KR101740923B1 - 차량용 도어 - Google Patents

Abstract

리인포스, 인너벨트, 글래스런 채널 등의 형상 및 배치를 변경하고 부재들이 서로 중첩 결합되도록 함에 의해 스틸 도어 수준의 도어 강성을 확보할 수 있는 마그네슘 합금의 차량용 도어가 소개된다. 도어 인너패널(100)은 별도 성형된 3개의 파트(10,20.30)로 구성될 수 있다.

Description

차량용 도어{VEHICLE DOOR}

본 발명은 차량용 도어, 특히 마그네슘 합금과 같은 경량 합금이 적용된 도어에 관한 것이다.

차량 제조업계에서의 최대 화두 중 하나는 경량화이다. 적어도 기존과 동등 강도 및 안정성을 보장하면서도 경량화를 달성할 수 있어야 한다.

경량화 달성을 위해 초고강도강의 적용이 확대되고 있다. 각종 리인포스의 생략이 가능하여 경량화에 도움이 된다. 그러나 기본적으로 스틸을 사용하므로 경량화의 범위에는 한계가 존재한다.

스틸 이외에 알루미늄이나 마그네슘과 같은 경량 합금의 적용을 통한 경량화 시도 또한 활발하다. 이 중 마그네슘은 가장 가벼운 금속으로 스틸 대비 60%의 경량화가 가능하며 리사이클링도 가능하기에, 경량화 대응 소재로서 많은 가능성이 있다.

그러나 마그네슘 합금은 스틸 대비 약 4배 정도 강성이 낮으며 접합성능 미흡하고, 또 성형성이 좋지 못하다. 현재 마그네슘 합금은 캐스팅 제품 등에 부분적으로 적용되고 있을 뿐, 도어와 같이 프레스 제조되는 판재 부품에는 아직 적용 예가 없으며 경량화 기여도도 미미하였다.

본 발명은 마그네슘 합금이 갖는 단점을 보완하여 기존의 스틸 도어를 대체할 수 있도록 구성된, 마그네슘 합금판재를 이용한 차량용 도어를 제공함을 목적으로 한다.

기존의 스틸 도어를 마그네슘 합금으로 대체하기 위해서는 강성 보완이 필요하다. 스틸 두께가 1이라고 했을 때, 스틸과 동일한 강성을 발휘하기 위해서는 마그네슘은 1.67의 두께가 요구된다. 이와 같은 두께 증가는 해결방안이 될 수 없다.

마그네슘 합금의 도어를 고려할 때, 강성 보완의 대상으로 프레임 강성과 옆문강도가 고려될 필요가 있으며, 그리고 도어처짐이나 과도열림에 대한 강성 대응이 필요하다.

옆문강도는 측면 충돌사고시 승객의 상해를 감소시키기 위한 것으로, 시험은 도어 측방향에서 차실 내측으로 옆문 외부표면에 전체 변위량이 460mm에 도달할 때까지 12.7mm/sec 이하의 속도로 연속적인 하중을 가하는 방식으로 이루어진다.

본 발명은 산업통산자원부와 한국산업기술평가관리원(KEIT)이 지원하는 산업기술혁신사업(WPM)의 "고기능 마그네슘 판재 개발" 과제의 연구성과이다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 도어는 윈도우 프레임부와 이 프레임부 아래에 도어 트림이 장착될 영역에 대응하는 패널부를 구비하며, 패널부 둘레를 따라 단차부가 형성되고 단차부로부터 플랜지부가 연장되는 인너패널; 패널부 후단의 단차부에 결합되며 단차부를 따라 상하방향 연장된 래치 리인포스; 패널부 전단의 단차부에 결합되며 단차부를 따라 상하방향 연장된 도어힌지 리인포스; 윈도우 프레임부에 대응하는 프레임 구조를 가지며 윈도우 프레임부에 결합된 인너벨트; 및 인너패널과 가장자리를 따라 결합된 아우터패널;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면 도어힌지 리인포스는 그 상단부가 윈도우 프레임부의 전단부까지 연장되어 인너패널과 인너벨트 사이에서 이들 부재와 중첩될 수 있다. 또한 래치 리인포도 그 상단부가 윈도우 프레임부의 후단부까지 연장되어 인너패널과 인너벨트 사이에서 이들 부재와 중첩될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면 윈도우 프레임부는 어퍼 및 로워 프레임, 그리고 프론트 및 리어 프레임으로 구성된 'ㅁ'형의 구조를 가질 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 도어는 윈도우 프레임부의 어퍼, 리어 및 프론트 프레임을 따라서 인너벨트와 아우터패널 사이에 고정된 글래스런 채널을 더 포함할 수 있다.

실시예에 의하면 글래스런 채널은 강성 보강을 위해 베이스와 이로부터 연장되는 양 레그를 갖는 개방 단면을 가지며, 개방 단면을 제외한 베이스와 양 레그 부분은 폐단면을 이루도록 설계된다.

위와 같은 차량용 도어에 의하면, 마그네슘 합금을 이용하면서도, 별도로 리인포스를 부가함 없이 도어 제작에 필요한 부재들을 강성이 우수한 형태로 형상 및 배치를 변경 설계하고, 또 부재들 간에 서로 중첩되도록 함에 의해 스틸 도어 수준의 도어 강성을 확보하고 경량화를 달성할 수 있다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 차량용 도어의 인너패널은 3개의 파트로 구성될 수 있다. 각 파트는 별도 성형된 후 용접 결합된다. 이에 의하면 마그네슘 합금 판재의 난성형성 문제를 효과적으로 극복할 수 있다.

실시예에 의하면 인너패널을 구성하는 3개의 파트는 윈도우 프레임부, 패널부 및 플랜지부로 구성된다.

윈도우 프레임부와 패널부, 패널부와 플랜지부는 가장자리를 따라 서로 겹쳐져 용접될 수 있다. 패널부는 그 가장자리를 따라 단차가 존재하기에 프레스 성형과정에 여기서 불량 발생 가능성이 있다. 따라서 이와 같이 3개의 파트로 나누어 각각 프레스 성형 후 서로 용접하는 것이 바람직하다.

실시예에 의하면, 패널부 상단 가장자리의 수평방향 전단과 후단 중 적어도 어느 한 부위에는 3개 파트가 서로 중첩된 영역이 존재할 수 있다. 바람직하게는 전후단 양측 부위에서 3개 파트가 서로 중첩되도록 설계하여, 강성이 충분히 보강될 수 있도록 한다.

또한 실시예에 따른 도어힌지 리인포스는 패널부의 전단부와 플랜지부 간의 용접라인에서 이들과 중첩되어 결합되며 이 용접라인을 따라 연장된다. 강성 보강을 위해 도어힌지 리인포스의 상단부는 윈도우 프레임부의 전단부까지 연장되도록 하여 서로 중첩되도록 하는 것이 좋다.

또한 실시예에 의하면, 래치 리인포스는 패널부의 후단부와 플랜지부 간의 용접라인에서 이들과 중첩되어 결합되며 이 용접라인을 따라 연장된다. 강성 보강을 위해 래치 리인포스의 상단부는 윈도우 프레임부의 후단부까지 연장되도록 하여 서로 중첩되도록 하는 것이 좋다.

본 발명에 의하면 스틸 대비 강성이 부족한 마그네슘 합금을 이용해서도 스틸 도어와 동등한 정도의 강성을 갖는 도어를 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 도어는 부품들 간의 중첩 결합과 특징적인 구조변경을 통해, 도어 처짐이나 과도열림에 대응한 강성은 물론 주행 중 떨림이나 충돌에 대비한 강성이 우수하다.

또한 본 발명에 의하면 마그네슘 합금 판재의 난성형 문제의 해결이 가능하며 스틸 판재 대신 마그네슘 합금판재만을 이용한 초경량 차량 도어의 제공이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도어 인너패널을 보인 도면,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도어 인너패널을 보인 도면들로, 도 2 및 도 3은 인너패널의 각 파트를 분리하여 도시한 것이고, 도 4는 파트들의 조립 후를 보인 것이며,
도 5는 도 4에서 A-A로 표시된 선을 따라서의 단면도,
도 6은 도 4에서 B-B로 표시된 선을 따라서의 단면도,
도 7 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 도어의 조립과정을 설명하기 위한 도면,
도 12는 도 11에서 C-C로 표시된 선을 따라서의 단면도,
도 13은 도 12에 대응하는 부위에서의 종래 도어의 단면을 도시한 도면이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도면들에서 동일한 구성요소 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시된다.

본 설명에서 전단부, 후단부는 부재들 간의 상대적인 위치를 특정하기 위한 것으로서, 반드시 차량을 기준으로 이의 전단부, 후단부를 지칭하는 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 도어의 인너패널(100)은 윈도우 프레임부(10)와 도어 트림이 장착될 영역에 대응하는 패널부(20)를 구비하며, 패널부(20) 외측으로 연장된 플랜지부(30)를 구비한다.

패널부(20)로부터 플랜지부(30)로 이어지는 구간에는 깊이의 차이, 즉 단차부(S)가 존재한다. 이 단차부만큼 깊지는 않으나 윈도우 프레임(10)과 패널부(20) 사이 구간에도 단차부(S)가 존재한다.

위와 같은 단차는 성형성이 그리 좋지 않은 마그네슘 합금의 판재를 이용하여 구현하기 쉽지 않다. 물론 합금 설계나 기타 선도적인 기술의 도움으로 단일 블랭크의 프레스 성형을 통해 위와 같은 인너패널(100)를 제작할 수 있을 것이다.

다른 실시예에 따르면 인너패널은 각각 별도 프레스 성형된 후 결합된 3개의 파트로 구성될 수 있다. 인너패널 이외의 다른 부재들은 동일하게 사용될 수 있으므로, 이하 동일 도면부호를 사용하여 두 실시예에 따른 도어를 함께 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면 인너패널(100)은 가장자리를 따라 서로 단차가 존재하는 윈도우 프레임부(10), 패널부(20) 및 플랜지부(30)로 구성될 수 있다. 이들 3개 파트(10,20,30)는 단차부의 용접라인(W1,W2)을 따라서 서로 용접될 수 있다.

윈도우 프레임부(10)은 윈도우 글래스(미도시)가 업다운하는 사이드 윈도우를 규정하는 프레임으로, 어퍼와 로워 프레임부(11,14), 리어 프레임부(12)과 프론트 프레임부(13a,13b :13)이 서로 연결된, 'ㅁ'형 구조를 갖는다.

프론트 프레임부(13)은 제1 프레임부(13a)과 제2 프레임부(13b)을 구비할 수 있다. 제2 프레임부(13b)과 리어 프레임부(12) 사이에 윈도우 글래스가 배치되며, 제1 및 제2 프레임부(13a,13b)의 사이에는 플라스틱 패널이나 글라스가 고정적으로 설치될 수 있다.

패널부(20)은 윈도우 프레임부(10) 아래에 배치되며, 그 상단부는 윈도우 프레임부(10)의 로워 프레임부(14)과 중첩되며, 전단부(23), 후단부(22) 및 하단부(24)는 플랜지부(30)에 의해 둘러싸여져 플랜지부(30)와 부분적으로 중첩된다.

플랜지부(30)는 패널부(20)의 하단부(24)를 따라 배치된 하부 플랜지부(31)와 이 하부 플랜지부(31)의 전후단에서 각각 상방향 연장되는 전방 플랜지부(33) 및 후방 플랜지부(32)를 구비한다. 전방과 후방 플랜지부(32,33)는 각각 패널부(20)의 전단부(23)와 후단부(22)를 에워싼다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 윈도우 프레임부(10)과 패널부(20), 패널부(20)과 플랜지부(30)는 가장자리를 따라 서로 겹쳐져 용접된다. 달리 말하자면, 패널부(20) 가장자리의 용접라인(W1,W2)을 따라서 3개의 파트들(10,20,30)이 서로 대응하는 위치에서 중첩 및 용접된다.

도 4에 도시된 2개의 용접라인(W1,W2)은 3개 파트들(10,20,30) 자체에 용접라인을 표시하는데 어려움이 있어 별도로 분리하여 나타낸 것일 뿐, 별도의 부재가 아니라는 점을 이해할 필요가 있다. W1은 윈도우 프레임부(10)과 패널부(20) 간의 용접라인을, W2는 패널부(20)과 플랜지부(30) 간의 용접라인을 표시한다.

도 5 및 도 6에서 보듯이, 패널부(20)과 플랜지부(30) 간 경계에 단차부가 존재하며 이 단차부를 따라서 용접라인(W2)이 형성된다. 윈도우 프레임부(10)과 패널부(20) 간의 경계에도 단차부가 존재하며 여기를 따라서 용접라인(W1)이 또한 형성된다.

패널부(20)과 플랜지부(30) 사이에 깊이 차이가 있는 단차 구간은 2개의 단차를 가지며, 이 중 패널부(20) 측의 첫 번째 단차 구간을 따라 패널부(20)과 플랜지부(30) 간의 용접라인(W2)이 연장된다. 당연하게도 이 용접라인(W2)을 따라 패널부(20)과 플랜지부(30)가 서로 중첩된다.

다시 도 4를 참조하면, 패널부 상단부(21) 가장자리의 수평방향 전단 영역(OL2)과 후단 영역(OL1)의 적어도 어느 한 영역, 바람직하게는 두 영역(OL1,OL2) 모두에서 3개 파트(10,20,30)가 서로 중첩된다. 파트들(10,20,30)이 접하는 영역에서 서로 중첩됨으로써, 해당 영역과 인너패널(100)의 강성이 보강된다.

도 7 내지 도 11를 참조하여, 위와 같은 3개 파트(10,20,30)로 구성된 인너패널(100)을 적용한 도어의 강성 보강 구조를 살펴본다.

도 7을 참조하면, 인너패널(100)의 패널부 전단부(23)와 플랜지부(110) 간의 단차부 혹은 용접라인(W2)을 따라 도어힌지 리인포스(110)가 상하방향으로 길게 설치된다. 도어힌지 리인포스(110)는 폭방향으로는 2개의 파트(20,30)와 중첩되며, 그 상단은 윈도우 프레임부(10)의 전단부(13')까지 연장된다.

도어힌지 리인포스(110)는 도어 힌지(미도시)가 장착되며 이를 지지하기 부재이다. 상하방향으로 길게 형성되어 도어처짐이나 과도열림에 대응한 강성은 물론 용접라인(W2)을 중첩되게 결합되므로 용접라인(W2)을 따라서의 접합 부위에 대한 강도 보강이 가능하며, 나아가 윈도우 프레임부(10) 강성도 좋게 한다.

인너패널(100)의 패널부 후단부(22)와 플랜지부(110) 간의 단차부 혹은 용접라인(W2)을 따라서는 래치 리인포스(120)가 상하방향으로 길게 설치된다. 래치 리인포스(120) 또한 도어힌지 리인포스(110)와 마찬가지로 폭방향으로는 2개의 파트(20,30)와 중첩되며, 그 상단은 윈도우 프레임부(10)의 후단부(12')까지 연장된다.

래치 리인포스(120)는 도어 래치(미도시)가 장착되며 이를 지지하기 부재이다. 용접라인(W2)을 중첩되게 길게 형성되어 용접라인(W2)을 따라서의 접합 부위에 대한 강도 보강이 가능하며, 윈도우 프레임부(10) 강성 보강에도 기여한다.

도 8을 참조하면, 윈도우 프레임부(10)에 대응하는 'ㅁ'형 프레임 구조를 갖는 인너벨트(130)가 윈도우 프레임부(10)에 중첩된다. 도어힌지 리인포스(110) 및 래치 리인포스(120)의 각 상단부는 인너패널(100)과 인너벨트(130) 사이에 배치되어 이들 부재와 중첩된다. 바람직하게는 윈도우 프레임부(10)와 패널부(20) 간의 용접라인(W1)에도 중첩된다.

위와 같은 인너벨트(130)는 윈도우 프레임부(10)의 강성을 매우 효과적으로 보강하며, 중첩된 도어힌지 리인포스(110)나 래치 리인포스(120)와 함께 인너패널(100)의 전체적인 강성을 보강한다.

도 9를 참조하면, 인너벨트(130) 상에는 윈도우 글래스를 가이드 하기 위한 글래스런 채널(140)이 설치된다. 글래스런 채널(140)은 어퍼 채널(140a), 리어 채널(140b) 및 프론트 채널(140c,140d)를 구비한다. 프론트 채널은 프론트 프레임부(13)의 제1 및 제2 프레임부(13a,13b)에 대응하여 제1 및 제2 채널(140c,40d)로 구성될 수 있다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 글래스런 채널(140) 설치 후, 아우터벨트(150)와 임팩트빔(160)이 가로방향으로 설치되며, 그 위에 아우터패널(200)이 덮혀져 인너패널(100)과 헤밍 결합된다. 아우터벨트(150)는 윈도우 프레임부(10)의 로워 프레임(14)을 따라서 가로방향으로 설치된다.

인너 및 아우터벨트(130,150)는 글래스런 채널(140)을 따라 윈도우 프레임부(10)의 로워 프레임부(14) 또는 패널부(20)의 상단부(21)를 출몰하는 윈도우 글래스(미도시)를 가이드 하는 기능을 한다. 즉 인너 및 아우터패널(100,200) 간의 간격을 좁혀 그 사이를 승강하는 글래스를 웨더스트립(미도시)을 매개로 지지한다.

도 2와 함께 도 10 내지 도 12를 참조하면, 글래스런 채널(140)은 윈도우 프레임부(10)의 어퍼, 리어 및 프론트 프레임부(11,12,13)을 따라서 인너벨트(130)와 아우터패널(200) 사이에 고정된다. 인너패널(100)의 윈도우 프레임부(10)에 중첩되어 접합된 인너벨트(130) 상에 글래스런 채널(140)이 결합되며, 그 위를 덮는 아우터패널(200)이 인너패널(100)과 헤밍 결합된다.

도 12에서 보듯이, 글래스런 채널(140)은 베이스(141)와 이로부터 연장되는 양 레그(142,143)를 갖는 개방 단면을 가지며, 글래스가 진입하는 개방구(144)를 제외한 베이스(141)와 양 레그(142,143) 부분은 폐단면을 이룬다. 'ㄷ'형의 견고한 구조를 갖는 채널(140)은 윈도우 프레임(10)의 강성을 증대시킨다.
글래스런 채널(140)은 인너벨트(130)와 아우터패널(200) 사이에 배치되어 일측 레그(142)와 베이스(141)는 인너벨트(130)에 고정되며, 타측 레그(143)는 아우터패널(200)에 고정되고, 베이스(141), 인너벨트(130) 및 인너패널(100)이 3겹으로 중첩된다.

도 13에는 도 12에 대응하는 부위에 대한 종래 도어의 단면이 도시되어 있다. 도 13에서의 구조에 비해 실시예에 따른 도 12에서의 구조가 보다 견고하며 프레임 강성이 우수할 것임을 알 수 있다.

도 13에서 부호 1은 인너패널, 부호 2는 아우터패널, 부호 3은 채널, 부호 4는 웨더스트립을 장착하기 위한 브래킷을 나타낸다. 종래 도어는 글래스런 채널(3)에 끼움홈(3a) 구조가 마련되며 이를 이용하여 채널(3)이 인너패널(1)에 끼움 결합된다.

위와 같은 종래의 끼움홈(3a) 구조는 글래스런 채널(3)의 강성을 약화시키고 결국 윈도우 프레임(10)의 강성에 보강에 도움이 되지 않는다. 실시예에 의하면 종래에 비해 글래스런 채널(140)의 두께나 형상이 강성을 보완하는 방향으로 변경되었으며 또 인너벨트(130)가 추가되어, 윈도우 프레임(10)의 강성이 증가한다.

삭제

이상 살펴본 실시예에 따른 도어는 마그네슘 합금을 사용하여 제작될 수 있으며, 별도의 추가적인 리인포스를 사용하지 않고 도어에 필요한 부재만을 사용하면서도, 부재 간에 서로 중첩되도록 하고 강성이 우수한 형태로 형상 변경 및 배치 설계를 함에 의해 스틸 도어 수준의 도어 강성을 확보할 수 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.

1,100: 인너패널 10: 윈도우 프레임부
11: 어퍼 프레임 12: 리어 프레임
13: 프론트 프레임 14: 로워 프레임
20: 패널부 30: 플랜지부
110: 도어힌지 리인포스 120: 래치 리인포스
130: 인너벨트 140: 글래스런 채널
150: 아우터벨트 200: 아우터패널

Claims (5)

1. 마그네슘 합금으로 제조된 차량용 도어로서,
   윈도우 프레임부와 이 프레임부 아래에 도어 트림이 장착될 영역에 대응하는 패널부를 구비하며, 패널부 둘레를 따라 단차부가 형성되고 단차부로부터 플랜지부가 연장되는 인너패널, 여기서 윈도우 프레임부는 어퍼 및 로워 프레임, 그리고 프론트 및 리어 프레임으로 구성됨;
   패널부 후단의 단차부를 따라 상하방향 연장된 래치 리인포스;
   패널부 전단의 단차부를 따라 상하방향 연장된 도어힌지 리인포스;
   어퍼, 로워, 프론트 및 리어 프레임을 따라 연장되어 윈도우 프레임부와 중첩되는 구조를 가지며, 패널부 상단 가장자리의 수평방향 전단과 후단에서 래치 리인포스 및 도어힌지 리인포스의 각 상단부가 중첩되도록 윈도우 프레임부에 결합된 인너벨트;
   윈도우 프레임부의 어퍼, 프론트 및 리어 프레임을 따라 연장된 글래스런 채널;
   윈도우 프레임부의 로워 프레임을 따라서 가로방향으로 설치된 아우터벨트; 및
   인너패널과 가장자리를 따라 결합된 아우터패널;을 포함하며,
   글래스런 채널은 베이스와 이로부터 연장되는 양 레그를 갖는 개방 단면을 가지며, 인너벨트와 아우터패널 사이에 배치되어 일측 레그와 베이스는 인너벨트에 고정되며, 타측 레그는 아우터패널에 고정되고, 베이스, 인너벨트 및 인너패널이 3겹으로 중첩된 것을 특징으로 하는 차량용 도어.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 인너패널은 윈도우 프레임부, 패널부 및 플랜지부로 구성된 3개의 파트를 각각 별도 성형 후 가장자리를 따라 서로 겹침 용접하여 얻어진 것이며,
   래치 리인포스 및 도어힌지 리인포스는 각각의 용접라인에 겹쳐진 것을 특징으로 하는 차량용 도어.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

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