KR19990087659A

KR19990087659A - 공작물 코팅방법 및 장치

Info

Publication number: KR19990087659A
Application number: KR1019980707122A
Authority: KR
Inventors: 한스 브랜드러; 브루노 킨트
Original assignee: 하에펠리 에리흐, 베그만 어스; 발처스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 1999-12-27
Also published as: JP2000506225A; EP0886880A1; EP0886880B1; DE29615190U1; WO1997034315A1; KR100432102B1; DE59608888D1; JP4208258B2; ES2173325T3; US5709784A

Abstract

특히 코팅전에 스퍼터링에 의해서 에칭되어야 하는 높은 응력하의 공작물에 대해 경질의 재료층을 입히기 위해서, 저전압 아크 방전을 사용해서 공작물을 스퍼터링에 의해서 에칭하며, 이어서 같은 방향에서 작용하도록 공작물을 코팅해준다.

Description

공작물 코팅방법 및 장치

본 발명은 제 1 항의 전제부에 따른 코팅 장치 및 제 14 항의 전제부에 따른 공작물 코팅 방법에 관한 것이다.

공지된 많은 진공처리공정들에 있어서 공작물의 표면을 세정하는 작업이 진공코팅전에 이루어진다. 아울러, 상기 공작물들은 상기 세정단계전이나 후에 소정의 온도로 가열될 수 있다. 상기한 단계들은 주로 부착되는 코팅의 적정한 부착강도를 보장하기 위해서 필요해진다. 이점은, 공작물이나 특히 공구가 마모방지코팅으로 피복되는 경우들에 있어서 특히 중요해진다. 드릴, 밀링커터, 브로치 및 성형 다이와 같은 공구상에서 상기 코팅은 매우 높은 기계적이며 마모적인 응력을 받게 된다. 따라서, 기층(基層)과 극도로 양호하게 접착되는 것이 실용적이며 경제적인 사용을 위해서 필수적이다. 전술한 공구들을 전처리하기 위한 공인된 방법은 전자 타격(打擊)(ion bombardment)에 의한 가열과 예를 들어 스퍼터 에칭과 같은 이온 에칭에 의한 에칭방식이다. 플라즈마 방전으로부터의 전자 타격에 의한 가열방식이 예를 들어 독일연방공화국 특허 33 30 144에 의해 공지되어 있다. 플라즈마 방전 경로는 예를 들어 아르곤 가스와 같은 무거운 희(稀)가스 이온들을 만들어 내기 위해 사용될 수 있으며, 이때 독일연방공화국 특허 28 23 876에 기재된 바와 같이 상기 희가스 이온들은 상기 플라즈마로부터 공작물이나 기층을 향해서 가속되어 스퍼터 에칭을 발생시킨다. 상기 스퍼터 에칭과 아울러 다른 공지기술이 추가적인 반응가스를 사용해서 플라즈마 방전을 일으키는 한편 공작물들을 화학적으로 에칭하기 위해 사용될 수 있으나, 또한 반응 에칭과 스퍼터 에칭을 결합한 처리기술이 사용될 수도 있다. 이러한 모든 전처리공정의 목적은, 뒤를 이어서 부착되는 코팅이 기층에 잘 들러붙을 수 있도록 공작물의 표면을 예비해놓기 위한 것이다. 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 장치들은 장치의 중심축에 배치된 저전압 아크방전기구를 사용하며, 이때 공작물들은 원통면을 따라 상기 아크의 둘레에 일정거리 만큼 이격된 상태로 배열된다. 뒤를 이어서 코팅이 열증발 방식이나 스퍼터링 방식에 의해서 부착된다. 공정관리에 따라서는, 도금분야에서 공지된 바와같이 대응하는 기층 바이어스를 통해서 코팅중에 추가적인 이온타격이 이루어진다. 상기 장치의 장점은, 작은 입자 에너지를 가진 큰 이온 전류가 공작물의 평온한 처리를 가능하게 해주는 저전압 아크로부터 유도될 수 있다는 점이다. 그러나, 단점으로서는, 공작물들이 상기 방전기구에 대해서 반경방향에서 정해지는 구역내에 배열되어야 만 하며, 또한 일반적으로 상기 공작물들은 균일한 한편 재현가능한 결과를 얻기위해 그 자신의 축 뿐만아니라 중심축 주위를 회전해야 하다는 점들이 있다. 또 다른 단점은, 비교적 좁은 수용가능한 원통형 처리밴드의 폭으로 인해서 처리가능한 공작물 크기가 제한되거나 배치 크기(batch size)가 다수의 작은 공작물에 대해서 제한되며, 이것은 공지된 장치의 비용 효율을 제한하게 된다. 이러한 제한은 중심방향으로 처리체임버를 향해 침투하는 저전압 아크방전 방식이 그 자체를 위해 일정한 크기를 필요로 한다는 사실에 기인하며, 또한 바람직하며 재현가능한 결과를 산출해내기 위해서는 상기 공작물들이 상기 방전장치로부터 적당한 거리 만큼 이격되어 있어야 하고 이것은 중앙 처리체임버의 공간이 활용될 수 없다는 것을 의미하는 것이다.

소위 다이오드 방전을 발생시키는 스퍼터링 아크 장치가 공지되어 있다. 이러한 다이오드 방전장치는 1000 볼트나 그 이상의 고전압으로 작동된다. 다이오드 에칭장치는 엄격한 요구조건을 충족시켜야 하는 용도에 활용하기에는 적합하지 않은 것으로 밝혀졌다. 한편으로는 달성될 수 있는 에칭 비율과 그에 따른 효율이 낮으며, 또한 다른 한편으로는 상기한 고압으로 인해 민감한 기층의 표면에 결함이 생길 수 있다. 특히, 공구들과 같이 3차원 가공이 필요한 공작물들은 상기 장치에 의해 용이하게 처리될 수 없다. 공구들은, 예컨데 방전이 집중되는 경향이 있는 다수의 예리한 절삭날을 갖도록 설계되기 때문에, 과열이나 심지어 기능날의 손상과 같은 제어되지 않은 결과가 예리한 날과 끝에서 발생될 수 있다.

독일연방공화국 특허 41 25 365에는 전술한 문제점들을 해결하기 위한 하나의 방안이 기재되어 있다. 상기 방안에서는 코팅이 소위 아크 증발공정에 의해 부착되는 것으로 추정된다. 증발기를 사용해서 양호한 접착력을 가진 코팅을 구현하기 위해서, 아크내에서 만들어진 이온들, 특히 금속이온들이 전형적으로는 500 볼트 이상의 음 가속 볼트, 또한 종종 부착되는 것보다 더 많은 금속이 공작물로부터 튀겨나오도록 하는 경우에는 800 내지 1000 볼트 범위의 음 가속 볼트에 의해 증발타겟으로부터 공작물을 향해서 가속되는 방식으로, 상기 증발기의 아크 자체가 실제 코팅 이전에 적용되었다. 이러한 에칭공정후에 상기 증발기는 코팅소스로서 동작된다. 상기 특허는, 아크코팅 기술에 기초한 통상의 공정들에 있어서 아크 증발공정을 통해 잘 부착된 코팅을 구현하기 위해서는 전술한 고전압이 필수적으로 필요하게 된다는 점을 설명하고 있다. 균일하지 않은 질량분포나 예리한 공작물 형상과 관련하여 과열이나 에칭이 발생되는 문제점을 방지하기 위해서, 상기 특허는 아크 플라즈마에 부가해서 증발 아크에 결합되는 보충적인 이온화를 유발하기 위해서 고전압을 가진 보조적인 방전 경로를 활용하는 것을 제안하고 있다. 추가적인 DC 소스는 이온들이 플라즈마로부터 끌어내져 공작물들을 향해 가속되게 해주며, 그에 따라 바람직한 에칭 효과를 발휘하게 된다. 별개의 전원에 의해 작동되는 또 다른 방전 경로를 가진 애노드는 상기 효과를 증대시켜 줄 것으로 예상된다. 기층이 증발기의 직접적인 효과로부터 차폐되도록 하기 위해 에칭 공정중에 상기 아크 증발기는 폐쇄된 셔터를 가진 상태에서 동작되며, 그것에 의해서 기층상에 소위 작은 물방울들(droplets)이 생성되는 것이 방지된다. 상기 장치의 단점은, 상기 장치가 역시 고전압을 필요로 하고, 단지 제한된 처리상의 균일성이 실현되며, 또한 다른 플라즈마 경로의 결합에 의하므로 동작 환경에 따른 조절 능력이 제한된다는 점등이다. 아울러, 상기 장치는 매우 복잡해서 제조와 운영상 비용이 많이 들게 하며 이점은 제조 시스템의 경제성을 떨어뜨린다. 1000 볼트를 넘는 전압을 사용하는 경우에는 추가적인 안전상의 주의조치가 필요해진다.

현재 기술에 기초한 시스템은 높은 처리품질이 요구되는 대량생산 환경에 적합하지 않다. 1000 ㎜ 이상의 코팅 두께를 만족시킬 수 있는 시스템은 제조할 수 있다고 해도 그 제조가 매우 어렵다.

본 발명의 목적은, 특히 섬세한 구조물들을 손상시키지 않음과 아울러 소정의 균일성과 소정의 높은 경제적 처리율을 나타내면서도 많은 수의 공작물들과 불균등한 질량분포를 가진 개별적인 큰 공작물들상에 잘 부착된 코팅을 입히기에 적합한 코팅 장치와 공정을 제안함에 의해서 전술한 바와 같은 현재 기술의 문제점들을 제거하기 위한 것이다.

상기한 목적은, 서두에 언급된 형식의 처리 장치로부터 출발해서 제 1 항의 특징부에 따라 구성된 코팅 장치에 의해서, 그리고 방법상으로는 제 14 항의 특징부에 따라 구성된 코팅 방법에 의해서 각각 달성된다.

따라서, 코팅되는 공작물 표면은 방전 경로의 길이 범위를 횡단하여 공작물을 이송시킴으로써 고온 캐소드 저전압 아크 방전 장치로서 설계된 플라즈마 소스에 노출되고, 이온들이 아크 방전으로부터 빠져나와 공작물로 가속되어 공작물이 스퍼터 에칭되도록 하기 위해 상기 공작물은 음 전압에 접속되며, 또한 뒤를 이어 공작물은 저전압 아크 방전이 영향을 미치는 동일 측방향으로부터 코팅된다.

본 발명에 따른 코팅 장치의 바람직한 실시예는 제 2 항 내지 제 13 항의 종속항에, 그리고 코팅 방법의 바람직한 실시예는 제 14 항 내지 제 17 항에 개시되어 있다.

이온 소스로서 고온 캐소드 저전압 아크 방전장치를 사용한 에칭은, 이러한 아크 방전이 ＜200 볼트의 방전 전압에 의해 실현될 수 있기 때문에 특히 이점이 있으며, 이것은 이 공정이 고전압 에칭의 단점들에 의해 지장을 받지 않는다는 것을 의미한다. 저전압 아크 방전을 이용한 에칭은 또한 특히 공작물들에 해를 주지 않는다, 즉 절삭날과 같은 큰 공작물상의 예리한 구조들은 고에너지 이온 타격에 의한 열적 과부하나 날의 둥글어짐에 의해 영향을 받지 않게 된다. 30 내지 200 볼트 DC, 바람직하게는 30 내지 120 볼트의 작업범위내에 있는 상대적으로 낮은 방전 전압에도 불구하고, 몇 10 암페어에서 몇 100 암페어, 바람직하게는 100에서 300 암페어에 이르는 매우 높은 방전 전류가 구현가능하다. 이것은, 이러한 형태의 방전이 저에너지 상태에 있는 매우 높은 이온 전류를 만들어 낼 수 있게 해준다는 사실을 의미한다. 활용가능한 높은 이온 전류 때문에, 높은 에칭율이 상대적으로 낮은 가속전압하에 기층상에서 달성될 수 있으며, 또한 전술한 바와 같이 공작물을 평온하게 처리할 수 있다. 기층상에서의 추출된 전압이나 가속 전압은 - 50 내지 - 300 볼트의 범위, 바람직하게는 - 100 내지 - 200 볼트 범위내에 있다. 공작물을 향해 추출된 이온 전류는 5 내지 20 암페아에 달하며, 반면에 바람직한 작업범위는 8 내지 16 암페아에 달한다. 공작물이나 공작물들에 대한 처리 폭은 1000 ㎜에 달할 수 있다. 어느 정도 더 공들인 장치설계를 하면 더 큰 처리폭이 실현될 수 있다. 달성될 수 있는 값은, 아크 방전을 위한 작동값에 의존할 뿐만아니라 선정된 작업 압력과 공작물에 대한 기하학적 배열에 의존한다. 전형적인 작업 압력은 10^-3mb 정도이며, 상기 아크 방전기를 작동시키기 위해서 희가스, 바람직하게는 아르곤과 같은 무거운 희가스가 작동 가스로서 사용된다.

과거 저전압 아크 방전장치는 회전적으로 대칭을 이루고 있었으며, 이것은 상기 아크 방전기구가 중앙에 배열됨과 아울러 공작물들이 중심축에 배열된 상기 아크 방전기구 주위에서 회전하게 됨을 의미한다. 중앙에 배치된 아크 방전기구를 구비하고 있는 회전적으로 대칭적인 장치가 에칭 작업의 균일성 및 속도와 관련해서 가능한 최선의 효과를 발휘한다는 가정이 있었다. 그러나, 놀랍게도 본 발명에 의해 제안된 비대칭적 장치가 전술한 바와 같은 회전적으로 대칭적인 장치보다 전체적으로 훨씬 더 이점이 있다는 것이 밝혀졌다. 중심축에 아크 방전기구를 구비한 회전적으로 대칭적인 장치에 있어서는 큰 부피의 공작물을 배치하는 것이 아크 방전기구 자체에 의해서 중심방향에서 제한된다. 아울러, 에칭 공정후 에칭된 공작물 표면이 체임버 벽에 배치된 코팅 소스를 사용해서 즉시 코팅될 수 있도록 하기 위해서는 상기한 공작물들이 중심축 뿐만아니라 그 자체의 축 주위에서 회전되어야 한다. 단지 이러한 방식에 의해서 에칭 공정의 적정한 분산과 코팅 두께가 보장된다. 상기 아크 장치로부터의 거리는, 공작물들이 단지 일측에서 아크 방전기구에 대해 노출되는 비대칭장치에서보다 회전적으로 대칭인 장치에서 더욱 중요하다는 사실이 밝혀졌다. 본 발명에 따른 장치에 있어서는 추가적인 회전없이 아크 방전기구의 전면으로 큰 체적을 가진 공작물들을 통과시키는 것이 가능해지며, 이 결과 처리 체임버의 크기는 적정한 한도내에 유지될 수 있는 동시에 무거운 공작물들의 취급이 매우 단순해진다. 이점은 생산 시스템의 경제성에 큰 영향을 미친다. 본 발명에 따른 장치는 큰 체적의 공작물에 대해 유리할 뿐만아니라 대응하는 많은 수의 작은 공작물을 수용함과 아울러 동시에 처리하는 것이 가능하도록 해준다. 본 발명의 다른 장점은, 에칭 장치가 단지 처리 체임버 벽의 구역내에 배치되는 것이 필요하기 때문에 에칭 장치가 더 이상 처리 체임버의 통합적인 부분으로 제작되어야 만 하는 것이 아니며, 이것은 처리 체임버의 설계에 있어 자유도가 훨씬 증대되도록 하기 위해 에칭 장치가 처리 체임버의 벽상에 가늘고 길며 보다 작은 방전 체임버로서 배치될 수 있다는 것을 의미한다. 본 장치에 있어서는 아크 방전과 공작물 표면 사이의 거리가 훨씬 덜 중요하다는 것이 밝혀졌으며, 이것은 큰 공작물에서 전형적으로 발생되는 큰 간격 변화가 있는 경우에도 결과의 높은 재현성이 달성된다는 것을 의미한다. 아크 방전으로부터 추출될 수 있는 전체 이온 전류는 여전히 높은 값에 달하는 동시에 공작물에 충분히 집중될 수 있으며, 이에 의해서 소정의 높은 에칭율을 달성할 수 있게 된다. 처리 체임버나 처리 영역으로부터 저전압 아크 방전기구나 플라즈마 소스를 실제적으로 분리하는 것은, 장치의 중심축에 방전기구를 구비하여 전체가 회전적으로 대칭인 장치를 가진 경우보다 상기 소스 설계에 있어서 더 많은 자유도를 제공해주는 한편 결과적으로 처리 조건에 대해 훨씬 더 유연한 적응성을 제공해준다.

에칭 공정후에 바람직한 접착 코팅을 입히기 위해서, 동일 측으로부터 동작하는 하나 이상의 추가적인 증발 소스가 처리 체임버의 벽에 배치된다. 가늘고 긴 저전압 방전기구와 같이, 대응하는 가늘고 긴 구역을 가로질러서 그들의 전방으로 이송되는 공작물들을 피복해주는 방식으로 배치될 수 있는 소스들이 특히 적합하게 된다. 소위 캐소드 스파크 증발기나 아크 증발기 및 전술한 에칭 공정에 의해서 바람직한 접착 코팅이 경제적으로 구현될 수 있기 때문에 소위 캐소드 스파크 증발기나 아크 증발기가 특히 적합하다는 사실이 실시과정에서 밝혀졌다. 이 장치를 통해서 처리된 시험 공구들은, 전술한 고전압 에칭을 사용한 공지된 아크 증발 코팅에 의해서 달성되는 것보다 훨씬 더 길며 재현가능하게 긴 유효수명을 가지게 되었다. 예를 들어, 밀링 커터와 같은 절삭 공구들의 유효수명은 적어도 1.5배 정도가 향상되었고; 특히 양호한 경우들은 종래 기술에 비해 배가 향상되었다. 아울러, 공작물의 기하학적 형상에 훨씬 덜 의존할 뿐만아니라 배치(batch)에서 서로 다른 기층들을 섞어주는 것이 가능하도록 해주는 매우 균일한 에칭 분포가 달성된다. 제안된 장치에 있어서는 저전압 아크 방전이 N₂및 H₂같은 가스들을 활성화시키기 때문에 희가스 뿐만아니라 화학적 활성 가스를 사용해서도 공정들을 용이하게 수행할 수 있다. 절연면들에 의해서 생성되는 원하지 않는 기생적인 방전은 저전압 방전에 의해서 쉽게 제어될 수 있다. 저전압 아크 방전은, 고온 캐소드를 수용함과 아울러 단지 작은 개구를 통해 방전 체임버나 처리 체임버와 연결된 분리형 캐소드 체임버나 이온화 체임버를 사용함으로써 바람직하게 동작된다. 상기 가스들은 바람직하게는 상기 캐소드 체임버를 통해서 유입되게 되고, 이것은 처리 체임버와 코팅 소스 사이에서 확실한 가스 분리를 가져오는 결과를 초해해서 타겟 오염의 문제를 줄이거나 제거해준다. 이 장치를 가지고서 실제적인 코팅 국면중에 다른 공정 가스를 사용하여 공작물에 대한 활성화를 실행하는 것이 가능하다. 바람직한 작업조건은, 공작물상에서 대응하는 음이나 양의 전압을 선택함에 의해 정해질 수 있다.

일반적으로 균일하며 재현가능한 처리결과 뿐만아니라 필요한 에칭 깊이나 코팅 두께를 달성하기 위해서 처리 단계가 진행되는 동안에 공작물들은 여러번 소스의 전면으로 통과되어야 하기 때문에 상기 공작물들이 중심축 주위에서 회전할 수 있는 방식으로 장치를 설계함과 아울러 소스들이 모두 외측에서 내측으로 동작하는 방식으로 체임버벽상에 소스들을 배치하는 것이 이점이 있다. 이 경우에 있어서 상당히 큰 공작물이 처리를 위해서 중심축상에서 회전되는 방식으로 배치될 수 있다. 그러나, 균일한 결과를 얻기 위해서 같은 공간내에 심지어 다른 크기를 가진 다수의 작은 공작물들이 홀더상에 배치될 수 있을 뿐만 아니라 중심축 주위를 선회하는 동안에 소스를 가로질러 통과하게 될 수도 있다. 상기 장치는 특별히 크기가 작은 한편 제조가 용이하며, 이때 제조가 용이한 점은 경제적인 처리를 위해 필수적이다.

상기 플라즈마 소스나 저전압 아크 방전기구는 이송 방향을 가로지르는 처리 체임버의 벽상에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 저전압 아크 방전 기구는 예를 들어 여기에서 처리 체임버의 형태로 되어 있는 상자와 같은 부착물내에 배치되는 것이 바람직하며, 상기 부착물은 저전압 아크 기구가 처리되는 공작물(들)이나 구역에 정반대로 배치되는 방식에 의해서 길고 좁은 개구를 통해 처리 체임버와 연결된다. 저전압 아크 방전은, 일정 거리를 두고 배치되는 전기가열방식이나 열전자 방식의 방사 캐소드와 애노드에 의해서 이루어진다. 대응하는 방전 전압이 상기 애노드에 적용되어 아크 전류가 유도되게 해준다. 상기 방전 기구는, 아크 방전기구에 작동 가스가 공급되는 가스 유입포트를 특징으로 한다. 상기 장치들은 아르곤과 같은 희가스에 의해 바람직하게 작동되나 전술한 바와 같이 반응 가스들이 선호된다. 상기 배출 경로의 크기는 처리 죤 폭의 적어도 80％가 되며, 또한 소정의 처리 분포나 균일성이 얻어질 수 있는 방식에 따라서 상기 처리죤에 대해 상대적으로 위치된다. 공작물상에서 대응하는 스퍼터 에칭을 이루기 위해서, 공작물이나 공작물 홀더는 아크 방전 장치에 대해서 상대적으로 음전압으로 동작된다. 코팅 작업중의 반응 공정에 있어서와 같이 공정에 따라서, 상기 장치는 그러한 전압없이 작동되거나 또는 전자 타격에서와 같이 양전압으로 작동될 수 있다. DC 전압을 제외하고 중간이나 높은 주파수의 AC 전압이 사용될 수 있으며, 또한 AC상에 DC를 포개는 것도 실현가능하다. 상기 DC 전압은 맥동될 수 있으며, 또한 공급되는 AC상에 단지 그 일부를 겹쳐주는 것도 가능하다. 상기한 공급을 가지고서 일정한 반응 공정들을 제어하는 것이 가능해진다. 만일 유전체 죤이 존재하거나 유전체 죤이 장치와 공작물 표면에 형성된다면, 그것은 특히 기생적인 아크를 없애거나 방지할 수 있게 해준다.

처리 죤에 대한 바람직한 분포는 방전의 길이와 위치를 통해서 정해질 수 있다. 분포를 제어하기 위한 또 다른 파라미터는 아크 방전에 따른 플라즈마 밀도 분포이다. 상기 분포는, 예를 들어 방전 체임버의 영역에 배치된 추가적인 자기장에 의해서 영향을 받게 될 수 있다. 공정 파라미터를 정해줌과 아울러 정정하기 위해서 영구자석이 상기 방전 체임버에 연하여 위치된다. 그러나, 만일 방전 경로가 분포 요건에 따라 방전 경로에 연하여 배치된 추가적이며 분리되어 동력이 공급되는 애노드에 의해 동작된다면 더 좋은 결과가 달성된다. 그러한 장치에 의하면 심지어 분포 커브가 어느 정도 영향을 받을 수도 있다. 따라서, 교정용 자석이 없으며 또한 방전 경로에 연하여 하나 이상의 애노드를 가진 장치가 바람직하다. 그러나, 상기한 바람직한 장치를 추가적인 교정 자석과 결합시키는 것도 가능하다. 추가적인 애노드가 단일 캐소드과 조합되어 용이하게 작동될 수 있다. 그러나, 제어능력을 향상시켜 주는 이 회로들의 최적한 분리를 이루기 위해서 각 애노드의 반대편에 방사 캐소드를 구비하는 것이 바람직하다.

열전자 방사 캐소드는, 작은 개구를 통해 상기 방사 체임버와 연결되는 분리되고 작은 캐소드 체임버내에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 캐소드 체임버에는 희가스를 위한 작은 유입 포트가 구비되는 것이 바람직하다. 필요하다면 활성 가스가 상기 가스 유입구를 통해서 유입될 수 있다. 활성 가스는 캐소드 체임버내에 유입되지 않고 배출 체임버로 유입되는 것이 바람직하다. 아주 미소하게 부분적으로 이온화된 가스가 개구로부터 나올 수 있도록 캐소드 체임버내의 개구를 통해 전자들이 애노드나 애노드들로 유도된다. 상기 처리 체임버는, 공작물들이 회전하게 되는 중심축이 수직으로 배치되는 방식으로 설계되는 것이 바람직하다. 상기 캐소드나 캐소드 체임버는 상기 애노드 위에 배치되는 것이 바람직하다. 캐소드 체임버에 있어서 배출 개구는 하방에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 배치는 시스템의 통합적 취급을 간단하게 해주는 한편 입자 형성에 의해 유발될 수 있는 문제를 필할 수 있게 해준다.

저전압 아크 방전장치에 추가하여, 상기 공정 체임버에는 아크 증발기의 형태로 되어 있는 것이 바람직한 적어도 하나의 추가적인 소스가 설치되어 있다. 상기한 소스들은, 외측으로부터 중심축이나 처리 죤으로 향하는 것과 같은 방향에서 반경방향을 향해 작용을 한다. 저전압 아크 방전기구가 이송방향과 관련해서 상기 코팅 소스의 앞에 배치된다면 그것은 매우 유리하다. 전체 처리 죤이 소정의 균일성을 가지고 코팅될 수 있도록 하기 위해서 아크 방전 장치와 같은 아크 증발기는 통상 이송 방향을 가로지르는 직선상의 크기를 가지고 있다. 제안된 코팅 장치에 있어서 소정의 균일성이 달성되는 방식에 의해 체임버 벽을 따라 분포된 몇개의 둥근 아크 증발기가 사용되는 것이 바람직하다. 장점은, 증발기의 높은 동력소모가 나누어지며 또한 코팅 두께의 분포가 더욱 양호하게 제어되거나 동력 공급에 의해 소정 정도까지 조절된다는 점이다. 이러한 방식에 의하면 예외적으로 높은 코팅율이 달성되어 높은 경제성을 발휘하게 된다. 예를 들어, 특히 성형 다이와 같은 공구를 위한 공정이 다음과 같이 구성된다:

공정예

시스템의 구성은 도 2와 도 3에 도시되어 있다. 공구들은 그 자신의 축 주위에서 회전하지 않고서 단지 공구 홀더들을 그 중심축 주위에서 회전시킴에 의해 소스의 전면으로 통과하게 된다. 1000 ㎜의 폭 (b)와 700 ㎜의 직경 (d)를 가진 코팅 죤이 형성되며, 상기 코팅죤내에 공작물들이 배치된다. 상기 처리 체임버는 1200 ㎜의 직경과 1300 ㎜의 높이를 가지고 있다.

에칭파라미터:

저전압 아크 전류 I_LVA= 200 A

아크 방전 전압 U_LVA= 50 V

아르곤 압력 P_Ar= 2.0 × 10^-3mbar

에칭 전압 U_sub= - 200 V

에칭 전류 I_sub= 12 A

에칭 시간 t = 30 min

에칭 깊이 200 nm

코팅:

각 아크 증발기 전류(ø150 ㎜인 I_ARC= 200 A

티타늄 타겟을 가진 8개의 증발기)

아크 방전 전압 U_ARC= 20 V

질소 압력 P_N2= 1.0 × 10^-2mbar

바이어스 압력 U_Bias= - 100 V

코팅 시간 t = 45 min

코팅 두께 TiN 6 ㎛

가열과 냉각을 포함하는 단일 배치에 대한 공정 싸이클 시간은 150 min이다.

공작물상에 음 가속 전압을 가하기 위한 전압 발생 장치는 보통 300 볼트 DC에 이르는 전압으로 동작되나, 공작물들을 보호하기 위해서 결함없이 여전이 양호한 에칭율이 실현되는 100 내지 200 볼트 범위내에서 전압이 유지되는 것이 바람직하다. 상기 저전압 아크 장치는 공작물에서 적어도 10 ㎝ 떨어져서 작동되어야 하나 상기 거리는 ＞15 ㎝인 것이 바람직하며, 더욱 더 바람직하기는 높은 분포도와 아울러 높은 처리율이 달성되는 15 내지 25 ㎝ 범위내이다.

본 발명에 따른 코팅 시스템은 특히 드릴, 밀링 커터 및 성형 다이와 같은 공구들을 처리하기에 적합하다. 홀더와 이송기구들이 이러한 종류의 공구를 위해 특별히 설계된다. 코팅되는 공작물들이 오직 장치의 중심축 주위를 선회한다고 할지라도 본 코팅 장치는 일반적으로 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 특히 엄격한 경우나 매우 많은 수의 작은 부품들이 상기 시스템에 적재되는 경우에 있어서, 중심축 주위를 선회하는 방식은 중심축 주위를 선회하는 추가적인 중심축을 부가함에 의해서 상기 설계 개념내에서 쉽게 보충될 수 있다.

본 발명은 다음의 도면들에 의해서 다음에 예시되는 한편 개략적으로 설명된다.

그것은 다음과 같다:

도 1은 종래 기술에 따른 저전압 방전 코팅 장치를 도시하는 도면.

도 2는 저전압 방전을 위한 원통형 방전 체임버를 구비한 본 발명에 따른 전형적인 코팅 시스템에 대한 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 시스템에 대한 평면도.

도 4a는 저전압 아크 방전용 방전 체임버와 상기 체임버내에 배치된 복합 애노드를 구비한 장치의 일부분을 도시하는 단면도.

도 4b는 도 4a와 유사하지만 분리된 캐소드 체임버내에 배치된 캐소드를 구비한 분리된 캐소드-애노드 방전 경로를 가진 것을 도시한 도면.

도 4c는 도 4a와 4b와 유사한 도면으로서 분리된 캐소드-애노드 방전 경로를 구비하지만 공통된 캐소드 체임버내에 배치된 캐소드를 가진 것을 도시한 도면.

도 5는 종래 기술을 사용해서 코팅된 공구 및 본 발명에 따라 코팅된 공구에 대한 사용수명 비교커브를 도시하는 도면.

도 1은 공지된 공작물 코팅 장치를 도시하고 있다. 진공 체임버는 체임버의 중심축을 따라 진공 체임버(1)의 중심에서 진행하는 저전압 아크 방전(18)을 수용하기 위한 처리 체임버(1)로서 사용되며, 상기 처리 체임버(1)에는 마그네트론 스퍼터링 소스(14)가 외부로부터 처리 체임버(1)의 체임버 벽을 향하여 외주상에 플랜지된다. 상기 처리 체임버(1)의 상부에는 캐소드 체임버(2)가 설치되어 있으며, 상기 캐소드 체임버(2)는 전형적으로 아르곤과 같은 희가스인 작동 가스가 가스 유입구(5)를 통해 공급될 수 있는 열전자 고온 캐소드(3)를 지지하고 있다. 반응공정에 대해서는 반응 가스들이 부가될 수 있다. 캐소드 체임버(2)는 셔터(4)에 형성된 작은 구멍에 의해서 처리 체임버(1)에 연결되어 있다. 상기 캐소드 체임버는 보통 절연체(6)에 의해 처리 체임버와 절연되어 있다. 상기 셔터(4)가 부동 포텐셜이나 보조 포텐셜상에서 요구되는 바와 같이 작동될 수 있도록 하기 위해서 상기 셔터(4)는 절연체(6)에 의해 상기 캐소드 체임버와 추가적으로 절연된다. 애노드는 캐소드 체임버(2)의 반대편에 중심축(16) 방향으로 배열된다. 애노드(7)는 도가니 형태를 가질 수 있으며 저전압 아크 방전에 의해 증발되는 물질을 지지해준다. 에칭 공정중에 상기 증발 옵션은 적용되지 않는다; 공작물들이 스퍼터 에칭되는 방식에 따라 단지 이온들이 저전압 아크 방전으로부터 추출되어 공작물을 향해 가속된다. 저전압 아크 방전(18)을 발생시키기 위해 상기 캐소드(3)가 전자를 방출하도록 상기 캐소드(3)가 열 공급 유니트에 의해 가열된다. 캐소드(3)와 애노드(7) 사이에는 아크 방전을 발생시키기 위한 추가적인 전원(8)이 존재한다. 상기 전원은 보통 저전압 아크(18)를 유지하기 위해서 애노드(7)상에 양의 DC 전압을 만들어낸다. 아크 방전(18)과 처리 체임버(1)의 벽 사이에는 공작물(11)을 지지할 수 있는 한편 적정한 공정 균일성을 달성하기 위해 수직 중심축(17) 주위에서 선회될 수 있는 공작물 홀더들이 배치되어 있다. 상기 공작물 홀더(10)는 추가적인 공작물 홀더장치(12)상에 지지지며, 상기 추가적인 공작물 홀더장치(12)에는 상기 공작물 홀더(10)를 중심축(16) 주위에서 선회시킬 수 있는 선회 드라이브가 장착되어 있다. 이러한 타입의 장치에 있어서는, 예를 들어 헬름홀쯔 코일 형식의 부가적 코일(13)을 통해 저전압 아크 방전(18)을 집중시키는 것이 추가적으로 필요하다. 상기 공작물(11)이 저전압 아크 방전(18)으로 처리될 수 있고, 음의 전압이 기층에 적용될 때 이온 타격이 발생하며, 또한 전자 타격이 양의 기층 전압을 적용함에 의해 이루어진다는 사실들은 명백하다. 전술한 방식에 있어서, 공작물들은 가열에 의해 유도된 전자 타격이나 스퍼터 에칭을 사용한 이온 타격을 통해서 저전압 아크 방전에 의해 전처리될 수 있다. 뒤를 이어, 저전압 아크를 사용해 도가니(7)로부터 재료를 증발시키는 것에 의하거나 또는 전원(15)에 의해 동력이 공급되는 마그네트론 스터퍼 소스(14)를 사용해 스퍼터링하는 것에 의해서 상기 공작물(11)이 코팅된다. 기층을 움직이기 위한 기구 조립체와 저전압 아크 방전장치가 전술한 배치상태에 있어 매우 복잡하다는 것은 명백하다. 반면에, 상기 공작물들은 오직 중심에 위치된 저전압 아크 방전과 외측 체임버 벽 사이에 배치될 수 있기 때문에 자유도는 매우 제한된다. 전술한 타입의 시스템은 큰 공작물이나 큰 배치량을 처리하기에 비경제적이다.

본 발명에 따른 바람직한 코팅 장치의 일예가 도 2에 단면도로서 도시되어 있다. 처리 체임버(1)는, 공작물들이 처리 체임버의 중심축(16) 주위에서 선회될 수 있는 방식으로 배치된 공작물이나 공작물 홀더(11)를 포함하고 있다. 상기 체임버는, 통상적으로 처리 단계들에 대해 요구되는 작업 압력을 유지하기 위해 사용되는 진공 펌프(19)에 의해 압력이 낮춰진다. 제안된 장치에 있어서, 중심축(16)을 넘어 연장되는 큰 공작물(11)은, 예를 들어 처리 체임버의 벽상에 배치된 소스에 의해 처리될 수 있는 방식으로 상기 처리 체임버(1)내에 배치될 수 있다. 공작물을 적재하기 위해서 필요한 죤은 본질적으로 처리 체임버(1)를 완전히 점유한다. 상기한 장치에 있어서 본질적으로 체임버 체적을 점유하는 단일의 큰 공작물이나 많은 수의 작은 공작물들을 위치시키는 것이 가능하다.

중심축(16)의 주위에서 공작물(11)을 선회시키는 공작물 홀더는 회전 방향을 가로질러 코팅 폭(b)에 걸쳐져 있다. 본 발명에 따른 시스템에 있어서 균일하고 재현가능한 코팅 결과가 코팅 폭(b)에 걸쳐서 달성되거나 또는 중심축(16)에서 코팅 폭의 외측에 이르는 깊이 범위, 즉 전체 직경(D)에 걸쳐서 달성될 수 있다. 가공조건들이 엄격한 종래 기술에 따른 공지된 동심의 장치에 기초하면, 본 발명에 따른 편심의 장치가 보다 좋은 결과를 가져오리라는 것이 예상되지 않았다. 날카로운 날끝과 절삭날을 가진 매우 다양한 공작물 형상이 열적 응력이나 원하지 않는 아크 발생과 관련된 문제를 야기함이 없이 상기한 넓은 구역내에서 다루어질 수 있다.

처리 체임버의 외벽상에는 상기 에칭 소스와 코팅 소스가 밖에서 공작물을 향해 작용하는 방식으로 위치된다. 중요한 예비적 스퍼터 에칭 처리를 위해 상기 체임버의 벽은 슬롯 형상의 개구를 특징으로 하며, 그 길이는 적어도 처리 폭(b)에 대응한다. 상기 개구(26)의 후방에는, 그 내부에서 저전압 아크 방전(18)이 발생되는 상자 형태의 방전 체임버(21)가 존재한다. 상기 저전압 아크 방전(18)은 처리 폭(b)에 거의 평행하게 진행되며 또한 적어도 처리 폭의 80%에 달하는 유효 길이를 가지고 있다. 바람직하게는 상기 방전 길이가 처리 폭(b)과 동일하거나 심지어 그 이상이어야 한다.

아크 방전(18)의 축은 가장 가까운 처리 죤, 즉 이웃한 공작물 구역으로부터 선정된 거리(d)를 가지고 있다. 이 거리(d)는 적어도 10㎝이며 바람직하게는 15 내지 25㎝가 된다. 이것은 양호한 처리상의 균일성을 가져다 주며, 또한 이것에 의해 높은 스퍼터링율이 유지될 수 있다. 방전 체임버(21)의 하부에서, 오리피스(4)를 통해 방전 체임버(21)와 연결되는 캐소드 체임버(2)가 플랜지되어 있다. 상기 캐소드 체임버(2)는, 가열 전원 유니트(9)를 통해 동력이 공급되는 고온 캐소드(3)를 포함하고 있다. 상기 전원은 AC 또는 DC에 의해 동작될 수 있다. 캐소드 체임버(2)는 보통 아르곤 같은 희가스나 특정한 반응 처리를 위한 희가스-활성가스 혼합체 등의 작동 가스를 공급하기 위한 가스 유입 포트(5)를 구비하고 있다. 보조 가스 유입구(22)에 의해 처리 체임버(1)를 경유하여 작동 가스를 받아들이는 것이 가능하다. 활성 가스는 가스 유입구(22)를 경유하여 처리 체임버(1)로 직접 받아들여지는 것이 바람직하다.

방전 체임버(21)의 상부에는 애노드로서 설계된 전극(7)이 있다. DC 전원(8)은, 그 양극이 애노드(7)상에 있는 한편 저전압 아크 방전이 유도될 수 있는 방식으로 캐소드(3)과 애노드(7) 사이에 접속된다. 저전압 아크 방전 장치와 공작물(11) 사이에서 전압 발생기(20)의 도움을 받아 공작물 홀더나 공작물(11)에 음의 전압을 가함에 의해, 표면이 스퍼트 에칭되도록 하기 위해서 아르곤 이온들이 공작물들을 향해 가속된다. 이것은 300 볼트 DC에 이르는 가속 전압에 의해서 달성되지만, 공작물(11)의 평온한 처리를 보장하기 위해 100 볼트에서 200 볼트 범위의 전압을 사용하는 것이 바람직하다. 처리의 균일성은, 캐소드 체임버(2)를 적절히 위치시키는 한편 처리 설계명세에 일치하도록 처리되는 공작물의 처리 폭(b)에 대해 상대적으로 애노드(7)을 배치함에 의해서 조절될 수 있다. 다른 변수는 애노드(7)의 형상이다. 상기 애노드는, 예를 들어 평평한 접시형이거나 또는 직사각형일 수 있으며 또한 관형상의 냉각된 애노드로서 설계될 수 있다.

도 3은 도 2에 기초를 둔 시스템에 대한 평단면도이다. 슬롯 개구(26)를 통해 체임버(1)내의 처리 죤과 연결되어 있는 한편 처리 체임버(1)의 외벽에 설치되어 있는 상자 형태의 방전 체임버(21)가 도시되어 있다. 물론, 수개의 상기한 방전 체임버들이 예를 들어 처리 효과를 더욱 더 높여주기 위해서 요구되는 바에 따라 시스템상에 배치될 수 있다. 체임버의 벽에 플랜지된 증발 소스(23)들이 역시 도시되어 있다. 예를 들어, 마그네트론(magnetron) 스퍼터 소스가 증발 소스(23)로서 사용될 수 있지만, 그러나 저비용으로 높은 처리 속도를 달성하기 위해서 소위 아크 증발 소스가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 배치의 장점은, 복수 소스를 분산 배치함을 통해서 코팅 균일성이 조절될 수 있는 한편 높은 코팅 율이 유지될 수 있는 방식에 따라서 아크 증발 소스(23)가 외측으로부터 자유롭게 배치될 수 있다는 점이다. 단일의 직사각형 증발 소스를 사용하는 것 보다 처리요건에 따라 시스템의 외주에 배열된 몇개의 작고 둥근 소스를 사용하는 것이 보다 유리하다는 사실이 밝혀졌다.

도 4a는 본 발명에 따른 장치의 다른 유리한 변형예를 도시하며, 상기 예에서 캐소드 체임버(2)는 방전 체임버(21)의 상부에 위치된다. 상기한 유리한 점은, 방전 경로의 작동이 코팅 시스템에서 항상 발생되는 입자들에 의해 적게 교란된다는 점이다. 몇개의 애노드-캐소드 회로를 사용함과 아울러 방전(1)에 따른 강도를 조절가능하게 함에 의해서 방전 경로를 재분할할 수 있는 가능성이 제시된다. 주된 방전은 주된 애노드(7)와 캐소드 체임버(2) 사이에서 전원(8)에 의해서 발생된다. 추가적인 보조 방전이 보조적인 애노드(24)와 보조적인 전원(25)에 의해서 발생될 수 있다. 이러한 방식에 있어서는, 애노드(7)와 캐소드(2) 사이의 전체 방전 경로를 따라 국부적으로 방전의 파워 밀도를 조절하는 것이 가능한 한편 공작물의 균일성 요건에 대한 강도와 관련해서도 방전의 파워 밀도를 조절하는 것이 가능하다.

도 4b는 또 다른 장치를 보여준다. 상기 애노드-캐소드 경로는 완전히 서로 떨어져 있게 하거나 또는 분리된 애노드(7, 23)·분리된 캐소드(3, 3') 및 분리된 캐소드 체임버(3, 3')를 사용해서 분리시킬 수도 있다. 또 다른 변형예가 도 4c에 도시되어 있으며, 상기 예에서는 두개의 분리된 애노드(7, 24)가 사용되는 반면에 두개의 고온 체임버(3, 3')를 구비한 공통의 캐소드 체임버(2)가 사용된다.

도 5는, 본 발명에 따라서 처리된 HSS 다듬질 밀링 커터의 시험결과(커브 a)와 종래 기술에 따라서 처리된 HSS 다듬질 밀링 커터의 시험결과(커브 b)를 도시한다. 전술한 두 경우에 있어서 밀링 커터에는 3.5 ㎛의 TiN 코팅이 입혀진다. 종래 기술(커브 a)에 따른 밀링 커터에 대해서는 처음에 고전압 에칭이 종래 방식으로 실시되었으나, 반면에 커브 b에 의해 표시된 밀링 커터에 대해서는 본 발명에 따른 공정들이 사용된다. 시험조건들은 다음과 같다:

HSS 다듬질 밀링 커터 : Ø 16 ㎜

잇수 : 4

시험재료 : 42 CrMo4 (DIN 1.7225)

경도 : HRC 38.5

이송양 : 1.5 ㎜×2.5 ㎜

절삭 속도 : 40 m/min

이당 이송 : 0.088 ㎜

이송 : 280 ㎜/min

수명의 종료 : 스핀들 토크 80 (임의의 유니트)

시험결과는 본 발명에 따라 처리된 공구의 수명이 명백하게 향상되었음을 보여준다. 1.5배 이상 향상되는 것은 용이하게 달성될 수 있다. 중요한 것은, 공구 수명이 연장된다는 것 뿐만아니라 공구 수명의 종료를 향해서 공구품질의 저하를 나타내는 토크 커브가 거의 완만하게 상승한다는 것이다. 도 5에 따른 예에 있어서 15m의 총 밀링 깊이에서 상기 사실이 명백히 인식될 수 있다. 종래 기술을 나타내는 커브는 15m의 총 밀링 깊이에서 공구품질이 급격하게 저하되는 것을 보여준다. 이러한 사실은, 종래 기술로 달성될 수 있는 절삭품질이 전체 공구 수명 도중에 매우 큰 변화가 있으며 절삭 품질이 일정하지 않다는 것을 의미한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명에 따라 제조된 시스템들은, 종래 기술에 따른 도 1에 도시된 시스템 보다 전술한 바와 같이 양질의 더 많은 처리량을 얻을 수 있다. 처리량은 쉽게 배가 되거나 3 내지 5배 증가될 수 있으며, 이것은 경제성을 극적으로 증대시켜 준다.

Claims

진공으로 될 수 있는 처리 체임버(1), 처리 체임버(1) 옆에 배치되는 플라즈마 소스(18)와 코팅 소스(23), 및 처리 체임버(1)내에 배치되어 공작물을 상기 소스(18, 23)의 전방에 위치시키거나 상기 소스(18, 23)의 전방으로 통과시키기 위한 처리 죤의 폭(b)을 한정하는 유지 및 이송 장치를 구비하고 있으며, 또한 상기 소스(18, 23)는 동일한 쪽으로부터 작용하고 공작물에 대해 이격된 채 배치되어 있는 공작물 코팅장치에 있어서, 플라즈마 소스(18)는 공작물의 이송 방향을 가로지르는 직선상의 크기(1)가 처리 죤의 폭(b)과 일치하는 가열 캐소드 저전압 아크 방전 장치로 이루어지며, 또한 아크 방전(18)과 공작물(11) 사이에는 전압을 발생시키기 위한 장치가 마련되는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
제 1 항에 있어서, 공작물(11)의 유지 및 이송 장치는 처리 체임버(1)의 중심축(16)을 중심으로 회전될 수 있도록 배치되며, 또한 상기 소스(18, 23)는 반경 방향에서 외측으로부터 중심축(16)으로 동일하게 작용하도록 처리 체임버의 벽에 배치되는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 플라즈마 소스는 처리 체임버(1)의 외벽에 장착된 방전 체임버(21)내에 배치되고, 방전 체임버(21)의 옆이나 또는 방전 체임버(21)의 내부에는 열전자 방사 캐소드(3) 및 그로부터 처리 죤의 폭(b)의 80 % 이상으로 이격된 채 처리 죤의 폭에 걸쳐 배치되는 애노드(7)가 포함되어 저전압 아크 방전(18)을 생성하고, 방전 체임버(2)에는 불활성 가스 유입 장치(5)가 연결되며, 또한 애노드/캐소드 전기 회로와 공작물(11)과의 사이에는 공작물(11)에 음의 극성이 주어져 플라즈마 소스 장치(2, 7, 18, 21)가 스퍼터 에칭 장치로 되도록 전압 발생기(20)가 접속되는 것을 특징으로 하는 공작물 처리용 코팅 장치.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한항에 있어서, 열전자 방사 캐소드(3)과 애노드(7) 사이에는 플라즈마의 연장을 따라 이격된 하나 이상의 추가적인 애노드(24)가 배치되어 아크 방전(18)에 연한 플라즈마 밀도 분포를 조절하는 것을 특징으로 하는 공작물 처리용 코팅장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한항에 있어서, 애노드(7) 및 추가적인 애노드(24)가 조절이 가능한 별도의 전원(25)에 접속되고, 각각의 애노드(7, 24)에 대해 대향 캐소드(3)가 장착되며, 또한 대향 캐소드(3)는 그에 대응하는 애노드(7, 24) 및 별개의 전원(8, 25)과 함께 조절이 가능한 자체 폐회로를 이루는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한항에 있어서, 열전자 방사 캐소드(3)는 방전 체임버(21)와는 별개의 캐소드 체임버(2)내에 배치되고, 캐소드 체임버(2)는 전자의 유출을 위한 개구부(4)를 통해서 방전 체임버(21)에 연결되며, 또한 불활성 가스 유입 장치(5)가 캐소드 체임버(2)에 연결되는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
제 2 항 내지 제 6 항중 어느 한항에 있어서, 처리 체임버(1)의 중심축(16)은 수직으로 배치되고, 캐소드(3) 또는 캐소드 체임버(2)는 애노드(7, 24)의 상부에 배치되며, 또는 캐소드 체임버(2)의 개구부(4)는 아래를 향하는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한항에 있어서, 바람직하게는 하나 이상의 아크 증발기(23)인 하나 이상의 코팅 소스(23)가 그 전방에 놓인 플라즈마 소스(18)와 함께 처리 체임버의 벽에 배치되는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한항에 있어서, 전압 발생기(20)는 300 V DC까지의 전압치용으로 설계되되 바람직하게는 100 내지 200 V의 전압치용으로 설계되는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한항에 있어서, 저전압 아크 방전(18)은 공작물(11)로부터 10㎝ 이상 이격되되 바람직하게는 15 내지 25㎝ 만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한항에 있어서, 유지 및 이송 장치는 드릴, 후라이스반 및 성형 공구와 같은 공구의 홀더 장치인 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한항에 있어서, 방전 체임버(21)의 옆이나 방전 체임버(21)의 내부에 하나 이상의 자계 생성 장치가 배치되어 플라즈마 밀도 분포를 조절하는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한항에 있어서, 방전 체임버(21)는 처리 죤의 폭(b)의 전체에 걸쳐 처리 죤에 대해 개방되어 처리 죤이 아크 방전에 노출되는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅장치.
플라즈마 소스(18)와 코팅 소스(23)가 옆에 배치되어 있고, 공작물을 상기 소스(18, 23)의 전방에 위치시키거나 상기 소스(18, 23)의 전방으로 통과시키기 위한 처리 죤의 폭(b)을 한정하는 유지 및 이송 장치가 내부에 배치되어 있으며, 또한 상기 소스(18, 23)가 동일한 쪽으로부터 작용하고 공작물에 대해 이격된 채 배치되는 진공으로 될 수 있는 처리 체임버(1)에서 공작물(11)을 적어도 부분적으로 코팅하는 방법에 있어서, 플라즈마 소스(18)에 의해 공작물의 이송 방향을 가로질러 처리 죤의 폭(b)의 80 % 이상에 걸쳐 열 캐소드 저전압 아크 방전(18)을 생성하며, 또한 아크 방전과 공작물과의 사이에 전압을 인가함에 의해 플라즈마로부터 전하 캐리어를 추출하여 공작물 기층으로 가속시키는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅방법.
제 14 항에 있어서, 공작물을 상기 소스(18, 23)의 전방에서 처리 체임버의 중심축(16)을 중심으로 연속적으로 회전시키며, 또한 제 1 단계에서 전하 캐리어 타격에 의한 플라즈마 처리를 실시하는 한편 제 2 단계에서 공작물의 코팅을 실시하는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 전하 캐리어는 음의 공작물 전압에 의해 아크 방전(18)으로부터 직접 추출되어 공작물(11)을 스퍼터 에칭하는 이온인 것을 특징으로 하는 공작물 코팅방법.
제 14 항 내지 제 16 항중 어느 한항에 있어서, 아크의 길이(1)의 선택, 아크와 공작물과의 사이의 간격(d)의 선택, 공작물에 대한 아크의 위치의 선택, 및 아크에 연한 플라즈마 밀도 분포의 조절에 의해 처리 죤(b)의 폭에 걸친 에칭 분포의 균일성을 미리 주어진 값으로 조절하는 것을 특징으로 하는 공작물 코팅방법.