KR20120072716A - 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치 - Google Patents

Abstract

연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치가 제공된다. 본 발명에 따른 패턴 복제물 제조장치는 미세 패턴 또는 문양을 가지는 원통형 몰드부와, 도금액 교반시 도금액 농도를 일정하게 유지시키는 도금액 농도유지부와, 도금액의 액위를 높일 때 도금액 누출을 방지하는 도금액 누출 방지부와, 상기 원통형 몰드와 패턴 복제물의 박리를 수행하는 박리부와, 패턴 복제물의 표면의 도금액 및 불순물을 제거하고 건조하기 위한 세척 건조부를 포함한다.

Description

연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING PATTERNED REPRODUCTION BY THE　METHOD OF CONTINEOUS ELECTROFORMING}

본 발명은 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치 및 이를 이용한 패턴 복제물에 관한 것으로, 원통형 몰드 표면의 패턴이 연속적으로 전주 도금에 의하여 복제된 패턴 복제물 제조장치 및 이를 이용한 패턴 복제물에 관한 것이다.

식물, 곤충, 가죽, 광물, 나무, 섬유와 직물 등과 같이 자연계에 천연적으로 존재하는 물체의 표피 또는 표면은 일반적으로 매우 아름답고 부드러운 구조, 질감과 천연적인 색상을 가지고 있다. 이러한 자연 상태의 표면을 복제하여 여러 가지 제품의 외장재로 사용하려는 노력과 개발이 계속되고 있다. 특히, 가격이 비싸고 고급화 추세인 이동통신용 휴대단말기, PDA, 노트북 등의 전자제품의 경우, 항상 휴대하므로 마모가 적으면서 오래 유지되는 표면을 가지면서도 부드럽고 고급스러운 질감 또는 느낌의 외관을 선호한다.

표면의 마모를 적게 하고 천연재 표면의 아름답고 부드러운 구조 및 질감과 천연적인 색상을 위하여서는 천연재료 자체를 사용하는 것이 좋지만, 내구성 등 표면의 마모를 적게 하기 위해서는 천연재료 자체보다는 금속재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 금속재료에 천연재 표면의 아름답고 부드러운 구조, 질감과 천연적인 색상을 주기 위하여 많은 시간과 비용이 투자되고 있으며, 자연 상태에 존재하는 미려한 패턴 예를 들어, 실크 또는 가죽 표면의 패턴을 금속 패널의 표면에 복제하여 자연 상태의 질감 및 광택을 금속 표면에 구현하게 되면, 일반적인 금속 패널에 비해 디자인적으로 뛰어나고 부가가치가 높으면서도 일정한 강도 내지 경도는 유지되는 활용도 높은 금속 패널이 제공될 수 있다.

천연재 표면의 아름답고 부드러운 구조, 질감과 천연적인 색상을 주기 위하여 복제에 사용되는 금형 또는 몰드의 제작은 용이하지 않으며, 복잡하고 세밀한 문양을 생산하기 위하여 종래의 기술 예를 들어, 사진기술과 화학적 부식 기술에 의한 식각 방법을 사용할 수 있으나 대량 생산에 적합하지 않다. 플라스틱(PLASTIC) 인형, 유선전화기, 자동차 등과 같이 동일한 모양 또는 외형을 대량 복제하기 위하여 프레스 압력이 큰 금형(MOLD) 기술이 사용되고 있으나, 곤충, 식물, 가공된 가죽 및 광물, 섬유 및 직물 등의 표피와 같이 나노(NANO) 단위로 미세한 표면 형상을 반복 복제함에 있어서 일반적인 프레스 압력의 크기로 달성할 수 없으므로 별도의 표면 처리에 의하여 원하는 색상과 문양을 표현하고 있다.

그러나 이러한 별도의 표면처리에서도 곤충, 식물, 가공된 가죽 및 광물, 섬유 및 직물 등의 표피와 같은 질감과 구조의 아름다움을 표현하기 어려운 문제가 있다.

이러한 복제대상 물체의 미세하고 미려한 표면을 복제하기 위한 방법은 본 출원인의 등록특허 제10-0874492호에 개시된 바 있다. 상기 등록특허에 기재된 내용을 살펴보면, 표면 질감을 복제할 대상 물체를 선택하는 과정과 선택된 물체의 표면을 전처리하는 과정, 전처리된 물체의 표면을 나노 임프린팅하여 플라스틱 몰드로 복제하는 과정, 플라스틱 몰드 표면을 기상증착으로 금속화하고 전주 복제하여 금속 모듈마스터 몰드를 제작하는 과정, 금속 모듈마스터 몰드의 테두리를 절단하고 마이크로 가공하여 다수 연결하며 전주 복제하여 대면적의 금속 유니트마스터 몰드로 제작하는 과정 및 금속 유니트마스터 몰드로 전주하여 표면 질감을 복제 생산하는 과정을 포함하는 물체표면의 나노패턴 질감 복제 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 등록특허에는 다음과 같은 문제점이 있다. 유니트마스터 몰드를 전주하여 미세 패턴 또는 문양을 생산하는 과정에서 상품으로 판매하기 위하여 다량의 미세 패턴 또는 문양을 복제하기 위해서는 유니트마스터 몰드가 대량으로 필요하고 아울러 도금을 할 수 있는 전주 도금조도 대량으로 필요하다. 또한 하나의 미세 패턴 또는 문양을 복제하기 위하여 전주도금을 위한 전처리, 전주도금, 후처리 등의 일련과정을 반복적으로 수행하여야 한다.

따라서 제품의 생산에 걸리는 시간이 많이 소요되어 생산성이 저하되며, 이는 비용 상승을 유발함으로 경제성이 떨어진다.

또한 대량 생산을 위하여 몰드와 도금조를 제작 설치하고 관리하기 위한 많은 비용과 인력이 필요하다. 이러한 생산설비 비용과 관리 유지 비용은 제조비용의 증가를 가져와 제품가격을 증가시켜 경쟁력을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 미세 패턴이나 문양을 원본과 동일한 패턴 복제물을 연속전주 도금 방식을 이용하여 연속적인 패턴 복제물의 제작함으로써, 생산 시간이 단축되어 생산성이 향상되는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물의 제조장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 피복제물 표면의 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈 패턴이 복제된 패턴 복제물을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 패턴 복제물을 연속적으로 쉽게 제조하여, 제작 비용 및 시간 절약으로 생산성 및 경쟁력 있는 패턴 복제물을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치는 미세 패턴 또는 문양을 가지는 원통형 몰드부와, 도금액 교반시 도금액 농도를 일정하게 유지시키는 도금액 농도유지부와, 도금액의 액위를 높일 때 도금액 누출을 방지하는 도금액 누출 방지부와, 상기 원통형 몰드와 패턴 복제물의 박리를 수행하는 박리부와, 패턴 복제물의 표면의 도금액 및 불순물을 제거하고 건조하기 위한 세척 건조부를 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물은 원통형 몰드 표면의 패턴이 복제된 것으로, 패턴의 피치가 5㎛ 내지 2㎜ 이고, 패턴의 깊이가 1㎛ 내지 500㎛ 이고, 복제물의 두께가 10㎛ 내지 300㎛ 이고, 복제물의 폭이 10cm 내지 120cm 이고, 복제물 길이방향의 피치 즉 반복패턴의 길이가 10cm 내지 240cm 사이의 값을 가진다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 실시예들에 의해 패턴 복제물 표면에 원하는 패턴이 형성된 패턴 복제물을 연속적인 공정으로 인해 대량으로 생산 및 제공할 수 있기 때문에 제작 비용 및 시간 절약으로 생산성 및 경쟁력 있는 패턴 복제물을 제공할 수 있는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물의 제조장치를 제공할 수 있다.

뿐만 아니라, 피복제물 표면의 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈의 미려하고 다양한 패턴이 복제되어 외관이 뛰어나고 부가가치가 높은 패턴 복제물을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치의 원통형 몰드부의 구성을 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치의 도금액 누출 방지부 및 이와 결합된 원통형 몰드부의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치를 이용하여 패턴 복제물을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치를 이용하여 제조된 패턴 복제물의 40배 배율의 부분 확대도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 3c를 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치의 구성에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치의 원통형 몰드부의 구성을 도시한 도면이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치의 도금액 누출 방지부 및 이와 결합된 원통형 몰드부의 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치는 미세 패턴 또는 문양을 가지는 원통형 몰드부(12)와, 도금액 교반시 도금액 농도를 일정하게 유지시키는 도금액 농도유지부(14)와, 도금액의 액위를 높일 때 도금액 누출을 방지하는 도금액 누출 방지부(16)와, 패턴 복제물의 박리를 용이하게 하기 위하여 상기 원통형 몰드부(12)에 이형액을 도포하는 이형처리부(18)와, 상기 원통형 몰드(12)와 패턴 복제물을 박리를 수행하는 박리부(20)와, 패턴 복제물의 표면의 도금액 및 불순물을 제거하고 건조하기 위한 세척 건조부(22)와, 패턴 복제물이 박리되도록 일정한 장력을 유지시키기 위한 장력 조절부(24)를 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 원통형 몰드부(12)는 도금액이 채워진 전주 도금조(10)의 내부에 회전 가능하게 위치한다. 도 1에 도시된 원통형 몰드(12)는 그 중심부의 회전축을 기준으로 단면 형상이 도시되어 있다. 도금조(10) 내부의 도금액이 원통형 몰드부(12)의 회전축보다 상부 레벨에 위치하도록 원통형 몰드(12)의 위치가 결정된다.

종래의 도금용 원통형 몰드는 몰드의 회전축보다 하부 레벨에 도금액의 경계면이 위치하여 도금 속도가 느린 단점이 있었으나, 본 실시예에 따른 원통형 몰드부(12)는 도금액의 수위를 높여서 동일한 시간 동안 많은 도금액이 몰드부(12)에 공급되도록 구성된다.

본 실시예에 따른 원통형 몰드(12)는 마스터 드럼 외부(12a)에 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴생성부(12b)를 결합하여 연속전주 도금으로 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물을 형성시키는 역할을 수행한다. 원통형 몰드(12)는 양축으로 전류를 공급할 수 있도록 하였으며 양축으로 공급된 전류는 전체 원통형 몰드(12)에 전류를 인가하여 도금액이 잠기는 부위에 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물이 전착되도록 구성되며, 구체적으로는 전류가 인가된 원통형 몰드(12)에 도금액을 이루는 도금입자가 결합되어 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물을 형성한다.

본 실시예에 따른 원통형 몰드(12)는 연속적인 도금을 위해 소정의 방향으로 회전하게 되는데, 몰드(12)의 상부 일부가 도금액 외부로 노출되었다가, 회전에 의해 도금액에 침지되며, 도금액 내에서 회전하여 다시 도금액 외부로 노출됨으로써 1회의 도금 사이클이 완료된다.

도금액이 채워진 도금조(10)의 하부에는 도금액 농도유지부(14)가 위치한다. 도금액 농도유지부(14)는 도금조(10) 내부의 도금액의 농도 구체적으로 도금을 위한 금속 이온의 농도를 일정하게 유지한다.

원통형 몰드부(12)에 전기를 인가하여 도금을 진행하게 되면, 원통형 몰드부(12)의 내부에 위치하는 금속 이온이 몰드 표면에 급격하게 전착되어 금속으로 환원되므로, 원통형 몰드부(12)의 주변에서의 금속 이온의 농도가 상대적으로 감소하게 된다. 따라서, 별도의 금속 이온을 공급하지 않을 경우 금속 이온의 부족으로 인해 불균일하게 도금된 패턴 복제물이 형성될 우려가 있다.

따라서, 도금액 농도유지부(14)가 지속적으로 도금조(10) 내부의 도금 이온의 농도보다 높은 농도로 금속 이온을 배출함으로써 지속적으로 균일한 도금공정이 유지될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치의 도금액 농도유지부(14)는 2열의 토출관을 도금조 바닥에 설치하고 토출부에 에덕트 분사장치를 결합하여 도금액 교반시 토출구의 5배의 액이 방출되게 하여 도금액 농도를 일정하게 유지시키는 역할을 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 미세 패턴 또는 문양이 있는 패턴 복제물을 제조시 생산성을 증가시키기 위하여 고속도금이 필요하다. 이때 고속도금을 위하여 전류밀도를 높여야 하는데 전류밀도가 높게 되면 도금에 사용되는 금속 이온인 니켈의 소모가 빨라져 니켈 공급이 늦어질 경우 일부분에서 균일한 두께로 도금이 되지 않을 수 있다. 이를 방지하기 위하여 도금액 교반을 잘하여야 하는데 일반적인 공기교반이나 펌프순환 교반으로는 소기의 목적을 달성하기 어렵다.

따라서, 본 실시예에 따른 도금액 농도유지부(14)에 의해 균일한 양의 도금액을 고속으로 다량 공급할 수 있다.

이어서, 도 1 및 도 3c을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치의 도금액 누출 방지부 및 이와 결합된 원통형 몰드부의 구성을 도시한 도면이다.

본 실시예에 따른 도금액 누출 방지부(16)는 도금면적 증가를 위하여 도금액의 액위를 높일 때 도금액 누출 방지를 위하여 이중격벽으로 제작된 도금조(10)의 회전축을 통하여 도금액이 누출되는 것을 방지한다.

앞서 설명한 바와 같이, 종래의 경우 원통형 몰드를 이용하는 연속 전주에서 도금액이 회전축을 통하여 도금조(10) 외부로 누출되는 것을 방지하기 위하여 도금액을 회전축 이하로 채워서 도금하고 있어 실제 도금되는 면적은 전체 원통형 몰드의 면적의 20~40% 정도이다.

그러나, 본 실시예에 따른 도금액 누출 방지부(16)의 구성으로 인해 원통형몰드(12)의 회전축 이상으로 도금조(10)에 도금액을 채울 수 있으므로 도금면적을 50~70%까지 증가시킬 수 있으며, 도금 면적 증가로 생산성을 향상시킬 수 있다.

도금액 누출 방지부(16)는 원통형 몰드(12)의 양 회전축에 삽입되고, 도금액 누출 방지부(16)가 삽입된 원통형 몰드(12)는 도금조(10)에 형성된 홈(10a)에 삽입된다. 원통형 몰드(12)가 회전하기 위한 회전축을 제외하고, 일측으로 길게 형성된 홈(10a)의 잔여부는 도금액 누출 방지부(16)에 의해 차단된다.

이와 같이 도금조(10)에 삽입되는 도금액의 액위는 원통형 몰드(12)의 회전축의 상부에 형성되므로 고속 연속 도금이 가능하게 된다.

원하는 소정의 두께로 도금이 완료된 패턴 복제물은 박리부(20)에 의해 원통형 몰드(12)로부터 박리되어 복수의 지지롤(26a, 26b)에 의해 세척 건조부(22)로 이동한다.

한편, 도금이 완료된 패턴 복제물이 박리부(20)에 의해 원통형 몰드(12)로부터 박리될 때, 원통형 몰드(12) 표면에 표면처리가 행해져 있지 않는 경우에는 패턴 복제물의 박리가 용이하지 않을 수 있다. 즉, 박리과정에서 패턴 복제물이 손상되거나 연속된 흐름이 단절되어 작업 속도가 저하되고 생산성이 감소될 수 있다.

따라서, 패턴 복제물의 박리를 용이하게 하기 위하여 상기 원통형 몰드부(12)에 이형액을 도포하는 이형처리부(18)가 더 구비된다. 이형처리부(18)는 제1 회전롤(18a) 및 제2 회전롤(18b)로 구성되며, 제1 회전롤(18a)이 이형조(18c)에서 회전하여 이형액이 제1 회전롤(18a)의 표면에 점착되고, 상기 제1 회전롤(18a)과 접촉하는 제2 회전롤(18b)에 전달된 이형액에 의해 상기 원통형 몰드부(12)의 표면에 이형막을 형성하도록 구성된다.

이형처리부(18)는 원통형 몰드부(12)의 회전 방향을 고려하여 원통형 몰드부(12)의 도금조(10)에 침지되지 않고 외부로 노출되는 영역에 인접하도록 형성된다. 원통형 몰드부(12)가 소정의 방향(도 1 상으로 시계방향)으로 회전하기 때문에, 이형처리부(18)는 연속적으로 원통형 몰드부(12)의 표면에 이형액을 공급한다.

이형액이 공급된 원통형 몰드부(12)의 표면이 도금조(10) 내부의 도금액에 침지되어 도금이 완료되고 박리부(20)에 의해 용이하게 박리될 수 있으며, 박리가 된 원통형 몰드부(18) 표면은 다시 이형처리부(18)에 의해 연속적으로 이형액이 도포된다.

이형처리부(18)의 제1 회전롤(18a) 및 제2 회전롤(18b)의 회전축은 원통형 몰드부(12)의 축방향과 평행하게 설치하여 연속적으로 이형액을 이형조(18c)로부터 공급받아 원통형 몰드부(12) 표면에 도포하게 된다.

본 실시예에 따른 박리부(20)는 원통형 몰드부(12)의 상부에 설치된다. 박리부(20)는 원통형 몰드부(12) 상에서 형성된 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물이 연속 제조되어 장력 조절부(24)에 의하여 외력이 가해질 때 원통형 몰드부(12)와 패턴 복제물이 용이하게 분리되도록 한다.

미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물을 연속 제조 시 원통형 몰드부(12) 표면으로부터 박리를 정밀하게 수행하는 것이 중요하다. 박리 정도가 제품의 품질 및 양품을 결정한 중요 요소가 되기 때문이다. 박리 불량으로 일부가 박리가 되지 않거나 박리가 되더라도 제품이 손상될 수 있기 때문에, 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물을 연속으로 제조 시, 본 실시예에 따른 박리부(20)에 의해 패턴 복제물이 손상되지 않으면서 원통형 몰드부(12) 표면으로부터 용이하게 박리될 수 있다.

세척건조부(22)는 도금이 완성된 패턴 복제물을 세정 및 건조한다. 세척건조부(22)는 다양한 공지의 구성이 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 3열 3단으로 스프레이 세척이 되게 하였으며 3열 1단으로 건조를 할 수 있게 구성된다.

세척건조부(22)는 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물의 아랫면과 윗면에 스프레이 수세를 3열 3단으로 세척하여 불순물 및 도금액을 제거하도록 구성된다.

이어서, 세척건조부(22)는 3열 1단으로 60~70℃의 건조공기를 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물의 아랫면과 윗면에 공급하여 세척수가 제거되고 건조될 수 있도록 구성된다.

미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물을 제조 시 후처리 공정으로 세척 및 건조는 중요하다. 일반적으로 도금 불량의 70~80%를 차지하는 것이 도금 전처리 및 후처리 공정이기 때문이다. 특히 연속전주로 제조된 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물을 연속으로 박리 후 세척 및 건조를 할 경우 장시간 장치를 운용하게 된다.

본 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치는 세척건조부(22)를 구비함으로써, 건조 및 세척 작업을 별도로 수행하지 않고 하나의 인라인 프로세스로 세척 및 건조과정이 신속하게 수행될 수 있다.

이어서, 장력 조절부(24)는 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 회전롤이 맞닿아 소정의 힘으로 패턴 복제물을 당겨서 패턴 복제물에 장력을 부가할 수 있도록 구성된다. 도금이 완료된 미세 패턴 또는 문양을 가진 패턴 복제물이 장력 조절부(24)에 삽입되도록 하면, 작업자가 원하는 힘과 속도로 패턴 복제물이 당겨지도록 설정할 수 있다. 이러한 당기는 힘은 앞서 설명한 박리부(20)의 박리를 원활하게 할 수 있도록 하며, 미세 패턴 또는 문양을 가진 패턴 복제물이 팽팽하게 장력을 유지하게 하여 연속전주로 패턴 복제물을 제조 시 구김 또는 주름이 생기는 등의 패턴 복제물 품질저하를 방지할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치를 이용하여 패턴 복제물을 제조하는 방법에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치를 이용하여 패턴 복제물을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치를 이용하여 패턴 복제물 연속 전주 과정을 수행하는 방법은 도금액을 준비하는 단계(S110)와, 몰드를 이형 처리하는 단계(S120)와, 패턴 복제물을 형성시키는 단계(S130)와, 패턴 복제물을 분리시키는 단계(S140)와, 패턴 복제물을 수세 및 건조하는 단계(S150)와, 패턴 복제물을 권취하는 단계(S160)를 포함한다.

도금액을 준비하는 단계( S110 )

본 단계에서는 연속 전주에 필요한 도금액을 건욕하여 준비한다.

연속 전주 장치의 보조탱크에 순수를 2/3정도 채우고 가열하여 온도를 약 40℃까지 높인다. 온도를 높일 때 국부적인 가열을 방지하기 위하여 순환펌프를 통하여 순환하면서 온도를 높인다. 온도가 40℃에 다다르면 일정량의 붕산을 첨가하여 녹인다. 붕산이 다 녹으면 염화니켈을 일정량 첨가하여 녹인다. 염화니켈이 다 녹으면 설파민산니켈 용액을 첨가한다. 마지막으로 일정량의 첨가제 등을 추가하고 순수를 추가하여 목적하는 도금액을 건욕한다. 건욕된 도금액의 농도범위는 다음과 같다. 설파민산니켈 350~450g/L, 염화니켈 0.1 ~ 10g/L, 붕산 30 ~ 50g/L, 첨가제 10 ~ 100ml/L 이다. 그리고 건욕된 연속 전주 도금액의 pH는 4.0 ~ 5.0 사이를 유지한다. 건욕된 도금액을 순환 가열하면서 온도를 50 ~ 60℃로 유지하여 연속 전주를 위한 도금액을 준비한다.

몰드를 이형처리하는 단계( S120 )

본 단계에서는 연속으로 전주하여 제조된 패턴 복제물을 용이하게 원통형 몰드로부터 박리하기 위하여 원통형 몰드의 표면을 이형처리하는 단계이다.

원통형 몰드의 표면은 미세 패턴 또는 문양 등의 요철이 있어 전주로 형성된 패턴 복제물을 박리하는 것은 쉽지 않다. 박리가 잘 되지 않을 경우 미세 패턴이나 문양 등이 손상되어 제품으로서 가치를 잃을 수도 있다. 이러한 문제점을 해결하여 박리를 용이하고자 하기 위하여 원통형 몰드 표면에 이형처리를 한다. 연속 전주 장치의 원통형 몰드를 회전시키면서 이형처리액을 원통형 몰드 표면에 도포하여 이형처리를 한다.이형처리액이 몰드 표면에 도포되면 이형처리막이 형성되어 연속 전주된 패턴 복제물을 박리시 쉽게 원통형 몰드로부터 분리되게 해 준다.

패턴 복제물을 형성시키는 단계( S130 )

본 단계에서는 원통형 몰드에 전류를 인가하여 원통형 몰드 표면에 패턴 복제물을 형성시키는 단계이다.

도금액에 일부가 잠긴 원통형 몰드에 전류를 인가하면 원통형 몰드 표면에 패턴 복제물이 형성된다. 원통형 몰드에는 패턴 복제물을 형성시키기 위하여 음극 전류를 인가하고 S-라운드니켈이 들어있는 양극바스켓에는 양극 전류를 인가한다. 양극바스켓에서는 원통형 몰드 표면에 패턴 복제물로 형성되어 소모되는 니켈을 도금액에 공급해준다. 패턴 복제물을 형성시킬때 양극과 음극간의 거리는 10 ~ 20cm 정도이고, 음극 전류밀도는 5 ~ 30A/d㎡ 정도이다. 그리고 원활한 패턴 복제물 형성을 위하여 도금액을 잘 순환시켜 도금액내에 있는 도금액 각 성분의 농도가 도금액 전체에 균일하게 분포하도록 하여야 한다. 도금액 내의 각 성분이 균일하게 분포하지 않으면 패턴 복제물의 형성이 원활하지 않고 패턴 복제물 위치에 따라 두께차가 발생하여 제품의 품질에 문제가 발생할 우려가 있다. 패턴 복제물로 형성되어 소모되는 양극바스켓 내에 있는 S-라운드니켈은 지속적으로 보충해주어야 연속적으로 패턴 복제물을 형성시킬 수 있다.

패턴 복제물을 분리시키는 단계( S140 )

본 단계에서는 원통형 몰드 표면에 형성된 패턴 복제물을 원통형 몰드 표면으로부터 박리하여 분리시키는 단계이다.

원통형 몰드에 전류를 인가하여 형성된 패턴 복제물은 원통형 몰드가 회전하면서 연속적으로 형성된다. 연속적으로 형성된 패턴 복제물을 박리하여 분리하지 않으면 원통형 몰드 표면에 형성된 패턴 복제물은 단순하게 두께만 증가하게 된다. 패턴 복제물을 제품으로 사용하기 위하여 일정한 두께로 연속적으로 형성시켜야 한다. 원통형 몰드에 일정한 전류를 인가하고 일정한 속도로 회전시키면 두께가 일정한 패턴 복제물을 형성시킬 수 있다. 일정한 두께로 형성된 패턴 복제물을 박리장치를 이용하여 박리하고 장력조절 장치로 연속으로 형성된 패턴 복제물을 당기면 원통형 몰드로부터 쉽게 일정한 속도와 힘으로 분리시킬 수 있다. 이때 원통형 몰드의 회전하는 선속도는 0.1 ~ 10cm/분이며, 장력조절 장치의 선속도도 0.1 ~ 10cm/분이다. 그리고장력조절 장치의 당기는 힘의 범위는 1 ~ 50 kgf/㎠ 로 필요에 따라 조절하여 패턴 복제물을 분리하도록 한다.

패턴 복제물을 수세 및 건조하는 단계( S150 )

본 단계에서는 연속 전주에 의하여 형성된 패턴 복제물을 분리 후 패턴 복제물에 잔류하는 도금액 및 이물질을 순수로 세척하여 제거하고 건조하는 단계이다.

연속 전주에 의하여 형성된 패턴 복제물을 원통형 몰드로부터 분리하면 패턴 복제물 전면과 후면에 일부 도금액이 잔류하거나 이물질이 있을 수 있다. 잔류하는 도금액과 이물질은 패턴 복제물을 손상시켜 제품으로서 가치를 떨어뜨릴 수 있다. 또한 도장이나 도포 등의 후처리 공정에서 불량의 원인이 될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 원통형 몰드로부터 분리된 패턴 복제물을 세척 및 건조하여야 한다. 세척은 3단 스프레이 수세로 세척을 한다. 각 단마다 액절 롤을 이용하여 세척 후 물기를 제거될 수 있도록 하였으며 액절로 인하여 건조가 용이하도록 하였다. 건조는 가열된 공기를 패턴 복제물 전면 및 후면으로 스프레이 분사하여 패턴 복제물 양면이 동시에 건조되도록 한다.

패턴 복제물을 권취하는 단계( S160 )

본 세척 및 건조된 패턴 복제물을 취급이 용이하도록 권취하는 단계이다.

연속으로 제조되어 세척 및 건조가 완료된 패턴 복제물은 폭이 넓고 길이가 길기 때문에 취급이 용이하지 않다. 또한 연속으로 제조된 패턴 복제물은 얇은 금속 시트인 관계로 잘못 취급하면 찌그러지거나 꺽이는 손상으로 인하여 제품으로 사용하기 어려울 수도 있다. 이러한 취급의 어려움을 용이하기 위하여 패턴 복제물을 권취하여 롤로 만들면 취급을 용이하게 할 수 있고 패턴 복제물의 손상을 방지할 수 있다. 권취는 권치 장치를 이용하여 하고 권취하는 선속도는 0.1 ~ 10cm/분 정도이다. 권취할 때 권취하는 속도는 원통형 몰드나 장력조절 장치의 속도와 일치시켜야 한다.

이어서, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치를 이용하여 제조된 패턴 복제물의 부분 확대도이다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 복제물 제조 장치를 이용하여 패턴 복제물 연속 전주 과정을 수행하는 방법에 의해 제조된 패턴 복제물은 원통형 몰드 표면의 패턴이 복제된 것으로, 패턴의 피치가 5㎛ 내지 2㎜ 이고, 패턴의 깊이가 1㎛ 내지 500㎛ 이고, 복제물의 두께가 10㎛ 내지 300㎛ 이고, 복제물의 폭이 10cm 내지 120cm 이고, 복제물 반복패턴의 길이가 10cm 내지 240cm 사이의 값을 가진다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예를 제시하나, 하기 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실험예에 한정되는 것은 아니다.

실험예

본 발명의 일 실시예에 따른 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치를 이용하여 패턴 복제물을 연속적으로 제조하는 방법은 다음과 같다.

본 실시예에 따른 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치의 도금조(10) 하부에 구비된 보조 탱크(미도시)에 도금액을 건욕한다. 건욕된 도금액의 조성은 설파민산니켈 400 g/L, 염화니켈 0.1 g/L, 붕산 30 g/L, 첨가제(피트방지제) 10 ml/L 이며 pH는 4.5 이고, 온도는 55 ℃ 이다. 도금액은 순환펌프(미도시)를 통하여 전주 도금조(10)로 공급한다. 공급된 도금액에 의하여 원통형 몰드부(12)는 60% 정도가 도금액에 잠긴다. 이때 원통형 몰드부(12)의 마스터 드럼(12a)에 결합된 패턴생성부(12b)는 실크 패턴으로서 패턴의 피치가 5㎛ 내지 15㎛ 이고, 패턴의 깊이가 5㎛ 내지 55㎛ 이고, 패턴의 폭은 1260mm 이고, 패턴 길이방향의 피치 즉 반복패턴의 길이는 250cm 이다.

원통형 몰드부(12)를 회전시키면서 이형처리부(18)로 원통형 몰드부(12) 표면에 이형액을 도포하여 이형처리막을 형성시킨다. 원통형 몰드부(12)를 1회전하여 원통형 몰드부(12) 표면 전체에 이형처리막이 형성되면 회전을 정지하고 정류기로 원통형 몰드부(12)에는 음극 전류를 인가하고 도금조(10)의 일측에 형성된 양극에는 양극 전류를 인가한다. 이때 인가되는 음극 전류 밀도는 5A/d㎡ 정도이다.

원통형 몰드부(12)를 정지 상태에서 약 2시간 정도 패턴 복제물을 형성시킨 후 인가되는 음극 전류 밀도를 10A/d㎡로 하고 원통형 몰드부(12)를 회전시킨다. 회전하는 원통형 몰드의 선속도는 3cm/분으로 하여 패턴 복제물을 원통형 몰드부(12) 표면에 형성 시킨다.

도금액에 잠기는 원통형 몰드부(12) 표면에 패턴 복제물이 연속적으로 형성되고 박리부(20)를 지날 때 원통형 몰드부(12) 표면으로부터 분리한다. 이때 분리된 패턴 복제물의 두께는 100㎛ 이다. 분리된 패턴 복제물을 박리부(20), 복수의 지지롤(26a, 26b)을 차례대로 통과한 후, 세척 건조부(22)에 도달한다. 세척 건조부(22) 내의 1단 스프레이 수세조에서 패턴 복제물의 전면과 후면에 잔류하는 도금액 및 이물질을 스프레이 세척하고, 3열 3단 스프레이 세척조에서 세척을 반복하여 잔류 도금액 및 이물질을 완전히 제거한다.

이어서, 건조는 3열 1단으로 구성된 건조 장치를 이용하여 60~70℃의 건조공기로 패턴 복제물의 전면 및 후면을 건조한다. 건조 후 패턴 복제물을 장력 조절부(24)의 압력 조절롤을 통과하게 하고 압력 조절 장치롤의 선속도를 원통형 몰드부(12)의 회전 선속도인 3cm/분으로 조절하고, 장력 조절부(24)의 당기는 압력을 0.5kgf/㎠로 조절하여 원통형 몰드부(12) 표면으로부터 패턴 복제물이 원활하게 박리되도록 한다. 압력 조절롤을 통과한 패턴 복제물은 권취롤(미도시)에 의해 권취되도록 하며, 권취롤의 권취되는 속도를 3cm/분으로 조절하여 원통형 몰드부(12) 및 압력 조절롤의 선속도와 일치하도록 한다. 상기와 같은 제조 방법을 통하여 패턴 복제물을 연속으로 제조 한다.

이와 같은 과정에 의해서 제조된 패턴 복제물은 도 5에 도시된 바와 같이, 표면에 원하는 형태로 미세 패턴이 형성될 수 있다. 도 5는 완성된 패턴 복제물의 표면을 40배 확대한 실제 제품 사진이다. 패턴과 패턴 사이의 피치가 조밀하면서 정밀한 패턴 형성이 가능하다.

이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

10: 전주 도금조
12: 원통형 몰드부
14: 도금액 농도유지부
16: 도금액 누출 방지부
18: 이형처리부
20: 박리부
22: 세척 건조부
24: 장력 조절부

Claims (11)

1. 미세 문양을 가지는 원통형 몰드부;
   도금액 교반시 도금액 농도를 일정하게 유지시키는 도금액 농도유지부;
   도금액의 액위를 높일 때 도금액 누출을 방지하는 도금액 누출 방지부;
   상기 원통형 몰드와 패턴 복제물의 박리를 수행하는 박리부;
   패턴 복제물의 표면의 도금액 및 불순물을 제거하고 건조하기 위한 세척 건조부를 포함하는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   패턴 복제물의 박리를 용이하게 하기 위하여 상기 원통형 몰드부에 이형액을 도포하는 이형처리부를 더 포함하는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.
3. 제1항에 있어서,
   패턴 복제물이 박리되도록 일정한 장력을 유지시키기 위한 장력 조절부를 더 포함하는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 원통형 몰드의 미세 패턴의 피치가 5㎛ 내지 2㎜이고, 깊이가 1㎛ 내지 500㎛ 인 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 도금액 농도유지부는 도금액 교반시 토출구 대비 2 내지 10배의 액이 방출되게 하는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 원통형 몰드는 마스터 드럼 외부에 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴생성부를 결합하여 구성되는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 원통형 몰드 양축으로 전류를 공급하여 전류가 인가된 원통형 몰드에 도금액을 이루는 도금입자가 결합되어 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물을 형성하는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.
8. 제2항에 있어서,
   상기 이형처리부는 제1 및 제2 회전롤로 구성되며, 제1 회전롤이 이형조에서 회전하여 이형액이 점착되고, 상기 제1 회전롤과 접촉하는 제2 회전롤에 전달된 이형액에 의해 상기 원통형 몰드 표면에 이형막을 형성시키는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 박리부는 회전축에 탄성고무가 코팅된 탄성롤 형태인 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 세척 건조부는 스프레이 세척부와 핫에어 건조부를 포함하는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.
11. 제3항에 있어서,
    상기 장력 조절부는 서로 맞닿아 회전하는 2개의 회전롤로 구성되며 상기 2개의 회전롤 사이로 패턴 복제물이 통과하는 연속전주 도금 방식을 이용한 패턴 복제물 제조장치.

Images