KR20180110271A - 코팅 장치 및 코팅 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코팅 장치 및 코팅 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 코팅 장치는 챔버; 상기 챔버의 내부 공간에 위치되고, 코팅이 수행될 기재를 지지하는 지지대; 상기 지지대 방향으로 코팅 물질을 분사하는 분사 노즐; 및 상기 코팅 물질의 이동 경로에 전기 장을 형성하여, 상기 코팅 물질에 운동 에너지를 제공하는 전기장 형성 유닛을 포함한다.

Description

코팅 장치 및 코팅 방법{Coating apparatus and coating method}
본 발명은 코팅 장치 및 코팅 방법에 관한 것이다.
기재는 물리적, 화학적 특성의 향상, 변경을 위해 코팅이 수행될 수 있다. 코팅 방법에는 PVD 및 CVD와 같은 증착법, 용사법(溶射法), 에어로졸 증착법 등이 있다.
에어로졸 증착법은 에어로졸 상태의 코팅 물질을 기재를 향해 설정 압력으로 분사한다. 코팅 물질은 분사될 때의 속력으로 인해 운동 에너지를 갖는다. 그리고 코팅 물질의 운동 에너지는 기재와 충돌 시 열 에너지로 전환된다. 열 에너지는 코팅 물질을 용융시켜, 코팅 물질이 기재에 코팅되도록 한다. 에어로졸 증착법은 코팅 물질의 운동 에너지, 운동 에너지가 전환 되어 발생되는 열의 정도로 인해 사용할 수 있는 코팅 물질의 입경에 제약이 크다.
본 발명은 기재를 효율적으로 코팅할 수 있는 코팅 장치 및 코팅 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 챔버; 상기 챔버의 내부 공간에 위치되고, 코팅이 수행될 기재를 지지하는 지지대; 상기 지지대 방향으로 코팅 물질을 분사하는 분사 노즐; 및 상기 코팅 물질의 이동 경로에 전기 장을 형성하여, 상기 코팅 물질에 운동 에너지를 제공하는 전기장 형성 유닛을 포함하는 코팅 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 전기장 형성 유닛은, 상기 지지대와 상기 분사 노즐 사이에 위치되는 전극 부재; 및 상기 지지대에 위치된 상기 기재와 상기 전극 부재에 전압을 인가하는 전원을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전극 부재에는 상기 코팅 물질이 통과할 수 있는 홀 들이 형성될 수 있다.
또한, 상기 전극 부재는 메쉬 형상으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 기재는 상기 전원에 연결되고, 상기 전극 부재는 접지될 수 있다.
또한, 상기 전원은 직류 전원일 수 있다.
또한, 상기 지지대는 상기 챔버의 상벽에 위치되고, 사기 전극 부재는 상기 챔버의 내부 공간 하부에 위치될 수 있다.
또한, 상기 챔버에는 내부 공간 배기를 위한 배기홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 전기장 형성 유닛은, 상기 기재가 상기 지지대에 위치되면, 상기 기재가 상기 전원에 연결되어 전압이 인가되도록 하는 연결라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기장 형성 유닛은, 상기 지지대의 내측에 위치되고, 상기 전원과 전기적으로 연결되는 보조 전극 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 코팅 장치는, 상기 코팅 물질의 이동 경로에 자기 장을 형성하는 자기장 형성 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 형성 유닛은, 상기 코팅 대상 물질의 이동 경로의 측부에 위치될 수 있다.
또한, 상기 자기장 형성 유닛은, 상기 코팅 물질의 이동 경로를 기준으로 양측에 위치되는 제1 자석 및 제2 자석을 포함할 수 있다.
또한, 상기 분사 노즐은 상기 코팅 물질을 에어로졸 상태로 분사할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기재를 코팅하는 방법에 있어서, 분사 노즐로 코팅 물질을 분사하는 단계; 상기 코팅 물질을 이온화 시키는 단계; 이온화된 상기 코팅 물질을 전기장을 통해 상기 기재 방향으로 유도하여 상기 기재와 충돌 시키는 단계를 포함하는 코팅 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 코팅 물질은 상기 코팅 물질의 분사 방향을 기준으로 상기 분사 노즐의 전방에 위치되는 전극 부재를 통과하는 과정에서 상기 전극 부재가 제공하는 이온을 통해 이온화 될 수 있다.
또한, 상기 전극 부재는 홀들을 포함하고, 상기 코팅 물질은 상기 홀들을 통해 상기 전극 부재를 가로질러 상기 기재 방향으로 이동하고, 상기 전기장은 상기 기재와 상기 전극 부재 사이에 형성될 수 있다.
또한, 상기 코팅 물질이 상기 기재 방향으로 유도될 때, 상기 코팅 물질의 이동 경로에는 자기장이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기재를 효율적으로 코팅할 수 있는 코팅 장치 및 코팅 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코팅 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 전극 부재의 확대도이다.
도 3은 코팅이 수행되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 전기장 형성 유닛에 의해 형성된 쉬스(sheath)를 나타내는 도면이고, 도 5는 쉬스의 상태가 조절된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 코팅 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 또 다른 실시 예에 따른 코팅 장치를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코팅 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 코팅 장치(10)는 챔버(100), 지지대(120), 분사 노즐(130), 전기장 형성 유닛(140, 150) 및 자기장 형성 유닛(160)을 포함한다.
챔버(100)는 설정 체적을 가지고 내측에 코팅이 수행되는 공간을 제공한다. 챔버(100)의 일측에는 배기홀(110)이 형성된다. 배기홀(110)은 배기 라인(111)과 연결되어, 배기 라인(111)에 인가되는 음압을 통해 내측 공간을 배기한다. 배기홀(110)을 지지대(120)가 위치되는 면에 형성될 수 있다.
지지대(120)는 챔버(100)의 내측에 위치되어 코팅이 수행될 기재(도 3의 m)를 지지한다. 일 예로, 지지대(120)는 챔버(100)의 상벽에 위치되고, 저면에 기재(m)를 흡착하는 방식으로 제공될 수 있다.
분사 노즐(130)은 내측 공간으로 코팅 물질을 분사 한다. 일 예로, 분사 노즐(130)이 내측 공간에 위치되거나, 분사 노즐(130)의 단부가 챔버(100)의 내측 공간과 연통되도록 위치되어, 분사 노즐(130)에서 분사된 코팅 물질은 챔버(100)의 내측 공간에 공급될 수 있다. 분사 노즐(130)은 코팅 물질을 에어로졸 상태로 분사할 수 있다. 분사 노즐(130)은 코팅 물질을 설정 압력으로 분사할 수 있다. 코팅 물질은 세라믹일 수 있다. 분사 되는 코팅 물질의 입경은 수 마이크로 미터 내지 수 나노 미터로 넓은 범위에 걸쳐 사용될 수 있다. 분사 노즐(130)은 지지대(120)와 마주 보는 방향에 위치되어, 지지대(120) 방향으로 코팅 물질을 분사한다. 지지대(120)가 챔버(100)의 상벽에 위치되면, 분사 노즐(130)은 챔버(100)의 하부에 위치되어, 아래쪽에서 위쪽을 향하도록 코팅 물질을 분사할 수 있다.
도 2는 전극 부재의 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전기장 형성 유닛(140, 150)은 코팅 물질의 이동 경로에 전기장을 형성하여, 코팅 물질에 운동 에너지를 제공한다. 전기장 형성 유닛(140, 150)은 전극 부재(140) 및 전원(150)을 포함한다.
전극 부재(140)는 지지대(120)와 분사 노즐(130) 사이에 위치될 수 있다. 일 예로, 전극 부재(140)는 코팅 물질의 이동 방향으로, 분사 노즐(130)의 단부에서 설정 거리 이격되어 위치될 수 있다. 분사 노즐(130)에서 분사된 코팅 물질은 전극 부재(140)를 가로질러 이동한다. 전극 부재(140)는 분사 노즐(130)이 이동하는 경로를 제공하는 홀들을 포함한다. 일 예로, 전극 부재(140)는 메쉬(mesh)형태로 제공될 수 있다. 전극 부재(140)는 금속 등과 같은 도전성 재질로 제공된다. 전극 부재(140)는 고정부(141)에 의해 챔버(100)에 고정될 수 있다.
전원(150)은 전극 부재(140)와 기재(m) 사이에 전위차가 형성되도록 한다. 구체적으로 전원(150)은 전극 부재(140) 및 기재(m)에 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 전원(150)의 일측은 전극 부재(140)에 도선으로 연결되고, 타측은 도선을 통해 지지대(120)의 상면과 연결될 수 있다. 따라서, 지지대(120)에 기재(m)가 위치되면, 기재(m)와 전극 부재(140)에는 전원(150)에 의한 전압이 인가된다. 전원(150)은 직류 전원(150)으로 제공되어, 플러스 전극은 기재(m)에 연결되고, 마이너스 전극은 전극 부재(140)에 연결될 수 있다. 또한, 전원(150)의 일측과 전극 부재(140)는 그라운드에 접지되는 방식으로 연결될 수 도 있다.
자기장 형성 유닛(160)은 코팅 물질의 이동 경로에 자기장을 형성한다. 자기장 형성 유닛(160)은 제1 자석(161) 및 제2 자석(162)을 포함한다. 자기장 형성 유닛(160)은 코팅 물질의 이동 경로의 측부에 위치된다. 지지대(120)가 챔버(100)의 상벽에 위치되고, 분사 노즐(130)이 챔버(100)의 하부에 위치될 때, 제1 자석(161) 및 제2 자석(162)은 챔버(100)의 측벽에 각각 위치될 수 있다. 제1 자석(161) 및 제2 자석(162)은 코팅 물질의 이동 경로에 대해 서로 마주보게 위치될 수 있다. 제1 자석(161)과 제2 자석(162)은 서로 마주보는 면이 다른 극성을 갖도록 제공된다. 제1 자석(161), 제2 자석(162) 또는 제1 자석(161)과 제2 자석(162)은 자속 밀도가 조절 가능한 전자석으로 제공될 수 있다. 코팅 물질의 이동 경로 전체에 걸쳐 자기장이 형성되도록, 제1 자석(161)과 제2 자석(162)의 상부 사이에는 기재(m)가 위치되고, 제1 자석(161)과 제2 자석(162)의 하부 사이에는 전극 부재(140)가 위치될 수 있다.
도 3은 코팅이 수행되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 분사 노즐(130)에서 분사된 코팅 물질은 지지대(120)에 위치된 기재(m)와 충돌한다. 설정 압력을 가지고 에어로졸 상태로 분사된 코팅 물질은 운동 에너지를 가지고, 기재(m)와 충돌 시 운동 에너지가 열 에너지로 변하면서 코팅 물질은 기재(m)에 코팅된다. 코팅이 수행되는 동안 배기홀(110)을 통해 배기가 이루어 진다. 배기홀(110)은 분사 노즐(130)과 마주 보고 지지대(120)가 위치된 방향에 제공되어, 배기에 의한 음압은 코팅 물질에 운동 에너지를 추가적으로 제공할 수 있다.
코팅 물질은 전극 부재(140)를 지나면서 음이온으로 하전될 수 있다. 일 예로, 코팅 물질은 산화물, 질화물 등과 같이 전자를 용이하게 받아들이는 물질일 수 있다. 따라서, 코팅 물질은, 전극 부재(140)의 홀을 통해 기재(m)로 이동하는 과정에서, 전극 부재(140)로부터 전자를 받아, 음이온이 될 수 있다. 그리고 전하를 띤 코팅 물질은, 전극 부재(140)와 기재(m) 사이에 형성된 전기장에 의해 운동 에너지가 조절 되면서 이동된 후, 기재(m)와 충돌 할 수 있다. 전원(150)이 직류 전원(150)으로 제공되면, 전하를 띤 코팅 물질은 전기장에 의해 운동 에너지가 증가되어, 기재(m)와 충돌 시 용융 정도가 높아져 코팅 품질이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전기장을 통해 코팅 물질의 운동 상태를 조절하여, 코팅 물질의 코팅 과정을 제어함에 따라 코팅 품질이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전기장을 통해 코팅 물질의 운동 상태를 조절 함에 따라, 넓은 범위의 입경을 갖는 코팅 물질을 코팅에 사용할 수 있다.
도 4는 전기장 형성 유닛에 의해 형성된 쉬스(sheath)를 나타내는 도면이고, 도 5는 쉬스의 상태가 조절된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 챔버(100)의 내부에는 전기장 형성 유닛(140, 150)에 의해 플라즈마가 여기 될 수 있다. 플라즈마가 여기 되면, 전극 부재(140)와 기재(m) 주위에는 쉬스(s, sheath)가 형성된다.
코팅 물질은 전극 부재(140)를 통과하면서 전하를 띔에 따라, 코팅 물질은 쉬스(s)에서 운동성이 증가된다. 쉬스(s)의 두께는 자기장 형성 유닛(160)이 제공하는 자기장에 의해 두께가 조절될 수 있다. 따라서, 코팅 물질이 기재(m)를 향해 분사되어 코팅이 수행될 때, 자기장 형성 유닛(160)에 의해 형성되는 자속을 조절하여 쉬스(s)를 조절하는 방식으로, 코팅 물질이 기재(m)와 충돌할 때 갖는 운동 에너지를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 쉬스(s)를 조절하여 코팅 물질의 운동 상태를 조절하여, 코팅 물질의 코팅 과정을 제어함에 따라 코팅 품질이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 쉬스(s)를 통해 코팅 물질의 운동 상태를 조절 함에 따라, 넓은 범위의 입경을 갖는 코팅 물질을 코팅에 사용할 수 있다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 코팅 장치를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 코팅 장치(11)는 챔버(200), 지지대(220), 분사 노즐(230), 전기장 형성 유닛(240, 250) 및 자기장 형성 유닛(260)을 포함한다.
전기장 형성 유닛(221, 240, 250)은 전극 부재(240), 보조 전극 부재(221) 및 전원(250)을 포함한다.
보조 전극 부재(221)는 지지대(220)의 내측에 제공된다. 보조 전극 부재(221)는 기재(m)가 위치되는 면과 인접하게 위치될 수 있다. 보조 전극 부재(221)는 도 1의 코팅 장치(10)와 유사한 방식으로 전원(250)에 연결될 수 있다. 따라서, 전극 부재(240)와 보조 전극 부재(221) 사이의 전위차에 의해, 기재(m)와 전극 부재(240) 사이에는 전기장이 형성될 수 있다. 또한, 전극 부재(240)와 보조 전극 부재(221) 사이의 전위차에 의해, 기재(m)와 전극 부재(240) 사이에는 플라즈마가 여기 될 수 있다.
보조 전극 부재(221) 이외에, 챔버(200), 지지대(220), 분사 노즐(230), 전극 부재(240), 전원(250) 및 제1 자석(261)과 제2 자석(262)을 포함하는 자기장 형성 유닛(260)의 구성 및 동작은 도 1의 코팅 장치(10)와 동일 또는 유사하므로 반복된 설명은 생략한다.
도 7은 또 다른 실시 예에 따른 코팅 장치를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 코팅 장치(12)는 챔버(300), 지지대(320), 분사 노즐(330), 전기장 형성 유닛(340, 350, 351) 및 자기장 형성 유닛(360)을 포함한다.
전기장 형성 유닛(340, 350, 351)은 전극 부재(340), 연결 로드(351) 및 전원(350)을 포함한다.
연결 로드(351)는 도선을 통해 전원(350)과 연결된다. 연결 로드(351)는 챔버(300)에 고정된 상태로 제공될 수 있다. 연결 로드(351)는, 지지대(320)에 기재(m)가 위치되면, 그 단부가 기재(m)와 접하도록 제공된다. 연결 로드(351)는 도전체로 제공되거나, 내측에 도선을 포함하도록 제공된다. 따라서, 연결 로드(351)와 접한 기재(m)는 전원(350)과 전기적으로 연결된다.
연결 로드(351) 이외에, 챔버(300), 지지대(320), 분사 노즐(330), 전극 부재(340), 전원(350) 및 제1 자석(261)과 제2 자석(262)을 포함하는 자기장 형성 유닛(360)의 구성 및 동작은 도 1의 코팅 장치(10)와 동일 또는 유사하므로 반복된 설명은 생략한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 챔버 120: 지지대
130: 분사 노즐 140: 전극 부재
160: 자기장 형성 유닛

Claims (18)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 내부 공간에 위치되고, 코팅이 수행될 기재를 지지하는 지지대;
    상기 지지대 방향으로 코팅 물질을 분사하는 분사 노즐; 및
    상기 코팅 물질의 이동 경로에 전기 장을 형성하여, 상기 코팅 물질에 운동 에너지를 제공하는 전기장 형성 유닛을 포함하는 코팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기장 형성 유닛은,
    상기 지지대와 상기 분사 노즐 사이에 위치되는 전극 부재; 및
    상기 지지대에 위치된 상기 기재와 상기 전극 부재에 전압을 인가하는 전원을 포함하는 코팅 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극 부재에는 상기 코팅 물질이 통과할 수 있는 홀 들이 형성되는 코팅 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전극 부재는 메쉬 형상으로 제공되는 코팅 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기재는 상기 전원에 연결되고,
    상기 전극 부재는 접지되는 코팅 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전원은 직류 전원인 코팅 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 지지대는 상기 챔버의 상벽에 위치되고,
    사기 전극 부재는 상기 챔버의 내부 공간 하부에 위치되는 코팅 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버에는 내부 공간 배기를 위한 배기홀이 형성되는 코팅 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 전기장 형성 유닛은,
    상기 기재가 상기 지지대에 위치되면, 상기 기재가 상기 전원에 연결되어 전압이 인가되도록 하는 연결라인을 더 포함하는 코팅 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 전기장 형성 유닛은,
    상기 지지대의 내측에 위치되고, 상기 전원과 전기적으로 연결되는 보조 전극 부재를 더 포함하는 코팅 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 장치는,
    상기 코팅 물질의 이동 경로에 자기 장을 형성하는 자기장 형성 유닛을 더 포함하는 코팅 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자기장 형성 유닛은,
    상기 코팅 대상 물질의 이동 경로의 측부에 위치되는 코팅 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 자기장 형성 유닛은,
    상기 코팅 물질의 이동 경로를 기준으로 양측에 위치되는 제1 자석 및 제2 자석을 포함하는 코팅 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 코팅 물질을 에어로졸 상태로 분사하는 코팅 장치.
  15. 기재를 코팅하는 방법에 있어서,
    분사 노즐로 코팅 물질을 분사하는 단계;
    상기 코팅 물질을 이온화 시키는 단계;
    이온화된 상기 코팅 물질을 전기장을 통해 상기 기재 방향으로 유도하여 상기 기재와 충돌 시키는 단계를 포함하는 코팅 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 상기 코팅 물질의 분사 방향을 기준으로 상기 분사 노즐의 전방에 위치되는 전극 부재를 통과하는 과정에서 상기 전극 부재가 제공하는 이온을 통해 이온화 되는 코팅 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전극 부재는 홀들을 포함하고, 상기 코팅 물질은 상기 홀들을 통해 상기 전극 부재를 가로질러 상기 기재 방향으로 이동하고,
    상기 전기장은 상기 기재와 상기 전극 부재 사이에 형성되는 코팅 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 코팅 물질이 상기 기재 방향으로 유도될 때, 상기 코팅 물질의 이동 경로에는 자기장이 형성되는 코팅 방법.
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