KR20100037745A - 측면 인서트 및 이를 갖는 샌드위치 패널 - Google Patents

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KR20100037745A
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insert
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flange
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이대길
김병중
이관호
윤순호
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명에 의한 샌드위치 패널은, 그 측면에 수용홈이 형성되어 있는 심재와, 심재의 양쪽 면을 각각 덮는 제 1 면재 및 제 2 면재와, 다른 부재와 결합될 수 있도록 수용홈에 결합된 측면 인서트를 포함한다. 측면 인서트는 제 1 면재의 내면에 접하여 제 1 면재를 지지하는 제 1 플랜지와, 제 2 면재의 내면에 접하여 제 2 면재를 지지하는 제 2 플랜지와, 제 1 플랜지 및 제 2 플랜지를 연결하는 웨브를 포함한다. 본 발명에 의한 샌드위치 패널은 심재의 측면에 형성된 수용홈에 삽입되어 외부로 돌출되지 않는 측면 인서트를 통해 다른 부재와 결합될 수 있기 때문에, 샌드위치 패널의 결합 구조가 단순하고, 샌드위치 패널의 결합이 용이하다.

Description

측면 인서트 및 이를 갖는 샌드위치 패널{SIDE INSERT AND SANDWICH PANEL HAVING THE SAME}
본 발명은 샌드위치 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 샌드위치 패널의 결합을 위해 샌드위치 패널의 측면에 결합되는 측면 인서트 및 이를 갖는 샌드위치 패널에 관한 것이다.
샌드위치 패널(Sandwich Panel)은 한 쌍의 면재(Face) 사이에 심재(Core)가 끼어있는 구조로 이루어진다. 샌드위치 패널은 일반적인 평판 판재에 비해 높은 비강성 및 비강도 특성을 갖기 때문에, 항공우주나 선박 등 경량화가 요구되는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
샌드위치 패널을 다른 샌드위치 패널에 결합하거나, 샌드위치 패널을 다른 구조물에 결합하기 위해 샌드위치 패널에는 두께 방향으로 인서트(Insert)가 결합된다. 인서트는 볼트 체결을 위한 나사 구멍을 갖는 것이 일반적이다. 이러한 샌드위치 패널용 인서트에는 그 길이가 대략 샌드위치 패널의 두께와 같아서 샌드위치 패널을 관통하여 결합되는 관통 인서트(Through Hole Insert)와 샌드위치 패널의 두께보다 짧아 한 쪽의 면재의 표면으로만 노출되는 부분 인서트(Partial Insert) 가 있다. 이러한 관통 인서트와 부분 인서트는 인서트 결합을 위해 샌드위치 패널에 형성된 결합용 구멍에 삽입된 후, 접착제에 의해 샌드위치 패널에 고정된다.
도 1 및 도 2는 관통 인서트와 부분 인서트가 결합된 종래 샌드위치 패널을 각각 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 샌드위치 패널(10)은 관통 인서트(14)가 결합된 것으로, 관통 인서트(14)는 한 쪽 면재(11)에서 심재(13)를 통해 다른 면재(12)를 관통하도록 샌드위치 패널(10)에 결합된다. 관통 인서트(14)의 외면과 샌드위치 패널(10)의 사이에 도포된 접착제(16)는 관통 인서트(14)를 샌드위치 패널(10)에 고정시킨다. 관통 인서트(14)는 체결용 볼트(B)를 결합하기 위한 나사 구멍(15)을 갖는다.
도 2에 도시된 샌드위치 패널(20)은 부분 인서트(24)가 결합된 것으로, 샌드위치 패널(20)에 결합된 부분 인서트(24)는 두 개의 면재(21)(22) 중에서 한 쪽 면재(21)에서 심재(23)의 중간 부분까지 연장되어 있다. 부분 인서트(24)는 그 주위에 도포된 접착제(26)에 의해 샌드위치 패널(20)에 고정되고, 체결용 볼트(B)의 결합을 위한 나사 구멍(25)을 갖는다. 이러한 종래의 관통 인서트(14) 또는 부분 인서트(24)를 갖는 샌드위치 패널(10)(20)은 관통 인서트(14) 또는 부분 인서트(24)에 체결용 볼트(B)를 체결함으로써 서로 결합될 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 두 개의 샌드위치 패널(31)(32)을 서로 결합하는 경우, 먼저 각 샌드위치 패널(31)(32)의 적절한 위치에 복수의 관통 인서트(14) 또는 부분 인서트(24)를 결합한다. 그리고 도 4에 도시된 것과 같이, 하나의 샌드위치 패널(31)을 다른 샌드위치 패널(32)의 일면에 수직으로 배치하고 복수의 결합 부재(33)와 체결용 볼트(B)를 이용하여 두 개의 샌드위치 패널(31)(32)을 서로 결합한다. 구체적으로, 복수의 결합 부재(33)를 두 개의 샌드위치 패널(31)(32)이 서로 수직으로 만나서 형성된 모서리에 배치하고, 이를 복수의 볼트(B)를 이용하여 두 개의 샌드위치 패널(31)(32)에 고정함으로써 두 개의 샌드위치 패널(31)(32)을 수직으로 결합할 수 있다.
그런데 종래의 샌드위치 패널은, 이를 결합할 때 인서트를 고정하기 위해 인서트 주위에 도포되는 접착제의 무게와 샌드위치 패널에 결합되는 결합 부재의 무게로 인해 전체 무게가 무거워지는 문제점이 있다. 그리고 결합 부재의 사용으로 샌드위치 패널의 결합 구조가 복잡하고 결합 작업이 번거롭다.
한편, 샌드위치 패널에 가해지는 힘은 샌드위치 패널의 모서리나 표면에 국부적으로 발생하며, 샌드위치 패널의 모서리는 외력에 취약한 부분이다. 따라서, 별다른 보강 수단이 없는 종래 샌드위치 패널은 그 모서리에 외력이 가해질 경우, 샌드위치 패널을 구성하고 있는 면재와 심재의 국부적인 파괴(Local Failure), 박리(Delamination), 좌굴(Buckling) 등의 결함이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 샌드위치 패널에 결합되어 간단한 구조의 샌드위치 패널의 결합 구조를 구성하고, 상대적으로 외력에 취약한 샌드위치 패널의 측면을 보강할 수 있으며, 샌드위치 패널을 경량화시킬 수 있는 측면 인서트 및 이를 갖는 샌드위치 패널을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 샌드위치 패널은, 그 측면에 수용홈이 형성되어 있는 심재와, 상기 심재의 양쪽 면을 각각 덮는 제 1 면재 및 제 2 면재와, 다른 부재와 결합될 수 있도록 상기 수용홈에 결합된 측면 인서트를 포 함한다. 측면 인서트는 상기 제 1 면재의 내면에 접하여 상기 제 1 면재를 지지하는 제 1 플랜지와, 상기 제 2 면재의 내면에 접하여 상기 제 2 면재를 지지하는 제 2 플랜지와, 상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지를 연결하는 웨브를 포함한다.
여기에서, 상기 웨브는 나사가 결합될 수 있는 나사 구멍을 구비할 수 있다.
그리고 상기 측면 인서트는 중량 감소를 위한 살빼기 홈을 갖을 수 있다.
또한, 상기 측면 인서트는 상기 제 1 면재 및 상기 제 2 면재와 같은 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 측면 인서트는 접착제에 의해 상기 제 1 면재, 상기 제 2 면재, 상기 심재 중 적어도 어느 하나에 접착될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 샌드위치 패널용 측면 인서트는, 상기 샌드위치 패널의 제 1 면재의 내면에 접하여 상기 제 1 면재를 지지하는 제 1 플랜지와, 상기 샌드위치 패널의 제 2 면재의 내면에 접하여 상기 제 2 면재를 지지하는 제 2 플랜지와, 상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지를 연결하는 웨브를 포함한다.
상기 측면 인서트는 금속, 금속 복합재료, 폴리머 복합재료 중에서 선택된 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 샌드위치 패널은 심재의 측면에 형성된 수용홈에 삽입되어 외부로 돌출되지 않는 측면 인서트를 통해 다른 부재와 결합될 수 있기 때문에, 샌드위치 패널의 결합 구조가 단순하고, 샌드위치 패널의 결합이 용이하다.
또한, 본 발명에 의한 샌드위치 패널은 결합 구조를 구성하는 측면 인서트가 밀도가 작고 가벼우며, 측면 인서트의 결합을 위해 종래에 비해 접착제의 사용량을 줄일 수 있기 때문에, 종래에 비해 중량을 줄일 수 있고 경량화가 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 샌드위치 패널은 그 측면 인서트가 고하중을 견딜 수 있는 I형강 또는 H형강 형상으로 이루어지기 때문에, 측면 인서트의 설치 개수를 조절하면 가벼우면서 구조적인 안전성을 확보할 수 있다. 그리고 측면 인서트가 상대적으로 취약한 모서리를 보강하기 때문에, 외력에 의한 변형이나, 심재와 면재들 사이의 국부적인 파괴, 박리, 좌굴 등의 파손 위험이 적다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 측면 인서트 및 이를 갖는 샌드위치 패널에 대하여 설명한다. 도면에서 구성요소의 크기와 형상 등은 발명의 이해를 돕기 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 샌드위치 패널(40)은 서로 평행하게 배치된 제 1 면재(Face, 41) 및 제 2 면재(42), 제 1 면재(41) 및 제 2 면재(42) 사이에 개재된 심재(Core, 43), 심재(43)의 측면에 결합된 복수의 측면 인서트(50)를 포함한다.
제 1 면재(41) 및 제 2 면재(42)는 고강성, 고강도의 얇은 평판 형상으로 이루어지고, 심재(43)는 경량 재질로 이루어진다. 제 1 면재(41) 및 제 2 면재(42)의 재질로는 금속(Metal), 폴리머 복합재료(Polymer Composite), 또는 금속 복합재료(Metal Composite) 등이 사용될 수 있다. 그리고 심재(43)의 재질로는 폼(Foam), 하니컴 (Honeycomb), 발사 우드(Balsa Wood) 등이 사용될 수 있다. 심재(43)는 제 1 면재(41) 및 제 2 면재(42)와 접착제(44)에 의해 접착된다. 접착제(44)로는 액상의 접착액이나 고상의 접착 필름이 사용될 수 있다. 심재(43)의 측면에는 복수의 수용홈(45)이 형성되어 있으며, 이 수용홈(45)에 측면 인서트(50)가 결합된다. 수용홈(45)은 심재(43)의 측면을 측면 인서트(50)의 크기에 대응하는 크기로 제거함으로써 형성할 수 있다.
도 7에 도시된 것과 같이, 측면 인서트(50)는 서로 평행한 제 1 플랜지(Flange, 51) 및 제 2 플랜지(52)와 제 1 플랜지(51) 및 제 2 플랜지(52)를 연결하는 웨브(Web, 53)를 포함하는 I형강(I-Beam) 또는 H형강(H-Beam) 형상으로 이루어진다. 웨브(53)는 그 폭이 제 1 플랜지(51) 및 제 2 플랜지(52)의 두께보다 크고, 체결용 볼트(B)를 결합하기 위한 나사 구멍(54)을 갖는다. 여기에서, 나사 구멍(54)은 생략될 수 있으며, 웨브(53)의 폭은 제 1 플랜지(51) 및 제 2 플랜지(52)의 두께와 관계없이 다양하게 변경될 수 있다. 측면 인서트(50)의 재질은 제 1 면재(41) 및 제 2 면재(42)의 재질과 같은 금속(Metal), 폴리머 복합재료(Polymer Composite), 또는 금속 복합재료(Metal Composite) 등이 사용될 수 있다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 측면 인서트(50)는 제 1 면재(41) 및 제 2 면재(42) 사이에 개재되도록 심재(43)의 측면에 결합됨으로써, 샌드위치 패널(40)이 다른 부재와 결합될 때 다른 부재에 고정되는 연결 부분이 된다. 또한, 측면 인서트(50)는 상대적으로 외력에 취약한 샌드위치 패널(40)의 모서리를 보강함으로써, 외력에 의한 심재(43)와 제 1 면재(41) 및 제 2 면재(42) 사이의 국부적인 파 괴, 박리, 좌굴 등의 결함 발생을 막을 수 있다.
측면 인서트(50)를 심재(43)의 측면에 결합하는 방법은 후 결합법과 동시 결합법이 있다. 후 결합법은 심재(43)의 양쪽 면에 제 1 면재(41) 및 제 2 면재(42)가 결합되어 있는 상태에서 심재(43)의 측면에 수용홈(45)을 형성한 후에 수용홈(45)에 측면 인서트(50)를 결합하는 방법이다. 여기에서, 제 1 플랜지(51)와 제 1 면재(41)의 내면 사이, 제 2 플랜지(52)와 제 2 면재(42)의 내면 사이, 웨브(53)와 심재(43)의 측면 사이에는 측면 인서트(50)를 수용홈(45)에 고정하기 위한 접착제(44)가 도포될 수 있다.
그리고 동시 결합법은 심재(43)에 제 1 면재(41) 및 제 2 면재(42)를 결합하기 전에 심재(43)의 측면에 수용홈(45)을 형성하고, 접착제(44)를 이용하여 제 1 면재(41), 제 2 면재(42), 심재(43) 및 측면 인서트(50)를 동시에 접합하는 방법이다. 여기에서, 웨브(53)와 심재(43)의 측면 사이에도 접착제(44)가 도포될 수 있다. 측면 인서트(50)를 수용홈(45)에 고정시키기 위한 접착제(44)로는 액상의 접착액이나 고상의 접착 필름이 사용될 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 샌드위치 패널용 측면 인서트를 나타낸 것이다.
도 8에 도시된 측면 인서트(50')는 중량 감소를 위한 살빼기 홈(55)이 웨브(53)에 형성되어 있는 것이다. 살빼기 홈(55)은 측면 인서트(50)의 구조적인 강도를 크게 떨어뜨리지 않는 조건하에서 웨브(53) 뿐만이 아니라 제 1 면재(41) 또는 제 2 면재(42)에 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 의한 샌드위치 패널을 측면 인서트를 이용하여 다른 부재에 결합하는 과정에 대하여 설명한다.
도 9 내지 도 11은 측면 인서트(50)를 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 제 1 샌드위치 패널(40)을 관통 인서트(61)가 결합된 제 2 샌드위치 패널(60)에 결합하여 "T"자형 구조물을 형성하는 과정을 나타낸 것이다.
제 1 샌드위치 패널(40) 및 제 2 샌드위치 패널(60)의 결합을 위해, 제 1 샌드위치 패널(40)의 상부 측면 및 하부 측면에는 복수의 측면 인서트(50)가 결합되어 있고, 제 2 샌드위치 패널(60)의 중간에는 복수의 측면 인서트(50)에 대응하는 복수의 관통 인서트(61)가 결합되어 있다. 여기에서, 제 1 샌드위치 패널(40)의 상부 측면에 결합되어 있는 복수의 측면 인서트(50)는 생략될 수 있다. 복수의 측면 인서트(50)와 복수의 관통 인서트(61) 각각은 체결용 볼트(B)의 결합을 위한 나사 구멍(54)(62)을 가지고 있다.
도 9에 도시된 것과 같이, 제 1 샌드위치 패널(40)을 복수의 측면 인서트(50)와 복수의 관통 인서트(61)가 서로 대면하도록 제 2 샌드위치 패널(60)의 일면에 배치한다. 그리고 도 10에 도시된 것과 같이, 체결용 볼트(B)를 관통 인서트(61)의 나사 구멍(62)을 통해 측면 인서트(50)의 나사 구멍(54)에 삽입하여 측면 인서트(50)를 관통 인서트(61)에 고정한다. 이렇게 복수의 측면 인서트(50)를 복수의 관통 인서트(61)에 차례로 고정함으로써, 도 11에 도시된 것과 같이 제 1 샌드위치 패널(40)과 제 2 샌드위치 패널(60)을 "T"자형으로 결합할 수 있다.
제 1 샌드위치 패널(40)과 제 2 샌드위치 패널(60)의 결합 시, 체결용 볼 트(B)와 측면 인서트(50)의 나사 구멍(54) 및/또는 관통 인서트(61)의 나사 구멍(62)의 사이에 접착제를 도포하면 제 1 샌드위치 패널(40)과 제 2 샌드위치 패널(60) 사이의 결합력을 높일 수 있다. 또한, 복수의 측면 인서트(50)와 제 2 샌드위치 패널(60)의 일면 사이에 접착제를 도포하면 제 1 샌드위치 패널(40)과 제 2 샌드위치 패널(60)을 영구적으로 결합할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의한 샌드위치 패널(40)은 제 1 면재(41) 및 제 2 면재(42)의 사이에 개재되어 외부로 돌출되지 않는 측면 인서트(50)를 통해 다른 부재와 결합될 수 있기 때문에, 샌드위치 패널(40)의 결합 구조가 단순하고, 샌드위치 패널(40)의 결합이 용이하다. 그리고 본 발명에 의한 샌드위치 패널(40)은 측면 인서트(50)가 밀도가 작고 가벼우며, 측면 인서트(50)의 결합을 위해 종래에 비해 접착제 사용량을 줄일 수 있으므로 경량화가 가능한다.
또한, 본 발명에 의한 샌드위치 패널(40)은 그 측면 인서트(50)가 고하중을 견딜 수 있는 I형강(I-Beam) 또는 H형강(H-Beam) 형상으로 이루어져 있으므로, 측면 인서트(50)의 설치 개수를 조절하면 가벼우면서 구조적 안전성을 확보할 수 있다. 그리고 측면 인서트(50)가 상대적으로 취약한 모서리를 보강하기 때문에, 외력에 의한 변형에 강하다.
이상에서 설명한 본 발명은 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명은 기재된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능하다.
도 1은 종래 관통 인서트를 갖는 샌드위치 패널을 나타낸 측단면도이다.
도 2는 종래 부분 인서트를 갖는 샌드위치 패널을 나타낸 측단면도이다.
도 3 및 도 4는 종래의 샌드위치 패널 두 개를 서로 결합하는 과정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 샌드위치 패널을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 샌드위치 패널의 일부를 나타낸 측단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 샌드위치 패널의 측면 인서트를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 샌드위치 패널용 측면 인서트를 나타낸 사시도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 샌드위치 패널을 다른 샌드위치 패널에 결합하는 과정을 나타낸 것이다.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣
40 : 샌드위치 패널 41, 42 : 제 1, 2 면재
43 : 심재 44 : 접착제
45 : 수용홈 50 : 측면 인서트
51, 52 : 제 1, 2 플랜지 53 : 웨브
54 : 나사 구멍 55 : 살빼기 홈

Claims (9)

  1. 그 측면에 수용홈이 형성되어 있는 심재와;
    상기 심재의 양쪽 면을 각각 덮는 제 1 면재 및 제 2 면재와;
    상기 제 1 면재의 내면에 접하여 상기 제 1 면재를 지지하는 제 1 플랜지, 상기 제 2 면재의 내면에 접하여 상기 제 2 면재를 지지하는 제 2 플랜지, 상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지를 연결하는 웨브를 갖고, 다른 부재와 결합될 수 있도록 상기 수용홈에 결합된 측면 인서트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨브는 나사가 결합될 수 있는 나사 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면 인서트는 중량 감소를 위한 살빼기 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면 인서트는 상기 제 1 면재 및 상기 제 2 면재와 같은 재질로 이루 어진 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면 인서트는 접착제에 의해 상기 제 1 면재, 상기 제 2 면재, 상기 심재 중 적어도 어느 하나에 접착된 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
  6. 제 1 면재와 제 2 면재의 사이에 심재가 개재되어 있는 샌드위치 패널을 다른 부재와 결합하기 위해 상기 샌드위치 패널의 측면에 결합되는 샌드위치 패널용 측면 인서트에 있어서,
    상기 제 1 면재의 내면에 접하여 상기 제 1 면재를 지지하는 제 1 플랜지와;
    상기 제 2 면재의 내면에 접하여 상기 제 2 면재를 지지하는 제 2 플랜지와;
    상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지를 연결하는 웨브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널용 측면 인서트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 웨브는 나사가 결합될 수 있는 나사 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널용 측면 인서트.
  8. 제 6 항에 있어서,
    중량 감소를 위한 살빼기 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널용 측 면 인서트.
  9. 제 6 항에 있어서,
    금속, 금속 복합재료, 폴리머 복합재료 중에서 선택된 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널용 측면 인서트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101280479B1 (ko) * 2011-04-19 2013-07-01 삼성중공업 주식회사 패널 어셈블리

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