KR20210071305A - 패턴이 형성된 금속판을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패턴이 형성된 금속판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 제1금형과 제2금형을 포함하는 금형에 전사대상 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1금형과 상기 제2금형 사이에 금속판을 배치하는 단계; 상기 제1금형과 상기 제2금형을 상기 금속판에 가압하여 상기 금속판에 상기 전사대상 패턴을 전사하는 단계를 포함한다.

Description

패턴이 형성된 금속판을 제조하는 방법{Method of manufacturing metal plate formed with pattern}

본 발명은 패턴이 형성된 금속판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

박판 형태의 메달과 같이 박판에 일정한 패턴을 형성하는 활용하는 기술이 개발되고 있다.

금과 같은 귀금속 박판제품의 경우 형압으로 비교적 단순한 패턴 및 형상을 표현하였다. 매우 얇은 박판을 제조하기에 형압은 성형에 어려움이 있으며 소재가 성형성이 우수한 금으로 한정되는 문제가 있다.

최근 보다 복잡하고 정교한 패턴을 표현하기 위해 직접 제품에 가공장비나 레이저를 통해 가공하는 방법이 있으나 생산성이 낮고 제품이 손상되는 문제가 있다.

한국 특허공개 제2005-0089207호 (2005. 09. 08. 공개)

본 발명은 패턴이 형성된 금속판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기 본 발명의 목적은 패턴이 형성된 금속판을 제조하는 방법에 있어서, 제1금형과 제2금형을 포함하는 금형에 전사대상 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1금형과 상기 제2금형 사이에 금속판을 배치하는 단계; 상기 제1금형과 상기 제2금형을 상기 금속판에 가압하여 상기 금속판에 상기 전사대상 패턴을 전사하는 단계를 포함하는 것에 의해 달성된다.

상기 전사대상 패턴의 형성은, 상기 금형을 열처리하여 경도를 부여하는 단계; 열처리된 상기 금형의 표면을 연마하는 단계; 연마된 상기 금형의 표면에 상기 전사대상 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전사대상 패턴은 홀로그램 패턴을 포함할 수 있다.

상기 홀로그램 패턴의 형성은 나노-세컨 레이저, 피코초 레이저 및 펨토-세컨 레이저 중 적어도 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다.

상기 레이저 조사를 받은 부분은 길게 연장된 무광패턴이 되고, 상기 레이저 조사를 받지 않은 부분은 길게 연장된 유광패턴이 되며, 상기 홀로그램 패턴은, 상기 무광패턴의 폭은 12㎛ 내지 20㎛, 인접한 상기 무광패턴 사이에 위치하는 상기 유광패턴의 폭은 5㎛ 내지 15㎛, 상기 무광패턴의 깊이는 0.1㎛ 내지 0.5㎛일 수 있다.

상기 연마는, #2000 이상으로 연마하는 제1연마 단계를 포함할 수 있다.

상기 연마는, 1㎛미만의 다이아몬드 페이스트를 이용하여 연마하는 제2연마 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 연마에 의해 상기 금형의 표면은 400grit 이상의 조도를 가질 수 있다.

상기 가압은 롤투롤 방식으로 수행될 수 있다.

상기 금형은 적어도 일 단부의 두께가 감소되어 있을 수 있다.

상기 금속판의 두께는 30㎛ 내지 1mm일 수 있다.

본 발명에 따르면 패턴이 형성된 금속판을 제조하는 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속판의 제조방법의 순서도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에서 금형의 일 예를 예시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에서 금형의 다른 예를 예시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에서 롤투롤 방식을 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 실험예에서 금형에 형성된 홀로그램 패턴의 이미지이며,
도 6 및 도 7은 도 4의 홀로그램 패턴의 일부분을 확대한 것이다.
도 8은 열처리를 홀로그램 패턴 형성한 이후에 수행한 경우의 금형에 형성된 홀로그램 패턴의 이미지이며,
도 9는 #1000으로 연마 후 홀로그램 패턴 형상한 경우의 금형에 형성된 홀로그램 패턴의 이미지이며,
도 10은 #2000으로 연마 후 홀로그램 패턴 형상한 경우의 금형에 형성된 홀로그램 패턴의 이미지이며,
도 11 및 도 12는 롤투롤 방식의 전사 결과물이고,
도 13은 프레스 방식의 전사 결과물이고,
도 14는 롤투플레이트의 전사 결과물이다.

이하 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 금속판의 제조방법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속판의 제조방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에서 금형의 일 예를 예시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에서 금형의 다른 예를 예시한 것이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에서 롤투롤 방식을 나타낸 것이다.

먼저 금형을 마련한다(S100). 금형(10)은 공구강을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지는 않으나, STD 61, STD 11, STB2 등을 사용할 수 있다.

금형(10)은 도 2 및 도 3과 같이 서로 마주보는 제1금형(101)과 제2금형(102)을 포함한다. 서로 마주하는 제1금형(101) 및 제2금형(102)의 표면에 전사대상 패턴이 형성된다.

도 2의 금형(10)은 제1금형(101)을 고정하도록 둘러싸는 제3금형(103)과 제2금형(102)을 고정하도록 둘러싸는 제4금형(104)을 더 포함한다.

금형(10)은 단부에 두께가 감소했다가 점차 증가하는 부분(101a, 102a, 103a, 104a)가 존재한다. 이는 롤투롤 공정에서 롤 사이에 진입하는 과정의 용이함을 위한 것이다.

이후 금형(10)을 열처리한다(S200). 열처리는 금형(10)에 경도를 부여하기 위함이다. 열처리는 금형(10)의 두께나 재질 등에 따라 달라질 수 있으나 1000℃ 내지 1050℃에서 1시간 내지 5시간 수행될 수 있으며, 이후 로냉한다. 열처리 후 금형(10)의 경도는 HRC 48~55일 수 있다.

이후 금형 표면을 연마(폴리싱)한다(S300).

이때 표면 연마를 통해 유광을 확보해야하며 유광 확보를 위한 연마 공정은 다음과 같다.

버(burr)나 열처리를 통해 형성된 산화층 또는 기타 불순물을 제거하기 위해 거친 연마석을 통해 초기가공하고 이후 #100(평균입자 254㎛) 내지 #2000(평균입자 2.5㎛)까지 연마한다. 이후 Diamond paste(평균입자 1㎛~0.25㎛)까지 점점 미세한 연마를 사용하는 방향으로 광택연마를 진행한다.

홀로그램 효과는 광택연마 #2000 연마 금형에서부터 구현되며 표면 조도가 매끈해 질수록 효과 강도가 높아진다.

#1000 이하 광택처리가 된 금형의 경우 홀로그램 패터닝 시 효과 구현이 매우 어려우며 #2000까지 연마되면 홀로그램 효과 구현이 시작된다.

이후 다이아몬드 페이스트(1㎛ 미만)의 연마제를 활용했을 경우 홀로그램 효과가 강하게 나타난다. 또한 #4000까지 연마를 실시한 후 다이아몬드 페이스트 연마를 실시할 수도 있다.

연마된 금형(10)의 표면은 400grit 이상의 조도를 가질 수 있으며, 400grit 내지 1000grit일 수 있다. 표면조도는 10㎛이하, 5㎛이하 또는 1㎛일 수 있다.

이상 설명한 열처리 및 연마는 금형(10)의 구성요소 중 필요한 부분 및/또는 면을 대상으로만 수행될 수 있다.

연마 이후, 연마된 표면에 전사대상 패턴을 형성한다(S400). 패턴은 홀로그램 패턴일 수 있다. 홀로그램 효과는 빛의 회절과 간섭을 통해 구현되며 이를 위해 홀로그램 패턴의 피치간 간격은 약 5~15㎛(피치 사이 유광부)로 형성 되어야 한다.

홀로그램 효과를 구현하기 위해 Nano-second laser, Pico-second laser 또는 femto-second laser를 이용하여 홀로그램 패턴을 형성한다. 레이저는 50W 미만의 저출력 레이저를 사용할 수 있다.

레이저가 조사된 부분이 무광패턴이 되고 레이저가 조사되지 않은 부분이 유광패턴이 된다. 무광패턴과 유광패턴을 길게 연장되어 있을 수 있다.

홀로그램 패턴을 형성할 시에는 피치 폭(무광패턴의 폭)은 약 12㎛ 내지 20㎛이며 피치 간격은 5㎛ 내지 15㎛(피치 사이 유광패턴의 폭)로 형성하며 향후 금형마모 등의 영향을 최소화하기 위해 피치 가공 깊이는 0.1㎛ 내지 0.5㎛로 형성하여 제조한다.

피치 간격이 15㎛ 이상일 경우 홀로그램 효과가 감소할 수 있다.

도시하지는 않았지만 전사대상 패턴을 형성하기 전에 심도 10㎛정도 또는 그 이상의 심도로 문양을 형성할 수도 있다.

이후 도 4와 같이 금형(10) 사이에 금속판(30)을 배치하고(S500), 롤투롤 방식으로 패턴을 전사한다(S600).

롤투롤 방식에서는 이격되어 배치된 두 개의 롤(20a, 20b) 사이로 금속판(30)을 사이에 둔 금형(10)이 지나간다. 금형(10)은 양 롤(20a, 20b)에 의해 진행방향을 따라 순차적으로 압력을 받아 전사대상 패턴을 금속판(30)에 전사하게 된다.

프레스 및 롤투플레이트(roll to plate)의 경우 문양 전사 또는 미세한 조도 전사만 가능하고 홀로그램 전사는 매우 어렵다. 자세하게는, 롤투플레이트의 경우 심도 10㎛ 또는 그 이상의 문양전사는 가능하나 미세한 조도 전사는 불가능하다.

롤투롤 압연기 사용 시 동일한 방향(압연 진행방향) 및 동일한 회전속도로 가압을 진행할 수 있다.

롤투롤 방식(압연기, upper & Lower work roll)을 통해 가공하는 경우만이 문양, 홀로그램, 표면 조도까지 효과적으로 전사된다.

금속판(30)의 재질은 금, 은 또는 동 합금류 일 수 있으며, 다른 연성재질일 수도 있다. 금속판(30)의 두께는 30㎛ 내지 1mm일 수 있다.

롤투롤 방식의 가압에서 소재 유동에 따라 금속판에 문양 및 패턴 전사성은 향상되며 보다 연질 금속일수록 높은 전사성을 갖는다. 두께가 얇아질수록 유동량의 한계로 조도부 전사성이 낮아진다.

이에 의해 금속판(30)에는 금형(10)의 전사대상 패턴이 전사된다.

이상 설명한 본 발명의 실시예에서 금형은 열처리-연마-패턴 형성의 순서로 제조된다. 열처리를 먼저 수행하기 때문에 형성된 전사대상 패턴이 열에 의해 손상되는 문제가 감소하며, 연마에 의해 전사대상 패턴이 효과적으로 형성된다.

롤투롤 방식을 사용하기 때문에 공정 설계에 따라 연속공정이 가능하고 대단위 공정에도 유리하다.

정밀한 패턴 및 형상의 형성이 가능하여 위조방지 기능을 부여할 수 있으며 다양한 표현이 가능하다.

롤투롤 방식에서는 금형에 고르게 압력을 가할 수 있으며, 금형 사이에 금속판을 위치시키고 롤투롤을 진행하기 때문에 금속판과 롤 간의 직접 접촉으로 인해 금속판의 휘어짐이 방지된다.

또한, 이상 설명한 본 발명에 따르면 금속판(30)에 금형(10)의 전사대상 패턴이 문양, 홀로그램, 표면 조도까지 효과적으로 전사된다.

이하 실험예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

금형의 소재로 STD 61를 사용하였으며 열처리는 1025℃에서 2시간 처리 후 노냉하였다. 이때의 소재 경도는 HRC 50이었다. 이후 #4000까지 연마한 후 1㎛ 다이아몬드 페이스트로 연마하여 광택처리를 하였다. 연마후의 조도는 약 5㎛로 형성되었다. 이후 ACSYS社 Piranha-μ pico-second laser로 12W의 저출력 레이저를 이용하여 홀로그램 패턴을 제조하였다.

도 5는 금형에 형성된 홀로그램 패턴의 이미지이며 도 6 및 도 7은 홀로그램 패턴의 일부분을 확대한 것이다. 홀로그램 패턴이 효과적으로 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 도 6와 도 7은 확대배율이 다른 것이다.

도 8은 열처리를 홀로그램 패턴 형성한 이후에 수행한 경우의 금형에 형성된 홀로그램 패턴의 이미지이다. 홀로그램 패턴이 구현되지 않았음을 확인할 수 있다.

도 9는 #1000으로 연마 후 홀로그램 패턴 형상한 경우의 금형에 형성된 홀로그램 패턴의 이미지이다. 홀로그램 패턴이 구현되지 않았음을 확인할 수 없다.

도 10은 #2000으로 연마 후 홀로그램 패턴 형상한 경우의 금형에 형성된 홀로그램 패턴의 이미지이다. 홀로그램 패턴이 어느 정도 구현됨을 확인할 수 있다.

이후 금형 사이에 0.045mm두께의 은 박판을 배치하고 다양한 방법으로 금형의 전사대상 패턴을 은 박판에 전사하였다.

도 11 및 도 12는 롤투롤 방식으로 전사한 경우의 은 박판에 형성된 패턴이다. 문양, 홀로그램, 표면 조도까지 효과적으로 전사되었음을 확인할 수 있다.

도 13은 프레스를 이용한 전사의 결과물이다. 프레스는 300ton 기기를 이용하여 150ton으로 가압하였다. 롤투롤 방식에 비해 가압이 은 박판 전면에 가해지지 않아 심도의 형상만 전사되었을 뿐 금형 상의 표면 조도(무광, 홀로그램 등)는 완전히 전사되지 않음을 확인할 수 있다.

도 14는 롤투플레이트 방식을 이용한 전사의 결과물이다. 프레스를 이용한 경우와 마찬가지로 패턴 전사가 완전하지 않음을 확인할 수 있다.

이상 실시한 롤투롤, 프레스 및 롤투플레이트 방식의 전사는 은 박판의 산화 및 변형을 방지하기 위해 냉간가공으로 진행되었다.

Claims (11)

1. 패턴이 형성된 금속판을 제조하는 방법에 있어서,
   제1금형과 제2금형을 포함하는 금형에 전사대상 패턴을 형성하는 단계;
   상기 제1금형과 상기 제2금형 사이에 금속판을 배치하는 단계;
   상기 제1금형과 상기 제2금형을 상기 금속판에 가압하여 상기 금속판에 상기 전사대상 패턴을 전사하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전사대상 패턴의 형성은,
   상기 금형을 열처리하여 경도를 부여하는 단계;
   열처리된 상기 금형의 표면을 연마하는 단계;
   연마된 상기 금형의 표면에 상기 전사대상 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전사대상 패턴은 홀로그램 패턴을 포함하는 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 홀로그램 패턴의 형성은 나노-세컨 레이저, 피코초 레이저 및 펨토-세컨 레이저 중 적어도 어느 하나를 이용하여 수행되는 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 레이저 조사를 받은 부분은 길게 연장된 무광패턴이 되고,
   상기 레이저 조사를 받지 않은 부분은 길게 연장된 유광패턴이 되며,
   상기 홀로그램 패턴은,
   상기 무광패턴의 폭은 12㎛ 내지 20㎛,
   인접한 상기 무광패턴 사이에 위치하는 상기 유광패턴의 폭은 5㎛ 내지 15㎛,
   상기 무광패턴의 깊이는 0.1㎛ 내지 0.5㎛인 제조방법.
6. 제2항에 있어서,
   상기 연마는,
   #2000 이상으로 연마하는 제1연마 단계를 포함하는 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 연마는,
   1㎛미만의 다이아몬드 페이스트를 이용하여 연마하는 제2연마 단계를 더 포함하는 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 연마에 의해 상기 금형의 표면은 400grit 이상의 조도를 갖는 제조방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 가압은 롤투롤 방식으로 수행되는 제조방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 금형은 적어도 일 단부의 두께가 감소되어 있는 제조방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 금속판의 두께는 30㎛ 내지 1mm인 제조방법.

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