KR20170122037A - 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20170122037A
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Abstract

본 발명은 플라즈마 장치를 이용하여 연선된 와이어 도금층에 다양한 깊이와 형상의 패턴을 형성시켜 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있는 에칭 홈이 형성된 와이어 및 그 제조방법에 관한 것으로, 복수 개의 와이어가 꼬여서 형성된 스트랜드; 및 상기 스트랜드 표면에 형성되는 도금층;을 포함하며, 상기 도금층은 플라즈마 장치에 의해 표면 에칭되어 패턴을 갖는 에칭 홈;이 마련되는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어와, 와이어 준비 단계; 상기 와이어를 도금하여 도금층을 형성하는 도금 단계; 복수 개의 상기 와이어를 꼬아서 스트랜드를 형성시키는 연선 단계; 상기 스트랜드를 플라즈마 장치로 표면 에칭하여, 상기 스트랜드 표면에 형성되어 있는 상기 도금층에 패턴을 갖는 에칭 홈을 형성하는 표면 에칭 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법에 관한 것이다.

Description

에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법 {Stranded Wire Having Etching Groove and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 장치를 이용하여 연선된 와이어 도금층에 다양한 깊이와 형상의 패턴을 형성시켜 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 와이어는 다양한 용도로 사용되며, 복수 개의 와이어를 꼬아서 연선된 와이어를 사용한다. 연선된 와이어는 스틸 코드, 벨트 코드, 와이어 로프, 교량용 와이어 로프 등 다양한 용도로 사용될 수 있다. 이러한 연선된 와이어는 용도에 따라 표면에 도금을 한 후 고무 등과 접착을 하여 사용되며, 연선된 와이어와 고무 등과의 접착력을 향상시키는 것은 연선된 와이어의 사용수명, 안정성 등의 측면에서 중요한 요소가 된다.
가령, 타이어 보강재로 사용되는 스틸코드는 고무와의 접착력을 향상시키기 위해 Cu와 Zn의 중량비가 62:38 내지 70:30인 황동 도금을 강선표면에 얇게 피막하여 사용한다. 그러나 타이어 주행 중 열, 수분 등에 의해 고무와 스틸코드의 접착력이 저하되고, 이로 인해 고무와 스틸코드가 분리되어 타이어의 파괴현상이 발생할 수 있다. 즉, 고무와 스틸코드의 접착계면에 수분이나 산소 그리고 과도한 열 등이 작용하여 고무와의 접착이 열화됨에 따라 타이어 수명에 치명적인 영향을 주게 되며, 타이어 사용의 안정성에 영향을 미치게 된다.
타이어 보강재로 사용되는 스틸코드 외에도 연선된 와이어의 접착력을 향상시키는 것은 다양한 용도로 사용되는 연선된 와이어의 수명 및 안정성 등의 측면에서 매우 중요한 요소가 될 것이다. 이와 같은 와이어와 고무 등과의 접착력을 향상시키기 위해 종래에는 다양한 기술 들의 사용 되어 왔다.
종래에는 황동도금을 한 스틸코드에 시효 접착력을 향상시키기 위하여 구리와 아연의 2원 합금 도금층에 코발트, 니켈, 몰리브덴, 크롬 등의 제3원소를 추가하여 3원 합금층을 형성시켜 사용하였다. 그러나 이러한 방법은 부식을 억제하는 장점이 있으나, 인발 가공 시 신성성이 떨어지고 인발 가공 후 접착력이 낮아지는 문제점이 있다.
이외에도, 와이어의 고무 등과의 접착력을 향상시키기 위해 표면에 오일을 도포하거나, 파라니트로아닐린, 벤조트리아졸계 화합물, 사이클로 헥실아민 보레이트계 화합물, 페놀계 화합물 등 다양한 화합물을 도포하여 와이어와 고무 등과의 접착력을 향상시키고 있다.
그러나 오일을 도포하는 경우 도포되는 오일양의 불균일성이 접착력에 영향을 미칠 수 있으며, 오일의 성분에 따라 와이어가 부식되는 정도가 다른 문제점이 있다. 이외의 다른 화합물의 경우는 인체에 유해하고 환경 문제를 일으킬 수 있기 때문에 사용이 제한되며, 와이어 불균일하게 도포되어 접착력에 영향을 미칠 수 있으며 도포되는 화합물에 인해 새롭게 발생되는 물질에 의해 접착력이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
미국 등록 특허 제4,226,918호(1980.10.07)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 장치를 이용하여 연선된 와이어 도금층에 다양한 깊이와 형상의 패턴을 형성시켜 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어는 복수 개의 와이어가 꼬여서 형성된 스트랜드; 및 상기 스트랜드 표면에 형성되는 도금층;을 포함하며, 상기 도금층은 플라즈마 장치에 의해 표면 에칭되어 패턴을 갖는 에칭 홈;이 마련되는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어는 복수 개의 상기 스트랜드를 꼬아서 와이어 로프를 형성하며, 상기 에칭 홈은 상기 와이어 로프 표면에 형성되는 상기 도금층에 마련되는 것이 바람직하다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어의 상기 패턴은, 상기 에칭 홈의 형상이 일정한 형상으로 이루어지며, 상기 에칭 홈의 간격이 일정하게 이루어져 있는 규칙형 패턴으로 이루어지며, 상기 에칭 홈의 형상은 U형, V형, 방향성 물결형 중 어느 한 형상으로 이루어진 것이 바람직하다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어의 상기 패턴은, 상기 에칭 홈의 형상이 랜덤하게 형성되며, 상기 에칭 홈의 간격이 랜덤하게 형성되는 불규칙형 패턴으로 이루어지고, 상기 에칭 홈의 깊이는 0.3ηm 이상 내지 100ηm 이하인 것이 바람직하며, 상기 도금층은 황동 도금층, 청동 도금층, 아연도금층, 알루마 도금층, 구리 도금층, 주석 도금층, 니켈 도금층, 크롬 도금층, 코발트 도금층, 카드뮴 도금층 중 어느 하나의 도금층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법은 와이어 준비 단계; 상기 와이어를 도금하여 도금층을 형성하는 도금 단계; 복수 개의 상기 와이어를 꼬아서 스트랜드를 형성시키는 연선 단계; 상기 스트랜드를 플라즈마 장치로 표면 에칭하여, 상기 스트랜드 표면에 형성되어 있는 상기 도금층에 패턴을 갖는 에칭 홈을 형성하는 표면 에칭 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법의 상기 플라즈마 장치는 상온 대기압 방식 또는 진공 방식의 플라즈마 장치를 사용하며, 상기 플라즈마 장치에 사용되는 플라즈마 발생용 가스는 비활성 가스, Ar, H₂, N₂중 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 플라즈마 장치는 RF 전력장치를 사용하며, 상기 RF 전력장치의 전압은 3kV 이상 내지 80kV 이하로 하며, 상기 플라즈마 장치에 투입되는 가스 투입량은 1 L/M 이상 내지 500 L/M로 하여, 상기 에칭 홈의 깊이를 0.3ηm 이상 내지 100ηm 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법의 상기 도금층은 황동 도금층, 청동 도금층, 아연도금층, 알루마 도금층, 구리 도금층, 주석 도금층, 니켈 도금층, 크롬 도금층, 코발트 도금층, 카드뮴 도금층 중 어느 하나의 도금층으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 도금 단계는, 상기 도금 단계를 통해 형성된 상기 도금된 와이어를 신선하는 신선단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 연선 단계는 형성된 상기 스트랜드를 복수 개 꼬아서 와이어 로프를 형성하는 와이어 로프 형성단계를 포함하며, 상기 표면 에칭 단계는, 상기 와이어 로프를 플라즈마 장치로 표면 에칭하여, 상기 와이어 로프 표면에 형성되는 상기 도금층에 패턴을 갖는 에칭 홈을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명은 플라즈마 장치를 이용하여 연선된 와이어 도금층에 다양한 깊이와 형상의 패턴을 형성시켜 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법에 관한 것으로, 플라즈마 장치에 의해 형성된 에칭 홈에 의해 접촉면적이 넓어지고 이로 인해 고무와의 접착력이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법은 대기압 또는 진공 플라즈마 장치를 사용함에 따라, 열에 의한 와이어의 물성저하나 도금층이 산화되는 문제 없이 표면처리 할 수 있는 장점이 있으며, 플라즈마 장치에 사용되는 가스를 인체에 무해한 비활성 가스, Ar, H₂, N₂중 어느 하나를 사용함에 따라 친환경적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법에 대한 공정도이다
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에칭 홈이 형성된 스트랜드를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에칭 홈이 형성된 와이어 로프를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 규칙형 패턴을 갖는 에칭 홈을 나타내는 도면이다.
도 5(a), 도 5(b), 도 5(c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 규칙형 패턴을 갖는 에칭 홈의 형상을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 불규칙형 패턴을 갖는 에칭 홈을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에칭 홈의 깊이를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 장치를 나타내는 도면이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에칭 홈이 형성되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 10(a) 및 도 10(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 에칭 홈의 깊이에 따른 접착력을 나타내는 결과 표 및 그래프이다.
본 발명은 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 장치를 이용하여 연선된 와이어 도금층에 다양한 깊이와 형상의 패턴을 형성시켜 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어(100)는 다양한 용도로 사용될 수 있다. 스틸코드, 벨트 코드, 와이어로프, 교량용 와이어 로프 등에 사용될 수 있으며, 복수 개의 와이어를 꼬아서 형성된 연선 와이어와 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있는 것이라면 다양한 용도로 사용될 수 있음은 물론이다. 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어(100)는 고무 이외에 다른 소재와 접착될 수 있으며, 고무 이외의 다른 소재와 접착하였을 때 에칭 홈을 형성하여 접착력을 향상시킬 수 있는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 에칭 홈이 형성된 연선 와이어(100)는 복수 개의 와이어(112)가 꼬여서 형성된 스트랜드(111), 도금층(120), 에칭 홈(130)을 포함하여 구성되며, 본 발명 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법은 와이어 준비 단계(S100), 도금 단계(S200), 연선 단계(S400), 표면 에칭 단계(S600)를 포함하여 구성된다.
도 1을 참조하면, 상기 와이어 준비 단계(S100)는 상기 와이어(112)를 도금하기 전의 단계로, 와이어 산세 및 코팅, 1차 신선 단계로 이루어질 수 있다. 상기 와이어 산세 및 코팅, 상기 1차 신선 단계는 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 상기 와이어 산세 및 코팅, 상기 1차 신선 단계는 필요에 따라서는 생략될 수도 있으며, 도금을 하기 전의 다른 가공이 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기 도금 단계(S200)는 상기 와이어(112)를 도금하여 상기 와이어(112)에 도금층(120)을 형성하는 단계이다. 상기 와이어(112)에 형성되는 상기 도금층(120)은 와이어의 사용 용도에 따라 황동 도금층, 청동 도금층, 아연 도금층, 알루마 도금층, 구리 도금층, 주석 도금층, 니켈 도금층, 크롬 도금층, 코발트 도금층, 카드뮴 도금층 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 황동 도금층, 청동 도금층, 아연 도금층, 알루마 도금층, 구리 도금층, 주석 도금층, 니켈 도금층, 크롬 도금층, 코발트 도금층, 카드뮴 도금층 중 이외에도 다양한 합금으로 이루어진 도금층이 형성될 수 있음은 물론이다.
일반적으로 자동차에 사용되는 스틸코드의 경우 상기 도금층(120)이 황동 도금층으로 이루어질 수 있으며, 벨트 코드의 경우 상기 도금층(120)이 아연 도금층, 교량용 와이어 로프의 경우 상기 도금층(120)이 아연 도금층, 알루마 도금층으로 이루어질 수 있다.
상기 도금 단계(S200)는 상기 도금 단계(S200)를 통해 형성된 도금된 와이어를 신선하는 신선 단계(S300)를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 상기 와이어(112)를 도금하여 상기 도금층(120)을 형성한 후 이를 신선하는 과정을 거칠 수 있으며, 상기 신선 단계(S300)는 필요에 따라서는 생략될 수 있다.
상기 연선 단계(S400)는 복수 개의 상기 와이어(112)를 꼬아서 상기 스트랜드(111)를 형성시키는 단계이다. 상기 와이어(112)의 경우 단일 와이어로 사용될 수 있으나, 강도 측면과 와이어의 사용목적에 따라 복수 개의 상기 와이어(112)를 꼬아서 사용하게 된다.
도 2를 참조하면, 하나의 상기 와이어(112)를 중심으로(심선) 복수 개의 상기 와이어(112)를 꼬아서 상기 스트랜드(111)를 제조할 수 있다. 복수 개의 상기 와이어(112)를 꼬아서 상기 스트랜드(111)를 제조하는 방법은 이에 한정하는 것은 아니며, 와이어의 용도에 따라 다양한 방법으로 상기 와이어(112)를 꼬아서 상기 스트랜드(111)를 제조할 수 있음은 물론이다.
도 3을 참조하면, 상기 연선 단계(S400)는 복수 개의 상기 스트랜드(111)를 꼬아서 와이어 로프(110)를 형성하는 와이어 로프 형성 단계(S500)를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 복수 개의 상기 스트랜드(111)를 다시 한번 꼬아서 상기 와이어 로프(110)를 만드는 것이다. 상기 스트랜드(111), 상기 와이어 로프(110)는 모두 기본적으로 상기 와이어(112)를 꼬아서 사용하는 것으로, 와이어의 사용 용도와 강도 등을 고려하여 적절하게 상기 와이어(112)를 꼬아서 사용할 수 있다. (필요에 따라서는 상기 와이어 로프 형성 단계(S500)는 생략가능하다.)
본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어(100)는 표면에 에칭 홈이 형성되는 것으로, 이하 상기 스트랜드(111)를 중심으로 설명하기로 한다. 다만, 상술할 상기 스트랜드(111) 표면에 에칭 홈이 형성되는 것과 관련된 설명은 상기 스트랜드(111)가 꼬여서 형성된 상기 와이어 로프(110) 표면에 에칭 홈이 형성되는 것과 관련된 설명을 의미할 수 있음은 물론이다.
상기 표면 에칭 단계(S600)는 상기 도금 단계(S200) 및 상기 연선 단계(S400)를 통해 형성된 상기 스트랜드(111)를 플라즈마 장치(140)로 표면 에칭하여, 상기 스트랜드(111) 표면에 형성되어 있는 상기 도금층(120)에 패턴을 갖는 에칭 홈(130)을 형성하는 단계이다. 즉, 복수 개의 와이어(112)가 꼬여서 형성된 상기 스트랜드(111) 표면에 플라즈마 처리를 통해 상기 에칭 홈(130)을 형성시키는 것으로, 상기 에칭 홈(130)은 상기 스트랜드(111) 표면에 형성되어 있는 상기 도금층(120)에 형성되어 있는 것이다. (상기 스트랜드(111)를 꼬아서 상기 와이어 로프(110)가 형성된다면, 상기 표면 에칭 단계(S600)는 상기 와이어 로프(110)를 상기 플라즈마 장치(140)로 표면 에칭하여, 상기 와이어 로프(110) 표면에 형성되는 상기 도금층(120)에 패턴을 갖는 에칭 홈을 형성하는 것이다.)
상기 와이어 준비 단계(S100), 상기 도금 단계(S200), 상기 연선 단계(S400), 상기 표면 에칭 단계(S600)를 거쳐 상기 스트랜드(111), 상기 도금층(120)을 포함하며, 상기 도금층(120)에는 표면 에칭을 통하여 패턴을 갖는 에칭 홈(130)이 마련된 에칭 홈이 형성된 연선 와이어(100)가 제조된다.
상기 도금층(120)에 마련되는 패턴을 갖는 상기 에칭 홈(130)은 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 에칭 홈(130)의 상기 패턴은 규칙형 패턴으로 이루어질 수 있다. 상기 규칙형 패턴은 복수 개의 상기 에칭 홈(130)이 마련되고, 상기 에칭 홈(130)의 형상이 일정한 형상으로 이루어져 있으며, 상기 에칭 홈(130)의 간격이 일정하게 이루어져 있는 것이다.
도 5(a),(b),(c)를 참조하면, 상기 에칭 홈(130)의 형상은 삼각형 에칭홈(131), U형 에칭홈(132), 방향성 물결형 에칭 홈(133) 등의 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 방향성 물결형 에칭 홈(133)은 에칭 홈 일단에서 타단으로 일정한 경사를 갖는 형상으로 이루어진 것이다. 상기 에칭 홈(130)의 형상은 이에 한정하는 것은 아니며, 이외에도 접촉면적을 넓혀 접착력을 향상시킬 수 있다면 다양한 형상으로 이루어질 수 있음은 물론이다.
가령 상기 에칭 홈(130)은 나선형 에칭 홈, 공공(Pours)형 에칭 홈, 기공(Void)형 에칭 홈 등으로 이루어질 수 있다. 여기서 상기 나선형 에칭홈은 상기 와이어(100)를 따라 나선형으로 상기 에칭 홈(130)이 마련된 것이며, 상기 나선형 에칭 홈은 이중 나선형으로도 이루어질 수 있다. 상기 공공(Pour)형 에칭 홈, 기공(Void)형 에칭 홈은 상기 U형 에칭 홈(132)의 변형된 형태이다. 상기 U형 에칭 홈(132)의 변형 형태는 반원형으로 이루어질 수 있으며, 원의 호 형태로 이루어질 수 있다. 원의 호 형태는 두 점을 잇는 선분이 원의 지름보다 짧을 때의 열호와 원의 지름보다 길 때의 우호의 형태로 나타날 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 에칭 홈(130)의 상기 패턴은 불규칙형 패턴으로 이루어질 수 있다. 상기 불규칙형 패턴은 복수 개의 상기 에칭 홈(130)이 마련되고, 상기 에칭 홈(130)의 형상이 랜덤하게 형성되며, 상기 에칭 홈(130)의 간격이 랜덤하게 형성되는 것이다. 즉, 상기 불규칙형 패턴은 일정한 규칙이 없이 상기 에칭 홈(130)이 상기 도금층(120)에 형성되는 것이다. 상기 불규칙형 패턴은 상기 에칭 홈(130)의 간격 및 형상을 고려하지 않아도 되므로 제작이 간편한 장점이 있다.
상기 에칭 홈(130)은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상으로 이루어질 수 있음은 물론이다. 가령, 상기 에칭 홈(130)은 일정한 형상으로 이루어지고, 상기 에칭 홈(130)의 간격이 랜덤하게 형성될 수 있으며, 상기 에칭 홈(130)의 형상은 랜덤하게 이루어지며, 상기 에칭 홈(130)의 간격이 일정하게 형성될 수도 있다.
도 7을 참조하면, 상기 에칭 홈(130)의 깊이는 0.3ηm 이상 내지 100ηm 이하가 바람직하다. 도 6은 상기 에칭 홈(130)이 일정하지 않은 형상을 나타내고 있으나, 상기 홈(130)의 일정한 형상의 경우에도 상기 에칭 홈(130)의 깊이는 0.3ηm 이상 내지 100ηm 이하가 바람직하다.
상기 에칭 홈(130)은 상기 플라즈마 장치(140)에 의해 형성되며, 상기 플라즈마 장치(140)는 원자 단위로 상기 에칭 홈(130)을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 도금층(120)이 황동 도금층인 경우 Cu 원자와 Zn 원자를 상기 도금층(120) 표면에서 제거하여 상기 에칭 홈(130)을 형성할 수 있다. 이때 상기 Cu 원자의 반경은 0.128ηm, Zn의 원자 반경은 0.133ηm 이다. 따라서, 상기 에칭 홈(130)의 깊이는 최소 원자 단위인 0.3ηm 이상 단위로 형성할 수 있다.
또한, 상기 도금층(120)의 일반적인 두께는 250ηm 이다. 따라서, 상기 에칭 홈(130)의 깊이가 지나치게 깊어지면 오히려 상기 도금층(120)이 제거되어 접착력이 낮아지는 경우가 발생할 수 있다. 이에 따라 상기 에칭 홈(130)의 두께는 100ηm 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 에칭 홈(130)은 상기 표면 에칭 단계(S600)에서 상기 플라즈마 장치(140)에 의해 형성되며, 상기 플라즈마 장치(140)에 의해 상기 에칭 홈(130)의 상기 패턴과 상기 에칭 홈(130)의 형상을 조절할 수 있다.
상기 플라즈마 장치(140)와 상기 플라즈마 장치(140)에 의해 상기 에칭 홈(130)이 형성되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 8을 살펴보면, 상기 플라즈마 장치(140)는 공급대(141), 권취기(142), 플라즈마 챔버(143), 가스 투입구(144), 가스 배출구(145), RF(Radio Frequency) 전력장치(146), 회전식 롤러(147), 로터리 또는 터보 펌프(148)로 이루어진다. (여기서, 상기 로터리 또는 터보 펌프(148)는 진공 플라즈마 장치에 사용되며, 대기압 플라즈마 장치에서는 생략되어 사용될 수 있다.)
상기 플라즈마 장치(140)로 상기 에칭 홈(130)을 형성하기 위해 상기 스트랜드(111)를 상기 공급대(141)에 장착 후 상기 플라즈마 챔버(143)를 통과시켜 상기 권취기(142)에 감아 연속 작업이 될 수 있도록 배선한다. 그 이후 상기 플라즈마 챔버(143) 안으로 상기 가스 투입구(144)를 통해 가스를 투입하고 상기 RF 전력장치(146)로 전압을 인가한다.
상기 RF 전력장치(146)에 인가된 전압에 의해 투입된 가스가 플라즈마 상태로 변환되고, 투입된 가스는 자유 양이온과 자유 전자로 나누어지게 된다. 상기 회전식 롤러(147)는 상기 스트랜드(111)를 음전극으로 사용하기 위한 장치로, 상기 회전식 롤러(147)와 접촉하여 상기 스트랜드(111)는 음전극을 띄게 된다. 상기 회전식 롤러(147)에 의해 상기 스트랜드(111)가 음전극을 띄게 되면, 상기 RF 전력장치(146)에 의해 형성된 자유 양이온이 상기 스트랜드(111)에 표면으로 가속되고, 상기 스트랜드(111) 표면과 충돌하면서 상기 스트랜드(111) 표면의 금속 원자들이 떨어져 나가면서 표면에 상기 에칭 홈(130)이 형성된다. (즉, 도 9(a)를 참조하면, 상기 도금층(120)의 금속 원자들이 떨어져 나가면서 상기 도금층(120)에 상기 에칭 홈(130)이 형성되는 것이다.)
여기서, 상기 플라즈마 장치(140)는 대기압 플라즈마 장치 또는 진공 플라즈마 장치로 이루어질 수 있다. 상기 로터리 또는 터보 펌프(148)는 진공 플라즈마 장치에 사용되는 것으로, 에칭의 효율을 높이기 위하여 상기 로터리 또는 터보 펌프(148)로 상기 플라즈마 챔버(143) 내의 기압을 대기압보다 낮은 저기압 또는 진공 상태로 만든 후 플라즈마 처리를 할 수 있다. 상기 로터리 또는 터보 펌프(148)의 구성은 베르누이 법칙을 적용하여 플라즈마 챔버(143) 내의 기압을 저기압 또는 진공을 만들기 위하여 와이어 투입구 및 출구 양쪽에 설치하여 사용할 수 있다.
상기 에칭 홈(130)의 형상은 이방성 식각 원리를 응용하여 다양한 형상의 패턴을 부여할 수 있다. 가령, FCC 격자 구조를 갖는 상기 도금층(120)의 경우 110 면이 111면 보다 면밀도가 낮기 때문에 플라즈마 처리 시 에칭 속도가 빠르게 된다. 이를 이용하여 V형 형태의 패턴형성이 가능하다.
도 9(a)는 황동 도금층(Cu 와 Zn으로 이루어진)에 상기 에칭 홈(130)이 형성된 것을 나타내는 도면이며, 도 9(b)는 청동 도금층(Cu와 Sn으로 이루어진)에 상기 에칭 홈(130)이 형성된 것을 나타내는 도면이다. 도 9(a)를 참조하면, 황동 도금층이 형성된 와이어 표면의 금속 원자(Cu, Zn)들이 떨어져 나가면서 V형 상기 에칭 홈(130)을 형성하는 것을 알 수 있으며, 도 9(b)를 참조하면, 청동 도금층이 형성된 와이어 표면의 금속 원자(Cu, Sn)들이 떨어져 나가면서 U형 상기 에칭 홈(130)을 형성하는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 에칭 홈(130)의 깊이를 0.3ηm 이상 내지 100ηm 이하로 하기 위해 상기 RF 전력장치(146)의 전압을 3kV 이상 내지 80kV 이하로 하며, 공급 전력은 1kW 이상 내지 4kW 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 RF 전력장치(146)는 전압을 증가시킬수록 자유 양이온의 가속도가 빨라져 입자 에너지가 증가하게 되고, 이에 따라 떨어져 나가는 도금 입자들의 양이 많아지게 된다. 상기 RF 전력장치(146)의 전압을 3kV 이상 내지 80kV 이하, 공급 전력은 1kW 이상 내지 4kW 이하로 하고, 상기 RF 전력장치(146) 전압 및 공급전력의 크기를 조절하여 상기 에칭 홈(130)의 깊이를 0.3ηm 이상 내지 100ηm 이하로 할 수 있게 된다.
이와 함께, 가스 투입량 또는 도금된 와이어의 이동속도를 조절하여 플라즈마 처리 시간을 변화시킴에 따라 상기 에칭 홈(130)의 깊이 또는 상기 에칭 홈(130)의 간격을 조절할 수 있다. 상기 에칭 홈(130)의 깊이를 0.3ηm 이상 내지 100ηm 이하로 하기 위해서는 상기 가스 투입량 1 L/M 이상 내지 500 L/M로 하는 것이 바람직하다.
상기 에칭 홈(130)을 형성하기 위한 상기 플라즈마 장치(140)는 와이어 소재의 물성 및 도금층 표면의 산화를 방지하기 위하여 저온 대기압 플라즈마 장치 또는 진공 플라즈마 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 사용되는 고온 플라즈마 장치는 열에 의한 와이어의 물성저하나 도금층이 산화되는 문제가 발생할 수 있다. 그러나 저온 대기압 플라즈마 또는 진공 플라즈마는 고온 플라즈마와 달리 2개의 전극 사이에 높은 전압을 가하여 플라즈마 상태를 만드는 것으로 전체적으로 중성을 띄면서 높은 반응성을 가지게 되는 것을 활용하는 것이다. 이를 통해 표면을 에칭하면 열에 의한 소재의 물성에 영향을 주지 않고 표면처리가 가능한 장점이 있다.
본 발명에서는 대기압 플라즈마 장치 또는 진공 플라즈마 장치를 선택적으로 사용할 수 있다. 대기압 플라즈마 장치는 상기 플라즈마 챔버(143) 내의 기압을 진공으로 만들기 위한 별도의 펌프가 필요하지 않아 사용이 간편한 장점이 있다. 진공 플라즈마 장치는 플라즈마 챔버(143) 내의 기압을 진공 상태로 만들기 위해 별도의 장비(로터리 또는 터보 펌프(148))가 필요하지만, 진공 플라즈마 장치는 대기압 대비 표면 에칭 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 진공 플라즈마 장치를 사용시 플라즈마 챔버(143) 내의 기압을 진공 상태로 만들어 사용할 수 있으며, 상기 플라즈마 챔버(143) 내의 기압을 대기압 보다 작은 기압을 갖는 저기압 상태로도 만들어 사용할 수도 있다.
상기 플라즈마 장치(140)에 사용되는 플라즈마 발생용 가스는 비활성 가스, Ar, H₂, N₂중 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 비활성 가스, Ar, H₂, N₂는 인체에 무해한 가스로, 종래의 인체에 유해한 다양한 화합물을 도포하여 와이어의 접착력을 향상시키는 종래 기술에 비해 친환경적인 장점이 있다.
이하에서는 실시 예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
다음의 실시 예는 자동차에 사용되는 스틸 코드에 에칭 홈을 형성시킨 것이다. 하기 실시 예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어(100)는 스틸 코드 이외에도 벨트 코드, 와이어로프, 교량용 와이어 로프 등 다양한 용도로 사용될 수 있음은 물론이다.
[실시 예]
먼저, 탄소 함량이 0.82중량%이고 직경이 5.5mm인 와이어 로드(Wire rod)를 1.75mm로 신선한 후 열처리 및 황동도금(Cu : 62.5% α-brass, 도금부착량 : 4g/kg(두께 : 1.65um))을 실시하고 직경 0.30mm까지 신선한 소선 3가닥(Cu : 63%, α-brass, 도금부착량 : 3.5g/kg (두께 : 240ηm) 을 16mm의 꼬임길이로 연선한 후 플라즈마 장치를 통하여 표면에 다양한 깊이의 에칭 홈을 부여하였다. 이때 에칭 홈의 깊이를 조정하기 위하여 RF 전력기의 공급 전압을 3kV 이상 내지 80kV 이하 범위에서 점차 증가시키면서 플라즈마 처리를 실시하였으며, Ar 및 H₂가스 투입량은 5L/M, 1L/M로 하였다. 또한, 와이어의 에칭 홈의 형상은 α-brass 도금의 격자 구조인 FCC구조에서 격자면에 따라 식각 속도가 차이는 나는 것을 이용하여 V형 형태의 에칭 홈을 부여하였다.
표면 에칭 홈 깊이는 최소 원자 단위인 0.3ηm에서부터 최대 도금층 두께 수준인 250ηm 수준으로 형성하였다. 플라즈마 처리를 통한 에칭 홈의 깊이가 접착력에 미치는 영향을 확인하기 위하여 플라즈마 처리를 하지 않은 일반적인 스틸와이어 제품을 비교예로 선정하였다. 제조된 시편들의 고무와의 접착력을 평가하기 위하여 ASTM D2229-04의 방법으로 T-test 방식을 적용하였다. (ASTM D2229-04의 방법으로 T-test 방식은 공지된 방법으로 그 상세한 설명은 생략한다.)
도 10(a)는 스틸 코드의 표면 에칭 홈 깊이에 따른 접착력 시험 결과이며, 도 10(b)는 이를 그래프로 나타낸 것이다.
도 10(a) 및 도 10(b)의 결과를 살펴보면, 에칭 홈 깊이가 증가함에 따라 와이어의 표면적이 증가하며, 와이어의 표면적 증가에 따라 접착력이 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나 에칭 홈 깊이가 100ηm 이상이 되면 접착력이 하락하는 것을 알 수 있다. 이는 상술한 바와 같이 에칭 홈 깊이를 너무 깊게 하면 도금층이 제거되어 오히려 접착력이 낮아지는 것이며, 따라서 에칭 홈의 깊이는 0.3ηm 이상 내지 100ηm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 실시 예와 비교 예 제품을 살펴보면 절단하중이 유사한 것을 알 수 있다. 이는 플라즈마 처리에 의해 발생한 에칭 홈은 스틸 코드의 절단 하중이 감소시키지 않는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어는 절단하중을 감소시키지 않으면서 접착력을 향상시킬 수 있는 것이다.
상술한 본 발명의 에칭 홈이 형성된 와이어 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 플라즈마 장치를 이용하여 와이어 도금층에 다양한 깊이와 형상의 패턴을 형성시켜 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법에 관한 것으로, 플라즈마 장치에 의해 형성된 에칭 홈에 의해 접촉면적이 넓어지고 이로 인해 고무와의 접착력이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 및 그 제조방법은 대기압 플라즈마 장치 또는 진공 플라즈마 장치를 사용함에 따라, 열에 의한 와이어의 물성저하나 도금층이 산화되는 문제 없이 표면처리 할 수 있는 장점이 있으며, 플라즈마 장치에 사용되는 가스를 인체에 무해한 비활성 가스, Ar, H₂, N₂중 어느 하나를 사용함에 따라 친환경적인 장점이 있다.
본 발명의 에칭 홈이 형성된 연선 와이어는 고무 등과의 잡착력을 향상시키는 주된 효과가 있으나, 그 이외에도 에칭 홈이 형성됨에 따라 부수적인 효과가 발생할 있음은 물론이다. 가령, 와이어 로프의 경우 에칭 홈이 형성됨에 따라 그리스 도포력이 향상될 수 있으며, 폴리머 등과의 접착력이 향상될 수 있는 효과가 있다.
이상에서 다양한 실시 예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 권리범위로부터 합리적으로 해석될 수 있는 것이라면 무엇이나 본 발명의 권리범위에 속하는 것은 당연하다.
S100...와이어 준비 단계 S200...도금 단계
S300...신선 단계 S400...연선 단계
S500...와이어 로프 형성 단계 S600...표면 에칭 단계
100...에칭 홈이 형성된 와이어 110...와이어 로프
111...스트랜드 112...와이어
120...도금층 130...에칭 홈
131...삼각형 에칭 홈 132...U형 에칭 홈
133...방향성 물결형 에칭 홈 140...플라즈마 장치
141...공급대 142...권치기
143...플라즈마 챔버 144...가스 투입구
145...가스 배출구 146...RF 전력장치
147...회전식 롤러 148...로터리 또는 터보 펌프

Claims (14)

  1. 복수 개의 와이어가 꼬여서 형성된 스트랜드; 및
    상기 스트랜드 표면에 형성되는 도금층;을 포함하며,
    상기 도금층은 플라즈마 장치에 의해 표면 에칭되어 패턴을 갖는 에칭 홈;이 마련되는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어.
  2. 제1항에 있어서,
    복수 개의 상기 스트랜드를 꼬아서 와이어 로프를 형성하며,
    상기 에칭 홈은 상기 와이어 로프 표면에 형성되는 상기 도금층에 마련되는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 홈의 상기 패턴은,
    상기 에칭 홈의 형상이 일정한 형상으로 이루어지며,
    상기 에칭 홈의 간격이 일정하게 이루어져 있는 규칙형 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 홈의 상기 패턴은,
    상기 에칭 홈의 형상이 일정한 형상으로 이루어지며,
    상기 에칭 홈의 간격이 랜덤하게 형성되는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 와이어.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 에칭 홈의 형상은 U형, V형, 방향성 물결형 중 어느 한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 홈의 상기 패턴은,
    상기 에칭 홈의 형상이 랜덤하게 형성되며,
    상기 에칭 홈의 간격이 랜덤하게 형성되는 불규칙형 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 홈의 깊이는 0.3ηm 이상 내지 100ηm 이하인 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도금층은 황동 도금층, 청동 도금층, 아연도금층, 알루마 도금층, 구리 도금층, 주석 도금층, 니켈 도금층, 크롬 도금층, 코발트 도금층, 카드뮴 도금층 중 어느 하나의 도금층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어.
  9. 와이어 준비 단계;
    상기 와이어를 도금하여 도금층을 형성하는 도금 단계;
    복수 개의 상기 와이어를 꼬아서 스트랜드를 형성시키는 연선 단계;
    상기 스트랜드를 플라즈마 장치로 표면 에칭하여, 상기 스트랜드 표면에 형성되어 있는 상기 도금층에 패턴을 갖는 에칭 홈을 형성하는 표면 에칭 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 장치는 상온 대기압 방식의 플라즈마 장치 또는 진공 플라즈마 장치를 사용하며,
    상기 플라즈마 장치에 사용되는 플라즈마 발생용 가스는 비활성 가스, Ar, H₂, N₂중 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 장치는 RF 전력장치를 사용하며,
    상기 RF 전력장치의 전압은 3kV 이상 내지 80kV 이하로 하며,
    상기 플라즈마 장치에 투입되는 가스 투입량은 1 L/M 이상 내지 500 L/M로 하여,
    상기 에칭 홈의 깊이를 0.3ηm 이상 내지 100ηm 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 도금층은 황동 도금층, 청동 도금층, 아연도금층, 알루마 도금층, 구리 도금층, 주석 도금층, 니켈 도금층, 크롬 도금층, 코발트 도금층, 카드뮴 도금층 중 어느 하나의 도금층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 도금 단계는,
    상기 도금 단계를 통해 형성된 상기 도금된 와이어를 신선하는 신선단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 연선 단계는 형성된 상기 스트랜드를 복수 개 꼬아서 와이어 로프를 형성하는 와이어 로프 형성단계를 포함하며,
    상기 표면 에칭 단계는,
    상기 와이어 로프를 플라즈마 장치로 표면 에칭하여, 상기 와이어 로프 표면에 형성되는 상기 도금층에 패턴을 갖는 에칭 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 에칭 홈이 형성된 연선 와이어 제조방법.
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