KR101207719B1 - 건식 코팅 장치 - Google Patents

Abstract

코팅물질 특히, 증착증기(금속증기)의 기판(강판) 코팅을 가능하게 하는 건식 코팅 장치가 제공된다.
상기 건식 코팅 장치는 그 구성 일예로서, 공급된 코팅물질의 가열-증발을 통하여 발생된 증착증기를 진행되는 코팅 대상물에 코팅토록 진공분위기내에 제공된 코팅부; 및, 상기 코팅부에서의 코팅물질의 가열-증발을 가능토록 대기 하에 제공되는 열원부를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 열원인 전자기 코일을 대기하에 배치함으로써, 기존 전자기 코일의 진공내 배치에 따른 아크 발생과 관련 부속 부품을 제거하여, 장치의 가동 안전성을 향상시키는 한편, 설비의 구조 간소화를 가능하게 하고, 특히 금속증기(증착증기)의 발생능력을 증대하여 고속 코팅을 가능하게 하여 생산성을 향상시키고, 전력 손실도 적게 하는 등의 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

건식 코팅 장치{Dry Coating Apparatus}

본 발명은 코팅물질 특히, 금속 증기의 기판(강판) 증착 코팅을 가능하게 하는 건식 코팅 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 열원인 전자기 코일을 대기하에 배치함으로써, 기존 전자기 코일의 진공내 배치에 따른 아크 발생과 관련 부속 부품을 제거하여, 장치의 가동 안전성을 향상시키는 한편, 설비의 구조 간소화를 가능하게 하고, 특히 금속증기 발생 능력을 증대하여 고속 코팅을 가능하게 하여 생산성을 향상시키고, 전력 손실도 적은 건식 코팅 장치에 관한 것이다.

기판 예를 들어, 연속적으로 (고속) 진행하는 강판을 진공 분위기하에서 증착하는 알려진 여러 가지 방식을 통하여, 코팅물질 예컨대, 금속증기를 강판 표면에 코팅할 수 있다. 이와 같은 진공 증착은 진공 분위기 하에서 여러가지 방법에 의해 고체 또는 액체의 코팅 물질(금속 또는 코팅물질)을 가열-증발시켜 증기(기체)로 변화시키고, 이를 강판 상에 박막을 형성시키는 것이다.

그런데, 이와 같은 진공 증착을 매개로 한 기판(강판)의 연속 코팅은, 가열 방법에 따라 분류되는데, 대표적인 진공 증착 방식은, 열 증착법(thermal evaporation)과 전자빔 증착법(electron beam evaporation) 등이 있다. 한편, 최근에는 고속 증착을 구현하기 위한 전자기 부양 증착법(electro-magnetic levitation evaporation)이 연구 개발되고 있다.

이와 같은 전자기 부양 증착법은, 코팅 물질이 전자기 코일에 둘러싸여 있고, 고주파 전원에서 발생되는 고주파 교류전류를 전자기 코일에 인가하고, 이때 발생된 교류 전자기장에 의해 코팅 물질을 부양 상태로 가열시킴으로써, 기존의 도가니에서 금속증기를 발생시키는 것에 비하여, 열 손실을 줄이면서 다량의 금속 증기를 기판 특히, 연속적으로 (고속) 이동하는 강판의 표면에 증착 코팅을 가능하게 하는 것이다.

한편, 도 1에서는 본 건의 동일 출원인이 특허 출원한 대한민국 특허출원 제2009-0095597호에서는 전자기 코일을 이용한 건식(연속) 코팅 장치가 개시되고 있다.

즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 종래 건식 코팅 장치(100)는, 기판(강판)(110)이 연속 통과하는 챔버(120)내의 진공 분위기(V)내에 코팅물질(112)의 부양-가열을 위한 전자기 코일(130)이 배치되고, 상기 전자기 코일(130)의 내측에서 고주파 전류의 인가시 형성된 전자기력으로 공급수단(미도시)을 통하여 공급된 고체 또는 액상의 코팅물질(112)이 부양-가열되면서 증착증기(이하, '금속증기' 이라함)(114)를 생성하게 된다.

이때, 코팅물질(112)이 부양-가열되면서 생성된 금속증기(114)는 증기 유도수단(140)과 증기 분사수단(150)을 통하여 기판(110)에 분사되면서 건식 코팅이 이루어 진다.

그러나, 상기 특허 출원에서 제시된 종래의 건식 코팅 장치(100)의 경우에는 실질적으로 기판 코팅을 위한 코팅 물질을 기화시키어 금속증기의 발생을 가능하게 하는 장치의 핵심 구성부품인 부양-가열수단의 전자기 코일(130)이 진공분위기(V)를 형성하고 강판 이송롤(122)이 구비된 챔버(120)내에 배치되기 때문에, 도 2에서 도시한 바와 같이, 전자기 코일(130)에 인가되는 고주파 교류전류에 의하여, 전자기 코일(130)사이 특히, 권선부(130a)의 턴부분 사이 또는 코일과 외부 전도체 사이에서 아크가 발생되는 문제가 있었다.

따라서, 종래 건식 코팅 장치(100)의 경우에는 진공 분위기 하에서의 고주파 교류전류 인가시 발생되는 아크를 방지하기 위하여, 전자기 코일을 감싸는 절연구조가 필요하고, 따라서 설비 구조를 복잡하게 하는 문제가 있었다.

예를 들어, 본 건의 동일 출원인 출원한 대한민국 특허출원 제2009-0088117호에서는 이와 같은 전자기 코일(고주파 코일)(130)의 아크 발생을 차단하기 위한 절연 구조를 제시하고 있다.

즉, 도 2에서 도시한 바와 같이, 종래 건식 코팅 장치(100)에 사용되는 전자기 코일(고주파 코일)(130)의 (권선부(130a)의) 외측에 절연체(210)를 감싸고, 그 내부에 캐스터블이나 세라믹의 충진재(220)를 형성하여 절연구조(200)를 구현하였다.

따라서, 종래 건식 코팅 장치(100)의 경우에는 진공분위기 내에 전자기코일에서의 아크 발생을 차단하기 위하여 별도의 절연 구조가 필요하고, 이는 결국 별도의 부품 구축에 따라 장치의 구조가 복잡하고 시공이나 설비 유지에 따른 비용도 증가시키는 문제가 있는 것이다.

한편, 이와 같은 아크 발생 차단하기 위한 절연구조를 갖는 종래의 전자기 코일에서, 고주파 전력을 인가하면 특히 코일 권선부(130a)에서 진동이 발생되기 때문에, 절연구조(200)에서의 균열 발생으로, 결국에는 균열 부분에서의 아크 발생이 초래된다.

특히, 종래의 경우 진공분위기 내의 전자기 코일 배치로, 고속 코팅을 위하여 높은 고주파 전류를 인가하면 코일 권선부(130a)의 진동이 더욱 커짐에 따라 절연구조(200)에서의 균열 발생이 심해지고 따라서, 아크가 발생된 확률은 높아지기 때문에, 고속 코팅에 한계가 있는 것이다.

더하여, 전자기 코일(130)에 고주파 전류를 인가하면 전자기 코일 자체에 상당한 열이 발생하기 때문에, 냉각을 위하여 코일의 내부에 냉각수를 순환시키는데, 도 2와 같은 전자기 코일의 절연 구조(200)는, 오히려 열 발산을 차단하여 과열 문제를 야기하게 되는 다른 문제가 있었다.

도 1에서 도시한 종래의 건식 코팅 장치(100)에서는, 진공 챔버(120)의 외부에 위치하면서 전자기 코일(130)에 고주파 전류를 공급하기 위한 고주파 전원기(132)와 연결된 전자기 코일(130)의 진공챔버 통과부분에는 고주파 전류의 코일 인가를 안정적으로 구현하기 위한 피드스루(300)가 필요하게 된다.

예를 들어, 본 건의 동일 출원인이 출원한 대한민국 특허특허 제2009-0092626호에서는 이와 같은 전자기 코일의 피드스루(300)에 대한 기술을 제시하고 있다.

그러나, 상기 특허출원에서 제시된 피드스루(300)의 경우, 진공 분위기 내의 전자기 코일을 전제로 한 것이므로, 결국 별도의 피드스루의 부품이 종래에는 필요하고, 이와 같은 피드스루는 실제 전력 손실을 최소화하기 위하여, 고가의 복잡한 구조로 제공되는 것이다.

따라서, 종래 건식 코팅 장치(100)의 경우에는, 실질적인 코팅물질의 부양-가열을 구현하여 금속증기를 생성하기 위한 전자기 코일의 적어도 권선부분이 진공 분위기내에 배치되기 때문에, 앞에서 설명한 바와 같이 절연구조(200)나 피드스루(300)등의 별도 부품이 필수적으로 필요하여 전체적인 장치 구조가 복잡하고, 전자기 코일에서의 발열이나 코일 권선부에서의 진동 발생에 따라, 높은 고주파 전류의 인가도 어렵고, 이는 결국 고속 코팅을 어렵게 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 열원인 전자기 코일을 대기하에 배치함으로써, 기존 전자기 코일의 진공내 배치에 따른 아크 발생과 관련 부속 부품을 제거하여, 장치의 가동 안전성을 향상시키는 한편, 설비의 구조 간소화를 가능하게 하고, 특히 금속증기 발생 능력을 증대하여 고속 코팅을 가능하게 하여 생산성을 향상시키고, 전력 손실도 적은 건식 코팅 장치를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 공급된 코팅물질의 가열-증발을 통하여 발생된 증착증기를 진행 코팅 대상물에 코팅토록 진공분위기 내에 제공되는 코팅부; 및, 상기 코팅부에서 코팅물질의 가열-증발을 가능토록 대기 하에 제공되는 열원부;를 포함하여 구성되되,
상기 열원부는, 전자기력을 통한 코팅물질의 부양-가열을 매개로 증착증기 를 발생시키는 전자기 코일을 포함하고,
상기 진공분위기 내의 코팅부와 대기하의 전자기 코일을 분리토록 진공챔버 또는 진공챔버와 연결된 플랜지와 연결되는 코팅부와 전자기코일 분리수단을 더 포함하되,
상기 코팅부와 전자기코일 분리수단은, 진공챔버 또는 진공챔버와 연결된 플랜지사이에 실링형 체결수단을 매개로 진공을 유지토록 연결되되, 내측으로 상기 코팅부에 구비된 증착증기 발생부가 배치되는 절연 플랜지를 더 포함하는 건식 코팅 장치를 제공한다.

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바람직하게는, 상기 코팅 대상물이 실링 이송롤을 매개로 통과하고 내부에 상기 코팅부가 제공되면서 진공분위기가 유지되는 진공챔버를 포함하고, 상기 코팅부에 진공챔버를 통하여 연계되는 코팅물질 공급부;를 더 포함하는 것이다.

더 바람직하게는, 상기 코팅부는, 상기 분리수단을 개재하여 전자기코일이 외측에 포위되어 내측에 공급된 코팅물질이 전자기력으로 부양-가열되는 증착증기 발생부; 및, 상기 증착증기 발생부와 연계되는 증착증기 유도부와 증착증기 분사부중 적어도 증착증기 분사부;를 포함하여 구성되는 것이다.

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바람직하게는, 상기 절연 플랜지는, 상기 실링형 체결수단을 매개로 진공챔버 또는 플랜지와 실링상태로 연결되는 절연플랜지 수평부 및, 상기 절연플랜지 수평부의 중앙에 일체로 형성되고 상기 증착증기 발생부가 소정 간격을 유지하면서 배치되고, 상기 열원부에 구비된 전자기 코일이 포위 권선되는 절연플랜지 중공부를 포함하여 구성된 것이다.

더 바람직하게는, 상기 절연 플랜지는 석영으로 일체로 형성되고, 상기 실링형 체결수단은 상기 절연 플랜지에 권선된 전자기 코일권선부의 반경 보다 크게 이격 배치되는 것이다.

더 바람직하게는, 상기 실링형 체결수단은, 상기 절연플랜지 수평부가 밀착되고 실링부재가 구비된 챔버 또는 플랜지에 탄성체를 개재하여 조립되는 플랜지 조립구를 포함하고, 상기 플랜지 조립구에는 냉각매체 통로가 구비되는 것이다.

바람직하게는, 진공챔버 또는 플랜지 상부에 추가로 제공되고 내부에 제2 냉각매체 통로가 구비되는 제2 조립구가 더 구비되고, 상기 열원부의 전자기 코일은 주위에 냉각기체 분위기가 제공되거나 내부로 냉각수가 순환되도록 구성되는 것이다.

더 바람직하게는, 상기 코팅물질 공급부는, 상기 코팅부에 고체 또는 액상의 코팅물질을 공급하도록 진공챔버 외부에서 코팅부 사이에 연계되고, 상기 코팅물질 공급부와 코팅부 주변에는 하나 이상의 가열수단들이 더 배치된 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 기판 특히, 고속 진행되는 강판의 표면에 금속증기의 연속 코팅을 안정적으로 구현하는 이점을 제공한다.

더하여, 본 발명은 금속증기의 부양-가열을 위한 전자기 코일의 열원부를 대기하에 배치하고, 금속증기의 증착 코팅부는 진공분위기 내에 배치함으로써, 기존 전자기 코일의 진공내 배치에 따른 아크 발생이 제거되어 장시간의 안정적인 장치 가동을 가능하게 하는 효과를 제공한다.

마지막으로, 전자기 코일에 동일 코팅 조건에서 더 높은 고주파 전류의 인가를 가능하게 하여, 고속 통판시도 안정적인 코팅을 이루어 지게 하는 한편, 종래 전자기 코일의 진공내 배치를 위한 피드스루나 절연 부품 등이 제거되어, 전체적인 설비 간소화를 가능하게 함은 물론, 전력 손실도 최소화 가능한 우수한 효과를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 건식 코팅 장치를 도시한 개략도이고,
도 2는 종래 건식 코팅 장치에서 부양-가열 전자기 코일을 도시한 요부도이며,
도 3은 본 발명에 따른 건식 코팅 장치의 전체 구성을 도시한 정면 구성도이고,
도 4는 본 발명에 따른 건식 코팅 장치를 도시한 측면 구성도이며,
도 5는 본 발명의 건식 코팅 장치에서 대기하에 설치되는 열원부(전자기 코일)를 도시한 구성도이고,
도 6은 도 5의 요부 사시도이며,
도 7은 종래와 본 발명의 전자기 코일에서의 냉각수 온도를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 3 및 도 4에서는 본 발명에 따른 건식 코팅 장치(1)의 전체 구성을 정면 및 측면도로 도시하고 있다.

다만, 이하의 본 실시예에서는 코팅대상물(10)을 (고속) 진행되는 강판(10)으로 설명하고, 코팅물질(12)은 도 3에서 도시한 코팅물질 공급부(40)의 도가니(42)에서 공급되는 용융금속(12)으로 설명한다.

물론, 상기 코팅물질(12)은, 반드시 용융금속이 아니라 코팅물질 공급부에서 공급되는 고체(와이어 형태)의 코팅물질일 수 있다. 그리고, 부양-가열을 통하여 생성되는 증착증기를 금속증기(14)로 설명한다.

먼저, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 건식 코팅 장치(1)는, 그 구성 일예로서 용융금속(12)이 전자기력으로 부양-가열되어 생성된 금속증기(14)(증착증기)를 진행 강판(10)에 코팅토록 진공분위기(V)내에 제공된 코팅부(20) 및, 상기 코팅부(20)에서의 용융금속(12)의 가열-증발을 가능토록 대기(A)하에 제공되는 열원부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 건식 코팅 장치(1)는, 공급된 용융금속(12)을 부양-가열하여 증발하는 코팅부(20)는 진공부위기(V)의 내부에 배치하고, 열원부(30) 즉, 다음에 상세하게 설명하는 전자기코일(32)은 대기(A)하에 배치하여, 기존 도 1 및 도 2와 같이 전자기코일(130)(특히 권선부(130a)의 턴부)사이에서의 아크 발생이 원천적으로 제거되는 것이다.

특히, 본 발명은 도 2와 같이, 기존 전자기코일의 진공내 배치를 위한 피드스루(300)나 절연체(200) 등의 관련 부품이 필요없기 때문에, 장치의 전체적인 구조가 대폭 간소화되는 것이고, 이는 결국 비용 감축을 가능하게 할 것이다.

또한, 본 발명의 경우 대기하의 전자기코일 사이에서 아크가 발생되지 않기 때문에, 동일한 코팅 조건하에서 더 높은 고주파 전류의 인가가 가능하고, 이는 결국 강판(10)의 진행속도를 더 고속으로 하여도 안정적인 코팅을 가능하게 하는 것이다.

결국, 본 발명의 건식 코팅 장치(1)는, 설비구축시의 비용 절감은 물론, 고속 코팅에 의한 생산성 향상을 가능하게 할 것이다.

한편, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 건식 코팅 장치(1)의 경우에는 코팅부(20)와 강판(10)이 내부를 진공하에서 통과하는 진공챔버(16)가 제공되고, 이와 같은 진공챔버(16)의 전,후방에는 챔버의 강판 통과개구부분을 실링하면서 강판의 진행은 안정적으로 안내하는 실링 이송롤(18a)(18b)들이 배치될 수 있다.

물론, 상기 진공 챔버(16)는 도시하지 않은 진공 펌핑 기구들을 통하여 소정의 진공압력이 유지되도록 제어될 수 있다.

다음, 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 상기 코팅부(20)에는 진공챔버(16)를 통하여 챔버 외부에서 연계되는 용융금속 공급부(40)가 연계 제공될 수 있다.

물론, 앞에서도 설명한 바와 같이, 본 발명의 이와 같은 용융금속 공급부(40)는 반드시 액상의 용융금속의 공급에만 한정되는 것은 아니고, 고체 예컨대, 코팅되는 금속을 와이어형태로 하여, 와이어를 진공챔버를 통과하여 상기 코팅부(20)에 연속적으로 공급하는 것도 가능할 것이다.

다만, 본 실시예에서 상기 용융금속 공급부(40)는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 용융금속(12)이 저장되는 도가니(42)(금속괴가 투입되어 용융될 수 있다)와 상기 도가니(42)의 용융금속에 일단이 침지되고, 타단은 상기 코팅부(30)에 진공챔버(16)를 통과하여 연결되는 용융금속 공급관(44)을 포함한다.

이때, 상기 도가니(42)와 상기 용융금속 공급관(44)의 주위에는 적당하게 배치되는 가열수단(H)들이 제공되는데, 이와 같은 가열수단(H)는 예를 들어 히터코일로서 공급도중에 용융금속의 온도가 저하되거나 응축되는 것을 방지하도록 한다.

그리고, 상기 공급관(44)에는 도 3에서 도시한 바와 같이, 코팅부(20)의 용융금속 공급량을 제어하는 제어밸브(44a)가 구비될 수 있다.

이때, 진공 챔버(16)의 내부는 진공 분위기이고, 상기 용융금속(12)을 공급하는 도가니(42)는 대기하에 배치되기 때문에, 진공과 대기 사이의 대략 1 bar 정도의 압력차가 형성되어 용융금속(12)은 압력차로 제어밸브(44a)의 개도시 공급관(44)을 통하여 코팅부(20)의 금속증기 발생부(22)로 원활하게 공급될 수 있다.

따라서, 공급된 용융금속(12)은 금속증기 발생부(22)에서 다음에 상세하게 설명하는 열원부(30)의 전자기 코일(32)에 고주파 전류의 인가시 부양-가열되어 금속증기(14)로 생성되면서 연속적으로 강판의 표면에 증착 코팅되게 된다.

다음, 도 4 내지 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 건식 코팅 장치(1)에서 실질적으로 금속증기의 증착 코팅을 가능하게 하는 상기 코팅부(20)는, 다음에 상세하게 설명하는 코팅부와 전자기코일 분리수단(50)을 개재하여 열원부(30)의 전자기코일(32)이 외측에 소정간격을 권선되면서 포위된다.

따라서, 전자기 코일(32)에 고주파 전류가 인가되면, 이때 발생되는 전자기력에 의한 부양력과 고열이 금속증기 발생부(22)에서 금속증기(14)로 생성(발생)되는 것이다.

이때, 바람직하게는 상기 금속증기 발생부(22)는, 튜브 형태로서 내측 하단부에 공급된 용융금속(12)이 전자기력으로 부양-가열되면서 금속증기(14)를 발생시키는 공간으로 제공되는 것이다.

그리고, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 코팅부(20)의 원통형상인 금속증기 발생부(32)의 상부에는 마찬가지로 튜브 형태인 금속증기 유도부(24)를 매개로 금속증기 분사부(26)가 연계 구성될 수 있다.

따라서, 전자기력으로 부양-가열되어 생성된 금속증기(14) 즉, 증착증기는 상기 금속증기 유도부(24)와 금속증기 분사부(26)를 통하여 진행되는 강판의 표면에 연속적으로 증착되어 건식 코팅이 이루어 진다.

이때, 상기 금속증기 유도부 대신에 금속증기 분사부(26)를 금속증기 발생부(22)에 직접 연결하는 것도 가능하다.

그리고, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 금속증기 분사부(26)는 강판의 폭에 대응하여 거의 같은 길이로 제공되는 분사개구(26a)를 포함하는 박스 형태일 수 있다.

따라서, 본 발명의 코팅부(20)는 전체적으로 'T'자 형태일 수 있고, 도면에서는 개략적으로 도시하였지만, 상기 분사개구(26a)는 구멍들이 연이어 배열되거나 길게홈이 형성된 슬릿(slit) 형태일 수 있다.

즉, 바람직하게는 도 4에서 도시한 바와 같이, 코팅부(20)의 금속증기 발생부, 금속증기 유도부 및 금속증기 분사부중 적어도 금속증기 발생부(22)는, 비전도체이면서 내열소재인 세라믹으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 코팅부(20)의 원통형상인 금속증기 발생부(22)는 다음에 상세하게 설명하는 코팅부와 전자기코일 분리수단(50)의 절연 플랜지(52)와 일정한 간격을 유지하기 위하여, 진공챔버(16)의 내부에서 진공챔버 사이에 연결되는 복수의 지지대(28)로 지지될 수 있다.

이때, 상기 코팅부(20)의 금속증기 발생부(22)와 절연 플랜지(52)의 중공부(56)사이의 간격을 전체적으로 균일하게 형성되되, 바람직하게는 간격은 좁을 수록 용융금속(12)의 부양-가열을 통한 증발을 용이하게 할 것이다.

그리고, 상기 코팅부(20)에서 금속증기 유도부(24)의 내부(미도시) 또는 외부에는 금속증기의 추가 가열을 통하여 강판(10)의 고속 코팅을 가능하게 하는 금속 증기가 금속 증기 유도부(24)에 코팅되지 않고 모두 강판(10)으로 분사될 수 있도록 하는 가열수단(H) 예컨대, 히터코일이 더 제공될 수 있다.

다음, 도 3 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 열원부(30)는, 전자기력을 발생시키어 코팅물질 즉, 공급된 용융금속(12)을 부양-가열을 구현하여 금속증기(14)를 발생(생성)시키는 전자기코일(32)을 포함한다.

예를 들어, 상기 전자기코일(32)은 코팅부와 전자기코일 분리부(50)의 절연 플랜지(52)의 중공부(56)를 포위하여 권선되는 제1,2 전자기 코일(32a)(32b)로 구성될 수 있다.

이때, 상기 제1,2 전자기 코일(32a)(32b)은, 연결된 교류 전원기(34)를 통하여 인가된 고주파 전류에 의해 발생되는 전자기 코일(32)사이의 자기장과 용융금속에 유도된 유도전류가 상호 작용을 하여 공급된 용융금속(12)에 강한 유도 와전류를 발생시키고, 따라서 공급된 용융금속은 도 3 및 도 4와 같이 부양 상태에서 충분히 높은 온도로 가열되면서 기화되어 금속증기(14)를 생성하는 것이다.

예를 들어, 본 발명 열원부(30의 제1,2 전자기 코일(32a)(32b)에는 교류 전류기(34)를 통하여, 대략 1 ~ 1000kHz의 고주파 교류전류가 인가될 수 있고, 인가된 고주파 교류전류에 의해 전자기 코일에서는 전자기력이 발생되고, 용융금속(12)은 로렌츠 힘에 의해 부양되면서 유도-가열원리에 의해 고온으로 가열되어 증발되어 금속증기를 생성하는 것이다.

이때, 도 3 내지 도 5와 같이, 상기 제1,2 전자기 코일(32a)(32b)들은 서로 일정한 간격을 두고 배치되고, 제1 전자기 코일(32a)은 튜브의 원통 형상인 금속증기발생부(22)와 절연 플랜지(52)의 중공부(56)를 포위하는 원통형상으로 권선되고, 제2 전자기 코일(32b)은, 하부로 갈수록 좁아지는 원추형상으로 권선되어 용융금속의 부양력 인가를 용이하게 하는 것이 바람직하다. 이때 도면에서 32'는 제1,2 전자기 코일의 권선부를 나타낸다.

한편, 도 3 및 도 4에서 개략적으로 도시하였지만, 전자기코일(32)의 상측 제1 전자기코일(32a)과 하측 제2 전자기코일(32b)은, 서로 반대방향으로 권선되는 것이 바람직한데, 이는 전류가 반대방향으로 흐르기 때문에, 상쇄 자기장이 코일 내에서 생성되면서 용융금속을 더 안정적으로 부양-가열하도록 하기 때문이다.

이때, 앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 경우는 열원부(30)가 대기하에 배치되고, 따라서 기존 진공내 배치에 따른 아크가 발생되지 않기 때문에, 종래 도 1의 건식 코팅 장치(100)에 비하여, 제1,2 전자기 코일의 코일간 간격을 더 좁게 하는 것도 가능하고, 이경우 동일한 고주파 전류의 인가에도 본 발명의 경우 발열량은 더 증가되는 것이다.

물론, 과도하게 코일간 간격이 좁으면 열이 과도하게 비정상적으로 발생되므로 적정한 간격유지는 필요할 것이다.

이때, 상기 제1,2 전자기코일(32a)(32b)들은 동일 중심선을 가지도록 권선부(32')를 형성시키고, 이때 용융금속은 제1,2 전자기 코일의 중심에 대응하여 부양 위치가 형성될 것이다.

다음, 도 5 및 도 6에서는, 본 발명의 건식 코팅 장치(1)의 상기 코팅부와 전자기코일 분리수단(50)을 도시하고 있는데, 이와 같은 코팅부와 전자기코일 분리수단(50)은, 상기 진공분위기내의 코팅부(20)와 대기하의 전자기코일(32)을 분리토록 진공챔버(16) 또는 진공챔버와 연결된 플랜지와 실링상태로 연결되는 것이다.

즉, 도 5 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 상기 코팅부와 전자기코일 분리수단(50)은, 진공챔버(16) 또는 도시하지 않은 진공챔버와 연결된 다른 플랜지사이에 실링형 체결수단(60)을 매개로 진공을 유지토록 연결되되, 내측으로 상기 코팅부(20)의 금속증기 발생부(22)가 배치되는 절연 플랜지(52)를 포함한다.

이와 같은 절연 플랜지(52)는, 구체적으로는 다음에 상세하게 설명하는 상기 실링형 체결수단(60)을 매개로 진공챔버(16) 또는 진공챔버측 플랜지와 실링상태로 연결되는 절연플랜지 수평부(54) 및, 상기 절연플랜지 수평부(54)의 중앙에 일체 또는 용접으로 형성되고 상기 튜브 형태의 금속증기 발생부(22)가 소정 간격을 유지하면서 인입 배치되고, 상기 열원부에 구비된 전자기 코일(32)이 외연부에 소정 간격으로 포위 권선되는 절연플랜지 중공부(56)로 구성된다.

한편, 이와 같은 절연 플랜지(52)는 전자기코일(32)과 진공내 금속증기 발생부를 분리시키기 때문에, 전자기력에 영향을 받지않는 전기적으로 비전도체이면서 부양-가열의 고온환경에서도 사용이 안정적인 내구성도 만족하면서 기계적 강도나 가공성을 만족하는 재질이 바람직한데, 가장 바람직하게는 석영(quartz)이다.

즉, 다음의 표1 에서 알 수 있듯이, 석영은 세라믹이나 폴리머(polymer)에 비하여 전체적으로 위의 조건들을 만족하는 것이다.

구분	전기적 비 전도체성	고온 내구성	기계적 강도	가공성	비고
석영	우수	우수	보통	보통	가공 및용접 가능
세라믹	우수	우수	우수	취약	취성 및 열충격
폴리머	우수	취약	보통	우수	고온 내구성없음

즉, 절연 플랜지(52)의 재질인 석영은, 연화점 온도가 대략 1600℃이고, 경도는 570 kHN이며, 인장강도는 4.8 ×10⁷Pa 정도이고, 압축강도는 1.1 ×10⁹Pa 정도로 알려져 있다.

따라서, 본 발명의 절연 플랜지(52)는 석영을 가공 또는 용접하여 수평부(54)와 중공부(56)를 갖는 형태로 제작하는 것이 가능하고, 고온의 내구성을 갖고 있어 외곽으로 전자기 코일이 권선 배치되어도 코팅부의 금속증기 발생부에서의 원활한 금속증기에 문제가 발생되지 않게 할 것이다.

다음, 도 5 및 도 6에서는 본 발명의 상기 코팅부와 전자기코일 분리부(50)의 절연 플랜지(52)의 수평부(54)를 진공챔버(16) 또는 진공 챔버측 플랜지(미도시)와 실링상태로 연결하는 것을 가능하게 하는 실링형 체결수단(60)을 도시하고 있는데, 이와 같은 실링형 체결수단(60)은 바람직하게는 상기 절연 플랜지(52)의 중공부(56)의 외연에 소정 간격을 두고 권선된 전자기 코일 권선부(32')의 반경 보다 더 멀리 전자기 코일에서 이격 배치되는 것이다.

예를 들어, 상기 코일 권선부의 반경 보다 좁게 위치되면 상기 실링형 체결수단(60)의 실링부재(62)나 탄성체(74)가 열에 의하여 녹게되는 문제가 발생될 수 있을 것이다.

그렇다고, 무한정 멀게 배치하는 경우 절연 플랜지(52)의 수평부(54)의 직경(크기)를 과도하게 증폭시키기 때문에, 절연 플랜지의 강도가 취약하게 되고, 외부 충격에도 쉽게 파손될 것이다. 따라서, 적정하게는 코일 권선부의 반경 보다 멀게 실링형 체결수단(60)이 위치되도록 하는 것이다.

이때, 도 6에서 도시한 바와 같이, 바람직하게는 상기 실링형 체결수단(60)은, 상기 절연플랜지 수평부(54)가 밀착되고, 실링부재(62)가 조립된 챔버(16) 또는 챔버측 플랜지에 조립되는 플랜지 조립구(64)를 포함한다.

즉, 오링이나 패킹등의 실링부재(62)가 챔버측에 홈을 형성하여 장착하고, 수평부(54)를 하부에 탄성체(74)를 개재하여 끼우고, 상기 플랜지 조립구(64)를 볼트(68)로서 챔버에 견고하게 조립하면 된다.

이때, 상기 탄성체(74)는 석영인 절연 플랜지(52)의 수평부(54) 조립시 또는 조립후 외부 충격이 가해져도 이를 흡수하는 충격 흡수체이다.

한편, 상기 탄성체를 상,하측에 모두 배치하는 것도 가능하고, 실링부재(62)는 석영이 수평부에 가공하기 보다는 챔버 또는 챔버측 플랜지에 가공하여 장착하는 것이 바람직할 것이나, 반대로 배치하는 것에도 문제는 없을 것이다.

이때, 상기 플랜지 조립구(64)에는, 냉각매체 통로(66)를 일체로 가공하고, 덮개링(66b)을 용접으로 밀봉시키고, 냉각수 순환관(66a)(실제로는 냉각수 공급 및 배출관)을 연결하여, 냉각수를 순환시키면 전자기코일에 의한 고열발생시 열로 실링부재(62)나 탄성체가 손상되는 것을 방지할 것이다.

더 바람직하게는 도 5 및 도 6과 같이, 진공챔버 또는 진공챔버측 플랜지의 상부에 제2 냉각매체 통로(70)가 구비되는 제2 조립구(72)를 용접으로 접합하고, 냉각수 순환관(72a)를 연결하여 냉각수를 추가로 순환시키는 것이다.

이와 같은 냉각수 순환은 고열이 절연 플랜지를 통하여 챔버측의 구조물로 전이되는 것을 차단하는 역할을 하여, 열에 의한 설비의 수명 단축을 방지시킬 것이다.

한편, 추가로 도 3 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 열원부(30)의 전자기 코일(32) 적어도, 코일의 권선부(32') 주위에 냉각기체 분위기층(80)을 형성하는 것도 가능한데, 예를 들어 기체(냉각기체)를 연속적으로 상기 코일 권선부 주위로 공급하면 된다.

또는, 도면에서는 개략적으로 도시하였지만, 도 3 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 전자기코일(32)의 내부에도 냉각수(W)가 순환되도록 하는 것도 가능할 것이다. 예컨대, 전자기 코일의 내부 중공부분을 따라 냉각수가 흐르도록 하고, 냉각수 공급 및 배출관을 일측 및 타측에 연결되면 될 것이다.

따라서, 본 발명의 경우, 일차적으로 실링형 체결수단(60)의 다중 냉각 구조와, 전자기코일 권선부(32') 주위의 냉각기체 분위기층(80) 및 전자기코일의 내부 냉각수 순환을 통하여, 전자기코일의 과열이나 열의 챔버측 전이를 차단하는 것이다.

결국, 본 발명의 경우 대기하에 열원부 즉, 전자기코일(32)을 배치하기 때문에, 기존의 진공상태에서의 아크 발생이 제거되고, 보다 높은 고주파 전류를 전자기 코일에 인가하여 금속증기의 원활한 발생으로 강판을 고속 진행하여도 원활한 코팅이 구현되도록 하는 것이다. 그리고 충분한 냉각 구조로 인하여 과열도 방지되는 것이다.

한편, 도 7에서 도시한 바와 같이, 코일에 인가되는 고주파 전류를 높이는 경우, 종래에서 냉각 한계를 벗어나 쉽게 냉각수 과열과 수격현상이 발생되나, 대기하에 전자기코일을 배치한 본 발명의 경우 안정적인 냉각온도를 유지하는 것을 알 수 있다.

즉, 도 1의 종래의 코팅 장치(100)의 경우, 전자기 코일(130)에 인가할 수 있는 최대 전류는 1700A로 제한되었는데, 이는 종래의 경우 전자기 코일에서 순환되는 입수 및 출수의 온도차이는 30℃ 정도로써, 냉각수 과열에 의한 수격 현상이 쉽게 전자기 코일의 내부에서 발생하고, 이에 따라 전자기코일(130)에서의 진동이 심하게 증폭되기 때문에, 도 7과 같이, 최대 전류를 1,7 KA 보다 높게 할 수 없었다.

특히, 전자기코일에서의 (간헐적인) 아크 발생으로 코팅을 안정적으로 유지할 수 없고, 따라서 강판의 아연 코팅인 경우 종래에는 최대 확보 가능한 코팅속도가 60 ㎛·m/min 에 불과하였다.

그러나, 지금까지 본 발명의 건식 코팅 장치(1)의 경우, 대기하에 배치되는 열원부(30)의 전자기 코일(32)에 인가할 수 있는 최대 전류가 도 7에서 도시한 바와 같이, 3.0 KA 정도로서 종래에 비해 약 1.8배 정도 증폭될 수 있는 것이다.

이는, 도 7에서 알 수 있듯이, 전자기 코일에 순환되는 입수와 출수의 냉각수의 온도차이가 28℃ 정도로서 종래에 비하여 냉각효율이 더 우수하고, 이는 도 2에서 도시한 전자기코일의 진공내 배치에 따른 절연구조(200)가 본 발명에서는 제거되기 때문에, 열 발산이 더 효과적으로 이루어 지기 때문이다.

또한, 종래 도 1에서 도시한 피드스루(300)가 제거되어 전력 손실도 적은 것이다.

이에 따라서, 지금까지 설명한 여러 환경을 토대로, 종래 아연을 전제로 코팅속도가 60 ㎛·m/min 불과하지만, 본 발명의 경우 최대 코팅 속도를 200 ㎛·m/min 까지 증폭시키는 것을 가능하게 하는 것이다. 이는 강판의 고속 통판하에서도 안정적인 코팅을 가능하게 하기 때문에, 생산성 측면에서 상당한 이점을 제공하는 것이다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

1.... 건식 코팅 장치 10.... 기판(강판)
12.... 코팅물질(코팅물질) 14.... 증착증기(금속증기)
16.... 진공챔버 20.... 코팅부
22.... 증착증기 발생부 24.... 증착증기 유도부
26.... 증착증기 분사부 30.... 열원부
32.... 전자기코일 40.... 코팅물질 공급부
42.... 도가니 44.... 공급관
50....코팅부와 전자기코일 분리수단 52.... 절연 플랜지
54.... 절연플랜지 수평부 56.... 절연플랜지 중공부
60.... 실링형 체결수단 62.... 실링부재
64,72.... 조립구 66,70.... 냉각매체 통로
74.... 탄성체 80.... 냉각기체 분위기
V.... 진공분위기 H.... 가열수단

Claims (10)

1. 공급된 코팅물질의 가열-증발을 통하여 발생된 증착증기를 진행 코팅 대상물에 코팅토록 진공분위기 내에 제공되는 코팅부; 및, 상기 코팅부에서 코팅물질의 가열-증발을 가능토록 대기 하에 제공되는 열원부;를 포함하여 구성되되,
   상기 열원부는, 전자기력을 통한 코팅물질의 부양-가열을 매개로 증착증기 를 발생시키는 전자기 코일을 포함하고,
   상기 진공분위기 내의 코팅부와 대기하의 전자기 코일을 분리토록 진공챔버 또는 진공챔버와 연결된 플랜지와 연결되는 코팅부와 전자기코일 분리수단을 더 포함하되,
   상기 코팅부와 전자기코일 분리수단은, 진공챔버 또는 진공챔버와 연결된 플랜지사이에 실링형 체결수단을 매개로 진공을 유지토록 연결되되, 내측으로 상기 코팅부에 구비된 증착증기 발생부가 배치되는 절연 플랜지를 더 포함하는 건식 코팅 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 코팅 대상물이 실링 이송롤을 매개로 통과하고, 내부에는 상기 코팅부가 제공되면서 진공분위기가 유지되는 진공챔버를 포함하고,
   상기 코팅부에 진공챔버를 통과하여 연계되는 코팅물질 공급부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 코팅 장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에서 있어서,
   상기 코팅부는, 상기 분리수단을 개재하여 전자기코일이 외측에 포위되고 내측에서 공급된 상기 코팅물질이 전자기력으로 부양-가열되는 증착증기 발생부; 및,
   상기 증착증기 발생부와 연계되는 증착증기 유도부와 증착증기 분사부 중 적어도 증착증기 분사부;
   를 포함하여 구성된 건식 코팅 장치.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 절연 플랜지는, 상기 실링형 체결수단을 매개로 진공챔버 또는 진공챔버측 플랜지와 실링상태로 연결되는 절연플랜지 수평부; 및,
   상기 절연플랜지 수평부의 중앙에 구비되고 상기 증착증기 발생부가 소정 간격을 유지하면서 배치되고, 상기 열원부에 구비된 전자기 코일이 포위 권선되는 절연플랜지 중공부;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건식 코팅 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 절연 플랜지는 석영으로 형성되고, 상기 실링형 체결수단은 상기 절연 플랜지에 권선된 전자기 코일의 권선부 반경 보다 크게 이격되는 것을 특징으로 하는 건식 코팅 장치.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 실링형 체결수단은, 상기 절연플랜지 수평부가 밀착되고 실링부재가 구비된 챔버 또는 플랜지에 탄성체를 개재하여 조립되는 플랜지 조립구를 포함하고,
   상기 플랜지 조립구에는 냉각매체 통로가 구비된 것을 특징으로 하는 건식 코팅 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   진공챔버 또는 플랜지 상부에 추가로 제공되고 내부에 제2 냉각매체 통로가 구비되는 제2 조립구가 더 구비되고,
   상기 열원부의 전자기 코일 주위에는 냉각기체 분위기가 제공되거나, 전자기 코일의 내부에는 냉각수가 순환되는 것을 특징으로 하는 건식 코팅 장치.
   
10. 제2항에 있어서,
    상기 코팅물질 공급부는, 상기 코팅부에 고체 또는 액상의 코팅물질을 공급하도록 진공챔버 외부에서 코팅부 사이에 연계되고,
    상기 코팅물질 공급부와 코팅부 주변에는 하나 이상의 가열수단들이 더 배치된 것을 특징으로 하는 건식 코팅 장치.

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