KR100606512B1 - 레이저를 이용하여 적층패널에 도안을 성형하는 방법 - Google Patents

레이저를 이용하여 적층패널에 도안을 성형하는 방법 Download PDF

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Abstract

패널(12)에 도안(14)을 성형하는 방법은 두 개의 층(16,18)을 포함하는 단일 합성패널(12)을 성형하도록 내패널층(18)상에 외패널층(16)을 제공하는 단계를 포함한다. 도안(14)은 외패널층(16)내에 공극(17)들을 성형함에 의해 패널(12)로 성형된다. 공극(17)들은 외패널층(16)의 소정영역을 레이저빔(32)에 노출시킴에 의해 성형되며, 이러한 레이저빔은 각각의 노출된 영역에서의 외패널층(16)의 부분들은 태우거나, 증발하거나 그렇지않으면 제거한다. 공극(17)들은 내패널층(18)을 노출시킴에 의해 도안(14)을 생성한다. 레이저빔(32)에 노출시킴에 의해 성형되며, 이러한 레이저빔은 각각의 노출된 영역에서의 외패널층(16)의 부분들은 태우거나, 증발하거나 그렇지않으면 제거한다. 공극(17)들은 내패널층(18)을 노출시킴에 의해 도안(14)을 생성한다.
패널, 도안, 성형, 내패널층, 외패널층, 공극, 레이저빔

Description

레이저를 이용하여 적층패널에 도안을 성형하는 방법{METHOD FOR FORMING DESIGN IN A LAYERED PANEL USING A LASER}
본 출원은 1999년 02월 04일자 출원된 미국 가특허출원 제 60/118,620호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 스킨 또는 패널상에 다색 또는 두 가지 배색의 외부 장식 분류 A면 또는 제 1면을 성형하는 방법에 관한 것이다.
최근, 다색 또는 두 가지 배색 장식면이 다수의 공정으로 스킨 또는 패널상에 생성된다. 일반적으로, 이러한 공정들은 도장과 같은 코팅법, 재료 침착과 같은 침출법, 즉 재질이 스킨 또는 패널에 성형되기 전에 물감을 플라스틱 물질에 혼합하는 재료 침착과 같은 침출법으로서 분류된다.
침출법을 채용하는 공정들은 예비 침착된 건조한 미립 플라스틱 물질이 가열된 슬러쉬 몰드 표면에 대해 주조되는 슬러쉬 몰드 프로세스를 포함한다. 주조 물질들은 셀 또는 스킨을 성형하도록 가열된 표면상에 용융된다. 다색 또는 두가지 배색 장식면을 생성하는 방법들은 슬러쉬 몰딩 프로세스내에 하나이상의 가스켓 사용을 포함한다. 한가지 방법에 따르면, 적어도 두 가지의 별도 영역을 가지는 플라스틱 재질로 이루어진 플라스틱 스킨 또는 패널상에 장식면을 성형하는데 하나이 상의 가스켓들이 사용된다. 가스켓은 가열된 슬러쉬 몰드 표면에 대해 가압되어, 건조한, 미립 플라스틱 물질의 다르게 배색된 충진물의 주조체를 분리한다.
예비 침착된 플라스틱 물질을 이용하여 스킨 또는 패널상에 다색 또는 두가지 배색 장식면을 생성하는 또 다른 방법은 가열 가능한 슬러쉬 몰드 표면상에 마스킹 영역을 포함하는 것이다. 이 방법에 따르면, 제 1 또는 "외부"층은 가열된 몰드면의 일부에 대해 제 1 플라스틱 물질을 주조함에 의해 성형된다. 이후, 마스킹은 제거되고, 제 2 또는 "내부"층이 외층에 대해 다른 색조 또는 음영의 제 2 플라스틱 물질을 주조함에 의해 제 1 주조 단계에서 마스크된, 가열된 몰드 표면의 노출영역에 형성된다.
이상의 슬러쉬 몰드법의 각각은 합성된 두 가지 배색의 외면을 가지는 플라스틱 스킨 또는 패널을 생성한다. 합성면을 성형하는 두 개의 플라스틱물질이 동일하게 가열된 몰드 표면에 대해 주조되기 때문에, 서로에 대해 같은 평면에 놓이는 외면을 형성한다. 즉, 합성면은 단일 레벨의 부드러운 면이다.
시트 장식품과 같은 스킨류를 위한 자동차용품에 있어서, 작은 직경의 복수의 원통상 함몰부 또는 통공으로 이루어진 직물면을 포함하는 것이 잘 알려져 있다. 이러한 스킨내에 형성된 함몰부 또는 통공들은 직경 1mm의 순서로 있으며, 이러한 스킨의 전체 외부 노출면을 가로질러서 일정한 패턴으로 밀접한 간격을 이루며 배치되어 있다.
이때, 각각의 스킨 또는 패널의 외부면상에 다색 또는 두 가지 배색 도안을 가지는 스킨 또는 패널을 대량 생산하기 위한 빠르고 정확한 방법이 요구된다.
본 발명에 따르면, 패널(12)에 도안을 성형하는 방법을 제공한다. 본 방법은 외층(16)과 내층(18)을 제공하는 단계와, 적층되는 배열로 내층(18)상에 외층(16)을 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 내층(18)을 노출하는 외층(16)내에 공극(17)들을 형성함에 의해 패널(12)내에 도안(14)을 제공하는 단계를 더 포함한다.
공극(17)들은 외층(16)의 소정영역을 레이저빔(32)에 노출시킴에 의해 외층(16)에 제공되며, 이러한 레이저빔은 각각의 노출된 영역에서의 외층(16)의 부분들을 태우거나, 증발하거나 그렇지 않으면 제거한다. 레이저 기술의 채용으로 조립 라인 프로세스에서 세분화된 도안이 동일한 다수의 패널의 외부 분류 A면에 신속하고 정확하게 생성된다.
본 발명을 더욱 잘 이해하기 위해, 수록한 도면에 연관한 이하의 상세한 설명이 참조된다.
도 1은 본 발명에 따라 형성된 도안을 가지는 플라스틱 패널의 사시도이고,
도 2는 도안 성형전의 도 1의 플라스틱 스킨의 일부 횡단면도이고,
도 3은 도 1의 플라스틱 스킨의 일부 횡단면도이고,
도 4는 유지 고정체상에 지지되어, 레이저건으로부터의 레이저빔, 레이저 제어기 및 본 발명에 따라 구성된 레이저 구동 메카니즘에 의해 레이저 빔이 조사된 도 1 패널의 개략 정면도로서, 유지 고정체 구동 메카니즘이 가상선으로 도시되며,
도 5은 외층과 내층이 접착제에 의해 함께 결합된 도1의 패널의 개략횡단면 도이고,
도 6은 패널 뒷면으로부터의 에어백의 전개시에 도움이 되기 위해, 본 발명 방법에 따라 형성된 인열 이음매를 가지는 패널의 사시도이다.
본 발명 방법에 따른 플라스틱 스킨 또는 패널(12)의 외면(10)에 형성된 두 가지 배색 도안은, 도 1 및 도 3의 (14)로 도시된다. 본 방법에 따르면, 스킨 또는 패널(12)은 도 2에 도시된 바와 같이 도안 없이 우선 제조된다. 스킨 또는 패널(12)은 도 1-3의 (16,18)로 도시된 바와 같이, 적어도 두 개의 층을 포함하도록 제조된다. 두 개의 층은 스킨 또는 패널을 개재해서 완전히 겹칠 수도 있고, 본 발명에 따라 도안이 적용되는 영역 내에 일부 겹칠 수도 있다. 두 개의 층(16,18)은 다른 모양, 바람직하게는 플라스틱 물질의 제 1 및 제 2 물질로 각각 이루어진다. 각각의 제 1 및 제 2 물질사이의 모양상의 차이는 색조, 명암도, 직물의 조직, 패턴, 광택 및 두께로 제한되지 않지만, 그 모두를 포함하는 다수의 다른 가시적으로 식별가능한 속성의 어느 하나의 차이로 인한 것일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 모양의 차이는 육안으로 통상적으로 보아서 가시적으로 식별 가능하거나, 또는 더 많은 대상이 요구되는 공업적으로 허용된 모양세 측정 실험에 의해 측정된 바와 같은 수치상의 차이를 통해 식별 가능하다. 색깔에 대한 차이는 CIE 1976 L*a*b* 축적을 이용하는 분광광도계로부터 얻어진 개별적인 수치상의 차이로서 측정되는 것이 바람직하다. 나뭇결, 오렌지 껍질, 및 표면 경도와 같은 속성을 포함하는 직물의 조직에 대한 수치차이를 얻는데는 윤곽 측정기가 바람직하다. 광택에 대해서는 반사광의 정도상의 차이를 측정하는데 광택 측정기가 바람직하다.
스킨 성분은 염화 폴리비닐류(PVC), 터모플라스틱 우레탄류(TPU), 터모플라스틱 올레핀류(TPO), 터모셋 우레탄류, 폴리에스테르류, 고무류, 폴리프로필렌류, 및 폴리에틸렌류로 제한되지는 않지만, 이들을 포함하는 하나이상의 플라스틱 물질류로부터 형성된다. 층(16,18)들은 주조, 진공성형, 브로우 성형, 주입성형, 회전 성형, 및 스프레이 성형으로 제한되지는 않지만, 이들을 포함하는 공지의 방법에 의해 성형된다. 층(16,18)들은 별도로 성형된 후 함께 결합되거나, 두 개이상의 층(16,18)을 포함하는 단일성분으로서 제조될 수도 있다. 도 1-3의 실시예에 있어서, 외층(16)은 밝은 색조 플라스틱 물질로 만들어지며, 대략 0.010"의 두께를 가지지만, 스프레이 주조의 경우에 있어서 거의 0.001"이다. 도 1-3에 도시된 제 2 또는 하부층(18)은 좀더 어두운 색조의 플라스틱 물질로 만들어지며, 대략 0.040"의 두께를 가진다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 또는 외층(16)의 부분들이 제거된 영역은 하부의 좀더 어두운 제 2층(18)이 노출된 채로 남게된다. 플라스틱 물질이 바람직한 반면, 조성과 상대적 위치에 따라, 직물의 조직, 가죽, 금속, 나무, 및 자연 및 합성수지류로 제한되지는 않지만, 이들을 포함하여 기타의 물질들이 대체될 수 있다.
성형후, 스킨 또는 패널(12)은 제조영역으로부터 도 4에 개략적으로 도시된 레이저 스테이션으로 이송된다. 레이저 스테이션에서, 스킨 또는 패널(12)은 유지 고정체(30)상에 놓이며, 두 개의 층(16,18)중의 하나인 제 1 또는 "외부"층(16)의 외면(10)은 레이저 건(36)의 빔 발생기(34)에 의해 생성된 레이저빔(32)에 노출되어, 레이저 건(36)의 빔이송 메카니즘(38)에 의해 이송된다. 레이저 건(36)은 빔 발생기(34)를 활성화하거나, 빔 발생기(34)에 의해 발생된 레이저빔(32)을 지향하거나 또는 재지향하거나 차단 및 해제함에 의해 레이저빔(32)을 제공하고 제거하도록 프로그램 된 전자 제어기(40)에 접속된다. 제어기(40)는 또한 레이저빔(32)을 패널(12)상의 여러 소정 지점으로 이동하거나 레이저빔(32)을 패널(12)로부터 떨어진 지점을 향하여 지향하도록 레이저총 구동 메카니즘(42)을 명령하도록 프로그램 된다.
전자제어기(40)는 소정의 프로그램에 따라 레이저빔(32)을 스킨 또는 패널(12)의 제 1 또는 외층(16)의 외면(10)의 인접부분인 일련의 소정위치로 움직이도록 프로그램 되며, 스킨 또는 패널은 소망의 패턴을 형성하도록 소정의 패턴으로 두층(16,18)중의 하나인 제 2 또는 하부의 층의 대응부분을 노출하도록 제거된다. 일련의 소정위치들의 각 위치에 있어서, 제어기(40)는 제 2층(18) 아래의 대응부분을 노출하는 대응 공극(17)들을 남기도록 패널(12)의 제 1층(16)의 부분들이 방사된 레이저빔(32)에 의해 태워지거나, 증발되거나, 그렇지 않으면 제거되도록 레이저빔(32)을 작동하도록 명령한다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저빔(32)은 제 2물질이 제 1층(16)내에 여러 두께로 변형됨에도 불구하고 노출되도록 짧은 거리를 두고 제 2층(18)으로 태워진다.
도 4에 가상선으로 도시된 바와 같이, 유지 고정체 드라이브(44)는 레이저 건 구동 메카니즘(42)대신에 유지 고정체(30) 및/또는 패널(12)에 작동 가능하게 접속된다. 본 실시예에 있어서, 제어기(40)는 고정체 드라이브(44)에 접속되며, 소정의 프로그램에 따라 소망의 패턴을 형성하도록 레이저빔(32)의 통로내에 외면(10)의 부분을 유지하는 일련의 소정위치로 패널(12)을 이동하도록 프로그램 된다.
제거된 부분과 남아있는 공극(17)은 소정의 장식효과를 만들기 위한 형태, 크기 및 수를 가진다. 공극(17)의 형태는 도 1 및 도 3의 참조번호 (20)으로 도시된 바와 같은 여러 형태의 구멍과, 도 1의 참조번호 (22)로 도시된 바와 같은 선과, 도 1의 (24)로 도시된 바와 같은 로고를 포함한다. 또한, 다수의 공극(17)들은 합성 로고 이미지 또는 기타 도안(14)을 형성하도록 배열된다. 예를 들어, 여러 형태의 공극(17)들이 자동차 시트 커버 또는 내부 트림 패널상에 형성된다. 다른 실시예로서, 공극(17)들은 보충 팽창식 구속형(supplemental inflatable restraint: SIR) 도어 개구부를 장식 및/또는 제 1면의 취약부에 제공하도록 형성된다.
상술한 스킨 또는 패널은 차량 트림용 패널로 사용되는 형식이 바람직하다. 하지만, 장난감, 구조물, 가구, 수화물, 그러한 미적 외관 또는 기능이 요구되는 기타의 적용을 포함하지만, 이에 제한됨이 없는 기타의 사용을 포함한다.
청구범위에 개시된 바와 같이, 본 방법은 제 1 플라스틱 물질로 이루어진 외부 패널층(16)과 제 1물질과는 모양 상 다른 제 2 플라스틱 물질로 이루어진 내부 패널층(18)을 제공하는 단계를 포함한다. 제 1 물질과 제 2 물질사이의 외관상의 차이는 색조, 명암도, 직물 조직 패턴, 광택, 및 두께와 같은 다수의 다른 가시적 으로 식별가능한 속성중의 어느 하나의 차이로 인한 것이다. 내부 및 외부 패널층(16,18)은 자동차의 시트 커버 또는 내부 자동차 트림 패널(12)의 내외부 패널(12)일 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 적층배열로 내층(18)상에 외층(16)을 제공함에 있어서, 접착제(50)가 우선 외층(16) 및 내층(18)사이에 제공된다. 이와 달리, 외부 및 내부층(18)은 슬러쉬 몰딩 프로세스에 있어서 가열된 몰드 표면에 대해 제 1 및 제 2 물질을 분말 또는 입자상 형태로 주조하여 형성된다.
도안(14)은 내층(18)이 공극(17)을 통해 노출되어 가시화 되도록 외층(16)내에 공극(17)을 형성함에 의해 패널(12)내에 제공된다. 공극(17)은, 예들 들어, 소정 패턴으로 서로 인접한 다수의 공극(17')을 제공함에 의해 형성된 직선형상(22) 또는 로고(24), 합성 로고 이미지 및/또는 도안(14)과 같은 여러 형태의 구멍을 포함하도록 공극(17)들을 형상화함에 의해 소망을 장식효과를 나타내도록 형성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서는 패턴으로 제공된 복수의 공극(17')으로 이루어진 취약영역(46) 또는 단일의 세장공극(17')으로 이루어진 취약영역(48)을 포함한다. 취약영역(46,48)의 각각은 다층 패널(12')의 외층(16')내에 형성되어 보충 팽창식 구속형 도어 개구부를 구획한다.
공극(17)은 각 노출영역내의 외층(16)의 부분들을 태우거나, 증발하거나 그렇지 않으면 제거할 수 있는 레이저빔(32)에 외층(16)의 소정영역을 노출함에 의해 제공된다. 제 2 물질의 소망의 남아있는 두께는 레이저가 외층(16)을 개재해서 태워짐에 의해 각각의 공극 아래에 제어 가능한 소망의 고정깊이를 내층(18)에 제공 된다.
레이저빔(32)은 패널(12) 또는 레이저빔 이송 메카니즘(38)에 작동 가능하게 접속된 구동 메카니즘(42)에 제어기(40)를 접속함에 의해 지향된다. 제어기(40)는 소정패턴으로 패널(12)과 레이저빔(32)의 어느 하나를 상대적으로 이동하도록 구동 메카니즘(42)을 명령함에 의해 소정 도안(14)이 만들어지도록 프로그램 된다. 제어기(40)는 또한, 레이저빔(32)이 패널(12)을 소정깊이로 자른 때, 레이저가 차단되거나 재지향하도록 프로그램 된다.
본 발명을 통해서 다수의 패널에 레이저로 세분화된 도안을 신속하고 정확하게 생성해 낼 수 있다.
이상의 설명으로부터 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 상세하게 기술하였지만, 그 내용은 하기 청구범위에 기술된 본 발명의 분야에만 한정되지 않는다. 또한, 상기 기술 분야에 있어서, 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 범위 내에서 이를 다양하게 변경하거나 수정할 수 있는 것이 자명할 것이다.

Claims (12)

  1. 패널(12)에 도안을 성형하는 방법에 있어서,
    외패널층(16)을 제공하는 단계와,
    내패널층(18)을 제공하는 단계와,
    적층배열로 내층(16)상에 외층(18)을 제공하는 단계와,
    외층(16)에 공극(17)을 형성하고, 이 공극(17)이 내층(18)을 노출함에 의해 상기 도안(14)을 제공하는 단계와,
    각각의 노출된 영역에서 외층(16)의 부분을 태우거나, 증발하거나 그렇지않으면 제거할 수 있도록 레이저빔(32)에 외층(16)의 소정영역을 노출함에 의해 공극(17)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외층(16)제공단계는 제 1 물질로 이루어진 층을 제공하는 단계와,
    상기 내층(18)제공단계는 제 1 물질과 모양상으로 다른 제 2 물질로 이루어진 층을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외층(16)제공단계는 자동차 시트 커버(12)용 외부 스킨(16)을 제공하는 단계와,
    상기 내층(18)제공단계는 자동차 시트 커버(12)의 내층(18)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외층(16)제공단계는 자동차 내부 트림 패널(12)용 외부 스킨(16)을 제공하는 단계와,
    상기 내층(18)제공단계는 자동차 내부 트림 패널(12)의 내층(18)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내층(18)상에 외층(16)을 제공하기 전에 외층 및 내층(16,18)사이에 접착제(50)를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내층(18)상에 외층(16)을 제공하는 단계와, 외층과 내층(16,18)을 제공하는 단계는 가열된 몰드 표면에 대해 제 1 및 제 2 물질을 주조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도안(14)제공단계는 소망의 장식효과를 만들기 위해 소망패턴으로 공극(17)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 도안(14)제공단계는 여러 형상의 구멍(20)들을 포함하도록 공극(17)들을 형상화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 도안(14)제공단계는 보충 팽창식 구속형 도어 개구부를 구획하는 외층(16)내에 취약영역(46,48)을 형성하는 패턴으로 공극(17)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 공극(17)제공단계는 레이저빔(32)을 외층(16)을 개재해서 태워짐에 의해 각각의 공극(17) 아래의 제 2 물질의 소망의 남아있는 두께와 내층(18)으로의 소망의 깊이를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공극(17)제공단계는 패널(12)과 레이저 건(36)의 레이저빔 이송 메카니즘(38)중의 어느 하나에 작동가능하게 접속된 구동 메카니즘에 제어기를 접속함에 의해 레이저빔(32)을 지향하는 단계를 포함하며, 제어기는 서로에 상대적인 소정 패턴으로 패널(12)과 레이저빔(32)의 어느하나를 이동하도록 구동 메카니즘을 명령함에 의해 소정 도안(14)을 만들도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공극(17)제공단계는 제어기(40)를 레이저 건(36)에 접속하는 단계를 포함하고, 제어기(40)는 레이저빔(32)이 패널(12)을 소정깊이로 자르면, 레이저빔(32)을 차단하거나 재지향하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 방법.
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