KR101604619B1 - 적층형 진동 감쇠 구조체 - Google Patents

Abstract

복합재료 및 금속 적층형 구조체에 있어서, 강성을 유지하면서, 금속/복합재료와 감쇠층 간의 압착력, 즉 층간 내부 수직압력을 최대화할 수 있도록 하여, 강성의 감소를 최소화하면서 감쇠효과를 극대화할 수 있는 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 진동 감쇠 구조체는, 경화 처리된 복합재료 및 금속 중 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고, 내부에 중공부가 형성되어 있으며, 중공부와 외부를 소통가능하게 하는 개방홈을 가지는 제1 레이어; 경화 처리된 복합재료 및 금속 중 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고, 제1 레이어의 중공부에 끼움 결합된 제2 레이어; 및 제1 레이어의 내면 및 제2 레이어의 외면 중 적어도 어느 한 면에 도포되어, 제2 레이어가 제1 레이어에 끼움 결합될 시 제1 레이어와 제2 레이어 사이에 압착되도록 구성되는 감쇠층; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

적층형 진동 감쇠 구조체{Multi-layered type metal composite body structure for damping vibration}

본 발명은 진동 감쇠를 위한 금속 및 복합재료의 적층형 구조체에 관한 것으로, 구체적으로는 강성을 유지하는 동시에 진동 감쇠 효과를 극대화할 수 있는 금속 및 복합재료의 적층 구조에 관한 것이다.

연료 전지 차량을 포함하여, 경량화, 강성 및 진동 감쇠 성능이 우수한 다양한 구조체에 대한 개발이 이루어지고 있다. 가벼운 복합재료 및 기존에 고강성 구조체로 사용되었던 금속을 서로 조합하거나 복합재료를 이용하여 다양한 구조체가 상용되고 있다.

특히 연료 전지 차량의 파워 트레인을 지지 및 보호하는 플레이트 등을 포함하는 구조체 등에서는, 구조체의 강성을 유지하면서 소음 또는 진동이 전달되는 것을 최대한 감쇠시키는 기능이 중요한 요소로 지적되고 있다.

이를 위해서, 일본 공개특허 2006-046474호 등에서는 복합재료 및 금속으로 이루어진 층 사이에 감쇠층으로서 건조 직물(Dry Fabric) 또는 점탄성 폴리머 등의 재질을 포함하는 층을 삽입하여, 진동 발생 시 마찰 및 전단 변형에 의한 에너지를 소비하도록 함으로써 진동을 감쇠하여 이를 통해 소음 역시 차단하는 기술을 제시하고 있다.

그러나 상기의 종래의 기술에서는, 감쇠층의 존재로 인하여 구조체의 강성이 저하되는 문제점이 지적되어 왔으며, 감쇠층과 구조체 간의 압착력 저하로 인하여, 감쇠효과가 매우 떨어지는 문제점이 지적되어 왔다. 또한 감쇠층과 금속/복합재료 적층 구조의 체결성을 위한 부가적인 구성으로 인하여 구조체의 형태가 제한되는 문제점이 지적되어 왔다.

이에 본 발명은, 강성을 유지하면서, 금속/복합재료와 감쇠층 간의 압착력, 즉 층간 내부 수직압력을 최대화할 수 있도록 하여, 강성의 감소를 최소화하면서 감쇠효과를 극대화할 수 있는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한 구조체를 다양한 형태로 제작할 수 있는 기술을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 진동 감쇠 구조체는, 경화 처리된 복합재료 및 금속 중 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고, 내부에 중공부가 형성되어 있으며, 상기 중공부와 외부를 소통가능하게 하는 개방홈을 가지는 제1 레이어; 상기 경화 처리된 복합재료 및 금속 중 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고, 상기 제1 레이어의 중공부에 끼움 결합된 제2 레이어; 및 상기 제1 레이어의 내면 및 상기 제2 레이어의 외면 중 적어도 어느 한 면에 도포되어, 상기 제2 레이어가 상기 제1 레이어에 끼움 결합될 시 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 압착되도록 구성되는 감쇠층; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 본 발명에 의하면, 제1 레이어가 형성하는 중공부에 제2 레이어가 억지 끼움 결합 방식으로 결합되기 때문에, 제1 레이어와 제2 레이어 사이에는 서로를 밀어내는 방향으로의 압력이 작용하게 된다. 이때 제1 레이어와 제2 레이어 사이에 감쇠층이 존재하기 때문에, 감쇠층에는 상기의 압력에 의하여 적층 방향으로의 수직 압력이 강하게 작용하게 된다. 이에 따라서, 감쇠층에 의한 진동 감쇠 효과가 기존의 기술에 비하여 크게 증가되는 효과가 있다.

한편, 중공부에 개방홈을 가지는 제1 레이어에 제2 레이어가 강하게 끼움 결합되기 때문에, 적층형 레이어 구조체의 강성 감소가 최소화될 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 주요한 기술적 특징에 의하면, 별도의 추가 구성 없이 레이어 구조의 한정 만으로 상기의 목적을 달성할 수 있는 구조체가 형성되기 때문에, 단순 플레이트뿐 아니라, 다양한 절곡형 및 곡선형 구조체도 형성할 수 있어, 다양한 형태의 구조체를 제작할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 진동 감쇠 구조체의 사시 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 구현을 위해 레이어들이 결합되는 형태를 도시한 사시 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 레이어 및 제2 레이어의 크기 및 형태의 예를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서 제1 레이어와 제2 레이어가 결합될 때의 감쇠층의 변화를 상세하게 도시한 단면도의 예.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제2 레이어의 실 구현예를 도시하기 위한 단면도.
도 6 내지 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 추가적인 결합 수단이 설치된 예를 설명하기 위한 단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 진동 감쇠 구조체에 대하여 설명하기로 한다.

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 진동 감쇠 구조체의 사시 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 진동 감쇠 구조체는, 제1 레이어(10), 제2 레이어(20) 및 감쇠층(30)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 제1 레이어(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 구조체의 외면에 해당하도록 적층되는 구성을 의미하며, 경화 처리된 복합재료 및 금속 중 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 내부에 중공부가 형성되어 있으며, 중공부와 외부를 소통가능하게 하는 개방홈이 도 1에 도시된 바와 같이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서 복합재료라 함은, 섬유(예를 들어 탄소섬유) 및 고분자 수지를 혼합 조성한 재료를 의미한다. 유는 예를 들어 일방향 섬유 형태 또는 직조되어 짜여진 형태인 것을 사용할 수 있으며, 고분자 수지는 열경화성 수지로서 에폭시 및 폴리에스터 등의 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않을 것이다.

본 발명에서 복합재료를 이용하여 적층형 구조체를 형성 시 각 레이어는 상기 언급한 바와 같이 이미 경화된 복합재료를 사용하게 된다.

한편 제2 레이어(20)는 경화 처리된 복합재료 및 금속 중 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 레이어(10)의 중공부에 끼움 결합, 바람직하게는 억지 끼움 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 기재된 바와 같이 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)는 경화 처리된 복합재료 및 금속 중 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되는데, 각 실시예 및 구조체의 사용 형태에 따라서 서로 같거나 다른 재질을 포함할 수 있다.

한편 감쇠층(30)은 제1 레이어(10)의 내면 및 제2 레이어(20)의 외면 중 적어도 어느 한 면에 도포됨으로서, 제2 레이어(20)가 제1 레이어(10)에 끼움 결합될 시 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20) 사이에 압착되면서 위치하도록 구성된다.

감쇠층(30)은 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)에 진동이 전달될 때, 진동을 마찰, 전단 변형 및 유체 운동을 통해 흡수하도록 형성되는 층을 의미한다. 감쇠층(30)은 예를 들어 건조 직물(Dry Fabric), 고무, 실리콘 등의 점탄성 폴리머 코팅층 등의 재질을 포함할 수 있으나, 이 외에도 유체 등의 다양한 재질이 사용될 수 있음은 당연할 것이다. 건조 직물의 경우 진동을 마찰 에너지로, 점탄성 폴리머 코팅층 등의 경우 진동을 전단 변형 에너지로 이용하여 감쇠시키게 된다.

한편 도 1에 도시된 바와 같이 제1 레이어(10)는 개방홈이 형성됨에 따라서 끼움 리브(11)가 형성될 수 있다. 끼움 리브(11)는 개방홈을 한정하는 한 쌍으로 형성될 수 있다. 바람직하게, 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)는, 외력이 가해지는 경우, 강성을 유지하기 위하여 끼움 리브(11)들이 서로 접근되는 방향으로 변형될 수 있도록 배치될 수 있다. 끼움 리브(11)에 의하여, 제1 레이어(10)가 제2 레이어(20)를 감싸는 형태로 결합되어, 강성이 강하게 유지되는 동시에 상기 언급한 감쇠층(30)에 가해지는 수직 압력에 의한 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)의 분리력을 억제할 수 있어, 수직 압력이 그대로 감쇠층(30)에 전해지도록 하는 효과가 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예의 구현을 위해 레이어들이 결합되는 형태를 도시한 사시 단면도이다.

도 1을 바탕으로 도 2를 참조하면, 제1 레이어(10)가 형성되며, 예를 들어 제2 레이어(20)의 외면에 감쇠층(30)이 형성되어 있다. 이때 제1 레이어(10)의 중공부 및 개방홈에 해당하는 영역으로 제2 레이어(20)를 끼움 결합 시 감쇠층이 압착되면서 함께 삽입되어 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20) 사이에 위치할 것이다.

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 레이어 및 제2 레이어의 크기 및 형태의 예를 도시한 단면도이다.

도 1에 대한 설명에서 언급한 바와 같이 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)는 감쇠층(30)에 적층 방향으로의 수직 압력을 가하도록 억지 끼움 결합됨이 바람직하다.

이를 위해, 제2 레이어(20)의 크기를 나타내는 두 면의 폭(W1, W2)과 레이어의 높이(H1)는 제1 레이어(10)의 두 면(내면과 개방홈에 해당하는 개방면)의 폭(W3, W4) 및 내면의 높이(H2)와 같거나 이보다 크도록 구성될 수 있다.

이를 통해, 제2 레이어(20)가 제1 레이어(10)에 끼움 결합될 시, 억지 끼움 결합되도록 구성되어, 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)가 결합면을 중심으로 서로 미는 방향으로의 압력이 가해질 수 있으며, 이에 따라서 감쇠층(30)에 대한 적층 방향으로의 수직 압력이 크게 형성될 수 있다. 이에 따라서, 감쇠층(30)에 의한 진동 감쇠 효과를 최대화할 수 있는 동시에, 강한 압착력에 의하여 구조체의 강성이 최대한으로 유지될 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서 제1 레이어와 제2 레이어가 결합될 때의 감쇠층의 변화를 상세하게 도시한 단면도의 예이다.

도 4를 참조하면, 예를 들어 감쇠층(31)이 실리콘층 등으로 구성되고, 제2 레이어(20) 상에 도포되어 제1 레이어(10)로 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 억지 끼움 결합되는 경우, 감쇠층(31)에 도포된 실리콘 등은 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20) 사이에서 경계면 측으로 가해지는 압력에 의하여 실리콘 등의 코팅층에 마찰 등이 발생하게 되어 국부적으로 코팅이 벗겨지게 된다.

이때 입자가 구 형태 또는 기타 찌그러진 형태로 롤링된 결과 도 4에 도시된 바와 같이 실리콘 파이버(Fiber, 32)가 발생하게 되며, 이러한 실리콘 파이버(32)는 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)의 체결면 상에 배치되어 감쇠효과를 더욱 높일 수 있게 된다.

도 4의 실시예에서는 실리콘 파이버(32)의 예를 들어 도시되어 있으나, 도 4와 같은 현상이 발생할 수 있는 모든 소재라면 도 4의 실시예에 의한 설명의 범위 내에 포함되는 것으로 이해될 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제2 레이어의 실 구현예를 도시하기 위한 단면도이다.

도 5의 단면도를 참조하면, 본 발명의 실시예에 있어서, 제1 레이어(10)의 내부의 중공부에 감쇠층(30)을 두고 삽입되는 제2 레이어는, 복합재료 및 금속 중 어느 하나를 포함하여 형성되는 복수의 서브 레이어(21)가 각 서브 레이어(21) 사이에 서브 감쇠층(33)이 형성된 상태로 적층된 후 경화된 구조를 가질 수 있다.

즉, 제1 레이어(10)와 제2 레이어 사이뿐 아니라, 제2 레이어 역시 서브 레이어(21) 및 서브 감쇠층(33)으로 구성됨으로써, 감쇠 효과를 더욱 증가시킬 수 있는 구조로 형성되는 것이다. 이는 제1 레이어(10)의 구조에도 적용될 수 있다.

도 6 내지 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라서 추가적인 결합 수단이 설치된 예를 설명하기 위한 단면도이다. 이하의 설명에 있어서 도 1 내지 5에 대한 설명과 중복되는 부분에 대한 설명은 이를 생략하기로 한다.

먼저 도 6을 참조하면, 내부에 제2 레이어를 포함하는 제1 레이어(10)의 외면의 일부에는 가이드 홈(점선 부분)이 형성되어 있고, 해당 가이드 홈에는, 제1 레이어(10)의 외면을 감싸도록 구성되며, 제1 레이어(10)의 내면을 향하는 방향으로 압력을 가하도록 설치되는 적어도 하나의 링 홀더(40)가 포함될 수 있다.

도 6에는 링 홀더(40)가 하나가 설치되어 있도록 도시되어 있으나, 전체적인 구조체의 구성에 있어서 링 홀더(40)는 둘 이상이 설치될 수 있을 것이다. 링 홀더(40)는 강하게 내부를 향하는 압력을 가하면서 설치되어, 감쇠층에 더욱 강한 수직 압력을 가하도록 설치될 수 있다.

한편 도 7을 참조하면, 제1 레이어(10), 제2 레이어(20) 및 감쇠층(30)으로 형성되는 본 발명의 실시예에 따른 구조에 있어서, 제1 레이어(10) 및 제2 레이어(20)가 형성되는 양 단면에, 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)의 적층 방향으로의 압력을 가하면서, 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)를 고정하는 홀더(50)가 추가적으로 설치될 수 있다.

도 7의 홀더(50) 역시, 도 6의 링 홀더(40)와 마찬가지로, 홀더(50)가 설치된 영역에서 감쇠층(30)에 더욱 강한 수직 압력을 가하도록 설치될 수 있을 것이다.

한편 도 8을 참조하면, 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)를 적층 방향으로 관통하면서, 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)에 적층 방향으로의 압력을 가하도록 관통 결합하는 볼트(41)와 너트(42)의 결합체인 볼트 결합체(40)가 설치될 수 있다. 볼트 결합체(40)는 결합 상태에 따라서 볼트(41)만을 포함하도록 구성될 수 있다.

볼트 결합체(40)가 설치되는 경우에는 제1 레이어(10)와 제2 레이어(20)가 볼트 결합체(40)에 의해 관통되는 구조가 되기 때문에, 국부적인 관통에 따라서 강성이 저하될 수 있는 복합재료보다, 금속 구조가 더욱 바람직한 재질로서 포함될 수 있으나, 이에 제한되지는 않을 것이다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

1. 경화 처리된 복합재료 및 금속 중 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고, 내부에 중공부가 형성되어 있으며, 상기 중공부와 외부를 소통가능하게 하는 개방홈을 가지는 제1 레이어; 상기 경화 처리된 복합재료 및 금속 중 어느 하나의 재질을 포함하여 형성되고, 상기 제1 레이어의 중공부에 끼움 결합된 제2 레이어; 및 상기 제1 레이어의 내면 및 상기 제2 레이어의 외면 중 적어도 어느 한 면에 도포되어, 상기 제2 레이어가 상기 제1 레이어에 끼움 결합될 시 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 압착되도록 구성되는 감쇠층; 을 포함하여 이루어지고,
   상기 제1레이어는 상기 개방홈을 한정하는 한 쌍의 끼움 리브들을 포함하여 이루어지며, 상기 제2레이어는 상기 한 쌍의 끼움 리브들이 끼워지는 끼움홈들을 포함하여 이루어지며, 상기 제1 레이어와 제2 레이어는, 외력이 가해지는 경우에 상기 끼움 리브들이 서로 접근되는 방향으로 변형될 수 있도록, 배치되는 것을 특징으로 하는 적층형 진동 감쇠 구조체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 레이어의 크기가 상기 중공부의 크기와 같거나 상기 중공부의 크기보다 크도록 구성됨으로써, 상기 제2 레이어가 상기 제1 레이어의 중공부에 억지 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 적층형 진동 감쇠 구조체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 감쇠층은 건조 직물 및 점탄성 폴리머 코팅층 중 적어도 어느 하나를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 진동 감쇠 구조체.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 레이어는 상기 복합재료 및 금속 중 어느 하나를 포함하여 형성되는 복수의 서브 레이어가 각 서브 레이어 사이에 서브 감쇠층이 형성된 상태로 적층된 후 경화된 것을 특징으로 하는 적층형 진동 감쇠 구조체.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 레이어의 외면을 감싸도록 구성되며, 상기 제1 레이어의 내면을 향하는 방향으로 압력을 가하는 적어도 하나의 링 홀더;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 진동 감쇠 구조체.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어의 양 단면에 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어의 적층 방향으로의 압력을 가하면서 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어를 고정하는 홀더;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 진동 감쇠 구조체.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어를 적층 방향으로 관통하여, 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어에 상기 적층 방향으로의 압력을 가하도록 결합되는 볼트 결합체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 진동 감쇠 구조체.
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