KR101237014B1 - 복합재를 이용한 자동차 바닥부와 벽체부 일체화 체결 구조체 - Google Patents

복합재를 이용한 자동차 바닥부와 벽체부 일체화 체결 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합성수지 또는 섬유와 같은 복합재료를 수지 성형하여 경량의 강화 복합재를 통해, 차체에 사용되는 수직 외측의 벽체와, 수평한 플로어인 바닥을 형성하고, 이를 상호 체결하는 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속재의 용접에 의한 종래의 결합 방식을 대체하여, 복합재간의 체결을 가능하게 하는 구조와 방법에 관한 것이다.
본 발명은 복합재로 형성된 벽체부와 바닥부를 상호 체결 가능하도록 하는 효과를 갖는다. 또한 본 발명은, 복합재 구성의 부분을 각각 생산하면서도, 이를 상호 용이하게 체결될 수 있도록 하기 위한 벽체부 및 바닥부의 형상 및 구조를 제시하는 효과를 갖는다.

Description

복합재를 이용한 자동차 바닥부와 벽체부 일체화 체결 구조체 {Structure for joining composite material Floor to Body}
본 발명은 합성수지 또는 섬유와 같은 복합재료를 수지 성형하여 경량의 강화 복합재를 통해, 차체에 사용되는 수직 외측의 벽체와, 수평한 플로어인 바닥을 형성하고, 이를 상호 체결하는 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속재의 용접에 의한 종래의 결합 방식을 대체하여, 복합재간의 체결을 가능하게 하는 구조와 방법에 관한 것이다.
최근 신소재에 대한 관심이 높아지면서, 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있는데, 특히 저비중, 고강도의 복합소재에 대한 관심이 증대되고 있다. 또한 복합소재를 이용한 제품의 양산 단계까지 연구가 진행되면서, 이를 응용한 각종 구조에 대한 개발에 초점이 모아지고 있다.
예컨대 차량의 외관은 전통적으로 스틸 재질의 무거운 금속 소재를 사용하고 있는데, 이러한 재질은 차량의 연비를 감소시키는 주요 요소가 되므로, 스틸 소재의 외관 및 부품을 대체하기 위한 복합소재, 제조공법의 개발이 진행되고 있다.
스틸 대체재로서의 복합재로는, 글라스파이버를 사용한 복합재, 카본파이버를 사용한 복합재, 섬유강화 플라스틱(FRP) 등이 대표적으로 제안되고 있으며, 이를 생산하기 위한 공법 중 폴리에스터, 비닐에스터, 에폭시 수지 등을 활용한 핸드 레이업(HAND LAY UP) 법이 사용되고 있다. 이는 제품의 외형 형상의 반쪽 형틀 위에 드라이 촙 스트랜드 매트를 한장 씩 놓고, 그 위에 액체로된 수지를 부은 후 롤러를 이용하여 섬유매트에 수지를 함침시킨 후 경화시켜 성형하는 방법으로, 주로 수작업으로 이루어지거나, 또는 수지 이송 성형(RESIN TRANSFER MOLDING, RTM) 방법, 또는 오토클레이브 성형장치 또는 오븐 등을 이용한 프리 프레그 진공성형 방법 등을 사용한다.
위와 같은 공법들에 의해 생산된 복합재는, 외관이 플라스틱, 섬유를 포함하는 수지로 구성되어 있기 때문에, 용접이 불가능하며, 이를 결합하여 종래와 같은 차체로 사용하는 데 어려움이 있다.
도 1은 금속제 벽체부와 바닥부가 용접으로 결합되는 상태를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 버스와 같은 차체의 벽체와 바닥(플로어)을 결합하여 형성함에 있어서, 벽체(10)도 금속으로 형성되고, 바닥(20)도 금속으로 형성되므로, 이를 서로 접촉시킨 상태에서, 용접(30)을 함으로써, 차체의 형성이 가능하였다. 그런데, 전술한 복합재의 경우, 외표면이 수지, 파이버(FIBER), 섬유강화 플라스틱 등이므로, 이를 용접으로 결속시키는 것은 불가능하다.
도 2는 복합재 벽체부와 바닥부를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 벽체를 구성하는 복합재 벽체부(100)와 바닥을 구성하는 복합재 바닥부(200)는 서로 만나는 부분이, 복합재 바닥부(200)의 표면부(210)가 벽체를 바라보는 부분으로서, 용접이 불가능하다. 통상 복합재 벽체부(100)의 외면은 글라스파이버로 구성된다.
이 때 복합재 바닥부(200)의 표면부(210)는 카본파이버로 구성하고, 내부에는 글라스파이버 또는 금속과 같은 고강도의 보강부재(220)를 일체로 성형하고, 경량화를 위해 그 내부는 경량의 폼재(202, FOAM)로 채워지도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 복합재를 사용한 경량 차체의 형성시에는, 종래와 같은 용접 결합에 의한 체결을 할 수가 없게 되는데, 종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 처음부터 벽체와 바닥을 일체로 형성하는 방법을 사용하였다. 그러나 이러한 구성은, 전체적인 크기가 증가하므로, 제조가 난해하고, 대량 생산에 시간이 더 소요되며, 설계 변경이나 구조 변경에 따른 비용, 시간 소요가 과다하다는 문제점이 있다.
따라서, 부분 부분을 각각 생산하면서도, 이를 용이하게 체결하여 결합함으로써, 벽체와 바닥의 일체 구성을 용이하게 만들 수 있도록 하기 위한 구성 및 방법의 필요성이 대두되고 있는 시점이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용접을 대체하고, 복합재로 형성된 벽체부와 바닥부를 상호 체결 가능하도록 하기 위한 구성 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 복합재 구성의 부분을 각각 생산하면서도, 이를 상호 용이하게 체결될 수 있도록 하기 위한 벽체부 및 바닥부의 형상 및 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 차량의 벽체부 및 실내 바닥부에 있어서, 합성수지 또는 섬유와 같은 복합재료를 적층하여 성형하는 복합재 벽체부; 합성수지 또는 섬유와 같은 복합재료를 적층하여 성형하는 복합재 바닥부; 상기 복합재 벽체부의 성형시에 내부에 위치된 상태로 성형되어, 상기 복합재 벽체부의 내부에 일체로 삽입된 형태로 구비되고, 내측이 비어있고, 상기 복합재 벽체부 및 상기 복합재 바닥부에 비해 높은 강도를 갖는 고강도 보강부재; 및 상기 복합재 바닥부와 상기 고강도 보강부재를 체결시키는 체결부재를 포함하여 구성되고, 상기 체결부재는 상기 보강부재를 관통하는 동시에, 상기 복합재 바닥부를 관통하며 체결시키는 것을 특징으로 하는 복합재 바닥부의 복합재 벽체부 체결 구조체를 제공한다.
상기 복합재 벽체부는: 측방으로 돌출되는 돌출체결부가 형성되고, 상기 돌출체결부 내측에 상기 보강부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 복합재 벽체부는: 하단부 내측에 상기 보강부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 복합재 바닥부는: 상기 복합재 벽체부와 체결되는 측으로, 상대적으로 얇은 두께로 돌출되는 체결부가 더 형성되고, 상기 체결부재는: 상기 복합재 벽체부의 상기 보강부재를 관통하는 동시에, 상기 복합재 바닥부의 상기 체결부가 상기 복합재 벽체부의 상기 보강부재의 하측에 위치되면서, 상기 체결부를 관통하며 체결하는 것을 특징으로 한다.
상기 체결부의 내측에는 상기 복합재 바닥부의 성형시에 내부에 위치된 상태로 성형되어, 상기 복합재 바닥부에 비해 높은 강도를 갖는 보강부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 복합재 바닥부 및 상기 복합재 벽체부의 사이에는, 접착제를 도포하거나 배치시키고, 상기 접착제가 도포 또는 배치된 후에, 상기 복합재 바닥부 및 상기 복합재 벽체부가 밀착된 상태에서, 상기 체결부재가 체결되면서, 상기 복합재 바닥부 및 상기 복합재 벽체부가 상기 접착제 및 상기 체결부재에 의해 밀착되며 결합되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 복합재로 형성된 벽체부와 바닥부를 상호 체결 가능하도록 하는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은, 복합재 구성의 부분을 각각 생산하면서도, 이를 상호 용이하게 체결될 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
도 1은 금속제 벽체부와 바닥부가 용접으로 결합되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 복합재 벽체부와 바닥부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 복합재 벽체부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 복합재 벽체부와 복합재 바닥부가 결합되는 상태를 단면으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 복합재 벽체부의 결합 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 복합재 벽체부와 복합재 바닥부가 결합되는 상태를 단면으로 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면에 도시된 본 발명 구성의 실시예들을 참조하여, 본 발명의 구성을 상세히 살펴보도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 복합재 벽체부를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 복합재 벽체부와 복합재 바닥부가 결합되는 상태를 단면으로 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 복합재 벽체부의 결합 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 복합재 벽체부(100)의 어느 부분에, 내측으로 돌출되는 돌출체결부(120)를 구비하고, 그 내측에는 보강부재(130)가 배치되도록 한다.
전술한 다양한 수지 성형법에 의해, 플라스틱, 섬유, 파이버 등의 복합재 수지를 성형할 때, 내측에 중공형 사각기둥 알루미늄 골조를 사용한 보강부재(130)를 배치시켜 전체가 일체로 되도록 형성하고, 그 외측으로는 수지, 파이버가 덮도록 한다.
도면에는 나타나 있지 아니하나, 복합재 벽체부(100)의 내측에는 다양한 형태 및 재질의 보강부재(미도시)가 구비될 수 있으며, 돌출체결부(120) 내의 보강부재(130) 역시, 사각기둥형 외에 다양한 형상 및 재료의 것을 사용할 수 있을 것이다.
도 4를 참조하면, 복합재 벽체부(100)의 돌출체결부(120)를 활용하여, 복합재 바닥부(200)와 일체로 결합이 가능하다. 복합재 바닥부(200)도 마찬가지로 내측에 금속제 등의 고강도 재질 또는 글라스파이버 등을 사용한 보강부재(220)를 구비하고, 그 외측에는 카본파이버와 같은 복합재가 표면부(210)를 구성하도록 한다.
이 때 복합재 바닥부(200)는 전체 두께보다 얇은 형상으로, 일측이 돌출되도록 하는 체결부(212)를 연장 형성하고, 이 체결부(212)가 돌출체결부(120)의 하측에 대응 위치되도록 한다. 이 때 강도 보강을 위해, 이 체결부(212) 내에도, 보강부재(220)가 일체로 배치되도록 보강부재(200)의 일측에 체결연장부(222)가 돌출 형성되도록 한다.
보강부재(130)와 체결연장부(222)는 상하로 평행하게 배치된 상태가 되고, 이 때 돌출체결부(120)의 측방 및 하방, 그리고 복합재 바닥부(200)의 측방 및 체결부(212)의 상방에 접착제(300)를 도포하거나 배치하여 개재시킨다. 접착제(300)는 복합재를 잘 접촉시키기 위한 복합재 접착제를 사용하는 것이 바람직하며, 에폭시 성분 등을 사용한다.
위아래로 평행한 보강부재(130)와 체결연장부(222)의 사이는 체결부재(400)를 사용하여 상호 고정시키는데, 스틸 리벳을 사용하는 것이 바람직하다. 리벳(400)은 고강도의 보강부재(130)를 관통하는 동시에, 체결연장부(222)를 관통하며, 상하로 밀착시키며 결합시키고, 보다 견고한 하중 전달 및 고정을 위해 와셔(410)를 사용하는 것도 바람직하다. 도 5를 참조하면, 리벳 체결 가공을 하기 위해서, 복합재 바닥부(200)의 밀착 배치 이전에, 보강부재(130)의 내측 빈 공간에 체결부재(300, 리벳)를 미리 배치시켜 놓은 상태를 나타낸다. 이 후에 복합재 바닥부(200)의 체결부(212)를 하측에 배치하며 리벳을 사용한 체결을 하게 된다.
경우에 따라서는 체결부재로 볼트, 너트, 클립 등을 사용하는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 복합재 벽체부와 복합재 바닥부가 결합되는 상태를 단면으로 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 별도의 돌출체결부(120) 없이, 복합재 벽체부(100)의 하단 내부에 보강부재(130)를 일체 성형한 후에, 그 측방과 하방에 복합재 바닥부(200)가 밀착되면서 결합이 가능하도록 한다. 한편, 도면에 나타나지는 않았지만, 복합재 벽체부(100) 내에는 다양한 형상과 구조의 다른 보강부재가 배치될 수 있으며, 이는 복합재 바닥부(200)에도 마찬가지이다.
복합재 바닥부(200)는 내측에 금속 또는 글라스파이버 등의 재질을 사용한 보강부재(220)를 구비하고, 그 외측에는 카본파이버와 같은 복합재가 표면부(210)를 구성하도록 한다. 보강부재(200)는 사각 박스형으로 구성될 수 있으며, 그 내부는 폼재(202)가 채워지도록 할 수 있다.
이 때 복합재 바닥부(200)는 전체 두께보다 얇은 형상으로, 일측이 돌출되도록 하는 체결부(212)를 연장 형성하고, 이 체결부(212)가 복합재 바닥부(200)의 하단에 대응 위치되도록 한다. 이 때 강도 보강을 위해, 이 체결부(212) 내에도, 보강부재(220)가 일체로 배치되도록 보강부재(200)의 일측에 체결연장부(222)가 돌출 형성되도록 한다.
보강부재(130)와 체결연장부(222)는 상하로 평행하게 배치된 상태가 되고, 이 때 복합재 벽체부(100)의 측방 및 하방, 그리고 복합재 바닥부(200)의 측방 및 체결부(212)의 상방에 접착제(300)를 도포하거나 배치하여 개재시킨다. 접착제(300)는 복합재를 잘 접촉시키기 위한 복합재 접착제를 사용하는 것이 바람직하며, 에폭시 성분 등을 사용한다.
위아래로 평행한 보강부재(130)와 체결연장부(222)의 사이는 체결부재(400)를 사용하여 상호 고정시키는데, 스틸 리벳을 사용하는 것이 바람직하다. 리벳(400)은 고강도의 보강부재(130)를 관통하는 동시에, 체결연장부(222)를 관통하며, 상하로 밀착시키며 결합시키고, 보다 견고한 하중 전달 및 고정을 위해 와셔(410)를 사용하는 것도 바람직하다.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
100 : 복합재 벽체부 120 : 돌출체결부
130 : 보강부재 200 : 복합재 바닥부
210 : 표면부 212 : 체결부
220 : 보강부재 222 : 체결연장부
300 : 접착제 400 : 리벳
410 : 와셔

Claims (6)

  1. 차량의 벽체부 및 실내 바닥부에 있어서,
    합성수지 또는 섬유와 같은 복합재료를 적층하여 성형하는 복합재 벽체부;
    합성수지 또는 섬유와 같은 복합재료를 적층하여 성형하는 복합재 바닥부;
    상기 복합재 벽체부의 성형시에 내부에 위치된 상태로 성형되어, 상기 복합재 벽체부의 내부에 일체로 삽입된 형태로 구비되고, 상기 복합재 벽체부 및 상기 복합재 바닥부에 비해 높은 강도를 갖는 보강부재; 및
    상기 복합재 바닥부와 상기 고강도 보강부재를 체결시키는 체결부재를 포함하여 구성되고,
    상기 체결부재는 상기 보강부재를 관통하는 동시에, 상기 복합재 바닥부를 관통하며 체결시키는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 자동차 바닥부와 벽체부 일체화 체결 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합재 벽체부는:
    측방으로 돌출되는 돌출체결부가 형성되고,
    상기 돌출체결부 내측에 상기 보강부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 자동차 바닥부와 벽체부 일체화 체결 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합재 벽체부는:
    하단부 내측에 상기 보강부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 자동차 바닥부와 벽체부 일체화 체결 구조체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복합재 바닥부는:
    상기 복합재 벽체부와 체결되는 측으로,
    상대적으로 얇은 두께로 돌출되는 체결부가 더 형성되고,
    상기 체결부재는:
    상기 복합재 벽체부의 상기 보강부재를 관통하는 동시에, 상기 복합재 바닥부의 상기 체결부가 상기 복합재 벽체부의 상기 보강부재의 하측에 위치되면서, 상기 체결부를 관통하며 체결하는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 자동차 바닥부와 벽체부 일체화 체결 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 체결부의 내측에는 상기 복합재 바닥부의 성형시에 내부에 위치된 상태로 성형되어, 상기 복합재 바닥부에 비해 높은 강도를 갖는 보강부재가 위치되는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 자동차 바닥부와 벽체부 일체화 체결 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합재 바닥부 및 상기 복합재 벽체부의 사이에는,
    접착제를 도포하거나 배치시키고,
    상기 접착제가 도포 또는 배치된 후에, 상기 복합재 바닥부 및 상기 복합재 벽체부가 밀착된 상태에서, 상기 체결부재가 체결되면서,
    상기 복합재 바닥부 및 상기 복합재 벽체부가 상기 접착제 및 상기 체결부재에 의해 밀착되며 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 복합재를 이용한 자동차 바닥부와 벽체부 일체화 체결 구조체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07112672A (ja) * 1993-10-19 1995-05-02 Nissan Motor Co Ltd 車体フロア構造
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