KR20220063967A - 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치 - Google Patents

안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치는, 끝이 뾰족한 바늘 형상의 탐침을 마스크의 겉감을 통해 찔러 넣음으로써 상기 탐침이 마스크 내부의 MB필터에 접촉되는 탐침부; 상기 탐침부의 탐침이 MB필터에 접촉됨에 의해 대전되어지는 MB필터의 정전기량을 측정 및 수치화하는 측정부; 및 상기 탐침부의 탐침을 마스크를 향해 전, 후진시키는 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치 {Electrostatic quantity inspection apparatus for facial mask manufacturing system}
본 발명은 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 안면 마스크 제조 시스템에서 마스크의 표면을 탐침부의 탐침으로 찔러 정전기량을 측정함으로써 상기 탐침부에 의해 측정된 정전기량 데이터값에 의해 마스크의 정전기량 및 필터 성능 상태를 확인할 수 있는 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치에 관한 것이다.
일반적으로 안면 마스크는 황사나 미세먼지 등의 유해한 물질이 사람의 호흡기로 유입되는 것을 방지하기 위해 코와 입 주변에 착용하는 생활용품의 하나로서, 통상 면이나 부직포 등을 여러 겹으로 겹쳐서 유해한 물질을 걸러내기 위한 전면 필터와 상기 전면 필터를 귀에 걸어 착용할 수 있도록 하는 이어밴드 등으로 구성된다.
최근에는 황사나 미세먼지 등의 대기오염뿐만 아니라, 코로나 바이러스와 같은 전세계적인 감염병의 확산으로 인해 보건용 안면 마스크가 생활필수품이 될 정도로 그 사용량이 크게 증가하고 있다.
이러한 보건용 안면 마스크는 특히 감염병을 일으키는 바이러스의 주요 전파매체인 사람의 비말(침방울)이 호흡기에서 유출되거나 타인의 호흡기로 유입되지 못하도록 이를 걸러 바이러스의 침투를 차단하는 마스크로서, 통상 부직포 필터를 여러 겹으로 겹친 뒤 이를 열이나 초음파로 융착시켜 접합한 부직포 재질의 보건용 안면 마스크가 널리 사용되고 있다.
이러한 보건용 안면 마스크는 통상 마스크 본체와 상기 마스크 본체의 양 측면에 고정된 탄력 재질의 이어밴드로 구성되며, 특히 최근의 안면 마스크 제품의 코 부분에는 금속 와이어 등의 굽힘 부재가 삽입되어 있어서, 착용자가 자신의 코 부분 형상에 맞추어 쉽게 구부려 밀착시킬 수 있는 제품이 기본적으로 보급되고 있다.
또한, 상기 마스크 본체는 폴리에틸렌이나 나일론 등의 열가소성 수지재의 부직포를 잘라 접합한 외피와 내피로 구성되는데, 상기 외피 및 내피 사이에는 미세한 물질의 여과성능을 높이기 위해 나노 필터부재가 더 배치될 수 있다.
종래에는 상술한 보건용 안면 마스크를 제조하기 위해 커팅된 부직포 원단의 각 부분을 대부분 작업자가 수작업에 의해 열 또는 초음파로 융착하여 접합하는 방식으로 제조하여 왔는데, 최근에는 코로나 바이러스에 의한 보건용 안면 마스크의 급격한 수요 증가로 인해 부직포 원단의 공급과 커팅, 그리고 커팅된 마스크 각 부분을 열 또는 초음파로 융착하여 접합하는 과정까지 인라인 설비로 자동화한 안면 마스크 제조 시스템이 점차 보급되고 있는 상황이다.
이러한 안면 마스크 제조 시스템의 한가지 예가 국내 공개특허 제2018-0117338호(이하, ‘선행문헌’이라 함)에 개시되어 있다. 첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하여 일반적인 초음파 융착 방식의 안면 마스크 제조 시스템에 대해 보다 자세히 살펴보기로 한다.
도 1은 일반적인 안면 마스크 제조 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 선행문헌에 개시된 마스크 제조 시스템(1000)은 부직포 공급 유닛(100), 본체 형성 유닛(200), 마스크 형성 유닛(300), 후공정 유닛(400) 및 포장 유닛(500)을 포함하며, 상기 유닛들(100, 200, 300, 400, 500)은 서로 연결되어진다.
자세하게, 상기 유닛들(100, 200, 300, 400, 500)은 통상 인라인(inline) 공정으로 연결되는데, 부직포 공급 유닛(100)과 본체 형성 유닛(200)은 마스크 제조 공정에 보편적으로 적용되는 방식과 동일하며, 롤 형태로 감겨진 여러 겹의 부직포와 필터를 언와인딩하면서 서로 겹쳐 초음파 융착에 의해 접합한 후, 이를 커팅하는 방식에 따라 제조된다.
이어서, 상기 마스크 형성 유닛(300)을 거쳐 이어밴드가 부착됨으로써 제조 완료된 마스크는 전체적인 외형이나 상기 귀걸이부의 부착 위치 등을 검사하는 후공정 유닛(400) 및 포장 유닛(500)을 거쳐 마스크의 검사 및 제품 포장이 최종적으로 완료된다.
도 2는 도 1의 본체 형성 유닛을 확대하여 보인 도면이다.
보다 구체적으로, 상기 본체 형성 유닛(200)은 제2 장력 조절부(210), 제1 절단부(220), 회수부(230), 가이드부(240), 굽힘 부재 투입부(250), 제1 접합부(260) 및 정렬부(270) 등을 포함할 수 있다.
상기 본체 형성 유닛(200)은 앞서 설명한 도 1의 부직포 공급 유닛(100)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 장력 조절부(210)는 상기 부직포 공급 유닛(100)과 연결될 수 있다.
한편, 상기 제1 절단부(220)는 상기 제2 장력 조절부(210)와 연결됨으로써 상기 제1 절단부(220)는 합지물을 절단하게 된다. 자세하게, 상기 합지물은 상기 제1 절단부(220)에 의해 상기 마스크 본체(10)를 형성하기 위한 크기로 절단될 수 있다.
이 때, 상기 제1 절단부(220)는 패턴 형성 부재, 절단 부재 및 초음파 혼(280) 등을 포함한다. 상기 패턴 형성 부재 및 절단 부재는 롤러(roller)일 수 있다. 상기 패턴 형성 부재 및 상기 절단 부재의 표면에는 상기 마스크 본체(10)와 대응되는 패턴이 형성될 수 있다. 상기 패턴은 돌출 패턴일 수 있다. 즉, 상기 합지물은 상기 패턴 형성 부재 및 상기 절단 부재에 의해 상기 마스크 본체를 형성하기 위한 크기로 절단될 수 있다.
이와 동시에, 상기 합지물은 초음파 혼(280)에 의해 상기 절단된 합지물의 가장자리가 접합된다. 즉, 상기 초음파 혼(280)에 의해 상기 외피 부직포, 상기 내피 부직포 및 상기 필터 부재는 하나로 융착되면서 서로 접합된다.
자세하게는, 부직포를 포함하는 상기 합지부는 상기 초음파 혼(280)의 진동으로부터 발생되는 열에 의해 용융되는데, 즉 상기 부직포가 초음파 혼(280)의 진동에 의해 용융되면서 접합되어진다.
그러나, 상기한 바와 같은 마스크 제조 시스템은 여러 겹으로 합지된 마스크 원단을 공급받아 이를 엠보싱에 의한 무늬 성형 및 합지가 이루어지게 하면서도 이와 동시에 컷팅작업을 수행하므로 그에 따라 초음파 혼에 과도한 부하가 발생하여 상기 초음파 혼이 깨지거나 손상되는 사례가 빈번히 발생하였다.
상기 초음파 혼은 충격이나 부하에 매우 민감하므로 상기와 같이 마스크 원단을 여러 겹으로 동시에 합지하거나 컷팅을 하게 되면 초음파 융착에 필요한 간극과 공급되는 부직포 두께 간의 차이가 극심하게 발생하므로 합지된 마스크 원단의 과도한 두께로 인하여 상기한 초음파 혼에는 무리한 부하가 작용하게 되므로 마스크를 장시간 연속 생산 시 초음파 혼의 점진적인 손상에 의해 초기에 설정된 공진 주파수 값 및 진폭파워 값에 동조하여 융착이 견고하게 일어나지 않고 융착 불량이 발생되는 문제점이 있었다.
한국 공개특허 제2018-0117338호 (2018.10.29. 공개)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 안면 마스크 제조 시스템에서 마스크의 표면을 탐침부의 탐침으로 찔러 정전기량을 측정함으로써 상기 탐침부에 의해 측정된 정전기량 데이터값에 의해 마스크의 정전기량 및 필터 성능 상태를 확인할 수 있는 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일 실시예에 따라, 끝이 뾰족한 바늘 형상의 탐침을 마스크의 겉감을 통해 찔러 넣음으로써 상기 탐침이 마스크 내부의 MB필터에 접촉되는 탐침부; 상기 탐침부의 탐침이 MB필터에 접촉됨에 의해 대전되어지는 MB필터의 정전기량을 측정 및 수치화하는 측정부; 및 상기 탐침부의 탐침을 마스크를 향해 전, 후진시키는 이송부;를 포함하여 구성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 이송부는 탐침부의 탐침을 경사진 상하 방향으로 전, 후진시킴에 따라 탐침부의 탐침이 마스크의 겉감을 경사진 방향에서 찔러 침투한 후 마스크 내부의 MB필터에 접촉된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 측정부에 의해 측정된 MB필터의 정전기량 측정값은 유선 또는 무선 통신에 의해 접속된 호스트 컴퓨터로 실시간으로 전송되며, 상기 호스트 컴퓨터는 MB필터의 정전기량이 기설정된 임계값보다 작을 경우 비정상 판정 및 신호를 발생시킨다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 측정부로부터 호스트 컴퓨터에 전송된 정전기량 측정값이 KF94 마스크용 MB필터의 경우 340V, KF80 마스크용 MB필터의 경우 310V, 일회용 마스크용 MB필터의 경우 80V를 MB필터의 정전력을 정상 판정할 수 있는 임계값(Threshold)으로 설정하고, 상기 임계값 미만으로 검출되면 호스트 컴퓨터가 비정상 상태로 판정하고 신호를 발생한다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 탐침부는, 4개의 탐침(탐침 A, B, C, D)로 이루어지고, 마스크의 표면에 일렬로 정렬된 상기 4개의 탐침을 찔러 접촉시키고, 바깥쪽 탐침 A, D에 직류전류를 인가한 후 안쪽 탐침 B, C에서 직류전압을 측정하여 하기의 식1에 의해 표면 저항(Ra)을 구하며, 상기와 같이 구해진 표면 저항(Ra)의 증감에 비례하여 정전기량의 증감을 판단 및 검사한다.
식1) Rs = Ra×F(D/S)×F(t/S)[Ω/sq]
여기서, F(D/S)는 탐침 간격(S)에 대한 시료의 크기(D) 보정계수, F(t/S)는 탐침 간격(S)에 대한 시료의 두께(t) 보정계수이다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 탐침부는, 4개의 탐침(탐침 A, B, C, D)으로 이루어지고, 마스크의 표면에 일렬로 정렬된 상기 4개의 탐침을 찔러 접촉시키고, 바깥쪽 탐침 A, D에 직류전류를 인가한 후 안쪽 탐침 B, C에서 직류전압을 측정하여 표면 저항(Rb)을 구하며, 상기와 같이 구해진 표면 저항(Ra, Rb)을 하기의 식2에 의한 보정계수(ka)에 적용하여 계산한 후 하기의 식3에 의해 구해진 표면 저항(Rs)의 증감에 비례하여 정전기량의 증감을 판단 및 검사한다.
식2) ka = -14.696+25.173×(Ra/Rb)-7.872×(Ra/Rb)2,(1.20≤Ra/Rb≤1.32)
식3) Rs = ka×Ra [Ω/sq]
상술한 바와 같은 본 발명은, 안면 마스크 제조 시스템에서 마스크의 표면을 탐침부의 탐침으로 찔러 정전기량을 측정함으로써 상기 탐침부에 의해 측정된 정전기량 데이터값에 의해 마스크의 정전기량 및 MB필터 성능 상태를 정확히 확인할 수 있으므로 마스크의 성능 및 품질을 유지 관리함과 아울러 마스크의 잔존 사용기간도 확인할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 안면 마스크 제조 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면
도 2는 도 1의 마스크 본체 형성 유닛을 확대하여 보인 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치의 구성을 보인 개략도로서, (a)는 단일 탐침에 의해 정전기량을 측정 및 검사 중인 마스크를 평면에서 바라본 상태, (b)는 마스크의 단면을 보인 상태
도 4는 도 3의 측정부의 회로 구성도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치의 구성을 보인 개략도로서, (a)는 4개 탐침을 이용한 싱글 배열법(Single configuration method)에 의해 표면저항을 측정 및 정전기량을 검사하는 상태, (b)는 듀얼 배열법(Dual configuration method)에 의해 표면저항을 측정 및 정전기량을 검사하는 상태
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치의 구성 및 작동 관계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치의 구성을 보인 개략도로서, (a)는 단일 탐침에 의해 정전기량을 측정 및 검사 중인 마스크를 평면에서 바라본 상태, (b)는 마스크의 단면을 보인 상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 측정부의 회로 구성도이다.
먼저, MB필터(M2)에 대해 살펴보면, 상기 MB필터(M2)는 마스크(M)의 핵심소재인 멜트블로운(Meltblown) 부직포를 의미하는 것으로서, 이러한 MB필터(M2)는 산업 및 의료용으로 매우 광범위하게 사용되고 있다.
상기 MB필터(M2)는 통상 직경이 10㎛ 이하인 미세 합성섬유들이 상호 결합해 거미줄과 같은 3차원 구조의 그물망이 형성되어 있음에 따라 마스크(M)를 통해 흡입되는 공기 중에 포함된 미세 입자들이 상기 그물망에 의해 걸러지게 된다.
특히, 상기 MB필터(M2)는 그물망 구조를 갖는 합성섬유들 사이에서 다량의 정전기가 발생됨에 따라 상기 정전기의 정전력에 의해 그물망 구조를 통과할 수 있는 초미세 이물질까지도 흡착하여 걸러낼 수 있는 특성이 있다.
그러나, 상기 MB필터(M2)의 수명은 유한한데, 대표적으로 이러한 MB필터(M2)를 계속해서 반복적으로 사용하게 되면 호흡 또는 외부의 공기 중에 포함된 수분에 의해 MB필터(M2)의 정전력은 점차 사라지게 되는 것으로 알려져 있다.
그러므로, MB필터(M2)가 들어간 마스크(M)를 반복적으로 사용하면 MB필터(M2)에 습기와 함께 미세먼지가 점점 쌓여 호흡이 어려워질 뿐만 아니라, 결국 반복적으로 습기에 노출됨에 따라 인체에 유해한 세균까지 증식하게 되므로 마스크(M)를 일정 기간 사용하면 기존의 마스크(M)를 버리고 새 마스크로 교체하는 것이 권장된다.
본 발명 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치는, 일 실시예에 따라, 끝이 뾰족한 바늘 형상의 탐침(1100a)을 마스크(M)의 겉감(M1)을 통해 찔러 넣음으로써 상기 탐침(1100a)이 마스크(M) 내부의 MB필터(M2)에 접촉되는 탐침부(1100)가 구비된다.
또한, 상기 탐침부(1100)의 탐침(1100a)이 MB필터(M2)에 접촉됨에 의해 대전되어지는 MB필터(M2)의 정전기량을 측정 및 수치화하는 측정부(1200)가 구비된다.
또한, 상기 탐침부(1100)의 탐침(1100a)을 마스크(M)를 향해 전, 후진시키는 이송부(1200)가 구비된다.
상기 이송부(1200)는 탐침부(1100)의 탐침(1100a)을 경사진 상하 방향으로 전, 후진시킴에 따라 탐침부(1100)의 탐침(1100a)이 마스크(M)의 겉감(M1)을 경사진 방향에서 찔러 침투한 후 마스크(M) 내부의 MB필터(M2)에 접촉된다.
즉, 상기 탐침(1100a)이 경사진 방향에서 MB필터(M2)를 찔러 접촉함으로써 상기 MB필터(M2)에 접촉되는 탐침(1100a)의 접촉면적이 더 증가될 수 있으며, 만약 수직한 방향에서 탐침(1100a)이 MB필터(M2)를 찌르는 경우를 가정하면 혹시라도 탐침(1100a)이 MB필터(M2)에 형성된 미세한 공극을 찔러 잘 접촉되지 않음에 따라 야기될 수 있는 측정오류를 방지할 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 상기 정전기량의 측정은 쿨롱미터법(전류적분법)을 이용할 수 있으며, 동 방법은 표면 전위계로는 측정이 곤란한 작은 디바이스의 대전량을 측정할 경우에 유용하게 이용될 수 있다.
보다 구체적으로, 탐침(1100a)이 MB필터(M2)에 접촉되면 상기 MB필터(M2)의 전하(C0)가 측정부(1200)의 콘덴서(Cm)로 이동되고, 이 때 상기 콘덴서(Cm)의 정전력(Vm)을 측정한 뒤, 이를 환산함으로써 최종적으로 MB필터(M2)의 정전기량 데이터값을 얻게 된다.
이어서, 상기 측정부(110)에 의해 측정된 MB필터(M2)의 정전기량 측정값은 유선 또는 무선 통신에 의해 접속된 호스트 컴퓨터(120)로 실시간으로 전송되며, 상기 호스트 컴퓨터(120)는 MB필터(M2)의 정전기량이 기설정된 임계값(Threshold)보다 작을 경우 비정상 판정 및 신호를 발생시킨다.
예컨대, 상기 측정부(110)는 통신모듈(예, RS485 컨버터, 130)를 통해 호스트 컴퓨터(120)에 실시간으로 정전기량 데이터값(Cm)를 송출할 수 있으므로 하나의 호스트 컴퓨터(120)를 이용하여 다수의 측정부(110)를 일괄적으로 모니터링 및 관리할 수 있다.
한편, 본 발명의 출원인은 현재 시판되는 KF94, KF80 및 일회용 덴탈 마스크 MB필터(M2)의 정전력을 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기량 검사 장치로 실측하였다.
그 결과, KF94 마스크용 MB필터의 정전력은 350V, KF80 마스크용 MB필터의 정전력은 320V, 그리고 일회용 마스크 MB필터의 정전력은 90V로 실측됨을 확인하였다.
이에 따라 상기 실측된 KF94, KF80 및 일회용 덴탈 마스크 MB필터의 정전력을 기준으로 확장모드형 정전기 센서의 해상도가 10V 단위임을 반영할 때 KF94, KF80 및 일회용 덴탈 마스크 MB필터의 이상 유무 및 성능 저하를 판별할 수 있는 정전력 기준값은 KF94 마스크용 MB필터의 경우 340V, KF80 마스크용 MB필터의 경우 310V, 그리고 일회용 마스크 MB필터의 경우 80V를 MB필터의 성능을 정상 판정할 수 있는 임계값으로 설정하였다.
즉, 상기 각각의 측정부(110)로부터 실시간으로 호스트 컴퓨터(120)에 수신된 정전기량 데이터값에 상응하는 정전력이 KF94 마스크용 MB필터의 경우 340V, KF80 마스크용 MB필터의 경우 310V, 일회용 마스크용 MB필터의 경우 80V 미만으로 검출되면 호스트 컴퓨터(120)가 비정상 상태로 판정 및 신호를 발생시킨다.
아울러, MB필터(M2)의 정전력 성능을 저하시키는 대표적인 원인은 습도로 알려져 있으며, 본 발명의 출원인은 MB필터의 습도에 대한 성능 저하 정도를 확인하기 위해 직접 하기와 같이 실험을 실시하였다.
성능 저하 실험은 KF94 마스크용 MB필터로 수행되었으며, 상술한 350V의 정전력을 갖는 정상 상태의 KF94 마스크용 MB필터 원단을 24시간 동안 물에 담근 후 정전력의 변화를 관찰하였다.
그 결과, 24시간 후 KF94 마스크용 MB필터 원단의 정전력은 17V로 저하된 것으로 확인된 바, 수분에 의해 95%를 초과하는 정전력 성능 저하를 실제 확인할 수 있었다.
위 결과를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기량 검사 장치는, 예컨대 사용 중인 마스크의 MB필터에 잔존하는 정전기량을 측정함으로써 마스크의 사용기간 또는 잔존 사용기간을 예측하는 데에도 적용할 수 있음은 이해 가능하다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치의 구성을 보인 개략도로서, (a)는 4개 탐침을 이용한 싱글 배열법(Single configuration method)에 의해 표면저항을 측정 및 정전기량을 검사하는 상태, (b)는 듀얼 배열법(Dual configuration method)에 의해 표면저항을 측정 및 정전기량을 검사하는 상태이다.
본 발명의 다른 실시예는 앞서 살펴본 일 실시예에서의 단일 탐침 대신에 4개의 탐침을 이용하는 4-탐침법(Four-Point Probe; FPP)을 이용할 수 있으며, 4개 탐침을 제외한 나머지 구성은 일 실시예에서와 동일하게 구성될 수 있다.
먼저, 상기 4-탐침법은 싱글 배열법(Single configuration method, 도 5a)과 듀얼 배열법(Dual configuration method, 도 5b) 기술의 2가지 방법이 이용될 수 있다.
이 때, 싱글 배열법(Single configuration)의 경우 가장자리 효과(Edge Effect)의 영향을 받을 수 있으므로 통상적인 박막의 표면 저항 측정에는 주로 듀얼 배열법(Dual configuration)을 이용하나, 마스크 MB필터의 경우 가장자리 효과가 없기 때문에 본 발명의 다른 실시예에서는 4-탐침법의 2가지 방식(싱글 배열법, 듀얼 배열법)을 모두 이용할 수 있다.
자세한 측정 방법은, 먼저 도 5a에서 도시된 싱글 배열법(Single configuration)에서와 같이 4개의 탐침(탐침 A, B, C, D)을 동일 선상에 일정한 간격으로 배열한 상태로 마스크의 표면에 일렬로 정렬된 4개의 탐침을 마스크 표면에 접촉시킨 상태에서 바깥쪽 탐침 A, D에 직류전류(IAD)를 인가한 후, 안쪽 탐침 B, C에서 직류전압(VBC)을 측정하여 저항(Ra, Ra =VBC/IAD[Ω])을 구한다.
이어서, 탐침 간격(S)에 대한 시료의 크기(D) 및 두께(t) 보정계수를 각각 곱하여 하기 식1에 의해 표면 저항(Rs [Ω/sq], sheet resistance)을 구할 수 있다.
식1) 표면 저항 Rs = Ra×F(D/S)×F(t/S)[Ω/sq]
여기서, Ra는 도 5a에서 구한 저항, F(D/S)는 탐침간격(S, spacing)에 대한 시료의 크기(D) 보정계수(표 1), F(t/S)는 탐침 간격(S)에 대한 시료의 두께(t) 보정계수(표 2)이다.
F(D/S)의 보정계수
D/S 원형시료의 경우, F(D/
S)의 보정계수		 사각형 시료의 경우, F(D/S)의 보정계수
a/D=1 a/D=2 a/D=3 a/D≥4
1.0
1.25
1.3
1.75
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
7.5
10.0
15.0
20.0
40.0
∞





2.2662
2.9289
3.3625
3.9273
4.1716
4.3646
4.4364
4.5076
4.5324





2.4575
3.1137
3.5098
4.0095
4.2209
4.3882
4.4516
4.5120
4.5324

1.4788
1.7196
1.9454
2.3532
2.7000
3.2246
3.5749
4.0361
4.2357
4.3947
4.4553
4.5129
4.5324		 0.9988
1.2467
1.4893
1.7238
1.9475
2.3541
2.7005
3.2248
3.5750
4.0362
4.2357
4.3947
4.4553
4.5129
4.5325		 0.9994
1.2248
1.4893
1.7238
1.9475
2.3541
2.7005
3.2248
3.5750
4.0362
4.2357
4.3947
4.4553
4.5129
4.5321
예컨대 표 1에서, D/S가 5.0인 원형 시료의 경우 보정계수는 3.3625이고, 사각형 시료인 경우 보정계수는 a/D값에 의해 결정된다.
F(t/S)의 보정계수
F(t/S) (t/S)
1.0000
1.0000
1.0000
0.9999
0.9974
0.9215
0.7983
0.6337
0.4067
0.2753
0.1385		 0.100
0.141
0.200
0.333
0.500
1.000
1.414
2.000
3.333
5.000
10.00
예컨대, 표 2에서, t/s값이 0.100인 경우 보정계수는 1.0000으로 결정된다.
한편, 도 5b에서 도시된 듀얼 배열법(Dual configuration)에서는, 일렬로 정렬된 4개의 탐침(탐침 A, B, C, D)의 첫 번째 탐침 A와 세 번째 탐침 C에 직류전류(IAC)를 인가한 후 두 번째 탐침 B와 네 번째 탐침 D에서 직류전압(VBD)을 측정하여 저항(Rb, Rb = VBD/IAC[Ω])을 구할 수 있다.
이어서, 앞서 구한 저항(Ra, Rb)을 하기 식2에 대입하여 보정계수(ka)에 적용하여 계산한 후, 도 5a에서 구한 저항(Ra)을 곱하여 하기 식3에 의해 마스크 표면의 표면 저항(Rs)을 구할 수 있다.
식2) 보정계수 ka = -14.696+25.173×(Ra/Rb)-7.872×(Ra/Rb)2, (1.20≤Ra/Rb≤1.32)
식3) 표면 저항 Rs = ka×Ra [Ω/sq]
아울러 본 발명의 출원인이 상기 다른 실시예에 따라 실제 마스크의 원재료인 PP(polypropylene) 부직포의 대전(전기를 띠는 현상) 방지처리 전후의 저항값을 측정해 본 결과, 다음과 같은 결과를 실측하였다.
측정값 1. 대전방지 처리 전 마스크의 표면 저항값: 1.00테라Ω
측정값 2. 대전방지 처리 후 마스크의 표면 저항값: 15.9메가Ω
측정값 3. 대전방지 처리 후 마스크의 체적 저항값: 1.77메가Ω
위 측정 결과값에서 알 수 있듯이 대전방지 후의 표면 저항값과 체적 저항값이 낮아지는 것처럼 대전처리, 즉 전압값이 줄어들수록 저항값도 낮아지는 것을 알 수 있으며, 이러한 저항값을 측정함으로써 전압값(정전기량)의 증감을 확인 및 검사할 수 있다.
아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예 또는 다른 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.
1100 : 탐침부 1100a: 탐침
1200 : 측정부 1300 : 이송부
M : 마스크 M1 : 마스크 겉감
M2 : MB필터

Claims (6)

  1. 끝이 뾰족한 바늘 형상의 탐침을 마스크의 겉감을 통해 찔러 넣음으로써 상기 탐침이 마스크 내부의 MB필터에 접촉되는 탐침부;
    상기 탐침부의 탐침이 MB필터에 접촉됨에 의해 대전되어지는 MB필터의 정전기량을 측정 및 수치화하는 측정부; 및
    상기 탐침부의 탐침을 마스크를 향해 전, 후진시키는 이송부;를 포함하는,
    안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송부는 탐침부의 탐침을 경사진 상하 방향으로 전, 후진시킴에 따라 탐침부의 탐침이 마스크의 겉감을 경사진 방향에서 찔러 침투한 후 마스크 내부의 MB필터에 접촉되는,
    안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정부에 의해 측정된 MB필터의 정전기량 측정값은 유선 또는 무선 통신에 의해 접속된 호스트 컴퓨터로 실시간으로 전송되며, 상기 호스트 컴퓨터는 MB필터의 정전기량이 기설정된 임계값보다 작을 경우 비정상 판정 및 신호를 발생시키는,
    안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 측정부로부터 호스트 컴퓨터에 전송된 정전기량 측정값에 상응하는 정전력이 KF94 마스크용 MB필터의 경우 340V, KF80 마스크용 MB필터의 경우 310V, 일회용 마스크용 MB필터의 경우 80V를 MB필터의 정전력을 정상 판정할 수 있는 임계값(Threshold)으로 설정하고, 상기 임계값 미만으로 검출되면 호스트 컴퓨터가 비정상 상태로 판정하고 신호를 발생하는,
    안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탐침부는,
    4개의 탐침(탐침 A, B, C, D)으로 이루어지고,
    마스크의 표면에 일렬로 정렬된 상기 4개의 탐침을 찔러 접촉시키고, 바깥쪽 탐침 A, D에 직류전류를 인가한 후 안쪽 탐침 B, C에서 직류전압을 측정하여 하기의 식1에 의해 표면 저항(Ra)을 구하며,
    상기와 같이 구해진 표면 저항(Ra)의 증감에 비례하여 정전기량의 증감을 판단 및 검사하는,
    안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치.
    식1) Rs = Ra×F(D/S)×F(t/S)[Ω/sq]
    여기서, F(D/S)는 탐침 간격(S)에 대한 시료의 크기(D) 보정계수, F(t/S)는 탐침 간격(S)에 대한 시료의 두께(t) 보정계수
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탐침부는,
    4개의 탐침(탐침 A, B, C, D)으로 이루어지고,
    마스크의 표면에 일렬로 정렬된 상기 4개의 탐침을 찔러 접촉시키고, 바깥쪽 탐침 A, D에 직류전류를 인가한 후 안쪽 탐침 B, C에서 직류전압을 측정하여 표면 저항(Rb)을 구하며,
    상기와 같이 구해진 표면 저항(Ra, Rb)을 하기의 식2에 의한 보정계수(ka)에 적용하여 계산한 후 하기의 식3에 의해 구해진 표면 저항(Rs)의 증감에 비례하여 정전기량의 증감을 판단 및 검사하는,
    안면 마스크 제조 시스템의 정전기량 검사 장치.
    식2) ka = -14.696+25.173×(Ra/Rb)-7.872×(Ra/Rb)2,(1.20≤Ra/Rb≤1.32)
    식3) Rs = ka×Ra [Ω/sq]
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