KR101038088B1

KR101038088B1 - 파이버를 이용한 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법 및 그 다공성 전주 쉘

Info

Publication number: KR101038088B1
Application number: KR1020090085210A
Authority: KR
Inventors: 이경호
Original assignee: 주식회사 몰텍스
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-06-01
Also published as: ES2402020T3; US8845874B2; CN102021612A; EP2305449A1; CN102021612B; EP2305449B1; US20110056837A1; KR20110027217A

Abstract

본 발명은 그레인(grain) 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조에 관한 것으로서, 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면에 파이버(fiber)를 자입하는 단계, 상기 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면에 에폭시를 도포, 적층 및 경화시켜 에폭시 탈형 시 상기 파이버가 전이되도록 하는 에폭시 맨드렐 제작 단계, 상기 에폭시 맨드렐(mandrel)의 패턴 형성면에 도전성 박막을 형성하여 전도화 처리를 수행하는 도전성 박막형성 단계, 도전성 박막이 형성된 에폭시 맨드렐(mandrel) 표면의 파이버(fiber)를 제거하는 단계, 도전성 박막 상에 전주 금속을 전착시켜 전착층을 형성함에 있어 상기 파이버(fiber)를 제거한 홀 위치에 미세공이 발생 및 성장하도록 하는 전주(electroforming)단계, 및 상기 미세공을 가지는 전착층을 에폭시 맨드렐로부터 분리하는 다공성 전주 쉘의 탈형 단계를 포함하는 구성을 가진다. 본 발명의 제조방법에 의하면 미세공의 직경 및 분포에 대한 정밀 제어를 간단하고도 용이하고 확실하게 달성할 수 있다.

다공성(porous), 전주(electroforming), 쉘(shell), 파이버(fiber), 그레인(grain), 패턴(pattern)

Description

파이버를 이용한 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법 및 그 다공성 전주 쉘{METHOD OF MANUFACTURING A POROUS ELECTROFORMED SHELL FOR PATTERNING USING FIBER AND THE POROUS ELECTROFORMED SHELL THEREOF}

본 발명은 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법 및 그에 따른 다공성 전주 쉘에 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 사출 성형품을 경제적이고 효과적으로 제조하기 위한 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법 및 그에 따른 다공성 전주 쉘에 관한 것이다.

본 발명에 따른 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법은 파이버(fiber)를 이용하여 전주 쉘에 미세공을 형성하는 것으로서 전주 쉘의 다양한 굴곡 형태에 따라 미세공의 형성 위치, 모양 및 밀도와 직경을 전체적 또는 국소적으로 정밀 제어하기에 효율적이다.

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 사출성형 기술 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 성형법이란 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 사출과 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 분류된다.

한편 복합재질 동시 성형법(multicomponents coinjection)은 서로 다른 종류 또는 색조의 고분자 성형 재료를 조합시킨 성형품을 하나 또는 그 이상의 사출기와 특정한 몰드 시스템을 사용하여 단일 공정으로 성형품을 제조하며, 샌드위치성형이나 오버몰딩 등이 전형적이다. 상기한 바와 같은 두 가지 고기능 및 고성능 사출성형법은 상호 독립적인 것이 아니라 현실적으로 상호 중복 적용되는 경우도 흔하다.

고품질 표면 표피재 일체 성형법은 계기판(instrument panel or board), 글로브 박스, 콘솔, 하부 커버, 필러, 도어 내장 패널, 에어백 덮개 패널 등에 그레인 패턴과 부드러운 촉감을 부여하기 위하여 적용된다. 예를 들면 표면 장식층으로 서의 표피재인 열가소성 폴리올레핀(TPO: thermoplastic polyolefin) 필름(약 0.7㎜ 정도), 발포층(약 3.0㎜ 정도) 및 기재(基材: substrate)로서의 폴리프로필렌 복합재로 구성되며, 여기서 미리 형성된 TPO 표피층은 로봇에 의해 금형 내에 장착되어 사출과 동시에 발포와 패턴 장식화가 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 사출 주형에서 단일 공정으로 카펫 라미네이트를 프리포밍(preforming)하여 후사출압축하여 공정수를 단축한 카펫 표면장식 일체성형법과; 표피재가 발포재일 경우 표피재를 몰드를 개방하여 내부에 위치시킨 후 저압 사출하고 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(메일) 진공 성형(forming)법, 네가티브형(피메일) 진공 성형법, 폴리우레탄 스프레이법, 슬러시 몰딩법이 있다.

도 9는 장식층으로서의 표피재를 프리포밍하는 종래의 일반적인 네가티브형 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.

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′)에 관하여 종래에 다음과 같은 기술들이 개시되어 있었다.

일본특허공개 평05-156486(1993.6.22. 공개)는 맨드렐 표면의 은경 도전피막에 홀 가공을 함으로써 다공성 전주 금형을 제조하는 방법을 제안하고 있으나, 이 방법은 전주금형의 탈형시 홀 가공에 따른 버(Burr)가 쉘 전면에 나타남으로써 버(burr)를 제거하기 위한 후가공 작업이 요구된다는 문제점이 있다.

또한, 일본특허공개 평02-225687(1990.09.07. 공개)은 맨드렐 표면의 은경 도전피막 위에 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 낮다는 문제점이 있다.

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 포러스상 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.

또한 일본특허공개 평9-249987호(1997.09.22. 공개)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 있으나, 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.

본 발명의 첫 번째 목적은 3차원 형상의 전주 쉘에 형성되는 미세공의 직경과 형성 위치, 모양 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 사출 성형품의 표면에 고품격의 선명하고 정밀한 질감을 효과적으로 표현할 수가 있는 경제적이고 효과적인 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 상기한 첫 번째 및 두 번째 목적에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘을 제공하기 위한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態)에 따르면, (A)네가티브형 실리콘 캐스트의 표면에 파이버(fiber)를 자입(刺入)하는 단계; (B) 상기 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면에 에폭시를 도포, 적층 및 경화시켜 에폭시 탈형 시 상기 파이버가 전이되어 상기 네가티브형 실리콘 캐스트로부터 에폭시 맨드렐로 옮겨지도록 하는 에폭시 맨드렐 제작 단계; (C) 상기 에폭시 맨드렐(mandrel)의 패턴 형성면에 도전성 박막을 형성하여 전도화 처리를 수행하는 도전성 박막형성 단계; (D) 도전성 박막이 형성된 에폭시 맨드렐(mandrel) 표면의 파이버(fiber)를 제거하는 단계; (C) 도전성 박막 상에 전주 금속을 전착시켜 전착층을 형성함에 있어 상기 파이버(fiber) 제거에 의한 홀 위치에 미세공이 발생 및 성장하도록 하는 전주(electroforming) 단계; 및 (D) 상기 미세공을 가지는 전착층을 에폭시 맨드렐로부터 분리하는 다공성 전주 쉘의 탈형 단계를 포함하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 첫 번째 양태에 있어서, 상기 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면에 자입하는 파이버(fiber)의 전체길이는 5∼15㎜인 것을 특징으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서, 상기 네가티브형 실리콘 캐스트로부터 에폭시 맨드렐로 전이되어 옮겨지는 파이버가 2∼4㎜의 깊이로 에폭시 맨드렐에 전이되도록 하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서 상기 파이버(fiber)는 0.05∼0.30㎜ 직경을 가지는 것임을 특징으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서의 전주 단계에서 에폭시 맨드렐 의 최상단 높이보다 20∼30㎜ 더 높은 높이를 가지며 다수의 홀이 형성된 차단막을 에폭시 멘드렐의 전후좌우 측방 및 상방에 박스 형태로 세워서 전주액의 유속에 의한 기포 탈락을 방지하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서 도전성 박막이 형성된 에폭시 맨드렐(mandrel)과 도금액과의 밀착성을 높이기 위해 도금액에 입조 후 1∼2시간 후에 전주하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서의 전주 단계에서 전류 조건을 초기에는 0.5∼0.8A/d㎡로 2∼5시간 전주한 후 10분당 0.05∼0.2A/d㎡ 씩 올리면서 1.2∼2.5A/d㎡에 도달하면 그 상태에서 5∼10일 정도 전주를 계속하거나, 또는 1.2∼2.5A/d㎡로 초기부터 5∼10일간 계속 유지하는 것으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서, 전착층이 니켈, 구리 또는 황동으로 형성되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 여전히 또 다른 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태에 있어서 상기 파이버(fiber)를 상기 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면에 자입하기 전에 이형처리(release treatment)하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 전술한 양태의 제조방법에 의하여 제조되고, 다수의 미세공을 가지며, 상기 미세공의 적어도 95%가 그 전면 개구 직경이 파이버(fiber)에 의해 형성된 홀 직경의 범위 ± 0.02㎜ 오차 내로 형성되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)이 제공된다.

본 발명에 따른 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법에 따르면, 맨드렐에 파이버(fiber)를 전이시켜 전도화 처리하고, 이를 제거한 후 전주하는 간단한 공정에 의하여 미세공의 직경, 모양, 형성 위치와 밀도를 전주 쉘의 다양한 굴곡 형태에 따라 전체적으로는 물론, 국소적으로 간단하고도 경제적이며 효율적으로 정밀 제어 가능하므로, 소정의 패턴을 갖는 고품질 표면 표피재, 즉, 스킨 시트나 필름, 또는 사출 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 불러일으키는 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.

본 발명에 있어서, 파이버(fiber)는 길고 가늘며 연하게 굽힐 수 있는 천연 또는 인조의 선상(線狀) 물체를 의미하는 것으로 정의된다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

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

먼저, 도 1a는 모델 제작 단계로서, 이 단계에서는 사출 성형 제품의 형태 및 치수와 관련된 제반 데이터를 제품 개발 업체나 생산 업체로부터 입수하고 이를 분석, 검토하여, 툴(tool) 디자인을 수행하고, 이에 기초하여 모델(2)을 제작하게 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∼10㎜ 정도의 크기 변환이 이루어지도록 데이터를 수정해 가게 되며, 이러한 데이터 수정은 사출물에의 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 그 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.

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 단계에서는 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 단계를 나타내는 것으로서, 패턴이 형성된 외표면 쪽에 실리콘 수지를 도포하고 경화시킴으로써 피혁(3)의 패턴면(3a)이나 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 약 24∼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.

도 1d는 실리콘 수지에 파이버를 자입(刺入)하는 단계를 나타내는 것으로서, 경화된 실리콘 수지의 경도가 낮은 특성을 이용하여 네가티브형 실리콘캐스트의 표면(4a)에 별도의 홀 가공 없이 파이버(fiber, 4b)를 자입(刺入)한다. 이때 파이버 의 전체 길이는 10∼15㎜인 것을 사용할 수 있으며, 네가티브형 실리콘캐스트 표면의 외부로 드러나는 파이버의 길이는 2∼4㎜가 되도록 자입하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 파이버는 실리콘 캐스트에 자입하기에 충분한 강도와 후술하는 에폭시 맨드렐로부터의 제거단계에서 끊어지지 않을 정도의 인장강도(tensile strengh)를 가지는 것이라면 그 재질에 관계없이 사용 가능하다. 예를 들면, 낚시줄로 사용되는 카본파이버(carbon fiber), 나일론파이버(nylon fiber) 또는 철사를 사용할 수도 있다. 사용되는 파이버의 직경은 목적에 따라 달라질 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 0.10∼0.30㎜ 직경을 가지는 것을 사용하였다. 상기 파이버를 실리콘 캐스트에 자입하는 경우 이를 용이하게 하기 위하여 단부를 사선으로 절단하여 사용할 수 있으며, 재질에 따라서는 파이버의 표면에 이형제(release agents)를 코팅하는 등의 이형처리(release treatment)를 하여 후술하는 실리콘 캐스트로부터 에폭시 맨드렐로의 파이버 전이단계나 에폭시 맨드렐로부터의 파이버 제거단계에서 탈락을 용이하게 하는 것이 좋다.

도 1e는 에폭시 맨드렐 제작 단계를 나타내는 것으로서, 파이버(4b)가 자입된 실리콘 네가티브형 표면(4a)에 에폭시를 도포 및 적층하여 경화시킨다. 이때 실리콘 캐스트(4)에 자입된 파이버(fiber, 4b)는 에폭시 맨드렐(5)이 경화됨에 따라 에폭시 맨드렐(5)로 전이 되어진다. 이때, 상기 네가티브형 실리콘 표면의 외부로 드러나는 파이버 부분이 에폭시의 도포, 적층 및 경화에 의하여 에폭시 맨드렐(5)로 전이되는 것이다. 상기 1d단계에서 설명한 바와 같이, 전이되어 에폭시 맨드렐에 자입되는 파이버의 길이는 2∼4㎜인 것이 바람직한데, 2㎜ 미만일 경우 실리콘 에서 에폭시로 전이된 후 탈형 시에 파이버(fiber)가 뽑힐 염려가 있으며, 4㎜를 초과하는 경우 하기에서 설명하는 은경단계 후 에폭시 맨드렐에서 파이버(fiber)를 제거할 때 파이버(fiber)가 중간부분에서 끊어지는 현상이 발생할 우려가 있기 때문이다.

도 1f는 파이버가 자입된 에폭시 맨드렐 표면을 도전처리 하는 단계를 나타내는 것으로서 에폭시 맨드렐(5)의 패턴 형성면(5a) 위에 도전성 박막(6)을 형성시킨다. 이 때 실리콘 캐스트에서 에폭시 맨드렐로 전이된 파이버(fiber, 4b)도 함께 도전처리 된다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 에폭시 맨드렐(5)을 자입된 파이버와 함께 도전 처리한 사진을 나타낸다.

도 1g 단계에서 파이버(fiber, 4b)는 제거되며, 이에 따라 상기한 도전성 박막(6) 상에 파이버(4b) 제거에 따른 홀(6a)이 형성된다. 이때 파이버를 제거하는 방법은 제한적이지 않으나, 파이버를 뽑아내는 것이 바람직하다. 도 3은 본 발명 제조방법의 일 실시예에 따라 에폭시 맨드렐(5) 표면으로부터 파이버를 제거하여 생긴 홀의 확대 사진도이다.

상기 홀(6a)의 모양이나 크기는 사용되는 파이버(4b)의 모양, 크기에 따라 결정되므로, 단면형상이나 직경이 다른 파이버를 사용하는 것에 의하여 홀(6a)의 형상을 결정할 수 있게 된다. 상기한 파이버(4b)의 직경 크기는 목적에 따라 선택적이기는 하나 일반적으로는 0.05∼0.30㎜의 것을 사용하며, 0.10∼0.15㎜의 경우 더욱 바람직하다. 이에 따라 생성되는 홀(6a)의 크기 역시 상기 범위로 결정된다.

여기서 도전성 박막(6)부분은 전주(electroforming)시 전주 금속이 전착되는 부분이 되며, 비도전성인 홀(6a) 부분은 전주 금속이 전착 되지 않는 부분이 된다.

이어서, 도 1h는 전주 단계를 나타내는 것이며, 도시된 바와 같이 전도화 및 비전도화 처리되고 측면과 저면이 마스킹 처리된 에폭시 맨드렐(5)의 도전성 박막(6)에 전기장치의 음단자를 접속시키고 금속 전극(7)을 양단자에 접속하여 전주액(11)이 수용된 전주조(electroforming cell)(10)에 넣어 직류를 인가하여 전주(전착) 도금을 수행하면 금속 이온이 전주 액(11)을 통해 이동하여 전도화 처리된 에폭시 맨드렐(5) 상의 도전성 박막(6) 상에 전착되어 금속 전착층(20, 도 1i에 도시)을 형성한다.

전주에 사용되는 금속 전극(7)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.

전주액(11)은 통상적인 설파민산 니켈과 붕산을 주성분으로 하는 것들을 사용할 수 있으며, 필요하다면 염화니켈이나 계면활성제로서의 라우릴 황산나트륨을 첨가할 수도 있다.

전주 조건은 일반적 조건인 1∼10A/d㎡ 보다도 완화된 조건에서 수행하는 것이 미세공 형성에 바람직하며, 그 이유는 도전성 박막(6)의 표면에는 니켈이 석출됨과 동시에 비도전성 홀(6a)과의 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(21, 도 1i에 도시됨)이 형성되기 때문에 기포의 성장을 제 어하고 기포의 탈락을 방지하는데 유리하기 때문이다.

따라서 본 발명의 제조방법에 따른 완화된 조건은, 예를 들면, 초기에는 0.5∼0.8A/d㎡ 정도로 2∼5시간 전주한 후 10분당 0.05∼0.2A/d㎡ 정도씩 올리면서 1.2∼2.5A/d㎡ 정도에 도달하면 그 상태에서 5∼10일 정도 전주를 계속하거나, 또는 바람직하게는 1.2∼2.5A/d㎡ 정도를 초기부터 계속 유지하는 것이나, 이 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 차단막 홀(9)을 갖는 차단막(8)을 전착 대상물인 에폭시 멘드렐(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(8)의 높이는 상기한 에폭시 멘드랠(5)의 최상단 높이보다 20∼30㎜ 더 높게 형성하는 것이 바람직하며, 상기한 차단막(8)에 형성되는 홀(9)의 직경은 전착이 고르게 이루어져 전주 쉘의 균일한 두께를 담보할 수 있도록 중앙은 작고 주변은 크게 형성한다.

이어서, 도 1i는 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 형 성용 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 비도전성 홀(6a)으로부터 유래하는 미세공(21)을 가진다.

상기한 미세공(21)은 전주 시 홀(6a) 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 사출성형 또는 장식용 표피재의 프리포밍시 에어벤팅 또는 흡입이 효과적으로 일어나도록 하며, 또한 사출물에 의한 미세공(21)의 폐색을 방지하게 된다.

본 발명의 제조방법에 따라 다공성 쉘을 제조하는 경우 생성되는 미세공의 크기, 즉 전면개구(21a)의 크기는 사용되는 상기 파이버의 직경 크기(홀의 크기)에 따라 결정된다. 본 발명의 제조방법에 의할 때, 상기 미세공의 적어도 95%가 그 전면 개구 직경이 파이버(fiber)에 의해 형성된 홀 직경의 범위 ± 0.02㎜ 오차 내로 형성되므로 미세공의 크기 제어가 용이하게 된다.

상기한 미세공(21)은 상호 이격되고 단위 면적당 개수로 표시되는 미세공(21)의 밀도가 전체적으로 균일하거나 또는 국소적으로 불균일하게 형성될 수 있음은 물론이며, 미세공(20)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 구성하는 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 도전성 박막(6)이 존재하므로 예컨대, 과산화수소와 암모니아 혼합액을 이용하여 은경막과 같은 도전성 박막(6)을 제거하고, 필요하다면 다공성 전주 쉘(1)의 배면(외표면)에 대한 클리닝, 광택 조절, 잉여부에 대한 커팅, 그라인딩, 광택 처리, 샌드 블래스트(sand blast) 처리 등을 적절히 수행할 수 있다.

패턴 형성용 다공성 전주 쉘(1)이 니켈로 형성될 경우, 그 구체적인 특성은 하기와 같은 것일 수 있다: 두께는 4㎜ 이하, 밀도 8.9, 융점 1450℃, 열팽창계수(x 10/℃) 13.3, 비열(kcal/g℃) 0.11, 열전도도(cal/cm.sec.℃) 0.22, 경도(HRC) 25, 거칠기 ± 0.5㎛, 그레인 깊이 80∼140㎛.

본 발명의 제조방법에 따르면, 전술한 바와 같이 도전성 박막(6) 상에 미세공(21)으로 발생, 성장하게 될 홀(6a)의 형성을 일정한 직경 크기와 모양을 가지는 파이버(4b)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 정 밀 제어 가능하므로, 본 발명의 제조방법에 따라 제조되는 다공성 전주 쉘(1)을 이용하면 고품질 표면 표피재의 일체 성형법에 적용되는 표면 표피재나 사출 성형품의 외표면을 고품격의 선명하고 정밀한 질감을 효과적으로 부여할 수가 있다.

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

실시예: 다공성 니켈 전주 시험편 제조

표면에 그레인(grain) 패턴을 가지는 성형품을 제조하기 위하여, 도 2에 나타낸 바와 같은 그레인 패턴 형상을 가진 에폭시 플레이트 형태의 시편을 5개 준비하였다. 시편의 규격은 100㎜ x 100㎜ x 25㎜(두께)로 제작하였으며 이하에 설명하는 바와 같이 도 1에 나타낸 바와 같은 절차에 따라 패턴 형성용 다공성 니켈 전주 쉘을 제조하였다.

실시예 1∼3 : 다공성 니켈 전주 시험편 제조

상기 에폭시 플레이트를 이용하여 네가티브형 실리콘 캐스트를 제조하였다. 직경이 각각 0.20, 0.25㎜인 카본파이버(carbon fiber), 0.12㎜인 철사를 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면으로부터 3㎜ 정도 드러나도록 자입시킨 후 에폭시를 실리콘 네가티브 표면에 도포, 적층하여 경화시켰다. 이때 파이버의 노출 부분은 에폭시가 경화되면서 에폭시 맨드렐로 전이되어 에폭시 맨드렐의 탈형시 실리콘 캐스트로부터 에폭시 맨드렐로 옮겨지는 부분이 된다.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같이 파이버가 자입된 상기한 에폭시 맨드렐의 그레인 패턴 형성면을 은경 처리하여 전도화 하였다. 이때 파이버도 함께 은경 처리된다.

은경 처리 후 핀셋을 이용하여 상기 파이버(fiber)를 제거하였다. 도 3 은 에폭시 맨드렐(5)의 패턴 형성면에서 도전 처리 된 파이버를 제거하여 홀을 형성한 x 200 배율의 확대 사진이다. 제거 완료 후 전주 표면상의 유속 흐름을 방지하기 위해 에폭시 맨드렐 상면으로부터 상방으로 25㎜ 높이로 네 측면과 상방에 박스 형태의 차단막을 설치하였다(도 1h에서의 도면부호 10 참조). 이어서 전주조에서 하기 표 1과 같은 조건으로 니켈 전주를 실시하였다.

전류조건은 초기 1.0A/d㎡으로 일정하게 전주를 실시하였다. 전주액 조건은 다음과 같다.

설파민산 450∼500 g/ℓ, 붕산 20∼35 g/ℓ, pH 3.5∼4.5

	Fiber 직경(㎜)	전주시간	온도
실시예 1	Φ0.20	96 hr	30∼32 ℃
실시예 2	Φ0.25	240 hr
실시예 3	Φ0.12	240 hr

이후 미세공이 형성된 전착층을 에폭시 맨드렐로부터 분리하여 다공성 전주 쉘을 제조하였다. 도 4a 및 도 4b는 다공성 니켈 전주 쉘의 그레인 패턴 형성면에 형성된 미세공(도 1i에서의 도면부호 21 참조)의 전면 개구(도 1i에서의 도면부호 21a 참조) 및 배면 개구(도 1i에서의 도면부호 21b 참조)를 나타내는 x 200 배율의 확대 사진이다.

비교예 1 : 다공성 니켈 전주 시험편의 제조

상기 에폭시 플레이트를 이용하여 네가티브형 실시콘 캐스트를 제조하였다. 직경 0.2㎜인 카본파이버(carbon fiber)를 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면으로부터 3㎜ 정도 드러나도록 자입 시킨 후 에폭시를 실리콘 네가티브 표면에 도포, 적층하여 경화시켰다. 이때 파이버의 노출 부분은 에폭시가 경화되면서 에폭시 맨드렐로 전이되어 에폭시 맨드렐의 탈형시 실리콘 캐스트로부터 에폭시 맨드렐로 옮겨진다.

이어서, 파이버가 자입된 상기한 에폭시 맨드렐의 그레인 패턴 형성면을 은경 처리하여 전도화 하였다. 이때 파이버도 함께 은경처리된다. 상기 실시예에서와 달리 파이버를 제거하지 않은 상태에서 하기 표 2와 같은 조건에서 전주를 실시하였다. 이 후 미세공이 형성된 전착층을 에폭시 맨드렐로부터 분리하여 다공성 전주 쉘을 제조하였다.

도금액 조건은 다음과 같다.

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

	fiber 직경(㎜)	전주 시간	온도
비교예 1	Φ0.20	6 hr	30∼32 ℃

비교예 2∼3: 다공성 니켈 전주 시험편의 제조

전류 조건을 1.0 A/d㎡로 고정하였으며, 상기 실시예의 파이버 제거에 의한 다공성 니켈 전주 시험편과 비교하기 위해 에폭시 맨드렐에 은경 후 하기의 표 3과 같이 드릴가공을 하여 시험편을 제조하였다. 그 이외의 사항은 상기의 실시예들과 동일하게 하였다.

	드릴 가공 직경(㎜)	전주 시간	온도
비교예 2	Φ0.30	24 hr	30∼32 ℃
비교예 3	Φ0.30	91 hr	30∼32 ℃

시험예 1 : 시편의 미세공 전면 및 배면 개구 직경에 대한 평가

상기한 실시예 1∼3, 비교예 1∼3에 따라 제조한 다공성 니켈 전주 시편에 형성된 미세공의 전면(그레인 패턴 형성 쪽) 개구 직경 및 미세공 형성률을 각각 측정하였으며, 그 결과를 하기의 표 4 나타내었다.

	Hole 직경(㎜)	미세공 형성율	전면 개구 직경(㎜)
실시예 1	Φ0.20	100 %	0.18∼0.22
실시예 2	Φ0.25	100 %	0.23∼0.27
실시예 3	Φ0.12	100 %	0.11∼0.14
비교예 1	Φ0.25	-	측정 불가
비교예 2	Φ0.30	100 %	0.29∼0.33
비교예 3	Φ0.30	98 %	0.08∼0.30

상기한 표 4의 결과로부터 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 다공성 니켈 전주 시편의 미세공 전면 개구 직경을 평가한 결과 파이버제거에 의한 홀 직경의 범위 ± 0.02오차의 만족스러운 정도의 개구 직경이 얻어짐을 확인할 수 있었다.

한편, 비교예 1의 경우는 파이버가 부착된 상태에서 전도 처리 하여 파이버를 제거하지 않은 상태에서 6시간 전주를 실시한 것으로서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 이때 파이버도 함께 전주가 됨에 따라 파이버 제거시 파이버 주위의 니켈 쉘까지 에폭시 맨드렐과 이탈하는 현상과 함께 니켈 쉘이 찢겨지는 현상이 확인 되었다.

드릴가공에 의해 홀을 형성한 비교예의 경우, 비교예 2의 경우에서와 같이 초기 24hr까지는 미세공 형성에 큰 문제가 없지만, 전주 특성상 전주 두께를 2㎜ 이상 올려야 하므로 비교예 3의 경우에는 시간이 지남에 따라, 버(burr)로 인해 도 8에 나타낸 바와 같이 전면 개구 안쪽으로 전주됨에 따라 미세공의 직경이 작아지는 현상이 나타났다. 도 7은 비교예 3의 미세공의 전면 개구 사진으로서, 상기 실시예의 미세공의 전면개구사진을 나타내는 4a와 비교해 볼 때 형상의 차이가 있다는 것을 알 수 있다.

시험예 2: 미세공의 직경분포

실시예 1과 비교예 3에 의해 제조된 다공성 니켈 전주 시편에 형성된 미세공의 직경분포를 조사하였다. 무작위로 48개를 골라 직경을 조사하고 그 분포 결과를 도 5 및 도 8에 나타내었다. 0.2㎜ 직경의 파이버를 이용한 홀에 의한 미세공의 직경분포는 도 5에 나타나는 바와 같이, 직경의 평균이 0.2㎜이고 표준편자가 0.016으로서 대부분이 파이버(fiber)에 의해 형성된 홀 직경의 범위 ± 0.02㎜ 오차 내에 분포하는 것을 확인할 수 있다. 도 5는 미세공의 전면 개구의 직경이 상한 값인 0.22부터 하한 값인 0.18까지의 타겟 범위 내에 48개의 미세공 중 47개가 포함되며 이는 의도된 미세공 중 97.9% 이상이 목표치 내로 설정될 수 있음을 보여준다.

그러나 0.3㎜ 직경의 드릴가공 홀에 의한 미세공의 직경분포는 도 8에 나타나는 바와 같이 평균직경이 0.187㎜ 이고 표준편차가 0.051로서 홀의 직경 크기와 편차가 크다는 것을 확인할 수 있다. 도 5와 비교해 볼 때 표준편차에서 차이점을 나타내며, 또한 버(burr)로 인해 작아지는 홀 직경은 니켈 쉘 미세공의 버(burr)제거를 위한 후 가공 공정이 필요함을 나타낸다.

이와 같이 본 발명의 제조방법에 의하면 미세공의 직경 및 분포에 대한 정밀 제어를 간단하고도 용이하고 확실하게 달성할 수가 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예 및 비교예를 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 1i는 본 발명에 따른 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법을 설명하는 축차 설명도이다.

도 2는 본 발명에 따른 제조방법에 사용되는 파이버가 네가티브형 실리콘으로부터 에폭시 맨드렐로 전이되어 옮겨 진 후 전도 처리한 에폭시 맨드렐의 표면을 나타내는 사진도이다.

도 3은 에폭시 맨드렐 표면으로부터 파이버를 제거한 상태를 나타내는 확대사진도이다.

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

도 5는 본 발명 실시예 1에 의한 다공성 전주 쉘에 형성된 미세공의 전면 개구 직경에 대한 분포도이다.

도 6은 비교예 1에 의한 다공성 전주 쉘에서 전주 후 파이버 제거에 따른 미세공의 전면 개구에 대한 확대 사진도이다.

도 7은 비교예 3에 의한 다공성 전주 쉘에 형성된 미세공의 전면 개구에 대한 확대 사진도이다.

도 8은 비교예 3에 의한 다공성 전주 쉘에 형성된 미세공의 전면 개구 직경에 대한 분포도이다.

도 9는 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 4b: 파이버(Fiber)

5: 에폭시 맨드렐(mandrel)(또는 플레이트)

5a: 패턴 형성면 6: 도전성 박막

6a : 파이버에 의한 홀 7: 금속 전극

8: 차단막 9: 차단막 홀

10: 전주조(electroforming cell) 11: 전주액

20: 전착층(electroformed layer)

20a: 패턴 형성면(전면) 20b: 배면

21: 미세공

21a: 전면 개구 21b: 배면 개구

Claims

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

(A) 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면에 파이버(fiber)를 자입하는 단계;

(B) 상기 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면에 에폭시를 도포, 적층 및 경화시켜 에폭시 탈형 시 상기 파이버가 전이되어 상기 네가티브형 실리콘 캐스트로부터 에폭시 맨드렐로 옮겨지도록 하는 에폭시 맨드렐 제작 단계;

(C) 상기 에폭시 맨드렐(mandrel)의 패턴 형성면에 도전성 박막을 형성하여 전도화 처리를 수행하는 도전성 박막형성 단계;

(D) 도전성 박막이 형성된 에폭시 맨드렐(mandrel) 표면의 파이버(fiber)를 제거하는 단계;

(E) 상기 도전성 박막 상에 전주 금속을 전착시켜 전착층을 형성함에 있어 상기 파이버(fiber) 제거에 의한 홀 위치에 미세공이 발생 및 성장하도록하는 전주(electroforming) 단계; 및

(F) 상기 미세공을 가지는 전착층을 에폭시 맨드렐로부터 분리하는 다공성 전주 쉘의 탈형 단계.
제 1항에 있어서, 상기한 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면에 자입하는 파이버(fiber)의 전체 길이는 5∼15㎜인 것을 특징으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 네가티브형 실리콘 캐스트로부터 에폭시 맨드렐로 전이되어 옮겨지는 파이버가 2∼4㎜의 깊이로 에폭시 맨드렐에 자입되도록 하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법.
제 1항에 있어서 상기 파이버는 0.05∼0.30㎜의 직경을 가지는 것임을 특징으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 전주 단계에서 에폭시 맨드렐의 최상단 높이보다 20∼30㎜ 더 높은 높이를 가지며 다수의 홀이 형성된 차단막을 에폭시 멘드렐의 전후좌우 측방 및 상방에 박스 형태로 세워서 전주액의 유속에 의한 기포 탈락을 방지하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
제 1항에 있어서, 도전성 박막이 형성된 에폭시 맨드렐(mandrel)과 도금액과의 밀착성을 높이기 위해 도금액에 입조 후 1∼2시간 후에 전주하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 전주단계에서 전류 조건을 초기에는 0.5∼0.8A/d㎡ 로 2∼5시간 전주한 후 10분당 0.05∼0.2A/d㎡ 씩 올리면서 1.2∼2.5A/d㎡ 에 도달하면 그 상태에서 5∼10일 정도 전주를 계속하거나, 또는 1.2∼2.5A/d㎡ 로 초기부터 5∼10일간 계속 유지하는 것으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
제1항에 있어서, 전착층이 니켈, 구리 또는 황동으로 형성되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 파이버(fiber)를 상기 네가티브형 실리콘 캐스트의 표면에 자입하기 전에 이형처리(release treatment)하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell)의 제조방법.
제1항 내지 제9항의 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조되고, 다수의 미세공을 가지며, 상기 미세공의 적어도 95%가 그 전면 개구 직경이 파이버(fiber)에 의해 형성된 홀 직경의 범위 ± 0.02㎜ 오차 내로 형성되는 패턴 형성용 다공성 전주 쉘(porous electroformed shell).