KR20110030127A - 고주파 코일 - Google Patents

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KR20110030127A
KR20110030127A KR1020090088117A KR20090088117A KR20110030127A KR 20110030127 A KR20110030127 A KR 20110030127A KR 1020090088117 A KR1020090088117 A KR 1020090088117A KR 20090088117 A KR20090088117 A KR 20090088117A KR 20110030127 A KR20110030127 A KR 20110030127A
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곽영진
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김태엽
정용화
김경보
정우성
엄문종
이상철
박상훈
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Abstract

아크 발생을 감소시킬 수 있는 고주파 코일이 개시된다.
상기한 고주파 코일은 외부 전원과의 연결을 위한 코일 리드와 상기 코일 리드로부터 연장 형성되는 권선부를 구비하는 코일과, 상기 코일이 내부에 배치되도록 내부 공간을 구비하는 절연부재, 및 상기 코일을 절연시키도록 상기 절연부재 내부에 충진되는 절연체를 포함한다.
이러한 고주파 코일에 의하면, 절연부재 및 절연체를 통해 코일을 절연시킴에 따라 코일에서 발생되는 아크를 감소시킬 수 있고, 또한 절연부재에 구비되는 건조부를 통해 절연체에 함유된 용제가 증발될 수 있으므로 절연부재 내부에 충진되는 절연체가 보다 용이하게 건조될 수 있다.
고주파 코일, 권선부, 절연부재, 절연체

Description

고주파 코일{HIGH-FREQUENCY COIL DEVICE}
본 발명은 고주파 코일에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속의 가열 및 용융 또는 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD) 및 플라즈마 에칭(plasma etching)에 사용되는 고주파 코일에 관한 것이다.
일반적으로 고주파 코일의 사용 분야는 크게 세가지로 분류될 수 있다.
첫번째로 고주파 코일이 금속의 가열 및 용융에 사용되는 경우로서, 기계부품, 연속 스트립(strip)의 열처리 혹은 금속의 용융 등에 고주파 코일이 사용된다. 특히, 금속의 용융에 사용되는 경우는 고순도를 유지하기 위하여 진공 분위기에서 혹은 불활성 가스 분위기에서 작업이 수행된다.
두번째로 고주파 코일은 진공에서 금속을 가열 증발시켜 기판에 코팅하는 물리적 기상 증착의 가열용 열원으로 사용된다. 대표적으로 열 증착법(thermal evaporation) 및 전자기 부양 증착법 (electro-magnetic levitation evaporation) 등에 코주파 코일이 가열용 열원으로 사용되는 경우이다.
세번째로 진공에서 수행되는 화학적 기상 증착 및 플라즈마 에칭에서 코주파 코일이 플라즈마 발생원으로 사용되는데, 물리적 기상 증착법에서도 플라즈마 발생 원 또는 보조 플라즈마 발생원으로 고주파 코일이 사용되기도 한다.
한편, 고주파 코일은 수십 Hz에서 수십 MHz의 고주파 교류 전류를 외부 전원으로부터 인가 받아 자기장을 형성시키고, 이를 통해 코일 내부에 존재하는 물질(금속, 증기, 가스 등)에 유도전류를 발생시킨다.
이렇게 발생된 자기장 및 전기장을 이용하여 금속을 가열, 용융, 증발시키거나, 혹은 증기, 가스를 활성화시켜 플라즈마를 발생시킨다.
고주파 코일의 사용을 위해서는 고주파 교류 전류를 코일에 인가하여야 하는데, 인가된 고주파 교류 전류에 의해 코일의 각 턴(turn)사이에서 혹은 코일과 외부 전도체 사이에서 아크가 발생될 경우가 많다.
그런데, 대기압 분위기에서 사용되는 경우에는 코일에 절연 테이프(tape)를 감거나 혹은 절연체 스프레이 코팅으로 아크를 방지할 수 있으나 진공에서 사용되는 경우는 아크 발생 임계전압(breakthrough voltage)이 대기압보다 낮아서 상기의 방법으로는 아크 방지가 어렵다.
특히 진공 분위기에서 금속 증기, 가스, 금속 또는 가스의 이온 및 전자가 존재하는 경우 아크 발생 임계전압이 현저히 낮아져서 아크를 방지하는 특별한 방법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 아크 발생을 감소시킬 수 있는 고주파 코일을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 고주파 코일은 외부 전원과의 연결을 위한 코일 리드와 상기 코일 리드로부터 연장 형성되는 권선부를 구비하는 코일과, 상기 코일이 내부에 배치되도록 내부 공간을 구비하는 절연부재, 및 상기 코일을 절연시키도록 상기 절연부재 내부에 충진되는 절연체를 포함한다.
상기 절연부재는 절연성 및 내열성을 갖는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
상기 절연부재는 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 산화티타늄(TiO2), 및 산화지르코늄(ZrO2) 중 어느 하나의 재질로 이루어거나, 적어도 어느 하나의 재질을 포함할 수 있다.
상기 절연부재는 상기 권선부의 내측에 배치되는 내면부와, 상기 권선부가 상기 내면부와의 사이에 배치되도록 상기 내면부로부터 이격 배치되는 외면부, 및 상기 내면부와 외면부의 양끝단부에 결합되는 상,하면부를 구비하며, 상기 절연부재는 일체로 형성되거나, 상기 내면부, 외면부, 상,하면부가 분리 가능하도록 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 절연체는 상기 코일 전체를 감싸는 내화물 시멘트로 이루어질 수 있다.
상기 절연부재는 상기 코일 리드가 배치되는 부분에 형성되어 상기 절연체의 건조시 상기 절연체에 함유된 용제의 증발을 위한 건조부를 구비할 수 있다.
상기 건조부는 슬릿 형상의 슬릿홀이나 건조홀 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 절연부재 및 절연체를 통해 코일을 절연시킴에 따라 코일에서 발생되는 아크를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 절연부재에 구비되는 건조부를 통해 절연체에 함유된 용제가 증발될 수 있으므로, 절연부재 내부에 충진되는 절연체가 보다 용이하게 건조될 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 코일에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 부분 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 횡단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 종단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 고주파 코일(100)은 일예로서 코일(120), 절연부재(140), 및 절연체(160)를 포함한다.
코일(120)은 외부 전원(미도시)과의 연결을 위한 코일 리드(122)와, 전기장과 자기장이 발생되는 권선부(124)를 구비할 수 있다.
코일 리드(122)는 코일(120)의 양단부에 구비되며, 외부 전원에 연결되어 외부 전원으로부터 고주파 교류 전류가 코일 리드(122)에 인가된다.
또한, 권선부(124)는 양단부에 구비되는 코일 리드(122) 사이에 배치된다. 또한, 권선부(124)는 외부 전원으로부터 공급된 고주파 교류 전류에 의해 자기장을 형성시키고, 권선부(124) 내부에 위치하는 물질에 유도전류를 발생시킨다. 즉, 권선부(124)는 자기장 및 전기장을 형성한다.
이와 같이 권선부(124)에 형성된 자기장과 전기장에 의해 금속이 가열, 용융, 또는 증발되거나, 혹은 증기, 가스가 활성화되어 플라즈마가 발생된다.
절연부재(140)는 코일(120)이 내부에 배치되도록 내부 공간을 구비한다.
한편, 절연부재(140)는 내면부(142), 외면부(144), 상면부(146), 및 하면부(148)를 구비할 수 있다.
내면부(142)는 권선부(124)의 내측에 배치되며, 중공의 원통형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 외면부(144)는 권선부(124)가 내면부(142)와의 사이에 배치되도록 내면부(142)로부터 이격 배치되며, 내면부(142)와 같이 중공의 원통형상으로 형성될 수 있다.
다만, 내면부(142)와, 외면부(144)의 형상은 원통형상으로 한정되지 않고, 단면이 사각형, 오각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 외면부(144)는 일측이 개구되어 절연체(160)의 충진시 절연체(160)에 함유된 용제의 증발을 위한 건조부(144a)를 구비할 수 있다. 즉, 건조부(144a)는 고주파 코일(100)의 제조시 충진되는 절연체(160)에 함유된 용제, 예를 들어 물을 증발시키기 위한 개구부일 수 있다.
한편, 본 실시예에서의 건조부(144a)는 외면부(144)의 일측이 개방된 형상으로 이루어져 있으나, 이에 한정되지 않고 절연체(160)에 함유된 용제를 증발시킬 수 있는 형상의 어떠한 개구로도 형성될 수 있다.
상면부(146)와 하면부(148)는 내면부(142)와 외면부(144)의 양끝단에 결합된다. 즉, 상면부(146)와 하면부(148)는 내면부(142)와 외면부(144)에 의하여 형성된 사이 공간을 밀폐시키도록 내면부(142)와 외면부(144)의 상면과 저면에 결합된다.
한편, 절연부재(140)는 절연성 및 내열성을 갖는 세라믹 재질로 이루어질 수 있으며, 더하여 절연부재(140)는 세라믹 재질 중 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 산화티타늄(TiO2), 및 산화지르코늄(ZrO2) 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 세라믹 재질로 이루어진 절연부재(140)의 내부에 코일(120)이 배치되므로, 코일(120)과 외부 전도체 사이에서 발생되는 아크를 감소시킬 수 있다.
절연체(160)는 코일(120)을 절연시키도록 절연부재(140) 내부에 충진된다. 즉, 절연부재(140)의 내부에는 코일(120)이 배치되며, 절연부재(140)와 코일(120) 사이 공간에 절연체(160)가 충진되어 코일(120)을 절연시킨다.
한편, 절연체(160)는 고온용 내화물 시멘트로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 코일(120)을 감싸도록 충진된 절연체(160)에 의해 코일(120)의 아크 발생을 1차적으로 감소시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 절연체(160)가 코일(120)을 1차적으로 절연시켜 아크 발생을 감소시키고, 코일(120)과 절연체(160)를 감싸는 절연부재(140)가 2차적으로 코일(120)과 절연체(160)를 절연시킴으로써 고주파 코일(100)로부터 발생되는 아크를 현저하게 감소시킬 수 있다.
즉, 절연체(160)가 코일(120)을 절연시킴으로써, 코일(120)의 권선부(124)에서 발생되는 아크를 감소시킬 수 있다.
더불어, 코일(120)을 감싸는 절연체(160)가 균열되더라도, 절연부재(140)가 절연체(160)의 외부에서 절연체(160)를 절연시킴으로써 코일(120)의 권선부(124)와 외부 전도체 사이의 아크 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 코일(120)을 감싸는 절연체(160)가 균열되더라도, 절연부재(140)가 절연체(160)의 외부에서 절연체(160)를 절연시킴으로써 균열에 의해 코일(120)의 권선부(124) 간의 아크 발생도 감소시킬 수 있다.
이하에서는 상기한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 코일의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 절연체(160) 몰딩용 금형에 절연부재(140)를 장착한 후 절연부재(140)의 내부에 코일(120)이 배치되도록 코일(120)을 고정시킨다. 즉, 몰딩용 금형에 내면부(142), 외면부(144), 하면부(148)를 장착한 후 내면부(142)와 외면부(144)가 형성하는 내부 공간에 코일(120)을 배치시킨다.
이후, 금형의 상부에서 용제와 혼합된 절연체(160)를 금형 내부에 충진한다. 이때, 코일(120)과 절연체(160)의 사이에 틈이 생기지 않도록 금형을 진동시킨다. 이에 따라, 충진되는 절연체(160)의 밀도가 향상된다.
한편, 절연체(160)의 충진이 완료되면, 상면부(146)를 금형에 장착한다. 이후 일정시간 동안 절연체(160)를 건조시킨다. 일정정도 절연체(160)가 건조되면, 고주파 코일(100)을 가열로에서 완전 건조시킨다.
이때, 절연부재(140)에 구비되는 건조부(141)를 통해 절연체(160)에 함유된 용제가 보다 용이하게 증발될 수 있다. 즉, 절연부재(140)에 건조부(141)를 구비하고 있으므로, 절연체(160)의 충진시 보다 용이하게 절연체(160)가 건조될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 코일에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 상기한 실시예에서와 동일한 구성에 대한 자세한 설명은 그에 갈음하고 여기서는 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 부분 절개 사시도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 횡단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 종단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 고주파 코일(200)은 일예로서 코일(220), 절연부재(240), 및 절연체(260)를 포함한다.
한편, 본 실시예에서의 코일(220), 절연체(260)는 상기한 실시예에서의 코일(110), 절연체(160)와 동일한 구성에 해당하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
절연부재(240)는 내면부(242), 외면부(244), 상면부(246), 및 하면부(248)를 구비할 수 있다.
내면부(242)는 권선부(224)의 내측에 배치되며, 중공의 원통형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 외면부(244)는 권선부(224)가 내면부(242)와의 사이에 배치되도록 내면부(242)로부터 이격 배치되며, 내면부(242)와 같이 중공의 원통형상으로 형성될 수 있다.
다만, 내면부(242)와, 외면부(244)의 형상은 원통형상으로 한정되지 않고, 단면이 사각형, 오각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 외면부(244)에는 코일(220)의 코일 리드(222)가 내부에 배치되는 연장부(245)가 구비될 수 있다. 즉, 연장부(245)는 외면부(244)로부터 연장 형성되어 코일 리드(222)를 감싸게 되고, 이에 따라 코일 리드(222)를 보다 확실하게 절연시킬 수 있다.
또한, 연장부(245)에는 충진되는 절연체(260)에 함유된 용재의 증발을 용이하도록 건조부(244a)를 구비할 수 있다. 한편, 건조부(241)는 슬릿 형상의 슬릿홀(244b)이나 건조홀(244c) 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
도면에는 건조부(244a)가 슬릿홀(244b)와 건조홀(244c)로 구성되는 경우를 예로 들어 도시하고 있으나, 건조부(244a)는 슬릿홀(244b)만으로 또는 건조홀(244c)만으로 구성될 수도 있다.
상면부(246)와 하면부(248)는 내면부(242)와 외면부(244)의 양끝단에 결합된 다. 즉, 상면부(246)와 하면부(248)는 내면부(242)와 외면부(244)에 의하여 형성된 사이 공간을 밀폐시키도록 내면부(242)와 외면부(244)의 상면과 저면에 결합된다.
상기한 바와 같이, 절연체(260)가 코일(220)을 1차적으로 절연시켜 아크 발생을 감소시키고, 코일(220)과 절연체(260)를 감싸는 절연부재(240)가 2차적으로 코일(220)과 절연체(260)를 절연시킴으로써 고주파 코일(200)로부터 발생되는 아크를 현저하게 감소시킬 수 있다.
즉, 절연체(260)가 코일(220)을 절연시킴으로써, 코일(220)의 권선부(224)에서 발생되는 아크를 감소시킬 수 있다.
더불어, 코일(220)을 감싸는 절연체(260)가 균열되더라도, 절연부재(240)가 절연체(260)의 외부에서 절연체(260)를 절연시킴으로써 코일(220)의 권선부(224)와 외부 전도체 사이의 아크 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 코일(220)을 감싸는 절연체(260)가 균열되더라도, 절연부재(240)가 절연체(260)의 외부에서 절연체(260)를 절연시킴으로써 균열에 의해 코일(220)의 권선부(224) 간의 아크 발생도 감소시킬 수 있다.
또한, 절연부재(240)에 구비되는 건조부(244a)를 통해 절연체(260)에 함유된 용제가 보다 용이하게 증발될 수 있다. 즉, 절연부재(240)에 건조부(244a)를 구비하고 있으므로, 절연체(260)의 충진시 보다 용이하게 절연체(260)가 건조될 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하 게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 부분 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 부분 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 코일을 나타내는 종단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200 : 고주파 코일
120,220 : 코일
140,240 : 절연부재
160,260 : 절연체

Claims (7)

  1. 외부 전원과의 연결을 위한 코일 리드와, 상기 코일 리드로부터 연장 형성되는 권선부를 구비하는 코일;
    상기 코일이 내부에 배치되도록 내부 공간을 구비하는 절연부재; 및
    상기 코일을 절연시키도록 상기 절연부재 내부에 충진되는 절연체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 코일.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연부재는
    절연성 및 내열성을 갖는 세라믹 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 코일.
  3. 제2항에 있어서, 상기 절연부재는
    알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 산화티타늄(TiO2), 및 산화지르코늄(ZrO2) 중 어느 하나의 재질로 이루어지거나, 적어도 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 코일.
  4. 제1항에 있어서, 상기 절연부재는
    상기 권선부의 내측에 배치되는 내면부;
    상기 권선부가 상기 내면부와의 사이에 배치되도록 상기 내면부로부터 이격 배치되는 외면부; 및
    상기 내면부와 외면부의 양끝단부에 결합되는 상,하면부;
    를 구비하며,
    상기 절연부재는 일체로 형성되거나, 상기 내면부, 외면부, 상,하면부가 분리 가능하도록 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 코일.
  5. 제1항에 있어서, 상기 절연체는
    상기 코일 전체를 감싸는 내화물 시멘트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 코일.
  6. 제1항에 있어서, 상기 절연부재는
    상기 코일 리드가 배치되는 부분에 형성되어 상기 절연체의 건조시 상기 절연체에 함유된 용제의 증발을 위한 건조부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 코일.
  7. 제6항에 있어서, 상기 건조부는
    슬릿 형상의 슬릿홀이나 건조홀 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 고주파 코일.
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