KR20190015230A - 표면개질장치 - Google Patents

Abstract

방전 전극으로부터 가스를 직접 방출시키는 동시에, 그것을 간단하게 구성할 수 있도록 한다.
전극챔버(C) 내의 방전 전극(E)은, 필름(F)의 폭 이상의 길이를 가지는 한쌍의 전극부(8, 9)로 이루어진다. 그리고 이들 한쌍의 전극부재(8, 9)는 그 전극부재와 거의 같은 길이를 가지는 지지부재(4)를 협지하여 대향 배치되는 동시에, 이들 한쌍의 전극부재(8, 9)의 대향부분에 극간이 형성되고, 이 극간을 가스통로(15)로서 방전 전극의 선단에 개방하고 있다. 한편, 상기 지지부재(4)에는, 그 길이방향으로 복수의 가스 유도공(5)을 형성하는 동시에, 이 가스 유도공을 가스 공급계통에 연통시키고 있다.

Description

표면개질장치

본 발명은, 예를 들면, 필름 등의 처리기재(處理基材)의 표면에 방전 에너지를 작용시켜서, 그 기재표면을 개질(改質)시키는 표면개질장치에 관한 것이다.

이러한 종류의 표면개질장치는, 전극 챔버 내에, 방전 전극을 마련하는 동시에, 이 방전 전극에 대향하여 처리 롤러를 마련하고 있다. 그리고 전극 챔버 내에, 표면 개질의 목적에 따른 치환가스를 공급하여, 전극 챔버 내를 치환 가스의 분위기를 유지하여, 방전 전극에 고주파 전압을 인가하고, 방전 전극과 처리 롤러와의 사이에서 코로나 방전(corona discharge)을 시킨다.

상기와 같이 한 코로나 방전에 의한 방전 에너지로, 처리 롤러를 따라 반송되는 필름 등의 표면을 개질하고 있다.

그리고 방전 챔버 내의 치환가스의 종류나 농도에 따라서, 상기 코로나 방전 중에 생성되는 플라즈마의 양이나 질이 달라져 버린다. 만약, 플라즈마의 양이나 질이 다르면, 필름 등의 표면개질에도 악영향을 미친다.

따라서, 치환가스의 종류나 농도의 관리는 중요해 지지만, 치환가스의 종류는 미리 결정되기 때문에, 선택의 적정만 확보되어 있으면 큰 문제는 되지 않는다.

그러나 가스농도는, 표면개질처리량 중에 있어서도, 전극 챔버 내에 유입되는 에어 등의 영향을 받기 쉽다. 만약, 가스농도가 변화하면, 상기한 바와 같이 플라즈마의 양이나 질이 달라져 버려 목적의 표면개질을 할 수 없게 된다.

그리고 전극 챔버의 크기는, 처리 롤러로 반송되는 필름의 크기에 대응해야 한다. 예를 들면, 필름의 폭은 10 m에 달하는 것도 있으므로, 이 폭에 대응하는 전극 챔버의 용적은 상당히 큰 것이 된다.

이와 같이 큰 용적의 전극 챔버로, 그 안의 가스 농도를 일정하게 유지하기 위해서는, 치환 가스의 공급량을 많게 할 수 밖에 없어, 생산 효율이 악화되어 버린다.

그래서 방전 전극과 처리 롤러와의 사이의 방전 부분이라고 하는 국소에, 치환 가스를 직접 공급하는 방법이, 특허문헌 1 및 2에 개시되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에 개시된 장치는, 방전 전극에서 치환 가스를 직접 공급하게 하고 있다. 이와 같이 하면, 방전 전극과 처리 롤러와의 사이의 방전 부분이라고 하는 국소에, 치환 가스를 직접 공급할 수 있으므로, 그 국소에 있어서의 치환 가스의 농도를 일정하게 유지하기 쉬워진다. 게다가, 전극 챔버 전체에 치환 가스를 충만시키지 않아도 족하므로, 그 분량만큼, 치환 가스의 사용량도 억제할 수 있다.

그리고 특허문헌 1의 장치의 방전 전극은, 필름 폭에 대략 대응하는 길이를 가지는 블록으로 이루어지는 동시에, 그 블록의 길이방향으로 슬릿을 형성하고, 이 슬릿을, 치환 가스를 공급하는 파이프에 연결하고 있다.

따라서, 파이프에 치환가스를 공급하면, 그 가스는 슬릿으로부터 방전부분으로 직접 공급되게 된다.

특허문헌 1: 일본국 특공 평06-002830호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개 2001-131313호 공보

상기와 같이 한 특허문헌 1에 기재된 표면개질장치에서는, 만약 필름폭에 맞춰서 방전 전극의 길이를 길게 하였을 때, 그 길이에 대응하는 슬릿을 형성해야 한다.

그러나 슬릿을 길게 하면 할수록, 그 폭이나 깊이를 일정하게 유지하는 것이 어려워진다. 만약 슬릿의 폭이나 깊이가 일정하지 않으면, 치환가스의 분출압(噴出壓)이 변화하여 플라즈마의 양이나 질도 변화해 버려, 표면개질의 안정성이 손상된다고 하는 문제가 발생한다.

그리고 표면개질의 안정성을 유지하기 위해서, 슬릿의 폭이나 깊이를 정확하게 형성하려고 하면, 가공정밀도가 요구되므로, 그 분량만큼 블록으로 이루어지는 방전 전극의 생산성이 나빠진다.

더욱이, 방전 전극을 블록으로 형성하고 있으므로, 그 블록의 단부에 각부(角部)가 생겨 버린다. 이와 같이 각부가 있으면, 그 각의 부분에 방전이 집중되어 버리므로, 그 각부가 다른 부분보다도 열화도(劣化度)가 커져서, 가스를 공급하는 통로계통을 포함한 방전 전극의 수명을 짧게 한다고 하는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은, 생산성을 향상시키는 표면개질장치를 제공하는 것에 있다.

제1의 발명은, 전극 챔버 내의 방전 전극은, 필름 등의 처리기재의 폭 이상의 길이를 가지는 한 쌍의 전극부재로 이루어진다. 그리고 이들 한 쌍의 전극 부재는, 그 전극 부재와 거의 같은 길이를 가지는 지지부재를 협지(挾持)하여 대향 배치되는 동시에, 이들 한 쌍의 전극 부재의 대향 부분에 극간(隙間)이 형성되고, 이 극간을 가스 통로로 하여 방전 전극의 선단에 개방하고 있다.

한편, 상기 지지부재에는, 그 길이방향으로 복수의 가스 유도공(誘導孔)을 형성하는 동시에, 이 가스 유도공을 가스공급계통에 연통시키고 있다.

따라서, 가스공급계통으로부터 유도된 치환가스는, 지지부재의 가스 유도공으로부터 가스통로를 통과하여, 방전 전극의 선단으로부터 방출된다.

이와 같이 지지부재의 가스 유도공으로부터 치환가스가 가스통로로 유도되기 때문에, 그 치환가스의 공급량은, 가스 유도공의 길이와 직경으로 거의 결정되게 된다.

제2의 발명은, 상기 지지부재와 거의 평행하게 한 매니폴드(manifold) 파이프가 마련되고, 이 매니폴드 파이프의 길이방향으로 복수의 작은 구멍 혹은 슬릿이 형성되어 있다. 그리고 상기 매니폴드 파이프에 유도된 치환가스는, 상기 가스 유도공으로 유도된다. 이때, 가스 유도공이, 치환가스의 흐름에 대해 스로틀(throttle)저항을 부여하는 기능을 한다.

상기와 같이 가스 유도공이, 치환가스의 흐름에 대해 스로틀저항을 부여하는 기능을 하므로, 매니폴드 파이프 내의 압력을 일정하게 유지할 수 있어, 그 분량만큼, 복수의 가스 유도공으로부터 방출되는 치환가스의 양도 일정하게 유지할 수 있다.

제3의 발명은, 상기 한 쌍의 방전 전극의 각각의 선단이 원호모양으로 형성되어 있다.

전극부재의 선단을 원호모양으로 해서, 각부를 제거하였으므로, 방전 전극의 선단의 일부에 방전이 집중하거나 하지 않는다.

제4의 발명은, 상기 한쌍의 방전 전극의 각각의 선단에, 상기 처리기재의 반송방향으로 거의 직교하는 방향으로 길이를 가지는 와류(渦流) 생성홈이 형성되어 있다.

이와 같이 한 와류 생성홈에서 와류가 형성되면, 필름 등의 처리기재에 동반하는 동반류(同伴流)가, 방전부분에 유입되는 것을 방지할 수 있는 한편, 방전부분에서 치환가스가 유출되는 것을 저지할 수 있다.

제5의 발명은, 코로나방전의 에너지원인 고주파 전원의 출력 및 처리 롤러의 회전속도를 제어하는 컨트롤러가 구비되어 있다.

따라서, 처리기재의 반송속도와 방전전류를 상대적으로 제어할 수 있다. 특히 본 발명은, 방전부분이라고 하는 국소에 직접 치환가스를 공급하기 때문에, 치환가스의 양을 적게 할 수 있다. 이와 같이 양이 적은 치환가스를 유효하게 작용시키기 위해서는, 방전전류의 크기와 처리기재의 반송속도에 의존한다. 상기 컨트롤러는 처리기재의 반송속도와 방전전류를 상대적으로 제어하여, 소량의 치환가스로도 안정된 효과를 발휘시킬 수 있다.

본 발명의 표면개질장치에 의하면, 가스를 방전 전극의 선단으로 유도하기 위해서는, 지지부재에 가스 유도공을 형성하면 되고, 그것은 구멍열림가공 만으로 족하다. 따라서, 종래와 같이 긴 범위에서 슬릿을 형성할 필요가 전혀 없다.

그리고 구멍열림가공은 공구를 선택하는 것 만으로, 일정한 크기의 구멍을 형성할 수 있기 때문에 구멍 지름의 편차가 없다. 구멍 지름에 편차가 없기 때문에, 그곳에서 공급되는 치환가스의 양이나 힘을 안정시킬 수 있다.

따라서, 방전 전극의 생산성이 향상되게 된다.

게다가, 방전 전극이 열화되었다고 하여도 전극부재만을 교환하면 되기 때문에, 교환이 간단한 동시에, 예를 들면 지지부재까지 교환할 필요가 없다.

도 1은 전극 챔버 내를 나타내는 확대도이다.
도 2는 방전 전극의 길이방향의 도면으로, 그 일부를 커트한 것이다.

도시한 실시형태는, 필름(F)을 화살표 a1 방향으로 반송하는 도시하고 있지 않은 처리 롤러에 전극 챔버(C)의 개구를 대향시키고 있다.

상기 전극 챔버(C)의 개구와는 반대측에 고정한 애자(碍子, 1) 및 연결부재(2)를 통해, 도시하고 있지 않은 가스공급원에 접속한 매니폴드 파이프(3)를 고정하고 있다. 그리고 이 매니폴드 파이프(3)는, 필름(F)의 폭 이상의 길이를 유지하고 있다.

그리고 이 매니폴드 파이프(3)로서, 상기 연결부재(2)와는 반대측면에는, 매니폴드 파이프(3)와 거의 같은 길이를 가지는 지지부재(4)를 도시하고 있지 않은 비스 등으로 고정하고 있다.

이와 같이 한 지지부재(4)에는, 그 길이방향으로 일정한 간격을 유지한 복수의 가스 유도공(5)을 형성하고, 이들 가스 유도공(5)을, 매니폴드 파이프(3)에 형성한 작은 구멍(6)에 연통시키고 있다.

따라서, 매니폴드 파이프(3)에 도입된 치환가스는, 상기 작은 구멍(6)으로부터 가스 유도공(5)으로 유도된다.

또한, 상기 가스 유도공(5)은, 반드시 구멍에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 다공 소결(多孔燒結) 세라믹필터나, 허니콤 필터(Honeycomb filter) 등이라도 좋으며, 요컨대, 그곳을 통과하는 가스 흐름에 스로틀저항을 부여하고, 매니폴드 파이프 내의 압력이 균일하게 유지되면, 그 형태는 문제없다.

더욱이, 상기 지지부재(4)의 선단부분에는, 외측으로 튀어나온 괘지돌부(掛止突部, 7)를 형성하고, 이 괘지돌부(7)에 다음에 설명하는 방전 전극(E)을 괘지하도록 하고 있다.

상기 방전 전극(E)은, 처리기재인 필름(F)의 폭 이상의 길이를 가지는 판(板)모양의 한 쌍의 전극부재(8, 9)로 이루어진다.

이들 한쌍의 전극부재(8, 9)는 서로 대향시키는데, 그들 대향면에는, 그 전극부재(8, 9)의 길이방향으로 연속하는 괘지요부(掛止凹部)(10, 11)를 형성하고 있다.

더욱이, 상기 전극부재(8, 9)의 선단부분에는, 2 개의 원호를 연속시키는 동시에, 그들 원호 사이에 와류생성홈(12, 13)이 형성되도록 하고 있다. 이 와류생성홈(12, 13)은 상기 전극부재(8, 9)의 길이에 상당하는 길이를 구비하고 있다.

상기와 같이 한 전극 부재(8, 9)는, 그 괘지요부(10, 11)를, 지지부재(4)의 괘지돌부(7)에 끼워맞춤으로써, 지지부재(4)를 끼워서 대향하는 동시에, 대향된 한쌍의 전극부재(8, 9)를 홀더(14)로 협지하고 있다.

이와 같이 홀더(14)로 협지함으로써, 전극부재(8, 9)의 괘지요부(10,11)가 괘지돌부(7)로부터 벗어나지 않게 되어, 전극부재(8, 9)는 지지부재(4)에 단단히 지지된다.

그리고 지지부재(4)에 지지된 한쌍의 전극부재(8, 9)의 대향부분에는, 전극부재(8, 9)의 길이에 상당하는 극간이 연속하는데, 이 극간이 가스통로(15)가 된다. 그리고 상기 복수의 가스 유도공(5)의 모두가, 이 가스통로(15)로 통과한다. 게다가, 상기 가스통로(15)는, 방전 전극(E)과 상기 처리 롤러와의 대향부분에 개방된다.

또한, 상기 매니폴드 파이프(3), 지지부재(4) 및 전극부재(8, 9)의 각각은, 도전체(導電體)로 구성되는 동시에, 매니폴드 파이프(3)를 고압전원(16)에 접속함으로써, 방전 전극(E)과 도시하지 않은 상기 처리 롤러와의 사이에, 코로나방전이 발생한다.

그리고 이 실시형태에는, 코로나방전의 에너지원인 고압전원(16)의 출력 및 상기 처리 롤러의 회전속도를 제어하는 도시하고 있지 않은 컨트롤러를 구비하고 있다.

상기와 같은 구성하에, 매니폴드 파이프(3)에 치환가스를 공급하면, 그 치환가스는, 작은 구멍(6) 및 가스 유도공(5)을 통과하여 가스통로(15)로부터 화살표 a2 방향으로 방출된다. 즉, 이 치환가스는, 한쌍의 전극부재(8, 9)의 사이에서 방출되게 되어, 바로 방전 전극(E)으로부터 직접 방출된 것이 된다.

게다가, 가스 유도공(5)은, 지지부재(4)의 두께방향의 분량만큼 길이를 확보할 수 있으므로, 가스 유도공(5)을 통과하는 가스 흐름에 대해 스로틀저항을 부여하게 된다. 그 때문에, 가스 유도공(5)의 상류측인 매니폴드 파이프(3) 내의 압력도 균일하게 유지되고, 복수의 가스 유도공(5)으로부터 방출되는 가스압도 균등하게 된다. 그리고 가스공급원측에 있어서 다소의 압력변화가 있었다고 하여도, 매니폴드 파이프(3)가 버퍼(buffer)로서 기능한다. 따라서, 가스공급원측의 다소의 압력변동은, 표면개질에 거의 영향을 주지 않는다.

더욱이, 가스 유도공(5)의 길이를 상기와 같이 어느 정도 길게 할 수 있기 때문에, 매니폴드 파이프(3) 내의 압력유지기능과 함께, 가스 유도공(5)으로부터 방출되는 가스 흐름에 지향성을 갖게 할 수 있다. 이와 같이 가스 흐름에 지향성을 갖게되기 때문에, 치환가스의 확산을 방지하고, 그 농도를 일정하게 유지할 수 있다. 그리고 가스 흐름의 지향성은, 필름(F)에 동반하는 동반류에 의해 전극 챔버(C)내로 운반되는 에어 등의 층을 깨는 기능도 발휘한다.

더욱이, 상기 컨트롤러에 의해, 코로나방전의 에너지원인 고압전원(16)의 출력 및 상기 처리 롤러의 회전속도를, 상관성을 갖게 하면서 제어할 수 있다. 특히, 이 실시형태에서는, 방전부분이라고 하는 국소에 직접 치환가스를 공급하기 때문에, 치환가스의 양을 적게 할 수 있다. 이와 같이 양이 적은 치환가스를 유효하게 작용시키기 위해서는, 방전전류의 크기와 필름(F)의 반송속도에 의존한다. 상기 컨트롤러는 필름(F)의 반송속도와 방전전류를 상대적으로 제어하여, 소량의 치환가스로도 안정된 효과를 발휘시킬 수 있다.

그리고 한쌍의 방전 전극(8, 9)의 각각의 선단을 원호모양으로 하여, 각부를 제거하였으므로, 방전 전극의 선단의 일부에 방전이 집중되거나 하지 않는다.

상기와 같이 한 실시형태에 의하면, 한쌍의 전극부재(8, 9)의 괘지요부(10, 11)를 지지부재(4)의 괘지돌부(7)에 끼워맞추면, 가스통로(15)가 필연적으로 형성되는 동시에, 이 가스통로에는 가스 유도공(5)이 연통된다. 그리고 가스 유도공(5)은, 구멍가공으로 족하나, 이 구멍가공은, 치수가 특정된 절삭공구를 선택하면 항상 정확하게 가공할 수 있다. 즉, 종래와 같이 긴 슬릿을 형성하는 어려움 등이 없다.

[산업상의 이용 가능성]

필름 등의 표면개질에 최적이다.

C: 전극 챔버
3: 매니폴더 파이프
4: 지지부재
5: 가스 유도공
6: 작은 구멍
E: 방전 전극
8, 9: 전극부재
12, 13: 와류생성홈
15: 가스통로
F: 필름
16: 고압전원

Claims (5)

1. 전극챔버에, 필름 등의 처리기재(處理基材)의 폭 이상의 길이를 가지는 방전 전극을 구비하는 동시에,
   이 방전 전극이, 처리기재를 반송하는 처리 롤러에 대향하고,
   이들 방전 전극과 처리 롤러와의 사이에서 방전시키는 표면개질장치로서,
   상기 방전 전극은, 상기 처리기재의 폭에 거의 일치하는 길이를 가지는 한쌍의 전극부재로 이루어지고,
   이들 한쌍의 전극부재는, 그 전극부재와 거의 같은 길이를 가지는 지지부재를 협지하여 대향하고,
   상기 전극부재의 상기 대향부분에 형성되는 극간(隙間)을 가스통로로 하는 동시에,
   이 가스통로의 선단이, 방전 전극과 처리 롤러와의 대향부분에 개방되는 한편,
   지지부재에는, 치환가스공급계통에 연통하는 가스 유도공(誘導孔)이, 그 지지부재의 길이방향으로 복수 형성되고,
   이 가스 유도공이 상기 가스통로에 연통하는 표면개질장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지부재와 거의 평행하게 된 매니폴드(manifold) 파이프가 마련되고, 이 매니폴드 파이프의 길이방향으로 복수의 작은 구멍 혹은 슬릿이 형성되고, 이들 작은 구멍 혹은 슬릿이 상기 가스 유도공(誘導孔)에 연통하는 표면개질장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 한쌍의 전극부재의 각각의 선단이 원호모양으로 형성된 표면개질장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 한쌍의 전극부재의 각각의 선단에, 상기 처리기재의 반송방향으로 거의 직교하는 방향으로 길이를 가지는 와류(渦流)생성홈이 형성된 표면개질장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   코로나방전의 에너지원인 고압전원의 출력 및 처리 롤러의 회전속도를 제어하는 컨트롤러가 구비된 표면개질장치.

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