KR100858584B1 - 에너지 흡수 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량 범퍼로 사용하기 위한 에너지 흡수 유닛은 상부 구역(2)과 하부 구역(3)을 갖고, 상부 구역(2)은 대체로 차량의 종방향으로 에너지를 흡수함으로써 차량(9)의 구조부(7)를 보호하기 위한 비교적 고밀도 발포체 재료(4)인 내부와, 충돌시 에너지를 흡수함으로써 본체에 대한 충돌에 대해 보호를 제공하도록 비교적 저밀도 발포체 재료(5)인 외부를 포함한다. 하부 구역(3)은 상부 구역의 상기 내부 및 외부 영역 내에 발포체 재료의 중간 밀도를 갖는 발포체 재료를 포함한다.

열가소성 재료, 차량 범퍼, 상부 구역, 발포체 재료, 에너지 흡수 유닛

Description

에너지 흡수 유닛{ENERGY ABSORPTION UNIT}

본 발명은 열가소성 발포체로 형성된 제품에 관한 것이고, 특히, 두 개의 본체가 충돌하는 동안 전달된 에너지를 흡수하는데 사용하기에 적합한 에너지 흡수 유닛 및 특히 차량 에너지 흡수 유닛, 예를 들어 차량 범퍼에 관한 것이다.

에너지 흡수 유닛(EAU)은 전형적으로 그의 일부로 형성되거나 또는 본체와 충돌하는 동안 제품의 손상을 감소시키는 수단을 제공하고 종종 그 본체의 손상을 감소시키는 제품이 부착된다. 차량 범퍼로서 채용될 때, EAU는 차량 및 충격이 가해진 본체 모두의 손상을 감소시키도록 적절하게 작용한다.

최근, 플라스틱 차량용 EAU는 저 에너지(저속력) 충격을 흡수하기 위해 종래 금속 차량용 범퍼와 결합하여 채용되어 오고 있다. 차량 범퍼로서 채용된 에너지 흡수 유닛은 보통 플라스틱 발포체의 코어 재료 및 발포체 코어를 둘러싸는 합성 수지의 표면 재료로 구성되어 일측면에 몰딩된 범퍼판(bumper fascia)을 구비하고 보통 강성 크로스빔의 전방에 장착된다. 발포체 코어 재료는 차량용 EAU의 성능에 영향을 미치는 중요한 성분의 일부이고, 우수한 에너지 흡수성을 갖도록 일반적으로 요구되며 치수 회복이 요구될 수 있다. 더욱이, 차량의 중량을 감소시키기 위해, EAU 코어 재료는 저밀도여야 한다.

발포체 코어 재료용으로 제안된 플라스틱 재료는 폴리우레탄, 폴리에틸렌 비드, 폴리스티렌 및 폴리프로필렌 비드 발포체를 포함한다. 발포체식 올레핀 중합 체의 종래 차량용 EAU 코어는 입자를 둘러싸지만 그로부터 기체의 방출을 허용할 수 있는 몰드에 폴리프로필렌형 수지의 팽창성 비드를 공급하고, 비드가 팽창하고 연화되고 하나의 물질로 서로 용융-부착되는 온도에서 팽창성 비드를 가열함으로써 전형적으로 준비되어 몰드의 공동이 형성되면서 발포체식 몰딩된 제품은 동일한 형상 및 크기로 팽창되었다. 폴리프로필렌형 수지 발포체의 비드로부터 준비된 차량용 EAU 코어는 25% 압축에 대략 50 kPa 내지 1000 kPa의 평균 압축 응력을 달성하도록 16 kg/m³ 내지 160 kg/m³의 발포체 밀도를 갖는다.

다른 흡수 특성을 갖는 다수의 섹션을 갖는 차량 범퍼는 여러 해 동안 알려져 왔다. 예를 들면, 1983년에 공개된 독일 특허 제3224979A호는 다른 탄성의 세 개의 섹션을 갖는 범퍼를 개시하고 있다. 유럽 특허 제947727A호는 다른 에너지 흡수 특성을 갖는 두 개의 평행한 층을 구비하는 에너지 흡수 발포체를 개시하고 있다. 이러한 시스템은 범퍼에서 사용될 수 있고, 참고로 폴리프로필렌, 폴리스티렌 및 폴리우레탄 발포체가 있다.

그러나, 현재의 차량 범퍼 시스템은 차량에 포함될 수 있는 다른 형태의 충격과 조합하여 보행자 충격을 고려하도록 특별히 설계되지는 않는다. 예를 들면, 차량 범퍼는 구슬 형태(beaded form)의 스팀체스트(steamchest) 성형의 팽창된 폴리프로필렌 발포체로 제작될 수 있고, 이는 일정한 형태의 충격에서는 적절하게 성능을 발휘하지만, 다른 형태의 충격에 대하여는 너무 강하거나 또는 너무 부드러워서, 다른 형태의 충격의 전체 범위에 걸쳐 최적의 성능을 제공하지 않을 수 있다.

자동자의 충돌에 의한 중상과 사망 빈도를 감소시킴으로써 보행자 및 다른 도로 사용자의 안전을 향상시킬 필요가 여전히 존재하고 있다. 보행자 안전을 향상시키려고 노력하는 한편, 저속의 충격에 대한 차량의 보호를 향상시키고, 또한 소위 보험 충격 보호(insurance impact protection)라 불리는 차량 섀시 또는 다른 구조적 부품을 보호하여 차량의 구조에 대한 손상을 감소시키고, 바람직하게는 최소화하는 것이 바람직하다.

저속 충격 보호 및 "보험" 충격 보호와 함께, 보행자의 보호, 특히 무릎 및 다리 하단부의 충격을 보호하는 조합된 에너지 흡수 특성을 갖는 에너지 흡수 유닛이 특정 방법으로 배열되어 다른 에너지 흡수 특성을 갖는 복수의 구역을 갖는 열가소성 발포체 재료로 형성된 유닛에 의해 제공될 수 있음을 발견했다.

따라서, 본 발명은 제1 태양에서 열가소성 재료를 포함하고 차량 범퍼로 사용하기 위한 에너지 흡수 유닛을 제공하고, 상기 유닛은 상부 구역과 하부 구역을 갖고, 상부 구역은 대체로 차량의 종방향으로의 충격 동안에 에너지를 흡수함으로써 차량의 구조부, 예를 들어, 섀시를 보호하기 위한 고밀도 발포체 재료를 포함하는 내부 영역과, 충돌시 에너지를 흡수함으로써 사람 또는 동물 몸체에 대한 충격에 대한 보호를 제공하는 저밀도 발포체 재료를 포함하는 외부 영역을 포함하고, 하부 구역은 상부 구역의 상기 내부 및 외부 영역의 발포체 재료의 중간 밀도를 갖는 발포체 재료를 포함한다.

하부 구역은 보행자 또는 다른 도로 이용자의 무릎과 다리 하부를 보호하는 발포체 재료로 이루어진다. 중간 밀도는 다리의 하부 부분을 전방으로 가압할 수 있어, 무릎 관절부에 의해 일어나는 굽힘량을 최소화하도록 상부 구역의 낮은 밀도부와 함께 작동하며, 그 결과, 충격 중 보행자에게 강화된 보호를 제공한다.

따라서, EAU는 다양한 유형의 충격에 대한 충격 보호 성능의 최적의 조합을 제공하는 특정 존에 배치된 상이한 밀도 재료에 의해 제공되는 흡수 특성들의 조합을 갖는다.

본 발명에 따른 EAU의 특성은 차량이 차량 충돌에 대해 보행자에 대한 우수한 보호와 저속 충돌 하에서의 차량에 대한 우수한 보호를 제공할 수 있게 하며, "보장" 충돌 보호를 추가로 제공한다. 본 발명의 다른 태양은 본 발명에 따른 에너지 흡수 유닛을 포함하는 차량을 제공한다.

양호한 실시예에서, 상부 구역 또는 하부 구역의 내부 또는 외부 영역에 사용된 발포체 재료 중 적어도 하나가 이방성 열가소성 발포체를 포함한다. 특히, 하부 구역과 내부 또는 외부 영역에 사용된 발포체 재료들은 모두 일반적으로 차량의 종방향으로 정렬되는 이방성 열가소성 발포체를 포함한다. EAU, 예컨대 차량 범퍼는 양호하게는 이방성 발포체가 일반적으로는 차량의 종방향인 충돌 예측 방향에 평행하거나 또는 대체로 평행하게 정렬되도록 구성되어 유리한 충돌 보호를 제공한다.

이방성 열가소성 물질을 생성하는 배향은 임의의 공지된 기술, 예를 들면 발포성 열가소성 물질을 압출 성형함으로써 생성될 수도 있다. 바람직하게는 상부 구역 및 하부 구역의 내부 및 외부 영역을 형성하는 재료, 및 이들을 형성하기 위한 처리 변수, 예를 들면, 온도 및 압출 성형 속도는 열가소성 발포체가 320 ㎏/㎦ 이하, 양호하게는 16 ㎏/㎦ 내지 192 ㎏/㎦, 보다 양호하게는 16 ㎏/㎦ 내지 160 ㎏/㎦, 가장 양호하게는 16 ㎏/㎦ 내지 128 ㎏/㎦의 밀도를 갖도록 선택된다. 최종 압출 성형 제품은 이방성 압축 특성을 나타내고, 가장 큰 압축 응력은 일반적으로 ASTM D3575-93(첨부 D)에 따라 측정될 때 약 25% 응압에서 적어도 약 170 kPa의 압출 성형 방향에서 관찰된다.

상부 구역 및 하부 구역의 내부 및 외부 영역을 형성하는 재료의 밀도는 하부 구역의 열가소성 발포체의 밀도가 외부 영역의 열가소성 발포체의 밀도보다 크고 상부 구역의 내부 영역의 밀도보다 작다면 EAU가 채용될 자동차의 유형에 그 자체로 따르는 EAU의 구조에 따른다. 양호한 실시예에서, 적합하게는 상부 구역의 외부 영역은 16 내지 40 ㎏/㎦의 밀도를 갖는 열가소성 발포체를 포함하고, 적합하게는 상부 구역의 내부 영역은 40 내지 128 ㎏/㎦의 밀도를 갖는 열가소성 발포체를 포함하며, 적합하게는 하부 구역의 열가소성 발포체의 밀도가 상부 구역의 외부 영역의 밀도보다 크고 상부 구역의 내부 영역의 밀도보다 작다면 하부 구역은 16 내지 128 ㎏/㎦의 밀도를 갖는 열가소성 발포체를 포함한다.

본 발명에 따른 EAU의 구조에 사용되는 특히 양호한 재료는 그 개시가 여기에 참조로 병합된 국제 특허출원공개 제WO99/00236호에 설명된 이방성 열가소성 발포체이다.

본 발명에 사용되는 적합한 발포성 열가소성 물질은 저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)를 포함하는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 공중합체를 포함하며, 공중합체는 에틸렌 또는 프로필렌, 및 에틸렌 또는 프로필렌과 공중합 가능한 모노에틸렌 불포화 단량체의 공중합체이다. 하부 구역, 상부 구역의 내부 영역 및 상부 구역의 외부 영역용 열가소성 물질은 동일 부류의 재료일 수 있거나 또는 상이할 수도 있고 적합하게는 독립적으로 선택된다. 예로서 에틸렌 및 아크릴산 또는 메틸아크릴산의 공중합체 및 C_1-4 알킬 에스테르 또는 그 이오노머(ionomeric) 유도체, 에틸렌 비닐-아세테이트 공중합체, 에틸렌/일산화탄소 공중합체, 무수물 함유 올레핀 디엔 공중합체, 에틸렌 및 극저 분자량(예를 들면, 0.92 g/cc 이하의 밀도)을 갖는 알파 올레핀의 공중합체, 및 이러한 재료들의 혼합물을 포함한다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 내부 영역, 외부 영역 또는 하부 구역 중 적어도 하나에 채용되는 이방성 발포체는 폴리프로필렌을 포함한다. 보다 양호하게는 내부 영역, 외부 영역 및 하부 구역에 채용되는 발포체는 폴리프로필렌을 포함한다.

필요하다면, 임의의 하나 이상의 분야에서 이용된 이방성 재료는 등방성 재료, 예를 들어 팽창된 폴리프로필렌계 비드 발포체 및 폴리우레탄계 발포체와 조합될 수도 있다.

이방성 열가소성체는 특히 예상된 충격력과 일직선이 되거나 또는 이 방향에 근접할 때 뛰어난 에너지 흡수 특성을 제공한다. 적절하게는, 열가소성 재료, 바람직하게는 이방성 열가소성 재료는 찌그러짐, 좌굴 및/또는 전단됨으로써 충격 에너지를 흡수한다. 특히, 이방성 발포체의 구조 및 EAU에서의 정렬은 저, 중 및 고 밀도 열가소성체의 조합 및 EAU 내에서의 이들의 상대적인 위치들로 인해 비슷한 밀도에서 종래의 EAU와 비교할 때 높은 수준의 에너지 흡수를 제공한다.

본 발명에서 사용하기에 적합한 압출된 이방성 열가소성 재료들은 절단되거나 또는 열성형될 수 있거나 또는 이 재료가 사용되는 EAU의 소정의 형상으로 다르게 기계가공될 수도 있다. 다르게는, 에너지 흡수 제품은 복합 에너지 흡수 제품을 형성하기 위해 핫 에어 용접, 증기 용접, 고주파 용접, 접착제, 기계적인 패스너등에 의해 복수의 부품들로 구성될 수도 있다. 또한, 열가소성 발포체와 다른 재료들을 포함하는 복합 재료들이 준비될 수도 있다.

본 발명의 EAU를 제조하는 바람직한 방법에서, 상부 구역 및 하부 구역의 내부 및 외부 영역으로 구성되는 열가소성 발포체는 소정의 형상으로 적절하게 열성형되거나 또는 절단된다. 본 발명에 따라 EAU를 생성하도록 소정의 장치에서 다양한 밀도의 재료들을 함께 열성형함으로써, EAU가 형성된다는 것은 특히 바람직하다.

바람직하게는, EAU를 제조하는 방법은 비교적 높은 밀도, 비교적 낮은 밀도 및 낮은 밀도와 높은 밀도 예비성형체의 중간의 밀도를 가지는 열가소성 예비성형체들을 형성하는 단계와, 상기 예비성형체를 미리 정해진 형상으로 절단하거나 성형하는 단계와, 상기 예비성형체를 가열하는 단계와, 에너지 흡수 유닛의 요구되는 형상에 대응하는 형태로 열성형 공구 내에서 예비성형체를 조립하는 단계와, 상기 예비성형체들이 서로 결합되어 에너지 흡수 유닛을 형성하도록 예비성형체들을 가압하는 단계를 포함한다. 본 발명에서 사용되는 열가소성 발포체는 WO 99/00236에 개시된 바와 같은 방법에 의해 바람직하게 준비된다.

특히 바람직한 실시예에서, 압출 성형된 이방성 발포체의 플랭크(plank)가 원하는 밀도를 갖도록 제조된다. 그런 후, 플랭크는 EAU의 의장에 따라 그리고 제조될 EAU의 수평 단면에 대응하는 원하는 크기 및 형상으로 적절하게 절단된다. 바람직하게는 열가소성의 절단된 플랭크는 그런 후 적층되어 차량 범퍼의 EAU로서 이용되는 물품을 형성하기 위하여 성형된 플랭크를 함께 접합하도록 열성형된다.

열성형 공정에 대한 특정 조건이 예를 들면, 예비성형체 또는 성형된 플랭크의 의장 및 두께와 사용될 열가소성 물질의 형태를 포함하는 특정 요인들에 대한 WO 99/00236의 교시를 이용하여 선택된다. 도시를 위하여, 폴리프로필렌을 포함하는 예비성형체 또는 성형된 플랭크가 예를 들면 복사 오븐(radiant oven) 내에서 부드럽게 될 때까지 130 내지 160 ℃의 온도까지 가열될 수도 있고, 그런 후 대기 온도에서 열성형 공구 내에 위치되어 예를 들면 EAU를 제조하기 위해서 1 내지 4 bar의 낮은 압력으로 가압될 수 있다.

본 발명은 도면에 참조로 도시되어 있고, 도1은 본 발명에 따른 EAU의 단면을 도시하고 있다.

본 발명에 따른 EAU(1)는 상부 구역(2)과 하부 구역(3)을 포함한다. 상부 구역(2)은 2개 부분, 즉 내부 영역(4)과 외부 영역(5)을 포함한다. 내부 영역(4)은 예컨대 차량의 새시(6)와 같은 구조부에 대한 보호를 제공하도록 비교적 고밀도를 갖는 열가소성 발포체로 구성된다. 외부 영역(5)은 저속 충돌 보호를 제공하도록 비교적 저밀도의 열가소성 발포체로 구성된다. 또한 하부 구역(3)은 내부 영역(4)과 외부 영역(5)의 중간 밀도의 열가소성 발포체로 적절하게 구성된다.

상부 구역(2)과 하부 구역(3)은 종래의 수단에 의해 차량(9)의 범퍼 비임(7) 과 하부 레일(8) 각각에 적절하게 부착된다.

상부 구역(2)과 하부 구역(3)은 이방성을 제공하도록 바람직하게는 열가소성플라스틱, 양호하게는 폴리프로필렌을 압출 성형함으로써 제조되고, 압출 성형된 시트는 압출 방향이 EAU(1)가 차량에 장착될 때 차량(9)의 종축에 평행하도록 EAU(1)의 수평 단면에 대응하는 형상으로 절단된다.

본 발명의 다른 양호한 실시예에서, 외부 영역(5)의 열가소성 발포체는 대체로 "C" 형상 수직 단면을 갖고, 내부 영역(4)을 형성하는 열가소성 발포체는 대체로 정사각형 또는 직사각형 단면을 갖는다. EAU(1)의 하부 구역(3)을 형성하는 열가소성 발포체는 면이 전방면 그리고 바람직하게는 하부 레일(8)의 상부면 또는 바닥면에 접하는 형상으로 된다. 하부 구역(3)과 상부 구역(2)은 보완적인 표면을 갖는 형상으로 되고, 바람직하게는 대체로 수평 평면을 따라 결합된다.

Claims (12)

1. 열가소성 발포체 재료를 포함하는 차량 범퍼로서 사용하기 위한 에너지 흡수 유닛이며, 상기 유닛은 상부 구역 및 하부 구역을 포함하고, 상기 상부 구역은 일반적으로 차량의 종방향으로의 충돌 중에 에너지를 흡수함으로써 차량의 구조부를 보호하기 위한 고밀도의 열가소성 발포체 재료를 포함하는 내부 영역과, 충돌 중에 에너지를 흡수함으로써 인간 또는 동물의 신체의 충돌에 대한 보호를 제공하기 위한 저밀도의 열가소성 발포체 재료를 포함하는 외부 영역을 포함하고, 상기 하부 구역은 상부 구역의 내부 및 외부 영역의 열가소성 발포체 재료들의 밀도의 중간 밀도를 갖는 열가소성 발포체 재료를 포함하는 에너지 흡수 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 상부 구역의 내부 영역 또는 외부 영역, 또는 하부 구역에 이용되는 열가소성 발포체 재료들 중 적어도 하나는 이방성 열가소성 발포체 재료를 포함하는 에너지 흡수 유닛.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부 구역의 내부 및 외부 영역, 그리고 하부 구역에 이용되는 열가소성 발포체 재료 모두는 일반적으로 차량의 종방향으로 정렬되는 이방성 열가소성 발포체 재료를 포함하는 에너지 흡수 유닛.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부 구역의 내부 및 외부 영역, 그리고 하부 구역의 열가소성 발포체 재료는 0kg/m³보다 크고 320kg/m³ 미만인 밀도를 갖는 에너지 흡수 유닛.
5. 제4항에 있어서, 상기 열가소성 발포체 재료는 16kg/m³ 내지 192kg/m³ 의 밀도를 갖는 에너지 흡수 유닛.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부 구역의 내부 영역의 고밀도인 열가소성 발포체 재료는 ASTM D3575-93(서픽스 D)에 따라 측정할 때 25% 압축에서 170kPa 이상의 압축 응력을 갖는 에너지 흡수 유닛.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열가소성 발포체 재료는, 하부 구역, 상부 구역의 내부 영역 및 상부 구역의 외부 영역을 위해 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 공중합체로부터 독립적으로 선택되며, 상기 공중합체는 에틸렌 또는 프로필렌, 및 에틸렌 또는 프로필렌과 공중합 가능한 모노에틸렌 불포화 단량체의 공중합체인 에너지 흡수 유닛.
8. 제7항에 있어서, 상기 내부 영역, 외부 영역 또는 하부 구역 중 적어도 하나에 이용되는 열가소성 발포체 재료는 폴리프로필렌을 포함하는 에너지 흡수 유닛.
9. 제8항에 있어서, 상기 내부 영역, 외부 영역 및 하부 구역에 이용되는 열가소성 발포체 재료는 폴리프로필렌을 포함하는 에너지 흡수 유닛.
10. 제1항 또는 제2항에 따른 에너지 흡수 유닛을 포함하는 차량.
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