KR102210115B1 - 단위셀 및 단위셀을 포함하는 샌드위치 판재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 육각 기둥 형상의 베이스 프레임; 및 상기 베이스 프레임의 내부영역에 위치하는 내부 프레임을 포함하고, 상기 내부 프레임은 단면이 "H" 자 형상의 프레임 구조인 것을 특징으로 하는 단위셀 및 이를 포함하는 샌드위치 판재에 관한 것으로, 강도저하를 방지하고, 강성이 약해지는 것을 방지할 수 있는 단위셀 및 이를 포함하는 샌드위치 판재를 제조할 수 있다.

Description

단위셀 및 단위셀을 포함하는 샌드위치 판재{An unit-cell structure and A sandwich plate comprising the same}

본 발명은 단위셀 및 단위셀을 포함하는 샌드위치 판재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 경량화를 달성하면서, 강성이 유지될 수 있는 샌드위치 패널을 제공할 수 있는 단위셀에 관한 것이다.

종래의 샌드위치 판재는 합성수지 복합재료, 폼 또는 금속, 비금속을 이용하여 3차원 형상의 내부구조를 갖도록 구성된다. 이러한 샌드위치 패널은 단위 층의 내부구조 상하 양면에 표면 판재를 접합하여 제작한다.

그중에서도 특히, 선박이나 대형 구조물의 경우에는 산업에서 쉽게 생산되는 I-beam이나 주름형(corrugate)형태의 구조체를 내부 구조체로 이용하여 제작하여 왔다. 그러나 이런 구조물은 구조체 자체의 이방성 특징에 의해 과대설계가 될 수 있는 문제점이 있다.

최근에는 샌드위치 내부 코어로써 다양한 형태의 내부 트러스 구조체가 연구되고 있다. 그 대표적인 것이 피라미드, 옥테트, 카고메 구조 등이 있으며, 옥테트 트러스 구조의 경우 각 요소가 정삼각형으로 연결되어 모든 방향으로 기계적 물성이 일정한 구조이다.

한편, 한국공개특허 10-2012-0050573호에는 피라미드형 트러스 구조체를 이용한 샌드위치 판재 및 그 제작방법을 개시하고 있다. 도 1 및 도 2를 통하여, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 피라미드형 트러스 구조체를 도시한 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 피라미드형 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재를 도시한 개략도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 종래의 피라미드형 트러스 구조체(10)는 2개의 구조단위셀이 접합되어 형성될 수 있으며, 상기 구조 단위셀은 방사상으로 내려뻗은 사각뿔형태의 다리를 포함하며, 그 상부면은 평면으로 절곡되어 있다.

다음으로, 도 2를 참조하면, 피라미드형 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재는 상술한 도 1의 복수의 피라미드형 트러스 구조체(10)가 판재(20) 사이에 결합되어 형성될 수 있다.

보다 구체적으로, 복수의 피라미드형 트러스 구조체(10)가 상판재와 하판재의 사이에 결합되고, 이때, 복수의 피라미드형 트러스 구조체(10)는 용접, 브레이징, 천이액상(TLP), 접착제 접합 등의 방법에 의하여, 상기 판재에 접합될 수 있다.

하지만, 종래의 샌드위치 판재의 경우, 상기 복수의 피라미드형 트러스 구조체와 상기 판재를 접합함에 있어서, 용접 또는 브레이징 등이 방법을 사용함에 따라, 접합공정시 발생하는 고온에 의하여, 상기 트러스 구조체의 특성 변화에 따른 강도저하의 문제점이 있고, 또한, 접합에 따른 문제로 인하여, 구조체의 강성이 약해지는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 경량화를 달성하면서, 강성이 유지될 수 있는 샌드위치 패널을 제공할 수 있는 단위셀을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 육각 기둥 형상의 베이스 프레임; 및 상기 베이스 프레임의 내부영역에 위치하는 내부 프레임을 포함하고, 상기 내부 프레임은 단면이 "H" 자 형상의 프레임 구조인 것을 특징으로 하는 단위셀을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 베이스 프레임은, 상부면; 상기 상부면과 마주보며 위치하는 하부면을 포함하며, 상기 상부면의 제1측과 상기 하부면의 제1측의 사이에 연속적으로 위치하는 제1측면; 상기 상부면의 제2측과 상기 하부면의 제2측의 사이에 연속적으로 위치하는 제2측면; 상기 상부면의 제3측과 상기 하부면의 제3측의 사이에 연속적으로 위치하는 제3측면; 상기 제1측면과 마주보며 위치하고, 상기 상부면의 제4측과 상기 하부면의 제4측의 사이에 연속적으로 위치하는 제4측면; 상기 제2측면과 마주보며 위치하고, 상기 상부면의 제5측과 상기 하부면의 제5측의 사이에 연속적으로 위치하는 제5측면; 및 상기 제3측면과 마주보며 위치하고, 상기 상부면의 제6측과 상기 하부면의 제6측의 사이에 연속적으로 위치하는 제6측면을 포함하는 단위셀을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 베이스 프레임은, 6개의 상부 꼭지점과 6개의 하부 꼭지점을 포함하고, 상기 6개의 상부 꼭지점은, 반시계 방향을 기준으로, 상부 제1꼭지점; 상기 상부 제1꼭지점과 이격하여 위치하고, 상기 상부 제1꼭지점과 인접하여 위치하는 상부 제2꼭지점; 상기 상부 제2꼭지점과 이격하여 위치하고, 상기 상부 제2꼭지점과 인접하여 위치하는 상부 제3꼭지점; 상기 상부 제3꼭지점과 이격하여 위치하고, 상기 상부 제3꼭지점과 인접하여 위치하는 상부 제4꼭지점; 상기 상부 제4꼭지점과 이격하여 위치하고, 상기 상부 제4꼭지점과 인접하여 위치하는 상부 제5꼭지점; 및 상기 상부 제5꼭지점과 이격하여 위치하고, 상기 상부 제5꼭지점과 인접하여 위치하는 제6꼭지점을 포함하고, 또한, 상기 6개의 하부 꼭지점은, 반시계 방향을 기준으로, 하부 제1꼭지점; 상기 하부 제1꼭지점과 이격하여 위치하고, 상기 하부 제1꼭지점과 인접하여 위치하는 하부 제2꼭지점; 상기 하부 제2꼭지점과 이격하여 위치하고, 상기 하부 제2꼭지점과 인접하여 위치하는 하부 제3꼭지점; 상기 하부 제3꼭지점과 이격하여 위치하고, 상기 하부 제3꼭지점과 인접하여 위치하는 하부 제4꼭지점; 상기 하부 제4꼭지점과 이격하여 위치하고, 상기 하부 제4꼭지점과 인접하여 위치하는 하부 제5꼭지점; 및 상기 하부 제5꼭지점과 이격하여 위치하고, 상기 하부 제5꼭지점과 인접하여 위치하는 제6꼭지점을 포함하는 단위셀을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 베이스 프레임은, 6개의 상부 선분, 6개의 하부 선분 및 6개의 측부 선분을 포함하고, 상기 6개의 상부 선분은, 반시계 방향을 기준으로, 상기 상부 제1꼭지점과 상기 상부 제2꼭지점을 연결하는 상부 제1선분; 상기 상부 제2꼭지점과 상기 상부 제3꼭지점을 연결하는 상부 제2선분; 상기 상부 제3꼭지점과 상기 상부 제4꼭지점을 연결하는 상부 제3선분; 상기 상부 제4꼭지점과 상기 상부 제5꼭지점을 연결하는 상부 제4선분; 상기 상부 제5꼭지점과 상기 상부 제6꼭지점을 연결하는 상부 제5선분; 및 상기 상부 제6꼭지점과 상기 상부 제1꼭지점을 연결하는 상부 제6선분을 포함하며, 또한, 상기 6개의 하부 선분은, 반시계 방향을 기준으로, 상기 하부 제1꼭지점과 상기 하부 제2꼭지점을 연결하는 하부 제1선분; 상기 하부 제2꼭지점과 상기 하부 제3꼭지점을 연결하는 하부 제2선분; 상기 하부 제3꼭지점과 상기 하부 제4꼭지점을 연결하는 하부 제3선분; 상기 하부 제4꼭지점과 상기 하부 제5꼭지점을 연결하는 하부 제4선분; 상기 하부 제5꼭지점과 상기 하부 제6꼭지점을 연결하는 하부 제5선분; 및 상기 하부 제6꼭지점과 상기 하부 제1꼭지점을 연결하는 하부 제6선분을 포함하고, 또한, 상기 6개의 측부 선분은 반시계 방향을 기준으로, 상기 상부 제1꼭지점과 상기 하부 제1꼭지점을 연결하는 측부 제1선분; 상기 상부 제2꼭지점과 상기 하부 제2꼭지점을 연결하는 측부 제2선분; 상기 상부 제3꼭지점과 상기 하부 제3꼭지점을 연결하는 측부 제3선분; 상기 상부 제4꼭지점과 상기 하부 제4꼭지점을 연결하는 측부 제4선분; 상기 상부 제5꼭지점과 상기 하부 제5꼭지점을 연결하는 측부 제5선분; 및 상기 상부 제6꼭지점과 상기 하부 제6꼭지점을 연결하는 측부 제6선분을 포함하는 단위셀을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 내부 프레임은 제1측에 위치하는 제1플랜지부; 상기 제1플랜지부와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2플랜지부; 및 상기 제1플랜지부와 상기 제2플랜지부를 연결하는 웨브부를 포함하는 단위셀을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1플랜지부는, 상부 y 방향 제1선분; 상기 상부 y 방향 제1선분)과 마주보며 위치하는 하부 y 방향 제1선분; 일측은 상기 상부 y 방향 제1선분의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제1선분의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제1선분; 및 상기 일측 z 방향 제1선분과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 y 방향 제1선분의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제1선분의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제1선분을 포함하고, 상기 제2플랜지부는, 상부 y 방향 제2선분; 상기 상부 y 방향 제2선분과 마주보며 위치하는 하부 y 방향 제2선분; 일측은 상기 상부 y 방향 제2선분의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제2선분의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제2선분; 및 상기 일측 z 방향 제2선분과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 y 방향 제2선분의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제2선분의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제2선분을 포함하며, 상기 웨브부는, 상부 x 방향 제1선분; 상기 상부 x 방향 제1선분과 마주보며 위치하는 하부 x 방향 제1선분; 일측은 상기 상부 x 방향 제1선분의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 x 방향 제1선분의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제3선분; 및 상기 일측 z 방향 제3선분과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 x 방향 제1선분의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 x 방향 제1선분의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제3선분을 포함하는 단위셀을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 웨브부의 상기 일측 z 방향 제3선분은 상기 제1플랜지부와 접촉하여 연결되고, 상기 웨브부의 상기 타측 z 방향 제3선분은 상기 제2플랜지부와 접촉하여 연결됨으로써, 상기 웨브부는 상기 제1플랜지부와 상기 제2플랜지부에 연결되는 것을 특징으로 하는 단위셀을 제공한다.

또한, 본 발명은 육각 기둥 형상의 제1베이스 프레임, 및 상기 제1베이스 프레임의 내부영역에 위치하는 제1내부 프레임을 포함하는 제1단위셀; 육각 기둥 형상의 제2베이스 프레임, 및 상기 제2베이스 프레임의 내부영역에 위치하는 제2내부 프레임을 포함하는 제2단위셀; 및 육각 기둥 형상의 제3베이스 프레임, 및 상기 제3베이스 프레임의 내부영역에 위치하는 제3내부 프레임을 포함하는 제3단위셀을 포함하는 복수 단위셀 구조물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1내부 프레임, 상기 제2내부 프레임 및 상기 제3내부 프레임은 단면이 "H" 자 형상의 프레임 구조인 것을 특징으로 하는 복수 단위셀 구조물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 복수 단위셀 구조물은 3개의 단위셀이 복수개로 연속된 구조이며, 상기 3개의 단위셀이 복수개로 연속된 구조는, 평면도를 기준으로, 상기 제1단위셀은 상기 제2단위셀 및 상기 제3단위셀과 접촉하고, 상기 제2단위셀은 상기 제1단위셀 및 상기 제3단위셀과 접촉하며, 상기 제3단위셀은 상기 제1단위셀 및 상기 제2단위셀과 접촉하는 구조인 것을 특징으로 하는 복수 단위셀 구조물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1베이스 프레임은 제1상부면, 제1하부면, 제1-1측면, 제1-2측면, 제1-3측면, 제1-4측면, 제1-5측면 및 제1-6측면의 8개의 면을 포함하고, 상기 제2베이스 프레임은 제2상부면, 제2하부면, 제2-1측면, 제2-2측면, 제2-3측면, 제2-4측면, 제2-5측면 및 제2-6측면의 8개의 면을 포함하며, 상기 제3베이스 프레임은 제3상부면, 제3하부면, 제3-1측면, 제3-2측면, 제3-3측면, 제3-4측면, 제3-5측면 및 제3-6측면의 8개의 면을 포함하고, 상기 복수 단위셀 구조물은 3개의 단위셀이 복수개로 연속된 구조이며, 상기 3개의 단위셀이 복수개로 연속된 구조는, 상기 제1베이스 프레임의 제1-3측면은 상기 제2베이스 프레임의 제2-6측면과 접촉하고, 상기 제1베이스 프레임의 제1-2측면은 상기 제3베이스 프레임의 제3-5측면과 접촉하며, 상기 제2베이스 프레임의 제2-1측면은 상기 제3베이스 프레임의 제3-4측면과 접촉하는 구조인 것을 특징으로 하는 복수 단위셀 구조물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1베이스 프레임은, 측부 제1-1선분, 측부 제1-2선분, 측부 제1-3선분, 측부 제1-4선분, 측부 제1-5선분 및 측부 제1-6선분을 포함하는 6개의 측부 선분을 포함하고, 상기 제2베이스 프레임은, 측부 제2-1선분, 측부 제2-2선분, 측부 제2-3선분, 측부 제2-4선분, 측부 제2-5선분 및 측부 제2-6선분을 포함하는 6개의 측부 선분을 포함하며, 상기 제3베이스 프레임은, 측부 제3-1선분, 측부 제3-2선분, 측부 제3-3선분, 측부 제3-4선분, 측부 제3-5선분 및 측부 제3-6선분을 포함하는 6개의 측부 선분을 포함하는 복수 단위셀 구조물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1내부 프레임, 상기 제2내부 프레임 및 상기 제3내부 프레임은, 각각, 제1측에 위치하는 제1플랜지부; 상기 제1플랜지부와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2플랜지부; 및 상기 제1플랜지부와 상기 제2플랜지부를 연결하는 웨브부를 포함하며, 상기 제1플랜지부는, 상부 y 방향 제1선분; 상기 상부 y 방향 제1선분)과 마주보며 위치하는 하부 y 방향 제1선분; 일측은 상기 상부 y 방향 제1선분의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제1선분의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제1선분; 및 상기 일측 z 방향 제1선분과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 y 방향 제1선분의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제1선분의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제1선분을 포함하고, 상기 제2플랜지부는, 상부 y 방향 제2선분; 상기 상부 y 방향 제2선분과 마주보며 위치하는 하부 y 방향 제2선분; 일측은 상기 상부 y 방향 제2선분의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제2선분의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제2선분; 및 상기 일측 z 방향 제2선분과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 y 방향 제2선분의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제2선분의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제2선분을 포함하며, 상기 웨브부는, 상부 x 방향 제1선분; 상기 상부 x 방향 제1선분과 마주보며 위치하는 하부 x 방향 제1선분; 일측은 상기 상부 x 방향 제1선분의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 x 방향 제1선분의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제3선분; 및 상기 일측 z 방향 제3선분과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 x 방향 제1선분의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 x 방향 제1선분의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제3선분을 포함하는 복수 단위셀 구조물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1단위셀의 상기 제1베이스 프레임 및 상기 제1내부 프레임은, 0°회전 상태, 30°회전 상태 및 60°회전 상태 중 적어도 어느 하나의 상태로 배치되고, 상기 제2단위셀의 상기 제2베이스 프레임 및 상기 제2내부 프레임은, 0°회전 상태, 30°회전 상태 및 60°회전 상태 중 적어도 어느 하나의 상태로 배치되며, 상기 제3단위셀의 상기 제3베이스 프레임 및 상기 제3내부 프레임은, 0°회전 상태, 30°회전 상태 및 60°회전 상태 중 적어도 어느 하나의 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 복수 단위셀 구조물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 0°회전 상태란, 베이스 프레임의 내부영역에 위치하는 내부 프레임이 위치하는 일정 상태에서의 기준점을 의미하고, 상기 30°회전 상태란, 기준점인 0°회전 상태를 기준으로, 베이스 프레임의 내부영역에서 내부 프레임이 30°회전한 상태를 의미하며, 상기 60°회전 상태란, 기준점인 0°회전 상태를 기준으로, 베이스 프레임의 내부영역에서 내부 프레임이 60°회전한 상태를 의미하는 복수 단위셀 구조물을 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 육각 기둥 형상의 베이스 프레임; 및 상기 베이스 프레임의 내부영역에 위치하는 내부 프레임을 포함하는 구조의 단위셀을 통하여, 강도저하를 방지하고, 강성이 약해지는 것을 방지할 수 있는 단위셀 및 이를 포함하는 샌드위치 판재를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 복수 단위셀 구조물을 포함하는 샌드위치 판재를 통하여, 더욱더 강도저하를 방지하고, 강성이 약해지는 것을 방지할 수 있는 샌드위치 판재를 제조할 수 있다.

도 1은 종래의 피라미드형 트러스 구조체를 도시한 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 피라미드형 트러스 구조체를 포함하는 샌드위치 판재를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 단위셀을 도시하는 실사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 베이스 프레임을 도시하는 개략적인 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 베이스 프레임을 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 내부 프레임을 도시하는 개략적인 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 내부 프레임을 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 베이스 프레임과 내부 프레임의 제1예의 연결관계를 도시하는 개략적인 평면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 베이스 프레임과 내부 프레임의 제2예의 연결관계를 도시하는 개략적인 평면도이며, 도 10은 본 발명에 따른 베이스 프레임과 내부 프레임의 제3예의 연결관계를 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 단위셀이 복수개로 연속된 구조를 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 단위셀을 포함하는 샌드위치 패널의 예를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 13은 비교예에 따른 샌드위치 판재의 응력분포를 도시하는 사진이고, 도 14는 비교예에 따른 샌드위치 판재의 응력분포를 도시하는 그래프이다.
도 15는 본 발명에 따른 단위셀을 포함하는 샌드위치 판재의 응력분포를 도시하는 사진이고, 도 16은 본 발명에 따른 단위셀을 포함하는 샌드위치 판재의 응력분포를 도시하는 그래프이다.
도 17은 본 발명에 따른 복수 단위셀 구조물을 포함하는 샌드위치 판재의 응력분포를 도시하는 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 단위셀을 도시하는 실사진이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 단위셀(10)은, 육각 기둥 형상의 베이스 프레임(100); 및 상기 베이스 프레임(100)의 내부영역에 위치하는 내부 프레임(200)을 포함한다.

이때, 본 발명에서 상기 "육각 기둥"이라 함은, 상면 및 하면이 육각형인 각기둥을 의미하는 것으로, 도면에서는 상기 육각 기둥의 측면과 상면 및 측면과 하면이 이루는 각이 직각인 직육각 기둥인 것을 도시하고 있으나, 이와는 달리, 상기 육각 기둥의 측면과 상면 및 측면과 하면이 이루는 각이 직각이 아닌 빗육각 기둥일 수 있는 것으로, 본 발명에서 상기 육각 기둥의 정의를 제한하는 것은 아니다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 프레임(100)의 내부영역은 중공상태이며, 따라서, 상기 중공상태의 내부영역에 상기 내부 프레임이 위치할 수 있다.

또한, 상기 내부 프레임(200)은 단면이 "H" 자 형상의 프레임 구조에 해당하는 것으로, 상기 "H" 자 형상의 내부 프레임은, 좌우의 2개의 제1플랜지부 및 제2플랜지부를 포함하는 플랜지부와 상기 제1플랜지부 및 상기 제2플랜지부를 연결하는 웨브부로 구성되며, 상기 내부 프레임(200)의 형상에 대해서는 후술하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 베이스 프레임을 도시하는 개략적인 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 베이스 프레임을 도시하는 개략적인 평면도이다. 한편, 도 4에서는 설명의 편의를 위하여, 동일한 도면을 (a) 내지 (c)로 구분하였으며, (a)도 에서는 베이스 프레임의 8개의 면에 대한 도면부호를 도시하였고, (b)도에서는 베이스 프레임의 12개의 꼭지점에 대한 도면부호를 도시하였으며, (c)도에서는 베이스 프레임의 18개의 선분에 대한 도면부호를 도시하였다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 베이스 프레임(10)은, 상부면(110); 상기 상부면(110)과 마주보며 위치하는 하부면(120)을 포함하며, 상기 상부면(110)의 제1측과 상기 하부면(120)의 제1측의 사이에 연속적으로 위치하는 제1측면(130); 상기 상부면(110)의 제2측과 상기 하부면(120)의 제2측의 사이에 연속적으로 위치하는 제2측면(140); 상기 상부면(110)의 제3측과 상기 하부면(120)의 제3측의 사이에 연속적으로 위치하는 제3측면(150); 상기 제1측면(130)과 마주보며 위치하고, 상기 상부면(110)의 제4측과 상기 하부면(120)의 제4측의 사이에 연속적으로 위치하는 제4측면(160); 상기 제2측면(140)과 마주보며 위치하고, 상기 상부면(110)의 제5측과 상기 하부면(120)의 제5측의 사이에 연속적으로 위치하는 제5측면(170); 및 상기 제3측면(150)과 마주보며 위치하고, 상기 상부면(110)의 제6측과 상기 하부면(120)의 제6측의 사이에 연속적으로 위치하는 제6측면(180)을 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)은, 상부면(110), 하부면(120), 제1측면(130), 제2측면(140), 제3측면(150), 제4측면(160), 제5측면(170) 및 제6측면(180)의 8개의 면으로 이루어지며, 이러한 육각 기둥의 형태의 정의는 일반적인 것에 해당하는 것으로, 본 발명에서 상부, 하부, 측면 등의 의미에 권리범위의 제한을 두는 것은 아니다.

이때, 도 3에서와 같이, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)의 상기 상부면(110) 및 상기 하부면(120)은 별도의 구조물이 없이 개방된 상태일 수 있다.

또한, 제1측면(130), 제2측면(140), 제3측면(150), 제4측면(160), 제5측면(170) 및 제6측면(180)은 모두 평판 플레이트로 구성될 수 있으나, 이와는 달리, 도 3에서와 같이, 메쉬 타입으로 구성될 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)은, 상기 제1측면(130)은 제1평판 플레이트, 상기 제2측면(140)은 제2평판 플레이트, 상기 제3측면(150)은 제3평판 플레이트, 제4측면(160)은 제4평판 플레이트, 제5측면(170)은 제5평판 플레이트, 제6측면(180)은 제6평판 플레이트로 정의할 수 있으며, 이때, 상기 상부면(110) 및 상기 하부면(120)은 개방된 상태에 해당할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)은, 상기 제1측면(130)은 제1메쉬 플레이트, 상기 제2측면(140)은 제2메쉬 플레이트, 상기 제3측면(150)은 제3메쉬 플레이트, 제4측면(160)은 제4메쉬 플레이트, 제5측면(170)은 제5메쉬 플레이트, 제6측면(180)은 제6메쉬 플레이트로 정의할 수 있으며, 이때, 상기 상부면(110) 및 상기 하부면(120)은 개방된 상태에 해당할 수 있다.

계속해서, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)은, 육각 기둥 형태의 일반적인 정의에 따라, 12개의 꼭지점을 포함하며, 즉, 6개의 상부 꼭지점과 6개의 하부 꼭지점을 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 6개의 상부 꼭지점은, 반시계 방향을 기준으로, 상부 제1꼭지점(111); 상기 상부 제1꼭지점(111)과 이격하여 위치하고, 상기 상부 제1꼭지점(111)과 인접하여 위치하는 상부 제2꼭지점(112); 상기 상부 제2꼭지점(112)과 이격하여 위치하고, 상기 상부 제2꼭지점(112)과 인접하여 위치하는 상부 제3꼭지점(113); 상기 상부 제3꼭지점(113)과 이격하여 위치하고, 상기 상부 제3꼭지점(113)과 인접하여 위치하는 상부 제4꼭지점(114); 상기 상부 제4꼭지점(114)과 이격하여 위치하고, 상기 상부 제4꼭지점(114)과 인접하여 위치하는 상부 제5꼭지점(115); 및 상기 상부 제5꼭지점(115)과 이격하여 위치하고, 상기 상부 제5꼭지점(115)과 인접하여 위치하는 제6꼭지점(116)을 포함한다.

또한, 상기 6개의 하부 꼭지점은, 반시계 방향을 기준으로, 하부 제1꼭지점(121); 상기 하부 제1꼭지점(121)과 이격하여 위치하고, 상기 하부 제1꼭지점(121)과 인접하여 위치하는 하부 제2꼭지점(122); 상기 하부 제2꼭지점(122)과 이격하여 위치하고, 상기 하부 제2꼭지점(122)과 인접하여 위치하는 하부 제3꼭지점(123); 상기 하부 제3꼭지점(123)과 이격하여 위치하고, 상기 하부 제3꼭지점(123)과 인접하여 위치하는 하부 제4꼭지점(124); 상기 하부 제4꼭지점(124)과 이격하여 위치하고, 상기 하부 제4꼭지점(124)과 인접하여 위치하는 하부 제5꼭지점(125); 및 상기 하부 제5꼭지점(125)과 이격하여 위치하고, 상기 하부 제5꼭지점(125)과 인접하여 위치하는 제6꼭지점(126)을 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)은, 상기 상부 제1꼭지점(111), 상부 제2꼭지점(112), 상부 제3꼭지점(113), 상부 제4꼭지점(114), 상부 제5꼭지점(115) 및 상부 제6꼭지점(116)의 6개의 상부 꼭지점과, 상기 하부 제1꼭지점(121), 하부 제2꼭지점(122), 하부 제3꼭지점(123), 하부 제4꼭지점(124), 하부 제5꼭지점(125) 및 하부 제6꼭지점(126)의 6개의 하부 꼭지점을 포함하며, 이러한 육각 기둥의 꼭지점의 정의는 일반적인 것에 해당하는 것으로, 본 발명에서 상부, 하부 등의 의미에 권리범위의 제한을 두는 것은 아니다.

계속해서, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)은, 육각 기둥 형태의 일반적인 정의에 따라, 18개의 선분(모서리)을 포함하며, 즉, 6개의 상부 선분, 6개의 하부 선분 및 6개의 측부 선분을 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 6개의 상부 선분은, 반시계 방향을 기준으로, 상기 상부 제1꼭지점(111)과 상기 상부 제2꼭지점(112)을 연결하는 상부 제1선분(131); 상기 상부 제2꼭지점(112)과 상기 상부 제3꼭지점(113)을 연결하는 상부 제2선분(141); 상기 상부 제3꼭지점(113)과 상기 상부 제4꼭지점(114)을 연결하는 상부 제3선분(151); 상기 상부 제4꼭지점(114)과 상기 상부 제5꼭지점(115)을 연결하는 상부 제4선분(161); 상기 상부 제5꼭지점(115)과 상기 상부 제6꼭지점(116)을 연결하는 상부 제5선분(171); 및 상기 상부 제6꼭지점(116)과 상기 상부 제1꼭지점(111)을 연결하는 상부 제6선분(181)을 포함한다.

또한, 상기 6개의 하부 선분은, 반시계 방향을 기준으로, 상기 하부 제1꼭지점(121)과 상기 하부 제2꼭지점(122)을 연결하는 하부 제1선분(132); 상기 하부 제2꼭지점(122)과 상기 하부 제3꼭지점(123)을 연결하는 하부 제2선분(142); 상기 하부 제3꼭지점(123)과 상기 하부 제4꼭지점(124)을 연결하는 하부 제3선분(152); 상기 하부 제4꼭지점(124)과 상기 하부 제5꼭지점(125)을 연결하는 하부 제4선분(162); 상기 하부 제5꼭지점(125)과 상기 하부 제6꼭지점(126)을 연결하는 하부 제5선분(172); 및 상기 하부 제6꼭지점(126)과 상기 하부 제1꼭지점(121)을 연결하는 하부 제6선분(182)을 포함한다.

또한, 상기 6개의 측부 선분은 반시계 방향을 기준으로, 상기 상부 제1꼭지점(111)과 상기 하부 제1꼭지점(121)을 연결하는 측부 제1선분(191); 상기 상부 제2꼭지점(112)과 상기 하부 제2꼭지점(122)을 연결하는 측부 제2선분(192); 상기 상부 제3꼭지점(113)과 상기 하부 제3꼭지점(123)을 연결하는 측부 제3선분(193); 상기 상부 제4꼭지점(114)과 상기 하부 제4꼭지점(124)을 연결하는 측부 제4선분(194); 상기 상부 제5꼭지점(115)과 상기 하부 제5꼭지점(125)을 연결하는 측부 제5선분(195); 및 상기 상부 제6꼭지점(116)과 상기 하부 제6꼭지점(126)을 연결하는 측부 제6선분(196)을 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)은, 상부 제1선분(131), 상부 제2선분(141), 상부 제3선분(151), 상부 제4선분(161), 상부 제5선분(171) 및 상부 제6선분(181)을 포함하는 6개의 상부 선분을 포함하고, 하부 제1선분(132), 하부 제2선분(142), 하부 제3선분(152), 하부 제4선분(162), 하부 제5선분(172) 및 하부 제6선분(182)을 포함하는 6개의 하부 선분을 포함하며, 측부 제1선분(191), 측부 제2선분(192), 측부 제3선분(193), 측부 제4선분(194), 측부 제5선분(195) 및 측부 제6선분(196)을 포함하는 6개의 측부 선분을 포함하며, 이러한 육각 기둥의 선분의 정의는 일반적인 것에 해당하는 것으로, 본 발명에서 상부, 하부, 측부 등의 의미에 권리범위의 제한을 두는 것은 아니다.

도 6은 본 발명에 따른 내부 프레임을 도시하는 개략적인 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 내부 프레임을 도시하는 개략적인 평면도이다.

도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 내부 프레임(200)은 단면이 "H" 자 형상의 프레임 구조에 해당하는 것으로, 이하에서는 본 발명에 따른 내부프레임(200)의 구조는 단면이 "H" 자 형상의 프레임 구조인 것으로 정의하기로 한다.

보다 구체적으로, 상기 내부 프레임(200)은 제1측에 위치하는 제1플랜지부(210); 상기 제1플랜지부(210)와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2플랜지부(220); 및 상기 제1플랜지부(210)와 상기 제2플랜지부(220)를 연결하는 웨브부(230)를 포함한다.

이때, 상기 플랜지부 및 웨브부의 명칭은, H 빔에서의 정의를 활용한 것으로, 상기 제1플랜지부는 제1측 제1방향 프레임, 상기 제2플랜지부는 제2측 제1방향 플레임, 상기 웨브부는 제2방향 프레임으로 정의할 수 있으며, 또한, 상기 제1플랜지부는 제1측 수직 프레임, 상기 제2플랜지부는 제2측 수직 프레임, 상기 웨브부는 수평 프레임으로 정의할 수 있고, 이와는 달리, 상기 제1플랜지부는 제1측 수평 프레임, 상기 제2플랜지부는 제2측 수평 프레임, 상기 웨브부는 수직 프레임으로 정의할 수 있다.

계속해서, 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제1플랜지부(210)는 상부 y 방향 제1선분(211); 상기 상부 y 방향 제1선분(211)과 마주보며 위치하는 하부 y 방향 제1선분(212); 일측은 상기 상부 y 방향 제1선분(211)의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제1선분(212)의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제1선분(213); 및 상기 일측 z 방향 제1선분(213)과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 y 방향 제1선분(211)의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제1선분(212)의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제1선분(214)을 포함한다.

즉, 상기 상부 y 방향 제1선분(211); 일측 z 방향 제1선분(213); 하부 y 방향 제1선분(212); 및 타측 z 방향 제1선분(214)이 연속적으로 배치되어, 본 발명에 따른 제1플랜지부(210)를 구성하게 된다.

또한, 상기 제2플랜지부(220)는 상부 y 방향 제2선분(221); 상기 상부 y 방향 제2선분(221)과 마주보며 위치하는 하부 y 방향 제2선분(222); 일측은 상기 상부 y 방향 제2선분(221)의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제2선분(222)의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제2선분(223); 및 상기 일측 z 방향 제2선분(223)과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 y 방향 제2선분(221)의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제2선분(222)의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제2선분(224)을 포함한다.

즉, 상기 상부 y 방향 제2선분(221); 일측 z 방향 제2선분(223); 하부 y 방향 제2선분(222); 및 타측 z 방향 제1선분(224)이 연속적으로 배치되어, 본 발명에 따른 제2플랜지부(220)를 구성하게 된다.

계속해서, 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제1플랜지부(210)와 상기 제2플랜지부(220)를 연결하는 웨브부(230)는, 상부 x 방향 제1선분(231); 상기 상부 x 방향 제1선분(231)과 마주보며 위치하는 하부 x 방향 제1선분(232); 일측은 상기 상부 x 방향 제1선분(231)의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 x 방향 제1선분(232)의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제3선분(233); 및 상기 일측 z 방향 제3선분(233)과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 x 방향 제1선분(231)의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 x 방향 제1선분(232)의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제3선분(234)을 포함한다.

상기 상부 x 방향 제1선분(231); 상기 하부 x 방향 제1선분(232); 상기 일측 z 방향 제3선분(233); 및 상기 타측 z 방향 제3선분(234)이 연속적으로 배치되어, 본 발명에 따른 웨브부(230)를 구성하게 된다.

이때, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 웨브부(230)의 상기 일측 z 방향 제3선분(233)은 상기 제1플랜지부(210)와 접촉하여 연결되고, 상기 웨브부(230)의 상기 타측 z 방향 제3선분(234)은 상기 제2플랜지부(220)와 접촉하여 연결됨으로써, 상기 웨브부(230)는 상기 제1플랜지부(210)와 상기 제2플랜지부(220)에 연결될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 베이스 프레임(100)과 내부 프레임(200)의 연결관계에 대하여 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명에 따른 베이스 프레임과 내부 프레임의 제1예의 연결관계를 도시하는 개략적인 평면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 베이스 프레임과 내부 프레임의 제2예의 연결관계를 도시하는 개략적인 평면도이며, 도 10은 본 발명에 따른 베이스 프레임과 내부 프레임의 제3예의 연결관계를 도시하는 개략적인 평면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상술한 바와 같이, 상기 베이스 프레임(100)의 상기 6개의 측부 선분은, 반시계 방향을 기준으로, 상기 상부 제1꼭지점(111)과 상기 하부 제1꼭지점(121)을 연결하는 측부 제1선분(191); 상기 상부 제2꼭지점(112)과 상기 하부 제2꼭지점(122)을 연결하는 측부 제2선분(192); 상기 상부 제3꼭지점(113)과 상기 하부 제3꼭지점(123)을 연결하는 측부 제3선분(193); 상기 상부 제4꼭지점(114)과 상기 하부 제4꼭지점(124)을 연결하는 측부 제4선분(194); 상기 상부 제5꼭지점(115)과 상기 하부 제5꼭지점(125)을 연결하는 측부 제5선분(195); 및 상기 상부 제6꼭지점(116)과 상기 하부 제6꼭지점(126)을 연결하는 측부 제6선분(196)을 포함한다.

또한, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상술한 바와 같이, 상기 내부 프레임(200)은, 상기 상부 y 방향 제1선분(211); 일측 z 방향 제1선분(213); 하부 y 방향 제1선분(212); 및 타측 z 방향 제1선분(214)이 연속적으로 배치되어, 본 발명에 따른 제1플랜지부(210)를 구성하게 되고, 또한, 상기 상부 y 방향 제2선분(221); 일측 z 방향 제2선분(223); 하부 y 방향 제2선분(222); 및 타측 z 방향 제1선분(224)이 연속적으로 배치되어, 본 발명에 따른 제2플랜지부(220)를 구성하게 된다.

이때, 먼저, 도 3 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 베이스 프레임과 내부 프레임의 제1예의 연결관계는, 상기 내부 프레임(200)의 상기 일측 z 방향 제1선분(213)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제1선분(191)과 접촉하여 연결되고, 상기 내부 프레임(200)의 상기 타측 z 방향 제1선분(214)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제5선분(195)과 접촉하여 연결된다.

또한, 상기 내부 프레임(200)의 상기 일측 z 방향 제2선분(223)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제2선분(192)과 접촉하여 연결되고, 상기 내부 프레임(200)의 상기 타측 z 방향 제1선분(224)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제4선분(194)과 접촉하여 연결된다.

이로써, 제1예의 연결관계에 따른, 육각 기둥 형상의 베이스 프레임(100); 및 상기 베이스 프레임(100)의 내부영역에 위치하는 내부 프레임(200)을 포함하는 단위셀을 구성할 수 있다.

다음으로, 도 3 내지 도 7, 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 베이스 프레임과 내부 프레임의 제2예의 연결관계는, 상기 내부 프레임(200)의 상기 일측 z 방향 제1선분(213)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제6선분(196)과 접촉하여 연결되고, 상기 내부 프레임(200)의 상기 타측 z 방향 제1선분(214)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제4선분(194)과 접촉하여 연결된다.

또한, 상기 내부 프레임(200)의 상기 일측 z 방향 제2선분(223)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제1선분(191)과 접촉하여 연결되고, 상기 내부 프레임(200)의 상기 타측 z 방향 제1선분(224)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제3선분(193)과 접촉하여 연결된다.

이로써, 제2예의 연결관계에 따른, 육각 기둥 형상의 베이스 프레임(100); 및 상기 베이스 프레임(100)의 내부영역에 위치하는 내부 프레임(200)을 포함하는 단위셀을 구성할 수 있다.

다음으로, 도 3 내지 도 7, 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 베이스 프레임과 내부 프레임의 제3예의 연결관계는, 상기 내부 프레임(200)의 상기 일측 z 방향 제1선분(213)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제5선분(195)과 접촉하여 연결되고, 상기 내부 프레임(200)의 상기 타측 z 방향 제1선분(214)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제3선분(193)과 접촉하여 연결된다.

또한, 상기 내부 프레임(200)의 상기 일측 z 방향 제2선분(223)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제6선분(196)과 접촉하여 연결되고, 상기 내부 프레임(200)의 상기 타측 z 방향 제1선분(224)은 상기 베이스 프레임(100)의 상기 측부 제2선분(192)과 접촉하여 연결된다.

이로써, 제3예의 연결관계에 따른, 육각 기둥 형상의 베이스 프레임(100); 및 상기 베이스 프레임(100)의 내부영역에 위치하는 내부 프레임(200)을 포함하는 단위셀을 구성할 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위하여, 베이스 프레임과 내부 프레임의 제1예의 연결관계를 0°회전 상태, 베이스 프레임과 내부 프레임의 제2예의 연결관계를 30°회전 상태, 베이스 프레임과 내부 프레임의 제3예의 연결관계를 60°회전 상태로 정의하기로 한다.

즉, 상기 0°회전 상태란, 기준점을 제시하는 것으로, 상술한 도 8에서와 같은, 상기 베이스 프레임의 내부영역에 상기 내부 프레임이 위치하는 상태를 의미하고, 상기 30°회전 상태란, 상술한 도 9에서와 같은 상기 베이스 프레임의 내부영역에서 상기 내부 프레임이 기준점인 0°회전 상태를 기준으로, 30°회전한 상태를 의미하며, 상기 60°회전 상태란, 상술한 도 10에서와 같은, 상기 베이스 프레임의 내부영역에서 상기 내부 프레임이 기준점인 60°회전 상태를 기준으로, 30°회전한 상태를 의미한다.

도 11은 본 발명에 따른 단위셀이 복수개로 연속된 구조를 도시하는 개략적인 평면도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 단위셀이 복수개로 연속된 구조는, 상술한 바와 같은 0°회전 상태, 30°회전 상태 및 60°회전 상태의 단위셀이 복수개로 연속된 구조를 의미한다. 이하에서는, 단위셀이 복수개로 연속된 구조를, 복수 단위셀 구조물로 정의하기로 한다.

보다 구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단위셀이 복수개로 연속된 구조, 즉, 복수 단위셀 구조물은, Model 1 내지 Model 9의 형태로 배치될 수 있으며, 다만, 본 발명에서 이러한 배치구조는 예시적인 것에 해당하는 것으로, 본 발명에서는 상기 단위셀이 복수개로 연속된 구조의 종류를 제한하는 것은 아니다.

다만, 본 발명에 따른 단위셀이 복수개로 연속된 구조는, 적어도 3개의 단위셀이 각각 상호 접촉하는 구조의 벌집구조일 수 있으며, 이하, 본 발명에서는, 3개의 단위셀이 각각 상호 접촉하는 구조를 벌집구조라고 정의하기로 한다.

이때, 3개의 단위셀이 각각 상호 접촉하는 구조라 함은, 예를 들어, 3개의 단위셀을 각각 제1단위셀, 제2단위셀 및 제3단위셀이라고 할때, 도 11에서와 같은 평면도를 기준으로, 상기 제1단위셀은 상기 제2단위셀 및 상기 제3단위셀과 접촉하고, 상기 제2단위셀은 상기 제1단위셀 및 상기 제3단위셀과 접촉하며, 상기 제3단위셀은 상기 제1단위셀 및 상기 제2단위셀과 접촉하는 구조를 의미한다.

이를 상술한 도 4에서의 베이스 프레임의 면을 통해 정의하면 다음과 같다.

즉, 상술한 바와 같이, 각각의 단위셀은 베이스 프레임을 포함하고, 도 4에서와 같이, 상기 베이스 프레임(100)은, 상부면(110), 하부면(120), 제1측면(130), 제2측면(140), 제3측면(150), 제4측면(160), 제5측면(170) 및 제6측면(180)의 8개의 면으로 이루어진다.

이때, 상기 제1단위셀, 상기 제2단위셀 및 상기 제3단위셀은 제1베이스 프레임, 제2베이스 프레임 및 제3베이스 프레임을 포함하고, 이들 제1베이스 프레임, 제2베이스 프레임 및 제3베이스 프레임은, 각각, 제1측면, 제2측면, 제3측면, 제4측면, 제5측면 및 제6측면을 포함하게 되는데, 3개의 단위셀이 각각 상호 접촉하는 구조라 함은, 상기 제1베이스 프레임의 제3측면은 상기 제2베이스 프레임의 제6측면과 접촉하고, 상기 제1베이스 프레임의 제2측면은 상기 제3베이스 프레임의 제5측면과 접촉하며, 상기 제2베이스 프레임의 제1측면은 상기 제3베이스 프레임의 제4측면과 접촉하는 구조를 의미할 수 있다.

다만, 이러한 단위셀의 면을 통한, 3개의 단위셀이 각각 상호 접촉하는 구조에 대한 정의는 예시에 해당하는 것으로, 본 발명에서 단위셀의 면을 통한, 3개의 단위셀이 각각 상호 접촉하는 구조에 대한 정의 방법을 제한하는 것은 아니다.

한편, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 단위셀이 복수개로 연속된 구조는, 0°회전 상태, 30°회전 상태 및 60°회전 상태의 단위셀이 복수개로 연속된 구조를 의미하는 것으로, Model 1 내지 Model 9의 형태로 배치될 수 있다.

이를 표로 정리하면, 하기 표 1과 같다.

상기 표 1에서 A는 도 11을 기준으로 좌측에 위치하는 제1단위셀을 의미하고, B는 도 11을 기준으로 우측 상단에 위치하는 제2단위셀을 의미하며, C는 도 11을 기준으로 우측 하단에 위치하는 제3단위셀을 의미한다.

또한, Mode1 1 내지 Model 9는 상기 표 1에서와 같이, 0°회전 상태, 30°회전 상태 및 60°회전 상태의 각각의 단위셀이 조합된 것으로, 예를 들어, Model 1의 경우, 제1단위셀, 제2단위셀 및 제3단위셀이 모두 0°회전 상태로 위치하면서, 3개의 단위셀이 복수개로 연속된 구조를 의미한다.

또한, Model 2의 경우, 제1단위셀 및 제2단위셀은 0°회전 상태로 위치하고, 제3단위셀은 30°회전 상태로 위치하면서, 3개의 단위셀이 복수개로 연속된 구조를 의미한다.

이하, Model 3 내지 Model 9도 상술한 바와 같은 방법으로 정의할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 단위셀을 포함하는 샌드위치 패널의 예를 도시하는 개략적인 도면이다. 다만, 도 12에서는 설명의 편의를 위하여, 단위셀을 포함하는 샌드위치 패널의 예를 도시하고 있으나, 이와는 달리, 상술한 바와 같은 도 11에서의 복수개의 단위셀이 연속된 구조를 통해, 후술할 바와 같은 샌드위치 패널을 구성할 수 있음은 당연한 것이다.

도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 단위셀을 포함하는 샌드위치 패널의 예(1000)는, 단위셀(10); 상기 단위셀(10)의 상부에 위치하는 제1판재부(1100); 및 상기 단위셀(10)의 하부에 위치하는 제2판재부(1200)를 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 샌드위치 패널의 예에서는, 상술한 단위셀(10)을 포함함으로써, 경량화를 달성하면서, 강성이 유지될 수 있는 샌드위치 패널을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 샌드위치 패널에서의 상기 제1판재부 및 상기 제2판재부는 3D 프린팅법에 의하여 형성될 수 있다.

잘 알려진 바와 같이, 3D 프린팅법은 기존의 X축과 Y축의 2축 운동을 통하여 프린팅하는 2D 프린팅법과 비교하여, X축, Y축 및 Z축의 3축 운동을 통하여 프린팅하는 기법에 해당한다.

상기 3D 프린팅법은 적층방식 또는 형태를 만드는 방식에 따라 다양한 프린팅 방식이 존재하며, 예를 들어, 쾌속조형 방식과 FDM 방식 등이 있을 수 있다.

상기 쾌속조형 방식은 소프트웨어로 3차원 설계를 한 다음, 분말 또는 액체를 굳힌 층을 여러 겹 쌓아 3차원으로 인쇄하는 방식에 해당하며, FDM(Fused deposition modeling, 용융 증착 모델링) 방식은 일정한 고온에서 용융상태로 변화된 재질을 순차적으로 적층하명서 형성하는 방식에 해당한다.

다만, 본 발명에서 상기 3D 프린팅법의 종류를 제한하는 것은 아니며, 공지된 3D 프린터를 사용하여, 본 발명에 따른 제1판재부 및 제2판재부를 형성할 수 있다.

기타, 3D 프린팅법에 대한 내용은 하기 문헌을 참조할 수 있다.

- 3D printing technology - ASTM F43 sub-committee on terminology (F2792)

- Large, Hollow Metal Parts by 3D Printing - Copyright 1989-2000, 3DPTM Laboratory, MIT

예를 들어, 본 발명에서 상기 제1판재부 및 상기 제2판재부는 3D 프린팅법 중 SLS 방식(Selective Laser Sintering, 선택적 레이저 소결 조형 방식)을 이용하여 제조할 수 있다.

즉, 파우더 상태의 원재료를 제공하는 분말 제공부를 통하여 분말을 제공하고, 광원 제공부를 통하여 제공된 레이저를 상기 분말에 조사하여, 상기 분말을 용융상태로 변화시키면서 상기 제1판재부 및 상기 제2판재부를 형성할 수 있다.

한편, 상기 분말 제공부로부터 제공되는 원재료는 다음과 같은 표 2의 원재료를 사용할 수 있으며(원재료 출처 :회사명 EOS GmbH - Electro Optical Systems), 다만, 본 발명에서 상기 원재료의 종류에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라, 원재료의 종류를 달리할 수 있다.

재료

Stainless Steel 17-4 (GP1)

Stainless Steel 15-5 (PH1)

Cobalt Chrome (MP1)

Maraging Steel (MS1)(Tooling Steel)

Titanium Alloy (Ti64)

Aluminum (AlSi10mg)

Nickel Alloy (IN625)(Inconel)

Nickel Alloy (IN718) (Inconel)

이상과 같이, 본 발명에서는, 육각 기둥 형상의 베이스 프레임(100); 및 상기 베이스 프레임(100)의 내부영역에 위치하는 내부 프레임(200)을 포함하는 구조의 단위셀(10)을 통하여, 강도저하를 방지하고, 강성이 약해지는 것을 방지할 수 있는 단위셀 및 이를 포함하는 샌드위치 판재를 제조할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 샌드위치 판재의 응력에 대해 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 샌드위치 판재의 응력을 비교하기 위하여, 본 발명에 따른 단위셀의 실시예와, 본 발명에 따른 단위셀에서 내부 프레임이 제외된 상태의 단위셀, 즉, 도 4에서와 같은 형태를 단위셀로 한 비교예를 분석하였다.

도 13은 비교예에 따른 샌드위치 판재의 응력분포를 도시하는 사진이고, 도 14는 비교예에 따른 샌드위치 판재의 응력분포를 도시하는 그래프이다.

도 13 및 도 14에서 SWH는 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 단위셀에서 내부 프레임이 제외된 상태의 단위셀을 의미하고, 두께가 1mm, 2mm, 3mm라 함은 상술한 바와 같은 도 12에서의 제1판재부 및 제2판재부의 각각의 두께를 의미한다.

또한, 도 13 및 도 14에서는 3단계(initial yielding poing, 15% strain, 25% strain)에 걸쳐 응력을 측정하였다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 비교예의 경우, 판재부의 두께가 1mm인 경우에는 응역(stress) 특성이 매우 좋지 않았으며, 판재부의 두께가 1mm에서 2mm로 변경된 경우, 약 4배의 응력 특성의 향상을 보였고, 또한, 판재부의 두께가 1mm에서 3mm로 변경된 경우, 약 6배의 응력특성의 향상을 보였다.

도 15는 본 발명에 따른 단위셀을 포함하는 샌드위치 판재의 응력분포를 도시하는 사진이고, 도 16은 본 발명에 따른 단위셀을 포함하는 샌드위치 판재의 응력분포를 도시하는 그래프이다.

도 15 및 도 16에서 HSWH는 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 단위셀을 의미하고, 두께가 1mm, 2mm, 3mm라 함은 상술한 바와 같은 도 12에서의 제1판재부 및 제2판재부의 각각의 두께를 의미한다.

또한, 도 15 및 도 16에서는 3단계(initial yielding poing, 15% strain, 25% strain)에 걸쳐 응력을 측정하였다.

도 15 및 도 16를 참조하면, 본 발명에 따른 단위셀을 포함하는 샌드위치 판재의 경우, 판재부의 두께가 1mm인 경우에는 응역(stress) 특성이 양호함을 나타내고 있고, 또한, 판재의 두께가 3mm인 경우에는 응력이 약 500MPa에 해당하여, 상술한 비교예의 판재의 두께가 3mm인 경우보다 응력특성이 매우 향상됨을 확인할 수 있다.

이로써, 본 발명에서는, 육각 기둥 형상의 베이스 프레임(100); 및 상기 베이스 프레임(100)의 내부영역에 위치하는 내부 프레임(200)을 포함하는 구조의 단위셀(10)을 통하여, 강도저하를 방지하고, 강성이 약해지는 것을 방지할 수 있는 단위셀 및 이를 포함하는 샌드위치 판재를 제조할 수 있다.

도 17은 본 발명에 따른 복수 단위셀 구조물을 포함하는 샌드위치 판재의 응력분포를 도시하는 그래프이다.

도 17에서의 Model 1 내지 Model 9는 상술한 표 1의 Model 1 내지 Model 9와 동일하며, 이들의 구체적인 형태는 도 11을 참조할 수 있다.

또한, 도 17에서 두께가 1mm, 2mm, 3mm라 함은 상술한 바와 같은 도 12에서의 제1판재부 및 제2판재부의 각각의 두께를 의미한다.

또한, 도 17에서는 3단계(initial yielding poing, 15% strain, 25% strain)에 걸쳐 응력을 측정하였다.

도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 복수 단위셀 구조물을 포함하는 샌드위치 판재의 경우, 상술한 도 16의 본 발명에 따른 단위셀을 포함하는 샌드위치 판재의 응력과 비교하여서도 응력특성이 매우 향상됨을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는, 복수 단위셀 구조물을 포함하는 샌드위치 판재를 통하여, 더욱더 강도저하를 방지하고, 강성이 약해지는 것을 방지할 수 있는 샌드위치 판재를 제조할 수 있다.

이상과 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.

Claims (15)

1. 삭제
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8. 육각 기둥 형상의 제1베이스 프레임, 및 상기 제1베이스 프레임의 내부영역에 연결되어 위치하는 제1내부 프레임을 포함하는 제1단위셀;
   육각 기둥 형상의 제2베이스 프레임, 및 상기 제2베이스 프레임의 내부영역에 연결되어 위치하는 제2내부 프레임을 포함하는 제2단위셀; 및
   육각 기둥 형상의 제3베이스 프레임, 및 상기 제3베이스 프레임의 내부영역에 연결되어 위치하는 제3내부 프레임을 포함하는 제3단위셀을 포함하고,
   상기 제1내부 프레임, 상기 제2내부 프레임 및 상기 제3내부 프레임은 단면이 "H" 자 형상의 프레임 구조이며,
   상기 제1단위셀의 상기 제1베이스 프레임 및 상기 제1내부 프레임이, 0°회전 상태로 배치된 상태에서, 상기 제2단위셀의 상기 제2베이스 프레임 및 상기 제2내부 프레임은, 30°회전 상태로 배치되며, 상기 제3단위셀의 상기 제3베이스 프레임 및 상기 제3내부 프레임은, 0°회전 상태 또는 60°회전 상태로 배치되고,
   또는,상기 제1단위셀의 상기 제1베이스 프레임 및 상기 제1내부 프레임이, 0°회전 상태로 배치된 상태에서, 상기 제2단위셀의 상기 제2베이스 프레임 및 상기 제2내부 프레임은, 60°회전 상태로 배치되며, 상기 제3단위셀의 상기 제3베이스 프레임 및 상기 제3내부 프레임은, 0°회전 상태, 60°회전 상태 또는 60°회전 상태로 배치되는 것을 특징으로 하고,
   상기 0°회전 상태란, 베이스 프레임의 내부영역에 위치하는 내부 프레임이 위치하는 일정 상태에서의 기준점을 의미하고,
   상기 30°회전 상태란, 기준점인 0°회전 상태를 기준으로, 베이스 프레임의 내부영역에서 내부 프레임이 30°회전한 상태를 의미하며,
   상기 60°회전 상태란, 기준점인 0°회전 상태를 기준으로, 베이스 프레임의 내부영역에서 내부 프레임이 60°회전한 상태를 의미하는 복수 단위셀 구조물.
9. 삭제
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수 단위셀 구조물은 3개의 단위셀이 복수개로 연속된 구조이며,
    상기 3개의 단위셀이 복수개로 연속된 구조는, 평면도를 기준으로, 상기 제1단위셀은 상기 제2단위셀 및 상기 제3단위셀과 접촉하고, 상기 제2단위셀은 상기 제1단위셀 및 상기 제3단위셀과 접촉하며, 상기 제3단위셀은 상기 제1단위셀 및 상기 제2단위셀과 접촉하는 구조인 것을 특징으로 하는 복수 단위셀 구조물.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1베이스 프레임은 제1상부면, 제1하부면, 제1-1측면, 제1-2측면, 제1-3측면, 제1-4측면, 제1-5측면 및 제1-6측면의 8개의 면을 포함하고,
    상기 제2베이스 프레임은 제2상부면, 제2하부면, 제2-1측면, 제2-2측면, 제2-3측면, 제2-4측면, 제2-5측면 및 제2-6측면의 8개의 면을 포함하며,
    상기 제3베이스 프레임은 제3상부면, 제3하부면, 제3-1측면, 제3-2측면, 제3-3측면, 제3-4측면, 제3-5측면 및 제3-6측면의 8개의 면을 포함하고,
    상기 복수 단위셀 구조물은 3개의 단위셀이 복수개로 연속된 구조이며,
    상기 3개의 단위셀이 복수개로 연속된 구조는, 상기 제1베이스 프레임의 제1-3측면은 상기 제2베이스 프레임의 제2-6측면과 접촉하고, 상기 제1베이스 프레임의 제1-2측면은 상기 제3베이스 프레임의 제3-5측면과 접촉하며, 상기 제2베이스 프레임의 제2-1측면은 상기 제3베이스 프레임의 제3-4측면과 접촉하는 구조인 것을 특징으로 하는 복수 단위셀 구조물.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제1베이스 프레임은, 측부 제1-1선분, 측부 제1-2선분, 측부 제1-3선분, 측부 제1-4선분, 측부 제1-5선분 및 측부 제1-6선분을 포함하는 6개의 측부 선분을 포함하고,
    상기 제2베이스 프레임은, 측부 제2-1선분, 측부 제2-2선분, 측부 제2-3선분, 측부 제2-4선분, 측부 제2-5선분 및 측부 제2-6선분을 포함하는 6개의 측부 선분을 포함하며,
    상기 제3베이스 프레임은, 측부 제3-1선분, 측부 제3-2선분, 측부 제3-3선분, 측부 제3-4선분, 측부 제3-5선분 및 측부 제3-6선분을 포함하는 6개의 측부 선분을 포함하는 복수 단위셀 구조물.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1내부 프레임, 상기 제2내부 프레임 및 상기 제3내부 프레임은, 각각, 제1측에 위치하는 제1플랜지부; 상기 제1플랜지부와 일정 간격 이격되어 위치하는 제2플랜지부; 및 상기 제1플랜지부와 상기 제2플랜지부를 연결하는 웨브부를 포함하며,
    상기 제1플랜지부는, 상부 y 방향 제1선분; 상기 상부 y 방향 제1선분)과 마주보며 위치하는 하부 y 방향 제1선분; 일측은 상기 상부 y 방향 제1선분의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제1선분의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제1선분; 및 상기 일측 z 방향 제1선분과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 y 방향 제1선분의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제1선분의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제1선분을 포함하고,
    상기 제2플랜지부는, 상부 y 방향 제2선분; 상기 상부 y 방향 제2선분과 마주보며 위치하는 하부 y 방향 제2선분; 일측은 상기 상부 y 방향 제2선분의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제2선분의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제2선분; 및 상기 일측 z 방향 제2선분과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 y 방향 제2선분의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 y 방향 제2선분의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제2선분을 포함하며,
    상기 웨브부는, 상부 x 방향 제1선분; 상기 상부 x 방향 제1선분과 마주보며 위치하는 하부 x 방향 제1선분; 일측은 상기 상부 x 방향 제1선분의 일측과 연결되고, 타측은 상기 하부 x 방향 제1선분의 일측과 연결되는 일측 z 방향 제3선분; 및 상기 일측 z 방향 제3선분과 마주보며 위치하고, 일측은 상기 상부 x 방향 제1선분의 타측과 연결되고, 타측은 상기 하부 x 방향 제1선분의 타측과 연결되는 타측 z 방향 제3선분을 포함하는 복수 단위셀 구조물.
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