KR102661455B1 - 레이저를 이용한 강화목 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목재의 외면으로 주입공의 크기가 극소화되도록 하면서 주입공을 통한 강화액의 주입이 적절히 이루어지도록 하고 낙엽송과 같은 난주입성 목재에도 강화액을 손쉽게 주입할 수 있도록 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법에 관한 것으로, 본 제조 방법은 레이저빔을 통해 목재의 표면에 미세한 주입공을 형성하는 마이크로 홀 드릴링 가공 장치와, 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치의 일측에 구비되고 주입공이 형성된 목재에 강화액을 주입하는 강화액 주입 장치를 포함하는 강화목 제조 시스템을 이용하여 강화목을 제조하는 방법에 있어서; 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치의 내측에 목재를 배치하는 목재 배치 단계와; 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치를 구동시켜 목재의 표면에 레이저빔을 조사하여 수십 내지 수백 마이크로미터 크기의 내경을 가지는 주입공을 순차적으로 다수개 형성하는 주입공 형성 단계와; 상기 주입공이 형성된 목재를 상기 강화액 주입 장치에 넣고 상기 주입공을 통해 목재의 내부로 강화액을 강제로 주입하는 강화액 주입 단계와; 상기 강화액의 주입이 완료되면 상기 강화액 주입 장치에서 목재를 꺼내고 상기 목재의 외면의 강화액을 닦아내고 건조시켜 제거하는 표면 강화액 제거 단계를; 포함한다.

Description

레이저를 이용한 강화목 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING STRENGTHENING WOOD USING A LASER}

본 발명은 강화목 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목재의 외면으로 주입공의 크기가 극소화되도록 하면서 주입공을 통한 강화액의 주입이 적절히 이루어지도록 하고 낙엽송과 같은 난주입성 목재에도 강화액을 손쉽게 주입할 수 있도록 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 목재는 보온성이나 단열성이 우수한 특성을 가지고 있어 예로부터 건축자재 등으로 사용되어 왔으며, 최근의 건축, 조경 분야에서 사용되는 철강, 콘크리트, 플라스틱 등과 같은 재료보다 친환경적인 재료이다.

또한 목재는 다양한 자연환경과 가장 잘 조화가 되는 우수한 미감을 가진 재료로서 도시 생활로 지친 현대인들로부터 목재의 선호도가 높아져 목재의 사용량이 지속적으로 증가하고 있다.

이러한 목재는 천연재료가 가지는 가볍고 가공이 용이한 장점이 있어서 다양한 구조물에 가장 친환경적인 재료로 인정받고 있다. 그러나 다른 한편으로는 천연재료이기 때문에 조달에 한계가 있고, 많은 장점에도 불구하고 수분에 약하고 부패하기 쉬워서 내성과 강성이 그다지 강하지 못하므로 경제적인 면에서 사용에 제한이 있고, 장기간 유지해야 하는 구조물에 적용하기 어려운 재료적인 결점도 있는 문제가 있다.

이러한 목재의 재료상의 문제가 있지만, 목재는 구조물의 재료로 가장 선호하고 있는 재료 중의 하나이다.

목재의 표면 강화 처리 기술로는 간단하게 목재 표면을 도료로 피복 처리하는 방법, 열 압축 처리하는 방법, 고온 열화 처리하는 방법, 수용성 멜라민이나 에폭시 수지, 수용성 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지 등 각종 수지를 목재 조직 내에 주입시켜서 경화시키는 방법 등 매우 다양한 방법들이 제안되고 연구되어 오고 있으며, 이러한 가공 목재의 제조기술에 대하여 실제 제품으로 개발하여 생산되고 있다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래의 강화목 제조 방법은 소나무와 낙엽송 같이 목재의 내부에 진액이 함유된 목재에 대한 강화 처리를 거의 수행하지 못하는, 즉 낙엽송과 같은 난주입성 목재에는 강화액을 주입하기 매우 어려워 표면 강화 처리를 적절히 수행하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 인사이징 장치에 의한 제조 방법은 칼날에 의해 목재의 외면에 수 밀리미터(mm)의 칼날이 압입된 주입공이 형성되면서 목재의 외면이 손상되고 이러한 주입공이 노출되어 목재 고유의 질감을 해치는 문제점이 있었다.

또한, 압입된 주입공의 부위는 목재를 강하게 짓눌려 조밀한 층을 형성함으로써, 이런 조밀한 층을 통해서 강화액이 필요한 깊이까지 적절히 주입되지 않아 표면 강화 성능이 현저히 저하되는 주요한 원인이 되는 문제점이 있었다.

등록특허 제1898943호 "파라핀 강화 목재와 그 제조방법"(2018.09.10)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 목재의 외면으로 주입공의 크기가 극소화되도록 하면서 주입공을 통한 강화액의 주입이 적절히 이루어지도록 하고 낙엽송과 같은 난주입성 목재에도 강화액을 손쉽게 주입할 수 있도록 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "레이저를 이용한 강화목 제조 방법"은, 레이저빔을 통해 목재의 표면에 미세한 주입공을 형성하는 마이크로 홀 드릴링 가공 장치와, 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치의 일측에 구비되고 주입공이 형성된 목재에 강화액을 주입하는 강화액 주입 장치를 포함하는 강화목 제조 시스템을 이용하여 강화목을 제조하는 방법에 있어서; 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치의 내측에 목재를 배치하는 목재 배치 단계와; 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치를 구동시켜 목재의 표면에 레이저빔을 조사하여 수십 내지 수백 마이크로미터 크기의 내경을 가지는 주입공을 순차적으로 다수개 형성하는 주입공 형성 단계와; 상기 주입공이 형성된 목재를 상기 강화액 주입 장치에 넣고 상기 주입공을 통해 목재의 내부로 강화액을 강제로 주입하는 강화액 주입 단계와; 상기 강화액의 주입이 완료되면 상기 강화액 주입 장치에서 목재를 꺼내고 상기 목재의 외면의 강화액을 닦아내고 건조시켜 제거하는 표면 강화액 제거 단계를; 포함하고, 상기 강화액은, 아세틸화제, 고분자 화합물, 합성수지, 파라핀, 유리섬유 또는 무기재료 중의 어느 하나이거나 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "레이저를 이용한 강화목 제조 방법"은, 상기 목재 배치 단계의 이전에, 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치에 목재를 배치하기 전에 상기 목재를 물에 침지시키거나 삶거나 증기를 분사하여 증기처리를 하는 목재 전처리 단계를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "레이저를 이용한 강화목 제조 방법"은, 상기 강화액 주입 단계의 다음으로, 상기 강화액의 주입이 완료되면 목재 속에 과도하게 주입된 강화액을 감압처리하여 배출시키는 과잉강화액 배출 단계를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "레이저를 이용한 강화목 제조 방법"의 상기 주입공 형성 단계는, 레이저빔의 초점을 조절하여 상기 목재의 주입공을 상단에서 하단으로 갈수록 점차 넓어지게 가공하는 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "레이저를 이용한 강화목 제조 방법"의 상기 주입공 형성 단계에서, 상기 목재에 형성되는 주입공은, 50 내지 500㎛의 내경을 가지고 상기 목재의 표면에서 내부로 5 내지 15mm의 상하 깊이를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "레이저를 이용한 강화목 제조 방법"의 상기 주입공 형성 단계에서, 상기 목재에 형성되는 주입공은, 상기 목재의 표면에 5 내지 15mm의 상하좌우 간격으로 격자 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "레이저를 이용한 강화목 제조 방법"의 상기 강화액 주입 단계는, 침지챔버를 구비하고 상기 침지챔버에 목재를 수용하는 과정과, 상기 침지챔버를 밀폐시키는 과정과, 상기 침지챔버에 수용된 목재를 가열하면서 상기 침지챔버의 내부의 공기를 외부로 배출시키는 과정과, 상기 침지챔버에 강화액을 주입하여 목재를 강화액에 침지시키는 과정과, 상기 침지챔버에 가압기로 압력을 가해 상기 침지챔버의 내부의 강화액을 가압하는 과정을, 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "레이저를 이용한 강화목 제조 방법"의 상기 강화액은, 자외선의 조사에 의해 경화되는 자외선경화성 수지를 함유하고, 상기 표면 강화액 제거 단계(S40)는, 상기 목재의 외면을 건조한 후에 자외선램프로 상기 목재의 외면에 자외선을 조사하여 상기 자외선경화성 수지를 경화시키는 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "레이저를 이용한 강화목 제조 방법"의 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치는, 목재가 상면에 배치되는 베드와, 상기 베드의 상부에 설치되고 평면상에서 세로 방향으로 이동될 수 있는 세로이동기와, 상기 세로이동기의 상면에 설치되고 평면상에서 가로 방향으로 이동될 수 있는 가로이동기와, 상기 가로이동기에 설치되고 전원의 공급에 의해 레이저빔을 하부로 상기 목재를 향해 조사할 수 있는 레이저조사기와, 상기 세로이동기와 가로이동기 및 레이저조사기의 작동을 제어하는 컨트롤러를, 포함하고, 상기 레이저조사기는, 상기 목재의 상면에 대응하여 하부를 향해 구비되고 상기 레이저조사기에서 생성된 레이저빔을 하부로 방출하여 상기 목재의 표면에서 하부로 상기 주입공을 가공하는 조사헤드와, 상기 조사헤드의 내부에 설치되고 상기 조사헤드를 통해 하부로 조사되는 레이저빔의 초점을 조절하는 초점렌즈를, 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "레이저를 이용한 강화목 제조 방법"의 상기 강화액 주입 장치는, 중공 입방체로 구비되고 상부가 개방 가능하게 구비되며 일측에 약액주입관이 설치되고 내부가 밀폐될 수 있으며 내부에 강화액이 충진되고 강화액에 상기 목재를 침지시킬 수 있는 침지챔버와, 상기 침지챔버의 상단에 설치되고 상기 침지챔버의 내부에 압력을 가할 수 있는 가압기와, 상기 침지챔버의 타측에 배출관이 연결되고 상기 배출관의 관로상에 설치되어 상기 침지챔버의 내부의 공기를 배출시켜 진공상태를 형성하는 진공펌프와, 상기 침지챔버에 설치되고 전원의 공급에 의해 상기 침지챔버의 내부에 수용된 목재를 마이크로파로 가열하는 마이크로파가열기를, 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 목재의 외면으로 주입공의 크기가 극소화되어 주입공의 형성에 의한 목재의 외면의 손상 발생과 목재 고유의 질감 저하가 방지되거나 극소화되고, 주입공을 통한 강화액의 주입이 적절히 이루어져 필요한 표면강화 성능을 적절히 구현할 수 있으며, 낙엽송과 같은 난주입성 목재에도 강화액을 손쉽게 주입할 수 있어 강화목으로 사용할 수 있는 목재의 범위가 현저히 확대되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 강화목 제조 방법을 보인 단계도,
도 2는 본 발명에 사용되는 강화목 제조 시스템의 개략적인 종단면도,
도 3은 본 발명에 사용되는 강화목 제조 시스템의 마이크로 홀 드릴링 가공 장치를 보인 개략적인 평면도,
도 4는 본 발명에 사용되는 강화목 제조 시스템의 마이크로 홀 드릴링 가공 장치의 작동 상태를 보인 개략적인 평면도,
도 5는 본 발명에 사용되는 마이크로 홀 드릴링 가공 장치에 의해 목재에 가공된 주입공의 형태를 보인 개략적인 종단면도,
도 6과 도 7은 본 발명에 사용되는 강화액 주입 장치의 작동 상태를 보인 개략적인 종단면도,
도 8은 본 발명에 사용되는 마이크로 홀 드릴링 가공 장치에 의해 목재에 가공된 주입공의 다양한 크기를 보인 사진,
도 9는 본 발명에 사용되는 강화목 제조 시스템에 의해 목재에 강화액이 주입된 상태를 단면으로 보인 사진.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1 내지 도 9는 본 발명에 따른 강화목 제조 방법을 보인 단계도와 이에 이용되는 강화목 제조 시스템을 보인 도면들이다. 우선, 도 2 내지 도 9를 통해 본 발명에 이용되는 강화목 제조 시스템을 설명하면 다음과 같다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명에 사용되는 레이저를 이용한 강화목 제조 시스템은 레이저빔(B)을 통해 목재(W)의 표면에 미세한 주입공을 형성하는 마이크로 홀 드릴링 가공 장치(10)와, 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치(10)의 일측에 구비되고 주입공이 형성된 목재(W)에 강화액(A)을 주입하는 강화액 주입 장치(20)를 포함한다.

상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치(10)는 목재가 상면에 배치되는 베드(11)와, 상기 베드(11)의 상부에 설치되고 평면상에서 세로 방향으로 이동될 수 있는 세로이동기(12)와, 상기 세로이동기(12)의 상면에 설치되고 평면상에서 가로 방향으로 이동될 수 있는 가로이동기(13)와, 상기 가로이동기(13)에 설치되고 전원의 공급에 의해 레이저빔을 하부로 상기 목재를 향해 조사할 수 있는 레이저조사기(14)와, 상기 세로이동기(12)와 가로이동기(13) 및 레이저조사기(14)의 작동을 제어하는 컨트롤러(15)를 포함한다.

상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치(10)는 상기 목재(W)의 상면에서 하부로 레이저빔(B)을 조사하여 수십 내지 수백 마이크로미터 크기의 내경을 가지는 주입공(H)을 형성하는 역할을 한다.

상기 베드(11)는 상기 세로이동기(12)와 가로이동기(13)가 설치되는 장소를 제공하면서 상기 목재(W)가 배치되는 장소를 제공하는 역할을 한다.

이와 같은 상기 베드(11)는 그 상면에 설치되는 고정구(111)를 더 포함한다. 상기 고정구(111)는 클램프로써 상기 베드(11)의 상면에 배치되는 목재를 손쉽게 고정하거나 그 고정을 해제시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 세로이동기(12)는 전원의 공급에 의해 평면상에서 세로방향으로 상기 가로이동기(13)를 이동시킬 수 있도록 하는 공지의 자동대차이고, 상기 가로이동기(13)는 전원의 공급에 의해 상기 세로이동기(12)의 상면에서 평면상에서 가로방향으로 상기 레이저조사기(14)를 이동시킬 수 있는 공지의 자동대차이다.

상기 레이저조사기(14)는 전원의 공급에 의해 레이저빔(B)을 조사하는 공지의 장치이다. 여기서, 레이저빔(B)은 목재(W)를 태워서 목재(W)에 일정한 크기와 깊이의 미세한 주입공(H)을 가공하는 것이다.

이와 같은 상기 레이저조사기(14)는 상기 목재의 상면에 대응하여 하부를 향해 구비되고 상기 레이저조사기(14)에서 생성된 레이저빔을 하부로 방출하여 상기 목재의 표면에서 하부로 상기 주입공을 가공하는 조사헤드(141)와, 상기 조사헤드(141)의 내부에 설치되고 상기 조사헤드(141)를 통해 하부로 조사되는 레이저빔의 초점을 조절하는 초점렌즈(142)를 포함한다.

상기 조사헤드(141)는 상기 레이저조사기(14)에서 생성되어 전달되는 레이저빔(B)을 받아서 하부로 방출하여 상기 목재(W)의 표면에서 하부로 상기 주입공(H)을 가공하는 역할을 한다. 상기 초점렌즈(142)는 상기 조사헤드(141)를 통해 하부를 향해 상기 목재(W)에 조사되는 레이저빔(B)의 초점을 조절하는 역할을 한다.

아울러, 상기 레이저조사기(14)는 상기 컨트롤러(15)를 통해 상기 초점렌즈(142)의 위치를 제어하여 상기 목재(W)의 주입공(H)을 상단에서 하단으로 갈수록 점차 넓어지게 가공하는데, 이는 목재(W)의 표면으로 주입공(H)의 상단의 구멍이 작아 노출이 최소화되면서 하부로 구멍이 점차 넓어져 목재(W)의 내부로 강화액의 주입과 흡수가 보다 원활하면서 극대화되도록 하기 위한 것이다(도 5 참조).

상기 컨트롤러(15)는 상기 세로이동기(12), 가로이동기(13), 레이저조사기(14) 등을 온오프시키면서 구동을 제어하는 공지의 제어장치로써, 각 부품들의 구동을 제어하여 목재(W)의 상면에 주입공(H)을 격자 형태로 가공할 수 있도록 하는 것이다.

여기서, 상기 목재(W)에 형성되는 주입공(H)은 50 내지 500㎛의 내경을 가지고 상기 목재(W)의 표면에서 내부로 5 내지 15mm의 상하 깊이를 가지는 것이 바람직한데, 이는 상기 주입공(H)이 50 내지 500㎛의 내경을 가짐으로써 목재(W)의 표면에 육안으로 잘 인지되지 않아 목재(W) 외면의 심미감 저하가 적절히 방지되기 때문이고, 상하 깊이가 5 내지 15mm를 형성함으로써 목재(W)에 대한 강화액의 주입과 흡수가 보다 적절하게 이루어져 목재(W)의 강화 성능이 현저히 향상되기 때문이다(도 7 내지 도 8 참조).

상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치(10)는 상기 레이저조사기(14)에 설치되고 상기 컨트롤러(15)에 연결되는 스캐너(16)를 더 포함한다. 상기 스캐너(16)는 상기 목재(W)의 상면을 스캐닝하여 상기 목재(W)의 상면의 굴곡에 따라 상기 레이저조사기(14)의 위치를 조절할 수 있도록 하는 것이다. 즉, 상기 목재(W)의 상면이 굴곡진 경우에 굴곡진 부위에 맞추어 일정하게 주입공(H)을 형성할 수 있도록 하는 것이다.

상기 강화액 주입 장치(20)는 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치(10)의 일측에 설치되는 것으로, 상기 목재(W)에 형성된 주입공(H)을 통해 강화액(A)을 강제로 주입하는 역할을 한다.

이와 같은 상기 강화액 주입 장치(20)는 중공 입방체로 구비되고 상부가 개방 가능하게 구비되며 일측에 약액주입관(211)이 설치되고 내부가 밀폐될 수 있으며 내부에 강화액이 충진되고 강화액에 상기 목재를 침지시킬 수 있는 침지챔버(21)와, 상기 침지챔버(21)의 상단에 설치되고 상기 침지챔버(21)의 내부에 압력을 가할 수 있는 가압기(22)를 포함한다.

상기 침지챔버(21)는 상기 약액주입관(211)을 통해 내부에 강화액(A)이 충진된 상태로 목재(W)를 강화액(A)에 침지시키고 밀폐시킬 수 있도록 하는 것이다. 상기 약액주입관(211)은 외부에 상기 침지챔버(21)의 내부로 강화액(A)을 주입하는 배관으로써 통상적으로 개폐밸브가 설치된다. 여기서, 침지는 목재(W)가 강화액(A) 속에 완전히 잠겨 있도록 하는 것이다.

상기 가압기(22)는 공압 기기 또는 압축기기를 통해 상기 침지챔버(21)의 내부에 압력을 가할 수 있도록 하는 것이다. 이와 같이 상기 가압기(22)에 의해 상기 강화액(A)에 압력이 가해짐으로써, 상기 목재(W)에 강화액(A)이 보다 신속하고 원활하게 주입된다.

여기서, 상기 가압기(22)는 상기 침지챔버(21)의 내부를 3 내지 5MPa로 가압하는 것이 바람직한데, 이는 목재(W)에 대한 강화액(A)의 주입이 보다 신속하면서 대량으로 이루어지도록 하기 위한 것이다.

아울러, 상기 강화액 주입 장치(20)는 상기 침지챔버(21)의 타측에 배출관(231)이 연결되고 상기 배출관(231)의 관로상에 설치되는 진공펌프(23)를 더 포함한다. 상기 진공펌프(23)는 목재(W)가 수용된 상기 침지챔버(21)의 내부의 공기를 상기 배출관(231)을 통해 외부로 배출시켜 진공상태를 형성하면서 감압을 하는 감압기의 역할을 한다. 이와 같은 상기 침지챔버(21)의 내부에 진공을 형성하면 상기 목재(W)의 표면에 있는 수분과 진액이 신속하게 외부로 배출되어 추후에 강화액의 주입이 신속하면서 안정적으로 이루어지게 된다.

아울러, 상기 진공펌프(23)는 목재에 강화액이 충분히 주입된 후에 목재에 감압을 형성하여 과도하거나 불필요하게 많이 주입된 강화액, 즉 과잉 강화액을 목재에서 빼내어 회수하는 역할도 할 수 있다.

상기 강화액 주입 장치(20)는 상기 침지챔버(21)에 설치되는 마이크로파가열기(24)를 더 포함한다. 상기 마이크로파가열기(24)는 전원의 공급에 의해 상기 침지챔버(21)의 내부에 수용된 목재(W)를 마이크로파를 조사하여 목재를 가열하여 목재(W)의 표면에 있는 수분과 진액이 외부로 적절히 배출될 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 구성되는 상기 강화액 주입 장치(20)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 침지챔버(21)에 목재(W)를 수용한 상태에서 상기 마이크로파가열기(24)와 진공펌프(23)를 구동시켜 상기 목재(W)를 가열하면서 배출되는 수분과 진액을 외부로 배출시켜 목재의 표면에 수분과 진액이 빠져 공극을 형성하게 된다.

이 상태에서 도 6에 도시된 바와 같이 상기 약액주입관(211)을 통해 상기 침지챔버(21)의 내부로 강화액(A)을 주입하고 상기 가압기(22)를 통해 가압하여 강화액(A)을 목재(W)의 표면 깊숙이 주입하게 되는 것이다.

이하, 도 2 내지 도 9를 통해 설명된 강화목 제조 시스템을 참조하여 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 레이저를 이용한 강화목 제조 방법은 레이저빔을 통해 목재의 표면에 미세한 주입공을 형성하는 마이크로 홀 드릴링 가공 장치와, 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치의 일측에 구비되고 주입공이 형성된 목재에 강화액을 주입하는 강화액 주입 장치를 포함하는 강화목 제조 시스템을 이용하여 강화목을 제조하는 방법이다.

이러한 본 발명에 따른 강화목 제조 방법은 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치에 목재를 배치하는 목재 배치 단계(S10)와, 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치를 구동시켜 목재에 다수의 주입공을 순차적으로 형성하는 주입공 형성 단계(S20)와, 상기 강화액 주입 장치를 이용하여 주입공을 통해 목재에 강화액을 주입하는 강화액 주입 단계(S30)와, 목재의 표면에 묻은 강화액을 제거하는 표면 강화액 제거 단계(S40)를 포함한다.

여기서, 상기 강화액은 아세틸화제, 고분자 화합물, 합성수지, 파라핀, 유리섬유 또는 무기재료 중의 어느 하나이거나 이들의 혼합물이 사용된다. 상기 아세틸화제는 목재에 주입되어 목재를 아세탈화시켜 강화시키는 공지의 것이다.

상기 목재 배치 단계(S10)는 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치의 내측에 목재를 배치하는 단계를 말한다. 이 단계는 목재에 주입공을 가공할 수 있도록 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치의 베드에 목재를 올려놓아 배치하는 것이다.

본 강화목 제조 방법은 상기 목재 배치 단계(S10)의 이전에 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치에 목재를 배치하기 전에 상기 목재를 물에 침지시키거나 삶거나 증기를 분사하여 증기처리를 하는 목재 전처리 단계(S00)를 더 포함한다. 상기 목재 전처리 단계(S00)는 상기 목재 내에 함유된 진액 등을 제거하여 추후에 강화액의 주입이 보다 원활하게 이루어지도록 하기 위한 것이다.

상기 주입공 형성 단계(S20)는 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치를 구동시켜 목재의 표면에 레이저빔을 조사하여 수십 내지 수백 마이크로미터 크기의 내경을 가지는 주입공을 순차적으로 다수개 형성하는 단계를 말한다. 이 단계는 육안으로 구별하기 어려운 미세한 구멍으로 형성되는 주입공을 레이저빔을 통해 목재의 표면에 가공하여 형성하는 것이다.

이와 같은 상기 주입공 형성 단계(S20)는 레이저빔의 초점을 조절하여 상기 목재의 주입공을 상단에서 하단으로 갈수록 점차 넓어지게 가공하는 과정을 더 포함한다(도 5 참조). 이 과정은 표면측인 상부가 좁고 내부측인 하부가 넓게 주입공이 형성되어 목재의 표면으로 주입공의 상단의 구멍이 작아 노출이 최소화되면서 하부로 구멍이 점차 넓어져 목재의 내부로 강화액의 주입과 흡수가 보다 원활하면서 극대화되도록 하는 것이다.

상기 주입공 형성 단계(S20)에서 상기 목재에 형성되는 주입공은 50 내지 500㎛의 내경을 가지고 상기 목재의 표면에서 내부로 5 내지 15mm의 상하 깊이를 가지는 것이 바람직한데, 이는 상기 주입공이 50 내지 500㎛의 내경을 가짐으로써 목재의 표면에 육안으로 잘 인지되지 않아 목재 외면의 심미감 저하가 적절히 방지되기 때문이고, 상하 깊이가 5 내지 15mm를 형성함으로써 목재에 대한 강화액의 주입과 흡수가 보다 적절하게 이루어져 목재의 강화 성능이 현저히 향상되기 때문이다(도 8 내지 도 9 참조).

아울러, 상기 주입공 형성 단계(S20)에서 상기 목재에 형성되는 주입공은 상기 목재의 표면에 5 내지 15mm의 상하좌우 간격으로 격자 형태로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 목재의 표면에 일정한 간격으로 격자 형태로 주입공을 형성하여 목재에 대한 강화액의 주입이 보다 균일하게 이루어지도록 하기 위한 것이다.

상기 강화액 주입 단계(S30)는 상기 주입공이 형성된 목재를 상기 강화액 주입 장치에 넣고 상기 주입공을 통해 목재의 내부로 강화액을 강제로 주입하는 단계를 말한다. 이 단계는 목재에 형성된 주입공을 통해 목재의 내부로 강화액을 강제로 주입하여 목재에 강화 및 방염 성능을 부여하는 역할을 한다.

이러한 상기 강화액 주입 단계(S30)는 침지챔버를 구비하고 상기 침지챔버에 목재를 수용하는 과정과, 상기 침지챔버를 밀폐시키는 과정과, 상기 침지챔버에 수용된 목재를 가열하면서 상기 침지챔버의 내부의 공기를 외부로 배출시키는 과정과, 상기 침지챔버에 강화액을 주입하여 목재를 강화액에 침지시키는 과정과, 상기 침지챔버에 가압기로 압력을 가해 상기 침지챔버의 내부의 강화액을 가압하는 과정을 포함한다.

상기한 과정은 침지챔버의 내부에서 목재의 표면에 함유된 수분과 진액을 가열과 진공 배기로 제거하고, 그 다음에 침지챔버를 통해 목재를 강화액에 침지시킨 상태로 상기 침지챔버의 내부와 강화액에 압력을 가해 강화액이 주입공을 통해 목재에 강하게 주입될 수 있도록 하는 것이다.

여기서, 상기 가압기는 상기 침지챔버의 내부를 3 내지 5MPa로 가압하는 것이 바람직한데, 이는 목재에 대한 강화액의 주입이 보다 신속하면서 대량으로 이루어지도록 하기 위한 것이다.

본 강화목 제조 방법은 상기 강화액 주입 단계(S30)의 다음으로 상기 강화액의 주입이 완료되면 목재 속에 과도하게 주입된 강화액을 감압처리하여 배출시키는 과잉강화액 배출 단계(S31)를 더 포함한다. 상기 과잉강화액 배출 단계(S31)는 주입공의 주변으로 목재의 세포의 내부로 강화액이 충분히 주입된 상태에서 미처 주입되지 못하여 잔류하거나 과도하게 투입된 강화액을 회수할 수 있도록 하면서 잔류 강화액을 제거를 통해 추후 표면 강화액 제거 과정이 보다 신속하게 이루어지도록 하는 것이다.

상기 표면 강화액 제거 단계(S40)는 상기 강화액의 주입이 완료되면 상기 강화액 주입 장치에서 목재를 꺼내고 상기 목재의 외면의 강화액을 닦아내고 건조시켜 제거하는 단계를 말한다. 이 단계는 목재의 표면에 묻은 강화액을 제거하여 강화목을 완성하는 것이다.

여기서, 상기 강화액은 자외선의 조사에 의해 경화되는 자외선경화성 수지를 함유할 수 있다.

그에 따라, 상기 표면 강화액 제거 단계(S40)는 상기 목재의 외면을 건조한 후에 자외선램프로 상기 목재의 외면에 자외선을 조사하여 상기 자외선경화성 수지를 경화시키는 과정을 더 포함할 수 있다. 이 과정은 수지의 경화를 통해 주입공을 완전히 차단 및 밀봉하여 외부 환경에 의해 추후 강화액의 누설 및 유출이 방지되도록 하는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 강화목 제조 방법은 목재의 외면으로 주입공의 크기가 극소화되도록 하면서 주입공을 통한 강화액의 주입이 적절히 이루어지도록 하고 낙엽송과 같은 난주입성 목재에도 강화액을 손쉽게 주입할 수 있도록 하는 획기적인 발명이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

10 : 마이크로 홀 드릴링 가공 장치
11 : 베드
111 : 고정구
12 : 세로이동기 13 : 가로이동기
14 : 레이저조사기
141 : 조사헤드 142 : 초점렌즈
15 : 컨트롤러 16 : 스캐너
20 : 강화액 주입 장치
21 : 침지챔버
211 : 약액주입관
22 : 가압기
23 : 진공펌프
231 : 배출관
24 : 마이크로파가열기
B : 레이저빔
W : 목재
H : 주입공
A : 강화액

Claims (10)

1. 레이저빔을 통해 목재의 표면에 미세한 주입공을 형성하는 마이크로 홀 드릴링 가공 장치와, 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치의 일측에 구비되고 주입공이 형성된 목재에 강화액을 주입하는 강화액 주입 장치를 포함하는 강화목 제조 시스템을 이용하여 강화목을 제조하는 방법에 있어서;
   상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치의 내측에 목재를 배치하는 목재 배치 단계(S10)와;
   상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치를 구동시켜 목재의 표면에 레이저빔을 조사하여 수십 내지 수백 마이크로미터 크기의 내경을 가지는 주입공을 순차적으로 다수개 형성하는 주입공 형성 단계(S20)와;
   상기 주입공이 형성된 목재를 상기 강화액 주입 장치에 넣고 상기 주입공을 통해 목재의 내부로 강화액을 강제로 주입하는 강화액 주입 단계(S30)와;
   상기 강화액의 주입이 완료되면 상기 강화액 주입 장치에서 목재를 꺼내고 상기 목재의 외면의 강화액을 닦아내고 건조시켜 제거하는 표면 강화액 제거 단계(S40)를; 포함하고,
   상기 강화액은,
   아세틸화제, 고분자 화합물, 합성수지, 파라핀, 유리섬유 또는 무기재료 중의 어느 하나이거나 이들의 혼합물이며,
   상기 주입공 형성 단계(S20)는,
   레이저빔의 초점을 조절하여 상기 목재의 주입공을 상단에서 하단으로 갈수록 점차 넓어지게 가공하는 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 강화목 제조 방법은,
   상기 목재 배치 단계(S10)의 이전에, 상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치에 목재를 배치하기 전에 상기 목재를 물에 침지시키거나 삶거나 증기를 분사하여 증기처리를 하는 목재 전처리 단계(S00)를;
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 강화목 제조 방법은,
   상기 강화액 주입 단계(S30)의 다음으로, 상기 강화액의 주입이 완료되면 목재 속에 과도하게 주입된 강화액을 감압처리하여 배출시키는 과잉강화액 배출 단계(S31)를;
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 주입공 형성 단계(S20)에서, 상기 목재에 형성되는 주입공은,
   50 내지 500㎛의 내경을 가지고 상기 목재의 표면에서 내부로 5 내지 15mm의 상하 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 주입공 형성 단계(S20)에서, 상기 목재에 형성되는 주입공은,
   상기 목재의 표면에 5 내지 15mm의 상하좌우 간격으로 격자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 강화액 주입 단계(S30)는,
   침지챔버를 구비하고 상기 침지챔버에 목재를 수용하는 과정과,
   상기 침지챔버를 밀폐시키는 과정과,
   상기 침지챔버에 수용된 목재를 가열하면서 상기 침지챔버의 내부의 공기를 외부로 배출시키는 과정과,
   상기 침지챔버에 강화액을 주입하여 목재를 강화액에 침지시키는 과정과,
   상기 침지챔버에 가압기로 압력을 가해 상기 침지챔버의 내부의 강화액을 가압하는 과정을,
   포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 강화액은,
   자외선의 조사에 의해 경화되는 자외선경화성 수지를 함유하고,
   상기 표면 강화액 제거 단계(S40)는,
   상기 목재의 외면을 건조한 후에 자외선램프로 상기 목재의 외면에 자외선을 조사하여 상기 자외선경화성 수지를 경화시키는 과정을, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 홀 드릴링 가공 장치는,
   목재가 상면에 배치되는 베드와,
   상기 베드의 상부에 설치되고 평면상에서 세로 방향으로 이동될 수 있는 세로이동기와,
   상기 세로이동기의 상면에 설치되고 평면상에서 가로 방향으로 이동될 수 있는 가로이동기와,
   상기 가로이동기에 설치되고 전원의 공급에 의해 레이저빔을 하부로 상기 목재를 향해 조사할 수 있는 레이저조사기와,
   상기 세로이동기와 가로이동기 및 레이저조사기의 작동을 제어하는 컨트롤러와,
   상기 레이저조사기에 설치되고 상기 컨트롤러에 연결되며 상기 목재의 상면의 굴곡에 따라 상기 레이저조사기의 위치를 조절할 수 있도록 상기 목재의 상면을 스캐닝하는 스캐너를, 포함하고,
   상기 레이저조사기는,
   상기 목재의 상면에 대응하여 하부를 향해 구비되고 상기 레이저조사기에서 생성된 레이저빔을 하부로 방출하여 상기 목재의 표면에서 하부로 상기 주입공을 가공하는 조사헤드와,
   상기 조사헤드의 내부에 설치되고 상기 조사헤드를 통해 하부로 조사되는 레이저빔의 초점을 조절하는 초점렌즈를, 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 강화액 주입 장치는,
    중공 입방체로 구비되고 상부가 개방 가능하게 구비되며 일측에 약액주입관이 설치되고 내부가 밀폐될 수 있으며 내부에 강화액이 충진되고 강화액에 상기 목재를 침지시킬 수 있는 침지챔버와,
    상기 침지챔버의 상단에 설치되고 상기 침지챔버의 내부에 압력을 가할 수 있는 가압기와,
    상기 침지챔버의 타측에 배출관이 연결되고 상기 배출관의 관로상에 설치되어 상기 침지챔버의 내부의 공기를 배출시켜 진공상태를 형성하는 진공펌프와,
    상기 침지챔버에 설치되고 전원의 공급에 의해 상기 침지챔버의 내부에 수용된 목재를 마이크로파로 가열하는 마이크로파가열기를,
    포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 강화목 제조 방법.