KR102382084B1 - 레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 방법 및 이를 이용한 제조물 - Google Patents

레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 방법 및 이를 이용한 제조물 Download PDF

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Abstract

레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 방법 및 이를 이용한 제조물이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 칫솔 제조 방법은, 홀 가공부가, 분당 기설정된 횟수만큼 타겟 지점을 향해 출력되는 한 개 이상의 레이저 출력 장치를 활용하여, 목재 소재로 제작되는 칫솔의 헤드 부분에 식모용 홀을 가공하는 단계; 및 식모 가공부가, 가공된 식모용 홀에 칫솔모가 식모되도록 하는 단계;를 포함한다. 이에 의해, 레이저를 활용하여, 식모용 홀 가공 과정을 수행함으로써, 목재/대나무를 소재로 칫솔을 제조하는 경우에도, 높은 생산성을 확보할 수 있다. 또한, 레이저의 이송 경로, 출력 세기 및 출력 시간을 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 다양한 크기의 직경, 다양한 형상 및 특정 기울기를 갖는 식모용 홀을 가공하여, 제조되는 칫솔의 품질 중 일정 이상의 모메힘(Momehim) 강도를 확보할 수 있다. 그리고 식모 가공 수단과 칫솔의 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되도록 함으로써, 식모 불량을 방지할 수 있다.

Description

레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 방법 및 이를 이용한 제조물{Method for manufacturing a toothbrush made of wood/bamboo material using a laser and product using the same}
본 발명은 칫솔 제조 방법 및 이를 이용한 제조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 방법 및 이를 이용한 제조물에 관한 것이다.
최근 친환경 소재를 이용한 소비재의 수요는 지속적으로 성장하고 있으며, 이 트렌드에서 기존의 플라스틱 소재를 대체하려는 다양한 시도가 진행되고 있다.
구체적으로, 칫솔의 경우에도, 전통적으로 사용되던 PP(Polypropylene)/PETG(Polyethylene terephthalate)/TPE(Thermo Plastic Elastomer) 등의 석유 화학(PETRO CHEMICAL) 합성 플라스틱 소재를 대체할 친환경 소재 개발의 요구가 점차 증대 되고 있으며, 그 대안 중의 하나로 대나무/나무 소재를 이용한 칫솔이, 점차 생산과 소비를 늘려가고 있는 추세이다.
그러나, 기존에는, 이러한 대나무/나무 소재를 이용한 칫솔 제조 시, 플라스틱 소재처럼 정형화된 틀로(MOLD)로 안정적으로 사출 성형할 수 없고, 한번에 하나씩 칫솔 형태의 모양을 가공 해야 하기 때문에, 그 생산성이 낮고, 생산비가 증가한다는 문제점이 존재한다.
구체적으로, 기존의 대나무/나무 소재를 이용한 칫솔 제조 방법은, 칫솔 제조에서 가장 중요한 공정(PROCESS)인 식모(TUFTING) 공정을 위한 식모용 홀(HOLE) 가공에서 기계적인 드릴링(Drilling) 방식을 사용하는데, 그 홀의 위치와 크기가 기존 플라스틱 소재의 몰드 사출 성형에서 만큼의 정밀도에 도달되지 않아서 이후의 중요한 생산 공정인 고속(ex. 700-1000회/분) 식모 공정에서 잦은 생산 오류와 식모 불량이 발생한다는 문제점이 존재한다.
또한, 기존의 대나무/나무 소재를 이용한 칫솔 제조 방법은, 드릴링 후에 목재 찌꺼기가 완전하게 제거되지 못한 상태로 남아서 이것이 이후 고속 식모 과정에서 평선의 이탈 및 기울어짐 현상을 일으킬 수 있어서 모메힘 강도 저하 및 식모 불량으로 이어지는 원인이 되는 문제점이 존재한다.
그리고, 기존의 대나무/나무 소재를 이용한 칫솔 제조 방법은, 이론적으론 분당 900-1000회 홀 가공이 가능한 칫솔용 드릴링 장비들을 이용할 수 있지만, 나무 칫솔 소재로 가장 많이 사용되는 대나무 소재의 경우, 특유의 결이 길이 방향으로 이어지는 방향성이 있어서, 물리적 충격이 가해지면 쉽게 길이 쪽의 결방향으로 크랙이 가서 쪼개지는 현상이 발생하여, 실제 드릴링 홀 가공 속도는 분당 400-500회에 불과한 단점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 레이저를 활용하여, 식모용 홀 가공 과정을 수행함으로써, 목재/대나무를 소재로 칫솔을 제조하는 경우에도, 높은 생산성을 확보할 수 있는 칫솔 제조 방법 및 이를 이용한 제조물을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 레이저의 이송 경로, 출력 세기 및 출력 시간을 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 다양한 크기의 직경, 다양한 형상 및 특정 기울기를 갖는 식모용 홀을 가공하여, 제조되는 칫솔의 품질 중 일정 이상의 모메힘(Momehim) 강도를 확보할 수 있는 칫솔 제조 방법 및 이를 이용한 제조물을 제공함에 있다.
그리고 본 발명의 또 다른 목적은, 식모 가공 수단과 칫솔의 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되도록 함으로써, 식모 불량을 방지할 수 있는 칫솔 제조 방법 및 이를 이용한 제조물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 칫솔 제조 방법은, 홀 가공부가, 분당 기설정된 횟수만큼 타겟 지점을 향해 출력되는 한 개 이상의 레이저 출력 장치를 활용하여, 목재 소재로 제작되는 칫솔의 헤드 부분에 식모용 홀을 가공하는 단계; 및 식모 가공부가, 가공된 식모용 홀에 칫솔모가 식모되도록 하는 단계;를 포함한다.
그리고 가공 단계는, 칫솔의 헤드 부분에 레이저의 이송 경로를 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 단일 개체인 칫솔의 헤드 부분에 서로 다른 사이즈의 식모용 홀을 가공할 수 있다.
또한, 서로 다른 사이즈로 가공되는 식모용 홀은, 상대적으로 크게 형성되는 식모용 홀의 직경이 1.4 내지 1.5mm로 형성되고, 상대적으로 작게 형성되는 식모용 홀의 직경이 2.3 내지 2.4mm로 형성될 수 있다.
그리고 가공 단계는, 칫솔의 헤드 부분에 레이저의 이송 경로, 출력 세기 및 출력 시간을 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 소정의 각도로 기울어진 형상 또는 소정의 곡률을 갖는 형상의 식모용 홀을 가공할 수 있다.
또한, 가공 단계는, 식모용 홀이 배열되는 위치 또는 열에 따라, 레이저의 출력 세기 및 출력 시간을 조절하여, 가공되는 식모용 홀의 기울어진 각도 또는 곡률이 서로 다르게 형성될 수 있다.
그리고 가공 단계는, 식모용 홀에 식모된 칫솔모가 이탈되는 것을 방지하기 위해, 식모용 홀의 직경이, 식모용 홀의 입구 부분에서 식모용 홀의 안쪽으로 들어갈수록 직경의 크기가 작아지도록 형성될 수 있다.
또한, 식모용 홀은, 식모용 홀의 직경이 식모용 홀의 입구 부분에서 식모용 홀의 안쪽으로 들어갈수록 직경의 크기가 작아지도록 가공하여, 평선 삽입 시, 평선의 접촉 저항 면적의 증가를 담보하여 모메힘 강도가 증가되도록 할 수 있다.
그리고 가공 단계는, 식모용 홀의 가공을 위해, 식모 가공부에 공급되기 이전에, 측정부가 칫솔의 헤드 부분의 두께를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 칫솔 제조 방법은, 헤드 부분의 두께가 측정된 칫솔의 가공 단계가 완료되면, 칫솔의 헤드 부분이 가공 단계가 수행된 지점에서 식모 단계를 수행하기 위한 지점까지 이동되도록 하는 단계;를 더 포함하고, 이때, 홀더부는, 식모 단계를 수행하는 식모 가공부와 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되도록 함으로써, 일정하고 안정된 식모 단계 수행이 가능하도록, 헤드 부분의 두께가 측정된 칫솔의 가공 단계가 완료되어 칫솔이 식모 단계를 수행하기 위한 지점까지 이동되면, Z축을 이동하되, 헤드 부분의 두께 측정 결과에 따라 헤드 부분의 Z축 이동 범위가 결정되도록 할 수 있다.
그리고 식모 가공부는, 칫솔의 헤드 부분 중 기가공된 식모용 기준 홀의 위치를 감지하는 센서가 구비되고, 이때, 식모 단계는, 식모 가공부가, 센서를 통해 식모용 기준 홀의 위치를 감지하면, 감지된 식모용 기준 홀의 위치가 식모 가공부에 마련되는 식모 장치(Tufting Tool)에 정렬되어, 칫솔의 헤드 부분의 형상 가공 오차와 상관없이 정확한 위치에 식모가 가능하도록, 홀더부가 기설정된 정위치에서 이탈한 좌표 값만큼 X,Y 축으로 이동할 수 있다.
또한, 가공 단계는, 복수의 레이저 출력 장치를 활용하여, 칫솔의 헤드 부분에 식모용 홀을 가공하는 동안에 별도로 마련되는 하나 이상의 레이저 출력 장치를 활용하여, 칫솔 손잡이 부분에 로고, 브랜드, 도안 중 적어도 하나를 각인하는 작업 및 칫솔 헤드 부분의 식모용 기준 홀 주변에 식모용 기준 홀임을 식별할 수 있는 아이 마크(Eye mark)를 각인하는 작업을 수행할 수 있다.
그리고 가공 단계는, 식모 가공부의 내부에 마련되는 식모 장치(Tufting Tool)가 평선을 이용하여 칫솔모를 식모하는 경우, 평선의 각도가 칫솔대의 길이 방향으로 기준으로 25도의 기울기를 갖도록 할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 제조물은, 상술된 칫솔 제조 방법에 의해 제조된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 레이저를 활용하여, 식모용 홀 가공 과정을 수행함으로써, 목재/대나무를 소재로 칫솔을 제조하는 경우에도, 높은 생산성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 레이저의 이송 경로, 출력 세기 및 출력 시간을 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 다양한 크기의 직경, 다양한 형상 및 특정 기울기를 갖는 식모용 홀을 가공하여, 제조되는 칫솔의 품질 중 일정 이상의 모메힘(Momehim) 강도를 확보할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예들에 따르면, 식모 가공 수단과 칫솔의 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되도록 함으로써, 식모 불량을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 칫솔 헤드의 형상 가공 오차에 상관없이 정확한 식모용 홀에 식모가 가능하도록, 식모용 홀이 정렬되게 함으로써, 식모 불량을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 장치의 설명에 제공된 도면,
도 3 내지 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀더부 및 식모 가공부가 예시된 도면,
도 5은, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 방법의 설명에 제공된 도면,
도 6는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 소정의 각도로 기울어진 형상 또는 소정의 곡률을 갖는 형상의 식모용 홀이 가공된 모습이 예시된 도면,
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 단일 개체인 칫솔의 헤드 부분에 서로 다른 사이즈의 식모용 홀이 가공된 모습이 예시된 도면,
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 일정 이상의 모메힘(Momehim) 강도를 확보하여, 식모용 홀에 식모된 칫솔모가 이탈되는 것을 방지하기 위해, 식모용 홀이 일정한 기울기로 가공된 모습이 예시된 도면,
도 9는, 본 실시예에 따른 칫솔 제조 장치 및 방법에 따라 제조되는 칫솔의 인장시험 성적서가 예시된 도면,
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 단일 개체인 칫솔의 헤드 부분에 서로 다른 기울기로 식모용 홀이 가공된 모습이 예시된 도면,
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 칫솔이 소정의 곡률을 갖는 형상으로 형성된 경우, 칫솔의 곡률에 따라 식모용 홀이 가공된 모습이 예시된 도면, 그리고
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 식모 가공 수단과 칫솔의 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되는 과정의 설명에 제공된 도면, 그리고
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 칫솔의 헤드 부분의 형상 가공 편차에서 기인하는 식모 불량 문제를 해결하는 과정의 설명에 제공된 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 장치의 설명에 제공된 도면이고, 도 3 내지 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀더부(160) 및 식모 가공부(170)가 예시된 도면이다.
본 실시예에 따른 레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 장치(이하에서는 '칫솔 제조 장치'로 총칭하기로 함)는, 레이저 출력 장치를 활용하여, 식모용 홀 가공 과정을 수행하여, 목재/대나무를 소재로 칫솔을 제조하는 경우에도, 높은 생산성을 확보할 수 있다.
또한, 본 제조 장치는, 레이저의 이송 경로, 출력 세기 및 출력 시간을 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 다양한 크기의 직경, 다양한 형상 및 특정 기울기를 갖는 식모용 홀(11)을 가공하여, 제조되는 칫솔의 품질 중 일정 이상의 모메힘(Momehim) 강도를 확보할 수 있으며, 식모 가공 수단과 칫솔(10)의 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되도록 하여, 식모 불량을 방지할 수 있다.
이를 위해, 본 제조 장치는, 투입부(110), 제1 이송부(120), 홀 가공부(130), 로봇 장치(140), 제2 이송부(150), 홀더부(160), 식모 가공부(170), 측정부(180) 및 제어부(190)를 포함할 수 있다.
투입부(110)는, 칫솔대(10)가 제1 이송부(120)로 투입되도록 하기 위해 마련되며, 제1 이송부(120) 및 제2 이송부(150)는, 각각 컨베이어 벨트가 구비될 수 있다.
구체적으로, 제1 이송부(120)는, 투입부(110)를 통해 투입된 칫솔대(10)를 이동시켜, 홀 가공부(130)에 전달할 수 있다.
로봇 장치(140)는, 칫솔(10)을 잡아 옮길 수 있는 로봇 팔(미도시)이 마련되어, 칫솔(10)의 헤드 부분에 식모용 홀(11)을 가공하는 가공 작업이 완료된 칫솔(10)을 제2 이송부(150)로 이송시킬 수 있다.
제2 이송부(150)는, 로봇 장치(140)에 의해 이송된 칫솔(10)을 홀더부(160)에 전달할 수 있다.
제1 이송부(120), 제2 이송부(150) 및 로봇 장치(140)는, 헤드 부분의 두께가 측정된 칫솔(10)의 가공 단계가 완료되면, 칫솔(10)의 헤드 부분이 가공 단계가 수행된 지점에서 식모 단계를 수행하기 위한 지점까지 이동되도록 할 수 있다.
홀 가공부(130)는, 분당 기설정된 횟수만큼 타겟 지점을 향해 출력되는 한 개 이상의 레이저 출력 장치가 구비되어, 칫솔(10)의 헤드 부분에 식모용 홀(11)을 가공하는 가공 단계를 수행하기 위해 마련된다.
구체적으로, 홀 가공부(130)는, 분당 기설정된 횟수(ex. 700-1000회/분)만큼 타겟 지점을 향해 레이저가 출력되도록 함으로써, 식모용 홀(11)을 가공할 수 있다.
홀더부(160)는, 대나무 또는 대나무가 아닌 목재 소재로 제작되는 칫솔(10)을 고정하기 위해 마련된다.
구체적으로, 홀더부(160)는, 도 2에 예시된 바와 같이 별도로 마련되는 구동 모터(미도시)에 회전축이 축결합하여, 구동 모터의 구동 시, 회전축이 회전할 수 있으며, 회전축의 외측을 따라 하나 이상의 칫솔(10)의 헤드 부분을 고정시킬 수 있는 고정 부재가 형성될 수 있다.
각각의 고정 부재는, 칫솔(10)의 헤드 부분을 고정시키고, 회전축이 회전하는 경우, 회전되어, 고정된 칫솔을 이동시키며, 칫솔(10)의 위치를 조정할 수 있다.
예를 들면, 홀더부(160)는, 칫솔대(10)가 고정된 지점(①지점)에서 식모용 홀(11)에 칫솔모를 식모시키는 식모 단계를 수행하기 위한 지점(②지점)까지, 헤드 부분을 회전시킬 수 있다.
그리고 홀더부(160)는, X,Y,Z축 각각에 연동되어 구동하는 3개의 독립된 서보 모터(미도시)에 의해, X축, Y축 및 Z축 중 적어도 하나를 기준으로 이동할 수 있다.
예를 들면, 홀더부(160)는, 식모 단계를 수행하는 식모 가공부(170)와 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되도록 함으로써, 일정하고 안정된 식모 단계 수행이 가능하도록, 헤드 부분의 두께가 측정된 칫솔의 가공 단계가 완료되어 칫솔이 식모 단계를 수행하기 위한 지점까지 이동되면, Z축 이동하되, 헤드 부분의 두께 측정 결과에 따라 헤드 부분의 Z축의 이동 범위가 결정되도록 할 수 있다.
식모 가공부(170)는, 홀 가공부(130)에 의해 가공된 식모용 홀(11)에 칫솔모(10)를 식모시키는 식모 단계를 수행하기 위해 마련된다.
또한, 식모 가공부(170)는, 칫솔(10)의 헤드 부분 중 기가공된 식모용 기준 홀의 위치를 감지하는 센서(미도시)가 구비될 수 있다.
그리고 식모 가공부(170)는, 식모 장치(Tufting Tool)가 내부에 마련되어, 평선을 이용하여 칫솔모(10)를 식모시키는 경우, 평선의 각도가 칫솔대(10)의 길이 방향으로 기준으로 25도의 기울기를 갖도록 할 수 있다.
한편, 측정부(180)는, 식모용 홀(11)의 가공을 위해, 홀 가공부(130)에 공급되기 이전 또는 식모 가공부(170)에 투입되기 전 중간 단계에서 칫솔(10)의 헤드 부분의 두께를 측정할 수 있다.
제어부(190)는, 본 제조 장치의 구성요소들을 제어하기 위해 마련된다.
구체적으로, 제어부(190)는, 홀 가공부(130)에 의해, 식모용 홀(11)의 가공 단계가 완료되면, 홀더부(160)에 연결된 구동 모터(미도시)에 제어 신호를 전달하여, 홀더부(160)가, 칫솔(10)의 헤드 부분을 잡아준 상태로, 헤드 부분이 X축, Y축 및 Z축 중 적어도 하나를 기준으로 이동되도록 제어할 수 있다.
이때, 제어부(190)는, 측정부(180)를 통해, 헤드 부분의 두께 측정 결과를 수신하게 되고, 헤드 부분의 두께가 측정된 칫솔의 가공 단계가 완료되면, 홀더부(160)가 헤드 부분을 Z축 이동시키도록 제어하되, 헤드 부분의 두께 측정 결과에 따라 헤드 부분의 Z축 이동 범위를 결정함으로써, 식모 단계를 수행하는 식모 가공부(170)와 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되도록 할 수 있으며, 이를 통해, 일정하고 안정된 식모 단계 수행이 가능하도록 할 수 있다.
즉, 제어부(190)는, 헤드 부분의 두께 측정 결과에 따라 홀더부(160)의 이동값을 결정하고, 결정 결과를 홀더부(160)에 연결된 구동 모터에 전달하여, 헤드 부분의 이동 범위를 결정할 수 있다.
또한, 식모 가공부(170)가, 구비된 센서를 통해 식모용 기준 홀의 위치를 감지하면, 제어부(190)는, 감지된 식모용 기준 홀의 위치가 식모 가공부(170)에 마련되는 식모 장치(Tufting Tool)에 정렬되어, 칫솔(10)의 헤드 부분의 형상 가공 오차와 상관없이 정확한 위치에 식모가 가능하도록, 홀더부(160)가 기설정된 정위치에서 이탈한 좌표 값만큼 X축 및/또는 Y축으로 이동하도록 할 수 있다.
한편, 본 제조 장치는, 별도로 마련되는 복수의 레이저 출력 장치를 활용하여, 칫솔(10)의 헤드 부분에 식모용 홀(11)을 가공하는 동안에 별도로 마련되는 하나 이상의 레이저 출력 장치를 활용하여, 칫솔 손잡이 부분에 로고, 브랜드, 도안 중 적어도 하나를 각인하는 작업 및 칫솔(10)의 헤드 부분의 식모용 기준 홀 주변에 식모용 기준 홀임을 식별할 수 있는 아이 마크(12)를 각인하는 작업을 수행할 수 있다.
도 5은, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 방법의 설명에 제공된 도면이다.
본 실시예에 따른 레이저를 이용한 목재/대나무 소재의 칫솔 제조 방법(이하에서는 '칫솔 제조 방법'으로 총칭하기로 함)은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술한 칫솔 제조 장치에 의해 실행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 칫솔 제조 방법은, 측정부(180)를 통해, 칫솔(10)의 헤드 부분의 두께를 측정할 수 있다(S510).
홀 가공부(130)를 통해, 칫솔(10)의 헤드 부분에 식모용 홀(11)을 가공할 수 있으며(S520), 식모용 홀(11)의 가공이 완료되면, 칫솔대(10)가 제1 이송부(120), 로봇 장치(140) 및 제2 이송부(150)를 통해 홀더부(160)에 공급되어, 홀더부(160)에 의해, 칫솔(10)의 헤드 부분이 고정될 수 있다(S530).
이때, 제어부(190)를 통해, 헤드 부분의 두께 측정 결과에 따라 홀더부(160)의 이동 범위를 결정하고, 결정 결과를 홀더부(160)에 연결된 구동 모터에 전달하여, 헤드 부분의 Z축 이동 범위를 결정하여, 헤드 부분을 Z축 이동시킬 수 있다(S540).
또한, 식모 가공부(170)가 식모용 기준 홀의 위치를 감지하면, 식모 장치(Tufting Tool)에 정렬되도록 홀더부(160)가 칫솔 헤드 부분을 X축 및/또는 Y축 이동시킬 수 있다(S550).
마지막으로, 식모 가공부(170)를 통해, 가공된 식모용 홀(11)에 칫솔모가 식모되도록 함으로서(S560), 목재/대나무 소재의 칫솔의 제조 과정을 완료할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 소정의 각도로 기울어진 형상 또는 소정의 곡률을 갖는 형상의 식모용 홀(11)이 가공된 모습이 예시된 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 칫솔 제조 장치 및 방법에 따라 제조되는 칫솔은, 소정의 각도로 기울어진 형상 또는 소정의 곡률을 갖는 형상의 식모용 홀(11)이 가공될 수 있다.
구체적으로, 본 칫솔 제조 방법은, 식모용 홀(11)의 가공 단계에서, 칫솔(10)의 헤드 부분에 레이저의 이송 경로, 출력 세기 및 출력 시간을 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 소정의 각도로 기울어진 형상(11b, 11c) 또는 소정의 곡률을 갖는 형상(11a)의 식모용 홀(11)을 가공할 수 있다.
또한, 홀 가공부(130)는, 도 4에 예시된 바와 같이 식모용 홀(11)이 배열되는 위치 또는 열에 따라, 레이저의 이송 경로, 출력 세기 및 출력 시간을 조절하여, 가공되는 식모용 홀(11)의 기울어진 각도 또는 곡률이 서로 다르게 형성되도록 할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 단일 개체인 칫솔(10)의 헤드 부분에 서로 다른 사이즈의 식모용 홀(11)이 가공된 모습이 예시된 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 칫솔 제조 장치 및 방법에 따라 제조되는 칫솔은, 칫솔(10)의 헤드 부분에 레이저를 활용하여 식모용 홀(11)을 가공하는 홀 가공부(130)의 이송 경로를 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 단일 개체인 칫솔(10)의 헤드 부분에 서로 다른 사이즈의 식모용 홀(11)을 가공할 수 있다.
즉, 홀 가공부(130)는, 레이저의 이송 경로를 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 단일 개체인 칫솔(10)의 헤드 부분에 서로 다른 사이즈의 식모용 홀(11)을 가공할 수 있으며, 이때, 서로 다른 사이즈로 가공되는 식모용 홀(11)은, 상대적으로 작게 형성되는 식모용 홀(11d)이, 가운데 부분에 배치되되, 상대적으로 작게 형성되는 식모용 홀(11d)의 직경이 1.4 내지 1.5mm로 형성되고, 상대적으로 크게 형성되는 식모용 홀(11e)이, 상대적으로 작게 형성되는 식모용 홀(11d)의 양쪽 외측에 배치되되, 상대적으로 크게 형성되는 식모용 홀(11e)의 직경이 2.3 내지 2.4mm로 형성될 수 있다.
이는, 외측에 배치되는 상대적으로 크게 형성되는 식모용 홀(11e)의 경우, 보다 많은, 칫솔모(10)가 식모될 수 있으며, 도 7에 예시된 바와 같이 식모용 홀 (11e)의 직경이, 식모용 홀(11)의 입구 부분에서 식모용 홀(11)의 안쪽으로 들어갈수록 직경의 크기가 작아지도록 가공됨으로써, 평선 삽입 시, 평선의 접촉 저항 면적의 증가를 담보하여 모메힘 강도가 증가되도록 하고, 식모용 홀(11)에 식모된 칫솔모가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 본 칫솔 제조 장치 및 방법에 따라 제조되는 칫솔은, 외측에 배치되는 상대적으로 크게 형성되는 식모용 홀(11e)의 경우, 직경이, 식모용 홀(11)의 입구 부분에서 식모용 홀(11)의 안쪽으로 들어갈수록 직경의 크기가 작아지도록 형성되고, 내측(가운데 부분)에 배치되는 상대적으로 작게 형성되는 식모용 홀 (11d)의 경우, 수직으로 가공되어, 외측에 배치되는 식모용 홀(11e)에 식모된 칫솔모의 이탈을 방지할 수 있다.
다른 예를 들면, 본 칫솔 제조 장치 및 방법에 따라 제조되는 칫솔은, 상대적으로 크게 형성되는 식모용 홀(11)을 내측에 배치하고, 상대적으로 작게 형성되는 식모용홀을 외측에 배치할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 일정 이상의 모메힘(Momehim) 강도를 확보하여, 식모용 홀(11)에 식모된 칫솔모가 이탈되는 것을 방지하기 위해, 식모용 홀(11)이 일정한 기울기로 가공된 모습이 예시된 도면이고, 도 9는, 본 실시예에 따른 칫솔 제조 장치 및 방법에 따라 제조되는 칫솔의 인장시험 성적서가 예시된 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 칫솔 제조 장치 및 방법에 따라 제조되는 칫솔은, 식모용 홀(11)의 직경이, 식모용 홀(11)의 입구 부분에서 식모용 홀(11)의 안쪽으로 들어갈수록 직경의 크기가 작아지도록 형성됨으로써, 식모용 홀(11)에 식모된 칫솔모가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 예를 들면, 홀 가공부(130)는, 소재의 특성상 플라스틱 소재보다 식모용 홀(11)에 식모된 모의 고정력이 낮아, 모가 이탈되는 것을 방지하기 위해, 식모용 홀(11)의 직경이 식모용 홀(11)의 입구 부분에서 식모용 홀(11)의 안쪽으로 들어갈수록 직경의 크기가 작아지도록 형성되는 식모용 홀(11)을 가공(생성)할 수 있다.
이때, 식모용 홀(11)은, 입구 부분의 직경이 1.7mm인 경우, 식모용 홀(11)의 안쪽 바닥의 직경이 1.6mm 또는 1.5mm로 형성되어, 도 7에 예시된 바와 같이, (한국 산업통상자원부 산하 국가가술표준원에서), 칫솔 제품에 요구하는 15N 이상의 모메힘 강도를 확보할 수 있다.
도 10는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 단일 개체인 칫솔(10)의 헤드 부분에 서로 다른 기울기로 식모용 홀(11)이 가공된 모습이 예시된 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 칫솔 제조 장치 및 방법에 따라 제조되는 칫솔은, 단일 개체인 칫솔(10)의 헤드 부분에 가공된 식모용 홀(11)의 기울기가, 서로 다르게 형성될 수 있다.
즉, 홀 가공부(130)는, 레이저의 각도를 조절하여, 단일 개체인 칫솔(10)의 헤드 부분에 가공된 식모용 홀(11)의 기울기가, 서로 다르게 형성되도록, 가공할 수 있다.
구체적으로, 홀 가공부(130)는, 레이저의 각도를 조절하여, 단일 개체인 칫솔(10)의 헤드 부분에 가공된 식모용 홀(11)의 기울기가 헤드 표면의 수직에서 일정한 각도로 기울어지게 형성되는 식모용 홀(11g)와 헤드 표면의 수직으로 형성되는 식모용 홀(11f)을 각각 가공할 수 있다.
대나무 소재를 사용하여 칫솔을 제조할 때, 두가지 공정에서 크랙 현상이 발생하는데, 첫번째는, 기계적 드릴링 방식으로 식모용 홀(11)을 가공하는 경우이다.
이 경우, 분당 700~1000회의 속도로 기계적 드릴링을 수행하면, 식모용 홀(11)을 뚫고, 내용물을 파내는 과정에서 지속적으로 물리적인 충격이 발생하여, 대나무 결에 의한 크랙이 발생한다.
이러한 이유로, 기계적 드릴링의 경우, 실제 대나무 칫솔 제작 시, 속도를 분당 400~500회 정도로 사용할 수 있으며, 이로 인하여 생산성 저하가 유발된다.
그러나 레이저를 이용하여 식모용 홀(11)을 가공하게 되면, 물리적 충격이 발생하지 않아, 기계적 드릴링의 경우보다 상대적으로 고속으로 홀 가공 작업을 수행할 수 있다.
더불어, 본 발명의 실시예에 따른 칫솔 제조 장치 및 방법은, 식모시 각도를 수평에서 최대 25도가 기울어지도록 칫솔모(칫솔(10)의 헤드 부분)와 평선을 식모용 홀(11)에 심어주는 부분의 장치(Tufting Head)를 의도적으로 세팅을 함으로써, 평선이 식모용 홀(11)에 박히는 각도가 대나무 소재의 결의 각도와 경우에 따라서 일치되는 정도를 최대로 피하게 되어 불필요하게 대나무 소재에 크랙이 가는 현상을 방지할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 칫솔이 소정의 곡률을 갖는 형상으로 형성된 경우, 칫솔의 곡률에 따라 식모용 홀(11)이 가공된 모습이 예시된 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 칫솔 제조 장치 및 방법에 따라 제조되는 칫솔은, 소정의 곡률을 갖는 형상으로 형성된 경우, 칫솔의 곡률에 따라 동일한 깊이의 식모용 홀(11)이 가공될 수 있다.
즉, 홀 가공부(130)는, 칫솔이 소정의 곡률을 갖는 형상으로 형성된 경우, 레이저의 이송 경로를 따라 출력 세기를 조절하여, 칫솔의 곡률에 따라 동일한 깊이의 식모용 홀(11)이 가공되도록 할 수 있다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 식모 가공 수단과 칫솔(10)의 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되는 과정의 설명에 제공된 도면이다.
기존의 대나무/나무 소재를 이용한 칫솔 제조 방법은, 목재라는 특성상 모가 식모되는 부분에 해당하는 머리의 두께 편차에서 기인하는 식모 불량 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로, 목재는 형상을 만들기 위해서는 기본적으로 표면을 깎아내는 작업(대패작업-Planning)이 필요한데, 이 과정에서 플라스틱 사출(Molding)에서와 같은 정밀한 두께 편차를 갖는데 한계가 있다.
즉, 도 12b에 예시된 바와 같이, 두께가 기준 두께보다 작은 경우, 식모용 기구(Tufting tool)가 치대 머리 표면에서 멀어져서 닺지 않는 문제가 발생하여 충분한 깊이로 식모가 이루어지지 않게 되어, 모가 쉽게 이탈하는 문제(모메힘 강도 부족 문제)가 발생할 수 있으며, 도 12c에 예시된 바와 같이 두께가 기준 두께보다 큰 경우, 식모용 기구가 치대 머리 표면에 부딪혀서 식모용 기구 및, 치대 머리 표면의 손상과 식모 불량의 문제가 발생하게 된다.
즉, 칫솔(10)의 헤드 부분의 표면이 일정한 두께가 나오도록 하여, 식모 불량이 생기지 않도록, 기설정된 두께의 오차 범위(+-0.1mm)에서 관리하는 것이 제일 좋은 방법이겠으나, 표면을 깎아내는 방식으로 두께 가공을 해야 하는 목재라는 특성상, 이러한 오차 범위에서 관리하기에는 어려움이 존재한다.
따라서, 본 실시예에 따른 칫솔 제조 방법은, 측정부(180)를 통해, 헤드 부분의 두께 측정 결과를 수신하게 되고, 헤드 부분의 두께가 측정된 칫솔의 가공 단계가 완료되면, 제어부(190)를 통해, 홀더부(160)가 헤드 부분을 Z축 이동시키도록 제어하되, 헤드 부분의 두께 측정 결과에 따라 헤드 부분의 Z축 이동 범위를 결정함으로써, 칫솔 헤드 부분의 두께와 상관없이, 식모 단계를 수행하는 식모 가공부(170)와 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되도록 할 수 있다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 칫솔(10)의 헤드 부분의 형상 가공 편차에서 기인하는 식모 불량 문제를 해결하는 과정의 설명에 제공된 도면이다.
기존의 대나무/나무 소재를 이용한 칫솔 제조 방법은, 칫솔(10)의 헤드 부분의 형상 가공 편차에서 기인하여 식모 불량 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로, 대나무/나무 소재는 형상을 만들기 위해서 기본적으로 측면 형상을 깎아내는 작업(형상가공-Shaping)이 필요한데, 이 과정에서 플라스틱 사출(Molding)에서와 같은 정밀한 형상 오차를 갖는데 한계가 있다.
도 13에 예시된 바와 같이 칫솔(10)의 헤드 부분의 형상을 가공할 때, 형상 가공 과정에서 머리의 크기가 기설정된 표준치보다 작거나 또는 크게 가공될 수 있다.
예를 들어, 도 13b에 예시된 바와 같이 기설정된 표준치보다 크게 가공되는 경우, 칫솔(10)의 헤드 부분을 고정하는 홀더부(160)에 덜 들어가게 되어 기설정된 표준치보다 모든 식모 홀의 위치가 X축의 양의 방향으로 더 이동하여 생성되는 문제가 발생할 수 있다.
이렇게 되면, 기본적으로 X, Y 좌표 입력으로 기설정된 레이저의 이송 경로를 따라 식모용 홀(11)이 가공되고, 동일한 좌표 값으로 식모 가공부(170)가 식모를 하도록 세팅되는 경우, X축의 방향을 따라 덜 들어간 만큼 식모 오차가 발생하여, 식모 불량이 발생하게 된다. 이는 반대로, 13c에 예시된 바와 같이 기설정된 표준치보다 작게 가공되는 경우에도, X축의 음의 방향으로 식모 오차가 발생하여, 식모 불량이 발생할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 칫솔 제조 방법은, 이러한 식모 오차를 방지하기 위해, 전술한 바와 같이 식모 가공부(170)가, 칫솔(10)의 헤드 부분 중 기가공된 식모용 기준 홀의 위치를 감지하는 센서(미도시)를 구비할 수 있다.
구체적으로, 식모 가공부(170)는, 센서를 통해 식모용 기준 홀의 위치를 감지하면, 감지된 식모용 기준 홀의 위치를 홀더부(160)의 이송 경로의 시작 지점으로 설정함으로써, 칫솔(10)의 헤드 부분의 형상 가공 오차와 상관없이 정확한 위치에 식모가 가능하도록 할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 칫솔 제조 방법은, 식모용 홀(11)의 가공 과정에서 칫솔(10)의 헤드 부분에 식모용 기준 홀을 생성하고, 센서를 통해, 식모용 기준 홀의 위치를 감지하면, 칫솔을 고정하는 홀더부(160)의 X축 및/또는 Y축 위치를 조정하여, 대기 중인 식모 가공부(170)가 식모용 기준 홀에 위치하도록 하고, 이송 경로의 시작 지점으로 설정되도록 할 수 있다.
또한, 이때, 식모용 기준 홀은, 헤드 부분의 생성되는 식모용 홀(11) 중 1열의 하단에 형성될 수 있으며, 동시에 다른 식모용 홀(11)에 비해 홀의 깊이가 상대적으로 더 깊게 생성되고, 센서가 홀의 바닥면에 대한 깊이를 측정할 수 있는 거리 측정 센서 등으로 구현되어, 센서가 각각의 식모용 홀(11)의 깊이를 비교하여 식모용 기준 홀을 식별할 수 있다.
다른 예를 들면, 식모용 기준 홀은, 헤드 부분의 생성되는 식모용 홀(11) 중 1열의 하단에 형성될 수 있으며, 동시에 센서가 인공지능 기반의 비전 검사 센서 등으로 구현되어, 센서가 식모용 홀(11)의 영상을 비교하여 식모용 기준 홀을 식별할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 도 13d에 예시된 바와 같이 레이저 홀 가공 단계에서 식모용 기준 홀 주변에 식모용 기준 홀임을 알 수 있는 아이 마크(12)를 새기고, 식모부에 아이 마크를 식별하는 센서를 구현하여, 식모용 기준 홀을 식별할 수 있다.
이를 통해, 다른 모든 식모용 홀(11)은 식모용 기준 홀의 위치를 기준으로 식모 가공이 이뤄질 수 있어, 칫솔(10)의 헤드 부분의 형상 가공 오차와 상관없이 정확한 위치에 식모 가공이 가능해진다.
또한, 도 13e 또는 도 13f에 예시된 바와 같이 칫솔대(10) 헤드 부분의 형상 가공 시, 아래 형상보다 위의 형상이 더 크게 가공되었을 경우, 또는 반대의 경우 처럼, 칫솔대(10) 헤드 길이 방향의 중심선을 중심으로 위, 아래가 비대칭으로 가공 되었을 경우에는 X축 뿐만 아니라, Y축으로도 편차가 발생한다.
이와 같은 경우에도 동일한 방식으로 식모용 기준 홀을 식별하고, 식별된 식모용 기준 홀을 기준으로 식모 가공이 이루어 질 수 있게 홀더부(160)가 자동으로 X축 및/또는 Y축 이동을 하여, 기준홀이 식모장치와 정렬되도록 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10 : 칫솔
11 : 식모용 홀
12 : 아이 마크(Eye mark)
110 : 투입부
120 : 제1 이송부
130 : 홀 가공부
140 : 로봇 장치
150 : 제2 이송부
160 : 홀더부
170 : 식모 가공부
180 : 측정부
190 : 제어부

Claims (13)

  1. 홀 가공부가, 분당 기설정된 횟수만큼 타겟 지점을 향해 출력되는 한 개 이상의 레이저 출력 장치를 활용하여, 목재 소재로 제작되는 칫솔의 헤드 부분에 식모용 홀을 가공하는 단계; 및
    식모 가공부가, 가공된 식모용 홀에 칫솔모가 식모되도록 하는 단계;를 포함하고,
    가공 단계는, 식모용 홀의 가공을 위해, 식모 가공부에 공급되기 이전에, 측정부가 칫솔의 헤드 부분의 두께를 측정하며,
    헤드 부분의 두께가 측정된 칫솔의 가공 단계가 완료되면, 칫솔의 헤드 부분이 가공 단계가 수행된 지점에서 식모 단계를 수행하기 위한 지점까지 이동되도록 하는 단계;를 더 포함하며,
    홀더부는,
    식모 단계를 수행하는 식모 가공부와 헤드 부분의 표면 간의 거리가 기설정된 범위 이내를 유지되도록 함으로써, 일정하고 안정된 식모 단계 수행이 가능하도록, 헤드 부분의 두께가 측정된 칫솔의 가공 단계가 완료되어 칫솔이 식모 단계를 수행하기 위한 지점까지 이동되면, Z축을 이동하되, 헤드 부분의 두께 측정 결과에 따라 헤드 부분의 Z축 이동 범위가 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 칫솔 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    가공 단계는,
    칫솔의 헤드 부분에 레이저의 이송 경로를 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 단일 개체인 칫솔의 헤드 부분에 서로 다른 사이즈의 식모용 홀을 가공하는 것을 특징으로 하는 칫솔 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    서로 다른 사이즈로 가공되는 식모용 홀은,
    상대적으로 크게 형성되는 식모용 홀의 직경이 1.4 내지 1.5mm로 형성되고,
    상대적으로 작게 형성되는 식모용 홀의 직경이 2.3 내지 2.4mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 칫솔 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    가공 단계는,
    칫솔의 헤드 부분에 레이저의 이송 경로, 출력 세기 및 출력 시간을 조절하여, 별도의 추가 설비나 부품 교체 없이, 소정의 각도로 기울어진 형상 또는 소정의 곡률을 갖는 형상의 식모용 홀을 가공하는 것을 특징으로 하는 칫솔 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    가공 단계는,
    식모용 홀이 배열되는 위치 또는 열에 따라, 레이저의 출력 세기 및 출력 시간을 조절하여, 가공되는 식모용 홀의 기울어진 각도 또는 곡률이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 칫솔 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    가공 단계는,
    식모용 홀에 식모된 칫솔모가 이탈되는 것을 방지하기 위해, 식모용 홀의 직경이, 식모용 홀의 입구 부분에서 식모용 홀의 안쪽으로 들어갈수록 직경의 크기가 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 칫솔 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    식모용 홀은,
    식모용 홀의 직경이 식모용 홀의 입구 부분에서 식모용 홀의 안쪽으로 들어갈수록 직경의 크기가 작아지도록 가공하여, 평선 삽입 시, 평선의 접촉 저항 면적의 증가를 담보하여 모메힘 강도가 증가되도록 하는 것을 특징으로 하는 칫솔 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 홀 가공부가, 분당 기설정된 횟수만큼 타겟 지점을 향해 출력되는 한 개 이상의 레이저 출력 장치를 활용하여, 목재 소재로 제작되는 칫솔의 헤드 부분에 식모용 홀을 가공하는 단계; 및
    식모 가공부가, 가공된 식모용 홀에 칫솔모가 식모되도록 하는 단계;를 포함하며,
    식모 가공부는,
    칫솔의 헤드 부분 중 기가공된 식모용 기준 홀의 위치를 감지하는 센서가 구비되고,
    식모 단계는,
    식모 가공부가, 센서를 통해 식모용 기준 홀의 위치를 감지하면, 감지된 식모용 기준 홀의 위치가 식모 가공부에 마련되는 식모 장치(Tufting Tool)에 정렬되어, 칫솔의 헤드 부분의 형상 가공 오차와 상관없이 정확한 위치에 식모가 가능하도록, 홀더부가 기설정된 정위치에서 이탈한 좌표 값만큼 X,Y 축으로 이동하는 것을 특징으로 하는 칫솔 제조 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    가공 단계는,
    복수의 레이저 출력 장치를 활용하여, 칫솔의 헤드 부분에 식모용 홀을 가공하는 동안에 별도로 마련되는 하나 이상의 레이저 출력 장치를 활용하여, 칫솔 손잡이 부분에 로고, 브랜드, 도안 중 적어도 하나를 각인하는 작업 및 칫솔 헤드 부분의 식모용 기준 홀 주변에 식모용 기준 홀임을 식별할 수 있는 아이 마크(Eye mark)를 각인하는 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 칫솔 제조 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    가공 단계는,
    식모 가공부의 내부에 마련되는 식모 장치(Tufting Tool)가 평선을 이용하여 칫솔모를 식모하는 경우, 평선의 각도가 칫솔대의 길이 방향으로 기준으로 25도의 기울기를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 칫솔 제조 방법.
  13. 제1항 따른 칫솔 제조 방법에 의해 제조되는 제조물.
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