KR101404757B1 - 플라즈마 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

플라즈마 코팅 장치 및 방법을 개시한다. 플라즈마 코팅 장치는 원료가 투입되는 원료 투입구, 원료 투입구를 통해 투입된 원료가 통과하는 방전관, 방전관 내부에서 회전하여 원료를 이송하고 플라즈마 생성 전원이 인가되는 제1 전극 부재, 제1 전극 부재를 회전 구동하는 구동부, 방전관 외부를 감싸며 제1 전극 부재에 상응하여 플라즈마 생성 전원이 인가되는 제2 전극 부재, 및 구동부의 구동 및 플라즈마 생성 전원의 인가를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

플라즈마 코팅 장치 및 방법 {Plasma Coating Device and Coating Method}

본 발명은 플라즈마 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.

이종재료로 구성되는 분말복합재료는 구성 요소인 분말과 수지 사이의 접착력 및 분산성 등에서 문제점을 갖고 있다. 이러한 분말과 수지 사이의 문제점을 해결하기 위해 분말복합재료는 커플링제(coupling agent)를 사용하지만 접착력, 분산성 및 흡습 억제에 한계가 있다.

종래의 분말에 대한 플라즈마 코팅은 챔버(chamber) 안에서 고온, 고압 및 진공 하에서 이루어져 왔기 때문에, 그 생산성 등의 심각한 문제로 널리 사용되지 못하는 문제점이 있다. 또한, 원료의 공급에 있어 원료가 정치되거나 또는 원료가 이송된다 하여도, 분말 또는 구상의 원료 전체 즉 상하/좌우의 모든 원료의 전표면적에 플라즈마 코팅을 균일하게 하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 코로나(corona) 플라즈마(corona discharge)라는 비균일(non-uniform) 플라즈마 장치가 존재하나, 분말과 수지와의 접착력에 있어서 그 효율성이 낮아, 역시 널리 응용이 안 되는 실정이다.

따라서, 상온, 상압에서 그리고 진공 없이, 코팅 원료로 쓰일 분말을 연속적으로 전표면적에 고르게 플라스마 코팅하여, 분말과 수지 간 접착력과 분산성을 높이고, 분말복합재료의 흡습을 크게 줄일 수 있는 플라스마 코팅 장치와 코팅 방법에 대한 기술 개발이 요구된다.

한국공개특허 제2011-0060342호

본 발명은 상온, 상압에서 진공 없이, 코팅 원료로 쓰일 분말을 연속적으로 전표면적에 균일하게 플라즈마 코팅을 할 수 있는 플라즈마 코팅 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 코팅 원료(예를 들어, 분말)와 코팅 대상물(예를 들어, 수지) 간의 접착력과 분산성을 높이고, 코팅 원료의 흡습을 줄일 수 있는 플라즈마 코팅 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 분말, 또는 구상의 입자 원료를 상온 상압과 진공이 없는 상태에서 연속적으로 원료를 공급함과 동시에 원료의 위치를 바꿔주면서, 전체적으로 고르게 플라즈마 코팅을 할 수 있도록, 원료 공급과 위치 변환이 가능한 플라즈마 코팅 장치 및 방법를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 플라즈마 코팅 장치는 원료가 투입되는 원료 투입구, 원료 투입구를 통해 투입된 원료가 통과하는 방전관, 방전관 내부에서 회전하여 원료를 이송하고 플라즈마 생성 전원이 인가되는 제1 전극 부재, 제1 전극 부재를 회전 구동하는 구동부, 방전관 외부를 감싸며 제1 전극 부재에 상응하여 플라즈마 생성 전원이 인가되는 제2 전극 부재, 및 구동부의 구동 및 플라즈마 생성 전원의 인가를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 플라즈마 코팅 장치에 의한 플라즈마 코팅 방법은 원료 투입구를 통해 코팅할 원료를 투입하는 단계, 방전관 내에 설치된 제1 전극 부재를 회전시켜 방전관 내부에서 원료를 이송하는 단계, 제1 전극 부재와, 방전관을 감싸는 코일 형태의 제2 전극 부재 각각에 플라즈마 생성을 위한 전원을 인가하는 단계, 및 전원 인가에 따라 방전관 내부에 생성된 플라즈마로 방전관 내부를 통과하는 원료를 코팅하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상온, 상압에서 진공 없이, 코팅 원료로 쓰일 분말을 연속적으로 전표면적에 균일하게 플라즈마 코팅을 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치 및 방법에 의하면, 코팅 원료(예를 들어, 분말)와 코팅 대상물(예를 들어, 수지) 간의 접착력과 분산성을 높이고, 코팅 원료의 흡습을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치 및 방법에 의하면, 분말복합재 성형시 분말과 수지와 같은 열가소성을 갖는 이종 재료간의 접착력을 향상 시킬수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치는, 종래 기술에 따른 원료의 공급과 비균일적인 플라즈마 코팅에 의한 연속 분산성 저하 및 접착력의 저하 문제를, 스크류를 이용하여 원료의 연속적인 공급과 원료의 위치를 바꿔주면서 플라즈마 코팅이 가능하게 함으로써, 분산성 향상 및 접착력의 강화 효과를 얻을 수 있고, 만들어지는 재료의 물성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치를 도시한 도면.
도 2 도 1의 플라즈마 코팅 장치를 도 1을 기준할 때 우측에서 바라본 우측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치을 상면에서 바라본 상면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 부재의 구성을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치의 제1 전극 부재를 나타내는 구성도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다.. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치를 도시한 도면이고, 도 2 도 1의 플라즈마 코팅 장치를 도 1을 기준할 때 우측에서 바라본 우측면도이다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치를 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치는 원료 투입구(10), 방전관(20), 제1 전극 부재(30), 구동부(40), 제2 전극 부재(50), 제어부(200)를 포함한다.

원료 투입구(10)는 방전관(20)으로 원료를 투입한다. 여기서 원료 투입구(10)는 원료를 채운 후 일정시간 동안 설정된 양만큼 방전관(20)으로 원료를 투입시킬 수 있다. 이를 위해 원료 투입구(10)는 호퍼 형태로 이루어져 방전관(20)에 연결될 수 있다.

방전관(20)은 원료 투입구(10)를 통해 투입된 원료를 내부에 수용한다. 여기서 방전관(20)은 투입된 원료를 수용하는 공간을 구비할 수 있다. 또한, 방전관(20)은 원료 투입구(10)의 원료 투입 방향에 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 여기서 방전관(20)은 내부에서의 플라즈마 방전을 위해 석영 유리를 재질로 한 유리관 튜브(즉, 원통형의 유전체 석영 유리관)로 구성될 수 있다.

제1 전극 부재(30)는 원료를 이송한다. 여기서 제1 전극 부재(30)는 스크류 형태로 방전관(20) 내부에 설치될 수 있다. 이때, 제1 전극 부재(30)는 방전관(20) 내부에서 회전할 수 있다.

또한, 제1 전극 부재(30)는 플라즈마 생성 전원을 인가받는다. 여기서 제1 전극 부재(30)는 전원 공급부(250)로부터 양(+)의 플라즈마 생성 전원을 인가받을 수 있다. 이를 위해 제1 전극 부재(30)는 전도성 물질로 이루어질 수 있다.

여기서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 부재(30)를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치을 상면에서 바라본 상면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 부재의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 전극 부재(30)는 회전축(31) 및 나선 날개(35)를 포함한다.

회전축(31)은 구동부(40)에 의해 회전한다. 여기서 회전축(31)은 일측이 구동부(40)에 연결된다. 또한, 회전축(31)은 구동부(40)로부터 일 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 회전축(31)은 타측이 축 하우징(199)에 연결될 수 있다.

나선 날개(35)는 회전하여 원료를 이송한다. 특히, 나선 날개(35)는 원료 표면 방향을 상하 및 좌우로 전환시키며 원료를 이송할 수 있다. 여기서 나선 날개(35)는 원료 이송을 위해 회전축(31)의 외주면을 따라 나선 모양으로 결합될 수 있다.

이에 따라, 원료는 제1 전극 부재(30)에 의해 유리관 튜브인 방전관(20)을 따라 앞으로 전진하게 되며, 원료 표면 방향은 좌우 및 상하로 고르게 전환될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 구동부(40)는 제1 전극 부재(30)를 회전 구동시킨다. 특히, 구동부(40)는 원료 투입구(10)와 인접한 방전관(20)의 일측에 결합될 수 있다.

여기서 구동부(40)는 모터를 구비할 수 있다. 또한, 구동부(40)는 모터와 제1 전극 부재(30)의 연결을 위해 회전축 클램프(160), 클램프 볼트(170), 절연 보호링(180), 모터축 클램프(190), 모터 후램(195)을 더 구비할 수 있다.

제2 전극 부재(50)는 방전관(20)의 외주면을 감싼다. 여기서 제2 전극 부재(50)는 코일 형태 이루어질 수 있다. 또한, 제2 전극 부재(50)는 전원 공급부(250)로부터 음(-)의 플라즈마 생성 전원을 인가받을 수 있다.

제2 전극 부재(50)는 제1 전극 부재(30)와의 관계에서 따라 플라즈마 생성 전원 인가시 방전관(20) 내부 전체에 플라즈마를 생성할 수 있다. 이를 통해 방전관(20) 내부에 생성된 플라즈마는 제1 전극 부재(30)에 의해 상하 및 좌우로 표면 방향이 전환되는 원료에 균일하게 조사될 수 있다.

보호관(60)은 안전 커버로 방전관(20)의 외부에 끼워서 사용될 수 있다.

스크린 하우징(150)은 원료 투입구(10), 방전관(20) 및 구동부(40)를 결합할 수 있다. 스크린 하우징(150)은 회전축 클램프(160), 클램프 볼트(170), 절연 보호링(180) 또는 모터축 클램프(190)를 수납할 수 있다.

제어부 하우징(197)은 결합된 회전축 후램(193) 및 모터 후램(195)을 이용하여 원료 투입구(10), 방전관(20) 및 구동부(40)를 지지한다. 또한, 제어부 하우징(197)은 제어부(200) 및 전원 공급부(250)를 수납할 수 있다. 여기서 제어부 하우징(197)은 이동을 위한 바퀴(260)를 더 구비할 수 있다.

제어부(200)는 구동부(40)의 구동을 제어한다. 또한, 제어부(200)는 플라즈마 생성 전원의 인가를 제어한다. 여기서 제어부(200)는 전원공급 제어신호를 생성하여 전원 공급부(250)에 제공함으로써 제1 전극 부재(30)와 제2 전극 부재(50) 각각으로 인가되는 플라즈마 생성 전원의 출력을 제어할 수 있다.

예를 들면, 제어부(200)는 콘트롤 판넬에 구비된 플라즈마 작동 스위치를 턴온(Turn ON)하고 플라즈마 조정기를 좌에서 우로 돌리면서 플라즈마 전압을 사용 조건에 따라 조절할 수 있다. 이때, 플라즈마 전압은 제어부(200)의 콘트롤 판넬에 구비된 전압 메타를 통해서 육안으로 확인할 수 있다.

또한, 제어부(200)는 구동부(40)의 작동 스위치를 턴온(Turn ON)하여 원료 이송을 위해 제1 전극 부재(30)를 회전시킬 수 있다. 이때, 제어부(200)는 운전 모드에 따라 제1 전극 부재(30)의 회전 속도를 임의로 설정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(200)는 구동부의 모터를 제어하는 모터 콘트롤러를 구비하여 상하 커서키로 회전 속도를 설정할 수 있다. 이를 통해 제어부(200)는 방전관(20) 내에서 저속 또는 고속으로 원료를 이송시킬 수 있다.

전원 공급부(250)는 제1 전극 부재(30) 및 제2 전극 부재(50)에 플라즈마 생성 전원을 인가할 수 있다. 이를 위해 전원 공급부(250)는 고압 트랜스포머로 구성될 수 있다. 또한, 전원 공급부(250)는 카본 캡(300), 카본 스프링(305), 카본(307)을 통해 제1 전극 부재(30)에 연결될 수 있다. 또한, 전원 공급부(250)는 전선(310), 전선 튜브관(320) 및 홀더(330)을 통해 제2 전극 부재(50)에 연결될 수 있다.

여기서 전원 공급부(250)는 카본(307)을 통해 고압 트랜스포머에서 전달되는 전원을 제1 전극 부재(30)의 회전축(31)으로 인가시킬 수 있다. 즉, 고압 트랜스포머에서 전달되는 고압의 전기는 카본에의해 그 전류 방향이 회전축(31)으로 전환되어 통전될 수 있다. 이 경우, 방전관(20) 내부에는 전류가 존재하고 있으며 방전관(20) 외부의 제2 전극 부재(50)에는 전원 공급부(250)의 고압 트랜지스터의 어스(earth)가 존재할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 플라즈마 코팅 장치에 의하면, 종래에는 플라즈마 생성장치의 플러스 극이 판상으로 고정 되어 있어 원료의 방향 전환이 어려운 문제점이 발생 하였으나, 본 발명에 의하면, 방향 전환(회전)이 용이하도록 스크류 형태로 제작된 제1 전극 부재에 의해 원료의 표면 방향이 상하 좌우로 바뀌어, 플라즈마의 조사를 균일하게 할 수 있고, 이에 따라 플라즈마 코팅도 전체적으로 균일하게 코팅 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상온, 상압에서 진공 없이, 코팅 원료로 쓰일 분말을 연속적으로 전표면적에 균일하게 플라즈마 코팅을 할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 코팅 원료(예를 들어, 분말)와 코팅 대상물(예를 들어, 수지) 간의 접착력과 분산성을 높이고, 코팅 원료의 흡습을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 분말, 또는 구상의 입자 원료를 상온 상압과 진공이 없는 상태에서 연속적으로 원료를 공급함과 동시에 원료의 위치를 바꿔주면서, 전체적으로 고르게 플라즈마 코팅을 할 수 있도록, 원료 공급과 위치 변환이 가능하다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치의 제1 전극 부재를 나타내는 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 코팅 장치의 제1 전극 부재(30)는 회전축(31), 나선 날개(35) 및 교반부(37)를 포함한다.

회전축(31)은 구동부(40)에 의해 회전한다. 여기서 회전축(31)은 일측이 구동부(40)에 연결된다. 또한, 회전축(31)은 구동부(40)로부터 일 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 회전축(31)은 타측이 축 하우징(199)에 연결될 수 있다.

나선 날개(35)는 원료 이송을 위해 회전축(31)의 외주면을 따라 나선 모양으로 결합될 수 있다. 특히, 나선 날개(35)는 회전축(31)의 일측 단부 및 타측 단부에 부분적으로 결합될 수 있다. 여기서 나선 날개(35)는 원료 표면 방향을 상하 및 좌우로 전환시키며 원료를 이송할 수 있다.

교반부(37)는 회전축(31)의 외주면에서 돌출된 복수의 돌출부를 포함한다. 여기서 교반부(37)는 적어도 하나가 회전축(31)의 외부면에 돌출될 수 있다. 특히, 복수개의 교반부(37)는 회전축(31)의 외부면을 따라 나선 형태로 배치될 수 있다. 이러한 교반부(37)는 회전축(31)의 회전에 따라 원료를 효과적으로 교반할 수 있다. 즉, 교반부(37)는 나선 날개(35)와 함께 원료 표면 방향을 상하 및 좌우로 전환하는 효과를 향상시킬 수 있다.

특히, 교반부(37)는 돌출된 단부가 회전 방향을 향해 절곡될 수 있다. 이러한 교반부(37)는 원료 표면 방향을 상하 및 좌우로 전환하는 효과를 보다 향상시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 코팅 방법을 설명한다.

여기서는 도 1에 도시된 플라즈마 코팅 장치를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 코팅 방법을 설명한다.

우선, 원료 투입구(10)에 원료를 채워놓고, 제어부(200)를 통해 운전을 개시한다. 즉, 제어부(200)에 구비된 플라즈마 스위치을 턴 온(Turn ON)하고 플라즈마 조정기을 좌에서 우로 돌리면서 플라즈마 전압을 사용 조건에 따라 조절한다. 이때, 플라즈마 전압은 제어부(200)에 구비된 전압 메터를 통해서 육안 확인할 수 있다.

그리고 제어부(200)에 구비된 제1 전극 부재 회전 스위치를 턴 온(Turn ON)하면, 제1 전극 부재(30)가 회전하게 된다. 이 경우, 원료 투입구(10)에 투입된 원료는 제1 전극 부재(30)가 회전하는 만큼 플라즈마가 생성되는 방전관(20)을 통과한다. 이에 따라, 원료는 제1 전극 부재(30)에 의해 방전관(20)을 따라 앞으로 전진하게 되며, 이때 원료 표면 방향은 상하 및 좌우로 고르게 바뀌게 된다.

여기서 제어부(200)는 전원 공급부(250)를 통해 제1 전극 부재(30) 및 제2 전극 부재(50)에 플라즈마 생성 전원을 인가한다. 이를 통해 제어부(200)는 양극(+)으로 기능하는 제1 전극 부재(30)와 음극(-)으로 기능하는 제2 전극 부재(50)의 관계에 의해 방전관(20) 내부 전체에 플라즈마를 생성할 수 있다. 따라서, 방전관(20) 내부에 생성된 플라즈마는 제1 전극 부재(30)에 의해 상하 및 좌우로 표면 방향이 바뀌는 원료에 균일하게 조사될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 코팅 방법은 스크류 형태의 전극을 이용하여 원료의 연속적인 공급과 원료의 위치를 바꿔주면서 플라즈마 코팅이 가능하게 함으로서 비균일적인 플라즈마 코팅에 의한의 연속 분산성 저하 및 접착력의 저하를 방지하고 분산성 향상 및 접착력의 강화효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 후 만들어지는 재료의 물성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

1. 플라즈마 코팅 장치에 있어서,
   원료가 투입되는 원료 투입구;
   상기 원료 투입구를 통해 투입된 원료가 통과하는 방전관;
   상기 방전관 내부에서 회전하여 상기 원료를 이송하고 플라즈마 생성 전원이 인가되는 제1 전극 부재;
   상기 제1 전극 부재를 회전 구동하는 구동부;
   코일 형태로 이루어져 상기 방전관 외부를 감싸며 상기 제1 전극 부재에 상응하여 상기 플라즈마 생성 전원이 인가되는 제2 전극 부재; 및
   상기 구동부의 구동 및 상기 플라즈마 생성 전원의 인가를 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 제1 전극 부재는,
   상기 구동부에 연결되어 일 방향으로 연장되는 회전축;
   상기 회전축의 양 단부에서 상기 회전축의 외주면에 나선 모양으로 결합되어 상기 원료를 이송하는 나선 날개; 및
   상기 회전축의 외주면에서 돌출되며 상기 회전축의 회전에 따라 상기 원료를 교반하도록 돌출된 단부가 회전 방향을 향해 절곡되고, 상기 회전축의 양 단부 사이에서 상기 회전축의 외부면을 따라 나선 형태로 배치되는 복수의 교반부;
   를 포함하고,
   상기 제1 전극 부재 및 상기 제2 전극 부재 각각에 양극 및 음극의 플라즈마 생성 전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 코팅 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images