KR101080765B1 - 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 도장공정 없이 사출성형, 패턴 형성, 냉각까지 모든 공정을 금형 내에서 일괄적으로 실시하여 3차원 입체패턴을 구현하는 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 플라스틱 수지에 일정 조성비로 자성 안료와 경화제를 혼합하여 제조한 원재료를 금형에 주입하는 동시에, 완제품의 패턴 표면 쪽 금형에 설치한 전자석에 전류를 인가하여 자기장을 형성함으로써 자기장의 형상(자기력선)에 따라 원재료 내 자성 안료가 배열되어 3차원 패턴을 형성하고, 상기 금형을 개형하기 전에 금형 내에서 냉각 과정을 거쳐 완전하게 경화시킨 완제품을 취출하는 것을 특징으로 하는 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.

자기 도장, 패턴, 전자석, 자기장, 자성 안료

Description

제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법{Three-Dimensional Pattern Forming Method for part}

본 발명은 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 도장공정 없이 사출성형, 패턴 형성, 냉각까지 모든 공정을 금형 내에서 일괄적으로 실시하여 3차원 입체패턴을 구현하는 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 바와 같이, 복잡한 3차원 형상 및 다양한 크기를 갖는 제품에서 디자인의 자유도를 향상시키기 위해 표면층에 다양한 패턴 및 색상을 구현함과 동시에 우수한 물성을 유지하기 위한 노력들이 많이 행해져 왔다.

특별히 자동차 내장재, 가전제품 등에서는 심미적인 효과를 극대화하기 위해 다양한 공법들이 적용되어 왔으며, 특히 최근에는 소비자의 욕구를 만족시키기 위해 도장, 도금, 수압전사, 인서트(Insert) 성형 등의 방법을 이용하여 다양한 형상, 색상, 무늬를 부여하고 있다.

도 4는 종래 자기 도장 과정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.

기존의 도장 공정은 다양한 색상의 구현은 가능하나 특정한 무늬를 구현하기가 어렵고, 구현하더라도 마스킹의 공정이 필요하다. 특히, 다양한 패턴의 구현이 어려움에 따라 수작업에 의한 대량생산에 어려움이 있다.

또한 수압전사의 경우는 다양한 패턴 및 색상의 구현이 가능하나 공정이 복잡하고 생산비가 고가인 단점이 있고, 인서트 성형의 경우 공정은 단순하지만 인서트 성형을 위한 필름의 가격이 고가이고 프리포밍(Preforming) 등의 공정을 거쳐야 하는 번거로움이 있다.

그 밖에 상기한 기존의 공정들은 클리어층 또는 최상위층이 얇아 고급감이 떨어지는 단점을 가지고 있었다.

이에 따라 제품 표면의 다양한 패턴 형성을 위해 제품을 사출 성형한 뒤 도장(Ferrite)을 실시하되, 고정자석 또는 전자석을 이용하여 패턴 무늬를 형성하는 자기 도장 방법이 제시된 바 있다[일본특허 제2868948호/미국특허 제5364689호].

이러한 자기 도장 방법에서는 제품(대상물) 사출, 도장, 패턴 무늬 형성, 건조의 과정으로 진행되는데, 도장 공정 후에 고정자석 또는 전자석으로 별도의 무늬 공정을 수행해야 하며, 이를 위해 전자기장 발생 기구(전자파 발생)의 설치가 필요하다. 상기 전자기장 발생 기구는 경우에 따라 도장 공정 전에 설치될 수 있으며, 이와 같이 전자기장 발생 기구를 설치한 후에 도장 공정이 이루어질 수 있다.

그러나, 자기 도장 방법의 경우 복잡한 형상을 갖는 내장부품을 대상으로 할 때 자기장을 발생시키는 자석과 자성 안료 사이에 거리가 일정한 기구 및 장치를 제작하는데 상당한 어려움이 있다. 즉, 자기장의 세기가 균일한 기구 및 장치의 제작이 매우 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 플라스틱 수지에 일정 조성비로 자성 안료와 경화제를 혼합하여 제조한 원재료를 사출하는 동시에, 금형에 설치된 전자석에 전원을 인가하여 전기장을 형성함으로써 별도의 도장공정을 실시하지 않고 제품 표면(기존 도장이 실시되는 표면)에 3차원 입체패턴을 구현할 수 있는 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 플라스틱 수지에 일정 조성비로 자성 안료와 경화제를 혼합하여 제조한 원재료를 금형에 주입하는 동시에, 완제품의 패턴 표면 쪽 금형에 설치한 전자석에 전류를 인가하여 자기장을 형성함으로써 자기장의 형상(자기력선)에 따라 원재료 내 자성 안료가 배열되어 3차원 패턴을 형성하고, 상기 금형을 개형하기 전에 금형 내에서 냉각시켜서 완전하게 경화시킨 완제품을 취출하는 것을 특징으로 하는 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 전자석은 인가되는 전류에 의해 자기장을 30초~3분 동안 600~3000G로 발생하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법은 복잡한 형상을 갖는 내장부품을 제조하는 경우 자기장을 발생하는 자성체와 자성 안료 사이에 거리를 일정하게 유지하여 자장의 세기를 균일하게 유지하는 것이 가능하여 복잡하고 다양한 입체패턴의 구현이 가능하다.

그리고, 본 발명은 전자석을 일체형으로 설치한 금형을 이용하여 전체 공정을 단순화하여, 원재료의 사출 및 패턴 형성 공정뿐 아니라 냉각까지 모두 금형 내에서 일괄적으로 실시될 수 있으며, 기존에 일반 공정에 비해 2개의 공정이 삭제되어 원가절감을 도모할 수 있다.

또한, 기존에 3차원 패턴을 형성하기 위한 도장공정을 삭제함으로써 친환경적인 작업이 가능한 환경 개선이 가능하다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

본 발명은 자성 안료를 포함하여 일정 조성비로 혼합 제조된 원재료를 사출하는 동시에 금형에 설치된 전자석에 전원을 인가하여 전기장을 형성함으로써 별도의 도장공정을 실시하지 않고 제품 표면(기존 도장이 실시되는 표면)에 3차원 입체패턴을 구현할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 공정도이다.

본 발명에 따른 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법은 자성 안료를 포함하는 플라스틱 수지에 경화제를 혼합하여 원재료를 마련하고, 전자석(20)을 설치한 금형(10) 내에 상기 원재료를 주입하는 동시에 상기 전자석(20)에 전원을 인가하여 소정 패턴의 자기장을 형성함으로써 자성 안료가 자기장의 형상(자기력선)에 따라 배열되어 3차원 패턴을 구현하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 제품에 3차원 패턴을 형성하는 하기 위한 금형을 나타낸 도면이다.

본 발명에서 사용하는 금형(10)은 고정금형(11)과 개폐를 위해 구동되는 가동금형(13)으로 구성될 수 있으며, 완제품(혹은 반제품)의 패턴 표면 쪽의 금형인 가동금형(13)에 하나 이상의 전자석(20)이 삽입될 수 있는 장착공간을 마련하고, 상기 장착공간에 전자석을 설치한다. 이때, 상기 전자석(20)에 전원을 인가할 경우 반제품의 패턴 표면 쪽에 원하는 패턴 형상의 자기장이 형성될 수 있도록 상기 전자석(20)을 가동금형(13)의 적절한 위치에 배치구성한다.

상기 전자석(20)은 철심에 코일을 감아 구성되는 통상의 전자석으로서 소정 패턴의 자기장을 형성할 수 있도록 코일을 적절하게 중첩 권선하여 마련한다.

여기서, 상기 반제품의 패턴 표면은 전자석(20)에 의해 형성되는 자기장의 형상에 따라 소정 패턴이 형성되는 표면을 의미한다.

상기 전자석(20)을 구동하는 제어부는 전류를 발생시켜 인가하는 구성부로서, 상기 제어부가 전자석(20) 코일에 전류를 인가하면 상기 전자석(20)에 자기장이 발생하여 원재료에 포함된 자성 안료를 배열시키고, 이때 전자석(20)의 자기력선에 따라 자성 안료가 배향되면서 패턴 무늬를 형성하게 된다.

상기 제어부는 가변저항방식(Variable Resistor Type) 또는 인코더방식(Encoder Type)의 스위치 타입으로 전류 세기 및 통정 시간 등을 제어할 수 있으며, 이러한 전류 제어를 통해 전자석의 온/오프 제어는 물론 자기장 세기 및 발생 시간 등의 제어가 가능하다.

이때, 상기 전자석(20)에 의한 자장의 강도는 아래 수학식 1과 같이 구할 수 있으며, m은 자하, μ는 투자율, R은 코일의 반지름, r은 코일로부터의 거리이다.

본 발명에 따른 실시예에서는 상기 전자석(20)에 소전류를 인가하여 특정 패턴의 외부 자기장을 30초~3분 동안 600~3000G로 발생시킴으로써 원재료 내 자성 안료를 배향하여 3차원 입체패턴을 발현시킬 수 있다.

여기서, 자기장 반응시간이 30초 미만이면 3차원 무늬가 덜 형성되는 문제가 있으며, 3분을 초과하면 시간과다의 공정 손실의 문제가 있어 바람직하지 않다.

또한, 자기장 세기가 600G 미만이면 자력이 약하여 3차원 무늬가 흐리게 형성되는 문제가 있고, 3000G를 초과하면 자력이 너무 강하여 무늬가 뭉쳐 보이는 문제가 있어 바람직하지 않다.

도 3은 본 발명에 따른 원재료 혼합 실시예를 보여주는 도면이다.

상기 금형(10)에 주입되는 원재료의 혼합 실시예를 살펴보면, 우선 최초 원료 상태로서 플라스틱 수지인 에폭시 수지와 자성 안료를 혼합한 상태로 저장조 내에서 40~60℃로 유지되고, 경화제인 MPD(Meta phenylene Diamine) 역시 다른 저장조 내에서 동일 온도로 유지된다.

상기와 같이 저장된 에폭시 수지 및 자성 안료와 MPD는 각각 가열조로 이송되어 60~70℃로 가열된 다음, 펌프에 의해 믹서기로 이동되어 금형으로의 공급을 위해 최종 혼합되며, 이때 소정의 중량비에 맞춰 대략 80℃에서 10~20분 동안 혼합한다.

여기서, 상기 자성 안료의 함량 및 수지 배합비를 최적화하여 도막의 물성을 확보하는 것이 중요하며, 실시예로서 에폭시 수지와 MPD, 자성 안료의 혼합 중량비를 '에폭시 수지 : MPD : 자성 안료 = 100:150~260:40~90'의 비율로 사용할 수 있다.

상기 자성 안료로는 페라이트(Ferrite)계 자성 안료가 사용될 수 있으며, 외부 자기장에 반응하여 소정 패턴을 발현할 수 있도록 자기장에 반응성이 우수한 플 레이크(FLAKE) 형태의 강자성을 갖는 페라이트계 자성입자를 포함한다.

이렇게 혼합 제조된 원재료는 그 점도가 낮아 금형 내 사출시 경화되는 속도가 일반적인 경화속도보다 느리므로, 상기 금형에 주입된 원재료 내 자성 안료가 전자석에 의해 형성되는 자기장의 형상에 따라 배열되면서 3차원 패턴을 구현할 수 있게 된다.

상기와 같은 공정을 거쳐 반제품의 패턴 표면에 3차원 입체패턴을 형성한 다음, 금형(10)을 개형하기 전에 금형 내에서 냉각시켜서 완전하게 경화시킨 완제품을 취출하게 된다.

이때, 상기 금형 내에서의 냉각은 보통 금형에 설치되는 냉각수 라인을 이용하는 통상적인 방법으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 자기 도장 방법은 자동차 내외장 부품의 데코레이션용이나 전기/전자제품의 하우징, 포장지, 건축 마감재 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법을 나타내는 공정도

도 2는 본 발명에 따른 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법을 위한 금형을 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 따른 원재료 혼합 실시예를 보여주는 도면

도 4는 종래 자기 도장 과정을 개략적으로 나타낸 공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 금형

11 : 고정금형

13 : 가동금형

20 : 전자석

Claims (2)

1. 에폭시 수지와 메타페닐렌디아민, 폐라이트계 자성입자를 포함하는 자성 안료의 혼합 중량비를 '에폭시 수지 : MPD : 자성 안료 = 100:150~260:40~90'의 비율로 사용하여 제조한 원재료를 준비하는 단계;

   상기 원재료를 금형에 주입하는 동시에 완제품의 패턴 표면 쪽 금형에 설치한 전자석에 전류를 인가하여 자기장을 형성함으로써 자기장의 형상(자기력선)에 따라 원재료 내 자성 안료가 배열되도록 하여 3차원 패턴을 형성하는 단계;

   상기 금형을 개형하기 전에 금형 내에서 냉각시켜서 완전하게 경화시킨 후에 완제품을 취출하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 전자석은 인가되는 전류에 의해 자기장을 30초~3분 동안 600~3000G로 발생하는 것을 특징으로 하는 제품에 3차원 패턴을 형성하는 방법.

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