KR20070119047A - 정밀 폴드 기술로 형성된 3차원 구조체 및 그 형성 방법 - Google Patents

정밀 폴드 기술로 형성된 3차원 구조체 및 그 형성 방법 Download PDF

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KR20070119047A
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맥스 더블유. 더니
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인더스트리얼 오리가미, 엘엘씨.
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Abstract

3차원 구조체로 벤딩 또는 폴딩하도록 형성된 시트재는, 제1 에지를 가지며 상기 제1 에지의 부근에 제1 결합 구조가 형성된 제1 시트 섹션, 제2 에지를 가지며 상기 제1 결합 구조와 맞물림 결합되기 위해 상기 제2 에지 부근에 제2 결합 구조가 형성된 제2 시트 섹션, 및 상기 시트재를 제1 시트 섹션 및 제2 시트 섹션으로 분할하는 복수의 원하는 폴드 라인을 따라 상기 시트재에 형성되는 복수의 폴딩 구조를 포함하고, 상기 폴딩 구조는, 상기 제1 결합 구조 및 상기 제2 결합 구조가 서로 맞물려서 상기 시트재가 폴딩된 상태로 유지되도록, 상기 제1 에지 및 상기 제2 에지를 함께 위치시키도록 상기 폴드 라인을 따라 상기 시트재의 충분히 정밀한 폴딩을 허용하도록 형성되어 있다.
3차원 구조체, 벤딩, 폴딩, 시트재, 폴드 라인, 스트랩, 에지, 결합 구조

Description

정밀 폴드 기술로 형성된 3차원 구조체 및 그 형성 방법 {THREE-DIMENSIONAL STRUCTURE FORMED WITH PRECISION FOLD TECHNOLOGY AND METHOD OF FORMING SAME}
본 출원은, 2000년 8월 17일자로 출원된 미국특허출원 제09/640,267호이며 미국특허 제6,481,259호로 등록된 "METHOD FOR PRECISION BENDING OF A SHEET OF MATERIAL AND SLIT SHEET THEREFOR"의 일부 계속 출원인, 2002년 9월 26일자로 출원된 미국특허출원 제10/256,870호인 "METHOD FOR PRECISION BENDING OF SHEET OF MATERIALS, SLIT SHEETS FABRICATION PROCESS"의 일부 계속 출원인, 2003년 9월 26일자로 출원된 미국특허출원 제10/672,766호이고 미국특허 공개공보 제2004/0134250A1호로 공개된 "TECHNIQUES FOR DESIGNING AND MANUFACTURING PRECISION-FOLDED, HIGH STRENGTH FATIGUE RESISTANT STRUCTURES AND SHEET THEREFOR"의 일부 계속 출원인, 2004년 3월 3일자로 출원된 미국특허출원 제10/795,077호이며 미국특허 공개공보 제2004/0206152호로 공개된 "SHEET MATERIAL WITH BEND CONTROLLING DISPLACEMENTS AND METHOD FOR FORMING THE SAME"의 일부 계속 출원이다. 전술한 출원들은 전체 내용을 원용에 의해 본 명세서의 일부로 하였다.
본 출원은, 2005년 2월 17일자로 출원된 미국특허 가출원 제60/654,545호인 "APPARATUS AND METHOD FOR JOINING THE EDGES OF FOLDED SHEET MATERIAL TO FORM THREE-DIMENSIONAL STRUCTURE"의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용을 원용에 의해 본 명세서의 일부로 하였다.
본 발명은, 일반적으로, 3차원 구조체를 형성하도록 폴딩된 시트재의 에지를 서로 결합시키는 장치 및 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 시트재의 에지를 서로 결합시키기 위해 결합 구조를 정확하게 정합시킬 수 있는 고정밀 폴딩 구조를 이용하여 폴딩된 시트재의 결합을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 명세서에 원용된 상기 관련 출원들은 3차원 구조체를 형성하기 위해 시트재를 벤딩 또는 폴딩하는 장치 및 방법을 상당히 자세히 설명하고 있다. 편평한 시트재는 매우 정밀하게 조절될 수 있는 폴드 라인을 따라 시트재의 폴딩을 형성하게 되는 복수의 폴딩 구조를 갖는다. 폴딩 구조는 일반적으로, 시트재의 폴딩을 정밀하게 조절하는, 이격된 벤딩 또는 폴딩 스트랩을 형성하도록 원하는 폴드 라인의 양쪽에 교대로 위치되는 슬릿, 그루브, 또는 변형부(displacement)이다. 가장 바람직하게는, 폴딩 구조 또한, 폴딩 정밀도 및 구조적 강도의 추가적 향상을 위해 폴딩 구조의 양쪽에서 시트재의 에지-대-면 결합(edge-to-face engagement)을 형성한다.
상기 관련 출원들의 폴딩된 시트는 흔히, 시트재의 자유 에지 또는 인접 에지가 맞대기(abutting) 또는 중첩(overlapping) 관계로 폴딩된 후 최종 구조체가 펼쳐지지 않도록 안정화시키기 위해 서로 결합되는 3차원 구조체의 형성에 사용되었다. 폴딩된 시트재의 에지를 서로 고정시키기 위한 종래의 기술은 용도에 따라 상당히 다양화되었지만, 많은 경우에 시트의 에지는 단순히 스크루, 리벳, 다른 기계식 패스너와 같은 표준형 패스너, 및/또는 용접, 브레이징, 또는 접착제를 이용하여 서로 결합되었다.
상기 관련 출원들의 장치 및 방법의 매우 실질적인 장점 중 하나는, 작은 폴딩 힘을 이용하여 매우 정밀하고 복잡하게 시트재를 폴딩할 수 있다는 것이다. 시트재를 정밀하고 복잡하게 폴딩함으로써, 폴딩 공정의 말미에 에지의 정확한 정합에 의해 시트재의 에지를 결합하는 기술이 가능해져서, 에지 또는 그 근방에 제공되는 결합 구조가 서로 정합되도록 폴딩되어, 에지가 분리되지 않도록 결합 구조를 서로 결합시키는 것이 가능해진다.
상기 관련 출원들에 기재된 기술을 이용하여 복잡하게 폴딩될 수 있는 시트재는, 구조체를 형성하는데 필요한 별도 부품의 수를 대폭 저감시킬 수 있다. 따라서 별도의 기계식 패스너를 제거함으로써 부품의 수를 한층 저감시키는 것은 매우 바람직하며, 별도의 용접, 납땜, 및 접착제 접합 단계의 제거 또한 최종 제품과 관련되는 비용을 저감시킨다.
또한 상기 관련 출원들의 정밀한 시트 폴딩 시스템은 광범위한 시트 두께에 적용될 수 있다. 따라서 패스너 없이 시트 에지를 결합하는 것은, 시트 에지의 고강도 결합을 필요로 하는 응용에 이용될 수도 있어야 한다.
따라서 패스너 없이 고강도 저비용으로 시트재의 에지를 결합할 수 있는 방식으로 시트재를 정밀하게 폴딩할 수 있는 장치 및 방법이 필요하게 되었다.
또한 전기부품의 엔클로저를 포함하는 다목적용 엔클로저 또는 하우징을 형 성하는 장치 및 방법을 제공하며 효과적이고 저비용의 제조 공정을 제공하는 장치 및 방법이 필요하게 되었다.
본 발명의 장치 및 방법은 다른 목적 및 장점의 특징을 가지며, 이들은 첨부도면을 참조한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
요약하자면, 본 발명의 한 가지 특징은, 3차원 구조체로 벤딩 또는 폴딩하도록 형성된 시트재에 관한 것이다. 시트재는 바람직하게, 제1 에지를 가지며 상기 제1 에지의 부근에 제1 결합 구조가 형성된 제1 시트 섹션, 제2 에지를 가지며 상기 제1 결합 구조와 맞물림 결합되기 위해 상기 제2 에지 부근에 제2 결합 구조가 형성된 제2 시트 섹션, 및 상기 시트재를 제1 시트 섹션 및 제2 시트 섹션으로 분할하는 복수의 원하는 폴드 라인을 따라 상기 시트재에 형성되는 복수의 폴딩 구조를 포함하고, 상기 폴딩 구조는, 상기 제1 결합 구조 및 상기 제2 결합 구조가 서로 맞물려서 상기 시트재가 폴딩된 상태로 유지되도록, 상기 제1 에지 및 상기 제2 에지를 함께 위치시키도록 상기 폴드 라인을 따라 상기 시트재의 충분히 정밀한 폴딩을 허용하도록 형성되어 있다.
제1 결합 구조는 상기 제1 에지 쪽으로 연장되는 슬롯을 형성하는 제1 시트 섹션의 평면으로부터 연장되는 결합 탭일 수 있고, 제2 결합 구조는 정합 플랜지(registration flange)일 수 있으며 상기 정합 플랜지의 일부분이 폴딩에 따라 슬롯으로 연장되도록 하는 치수로 형성되어 있다. 결합 탭은 J자 형상의 단면을 가질 수 있다. 결합 탭은 스탬핑에 의해 형성될 수 있다. 제1 시트 섹션은 제1 시트 섹션의 평면으로부터 결합 탭을 스탬핑함으로써 형성되는 구멍을 가질 수 있다. 상기 정합 플랜지의 슬롯에 수용되는 부분은, 제1 결합 구조 및 제2 결합 구조의 분리를 방지하기 위해 평면으로부터 연장되어 상기 구멍으로 연장되도록 하는 치수로 형성되는 잠금 돌기를 포함할 수 있다. 상기 잠금 돌기는 상기 정합 플랜지의 슬롯에 삽입될 부분을 상기 슬롯에 삽입하기 용이하도록 경사진 형상(ramp-shaped profile)을 가질 수 있다. 폴딩 구조는, 폴드 라인을 비스듬히 가로질러 연장되는 중심선을 가지는 복수의 폴딩 스트랩을 형성하도록 시트재에 형성되는 슬릿, 그루브, 및 변형부 중 하나에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 특징은, 3차원 코너 구조체를 형성하도록 폴딩되고 고정되는 시트재에 관한 것이다. 상기 시트재는, 제1 코너부를 형성하도록 제1 폴드 라인을 따라 폴딩되는 제1 시트 부분, 및 제2 코너부를 형성하도록 제2 폴드 라인을 따라 폴딩되는 제2 시트 부분을 포함한다. 상기 제1 시트 부분은 수용 슬롯을 형성하는 평면 밖에 배치되는 내측 돌출 커플링 쇼울더를 포함하고, 상기 커플링 쇼울더는 상기 제1 폴드 라인과 이격되고, 상기 제1 시트 부분은 상기 커플링 쇼울더의 평면 밖 변형에 의해 형성되는 구멍을 더 포함한다. 상기 제2 시트 부분은 그 일부분이 상기 커플링 쇼울더의 슬롯에 수용되는 정합 플랜지를 갖고, 상기 정합 플랜지 부분은 상기 제2 폴드 라인과 이격되고 상기 커플링 쇼울더와 상기 정합 플랜지 부분 사이에 강제 끼워맞춤(interference fit)을 형성하는 제1 시트 부분의 구멍으로 연장되는 외측 돌출 래치 부재를 갖는다.
제1 폴드 라인 및 제2 폴드 라인은 각각, 커플링 쇼울더 및 래치 부재의 제1 폴드 라인에 대한 정확한 배치 및 정합 플랜지 부분 및 커플링 쇼울더 슬롯의 정확한 배치를 위해, 폴드 라인을 비스듬히 가로질러 연장되는 중심선을 가지는 복수의 이격된 폴딩 스트랩을 형성하는 슬릿, 그루브, 및 변형부 중 하나에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 정밀 폴딩 기술을 이용하여 형성되는 박스는 다른 특징 및 장점을 가지며, 이들은 첨부도면을 참조한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 정밀 폴드 구조 및 고정 구조가 실시된 2차원 시트재의 사시도이다.
도 2는 제1 벤딩 단계에서의, 도 1의 시트재의 사시도이다.
도 3은 후속 벤딩 단계에서의, 도 1의 시트재의 사시도이다.
도 4는 다른 후속 벤딩 단계에서의, 도 1의 시트재의 사시도이다.
도 5는 또 다른 후속 벤딩 단계에서의, 도 1의 시트재의 사시도이다.
도 6은 도 5와 유사한 도면으로, 고정 구조의 내부 결합을 나타내는, 도 1의 시트재의 확대 사시도이다.
도 7은 도 6과 유사한 도면으로, 고정 구조의 내부 결합을 나타내는, 도 1의 시트재의 다른 확대 사시도이다.
도 8은 고정 구조의 외부 결합을 나타내는, 도 1의 시트재의 다른 확대 사시도이다.
도 9는 도 7의 선 9-9를 따라 취한, 고정 구조의 결합 전의 단면도이다.
도 10은 도 7의 선 10-10을 따라 취한, 고정 구조의 결합 전의 단면도이다.
도 11은 도 1에 도시한 것과 유사한 복수의 시트재가 적재된 형상을 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 이들 실시예는 본 발명을 한정하려는 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 반면에, 본 발명은 청구범위에 정의한 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위에 포함될 수 있는 대응물, 변형, 및 동등물을 커버하는 것으로 의도되었다.
여러 도면에서, 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하였다. 도 1에서 시트재(30)는 일반적으로 박스 블랭크(box blank)(31)를 형성하도록 십자가 형상을 갖는다. 이 실시예에서, 시트재는 개방된 박스(도 5)를 형성하기 위한 치수로 구성되지만, 본 발명에 따라 다른 3차원 형상으로 형성될 수도 있다. 예를 들어 자립형 코너 구조체, 피라미드 형상의 구조체, 및 2개의 편형하거나 실질적으로 편형한 면이 서로 교차하는 임의의 3차원 구조체가 형성될 수 있다.
시트재는, 제1 결합 구조(34)가 인접해서 형성되어 있는 제1 에지(33)를 가지는 제1 시트 섹션(32)을 포함한다. 바람직하게, 결합 구조는 인접하는 폴드 라인(35)과 이격되어, 결합 구조의 분리를 저지하는 작용을 증대시킨다(후술함).
시트재는, 상기 제1 결합 구조와의 맞물림 결합을 위해 근방에 제2 결합 구조(38)가 형성되어 있는 제2 에지(37)를 포함하는 제2 시트 섹션(36)을 포함한다. 제1 및 제2 결합 구조는, 폴드 라인을 따라 시트재가 폴딩됨에 따라 서로 맞물릴 수 있는 치수로 구성된다.
시트재는 또한, 시트재를 제1 및 제2 시트 섹션으로 분할하는 복수의 원하는 폴드 라인을 따라 시트재에 형성되는 복수의 폴딩 구조(39)를 포함한다. 폴딩 구조는, 제1 결합 구조 및 제2 결합 구조가 서로 맞물려서 시트재가 폴딩된 상태로 유지되도록, 제1 에지 및 제2 에지를 함께 위치시키도록 폴드 라인을 따라 시트재의 충분히 정밀한 폴딩을 형성하도록 형성되어 있다. 바람직하게, 폴딩 구조는, 폴드 라인을 비스듬히 가로질러 연장되는 중심선을 가지는 복수의 폴딩 스트랩(40)을 형성하도록 시트재에 형성되는 슬릿, 그루브, 및 변형부 및/또는 다른 적절한 수단이다.
폴드 라인 및 폴딩 스트랩의 특정 구성은, 미국특허출원 제11/374,828호(미국특허 공개공보 제2006/0213245A1호), 제10/795,077호, 제10/672,766호, 제10/256,870호, 및 제09/640,267호(미국특허 제6,481,259호)에 광범위하게 기재되어 있으며, 이들 내용 전체를 원용에 의해 본 명세서의 일부로 하였다.
도 2 내지 5에 도시한 바와 같이, 2차원 시트재는 각각의 폴드 라인을 따라 순차적으로 벤딩되어 개방된 박스 구조체를 형성한다. 제1 및 제2 결합 구조는, 시트재가 도 3의 상태로부터 도 4의 상태로 벤딩됨에 따라 결합된다. 도시한 바와 같이, 각각의 박스의 코너부는 유사하게 결합되는 유사한 협동 결합 구조를 포함한다.
도 7 및 8은 제1 및 제2 결합 구조의 상호 결합을 명확하게 나타내는 박스 코너부의 확대도로, 그 구성을 이하에서 상세히 설명한다.
도 9 및 10을 참조하면, 제1 결합 구조는 바람직하게, 제1 시트 섹션의 평면으로부터 연장되며 제1 에지 쪽으로 연장되는 슬롯(42)을 형성하는 결합 탭(41)이다. 제2 결합 구조는 정합 플랜지이며, 그 일부분은 도 10에 도시한 바와 같이 폴딩되면 슬롯 내부로 연장될 수 있는 치수로 형성되어 있다.
이 실시예에서, 결합 탭은 도 9에 도시한 바와 같이 J자 형상의 단면(44)을 갖는다. 그러나 L자 형상, C자 형상, 및 다른 적절한 형상을 포함하는 다른 단면 형상이 이용될 수도 있다. 바람직하게, 결합 탭은 스탬핑에 의해 형성된다.
도 9를 계속해서 참조하면, 제1 시트 섹션은, 제1 시트 섹션의 평면으로부터 결합 탭이 스탬핑됨에 따라 형성되는 구멍(45)을 갖는다. 상기 슬롯에 수용되는, 정합 플랜지의 부분은 평면 밖으로 연장되며 구멍으로 연장될 수 있는 치수로 형성되는 잠금 돌기(46)를 포함하여, 제1 및 제2 결합 구조의 분리를 방지한다. 바람직하게, 잠금 돌기는 정합 플랜지의 슬롯에 수용될 부분이 슬롯에 용이하게 삽입하도록, 경사형(ramp-shaped) 프로파일을 갖는다.
도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 박스 블랭크는 편평하게 적재될 수 있어서, 복수의 박스 블랭크가 서로 적층될 수 있다. 폴드 라인의 구성은 현장에서 박스 블랭크가 2차원 상태로부터 3차원 상태로 폴딩될 수 있도록 해준다. 전술한 관련 특허에서 언급한 바와 같이, 정밀 폴드 라인은 최소의 노력으로 블랭크가 소정의 폴드 라인을 따라 정밀하게 폴딩되도록 한다.
본 발명의 특정 실시예의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공된 것 이며, 본 발명을 기재한 형태로 한정하려는 것이 아니고, 이들 설명을 바탕으로 하여 많은 변경 및 변형이 가해질 수 있다는 것이 명백하다. 상기 실시예들은 본 발명의 원리 및 그 실제 응용을 가장 잘 설명하도록 선택되고 설명된 것이며, 이에 따라 당업자들은 의도한 특정 용도에 알맞게 본 발명을 여러 변형으로 실시할 수 있다. 본 발명의 범위는 청구범위 및 그 동등물에 의해 정의된다.

Claims (10)

  1. 3차원 구조체로 벤딩 또는 폴딩하도록 형성된 시트재에 있어서,
    제1 에지를 가지며 상기 제1 에지의 부근에 제1 결합 구조가 형성된 제1 시트 섹션;
    제2 에지를 가지며 상기 제1 결합 구조와 맞물림 결합되기 위해 상기 제2 에지 부근에 제2 결합 구조가 형성된 제2 시트 섹션 ; 및
    상기 시트재를 제1 시트 섹션 및 제2 시트 섹션으로 분할하는 복수의 원하는 폴드 라인을 따라 상기 시트재에 형성된 복수의 폴딩 구조
    를 포함하고,
    상기 폴딩 구조는, 상기 제1 결합 구조 및 상기 제2 결합 구조가 서로 맞물려서 상기 시트재가 폴딩된 상태로 유지되도록, 상기 제1 에지 및 상기 제2 에지를 함께 위치시키도록 상기 폴드 라인을 따라 상기 시트재의 충분히 정밀한 폴딩을 허용하도록 형성되는,
    시트재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 결합 구조는, 상기 제1 에지 쪽으로 연장되는 슬롯을 형성하는 상기 제1 시트 섹션의 평면으로부터 연장되는 결합 탭이고, 상기 제2 결합 구조는 정합 플랜지(registration flange)이며 상기 정합 플랜지의 일부분이 폴딩에 따라 슬 롯으로 연장되도록 하는 치수로 형성되어 있는, 시트재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결합 탭은 J자 형상의 단면을 가지는, 시트재.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 결합 탭은 스탬핑에 의해 형성되는, 시트재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 시트 섹션은, 상기 제1 시트 섹션의 평면으로부터 상기 결합 탭을 스탬핑함으로써 형성되는 구멍을 가지는, 시트재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정합 플랜지의 상기 슬롯에 수용되는 부분은, 상기 제1 결합 구조 및 상기 제2 결합 구조의 분리를 방지하기 위해 평면 밖으로 연장되어 상기 구멍으로 연장되도록 하는 치수로 형성되는 잠금 돌기를 포함하는, 시트재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 잠금 돌기는 상기 정합 플랜지의 상기 슬롯에 수용될 부분을 상기 슬롯에 삽입하기 용이하도록 경사진 형상(ramp-shaped profile)으로 되어 있는, 시트 재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴딩 구조는, 상기 폴드 라인을 비스듬히 가로질러 연장되는 중심선을 가지는 복수의 폴딩 스트랩을 형성하도록 상기 시트재에 형성되는 슬릿, 그루브, 및 변형부 중 하나에 의해 제공되는, 시트재.
  9. 3차원 코너 구조체를 형성하도록 폴딩되고 고정되는 시트재에 있어서,
    상기 시트재는, 제1 코너부를 형성하도록 제1 폴드 라인을 따라 폴딩되는 제1 시트 부분, 및 제2 코너부를 형성하도록 제2 폴드 라인을 따라 폴딩되는 제2 시트 부분을 포함하고,
    상기 제1 시트 부분은 수용 슬롯을 형성하는 평면 밖에 배치되는 내측 돌출 커플링 쇼울더를 포함하고, 상기 커플링 쇼울더는 상기 제1 폴드 라인과 이격되고, 상기 제1 시트 부분은 상기 커플링 쇼울더의 평면 밖 변형에 의해 형성되는 구멍을 더 포함하고,
    상기 제2 시트 부분은 그 일부분이 상기 커플링 쇼울더의 슬롯에 수용되는 정합 플랜지를 갖고, 상기 정합 플랜지 부분은 상기 제2 폴드 라인과 이격되고 상기 커플링 쇼울더와 상기 정합 플랜지 부분 사이에 강제 끼워맞춤(interference fit)을 형성하는 제1 시트 부분의 구멍으로 연장되는 외측 돌출 래치 부재를 갖는,
    시트재.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 폴드 라인 및 상기 제2 폴드 라인은 각각, 상기 커플링 쇼울더 및 상기 래치 부재의 상기 제1 폴드 라인에 대한 정확한 배치, 및 상기 정합 플랜지 부분 및 상기 커플링 쇼울더 슬롯의 정확한 배치를 위해, 상기 폴드 라인을 비스듬히 가로질러 연장되는 중심선을 가지는 복수의 이격된 폴딩 스트랩을 형성하는 슬릿, 그루브, 및 변형부 중 하나에 의해 제공되는, 시트재.
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