KR100996655B1 - 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법 - Google Patents

Abstract

그레인(grain) 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법이 제공되며, 이 방법은 에폭시 맨드렐(mandrel)에 도전성 박막을 형성함으로써 전도화 처리를 수행하고, 도전성 박막 상에 마스킹 필름을 이용하여 비도전성 마스킹 패턴을 전사하며, 전주(electroforming) 시 비도전성 마스킹 패턴 위치에 미세공이 발생 및 성장하도록 하고, 미세공을 가지는 전착층을 에폭시 맨드렐로부터 분리하는 것으로 구성되며, 이 방법에 의해 미세공의 형성 위치 및 밀도와 직경을 전주 쉘의 다양한 굴곡 형태에 따라 전체적으로는 물론, 국소적으로도 간단하고도 경제적이며 효율적으로 정밀 제어 가능 하므로, 소정의 패턴을 갖는 고품질 표면 표피재나 플라스틱 성형품의 표면 형성 시 미세공을 감압 흡입공 또는 에어벤트로 이용함으로써, 소정의 패턴을 위치 및 방향성이 일정하고 선명한 윤곽(sharp radii)을 가지며 변형이 최소화된 형태로 효율적이고 경제성 높게 구현할 수가 있다.

다공성(holey), 전주(electroforming), 쉘(shell), 마스킹(masking), 그레인(grain), 패턴(pattern), 금형(mold)

Description

패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A HOLEY ELECTROFORMED SHELL FOR PATTERNING}

본 발명은 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 특정한 3차원 입체 형상의 합성수지 제품의 곡선 표면에 원하는 형태의 다양한 패턴을 갖는 고품격의 질감을 부여함으로써 감성 품질을 고급화하기 위한 고품질 표면 표피재의 일체 성형법에 적용되는 고품격 질감의 표면 표피재 또는 고품격의 질감을 갖는 플라스틱 성형품을 경제적이고 효과적으로 제조하기 위한 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법은 마스킹 필름을 이용하는 것에 의하여 미세공의 형성 위치 및 밀도와 직경을 전주 쉘의 다양한 굴곡 형태에 따라 전체적으로는 물론, 국소적으로 간단하고도 경제적이며 효율적으로 정밀 제어 가능 하므로, 소정의 패턴을 갖는 고품질 표면 표피재(즉, 스킨 시트 또는 필름) 또는 플라스틱 성형품의 표면 형성 시 상기한 미세공을 감압 흡입공 또는 에어벤트로 이용함으로써 소정의 패턴을 위치 및 방향성이 일정하고 선명한 윤 곽(sharp radii)을 가지며 변형이 최소화된 형태로 효율적으로 형성할 수 있음은 물론, 생산성과 경제성 높게 구현할 수가 있다.

근래 들어 생활수준의 향상과 산업의 발전에 따라 소비자들은 제품 자체의 기능성뿐만 아니라 제품의 외관에 반영된 색감이나 질감과 같은 감성적 품질을 구매의 중요한 고려 요소로 간주하는 경향이 심화되는 추세에 있다.

이러한 추세에 부응하여 근자의 플라스틱 성형기술 및 장치도 하루가 다르게 진보하여 왔으며, 차량 제조 분야 및 IT(information technology) 분야의 원가 절감 및 고부가가치화 요구에 따라 다양한 인몰드 성형법 및 복합재질 동시 성형법이 제안되어 있으며 그 적용범위도 급격히 확대되고 있다.

인몰드 성형법은 하나의 금형 내에서 라벨, 라미네이션, 도장, 코팅, 용접, 표면보호, 장식(decoration), 조립, 전사인쇄, 레이저 절단, 플라즈마 처리, 스프레이 활성화, 또는 미세구조화 등과 같은 다양한 기술이 제품 성형과 동시에 적용되는 성형법으로서, 적용 기술의 종류에 따라 인몰드 라미네이션(iml: in-mold lamination), 인몰드 데코레이션(imd: in-mold decoration), 인몰드 코팅(imc: in-mold coating), 인몰드 전사(imt: in-mold transcription) 등으로 분류될 수 있다.

한편 복합재질 동시 성형법(multicomponents coinjection)은 서로 다른 종류 또는 색조의 고분자 성형 재료를 조합시킨 성형품을 하나 또는 그 이상의 성형기와 특정한 몰드 시스템을 사용하여 단일 공정으로 성형품을 제조하며, 샌드위치성형이나 오버몰딩 등이 전형적이다.

상기한 바와 같은 두 가지 고기능 및 고성능 사출성형법은 상호 독립적인 것은 아니며 현실적으로는 상호 중복 적용되는 경우도 흔하다.

자동차 내장재 제조에 있어 고품질 표면 표피재 일체 성형법이 적용되는 제품의 예로서는, 계기판(instrument panel or board), 글로브 박스, 콘솔, 하부 커버, 필러, 도어 내장 패널, 에어백 덮개 패널 등이 있으며, 그레인 패턴과 부드러운 촉감을 부여하기 위하여 표면 장식층으로서의 표피재인 열가소성 폴리올레핀(TPO: thermoplastic polyolefin) 필름(약 0.7㎜ 정도)과 발포층(약 3.0㎜ 정도)과 기재(基材: substrate)로서의 폴리프로필렌 복합재로 구성되고, 여기서 미리 형성된 TPO 표피층은 로봇에 의해 금형 내에 장착되고 성형과 동시에 발포와 패턴 장식화가 동시에 단일 공정으로 수행되는 인몰드 사출압축 성형법과; 표피재를 레이저 커팅 후 몰드 내에서 트리밍(tri㎜ing)함으로써 후가공 트리밍 공정을 생략한 인몰드 트리밍 라미네이션법과; 고급차량의 시트 트림에 적용되어 우수한 소프트 터치 효과를 얻음과 동시에 우수한 내스크래치성 및 UV 저항성을 부여한 열가소성 수지의 사출성형과 폴리우레탄 반응 성형의 후가공 불요 복합화 방법과; 카펫 표피재 내장재에 있어서의 카펫 표피재의 프리폼 공정을 생략하고 단일 공정으로 카펫 라미네이트를 프리포밍(preforming)하여 압축 성형하여 공정수를 단축한 카펫 표면장식 일체성형법과; 표피재가 발포재일 경우 표피재를 몰드를 개방하여 내부에 위치시킨 후 저압 성형하고 금형 압축 후 재개방함으로써 표피재를 원래의 두께에 근사하게 되도록 복원시키는 다단계 클램핑 제어 사출 압축 성형법 등을 들 수 있다.

여기서 특정한 입체 패턴, 예컨대 천연 또는 인조 가죽의 그레인 패턴을 갖는 표피재를 사용하게 되는 인몰드 성형에 있어서는 감성적 품질을 좌우하게 되는 표피재에 대한 소정의 입체 패턴을 부여하고 소정의 3차원 형태로 프리포밍(preforming: 사전 성형)하는 것이 중요한 문제로 대두되며, 이에는 포지티브형(메일형) 진공 성형(forming)법, 네가티브형(피메일형) 진공 성형법, 폴리우레탄 스프레이법, 슬러시 몰딩법이 있다.

여기서 일반적인 포지티브(메일) 진공 포밍법을 도 9에 나타내며, 도 9는 장식층으로서의 표피재를 프리포밍하는 종래의 일반적인 포지티브형 진공성형법을 설명하는 모식도로서, 미리 소정의 그레인 패턴(34a)을 형성(pre-textured)시킨 폴리비닐클로라이드(PVC) 또는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 시트(34)를 예열시킨 상태에서 중앙에 감압 흡입공(33)이 형성된 베이스(32) 상에 지지 고정되고 다수의 미세공(31)이 형성된 특정한 3차원 입체 형상의 다공성 에폭시 몰드(30)에 접촉 시키고 감압 흡입하는 것에 의해 그레인 패턴 형성 시트(34)를 다공성 에폭시 몰드(30)의 형상에 부합되도록 예비 형상화한다.

이 방법은 생산성이 높고 경제적이라는 장점은 있으나 미리 그레인 패턴(34a)을 형성시킨 시트(34)를 예열하여 연화시킨 상태에서 복잡한 3차원 형상을 갖는 다공성 에폭시 몰드(30)상에 접촉시켜 진공 흡입하게 되므로 전반적으로 그레인의 표현 정밀도(그레인 윤곽의 선명도)가 낮고 국소적인 그레인 소멸 현상이 발생하며 그레인의 위치나 방향성이 일정하지 않게 변형된다는 단점이 있다.

한편, 도 10은 장식층으로서의 표피재를 프리포밍하는 종래의 일반적인 네가 티브형 진공성형법을 설명하는 모식도로서, 이 방법은 그레인 패턴 형성면(20a)을 가지며 다수의 미세공(21)이 형성된 전착층(20)으로 구성되는 다공성 전주 쉘(1′)을 중앙에 감압 흡입공(41)을 가지는 하부 몰드(40) 상에 장착하고, 그레인 패턴이 형성되지 않은 평활한 열가소성 폴리올레핀(TPO) 시트(35)를 예열하여 연화시킨 후 상기한 다공성 전주 쉘(1′)에 접촉시키고 상부 몰드(50)로 프레싱함과 동시에 감압 흡입함으로써 그레인 패턴의 부여와 동시에 예비 형상화하게 된다.

따라서 상기한 네가티브형 진공 성형법(forming)은 통상적으로 다공성 전주 쉘(1′)을 사용하게 되며, 그레인의 표현 정밀도(그레인 윤곽의 선명도)가 높고 국소적인 그레인 소멸 우려가 낮으며 그레인의 변형이 최소화되고, 그레인의 위치나 방향성이 일정하다는 장점과 아울러, 생산성 및 경제성이 높다는 장점이 있으므로 장식층을 갖는 표피재의 제조에 널리 적용되고 있다.

그리고 몰드의 그레인 패턴면에 폴리우레탄을 스프레이하고 경화시켜 프리포밍된 표피재를 얻는 폴리우레탄 스프레이법과, 일정량의 열가소성 폴리우레탄 슬러시(slush)가 내재된 금형을 가열과 동시에 회전(rotation)시켜 금형 캐버티 전면(내측면)에 용융된 수지를 코팅하고 경화하여 프리포밍된 표피재를 얻는 슬러시 몰딩법은 그레인 표현 정밀도가 높고 그레인의 위치나 방향성이 일정하다는 장점은 있으나, 생산성 및 경제성이 낮고 금형의 내구성이 감소하는 단점이 있다.

전술한 바와 같이, 특정한 입체 패턴, 예컨대, 그레인 패턴을 갖는 표피재가 적용되는 인몰드 성형에 있어서, 상기한 네가티브형 진공 성형법(forming)에 의한 표피재의 프리포밍에 적용될 수 있는 다공성 전주 쉘(1′), 특히 다공성 니켈 전주 쉘의 종래의 전형적인 제조방법 또는 표피재의 성형방법에 대하여 이하 언급하기로 한다.

일본특허공개 평02-225687(1990.09.07. 공개)은 맨드렐 표면의 은경 도전피막에 단섬유를 정전 식모하고 그 기부를 매몰시키는 제1 전주층을 형성하고 단섬유 선단으로부터 관통공을 발생 및 성장시키는 제2 전주층을 적층 형성한 다음, 제1 및 제2 전주층을 맨드렐로부터 박리하고, 단섬유를 제거하는 것으로 구성되는 통기성 포러스 전주 금형의 제조방법을 제안하고 있으나, 이 방법은 별도의 정전 파일(file) 식모 장치를 필요로 하며 단섬유 길이에 따라 제어된 2 단계 전주 공정을 수행하여야 하고 연소 및/또는 용제 용해에 의한 단섬유 제거 공정을 경유하여야 하므로 생산성 및 경제성이 낮고, 더욱이 전주 시 쉘의 세공 형성 위치가 되는 단섬유 파일의 식모 밀도를 3차원 형태에 따라 국소적으로 제어하기 곤란하므로 전주 쉘의 세공 밀도 또한 국소적으로 제어하기 곤란하다는 문제점이 있다.

또한, 일본특허공개 평7-207485호(1995.08.08. 공개)는 1차 전주 도료를 도포하여 건조시킨 후 도트 상으로 2차 전주 도료를 분무하고 건조 전에 스티렌 또는 아크릴 수지 구상체를 접촉시켜 붙이고 1차 전주 후 변형 방지용 보강재로서의 놋쇠망을 스폿 용접 등에 의해 붙이고 노출된 상기 구상체 위치에 다시 동일한 종류의 구상체를 붙여 2차 전주함으로써 전주 두께를 증가시킨 다음, 상기 구상체를 용제로 제거한 통기성 전주 쉘 성형 금형 및 그 전주 쉘의 제조방법을 개시(開示)하고 있으나, 복잡한 공정을 경유함에 따른 생산성 및 경제성이 열등하다는 외에, 본질적으로 전주 쉘 상에 패턴 형성이 가능하지 않은 형태라는 점에서 한계가 있다.

이어서, 일본특허공개 2000-301554호(2000.10.31. 공개)는 주름 패턴과 관통공이 형성된 표피재 성형용 전주 금형을 가열하고 그 성형면에 TPO 분체를 접촉 용융시켜 용융막을 형성시킨 다음, 그 배후 쪽을 감압하여 용융막을 흡인하고 관통공을 통하여 용융막으로부터 공기를 흡인 제거한 후, 냉각하여 경화시킴으로써 핀 홀의 발생이 없는 성형 TPO 파우더 슬러시 성형방법을 제시하고 있으나, 전술한 바와 같이 이 방법은 슬러시 몰딩법에 관한 것으로서 그레인 표현 정밀도가 높고 그레인의 위치나 방향성이 일정하다는 장점은 있으나, 생산성 및 경제성이 낮다는 문제점이 있으며, 전주 금형 상의 관통공 형성에 대해서는 언급하고 있지 않다.

또한, 일본특허공개 평6-25885호(1994.02.01. 공개)는 토출공을 갖는 전주 마스크 상에 다수의 제1 관통공을 갖는 제1 전주층을 형성하고 그 위에 가연성의 제1 그물눈 부재를 부착한 후, 가스공급장치를 이용하여 제1 관통공에 질소가스를 공급하면서 다시 그 위에 제1 관통공과 연통하게 되는 제2 관통공을 갖는 제2 전주층을 형성하는 과정을 1회 이상 실시한 후, 전주 마스크를 떼어 낸 다음, 제1 그물눈 부재를 가열 제거함으로써, 다수의 관통공을 실질적으로 상호 횡방향으로 연통시키는 그물눈 형태의 관통공을 형성시킨 다공성 전주 성형 금형 및 그 제조방법을 언급하고 있으나, 이 방법 역시 복잡한 공정을 경유하므로 생산성 및 경제성이 낮음과 아울러, 전주 쉘에 있어서의 관통공 밀도에 대한 국소적 제어와는 무관하다는 한계가 있다.

일본특허공개 평6-33291호(1994.02.08. 공개)는 공지의 다공질 금형의 제조방법에 있어서 도전부의 표면에 니켈이 석출됨과 동시에 절연부와의 경계에 과전계가 생성되어 미세한 수소 가스 기포가 다수 발생하고 니켈이 기포를 포입(inclusion)하여 퍼지면서 성장하게 되고 전주가 진행됨에 따라 기포 형상에 의해 직경이 외측으로 갈수로 커지게 되는 미세 관통공이 형성된다는 사실에 기초하여, 다공질 성형 금형의 제조방법에 있어서 기포가 쉽게 이탈되지 못하도록 전해액 중에 표면장력을 증가시키는 계면활성제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 전주 성형 금형 전주 가공에 의한 다공질 성형 금형의 제조방법을 제안하고 있으나, 이 방법은 실리콘 네가티브형의 내표면에 낮은 점도의 절연도료를 안개상으로 분무하여 다수의 미세한 반점상으로 부착, 경화시킨 후 낮은 점도의 도전 도료를 전체적으로 도포하여 경화시킨 다음, 에폭시 포지티브형을 백킹층으로 하여 이형시킴으로써, 에폭시 백킹층 상에 도전 도료가 전체적으로 코팅되고 그 위에 절연 도료가 다수의 미세 반점상으로 형성된 모형(母型)을 얻은 다음, 계면활성제를 첨가한 전해액 중에서 전주하는 것이므로, 이형 시 절연 도료가 탈락하여 제품 불량을 초래할 우려가 큼과 동시에, 스프레이 등에 의해 절연 도료를 분포시키는 것이므로 미세 관통공의 직경 및 밀도 제어가 곤란할 뿐만 아니라 3차원 형태에 따른 국소적인 밀도 차이를 설정하고 제어하기가 대단히 곤란하다는 심각한 문제점이 있다.

또한 미국특허 제5,728,284호(1998.03.17. 특허)는 구멍이 없는 전주 프레임 표면층을 전주하여 형성한 다음, 레이저, 전자 빔, 이온 빔, 방전, 또는 드릴 가공에 의해 좁고 일정한 내경을 갖는 미소 직진공을 형성한 후, 다시 전주하여 상기 미소 직진공의 단부로부터 확대 직경공을 연장시킴으로써, 장시간에 걸친 표면 마찰에도 공경이 커지지 않도록 한 다공질 전주 프레임의 제조방법을 개시하고 있으 나, 이 방법은 비록 미소 직진공의 직경과 전체적 및 국소적 밀도 제어가 이론상으로 가능하다는 장점은 있으나, 무수한 미소 직진공의 물리적 가공은 대단히 번거롭고 비경제적이며 시간 소모적이므로 현실적으로는 전혀 효율적이지 못하다는 문제점이 있다.

또한 일본특허공개 평11-181588호(1999.07.06. 공개)는 금속 기판, 점착테이프, 박리지, 점착테이프, 핀 성형용 수지판을 차례로 적층한 후, 레이저 가공하여 다수의 환형 수지 핀을 형성하고 이를 제외한 수지판을 박리한 후, 점착 시트를 상기한 수지 핀에 접촉하여 박리 해낸 다음, 이를 도전층이 형성된 3차원 모델 상에 접촉시켜 수지 핀을 붙인 다음 접착 시트를 제거하고, 이를 전주하여 전주 프레임을 형성한 다음, 가열 소각 등에 의해 수지 핀을 제거하는 것에 의해 직경 및 위치 정밀도가 높은 관통공을 형성할 수가 있는 다공질 전주 프레임의 제조방법을 제안하고는 있으나, 이 방법 역시 수많은 관통공에 대응하는 위치에 일일이 레이저에 의한 물리적 핀 가공을 수행하여야 하므로 번거롭고 비경제적이며 시간 소모적이므로 현실적인 적용에 문제가 있음과 아울러, 수지 핀 가공 후 잉여 부분을 박리한 후 수지 핀 가공부를 모델에 옮겨 붙이고 점착테이프를 박리하는 과정에서 수지 핀의 탈락 우려가 있다.

따라서 본 발명의 첫 번째 목적은 3차원 형상의 전주 쉘에 형성되는 미세공의 직경과 형성 위치 및 개수 밀도를 전주 쉘의 다양한 굴곡 형태에 따라 전체적으로는 물론, 국소적으로도 간단하고 경제적이며 효율적으로 정밀 제어 가능한 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 상기한 첫 번째 목적에 더하여 고품질 표면 표피재의 일체 성형법에 적용되는 고품격의 선명하고 정밀한 질감을 갖는 표면 표피재를 얻을 수가 있는 경제적이고 효과적인 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 상기한 첫 번째 목적에 더하여 사출 성형품의 표면에 고품격의 선명하고 정밀한 질감을 효과적으로 표현할 수가 있는 경제적이고 효과적인 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 네 번째 목적은 전술한 제반 목적에 더하여 미세공의 직경과 형성 위치 및 개수 밀도가 작업자의 숙련도 차이에 의하여 별 다른 영향이 없는 높은 신뢰도 및 항상성을 갖는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다섯 번째 목적은 전술한 제반 목적에 더하여 미세공의 직경과 형성 위치 및 개수 밀도에 있어서 높은 동일성으로 다량 복제가 가능한 다공성 전주 쉘의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

삭제

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態)에 따르면, (A) 에폭시 맨드렐(mandrel)의 패턴 형성면에 도전성 박막을 형성함으로써 전도화 처리를 수행하는 도전성 박막 형성 단계; (B) 상기한 도전성 박막 상에 비도전성 잉크로 형성된 도트(dot) 형상의 비도전성 마스킹 패턴이 형성된 마스킹 필름을 이용하여 상기한 비도전성 마스킹 패턴을 전사하는 마스킹 패턴 전사 단계; (C) 도전성 박막 상에 전주 금속을 전착시켜 전착층을 형성함에 있어 상기한 비도전성 마스킹 패턴 위치에 미세공이 발생 및 성장하도록 하는 전주(electroforming) 단계; 및 (D) 상기한 미세공을 가지는 전착층을 에폭시 맨드렐로부터 분리하는 다공성 전주 쉘의 탈형 단계로 구성되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 첫 번째 양태에 있어서 상기한 마스킹 패턴의 전사가 수전사형 마스킹 필름, 또는 네가티브형 또는 포지티브형 포토마스크 필름에 의해 수행되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서 상기한 마스킹 필 름으로부터의 마스킹 패턴의 전사가 상호 이격된 다수의 도트(dot) 형태로 전사되며, 상기한 도트가 상호 이격되고 단위 면적당 개수로 표시되는 도트 밀도가 전체적으로 균일하거나 또는 국소적으로 불균일하게 전사되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서의 전주 단계에서 에폭시 멘드렐의 최상단 높이보다 20∼200㎜, 바람직하게는 100∼200㎜ 더 높은 높이를 가지며 다수의 홀이 형성된 차단막을 에폭시 맨드렐의 전후좌우 측방 및 상방에 박스 형태로 세워서 전주 탱크 내에 입조시킴으로써 전주액의 유속에 의한 기포 탈락을 방지하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 내지 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서의 전주 단계에서 전류를 0.5∼2.5A/d㎡ 사이에서 단계적으로 증가시키거나 또는 상기한 범위 내의 특정 값으로 고정하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 다섯 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 실리콘 캐스트에 의해 에폭시 맨드렐을 성형하고 에폭시 맨드렐로부터 다공성 전주 쉘을 전주하는 단계를 적어도 복수회 반복하는 것으로 동일한 패턴과 형태를 갖는 다공성 전주 쉘을 적어도 복수개 형성시키는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법이 제공된다.

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본 발명에 따른 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법에 따르면, 마스킹 패턴을 가지는 마스킹 필름을 이용하는 것에 의하여 미세공의 직경 및 형성 위치 와 밀도를 전주 쉘의 다양한 굴곡 형태에 따라 전체적으로는 물론, 국소적으로 간단하고도 경제적이며 효율적으로 정밀 제어 가능 하므로, 소정의 패턴을 갖는 고품질 표면 표피재(즉, 스킨 시트 또는 필름) 또는 플라스틱 성형품의 표면 형성 시 상기한 미세공을 감압 흡입공 또는 에어벤트로 이용함으로써 위치 및 방향성이 일정하고 선명한 윤곽(sharp radii)을 가지며 변형이 최소화된 소정의 패턴을 효율적으로 그리고 경제성 높게 구현할 수가 있다.

먼저 본 명세서 중에 사용되는 '패턴(pattern)'이라는 용어는 특정한 표면 모양은 물론 반복되거나 특정한 통일된 관념을 불러 일으키는 형태까지도 포함하는 넓은 의미로 정의되며, 특별히 '그레인 패턴(grain pattern)'으로 정의된 경우는 천연 또는 인조 피혁의 외표면에 구현되는 임의의 패턴을 의미하는 것으로 정의된다.

또한 쉘(shell)이라는 용어는 3차원 형태의 만곡부와 돌출부를 가지는 스킨 형태의 금형을 지칭하나, 때로는 플레이트 형태의 2차원 형태도 포함하는 것으로 정의한다.

아울러, '패턴 형성용 다공성 전주 쉘'이란 용어는 인몰드 성형법의 일종인 고품질 표면 표피재 일체 성형법에 사용되는 표피재 제조를 위한 네가티브형 진공 성형법(forming)에 의한 표피재의 프리포밍용 금형으로서 뿐만 아니라, 블로우 성형, 스탬핑 성형, 사출성형, RIM 우레탄 성형, 압축 성형, 사출압축성형, 다단계 클램핑 제어 사출 압축 성형, 다양한 인몰드 성형, 인몰드 인서트 사출 성형, 수지 비즈(beads) 발포 성형, 프리폼 성형 등과 같은 다양한 성형법의 금형 또는 스크린 등으로도 적용될 수 있는 넓은 의미로 정의된다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1j는 본 발명에 따른 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법을 설명하는 축차 설명도로서, 이에 관하여 언급하기로 한다.

먼저 도 1a는 모델 제작 단계로서, 이 단계는 사출 성형 제품의 형태 및 치수와 관련된 제반 데이터를 제품 개발 업체나 생산 업체로부터 입수하고 이를 분석, 검토하한 다음, 툴(tool) 디자인을 수행한 다음, 이에 기초하여 모델(2)을 제 작하게 된다.

상기한 모델(2)은 통상적으로는 목형이나, 필요하다면, 에폭시나 케미칼 우드 등과 같은 합성수지, 또는 석고나 밀랍과 같은 다양한 소재를 이용할 수도 있음은 물론이며, 일반적으로 상기한 모델(2)의 외표면은 평활면으로 형성된다.

상기한 모델(2)은 제품의 형태 및 치수 데이터를 고려하여 정밀한 패턴이 발현될 수 있도록 그리고 경험 및 실험 정보에 기초하여 약 0.1∼1.0㎜ 정도의 크기 변환이 이루어지도록 데이터를 수정해 가게 되며, 이러한 데이터 수정은 성형 제품에 용이하고도 정밀한 패턴 형성을 위한 장치화를 고려한 것이다.

또한 장치화에 필요한 내구성을 가질 수 있도록 적당한 두께를 선택하고 제품 형상을 재작업하여 디자인하고 그 작업 데이터를 저장하며, 이와 같이 재작업에 의해 디자인된 모델(2)에 대한 수정 데이터는 생산성과 직접적인 연관이 있으므로 장착 및 탈형을 위한 작동 방향, 각도 등과 같은 측면에서의 다양한 검토를 수행하게 된다.

한편, 도시하지는 않았지만, 특별한 경우에는 상기한 모델(2)을 경금속, 예컨대, Fe나 Cu 또는 그 합금 계열, Aℓ이나 그 합금 계열, Sn이나 Sn 합금 계열, Ni이나 그 합금 계열의 소재로 제작할 수도 있으며, 이 경우에는 후술하는 도 1b의 가죽 랩핑(wrapping) 단계를 경유하지 않고 모델(2)에 직접 패턴을 형성할 수도 있으며 가공 표면 조도는 샌드페이퍼 기준으로 #600 이상인 것이 말끔하고 정교한 패턴 형성에 바람직하다.

이와 같이 모델(2)을 경금속으로 제작하고 그 표면에 직접 패턴을 형성하는 경우에는, 원하는 소정의 패턴, 예컨대, 다양한 자연 상태의 감성적인 환경친화적 패턴 이미지나 또는 인공적인 창작적 이미지를 공지의 사진 기법과 공지의 컴퓨터 응용 프로그램을 이용하여 소정의 원하는 디자인을 창작하고 이것을 표현하고자 하는 대상물과 결합 표현하게 되며, 통상 패턴화된 소정의 문양을 모델(2)의 외표면에 전사하기 위한 포토마스크 필름을 제작하게 되며, 이는 성형물에 형성되는 패턴의 품질에 직접적인 영향을 주게 된다.

따라서 모델(2)이 경금속으로 제작되는 경우에는 상기한 바와 같은 패턴 결정 및 포토마스크 필름 제작 후, 모델(2) 표면에 포지티브형 또는 네가티브형의 포토레지스트 도막을 형성하고, 준비된 포토마스크 필름을 붙인 다음, UV를 조사하고, 현상한 후, 에칭하여 약 5㎛∼500㎛ 정도의 깊이로 에칭 가공하여 마루부와 골부의 형태로 소정의 패턴을 형성시킨다. 이러한 에칭은 습식 에칭 또는 건식 에칭에 의할 수 있으며, 에칭 후의 모델(2)의 표면 상태는 패턴 품질에 직접적인 영향을 미치므로 필요하다면 별도의 고광택 표면 가공이나 무광택 표면 가공을 수행할 수도 있음은 물론이며, 후술하는 도 1b의 피혁 랩핑 단계를 경유하지 않고 도 1c에 나타낸 실리콘 캐스팅 단계로 이행된다.

한편, 모델(2)이 경금속이 아닌 목재나 합성수지, 또는 석고나 밀랍과 같은 소재로 형성되는 통상적인 경우에는 도 1b에 도시한 바와 같은 피혁 랩핑(leather wrapping) 단계가 수행되며, 이 단계는 도 1a에서 제작된 목형 등으로 된 모델(2)의 외표면에, 구현하고자 하는 패턴, 예컨대 특정한 천연 또는 인조 피혁의 그레인 패턴을 가지는 피혁(3)을 감싸고 피혁(3)의 접착 상태, 패턴 방향, 패턴을 이루는 그레인(grain)의 변형이나 결함 여부 및 정도 등을 검사한다.

이어서 도 1c는 랩핑된 모델(2) 또는 패턴 형성된 경금속제의 모델(2)의 표면 전사를 위한 실리콘 캐스트(cast) 제작 단계로서, 패턴이 형성된 외표면 쪽에 실리콘 수지를 도포하고 경화시킴으로써 피혁(3)의 패턴면(3a) 또는 경금속제 모델(2)의 에칭에 의한 패턴 형성면에 의해 네가티브형 실리콘 캐스트(4)의 내표면은 패턴 형성면(4a)으로 된다.

일반적으로 실리콘 수지는 탄성이 우수하여 탈형 시 형성된 미세하고 정교한 패턴의 손상 우려가 없이 전사 가능하며 실리콘 수지의 적층은 일반적으로 약 5∼20㎜의 일정한 두께로 하여 형상화한 다음, 실온에서 약24∼48시간 정치하여 경화시킨다.

상기한 도 1c의 단계에서 사용되는 수지로서는 반드시 실리콘에 한정되는 것은 아니며 당업계에 공지된 유사 물성의 연질 소재라면 그 선택에 특별한 제한은 없다.

다음으로, 도 1d는 에폭시 맨드렐(mandrel)(5) 제작 단계로서, 도시된 바와 같이 패턴의 표면 전사가 완료된 네가티브형 실리콘 캐스트(4)의 패턴 형성면(4a)에 다시 반응 경화성 소재로서의 에폭시 수지를 적용하고 실온에서 약 24∼48시간 정치하여 경화시킴으로써 패턴 형성면(5a)을 갖는 포지티브형의 에폭시 맨드렐(5)을 제작하고 이를 탈형한 후, 패턴 형성면(5a)의 패턴을 검사하고, 존재한다면 씸(seam)이나 다른 작은 결함에 대한 수정 작업을 수행하며, 필요하다면 레터링을 한다.

에폭시 맨드렐(5)을 사용하면 후술하는 전착층으로서의 다공성 전주 쉘을 탈형 시 패턴의 변형 우려를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

그 후, 도 1e에 나타낸 바와 같은 도전성 박막 형성 단계가 진행되며, 에폭시 맨드렐(5)의 패턴 형성면(5a)에, 예컨대, 은경 반응, 페이스트 상 은 래커 스프레이, 무전해 도금, 증착 도금 등에 의해 도전성 박막(6)을 핀 홀이나 층 분리가 일어나지 않게 균일하게 형성하여 전도화 처리를 수행한다.

상기한 도전성 박막(6)은 지나치게 얇으면 충분한 도전성을 얻을 수 없고, 역으로 지나치게 두꺼우면 에폭시 맨드렐(5)의 패턴 형성면(5a)에 형성된 3차원 미세 패턴의 충실도 내지 선명도가 저하되므로 약 1∼30㎛, 바람직하게는 2∼10㎛ 정도이나 이는 절대적인 것은 아니며, 패턴의 형태나 깊이, 그레인의 폭, 전주 쉘에 요구되는 물리적 특성, 용도 등과 같은 다양한 파라메타에 의해 어느 정도 변화될 수 있다.

이어서, 도 1f에 나타낸 마스킹 필름 부착 단계가 수행되며, 이 단계에서는 상기한 도전성 박막(6) 상에 마스킹 필름(7)을 부착한다.

상기한 마스킹 필름(7) 상의 마스킹 패턴(7a)은 후술하는 전주 쉘 상의 미세공 형성 부위가 되므로 에폭시 맨드렐(5)의 3차원적 형태 특성과 패턴 형성면(5a) 상의 패턴 특성, 전주 쉘의 물리적 특성, 사출 성형품 또는 그 표면 장식재를 구성하는 성형 수지의 물리적 특성, 성형 온도 등과 같은 조건을 종합적으로 고려하여 디자인된다.

상기한 마스킹 필름(7)의 가장 단순한 일례를 도 2에 나타내며, 도시된 마스 킹 필름(7)의 예에서는 마스킹 패턴(7a)이 비도전성 잉크로 형성되는 도트(dot) 형상으로 상호 등거리 이격한 형태로서 단위면적당 개수(밀도)가 전제적으로 균일하게 형성된 경우를 나타내며, 상기한 도트 패턴(7a)은 직경이 0.2∼0.45㎜의 범위, 바람직하게는 0.3∼0.35㎜의 범위이고, 상기한 도트 패턴(7a) 상호 간의 간격은 3.5∼10㎜의 범위, 바람직하게는 5∼10㎜의 범위이나, 이는 제한적인 것은 아니다.

상기 도트 패턴(7a)의 크기가 약 0.2㎜ 미만이면 전주시 그 위치에서 관통 미세공으로 성장하지 못하고 전주 금속으로 매몰될 가능성이 높아지므로 바람직하지 못하며, 역으로 약 0.45㎜를 초과하면 전주시 관통 미세공의 개구 직경이 지나치게 커져서 전주 쉘을 이용한 진공 성형 시 에어벤트(air vent) 자국이 육안 상으로 성형 제품의 외표면에 나타나게 될 우려가 있어서 바람직하지 못하다.

또한 도트 패턴(7a)의 간격이 약 3.5㎜ 미만인 경우에는 전주시 기포가 성장하여 기포와 기포가 붙어버릴 가능성이 높아지므로 경우에 따라 바람직하지 못할 수도 있고, 역으로 약 10㎜를 초과하면 미세공 분포(밀도)가 지나치게 낮아져서 전주 쉘을 이용한 진공성형 효과가 미미하게 될 우려가 있으므로 마찬가지로 바람직하지 못할 수도 있다.

그러나 특별한 경우에는 도트 패턴(7a)의 간격을 약 3.5㎜ 미만으로 적용함여 전주시 성장되는 기포가 상호 붙어 아령 형태나 염주 형태의 미세공 디자인을 채택할 수도 있다.

따라서 상기한 바와 같은 패턴(7a) 분포는 어디까지나 예시적인 것에 불과하며, 3차원 사출성형품의 외관 형태를 고려하여 상대적으로 평면적인 부분에는 단위 면적당 개수를 상대적으로 적게 형성하고 깊게 만곡된 부분에는 단위 면적당 개수를 상대적으로 많게 형성하는 등 국소적으로 패턴 밀도 및/또는 도트 직경을 상위하게 형성하는 것이 바람직할 수 있음은 물론이다.

또한 상기한 도트 패턴(7a)의 도트 두께는 선택적이기는 하나 일반적으로는 3∼50㎛ 정도이며, 바람직하게는 5∼25㎛ 정도이다.

한편, 본 발명의 제조방법에 있어 사용 가능한 마스킹 필름(7)으로서는 수전사형 필름, 네가티브형 또는 포지티브형 포토마스크 필름 중 어느 것일 수 있으나, 복잡한 3차원 형태를 가지는 경우 전사 효율성 측면에서 수전사 필름이 바람직할 수 있으나 이는 제한적인 것은 아니며 임의적이다.

도 1g는 비도전성 마스킹(잉크) 패턴(7a)의 전사 단계를 나타내며 마스킹 필름(7)이 수전사 필름인 경우에는 PVA(폴리비닐알코올) 등과 같은 수용성 기재(substrate)를 물로 용해하여 제거함으로써 비도전성 마스킹 패턴(7a)을 전사한 상태를 나타내며, 포토마스크 필름인 경우에는 자외선 조사 후 현상함으로써 비도전성 마스킹 패턴(7a)을 전사한 상태를 나타낸다.

여기서 도전성 박막(6) 부분은 전주시 전주 금속이 전착되는 부분이며, 비도전성 마스킹 패턴(7a) 부분은 전주 금속이 전착되지 않는 부분이 된다.

도 1h는 전주시 전주 금속이 전착되지 않도록 패턴 비형성면인 측면과 저면을 마스킹하는 단계로서, 도면 부호 8은 마스킹부이다.

이어서, 도 1i는 전주 단계를 나타내며, 도시된 바와 같이 전도화 및 비전도화 전사 처리되고 측면과 저면이 마스킹 처리된 에폭시 맨드렐(5)의 도전성 박 막(6)에 전기장치의 음단자를 접속시키고 금속 전극(9)을 양단자에 접속하여 전주액(13)이 수용된 전주조(electroforming cell)(12)에 넣어 직류를 인가하여 전주(전착) 도금을 수행하면 금속 이온이 전주 액(13)을 통해 이동하여 전도화 처리된 에폭시 맨드렐(5) 상의 도전성 박막(6) 상에 전착되어 금속 전착층(즉, 도 1j에 도시한 바와 같은 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(1))을 형성한다.

전주에 사용되는 금속 전극(9)으로서는 통상적으로 Ni이 가장 널리 사용되나, 구리 또는 황동 등일 수도 있고, 도시된 예에서는 우측에 단 1개만을 도시하였으나 좌우 양측, 또는 전후좌우에 각각 설치할 수도 있음은 물론이다.

한편, 니켈 전주 쉘의 경우 그 전주액(13)은 통상적인 설파민산 니켈과 붕산을 주성분으로 하는 것들을 사용할 수 있으며, 필요하다면 염화니켈이나 계면활성제로서의 라우릴 황산나트륨을 첨가할 수도 있다.

니켈 전주 조건은 일반적 조건보다도 완화된 조건에서 수행하는 것이 미세공 형성에 바람직하며, 그 이유는 도전성 박막(6)의 표면에는 니켈이 석출됨과 동시에 비도전성 패턴(7a)와의 경계면에서는 과전계가 생성되어 미세한 수소 가스 기포가 다수 발생하고 기포 포입에 따라 어느 정도까지는 기포가 점점 커지면서 성장하게 되고 전주가 진행됨에 따라 기포 형상에 의해 직경이 외측으로 갈수로 커지게 되는 미세 관통공(도 1j에서의 도면부호 21 참조)이 형성되기 때문에 기포의 성장을 제어하고 기포의 탈락을 방지하는데 유리하기 때문이다.

따라서 본 발명의 제조방법에 따른 완화된 조건은, 예를 들면, 전류를 0.5∼2.5A/d㎡ 사이에서 단계적으로 서서히 증가시키거나 또는 고정 조건을 사용함으로 써 급격한 전류 변화에 따르는 니켈 전착층의 물성 변화를 최소화함과 동시에 안정적인 형태의 미세 관통 형상을 얻을 수 있다.

그러나 이러한 조건은 절대적인 것이 아니라 선택적이며, 전주 쉘의 3차원적 형태 특성과 두께, 패턴 특성, 사출 성형품 또는 그 표면 장식재를 구성하는 성형 수지의 물리화학적 특성 등과 같은 다양한 조건 변화에 따라 적절히 선택하여 결정된다.

또한 본 발명의 제조방법에 따르면, 페놀 및 포름알데하이드 축합 수지인 상품명 '베이크라이트'와 같은 비전착성의 강성 수지 소재로 된 다수의 홀(11)을 갖는 차단막(10)을 전착 대상물인 에폭시 맨드렐(5)의 상방 및 전후좌우 측방에 박스 형태로 세워서 전주액의 유속에 의한 기포 탈락을 방지함으로써 전술한 관통 미세공의 양호한 발생 및 성장 발달을 보호하는 것이 바람직하다.

차단막(10)의 높이는 상기한 에폭시 맨드렐(5)의 최상단 높이보다 20∼200㎜ 더 높게 형성하는 것이 바람직하며, 상기한 차단막(10)에 형성되는 홀(11)의 직경은 전착이 고르게 이루어져 전주 쉘의 균일한 두께를 담보할 수 있도록 중앙은 작고 주변은 크게 형성한다.

이어서, 도 1j는 에폭시 맨드렐(5)로부터 탈형된 네가티브형의 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(1)의 모식 단면도로서, 전술한 전주 단계에서 에폭시 맨드렐(5)의 도전성 박막(6) 상에 전착된 전착층(electroformed layer)(20)으로 구성된 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(1)에 다수의 미세공(21)이 형성되어 있음을 나타낸다.

상기한 전착층(20)은 패턴 형성면으로서의 전면(즉, 내표면)(20a)과 배면 (즉, 외표면)(20b)을 가지며, 전술한 마스킹 필름(7)의 마스킹 패턴(7a)으로부터 유래하는 미세공(21)을 가진다.

상기한 미세공(21)은 전주 시 마스킹 패턴(7a) 상에 발생하는 수소 기포가 발생 부착되고 성장 발달함에 따라 전주 금속이 기포 영역에 전착되지 못하여 형성되는 것이므로, 그 형태는 매우 작은 직경의 전면 개구(21a)와 상대적으로 매우 넓은 직경의 배면 개구(21b)를 갖는 컵 형상을 하게 된다.

이러한 형태는 중요하며 성형물 또는 장식용 표피재의 프리포밍시 에어벤팅 또는 흡입이 효과적으로 일어나도록 하며, 또한 성형수지나 먼지 등과 같은 이물질에 의한 미세공(21)의 폐색을 방지하게 된다.

상기한 미세공(21)의 전면 개구(21a) 직경은 제한적인 것은 아니나 일반적으로는 0.02∼0.35㎜의 범위, 바람직하게는 0.05∼0.15㎜의 범위이며, 배면 개구(21b)의 직경 역시 제한적인 것은 아니나 일반적으로는 1.20∼3.50㎜의 범위, 바람직하게는 1.50∼3.20㎜의 범위이다.

상기한 미세공(21)은 상호 이격되고 단위 면적당 개수로 표시되는 미세공(21)의 밀도가 전체적으로 균일하거나 또는 국소적으로 불균일하게 형성될 수 있음은 물론이며, 미세공(21)의 직경을 패턴 형성용 전주 쉘(1)의 형태학적 특징에 따라 국소적으로 다르게 할 수 있음 또한 물론이다.

한편 상기한 패턴 형성용 전주 쉘(1)을 이루는 전착층(20)의 두께는 일반적으로 0.15㎜∼15㎜ 정도이나, 그 두께는 3차원적 형태 특성과 패턴 특성, 전주 쉘의 용도에 따라 요구되는 물리적 특성, 사출 성형품 또는 그 표면 장식재를 구성하 는 성형 수지의 물리화학적 특성, 성형 온도 등과 같은 파라메타에 의하여 넓은 범위 내에서 적절히 결정된다.

부연하면, 도시하지는 않았지만, 에폭시 맨드렐(5)로부터 탈형된 다공성 전주 쉘(1)의 전면(내표면)에는 마스킹 패턴(7a)과 도전성 박막(6)이 존재하므로 예컨대, 과산화수소와 암모니아 혼합액을 이용하여 은경막과 같은 도전성 박막(6)을 제거하고 마스킹 패턴(7a)을 연소 제거 또는 용제 제거 공정을 수행한 후, 광택 조절이 이루어지게 되며, 필요하다면 다공성 전주 쉘(1)의 배면(외표면)에 대한 클리닝, 잉여부에 대한 커팅, 그라인딩, 광택 처리, 샌드블래스트(sand blast) 처리 등을 적절히 수행할 수 있다.

패턴 형성용 다공성 전주 쉘(1)이 니켈로 형성될 경우, 그 특성은 순수 니켈의 물성과 실질적으로 동일하며 구체적으로는 하기와 같다.

두께는 5㎜ 이하(선택적), 밀도 8.908g/㎤, 융점 1455℃, 열팽창계수(25℃) 13.4㎛/(m·K), 열전도율(300K) 90.9W(m·K)

본 발명의 제조방법에 따르면, 전술한 바와 같이 도전성 박막(6) 상에 미세공(21)으로 발생, 성장하게 될 비도전성 패턴(7a)의 형성을 미리 제어된 패턴(7a)을 갖는 마스킹 필름(7)을 이용하는 것에 의해서 3차원 형상의 다공성 전주 쉘(1)에 형성되는 미세공(21)의 직경과 형성 위치 및 개수 밀도를 다공성 전주 쉘(1)의 다양한 굴곡 형태에 따라 전체적으로는 물론, 국소적으로도 간단하고 경제적이며 효율적으로 정밀 제어 가능함은 물론, 미세공의 직경과 형성 위치 및 개수 밀도가 작업자의 숙련도나 기타 변수에 의한 차이가 없이 높은 신뢰도 및 항상성을 나타내 게 할 수가 있으므로, 본 발명의 제조방법에 따라 제조되는 다공성 전주 쉘(1)을 이용하면 고품질 표면 표피재의 일체 성형법에 적용되는 표면 표피재나 플라스틱 성형품의 외표면을 고품격의 선명하고 정밀한 질감을 효과적으로 부여할 수가 있다.

또한 전술한 도 1a 내지 도 1j에 따른 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(1)의 제조방법에 있어서는, 대량 생산을 위한 정교하게 동일한 다수의 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(1)이 필요할 경우, '실리콘 캐스트-에폭시 맨드렐-전주-다공성 전주 쉘'로 이어지는 공정 단위를 반복하여 복제품을 다수 확보할 수가 있으며 이들 다수의 복제 다공성 전주 쉘로부터 원하는 사출성형품 또는 장식용 표면 표피재를 대량 생산할 수 있게 된다.

도 2에 나타낸 예시 마스킹 필름(7)에 대해서는 이미 언급한 바 있으므로 이에 대한 첨언 설명은 생략하기로 하며, 도 3은 그레인 패턴으로 된 패턴 형성면(5a)을 가지며 그 위에 전주를 위한 도전성 박막(6)이 형성된 상태의 에폭시 플레이트(5)에 대한 모식도이다.

도 3에서 도전성 박막(6)의 두께는 전술한 바와 같이 에폭시 플레이트(5) 상의 패턴 형성면(5a)에 형성된 3차원 미세 패턴의 충실도 내지 선명도를 저하시키지 않을 정도의 약 1∼30㎛ 정도이며, 전착층을 형성시키지 않을 저면 및 측면 하부에는 마스킹부(8)를 형성해 두게 된다.

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제조방법에 의한 패턴 형성용 다공성 (니켈) 전주 쉘의 그레인 패턴 형성면(20)에 형성된 미세공(도 1j에서의 도면부호 21 참조)의 전면 개구(도 1j에서의 도면부호 21a 참조) 및 배면 개구(도 1j에서의 도면부호 21b 참조)를 나타내는 x60 배율의 확대 사진이다.

도 5는 미세공의 전면 개구(도 1j 및 도 5a에서의 도면부호 21a 참조)의 표면 직경 분포도로서, 미세공의 전면 개구의 직경이 상한 값인 0.15㎜로부터 하한 값인 0.05㎜ 까지의 타켓 범위 내에 160개의 미세공 중 약 149개가 포함되며, 이는 의도된 미세공 중 93% 이상이 목표치 내로 설정될 수 있음을 보여준다.

도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 차량 내장재에 대한 패턴 형성용 다공성 (니켈) 전주 쉘(1)의 그레인 패턴 형성면(20a) 및 그 배면(20b)에 대한 사시 사진으로서, 도 7a로부터 피혁과 같은 그레인 패턴을 명확히 확인할 수 있다.

도 7은 도 6a에서의 패턴 형성용 다공성 (니켈) 전주 쉘(1)의 그레인 패턴 형성면(20a)의 배후에 광원을 위치시키고 그 배면에서 바라봄으로써 다수의 미세공을 육안 관찰한 암실 사진으로서, 다수의 미세공(21)을 직접 확인할 수 있다.

이어서, 도 8a 및 도 8b는 각각 도 6a 및 도 6b의 패턴 형성용 다공성 (니켈) 전주 쉘(1)을 이용한 표면 장식용 그레인 패턴을 갖는 인몰드 플라스틱 성형품에 구현된 표면 질감을 나타내는 예시 사진이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하기로 하나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1∼4: 다공성 니켈 전주 시험편의 제조

표면에 그레인(grain) 패턴을 가지는 성형품을 제조하기 위하여, 도 4에 나타낸 바와 같은 그레인 패턴 형상을 가진 에폭시 플레이트 형태의 시편을 12개 준비하였다. 시편의 규격은 100㎜ x 100㎜ x 25㎜(두께)로 제작하였으며 이하에 설명하는 바와 같이 도 1e 내지 도 1j에 나타낸 바와 같은 절차에 따라 패턴 형성용 다공성 니켈 전주 쉘을 제조하였다.

상기한 에폭시 플레이트 시편 상면의 그레인 패턴 형성면에 은경 처리하여 전도화 하였다.

상기의 은경 표면위에 하기의 표 1과 같이 도트(dot) 크기를 각각 달리하여 도 2에 나타낸 바와 같은 마스킹 필름(시트)을 부착하여 전사하였다. 도트 패턴의 전사가 완료된 후 전주 표면상의 유속 흐름을 방지하기 위해 시편 상면으로부터 상방으로 25㎜ 높이로 네 측면과 상방에 박스 형태의 다수의 홀이 형성된 베이크라이트 차단막을 설치하였다(도 1i에서의 도면부호 10 참조).

이어서 전주조에서 니켈 전주를 실시하였다.

전류조건은 초기 0.6 A/d㎡으로 전주 후, 1.5 A/d㎡으로 상승시켜 전주를 실시하였다.

전주액 조건은 다음과 같다:

설파민산 400∼450 g/ℓ, 붕산 20∼35 g/ℓ, pH 3.5∼4.5

	수전사 마스킹 필름의 도트 직경(㎜)	온도	도트 두께
실시예 1	Φ0.25	30∼32 ℃	9∼12 ㎛
실시예 2	Φ0.35
실시예 3	Φ0.45
실시예 4	Φ0.55

실시예 5∼9: : 다공성 니켈 전주 시험편의 제조

전류 조건을 초기 0.6A/d㎡으로 전주한 후 1A/d㎡으로 전주하고, 다시 1.5 A/d㎡ 조건으로 전주를 실시하였다.

한편, 하기의 표 2에 나타낸 바와 같이 수전사 타입의 마스킹 필름의 도트 크기를 달리하여 에폭시 플레이트의 은경 표면위에 전사하였다.

도금액 조건은 다음과 같다:

설파민산 450∼500g/ℓ, 그 이외의 것은 상기의 실시예들과 동일.

	수전사 마스킹 필름의 도트 직경(㎜)	온도	도트 두께
실시예 5	Φ0.3	30∼32 ℃	9∼12 ㎛
실시예 6	Φ0.35
실시예 7	Φ0.4
실시예 8	Φ0.5
실시예 9	Φ0.55

실시예 10: 다공성 니켈 전주 시험편의 제조

전류 조건을 1.5 A/d㎡로 고정하였으며, 수전사 마스킹 필름의 도트 두께는 12 ∼15㎛의 조건으로 전주를 실시하였다. 그 이외의 사항은 상기한 표 2에 나타낸 실시예들과 동일하게 하였다.

	수전사 마스킹 필름의 도트 직경(㎜)	온도	도트 두께
실시예 10	Φ0.45	30∼32 ℃	12∼17 ㎛

실시예 11∼12: 다공성 니켈 전주 시험편의 제조

전류 조건을 2A/d㎡로 고정하여 전주를 실시하였으며, 그 이외의 사항은 상기한 표 2의 실시예들과 동일하게 하였다.

	수전사 마스킹 필름의 도트 직경(㎜)	온도	도트 두께
실시예 11	Φ0.35	30∼32 ℃	12∼17 ㎛
실시예 12	Φ0.35	40∼42 ℃

시험예 1 및 2: 시편의 미세공 전면 및 배면 개구 직경에 대한 평가

상기한 실시예 1∼12에 따라 제조한 다공성 니켈 전주 시편에 형성된 미세공의 전면(그레인 패턴 형성 쪽) 개구 직경 및 배면 개구 직경을 각각 측정하였으며, 그 결과를 하기의 표 5 및 표 6에 각각 나타낸다.

아울러, 미세공 형성률을 평가하고 표 6에 함께 나타낸다.

실시예	마스킹 필름의 도트 직경(㎜)	도트 두께	온도	전면 개구 직경(㎜)
실시예 1	Φ0.25	9∼12㎛	30∼32℃	0.02∼0.17
실시예 2	Φ0.35			0.06∼0.17
실시예 3	Φ0.45			0.11∼0.23
실시예 4	Φ0.55			0.11∼0.33
실시예 5	Φ0.3			0.06∼0.12
실시예 6	Φ0.35			0.08∼0.22
실시예 7	Φ0.4			0.09∼0.16
실시예 8	Φ0.5			0.06∼0.23
실시예 9	Φ0.55			0.11∼0.31
실시예 10	Φ0.45	12∼17㎛		0.16∼0.26
실시예 11	Φ0.35			0.07∼0.20
실시예 12	Φ0.35		40∼42℃	0.15∼0.24

실시예	마스킹 필름의 도트 직경(㎜)	미세공 형성률	배면 개구 직경(㎜)
실시예 5	Φ0.3	23%	1.53∼1.72
실시예 6	Φ0.35	38%	1.61∼1.78
실시예 7	Φ0.4	36%	1.44∼2.08
실시예 8	Φ0.5	72%	1.56∼1.92
실시예 9	Φ0.55	90%	1.59∼1.78
실시예 10	Φ0.45	58%	2.40∼2.50
실시예 11	Φ0.35	78%	1.91∼3.11
실시예 12	Φ0.35	80%	1.78 ∼ 2.07

상기한 표 5의 결과로부터 실시예 1 내지 실시예 12에 따라 제조된 다공성 니켈 전주 시편의 미세공 전면 개구 직경을 평가한 결과 마스킹 필름의 도트 직경이 0.3∼0.35㎜에서 가장 만족스러운 정도의 개구 직경이 얻어짐을 확인할 수 있었다.

한편, 실시예 1∼4의 경우는 마스킹 필름으로부터 전사된 도트가 미세공으로 성장, 발달하지 못하는 비율(미세공 형성률)이 낮은 것으로 확인되었으며, 표 6에 나타낸 바와 같이 실시예 11 및 12에 따라 제조된 시편의 경우 미세공 직경 및 미세공 형성률에서 가장 만족할 만한 효과가 얻어짐을 확인 할 수 있었다.

따라서 본 발명의 제조방법에 의하면 미세공의 직경 및 분포에 대한 정밀 제어를 간단하고도 용이하게 달성할 수가 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예 및 시험예를 들어 구체적으로 설명하였으나 당업자라면 본 발명의 사상 및 영역으로부터 일탈하는 일 없이도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 물론이나 이 또한 본 발명의 영역 내이다.

도 1a 내지 도 1j는 본 발명에 따른 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법을 설명하는 축차 설명도이다.

도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 사용되는 마스킹 필름의 예시 평면도도이다.

도 3은 그레인 패턴이 형성되고 그 위에 전주를 위한 도전성 박막이 형성된 상태의 에폭시 플레이트에 대한 모식도이다.

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제조방법에 의한 패턴 형성용 다공성 전주 쉘에 형성된 미세공의 전면 개구 및 배면 개구에 대한 확대 사진으로서 각각 그레인 패턴 형성면 상의 미세공 개구와 그 배면 상의 미세공 개구를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 제조방법에 의한 패턴 형성용 다공성 전주 쉘에 형성된 미세공의 전면 개구 직경에 대한 분포도이다.

도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 그레인 패턴 형성면 및 그 배면에 대한 예시 사진이다.

도 7은 도 6a에서의 다공성 전주 쉘의 그레인 패턴 형성면 배후에 광원을 위치시킴으로써 다수의 미세공을 육안 관찰 가능하게 보여주는 암실 사진이다.

도 8a 및 도 8b는 각각 도 6a 및 도 6b의 다공성 전주 쉘을 이용한 그레인 패턴을 갖는 인몰드 성형품의 표면 상태를 나타내는 예시 사진이다.

도 9는 장식층으로서의 표피재를 프리포밍하는 종래의 일반적인 포지티브형 진공성형법을 설명하는 모식도이다.

도 10은 장식층으로서의 표피재를 프리포밍하는 종래의 일반적인 네가티브형 진공성형법을 설명하는 모식도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell for patterning)

2: 모델(목형) 3: 천연 또는 인조 피혁 랩(wrap)

3a: 패턴면 4: 실리콘 캐스트(cast)

4a: 패턴 형성면

5: 에폭시 맨드렐(mandrel)(또는 플레이트)

5a: 패턴 형성면 6: 도전성 박막

7: 마스킹 필름(masking film) 7a: 마스킹 패턴(도트(dot))

8: 마스킹부 9: 금속 전극

10: 차단막 11: 홀

12: 전주조(electroforming cell) 13: 전주액

20: 전착층(electroformed layer)

20a: 패턴 형성면(전면) 20b: 배면

21: 미세공

21a: 전면 개구 21b: 배면 개구

30: 다공성 에폭시 몰드 31: 미세공

32: 베이스 33: 감압 흡입공

34: 그레인 패턴 형성 시트 34a: 그레인 패턴

35: 평활 시트

40: 하부 몰드 41: 감압 흡입공

50: 상부 몰드

100: 그레인 패턴 형성품(완제품)

110: 그레인 패턴

Claims (20)

1. 하기의 단계로 구성되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법:

   (A) 에폭시 맨드렐(mandrel)의 패턴 형성면에 도전성 박막을 형성함으로써 전도화 처리를 수행하는 도전성 박막 형성 단계;

   (B) 상기한 도전성 박막 상에 비도전성 잉크로 형성되는 도트(dot) 형상의 비도전성 마스킹 패턴이 형성된 마스킹 필름을 이용하여 상기한 비도전성 마스킹 패턴을 전사하는 마스킹 패턴 전사 단계;

   (C) 도전성 박막 상에 전주 금속을 전착시켜 전착층을 형성함에 있어 상기한 비도전성 마스킹 패턴 위치에 미세공이 발생 및 성장하도록 하는 전주(electroforming) 단계; 및

   (D) 상기한 미세공을 가지는 전착층을 에폭시 맨드렐로부터 분리하는 다공성 전주 쉘의 탈형 단계.
2. 제1항에 있어서, 상기한 마스킹 패턴의 전사가 수전사형 마스킹 필름, 또는 네가티브형 또는 포지티브형 포토마스크 필름에 의해 수행되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 마스킹 필름으로부터의 마스킹 패턴의 전사가 상호 이격된 다수의 도트(dot) 형태로 전사되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기한 도트가 상호 이격되고 단위 면적당 개수로 표시되는 도트 밀도가 전체적으로 균일하거나 또는 국소적으로 불균일하게 전사되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기한 도트 직경이 0.2∼0.45㎜이고 상기한 도트 상호 간의 간격이 3.5∼10㎜로 전사되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
6. 제4항에 있어서, 상기한 도트 두께가 5∼25㎛로 전사되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기한 에폭시 맨드렐의 패턴 형성면이 피혁의 그레인(grain) 패턴으로 형성되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 도전성 박막이 은경 반응, 페이스트상 은 래커 스프레이, 무전해 도금, 또는 증착 도금에 의해 형성되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 전착층이 니켈 또는 구리로 형성되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 상기한 전주 단계에서 에폭시 멘드렐의 최상단 높이보다 20∼200㎜ 더 높은 높이를 가지며 다수의 홀이 형성된 차단막을 에폭시 맨드렐의 전후좌우 측방 및 상방에 박스 형태로 세워서 전주액의 유속에 의한 기포 탈락을 방지하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
11. 제1항에 있어서, 상기한 전주 단계에서 전류를 0.5∼2.5A/d㎡ 사이에서 단계적으로 증가시키거나 또는 상기한 범위 내의 특정 값으로 고정하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
12. 제1항에 있어서, 상기한 미세공을 가지는 전착층으로서의 다공성 전주 쉘의 미세공을 전면 개구 직경이 0.02∼0.35㎜이고, 배면 개구의 직경이 1.20∼3.50㎜가 되도록 형성하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
13. 제1항에 있어서, 상기한 다공성 전주 쉘의 두께를 0.15∼15㎜로 형성하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
14. 제1항에 있어서, 상기한 다공성 전주 쉘의 탈형 단계에 이어서 도전성 박막 및 마스킹 패턴 제거 단계를 더욱 수행하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방 법.
15. 제1항에 있어서, 상기한 에폭시 맨드렐이 실리콘 캐스트로부터 성형되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법,
16. 제15항에 있어서, 상기한 실리콘 캐스트는 피혁 랩핑 모델(leather wrapping model) 또는 패턴 형성 경금속 모델로부터 성형되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
17. 제1항에 있어서, 상기한 다공성 전주 쉘의 탈형 단계에 이어서, 상기한 다공성 전주 쉘의 외표면인 배면에 대한 클리닝, 잉여부에 대한 커팅, 그라인딩, 광택 또는 무광택 처리, 또는 샌드 블래스트(sand blast) 처리를 수행하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
18. 제15항에 있어서, 실리콘 캐스트에 의해 에폭시 맨드렐을 성형하고 에폭시 맨드렐로부터 다공성 전주 쉘을 전주하는 단계를 적어도 복수회 반복하는 것으로 동일한 패턴과 형태를 갖는 다공성 전주 쉘을 적어도 복수개 형성시키는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
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