KR102273461B1

KR102273461B1 - 음파투과형 금속판재 및 이를 이용한 흡음형 복합판재

Info

Publication number: KR102273461B1
Application number: KR1020170047697A
Authority: KR
Inventors: 심재기; 유종현
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 엔브이에이치코리아(주)
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2021-07-07
Also published as: CN108730033B; US20180301133A1; US10699686B2; KR20180115824A; CN108730033A

Abstract

본 발명에 의한 음파투과형 금속판재 및 이를 이용한 흡음형 복합판재는, 판재를 가공하여 요철을 형성시킨 음파투과형 금속판재로서, 상기 판재로부터 돌출 형성되는 복수 개의 셀 및 복수 개의 상기 셀 사이에 형성된 평탄한 형상의 기반부를 포함하고, 상기 셀은, 상기 기반부에서 절곡되어 돌출된 복수 개의 벽면부와, 상기 벽면부의 단부에서 연장된 덮개부로 구성되며, 상기 셀에는, 상기 판재를 관통하는 직선 형상의 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

음파투과형 금속판재 및 이를 이용한 흡음형 복합판재 {METAL SHEET FOR PENETRATE SOUND AND COMPOSITE SHEET FOR ABSOBING SOUND USING THEREOF}

본 발명은 음파투과형 금속판재 및 이를 이용한 흡음형 복합판재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음파 투과성이 높은 금속 재질의 판재와, 이에 흡음재를 더해 제조된 흡음성이 우수한 복합판재에 관한 것이다.

자동차의 엔진 주변 등에는 열을 차단하기 위한 일종의 히트실드가 설치되고, 이를 흡음재로 감싸 소음을 흡수하게 된다. 히트실드는 일반적으로 열 반사율이 우수한 알루미늄 판재가 사용되고, 흡음재로는 섬유, 통상적으로는 면섬유를 사용하여 직조된 펠트(felt)가 사용된다.

그런데 히트실드로 민무늬 또는 강성보강 패턴이 형성된 알루미늄 판재를 그대로 사용할 경우, 엔진 소음이 판재를 투과하지 못하고 내부에서 울리면서 증폭되는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 이러한 문제를 해소하기 위해 판재에 랜덤하게 분포된 타공홀을 형성시킨 후, 강성보강 패턴을 성형하여 히트실드로 사용하는 기술이 제안되었다.

그러나 위와 같은 공정을 적용할 경우 공정에 소요되는 시간이 길고, 일정한 형상의 타공홀만으로는 내부의 소음을 효과적으로 배출시킬 수 없었기 때문에, 흡음성을 향상시키는데 한계가 있었다.

따라서, 단순한 공정을 통해 제조 가능하고 음파 투과율이 높은 판재와, 이에 흡음재를 설치하여 높은 흡음율을 나타낼 수 있는 복합판재가 요구되고 있는 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

공개특허공보 10-2010-0103707호 (2010.09.27)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 음파 투과성이 높고 공정이 단순한 음파투과형 판재와, 이를 이용하여 제조되고 흡음성이 우수한 복합판재를 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 음파투과형 금속판재는, 판재를 가공하여 요철을 형성시킨 음파투과형 금속판재로서, 상기 판재로부터 돌출 형성되는 복수 개의 셀; 및 복수 개의 상기 셀 사이에 형성된 평탄한 형상의 기반부;를 포함하고, 상기 셀은, 상기 기반부에서 절곡되어 돌출된 복수 개의 벽면부와, 상기 벽면부의 단부에서 연장된 덮개부로 구성되며, 상기 셀에는, 상기 판재를 관통하는 직선 형상의 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 덮개부는, 하나의 상기 셀을 이루는 복수 개의 상기 벽면부와 동일한 개수의 변을 갖는 다각형으로 형성되고, 복수 개의 변 중 적어도 어느 하나를 따라 상기 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 한다.

하나의 상기 셀을 이루는 복수 개의 상기 벽면부는, 상기 기반부에서 멀어질수록 서로간의 거리가 가까워지는 다각뿔기둥 형상으로 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 슬릿은, 상기 덮개부의 변 개수 중 절반 이하의 개수의 변을 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 기반부에서 상기 덮개부까지의 높이는, 상기 셀의 밑면 폭 중 최대 폭의 25% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 기반부가 배치된 기준평면에 수직하게 바라본 시점을 기준으로, 상기 슬릿의 면적은 상기 셀의 밑면 면적의 5% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 기반부가 배치된 기준평면에 수직하게 바라본 시점을 기준으로, 상기 덮개부의 면적은 상기 셀의 밑면 면적의 30% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 판재는, 알루미늄 재질로 제조되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음형 복합판재는, 돌출 형성되는 복수 개의 셀 및 복수 개의 상기 셀 사이에 형성된 평탄한 형상의 기반부로 구분되는 음파투과형 금속판재; 및 상기 음파투과형 금속판재의 일면 방향에 배치되는 흡음재;를 포함하고, 상기 셀은, 상기 기반부에서 절곡되어 돌출된 복수 개의 벽면부와, 상기 벽면부의 단부에서 연장된 덮개부로 구성되며, 상기 셀에는, 상기 판재를 관통하는 직선 형상의 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 음파투과형 금속판재는, 알루미늄 재질로 제조되고, 상기 흡음재는, 섬유로 구성된 펠트로 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 음파투과형 금속판재 및 이를 이용한 흡음형 복합판재에 따르면 복사열을 반사하여 열 차폐 효과를 갖고 음파를 투과시키는 금속판재와 흡음 효과를 갖는 흡음재를 적층시켜 높은 차열 및 흡음 성능을 갖는 복합 판재를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파투과형 금속판재의 평면도 및 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파투과형 금속판재의 위치에 따른 상대 면적을 설명하기 위한 개략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡음형 복합판재의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 여러 실시예와, 이에 대비되는 비교예들의 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예와 이에 대비되는 비교예들의 주파수별 흡음율을 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 여러 실시예와 이에 대비되는 비교예들의 주파수별 흡음율을 나타낸 그래프이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 음파투과형 금속판재 및 이를 이용한 흡음형 복합판재에 대하여 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 음파투과형 금속판재는, 알루미늄 재질의 원 판재를 프레스 또는 롤 가공하여 요철을 형성시킨 요철형 판재로서, 크게 셀(100)과 기반부(200)로 구분되어 있다. 이때 셀(100)은 판재로부터 돌출되어 있는 영역이고, 기반부(200)는 판재의 원래 형상을 유지하는 평탄한 영역이다.

셀(100)의 형상을 보다 자세히 살펴 보면, 육각형의 밑변을 가지고 높이가 높아질수록 단면이 좁아지는 육각뿔에서 정상 부분을 잘라낸 육각뿔기둥 형상으로 형성된다.

본 발명에 따른 도면에서 셀(100)은 육각형의 밑변을 갖는 육각뿔기둥 형상으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다양한 밑변 형상을 갖는 다각뿔기둥 형상으로 형성될 수도 있다.

이 중에서, 밑변 형상이 삼각형, 사각형, 육각형 중 어느 하나인 다각뿔기둥 형상으로 형성시키는 것이, 판재에 셀(100)을 최대 밀도로 배열될 수 있어 보다 바람직할 것이다.

셀(100)은 기반부(200)에서 절곡되어 복수 개가 일체로 셀(100)의 벽면을 이루는 벽면부(110)와, 벽면부(110)의 상단에서 연장되어 셀(100)의 상면을 덮는 덮개부(120)로 구분되고, 덮개부(120)와 벽면부(110)의 경계 영역에는 판재를 관통하는 일종의 음파투과공인 슬릿(130)이 형성된다.

벽면부(110)는 셀(100)의 밑변 형상에 따라 그 개수가 달라지는데, 본 발명의 실시예에서는 육각뿔기둥 형상의 셀(100)의 벽면을 이루도록 여섯 개의 벽면부(110)가 설치되는 것으로 도시되어 있다.

덮개부(120)는 셀(100)의 밑변과 동일한 개수의 변을 갖는 다각형으로 형성되고, 그 각각의 변이 벽면부(110)의 상단에 접하도록 설치될 수 있다.

슬릿(130)은 덮개부(120) 상에, 또는 덮개부(120)와 벽면부(110)가 접하는 경계 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 덮개부(120)의 변 중 어느 하나 이상을 따라 직선 형상의 슬릿(130)이 형성될 수 있는 것이다.

슬릿(130)을 직선 형상으로 형성시킴으로써, 소음이 용이하게 슬릿(130)을 통과하거나, 벽면부(110)와 덮개부(120)의 사이 영역에서 반사되면서 소실될 수 있다.

또한 슬릿(130)은 덮개부(120)의 변 개수, 달리 말하면 셀(100)의 밑변 변 개수나 벽면부(110)의 개수를 기준으로, 절반 이하의 변을 따라 형성되는 것이 바람직하다.

예를 들어 덮개부(120)가 6개의 변을 갖는 경우, 3개 이하의 변을 따라 슬릿(130)이 형성되어야 하는 것이다.

일반적으로 슬릿(130)이 커지면, 즉 덮개부(120)의 변 중 더 많은 변에 슬릿(130)이 형성될수록 음파 투과성이 향상되면서 내구도가 저하되게 된다. 음파 투과 성능을 가지기 위해서는 덮개부(120)의 변 중 최소한 하나의 변에 슬릿(130)이 형성되어야 하고, 덮개부(120)의 변 중 절반을 초과하는 변에 슬릿(130)이 연속적으로 형성되면, 본 발명에 따른 판재를 히트실드 형상 등의 원하는 형상으로 성형할 때 슬릿(130)으로부터 균열이 성장하여 파손을 유발할 수 있게 된다.

셀(100)의 형상을 다른 측면에서 살펴보면, 셀(100)의 높이는 셀(100)의 밑변이 이루는 면의 폭 중 가장 넓은 폭의 25% 이상의 길이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

프레스 또는 롤 가공시 슬릿(130)을 형성시키려면, 판재의 재질인 알루미늄의 신율을 고려하여 셀(100)의 높이를 상술한 범위로 제어해야 한다. 만약 셀(100)의 높이가 그 밑면의 최대 폭의 25% 미만일 경우, 가공 중에 슬릿(130)이 관통 형성되지 않을 수도 있다.

슬릿(130)의 면적은 바라보는 시점에 따라 달라질 수 있지만, 상측에서 바라볼 때, 즉 기반부(200)에 수직한 방향으로 바라볼 때의 시점을 기준으로, 슬릿(130)의 면적은 셀(100)의 밑면 면적의 5% 이상인 것이 바람직하다.

슬릿(130)의 면적이 셀(100)의 밑면 면적의 5% 미만일 경우, 충분한 음파 투과성을 확보할 수 없게 된다.

또한, 기반부(200)에 수직한 방향으로 바라볼 때의 시점을 기준으로, 덮개부(120)의 면적은 셀(100)의 밑면 면적의 30% 이상인 것이 바람직하다.

히트실드로서 차열 효과를 나타내기 위해서는 슬릿(130)의 면적을 일정 이하로 억제해야 하고, 이를 위해 덮개부(120)의 면적을 상술한 범위로 한정해야 한다. 만약 덮개부(120)의 면적이 셀(100)의 밑면 면적의 30% 미만일 경우, 열이 판재를 투과하여 히트실드로서의 역할을 수행할 수 없게 된다.

도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 흡음형 복합판재는, 앞서 설명한 음파투과형 금속판재와 흡음재(300)를 적층하여 구성된다. 이때 흡음재는 섬유, 바람직하게는 면섬유를 이용하여 직조된 펠트로 구성된다.

이렇게 음파투과형 복합판재를 흡음재(300)와 적층 구성할 경우, 소음(S)이 슬릿(130)을 통해 투과될 때 이를 흡음재(300)가 흡수할 수 있다. 따라서, 외부에 전달되는 소음이 감소될 수 있는 것이다.

음파투과형 금속판재에 대해서는 앞서 설명하였으므로, 여기에서는 그 내용을 생략하도록 한다.

도 4 내지 6에는 본 발명에 따른 실시예와 이에 대비되는 비교예의 형상 및 물성이 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1(a)은 앞서 도 1 내지 3에서 살펴 본 육각뿔기둥 형상의 셀을 갖는 음파투과형 금속판재와 흡음재(300)로 구성된 복합판재이고, 실시예 2(b)는 실시예 1(a)을 원하는 형상으로 성형한 후 덮개판(120a,120b)이 무작위적으로 변형된 복합판재이며, 비교예 3(c)은 기반부(200)에 타공홀(H)을 형성시키면서 버(210)가 형성된 금속판재와 흡음재(300)로 구성된 복합판재이고, 비교예 4(d)는 비교예 3(c)을 원하는 형상으로 성형한 후 버(210)가 타공홀(H)을 막아 홀의 크기가 작아진 복합판재이다.

도시되어 있지는 않지만, 비교예 1은 흡음재이고. 비교예 2는 타공홀이나 슬릿을 전혀 형성시키지 않은 금속판재와 흡음재로 구성된 복합판재이다.

상술한 실시예 1 및 2, 비교예 1 내지 4에 적용되는 금속판재는 모두 125㎛ 두께의 알루미늄 판재이고, 흡음재는 재생 면섬유로 구성된 펠트로서, 밀도 1000g/m2, 두께 10mm로 구성된다.

도 5 및 6에는 실시예들과 비교예들의 흡음율이 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1, 즉 음파투과형 금속판재와 흡음재로 구성된 복합판재의 경우 고주파 영역에서의 흡음율이 특히 우수한 것을 알 수 있다.

비교예 1은 흡음재로서, 중~고주파 영역에서 실시예 1에 비해 흡음율이 떨어질 뿐만 아니라, 순수 흡음재만으로는 히트실드로서 열 차단 효과를 얻을 수 없다.

비교예 2는 타공홀이나 슬릿을 형성시키지 않은 금속판재와 흡음재로 구성된 복합판재로서, 모든 주파수 영역에서 매우 낮은 흡음율을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 금속판재가 소리를 통과시키지 않고 반사시키면서 일종의 통울림 현상을 일으키고 소음을 증폭시키기 때문이다.

비교예 3은 타공홀을 형성시킨 금속판재와 흡음재로 구성된 복합판재로서 저~중주파 영역에서 실시예 1와 유사한 정도의 흡음율을 나타내지만, 중~고주파 영역에서 실시예 1에 비해 낮은 흡음율을 나타내게 된다. 소음의 주파수에 따라 사람에게 전달되는 불쾌감은 차이가 있는데, 이 중 고주파 소음이 사람에게 더 많은 불쾌감을 전달하는 경향이 있으므로, 고주파에서의 흡음율이 낮은 비교예 3은 소음 흡수 효율이 낮아지게 된다.

도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 1을 성형한 실시예 2는 모든 영역, 특히 중~고주파 영역에서 흡음율이 향상되었다. 성형에 의해 덮개판(120a,120b)이 변형되면서 슬릿의 크기가 달라지는데, 이러한 변형이 무작위적으로 일어나면서 서로 다른 주파수의 소음들을 모두 효과적으로 흡수할 수 있게 되는 것이다.

반면 실시예 3을 성형한 실시예 4의 경우 특히 중~고주파 영역에서 흡음율이 저하되었는데, 이는 성형 과정에서 버(210)가 타공홀(H)을 다시 막아버리기 때문이다. 이에 따라 타공홀의 전체 면적이 저하되고, 이에 따라 음파의 투과성이 저하되면서 흡음재에 전달되는 소리의 양이 감소하기 때문에, 결과적으로 흡음율이 저하되는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 셀 110: 벽면부
120: 덮개부 130: 슬릿
200: 기반부 210: 버
300: 흡음재 A: 슬릿 면적
B: 셀 밑면 면적 C: 덮개부 면적
D: 셀 밑면 폭 E: 셀 높이
S: 소리 H: 타공홀

Claims

판재를 가공하여 요철을 형성시킨 음파투과형 금속판재로서,
상기 판재로부터 돌출 형성되는 복수 개의 셀; 및
복수 개의 상기 셀 사이에 형성된 평탄한 형상의 기반부;를 포함하고,
상기 셀은, 상기 기반부에서 절곡되어 돌출된 복수 개의 벽면부와, 상기 벽면부의 단부에서 연장된 덮개부로 구성되며,
상기 셀에는, 상기 판재를 관통하는 직선 형상의 슬릿이 형성되고,
상기 덮개부는, 하나의 상기 셀을 이루는 복수 개의 상기 벽면부와 동일한 개수의 변을 갖는 다각형으로 형성되고, 복수 개의 변 중 적어도 어느 하나를 따라 상기 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는, 음파투과형 금속판재.
삭제
청구항 1에 있어서,
하나의 상기 셀을 이루는 복수 개의 상기 벽면부는, 상기 기반부에서 멀어질수록 서로간의 거리가 가까워지는 다각뿔기둥 형상으로 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는, 음파투과형 금속판재.
청구항 1에 있어서,
상기 슬릿은, 상기 덮개부의 변 개수 중 절반 이하의 개수의 변을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는, 음파투과형 금속판재.
청구항 1에 있어서,
상기 기반부에서 상기 덮개부까지의 높이는, 상기 셀의 밑면 폭 중 최대 폭의 25% 이상인 것을 특징으로 하는, 음파투과형 금속판재.
청구항 1에 있어서,
상기 기반부가 배치된 기준평면에 수직하게 바라본 시점을 기준으로, 상기 슬릿의 면적은 상기 셀의 밑면 면적의 5% 이상인 것을 특징으로 하는, 음파투과형 금속판재.
청구항 1에 있어서,
상기 기반부가 배치된 기준평면에 수직하게 바라본 시점을 기준으로, 상기 덮개부의 면적은 상기 셀의 밑면 면적의 30% 이상인 것을 특징으로 하는, 음파투과형 금속판재.
청구항 1에 있어서,
상기 판재는, 알루미늄 재질로 제조되는 것을 특징으로 하는, 음파투과형 금속판재.
돌출 형성되는 복수 개의 셀 및 복수 개의 상기 셀 사이에 형성된 평탄한 형상의 기반부로 구분되는 음파투과형 금속판재; 및
상기 음파투과형 금속판재의 일면 방향에 배치되는 흡음재;를 포함하고,
상기 셀은, 상기 기반부에서 절곡되어 돌출된 복수 개의 벽면부와, 상기 벽면부의 단부에서 연장된 덮개부로 구성되며,
상기 셀에는, 상기 판재를 관통하는 직선 형상의 슬릿이 형성되고,
상기 덮개부는, 하나의 상기 셀을 이루는 복수 개의 상기 벽면부와 동일한 개수의 변을 갖는 다각형으로 형성되고, 복수 개의 변 중 적어도 어느 하나를 따라 상기 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는, 흡음형 복합판재.
청구항 9에 있어서,
상기 음파투과형 금속판재는, 알루미늄 재질로 제조되고,
상기 흡음재는, 섬유로 구성된 펠트로 제조된 것을 특징으로 하는, 흡음형 복합판재.