KR101085985B1 - 미세 패턴을 갖는 롤러 제조 방법 - Google Patents

Abstract

미세 패턴을 갖는 롤러 제조 방법은 강제 롤러 표면을 블러링하는 단계, 상기 롤러의 표면 상에 세라믹 층을 사출하는 단계, 상기 롤러 표면을 연마하고 폴리싱하는 단계, 레이저를 사용하여 상기 롤러 상에 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 롤러 표면을 소제하는 단계를 포함한다. 그러므로, 이렇게 제조된 롤러는 종래의 몰드 주조법보다 더 정밀한 패턴을 갖는다. 롤러 표면은 강보다 부식에 강한 세라믹 층을 가지므로, 롤러는 더욱 긴 수명을 갖는다.

Description

미세 패턴을 갖는 롤러 제조 방법{METHOD OF MAKING ROLLERS WITH A FINE PATTERN}

본 발명은 롤러 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 미세 패턴을 갖는 롤러 제조 방법에 관한 것이다.

패턴화된 롤러는 다양한 기술적 분야에 응용된다. 예를 들면, 이러한 롤러는 레이저 홀로그램 라벨, 위조 방지 라벨 상의 전사 패턴, 또는 액정 표시 장치(LCD)의 제조에 사용되는 아닐록스 롤러(anilox roller)의 제조에 사용될 수 있다. 정상적으로, 롤러는 원하는 패턴으로 형성된 후, 그 패턴을 타겟 목적물로 전사시킨다. 패턴화된 롤러의 제조시, 강제(鋼製) 롤러의 표면은 1차 연마되어 그 표면상의 요철물을 제거한다. 롤러 표면은 이후 폴리싱(polishing)되어 경면을 형성한다. 이후, 몰드를 사용하여 롤러 표면 상에 소망의 패턴을 주조한다. 마지막으로, 롤러 표면은 소제되어 후속 제품의 품질을 보장한다.

강제 롤러의 소재 특성과 몰드 주조의 한계에 기인하여, 롤러는 나선형 또는 사변형 패턴으로만 형성될 수 있다. 그렇게 형성된 패턴의 최고 정밀도는 현대 LCD 제작의 필요 조건을 만족시킬 수 없다. 더욱이, 강제 롤러는 부식에 덜 강하 다. 그러므로, 패턴은 오랜 시간 사용 후 변형되곤 한다. 따라서 롤러는 짧은 수명을 갖는다.

이러한 결점을 극복하기 위해, 본 발명은 전술한 문제점들을 감소시키거나 제거하도록 미세 패턴을 갖는 롤러의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 목적은 롤러 수명을 연장하고 고정밀도의 패턴을 상부에 형성시키는 것이다. 본 발명은 새로운 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 롤러 표면은 롤러가 부식에 기인하여 손상을 입지 않도록 세라믹 층으로 형성된다. 이후 레이저를 채용하여 세라믹 층 상에 고정밀도 패턴을 형성한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 개시된 롤러 제조 방법은, 강제 롤러 표면을 블러링하는(blurring) 단계; 롤러의 표면 상에 세라믹 층을 형성하는 단계; 롤러 표면을 연마하는 단계; 롤러 표면을 폴리싱하는 단계; 레이저를 사용하여 롤러 상에 패턴을 형성하는 단계; 및 롤러 표면을 소제하는 단계를 포함한다.

개시된 방법은 레이저를 사용하여 세라믹 층의 표면 상에 패턴을 형성한다. 그러므로, 이러한 패턴은 종래의 몰드 주조법보다 더 정밀도를 갖는다. 더욱이, 본 발명은 롤러 상에 1차 형성된 세라믹 층을 가지므로, 부식에 더 강하다는 이유로 종래의 방법으로 제조된 롤러보다 긴 수명을 갖는다.

본 발명의 다른 목적, 장점 및 새로운 특징들은 첨부 도면을 참조한 하기의 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은, 롤러 표면을 블러링(blurring)하 는 단계(100), 롤러 표면 상에 세라믹 층을 형성하는 단계(101), 롤러 표면을 연마하는 단계(102), 롤러 표면을 폴리싱(polishing)하는 단계(103), 레이저를 사용하여 롤러 표면 상에 패턴을 형성하는 단계(104), 롤러 표면을 또 폴리싱하는 단계(105), 및 롤러 표면을 소제하는(cleaning) 단계(106)를 포함한다.

롤러 표면의 블러링 단계(100)를 위한 도 2를 참조하면, 롤러 표면은 거칠고 비-경면화되도록 블러링된다. 블러링 처리는 샌드 블래스터(sand blaster)(20)를사용하여 달성될 수 있다. 압축 공기가 연마 모래를 불어내어 금속 롤러(10)의 표면을 때림으로써 표면 상에 블러링 표면을 형성한다.

롤러 표면 상에 세라믹 층을 형성하는 단계(101)를 위한 도 3을 참조하면, 금속 롤러(10)는 플라즈마 스프레이 코팅기(30) 상에 설치된다. 플라즈마 스프레이 코팅법은 금속 롤러(10) 상에 보조 결합층을 사출하는데 사용된다. 이후, 보조 결합층으로 세라믹 입자가 플라즈마 열 분사된다. 보조 결합층은 70-80%의 Ni과 20-30%의 WC-Co, Cr₃C₂, Cr₃C₂-NiCr 및 Cr로 이루어진다. 세라믹 입자는 95%의 Cr₂O₃로 이루어지는데, 이는 Cr₂O₃가 레이저에 의해 쉽게 절단될 수 있기 때문이다. 세라믹 입자의 잔부 5%는 세라믹 층의 내식성을 향상시키고 레이저 절단을 용이하게 하기 위해 Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, 및 Y₂O₃로 이루어진다. 열 스프레이 코딩 과정 중, 보조 결합층은 플라즈마 화염의 고온에 기인하여 접합이 이루어진다. 따라서, 보조 결합층은 금속 롤러(10) 상에 균일하게 코팅될 수 있다. 접합된 보조 결합층은 금속 롤러(10) 상에 코팅시 경화된다. 금속 롤러(10)의 블러링 표면에 의해, 보조 결합층은 롤러 표면에 견고하게 부착될 수 있다. 보조 결합층 상에는 보조 결합층과 같은 방법으로 세라믹 입자가 스프레이 코팅된다. 세라믹 입자와 강(鋼) 간의 결합은 양호하지 않다. 그러므로, 보조 결합층을 구비하는 목적은 롤러 표면에 대한 세라믹 층의 결합을 향상시키기 위함이다.

롤러 표면을 연마하는 단계(102)를 위한 도 4를 참조하면, 금속 롤러(10)는 연마기(40) 상에 배치되어, 세라믹 층으로 코팅된 금속 롤러(10)의 표면이 평활화된다.

롤러 표면을 폴리싱하는 단계(103)를 위한 도 5를 참조하면, 폴리싱 머신(50)을 사용하여 롤러 표면을 더욱 폴리싱함으로써 경면을 형성한다. 본 실시예에서, 폴리싱 머신(50)은 다이아몬드 폴리싱 벨트(51)를 사용한다. 다이아몬드는 극히 경질이므로, 세라믹 층을 매우 평탄한 표면으로 폴리싱할 수 있다. 예를 들면, 폴리싱된 롤러 표면의 조도는 0.1 미크론에 이를 수 있다.

레이저를 사용하여 롤러 상에 패턴을 형성하는 단계(104)를 위한 도 6을 참조하면, 복수의 레이저 다이오드를 갖는 레이저-조각 머신(60)가 사용된다. 레이저 다이오드에 의해 형성된 레이저 빔은 수렴된다. 발사 레이저는 1060 내지 10600 나노미터의 파장과 수백 와트의 파워를 가진다. 도 7 및 도 8을 더 참조하면, 레이저 빔이 금속 롤러(10)의 표면의 세라믹 층의 하나의 스폿(spot)을 때리면, 세라믹 층은 고온에 의해 스폿이 용융되어 오목부(11)를 형성한다. 스폿 둘레의 용융 세라믹은 오목부(11)의 경계 측으로 밀리고 솟아올라 패턴 유닛을 형성한다.

본 실시예에서, 금속 롤러(10)는 LCD 제조에 사용되는 아닐록스(anilox) 롤러이다. 레이저-조각 머신(60)를 레이저 헤드(61)가 이동되도록 제어하는 것에 의해, 레이저 빔은 금속 롤러(10)를 수평 방향으로 때려 오목부(11)를 형성한다. 이것은 금속 롤러(10) 상에 형성된 패턴에서 라인을 인치 단위(lines per inch: LPI)로 제어한다. 각 오목부(11)는 패턴의 이전 열에 있는 두 개의 인접하는 오목부(11) 사이의 위치에 대응한다. 그러므로, 인접 오목부(11)의 경계는 서로를 밀어 라인을 형성한다. 결국, 레이저 빔이 노출을 종료한 후, 각 오목부(11)의 좌측, 우측, 상부 좌측, 상부 우측, 하부 좌측 및 하부 우측 코너는 인접 오목부(11)를 밀어 6각형을 형성한다. 밀접하게 연결된 6각형은 벌집형 패턴을 형성한다.

더욱이, 레이저의 파장과 파워를 제어하는 것에 의해, 오목부(11)의 깊이와 폭도 정밀하게 제어될 수 있다. 예를 들면, 300 LPI의 롤러와 76-80 미크론의 폭, 18-30 미크론의 깊이, 인접 오목부까지 5-9 미크론의 거리를 갖는 오목부의 경우, 전사된 정렬 필름의 두께는 1200Å 내지 1800Å이다. 500 LPI의 롤러와 43-47 미크론의 폭, 11-16 미크론의 깊이, 인접 오목부까지 4-8 미크론의 거리를 갖는 오목부의 경우, 전사된 정렬 필름의 두께는 500Å 내지 900Å이다. 그러므로, 다른 크기와 용도의 LCD의 제조 공정에 다른 밀도, 크기 및 깊이의 메쉬형 패턴(111)이 사용될 수 있다. 그러나, 오목부(11)는 세라믹 층의 변형에 기인하여 세라믹 분말이 남는다.

롤러 표면을 추가로 폴리싱하는 단계(105)는 롤러 표면을 폴리싱하는 단계(103)와 동일한 방법으로 실시된다. 그러나, 본 단계의 목적은 레이저 조각 후 불규칙한 세라믹 표면을 추가로 폴리싱하는 것이다.

롤러 표면을 소제하는 단계(106)를 위한 도 9를 참조하면, 이산화탄소(70)가 사용된다. 이산화탄소 소제기의 하나의 노즐(71)은 롤러 표면을 향하며 고압의 이산화탄소를 사출한다. 사출된 이산화탄소는 그 순간 고체이므로, 오목부(11)에 남겨진 세라믹 분말에 충격을 가한다. 세라믹 분말은 그에 따라 오목부(11)를 벗어난다. 그 순간, 이산화탄소는 또한 고체상에서 기체상으로 상변화된다. 결국, 금속 롤러(10) 상에는 잔류물이 존재하지 않는다. 결국, 정밀 패턴의 롤러가 도 10에 도시된 바와 같이 완성된다.

요약하면, 개시된 방법에 따라 마련된 롤러는 그 표면 상에 세라믹 층을 구비한다. 이것은 롤러의 내식성을 향상시키고 그에 따라 그 수명을 연장시킨다. 다이아몬드가 부착된 폴리싱 벨트를 사용함으로써 롤러 표면은 매우 평활하게 폴리싱되어 인쇄 수율을 향상시킨다. 이외에, 레이저 빔의 파장과 파워를 제어할 수 있는 레이저-조각 머신을 사용함으로써 롤러 표면 상에 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 패턴의 깊이와 폭도 역시 제어될 수 있다. 마지막으로, 고압 이산화탄소를 사용하여 소제된다. 롤러 표면에 이산화탄소와 잔류물이 남아 있지 않으므로, 본 발명은 양호한 소제 효과를 달성한다.

그러나, 본 발명의 구조 및 기능의 상세와 함께 전술한 설명을 통해 본 발명의 여러 특징과 장점들이 설명되었지만, 개시된 바는 예시만을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에서 표현되는 용어의 넓은 포괄적 의미에 의해 지시되는 정도로 본 발명의 원리 내에서 여러 가지 변형이 특히 부품의 형태, 크기 및 구성의 측면 에서 가능할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 미세 패턴을 갖는 롤러 제조 방법의 흐름도이고;

도 2는 본 발명에 따라 롤러 표면을 블러링하는 단계를 보여주며;

도 3은 본 발명에 따라 롤러 표면 상에 세라믹 층을 형성하는 단계를 보여주며;

도 4는 본 발명에 따라 롤러 표면을 연마하는 단계를 보여주며;

도 5는 본 발명에 따라 롤러 표면을 폴리싱하는 단계를 보여주며;

도 6은 본 발명에 따라 레이저를 사용하여 롤러 상에 패턴을 형성하는 단계를 보여주며;

도 7은 레이저를 사용하여 패턴으로 형성된 롤러 표면 상의 세라믹 층의 단면 및 측면도이고;

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴화된 롤러 표면의 상면도이고;

도 9는 본 발명에 따라 롤러 표면을 소제하는 단계를 보여주며;

도 10은 본 발명에 따라 제조된 롤러의 사시도이다.

<도면의 주요부분의 부호의 설명>

10: 금속 롤러 11: 오목부 20: 샌드 블래스터

30: 플라즈마 스프레이 코팅기 40: 연마기

50, 61: 폴리싱 머신 51: 폴리싱 벨트 60: 레이저-조각 머신

71: 노즐

Claims (3)

1. 정밀 패턴을 갖는 롤러의 제조 방법으로서,

   샌드 블래스팅법에 의해 롤러 표면을 블러링하는 단계;

   상기 롤러 표면 상에 보조 결합층을 코팅하는 단계;

   플라즈마 스프레이 코팅법을 사용하여 상기 보조 결합층 상에 세라믹 입자를 사출하여 상기 보조 결합층 상에 세라믹 층을 형성하는 단계;

   상기 세라믹 층의 표면을 연마(grind)하는 단계;

   상기 세라믹 층의 표면을 폴리싱하는 단계;

   레이저를 사용하여 상기 세라믹 층의 표면 상에 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 세라믹 층의 표면을 소제하는 단계

   를 포함하는, 정밀 패턴을 갖는 롤러의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 세라믹 층은, 95%의 Cr₂O₃와, 5%의 Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, 및 Y₂O₃의 혼합물로 이루어지고,

   상기 보조 결합층은, 70% 내지 80%의 Ni과, 20% 내지 30%의 WC-Co, Cr₃C₂, Cr₃C₂-NiCr 및 Cr의 혼합물로 이루어지는, 정밀 패턴을 갖는 롤러의 제조 방법
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 세라믹 층의 표면을 연마하는 단계에서는, 다이아몬드를 가진 폴리싱 벨트를 사용하여 표면을 평탄화하고,

   상기 세라믹 층의 표면을 소제하는 단계에서는, 고압 이산화탄소를 사용하여 표면을 소제하고,

   상기 세라믹 층의 표면 상에 형성된 패턴은 벌집 모양인, 정밀 패턴을 갖는 롤러의 제조 방법.

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