KR100476118B1 - 파형부와 여기에 횡방향으로 있는 마이크로구조물을 갖춘 금속시트의 제조장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제 1 파형높이(A)의 파형부를 갖고 있으며 더 작은 제 2 파형높이(B)의 마이크로구조물(6, 7)을 파형부에 횡으로 또는 비스듬하게 갖고 있는 금속시트(1)를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로서, 마이크로구조물(6, 7)을 제조하기 위한 장치(2a, 2b) 및 마이크로구조물 제조장치(2a, 2b)의 하류에 배치된 상호 맞물리는 한 쌍의 파형 롤러(3a, 3b)를 포함하고 있으며, 파형 롤러(3a, 3b)는 외측면에 마이크로구조물(6, 7)을 충분히 수용할 수 있는 크기로 적절히 배치된 리세스(8)를 갖고 있어서, 금속시트(1)의 파형가공시 마이크로구조물(6, 7)은 파형 롤러(3a, 3b)에 의해 변형되지 않는다.

Description

파형부와 여기에 횡방향으로 있는 마이크로구조물을 갖춘 금속시트의 제조장치 및 방법 {PROCESS AND APPARATUSES FOR PRODUCING A METAL SHEET WITH A CORRUGATION CONFIGURATION AND A MICROSTRUCTURE DISPOSED TRANSVERSELY WITH RESPECT THERETO}

본 발명은 소정의 제 1 파형높이의 파형부를 갖는 금속시트를 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이 금속시트에는 제 1 파형높이 보다 작은 제 2 파형높이를 갖는 마이크로구조물이 상기 파형부에 횡방향으로 또는 상기 파형부에 직각으로 형성된다. 이러한 종류의 금속시트는 특히 자동차의 배기가스장치에 사용되는 촉매변환기용 벌집체를 형성하도록 가공된다. 그러나, 본 발명은 이러한 용도로만 사용되는 것이 아니라 열교환기 내에서 사용할 수도 있다.

마이크로구조물의 형상 및 특징에 대해서는 국제출원 WO 90/08249호 또는 WO 96/09892호에 개시되어 있다. 공지되어 있는 바와 같이, 파형시트 내에 형성되어 있는 마이크로구조물은 시트의 파형의 높이보다 작게 구성되어 있다. 특히, 마이크로구조물은 시트의 일면 또는 양면으로부터 돌출될 수 있으며, 그 높이는 적어도 15μ이거나 금속시트의 파형높이의 0.01 내지 약 0.3배 정도가 된다.

일반적으로, 파형 금속시트는 파형 롤러에 의해 제조되며, 이 롤러는 서로 톱니바퀴처럼 맞물리게 되어 있고 인벌류트 톱니 또는 그와 유사한 구조를 갖고 있다. 예컨대 사다리꼴형, 지그재그형 등과 같은 다른 파형 형상도 알려져 있다. 특히 배기가스가 통과하는 촉매변환기 내의 벌집체에 있어서, 소위 횡구조물(TS-디자인 참조)로 불리는 유동방향에 횡 또는 임의의 각도로 뻗어있는 마이크로구조물은 배기가스와 벌집체간의 열전달을 향상시키며 벌집체의 촉매효율성에 있어서 중요한 역할을 하는 확산과정을 개선한다.

그러므로, 당업계에서는 유동방향으로 연속하여 20 mm 이하, 특히 10 mm 이하인 소정의 간격을 두고 마이크로구조물들을 배치하고 있다.

마이크로구조물이 벌집체용 시트의 통상적인 두께에 비해 작기 때문에 지금까지는 제조공정에서 심각한 정도의 문제를 일으키지 않는 것으로 간주되었고, 이에 따라 일반적인 파형 롤러 및 벌집체를 형성하기 위한 공지된 제조 단계를 사용하여 가공되어 왔다.

그러나, 마이크로구조물을 이미 갖춘 시트를 파형으로 가공하는 경우에는 이들 마이크로구조물이 부분적으로 가압되어 다시 편평해지며 서로에 대해 파형 롤러의 간극에 따라 불규칙적으로 됨이 밝혀졌다. 이러한 제조공정에서는, 상기와 같은 결과를 보상하기 위하여 마이크로구조물은 최종적으로 희망하는 파형높이보다 큰 파형높이로 먼저 제조되어야 한다. 다수의 시작 물질을 취급하는 경우에는, 손상 없이 냉각 성형이 달성되기는 극히 어렵다. 이러한 문제는 매우 얇은 시트와 매우 작은 파형높이를 취급하는 경우에는 더욱 심각해진다. 한편, 예를 들어 평방인치당 500 셀(cpsi) 이상을 갖는 벌집체가 요구되며, 이 경우, 30μm 이하의 두께에 달하는 시트도 제조상 심각한 어려움에 처하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 파형장치를 도시한 개략도이고,

도 2는 본 발명에 따른 제조방법을 도시한 개략도이다.

* 도면의 주요부에 대한 부호의 설명 *

1 : 금속시트 2a, 2b : 마이크로구조물 제조장치

3a, 3b : 파형 롤러 4a, 4b : 하부 평탄화장치

5a, 5b : 상부 평탄화장치 6 : 하향돌출 마이크로구조물

7 : 상향돌출 마이크로구조물 8 : 파형 롤러 내의 리세스

9 : 하향 파형 마루 10 : 상향 파형 마루

A : 제 1 파형높이 B : 제 2 파형높이

본 발명의 목적은 파형부에 대해 횡방향으로 또는 경사지게 뻗어있는 마이크로구조물을 갖춘 파형 금속시트를 바람직하지 않은 냉각변형없이 경제적으로 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

특허청구범위의 제 1항에 게재된 장치 및 제 10항에 게재된 방법에 의해 상기 문제가 해결된다. 본 발명의 다른 특징들은 종속항에 게재되어 있다.제 1 파형높이를 갖춘 파형부를 구비한 금속시트를 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 시트는 파형부에 대하여 횡방향으로 또는 임의의 각도를 이루며 상기 제 1 파형높이보다 더 작은 제 2 파형높이를 갖춘 마이크로구조물을 갖고, 금속시트상에 마이크로구조물을 제조하기 위한 장치, 및 상기 마이크로구조물 제조장치의 하류에 배치된 한 쌍의 상호 맞물리는 파형 롤러를 포함하고 있으며, 상기 파형 롤러가 외측면에 상기 마이크로구조물을 수용할 수 있는 크기로 형성되고 배치된 리세스를 갖고 있어서, 상기 금속시트에 파형마루를 갖춘 파형부를 형성하기 위한 상기 금속시트의 파형가공시 상기 마이크로구조물이 상기 파형 롤러에 의해 변형되지 않는다.

상기 파형부를 가진 금속 시트를 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치는 마이크로구조물 제조 장치를 포함하며, 상기 시트는 파형부에 대하여 횡방향으로 또는 임의의 각도를 이루며 더 작은 제 2 파형높이를 갖춘 마이크로구조물을 갖는다. 한 쌍의 상호 맞물리는 파형 롤러가 마이크로구조물 제조 장치의 하류에 배치되어 있으며, 상기 파형 롤러는 마이크로구조물을 수용하기에 적당히 배치되고/ 충분히 큰 리세스를 외측면에 가지므로, 상기 마이크로구조물은 금속 시트의 파형가공시 파형 롤러에 의해 변형되지 않는다. 특히 임의의 각도로 연장된 마이크로구조물을 위한 이러한 한 쌍의 파형 롤러 제품이 비교적 고가이긴 하지만, 파형가공에 의해 후에 다시 부분적으로 편평하게 가압되는 냉간 성형의 필요없이 마이크로구조물이 전체적으로 동일한 정확한 높이로 제조될 수 있다는 큰 장점이 있다. 따라서, 이러한 장치는 예컨대 25 내지 50μm 두께의 파형 시트금속층에 마이크로구조물을 제조하는데 별 어려움 없이 사용할 수 있다.

통상적으로 인벌류트 톱니 형상을 갖는 종류의 파형 롤러가 사용되지만 본 발명은 이러한 롤러에만 한정되지 않는다. 일반적으로 모든 종류의 파형 롤러는 서로에 대해 특정의 간극(clearance)을 갖기 때문에, 제조공정중에 톱니들의 중간 공간, 또는 톱니의 측면 및/또는 피크에서 간격 조절이 이루어질 수 있으며, 이 간격 조절은 재현이 어렵다. 리세스를 갖고 있는 본 발명에 따른 파형 롤러를 사용하는 경우에는 롤러간의 간극이 마이크로구조물의 최종 높이에 영향을 주지 않는다.

상기 리세스를 마이크로구조물의 각각의 폭과 높이에 적어도 상응하는 홈의 형상으로 형성하는 것은 매우 간단한 방법이다. 그러나, 또한 마이크로구조물은 적절한 형상의 홈으로 후에 다시 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치와 관련하여, 제조된 마이크로구조물이 파형 롤러의 리세스를 항상 통과하도록 마이크로구조물 제조장치 및 파형 롤러가 서로에 대해 조절될 수 있다는 점은 중요하다. 이를 달성하기 위한 가장 손쉬운 방법은 공간적으로 매우 조밀하게 배치하는 것이지만, 간격이 큰 경우에는 적절한 조절장치에 의해 달성될 수도 있다.

통상적으로 벌집체는 편평시트와 파형시트를 교차 배치함으로써 또는 상이한 방식으로 파형처리된 시트들을 교차 배치함으로써 형성되며, 여기서 상이한 구조형상은 공지되어 있는데 예를 들면 시트층이 s형상으로 나선형으로 꼬여서 감겨있거나 인벌류트 방식으로 꼬여있다.

상호 겹쳐져 있는 이러한 종류의 시트금속층이 서로 용접 또는 납땜되면, 그들의 각각의 높이에 의존하는 마이크로구조물은 어떤 상황하에서 시트층간의 간격 조절에 대한 문제를 일으킨다. 소정 크기의 간극으로 인해 마이크로구조물에 의해 발생하는 인접 시트층간의 간극은 땜납 또는 납땜 재료에 의해 어렵게 덮혀질 수 있으며, 이러한 이유로 파형 시트층의 양측면상의 파형 마루에 있는 마이크로구조물이 때때로 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 문제를 처리하기 위하여, 본 발명에 따른 장치의 일 실시예는 파형 롤러의 하류에 설치되는 하나 이상의 평탄화 장치를 제공한다. 이 장치는 파형 시트의 파형 마루상의 마이크로구조물을 자신의 한쪽 또는 양쪽 측면에서 다시 편평하게 가압할 수 있다. 이 장치는 예를 들어 편평 롤러와 접하는, 리세스를 갖춘 파형 롤러일 수 있다. 이에 의해 파형 마루상의 마이크로구조물만이 편평하게 가압되어, 어떠한 경우에도 마이크로구조물은 벌집체 내의 후속 흐름에 영향을 주지 않음으로써 땜납 또는 납땜 재료에 의한 접합이 간편해진다. 다른 마이크로구조물은 변화되지 않은 채로 유지되고 제조공정에 다른 문제를 일으키지 않으면서 자신의 원래 기능을 수행할 수 있다.

선택적으로, 파형 롤러와 그 하류에 설치되는 편평 롤러 대신, 마이크로구조물을 편평하게 가압하기 위하여 파형의 골 내에 어떠한 리세스도 가지지 않는 특수한 파형 롤러가 사용될 수 있다. 파형 롤러가 상호 대향 배치되어 있는 파형 마루와 파형 골 사이의 미세한 간극만을 포함하는 경우에도 만족스럽게 달성될 수 있다.

파형부와 마이크로구조물을 갖춘 금속시트를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 a) 파형가공되지 않은 초기 금속시트에 마이크로구조물을 제조하는 단계와, b) 마이크로구조물을 수용하기 위하여 마이크로구조물에 대해 정확한 위치에 배열된 리세스를 갖춘 한 쌍의 상호물리는 파형 롤러로 금속시트를 공급하는 단계와, 그리고 c) 마이크로구조물을 편평하게 가압하지 않고서 시트 스트립을 파형가공하는 단계를 포함한다.

전술한 바와 같이, 이러한 방법은 제조된 후에는 더이상 변형되지 않음으로써 매우 잘 정해해지고 반복가능한 방법으로 형성될 수 있는 윤곽이 뚜렷한 마이크로구조물을 생성한다. 서로에 대해 지지되며 서로에 대해 납땜 또는 용접되는 시트금속층 사이에 간극이 발생하는 것을 피하기 위하여, 양측면중 하나 이상의 파형 마루에 있는 마이크로구조물은 파형 롤러 또는 후속 평탄화장치에서 편평하게 가압될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예와 이의 특징은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 후술된다.

도 1은 본 발명의 요지인 금속시트용 파형장치를 도시하고 있다. 하향돌출 마이크로구조물(6) 및 상향돌출 마이크로구조물(7)을 갖는 마이크로구조물을 제조하기 위한 장치를 이미 거친 금속시트(1)가 한 쌍의 파형 롤러(3a, 3b)로 공급된다. 파형 롤러(3a, 3b)의 표면에는 특히 홈의 형상인 리세스(8)가 형성되어 있다. 도면에서 그중 하나만이 도시되어 있는 리세스(8)가 이미 제조되어 있는 마이크로구조물(6, 7)을 수용함으로써, 마이크로구조물은 시트를 파형가공할 때에 파형공정에 영향을 받지 않는다. 그 결과, 상기 시트는 제 1 파형높이(A)로 파형가공되어 상면과 하면에 파형 마루(9, 10)를 갖는다. 마이크로구조물(6, 7)은 금속시트(1)의 제 1 파형높이(A)보다 작은 높이(B)를 갖는다.

도 2는 마이크로구조물(6, 7)을 갖춘 파형시트를 제조하기 위한 제조공정을 도시하고 있다. 먼저, 금속시트(1)가 공지된 장치인 마이크로구조물 제조장치(2a, 2b)를 통과한다. 특히, 이 장치에는 서로에 대해 연달아 배치되어 있고 냉간 성형효과에 의해 금속시트(1)에 마이크로구조물(6,7)을 형성하는 개개의 좁은 디스크 또는 대응 표면 구조물을 갖춘 원통형 롤러가 포함된다. 그 다음에 금속시트(1)는 도 1에 상세하게 도시된 바와 같은 한 쌍의 파형 롤러(3a, 3b)로 공급된다. 금속시트(1)의 파형 마루(9, 10)상에 마이크로구조물이 필요하지 않는 경우에는, 이들 마이크로구조물은 평탄화장치(4a, 4b 및 5a, 5b)에 의해 편평해진다. 이러한 평탄화장치는 예를 들어 파형 롤러(4b, 5a)와 접하는 편평한 표면을 갖고 있는 원통형 롤러(4a, 5b)로 구성되어 있으며, 바람직하게는 상기 파형 롤러(4b, 5a)가 파형 제조시에 사용되었던 리세스와 동일한 리세스를 갖는다.

이러한 방법으로 제조되고 마이크로구조물을 갖는 파형금속층은 특히 배기가스장치 내의 벌집체용으로 사용될 수 있다. 이러한 파형금속층은 벌집체와 이를 통과하는 유체간의 열이동을 향상시키고 확산현상을 촉진시켜서, 촉매변환기의 효율을 향상시킨다.

Claims (11)

1. 제 1 파형높이(A)의 파형부를 갖고 있으며, 상기 파형부에 대해 임의의 각을 이루며 상기 제 1 파형높이보다 더 작은 제 2 파형높이(B)의 마이크로구조물(6, 7)을 갖고 있는 금속시트(1)를 제조하기 위한 장치에 있어서,

   a) 금속시트에 마이크로구조물(6, 7)을 제조하기 위한 장치(2a, 2b); 및

   b) 상기 마이크로구조물 제조장치(2a, 2b)의 하류에 배치된 한 쌍의 상호 맞물리는 파형 롤러(3a, 3b);를 포함하며,

   상기 금속시트(1)에 파형마루(9,10)를 갖춘 파형부를 형성하기 위해 상기 금속시트(1)를 파형가공하는 과정에서 상기 마이크로구조물(6, 7)이 상기 파형 롤러(3a, 3b)에 의해 변형되지 않도록, 상기 파형 롤러(3a, 3b)의 외측면에 상기 마이크로구조물(6, 7)을 수용할 수 있는 크기의 리세스(8)가 배치 형성된, 금속시트 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 파형 롤러(3a, 3b)가 톱니 형상을 갖는, 금속시트 제조장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 톱니 형상이 인벌류트 톱니 형상인, 금속시트 제조장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 파형 롤러(3a, 3b)에 형성된 상기 리세스(8)는 원주방향 및 상기 원주방향에 대해서 경사진 방향중 어느 한 방향으로 연장되어 있는 홈이며, 상기 마이크로구조물은 폭과 높이를 가지며, 상기 홈은 상기 마이크로구조물(6, 7)의 폭과 높이와 같거나 그보다 더 큰 폭과 깊이를 갖는, 금속시트 제조장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로구조물(6, 7)이 상기 파형 롤러(3a, 3b)의 리세스(8)를 항상 통과하도록 상기 마이크로구조물 제조장치(2a, 2b) 및 상기 파형 롤러(3a, 3b)가 서로에 대해 조절 가능한, 금속시트 제조장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 금속시트의 파형부의 하나 이상의 측면의 파형 마루(9, 10) 상에 배치되어 있는 상기 마이크로구조물을 편평하게 가압할 수 있는 하나 이상의 평탄화 장치(4a, 4b; 5a, 5b)가 상기 파형 롤러(3a, 3b)의 하류에 배치된, 금속시트 제조장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 평탄화 장치가 리세스를 갖춘 파형 롤러(4b; 5a) 및 이에 접하는 편평 롤러(4a; 5b)를 포함하는, 금속시트 제조장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 파형 롤러(3a, 3b)는 파형 마루와 파형 골을 가지며, 상기 파형 롤러에 형성된 리세스(8)는 상기 파형 골에서 상기 마이크로구조물(6, 7)을 편평하게 가압하기 위해서 상기 파형 골속으로 연장하지 않는, 금속시트 제조장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 파형 롤러(3a, 3b)가 서로 대향 배치되어 있는 파형 골과 파형 마루 사이에 미세한 간극을 갖는, 금속시트 제조장치.
10. 제 1 파형높이(A)의 파형부를 갖고 있으며, 상기 파형부에 대해 임의의 각을 이루며 상기 제 1 파형높이보다 더 작은 제 2 파형높이(B)의 마이크로구조물(6, 7)을 갖고 있는 금속시트(1)를 제조하기 위한 방법에 있어서,

    a) 파형가공되지 않은 초기 금속시트(1)에 마이크로구조물(6, 7)을 제조하는 단계와,

    b) 상기 마이크로구조물(6, 7)을 수용하기 위하여 상기 마이크로구조물(6, 7)에 관련하여 치수결정되어 배치된 리세스(8)를 갖춘 한 쌍의 상호물리는 파형 롤러(3a, 3b)로 상기 금속시트(1)를 공급하는 단계와, 그리고

    c) 상기 마이크로구조물(6, 7)을 편평하게 가압하지 않고서 상기 금속시트(1)를 파형가공하는 단계를 포함하는, 금속시트 제조방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 금속시트(1)의 양측면중 하나 이상의 측면의 파형 마루(9, 10)상에 있는 상기 마이크로구조물(6, 7)을 편평하게 가압하는 단계를 더 포함하는, 금속시트 제조방법.