KR20200000301A

KR20200000301A - 고경도 그라비아 인쇄롤 제조방법

Info

Publication number: KR20200000301A
Application number: KR1020180072437A
Authority: KR
Inventors: 송호상
Original assignee: 송호상
Priority date: 2018-06-24
Filing date: 2018-06-24
Publication date: 2020-01-02

Abstract

본 발명은 그라비아 인쇄롤로 전자잉크인 전도성 페이스트를 사용하여 적층 세라믹 콘덴서(MLCC)를 제조하는 그라비아 인쇄롤을 제작하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 종전에는 철롤(24) 외피에 니켈을 5㎛의 두께로 니켈도금층을 전착하고, 그 위에 구리를 120~130㎛의 두께로 피복하는 구리도금층(22)과 6㎛ 두께의 크롬도금층으로 전착 된 통상적인 그라비아 인쇄기용으로 사용하는 롤 이었으나 발명 후에는 니켈도금층(23)과 구리도금층(22)을 전착시키지 않고, 경도와 강도가 매우 높은 구리합금금속(32,43)인 황동 혹은 청동금속을 두께 7㎜로 그라비아 철롤 외피에 열박음으로 전환하고, 금속표면을 가공과 연마를 한 구리합금금속(43)의 외피에 20~30㎛ 두께로 도금하는 구리도금층(42)과 구리합금금속(32) 표면에 MLCC의 패턴을 디자인하여 에칭 공정을 거쳐, 두께 5~6㎛ 크롬도금층(31,41)으로 제작한 표면경도가 종전보다 50~60%가 높고, 내마모성이 매우 좋은 그라비아 인쇄롤을 제작하여, 이를 통해 고품질의 전자잉크로 인쇄하는 MLCC와 모든 IT 전자부품 등을 고품질로 안정적인 생산이 되도록 한다.

Description

고경도 그라비아 인쇄롤 제조방법{High hardness gravure printing roller manufacturing method}

본 발명은 전자잉크 등의 금속성 잉크를 사용하는 그라비아 인쇄롤 표면에 적층 세라믹 콘덴서(MLCC), LCD 모니터, 전자테크(RFID TAG), 플렉시블 인쇄 회로기판(FPCB)등 적합하게 미세패턴을 디자인하여 다양한 IT 전자부품들을 생산하기 위한 초정밀 그라비아 인쇄롤로 인쇄품질을 향상시킬 수 있는 고경도 그라비아 인쇄롤의 제조방법에 관한 것이다.

근래에는 대전류 및 고온에서 행하는 경질 크롬도금을 한 그라비아 인쇄(Gravure Printing)롤을 이용하여 각종 필름표면에 인쇄하여 포장용으로 널리이용되고 있다. 일반적으로 적층 세라믹 콘덴서(MLCC)와 같은 전자부품을 제조하기 위해 내부전극이 되는 전도성 페이스트가 패턴에 담긴 상태로 회전하면서 세라믹 그린시트 상에 인쇄되는 공정이 실시되는데, 이와 같은 전도성 페이스트에 의해 제공되는 내부전극은 높은 패턴의 정밀도를 가져야만 한다. 그러므로 패턴의 높은 정밀도를 같기 위해서는 표면경도가 높은 그라비아 인쇄롤를 적용할 필요가 있다.

이와 같은 그라비아(Gravure) 인쇄방법은 적층 세라믹 콘덴서 전자부품 이외에도 다양한 전자부품을 생산하는데 이용되고 있으며, 그라비아 인쇄롤의 표면경도에 따라서 마모상태가 좌우된다. 전극 페이스트를 사용하는 그라비아 인쇄는 도 1에 도시된 바와 같이 그라비아 인쇄기를 이용한다. 이는 그라비아 인쇄롤(14)과 시트(13)를 가압하는 가압롤(12)로 구성되어 있다.

이에 따라서 그라비아 인쇄롤(14)과 가압롤(12)이 회전하면서 시트가 이송되는데, 이때 그라비아 인쇄롤 하부에 설치된 잉크사라(16) 내부에 수용되어 있는 전극 페이스트(15)가 그라비아 인쇄롤의 원주면에 형성되어 있는 패턴에 담긴 상태로 회전하면서 시트(13) 상에 전극 페이스트가 인쇄된다. 특히 그라비아 인쇄롤의 원주면상의 여분의 전극 페이스트(전자잉크)는 강한 압력을 받고 있는 닥터 블레이드(Doctor blade)(11)에 의해 밑으로 긁어 내려진다.

그러므로 그라비아 인쇄롤 표면은 닥터 블레이드와 전도성 페이스트의 무기안료에 의한 마찰로 마모된다. 이로 인해 그라비아 인쇄롤(14) 패턴의 정밀도가 떨어져 인쇄품질이 저하되고 생산량이 감소되는 문제점을 야기 시키게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로 그라비아 인쇄롤은 다양한 IT 전자부품 등을 생산하는데 사용되고 있으며, 특히, 전자잉크로 MLCC를 인쇄하는 것은 매우 작은 오차도 허용되지 않기 때문에 정확한 셀들의 간격과 셀들을 에칭한 단면적이 완벽하여야 하기 때문에 롤 표면이 마모되어서는 안되다.

이와 같이 포장용 그라비아 인쇄롤을 제작 사용했던 종전의 방식으로 그라비아 인쇄롤을 동일하게 제작하여 IT 전자부품 및 MLCC을 만든는 그라비아 인쇄롤로 사용시, 인쇄기의 가압롤과 닥터 블레이드에 사용하는 압력이 포장용보다 매우 높기 때문에 그라비아 인쇄롤의 표면경도가 낮아 닥터 블레이드에 의해 그라비아 인쇄롤의 표면이 마모되는 경향이 빠르고, 또 크롬도금층이 뜯어지는 현상과 마모에 의해 생긴 미세한 이물질들이 전자잉크인 페이스트에 혼입되어 인쇄된 제품들이 불량으로 이어지는 것을 기술적 과제로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 그라비아 인쇄롤의 제작에 있어 발명전에는 철롤(24) 외피에 니켈 스트라이크도금(23)과 구리도금(22)을 120~130㎛ 두께로 제작한 포장용 그라비아 롤 을 배제하고, MLCC 전자부품들은 초정밀 패턴을 요구하는 기술로써, 포장용 롤 과는 다르게 셀 및 심도 부분은 미크론(㎛) 단위의 관리가 필요하므로, 철롤 과 구리합금금속 파이프 열 박음 시 밀착되지 않은 부분에서 국부적으로 전류 밀도가 증가해, 롤 도금 후 표면은 붉은 반점(Hot spot)과 전류 흐름 불균일로 크롬도금 두께 편차가 발생하는 문제가 빈번하게 발생 된다. 이러한 문제점 해결을 위해서는 철롤 외면에 [도 8]과 같이 원주방향에서 롤 길이 방향으로 양각 너비 3mm, 음각 너비 5mm, 음각에서 양각높이 0.3mm로 가공하고, 구리합금금속 파이프(32)를 열박음시 밀착성 증대와 전류분포 균일화를 위해 두께 13mm인 구리합금금속 파이프 표면에 미세한 핀 홀을 없애고, 또 금속의 결정립을 균일하게 만들기 위해 두께 8~9mm까지 롤링하여 파이프(32)를 제작하여 150~200도로 30분간 가열로에서 가열하여 그라비아 철롤(33,44)의 외피에 열박음하여 자연냉각시키고, 금속표면을 가공과 연마를 한 구리합금금속(43) 외피에 20~30㎛ 두께로 구리도금(42)을 하여 패턴을 에칭하고 크롬도금을 하여 상기한 문제점을 해결하고자 한다.

발명한 그라비아 인쇄롤의 표면경도가 종래의 그라비아 인쇄롤 보다 50~60%(도 7 사진참조) 향상되어 인쇄롤의 문제점인 표면마모가 없어져 그라비아 인쇄롤의 원주면 상에 형성된 패턴의 정밀도가 유지되고, 크롬도금층이 뜯어지고, 크롬층이 마모에 의해 구리도금층이 노출되는 현상이 없어져 인쇄품질을 올릴 수 있어 안정적인 MLCC와 전자부품 등을 생산할 수 있다. 그리고 전자산업 등의 정밀산업분야에 적용시 안정적인 전자부품의 생산이 가능해지는 장점도 있다.

도 1은 일반적인 그라비아 인쇄 과정을 설명하기 위해 도시한 개념도 이다.
도 2는 발명전 그라비아 인쇄롤의 측면을 단면적으로 표시한 것을 도시한 도면이다.
도 3은 발명 후 그라비아 인쇄롤의 측면을 단면적으로 표시한 것을 도시한 도면이다.
도 4는 발명 후 그라비아 인쇄롤의 측면을 단면적으로 표시한 것을 도시한 도면이다.
도 5는 발명 후 그라비아 인쇄롤의 정면을 단면적으로 표시한 것을 도시한 도면이다.
도 6은 그라비아 인쇄롤 제작의 중간과정인 구리도금층의 발명 전후의 표면경도를 비커스 경도계로 측정한 값을 표시한 사진이다.
도 7는 그라비아 인쇄롤을 최종적으로 제작한 크롬도금층의 발명 전후의 표면경도를 비커스 경도계로 측정한 값을 표시한 사진이다.

스틸 SM 40C의 심레스 파이프로 두께 15㎜, 외경 둘레 436㎜, 길이 550㎜, 60￠ 스틸 환봉으로 길이 190㎜ 2개, 철판 두께 20㎜인 원판둘레 340㎜ 2개를 각각 가공하여 반가공 그라비아 롤을 제작하여 풀림 열처리를 한 다음, 노 안에서 서서히 냉각시킨다.

이어서 풀림 열처리한 반가공 그라비아 롤을 정삭 가공한 다음, 철롤 외피에 구리합금금속(32,43)인 황동 혹은 청동금속을 롤링하여 미세한 핀 홀을 없애고, 금속의 결정립을 균일하게 만들어 두께 7㎜, 내경 둘레 430㎜, 길이 550㎜를 가공한 파이프를 150~200도에서 30분간 가열로에서 가열한 다음, 즉시 반가공한 그라비아 롤을 위에서 아래로 열박음하여 자연냉각시키고, 이어서 그라비아 롤의 구리합금금속 표면을 정밀가공과 연마를 한 구리합금금속(43) 외피에 두께 20~30㎛ 구리도금(42)을 전착시키다.

그리고 그라비아 롤을 정밀연마기로 직경 149㎜로 가공 후, 표면을 빠우기로 광택 연마한 다음, 37도 건조로 내부에서 3분간 열풍기로 건조 시킨 후, 롤을 양끝단 척에 고정하여 회전시키면서 표면에 감광막을 균일하게 도포하고 10시간 정도 자연건조 시킨다. 이어 그라비아 롤의 구리합금금속(32)과 구리도금층(42) 표면에 레이저 노광기를 이용해 각각 노광 작업을 마친 후, 알칼리 현상액에 롤의 하반부를 침지 회전하여 약 1분 정도 현상처리 후, 식각에 의한 셀의 형성을 위해 에칭(부식) 공정을 거쳐 부식방지와 내마모성을 위해 두께 5~6㎛의 크롬도금층(31,41)을 전착시키고, 3㎛ 롤 페이퍼로 표면을 습식연마 한다.

11:닥터블레이드 12:가압롤 13:시트
14:그라비아 인쇄롤 15:페이스트 16:잉크사라
21,31,41,51:크롬도금층 22,42,52:구리도금층 23:니켈도금층
24,33,44,54:철 롤 32,43,53:구리합금금속
61:구리도금층의 발명전 표면경도
62:황동금속층의 발명 후 표면경도
63:황동금속층을 둘러싼 구리도금층의 발명 후 표면경도
64:청동금속층을 둘러싼 구리도금층의 발명 후 표면경도
71:크롬도금층의 발명전 표면경도
72:황동금속층을 둘러싼 크롬도금층의 발명 후 표면경도
73:황동금속층 외피에 구리도금층을 둘러싼 크롬도금층의 발명 후 표면경도
74:청동금속층 외피에 구리도금층을 둘러싼 크롬도금층의 발명 후 표면경도

Claims

그라비아 인쇄롤의 표면경도를 고경도 롤로 제작하기 위해 그라비아 철롤 (33) 외피에 원주방향에서 롤 길이 방향으로 양각 너비 3mm, 음각 너비 5mm, 음각에서 양각높이 0.3mm로 가공하고, 구리합금금속인 황동 혹은 청동금속 두께 13mm 파이프 표면에 미세한 핀 홀을 없애고, 또 금속의 결정립을 균일하게 만들기 위해 두께 8~9mm까지 롤링하여 만든 파이프를 철롤(33)에 열박음 하여 가공과 연마를 거친 후 두께 7mm의 구리합금금속(32) 층의 원주면 상에 각종 패턴을 디자인하여 에칭하고 두께 5~6㎛ 크롬도금(31) 한 것을 특징으로 제작한 그라비아 인쇄롤의 제작방법.
그라비아 인쇄롤의 표면경도를 고경도 롤로 제작하기 위해 그라비아 철롤 (44) 외피에 원주방향에서 롤 길이 방향으로 양각 너비 3mm, 음각 너비 5mm, 음각에서 양각높이 0.3mm로 가공하고, 구리합금금속인 황동 혹은 청동금속 두께 13mm 파이프 표면에 미세한 핀 홀을 없애고, 또 금속의 결정립을 균일하게 만들기 위해 두께 8~9mm까지 롤링하여 만든 파이프를 철롤(33)에 열박음하여 가공과 연마를 거친 후 외피에 20~30㎛ 두께로 구리도금(42)을 전착시키고, 구리도금 층의 원주면 상에 각종 패턴을 디자인하여 에칭하고 두께 5~6㎛ 크롬도금(31) 한 것을 특징으로 제작한 그라비아 인쇄롤의 제작방법.