KR0139395B1 - Vtr 헤드 드럼에 다이아몬드상 카본을 코팅하기 위한 방법 그리고 다이아몬드상 카본이 코팅되어 있는 vtr 헤드드럼 - Google Patents

Vtr 헤드 드럼에 다이아몬드상 카본을 코팅하기 위한 방법 그리고 다이아몬드상 카본이 코팅되어 있는 vtr 헤드드럼

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Abstract

본 발명은 VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본을 코팅하기 위한 장치 및 코팅하는 방법 그리고 다이아몬드상이 코팅되어 있는 Al제 VTR 헤드드럼에 관한 것이다.
본 VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본을 코팅하기 위한 장치는 내부측면에 Ar, SiO, Ti, 카본 등을 증발시키기 위한 다수의 케소드가 형성되고 하부중앙에 축이 형성된 진공탱크와, 상기 진공탱크의 축에 장착되는 VTR 헤드드럼지지대로 구성된다.

Description

VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본을 코팅하기 위한 방법 그리고 다이아몬드상 카본이 코팅되어 있는 VTR 헤드드럼
제 1 도는 본 발명을 실시하기 위한 장치의 사시도,
제 2 도는 제 1 도 장치의 평면도,
제 3 도는 제 1 도 장치의 정단면도,
제 4 도는 제 1도 장치를 구성하는 헤드 드럼 지지봉의 사용 상태를 보이는 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:진공펌프 2:진공탱크
3,4,5,6:캐소드 7:회전축
8:하부지지틀 9:헤드드럼 지지봉
10:상부 지지틀
본 발명은 VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본을 코팅하는 방법 및 다이아몬드상 카본이 코팅되어 있는 VTR 헤드드럼에 관한 것이다.
VTR 헤드드럼은 자기테이프상에 신호를 기록하거나 기록된 신호를 재생하는 헤드와, 헤드가 일정한 높이로 유지되도록 장착하는 U/d(Upper Drum)과, 이 U/D의 회전을 지지하고 테이프의 가이드 역할을 수행하는 L/D(Lower Drum)로 구성된다.
이러한 헤드드럼은 VTR에 있어서 핵심 부품으로서, 비디오 테이프를 고속으로 이송해주는 역할을 하고 있기 때문에 고속 주행에 견딜 수 있는 매마모성과 자기 테이프를 손상시키지 않는 평탄성이 요구되고 있다. 최근에는 HDTV의 개발로 고성능, 고기능 헤드드럼의 필요성이 더욱 높아지고 있다.
종전의 VTR 헤드드럼은 주로 알루미늄(Al)을 단조한후 열처리와 후가공처리를 거쳐 제조되어 왔다.
그러나 이렇게 제조된 VTR 헤드드럼은 단조가공등 여러가지 공정을 거치면서 제품의 균일성이 떨어져 제품 불량율이 상당히 높은 편이었다.
VTR 헤드드럼은 그 용도상 메탈 테이프를 고속으로 이송해야 하는 가혹한 조건하에서 사용되기 때문에 우수한 내마모성을 요구함과 동시에 평탄한 표면을 요구하고 있으나 종래 알루미늄(Al) 단체를 그대로 사용하는 경우 내구성 및 내마모성에서 현저한 저하를 가져와 사용에 제한이 있었다.
이를 해결한 것이 최근 국내외에서 개발한 알루미늄(Al) 기재 표면에 CVD 법을 이용하여 700℃ 이상에서 다이아몬드상 카본 박막을 형성하는 기술이다. 그러나 이 기술은 알루미늄 표면에 다이아몬드상 카본(Diamond-like Carbon;DLC) 박막을 형성하는 기술이다. 그러나 이 기술은 알루미늄 표면에 DLC를 바로 형성하기 때문에 대기중에서 자연적으로 형성되는 Al2O3막에 의거 접착력이 떨어지는 결점이 있었다.
접착력을 향상시키기 위해 알루미늄 표면에 SiC를 증착시키고 DLC 박막을 형성시키는 기술이나 알루미늄 표면에 CH4, H2가스등을 이용하는 기술과 ALN,B4C, Si3N4, SiO2등을 이용하는 기술등이 제안되고 있으나 만족할만한 접착력의 향상은 얻지 못하고 있는 실정이다.
이에 본 발명자는 상술한 문제점을 해결하기 위한 연구를 거듭하여 내마모성 및 표면의 평탄도등 제반 성질이 종래 제품보다 우수한 DLC 코팅된 VTR 헤드드럼을 개발하는데 성공하였다.
본 발명은 내마모성 및 표면의 평탄도 등 제반 성질이 우수한 다이아몬드상 카본(DLC)이 코팅된 VTR 헤드드럼 및 그 코팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, Al 헤드드럼을 진공탱크에 넣고 진공도를 1.5×10-4∼ 1.5×10-6Torr로 조정하는 제 1 단계, Ar 캐소드에서 Ar+이온을 발생시켜 드럼 표면을 세정하는 제 2 단계와, Ti 캐소드에서 Ti을 증발시켜 제 2 단계에서 세정된 드럼 표면에 Ti 박막층을 형성하는 제 3 단계와, SiO 캐소드에서 SiO를 증발시켜 제 3 단계에서 형성된 Ti 박막층 위에 SiO 박막층을 형성하는 제 4 단계와, Ti 캐소드에서 Ti을 증발시켜 제 4 단계에서 형성된 SiO 박막층 위에 Ti 박막층을 형성하는 제 5 단계와, 카본 캐소드에서 카본을 증발시켜 제 5 단계에서 형성된 Ti 박막층 위에 다이아몬드상 카본(DLC) 박막을 형성하는 제 6 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본(DLC)을 코팅하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서는, Al 기재에 50Å∼3㎛의 Ti 코팅층을 형성하고, 그 위에 200Å∼2㎛의 SiO 코팅층을 형성하며, 그 위에 50Å∼3㎛의 Ti 코팅층을 형성하며, 그위에 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅층이 50Å∼3㎛ 순차적으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 VTR 헤드드럼을 제공한다.
이하에서는 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
제 1 도와 제 2 도는 본 발명을 실시하기 위한 코팅장치의 사시도와 평면도이고, 제 3 도와 제 4 도는 정단면도와 헤드드럼 지지봉의 사용상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 코팅장치는 진공펌프(1)에 의해 내부가 코팅에 적합한 진공상태로 유지되는 진공탱크(2) 내측벽에 Ar 증발용 캐소드(4), Ti 증발용 캐소드(4), 카본 증발용 캐소드(5)가 형성되어 있으며, Ar 증발용 캐소드(4)는 4개가 나란히 일렬로 위치해 있고, Ti 증발용 캐소드(4)는 2개가 서로 마주보게 위치해 있고, 카본 증발용 캐소드(5)는 2개가 서로 상하부에서 대각선으로 위치해 있다.
그리고 Sio 증발용 캐소드(6)는 탱크(2) 천정 중앙에서 하향되게 설치되어 있으며 다수의 구멍이 형성된 Mo 관으로 연결되어 있다. 캐소드(6)의 위치는 피도금물의 형상 및 재질에 따라 변경할 수도 있다.
캐소드(3,4,5,6)는 모두 전원에 인가되어 있어 캐소드에 충진된 물질을 가열하여 증발하도록 구성되어 있다.
진공탱크(2) 하부 중앙에는 모터와 연결되어 회전가능한 축(7)이 결합되어 있고, 축(7) 상부에는 하부지지틀(8)이 기어로 결합되어 축(7)과 함께 회전하도록 되어 있고, 하부지지틀(8)에는 다수의 헤드드럼 지지봉(9)이 위치하며, 헤드 드럼 지지봉(9) 하부는 축(7) 상부의 기어와 연결되어 있어 축(7) 및 하부지지틀(8)의 회전과는 별도로 자전되도록 구성되어 있다.
헤드드럼 지지봉(9) 상부에는 상부 지지틀(10)이 헤드드럼 지지봉(9)을 고정하도록 결합될 수 있다.
물론 상부 지지틀(10)은 SiO 증발용 캐소드(6)가 관통될 수 있도록 중앙에 공동부가 형성되어 있고 헤드드럼 지지봉(9)이 독자적으로 회전될 수 있도록 결합부가 구성된다. 도 1에서 (16)은 진공탱크(2) 내부로 필요 온도로 유지하기 위한 가열기구이다.
이와같이 구성된 본 발명을 실시하기 위한 코팅장치의 작용효과를 상세히 설명한다.
먼저 헤드드럼 지지봉(9)에 헤드드럼의 구멍을 삽입하는 방식으로 다수의 헤드드럼을 장착한다. 헤드 드럼을 장착한 다음 헤드드럼 지지봉(9)을 고정하도록 상부에 상부 지지틀(10)을 결합한다.
그리고 각각의 캐소드에 Ar, Ti, SiO, 카본을 충진하고 진공펌프(1)를 작동시켜 진공탱크(2)내를 코팅에 적합한 진공상태로 한다.
모터(도시없음)를 작동시켜 축(7)을 회전시키면 축(7)의 회전에 의해 하부지지틀(8)이 회전하고 하부 지지틀과 연결된 헤드드럼 지지봉(9) 및 상부 지지틀(10)도 동시에 회전한다.
이때 헤드드럼 지지봉(9) 하부와 축(7) 상부의 기어는 서로 연결되어 있어 헤드드럼 지지봉(9)은 축과 별도로 자전하게 된다.
다음에 전원을 인가시켜 Ar 캐소드(3)를 가열하면 Ar+이 발생하여 회전하는 헤드드럼 표면과 충돌하면서 헤드드럼 표면을 세정한다.
세정이 끝나면 Ar 캐소드(3) 전원을 오프(OFF)하고, Ti 캐소드(4)에 전원을 인가하여 가열하여 Ti을 증발시켜 헤드드럼 표면위에 Ti 층을 형성한다.
1차적인 Ti 코팅이 완료되면 Ti 캐소드(4) 전원을 차단하고, SiO 캐소드(6)에 전원을 가하여 가열하여 SiO를 증발시킨다. 이때 증발된 SiO는 Mo관의 구멍을 통하여 헤드드럼 표면에 SiO 코팅층을 형성한다.
SiO 코팅이 끝나면 SiO 캐소드(6)의 전원을 오프(OFF)하고 Ti 캐소드(4)에 재차 전원을 인가하여 가열하여 Ti을 증발시켜 SiO 코팅층이 형성된 헤드드럼 표면위에 Ti 층을 형성한다.
2차의 Ti 코팅이 끝나면 Ti 캐소드(4)의 전원을 오프(OFF)하고 카본 캐소드(5)에 전원을 인가하여 가열증발시켜 Ti 코팅층이 형성된 헤드드럼 표면 위에 DLC 박막을 형성하여 헤드드럼 표면에 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅 작업을 완료한다.
여기에서 Ti 캐소드(4)를 서로 마주보게 설치하고, Ar 캐소드(3)를 일렬로 설치한 것은 세정 및 코팅효과를 높이기 위한 것이고, SiO 캐소드(6)를 Mo 관으로 하고 다수의 구멍을 형성한 것은 헤드드럼 표면에 코팅층을 균일하게 형성하기 위한 것이고, 카본 캐소드를 상하부에 대각선으로 설치한 것은 이온 분사 각도를 최대로 하여 코팅층의 범위를 최대로 하기 위한 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 코팅장치는 다수의 헤드드럼을 한개의 장치에서 효과적으로 단시간에 코팅할 수 있으므로 양산 체계에 적합할 뿐 아니라 작업 시간 단축 및 장비의 단순화를 기할 수 있다.
또한 본 발명의 코팅방법은 상기한 장치에서 행하여지며 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저 VTR 헤드드럼을 헤드드럼 지지봉(9)에 장착한 후 상부 지지틀(10)로 헤드드럼 지지봉(9)을 고정한다.
각각의 캐소드(3,4,5,6)에 해당물질을 충진하고 탱크내의 진공도를 1.5×10-4∼ 1.5×10-6Torr 로 조정한다. 다음에 모터를 작동하여 축(7)을 회전시키면 하부지지틀(8)과, 하부지지틀(8)에 연결된 헤드드럼 지지봉(9)이 회전되고, 헤드드럼 지지봉(9)은 축(7)과 기어로 연결되어 있기 때문에 축(7)의 회전과는 별도로 자전하게 된다.
다음에 Ar 캐소드(3)에 전원을 인가하여 가열을 하면 Ar+ 이온이 헤드드럼 표면과 충돌하면서 헤드드럼 표면을 세정한다.
10 분간 세정작업을 행한 후 Ar 캐소드(3)의 전원을 오프(OFF)하고 Ti 캐소드(4)에 전원을 인가하여 가열 증발하여 2∼40분간 코팅을 행하면 헤드드럼 표면에 500Å∼3㎛ 두께로 Ti 박막이 형성된다. 1차적인 Ti 코팅이 완료된 후, Ti 캐소드(4)의 전원을 오프하고 SiO 캐소드(6)에 전원을 인가하여 1∼30분간 가열을 행하면 증발된 SiO가 Mo 관의 구멍을 통하여 유동하여 헤드드럼 표면의 Ti 박막층 위에 SiO 박막이 형성되고, 이 때 SiO 박막층은 200Å∼2㎛의 두께로 형성되어 진다.
SiO 박막 형성이 끝난 후 SiO 캐소드 전원을 오프하고 1∼5 분간의 휴지 시간을 가진후, 재차 Ti 캐소드(4)에 전원을 인가하여 1∼30 분간 가열을 행하면 SiO 박막층 위에 50Å∼3000Å두께로 Ti 박막이 형성된다.
Ti 박막 형성이 끝난 후 Ti 캐소드의 전원을 오프한후 카본 캐소드(5)에 전원을 인가하여 10∼120 분간 가열을 행하면 다이아몬드상 카본(DLC) 박막이 Ti 박막층 위에 50Å∼3㎛의 두께로 형성된다.
이와 같은 조건으로 코팅을 행하는 것은 다이아몬드상 카본 박막의 밀착력을 강력한 화학 결합에 의해 증가시키고 드럼의 색상을 다양하게 발색하기 위함이다.
이렇게 코팅된 VTR 헤드드럼은 적절하게 위치한 캐소드의 각도에 의해 균일한 코팅층을 갖고 SiO 와 Ti 의 두께에 따라 붉은색 부터 보라색까지 다양한 색상을 갖는다.
상기 코팅공정중 진공도를 1.5×10-5∼ 1.5×10-6Torr로 하는 이유는 코팅면을 깨끗이 세정하고 밀착력을 향상시키기 위함이며, Ti, SiO, Ti, DLC를 순차적으로 코팅하는 이유는 강력한 화학적 결합을 상호 유도하여 강한 밀착력을 얻기 위함이다.
이하에서는 본 발명의 코팅 방법을 실시예에 의거 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
헤드드럼을 진공 탱크에 다음 표 1과 같은 조건으로 박막을 형성하였다.
상기 조건으로 코팅된 헤드드럼을 다음 표 2와 같은 조건으로 내마모시험, 열수축 및 팽창시험, 스크래치 시험, 밀착력 시험을 행하였다.
상기 조건에 의거 시험한 결과와 헤드드럼 표면의 색상을 표 3에 나타내었다.
표 3에 나타낸 바와 같이 내마모성과 윤활성, 높은 열전도성, 이슬맺힘 현상의 제거, 화학적 안정성을 갖는 시료로서는 10, 11 번을 들수 있으며, 시료 번호 13번은 기저에 옅은 노란색을 갖는 초록색을 가지며, 본 발명에 의해 제조된 시료 번호 10, 11이 모든 면에서 우수한 것으로 나타났으며, 푸른색, 붉은색, 초록색 등 다양한 색상을 갖게 되어 코팅 유무도 간단히 식별할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의해 제조된 VTR 헤드드럼은 SiO와 Ti을 이용하여 밀착강화층과 밀착보조층을 만들고 그 박막 위에 C의 카본으로 다이아몬드상 카본(DLC) 박막을 형성하므로서 더욱 밀착성이 향상되고 이로 인하여 내마모성 등 제반성질을 더욱 향상시키었다.
또한 본 발명은 밀착력을 향상시키기 위한 반응성 가스(Reactive Gas) 등을 사용하지 않았을 뿐 아니라 상온보다도 낮은 온도에서 DLC 코팅을 행하므로서 Al 헤드드럼에 손상을 가하지 않는 코팅 조건을 유지하여 안정하게 조업을 행할 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. Al 헤드드럼을 진공탱크에 넣고 진공도를 1.5×10-5∼ 1.5×10-6Torr로 조정하는 제 1 단계, Ar 캐소드에서 Ar+이온을 발생시켜 드럼 표면을 세정하는 제 2 단계와, Ti 캐소드에서 Ti을 증발시켜 제 2 단계에서 세정된 드럼 표면에 Ti 박막층을 형성하는 제 3 단계와, SiO 캐소드에서 SiO 를 증발시켜 제 3 단계에서 형성된 Ti 박막층 위에 SiO 박막층을 형성하는 제 4 단계와, Ti 캐소드에서 Ti을 증발시켜 제 4 단계에서 형성된 SiO 박막층 위에 Ti 박막층을 형성하는 제 5 단계와, 카본 캐소드에서 카본을 증발시켜 제 5 단계에서 형성된 Ti 박막층 위에 다이아몬드상 카본(DLC) 박막을 형성하는 제 6 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본(DLC)을 코팅하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계와 제 4 단계 사이에 1∼5분간의 휴지 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본(DLC)을 코팅하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 단계의 Ti 박막층을, 2∼20분간 증발시켜 50Å∼3㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본(DLC)을 코팅하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계의 Ti 박막층을, 1∼30분간 증발시켜 200Å∼2㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본(DLC)을 코팅하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 4 단계의 Ti 박막층을, 1∼30분간 증발시켜 50Å∼3㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본(DLC)을 코팅하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 5 단계의 DLC 박막층을, 10∼120분간 증발시켜 50Å∼3㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 VTR 헤드드럼에 다이아몬드상 카본(DLC)을 코팅하는 방법.
  7. Al 기재에 50Å∼3㎛ Ti 코팅층을 형성하고, 그 위에 200Å∼2㎛의 SiO 코팅층을 형성하며, 그 위에 50Å∼3㎛의 Ti 코팅층을 형성하며, 그 위에 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅층이 50Å∼3㎛ 순차적으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 VTR 헤드드럼.
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