KR20110071968A - 플라즈마 발생장치 및 이를 구비한 대기압 플라즈마 표면처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 발생장치 및 이를 구비한 대기압 플라즈마 표면처리 장치에 관한 것으로, 특히 고온에서도 안정적인 구조를 유지하고 표면처리 효과를 개선할 수 있는 플라즈마 발생장치 및 이를 구비한 대기압 플라즈마 표면처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 플라즈마 표면처리 장치는 피처리물을 감싸는 랩핑롤러, 피처리물에 플라즈마 가스를 직접적으로 분사함으로써 일차적인 표면처리를 수행하는 제 1 플라즈마 발생장치, 플라즈마 가스를 생성하여 분사홀을 통하여 간접적으로 피처리물에 이차적인 표면처리를 수행하는 제 2 플라즈마 발생장치, 피처리물을 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치들과 대면하는 곳에서 고르게 펼쳐지게 하기 위한 메인 드럼 및 메인 드럼의 하부에 위치하여 피처리물의 이송을 위한 가이드롤을 구비한다.
폴리이미드, 표면처리, 플라즈마
Description
본 발명은 플라즈마 발생장치 및 이를 구비한 대기압 플라즈마 표면처리 장치에 관한 것으로, 특히 고온에서도 안정적인 구조를 유지하고 표면처리 효과를 개선할 수 있는 플라즈마 발생장치 및 이를 구비한 대기압 플라즈마 표면처리 장치에 관한 것이다.
폴리이미드(Polyimide)는 주 사슬 중 이미드 결합(-CO-NH-CO-)을 갖는 내열성 수지 중합체를 총칭하며, 대표적인 엔지니어링 플라스틱 중의 하나이다. 폴리이미드는 강직한 사슬 구조에 의해 높은 열안정성과 내화학성 그리고 탁월한 기계적 특성 및 특유의 전기적 특성으로 인해서 인슐레이터, 연성회로기판, 접착 및 코팅제 등의 전기/전자 재료로 널리 이용되고 있다. 그러나 폴리이미드는 이미드환에 의해 극성이 감소되어 다른 고분자 물질이나 금속 및 세라믹 등과의 접착성이 크게 떨어지는 단점이 있다.
이에 따라 폴리이미드는 표면 개질 공정을 수행한 이후에 이용되기 마련이 고, 표면 개질 방법으로는 습식법과 건식법 등이 있다. 이 중 습식법은 공정이 간단하고 공정비용을 절감할 수 있지만, 환경에 유해한 물질을 사용하여야 하는 단점이 있다. 따라서 폴리이미드 표면 처리는 친환경적인 방법인 건식법을 이용하는 방향으로 지향되고, 이러한 건식법은 플라즈마를 이용하는 것이 대표적이다.
폴리이미드 표면 개질을 위한 대기압 플라즈마 장비는 고전압 전극에 유전체를 접합한 플라즈마 발생장치를 이용하는 것이 일반적인데, 전극과 유전체를 완전치 밀착시키는 것이 실질적으로 불가능하여 미소방전를 유발시키며 이로 인해 에너지의 손실 및 발열에 의한 유전체 파손 등의 문제점을 초래한다. 이를 개선하기 위한 방안으로 등록특허인 '미세아크 방지형 플라즈마 형성장치 및 형성방법(등록번호 10-0481492)'에 의하면 미세아크에 의한 피처리물의 데미지를 개선하였어도, 플라즈마가 빔의 형태로 분사되기 때문에 피처리물의 고른 표면처리가 어렵고, 피처리물에 얼룩을 남길 수 있다.
그리고 전극과 유전체가 접합됨에 따라서 플라즈마 방전시에 고온으로 두 물질이 열팽창 할 경우에 유전체와 전극은 열팽창계수가 다르기 때문에 접합부위에서 파손이 발생하기도 한다.
또한 표면처리 효과를 높이고 피처리물을 고르게 표면처리하기 위해서 공개특허 '제2003-0039405호'와 같이 두 개의 전극 사이에 피처리물을 투입하여 표면처리를 하는 경우, 플라스틱 필름과 같은 절연물에 하전입자의 축적에 의한 정전기가 유도되기 때문에 먼지 등의 불순물이 피처리물에 흡착되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 및 기술 개발의 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고온에서도 구조의 안정성을 유지할 수 있는 단위전극을 포함하는 플라즈마 발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한 표면처리 과정에서 피처리물에 야기되는 정전기를 감소시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
그리고 이러한 플라즈마 발생장치들을 이용하여 피처리물의 표면 처리 효과를 높일 수 있는 대기압 플라즈마 표면처리 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 의한 제 1 플라즈마 발생장치는 플라즈마 생성을 위한 전압이 인가되는 단위전극, 단위전극을 감싸면서 단위전극이 피처리물과 대면하는 영역에서 노출되도록 일부분이 개방되는 형태의 하우징, 단위전극을 고정하며 상기 하우징과의 결합으로 상기 단위전극을 일면에서 노출시키도록 형성되는 전극지지체, 및 단위전극이 배치되는 하우징 내부로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급부를 구비한다.
제 1 플라즈마 발생장치의 하우징은 가스공급부가 배치되는 상부면 및 상부면의 양 모서리에서 수직으로 굴곡되는 수직면을 포함하여, 상부면 및 수직면의 단면이 'ㄷ'자 형태로 형성되도록 한다. 그리고 전극지지체는 상부면 및 하부면으로 정의되는 사각형 형태의 양 끝면을 밀폐한다.
그리고 본 발명에 의한 제 2 플라즈마 발생장치는 플라즈마 생성을 위한 전 압이 인가되는 단위전극, 단위전극을 감싸고 단위전극이 피처리물을 향하는 면은 다수 개의 분사홀을 포함하는 금속 재질로 형성되는 하우징, 단위전극을 고정하며 하우징의 개구된 양 끝면을 밀폐하는 전극지지체 및 단위전극이 배치되는 하우징 내부로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급부를 구비한다.
제 2 플라즈마 발생장치는 전극지지체의 외부에서 하우징의 개구된 양 끝면의 추가적인 밀봉을 위한 가스 씰링 캡을 더 구비할 수 있다.
또한 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치는 하우징의 내부에서 단위전극과 가스공급부 사이에서 다수 개의 홀이 형성되는 샤워헤드를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 의한 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치에서 단위전극은 내부에 공간이 형성되는 기둥 형태의 유전체관, 유전체의 내부에 주입되어 있는 도전성 분말, 유전체의 양 끝단을 막는 절연물질의 엔드 캡 및 도전성 분말에 전압을 인가하기 위한 도전선을 포함한다.
엔드 캡에는 도전선의 투입을 위한 가이드 홀이 더 형성될 수 있다.
그리고 전극지지체는 도전선의 투입을 위한 전원선 가이드 홀이 더 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 플라즈마 표면처리 장치는 피처리물을 감싸는 랩핑롤러, 피처리물에 플라즈마 가스를 직접적으로 분사함으로써 일차적인 표면처리를 수행하는 제 1 플라즈마 발생장치, 플라즈마 가스를 생성하여 분사홀을 통하여 간접적으로 피처리물에 이차적인 표면처리를 수행하는 제 2 플라즈마 발생장치, 피처리물을 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치들과 대면하는 곳에서 고르게 펼쳐지게 하기 위한 메 인 드럼 및 메인 드럼의 하부에 위치하여 피처리물의 이송을 위한 가이드롤을 구비한다.
이때 제 1 차 플라즈마 발생장치는 방전을 위한 전압을 인가받는 단위전극과 접지전극의 역할인 메인 드럼 사이에서 피처리물의 표면처리를 수행한다.
그리고 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치는 메인 드럼과 1mm 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
랩핑 롤러는 메인 드럼의 일측에서 이격되어 표면처리 이전의 피처리물을 확보하고 있는 제 1 랩핑 롤러 및 메인 드럼에서 제 1 랩핑 롤러의 반대편에서 이격되어 표면처리 이후의 피처리물을 확보하는 제 2 랩핑 롤러를 포함할 수 있다.
또한 가이드롤은 메인 드럼의 하부에서 양측에 각각 배치되어 피처리물을 제 1 및 제 2 랩핑 롤러에 밀착시키도록 유도하는 제 1 및 제 2 가이드롤 및 메인 드럼과 제 1 및 제 2 랩핑 롤러 사이에 각각 배치되어 피처리물의 이송 경로를 안내하는 제 3 및 제 4 가이드롤을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유전체관과 도전성 파우더의 구조에 의한 고온에서도 상호간의 물리적인 간섭으로 인해서 부품이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한 피처리물의 표면 처리 효과를 높이면서, 정전기를 감소시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하 기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 직하형 플라즈마 발생장치를 나타내는 분해 사시도 및 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 직하형 플라즈마 발생장치는 단위전극(10)들과, 하우징(110) 및 가스공급부(124)를 구비한다.
단위전극(10)은 플라즈마 방전을 위한 전압을 인가하기 위한 것으로 하나 이상이 사용될 수 있다. 다수 개의 단위전극(10)이 사용될 경우에는 반응가스와의 접촉영역 및 방전영역을 넓히기 위해서 도면에서와 같이 플라즈마 가스 분사영역에 나란히 배열되는 것이 바람직하다.
하우징(110)은 단위전극(10)이 피처리물과 대면하는 영역에서 노출되도록 일면이 개방된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해 하우징(110)은 가스공급부(124)가 배치되는 상부면(112)과 상부면의 양 모서리에서 수직으로 굴곡되는 수직면(114)으로 구성될 수 있다. 수직면(114)은 단위전극(10)들의 장축 방향을 덮는 면에서 형성될 수 있다. 그리고 하우징(110)의 상부면(112)에는 플라즈마 표면처리 장치와의 결합을 위한 결합부재(120)가 합착될 수 있다.
전극지지체(130)는 단위전극(10)들을 고정하기 위한 것으로, 단위전극(10) 들의 양 끝단에 형성되는 엔드 캡(14)에 대응하는 형태로 구현될 수 있다. 그리고 전극지지체(130)는 단위전극(10)들의 양끝단 영역에서 개방된 하우징(110)의 양 끝면을 폐쇄하는 역할도 수행한다. 이러한 전극지지체(130)는 도전선의 투입을 위한 전원선 가이드홀(134)을 포함한다.
가스공급부(124)는 하우징(110) 내부로 반응가스를 공급하기 위한 것으로써, 하우징(110)의 상부면(112)에 형성될 수 있다. 이러한 가스공급부(124)는 하나 이상이 형성될 수 있다. 다수 개의 가스공급부(124)가 배치될 경우에는 단위전극(10)들에 고르게 가스를 분사하기 위해서 일정한 간격으로 배열될 수 있다.
또한 본 발명에 의한 플라즈마 생성장치는 단위전극(10)으로 반응가스를 고르게 분사하기 위한 샤워헤드(140)를 더 구비할 수 있다. 샤워헤드(140)는 하우징(110)의 내부에 형성되며, 가스공급부(124)와 단위전극(10)들 사이에 배치될 수 있다. 샤워헤드(140)는 다수 개의 홀(144)을 포함하고, 홀(144)을 통해서 단위전극(10)들에 반응가스를 고르게 분사할 수 있다.
도 2는 상술한 플라즈마 발생장치에 이용되는 본 발명에 의한 단위전극을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 단위전극(10)은 유전체관(12)과, 도전선(20) 및 유전체관(12)의 양 끝단을 막는 엔드 캡(14)을 구비한다.
유전체관(12)은 절연 물질을 이용하여 내부에 공간이 형성되도록 관 형태로 구현될 수 있다. 일례로 도면과 같이 유전체관(12)은 원통형으로 구현될 수 있다. 이러한 유전체관(12)은 세라믹으로 제작할 수 있다.
그리고 유전체관(12)의 내부 공간에는 도전성 분말(30)이 채워져 있다. 금속성 분말(30)은 플라즈마 방전 전압을 유도하기 위한 전극체로써 미세한 입자의 금속을 이용할 수 있다. 도전성 분말(30)에 전압을 인가하기 위한 수단은 도전선(20)을 이용할 수 있다.
유전체관(12)은 도전성 분말(30)을 실링하기 위한 엔드 캡(14)에 의해서 밀폐된다. 이러한 엔드 캡(14)은 유전체관(12) 내부로 삽입되는 삽입부(6) 및 유전체관(12)의 직경보다 큰 규격으로 유전체관(12)의 끝단에 밀착되어 유전체관(12)을 밀폐하는 외장부(4)를 포함한다. 그리고 엔드 캡(14)에는 도전선(20)의 투입을 위한 가이드 홀(16)이 형성되어 있다. 가이드 홀(16)은 유전체관(12)의 끝단에 접하는 영역인 외장부(4)의 일단에서 삽입부(6)의 일측으로 신장되어 형성될 수 있다.
또한 엔드 캡의 다른 실시예로써 가이드 홀(16)은 도 3에서와 같이 외장부(34)의 일면에서 삽입부(36)의 내부를 관통하는 형태로 형성될 수도 있다. 도 3과 같이 가이드 홀(16)이 유전체관(12)에 밀접되지 않고 이격되어 형성될 경우에는 엔드 캡(44)에 의한 유전체관(12)의 밀봉 효과를 더욱 극대화시킬 수 있다. 이러한 엔드 캡(14,44)은 절연 재질을 이용하여 제작될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 단위전극(10)은 유전체관(12) 내부에 전극체의 역할을 하는 도전성 분말(30)이 채워진 형태이다. 종래의 일반적인 플라즈마 발생장치에 이용되는 전극은 전극체와 유전체과 완전히 합착된 구조이다. 전극체와 유전체는 열전도성이 다르기 때문에 플라즈마 방전시에 유발되는 고온으로 인해서 전극체와 유전체의 접합체가 파손되기도 한다. 하지만 본 발명에 의한 단위전극(10)은 유전체관(12)과 전극체인 도전성 분말(30)이 물리적으로 완전히 합착되지 않기 때문에 고열로 인하여 변화가 있더라도 상호간에 물리적인 영향이 없게 된다. 또한 도전성 분말(30)을 유전체관(12)이 고르게 덮고 있는 형태이기 때문에 단위전극(10) 자체의 온도특성이 개선된다.
도 4는 본 발명에 의한 분사형 플라즈마 발생장치를 나타내는 분해 사시도 및 사시도이다. 도 4의 설명에 있어서, 전술한 직하형 플라즈마 발생장치와 동일한 구성요소에 대해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 분사형 플라즈마 발생장치는 단위전극(10)들과, 하우징(210) 및 가스공급부(224)를 구비한다.
단위전극(10)은 플라즈마 방전을 위한 전압을 인가하기 위한 것으로 하나 이상이 사용될 수 있다.
하우징(210)은 단위전극(10)의 상부와 측면 및 하부를 감싸는 형태로 구현될 수 있다. 즉, 하우징(210)은 가스공급부(224)가 배치되는 상부면(212)과 상부면의 양 모서리에서 수직으로 굴곡되는 수직면(214)들 및 상부면(212)과 대면하는 하부면(216)으로 구성될 수 있다. 그리고 하부면(216)에는 도 5와 같이 다수 개의 분사홀(218)이 형성될 수 있다. 분사홀(218)은 하우징(210) 내부에서 방전에 의해 발생한 플라즈마 가스를 피처리물에 고르게 분사하는 역할을 한다. 그리고 하우징(210)의 상부면(212)에는 플라즈마 표면처리 장치와의 결합을 위한 결합부재(220)가 합착될 수 있다.
전극지지체(230)는 단위전극(10)들을 고정하기 위한 것으로, 단위전극(10)들의 양 끝단에 형성되는 엔드 캡(12)에 대응하는 형태로 구현될 수 있다. 그리고 전극지지체(230)는 단위전극(10)들의 양끝단 영역에서 개방된 하우징(210)의 양 끝면을 폐쇄하는 역할도 수행한다. 또한 전극지지체(230)는 전원선(20)의 투입을 위한 전원선 가이드홀(234)을 포함한다.
이에 따라서 단위전극(10)은 하우징(210) 및 전극지지체(230)에 의해 밀폐되는 공간 내부에 배치된다. 이때 하우징(210)의 하부면(216)은 접지전극의 역할을 수행하는 것으로 금속 물질로 제작된다. 이에 따라서 가스공급관(224)을 통해서 주입되는 반응가스는 단위전극(10)에 인가되는 전압에 의해서 단위전극(10)과 하우징의 하부면(216) 사이에서 플라즈마 방전을 유도한다.
또한 본 발명에 의한 플라즈마 생성장치는 단위전극(10)으로 반응가스를 고르게 분사하기 위한 샤워헤드(240)를 더 구비할 수 있다. 샤워헤드(240)는 하우징(210)의 내부에 형성되며, 가스공급부(224)와 단위전극(10)들 사이에 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 플라즈마 표면 처리장치를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 플라즈마 표면 처리장치는 메인 드럼(700)과, 메인 드럼(700)에 대면하는 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치(100,200)들을 구비한다.
메인 드럼(700)은 하부 베이스(510)에 결합된 후면 프레임(530)과 전면 프레임(520) 상에에 배치된다.
하부 베이스(510)는 플라즈마 표면처리 장치를 지지하기 위한 것이다. 그리고 하부 베이스(510)에는 서로 대면하고 있는 후면 프레임(530)과 전면 프레임(520)이 수직으로 결합된다. 후면 프레임(530)과 전면 프레임(520)의 결합은 공지된 어떤 수단의 기술을 이용하여도 무방하고, 일례로 볼트나 너트 등의 체결구를 이용할 수 있다.
후면 프레임(530)과 전면 프레임(520)은 일정한 간격을 두고 이격되는데, 이때 후면 프레임(530)과 전면 프레임(520)의 이격거리는 메인 드럼(700)의 결합이 용이할 정도로 이격된다.
메인 드럼(700)은 피처리물(750)의 플라즈마 표면 처리를 위한 영역을 확보하기 위한 것이다. 이러한 메인 드럼(700)은 원기둥 형태로써 제 1 회전축(710)을 중심으로 회전운동이 가능하도록 전면 프레임(520)과 후면 프레임(530) 사이에서 배치된다.
단면이 원형인 메인 드럼(700)의 상부에는 플라즈마 표면 처리를 위한 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치(100,200)가 각각 하나 이상이 배치된다. 일례로 도 6에서와 같이 제 1 플라즈마 발생장치(100)가 하나 사용되고, 제 2 플라즈마 발생장치(200)가 두 개 사용될 수 있다. 이때 제 1 플라즈마 발생장치(100)는 피처리물에 플라즈마 가스를 직접적으로 분사하는 직하형의 플라즈마 발생장치를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고 제 2 플라즈마 발생장치(200)는 피처리물의 정전기를 완화하고 얼룩을 제거하기 위한 분사형의 플라즈마 발생장치를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 직하형의 플라즈마 발생장치 및 분사형의 플라즈마 발생장치들은 도 1 내지 도 5를 결부하여 전술한 실시예에서 설명하고 있으므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.
그리고 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치(100,200)는 메인 드럼(700)과 각각 일정 간격 이격되어 배치된다. 이격거리가 멀 경우 표면 처리 효율이 저하될 수 있고, 완전히 밀접할 경우에는 표면 처리의 균일성의 저하 및 피처리물의 이송에 지장이 있을 수 있기 때문에 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치(100,200)는 메인 드럼(700)과 각각 1mm 내지 4mm 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
그리고 제 1 및 제 2 랩핑 롤러(610,620)는 피처리물을 감싸고 있는 것으로, 메인 드럼(700)과 이격되어 배치된다. 이때 제 1 랩핑 롤러(610)는 표면 처리 이전의 피처리물을 감싸고 있고, 제 2 랩핑 롤러(620)는 표면 처리 공정이 진행된 피처리물을 감게 된다.
메인 드럼(700)의 하부에는 피처리물이 메인 드럼(700)에 밀착하면서 이송하도록 유도하기 위한 제 1 및 제 2 가이드 롤(630,640)이 배치된다. 제 1 및 제 2 가이드 롤(630,640)은 각각 제 2 및 제 3 회전축(632,642)을 중심으로 회전 운동이 가능하도록 전면 프레임(520)과 후면 프레임(530) 사이에 배치된다.
그리고 메인 드럼(700)과 제 1 및 제 2 랩핑 롤러(610,620) 사이에는 각각 제 3 및 제 4 가이드 롤(650,660)이 배치된다. 제 3 가이드 롤(650)은 제 1 랩핑 롤러(610)에서 운반되는 피처리물이 제 1 가이드 롤(630)로 고르게 펼쳐져서 이송될 수 있도록 유도한다. 동시에 제 4 가이드 롤(660)은 메인 드럼(700)을 경유하는 피처리물을 평평하게 유지하면서 제 2 랩핑 롤러(620)에 감기도록 유도한다.
또한 제 1 및 제 2 플라즈마 생성장치(100,200) 상부에는 석션 커버(720)가 구비된다. 석션 커버(720)는 메인 드럼(700)과 제 1 및 제 2 플라즈마 생성장치(100,200)를 덮도록 형성된다. 이러한 석션 커버(720)는 외부의 불순물이 플라즈마 표면 처리 영역으로 투입되는 것을 방지한다. 석션 커버(720)는 플라즈마 방전시 발생하는 이물질 및 불온가스등을 외부로 배출하기 위한 배출구(724)를 포함 한다. 이러한 배출구(724)는 블로워(blower)등을 이용하여 석션 커버(720)내의 불온가스 등을 배출하는 통로가 된다.
도 7은 본 발명에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 이용한 피처리물의 표면 처리 방법을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 표면 처리를 하기 위한 피처리물(750)은 메인 드럼(700)의 일측에서 이격되어 배치되는 제 1 랩핑 롤러(610)에 감겨진다. 그리고 피처리물(750)은 제 3 가이드 롤(650) 및 제 1 가이드 롤(630)을 경유하여 메인 드럼(700)의 상부로 이송된다. 메인 드럼(700)의 상부로 이송된 피처리물(750)은 일차적으로 제 1 플라즈마 발생장치(100)를 이용하여 표면 처리된다.
제 1 플라즈마 발생장치(100)는 피처리물(750)에 직접적으로 플라즈마 가스를 분사하여 표면 처리 공정을 수행하는 것으로서, 전술한 직하형의 플라즈마 발생장치를 이용할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 플라즈마 발생장치(100)는 피처리물(750)과 대면하는 영역이 개구되고, 피처리물(750)과 대면하는 곳에서 단위전극(10)이 배치된다. 그리고 플라즈마 방전은 단위전극(10)과 접지전극의 역할을 수행하는 메인 드럼(700) 사이에서 발생한다. 결국, 피처리물(750)은 플라즈마 방전 영역을 경유함에 따라서 직접적인 표면처리가 수행된다. 이처럼 피처리물(750)에 직접적인 플라즈마 가스를 분사함으로써 강력한 표면 처리로 피처리물의 표면에너지를 증가시켜서 접착력을 개선할 수 있다.
일차적인 표면처리 공정이 수행된 피처리물(750)은 메인 드럼(700)를 경유하면서 제 2 플라즈마 발생장치(200)에 의해서 이차적인 표면 처리 공정이 수행된다. 제 2 플라즈마 생성장치(200)는 하우징 내부에서 플라즈마 방전을 발생시켜서 금속 매시 형태의 홀을 통해서 플라즈마 가스를 분사한다. 이와 같은 제 2 플라즈마 발생장치(200)는 일차 표면 처리 과정에서 야기되는 정전기를 중화시키고 분사자국을 제거한다. 이러한 제 2 플라즈마 발생장치와 관련된 기술은 본 출원인에 의한 등록특허 '대기압 플라즈마 장치, 이를 구비한 카메라 모듈의 적외선 필터 인라인 조립 장치, 이를 이용한 세정 방법 및 이를 이용한 휴대폰 카메라 모듈의 적외선 필터 인라인 조립방법(등록번호 제10-0844121호)에 기재된바, 자세한 설명을 생략하기로 한다.
그리고 도 7에서는 피처리물(750)이 제 1 및 제 2 랩핑 롤러(610,620), 제 1 내지 제 4 가이드 롤(630,640,650,660) 및 메인 드럼(700)과 이격되어 표시되었다. 이는 도면의 표현을 위한 것이고, 실제적으로는 피처리물(750)은 제 1 및 제 2 랩핑 롤러(610,620), 제 1 내지 제 4 가이드 롤(630,640,650,660) 및 메인 드럼(700)과 밀착한 상태로 이송될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 피처리물(750)의 표면 처리 이전 및 이후의 표면 상태를 비교하기 위한 실험 결과를 나타내는 도면들이다. 다시 말해서 도 8 및 도 9는 피처리물(750)의 표면에 물방울(900)을 투하하여 물방울(900)이 피처리물(750)의 표면에서 번지는 정도를 측정한 것이다. 이러한 실험에서 피처리물(750)의 표면의 세정 정도가 양호하고 표면 개질이 원활하게 이루어질수록 물방울(900)은 피처리물(750)에 잘 흡착하고 표면에서 넓게 번지게 된다. 즉, 피처리물(750) 표면에서의 물방울(900)의 접촉각이 작 아진다.
도 8은 표면이 개질되기 이전의 피처리물(750)의 표면에서의 물방울(900)의 접촉각(θ1)은 60°이상이 됨을 나타낸다. 즉, 물방울(900)이 피처리물(750)의 표면에 잘 흡착되지 못하는 것을 알 수 있다. 이에 반해서 본 발명에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 피처리물(750)의 표면을 개질하면, 도 9에서 보는 것처럼 물방울(900)의 접촉각(θ2)이 10°정도로 매우 작음을 알 수 있다. 이는 표면 개질 공정이 원활히 수행되어 피처리물(750)인 폴리이미드의 표면에 친수성 관능기가 증가하고, 유기물이 감소 된 것을 나타낸다.
또한 피처리물(750)의 표면 처리 효과를 시험하기 위한 다른 방법의 하나로 표면 에너지 측정 잉크를 이용하여 피처리물의 표면 에너지를 측정한 결과 62mN/m 이상으로 높게 나타났다
도 10은 본 발명에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 표면 처리를 할 때 처리 시간에 따른 피처리물의 접착력의 변화를 측정한 결과이다. 이때 표면 처리 시간이란 피처리물의 특정 지점이 제 1 플라즈마 발생장치(100)에 의한 표면 처리 이후에 제 2 플라즈마 발생장치(200)들에 의한 표면 처리까지 완료하는데 소요된 시간을 의미한다. 이때 플라즈마 발생장치(100,200)들에 인가되는 전압은 4.5KV이고, 대기 상태에서 질소 10 SLM를 각각 공급한 조건의 결과이다. 그리고, 접착력 테스트는 인장 시험기를 이용하여 90°Peel Test 를 수행하였다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 이용하여 표면 처리를 수행할 경우에 80초간 표면 처리 공정을 수행할 경우 피처리물의 표면 접착 력이 가장 우수한 것을 알 수 있다.
그리고 제 2 플라즈마 발생장치에 의한 표면처리 결과는 정전기 테스트를 수행함으로써 확인할 수 있다. 제 2 플라즈마 발생장치(200)를 이용하여 표면 처리를 하기 이전과 이후의 정전기는 1~1.6kV 에서 10V 이하로 매우 크게 감소되었다. 이로 인해서 피처리물의 표면은 불순물 및 미세먼지가 현격히 줄어든 것을 육안 또는 현미경을 통한 관찰로 확인할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 직하형 플라즈마 발생장치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 의한 단위전극을 나타내는 도면.
도 3은 단위전극 엔드 캡의 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 의한 분사형 플라즈마 발생장치를 나타내는 도면.
도 5는 분사형 플라즈마 발생장치의 하부 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 대기압 플라즈마 표면처리 장치를 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명에 의한 표면처리 장치를 이용한 표면처리 과정을 나타내는 도면.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 의한 플라즈마 표면처리 장치의 효과를 나타내는 도면들.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 직하형 플라즈마 발생장치 200 : 분사형 플라즈마 발생장치
10 : 단위전극 124.224 : 가스공급부
140,240 : 샤워헤드 130,230 : 전극지지체
110,210 : 하우징 610,620 : 랩핑롤러
620,630,640,650,660 : 가이드롤
720 : 석션커버 700 : 메인 드럼
Claims (13)
- 내부에 공간이 형성되는 기둥 형태의 유전체관, 상기 유전체관의 내부에 주입되어 있는 도전성 분말, 상기 유전체관의 양 끝단을 막는 절연물질의 엔드 캡, 및 상기 도전성 분말에 전압을 인가하기 위한 도전선을 포함하는 단위전극;상기 단위전극을 감싸면서, 상기 단위전극이 피처리물과 대면하는 영역에서 노출되도록 일부분이 개방되는 형태의 하우징;상기 단위전극이 배치되는 상기 하우징 내부로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급부를 구비하는 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 하우징은 상기 가스공급부가 배치되는 상부면; 및 상기 상부면의 양 모서리에서 수직으로 굴곡되는 수직면;을 포함하여, 상기 상부면 및 상기 수직면의 단면이 'ㄷ'자 형태로 형성되며,상기 단위전극을 고정하며, 상기 하우징과의 결합으로 상기 단위전극을 일면에서 노출시키도록 형성되는 전극지지체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 내부에 공간이 형성되는 기둥 형태의 유전체관, 상기 유전체관의 내부에 주입되어 있는 도전성 분말, 상기 유전체관의 양 끝단을 막는 절연물질의 엔드 캡, 및 상기 도전성 분말에 전압을 인가하기 위한 도전선을 포함하는 단위전극;상기 단위전극을 감싸고, 상기 단위전극이 피처리물을 향하는 면은 다수 개의 분사홀을 포함하는 금속 재질로 형성되는 하우징;상기 단위전극을 고정하며, 상기 하우징의 개구된 양 끝면을 밀폐하는 전극지지체; 및상기 단위전극이 배치되는 상기 하우징 내부로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급부를 구비하는 플라즈마 발생장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 하우징은 상기 단위전극이 투입되도록 일면 이상이 개방된 사각기둥 형태이고,상기 단위전극을 고정하며, 상기 하우징의 개방된 면을 밀폐하는 전극지지체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 전극지지체의 외부에서 상기 하우징의 개구된 양 끝면의 추가적인 밀봉을 위한 가스 씰링 캡을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 하우징의 내부에서 상기 단위전극과 상기 가스공급부 사이에는 다수 개 의 홀이 형성되는 샤워헤드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 엔드 캡은 상기 도전선의 투입을 위한 가이드 홀이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 전극지지체는 상기 도전선의 투입을 위한 전원선 가이드 홀이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 피처리물을 감싸는 랩핑롤러;상기 피처리물에 플라즈마 가스를 직접적으로 분사함으로써 일차적인 표면처리를 수행하는 제 1 플라즈마 발생장치;플라즈마 가스를 생성하여 분사홀을 통하여 간접적으로 상기 피처리물에 이차적인 표면처리를 수행하는 제 2 플라즈마 발생장치;상기 피처리물을 상기 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치들과 대면하는 곳에서 고르게 펼쳐지게 하기 위한 메인 드럼; 및상기 메인 드럼의 하부에 위치하여 상기 피처리물의 이송을 위한 가이드롤;을 구비하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리 장치.
- 제 9 항에 있어서,제 1 플라즈마 발생장치는내부에 공간이 형성되는 기둥 형태의 유전체관, 상기 유전체의 내부에 주입되어 있는 도전성 분말, 상기 유전체의 양 끝단을 막는 절연물질의 엔드 캡, 및 상기 도전성 분말에 전압을 인가하기 위한 도전선을 포함하는 단위전극;상기 단위전극을 감싸면서, 상기 단위전극과 상기 메인 드럼 사이의 영역이 개방되는 형태의 하우징;상기 단위전극이 배치되는 상기 하우징 내부로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리 장치.
- 제 9 항에 있어서,제 2 플라즈마 장치는내부에 공간이 형성되는 기둥 형태의 유전체관, 상기 유전체관의 내부에 주입되어 있는 도전성 분말, 상기 유전체관의 양 끝단을 막는 절연물질의 엔드 캡, 및 상기 도전성 분말에 전압을 인가하기 위한 도전선을 포함하는 단위전극;상기 단위전극을 감싸고, 상기 단위전극이 상기 메인 드럼을 향하는 면은 다수 개의 분사홀을 포함하는 금속 재질로 형성되는 하우징;상기 단위전극을 고정하며, 상기 하우징의 개구된 양 끝면을 밀폐하는 전극지지체; 및상기 단위전극이 배치되는 상기 하우징 내부로 반응가스를 공급하기 위한 가 스공급부를 구비하는 플라즈마 발생장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 플라즈마 발생장치는 상기 메인 드럼과 1mm 내지 4mm 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 랩핑 롤러는 상기 메인 드럼의 일측에서 이격되어 표면처리 이전의 상기 피처리물을 확보하고 있는 제 1 랩핑 롤러; 및 상기 메인 드럼에서 상기 제 1 랩핑 롤러의 반대편에서 이격되어 표면처리 이후의 상기 피처리물을 확보하는 제 2 랩핑 롤러;를 포함하고,상기 가이드롤은 상기 메인 드럼의 하부에서 양측에 각각 배치되어 상기 피처리물을 상기 제 1 및 제 2 랩핑 롤러에 밀착시키도록 유도하는 제 1 및 제 2 가이드롤; 및 상기 메인 드럼과 상기 제 1 및 제 2 랩핑 롤러 사이에 각각 배치되어, 상기 피처리물의 이송 경로를 안내하는 제 3 및 제 4 가이드롤;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 표면처리 장치.
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| KR101100393B1 (ko) | 2011-12-30 |
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