전원이 차단되어 억류통체의 향하는 아연증기의 손실을 가능한 한 최소화하도록 한다. 아연증기의 유동을 조절하기 위한 이러한 장치는 기재의 둘레를 유동하는 아연증기의 유동을 분당 약 3.5 kg 으로 조절할 수 있도록 한다.

이동하는 강철시이트의 플라즈마증착 아연도금을 위한 설비

플라즈마증착으로 이동하는 강철시이트를 아연도금하기 위한 설비는 두께가 1 mm 이고 폭이 1 m 인 강철시이트가 그 일측면이 보유용기(4)를 향하는 상태에서 수평으로 100 m/min 의 속도로 통과하는 억류통체를 구비한다. 각 억류통체는 도 4에서 보인 바와 같이 시이트의 상부에 위치하는 상부 슬라이드 배플과 시이트의 하부에 위치하는 하부 슬라이드 배플이 구비되고 억류통체의 외벽에 고정된 잭(도시하지 않았음)에 의하여 독립적으로 작동되는 아연증기의 유동조절장치를 갖는다. 아연증기의 유동조절장치의 측벽은 시이트의 평면상 구조에 맞추어 고정되어 있다. 아연증기의 유동조절장치의 내부크기는 지지프레임(16)의 개방부(17)에 대하여 1100 x 50 mm 이고 시이트 이동방향에서 종방향 크기에 대하여 600 mm 이다. 작동에서, 시이트의 전 표면에 균일한 두께의 증착이 이루어질 수 있도록 상부슬라이드는 100% 개방되는 반면에 하부슬라이드는 그 전체 개방정도에서 70% 만 개방된다.

강철 시이트의 아연도금을 위하여 특별히 유리한 이 장치는 강철 릴의 교환중 연속코팅공정에서 일반적으로 필요한 어큐뮬레이터(accumulator)를 사용할 필요가 없도록 하므로 투자비용을 크게 줄일 수 있다. 그 이유는 플라즈마 아연증착이 이루어질 수 있도록 하는 전원의 차단과 함께 벨트의 이동을 중지할 때, 아연증기의 유동조절장치의 상부 및 하부 슬라이드의 완전한 폐쇄로 벨트정지시간중에 아연이 증착되는 것으로부터 시이트를 보호하여 전체 기재에 균일한 두께의 아연의 증착이 이루어지도록 하고 또한 플라즈마의 존재하에 우수한 품질의 아연증착이 이루어지기 때문이다. 기재에서 금속의 진공증착중에 이온의 존재는 코팅의 품질을 개선하는 것으로 알려져 있다.

아연증기의 유동을 조절하기 위한 이러한 장치는 시이트의 양면에 유동하는 아연증기의 유동을 분당 약 3.5 kg 으로 조절할 수 있도록 한다.

본 발명은 상기 언급된 아연증기의 유동조절장치의 구조로 제한되지 않고 다른 구조가 고려될 수 있다. 예를 들어, 밀폐요소(13)는 다른 방향에 고정되거나 기재의 이동방향의 축선에 평행하게 고정된 회전축선을 가질 수 있다. 또한 예를 들어 판체(15) 또는 슬라이드(18-21) 이외의 다른 수단으로 벽의 평면에서 작동되는 조리개가 사용될 수 있다.

1: 상부장비, 2: 하부장비, 3: 진공탱크, 4: 보유용기, 5. 억류통체, 6: 처리영역, 7: 입구개방부, 8: 출구개방부, 9: 공급튜브, 10: 기밀연결부, 11: 제2 진공탱크, 12: 온도유지로, 13: 밀폐요소, 14: 처리개방부, 15: 판체, 16: 지지프레임, 17: 개방부, 18, 19, 20, 21: 슬라이드, 22, 23: 진공탱크, 24: 롤러, 25: 기재.

Claims (23)

1. 내부에 코팅물질의 증기소오스(4)가 배치되어 있고 적어도 하나의 처리개방부를 통하여 기재를 코팅하기 위한 증기의 유동(flow)을 생성할 수 있도록 하는 증기소오스(4)와 연통하는 처리영역(6)을 갖는 억류통체(5)를 포함하는, 이동방향으로 이동하는 이동중인(running) 기재의 코팅장치에 있어서, 상기 처리개방부를 통하여 처리영역(6)을 포함하는 통로와 억류통체(confinement enclosure)(5)의 내부 사이에 상기 증기의 유동을 제어하기 위한 조절수단이 제공되고, 이들 조절수단이 상기 증기의 유동이 억류통체(5)로부터 처리개방부를 통하여 통로와 처리영역(6)을 향해 내부에서 통과할 수 있는 개방위치와 처리영역(6)이 억류통체(5)와 증기소오스에 대하여 격리되는 폐쇄위치 사이로 이동될 수 있도록 하는 밀폐요소(13)들을 포함하며, 억류통체는 통로의 주위로 증기의 자유로운 순환과 분배가 이루어질 수 있도록 함을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
2. 제1항에 있어서, 통로가 억류통체(5)의 입구개방부(7)와 출구개방부(8) 사이에서 이동방향으로 연장되고, 상기 처리영역(6)이 이러한 통로내에 배치되고 상기 조절수단은 상기 증기소오스(4)와 통로의 내부 사이의 상기 증기의 유동을 제어할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
3. 제2항에 있어서, 통로가 적어도 하나의 처리개방부를 갖는 벽을 가지고, 이들 벽의 적어도 일부는, 상기 증기의 유동이 증기소오스(4)로부터 처리개방부를 통하여 통로의 내부로 유입될 수 있도록 하는 개방위치와 통로의 내부가 증기소오스(4)에 대하여 격리되는 폐쇄위치 사이로 점진적으로 이동될 수 있는 상기 밀폐요소(13)들로 구성됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
4. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 밀폐요소(13)들이 판체(15)로 형성되고, 이들 판체(15)의 각각이 개방위치와 폐쇄위치 사이로 이들을 경사지게 할 수 있도록 처리개방부에 대하여 관절연결됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
5. 제4항에 있어서, 판체(15)가 직사각형의 형태를 가지고 그 길이방향이 억류통체(5)의 입구개방부(7)와 출구개방부(8) 사이의 기재(25)의 이동방향으로 평행하게 연장됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
6. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 밀폐요소(13)들이 개방위치와 폐쇄위치 사이의 이동방향에 대하여 평행한 방향으로 이동될 수 있도록 배열됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
7. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 밀폐요소(13)들이 개방위치와 폐쇄위치 사이의 이동방향에 대하여 횡방향으로 이동될 수 있도록 배열됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
8. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 밀폐요소(13)들이 일련의 평행한 판체(15)를 포함하고, 이들 판체는 개방위치에서 서로 간격을 두고 연장되어 있음으로써 증기의 유동이 이들 판체(15) 사이를 통과하여 처리영역(6)을 향할 수 있으며, 폐쇄위치에서는 서로 접촉하고 있음으로써 처리개방부를 폐쇄하는 한편(while) 증기소오스(4)를 처리영역(6)에 대하여 격리함을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
9. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 밀폐요소(13)들이 코팅될 기재의 단면에 따라서 처리영역(6)을 향하는 증기의 유동의 분배를 조절할 수 있도록 상대측에 대하여 독립적으로 작동됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
10. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 언급된 통로가 코팅물질의 증기가 응축되는 것을 방지하기에 충분한 고온으로 유지되는 벽을 가짐을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
11. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 억류통체(5)가 가열되는 벽을 포함함으로써 코팅물질이 상기 벽 상에 증착되는 것을 방지하는 이동중인 기재의 코팅장치.
12. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 억류통체(5)와 처리영역(6)이 진공억류통체(3) 내에 포함됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
13. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅물질을 증발시키고 이 코팅물질을 상대전극에 대하여 평균적으로 음극으로 분극시키기 위하여 억류통체(5) 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 수단이 제공됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
14. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 증기소오스가 액체상태의 금속, 특히 아연을 수용하는 보유용기(4)를 포함함을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
15. 제14항에 있어서, 보유용기(4)에는 진공억류통체(11) 내에 배치된 진공로(12) 내에 유지되는 아연 저장조(zinc reservoir) 내에 잠긴 공급튜브(9)를 통하여 액상 아연이 공급됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅장치.
16. 처리영역(6)을 통하여 이동방향으로 이동하는 이동중인 기재(25)를 코팅하는 방법으로서, 코팅물질의 증기가 억류통체(5) 내에서 생성되고, 이 증기가 처리개방부를 통과하여 처리영역(6)을 향하되 이 처리영역에서 코팅물질이 기재(25)의 표면에 응축되는 이동중인 기재의 코팅방법에 있어서, 억류통체(5)내에 존재하는 코팅물질의 증기가 자유롭게 순환하고 처리영역을 포함하는 통로의 주위로 분배되며, 증기가 처리개방부를 통과하여 이러한 통로의 내부로 향하는 것은, 상기 증기가 처리개방부를 통과하여 처리영역(6)과 함께 통로를 향하여 가는 개방위치와, 증기가 처리개방부를 통과하여 통로를 향해 가는 것이 방지되는 폐쇄위치 사이로 적어도 하나의 밀폐요소(13)에 의하여 처리개방부의 밀폐를 조절함으로써 제어됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅방법.
17. 제16항에 있어서, 처리영역(6)을 향하는 증기의 분배가 코팅될 기재의 단면에 따라서 조절됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 밀폐요소(13)가 이러한 밀폐요소(13)에 코팅물질의 증기가 응축되는 것을 방지하기에 충분한 고온으로 유지됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅방법.
19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 억류통체(5)의 벽이 이들 벽에 코팅물질이 증착되는 것을 방지하기 위하여 가열됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅방법.
20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 억류통체(5)와 처리영역(6)이 진공이하, 특히 0.01 mbar 미만의 아르곤압력에서 유지됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅방법.
21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅물질이 억류통체(5) 내에서 생성된 플라즈마에 의하여 증발되고 증기상의 코팅물질이 상대전극에 대하여 평균적으로 음극으로 분극됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅방법.
22. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅물질의 증기가 억류통체(5) 내, 특히 증기소오스를 형성하는 보유용기(4) 내에서 액체상태로 유지되는 금속, 특히 아연으로 형성됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅방법.
23. 제22항에 있어서, 금속, 특히 아연이 진공로(12)내에 유지되는 아연 저장조로부터 억류통체(5), 특히 증기소오스를 형성하는 보유용기(4) 내로 도입됨을 특징으로 하는 이동중인 기재의 코팅방법.

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