KR20010049950A

KR20010049950A - 차체의 프레임구조

Info

Publication number: KR20010049950A
Application number: KR1020000044337A
Authority: KR
Inventors: 하나카와가츠노리; 후카호리미츠기; 이시다교우소우; 아먀모토유키오; 아사카와모토야스
Original assignee: 제임스 이. 미러; 마츠다 가부시키가이샤
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2001-06-15
Also published as: US6474726B1; EP1074457A2; DE60023405T3; DE60023405D1; DE60023405T2; EP1074457A3; EP1074457B2; EP1074457B1

Abstract

충전재(11)가 충전된 센터 필러(2)에 있어서, 그 충전재(11)의 사용량을 가능한한 적게 하여 차체(1)의 경량화를 도모함과 동시에, 충돌 안전성을 효과적으로 향상시키는 것으로서, 외부 패널(12)과 보강재(14)와의 사이에만 충전재(11)를 충전시킴과 동시에, 그 충전재의 평균압축강도를 4MPa 이상(바람직하게는 5MPa 이상)으로 설정하고, 또한 최대 구부림 강도를 10MPa 이상(바람직하게는 60MPa 이상)으로 설정한다.

Description

차체의 프레임구조{FRAME STRUCTURE OF VEHICLE BODY}

본 발명은 자동차 등의 차량에 있어서의 차체 프레임구조에 관한 기술분야에 속한다.

종래부터 이러한 종류의 프레임 구조로는 예를들면 센터 필러와 같이 2개의 패널재(센터 필러에서는 외부 패널과 내부 패널)에 의해 프레임 단면이 폐단면상(閉斷面狀)으로 구성된 것이 잘 알려져 있고, 강도나 강성이 특별히 필요한 부분에는 상기 양 패널재사이에 보강재를 설치하여 보강하도록 하고 있다. 그리고, 이러한 프레임 구조에 있어서, 강도, 강성, 충격 에너지 흡수성 등의 향상화를 더욱 도모하기 위해, 상기 패널재나 보강재의 판두께를 증가시키거나 새로운 보강재를 추가하기도 하는 것이 일반적이다.

한편, 예컨대 일본국 실개평1-l25278호 공보에 나타나 있는 바와같이, 폐단면상의 전방 필러 근원부의 차체 외측부에만 발포 우레탄 등의 충전재를 충전함으로써, 차실내에 전달되는 진동이나 소음을 억제함과 동시에, 충격 에너지 흡수성을 향상시키도록 하는 것이 제안되어 있다.

그런데, 최근에는 연비성능을 향상시키는 것이 요구되고 있고, 이 요구를 만족시키기 위해서는 차체를 경량으로 할 필요가 있다. 그러나, 상술과 같이, 패널재나 보강재의 판두께를 증가시키는 등의 방법으로는 차체를 경량화할 수 없어, 연비성능과 충돌안전성을 함께 향상시키는 것이 곤란하다.

그래서, 상기 제안예(일본국 실개평1-125278호 공보)와 같이, 경량의 발포 우레탄 등으로 이루어지는 충전재를 프레임 단면내에 설치함으로써, 차체를 경량화하면서, 충돌안전성의 향상화를 도모하도록 하는 것을 생각할 수 있다.

그러나, 상기 발포 우레탄 등으로 이루어지는 충전재는 충돌 하중의 작용에 대해 어느정도 이상의 높은 변형능력을 가지는 것으로, 이와같은 충전재를 사용하면, 충격하중이 하중 입력점으로부터 그 주위의 패널재로 분산되어 전달되기 어렵고, 하중 입력점이나 그 근방에서 프레임이 국부적으로 크게 변형되기 때문에, 에너지 흡수성을 충분히 향상시킬 수 없다는 문제가 있다. 또한, 경량화의 관점에서는 충전재를 프레임 단면내의 전체가 아닌 상기 제안예와 같이 프레임 단면내의 일부에만 설치하는 것이 바람직하지만, 상기와 같은 높은 변형능력을 갖는 충전재를 프레임 단면내의 일부에만 설치하는 것만으로는 진동이나 소음의 저감에는 유효해도, 에너지 흡수성의 향상화는 한층 어려워진다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 상기한 바와 같이 충전재를 설치한 차체 프레임구조에 대해, 그 충전재의 재료특성을 궁리하여 충전재의 사용량을 가능한한 적게 하여 차체의 경량화를 도모함과 동시에, 충돌안전성을 효과적으로 향상시키고자 하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 청구항1의 발명에서는 충전재의 평균압축강도 4MPa 이상 및 최대 구부림 강도 10MPa 이상의 적어도 한쪽으로 설정하도록 했다.

구체적으로 본 발명에서 2개의 패널재에 의해 프레임 단면이 폐단면상으로 구성되고, 상기 프레임의 횡단면내의 일부에만 충전재가 설치된 차체의 프레임구조를 대상으로 한다.

그리고, 상기 충전재는 상기 양 패널재의 적어도 한쪽 프레임 단면 내측면에 설치되어 있고, 평균압축강도 4MPa 이상 및 최대 구부림 강도 10MPa 이상의 적어도 한쪽으로 설정된 것으로 한다.

상기 구성에 의해, 패널재에서 충격하중의 영향에 의해 꺾여져 단면 내측에 진입하는 부분(버클링(휘어지는)되는 부분) 등에 충전재를 설치함으로써, 그 부분에 국소적으로 가해지는 힘을 충전재를 통하여 그 주위로 분산시킬 수 있어, 그 부분의 꺾여짐을 억제하거나, 꺾여지도록 하면서 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다. 그리고, 상기 충전재에 대해, 평균압축강도 4MPa 이상 및 최대 구부림 강도 10MPa 이상의 적어도 한쪽으로 한 것은, 충전재의 평균압축강도 또는 최대 구부림 강도가 커짐에 따라, 프레임의 에너지 흡수량도 증가하지만, 평균압축강도가 4MPa 이상 또는 최대 구부림 강도가 10MPa 이상으로 되면, 에너지 흡수량의 증가정도가 포화되기 때문이다. 즉, 평균압축강도가 4MPa 이상이면, 프레임이 국부적으로 변형되어 단면이 찌그러지는 것을 최대한으로 억제할 수 있고, 최대 구부림 강도가 10MPa 이상이면, 프레임이 국부적으로 크게 변형된 경우라도, 충전재의 갈라짐을 억제하여 프레임이 약해져 꺽여 파손되는 것을 최대한으로 방지할 수 있다. 그 결과, 이 특성을 만족시키는 충전재를 이용하면, 최대치에 가까운 에너지 흡수량이 얻어져, 충전재가 프레임 단면내의 일부에만 설치되어 있어도, 충돌안전성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 에너지 흡수량을 증대시키기 위해서 패널재의 판두께를 증대시킬 필요가 없고, 경량의 충전재(특히 에폭시 수지로 이루어지는 발포충전재)를 충전하면, 차체를 경량화할 수 있고, 연비성능도 향상시킬 수 있다. 단, 「평균압축강도」는 충전재를 1변 30mm의 입방체로 가공한 것에 대해 한방향으로부터 10mm/min의 속도로 압축 하중을 가했을 때에 변위량(압축량)이 0∼8mm의 범위인 평균강도를 말한다.

청구항2의 발명에서는 청구항1의 발명에 있어서, 양 패널재의 사이에 보강재가 설치되고, 양 패널재의 한쪽과 보강재와의 사이에만 상기 충전재가 충전되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항3의 발명에서는 청구항2의 발명에 있어서, 상기 충전재는 평균압축강도가 4Mpa 이상 및 최대 구부림강도가 10Mpa 이상의 적어도 한쪽으로 설정된 것을 특징으로 한다.

상기 청구항2와 3의 발명에 의해, 보강재와 충전재의 상승효과에 의해 에너지 흡수량을 청구항1의 발명보다 매우 크게 높일 수 있다. 그 결과, 보강재를 가지는 프레임 구조에 대해 패널재나 보강재의 판두께를 증가시키거나 새로운 보강재를 추가하지 않아도, 경량의 충전재(특히 에폭시 수지로 이루어지는 발포 충전재)를 충전시키는 것만으로, 연비성능과 충돌안전성을 함께 향상시킬 수 있다.

청구항4의 발명에서는 청구항3의 발명에 있어서, 충전재는 평균압축강도가 5MPa 이상 및 최대 구부림 강도가 60MPa 이상의 적어도 한쪽으로 설정된 것으로 한다. 이렇게 함으로써, 청구항3의 발명과 동일한 작용 효과를 한층 안정적으로 얻을 수 있다.

청구항5의 발명에서는 청구항2의 발명에 있어서, 충전재는 평균압축강도가 5MPa 이상 및 최대 구부림 강도가 60MPa 이상의 적어도 한쪽으로 설정된 것으로 한다. 이로써, 청구항2의 발명과 동일한 작용효과를 보다 안정되게 얻을 수 있다.

청구항6의 발명에서는 청구항2의 발명에 있어서, 보강재의 강도 및 강성의 적어도 한쪽이 충전재가 충전된측의 패널재와 동등 이상으로 설정되어 있는 것으로 한다.

즉, 충전재가 충전된측의 패널재가 꺾여져 단면 내측으로 진입하려 해도, 그 진입은 충전재에 의해 저지되고, 패널재(나아가서는 프레임)가 꺾여지는 것을 억제할 수 있는데, 이 때, 보강재의 강도(인장강도, 내력(耐力)) 및 강성 양쪽이 상기 패널재보다 작으면, 보강재가 국소적으로 버클링변형되어 상기 패널재가 충전재와 함께 단면 내측으로 진입하기 쉽게 된다. 그러나, 본 발명에서는 보강재의 강도 및 강성의 적어도 한쪽이 상기 패널재와 동등 이상이므로, 패널재의 단면 내측에의 진입을 보다 한층 확실하게 억제할 수 있다.

청구항7의 발명에서는 청구항2의 발명에 있어서, 충전재는 단면이 대략 コ자형상을 이루고, 상기 충전재가 충전된측의 패널재와 보강재 사이의 간극량이 2mm 이상으로 설정되어 있는 것으로 한다.

이 발명에 의해, 패널재와 보강재 사이의 간극을 단면이 대략 コ자인 형상으로 형성하고, 이 간극내에 충전재를 완전히 충전함으로써, 프레임의 강도, 인성, 충격 에너지 흡수성 등을 최대한으로 높일 수 있다. 또한, 그 간극량이 2 mm보다 작으면, 충전재를 충전하는 효과가 낮아 충전재를 충전하지 않은 경우와 거의 같으므로, 2mm 이상으로 설정하고 있다.

청구항8의 발명에서는 청구항1의 발명에 있어서, 충전재가 설치된 패널재와 상기 충전재 사이의 적어도 일부에 접착제층이 설치되어 있는 것으로 한다.

이로써, 패널재에 국소적으로 가해지는 힘을 충전재를 통하여 그 주위로 확실하게 분산시킬 수 있어, 간단한 구성으로 프레임의 강성이나 에너지 흡수능력을 높일 수 있다. 특히, 프레임에 구부림 모먼트가 작용하는 경우에, 접착제층에 의해 프레임이 부담할 수 있는 최대 구부림 모먼트치를 높일 수 있다.

이렇게 함으로써, 특히, 보강재의 강도 및 강성의 적어도 한쪽이, 충전재가 충전된측의 패널재와 동등 이상인 경우에는, 이 패널재는 단면 내측으로 진입하는 것도 단면외측으로 뻗어나가는 것도 불가능해 패널재가 꺾여지는 것을 유효하게 방지할 수 있다.

청구항9의 발명에서는 청구항8의 발명에 있어서, 접착제층은 3MPa 이상의 전단 접착 강도를 가지고 있는 것으로 한다.

즉, 접착제층의 전단 접착 강도가 커짐에 따라 프레임이 부담할 수 있는 최대 구부림 모먼트치가 증가하는데, 그 전단 접착 겅도가 3MPa 이상으로 되면, 상기 최대 구부림 모먼트치의 증가정도가 지금까지에 비해 완만하게 된다. 따라서, 접착제층의 전단 접착 강도가 3MPa 이상이면, 프레임이 부담할 수 있는 최대 구부림 모먼트치를 매우 효과적으로 증대시킬 수 있다.

청구항10의 발명에서는 청구항l의 발명에 있어서, 충전재 자체가 상기 충전재가 설치된 패널재에 대해 3MPa 이상의 전단 접착 강도를 가지고 있는 것으로 한다.

이 발명에 의해, 접착제층을 설치하지 않아도 충전재 자체로 강성이나 에너지 흡수능력을 높일 수 있음과 동시에, 프레임이 부담할 수 있는 최대 구부림 모먼트치를 매우 효과적으로 증대시킬 수 있다.

청구항11의 발명에서는 청구항1의 발명에 있어서, 상기 충전재는 프레임의 길이방향에 있어서도 부분적으로 충전되어 있고, 상기 프레임의 길이방향에 있어서 상기 충전재가 설치되어 있지 않는 부분에 있어서의 상기 프레임 단면내에 부분 보강재가 설치되고, 상기 부분 보강재의 프레임의 길이방향 단부에 랩되도록 연장돌출되는 연출부(延出部)가 형성되어 있는 것으로 한다.

구체적으로 이 발명에서는 프레임 단면내의 적어도 일부에 충전재가 프레임 길이방향으로 부분적으로 설치된 차체의 프레임구조를 대상으로 한다.

그리고, 상기 프레임 길이방향에서 상기 충전재가 설치되어 있지 않은 부분의 상기 프레임 단면내에 부분 보강재가 설치되고, 상기 부분 보강재의 프레임 길이방향 단부에 상기 충전재의 프레임 길이방향 단부에 랩하도록 연장 돌출되는 연출부가 형성되어 있는 것으로 한다.

상기 구성에 의해, 연출부를 가지는 부분 보강재에 의해 프레임의 충전재가 설치되어 있지 않은 부분의 강도가 향상되고, 충전재가 설치된 부분과 설치되어 있지 않은 부분의 경계부에서의 강도변화가 작아진다. 따라서, 그 경계부에 응력이 집중하는 것을 억제하여 상기 경계부에서의 변형을 방지할 수 있다.

제12항의 발명에서는 제11항의 발명에 있어서, 상기 부분보강재는 프레임의 단면내에 설치된 보강재에 설치되어 있는 것으로 한다.

이로부터, 프레임 단면 외측 가장자리부를 구성하는 패널재에 설치할 경우보다 충전재가 설치되어 있지 않은 부분을 효과적으로 보강할 수 있음과 동시에, 프레임을 조립하기 전에, 미리 보강재와 부분 보강부재를 일체화하여 둠으로써, 생산성을 향상시킬 수 있다.

제13항의 발명에서는 제11항의 발명에 있어서, 상기 부분보강재의 연출부가 형성되어 있지 않는 단부는 강도부재에 접합되어 있는 것으로 한다. 이로부터, 청구항11의 발명의 작용효과를 보다 안정적으로 얻을 수 있다.

제14항의 발명에서는 제1항의 발명에 있어서, 상기 충전재는 프레임의 길이방향에 있어서도 부분적으로 충전되어 있고, 상기 충전재의 프레임의 길이방향 단부의 강도가 상기 충전재의 프레임의 길이방향의 중간부보다도 낮게 설정되어 있는 것으로 한다.

이 발명에 의해, 프레임의 충전재가 설치된 부분과 설치되어 있지 않은 부분의 경계부에서의 강도변화가 작아지므로, 청구항1과 같은 작용효과가 얻어진다.

제15항의 발명에서는 제1항의 발명에 있어서, 상기 충전재는 프레임의 길이방향에 있어서도 부분적으로 충전되어 있고, 상기 충전재는 프레임의 단면 외측 가장자리부를 구성하는 패널재에 접착되고, 상기 충전재의 프레임의 길이방향 단부의 상기 패널재에 대한 전단 접착강도가 상기 충전재의 프레임의 길이방향 중간부보다도 낮게 설정되어 있는 것으로 한다.

이렇게 하여, 충전재를 접착함으로써 패널재에 가해지는 힘을 충전재를 통하여 광범위하게 분산시킬 수 있고, 간단한 구성으로 강성이나 에너지 흡수능력을 높일 수 있지만, 충전재의 프레임 길이방향 단부의 접착 강도가 중간부보다 낮으므로, 그 단부에 대응하는 부분의 프레임강도는 낮아져 충전재가 설치되지 않은 부분의 강도에 가깝게 된다. 따라서, 프레임 충전재가 설치된 부분과 설치되지 않은 부분의 경계부에서의 강도변화가 작아져, 청구항1의 발명과 같은 작용효과가 얻어진다.

제16항의 발명에서는 제1항의 발명에 있어서, 상기 프레임의 횡단면의 적어도 일부를 폐단면상으로 형성하는 폐단면부재에, 프레임의 길이방향에 따른 비드가 형성되고, 상기 비드내를 포함하는 발포충전공간 사이에 상기 충전재가 발포충전되어 있는 것으로 한다.

상기 구성에 의해 미발포 상태의 충전재를 비드가 형성된 부분에 지지할 수 있다. 즉, 충전재를 비드내에 어느 정도 밀어넣는 것만으로 확실하게 지지할 수 있고, 그리고, 충전재를 발포시키면 충전재가 비드내에 완전히 발포 충전되어 이 비드에 의해 충전재와 폐단면부재를 강고하게 접합할 수 있다. 또한, 비드에 의해, 폐단면부재의 강성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 폐단면부재에 비드를 형성하는 것만으로 미발포상태 충전재의 확실한 지지와 프레임 강도를 향상시킬 수 있다.

제17항의 발명에서는 제1항의 발명에 있어서, 대략 상하방향으로 연장하는 프레임의 횡단면의 적어도 일부를 폐단면상으로 형성하는 폐단면부재와, 상기 폐단면부재로 둘러싸인 공간을 상하방향으로 구획하는 상측 및 하측 구획부재를 구비하며, 상기 상측 및 하측 구획부재 사이에 있어서의 상기 폐단면부재로 둘러싸인 공간에 충전재의 발포공간이 형성된 차체의 프레임구조로서,

상기 상측 및 하측 구획부재는 모두 상기 발포충전공간의 상하방향 외측의 공간과 연통하고 또한 적어도 일부에 상기 발포재가 발포된 개방부를 가지며, 상기 하측 구획공간은 상기 충전재를 미발포 상태일때에 상하방향으로 지지할 수 있도록 구성되어 있는 것으로 한다.

이로부터, 하측 구획부재에 의해 미발포 상태 충전재의 탈락을 방지할 수 있다. 그리고, 충전재를 발포충전공간과 상측 및 하측 구획부재의 개방부의 적어도 일부에 발포 충전시키도록 한다. 이 때, 충전재는 개방부의 저항이 크므로, 최초에 발포충전공간에 발포 충전된 후, 나머지가 개방부에 발포 충전된다. 이 결과, 충전재량이 흩어져도 발포충전공간의 충전재의 발포율 편차를 저감시킬 수 있다. 또한, 충전재의 상하 양단부가 개방부에 의해 구속되므로, 상하 양단부가 프리 상태에서 발포되는 것과는 달리, 발포후에 그 양단부가 갈라지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상측 및 하측 구획부재를 설치하는 것만으로 미발포 상태 충전재의 지지를 행할 수 있음과 동시에, 균일하게 발포 충전시킬 수 있고, 또한, 충전재의 상하 양단부가 갈라짐에 따른 강도 등의 성능 저하를 방지할 수 있다.

제18항의 발명에서는 제1항의 발명에 있어서,

프레임의 횡단면의 적어도 일부를 폐단면상으로 형성하는 폐단면부재와, 상기 폐단면부재로 둘러싸인 공간에 발포충전된 제1 충전재를 구비한 차체의 프레임구조로서,

상기 제1 충전재의 프레임의 길이방향의 양단부에 있어서의 상기 폐단면부재로 둘러싸인 공간에, 상기 제1 충전재의 프레임의 길이방향 양단부에 맞닿도록 발포충전되며, 상기 제1 충전재보다도 발포율이 높은 제2 충전재를 구비하고 있는 것으로 한다.

상기 구성에 의해 제1 충전재의 프레임 길이방향 양단부에 갈라짐이 발생해도 발포율이 높아 갈라짐이 발생하기 어려운 제2 충전재에 의해 그 갈라짐부로부터의 크랙의 진행 등을 방지할 수 있고, 제1 충전재의 성능 저하를 방지할 수 있다. 이와같이 제2 충전재를 충전하도록 하면, 폐단면부재로 둘러싸인 공간에 간막이판 등을 설치하지 않아도 되고, 제1 충전재의 양단부를 프리 상태에서 발포시켜 발포율 편차의 저감을 도모함과 동시에, 충전위치의 변경 등에도 유연하게 대응할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시형태에 관한 프레임구조가 적용된 센터 필러를 구비한 자동차 차체의 전체구성을 도시하는 사시도,

도2는 센터 필러의 벨트 라인부의 종단면도,

도3은 센터 필러의 벨트 라인부의 횡단면도,

도4는 센터 필러의 조립 순서를 도시하는 설명도,

도5는 센터 필러 단면내에 상측 보강재와 하측 보강재를 설치한 경우의 구조를 도시하는 도2에 상당하는 도면,

도6은 센터 필러 단면내에 상측 보강재와 하측 보강재를 설치한 경우의 구조를 도시하는 도3에 상당하는 도면,

도7은 전방 사이드 프레임에 충전재를 설치하는 경우의 일예를 도시하는 종단면도,

도8은 후방 사이드 프레임에 충전재를 설치하는 경우의 일예를 도시하는 종단면도,

도9는 실시형태2를 도시하는 도3에 상당하는 도면,

도10은 충전재가 발포되기 전의 상태를 도시하는 도9에 상당하는 도면,

도11은 비드의 다른 형태를 도시하는 도9에 상당하는 도면,

도l2는 비드의 또 다른 형태를 도시하는 도9에 상당하는 도면,

도13은 실시형태3을 도시하는 도2에 상당하는 도면,

도14는 충전재가 발포하기 전의 상태를 도시하는 도13에 상당하는 도면,

도15는 상측 및 하측 구획부재의 다른 형태를 도시하는 도13에 상당하는 도면,

도16은 상측 및 하측 구획부재의 또 다른 형태를 도시하는 도13에 상당하는 도면,

도17은 상측 및 하측 구획부재의 또 다른 형태를 도시하는 도13에 상당하는 도면,

도18은 상측 및 하측 구획부재의 또 다른 형태를 도시하는 도13에 상당하는 도면,

도19는 상측 및 하측 구획부재의 또 다른 형태를 도시하는 도13에 상당하는 도면,

도20은 실시형태4를 도시하는 도2에 상당하는 도면,

도21은 제1 및 제2 충전재가 발포되기 전의 상태를 도시하는 도20에 상당하는 도면,

도22는 제l 충전재가 발포한 후에 제2 충전재를 충전용 건에 의해 충전하고 있는 상태를 도시하는 도20에 상당하는 도면,

도23은 보강재의 제l 충전재 충전부분에 개구부가 형성되어 있는 경우에, 그 개구부로부터 누락된 부분이 갈라지는 것을 방지하기 위해 제2 충전재를 설치한 예를 도시하는 도20에 상당하는 도면,

도24는 제1 및 제2 충전재가 발포되기 전의 상태를 도시하는 도23에 상당하는 도면,

도25는 실시형태5를 도시하는 센터 필러의 분해 사시도,

도26은 미발포 상태의 충전재와 상측 및 하측부분 보강재의 상하방향의 위치관계를 도시하는 보강재의 정면도,

도27은 도26의 XXⅦ-XXⅦ선 확대 단면도,

도28은 도26의 XXⅧ-XXⅧ선 확대 단면도,

도29는 발포후에 충전재의 상하 양단부의 강도를 낮게 하기 위한 미발포 상태시의 형상예를 도시하는 정면도,

도30은 발포후에 충전재의 상하 양단부의 강도를 낮게 하기 위한 미발포 상태시의 별도의 형상예를 도시하는 정면도,

도3l은 미발포 상태의 충전재에 위치맞춤용으로서 돌기부를 설치한 예를 도시하는 정면도,

도32는 미발포 상태의 충전재에 위치맞춤용으로서 돌기부를 설치한 다른 별도의 예를 도시하는 정면도,

도33은 미발포 상태의 충전재에 위치맞춤용으로서 관통공을 형성한 예를 도시하는 정면도,

도34는 위치맞춤용 구멍의 다른 형태를 도시하는 설명도,

도35는 위치맞춤용 구멍의 또 다른 형태를 도시하는 설명도,

도36은 위치맞춤용 구멍의 또 다른 형태를 도시하는 설명도,

도37은 충전재의 관통공과 보강재의 위치맞춤용 구멍에 클립을 관통시킨 경우를 도시하는 충전재 발포전의 센터 필러 벨트 라인부의 종단면도,

도38은 충전재의 평균압축강도를 설명하기 위해 프레임의 정적(靜的) 압축 하중-변위 곡선을 모식적으로 도시하는 그래프,

도39는 3점 구부림 시험에 이용하는 프레임 구조를 도시하는 단면도,

도40은 프레임의 정적 3점 구부림 시험을 행하는 시험장치를 모식적으로 도시하는 설명도,

도41은 도40의 정적 3점 구부림 시험장치의 요부를 확대하여 도시하는 설명도면,

도42는 정적 에너지 흡수량을 설명하기위해 프레임의 정적 구부림 하중-변위 곡선을 모식적으로 도시하는 그래프,

도43은 충전재 질량과 프레임의 정적 에너지 흡수량의 관계를 도시하는 그래프,

도44는 충전재 평균압축강도와 프레임의 정적 에너지 흡수량의 관계를 도시하는 그래프,

도45는 충전재의 최대 구부림 강도와 프레임의 정적 에너지 흡수량의 관계를 도시하는 그래프,

도46은 도45의 요부를 확대하여 도시하는 그래프,

도47은 충전재가 충전되어 있지 않은 경우의 프레임 변형 모드의 일예를 모식적으로 도시하는 설명도,

도48은 충전재가 충전되어 있는 경우의 프레임 변형 모드의 일예를 모식적으로 도시하는 설명도,

도49는 프레임의 동적(動的) 3점 구부림 시험을 행하는 시험장치를 모식적으로 도시하는 설명도,

도50은 동적 에너지 흡수량을 설명하기 위해 프레임의 동적 구부림 하중-변위곡선을 모식적으로 도시하는 그래프,

도5l은 충전재의 충전 길이와 프레임의 동적 에너지 흡수량의 관계를 도시하는 그래프,

도52는 동적 3점 구부림 시험의 충전 길이 범위와 에너지 흡수성의 향상율의 관계를 도시하는 그래프,

도53은 프레임의 정적 캔틸레버 구부림 시험을 행하는 시험장치를 모식적으로 도시하는 설명도,

도54는 정적 캔틸레버 구부림 시험에 이용한 프레임의 구조를 도시하는 단면도,

도55는 각종 충전재가 충전된 프레임의 구부림 각도와 구부림 모먼트의 관계를 도시하는 그래프,

도56은 각종 충전재가 충전된 프레임에 대한 최대 구부림 모먼트 및 에너지 흡수량을 도시하는 그래프,

도57은 접착제층의 전단 접착 강도와 최대 구부림 모먼트의 관계를 도시하는 그래프,

도58은 전단 접착 강도의 측정방법을 모식적으로 도시하는 설명도,

도59는 단면내의 일부에 충전재를 충전한 경우와 전체에 충전한 경우의 비교를 하기 위해 정적 켄틸레버 구부림 시험에 이용한 프레임을 도시하는 단면도,

도60은 단면내의 일부에 충전재를 충전한 경우와 전체에 충전한 경우와 전혀 충전하지 않은 경우에 있어서, 프레임의 구부림 각도와 구부림 모먼트의 관계를 도시하는 그래프,

도61은 단면내의 일부에 충전재를 충전한 경우와 전체에 충전한 경우와 전혀 충전하지 않은 경우에 대해 버클링 개시의 구부림 모먼트를 비교하여 도시하는 그래프,

도62는 단면내의 일부에 충전재를 충전한 경우와 전체에 충전한 경우에 대해, 충전재의 중량당 구부림 모먼트를 비교하여 도시하는 그래프,

도63은 외부 패널과 보강재사이에만 충전재를 충전하는 경우에, 그 간극량과 최대 구부림 모먼트의 관계를 도시하는 그래프,

도64는 정적 캔틸레버 구부림 시험에 이용한 센터 필러의 구조를 도시하는 단면도,

도65는 도64의 각 센터 필러의 구부림 각도와 구부림 모먼트의 관계를 도시하는 그래프,

도66은 상측 보강재와 하측 보강재를 가지는 경우의 도64에 상당하는 도면,

도67은 도66의 각 센터 필러의 구부림 각도와 구부림 모먼트의 관계를 도시하는 그래프이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 차체 2 : 센터 필러(프레임)

3 : 루프 사이드 레일(프레임) 4 : 사이드 실(sill)(프레임)

5 : 전방 필러(프레임) 6 : 후방 필러(프레임)

11 : 충전재 12 : 외부 패널(패널재)

13 : 내부 패널(패널재) 14 : 보강재

(실시형태1)

도1은 본 발명의 실시형태l에 관한 프레임구조가 적용된 센터 필러(2)(프레임)를 구비한 자동차 차체(l)의 전체 구성을 도시한다. 이 센터 필러(2)는 차체(1)의 좌우 양측부의 전후방향 대략 중앙부에서 대략 상하방향으로 연장되고, 그 상단부는 차실 루프부의 좌우 양측부에서 전후방향으로 연장되는 루프 사이드 레일(3)에 접합되며, 하단부는 차실 플로어부의 좌우 양측부에서 전후방향으로 연장되는 사이드 실(4)에 접합되어 있다. 그리고, 상기 센터 필러(2)의 벨트 라인부 내지 그 근방에는 후술과 같이 충전재(11)(도2 및 도3 참조)가 설치되어 있고, 충돌시에 충격하중(As)이 입력되어도, 벨트 라인부가 꺾여져 차실측으로 진입하는 것을 억제하도록 하고 있다. 단, 도1 중, 5는 전방 필러이고, 6은 후방 필러이다.

상기 센터 필러(2)는 도2 및 도3에 도시하는 바와같이, 차체외측에 위치하는 강판 등으로 이루어지는 외부 패널(12)과, 차체내측에 위치하는 강판 등으로 이루어지는 내부 패널(13)과, 상기 외부 패널(12)과 내부 패널(l3) 사이에서 센터 필러(2) 단면(프레임단면)내에 설치된 강판 등으로 이루어지는 보강재(14)를 설치하고 있다. 이 외부 패널(12), 내부 패널(13) 및 보강재(14)는 각각, 그 좌우 양측부(차체(1) 전후 양측부)에 플랜지부(12a, 12a, 13a, 13a, 14a, 14a)를 가지고 있고, 상기 각 플랜지부(12a, 13a, 14a) 끼리 스폿용접에 의해 접합되어 상호 일체화되어 있다. 즉, 상기 외부 패널(12)과 내부 패널(13)은 센터 필러(2) 단면을 폐단면상으로 구성하는 패널재로서, 센터 필러(2) 단면 외측 가장자리부를 구성하고 있고, 외부 패널(12)과 보강재(14)에 의해 센터 필러(2) 단면의 차체 외측부가 폐단면상으로 구성되고, 내부 패널(13)과 보강재(l4)에 의해 센터 필러(2) 단면의 차체 내측부가 폐단면상으로 구성되어 있다. 그리고, 외부 패널(12) 및 보강재(14)는 모두 단면이 대략 コ자형상을 이루고, 그 양자사이의 공간도 단면이 대략 コ자형상을 이루고 있다.

상기 센터 필러(2)의 벨트 라인부 내지 그 근방에서 외부 패널(12)과 보강재(14) 사이의 공간에는 예를들면 에폭시 수지로 이루어지는 충전재(11)가 발포 충전되어 있다. 즉, 이 충전재(11)는 센터 필러(2) 단면내 전체가 아닌, 그 단면에 있어서 상기 충격하중(As)이 입력되는 측, 또는 그 충격하중(As)에 기인하여 센터 필러(2)에 작용하는 구부림 모먼트에 의해 압축 응력이 발생하는 측(센터 필러(2)의 중립축보다 차체외측)에만 충전되어 있고, 단면이 대략 コ자형상을 이루고 있다. 상기 충전재(11)의 평균압축강도는 4MPa 이상(바람직하게는 5MPa 이상)으로 설정됨과 동시에, 최대 구부림 강도는 10MPa 이상(바람직하게는 60MPa 이상)으로 설정되어 있다. 이는 평균압축강도가 4MPa 이상이면, 센터 필러(2)에 상기 충격하중(As)이 입력되어도 센터 필러(2)의 벨트 라인부가 국부적으로 변형하여 단면이 찌그러지는 것을 최대한으로 억제할 수 있고, 최대 구부림 강도가 10MPa 이상이면, 가령 센터 필러(2)가 국부적으로 크게 변형된 경우라도, 충전재(11)가 갈라지는 것을 억제하여 센터 필러(2)가 약해져 꺽여 파손되는 것을 최대한으로 방지할 수 있으며, 평균압축강도를 5MPa 이상으로 하고 또한 최대 구부림 강도를 60MPa 이상으로 하면, 그 효과를 보다 안정적으로 얻을 수 있기 때문이다. 단, 상기 평균압축강도는 충전재(11)를 1변 30mm의 입방체로 가공한 것에 대해 한방향으로부터 10mm/min의 속도로 압축하중을 가했을 때의 변위량(압축량)이 0∼8mm의 범위인 평균강도를 말한다(도38 참조).

다음에, 상기 센터 필러(2)를 조립하는 방법을 설명한다. 우선, 도4(a)에 도시하는 바와같이, 보강재(14)의 외측면의 소정부분에 시트상으로 가공한 미발포 상태의 충전재(10)를 부착하여 세트한다.

그 후, 도4(b)에 도시하는 바와같이, 상기 충전재(10)를 부착한 보강재(l4)를 외부 패널(12)에 세트하고, 양자의 플랜지부(l2a, 14a) 끼리 스폿 용접에 의해 접합한다. 그리고, 도4(c)에 도시하는 바와같이, 상기 보강재(l4)에 대해 내부 패널(13)을 세트하여 상기 내부 패널(l3)의 플랜지부(13a)를 보강재(14)의 플랜지부(14a)에 스폿 용접에 의해 접합함으로써 센터 필러(2)의 조립이 완료된다.

여기서, 충전재(10)를 보강재(14)의 외측면의 소정부분에 먼저 부착한 후 도4(a) 내지 도4(c)에 도시하는 바와같이 센터 필러(2)를 조립하는 것을 설명했지만, 도4(d) 내지 도4(f)에 도시하는 바와같이 상기 충전재(10)를 외부 패널(12)의 내측의 소정위치에 부착한 다음 센터 필러(2)를 조립하는 것도 바람직하다.

즉, 도4(d)에 도시하는 바와같이, 상기 충전재(10)를 외부 패널(12)의 내측의 소정위치에 먼저 부착한 다음, 도4(e)에 도시하는 바와같이, 상기 충전재(10)를 부착한 외부 패널(12)을 보강재(14)에 세트하고, 양자의 플랜지부(12a, 14a) 끼리 스폿 용접에 의해 접합한다. 그리고, 도4(f)에 도시하는 바와같이, 상기 보강재(14)에 대해 내부 패널(13)을 세트하여 상기 내부 패널(13)의 플랜지부(13a)를 보강재(14)의 플랜지부(14a)에 스폿 용접에 의해 접합함으로써 센터 필러(2)의 조립이 완료된다.

이어서, 차체(1) 전체의 조립을 완성시킨 후, 그 차체(1)를 전착액에 침지시켜 전착(電着) 도장을 행하고, 그 후 180℃ 분위기중에 35분간 투입하여 그 전착 도장의 건조를 행한다(센터 필러(2)의 최저 온도는 150℃정도로 된다). 그리고, 도장 실러를 도포하고, 140℃ 분위기중에 20분간 투입하여 그 차체 실러를 건조시키고(센터 필러(2)의 온도는 100℃정도), 계속해서 중도(中塗) 도장을 행하며, 140℃ 분위기중에 40분간 투입하여 그 중도 도장의 건조를 행하고(센터 필러(2)는 140℃에서 20분간 가열된 것으로 된다), 이어서 상도(上塗) 도장을 행하고, 140℃ 분위기중에 40분간 투입하여 그 상도 도장의 건조를 행한다(센터 필러(2)는 140℃에서 20분간 가열된 것으로 된다). 이 전착 도장 등의 건조시에, 상기 충전재(10)를 그 건조열에 의해 가열함으로써, 외부 패널(12)과 보강재(l4) 사이에 완전히 발포 충전시킨다. 이와 같이 미발포 상태의 충전재(10)를 전착 도장 등의 건조열에 의해 발포 경화시키므로, 발포공정을 별도로 구비할 필요가 없어, 생산성을 높일 수 있다. 단, 전착 도장의 건조공정에서 상기 충전재(10)의 발포가 완료됨과 동시에 반정도 경화되고, 중도 도장 및 상도 도장의 건조공정에서 나머지가 경화된다(도장 실러의 건조공정에서는 센터 필러(2)의 온도가 너무 낮아 충전재(10)는 거의 경화되지 않는다).

상기 차체(1)에 대해 측면 충돌이 행해진 경우, 충격하중(As)에 의해 센터 필러(2)의 외부 패널(12)의 벨트 라인부에는 꺾여져(버클링되어) 단면 내측으로 진입하려는 큰 힘이 국소적으로 작용되는 일이 있다. 그러나, 이 실시형태1에서는 그와 같은 힘이 외부 패널(12)에 작용하였다고 해도, 그 힘을 충전재(11)를 통해 주위로 분산시킬 수 있고, 또한, 그 충전재(11)의 평균압축강도가 4MPa 이상으로 설정되며, 최대 구부림 강도가 10MPa 이상으로 설정되어 있으므로, 최대치에 가까운 에너지 흡수량이 얻어져, 센터 필러(2)가 꺾여지는 것을 최대한으로 억제할 수 있다. 한편, 충전재(11)는 센터 필러(2) 단면내의 전체가 아닌, 외부 패널(12)과 보강재(14) 사이에만 설치되어 있지만, 버클링 개시 구부림 모먼트는 센터 필러(2) 단면내 전체에 형성하는 경우와 거의 다르지 않으므로, 적은 충전량으로 효과적으로 충격 에너지를 흡수할 수 있다. 또한, 충전재(11)는 발포재이므로, 차체를 경량화할 수 있다. 따라서, 연비 성능을 향상시키면서, 충돌안전성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 실시형태1에 있어서는 상기 보강재(14)의 강도(인장강도, 내력) 및 강성의 적어도 한쪽은 외부 패널(12)과 동등 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 보강재(14)의 강도 및 강성 모두가 외부 패널(12)보다 작으면, 외부 패널(12)의 벨트 라인부가 꺾여져 단면 내측으로 진입하려 할 때에, 보강재(l4)가 국소적으로 버클링 변형되어 외부 패널(12)이 충전재(11)와 함께 단면 내측으로 진입해 버리지만, 이와 같이 보강재(14)의 강도 및 강성의 적어도 어느 한쪽이 외부 패널(12)과 동등 이상이면, 외부 패널(12)의 단면 내측으로의 진입(꺾여짐)을 보다 한층 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 상기 충전재(ll) 충전부분의 외부 패널(l2)과 보강재(14) 사이의 간극량은 2mm이상(바람직하게는 3mm이상)으로 설정하는 것이 바람직하다. 이것은, 충전재(11)를 충전하지않은 경우에는 상기 간극량이 작을수록 센터 필러(2)가 부담할 수 있는 최대 구부림 모먼트치는 커지지만, 충전재(11)를 충전하는 경우에 상기 간극량이 2mm보다 작으면, 충전재(11)의 충전효과가 낮아 충전재(11)를 충전하지 않은 경우와 거의 다르지 않기 때문이다. 한편, 상기 간극량이 20mm보다 크면, 경량화 효과가 작아짐과 동시에, 코스트면에서 불리해지므로, 20mm 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 외부 패널(12)과 충전재(ll) 사이의 적어도 일부에는 3MPa이상의 전단 접착 강도를 가지는 접착제층(차체 실러 등)을 설치하는 것이 바람직하다. 이것은 외부 패널(12)에 국소적으로 가해지는 힘을 충전재(11)를 통해 그 주위로 분산시킬 수 있음과 동시에, 접착제층에 의해 센터 필러(2)가 부담할 수 있는 최대 구부림 모먼트치를 효과적으로 높일 수 있고, 또한, 상술과 같이 보강재(14)의 강도 및 강성의 적어도 한쪽을 외부 패널(12)과 동등 이상으로 한 경우에는, 외부 패널(12)이 단면 내측으로 진입하는 것도 단면 외측으로 뻗어나가는 것도 불가능해 외부 패널(12)의 꺾여짐을 유효하게 방지할 수 있기 때문이다. 그리고, 접착제층을 설치하는 대신에 충전재(ll) 자체가 외부 패널(12)에 대해 3MPa 이상의 전단 접착 강도를 가지도록 해도 되고, 이렇게하면, 접착제층을 별도로 설치하지 않아도 되므로 용이하게 상기 효과를 얻을 수 있다. 단, 외부 패널(12)과 충전재(11) 사이뿐만 아니라, 내부 패널(13)과 충전재(11) 사이의 적어도 일부에도 접착제층을 설치하도록 해도 된다.

첨가하여, 상기 충전재(ll)는 센터 필러(2) 길이방향에서 센터 필러(2)의 하중 지지점사이(루프 사이드 레일(3)에 접합된 상단부와 사이드 실(4)에 접합된 하단부와의 사이)의 길이에 대해 15%이상의 길이 범위로 충전되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 충전재(11)의 충전범위가 커짐에 따라 에너지 흡수량은 증대하지만, 하중 지지점사이의 길이에 대해 15%로 대략 포화된다. 따라서, 15%이상의 길이의 범위로 충전하면, 최대치에 가까운 에너지 흡수량이 얻어진다.

단, 상기 실시형태1에서 충전재(ll)는 평균압축강도가 4MPa 이상(바람직하게는 5MPa 이상)이고 최대 구부림 강도가 l0MPa 이상(바람직하게는 60MPa 이상)으로 설정된 것으로 하였지만, 평균압축강도가 4MPa 이상(바람직하게는 5MPa 이상) 또는 최대 구부림 강도가 10MPa 이상(바람직하게는 60MPa 이상)으로 설정된 것이어도 된다. 이렇게 해도 충돌안전성을 충분히 향상시킬 수 있다. 그리고, 외부 패널(12)과 보강재(14)의 사이에 충전된 충전재(11)를, 외부 패널(12)측(충돌하중 입력측)과 보강재(l4)측(반충돌하중 입력측)의 2층으로 구성하고, 그 외부 패널(12)측에는 평균압축강도가 4MPa 이상(바람직하게는 5MPa 이상)인 것을 배치하고, 보강재(14)측에는 최대 구부림 강도가 10MPa 이상(바람직하게는 60MPa 이상)인 것을 배치하도록해도 된다. 이렇게하면, 외부 패널(12)측에 직접적으로 작용하는 압축하중과, 보강재(14)측에 작용하는 구부림 하중을 각 층의 충전재(11)에 의해 각각 유효하게 부담할 수 있고, 그 각 충전재(11)에 대해 가장 효과적인 특성을 부여하여, 효율적인 보강을 행할 수 있다. 또한, 충전재(11)는 반드시 발포재일 필요는 없다.

또한, 상기 실시형태1에서는 외부 패널(12)과 내부 패널(13) 사이에 보강재(14)를 설치하였지만, 이 보강재(l4)가 없어 충전재(11)를 센터 필러(2) 단면내의 일부에만 설치할 경우에는 그 충전재(11)를 외부 패널(12)의 센터 필러(2) 단면 내측면에 설치하도록 하면 된다. 이 경우, 충전재(11)의 발포 충전 공간을 형성하기 위해 외부 패널(12)의 센터 필러(2) 단면 내측면에 보강효과가 없는 단순한 간막이 부재를 형성해도 되고, 충전재(11)가 발포재가 아닌 경우에는 접착제층을 통하여 부착하면 된다. 또한, 이 충전재(11)는 단면이 대략 コ자형상일 필요는 없지만, 충전량을 적게하면서 보강효과를 높이기 위해서는 외부 패널(12)도 포함하여 단면이 대략 ⊃자형상인 것이 바람직하다(상기 실시형태1도 동일).

또한, 도5 및 도6에 도시하는 바와같이, 센터 필러(2) 단면내에서 상부에 상측 보강재(15)를, 하부에 하측 보강재(16)를 각각 설치하고, 이 양보강재(15, l6)(외부 패널(12)의 플랜지부(12a, 12a)나 내부 패널(l3)의 플랜지부(13a, 13a)에 접합하기 위한 플랜지부(l5a, 15a, 16a, 16a)를 좌우 양측부에 가지고 있다)가 벨트 라인부 내지 그 근방에서 중복되도록(상측 보강재(15)가 하측 보강재(16)보다 소정 간격을 두고 차체외측에 위치한다)한 경우에는, 외부 패널(12)과 상측 보강재(15) 사이 및 상측 보강재(15)와 하측 보강재(16) 사이에 충전재(11)를 각각 충전하도록 해도 된다. 또한, 이 경우에도 충전재(11)를 외부 패널(l2)과 상측 보강재(15) 사이에만 충전해도 되고, 요는 충전재(11)를 외부 패널(12)과 양 보강재(15, 16)중 어느 하나 사이에 충전하면 된다.

추가하여, 상기 실시형태1에서는 본 발명의 프레임구조를 센터 필러(2)에 적용하였지만, 센터 필러(2) 이외의 필러 부재(상기 전방 필러(5)나 후방 필러(6)에도 적용할 수 있다. 또한, 그외에도, 차체(1)의 좌우 양측에서 전후방향으로 연장되는 프레임 부재(전방 사이드 프레임, 후방 사이드 프레임, 상기 루프 사이드 레일(3), 사이드 실(4) 등), 이 좌우 프레임부재를 연결하는 연결부재(크로스멤버 등), 도어 본체부의 보강부재(임팩트 바 등), 범퍼의 보강부재(범퍼 보강재 등) 등에 있어서 프레임 단면의 일부에만 상기 충전재(11)를 설치하도록 할 수 있고, 그 충전재(11)를 이들 각부재의 프레임단면을 구성하는 2개의 패널재중 어느 한쪽 혹은 양쪽 프레임단면 내측면에 설치하던지 또는 양 패널재 사이에 보강재가 설치되어 있는 경우에는 양 패널재의 한쪽과 보강재사이만 설치하면 된다. 예를들면, 도7에 도시하는 바와같이, 상측 및 하측 패널재(22, 23)에 의해 단면이 폐단면상으로 구성된 전방 사이드 프레임(21)의 경우는, 그 굴곡부에서 하측 패널재(23)의 프레임단면 내측면에 충전재(11)를 설치하면 된다. 이와같이 하면, 앞측 충돌시의 충격하중(Af)(도1 참조)에 의해 전방 사이드 프레임(21)의 앞부분이 찌그러지고, 최종적으로 상기 굴곡부에서 꺾여짐으로써 상기 앞부분이 상측방으로 이동하는데, 이 꺾여질시에 충전재(11)에 의해 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다. 즉, 이 경우, 충전재(11)는 충격하중(Af)에 기인하여 전방 사이드 프레임에 작용하는 구부림 모먼트에 의해 인장응력이 발생하는 측에 설치하는 것이 좋다. 한편, 도8에 도시하는 바와같이, 상측 및 하측 패널재(26, 27)에 의해 단면이 폐단면상으로 구성된 후방 사이드 프레임(25)의 경우는 후측 충돌시의 충격하중(Ar)에 의해 후방 사이드 프레임(25)의 후부가, 굴곡부에서의 꺾여짐에 의해 상측방으로 이동하는 것을 억제할 필요가 있으므로, 그 굴곡부에서 상측 패널재(26)의 프레임단면 내측면에 설치하면 된다.

(실시형태2)

도9는 본 발명의 실시형태2를 도시하고(단, 이하의 각 실시형태에서는 도2 및 도3과 같은 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다), 보강재(14)의 적어도 충전재(11) 충전부분에 센터 필러(2) 길이방향에 따른 단면 대략 직사각형 형상의 다수 비드(l4b, 14b, ……)를 설치한 점이 상기 실시형태l과 다르다.

즉, 이 실시형태2에서는 외부 패널(12)과 보강재(14) 사이의 공간(충전재(11)의 발포 충전공간)이 상기 각 비드(14b) 분만큼 커져, 그 비드(14b) 내를 포함하는 발포 충전공간에 상기 충전재(11)가 발포 충전되어 있다.

이 센터 필러(2)를 조립하는 방법은 기본적으로는 상기 실시형태l과 동일하지만, 미발포 상태의 충전재(10)를 보강재(14)에 세트하는 방법이 다르다. 즉, 도10에 도시하는 바와같이, 충전재(10)의 각 비드(14b)에 대응하는 부분을 상기 각 비드(14b) 내의 깊이 방향 중간부까지 밀어넣어 충전재(10)를 세트한다. 이와같이 하면, 충전재(10)를 보강재(l4)에 확실하게 지지할 수 있어, 충전재(10)가 발포되기 까지 사이에 어긋나거나 탈락하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 각 비드(14b)의 바닥부에는 간극이 형성되어 있으므로, 전착 도장을 행할때에 이 간극이 전착액의 통로가 되어, 전착액의 회전성이나 배출성을 양호하게 하고, 액이 고이는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 액 고임에 의한 얼룩에 따른 전착층의 박리를 방지할 수 있어, 내식성의 저하를 억제할 수 있다. 그리고, 상기 충전재(10)를 전착 도장 등의 건조열에 의해 발포 경화시켜, 상기 각 비드(l4b) 내를 포함하여 외부 패널(12)과 보강재(14) 사이에 발포후의 충전재(11)가 완전히 충전된 상태로 한다.

따라서, 상기 실시형태2에서는 보강재(14)에 센터 필러(2)의 길이방향에 따른 다수의 비드(14b, 14b, ……)가 설치되어 있으므로, 미발포 상태의 충전재(10)의 지지와 전착 도장을 양호하게 행할 수 있고, 또한, 보강재(14)의 강성을 향상시킬 수 있어, 상기 실시형태1에서 설명한 바와같이, 외부 패널(12)과 동등 이상의 강성이 용이하게 얻어져, 외부 패널(12)의 벨트 라인부의 단면 내측에의 진입을 유효하게 억제할 수 있다.

단, 상기 실시형태2에서는 단면 직사각형 형상의 다수의 비드(14b, l4b, ……)를 설치하였는데, 예를들면 도11에 도시하는 바와같이, 각 비드(14b)를 단면 삼각형상으로 설치해도 되고, 도12에 도시하는 바와같이, 한개의 비드(14b)만을 설치해도 된다.

또한, 상기 실시형태2에 있어서도, 상기 실시형태l과 동일하게, 센터필러(2) 이외의 필러부재나 프레임부재 등의 프레임에 적용할 수 있고, 그 각 프레임에서 프레임 단면의 적어도 일부를 폐단면상으로 형성하고 또한 내부에 발포 충전공간을 형성하는 다수의 폐단면 부재의 적어도 한개에 비드를 설치해 두고, 그 비드를 설치한 한개의 폐단면 부재에 미발포 상태의 충전재(10)를 세트하면 된다.

(실시형태3)

도13은 본 발명의 실시형태3을 도시하고, 외부 패널(12)과 보강재(14) 사이의 공간을 상하 방향으로 구획하는 상측 및 하측 구획부재(3l, 32)를 설치하고, 이 상측 및 하측 구획부재(31, 32) 사이의 외부 패널(l2)과 보강재(14) 사이에, 충전재(11)의 발포 충전공간을 형성하도록 한 것이다.

즉, 이 실시형태3에서는 상기 상측 및 하측 구획부재(31, 32) 모두 보강재(14)에 프레스에 의해 외부 패널(12)측으로 돌출되도록 일체 설치되어 있고, 그 각 첨단부에는 상기 발포 충전공간의 상하방향 외측의 공간과 연통하고 또한 적어도 일부에 상기 충전재(11)가 발포 충전된 개방부(31a, 32a)를 가지고 있다. 또한, 상기 하측 구획부재(32)는 보강재(14)로부터 외부 패널(12)측으로 돌출되어 있으므로, 도14에 도시하는 바와같이, 충전재(10)를 보강재(l4)에 세트했을 시에 충전재(10)를 상하방향으로 지지할 수 있도록 구성되어 있다.

따라서, 상기 실시형태3에서 보강재(14)에서 일체 설치한 하측 구획부재(32)의 상측 위치에 미발포 상태의 충전재(10)를 하측 구획부재(32)에 의해 상하방향으로 지지한 상태로 세트하여 센터 필러(2)를 조립하면, 상기 실시형태2와 동일하게, 전착 도장시 등에 있어서 충전재(10)가 발포 충전공간으로부터 하측으로 탈락하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 충전재(10)는 상측 및 하측 구획부재(31, 32)의 각 개방부(31a, 32a)의 저항이 크므로, 발포시에 있어서 최초에 발포 충전공간에 발포충전되고, 그 후에 남은 나머지가 각 개방부(3la, 32a)의 적어도 일부에 발포 충전된다. 이 결과, 각 개방부(31a, 32a)의 상하방향 길이나 간극량을 조정함으로써, 충전재(10)의 세트량이 흩어져도 발포 충전공간의 충전재(11)의 발포율 편차를 저감시킬 수 있다. 또한, 충전재(10)의 상하 양단부가, 발포시에 각 개방부(31a, 32a)에 의해 구속되므로, 충전재(10)의 상하 양단부가, 상기 실시형태1, 2와 같이 프리 상태에서 발포되는 것과 달리, 발포후에 그 상하 양단부가 갈라지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상측 및 하측 구획부재(31, 32)를 설치하는 것만으로, 미발포 상태의 충전재(10)의 지지를 행할 수 있음과 동시에, 균일하게 발포 충전시킬 수 있고, 또한, 충전재(11)의 상하 양단부의 갈라짐에 의한 충격 에너지 흡수성능 등의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 상측 및 하측 구획부재(31, 32) 모두 보강재(14)에 일체 설치되어 있으므로, 별도의 새로운 부재를 설치하지 않고 간단한 구성으로 상측 및 하측 구획부재(3l, 32)를 설치할 수 있다.

여기서, 상기 실시형태3에서는 상측 및 하측 구획부재(3l, 32)의 각 개방부(3la, 32a)의 간극량(외부 패널(12)과 상측 및 하측 구획부재(31, 32)의 각 첨단부사이의 거리)이 충전재(11) 충전부분의 외부 패널(12)과 보강재(14) 사이의 간극량보다 작고 또한 5mm이하인 것이 바람직하다. 이것은 상기 각 개방부(31a, 32a)의 간극량이 5mm보다 크면, 충전재(11)의 발포율 편차의 저감효과와 그 상하 양단부의 갈라짐 억제 효과를 충분히 얻을 수 없게 되기 때문이다.

단, 상기 실시형태3에서는 상측 및 하측 구획부재(31, 32)를 보강재(l4)에 일체 설치하였지만, 별도 부재로 설치하도록 해도 된다. 예를들면 도l5에 도시하는 바와같이, 강판 등으로 이루어지는 상측 및 하측 구획부재(31, 32)를 보강재(l4)에 용접하여 접합하도록 해도 된다. 또한, 판상의 수지로 이루어지는 상측 및 하측 구획부재(31, 32)를 보강재(14)에 접착하도록 해도 되고, 도16에 도시하는 바와같이, 판상의 수지로 이루어지는 상측 및 하측 구획부재(31, 32)의 보강재(l4) 측면에 볼록부(3lb, 32b)를 설치해 두고, 그 볼록부(31b, 32b)를 보강재(l4)에 형성한 감합공(l4c, 14c)에 각각 끼워넣어도 된다.

또한, 도17 및 도18에 도시하는 바와같이, 상측 및 하측 구획부재(31, 32) 모두 판두께가 매우 작은 한개의 강판 등을 프레스 성형함으로써, 보강재에 설치고정된 고정부(31c, 32c)와, 상기 고정부(3lc, 32c)의 일단부에 접속되고 상기 접속부로부터 외부 패널(l2)측을 향해 비스듬히(상측 구획부재(31)는 상측으로, 하측 구획부재(32)는 하측으로) 연장되는 켄틸레버상의 가요부(可撓部)(3ld, 32d)(첨단부에 개방부(31a, 32a)를 가진다.)로 구성하고, 상기 가요부(31d, 32d)의 탄성 복원력을 조정함으로써, 충전재(10)가 발포할 시에 그 상하 양단부를 구속하여 갈라짐을 억제하거나, 발포율 편차를 저감시킬 수도 있다.

또한, 도19에 도시하는 바와같이, 도17 및 도18의 것보다 판두께를 크게하여 휘어지기 어렵게 함과 동시에, 가요부(31d, 32d)의 첨단부를, 상측 구획부재(3l)는 상측으로, 하측 구획부재(32)는 하측으로 각각 구부려 외부 패널(12)과 평행으로 하여 이 평행부분에 개방부(31a, 32a)를 형성하고, 상기 실시형태3과 같이 이 각 개방부(31a, 32a)의 상하방향 길이나 간극량을 조정하면, 발포율 편차를 저감시키거나, 갈라지는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상측 및 하측 구획부재(31, 32)의 각 개방부(3la, 32a)는 상기 상측 및 하측 구획부재(31, 32)를 관통하는 구멍상태여도 된다.

또한, 상기 실시형태3에는 필러 부재와 같이 대략 상하방향으로 연장되는 프레임에 적용할 수 있고, 그 각 프레임에 있어서 프레임 단면의 적어도 일부를 폐단면상으로 형성하고 또한 내부에 발포 충전공간을 형성하는 다수의 폐단면부재의 적어도 한개에 상측 및 하측 구획부재(3l, 32)를 설치해 두고, 그 폐단면부재의 하측 구획부재(32)의 상측위치에 미발포 상태의 충전재(10)를 하측 구획부재(32)에 의해 상하방향으로 지지한 상태로 세트하도록 하면 된다.

(실시형태 4)

도20은 본 발명의 실시형태4를 도시하고, 상기 실시형태1∼3의 충전재(11)(이하, 이 실시형태4에서는 제1 충전재(11)라고 한다)에 추가하여 제2 충전재(36)를 발포 충전하도록 한 것이다.

즉, 이 실시형태4에서는 제1 충전재(11)의 센터 필러(2) 길이방향(상하방향) 양단측의 외부 패널(12)과 보강재(14)사이에, 제2 충전재(36, 36)가 상기 제1 충전재(11)의 상하 양단부에 맞닿도록 충전되어 있다. 이 각 제2 충전재(36)는 상기 제1 충전재(11)보다 고발포율로서, 예를들면 발포 우레탄 수지나 고무계의 발포재로 이루어져 있다.

그리고, 상기 센터 필러(2)를 조립하기 위해서는, 우선 도21에 도시하는 바와같이, 보강재(14)에 미발포 상태의 제1 충전재(10)를 세트함과 동시에, 이 제1 충전재(10)의 상하방향 양단측에 시트상으로 가공한 미발포 상태의 제2 충전재(35, 35)를 세트한다. 이 때, 이들 제1및 제2 충전재(10, 35)는 발포 충전후에 있어서 제1 충전재(11)의 상하 양단부가 상기 제1 충전재(11)의 충전 필요범위보다 외측에 위치하고 또한 양 충전재(ll, 36)의 단부끼리 맞닿는 위치에 세트한다. 이어서, 센터 필러(2)를 조립하고, 전착 도장 등의 건조열에 의해 상기 양 충전재(10, 35)를 발포충전시키면 상기 구조가 얻어진다.

따라서, 상기 실시형태4에서는 제1 충전재(11)의 상하방향 양단부가 갈라지더라도, 고발포되어 갈라지기 힘든 제2 충전재(36)에 의해 그 갈라짐부로부터의 크랙의 진행 등을 방지할 수 있어, 제1 충전재(11)의 충격 에너지 흡수성능 등의 저하를 방지할 수가 있다. 이 결과, 상기 실시형태3과 같이 상측 및 하측 구획부재(31, 32)를 설치하지 않아도 되고, 제1 충전재(10)의 상하 양단부를 프리 상태로 발포시켜 발포율 편차의 저감화를 도모할 수 있음과 동시에, 충전위치의 변경 등에도 유연하게 대응할 수 있다.

또한, 상기 실시형태4에서는 미발포 상태의 제1 및 제2 충전재(10, 35)를 동시에 발포시켰지만, 제1 충전재(11)를 발포충전시킨 후에, 도22에 도시하는 바와같이, 이 발포 충전시킨 제1 충전재(11)의 상하방향 양단측에 충전용 건(37, 37)을 이용하여 제2 충전재(36, 36)(예를들면 2액성의 상온경화 타입)를 발포충전시켜도 된다. 이와 같이하면, 제1 충전재(11)는 그 발포시에 제2 충전재(36)의 영향을 받지 않으므로, 완전히 프리 상태에서 발포시킬 수 있고, 발포율 편차를 보다 저감시킬 수 있다.

또한, 도23에 도시하는 바와같이, 보강재(14)의 제1 충전재(11) 충전부분에 개구부(14d)(예를들면, 미발포 상태의 제1 충전재(11)를 세트했는지 여부를 확인하기 위한 것이나 세트시의 위치마춤용으로 형성한 것 등(후술의 실시형태5 참조))가 형성되어 있는 경우에는 그 개구부(14d)로부터 제l 충전재(11)가 누락되지만, 이 누락 부분에도 갈라짐이 발생하므로, 내부 패널(13)과 보강재(l4) 사이의 상기 개구부(14d)에 대응하는 부분에도 제2 충전재(36)를 발포 충전시키도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 도24에 도시하는 바와같이, 미발포 상태의 제2 충전재(35)는 내부 패널(l3)의 상기 개구부(14d)에 대향하는 부분에 세트하면 된다.

또한, 상기 실시형태4에서도 상기 실시형태l과 동일하게, 센터 필러(2) 이외의 필러부재나 프레임부재 등의 프레임에 적용할 수 있고, 그 각 프레임에 있어서 프레임단면의 적어도 일부를 폐단면상으로 형성하는 다수의 폐단면 부재의 하나에, 미발포 상태의 제1 및 제2 충전재(l0, 35)를 세트하도록(상술과 같이 제1 충전재(11)의 발포 충전후에 제2 충전재(36)를 발포 충전하는 경우에는, 제1 충전재(10)만을 세트한다)하면 된다.

(실시형태5)

도25∼도28은 본 발명의 실시형태5를 도시하고, 센터 필러(2) 길이방향에서 충전재(11)(도25 및 도26에서는 미발포 상태의 충전재(10)를 도시한다.)가 설치되어 있지 않은 부분의 센터 필러(2) 단면내에, 함께 강판 등으로 이루어지는 단면이 대략 コ자형상인 상측 부분 보강재(41)와 하측 부분 보강재(42)를 설치하도록 한 것이다. 이 실시형태5에서는 상기 상측부분 보강재(41)와 하측부분 보강재(42)를 모두 설치한 것으로 설명하고 있으나, 상측부분 보강재(41)를 설치하지 않은 실시예로도 가능하다.

즉, 이 실시형태5에서는 상기 상측 부분 보강재(41)가 센터 필러(2) 길이방향 전체에 걸쳐 설치된 보강재(14)의 내부 패널(13) 측면의 충전재(11)보다 상측 부분에 용접 등에 의해 접합되어 설치되고(플랜지부는 가지고 있지 않다), 상기 하측부분 보강재(42)는 상기 보강재(l4)의 내부 패널(13) 측면의 충전재(11)보다 하측 부분에, 용접 등에 의해 접합되어 설치되어 있다(플랜지부는 가지고 있지 않다). 또한, 상기 보강재(14)는 본 실시형태5에서는 상측 보강재(45)와 하측 보강재(46)(도26에 2점쇄선으로 표시한다)가 일체적으로 결합되어 되고, 상기 하측부분 보강재(42)는 상기 상측 보강재(45)의 하부에 설치되어 있다(도25에서는 하측 보강재(46)와 외부 패널(l2)을 생략하고 있다).

상기 상측부분 보강재(41)의 하단부에는 충전재(11)의 상단부에 랩되도록 연장 돌출되는 연출부(延出部)(41a)가 설치되고, 하측부분 보강재(42)의 상단부에는 충전재(11)의 하단부에 랩되도록 연장 돌출되는 연출부(42a)가 설치되어 있다. 이 상측 및 하측부분 보강재(41, 42)의 각 연출부(41a, 42a)의 일부는 미발포 상태의 충전재(10)와도 랩되어 있고(도26 참조), 발포후의 충전재(11)에 대해는 그 랩 범위가 미발포 상태의 충전재(10)보다 상하로 커진다.

상기 상측부분 보강재(41)의 상단부(연출부(41a)가 설치되어 있지 않은 단부)는 외부 패널(12), 내부 패널(l3) 및 상측 보강재(45)와 함께 강도 멤버인 루프 사이드 레일(3)에 접합되어 있다.

상기 미발포 상태의 충전재(10)의 상하 단부에는 삼각형상의 절결부(l0a, 1Oa)가 각각 형성되어 있다. 이 각 절결부(lOa)는 상기 상측 보강재(45)에 있어서 상기 각 절결부(l0a)에 대응하도록 형성한 위치 맞춤용 구멍(14e, 14e)과 함께, 미발포 상태의 충전재(10)를 상측 보강재(45)에 부착할 시의 위치맞춤용으로 형성한 것이다.

또한, 상기 미발포 상태의 충전재(l0)는 미리 보강재(l4)에 따른 형상으로 가공해 놓고 lO℃ 이하에서 보관한 것을 사용하도록 하면, 점토상태인 충전재(10)의 두께가 기온에 의해 변화되어도, 보강재(l4)의 형상에 따라 길들이거나 위치맞춤하는 작업이 용이해진다.

따라서, 상기 실시형태5에서는 연출부(4la, 42a)를 가지는 상측 및 하측 부분 보강재(4l, 42)에 의해 센터 필러(2)의 충전재(11)가 설치되지 않은 부분의 강도를 향상시키고, 충전재(11)가 설치된 부분과 설치되지 않은 부분의 경계부의 강도변화를 작게 할 수 있다. 따라서, 그 경계부에 응력이 집중하는 것을 억제하여 상기 경계부에서의 변형을 방지할 수 있다.

또한, 상기 실시형태5에서는 충전재(11)가 설치된 부분과 설치되어 있지 않은 부분과의 경계부의 강도변화를 작게 하기 위해 상측 및 하측부분 보강재(41, 42)를 설치하였는데, 상기 실시형태1에서 설명한 바와같이, 외부 패널(12)과 충전재(11) 사이에 접착제층을 설치하거나 충전재(11) 자체가 접착력을 가지도록 하여, 충전재(11)의 상하 양단부의 외부 패널(12)에 대한 전단 접착 강도를 상기 충전재(11)의 상하방향 중간부보다도 낮게 설정하도록 해도 된다. 이 경우, 충전재(11)의 상하 양단부의 전단 접착 강도는 7MPa보다 작게 설정하고(경우에 따라서는 0이어도 된다), 상하방향 중간부는 7MPa 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 충전재(ll)의 상하 양단부의 전단 접착 강도를 낮게 하기 위해서는, 상하방향 중간부보다도 전단 접착 강도가 낮은 접착제를 사용하거나, 상하방향 중간부와 동일 접착제를 부분적으로 마스킹하여 사용하면 되고, 또한, 충전재(11) 자체가 접착력을 가지도록 한 경우에는, 전단 접착 강도가 서로 다른 2종류의 충전재를 이용하면 된다(상기 실시형태4에서 제2의 충전재(36)의 전단 접착 강도를 제l 충전재(11)보다 낮게 해도 된다).

또한, 상기 경계부의 강도변화를 작게 하기 위해서, 충전재(11)의 상하 양단부의 강도를, 상기 충전재(11)의 상하방향 중간부보다 낮게 설정하도록 해도 된다. 예를들면, 도29에 도시하는 바와같이, 미발포 상태의 충전재(10)의 상기 위치맞춤용 각 절결부(l0a)를 매우 크게함으로써, 상하 양단부의 발포 충전밀도를 저하시켜 상기 상하 양단부의 발포후의 강도를 상하방향 중간부보다 낮게 할 수 있다. 또한, 도30에 도시하는 바와같이, 미발포 상태의 충전재(10)의 상하 양단부의 좌우 양측을 베어내 상하 양단부의 발포후의 강도를 낮게 하도록 해도 된다.

또한, 미발포 상태의 충전재(10)의 상측 보강재(45)에 대한 위치맞춤을 행하기 위해, 상기 절결부(l0a, l0a)를 형성하는 대신에, 도3l 및 도32에 도시하는 돌기부(l0b, l0b)를 설치해도 되고, 도33에 도시하는 것과같은 관통공(1Oc, lOc)을 형성해도 된다. 그리고, 충전재(10)에 상기와 같은 각 돌기부(1Ob)를 설치하는 경우에(절결부(1Oa)를 형성하는 경우라도 된다.), 그 각 돌기부(10b) 등으로 위치맞춤용 구멍(l4e)의 적어도 일부를 덮도록 하면, 외부 패널(12)과 보강재(14)를 결합한 후에 충전재(10)가 올바른 위치에 부착되어 있는지 여부를 검사할 수 있다. 그리고, 이 위치맞춤용 구멍(14e)에서 충전재(11)가 발포되었을 시에 누락되는 것을 가능한한 억제하기 위해서는 그 직경을 3mm 이하로 하면 된다. 또한, 위치맞춤용 구멍(l4e)은 원형일 필요는 없고, 예를들면 도34∼도36에 도시하는 것과 같은 형상으로 해도 되고, 이 경우, 충전재(10)의 각 위치맞춤용 구멍(14e)에서 누락되는 것을 억제하기 위해서는 각 도면에 도시하는 개소를 3mm이하로 설정하면 된다. 또한, 충전재(10)에 상기와 같은 각 관통구멍(10c)을 형성하는 경우에, 도37에 도시하는 바와같이, 클립(49)을 상기 상측 관통공(10c)과 상측 보강재(45)의 위치맞춤용 구멍(l4c)에 관통시켜 걸리게 하면, 충전재(10)의 지지를 행할 수 있음과 동시에, 클립(49)이 위치맞춤용 구멍(l4e)으로부터 돌출되어 있는지 여부에 따라, 충전재(l0)가 올바른 위치에 부착되어 있는지 여부의 검사를 행할 수도 있다.

또한, 위치맞춤용 구멍(14e) 대신에, 상기와 같은 검사는 할 수 없지만, 상측 보강재(45)에 충전재(10)와의 위치맞춤용으로서 볼록부나 오목부를 설치해도 되고, 마킹을 실시해도 된다.

또한, 상기 실시형태5에서 충전재(11)는 센터 필러(2)의 길이방향에서 한군데밖에 설치되어 있지 않지만, 두군데 이상으로 분리하여 설치되어 있는 경우에는 그 2개의 충전재사이에도 부분 보강재를 설치하면 되고, 이 부분 보강재의 프레임 길이방향의 양단부에 연출부를 설치하면 된다.

추가하여, 상기 실시형태5에서도 상기 실시형태l과 동일하게, 센터 필러(2) 이외의 필러부재나 프레임부재 등의 프레임에 적용할 수 있다. 또한, 충전재(11)는 발포재가 아니어도 되고, 상측 및 하측부분 보강재(41, 42)는 판재가 아니어도 된다.

〈실시예〉

다음에, 구체적으로 실시한 실시예에 대해 설명한다.

우선, 충전재 그 자체에 대해(즉 프레임단면내에 충전된 상태가 아닌, 충전재 자체에 대해), 그 기초적인 물리적 및 기계적 특성을 조사했다. 즉, 표1에 표시하는 종류의 재료에 대해, 각각 그 밀도를 조사함과 동시에, 평균압축강도 및 최대 구부림 강도를 시험에 의해 구했다. 또한, 상기 밀도는 모든 재료에 대해, 실온(약 20℃)에 있어서의 값을 조사했다.

표1의 각 재료중, 발포 우레탄 수지는 경도가 8kg/㎠인 것을, Al 발포체는 알루미늄 발포재를, 목재는 소나무를, Al 덩어리는 막대상의 알루미늄재를, 보강재는 일반적으로 프레임단면내에 설치되는 두께 1mm의 강판(SPCC; 이하, 이 실시예에서 강판은 모두 SPCC)제의 보강재를 각각 사용했다.

또한, 상기 보강재의 밀도는 후술하는 도39에 도시하는 것과 같은 프레임단면내에 설치된 보강재 중량과, 상기 보강재 설치부분에 대응하는 프레임의 용적으로부터 프레임내 환산밀도로서 산출한 것이다. 또한, 발포 우레탄의 평균압축강도, 보강재의 평균압축강도 및 최대 구부림 강도에 대해서는 모두 값이 너무 낮아 계측할 수 없었다.

〈표1〉

재질	밀도(g/㎤)	평균압축강도 (MPa)	최대 구부림 강도(MPa)
발포 우레탄	0.09	0.6	-
Al 발포체	0.29	1.9	2.4
목재	0.41	2.5	59.2
에폭시 수지A	0.50	3.0	3.7
에폭시 수지B	0.50	9.0	11.0
Al 덩어리	2.67	234	586
보강재	0.61	-	-

각 충전재의 평균압축강도를 조사하기 위한 단체(單體) 압축시험은 이하와 같이 하여 행했다. 즉, 각 재료의 공시재(供試材)를 1변 30mm의 입방체로 가공하여 각각 시험편을 제작하고, 이에 대해 한방향으로부터 1Omm/min의 속도로 압축 하중을 가하여, 도38에서 모식적으로 도시하는 바와같이, 변위량(압축량)이 0∼8mm인 범위에서의 평균하중을 구하여 이를 충전재의 평균압축강도로 했다.

또한, 각 충전재의 최대 구부림 강도를 조사하기 위한 단체 구부림 시험은 이하와 같이 하여 행했다. 즉, 각 재료의 공시재를 폭 50mm ×길이 150mm ×두께 10mm의 평판상으로 가공하여 각각 시험편을 제작하고, 각 충전재의 시험편에 대해, 지점간 거리를 80mm로 하여, 그 중앙을 R8의 압자(壓子)로 10mm/min의 속도로 압압함으로써, 소위 오토 그래프로 3점 구부림 시험을 행했다. 그리고, 그 하중 일변위선도로부터 각 충전재의 최대 구부림 강도를 산출했다.

상기 표l의 각 충전재 밀도의 데이터 및 코스트, 경량화 효과등으로부터, 차체 프레임의 단면내에 충전하는 충전재의 밀도로는 l.Og/㎤ 이하가 적당하고, 바람직하게는 0.6g/㎤ 이하이면, 더욱 경량화효과를 기대할 수 있다.

다음에, 상기 각 충전재를 프레임의 소정부분의 내부공간에 충전하고, 프레임의 주로 에너지 흡수 특성을 평가하는 시험을 행했다.

우선, 프레임을 구성하는 패널재로서는 판두께 1mm의 강판을 이용했다. 이 강판의 인장강도는 292N/㎟이고, 항복점은 l47N/㎟이며, 신장은 50.4%였다.

상기 강판을 이용하여 도39에 도시하는 바와같이, 편측이 개구된 단면이 대략 コ자 형상인 패널재(Po)와 평판상의 패널재(Pi)를 편모자상으로 조합하고, 그 중합부분(Lf)(플랜지부)에 대해 60mm 피치로 스폿용접을 하여 최종적으로 조립하였다.

또한, 도39에서 가상선으로 표시하는 바와같이, 프레임단면내에 보강재(Rf)를 배치한 경우, 이 보강재(Rf)의 재료는 프레임(FR)의 패널재(Pi, Po)의 재료와 동일한 것을 이용했다. 이 경우, 보강재(Rf)의 양 플랜지부(도시하지 않음)는 양 패널재(Pi, Po)의 플랜지부(중합부분(Lf))에 끼운 후, 세장을 겹쳐 스폿용접으로 조립하였다.

상기 프레임(FR)의 소정부분의 내부공간에 표l의 각 충전재를 각각 충전하여 각종 기계적 시험을 행하고, 평균압축강도 또는 최대 구부림 강도와 에너지 흡수성의 관계를 조사했다.

우선, 프레임의 정적 3점 구부림 시험을 실시했다. 도40은 프레임(Rf)의 정적 3점 구부림 시험을 행하는 시험장치를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 또한, 도41은 이 정적 3점 구부림 시험장치의 요부를 확대하여 도시하는 설명도이다.

도39에 있어서 실선으로 표시하는 단면형상을 구비한 소정 길이의 프레임(FR)의 단면내에 충전재(S)를 Ef= 50∼30Omm 길이에 걸쳐 충전하고, 만능시험기에 의해, 압자(Ma)를 통하여 프레임(FR)의 중앙에 정적 하중(Ws)을 가하여, 도42에 도시하는 바와같이, 변위량 0∼45mm의 범위에서의 하중 일변위를 측정하고, 정적 에너지 흡수량을 구했다.

상기 시험결과를 도43∼도46의 그래프에 도시한다. 우선, 도43은 충전재 질량과 에너지 흡수량의 관계를 나타낸 것이다. 이 도43에 있어서, 검은 동그라미 표시(●)는 목재를, 검은 사각 표시(■)는 에폭시 수지A를 각각 충전한 경우를 표시하고, 또한, 흰 삼각표시(△)는 강판 보강재(판두께 1.Omm)를 프레임단면내에 설치한 경우를 나타내고 있다. 또한, 흰 동그라미 표시(○)는 판 두께 1.6mm인 강판의 경우를 참고로 표시한 것이다.

이 그래프(도43)부터 잘 알 수 있는 바와같이, 목재 및 에폭시 수지(A) 모두 충전재(S)의 충전질량이 증가함에 따라 흡수 에너지가 높아지고, 시험장치의 양 지점(Ms)에서 지지된 프레임부분이 찌그러진 상태에서 최대치를 나타냈다. 또한, 목재나 에폭시 수지 등의 충전재(S)를 이용한 경우, 보강재만을 설치한 경우에 비해, 동등의 에너지 흡수량을 얻는데 있어서, 훨씬 적은 충전 질량으로 된다.

이와 같이, 프레임단면내에 충전재(S)를 충전함으로써, 보강재(Rf)만을 설치한 경우에 비해, 프레임(FR)의 에너지 흡수성이 대폭 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도44는 충전재(S)의 평균압축강도와 에너지 흡수량의 관계를 나타낸 것으로, 그래프의 횡축은 대수눈금이다. 이 측정에 있어서는, 각 충전재(S)의 충전길이(Ef)를 50mm로 했다. 충전길이가 이 정도 이하인 경우에 충전재(S)는 거의 구부림 작용을 받지않고, 그 에너지 흡수성은 압축강도와의 상관성이 매우 강해진다. 또한, 도44에 있어서, a1점, a2점, a3점, a4점및 a5점은 각각 우레탄 수지, Al 발포체, 목재, 에폭시 수지(A) 및 Al 덩어리에 대한 데이터인 것을 타나낸다.

이 도44의 그래프로부터 잘 알 수 있듯이, 충전재(S)의 평균압축강도가 커짐에 따라, 에너지 흡수량도 증가하는데, 평균압축강도가 4MPa 이상으로 되면, 프레임(FR)의 에너지 흡수량의 증가정도가 포화된다. 환언하면, 평균압축강도가 4MPa 이상이면, 거의 최대치에 가까운 에너지 흡수량을 얻을 수 있다.

특히, 평균압축강도가 5MPa 이상이 되면, 프레임(FR)의 에너지 흡수량의 증가 정도는 보다 안정되게 포화되어, 최대치에 가까운 에너지 흡수량을 보다 안정되게 얻을 수 있다.

또한, 도45는 충전재(S)의 최대 구부림 강도와 에너지 흡수량의 관계를 나타낸 것이고, 또한, 도46은 도45의 그래프의 최대 구부림 강도 80MPa 이하의 부분을 확대하여 도시한 것이다. 이 측정에 있어서 각 충전재(S)의 충전 길이(Ef)를 1OOmm로 했다. 충전길이가 1OOmm 정도까지 증가하면, 충전재의 구부림 강도도 프레임(FR)의 에너지 흡수성 향상에 크게 기여하게 된다. 또한, 도45 및 도46에 있어서, b1점, b2점, b3점 및 b4점은 각각 Al 발포체, 에폭시 수지(A), 목재 및 A1 덩어리의 데이터인 것을 나타낸다.

이들 그래프로부터 잘 알 수 있듯이, 충전재(S)의 최대 구부림 강도가 커짐에 따라 에너지 흡수량도 증가하는데, 최대 구부림 강도가 l0MPa 이상으로 되면(특히 도46 참조), 프레임(FR)의 에너지 흡수량의 증가정도는 포화된다. 환언하면, 최대 구부림 강도가 l0MPa 이상이면, 거의 최대치에 가까운 에너지 흡수량을 얻을 수 있다.

특히, 최대 구부림 강도가 60MPa 이상으로 되면, 프레임(FR)의 에너지 흡수량의 증가정도는 보다 안정되게 포화하고, 최대치에 가까운 에너지 흡수량을 보다 안정되게 얻을 수 있다.

이상의 정적 에너지 흡수성의 시험에 있어서, 프레임 단면내에 충전재가 충전되어 있지 않은 경우에는, 도47에 도시하는 바와같이, 프레임(FR)은 하중(Ws)의 입력점에서 국부적으로 크게 변형된다. 이에 대해, 프레임 단면내에 충전재가 충전되어 있는 경우에는, 도48에 도시하는 바와같이, 입력하중(Ws)은 입력점뿐만아니라, 길이(Ef)의 범위로 충전된 충전재(S)를 통하여 프레임(FR)의 충전부분 주변으로 분산되게 된다. 즉, 충전재(S)를 내부에 충전함으로써, 프레임은 국부적으로 큰 변형이 생기지 않고, 광범위하게 변형되게 된다. 이에 따라, 흡수 에너지도 비약적으로 증가하는 것으로 생각된다.

또한, 이 때의 충전재(S)의 단체 에너지 흡수량을 계산에 의해 구하면, 전체 흡수 에너지의 7% 이하였다. 이로부터 충전재(S)를 프레임(FR) 내에 충전함에 의한 에너지 흡수성의 향상은 충전재(S) 자체의 에너지 흡수성보다 충전재(S)에 의한 하중 분산효과가 매우 크게 기여하고 있는 것을 이해할 수 있다.

또한, 도43의 그래프에 있어서, 특히, 에너지 흡수량의 상한을 나타내는 목재를 충전한 프레임에 대해, 시험후의 프레임 상태를 눈으로 관찰하면, 시험장치의 양 지점(Ms)에서 지지된 프레임 부분이 거의 완전하게 찌그러진 상태로 되어 있었다. 즉, 본 프레임(FR)에서의 최대 에너지 흡수가 이 지점(Ms)에 의한 지지부분의 찌그러짐에 의한 것으로 생각된다. 따라서, 이 경우, 충전재(S)의 역할은 입력하중(Ws)을 지점부분으로 분산시키는 것에 있다고 말할 수 있다.

또한, 충전길이 Ef= 50mm로 각 충전재를 각각 충전시킨 각 프레임에 대해, 시험후의 프레임단면이 찌그러진 상태를 눈으로 관찰하면, 에너지 흡수성이 비교적 낮은 것(보강재(Rf)만 우레탄 수지 및 Al 발포체)에서는, 프레임단면이 하중 입력점에서 거의 완전히 찌그러져 있고, 한편, 에너지 흡수성이 비교적 높은 것(에폭시 수지, 목재 및 Al 덩어리)에서의 프레임단면은 하중 입력점에서 그다지 찌그러지지 않았다.

이 하중 입력점에서의 프레임단면의 찌그러짐은 충전재(S)의 압축강도가 크게 기여하고 있어, 상술과 같이, 충전재(S)의 평균압축강도가 증가함에 따라 에너지 흡수량이 증가하고, 약 4MPa에서 포화되고, 약 5MPa에서보다 안정되게 포화하고 있다(도44 참조).

이로부터, 단면의 찌그러짐은 프레임의 에너지 흡수성능에 크게 영향받고 있고, 단면이 찌그러지면, 응력집중이 생겨 국부적인 변형을 가속하여, 프레임(FR)의 꺽여짐을 초래하고, 충분한 에너지 흡수량을 확보할 수 없게 되는 것으로 생각된다.

프레임(FR) 내에 충전된 충전재(S)로의 압축하중은 특히 하중입력측에 직접적으로 작용하기 때문에, 충전재(S)의 평균압축강도는 특히 하중입력측에서 상기 단면의 찌그러짐을 막는데 충분한 값(4MPa 이상)으로 유지되는 것이 바람직하다.

또한, 상술과 같이, 충전재(S)의 충전 길이(Ef)가 일정 이상 길어지면, 충전재(S)의 평균압축강도가 거의 동등해도 에너지 흡수성에 차이가 발생한다. 충전재(S)의 충전 길이(Ef)를 10Omm로 한 경우에 에너지 흡수량이 비교적 낮은 에폭시 수지(A)를 충전한 프레임의 단면을 눈으로 관찰하면, 충전재(에폭시 수지)에 갈라짐이 발생했다. 이 갈라짐에 대해서는 최대 구부림 강도가 크게 영향을 주고 있고, 이 최대 구부림 강도가 높아짐에 따라 에너지흡수량이 증가하여, 약 10MPa에서 포화되고, 약 60MPa에서 보다 안정되게 포화되었다(도45 및 도46 참조).

프레임(FR) 내에 충전된 충전재(S)로의 구부림 하중은 특히 반하중 입력측에 직접적으로 작용하므로, 상기 충전재(S)의 최대 구부림 강도는 특히 반하중 입력측에서 상기 충전재의 갈라짐을 막는데 충분한 값(10MPa 이상)으로 유지되는 것이 바람직하다.

또한, 이상에서 프레임(FR) 내에 충전재(S)를 충전시킨 경우, 충전재(S)를 다른 충전재로 이루어지는 다층구조로 하고, 하중 입력측에는 평균압축강도가 소정치(적어도 4MPa) 이상인 충전재층을 설치하고, 반하중 입력측에는 최대 구부림 강도가 소정치(적어도 10MPa) 이상인 충전재층을 설치하도록 하면, 매우 효율 좋은 프레임(FR)의 에너지 흡수성을 높일 수 있다.

상술의 정적 3점 구부림 시험에 연속하여, 프레임의 동적 3점 구부림 시험을 실시했다. 도49는 프레임(FR)의 동적 3점 구부림 시험을 행하는 시험장치를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 상기 정적 3점 구부림 시험의 경우와 마찬가지로, 도39에 있어서 실선으로 표시하는 단면형상을 구비한 소정길이의 프레임(FR)의 단면내에 충전재(S)를 Ef=50∼300mm의 길이에 걸쳐 충전하고, 낙하하는 추(Mb)에 의해 프레임 중앙부분에 충격하중(Wd)을 준 경우의 프레임(FR)의 변형량을 측정함과 동시에, 충격하중을 로드 셀(Mc)로 측정하고, 도50에 도시하는 바와같이, 변위량 0∼45mm인 범위에서의 에너지 흡수량을 구했다.

도51은 상기 동적 3점 구부림 시험의 충전재 길이와 에너지 흡수량의 관계를 나타낸 것이다. 이 도5l에서 검은 동그라미 표시(●)는 목재를, 검은 사각 표시(■) 에폭시 수지(A)를 각각 충전시킨 경우를 나타내고 있다.

이 그래프(도51)로부터 잘 알 수 있듯이, 정적 3점 구부림 시험의 경우와 마찬가지로, 목재 및 에폭시 수지(A) 모두 충전재(S)의 충전량이 증가함에 따라 흡수 에너지가 높아지고, 또한, 에너지 흡수량의 상한이 인정되어, 그 값은 약 0.85kJ였다.

이와 같이, 동적 하중(Wd)에 대해서도 프레임단면내에 충전재(S)를 충전함으로써, 프레임(FR)의 에너지 흡수성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 정적 하중(Ws)의 경우와 동적 하중(Wd)의 경우를 비교하면, 동적 하중(Wd)에 대한 쪽이 에너지 흡수량이 커, 정적 하중(Ws)에 대한 경우의 약 1.7배였다.

또한, 이상에서 얻어진 정적 하중(Ws) 및 동적 하중(Wd) 각각의 에너지 흡수성의 데이터로부터 정적 하중(Ws)의 경우와 동적 하중(Wd)의 경우의 비(정동비(靜動比))를 산출하면, 매우 높은 상관성이 인정되었다. 따라서, 정적 하중(Ws)의 에너지 흡수성에 대해 행한 고찰(충전재(S)에 의한 하중분산효과 등)은 기본적으로 동적 하중(Wd)의 에너지 흡수성을 취급하는 경우에도 적용시킬 수 있는 것으로 생각된다.

도52는 상기 동적 3점 구부림 시험에 있어서, 프레임단면내에 보강재(Rf)만이 설치된 경우에 대한 에너지 흡수성의 향상율과, 충전재(S)의 충전 길이 범위(하중지점간의 거리에 대한 충전 길이 비율)의 관계를 표시하는 그래프이다. 도52에 있어서, 흰 동그라미 표시(○)는 목재를, 흰삼각 표시(△)는 에폭시 수지(A)를 각각 충전한 경우를 나타내고 있다.

이 그래프(도52)로부터 잘 알 수 있듯이, 목재 및 에폭시 수지 모두 충전재(S)의 충전 길이 범위가 커짐에 따라 흡수 에너지가 높아지는데, 약 l5%에서 거의 포화된다. 환언하면, 충전재(S)의 충전 길이 범위가 하중지점간 거리에 대해 15%이상이면, 거의 최대 에너지 흡수량을 얻을 수 있다. 따라서, 충전재(S)의 충전범위는 하중지점간 거리에 대해 15%이상인 것이 바람직하다.

도53은 프레임의 정적 캔틸 레버 구부림 시험을 행하는 시험장치를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도54에 도시하는 단면형상을 구비한 소정길이의 프레임(FR)의 단면내에 충전재(S)를 충전시킨 후, 이 프레임(FR)의 일단을 지지판(Me)에 고정하고, 이 지지판(Me)을 장치기판(Mf)에 고정한다. 그리고, 만능시험기에 의해, 프레임(FR)의 패널재(P1)의 타단 근방에 압자(Md)를 통하여 정적 하중(Wm)을 패널재(Po) 방향으로 추가하여, 구부림 각도(하중 작용점의 변위와 이 하중 작용점의 기단으로부터의 거리로 산출)와 하중의 관계를 측정하고, 최대 구부림 모먼트 및 정적 에너지 흡수량을 구했다.

도55는 다양한 충전재를 충전시킨 프레임의 구부림 각도와 구부림 모먼트의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에서 곡선a는 충전재가 없는(강판 프레임만) 프레임의 특성을, 곡선b는 에폭시 수지(A)를 충전시킨 프레임의 특성을, 곡선c는 에폭시 수지(B)를 충전시킨 프레임의 특성을, 곡선d는 에폭시 수지(B)를 충전하고 또한 프레임(FR)의 패널재(Po)와 (Pi) 사이에 접착제(전단 강도 7.3MPa의 차체 실러)를 적용한 프레임 특성을, 곡선e는 목재(소나무)를 충전시킨 프레임의 특성을 각각 나타낸다.

이 도55의 그래프로부터 알 수 있듯이, 모든 곡선에 대해, 구부림 각도가 어느정도에 도달하기 까지 구부림 모먼트치는 구부림 각도의 증가에 따라 올라가도록 크게 상승한다. 그리고, 곡선a∼c 및 곡선e에 대해서는, 각각 어느 구부림 각도에서 피크(극대점)가 되고, 그 후는 구부림 각도가 증가함에 따라 구부림 모먼트는 저하한다. 곡선a(충전재없이 강판 프레임만)의 경우, 이 저하정도가 특히 크다.

이에 대해, 곡선d(에폭시 수지(B) + 접착제)의 경우에는 구부림 모먼트가 크게 상승한 후에도, 구부림 각도의 증가에 대해 구부림 모먼트의 저하는 볼 수 없고, 높은 구부림 모먼트치를 유지하고 있다. 또한, 최대 구부림 모먼트치도 5개의 곡선중에 가장 크다. 동일 충전재(에폭시 수지(B))를 이용한 곡선c와 비교하여, 구부림 각도의 증가에 대한 경향 및 최대 구부림 모먼트의 크기 양쪽에 대해 명확한 차이가 있다.

즉, 동일 충전재를 이용해도 이 충전재를 프레임의 패널재에 대해 접착제로 고정함으로써, 프레임의 구부림 모먼트 특성이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.

또한, 도56은 도55와 동일한 다양한 충전재를 충전한 프레임의 최대구부림 모먼트[Nm] 및 에너지 흡수량[J]을 나타내는 막대 그래프이다. 이 그래프에서, A∼E의 각 란은 도55의 곡선a∼e과 각각 같은 프레임을 나타내고 있다. 또한, 각 란에서, 좌측의 수치(빈 막대 그래프)가 프레임의 최대 구부림 모먼트[Nm]를 나타내고, 우측 수치(사선 해칭의 막대 그래프)는 프레임의 에너지 흡수량[J]을 나타내고 있다.

이 도56의 그래프로부터 잘 알 수 있듯이, 프레임의 에너지 흡수량은 에폭시 수지B + 접착제(D란)를 적용한 것이 가장 크고, 같은 충전재(에폭시 수지B)를 이용한 C란의 에너지 흡수량과 비교해 명확한 차이가 있다.

즉, 같은 충전재를 이용해도, 이 충전재를 프레임의 패널재에 대해 접착제로 고정함으로써, 프레임의 에너지 흡수특성이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.

도57은 접착제층의 전단 접착 강도와 최대 구부림 모먼트의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 도57의 그래프로부터 잘 알 수 있듯이, 접착제층의 전단 접착 강도가 커짐에 따라 최대 구부림 모먼트도 증가하는데, 전단 접착 강도가 3MPa이상이 되면, 최대 구부림 모먼트의 증가정도(그래프의 곡선 구배)는 그때까지에 비해 완만하게 된다. 즉, 접착제층의 전단 접착 강도가 3MPa이상이면, 프레임이 부담할 수 있는 최대 구부림 모먼트를 매우 효과적으로 증가시켜, 충분한 구부림 모먼트치를 달성하여 높은 에너지 흡수능력을 얻는 것이 가능하다. 따라서, 접착제층의 전단 접착 강도는 3MPa 이상이면 된다. 또한, 전단 접착 강도가 더욱 커져 7MPa 이상으로 되면, 최대 구부림 모먼트의 증가정도가 포화된다. 환언하면, 전단 접착 강도가 7MPa이상이면, 거의 최대치에 가까운 구부림 모먼트치를 얻을 수 있다. 따라서, 접착제층의 전단 접착 강도가 7MPa이상인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 전단 접착 강도의 측정은 JIS K 6850의「접착제의 인장 전단 접착 강도 시험방법」에 따라 행한 것으로, 도58에 도시하는 바와같이, 피착재(51, 5l)로서 폭 25mm, 두께 1.6mm의 강판을 이용하고, 접착부분(길이 12.5mm)에 미발포 상태의 충전재(52)를 끼우고 0.5mm 두께로 고정하여, 클램프한 상태에서 전착 도장 등의 건조열을 모의한 가열(150℃ ×30분→140℃ ×20분 →140℃ × 20분)을 행하고, 그 후, 발포하여 튀어나온 부분을 제거한 상태에서 시험을 행하여 전단 접착 강도를 측정했다(접착제층이 있는 경우나 없는 경우도 동일).

다음에, 도59에 도시하는 단면형상을 구비한 길이 240mm의 프레임(60)의 단면내 일부에 충전재를 충전한 경우와, 전체에 충전한 경우에 있어서, 프레임(60)의 구부림 각도와 구부림 모먼트의 관계가 어떻게 되는지를 도53과 동일한 정적 캔틸레버 구부림 시험에 의해 조사했다. 또한, 정적하중은 외부 패널(62)측으로부터 내부 패널(63)방향으로 가하였다.

구체적으로는 (가) 외부 패널(62)과 보강재(64)사이에만 충전재를 충전한 것과, (나) 내부 패널(63)과 보강재(64)사이에만 충전재를 충전한 것과, (다) 외부 패널(62)과 보강재(64) 사이 및 내부 패널(63)과 보강재(64)사이의 양쪽에 충전재를 충전한 것과, (라) 충전재를 전혀 충전하지 않은 것을 제작하여 이들에 대해 시험을 행했다. 이 때, 외부 패널(62)은 두께 0.7mm의 강판을, 내부 패널(63)은 두께 1.4mm의 강판을, 보강재(64)는 두께1.2mm의 강판을 각각 사용했다. 또한, 충전재는 평균압축강도가 9MPa에서 최대 구부림 강도가 l0MPa인 에폭시 수지(필러, 고무, 경화제, 발포제 등을 포함한다)를 사용하고, 충전재 자체가 l0MPa인 전단 접착 강도를 가지도록 했다. 그리고, 시트상의 미발포 상태의 충전재를 l70℃에서 30분간 유지함으로써 외부 패널(62)과 보강재(64)의 사이, 및/또는 내부 패널(63)과 보강재(64) 사이에 완전히 충전시켰다. 또한, 충전재의 충전량은 외부 패널(62)과 보강재(64) 사이가 ll7g이고, 내부 패널(63)과 보강재(64)사이가 423g이었다.

상기 구부림 시험결과를 도60∼도62에 도시한다. 이로부터, 최대 구부림 모먼트는 충전재를 프레임 단면내 전체에 충전한 것이 가장 좋지만, 버클링 개시의 구부림 모먼트로 비교하면, 충전재를 외부 패널(62)과 보강재(64)사이에만 충전시킨 것은 프레임(60) 단면내 전체에 충전시킨 것과 거의 다르지 않다. 따라서, 충전재를 외부 패널(62)과 보강재(64)사이에만 충전시키는 것은 특히 센터 필러와 같이 꺾여짐을 억제할 필요가 있는 프레임에 특히 유효하고, 충전재의 중량당 구부림 모먼트가 매우 높아져 충전량의 관점에서 가장 효율이 좋은 것을 알 수 있다.

계속해서, 상기 프레임(60)의 외부 패널(62)과 보강재(64)사이에만 충전재를 충전시킬 경우에, 보강재(64)의 구부림 높이를 바꾸어 외부 패널(62)과 보강재(64)사이의 간극량(여기서는 도59에서 7mm의 부분만)을 바꿔, 상기와 동일한 구부림 시험을 행함으로써, 그 간극량에 의해 최대 구부림 모먼트가 어떻게 변화하는가를 조사했다. 그리고, 비교를 위해, 충전재를 전혀 충전하지 않은 경우에 대해서도 조사했다. 또한, 외부 패널(62)과 보강재(64)사이의 좌우 양측부의 간극량(도59에서 5mm의 부분)은 5mm 그대로 했다.

상기 시험결과를 도63에 도시한다. 이로부터, 충전재를 충전하지 않은 경우에는 간극량이 작을수록 최대 구부림 모먼트가 높아지지만, 충전재를 충전할 경우에는 간극량이 2mm보다 작아지면, 충전재를 충전하지 않은 경우와 거의 다르지 않고, 2mm이상으로 하면 충전 효과를 충분히 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

이어서, 도64(a)에 도시하는 바와같이, 외부 패널(72)과 보강재(74)사이에만 충전재(71)를 충전시킨 센터 필러를 제작했다(실시예 l). 이 때, 외부 패널(72)은 두께 0.7mm의 강판을, 내부 패널(73)은 두께 l.4mm의 강판을, 보강재(74)는 두께 1.2mm의 강판(재료가 외부 패널(72)과 동일하므로, 강도는 외부 패널(72)과 동일하고, 판두께가 외부 패널(72)보다 크므로, 강성이 외부 패널(72)보다 크다)을 각각 사용했다. 또한, 충전재(71)는 평균압축강도가 l3.0MPa에서 최대 구부림 강도가 13.5MPa인 에폭시 수지(필러, 고무, 경화제, 발포제 등을 포함한다)를 사용하고, 충전재(71) 자체가 10.5MPa인 전단 접착 강도를 가지도록 했다. 그리고, 센터 필러를 조립한 후, 전착 도장 등의 건조열을 모의한 가열(150℃ × 30분 → 140℃ × 20분→ 140℃ × 20분)을 하여 미발포 상태의 충전재를 발포 경화시켰다. 또한, 충전재(71)의 충전량은 150g이었다.

한편, 비교를 위해, 도64(b)에 도시하는 바와같이, 상기 충전재(71)를 전혀 충전하지 않은 점 이외는 상기 실시예1과 동일한 것(비교예1)을 제작함과 동시에, 이 비교예l에 대해 충전재(71)를 충전하지 않고 보강하고, 도64(c)에 도시하는 바와같이, 보강재(74)의 두께를 1.8mm로 하고, 상기 보강재(74)에 두께 l.2mm의 강판으로 이루어지는 보강재(75)를 접합한 것(비교예2)을 제작했다.

그리고, 상기 실시예1 및 비교예1, 2의 각 센터 필러에 대해 상기와 동일한 정적 캔틸레버 구부림 시험을 행하고, 센터 필러의 구부림 각도와 구부림 모먼트의 관계를 조사했다. 또한, 정적 하중은 외부 패널(72)측으로부터 내부 패널(73)방향으로 가했다.

상기 센터 필러 구부림 시험결과를 도65에 도시한다. 이로부터, 실시예1의 센터 필러는 비교예1, 2보다 매우 높은 구부림 모먼트가 얻어지고, 또한, 비교예2의 보강방법보다 매우 경량화할 수 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 도66(a)에 도시하는 바와같이, 센터 필러 상부에 상측 보강재(78)를, 하부에 하측 보강재(79)를 각각 설치하고, 이 양 보강재(78, 79)가 벨트 라인부 내지 그 근방에서 중복하도록 한 경우에, 외부 패널(72)과 상측 보강재(78)와의 사이 및 상측 보강재(78)와 하측 보강재(79)와의 사이에, 각각 180g의 충전재(7l, 71)를 충전시킨 것(실시예2)을 제작했다. 이 때, 외부 패널(72)은 두께 0.7mm의 강판을, 내부 패널(73)은 두께 1.2mm의 강판을, 상측 보강재(78)는 두께1.2 mm의 강판을, 하측 보강재(79)는 두께1.0mm의 강판을 각각 사용했다. 또한, 충전재(71)는 상기 센터 필러 구부림 시험과 동일한 것을 사용하고, 미발포 상태의 충전재를 상측 보강재(78) 및 하측 보강재(79)에 각각 부착하여 전착 도장 등의 건조열을 모의한 가열에 의해 발포 경화시켰다. 한편, 비교를 위해, 도66(b)에 도시하는 바와같이, 충전재(71)를 전혀 충전하지 않은 점 이외는 상기 실시예2와 동일한 것(비교예3)을 제작했다.

그리고, 상기 실시예2 및 비교예3의 각 센터 필러에 대해 상기 센터 필러 구부림 시험과 동일하게 하여 센터 필러의 구부림 각도와 구부림 모먼트의 관계를 조사했다.

상기 센터 필러 구부림 시험 결과를 도67에 도시한다. 이로부터, 실시예2의 센터 필러는 비교예3에 비해 매우 높은 구부림 모먼트가 얻어지는 것을 알 수 있다.

이어서, 상기 센터 필러 구부림 시험에 이용한 에폭시 수지(평균압축강도 13.0MPa, 최대 구부림 강도 13.5MPa, 전단 접착 강도 10.5MPa)로 이루어지는 제1 충전재와, 고무계 발포재(발포 후 파단강도 0.014MPa, 파단 신장200%, 밀도 0.06g/㎠)로 이루어지고, 상기 제l 충전재보다 발포율이 높은 제2 충전재를 상기 실시형태와 같이 발포시켰다. 즉, 보강재에, 미발포 상태의 제l 및 제2 충전재를 부착(제2 충전재는 접착 시트를 가지는 2층 구조를 사용하여 그 접착 시트를 통하여 부착), 센터 필러를 조립한 후, 전착 도장 등의 건조열을 모의한 가열을 하여 발포 경화시켰다. 이에 따라, 제1 충전재의 단부 갈라짐을 제2 충전재로 완전히 덮을 수 있고, 센터 필러를 진동시켜도 제1 충전재의 단부 갈라짐에 의해 작은 조각이 떨어져 나가는 일이 없었다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명의 차체 프레임구조에 의하면, 프레임단면내의 일부에만 충전재를 설치하고, 이 충전재를 평균압축강도가 4MPa 이상(5MPa 이상) 또는 최대 구부림 강도가 10MPa이상(60MPa이상)으로 설정된 것으로 하던지 또는 평균압축강도가 4MPa이상(5MPa 이상)이고 최대 구부림 강도가 10MPa이상(60MPa이상)으로 설정된 것으로 함으로써, 차체를 경량화하여 연비성능을 향상시키면서, 최대치에 가까운 에너지 흡수량이 얻어져 충돌 안전성을 향상시킬 수 있다.

Claims

2개의 패널재에 의해 프레임 단면이 폐단면상으로 구성되고, 상기 프레임의 횡단면내의 일부에만 충전재가 설치된 차체의 프레임 구조에 있어서,

상기 충전재는 상기 양 패널재의 적어도 한쪽 프레임 단면 내측면에 설치되어 있고, 평균압축강도 4Mpa 이상 및 최대 구부림 강도 10Mpa 이상의 적어도 한쪽으로 설정된 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제1항에 있어서,

상기 양 패널재의 사이에 보강재가 설치되고, 양 패널재의 한쪽과 보강재와의 사이에만 상기 충전재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제2항에 있어서,

상기 충전재는 평균압축강도가 4Mpa 이상 및 최대 구부림강도가 10Mpa 이상으로 설정된 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제3항에 있어서,

상기 충전재는 평균압축강도가 5Mpa 이상 및 최대 구부림강도가 60Mpa 이상으로 설정된 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제2항에 있어서,

상기 충전재는 평균압축강도가 5Mpa 이상 및 최대 구부림강도가 60Mpa 이상으로 설정된 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제2항에 있어서,

상기 보강재의 강도 및 강성의 적어도 한쪽이 충전재가 충전된 측의 패널재와 동등이상으로 설정된 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제2항에 있어서,

상기 충전재는 단면이 대략 コ자 형상을 이루고, 상기 충전재가 충전된 측의 패널재와 보강재 사이의 간극량이 2mm 이상으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제1항에 있어서,

상기 충전재가 설치된 패널재와 상기 충전재와의 사이의 적어도 일부에 접착제층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제8항에 있어서,

접착제층은 3Mpa 이상의 전단접착강도를 가지는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제1항에 있어서,

상기 충전재 자체가 상기 충전재가 충전된 측의 패널재에 대해 3Mpa 이상의 전단접착강도를 가지는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제1항에 있어서,

상기 충전재는 프레임의 길이방향에 있어서도 부분적으로 충전되어 있고, 상기 프레임의 길이방향에 있어서 상기 충전재가 설치되어 있지 않는 부분에 있어서의 상기 프레임 단면내에 부분보강재가 설치되고, 상기 부분보강재의 프레임의 길이방향 단부에 랩되도록 연장돌출되는 연출부(延出部)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제11항에 있어서,

상기 부분보강재는 프레임의 단면내에 설치된 보강재에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제11항에 있어서,

상기 부분보강재의 연출부가 형성되어 있지 않는 단부는 강도부재에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제1항에 있어서,

상기 충전재는 프레임의 길이방향에 있어서도 부분적으로 충전되어 있고, 상기 충전재의 프레임의 길이방향 단부의 강도가 상기 충전재의 프레임의 길이방향의 중간부보다도 낮게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제1항에 있어서,

상기 충전재는 프레임의 길이방향에 있어서도 부분적으로 충전되어 있고, 상기 충전재는 프레임의 단면 외측 가장자리부를 구성하는 패널재에 접착되고, 상기 충전재의 프레임의 길이방향 단부의 상기 패널재에 대한 전단 접착강도가 상기 충전재의 프레임의 길이방향 중간부보다도 낮게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제1항에 있어서,

상기 프레임의 횡단면의 적어도 일부를 폐단면상으로 형성하는 폐단면부재에, 프레임의 길이방향에 따른 비드가 형성되고, 상기 비드내를 포함하는 발포중전공간 사이에 상기 충전재가 발포중전되어 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제1항에 있어서,

대략 상하방향으로 연장하는 프레임의 횡단면의 적어도 일부를 폐단면상으로 형성하는 폐단면부재와, 상기 폐단면부재로 둘러싸인 공간을 상하방향으로 구획하는 상측 및 하측 구획부재를 구비하며, 상기 상측 및 하측 구획부재 사이에 있어서의 상기 폐단면부재로 둘러싸인 공간에 충전재의 발포공간이 형성된 차체의 프레임구조에 있어서,

상기 상측 및 하측 구획부재는 모두 상기 발포충전공간의 상하방향 외측의 공간과 연통하고 또한 적어도 일부에 상기 발포재가 발포된 개방부를 가지며, 상기 하측 구획공간은 상기 충전재를 미발포상태일때에 상하방향으로 지지할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.
제1항에 있어서,

프레임의 횡단면의 적어도 일부를 폐단면상으로 형성하는 폐단면부재와, 상기 폐단면부재로 둘러싸인 공간에 발포충전된 제1 충전재를 구비한 차체의 프레임구조에 있어서,

상기 제1 충전재의 프레임의 길이방향의 양단부에 있어서의 상기 폐단면부재로 둘러싸인 공간에, 상기 제1 충전재의 프레임의 길이방향 양단부에 맞닿도록 발포충전되며, 상기 제1 충전재보다도 발포율이 높은 제2 충전재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 차체의 프레임구조.