KR101724966B1 - 차량용 도어의 제조 방법, 및 이에 의해 제조되는 차량용 도어 - Google Patents

차량용 도어의 제조 방법, 및 이에 의해 제조되는 차량용 도어 Download PDF

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장준호
박훈모
이경문
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 도어의 제조 방법, 및 이에 의해 제조되는 차량용 도어에 관한 것으로서, 경량화에 수반되는 제조비용 상승 및 원가 상승의 문제점을 개선할 수 있고, 효율적인 경량화와 함께 도어를 구성하는 각 부품별 제조 공정의 난이도 저감, 성능 확보가 가능하면서도 경량화율 증대가 가능해지는 차량용 도어의 제조 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 고분자 복합재를 재질로 하는 도어 이너 패널을 성형하여 제조하는 단계; 도어 글라스에 의해 개폐되는 공간을 형성하는 도어 프레임 어셈블리를 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 소재로 성형하여 제조하는 단계; 도어 아우터 패널을 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 소재로 성형하여 제조하는 단계; 도어 측면 강성 보강을 위한 임팩트빔을 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 소재로 성형하여 제조하는 단계; 상기 제조된 도어 프레임 어셈블리와 임팩트빔을 도어 이너 패널에 결합하는 단계; 상기 도어 프레임 어셈블리와 임팩트빔이 결합된 도어 이너 패널을 도어 아우터 패널과 결합하는 단계를 포함하는 차량용 도어의 제조 방법, 및 이에 의해 제조되는 차량용 도어가 개시된다.

Description

차량용 도어의 제조 방법, 및 이에 의해 제조되는 차량용 도어{Manufacturing method of door for vehicle, and door for vehicle manufactured by method thereof}
본 발명은 차량용 도어의 제조 방법, 및 이에 의해 제조되는 차량용 도어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여러 가지의 재질을 적용하여 경량화에 수반되는 제조비용 상승 및 원가 상승의 문제점을 개선할 수 있고, 효율적인 경량화와 함께 도어를 구성하는 각 부품별 제조 공정의 난이도 저감, 성능 확보가 가능하면서도 경량화율 증대가 가능해지는 차량용 도어의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 프레임 도어(Fame Door)는, 도어의 골격 구조물을 구성하는 것으로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 도어 글라스에 의해 개폐되는 공간을 형성하는 도어 프레임 어셈블리(Door Frame Assembly)(1)와, 각각 도어의 외부 윤곽과 내부 윤곽을 형성하는 아우터 패널(Door Outer Panel)(2)과 이너 패널(Door Inner Panel)(3)을 포함한다.
도어 프레임 어셈블리(1)는 도어 글라스가 설치되는 일종의 창틀 역할을 하는 부분으로, 프레임 부분과 레일 부분을 포함하며, 여기서 레일 부분은 윈도우 개폐를 위해 승, 하강하는 도어 글라스의 가장자리 부분이 삽입된 상태로 안내되는 부분이다.
아우터 패널(2)과 이너 패널(3)은 차폭 방향으로 서로 간격을 두고 배치되며, 주연부의 적어도 일부가 헤밍(Hemming)이나 용접(Welding) 등의 접합 방식에 의해 결합되어 일체화됨으로써 도어 강성을 만족하는 단면 계수를 가진 폐단면을 형성하게 된다.
통상 차량용 도어의 아우터 패널(2)과 이너 패널(3)은 스틸(강판)을 소재로 하여 프레스 공정 등을 통해 제작되어 조립된다.
또한, 아우터 패널(2)과 이너 패널(3) 사이에는 측면 강성을 보강하여 측면 충돌 성능을 향상시키기 위한 임팩트빔(Impact Beam)(4)이 적용된다.
임팩트빔(4)은 측면 충돌에 대한 도어의 강도를 확보하기 위해 설치되는 보강용 빔으로서, 이너 패널(3)에 설치되는데, 양단부가 빔 브라켓(5)을 매개로 이너 패널(3)에 고정됨으로써 장착될 수 있다.
또한, 임팩트빔(5)과 별도로 도어 멤버(Door Member)(6)가 이너 패널(3)에 마운팅되어 설치될 수 있는데, 이너 패널(3)에 마운팅된 도어 멤버(5)와 그 외측의 아우터 패널(2) 사이에는 실러나 접착제 등을 사용하여 접촉 내지 접합이 이루어지도록 한다.
이로써 도어 멤버(6)는 주행시 발생할 수 있는 아우터 패널(2)의 떨림이나 흔들림을 방지하는 역할을 하게 되고, 더불어 작은 충격 등으로 인한 패널의 굴곡을 방지하는 역할을 하게 된다.
그 밖에 도어 벨트 라인의 보강을 위한 벨트 아우터 패널(Belt Outer Panel)(7), 도어 힌지(미도시) 등이 설치될 수 있다.
종래에는 프레임 도어를 구성하는 각 부품이 스틸을 재질로 하여 제작되었으며, 이너 패널(3)의 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, TWB(Tailor Welded Blank) 강판을 사용하여 금형(1개의 금형 사용)에서 성형함으로써 이너 패널(3)을 제작하는 것이 가능하다.
여기서, TWB 판재는 두께와 강도, 재질 등이 서로 다른 판재를 적절한 크기와 형상으로 절단한 뒤 메쉬 심 용접(Mesh Seam Welding)이나 플라즈마 아크(Plasma Arc Welding) 용접, 레이저 용접(Laser Welding) 등으로 접합한 판재로서, 하나(1 piece)의 TWB 강판을 성형하여 이너 패널(3)을 완성할 수 있다.
한편, 차량을 경량화할 목적으로 도어를 구성하는 부품들을 경량의 소재를 사용하여 제작하는 것이 요구되고 있다.
차량에서 도어와 같은 무빙(Moving) 부품을 경량화할 경우 차량 경량화와 함께 저중심화 및 회전 관성모멘트의 저감으로 주행안정성이 증대되어 차량 상품성을 향상시키는 것이 가능하다.
이에 따라 알루미늄 소재를 사용하여 도어의 각 부품들을 제작하는 기술이 알려져 있는바, 알루미늄 소재를 사용하여 제작하면서 프레스나 롤 포밍, 또는 압출 및 벤딩 등의 공정을 최적하는 경우 경량화를 달성할 수 있다.
이너 패널의 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 2개(2 pieces)의 알루미늄 합금 소재를 사용하여 이너 패널의 각 부분을 각각의 금형에서 별도 성형한 뒤(2개의 금형 사용), 성형된 부분을 리벳이나 접착제, 용접 등의 방식으로 접합하여 일체의 이너 패널(3)을 완성한다.
그 밖에 알루미늄 소재로 제작된 TWB 판재를 사용하여 하나의 금형에서 이너 패널을 성형하여 제작하는 것이 가능하다.
그러나, 알루미늄 소재를 사용하여 제작할 경우 성형성 및 용접성, 접합강도의 한계, 부품별 성형 공정의 난이도 및 복잡도 상승, 사용되는 금형의 증가 및 금형비 상승, 원가 상승 등의 여러 문제점을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 경량화에 수반되는 제조비용 상승 및 원가 상승의 문제점을 개선할 수 있고, 효율적인 경량화와 함께 도어를 구성하는 각 부품별 제조 공정의 난이도 저감, 성능 확보가 가능하면서도 경량화율 증대가 가능해지는 차량용 도어의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 고분자 복합재를 재질로 하는 도어 이너 패널을 성형하여 제조하는 단계; 도어 글라스에 의해 개폐되는 공간을 형성하는 도어 프레임 어셈블리를 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 소재로 성형하여 제조하는 단계; 도어 아우터 패널을 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 소재로 성형하여 제조하는 단계; 도어 측면 강성 보강을 위한 임팩트빔을 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 소재로 성형하여 제조하는 단계; 상기 제조된 도어 프레임 어셈블리와 임팩트빔을 도어 이너 패널에 결합하는 단계; 상기 도어 프레임 어셈블리와 임팩트빔이 결합된 도어 이너 패널을 도어 아우터 패널과 결합하는 단계를 포함하는 차량용 도어의 제조 방법을 제공한다.
상기한 본 발명에 따른 차량용 도어의 제조 방법에 의해 제조되는 것으로서, 고분자 복합재를 재질로 하는 도어 이너 패널; 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 재질의 도어 프레임 어셈블리; 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 재질의 도어 아우터 패널; 및 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 재질의 임팩트빔을 포함하는 차량용 도어를 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 차량용 도어의 제조 방법에서는 도어의 골격 구조물을 구성하는 부품들 중 도어 이너 패널을 경량의 고분자 복합재를 사용하여 제조하고, 그 밖의 나머지 부품들을 스틸 합금 또는 경량의 알루미늄 합금 소재를 사용하여 제조함으로써, 상술한 종래의 문제점, 즉 경량화에 수반되는 제조비용 상승 및 원가 상승의 문제점을 개선할 수 있고, 효율적인 경량화와 함께 도어를 구성하는 각 부품별 제조 공정의 난이도 저감, 성능 확보가 가능하면서도 경량화율 증대가 가능해지게 된다.
도 1은 일반적인 프레임 도어의 골격 구조물의 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 2는 종래의 이너 패널을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 도어의 골격 구조물의 구성을 예시한 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 도어의 제조를 위해 이너 패널과 각 부품 간의 접합 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 도어에서 임팩트빔의 또 다른 설치 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 경량화에 수반되는 제조비용 상승 및 원가 상승의 문제점을 개선할 수 있고, 효율적인 경량화와 함께 도어를 구성하는 각 부품별 제조 공정의 난이도 저감, 성능 확보가 가능하면서도 경량화율 증대가 가능해지는 차량용 도어의 제조 방법, 및 이에 의해 제조되는 차량용 도어를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에서는 효율적인 경량화를 위해 단순한 경량화 재질로의 대체가 아닌 부품 간 또는 부품 내 다양한 재질을 조합해서 다종 재질의 경량 도어를 제조하게 된다.
특히, 본 발명에서는 경량화와 동시에 도어를 구성하는 각 부품별 제조 및 조립 공정의 난이도 상승을 최소화할 수 있으면서 부품별 경량화가 가능한 재질을 사용하여 다종 재질의 금속-고분자 복합재 경량 도어를 제조할 수 있는 방법이 개시된다.
이를 통해 차종 및 부품에 따른 요구, 즉 공정 난이도 저감, 제조비용 및 원가 절감, 성능 향상 및 경량화율 증대 등의 다양한 요구에 유연하게 대응 가능하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 도어의 골격 구조물의 구성을 예시한 분해사시도이다.
본 발명은 도어를 구성하는 골격 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 이너 패널이 고분자 복합재를 사용하고 나머지 부품들을 알루미늄 합금 및 스틸 합금을 사용하여 제조하는 점에 주된 특징이 있는 것이다..
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 프레임 도어(Fame Door)는, 도어의 골격을 이루는 구조물로서, 도어 글라스에 의해 개폐되는 공간을 형성하는 도어 프레임 어셈블리(Door Frame Assembly)(10)와, 각각 도어의 외부 윤곽과 내부 윤곽을 형성하는 아우터 패널(Door Outer Panel)(20)과 이너 패널(Door Inner Panel)(30)을 포함한다.
도어 프레임 어셈블리(10)는 도어 글라스가 설치되는 일종의 창틀 역할을 하는 부분으로, 프레임 부분과 레일 부분을 포함하며, 여기서 레일 부분은 윈도우 개폐를 위해 승, 하강하는 도어 글라스의 가장자리 부분이 삽입된 상태로 안내되는 부분이다.
본 발명의 실시예에서, 도어 프레임 어셈블리(10)는 복수 개의 부품들이 조합되어 구성될 수 있는데, 창틀의 상부와 측부를 형성하고 레일 부분을 갖는 메인 프레임(11), 도어 벨트 라인 위치의 하부를 형성하는 하부 프레임(12), 이너 패널(30)과의 접합이 이루어지는 접합 프레임(13,13')을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 하부 프레임(12)에는 도어 벨트 라인의 벨트 아우터 패널(미도시)이 설치될 수 있다.
상기 접합 프레임(13,13')은 이너 패널(30)과의 넓은 면적에서 접합이 이루어질 수 있도록 메인 프레임(11)의 하단부 양측에 설치될 수 있는데, 메인 프레임(11)의 하단부 일측에 일체로 연장 형성되는 일체형 접합 프레임(13')과, 별도로 제작되어 메인 프레임(11)의 하단부 타측에 접합되는 조립형 접합 프레임(13)으로 구분될 수 있다.
상기와 같은 도어 프레임 어셈블리(10)의 각 부품들은 스틸 합금 또는 알루미늄 합금을 소재로 사용하여 제조할 수 있으며, 스틸 합금을 사용하여 프레스나 롤 포밍의 방법으로 성형하거나, 알루미늄 합금을 사용하여 압출 및 벤딩(3D 벤딩)의 공정으로 성형하여 제조할 수 있다.
또는 도어 프레임 어셈블리(10)의 각 부품들을 고분자 복합재로서 섬유 강화 플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics)으로 제조할 수 있으며, 형상 및 강도를 충족시키기 위해 섬유 적층 및 직조 후 프레스, RTM(Resin Transfer Molding) 등으로 제조할 수 있다.
즉, 플라스틱 수지와 함께 구성요소가 되는 섬유 강화 물질로서, 유리섬유나 탄소섬유를 사용하여 사전 제작한 직물(Fabric) 또는 프리프레그(Prepreg)를 사용하는 것이다.
한편, 아우터 패널(20)과 이너 패널(30)은 차폭 방향으로 서로 간격을 두고 배치되며, 주연부의 적어도 일부가 헤밍(Hemming)의 접합 방식에 의해 결합되어 일체화됨으로써 도어 강성을 만족하는 단면 계수를 가진 폐단면을 형성하게 된다.
본 발명의 실시예에서, 도어의 아우터 패널(20)은 스틸 합금 또는 알루미늄 합금을 소재로 사용하여 프레스 성형하여 제조할 수 있다.
또한, 도어의 이너 패널(30)은 고분자 복합재, 바람직하게는 섬유 강화 플라스틱(FRP)의 재질로 제조할 수 있으며, 이러한 이너 패널(30)에 대해서는 뒤에서 좀더 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에서, 아우터 패널(20)과 이너 패널(30) 사이에는 측면 강성을 보강하여 측면 충돌 성능을 향상시키기 위한 임팩트빔(41)이 적용되며, 임팩트빔(41)은 측면 충돌에 대한 도어의 강도를 확보하기 위해 설치되는 보강용 빔이다.
상기 임팩트빔(41)은 이너 패널(30)에 장착될 수 있으며, 양단부가 빔 브라켓(42)을 매개로 이너 패널(30)에 고정됨으로써 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 임팩트빔(41)은 스틸 합금을 재질로 하여 파이프 형상으로 성형하여 제조하거나, 스틸 합금 판재를 핫 스탬핑(Hot Stamping) 공법으로 성형하여 제조하는 것이 가능하다.
보다 바람직하게는 경량화를 위해 알루미늄 합금을 사용하여 제조할 수 있으며, 알루미늄 합금을 재질로 하여 압출 성형 등의 공정으로 제조하는 것이 가능하다.
또한, 임팩트빔(41)을 이너 패널(30)에 마운팅하는 빔 브라켓(42)은 스틸 합금 또는 알루미늄 합금을 재질로 하여 프레스 성형하여 제조하는 것이 가능하다.
다음으로, 임팩트빔(41)과 별도로 도어 멤버(Door Member)(50)가 이너 패널(30)에 마운팅되어 설치될 수 있는데, 이너 패널(30)에 마운팅된 도어 멤버(50)와 그 외측의 아우터 패널(20) 사이에는 실러나 접착제 등을 사용하여 접촉 내지 접합이 이루어지도록 한다.
즉, 이너 패널(30)에 설치된 도어 멤버(50)가 실러나 접착제 등을 개재한 상태로 하여 아우터 패널(20)을 지지하게 되는 것이다.
이로써 도어 멤버(50)는 주행시 발생할 수 있는 아우터 패널(20)의 떨림이나 흔들림을 방지하는 역할을 하게 되고, 더불어 작은 충격 등으로 인한 도어 아우터 패널의 굴곡을 방지하는 역할을 하게 된다.
상기 도어 멤버(50)는 스틸 합금 또는 알루미늄 합금을 재질로 하여 프레스 성형하여 제조하는 것이 가능하다.
그 밖에 이너 패널(30)에는 차체에 도어를 힌지 결합하기 위한 도어 힌지(61,62)가 설치되며, 상기 도어 힌지(61,62)는 스틸 합금을 사용하여 단조 또는 프레스 성형을 통해 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명에서 고분자 복합재를 사용하여 제조하는 이너 패널에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에서, 이너 패널(30)은 섬유 강화 플라스틱(FRP), 바람직하게는 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP, Glass Fiber Reinforced Plastics) 또는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastics)으로 제조될 수 있다.
이러한 섬유 강화 플라스틱(이하 'FRP'라 칭함)으로 이너 패널(30)을 제조할 때 프레스 또는 RTM(Resin Transfer Molding) 공정의 이용이 가능하며, 연속섬유 강화 프리프레그(Prepreg) 적용시에는 열간 프레스 공정이, 직물(Fabric)의 섬유 보강 매트를 적용할 경우에는 RTM 공정이 이용될 수 있다.
상기 연속섬유 강화 프리프레그 적용시에는 수지에 연속섬유(유리섬유 또는 탄소섬유)를 보강한 복합소재인 연속섬유 강화 프리프레그 시트를 제조하고, 상기 제조된 연속섬유 강화 프리프레그 시트를 적층한 뒤, 열간 프레스 성형하여 이너 패널을 제조하게 된다.
여기서, 수지로는 폴리프로필렌(PP, Polypropylene), 폴리아미드(PA, Polyamide), 에폭시(Epoxy) 등이 사용될 수 있다.
RTM 공정의 경우, 성형 몰드 내부에 유리섬유 또는 탄소섬유로 제작된 섬유 보강 매트를 장착하고, 섬유 보강 매트가 장착된 몰드 내에 경화제 및 기타 첨가제와 혼합된 수지 물질을 주입한 후 경화시켜 성형하게 되는데, 이때 도어 패널에서 요구되는 강성 수준을 충족시킬 수 있는 것이라면, 섬유 강화 물질이나 수지, 그리고 그에 수반되는 경화제 및 기타 첨가제에 있어서 공지의 재료들 중 채택하여 사용할 수 있다.
여기서, 수지로는 폴리프로필렌(PP, Polypropylene), 폴리아미드(PA, Polyamide), 에폭시(Epoxy) 등이 사용될 수 있다.
또한, 직물의 섬유 보강 매트로는 성형 후 이너 패널(30)의 비틀림 방지를 위해 이방성을 최소화할 수 있는 섬유 배향 구조를 가진 것이 바람직하며, 예컨대 섬유 이방성이 낮은 트윌(Twill) 직물을 사용할 수 있다.
또한, 섬유 강화 플라스틱을 적용하여 도어 이너 패널(30)을 성형 제조할 때, 여러 겹의 프리프레그 시트 또는 직물 시트를 성형 금형에 적층한 뒤 가압하게 되는데, 주름이 발생할 가능성이 있다.
특히, 도 3에서 'H' 부분과 같이 급격히 형상이 변화하는 드로잉(drawing) 형상을 가진 도어 이너 패널(30)의 경우 주름이 발생할 가능성이 매우 높다.
도 3의 'H' 부분을 살펴보면 성형시 대략 90°의 각도 수준으로 꺾임이 발생하는 급격한 형상 변화를 나타내고 있으며, 따라서 주변의 시트 부분에 주름이 발생할 수 있다.
따라서, 도어 이너 패널(30)의 중앙부에 성형시 발생하는 주름을 보정할 수 있도록 패널을 관통하는 큰 홀의 형상을 프리프레그 시트나 직물 시트에 미리 형성하여 사용하는 것이 필수적이다.
이와 같이 도어 이너 패널(30)의 중앙부에 홀 형상을 적용함으로써 성형시 시트 부분의 주름 발생을 방지할 수 있다.
한편, 상기와 같이 섬유 강화 플라스틱을 사용하여 제조한 이너 패널(30)에 도어 골격 구조물의 각 부품들을 결합하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 도어의 제조를 위해 이너 패널(30)과 각 부품 간의 접합 방법을 나타내는 도면으로서, 이너 패널(30)과 각 부품 간의 결합 방식으로는 리벳팅 접합 방법이 적용될 수 있다.
즉, 도어 프레임 어셈블리(10), 도어 멤버(50), 임팩트빔(41), 도어 힌지(61,62) 등을 리벳을 사용하여 이너 패널(30)에 결합하는 것이며, 리벳으로는 공지의 블라인드 리벳(Blind Rivet) 또는 셀프 피어싱 리벳(Self Piercing Rivet)이 이용될 수 있다.
이 중에서 블라인드 리벳의 이용시에는 접합할 부품을 겹쳐놓은 상태에서 양측 부품에 리벳 체결을 위한 홀을 먼저 가공하고, 이어 상기 홀에 블라인드 리벳을 삽입하여 양측 부품을 체결하게 된다.
또한, 셀프 피어싱 리벳은 기존의 점용접을 대체할 수 있도록 개발된 것으로, 셀프 피어싱 리벳을 이용한 방식은 별도의 홀 가공 없이 리벳 장치가 유압력을 이용하여 리벳을 접합되는 판재에 압입함으로써, 리벳 자체가 모재를 관통하여 모재와 함께 확장 변형되면서 접합이 이루어지도록 한 리벳팅 방식이다.
본 발명의 실시예에서, 각 부품간 3겹 접합부에는 블라인드 리벳을 이용한 접합 방식이 적용될 수 있고, 2겹 접합부에는 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합 방식이 적용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 각 리벳 접합 부위에서 '○'로 표시된 부위는 셀프 피어싱 리벳을 이용하여 접합하는 부위로서, 2겹 접합 부위, 예컨대 'A' 및 'B'에서와 같이 도어 어셈블리의 접합 프레임(13,13')과 이너 패널(30) 간의 접합 부위, 'D' 및 'E'에서와 같이 도어 멤버(50)와 이너 패널(30) 간의 접합 부위, 'F' 및 'G'에서와 같이 빔 브라켓(42)와 이너 패널(30) 간의 접합 부위에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 각 셀프 피어싱 리벳 접합은 고분자 복합재 재질의 이너 패널(30)에서 금속 재질의 도어 멤버(50), 빔 브라켓(42) 등의 방향으로 이루어져야 한다.
이와 함께 '△'로 표시된 부위는 블라인드 리벳을 이용하여 접합하는 부위로서, 3겹 접합 부위, 예컨대 'B''에서와 같이 도어 힌지(61)가 일체형 접합 프레임(13') 및 이너 패널(30)과 함께 3겹으로 겹져져 접합될 경우 적용될 수 있고, 더불어 'A'에서와 같이 도어 프레임 어셈블리(10)의 메인 프레임(11) 하단부와 조립형 접합 프레임(13), 이너 패널(30)이 3겹으로 겹쳐져 접합될 경우에도 적용될 수 있다.
다음으로, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 도어에서 임팩트빔(41)의 또 다른 설치 방법을 나타내는 도면으로, 기존 금속 재질의 이너 패널 대비 FRP 재질의 이너 패널은 타 부품 간의 접합 부위, 특히 임팩트빔과의 접합 부위에서 FRP의 낮은 연신율로 인해 외부 충격시 파손이 발생할 수 있다.
이너 패널에서 상기 임팩트빔과의 접합 부위에 파손이 발생할 경우 외력 지지가 불가하게 된다.
따라서, 도 5에 나타낸 같이, 도어 프레임 어셈블리(10)의 접합 프레임(13,13')으로부터 일체로 하방 연장되는 프레임 접합부(14)를 설치하여, 상기 프레임 접합부(14)에 임팩트빔(41,43)을 접합 연결하는 것이 가능하다.
상기 프레임 접합부(14)는 도어 프레임 어셈블리(10)의 접합 프레임으로부터 일체로 하방 연장 형성하거나, 동일 재질(스틸 합금 또는 알루미늄 합금)을 사용하여 분리형으로 별도 제작한 뒤 상기 접합 프레임(13,13')에 접합하여 그로부터 하방 연장되도록 설치할 수 있다.
상기 프레임 접합부 또한 도어 이너 패널에 리벳팅 접합하여 결합할 수 있고, 이때 셀프 피어싱 리벳을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 상기 프레임 접합부(14)와 임팩트빔(41,43) 간에는 빔 브라켓(미도시)을 사용하는 방식, 즉 임팩트빔(41)에 결합된 빔 브라켓을 프레임 접합부(14)에 용접, 리벳팅 등의 접합 방식으로 결합할 수 있고, 또는 프레임 접합부(14)와 임팩트빔(41)의 양단부를 직접 용접, 리벳팅 등의 접합 방식으로 결합하는 것이 가능하다.
하기 표 1은 본 발명의 실시예로서 도어의 각 부품별 적용 가능한 재질을 예시한 것이며, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
Figure 112015120949319-pat00001
상기 표 1에서와 같이, 실시예에 따른 도어의 골격 구조물의 경우 고분재 복합재인 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)를 사용하여 이너 패널(30)을 제조하였으며, 아우터 패널(20), 도어 멤버(50), 임팩트빔(41), 빔 브라켓(42)을 해당 부품별 요구 강성 수준에 부합하는 알루미늄 합금을 사용하여 제조하였다.
다만, 도어 프레임 어셈블리(10)와 도어 힌지(61,62)는 스틸 합금을 재질로 사용하여 제조하였으며, 비교예의 경우 각 부품들을 종래와 같이 모두 스틸 합금을 재질로 하여 제조하였다.
표 1에서 경량화율은 비교예의 중량 100%에 대한 실시예의 중량을 비율로 나타낸 것으로, 60% 수준의 경량화율을 달성할 수 있음을 볼 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 도어 프레임 어셈블리
11 : 메인 프레임
12 : 하부 프레임
13, 13' 접합 프레임
14 : 프레임 접합부
20 : 아우터 패널
30 : 이너 패널
41, 43 : 임팩트빔
42 : 빔 브라켓
50 : 도어 멤버
61, 62 : 도어 힌지

Claims (23)

  1. 고분자 복합재를 재질로 하는 도어 이너 패널을 성형하여 제조하는 단계; 도어 글라스에 의해 개폐되는 공간을 형성하는 도어 프레임 어셈블리를 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 소재로 성형하여 제조하는 단계; 도어 아우터 패널을 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 소재로 성형하여 제조하는 단계; 도어 측면 강성 보강을 위한 임팩트빔을 알루미늄 합금 또는 스틸 합금 소재로 성형하여 제조하는 단계; 상기 제조된 도어 프레임 어셈블리와 임팩트빔을 도어 이너 패널에 결합하는 단계; 및 상기 도어 프레임 어셈블리와 임팩트빔이 결합된 도어 이너 패널을 도어 아우터 패널과 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 도어 이너 패널을 성형하여 제조하는 단계는
    수지에 연속섬유로서 유리섬유 또는 탄소섬유를 보강한 연속섬유 강화 프리프레그 시트를 적층한 후 열간 프레스 성형하여 도어 이너 패널을 제조하는 과정; 및
    성형 몰드 내부에 섬유 보강 매트로서 유리섬유 또는 탄소섬유로 제작된 직물을 장착하고 상기 직물의 섬유 보강 매트가 장착된 성형 몰드 내부에 수지를 주입한 후 경화시켜 성형하는 RTM(Resin Transfer Molding) 공정으로 도어 이너 패널을 제조하는 과정 중 어느 하나의 과정으로 이루어지고,
    상기 어느 하나의 과정에서 도어 이너 패널의 중앙부에는 성형시 발생하는 프리프레그 시트 또는 직물 시트의 주름 발생을 방지하기 위해 도어 이너 패널을 관통하는 형상의 홀을 상기 프리프레그 시트 또는 직물 시트에 미리 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유 보강 매트로서 트윌(Twill) 직물을 사용하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 임팩트빔은,
    양단부에 스틸 합금 또는 알루미늄 합금 소재로 성형하여 제조한 빔 브라켓을 설치하고, 상기 빔 브라켓을 도어 이너 패널에 접합하여 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 도어 이너 패널에 도어 아우터 패널을 지지한 상태로 차량 주행시 아우터 패널의 떨림이나 흔들림을 방지하고 충격으로 인한 도어 아우터 패널의 굴곡을 방지하는 도어 멤버를 설치하고, 상기 도어 멤버는 스틸 합금 또는 알루미늄 합금 소재로 성형하여 제조하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 도어 멤버를 도어 이너 패널에 리벳팅 접합하여 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 리벳팅 접합시 셀프 피어싱 리벳을 사용하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 도어 프레임 어셈블리 및 임팩트빔을 도어 이너 패널에 리벳팅 접합하여 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 임팩트빔의 양단부에 스틸 합금 또는 알루미늄 합금 소재로 성형하여 제조한 빔 브라켓을 설치하고, 상기 빔 브라켓을 도어 이너 패널에 접합하여 임팩트빔을 도어 이너 패널에 결합하되, 상기 빔 브라켓을 도어 이너 패널에 리벳팅 접합하여 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 리벳팅 접합시 셀프 피어싱 리벳을 사용하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 도어 프레임 어셈블리는,
    상부와 측부를 형성하는 메인 프레임의 하단부에, 도어 이너 패널과의 접합을 위한 접합 프레임을, 일체로 형성하거나, 분리형으로 별도 제작 후 조립, 설치하여, 상기 접합 프레임을 통해 도어 이너 패널과 리벳팅 접합하여 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 접합 프레임을 메인 프레임의 하단부에 일체로 형성한 경우, 상기 접합 프레임과 도어 이너 패널을 겹친 상태로 하여 셀프 피어싱 리벳으로 리벳팅하여 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 접합 프레임을 분리형으로 제작 후 메인 프레임의 하단부에 조립하여 설치하는 경우, 상기 접합 프레임과 메인 프레임의 하단부, 도어 이너 패널을 겹친 상태로 하여 블라인드 리벳으로 리벳팅하여 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 메인 프레임의 하단부에 일체로 형성한 접합 프레임과 도어 인너 패널, 도어 힌지를 겹친 상태로 하여 블라인드 리벳으로 리벳팅하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 접합 프레임으로부터 일체로 하방 연장 형성한 프레임 접합부, 또는 분리형으로 별도 제작 후 접합 프레임에 접합하여 그로부터 연장되도록 설치한 프레임 접합부를 도어 이너 패널에 결합하고, 상기 프레임 접합부에 임팩트빔의 양단부를 결합하여, 상기 임팩트빔이 프레임 접합부를 매개로 도어 이너 패널에 결합되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 프레임 접합부를 도어 이너 패널에 리벳팅 접합하여 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 프레임 접합부를 도어 이너 패널에 겹친 상태로 하여 셀프 피어싱 리벳으로 리벳팅하여 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 도어의 제조 방법.
  23. 청구항 1, 및 청구항 8 내지 청구항 22 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해 제조되고,
    고분자 복합재를 재질로 하는 도어 이너 패널;
    알루미늄 합금 또는 스틸 합금 재질의 도어 프레임 어셈블리;
    알루미늄 합금 또는 스틸 합금 재질의 도어 아우터 패널; 및
    알루미늄 합금 또는 스틸 합금 재질의 임팩트빔을 포함하는 차량용 도어.
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