KR101777287B1

KR101777287B1 - 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체

Info

Publication number: KR101777287B1
Application number: KR1020150167416A
Authority: KR
Inventors: 김병진
Original assignee: 덕양산업 주식회사
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-09-14
Also published as: KR20170062591A

Abstract

카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체가 개시된다. 본 발명의 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법은, 카울크로스바의 외주면 중 플라스틱 부속품이 감싸는 접합영역에 레이저가공에 의해 복수의 홈을 형성하는 레이저가공단계; 카울크로스바를 사출금형에 준비시키는 준비단계; 및 플라스틱 부속품의 수지조성물을 사출금형에 주입하여 일체화된 복합물을 만드는 사출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 볼트, 너트 또는 리벳 등 별도의 체결수단 없이 견고한 이종 재질의 결합구조를 형성하여 결합부위에 차체 진동 및 외부 충격에 의한 응력 집중이 방지되도록 이루어지는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체를 제공할 수 있게 된다.

Description

카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체{METHOD OF INSERT INJECTION MOLDING BETWEEN COWL CROSSBAR AND PLASTIC COMPONENT AND CORPORATE BODY BY THE SAME}

본 발명은 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 볼트, 너트 또는 리벳 등 별도의 체결수단 없이 견고한 이종 재질의 결합구조를 형성하여 결합부위에 차체 진동 및 외부 충격에 의한 응력 집중이 방지되도록 이루어지는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체에 관한 것이다.

카울크로스맴버(COWL CROSS MEMBER)는 차량의 좌우방향의 휘어짐이나 뒤틀림을 방지하고 차체의 내구성을 높이기 위한 골격으로 사용되며, 인스트루먼트 패널의 각종 전장부품이 장착되는 안내면을 제공하고 정면충돌시 승객의 안전을 보호하도록 이루어진다.

카울크로스맴버는 스틸 재질의 중공의 파이프 형상으로 제작되고 운전석 및 조수석 전방에서 차체 좌우 횡방향으로 배치되는 카울크로스바를 그 주요한 구성으로 하며, 카울크로스바의 양단에 형성된 마운팅 브라켓에 의해 차체 좌우의 패널 안쪽에 고정된다.

카울크로스바에는 스티어링 컬럼, 인스트루먼트 패널, 에어백장치 등을 지지하기 위한 복수의 브래킷이 결합되고 있다. 종래에는 복수의 브래킷이 금속 재질로 이루어져 카울크로스바에 용접 결합되었으나, 근래에 들어 자동차 제조 업계에서는 차량 진동에 의한 용접강도의 취약화를 해결하고 차량의 전체 중량을 감소시키기 위해 플라스틱 재질의 브래킷을 적용시키고 있는 추세이다.

이와 관련하여 대한민국 공개특허공보 제2005-0017204호에는 자동차의 스티어링 칼럼 고정용 지지브라켓 구조가 게시되어 있으며, 공개특허공보 제2005-0017204호는 카울 크로스바의 일정위치에서 나사 결합되며 플라스틱 재질인 지지플레이트와, 상기 지지플레이트의 일측에 결합되며 지지플레이트의 강성도를 보강하도록 스틸 재질인 보강플레이트로 구성된 지지브라켓을 형성하되, 지지브라켓의 하부에는 브레이크 페달부가 힌지 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.

공개특허공보 제2005-0017204호는 스티어링 칼럼 고정용 지지브라켓의 중량을 줄이면서 강성도를 높이고, 그 하부에 브레이크 페달부를 힌지 가능하게 결합함으로써 부품수가 감소하는 이점이 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 제568710호에는 센터서포트브라켓의 구조가 게시되어 있으며, 등록특허공보 제568710호는 카울크로스멤버와 결합하는 상단부와; 상기 상단부의 양끝단에서 아래로 연장되는 한 쌍의 사이드부와; 상기 사이드부의 중간부분을 연결하여 음향시스템의 장착을 가능케 하는 장착부가 플라스틱 재질을 사용하여 일체로 성형되는 센터서포트브라켓의 구조에 있어서, 상기 상단부는 카울크로스멤버가 안착되기 위해 절곡된 형상을 가지되, 상단은 관통홀이 형성되며, 리벳이 와셔를 매개로 관통홀 및 카울크로스멤버를 관통하여 카울크로스멤버를 상단부에 고정시키는 것을 특징으로 한다.

등록특허공보 제568710호는 플라스틱을 사용하여 일체로 성형하기 때문에 부품의 경량화가 가능하여 연비를 향상시키고, 플라스틱 소재 자체 특성상 진동감쇄 효과도 발생하며, 일체형에 따른 용접 및 체결공정의 감소로 생산성이 향상되고, 종래 다수의 플레이트를 설계하기 위한 금형 설계비가 들지 않아 제품의 원가를 절감하는 이점이 있다.

그러나 공개특허공보 제2005-0017204호, 등록특허공보 제568710호에서는 금속 재질의 카울크로스바에 플라스틱의 이종 재질로 형성된 브래킷을 체결하기 위해 카울크로스바와 브래킷에 각각 홀을 형성하고 볼트, 너트 또는 리벳 등 별도의 물리적 체결수단으로 체결하고 있으나, 물리적 체결수단에 의한 결합구조는 체결수단이 삽입되는 홀이나 물리적 체결수단 자체에 차량 진동 및 외부 충격에 의한 응력이 집중됨에 따라 결합구조의 견고성이 오래 지속되지 못하고 쉽게 소음이 발생하는 문제가 있었다.

또한, 공개특허공보 제2005-0017204호, 등록특허공보 제568710호에서는 스티어링 컬럼, 인스트루먼트 패널, 에어백장치 등을 지지하기 위한 복수의 브래킷을 각각 형성해야 하므로, 브래킷마다 사출금형을 별도로 제작해야 했으며, 이는 작업공수 및 생산비를 상승시키는 요인으로 작용하고 있다.

(0001) 대한민국 공개특허공보 제2005-0017204호 (공개일: 2005.02.22) (0002) 대한민국 등록특허공보 제568710호 (등록일: 2006.03.31)

본 발명의 목적은, 볼트, 너트 또는 리벳 등 별도의 체결수단 없이 견고한 이종 재질의 결합구조를 형성하여 결합부위에 차체 진동 및 외부 충격에 의한 응력 집중이 방지되도록 이루어지는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체를 제공하는 것이다.

또한, 하나의 사출금형을 사용하여 카울크로스바에 복수의 브래킷을 동시에 인서트 사출하도록 이루어지는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 카울크로스바의 외주면 중 플라스틱 부속품이 감싸는 접합영역에 레이저가공에 의해 복수의 홈을 형성하는 레이저가공단계; 상기 카울크로스바를 사출금형에 준비시키는 준비단계; 및 상기 플라스틱 부속품의 수지조성물을 상기 사출금형에 주입하여 일체화된 복합물을 만드는 사출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법에 의하여 달성된다.

상기 레이저가공에 의한 복수의 홈은 상기 카울크로스바의 길이방향 쪽으로 기울게 형성되되 상기 접합영역의 원주방향을 따라 순차적으로 서로 반대방향으로 기울게 형성되도록 이루어질 수 있다.

상기 레이저가공에 의한 복수의 홈은 상기 접합영역의 원주방향을 따라 지그재그 형태로 형성되도록 이루어질 수 있다.

상기 레이저가공단계는, 상기 접합영역에 절연재료를 도포하는 절연단계; 상기 접합영역에 레이저가공에 의해 복수의 홈을 형성하는 레이저단계; 상기 접합영역에 부식제를 접촉시켜 상기 홈의 안쪽을 에칭하는 에칭단계; 및 상기 접합영역에 중화제를 접촉시켜 부식제를 중화시키는 중화단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 준비단계는, 상기 접합영역의 복수의 홈 안쪽으로 침투하는 상기 수지조성물의 유동성이 유지되도록, 상기 접합영역을 발열체로 가열하는 가열단계; 및 상기 카울크로스바를 반송장치로 이송하여 상기 사출금형에 안착시키는 안착단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 준비단계는, 상기 접합영역의 복수의 홈 사이로 침투하는 상기 수지조성물의 유동성이 유지되도록, 상기 카울크로스바를 반송장치로 이송하면서 상기 반송장치에 설치된 발열체로 상기 접합영역을 가열하는 가열반송단계; 및 상기 반송장치가 상기 카울크로스바를 상기 사출금형에 안착시키는 안착단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 수지조성물은, PA66 35 내지 45 중량부; 및 글라스 파이버 55 내지 65 중량부를 포함하고, 상기 접합영역은 상기 발열체에 의해 섭씨 250도 내지 300도로 가열되도록 이루어질 수 있다.

상기 반송장치는, 상기 카울크로스바의 길이방향으로 길게 형성된 몸체; 및 상기 몸체에 구비되어 상기 카출크로스바를 잡거나 놓고, 상기 몸체와 멀어지거나 가까워지는 방향으로 슬라이드 이동하는 그리퍼(gripper)를 포함하고, 상기 발열체는 상기 그리퍼가 상기 몸체와 멀어지는 방향으로 개구되어 상기 가열반송단계 중 상기 접합영역을 감싸도록 이루어질 수 있다.

상기 몸체에는 길이방향을 따라 레일이 형성되고, 상기 발열체의 상측에는 상기 레일에 이동 가능하게 결합되거나 또는 분리되는 슬라이더가 형성되도록 이루어질 수 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법에 의해 제작된 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체에 의하여 달성된다.

본 발명에 의하면, 카울크로스바의 외주면 중 플라스틱 부속품이 감싸는 접합영역에 레이저가공에 의해 복수의 홈을 형성하고 나서 접합영역을 국소가열한 후 복수의 브래킷과 인서트 사출함으로써, 볼트, 너트 또는 리벳 등 별도의 체결수단 없이 견고한 이종 재질의 결합구조를 형성하여 결합부위에 차체 진동 및 외부 충격에 의한 응력 집중이 방지되고, 하나의 사출금형을 사용하여 카울크로스바에 복수의 브래킷을 동시에 인서트 사출하도록 이루어지는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법의 대략적인 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법의 순서도.
도 4는 도 3의 가열반송단계를 나타내는 도면.
도 5 및 도 6은 도 3의 안착단계를 나타내는 도면.
도 7은 도 2의 레이저단계에서 카울크로스바의 접합영역에 복수의 홈이 형성된 상태를 나타내는 사진.
도 8 및 도 9는 카울크로스바의 접합영역에 복수의 홈이 형성된 상태를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체를 나타내는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체는, 볼트, 너트 또는 리벳 등 별도의 체결수단 없이 견고한 이종 재질의 결합구조를 형성하여 결합부위에 차체 진동 및 외부 충격에 의한 응력 집중이 방지되도록 이루어진다.

또한, 본 발명의 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체는, 하나의 사출금형을 사용하여 카울크로스바에 복수의 브래킷을 동시에 인서트 사출하도록 이루어진다.

도 1은 본 발명의 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법의 대략적인 순서도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법의 순서도, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법의 순서도, 도 4는 도 3의 가열반송단계를 나타내는 도면, 도 5 및 도 6은 도 3의 안착단계를 나타내는 도면, 도 7은 도 2의 레이저단계에서 카울크로스바의 접합영역에 복수의 홈이 형성된 상태를 나타내는 사진, 도 8 및 도 9는 카울크로스바의 접합영역에 복수의 홈이 형성된 상태를 나타내는 도면, 도 10은 본 발명의 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체를 나타내는 도면.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법(S100)은, 볼트, 너트 또는 리벳 등 별도의 체결수단 없이 견고한 이종 재질의 결합구조를 형성하여 결합부위에 차체 진동 및 외부 충격에 의한 응력 집중이 방지되고, 하나의 사출금형(M)을 사용하여 카울크로스바(110)에 복수의 브래킷을 동시에 인서트 사출하도록 이루어지며, 레이저가공단계(S110), 준비단계(S120) 및 사출단계(S130)를 포함하여 구성된다.

종래의 기술에서는 금속 재질의 카울크로스바에 플라스틱의 이종 재질로 형성된 브래킷을 체결하기 위해 카울크로스바와 브래킷에 각각 홀을 형성하고 볼트, 너트 또는 리벳 등 별도의 물리적 체결수단으로 체결하고 있으나, 물리적 체결수단에 의한 결합구조는 체결수단이 삽입되는 홀이나 물리적 체결수단 자체에 차량 진동 및 외부 충격에 의한 응력이 집중됨에 따라 결합구조의 견고성이 오래 지속되지 못하고 쉽게 소음이 발생하는 문제가 있었다.

또한, 종래의 기술에서는 스티어링 컬럼, 인스트루먼트 패널, 에어백장치 등을 지지하기 위한 복수의 브래킷을 각각 형성해야 하므로, 브래킷마다 사출금형을 별도로 제작해야 했으며, 이는 작업공수 및 생산비를 상승시키는 요인으로 작용하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법(S100)에서는, 레이저가공단계(S110)에서 카울크로스바(110)의 외주면 중 플라스틱 부속품(120)이 감싸는 접합영역(111)에 레이저가공에 의해 복수의 홈(V)을 형성하고, 준비단계(S120)에서 홈(V)이 형성된 접합영역(111)을 가열하며, 사출단계(S130)에서는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 수지조성물을 인서트 사출함으로써 상술한 바와 같은 문제를 해결하게 된다.

도 10에 도시된 바와 같이, 카울크로스바(110)에 결합되는 플라스틱 부속품(120)은 스티어링 컬럼, 인스트루먼트 패널, 에어백장치 등을 지지하기 위한 브래킷을 의미한다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 카울크로스바(110)의 접합영역(111)은 사출단계(S130)에서 인서트 사출시 플라스틱 부속품(120)의 수지조성물이 접촉하는 카울크로스바(110)의 표면영역으로서, 카울크로스바(110)의 길이방향 일부 구간에서 원주방향을 따라 형성된다.

플라스틱 부속품(120)은 사출단계(S130)에서 카울크로스바(110)의 길이방향 일부 구간에서 원주방향의 일부를 감싸는 형태로 인서트 사출될 수도 있으나, 바람직하게는 견고한 결합력을 형성하도록 플라스틱 부속품(120)은 카울크로스바(110)의 길이방향 일부 구간에서 원주방향을 완전히 감싸는 형태로 형성된다.

상술한 바와 같이, 카울크로스바(110)에는 스티어링 컬럼, 인스트루먼트 패널, 에어백장치 등을 각각 지지하는 복수의 브래킷이 결합됨에 따라, 도 10에 도시된 바와 같이 접합영역(111)은 복수로 구비된다. 각각의 접합영역(111)은 서로 다른 면적으로 구비될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법(S100)에서, 레이저가공단계(S110)는 절연단계(S111), 레이저단계(S112), 에칭단계(S113) 및 중화단계(S114)를 포함하여 이루어진다.

절연단계(S111)는 접합영역(111)에 절연재료를 도포하는 단계로서, 절연재료는 부식제에 강한 내화학테이프로 이루어질 수 있다. 접합영역(111)에 내화학테이프를 원주방향을 따라 감음으로써 접합영역(111)의 표면이 부식제로부터 절연된다.

레이저단계(S112)는 접합영역(111)에 레이저가공에 의해 복수의 홈(V)을 형성하는 단계이다. 도 7에는 접합영역(111)에 형성된 복수의 홈(V)의 단면을 촬영한 사진이 도시되어 있으며, 도 8 및 도 9에는 레이저가공에 의해 접합영역(111)에 형성된 홈(V)의 서로 다른 형태를 도시하고 있다.

레이저가공(laser beam machining)은 레이저라 불리어지는 특수한 빛을 가진 에너지를 열에너지로 변환시켜 공작물을 국부적으로 가열하여 미세한 가공을 행하는 방법으로, 레이저를 발생하는 빛의 에너지는 지향성이 강하고, 밀도가 크므로 고융점 재료의 구멍뚫기나 절단, 용접 등에 이용되고 있다.

미세 가공에는 주위에 영향을 주지 않기 위해 펄스 발진을 하는 고체 레이저가 주로 사용되고 있으며, 용접 등의 대형 가공에는 연속 발진을 하는 대출력의 기체 레이저가 주로 사용되고 있다. 레이저단계(S112)에서는 미세한 홈(V)을 정밀하게 가공해야 하므로 고체 레이저가 사용되는 것이 바람직하다.

도 7 및 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 레이저단계(S112)에서 레이저는 접합영역(111)의 외주면으로 조사되며, 복수의 홈(V)은 내주면을 관통하지 않는 형태로 형성된다. 접합영역(111)에서 복수의 홈(V)은 원형의 입구로서 관찰된다.

도 8(b)는 도 8(a)의 A-A 단면의 홈(V1)을 나타내고, 도 8(c)는 도 8(a)의 B-B 단면의 홈(V2)을 나타낸다. 도 8(b) 및 도 8(c)에 도시된 바와 같이, 접합영역(111)에 형성된 복수의 홈(V1,V2)은, 카울크로스바(110)의 길이방향 쪽으로 기울게 형성되되 접합영역(111)의 원주방향을 따라 순차적으로 서로 반대방향으로 기울게 형성될 수 있다.

복수의 홈(V)이 카울크로스바(110)의 길이방향 쪽으로 기울게 형성되면, 내주면을 관통하지 않는 범위 내에서 홈(V)의 길이 및 입구의 크기가 커지게 되며, 이에 따라 사출단계에서 홈(V) 안쪽으로 침투하는 수지조성물의 양이 증가하여 홈(V) 내부에서 수지조성물과의 접촉면적이 증가하게 된다. 접촉면적이 증가되면 마찰력이 증가함으로써 접합영역(111)에서 부속품(120)의 구속력이 증가되는 이점이 있다.

또한, 복수의 홈(V1,V2)이 접합영역(111)의 원주방향을 따라 순차적으로 서로 반대방향으로 기울게 형성되면, 부속품(120)에 카울크로스바(110)의 길이방향으로 어느 쪽에서 외력이 작용하더라도 대칭구조에 의해 동일한 구속력을 형성하게 된다.

도 9(a)에 도시된 바와 같이, 접합영역(111)에 형성된 홈(V)은, 사출단계(S130)에서 홈(V)에 침투한 수지조성물이 플라스틱 부속품(120)을 카울크로스바(110)의 길이방향 및 원주방향으로 동시에 지지하도록, 원주방향을 따라 순차적으로 엇갈리는 지그재그 형태의 사선으로 형성될 수도 있다.

도 9(b)는 도 9(a)의 C-C 단면의 홈(V1)을 나타내고, 도 9(c)는 도 9(a)의 D-D 단면의 홈(V2)을 나타낸다. 도 9(b) 및 도 9(c)에 도시된 바와 같이, 복수의 홈(V1,V2)은 동일하게 카울크로스바(110)의 길이방향과 직각방향으로 형성된다.

레이저단계(S112)에서 레이저가공에 의해 형성된 홈(V) 부분을 제외한 나머지 접합영역(111)에는 절연재료가 도포된 상태가 유지된다.

에칭단계(S113)는 접합영역(111)에 부식제를 접촉시켜 홈(V)의 안쪽을 에칭하는 단계로서, 레이저가공에 의해 형성된 홈(V) 부분을 제외한 나머지 접합영역(111)에는 절연재료가 도포된 상태가 유지됨에 따라, 레이저가공에 의해 형성된 홈(V)의 내부만 부식제에 의해 부식되어 홈(V)의 내부가 확장된다.

에칭단계(S113)에서는 접합영역(111)을 염산, 질산, 황산 등 산성 수용액에 접촉시키게 된다.

접합영역(111)에 산성 수용액을 접촉시키게 되면, 절연재료가 도포되지 않은 홈(V)의 내부가 부식제에 의해 부식되어 홈(V)의 안쪽 면이 불규칙한 요철형태로 확장된다.

홈(V)의 안쪽 면이 불규칙한 요철형태로 확장되면, 사출단계(S130)에서 인서트 사출에 의해 접합영역(111)으로 주입되는 수지조성물이 홈(V) 내부에서 요철의 사이사이로 깊숙하게 침투하게 되며, 이에 따라 인서트 사출 이후 플라스틱 부속품(120)과 접합영역(111)의 이종 재질을 볼트, 너트 또는 리벳 등 별도의 물리적 체결수단으로 체결하지 않더라도 홈(V) 내부에서 수지조성물과 접합영역(111)의 접촉면이 요철 형태를 형성함으로써, 견고한 결속력을 형성하게 된다.

부식작용에 의한 요철구조의 깊이 및 간격은 부식제를 구성하는 염산, 질산, 황산 등의 비율, 접촉 시간 및 온도에 의해 조절된다.

도시되지는 않았으나, 에칭단계(S113)는 부식제를 흡수한 흡수부재(미도시)를 사용하여 복수의 접합영역(111)을 각각 감쌈으로써 접합영역(111) 내부의 홈(V) 내부만 선택적으로 부식시킬 수 있다.

흡수부재는 모직이나 산성 수용액과의 화학반응이 느린 합성섬유를 접합영역(111)의 면적을 감쌀 수 있는 크기로 가공하여 제작되며, 에칭단계(S113)에서 흡수부재를 염산, 질산, 황산 등 산성 수용액에 담근 후 집게 등 도구를 사용하여 접합영역(111)을 감쌈으로써 접합영역(111)을 에칭하게 된다.

물론, 에칭단계(S113)는 카울크로스바(110)의 접합영역(111)을 제외한 표면을 보호부재(미도시)로서 감싼 후 산성 수용액에 담금으로써 부식을 실시할 수도 있다. 보호부재는 부식제에 강한 내화학테이프로 이루어질 수 있다.

중화단계(S114)는 접합영역(111)에 중화제를 접촉시켜 부식제를 중화시키는 단계로서, 중화액에 의한 접합영역(111)의 산세척을 수행하게 된다. 중화액은 석회유(石灰乳)의 포화수용액 또는 가성 중조 수용액 등으로 이루어질 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법(S100)은, 레이저가공단계(S110)에서 접합영역(111)에 복수의 홈(V) 형성이 완료되면 준비단계(S120)가 수행된다.

준비단계(S120)는 카울크로스바(110)를 사출금형(M)에 준비시키는 단계로서, 가열단계(S121)와 안착단계(S122)를 포함하여 이루어진다.

가열단계(S121)는 접합영역(111)을 발열체(H)로 가열하는 단계로서, 가열단계(S121)에서 접합영역(111)이 가열되면 이후 실시되는 사출단계(S130)에서 수지조성물로부터 접합영역(111)으로 열에너지의 이동이 억제됨으로써, 접합영역(111)의 복수의 홈(V) 사이로 침투하는 수지조성물의 유동성이 유지된다.

가열단계(S121)에서 발열체(H)는 접합영역(111)을 감싸는 형태로 구비된 히팅코일로 이루어질 수 있다.

도 4(b)를 참조하면, 발열체(H)는 일 방향으로 개구된 '∩'자 형태로 형성되며, 발열체(H)를 카울크로스바(110)와 가까워지는 방향으로 이동시키게 되면 접합영역(111)을 감싸 접합영역(111)을 가열하게 된다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예의 도면이지만, 발열체(H)는 이와 동일한 형태로 형성할 수 있다.

도 4(b)에는 발열체(H)의 열이 주로 복사의 형태로 카울크로스바(110)를 가열하는 형태로 도시되었으나, 접합영역(111)과 직접 접촉하여 고체 간 전도의 형태로 열에너지를 전달하는 형태로 형성될 수도 있다.

도 4(b)에 도시된 바와 같이, 발열체(H)를 고정하는 동시에 발열체(H)의 열에너지가 카울크로스바(110) 방향으로만 전달되도록 발열체(H)의 바깥쪽에는 프레임(F)이 구비된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 가열단계(S121)가 완료되면, 안착단계(S122)가 실시된다.

안착단계(S122)는 반송장치(C)로 카울크로스바(110)를 이송하여 사출금형(M)에 안착시키는 단계로서, 도 5 내지 도 7에서 발열체(H)가 설치되지 않은 상태로 이해할 수 있다. 안착단계(S122)에서 반송장치(C)에 의한 카울크로스바(110)의 이송은 본 발명의 다른 실시예에서 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 안착단계(S122)가 완료되면, 사출단계(S130)가 실시된다. 사출단계(S130)는 플라스틱 부속품(120)의 수지조성물을 사출금형(M)에 주입하여 카울크로스바(110)와 플라스틱 부속품(120)이 일체화된 복합물을 만드는 단계로서, 자세하게 도시되지는 않았으나 하금형의 위를 상금형이 덮은 후 수지조성물의 주입을 통한 인서트 사출이 수행된다.

도 10에서는 레이저가공단계(S110), 준비단계(S120) 및 사출단계(S130)가 완료된 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체(100)를 도시하고 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법(S100)에 의해 제작된 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체(100)는, 하나의 사출금형(M)을 통한 1회의 인서트 사출에 의해 카울크로스바(110)의 길이방향을 따라 복수의 플라스틱 부속품(120)이 견고한 결합구조로서 결합된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법(S200), 레이저가공단계(S210), 준비단계(S220) 및 사출단계(S230)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법(S200)은, 준비단계(S220)가 본 발명의 일 실시예와 서로 다른 단계로 이루어진다. 따라서 동일한 과정으로 실시되는 레이저가공단계(S210) 및 사출단계(S230)에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법(S200)에서, 준비단계(S220)는 가열반송단계(S221) 및 안착단계(S222)를 포함하여 이루어진다.

가열반송단계(S221)는, 카울크로스바(110)를 반송장치(C)로 이송하면서 반송장치(C)에 설치된 발열체(H)로 접합영역(111)을 가열하는 단계로서, 가열반송단계(S221)에서 접합영역(111)이 가열되면 이후 실시되는 사출단계(S230)에서 수지조성물로부터 접합영역(111)으로 열에너지의 이동이 억제됨으로써, 접합영역(111)의 복수의 홈(V) 사이로 침투하는 수지조성물의 유동성이 유지된다.

바람직하게는, 가열반송단계(S221)에서 접합영역(111)은 발열체(H)를 통해 수지조성물의 녹는점(melting point) 부근의 온도로 가열된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 반송장치(C)는 몸체(B) 및 그리퍼(G, gripper)를 포함하여 구성된다. 도 4에는 반송장치(C), 카울크로스바(110) 및 사출금형(M)의 일부를 도시하고 있으며, 카울크로스바(110)의 오른쪽 단부도 그리퍼(G)에 의해 잡힌 상태로 이해되어야 한다.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 몸체(B)는 카울크로스바(110)의 길이방향으로 길게 형성되며, 길이방향을 따라 복수의 발열체(H)가 설치된다. 몸체(B)는 공장 자동화 시스템(factory automation system)의 이동수단(미도시)과 연결되어 카울크로스바(110)를 사출금형(M)으로 이동시키게 된다.

그리퍼(G)는 카울크로스바(110)를 몸체(B)와 함께 이동시키기 위한 구성으로서, 몸체(B)의 양단부에 서로 대칭되는 형태로 구비된다. 그리퍼(G)는 수직이동수단(G1) 및 수평이동수단(G2)을 포함하여 구성된다.

수직이동수단(G1)은 카울크로스바(110)를 발열체(H)로 접근시키거나 이격시키기 위한 구성으로서, 몸체(B)의 길이방향과 직각방향 즉, 세로방향으로 이동된다.

도시되지는 않았으나, 몸체(B)에는 피니언기어가 모터에 의해 왕복회전 가능하게 구비되고, 수직이동수단(G1)에는 피니언기어와 맞물리는 래크기어가 형성되어 제어부의 제어에 의해 세로방향으로 왕복이동하게 된다.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 수평이동수단(G2)은 카울크로스바(110)의 양단부를 가압하여 카울크로스바(110)를 잡거나 놓기 위한 구성으로서, 수직이동수단(G1)의 하단부에 몸체(B)의 길이방향으로 수평이동 가능하게 형성된다.

도시되지는 않았으나, 수직이동수단(G1)에는 피니언기어가 모터에 의해 왕복회전 가능하게 구비되고, 수평이동수단(G2)에는 피니언기어와 맞물리는 래크기어가 형성되어 제어부의 제어에 의해 가로방향으로 왕복이동하게 된다.

공장 자동화 시스템에서 컴퓨터와 산업용 로봇에 의해 자동화하여 물건을 집고 옮기거나 가공하는 기술은 자동차제조산업에서 이미 널리 공지된 기술로서, 아래에서는 반송장치(C)에 대한 보다 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 몸체(B)에는 길이방향을 따라 복수의 발열체(H)가 설치된다. 발열체(H)는 가열반송단계(S221) 중 접합영역(111)을 가열하기 위한 구성으로서, 수직이동수단(G1)이 몸체(B)와 가까워진 상태에서 접합영역(111)을 감싸 접합영역(111)을 가열하게 된다.

도 4(b)에 도시된 바와 같이, 발열체(H)는 수직이동수단(G1)이 몸체(B)와 멀어지는 방향으로 개구된 '∩'자 형태로 형성되며, 수평이동수단(G2)이 카울크로스바(110)를 잡은 상태에서 수직이동수단(G1)이 몸체(B)와 가까워지는 방향으로 이동하게 되면 접합영역(111)을 감싸 접합영역(111)을 가열하게 된다.

도 4(b)에는 발열체(H)의 열이 주로 복사의 형태로 카울크로스바(110)를 가열하는 형태로 도시되었으나, 수직이동수단(G1)이 몸체(B)와 가까워지는 방향으로 이동하게 되면 접합영역(111)과 직접 접촉하여 고체 간 전도의 형태로 열에너지를 전달할 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 발열체(H)를 고정하는 동시에 발열체(H)의 열에너지가 카울크로스바(110) 방향으로만 전달되도록 발열체(H)의 바깥쪽에는 프레임(F)이 구비된다.

또한, 몸체(B)에는 길이방향을 따라 레일(R)이 형성되고, 프레임(F)에는 레일(R)에 이동 가능하게 결합되거나 또는 분리되는 슬라이더(S)가 구비될 수 있다.

서로 다른 차종에 조립되는 카울크로스바(110)는 서로 다른 재원을 가지며, 접합영역(111)의 넓이나 개수가 서로 다르게 형성된다.

발열체(H)가 레일(R)과 슬라이더(S)를 통해 몸체(B)의 길이방향을 따라 이동하거나 분리되면, 반송장치(C)에서 발열체(H)만 교체하여 서로 다른 차종에 조립되는 카울크로스바(110)의 준비단계(S220)에 사용할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 안착단계(S222)는, 반송장치(C)가 카울크로스바(110)를 사출금형(M)에 안착시키는 단계로서, 제1 안착단계(S222) 및 제2 안착단계(S222)를 포함하여 구성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 카울크로스바(110)는 가열반송단계(S221)에서 반송장치(C)에 의해 사출금형(M)으로 이동되면서 접합영역(111)이 가열되며, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 안착단계(S222)에서는 수직이동수단(G1)이 하강하여 카울크로스바(110)를 사출금형(M)의 하금형에 안착시키게 된다. 도 4 내지 도 6에는 사출금형(M)의 하금형만 도시되었다.

제1 안착단계(S222)에서 카울크로스바(110)가 사출금형(M)에 안착되면, 카울크로스바(110)는 하금형에 설치된 고정장치(미도시)에 의해 인서트 사출이 되는 위치에 고정된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2 안착단계(S222)에서는 수평이동수단(G2)이 서로 멀어지는 방향으로 수평이동하여 카울크로스바(110)에 대한 그리퍼(G)의 가압력을 해제하게 된다.

또한, 제2 안착단계(S222)에서는 발열체(H)로의 전원인가가 중단되며, 이로써 안착단계(S222)가 완료된다. 이후 반송장치(C)는 사출금형(M)으로부터 이동하여 다른 카울크로스바(110)의 가열반송단계(S221)를 준비하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 안착단계(S222)가 완료되면, 사출단계(S230)가 실시된다. 사출단계(S230)는 플라스틱 부속품(120)의 수지조성물을 사출금형(M)에 주입하여 카울크로스바(110)와 플라스틱 부속품(120)이 일체화된 복합물을 만드는 단계로서, 도시되지는 않았으나 하금형의 위를 상금형이 덮은 후 수지조성물의 주입을 통한 인서트 사출이 수행된다.

도 4 내지 도 6에서 사출금형(M)의 도시된 하금형에는 접합영역(111)과 대응되는 부위에 수지조성물이 주입되는 사출형상부위가 오목한 형태로 도시되었다.

상술한 바와 같이, 가열반송단계(S221)에서 카울크로스바(110)를 반송장치(C)로 이송하면서 동시에 반송장치(C)에 설치된 발열체(H)로 접합영역(111)을 가열함에 따라, 사출단계(S230)에서 수지조성물의 주입 전까지 접합영역(111)의 열에너지는 대기 및 사출금형(M)을 통한 방출시간이 짧아 열에너지의 대부분이 보존되는 이점이 있다.

또한, 가열반송단계(S221)에서 접합영역(111)은 발열체(H)를 통해 수지조성물의 녹는점(melting point) 부근의 온도로 가열됨에 따라, 사출금형(M)으로 주입된 수지조성물의 열에너지가 접합영역(111)으로 전달되는 것이 방지되며, 이에 따라 접합영역(111)의 복수의 홈(V) 사이로 침투하는 수지조성물의 유동성이 유지됨으로써, 도 8(b) 및 도 9(b)에 도시된 바와 같이 수지조성물은 복수의 홈(V) 내부로 용이하게 침투하게 되는 이점이 있다.

한편, 가열반송단계(S221)에서 접합영역(111)이 발열체(H)를 통해 수지조성물의 녹는점(melting point) 이상의 온도로 가열되는 경우에는, 사출단계(S230)에서 오히려 접합영역(111)의 열에너지가 수지조성물로 전달됨으로써 복수의 홈(V) 안쪽으로 침투하는 동안 수지조성물의 유동성이 향상되어 수지조성물은 복수의 홈(V) 안쪽으로 보다 신속하게 침투하게 된다.

바람직하게는, 수지조성물은 PA66 35 내지 45 중량부 및 글라스 파이버 55 내지 65 중량부를 포함하여 이루어지고, 접합영역(111)은 발열체(H)에 의해 섭씨 250도 내지 300도로 가열된다.

PA66은 엔지니어링 플라스틱 재료로서, 밀도가 금속보다 가벼운 경량이면서도 높은 강도를 갖는다. PA66과 글라스 파이버의 복합재료는 자동차 부품으로서의 경량화와 고강도 특성을 충분히 만족시킬 수 있다.

PA66의 사출성형온도는 섭씨 280도 내지 섭씨 300도로서, 접합영역(111)이 발열체(H)에 의해 섭씨 250도 내지 300도로 가열되면, 사출금형(M)으로 주입된 수지조성물의 열에너지가 접합영역(111)으로 전달되는 것이 충분히 방지될 수 있다.

본 발명에 의하면, 카울크로스바(110)의 외주면 중 플라스틱 부속품(120)이 감싸는 접합영역(111)에 레이저가공에 의해 복수의 홈(V)을 형성하고 나서 접합영역(111)을 국소가열한 후 복수의 브래킷과 인서트 사출함으로써, 볼트, 너트 또는 리벳 등 별도의 체결수단 없이 견고한 이종 재질의 결합구조를 형성하여 결합부위에 차체 진동 및 외부 충격에 의한 응력 집중이 방지되고, 하나의 사출금형(M)을 사용하여 카울크로스바(110)에 복수의 브래킷을 동시에 인서트 사출하도록 이루어지는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법(S100,S200) 및 이에 의한 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합체(100)를 제공할 수 있게 된다.

본 발명은 산업통상자원부의 산업핵심기술개발사업(연구과제명: 고함침 폴리아마이드 장섬유복합소재를 적용한 35% 중량저감 자동차용 CCB(Cowl Cross Beam) 부품개발(과제번호: 10050523))으로 진행되었습니다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

S100,S200 : 인서트 사출 결합방법
S110,S210 : 레이저가공단계
S111 : 절연단계
S112 : 레이저단계
S113 : 에칭단계
S114 : 중화단계
S120,S220 : 준비단계
S121 : 가열단계
S221 : 가열반송단계
S122,S222 : 안착단계
S130,S230 : 사출단계
100 : 사출결합체
110 : 카울크로스바 120 : 부속품
111 : 접합영역 V : 홈
C : 반송장치 H : 발열체
B : 몸체 F : 프레임
R : 레일 S : 슬라이더
G : 그리퍼
G1 : 수직이동수단
G2 : 수평이동수단

Claims

카울크로스바의 외주면 중 플라스틱 부속품이 감싸는 접합영역에 레이저가공에 의해 복수의 홈을 형성하는 레이저가공단계; 상기 카울크로스바를 사출금형에 준비시키는 준비단계; 및 상기 플라스틱 부속품의 수지조성물을 상기 사출금형에 주입하여 일체화된 복합물을 만드는 사출단계를 포함하고,
상기 준비단계는, 상기 접합영역의 복수의 홈 사이로 침투하는 상기 수지조성물의 유동성이 유지되도록, 상기 카울크로스바를 반송장치로 이송하면서 상기 반송장치에 설치된 발열체로 상기 접합영역을 가열하는 가열반송단계; 및 상기 반송장치가 상기 카울크로스바를 상기 사출금형에 안착시키는 안착단계를 포함하며,
상기 반송장치는, 상기 카울크로스바의 길이방향으로 길게 형성된 몸체; 및 상기 몸체에 구비되어 상기 카출크로스바를 잡거나 놓고, 상기 몸체와 멀어지거나 가까워지는 방향으로 슬라이드 이동하는 그리퍼(gripper)를 포함하고, 상기 발열체는 상기 그리퍼가 상기 몸체와 멀어지는 방향으로 개구되어 상기 가열반송단계 중 상기 접합영역을 감싸며,
상기 몸체에는 길이방향을 따라 레일이 형성되고,
상기 발열체의 상측에는 상기 레일에 이동 가능하게 결합되거나 또는 분리되는 슬라이더가 형성되는 것을 특징으로 하는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법.
제1항에 있어서,
상기 레이저가공에 의한 복수의 홈은 상기 카울크로스바의 길이방향 쪽으로 기울게 형성되되 상기 접합영역의 원주방향을 따라 순차적으로 서로 반대방향으로 기울게 형성되는 것을 특징으로 하는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법.
제1항에 있어서,
상기 레이저가공에 의한 복수의 홈은 상기 접합영역의 원주방향을 따라 지그재그 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법.
제1항에 있어서,
상기 레이저가공단계는,
상기 접합영역에 절연재료를 도포하는 절연단계;
상기 접합영역에 레이저가공에 의해 복수의 홈을 형성하는 레이저단계;
상기 접합영역에 부식제를 접촉시켜 상기 홈의 안쪽을 에칭하는 에칭단계; 및
상기 접합영역에 중화제를 접촉시켜 부식제를 중화시키는 중화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법.
제1항에 있어서,
상기 준비단계는,
상기 접합영역의 복수의 홈 안쪽으로 침투하는 상기 수지조성물의 유동성이 유지되도록, 상기 접합영역을 발열체로 가열하는 가열단계; 및
상기 카울크로스바를 반송장치로 이송하여 상기 사출금형에 안착시키는 안착단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법.
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제5항에 있어서,
상기 수지조성물은,
PA66 35 내지 45 중량부; 및
글라스 파이버 55 내지 65 중량부를 포함하고,
상기 접합영역은 상기 발열체에 의해 섭씨 250도 내지 300도로 가열되는 것을 특징으로 하는 카울크로스바와 플라스틱 부속품의 인서트 사출 결합방법.
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