KR100589617B1

KR100589617B1 - 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널

Info

Publication number: KR100589617B1
Application number: KR1020040025843A
Authority: KR
Inventors: 양동열; 정창균; 윤석준
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2006-06-19
Also published as: KR20050100764A

Abstract

본 발명은 자동차, 선박, 항공, 전자제품, 기타 제품에 고기능성 경량 재료로 사용이 가능한 샌드위치 패널에 관한 것으로서, 본 발명의 가변형 샌드위치 패널(200)은 3가닥의 와이어(211, 212, 213)를 직조하여 구성한 그물망(210)과, 그물망의 상하면에 각각 접합되어 내부에 3차원 공간구조를 갖도록 하는 한 쌍의 외측판(220, 230)을 포함한다. 본 발명은 와이어를 직조하여 구성한 그물망이 중간층을 구성하도록 양 표면에 외측판을 접합하여 구성함으로 경량성과 우수한 기계적 성질을 만족하면서도 일반 금속판과 같이 가변성을 갖는다.

Description

와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널{Variable sandwich panel using metal wire}

도 1은 종래기술에 따른 샌드위치 패널의 구성관계를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널의 구성관계를 도시한 단면도이며,

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 샌드위치 패널의 중간층을 구성하는 그물망의 직조형태를 도시한 평면도 및 측면도이고,

도 3c는 도 3a에 도시된 그물망의 교차점을 확대하여 도시한 확대도이며,

도 3d는 도 3a에 도시된 그물망의 직조형태를 구체적으로 도시한 상세도이고,

도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널의 다양한 형태를 도시한 단면도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

200 : 샌드위치 패널 210 : 그물망

211, 212, 213 : 와이어 220, 230 : 외측판

본 발명은 샌드위치 패널에 관한 것이며, 특히, 와이어를 직조하여 구성한 그물망이 중간층을 구성하도록 양 표면에 외측판을 접합하여 구성한 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널에 관한 것이다.

종래의 샌드위치 패널은 합성수지 복합재료, 폼 또는 금속, 비금속을 이용하여 3차원 형상의 내부구조를 갖도록 구성된다. 이러한 샌드위치 패널은 수 센티미터 정도의 비교적 두꺼운 형태로 제작되어 가변이 불필요한 구조재나 건축물의 외벽 등에 사용되고 있다.

그러나 종래의 샌드위치 패널은 비강성, 흡음성, 내충격성 등의 기계적 성질이 매우 우수함에도 불구하고, 프레스 가공 등과 같은 기계적 성형이 불가능하기 때문에 정해진 목적의 특수한 형상에 대한 제작만이 가능하다. 따라서 종래의 샌드위치 패널은 일반 목적의 패널로서의 대량생산이 불가능하고 고가이며 활용도가 떨어지는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제2001-0081471호에는 샌드위치 패널에 대해 기술되어 있다. 도 1은 상기 공개특허공보에 공개된 샌드위치 패널의 구성관계를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 샌드위치 패널(100)은 위사와 경사로 직조된 직물로 양 표면을 구성하는 한 쌍의 2차원 직물층(110)과, 수직으로 직조되어 한 쌍의 2차원 직물층(110)을 서로 연결하는 3차원 직물 구조체(120), 및 이 3차원 직물 구조체(120)에 의해 형성되는 내측 공간층(130) 내에 함침되어 경화되는 고분자 수지로 구성된다.

그러나 상기 종래기술은 3차원 직물 구조체(120) 내에 고분자 수지가 함침되어 경화되기 때문에 가변이 불가능하다. 따라서 종래의 샌드위치 패널(100)은 그 적용범위가 한정되는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 와이어를 직조하여 구성한 그물망이 중간층을 구성하도록 양 표면에 외측판을 접합하여 구성함으로써 경량성과 우수한 기계적 성질을 만족하면서도 일반 금속판과 같이 가변 가능한 샌드위치 패널을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널은 여러 가닥의 와이어를 직조하여 구성한 그물망과, 상기 그물망의 상하면에 각각 접합되어 내부에 3차원 공간구조를 갖도록 하는 한 쌍의 외측판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널의 구성관계를 도시한 단면도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 샌드위치 패널의 중간층을 구성하는 그물망의 직조형태를 도시한 평면도 및 측면도이다. 그리고 도 3c는 도 3a에 도시된 그물망의 교차점을 확대하여 도시한 확대도이고, 도 3d는 도 3a에 도시된 그물망의 직조형태를 구체적으로 도시한 상세도이다.

도 2 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널(200)은 와이어를 직조하여 구성한 그물망(210)과, 이 그물망(210)의 상하면에 접합되는 한 쌍의 외측판(220, 230)으로 구성된다.

본 발명의 그물망(210)은 적절한 두께를 갖는 3가닥의 와이어(211, 212, 213)를 직조하여 구성한 것으로서, 각 교차점에서 3가닥의 와이어가 3중으로 직조되는 형태를 갖는다. 이 때, 3가닥의 와이어(211, 212, 213)는 일정각을 갖고 서로 간에 직조된다. 또한, 3가닥의 와이어(211, 212, 213)는 근접하는 교차점마다 그 교차위치가 달라지는 형태, 즉 교차점에서의 상, 중, 하의 위치가 달라지도록 서로 간에 엇갈리는 형태로 직조된다. 이 때, 그물망(210)은 근접하는 교차점을 서로 연결할 경우 삼각형 형태, 바람직하기로는 정삼각형 형태를 정방향과 역방향 형태를 규칙적으로 갖는다.

본 발명의 그물망(210)은 3가닥의 와이어(211, 212, 213)를 삼각형 형태로 규칙적으로 반복되게 직조함으로써 정규성(regularity)을 갖는 내부구조를 갖는다. 따라서 본 발명의 샌드위치 패널(200)은 상기와 같은 그물망(210)을 이용하여 제작함으로 적절한 등방성을 갖는다. 또한, 그물망(210)은 3가닥의 와이어(211, 212, 213)를 각 교차점에서 서로 간에 엇갈리게 직조함으로써 강한 강성을 갖는다.

그리고 그물망(210)은 와이어(211, 212, 213)의 굵기(φ)와 단위 내부구조의 공간을 이루는 삼각형의 한 변의 길이(L)에 따라 일정 크기의 내부공간을 가지는데, 샌드위치 판재(200) 내부의 전체 공간 대비 그물망(210)이 차지하는 공간의 비 를 공간점유율이라 정의하면, 본 발명의 샌드위치 판재(200)는 수%에서 수십%까지의 공간점유율을 가지므로 동일 두께 대비 판재와 비교하여 그 무게를 크게 줄일 수 있는 경량 재료이다. 또한, 그물망(210)은 직조된 3가닥의 와이어(211, 212, 213)가 변형 가능함으로 외력에 의한 가변성을 갖는다.

본 발명의 샌드위치 패널(200)은 공간점유율과 무게에 따라 그 물리적, 기계적 특성이 변화한다. 따라서 설계자는 그 사용목적에 따라 와이어(211, 212, 213)의 굵기(φ)와 직조된 삼각형의 한 변의 길이(L)를 조절하여 원하는 특성을 갖는 샌드위치 패널을 만들 수 있다(도 3a 참조).

또한, 그물망(210)은 3가닥의 와이어(211, 212, 213)를 교차점에 따라 다른 형태(상, 중, 하)로 서로 간에 엇갈리며 직조함으로써 3차원 구조를 갖는다. 이 때, 그물망(210)은 도 3d와 같이 3가닥의 와이어(211, 212, 213)가 교차점(A)에서 서로 직조되고, 또한 인접 교차점(B, C)에서 서로 다른 배열형태로 직조된다. 따라서 3가닥의 와이어(211, 212, 213)는 평면에 대한 일정 경사각(θ)을 갖는다. 이렇듯, 그물망(210)은 와이어(211, 212, 213)의 직조 밀도에 따라 평면에 대한 적절한 경사각(θ)을 가지는데, 이 경사각(θ)은 와이어(211, 212, 213)의 직조시에 선정되는 값으로서, 본 발명의 샌드위치 패널(200)의 가변성을 좌우하는 중요한 인자가 된다. 따라서 이 경사각(θ)을 조절함으로써 요구에 부합하는 가변성을 갖는 샌드위치 패널(200)을 제작할 수 있다. 일반적으로 경사각(θ)이 작을수록 가변성은 감소하지만 강도는 증가한다(도 3b, 도 3c 참조).

위에서는 본 발명의 그물망(210)을 구성함에 있어서 3가닥의 와이어(211, 212, 213)를 직조하여 구성한 일예에 대해 설명하였으나, 본 발명의 그물망(210)은 적절한 두께를 갖는 4가닥 이상의 와이어를 직조하여 구성할 수도 있다.

본 발명의 샌드위치 패널(200)은 그물망(210)의 상하면에 한 쌍의 외측판(220, 230)을 접합함으로써 완성된다. 여기서, 외측판(220, 230)은 그물망(210)에 대응하는 크기를 가지며 일정 두께를 갖는 평판으로서, 그물망(210)과 동일한 동일재료 또는 필요에 따라 이종재료가 사용된다. 즉, 외측판(220, 230)의 재료로는 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 구리 등의 판재 형태이면 모두 이용할 수 있는데, 용접성 등을 고려하여 그물망(210)과 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하지만, 접합성을 해치지 않는 한 특수목적의 재료나 이종재료를 사용하여도 무방하다.

상기 그물망(210)과 외측판(220, 230)간의 접합부위는 3가닥의 와이어(211, 212, 213)의 교차점에 해당하여 외측판(220, 230)과 작은 면적으로 면접촉하기 때문에 롤을 이용한 프로젝션 용접을 이용하여 용접 접합하는 것이 바람직하다. 그러나 접합방식은 재료의 특성과 두께, 그물망(210)의 특성에 따라 다양하게 선택될 수 있는데, 브레이징, 프로젝션 용접, 액상소결 결합 또는 저항용접 등으로 접합할 수도 있다. 예를 들어, 외측판(220, 230)이 그물망(210)에 비해 비교적 두꺼울 때에는 브레이징을 이용한 접합이 유리하다. 또한, 외측판(220, 230)과 그물망(210)을 서로 접합함에 있어, 그물망(210)을 구성하는 3가닥의 와이어(211, 212, 213)간의 접합 또한 가능하게 하기 위해서는 액상소결 결합 또는 저항용접을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 액상소결 접합(Transient Liquid Phase Bonding)은 브레이징 의 일종으로서, 재료에 일정온도 이상의 열을 가하여 표면에서 재료를 일부 액상화(Liquid Phase) 시켜 특별한 촉매와 함께 반응시켜 접합하는 기술이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 샌드위치 패널(200)은 3가닥의 와이어(211, 212, 213)로 직조된 그물망(210)을 그 중간층으로 구성함으로써, 중간층이 갖는 3차원 공간구조로 인해 재료의 무게를 줄일 수 있어 경량화가 가능하다. 또한, 본 발명의 샌드위치 패널(200)은 3가닥의 와이어(211, 212, 213)로 직조된 그물망(210)의 강성으로 인해 강한 비강성을 갖는다.

또한, 본 발명의 샌드위치 패널(200)은 그물망(210)의 공간점유율, 및 기하학적 관계를 조절함으로써 기계적 성질을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 그물망(210)을 구성하는 와이어(211, 212, 213)가 변형 가능하므로 충분한 가변성을 갖는다.

또한, 본 발명의 샌드위치 패널(200)은 기계가공을 통해 성형 가능하므로 일반 금속판재를 사용하는 자동차, 선박, 항공, 전자제품, 기타 제품에 고기능성 경량 재료로 사용이 가능하다.

도 2, 도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널의 다양한 형태를 도시한 단면도이다. 도 2는 가장 일반적인 샌드위치 패널의 형태를 나타낸 것으로서, 샌드위치 패널의 전체 두께가 3mm 이하 또는 1mm 이하가 되도록 제작된다. 이 때, 외측판의 두께는 제작될 샌드위치 패널의 용도에 따라 조절될 수 있으며 일반적으로 적절한 비강성과 가변성을 고려하여 그물망 두께의 40% 정도로 하는 것이 적절하다.

샌드위치 패널은 성형 판재를 대체할 목적으로 발명되었기 때문에 기본적으로 3mm 이내의 두께를 갖는다. 따라서 수cm의 두께를 요구하는 건설 또는 기타 패널의 경우에는 도 4a 내지 도 4f와 같은 다양한 형태로 중첩하여 사용하면 된다. 도 4a 내지 도 4c는 2중으로 중첩된 샌드위치 패널을 나타낸 것으로서, 도 4a는 동일 두께의 외측판으로 구성한 샌드위치 패널을 나타낸 것이고, 도 4b 및 도 4c는 한 쪽의 외측판을 두꺼운 판으로 구성한 샌드위치 패널을 나타낸 것이다. 따라서 도 4b 및 도 4c의 샌드위치 패널은 그 양면에 적용되는 환경이나 하중형태가 서로 다를 때 적용하기에 적합한 형상이다. 그리고 도 4d는 그물망을 2중으로 적층하여 구성한 샌드위치 패널을 나타낸 것으로서, 경량재료가 요구되는 용도로 사용하기에 적합한 구조이다.

도 4e는 3중으로 중첩하되 동일 두께의 외측판으로 구성한 샌드위치 패널을 나타낸 것이고, 도 4f는 그물망을 3중으로 적층하여 구성한 샌드위치 패널을 나타낸 것이다. 따라서 본 발명의 샌드위치 패널은 사용 목적에 따라 3중 이상의 중첩형태 또는 3중 이상의 그물망 적층도 가능하다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 샌드위치 패널은 와이어를 직조하여 구성한 그물망이 중간층을 구성하도록 양 표면에 외측판을 접합하여 구성함으로 경량성과 우수한 기계적 성질을 만족하면서도 일반 금속판과 같이 가변성을 갖는다.

또한, 본 발명의 샌드위치 패널은 그물망을 구성하는 와이어의 가격이 매우 저렴하고, 기존의 그물망의 직조기술을 통해 본 발명에 사용되는 그물망의 대량생산이 가능하므로 매우 저렴한 가격 경쟁력을 갖는다.

또한, 본 발명의 샌드위치 패널은 롤을 이용한 프로젝션 용접 또는 자동화된 접합공정을 통해 그물망과 외측판을 서로 접합함으로 대량생산이 가능하다.

이상에서 본 발명의 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

삭제
삭제
와이어를 배열하여 구성한 그물망과, 상기 그물망의 상하면에 각각 접합되어 내부에 3차원 공간구조를 갖도록 하는 한 쌍의 외측판을 포함하는 샌드위치 패널에 있어서,

상기 그물망은 3가닥의 와이어를 직조하여 구성하되, 상기 3가닥의 와이어가 각 교차점에서 3중으로 직조되는 형태를 갖도록 구성하고,

상기 3가닥의 와이어는 근접하는 교차점에서의 상, 중, 하의 위치가 달라지도록 서로 간에 엇갈리는 형태로 직조하되, 상기 교차점들을 서로 연결할 경우 정방향 및 역방향 삼각형이 규칙적으로 배열되도록 직조한 것을 특징으로 하는 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널.
제3항에 있어서, 상기 삼각형은 정삼각형인 것을 특징으로 하는 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 그물망과 상기 한 쌍의 외측판은 브레이징, 프로젝션 용접, 액상소결 결합 또는 저항용접에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 그물망과 상기 한 쌍의 외측판은 다층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널.
제6항에 있어서, 상기 한 쌍의 외측판 중 어느 한 쪽의 외측판은 크기가 다른 것을 특징으로 하는 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 한 쌍의 외측판 내에 상기 그물망이 다중으로 적층되는 것을 특징으로 하는 와이어를 이용한 가변형 샌드위치 패널.