KR19980066845A - Aluminum head drum for video cassette recorder with protective layer and method for forming protective layer - Google Patents

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KR19980066845A KR1019970002594A KR19970002594A KR19980066845A KR 19980066845 A KR19980066845 A KR 19980066845A KR 1019970002594 A KR1019970002594 A KR 1019970002594A KR 19970002594 A KR19970002594 A KR 19970002594A KR 19980066845 A KR19980066845 A KR 19980066845A
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최계철
김금모
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배순훈
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Abstract

본 발명은 비디오 카세트 레코더(VCR)에 사용하기 위한 알루미늄 헤드 드럼 및 그 보호층의 형성 방법에 관한 것으로서, 그 알루미늄 헤드 드럼의 표면 상에 충분한 두께 및 경도의 비자성 보호층을 코팅하여 개선된 알루미늄 헤드 드럼을 제공하고자 하는 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an aluminum head drum for use in a video cassette recorder (VCR) and a method for forming a protective layer thereof, wherein the aluminum is improved by coating a non-magnetic protective layer of sufficient thickness and hardness on the surface of the aluminum head drum. To provide a head drum.

티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2...)의 보호층은 홀로우-캐소드-침착(HCD) 이온 도금법에 의해 제조되고 0.3㎛ 내지 1.5㎛의 두께를 가지며, 다이아몬드상 카본(DLC)의 보호층은 플라즈마-증강 화학 증착법(PECVD)에 의해 제조되고 0.3㎛ 내지 2.0㎛의 두께를 가진다. 각 보호층은 가변적인 기계적 경도를 가지며, 이 기계적 경도는 표면과 접하는 보호층의 영역에서 최대값을 갖고, 점차적으로 감소하여, 비디오 테이프와 접촉하게 되는 보호층의 영역에서 최소값을 갖게 된다. 비디오 테이프와 접촉하게 되는 보호층영역의 마이크로-비커스 경도는 비디오 테이프 상의 자기 물질의 것 보다 1.5배 내지 2.0배 크다.The protective layers of titanium (Ti) and titanium nitride (Ti 2 N, TiN, TiN 2 ...) are manufactured by hollow-cathode-deposition (HCD) ion plating and have a thickness of 0.3 µm to 1.5 µm, and diamond The protective layer of phase carbon (DLC) is prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and has a thickness of 0.3 μm to 2.0 μm. Each protective layer has a variable mechanical hardness, which has a maximum value in the area of the protective layer in contact with the surface, and gradually decreases to have a minimum value in the area of the protective layer that comes into contact with the video tape. The micro-Vickers hardness of the protective layer region in contact with the video tape is 1.5 to 2.0 times greater than that of the magnetic material on the video tape.

Description

보호층이 형성된 비디오 카세트 레코더용 알루미늄 헤드 드럼과 그 보호층 형성방법Aluminum head drum for video cassette recorder with protective layer and method for forming protective layer

본 발명은 비디오 카세트 레코더(VCR)에 관한 것으로서, 특히 표면 상에 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2)이나 또는 다이아몬드상 카본(DLC: diamond-like carbon)으로 된 보호층을 가진 개선된 VCR용 알루미늄 헤드 드럼 및 그 보호층을 형성하는 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to video cassette recorders (VCRs), in particular protection of titanium (Ti) and titanium nitride (Ti 2 N, TiN, TiN 2 ) or diamond-like carbon (DLC) on the surface. An improved aluminum head drum for a VCR having a layer and a method for forming the protective layer thereof.

잘 알려진 바와 같이, VCR 헤드 드럼의 주요 역활 중의 하나는 VCR 내의 규정된 경로를 따라 주행하는 자기 테이프에 손상이나 악영향을 끼치지 않으면서도 그 테이프에 안정성을 부여하고자 하는 것이다. 이와 같은 역활을 충족시키기 위해서, 그 주행 테이프와 접촉하는 헤드 드럼의 표면을 다음과 같은 식으로 설계한다. 즉, 그 헤드 드럼의 표면을, 거시적으로는 매끄러우나, 자세히 보면 헤드 드럼의 표면과 테이프 간의 마찰 감소를 위해 헤드 드럼의 회전축에 수직한 방향을 따라 다수의 기복이 제공되도록 설계한다. 한편, 다른 설계 요건은 테이프 상에 기록된 정보를 보호하는 데에 있으므로, 헤드 드럼을 통상 비자성 재료로 만든다.As is well known, one of the main roles of a VCR head drum is to provide stability to the tape without damaging or adversely affecting the magnetic tape traveling along a defined path in the VCR. In order to satisfy such a role, the surface of the head drum in contact with the traveling tape is designed in the following manner. That is, the surface of the head drum is smooth, but macroscopically, but in detail, it is designed such that a plurality of reliefs are provided along a direction perpendicular to the axis of rotation of the head drum to reduce friction between the surface of the head drum and the tape. On the other hand, another design requirement is to protect the information recorded on the tape, so that the head drum is usually made of nonmagnetic material.

지금까지는, 헤드 드럼을 주로 Al-Si, Al-Cu 또는 이들의 변형과 같은 알루미늄 합금을 다이캐스팅(diecasting)하는 것에 의해 제조했다. 이러한 알루미늄 합금의 다이캐스팅에 의해 제조한 헤드 드럼의 표면 위에는, 수 nm 두께의 산화 알루미늄(Al2O3)층을 형성한다. 이 Al2O3층은 테이프의 윤활 및 자기층과 물리적으로 접촉하고 상호작용을 한다.To date, head drums have been produced by diecasting aluminum alloys, such as Al-Si, Al-Cu or variants thereof. On the surface of the head drum manufactured by die casting of such an aluminum alloy, a layer of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) having a thickness of several nm is formed. This Al 2 O 3 layer is in physical contact and interaction with the lubrication and magnetic layers of the tape.

헤드 드럼의 표면 위에 형성한 Al2O3층은 불충분한 두께를 가지므로, 즉, 너무 얇으므로, Al2O3층의 기계적 특성은 헤드 드럼을 구성하는 알루미늄 합금의 기계적 특성에 의해 크게 영향을 받을 것이다. 달리 말해서, Al2O3층의 효과는 실질적으로 무시될 수 있으므로, 알루미늄 헤드 드럼 표면의 전반적인 기계적 특성은 알루미늄 합금 만으로 제조한 표면의 기계적 특성으로 간주될 수 있다. 알루미늄 헤드 드럼의 기계적 경도 및 그에 따른 내마모성은 알루미늄 헤드 드럼의 다이캐스팅 중에 발생하는 기공에 의해 더욱 악영향을 받게 된다.Since the Al 2 O 3 layer formed on the surface of the head drum has an insufficient thickness, that is, it is too thin, the mechanical properties of the Al 2 O 3 layer are greatly influenced by the mechanical properties of the aluminum alloy constituting the head drum. Will receive. In other words, the effect of the Al 2 O 3 layer can be substantially ignored, so the overall mechanical properties of the aluminum head drum surface can be regarded as the mechanical properties of the surface made of aluminum alloy only. The mechanical hardness and hence the wear resistance of the aluminum head drum is further adversely affected by the pores that occur during die casting of the aluminum head drum.

γ-Fe2O3, Fe 등과 같은 자기층내의 침상자기 분말이 후술할 표 2에 도시한 알루미늄 합금 보다 기계적 경도가 높으므로, VCR의 정상 작동 중에, 그 분말은 알루미늄 헤드 드럼 표면에 대해 스크래칭이나 마모를 야기하는 것 외에도 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 박히게된다. 이렇게 표면에 박힌 자기 분말은 테이프 표면에 스크래칭을 야기하는 것 외에도, 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 충분한 양이 축적된 경우 그 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 하나의 층을 형성하고, 그렇게 형성된 자기 분말 층은 테이프에 저장된 정보에 자기적으로 영향을 미쳐 화질을 저하 시킨다.Since the needle bed powder in the magnetic layer such as γ-Fe 2 O 3 , Fe, etc. has a higher mechanical hardness than the aluminum alloy shown in Table 2 below, during normal operation of the VCR, the powder may be scratched against the aluminum head drum surface. In addition to causing abrasion, it is lodged on the aluminum head drum surface. In addition to causing scratches on the surface of the tape, the magnetic powder embedded in the surface forms a layer on the surface of the aluminum head drum when sufficient amount is accumulated on the surface of the aluminum head drum, and the formed magnetic powder layer is thus taped. Magnetically affects the information stored in the image quality.

또한, 주행 테이프에 안정성을 부여하기 위해 알루미늄 헤드 드럼 표면과 테이프 간의 공기역학적 및 점착 특성을 고려해서 알루미늄 헤드 드럼을 설계하기 때문에, 예로서, 0.3㎛ 정도의 미소한 알루미늄 헤드 드럼 표면 마모도 알루미늄 헤 드 드럼이 상기한 기본 목적을 충족시킬 수 없게 할 수 있다.In addition, since the aluminum head drum is designed in consideration of the aerodynamic and adhesive properties between the aluminum head drum surface and the tape in order to give stability to the running tape, for example, the wear of the aluminum head drum surface of the fine aluminum head of about 0.3 μm is also required. The drum may not be able to fulfill the basic purpose described above.

또한, 헤드 드럼 표면 상에 제공된 기복의 팁(tips)이 마모되면 테이프와 알루미늄 헤드 드럼 간의 접촉 면적이 증가되어 마모가 더욱 가속화될 수 도 있다. 이같은 마모가 계속되면 VCR의 성능이 악영향을 받아 이로 인해 화상이 급작스럽게 떨리거나 VCR 동작이 중단된다.In addition, wear and tear of the tips of the relief provided on the head drum surface may increase the contact area between the tape and the aluminum head drum, which may further accelerate wear. If this wear persists, the VCR's performance will be adversely affected, causing a sudden image tremor or interruption of the VCR's operation.

이러한 문제점을 해결하는데 사용될 수 있는 방법의 예로서는, 일본 특개평 4-209353 및 일본 특개평 4-126459에 개시된 바와 같이, 테이프와 접촉하게 되는 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 테이프 자기층의 자기 분말 보다 기계적 경도가 큰 재료로 된 보호층을 형성하는 것이 있다. 일본 특개평 4-209353에 따르면, 0.1-0.3㎛ 두께의 티타늄(Ti)으로 된 제 1 보호층을 형성한 다음에 0.5-0.7㎛ 두께의 질화 티타늄(TiN)으로 된 제 2 보호층을 형성하는 것에 의해, 테이프와 접촉하게 되는 알루미늄 헤드 드럼 표면을 보호할 수 있다. 한편, 일본 특개평 4-126459에 따르면, 테이프와 접촉하게 되는 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 다이아몬드상 카본(DLC)을 형성하는 것에 의해 상기한 문제점을 해결할 수 있다. 그러나, 이들 방법은 많은 결점을 갖는데, 그들 결점 중의 하나는 이들 방법에 의해 알루미늄 헤드 드럼 표면을 보호할 수 있다고는 하더라도, 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(TiN)이나 다이어몬드상 카본(DLC)으로 된 보호층이 테이프를 보호할 수는 없다. 보호층을 만드는 재료는 테이프 상의 자기 재료 보다 기계적 경도가 높으므로, 그 보호층은 테이프와 접촉하게 되는 경우에 테이프의 물리적 성질에 악영향을 끼쳐 화질을 손상시킨다.Examples of methods that can be used to solve this problem include mechanical hardness than magnetic powder of the magnetic layer of the tape on the aluminum head drum surface that comes into contact with the tape, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-209353 and 4-126459. Some forms a protective layer of a large material. According to Japanese Patent Laid-Open No. 4-209353, a first protective layer made of titanium (Ti) having a thickness of 0.1-0.3 μm is formed, followed by a second protective layer made of titanium nitride (TiN) having a thickness of 0.5-0.7 μm. This can protect the aluminum head drum surface brought into contact with the tape. On the other hand, according to Japanese Patent Laid-Open No. 4-126459, the above problems can be solved by forming diamond-like carbon (DLC) on the aluminum head drum surface which comes into contact with the tape. However, these methods have a number of drawbacks, one of them being titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) or diamond phase carbon (DLC), although these methods can protect the aluminum head drum surface. The protective layer cannot protect the tape. Since the material from which the protective layer is made has a higher mechanical hardness than the magnetic material on the tape, the protective layer adversely affects the physical properties of the tape when it comes into contact with the tape, thereby damaging the image quality.

따라서, 본 발명의 목적은 알루미늄 헤드 드럼의 표면 상에 충분한 두께 및 경도를 가지는 비자성 보호층을 코팅하여 개선된 비디오 카세트 레코더(VCR)용 알루미늄 헤드 드럼을 제공하고자 하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide an aluminum head drum for an improved video cassette recorder (VCR) by coating a nonmagnetic protective layer having sufficient thickness and hardness on the surface of the aluminum head drum.

본 발명의 다른 목적은 비디오 테이프의 무결성 및 그 테이프 상에 기록된 정보에 손상이나 악영향을 끼치지 않는 보호층을 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a protective layer on the aluminum head drum surface that does not damage or adversely affect the integrity of the video tape and the information recorded on the tape.

본 발명의 또 다른 목적은 장기간 사용 및/또는 급작스런 환경 변화에 대해서도 높은 내구성을 갖는 개선된 알루미늄 헤드 드럼을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an improved aluminum head drum having high durability against long term use and / or sudden environmental changes.

본 발명의 또 다른 목적은 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 상기한 보호층을 형성하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of forming the above protective layer on the aluminum head drum surface.

본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 비디오 카세트 레코더(VCR)용 알루미늄 헤드 드럼은 그의 표면 상에 코팅된 보호층을 갖되, 상기 보호층은 0.3㎛ 내지 2.0㎛ 두께의 다이아몬드상 카본(DLC)을 포함하고 가변적인 기계적 경도를 가지며, 상기 기계적 경도는 헤드 드럼의 표면과 접하는 보호층의 영역에서 최대값을 갖고, 점차적으로 감소하여, 비디오 테이프와 접촉하게 되는 보호층의 영역에서 최소값을 갖게 됨을 특징으로 한다.An aluminum head drum for a video cassette recorder (VCR) provided according to an embodiment of the present invention has a protective layer coated on its surface, and the protective layer comprises diamond-like carbon (DLC) having a thickness of 0.3 μm to 2.0 μm. And have a variable mechanical hardness, the mechanical hardness having a maximum value in the area of the protective layer in contact with the surface of the head drum, and gradually decreasing to a minimum value in the area of the protective layer in contact with the video tape. It is done.

본 발명의 다른 실시예에 따라 제공되는 비디오 카세트 레코더용 알루미늄 헤드 드럼 상에 다이아몬드상 카본(DLC)으로 된 보호층을 형성하는 플라즈마-증강 화학 증착법(PECVD)은:Plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) for forming a protective layer of diamond-like carbon (DLC) on an aluminum head drum for a video cassette recorder provided according to another embodiment of the present invention is:

(a) 알루미늄 헤드 드럼 홀더를 포함하는 반응기내에 알루미늄 헤드 드럼을 설치하고, 적어도 10-4Torr의 고진공 상태를 만들고, 어떠한 누설이 있는 가를 점검하는 단계; (b) 불활성 가스를 유동시키면서 약 0.07Torr 내지 0.4Torr에서 80℃ 내지 150℃의 소망 온도까지 상기 반응기를 가열하고, 또한 80℃ 내지 150℃의 소망 온도까지 상기 알루미늄 헤드 드럼 홀더를 예열하는 단계; (c) 상기 소망 온도에 이른 후, 상기 불활성 가스의 존재 하에서 상기 알루미늄 헤드 드럼에 5 내지 30분 동안 0.04mW/cm2내지 2W/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도로 플라즈마를 부딪히게 하여 상기 알루미늄 헤드 드럼 표면을 세척하는 단계; (d) 플라즈마 세척 후, 불활성 가스 흐름을 감소시키면서 메탄을 포함하는 공급 가스 혼합물을 유동시키기 시작하는 단계; (e) 120℃ 내지 200℃의 온도 및 0.5W/cm2내지 0.2W/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도 하에서 상기 알루미늄 헤드 드럼의 표면 상에 다이아몬드상 카본(DLC) 보호층을 형성하는 단계; (f) 상기 공급 가스 혼합물의 유동을 중단시키고, RF-전력을 제거하고, 불활성 가스의 흐름 하에서 상기 다이아몬드상 카본(DLC) 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼을 냉각시키는 단계; (g) 상기 다이아몬드상 카본(DLC) 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼을 검사하고 테스트하기 위해 회수하는 단계를 포함한다.(a) installing an aluminum head drum in a reactor comprising an aluminum head drum holder, wherein at least 10-4Creating a high vacuum of Torr and checking for any leaks; (b) Heating the reactor to a desired temperature of 80 ° C. to 150 ° C. at about 0.07 Torr to 0.4 Torr while flowing an inert gas, and also preheating the aluminum head drum holder to a desired temperature of 80 ° C. to 150 ° C .; (c) 0.04 mW / cm for 5-30 minutes in the aluminum head drum in the presence of the inert gas after reaching the desired temperature.2To 2W / cm2Cleaning the aluminum head drum surface by striking the plasma at a high frequency (RF) power density of; (d) after plasma cleaning, starting to flow the feed gas mixture comprising methane while reducing the inert gas flow; (e) a temperature of 120 ° C. to 200 ° C. and 0.5 W / cm2To 0.2W / cm2Forming a diamond-like carbon (DLC) protective layer on the surface of the aluminum head drum under a high frequency (RF) power density of; (f) stopping the flow of the feed gas mixture, removing RF-power, and cooling the aluminum head drum with the diamond-like carbon (DLC) protective layer under a flow of inert gas; (g) recovering the aluminum head drum with the diamond-like carbon (DLC) protective layer for inspection and testing.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제공되는 비디오 카세트 레코더(VCR)용 알루미늄 헤드 드럼은 그의 표면 상에 코팅된 보호층을 갖되, 상기 보호층은 0.3㎛ 내지 1.5㎛ 두께의 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2)을 포함하고 가변적인 기계적 경도를 가지며, 상기 기계적 경도는 주로 티타늄(Ti)으로 된 보호층의 영역에서 최대값을 갖고, 비디오 테이프와 접촉하게 되는 주로 질화 티타늄(TiN2)으로 된 보호층의 영역에서 최소값을 갖게 됨을 특징으로 한다.An aluminum head drum for a video cassette recorder (VCR) provided according to another embodiment of the present invention has a protective layer coated on its surface, the protective layer being 0.3 μm to 1.5 μm thick titanium (Ti) and nitrided It contains titanium (Ti 2 N, TiN, TiN 2 ) and has a variable mechanical hardness, which has a maximum value in the area of the protective layer mainly made of titanium (Ti), and is mainly nitrided in contact with the video tape. It is characterized in that it has a minimum value in the region of the protective layer made of titanium (TiN 2 ).

본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제공되는 비디오 카세트 레코더용 알루미늄 헤드 드럼 상에 티타늄(Ti),질화 티타늄(Ti2N) 및 질화 티타늄(TiN2)으로 된 보호층을 형성하는 홀로우-캐소드-침착(HCD) 이온 도금법은:Hollow-cathode which forms a protective layer of titanium (Ti), titanium nitride (Ti 2 N) and titanium nitride (TiN 2 ) on an aluminum head drum for a video cassette recorder provided according to another embodiment of the present invention. Deposition (HCD) ion plating method:

(a) 10-4Torr 내지 10-6Torr의 고진공 상태를 만들고, 어떠한 누설이 있는 가를 점검하는 단계; (b) 불활성 가스를 유입하면서 150℃ 내지 250℃의 소망 온도까지 알루미늄 헤드 드럼을 가열하는 단계; (c) 상기 소망 온도에 이른 후, 40mW/cm2내지 200mW/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도를 인가하여, 글로우 방전을 야기시켜서 상기 알루미늄 헤드 드럼의 표면을 세척하는 단계; (d) 10-3Torr 내지 10-2Torr의 진공 상태 및 10mW/cm2내지 150mW/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도 또는 직류 전력 밀도 하에서 홀로우-캐소드-침착(HCD) 전자총 및 티타늄(Ti) 타겟을 이용하여 상기 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 티타늄(Ti) 보호층을 형성하는 단계; (e) 상기 티타늄(Ti)보호층을 형성한 후에, 질소 가스(N2)를 포함하는 공급 가스 혼합물을 유입시키기 시작하여 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2...)의 보호층을 형성하되, 상기 질소 가스(N2)의 함량을 100sccm으로부터 1,000sccm까지 점차적으로 증가시켜 티타늄(Ti)이 질소 가스(N2)와 반응해서 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2)을 형성하는 단계; (f) 상기 공급 가스 혼합물의 유입을 중단시키고, 상기 전자총의 작동을 중단시키고, 불활성 가스의 흐름 하에서 상기 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(TiN)의 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼을 냉각시키는 단계; (g) 상기 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2)의 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼을 검사하고 테스트하기 위해 회수하는 단계를 포함한다.(a) 10-4Torr to 10-6Creating a high vacuum of Torr and checking for any leaks; (b) Heating the aluminum head drum to a desired temperature of 150 ° C. to 250 ° C. while introducing an inert gas; (c) 40 mW / cm after reaching the desired temperature2To 200mW / cm2Cleaning the surface of the aluminum head drum by applying a high frequency (RF) power density of a to cause a glow discharge; (d) 10-3Torr to 10-2Vacuum state of Torr and 10 mW / cm2To 150mW / cm2Forming a titanium (Ti) protective layer on the aluminum head drum surface using a hollow-cathode-deposited (HCD) electron gun and a titanium (Ti) target under a high frequency (RF) power density or a direct current power density of; (e) After forming the titanium (Ti) protective layer, nitrogen gas (N2Starting to feed a feed gas mixture comprising2N, TiN, TiN2Form a protective layer, and the nitrogen gas (N)2) Gradually increased from 100 sccm to 1,000 sccm so that titanium (Ti)2To react with titanium nitride (Ti2N, TiN, TiN2Forming); (f) discontinuing the feed gas mixture, stopping the operation of the electron gun, and cooling the aluminum head drum having a protective layer of titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) under a flow of inert gas. ; (g) the titanium (Ti) and titanium nitride (Ti)2N, TiN, TiN2And recovering the aluminum head drum with a protective layer of c) for inspection and testing.

도 1은 다이아몬드상 카본으로 된 보호층의 증착 속도를 바이어스(bias) 전압의 함수로서 도시한 도면.1 shows the deposition rate of a protective layer of diamond-like carbon as a function of bias voltage.

도 2는 다이아몬드상 카본으로 된 보호층의 마이크로-비커스 경도를 증착 시간의 함수로서 도시한 도면.FIG. 2 shows the micro-Vickers hardness of a protective layer of diamond-like carbon as a function of deposition time.

도 3는 티타늄 및 질화 티타늄으로 된 보호층의 코팅 조건 및 마이크로-비커스 경도를 증착 시간의 함수로서 도시한 도면.3 shows the coating conditions and micro-Vickers hardness of a protective layer of titanium and titanium nitride as a function of deposition time.

도 4는 다이아몬드상 카본층의 압축 응력 변화를 층 두께의 함수로서 도시한 도면.4 shows the change in compressive stress of a diamond-like carbon layer as a function of layer thickness.

도 5는 본 발명의 보호층이 없는 헤드 드럼 표면의 기복에 대한 가속 모드 시험 및 정상 동작 시험의 효과를 도시한 도면.5 shows the effect of an acceleration mode test and a normal operation test on the relief of a head drum surface without a protective layer of the present invention.

도 6은 질화 티타늄으로 된 보호층을 가진 헤드 드럼 표면의 기복에 대한 가속 모드 시험 및 정상 동작 시험의 효과를 도시한 도면.6 shows the effect of an acceleration mode test and a normal operation test on the relief of a head drum surface with a protective layer of titanium nitride.

도 7은 다이아몬드상 카본으로 된 보호층을 가진 헤드 드럼 표면의 기복에 대한 가속 모드 시험 및 습도 시험의 효과를 도시한 도면.FIG. 7 shows the effect of an acceleration mode test and a humidity test on the relief of a head drum surface with a protective layer of diamond-like carbon. FIG.

본 발명의 상기 및 기타 다른 목적 및 특징은 첨부 도면을 참조한 다음의 바람직한 실시예에 대한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.These and other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따르면, VCR의 알루미늄 헤드 드럼 표면에는 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(TiN)이나 다이아몬드상 카본(DLC)을 포함하는 보호층이 제공된다.According to the present invention, a protective layer comprising titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) or diamond-like carbon (DLC) is provided on the aluminum head drum surface of the VCR.

본 명세서에서 사용되는 다이아몬드상 카본(DLC)이란, 다이아몬드 구조에서 관찰되는 것과 유사한 근거리 규칙성(short range order)을 갖는 카본 원자의 3차원 배열을 의미한다. 여기서, 각각의 카본 원자는 4개의 다른 원자들에 의해 둘러싸이나, 다이아몬드 구조와는 달리 원거리 규칙성(long range order)이 없다. 즉, 그 구조의 단위가 규칙적으로 반복되지 않는다. 또한, 표 1에 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본의 유전적, 화학적, 기계적 및 광학적 특성을 도시한다.Diamond-like carbon (DLC) as used herein means a three-dimensional array of carbon atoms with short range order similar to that observed in diamond structures. Here, each carbon atom is surrounded by four other atoms, but unlike the diamond structure, there is no long range order. In other words, the units of the structure are not repeated regularly. Table 1 also shows the dielectric, chemical, mechanical and optical properties of diamond and diamond-like carbon.

표 1 : 다이아몬드 및 다이아몬드상 카본의 특성Table 1: Properties of Diamond and Diamond Carbon

다이아몬드Diamond DLCDLC 결정구조Crystal structure 입방체(sp3)Cube (sp 3 ) sp3, sp2, sp1, 의 비정질 조합체amorphous combination of sp 3 , sp 2 , sp 1 , 밀도density 3.513.51 1.8-2.01.8-2.0 경도(비커스, kg/mm2)Hardness (Vickers, kg / mm 2 ) 7,000-10,0007,000-10,000 900-3,000900-3,000 마찰계수Coefficient of friction 0.03-0.070.03-0.07 0.005-0.050.005-0.05 굴절율Refractive index 2.422.42 1.8-2.21.8-2.2 투과성Permeability UV-VIS-IRUV-VIS-IR VIS IRVIS IR 광학적 갭(eV)Optical gap (eV) 5.55.5 2.0-3.02.0-3.0 저항률(!cm)Resistivity (! Cm) a1016 a10 16 1010-1013 10 10 -10 13 유전상수Dielectric constant 5.75.7 4-94-9

표 2 및 3으로부터 알 수 있는 바와같이, 상술한 보호층재료 즉, 질화 티타늄 및 DLC는 알루미늄 합금에 비해 경도가 높고, 다른 물질과 접촉할 경우 분리성이 좋으며, 비디오 테이프에 대해 낮은 마찰계수를 갖는다. 여기서 DLC는 표 3에 기재된 4개의 보호층재료 중에서 가장낮은 마찰계수를 갖는다.As can be seen from Tables 2 and 3, the above-mentioned protective layer materials, i.e. titanium nitride and DLC, have higher hardness than aluminum alloys, have good separation when in contact with other materials, and have a low coefficient of friction for video tape. Have DLC has the lowest coefficient of friction among the four protective layer materials listed in Table 3.

표 2 : 각종 재료의 마이크로-비커스 경도Table 2: Micro-Vickers Hardness of Various Materials

(측정 깊이는 0.5m 보다 작음)(Measurement depth is less than 0.5m)

재료material 마이크로-비커스 경도(kg/mm2)Micro-Vickers Hardness (kg / mm 2 ) AlAl 1616 Al-CuAl-Cu 100100 Al-SiAl-Si 5555 TiTi 1,000-1,3001,000-1,300 TiNTiN 1,500-2,0001,500-2,000 TiCTiC 2,400-2,7002,400-2,700 γ-Fe2O3 γ-Fe 2 O 3 560560 DLCDLC 2,8002,800 다결정 Al2O3 Polycrystalline Al 2 O 3 1,600-1,8001,600-1,800

표 3 : 각종 재료의 마찰계수*Table 3: Friction Coefficients of Various Materials *

재료material 마찰계수Coefficient of friction 다결정 Al2O3 Polycrystalline Al 2 O 3 0.350.35 TiTi 0.290.29 TiNTiN 0.300.30 DLCDLC 0.250.25

* 각 재료에 대한 마찰계수는 그 재료층 표면상에 대한 테이프의 80회 마찰 전과 후의 테이프 장력 변화를 사용하여 계산했다.The coefficient of friction for each material was calculated using the change in tape tension before and after the 80th friction of the tape on the material layer surface.

다이아몬드상 카본(DLC)의 보호층은 플라즈마-증강 화학 증착법(PECVD)에 의해 알루미늄 헤드 드럼의 표면 상에 형성되는데, 이 플라즈마-증강 화학 증착법(PECVD)은:A protective layer of diamond-like carbon (DLC) is formed on the surface of the aluminum head drum by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), which plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD):

(a) 다이캐스팅된 알루미늄 헤드 드럼 홀더를 포함하는 반응기내에 알루미늄 헤드 드럼을 설치하고, 적어도 10-4Torr의 고진공 상태를 만들고, 어떠한 누설이 있는 가를 점검하는 단계; (b) 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤(Ar)을 유입시키면서 약 0.07Torr 내지 0.4Torr에서, 예를 들어, 약 80℃ 내지 150℃의 소망 온도까지 상기 반응기를 가열하고, 또한 소망 온도, 즉, 80℃ 내지 150℃까지 상기 알루미늄 헤드 드럼 홀더를 예열하는 단계; (c) 상기 소망 온도에 이른 후, 상기 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤(Ar)의 존재 하에서 상기 알루미늄 헤드 드럼에 5 내지 30분 동안 0.04mW/cm2내지 2W/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도로 플라즈마를 부딪히게 하여 상기 다이캐스팅된 알루미늄 헤드 드럼 표면을 세척하는 단계; (d) 플라즈마 세척 후, 불활성 가스의 유입을 감소시키면서 메탄을 포함하는 공급 가스 혼합물을 유입시키기 시작하는 단계; (e) 120℃ 내지 200℃의 온도 및 0.5W/cm2내지 0.2W/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도 하에서 상기 알루미늄 헤드 드럼의 표면 상에 다이아몬드상 카본(DLC) 보호층을 형성하는 단계; (f) 상기 공급 가스 혼합물의 유입을 중단시키고, RF-전력을 제거하고, 불활성 가스의 유동 하에서 상기 다이아몬드상 카본(DLC) 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼을 냉각시키는 단계; (g) 상기 다이아몬드상 카본(DLC) 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼의 검사 및 테스트를 위해 회수하는 단계를 포함한다.(a) installing an aluminum head drum in a reactor comprising a die cast aluminum head drum holder, wherein at least 10-4Creating a high vacuum of Torr and checking for any leaks; (b) Heating the reactor at a desired temperature of from about 0.07 Torr to 0.4 Torr, for example from about 80 ° C. to 150 ° C., while introducing an inert gas such as argon (Ar), and also at a desired temperature, ie 80 ° C. Preheating the aluminum head drum holder to 150 ° C .; (c) after reaching the desired temperature, 0.04 mW / cm in the aluminum head drum for 5-30 minutes in the presence of the inert gas, for example argon (Ar).2To 2W / cm2Cleaning the die cast aluminum head drum surface by striking the plasma at a high frequency (RF) power density of; (d) after plasma cleaning, starting to introduce a feed gas mixture comprising methane while reducing the inflow of inert gas; (e) a temperature of 120 ° C. to 200 ° C. and 0.5 W / cm2To 0.2W / cm2Forming a diamond-like carbon (DLC) protective layer on the surface of the aluminum head drum under a high frequency (RF) power density of; (f) stopping the inlet of the feed gas mixture, removing RF-power, and cooling the aluminum head drum with the diamond-like carbon (DLC) protective layer under a flow of inert gas; (g) recovering for inspection and testing of the aluminum head drum having the diamond-like carbon (DLC) protective layer.

도 1은 다이아몬드상 카본으로 된 보호층의 증착속도를 바이어스(bias) 전압의 함수로서 도시한 것이고, 도 2는 다이아몬드상 카본으로 된 보호층의 마이크로-비커스 경도를 증착 시간의 함수로서 도시한 것이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 알루미늄 헤드 드럼 표면에 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅을 형성하기 위한 에너지 및 그 코팅된 보호층의 비커스 경도는 증착 시간에 따라 감소된다. 그 이유는 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅을 알루미늄 헤드 드럼 표면에 접착하여 경도가 아주 높은 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅을 제공하기 위해서 많은 양의 에너지가 필요하기 때문이다. 그러나, 일단 알루미늄 헤드 드럼 표면에 최초의 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅이 제공된 후에는, 그 최초의 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅 상에 부가적인 코팅을 형성하는 데에 에너지가 덜 필요하여 부가적인 코팅을 형성하기 위한 에너지가 감소되므로, 그 형성된 코팅의 마이크로-비커스 경도가 감소된다. 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅의 마이크로-비커스 경도 및 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅을 형성하기 위한 에너지는 대략 서로 비례한다. 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅 보호층의 형성에 있어서, 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅을 형성하기 위한 에너지는 점차적으로 감소되어 내부 압축 응력이 완화되도록 하는데, 이는 테이프 상의 자기 물질과 접촉하게 되는 코팅 보호층의 마이크로-비커스 경도가 테이프 상의 자기 물질의 것과 대략 동일한 크기로 될 때 까지 지속된다. 보호층 내의 압축 응력이 너무 커서 처리할 수 없게 되면 표면 크랙이 생기게 될 수도 있다. 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅 보호층의 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 마이크로-비커스 경도는 최초의 코팅이 알루미늄 헤드 드럼 표면과 접촉하는 때의 3,000kg/mm2으로부터 비디오 테이프상의 자기 물질과 접촉하는 때의 1,000kg/mm2으로 감소한다. 비디오 테이프와 직접 접촉하게 되는 다이아몬드상 카본(DLC) 코팅 보호층의 마이크로-비커스 경도는, 도 1에 도시한 바와 같이 약 5000 볼트의 바이어스 전압을 가하여 5×10-3μm/min의 속도록 증착시킨 경우, 비디오 테이프 상의 자기 물질의 것 보다 1.5배 내지 2.0배 크다.1 shows the deposition rate of a protective layer of diamond-like carbon as a function of bias voltage, and FIG. 2 shows the micro-Vickers hardness of the protective layer of diamond-like carbon as a function of deposition time. . As shown in Figures 1 and 2, the energy to form a diamond-like carbon (DLC) coating on the aluminum head drum surface and the Vickers hardness of the coated protective layer decrease with deposition time. This is because a large amount of energy is required to adhere the diamond-like carbon (DLC) coating to the aluminum head drum surface to provide a very hard diamond-like carbon (DLC) coating. However, once the original diamond-like carbon (DLC) coating has been provided on the aluminum head drum surface, less energy is needed to form additional coatings on the original diamond-like carbon (DLC) coating, thus providing additional coating. As the energy to form is reduced, the micro-Vickers hardness of the formed coating is reduced. The micro-Vickers hardness of the diamond phase carbon (DLC) coating and the energy for forming the diamond phase carbon (DLC) coating are approximately proportional to each other. In the formation of a diamond-like carbon (DLC) coating protective layer, the energy for forming the diamond-like carbon (DLC) coating is gradually reduced to relieve internal compressive stress, which is in contact with the magnetic material on the tape to protect the coating. The micro-Vickers hardness of the layer lasts until approximately the same size as that of the magnetic material on the tape. If the compressive stress in the protective layer is too large to be processed, surface cracks may occur. In the case of a diamond-like carbon (DLC) coated protective layer, as shown in FIG. 2, the micro-Vickers hardness is determined from the magnetic material on the video tape from 3,000 kg / mm 2 when the first coating is in contact with the aluminum head drum surface. It decreases to 1,000 kg / mm 2 at the time of contact. The micro-Vickers hardness of the diamond-like carbon (DLC) coated protective layer in direct contact with the video tape was deposited at a rate of 5 × 10 −3 μm / min by applying a bias voltage of about 5000 volts as shown in FIG. 1. If so, it is 1.5 to 2.0 times larger than that of the magnetic material on the video tape.

티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2...)으로 된 보호층은 알루미늄 헤드 드럼 상에 홀로우-캐소드-침착(HCD) 이온 도금법에 의해 형성되는데, 이 홀로우-캐소드-침착(HCD) 이온 도금법은:A protective layer of titanium (Ti) and titanium nitride (Ti 2 N, TiN, TiN 2 ... ) is formed on the aluminum head drum by hollow-cathode-deposition (HCD) ion plating. Cathode deposition (HCD) ion plating is:

(a) 10-4Torr 내지 10-6Torr의 고진공 상태를 만들고, 어떠한 누설이 있는 가를 점검하는 단계; (b) 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤(Ar)을 유입하면서, 소망 온도, 예를 들어, 150℃ 내지 250℃까지 알루미늄 헤드 드럼을 가열하는 단계; (c) 상기 소망 온도에 이른 후, 40mW/cm2내지 200mW/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도를 인가하여, 글로우 방전을 야기시켜서 상기 알루미늄 헤드 드럼의 표면을 세척하는 단계; (d) 10-3Torr 내지 10-2Torr의 진공 상태 및 10mW/cm2내지 150mW/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도 하에서 홀로우-캐소드-침착(HCD) 전자총 및 티타늄(Ti) 타겟을 이용하여 상기 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 티타늄(Ti)보호층을 형성하는 단계; (e) 상기 티타늄(Ti) 보호층을 형성한 후에, 질소 가스(N2)를 포함하는 공급 가스 혼합물을 유입하기 시작하여 질화 티타늄(TiN)의 보호층을 형성하되, 상기 질소 가스(N2)의 함량을 100sccm으로부터 1,000sccm까지 점차적으로 증가시켜 티타늄(Ti)이 질소 가스(N2)와 반응해서 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2)을 형성하게 하는 단계; (f) 상기 공급 가스 혼합물의 흐름을 중단시키고, 상기 전자총의 작동을 중단시키고, 불활성 가스의 유동 하에서 상기 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2)의 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼을 냉각시키는 단계; (g) 상기 티타늄 및 질화 티타늄의 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼의 검사 및 테스트를 위해 회수하는 단계를 포함한다.(a) 10-4Torr to 10-6Creating a high vacuum of Torr and checking for any leaks; (b) Heating the aluminum head drum to a desired temperature, for example 150 ° C. to 250 ° C., while introducing an inert gas such as argon (Ar); (c) 40 mW / cm after reaching the desired temperature2To 200mW / cm2Cleaning the surface of the aluminum head drum by applying a high frequency (RF) power density of a to cause a glow discharge; (d) 10-3Torr to 10-2Vacuum state of Torr and 10 mW / cm2To 150mW / cm2Forming a titanium (Ti) protective layer on the aluminum head drum surface using a hollow-cathode-deposited (HCD) electron gun and a titanium (Ti) target under a high frequency (RF) power density of; (e) After forming the titanium (Ti) protective layer, nitrogen gas (N2Introducing a feed gas mixture comprising a) to form a protective layer of titanium nitride (TiN), the nitrogen gas (N2) Gradually increased from 100 sccm to 1,000 sccm so that titanium (Ti)2To react with titanium nitride (Ti2N, TiN, TiN2Forming a); (f) stopping the flow of the feed gas mixture, stopping the operation of the electron gun, and in the flow of an inert gas, the titanium (Ti) and titanium nitride (Ti)2N, TiN, TiN2Cooling the aluminum head drum with a protective layer of; (g) recovering for inspection and testing of the aluminum head drum having a protective layer of titanium and titanium nitride.

일반적으로 티타늄(Ti) 및 질소(N2)가 분자적으로 평형을 이룰 때 보호층의 마이크로-비커스 경도는 최적값으로 된다. 티타늄(Ti) 대 질소(N2) 비를 조절하면, 보호층의 마이크로-비커스 경도 따라서 보호층 내의 압축 응력이 조절될 수 있다. 비디오 테이프와 직접 접촉하게 되는 보호층영역의 마이크로-비커스 경도는 비디오 테이프 상의 자기 물질의 것 보다 1.5배 내지 2.0배 크다.In general, when titanium (Ti) and nitrogen (N 2 ) are molecularly equilibrated, the micro-Vickers hardness of the protective layer is optimal. By adjusting the titanium (Ti) to nitrogen (N 2 ) ratio, the compressive stress in the protective layer can be controlled according to the micro-Vickers hardness of the protective layer. The micro-Vickers hardness of the protective layer region in direct contact with the video tape is 1.5 to 2.0 times greater than that of the magnetic material on the video tape.

도 3는 티타늄 및 질화 티타늄으로 된 보호층의 코팅 조건 및 마이크로-비커스 경도를 증착 시간의 함수로서 도시한 것이다. 이와같이, 질화티타늄으로 보호층을 형성하는 경우에는, 증착속도가 질소 가스(N2)에 의해 크게 영향을 받지는 않는다. 상기 조건하에서 증착속도는 약 0.04μm/min가 되며, 제 3 도는 티타늄 및 질화 티타늄 보호층의 두께가 약 1-2μm인 경우를 도시한 것이다.3 shows the coating conditions and micro-Vickers hardness of the protective layer of titanium and titanium nitride as a function of deposition time. In this way, when the protective layer is formed of titanium nitride, the deposition rate is not significantly affected by the nitrogen gas (N 2 ). Under the above conditions, the deposition rate is about 0.04 μm / min, and FIG. 3 shows a case where the thickness of the titanium and titanium nitride protective layers is about 1-2 μm.

보호층이 너무 얇을 경우, 보호층의 기계적 특성은 기본적으로 알루미늄 합금으로 제조되는 알루미늄 헤드 드럼의 기계적 특성에 의해 영향을 받을 것이며, 이 경우, Al2O3층의 경우에서 본 바와 같이 알루미늄 헤드 드럼 표면이 적절히 보호되지 못할 수도 있다. 한편, 보호층이 너무 두꺼울 경우에는, 그 보호층내의 압축 응력이 너무 크게 되서 온도 등이 변하게 되면 표면 크랙이 발생할 수도 있다.If the protective layer is too thin, the mechanical properties of the protective layer will be primarily influenced by the mechanical properties of the aluminum head drum made of aluminum alloy, in this case the aluminum head drum as seen in the case of the Al 2 O 3 layer. The surface may not be adequately protected. On the other hand, when the protective layer is too thick, surface cracks may occur when the compressive stress in the protective layer becomes too large and the temperature or the like changes.

티타늄 및 질화 티타늄 보호층의 최적 두께는 0.3-1.5μm 범위로 하였고; 다이아몬드상 카본(DLC) 보호층의 최적 두께는 0.3-2.0μm 범위로 하였다. 최적 두께는 압축 응력이 층두께에 대해 거의 일정하게 유지되는 영역을 나타낸다. 도 4는 다이아몬드상 카본(DLC)으로 제조된 보호층의 압축응력의 변동을 층두께의 함수로서 나타낸다.The optimum thickness of the titanium and titanium nitride protective layers was in the range of 0.3-1.5 μm; The optimum thickness of the diamond-like carbon (DLC) protective layer was in the range of 0.3-2.0 μm. The optimum thickness represents the area where the compressive stress remains nearly constant with respect to the layer thickness. 4 shows the variation of the compressive stress of a protective layer made of diamond-like carbon (DLC) as a function of layer thickness.

티타늄 및 질화 티타늄이나 다이아몬드상 카본(DLC) 으로 된 보호층을 갖는 헤드 드럼의 신뢰성을 평가하기 위해, 다음과 같은 시험을 수행하였다.In order to evaluate the reliability of the head drum having a protective layer of titanium and titanium nitride or diamond-like carbon (DLC), the following test was carried out.

(1) VCR을 고속 전진, 후진, 고속 전진 탐색, 및 후진 탐색 모드로 연속적으로 동작시키는 가속 모드 시험을 30초 내에 수행하되, 고속 전진 모드는 7초, 후진 모드는 7초, 고속 전진 탐색모드는 8초, 그리고 후진 탐색모드는 8초 동안 지속 시킴.(1) Perform an acceleration mode test that continuously operates the VCR in fast forward, backward, fast forward search, and reverse seek modes within 30 seconds, with 7 seconds for fast forward mode, 7 seconds for reverse mode, and fast forward search mode. Lasts 8 seconds and reverse search for 8 seconds.

(2) 정상 동작 시험을 수행, 즉, 플레이 모드로 VCR을 동작시킴.(2) Perform normal operation test, ie operate the VCR in play mode.

(3) 30℃ 및 70% 습도에서 플레이 모드로 VCR을 동작시켜 습도 시험을 수행함.(3) Perform the humidity test by operating the VCR in play mode at 30 ° C and 70% humidity.

이렇게 해서 얻은 결과를 종래 헤드 드럼을 갖는 VCR로 실행했던 유사한 시험으로부터 얻어진 결과와 비교하였다.The results obtained in this way were compared with those obtained from similar tests conducted with a VCR with conventional head drums.

헤드 드럼 표면상에 제공된 기복에 대한 가속 모드 시험 및 정상 동작 시험의 효과는 KOSAKA(Surfcorder SE-300)사의 표면 조도 시험기를 사용하여 관찰했다.The effect of the acceleration mode test and the normal operation test on the relief provided on the head drum surface was observed using a surface roughness tester of KOSAKA (Surfcorder SE-300).

실시예 1Example 1

종래 알루미늄 헤드 드럼의 신뢰성은 상술된 신뢰성 평가 절차에 따라 평가되었고, 그 결과는 도 5에 도시되어 있다. 특히, 도 5A는 신뢰성 시험 전의 종래 헤드 드럼 표면의 조도 시험 데이터를 나타내고; 도 5B는 1,000 시간 가속 모드 시험 후의 표면 조도 데이터를 나타내고, 도 5C는 1,000 시간 정상 동작 시험 후의 표면 조도 데이터를 나타낸다.The reliability of the conventional aluminum head drum was evaluated according to the reliability evaluation procedure described above, and the result is shown in FIG. In particular, FIG. 5A shows roughness test data of a conventional head drum surface before a reliability test; 5B shows surface roughness data after a 1,000 hour acceleration mode test, and FIG. 5C shows surface roughness data after a 1,000 hour normal operation test.

실시예 2Example 2

0.8μm 두께의 티타늄 및 질화 티타늄으로 된 보호층은 HCD 이온 도금법을 사용하여 알루미늄 헤드 드럼 표면상에 형성했다. 알루미늄 헤드 드럼의 신뢰성은 상술한 신뢰성 평가 절차에 따라 평가하였고, 그 결과는 도 6에 도시했다. 특히, 도 6A는 신뢰성 시험전의 알루미늄 헤드 드럼 표면의 조도 데이터를 나타내고; 도 6B는 1,000 시간 가속 모드 시험 후의 표면 조도 데이터를 나타내고, 도 6C는 1,000 시간 정상 동작 시험 후의 표면 조도 데이터를 나타낸다.A protective layer of 0.8 μm thick titanium and titanium nitride was formed on the aluminum head drum surface using HCD ion plating. The reliability of the aluminum head drum was evaluated according to the reliability evaluation procedure described above, and the results are shown in FIG. In particular, FIG. 6A shows the roughness data of the aluminum head drum surface before the reliability test; 6B shows surface roughness data after a 1,000 hour acceleration mode test, and FIG. 6C shows surface roughness data after a 1,000 hour normal operation test.

실시예 3Example 3

0.2μm 두께의 다이아몬드상 카본(DLC)으로 된 보호층은 플라즈마-증강 화학 증착법(PECVD)을 사용하여 알루미늄 헤드 드럼 표면상에 형성했다. 알루미늄 헤드 드럼의 신뢰성은 상술한 신뢰성 평가 절차에 따라 평가하였고, 그 결과는 도 7에 도시했다. 특히, 도 7A는 신뢰성 시험 전의 알루미늄 헤드 드럼 표면의 조도 데이터를 나타내고; 도 7B는 1,000 시간 가속 모드 시험 후의 표면 조도 데이터를 나타내고, 도 7C는 1,000 시간 습도 시험 후의 표면 조도 데이터를 나타낸다.A protective layer of 0.2 μm thick diamond-like carbon (DLC) was formed on the aluminum head drum surface using plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The reliability of the aluminum head drum was evaluated according to the reliability evaluation procedure described above, and the results are shown in FIG. In particular, FIG. 7A shows the roughness data of the aluminum head drum surface before the reliability test; 7B shows surface roughness data after a 1,000 hour acceleration mode test, and FIG. 7C shows surface roughness data after a 1,000 hour humidity test.

종래 헤드 드럼으로부터 얻은 결과에 따르면, 가속 모드 시험의 경우, 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 제공된 기복은 200 시간 후에 거의 없어졌고; 1,000 시간 연속 시험 후에는 도 5B에 도시된 바와 같이 완전히 없어졌으며, 그 다음 알루미늄 헤드 드럼 표면에 대해 래핑(lapping) 공정을 행했다. 정상 동작 시험의 경우, 기복들은 도 5C에 도시된 바와 같이 1,000 시간 연속 시험 후에 알루미늄 헤드 드럼 표면으로부터 모두 사라졌다. 습도시험으로부터 얻은 결과에 따르면, 1,000 시간 시험 후에 관찰한 경우, 표면은 바인더상(binder-like) 물질(도시되지 않음)로 피복되어, 그 결과 헤드 드럼 표면의 기복이 사라졌다. 비디오 테이프로부터 발생된 것으로 판단되는 바인더상 물질은 고습 상태하에서 비디오 테이프와 헤드 드럼 표면 사이의 마찰을 증가시키는 결과를 가져온다. 또한, 갑작스런 VCR작동 중단이 관찰되었는데, 이는 고습 상태하에서 비디오 테이프와 헤드 드럼 표면 사이의 마찰 증가로 인해 테이프 장력이 증가됨으로써 야기된다.According to the results obtained from the conventional head drum, in the case of the accelerated mode test, the relief provided on the aluminum head drum surface almost disappeared after 200 hours; After 1,000 hours of continuous testing, it disappeared completely as shown in FIG. 5B, and then a lapping process was performed on the aluminum head drum surface. For the normal operation test, the undulations all disappeared from the aluminum head drum surface after a 1,000 hour continuous test as shown in FIG. 5C. According to the results obtained from the humidity test, when observed after 1,000 hours of testing, the surface was covered with a binder-like material (not shown), and as a result, the relief of the head drum surface disappeared. Binder-like material that is believed to originate from the video tape results in increased friction between the video tape and the head drum surface under high humidity. In addition, abrupt VCR shutdown was observed, which is caused by increased tape tension under high humidity conditions due to increased friction between the video tape and the head drum surface.

티타늄 및 질화 티타늄 보호층을 갖는 알루미늄 헤드 드럼으로부터 얻은 결과에 따르면, 1,000 시간 가속 모드 시험 후에도, 기복들이 종래 헤드 드럼의 경우와는 달리 도 6B에 도시된 것처럼 초기 형태로 계속 유지된다. 유사한 결과가 습도 시험(도시되지 않음) 및 정상 동작 시험(도 6C를 참조)으로부터 얻어졌다.The results obtained from aluminum head drums with titanium and titanium nitride protective layers show that even after a 1,000 hour acceleration mode test, the ups and downs remain in their initial form as shown in FIG. 6B, unlike in the case of conventional head drums. Similar results were obtained from the humidity test (not shown) and the normal operation test (see FIG. 6C).

다이아몬드상 카본(DLC) 보호층을 갖는 알루미늄 헤드 드럼에 대해 행한 가속 모드 시험 및 습도 시험으로부터 얻은 결과에 따르면, 1,000 시간의 시험 후에도, 기복들이 초기형태(도 7B 및 도 7C를 참조할것)로 계속 유지된다.Results from acceleration mode tests and humidity tests on aluminum head drums with diamond-like carbon (DLC) protective layers show that even after 1,000 hours of testing, the reliefs continue in their initial form (see FIGS. 7B and 7C). maintain.

본 발명을 특정 실시예를 참조하여 도시하고 설명하였으나, 당업자라면 특허 청구범위에 의해 정의된 본 벌명의 범주 및 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 각종 변경 및 변형이 가능함을 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described with reference to specific embodiments, those skilled in the art will recognize that various changes and modifications can be made without departing from the scope and spirit of the present invention as defined by the claims.

이상 설명한 바와같이, 본 발명은, 비디오 카세트 레코더(VCR)용 알루미늄 헤드 드럼의 표면 상에 충분한 두께 및 경도의 비자성 보호층을 코팅하여 알루미늄 헤드 드럼의 특성을 개선하되, 비디오 테이프의 완전성 및 그 테이프 상에 기록된 정보가 손상되거나 악영향을 받지 않게 하며, 알루미늄 헤드 드럼의 장기간 사용 및/또는 급작스런 환경 변화에 대한 내구성도 높아지게 한다.As described above, the present invention, by coating a non-magnetic protective layer of sufficient thickness and hardness on the surface of the aluminum head drum for video cassette recorder (VCR) to improve the characteristics of the aluminum head drum, It prevents the information recorded on the tape from being damaged or adversely affected, and also increases the durability of the aluminum head drum for long periods of use and / or sudden environmental changes.

Claims (6)

표면 상에 코팅된 보호층을 갖는 비디오 카세트 레코더(VCR)용 알루미늄 헤드 드럼에 있어서,In an aluminum head drum for a video cassette recorder (VCR) having a protective layer coated on its surface, 상기 보호층은 0.3㎛ 내지 2.0㎛ 두께의 다이아몬드상 카본(DLC)을 포함하고 가변적인 기계적 경도를 가지며, 상기 기계적 경도는 상기 표면과 접촉하게 되는 보호층 영역에서 최대값을 갖고, 점차적으로 감소하여, 비디오 테이프와 접촉하게 되는 보호층 영역에서 최소값을 갖게 됨을 특징으로 하는 비디오 카세트 레코더(VCR)용 알루미늄 헤드 드럼.The protective layer includes diamond-like carbon (DLC) having a thickness of 0.3 μm to 2.0 μm and has a variable mechanical hardness, the mechanical hardness having a maximum value in the protective layer region in contact with the surface, and gradually decreasing. And a minimum value in the protective layer region in contact with the video tape. 제 1항에 있어서, 상기 비디오 테이프와 접촉하게 되는 보호층영역의 마이크로-비커스 경도는 상기 비디오 테이프 상의 자기 물질의 것 보다 1.5배 내지 2.0배 큰 것을 특징으로 하는 비디오 카세트 레코더(VCR)용 알루미늄 헤드 드럼.2. The aluminum head for a video cassette recorder (VCR) according to claim 1, wherein the micro-Vickers hardness of the protective layer region in contact with the video tape is 1.5 to 2.0 times larger than that of the magnetic material on the video tape. drum. 비디오 카세트 레코더용 알루미늄 헤드 드럼 상에 다이아몬드상 카본(DLC)으로 된 보호층을 형성하는 플라즈마-증강 화학 증착법(PECVD)으로서:As plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), which forms a protective layer of diamond-like carbon (DLC) on an aluminum head drum for a video cassette recorder: (a) 알루미늄 헤드 드럼 홀더를 포함하는 반응기내에 알루미늄 헤드 드럼을 설치하고, 적어도 10-4Torr의 고진공 상태를 만들고, 어떠한 누설이 있는 가를 점검하는 단계; (b) 불활성 가스를 유입시키면서 약 0.07Torr 내지 0.4Torr에서 80℃ 내지 150℃의 소망 온도까지 상기 반응기를 가열하고, 또한 80℃ 내지 150℃의 소망 온도까지 상기 알루미늄 헤드 드럼 홀더를 예열하는 단계; (c) 상기 소망 온도에 이른 후, 상기 불활성 가스의 존재 하에서 상기 알루미늄 헤드 드럼에 5 내지 30분 동안 0.04mW/cm2내지 2W/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도로 플라즈마를 부딪히게 하여 상기 알루미늄 헤드 드럼 표면을 세척하는 단계; (d) 플라즈마 세척 후, 불활성 가스 흐름을 감소시키면서 메탄을 포함하는 공급 가스 혼합물을 유입시키기 시작하는 단계; (e) 120℃ 내지 200℃의 온도 및 0.5W/cm2내지 0.2W/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도 하에서 상기 알루미늄 헤드 드럼의 표면 상에 다이아몬드상 카본(DLC) 보호층을 형성하는 단계; (f) 상기 공급 가스 혼합물의 유입을 중단시키고, RF-전력을 제거하고, 불활성 가스의 흐름 하에서 상기 다이아몬드상 카본(DLC) 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼을 냉각시키는 단계; (g) 상기 다이아몬드상 카본(DLC) 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼을 검사 및 테스트를 위해 회수하는 단계를 포함하는 플라즈마-증강 화학 증착법(PECVD).(a) installing an aluminum head drum in a reactor comprising an aluminum head drum holder, wherein at least 10-4Creating a high vacuum of Torr and checking for any leaks; (b) Heating the reactor to a desired temperature of 80 ° C. to 150 ° C. at about 0.07 Torr to 0.4 Torr while introducing an inert gas, and further preheating the aluminum head drum holder to a desired temperature of 80 ° C. to 150 ° C .; (c) 0.04 mW / cm for 5-30 minutes in the aluminum head drum in the presence of the inert gas after reaching the desired temperature.2To 2W / cm2Cleaning the aluminum head drum surface by striking the plasma at a high frequency (RF) power density of; (d) after plasma cleaning, starting to introduce a feed gas mixture comprising methane while reducing inert gas flow; (e) a temperature of 120 ° C. to 200 ° C. and 0.5 W / cm2To 0.2W / cm2Forming a diamond-like carbon (DLC) protective layer on the surface of the aluminum head drum under a high frequency (RF) power density of; (f) discontinuing the feed gas mixture, removing RF-power, and cooling the aluminum head drum with the diamond-like carbon (DLC) protective layer under a flow of inert gas; (g) Plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) comprising recovering the aluminum head drum with the diamond-like carbon (DLC) protective layer for inspection and testing. 표면 상에 코팅된 보호층을 갖는 비디오 카세트 레코더(VCR)용 알루미늄 헤드 드럼에 있어서,In an aluminum head drum for a video cassette recorder (VCR) having a protective layer coated on its surface, 상기 보호층은 0.3㎛ 내지 1.5㎛ 두께의 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(TiN)을 포함하고 가변적인 기계적 경도를 가지며, 상기 기계적 경도는 주로 티타늄(Ti)으로 된 보호층 영역에서 최대값을 갖고, 비디오 테이프와 접촉하게 되는 주로 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2...)으로 된 보호층 영역에서 최소값을 갖게 됨을 특징으로 하는 비디오 카세트 레코더(VCR)용 알루미늄 헤드 드럼.The protective layer includes titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) having a thickness of 0.3 μm to 1.5 μm and has a variable mechanical hardness, and the mechanical hardness has a maximum value in a protective layer region mainly made of titanium (Ti). And a minimum value in a protective layer region mainly made of titanium nitride (Ti 2 N, TiN, TiN 2... ) In contact with the video tape. 제 4항에 있어서, 상기 비디오 테이프와 접촉하게 되는 보호층영역의 마이크로-비커스 경도는 상기 비디오 테이프 상의 자기 물질의 것 보다 1.5배 내지 2.0배 큰 것을 특징으로 하는 비디오 카세트 레코더(VCR)용 알루미늄 헤드 드럼.5. The aluminum head for a video cassette recorder (VCR) according to claim 4, wherein the micro-Vickers hardness of the protective layer region in contact with the video tape is 1.5 to 2.0 times larger than that of the magnetic material on the video tape. drum. 비디오 카세트 레코더용 알루미늄 헤드 드럼 상에 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(TiN)으로 된 보호층을 형성하는 홀로우-캐소드-침착(HCD) 이온 도금법으로서:As a hollow-cathode-deposition (HCD) ion plating method for forming a protective layer of titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) on an aluminum head drum for a video cassette recorder: (a) 10-4Torr 내지 10-6Torr의 고진공 상태를 만들고, 어떠한 누설이 있는 가를 점검하는 단계; (b) 불활성 가스를 유입하면서 150℃ 내지 250℃의 소망 온도까지 알루미늄 헤드 드럼을 가열하는 단계; (c) 상기 소망 온도에 이른 후, 40mW/cm2내지 200mW/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도를 인가하여, 글로우 방전을 야기시켜서 상기 알루미늄 헤드 드럼의 표면을 세척하는 단계; (d) 10-3Torr 내지 10-2Torr의 진공 상태 및 10mW/cm2내지 150mW/cm2의 고 주파수(RF) 전력 밀도 또는 직류 전력 밀도 하에서 홀로우-캐소드-침착(HCD) 전자총 및 티타늄(Ti) 타겟을 이용하여 상기 알루미늄 헤드 드럼 표면 상에 티타늄(Ti) 보호층을 형성하는 단계; (e) 상기 티타늄(Ti)보호층을 형성한 후에, 질소 가스(N2)를 포함하는 공급 가스 혼합물을 흘리기 시작하여 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2...)의 보호층을 형성하되, 상기 질소 가스(N2)의 함량은 100sccm으로부터 1,000sccm까지 점차적으로 증가하여 티타늄(Ti)이 질소 가스(N2)와 반응해서 질화 티타늄(Ti2N,TiN,TiN2)을 형성하게 되는 단계; (f) 상기 공급 가스 혼합물의 유입을 중단시키고, 상기 전자총의 작동을 중단시키고, 불활성 가스의 유입 하에서 상기 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(TiN)의 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼을 냉각시키는 단계; (g) 상기 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(TiN)의 보호층을 가진 상기 알루미늄 헤드 드럼을 검사 및 더이상의 테스트를 위해 회수하는 단계를 포함하는 홀로우-캐소드-침착(HCD) 이온 도금법.(a) 10-4Torr to 10-6Creating a high vacuum of Torr and checking for any leaks; (b) Heating the aluminum head drum to a desired temperature of 150 ° C. to 250 ° C. while introducing an inert gas; (c) 40 mW / cm after reaching the desired temperature2To 200mW / cm2Cleaning the surface of the aluminum head drum by applying a high frequency (RF) power density of a to cause a glow discharge; (d) 10-3Torr to 10-2Vacuum state of Torr and 10 mW / cm2To 150mW / cm2Forming a titanium (Ti) protective layer on the aluminum head drum surface using a hollow-cathode-deposited (HCD) electron gun and a titanium (Ti) target under a high frequency (RF) power density or a direct current power density of; (e) After forming the titanium (Ti) protective layer, nitrogen gas (N2And start flowing a feed gas mixture comprising2N, TiN, TiN2...To form a protective layer, wherein the nitrogen gas (N)2) Content is gradually increased from 100sccm to 1,000sccm so that titanium (Ti)2To react with titanium nitride (Ti2N, TiN, TiN2Forming a); (f) stopping the inlet of the feed gas mixture, stopping the operation of the electron gun, and cooling the aluminum head drum having the protective layer of titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) under the inlet of inert gas; ; (g) Hollow-cathode-deposition (HCD) ion plating method comprising recovering the aluminum head drum having the protective layer of titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) for inspection and further testing.
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