KR102178617B1 - 차량용 캐리어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 캐리어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캐리어의 강성은 확보하면서도 무게 절감을 위해 연속섬유강화 열가소성 복합재(CFRTPC, Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics) 재질을 프레임에 적용하되, 프레임의 성형 공정을 간소화하고, 외관 품질을 향상시킨 차량용 캐리어에 관한 것이다.

Description

차량용 캐리어{Carrier for Motor Vehicle}

본 발명은 차량용 캐리어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캐리어의 강성은 확보하면서도 무게 절감을 위해 연속섬유강화 열가소성 복합재(CFRTPC, Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics) 재질을 프레임에 적용하되, 프레임의 성형 공정을 간소화하고, 외관 품질을 향상시킨 차량용 캐리어에 관한 것이다.

최근에는 자동차의 조립공정에 있어서, 공정을 단순화 및 자동화하며 생산성을 향상시킬 목적으로 다수의 부품들을 조립한 집합체를 조립라인에서 조립하는 즉, 모듈화하는 기술이 제안되고 있다.

그 중 대표적인 예로써 쿨링모듈과 헤드램프 및 범퍼빔을 포함한 범퍼를 조립하여 모듈화한 프론트 엔드 모듈을 들 수 있다.

상기 프론트 엔드 모듈은 중앙에 배치된 캐리어를 중심으로 하여 상기 캐리어의 쿨링모듈 장착부에 라디에이터와 콘덴서 및 팬 슈라우드를 포함한 쿨링모듈이 장착되고, 상기 캐리어의 헤드램프 장착부에는 헤드램프가 장착되며, 상기 캐리어의 전면에는 범퍼빔이 장착되어 모듈화된다.

이와 같이 차량의 전방에 배치되는 부품들을 조립하여 모듈화함으로써 조립공정이 단순화되어 생산성이 향상되었다.

도 1에는 종래의 차량용 캐리어(C)의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 종래의 차량용 캐리어(C)의 분해사시도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 캐리어(C)는 상측 수평지지부(10)와 상측 수평지지부(10)의 아래측에 나란하게 배치되는 하측 수평지지부(20)와 상측 및 하측 수평지지부(10, 20)를 연결하는 좌측 및 우측 수직지지부(30, 40)로 이루어져 쿨링모듈 장착부가 구비된 대략 사각틀 형상의 전면 패널(50)과 전면 패널(50)의 좌측 및 우측에 연장 형성되어 헤드램프 장착을 위한 서포트 패널(60)과, 수직지지부 양측으로 연장 형성되어 범퍼빔 장착을 위한 범퍼빔 스테이(70)로 이루어진다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 캐리어(C)는 강성 및 조립 강도 확보를 위해 상측 수평지지부(10) 및 양 수직지지부(30, 40)에 금속 재질의 프레임(10a, 30a, 40a)을 적용하고, 프레임(10a, 30a, 40a)에 수지재 바디(11)를 이중 사출한 형태로 구성한다.(상대적으로 적은 강성 및 조립강도를 요구하는 하측 수평지지부(20)는 프레임을 적용하지 않음) 종래에는 상측 수평지지프레임(10a), 좌측 및 우측 수직지지프레임(30a, 40a)을 모두 금속 재질로 구성하였으나, 최근에는 무게를 줄이기 위해 상측 수평 지지프레임(10a)에 금속재질과 강성은 비슷하면서도, 무게는 줄어든 탄소섬유 복합재(CFRP, Carbon fiber Reinforced Plastic) 재질을 적용하는 추세이다.

복합재는 다수의 단위 시트를 적층하여 라미네이트 한 판상의 형태로 이루어지며, 이를 상측 수평 지지프레임(10a)으로 성형하기 위해서는 포밍 공정 및 가열 공정이 요구되어 공정이 복잡해지고, 포밍 과정에서 도 3에 도시된 바와 같이 외면에 보강섬유로 인한 돌출 및 주름 등이 발생되어 외관 품질이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 캐리어의 상측 수평지지프레임에 연속섬유강화 열가소성 복합재(CFRTPC, Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics) 재질을 적용하되, 한 쌍의 판형 패널을 조합 구성하여 트리밍 공정만으로 상측 수평지지프레임의 성형이 가능한 차량용 캐리어를 제공함에 있다.

본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 캐리어는, 상측 수평지지부(100)와, 하측 수평지지부(200)와, 상기 상측 및 하측 수평지지부(100, 200)를 연결하는 좌측 수직지지부(300)와, 우측 수직지지부(400)로 이루어져 쿨링모듈 장착부가 구비된 전면 패널(500)을 포함하는 차량용 캐리어(1000)에 있어서, 상기 캐리어(1000)는, 상기 캐리어(1000)를 형성하는 수지재 바디(1100); 및 상기 상측 수평지지부(100)를 형성하도록 상기 바디(1100)와 결합되며, 연속섬유강화 열가소성 복합재 재질로 이루어진 상측 수평지지프레임(110)을 포함하되, 상기 상측 수평지지프레임(110)은, 적어도 하나 이상의 평판형 패널로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패널(111, 112)은, 연속된 보강섬유를 배열하고, 수지를 함침 시키는 방식으로 형성된 다수의 시트를 적층하여 라미네이트한 후 트리밍 공정을 통해 크기 및 형상을 성형한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보강섬유는, 일방향으로 방향성을 갖도록 배열된다.

또한, 상기 보강섬유는, 유리섬유, 카본섬유, 아라미드 섬유 중 어느 하나이거나, 유리섬유-카본섬유, 유리섬유-아라미드섬유, 카본섬유-아라미드섬유, 유리섬유-카본섬유-아라미드섬유를 혼용한 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패널(111, 112)은, 차량 폭 방향을 따라 형성되되, 상하 방향으로 배치되는 수직 패널(111); 및 차량 폭 방향을 따라 형성되되, 수평 방향으로 배치되는 수평 패널(112)로 구성되며, 상기 수직 패널(111)의 상측과 상기 수평 패널(112)의 차량 전방측이 근접 배치된다.

또한, 상기 수직 패널(111)은, 천공 공정을 통해 형성된 다수의 결합홀(H)을 포함한다.

아울러, 상기 패널(111, 112)은, 트리밍 공정을 통해 형상을 성형하여 포밍 공정 시 외면에 발생되는 돌출이나 주름을 방지하도록 구성된다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 차량용 캐리어는, 복합재로 이루어진 상측 수평지지프레임을 트리밍 공정만으로 성형하기 때문에 기존의 상측 수평지지프레임의 성형을 위한 포밍 공정 및 가열 공정에 따른 제조 시간 및 비용을 절감한 효과가 있다.

또한, 포밍 과정에서 발생될 수 있는 복합재 외면의 돌출 및 주름 등을 방지하여 상측 수평지지부의 외관 품질을 향상시킨 효과가 있다.

도 1은 종래의 캐리어 사시도
도 2는 종래의 캐리어 분해사시도
도 3은 복합재로 이루어진 상측 수평지지프레임의 포밍 공정 후 외면 사진
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 캐리어 사시도
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 캐리어 분해사시도
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 캐리어의 상측 수평지지프레임 사시도

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 캐리어(1000)의 전체사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 캐리어(1000)의 분해 사시도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 본 발명의 차량용 캐리어(1000)는 상측 수평지지부(100)와 상측 수평지지부(100)의 아래측에 나란하게 배치되는 하측 수평지지부(200)와, 상측 및 하측 수평지지부(100, 200)를 연결하는 좌측 수직지지부(300)와, 우측 수직지지부(400)로 이루어져 쿨링모듈 장착부가 구비된 대략 사각틀 형상의 전면 패널(500)과, 헤드램프의 장착을 위해 전면 패널(500)의 좌측 및 우측에 구비된 서포트 패널(600)과, 범퍼빔 장착을 위해 수직지지부(300, 400)의 좌측 및 우측에 구비된 범퍼빔 스테이(700)를 포함하여 구성된다.

이때 본 발명의 일실시 예에 따른 캐리어(1000)는 금속 재질보다 우수한 강성을 갖고, 무게는 금속 재질보다 가볍게 구성되도록 다음과 같은 구성을 갖는다.

도 5에 도시된 바와 같이 캐리어(1000)는 상측 수평지지부(100)의 뼈대를 형성하는 상측 수평지지프레임(110)과, 좌측 수직지지부(300) 및 우측 수직지지부(400)의 뼈대를 형성하는 좌측 수직지지프레임(310) 및 우측 수직지지프레임(410)과, 위 상측 수평지지프레임(110), 좌측 수직지지프레임(310) 및 우측 수직지지프레임(410)을 감싸며, 캐리어(1000) 형성하는 바디(1100)를 포함한다.

이때 좌측 및 우측 수직지지프레임(310, 410)은 통상의 금속 재질로 구성될 수 있고, 상측 수평지지프레임(100)은 복합재 재질, 보다 구체적으로 연속섬유강화 열가소성 복합재 재질로 이루어진다.

또한 바디(1100)는 플라스틱과 같은 수지재로 이루어지며, 위 상측 수평지지프레임(110), 좌측 수직지지프레임(310) 및 우측 수직지지프레임(410)과 이중 사출의 형태로 성형될 수 있다.

연속섬유강화 열가소성 복합재는, 연속된 유리섬유(GF: Glass Fiber)를 배열하고, 폴리프로필렌수지(PP Resin)를 함침 시키는 방식으로 시트를 형성하고, 다수 단위의 시트를 적층하고 라미네이트 하여 형성될 수 있다.

이때 본 발명의 유리섬유는 일방향으로 방향성을 갖도록 배열되어 가공 방향으로 방향성을 갖도록 구성시켜 기계적 강도를 높이도록 구성된다.

또한, 연속섬유를 사용하기 때문에 섬유의 끊김 없이 가공할 수 있어 연속생산이 가능한 장점도 있다.

본실시 예에서는 연속섬유강화 열가소성 복합재의 보강섬유로 유리섬유를 기재하였으나, 이는 예시적인 설명일 뿐이며, 유리섬유와 같은 보강기능을 수행할 수 있는 섬유로 카본섬유, 아라미드 섬유를 사용하여 동일한 구조의 복합재를 구성할 수 있다.

나아가, 상기 보강섬유도, 유리섬유, 카본섬유, 아라미드섬유를 단독 첨가할 수도 있지만, 유리섬유-카본섬유, 유리섬유-아라미드섬유, 카본섬유-아라미드섬유, 유리섬유-카본섬유-아라미드섬유를 혼용하여 사용할 수 있는데, 이 경우에는 이들이 각각 동일의 중량비율로 혼합되어 구성할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 레진의 경우에도 폴리프로필렌수지 외에 나일론수지를 사용할 수도 있음은 물론이다.

이렇게 제조된 일 방향 연속섬유강화 열가소성 복합재는 GMT, LFT-D 등의 소재와 융합되어 성형 가공됨으로써 본 발명의 캐리어(1000)와 같이 고강도, 경량화 제품 구현에 매우 유용하게 활용될 수 있다. 특히 본 발명의 일실시 예에 따른 상측 수평지지프레임(110)에 적용된 연속섬유강화 열가소성 복합재는 기존 플라스틱 재질의 캐리어 대비 강성은 300% 증가되었고, 무게는 25~30% 감소된 것을 특징으로 한다. 또한 비중은 기존 플라스틱 재질 대비 5~10프로 감소된 것을 특징으로 한다.

이때 본 발명의 일실시 예에 따른 상측 수평지지프레임(110)은 성형 공정을 간소화하고, 외관 품질을 향상시키기 위해 다음과 같은 구성을 갖는다.

도 6에는 본 발명의 일실시 예에 따른 상측 수평지지프레임(110)의 사시도가 도시되어 있다. 상측 수평지지프레임(110)은 판상의 패널 한 쌍을 조합하여 구성되되, 단면이 "ㄱ" 자형으로 굴곡진 형태를 구현하기 위해 수직 패널(111)과 수평 패널(112)의 조합으로 이루어질 수 있다.

즉 상측 수평지지프레임(110)을 구성하는 수직 패널(111)과 수평 패널(112)이 평판 형태로 이루어짐에 따라 이와 동일한 형태로 제조되는 연속섬유강화 열가소성 복합재를 이용한 수직 패널(111) 및 수평 패널(112)의 성형 공정을 최소화 할 수 있다. 즉 상측 수평지지프레임(110)의 구성요소인 수직 패널(111) 및 수평 패널(112)은 굴곡부나 절곡부를 포함하지 않기 때문에 굴곡부나 절곡부를 성형하기 위한 연속섬유강화 열가소성 복합재의 포밍 공정 및 가열 공정이 필요치 않다. 따라서 판상으로 이루어진 연속섬유강화 열가소성 복합재를 수직 패널(111) 또는 수평 패널(112)에 대응되는 크기로 단순히 트리밍 공정(절삭 공정)하여 수직 패널(111) 또는 수평 패널(112)의 성형이 가능하다. 추가적으로 상측 수평지지프레임(110)의 결합홀(H) 가공을 위한 천공 공정만으로 상측 수평지지프레임(110)의 성형이 가능하도록 하였다. 위 결합홀(H)은 캐리어(1000)에 결합되는 쿨링모듈의 볼팅 또는 리벳 결합을 위해 구성된다.

수직 패널(111)은 상측이 수평 패널(112)의 차량 전방 측에 근접하도록 배치되어 단면이 "ㄱ" 자형으로 굴곡진 형태를 구현하게 되며, 수지재 바디(1100)를 통해 감싸져 이중 사출의 형태로 성형되기 때문에 수직 패널(111)과 수평 패널(112)이 이격 배치된다 하더라도, 상측 수평지지부(100)의 형상을 그대로 재현할 수 있고, 강도 또한 유지가 가능하다.

위와 같은 본 발명의 상측 수평지지프레임(110)의 구성을 통해 캐리어(1000)의 강도는 유지하면서 무게를 줄일 수 있고, 상측 수평지지프레임(110)의 성형 공정 간소화 및 외관 품질이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1000 : 캐리어
1100 : 바디
100 : 상측 수평지지부
200 : 하측 수평지지부
300 : 좌측 수직지지부
400 : 우측 수직지지부
110 : 상측 수평지지프레임 111 : 수직 패널
112 : 수평 패널
310 : 좌측 수직지지프레임
410 : 우측 수직지지프레임

Claims (7)

1. 상측 수평지지부(100)와, 하측 수평지지부(200)와, 상기 상측 및 하측 수평지지부(100, 200)를 연결하는 좌측 수직지지부(300)와, 우측 수직지지부(400)로 이루어져 쿨링모듈 장착부가 구비된 전면 패널(500)을 포함하는 차량용 캐리어(1000)에 있어서,
   상기 캐리어(1000)는,
   상기 캐리어(1000)를 형성하는 수지재 바디(1100); 및
   상기 상측 수평지지부(100)의 뼈대를 형성하도록 상기 바디(1100)와 결합되며, 연속섬유강화 열가소성 복합재 재질로 이루어진 상측 수평지지프레임(110)을 포함하되,
   상기 상측 수평지지프레임(110)은, 적어도 하나 이상의 판상의 패널(111, 112)로 이루어지고,
   상기 패널(111, 112)은,
   연속된 보강섬유를 배열하고, 수지를 함침 시키는 방식으로 형성된 다수의 시트를 적층하여 라미네이트한 후 트리밍 공정을 통해 크기 및 형상을 성형하도록
   차량 폭 방향을 따라 형성되되, 상하 방향으로 배치되고, 평판으로 이루어진 수직 패널(111); 및
   차량 폭 방향을 따라 형성되되, 상기 수직 패널(111)과 이격되어 수평 방향으로 배치되고, 평판으로 이루어진 수평 패널(112)로 구성되는, 차량용 캐리어.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 보강섬유는,
   일방향으로 방향성을 갖도록 배열되는, 차량용 캐리어.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 보강섬유는,
   유리섬유, 카본섬유, 아라미드 섬유 중 어느 하나이거나,
   유리섬유-카본섬유, 유리섬유-아라미드섬유, 카본섬유-아라미드섬유, 유리섬유-카본섬유-아라미드섬유를 혼용한 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 차량용 캐리어.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 패널(111, 112)은,
   상기 수직 패널(111)의 상측과 상기 수평 패널(112)의 차량 전방측이 근접 배치되는, 차량용 캐리어.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 수직 패널(111)은,
   천공 공정을 통해 형성된 다수의 결합홀(H)을 포함하는, 차량용 캐리어.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 패널(111, 112)은,
   트리밍 공정을 통해 형상을 성형하여 포밍 공정 시 외면에 발생되는 돌출이나 주름을 방지하도록 구성되는, 차량용 캐리어.

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