반 밀폐식 열가소성 벌집체와, 그 제조 방법 및 제조 설비

반 밀폐식 열가소성 벌집체와, 그 제조 방법 및 제조 설비 {HALF CLOSED THERMOPLASTIC HONEYCOMB, THEIR PRODUCTION PROCESS AND EQUIPMENT TO PRODUCE}

본 발명은 절첩 벌집 구조체와 같은 세포형 구조체와, 이러한 세포형 구조체를 제조하는 방법 및 제조하는 설비에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 열가소성 절첩 벌집 구조체와, 이러한 절첩 벌집 구조체를 제조하는 방법 및 설비에 관한 것이다.

WO 97/03816에 개시된 절첩 벌집체는 편평한 본체와 같은 단일층으로부터 연속적으로 제조된다. 육각형 셀은 먼저 절단한 후 절첩하여 구성된다. 셀은 덮개층 연결 표면에 의해 연결된다. 비절단식 절첩 벌집체는 회전 진공 열성형에 의해 열가소성 필름의 하나의 연속층으로부터 경제적으로 제조될 수 있다. 이러한 절첩 벌집체는 WO 00/32382에 개시되며 각각의 육각형 셀의 양측을 덮는 연결 표면을 갖는다.

본 발명의 일 목적은 절단없이 절첩 벌집체를 제조하는 방법 및 장치를 제공할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 장점은 진공 성형 및 덮개층에 대한 양호한 부착이 가능하다는 것이다. 다른 장점은 재료를 최소한으로 사용하는 것이다.

상기 목적은 첨부된 청구항의 요지에 따라 달성되고, 종속항의 추가적 특징에 의해 추가로 전개된다.

본 발명은 링 형태로 서로 인접하는 측방향 셀 벽을 구비하고 각 셀의 두 개방 측부 쪽에서 덮개층 평면에 의해 칸막이 되어 하나의 덮개층 또는 다른 덮개층 평면 내에서 부분적으로 또는 완전하게 각각 연결되는, 여러 열로 배열된 복수의 셀로 형성된 절첩 벌집체를 제공하며, 상기 절첩체는 사실상 절단되지 않은 편평한 본체로부터 형성되고, 소성 변형에 의해 형성된 복수의 3D 구조(1, 2)와 소성 변형에 의해 생성되며 절첩 벌집체 내의 하나의 덮개층 또는 다른 덮개층 내에 위치되는 연결 영역(3, 4)을 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 있어서, 재료의 웹과 같은 편평한 본체는 재료 평면에 대체로 수직으로 소성 변형되어, 셀 벽들이 만나서 연결될 수 있을 때까지 이송 방향으로 좁아진다(예컨대, 절첩된다). u자 또는 v자 형상을 갖는 연결 영역은 재료가 최소한으로 추가되면서 벌집체 셀 벽이 양 덮개층에 양호하게 부착될 수 있도록 반 육각형 셀 벽들 사이에 형성된다.

따라서, 본 발명은 소성 변형 가능한 재료로 구성된 편평한 본체로부터 절첩 벌집체를 제조하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은 a) 내부에 제1 3D 구조체(1, 2)와 제1 3D 구조체 사이에 형성된 제2 연결 영역(3, 4)을 형성하도록 상기 편평한 본체를 소성 변형시키는 단계와, b) 하나의 셀의 셀 벽이 다른 셀의 셀 벽과 벌집 구조체로 인접하도록 링 형태로 서로에 대해 인접하는 셀 벽을 갖는 셀을 형성하기 위해 3D 구조체를 서로를 향해 절첩하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 소성 변형 가능한 재료로 구성된 편평한 본체로부터 절첩 벌집체를 제조하기 위한 설비를 제공하며, 상기 설비는 a) 내부에 제1 3D 구조체(1, 2)와 제1 3D 구조체 사이에 형성된 제2 연결 영역(3, 4)을 형성하도록 상기 편평한 본체를 소성 변형시키기 위한 수단과, b) 하나의 셀의 셀 벽이 다른 셀의 셀 벽과 벌집 구조체로 인접하도록 링 형태로 서로에 대해 인접하는 셀 벽을 갖는 셀을 형성하기 위해 3D 구조체를 서로를 향해 절첩하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명 및 그 예시적 실시예는 후속하는 개략적 도면을 참조로 설명될 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소성 변형된 재료 웹의 일부를 도시한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따라 벌집체 셀을 형성하도록 반 절첩된 재료 웹의 일부를 도시한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따라 두 열의 부분적으로 밀폐된 2열의 벌집체 셀을 생성하는 거의 완전히 절첩된 재료 웹을 도시한다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 가소적으로 형성된 재료 웹 부분의 측면도를 도시한다.

도5는 절첩 공정 도중 재료 웹에 대한 측면도를 도시하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 절첩 설비를 도시한다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 패널 제조 라인에서의 연속적인 직 렬 단계를 도시한다.

본 발명은 특정 실시예와 소정의 도면을 참조하여 개시되지만, 이에 제한되지 않으며 단지 청구항에 의해서만 제한될 것이다. 도시된 도면은 단지 개략적인 것으로 제한적인 것이 아니다. 도면에서, 몇몇 요소들의 크기는 확대될 수 있으며 도시를 목적으로 정확한 치수로 도시되지 않을 수 있다. 용어 "포함"이 본원 명세서 및 청구범위에서 사용되면, 이는 다른 요소 또는 단계를 배제하는 것이 아니다. 또한, 본원 명세서와 청구범위 내의 용어 제1, 제2 및 제3 등의 용어는 유사한 요소들 간의 구별을 위해 사용되며, 순차적이거나 연대적인 순서를 도시하기 위해 필요하지는 않다. 이와 같이 사용된 용어들은 적절한 환경하에서 상호 교환 가능하며, 본원에 개시된 본 발명의 실시예들은 개시 또는 도시된 것과 다른 순서의 작업이 가능하다는 것이 이해될 것이다.

도1은 소성 변형 가능한 재료로 이루어진 편평한 웹(web)의 일부를 도시한다. 소성 변형 가능한 재료는 얇은 열가소성 중합체 재료, 섬유 복합재 재료, 소성 변형 가능한 종이 또는 금속 시트 또는 유사물일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 편평한 웹은 재료 웹에 대체로 수직하게 내부에 형성된 소성 변형부(1, 2)를 갖는다. 영역(1, 2)에서, 재료는 웹의 평면으로부터 예컨대, 사다리꼴과 같은 다각형, 사인곡선형 또는 궁형 등으로 변형된다. 변형부는 융기부(8, ridge)와 함몰부(9, valley)를 형성하며, 이들 각각은 연속적이지 않다. 예컨대, 융기부는 사다리꼴과 같은 다각형, 사인곡선형 또는 궁형부과 같은 변형부(1, 2)들의 선형 연속 물로 구성된다. 융기부는 초기에(예컨대, 성형 시) 재료의 웹의 평면에 평행할 수 있는 상부면(15)을 갖는 것이 바람직하다. 제조 방향은 도1에 양호하게 도시되지만, 도시된 방향에 수직한 방향[축(5, 6)에 평행한 방향]도 사용될 수 있다.

영역(1, 2)은 추가적으로 u자 또는 v자형 연결 영역(3, 4)을 형성하도록 경사지는, 즉 축(5) 및/또는 축(6)에 대해 서로를 향해 회전하도록 형성되는 것이 바람직하다. 영역(3, 4)은 예컨대, 사다리꼴과 같은 다각형, 사인곡선형 또는 궁형 부분 등과 같은 융기 부분(1, 2)을 1열의 영역(1, 2)들로 분리한다. 연결부(3, 4)는 두 영역(1, 2) 사이에 배치되며, 연결부(3)는 영역(1, 2)의 열을 따라 연결부(4)와 교대로 배치된다. 영역(3, 4)은 교차 함몰부(cross-valley) 즉, 함몰부(9)에 수직인 함몰부를 형성한다. 인접한 교차 함몰부들은 웹 재료의 대향 측에 위치한다. 영역(1, 2)을 도1의 초기 위치에 있게 하는 영역(1, 2)의 회전은 변형부가 재료의 웹에 배치됨과 동시에 수행되는 것이 바람직하다. 웹 재료는 영역(1, 2)의 외부면(15)에 대체로 수직인 영역(3, 4)을 형성하도록 영역(1, 2) 사이의 변환부에서 신장된다. 다른 융기부들 상의 표면(3, 4) 사이의 각은 공구의 일부가 진입하여 상기 융기부들의 형성을 가능하게 한다. 재료 웹의 폭 방향은 축(5, 6) 방향으로 긴 것이 바람직하며, 재료 웹의 순환 길이 방향은 라인(7)에서 제조 방향을 따라 연속적이다.

영역(1, 2) 내의 웹 재료의 변형은 절첩 단부 제품 내의 셀 반부의 벽을 형성하는 3차원 형상들을 형성하는 목적을 만족시킨다. 이에 따라 형성된 셀은 구조적인 절첩 단부 제품의 하중 지지 요소이며, 상기 셀 벽은 절첩 단부 제품의 종방 향을 가로지르도록 연장한다. 절첩 단부 제품에서, 절첩에 의해 형성된 셀은 단면이 원통형인 것이 바람직하며, 이러한 원통의 축은 절첩 단부 제품의 종방향을 가로지르도록 그리고 최종적으로 제조되는 편평한 벌집체의 두께 방향으로 연장한다. 셀의 단면 형상은 필요에 따라, 예컨대 원형 또는 다각형, 특히 육각형과 같은 짝수 다각형으로 선택될 수도 있다. 최종 셀 형상은 원래 웹 내의 변형 영역(1, 2)의 형상과 이들이 함께 절첩되는 방법에 의해 결정된다. 도3에 도시된 바와 같이, 웹이 완전히 절첩될 때, 각각의 셀은 두 개의 반부 셀로부터 형성된다. 상기 셀들은 여러 열로 배치된다. 각각의 최종 셀은 (웹 재료 내에서) 두 개의 종방향으로 인접한 함몰부(9)의 바닥부 및 측부에 의해 형성된다. 반부 셀은 (웹 재료 내에서) 두 개의 종방향으로 인접한 융기부(8)로부터 접촉면(15)에 걸쳐 함께 연결되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명은 셀이 링 형태로 서로 인접한 측방향 셀 벽을 구비하고, 셀의 두 개방 측부쪽에서 덮개층(covering-layer) 평면에 의해 칸막이 되어, 하나의 덮개층 평면 또는 다른 덮개층 평면에서 완전하게 연결 또는 밀폐되는 것을 특징으로 하는 여러 열로 배치된 복수의 셀로 형성된 절첩 벌집체를 제공한다. 절첩 벌집체는 대체로 절단되지 않은 편평한 본체로부터 형성된다. 절첩 벌집체는 소성 변형에 의해 형성된 다각형, 사인곡선형 또는 궁형 형상의 영역(1, 2)과 소성 변형에 의해 형성된 덮개층 평면 내의 연결 영역(3, 4)과 같은 복수의 3D 구조물을 포함한다. 셀 벽의 적어도 일부는 예컨대, 풀이나 접착제 또는 용접에 의해 서로에 대해 전체적으로 또는 부분적으로 영구적으로 결합되는 것이 바람직하다. 본 발명은 상이한 단면 형상 및/또는 크기를 갖는 셀의 혼합체인 최종 절 첩 제품을 포함한다. 최종 벌집체 구조물은 평면 제품으로, 셀은 제품의 평면에 수직하고 두께를 가로지르도록 배열된다. 상기 평면 구조의 교호 측면 상의 셀은 연결 영역(3, 4)에 의해 폐쇄된다. 모든 셀은 예컨대, 덮개 시트로 본 발명의 평면 제품을 적층하는 것과 같이, 하나 이상의 덮개층을 부가하여 밀폐될 수 있다. 본 발명은 예컨대, 변형된 재료 웹을 절첩하여 평면에서 적어도 일방향으로 개방된(도3에 도시됨) 구조물을 형성한 후, 셀 벽을 형성하는 웹 내의 사다리꼴, 사인곡선형 또는 원형 구조물인 3D 구조물(1, 2)이 완전히 수직이 아니거나 서로에 대해 접촉하지 않거나 또는 완전히 수직도 아니고 서로에 대해 접촉하지도 않을 가능성을 본 발명의 범주 내에 포함한다.

도1로 돌아가서, 제조 방법은 인접한 융기부로부터의 표면(15)이 서로에 대해 인접하거나 양호하게는 접촉하도록 영역(1, 2)을 추가로 회전함으로써 계속된다. 도2는 절첩 벌집체의 제조에 있어서 다른 중간 상태를 도시한다. 소성 변형된 재료 웹을 좁히는 것은 절첩 라인(5, 6)에 대한 상기 재료 웹의 절첩 작업에 의해 발생한다. u자 또는 v자형 연결 영역(3, 4)은 절첩되지 않으며 셀 벽에 수직인 평면에 편평하게 놓인다. 영역(3, 4)은 예컨대, 사다리꼴과 같은 다각형, 사인곡선형 또는 궁형의 변형부(1 또는 2) 등과 같은 재료 웹의 3D 구조물의 실질적인 변형을 방지한다.

도3은 두 열의 육각형 벌집체 셀을 형성하도록 거의 완전하게 절첩된 재료를 도시한다. 함께 절첩된 결과, 인접한 영역(3)은 서로 접촉한다[인접한 영역(4)도 서로 접촉한다]. 그 후, 각각의 벌집체 셀은 적어도 일측면 상에서 영역(3 또는 4)에 의해 폐쇄된다. 즉, 셀은 일단부 상에서 영역(3, 4)에 의해 형성된 폐쇄 표면을 갖는다. 표면(15)들은 예컨대, 풀이나 접착제로 또는 초음파 용접과 같은 용접에 의해 서로에 대해 연결될 수 있다. 하지만, 이러한 연결은 본 발명의 필수적인 요구 조건은 아니다.

상술한 공정은 변형된 웹 재료의 절첩에 의존하며, 3D 구조물(1, 2)과 표면(3, 4)이 형성되는 방식은 절첩 및 회전 공정이 용이하도록 수행된다. 도4는 절첩 작업 전의 성형된 재료 웹의 측면을 도시한다. 절첩 작업을 용이하게 하기 위해, 소성 변형된 재료 웹은 양호하게는 양의 값 "x"만큼 평면을 벗어나서 위치되는 축(5, 6)(재료 영역(1, 2)이 절첩 중 그 주위를 회전하는 축)을 갖는다. 치수 "x"는 재료의 상부면 상의 교차 함몰부의 축(6) 상의 최저 정점 연결 위치가 웹의 하부면 상에 있는 교차 함몰부의 축(5) 상의 정점 연결 위치보다 높도록 선택된다. 제조 방향을 따라 종방향 힘이 축(5, 6)을 통해 작용할 것이며, 이러한 작용에 의해 축(5, 6)에 대한 굽힘 모멘트가 가해질 것이다. 이에 따라 성형된 재료 웹이 제조 방향으로의 간단한 압축에 의해 절첩될 수 있다.

제조는 자동화되고 연속적으로 진행될 수 있다. 양호하게는, 롤러 쌍이 제조 방향으로 재료 웹을 함께 가압하는데 사용될 수 있다. 하지만, 회전 공구, 진동 전달 공구 또는 안내 프로파일이 웹의 절첩을 돕거나 보장하기 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 하나의 독립된 태양은 재료 웹의 비절단식 연속적 소성 회전 형성에 의해 절첩 벌집체를 형성하는 것이다. 소성 변형은 예컨대, 기포(air-bubble) 필름의 제조에서 일반적인 "회전 진공 열성형(rotation vacuum thermoforming)"에 의해 수행될 수 있다. 예열 필름으로 제공되거나 또는 사출 성형기로부터 필름 다이를 거쳐 직접적으로 제공된 재료는 진공의 도움으로 프로파일 롤에 의해 인출되는 것이 바람직하다. 서로에 대해 작동하는 상기 롤 상에는 상호 결합 프로파일이 사용될 수도 있다.

재료 웹의 열성형을 위한 진공 롤러의 표면은 성형된 재료 웹 내에서 영역(1, 2)이 형성될 뿐만 아니라 바람직하게는 서로를 향해 약간(예컨대, 10°내지 30°) 회전될 수 있도록 비교적 복잡한 형상을 갖는다. 이것은 v자형 영역(3, 4)의 형성을 가능하게 하고, 축(5, 6)에 대한 영역(1, 2)의 추가 회전(예컨대, 약 80°내지 60°)에 의해 절첩될 수 있는 재료 웹의 진공 열성형 가능 기밀 형상을 보장한다.

도5는 절첩 작업 중 재료 웹의 측면과 본 발명의 일 실시예에 따른 절첩 설비의 단면을 도시한다. 절첩 벌집체 코어에 대한 비절첩 재료 웹의 속도, 즉 재료 취출 인자가 두께가 8mm이고 셀 크기가 6.4mm인 반 폐쇄식 열가소성 벌집체 코어 개구에 대해 도시된다. 비절첩 재료는 임의의 속도 단위에서 2.696의 속도로 진행하고, 롤러(20)의 제1 세트 내에서 2.5까지 감소한 후, 제2 롤러(22)에서 1까지 추가로 감소된다. 최종 속도가 절첩 벌집체 평면 구조물의 처리량의 속도이다.

절첩 유닛은 절첩 중 재료 웹을 평면으로 유지하기 위해 표면 내의 홈(10a)이 안내 그리드(11)의 상류에 배치된 예컨대, 고무 코팅 공급 롤러(10)인 한 쌍의 공급 롤러(20)와, 절첩을 가능하게 하는 충분한 평면 내의 압축력을 보장하는 역압력(counter pressure)을 가하도록 유사한 홈(12a)을 갖는 예컨대, 고무 코팅 가압 롤러(12)인 제2 세트의 롤러(22)를 포함한다. 하부 및 상부 공급 롤러(20) 사이의 압축력은 탄성 변형에 의해 서로를 향한 영역(1, 2)의 회전 및 경사를 감소시킬 수 있지만, 재료 웹이 이동할 카운터 롤러(22)와 공급 롤러(20) 사이의 부분에서는 재료 웹은 (필수적이지는 않지만 바람직하게는) 공구의 도움 또는 안내부(11a) 없이 열성형되고 절첩이 계속된다. 게이팅(gating) 및/또는 브레이킹 기구(13)는 초기에 웹을 감속 또는 정지시킨다. 상기 기구는 완전히 절첩된 단계에서 재료 웹에 의해서만 발생되는 힘으로 개방된다. 절첩된 웹이 형성되면 개방 상태에서 마찰력이 계속 가해진다.

절첩된 벌집체는 벌집체 코어의 양측 상에서 예컨대, 적층 롤러 또는 벨트(23)에 의해 덮개층(14)을 직접적인 압출 성형 또는 적층하여 경량 샌드위치 패널로 직접적으로 추가 처리되는 것이 바람직하다. 본 발명에 의해 제공된 설비는 코어 접착 또는 용접 유닛과 적층 유닛뿐만 아니라 변형 및 절첩 유닛을 포함할 수도 있다.

도6은 연속적인 패널 제조를 위한 연속적인 직렬 제조 단계를 도시한다. 직렬 후성형이 선택 가능하며 에지 경계(closure) 또는 에지 프로파일의 형성을 포함할 수 있다. 단계(25)에서, 웹 시트 재료는 압출 성형기와 같은 적절한 성형 설비로부터 직접적으로 또는 웹 재료의 롤로부터 제공된다. 선택적으로, 재료의 웹은 소정 온도로 유지되거나 성형 온도까지 가열된다. 단계(26)에서, 3D 구조물(1, 2)은 예컨대, 진공 성형 또는 열간 압연과 같은 임의의 적절한 공정에 의해 웹 재료 내에서 형성된다. 단계(27)에서, 3D 구조물이 형성된 웹 재료는 절집 코어를 형성 하도록 함께 절첩된다. 선택적으로, 단계(28)에서 하나 이상의 덮개층 또는 다른 층의 적층이 직렬 작업 라인 또는 다른 작업 라인에서 수행될 수 있다. 단계(29)에서, 길이를 절단하거나 또는 벌집체 재료를 예컨대, 금속 부품과 같은 다른 것으로 가압 또는 고정시켜 벌집체 재료를 성형하는 것과 같은 후성형 작업이 수행된다.

본 발명은 연결 영역(3, 4)이 이후에, 예컨대 모든 셀이 양측에서 개방되도록 부직포 덮개층의 적층이 예컨대 절단 또는 용융에 의해 제거되는 중에 3D 형성가능 샌드위치 예비 형성물이 되는 절첩 벌집체를 포함한다.

절첩식 벌집체 코어 및 덮개층에 사용되는 열 재료에 따라, 샌드위치 패널은 예컨대, 구조적 구성요소, 충격 및 충돌 보호, 장식용 패널 또는 패키징 용도로 사용될 수 있다.