(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に多数のセルが周期的に形成された３次元トラスタイプの多孔質材料において、
前記多数のセルのうち一部には固体が充填され、
前記各セルは、同一大きさのセルが周期的に多数形成された形態であるか、又は互いに異なる二つの大きさのセルが周期的に多数形成された形態であり、
前記同一大きさのセルが周期的に多数形成された形態に充填される固体は、一つずつスキップした各セルに交互に注入されて充填され、
前記同一大きさのセルが周期的に多数形成された形態は、正六面体トラスであり、充填された固体によって全てのトラス要素が拘束され、液状の合成樹脂又は金属を硬化させて、固形化され、
前記互いに異なる二つの大きさのセルが周期的に多数形成された形態は、ワイヤで織造された類似カゴメトラスであり、
前記互いに異なる二つの大きさのセルが周期的に多数形成された形態に充填される固体は、前記ワイヤで織造された類似カゴメトラスで互いに異なる二つの大きさのセルのうち小さい大きさのセルをなしている正四面体と類似したセルのみに充填されて前記ワイヤで織造された類似カゴメトラスの全てのトラス要素が拘束され、
前記固体は、液状の合成樹脂又は金属に一定時間浸漬および残留する前記液状の合成樹脂又は金属を硬化させて前記正四面体と類似したセルのみに充填されて固形化されたことを特徴とする、トラスタイプの周期的な多孔質材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量多孔質材料に関するもので、より詳細には、トラスタイプの周期的な多孔質材料に存在する各内部セルのうち一部に固体を充填することによってトラス要素の坐屈を最大限に抑制し、坐屈が発生した場合にも、坐屈発生後の急激な強度低下を防止することによって構造材としての安定性を充分に確保できるようにした、内部に存在する各セルのうち一部に固体が充填されたトラスタイプの周期的な多孔質材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、多孔質材料は、内部に数多くの小さいセルを有することによって、軽くかつ相対的に強度の高い材料をいう。
【０００３】
このような多孔質材料としては、発泡樹脂、発泡金属、焼結セラミックスなどを挙げることができ、多孔質材料は、これら内部の各セルが互いに通じているかどうかによって開放型と閉鎖型に分類され、多様な産業分野で活発に活用されている。
【０００４】
そのうち内部セルの大きさ、形態及び配置が均一な材料を周期的な多孔質材料（Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）という。
【０００５】
最近、新しい周期的な多孔質材料としてトラス形態を有するものが紹介されている（Ｈ．Ｎ．Ｇ．Ｗａｄｌｅｙ，Ｎ．Ａ．Ｆｌｅｃｋ，Ａ．Ｇ．Ｅｖａｎｓ，２００３，Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ.６３，ｐｐ.２３３１〜２３４３）。
【０００６】
特に、精密な計算を通して最適の強度を有するように設計されたトラス構造は、ハニカム格子とほぼ同じ機械的物性を有しながら内部が開放されており、空間を活用できるという利点を有する。
【０００７】
さらに、最も一般的なトラス形態は、図１に示すようなピラミッド（Ｐｙｒａｍｉｄ）トラスであるが、このピラミッドトラスは、通常、４個の正三角形格子が傾斜面をなし、正方形格子が下面（又は上面）をなすように構成されており、四角形状の板構造物を製造するのに有利である。
【０００８】
また、他のトラス構造として、図１に示すような正四面体と正八面体が組み合わされた形態のオクテット（Ｏｃｔｅｔ）トラス（Ｒ．Ｂｕｃｋｍｉｎｓｔｅｒ  Ｆｕｌｌｅｒ，１９６１，ＵＳ  Ｐａｔｅｎｔ２，９８６，２４１）を挙げることができるが、この構造では、各要素が互いに正三角形をなす。
【０００９】
更に他のトラス構造として、カゴメ（Ｋａｇｏｍｅ）トラス（Ｓ．Ｈｙｕｎ，Ａ．Ｍ．Ｋａｒｌｓｓｏｎ，Ｓ．Ｔｏｒｑｕａｔｏ，Ａ．Ｇ．Ｅｖａｎｓ，２００３，Ｉｎｔ  Ｊ．ｏｆ  Ｓｏｌｉｄｓ  ａｎｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｖｏｌ.４０，ｐｐ．６９８９―６９９８）を挙げることができるが、これは、２１世紀に入ってオクテットトラスを変形することによって完成したものである。
【００１０】
図１に例示したカゴメトラスは、ピラミッドトラス及びオクテットトラスに比べて方向による構造の剛性変化が少なく、坐屈に対する抵抗性、坐屈後の変形の安定性、エネルギー吸収能力などに優れたものと知られている。
【００１１】
一方、ワイヤは、大量生産、加工及び高強度を容易に実現する。ワイヤの望ましい例としてはピアノ線を挙げることができる。最近は、このようなワイヤの特性を考慮した上で、ワイヤを素材にしたトラス形態の周期的な多孔質材料を製作する方法が開示された。
【００１２】
例えば、大韓民国登録特許第０５６６７２９号、第０６３３６５７号、第０７００２１２号、第０７６７１８６号、特許出願第２００６―０１１９２３３号などは、いずれもワイヤを素材にして周期的な多孔質材料を製作する方法に関するもので、図２〜図６は、前記開示した各技術による周期的な多孔質材料の形状を示している。
【００１３】
ところが、前記提示されたトラス形態の周期的な多孔質材料は、これらに圧縮やせん断などの荷重が作用する場合、これを構成するトラス要素の坐屈によって多孔質材料自体が破損する場合が多い。
【００１４】
特に、トラス要素の細長比が高いか、ワイヤの素材がピアノ線のように高強度金属や複合材料に使用される高強度繊維又は繊維強化樹脂である場合、弾性坐屈が発生しやすいが、この場合、坐屈発生後に強度が急激に減少する傾向があり、これを素材にしてトラス形態の周期的な多孔質材料を製造する場合、構造材として必要な安定性が低下し、変形によるエネルギー吸収量も減少する。
【００１５】
すなわち、登録特許第０７０８４８３号と特許出願第２００６―０１１９２３３号に開示したワイヤで組み立てられる多孔質材料の場合、トラス要素が屈曲されており、より坐屈に脆弱になる可能性が大きいので、これを補完する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上述したような従来技術の多くの限界を勘案した上で、これを解決するためになされたもので、トラスタイプの周期的な多孔質材料の内部に存在する各セルのうち一部に固体を充填することによって、圧縮荷重やせん断荷重が作用するとしてもトラス要素に坐屈が容易に発生せず、坐屈が発生するとしても、急激な強度低下を防止することによって構造材としての安定性を充分に確保できるようにした、内部に存在する各セルのうち一部に固体が充填されたトラスタイプの周期的な多孔質材料を提供することを主な解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上述した解決課題を達成するための手段として、内部に多数のセルが周期的に形成された３次元トラスタイプの多孔質材料において、前記多数のセルのうち一部に固体が充填されたことを特徴とする３次元トラスタイプの周期的な多孔質材料を提供する。
【００１８】
このとき、前記各セルは、同一大きさのセルが周期的に多数形成された形態であるか、又は互いに異なる二つの大きさのセルが周期的に多数形成された形態であることが望ましい。
【００１９】
特に、前記同一大きさのセルが周期的に多数形成された形態に充填される固体は、一つずつスキップした各セルに交互に注入されて充填されることがより望ましい。
【００２０】
そして、前記同一大きさのセルが周期的に多数形成された形態は、正六面体トラスであってもよい。
【００２１】
その一方、前記互いに異なる二つの大きさのセルが周期的に多数形成された形態に充填される固体は、互いに異なる二つの大きさのセルのうち小さい大きさのセルのみに充填されることが望ましい。
【００２２】
このとき、前記互いに異なる二つの大きさのセルが周期的に多数形成された形態は、ピラミッドトラス、オクテットトラス、カゴメトラス、ワイヤで織造された類似カゴメトラス、ワイヤで織造された類似オクテットトラスから選択されたいずれか一つであることが望ましい。
【００２３】
さらに、前記固体は、はんだ付けやろう付け用ペースト溶融物が固形化されたもの、又は液状の合成樹脂や金属が固形化されたもののうちいずれか一つであることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る内部に存在する各セルのうち一部に固体が充填された多孔質材料は、次のような効果を有する。
【００２５】
第一に、トラス形態の周期的な多孔質材料に圧縮やせん断などの荷重が作用する場合に発生するトラス要素の坐屈を抑制し、坐屈発生後にも、急激な強度低下を抑制することによって構造材として必要な安定性を高め、変形によるエネルギー吸収量を増加させる。
【００２６】
第二に、内部セルのうち一部のみに固体を充填する場合にも、トラスを構成する全てのトラス要素を拘束することができ、トラス要素の坐屈抑制を極大化しながら内部多孔性も維持することができる。
【００２７】
第三に、トラス形態の周期的な多孔質材料を製造するとき、はんだ付け、ろう付け、樹脂接合などの単純かつ既に確立された技術を使用することによって生産費用が節減され、大量生産が容易になる。
【００２８】
第四に、内部の一部のセルを固体で充填する方法として、３次元トラス形態に製造した後、液体状態の合成樹脂や金属に浸してから取り出し、液体の重さ、粘度及び毛細管現象などの作用によって内部セルのうち小さいもののみに液体が残るようにし、自然又は強制に冷却したり、熱を加えることによって合成樹脂や金属を固体化する方法は、生産費用や大量生産性の面でより有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】それぞれピラミッド、オクテット及びカゴメトラスの１層構造を示した例示的な斜視図である。
【図２】登録特許第０５６６７２９に開示されたワイヤを素材にして製作された多層構造の類似オクテットトラス形態の周期的な多孔質材料を示す斜視図である。
【図３】登録特許第０６３３６５７号に開示されたワイヤを素材にして製作された１層構造の類似オクテットトラス形態の周期的な多孔質材料を示す斜視図である。
【図４】登録特許第０７００２１２号に開始されたコイルスプリング状に成形されたワイヤを素材にして製作された１層構造のトラス形態の周期的な多孔質材料を中間材として備えるサンドイッチ板材の斜視図である。
【図５】登録特許第０７６７１８６号によるワイヤを素材にして製作されたトラス形態の周期的な多孔質材料を下部パネル上に配置した状態を示す斜視図である。
【図６】特許出願第２００６―０１１９２３３号に開示されたワイヤを素材にして製作された多層構造の類似カゴメトラス形態の周期的な多孔質材料を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る多孔質材料である正六面体トラス形態の内部セルのうち一部に固体が充填された例を示す例示的な斜視図である。
【図８】本発明に係る多孔質材料であるピラミッドトラス形態の内部セルのうち一部に固体が充填された例を示す例示的な斜視図である。
【図９】本発明に係る多孔質材料であるオクテットトラス形態の内部セルのうち一部に固体が充填された例を示す例示的な斜視図である。
【図１０】本発明に係る多孔質材料であるカゴメトラス形態の内部セルのうち一部に固体が充填された例を示す例示的な斜視図である。
【図１１】本発明に係る連続したワイヤで構成された類似カゴメトラス構造体の内部セルのうち一部に固体が充填された例を示す例示的な斜視図である。
【図１２】本発明に係る多孔質材料の製造方法を例示するフローチャートである。
【図１３】本発明に係る多孔質材料の製造方法を例示するフローチャートである。
【図１４】本発明に係る多孔質材料の製造方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下では、添付の図面を参考して本発明に係る好適な実施例をより詳細に説明する。
【００３１】
本発明は、３次元トラス形態の周期的な内部の各セルのうち一部に固体が充填された構造を有する多孔質材料を提供する。
【００３２】
このとき、前記トラス形態の周期的な各内部セルのうち一部に充填される固体は、はんだ付けやろう付け用ペースト、液状の合成樹脂、金属、セラミックス、その複合材などになり得る。
【００３３】
この場合、前記はんだ付けやろう付け用ペーストは、各セルのうち一部に注入される方式で充填された後、熱によってペースト内部の溶加材（Ｆｉｌｌｅｒ  Ｍｅｔａｌ）が溶けることにより、セルに充填される形態で固形化されることが望ましい。
【００３４】
さらに、前記液状の合成樹脂又は金属は、各セルのうち一部に注入される方式で充填された後、一定時間の経過とともに自然に固形化されてもよく、又は、冷却したり、熱を加えることによって強制に固形化されてもよい。
【００３５】
特に、カゴメトラスのように多孔質材料内部のセルの大きさが互いに異なる二つで構成されている場合は、前記３次元トラス形態の多孔質材料をこれら液状の合成樹脂又は金属に浸してから取り出す方式で一部のセルに液状の合成樹脂又は金属を充填することができる。このとき、液体状態をなす合成樹脂又は金属の粘度、密度、表面張力、トラス要素をなす物質との親和性、毛細管現象などを適宜利用し、内部の多くのセルのうち小さいもののみに液状の合成樹脂又は金属を充填されるように誘導することができ、充填後には自然冷却、強制冷却又は加熱による固形化が可能である。
【００３６】
このように３次元トラス形態の周期的なセルを有する多孔質材料の一部のセルに上述した形態の固体を充填する方式は、次のような形態を有することができる。
【００３７】
このとき、前記各セルは、同一大きさのセルが周期的に繰り返して形成された形態になってもよく、又は、互いに異なる二つの大きさのセルが周期的に多数形成された形態になってもよい。
【００３８】
ここで、互いに異なる二つの大きさのセルが周期的に多数形成された形態である場合は、相対的により小さい大きさのセルに前記固体が充填されることが望ましい。
【００３９】
［第１の実施例］
【００４０】
図７は、本発明に係る多孔質材料である正六面体トラス形態の内部セルのうち一部に固体が充填された例を示す例示的な斜視図である。
【００４１】
図７によると、本発明の第１の実施例は、固体２００が充填される方式において、正六面体トラス形態の各内部セル１００のうち一つずつスキップした上下左右のセルに交互に充填される形態の充填構造を有する。
【００４２】
この場合、元々正六面体トラスは構造的安定性が非常に低い構造であるが、充填された固体２００によって全てのトラス要素が拘束されるので、トラス要素自体の坐屈が抑制されるだけでなく、構造体全体の安定性が画期的に高くなる。
【００４３】
その一方、全体のセル１００のうち１／４が固体２００で充填されるようになり、多孔率はその分だけ減少する。
【００４４】
そして、前記セル１００に充填される固体２００は、上述したように、はんだ付けやろう付け用ペースト、液状の合成樹脂や金属であることが望ましく、注入方式で充填されることがより望ましい。
【００４５】
［第２の実施例］
【００４６】
図８は、本発明に係る多孔質材料であるピラミッドトラス形態の内部セルのうち一部に固体が充填された例を示す例示的な斜視図である。
【００４７】
図８によると、本発明の第２の実施例は、ピラミッドトラス形態を構成するピラミッド体と正四面体のセル１００のうち正四面体のセルのみに固体３００が充填された形態を有する。
【００４８】
これにより、全てのトラス要素が拘束されるので、トラス要素自体と構造体全体の安定性が画期的に高くなる。
【００４９】
その一方、各内部セル１００の全体の体積のうち約１／３が固体３００で充填されるようになり、多孔率はその分だけ減少する。
【００５０】
さらに、前記セル１００に充填される固体３００も、上述したように、はんだ付けやろう付け用ペースト、液状の合成樹脂や金属であることが望ましく、注入方式で充填されることがより望ましい。
【００５１】
［第３の実施例］
【００５２】
図９は、本発明に係る多孔質材料であるオクテットトラス形態の内部セルのうち一部に固体が充填された例を示す例示的な斜視図である。
【００５３】
図９によると、本発明の第３の実施例は、オクテットトラス形態を構成する正八面体と正四面体のセル１００のうち正四面体のセルのみに固体４００が充填された形態を有する。
【００５４】
これにより、全てのトラス要素が拘束されるので、トラス要素自体と構造体全体の安定性が画期的に高くなる。
【００５５】
その一方、各内部セル１００の全体の体積のうち約１／３が固体４００で充填されるようになり、多孔率はその分だけ減少する。
【００５６】
この場合も、前記セル１００に充填される固体４００は、上述したように、はんだ付けやろう付け用ペースト、液状の合成樹脂や金属であることが望ましく、注入方式で充填されることがより望ましい。
【００５７】
ここで、オクテットトラス形態の他の変形可能な実施例として、製造された多孔質材料が類似正八面体と類似正四面体を有するワイヤで構成された類似オクテットトラス形態である場合、固体が類似正四面体のセルのみに注入される形態を有するように構成することもできる。
【００５８】
［第４の実施例］
【００５９】
図１０は、本発明に係る多孔質材料であるカゴメトラス形態の内部セルのうち一部に固体が充填された例を示す例示的な斜視図である。
【００６０】
図１０によると、本発明の第４の実施例は、カゴメトラスを構成する八面体と正四面体のセル１００のうち正四面体のセルのみに固体５００が充填された形態を有する。
【００６１】
これにより、全てのトラス要素が拘束されるので、トラス要素自体と構造体全体の安定性が画期的に高くなる。
【００６２】
このとき、本発明の第４の実施例の場合は、各内部セル１００の全体の体積のうち約１／２４のみが固体５００で充填されるので、多孔率の減少は、上述した第１、第２及び第３の実施例の場合に比べて最小化される。
【００６３】
前記セル１００に充填される固体５００は、上述したように、はんだ付けやろう付け用ペースト、液状の合成樹脂又は金属であることが望ましく、注入方式で充填されることがより望ましい。
【００６４】
［第５の実施例］
【００６５】
図１１は、本発明に係る連続したワイヤで構成された類似カゴメトラス構造体の内部セルのうち一部に固体が充填された例を示す例示的な斜視図である。
【００６６】
図１１によると、本発明の第５の実施例は、登録特許第０７０８４８３号と特許出願第２００６―０１１９２３３号に開示されている、連続したワイヤで構成された類似カゴメトラス構造体の各内部セル１００のうち正四面体と類似したセルに固体６００が充填された形態を有する。
【００６７】
このとき、トラス要素の役割をするワイヤが屈曲されているので、特に固体６００が充填される前の状態では坐屈に脆弱であるが、固体５００の充填によって坐屈を大きく抑制できるようになる。
【００６８】
特に、この構造体をワイヤを用いて組み立てた後、固体６００を充填する方法としては、上述したように、はんだ付け、ろう付け、樹脂接合などを使用できるが、これを用いると、ワイヤ同士を接合するための別途の過程を省略できるようになる。
【００６９】
上述したような各実施例に示された構造からなる本発明の多孔質材料は、次のように製造される。
【００７０】
例えば、充填される固体がはんだ付けやろう付け用ペーストである場合は、図１２のフローチャートに例示したように、まず、内部に多数のセルを有する３次元トラス形態の多孔質材料を製造する段階が行われる（Ｓ１００）。
【００７１】
前記多孔質材料製造段階（Ｓ１００）を通して３次元トラス形態の多孔質材料が準備されると、続いて、第１の実施例〜第５の実施例のうちいずれか一つの形態を有するように、はんだ付けやろう付け用ペーストを内部に存在する各セルのうち一部に注入する段階が行われる（Ｓ１１０）。
【００７２】
前記注入段階（Ｓ１１０）を通してはんだ付けやろう付け用ペーストが多孔質材料の各セルの適所に注入されると、続いて、熱を加えることによって前記はんだ付けやろう付け用ペーストを溶融させる段階が行われる（Ｓ１２０）。
【００７３】
このとき、前記溶融段階で加えられる熱は、はんだ付けやろう付け用ペースト内部の溶加材を溶融させるようになり、溶融した溶加材は該当のセルに充分に充填されるようになる。
【００７４】
この状態で、セルを自然又は強制に冷却して固形化させる冷却段階（Ｓ１３０）が行われることによって、本発明で要求する坐屈に対する対抗力の大きい３次元トラス形態の軽量構造体であり、かつ内部に周期的なセルを有する多孔質材料を完成できるようになる。
【００７５】
一方、充填される固体が液状の合成樹脂や金属である場合は、図１３のフローチャートに例示したように、まず、内部に多数のセルを有する３次元トラス形態の多孔質材料を製造する段階が行われる（Ｓ２００）。
【００７６】
前記多孔質材料製造段階（Ｓ２００）を通して３次元トラス形態の多孔質材料が準備されると、続いて、第１の実施例〜第５の実施例のうちいずれか一つの形態を有するように、液状の合成樹脂又は金属を内部に存在する各セルのうち一部に注入する段階が行われる（Ｓ２１０）。
【００７７】
前記注入段階（Ｓ２１０）を通して液状の合成樹脂又は金属が多孔質材料の各セルの適所に注入されると、続いて、自然又は強制冷却によってこれら溶融物を固形化させる冷却段階が行われる（Ｓ２２０）。
【００７８】
このような段階を通して、本発明で要求する坐屈に対する対抗力の大きい３次元トラス形態の軽量構造体であり、かつ内部に周期的なセルを有する多孔質材料を完成できるようになる。
【００７９】
その一方、カゴメトラスのような多孔質材料である場合、内部に存在する各セルの大きさが互いに異なるように形成された場合は、図１４のフローチャートに例示したように、まず、カゴメトラス構造の多孔質材料を製造する段階（Ｓ３００）と、製造されたカゴメトラス構造の多孔質材料を液状の合成樹脂又は金属が収容された浴槽に浸漬する段階（Ｓ３１０）と、一定時間の経過後、浴槽から多孔質材料を取り出した後、残留する液状の合成樹脂又は金属を硬化させる段階（Ｓ３２０）とを経て小さいセルの内部に固体を容易に充填することもできる。
【００８０】
この場合、上述したように、浸漬時に液状の合成樹脂又は金属が選択的に各セルの内部に充填されることは、これら液状の合成樹脂又は金属の物性（粘度、密度、表面張力、毛細管現象及びカゴメトラス構造をなす物質との親和性）によって可能である。
【００８１】
以上の説明は、本発明を説明するために例示されたものに過ぎなく、本発明の目的を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能であることは当然である。
【符号の説明】
【００８２】
１００  セル
２００  固体
３００  固体
４００  固体
５００  固体
６００  固体
【図１】
0005698133.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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