KR102113982B1 - 서브프레임 - Google Patents

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KR102113982B1
KR102113982B1 KR1020180097990A KR20180097990A KR102113982B1 KR 102113982 B1 KR102113982 B1 KR 102113982B1 KR 1020180097990 A KR1020180097990 A KR 1020180097990A KR 20180097990 A KR20180097990 A KR 20180097990A KR 102113982 B1 KR102113982 B1 KR 102113982B1
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김양수
노재동
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주식회사 화신
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • B62D21/152—Front or rear frames
    • B62D21/155—Sub-frames or underguards
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/04—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of synthetic material
    • B62D29/041—Understructures

Abstract

서브프레임에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 서브프레임은: 복합소재로 형성되는 프레임 바디; 프레임 바디의 양측에 매립되도록 인서트 사출되는 복수의 마운트 인서트부; 및 프레임 바디의 양측에 매립되도록 인서트 사출되는 복수의 체결 인서트부를 포함하고, 마운트 인서트부는 상하측을 향하여 관통되는 마운트홀부가 형성되는 마운트 파이프; 및 마운트 파이프가 프레임 바디에서 이탈되는 것을 방지하도록 마운트 파이프의 둘레부에 함몰되게 형성되는 이탈방지홈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

서브프레임{SUBFRAME}
본 발명은 서브프레임에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중량을 감소시키고, 강성을 증가시키며, 부품의 이탈을 방지할 수 있는 서브프레임에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 차체를 지지하도록 서브프레임이 설치된다. 서브프레임은 차량의 전방측에 설치된다. 서브프레임은 텐션암과 레터럴암에 연결된다. 서브프레임은 사각틀 형태, 사각판 형태 등으로 형성된다. 서브프레임은 스틸소재로 제작된다.
그러나, 종래에는 서브프레임이 스틸소재로 제작되므로, 차량의 중량이 증가될 수 있다. 차량의 중량이 증가됨에 따라 연비가 증가될 수 있다.
또한, 서브프레임에는 차체, 텐션암 및 레터럴암 등과 연결되도록 복수의 마운트 체결부와 복수의 암 체결부 등이 압입된다. 마운트 체결부와 암 체결부가 서브프레임에 압입되므로, 외부의 충격 등에 의해 마운트 체결부나 암 체결부가 서브프레임에서 분리 또는 이탈될 수 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1836399호(2018. 03. 09 공고, 발명의 명칭: 차량용 서브프레임의 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 중량을 감소시키고, 강성을 증가시키며, 부품의 이탈을 방지할 수 있는 서브프레임 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 서브프레임은: 복합소재로 형성되는 프레임 바디; 상기 프레임 바디의 양측에 매립되도록 인서트 사출되는 복수의 마운트 인서트부; 및 상기 프레임 바디의 양측에 매립되도록 인서트 사출되는 복수의 체결 인서트부를 포함하고, 상기 마운트 인서트부는 상하측을 향하여 관통되는 마운트홀부가 형성되는 마운트 파이프; 및 상기 마운트 파이프가 상기 프레임 바디에서 이탈되는 것을 방지하도록 상기 마운트 파이프의 둘레부에 함몰되게 형성되는 이탈방지홈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이탈방지홈부는 상기 마운트 파이프의 외측면에 서로 이격되게 형성되는 복수의 걸림홈부; 및 복수의 상기 걸림홈부 사이에 각각 형성되는 복수의 걸림턱부를 포함할 수 있다.
복수의 상기 걸림홈부는 상기 마운트 파이프의 원주방향을 따라 등간격으로 형성될 수 있다.
상기 이탈방지홈부는 상기 마운트 파이프의 외측면에 원주방향을 따라 환형으로 형성될 수 있다.
상기 체결 인서트부는 체결홀부가 형성되고, 상기 프레임 바디에 매립되는 체결 파이프; 및 상기 체결 파이프를 지지하도록 상기 체결 파이프의 외측면에 연결되고, 상기 프레임 바디에 매립되는 강성증대부를 포함할 수 있다.
상기 강성증대부는 판형으로 형성될 수 있다.
상기 프레임 바디는 상기 마운트 인서트부가 양측에 인서트 사출되고, 사각틀 형태로 형성되는 프레임부; 및 상기 프레임부에서 하측으로 연장되고, 상기 체결 인서트부가 인서트 사출되는 복수의 체결리브를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 프레임 바디가 복합소재로 제작되므로, 서브프레임의 필요 강도를 확보하면서 경량화할 수 있다. 따라서, 차량의 경량화에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마운트 인서트부와 체결 인서트부가 프레임 바디에 매립되므로, 마운트 인서트부가 프레임 바디에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 서브프레임의 제조시간을 단축하고, 제조비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임의 상부를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임의 하부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 마운트 인서트부가 프레임 바디에 설치된 상태를 도시한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 마운트 인서트부의 제1 실시예를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 마운트 인서트부의 제1 실시예를 도시한 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 마운트 인서트부의 제2 실시예를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 마운트 인서트부의 제2 실시예를 도시한 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 체결 인서트부가 프레임 바디에 설치된 상태를 도시한 확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 체결 인서트부를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임의 마운트 인서트부와 체결 인서트부가 하부 금형에 위치되는 상태를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임의 마운트 인서트부와 체결 인서트부의 상측에 복합소재시트가 적층되는 상태를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스부가 복합소재시트를 가압하는 상태를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스부가 복합소재시트를 가압하여 서브프레임을 제작한 상태를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스부가 상승되는 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 서브프레임의 일 실시예를 설명한다. 서브프레임을 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임의 상부를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임의 하부를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 마운트 인서트부가 프레임 바디에 설치된 상태를 도시한 확대도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 마운트 인서트부의 제1 실시예를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 마운트 인서트부의 제1 실시예를 도시한 정면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 마운트 인서트부의 제2 실시예를 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 마운트 인서트부의 제2 실시예를 도시한 정면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 체결 인서트부가 프레임 바디에 설치된 상태를 도시한 확대도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임에서 체결 인서트부를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임(100)은 프레임 바디(110), 복수의 마운트 인서트부(120) 및 복수의 체결 인서트부(130)를 포함한다.
프레임 바디(110)는 복합소재로 형성된다. 복합소재로는 FRP(fiber reinforced plastics), 유리섬유, 나일론포, 비닐론 섬유 등의 보강제를 폴리에스테르수지, 에폭시수지 등의 열가소성수지에 가하여 경화시킨 소재를 의미한다. 프레임 바디(110)가 복합소재로 제작되므로, 서브프레임(100)의 필요 강도를 확보하면서 경량화할 수 있다. 따라서, 차량의 경량화에 기여할 수 있다.
프레임 바디(110)는 프레임부(111)와 복수의 체결리브(115)를 포함한다. 프레임부(111)의 양측에는 마운트 인서트부(120)가 인서트 사출되고, 프레임부(111)는 사각틀 형태로 형성된다. 프레임부(111)는 양측에 배치되는 사이드부(112)와, 사이드부(112)를 연결하는 크로스부(113)를 포함한다. 복수의 체결리브(115)는 프레임부(111)에서 하측으로 연장되고, 각각의 체결리브(115)에는 체결 인서트부(130)가 인서트 사출된다. 프레임부(111)가 사각틀 형태로 형성되므로, 프레임 바디(110)의 중량을 감소시킬 수 있다. 또한, 프레임부(111)가 사이드부(112)와 크로스부(113)를 포함하므로, 차체의 하부가 안정되게 지지될 수 있다.
사이드부(112)와 크로스부(113)의 단면은 대략 "∩" 형태로 형성된다. 사이드부(112)와 크로스부(113)의 단면이 대략 "∩" 형태로 형성되므로, 프레임 바디(110)의 강성을 증가시키고, 프레임 바디(110)의 무게를 감소시킬 수 있다.
복수의 마운트 인서트부(120)는 프레임 바디(110)의 양측에 매립되도록 인서트 사출된다. 마운트 인서트부(120)는 프레임 바디(110)의 양측에 3개씩 설치될 수 있다. 마운트 인서트부(120)가 프레임 바디(110)에 매립되므로, 마운트 인서트부(120)가 프레임 바디(110)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
마운트 인서트부(120)는 마운트 파이프(121) 및 이탈방지홈부(123)를 포함한다. 마운트 파이프(121)에는 상하측을 향하여 관통되는 마운트홀부(122)가 형성된다. 마운트 파이프(121)는 상하방향으로 나란하게 배치된다. 이탈방지홈부(123)는 마운트 파이프(121)가 프레임 바디(110)에서 이탈되는 것을 방지하도록 마운트 파이프(121)의 둘레부에 함몰되게 형성된다. 이탈방지홈부(123)가 마운트 파이프(121)에 함몰되게 형성되므로, 마운팅 인서트부(120)가 프레임 바디(110)에 인서트 사출될 때에 복합소재 물질이 이탈방지홈부(123)로 유입된다. 따라서, 마운트 인서트부(120)가 프레임 바디(110)에서 이탈되거나 분리되는 것을 방지할 수 있다.
이탈방지홈부(123)는 복수의 걸림홈부(123a)와 복수의 걸림턱부(123b)를 포함한다. 복수의 걸림홈부(123a)는 마운트 파이프(121)의 외측면에 서로 이격되게 형성된다. 이때, 복수의 걸림홈부(123a)는 마운트 파이프(121)의 원주방향을 따라 등간격으로 형성된다. 복수의 걸림턱부(123b)는 복수의 걸림홈부(123a) 사이에 각각 형성된다. 걸림홈부(123a)가 원주방향을 따라 등간격으로 형성되므로, 마운트 파이프(121)가 원주방향을 따라 균일한 지지력으로 지지된다. 또한, 복수의 걸림턱부(123)가 마운트 파이프(121)의 원주방향을 따라 형성되므로, 마운트 파이프(121)에 외력이 가해질 때에 마운트 파이프(121)가 원주방향으로 슬립되는 것을 방지할 수 있다.
이탈방지홈부(123)는 마운트 파이프(121)의 외측면에 원주방향을 따라 환형으로 형성될 수 있다. 이탈방지홈부(123)가 환형으로 형성되므로, 마운트 인서트부(120)가 프레임 바디(110)에서 마운트 파이프(121)의 길이방향으로 슬립되거나 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 마운트 인서트부(120)에 외력이 가해질 때에 마운트 파이프(121)가 원주방향을 따라 균일한 지지력으로 지지된다.
복수의 체결 인서트부(130)는 프레임 바디(110)의 양측에 매립되도록 인서트 사출된다. 체결 인서트부(130)가 프레임 바디(110)에 매립되므로, 체결 인서트부(130)가 프레임 바디(110)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 마운트 인서트부(120)와 체결 인서트부(130)가 프레임 바디(110)에 인서트 사출되므로, 마운트 인서트부(120)와 체결 인서트부(130)를 프레임 바디(110)에 압입하는 공정을 생략할 수 있다. 따라서, 서브프레임(100)의 제조 공정을 단순화시킬 수 있으므로, 서브프레임(100)의 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
체결 인서트부(130)는 체결 파이프(131)와 강성증대부(133)를 포함한다. 체결 파이프(131)에는 체결부재(미도시)가 체결되도록 체결홀부(132)가 형성되고, 체결 파이프(131)는 프레임 바디(110)에 매립된다. 강성증대부(133)는 체결 파이프(131)를 지지하도록 체결 파이프(131)의 외측면에 연결되고, 프레임 바디(110)에 매립된다. 강성증대부(133)가 체결 파이프(131)를 지지하므로, 체결 파이프(131)의 지지력을 보강할 수 있다. 또한, 체결 파이프(131)에 가해지는 외력이 강성증대부(133)에 의해 분산될 수 있다. 또한, 강성증대부(133)가 체결 파이프(131)에 연결되므로, 체결 파이프(131)가 프레임 바디(110)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
강성증대부(133)는 판형으로 형성된다. 예를 들면, 강성증대부(133)는 다각판 또는 원판 형태로 형성될 수 있다. 강성증대부(133)는 체결 파이프(131)와 일체로 형성되거나 용접에 의해 고정될 수 있다.
마운트홀부(122)는 프레임 바디(110)의 두께방향(상하방향)과 나란하도록 형성되고, 체결홀부(132)는 마운트홀부(122)와 수직하게(수평방향) 형성된다.
이때, 체결리브(115)는 프레임 바디(110)의 양측 사이드부(112)에 2쌍이 각각 형성되고, 각 체결리브(115)에는 체결 인서트부(130)가 매립된다. 차체의 양측에는 레터럴암(미도시)과 텐션암(미도시)이 연결되고, 레터럴암과 텐션암은 해당 체결 인서트부(130)에 각각 연결된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임의 제조방법에 관해 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임의 마운트 인서트부와 체결 인서트부가 하부 금형에 위치되는 상태를 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브프레임의 마운트 인서트부와 체결 인서트부의 상측에 복합소재시트가 적층되는 상태를 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스부가 복합소재시트를 가압하는 상태를 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스부가 복합소재시트를 가압하여 서브프레임을 제작한 상태를 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스부가 상승되는 상태를 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 14를 참조하면, 마운트 인서트부(120)를 제작한 후 마운트 인서트부(120)의 표면을 방청제로 도장한다. 또한, 체결 인서트부(130)를 제작한 후 체결 인서트부(130)의 표면을 방청제로 도장한다.
마운트 인서트부(120)와 체결 인서트부(130)를 하부 금형(10)의 가압챔버(12)에 안착시킨다. 이때, 가압챔버(12)는 프레임 바디(110)와 동일한 형태로 형성된다. 마운트 인서트부(120)는 양측 사이드부(112)에서 인서트 사출될 위치에 배치되고, 체결 인서트부(130)는 체결리브(115)가 형성될 위치에 배치된다.
마운트 인서트부(120)는 마운트 파이프(121)가 상하방향으로 나란하게 배치되고, 체결 인서트부(130)는 체결 파이프(131)가 수평방향으로 나란하게 배치된다. 이때, 마운트홀부(122)와 체결홀부(132)는 별도의 부재나 가압챔버(12)의 구조물 등에 의해 외부물질이 유입되지 못하도록 폐쇄된다.
가열챔버(미도시)에서 복수의 복합소재시트(101)를 가열한다. 이때, 복합소재시트(101)로는 사각틀 형태로 형성된 얇은 수지판 또는 직사각판 등 다양한 형태가 적용될 수 있다. 복합소재시트(101)는 대략 200℃ 정도로 가열된다. 복합소재시트(101)가 가열됨에 따라 연성이 증가된다.
가열된 복합소재시트(101)는 하부 금형(10)에 적층된다. 이때, 프레임 바디(110)의 부위별 높이에 따라 복합소재시트(101)를 부위별로 다른 높이로 적층할 수 있다.
프레스부(20)가 적층된 복합소재시트(101)를 가압하여 마운트 인서트부(120)와 체결 인서트부(130)가 적층된 복합소재시트(101)에 인서트 사출됨에 따라 프레임 바디(110)가 형성된다. 이때, 적층된 복합소재시트(101)가 프레스부(20)에 의해 대략 1500ton 정도의 압력으로 가압되면, 복합소재시트(101)가 유동됨에 따라 마운트 인서트부(120)와 체결 인서트부(130)를 둘러싸게 된다. 또한, 복합소재시트(101)의 유동물질이 가압챔버(12)의 형태에 맞게 유동된다.
복합소재시트(101)의 가압 시간이 완료되면, 프레스부(20)가 상승된다. 프레스부(20)의 상승 후 프레임 바디(110)가 경화됨에 따라 프레임 바디(110)의 제조가 완료된다.
상기와 같이, 프레임 바디(110)가 복합소재로 제작되므로, 서브프레임(100)의 필요 강도를 확보하면서 경량화할 수 있다. 따라서, 차량의 경량화에 기여할 수 있다.
또한, 마운트 인서트부(120)와 체결 인서트부(130)가 프레임 바디(110)에 매립되므로, 마운트 인서트부(120)가 프레임 바디(110)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 서브프레임(100)의 제조시간을 단축하고, 제조비용을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 하부 금형 12: 가압챔버
20: 프레스부 100: 서브프레임
101: 복합소재시트 110: 프레임 바디
111: 프레임부 112: 사이드부
113: 크로스부 115: 체결리브
120: 마운트 인서트부 121: 마운트 파이프
122: 마운트홀부 123: 이탈방지홈부
123a: 걸림홈부 123b: 걸림턱부
130: 체결 인서트부 131: 체결 파이프
132: 체결홀부 133: 강성증대부

Claims (7)

  1. 복합소재로 형성되는 프레임 바디와, 상기 프레임 바디의 양측에 매립되도록 인서트 사출되는 복수의 마운트 인서트부 및, 상기 프레임 바디의 양측에 매립되도록 인서트 사출되는 복수의 체결 인서트부를 포함하고, 상기 마운트 인서트부는 상하측을 향하여 관통되는 마운트홀부가 형성되는 마운트 파이프 및, 상기 마운트 파이프가 상기 프레임 바디에서 이탈되는 것을 방지하도록 상기 마운트 파이프의 둘레부에 함몰되게 형성되는 이탈방지홈부를 포함하되,
    상기 체결 인서트부는, 체결홀부가 형성되고, 상기 프레임 바디에 매립되는 체결 파이프 및, 상기 체결 파이프를 지지하도록 상기 체결 파이프의 외측면에 연결되고, 상기 프레임 바디에 매립되는 강성증대부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브프레임.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이탈방지홈부는,
    상기 마운트 파이프의 외측면에 서로 이격되게 형성되는 복수의 걸림홈부; 및
    복수의 상기 걸림홈부 사이에 각각 형성되는 복수의 걸림턱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브프레임.
  3. 제2 항에 있어서,
    복수의 상기 걸림홈부는 상기 마운트 파이프의 원주방향을 따라 등간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 서브프레임.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 이탈방지홈부는 상기 마운트 파이프의 외측면에 원주방향을 따라 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 서브프레임.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 강성증대부는 판형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 서브프레임.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 프레임 바디는,
    상기 마운트 인서트부가 양측에 인서트 사출되고, 사각틀 형태로 형성되는 프레임부; 및
    상기 프레임부에서 하측으로 연장되고, 상기 체결 인서트부가 인서트 사출되는 복수의 체결리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브프레임.
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