KR100589619B1 - 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널의 제조방법 - Google Patents

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 익스펜디드 메탈(210)을 크림핑 가공한 요철 구조의 내부 구조재(220)와, 내부 구조재의 상하면에 각각 접합되어 내부에 3차원 공간구조를 갖도록 하는 한 쌍의 외측판(230, 240)을 포함한다. 본 발명은 익스펜디드 메탈을 크림핑 가공한 내부 구조재가 중간층을 구성하도록 양 표면에 외측판을 접합하여 구성함으로써 경량성과 우수한 기계적 성질을 만족하면서도 일반 금속판과 같이 가변성을 갖는다.

Description

익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널의 제조방법{Manufacturing method for variable sandwich panel using expanded metal}

도 1은 종래기술에 따른 샌드위치 패널의 구성관계를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널의 구성관계를 도시한 일부 절취 사시도이며,

도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 샌드위치 패널의 내부 구조재를 구성하는 익스펜디드 메탈을 각각 나타낸 사진과 세부 상세도이고,

도 4a 및 도 4b는 도 3a에 나타낸 익스펜디드 메탈을 크림핑 가공하여 요철 구조의 내부 구조재로 제작하는 성형원리를 도시한 개략도이며,

도 5는 도 2에 도시된 샌드위치 패널의 제조과정을 도시한 개략도이고,

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 가변형 샌드위치 패널의 다양한 형태를 도시한 단면도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

200 : 샌드위치 패널 210 : 익스펜디드 메탈

220 : 내부 구조재 230, 240 : 외측판

본 발명은 샌드위치 패널에 관한 것이며, 특히, 익스펜디드 메탈(expanded metal)을 크림핑(crimping) 가공한 내부 구조재가 중간층을 구성하도록 양 표면에 외측판을 접합하여 구성한 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널의 제조방법에 관한 것이기도 하다.

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 내부 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, 익스펜디드 메탈을 크림핑 가공한 내부 구조재가 중간층을 구성하도록 양 표면에 외측판을 접합하여 구성함으로써 경량성과 우수한 기계적 성질을 만족하면서도 일반 금속판과 같이 가변 가능한 샌드위치 패널 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 샌드위치 패널은 익스펜디드 메탈을 크림핑 가공한 요철 구조의 내부 구조재와, 상기 내부 구조재의 상하면에 각각 접합되어 내부에 3차원 공간구조를 갖도록 하는 한 쌍의 외측판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 샌드위치 패널의 제조방법은 외측면에 다수의 요철부가 연속적으로 형성된 상하 롤 금형의 사이에 익스펜디드 메탈을 투입하고 크림핑 가공하여 요철 구조의 내부 구조재를 제조하여 이송하는 단계와, 상기 이송되는 내부 구조재의 상하부면에 각각 위치하도록 한 쌍의 외측판을 각각 이송하는 단계, 및 상기 내부 구조재와 상기 한 쌍의 외측판을 서로 접합하여 내부에 3차원 공간구조를 갖는 패널을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널 및 그 제조방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널의 구성관계를 도시한 일부 절취 사시도이다. 그리고 도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 샌드위치 패널의 내부 구조재를 구성하는 익스펜디드 메탈을 각각 나타낸 사진과 세부 상세도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3a에 나타낸 익스펜디드 메탈을 크림핑 가공하여 요철 구조의 내부 구조재로 제작하는 성형원리를 도시한 개략도이다.

도 2 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널(200)은 익스펜디드 메탈(210)을 크림핑 가공한 요철 구조의 내부 구조재(220)와, 이 내부 구조재(220)의 상하면에 접합되는 한 쌍의 외측판(230, 240)으로 구성된다.

본 발명의 내부 구조재(220)는 익스펜디드 메탈(210)을 크림핑 가공하여 요철 구조를 갖도록 구성한 것이다. 여기에 사용되는 익스펜디드 메탈(210)은 도 3a에 나타낸 바와 같이 현재 상용화되어 토목, 건축, 산업설비, 공작기계, 선박, 화훼단지 및 자동차 설비 등에 널리 사용되는 것으로서, 적절한 두께를 갖는 금속 판재를 전단한 후 인장시켜 제작하기 때문에 재료의 손실이 거의 없고 대량생산이 용이하여 매우 높은 가격 경쟁력을 갖는다.

이러한 익스펜디드 메탈(210)은 도 3b에 도시된 바와 같이 단위 내부 구조가 마름모 형태로서, 이 단위 내부 구조가 규칙적으로 반복되는 정규성(regularity)을 갖는다. 이 때, 익스펜디드 메탈(210)의 단위 내부 구조를 구성하는 마름모의 대각선의 길이(SW, LW)는 본 발명의 샌드위치 패널(200)의 공간점유율과 무게를 결정하여 샌드위치 패널의 물리적, 기계적 특성을 변화시킨다. 여기서, SW는 마름모의 단목방향의 중심간 거리이고, LW는 마름모의 장목방향의 중심간 거리이다. 또한, 익스펜디드 메탈(210)의 두께(T)는 본 발명의 샌드위치 패널(200)의 공간점유율과 무게를 결정하여 샌드위치 패널의 물리적, 기계적 특성을 변화시킨다.

본 발명의 내부 구조재(220)는 상기와 같은 익스펜디드 메탈(210)을 크림핑 가공하여 요철 구조를 갖도록 구성한 것으로서, 도 4a에 도시된 바와 같이 마름모 형태에 대해 대각선 방향(221)으로 크림핑 가공한다. 이렇게 함으로써 도 4a의 우측에 나타낸 바와 같이 익스펜디드 메탈(210)이 요철 형상의 내부구조를 갖는 내부 구조재(220)로 제작된다. 이 때, 크림핑 가공기계로는 도 4b와 같은 크림핑이 가능하며, 익스펜디드 메탈(210)의 마름모 메쉬의 크기에 맞게 적절히 제작된 롤 금형(310, 320)을 이용할 수 있다. 따라서 본 발명의 내부 구조재(220)는 롤 금형(310, 320)을 통해 익스펜디드 메탈(210)을 쉽고, 또한 연속적인 요철 구조를 갖도록 대량생산이 가능하다. 이 때, 본 발명의 내부 구조재(220)는 롤 금형(310, 320)을 통해 크림핑 정도를 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 내부 구조재(220)는 익스펜디드 메탈(210)의 두께와, 단위 내부 구조를 구성하는 마름모의 대각선의 길이(SW, LW), 및 크림핑 정도를 조절함 으로써, 샌드위치 패널(200) 내부의 전체 공간 대비 내부 구조재(220)가 차지하는 공간의 비인 공간점유율을 조절할 수 있다. 즉, 본 발명의 샌드위치 패널(200)은 수%에서 수십%까지의 공간점유율을 가지므로 동일 두께 대비 판재와 비교하여 그 무게를 크게 줄일 수 있는 경량 재료이다. 또한, 본 발명의 내부 구조재(220)는 익스펜디드 메탈(210)을 크림핑 가공하여 파리미드 구조를 가지며, 그로 인해 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 익스펜디드 메탈(210)의 두께와, 단위 내부 구조를 구성하는 마름모의 대각선의 길이(SW, LW), 및 크림핑 정도를 조절함으로써, 원하는 특성을 갖는 샌드위치 패널을 만들 수 있다.

본 발명의 샌드위치 패널(200)은 내부 구조재(220)의 상하면에 한 쌍의 외측판(230, 240)을 접합함으로써 완성된다. 여기서, 외측판(230, 240)은 내부 구조재(220)에 대응하는 크기를 가지며 일정 두께를 갖는 평판으로서, 내부 구조재(220)와 동일한 동일재료 또는 필요에 따라 이종재료가 사용된다. 즉, 외측판(230, 240)의 재료로는 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 구리 등의 판재 형태이면 모두 이용할 수 있는데, 용접성 등을 고려하여 내부 구조재(220)와 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하지만, 접합성을 해치지 않는 한 특수목적의 재료나 이종재료를 사용하여도 무방하다.

상기 내부 구조재(220)와 외측판(230, 240)간의 접합부위는 내부 구조재(220)를 크림핑한 절곡부위에 해당하여 외측판(230, 240)과 작은 면적으로 면접촉하기 때문에 롤을 이용한 프로젝션 용접을 이용하여 용접 접합하는 것이 바람직하다. 그러나 접합방식은 재료의 특성과 두께, 내부 구조재(220)의 특성에 따라 다양하게 선택될 수 있는데, 브레이징, 프로젝션 용접, 액상소결 결합 또는 저항용접 등으로 접합할 수도 있다. 예를 들어, 외측판(230, 240)이 내부 구조재(220)에 비해 비교적 두꺼울 때에는 브레이징을 이용한 접합이 유리하다. 상기 액상소결 접합(Transient Liquid Phase Bonding)은 브레이징의 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 크림핑되어 요철 구조를 갖는 내부 구조재(220)를 그 중간층으로 구성함으로써, 중간층이 갖는 3차원 공간구조로 인해 재료의 무게를 줄일 수 있어 경량화가 가능하다. 또한, 본 발명의 샌드위치 패널(200)은 익스펜디드 메탈(210)을 크림핑 가공한 요철 구조의 내부 구조재(220)의 강성으로 인해 높은 비강성을 갖는다. 또한, 본 발명의 샌드위치 패널(200)은 계속적으로 동일한 반복형상을 가지므로 모든 방향에서 그 물리적 성질이 유사한 내부 구조재(220)를 이용함으로 적절한 등방성을 가진다.

또한, 본 발명의 샌드위치 패널(200)은 높은 비강성으로 인해 경량화가 요구되는 자동차, 선박, 항공, 전자제품, 기타 제품에 고기능성 경량 재료로 사용이 가능하다.

또한, 본 발명의 샌드위치 패널(200)은 내부 구조재(220)와 한 쌍의 외측판(230, 240)이 동일한 금속재료로 제작되기 때문에, 전자기파 차폐능력이 뛰 어나 각종 전자장치의 고 비강도 내충격성 하우징으로 활용가능하다.

도 5는 도 2에 도시된 샌드위치 패널의 제조과정을 도시한 개략도이다. 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 외측면에 다수의 요철부가 연속적으로 형성된 상하 롤 금형(310, 320)의 사이에 익스펜디드 메탈(210)을 투입한다. 이 때, 상하 롤 금형(310, 320)의 요철부는 익스펜디드 메탈(210)의 단위 내부 구조를 구성하는 마름모의 크기에 대응하도록 구성된다. 그러면, 상하 롤 금형(310, 320)에 의해 익스펜디드 메탈(210)이 마름모 형태의 대각선 방향으로 크림핑되어 요철 구조의 내부 구조재(220)가 연속적으로 생산된다. 이렇게 생산된 내부 구조재(220)는 이송장치(340)를 통해 연속적으로 이송된다. 이 때, 금속박판 롤(350, 360)은 내부 구조재(220)의 생산시에 한 쌍의 외측판(230, 240)을 연속적으로 각각 공급한다. 이 때, 한 쌍의 외측판(230, 240)은 내부 구조재(220)의 이송속도와 동일한 속도로 이송장치(370)를 통해 내부 구조재(220)의 상부면에 각각 위치하도록 이송된다. 이렇게 이송된 내부 구조재(220)와 한 쌍의 외측판(230, 240)은 롤 형태의 프로젝션 용접장치(380)에 의해 서로 접합되고, 접합된 패널은 표면처리장치와 같은 후처리장치(390)를 통해 최종 완성된다. 이런 과정을 통해 본 발명의 가변형 샌드위치 패널(200)이 완성된다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 가변형 샌드위치 패널의 다양한 형태를 도시한 단면도이다. 도 6a는 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 일반 적으로 적절한 비강성과 가변성을 고려하여 내측판 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 6b와 같이 2중 또는 다중으로 중첩하여 사용하면 된다. 또한, 본 발명의 샌드위치 패널은 필요에 따라 한 쪽의 외측판을 두꺼운 판으로 구성하거나, 한 쌍의 외측판 내에 2개 이상의 내부 구조재를 배치하여 구성할 수도 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 샌드위치 패널은 익스펜디드 메탈을 크림핑 가공한 내부 구조재가 중간층을 구성하도록 양 표면에 외측판을 접합하여 구성함으로써 경량성과 우수한 기계적 성질을 만족하면서도 일반 금속판과 같이 가변성을 갖는다.

또한, 본 발명의 샌드위치 패널은 내부 구조재를 구성하는 익스펜디드 메탈의 가격이 매우 저렴하고, 기존의 익스펜디드 메탈의 성형기술을 통해 본 발명에 사용되는 내부 구조재의 대량생산이 가능하므로 매우 저렴한 가격 경쟁력을 갖는다.

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

이상에서 본 발명의 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널 및 그 제조방법에 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 (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 샌드위치 패널의 제조방법에 있어서,

   외측면에 다수의 요철부가 연속적으로 형성된 상하 롤 금형의 사이에 익스펜디드 메탈(expanded metal)을 투입하여 크림핑(crimping) 가공함으로써 요철 구조의 내부 구조재를 제조하는 제1 단계와;

   상기 롤 금형의 후방에 위치한 제1 이송장치가 상기 요철 구조의 내부 구조재를 일정 속도로 이송시키면서, 상기 내부 구조재의 상하부면에 각각 위치하는 한 쌍의 외측판을 제2 이송장치가 상기 내부 구조재와 동일한 이송속도로 이송하는 제2 단계와;

   상기 내부 구조재와 상기 한 쌍의 외측판을 롤 형태의 프로젝션 용접장치로 상호 접합시킴으로써 3차원 공간구조를 갖는 패널로 제조하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 익스펜디드 메탈을 이용한 가변형 샌드위치 패널의 제조방법.
7. 삭제

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