KR100519943B1 - 하니컴 코아, 하니컴 코아용 금형 및 하니콤 코아 제조방법 - Google Patents

하니컴 코아, 하니컴 코아용 금형 및 하니콤 코아 제조방법 Download PDF

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Abstract

포밍(forming)시 안티클래스틱 곡선(anticlastic curvature)이 발생하지 않은 하니컴 코아 및 상기 하니컴 코아용 금형 그리고 상기 하니콤 코아 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 하니컴 코아는 별형상(

Description

하니컴 코아, 하니컴 코아용 금형 및 하니콤 코아 제조방법{HONEYCOMB CORE , MOLD FOR HONEYCOMB CORE AND MANUFACTURING METHOD OF HONEYCOMB CORE}
본 발명은 하니컴 코아에 관한 것이다. 보다 상세하게는 포밍(forming)시 안티클래스틱 곡선(anticlastic curvature)이 발생하지 않은 하니컴 코아 및 하니컴 코아용 금형 및 상기 하니컴 코아 제조방법에 관한 것이다.
하니컴 코아는 중량감소 및 강성증가를 위해 주로 사용된다. 하니컴 코아는 원하는 특성에 따라 여러가지 형태의 단면을 가진 셀의 집합 구조물을 말하나, 통상적으로는 도1에 도시된 형태의 가장 안정적이고 경제적이며 가벼우면서도 고강도를 발휘하는 육각셀 하니컴코아가 가장 많이 이용된다.
이러한 육각셀 하니컴 코아의 제조방법에는 익스펜션(expansion) 제조방법, 커러게이션(corrugation) 제조방법, 몰딩 또는 압출등을 들 수 있다. 도2는 익스펜션 제조방법을 도시하고 있는데 이를 참고하면, 소정크기의 시트(10)의 소정부에 접착제(11)를 도포하여 다수개의 시트의 접착제(11)가 도포된 부분이 지그제그로 위치토록 적층한 후 적층된 시트를 일정한 크기로 인장하면, 접착제(11)가 도포된 부분은 시트(10)끼리 부착되고, 접착제(11)가 도포되지 않은 부분은 시트와 시트가 이격되어 벌집모양의 하니컴코아가 형성되며, 상기 코아의 상하측에 표재(미도시)를 부착함으로써 하니컴 판넬이 완성된다. 한편, 도3은 커러게이션 제조방법을 도시하고 있는데 이를 참고하면, 커러게이션 롤(20) 사이로 시트(21)를 통과시켜, 시트(21)에 커러게이션을 형성한 후, 상기 시트(21)를 적층하여 접촉부분에 접착제를 도포하면 하니컴코아가 형성되며, 상기 코아의 상하측에 표재를 부착하여 하니컴 판넬이 완성된다. 몰딩 및 압출에 의한 하니컴체 제조방법은 하니컴 코아를 직접 몰딩 또는 압출에 의해 제조한 후, 표재의 부착에 의해 하니컴체가 제조된다.
한편, 이렇게 제조된 하니컴코아는 포밍(벤딩등을 통한 다양한 형상창출)시 도 4에 도시된 안티클래스틱 곡선을 발생시킨다. 육각셀 하니컴 코아의 경우 셀의상,하면은 다른 셀의 면에 접착되어 있다. 따라서 도4와 같이 코아의 일측을 벤딩할 때, 상기 일측에 가해진 벤딩력은 셀 각각의 접착면에 순차적으로 전위되어 타측까지 영향을 미치게 된다. 이때 타측에 위치한 셀의 각변은 하나의 직선으로 구성되므로, 전위된 벤딩력을 수용할 인장여유가 없게 된다. 결국 타측부위는 벤딩력이 가해진 방향의 역방향으로 반발되게 되며, 면이 방향을 달리하여 굽혀지는 안티클래스틱 곡선 현상을 발생시키게 된다.
이와 같이 안티클래스틱 곡선은 기계적 힘을 빌려 방지할 수 있다. 미국특허 제6,272,897호는 strectch wrap machine을 이용하며, 미국특허 제6,372,322호는 stamping 방법과 유사한 방법을 이용하여 안티클래스틱 곡선이 형성되는 것을 강제적으로 억제시키는 방안을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방안들에 의하면, 벤딩부에 잔류응력을 생겨 내구성이나 에너지 흡수력 등 기계적 특성을 나쁘게 한다. 또한 벤딩부에는 주름이 형성되거나, 스프링 백 현상이 일어나거나 크랙 및 파단등이 일어난다.
한편, 안티클래스틱 곡선은 도 5에 도시된 플렉스셀 코아를 제작함으로써 방지할 수 있다. 플렉스셀 코아는 셀의 각 변이 물결형상(Z)을 이루고 있다. 플렉스셀 코아는, 도1에 도시된 셀 각변이 하나의 직선으로 구성된 육각셀 코아와는 달리, 물결형상(Z)의 셀 모양상 전위된 벤딩력을 수용할 만큼의 인장여유가 있기 때문에 안티클래스틱 곡선은 생기지 않게 된다. 그러나, 플렉스 코아는 셀 변에 물결형상(Z)을 구비해야 하므로, 육각 하니컴 코아보다 가격이 2 내지 5배 정도 비싸 실용성이 떨어진다.
한편 육각셀 코아든 플렉스셀 코아든, 각 셀의 상하변은 인접셀의 상하변에 접착되기 때문에 그 인접면에 대해 두께가 2배가 된다(접착면 중복현상). 따라서 강성이 불균일해지고 두께가 상대적으로 얇은 인접면으로 응력이 집중되는 현상이 일어나며, 접착면 전체에 접착제를 도포해야 하므로 접착제 소모량이 많다
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 포밍시 안티클래스틱 곡선을 유발하지 않은 하니컴코아 및 상기 하니컴코아용 금형그리고 상기 하니컴 코아의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 별()형상의 성(星)형셀이 배치되고, 상기 성형셀 외주부에는 6개의 육각셀이 배치되고, 상기 육각셀의 외주부에는 다시 성형셀이 배치되는 격자구조의 하니컴 코아를 제공함으로써 달성된다.
또한 연속된 형상의 단면을 지닌 제1시트와 연속된 형상의 단면을 지닌 제2시트를 순차적으로 적층한 후, 상기 제1시트와 제2시트의 접촉부를 접착함으로써 제조되는 하니컴 코아를 제공함으로써 달성된다.
또한 상기 목적은, 별()형상의 성(星)형셀판이 배치되고, 상기 성형셀판 외주부에는 6개의 육각셀판이 배치되고, 상기 육각셀판의 외주부에는 다시 성형셀이 배치되는 격자구조로, 상기 성형셀판과 육각셀판의 사이의 공간에는 본 발명에 따른 하니컴 코아 형상의 블랭크가 형성되는 하니컴 코아용 금형을 제공함으로써 달성된다.
또한 본 발명의 목적은 상기 제1시트와 제2시트를 제조하기 위한, 연속된 형상의 성형면을 지닌 상형틀과 상기 상형틀과 대응되는 성형면을 지닌 하형틀로 구성되는 하니컴 코아용 금형을 제공함으로써 달성된다.
또한 본 발명의 목적은 연속된 형상의 단면을 지닌 제1시트와 연속된 형상의 단면을 지닌 제2시트를 마련하는 단계와; 상기 마련된 제1시트와 제2시트를 순차적으로 적층하는 단계와; 상기 적층된 제1시트와 제2시트의 접촉부를 접착하는 단계를 포함하여 구성되어, 별형상()의 성형셀이 배치되고 상기 성형셀 외주부에는 6개의 육각셀이 배치되고, 상기 육각셀의 외주부에는 다시 성형셀이 배치되는 격자구조의 하니컴 코아 제조방법을 제공함으로써 달성된다.
이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 하니컴 코아는 안티클래스틱 곡선이 발생하지 않아 포밍이 용이하며, 셀의 단면형태는 가장 안정적이고 고강도인 육각셀(A)과 성(星)형셀(B)을 구비한 하니컴 코아로, 제1시트(101)와 제2시트(102)를 순차적으로 적층함으로써 제조될 수 있다.
도6에 도시된 바와 같이, 제1시트(101)는 연속된 형상의 단면으로 마련되고, 제2시트(102)는 연속된 형상의 단면으로 마련된다. 여기서, 제2시트(102)는 제1시트를 역전시켜 놓은 형상으로써, 편의를 위해 본 명세서에는 제2시트(102)라 칭하기로 한다.
한편, 상기 시트는 알루미늄, 스테인레스, 구리등 건축 내, 외장재나 항공기, 자동차등에서 통상적으로 사용되는 재질일 수 있으며, 종이, 나무 또는 플라스틱이어도 무방하다.
제1시트(101)와 제2시트(102)는 도7에 도시된 것처럼 순차적으로 적층되며,제1시트(101)와 제2시트(102)의 접촉부위는 재질이나 용도에 따라 에폭시등의 접착제나 레이저 용접, 스폿 용접 또는 마찰용접등으로 접합된다.
이와 같이 제조된 하니컴 코아는 도8에 도시된 바와 같이, 별형상()의 성형셀(B)이 배치되고, 성형셀 외주부에는 6개의 육각셀(A)이 배치되고, 상기 육각셀(A)의 외주부에는 다시 성형셀(B)이 배치되는 형식의 코아로 마련된다.
이 때, 성형셀(B)과 육각셀(A)의 접착점은 단면상으로 한점으로 표현되며(도 7참조), 사시상으로는 선으로 표현된다(도 8참조). 또한, 성형셀(B)의 외부꼭지점과 상기 외부꼭지점에 인접하는 외부꼭지점 사이의 변(이하, '내변'이라 함: Z`)은 하나의 직선이 아닌 두개의 직선으로 구성된다.
이러한 형상을 지닌 본 발명에 따른 하니컴 코아는 도 9에 도시된 바와 같이 포밍시 안티클래스틱 곡선을 유발시키지 않게 된다.
이를 상세히 설명하면, 도1에 도시된 종래의 육각셀 코아는 육각셀로만 이루어져 있기 때문에 셀과 셀 접착부는 단면상으로 선, 사시상으로는 면으로 표현되며, 셀의 각변은 하나의 직선으로 구성된다. 따라서, 어느 한셀에 작용하는 힘은 인접셀과의 접촉면을 통해 순차적으로 타셀로 전위되어 코아전체에 영향을 미치게 되며, 하나의 직선으로 구성된 변을 가진 셀은 전위된 힘을 수용할 인장여유가 없게 된다. 따라서 포밍시 도4와 같은 안티클래스틱 곡선을 발생시키게 된다.
그러나, 본 발명에 따른 코아는 성형셀(B)과 육각셀(A)의 접착부가 단면상으로는 점, 사시상으로는 선으로 표현되므로(선접착) 어느 한 셀에 작용하는 힘이 인접셀에 전위되기가 종래의 육각셀보다 어렵고, 성형셀(B)의 내변(Z`)은 2개의 직선으로 구성되므로, 도5에 도시된 플렉스셀 코아처럼 전위된 힘을 수용할 수 있는 인장여유가 생겨, 안티클래스틱 곡선은 발생되지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 코아를 포밍할 경우에는 안티클래스틱 곡선을 강제적으로 방지하기 위한 별도의 기계적 힘을 요구하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 코아는, 면접착하는 종래의 육각셀 코아나 플렉스셀 코아와는 달리 선접착하기 때문에, 접착면 중복현상이 생기지 않는다. 따라서, 셀 전체적으로 강성이 균일해지며, 응력집중이 방지된다. 또한 접착부위의 감소로 접착제가 절약되며, 용접접착의 경우에는 용접이 용이해진다는 효과가 있다.
이처럼, 본 발명은 코아 시트 접착에 있어, 종래의 면접착에서 선접착을 채용한 새로운 방식의 시도로서, 성형셀 형상 변경을 통한 선접착을 이루는 다양한 하니컴 코아 역시 본 발명의 사상범위에 속함은 당업자에게 자명하다.
본 발명에 따른 시트(101, 102)는 도10에 도시된 금형을 이용한 압출, 인발, 압출 등 통상의 공지된 공정을 통해 제조된다.
도10은 본 발명에 따른 시트(101, 102)를 제조하기 위한 상형틀(111)과 하형틀(112)을 도시하고 있다. 상형틀(111)은 연속된 형상의 성형면을 지니고, 하형틀(112)은 상기 상형틀(111)에 대응하는 형상의 성형면을 지니고 있다. 따라서, 셀을 만들고자 하는 시트를 상기 상하금형을 통해 압연, 인발 또는 압출등을 하게 되면, 본 발명에 따른 제1시트(101) 및 제2시트(102)가 제조된다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 셀을 만들고자 하는 시트가 강성이 높은 재질인 경우에는 복수개로 배치된 상하금형을 통해 제조될 수 있다. 이때 각 금형의 형상은 단계별로 시트 단면 형상이 달라지도록 하며, 최종 금형은 시트 단면의 변형에 대한 복원을 고려하여 최종 시트 단면 형상 보다 좀 더 포밍을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 그러나 강성이 낮아 변형이 쉬운 재질의 경우에는 도10에 도시된 것 같이 하나의 금형만을 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예로 제1시트와 제2시트를 순차적으로 적층한 후, 접촉부위에 접착제를 도포하거나 용접하여 제작되는 하니컴 코아에 대해 지금까지 서술하였으나, 본 발명에 따른 하니콤 코아는 별형상의 성형셀이 배치되고, 상기 성형셀 외주부에는 6개의 육각셀이 배치되고, 상기 육각셀의 외주부에는 다시 성형셀이 배치되는 격자구조의 하니컴 코아로서 일체로 제조될 수 있다.
그 하나의 예시로, 도 12에 도시된 바와 같은 금형을 사용하여, 본 발명에 따른 하니컴 코아를 일체로 제작할 수 있다. 상기 실시예의 금형은 성(星)형셀판(B`)이 배치되고, 상기 성형셀판(B`) 외주부에는 6개의 육각셀판(A`)이 배치되고, 상기 육각셀판(A`)의 외주부에는 다시 성형셀(B`)이 배치되는 격자구조로, 상기 성형셀판(B`)과 육각셀판(A`)의 사이의 공간에는 본 발명에 따른 하니컴 코아 형상의 블랭크(C)가 형성되어, 본 발명에 따른 하니콤 코아를 일체로 형성할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 하니컴 코아를 이용한 하니컴 판넬을 개시하고자 한다.
도13을 참고하면, 본 발명에 따른 하니컴코아의 상 하측에는 접착제(150)와 표재(160)가 각각 병렬배치하여, 이들을 압착한 후 접착제(150)를 큐어링(curing)하면 평판형 하니컴 판넬이 완성된다. 또한 도14에 도시된 바와 같이, 원하는 형상을 지닌 형틀(200)을 마련하면, 상기 형틀(200)의 형상에 대응하는 하니컴 판넬을 제작할 수 있다. 본 발명에 따른 하니컴 코아는 포밍시 안티클래스틱 곡선이 발생하지 않기 때문에, 상기 형틀은 다양한 형상을 창출하는데 있어 형틀에 불과할 뿐 안티클래스틱 곡선을 방지하는 역할을 수행하지는 않는다.
또한, 본 발명에 따른 하니컴 판넬은 접착제를 사용하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 하니컴 코아와 표재(160)가 용접에 접합한 재료일 경우에는 마찰용접, 레이저 또는 스폿 용접을 행함으로써 하니컴 판넬이 완성된다. 접착제가 열화될 수 있는 고온(80도 이상)영역이나 접작제의 낮은 허용전단응력상 큰 강도가 요구되는 구조물에서는 본 실시예가 아주 유용하다.
한편, 본 발명에 따른 하니컴 판넬을 수회 반복하여 적층함으로써 다수의 코아와 접착제 및/또는 표재가 적층된 필요한 두께를 가지는 다층 하니컴 판넬 제작도 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 포밍시 안티클래스틱 곡선이 생기지 않기 때문에 포밍이 용이하며 스프링 백 영향이 거의 없으며 잔류 응력이 생기지 않는다. 또한 안티클래스틱 곡선을 강제적으로 방지하기 위한 기구가 필요하지 때문에 경제적이다. 또한, 선접착을 통한 접착면 중복현상을 제거하였기 때문에 단위면적당 무게감소가 이루어져 하니컴 판넬의 기본성능인 경량성을 극대화 할 수 있으며, 접착제를 절약할 수 있고, 코아가 구조물로서 균일한 성능을 가지는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 하니콤 판넬에 의하면, 저온환경에서는 접착제방식을, 고온환경에서는 용접방식을 사용하도록 하여, 이용가능한 산업분야를 확대시킨 효과가 있다. 하니컴 판넬을 수회 반복하여 적층함으로써 다수의 코아와 접착제 및/또는 표재가 적층된 필요한 두께를 가지는 다층 하니컴 판넬 제작도 가능하여 고 강성 및 고 충격흡수력이 요구되는 물성을 충촉시키는 효과가 있다.
도1은 일반적인 육각셀 하니컴 코아의 사시도.
도2는 육각셀 하니컴 코아의 제조에 이용되는 종래의 익스펜션 제조방법.
도3은 육각셀 하니컴 코아의 제조에 이용되는 종래의 커러게이션 제조방법.
도4는 육각셀 하니컴 코아를 포밍하였을 때 안티클래스틱 곡선이 형성되는 것을 보여주는 사진.
도5는 플렉스셀 하니컴 코아의 사시도.
도6은 본 발명에 따른 하니컴 코아 제조를 위한 제1시트 및 제2시트의 단면도.
도7은 도6에 따른 제1시트 및 제2시트를 순차적으로 적층하여 제조된 본 발명에 따른 하니컴 코아의 단면도.
도8은 본 발명에 따른 하니컴 코아의 사시도.
도9는 본 발명에 따른 하니컴 코아를 포밍하였을 때 안티클래스틱 곡선이 발생되지 않는 것을 보여주는 사진.
도10 및 도12은 본 발명에 따른 하니컴 코아를 제조하기 위한 금형의 사시도.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 하니컴 코아를 이용한 하니컴 판넬의 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
101:제1시트 102:제2시트
111:제1상형틀 112:제1하형틀
150:필림형 접착제 160:표재
A:성형셀 B:육각셀
A`:성형셀판 B':육각셀판

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 연속된 형상의 단면을 지닌 제1시트와 연속된 형상의 단면을 지닌 제2시트를 순차적으로 적층한 후 상기 제1시트와 제2시트의 접촉부를 접착함으로써, 별형상()의 성형셀이 배치되고 상기 성형셀 외주부에는 6개의 육각셀이 배치되고, 상기 육각셀의 외주부에는 다시 성형셀이 배치되는 격자구조의 하니컴 코아.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1시트와 제2시트의 접촉부는 접착제에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 하니컴 코아.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1시트와 제2시트의 접촉부는 용접에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 하니컴 코아.
  5. 별()형상의 성(星)형셀판이 배치되고, 상기 성형셀판 외주부에는 6개의 육각셀판이 배치되고, 상기 육각셀판의 외주부에는 다시 성형셀판이 배치되는 격자구조로, 상기 성형셀판과 육각셀판의 공간에는 격자구조의 하니컴 코아 형상의 블랭크가 형성되는 하니컴 코아용 금형.
  6. 연속된 형상의 단면을 지닌 제1시트와 연속된 형상의 단면을 지닌 제2시트를 제조하기 위한, 연속된 형상의 성형면을 지닌 상형틀과 상기 상형틀과 대응되는 성형면을 지닌 하형틀로 구성되는 하니콤 코아용 금형.
  7. 별형상()의 성형셀이 배치되고, 상기 성형셀 외주부에는 6개의 육각셀이 배치되고, 상기 육각셀의 외주부에는 다시 성형셀이 배치되는 격자구조의 하니컴 코아와;
    상기 하니컴코아의 상 하측에 마련된 표재를 포함하여 구성되며,
    상기 표재와 하니컴코아는 용접에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 하니컴 판넬.
  8. 별형상()의 성형셀이 배치되고, 상기 성형셀 외주부에는 6개의 육각셀이 배치되고, 상기 육각셀의 외주부에는 다시 성형셀이 배치되는 격자구조의 하니컴 코아와;
    상기 하니컴코아의 상 하측에 마련된 필름형 접착제와;
    상기 필름형 접착제의 상 하측에 마련된 표재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하니컴 판넬.
  9. 연속된 형상의 단면을 지닌 제1시트와 연속된 형상의 단면을 지닌 제2시트를 마련하는 단계와;
    상기 마련된 제1시트와 제2시트를 순차적으로 적층하는 단계와;
    상기 적층된 제1시트와 제2시트의 접촉부를 접착하는 단계를 포함하여 구성되어, 별형상()의 성형셀이 배치되고 상기 성형셀 외주부에는 6개의 육각셀이 배치되고, 상기 육각셀의 외주부에는 다시 성형셀이 배치되는 격자구조의 하니컴 코아 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1시트와 제2시트는 연속된 형상의 성형면을 지닌 상형틀과 상기 상형틀과 대응되는 성형면을 지닌 하형틀로 구성되는 하니콤 코아용 금형을 통해 마련되는 것을 특징으로 하는 하니콤 코아 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1시트와 제2시트의 접촉부는 접착제 또는 용접에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 하니컴 코아 제조방법.
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