KR101874831B1 - 자동차 도어용 임팩트 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔은 (ⅰ) 제1단 패드(1a) (ⅱ)상기 제1단 패드의 양단부에 중첩되어 상기 제1단 패드에 고정되는 제2단 패드(1b) 및 (ⅲ) 일단부는 상기 제2단 패드의 일단에 중첩되어 상기 제2단 패드에 고정되고, 나머지 일단부는 자동차 도어의 외측패널에 고정되는 연결부(C)를 구비하는 2개의 제3단 패드(1c)로 구성되며, 상기 제1단 패드(1a) 및 제2단 패드(1b)는 아라미드 섬유를 포함하는 프리프레그들이 적층된 구조이고, 상기 제3단 패드(1c)는 탄소섬유 프리프레그들이 적층된 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제1단 패드, 제2단 패드 및 제3단 패드 모두가 섬유로 강화된 수지인 프리프레그 재질로 구성되어 자동차를 경량화시켜 연비를 향상시킬 수 있고, 상기 제1단 패드 및 제2단 패드들이 진동 감쇄 특성이 우수한 아라미드 섬유를 포함하는 프리프레그로 구성되어 내충격성을 더욱 향상시킬 수 있고, 다수개의 상기 패드들이 다단 구조로 형성되어 충격흡수능력이 더욱 개선되기 때문에 종래 임팩트 빔과는 별도로 설치 사용된 다단구조의 충격흡수부재를 사용하지 않아도 되며, 그로인해 부품개수가 줄고 자동차 연비도 향상된다.

Description

자동차 도어용 임팩트 빔{Impact beam for car door}

본 발명은 자동차 도어용 임팩트 빔(Impact beam)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 종래 임팩트 빔과는 별도로 사용되어온 충격흡수부재를 생략할 수 있고, 무게가 가벼워 자동차 연비를 향상시킴과 동시에 진동감쇄 특성이 우수한 아라미드 섬유를 포함하여 내충격성도 뛰어난 자동차 도어용 임팩트 빔에 관한 것이다.

자동차 도어용 임팩트 빔은 자동차 도어내의 프레임에 지지, 설치되어 자동차의 측면 충돌시 충격에너지를 흡수, 차단하여 자동차 탑승자를 보호하는 역할을 한다.

이하, 본 발명에서는 섬유로 강화된 수지, 다시 말해 섬유 고분자 복합재료를 "프리프레그(Prepreg)"라고 한다.

종래 자동차 도어용 임팩트 빔으로는 중공 금속봉이 널리 사용되어 왔으나, 상기 중공 금속봉은 무게가 무거워 자동차의 연비가 떨어지는 문제가 있었다.

또 다른 종래의 자동차 도어용 충격흡수봉(임팩트 빔)으로서 대한민국 공개 실용신안 제1996-21081호에서는 유리섬유로 강화된 수지인 유리섬유 고분자 복합재료(유리섬유 프리프레그) 및 탄소섬유로 강화된 수지인 탄소섬유 고분자 복합재료(탄소섬유 프리프레그)로 제작된 충격흡수환봉의 중앙 또는 좌우 양측에 상기 유리섬유 프리프레그 및 탄소섬유 프리프레그로 제작된 충격흡수보강봉을 형성시킨 임팩트 빔을 게재하고 있다.

그러나, 상기 임팩트 빔은 금속재료를 포함하지 않고 모두 프리프레그 소재로만 구성되기 때문에 무게가 가벼워 자동차의 연비는 향상시킬 수 있지만 진동감쇄특성이 낮은 유리섬유 및 탄소섬유만 포함하기 때문에 내충격성이 저하되어 임팩트 빔의 고유기능이 떨어지는 문제가 있었다.

또 다른 종래의 자동차 도어용 충격흡수봉(임팩트 빔)으로서 대한민국 공개특허 제10-2010-26005호에서는 (ⅰ) 중공형 알루미늄 봉과, (ⅱ) 상기 중공형 알루미늄 봉 위에 일방향 탄소섬유 강화 복합재료가 적층된 중간 흡수봉 및, (ⅲ) 상기 중간 흡수봉 위에 직물형 탄소섬유 강화 복합재료가 적층된 외부 흡수봉으로 이루어진 임팩트 빔을 게재하고 있다.

그러나, 상기 임팩트 빔은 중공형 알루미늄 봉을 포함하기 때문에 무게가 무거워 자동차의 연비가 떨어지고, 중간 흡수봉 및 외부흡수봉에는 진동감쇄 특성이 낮은 탄소섬유만 포함되어 내충격성도 충분히 향상되지 못하는 문제가 있었다.

또 다른 종래의 자동차 도어용 임펙트 빔으로서 대한민국 공개특허 제10-2006-0006464호에서는 여러개의 판스프링을 다단으로 중첩시킨 충격흡수부재를 임팩트 빔과 함께 사용하여 차량의 측면 충돌에 따른 에너지의 흡수율을 극대화시킨 임팩트 빔 장치를 게재하고 있으나, 상기 종래기술은 임팩트 빔과는 별도로 판스프링들이 다단으로 연결된 상기 충격흡수부재를 추가로 부착, 사용해야하기 때문에 부품 개수가 많아지고, 이로인해 자동차 연비가 상승하는 문제가 있었다.

본 발명의 과제는 무게가 가벼워 자동차의 연비를 향상시킴과 동시에 자동차 측면 충돌시 내충격성도 우수한 자동차 도어용 임팩트 빔을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 다수개의 프리프레그 패드들이 다단 구조로 형성되어 충격흡수능력이 더욱 개선되기 때문에 종래 임팩트 빔과는 별도로 설치 사용된 다단구조의 충격흡수부재를 사용하지 않아도 되며, 그로인해 부품개수가 줄고 자동차 연비도 향상된다.

이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 탄소섬유 프리프레그들이 적층된 구조를 갖는 제3단 패드와 아라미드 섬유를 포함하는 프리프레그들이 적층된 구조를 갖는 제1단 패드 및 제2단 패드들을 다단구조로 일체로 형성시켜 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조한다.

다시 말해, 본 발명에서는 상기 제3단 패드를 탄소섬유 프리프레그 적층체로 구성하여 종래 강철소재인 임팩트 빔의 강도 특성을 만족시키면서, 상기 제1단 패드 및 제2단 패드들을 진동감쇄 특성이 우수한 아라미드 섬유를 포함하는 프리프레그 적층체로 구성함과 동시에 상기 제1단 패드 내지 제3단 패드들이 다단 구조를 이루도록 하여 내충격성도 향상시킨다.

본 발명은 상기 제1단 패드, 제2단 패드 및 제3단 패드 모두가 섬유로 강화된 수지인 프리프레그 재질로 구성되어 자동차를 경량화시켜 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제1단 패드 및 제2단 패드들이 진동 감쇄 특성이 우수한 아라미드 섬유를 포함하는 프리프레그로 구성되어 내충격성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 다수개의 상기 패드들이 다단 구조로 형성되어 충격흡수능력이 더욱 개선되기 때문에 종래 임팩트 빔과는 별도로 설치 사용된 다단구조의 충격흡수부재를 사용하지 않아도 되며, 그로인해 부품개수가 줄고 자동차 연비도 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔의 사시 개략도.
도 2는 본 발명에 선택적으로 포함되는 하이브리드 프리프레그의 평면 개략도.

이하, 첨부한 도면등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔은 도 1에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 제1단 패드(1a) (ⅱ)상기 제1단 패드의 양단부에 중첩되어 상기 제1단 패드에 고정되는 제2단 패드(1b) 및 (ⅲ) 일단부는 상기 제2단 패드의 일단에 중첩되어 상기 제2단 패드에 고정되고, 나머지 일단부는 자동차 도어의 외측패널에 고정되는 연결부(C)를 구비하는 2개의 제3단 패드(1c)로 구성되며, 상기 제1단 패드(1a) 및 제2단 패드(1b)는 아라미드 섬유를 포함하는 프리프레그들이 적층된 구조이고, 상기 제3단 패드(1c)는 탄소섬유 프리프레그들이 적층된 구조인 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 사시개략도이다.

상기 제1단 패드와 제2단 패드 또는 제2단 패드와 제3단 패드는 볼트 등과 같은 고정기구에 의해 일체로 고정된다.

상기 탄소섬유 프리프레그는 일방향으로 배열되어 있는 탄소섬유 20~80중량%와 열경화성 수지 80~20중량%로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 아라미드 섬유를 포함하는 프리프레그는 일방향으로 배열되어 있는 아라미드 섬유 20~80중량%와 열경화성 수지 80~20중량%로 이루어진 아라미드 섬유 프리프레그이거나, 도 3에 도시된 바와 같이 일방향으로 교호 배열되어 있는 아라미드 섬유 및 탄소섬유(총량기준) 20~80중량%와 열경화성 수지 80~20중량%로 이루어진 하이브리드 프리프레그(H)이거나, 아라미드 프리프레그 테이프인 것이 바람직하다.

도 2는 상기 하이브리드 프리프레그(H)의 평면 개략도이다.

본 발명에서는 상기 탄소섬유 프리프레그를 구성하는 탄소섬유의 일방향이 자동차 도어용 임팩트 빔의 길이방향과 일치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 아라미드 섬유 프리프레그를 구성하는 아라미드 섬유의 일방향이 자동차 도어용 임팩트 빔의 길이방향과 일치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하이브리드 프리프레그를 구성하는 아라미드 섬유 및 탄소섬유의 일방향이 자동차 도어용 임팩트 빔의 길이방향과 일치하는 것이 바람직하다.

상기 아라미드 프리프레그 또는 하이브리드 프리프레그(H)를 구성하는 아라미드 섬유의 섬도는 500~3,000데니어이고, 상기 탄소섬유 프리프레그 또는 하이브리드 프리프레그(H)를 구성하는 탄소섬유의 섬도는 300~24,000데니어인 것이 바람직하다.

본 발명을 구성하는 제3단 패드의 연결부(C)들을 자동차 도어의 외측패널에 고정하는 방식으로 본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔은 자동차 도어내에 설치된다.

다음으로는, 실시예 등을 통해 본 발명에 따른 자동차 도어의 임팩트 빔을 제조하는 방법등을 구체적으로 살펴본다.

그러나 본 발명의 보호범위는 후술하는 실시예들로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

1,500데니어의 아라미드 섬유들이 일방향으로 배열되어 있으며 상기 아라미드 35중량%와 에폭시 수지 65중량%로 구성되어 두께가 200㎛인 아라미드 프리프레그 10매를 적층, 성형하여 제1단 패드를 제조하였다.

한편, 1,500데니어의 아라미드 섬유들과 3,000데니어의 탄소섬유들이 일방향으로 교호 배열되어 있으며 상기 아라미드 섬유/탄소섬유(총량기준) 65 중량%와 에폭시 수지 35중량%로 구성되어 두께가 200㎛인 하이브리드 프리프레그(H)를 10매 적층, 성형하여 제2단 패드를 제조하였다.

한편, 3,000데니어의 탄소섬유들이 일방향으로 배열되어 있으며 상기 탄소섬유 60중량%와 에폭시 수지 40중량%로 구성되며 두께가 150㎛인 탄소섬유 프리프레그 10매를 적층, 성형하여 일측 말단부에 연결부(C)를 구비하는 제3단 패드 2개를 제조하였다.

다음으로, 상기 제2단 패드가 상기 제1단패드의 양단부에 중첩되게 상기 제2단패드를 제1단패드의 하면에 위치시킨 후 상기 중첩부분을 볼트로 고정하였다.

다음으로, 상기 제2단 패드의 양측 일단부 각각에 상기 제3단 패드들의 일단부(연결부가 형성안된 부분)을 중첩시킨 후 볼트로 고정하여 임팩트 빔을 제조하였다.

이때, 제1단 패드내 아라미드 섬유, 제2단 패드내 아라미드 섬유와 탄소섬유 및 제3단 패드내 탄소섬유 각각은 임팩트 빔의 길이방향과 일치하도록 하였다.

이와 같이 제조된 임팩트 빔용 평균반력(충격에너지 흡수성능)을 미연방자동차안전규정(Federal Motor Vehicle Safety Standard)의 측면충돌 시험방법으로 측정한 결과는 15.5kN 이였다.

실시예 2

1,500데니어의 아라미드 섬유들과 3,000데니어의 탄소섬유들이 일방향으로 교호 배열되어 있으며 상기 아라미드 섬유/탄소섬유(총량기준) 60 중량%와 에폭시 수지 40중량%로 구성되어 두께가 200㎛인 하이브리드 프리프레그(H)를 10매 적층, 성형하여 제1단 패드를 제조하였다.

한편, 1,500데니어의 아라미드 섬유들이 일방향으로 배열되어 있으며 상기 아라미드 60중량%와 에폭시 수지 40중량%로 구성되어 두께가 200㎛인 아라미드 프리프레그 10매를 적층, 성형하여 제2단 패드를 제조하였다.

한편, 3,000데니어의 탄소섬유들이 일방향으로 배열되어 있으며 상기 탄소섬유 60중량%와 에폭시 수지 40중량%로 구성되며 두께가 150㎛인 탄소섬유 프리프레그 10매를 적층, 성형하여 일측 말단부에 연결부(C)를 구비하는 제3단 패드 2개를 제조하였다.

다음으로, 상기 제2단 패드가 상기 제1단패드의 양단부에 중첩되게 상기 제2단패드를 제1단패드의 하면에 위치시킨 후 상기 중첩부분을 볼트로 고정하였다.

다음으로, 상기 제2단 패드의 양측 일단부 각각에 상기 제3단 패드들의 일단부(연결부가 형성안된 부분)을 중첩시킨 후 볼트로 고정하여 임팩트 빔을 제조하였다.

이때, 제1단 패드내 아라미드 섬유와 탄소섬유, 제2단 패드내 아라미드 섬유 및 제3단 패드내 탄소섬유 각각은 임팩트 빔의 길이방향과 일치하도록 하였다.

이와 같이 제조된 임팩트 빔용 평균반력(충격에너지 흡수성능)을 미연방자동차안전규정(Federal Motor Vehicle Safety Standard)의 측면충돌 시험방법으로 측정한 결과는 16.0kN 이였다.

비교실시예 1

맨드럴의 축방향 길이를 따라 3,000 데니어의 탄소섬유들이 일방향으로 배열되어 있으며 상기 탄소섬유 60중량%와 에폭시 수지 40중량%로 구성되며 두께가 150㎛인 탄소섬유 프리프레그를 1회 감아주는 제1공정을 10회반복 실시하였다. 이때, 탄소섬유 프리프레그내 탄소섬유의 배열방향이 맨드럴의 축방향과 일치하도록 하였다.

다음으로, 상기 제1공정에 의해 맨드럴에 감겨진 탄소섬유 프리프레그 위에 3,000데니어의 유리섬유 들이 일방향으로 배열되어 있으며 상기 유리섬유 60중량%와 에폭시 수지 40중량%로 구성되어 두께가 200㎛인 유리섬유 프리프레그를 1회 감아주는 제2공정을 10회 반복실시하였다.

이때, 유리섬유 프리프레그내 유리섬유의 배열방향이 맨드럴의 축방향과 일치하도록 하였다.

다음으로, 열풍오븐에서 상기 탄소섬유 프리프레그 및 유리섬유 프리프레그내 에폭시 수지를 경화시킨 후 맨드럴과 맨드럴 뒤에 형성된 프리프레그 적층층을 분리하여 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조하였다.

이와 같이 제조된 임팩트 빔의 평균반력(충격에너지 흡수성능)을 미연방자동차안전규정(Federal Motor Vehicle Safety Standard)의 측면충돌 시험방법으로 측정한 결과는 11.9kN 이였다.

1 : 임팩트 빔
1a : 임팩트 빔의 제1단 패드
1b : 임팩트 빔의 제2단 패드
1c : 임팩트 빔의 제3단 패드
C : 임팩트 빔의 연결부
H : 하이브리드 프리프레그
H1 : 아라미드가 배열된 부분
H2 : 탄소섬유가 배열된 부분.

Claims (7)

1. (ⅰ) 제1단 패드(1a) (ⅱ)상기 제1단 패드의 양단부에 중첩되어 상기 제1단 패드에 고정되는 제2단 패드(1b) 및 (ⅲ) 일단부는 상기 제2단 패드의 일단에 중첩되어 상기 제2단 패드에 고정되고, 나머지 일단부는 자동차 도어의 외측패널에 고정되는 연결부(C)를 구비하는 2개의 제3단 패드(1c)로 구성되며, 상기 제1단 패드(1a) 및 제2단 패드(1b)는 아라미드 섬유를 포함하는 프리프레그들이 적층된 구조이고, 상기 제3단 패드(1c)는 탄소섬유 프리프레그들이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
2. 제1항에 있어서, 탄소섬유 프리프레그는 일방향으로 배열되어 있는 탄소섬유 20~80중량%와 열경화성 수지 80~20중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
3. 제1항에 있어서, 아라미드 섬유를 포함하는 프리프레그는 일방향으로 배열되어 있는 아라미드 섬유 20~80중량%와 열경화성 수지 80~20중량%로 이루어진 아라미드 섬유 프리프레그인 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
4. 제1항에 있어서, 아라미드 섬유를 포함하는 프리프레그는 일방향으로 교호 배열되어 있는 아라미드 섬유 및 탄소섬유(총량기준) 20~80중량%와 열경화성 수지 80~20중량%로 이루어진 하이브리드 프리프레그인 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄소섬유 프리프레그를 구성하는 탄소섬유의 일방향이 자동차 도어용 임팩트 빔의 길이방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
6. 제3항에 있어서, 아라미드 섬유 프리프레그를 구성하는 아라미드 섬유의 일방향이 자동차 도어용 임팩트 빔의 길이방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
7. 제4항에 있어서, 하이브리드 프리프레그를 구성하는 아라미드 섬유 및 탄소섬유의 일방향이 자동차 도어용 임팩트 빔의 길이방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
   

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