(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ(Ｐｌａｓｍａ)を発生させるプラズマ発生モジュールと、
前記プラズマ発生モジュールにより発生されたプラズマを外部に吹き出す少なくとも一つのプラズマノズル(Ｐｌａｓｍａ Ｎｏｚｚｌｅ)を備え、前記プラズマ発生モジュールとは別個に形成されて前記プラズマ発生モジュールの外側に回転可能に配置される回転体と、を含み、
前記プラズマ発生モジュールは、中央領域に配置される高電圧電極(Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ)と、前記高電圧電極の周辺に配置され、前記高電圧電極に印加される電源が帯電されて高圧のアークを発生させる接地電極(Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ)と、前記高電圧電極と前記接地電極との間に形成され、放電ヘッド側に圧縮空気またはガスが注入されるガス注入部(Ｇａｓ Ｉｎｌｅｔ)と、を含み、
前記接地電極は、円筒状を有する第１接地電極と、漏斗状の形状を有し、前記第１接地電極と着脱可能に結合される第２接地電極と、を含み、
前記回転体は、前記プラズマ発生モジュールの外側に回転可能に配置されるローター(Ｒｏｔｏｒ) を備え、前記放電ヘッドは、前記ローターの端部に着脱可能に結合される
ことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記プラズマ発生モジュールは、前記高電圧電極と前記接地電極との間に形成される少なくとも一つの高電圧インシュレータ(Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ)と、前記ガス注入部を通じて注入される圧縮空気またはガスが分配される多数のガス分配孔を備えるガス分配器(Ｇａｓ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ)と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記高電圧インシュレータは、前記ガス注入部に隣接して配置される第１高電圧インシュレータと、前記第１高電圧インシュレータの半径方向の外側で前記第１高電圧インシュレータの周方向に沿って配置される第２高電圧インシュレータと、を含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記放電ヘッドは、端部に行くほど漸進的に幅が広くなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記ローターは、ベアリングを間に置いて前記第１接地電極の半径方向の外側に回転可能に配置される第１ローターと、一側は前記第１ローターと着脱可能に結合されて他側は前記放電ヘッドと着脱可能に結合される第２ローターと、を含むことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記ベアリングの周辺には、前記ベアリングの損傷が阻止されるようにスリップ性に優れたリップシール(Ｌｉｐ Ｓｅａｌ)がさらに形成されることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記第２ローターは、前記第１ローターとネジ方式で結合される円筒状拡径結合区間と、前記円筒状拡径結合区間の端部で傾くように形成される第１傾斜区間と、前記第１傾斜区間と連結され、前記円筒状拡径結合区間の半径方向の内側で前記円筒状拡径結合区間と段差を形成するが、前記円筒状拡径結合区間より直径が狭く形成される段差区間と、前記段差区間の端部で傾くように形成される第２傾斜区間と、前記第２傾斜区間と連結され、端部で前記放電ヘッドと着脱可能に結合される円筒状縮径結合区間と、を含むことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記第１傾斜区間の傾斜度が前記第２傾斜区間の傾斜度より急峻に形成され、前記円筒状縮径結合区間の外壁には多数のグルーブが形成されることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記第１ローターの端部には、内側に折曲されて前記ベアリングの離脱を阻止させるベアリング離脱阻止用フランジが形成されることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記プラズマノズルは、前記放電ヘッドの内部で前記プラズマを傾いた方向に案内する第１傾斜案内部と、前記第１傾斜案内部とは相異なっている傾斜度を有し、前記第１傾斜案内部と共に前記プラズマノズルを形成する第２傾斜案内部と、を含むことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記プラズマノズルは、前記プラズマが前記放電ヘッドの傾斜端部面または前記放電ヘッドの底面に案内されるように、前記第１傾斜案内部と前記第２傾斜案内部の中でいずれか一つの端部領域で該当傾斜案内部と相異なっている角度を有して傾くように形成される端部型ダミー傾斜案内部をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記プラズマノズルは、前記放電ヘッドの傾斜端部面または前記放電ヘッドの底面の両方に多数個が配置されることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】
前記プラズマノズルは、前記放電ヘッドの傾斜端部面または前記放電ヘッドの底面の両方で円周方向に沿って一部区間に集中配置されることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１４】
前記ガス分配孔は、前記プラズマノズル側に行くほどその直径が漸進的に減少するように形成される直径減少用ノズル区間部と、前記直径減少用ノズル区間部の最小直径領域で前記直径減少用ノズル区間部と連通される円筒状ノズル区間部と、前記円筒状ノズル区間部と連通され、前記円筒状ノズル区間部で前記プラズマノズル側に行くほどその直径が漸進的に増加するように形成される直径増加用ノズル区間部と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置に関し、より詳しくは、従来とは異なり、コンパクトで改善された構造を有することで、カーボンブラシなどの複雑な構造が不必要であり、且つカーボンブラシから発生する粉塵と異物が基本的に発生しないので、接地兼用ベアリングの損傷問題などが発生しないし、これによって、頻繁な維持補修問題を解消することができると共に装置の耐久性を大幅に向上させることができるので、プラズマを要求する多様な産業工程に幅広く適用することができるプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ(Ｐｌａｓｍａ)とは、超高温で陰電荷を有した電子と陽電荷を帯びるイオンとに分離された気体状態を意味する。この時は電荷分離度が非常に高いながらも全体的に陰と陽の電荷数が同じで中性を帯びるようになる。
【０００３】
一般的に、物質の状態は、固体、液体、気体など三種類に分けられるが、プラズマは、これらに属しないので第４の物質状態と呼ばれる。
【０００４】
固体にエネルギーを加えると、液体、気体になり、更にこの気体状態に高いエネルギーを加えると、数万℃で気体は電子と原子核に分離されてプラズマ状態になるからである。
【０００５】
プラズマを作るためには、一般的に直流、超高周波、電子ビームなどの電気的方法をによりプラズマを生成した後、磁場などを使用してこのような状態を維持する必要がある。
【０００６】
日常生活でプラズマを利用するためにはこのように人工的に作らなければならないが、宇宙全体的にはプラズマが一番有り勝ちな状態であると言える。宇宙全体の９９％がプラズマ状態であると推定される。
【０００７】
稲妻、北極地方のオーロラ、大気中のイオン層などがプラズマ状態である。大気外においては、地球磁場中にイオンがつかまってなったバンアレン帯、太陽から出る太陽風中にもプラズマが存在する。星の内部やそれを取り囲んでいる周辺気体もプラズマ状態である。星の間の空間を補っている水素気体もプラズマ状態である。
【０００８】
日常生活で見られる人工的なプラズマ形態としては、蛍光燈、水銀燈、ネオンサイン、ＰＤＰ(ｐｌａｓｍａｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ)などがある。
【０００９】
プラズマを人工的に生成・実用化するための努力は昔から持続的に推進されてきた。
【００１０】
プラズマは、数億度の温度を有する超高温の核融合に利用されるプラズマから最近の半導体工程、新素材合成などに利用される低温グロープラズマやアークプラズマに至るまで多様に利用される。
【００１１】
特に、工業的にたくさん研究、応用されることは低温プラズマである。プラズマ内では反応性が極大化されて物質のイオン化と再結合が活発になるため、プラズマを利用して既存の物質の合成や加工方法では実行しにくかった新しい物質を作ることができ、公害誘発工程や難工程なども取り替えることができる。
【００１２】
また、プラズマは、液晶表示装置を含む平板表示装置または半導体の製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程において、金属物質また半導体層などのパターニング(ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ)時に利用されるフォトレジストをアッシング(ａｓｈｉｎｇ)処理して除去するか、その他有機物質や半導体物質などからなった薄膜をエッチング(ｅｔｃｈｉｎｇ)するか、表面の無機物などを除去するための洗浄(ｃｌｅａｎｉｎｇ)工程に使用される。
【００１３】
このようにプラズマは多様な用途で産業全般にわたって広く使用されており、これによって、人工的にプラズマを発生させるための多様な種類のプラズマ発生装置も常用化されている実情である。
【００１４】
一方、多様な種類のプラズマ発生装置の中でも、特に、カーボンブラシを必要とする構造のプラズマ発生装置が一部適用されていると報告されている。
【００１５】
このようなタイプを有する従来のプラズマ発生装置の場合、その構造上、別途のベアリングなどが接地役目を担当しなければならないので、接地兼用ベアリングの損傷が大きい問題点として提起されている。
【００１６】
実際、平板表示装置または半導体の製造工程においてタクトタイム(ｔａｃｔ ｔｉｍｅ)の減少による生産性向上が大きい目標であることを考慮する時、接地兼用ベアリングの損傷などによりプラズマ発生装置の維持補修が頻繁に行われる場合、プラズマ発生装置の維持補修時間ほど装備の稼動が中断されるので、接地兼用ベアリングの損傷などの事項を全般的に考慮した新しくて進歩されたタイプのプラズマ発生装置に対する研究開発が必要な実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、本発明は上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、従来とは異なり、コンパクトで改善された構造を有することで、カーボンブラシなどの複雑な構造が不必要であり、且つカーボンブラシから発生する粉塵と異物が基本的に発生しないので、接地兼用ベアリングの損傷問題などが発生しないし、これによって、頻繁な維持補修問題を解消することができると共に装置の耐久性を大幅に向上させることができるので、プラズマを要求する多様な産業工程に幅広く適用することができるプラズマ発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的は、プラズマ(Ｐｌａｓｍａ)を発生させるプラズマ発生モジュールと、前記プラズマ発生モジュールにより発生されたプラズマを外部に吹き出す少なくとも一つのプラズマノズル(Ｐｌａｓｍａ Ｎｏｚｚｌｅ)を備え、前記プラズマ発生モジュールとは別個に形成されて前記プラズマ発生モジュールの外側に回転可能に配置される回転体と、を含むことを特徴とするプラズマ発生装置により達成される。
【００１９】
前記プラズマ発生モジュールは、中央領域に配置される高電圧電極(Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ)と、前記高電圧電極の周辺に配置され、前記高電圧電極に印加される電源が帯電されて高圧のアークを発生させる接地電極(Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ)と、前記高電圧電極と前記接地電極との間に形成され、放電ヘッド側に圧縮空気またはガスが注入されるガス注入部(Ｇａｓ Ｉｎｌｅｔ)と、を含むことができる。
【００２０】
前記プラズマ発生モジュールは、前記高電圧電極と前記接地電極との間に形成される少なくとも一つの高電圧インシュレータ(ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ)と、前記ガス注入部を通じて注入される圧縮空気またはガスが分配される多数のガス分配孔を備えるガス分配器(ＧａｓＤｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ)と、をさらに含むことができる。
【００２１】
前記高電圧インシュレータは、前記ガス注入部に隣接して配置される第１高電圧インシュレータと、前記第１高電圧インシュレータの半径方向の外側で前記第１高電圧インシュレータの周方向に沿って配置される第２高電圧インシュレータと、を含むことができる。
【００２２】
前記接地電極は、円筒状を有する第１接地電極と、漏斗状の形状を有し、前記第１接地電極と着脱可能に結合される第２接地電極と、を含むことができる。
【００２３】
前記回転体は、前記プラズマ発生モジュールの外側に回転可能に配置されるローター(Ｒｏｔｏｒ)と、前記プラズマノズルを備え、前記ローターの端部に着脱可能に結合されて端部に行くほど漸進的に幅が広くなるように形成される放電ヘッドと、を含むことができる。
【００２４】
前記ローターは、ベアリングを間に置いて前記第１接地電極の半径方向の外側に回転可能に配置される第１ローターと、一側は前記第１ローターと着脱可能に結合されて他側は前記放電ヘッドと着脱可能に結合される第２ローターと、を含むことができる。
【００２５】
前記ベアリングの周辺には、前記ベアリングの損傷が阻止されるようにスリップ性に優れたリップシール(Ｌｉｐ Ｓｅａｌ)をさらに備えることができる。
【００２６】
前記第２ローターは、前記第１ローターとネジ方式で結合される円筒状拡径結合区間と、前記円筒状拡径結合区間の端部で傾くように形成される第１傾斜区間と、前記第１傾斜区間と連結され、前記円筒状拡径結合区間の半径方向の内側で前記円筒状拡径結合区間と段差を形成するが、前記円筒状拡径結合区間より直径が狭く形成される段差区間と、前記段差区間の端部で傾くように形成される第２傾斜区間と、前記第２傾斜区間と連結され、端部で前記放電ヘッドと着脱可能に結合される円筒状縮径結合区間と、を含むことができる。
【００２７】
前記第１傾斜区間の傾斜度が前記第２傾斜区間の傾斜度より急峻に形成されることができ、前記円筒状縮径結合区間の外壁には多数のグルーブが形成されることができる。
【００２８】
前記第１ローターの端部には、内側に折曲されて前記ベアリングの離脱を阻止させるベアリング離脱阻止用フランジが形成されることができる。
【００２９】
前記プラズマノズルは、前記放電ヘッドの内部で前記プラズマを傾いた方向に案内する第１傾斜案内部と、前記第１傾斜案内部とは相異なっている傾斜度を有し、前記第１傾斜案内部と共に前記プラズマノズルを形成する第２傾斜案内部と、を含むことができる。
【００３０】
前記プラズマノズルは、前記プラズマが前記放電ヘッドの傾斜端部面または前記放電ヘッドの底面に案内されるように、前記第１傾斜案内部と前記第２傾斜案内部の中でいずれの一つの端部領域で該当傾斜案内部と相異なっている角度を有して傾くように形成される端部型ダミー傾斜案内部をさらに含むことができる。
【００３１】
前記プラズマノズルは、前記放電ヘッドの傾斜端部面または前記放電ヘッドの底面の両方に多数個が配置されることができる。
【００３２】
前記プラズマノズルは、前記放電ヘッドの傾斜端部面または前記放電ヘッドの底面の両方で円周方向に沿って一部区間に集中配置されることができる。
【００３３】
前記ガス分配孔は、前記プラズマノズル側に行くほどその直径が漸進的に減少するように形成される直径減少用ノズル区間部と、前記直径減少用ノズル区間部の最小直径領域で前記直径減少用ノズル区間部と連通される円筒状ノズル区間部と、前記円筒状ノズル区間部と連通され、前記円筒状ノズル区間部から前記プラズマノズル側に行くほどその直径が漸進的に増加されるように形成される直径増加用ノズル区間部と、を含むことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、従来とは異なり、コンパクトで改善された構造を有することで、カーボンブラシなどの複雑な構造が不必要であり、且つカーボンブラシから発生する粉塵と異物が基本的に発生しないので、接地兼用ベアリングの損傷問題などが発生しないし、これによって、頻繁な維持補修問題を解消することができると共に装置の耐久性を大幅に向上させることができるので、プラズマを要求する多様な産業工程に幅広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例によるプラズマ発生装置を示した構成図である。
【図２】図１の断面構造図である。
【図３】図２の部分分解図である。
【図４】プラズマ発生モジュールの部分分解図である。
【図５】図２に示した放電ヘッドの拡大図である。
【図６】図１に対する他の角度の断面構造図である。
【図７】図６に示した放電ヘッドの拡大図である。
【図８】放電ヘッドの平面図である。
【図９】本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置の断面構造図である。
【図１０】図９に示したガス分配孔領域の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例に対して本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、これは本発明の構造的乃至機能的説明のための実施例に過ぎず、本発明の権利範囲を限定するものではない。すなわち、実施例は多様に変更可能であり、さまざまな実施形態を有することができるので、本発明の権利範囲は技術的思想を実現することができる均等物を含むものとする。また、本発明で提示された目的または効果は、特定実施例に限定されるものではないので、本発明の権利範囲はこれによって限定されてはいけない。
【００３７】
本発明で記述される用語の意味は次のように理解される。
【００３８】
いかなる構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるとの用語は、ある構成要素が他の構成要素に直接的に連結されることができるが、中間に他の構成要素が介在することもできることを意味する。一方に、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるとの用語は、中間に他の構成要素が存在しないことを意味する。一方、構成要素との関係を説明する他の表現、すなわち、「〜間に」と「すぐ〜間に」または「〜に隣接する」と「〜に直接隣接する」などの用語も同様に解釈される。
【００３９】
単数の表現は、文脈上明白に相違に記載しない限り複数の表現を含む。本発明において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するのであって、一つまたはその以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除することではない。
【００４０】
ここで使用されるすべての用語は、特定しない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により一般的に理解される意味と同一な意味を有する。一般的に使用される辞典に定義された用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致することで解析でき、本発明において明白に定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味を有することで解釈できない。
【００４１】
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。実施例の説明において、同一な構成要素に対しては同一な参照符号を付与する。
【００４２】
図１は、本発明の一実施例によるプラズマ発生装置の構成図、図２は、図１の断面構造図、図３は、図２の部分分解図、図４は、プラズマ発生モジュールの部分分解図、図５は、図２に示した放電ヘッドの拡大図、図６は、図１に対する他の角度の断面構造図、図７は、図６に示した放電ヘッドの拡大図、図８は、放電ヘッドの平面図である。
【００４３】
図面を参照すれば、本実施例によるプラズマ発生装置１００は、従来とは異なり、コンパクトで改善された構造を有することで、カーボンブラシ(図示せず)などの複雑な構造が不必要であり、またカーボンブラシから発生される粉塵と異物が基本的に発生しないので、接地兼用ベアリング損傷の問題などが発生しないし、これによって、頻繁な維持補修問題を解消することができるだけではなく、装置の耐久性を大幅に向上させることができるので、プラズマを要求する多様な産業工程に幅広く適用できるようにしたもので、プラズマ発生モジュール１１０と、回転体１７０と、を含むことができる。
【００４４】
プラズマ発生モジュール１１０は、プラズマ(Ｐｌａｓｍａ)を発生させるモジュール単位の組立体である。
【００４５】
従来とは異なり、本実施例の場合、プラズマ発生モジュール１１０自体でプラズマを発生させる。
【００４６】
このようなプラズマ発生モジュール１１０は、高電圧電極１２０(Ｈｉｇｈ ＶｏｌｔａｇｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅ)、接地電極１３１、１３２(Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ)、ガス注入部１４０(ＧａｓＩｎｌｅｔ)、高電圧インシュレータ１５１、１５２(Ｈｉｇｈ ＶｏｌｔａｇｅＩｎｓｕｌａｔｏｒ)、そしてガス分配器１６０(Ｇａｓ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ)を含むことができる。
【００４７】
高電圧電極１２０(Ｈｉｇｈ ＶｏｌｔａｇｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅ)は、中央領域に配置される棒状の電極である。
【００４８】
プラズマ発生モジュール１１０の外側から高電圧が印加されると、高電圧はケーブルＣ(Ｃａｂｌｅ)を通じて中央の高電圧電極１２０に印加される。
【００４９】
接地電極１３１、１３２(Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ)は、高電圧電極１２０の周辺に配置される構造物である。このような接地電極１３１、１３２と電源が帯電されることによって高圧アークが発生する。
【００５０】
接地電極１３１、１３２は、一つの基体で形成することができる。しかし、本実施例の場合、維持補修のために接地電極１３１、１３２を分割された基体で適用している。すなわち、本実施例において接地電極１３１、１３２は、円筒状を有する第１接地電極１３１と、漏斗状の形状を有し、第１接地電極１３１と着脱可能に結合される第２接地電極１３２と、を含む。
【００５１】
ガス注入部１４０(Ｇａｓ Ｉｎｌｅｔ)は、高電圧電極１２０と接地電極１３１、１３２との間に形成され、放電ヘッド１９０側に圧縮空気またはガスを注入する部分である。
【００５２】
この時、圧縮空気は一般圧縮空気であることができ、ガスはプラズマガスであることができる。
【００５３】
高電圧インシュレータ１５１、１５２(Ｈｉｇｈ ＶｏｌｔａｇｅＩｎｓｕｌａｔｏｒ)は、高電圧電極１２０と接地電極１３１、１３２との間に形成される構造物として、外部との断熱機能を提供する。
【００５４】
高電圧インシュレータ１５１、１５２も一つの基体で形成することができる。しかし、本実施例の場合、維持補修のために高電圧インシュレータ１５１、１５２を分割された基体で適用している。
【００５５】
すなわち、本実施例で高電圧インシュレータ１５１、１５２は、ガス注入部１４０に隣接して配置される第１高電圧インシュレータ１５１と、第１高電圧インシュレータ１５１の半径方向の外側で第１高電圧インシュレータ１５１の周方向に沿って配置される第２高電圧インシュレータ１５２と、を含む。
【００５６】
ガス分配器１６０(Ｇａｓ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ)は、ガス注入部１４０を通じて注入される圧縮空気またはガスが分配される場所である。
【００５７】
このために、ガス分配器１６０には多数のガス分配孔１６１が形成される。ガス分配孔１６１は、ガス分配器１６０の円周方向に沿って等角度の間隔を有して多数個が配列されることができる。
【００５８】
一方、回転体１７０は、プラズマ発生モジュール１１０により発生したプラズマを外部に吹き出すプラズマノズル１９１(ＰｌａｓｍａＮｏｚｚｌｅ)を備え、プラズマ発生モジュール１１０とは別個に形成されてプラズマ発生モジュール１１０の外側に回転可能に配置される構造物である。
【００５９】
プラズマ発生モジュール１１０によりプラズマが発生した状態でその外側の回転体１７０が回転することによって、図１のように、広い領域においてプラズマを発生させることができる。参照として、図１とは異なり、プラズマは垂直方向への噴射も可能であるので、図面により本発明の権利範囲が限定されるものではない。
【００６０】
このような回転体１７０は、プラズマ発生モジュール１１０の外側に回転可能に配置されるローター１８１、１８２(Ｒｏｔｏｒ)と、プラズマノズル１９１を備え、第２ローター１８２の端部に着脱可能に結合されて端部に行くほど漸進的に幅が広くなるように形成される放電ヘッド１９０と、を含む。
【００６１】
ローター１８１、１８２も一つの基体で形成することができる。しかし、本実施例の場合、維持補修のためにローター１８１、１８２を分割された基体で適用している。
【００６２】
すなわち、本実施例においてローター１８１、１８２は、ベアリングＢを間に置いて第１接地電極１３１の半径方向の外側に回転可能に配置される第１ローター１８１と、一側は第１ローター１８１と着脱可能に結合されて他側は放電ヘッド１９０と着脱可能に結合される第２ローター１８２と、を含むことができる。
【００６３】
第１ローター１８１は、おおよそ円筒状を有する。第１ローター１８１の外壁には多数のグルーブ１８１ａが形成され、端部には内側へ折曲されてベアリングＢの離脱を阻止させるベアリング離脱阻止用フランジ１８１ｂが形成される。
【００６４】
第１ローター１８１の内側ベアリングＢの周辺には、前記ベアリングの損傷が阻止されるようにスリップ性が優秀なリップシール１８２ｇ(ＬｉｐＳｅａｌ)がさらに形成される。リップシール１８２ｇは、ポリ四フッ化エチレン(ＰＴＦＥ)で製作されることができるが、その材料により本発明の権利範囲が限定されるものではい。
【００６５】
一方、上述のように、本実施例によるプラズマ発生装置１００によれば、従来とは異なり、コンパクトで改善された構造を有することにより、接地のために使用する従来のカーボンブラシ(図示せず)などの複雑な構造が不必要であるだけではなく、カーボンブラシから発生する粉塵と異物が基本的に発生しないので、プラズマ表面処理時の製品の汚染を防止することができる。
【００６６】
また、スリップ性に優れたリップシール１８２ｇ(Ｌｉｐ Ｓｅａｌ)を適用することで、接地兼用で使われるベアリングＢの損傷問題などが発生しないし、プラズマを発生させるガスの密閉性が卓越に向上されて安定的なプラズマを維持しながら耐久性を向上させることができる。したがって、頻繁な維持補修問題を解消することができるだけではなく、装置の耐久性を大幅に向上させることができるので、プラズマを要求する多様な産業工程に幅広く適用することができる。
【００６７】
このような第１ローター１８１がおおよそ円筒状を有することに比べて、第２ローター１８２は以下のような構造的な特徴を有する。
【００６８】
すなわち、本実施例において第２ローター１８２は、第１ローター１８１とネジ方式で結合される円筒状拡径結合区間１８２ａと、円筒状拡径結合区間１８２ａの端部で傾くように形成される第１傾斜区間１８２ｂと、第１傾斜区間１８２ｂと連結され、円筒状拡径結合区間１８２ａの半径方向内側で円筒状拡径結合区間１８２ａと段差を形成するが、円筒状拡径結合区間１８２ａより直径が狭く形成される段差区間１８２ｃと、段差区間１８２ｃの端部で傾くように形成される第２傾斜区間１８２ｄと、第２傾斜区間１８２ｄと連結され、端部で放電ヘッド１９０と着脱可能に結合される円筒状縮径結合区間１８２ｅと、を含むことができる。
【００６９】
プラズマ発生モジュール１１０の外側に第２ローター１８２が配置される点を考慮する時、第２ローター１８２は上のような構造的な特徴を有することができる。この時、第２ローター１８２を成す拡径結合区間１８２ａ、第１傾斜区間１８２ｂ、段差区間１８２ｃ、第２傾斜区間１８２ｄ、円筒状縮径結合区間１８２ｅは単一材料により一体に成形することができる。
【００７０】
このような第２ローター１８２の構造において、第１傾斜区間１８２ｂの傾斜度は第２傾斜区間１８２ｄの傾斜度より高く形成することができる。
【００７１】
また、円筒状縮径結合区間１８２ｅの外壁には、多数のグルーブ１８２ｆを形成することができる。
【００７２】
一方、放電ヘッド１９０は、上述したプラズマノズル１９１を備え、第２ローター１８２の端部に着脱可能に結合されて端部に行くほど漸進的に幅が広くなるように形成される。
【００７３】
このようなプラズマノズル１９１は、放電ヘッド１９０内部でプラズマを傾いた方向に案内する第１傾斜案内部１９１ａと、第１傾斜案内部１９１ａとは相異なっている傾斜度を有し、第１傾斜案内部１９１ａと共にプラズマノズル１９１を形成する第２傾斜案内部１９１ｂと、を含む。
【００７４】
この時、本実施例においてプラズマノズル１９１は、プラズマが放電ヘッド１９０の傾斜端部面１９０ａまたは放電ヘッド１９０の底面１９０ｂに案内されるように、第１傾斜案内部１９１ａと第２傾斜案内部１９１ｂの中でいずれの一つの端部領域で該当傾斜案内部１９１ａ、１９１ｂと相異なっている角度を有して傾くように形成される第１及び第２端部型ダミー傾斜案内部１９１ｃ、１９１ｄをさらに含む。
【００７５】
すなわち、図５の場合には、第１傾斜案内部１９１ａに第１端部型ダミー傾斜案内部１９１ｃが形成されることによってプラズマが放電ヘッド１９０の傾斜端部面１９０ａに案内されることができる。そして、図７の場合には、第２傾斜案内部１９１ｂに第２端部型ダミー傾斜案内部１９１ｄが形成されることによってプラズマが放電ヘッド１９０の底面１９０ｂに案内されることができる。
【００７６】
本実施例においてプラズマノズル１９１は、放電ヘッド１９０の傾斜端部面１９０ａまたは放電ヘッド１９０の底面１９０ｂの両方に多数個が配置されることができる。図８に示したように、プラズマノズル１９１は、放電ヘッド１９０の傾斜端部面１９０ａまたは放電ヘッド１９０の底面１９０ｂの両方で円周方向に沿って一部区間に集中配置される。このような構造的な特徴を有することによってプラズマ発生の効率を高めることができる。
【００７７】
このような構成を有するプラズマ発生装置１００の作用を説明すれば、次のようである。
【００７８】
例えば、ポリマー表面は、電気アークに露出された時に高分子表面の特性が親水化されると報告されている。
【００７９】
但し、このような電気的アークが高分子表面に直接接触されると、高電圧により製品表面に跡を残すようになる。したがって、このような現象を防止するためにアークを柔らかくする必要があり、本実施例の場合、丸い模様に設計された高電圧電極１２０が高電圧変圧器の２次コイルに連結されることによって具現が可能である。
【００８０】
一方、電気的アークは高電圧電極１２０と接地電極１３１、１３２との間でのみ発生するが、この時発生したアークにより空気(または特殊ガス)はプラズマ状態(イオンと電子が混在)になる。この時、圧縮空気またはガスを注入して放電ヘッド１９０のプラズマノズル１９１を通じて生成されたプラズマを外部に吹き出す(ｂｌｏｗ)ことができ、このプラズマにより目標物の表面が改質される。
【００８１】
参照として、より高い電圧と空気はアークの発生面積を一層広く形成するが、空気の量が多すぎる場合には処理面積を減少させることもできるので適正な条件が必要である。
【００８２】
連続的なアークはプラズマ長内に高いエネルギーを有するイオンを生成するようになる。イオンによるこのようなエネルギーが高分子表面に処理されると、表面に反応性活性基が生成される。したがって、高分子表面とインク、コーティング剤、接着剤などとの架橋結合において必ず必要な条件になる。アークは、図１のように、例えば、トーチから出る花火のような模様の円錐形態を有している。
【００８３】
このように、本実施例によれば、従来とは異なり、コンパクトで改善された構造を有することでカーボンブラシなどの複雑な構造が不要であり、カーボンブラシから発生する粉塵と異物が基本的に発生しないので、ベアリングＢの損傷問題などが発生しないし、これによって、頻繁な維持補修の問題を解消することができるだけではなく、装置の耐久性を大幅に向上させることができるので、プラズマを要求する多様な産業工程に幅広く適用することができる。
【００８４】
また、本実施例のプラズマ発生装置１００の場合、力強い高電圧パワーを提供することができるので長期間の信頼性が保障され、構造的に簡単な作動が可能であり、自体回路により保護することができる。
【００８５】
図９は、本発明の他の実施例によるプラズマ発生装置の断面構造図であり、図１０は、図９に示したガス分配孔領域の拡大図である。
【００８６】
図面を参照すれば、本実施例のプラズマ発生装置２００もプラズマ発生モジュール２１０と、回転体１７０と、を含むことができる。
【００８７】
また、プラズマ発生モジュール２１０も、高電圧電極１２０(Ｈｉｇｈ ＶｏｌｔａｇｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅ)、接地電極１３１、１３２(Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ)、ガス注入部１４０(ＧａｓＩｎｌｅｔ)、高電圧インシュレータ１５１、１５２(Ｈｉｇｈ ＶｏｌｔａｇｅＩｎｓｕｌａｔｏｒ)、そしてガス分配器２６０(Ｇａｓ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ)を含むことができる。
【００８８】
この時、ガス分配器２６０に形成されるガス分配孔２６１の構造は、上述のガス分配孔１６１とは相違な形態に形成される。
【００８９】
すなわち、本実施例においてガス分配孔２６１は、プラズマノズル１９１側に行くほどその直径が漸進的に減少されるように形成される直径減少用ノズル区間部２６１ａと、直径減少用ノズル区間部２６１ａの最小直径領域で直径減少用ノズル区間部２６１ａと連通される円筒状ノズル区間部２６１ｂと、円筒状ノズル区間部２６１ｂと連通され、円筒状ノズル区間部２６１ｂでプラズマノズル１９１側に憂苦ほどその直径が漸進的に増加されるように形成される直径増加用ノズル区間部２６１ｃと、を含む。
【００９０】
直径減少用ノズル区間部２６１ａは、直径減少用ノズル区間部２６１ａ方に向けるガスの渦流(ｖｏｒｔｅｘ)を防止してガスが均一で安定的に流れるようにする。
【００９１】
円筒状ノズル区間部２６１ｂは、直径減少用ノズル区間部２６１ａから流入されたガスの圧力を低くして流速を速くする。そして、円筒状ノズル区間部２６１ｂの厚さと長さを調節することで流入されたガスが希望する流速で直径増加用ノズル区間部２６１ｃから噴射されるようにすることができる。
【００９２】
直径増加用ノズル区間部２６１ｃは、ガスが放電ヘッド１９０の全体領域に一層よく噴射されるようにする。
【００９３】
ガス分配孔２６１が図１０のような形象を有する場合、ガスが直径減少用ノズル区間部２６１ａ、円筒状ノズル区間部２６１ｂ及び直径増加用ノズル区間部２６１ｃを経る過程で速度が速くなって均一になる利点がある。したがって、プラズマ発生効率を高めることに寄与することができる。
【００９４】
このように従来とは異なりコンパクトで改善された構造を有することで、カーボンブラシなどの複雑な構造が不必要であり、ベアリング損傷問題などが発生しないし、これによって、頻繁な維持補修の問題を解消することができるだけではなく、装置の耐久性を大幅に向上させることができるので、プラズマを要求する多様な産業工程に幅広く適用することができる。
【００９５】
以上、本発明の実施例を部分的に記述したが、これはあくまでも例示に過ぎず、本発明の思想から逸脱しない範囲で様々な変形と変更が可能であるという事実は当業者には明らかである。また、そのような変形と変更が全部本発明の権利範囲に属することは、添付した請求の範囲でより明らかになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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