KR101674760B1 - 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤, 이를 이용한 마이크로 금속 와이어의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤, 이를 이용한 마이크로 금속 와이어 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마스터 롤의 표면에 원주 방향으로 형성된 복수의 평행한 음각부, 상기 음각부를 채우며 형성된 절연부, 및 상기 절연부 사이에 노출되어 폭(d)을 갖는 전착부를 포함하는 마스터 롤; 및 이를 이용하여 단면이 곡선부 및 직선부를 포함하는 폐도형으로 형성된 마이크로 와이어를 획득하는 단계를 포함하는 마이크로 금속 와이어 제조방법에 관한 것이다.

Description

마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤, 이를 이용한 마이크로 금속 와이어의 제조방법{MASTER ROLL FOR FABRICATING MICRO METAL WIRES AND METHOD FOR FABRICATING MICRO METAL WIRES USING THE SAME}

본 발명은 마이크로 금속 와이어를 제조하는 마스터 롤 및 상기 마이크로 금속 와이어의 제조방법에 관한 것으로서, 전기 주조법에 의해 금속 와이어를 제조하기 위한 마스터 롤, 이에 적합한 방법 및 이로부터 획득된 마이크로 금속 와이어에 관한 것이다.

마이크로 금속 와이어는 머리카락의 직경보다 작은 5 내지 50㎛의 직경을 갖는 매우 가는 금속 선재이다. 의류, 필터, 전자파차폐, 전지전극재, 복합재료 강화섬유 등 매우 다양한 분야에서 이와 같은 마이크로 금속 와이어가 사용된다. 상기와 같은 금속 섬유의 전세계 시장 규모는 수 조원에 달하며, 통상 선재 가격의 10배 이상으로 매우 고가이다.

마이크로 금속 와이어를 만드는 방법으로는, 예를 들어 벨기에의 베카트(Bekaert), 일본정선(Nippon seisen)과 같은 주요 업체에서 적용하고 있는 집속 인발(Bundle drawing)법이 있다. 집속 인발법은 구체적으로 선재에 코팅을 한 후 반복 인발을 하고 코팅층을 제거하여 100 ㎛ 이하의 스테인레스 와이어를 주로 만드는데 사용된다. 집속 인발은 선재의 다발화, 반복 인발 과정, 최종 신선 후 선재의 분리 과정의 수행에 있어서 고비용이 소요되며, 코팅층을 화학적으로 제거해야 하므로 환경오염의 문제가 발생할 수 있다.

다른 방법으로는, 용융 방사(Melt spinning)가 있는데 금속을 용융하여 고속 회전하는 디스크 상에서 응고시켜 비정질 금속 선재를 생산하는 방법으로, 두께 편차 조절 및 생산성에 한계가 있으며, 선재의 직진성이 좋지 않은 문제가 있다.

또 다른 방법으로는 고온수소환원 분위기에서 선재 다발을 공형압연하는 방법이 있으나 세선화 시 공정 시간 및 비용이 크게 증가하는 문제가 있다.

또 다른 방법으로는 유리튜브(Glass tube)에 용융 금속을 넣고 열을 가해 두께를 감소시켜 유리로 코팅된 금속 필라멘트를 생산하는 테일러-와이어(Taylor-wire)법이 있는데, 금속과 유리의 반응성을 방지해야 하므로 실리카가 없는 소듐 보레이트 유리를 사용한다. 이와 같은 방법에 의하면 생산량이 매우 적어지며, 유리가 코팅된 금속 필라멘트 형태로 획득되므로, 금속선만 필요할 경우 불산으로 유리를 녹여야 하는 문제가 있다.

또 다른 방법으로는 선반으로 소재를 절삭시킬 때 바이트에 주기적인 진동을 가하여 섬유 상의 절삭물을 얻는 방법인 절삭법(Cut method)이 있으며, 이러한 방법에 의하면 직경이 20 내지 80㎛ 내외인 구리합금, 알루미늄합금, 철합금 등의 마이크로 와이어를 생산할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법에 의해 생산된 마이크로 와이어는 굵기 편차가 있으며, 선재의 직진성도 유지되지 않고 구부러져 있어 용도에 한계가 있는 문제가 있다.

이에 본 발명의 한 측면은 낮은 공정 비용 및 높은 생산성을 가지며 마이크로 금속 와이어를 제조할 수 있도록 하는 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 본 발명의 마스터 롤을 적용하여 고품질의 금속 와이어를 생산할 수 있도록 하는 마이크로 금속 와이어 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 측면은 이와 같은 본 발명에 의해 제조된 마이크로 금속 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 마스터 롤의 표면에 원주 방향으로 형성된 복수의 평행한 음각부, 상기 음각부를 채우며 형성된 절연부, 및 상기 절연부 사이에 노출되어 폭(d)을 갖는 전착부를 포함하는 마스터 롤이 제공된다.

상기 마스터 롤의 표면을 기준 높이로 한 절연부의 높이(h)는 0 내지 d/2인 것이 바람직하다.

상기 마스터 롤은 Ti, Cu, Ni, Cr, Co, Mo, Fe, 및 스테인리스강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성된 것이 바람직하다.

상기 마스터 롤은 최외각 표면으로부터 적어도 상기 음각부가 형성된 깊이까지의 조성이 동일한 금속으로 형성된 것이 바람직하다.

상기 마스터 롤의 표면 조도는 10 ㎚ < Ra < 500 nm 또는 30 ㎚ < Rz < 5 ㎛ 인 것이 바람직하다.

상기 마스터 롤의 표면 조도는 전착부의 폭(d)에 대해 d/5000 < Ra < d/100 또는 d/2000 < Rz < d/5 인 것이 바람직하다.

상기 절연부는 세라믹, 또는 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료로 형성된 것이 바람직하다.

상기 전착부는 4 내지 150㎛의 폭을 갖는 것이 바람직하다.

상기 절연부의 폭은 상기 전착부 폭의 50% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 전류 인가 하에 상기 본 발명의 마스터 롤 표면에 금속 이온을 포함하는 전해액을 공급하여 마스터 롤의 전착부에 금속을 전착시키는 단계; 및 상기 마스터 롤 표면에 전착된 금속을 박리하여 단면이 곡선부 및 직선부를 포함하는 폐도형으로 형성된 마이크로 와이어를 획득하는 단계를 포함하는 마이크로 금속 와이어 제조방법이 제공된다.

상기 금속은 Ti, Cu, Ni, Cr, Co, Mo, Fe 및 스테인리스강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종의 금속 또는 2종 이상의 합금인 것이 바람직하다.

상기 마이크로 금속 와이어 제조방법은, 마이크로 와이어를 세척하는 단계; 및 전착된 금속을 박리한 후 마스터 롤을 인라인 연마하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 마이크로 와이어의 단면은 D자 형태인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 원가가 절감된 금속 초극세사의 생산이 가능하며, 금속 섬유의 직경이 작을수록 비용이 증가하는 기존 공정과 달리 직경이 작을수록 생산성이 증가하여 생산 원가의 증가가 크지 않다. 특히, 본 발명에 의한 마스터 롤은 인라인 연마가 가능하므로 패턴 사이즈, 표면 전도도 균일성, 표면 조도 등과 같은 마스터 롤의 표면 품질을 유지하기가 용이하며, 이에 따라 고품질의 금속 와이어를 생산할 수 있다. 나아가, 마스터 롤의 오프라인 연마도 가능하여 마스터 롤의 사용 기간을 극대화함으로서 가동 장비의 운용 시간을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 금속 와이어의 제조 방법을 예시적으로 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 마스터 롤 구조의 일 예를 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 마스터 롤 구조의 다른 예를 도식화한 것이다.
도 4는 내구성이 약한 마스터 롤의 구조를 도식화한 것이다.
도 5는 마이크로 금속 와이어의 형상 및 박리 특성에 문제가 발생할 수 있는 마스터 롤의 구조를 도식화한 것이다.
도 6은 본 발명에 의해 제공되는 마이크로 금속 와이어의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 의하면, 전기주조에 의한 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤 및 이를 사용하여 금속 와이어를 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명의 마스터 롤은 특히 전기주조법을 이용하여 금속 이온의 전착에 의해 마이크로 금속 와이어를 제조하는데 적용되는 것으로서, 보다 구체적으로는 드럼형 전주장치에 있어서 금속을 전착하여 마이크로 금속 와이어를 제조할 수 있는 마스터 롤을 제공한다. 도 1은 본 발명에 따른 마이크로 금속 와이어의 제조 방법을 예시적으로 도식화한 것이다.

본 발명의 마스터 롤은 마스터 롤의 표면에 원주 방향으로 형성된 복수의 평행한 음각부, 상기 음각부를 채우며 형성된 절연부, 및 상기 절연부 사이에 노출되어 폭(d)을 갖는 전착부를 포함하는 것이다.

한편, 상기 마스터 롤의 표면을 기준 높이로 한 절연부의 높이(h)는 0 내지 d/2인 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 마스터 롤 구조의 예를 도식화한 것으로, 도 2는 마스터 롤의 표면을 기준 높이로 한 절연부(200)의 높이(h)가 0인 경우를 나타낸 것이며, 이와 같은 마스터 롤을 이용하는 경우 폭(d)을 갖는 전착부(100) 상에 마이크로 금속 와이어가 도금되어 이상적인 형태로 와이어 형상이 도출될 수 있다.

다만, 절연물의 경도가 금속으로 이루어진 전착부의 경도보다 높은 경우에는 마스터 롤을 제조한 후 연마를 수행한 결과 도 3과 같이 마스터 롤의 표면을 기준 높이로 한 절연부(200)의 높이(h)가 0을 초과할 수 있다. 이때, 상기 마스터 롤의 표면을 기준 높이로 한 절연부의 높이(h)가 d/2를 초과하는 경우에는 전착 공정 수행 시 전착에 오히려 방해가 될 수 있으며, 높은 절연부로 인해 마스터 롤에서 금속 와이어를 분리 시 어려움이 있어 바람직하지 않다.

한편, 도 4와 같이 절연부가 음각부 상에 형성되지 않고 마스터 롤 표면에 형성 된 경우(300)에는 연마 시 절연부에 응력이 가해져 쉽게 마스터 롤의 표면으로부터 분리되는 문제가 발생하게 되며, 이러한 경우 와이어가 서로 붙는 치명적인 불량이 발생하게 된다. 또한 도 5와 같이 절연부(200)의 높이가 상기 마스터 롤의 표면을 기준으로 낮은 경우에는 전착부(100)가 3면으로 노출되어 도금 역시 3면에 진행되므로, 이 경우 마이크로 금속 와이어의 분리가 쉽지 않아 단선 등의 불량이 발생할 수 있으며, 또한 와이어의 형상이'ㄷ'자 형태와 같이 만들어져 바람직하지 않다.

본 발명의 상기 마스터 롤은 Ti, Cu, Ni, Cr, Co, Mo, Fe, 및 스테인리스강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성된 것이 바람직하며, 상기 마스터 롤은 최외각 표면으로부터 적어도 상기 음각부가 형성된 깊이까지의 조성이 동일한 금속으로 형성된 것이 바람직하다.

보다 상세하게, 마스터 롤은 전체가 하나의 동일한 조성으로 이루어지거나 또는 중심부와 외각부가 다른 재질의 금속으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 마스터 롤의 균일 통전성을 위해 롤 내부에 Cu가 사용되는 것이 바람직하며, 롤 외부에는 pH 4 이하의 강산 전해액에 대한 내부식성을 갖고 있는 Ti 또는 Cr 등의 금속이 사용될 수 있으며, 한편 스테인레스 강이나, Co 합금도 사용이 가능하다.

다만, 마스터 롤은 최외각 표면으로부터 적어도 상기 음각부가 형성된 깊이까지의 조성이 동일한 금속으로 형성된 것이 바람직하며, 예를 들어 직경이 50 ㎛인 금속 와이어를 제조하는 경우 마스터 롤의 최외각 표면으로부터 100 ㎛ 의 깊이까지 동일한 조성으로 이루어질 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 마스터 롤 최외각층의 1 mm 이상의 두께가 조성이 동일한 금속층으로 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서 동일한 조성이란 층 내의 성분, 조직 등과 같이 물리적, 화학적, 전기적 특성이 균질한 것을 말하며, 깊이 방향으로 연마하여도 마스터 롤의 물리적, 화학적, 전기적 특성이 변하지 않도록 유지되는 것을 의미한다.

마스터 롤의 중심부와 외각부가 다른 재질의 금속으로 이루어지는 경우 외각부는 패턴이 형성되는 부분이므로 두께가 충분히 두꺼워야 한다. 외각부의 두께가 얇을 경우 형성될 수 있는 음각 패턴의 깊이가 제한되며, 패턴의 깊이가 낮은 경우 인라인(In-line) 연마나 롤을 분리하여 실시하는 후연마가 어려워지므로 마스터 롤의 표면 품질을 일정하게 유지하기 어렵게 된다. 이러한 경우 도금 불균일로 인하여 마이크로 금속 와이어의 전해액 중 조기 탈착, 단선, 두께 불균형 등과 같은 다양한 문제의 원인이 된다.

나아가, 얇은 두께의 외각부에 의해 낮은 깊이의 음각부를 갖는 마스터 롤이 제공되는 경우에는 연마에 의해 절연물로 채워진 음각부가 빨리 마모되어 고가의 내부식층 및 음각부 형성 가공을 자주 반복해야 하는 문제도 발생할 수 있다. 따라서, 상기 마스터 롤은 최외각 표면으로부터 적어도 상기 음각부가 형성된 깊이까지의 조성이 동일한 금속으로 형성된 것이 바람직하며, 이러한 조성이 동일한 외각층의 깊이는 마스터 롤의 직경 및 음각부의 깊이에 따라 상이해질 수 있으나, 예를 들어 직경이 10 ㎛인 금속 와이어를 제조하는 경우 마스터 롤의 최외각 표면으로부터 20 ㎛ 이상의 두께에서 조성이 일정한 것이 더욱 바람직하며, 가장 바람직하게는 상기 마스터 롤의 최외각부로부터 100 ㎛ 이상의 두께에서 조성이 일정하게 형성되는 것이 좋다.

상기 마스터 롤의 표면 조도는 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 3D 프로파일러(profiler)를 이용하여 50㎛ × 50㎛의 스캔 범위로 관측할 때, 10 ㎚ < Ra < 500 nm 또는/및 30 ㎚ < Rz < 5 ㎛ 로 조절되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 마스터 롤의 표면 조도는 와이어의 폭(두께)에 상응하는 전착부의 폭(d)을 고려할 때 상기 전착부의 폭(d)에 대해 d/5000 < Ra < d/100 또는/및 d/2000 < Rz < d/5인 것이 바람직하다.

즉, 금속 와이어의 강도는 폭이 얇아질수록 표면 결함에 크게 영향을 받게 되므로, 표면 조도는 와이어의 두께에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 와이어에 요구되는 표면 조도는 상기와 같은 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 이때, 마스터 롤의 표면 조도는 와이어의 강도에 영향을 미치지 않으나, 마스터 롤의 표면 조도가 낮을수록 와이어의 연마 및 유지 관리에 비용이 증가하며, 표면 조도가 높을수록 정상적인 인장 강도 이하에서도 변형 및 파단이 일어날 가능성이 증가하는바, 상기 마스터 롤의 표면 조도는 상술한 범위의 Ra 및 Rz 값을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 음각부를 채우며 형성된 절연부는 세라믹, 또는 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료로 형성된 것이 바람직하다. 상기 폴리머의 종류는 특히 제한되는 것은 아니며, 절연성을 갖는 어떠한 폴리머 또는 수지를 사용할 수 있다.

상기 음각부를 유기계 수지로 형성하는 경우에는 약 60℃ 이상의 고온 및 강산성 분위기의 전해액 중에서 한달 이상의 양산 연속 가동에 의해 산화, 크랙, 변성, 박리 등의 문제가 발생할 수 있다. 본 발명의 마이크로 금속 와이어는 길이가 상대적으로 짧은 판재나 판재 성형재와 달리 그 길이가 수 km에 달할 정도로 수요자의 필요에 따라 긴 시간 동안 연속 가동을 해야 하는 큰 과제가 있으므로, 이러한 기간 동안 가공된 마스터 롤을 유지하면서 연속적으로 균일한 품질의 마이크로 금속 와이어를 생산하기 위해서는 세라믹을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 음각부는 선삭 가공, 밀링 가공, 레이저 가공, 전해 가공, 전자빔 가공, 플라즈마 가공 등에 의해 수행될 수 있으며, 이와 같이 형성된 상기 음각부를 채우고 절연부를 형성하는 방법은 특히 제한되는 것은 아니나 용사, 코팅, 라미네이팅, 프린팅 등에 의해 수행될 수 있다.

본 발명에 있어서 음각부 및 전착부의 폭, 깊이, 간격 등은 원하는 금속 와이어의 크기에 따라 조절이 가능하며, 예를 들어 바이트를 이용하여 가공할 수 있다. 이러한 바이트를 이용한 가공의 장점은 마이크로 금속 와이어의 크기를 결정하는 마스터 롤의 노출된 표면인 천착부의 크기가 공구의 크기에 의해 결정되는 것이 아니라, 공구를 위치시키는 가공 장비의 공간 분해능이 음각부 사이의 간격을 제어하므로, 광폭, 즉 큰 직경의 마스터 롤을 정밀하게 가공하여 마이크로 금속 와이어를 제조하는데 용이하다.

한편, 상기 마스터 롤의 표면 중 음각부, 즉 절연부가 형성된 나머지 부분에 해당하는 상기 전착부는 4 내지 150㎛의 폭(d)을 갖는 것이 바람직하다. 상기 전착부의 폭이 4㎛ 미만인 경우에는 전착 범위가 너무 작아 충분한 전착량을 얻기가 어려울 수 있으며, 이로부터 얻어진 마이크로 금속 와이어의 박리 시에 와이어의 절단 발생 등과 같은 공정상 문제점을 야기할 수 있다. 반면, 상기 전착부의 폭이 150㎛를 초과하는 경우에는 단위 생산량의 감소를 초래할 수 있다. 나아가, 전착부의 폭이 큰 경우에는 두께 또한 그 전착 폭에 비례하여 상당한 정도로 증대되어야 하는바, 마이크로 금속 와이어의 생산 속도 저하를 초래할 수 있다.

상기와 같은 전착부의 폭에 대한 한정은 제조 공정 및 생산성 관점에 의해 한정한 것으로서, 필요에 따라 감소 및 증가시킬 수 있다.

나아가, 상기 절연부의 폭은 상기 전착부 폭의 50% 이상인 것이 바람직하며, 상기 절연부의 폭이 상기 전착부 폭의 50% 미만인 경우에는 인접한 전착부 사이의 간격이 좁아지므로 전착부 및 전착부 상에 형성된 마이크로 와이어끼리 접촉 가능성이 증가하게 되어 원하는 마이크로 금속 와이어를 얻지 못할 수 있다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 전류 인가 하에 상술한 본 발명의 마스터 롤 표면에 금속 이온을 포함하는 전해액을 공급하여 마스터 롤의 전착부에 금속을 전착시키는 단계; 및 상기 마스터 롤 표면에 전착된 금속을 박리하여 단면이 곡선부 및 직선부를 포함하는 폐도형으로 형성된 마이크로 와이어를 획득하는 단계를 포함하는 마이크로 금속 와이어 제조방법이 제공된다.

본 발명에 있어서 전착되는 상기 금속은 Ti, Cu, Ni, Cr, Co, Mo, Fe 및 스테인리스강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종의 금속 또는 2종 이상의 합금일 수 있으며, 특히 상기 금속은 철-니켈 합금인 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명의 상기 마이크로 금속 와이어 제조방법은 마이크로 와이어를 세척하는 단계; 및 전착된 금속을 박리한 후 마스터 롤을 인라인 연마하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 마스터 롤이 인라인 연마가 가능한 구조로 제공됨으로써 패턴의 사이즈, 표면 전도도 균일성, 표면 조도 등과 같은 마스터 롤의 표면 품질의 유지가 가능하며, 이에 따라 마스터 롤을 이용하여 생산되는 금속 와이어를 고품질로 장시간 생산할 수 있다.

나아가, 마스터 롤의 오프라인 연마가 가능하므로, 마스터 롤의 사용 기간을 극대화 시킬 수 있고, 이에 따라 마스터 롤의 구매, 유지 비용을 절감하며, 가동 장비의 운용 시간을 증대시킬 수 있다.

본 발명의 마스터 롤 및 마이크로 금속 와이어 제조방법을 적용하여 전기주조를 통해 얻어진 마이크로 금속 와이어의 전착면은 전기주조 조건에 따라 다를 수 있는 것으로서 특별히 한정하지 않으나, 마스터 롤의 전착부 형상이 그대로 전사되므로, 마스터 롤의 전착부와 동일한 표면 상태를 갖는다. 따라서, 상기 마이크로 금속 와이어의 전착면은 전체적으로 직선부를 포함하는 평탄면을 갖는다.

즉, 본 발명에 의하면, 전기주조에 의해 형성된 마이크로 금속 와이어로서, 상기 와이어는 곡선부 및 직선부를 포함하는 폐도형으로 형성된 단면 형상을 갖는 마이크로 금속 와이어가 제공된다.

즉 도 6에 나타난 바와 같이 하나의 직선부(41)와 하나의 곡선부(43)를 포함하는 폐 루프(closed loop)의 형상을 가질 수 있으며, 상기 단면 형상에서 직선부(41)의 길이는 전착부의 폭에 따라 달라질 수 있는 것으로서, 예를 들어 상기 와이어는 단면의 상기 직선부의 길이가 4 내지 150㎛의 범위일 수 있으며, 곡선 역시 전기주조 조건에 따라 달라질 수 있다. 상기 마이크로 와이어의 단면은 예를 들어 D자 형태일 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 마스터 롤을 사용하여 전기주조에 의해 마이크로 금속 와이어를 제조함으로써 마스터 롤을 형성하는 전도성 필름에 전류를 균일하게 인가할 수 있으며, 이로 인해 균일한 품질을 갖는 마이크로 금속 와이어를 저렴하고 연속적으로 대량 생산할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 마스터 롤은 그 제조비용이 저렴하여 상이한 직경의 마이크로 금속 와이어를 생산하고자 하는 경우에도 적극적으로 대응할 수 있어 경제적이다.

이와 같은 마이크로 금속 와이어는 금속 필터, 전자파 차폐재, 금속 섬유, 금속 전극, 금속 전선 등을 제조하는데 사용되는바, 본 발명을 적용함으로써 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

스테인레스 롤에 전도성을 균일하게 유지하기 위해 구리를 도금한 후 최외각부에 5 mm의 Ti 판재를 감아 용접한 마스터 롤을 이용하여, 마스터 롤의 표면 조도를 낮추기 위해 연마석 및 래핑 필름으로 약 Ra 100 nm로 연마를 수행하였다. 이와 같이 절연부 형성 전 1차로 마스터 롤의 표면 조도를 낮추는 경우 전착부의 최종 표면 조도를 유지하는데 도움이 된다.

상기와 같이 획득된 마스터 롤 표면을 음각하기 위해 다이아몬드 코팅된 초경합금으로 된 절단용 바이트를 이용해 폭 200 ㎛, 깊이 100 ㎛, 간격 30 ㎛로 경면 연마된 Ti 표면에 음각부로서 홈 가공을 하였다. 이렇게 형성된 홈에는 절연물이 채워지게 되며, 상기 음각부 사이의 간격 30 ㎛은 전착부의 폭(d)을 구성한다.

음각부를 절연물로 채우기 위하여 마스터 롤 전체를 플라즈마 용사를 이용하여 알루미나 및 지르코니아 코팅하였다. 세라믹 패드를 이용하여 Ti 표면이 드러날 때까지 연마를 수행하였고, Ti 표면 조도를 약 Ra 50 nm 이하로 유지하였고, 세라믹의 플라즈마 용사 방법을 사용하여 절연부를 형성하였다.

한편, 마이크로 금속 와이어 생산을 위한 전해액으로 황산철, 황산니켈 및 항산화제, 응력완화제, 광택제, 계면 활성제로 이루어진 전해액을 사용하였다. Fe 이온 및 Ni 이온의 양, 전류 밀도 및 극간 거리를 조절하여 상기 마스터 롤 상에 Fe-36Ni의 인바(Invar)를 도금하였다.

용사된 세라믹으로 격리된 Ti 표면, 즉 전착부에 도금된 30 ㎛ 두께의 인바(Invar) 와이어를 형성 한 후 마스터 롤로부터 분리하였고, 도금액에 침지되어 표면이 얇은 두께로 부식된 Ti 표면을 인라인(In-line) 브러쉬로 버핑하였다. 마스터 롤은 이와 같이 버핑으로 표면을 Ra 50 nm로 유지 및 관리하였다. 나아가, 마스터 롤의 표면 상태를 장기간 유지하기 위해 오프라인(off-line)으로 연마석 및 래핑 필름을 이용하여 Ti 표면 조도를 약 Ra 50 nm 이하로 유지하였다.

그 결과 강도에 크게 영향을 미치는 두께 편차나 스크레치 등이 없이 전착부의 폭(d)과 동일한 폭을 갖는 30 ㎛의 와이어를 연속으로 권취할 수 있었으며, 그 단면 형상은 도 6과 같은 D자 형태의 갖고 있음을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100: 전착부
200: 음각부에 형성된 절연부
300: 마스터 롤 표면에 형성 된 절연부
d: 전착부의 폭
h: 절연부의 높이
41: 직선부
43: 곡선부

Claims (15)

1. 마스터 롤의 표면에 원주 방향으로 형성된 복수의 평행한 음각부,
   상기 음각부를 채우며 절연부의 높이(h)가 상기 마스터 롤의 표면을 기준 높이로 하여 0 초과 내지 d/2로 형성된 절연부, 및
   상기 절연부 사이에 노출되어 4 내지 150㎛의 폭(d)을 갖는 전착부를 포함하며,
   표면 조도가 10 ㎚ < Ra < 500 nm 및 30 ㎚ < Rz < 5 ㎛ 인 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤.
   
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3. 제1항에 있어서, 상기 마스터 롤은 Ti, Cu, Ni, Cr, Co, Mo, Fe, 및 스테인리스강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속으로 형성된 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 마스터 롤은 최외각 표면으로부터 적어도 상기 음각부가 형성된 깊이까지의 조성이 동일한 금속으로 형성된 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤.
   
   
5. 제1항에 있어서, 상기 마스터 롤은 중심부가 구리로 이루어지고, 외각부가 Ti, Cr, Co 및 스테인리스강으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종의 금속 또는 2종 이상의 합금으로 이루어지며,
   상기 음각부가 형성된 깊이까지의 조성이 동일한 금속으로 형성된 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤.
   
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7. 제1항에 있어서, 상기 마스터 롤의 표면 조도는 전착부의 폭(d)에 대해 d/5000 < Ra < d/100 인 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 마스터 롤의 표면 조도는 전착부의 폭(d)에 대해 d/2000 < Rz < d/5 인 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 절연부는 세라믹, 및 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료로 형성된 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤.
   
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11. 제1항에 있어서, 상기 절연부의 폭은 상기 전착부 폭의 50% 이상인 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤.
    
12. 전류 인가 하에 제1항, 제3항, 제4항, 제5항, 제7항 내지 제9항 및 제11항 중 어느 한 항의 마스터 롤 표면에 금속 이온을 포함하는 전해액을 공급하여 마이크로 금속 와이어 제조용 마스터 롤의 전착부에 금속을 전착시키는 단계; 및
    상기 마스터 롤 표면에 전착된 금속을 박리하여 단면이 곡선부 및 직선부를 포함하는 폐도형으로 형성된 마이크로 와이어를 획득하는 단계
    를 포함하는 마이크로 금속 와이어 제조방법.
    
13. 제12항에 있어서, 상기 금속은 Ti, Cu, Ni, Cr, Co, Mo, Fe 및 스테인리스강으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종의 금속 또는 2종 이상의 합금인 마이크로 금속 와이어 제조방법.
    
14. 제12항에 있어서, 상기 마이크로 금속 와이어 제조방법은, 마이크로 와이어를 세척하는 단계; 및
    전착된 금속을 박리한 후 마스터 롤을 인라인 연마하는 단계
    를 추가로 포함하는 마이크로 금속 와이어 제조방법.
    
15. 제12항에 있어서, 상기 마이크로 와이어의 단면은 D자 형태인 마이크로 금속 와이어 제조방법.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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