KR20130084475A - 아크용사 코팅장치 - Google Patents

Abstract

아크용사 코팅장치를 개시한다.
이러한 아크용사 코팅장치는, 2개의 용사 선재를 일측에서 타측을 향하여 이동시키면서 상기 용사 선재들의 선단이 아크 방전에 의해 용융(鎔融)될 수 있도록 형성된 선재공급부와, 상기 선재공급부의 용사 선재들과 대응하도록 배치되며 상기 용사 선재들의 아크 방전에 의한 용융 금속을 모재를 향하여 코팅이 가능하게 분사할 수 있도록 형성된 분사부 그리고, 상기 분사부에 의해 용융 금속을 분사할 때 상기 모재 측에 코팅층과 비코팅층을 형성할 수 있도록 제공되는 마스크부를 포함한다.

Description

아크용사 코팅장치{electric arc spraying apparatus}

본 발명은 아크용사 코팅장치에 관한 것이다.

아크용사 코팅(electric arc spraying) 작업은 용사 재료(예: 금속 선재)를 용융시켜서 용융 금속을 모재 측에 부착하는 방식으로 진행되며, 이러한 용사 코팅 작업에는 아크용사 코팅장치가 사용된다.

상기 아크용사 코팅장치의 일반적인 구조를 간단하게 설명하면, 2개의 금속 선재 선단에 아크 방전을 일으켜서 아크 열에 의해 용융된 금속을 기체로 불어서 모재 표면을 향하여 분사하는 방식으로 코팅층을 형성할 수 있도록 구성 및 작동된다.

이러한 아크용사 코팅작업에 사용하는 장치로는 공개특허공보 제10-2010-0070940호의 아크용사 코팅장치가 있다.

상기 공개특허공보 제10-2010-0070940호의 아크용사 코팅장치는, 선재공급모듈에 의해 한 쌍의 선재가 인출된 후 인입 접촉되어 아크를 발생시키고, 아크에 의해 용융된 금속 가스를 피코팅체를 향하여 분사하면서 코팅이 이루어질 수 있도록 형성되며, 특히 선재와 대응하는 정속모듈을 구비하여 한 쌍의 선재가 동일한 속도를 가지며 안정적으로 공급될 수 있는 구조를 제공한다.

하지만, 상기한 종래 기술에 의한 아크용사 코팅장치는, 모재(피코팅체) 표면을 향하여 단순하게 용융 금속을 분사하는 구조에 한정되므로 다양한 형태의 코팅층을 형성하기 위한 작업 환경에서는 만족할 만한 기능성을 기대할 수 없다.

특히, 반도체 제조를 위한 스퍼터링 장치에 제공되는 각종 실드(shield)류 측에 요철면을 갖는 코팅층을 형성하는 작업들은 대부분 아크용사 코팅으로 진행되는데, 상기한 종래 기술과 같이 단순하게 용융 금속을 분사하는 용사 코팅 구조로는 실드의 기능성을 더 향상시킬 수 있는 형태로 코팅층을 형성하기 어렵다.

즉, 스퍼터링 입자들이 실드의 코팅면에 더욱 원활하게 달라붙을 수 있도록 예를 들어, 실드의 코팅층 상에 돌기나 홈들이 형성되도록 코팅 작업을 진행하기에는 구조적으로 한계가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

본 발명의 목적은, 특히 돌기 또는 홈들을 구비한 코팅층을 용사코팅 방식으로 모재 측에 간편하게 코팅할 수 있는 아크용사 코팅장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여,

2개의 용사 선재를 일측에서 타측을 향하여 이동시키면서 상기 용사 선재들의 선단이 아크 방전에 의해 용융(鎔融)될 수 있도록 형성된 선재공급부;

상기 선재공급부의 용사 선재들과 대응하도록 배치되며 상기 용사 선재들의 아크 방전에 의한 용융 금속을 모재를 향하여 코팅이 가능하게 분사할 수 있도록 형성된 분사부;

상기 분사부에 의해 용융 금속을 분사할 때 상기 모재 측에 코팅층과 비(非) 코팅층을 형성할 수 있도록 제공되는 마스크부;

를 포함하는 아크용사 코팅장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명은, 특히 분사부 및 모재 사이에 마스크부가 제공되어 용사 선재의 용융 금속이 상기 분사부에 의해 모재를 향하여 분사될 때 상기 마스크부에 의해 상기 모재 측에 선택적으로 공급될 수 있는 분사 환경을 제공할 수 있다.

이와 같은 마스크부의 작용에 의하면, 용융 금속의 분사 상태를 적절하게 제어하면서 모재 측에 각종 돌기(또는 홈)들을 구비한 코팅층을 용사 코팅으로 간편하게 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 아크용사 코팅장치의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 아크용사 코팅장치의 주요부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 일실시 예에 따른 아크용사 코팅장치를 이용한 용사 코팅 작업 실시 예를 설명하기 위한 도면들이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자들이 본 발명의 실시가 가능한 범위 내에서 설명된다.

따라서, 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있는 것이므로 본 발명의 특허청구범위는 아래에서 설명하는 실시 예들로 인하여 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 아크용사 코팅장치의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2 내지 도 7은 주요부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들로서, 도면 부호 2는 선재공급부를 지칭하고, 도면 부호 W1, W2는 용사 선재를 지칭한다.

상기 선재공급부(2)는 2개의 용사 선재(W1, W2)를 아크 방전이 가능하게 공급할 수 있도록 형성된다.

상기 용사 선재(W1, W2)는 와이어 타입의 금속 선재를 사용할 수 있으며, 금속 선재 중에서 예를 들어, 반도체 제조 공정의 스퍼터링 장치에 설치되는 실드(shield)류 코팅 작업에 주로 사용하는 알루미늄 선재나 티타늄 선재를 사용할 수 있다.

상기 선재공급부(2)는 도면에는 나타내지 않았지만 통상의 릴(Reel) 구동 방식으로 상기 용사 선재(W1, W2)를 일측에서 타측을 향하여 공급할 수 있는 구조로 이루어진다.

예를 들어, 상기 선재공급부(2)는 도 1에서와 같이 2개의 용사 선재(W1, W2)를 간격을 띄우고 평행한 상태로 일측에서 타측을 향하여 이동시키고, 상기 용사 선재(W, W2)의 선단이 어느 한 지점에서 서로 접촉되면서 아크 방전을 일으킬 수 있는 상태로 선재 공급이 가능하게 형성될 수 있다.

상기 용사 선재(W1, W2)의 이동 방향 타측에는 도 1에서와 같이 상기 선재공급부(2)와 간격을 띄우고 모재(A)가 배치된다.

이때, 상기 모재(A)는 도면에는 나타내지 않았지만 별도의 고정구에 고정되어 피코팅면(A1)이 상기 용사 선재(W1, W2)들의 선단과 마주하는 상태로 제공된다.

그리고, 상기 용사 선재(W1, W2)들의 아크 방전에 의한 용융 금속(W3)은 후술하는 분사부(4)에 의해 모재(A)를 향하여 코팅 가능하게 분사된다.

상기한 선재공급부(2)는 해당 분야에서 널리 알려진 구조를 일예로 설명한 것으로서, 본 발명이 상기한 구조에 한정되는 것은 아니며 이외에도 아크용사 코팅이 가능하게 용사 선재(W1, W2)를 공급할 수 있는 구조는 다양하게 실시할 수 있다.

상기 본 발명의 일실시 예에 따른 아크용사 코팅장치는, 상기 선재공급부(2)와 대응하는 분사부(4)를 포함한다.

상기 분사부(4)는 상기 선재공급부(2)의 용사 선재(W1, W2) 선단이 아크 방전에 의해 용융되면 모재(A)를 향하여 용융 금속(W3)을 분사할 수 있도록 형성된다.

상기 분사부(4)는 분사노즐(N)을 구비하고, 이 분사노즐(N)은 도면에는 나타내지 않았지만 에어 또는 가스와 같은 기체(G)의 분사 압력으로 용융 금속(W3)을 불어서 상기 모재(A)의 피코팅면(A1)을 향하여 분사할 수 있도록 셋팅된다.

예를 들어, 상기 분사노즐(N)은 도 2에서와 같이 상기 선재공급부(2)에 의해 일측에서 타측으로 향하는 2개의 용사 선재(W1, W2) 사이에 배치되어 상기 용사 선재(W1, W2)들의 선단 접촉 지점을 향하는 방향으로 기체(G)를 분사할 수 있도록 셋팅될 수 있다.

상기한 분사부(4)는, 상기 선재공급부(2)의 용사 선재(W1, W2) 선단이 아크 방전에 의해 용융될 때 도 3에서와 같이 용융 금속(W3)을 기체(G)로 불어서 모재(A)의 피코팅면(A1)을 향하도록 분사할 수 있다.

한편, 상기 본 발명의 일실시 예에 따른 아크용사 코팅장치는, 상기 모재(A)와 대응하는 마스크부(6)를 포함한다.

도 4를 참조하면, 상기 마스크부(6)는, 상기 모재(A)의 피코팅면(A1)을 마스킹하여 융용 금속(W3)이 상기 피코팅면(A1) 측에 선택적으로 달라붙을 수 있도록 하는 마스크(M)를 구비하여 이루어진다.

즉, 상기 마스크부(6)는, 상기 모재(A)의 피코팅면(A1)이 선택적으로 코팅되거나, 비(非) 코팅될 수 있도록 마스킹 하는 역할을 한다.

특히, 상기 마스크(M)는 상기 모재(A)의 피코팅면(A1)을 용융 금속(W3)으로 코팅할 때 코팅층(C) 상에 돌기(C1, 또는 홈)들을 형성할 수 있는 마스킹 구조를 갖도록 제공된다.

상기 마스크(M)는, 상기 모재(A)의 피코팅면(A1)과 대응하는 크기의 마스크면(M1)을 구비하고, 이 마스크면(M1) 내에 마스크홀(M2)들이 형성된다.

상기 마스크(M)는 도 4에서와 같이 상기 모재(A)의 피코팅면(A1)을 상기 마스크면(M1)으로 가릴 수 있는 상태로 배치된다.

상기 마스크홀(M2)은 용융 금속(W3)이 선택적으로 통과되기 위한 통로 역할을 하는 것으로서, 코팅층(C) 상에 형성하기 위한 돌기(C1)의 크기 및 모양과 부합하도록 상기 마스크면(M1)을 관통하는 상태로 한 개 이상이 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 마스크홀(M2)은 도 5 및 도 6에서와 같이 상기 마스크(M)의 마스크면(M1) 내에서 원형 또는 다각형의 홀 모양을 가지며 대략 바둑판 모양의 배열로 제공될 수 있다.

상기 마스크홀(M2)은 상기한 구조에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 도면에는 나타내지 않았지만 요구되는 작업 여건과 부합하는 모양 및 배열은 다양하게 실시할 수 있으며, 이러한 구조가 본 발명의 범주에 속하는 것은 당연하다.

상기 마스크(M)는 내구성 및 내열성이 우수한 금속 박판을 통상의 방법으로 가공하거나 성형하여 상기와 같은 마스크면(M1) 및 마스크홀(M2)들을 갖도록 형성할 수 있다.

이때, 상기 마스크(M)는 상기 마스크면(M1)으로 상기 모재(A)의 피코팅면(A1)을 원활하게 가려서 마스킹할 수 있도록 상기 피코팅면(A1)과 대응하여 밀착된 상태로 배치될 수 있도록 형성하면 좋다.

그리고, 상기 마스크(M)는 도면에는 나타내지 않았지만 예를 들어, 일면에 접착층이 형성된 접착테이프(예: 실리콘 테이프) 타입으로 제공될 수 있다.

그러면, 상기 마스크(M)가 상기 모재(A)의 피코팅면(A1) 측에 더욱 밀착된 상태로 배치될 수 있으므로 상기 모재(A) 및 상기 마스크(M) 사이에 틈새가 발생하지 않을 뿐만 아니라, 상기 마스크(M)가 상기 모재(A)의 마스킹이 가능하게 배치된 상태에서 비(非) 정상으로 유동하는 것을 억제하여 한층 안정적인 마스킹 환경을 제공할 수 있다.

또한, 상기 마스크(M)는 도면에는 나타내지 않았지만 예를 들어, 상기 모재(A)의 피코팅면(A1)을 감싸는 상태로 끼움 결합되면서 마스킹이 가능하게 셋팅되는 구조로 제공될 수도 있다.

상기한 마스크(M)는 도 1에서와 같이 별도의 홀더(H)에 의해 마스킹이 가능한 상태로 제공될 수 있다.

상기 홀더(H)는 예를 들어, 상기 마스크(M)의 가장자리 둘레부를 통상의 방법으로 잡아주면서 상기 모재(A)와 대응하는 마스킹 상태로 고정 지지가 가능하게 형성될 수 있다.

상기와 같은 홀더(H)를 구비하면, 상기 모재(A)와 대응하여 마스킹이 가능한 상태로 상기 마스크(M)를 더욱 간편하게 셋팅할 수 있다.

상기 본 발명의 일실시 예에 따른 아크용사 코팅장치는, 상기 마스크부(6)와 대응하는 조절부(8)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 조절부(8)는 상기 모재(A)와 대응하도록 상기 마스크부(6)의 마스크(M) 위치를 적절하게 조절 및 셋팅할 수 있도록 형성된 조절기((P)로 구성될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 조절기(P)는, 상기 홀더(H)와 연결되어 이 홀더(H)를 움직이면서 상기 마스크(M)를 상기 모재(A)의 피코팅면(A1) 측에서 한 방향 이상으로 위치 조절이 가능한 구조로 이루어질 수 있다.

상기 조절기(P)는, 예를 들어, 1개의 실린더로 구성되어 이 실린더들의 구동에 의해 상기 홀더(H)를 밀거나 당기는 방식으로 마스크(M)를 수직방향(또는 수평방향)으로 움직일 수 있는 구조로 제공될 수 있다.

상기 조절기(P) 실린더를 사용하는 구조에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도면에는 나타내지 않았지만 로봇 아암을 사용하거나, 모터의 구동에 의해 정,역 회전되는 볼스크류를 사용하여 통상의 방법으로 상기 홀더(H)를 움직이면서 상기 마스크(M)의 위치를 적절하게 조절할 수 있도록 셋팅될 수 있다.

상기한 조절부(8)의 구조에 의하면, 도 7에서와 같이 상기 모재(A)의 마스킹이 가능하도록 상기 마스크(M)가 배치된 상태에서 이 마스크(M)의 마스킹 위치를 도면에서와 같이 수직방향(또는 수평 방향)을 향하여 적어도 한 방향 이상으로 적절하게 조절할 수 있으므로 코팅 작업시 한층 향상된 작업 호환성을 확보할 수 있다.

다음으로 본 발명의 일실시 에에 따른 아크용사 코팅장치의 바람직한 작동 실시 예를 도 7 내지 도 13을 참조하여 설명한다.

도 8 내지 도 13은 본 발명의 일실시 예에 따른 아크용사 코팅장치를 이용한 용사 코팅 작업 실시 예를 설명하기 위한 도면들이다.

상기 본 발명은 코팅 공정과 대응하도록 마스크(M)를 적절하게 설치 및 분리하는 방식으로 코팅층(C) 상에 돌기(C1, 또는 홈)가 형성되도록 용사 코팅 작업을 진행할 수 있다.

상기 본 발명을 이용한 용사 코팅 작업의 일 예를 설명하면, 모재(A) 측에 용사 코팅을 진행하기 전에 도 8에서와 같이 모재(A)의 피코팅면(A1)을 마스크(M)로 마스킹한다.

상기와 같이 마스크(M)를 셋팅한 상태에서 선재공급부(2)에 의해 공급되는 용사 선재(W1, W2)들이 아크 방전에 의해 용융되면, 도 9에서와 같이 상기 분사부(4)의 노즐(N)로 용융 금속(W3)을 불어서 모재(A)를 향하도록 분사한다.

그러면, 상기 노즐(N)에 의해 분사되는 용융 금속(W3) 중에서 상기 마스크(M)의 마스크홀(M2)을 통과하는 용융 금속(W3)만 상기 모재(A)의 피코팅면(A1) 측에 달라붙고, 나머지는 상기 마스크(M)의 마스크면(M1)에 달라붙는다.

그런 다음, 상기 모재(A)와 대응하도록 배치된 마스크(M)를 분리하면, 상기 모재(A)의 피코팅면(A1)에는 상기 마스크홀(M1)과 대응하는 부분만 용융 금속(W3)이 달라붙은 상태가 된다.

그리고 나서, 상기와 같이 마스크(M)를 분리한 상태로 상기 모재(A)를 향하여 상기 분사부(4)로 용융 금속(W3)을 다시 분사한다.

그러면, 상기 마스크(M)에 의해 상기 모재(A) 측에 부분적으로 달라붙은 용융 금속(W3)을 덮는 상태로 상기 모재(A)의 피코팅면(A1) 전체에 용융 금속(W3)이 균일하게 달라붙는 상태로 코팅이 이루어질 수 있다.

상기와 같이 용사 코팅 작업을 진행하면, 도 10에서와 같이 모재(A)의 피코팅면(A1) 측에 용융 금속(W3)이 달라붙어서 코팅층(C)을 형성할 수 있고, 특히 상기 모재(A)의 피코팅면(A1) 중에서 상기 마스크(M)의 마스크홀(M2)과 대응하는 부분들이 위쪽으로 돌출되면서 코팅층(C) 상에 돌기(C1)들이 형성된 상태로 코팅이 이루어질 수 있다.

이처럼, 본 발명과 같이 돌기(C1)들을 갖는 코팅층(C)을 용사 코팅으로 형성할 수 있는 구조를 제공하면, 도면에는 나타내지 않았지만 특히 반도체 제조 공정에 사용하는 스퍼터링 장치의 실드(shield)류를 코팅할 때 코팅부의 기능성을 더 높일 수 있다.

즉, 실드의 코팅면 상에 돌기들이 형성되면, 스퍼터링 입자들이 달라붙기 위한 코팅 면적을 더 넓힐 수 있고, 스퍼터링 입자들이 코팅면 측에 달라붙은 상태에서 비(非) 정상으로 분리되지 않도록 잡아주는 역할을 하게 되므로 실드 본연의 기능성을 한층 높일 수 있다.

그리고, 상기 본 발명을 이용한 용사 코팅 작업의 다른 예를 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한다.

즉, 선재공급부(2)에 의해 공급되는 용사 선재(W1, W2)들의 선단이 아크 방전에 의해 용융되면, 도 11에서와 같이 분사부(4)의 노즐(N)로 용융 금속(W3)을 불어서 모재(A)를 향하도록 분사한다.

그러면, 상기 노즐(N)에 의해 분사되는 용융 금속(W3)이 도 11에서와 같이 상기 모재(A)의 피코팅면(A1) 전체에 균일하게 달라붙는다.

그런 다음, 상기 모재(A)의 피코팅면(A1)과 대응하도록 도 12에서와 같이 마스크(M)를 셋팅하고, 이처럼 마스크(M)를 셋팅한 상태에서 상기 노즐(N)로 용융 금속(W3)을 불어서 상기 모재(A)를 향하여 다시 분사한다.

그러면, 상기 노즐(N)에 의해 분사되는 용융 금속(W3) 중에서 상기 마스크(M)의 마스크홀(M2)을 통과하는 용융 금속(W3)만 상기 모재(A)의 피코팅면(A1) 상에 달라붙고, 나머지는 상기 마스크면(M1)에 달라붙는다.

그리고 나서, 상기 모재(A)와 대응하도록 배치된 마스크(M)를 분리하면, 도 13에서와 같이 상기 모재(A)의 피코팅면(A1) 측에는 코팅층(C) 상에 돌기(C1)들이 형성된 상태로 코팅이 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 본 발명은 도면에는 나타내지 않았지만 예를 들어, 코팅층(C) 상에 홈이 형성될 수 있도록 상기 마스크(M)를 형성하여 모재(A)의 코팅층(C) 상에 홈이 형성되도록 용사 코팅 작업을 진행할 수도 있다.

따라서, 상기한 본 발명의 일실시 예에 따른 아크용사 코팅장치의 구조에 의하면, 용사 코팅 방식으로 모재(A) 측에 코팅층(C)을 형성할 수 있으며, 특히 마스크(M)로 모재(A)를 적절하게 마스킹하여 코팅층(C) 상에 돌기 또는 홈들이 형성되는 상태로 코팅 작업을 간편하게 진행할 수 있다.

2: 선재공급부 4: 분사부 6: 마스크부
W1, W2: 용사 선재 W3: 용융 금속 A:모재
M: 마스크 N: 노즐 H: 홀더

Claims (8)

1. 2개의 용사 선재를 일측에서 타측을 향하여 이동시키면서 상기 용사 선재들의 선단이 아크 방전에 의해 용융(鎔融)될 수 있도록 형성된 선재공급부;
   상기 선재공급부의 용사 선재들과 대응하도록 배치되며 상기 용사 선재들의 아크 방전에 의한 용융 금속을 모재를 향하여 코팅이 가능하게 분사할 수 있도록 형성된 분사부;
   상기 분사부에 의해 용융 금속을 분사할 때 상기 모재 측에 코팅층과 비코팅층을 형성할 수 있도록 제공되는 마스크부;
   를 포함하는 아크용사 코팅장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 선재공급부는,
   2개의 용사 선재를 평행한 상태로 간격을 띄우고 일측에서 타측을 향하여 이동시키고 상기 용사 선재들의 선단이 서로 접촉되면서 아크 방전을 일으킬 수 있도록 형성되는 아크용사 코팅장치.
3. 청구항 1 또는, 청구항 2에 있어서,
   상기 분사부는,
   기체를 분사하는 노즐을 구비하고, 이 노즐은 상기 용사 선재들의 선단이 접촉하는 지점을 기체로 불어서 상기 모재를 향하여 용융 금속을 분사할 수 있도록 셋팅되는 아크용사 코팅장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 마스크부는,
   상기 모재의 피코팅면과 대응하는 마스크면을 갖는 마스크를 구비하고,
   상기 마스크의 마스크면 내에는 상기 모재의 피코팅면 측에 용융 금속이 선택적으로 통과하기 위한 마스크홀이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 아크용사 코팅장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 마스크홀은,
   원형 또는 다각형의 관통 모양을 가지며 상기 마스크면 내에 한 개 이상 형성되는 아크용사 코팅장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 마스크는,
   상기 모재와 대응하는 면적을 갖는 박판 또는 접착테이프 중에서 사용하는 아크용사 코팅장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 아크용사 코팅장치는,
   상기 마스크부와 대응하는 홀더를 더 포함하며,
   상기 홀더는,
   상기 마스크부를 상기 모재와 대응하는 마스킹 상태로 잡아줄 수 있도록 형성된 아크용사 코팅장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 아크용사 코팅장치는,
   상기 마스크부와 대응하는 조절부를 더 포함하며,
   상기 조절부는,
   상기 모재와 대응하도록 상기 마스크부를 움직이면서 마스킹 위치를 한 방향 이상으로 조절할 수 있도록 동력의 발생 및 전달이 가능하게 형성된 조절기를 구비하여 이루어지는 아크용사 코팅장치.

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