KR20080110360A - 자동차용 와이퍼의 고무 블레이드 코팅방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 와이퍼 고무 블레이드의 표면 강도 개선에 탁월한 효과를 제공할 뿐 아니라 블레이드 닦임 효율의 극대화는 물론 마찰시 주어지는 닳음 또는 긁힘이나 파티칼 등의 결합요소를 최소화하고, 나아가 외부환경과의 노출로 인한 부식, 크랙방지 등 고품질 고무 블레이드 생산에 크게 기여할 수 있는 와이퍼 고무 블레이드의 코팅장치 및 그 방법에 관한 것이다.

즉, 진공이 유지된 Chamber내에서 불활성 물질인 아르곤(Ar)가스를 흘리면서 금속 Target에 일정한 고출력의 직류전원(㎠당 1W정도)를 인가하여 그 target과 모재(고무 블레이드) 사이에 Plasma가 발생되도록 하면, 그 플라즈마의 Ar가스 기체가 양이온으로 이온화 음극 가속되면서 몰리브덴 또는 흑연 재질로 된 Target표면에 충돌을 일으켜 target 물질원자의 표면 탈출이 발생되고, 이때 증발된 금속 입자 중 일부 입자는 쳄버내의 일측에 고정된 고무 블레이드의 표면에 균일한 분포로 달라붙어 일정한 두께의 금속 코팅막이 형성될 수 있도록 한 것이다.

타겟, 양극판, RF 진동발생장치, 가스주입구, 베큠조절구, 진공챔버

Description

자동차용 와이퍼의 고무 블레이드 코팅방법과 그 장치{Rubber blade coating method and the system of automobile wiper}

도 1은 본 발명의 일실시예의 개략적인 구성도

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*

B:고무 블레이드 10:타겟

20:양극판 30:RF 진동발생장치

40:가스주입구 50:베큠조절구

100:진공챔버

본 발명은 자동차용 와이퍼 고무 블레이드의 표면 강도 개선에 탁월한 효과를 제공할 뿐 아니라 블레이드 닦임 효율의 극대화는 물론 마찰시 주어지는 닳음 또는 긁힘이나 파티칼 등의 결합요소를 최소화하고, 나아가 외부환경과의 노출로 인한 부식, 크랙방지 등 고품질 고무 블레이드 생산에 크게 기여할 수 있는 와이퍼 고무 블레이드의 코팅장치 및 그 방법에 관한 것이다.

통상 자동차용 고무 블레이드는 대부분 연질 고무재질을 사용하게 되는데, 이 고무재질은 자동차용 유리창면의 곡률에 대한 밀착성이 특히 우수하여 블레이드의 재질로서 최적이라 할 수 있으나 특히 수분이 아주 미세하게 존재하고 있는 경우 마찰력이 높아 쉽게 닳거나 긁히는 등 사용 중 결함이 많이 발생하고 수명이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 와이퍼 고무 블레이드의 표면에는 개질을 향상하는 다양한 재료의 코팅이 이루어지고 있는데,

그 대표적인 것이 스프레이방식을 이용한 친화성 고체 윤활제(Graphite)를 코팅하고 있으나, 상기한 종래 스프레이 코팅방법은 코팅작업 중 고체 윤활제 압자가 작업 현장에 폭넓게 비산되는 문제로 인하여 주위 환경을 오염시키는 폐단이 있을 뿐 아니라, 스프레이 코팅 접착시 그 윤활제가 갖는 접착력에 의해 고착/도포되는 것임에 따라 코팅/접착력 유지에 한계를 가지며, 이는 사용 중 다양한 충격이나 마찰 등에 따라 쉽게 탈락되어 기능 상실 또는 코팅수명단축이라는 문제점을 가진다.

이의 대체 방법으로 일간에서는 화합물을 이용한 증착코팅방법도 간혹 시도 되고 있기는 하나 이 증착방법은 작업 중 환경유해성분이 너무 과다하게 발생되는 문제로 인해 최근 환경오염에 큰 역점을 두는 현 국가시책에 비추어 극히 바람직하지 않은 방법으로 분류하고 있다.

이에 본 발명에서는 고무 재질인 와이퍼 블레이드의 표면에 견고한 일정 두께의 금속 코팅막을 형성시키되, 그 코팅막의 형성시 보다 신속 간단하면서 균일한 코팅도포 품질이 제공될 뿐 아니라 특히 최근 중요시되는 환경유해성을 완전 배제한 가운데 생산성, 품질향상에 크게 기여할 수 있는 적어도 와이퍼 고무 블레이드 생산 및 제조에 있어 새로운 코팅장치 및 그 방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.

본 발명은 진공이 유지된 챔버(Chamber)내에서 불활성 물질인 아르곤(Ar)가스를 흘리면서 금속 타겟(Target)에 일정한 고출력의 직류전원(㎠당 1W정도)를 인가하여 그 target과 모재(고무 블레이드) 사이에 Plasma가 발생되도록 하면, 그 플라즈마의 Ar가스 기체가 양이온으로 이온화 음극 가속되면서 몰리브덴 또는 흑연 재질로 된 Target표면에 충돌을 일으켜 target 물질원자의 표면 탈출이 발생되고, 이때 증발된 금속 입자 중 일부 입자는 쳄버내의 일측에 고정된 고무 블레이드의 표면에 균일한 분포로 달라붙어 일정한 두께의 금속 코팅막이 형성될 수 있도록 한 원리를 기초로 한다.

이하, 첨부된 도면과 다음과 같은 각 실시예를 통하여 보다 구체적으로 살펴보면,

<실시예>

먼저, 도 1과 같이 일정한 크기의 진공챔버(100)내의 진공도를 10/5∼10/7 torr로 설정한 다음 내부일 단에 금속 또는 비금속 예를 들어 흑연, 몰리브덴, 유리, 다이아몬드 등의 재질 중 선택된 하나의 타겟(10)을 고정하고,

상기 그 타겟(10)과 대향하는 타측에는 양극판(20)을 설치한 후 그 양극판(20) 위에 코팅 대상체인 고무 블레이드(B)를 적당히 안착 또는 셋팅하는 한편,

상기 챔버(100)의 알측에는 이르곤(Ar) 또는 질소(N2) 가스의 주입을 위한 가스주입구(40)를 설치하는 동시에 타측에는 진공압의 조절을 위한 베큠조절구(50)를 마련하며,

상기 타겟(10)의 다른 일측에는 13.56㎒의 주파수를 가할 수 있는 RF 진동발생장치(30)를 설치한 것이다.

이러한 본 발명의 코팅처리장치 및 그 방법은 와이퍼 고무 블레이드에 요구되는 다양한 물질(금속, 합금, 산화물, 질화물, 탄화물 등 거의 모든 종류의 물질)의 타겟(10)을 조성한 후 스퍼터 증착할 수 있다는 장점이 있음에 따라,

고무 블레이드(B)에 증착하고자 하는 코팅층의 표면경도, 내마모, 내부식 내구성 등을 적절하게 고려하여 금속 또는 비금속와 더불어 전도체, 비전도체의 모든 물질의 타겟(10)을 선택하여 증착할 수 있는 획기적인 발명이라 할 것이다.

즉, 일정한 진공압(10-5∼10-7 torr)을 유지시킨 챔버(100) 내부에 와이퍼 블레이드 고무(B)를 고정시킨 후 선택된 하나 또는 둘이상의 재질로된 타겟(10)을 고정한 다음,

아르곤 또는 질소가스를 투입함과 동시에 RF진동기(30)를 가동에 일정한 주파수의 RF 진동을 가하면,

상기 양극(20) 위에 셋팅된 고무 블레이드(B)와 타겟(10) 사이에 플라즈마의 발생과 동시에 타겟(10) 입자의 증발이 시작되면서 셋팅된 와이퍼 블레이드 고무(B) 표면에 일정한 코팅막이 형성되는 것으로서,

이러한 본 발명의 코팅방법은 이온의 가속, 이온의 target 충돌 그리고 target 원자 방출의 3가지 과정을 통해서 코팅 실시되는 아래표와 같은 원리로서, 입사하는 이온은 상당히 큰 에너지(20 ∼ 30 eV)를 가지고 target 원자를 방출시킬 수 있으며, 이는 대부분의 에너지가 열로 방출되고 극히 일부의 에너지만이 타겟의 입자탈출에 이용되는 아래 표와 같은 것이다.

<Interactions of ions with target surfaces>

그리고 입사된 모든 이온들은 target 표면에서 중성 원자로 되며, 중성 입자로써 산란되면서 target 표면의 원자층에 변형을 일으키면서 점차 그들의 에너지를 잃고, 동시에 target원자들에 의해 산란되는데, 이때 입사된 입자들 중 몇몇은 target으로부터 방사되기도 하지만 입사된 입자에 의하여 제자리에 이탈되었던 target 원자들의 일부는 target 표면으로 확산하거나 그들의 에너지가 결합 에너지를 극복할 정도로 매우 큰 경우에 스퍼터 된다.

한편, target 원자들끼리도 운동량을 교환하기도 하는 한편, 매우 큰 에너지를 가진 이온들은 target 표면에서 중화되어 target 내부로 주입되기도 하고, Target에서 증발하여 떠나가는 원자들은 활성화거나 또는 이온화된 상태로 target 을 떠나기 때문에 반응성 스퍼터링이 가능하게 되는 것이며, 처음 target 내부로 주입되었던 이온(중성 원자)은 target이 스퍼터되면서 닳게 되기 때문에 결국 target으로부터 스퍼터 방출되는 원리인 것이다.

그리고 상기한 구성 중 진공쳄버의 일측에 5 ∼ 30 MHz 범위의 RF 진동발생기는 직접 ground를 연결하거나 챔버벽 등에 ground를 시켜서 작은 크기의 coupled electrode를 만들 수 있지만 이러한 공명회로를 이루는데 필요한 Inductance를 만들기 위해서는 RF 발생기와 load 사이에 임피던스 연결장치(impedance-matching network)가 필요하며, RF 시스템에서는 inductive, capacitive 손실을 감소시키기 위하여 적당한 접지, 도선 길이의 최소화 등이 요구됨은 물론 이다.

그리고 타겟의 재료가 절연체인 경우(유리, 다이아몬드 등)는 열전도성이 좋지 않아 열충격에 의하여 깨질 수 있기 때문에 제한된 증착 속도로만 증착해야하는 문제점이 있는데,

이를 극복하기 위하여 필요에 따라 내부에는 금속재를 사용하고, 그 금속재 외면에 반응성 증착방법으로 절연막을 추가 형성시킨 다음 이렇게 절연막이 형성된 타겟을 사용할 수도 있다.

이러한 본 발명의 고무 블레이드에 대한 코팅증착방법은 금속, 합금, 산화물, 질화물, 탄화물 등 거의 모든 종류의 물질을 타겟으로 선택하여 스퍼터 증착할 수 있는 상당한 이점이 제공된다.

그리고 상기 RF 진동기를 사용할 경우 target은 RF 발생기와 coupling되어 있음으로 target sheath region과 substrate 가 각각 축전기역할을 하기 때문에 두 개의 축전기가 존재한다고 간주할 수 있는 한편, 교류회로에서 capacitive reactance는 축전기의 면적에 반비례함으로 축전기의 면적이 작으면 작을수록 전압은 더욱 떨어지게 된다. 이는 곧 target의 면적이 작으면 작을수록 전압 강하가 많아져 큰 음의 self-bias가 걸린다는 것을 의미하고, 따라서 아래의 을 참조하면 다음과 같은 식이 성립된다.

※ 위 V1과 V2는 각 전극에서의 sheath voltage이고, A1과 A2는 각 전극의 면적을 의미하며, D ₁과 D ₂는 각 전극에서의 sheath thickness을 의미함.

상기의 설명과 같은 본 발명의 자동차용 와이퍼의 고무 블레이드 코팅방법과 그 장치는 와이퍼 고무 블레이드의 표면에 신속하고 간단한 방법으로 표면경도, 내마모, 내부식 내구성 등을 크게 향상할 수 있는 새로운 방안이 제공될 뿐 아니라 특히 금속재는 물론 그 외 절연제 등 비전도성 물질의 코팅 또한 가능하여 코팅도막층의 매질 즉 타겟의 선택 제한이 없는 등 상당한 효과가 기대되는 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 일정한 크기의 진공챔버(100)내의 진공도를 10/5∼10/7 torr로 설정한 다음 내부일단에 타겟(10)을 고정하고,

   상기 그 타겟(10)과 대향하는 타측에는 양극판(20)을 설치한 후 그 양극판(20) 위에 코팅 대상체인 고무 블레이드(B)를 적당히 안착 또는 셋팅하는 한편,

   상기 챔버(100)의 일측에는 불활성 물질인 이르곤(Ar) 또는 질소(N2) 가스의 주입을 위한 가스주입구(40)를 설치하는 동시에 타측에는 진공압의 조절을 위한 베큠조절구(50)를 마련하며,

   상기 타겟(10)의 다른 일측에는 13.56㎒의 주파수를 가할 수 있는 RF 진동발생장치(30)를 설치한 것을 특징으로 한 자동차용 와이퍼의 고무 블레이드 코팅장치.
2. 일정한 진공압(10-5∼10-7 torr)을 유지시킨 챔버(100) 내부에 와이퍼 블레이드 고무(B)를 고정시킨,

   챔버(100)의 다른 일측에는 선택된 하나 또는 둘이상의 재질로 된 타겟(10)을 고정하고,

   한편, 챔버(100)의 내부 공간에는 불활성 물질인 아르곤 또는 질소가스를 투입하는 동시에 상기 타겟(10)에 RF 진동기(30)를 이용해 13.56㎒ 주파수의 RF 진동 을 가하여,

   상기 양극(20) 위에 셋팅된 고무 블레이드(B)와 타겟(10) 사이에 플라즈마 및 타겟(10) 입자의 증발이 시작되면서,

   셋팅된 와이퍼 블레이드 고무(B) 표면에 일정한 코팅막이 형성될 수 있도록 한 것을 특징으로 한 자동차용 와이퍼의 고무 블레이드 코팅방법.

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