KR101310124B1 - Carbon fiber-reinforced plastics manufacturing method of metal plating roller and this made roller - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제조라인(공정)에서 이용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 이루어진 복합롤러의 제조방법에 관련되며, 그 구성의 특징으로서 원통형의 심재(11)와 샤프트(15)를 준비하고, 상기 심재(11)의 양단에 샤프트(15)를 결합하여 롤러(10)를 형성하는 소재준비공정(S10); 상기 준비된 롤러(10)의 외주면을 연마 및 연삭하고, 도전수지를 도포 및 경화시켜 하지층(20)을 형성하는 도전처리공정(S20); 상기 도전처리된 롤러(10)를 도금액에 침지시켜 도금층(30)을 형성하는 전기동도금공정(S30); 상기 도금된 롤러(10)를 진공챔버(41)에 투입하여 물리증착에 의한 크롬층(40)을 형성하는 증착도금공정(S40); 및 상기 증착된 롤러(10)를 슈퍼피니싱으로 표면을 다듬질하는 후처리공정(S50);을 포함하여 이루어지되, 상기 증착도금공정(S40)은 진공챔버(41)내에 아르곤가스(Ar)를 투입하고 플라즈마방전으로 크롬(Cr)을 방출시켜 바이어스전압으로 도금층(30)의 표면으로 크롬층(40)을 형성하는 스퍼터링증착단계(S46), 또는 진공챔버(41)내에 아르곤가스(Ar)를 투입하고 아크발생장치로 크롬(Cr)을 이온화시켜 바이어스전압으로 도금층(30)의 표면으로 크롬층(40)을 형성하는 아크이온플레이팅단계(S48) 중 어느 하나를 택일하여 크롬층(40)을 형성하되, 상기 스퍼터링증착단계(S46)와 아크이온플레이팅단계(S48)는 아르곤가스(Ar)와 더불어 질소(N2) 및 메탄(CH4)가스를 투입하여 질화크롬층(40)을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화 플라스틱제 금속도금 롤러의 제조방법.
이에 따라 본 발명은, 진공챔버 내에 물리증착에 의한 건식도금을 수행함에 따라, 제조에 있어 일련의 공정을 단축하여 환경에 유해한 폐기물을 최소화시켜 친환경성과 함께 제조비용을 효율적으로 절감시켜 전반적인 생산성을 향상하고, 제품에 있어 핀홀과 크랙발생이 없는 우수한 도금층을 얻을 수 있어 중량과 관성 및 마찰이 적으면서도 강성과 내마모성이 탁월한 롤러를 제공하는 효과가 있다.The present invention relates to a method for producing a composite roller made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) used in the manufacturing line (process), and as a feature of the configuration to prepare a cylindrical core 11 and the shaft 15, A material preparation process (S10) for coupling the shaft 15 to both ends of the core material 11 to form the roller 10; A conductive treatment step (S20) of polishing and grinding the outer circumferential surface of the prepared roller 10 and applying and curing a conductive resin to form a base layer 20; An electroplating process (S30) of forming the plating layer 30 by immersing the conductive roller 10 in a plating solution; A deposition plating process (S40) of forming the chromium layer 40 by physical vapor deposition by introducing the plated roller 10 into the vacuum chamber 41; And a post-treatment step (S50) of finishing the surface of the deposited roller 10 by super finishing. The deposition plating step (S40) is performed by introducing argon gas (Ar) into the vacuum chamber 41. And sputtering deposition step (S46) of forming the chromium layer 40 on the surface of the plating layer 30 at a bias voltage by discharging chromium (Cr) by plasma discharge, or argon gas (Ar) is introduced into the vacuum chamber 41. And any one of the arc ion plating step (S48) of ionizing chromium (Cr) with an arc generator to form the chromium layer 40 on the surface of the plating layer 30 at a bias voltage. Forming, but the sputtering deposition step (S46) and the arc ion plating step (S48) is to form a chromium nitride layer 40 by introducing nitrogen (N2) and methane (CH4) gas in addition to the argon gas (Ar) A method for producing a metal-plated roller made of carbon fiber reinforced plastic.
Accordingly, the present invention, according to the dry plating by physical vapor deposition in the vacuum chamber, to shorten a series of processes in manufacturing to minimize waste harmful to the environment to efficiently reduce the manufacturing cost and environment-friendly and improve the overall productivity In addition, it is possible to obtain an excellent plating layer free of pinholes and cracks in the product, thereby providing a roller having excellent rigidity and abrasion resistance while having low weight, inertia and friction.

Description

탄소섬유강화 플라스틱제 금속도금 롤러의 제조방법 및 이에 따른 롤러{Carbon fiber-reinforced plastics manufacturing method of metal plating roller and this made roller}Carbon fiber-reinforced plastics manufacturing method of metal plating roller and this made roller}

본 발명은 제조라인(공정)에서 이용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 이루어진 복합롤러의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 진공챔버 내에 물리증착에 의한 건식도금을 수행함에 따라, 제조에 있어 일련의 공정을 단축하여 환경에 유해한 폐기물을 최소화시켜 친환경성과 함께 제조비용을 효율적으로 절감시켜 전반적인 생산성을 향상하고, 제품에 있어 핀홀과 크랙발생이 없는 우수한 도금층을 얻을 수 있어 중량과 관성 및 마찰이 적으면서도 강성과 내마모성이 탁월한 롤러를 제공하는 탄소섬유강화 플라스틱제 금속도금 롤러의 제조방법 및 이에 따른 롤러에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a composite roller made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) used in the manufacturing line (process), and more particularly, by performing dry plating by physical vapor deposition in a vacuum chamber, By shortening a series of processes, minimizing waste that is harmful to the environment, eco-friendliness and manufacturing cost can be efficiently reduced to improve overall productivity, and an excellent plating layer free of pinholes and cracks can be obtained. The present invention relates to a method for producing a metal-plated roller made of carbon fiber-reinforced plastics, which provides a roller that is low in strength and excellent in wear resistance, and a roller according thereto.

현재까지 필름, 종이, 포일, 비닐 등의 제조공정에 이용되는 이송롤러들은 강(steel), 알루미늄(aluminum)합금제 등과 같은 금속체가 대부분이었다. 그러나 금속제 롤러는 중량이 무겁고, 무엇보다 관성모멘트가 크기 때문에 필름, 종이, 포일, 비닐 등의 제조공정에 있어서 피처리물에 대한 대응성이 나쁘고 피처리물에 흠집 등을 발생시키거나 기동과 정지에 장시간을 요하는 등의 결점이 있다.Until now, the conveying rollers used in the manufacturing process of film, paper, foil, vinyl, etc. were mostly metal bodies such as steel, aluminum alloy, and the like. However, metal rollers are heavy in weight and, above all, have large moments of inertia, which make them difficult to respond to in-process objects such as film, paper, foil, and vinyl. There are drawbacks such as requiring a long time.

주지된 바와 같이, 근래에는 전술한 금속제 롤러에 의한 문제점을 해결하기 위해 금속보다도 경량, 저관성이면서 비탄성률(강성)이 높은 탄소섬유강화플라스틱(CFRP;Carbon Fiber Reinforced Plastic)를 이용한 복합롤러(CFRP 표면에 금속도금을 하여 표면경도를 높여 사용되는 롤러)가 개발되어 업계에서 높은 평가를 받고 널리 이용되고 있는 실정이다. 탄소섬유는 섬유방향에 따라서 고장력강과 같은 정도의 인장강도를 가지고, 티타늄보다도 높은 강성률을 갖지만 알루미늄의 60%정도의 비중을 지녀 가볍고 강도가 높다. 즉, 복합롤러를 사용함으로서 필름, 종이, 포일, 비닐 등의 가공공정에 있어서도 큰 폭의 스피드업(speed-up)가능하게 된 것 뿐만 아니라 제품의 품질도 전반적으로 향상되었다. 그리고 이와 같은 복합롤러의 효과 및 유용성이 일반적으로 인지됨과 더불어 복합롤러를 대형롤러에도 적용한 사례들이 점차적으로 많아지고 있는 추세이다. 하지만 이러한 복합롤러에도 양호한 평활성과 높은 내구성이 요구되므로 외주면에 도금층이 불가피하게 요구되는 실정이다.As is well known, in order to solve the problems caused by the above-mentioned metal roller, a composite roller (CFRP) using carbon fiber reinforced plastic (CFRP), which is lighter, lower inertia, and higher inelasticity (stiffness) than metal, has been recently developed. The roller is used to increase the surface hardness by metal plating on the surface) has been developed and widely used in the industry. Carbon fiber has the same tensile strength as high tensile steel depending on the fiber direction, and has a higher stiffness than titanium, but has a specific gravity of about 60% of aluminum and is light and high in strength. That is, the use of the composite roller not only enables a large speed-up in the process of film, paper, foil, vinyl, etc., but also improves the quality of the product as a whole. In addition, as the effects and usefulness of such composite rollers are generally recognized, there are a growing number of cases in which composite rollers are applied to large rollers. However, since the smoothness and high durability are required for such a composite roller, a plating layer is inevitably required on the outer circumferential surface.

여기서, 기존의 복합롤러는 습식법에 의한 전해동도금과 전해크롬도금을 순차적으로 거쳐 도금층을 형성하였다. 즉, 습식법은 전기분해에 의한 환원과 산화의 원리로 황산동5수화물, 황산, 안정제 등을 함유하는 동도금액, 그리고 황산크롬수화물, 구연산나트륨2수화물, 차아인소다1수화물 등을 함유하는 크롬도금액에 복합롤러를 순차적으로 침지시켜 크롬층을 형성하였다. Here, the conventional composite roller was formed through the electrolytic copper plating and the electrolytic chromium plating by the wet method sequentially to form a plating layer. That is, the wet method is a copper plating solution containing copper sulfate pentahydrate, sulfuric acid, stabilizer, etc., and a chromium plating solution containing chromium sulfate hydrate, sodium citrate dihydrate, hypophosphoric monohydrate and the like by the principle of reduction and oxidation by electrolysis. The rollers were immersed sequentially to form a chromium layer.

하지만 전해조 내에 전기분해에 의한 습식도금을 수행함에 따라, 핀홀(pin holes), 마이크로크랙(micro cracks)등의 결함이 발생된 크롬층으로 인해 중량과 관성 및 마찰이 크고 강성과 내마모성이 현저히 떨어진 롤러가 제조되어 수면단축을 초래하게 되는 심각한 문제점이 있다. 특히, 도금액으로 인한 환경에 유해한 폐기물이 증가되므로 심각한 환경오염을 초래할 뿐만 아니라 제조시 발생하는 일련에 공정이 복잡하면서 도금액과 그에 따른 처리비용이 증가되어 전반적인 생산성을 저하시키는 폐단이 있다.However, due to the electrolytic wet plating in the electrolytic cell, due to the chromium layer in which defects such as pin holes and micro cracks are generated, the rollers have large weight, inertia, friction, and stiffness and wear resistance. There is a serious problem that is produced to cause shortened sleep. In particular, the waste harmful to the environment due to the plating solution is increased, not only to cause serious environmental pollution, but also a complicated process in the manufacturing process, the plating solution and the resulting treatment costs are increased, there is a disadvantage that reduces the overall productivity.

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 진공챔버 내에 물리증착에 의한 건식도금을 수행함에 따라, 제조에 있어 일련의 공정을 단축하여 환경에 유해한 폐기물을 최소화시켜 친환경성과 함께 제조비용을 효율적으로 절감시켜 전반적인 생산성을 향상하고, 제품에 있어 핀홀과 크랙발생이 없는 우수한 도금층을 얻을 수 있어 중량과 관성 및 마찰이 적으면서도 강성과 내마모성이 탁월한 롤러를 제공하는 탄소섬유강화 플라스틱제 금속도금 롤러의 제조방법 및 이에 따른 롤러를 제공하려는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to fundamentally solve the conventional problems as described above, by performing the dry plating by physical vapor deposition in the vacuum chamber, shortening a series of processes in manufacturing to minimize waste harmful to the environment In addition, it reduces the manufacturing cost efficiently and improves the overall productivity, and obtains excellent plating layer without pinholes and cracks in the product, so that carbon fiber reinforcement provides rollers with excellent rigidity and wear resistance with low weight, inertia and friction. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a metal-plated roller made of plastic and a roller accordingly.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 제조라인(공정)에 이용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 이루어진 이송롤러의 제조방법에 있어서: 원통형의 심재와 샤프트를 준비하고, 상기 심재의 양단에 샤프트를 결합하여 롤러를 형성하는 소재준비공정; 상기 준비된 롤러의 외주면을 연마 및 연삭하고, 도전수지를 도포 및 경화시켜 하지층을 형성하는 도전처리공정; 상기 도전처리된 롤러를 도금액에 침지시켜 도금층을 형성하는 전기동도금공정; 상기 도금된 롤러를 진공챔버에 투입하여 물리증착에 의한 크롬층을 형성하는 증착도금공정; 및 상기 증착된 롤러를 슈퍼피니싱으로 표면을 다듬질하는 후처리공정;을 포함하여 이루어지되, 상기 증착도금공정은 진공챔버내에 아르곤가스를 투입하고 플라즈마방전으로 크롬을 방출시켜 바이어스전압으로 도금층의 표면으로 크롬층을 형성하는 스퍼터링증착단계, 또는 진공챔버내에 아르곤가스를 투입하고 아크발생장치로 크롬을 이온화시켜 바이어스전압으로 도금층의 표면으로 크롬층을 형성하는 아크이온플레이팅단계 중 어느 하나를 택일하여 크롬층을 형성하되, 상기 스퍼터링증착단계와 아크이온플레이팅단계는 아르곤가스(Ar)와 더불어 질소(N2) 및 메탄(CH4)가스를 투입하여 질화크롬층을 형성하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a feed roller made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) used in a manufacturing line (process): preparing a cylindrical core and a shaft, and the shaft at both ends of the core A material preparation process of combining and forming rollers; A conductive treatment step of polishing and grinding the outer circumferential surface of the prepared roller, and applying and curing the conductive resin to form an underlayer; An electroplating process of immersing the conductive roller in a plating solution to form a plating layer; A deposition plating process of inserting the plated roller into a vacuum chamber to form a chromium layer by physical vapor deposition; And a post-treatment step of finishing the surface of the deposited roller by super finishing. The deposition plating process includes argon gas in a vacuum chamber and releases chromium by plasma discharge to the surface of the plating layer with a bias voltage. Either a sputtering deposition step of forming a chromium layer or an arc ion plating step of introducing an argon gas into a vacuum chamber and ionizing chromium with an arc generator to form a chromium layer on the surface of the plating layer with a bias voltage. Forming a layer, the sputtering deposition step and the arc ion plating step is characterized in that the chromium nitride layer is formed by introducing nitrogen (N2) and methane (CH4) gas in addition to the argon gas (Ar).

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한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.It should be understood, however, that the terminology or words of the present specification and claims should not be construed in an ordinary sense or in a dictionary, and that the inventors shall not be limited to the concept of a term It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be properly defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 제조방법 및 제품은 진공챔버 내에 물리증착에 의한 건식도금을 수행함에 따라, 제조에 있어 일련의 공정을 단축하여 환경에 유해한 폐기물을 최소화시켜 친환경성과 함께 제조비용을 효율적으로 절감시켜 전반적인 생산성을 향상하고, 제품에 있어 핀홀과 크랙발생이 없는 우수한 도금층을 얻을 수 있어 중량과 관성 및 마찰이 적으면서도 강성과 내마모성이 탁월한 롤러를 제공하는 효과를 제공한다.As described in the above configuration and operation, the manufacturing method and the product according to the present invention performs dry plating by physical vapor deposition in a vacuum chamber, thereby shortening a series of processes in manufacturing to minimize waste harmful to the environment. In addition, it effectively reduces manufacturing costs, improves overall productivity, and provides an excellent plating layer free of pinholes and cracks in the product, thus providing a roller with excellent rigidity and wear resistance with low weight, inertia, and friction. .

도 1은 본 발명에 따른 전체적인 공정을 나타내는 플로우차트.
도 2는 본 발명에 따른 소재준비공정에 의한 롤러를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 도전처리공정에 의한 롤러를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 전기동도금공정에 의한 롤러를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 증착도금공정을 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명에 다른 실시예에 따른 증착도금공정을 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 증착도금공정을 나타내는 구성도.
도 8은 본 발명의 공정에 의해 제조된 롤러를 절개하여 나타내는 단면도.1 is a flow chart showing the overall process according to the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a roller by a material preparation process according to the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a roller by a conductive treatment process according to the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view showing a roller by the electroplating process according to the present invention.
5 is a block diagram showing a deposition plating process according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic view showing a deposition plating process according to another embodiment of the present invention.
7 is a schematic view showing a deposition plating process according to another embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing the roller produced by the process of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일면에 의하면, 제조라인(공정)에서 이용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 이루어진 복합롤러의 제조방법에 관련된다. 즉, 일부 공정을 습식도금에서 건식도금으로 전환시켜 롤러의 표면에 우수한 도금층을 형성하여 양호한 평활성과 높은 내구성을 지니도록 한다. 무엇보다 습식도금에 의한 환경에 유해한 폐기물을 최소화시키는 친환경성과 함께 제조비용을 효율적으로 절감시켜 전반적인 생산성을 향상시키는 제조방법을 요지로 한다.According to one aspect of the present invention, a method for producing a composite roller made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) used in a manufacturing line (process). That is, some processes are converted from wet plating to dry plating to form an excellent plating layer on the surface of the roller to have good smoothness and high durability. Above all, the manufacturing method to improve the overall productivity by efficiently reducing the manufacturing cost with eco-friendly to minimize the waste harmful to the environment by wet plating.

우선, 본 발명에 따르면 원통형의 심재(11)와 샤프트(15)를 준비하고, 상기 심재(11)의 양단에 샤프트(15)를 결합하여 롤러(10)를 형성하는 소재준비공정(S10)을 거친다. 심재(11)는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로서, 탄소섬유와 매트릭스수지(에폭시수지가 주류)와 복합재료이며 프리프래그시트(prepreg sheet)를 여러 겹을 이용하여 경화시켜서 원통형으로 완성된다. 이러한 심재(11)는 물리적으로 탄소섬유의 물성과 매트릭스수지의 물성에 의해서 다양한 종류가 있다. 탄소섬유는 섬유방향에 따라서 고장력강과 같은 정도의 인장강도를 가지고, 티타늄보다도 높은 강성률을 갖지만 알루미늄의 60%정도의 비중으로 가볍고 강도가 높다.First, according to the present invention, a cylindrical material 11 and a shaft 15 are prepared, and the material preparation process S10 of forming the roller 10 by coupling the shaft 15 to both ends of the core material 11 is performed. Rough Core material 11 is a carbon fiber reinforced plastic (CFRP), carbon fiber and matrix resin (epoxy resin is the mainstream) and a composite material, the prepreg sheet is cured using several layers to complete the cylindrical shape. There are various kinds of the core material 11 by the physical properties of the carbon fiber and the physical properties of the matrix resin. Carbon fiber has the same tensile strength as high tensile steel, depending on the fiber direction, and has a higher stiffness than titanium, but is light and high strength with a specific gravity of about 60% of aluminum.

그리고 샤프트(15)는 금속재(알루미늄 및 스텐레스스틸) 재료를 기계가공에 의해서 심재(11)의 내부에 맞물리는 부위를 정밀가공하여 완성된다. 이러한 샤프트(15)의 재질은 경량화를 고려하여 알루미늄합금이 가장 적합하지만, 필요에 따라 스텐레스강으로도 이용할 수 있다. 어느 경우에나 샤프트(15)의 충분한 강성과 내구성을 만족하는 범위내에서 다양한 재질을 선택적으로 이용할 수도 있다.The shaft 15 is completed by precisely machining a portion of the metal material (aluminum and stainless steel) that is engaged with the inside of the core material 11 by machining. The material of the shaft 15 is the aluminum alloy is most suitable in consideration of weight reduction, but may be used as stainless steel if necessary. In any case, various materials may be selectively used within a range that satisfies the sufficient rigidity and durability of the shaft 15.

이러한 심재(11)와 샤프트(15)의 준비가 완료되면, 도 2처럼 심재(11)의 양단에 샤프트(15)를 압입해서 접착제로 접합한 롤러(10)를 완성한다. 이때, 도 2a처럼 심재(11)의 양단에 샤프트(15)가 내부에 완전히 압입된 롤러(10) 또는 도 2b처럼 심재(11)의 양단에 샤프트(15)가 외부로 일부가 노출되게 압입된 롤러(10)의 형태로 준비할 수가 있다. 이러한 롤러(10)의 구조는 수요자의 요구사항에 따라 심재(11)의 길이를 단축시켜 비용을 절감하기 위한 것이므로, 도면에 도시된 것 이외에도 다양한 구조로 형성할 수 있다.When the preparation of the core 11 and the shaft 15 is completed, as shown in FIG. 2, the shaft 10 is press-fitted to both ends of the core 11 to complete the roller 10 bonded with an adhesive. At this time, the shaft 15 is fully press-fitted to both ends of the core 11 as shown in FIG. 2a or the shaft 15 is pressed into both ends of the core 11 to be exposed to the outside. It can prepare in the form of the roller 10. Since the structure of the roller 10 is to reduce the cost by reducing the length of the core material 11 in accordance with the requirements of the consumer, it can be formed in various structures in addition to those shown in the drawings.

또, 본 발명에 따르면 상기 준비된 롤러(10)의 외주면을 연마/연삭하고, 도전수지를 도포/경화시켜 하지층(20)을 형성하는 도전처리공정(S20)을 거친다. 소재준비공정(S10)에 의해 롤러(10)가 준비되면 먼저, 원통연마기에 의해 심재(11)의 외경을 연마/연삭 한다. 그리고 도 3처럼 롤러(10)의 외주면에 은(銀)분체를 배합한 도전수지(에폭시수지)를 도포하고 경화시켜 하지층(20)을 형성한다. 롤러(10)는 전기도금에 필요한 도전성이 있다고 보기 어렵다. 따라서 롤러(10)에 후술하는 전기동도금공정(S30)에 의한 동도금을 실시하면 밀착성은 그다지 좋지 않게 되며, 이것은 양자의 계면에서 전기저항이 크게 된다. 그리고 롤러(10)를 대형화하면 도금전류 또한 커지게 되므로 도금실시 중에 계면에서 상당한 발열이 있고, 끝단부에 도금불량 등이 발생하게 된다. 즉, 롤러(10)의 외주면에 에폭시수지의 도전수지를 도포 경화시켜 하지층(20)을 형성하여 후술하는 전기동도금공정(S30)에서의 불량을 방지한다.In addition, according to the present invention, the outer circumferential surface of the prepared roller 10 is polished / grinded, and the conductive resin is subjected to a conductive treatment step (S20) of forming / founding the base layer 20 by applying / curing the conductive resin. When the roller 10 is prepared by the material preparation process S10, first, the outer diameter of the core material 11 is polished / grinded by the cylindrical grinding machine. As shown in FIG. 3, a conductive resin (epoxy resin) containing silver powder is coated on the outer circumferential surface of the roller 10 and cured to form a base layer 20. The roller 10 is hardly seen to have conductivity required for electroplating. Therefore, when copper plating is performed to the roller 10 by the electroplating process S30 mentioned later, adhesiveness will not become very good, and this will increase an electrical resistance in the interface of both. In addition, when the roller 10 is made larger, the plating current also increases, so that there is considerable heat generation at the interface during plating, and poor plating occurs at the end. That is, the conductive resin of epoxy resin is applied and cured on the outer circumferential surface of the roller 10 to form a base layer 20 to prevent defects in the electroplating process (S30) described later.

또, 본 발명에 따르면 상기 도전처리된 롤러(10)를 도금액에 침지시켜 도금층(30)을 형성하는 전기동도금공정(S30)을 거친다. 도 4처럼 도전처리공정(S20)에 의해 도전층(20)이 형성된 롤러(10)를 도금조(31)에 투입하여 도금층(30)을 형성한다. 즉, 전기동도금공정(S30)은 황산동5수화물, 황산, 안정제를 함유하고 있는 전기 동 도금액을 도금조(31)에 충진한 상태에서 롤러(10)를 침지하고 회전시키면서 약 15∼60℃에서 30초∼10분간 실시한다. 물론, 도금조(31)내에는 도금 소재(동)가 투입된 상태에서 롤러(10)와 도금조(31)에 각각 +와 -전원이 연결된 상태에서 실시한다. 롤러(10)의 도금층(30)의 형성이 완료되면, 롤러(10)의 외주면인 도금층(30)을 연마/연삭한다. 한편, 언급한 전기동도금공정(S30)의 조건은 일시시예를 나타내는 것이므로 필요에 따라 도금액의 성분과 함유량 그리고 롤러(10)의 침지상태와 회전유무를 선택적으로 다양하게 실시할 수 있다.In addition, according to the present invention is subjected to the electroplating process (S30) of forming the plating layer 30 by immersing the conductive roller 10 in the plating solution. As shown in FIG. 4, the roller 10 in which the conductive layer 20 is formed is introduced into the plating bath 31 by the conductive process S20 to form the plating layer 30. That is, in the electroplating process (S30), while the electrolytic plating solution containing copper sulfate pentahydrate, sulfuric acid, and stabilizer is filled in the plating bath 31, the roller 10 is immersed and rotated at 30 to about 15 to 60 ° C. Carry out seconds to 10 minutes. Of course, the plating tank 31 is carried out in a state in which + and − power are connected to the roller 10 and the plating bath 31 in a state where a plating material (copper) is inserted. When formation of the plating layer 30 of the roller 10 is completed, the plating layer 30 which is the outer peripheral surface of the roller 10 is polished / grinded. On the other hand, since the condition of the electroplating process (S30) mentioned above is a temporary example, the composition and content of the plating solution, the immersion state of the roller 10 and the presence or absence of rotation may be selectively performed as necessary.

또, 본 발명에 따르면 상기 도금된 롤러(10)를 진공챔버(41)에 투입하여 물리증착에 의한 크롬층(40)을 형성하는 증착도금공정(S40)을 거친다. 도 5 내지 도 7처럼 전기동도금공정(S30)에 의해 도금층(30)이 형성된 롤러(10)를 진공챔버(41)에 투입하여 외주면에 물리증착에 의한 크롬층(40)을 형성한다. 여기서 물리증착(PVD)은 제1실시예단계(도 5에 해당)와 제2실시예단계(도 6에 해당) 및 제3실시예단계(도 7에 해당)로 구분된다. 즉, 증착도금공정(S40)은 이들의 제1 내지 제3실시예단계 중에서 어느 단계를 택일하여 롤러(10)상에 크롬층(40)을 형성한다.Further, according to the present invention, the plated roller 10 is subjected to a deposition plating process S40 of forming a chromium layer 40 by physical vapor deposition by introducing the plated roller 10 into the vacuum chamber 41. 5 to 7, the roller 10 having the plating layer 30 formed by the electroplating process S30 is introduced into the vacuum chamber 41 to form the chromium layer 40 by physical vapor deposition on the outer circumferential surface. Here, physical vapor deposition (PVD) is divided into a first embodiment step (corresponding to FIG. 5), a second embodiment stage (corresponding to FIG. 6), and a third embodiment stage (corresponding to FIG. 7). That is, in the deposition plating process S40, any of the first to third exemplary steps may be selected to form the chromium layer 40 on the roller 10.

이때, 본 발명에 의한 상기 증착도금공정(S40)은 크롬층(40)을 형성하기 전, 이온에칭 또는 이온클리닝 중 어느 하나를 거쳐 크롬층(40)의 밀착력과 경도를 향상시키는 전처리단계(S42)를 거친다. 이온에칭은 진공 중에서 이온을 만들고, 이의 방향을 가지런히 하여 가속한 것을 조사하여 도금층(30)의 표면을 미세하게 깎아 내린다. 이온클리닝은 기판에 음전기를 가하면 스퍼터링효과에 의해 표면이 클리닝된다. 즉, 롤러(10)에 이온에칭 또는 이온클리닝을 실시하여 물리증착에 의한 크롬층(40)의 밀착력과 경도를 향상시키도록 전처리단계(S42)를 거친다.At this time, the deposition plating process (S40) according to the present invention before the formation of the chromium layer 40, the pre-treatment step (S42) to improve the adhesion and hardness of the chromium layer 40 through any one of ion etching or ion cleaning. Go through). Ion etching produces ions in a vacuum, and accelerates them by arranging them in a direction to finely shave the surface of the plating layer 30. In ion cleaning, the surface is cleaned by the sputtering effect when a negative electric charge is applied to the substrate. That is, the roller 10 undergoes the pretreatment step S42 to perform ion etching or ion cleaning to improve the adhesion and hardness of the chromium layer 40 by physical vapor deposition.

본 발명의 제1실시예단계로서, 상기 증착도금공정(S40)은 진공챔버(41)내에 저항열이나 전자빔을 이용하여 크롬(Cr)을 증발시켜 바이어스전압으로 도금층(30)의 표면으로 크롬층(40)을 형성하는 진공증착단계(S44)를 거친다. 진공증착단계(S44)는 도 5처럼 진공챔버(41)내를 약 10-4Torr 이하의 진공상태에서 증착하고자 하는 크롬(Cr)을 가열하여 기화시키면 크롬(Cr)이 원자 또는 분자 상태의 기체상태로 증발하여 도금층(31)의 표면으로 크롬층(40)이 증착된다. 여기서 크롬(Cr)을 가열하는 방법으론 전기저항에 의한 저항열을 이용하거나 전자총에서 발산되는 전자빔을 이용할 수 있다. 이때, 도금층(30)의 표면으로 크롬층(40)의 밀착력을 높이기 위하여 롤러(10)를 회전시킴과 동시에 바이어스전압(bias voltage)을 부가는 것이 바람직하다.In the first embodiment step of the present invention, the deposition plating process (S40) is a chromium layer on the surface of the plating layer 30 by a bias voltage by evaporating chromium (Cr) using a resistance heat or an electron beam in the vacuum chamber 41. 40 goes through a vacuum deposition step (S44) to form. In the vacuum deposition step (S44), as shown in FIG. 5, when the chromium (Cr) to be deposited is heated and vaporized in the vacuum chamber 41 in a vacuum state of about 10 −4 Torr or less, the chromium (Cr) is in an atomic or molecular gas state. The chromium layer 40 is deposited on the surface of the plating layer 31 by evaporation. Here, as a method of heating chromium (Cr), it is possible to use a heat of resistance by electrical resistance or an electron beam emitted from an electron gun. At this time, in order to increase the adhesion of the chromium layer 40 to the surface of the plating layer 30, it is preferable to rotate the roller 10 and at the same time add a bias voltage.

또, 본 발명의 제2실시예단계로서, 상기 증착도금공정(S40)은 진공챔버(41)내에 아르곤가스(Ar)를 투입하고 플라즈마방전으로 크롬(Cr)을 방출시켜 바이어스전압으로 도금층(31)의 표면으로 크롬층(40)을 형성하는 스퍼터링증착단계(S46)를 거친다. 스퍼터링증착단계(S46)는 도 6처럼 진공챔버(41)내를 약 10-4Torr 이하의 진공상태에서 아르곤가스(Ar)를 투입하고, 크롬(Cr)에 직류를 통하게 하면 음극에서 전자가 튀어나와 기체분자와 충돌한다. 충돌한 분자의 일부는 이온화가 되지만, 대부분은 이온화가 되지 못하고 여기(excitation)되며 곧 원래의 안정한 상태로 되돌아간다. 여기서 글로우(glow)라는 광선을 발하며 방전하면 글로우방전이 나타나고, 플라즈마 방전에 의해 발생된 양이온들이 전기적인 힘에 의해 크롬(Cr)표면을 가격하게 되면 결국, 크롬(Cr)원자들이 방출되어 도금층(30)의 표면에 크롬층(40)이 증착된다. 이때, 도금층(30)의 표면으로 크롬층(40)의 밀착력을 높이기 위하여 롤러(10)를 회전시킴과 동시에 바이어스전압(bias voltage)을 부가는 것이 바람직하다.In addition, as a second exemplary embodiment of the present invention, in the deposition plating process S40, argon gas (Ar) is introduced into the vacuum chamber 41, and chromium (Cr) is discharged by plasma discharge to obtain a plating layer 31 at a bias voltage. The sputtering deposition step (S46) to form a chromium layer 40 to the surface of). In the sputtering deposition step S46, when argon gas Ar is introduced into the vacuum chamber 41 in a vacuum state of about 10 −4 Torr or less as shown in FIG. 6, electrons are emitted from the cathode when DC is passed through the chromium Cr. Collide with gas molecules. Some of the collided molecules are ionized, but most are not ionized and are excited and soon return to their original stable state. Here, glow discharge occurs while emitting a glow called glow, and when the cations generated by plasma discharge strike the surface of chromium (Cr) by electric force, chromium (Cr) atoms are eventually released to form a plating layer ( A chromium layer 40 is deposited on the surface of 30. At this time, in order to increase the adhesion of the chromium layer 40 to the surface of the plating layer 30, it is preferable to rotate the roller 10 and at the same time add a bias voltage.

또한, 본 발명의 제3실시예단계로서, 상기 증착도금공정(S40)은 진공챔버(41)내에 아르곤가스(Ar)를 투입하고 아크발생장치로 크롬(Cr)을 이온화시켜 바이어스전압으로 도금층(31)의 표면으로 크롬층(40)을 형성하는 아크이온플레이팅단계(S48)를 거친다. 아크이온플레이팅단계(S48)는 도 7처럼 진공챔버(41)내를 약 10-4Torr 이하의 진공상태에서 아르곤가스(Ar)를 투입하고 크롬(Cr)에 직류를 통하게 하면 플라즈마가 발생된다. 여기서 아크발생장치에 의해서 아크를 발생시키면 크롬(Cr)이 순식간에 녹아 이온화되어 진공챔버(41)내를 운동하면서 도금층(30)의 표면에 강한 충격과 함께 부착되어 크롬층(40)이 증착된다. 이때, 도금층(30)의 표면으로 크롬층(40)의 밀착력을 높이기 위하여 롤러(10)를 회전시킴과 동시에 바이어스전압(bias voltage)을 부가는 것이 바람직하다.In addition, as a third embodiment step of the present invention, the deposition plating process (S40) is the argon gas (Ar) in the vacuum chamber 41 and the chromium (Cr) ionized by the arc generator to the plating layer (Bias voltage) 31 is subjected to the arc ion plating step (S48) to form a chromium layer 40 to the surface. In the arc ion plating step (S48), as shown in FIG. 7, when argon gas (Ar) is introduced into the vacuum chamber 41 in a vacuum state of about 10 −4 Torr or less, and the chromium Cr is passed through DC, plasma is generated. When the arc is generated by the arc generator, chromium (Cr) is melted in an instant and ionized to move in the vacuum chamber 41 and adhere to the surface of the plating layer 30 with a strong impact to deposit the chromium layer 40. . At this time, in order to increase the adhesion of the chromium layer 40 to the surface of the plating layer 30, it is preferable to rotate the roller 10 and at the same time add a bias voltage.

이때, 본 발명에 의한 상기 증착도금공정(S40)은 진공증착단계(S44), 스퍼터링증착단계(S46), 아크이온플레이팅단계(S48) 중 어느 하나를 택일하여 크롬층(40)을 형성하되, 상기 스퍼터링증착단계(S46)와 아크이온플레이팅단계(S48)는 아르곤가스(Ar)외에 질소(N2)와 메탄(CH4)가스를 투입하여 질화크롬층(40)을 형성한다. 증착도금공정(S40)은 전처리단계(S42)를 거친 롤러(10)에 도 5처럼 진공증착단계(S44), 도 6처럼 스퍼터링증착단계(S46), 도 7처럼 아크이온플레이팅단계(S48) 중 어느 하나를 택일하여 롤러(10)상에 크롬층(40)을 형성한다.At this time, the deposition plating process (S40) according to the present invention to form a chromium layer 40 by selecting any one of the vacuum deposition step (S44), sputtering deposition step (S46), arc ion plating step (S48). In the sputtering deposition step (S46) and the arc ion plating step (S48), nitrogen (N2) and methane (CH4) gas are added to the argon gas (Ar) to form the chromium nitride layer 40. Deposition plating step (S40) is a vacuum deposition step (S44) as shown in Figure 5, the sputtering deposition step (S46), as shown in Figure 6, the roller 10, the pre-treatment step (S42), the arc ion plating step (S48) as shown in FIG. Either of these is selected to form the chromium layer 40 on the roller 10.

여기서, 스퍼터링증착단계(S46)와 아크이온플레이팅단계(S48)에서 투입되는 아르곤가스(Ar)와 더불어 질소(N2) 및 메탄(CH4)을 투입할 수도 있다. 즉, 스퍼터링증착단계(S46)와 아크이온플레이팅단계(S48)에서 질소(N2)와 메탄(CH4)가스를 투입하게 되면 보다 단단하고 견고한 질화크롬(CrN)층(40)을 형성하게 된다. 이러한 아르곤가스(Ar)와 질소(N2) 및 메탄(CH4)가스는 스퍼터링증착단계(S46)와 아크이온증착단계(S48)에서 필요한 공정가스로서, 수용자의 요구에 따라 크롬층(40)의 물성과 경도와 강도 등을 고려하여 다양하게 변경 및 추가될 수도 있다.Here, nitrogen (N2) and methane (CH4) may be added together with argon gas (Ar) introduced in the sputtering deposition step (S46) and the arc ion plating step (S48). That is, when nitrogen (N2) and methane (CH4) gas are introduced in the sputtering deposition step (S46) and the arc ion plating step (S48), a harder and more robust chromium nitride (CrN) layer 40 is formed. The argon gas (Ar), nitrogen (N2) and methane (CH4) gas is a process gas required in the sputtering deposition step (S46) and the arc ion deposition step (S48), the physical properties of the chromium layer 40 according to the requirements of the recipient In addition, various modifications and additions may be made in consideration of hardness and strength.

또, 본 발명에 따르면 상기 증착된 롤러(10)의 슈퍼피니싱으로 표면을 다듬질하는 후처리공정(S50)을 거친다. 증착도금공정(S40)을 거친 롤러(10)는 표면의 두께가 얇기 때문에 최종적인 표면조도를 부여하기 위하여 연마처리를 실시한다. 즉, 연마필름을 가공재로 하는 슈퍼피니싱을 실시하여 크롬층(40)에 가공량이 최소화하면서 표면조도를 향상시킨다. 이러한 후처리공정(S50)을 거치게 되면 도 8처럼 최종적으로 균일한 크롬층(40)이 형성된 롤러(10)가 완성된다.In addition, according to the present invention is subjected to a post-treatment step (S50) of finishing the surface by the super finishing of the deposited roller (10). The roller 10, which has undergone the deposition plating process (S40), is polished to give a final surface roughness because the surface thickness is thin. That is, by performing a super finishing using the abrasive film as a processing material to improve the surface roughness while minimizing the amount of processing in the chromium layer (40). When the post-treatment process (S50) is passed through, the roller 10 in which the uniform chromium layer 40 is finally formed as shown in FIG. 8 is completed.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 소재준비공정(S10), 도전처리공정(S20), 전기동도금공정(S30), 증착도금공정(S40), 후처리공정(S50)을 거쳐 제조된 롤러(10)는 도 8처럼 심재(10)와 샤프트(15)의 표면으로 하지층(20), 도금층(30), 크롬층(40)이 순차적으로 적층되어 중량과 관성 및 마찰이 적으면서도 우수한 강성과 내마모성을 지니게 된다.According to another aspect of the present invention, the roller 10 manufactured through a material preparation step (S10), a conductive treatment step (S20), an electrocopper plating step (S30), a deposition plating step (S40), a post-treatment step (S50). As shown in FIG. 8, the base layer 20, the plating layer 30, and the chromium layer 40 are sequentially stacked on the surfaces of the core material 10 and the shaft 15 to provide excellent stiffness and wear resistance with low weight, inertia, and friction. Will be carried.

이와 같이, 본 발명은 진공챔버 내에 물리증착에 의한 건식도금을 수행함에 따라, 제조에 있어 일련의 공정을 단축하여 환경에 유해한 폐기물을 최소화시켜 친환경성과 함께 제조비용을 효율적으로 절감시켜 전반적인 생산성을 향상하고, 제품에 있어 핀홀과 크랙발생이 없는 우수한 도금층을 얻을 수 있어 중량과 관성 및 마찰이 적으면서도 강성과 내마모성이 탁월한 롤러를 제공한다.As described above, the present invention performs dry plating by physical vapor deposition in a vacuum chamber, thereby minimizing waste that is harmful to the environment by shortening a series of processes in manufacturing, thereby effectively reducing manufacturing costs and improving overall productivity by improving overall productivity. In addition, it is possible to obtain an excellent plating layer free from pinholes and cracks in the product, thereby providing a roller having excellent rigidity and wear resistance with low weight, inertia and friction.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

10: 롤러 11: 심재
15: 샤프트 20: 하지층
30: 도금층 31: 도금조
40: 크롬층 41: 진공챔버
S10: 소재준비공정 S20: 도전처리공정
S30: 전기동도금공정 S40: 증착도금공정
S42: 전처리단계 S44: 진공증착단계
S46: 스퍼터링증착단계 S48: 아크이온플레이팅단계
S50: 후처리공정10: roller 11: heartwood
15: shaft 20: base layer
30: plating layer 31: plating bath
40: chromium layer 41: vacuum chamber
S10: material preparation process S20: conductive treatment process
S30: electroplating process S40: deposition plating process
S42: pretreatment step S44: vacuum deposition step
S46: sputtering deposition step S48: arc ion plating step
S50: Post Treatment Process

Claims (7)

제조라인(공정)에 이용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)으로 이루어진 복합롤러의 제조방법에 있어서:
원통형의 심재(11)와 샤프트(15)를 준비하고, 상기 심재(11)의 양단에 샤프트(15)를 결합하여 롤러(10)를 형성하는 소재준비공정(S10);
상기 준비된 롤러(10)의 외주면을 연마 및 연삭하고, 도전수지를 도포 및 경화시켜 하지층(20)을 형성하는 도전처리공정(S20);
상기 도전처리된 롤러(10)를 도금액에 침지시켜 도금층(30)을 형성하는 전기동도금공정(S30);
상기 도금된 롤러(10)를 진공챔버(41)에 투입하여 물리증착에 의한 크롬층(40)을 형성하는 증착도금공정(S40); 및
상기 증착된 롤러(10)를 슈퍼피니싱으로 표면을 다듬질하는 후처리공정(S50);을 포함하여 이루어지되,
상기 증착도금공정(S40)은 진공챔버(41)내에 아르곤가스(Ar)를 투입하고 플라즈마방전으로 크롬(Cr)을 방출시켜 바이어스전압으로 도금층(30)의 표면으로 크롬층(40)을 형성하는 스퍼터링증착단계(S46), 또는 진공챔버(41)내에 아르곤가스(Ar)를 투입하고 아크발생장치로 크롬(Cr)을 이온화시켜 바이어스전압으로 도금층(30)의 표면으로 크롬층(40)을 형성하는 아크이온플레이팅단계(S48) 중 어느 하나를 택일하여 크롬층(40)을 형성하되, 상기 스퍼터링증착단계(S46)와 아크이온플레이팅단계(S48)는 아르곤가스(Ar)와 더불어 질소(N2) 및 메탄(CH4)가스를 투입하여 질화크롬층(40)을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화 플라스틱제 금속도금 롤러의 제조방법.In the manufacturing method of a composite roller made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) used in the manufacturing line (process):
Preparing a cylindrical core material 11 and a shaft 15 and forming a roller 10 by coupling the shaft 15 to both ends of the core material 11 (S10);
A conductive treatment step (S20) of polishing and grinding the outer circumferential surface of the prepared roller 10 and applying and curing a conductive resin to form a base layer 20;
An electroplating process (S30) of forming the plating layer 30 by immersing the conductive roller 10 in a plating solution;
A deposition plating process (S40) of forming the chromium layer 40 by physical vapor deposition by introducing the plated roller 10 into the vacuum chamber 41; And
It includes a post-treatment process (S50) for finishing the surface of the deposited roller 10 by super finishing;
In the deposition plating process S40, argon gas (Ar) is introduced into the vacuum chamber 41, and chromium (Cr) is discharged by plasma discharge to form the chromium layer 40 on the surface of the plating layer 30 at a bias voltage. Argon gas (Ar) is introduced into the sputtering deposition step (S46) or the vacuum chamber 41, and chromium (Cr) is ionized by an arc generator to form a chromium layer 40 on the surface of the plating layer 30 with a bias voltage. Wherein any one of the arc ion plating step (S48) to form a chromium layer 40, the sputtering deposition step (S46) and the arc ion plating step (S48) is argon gas (Ar) and nitrogen ( N2) and a methane (CH4) gas is added to form a chromium nitride layer (40). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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