KR100708320B1 - Apparatus for surface modification of casing-parts using atmospheric-pressure microwave plasma and method thereof - Google Patents

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KR100708320B1 KR1020050033341A KR20050033341A KR100708320B1 KR 100708320 B1 KR100708320 B1 KR 100708320B1 KR 1020050033341 A KR1020050033341 A KR 1020050033341A KR 20050033341 A KR20050033341 A KR 20050033341A KR 100708320 B1 KR100708320 B1 KR 100708320B1
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Abstract

대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 외장재 부품 표면개질 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 발명은, 전력을 공급하는 전원공급장치; 전원공급장치로부터 전력을 공급 받아 소정 주파수 대역의 마이크로웨이브를 방출하는 마그네트론; 마그네트론으로 반사되는 반사파를 완전히 흡수하여 마그네트론을 보호하는 한편, 마그네트론에서 방출된 마이크로웨이브를 출력하는 써큘레이터; 입사파와 반사파의 크기를 모니터링 하는 한편 써큘레이터를 통해 전달된 마이크로웨이브를 출력하는 방향성 결합기; 방향성 결합기로부터 입력되는 마이크로웨이브에 대해 임피던스를 매칭시키는 3-스터브튜너; 내부에 전극을 갖는 팁이 형성되어 있으며 외부로부터 주입되는 와류가스와 팁에 연결된 점화장치에 의해 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 방전관; 방전관 내에 플라즈마를 안정화하는 와류 가스와 표면처리에 적합한 반응가스를 주입하는 가스주입부; 플라즈마 방전관을 통해 분사되는 플라즈마에 의해 표면 처리되는 피처리물을 공급하는 피처리물 공급장치를 포함한다. Disclosed is an exterior component surface modification apparatus and method using atmospheric microwave plasma. The disclosed invention, the power supply for supplying power; A magnetron that receives power from a power supply and emits microwaves in a predetermined frequency band; A circulator that completely absorbs the reflected waves reflected by the magnetron and protects the magnetron, while outputting microwaves emitted from the magnetron; A directional coupler for monitoring the magnitude of incident and reflected waves and outputting microwaves transmitted through the circulator; A 3-stub tuner for matching impedance to microwaves input from the directional coupler; A plasma discharge tube having a tip having an electrode formed therein and generating plasma by an eddy device connected to the tip and the vortex gas injected from the outside; A gas injection unit for injecting a vortex gas to stabilize the plasma and a reaction gas suitable for surface treatment in the discharge tube; A to-be-processed object supplying apparatus which supplies a to-be-processed object surface-treated by the plasma sprayed through a plasma discharge tube is included.

마이크로웨이브, 플라즈마, 토치 Microwave, plasma, torch

Description

대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 외장재 부품 표면개질 장치 및 방법{APPARATUS FOR SURFACE MODIFICATION OF CASING-PARTS USING ATMOSPHERIC-PRESSURE MICROWAVE PLASMA AND METHOD THEREOF} Apparatus and method for surface modification of exterior parts using atmospheric microwave plasma {APPARATUS FOR SURFACE MODIFICATION OF CASING-PARTS USING ATMOSPHERIC-PRESSURE MICROWAVE PLASMA AND METHOD THEREOF}

도 1a는 휴대단말기 외장재의 기존 버핑, 습식세정, 배럴 공정을 예시한 구성 블럭도,Figure 1a is a block diagram illustrating a conventional buffing, wet cleaning, barrel process of the mobile terminal exterior material,

도 1b는 휴대단말기 외장재의 기존 습식세정/에칭공정을 예시한 구성 블럭도, 1B is a block diagram illustrating a conventional wet cleaning / etching process of a mobile terminal exterior material;

도 2는 기존 습식공정에 본 발명을 적용한 구성 블록도,Figure 2 is a block diagram of the present invention applied to the existing wet process,

도 3은 본 발명에 적용된 마이크로웨이브 플라즈마 발생장치를 예시한 구성 블럭도,Figure 3 is a block diagram illustrating a microwave plasma generating apparatus applied to the present invention,

도 4는 본 발명에 적용된 마이크로웨이브 플라즈마 발생장치의 가스공급장치, 방전관, 피처리물 공급장치의 구성을 예시한 단면도,4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a gas supply device, a discharge tube, and a workpiece supply device of the microwave plasma generator according to the present invention;

도 5는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마 표면 개질 장치의 개략적인 평면도,5 is a schematic plan view of an atmospheric pressure microwave plasma surface modification apparatus,

도 6은 도 5에 도시한 대기압 마이크로웨이브 플라즈마 표면 개질 장치의 개략적인 정면도,6 is a schematic front view of the atmospheric microwave plasma surface modification apparatus shown in FIG. 5;

〈도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명〉<Explanation of symbols about main part of drawing>

12: 플라즈마 노즐 19: 도파관12: plasma nozzle 19: waveguide

20: 종단 16: 가스 주입구20: Termination 16: Gas Inlet

19: 도파관 32: 와류 가스 주입구19: waveguide 32: vortex gas inlet

36: 반응가스 40: 홀더36: reaction gas 40: holder

50: 피처리물 52: 회전모터50: to-be-processed object 52: rotating motor

54: 테이블 60: 플라즈마54: table 60: plasma

80: 부스 82: 흡입부80: booth 82: suction part

84: 배기구 90: 트레이84: exhaust port 90: tray

110: 전원공급장치 120: 마그네트론110: power supply 120: magnetron

130: 써큘레이터 140: 방향성 결합기130: circulator 140: directional coupler

150: 3-스터브 튜너 160: 가스 주입부150: three-stub tuner 160: gas injection unit

170: 방전관 180: 피처리물 공급장치170: discharge tube 180: the workpiece supply device

본 발명은 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 외장재 부품 표면개질 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for surface modification of exterior parts using atmospheric microwave plasma.

보다 상세하게는 1기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 금속 및 폴리머 외장재 부품의 표면에 플라즈마 가스를 분사하여 외장재 부품 표면을 개질함으로서 코팅층과의 밀착성을 증대하기 위한 마이크로웨이브 플라즈마 토치를 이용한 금속 및 폴리머 외장재 부품 표면개질 장치 및 방법에 관한 것이다.More specifically, metal and polymer exterior parts using a microwave plasma torch to increase adhesion to the coating layer by spraying plasma gas on the surface of the metal and polymer exterior parts by using a 1 atmosphere microwave plasma. A surface modification apparatus and method are disclosed.

최근 휴대폰, PDA, 웹패드 및 노트북 컴퓨터 등에 필요한 부품은 더욱 얇고 가벼운 초박형 초경량 디자인에 적합한 특성을 필요로 하고 있다. 따라서 엔지니어링 플라스틱, 아연, 마그네슘 등 폴리머와 금속소재 부품에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Recently, components required for mobile phones, PDAs, web pads, and notebook computers require characteristics suitable for thinner and lighter ultra thin designs. Therefore, research on polymer and metal material parts such as engineering plastic, zinc, magnesium, etc. is being actively conducted.

제품에 있어 소재가 가지고 있는 기계적인 특성도 중요하지만 현대 사회에서는 제품을 돋보이게 할 수 있는 아름다운 미관 또한 매우 중요하다. 매혹적인 미관을 얻기 위해 일반적으로 부품소재에 코팅을 한다. 그러나 전처리 공정 없이 이러한 부품소재 위에 직접 코팅을 하면 부품소재와 코팅재료간의 밀착도가 떨어져 코팅면의 불량으로 인해 제품으로서의 상품가치가 떨어지거나 불량률이 높아지게 된다. 또한 기존의 습식 세정공정 및 에칭공정은 화공약품과 인체 유해 용매를 사용함으로 인해 작업장 내외에 환경오염 문제를 야기하고 있다.The mechanical properties of the material are important for the product, but the beautiful aesthetics that make the product stand out are also very important in modern society. In order to obtain a fascinating aesthetic, the parts are usually coated. However, if the coating directly on the component material without the pre-treatment process, the adhesion between the component material and the coating material is reduced, the product value as a product is lowered or the defective rate is increased due to the poor coating surface. In addition, conventional wet cleaning processes and etching processes cause environmental pollution problems both inside and outside the workplace due to the use of chemicals and human harmful solvents.

도 1a는 종래의 버핑, 습식세정, 배럴 공정의 과정을 보여주는 구성 블럭도이다. 휴대폰 외장재의 경우, 코팅을 하기 전에 반드시 제품표면을 버핑, 배럴, 습식공정 등의 과정에서 표면 처리하거나 화학 연마가 행해진다. 그러나 이러한 방법들은 표면 처리 과정이 여러 공정을 연마가 필요로 하고 매우 복잡하며, 그 과정 중에 인체에 해로운 화학약품이 사용되어 인체에 유해한 영향을 미칠 뿐만 아니라, 환경오염물질 배출, 폐수처리 등 많은 환경 문제를 일으킨다. 또한 시간적, 경제적 비용도 많이 소요되는 단점을 가지고 있다.Figure 1a is a block diagram showing the process of the conventional buffing, wet cleaning, barrel process. In the case of cellular phone exterior materials, the surface of the product must be surface treated or chemically polished in the process of buffing, barrel, wet process, etc. before coating. However, these methods require surface polishing processes to be polished and are very complicated, and chemicals that are harmful to the human body are used during the process, which not only have a harmful effect on the human body, but also cause many environmental problems such as environmental pollutant discharge and wastewater treatment. Cause problems. In addition, there is a disadvantage that takes a lot of time and economic costs.

도 1b는 종래의 습식세정 및 에칭 공정을 보여주는 구성 블럭도이다. 이 또한 인체에 해로운 화학약품이 사용되어 인체에 유해한 영향을 미칠 뿐만 아니라, 화경 오염물질 배출, 폐수처리 등 많은 환경 문제를 일으킨다. 또한 시간적, 경제적 비용도 많이 소요되는 단점을 가지고 있다.1B is a block diagram illustrating a conventional wet cleaning and etching process. In addition, the use of chemicals harmful to the human body not only has a harmful effect on the human body, but also causes a number of environmental problems such as the emission of pollutants, waste water treatment. In addition, there is a disadvantage that takes a lot of time and economic costs.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 금속 및 폴리머 외장재 부품의 표면 개질을 통해 코팅층과의 밀착성을 증대 혹은 건식세정/에칭공정을 수행하기 위한 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면처리 장치 및 방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to increase the adhesion to the coating layer or dry cleaning / through the surface modification of the metal and polymer cladding components using an atmospheric pressure microwave plasma / The present invention provides a surface treatment apparatus and method using a microwave plasma for performing an etching process.

또한 본 발명의 다른 목적은 펄스 마이크로웨이브 에너지를 특정위치에 집속시켜 매우 강한 전장을 유도하고 이를 통하여 금속 및 폴리머 외장재 부품에 손상이 없도록 100~400 ℃ 범위에서 조절 가능한 온도가 낮은 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시켜 금속 및 폴리머 외장재 부품 표면개질을 통한 밀착성 증대 및 세정/에칭하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to focus the pulsed microwave energy in a specific position to induce a very strong electric field and thereby to control the low-temperature atmospheric microwave plasma adjustable in the range of 100 ~ 400 ℃ so that there is no damage to the metal and polymer shell parts The present invention provides an apparatus and method for increasing adhesion and cleaning / etching through surface modification of metal and polymer exterior parts.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전력을 공급하는 전원공급장치; The present invention for achieving the above object, the power supply for supplying power;

상기 전원공급장치로부터 전력을 공급받아 소정 주파수 대역의 마이크로웨이브를 방출하는 마그네트론;A magnetron that receives power from the power supply and emits microwaves of a predetermined frequency band;

상기 마그네트론으로 반사되는 반사파를 완전히 흡수하여 상기 마그네트론을 보호하는 한편, 상기 마그네트론에서 방출된 마이크로웨이브를 출력하는 써큘레이 터;A circulator that completely absorbs the reflected waves reflected by the magnetron and protects the magnetron, and outputs microwaves emitted from the magnetron;

입사파와 반사파의 크기를 모니터링 하는 한편, 상기 써큘레이터를 통해 전달된 마이크로웨이브를 출력하는 방향성 결합기;A directional coupler for monitoring the magnitudes of incident and reflected waves, and outputting microwaves transmitted through the circulator;

상기 방향성 결합기로부터 입력되는 마이크로웨이브에 대해 입사파와 반사파의 강도를 조절하여 매칭시키는 3-스터브 튜너;A 3-stub tuner for adjusting and matching the intensities of incident and reflected waves with respect to the microwaves input from the directional coupler;

내부에 전극을 갖는 팁이 형성되어 있으며, 외부로부터 주입되는 와류가스와 상기 팁에 연결된 점화장치에 의해 플라즈마를 생성시키는 방전관;A tip having an electrode formed therein, the discharge tube generating plasma by vortex gas injected from the outside and an ignition device connected to the tip;

적어도 하나의 와류 가스와 반응가스를 상기 방전관으로 주입하는 가스 주입부;A gas injection unit for injecting at least one vortex gas and a reaction gas into the discharge tube;

외장재 피처리물의 표면개질을 위하여 상기 플라즈마가 조사되는 영역으로 피처리물을 공급하는 피처리물 공급장치;를 포함하는 외장재 부품 표면개질을 위한 대기압 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 제공한다.It provides an atmospheric pressure microwave plasma apparatus for surface modification of the packaging material, including; a to-be-processed object supplying device for supplying the workpiece to the area irradiated with the plasma for the surface modification of the workpiece.

상기 가스주입부는, 상기 와류 가스가 상기 방전관으로 주입될 수 있는 여러 개의 주입구를 갖는다.The gas injection unit has a plurality of injection holes through which the vortex gas can be injected into the discharge tube.

상기 와류가스 주입구로, 반응가스가 동시에 주입된다.Reaction gas is injected simultaneously into the vortex gas injection port.

상기 장치에서, 상기 마그네트론은, 2.45 ㎓에서 출력이 0.1~6㎾인 마이크로웨이브를 발진시킨다.In the device, the magnetron oscillates a microwave with an output of 0.1-6 Hz at 2.45 Hz.

상기 피처리물 공급장치는, 상기 플라즈마가 조사되는 영역으로 통과시키는 컨베이어로 이루어진다.The to-be-processed object supply device consists of a conveyor which passes to the area | region where the said plasma is irradiated.

상기 피처리물 공급장치는, 상기 플라즈마가 조사되는 영역에서 상기 방전관 및 상기 피처리물을 보호하기 위한 부스를 포함한다.The to-be-processed object supply device includes a booth for protecting the discharge tube and the to-be-processed object in a region where the plasma is irradiated.

상기 부스에는, 외부의 공기를 상기 부스의 내부로 주입하기 위한 흡입부와, 상기 부스 내부의 공기가 외부로 배출되는 배기부를 포함한다.The booth includes a suction part for injecting outside air into the booth and an exhaust part through which the air inside the booth is discharged to the outside.

상기 피처리물 공급장치는, 상기 방전관을 회전시켜 상기 피처리물에 상기 플라즈마가 고르게 조사되도록 하는 트레이를 포함한다.The to-be-processed object supply device includes a tray for rotating the discharge tube to uniformly irradiate the plasma to the to-be-processed object.

상기 내부 플라즈마 노즐의 내경이, 수백 ㎛에서 수 mm이다.The inner diameter of the inner plasma nozzle is from several hundred micrometers to several mm.

상기 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 장치는, 아크닐로니트릴, 부타디엔, 스틸렌을 주성분으로 하는 피처리물의 세정 및 에칭 등 표면을 개질하거나, 폴리카보네이트를 주성분으로 하는 피처리물의 표면을 세정 및 에칭 등 개질한다.The surface modifying apparatus using the atmospheric microwave plasma may be used to modify the surface of the workpiece including acrylonitrile, butadiene, and styrene as a main component, or to clean and etch the surface of the workpiece including polycarbonate as a main component. Etc.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 또 하나의 본 발명은, 마이크로웨이브 에너지를 전장으로 변환하고 이 전장에 플라즈마 형성 가스를 노출시켜 플라즈마를 형성하여 표면개질을 하는 방법에 있어서,In another aspect of the present invention, a method of converting microwave energy into an electric field and exposing a plasma forming gas to the electric field to form plasma to perform surface modification,

플라즈마 가스, 또는 플라즈마 안정화 가스로 이용되는 와류 가스를 방전관으로 주입하고, 마그네트론에서 방출된 입사 마이크로웨이브가 테이퍼진 직사각형 도파관을 통해 전파되도록 하는 제 1과정;A first step of injecting a plasma gas or a vortex gas used as a plasma stabilizing gas into a discharge tube and allowing an incident microwave emitted from the magnetron to propagate through a tapered rectangular waveguide;

상기 와류 가스와 상기 전장이 점화장치에 의해 1기압 플라즈마가 형성되도록 하는 제 2과정;A second step of causing the vortex gas and the electric field to form a 1 atmosphere plasma by an ignition device;

표면개질에 사용되는 반응가스를 상기 플라즈마의 중심부로 유도하는 제 3과정;A third step of inducing a reaction gas used for surface modification to the center of the plasma;

상기 와류가스와 반응가스로 구성된 플라즈마를 피처리물에 조사하는 제 4과정;A fourth step of irradiating the object to be treated with a plasma composed of the vortex gas and the reactive gas;

빠른 공정을 위해 피처리물이 내장된 상태에서 상기 플라즈마에 조사되도록 피처리물을 공급하는 제 5과정; 및A fifth step of supplying a workpiece to be irradiated to the plasma in a state in which the workpiece is embedded for a rapid process; And

상기 플라즈마 처리된 피처리물을 코팅 또는 박막 증착하는 제 6과정으로 이루어진 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 방법을 제공한다.It provides a surface modification method using an atmospheric microwave plasma consisting of a sixth process of coating or thin film deposition of the plasma-treated target object.

상기 제 3과정에서 상기 반응가스가, 와류가스와 동시에 와류가스 주입구로 주입된다.In the third process, the reaction gas is injected into the vortex gas inlet at the same time as the vortex gas.

상기 플라즈마는, 펄스파 혹은 연속파 마이크로웨이브에 의하여 발생된다. The plasma is generated by pulsed or continuous wave microwaves.

상기 제 5과정의 피처리물 공급장치는,The to-be-processed object supply device of the fifth process is

상기 방전관을 회전시켜 상기 피처리물에 상기 플라즈마가 고르게 조사되도록 하는 트레이를 포함한다.And a tray for rotating the discharge tube to evenly irradiate the plasma to the workpiece.

상기 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 방법은, 아크닐로니트릴, 부타디엔, 스틸렌을 주성분으로하는 피처리물이나, 폴리카보네이트를 주성분으로하는 피처리물의 표면을 개질에 적용된다.The surface modification method using the atmospheric microwave plasma is applied to modify the surface of a workpiece having an acrylonitrile, butadiene and styrene as a main component or a workpiece having a polycarbonate as a main component.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명을 종래의 기존습식 공정에 적용할 경우 여러 공정을 축소할 수 있음을 보여주는 구성 블럭도이다.Figure 2 is a block diagram showing that the present invention can be reduced to a number of processes when applied to a conventional conventional wet process.

도 3은 본 발명에 적용된 대기압 마이크로웨이브 플라즈마 발생장치를 구성을 예시한 구성 블록도이고, 도 4는 본 발명에 적용된 마이크로웨이브 플라즈마 발 생장치, 방전관, 피처리물 공급장치를 예시한 단면도이다.3 is a block diagram illustrating a configuration of an atmospheric pressure microwave plasma generator applied to the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view illustrating a microwave plasma generator, a discharge tube, a workpiece supply apparatus applied to the present invention.

첨부한 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 금속 및 폴리머 외장 부품 코팅층의 밀착성 증대 장치의 구성은 다음과 같다.As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the apparatus for increasing adhesion of the metal and polymer exterior component coating layers using microwave plasma is as follows.

전원공급장치(110)는 전파전압배율기 또는 DC 장치로 구성되며, 후술하는 마그네트론(Magnetron, 120)으로 전력을 공급한다.The power supply device 110 is composed of a full-wave voltage multiplier or a DC device, and supplies power to a magnetron 120 to be described later.

마그네트론(120)은 가정용 전자레인지에 구비되는 저출력 마그네트론이나 0.1~6㎾의 출력을 내는 가변 마그네트론이 이용되며, 전원공급장치(110)로부터 전력을 공급받아 2.45㎓의 마이크로웨이브를 방출한다. 그리고 마그네트론(120)의 효율은 온도에 민감하므로 공기나 물을 이용하여 충분히 냉각시켜 주어야 한다. 190a, 190b, 190c, 190d의 화살표는 마그네트론(120)에서 방출된 마이크로웨이브의 진행방향을 보여주는 것이다.The magnetron 120 is a low-power magnetron provided in a home microwave oven or a variable magnetron that produces an output of 0.1 ~ 6㎾ is used, and receives power from the power supply 110 to emit 2.45㎓ microwave. And the efficiency of the magnetron 120 is sensitive to temperature, it should be cooled sufficiently using air or water. The arrows of 190a, 190b, 190c, and 190d show the traveling directions of the microwaves emitted from the magnetron 120.

써큘레이터(Circulator, 130)는 마그네트론(120)으로 반사되는 반사파를 완전히 흡수하여 마그네트론(120)을 보호하는 한편, 마그네트론(120)에서 방출된 마이크로웨이브를 후술하는 방향성 결합기(140)로 전달한다.The circulator 130 protects the magnetron 120 by completely absorbing the reflected waves reflected by the magnetron 120, and transmits the microwaves emitted from the magnetron 120 to the directional coupler 140 described later.

방향성 결합기(Directional Coupler, 140)는 입사파와 반사파의 크기를 모니터할 수 있도록 하는 한편 써큘레이터(130)를 통해 전달된 마이크로 웨이브를 후술하는 3-스터브 튜너(150)로 전달한다.The directional coupler 140 monitors the magnitudes of incident and reflected waves, and transmits the microwaves transmitted through the circulator 130 to the 3-stub tuner 150 described later.

3-스터브 튜너(3-Stub Tuner, 150)는 후술하는 방전관(170)내로 반사파의 강도가 입사파의 1% 이내가 되도록 조절된 마이크로웨이브를 전달한다. 방전관(170)로 전달된 마이크로웨이브는 전장으로 유도되어 방전관(170)에서 가장 강하게 작용 한다.The 3-stub tuner 150 transmits the microwaves adjusted to the intensity of the reflected wave within 1% of the incident wave into the discharge tube 170 described later. The microwave delivered to the discharge tube 170 is guided to the electric field and acts most strongly in the discharge tube 170.

가스 주입부(160)는 아르곤이나 질소 등과 같은 와류 가스를 방전관(170)으로 주입한다. 방전관(170)은 내부에 전극의 팁이 형성되어 있으며, 전극의 팁에 연결된 점화장치에 의해 플라즈마가 방전관(170)내에 생성된다.The gas injection unit 160 injects a vortex gas such as argon or nitrogen into the discharge tube 170. The discharge tube 170 has a tip of an electrode formed therein, and plasma is generated in the discharge tube 170 by an ignition device connected to the tip of the electrode.

피처리물 공급장치(180)는 방전관(170)으로부터 분사되는 플라즈마 영역으로 피처리물을 일정 속도로 공급해주며 피처리물질의 특성에 따라 이송 속도가 조절되어 진다.The to-be-processed object supply device 180 supplies the to-be-processed object to a plasma region sprayed from the discharge tube 170 at a constant speed, and the transport speed is adjusted according to the characteristics of the to-be-processed material.

방전관(170)은 스테인레스 스틸로 만들어진 홀더(40)에 설치되고, 가스 주입부(160)에는 와류(Swirl) 가스가 주입되는 와류 가스 주입구(32)와 반응가스가 주입되는 반응가스 주입구(36)들이 형성되어 있다. 도 3의 마그네트론(120)에서 방출된 마이크로웨이브(190d)는 테이퍼진 도파관(19)을 통하여 전파된다.The discharge tube 170 is installed in the holder 40 made of stainless steel, the vortex gas injection port 32 into which the swirl gas is injected into the gas injection unit 160 and the reaction gas injection hole 36 into which the reaction gas is injected. Are formed. The microwave 190d emitted from the magnetron 120 of FIG. 3 propagates through the tapered waveguide 19.

도 4에서 보이지 않지만, 전극의 팁이 방전관(170)내에 있도록 구성된 점화장치가 방전관(170)내에 플라즈마의 생성을 시작하게 한다. 점화장치는 알루미나 관으로 절연된 텅스텐 전극으로 만들어져 있다. 와류 가스는 와류 가스 주입구(32)를 통해 주입되어 방전관(170)내에 와류를 형성하여 토치 불꽃을 안정화시킨다.Although not shown in FIG. 4, an ignition device configured such that the tip of the electrode is in the discharge vessel 170 causes the generation of plasma in the discharge vessel 170. The igniter is made of tungsten electrodes insulated with alumina tubes. Vortex gas is injected through the vortex gas inlet 32 to form a vortex in the discharge tube 170 to stabilize the torch flame.

압축 공기, 아르곤 및 질소가 와류 가스로 사용된다. 반응가스는 표면개질의 목적에 따라 선택되며, 플라즈마(60) 불꽃의 중심부로 유도된다.Compressed air, argon and nitrogen are used as vortex gases. The reaction gas is selected according to the purpose of surface modification, and led to the center of the plasma 60 flame.

와류가스와 반응가스에 의해 피처리물의 표면개질에 매우 활성적인 플라즈마(60)가 분사되어 피처리물 공급장치(180)에 의해 이송되는 금속 및 폴리머 외장재 부품의 피처리물(50)을 처리하게 된다.The vortex gas and the reactive gas are sprayed by the plasma 60, which is very active for the surface modification of the object, to treat the object 50 of the metal and polymer exterior parts conveyed by the object supply device 180. do.

피처리물 공급장치(180)는 테이블(54)에 회전모터(52)를 설치하여 피처리물의(50)의 형태에 따라 회전시키면서 처리할 수도 있다.The object to be processed supply device 180 may be installed while the rotary motor 52 is installed on the table 54 to be rotated according to the shape of the object to be processed 50.

다른 예로서 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 피처리물 공급장치(180)는 플라즈마(60)가 조사되는 영역으로 통과시키는 컨베이어(70)로 구성할 수 있다.As another example, as illustrated in FIGS. 5 and 6, the object to be processed supply device 180 may be configured as a conveyor 70 for passing the plasma 60 to an area to be irradiated.

이러한 피처리물 공급장치(180)는, 플라즈마(60)가 조사되는 영역에서 방전관(170) 및 피처리물(50)을 보호하기 위한 부스(80)를 갖는다. 부스(80)는 플라즈마(60)가 조사되는 영역을 외기와 차단시켜 양호하게 피처리물(50)을 개질할 수 있도록 한다.The object to be processed supply device 180 has a booth 80 for protecting the discharge tube 170 and the object to be processed 50 in a region where the plasma 60 is irradiated. The booth 80 blocks the area irradiated by the plasma 60 from outside air so that the object 50 can be modified.

부스(80)에는, 외부의 공기를 부스(80)의 내부로 주입하기 위한 흡입부(82)와, 부스(80) 내부의 공기가 외부로 배출되는 배기구(84)를 갖는다. 흡입부(82)를 통하여 유입된 공기는 피처리물(50) 표면 개질 후에 부스(80)내부에 잔류하는 가스와 이물질들을 외부로 배출시킨다.The booth 80 has a suction part 82 for injecting outside air into the booth 80, and an exhaust port 84 through which air in the booth 80 is discharged to the outside. The air introduced through the suction unit 82 discharges gas and foreign substances remaining in the booth 80 to the outside after the surface of the workpiece 50 is modified.

또한 피처리물 공급장치(180)는, 방전관(170)을 초당 1회~60회 반복 선회시켜 피처리물(50)에 플라즈마(60)가 고르게 조사되도록 하는 트레이(90)를 갖는다. 이 트레이(90)에 의해 방전관(170)은 연속적으로 선회하면서 플라즈마(60)를 다수의 피처리물(60)에 균일하게 조사한다.In addition, the workpiece supply apparatus 180 includes a tray 90 that rotates the discharge tube 170 once to 60 times per second so that the plasma 50 is uniformly irradiated onto the workpiece 50. The discharge tube 170 uniformly irradiates the plasma 60 to the plurality of workpieces 60 by the tray 90 while continuously turning.

플라즈마(60)는 펄스 마이크로웨이브로 작동되기 때문에 피처리물(50)의 재질에 따라 전원공급장치의 주파수를 제어하여 플라즈마의 온도를 조절하여 처리할 수 있다. 예를 들어, 아연 및 마그네슘 금속 외장재의 경우, 플라즈마(60)의 온도 200~300 ℃의 범위에서 빠른 속도로 처리할 수 있으며 코팅전의 베이킹(Baking) 과 정을 생략할 수 있는 장점이 있다.Since the plasma 60 is operated by a pulsed microwave, the plasma 60 may be controlled by controlling the frequency of the power supply device according to the material of the object 50 to adjust the temperature of the plasma. For example, in the case of zinc and magnesium metal cladding, it can be processed at a high speed in the range of the temperature of the plasma 60 200 ~ 300 ℃ and has the advantage of eliminating the baking (Baking) process before coating.

이상 설명한 본 발명에 의하여 피처리물이 균일한 밀도의 대기압 마이크로웨이브 플라즈마가 조사되는 마이크로웨이브를 이용한 플라즈마로 금속 및 폴리머 외장재 부품을 개질하는 방법이 제공되는 이점이 있다.According to the present invention described above, there is an advantage that a method of modifying a metal and a polymer exterior component with a plasma using microwaves to which the target object is irradiated with an atmospheric pressure microwave plasma having a uniform density is provided.

그리고 별도의 개질작업인 기계적 버핑공정이나 화학적 버핑공정 없이 플라즈마에 의해서만 금속 및 폴리머 외장재 부품을 개질시킴으로서 제조공정을 단축시킬 수 있는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마 개질방법이 제공되는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that an atmospheric pressure microwave plasma reforming method capable of shortening the manufacturing process by modifying the metal and polymer exterior parts only by plasma without a mechanical buffing process or a chemical buffing process, which is a separate reforming operation.

또한 금속 및 폴리머 외의 모든 종류의 외장재 부품의 표면을 대기압 마이크로웨이브 플라즈마로 개질시킬 수 있어 다재 다능한 개질 장치 및 방법이 제공되는 이점이 있다.In addition, the surface of all kinds of exterior parts other than metals and polymers can be modified with an atmospheric microwave plasma, which provides an advantage in providing a versatile reforming apparatus and method.

이에 의해 본 발명은 대기압 마이크로웨이브 플라즈마 처리에 의해 공정 단순화 및 자동화로 대량생산, 제조능률의 향상, 재연성의 우수 및 원가절감 등을 통하여 낮은 공정단가를 갖추게 하는 금속 및 폴리머 외장재 부품 개질방법이 제공되는 이점이 있다.As a result, the present invention provides a method for reforming metal and polymer exterior parts to have a low process cost through mass production, improved manufacturing efficiency, excellent reproducibility, and cost reduction by simplifying and automating the process by atmospheric microwave plasma treatment. There is an advantage.

본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 표면 개질 공정의 특성인 스퍼터 에칭효광에 의한 접착력 증진 효과에 의해 와장재와 접착제 또는 코팅층의 재질 및 성형공정에 구애받지 않는 균일화 및 범용화 공정으로서 모든 종류의 외장재 부품 표면을 개질시킬 수 있는 외장재 부품의 개질방법이 제공된다.Another object of the present invention is the uniformity and generalization process regardless of the material and the molding process of the exposing material and the adhesive or coating layer by the effect of enhancing the adhesion by sputter etching effect, which is a characteristic of the plasma surface modification process, and the surface of all kinds of exterior parts Provided is a method of reforming an exterior component that can modify the structure.

본 발명의 또 다른 목적은 마이크로웨이브 플라즈마 표면 개질에 의하여 건 식 세정 및 에칭공정을 수행함으로서 기존의 습식 화공약품의 사용을 필요로 하지 않는 친환경적 전처리 표면 개질 방법이 제공된다.Yet another object of the present invention is to provide an environmentally friendly pretreatment surface modification method that does not require the use of conventional wet chemicals by performing a dry cleaning and etching process by microwave plasma surface modification.

Claims (16)

전력을 공급하는 전원공급장치; A power supply for supplying power; 상기 전원공급장치로부터 전력을 공급받아 소정 주파수 대역의 마이크로웨이브를 방출하는 마그네트론;A magnetron that receives power from the power supply and emits microwaves of a predetermined frequency band; 상기 마그네트론으로 반사되는 반사파를 완전히 흡수하여 상기 마그네트론을 보호하는 한편, 상기 마그네트론에서 방출된 마이크로웨이브를 출력하는 써큘레이터;A circulator for completely absorbing the reflected waves reflected by the magnetron to protect the magnetron and to output microwaves emitted from the magnetron; 입사파와 반사파의 크기를 모니터링 하는 한편, 상기 써큘레이터를 통해 전달된 마이크로웨이브를 출력하는 방향성 결합기;A directional coupler for monitoring the magnitudes of incident and reflected waves, and outputting microwaves transmitted through the circulator; 상기 방향성 결합기로부터 입력되는 마이크로웨이브에 대해 입사파와 반사파의 강도를 조절하여 매칭시키는 3-스터브 튜너;A 3-stub tuner for adjusting and matching the intensities of incident and reflected waves with respect to the microwaves input from the directional coupler; 내부에 전극을 갖는 팁이 형성되어 있으며, 외부로부터 주입되는 와류가스와 상기 팁에 연결된 점화장치에 의해 대기압 플라즈마를 생성시키는 방전관;A tip having an electrode formed therein, the discharge tube generating atmospheric pressure plasma by vortex gas injected from the outside and an ignition device connected to the tip; 적어도 하나의 와류 가스와 반응가스를 상기 방전관으로 주입하는 가스 주입부;A gas injection unit for injecting at least one vortex gas and a reaction gas into the discharge tube; 외장재 피처리물의 표면개질을 위하여 상기 대기압 플라즈마가 조사되는 영역으로 피처리물을 공급하는 피처리물 공급장치;를 포함하여 이루어지되,A to-be-processed object supplying device for supplying a to-be-processed object to a region to which the atmospheric pressure plasma is irradiated for surface modification of a to-be-processed object. 상기 가스주입부에는,The gas injection portion, 상기 와류가스가 주입되는 와류가스주입구와, 상기 반응가스가 주입되는 반응가스주입부가 형성되어 있고,A vortex gas inlet through which the vortex gas is injected, and a reaction gas injecting section through which the reactive gas is injected, 상기 피처리물 공급장치는,The to-be-processed object supply device, 상기 방전관을 회전시켜 상기 피처리물에 상기 대기압 플라즈마가 고르게 조사되도록 하는 트레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 외장재 부품 표면개질 장치.And a tray for rotating the discharge tube to uniformly irradiate the atmospheric pressure plasma to the object to be treated. 제 1항에 있어서, 상기 가스주입부는,The method of claim 1, wherein the gas injection unit, 상기 와류 가스가 상기 방전관으로 주입될 수 있는 여러 개의 주입구로 이루어진 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 외장재 부품 표면개질 장치.Apparatus surface modification apparatus using an atmospheric pressure microwave plasma, characterized in that the vortex gas is composed of a plurality of injection holes that can be injected into the discharge tube. 제 2항에 있어서, 상기 가스주입구는, 상기 와류 가스 및 반응가스가 동시에 주입되는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 외장재 부품 표면개질 장치.The surface modification apparatus of claim 2, wherein the gas inlet is an atmospheric microwave plasma into which the vortex gas and the reaction gas are simultaneously injected. 제 1항에 있어서, 상기 마그네트론은,The method of claim 1, wherein the magnetron, 2.45 ㎓에서 출력이 0.1~6㎾인 마이크로웨이브를 발진시키는 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 외장재 부품 표면개질 장치.Surface modification apparatus for an exterior material component using atmospheric microwave plasma, characterized in that oscillation of microwaves with an output of 0.1 to 6 Hz at 2.45 Hz. 제 1항에 있어서, 상기 피처리물 공급장치는, 상기 플라즈마가 조사되는 영역으로 통과시키는 컨베이어로 이루어진 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 외장재 부품 표면개질 장치.The surface modification apparatus of claim 1, wherein the object supplying device comprises a conveyor for passing the plasma to a region to which the plasma is irradiated. 제 1항에 있어서, 상기 피처리물 공급장치는, 상기 플라즈마가 조사되는 영역에서 상기 방전관 및 상기 피처리물을 보호하기 위한 부스를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 외장재 부품 표면개질 장치.The surface modification of the exterior material component using atmospheric microwave plasma according to claim 1, wherein the object supplying device includes a booth for protecting the discharge tube and the object in the region to which the plasma is irradiated. Device. 제 6항에 있어서, 상기 부스에는, 외부의 공기를 상기 부스의 내부로 주입하기 위한 흡입부와, 상기 부스 내부의 공기가 외부로 배출되는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로 웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 장치.The method of claim 6, wherein the booth includes an inlet part for injecting outside air into the booth and an exhaust part through which the air inside the booth is discharged to the outside. Surface modification device. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 장치는, 아크닐로니트릴, 부타디엔, 스틸렌을 주성분으로 하는 피처리물의 세정 및 에칭 등 표면을 개질하는 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 장치.The surface modification apparatus using the atmospheric pressure microwave plasma, the atmospheric pressure microwave plasma, characterized in that for modifying the surface, such as cleaning and etching of the workpiece of the acrylonitrile, butadiene, styrene as a main component Surface modification apparatus used. 제 4항에 있어서, 상기 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 장치는, 폴리카보네이트를 주성분으로 하는 피처리물의 표면을 세정 및 에칭 등 개질하는 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 장치.The surface modification apparatus according to claim 4, wherein the surface modification apparatus using the atmospheric microwave plasma is used to clean and etch the surface of a workpiece having a polycarbonate as a main component. 마이크로웨이브 에너지를 전장으로 변환하고 이 전장에 플라즈마 형성 가스를 노출시켜 플라즈마를 형성하여 표면개질을 하는 방법에 있어서,In a method of converting microwave energy into an electric field and exposing a plasma forming gas to the electric field to form a plasma to perform surface modification, 플라즈마 가스, 또는 플라즈마 안정화 가스로 이용되는 와류 가스를 방전관으로 주입하고, 마그네트론에서 방출된 입사 마이크로웨이브가 테이퍼진 직사각형 도파관을 통해 전파되도록 하는 제 1과정;A first step of injecting a plasma gas or a vortex gas used as a plasma stabilizing gas into a discharge tube and allowing an incident microwave emitted from the magnetron to propagate through a tapered rectangular waveguide; 상기 와류 가스와 상기 전장이 점화장치에 의해 1기압 플라즈마가 형성되도록 하는 제 2과정;A second step of causing the vortex gas and the electric field to form a 1 atmosphere plasma by an ignition device; 표면개질에 사용되는 반응가스를 상기 대기압 플라즈마의 중심부로 유도하는 제 3과정;A third step of inducing a reaction gas used for surface modification to a central portion of the atmospheric plasma; 상기 와류가스와 반응가스로 구성된 대기압 플라즈마를 피처리물에 조사하는 제 4과정;A fourth step of irradiating an object with atmospheric pressure plasma composed of the vortex gas and the reactant gas; 빠른 공정을 위해 피처리물이 내장된 상태에서 상기 대기압 플라즈마에 조사되도록 피처리물을 공급하는 제 5과정; 및A fifth step of supplying the workpiece to be irradiated to the atmospheric plasma in a state where the workpiece is embedded for a rapid process; And 상기 대기압 플라즈마 처리된 피처리물을 코팅 또는 박막 증착하는 제 6과정으로 이루어지되,The sixth process of coating or thin film deposition of the atmospheric plasma treated object, 상기 제 5과정의 피처리물 공급장치는,The to-be-processed object supply device of the fifth process is 상기 방전관을 회전시켜 상기 피처리물에 상기 대기압 플라즈마가 고르게 조사되도록 하는 트레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 방법.And a tray for rotating the discharge tube so that the atmospheric pressure plasma is irradiated to the object to be treated. 제 11항에 있어서, 상기 제 3과정에서 상기 반응가스가, 와류가스와 동시에 와류가스 주입구로 주입되는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 방법.12. The method of claim 11, wherein the reaction gas is injected into the vortex gas inlet at the same time as the vortex gas in the third process. 제 11항에 있어서, 상기 플라즈마는,The method of claim 11, wherein the plasma, 펄스 마이크로웨이브에 의하여 발생되는 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 방법.Surface modification method using an atmospheric microwave plasma, characterized in that generated by pulsed microwave. 삭제delete 제 11항에 있어서, 상기 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 방법은, 아크닐로니트릴, 부타디엔, 스틸렌을 주성분으로 하는 피처리물의 세정 및 에칭 등 표면을 개질하는 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 방법.12. The method of claim 11, wherein the surface modification method using the atmospheric microwave plasma is performed by modifying the surface of the atmospheric microwave microwave plasma, such as cleaning and etching a workpiece including acrylonitrile, butadiene, and styrene as main components. Surface modification method used. 제 11항에 있어서, 상기 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 방법은, 폴리카보네이트를 주성분으로 하는 피처리물의 표면을 세정 및 에칭 등 개질하는 것을 특징으로 하는 대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 표면개질 방법.12. The surface modification method according to claim 11, wherein the surface modification method using the atmospheric microwave plasma is used to clean and etch the surface of a workpiece having polycarbonate as a main component.
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