KR20150041292A - 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물리적 손상 없이 안정적으로 하드렌즈의 표면을 친수성이 높고 표면 조도가 낮도록 개질시키는 동시에 세척시킬 수 있는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치에 관한 것이다.
본 발명은 소정의 공간이 내부에 구비된 본체; 상기 본체에 개폐 가능하게 설치되고, 상기 본체와 사이에 밀폐된 공간을 제공하는 커버; 상기 본체 내부에 구비되고, 하드렌즈가 안착될 수 있는 렌즈 수납부; 상기 렌즈 수납부를 사이에 두고 설치되고, 전류가 공급됨에 따라 플라즈마를 생성시키는 한 쌍의 방전 전극; 상기 본체와 커버 사이의 밀폐된 공간과 연통되고, 가스의 유/출입을 조절하는 저진공 조절수단; 및 상기 방전 전극들과 저진공 조절수단의 작동을 제어하고, 하드렌즈 세척 시에 저진공 상태에서 플라즈마를 생성시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치를 제공한다.

Description

저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치{Low vacuum plasma hard lens cleaning device}
본 발명은 물리적 손상 없이 안정적으로 하드렌즈의 표면을 친수성이 높고 표면 조도가 낮도록 개질시키는 동시에 세척시킬 수 있는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치에 관한 것이다.
일반적으로 대기 중의 두 전극에 고전압을 인가하면, 전극의 선단에 코로나가 발생하며, 그 강도는 인가 전계(V/m) 및 시간에 따라 글로우 코로나(Glow Corona), 부러쉬 코로나(Brush Corona), 스트리머 코로나(Streamer Coroner), 스파크(Spark), 아크(Arc)로 성장한다.
이와 같이, 스파크와 아크는 방전과정에서 전자기적 핀치 효과에 의해 나타나는 현상으로써, 방전이 한 곳에 집중됨에 따라 국소 부분에 고온 플라즈마가 형성되며, 이러한 고온 플라즈마는 채널 내의 모든 물질을 이온화 또는 용융시킨다.
그런데, 유기물의 표면 개질(改質)에 있어서, 스파크와 아크는 유기물 표면을 심각하게 파괴시키기 때문에 방전 조건을 엄격히 제어해야 하며, 이를 제어하기 위한 방법으로 감압방전(Low Pressure Discharge), 펄스방전(Short Pulse Discharge), 유전체 장벽방전 (Isolation Barrier Discharge) 등이 있다.
특히, 유전체 장벽방전은 두 전극 사이에 유전체를 삽입한 다음, 유전체를 회로 상의 캐패시터처럼 충전 또는 방전하면서 방전하는 방법으로써, 유전체 특성에 의해 방전량이 제한됨에 따라 유전체 표면 저항이 높아 스파크와 아크가 발생하지 않는다.
즉, 방전용량은 방전전압과 방전주기에 의해 결정되며, 방전용량이 커질수록 표면 개질 강도가 강해짐에 따라 표면장력이 높아지는데, 유전체 장벽방전은 유전체에 의해 스파크와 아크 발생 없이 방전전압을 조절하여 표면 개질에 이용할 수 있다.
이와 같은 유전체 장벽방전을 이용하여 하드렌즈 표면개질용 반응기가 개발되고 있으며, 한국특허등록 제925538호 및 제938276호에 명시되어 있다.
상기와 같은 종래의 하드렌즈 표면 개질용 반응기는 대기압 상태에서 발생시킨 플라즈마를 하드렌즈에 인가하기 때문에 전극에서 과도하게 발생된 스트리머가 하드렌즈 표면에 심각한 변형과 손상을 가져오고, 나아가 하드렌즈의 세척과 멸균 성능이 저하되는 문제점이 있다.
최근 플라즈마는 반도체 공정의 식각 및 증착, 금속 또는 고분자의 표면 처리, 신물질의 합성 등에 이용되고 있으며, 공정의 미세화와 저온화를 구현하기 위하여 진공 플라즈마 시스템 기술이 적용되고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하드렌즈의 손상을 방지하는 동시에 하드렌즈의 개질을 개선 및 세척시킬 수 있는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 소정의 공간이 내부에 구비된 본체; 상기 본체에 개폐 가능하게 설치되고, 상기 본체와 사이에 밀폐된 공간을 제공하는 커버; 상기 본체 내부에 구비되고, 하드렌즈가 안착될 수 있는 렌즈 수납부; 상기 렌즈 수납부를 사이에 두고 설치되고, 전류가 공급됨에 따라 플라즈마를 생성시키는 한 쌍의 방전 전극; 상기 본체와 커버 사이의 밀폐된 공간과 연통되고, 공기의 유/출입을 조절하는 저진공 조절수단; 및 상기 방전 전극들과 저진공 조절수단의 작동을 제어하고, 하드렌즈 세척 시에 저진공 상태에서 플라즈마를 생성시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치를 제공한다.
본 발명에 따른 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치는 챔버 내부의 밀폐 공간을 저진공 조절수단에 의해 저진공 상태로 만든 다음, 저진공 하에서 플라즈마를 발생시켜 하드렌즈의 개질을 개선시킴으로써, 하드렌즈의 물리적인 손상을 방지할 수 있고, 나아가 하드렌즈의 친수성을 높이는 동시에 표면 조도를 낮추도록 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치는 플라즈마가 통과하기 유용할 뿐 아니라 하드렌즈의 모델별로 안착될 수 있는 렌즈 수납부를 제공함으로써, 하드렌즈의 표면개질 및 세척 과정이 미처리 또는 과처리되는 것을 방지하여 크기와 면적에 상관없이 균일하게 하드렌즈의 표면 개질을 개선시키는 동시에 세척 성능을 향상시키고, 나아가 하드렌즈의 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치는 챔버 내부의 밀폐 공간을 저진공 상태로 제어하기 위하여 진공 펌프를 이용하여 진공 상태로 만들어준 다음, 대기의 공기를 공기 주입관을 통하여 유입되도록 작동시킴으로써, 대기를 통하여 미량의 가스 공급을 조절할 수 있어 유지비 및 가스 처리 비용이 절감되고, 설치 장소가 제한되지 않으며, 안전성을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 가스 종류에 따른 파센 커브가 도시된 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치가 도시된 사시도.
도 3은 도 2에 적용된 챔버 일예가 도시된 사시도.
도 4는 도 2에 적용된 챔버 일예가 도시된 측단면도.
도 5는 도 2에 적용된 챔버 일예가 도시된 단면 사시도.
도 6은 도 2에 적용된 렌즈 수납부 일예가 도시된 사시도.
도 7은 도 2에 적용된 터치 스크린 일예가 도시된 도면.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 가스 종류에 따른 파센 커브가 도시된 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이 가스의 종류별로 방전 특성 곡선을 살펴보면, 저진공 방전에 적합한 방전 전압(V)은 방전 전극 사이의 압력(Po)과 그 사이의 간격(d)에 비례하게 나타난다.
이때, 상압 플라즈마에 비해 저진공 플라즈마는 진공도가 높아질수록 방전개시 전압이 낮아지기 때문에 정밀하게 제어하기 어렵고, 과도하게 높은 전압을 사용하지 않아 안전성과 성능을 향상시킬 수 있다.
따라서, 방전 특성 곡선을 이용하여 하드렌즈를 개질하기 위하여 저진공 하에서 적정의 방전전압과 방전거리 및 가스 종류를 적용한 하드렌즈 세척장치에 관하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치가 도시된 사시도이다.
본 발명에 따른 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치는 도 2에 도시된 바와 같이 본체(100)의 상측에 밀폐 공간을 형성하는 챔버(Chamber : 110)와 커버(Cover : 120)가 구비되고, 상기 챔버(110) 내부에서 저진공 상태의 플라즈마 방전이 이루어지도록 구성된다.
이때, 상기 본체(100)는 각종 구성요소가 구비될 수 있도록 구성된다. 이때, 상기 본체(100)의 전면에는, 사용자가 세척장치의 제어 요소를 입력 또는 인지할 수 있는 터치 스크린(101)이 구비되거나, 하기에서 설명될 니들 밸브(Niddle valve조절하는 다이얼(102) 등이 구비될 수 있다.
물론, 상기 본체(100)에는 하기에서 자세하게 설명될 챔버(110)와, 커버(120)와, 렌즈 수납부(미도시)와, 한 쌍의 방전 전극(미도시)과, 저진공 조절수단(미도시)과, 제어부(미도시)를 모두 수용할 수 있도록 구성된다.
도 3 내지 도 5는 도 2에 적용된 챔버 일예가 도시된 도면이다.
본 발명에 적용된 챔버(110)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 개폐 가능하게 설치된 커버(120)와, 내부 공간에 수용되는 렌즈 수납부(130) 및 한 쌍의 방전 전극(141,142)과, 내부 공간과 연통되는 저진공 조절수단(150)이 구비된다.
상기 챔버(110)는 상기 본체(100 : 도 2에 도시)의 상측에 구비되는데, 저진공 상태에서 플라즈마 방전이 이루어지는 소정의 공간이 내부에 구비된 형태로 구성된다.
이때, 상기 챔버(110)는 상면이 개방된 형태로써, 상기 커버(120)가 개폐 가능하게 설치됨에 따라 소정의 밀폐된 공간을 유지할 수 있으며, 하기에서 설명될 저진공 조절수단(150)에 의해 설정된 저진공 상태를 유지할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 챔버(110)의 측면에는 사용자가 내부에서 하드렌즈가 처리되는 과정을 관찰할 수 있는 투명한 뷰포트(View port : 111)가 구비되거나, 별도로 내부 공정을 촬영할 수 있는 카메라 등이 구비될 수도 있다.
상기 커버(120)는 상기 챔버(110)의 상단에 일단이 힌지 연결되고, 다른 일단이 개폐 가능한 형태로 구성된다. 이때, 상기 커버(120)는 상기 챔버(110)의 상단과 맞물리는 부분에 실링부재를 구비함으로써, 상기 커버(120)가 상기 챔버(110)에 닫힌 상태에서 밀폐된 상태를 유지할 수 있다.
상기 렌즈 수납부(130)는 상기 챔버(110) 내부의 공간에 출입될 수 있도록 구성되며, 하드렌즈(R)가 안착될 수 있는 각종 홀을 비롯하여 플라즈마가 통과될 수 있는 홀들을 구비하는데, 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다. 이때, 상기 렌즈 수납부(130)는 플라즈마 방전 하에서 안정적인 재질로 제작될 수 있으며, 실시예에서는 피크(Peak) 재질로 제작되지만, 한정되지 아니한다.
상기 방전 전극들(141,142)은 상기 커버(120)의 하측에 구비된 상부 방전 전극(141)과, 상기 챔버(110) 바닥에 구비된 하부 방전 전극(142)으로 이루어질 수 있는데, 상기 상/하부 방전 전극(141,142)은 전류가 공급될 수 있도록 각각 절연된 전선(143)이 연결될 뿐 아니라 전력을 공급할 수 있는 피드쓰루(Feed-through : 144)가 포함된다. 물론, 상기 상/하부 방전 전극(141,142)의 한쪽이 접지와 같은 전위를 가지도록 구성되고, 구리 또는 텅스텐 등과 같이 전압이 공급됨에 따라 플라즈마를 발생시킬 수 있는 재질로 구성된다.
이때, 상기 상/하부 방전 전극(141,142)에는 교류 전압이 인가되는데, 다른 극성의 직류 전압을 번갈아가면서 인가함에 따라 교류 전압을 공급할 수 있는 고주파 전력변환기가 각각 연결될 수 있으며, 하기에서 설명될 제어부에 의해 그 작동이 조절된다.
따라서, 상기 상/하부 방전 전극(141,142) 사이에 하드렌즈를 장착하면, 상기 제어부에 의해 상기 상/하부 방전 전극(141,142)에 인가되는 전압과 주파수가 제어됨에 따라 플라즈마가 발생되는 방향을 가변시킬 수 있고, 이에 따라 하드렌즈(R)를 뒤집지 않더라도 하드렌즈(R)의 상/하면을 골고루 세척시킬 수 있다.
상기 저진공 조절수단(150)은 상기 챔버(110) 내부의 밀폐된 공간으로 가스의 유/출입을 조절하여 저진공 상태를 만들 수 있는데, 실시예에서는 상기 챔버(110) 내부의 공간을 진공 상태로 만들어주는 진공 파이프(151) 및 진공 펌프(152)를 비롯하여 상기 챔버(110) 내부에 대기 중의 공기를 소량 유입되도록 하는 공기 주입관(153)을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 진공 파이프(151)는 상기 챔버(110) 내부의 공간과 연통되도록 상기 챔버(110)의 하부에 구비되고, 상기 진공 펌프(152)는 상기 진공 파이프(151)와 연결되어 상기 챔버(110) 내부의 공기를 흡입하도록 연결된다. 물론, 상기 진공 펌프(152)는 하기에서 설명될 제어부에 의해 그 작동이 제어된다.
상기 공기 주입관(153)은 상기 챔버(110) 내부의 공간과 연통되도록 상기 커버(120)의 상부에 구비되는데, 별도의 니들 밸브(미도시)를 구비하여 대기 중의 공기 유입량을 조절할 수 있다. 이때, 상기 공기 주입관(153)을 통하여 세척 또는 살균을 위하여 별도의 가스 종류가 유입될 수도 있지만, 대기 중의 공기를 소량 유입시키는 것이 비용 또는 안전 측면에서 더욱 유리하다. 물론, 대기 중의 공기를 이용하더라도 저진공 상태에서는 낮은 방전 전압 하에서 플라즈마에 의한 세척 및 살균 효과를 높일 수 있다.
상기 제어부(미도시)는 상기 상/하부 방전 전극(141,142)을 비롯하여 상기 진공 펌프(152) 등과 연결된 일종의 제어보드(Control board) 형태로 구성될 수 있으며, 상기에서 설명된 터치 스크린(101 : 도 2에 도시)을 통하여 입력된 값에 의해 그 작동을 제어할 수 있는데, 저진공 상태에서 플라즈마 방전에 의한 하드렌즈의 세척이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 제어부(미도시)는 상기 상/하부 방전 전극(141,142)에 인가되는 전압 및 주파수를 제어할 수 있는데, 상기에서 설명한 바와 같이 교류 전압을 인가하여 하드렌즈를 뒤집지 않더라도 양방향에서 플라즈마 방전에 의한 살균 및 세척이 이뤄지도록 할 수 있다.
이와 같이, 플라즈마가 방전됨에 따라 하드렌즈의 세척 공정이 진행되는 동안, 상기 제어부(미도시)에는 별도의 온도 센서가 구비되어 주변 온도를 측정하고, 상기 제어부(미도시)는 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도가 설정 온도보다 높은 경우에 과열 상태로 판단하여 상기 상/하부 방전 전극(141,142)의 작동을 정지시키는 자율 보호 기능도 추가될 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)에 의해 상기 상/하부 방전 전극(141,142)에 인가되는 전원을 소프트 스타트(Soft start)로 구현하기 위하여 PWM(Pulse width modulation) 신호 방식을 사용할 수 있으며, 이로 인하여 전력소자에 전기를 처음 투입 시에 일어나는 돌입전류의 발생을 최소화할 뿐 아니라 전자파 적합성에 적합하도록 구성할 수 있다.
한편, 상기 제어부(미도시)는 상기 공기 주입관(153)에 의해 상기 챔버(110) 내부로 유입되는 공기 유입량을 고려하여 상기 진공 펌프(152)의 작동을 제어할 수 있는데, 대기 중의 공기를 이용하는 경우에 하드렌즈의 세척 공정 중에 상기 챔버(110) 내부의 압력을 0.5 ~ 1.5torr의 저진공 상태로 조절하도록 제어되는 것이 바람직하다.
도 6은 도 2에 적용된 렌즈 수납부 일예가 도시된 사시도이다.
상기 렌즈 수납부(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 사각 평판의 지그로 구성되는데, 다른 크기의 하드렌즈가 수납될 수 있도록 네 개의 안착홀(131a,131b,132a,132b)이 구비되고, 상기 안착홀들(131a,131b,132a,132b) 주변에 하드렌즈들의 측면을 지지하는 복수개의 가이드부(133g,133g',134g,134g', 135g,135g',136g,136g')가 구비되는데, 상기 안착홀들(131a,131b,132a,132b)은 네 개의 돌출부(133,134,135,136) 사이의 홈 부분에 구비되고, 상기 가이드부(133g,133g',134g,134g',135g,135g',136g,136g')는 네 개의 돌출부 측면에 구비된다.
이때, 상기 렌즈 수납부(130)는 상기 안착홀들(131a,131b,132a,132b) 주변에 플라즈마가 통과할 수 있도록 구비된 복수개의 관통홀(H1,H2,H3,H4)을 더 포함하도록 구성된다.
따라서, 서로 다른 크기의 하드렌즈를 상기 안착홀들(131a,131b,132a,132b)에 선택적으로 안착시키는 동시에 상기 가이드부들(133g,133g',134g,134g', 135g,135g',136g,136g')에 의해 측면이 지지될 수 있고, 이로 인하여 하나의 렌즈 수납부(130)만으로도 크기가 다른 하드렌즈를 수용할 수 있을 뿐 아니라 외부 충격 또는 흔들림 등에 의해서 하드렌즈가 탈거되는 것을 방지할 수 있다.
나아가, 상기 방전 전극들(141,142 : 도 5에 도시) 사이에 상기 렌즈 수납부(130)가 위치되고, 저진공 하에서 플라즈마 방전이 이루어지면, 플라즈마가 상기 관통홀들(H1,H2,H3,H4)을 통하여 연통됨에 따라 하드렌즈를 세척 또는 살균시킬 수 있다.
도 7은 도 2에 적용된 터치 스크린 일예가 도시된 도면이다.
상기 터치 스크린(101)은 상기 제어부와 연결되는데, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제어부로 입력되는 입력 데이터로는 전압, 세척 시간, 진공 도달 최대 시간이 있고, 상기 제어부에 의해 작동되는 상태를 표시하는 출력 데이터로는 테스트 시간, 세척 시간, 진공 도달 시간이 있다.
또한, 상기 챔버(110 : 도 3에 도시) 내부에서 플라즈마가 발생되는 과정을 표시할 수도 있으며, 세정 공정의 작동을 조절하거나, 설정값을 저장 또는 초기화할 수 있는 다양한 버튼이 구비될 수 있다.
따라서, 상기 터치 스크린(101)을 통하여 입력 데이터를 입력한 다음, 하드렌즈의 세정 공정을 시작하면, 상기 진공 펌프(152 : 도 3에 도시) 및 니들 밸브를 조절하여 상기 챔버 내부를 저진공 상태를 만들어준다.
이때, 진공 도달 최대 시간 이내에 설정된 저진공 압력에 도달하지 못하면, 고장난 것으로 판단하여 사용자에게 알려주고, 진공 도달 최대 시간 이내에 설정된 저진공 압력에 도달하면, 상기 방전 전극들(141,142 : 도 5에 도시)에 전압 및 주파수가 인가됨에 따라 설정된 세정 시간에 걸쳐 플라즈마 방전이 이루어지면서 하드렌즈의 세척 및 살균이 이루어진다.
110 : 챔버 120 : 커버
130 : 렌즈 수납부 141,142 : 방전전극
143 : 전선 144 : 피드 쓰루
150 : 저진공 조절수단 151 : 진공 파이프
152 : 진공 펌프 153 : 공기 주입관

Claims (9)

  1. 소정의 공간이 내부에 구비된 챔버;
    상기 챔버에 개폐 가능하게 설치되고, 상기 챔버와 사이에 밀폐된 공간을 제공하는 커버;
    상기 챔버 내부에 구비되고, 하드렌즈가 안착될 수 있는 렌즈 수납부;
    상기 렌즈 수납부를 사이에 두고 설치되고, 전류가 공급됨에 따라 플라즈마를 생성시키는 한 쌍의 방전 전극;
    상기 챔버와 커버 사이의 밀폐된 공간과 연통되고, 가스의 유/출입을 조절하는 저진공 조절수단; 및
    상기 방전 전극들과 저진공 조절수단의 작동을 제어하고, 하드렌즈 세척 시에 저진공 상태에서 플라즈마를 생성시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는,
    내부 공간에서 하드렌즈가 처리되는 과정을 관찰할 수 있는 투명한 뷰포트가 구비된 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 수납부는,
    다른 크기의 한 쌍의 하드렌즈를 수납하도록 구비된 적어도 네 개 이상의 안착홀과,
    상기 안착홀들 주변에 구비되어 하드렌즈들의 측면을 지지하는 가이드부를 포함하는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈 수납부는,
    상기 안착홀들 주변에 플라즈마가 통과할 수 있도록 구비된 복수개의 관통홀을 더 포함하는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈 수납부는,
    피크 재질로 만들어진 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방전 전극들은,
    교류 전압이 인가되도록 고주파 전력변환기와 연결되는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 저진공 조절수단은,
    상기 챔버에 구비되고, 상기 밀폐 공간과 연통되는 진공 파이프와,
    상기 진공 파이프와 연결되고, 상기 밀폐공간으로부터 가스를 유출시키는 진공 펌프를 포함하는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 저진공 조절수단은,
    상기 커버에 구비되고, 상기 밀폐 공간과 연통되어 대기 공기를 유입시키는 공기 주입관을 더 포함하는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저진공 조절수단은,
    하드렌즈의 세척 공정 중에 상기 챔버 내부의 압력을 0.5 ~ 1.5torr의 저진공 상태로 조절하는 저진공 플라즈마를 이용한 하드렌즈 세척장치.
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