KR101755931B1 - 차량의 도어부 보강유닛 및 제조방법 - Google Patents

차량의 도어부 보강유닛 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

도어힌지가 관통하는 제1관통홀이 형성된 차량의 도어이너패널; 도어이너패널의 객실측 내면에 부착되고, 복수의 복합재층이 적층되는 다층의 레이어구조로 형성되며, 도어이너패널과 접하는 최하층과 객실측의 최상층은 절연섬유를 포함하는 복합재층이며, 최하층과 최상층의 사이에 배치되는 중간층은 탄소섬유를 포함하는 복합재층으로 구성되고, 제1관통홀과 함께 통공된 제2관통홀이 형성된 리인포스패널; 및 리인포스패널의 최상층 중 제2관통홀 지점에 접합된 도어힌지 브라켓;을 포함하는 차량의 도어부 보강유닛이 소개된다.

Description

차량의 도어부 보강유닛 및 제조방법 {DOOR PART REINFORCEMENT UNIT FOR VEHICLE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 도어이너패널의 객실측 내면에 부착되어 강성을 높여줌과 동시에 스틸로 구성된 도어이너패널 및 도어힌지 브라켓과의 전위부식을 방지하는 차량의 도어부 보강유닛에 관한 것이다.
도어이너패널에는 도어힌지가 관통하는 도어힌지부가 마련된다. 도어힌지부의 강성확보를 위해 TWB(Tailor welded blanks)로 구성된 도어이너패널이 사용되는 대형차종과는 달리 소형차종의 경우 차체의 중량문제로 이와 같은 TWB로 도어이너패널을 구성하지 못하였다. 따라서 종래에는 도어이너패널 객실측 내면의 도어힌지부에 보강구조를 장착하였는데, 스틸재질로 구성되는 보강구조의 경우 차체의 중량문제가 여전히 존재하였고 강도가 높은 탄소섬유로 구성되는 복합재질의 보강구조의 경우 도어이너패널 등과의 전위차에 의한 전위부식문제가 존재하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 1997-0043892 A
본 발명은 도어이너패널의 객실측 내면에 부착되어 강성을 높여줌과 동시에 스틸로 구성된 도어이너패널 및 도어힌지 브라켓과의 전위부식을 방지하는 차량의 도어부 보강유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 도어부 보강유닛은 도어힌지가 관통하는 제1관통홀이 형성된 차량의 도어이너패널; 도어이너패널의 객실측 내면에 부착되고, 복수의 복합재층이 적층되는 다층의 레이어구조로 형성되며, 도어이너패널과 접하는 최하층과 객실측의 최상층은 절연섬유를 포함하는 복합재층이며, 최하층과 최상층의 사이에 배치되는 중간층은 탄소섬유를 포함하는 복합재층으로 구성되고, 제1관통홀과 함께 통공된 제2관통홀이 형성된 리인포스패널; 및 리인포스패널의 최상층 중 제2관통홀 지점에 접합된 도어힌지 브라켓;을 포함한다.
최하층 및 최상층의 복합재층은 G-SMC(Glass sheet molding compound)로 구성되고, 중간층의 복합재층은 C-SMC(Carbon sheet molding compound)로 구성될 수 있다.
리인포스패널은 도어이너패널의 객실측 내면을 따라 면접될 수 있다.
본 발명에 따른 차량의 도어부 보강유닛을 제조하는 방법은 절연섬유를 포함하는 복합재층 사이에 탄소섬유를 포함하는 복합재층을 배치하여 서로 접착시키는 준비단계; 서로 접착된 다층의 복합재층을 판상의 스틸 위에 배치시키는 배치단계; 스틸과 다층의 복합재층을 일체로 금형 내부에 안착시키는 안착단계; 및 금형 내부에 안착된 스틸과 다층의 복합재층을 펀치를 통해 프레스하여 도어이너패널 형상으로 성형하는 가압단계;를 포함한다.
가압단계 이후에는, 일체 성형된 스틸과 다층의 복합재층을 금형으로부터 인출하고, 관통홀을 형성시키는 가공단계; 및 다층의 복합재층 상의 관통홀 지점에 도어힌지 브라켓을 접합시키는 접합단계;를 더 포함할 수 있다.
준비단계에서 절연섬유 복합재층과 탄소섬유 복합재층은 프리프레그(Prepreg)로 구성되어 프리프레그 상태에서 서로 접착될 수 있다.
절연섬유를 포함하는 복합재층에서 절연섬유는 유리섬유로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 차량의 도어부 보강유닛에 따르면, 도어힌지부의 강성을 증대시켜주며 도어이너패널 및 도어힌지 브라켓과의 전위부식이 방지되는 효과가 있다. 또한, 복합재질로 구성된 리인포스패널로 인해 차체의 경량화가 가능하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 도어부를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 도어부 보강유닛의 단면을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리인포스패널을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금형 및 펀치를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금형 및 펀치를 통해 일체 성형된 스틸과 복합재층을 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 차량의 도어부 보강유닛은 도어힌지가 관통하는 제1관통홀이 형성된 차량의 도어이너패널(100); 도어이너패널(100)의 객실측 내면에 부착되고, 복수의 복합재층이 적층되는 다층의 레이어구조로 형성되며, 도어이너패널(100)과 접하는 최하층(210)과 객실측의 최상층(230)은 절연섬유를 포함하는 복합재층이며, 최하층(210)과 최상층(230)의 사이에 배치되는 중간층(220)은 탄소섬유를 포함하는 복합재층으로 구성되고, 제1관통홀과 함께 통공된 제2관통홀이 형성된 리인포스패널(200); 및 리인포스패널(200)의 최상층(230) 중 제2관통홀 지점에 접합된 도어힌지 브라켓(300);을 포함한다.
도어이너패널(100)에는 도어힌지가 관통하는 도어힌지부가 마련된다. 도어힌지부의 강성확보를 위해 TWB(Tailor welded blanks)로 구성된 도어이너패널(100)이 사용되는 대형차종과는 달리 소형차종의 경우 차체의 중량문제로 이와 같은 TWB로 도어이너패널(100)을 구성하지 못하였다. 따라서 종래에는 도어이너패널(100) 객실측 내면의 도어힌지부에 보강구조를 장착하였는데, 스틸재질로 구성되는 보강구조의 경우 차체의 중량문제가 여전히 존재하였고 강도가 높은 탄소섬유로 구성되는 복합재질의 보강구조의 경우 도어이너패널(100) 등과의 전위차에 의한 전위부식문제가 존재하였다.
따라서 도어이너패널(100)의 객실측 내면에 보강구조 역할을 수행하는 리인포스패널(200)을 부착시키되, 리인포스패널(200)은 다층의 레이어구조로 형성하여 중간층(220)은 탄소섬유를 포함하는 복합재층으로 구성한다.
또한, 상기에서 언급한 전위부식 문제를 해결하기 위해 상기 탄소섬유를 포함하는 복합재층을 중간층(220)의 하층 및 중간층(220)의 상층에서 감싸줄 절연섬유를 포함하는 복합재층을 적층시켜준다. 이렇게 절연섬유를 포함하는 복합재층은 최하층(210)에 위치하도록 하여 스틸재질로 형성되는 도어이너패널(100)과의 전위부식을 방지해주는 것이다. 한편, 리인포스패널(200)에는 제1관통홀과 통공되는 제2관통홀이 존재한다.
절연섬유를 포함하는 복합재층은 최상층(230)에도 위치하도록 하는데 최상층(230)의 제2관통홀이 존재하는 지점에는 도어힌지 장착을 위한 도어힌지 브라켓(300)이 접합된다. 이는 도어힌지와의 연결을 위한 구성요소로서, 제1관통홀, 제2관통홀 및 도어힌지 브라켓(300)을 동시에 관통하는 도어너트가 인입되고, 도어너트에 대응되는 도어힌지측의 도어볼트가 도어너트와 체결되는 것이다.
이러한 도어힌지 브라켓(300)도 마찬가지로 스틸재질로 형성이 되므로 탄소섬유를 포함하는 복합재층을 이용한 보강구조와의 결합에 있어서 전위부식이라는 치명적인 문제가 존재한다. 따라서 전위부식 문제를 해결하기 위해 리인포스패널(200)의 최하층(210)뿐 아니라 최상층(230) 역시 절연섬유를 포함하는 복합재층으로 구성하도록 한다.
바람직하게는 절연섬유의 경우 유리섬유(Glass fiber)로 구성한다. 유리섬유의 경우 규산염을 주성분으로 하는 섬유라서, 금속재질과 반응성이 없어서 전위부식을 발생시키지 않고 더불어 내열성 및 내습성이 훌륭하다는 장점을 갖는다. 유리섬유의 경우 강화섬유로 이용이 가능하므로 기계적 물성을 증대시킬 수 있다는 효과도 갖는다.
도 1은 차량의 도어부를 나타내고 있으며, 도어이너패널(100)에는 도어힌지가 관통하는 도어힌지부가 마련된다. 이러한 도어힌지부에는 도어이너패널(100)의 객실측 내면으로 보강구조 역할을 수행하는 리인포스패널(200)이 부착되고 리인포스패널(200) 위로 도어힌지 브라켓(300)이 접합되는 것이다. 도 1에 굵은 선으로 표시된 부분의 단면이 도 2에 나타나 있다. 도 2를 통해서도 알 수 있듯이 도어이너패널(100)의 객실측 내면으로 리인포스패널(200)이 부착되고 그 위로 도어힌지 브라켓(300)이 접합됨으로써 도어힌지부를 보강함과 리인포스패널(200)의 특징적 구성으로 인해 전위부식도 함께 방지할 수 있는 것이다.
상기에서 살펴보았듯이 도어힌지부의 강성확보 등을 위해 도어이너패널(100) 객실측 내면과 도어힌지 장착을 위한 도어힌지 브라켓(300) 사이로 탄소섬유를 포함하는 복합재층을 보강구조로 배치하는데 이 경우 탄소섬유의 특성에 기인하여 스틸재질의 도어이너패널(100) 및 도어힌지 브라켓(300)과 반응하여 전위부식을 발생시킨다. 이러한 추가적인 문제의 해결을 위해 탄소섬유를 포함하는 복합재층의 하층 및 상층으로 절연섬유를 포함하는 복합재층을 적층하여 탄소섬유를 포함하는 복합재층의 도어이너패널(100) 및 도어힌지 브라켓(300)과의 직접적인 접촉을 피하게 함으로서 상기의 전위부식 문제를 해결이 가능해 진다.
도 3과 같이 본 발명에 따른 차량의 도어부 보강유닛에서 최하층(210) 및 최상층(230)의 복합재층은 G-SMC(Glass sheet molding compound)로 구성되고, 중간층(220)의 복합재층은 C-SMC(Carbon sheet molding compound)로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
SMC의 경우 원가가 높은 연속섬유 또는 직조물(Braiding)에 비해 저렴하여 원가를 절감할 수 있다는 장점이 있으며 리인포스패널(200)을 구성함에 있어 판상 형태로서 다층의 레이어구조로 형성함에 있어 용이하다는 효과를 갖는다.
또한, 리인포스패널(200)은 도어이너패널(100)의 객실측 내면을 따라 면접된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이 리인포스패널(200)의 경우 탄소섬유를 포함하는 복합재층으로 구성된 중간층(220)을 절연섬유를 포함하는 복합재층으로 감싸는 형태로 구성하였는바 전위부식 문제를 완전하게 해결하였다.
따라서 종래 보강구조의 경우 도어힌지부를 제외하고는 도어이너패널(100) 객실측 내면과 이격된 상태로 연결하였던 것과는 달리 본 발명에 따른 리인포스패널(200)의 경우 도어이너패널(100) 객실측 내면과 면접시키도록 연결함으로써 강성확보에 더욱 효과적이라는 장점을 갖는 것이다.
본 발명에 따른 차량의 도어부 보강유닛을 제조하는 방법은 절연섬유를 포함하는 복합재층 사이에 탄소섬유를 포함하는 복합재층을 배치하여 서로 접착시키는 준비단계; 서로 접착된 다층의 복합재층을 판상의 스틸 위에 배치시키는 배치단계; 스틸과 다층의 복합재층을 일체로 금형(10) 내부에 안착시키는 안착단계; 및 금형(10) 내부에 안착된 스틸과 다층의 복합재층을 펀치(20)를 통해 프레스하여 도어이너패널(100) 형상으로 성형하는 가압단계;를 포함한다.
또한, 가압단계 이후에는, 일체 성형된 스틸과 다층의 복합재층을 금형(10)으로부터 인출하고, 관통홀을 형성시키는 가공단계; 및 다층의 복합재층 상의 관통홀 지점에 도어힌지 브라켓(300)을 접합시키는 접합단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
절연섬유를 포함하는 복합재층 사이에 탄소섬유를 포함하는 복합재층을 배치 후 접착하고 도어이너패널(100)로 성형될 판상의 스틸에 부착시킴으로써 스틸과 탄소섬유와의 전위부식을 문제를 해결한다. 이후 도 4와 같이 스틸과 다층의 복합재층을 금형(10)에 안착시키고 펀치(20)로 프레스하여 도어이너패널(100) 형상으로 일체 성형한다. 이를 통해 도 5와 같이 금형 및 펀치를 이용하여 일체 성형된 스틸과 복합재층의 제조가 가능한 것이다.
이때 바람직하게는 금형(10) 및 펀치(20)는 고온상태로서, 온간성형이 이루어지도록 하여 더욱 정확하고 정밀한 성형이 가능해질 수 있다.
일체 성형된 스틸과 다층의 복합재층에 힌지너트 및 힌지볼트가 삽입될 관통홀을 형성시킨다. 관통홀의 형성방법은 밀링가공 또는 워터젯에 의한 가공 등으로 수행될 수 있다. 관통홀이 형성되면 다층의 복합재층 위로 관통홀이 형성된 지점에 도어힌지 브라켓(300)을 접합시킨다.
도어힌지 브라켓(300)이 스틸재질로 구성되어도 다층의 복합재층의 최상층(230)은 절연섬유를 포함하는 복합재층으로 구성되므로 전위부식의 문제가 발생하지 않게 된다.
바람직하게는 준비단계에서 절연섬유 복합재층과 탄소섬유 복합재층은 프리프레그(Prepreg)로 구성되어 프리프레그 상태에서 서로 접착되는 것을 특징으로 할 수 있다. 프리프레그로 구성하여 복수의 복합재층을 적층시키기에 용이하므로 생산성 측면에서 향상되는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
또한, 절연섬유를 포함하는 복합재층에서 절연섬유는 유리섬유로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다. 상기에서 언급한 것과 같이 유리섬유의 경우 규산염을 주성분으로 하는 섬유라서, 금속재질과 반응성이 없어서 전위부식을 발생시키지 않고 더불어 내열성 및 내습성이 훌륭하다는 장점을 갖는다. 유리섬유의 경우 강화섬유로 이용이 가능하므로 기계적 물성을 증대시킬 수 있다는 효과도 기대할 수 있는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 금형 20 : 펀치
100 : 도어이너패널 200 : 리인포스패널
210 : 최하층 220 : 중간층
230 : 최상층 300 : 도어힌지 브라켓

Claims (7)

  1. 도어힌지가 관통하는 제1관통홀이 형성된 차량의 도어이너패널;
    도어이너패널의 객실측 내면에 부착되고, 복수의 복합재층이 적층되는 다층의 레이어구조로 형성되되, 도어이너패널과의 전위부식을 방지하도록 도어이너패널과 접하는 최하층과 객실측의 최상층은 절연섬유를 포함하는 복합재층이며, 최하층과 최상층의 사이에 배치되는 중간층은 탄소섬유를 포함하는 복합재층으로 구성되고, 제1관통홀과 함께 통공된 제2관통홀이 형성된 리인포스패널; 및
    리인포스패널의 최상층 중 제2관통홀 지점에 접합된 도어힌지 브라켓;을 포함하는 차량의 도어부 보강유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    최하층 및 최상층의 복합재층은 G-SMC(Glass sheet molding compound)로 구성되고, 중간층의 복합재층은 C-SMC(Carbon sheet molding compound)로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 도어부 보강유닛.
  3. 청구항 1에 있어서,
    리인포스패널은 도어이너패널의 객실측 내면을 따라 면접된 것을 특징으로 하는 차량의 도어부 보강유닛.
  4. 청구항 1에 따른 차량의 도어부 보강유닛을 제조하는 방법으로서,
    절연섬유를 포함하는 복합재층 사이에 탄소섬유를 포함하는 복합재층을 배치하여 서로 접착시키는 준비단계;
    서로 접착된 다층의 복합재층을 판상의 스틸 위에 배치시키는 배치단계;
    스틸과 다층의 복합재층을 일체로 금형 내부에 안착시키는 안착단계; 및
    금형 내부에 안착된 스틸과 다층의 복합재층을 펀치를 통해 프레스하여 도어이너패널 형상으로 성형하는 가압단계;를 포함하는 차량의 도어부 보강유닛 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    가압단계 이후에는,
    일체 성형된 스틸과 다층의 복합재층을 금형으로부터 인출하고, 관통홀을 형성시키는 가공단계; 및
    다층의 복합재층 상의 관통홀 지점에 도어힌지 브라켓을 접합시키는 접합단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 도어부 보강유닛 제조방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    준비단계에서 절연섬유 복합재층과 탄소섬유 복합재층은 프리프레그(Prepreg)로 구성되어 프리프레그 상태에서 서로 접착되는 것을 특징으로 하는 차량의 도어부 보강유닛 제조방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    절연섬유를 포함하는 복합재층에서 절연섬유는 유리섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 도어부 보강유닛 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200122087A (ko) * 2019-04-17 2020-10-27 주식회사 서연이화 차량용 도어 스텝의 제조방법

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