KR101073414B1 - 경질 피막의 탈막 방법 - Google Patents
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Abstract
도 3 에 나타내는 바와 같이, 단계 S2 에서 비교적 질량이 큰 크립톤 이온빔에 의해 경질 피막 (30) 을 능률적으로 에칭한 후, 단계 S3 에서 질량이 작은 아르곤 이온빔에 의해 경질 피막 (30) 을 천천히 에칭함으로써, 공구 기재 (20) 에 대한 영향 (형상 변화나 치수 변화) 을 최소한으로 억제하면서 단시간에 탈막 처리를 실시할 수 있다. 크립톤 및 아르곤은 모두 불활성 가스이기 때문에, 공구 기재 (20) 의 표면이 노출된 경우라도 그 공구 기재 (20) 에 대한 화학적 침식에 의한 표면의 취약화는 전혀 없고, 그 공구 기재 (20) 에 경질 피막 (30) 을 재코팅하여 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 를 재생시켜도, 경질 피막 (30) 이 우수한 밀착 강도로 코팅된다.
경질 피막
Description
본 발명은 TiAlN, TiCN 등의 경질 피막의 탈막 방법에 관한 것으로, 특히 본체를 가능한 한 손상시키지 않고 경질 피막을 탈막하는 방법에 관한 것이다.
원소 주기표의 Ⅲb 족, Ⅳa 족, Ⅴa 족 또는 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 또는 그들의 상호 고용체로 이루어지는 경질 피막이 본체의 표면에 코팅되어 있는 경질 피막 피복 부재가 알려져 있다. 예를 들어 엔드 밀이나 탭, 드릴, 바이트 등의 가공 공구에 있어서, 초경합금으로 구성되어 있는 공구 기재 (본체) 의 표면으로서 적어도 커팅 날 등이 형성된 가공부에, 상기 경질 피막을 이온 플레이팅법 등의 PVD (물리적 기상 성장) 법으로 코팅한 경질 피막 피복 가공 공구가 특허 문헌 1 등에서 제안되어 있다.
그리고, 이와 같은 경질 피막 피복 부재에 있어서, 경질 피막이 마모되거나 손상되거나 한 경우, 또는 제조시에 코팅 불량 등으로 불량품이 발생한 경우에 경질 피막을 제거하여 공구 기재 등의 본체를 재사용하는 것이 고려되고 있다. 즉, 과산화수소수 등을 사용하고, 습식 수법에 의해 화학적으로 피막을 분해시켜 본체로부터 탈막하는 것이다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2005-7555호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 이와 같이 화학 반응을 이용하여 탈막하는 경우, 경질 피막의 막두께 편차나 피막의 박리 용이성의 상이함 등으로 부분적으로 선행되어 본체가 노출되면, 그 노출된 본체의 표면도 처리액에 의해 손상되기 때문에, 경질 피막을 완전히 제거하였을 때에는, 본체의 표면이 부분적으로 거칠어지거나 취약해지거나 하는 경우가 있다. 예를 들어 본체가 초경합금으로 구성되어 있는 경우, 표층 부분의 WC 입자가 화학적으로 침식되어 표면이 취약해짐과 함께, 커팅 날의 칼끝이 둥글어지거나 직경 치수가 감소하거나 하는 등 형상이 변화하는 경우가 있다. 그리고, 이와 같은 본체에 경질 피막을 재코팅하면, 표면의 취약화에서 기인하여 밀착성이 저해되어, 본래의 피막 성능 (내구성이나 내마모성 등) 이 얻어지지 않거나, 칼끝이 둥글어져 절삭 성능이 저하되거나 한다.
본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 경질 피막 피복 부재의 본체를 가능한 한 손상시키지 않고 경질 피막을 탈막할 수 있도록 하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
이러한 목적을 달성하기 위해, 제 1 발명은, 원소 주기표의 Ⅲb 족, Ⅳa 족, Ⅴa 족 또는 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 또는 그들의 상호 고용체로 이루어지는 경질 피막이 본체의 표면에 코팅되어 있는 경질 피막 피복 부재에 관한 것으로, 상기 경질 피막을 상기 본체로부터 탈막하는 방법으로서, 상기 경질 피막에 이온빔을 조사하여 에칭함으로써, 그 경질 피막을 상기 본체로부터 탈막하는 것을 특징으로 한다.
제 2 발명은, 제 1 발명의 경질 피막의 탈막 방법에 있어서, 불활성 가스를 워킹 가스로 하여 생성된 이온빔을 상기 경질 피막에 조사하여 에칭을 실시하는 것을 특징으로 한다.
제 3 발명은, 제 2 발명의 경질 피막의 탈막 방법에 있어서, (a) 제 1 불활성 가스를 워킹 가스로 하여 생성된 이온빔을 상기 경질 피막에 조사하여 에칭을 실시하는 제 1 에칭 공정과, (b) 상기 워킹 가스를 상기 제 1 불활성 가스보다 원자량이 작은 제 2 불활성 가스로 전환하여 이온빔을 생성하고, 상기 경질 피막에 조사하여 에칭을 실시하는 제 2 에칭 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
제 4 발명은, 제 3 발명의 경질 피막의 탈막 방법에 있어서, (a) 상기 제 1 에칭 공정에서는, 상기 워킹 가스로서 라돈, 크세논 및 크립톤 중 어느 하나의 가스가 사용되고, (b) 상기 제 2 에칭 공정에서는, 상기 워킹 가스로서 아르곤 가스가 사용되는 것을 특징으로 한다.
제 5 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 4 발명 중 어느 하나의 경질 피막의 탈막 방법에 있어서, 상기 본체는 초경합금으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 6 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 5 발명 중 어느 하나의 경질 피막의 탈막 방법에 있어서, 상기 경질 피막 피복 부재는, 적어도 가공부에 상기 경질 피막이 코팅되어 있는 경질 피막 피복 가공 공구인 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
제 1 발명의 경질 피막의 탈막 방법에 의하면, 경질 피막에 이온빔을 조사하여 에칭함으로써, 스퍼터링 현상을 메인으로 하여 경질 피막이 본체로부터 제거되기 때문에, 경질 피막의 막두께 편차나 탈막 속도 편차 등으로 부분적으로 선행되어 본체의 표면이 노출되어도, 화학 반응을 메인으로 탈막하는 경우와 비교하여 화학적 침식에 의한 표면의 취약화가 억제됨과 함께, 본체에 대한 영향이 작아져 형상 변화나 치수 변화도 경감된다. 이로써, 본체를 그대로 또는 약간 가공하는 것만으로 재사용할 수 있고, 경질 피막을 재코팅함으로써 경질 피막 피복 부재를 저렴하게 재생시킬 수 있음과 함께, 경질 피막의 밀착 강도가 향상되어 신품과 동일한 본래의 피막 성능 (내구성이나 내마모성 등) 이 얻어지게 된다.
제 2 발명에서는, 불활성 가스를 워킹 가스로 하여 생성된 이온빔을 경질 피막에 조사하여 에칭을 실시하기 때문에, 오로지 이온 조사에 의한 스퍼터링 현상에 의하여 경질 피막이 기계적으로 제거되게 된다. 따라서, 그 탈막 속도는 느려지지만, 본체의 표면이 노출된 경우라도 그 본체에 대한 화학적 침식에 의한 표면의 취약화는 전혀 없고, 재코팅된 경질 피막의 밀착 강도가 더욱 향상된다.
제 3 발명에서는, 제 1 에칭 공정에서는 원자량이 비교적 큰 제 1 불활성 가스를 사용하여 에칭을 실시함으로써, 질량이 큰 이온의 스퍼터링 현상에 의하여 경질 피막을 효율적으로 제거할 수 있는 한편, 제 2 에칭 공정에서는 원자량이 비교적 작은 제 2 불활성 가스를 사용하여 에칭을 실시함으로써, 질량이 작은 이온의 스퍼터링 현상에 의하여 경질 피막을 서서히 제거하기 때문에, 그들의 처리 시간을 적당히 설정함으로써, 본체에 대한 영향 (형상 변화나 치수 변화) 을 최소한으로 억제하면서 탈막 처리 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 제 1 에칭 공정 및 제 2 에칭 공정에서는, 기본적으로 워킹 가스를 전환하기만 해도 되기 때문에, 경질 피막 피복 부재를 소정의 에칭 처리 용기 내에 유지한 상태에서 그들의 제 1 에칭 공정 및 제 2 에칭 공정을 연속하여 실시할 수 있다.
제 5 발명에서는, 본체가 초경합금으로 구성되어 있기 때문에, 과산화수소수를 사용하여 화학 반응으로 탈막하는 경우에는, 표층 부분의 WC 입자가 화학적으로 침식되어 표면이 취약해지는데, 이온빔에 의한 스퍼터링 현상을 메인으로 하여 탈막을 실시하는 본 발명이 적용됨으로써, 본체 표면의 취약화를 억제하여 재코팅 후의 경질 피막의 밀착 강도를 향상시키는 등의 본 발명의 효과가 현저하게 얻어진다.
도 1 은 본 발명 방법을 바람직하게 실시할 수 있는 경질 피막 탈막 장치의 일례를 설명하는 개략 구성도이다.
도 2 는 도 1 의 장치에 의해 경질 피막이 탈막되는 경질 피막 피복 가공 공구의 일례를 나타내는 도면으로, (a) 는 정면도, (b) 는 경질 피막이 코팅된 날부 표면 부분의 확대 단면도이다.
도 3 은 도 1 의 경질 피막 탈막 장치를 사용하여 경질 피막을 탈막할 때의 절차를 설명하는 플로우 차트이다.
도 4 는 본 발명 방법에 따라 공구 기재로부터 경질 피막을 탈막한 후, 그 공구 기재에 경질 피막을 재코팅한 경질 피막 피복 가공 공구의 내구성을 조사한 결과를, 종래의 화학 처리로 경질 피막을 탈막하여 재생시킨 것 (종래법 1, 종래법 2) 이나 신품과 비교하여 나타내는 도면이다.
부호의 설명
12 : 경질 피막 피복 가공 공구 (경질 피막 피복 부재)
20 : 공구 기재 (본체)
24 : 날부 (가공부)
30 : 경질 피막
단계 S2 : 제 1 에칭 공정
단계 S3 : 제 2 에칭 공정
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명은, 예를 들어 엔드 밀이나 드릴, 탭, 바이트 등의 절삭 공구, 또는 전조 (轉造) 다이스 등의 경질 피막 피복 가공 공구에 바람직하게 적용되는데, 경질 피막이 코팅된 경질 피막 피복 반도체 장치 등 다양한 경질 피막 피복 부재의 탈막에 적용될 수 있다.
경질 피막이 코팅되는 공구 기재로는 초경합금이 바람직하게 사용되는데, 고속도 공구 강 (鋼) 등의 다른 공구 재료를 사용할 수도 있다. 밀착성을 높이기 위해, 공구 기재의 표면에 조면화 처리를 실시하거나 다른 피막을 하지로서 형성하거나 하는 등, 소정의 전처리를 실시할 수 있다. 경질 피막 피복 반도체 장치의 경우도 동일하다.
경질 피막 피복 부재는, 적어도 원소 주기표의 Ⅲb 족, Ⅳa 족, Ⅴa 족 또는 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 또는 그들의 상호 고용체로 이루어지는 경질 피막, 예를 들어 TiAlN, TiCN, TiCrN, TiN 등이 코팅되어 있으면 되고, 그 경질 피막의 위 또는 아래에 다이아몬드 피막이나 DLC (Diamond-Like Carbon) 피막 등의 다른 피막이 형성되어 있는 경우에도 적용될 수 있다. 다이아몬드 피막 등의 하지층을 갖는 경우에, TiAlN 등의 경질 피막만을 이온빔 에칭으로 탈막하여 하지층을 남기도록 할 수도 있다.
상기 경질 피막은, 예를 들어 아크 이온 플레이팅법이나 스퍼터링법 등의 PVD 법에 의해 바람직하게 형성되는데, 플라즈마 CVD 법 등의 다른 성막법으로 형성된 것이어도 된다. 경질 피막의 막두께는 피막의 종류 등에 따라 적절히 정해지는데, 예를 들어 1 ∼ 5㎛ 정도가 적당하다. 2 종류 이상의 경질 피막이 교대로 적층되어 있는 다층의 적층 피막이어도 되는 등, 다양한 양태가 가능하다.
이온빔에 의한 에칭은, 경질 피막에 대하여 균일하게 이온빔이 조사되도록, 필요에 따라 그 이온빔을 발사하는 이온빔 건과 경질 피막 피복 부재를 상대 이동시켜 실시하는 것이 바람직하다. 에칭을 실시해야 할 경질 피막의 코팅 영역 이외의 부분은, 포토 레지스트 등의 마스크제로 마스킹해 두면 된다.
워킹 가스는 이온빔을 생성하는 이온의 근원으로, 워킹 가스가 이온화되어 경질 피막에 조사된다. 제 2 발명에서는, 워킹 가스로서 불활성 가스가 사용되고 있지만, 제 1 발명의 실시시에는 불활성 가스 이외의 가스를 사용하여 이온빔 에칭을 실시할 수도 있다. 그 경우에, 경질 피막과 화학적으로 활성인 가스의 경우에는, 스퍼터링 현상에 추가하여 화학 반응에 의해서도 경질 피막이 제거되게 되는데, 종래와 같이 화학 반응을 메인으로 습식으로 탈막하는 경우와 비교하여 본체의 손상이 대폭 억제된다.
또한, 이온빔 에칭만으로 경질 피막을 탈막할 수도 있지만, 다른 탈막 기술과 병용하여 실시할 수도 있다. 즉, 공구 기재 등의 본체에 대한 손상을 억제하는데 있어서, 적어도 탈막의 최종 단계에서 이온빔 에칭을 채용하는 것이 바람직하고, 다른 탈막 기술로 경질 피막을 능률적으로 대략 제거한 후, 불활성 가스 등의 워킹 가스를 사용하여 이온빔 에칭에 의해 서서히 경질 피막을 탈막하는 등, 다양한 양태가 가능하다.
제 4 발명에서는, 제 1 에칭 공정에 있어서 라돈, 크세논 및 크립톤 중 어느 하나의 가스가 사용되고, 제 2 에칭 공정에 있어서 아르곤 가스가 사용되는데, 그들의 원자량은, 라돈 ＞ 크세논 ＞ 크립톤 ＞ 아르곤이기 때문에, 제 3 발명의 실시시에는, 제 1 에칭 공정에서 크세논 가스를 사용함과 함께 제 2 에칭 공정에서 크립톤 가스를 사용해도 되는 등, 다양한 양태가 가능하다. 또한, 불활성 가스로는 이 밖에 네온 및 헬륨이 있는데, 질량이 작기 때문에 본 발명의 에칭 처리에는 적당하지 않다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명 방법에 따라 경질 피막을 탈막할 수 있는 경질 피막 탈막 장치 (10) 의 개략 구성도로, 이온빔 에칭 장치를 이용한 것이며, 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 는 척 (14) 에 의해 에칭 처리 용기 (16) 내의 회전 테이블 (18) 상에, 그 중심선 (S) 과 동심으로 배치된다. 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 는 경질 피막 피복 부재에 상당하는 것으로, 도면은 엔드 밀의 경우이며, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 초경합금으로 구성되어 있는 공구 기재 (20) 에는 생크 (22) 및 날부 (24) 가 일체로 형성되어 있다. 날부 (24) 에는, 커팅 날로서 외부 둘레 날 (26) 및 바닥 날 (28) 이 형성되어 있음과 함께, 그 날부 (24) 의 표면에는 아크 이온 플레이팅법 등의 PVD 법에 의한 코팅 기술로 경질 피막 (30) 이 코팅되어 있다. 경질 피막 (30) 은, 원소 주기표의 Ⅲb 족, Ⅳa 족, Ⅴa 족 또는 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 또는 그들의 상호 고용체로 이루어지는 것으로, 본 실시예에서는 TiAlN 이 단층으로 형성되어 있음과 함께, 그 막두께는 1 ∼5㎛ 의 범위 내에서 약 3㎛ 이다.
도 2 의 (a) 는 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 를 축심과 직각 방향에서 본 정면도이고, (b) 는 경질 피막 (30) 이 코팅된 날부 (24) 표면 부분의 확대 단면도이다. 또한, 도 2(a) 의 사선부는 경질 피막 (30) 을 나타내고 있고, 경질 피막 (30) 이 코팅된 날부 (24) 가 상향이 되는 자세로 상기 회전 테이블 (18) 상에 배치된다. 이 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 는, 사용에 의해 경질 피막 (30) 이 마모되거나 손상되거나 한 중고품, 또는 제조시에 경질 피막 (30) 의 코팅 불량 등에 의해 발생한 불량품이며, 도 1 에서는 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 가 회전 테이블 (18) 과 동심으로 1 개 배치되어 있을 뿐이지만, 중심선 (S) 과 평행으로 복수의 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 를 배치하여 동시에 탈막 처리를 실시할 수도 있다. 공구 기재 (20) 는 본체에 상당하고, 날부 (24) 는 가공부에 상당한다.
도 1 의 경질 피막 탈막 장치 (10) 는, 이온 발생원을 갖는 1 쌍의 이온빔 건 (32a, 32b) 으로부터 발사되는 이온빔에 의해 경질 피막 (30) 을 에칭하여 제거하는 것이다. 워킹 가스 공급 장치 (40) 는, 이온빔의 이온의 근원이 되는 워킹 가스 (Working gas) 를 이온빔 건 (32a, 32b) 에 공급하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 크립톤 가스와 그 크립톤 가스보다 원자량이 작은 아르곤 가스를 전환하여 공급할 수 있도록 되어 있고, 이온빔 건 (32a, 32b) 으로부터는 워킹 가스의 종류에 따라 크립톤 이온빔 및 아르곤 이온빔이 택일적으로 발사된다. 에칭 처리 용기 (16) 내는 진공 펌프 (42) 에 의해 감압되도록 되어 있고, 본 실시예에서는 진공도 (Pressure) 가 0.1㎩ 로 됨과 함께, 이온의 가속 전압 (acceleration voltage) 은 3.0㎸ 이다. 또한, 이온빔 건 (32a, 32b) 에서 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 까지의 거리는 약 200㎜ 이고, 그 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 에는 바이어스 전원 (44) 에 의해 50㎑, 500V 의 부하 바이어스 (Bias) 가 인가되도록 되어 있으며, 이온 발생원의 전류값 (Ion source current) 은 500㎃ 이었다.
상기 회전 테이블 (18) 은, 전동 모터나 감속기 등을 갖는 회전 구동 장치 (46) 에 의해, 중심선 (S) 둘레에 소정의 회전 속도로 회전 구동되고, 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 도 회전 테이블 (18) 과 일체적으로 축심 둘레에 회전 (자전) 되어, 날부 (24) 의 전체 둘레에 대략 균등하게 이온빔이 조사되도록 되어 있다. 또한, 회전 테이블 (18) 의 상방에는 상하 이동대 (48) 가 배치 형성되어 있고, 상기 이온빔 건 (32a, 32b) 이 각각 2 축의 조사 각도 조정 장치 (34a, 34b) 를 통하여 배치 형성되어 있어, 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 에 대한 이온빔 건 (32a, 32b) 의 자세, 즉 조사 각도를 조정할 수 있도록 되어 있다. 상하 이동대 (48) 에는 또한, 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 의 직경 치수 등에 따라 이온빔 건 (32a, 32b) 을 조사 각도 조정 장치 (34a, 34b) 와 함께 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 에 대하여 접근, 이간시키는 접근 이간 장치가 설치되어 있다.
상기 상하 이동대 (48) 는, 예를 들어 전동 모터에 의해 정역 (正逆) 양 방향으로 회전 구동되는 이송 나사를 갖는 축 방향 이동 장치 (50) 에 의해 상하 방향, 즉 회전 테이블 (18) 에 고정된 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 의 축심 (중심선 (S)) 과 평행한 방향으로 직선 이동되도록 되어 있다. 그리고, 마이크로 컴퓨터 등을 갖는 전자 제어 장치 (52) 에 의해 회전 구동 장치 (46) 및 축 방향 이동 장치 (50) 가 각각 제어되어, 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 가 축심 둘레에 회전 구동됨과 함께, 이온빔 건 (32a, 32b) 이 상하 이동됨으로써, 경질 피막 (30) 이 코팅된 날부 (24) 의 전체 길이에 걸쳐 그 전체 둘레에 이온빔이 조사된다. 이온빔의 조사 시간은, 날부 (24) 의 길이 치수나 경질 피막 (30) 의 막두께 등에 따라 적절히 정해진다. 또한, 경질 피막 (30) 의 코팅 영역 이외의 부분, 즉 생크 (22) 에는 포토 레지스트 등의 마스크제가 필요에 따라 형성되어, 이온빔에 의한 에칭이 방지된다.
다음으로, 이와 같은 경질 피막 탈막 장치 (10) 를 사용하여 경질 피막 (30) 을 탈막하는 절차를 도 3 의 플로우 차트에 따라 설명한다. 도 3 의 단계 S1 에서는, 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 를 회전 테이블 (18) 상에 배치한 후, 진공 펌프 (42) 에 의해 에칭 처리 용기 (16) 내를 예를 들어 0.1㎩ 정도까지 감압한다. 단계 S2 에서는, 회전 구동 장치 (46) 및 축 방향 이동 장치 (50) 에 의해 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 를 축심 둘레에 회전 구동시키면서 이온빔 건 (32a, 32b) 을 상하 이동시키는 한편, 워킹 가스 공급 장치 (40) 로부터 워킹 가스로서 크립톤 가스를 이온빔 건 (32a, 32b) 에 공급함으로써, 크립톤 이온빔을 경질 피막 (30) 에 조사하여 에칭한다. 크립톤 가스는 불활성 가스이기 때문에, TiAlN 의 경질 피막 (30) 과 화학 반응을 일으키지는 않아, 오로지 크립톤 이온의 조사에 의한 스퍼터링 현상에 기초하여 경질 피막 (30) 이 기계적으로 제거되는데, 크립톤의 원자량은 83.80 으로 비교적 크기 때문에, 질량이 큰 크립톤 이온 조사에 의한 스퍼터링 현상에 의하여 경질 피막 (30) 이 효율적으로 제거된다. 이 크립톤 이온빔에 의한 에칭 처리는, 예를 들어 경질 피막 (30) 이 올바르게 코팅되어 있는 부분 (막두께가 3㎛) 에서는, 그 경질 피막 (30) 이 완전히 제거되어 공구 기재 (20) 의 표면이 노출되기 전에 종료되도록 미리 정해진 소정의 시간 (예를 들어 20 시간 정도) 만큼 실시된다. 단, 실제의 단계 S2 에서는, 경질 피막 (30) 의 상태 등에 따라 공구 기재 (20) 의 표면이 부분적으로 노출된다. 이 단계 S2 는 제 1 에칭 공정이다.
계속해서, 단계 S3 을 실행하여, 워킹 가스 공급 장치 (40) 로부터 이온빔 건 (32a, 32b) 에 공급하는 워킹 가스를 크립톤 가스에서 아르곤 가스로 전환함으로써, 아르곤 이온빔을 경질 피막 (30) 에 조사하여 에칭한다. 아르곤 가스는 불활성 가스이기 때문에, 상기 단계 S2 와 동일하게 TiAlN 의 경질 피막 (30) 과 화학 반응을 일으키지는 않아, 오로지 아르곤 이온의 조사에 의한 스퍼터링 현상에 기초하여 경질 피막 (30) 이 기계적으로 제거되는데, 아르곤의 원자량은 39.95 로 비교적 작기 때문에, 질량이 작은 아르곤 이온 조사에 의한 스퍼터링 현상에 의하여 경질 피막 (30) 이 비교적 천천히 제거된다. 이 아르곤 이온빔에 의한 에칭 처리는, 경질 피막 (30) 을 완전히 제거할 수 있는 소정의 시간 (예를 들어 10 시간 정도) 만큼 실시된다. 이 단계 S3 은 제 2 에칭 공정이다.
이로써 일련의 에칭 처리는 종료되고, 경질 피막 (30) 이 탈막된 공구 기재 (20) 는 에칭 처리 용기 (16) 로부터 꺼내져, 필요에 따라 외부 둘레 날 (26) 이나 바닥 날 (28) 을 재연삭한 후, 아크 이온 플레이팅법 등의 코팅 기술을 사용하여 날부 (24) 에 TiAlN 의 경질 피막 (30) 이 코팅됨으로써, 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 로서 재생된다.
여기서, 본 실시예에서는, 경질 피막 (30) 에 이온빔을 조사하여 에칭함으로써, 스퍼터링 현상을 메인으로 하여 경질 피막 (30) 이 공구 기재 (20) 로부터 제거되기 때문에, 경질 피막 (30) 의 막두께 편차나 탈막 속도 편차 등으로 부분적으로 선행되어 공구 기재 (20) 의 표면이 노출되어도, 화학 반응을 메인으로 탈막하는 경우와 비교하여 화학적 침식에 의한 표면의 취약화가 억제됨과 함께, 공구 기재 (20) 에 대한 영향이 작아져 형상 변화나 치수 변화도 경감된다. 이로써, 공구 기재 (20) 를 그대로 또는 약간 가공하는 것만으로 재사용할 수 있고, 경질 피막 (30) 을 재코팅함으로써 경질 피막 피복 부재 (12) 를 저렴하게 재생시킬 수 있음과 함께, 경질 피막 (30) 의 밀착 강도가 향상되어 신품과 동일한 본래의 피막 성능 (내구성이나 내마모성 등) 이 얻어지게 된다.
특히, 본 실시예에서는, 이온빔을 생성하는 워킹 가스로서 크립톤 가스 및 아르곤 가스의 불활성 가스가 사용되기 때문에, 경질 피막 (30) 과 화학 반응을 일으키지는 않아, 오로지 이온의 조사에 의한 스퍼터링 현상에 의하여 경질 피막 (30) 이 기계적으로 제거되게 된다. 따라서, 그 탈막 속도는 느려지지만, 공구 기재 (20) 의 표면이 노출된 경우라도 그 공구 기재 (20) 에 대한 화학적 침식에 의한 표면의 취약화는 전혀 없고, 재코팅된 경질 피막 (30) 의 밀착 강도가 더욱 향상된다.
또한, 본 실시예에서는, 공구 기재 (20) 가 초경합금으로 구성되어 있기 때문에, 과산화수소수를 사용하여 화학 반응으로 탈막하는 경우에는, 표층 부분의 WC 입자가 화학적으로 침식되어 표면이 취약해지지만, 워킹 가스로서 불활성 가스를 사용한 이온빔에 의한 스퍼터링 현상에 의하여 탈막이 실시됨으로써, 공구 기재 (20) 표면의 취약화가 회피되어, 재코팅 후의 경질 피막 (30) 의 밀착 강도가 향상되는 등의 상기 효과가 더욱 현저하게 얻어진다.
또한, 본 실시예에서는, 단계 S2 에서는 크립톤 가스를 사용하여 에칭을 실시함으로써, 비교적 질량이 큰 크립톤 이온의 스퍼터링 현상에 의하여 경질 피막 (30) 을 효율적으로 제거하는 한편, 단계 S3 에서는 아르곤 가스를 사용하여 에칭을 실시함으로써, 질량이 작은 아르곤 이온의 스퍼터링 현상에 의하여 경질 피막 (30) 을 서서히 제거하기 때문에, 그들의 처리 시간을 적당하게 설정함으로써, 공 구 기재 (20) 에 대한 영향 (형상 변화나 치수 변화) 을 최소한으로 억제하면서 탈막 처리 시간을 단축시킬 수 있다. 예를 들어, 단계 S2 는, 경질 피막 (30) 이 올바르게 코팅되어 있는 부분 (막두께가 3㎛) 에 있어서 공구 기재 (20) 가 노출되지 않는 범위에서 가능한 한 긴 처리 시간으로 설정되고, 단계 S3 은, 단계 S2 에서 남겨둔 경질 피막 (30) 을 완전히 제거할 수 있는 필요 최소한의 처리 시간으로 설정된다.
또한, 상기 단계 S2 및 S3 에서는 워킹 가스를 전환하기만 해도 되므로, 경질 피막 피복 가공 공구 (12) 를 에칭 처리 용기 (16) 내에 유지한 상태에서 그들의 단계 S2 및 S3 을 연속하여 실시할 수 있다.
덧붙여서, 초경합금으로 이루어지는 공구 기재 (20) 의 날부 (24) 에 상기 경질 피막 (30) 으로서 TiAlN 이 3㎛ 의 막두께로 코팅된 공구 직경 D = 10㎜ 인 이중 날의 엔드 밀에 대해, 본 발명 방법에 따라 재생시킨 것과, 종래법으로 재생시킨 종래법 1, 종래법 2 및 신품의 합계 4 개의 시험품을 준비하고, 이하의 가공 조건에서 절삭 가공을 실시하여 플랭크면 마모폭 VB (㎜) 를 조사한 결과, 도 4 에 나타내는 결과가 얻어졌다. 본 발명 방법에 의한 시험품은, 상기 단계 S2 의 처리 시간을 20 시간, 단계 S3 의 처리 시간을 10 시간으로 하고, 탈막 처리를 실시하여 얻어진 공구 기재 (20) 를 그대로 사용하여 경질 피막 (30) 을 재코팅한 것이다. 종래법 1, 종래법 2 의 시험품은, 모두 과산화수소수를 사용한 화학 처리로 탈막한 공구 기재 (20) 에 경질 피막 (30) 을 재코팅한 것이다.
《가공 조건》
· 공구 이중 날 초경 엔드 밀, φ10
· 절삭 속도 34.5m/분
· 이송 속도 0.03㎜/날
· 절삭 깊이 축 방향 aa = 15㎜
직경 방향 ar = 0.5㎜
· 절삭 유제 에어 블로우
· 가공의 종류 측면 (다운)
· 피삭재 SKD61 (40HRC)
도 4 의 측정 결과에서 분명한 바와 같이, 본 발명 방법에 의하면 종래법 1, 2 와 비교하여 플랭크면 마모폭 VB 가 약 1/2 이 되어, 신품과 동일한 정도의 우수한 내마모성이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 이것은, 공구 기재 (20) 에 대한 경질 피막 (30) 의 밀착 강도가 신품과 동일한 정도이고, 또한 외부 둘레 날 (26) 의 커팅 날 형상이 신품과 동일한 정도로 우수한 절삭 성능이 얻어지기 때문인 것으로 생각된다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명하였는데, 이것은 어디까지나 일 실시형태로서, 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 다양한 변경, 개량을 부가한 양태로 실시할 수 있다.
본 발명의 경질 피막의 탈막 방법에 의하면, 경질 피막에 이온빔을 조사하여 에칭함으로써, 스퍼터링 현상을 메인으로 하여 경질 피막이 본체로부터 제거되기 때문에, 화학 반응을 메인으로 탈막하는 경우와 비교하여 화학적 침식에 의한 표면의 취약화가 억제됨과 함께, 본체에 대한 영향이 작아져 형상 변화나 치수 변화도 경감된다. 이로써, 본체를 그대로 또는 약간 가공하는 것만으로 재사용할 수 있고, 경질 피막을 재코팅함으로써 경질 피막 피복 부재를 저렴하게 재생시킬 수 있음과 함께, 경질 피막의 밀착 강도가 향상되어 신품과 동일한 본래의 피막 성능이 얻어지게 된다. 즉, 엔드 밀이나 탭, 드릴 등의 경질 피막 피복 부재의 경질 피막을 탈막하고, 공구 기재 등의 본체를 재사용하여 경질 피막 피복 부재를 재생시키는 경우에 본 발명은 바람직하게 이용된다.
Claims (9)
- 원소 주기표의 Ⅲb 족, Ⅳa 족, Ⅴa 족 또는 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 또는 그들의 상호 고용체로 이루어지는 경질 피막이 본체의 표면에 코팅되어 있는 경질 피막 피복 부재 (12) 에 있어서, 그 경질 피막에 이온빔을 조사하여 에칭함으로써, 그 경질 피막 (30) 을 상기 본체 (20) 로부터 탈막하는 방법으로서,불활성 가스를 워킹 가스로 하여 생성된 이온빔을 상기 경질 피막 (30) 에 조사하여 에칭을 실시하고, 그 에칭을 실시하는 공정은,제 1 불활성 가스를 워킹 가스로 하여 생성된 이온빔을 상기 경질 피막 (30) 에 조사하여 에칭을 실시하는 제 1 에칭 공정과,상기 워킹 가스를 상기 제 1 불활성 가스보다 원자량이 작은 제 2 불활성 가스로 전환하여 이온빔을 생성하고, 상기 경질 피막 (30) 에 조사하여 에칭을 실시하는 제 2 에칭 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 경질 피막의 탈막 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 에칭 공정에서는, 상기 워킹 가스로서 라돈, 크세논 및 크립톤 중 어느 하나의 가스가 사용되고,상기 제 2 에칭 공정에서는, 상기 워킹 가스로서 아르곤 가스가 사용되는 것을 특징으로 하는 경질 피막의 탈막 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 본체 (20) 는 초경합금으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 경질 피막의 탈막 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 경질 피막 피복 부재 (12) 는, 적어도 가공부 (24) 에 상기 경질 피막 (30) 이 코팅되어 있는 경질 피막 피복 가공 공구인 것을 특징으로 하는 경질 피막의 탈막 방법.
- 제 1 항에 있어서,이온 빔을 이용한 에칭 동안에, 이온 빔의 조사 부재 (32a, 32b) 와 상기 경질 피막 피복 부재 (12) 는 상대적으로 움직이는 것을 특징으로 하는 경질 피막의 탈막 방법.
- 제 1 항에 있어서,이온 빔을 이용한 에칭은 경질 피막 제거의 최종 단계에서 수행되는 것을 특징으로 하는 경질 피막의 탈막 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 경질 피막 (30) 의 두께는 1㎛ 내지 5㎛ 인 것을 특징으로 하는 경질 피막의 탈막 방법.
- 제 1 항에 있어서,제 1 에칭 공정은 크세논 가스를 사용하며, 제 2 에칭 공정은 크립톤 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 경질 피막의 탈막 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 본체 (20) 의 표면은 조면화 처리 및 하지 피막의 형성 중 하나 혹은 모두가 실시되는 것을 특징으로 하는 경질 피막의 탈막 방법.
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