KR102067190B1 - 차량의 카울크로스멤버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 카울크로스멤버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 스틸 소재의 카울크로스멤버에 비해 상대적으로 경량인 카울크로스멤버에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 카울크로스멤버 제조 방법은 일정 길이를 갖는 알루미늄 소재의 알루미늄 바에 접착제를 도장하는 단계; 상기 접착제가 도장된 일정 길이를 갖는 알루미늄 바를 금형 내부에 인서트하는 단계; 상기 금형을 닫은 상태에서 금형 내부로 수지 조성물을 주입하는 단계; 및 닫힌 상기 금형을 열어 주입된 수지 조성물이 성형된 알루미늄 바를 인출하는 단계;를 포함하며, 상기 알루미늄 바의 양 종단 중 적어도 어느 하나의 종단에 사이드 캡을 씌운 상태에서 상기 금형 내부로 인서트되며, 상기 사이드 캡에 의해 알루미늄 바의 종단이 밀폐된다.

Description

차량의 카울크로스멤버{Cowl Cross Member}

본 발명은 차량의 카울크로스멤버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 스틸 소재의 카울크로스멤버에 비해 상대적으로 경량인 카울크로스멤버에 관한 것이다.

차량의 엔진룸과 실내 측의 사이에는 그 사이를 가로지르는 카울크로스멤버(Cowl Cross Member)가 설치된다. 카울크로스멤버는 차량의 전방충돌로부터 엔진룸의 실내 측 진입을 저지하고, 측방충돌에 있어서도 충돌에 대한 지지부재의 역할을 한다.

한편, 차량 조정석의 인스트루먼트 패널 내에는, 열, 환기 및 공기조화와 관련된 여러가지 덕트와 조향장치를 지지하는 카울크로스멤버 어셈블리와 스티어링축 어셈블리로 구성된다. 이 중 카울크로스멤버는 차체의 비틀림 강성을 향상시키는데 가장 큰 역할을 하며, 스티어링 컬럼, 인스트루먼트 패널, 에어백장치 등을 지지 하여 운전 중 승객에게 안락함을 제공한다.

일반적인 샤시계 부품들은 부재의 위치에 따른 역할에 의해 NVH(Noise, Vibration, Harshness), 충돌, 내구성능이 요구된다. 차량의 조향장치 역시 NVH 및 경량화의 요구로 예전과 다른 엄격한 설계 기준에 의해 제작된다.

종래의 카울크로스멤버는 스틸소재로 제작되는 것이 일반적이다. 따라서 스틸소재의 카울크로스멤버는 다른 소재에 비해 중량이 크다는 문제점이 있다. 즉, 현재 차량과 관련한 추세는 경량화가 요구되고 있으며, 따라서 현재 스틸소재의 카울크로스멤버는 이러한 경량화 추세에 부응하지 못한다는 문제점 있다.

한국공개특허 2010-0038507호(발명의 명칭: 차량의 카울크로스멤버) 한국등록특허 10-0785200호(발명의 명칭: 카울 크로스 멤버)

본 발명이 해결하려는 과제는 수지 성형물이 성형되는 알루미늄 바를 포함하는 카울크로스멤버를 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 알루미늄 바 종단에 수지 성형물을 성형하는 경우 알루미늄 바의 내부로 수지가 인입되는 것을 차단하는 방안을 제안함에 있다.

본 발명이 해결하는 또 다른 과제는 알루미늄 바 상에 성형된 수지 성형물이 알루미늄 바에 단단히 고정되는 방안을 제안한다.

이를 위해 본 발명의 카울크로스멤버 제조 방법은 일정 길이를 갖는 알루미늄 소재의 알루미늄 바에 접착제를 도장하는 단계; 상기 접착제가 도장된 일정 길이를 갖는 알루미늄 바를 금형 내부에 인서트하는 단계; 상기 금형을 닫은 상태에서 금형 내부로 수지 조성물을 주입하는 단계; 및 닫힌 상기 금형을 열어 주입된 수지 조성물이 성형된 알루미늄 바를 인출하는 단계;를 포함하며, 상기 알루미늄 바의 양 종단 중 적어도 어느 하나의 종단에 사이드 캡을 씌운 상태에서 상기 금형 내부로 인서트되며, 상기 사이드 캡에 의해 알루미늄 바의 종단이 밀폐된다.

이를 위해 본 발명의 카울크로스멤버 제조 방법은 일정 길이를 갖는 알루미늄 소재의 알루미늄 바에 접착제를 도장하는 단계; 상기 접착제가 도장된 일정 길이를 갖는 알루미늄 바를 금형 내부에 인서트하는 단계; 상기 금형을 닫은 상태에서 금형 내부로 수지 조성물을 주입하는 단계; 및 닫힌 상기 금형을 열어 주입된 수지 조성물이 성형된 알루미늄 바를 인출하는 단계;를 포함하며, 상기 알루미늄 바의 단면은 서로 상이한 적어도 2개의 곡률을 갖는 다각형으로 형성된다.

본 발명에 따른 차량의 카울크로스멤버는 알루미늄 바의 종단의 사이드 캡을 적용함으로써 주입되는 수지가 알루미늄 바의 내부로 주입되는 것을 방지하며, 특히 사이드 캡에 리브를 형성함으로써 주입되는 수지의 압력에 의해 사이드 캡이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

이외에도 알루미늄 바의 단면을 원형으로 형성하는 경우, 알루미늄 바 상에 성형된 수지 성형물이 알루미늄 바 상에서 회전한다. 본 발명은 알루미늄 바의 단면을 다각형으로 형성하여 알루미늄 바 상에서 수지 성형물이 회전하는 것을 방지하며, 특히 수지가 주입되는 방향은 설정된 곡률을 갖도록 함으로써 금형 내부로 주입되는 수지의 압력에 의해 알루미늄 바가 변형되는 것을 차단한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 카울크로스멤버를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 카울크로스멤버의 제조 공정을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바의 종단에 사이드 캡을 적용한 예를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바 상에 수지를 이용하여 수지 성형물을 형성하는 방안을 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바의 형상을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바의 형상에 따른 변형률을 나타내고 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 카울크로스멤버를 도시하고 있다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 카울크로스멤버에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 1에 의하면, 카울크로스멤버는 알루미늄 바, 수지 성형물, 마그네슘 성형물을 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 카울크로스멤버에 포함될 수 있다.

알루미늄 바(110)는 카울크로스멤버의 중심축 역할을 수행하며, 일정 길이를 갖는 내부가 빈 막대 형태를 갖는다. 본 발명과 관련하여 알루미늄 바(110)는 접착제가 도포된다.

수지 성형물(120)은 수지로 구성되며, 인서트 사출 성형에 의해 알루미늄 바에 성형된다. 즉, 접착제가 도포된 알루미늄 바(110)를 금형에 인서트한 상태에서 수지를 주입하여 알루미늄 바에 수지 성형물(120)을 성형한다. 본 발명과 관련하여 수지는 단섬유(GF)를 포함한다.

마그네슘 성형물(130)은 인서트 사출이 완료된 알루미늄 바에 조립된다. 즉, 인서트 사출이 완료된 알루미늄 바(110)에 마그네슘 성형물(130)을 조립한다.

이와 같이 본 발명은 기존 스틸 재질의 카울크로스멤버 대신 상대적으로 경량인 알루미늄, 마그네슘 및 수지를 이용하여 카울크로스멤버를 제조함으로써 기존 카울크로스멤버 대비하여 중량이 감소된다. 또한, 카울크로스멤버를 구성하는 구성 부위에 따라 상이한 소재를 사용함으로서 카울크로스멤버의 경량화하는 동시에 강성을 높일 수 있게 된다.

특히, 알루미늄 바에 수지 성형물을 인서트 사출 성형하기 이전에 알루미늄 바에 접착제를 도포함으로써 수지 성형물과 알루미늄 바의 접착 강도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 마그네슘 성형물을 알루미늄 바에 성형하는 것으로 기재되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 마그네슘 이외에 다른 재질의 성형물이 알루미늄 바에 성형될 수 있다. 이외에도 접착제 없이 알루미늄 바에 성형물을 성형할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 카울크로스멤버를 제조하는 제조 공정을 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 카울크로스멤버를 제조하는 제조 공정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

S200단계에서 알루미늄 바를 준비한다.

S205단계에서 준비한 알루미늄 바에 접착제를 도포한다.

S210단계에서 접착제가 도포된 알루미늄 바를 금형에 인서트하고, 금형을 닫는다.

S215단계에서 금형 내부로 수지를 주입하여 수지 성형물을 알루미늄 바에 성형한다. 이와 같이 본 발명은 알루미늄 바에 접착제를 도포한 상태에서 금형 내부로 수지를 주입하여 수지 성형물을 알루미늄 바에 성형한다.

S220단계에서 수지 성형물이 알루미늄 바에 성형된 상태에서 마그네슘 성형물을 알루미늄 바에 부착한 상태에서 조립한다.

이와 같이 본 발명은 알루미늄 바에 인서트 사출 성형에 의해 수지 성형물을 성형한 상태에서 마그네슘 성형물을 알루미늄 바에 조립한다.

본 발명과 관련하여 알루미늄 바의 종단에 수지 성형물을 성형하기 위해서는 내부가 빈 알루미늄 바의 종단에 사이드 캡을 적용해야 한다. 알루미늄 바의 종단에 사이드 캡을 적용하지 않는 경우, 금형 내부로 주입된 수지는 알루미늄 바의 종단을 통해 알루미늄 바의 내부로 유입된다. 따라서 알루미늄 바의 내부로 수지가 유입되는 것을 차단하기 위해 알루미늄 바의 종단에 사이드 캡을 적용하는 방안을 제안한다.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바의 종단에 사이드 캡을 적용한 예를 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바의 종단에 사이드 캡을 적용한 예에 대해 상세하게 알아보기고 한다. 특히, 도 3은 알루미늄 바의 종단에 사이드 캡이 적용된 경우를 도시하고 있다.

도 3a에 도시된 사이드 캡은 날개부를 포함하며, 날개부는 알루미늄 바의 내측에 밀착된다. 날개부가 알루미늄 바의 내측에 밀착되는 경우, 주입되는 수지의 압력에 의해 수지가 알루미늄 바와 사이드 캡 사이의 틈새로 수지가 주입된다. 따라서, 주입되는 수지의 압력에 상관없이 알루미늄 바의 내부로 수지가 주입될 수 없는 사이드 캡의 구조가 요구된다.

도 3b는 날개부가 형성된 사이드 캡에 알루미늄 바의 외측에 밀착되는 별도의 날개부(외측 날개부)를 형성한다. 따라서 알루미늄 바를 기준으로 내측면은 날개부(내측 날개부)가 밀착되며, 외측면은 외측 날개부가 밀착된다.

도 3b에 의하면, 알루미늄 바의 내측과 외측에서 사이드 캡의 날개부가 밀착된 상태에서 금형 내부로 수지를 주입한다. 알루미늄 바의 내측면과 외측면에 사이드 캡의 날개부(내측 날개부, 외측 날개부)가 밀착된 상태에서 금형 내부로 수지를 주입하면, 주입되는 수지의 압력(온도 포함)에 사이드 캡이 파열되며, 파열된 사이드 캡으로 인해 수지가 알루미늄 바의 내부로 주입된다.

부연하여 설명하면, 내측면에서 알루미늄 바에 밀착되는 경우에는, 알루미늄 바와 사이드 캡의 틈새로 수지가 유입되는 반면, 내측면과 외측면에서 알루미늄 바에 밀착되는 경우에는, 사이드 캡이 파열되며, 이로 인해 수지가 알루미늄 바의 내부로 주입된다.

도 3c는 사이드 캡의 내측 날개부에 리브를 형성한 예를 나타낸다. 부연하여 설명하면 알루미늄 바를 기준으로 내측면은 날개부(내측 날개부)가 밀착되며, 외측면은 외측 날개부가 밀착된 상태에서 내측 날개부는 리브에 의해 연결된다.

도 3c에 의하면, 알루미늄 바의 내측면과 외측면에 사이드 캡의 날개부가 밀착된 상태에서 금형 내부로 수지를 주입한다. 알루미늄 바의 내측면과 외측면에 사이드 캡의 날개부가 밀착된 상태에서 금형 내부로 수지를 주입하면, 내측 날개부에 형성된 리브에 의해 사이드 캡이 파열되지 않음을 알 수 있다. 또한, 사이드 캡이 파열되지 않으므로 알루미늄 바의 내부로 수지가 주입되지 않는다.

부연하여 설명하면, 내측면과 외측면에 알루미늄 바에 밀착되는 경우에는 사이드 캡이 파열되며, 이로 인해 수지가 알루미늄 바의 내부로 주입되는 반면, 내측 날개부에 리브가 형성되는 경우에는 사이드 캡이 파열되지 않으며, 따라서 알루미늄 바 내부로 수지가 주입되지 않는다.

추가로 살펴보면, 내측 날개부에 리브가 형성되지 않는 경우(도 3b), 해석 결과에서도 알 수 있듯이 사이드 캡의 중심에 강한 압력에 상대적으로 많은 변형이 이루어짐을 알 수 있다. 이에 비해 내측 날개부에 리브가 형성된 경우(도 3c), 해석 결과에서도 알 수 있듯이 강한 압력에도 사이드 캡의 중심에 상대적으로 적은 변형이 이루어짐을 알 수 있다. 물론 적색은 변형이 상대적으로 많음을 의미하며, 청색은 변형이 상대적으로 적음을 의미한다.

또한, 도 3c에 도시되어 있는 바와 같이 리브는 내측 날개부를 연결하는 직선 리브 이외에 내측 날개부와 동일한 형상을 가지며, 크기가 작은 폐루프 리브를 내측 날개부 내측에 형성한다. 이와 같이 본 발명은 직선 리브와 폐루프 리브를 형성함으로써 수지의 사출 압력에 의해 사이드 캡이 변형되는 것을 차단한다. 물론 폐루프 리브는 직선 리브와 연결된다.

도 3d에 도시되어 있는 바와 같이 외측 날개부의 길이는 내측 날개부의 길이보다 상대적으로 길게 형성한다. 부연하여 설명하면, 외측 날개부의 길이는 20㎜인 경우, 내측 날개부의 길이는 13㎜이다. 또한, 외측 날개부와 내측 날개부의 두께는 1.5㎜이다. 이외에도 외측 날개부가 알루미늄 바에 용이하게 인입될 수 있도록 외측 날개부는 구배를 가질 수 있다. 일 예로 외측 날개부 중 알루미늄 바에 밀착되는 내측면의 구배는 0.5°로 형성할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 내측 날개부에 리브를 형성하여 수지의 압력 또는 온도에 상관없이 알루미늄 바의 내부로 수지가 주입되지 않는 방안을 제안한다.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바 상에 수지를 이용하여 수지 성형물을 형성하는 방안을 도시하고 있다. 이하 도 4를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바 상에 수지를 이용하여 수지 성형물을 형성하는 방안에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

특히, 도 4는 단면적이 원형인 알루미늄 바 상에 수지를 이용하여 수지 성형물을 형성하는 방안을 도시하고 있다. 상술한 바와 같이 알루미늄 바 상에 수지를 이용하여 수지 성형물을 형성하는 방안은 금형 내부에 알루미늄 바를 인입시킨 상태에서 금형 내부로 수지를 사출한다.

이 경우 금형 내부로 사출되는 수지의 압력에 의해 알루미늄 바에 수지 성형물이 성형된다. 하지만, 단면적이 원형인 알루미늄 바에 수지 성형물을 성형할 경우, 알루미늄 바와 수지 성형물 사이의 마찰력은 상대적으로 낮다. 따라서 수지 성형물은 작은 힘에도 알루미늄 바 상에서 회전하게 된다. 즉, 단면적이 원형인 알루미늄 바에 수지 성형물을 형성할 경우, 수지 성형물을 형성하는 시점에서는 주입되는 수지의 압력에 의해 알루미늄 바가 변형될 가능성이 다른 형상에 비해 작으나, 완성된 이후 수지 성형물은 알루미늄 바 상에서 회전할 가능성이 높다.

따라서 본 발명은 수지를 알루미늄 바에 사출하는 시점에서 알루미늄 바의 변형이 상대적으로 적으며, 수지 성형물이 알루미늄 바에 성형된 이후에는 수지 성형물이 알루미늄 바에 단단히 고정되는 방안을 제안한다.

상술한 바와 같이 알루미늄 바의 단면이 원형인 경우에는 수지 성형물이 알루미늄 바 상에서 회전할 수 있으므로 제외하기 한다. 따라서 본 발명은 단면이 적어도 두 개의 곡률을 갖는 알루미늄 바를 제안한다. 특히 본 발명은 금형 내에서 수지가 주입되는 방향에 형성된 알루미늄 바의 형상과 수지가 주입되는 반대 방향에 형성된 알루미늄 바의 형상을 달리하는 방안을 제안한다.

상술한 바와 같이 알루미늄 바의 단면 형상을 원형으로 형성하는 대신 금형 내부로 주입된 수지에 의해 성형된 수지 형성물과 알루미늄 바 간의 마찰력을 높이기 위해 일부 영역에 모서리를 형성한다.

도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바의 형상을 도시하고 있다. 이하 도 5를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바의 형상에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 5에 의하면, 알루미늄 바의 단면은 원형이 아니라 적어도 두 개의 곡률을 갖는 것으로 형성되어 있음을 나타내고 있다. 이와 같이 알루미늄 바의 단면이 원형이 적어도 두 개의 곡률을 갖는 것으로 형성되는 경우, 사출되어 성형된 수지 성형물은 알루미늄 바에 단단히 고정된다.

하지만, 금형 내부에 인입된 알루미늄 바에 수지를 주입하는 경우, 주입되는 수지의 압력에 의해 알루미늄 바의 변형이 초래된다. 즉, 알루미늄 바의 단면이 적어도 두 두 개의 곡률을 갖는 상태에서 수지가 주입되면 주입되는 수지의 압력에 의해 알루미늄 바는 내측으로 변형이 초래된다. 따라서 본 발명은 알루미늄 바의 변형이 초래되지 않으면서 수지 성형물이 알루미늄 바에 단단히 고정되는 방안을 제안한다. 부연하여 설명하면, 수지가 주입되는 방향에 형성된 단면의 곡률이 상대적으로 가장 작게 형성하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바의 형상에 따른 변형률을 나타내고 있다. 이하 도 6을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 알루미늄 바의 형상에 따른 변형률에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 6은 단면이 곡률을 갖는 알루미늄 바를 도시하고 있으면, 특히 도 6a는 단면이 사각형인 알루미늄 바를 도시하고 있으며, 도 6b 내지 도 6d는 특정 면이 직선이 아니라 곡선으로 형성된 예를 도시하고 있으며, 도 6b 내지 도 6d는 곡률이 서로 상이한 경우를 도시하고 있다. 즉, 도 6b가 곡률이 가장 크며, 도 6d가 곡률이 가장 작은 경우를 도시하고 있다.

도 6에 의하면, 곡률이 가장 작은 도 6d가 변형률이 가장 작으며, 곡률이 가장 큰 도 6b(또는 도 6a)가 변형률 가장 많음을 알 수 있다. 따라서 본 발명은 수지가 주입되는 방향에 위치한 알루미늄 바의 단면은 직선이 아니라 곡선으로 형성하는 것이 바람직하며, 다른 단면은 직선이 포함되도록 형성하며, 성형된 수지 성형물이 알루미늄 바 상에서 회전하지 않도록 한다.

또한, 수지가 주입되는 방향의 위치한 알루미늄 바의 단면이 상대적으로 가장 작은 곡률을 가질 수 있다. 이 경우, 각 면은 상술한 바와 같이 필요한 경우 곡률을 가질 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100: 카울크로스멤버 110: 알루미늄 바
120: 수지 성형물 130: 마그네슘 성형물

Claims (5)

1. 알루미늄 소재이며, 일정 길이를 갖는 내부가 빈 알루미늄 바에 접착제를 도장하는 단계;
   상기 접착제가 도장된 알루미늄 바를 금형 내부에 인서트하는 단계;
   상기 금형을 닫은 상태에서 금형 내부로 수지를 주입하는 단계; 및
   닫힌 상기 금형을 열어 주입된 수지가 성형된 수지 성형물이 접착된 알루미늄 바를 인출하는 단계를 포함하며,
   상기 알루미늄 바의 양 종단 중 적어도 어느 하나의 종단에 리브가 형성된 사이드 캡을 씌운 상태에서 상기 금형 내부로 인서트되며, 상기 사이드 캡에 의해 알루미늄 바의 종단이 밀폐되며,
   상기 알루미늄 바의 단면은 서로 상이한 적어도 2개의 곡률을 포함하며,
   상기 사이드 캡은,
   상기 알루미늄 바의 내측에 밀착되도록 일정 길이 돌출된 내측 날개부;
   상기 알루미늄 바의 외측에 밀착되도록 일정 길이 돌출된 외측 날개부; 및
   상기 내측 날개부 상에 형성된 리브를 포함하며,
   상기 외측 날개부의 돌출된 길이는 상기 내측 날개부의 돌출된 길이에 비해 상대적으로 길게 형성됨을 특징으로 하는 카울크로스멤버 제조 방법.
   
2. 제 1항의 카울크로스멤버 제조 방법에 의해 제조된 카울크로스 멤버.
   
3. 알루미늄 소재이며, 일정 길이를 갖는 내부가 빈 알루미늄 바에 접착제를 도장하는 단계;
   상기 접착제가 도장된 알루미늄 바를 금형 내부에 인서트하는 단계;
   상기 금형을 닫은 상태에서 금형 내부로 수지를 주입하는 단계; 및
   닫힌 상기 금형을 열어 주입된 수지가 성형된 수지 성형물이 접착된 알루미늄 바를 인출하는 단계를 포함하며,
   상기 알루미늄 바의 단면은 서로 상이한 적어도 2개의 곡률을 포함하며,
   상기 수지가 주입되는 방향은 상기 적어도 2개의 단면의 곡률 중 상대적으로 가장 작은 곡률을 갖는 단면으로 주입됨을 특징으로 하는 카울크로스멤버 제조 방법.
   
4. 삭제
5. 제 3항의 카울크로스멤버 제조 방법에 의해 제조된 카울크로스 멤버.

Images