KR102161096B1 - 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널 - Google Patents

Abstract

경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널이 개시된다. 본 발명에 따른 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널은, 차량의 내부 일측을 구성하도록 사출성형되는 수지패널; 상기 수지패널의 일영역에 대한 보강을 위해 금형 내에 인서트되어 일부매립 상태로 상기 수지패널과 일체화되는 금속재 보강프레임; 및 상기 수지패널의 사출시 상기 보강프레임에 형성된 다수의 리브홀을 통해 상기 보강프레임의 비매립면 쪽으로 유동하며 돌출된 형태로 사출형성되어 상기 수지패널을 추가보강하는 보강리브를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 사출성형되는 수지패널의 보강을 위해 로케이터 없이 금형 내에 인서트되는 금속재 보강프레임과, 사출시 보강프레임에 형성된 다수의 리브홀을 통해 돌출된 형태로 사출형성되어 수지패널과 일체화되는 보강리브가 서로 중첩적으로 수지패널을 보강함에 따라 수지패널 자체의 내충격성과 강성이 더욱 견고하게 확보될 수 있다.

Description

경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널{HYBRID PANEL FOR VEHICLE INTERIOR PART WITH LIGHTWEIGHT REINFORCEMENT STRUCTURE}

본 발명은 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 차량의 내부를 구성하는 패널을 금속재가 아닌 경량의 합성수지를 소재로 하면서도 필요한 내충격성과 강성을 금속 보강재 및 보강 사출구조를 통해 확보한 차량내장용 하이브리드패널에 관한 것이다.

자동차의 내부 형상을 구성하는 도어트림패널, 도어용 이너패널, 인스트루먼트패널, 테일게이트패널 등과 같은 다양한 내장 패널들은, 종래 금속 판재를 소재로 하였으나, 제조 비용, 생산성, 경량화 및 고품질의 질감 구현 등을 이유로 근래에는 합성수지를 주요 소재로 하여 사출성형법에 의해 제작되고 있다.

다만, 합성수지 소재의 차량 내장재용 패널은, 그 자체로 사용되기보다는 소재 특성상 종래 금속 판재로 된 패널 대비 내충격성이나 강성이 부족하여 이를 강화 내지 보강하기 위해 별물의 보강재가 패널의 특정 영역에 부가되고 있다.

위와 같은 합성수지 패널에 대한 보강재의 부가는, 다양한 방식으로 이루어질 수 있지만, 별물의 금속 보강재를 제작한 후 패널의 사출성형시 인서트하는 방식으로 이루어지거나 또는 금속 브라켓을 별도로 제작한 후 리벳, 볼트, 접착제 등과 같은 결합수단을 이용하여 패널의 특정 영역에 접합시키는 방식으로 이루어지고 있다.

이렇게 합성수지 패널에 보강재를 부가하는 선행기술 중 본 발명의 출원인이 출원하여 등록된 대한민국등록특허 제10-1768041호(공고일: 2017년 08월 16일)는 도어용 하이브리드 이너패널에 대한 기술을 개시하고 있다.

도 6에 도시된 바와 같은 본 선행기술에 따르면, 패널의 내부에 금속재 보강프레임(130,131,132)을 인서트함으로써 이너패널(110,120)에 필요한 강성 확보와 경량화, 내부식성 등이 모두 도모될 수 있고, 종래 금속 판재로 된 패널 대비 감소된 작업공수로 인해 자동차 제조의 생산성 향상과 생산비용의 저감이 가능해지는 장점이 있다.

그러나 도 6에서처럼 이너패널(110,120) 내부에 보강프레임(130,131,132)이 완전히 매립되도록 금형 내에 인서트 하기 위해서는, 필연적으로 보강프레임(130,131,132)을 지지하기 위한 제1,2 로케이터(217,227)가 제1,2 형판(210,220)에 형성되어야 하는 관계상 금형의 제작이 복잡해진다는 문제가 있었다.

또한, 보강프레임(130,131,132)이 이너패널(110,20) 내부에 완전히 매립되는 구조는 다른 곳에 비해 두꺼울 수밖에 없어 슬림한 형태로 설계변경이 요구되는 경우 일정한 제약으로 작용하게 된다는 점, 완성된 이너패널(100)의 표면에는 제1,2 로케이터(217,220)로 인해 필연적으로 제1,2 로케이터홀(H1,H2)이 형성될 수밖에 없어 패널의 외관품질을 저해하게 된다는 점에서 이를 구조적으로 해소하거나 개선하기 위한 노력과 연구개발이 필요한 실정이다.

대한민국등록특허 제10-1768041호(공고일: 2017년 08월 16일)

본 발명의 목적은, 합성수지를 소재로 하면서도 필요한 내충격성과 강성을 금속 보강재와 보강 사출구조를 통해 확보하는 한편, 패널 제조용 금형을 단순화할 수 있고, 보강재가 인서트 되더라도 슬림한 형태로 보다 경량화되며 깔끔한 외관 구현이 가능한 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 차량의 내부 일측을 구성하도록 사출성형되는 수지패널; 상기 수지패널의 일영역에 대한 보강을 위해 금형 내에 인서트되어 일부매립 상태로 상기 수지패널과 일체화되는 금속재 보강프레임; 및 상기 수지패널의 사출시 상기 보강프레임에 형성된 다수의 리브홀을 통해 상기 보강프레임의 비매립면 쪽으로 유동하며 돌출된 형태로 사출형성되어 상기 수지패널을 추가보강하는 보강리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널에 의해 달성된다.

상기 보강리브는, 상기 보강프레임을 따라 소정간격으로 이격형성된 직사각형의 상기 리브홀에 의해 격벽형태의 판상으로 돌출되며 상기 수지패널과 일체를 이루게 될 수 있다.

상기 목적은, 차량의 내부 일측을 구성하도록 사출성형되는 수지패널; 상기 수지패널의 일영역에 대한 보강을 위해 금형 내에 인서트되어 일부매립 상태로 상기 수지패널과 일체화되는 금속재 보강프레임; 및 상기 수지패널의 사출시 상기 보강프레임에 형성된 다수의 리브홀을 통해 상기 보강프레임의 비매립면 쪽으로 유동하며 격벽형태의 판상으로 돌출되는 제1 리브와, 상기 제1 리브와 교차되는 격벽형태로 돌출되는 제2 리브로 이루어져 상기 수지패널을 추가보강하는 보강리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널에 의해 달성된다.

상기 리브홀은, 가장자리를 따라 상기 보강리브의 돌출방향으로 돌출된 버링부와, 상기 버링부의 단부를 따라 반복형성된 요철부가 더 구비될 수 있다.

상기 보강리브는, 상기 보강프레임의 매립면에서 상기 리브홀로 유입된 후, 상기 비매립면에서 상기 리브홀 주변의 상기 버링부가 매립되도록 확장형성된 확장결합부가 더 구비될 수 있다.

상기 버링부는, 상기 확장결합부와 접하게 되는 테두리 영역을 따라 이격형성되는 다수의 결합홀이 더 구비될 수 있다.

상기 수지패널은, 도어용 이너패널, 인스트루먼트패널 및 테일게이트패널 중 어느 하나일 수 있다.

상기 수지패널은, 사출성형시 상기 보강프레임의 전체 또는 일부 테두리를 둘러싸는 후크형구조로 돌출형성된 결합사출부를 더 포함하고, 상기 수지패널의 두께(t1), 상기 보강프레임의 두께(t2), 상기 결합사출부의 두께(t4) 및 상기 결합사출부의 덮힘길이(d3)의 비율은, t1 : t2 : t4 : d3 = 2~5 : 1~3 : 2~5 : 3~8 일 수 있다.

본 발명에 의하면, 사출성형되는 수지패널의 보강을 위해 로케이터 없이 금형 내에 인서트되는 금속재 보강프레임과, 사출시 보강프레임에 형성된 다수의 리브홀을 통해 돌출된 형태로 사출형성되어 수지패널과 일체화되는 보강리브가 서로 중첩적으로 수지패널을 보강함에 따라 수지패널 자체의 내충격성과 강성이 더욱 견고하게 확보될 수 있다.

또한, 보강프레임은 수지패널 내부에 완전히 매립되는 것이 아니라 비매립면이 금형 내에 접촉하도록 배치되어 수지패널 내부에 일부매립되는 구조로 이루어짐에 따라 수지패널 제조용 금형에서 로케이터의 배제가 가능해져 금형 구조를 단순화할 수 있고, 보강프레임의 인서트에도 패널을 슬림한 형태로 보다 경량화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널의 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면도와 실시예 및 변형예에 따른 보강리브의 A-A' 절단선에 따른 확대 단면을 각각 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 분해도와 실시예 및 변형예에 따른 리브홀의 확대도를 각각 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 또 다른 변형예에 따른 보강리브와 결합사출부를 도시한 도면이다.
도 5는 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 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널의 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면도와 실시예 및 변형예에 따른 보강리브의 A-A' 절단선에 따른 확대 단면을 각각 보여주는 도면이고, 도 3은 도 1의 분해도와 실시예 및 변형예에 따른 리브홀의 확대도를 각각 보여주는 도면이고, 도 4는 도 1의 또 다른 변형예에 따른 보강리브와 결합사출부를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 대응한 부분의 제작과정을 단계별로 각각 도시한 공정도이고, 도 6은 종래 자동차 도어용 이너패널의 결합관계와 구조를 설명하기 위한 도면이다.

발명의 설명 및 청구범위 등에서 방향을 지칭하는 상(위쪽), 하(아래쪽), 좌우(옆쪽 또는 측방), 전(정,앞쪽), 후(배,뒤쪽) 등은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 도면 및 구성간의 상대적 위치를 기준으로 정한 것으로, 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.

본 발명에 따른 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널(100)은, 합성수지로 사출성형되는 수지패널(110) 자체의 내충격성과 강성을 더욱 견고하게 강화하면서도 수지패널(110)을 전체적으로 보다 슬림한 형태로 경량화하고, 나아가 수지패널(110) 제조용 금형(10,20) 구조를 단순화하기 위해 안출된 발명이다.

상술한 바와 같은 기능 내지 작용을 구체적 구현은, 본 발명에 따른 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널(100)을 이루는 수지패널(110), 이종의 금속재 보강프레임(120) 및 보강리브(130) 상호 간이 수지패널(110)의 사출성형과정에서 소정의 형태로 보강 구조를 형성하며 일체로 견고하게 결합됨으로써 이루어지게 된다.

즉, 본 발명에 따른 차량내장용 하이브리드패널(100)은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 수지패널(110), 금속재 보강프레임(120) 및 보강리브(130) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 상술한 각 구성들에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 수지패널(110)은, 합성수지를 소재로 차량의 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 않지만, 차량용 내장재의 용도나 요구되는 물적 특성(성형성, 강도, 내충격성, 내열성, 파단 특성 등)에 따라 열가소성 플라스틱(우수한 성형성), 열경화성 플라스틱(우수한 기계적 강성), 섬유강화 플라스틱(특히, 경량화, 강도, 내충격성, 탄성율, 내피로 특성이 우수한 탄소섬유강화 플라스틱) 중 어느 하나로 구성되거나 또는 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

다만, 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 수지패널(110)은, 일례로서 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 강성확보를 위해 후술할 금속재 보강프레임(120)의 결합이 요구되는 차량 도어용 이너패널의 형상으로 제작될 수 있다.

이때, 수지패널(110)은, 탄소 단섬유(대략 수mm 내외)와 용융 수지를 도 5에 도시된 바와 같은 금형(10,20) 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 형성하게 된다.

보강프레임(120)은, 상술한 수지패널(110)의 일영역에 대한 부분적인 보강 내지 강화가 1차적으로 이루어지게 하고, 후술할 보강리브(130)의 사출형성을 매개하는 금속재의 판상형 구성요소로서, 수지패널(110)의 내측에 완전히 매립되는 것이 아니라 수지패널(110)에 대하여 일측의 매립면(120a)이 접합 또는 부착 결합됨으로써 수지패널(110)과 일체화될 수 있다.

여기서 수지패널(110)에 대한 보강프레임(120)의 일부매립형 일체화는, 로케이터 등에 의해 지지고정되지 않고 보강프레임(120)의 타측 비매립면(120b)이 금형(10) 내에 면대면으로 안착된 상태에서 금형(10,20)의 합형 후 수지패널(110)의 형상에 대응하는 캐비티에 합성수지를 사출함으로써 이루어지게 된다.(도 5 참조)

이러한 보강프레임(120)의 일부매립 구조로 인해 본 발명에 따른 차량내장용 하이브리드패널(100)은 보강재의 인서트에도 불구하고 경량화와 두께의 슬림화가 가능해져 디자인적 자유도가 증대되는 한편, 수지패널(110)의 강성증대 및 부속 장치의 견고한 장착 등이 가능하게 된다.

보강프레임(120)은, 수지패널(110)의 형성을 위한 사출성형공정이 이루어지기 전에 미리 보강이 요구되는 수지패널(110)의 일영역에 대응한 형상으로 별도의 프레스장치 등에 의해 제작될 수 있고, 수지패널(110)의 형상과 구조 또는 설치가 요구되는 부속 장치에 따라 다양한 형상과 개수로 제작될 수 있다.

다만, 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 보강프레임(120)은, 일례로서 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 차량 도어용 이너패널의 형태로 제작된 수지패널(110)에 대하여 취약부인 창틀 영역을 보강 내지 강화하기 위해 이에 대응하는 형상의 금속 판재로 제작하게 된다.

이때, 보강프레임(120)의 중앙부에는 수지패널(110)의 사출성형시 후술할 다수의 보강리브(130)가 함께 형성되도록 매개하는 다수의 리브홀(122)이 프레스장치 등에 의해 소정 간격마다 관통형성된다.

이렇게 다수의 지점에서 형성된 리브홀(122)을 매개로 돌출된 형태로 사출성형되는 보강리브(130)로 인해, 보강프레임(120)과 수지패널(110) 간은 견고하게 결합될 수 있다.

여기서 리브홀(122)의 개수와 이격배치는 보강프레임(120)의 형상이나 구조 및 크기, 수지패널(110)에 대하여 요구되는 결합력의 정도 등을 고려하여 적절하게 증감될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 리브홀(122)은 도 3의 (a)에 도시된 확대부분의 실시예와 같이 단순히 직사각형의 형태로 뚫린 관통홀일 수 있고, 이와 달리 도 3의 (b) 및 도 4의 (a)에 도시된 확대부분의 변형예와 같이 버링부(123) 및 요철부(124) 등을 포함한 관통홀일 수 있다.

버링부(123)는, 후술할 보강리브(130)의 기저부를 보다 견고히 지지하여 보강리브(130)의 파손을 방지하기 위해 마련된 구성요소로서, 관통형성된 리브홀(122)의 주변 두께를 보강프레임(120)보다 상대적으로 두껍게 형성하는 판금 프레스 가공법에 의해 리브홀(122)의 가장자리를 따라 보강리브(130)의 돌출방향으로 돌출되어 이루어지게 된다.

요철부(124)는 상술한 버링부(123)의 단부를 따라 반복형성되는 구성요소로서, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 삼각형의 요철일 수 있으며, 이와 다르게 사각형 또는 파형상 등으로 이루어질 수 있음은 물론이다.

위와 같이 버링부(123) 및 요철부(124)를 갖는 리브홀(122)의 구조는, 단순히 관통된 구멍형태와 비교시 수지패널(110)과의 접촉면적을 증대하고, 양자 간의 상하좌우 이동이나 상대회전을 견고히 억제하기 위한 것으로, 이를 통해 수지패널(110)과 보강프레임(120) 간에 결합력이 강화됨은 물론, 외부 충격이나 진동에도 이음 발생이나 파손 내지 분리가 효과적으로 방지될 수 있게 된다.

본 발명의 실시예 및 변형예 등에 따른 보강프레임(120)은, 강성 및 경량화 모두를 도모할 수 있는 경량의 고강성 알루미늄합금, 또는 강철 합금 등을 소재로 제작하되, 그 두께는 보강의 정도나 보강 위치의 구조적 형상에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

다만, 차량의 경량화와 수지패널(110)의 기본적인 강성과 그 두께를 고려하여 대략 1T 내지 3T가 되도록 형성하되, 바람직하게는 수지패널(110)의 두께가 3T일 때, 대략 보강프레임(120)은 1T의 두께를 갖도록 형성하게 된다.

보강리브(130)는, 소재적으로 수지패널(110)을 보강하는 상술한 금속재 보강프레임(120)과 함께 수지패널(110)을 구조적인 측면에서 추가보강하기 위해 마련된 구성요소로서, 수지패널(110)의 사출시 보강프레임(120)에 형성된 다수의 리브홀(122)을 통해 보강프레임(120)의 비매립면(120b) 쪽으로 유동하며 돌출된 형태로 사출형성되어 수지패널(110)과 일체를 이루게 된다.

위와 같은 보강리브(130)의 형성구조는, 보강프레임(120)을 기준으로 수지패널(110)이 사출형성되지 않는 쪽 즉, 보강프레임(120)의 비매립면(120b) 측에서 다수의 리브홀(122)에 각각 대응하도록 돌출형성되어 이루어지는 것으로, 이로 인해 패널의 경량화 및 구조적인 강성증대가 최적화된 구조로 구현될 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 보강리브(130)는, 도 1의 (a) 및 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 보강프레임(120)을 따라 소정간격으로 이격형성된 직사각형의 리브홀(122)에 의해 격벽형태의 판상으로 돌출되어 이루어질 수 있다.

이때, 격벽형태로 된 판상의 보강리브(130)는, 도 5에 도시된 바와 같이 이에 대응하는 형태로 가동측 금형(10) 상에 형성된 리브형성캐비티(14)로 사출수지가 유입됨으로써 형성될 수 있다. 물론, 리브형성캐비티(14)는 도시된 바와 달리 고정측 금형(20)에 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 변형예에 따른 보강리브(130)는, 도 1의 (b) 및 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 리브(132) 및 제2 리브(134) 등을 포함하는 구조로 형성될 수 있는데, 이는 도 5에 도시된 가동측 금형(10)을 제1,2 리브(132,134)에 대응하는 리브형성캐비티(미도시)가 형성된 금형(10)으로 교체함으로써 이루어질 수 있다.

즉, 리브홀(122)이 형성된 보강프레임(120)에 대한 별도의 변형 없이 단순히 다른 형상의 리브형성캐비티(14)가 구비된 금형(10)의 교체만으로 다양한 형상의 보강리브(130)가 형성될 수 있게 된다.

여기서 제1 리브(132)는, 수지패널(110)의 사출시 보강프레임(120)에 형성된 직사각형의 동일한 리브홀(122)을 통해 보강프레임(120)의 비매립면(120b) 쪽으로 유동하며 격벽형태의 판상으로 돌출형성되는 구성요소로서, 실시예의 보강리브(130)에 대응하는 형태일 수 있다.

그리고 제2 리브(134)는, 직사각형의 동일한 리브홀(122)을 통해 보강프레임(120)의 비매립면(120b) 쪽으로 유동하며 제1 리브(132)와 교차되는 격벽형태로 돌출형성되는 구성요소이다.

이렇게 서로 교차하며 일체로 돌출형성된 제1,2 리브(132,134)로 구성된 십자형 보강리브(130)는, 도 1의 (b) 및 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 보강프레임(120)을 둘러싸는 형태로 보강프레임(120)의 끝단까지 돌출되어 수지패널(110)과 일체화되는 구조로 형성하는 것이 바람직한데, 이는 실시예에 따른 판상의 보강리브(130)보다 더욱 견고한 결합력과 구조적 강성을 발휘할 수 있도록 하기 위기 위함이다.

한편, 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 보강리브(130)는, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 보강프레임(120)의 매립면(120a)에서 리브홀(122)로 유입된 후, 비매립면(120b)에서 리브홀(122) 주변의 버링부(123)가 매립되도록 확장형성된 확장결합부(136)가 더 구비될 수 있는데, 이 또한 금형(10) 상에 이에 대응하는 형상의 캐비티를 추가적으로 형성함으로 구현될 수 있다.

이러한 확장결합부(136)가 구비됨으로써, 보강리브(130) 자체의 강성이 증대됨은 물론이고, 보강리브(130)의 기저부는 보다 넓은 접촉면적으로 버링부(123)와 결합력을 형성함에 따라 보강프레임(120)과 수지패널(110) 간의 유격이나 상대이동은 더욱 견고하게 억제될 수 있게 된다.

상술한 확장결합부(136)와 함께 돌출된 구조의 버링부(123)에는, 도 3의 (b) 및 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 확장결합부(136)와 접하게 되는 테두리 영역을 따라 이격형성되는 다수의 결합홀(123a)이 더 구비될 수 있다.

위와 같은 확장결합부(136)와 확장결합부(136) 내부에 매몰되는 결합홀(123a)의 상호 조합으로 인해 상술한 확장결합부(136)로 인한 효과는 더욱 상승적으로 발현되게 된다.

본 발명의 또 다른 변형예에 따른 수지패널(110)은, 도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 보강프레임(120)과의 결합력을 보강프레임(120)의 테두리 쪽에서 더욱 보강 내지 강화하기 위해 결합사출부(140)를 더 포함할 수 있다.

결합사출부(140)는, 수지패널(110)의 사출성형시 보강프레임(120)의 전체 또는 일부 테두리를 둘러싸는 후크형구조로 돌출형성되어 단면형상이 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자 형상을 이루게 되는 구성요소로서, 보강프레임(120)의 형상이나 구조, 크기 등에 따라 적절히 증감되며 적어도 하나 이상이 보강프레임(120)의 둘레를 따라 이격배치될 수 있다. 이때, 보강프레임(120)의 둘레에는 결합사출부(140)의 돌출정도를 저감시키기 위해 도 4의 (c)에서처럼 절곡매립부(126)가 대응형성될 수 있다.

여기서 결합사출부(140)에 의해 발휘되는 수지패널(110)과 보강프레임(120) 간의 결합력은, 수지패널(110)을 형성하는 용융수지가 인서트된 보강프레임(120)의 테두리를 둘러싸는 금형(10,20) 내 공간인 캐비티에 채워진 후 딱딱하게 고체화되어 수지패널(110)과 일체를 이루게 됨으로써 형성된다.

이렇게 단면형상이 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자 형상인 후크형구조의 결합사출부(140)로 인해 수지패널(110)에 대한 보강프레임(120)의 이탈과 유동이 전면적으로 방지될 수 있게 된다.

이때, 결합사출부(140)를 보강프레임(120)의 테두리 전체가 아닌 일부 테두리에만 부분적으로 이격형성한 경우, 본 발명에 따른 차량내장용 하이브리드패널(100)은 외부 충격이나 진동에 따라 탄성변형될 이격공간(결합사출부(140)가 형성되지 않은 테두리 영역)을 제공받게 되어 외부 충격에도 파손이 저감되는 한편, 결합사출부(140)의 형성에 사용되는 용융 수지의 양을 보다 저감시켜 경량화를 도모할 수 있게 된다.

여기서 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 수지패널(110)의 두께(t1) 및 보강프레임(120)의 두께(t2)가 각각 2T~5T, 1T~3T 일 때, 결합사출부(140)를 구조적으로 형성하게 되는 결합사출부(140)의 두께(t4) 및 덮힘길이(d3)는, 2T~5T, 3T~8T가 되도록 형성할 수 있다.

위와 같이 결합사출부(140)의 두께(t4)를 수지패널(110)의 두께(t1)와 유사한 두께로 형성한 이유는, 수지패널(110)과 결합사출부(140) 간 연결부위를 중심으로 보강프레임(120)의 양면을 대등한 강도로 지지하기 위함이다.

그리고 결합사출부(140)의 덮힘길이(d3)가 대략 결합사출부(140)의 두께(t4)의 1.4배가량이 되도록 한 이유는, 보강프레임(120)의 비매립면(120b) 측 테두리를 안정적으로 지지하여 이탈을 방지하는 한편, 결합사출부(140)의 덮힘길이(d3)에 대응하는 부위에 대한 파손을 최소화하는 범위이기 때문이다.

다만, 수지패널(110)의 두께(t1), 보강프레임(120)의 두께(t2)를 각각 3T, 1T로 형성하고, 위와 같은 범위 내에서 다양한 규격으로 본 발명에 따른 차량내장용 하이브리드패널(100)을 제작한 후 동일한 진동 및 충격 시험을 반복적으로 수행한 결과, 결합사출부(140)의 두께(t4)가 대략 3T이고, 결합사출부(140)의 덮힘길이(d3)가 대략 4T일 때, 결합사출부(140)의 변형 내지 파손이 가장 적었고, 수지패널(110)과 보강프레임(120) 간의 결합력이 견고히 유지됨을 확인할 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예 및 변형예 등에 따른 차량내장용 하이브리드패널(100)이 이에 대응하는 금형시스템에 의해 제조되는 과정을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 차량내장용 하이브리드패널(100)을 제조하기 위해 보강프레임(120)을 준비하게 된다.(S100)

여기서 보강프레임(120)은, 금속에 비해 상대적으로 약한 수지패널(110)의 강성을 보강하고 부속 장치의 견고한 설치가 이루어지도록, 경량 고강성의 알루미늄합금, 강철합금 등을 소재로 프레스장치나 다이캐스팅장치를 활용하여 수지패널(110)의 필요 영역에 대응하는 형태로 제작, 준비하게 된다.

다음으로, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량내장용 하이브리드패널(100)을 제조하기 위해 기제작된 보강프레임(120)을 금형(10) 내 정위치에 인서트한 후, 가동측 금형(10)과 고정측 금형(20)이 서로 맞물리도록 형폐공정을 수행하게 된다.(S200)

여기서 보강프레임(120)은, 작업자나 자동화된 로봇암을 통해 가동측 금형(10)(또는 고정측 금형(20))의 대응위치에 인서트되며 안착되는데, 이때, 가동측 금형(10)에는 로케이터가 배제된 금형의 단순화와 보강프레임(120)의 견고한 위치고정을 위해 보강프레임(120)을 자기력이나 흡인력으로 잡아당기는 다수개의 자석(12) 또는 진공흡인구가 구비될 수 있다.

다음으로, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 작업자나 금형시스템은, 가동측 금형(10) 또는 고정측 금형(20)을 이동시켜 한 쌍의 금형이 서로 맞물려 닫힌 상태(형폐)가 되도록 한다.(S300)

이렇게 형폐된 가동측 금형(10)과 고정측 금형(20)의 내부 공간이 이루게 되는 차폐상태의 캐비티는, 상술한 바와 같은 수지패널(110), 보강리브(130) 및 결합사출부(140) 등의 형상을 각각 구성하게 된다.

다음으로, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 금형시스템은 용융 수지가 노즐(24)을 통해 수지패널(110), 보강리브(130) 및 결합사출부(140)를 형성하게 되는 캐비티 내로 사출되도록 제어함으로써, 본 발명에 따른 차량내장용 하이브리드패널(100)을 일체로 형성하게 된다.(S400)

마지막으로, 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 금형시스템은, 보압 및 냉각 등의 과정을 거친 후, 완성된 본 발명에 따른 차량내장용 하이브리드패널(100)의 취출을 위해 가동측 금형(10)(또는 고정측 금형(20))을 고정측 금형(20)이 위치한 방향의 반대쪽으로 이동(형개)시키게 된다.(S500)

위와 같은 하나의 단일한 금형시스템 하에서 일련의 사출공정을 통해 완성된 본 발명에 따른 차량내장용 하이브리드패널(100)은, 일부매립되는 구조의 보강프레임(120)으로 인해 슬림한 형태로 보다 경량화되면서도 보강프레임(120)과 중첩적인 구조를 이루는 보강리브(130)로 인해 필요한 강성의 확보가 동시에 이루어지는 특징을 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: 가동측 금형 12: 자석
14: 리브형성캐비티 20: 고정측 금형
24: 노즐
100: 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널.
110: 수지패널 120: 보강프레임
120a: 매립면 120b: 비매립면
122: 리브홀 123: 버링부
123a: 결합홀 124: 요철부
126: 절곡매립부 130: 보강리브
132: 제1 리브 134: 제2 리브
136: 확장결합부 140: 결합사출부

Claims (8)

1. 차량의 내부 일측을 구성하도록 사출성형되는 수지패널;
   상기 수지패널의 일영역에 대한 보강을 위해 금형 내에 인서트되어 일부매립 상태로 상기 수지패널과 일체화되는 금속재 보강프레임; 및
   상기 수지패널의 사출시 상기 보강프레임에 형성된 다수의 리브홀을 통해 상기 보강프레임의 비매립면 쪽으로 유동하며 돌출된 형태로 사출형성되어 상기 수지패널을 추가보강하는 보강리브를 포함하고,
   상기 리브홀은,
   가장자리를 따라 상기 보강리브의 돌출방향으로 돌출된 버링부와, 상기 버링부의 단부를 따라 반복형성된 요철부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보강리브는,
   상기 보강프레임을 따라 소정간격으로 이격형성된 직사각형의 상기 리브홀에 의해 격벽형태의 판상으로 돌출되며 상기 수지패널과 일체를 이루게 되는 것을 특징으로 하는 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 보강리브는,
   상기 보강프레임의 매립면에서 상기 리브홀로 유입된 후, 상기 비매립면에서 상기 리브홀 주변의 상기 버링부가 매립되도록 확장형성된 확장결합부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널.
6. 제5항에 있어서,
   상기 버링부는,
   상기 확장결합부와 접하게 되는 테두리 영역을 따라 이격형성되는 다수의 결합홀이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널.
7. 제1항에 있어서,
   상기 수지패널은,
   도어용 이너패널, 인스트루먼트패널 및 테일게이트패널 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 경량화된 보강구조를 갖는 차량내장용 하이브리드패널.
8. 제1항에 있어서,
   상기 수지패널은,
   사출성형시 상기 보강프레임의 전체 또는 일부 테두리를 둘러싸는 후크형구조로 돌출형성된 결합사출부를 더 포함하고,
   상기 수지패널의 두께(t1), 상기 보강프레임의 두께(t2), 상기 결합사출부의 두께(t4) 및 상기 결합사출부의 덮힘길이(d3)의 비율은,
   t1 : t2 : t4 : d3 = 2~5 : 1~3 : 2~5 : 3~8 인 것을 특징으로 하는 차량내장용 하이브리드패널.
   

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