KR100839474B1 - 스케이트용 블레이드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스케이트용 블레이드 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명은 슬라이딩면을 갖는 스케이트용 블레이드에 있어서, 상기 슬라이딩면에는 길이방향을 따라 적어도 한 개 이상의 요홈이 형성되며, 상기 요홈에는 저마찰재질의 코팅층을 형성한 것을 특징으로 한다. 그리고 블레이드 제조방법은 상기 블레이드의 슬라이딩면에 길이방향을 따라 요홈을 형성하는 단계와; 상기 블레이드의 요홈을 세정하는 단계와; 상기 요홈에 저마찰재질의 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 본 발명에 의하면, 블레이드의 슬라이딩면에 요홈을 형성하여 얼음을 효과적으로 밀칠 수 있는 돌출부를 형성함으로써 큰 추진력을 얻을 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 슬라이딩면의 요홈에 마찰계수가 낮은 다이아몬드상 카본박막을 코팅처리함으로써 활주성능이 강화되어 빠른 속도를 낼 수 있는 효과를 갖는다.

Description

스케이트용 블레이드 및 그 제조방법{SKATE BLADE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

도 1은 본 발명에 따른 스케이트용 블레이드의 구성을 나타내는 블레이드의 측면도이며,

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 확대단면도,

도 3과 도 4는 블레이드에 형성된 요홈의 단면형상의 변형예를 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 스케이트용 블레이드의 제조방법을 나타내는 공정도,

도 6은 본 발명의 방법에 의해 제조되는 과정을 나타내는 블레이드의 횡단면도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 블레이드 12: 슬라이딩면

14: 요홈 16; 돌출부

20: 다이아몬드상 카본박막 30: 실린콘박막

본 발명은 스케이트용 블레이드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 큰 추진력을 얻을 수 있으면서 활주성능이 향상된 스케이트용 블레이드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

스케이트는 강철 소재의 블레이드로 얼음의 표면에 높은 압력을 가함으로써 블레이드 밑면의 얼음을 물로 변화시켜 마찰계수를 낮춰주는 원리를 이용한 것으로, 한쪽 발로는 얼음을 따라 미끄러질 수 있도록 진행방향을 향해 얼음위에 접지시키고, 다른 한쪽 발로는 추진력을 얻을 수 있도록 진행방향과 직각된 상태로 얼음을 지침으로써 앞으로 나아가는 운동이다.

한편, 스케이트의 블레이드는 얼음을 따라 미끄러지면서 동시에 그 모서리로서 얼음을 지치도록 구성되는 바, 상기 블레이드가 얼음 위를 보다 잘 미끄러질 수 있고, 얼음을 보다 잘 지칠 수 있기 위해서는 얼음과 접촉되는 슬라이딩면의 마찰계수는 낮아야 하고, 얼음과 접촉되는 슬라이딩면 모서리의 마찰계수는 높아야 한다.

따라서, 이와 같은 요구에 따라 본 발명자는 각고의 실험과 연구 끝에 블레이드의 슬라이딩면을 변형시켜 그 모서리의 마찰계수를 크게 함으로써 높은 추진력을 얻을 수 있고, 아울러 변형된 슬라이딩면에 낮은 마찰계수의 물성을 갖는 비정질 결정구조의 다이아몬드상 카본박막을 코팅하여 낮은 마찰계수를 갖게 함으로써 활주성능이 강화되어 빠른 속도를 낼 수 있는 스케이트용 블레이드 및 그 제조방법을 개발하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 블레이드의 슬라이딩면의 형상을 변화시키고 그 모서리의 마찰계수를 크게 함으로써 높은 추진력을 얻을 수 있고, 슬라이딩면에 낮은 마찰계수의 물성을 갖는 비정질 결정구조의 다이아몬드상 카본박막을 코팅하여 낮은 마찰계수를 갖게 함으로써 활주성능을 강화시킬 수 있는 스케이트용 블레이드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 슬라이딩면을 갖는 스케이트용 블레이드에 있어서, 상기 슬라이딩면에는 길이방향을 따라 적어도 한 개 이상의 요홈이 형성되며, 상기 요홈에는 저마찰재질의 코팅층을 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 스케이트용 블레이드 제조방법은 슬라이딩면을 갖는 스케이트용 블레이드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 블레이드의 슬라이딩면에 길이방향을 따라 요홈을 형성하는 단계와; 상기 블레이드의 요홈을 세정하는 단계와; 상기 요홈에 저마찰재질의 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 스케이트용 블레이드 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스케이트용 블레이드의 구성을 나타내는 블레이드의 측면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 확대단면도이며, 도 3과 도 4는 블레이드에 형 성된 요홈의 단면형상의 변형예를 나타내는 단면도이다. 이를 살펴보면, 본 발명의 블레이드(10)는 슈우(S)의 밑면에 고정되는 얇고 편편하며 길이가 긴 강철판체이며, 그 밑면에는 얼음과 접촉하여 미끄럼운동하는 슬라이딩면(12)을 갖추고 있다. 슬라이딩면(12)에는 블레이드(10)의 길이방향을 따라 요홈(14)이 형성되어 있으며, 이 요홈(14)은 도 2에 도시된 바와 같이 사각의 단면을 갖도록 구성된다. 여기서, 상기 슬라이딩면(12)에 요홈(14)이 형성됨에 따라 요홈(14)의 양쪽으로는 폭이 좁은 돌출부(16)가 형성되는데, 이 폭이 좁은 돌출부(16)는 추진력을 얻고자 블레이드(10)로 얼음을 밀칠 때, 얼음속으로 파고들면서 상기 얼음을 효과적으로 밀어지칠 수 있게 한다. 이같이 얼음을 효과적으로 밀어지칠 수 있음에 따라 본 발명의 블레이드(10)는 큰 추진력을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 슬라이딩면(12)의 요홈(14)에 저마찰재질로 된 층이 코팅되는 바, 본 실시예에서는 다이아몬드상 카본(diamond like carbon) 박막(20)이 코팅되는 구성을 예로 설명한다. 다이아몬드상 카본 박막(20)은 잘 알려진 바와 같이 독특한 물성을 갖는 재료로서, 높은 경도를 가지면서도 표면 평활성과 자체 윤활성이 우수한 특성을 갖는다. 특히, 다이아몬드상 카본 박막(20)은 흑연에 가까운 구조와 성질을 가져 낮은 마찰계수를 유지할 수 있다. 이와 같은 다이아몬드상 카본 박막(20)은 증착에 의한 방법으로 슬라이딩면(12)의 요홈(14)에 코팅되는데, 이때 다이아몬드상 카본 박막(20)은 대략 3㎛정도의 두께로 코팅된다.

이러한 다이아몬드상 카본 박막(20)은 슬라이딩면(12)의 요홈(14)에 높은 표면 평활성과 윤활성을 인가하여 낮은 마찰계수를 유지토록 함으로써 요홈(14)에 눌 려져 물로 변화되는 얼음 표면과의 마찰력을 최소화시켜주게 되며, 이에 따라 상기 블레이드(10)의 활주성능을 강화시켜 빠른 속도를 낼 수 있게 하는 것이다.

아몽통(Amonton) 제 1법칙에 의하면, 마찰력(F′)은 수직하중(m) 및 마찰계수(μ)에 비례{ F′= m × μ}하는 바, 블레이드(10)에 가해지는 수직하중, 즉 사람의 체중이 일정하면, 마찰력(F′)은 마찰계수(μ)가 작을수록 작아진다. 따라서, 다이아몬드상 카본 박막(20)이 코팅되어 마찰계수가 낮아진 본 발명의 블레이드 (10)는 얼음과의 마찰력(F′)이 현저하게 저하되어 빠른 속도를 낼 수 있는 것이다.

특히, 스케이트 착용자가 (F)의 힘으로 스케이트를 밀어준다면 블레이드가 앞으로 나아가는데 필요한 추진력은 {힘(F)-마찰력(F′)}인 바, 힘과 질량과 가속도에 관한 법칙인 뉴턴의 운동 제 2법칙, 즉 { F - F′= m × a}에 의해, 마찰력(F′)이 작아져 추진력(F -F′)이 커지게 되면, 이와 더불어 가속도(a)도 커지게 되어 블레이드(10)의 미끄럼운동속도는 더욱 더 빨라지는 것이다.

이상과 같이 슬라이딩면(12)에 요홈(14)이 형성되고, 이 요홈(14)에 다아아몬드상 카본박막(20)이 코팅되는 본 발명의 블레이드(10)는 얼음을 효과적으로 밀어지칠 수 있게 됨으로써 큰 추진력을 얻을 수 있고, 아울러 얼음 표면과의 마찰력을 최소화시켜줌에 따라 활주성능이 강화되는 특징을 갖게 된다.

한편, 도 2에서는 슬라이딩면(12)에 형성된 요홈(14)이 사각의 단면형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 슬라이딩면(12)에 삼각형상의 요홈(14)을 형성하거나 또는 물 결 형상의 요홈(14)이 여러개 형성하는 것도 가능하다. 여기서, 상기 요홈(14)들에는 다이아몬드상 카본박막(20)이 코팅됨은 물론이다.

이하에서는 이와 같은 구성을 갖는 블레이드의 제조방법을 도 5와 도 6을 참고로하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 본 발명의 제조방법은 블레이드 (10)를 제조하는 단계를 포함한다(S101). 물론, 블레이드(10)의 밑면에는 슬라이딩면(12)이 형성되어야 한다. 여기서, 블레이드(10)는 강철 재질로 구성된다.

그리고 블레이드(10)의 제조가 완료되면, 이어서 블레이드(10)의 슬라이딩면 (12)에 길이방향을 따라 요홈(14)을 가공형성한다(S103). 요홈(14)은 주로 절삭가공에 의해 형성되는데, 이렇게 요홈(14)이 형성됨에 따라 상기 슬라이딩면(12)의 양쪽에는 돌출부(16)가 형성된다. 여기서, 요홈(14)의 단면형상은 도 6에 도시된 바와 같이 사각형상으로 가공될 수도 있으며, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 삼각 또는 물결 형상으로 여러개 가공될 수도 있다.

한편, 블레이드(10)를 제조하고, 블레이드(10)의 슬라이딩면(12)에 요홈(14)을 가공하는 과정에서는 블레이드(10)의 표면, 특히 슬라이딩면(12)과 요홈(14)은 각종 유기물과 먼지, 원자, 분자, 이온 등에 의해 오염될 수 있으므로 그 표면을 세정해 주어야만 하는데, 이때 상기 슬라이딩면(12)과 요홈(14)의 표면오염이 극소화될 수 있도록 상기 블레이드(10)를 1차(S105)와 2차(S107)에 걸쳐 세정한다. 1차적인 세정(S105) 방법으로는 초음파세정을 이용한다. 초음파세정은 잘 알려진 바와 같이 세척액이 담겨 있는 세정조에 블레이드(10)를 침지(浸漬)시키고, 침지된 블레이드(10)에 초음파를 가하여 블레이드(10)의 표면을 세정한다. 초음파세정에 대해 서는 이미 공지된 것이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고 블레이드(10)의 2차적인 세정(S107) 방법으로는 스퍼터링(sputte ring)세정을 이용한다. 스퍼터링세정은 잘 알려진 바와 같이 진공조 내의 불활성 가스에 전압을 인가하여 플라즈마 상태로 만들고, 상기 플라즈마의 이온을 블레이드(10)의 오염된 표면에 물리적으로 충돌시켜 표면 세정을 한다. 스퍼터링세정에 대해서는 이미 공지되어 있으므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 스퍼터링세정은 구동전압 -600Ｖ로 30분간 시행하며, 불활성 가스로는 아르곤 (Ar)을 사용한다.

다음으로, 블레이드(10)의 표면세정이 완료되면, 이어서 블레이드(10)의 요홈(14)에 저마찰재질로 코팅을 실시하는 바, 본 실시예에서는 다이아몬드상 카본박막(20)을 코팅한다(S109). 다이아몬드상 카본박막(20)의 코팅은 플라즈마 보강 기상증착(plasma enhanced CVD)에 의한 방법으로 시행한다. 플라즈마 보강 기상증착은 잘 알려진 바와 같이 진공조 내의 가스에 전압을 인가하여 플라즈마 상태로 만들고, 이온화된 가스들이 큰 에너지를 얻어 피처리물에 증착되는 방법으로서, 증착률이 좋고 두께가 균일한 박막(薄膜)을 얻을 수 있다는 장점을 갖는다. 특히, 플라즈마 보강 기상증착은 200℃이하에서의 저온 합성이 가능함에 따라 모재, 즉 블레이드(10)의 연화를 방지하는 역할을 한다. 플라즈마 보강 기상증착법에 대해서는 이미 공지되어 있으므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 다이아몬드상 카본박막(20)을 코팅하기 위한 플라즈마 보강 기상증착 은 메탄(CH₄)을 원료가스로 하여 작동압력 200mTorr, 구동전압 -400Ｖ로 150분간 시행한다. 이는 구동전압이 -500Ｖ이상일 경우에는 플라즈마의 밀도가 높아짐에 따라 합성온도가 200℃이상이 되어 블레이드(10)에 연화가 발생될 우려가 있기 때문이며, 구동전압이 -300Ｖ이하일 경우에는 박막의 합성속도가 현저히 감소되어 생산성이 낮아지기 때문이다. 아울러 다이아몬드상 카본박막(20)은 증착 시간에 따라 각기 다른 두께를 갖는 바, 증착 시간을 적절히 조절하여 박막(20)의 두께가 3㎛정도가 되도록 증착한다. 3㎛정도의 두께를 갖는 다이아몬드상 카본박막(20)은 최적의 부착력을 가지며 블레이드(10)의 요홈(14)에 증착된다.

증착결과에 의하면, 작동압력 200mTorr, 구동전압 -400Ｖ로 150분간 증착할 경우, 다이아몬드상 카본박막(20)이 대략 3㎛정도의 두께로 코팅되는 것으로 나타났다. 따라서, 증착 시간을 150간 시행하면 된다.

한편, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 블레이드 제조방법은 다이아몬드상 카본박막(20)을 블레이드(10)의 요홈(14)에 코팅(S109)하기 전에, 상기 블레이드(10)의 요홈(14)에 실리콘박막(30)을 먼저 코팅하는 단계를 더 포함한다 (S108). 이는 블레이드(10)에 대한 다이아몬드상 카본박막(20)의 부착력을 높여주기 위한 것으로, 실레인(SiH4)가스와 수소가스가 2 : 8의 비율로 혼합된 혼합가스를 원료가스로하여 작동압력 200mTorr, 구동전압 -300Ｖ로 30분간 인가함으로써 실리콘박막(30)을 대략 0.5㎛정도의 두께로 코팅한다. 이같은 실리콘박막(30)은 블레이드(10)에 대한 다이아몬드상 카본박막(20)의 부착력을 증가시켜줌에 따라 상기 블레이드(10)로부터 다이아몬드상 카본박막(20)이 박리되는 것을 방지한다.

실험결과에 의하면, 실리콘박막(30)위에 코팅된 다이아몬드상 카본박막(20) 은 블레이드(10)에 직접 코팅된 다이아몬드상 카본박막(20)보다 2배 이상의 부착력을 가지면서 상기 블레이드(10)에 부착되는 것으로 나타났다.

다시, 도 5와 도 6을 살펴보면, 블레이드(10)의 요홈(14)에 다이아몬드상 카본박막(20)이 완전히 코팅되면, 최종적으로 상기 요홈(14)이외에 코팅된 슬라이딩면(12)의 다이아몬드상 카본박막(20)을 제거한다(S111). 이는 슬라이딩면(12)에 코팅된 다이아몬드상 카본박막(20)이, 자칫 슬라이딩면(12)의 양쪽 모서리, 즉 돌출부(16)의 마찰계수를 낮추어 상기 돌출부(16)로 얼음을 밀칠 때, 얼음을 효과적으로 밀칠 수 없게 하는 것을 방지하기 위함이다. 한편, 이같은 다이아몬드상 카본박막(20)의 제거는 연마숫돌을 이용하여 상기 슬라이딩면(12)을 연마 가공하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이 여러 단계를 통하여 제조된 블레이드(10)는 그 슬라이딩면 (12)의 요홈(14)에 다이아몬드상 카본박막(20)이 코팅되며, 이에 따라 낮은 마찰계수를 갖게 되어 활주성능이 강화되는 것이다. 특히, 요홈(14)이 형성됨에 따라 얼음을 효과적으로 밀칠 수 있는 돌출부(16)를 갖게 됨으로써 큰 추진력을 얻을 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

예컨대, 다이아몬드상 카본박막 코팅 대신에, TiN코팅, TiALN코팅, TiC코팅, TiCN코팅, CrN코팅을 실시할 수도 있는 바, 이들의 작용효과 역시 대동소이하므로 구체적인 그에 대한 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스케이트용 블레이드 및 그 제조방법은 블레이드의 슬라이딩면에 요홈을 형성하여 얼음을 효과적으로 밀칠 수 있는 돌출부를 형성함으로써 큰 추진력을 얻을 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 슬라이딩면의 요홈에 마찰계수가 낮은 다이아몬드상 카본박막을 코팅처리함으로써 활주성능이 강화되어 빠른 속도를 낼 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 슬라이딩면을 갖는 스케이트용 블레이드에 있어서,

   상기 슬라이딩면에는 길이방향을 따라 적어도 한 개 이상의 요홈이 형성되며, 상기 요홈에는 저마찰재질의 코팅층을 형성한 것을 특징으로 하는 스케이트용 블레이드.
2. 제 1항에 있어서, 상기 요홈은 양측 가장자리가 돌출된 형상인 것과, 상기 저마찰재질의 코팅층은 다이아몬드상 카본박막층인 것을 특징으로 하는 스케이트용 블레이드.
3. 슬라이딩면을 갖는 스케이트용 블레이드를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 블레이드의 슬라이딩면에 길이방향을 따라 요홈을 형성하는 단계와;

   상기 블레이드의 요홈을 세정하는 단계와;

   상기 요홈에 저마찰재질의 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스케이트용 블레이드 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 블레이드의 요홈을 세정하는 단계는, 상기 블레이드를 1차로 세정하는 단계와 2차로 세정하는 단계로 구성되며, 상기 1차 세정은 초음파에 의한 방법으로 세정하며, 상기 2차 세정은 스퍼터링에 의한 방법으로 세정하 는 것을 특징으로 하는 스케이트용 블레이드 제조방법.
5. 제 3에 있어서, 상기 저마찰재질의 코팅층은 다이아본드상 카본박막 코팅으로 플라즈마 보강 기상증착에 의한 방법으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 스케이트용 블레이드 제조방법.
6. 제 3항에 있어서, 상기 코팅 단계 전에, 상기 요홈에 실레인가스와 메탄가스가 2 : 8의 비율로 혼합된 혼합가스로 실리콘박막을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스케이트용 블레이드 제조방법.

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