KR20100051188A - 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량용 내장재의 표면에 도포되는 자성 물질이 포함된 도료에 보다 정교한 입체 패턴 문양을 형성할 수 있도록 한 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법 및 장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 제품의 외형에 자성체를 포함하는 도료를 도포하는 단계와; 상기 제품에 대한 3D 데이터를 기준으로 마그네틱 볼을 제품의 표면을 따라 이송시키는 단계와; 상기 제품의 표면에 도포된 도료내에서 자성체가 마그네틱 볼의 자장에 의해 일정한 방향으로 배열되어 원하는 무늬의 입체 패턴이 생성되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법 및 장치를 제공한다.

마그네틱 볼, 자성체, 도료, 도장, 엔코더, 내장재, 입체 패턴, 무늬

Description

마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PAINTING MAGNETIC SUBSTANCE PAINTS USING MAGNETIC BALL}

본 발명은 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량용 내장재의 표면에 도포되는 자성 물질이 포함된 도료에 보다 정교한 입체 패턴 문양을 형성할 수 있도록 한 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근에는 자동차의 고급화 추세에 따라, 운전석 전면에 배치되는 크러시 패드를 비롯하여 도어 가니쉬, 클러스터 패드 가니쉬, 센터 페시아 패널의 테두리 부위 등에 소정 무늬의 패턴(도 1의 사진 참조)을 갖는 내장재를 장착하고 있다.

상기 내장재에 패턴을 형성하는 종래의 방법중 하나는 필름을 이용하거나 프린트를 이용하여 무늬를 넣었으나 입체감을 표출하지 못하는 한계가 있었다.

이러한 점을 감안하여, 자성체를 갖는 도료를 이용하여 패턴을 입체 모양으로 형성하는 방법으로서, 다수의 미세한 자성체(자성물질, 산화철이 코팅된, 강자 성체)를 포함하는 도료를 이용하여 소정의 무늬 또는 모양을 갖는 입체 패턴을 만드는 방법이 제안되고 있다.

즉, 도 2의 개념도에서 보는 바와 같이 즉, 상기 자성체를 갖는 도료를 이용한 입체 패턴 형성 방법에 의하면, 자성체를 안료로 하는 도료를 도포한 후, 특정한 형상의 자기장 패턴을 가지면서 자장 생성이 가능한 자석 또는 전자석에 의해 도료에 포함된 자성체의 배열이 소정의 패턴으로 정열되는 동시에 패턴을 형성하면 정열된 자성체는 빛의 굴절 차이에 의해 입체적으로 도료 표면에 나타나게 된다.

이러한 입체 패턴을 띠는 문양을 만들어 부품 및 제품의 외양에 입체감을 주는 기술로서, 일본특허 제2868948호 및 미국특허 5,364,689에는 자성 도료를 자장을 이용하여 소정의 무늬 및 모양을 갖는 입체 패턴으로 만드는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 자성체가 분포된 도료의 도장 표면이 복잡하고, 굴국이 심한 부분이나 변곡 부위에 자장의 중첩에 따른 문양의 부조화 및 비패턴화(패턴의 단락)가 발생되는 현상이 발생하여, 실제 차량에 적용하는데 정교하지 못한 문제점이 있다.

이렇게 자장의 중첩 및 굴절로 인해, 패턴을 띠는 무늬가 불규칙하게 발생되거나 원하는 무늬가 생성되지 않는 문제점을 극복하고 있지 못하지만, 자성체 도료를 이용한 입체 문양 형성 방법이 바람직한 방법으로 대두되고 있으므로, 지속적인 사용에 따른 불필요한 도료 낭비가 초래되고 있다.

또한, 상기와 같은 자장의 중첩으로 인해 보다 정교하고 복잡한 무늬를 형성하는데 자성체를 갖는 도료를 실제로 적용하고 못하고 있다.

이와 같은 기존의 자성체 도료를 이용한 입체 패턴 형성 방법에서의 문제점을 좀 더 구체적으로 나열하면, 1)복잡한 형상의 부품의 경우 홀 및 에지부에서 패턴이 찌그러지고, 2)또한, 복잡한 형상을 갖는 내장부품의 경우 자기장을 발생하는 자석과 자성 안료 사이에 거리가 일정하게 유지시키지 못하여 자장의 세기를 균일하게 자성체 도료에 전달하는데 어려움이 있으며, 3)입체 패턴 형성후 내열성 및 내광성 평가를 할 때 자성체 안료에 산화에 의한 변색 발생이 발생하며, 4)자성체 이동 및 배향을 변화시키기 위해 도료 두께를 두껍게 적용함에 따라 원자재 손실이 따르는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 자성체 도료에 소정 무늬의 패턴을 형성함에 있어서, 제품의 굴곡이 심하고 모서리 부분과 같은 곳에 분명한 형태의 입체 패턴 생성이 가능하도록 함으로써, 자성 물질이 포함된 도료에 정교한 입체 무늬 및 모양을 갖는 패턴을 용이하게 형성시킬 수 있도록 한 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제품의 외형에 자성체를 포함하는 도료를 도포하는 단계와; 상기 제품에 대한 3D 데이터를 기준으로 마그네틱 볼을 제품의 표면을 따라 이송시키는 단계와; 상기 제품의 표면에 도포된 도료내에서 자성체가 마그네틱 볼의 자장에 의해 일정한 방향으로 배열되어 원하는 무늬의 입체 패턴이 생성되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 제품에 대한 3D 데이터를 참조로 상기 마그네틱 볼과 자성체 도료가 도포된 제품 표면간의 거리 및 상기 마그네틱 볼의 자장 세기가 조절되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제품의 표면중 복잡한 변곡점에는 크기가 작은 마이크로 마그네틱 볼을 채택하여 자장을 제공하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제품 고정용 테이블과; 상기 제품 고정용 테이블상에 자성체 도료가 도포된 제품을 고정시키는 홀딩수단과; 자성체 도료가 도포된 제품과 소정 거리로 이격되는 마그네틱 볼과; 상기 마그네틱 볼을 X,Y,Z축 방향으로 이송시킬 수 있도록 상기 제품 고정용 테이블상에 소정 배열을 이루며 조립되는 엔코더 구동수단과; 상기 엔코더 구동수단을 X,Y,Z축 방향으로 이송되게 조작하는 조이스틱; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 엔코더 구동수단은: 상기 제품 고정용 테이블의 일측면에 조립되는 X축 엔코더와; 상기 X축 엔코더의 상부에 형성된 제1고강성 모노레일에 모터 및 기어조합에 의하여 직선 왕복 운동 가능하게 장착되는 제1수직바와, 상 기 제품 고정용 테이블의 타측면에 면접촉하는 제2수직바와, 상기 제1 및 제2수직바의 상단을 연결하는 구조물로서 전면에 제2고강성 모노레일이 형성된 수평바로 이루어진 Y축 엔코더와; 상기 Y축 엔코더의 제2고강성 모노레일에 모터 및 기어조합에 의하여 직선 왕복 운동 가능하게 장착되는 Z축 엔코더와; 상기 Z축 엔코더의 저부에 승하강 가능하게 장착되는 마그네틱 볼 홀더; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 X축 엔코더의 전단부에는 상기 모터에 대한 구동 제어를 하는 제어유니트가 장착되고, 상기 제어유니트는 컴퓨터와 신호 교환 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 자성체 도료가 도포된 제품의 3D 데이터 부재시, 상기 마그네틱 볼 홀더에 제품을 스캔하여 3D 데이터를 생성하는 센서 프로브가 장착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마그네틱 볼은: 마그네틱 볼 홀더에 고정되는 스틱부와; 상기 스틱부의 감겨진 코일과; 상기 스틱부의 하단에 일체로 형성된 도전체 볼; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 복잡한 형상을 갖는 자동차용 내장부품 표면에 자성 물질이 포함된 도료를 도포함과 함께 마그네틱 볼을 이용하여 자성물질이 소정의 배열 을 이루도록 함으로써, 보다 정교한 입체 패턴 문양을 형성할 수 있다.

특히, 마그네틱 볼(특히, 마이크로 마그네틱 바늘)을 이용하여 자기장의 세기 및 제품과의 거리를 조절하면서 복잡한 형상의 입체 패턴 구현이 가능한 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 장치를 나타내는 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 마그네틱 볼 구조를 설명하는 개략적 단면도이다.

본 발명의 도장 장치에 따르면, 상기 제품 고정용 테이블(10)상에 자성체 도료가 도포된 제품(12)을 고정시키는 제품위치 기준용 홀딩수단(14)이 장착되고, 또한 상기 제품 고정용 테이블(10)에 X,Y,Z축 방향으로 이송되는 엔코더 구동수단이 조립된다.

상기 엔코더 구동수단은 마그네틱 볼(20)을 X,Y,Z축 방향으로 이송시킬 수 있도록 상기 제품 고정용 테이블(10)상에 소정 배열을 이루며 조립되는 구성으로서, X축 엔코더(24)와, Y축 엔코더(36)와, Z축 엔코더(38)를 포함하여 구성된다.

보다 상세하게는, 상기 X축 엔코더(24)는 상기 제품 고정용 테이블(10)의 일측면에 고정 조립되는 바, 이 X축 엔코더(24)의 상부에는 제1고강성 모노레일(26) 이 형성된다.

상기 Y축 엔코더(36)는 상기 X축 엔코더(24)의 제1고강성 모노레일(26)에 공지의 모터(미도시됨) 및 기어조합(미도시됨)에 의하여 직선 왕복 운동 가능하게 장착되는 제1수직바(28)와, 상기 제품 고정용 테이블(10)의 타측면에 슬라이드 가능하게 면접촉하는 제2수직바(30)와, 상기 제1 및 제2수직바(28,30)의 상단을 연결하는 구조물로서 전면에 제2고강성 모노레일(32)이 형성된 수평바(34)로 구성된다.

또한, 상기 Z축 엔코더(38)는 상기 Y축 엔코더(36)의 제2고강성 모노레일(32)에 공지의 모터 및 기어조합에 의하여 직선 왕복 운동 가능하게 장착되며, 특히 상기 Z축 엔코더(38)의 저부에는 마그네틱 볼 홀더(40)가 공지의 모터 및 기어조합에 의하여 승하강 가능하게 장착된다.

이때, 상기 공지의 모터 및 기어조합에 있어서, 각 엔코더 구동수단 및 마그네틱 볼의 X축 이동에는 모터와 연동 구동되어 직선 운동 가능하게 하는 랙과 피니언 기어 조합, 또한 Y축 및 Z축이 동시에 작동할 수 있게 하기 위한 기어의 조합은 전기모터에 연동되는 웜기어와 헬리컬 기어의 조합, 베벨기어 또는 더블기어로 연동하여 축을 움직이게 하는 조합 등 다양한 조합의 예가 있다.

물론, 각 엔코더 구동수단 및 마그네틱 볼의 이동에 좀 더 정교한 유동을 원하면 유압 실린더가 있는 유압 장치를 사용하는 것도 가능하다.

한편, 상기 마그네틱 볼 홀더(40)에는 자성체 도료가 도포된 제품(12)과 소정 거리로 이격되는 마그네틱 볼(20), 또는 마이크로 마그네틱 바늘(54), 또는 센서 프로브(46)가 분리 가능하게 선택 조립된다.

상기 마그네틱 볼(20)은 자장을 생성하는 일종의 전자석으로서, 첨부한 도 6에 도시된 바와 같이 마그네틱 볼 홀더(40)에 고정되는 스틱부(48)와, 상기 스틱부(48)의 감겨진 코일(50)과, 상기 스틱부(48)의 하단에 일체로 형성된 도전체 볼(52)로 이루어진다.

상기 마이크로 마그네틱 볼, 즉 마이크로 마그네틱 바늘(54)은 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이, 제품의 표면중 복잡하고 미세한 변곡점이 있는 경우, 이 변속점 부위에 자장을 생성하는 역할을 한다.

상기 센서 프로브(46)는 상기 자성체 도료가 도포된 제품에 대한 3D 데이터 부재시, 상기 마그네틱 볼 홀더(40)에 장착되어 상기 제품(12)을 스캔한 후, 제어유니트로 그 정보를 전송하여 3D 데이터를 생성하는 역할을 하게 된다.

이와 같은 마그네틱 볼(20) 내지 마이크로 마그네틱 바늘(54)은 전자장(B,H) 세기 조절이 가능한 회로에 연결되고, 또한 상기 센서 프로브(46)도 동일한 회로를 이용하여 스캔을 수행할 수 있는 바, 첨부한 도 7a에 도시된 바와 같은 가변저항식(Variable Resistor Type) 타입의 회로, 또는 첨부한 도 7b에 도시된 바와 같은 인코더방식(Encoder Type) 타입의 스위치 회로에 의하여 전자장의 세기 조절 또는 스캔이 수행될 수 있다.

한편, 상기 엔코더 구동수단을 X,Y,Z축 방향으로 이송되게 조작하는 조이스틱(22)이 제품 고정용 테이블(10)의 전단부에 배치된다.

또한, 상기 X축 엔코더(24)의 전단부에는 상기 모터에 대한 구동 제어를 하는 제어유니트(42)가 장착되고, 상기 제어유니트(42)는 컴퓨터(44)와 신호 교환 가 능하게 연결되어진다.

이때, 상기 각 모터는 제어 유니트에 의해 총괄 제어되는데, 상기 모터는 듀얼 엔코더 방식의 DC서보 모터로 채택하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기한 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법을 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법을 설명하는 개략도이다.

먼저, 제품(12)의 외형에 자성체를 포함하는 도료를 도포한 후, 상기 제품에 대한 3D 데이터를 기준으로 마그네틱 볼(20)을 제품의 표면을 따라 이송시킨다.

즉, 상기 마그네틱 볼(20)은 X,Y,Z 축 엔코더에 의거 이동하면서 좌표점을 찾고, 각각의 좌표는 컴퓨터에 저장된 제품의 3차원 표면 데이터에서 제공되며, 제공된 3-D데이터는 제어유니트로 보내져 마그네틱 볼을 X,Y,Z 방향으로 이동 조절하는데 사용된다.

따라서, 상기 제품(12)의 표면에 도포된 도료내에서 자성체가 마그네틱 볼(20)의 자장에 의해 일정한 방향으로 배열되어 원하는 무늬의 입체 패턴이 생성된다.

이때, 상기 제품(12)에 대한 3D 데이터를 참조로 상기 마그네틱 볼(20)과 자성체 도료가 도포된 제품 표면간의 거리 및 상기 마그네틱 볼(20)의 자장 세기가 조절되어, 보다 정밀한 입체 패턴을 얻을 수 있다.

바람직하게는, 상기 제품의 표면중 미세하고 복잡한 변곡점이 있는 경우, 크 기가 작은 마이크로 마그네틱 볼 즉, 마이크로 마그네틱 바늘(54)로 교체하여 미세한 변곡점에도 자장을 용이하게 제공할 수 있다.

한편, 제품에 대한 3D 데이터가 없는 경우에는 마그네틱 볼 홀더(40)에 접촉식 또는 비접촉식 프로브(46)를 장착하는 바, 이 프로브(46)는 각 엔코더 구동수단에 의하여 제품 표면을 따라 이송되면서 그 스캔 정보를 제어유니트를 통해 컴퓨터에 전송하게 되며, 다시 프로브를 마그네틱 볼로 교체하면 컴퓨터에 의해 재계산된 3D-데이터를 기준으로 마그네틱 볼이 상기와 같이 이송되며, 자성체를 포함하는 도료에 자장을 제공하게 된다.

도 1은 자동차의 내장재에 소정 무늬의 패턴을 형성한 예를 보여주는 사진,

도 2는 자성체를 갖는 도료를 이용한 입체 패턴 형성 방법을 설명하는 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법을 설명하는 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법으로서, 제품의 표면중 복잡한 변곡점에는 크기가 작은 마이크로 마그네틱 볼을 채택한 예를 보여주는 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 장치를 나타내는 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 마그네틱 볼 구조를 설명하는 개략적 단면도,

도 7a 및 도 7b는 제품에 대한 3차원 데이터를 얻기 위한 프로브의 회로 연결도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제품 고정용 테이블 12 : 제품

14 : 제품위치 기준용 홀딩수단 16 ; 자성체를 갖는 도료

20 : 마그네틱 볼 22 : 조이스틱

24 : X축 엔코더 26 : 제1고강성 모노레일

28 : 제1수직바 30 : 제2수직바

32 : 제2고강성 모노레일 34 : 수평바

36 : Y축 엔코더 38 : Z축 엔코더

40 : 마그네틱 볼 홀더 40 : 제어유니트

44 : 컴퓨터 46 : 센서 프로브

48 : 스틱부 50 : 코일

52 : 도전체 볼

54 : 마이크로 마그네틱 볼(바늘)

Claims (8)

1. 제품의 외형에 자성체를 포함하는 도료를 도포하는 단계와;

   상기 제품에 대한 3D 데이터를 기준으로 마그네틱 볼을 제품의 표면을 따라 이송시키는 단계와;

   상기 제품의 표면에 도포된 도료내에서 자성체가 마그네틱 볼의 자장에 의해 일정한 방향으로 배열되어 원하는 무늬의 입체 패턴이 생성되는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제품에 대한 3D 데이터를 참조로 상기 마그네틱 볼과 자성체 도료가 도포된 제품 표면간의 거리 및 상기 마그네틱 볼의 자장 세기가 조절되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제품의 표면중 복잡한 변곡점에는 크기가 작은 마이크로 마그네틱 볼을 채택하여 자장을 제공하도록 한 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 방법.
4. 제품 고정용 테이블과;

   상기 제품 고정용 테이블상에 자성체 도료가 도포된 제품을 고정시키는 홀딩수단과;

   자성체 도료가 도포된 제품과 소정 거리로 이격되는 마그네틱 볼과;

   상기 마그네틱 볼을 X,Y,X축 방향으로 이송시킬 수 있도록 상기 제품 고정용 테이블상에 소정 배열을 이루며 조립되는 엔코더 구동수단과;

   상기 엔코더 구동수단을 X,Y,X축 방향으로 이송되게 조작하는 조이스틱;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 엔코더 구동수단은:

   상기 제품 고정용 테이블의 일측면에 조립되는 X축 엔코더와;

   상기 X축 엔코더의 상부에 형성된 제1고강성 모노레일에 모터 및 기어조합에 의하여 직선 왕복 운동 가능하게 장착되는 제1수직바와, 상기 제품 고정용 테이블의 타측면에 면접촉하는 제2수직바와, 상기 제1 및 제2수직바의 상단을 연결하는 구조물로서 전면에 제2고강성 모노레일이 형성된 수평바로 이루어진 Y축 엔코더와;

   상기 Y축 엔코더의 제2고강성 모노레일에 모터 및 기어조합에 의하여 직선 왕복 운동 가능하게 장착되는 Z축 엔코더와;

   상기 Z축 엔코더의 저부에 승하강 가능하게 장착되는 마그네틱 볼 홀더;

   로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 X축 엔코더의 전단부에는 상기 모터에 대한 구동 제어를 하는 제어유니트가 장착되고, 상기 제어유니트는 컴퓨터와 신호 교환 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 장치.
7. 청구항 4에 있어서,

   상기 자성체 도료가 도포된 제품의 3D 데이터 부재시, 상기 마그네틱 볼 홀더에 상기 제품을 스캔하여 3D 데이터를 생성하는 센서 프로브가 장착되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 장치.
8. 청구항 4에 있어서,

   상기 마그네틱 볼은:

   마그네틱 볼 홀더에 고정되는 스틱부와;

   상기 스틱부의 감겨진 코일과;

   상기 스틱부의 하단에 일체로 형성된 도전체 볼;

   로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네틱 볼을 이용한 자성체 도료 도장 장치.

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