KR101972021B1 - 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널 - Google Patents

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조희수
오세훈
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덕양산업 주식회사
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Abstract

이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널이 개시된다. 본 발명에 따른 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널은, 자동차의 내부 일측의 형상을 구성하기 위해 사출성형되는 합성수지패널; 금형 내에 인서트되어 상기 합성수지패널의 일영역에 대한 부분적인 보강이 이루어지도록 하는 금속재 보강브라켓; 상기 합성수지패널의 사출성형시 상기 보강브라켓의 중앙부에 형성된 다수의 결합홀 내로 유입되어 상기 보강브라켓과 결합력을 형성하는 제1 결합사출부; 및 상기 합성수지패널의 사출성형시 상기 보강브라켓의 일부 테두리를 둘러싸도록 이루어져 상기 보강브라켓과 결합력을 형성하는 하나 이상의 제2 결합사출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 합성수지패널의 사출성형시 인서트되는 보강브라켓의 중앙부와 소정의 형상으로 결합력을 형성하는 다수의 제1 결합사출부 및 보강브라켓의 일부 테두리와 소정의 형상으로 결합력을 형성하는 하나 이상의 제2 결합사출부가 합성수지패널 및 보강브라켓과 일체로 형성됨에 따라, 합성수지패널 자체의 강성이 보강됨은 물론, 보강브라켓과 합성수지패널 간 결합력의 강화로 인해 충격이나 진동에도 이음발생이나 파손 내지 분리 등이 저감될 수 있다.

Description

이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널{COMPOSITE PANEL FOR AUTOMOTIVE INTERIOR PART WITH DOUBLE BOND STRUCTURE}
본 발명은 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자동차의 내부 형상을 구성하도록 다양한 형상의 합성수지로 제작되는 내장재용 패널과 이를 부분적으로 보강하는 금속 판재가 사출성형을 통해 견고한 이중 결합구조로 일체화되는 자동차 내장재용 복합패널에 관한 것이다.
도어트림패널, 도어용 이너패널, 인스트루먼트패널, 테일게이트패널 등과 같이 자동차의 내부 형상을 구성하는 다양한 내장재용 패널은, 제작의 용이성과 우수한 생산성, 경량화 및 고급스러운 질감 구현 등을 이유로 합성수지를 소재로 하여 제작되고 있다.
그러나 이러한 합성수지 소재의 자동차 내장재용 패널은, 그 자체로 사용되기보다는 각종 장치의 견고한 설치와 요구되는 강성의 확보를 위해 필요한 위치에 금속판재를 리벳, 볼트, 보스구조, 열접착, 접착제 등과 같은 다양한 결합수단을 이용하여 접합한 후 자동차 조립에 사용되고 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 합성수지로 제작된 자동차 도어용 이너패널(10)의 구조적인 강성보강과 각종 장치의 견고한 설치를 위해 다수의 리벳(14)이나 볼트를 이용하여 금속판재(12)를 도어용 이너패널에 부착시키고 있다.
이러한 합성수지재 도어용 이너패널(10)과 강성보강 등을 위한 금속판재(12) 간의 결합은, 대부분 작업자의 수작업을 통해 일일이 이루어지는 관계상, 작업공수가 과도하여 자동차 생산성 저하와 이에 따른 생산비용의 증가는 물론, 작업자의 작업능력이나 컨디션에 따른 불완전 결합으로 인해 이음 등과 같은 품질 문제가 발생할 소지가 커서 이에 대한 개선이 필요한 실정이다.
그리고 합성수지재 도어용 이너패널(10)과 금속판재(12) 간을 다수의 리벳(14)과 같은 별물의 결합수단으로 체결시키는 경우 외관 품질의 저하 및 중량 증대를 초래함에 따라 경량 및 고급화를 추구하는 자동차 제조산업의 트렌드에 역행한다는 점에서 또한 개선이 필요하다 할 것이다.
또한, 대한민국등록특허 제10-1123778호(등록일자: 2012년02월28일)에서 제시하는 자동차 도어의 용접부 가림구조에 적용되는 이너패널의 경우, 용접부를 가려 외관 품질의 개선을 도모한다는 점에서 의미가 있으나, 이를 이루는 소재 자체가 상대적으로 고중량물인 금속재여서 최근 차량의 고효율, 경량화 트랜드에 역시 부합하지 못하고, 장기간 사용에 따른 부식에 취약한 문제가 있다.
따라서 상술한 바와 같은 문제를 일거에 해소하기 위한 정책지원과 그에 따른 연구 개발 및 꾸준하고 지속적인 개선 내지 개량이, 국내 산업의 일 근간을 이루는 자동차산업의 경쟁력을 위해 절실히 필요한 실정이다.
대한민국등록특허 제10-1123778호(등록일자: 2012년02월28일)
본 발명의 목적은, 리벳이나 볼트와 같은 별도의 결합수단 없이 다양한 형상의 합성수지로 제작되는 자동차 내장재용 패널과 금속 판재와 같은 이종 재질 간에 견고한 결합구조가 패널의 사출성형시 일체로 형성되도록 하여 패널 자체의 강성보강은 물론, 각종 장치의 견고한 설치가 이루어지도록 한 자동차 내장재용 복합패널을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 자동차의 내부 일측의 형상을 구성하기 위해 사출성형되는 합성수지패널; 금형 내에 인서트되어 상기 합성수지패널의 일영역에 대한 부분적인 보강이 이루어지도록 하는 금속재 보강브라켓; 상기 합성수지패널의 사출성형시 상기 보강브라켓의 중앙부에 형성된 다수의 결합홀 내로 유입되어 상기 보강브라켓과 결합력을 형성하는 제1 결합사출부; 및 상기 합성수지패널의 사출성형시 상기 보강브라켓의 일부 테두리를 둘러싸도록 이루어져 상기 보강브라켓과 결합력을 형성하는 하나 이상의 제2 결합사출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널에 의해 달성된다.
상기 결합홀은, 상기 보강브라켓의 어느 한 면에서 링형태로 돌출된 버링구조로 이루어지고, 상기 버링구조의 단부에는 제1 요철부가 형성될 수 있다.
상기 제1 결합사출부는, 상기 보강브라켓의 일면에서 상기 결합홀 내로 유입된 후, 상기 보강브라켓의 타면에서 상기 결합홀 주변이 매립되도록 확장형성된 확장결합부가 더 구비되어 단면형상이 'T'자 형상일 수 있다.
상기 합성수지패널의 두께(t1), 상기 보강브라켓의 두께(t2), 상기 확장결합부의 두께(t3), 상기 확장결합부의 지름(d1) 및 상기 결합홀의 지름(d2)의 비율은,
t1 : t2 : t3 : d1 : d2 = 2~5 : 1~3 : 2~5 : 12~35 : 4~10 일 수 있다.
상기 제2 결합사출부는, 상기 보강브라켓과 접하는 면에서 상기 보강브라켓의 일부 테두리를 둘러싸도록 후크형구조로 돌출형성되어 단면형상이 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자 형상일 수 있다.
상기 합성수지패널의 두께(t1), 상기 보강브라켓의 두께(t2), 상기 제2 결합사출부의 두께(t4) 및 상기 제2 결합사출부의 덮힘길이(d3)의 비율은, t1 : t2 : t4 : d3 = 2~5 : 1~3 : 2~5 : 3~8 일 수 있다.
상기 보강브라켓은, 상기 제2 결합사출부와 접하게 되는 테두리 영역을 따라 이격형성되는 다수의 오목홈이나 반복형성되는 제2 요철부가 구비될 수 있다.
상기 자동차 내장재용 복합패널은, 도어용 이너패널, 인스트루먼트패널 및 테일게이트패널 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 의하면, 합성수지패널의 사출성형시 인서트되는 보강브라켓의 중앙부와 소정의 형상으로 결합력을 형성하는 다수의 제1 결합사출부 및 보강브라켓의 일부 테두리와 소정의 형상으로 결합력을 형성하는 하나 이상의 제2 결합사출부가 합성수지패널 및 보강브라켓과 일체로 형성됨에 따라, 합성수지패널 자체의 강성이 보강됨은 물론, 보강브라켓과 합성수지패널 간 결합력의 강화로 인해 충격이나 진동에도 이음발생이나 파손 내지 분리 등이 저감될 수 있다.
또한, 종래 패널 조립공정에 비해 작업공수의 비약적인 감소로 인해 패널 자체의 생산성 향상, 생산비용의 절감, 경량화 및 이종 재질 간 불완전 결합의 저감 등이 도모될 수 있다.
또한, 제1 결합사출부, 제2 결합사출부, 합성수지패널 및 보강브라켓이 일체로 형성됨으로 인해 외관이 깔끔한 고품질의 패널제조가 가능해져 자동차의 고급화가 도모될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 외측면을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 절단선에 따른 단면도 및 부분확대도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 대응한 부분의 제작과정을 단계별로 각각 도시한 공정도이다.
도 6은 종래 자동차 도어용 이너패널의 결합관계와 구조를 설명하기 위한 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해사시도이고, 도 3은 도 1의 외측면을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 절단선에 따른 단면도 및 부분확대도이고, 도 5a 내지 도 5d는 도 4에 대응한 부분의 제작과정을 단계별로 각각 도시한 공정도이고, 도 6은 종래 자동차 도어용 이너패널의 결합관계와 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도면에 나타난 X, Y, Z 축은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 임의로 정한 것으로, X축이 전(화살표 쪽, 자동차의 전방), 후(뒤)방향을 지시하고, Y축은 좌(화살표 쪽, 자동차의 실내측), 우방향(자동차의 외측)을 지시하며, Z축은 상(위, 화살표 쪽), 하(아래)방향을 지시하는 것으로 정의한다. 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.
본 발명에 따른 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널(100)은, 금속재 보강브라켓(120)의 견고한 접합에 따른 합성수지패널(110) 자체의 강성 보강과 함께 외부 충격이나 진동으로 인한 이들 이종 소재 간 이음발생, 파손 등의 저감, 패널 자체의 생산성 향상, 생산비용의 절감, 경량화 및 자동차의 고급화를 위한 깔끔한 외관 품질의 구현 등을 도모하기 위해 안출된 발명이다.
위와 같은 기능 내지 작용의 구현은, 본 발명에 따른 자동차 내장재용 복합패널(100)을 이루는 합성수지패널(110)과 이종 재질인 금속재의 보강브라켓(120) 상호 간이 합성수지패널(110)의 사출성형 과정에서 소정의 결합구조를 형성하며 일체로 견고하게 결합됨으로써, 이루어지게 된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널(100)은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 합성수지패널(110), 보강브라켓(120), 제1 결합사출부(130) 및 제2 결합사출부(140) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서 상술한 각 구성들을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
합성수지패널(110)은, 자동차의 내부 일측의 형상을 구성하기 위해 다양한 형상으로 사출성형되는 구성요소로서, 도어트림이 결합되는 도어트림패널, 금속판재인 도어용 아우터패널의 내측에 배치되는 도어용 이너패널, 운전석 정면에 각종 장치가 장착되는 공간을 제공하는 인스트루먼트패널, SUV 차량 뒷문의 내측을 이루는 테일게이트패널 등이 될 수 있다.
위와 같은 패널들은, 필요한 형상으로 제작이 용이하고, 생산성이 우수하고, 경량화 및 다양한 기능성의 부여와 고급스러운 질감 구현 등이 용이한 합성수지를 소재로 하여 사출성형 방식에 의해 주로 제작되고 있다.
패널의 제작을 위한 사출성형에 사용되는 합성수지는, 특별히 제한되지 않으므로, 열가소성 플라스틱(우수한 성형성), 열경화성 플라스틱(우수한 기계적 강성), 섬유강화 플라스틱(특히, 경량화, 강도, 내충격성, 탄성율, 내피로 특성이 우수한 탄소섬유강화 플라스틱) 중 어느 하나일 수 있으며, 자동차용 내장재에 요구되는 물성의 특성(성형성, 강도, 내충격성, 내열성, 파단 특성 등)에 따라 선택될 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예에 따른 합성수지패널(110)은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 부속 장치의 견고한 결합과 강성확보를 위해 후술할 금속재 보강브라켓(120)의 결합이 요구되는 도어용 이너패널이나, 도시되지 않았지만 마찬가지로 보강브라켓(120)이 요구되는 인스트루먼트패널 또는 테일게이트패널의 형상으로 제작될 수 있다.
이때, 합성수지패널(110)은, 탄소 단섬유(대략 수mm 내외)와 용융 수지를 금형(210,220) 내로 함께 사출하여 형성되는 탄소섬유강화 플라스틱을 소재로 하되, 그 두께는 용도나 구조적 형상에 따라 다양하게 변형될 수 있지만, 자동차의 경량화와 요구되는 강성의 확보를 위해 대략 2T 내지 5T(바람직하게는 3T)가 되도록 형성한다.
이러한 합성수지패널(110)의 일면 또는 양면에는, 구조적인 강성증대를 위해 다수 개의 보강살이 이격되며 반복적으로 형성될 수 있다.
보강브라켓(120)은, 금형(210,220) 내에 인서트되어 상술한 합성수지패널(110)의 일영역에 대한 부분적인 보강 등이 이루어지도록 하는 금속재의 판상형 구성요소로서, 합성수지패널(110)의 형성을 위한 사출성형공정이 이루어지기 전에 미리 합성수지패널(110)의 접합면에 대응한 형상으로 별도의 프레스장치 등에 의해 제작되되, 합성수지패널(110)의 형상과 구조 또는 설치가 요구되는 부속 장치에 따라 다양한 형상과 개수로 제작될 수 있다.
이러한 보강브라켓(120)은 합성수지패널(110)의 내측에 완전히 매립되는 것이 아니라 합성수지패널(110)의 어느 일면에 접합결합 또는 부착결합되도록 금형(210,220) 내에 인서트되어 합성수지패널(110)과 일체화되는데, 이는 본 발명에 따른 자동차 내장재용 복합패널(100)의 두께를 최소화하여 경량화를 이루면서도 강성증대 및 부속 장치의 견고한 장착을 도모하기 위함이다.
본 발명의 실시예에 따른 보강브라켓(120)은, 도 1 내지 도 5a에 도시된 바와 같이, 보강 또는 부속 장치의 설치가 요구되는 합성수지패널(110)(도어용 이너패널)의 일영역(접합면)에 각각 대응하는 형상으로 총 3개가 제작될 수 있다.
이러한 보강브라켓(120)의 중앙부에는, 합성수지패널(110)의 사출성형시 용융 수지가 유입되어 후술할 제1 결합사출부(130)가 형성될 수 있도록, 다수의 결합홀(122)이 관통형성된다.
이로 인해 보강브라켓(120)의 중앙부와 합성수지패널(110) 간은 다수의 점(point)결합이 견고하게 이루어질 수 있는데, 이때, 결합홀(122)의 개수와 배치는 보강브라켓(120)의 형상이나 구조 및 크기, 요구되는 결합력의 정도 등을 고려하여 적절하게 증감될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 실시예에 따른 결합홀(122)은, 도 4의 (a) 내지 (c) 및 도 5a의 (a)에 도시된 바와 같이, 보강브라켓(120)의 어느 한 면에서 결합홀(122)을 중심으로 링형태로 돌출된 버링구조(122a)로 이루어지고, 버링구조(122a)의 단부에는 제1 요철부(122b)가 형성될 수 있다.
이때, 결합홀(122)의 버링구조(122a)는, 후술할 확장결합부(132)의 형성여부에 따라 돌출방향이 도 4의 (a)(c)에 도시된 바와 같이 달라질 수 있다. 즉, 확장결합부(132)가 형성되는 경우 그 내측에 결합홀(122)의 버링구조(122a)가 완전히 매립되도록 확장결합부(132) 쪽으로 돌출되며, 확장결합부(132)가 형성되지 않는 경우 버링구조(122a)가 외부로 노출되지 않고 합성수지패널(110) 내측에 완전히 매립되도록 합성수지패널(110) 쪽으로 돌출되게 된다.
그리고 제1 요철부(122b)는, 도시된 바와 같이 삼각형의 요철일 수 있으며, 사각형 또는 파형상 등으로 이루어질 수 있음은 물론이다.
위와 같이 버링구조(122a) 및 제1 요철부(122b)를 갖는 결합홀(122)의 구조는, 단순한 구멍형태와 비교시 합성수지패널(110)과의 접촉면적을 증대하고, 양자 간의 상하좌우 이동이나 상대회전을 견고히 억제하기 위한 것으로, 이를 통해 합성수지패널(110)과 보강브라켓(120) 간에 결합력이 강화됨은 물론, 외부 충격이나 진동에도 이음발생이나 파손 내지 분리가 효과적으로 방지될 수 있게 된다.
한편, 위와 같은 결합홀(122) 구조와 함께, 보강브라켓(120)은, 도 4의 (d)(e) 및 도 5a의 (a)에 도시된 바와 같이, 후술할 제2 결합사출부(140)와 접하게 되는 테두리 영역을 따라 이격형성되는 다수의 오목홈(124a)이나 반복형성되는 제2 요철부(124b)가 더 구비될 수 있다.
오목홈(124a)의 형상은, 도시된 바와 같이 원형에 한정되지 않고, 합성수지패널(110)의 사출성형시 용융 수지가 채워질 수 있는 형상이라면 어떠한 것이라도 무방하고, 제2 요철부(124b)의 형상은 제1 요철부(122b)와 마찬가지로, 합성수지패널(110)과 접촉면을 증대할 수 있는 형상이면 충분하므로, 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
이렇게 제2 결합사출부(140)와 접하게 되는 보강브라켓(120)의 테두리 영역에 형성되는 오목홈(124a) 또는 제2 요철부(124b)는, 상술한 결합홀(122)의 구조와 마찬가지로, 평평한 면과 일직선의 절단면을 갖는 보강브라켓(120)과 비교시 합성수지패널(110)과의 접촉면적을 증대하고, 양자 간의 상하좌우 이동이나 상대회전을 견고히 억제하기 위한 것이다.
즉, 이를 통해 합성수지패널(110)과 보강브라켓(120) 간에 결합력이 강화됨은 물론, 충격이나 진동에도 이음발생이나 파손 내지 분리가 효과적으로 방지될 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 보강브라켓(120)은, 강성 및 경량화 모두를 도모할 수 있는 경량 고강성의 알루미늄합금 등을 소재로 제작하되, 그 두께는 보강의 정도나 보강 위치의 구조적 형상에 따라 다양하게 변형될 수 있지만, 자동차의 경량화와 합성수지패널(110) 기본적인 강성과 그 두께를 고려하여 대략 1T 내지 3T가 되도록 형성한다. 다만, 합성수지패널(110)의 두께가 3T일 때, 대략 보강브라켓(120)은 1T의 두께를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
제1 결합사출부(130)는, 상술할 합성수지패널(110)의 사출성형시 보강브라켓(120)의 중앙부에 형성된 다수의 결합홀(122) 내로 유입되어 보강브라켓(120)과 결합력을 형성하게 되는 구성요소로서, 보강브라켓(120)의 형상이나 구조, 크기 등에 따라 증감된 개수로 다수 개가 배치형성될 수 있다.(도 1 내지 도 3 참조)
여기서 제1 결합사출부(130)에 의해 발휘되는 합성수지패널(110)과 보강브라켓(120) 간의 결합력(다수의 점(point)결합력)은, 합성수지패널(110)을 형성하게 되는 용융 수지가 다수의 결합홀(122) 내로 유입되어 결합홀(122) 내측을 채운 후 딱딱하게 고체화되어 합성수지패널(110)과 일체를 이룸으로써 형성되게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 결합사출부(130)는, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 보강브라켓(120)의 일면에서 결합홀(122) 내로 유입된 후, 보강브라켓(120)의 타면에서 결합홀(122) 주변이 매립되도록 확장형성된 확장결합부(132)가 더 구비되는 형태로 형성될 수 있다.
이렇게 확장결합부(132)가 형성된 제1 결합사출부(130)는, 보강브라켓(120)의 중앙부 쪽에서 마치 체결수단인 리벳과 같이 단면형상이 'T'자 형상을 이루게 됨에 따라 합성수지패널(110)로부터 멀어지는 방향으로 보강브라켓(120)의 이탈을 전면적으로 방지할 수 있게 된다.
그리고 제1 결합사출부(130)는 합성수지패널(110)과 함께 금형(210,220) 내 캐비티를 빈틈없이 채우며 일체로 사출성형되는 관계상, 합성수지패널(110) 및 보강브라켓(120)은 서로 유격 없이 견고하게 결합될 수 있게 된다.
여기서 제1 결합사출부(130)를 구조적으로 형성하게 되는 확장결합부(132)의 두께(t3), 확장결합부(132)의 지름(d1) 및 결합홀(122)의 지름(d2)은, 합성수지패널(110)의 두께(t1) 및 보강브라켓(120)의 두께(t2)가 각각 2T~5T, 1T~3T 일 때, 2T~5T, 12T~35T 및 4T~10T가 되도록 형성할 수 있다.
위와 같이 확장결합부(132)의 두께(t3)를 합성수지패널(110)의 두께(t1)와 유사한 두께로 형성한 이유는, 보강브라켓(120)의 양면을 결합홀(122)을 중심으로 대등하게 지지하기 위함이다
그리고 결합홀(122)의 지름(d2)을 확장결합부(132)의 두께(t3) 및 합성수지패널(110)의 두께(t1)와 유사하게 하지 않고 다소 크게 형성한 이유는, 외부 충격이나 진동하중이 집중되는 확장결합부(132)와 합성수지패널(110) 간 연결부위를 보다 강화하기 위함이다.
그리고 확장결합부(132)의 지름(d1)이 대략 결합홀(122)의 지름(d2)의 3배가량이 되도록 한 이유는, 보강브라켓(120)을 안정적으로 지지하는 한편, 확장결합부(132)와 합성수지패널(110) 간 연결부위의 파손을 방지하기 위함이다.
다만, 합성수지패널(110)의 두께(t1), 보강브라켓(120)의 두께(t2)를 각각 3T, 1T로 형성하고, 위와 같은 범위 내에서 다양한 규격으로 본 발명에 따른 자동차 내장재용 복합패널(100)을 제작한 후 동일한 충격 및 진동 시험을 반복적으로 수행한 결과, 확장결합부(132)의 두께(t3)가 대략 3T, 확장결합부(132)의 지름(d1)이 대략 18T, 결합홀(122)의 지름(d2)이 대략 6T인 경우가 최소한의 변형 내지 파손으로 우수한 결합력을 유지하였는바 가장 바람직하다 할 것이다.
제2 결합사출부(140)는, 보강브라켓(120)과의 결합력을 보강브라켓(120)의 테두리 쪽에서 더욱 보강 내지 강화하기 위해 마련된 구성요소로서, 합성수지패널(110)의 사출성형시 보강브라켓(120)의 일부 테두리를 둘러싸는 형상으로 이루어지되, 보강브라켓(120)의 형상이나 구조, 크기 등에 따라 증감되며, 적어도 하나 이상이 배치형성될 수 있다.(도 1 내지 도 3 참조)
여기서 제2 결합사출부(140)에 의해 발휘되는 합성수지패널(110)과 보강브라켓(120) 간의 결합력(적어도 하나 이상의 선(line)결합력)은, 합성수지패널(110)을 형성하게 되는 용융 수지가 보강브라켓(120)의 테두리 전체가 아닌 일부만을 둘러싸도록 금형(210,220) 내 캐비티에 채워진 후 딱딱하게 고체화되어 합성수지패널(110)과 일체를 이룸으로써 형성되게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 제2 결합사출부(140)는, 도 4의 (d) 및 (e)에 도시된 바와 같이 보강브라켓(120)과 접하는 면에서 보강브라켓(120)의 일부 테두리를 둘러싸도록 후크형구조(142)로 돌출형성되어 단면형상이 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자 형상을 이룰 수 있다.
이렇게 후크형구조(142)로 형성된 제2 결합사출부(140)가, 보강브라켓(120)의 일부 테두리 쪽에서 단면형상이 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자 형상을 이루게 됨에 따라 합성수지패널(110)로부터 멀어지는 방향으로 보강브라켓(120)의 이탈은 물론, 상하좌우 유동을 전면적으로 방지할 수 있게 된다.
그리고 제2 결합사출부(140)는 합성수지패널(110)과 함께 금형(210,220) 내 캐비티를 빈틈없이 채우며 일체로 사출성형되는 관계상, 합성수지패널(110) 및 보강브라켓(120)은 서로 유격 없이 견고하게 결합될 수 있게 된다.
이때, 제2 결합사출부(140)를 보강브라켓(120)의 테두리 전체가 아닌 일부 테두리에만 부분적으로 이격형성한 이유는, 본 발명에 따른 자동차 내장재용 복합패널(100)이 외부 충격이나 진동에 따라 탄성변형될 이격공간(제2 결합사출부(140)가 형성되지 않은 테두리 영역)을 제공하기 위한 것이다.
이로 인해 외부 충격에도 제2 결합사출부(140)의 파손이 저감 내지 방지될 수 있고, 제2 결합사출부(140)의 형성에 사용되는 용융 수지의 양을 보다 저감시켜 경량화가 도모될 수 있다.
여기서 제2 결합사출부(140)를 구조적으로 형성하게 되는 제2 결합사출부(140)의 두께(t4) 및 제2 결합사출부(140)의 덮힘길이(d3)는, 합성수지패널(110)의 두께(t1) 및 보강브라켓(120)의 두께(t2)가 각각 2T~5T, 1T~3T 일 때, 2T~5T, 3T~8T가 되도록 형성할 수 있다.
위와 같이 제2 결합사출부(140)의 두께(t4)를 합성수지패널(110)의 두께(t1)와 유사한 두께로 형성한 이유는, 합성수지패널(110)과 제2 결합사출부(140) 간 연결부위를 중심으로 보강브라켓(120)의 양면을 대등하게 지지하기 위함이다.
그리고 제2 결합사출부(140)의 덮힘길이(d3)가 대략 제2 결합사출부(140)의 두께(t4)의 1.4배가량이 되도록 한 이유는, 보강브라켓(120)을 안정적으로 지지하고 이탈을 방지하는 한편, 제2 결합사출부(140)의 덮힘길이(d3)에 대응하는 부위에 대한 파손을 최소화하기 위함이다.
다만, 합성수지패널(110)의 두께(t1), 보강브라켓(120)의 두께(t2)를 각각 3T, 1T로 형성하고, 위와 같은 범위 내에서 다양한 규격으로 본 발명에 따른 자동차 내장재용 복합패널(100)을 제작한 후 동일한 진동 및 충격 시험을 반복적으로 수행한 결과, 제2 결합사출부(140)의 두께(t4)가 대략 3T이고, 제2 결합사출부(140)의 덮힘길이(d3)가 대략 4T인 경우가, 최소한의 변형 내지 파손으로 우수한 결합력을 유지하였는바 가장 바람직하다 할 것이다.
위에서 살펴본 바와 같이 합성수지패널(110)과 함께 금형(210,220) 내에서 일체로서 형성되며 이중결합구조를 이루는 제1,2 결합사출부(130,140)는, 보강브라켓(120)의 중앙부와 테두리 영역에 대하여 명확하게 구분된 형상 및 최소한의 개수로 견고한 결합력을 형성함으로 인해 상술한 바와 같은 상승적인 효과가 발휘되는 것이고, 어느 하나만이 구비된 경우에는 본 발명에서 제시하는 효과가 온전하게 발휘될 수 없다는 점에서 양 구성은 상호 유기적 결합관계임을 분명히 알 수 있다.
즉, 제1 결합사출부(130)만 있는 경우, 보강브라켓(120)의 테두리 영역은 합성수지패널(110)과 견고한 결합력이 형성되지 못해 해당 영역이 들떠 외부 충격이나 진동에 심각한 이음을 발생시킬 소지가 있고, 제2 결합사출부(140)만 있는 경우에는 외부 충격이나 진동에 보강브라켓(120)이 손쉽게 이탈될 수 있고, 보강브라켓(120)의 중앙부가 들떠 위와 마찬가지의 이음 문제가 발생하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널(100)이 이에 대응하는 금형시스템에 의해 제조되는 과정을 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 내장재용 복합패널(100)을 제조하기 위해 사출에 사용될 다수 개의 보강브라켓(120)을 준비하게 된다.(S100)
여기서 보강브라켓(120)은, 금속에 비해 상대적으로 약한 합성수지패널(110)의 강성을 보강하고 부속 장치의 견고한 설치가 이루어지도록, 금형(가동측 금형(210) 또는 고정측 금형(220)) 내측에 인서트되는 경량 고강성의 알루미늄합금, 강철합금 등을 소재로 하는 부재로서, 합성수지패널(110)의 필요 영역에 각각 대응하는 형태로 소요 개수만큼 프레스장치나 다이캐스팅장치를 활용하여 정확한 규격으로 제작, 준비하게 된다.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 내장재용 복합패널(100)을 제조하기 위해 상술한 보강브라켓(120)들을 금형(210,220) 내 정위치에 인서트한 후, 가동측 금형(210)과 고정측 금형(210)이 서로 맞물리도록 형폐공정을 수행하게 된다.(S200)
즉, 작업자나 자동화된 로봇암을 통해, 상술한 바와 같이 제작된 보강브라켓(120)들은 고정측 금형(220)의 대응위치에 각각 안착되게 되며, 이때, 용융 수지의 사출에도 보강브라켓(120)이 안착위치를 견고히 유수할 수 있도록 고정측 금형(220)(또는 가동측 금형(210))에 보강브라켓(120)을 인력이나 흡인력으로 잡아당기는 다수개의 자석(212) 또는 진공흡인구가 구비될 수 있다.(S210)
그리고 작업자나 금형시스템은, 가동측 금형(210) 또는 고정측 금형(220)을 이동시켜 금형(210,220)이 서로 맞물려 닫힌 상태(형폐)가 되도록 한다.(S220)
이때, 가동측 금형(210)과 고정측 금형(220)의 내부 공간이 함께 이루게 되는 차폐상태의 캐비티에서는 합성수지패널(110)과 결합수단인 제1,2 결합사출부(130,140)가 동시에 사출형성되게 된다.
다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 금형시스템은, 용융 수지가 노즐(214)을 통해 합성수지패널(110) 및 제1,2 결합사출부(130,140)를 형성하게 되는 캐비티 내로 사출되도록 제어함으로써, 본 발명에 따른 자동차 내장재용 복합패널(100)을 일체로 형성하게 된다.(S300)
한편, 추가적으로 금형시스템은, 합성수지패널(110) 및 제1,2 결합사출부(130,140) 중 적어도 어느 하나의 면에 흡음 및 흡진을 위한 폴리우레탄층(미도시)이 인몰드코팅방식의 사출성형에 의해 일체로 더 구비되도록 작동할 수 있다.
여기서 인몰드코팅방식의 사출성형이란, 사출성형 기술을 베이스로 하는 복합성형 기술로서, 금형(210,220) 내 코팅으로도 불리는데, 사출 제품을 취출한 후 별도의 도장을 하는 제어부(140) 기술과 달리 사출성형 후 금형(210,220) 내로 코팅제를 주입하여 사출 제품 표면에 코팅제가 경화되도록 함으로써 미려하고 기능적인 사출 제품을 만드는 방식을 말한다.
마지막으로, 도 5d에 도시된 바와 같이, 금형시스템은, 완성된 본 발명의 실시예에 따른 자동차 내장재용 복합패널(100)의 취출을 위해 가동측 금형(210)(또는 고정측 금형(220))을 고정측 금형(220)이 위치한 방향의 반대쪽으로 이동(형개)시키게 된다.(S400)
이러한 취출 단계가 이루어지기 전에 보압 및 냉각 등의 과정이 수반될 수 있고, 위와 같은 하나의 단일한 금형시스템 하에서 일련의 사출공정이 순차로 이루어짐에 따라 인서트된 보강브라켓(120)과 견고한 이중결합구조를 이루게 되는 제1,2 결합사출부(130,140)는 합성수지패널(110)과 함께 일거에 형성될 수 있게 되는 것이다.
이렇게 완성된 본 발명에 따른 자동차 내장재용 복합패널(100)은, 필요한 부위에 대한 강성 보강과 함께 외부 충격이나 진동으로 인한 이음이나 파손 등의 저감 특성을 갖게 되고, 패널 자체의 생산성 향상, 생산비용의 절감, 경량화 및 자동차의 고급화를 위한 깔끔한 외관 품질을 갖게 된다.
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 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 종래 도어용 이너패널 12: 금속판재
14: 리벳
100: 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널
110: 합성수지패널 120: 보강브라켓
122: 결합홀 122a: 버링구조
122b,124b: 제1,2 요철부 124a: 오목홈
130: 제1 결합사출부 132: 확장결합부
140: 제2 결합사출부 142: 후크형구조
210: 가동측 금형 220: 고정측 금형
212: 자석 214: 노즐

Claims (8)

  1. 자동차의 내부 일측의 형상을 구성하기 위해 사출성형되는 합성수지패널; 금형 내에 인서트되어 상기 합성수지패널의 일영역에 대한 부분적인 보강이 이루어지도록 하는 금속재 보강브라켓; 상기 합성수지패널의 사출성형시 상기 보강브라켓의 중앙부에 형성된 다수의 결합홀 내로 유입되어 상기 보강브라켓과 결합력을 형성하는 제1 결합사출부; 및 상기 합성수지패널의 사출성형시 상기 보강브라켓의 일부 테두리를 둘러싸도록 이루어져 상기 보강브라켓과 결합력을 형성하는 하나 이상의 제2 결합사출부를 포함하고,
    상기 제1 결합사출부는,
    상기 보강브라켓의 일면에서 상기 결합홀 내로 유입된 후, 상기 보강브라켓의 타면에서 상기 결합홀 주변이 매립되도록 확장형성된 확장결합부가 더 구비되어 단면형상이 'T'자 형상이고,
    상기 합성수지패널의 두께(t1), 상기 보강브라켓의 두께(t2), 상기 확장결합부의 두께(t3), 상기 확장결합부의 지름(d1) 및 상기 결합홀의 지름(d2)의 비율은,
    t1 : t2 : t3 : d1 : d2 = 2~5 : 1~3 : 2~5 : 12~35 : 4~10 인 것을 특징으로 하는 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결합홀은,
    상기 보강브라켓의 어느 한 면에서 링형태로 돌출된 버링구조로 이루어지고, 상기 버링구조의 단부에는 제1 요철부가 형성되는 것을 특징으로 하는 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 결합사출부는,
    상기 보강브라켓과 접하는 면에서 상기 보강브라켓의 일부 테두리를 둘러싸도록 후크형구조로 돌출형성되어 단면형상이 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자 형상인 것을 특징으로 하는 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    자동차의 내부 일측의 형상을 구성하기 위해 사출성형되는 합성수지패널; 금형 내에 인서트되어 상기 합성수지패널의 일영역에 대한 부분적인 보강이 이루어지도록 하는 금속재 보강브라켓; 상기 합성수지패널의 사출성형시 상기 보강브라켓의 중앙부에 형성된 다수의 결합홀 내로 유입되어 상기 보강브라켓과 결합력을 형성하는 제1 결합사출부; 및 상기 합성수지패널의 사출성형시 상기 보강브라켓의 일부 테두리를 둘러싸도록 이루어져 상기 보강브라켓과 결합력을 형성하는 하나 이상의 제2 결합사출부를 포함하고,
    상기 합성수지패널의 두께(t1), 상기 보강브라켓의 두께(t2), 상기 제2 결합사출부의 두께(t4) 및 상기 제2 결합사출부의 덮힘길이(d3)의 비율은,
    t1 : t2 : t4 : d3 = 2~5 : 1~3 : 2~5 : 3~8 인 것을 특징으로 하는 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제6항에 있어서,
    상기 보강브라켓은,
    상기 제2 결합사출부와 접하게 되는 테두리 영역을 따라 이격형성되는 다수의 오목홈이나 반복형성되는 제2 요철부가 구비되는 것을 특징으로 하는 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제6항에 있어서,
    상기 자동차 내장재용 복합패널은,
    도어용 이너패널, 인스트루먼트패널 및 테일게이트패널 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이중결합구조의 자동차 내장재용 복합패널.
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