KR101794067B1 - 복합재료 적용 자동차 현가장치의 컨트롤 암 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리폼 적용 경량 복합재료 현가장치의 컨트롤 암 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 현가장치에 사용되는 다양한 종류의 컨트롤 암을 제작함에 있어서, 기존에는 컨트롤 암이 강 및 알루미늄을 사용하여 제작되어 고중량을 가지는 것에 반해, 탄소 섬유, 유리섬유 및 아라미드 섬유를 이용한 복합재료 사용으로 경량화를 구현함과 동시에, 해당 컨트롤 암에서 높은 하중이 가해지는 부분에는 탄소 섬유를 응력에 대응되는 방향으로 집중 배열시켜, 해당 부분뿐만 아니라 컨트롤 암 자체의 구조적 강도를 증대시킨 프리폼 적용 경량 복합재료 현가장치의 컨트롤 암 제조방법에 관한 것이다.

Description

복합재료 적용 자동차 현가장치의 컨트롤 암 제조방법{MANUFACTURE METHOD OF CONTROL ARM FOR MOBILE SUSPENSION SYSTEM USING COMPOSITE MATERIAL}

본 발명은 복합재료를 적용하여 경량화를 구현함과 동시에, 구조적 강도가 뛰어나도록 현가장치에 사용되는 각종 자동차용 컨트롤 암을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 주행 중 차량이 노면의 불균일로부터 소음을 수반하는 진동을 받게 되면서 차체가 흔들리는 현상을 방지하는 현가장치는 컨트롤 암, 스프링, 쇽업소버(Shock Absober) 및 스테빌라이져 등으로 구성되어, 대체로 스프링 상수와 댐핑력 및 차고조종의 3가지 기능을 주로 하면서 차량의 승차감과 안정성을 개선하는 역할을 한다.

이와 같은 현가장치(Suspension System, 懸架裝置, 서스펜션 시스템)를 구성하는 구성 요소 중 주요 부품중 하나인 컨트롤 암은 차량 조립 시, 한 부위는 볼 조인트를 매개로 조향 너클에 연결되고 다른 부위는 부시와 함께 축을 매개로 하여 프레임에 연결되며, 이와 같이 조립되는 컨트롤 암은 자동차의 주행시 바퀴로부터 여러 방향으로 동시에 힘이 전달되어져 내구성이 요구되는 부품임은 물론이다.

이에 따라, 통상 상기 컨트롤 암은 차륜의 너클을 통해 들어오는 차량의 전, 후방 하중뿐만 아니라 내, 외향 하중을 지지하도록 강성을 갖는 강(Steel)재질(또는 알루미늄)로 이루어지게 된다.

그러나, 이와 같은 강 재질 컨트롤 암은 철재 판재를 4종의 프레스 부품 단품과 부시를 별도로 제작한 후 서로 간에 용접되는 5종의 단품 복합 구조를 이루므로, 다수의 금형과 성형공정이 필요함은 물론 용접 품질에 따른 품질 불량 의존성이 높은 한계가 있다.

또한, 철재의 특성상 중량이 무겁고, 부품의 내식성 확보를 위해 전착도장 피막처리를 해야 만 되어, 작업 공정이 증가되는 취약성이 있게 된다.

이를 해결하기 위하여 내식성에 강하고 비중이 작은 복합재료를 종래 철재를 대체하는 기술들이 개발되고 있다.

최근에는 복합재료를 이용하여 컨트롤 암을 제작하기 위하여 기존에는 섬유 혹은 섬유 직물과 수지가 일체화된 프리프레그를 제품 형상에 맞춰 재단 후 금형에 설치하여 성형·제작 하였으나, 이는 힘이 작용하는 방향으로 섬유가 연속적이지 못하고 단절되므로 복합재료 효율성이 떨어진다. 복합재료의 효율성이 떨어지고 결과적으로 제품의 무게가 커지는 현상이 발생된다. 따라서 본 발명에서는 섬유를 연속적으로 배열하는 기술을 포함하고자 한다.

대한민국 공개특허공보 특1999-012083호(1999.02.25.공개) 대한민국 공개특허공보 10-2001-0037923호(2001.05.15.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고연비 차의 수요가 증가함에 따라, 자동차 부품의 경량화가 요구되기에, 기존 강 및 알루미늄 등 단일의 금속재질을 가지고 무거운 중량으로 제작되던 차량용 현가장치의 다양한 컨트롤 암을, 복합재료를 이용하여 제작함으로서, 부품의 경량화는 물론 컨트롤 암 제작시 응력에 대응되는 방향으로 섬유가 배열이 되도록 함으로써, 높은 하중에 견딜 수 있도록 한 복합재료 적용 현가장치의 컨트롤 암 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 자동차용 현가장치의 컨트롤 암 제조방법에 있어서, 섬유(10)를 사전 설정된 컨트롤 암의 형상이 되도록 연속적으로 배열하는 섬유 배열단계(S100); 상기 섬유(10)를 배열함과 동시에, 인접한 섬유(10) 상호간을 묶어 형상을 유지시키는 소잉(SEWING)단계(S200); 상기 섬유(10)를 배열하는 중, 하중이 상대적으로 높게 부여되는 형상부위의 경우, 응력에 대응되는 방향으로 섬유(10)가 배열이 되어 하중에 견딜 수 있도록 하여 다수의 프리폼(Preform, 20)을 완성시킴으로써, 컨트롤 암을 형상화시키는 형상화 단계(S300); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 복합재료를 사용함으로써, 차량용 현가장치의 다양한 컨트롤 암의 경량화가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 제작되어지는 컨트롤 암의 섬유 배열방향을, 사용자가 원하는 방향(또는 해당 컨트롤 암에 가해지는 응력에 대응되는 방향)으로 형상화하여 제작함으로써, 제품의 구조적 강도가 상승되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 섬유를 배열하는 단계를 나타낸 일실시예의 도면.
도 2는 본 발명에 따라 프리폼 제작 및 인서트가 삽입된 모습을 나타낸 일실시예의 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따라 제작 완료된 컨트롤 암을 나타낸 일실시예의 도면.
도 5는 본 발명에 따른 복합재료 적용 자동차 현가장치의 컨트롤 암 제조방법을 나타낸 일실시예의 순서도.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 일실시예를 살펴보면, 자동차용 현가장치의 컨트롤 암 제조방법에 있어서, 섬유(10)를 사전 설정된 컨트롤 암의 형상이 되도록 연속적으로 배열하는 섬유 배열단계(S100); 상기 섬유(10)를 배열함과 동시에, 인접한 섬유(10) 상호간을 묶어 형상을 유지시키는 소잉(SEWING)단계(S200); 상기 섬유(10)를 배열하는 중, 하중이 상대적으로 높게 부여되는 형상부위의 경우, 응력에 대응되는 방향으로 섬유(10)가 배열이 되어 하중에 견딜 수 있도록 하여 다수의 프리폼(Preform, 20)을 완성시킴으로써, 컨트롤 암을 형상화시키는 형상화 단계(S300); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 프리폼(20)을 금형에 적층시키는 설치 단계(S400); 상기 다수의 프리폼(20)에 현가장치의 구성품들과 연결되는 인서트(30)를 삽입설치하는 인서트(30) 단계(S500); 상기 금형을 폐쇄한 후, 수지를 주입하여 성형하는 단계(S600); 성형된 제품을 탈형 및 마무리하는 제품 완성단계(S700); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 섬유(10)는 탄소 섬유가 사용되며, 인서트(30)는 알루미늄 또는 철 재질이 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 컨트롤 암은 로워 암(Lower Arm), 어퍼 암(Upper Arm), 아이들링 암(Idling Arm), 피트만 암(Pitman Arm), 컴팬세이터 암(Compensator Arm), 트레일링 암(Trailing Arm), 타이로드 엔드(Tie Rod End), 너클(Knuckle Arm) 중 어느 하나로써, 현가장치에 사용되는 암(Arm) 종류인 것을 특징으로 한다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합재료 적용 자동차 현가장치의 컨트롤 암 제조방법을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 복합재료 적용 자동차 현가장치의 컨트롤 암 제조방법은 하기와 같은 단계의 제조방법을 포함한다.

1. 섬유(10)를 사전 설정된 형상이 되도록 연속적으로 배열하는 섬유 배열단계(S100) 및 상기 섬유(10)를 배열함과 동시에, 인접한 섬유(10) 상호간을 묶어 형상을 유지시키는 소잉(SEWING)단계(S200): 차량용 현가장치 중, 제작하고자 하는 컨트롤 암의 형상을 재단하는 단계로써, 더욱 자세히는 후술될 소잉단계와 섬유(10) 배열단계는 보통 동시에 작업이 이루어진다.

즉, 섬유(본 발명에서는 '탄소 섬유'가 사용, 10)를 제작하고자 하는 컨트롤 암의 형상으로 연속적으로 배열하되, 배열되는 섬유(10) 상호간을 공간 없이 나열함과 동시에, 소잉장비(sewing 장비) 장비를 이용하여 섬유(10) 상호간을 지그재그로 바느질 하듯이 엮어, 배열된 형상을 유지시키면서 섬유(10) 상호간을 고정시키는 것이다.

2. 상기 섬유(10)를 배열하는 중, 하중이 상대적으로 높게 부여되는 형상부위의 경우, 응력에 대응되는 방향으로 섬유(10)가 배열이 되어 하중에 견딜 수 있도록 하여 다수의 프리폼(Preform, 20)을 완성시킴으로써, 컨트롤 암을 형상화시키는 형상화 단계(S300): 상기 S300단계는 전술된 S100 및 S200단계가 진행 중, 제조되는 해당 컨트롤 암에서, 또 다른 차량의 구성부들과 연결되는 부위(후술될 인서트(30)가 삽입되어지는 부분, 컨트롤 암의 형상에서 휘어져 절곡되는 부분 등 외력이 집중되어 가해지거나 외력에 약한 부분 등) 등, 하중이 다른 부위보다 상대적으로 더 많이 가해지는 부분의 경우, 해당 부분(하중이 심하게 가해지는 부분)에 가해지는 응력에 대응되는 방향으로 섬유(10)가 배열되도록 구성함으로써, 해당 부분이 하중에 견딜 수 있도록 하는 단계이다.

다시말해, 제작되어지는 컨트롤 암의 형상은 정해져 있고, 그렇기에, 해당 형상 내에 배열되어지는 섬유(10)의 양이나 길이도 정해져 있기 때문에, 동일한 양으로 사용되어지는 섬유(10)를 외력이 심하게 가해지는 부분에서, 섬유(10)의 배열을 응력방향에 대응되도록 배열시킴으로써, 해당 부분의 구조적 강도를 증가시켜, 결국 제조되는 해당 컨트롤 암 자체의 강도 또한 증가되도록 한 것이다. 이렇게 섬유(10)의 배열을 완료하여 형태를 유지시킨 상태를 본 발명에서는 프리폼(Preform, 20)이라 한다.

3. 상기 다수의 프리폼(20)을 금형에 적층시키는 설치 단계(S400): 전술된 S300단계를 거치며 완성된 다수의 프리폼(20)들을, 제작하고자 하는 컨트롤 암의 형태의 형상을 가지고 있는 금형에 적층시키는 단계이다.

4. 상기 다수의 프리폼(20)에 현가장치의 구성품들과 연결되는 인서트(30)를 삽입설치하는 인서트(30) 단계(S500): 전술된 S400단계를 통해 금형에 다수의 프리폼(20)을 적층완료 한 후, 다수의 프리폼(20)에서 차량의 또 다른 구성품들과의 연결을 위해 빈 공간으로 비워둔 설치공간에, 각각 금속재질을 가지는 링 형태의 인서트(30)를 대응삽입하는 단계이다. 물론, 상기 프리폼(20) 제작시(S100 ~ S300단계) 이러한 인서트(30)가 삽입될 설치공간이 형성여부 및 위치가 사전에 결정되어져 있음은 당연하며, 이렇게 제작되는 해당 컨트롤 암의 외력 취약부분(섬유(10)를 응력에 대응되는 방향으로 배열해야하는 부분) 또한 사전에 결정되어 있음은 당연하다.

5. 상기 금형을 폐쇄한 후, 충진재를 채워 컨트롤 암을 제조하는 제품완성 단계(S600): 전술된 S400단계 완료 후, 금형을 패쇠한 후 내부에 레진 등 다양한 재질의 충진재를 채워 성형함으로써, 최종적으로 제조하고자 하는 컨트롤 암(100)을 완성하는 단계이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

10: 섬유
20: 프리폼
30: 인서트

Claims (4)

1. 자동차용 현가장치의 컨트롤 암 제조방법에 있어서,
   섬유(10)를 사전 설정된 컨트롤 암의 형상이 되도록 연속적으로 배열하는 섬유 배열단계(S100);
   상기 섬유(10)를 배열함과 동시에, 인접한 섬유(10) 상호간을 묶어 형상을 유지시키는 것으로, 배열되는 섬유(10) 상호간을 공간 없이 나열함과 동시에, 소잉장비(sewing 장비) 장비를 이용하여 섬유(10) 상호간을 지그재그로 바느질 하듯이 엮어, 배열된 형상을 유지시키면서 섬유(10) 상호간을 고정시키는 소잉(SEWING)단계(S200);
   상기 섬유(10)를 배열하는 중, 하중이 상대적으로 높게 부여되는 형상부위의 경우, 다른 차량의 구성부들과 연결되기 위해 인서트(30)가 삽입되어지는 부분 및 컨트롤 암의 형상에서 휘어져 절곡되는 부분과 같이, 하중이 다른 부위보다 상대적으로 더 많이 집중되어 가해지거나 외력에 약한 부분을, 응력에 대응되는 방향으로 섬유(10)가 배열이 되어 하중에 견딜 수 있도록 하여 다수의 프리폼(Preform, 20)을 완성시킴으로써, 컨트롤 암을 형상화시키는 형상화 단계(S300);
   상기 다수의 프리폼(20)을 금형에 적층시키는 설치 단계(S400);
   상기 다수의 프리폼(20)에 현가장치의 구성품들과 연결되는 인서트(30)를 삽입설치하는 인서트(30) 단계(S500);
   상기 금형을 폐쇄한 후, 수지를 주입하여 성형하는 단계(S600);
   성형된 제품을 탈형 및 마무리하는 제품 완성단계(S700);를 포함하여 이루어지며,
   상기 프리폼(Preform, 20)은, 제작되어지는 컨트롤 암의 형상이 사전에 정해져 있고, 상기 해당 형상 내에 배열되어지는 섬유(10)의 양이나 길이도 정해져 있기 때문에, 동일한 양으로 사용되어지는 섬유(10)를 외력이 심하게 가해지는 부분에서, 섬유(10)의 배열을 응력방향에 대응되도록 배열시킴으로써, 해당 부분의 구조적 강도를 증가시켜, 제조되는 해당 컨트롤 암 자체의 강도가 증가되도록 섬유(10)의 배열을 완료하여 형태를 유지시킨 상태를 나타내며,
   상기 섬유(10)는 탄소 섬유가 사용되며, 인서트(30)는 알루미늄 또는 철 재질이 사용되고,
   상기 컨트롤 암은 로워 암(Lower Arm), 어퍼 암(Upper Arm), 아이들링 암(Idling Arm), 피트만 암(Pitman Arm), 컴팬세이터 암(Compensator Arm), 트레일링 암(Trailing Arm), 타이로드 엔드(Tie Rod End), 너클(Knuckle Arm) 중 어느 하나로써, 현가장치에 사용되는 암(Arm) 종류인 것을 특징으로 하는 복합재료 적용 자동차 현가장치의 컨트롤 암 제조방법.
   
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