KR101554609B1 - 원통 금형, 원통 금형 처리 장치 및 원통 금형 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통 금형, 원통 금형 처리 장치 및 원통 금형 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경면 처리 등의 제조 과정에서 회전축이 정밀하게 정합되어 원통도가 향상되는 원통 금형, 원통 금형 처리 장치 및 원통 금형 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 내부에 중공 홀이 형성된 원통 형상으로 제공되고, 양측 단부에 외주면으로부터 중심축을 향하여 내측으로 연장되는 경사면이 형성되는 원통 금형을 처리하는 원통 금형 처리 장치로서, 상기 경사면에 상보적인 원뿔 형상으로 제공되고, 상기 중공 홀에 삽입되어 상기 원통 금형의 중심축과 그 회전축이 일치하도록 상기 원통 금형과 결합되고, 상기 원통 금형을 회전시키는 회전부; 및 상기 원통 금형의 외주면과 접촉한 상태에서 상기 원통 금형의 길이 방향을 따라 이동하는 연마부;를 포함하는 원통 금형 처리 장치가 제공될 수 있다.

Description

원통 금형, 원통 금형 처리 장치 및 원통 금형 처리 방법{CYLINDRICAL MOLD, APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING CYLINDRICAL MOLE}

본 발명은 원통 금형, 원통 금형 처리 장치 및 원통 금형 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경면 처리 등의 제조 과정에서 회전축이 정밀하게 정합되어 원통도가 향상되는 원통 금형, 원통 금형 처리 장치 및 원통 금형 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체나 디스플레이 분야에서 미소 패턴을 형성하기 위하여 리소그래피(lithography) 공정이 주로 사용되고 있다. 그러나, 이러한 리소그래피 공정은 나노미터 단위의 패터닝을 실현하는데에는 그 한계가 있어 초미세 패턴을 형성하는데에는 부적합할 뿐 아니라, 노광, 현상 식각 등을 반복하는 복잡한 과정을 거쳐야 하므로 기판 회전율이 떨어질 뿐 아니라 공정 중 화학오염물이 대량 발생하므로 환경적인 측면에도 단점을 가지고 있다.

최근에는 임프린트(imprint) 기술이 기존의 리소그래피 공정을 대체할 수 있는 기술로 주목 받고 있다. 임프린트 기술은 기판에 도장을 찍듯 미세 패턴이 형성된 금형을 기재에 압착하는 단순한 방식을 통해 패터닝을 수행하는 기술로서 저비용으로 패턴을 전사할 수 있을 뿐 아니라 양산화에 적합하여 향후 리소그래피 공정을 대체할 것으로 기대되고 있다. 이 중 롤 임프린트(roll imprint) 방식은 원통 금형을 이용하여 기재에 패턴을 전사하는 기술로서 마스터 롤에 이음매가 없어 대면적 적용시 패턴의 균일도 확보가 용이하여 특히 대형 기판에 패턴을 전사하는데 적합하기 때문에 최근 디스플레이 산업 분야에서 많이 응용되고 있다.

그러나, 롤 임프린트 공정이 가지는 이러한 장점에도 불구하고 공정에 필수적인 원통 금형의 제작이 어려워 상용화에 걸림돌로 작용하고 있는 실정이다. 특히, 원통 금형으로 나노 단위의 초정밀 패터닝을 구현하기 위해서는 원통 금형의 표면 경면 처리가 요구되는데, 원하는 표면 조도를 얻으려면 공정의 난이도가 매우 높아질 뿐 아니라 제조 단가가 상승하여 문제가 되고 있다.

본 발명의 일 과제는 높은 표면 조도로 경면 처리되는 원통 금형, 이러한 원통 금형을 제조하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 내부에 중공 홀이 형성된 원통 형상으로 제공되고, 양측 단부에 외주면으로부터 중심축을 향하여 내측으로 연장되는 경사면이 형성되는 원통 금형을 처리하는 원통 금형 처리 장치로서, 상기 경사면에 상보적인 원뿔 형상으로 제공되고, 상기 중공 홀에 삽입되어 상기 원통 금형의 중심축과 그 회전축이 일치하도록 상기 원통 금형과 결합되고, 상기 원통 금형을 회전시키는 회전부; 및 상기 원통 금형의 외주면과 접촉한 상태에서 상기 원통 금형의 길이 방향을 따라 이동하는 연마부;를 포함하는 원통 금형 처리 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 내부에 중공 홀이 형성된 원통 형상으로 제공되고, 양측 단부에 외주면으로터 중심축을 향하여 내측으로 연장되는 경사면이 형성되는 원통 금형을 처리하는 원통 금형 처리 방법으로서, 상기 경사면에 상보적인 원뿔 형상으로 제공되는 회전 헤드가 상기 중공 홀에 삽입되어 상기 원통 금형의 중심축과 그 회전축이 일치하도록 상기 원통 금형과 결합되는 단계; 상기 회전 헤드가 상기 원통 금형을 회전시키는 단계; 및 연마 패드가 상기 회전하는 원통 금형의 외주면에 접촉하여 상기 원통 금형의 외주면을 연마하는 단계;를 포함하는 원통 금형 처리 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 그 내부에 전체 길이보다 짧은 중공 홀이 형성된 원통 금형으로서, 상기 원통 금형의 전체 지름인 외경을 따라 형성되는 외주면; 상기 중공 홀의 지름인 내경을 따라 형성되는 내주면; 및 그 양측 단부에 상기 외주면으로부터 상기 원통 금형의 내측 방향으로 상기 내주면까지 연장되되, 그 경사각이 상기 원통 금형의 중심축을 향해 연장되는 경사면;을 포함하는 원통 금형이 제공될 수 있다.

본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 표면 조도가 개선된 원통 금형을 비교적 단순한 표면 처리 공정으로 생산할 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 표면 처리 공정에서 원통 금형의 회전축을 조정하는 과정이 생략됨으로써 공정에 소요되는 시간과 비용이 절감될 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통 금형의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통 금형의 측면도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 장치에 관한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 장치의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 장치의 결합부에 관한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법의 전체 순서도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법에서 도금 공정에 관한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법에서 표면 처리 공정 중 랩핑 공정의 공정 조건에 관한 표이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법에서 표면 처리 공정 중 폴리싱 공정의 공정 조건에 관한 표이다.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.

본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 내부에 중공 홀이 형성된 원통 형상으로 제공되고, 양측 단부에 외주면으로부터 중심축을 향하여 내측으로 연장되는 경사면이 형성되는 원통 금형을 처리하는 원통 금형 처리 장치로서, 상기 경사면에 상보적인 원뿔 형상으로 제공되고, 상기 중공 홀에 삽입되어 상기 원통 금형의 중심축과 그 회전축이 일치하도록 상기 원통 금형과 결합되고, 상기 원통 금형을 회전시키는 회전부; 및 상기 원통 금형의 외주면과 접촉한 상태에서 상기 원통 금형의 길이 방향을 따라 이동하는 연마부;를 포함하는 원통 금형 처리 장치가 제공될 수 있다.

또 상기 회전부는, 상기 원뿔 형상으로 제공되는 회전 헤드, 상기 회전 헤드에 연결되는 샤프트 및 회전력을 발생시켜 상기 샤프트를 통해 상기 회전 헤드를 회전시키거나 또는 상기 샤프트를 왕복 운동시켜 상기 회전 헤드를 상기 중공 홀에 삽입시키는 구동기를 포함할 수 있다.

또 상기 회전 헤드에는, 상기 원뿔 형상의 표면에 음압을 발생시켜 상기 원통 금형의 경사면과 상기 회전 헤드를 고정 결합시키는 흡입 홀이 제공될 수 있다.

또 상기 회전 헤드는, 상기 원통 금형의 일측 단부와 결합되고, 상기 원통 금형 처리 장치는, 상기 원뿔 형상으로 제공되어, 상기 원통 금형의 타측 단부와 결합되는 고정 헤드를 더 포함할 수 있다.

또 상기 회전 헤드는, 상기 원통 금형의 양측 단부에 각각 결합되도록 두 개가 제공될 수 있다.

또 상기 연마부는, 상기 원통 금형과 이격된 위치에 상기 원통 금형의 길이 방향에 따라 연장되는 레일, 상기 레일에 설치되어 상기 레일을 따라 이동하는 보디, 상기 보디로부터 상기 원통 금형을 향하여 움직이는 피스톤 및 상기 피스톤의 움직임에 따라 상기 원통 금형의 외주면에 접촉하는 연마 패드를 포함할 수 있다.

또 상기 연마 패드는, 알루미나 랩핑 필름 또는 다이아몬드 서스펜션을 포함할 수 있다.

또 상기 원통 금형의 외주면에 공작액을 분사하는 분사 노즐;을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 내부에 중공 홀이 형성된 원통 형상으로 제공되고, 양측 단부에 외주면으로터 중심축을 향하여 내측으로 연장되는 경사면이 형성되는 원통 금형을 처리하는 원통 금형 처리 방법으로서, 상기 경사면에 상보적인 원뿔 형상으로 제공되는 회전 헤드가 상기 중공 홀에 삽입되어 상기 원통 금형의 중심축과 그 회전축이 일치하도록 상기 원통 금형과 결합되는 단계; 상기 회전 헤드가 상기 원통 금형을 회전시키는 단계; 및 연마 패드가 상기 회전하는 원통 금형의 외주면에 접촉하여 상기 원통 금형의 외주면을 연마하는 단계;를 포함하는 원통 금형 처리 방법이 제공될 수 있다.

또 상기 회전 헤드의 표면에 형성된 흡입 홀이 음압을 발생시켜 상기 회전 헤드와 상기 원통 금형의 경사면이 고정 결합되는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또 상기 원통 금형의 외주면 전체가 연마되도록 상기 연마 패드가 상기 원통 금형의 길이 방향에 따라 왕복하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또 상기 원통 금형의 외주면에 공작액을 분사하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또 상기 원통 금형을 도금액이 수용되는 도금 수조에 담궈 상기 원통 금형의 표면을 도금 처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또 상기 도금 처리하는 단계는, 상기 원통 금형을 상기 도금 수조의 하부에 제공되고, 상기 원뿔 형태를 가지는 지지대 상에 안착시키는 단계 및 상기 지지대가 회전 운동 및 승강 운동 중 적어도 하나에 따라 상기 원통 금형을 움직이는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 그 내부에 전체 길이보다 짧은 중공 홀이 형성된 원통 금형으로서, 상기 원통 금형의 전체 지름인 외경을 따라 형성되는 외주면; 상기 중공 홀의 지름인 내경을 따라 형성되는 내주면; 및 그 양측 단부에 상기 외주면으로부터 상기 원통 금형의 내측 방향으로 상기 내주면까지 연장되되, 그 경사각이 상기 원통 금형의 중심축을 향해 연장되는 경사면;을 포함하는 원통 금형이 제공될 수 있다.

또 상기 원통 금형은, 그 재질이 알루미늄 및 알루미늄 합금 중 어느 하나일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통 금형(100)에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통 금형(100)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통 금형(100)의 측면도이다.

본 발명에서 원통 금형(100)은 반도체나 디스플레이 등의 기판에 롤 임프린트 방식으로 패턴을 전사하는데 이용되는 마스터 롤(master roll)로 이용될 수 있다. 구체적으로 원통 금형(100)은 후술하는 원통 금형 처리 방법에 의해 도금 공정과 표면 처리 공정을 거친 뒤 그 표면에 전사하고자 하는 패턴이 형성되어 마스터 롤로서 이용될 수 있게 된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 원통 금형(100)은 그 형상이 원통 형상일 수 있다. 여기서, 원통 금형(100)은 외경 약 100~300mm, 길이 약 300~1200mm의 규격을 가질 수 있다.

또 원통 금형(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 그 내부가 중공 홀(140)이 형성될 수 있다. 중공 홀(140)은 그 길이가 원통 금형(100) 전체의 길이보다 짧은 원통일 수 있다. 이러한 중공 홀(140)이 형성됨에 따라 원통 금형(100)은 원통 금형(100)의 전체 지름에 해당하는 외경을 따라 형성되는 외주면(110), 중공 홀(140)의 지름인 내경을 따라 형성되는 내주면(120)을 가질 수 있다. 또 원통 금형(100)의 단부에서는 외주면(110)으로부터 내주면(120)을 향해 원통 금형(100)의 길이 방향에 대하여 원통 금형(100)의 내부를 향하여 경사지게 연장되는 경사면(130)을 가질 수 있다.

여기서, 원통 금형(100)의 전체 지름인 외경과 중공 홀(140)의 지름인 내경은 서로 동심원 형태를 취할 수 있으며, 이에 따라 경사면(130)이 연장되는 방향은 원통 금형(100)의 중심축을 향한 방향이 될 수 있다. 이러한 경사면(130)의 형태에 따라 후술하는 회전 헤드(1360)가 원통 금형(100)의 중공 홀(140)에 삽입되어 원통 금형(100)과 결합하는 과정에서 회전 헤드(1360)의 회전축과 원통 금형(100)의 중심축이 서로 일치하게 될 수 있다.

한편, 원통 금형(100)의 재질로는 금속 재질이 이용될 수 있다. 예를 들어, 원통 금형(100)은 알루미늄(Al) 또는 그 합금 재질로 제공될 수 있다. 특히, 원통 금형(100)의 재질로는 알루미늄 합금인 Al 70 계열(예를 들어, Al 7075°)이 이용될 수 있는데, Al 7075°는 가볍고, 비강도가 높으며, 비자정 재료이기 때문에 제조나 마스터 롤러 이용하는데 장점을 가진다. 또 Al 7075°는 그 표면의 경면 처리가 비교적 수월한 장점이 있다. 이외에도 알루미늄 합금으로는 AL 6061-0, AL 6061-T4, AL 6061-T6, AL 7050-0, AL 7050-T6이 사용될 수 있다.

이상에서는 원통 금형(100)에 관하여 설명하였는데, 원통 금형(100)의 형태, 규격 및 재질이 반드시 상술한 예로 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 장치(1000)에 관하여 설명한다.

본 발명에서 원통 금형 처리 장치(1000)는 표면 처리 공정을 통해 상술한 원통 금형(100)의 표면을 경면 처리할 수 있다. 경면 처리되어 표면 조도가 개선된 원통 금형(100)은 롤 임프린트에 이용되는 마스터 롤로 사용될 수 있다.

도 3 및 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 장치(1000)에 관한 측면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 장치(1000)의 상면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 원통 금형 처리 장치(1000)는 몸체(1100), 지지부(1200), 회전부(1300), 고정부(1400) 및 연마부(1500)를 포함할 수 있다.

몸체(1100)는 원통 금형 처리 장치(1000)의 프레임을 이룬다. 원통 금형 처리 장치(1000)의 다른 구성은 몸체(1100)에 설치될 수 있다.

지지부(1200)는 원통 금형(100)을 지지할 수 있다. 지지부(1200)는 이송기(1220) 및 지지대(1240)를 포함할 수 있다.

원통 금형(100)은 외부로부터 이송되어 지지대(1240)에 로딩될 수 있다. 지지대(1240)는 원통 금형(100)을 안정적으로 지지하도록 그 상면이 원통 금형(100)의 외주면(110)과 상보적인 형태, 즉 반구형으로 제공될 수 있다.

이송기(1220)는 원통 금형(100)을 준비 위치와 정위치 간에 이송할 수 있다. 외부로부터 이송되어 온 원통 금형(100)은 도 3에 도시된 바와 같이 지지대(1240)에 안착되어 준비 위치에 놓이게 된다. 이송기(1220)는 준비 위치의 원통 금형(100)을 표면 처리 공정을 위한 정위치로 이송시킬 수 있다. 예를 들어, 이송기(1220)는 지지대(1240)를 상승시켜 도 4에 도시된 바와 같이 원통 금형(100)을 준비 위치로부터 정위치로 옮긴다. 정위치에 놓인 원통 금형(100)이 회전 헤드(1360)와 고정 헤드(1420)에 결합되면 이송기(1220)는 표면 처리 공정이 원활히 수행되도록 하강한다. 원통 금형(100)에 대한 표면 처리 공정이 완료되면 이송기(1220)는 다시 지지대(1240)를 상승시켜 원통 금형(100)이 지지대(1240)에 안착되도록 할 수 있다.

회전부(1300)는 원통 금형(100)을 회전시킬 수 있다. 원통 금형(100)은 후술할 연마부(1500)에 접촉된 상태에서 회전함에 따라 표면 처리될 수 있다. 회전부(1300)는 구동기(1320), 샤프트(1340) 및 회전 헤드(1360)를 포함할 수 있다. 구동기(1320)는 샤프트(1340)를 직선 이동시키거나 또는 샤프트(1340)를 회전시킬 수 있다. 샤프트(1340)는 구동기(1320)로부터 받은 구동력에 의해 직선 운동하여 회전 헤드(1360)를 원통 금형(100)의 중공 홀(140)로 삽입시켜 회전 헤드(1360)가 원통 금형(100)과 결합되도록 하거나 또는 구동력에 의해 회전하여 회전 헤드(1360)를 회전시킬 수 있다.

회전 헤드(1360)는 원통 금형(100)의 중공 홀(140)에 삽입되어 원통 금형(100)과 결합될 수 있다. 또 회전 헤드(1360)는 원통 금형(100)과 결합된 상태에서 샤프트(1340)를 통해 회전력을 받아 원통 금형(100)을 회전시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 장치(1000)의 결합부에 관한 도면이다.

도 6을 참조하면, 회전 헤드(1360)는 원통 금형(100)과 마주하는 면이 원뿔 형태로 제공될 수 있다. 원뿔 형태의 중심축은 회전 헤드(1360)의 회전축과 일치한다. 또 회전 헤드(1360)의 원뿔 형태는 원통 금형(100)의 경사면(130)과 상보적인 형태를 취하게 된다. 이에 따라 회전 헤드(1360)가 샤프트(1340)에 의해 원통 금형(100) 방향으로 이동하면 회전 헤드(1360)가 중공 홀(140)에 삽입되면서 원통 금형(100)의 경사면(130)과 회전 헤드(1360)의 원뿔 형태의 경사면(130)이 서로 접촉하여 원통 금형(100)과 회전 헤드(1360)가 결합되며, 이때 회전 헤드(1360)의 회전축과 원통 금형(100)의 중심축은 정확하게 일치하게 된다. 이에 따라 회전 헤드(1360)가 회전하면 원통 금형(100)이 정확히 그 중심축으로 회전하게 될 수 있다. 이러한 과정은 별도의 캘리브레이션 과정이 필요없이 이루어질 수 있으므로, 공정이 간단하며 공정 시간이 단축될 수 있다.

또 회전부(1300)는 흡입 홀(1370)과 진공 펌프(1380)를 더 포함할 수 있다. 흡입 홀(1370)은 도 6에 도시된 바와 같이 회전 헤드(1360)의 원뿔 표면에 적어도 하나 이상 마련될 수 있다. 진공 펌프(1380)는 흡입 홀(1370)에 음압을 가할 수 있다. 이러한 음압에 의해 원뿔 표면과 원통 금형(100)의 경사면(130)이 서로 흡착되어 결합될 수 있으며, 회전 헤드(1360)의 회전력이 원통 금형(100)에 안정적으로 전달될 수 있다.

고정부(1400)는 원통 금형(100)이 처리되는 동안 원통 금형(100)을 정위치에 고정시킬 수 있다. 고정부(1400)는 고정 헤드(1420)로 구성될 수 있다. 고정 헤드(1420)는 회전 헤드(1360)와 동일 또는 유사한 형태로 제공될 수 있다. 이에 따라 고정 헤드(1420) 역시 원통 금형(100)의 중공 홀(140)에 삽입되는 형태로 원통 금형(100)에 결합될 수 있으며, 고정 헤드(1420)의 중심축과 원통 금형(100)의 중심축이 정확히 일치될 수 있다.

한편, 도 3 및 도 4에는 고정부(1400)가 단순히 고정된 형태의 고정 헤드(1420)로 구성되는 것으로 도시하였으나, 고정부(1400)는 이와 달리 회전부(1300)와 유사한 형태로 제공될 수도 있다. 예를 들면, 고정부(1400)는 고정 헤드(1420)를 직선 운동 및/또는 회전 운동시킬 수 있는 회전부(1300)의 샤프트(1340) 또는 구동기(1320)와 유사한 형태의 구성을 더 가질 수 있다. 또 마찬가지로 고정부(1400)는 흡입 홀(1370)과 진공 펌프(1380)를 더 구비할 수도 있다.

연마부(1500)는 회전부(1300)에 의해 회전되는 원통 금형(100)의 표면을 연마할 수 있다.

연마부(1500)는 원통 금형(100)의 표면을 연마 처리할 수 있다. 연마부(1500)는 연마기(1520)와 레일(1540)을 포함할 수 있다. 레일(1540)은 원통 금형(100)과 이격되어 원통 금형(100)의 길이 방향과 평행하게 연장되는 형태를 취할 수 있다. 연마기(1520)는 레일(1540) 상에 설치될 수 있다. 구체적으로 연마기(1520)는 연마기 바디(1522), 피스톤(1524) 및 연마 헤드(1526)를 포함할 수 있다. 바디(1522)는 레일(1540)에 설치되어 레일(1540)을 따라 원통 금형(100)의 길이 방향으로 이동할 수 있다. 피스톤(1524)은 바디(1522)로부터 연장되어 원통 금형(100) 방향으로 이동(예를 들어, 승강 이동)할 수 있다. 연마 헤드(1526)는 피스톤(1524)의 단부에 설치되며, 피스톤(1524)의 이동에 따라 원통 금형(100)과 이격되거나 접촉할 수 있다. 연마 헤드(1526)의 원통 금형(100)과 마주하는 면(예를 들면, 하면)에는 연마면(1526a)이 형성될 수 있다. 연마면(1526a)은 피스톤(1524)의 이동에 따라 원통 금형(100)의 외주면(110)에 접촉할 수 있다. 또 피스톤(1524)은 연마가 원활히 이루어지도록 원통 금형(100)의 외주면(110)에 접촉한 연마면(1526a)에 적절한 압력이 가압되도록 할 수 있다.

한편, 본 발명에서 표면 처리 공정은 래핍 공정과 폴리싱 공정으로 이루어질 수 있는데, 이때 연마면(1526a)은 이에 적합한 연마 패드로 제공될 수 있다. 연마 패드의 일 예로는 알루미나 랩핑 필름이나 다이아몬드 서스펜션이 있다. 구체적으로 알루미나 랩핑 필름은 입도 크기가 1㎛~30㎛ 규격을 가질 수 있다. 또 다이아몬드 서스펜션은 입도 크기가 0.05㎛~3㎛ 규격을 가질 수 있다.

이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법에 관하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법에 관해서는 상술한 원통 금형 처리 장치(1000)를 이용하여 상술한 원통 금형(100)을 처리하는 것으로 설명한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것에 불과하므로 본 발명에서 원통 금형 처리 방법이 상술한 원통 금형(100)이나 원통 금형 처리 장치(1000)로 인하여 한정되는 것은 아니다.

또한, 원통 금형 처리 방법에서 후술되는 각 단계들이 모두 필수적인 것은 아니므로 원통 금형 처리 방법은 후술되는 단계들 중 일부를 생략하고 수행될 수 있으며, 또 후술되는 각 단계들이 반드시 설명된 순서대로만 수행되어야 하는 것도 아니므로 먼저 설명된 단계가 나중에 수행되거나 반대로 나중에 설명된 단계가 먼저 수행되는 것도 가능하며 일부 단계가 동시에 진행되는 것도 가능하다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법의 전체 순서도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법은 원통 금형(100)을 도금하는 단계(S110), 원통 금형(100)을 표면 처리하는 단계(S120), 원통 금형(100)을 세정하는 단계(S130) 및 원통 금형(100)을 건조시키는 단계(S140)를 포함할 수 있다. 이하에서는 상술한 각 단계에 관하여 설명한다.

도금 공정에서는 원통 금형(100)을 도금할 수 있다(S110). 도금 공정에서는 원통 금형(100)의 표면에 도금층을 형성할 수 있다. 여기서, 도금층은 니켈 도금층일 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 또는 그 합금 재질의 원통 금형(100)은 인(P) 함유량이 8~12%인 니켈(Ni)층으로 도금될 수 있다.

도 8 내지 도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법에서 도금 공정에 관한 도면이다. 도 8 및 도 9에는 원통 금형(100)을 도금 처리하기 위한 도금 수조(2000)가 도시되어 있다.

일 예에 따르면, 도금 수조(2000)는 도 8에 도시된 바와 같이 몸체(2100), 유입구(2120), 배출구(2140), 걸개(2200) 및 스티어(stir)부(2300a)를 포함할 수 있다. 몸체(2100)는 수조 형태로 제공되며, 몸체(2100)의 내부에는 도금액이 수용될 수 있다. 유입구(2120)는 몸체(2100)의 일측에 설치될 수 있으며, 도금액 저장소(R)와 파이프 라인 및 밸브를 통해 연결될 수 있다. 밸브가 열리면 파이프 라인을 통해 도금액 저장소(R)로부터 유입구(2120)를 통해 몸체(2100) 내부에 도금액이 유입될 수 있다. 배출구(2140)는 몸체(2100)의 측벽 하부 또는 하면에 설치될 수 있으며, 파이프 라인과 밸브를 통해 외부로 연결될 수 있다. 밸브가 열리면 파이프 라인과 밸브를 통해 몸체(2100) 내부의 용액이 외부로 배출될 수 있다. 이때 배출되는 도금액은 불순물을 포함하고 있으므로 도금액을 재생하는 장치로 연결될 수 있다. 또 환경 오염을 방지하기 위하여 배출되는 용액은 따로 모아 처리될 수도 있을 것이다.

걸개(2200)에는 원통 금형(100)이 걸릴 수 있다. 걸개(2200)는 원통 금형(100)이 몸체(2100)에 수용된 도금액에 잠기도록 원통 금형(100)을 지지할 수 있다. 스티어부(2300a)는 도금 수조(2000) 내의 도금액을 휘저어 줄 수 있다. 이에 따라 원통 금형(100)의 도금이 보다 신속하게 이루어질 수 있다. 또 도금액이 휘저어짐에 따라 원통 금형(100)의 외주면(110)에 도금액이 보다 고르게 도포될 수 있다.

다른 예에 따르면, 도금 수조(2000)는 도 9에 도시된 바와 같이 도 8의 도금 수조(2000)와 달리 걸개(2200)와 스티어부(2300a) 대신 모션부(2300b)를 가질 수 있다. 구체적으로 모션부(2300b)는 모션 모터(2320b), 모션축(2340b)과 모션 헤드(2360b)를 포함할 수 있다. 모션부(2300b)의 구성은 원통 금형 처리 장치(1000)의 회전부(1300)와 동일 또는 유사하게 제공될 수 있다. 예를 들어, 모션 헤드(2360b)는 원뿔 형태로서 원통 금형(100)의 중공 홀(140)에 삽입되는 형태로 원통 금형(100)을 도금 수조(2000) 내에서 지지할 수 있다. 또 모션 모터(2320b)는 구동력을 발생시켜 모션축(2340b)을 회전 및/또는 승강시킬 수 있으며, 이에 따라 모션 헤드(2360b)에 안착된 원통 금형(100)은 수조 내에서 상하로 이동하거나 또는 회전할 수 있다. 이에 따라 원통 금형(100)에 도금액이 신속하게 도금되거나 또는 고르게 도포될 수 있다.

도금 공정에서는 상술한 도금 수조(2000)에 도금액을 제공하고, 도금액에 원통 금형(100)이 담기도록 한 뒤, 스티어부(2300a) 또는 모션부(2300b)로 도금액을 젓거나 원통 금형(100)을 승강/회전시켜 원통 금형(100)을 도금시킬 수 있다. 예를 들어, 도금액으로 상술한 니켈 도금액을 사용하여 원통 금형(100)의 외주면(110)을 무전해 니켈 도금 처리할 수 있다. 또 도금이 종료되면, 도금액을 배출하거나 또는 원통 금형(100)을 수조로부터 꺼내서 원통 금형(100)을 열처리할 수 있다. 도금 및 열처리가 완료된 원통 금형(100)은 표면 경도가 900~950Hv가 될 수 있다.

물론, 원통 금형(100)의 도금이 반드시 니켈 도금으로 한정되는 것은 아니며 표면 경도 역시 원하는 수치로 적절히 변경될 수 있음은 물론이다.

도금이 완료되면 원통 금형(100)을 표면 처리할 수 있다(S120).

표면 처리 공정은 상술한 원통 금형 처리 장치(1000)를 이용하여 수행될 수 있다. 먼저 외부로부터 원통 금형(100)이 원통 금형 처리 장치(1000)로 이송된다. 이송된 원통 금형(100)은 지지대(1240)에 안착되어 준비 위치에 놓일 수 있다. 이송기(1220)가 지지대(1240)를 이동시켜 원통 금형(100)이 정위치로 이동하도록 할 수 있다. 원통 금형(100)이 정위치에 놓이면 회전 헤드(1360)가 이동하여 원통 금형(100)의 일단에 결합될 수 있다. 원통 금형(100)의 타단은 고정부(1400)의 고정 헤드(1420)에 고정되게 될 수 있다. 이때 고정부(1400)는 고정되어 있고 회전 헤드(1360)가 이동함에 따라 원통 금형(100)이 이동되어 고정 헤드(1420)가 중공 홀(140)로 삽입될 수 있다. 또는 이와 달리 고정부(1400)가 고정 헤드(1420)를 직접 이동시켜 원통 금형(100)의 중공 홀(140) 내로 삽입시킬 수 있다. 정위치에서 회전 헤드(1360)와 고정 헤드(1420)가 원통 금형(100)에 결합되면, 이송기(1220)는 지지대(1240)를 준비 위치로 이동시킬 수 있다.

진공 펌프(1380)가 음압을 발생시키고, 흡입홀에 음압이 가해져 원통 금형(100)의 경사면(130)과 회전 헤드(1360)의 원뿔면이 서로 고정된다. 이 상태에서 회전 헤드(1360)의 회전축, 고정 헤드(1420)의 중심축 그리고 원통 금형(100)의 중심축은 모두 일치한다. 이제 구동기(1320)가 회전력을 발생시키고 이는 샤프트(1340)를 통해 회전 헤드(1360)로 전달되며, 이로 인해 원통 금형(100)이 회전하게 된다. 한편, 고정부(1400)가 회전부(1300)와 유사한 구성으로 제공되어 고정 헤드(1420)가 회전 헤드(1360)와 마찬가지로 회전하여 원통 금형(100)이 회전부(1300) 측 일단에서만 회전력을 받는 대신 회전부(1300)와 고정부(1400)의 양단에서 회전력을 받아 회전하는 것도 가능하다.

연마부(1500)는 바디(1522)로부터 피스톤(1524)이 연장되어 연마 헤드(1526)가 원통 금형(100)의 외주면(110)과 미리 정해진 압력으로 접촉하도록 한다. 이에 따라 연마면(1526a)이 원통 금형(100)의 외주면(110)을 연마할 수 있다. 이때 연마기(1520)는 원통 금형(100)의 길이 방향으로 이동하면서 원통 금형(100)의 전체 외주면(110)이 모두 균일 연마되도록 할 수 있다.

원통 금형(100)의 외주면(110)이 충분히 연마되면 연마 헤드(1526)가 원통 금형(100)으로부터 이격되고, 회전부(1300)가 회전을 멈춘다. 다음으로 지지대(1240)가 정위치로 이송되고, 회전 헤드(1360)와 고정 헤드(1420)가 원통 금형(100)으로부터 이격되며, 이에 따라 원통 금형(100)이 지지대(1240)에 안착된다.

이러한 표면 처리 공정은 연마 패드를 교체해 가면 반복적으로 이루어질 수 있다. 처음에는 입도가 큰 연마 패드를 이용하여 거칠게 표면 처리를 먼저 수행하고, 점차적으로 입도가 작은 연마 패드를 이용하여 표면을 조밀하게 처리하여 최종적으로 원통 금형(100)을 경면 처리할 수 있다.

전체적으로 이러한 표면 처리 공정은 러프하게 표면을 처리하는 랩핑 공정(S122)과 랩핑 공정에 이어 보다 표면을 조밀하게 처리하는 폴리싱 공정(S124)으로 구성될 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법에서 표면 처리 공정 중 랩핑 공정의 공정 조건에 관한 표이다.

랩핑 공정은 도 10에 도시된 공정 조건에 따라 수행될 수 있다. 또 래핑 공정은 상술한 표면 처리 공정을 반복적으로 수 차례 반복함에 따라 수행될 수 있다. 구체적으로 알루미늄 또는 그 합금으로 제공되는 원통 금형(100)에 대해서 연마 패드로 입도 크기가 1㎛~30㎛ 규격을 가지는 알루미나 랩핑 필름 수 종류(예를 들어, 5~7 종류)을 사용하여 그 입도 크기가 큰 순으로부터 작은 순으로 차례로 반복할 수 있다. 보다 구체적으로 30㎛, 15㎛, 9㎛, 5㎛, 3㎛, 1㎛의 입도 크기를 가지는 랩핑 필름이 사용될 수 있으며, 이때 연마 헤드(1526)와 외주면(110)의 접촉 압력은 0.22MPa로 제어될 수 있다. 이때 연마기(1520)의 이송 속도는 90m/min~140m/min일 수 있다. 한편, 원통 금형(100)의 회전 속도는 100rpm~300rpm일 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 이송기(1220)에는 분사 노즐(미도시)이 더 설치될 수 있다. 분사노즐은 순수(DI water), 이소프로필알코올(IPA: Iso-Propyl Alcohol)과 윤활제가 조합된 공작액을 원통 금형(100)의 표면에 분사할 수 있다. 공작액의 비율은 순수:IPA:윤활제가 각각 5:4:1일 수 있으며, 그 비율은 적절히 가감될 수 있다. 또 분사노즐의 분사 속도는 20ml/min 가량일 수 있다. 이러한 랩핑 공정에 의해 연마되는 원통 금형(100)의 표면 두께는 50㎛ 이하로 제한될 수 있다.

랩핑이 종료되면 이어 폴리싱 공정을 수행할 수 있다. 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통 금형 처리 방법에서 표면 처리 공정 중 폴리싱 공정의 공정 조건에 관한 표이다.

폴리싱 공정은 도 11에 도시된 공정 조건에 따라 수행될 수 있다. 폴리싱 공정 역시 랩핑 공정처럼 수 차례 반복 수행될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 공정은 입도 크기가 0.05㎛~3㎛ 규격을 가지는 다이아몬드 서스펜션으로 제공되는 수 종류(예를 들어, 3~5종류)의 연마 패드를 이용하여 그 입도 크기가 큰 순으로부터 작은 순으로 차례대로 수행될 수 있다. 각 공정은 약 25~35분 간 실시될 수 있다. 이때 연마기(1520)의 이송 속도는 랩핑 공정과 유사한 약 140m/min, 원통 금형(100)의 회전 속도는 약 100rpm~300rpm을 유지할 수 있다. 한편, 다이아몬드 서스펜션의 입도 크기는 3㎛, 1㎛, 0.5㎛, 0.05㎛가 차례로 사용될 수 있으며, 각 공정에서 다이아몬드 서스펜션의 투여량은 약 10ml/min일 수 있다. 또 연마 두께의 깊이는 10㎛로 제한될 수 있다.

이러한 랩핑 및 폴리싱을 거친 알루미늄 원통 금형(100)은 예를 들면, 최종적으로 그 외주면(110)의 표면 조도가 2㎚~3㎚로 될 수 있다. 이때 원통도는 평균 15㎛이하, 직진도는 평균 10㎛이하로 조절될 수 있다.

이와 같이 랩핑과 폴리싱을 거쳐 적절한 표면 조도와 경도를 가지는 원통 금형(100)은 그 표면에 나노 단위의 패터닝에 따라 미세 패턴이 정밀하게 형성될 수 있어 나노 롤 임프린트 공정에서 마스터 롤로 이용될 수 있다. 다만, 이상에서 설명한 것은 본 발명의 예시에 불과하므로 연마 패드의 종류나 공정 시간, 반복 회수, 원통 금형(100)의 표면 경도, 표면 조도 등과 같은 원통 금형(100)의 특성 등이 상술한 예로 한정되는 것은 아니다.

원통 금형(100)의 표면 처리가 종료되면, 원통 금형(100)을 세정할 수 있다(S130). 세정은 IPA나 순수를 통해 원통 금형(100)의 표면에 잔류하는 찌꺼기를 제거함으로써 이루어질 수 있으며, 세정이 종료되면, 원통 금형(100)을 자연 건조 또는 가열 건조 시킬 수 있다(S140).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예들은 서로 별개로 또는 조합되어 구현되는 것도 가능하다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 원통 금형 110: 외주면
120: 내주면 130: 경사면
140: 중공 홀
1000: 원통 금형 처리 장치 1100: 몸체
1200: 지지부 1220: 이송기
1240: 지지대 1300: 회전부
1320: 구동기 1340: 샤프트
1360: 회전 헤드 1370: 흡입 홀
1380: 진공 펌프 1400: 고정부
1420: 고정 헤드 1500: 연마부
1520: 연마기 1522: 바디
1524: 피스톤 1526: 연마 헤드
1526a: 연마면 1540: 레일
2000: 도금 수조 2100: 몸체
2120: 유입구 2140: 배출구
2200: 걸개 2300a: 스티어부
2320a: 스티어 모터 2340a: 스티어축
2360a: 프로펠러 2300b: 모션부
2320b: 모션 모터 2340b: 모션축
2360b: 모션 헤드
R: 도금액 저장소

Claims (16)

1. 내부에 중공 홀이 형성된 원통 형상으로 제공되고, 양측 단부에 외주면으로부터 중심축을 향하여 내측으로 연장되는 경사면이 형성되는 원통 금형을 처리하는 원통 금형 처리 장치로서,
   상기 경사면에 상보적인 원뿔 형상으로 제공되고, 상기 중공 홀에 삽입되어 상기 원통 금형의 중심축과 그 회전축이 일치하도록 상기 원통 금형과 결합되고, 상기 원통 금형을 회전시키는 회전부; 및
   상기 원통 금형의 외주면과 접촉한 상태에서 상기 원통 금형의 길이 방향을 따라 이동하는 연마부;를 포함하되,
   상기 회전부에는, 상기 원뿔 형상으로 제공되어 상기 원뿔 형상의 표면에 음압을 발생시켜 상기 원통 금형의 경사면과 상기 회전 헤드를 고정 결합시키는 흡입 홀이 제공되는 회전 헤드, 상기 회전 헤드에 연결되는 샤프트 및 회전력을 발생시켜 상기 샤프트를 통해 상기 회전 헤드를 회전시키거나 또는 상기 샤프트를 왕복 운동시켜 상기 회전 헤드를 상기 중공 홀에 삽입시키는 구동기가 제공되는
   원통 금형 처리 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 회전 헤드는, 상기 원통 금형의 일측 단부와 결합되고,
   상기 원통 금형 처리 장치는, 상기 원뿔 형상으로 제공되어, 상기 원통 금형의 타측 단부와 결합되는 고정 헤드를 더 포함하는
   원통 금형 처리 장치.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 회전 헤드는, 상기 원통 금형의 양측 단부에 각각 결합되도록 두 개가 제공되는
   원통 금형 처리 장치.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 연마부는,
   상기 원통 금형과 이격된 위치에 상기 원통 금형의 길이 방향에 따라 연장되는 레일, 상기 레일에 설치되어 상기 레일을 따라 이동하는 보디, 상기 보디로부터 상기 원통 금형을 향하여 움직이는 피스톤 및 상기 피스톤의 움직임에 따라 상기 원통 금형의 외주면에 접촉하는 연마 패드를 포함하는
   원통 금형 처리 장치.
   
7. 제6 항에 있어서,
   상기 연마 패드는, 알루미나 랩핑 필름 또는 다이아몬드 서스펜션을 포함하는
   원통 금형 처리 장치.
   
8. 제1 항에 있어서,
   상기 원통 금형의 외주면에 공작액을 분사하는 분사 노즐;을 더 포함하는
   원통 금형 처리 장치.
   
9. 내부에 중공 홀이 형성된 원통 형상으로 제공되고, 양측 단부에 외주면으로터 중심축을 향하여 내측으로 연장되는 경사면이 형성되는 원통 금형을 처리하는 원통 금형 처리 방법으로서,
   상기 경사면에 상보적인 원뿔 형상으로 제공되는 회전 헤드가 상기 중공 홀에 삽입되어 상기 원통 금형의 중심축과 그 회전축이 일치하도록 상기 원통 금형과 결합되는 단계;
   상기 회전 헤드의 표면에 형성된 흡입 홀이 음압을 발생시켜 상기 회전 헤드와 상기 원통 금형의 경사면이 고정 결합되는 단계;
   상기 회전 헤드가 상기 원통 금형을 회전시키는 단계; 및
   연마 패드가 상기 회전하는 원통 금형의 외주면에 접촉하여 상기 원통 금형의 외주면을 연마하는 단계;를 포함하는
   원통 금형 처리 방법.
   
10. 삭제
11. 제9 항에 있어서,
    상기 원통 금형의 외주면 전체가 연마되도록 상기 연마 패드가 상기 원통 금형의 길이 방향에 따라 왕복하는 단계;를 더 포함하는
    원통 금형 처리 방법.
    
12. 제9 항에 있어서,
    상기 원통 금형의 외주면에 공작액을 분사하는 단계;를 더 포함하는
    원통 금형 처리 방법.
    
13. 제9 항에 있어서,
    상기 원통 금형을 도금액이 수용되는 도금 수조에 담궈 상기 원통 금형의 표면을 도금 처리하는 단계;를 더 포함하는
    원통 금형 처리 방법.
    
14. 제13 항에 있어서,
    상기 도금 처리하는 단계는, 상기 원통 금형을 상기 도금 수조의 하부에 제공되는 반구형의 지지대 상에 안착시키는 단계 및 상기 지지대가 회전 운동 및 승강 운동 중 적어도 하나에 따라 상기 원통 금형을 움직이는 단계;를 포함하는
    원통 금형 처리 방법.
    
15. 삭제
16. 삭제

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