KR101367158B1 - 상압 플라즈마 복합 코팅 장치 - Google Patents
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Abstract
상압 플라즈마 복합 코팅 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 상압 플라즈마 복합 코팅 장치 및 방법은 습식 코팅될 대상물을 상압 플라즈마 표면 처리하는 상압 플라즈마 세정 공정과, 상압 플라즈마 세정 공정에서 표면 처리된 대상물의 표면을 코팅하는 코팅 공정이 하나의 바디에서 이루어지는 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 플라즈마 표면 처리를 이용한 코팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세정 공정과 코팅 공정을 단일 공정으로 처리하는 상압 플라즈마 표면 처리 코팅 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마(Plasma)는 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 이러한 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.
특히, 글로우 방전(Glow Discharge)에 의한 플라즈마 생성은 직류나 고주파 전자계에 의해 여기된 자유전자에 의해 이루어지는데, 여기된 자유전자는 가스 분자와 충돌하여 이온, 라디칼, 전자 등과 같은 활성족(Active Species)을 생성한다. 그리고, 이와 같은 활성족은 물리 혹은 화학적으로 물질의 표면에 작용하여 표면의 특성을 변화시킨다. 이와 같이 활성족에 의해 물질의 표면 특성을 변화시키는 것을 표면처리라고 한다.
플라즈마 처리 방법이란, 반응 물질을 플라즈마 상태로 만들어 기판상에 증착하거나, 플라즈마 상태의 반응 물질을 이용하여 세정, 애슁(Ashing) 또는 식각을 하는 처리방법을 말한다.
이러한 플라즈마 처리방법은, 플라즈마 상태가 이루어지는 챔버 내의 기압이 어떠한 압력 상태에 있는가에 따라, 저압 플라즈마 처리 방법과 상압 플라즈마 처리 방법 등으로 분류될 수 있다.
저압 플라즈마 처리 방법은, 진공에 가까운 저압 하에서 글로우 방전 플라즈마(Glow Discharge Plasma)를 발생시켜, 기판상에 박막을 형성하거나, 기판상에 형성된 소정 물질을 식각 혹은 애슁하는 처리방법이다. 그러나, 이러한 저압 플라즈마 처리방법은 진공 챔버, 진공 배기장치 등의 고가 장비가 요구되며, 또한 장치 내의 구성이 복잡하기 때문에 장비 유지 관리 및 진공 펌핑 시간이 길어지는 문제점이 있었다.
이로 인해, 진공 조건의 장비가 요구되지 않는 대기압 하에서 방전 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 상압 플라즈마 처리방법이 제안되어 왔다. 그러나, 상압 플라즈마 처리방법은, 대기압 하에서 챔버 내 두 전극 사이의 방전시 발생되는 글로우 방전 상태가 열역학적 평형 상태인 아크 방전(Arc Discharge) 상태로 전환되어, 안정적인 플라즈마 특성을 나타내지 못해 플라즈마 처리 공정을 진행하기에 적합하지 않았다.
이 경우, 플라즈마 처리를 하는 챔버 내의 두 전극 중 일측 전극을 절연 특성이 좋은 유전체 물질로 절연한 후, 고주파(RF, Radio Frequency) 전원을 인가하면, 대기압 상태에서도 상기 두 전극 사이에 사일런트(Silent) 방전이 일어나고, 캐리어 가스(Carrier gas)로 준안정 상태인 불활성 기체, 예를 들어 헬륨, 아르곤을 이용하면 대기압 중에서도 균일하고 안정된 상태의 플라즈마를 얻을 수 있다.
건축용, 산업용 유리 및 필름, 플라스틱 등의 표면은 오염 방지나 방수, 발수 등 특수한 기능을 부여하기 위해 해당 기능을 가지는 코팅액을 미세 액상 분사하여 습식 코팅 처리하는데, 이러한 습식 코팅 방식은 일반적으로 세정, 코팅, 건조의 3단계 공정으로 이루어지고, 이중 세정 단계에서 플라즈마를 이용하는 표면 처리 공정이 적용되고 있다.
종래에는 유리나 필름 표면의 습식 코팅 공정은 플라즈마를 이용하여 표면의 오염물질을 제거하는 세정 공정, 세정된 대상물의 표면에 코팅액을 분사하는 코팅 공정, 분사된 코팅액을 건조하는 건조 공정이 단계별로 이루어져 왔다.
특히 플라즈마를 이용한 공정이 진공 챔버 내부에서 이루어지는 경우, 세정 공정이 종료되면 유리나 필름을 챔버 밖으로 꺼내어 코팅 공정 등의 이후 공정이 이루어짐으로써 공정시간이 증가되고, 진공 챔버로 인한 시스템 설치시의 고비용과 과대한 시스템 면적 문제가 발생하였다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공정 단계를 축소하여 공정시간을 단축하고, 상압 플라즈마 방전 방식을 통해 시스템 비용 절감과 시스템 설치 면적 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 습식 코팅될 대상물을 상압 플라즈마 표면 처리하는 상압 플라즈마 세정 공정과, 상기 상압 플라즈마 세정 공정에서 표면 처리된 상기 대상물의 표면을 코팅하는 코팅 공정이 하나의 바디에서 이루어지는 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 복합 코팅 장치가 제공될 수 있다.
상기 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템은, 상기 상압 플라즈마 세정 공정이 이루어지는 세정부와, 상기 코팅 공정이 이루어지는 코팅부와, 상기 세정부와 상기 코팅부가 설치되는 플라즈마 전극 바디를 포함한다.
상기 세정부는 RF 전원 장치에 연결되어 상압에서 유전체 장벽 방전을 일으키는 전극봉과 상기 전극봉을 감싸는 유전체 물질을 포함할 수 있다. 상기 세정부에는 플라즈마 표면 처리를 위한 공정 가스를 상기 전극봉 주위로 유입시키는 유입부도 포함된다.
상기 코팅부는 상기 대상물로 코팅액을 분사하는 적어도 하나의 분사 노즐을 포함한다.
상기 코팅부는 상기 코팅액을 상기 분사 노즐로 유입시키는 코팅액 유입 유로와, 상기 코팅액 유입 유로에 연결되어 상기 코팅액의 분사 압력을 조절하는 공기를 상기 분사 노즐로 유입시키는 공기 유입 유로와, 상기 코팅액 유입 유로에 배치되어 상기 코팅액의 분사량을 조절하는 제 1 노즐 밸브와, 상기 공기 유입 유로에 배치되어 공기 유입량을 조절하는 제 2 노즐 밸브를 더 포함한다.
상기 상압 플라즈마 복합 코팅 장치는 상기 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템의 하측부에 이격 배치되며, 상기 대상물을 상기 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템으로 이송시키는 접지 치구를 더 포함한다.
상기 대상물은 유리, 필름 또는 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 상압 플라즈마 방식을 채택하여 세정, 코팅, 건조 단계의 3단계 공정을 세정 및 코팅, 건조의 2단계 공정으로 줄임으로써 공정시간을 단축할 수 있고, 시스템 구성품 감소로 인한 비용절감 효과, 설치 면적 감소의 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 복합 코팅 장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 복합 코팅 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 상압 플라즈마 복합 코팅 장치는, 습식 코팅될 대상물(300)을 상압 플라즈마 표면 처리하는 상압 플라즈마 세정 공정과, 상압 플라즈마 세정 공정에서 표면 처리된 대상물(300)의 표면을 코팅하는 코팅 공정이 하나의 바디에서 이루어지는 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템(100)을 포함한다.
세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템(100)은, 상압 플라즈마 세정 공정이 이루어지는 세정부(110)와, 코팅 공정이 이루어지는 코팅부(120)와, 세정부(110)와 코팅부(120)가 설치되는 플라즈마 전극 바디(130)를 포함한다.
건축용, 산업용 유리 및 필름 등의 표면은 오염 방지나 방수 등 해당 특수 목적에 적합한 기능을 부여하기 위해 해당 기능을 가지는 코팅액을 미세 액상 분사하여 습식 코팅 처리하고 있다.
이러한 습식 코팅 방식은 세정, 코팅, 건조의 3단계 공정으로 이루어지는데, 이중 세정 단계에서 플라즈마를 이용하는 표면 처리 공정이 적용되고 있다.
플라즈마를 이용한 표면 처리 공정에는 저압 플라즈마 처리 방법과 상압 플라즈마 처리 방법이 포함되는데, 종래의 플라즈마 처리 방법은 플라즈마 공정이 진행되는 진공 챔버가 필요하므로 비용이나 설치 면적의 측면에서 단점이 있었다.
또한 진공 챔버 내에서 세정 공정이 이루어지고 난 후, 이를 챔버 밖으로 꺼내어 코팅 공정에 들어가므로 공정 시간이 증가되는 문제도 있었다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해, 본 실시예는 진공 챔버를 필요로 하지 않는 상압 플라즈마 처리 방식을 도입하고, 세정부(110)와 코팅부(120)가 플라즈마 전극 바디(130)에 설치되는 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템(100)을 제안하는 것이다.
세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템(100)의 세정부(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, RF(Radio Frequency, 고주파) 전원 장치(미도시)에 연결되어 상압에서 유전체 장벽 방전을 일으키는 전극봉(111)과, 전극봉(111)을 감싸는 유전체 물질(112)과, 플라즈마 표면 처리를 위한 공정 가스를 전극봉(111) 주위로 유입시키는 유입부(113)를 포함한다.
도 1에서 도시된 전극봉(111)은 측면 단면을 나타내는 것으로, 전극봉(111)은 원통 형태로서 플라즈마 전극 바디(130)를 관통하되 전극봉(111)의 하단부 일부는 플라즈마 전극 바디(130) 외부로 노출되어 있으며, 별도의 RF 전원 장치에 전기적으로 연결된다. 전극봉(111)을 감싸는 유전체 물질(112)은, 예를 들면 쿼츠 유리관을 사용할 수 있다.
본 실시예에서 전극봉(111)과 유전체 물질(112)의 길이는 코팅될 대상물(300)의 면적에 따라 결정할 수 있으며, 공정 가스는 예를 들어 아르곤과 산소의 혼합 가스 또는 헬륨과 산소의 혼합 가스가 사용될 수 있다.
공정 가스가 유입부(113)를 통해 플라즈마 전극봉(111) 주위에 균일한 유압, 유량으로 분사되면, 전극봉(111)은 RF 전원 장치를 통한 교류 에너지를 사용하여 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge)을 일으키게 된다.
본 실시예에서 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템(100)의 코팅부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 대상물(300)로 코팅액을 분사하는 적어도 하나의 분사 노즐(121)과, 코팅액을 분사 노즐(121)로 유입시키는 코팅액 유입 유로(122)와, 코팅액 유입 유로(122)에 연결되어 코팅액의 분사 압력을 조절하는 공기를 분사 노즐(121)로 유입시키는 공기 유입 유로(123)와, 코팅액 유입 유로(122)에 배치되어 코팅액의 분사량을 조절하는 제 1 노즐 밸브(124)와, 공기 유입 유로(123)에 배치되어 공기 유입량을 조절하는 제 2 노즐 밸브(125)를 포함한다.
코팅부(120)에 설치될 분사 노즐(121)의 수와 형태는 코팅 대상물(300)의 면적과 원하는 코팅 두께 등을 고려하여 결정할 수 있다.
본 실시예의 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템(100)의 플라즈마 전극 바디(130)에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 전극봉이 플라즈마 전극 바디(130)를 횡단으로 관통하여 양단부가 브래킷(bracket, 미도시)으로 플라즈마 전극 바디(130)에 연결될 수 있다.
또한 플라즈마 전극 바디(130)에서는, 전술한 분사 노즐(121)이 플라즈마 전극 바디(130)를 종단으로 관통하되, 하단부의 직경이 하측 방향으로 갈수록 좁아지는 홀(hole)일 수 있다. 나아가 본 실시예에서 분사 노즐(121)은, 플라즈마 전극 바디(130)에 관통 홀을 형성한 후, 형성된 관통 홀에 결합되는 일반적인 노즐(미도시)일 수도 있다.
본 실시예는, 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템(100)의 하측부에 이격 배치되며 대상물(300)을 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템으로 이송시키는 접지 치구(200)를 더 포함한다.
공정 가스가 공급되는 상태에서 RF 전원이 인가되면, 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템(100) 하측부에 이격 배치된 접지 치구(200)와 전극 간의 공간에 플라즈마가 형성되어, 대상물(300)의 표면 세정 공정이 이루어진다.
접지 치구(200)는 습식 코팅될 대상물(300)을 이송시킬 수 있도록, 말단부에 이동을 위한 장치(미도시)를 설치하거나 하부에 컨베이어 벨트(미도시)를 설치할 수 있을 것이다.
접지 치구(200)의 이동방향을 고려하여, 상압 플라즈마에 의한 세정 공정이 이루어진 후 코팅 공정이 이루어질 수 있도록 세정부(110)와 코팅부(120)를 배치한다. 접지 치구(200)는 정속도로 직선 이동하는 것이 일반적이며, 이동 속도 조절을 통해 코팅액의 증착률을 제어할 수 있다.
본 실시예에서 습식 코팅될 대상물(300)은 유리, 필름 또는 금속을 포함할 수 있다.
이하에는 도 1을 참조하여 본 실시예에 따른 상압 플라즈마 복합 코팅의 방법 및 장치 사용 상태를 간략히 설명한다.
먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 습식 코팅될 대상물(300)이 접지 치구(200) 상측부에 놓여, 플라즈마 전극 바디(130)의 하부로 이송되면, 이송된 대상물(300)에 세정부(110)에서 상압 플라즈마 세정 공정이 이루어진다.
즉 대상물(300)이 플라즈마 전극 바디(130)로 이송되면, 공정 가스가 유입부(113)를 통해 전극봉(111) 주위에 균일한 유압, 유량으로 분사되고, 전극봉(111)이 RF 전원 장치를 통한 교류 에너지를 사용하여 유전체 장벽 방전을 일으키게 되어 상압 플라즈마에 의한 세정 공정이 이루어진다.
세정부(110)에서 세정된 대상물은 접지 치구(200)에 의해 계속 이송되어 코팅부(120)에서 코팅액에 의한 코팅 공정이 연속적으로 이루어지는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명을 통해 진공 챔버를 요하지 않는 상압 플라즈마를 도입하여 세정 공정과 코팅 공정의 단일공정 처리가 가능한 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템을 도입함으로써, 공정 단계가 축소되어 공정 시간이 단축되고 장치 구성품이 적어지므로 비용 절감효과와 관리의 용이성을 거두는 동시에, 설치 면적이 줄어들어 공간 활용도 또한 높일 수 있다.
이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템
110 : 세정부
111 : 전극봉
112 : 유전체 물질
113 : 유입부
120 : 코팅부
121 : 분사 노즐
122 : 코팅액 유입 유로
123 : 공기 유입 유로
124 : 제 1 노즐 밸브
125 : 제 2 노즐 밸브
130 : 플라즈마 전극 바디
200 : 접지 치구
300 : 대상물
110 : 세정부
111 : 전극봉
112 : 유전체 물질
113 : 유입부
120 : 코팅부
121 : 분사 노즐
122 : 코팅액 유입 유로
123 : 공기 유입 유로
124 : 제 1 노즐 밸브
125 : 제 2 노즐 밸브
130 : 플라즈마 전극 바디
200 : 접지 치구
300 : 대상물
Claims (7)
- 습식 코팅될 대상물을 상압 플라즈마 표면 처리하는 상압 플라즈마 세정 공정과, 상기 상압 플라즈마 세정 공정에서 표면 처리된 상기 대상물의 표면을 코팅하는 코팅 공정이 하나의 전극 바디에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템을 포함하는 상압 플라즈마 복합 코팅 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템은,
상기 상압 플라즈마 세정 공정이 이루어지는 세정부;
상기 코팅 공정이 이루어지는 코팅부; 및
상기 세정부와 상기 코팅부가 설치되는 플라즈마 전극 바디를 포함하는 상압 플라즈마 복합 코팅 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 세정부는,
RF 전원 장치에 연결되어 상압에서 유전체 장벽 방전을 일으키는 전극봉; 및
상기 전극봉을 감싸는 유전체 물질을 포함하는 상압 플라즈마 복합 코팅 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 코팅부는,
상기 대상물로 코팅액을 분사하는 적어도 하나의 분사 노즐을 포함하는 상압 플라즈마 복합 코팅 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 코팅부는,
상기 코팅액을 상기 분사 노즐로 유입시키는 코팅액 유입 유로;
상기 코팅액 유입 유로에 연결되어 상기 코팅액의 분사 압력을 조절하는 공기를 상기 분사 노즐로 유입시키는 공기 유입 유로;
상기 코팅액 유입 유로에 배치되어 상기 코팅액의 분사량을 조절하는 제 1 노즐 밸브; 및
상기 공기 유입 유로에 배치되어 공기 유입량을 조절하는 제 2 노즐 밸브를 더 포함하는 상압 플라즈마 복합 코팅 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템의 하측부에 이격 배치되며, 상기 대상물을 세정 및 코팅 공정 일체형 플라즈마 전극 시스템으로 이송시키는 접지 치구를 더 포함하는 상압 플라즈마 복합 코팅 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 대상물은 유리, 필름 또는 금속을 포함하는 상압 플라즈마 복합 코팅 장치.
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|---|---|---|---|
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| KR20100062165A (ko) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | (주)에스피에스 | 초발수성 표면 처리 방법, 이에 의하여 처리된 초발수성 코팅막, 및 이를 제조하기 위한 초발수성 표면 처리 장치 |
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2012
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