KR101250004B1 - 전주도금에 의한 반사경 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

전주도금의 도금시간을 줄여 생산성을 늘이고 사용기간 동안 일정한 형태를 유지할 수 있는 반사경 및 그 제조방법을 제시한다. 그 반사경 및 방법은 전주도금에 의해 제조된 전주도금층이며 사용기간 동안 반사율과 곡률을 유지하는 경면두께를 가진 경면부의 일측에 부착되며 경면부를 지지하는 스프레이층 또는 사출층으로 이루어진 지지부를 사출방식 또는 스프레이 방식으로 형성한다.

Description

전주도금에 의한 반사경 및 그 제조방법{Reflector by electroforming and method of fabrication the same}

본 발명은 반사경 및 그 제조방법에 의한 것으로, 보다 상세하게는 전주도금에 의한 반사경 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전주도금에 의한 반사경은 이형층이 코팅된 반사경 몰드 상에 금속을 전기로 부착(전착)시킨 후, 전착된 금속층을 분리하여 몰드 표면과 반대되는 형상을 가지거나, 전착된 금속층 표면에 다시 이형층 처리를 하여 새로운 금속을 전착시켜서 형성된 금속층을 분리하면 최초의 몰드와 같은 형상을 가진다. 전주도금 방법에 의하면, 복잡하거나 미세한 형상을 전사 또는 복제할 수 있고, 특히 기계적 가공이 불가능한 반사경의 제조가 가능하다. 전주도금에 의해 반사경을 제조하기 위해서는 전기 도금이 가능한 금속(합금 포함)이면 전주도금의 대상이 된다. 제조하는 기술의 난이도나 가격적이 측면을 고려하여 Cu, Ni, NiCr 합금이 주로 사용되고 있다.

전주도금은 원하는 형태로 전착하는 데 요구되는 시간이 매우 크다는 문제점이 있다. 예컨대 통상의 Ni 전주도금에서 전류밀도 5∼10A/cm²에서 도금하면 0.5mm의 두께가 형성되는 데에는 5∼10시간이 소요되고, 수cm의 두께를 얻기 위해서는 수주 정도의 도금시간이 걸리기도 한다. 반사경이 사용기간 동안 일정한 형태를 유지하기 위한 내구력을 가지기 위해서는 적절한 두께를 가져야 하는 데, 도금시간이 지나치게 길어 생산성이 크게 저하되고 있다. 한편, 음극 부근의 전해액을 강하게 교반함으로써 고전류 밀도에서의 전착을 가능하게 하여 고속의 전주도금이 시도되고 있으나, 도금시간을 줄이는 데에는 미흡한 실정이다.

따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 전주도금의 도금시간을 줄여 생산성을 늘이고 사용기간 동안 일정한 형태를 유지할 수 있는 반사경을 제공하는 데 있다. 또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 반사경을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 반사경은 전주도금에 의해 제조된 전주도금층이며 사용기간 동안 반사율과 곡률을 유지하는 경면두께를 가진 경면부와, 상기 경면부의 일측에 부착되며 상기 경면부를 지지하는 스프레이층 또는 사출층으로 이루어진 지지부를 포함한다.

본 발명의 반사경에 있어서, 상기 경면부는 상기 지지부를 상기 경면부의 일측에 부착하는 과정에서 상기 반사율과 곡률을 유지하는 것이 바람직하며, 상기 지지부는 상기 경면부의 5~15배의 두께를 가질 수 있다. 또한 상기 지지부는 사출층 또는 스프레이층일 수 있으며, 이때 상기 사출층은 고분자 물질로 이루어지고, 상기 스프레이층은 금속 또는 세라믹 중에 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 반사경 제조방법은 먼저 전주도금에 의해 반사율과 곡률을 유지하는 경면두께를 가진 경면부를 제조하고, 이어서 상기 경면부의 일측에 상기 경면부를 지지하는 지지부를 사출방식 또는 스프레이 방식으로 형성한다. 이때, 상기 스프레이 방식은 압축가스를 이용하는 저온 스프레이 방식일 수 있다.

본 발명에 따른 반사경 및 그 제조방법에 의하면, 반사율과 곡률을 유지하는 경면두께를 가진 경면부와 경면부에 비해 5~15배의 두께를 가지며 사출층 또는 스프레이층으로 이루어진 지지부로 반사경을 구현함으로써, 전주도금의 도금시간을 줄여 생산성을 늘이고 사용기간 동안 일정한 형태를 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전주도금에 의한 경면부를 제조하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 반사경을 제조하는 과정을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 반사경을 제조하는 과정을 나타내는 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들은 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명의 실시예는 실질적으로 반사의 역할을 하는 경면부와 상기 경면부를 지지하는 지지부로 구성된 반사경을 제시한다. 즉, 반사경은 경면부와 지지부로 구분될 수 있으며, 이하에서는 경면부와 지지부의 역할과 특성에 대하여 상세하게 설명할 것이다. 이를 위해, 경면부가 제조되는 과정을 먼저 살펴보고 이어서 지지부를 경면부에 붙여 반사경을 제조하는 과정을 살펴보기로 한다.

<경면부를 제조하는 과정>

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전주도금에 의한 경면부를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 전주도금을 위한 장치는 도금액(32)이 담겨진 도금조(30)와 반사경 몰드(10)에 전원을 공급하는 전원부(40)를 포함하여 구성된다. 반사경 몰드(10)는 일측은 경면부(20)가 전주도금되기 위한 형상을 하고 있다. 반사경 몰드(10)는 사용되는 용도에 따라 금속, 세라믹 또는 고분자 물질을 터닝(turning) 또는 밀링(milling) 가공과 같이 기계적으로 가공하여 제작할 수 있다.

경면부(20)는 반사율과 경도가 높고 내식성과 내마모성이 우수한 물질이면 가능하지만, 본 발명의 실시예는 가격과 물성을 고려하여 Ni 또는 NiCr 합금을 사용하였다. 경면부(20)의 형상은 포물선형 또는 타원으로 형성되지만, 절단면 형상과 같이 임의의 다른 형상도 가능하다. 또한 도시하지는 않았지만, 반사에 이용되는 면은 반사율을 증가시키기 위해 알루미늄이나 은을 증착할 수 있고, 적외선 영역뿐 만 아니라 가시분광 영역에서도 빛을 흡수하는 흡수층과 같이 기능성을 부여한 층들을 더 둘 수 있다.

경면부(20)는 본 발명의 반사경이 원하는 반사율과 곡률을 유지하는 최적의 두께를 가진다. 즉, 경면부(20)는 나중에 설명될 지지부(도 2의 22)를 부착하는 과정 또는 반사경의 사용기간 중에 반사율과 곡률을 충분하게 유지하는 경면두께(d)를 가진다. 만일, 경면부(20)가 경면두께(d)보다 얇으면, 지지부에 부착하는 과정 또는 사용기간 중에 본 발명에서 요구하는 반사율을 충족하지 못하고 경면부(20)의 형태가 왜곡될 수 있다. 경면부(20)가 경면두께(d)보다 두꺼우면, 두께와 무관하게 반사율과 곡률을 유지한다.

통상적으로, Ni을 전주도금하여 직경이 65㎝로부터 20m인 반사경이 반사율과 곡률을 유지하기 위해서는, 전주도금된 반사경은 약 3㎜으로부터 40㎝의 두께가 요구된다. 본 발명의 실시예는 상기 두께를 모두 전주도금으로 형성하지 않고 경면두께(d)만큼을 전주도금하여 제작하는 것이다. 예컨대, 반사경의 두께가 2㎜인 경우에는 경면두께(d)는 0.2㎜로 하면, 본 발명에서 요구되는 반사율과 곡률을 충족할 수 있다. 경면두께(d)는 반사경의 크기와 곡률에 따라 달라질 수 있으며, 실험을 통하여 그 값을 설정할 수 있다.

따라서 경면두께(d)는 반사경의 크기와 형태에 따라 달라질 수 있으며, 그 반사경에 따라 그 값을 특정할 수 있다. 예를 들어, 지지부를 부착하는 과정과 사용기간 동안 반사율과 곡률을 유지하는 최소한 두께가 a라면, 경면두께(d)는 상기 최소두께 a보다 두꺼우면서, 본 발명에서 추구하는 전주도금 시간을 줄이는 목적에 부합하는 두께로 사전에 설정할 수 있다. 경면두께(d)가 최소두께 a보다 큰 이유는 반사경을 제조하는 과정에서 반사경의 특성을 안전하게 확보하기 위함이다.

도금액(32)은 경면부(20)를 이루는 물질에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 경면부(20)가 Ni로 이루어진 경우, 도금액(32)은 니켈 500~1000g/ℓ, 붕산 45g/ℓ, 필요한 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 잘 알려진 바와 같이 광택이나 도금의 질을 좋게 하기 위하여 넣어주는 약품으로서, 광택제, 물성조절제, 산화제 및 환원제, 피트방지제, 비산방지제를 말한다. 한편, 경면부(20)와 반사경 몰드(10) 사이에는 이형제를 코팅할 수 있다.

Ni 전주도금에 의한 반사경에서, 전류밀도 5∼10A/cm²에서 도금하면 2mm의 두께의 반사경 전체를 전주도금을 제작하는 데에는 20∼40시간이 소요된다. 하지만 본 발명에서와 같이 경면두께(d)인 0.2㎜만큼 전주도금을 하면 2~3시간이면 제작할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하여 반사경을 제조하면, 반사율과 곡률을 충분하게 유지하면서 도금시간을 거의 1/10 이상으로 줄일 수 있다. 물론 도금시간은 도금액 상태 및 설비, 도금조건 등에 따라 다소 차이가 있으며, 도금되는 두께, 반사경 형상 등에 따라 조절될 수 있다.

<반사경을 제조하는 과정>

도 1을 참조하여 설명한 경면부(20)는 실제로 사용하기에는 내구력이 떨어져, 사용하는 과정에서 반사경으로서 요구되는 곡률을 상실할 수 있다. 이에 따라, 이하 실시예들은 상기 경면부(20)에 지지부를 부착하여 내구성을 향상시키는 반사경들에 대한 사례를 제시하고자 한다.

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 제1 반사경을 제조하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 2에 의하면, 본 실시예는 경면부(20)의 일측, 실제로 반사로 사용되지 않은 면에 사출에 의해 제1 지지부(21)를 형성하기 위한 것이다. 구체적으로, 사출용 제1 금형(60)과 제2 금형(62) 사이에 경면부(20)가 전주도금된 반사경 몰드(10)를 배치된다. 이때, 경면부(20)와 제2 금형(62) 사이에는 경면부(20)에 밀착된 제1 지지부(21)가 형성되도록 성형공간(64)이 존재한다. 또한 제2 금형(62)의 임의의 곳에는 성형공간(64)과 연결되며 제1 지지부(21)를 이루는 사출물을 공급하는 공급구(66)가 뚫려 있다.

제2 금형(62)의 외부에서 공급구(66)를 통하여 사출물을 성형공간(64)에 채워 넣어 제1 지지부(21)를 형성하면, 제1 지지부(21)가 경면부(20)에 부착되어 제1 반사경(22)이 완성된다. 사출물은 고분자 물질이 바람직하며, 특히 연신율이 상대적으로 작은 폴리이미드, 에폭시, 폴리스티렌 등이 더욱 바람직하다. 제1 지지부(21)의 두께는 제1 반사경(22)이 구조적으로 안정할 정도이면 충분하므로 특별하게 한정하지 않지만, 경면부(20)에 비하여 5~15배의 두께로 할 수 있다. 필요한 경우, 제1 지지부(21)는 안료에 의해 흑색으로 제조하여 제1 반사경(22)이 빛에 더욱 민감하도록 할 수도 있다. 또한 경면부(20)와 제1 지지부(21) 사이에는 부착강도를 높이기 위한 사전처리, 예컨대 코로나 처리 등을 할 수 있다.

사출방식에 의해 제조된 제1 지지부(21)는 전주도금법으로 제조된 경면부(20)와 구별하기 위하여 사출층이라고 한다. 본 발명의 제1 반사경(22)은 얇게 전주도금을 한 경면부(20)와, 쉽게 만들 수 있고 가격이 상대적으로 싼 사출물로 이루어진 제1 지지부(21)에 의해 제작되므로, 반사경을 만드는 시간을 대폭 줄일 수 있다. 또한, 비용이 많이 드는 전주도금의 일부를 사출물로 대체함으로써, 제조원가를 크게 낮출 수 있다. 나아가 사출은 제1 반사경(22)의 형상이 복잡하여도 가능하므로, 반사경의 형상에 구애받지 않고 이를 제조할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2 반사경을 제조하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 3에 따르면, 본 실시예는 경면부(20)의 일측, 실제로 반사로 사용되지 않은 면에 스프레이(spray)법에 의해 제2 지지부(23)를 형성하기 위한 것이다. 구체적으로, 지지대(50) 위에 경면부(20)가 전주도금된 반사경 몰드(10)를 배치한 상태에서 스프레이 장치(100)에 의해 경면부(20)에 코팅된다. 필요에 따라, 반사경 몰드(10)를 제거한 상태에서 코팅할 수도 있다.

스프레이법은 코팅될 물질을 뿌려서 부착하는 것으로 그 방법을 굳이 한정하는 것은 아니나, 본 발명의 실시예에서는 저온 스프레이법을 제시한다. 저온 스프레이장치(100)는 가스 압축기(compressor, 102), 가스히터(104), 분말 공급기(powder feeder, 106) 및 분사용 노즐(108)을 포함하여 구성된다.

가스 압축기(102)는 약 5 내지 20 kgf/cm²의 압축가스를 제공한다. 압축가스는 분말공급기(106)로부터 제공되는 분말을 분사용 노즐(108)을 통해 약 300~1200 ㎧의 속도로 분출한다. 분사용 노즐(108)은 분말을 아음속 내지 초음속의 유동을 발생시키기 위해서는 통상적으로는 수렴-발산형 노즐(de Laval-Type)이 사용되고 이러한 수렴 및 발산 과정을 통하여 초음속 유동을 발생시킬 수 있다.

상기 장치(100)에서 압축가스 공급 경로상의 가스히터(104)는 압축가스의 운동에너지를 증가시켜 분사용 노즐(108)에서의 분사속도를 높이기 위해 압축가스를 가열하기 위한 부가적인 장치로서 반드시 필요한 것은 아니다. 또한, 도시된 바와 같이, 분사용 노즐(108)로 분말의 공급을 보다 원활히 하기 위해 가스압축기(102)의 압축가스 일부는 분말공급기(106)로 공급될 수 있다. 상기 압축가스는 상용의 가스, 예컨대 헬륨, 질소, 아르곤 및 공기 등이 사용될 수 있으며, 사용 가스의 종류는 분사용 노즐(108)에서의 분사속도 및 경제성 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.

스프레이 방법은 먼저 준비된 코팅용 분말을 분말공급기(106)에서 분사용 노즐(108)에 주입한다. 이어서, 분사용 노즐(108) 내에 흐르는 압축가스의 유동에 의해 상기 코팅용 분말을 비용융 상태로 300 내지 1,200㎧의 속도로 가속하여 경면부(20)의 표면에 코팅하여 제2 지지부(23)를 형성한다.

스프레이는 상온에서 진행할 수도 있으며, 상온보다 50℃ 정도의 온도로 가열한 상태에서 진행하는 것이 코팅용 분말의 충돌에 따른 변형에너지(strain energy)를 축적하고 코팅용 분말의 심도깊은 충돌을 유도하므로 바람직하다. 저온 스프레이법은 제2 지지부(23)의 두께를 다양하게 조절할 수 있다. 나아가, 원하는 코팅을 한 후에, 상기 코팅된 분말과 다른 분말을 더 코팅할 수 있다.

코팅용 분말의 입자크기는 다양한 크기의 입자가 사용될 수 있으며, 사용되는 분말의 종류에 따라 그 코팅효율 및 반응성이 다르므로 최적입자 크기가 달라 질 수 있으므로 이를 고려하여 적정한 입자크기를 선정하는 것이 바람직하다. 코팅용 분말의 입자는 1 내지 200㎛의 크기를 가지는 것이 분산 및 혼합측면에서 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 내지 50㎛의 크기를 가지는 것이 좋다.

저온 스프레이법에 의해 제조된 제2 지지부(23)는 전주도금법으로 제조된 경면부(20)와 구별하기 위하여 스프레이층이라고 한다. 제2 지지부(23)는 저온 스프레이법에 의해 제조되므로, 간단하면서 빠른 속도로 제2 반사경(24)을 제작할 수 있다. 또한 코팅용 분말은 금속, 세라믹 등에 구애받지 않고 선택할 수 있어서, 다양한 재질로 제2 지지부(23)를 구현할 수 있다. 나아가 상대적으로 가격이 싼 분말을 사용하면, 제2 반사경(24)의 제조원가를 크게 낮출 수 있다. 나아가 저온 스프레이법은 제2 반사경(24)의 형상이 복잡하여도 가능하므로, 반사경의 형상에 구애받지 않고 이를 제조할 수 있다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 지지부는 사출방식이나 스프레이법으로 제조되는 것을 제시하였으나, 이는 전주도금에 의해 제조되는 것의 문제점을 보완하기 위한 것이므로 본 발명의 범주 내에서 다른 방식도 가능할 것이다.

10; 반사경 몰드 20; 경면부
21; 제1 지지부 22; 제1 반사경
23; 제2 지지부 24; 제2 반사경
30; 도금조 32; 도금액
100; 저온 스프레이 장치

Claims (8)

1. 전주도금에 의해, 반사율과 곡률을 유지하는 경면두께를 가진 경면부를 제조하는 단계; 및
   상기 경면부의 일측에 상기 경면부를 지지하는 지지부를 사출방식 또는 스프레이 방식으로 형성하는 단계를 포함하는 전주도금에 의한 반사경의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 스프레이 방식은 압축가스를 이용하는 저온 스프레이 방식인 것을 특징으로 하는 전주도금에 의한 반사경의 제조방법.
   
   
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