KR20000068480A - 파형부를 횡단하는 마이크로구조물을 갖춘 파형 금속시트의 제조장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제 1 파형높이(A)의 파형부를 갖고 있으며 더 작은 제 2 파형높이(B)의 마이크로구조물(6, 7)을 파형부에 횡으로 또는 비스듬하게 갖고 있는 금속시트(1)를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로서, 마이크로구조물(6, 7)을 제조하기 위한 장치(2a, 2b) 및 마이크로구조물 제조장치(2a, 2b)의 하류에 배치된 상호 맞물리는 한 쌍의 파형 롤러(3a, 3b)를 포함하고 있으며, 파형 롤러(3a, 3b)는 외측면에 마이크로구조물(6, 7)을 충분히 수용할 수 있는 크기로 적절히 배치된 리세스(8)를 갖고 있어서, 금속시트(1)의 파형가공시 마이크로구조물(6, 7)은 파형 롤러(3a, 3b)에 의해 변형되지 않는다.

Description

파형부를 횡단하는 마이크로구조물을 갖춘 파형 금속시트의 제조장치 및 방법 {METHOD AND DEVICE FOR MAKING A METAL CORRUGATED SHEET PROVIDED WITH A MICROSTRUCTURE TRANSVERSE TO THE CORRUGATION}

마이크로구조물의 형상 및 특징에 대해서는 국제출원 WO 90/08249호 또는 WO 96/09892호에 개시되어 있다. 공지되어 있는 바와 같이, 파형시트 내에 형성되어 있는 마이크로구조물은 시트의 파형의 높이보다 작게 구성되어 있다. 특히, 마이크로구조물은 시트의 일면 또는 양면으로부터 돌출될 수 있으며, 그 높이는 적어도 15μ이거나 금속시트의 파형높이의 약 0.3배 정도가 된다.

일반적으로, 파형 금속시트는 파형 롤러에 의해 제조되며, 이 롤러는 서로 톱니바퀴처럼 맞물리게 되어 있고 인벌류트 톱니 또는 그와 유사한 구조를 갖고 있다. 예컨대 사다리꼴형, 지그재그형 등과 같은 다른 파형 형상도 알려져 있다. 특히 배기가스가 통과하는 촉매변환기 내의 벌집체에 있어서, 소위 횡구조물(TS-디자인 참조)로 불리는 유동방향에 횡 또는 경사져서 뻗어있는 마이크로구조물은 배기가스와 벌집체간의 열교환을 향상시키며 벌집체의 촉매효율성에 있어서 중요한 역활을 하는 확산을 향상시킨다.

그러므로, 당업계에서는 유동방향으로 연속하여 20 mm 이하, 특히 10 mm 이하인 소정의 간격을 두고 마이크로구조물들을 배치하고 있다.

마이크로구조물이 벌집체용 시트의 통상적인 두께에 비해 작기 때문에 지금까지는 제조공정의 실제 단계에 문제를 일으키지 않는 것으로 간주되었고, 이에 따라 일반적인 파형 롤러 및 벌집체를 형성하기 위한 공지된 제조 단계를 사용하여 가공되어 왔다.

그러나, 마이크로구조물을 이미 갖춘 시트를 파형으로 가공하는 경우에는 이들 마이크로구조물이 부분적으로 가압되어 다시 편평해지며 서로에 대해 파형 롤러의 간극에 따라 불규칙적으로 됨이 밝혀졌다. 이러한 제조공정에서는, 상기와 같은 결과를 보상하기 위하여 마이크로구조물은 최종적으로 희망하는 파형높이보다 큰 파형높이로 먼저 제조되어야 한다. 다수의 착수 재료를 취급하는 경우에는, 손상 없이 냉각 성형이 달성되기는 극히 어렵다. 이러한 문제는 매우 얇은 시트와 매우 작은 파형높이를 취급하는 경우에는 더욱 심각해진다. 한편, 예를 들어 평방인치당 500 셀(cpsi) 이상을 갖는 벌집체를 제조하는 경우, 30μm 이하의 두께에 달하는 시트도 제조상 심각한 어려움에 처하게 된다.

본 발명은 소정의 제 1 파형높이를 갖는 파형 금속시트를 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이 금속시트에는 제 1 파형높이 보다 작은 제 2 파형높이를 갖는 마이크로구조물이 상기 파형부에 횡방향으로 또는 상기 파형부에 직각으로 형성된다. 이러한 종류의 금속시트는 특히 자동차의 배기가스장치에 사용되는 촉매변환기용 벌집체를 형성하도록 가공된다. 그러나, 본 발명은 이러한 용도로만 사용되는 것이 아니라 열교환기 내에서 사용할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 파형장치를 도시한 개략도이고,

도 2는 본 발명에 따른 제조방법을 도시한 개략도이다.

* 도면의 주요부에 대한 부호의 설명 *

1 : 금속시트 2a, 2b : 마이크로구조물 제조장치

3a, 3b : 파형 롤러 4a, 4b : 하부 평탄화장치

5a, 5b : 상부 평탄화장치 6 : 하향돌출 마이크로구조물

7 : 상향돌출 마이크로구조물 8 : 파형 롤러 내의 리세스

9 : 하향 파형 마루 10 : 상향 파형 마루

A : 제 1 파형높이 B : 제 2 파형높이

본 발명의 목적은 파형에 대해 횡으로 또는 경사지게 뻗어있는 마이크로구조물을 갖춘 파형 금속시트를 바람직하지 않은 냉각변형없이 경제적으로 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

특허청구범위의 제 1항에 게재된 장치 및 제 9항에 게재된 방법에 의해 상기 문제가 해결된다. 본 발명의 다른 특징들은 종속항에 게재되어 있다.

제 1 파형높이를 갖춘 파형부를 구비한 금속시트를 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치에 있어서, 시트는 작은 제 2 파형높이를 갖춘 마이크로구조물을 파형부에 횡으로 또는 비스듬하게 갖고 있고, 본 장치는 마이크로구조물 제조장치 및 마이크로구조물 제조장치의 하류에 배치된 상호 맞물리는 한 쌍의 파형 롤러를 포함하고 있으며, 파형 롤러는 외측면에 마이크로구조물을 충분히 수용할 수 있는 크기로 적절히 배치된 리세스를 갖고 있어서 금속시트의 파형가공시 마이크로구조물이 파형 롤러에 의해 변형되지 않게 한다. 특히 비스듬하게 형성된 마이크로구조물에 있어서 이러한 한 쌍의 파형 롤러 제품이 비교적 고가이긴 하지만, 파형가공에 의해 후에 다시 편평하게 부분적으로 가압되는 냉각 성형의 필요없이 마이크로구조물이 전체적으로 동일한 정확한 높이로 제조될 수 있다는 큰 장점이 있다. 따라서, 이러한 장치는 예컨대 25 내지 50μm 두께의 파형 시트금속층 내에 마이크로구조물을 제조하는데 별 어려움 없이 사용할 수 있다.

통상적으로 인벌류트 톱니 형상을 갖는 종류의 파형 롤러가 사용되지만 본 발명은 이러한 롤러에만 제한되지 않는다. 일반적으로 모든 종류의 파형 롤러가 서로에 대해 특정 등급의 간극을 갖기 때문에, 제조공정 동안에 톱니의 측면 및/또는 피크에 또는 톱니들의 중간 공간에 간격이 발생될 수 있으며, 이 간격은 재가공이 어렵다. 리세스를 갖고 있는 본 발명에 따른 파형 롤러를 사용하는 경우에는 이러한 간극이 마이크로구조물의 높이에 영향을 주지 않는다.

리세스를 마이크로구조물의 각각의 폭과 높이에 적어도 상응하는 홈의 형상으로 형성하는 것은 매우 간단한 방법이다. 그러나, 마이크로구조물은 적절한 형상의 홈으로 후에 다시 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치와 관련하여 파형 롤러의 리세스 내로 항상 통과하면서 마이크로구조물이 제조되도록 마이크로구조물 제조장치 및 파형 롤러가 서로에 대해 조절될 수 있다는 점은 중요하다. 이를 달성하기 위한 가장 손쉬운 방법은 공간적으로 매우 가깝게 배치하는 것이지만, 간격이 큰 경우에는 적절한 조절장치에 의해 달성될 수도 있다.

통상적으로 벌집체는 편평시트와 파형시트를 교차적으로 배치함으로써 또는 상이한 방식으로 파형처리된 시트들을 교차적으로 배치함으로써 형성되며, 여기서 상이한 구조형상은 공지되어 있는데 예를 들면 시트층이 s형상으로 나선형으로 꼬여서 감겨있거나 인벌류트 방식으로 꼬여있다.

상호 겹쳐져 있는 이러한 종류의 시트금속층이 서로 용접 또는 납땜되면, 그들의 각각의 두께에 의존하는 마이크로구조물은 일부 상황 하에서 시트층간의 간격에 대한 문제를 일으킨다. 소정의 크기의 간극으로 인해 마이크로구조물에 의해 발생하는 인접 시트층간의 간극은 땜납 또는 납땜 재료에 의해 극복되기 어려우며, 이러한 이유로 파형 시트층의 양측면상의 파형 마루상에 있는 마이크로구조물이 때때로 원치않는 상태에 놓일 수 있다. 이러한 문제를 처리하기 위하여, 본 발명에 따른 장치의 일 실시예는 파형 롤러의 하류에 설치되는 적어도 하나의 평탄화 장치를 제공한다. 이 장치는 파형 마루상의 마이크로구조물을 자신의 한쪽 또는 양쪽 측면에서 다시 편평하게 가압할 수 있다. 이 장치는 예를 들어 편평 롤러와 접하는, 리세스를 갖춘 파형 롤러일 수 있다. 이에 의해 파형 마루상의 마이크로구조물만이 편평하게 가압되어, 어떠한 경우에도 마이크로구조물은 벌집체 내의 후속 흐름에 영향을 주지 않음으로써 땜납 또는 납땜 재료에 의한 접합이 간편해진다. 다른 마이크로구조물은 변화되지 않은 채로 유지되고 제조공정에 다른 문제를 일으키지 않으면서 자신의 원래 기능을 수행할 수 있다.

선택적으로, 파형 롤러와 편평 롤러가 하류에 설치되는 대신에 마이크로구조물을 편평하게 가압하기 위하여 파형의 골 내에 어떠한 리세스도 가지지 않는 특수한 파형 롤러가 사용될 수 있다. 파형 롤러가 상호 대향 배치되어 있는 파형 마루와 파형 골 사이의 미세한 간극만을 포함하는 경우에도 만족스럽게 달성될 수 있다.

파형부와 마이크로구조물을 갖춘 금속시트를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 a) 파형가공되지 않은 초기 금속시트 내에 마이크로구조물을 제조하는 단계와, b) 마이크로구조물을 수용하기 위하여 마이크로구조물에 대해 정확한 위치에 배열된 리세스를 갖춘 서로 맞물리는 한 쌍의 파형 롤러로 금속시트를 공급하는 단계와, 그리고 c) 마이크로구조물을 편평하게 가압하지 않고서 시트 스트립을 파형가공하는 단계를 포함한다.

전술한 바와 같이, 이러한 방법은 제조된 후에는 더이상 변형되지 않음으로써 매우 한정된 반복가능한 방법으로 형성될 수 있는 한정된 마이크로구조물을 생성한다. 서로에 대해 지탱되며 서로에 대해 납땜 또는 용접되는 시트금속층 사이에 간극이 발생하는 것을 피하기 위하여, 양측면 중 적어도 하나의 파형 마루상에 있는 마이크로구조물은 파형 롤러 또는 후속 평탄화장치 내에서 편평하게 가압될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예와 이의 특징은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 후술된다.

도 1은 본 발명의 요지인 금속시트용 파형장치를 도시하고 있다. 하향돌출 마이크로구조물(6) 및 상향돌출 마이크로구조물(7)을 갖는 마이크로구조물을 제조하기 위한 장치를 이미 거친 금속시트(1)가 한 쌍의 파형 롤러(3a, 3b)로 공급된다. 파형 롤러의 표면에는 특히 홈의 형상인 리세스(8)가 형성되어 있다. 도면에서 그중 하나만이 도시되어 있는 리세스(8)는 이미 제조되어 있는 마이크로구조물(6, 7)을 수용하여, 마이크로구조물은 시트를 파형가공할 때에 파형공정에 영향을 받지 않는다. 시트는 제 1 파형높이(A)로 파형가공되어 상면과 하면에 파형 마루(9, 10)를 갖는다. 마이크로구조물(6, 7)은 금속시트(1)의 제 1 파형높이보다 작은 높이(B)를 갖는다.

도 2는 마이크로구조물을 갖춘 파형시트를 제조하기 위한 제조공정을 도시하고 있다. 먼저, 금속시트(1)가 공지된 장치인 마이크로구조물 제조장치(2a, 2b)를 통과한다. 특히, 이 장치에는 서로에 대해 연달아 배치되어 있고 냉각 성형효과에 의해 금속시트(1)에 마이크로구조물을 형성하는 개개의 좁은 디스크 또는 대응 표면 구조물을 갖춘 원통형 롤러가 포함된다. 그 다음에 금속시트(1)는 도 1에 상세하게 도시된 바와 같은 한 쌍의 파형 롤러(3a, 3b)로 공급된다. 금속시트(1)의 파형 마루(9, 10)상에 마이크로구조물이 필요하지 않는 경우에는, 이들 마이크로구조물은 평탄화장치(4a, 4b 및 5a, 5b)에 의해 편평해진다. 이러한 평탄화장치는 예를 들어 파형 롤러(4a, 5b)와 접하는 편평한 표면을 갖고 있는 원통형 롤러(4a, 5b)로 구성되어 있으며, 바람직하게는 상기 파형 롤러가 파형 제조시에 사용되었던 리세스와 동일한 리세스를 갖는다.

이러한 방법으로 제조되고 마이크로구조물을 갖는 파형금속층은 특히 배기가스장치 내의 벌집체용으로 사용될 수 있다. 이러한 파형금속층은 벌집체와 이를 통과하는 유체간의 열이동을 향상시키고 확산현상을 촉진시켜서, 촉매변환기의 효율을 향상시킨다.

Claims (10)

1. 제 1 파형높이(A)의 파형부를 갖고 있으며 더 작은 제 2 파형높이(B)의 마이크로구조물(6, 7)을 상기 파형부에 횡으로 또는 비스듬하게 갖고 있는 금속시트(1)를 제조하기 위한 장치에 있어서,

   a) 상기 마이크로구조물(6, 7)을 제조하기 위한 장치(2a, 2b), 및

   b) 상기 마이크로구조물 제조장치(2a, 2b)의 하류에 배치된 상호 맞물리는 한 쌍의 파형 롤러(3a, 3b)를 포함하고 있으며,

   c) 상기 파형 롤러(3a, 3b)는 외측면에 상기 마이크로구조물(6, 7)을 충분히 수용할 수 있는 크기로 적절히 배치된 리세스(8)를 갖고 있어서 상기 금속시트(1)의 파형가공시 상기 마이크로구조물(6, 7)이 상기 파형 롤러(3a, 3b)에 의해 변형되지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 파형 롤러(3a, 3b)가 인벌류트 톱니 형상과 유사한 톱니 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 파형 롤러(3a, 3b)가 상기 마이크로구조물(6, 7) 각각의 폭과 높이에 그 폭과 높이가 일치하며 주변방향이나 사선방향으로 연장되어 있는 홈을 상기 리세스(8)로서 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 마이크로구조물(6, 7)이 상기 파형 롤러(3a, 3b)의 리세스(8) 내로 항상 통과하면서 제조되도록 상기 마이크로구조물 제조장치(2a, 2b) 및 파형 롤러(3a, 3b)가 서로에 대해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
5. 전술한 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 파형의 금속시트(1)의 파형 마루(9, 10) 상에 있는 마이크로구조물을 다시 편평하게 가압할 수 있는 적어도 하나의 평탄화장치(4a, 4b; 5a, 5b)가 상기 파형 롤러(3a, 3b)의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 평탄화장치가 리세스를 갖춘 파형 롤러(4b; 5a) 및 이에 접하는 편평 롤러(4a; 5b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 파형 롤러(3a, 3b)가 자신의 파형 골 내에 어떠한 리세스(8)도 갖고 있지 않아서 상기 마이크로구조물(6, 7)이 그곳에서 편평하게 가압될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 파형 롤러(3a, 3b)가 서로 대향 배치되어 있는 파형 골과 파형 마루 사이에 미세한 간극을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 1 파형높이(A)의 파형부를 갖고 있으며 더 작은 제 2 파형높이(B)의 마이크로구조물(6, 7)을 상기 파형부에 횡으로 또는 비스듬하게 갖고 있는 금속시트(1)를 제조하기 위한 방법에 있어서,

   a) 파형가공되지 않은 초기 금속시트(1) 내에 마이크로구조물(6, 7)을 제조하는 단계와,

   b) 상기 마이크로구조물(6, 7)을 수용하기 위하여 상기 마이크로구조물(6, 7)에 대해 정확한 위치에 배열된 리세스(8)를 갖춘 서로 맞물리는 한 쌍의 파형 롤러(3a, 3b)로 상기 금속시트(1)를 공급하는 단계와, 그리고

   c) 상기 마이크로구조물(6, 7)을 편평하게 가압하지 않고서 금속시트(1)를 파형가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 금속시트(1)의 양측면 중 적어도 한측면의 파형 마루(9, 10)상에 있는 상기 마이크로구조물(6, 7)이 편평하게 가압될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.