KR20200045708A

KR20200045708A - 강화유리 절삭기구

Info

Publication number: KR20200045708A
Application number: KR1020180126571A
Authority: KR
Inventors: 배영규; 장규범
Original assignee: 배영규
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2020-05-06
Also published as: KR102130725B1

Abstract

본 발명은 강화유리 절삭기구에 관한 것이다. 상세하게는 모재에 다이아몬드 코팅이 적용된 강화유리 절삭기이고, 보다 상세하게는 상기 다이아몬드 코팅은 다층 코팅(Multi-layer coating)이며, 상기 다층 코팅(Multi-layer coating)은 나노-결정 코팅(Nano-crystalline coating)과 결정 코팅(Crystalline coating)이 반복 적층되어 코팅되는 것이며, 상기 모재는 텅스텐카바이드인 것을 특징으로 한다.

Description

강화유리 절삭기구{Tempered glass cutting tools}

본 발명은 강화유리 절삭기구에 관한 것이다.

휴대단말, 태블릿, 터치 패널, PDA(Personal Digital Assistant) 등의 표시 장치에 사용되는 강화유리는 유리 모재의 표면에 표면 강화층을 형성하고 이의 박판화를 도모하면서 휨 응력, 충격 등에 대하여 고강도를 나타내고 있다.

그런데, 이와 같은 고강도의 강화유리를 절삭하는 등 가공하기 위해서는 강화유리의 강도보다 강한 강도의 기구를 사용하여야 한다.

종래에는 전착(Electrodeposited)다이아몬드 절삭기구를 사용하였으나, 이 경우에는 절삭기구 표면에 전착된 다이아몬드 입자가 균일하게 전착되지 않거나, 이런 부분을 중심으로 가공 공정과정에서 다이아몬드 입자가 이탈하면서 피삭체의 가공면에 버(Burr, 드릴 작업시 발생하는 부적합 내용으로서 홀 주위의 동박이 연성에 의해 깨끗하게 절단되지 않고 늘어나 띠 모양으로 돌출된 형태; 네이버 지식백과)가 발생하는 등 여러 문제들을 야기시켜왔다.

또한 종래 전착(Electrodeposited)다이아몬드 절삭기구는 전착이라는 특수성에 기인해 동심도(concentricity. 기준축심과 동일한 직선 위에 축심을 가져야 할 원통 부분에 있어서 그 원통 부분의 축심과 기준축심의 오차 크기; 네이버 지식백과)가 취약하여 문제점이 자주 발생하는 단점이 있다.

일본 특개 2004-83378호 공보(JP 2004-088378 A, 2004. 03. 18.) 대한민국특허청 등록특허공보(KR 10-1177558 B1, 2012. 08. 21.) 대한민국특허청 공개특허공보(KR 10-2016-0075367 A1, 2016. 06. 29.)

본 발명은 상기 서술한 바와 같이 종래 다이아몬드 입자를 전착하여 제조한 강화유리 절삭기구의 한계점, 즉 절삭기구 전체 표면에 균등한 고강도 절삭층을 확보하지 못하고 또한 취약한 동심도 문제로 발생되는 공정불량을 해결하기 위해 피삭체보다 훨씬 고강도인 절삭층을 균일하게 갖도록 HF-CVD 코팅을 한 강화유리 절삭기구를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 일 해결 수단은 모재에 다이아몬드 코팅이 적용된 강화유리 절삭기구이다.

바람직하게는 상기 다이아몬드 코팅은 다층 코팅(Multi-layer coating)인 것을 특징으로 하는 강화유리 절삭기구이다.

또한 바람직하게는, 상기 모재는 텅스텐카바이드인 것을 특징으로 하는 강화유리 절삭기구이다.

더 바람직하게는, 상기 다층 코팅(Multi-layer coating)은 나노-결정 코팅(Nano-crystalline coating)과 결정 코팅(Crystalline coating)이 반복 적층되어 코팅되는 것을 특징으로 하는 강화유리 절삭기구이다.

본 발명에 따를 때에, 종래 기술에 비해 보다 고강도의 절삭기구를 제공할 수 있고, 상기 고강도의 절삭기구를 강화유리에 적용함으로써 절삭기구 표면전체에 균등한 코팅 절삭층은 동심도를 확보하고 또한 다이아몬드 입자의 이탈과 같은 공구불량이 발생하지 않아서 보다 깔끔한 절삭력을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 SUS를 모재로 하여 다이아몬드 입자를 전착한 강화유리 절삭기구를 촬영한 사진이다.
도 2는 다이아몬드 코팅의 개요도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 코팅을 하기 전 절삭기구를 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 코팅을 실시한 후 절삭기구를 촬영한 사진이다.
도 5는 Multi-layer coating의 개요도와 이를 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 6 및 도 7은 HF-CVD 코팅에 따른 나노-결정 코팅 및 결정 코팅 표면을 전자현미경으로 각각 1000배 및 200배로 확대하여 촬영한 사진이다.
도 8은 강화유리 가공에 사용되는 일반적인 절삭기구 예(sample)의 하나이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명인 강화유리 절삭기구를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예(sample)로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 거쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

종래 강화유리 가공용 전착 절삭기구는 SUS 모재 위에 인공 다이아몬드 입자를 전착한 것으로, 상기 다이아몬드 입자 사이즈는 대체로 400~1500 mesh 수준이었다. 이러한 전착 절삭기구는 저렴한 가격으로 대중화되었으나, 동심도(concentricity)가 불리하고, 일부면에서 전착된 다이아몬드가 이탈하면서 이탈된 부분을 중심으로 급속히 불량이 발생하여 공정단계에서 잦은 불량을 초래하게 되었다(도 1 참조).

그러나 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 본 발명에 따른 강화유리 절삭기구는 텅스텐카바이드를 모재로 하여, 상기 텅스텐카바이드 위에 HF-CVD 코팅을 한 것을 그 요지로 한다.

HF-CVD 다이아몬드 코팅은 도 2에 도시된 바와 같이, 텅스텐 카바이드, 세라믹, PVD DLC에 비해 강한 강도를 가짐을 나타내는데, 이에 따라 본 발명에 따른 강화유리 절삭기구는 모든 면에서 코팅이 균일하며, 내구성이 보장되는 장점이 있다.

HF-CVD 코팅은 다이아몬드 코팅의 한 방법인데, CVD 코팅은 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition)의 약어로서, CVD 코팅은 800-1000°C의 온도에서 일어나는 화학 반응으로 생성된다.

상기 CVD 코팅은 내마모성이 우수하며 초경 합금에 대한 점착력이 뛰어난데, 최초의 CVD 코팅 초경 합금은 단층 티타늄 초경 코팅(TiC)이었고, 알루미늄 코팅(Al₂O₃) 및 티타늄 질화물(TiN) 코팅은 이후에 도입되었다.

이후에는 티타늄 질화탄소 코팅(MT-Ti(C,N) 또는 MTTiCN, MT-CVD라고도 불림)이 개발되어 초경 합금의 특성을 유지하면서 재종의 특성을 개선된 기술이 개발되었다.

최첨단 CVD 코팅은 MT-Ti(C,N), Al₂O₃　및 TiN의 조합으로 이루어져 있는데, 미세 구조 최적화 및 후처리를 통해 점착성, 인성 및 내마모성 등 코팅 특성이 지속적으로 개선되고 있다.

본 발명의 HF(Hot filaments)-CVD코팅기술은 800-1000°C의 진공Chamber에서 화학적 증착과정을 통해 텅스텐카바이드 모재위에 내구성이 강한 다이아몬드 코팅층을 형성한다. 이 때 800-1000°C 고온을 유지하는데 고온 필라멘트(Hot filaments)방법을 사용한다.

[표 1] 박막제조기술의 분류

HF-CVD코팅기술은 코팅과정에서 불순물로부터 상대적으로 자유로워서 코팅의 부착력과 밀도가 높고, 이러한 강도 높은 코팅층은 강화유리공구의 내마모성과 수명을 향상시킬 수 있다.

[표 2] PVD와 CVD의 비교

본 발명에 따른 일 실시예는 모재에 다이아몬드 코팅이 적용된 강화유리 절삭기구이다.

바람직하게는, 상기 다이아몬드 코팅은 다층 코팅(Multi-layer coating)인 것을 특징으로 하는 강화유리 절삭기구이다.

또한 바람직하게는, 상기 모재는 텅스텐카바이드인 것을 특징으로 하는 강화유리 절삭기구이다. 이 때 텅스텐카바이드는 Cobalt 함량은 4~10% 범위가 바람직하고, 더 바람직하게는 6~8%가 적당하다. 만약 Cobalt 함?이 4% 미만인 경우에는 텅스텐카바이드 모재의 전체적인 강도(hardness)가 약해지는 경향이 있으며, 또한 10%를 초과하는 경우에는 텅스텐카바이드 모재의 강도는 강해지지만, 800-1000°C 고온챔버에서 코팅하는 과정에서 모재에 함유된 Cobalt가 다이아몬드 코팅 점착력에 불리한 영향을 미치는 경향이 있다.

또한 Grain size는 0.6um~0.8um이 바람직하다.

Grain size가 0.6um~0.8um 범위보다 작으면 텅스텐카바이드 모재위에 형성되는 HF-CVD 코팅층 입자와의 결합력이 약해지고, 이보다 큰 Grain size의 경우는 텅스텐카바이드 모재 자체의 강도에 불리한 영향을 가져온다.

이러한 텅스텐카바이드 모재가 HF-CVD 코팅과 가장 최적화된 코팅 부착력을 보여준다.

상기 다층 코팅은 6um~12um 두께인 것을 특징으로 한다.

상기 다층 코팅의 두께가 6um 보다 얇으면 강화유리 가공을 위한 충분한 강도가 확보되지 않고, 12um보다 두꺼울 경우 강도에서 큰 차이를 보이지 않아 코팅시간과 가격상승요인에 비해 이익이 크지 않다.

또한 상기 다층 코팅을 구성하는 상기 나노-결정 코팅과 상기 결정 코팅의 개별층(single layer)은 1~2um의 두께로 하여 반복 적층하는 것이 바람직하며, 항상 최상층(top layer)은 나노-결정 코팅(Nano-crystalline coating)이 위치하게 한다.

개별층(single layer)의 코팅두께를 낮추면 훨씬 많은 코팅층을 형성할 수 있으므로 내구성은 높아지지만 코팅비용이 높아지는 단점이 있다. 반대로 경우는 코팅비용이 낮아지지만, 코팅층의 내구성이 이전과 비교해서 떨어지는 경향이 많다.

도 3은 본 발명에 따른 코팅을 하기 전 절삭기구를 촬영한 것이고, 도 4는 본 발명에 따른 코팅을 실시한 후 절삭기구를 촬영한 사진이다. 이와 같은 실제 제품의 형태는 거래처에서 요구하는 데에 따라 설계, 변경될 수 있으나, 절삭기구 표면에 HF-CVD 코팅하는 것에는 다르지 않다.

도 5는 다층 코팅(Multi-layer coating)의 개요도와 이를 전자현미경으로 촬영한 사진이다.

상기 다층 코팅은 나노-결정 코팅(nano-crystalline coating) 및 결정 코팅(crystalline coating)을 반복 적층해서 코팅하는 것인데, 이러한 반복 적층을 통한 코팅으로 외부 충격에도 고강도를 가질 수 있도록 한다.

도 6 및 도 7은 HF-CVD 코팅에 따른 나노-결정 코팅 및 결정 코팅 표면을 전자현미경으로 각각 1000배 및 200배로 확대하여 촬영한 사진이다.

도 8은 강화유리 가공에 사용되는 일반적인 절삭기구 예(sample)의 하나이고, 사용자의 요청에 따라서 다양한 다른 절삭기구 형태로 구체화 될 수 있다.

Claims

모재에 다이아몬드 코팅이 적용된 강화유리 절삭기구.
제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 코팅은 다층 코팅(Multi-layer coating)인 것을 특징으로 하는 강화유리 절삭기구.
제1항에 있어서, 상기 모재는 텅스텐카바이드인 것을 특징으로 하는 강화유리 절삭기구.
제2항에 있어서, 상기 다층 코팅(Multi-layer coating)은 나노-결정 코팅(Nano-crystalline coating)과 결정 코팅(Crystalline coating)이 반복 적층되어 코팅되는 것을 특징으로 하는 강화유리 절삭기구.