KR102480541B1 - 차량용 서브프레임 - Google Patents

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KR102480541B1
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Abstract

본 발명은 차량용 서브프레임에 관한 것으로, 복합소재로 성형되는 프레임부와, 프레임부와 결합되는 커버부와, 커버부에 인서트 성형되고 타부품과 결합되는 설치부를 포함하여 강도를 유지하면서 경량화를 구현할 수 있다.

Description

차량용 서브프레임{SUBFRAME FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 서브프레임에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자체 하중을 감량시키고, 용접공정을 삭제하여 작업성을 개선하는 차량용 서브프레임에 관한 것이다.
일반적으로, 승용차량들은 프레임바디를 대신하여 중량이 가볍고 생산성이 뛰어난 모노코크바디가 주로 사용된다. 모노코크바디는 별도의 프레임이 삭제된 구조로서 차체에 엔진을 포함한 파워트레인이 직접 장착된다.
따라서, 모노코크바디는 차체 자체가 프레임 기능을 하여 서스펜션 및 섀시 부품들이 각각 장착되나, (엔진과 트랜스미션 및 디퍼렌셜기어가 통합적으로 결합되어 구성된) 파워트레인의 진동이 직접적으로 차체에 전달되는 것을 방지하며 차량 충돌시 충격을 분산하기 위하여 차량의 하부에 서브프레임(subframe)이 장착된다.
종래의 서브프레임은 금속판재를 용접하여 각 단면이 박스 형태로 폐단면을 형성한다. 이로 인해, 서브프레임 자체 하중이 상당하고, 형상 자유도가 제한적이라는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제1998-0035861호(1998.08.05 공개, 발명의 명칭 : 프론트 서브프레임과 로워암의 장착구조)에 게시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 자체 하중을 감량시키고, 용접공정을 삭제하여 작업성을 개선하는 차량용 서브프레임을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 차량용 서브프레임은: 복합소재로 성형되는 프레임부; 상기 프레임부와 결합되는 커버부; 및 상기 커버부에 인서트 성형되고 타부품과 결합되는 설치부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프레임부는 마주보는 한 쌍의 사이드프레임부; 및 상기 사이드프레임부를 연결하는 하나 이상의 연결프레임부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프레임부는 하나 이상의 제1복합소재부; 및 상기 제1복합소재부와 적층되는 하나 이상의 제2복합소재부;를 포함하고, 상기 제1복합소재부와 상기 제2복합소재부는 프레스 성형으로 일체화되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1복합소재부는 상기 제2복합소재부 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1복합소재부는 카본섬유강화플라스틱이고, 상기 제2복합소재부는 유리섬유강화플라스틱인 것을 특징으로 한다.
상기 프레임부는 상기 제2복합소재부와 프레스 성형으로 일체화되어 강성을 보강하는 제3복합소재부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프레임부는 상기 제1복합소재부와 상기 제2복합소재부 중 어느 하나 이상에 형성되어 상기 설치부가 가고정되는 체결부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 서브프레임은 복합소재로 성형되어 용접 공정이 생략되고, 강도가 유지되면서 경량화를 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 서브프레임은 카본섬유강화플라스틱인 하나 이상의 제1복합소재부와, 유리섬유강화플라스틱인 하나 이상의 제2복합소재부가 적층되고, 프레스 성형으로 일체화 될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 서브프레임은 강도 보강 영역에 제3복합소재부를 추가하여 프레스 성형할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 서브프레임을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 서브프레임을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부를 개략적으로 평면사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부의 제조 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부에 제3복합소재부가 추가된 제조 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부에 형성된 체결부에 설치부가 가고정된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시에에 따른 설치부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 서브프레임의 실시예를 설명한다. 이러한 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 차량용 서브프레임을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 서브프레임을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 서브프레임(1)은 프레임부(10)와, 커버부(20)와, 설치부(30)를 포함한다.
서브프레임부(10)는 복합소재로 성형된다. 일예로, 서브프레임부(10)는 차량용 서브프레임(1)의 뼈대가 될 수 있으며, 제품 경량화를 구현하면서 강성을 유지할 수 있다.
커버부(20)는 프레임부(10)와 결합된다. 일예로, 커버부(20)는 수지 재질을 포함하여 이루어지고, 프레임부(10)가 인서트 성형될 수 있다. 이때, 프레임부(10)에는 다수의 홀이 형성되어 커버부(20)가 주입된 후 경화될 수 있다.
설치부(30)는 타부품과 결합되되, 커버부(20)에 인서트 성형된다. 일예로, 설치부(30)에는 로어암, 어퍼암 등이 장착될 수 있다. 설치부(30)는 타부품과의 결합시 변형 방지를 위해 금속재질을 포함하여 제작될 수 있으며, 프레임부(10)에 가고정된 상태에서 커버부(20)에 인서트 성형될 수 있다. 이때, 커버부(20)는 프레임부(10) 전체를 감싸거나, 설치부(30)가 배치되는 영역만을 선택하여 성형될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부를 개략적으로 평면사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부(10)는 사이드프레임부(40)와, 연결프레임부(50)를 포함한다.
한 쌍의 사이드프레임부(40)는 서로 마주보도록 배치된다. 일예로, 사이드프레임부(40)는 사이드상판부(41)와, 사이드상판부(41)의 양측단부에서 하방으로 연장되는 사이드측판부(42)를 포함할 수 있다.. 그리고, 사이드상판부(41)와 사이드측판부(42)의 내측에 형성되어 강성을 보강하기 위한 사이드보강부(43)가 추가로 형성될 수 있다.
연결프레임부(50)는 사이드프레임부(40)를 연결한다. 일 예로, 2개의 연결프레임부(50)가 사이드프레임부(40)에 연결되되, 연결프레임부(50)는 연결상판부(51)와, 연결상판부(51)의 양측단부에서 하방으로 연장되는 연결측판부(52)를 포함할 수 있다. 그리고, 연결상판부(51)와 연결측판부(52)의 내측에 형성되어 강성을 보강하기 위한 연결보강부(53)가 추가로 형성될 수 있다.
사이드프레임부(40)와 연결프레임부(50)는 복합소재로 성형된다. 일예로, 사이드프레임부(40)와 연결프레임부(50)는 강성을 유지하면서 경량화를 실현할 수 있는 복합소재에 의해 일체로 성형될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부의 제조 과정을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부에 제3복합소재부가 추가된 제조 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5와 도 6을 참조하면, 프레임부(10)는 제1복합소재부(110)와, 제2복합소재부(120)를 포함한다.
제1복합소재부(110)는 하나 이상이 적층될 수 있다. 그리고, 제2복합소재부(120)는 하나 이상이 적층될 수 있다. 제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120)가 적층된 후 프레스 성형으로 일체화된다.
보다 구체적으로 제1복합소재부(110)는 상하로 배치되는 제2복합소재부(120) 사이에 배치된다. 이때, 제1복합소재부(110)로는 카본섬유강화플라스틱이 사용될 수 있다. 그리고, 제2복합소재부(120)로는 유리섬유강화플라스틱이 사용될 수 있다.
한편, 제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120)는 오븐에 의해 가열된 후, 제1복합소재부(110)가 제2복합소재부(120) 사이에 배치되도록 적층될 수 있다. 그리고, 하부금형부(210)에 안착된 다음 상부금형부(220)가 하방으로 이동되면서 제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120)를 프레스 성형한다. 이로 인해, 제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120)는 일체화된 제품이 될 수 있다.
프레임부(10)는 제3복합소재부(130)를 더 포함할 수 있다. 제3복합소재부(130)는 제2복합소재부(120)와 프레스 성형으로 일체화되어 강성을 보강할 수 있다.
일예로, 제3복합소재부(130)로는 연속섬유강화열가소성플라스틱이 사용될 수 있다. 제3복합소재부(130)는 원형 단면 형태로 하부홈부(211)에 삽입되고, 상부돌기부(221)에 의한 가압으로 제2복합소재부(120)와 일체로 성형될 수 있다. 이러한 제3복합소재부(130)는 텐션링크와 같은 부품이 장착되는 부위에 배치되어 손상을 억제할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부에 형성된 체결부에 설치부가 가고정된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시에에 따른 설치부를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 7과 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부(10)는 체결부(140)를 더 포함할 수 있다. 체결부(140)는 제1복합소재부(110)와 제복합소재부(120) 중 어느 하나 이상에 형성되어 설치부(30)가 가고정될 수 있다. 일예로, 체결부(140)는 제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120)에 형성되어 설치부(30)가 일부 관통하는 체결홀부(141)가 될 수 있다(도 7a참조). 그리고, 체결부(140)는 제2복합소재부(120)에 형성되어 설치부(30)가 일부 삽입되는 체결홈부(142)가 될 수 있다(도 7b참조). 또한, 체결부(140)는 제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120) 중 어느 하나 이상에 형성되되, 설치부(30)가 걸림 고정되도록 유도하는 후크 형상 또는 걸림 돌기 형상을 할 수 있으며, 설치부(30)를 가고정시키기 위한 다양한 형상이 채택될 수 있다.
한편, 프레임부(10)는 인서트부(150)를 더 포함할 수 있다. 이러한 인서트부(150)는 제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120)를 관통하는 홀 형상을 할 수 있다. 이로 인해 프레임부(10)가 커버부(20)에 인서트 성형될 때, 수지계열인 커버부(20) 일부가 인서트부(150)를 통과하여 프레임부(10)와의 결합력이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 설치부(30)는 설치판부(31)와, 설치돌기부(32)를 포함한다. 이러한 설치부(30)는 설치지지부(33)를 더 포함할 수 있다. 이러한 설치부(30)는 금속재질을 포함하여 제작될 수 있다. 일예로 설치부(30)는 알루미늄 소재로 제작되고, 압출 성형될 수 있다.
설치판부(31)는 프레임부(10)의 내측면에 해당하는 제2복합소재부(120)에 밀착되고, 설치돌기부(32)는 체결홀부(141)를 관통할 수 있다. 그 외 설치판부(31)는 프레임부(10)의 외측면에 해당하는 제2복합소재부(120)에 형성되는 체결홈부(142)에 삽입될 수 있다. 이때, 설치판부(31)는 추가 접합공정을 통해 프레임부(10)의 접촉면과 접합될 수 있다. 하나 이상의 설치돌기부(32)는 타부품과 체결될 수 있다.
설치지지부(33)는 설치판부(31)에 일단부가 결합되고, 설치돌기부(32)에 타단부가 결합되되. 경사를 갖도록 배치되어 설치돌기부(32)를 지지할 수 있다. 이러한 설치지지부(33)와, 설치판부(31)와, 설치돌기부(32) 사이에 형성되는 공간으로 커버부(20)가 주입되어 인서트 성형 과정에서 커버부(20)와의 결합력이 증대될 수 있다.
한편 설치판부(31)에는 설치인서트부(35)가 형성될 수 있다. 설치인서트부(35)는 프레임부(10)에 형성되는 인서트부(150)와 일직선상에 배치되면, 커버부(20)가 설치인서트부(35)와 인서트부(150)로 주입되어 인서트 성형 과정에서 커버부(20)와의 결합력을 증대시킬 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 서브프레임의 제조 과정을 설명하면 다음과 같다.
복수개의 제1복합소재부(110)를 적층시키고, 제1복합소재부(110)를 복수개의 제2복합소재부(120) 사이에 배치시킨다. 이때, 제2복합소재부(120)로는 유리섬유강화플라스틱이 사용되고, 제1복합소재부(110)는 제2복합소재부(120) 보다 강성이 뛰어난 카본섬유강화플라스틱이 사용된다.
제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120)가 적층되면, 하부금형부(210)에 적층된 제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120)를 안착시킨다. 그런 다음 상부금형부(220)를 하방 이동시켜 적층된 제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120)를 프레스 가공한다.
제1복합소재부(110)와 제2복합소재부(120)는 프레스 가공에 의해 사이드프레임부(40)와 연결프레임부(50)가 일체화된 프레임부(10)가 생산된다.
프레임부(10)가 제작되면, 금속재질의 설치부(30)를 프레임부(10)에 가고정시킨다. 그리고, 프레임부(10)와 설치부(30)는 커버부(20)에 인서트 성형되어 일체화된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 서브프레임(1)은 복합소재로 성형되어 용접 공정이 생략되고, 강도가 유지되면서 경량화를 실현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 서브프레임(1)은 카본섬유강화플라스틱인 하나 이상의 제1복합소재부(110)와, 유리섬유강화플라스틱인 하나 이상의 제2복합소재부(120)가 적층되고, 프레스 성형으로 일체화 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 서브프레임(1)은 강도 보강 영역에 제3복합소재부(130)를 추가하여 프레스 성형할 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 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 사이드프레임부 20 : 연결프레임부
30 : 설치부 31 : 설치판부
32 : 설치돌기부 33 : 설치지지부
35 : 설치인서트부 110 : 제1복합소재부
120 : 제2복합소재부 130 : 제3복합소재부
140 : 체결부 150 : 인서트부

Claims (7)

  1. 복합소재로 성형되는 프레임부;
    상기 프레임부와 결합되는 커버부; 및
    상기 커버부에 인서트 성형되고 타부품과 결합되는 설치부;를 포함하고,
    상기 설치부는
    상기 프레임부에 밀착되는 설치판부;
    상기 설치판부에서 돌출되어 타부품과 결합되는 설치돌기부; 및
    상기 설치판부에 일단부가 결합되고, 상기 설치돌기부에 타단부가 결합되며, 경사를 갖도록 배치되어 상기 설치돌기부를 지지하는 설치지지부;를 포함하며,
    상기 설치판부와, 상기 설치돌기부와, 상기 설치지지부 사이로 상기 커버부가 주입되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브프레임.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프레임부는
    마주보는 한 쌍의 사이드프레임부; 및
    상기 사이드프레임부를 연결하는 하나 이상의 연결프레임부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 서브프레임.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 프레임부는
    하나 이상의 제1복합소재부; 및
    상기 제1복합소재부와 적층되는 하나 이상의 제2복합소재부;를 포함하고,
    상기 제1복합소재부와 상기 제2복합소재부는 프레스 성형으로 일체화되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브프레임.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1복합소재부는 상기 제2복합소재부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브프레임.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 제1복합소재부는 카본섬유강화플라스틱이고,
    상기 제2복합소재부는 유리섬유강화플라스틱인 것을 특징으로 하는 차량용 서브프레임.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 프레임부는
    상기 제2복합소재부와 프레스 성형으로 일체화되어 강성을 보강하는 제3복합소재부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 서브프레임.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 프레임부는
    상기 제1복합소재부와 상기 제2복합소재부 중 어느 하나 이상에 형성되어 상기 설치부가 가고정되는 체결부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 서브프레임.
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