KR20060020594A - 플라스틱을 금속 부분에 부착하는 방법 및 그에 의해만들어진 부품 - Google Patents

플라스틱을 금속 부분에 부착하는 방법 및 그에 의해만들어진 부품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라스틱을 금속 회로기판에 부착하는 방법 및 그에 의해 만들어진 부품을 포함한다. 꼭대기 및 바닥 개구부(top and bottom openings)를 구비하는 하이드로폼된 금속 부분이 제공된다. 하나의 플라스틱 부품이 금속 부품 주위에 바닥 개구부를 통해 성형된다. 상기 플라스틱 부품은 플라스틱 부품을 금속 부품에 고착시키기 위해 일측면상에 플랜지를 포함한다.

Description

플라스틱을 금속 부분에 부착하는 방법 및 그에 의해 만들어진 부품{METHOD OF ATTACHING PLASTIC TO A METAL SECTION AND PART MADE THEREBY}
본 발명은 플라스틱 부품을 금속 부분에 부착하는 방법 및 그에 의해 만들어진 부품에 대한 것이다.
현재, 자동차 프론트 엔드 모듈(vehicle front end module) 및 문 지지대와 같은 자동차용 구조 부품들(structural components)이 금속 및/또는 플라스틱으로 만들어진다. 프론트 엔드 모듈은 헤드램프, 라디에이터, 팬, 경적 등과 같은 다양한 자동차 부품용 부착 구조를 제공할 뿐만 아니라 자동차에 대한 구조를 제공한다. 바람직하게, 프론트 엔드 모듈은 제조업자에 의해 자동차내에 장착될 준비가 되어 있는 단일 유닛 조립체(single unit assembly)내에 제공될 수 있다.
흔히, 그러한 구조 부품들은 함께 용접되는 몇몇 스탬핑들로부터 만들어진다. 대안적으로, 그러한 부품들은 사출 성형 또는 하이드로포밍(hydroforming)에 의해 닫힌 절단부분이 있는 금속(closed section metal)으로부터 만들어진다. 그러나, 일반적으로, 추가적인 금속 재료가 부착면을 위해 제공하도록 닫힌 절단부분이 있는 금속 부품에 용접되어야 한다.
이들 구조 부품들은 현재 자동차 성능 요구를 충족하는 것에 대한 무능력 때 문에 대형 자동차에 대해서 플라스틱 재료로부터 전적으로 만들어지지는 않는다. 그러나, 자동차 부품용 부착 포인트를 제공하기 위해 금속과 관련하여 플라스틱 부품의 사용이 당해 기술에 알려져 있다. 몇 가지 예에 있어서, 금속 구조 부품은 스크류 또는 리벳과 같은 기계적인 패스너(fastener)로 플라스틱 부품에 부착된다. 그러나, 이 방법의 사용은 비교적 비용 및 노동 집중적이다.
플라스틱을 금속 구조에 고착시키는 다른 방법이 Guymoard et al의 미국 특허 번호 6,273,496에 보여지며, Valeo Thermique Moteur에 양도되어 있다. 이 참조 문헌은 닫힌 절단부분이 있는 금속 부품을 포함하는 금속 구조 부품을 포함하는 전면 패널(front panel)을 나타낸다. 플라스틱 재료는 금속 구조상에 오버몰드된다.
플라스틱을 금속에 고착시키는 또 다른 방법이 Bayer사의 이름으로 Goldbach et al 의 미국 특허 출원 번호 2001/0053431에 나타난다. 그러한 다른 플라스틱과 금속 부분이 Goldbach의 미국 특허 번호 5,919,803에 나타나며, Bayer Akhengesellsschaft사에 양도되어 있다.
또한 연결하기 위해 비교적 작은 량의 플라스틱 재료를 사용하나, 기계적인 패스너를 사용하지 않고 제작하는 동안 플라스틱 부품을 금속 부품에 연결하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 플라스틱 부품을 금속 부품에 부착하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 개구부(opening)를 구비하는 금속 부품을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 금속 부품은 다이(die)에 놓여진다. 그 후 툴이 개구부의 일측면상에 놓여진 다. 상기 플라스틱 부품은 그 후 금속 부품으로 플라스틱 부품을 부착하기 위해 플라스틱 부품이 개구부의 일측면상에 플랜지를 형성할 정도로 적어도 상기 금속 부품의 일부 주위에 그리고 개구부를 통해 성형된다.
통합적인 플라스틱과 금속 부품이 또한 제공된다. 상기 부품은 개구부를 구비하는 금속 부품을 포함한다. 플라스틱 부품은 적어도 상기 금속부품의 일부 주위에 배치된다. 상기 플라스틱 물질은 개구부를 통해 확장하고, 금속 부품으로 플라스틱 부품을 고착시키기 위해 개구부의 일측면상에 플랜지를 포함한다.
본 발명의 그 이상의 적용 가능한 영역은 이하에서 제공되는 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 동안, 상세한 설명과 특정 예제들이 오직 설명 목적으로 의도되며, 발명의 영역을 제한하기 위해 의도되지는 않는다.
본 발명은 상세한 설명과 첨부 도면으로부터 더욱 완벽하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 만들어진 부품의 사시도.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 얻어진 횡단면도.
도 3은 본 발명에 따라 다른 일실시예의 사시도.
도 4는 다른 일실시예의 횡단면도.
다음과 같은 바람직한 실시예의 설명은 단지 본질에 있어서 예제적인 것이고, 결코 발명, 출원 또는 용도를 제한하고자 하는 것이 아니다.
본 발명에 따라 만들어진 부품은 도면에서 일반적으로 10으로 나타난다. 상기 부품(10)은 일반적으로 12로 표시되는 금속 부품과 일반적으로 14로 표시되는 플라스틱 부품을 포함한다.
바람직하게, 금속 부품(12)은 닫힌 단면(closed cross section)을 포함한다. 금속 부품(12)은 하이드로포밍에 의해 형성되는 것이 선호된다. 닫힌 가로 절단 금속 부품의 사용은 부품(10)에 견고함을 제공한다. 그러한 구조는 특히 자동차 지지 구조에 유용하다. 개방된 절단 금속 부품 또한 본 발명의 영역내에서 사용될 수 있다. 금속 부품(14)은 예컨대 강철 또는 알루미늄과 같은 어떠한 적절한 금속을 포함할 수 있다.
금속 부품(12)은 일반적으로 직선 또는 선형으로 나타난다. 금속 부품(12)은 또한 요구되는 어떠한 형태로 구부러지거나 굽혀질 수 있다. 추가적으로, 복수개의 금속 부품(12)이 단일 부품(10)에 통합될 수 있다.
플라스틱 부품(14)은 임의의 적합한 열가소성 또는 열경화성 물질로부터 만들어진다. 그러한 플라스틱 물질의 예는 폴리프로필렌 폴리페닐린옥사이드 합금(polypropylene polyphenelenoxide alloy)을 포함할 수 있다. 적절한 플라스틱의 하나의 예가 제공되나, 어떠한 적절한 열가소성 물질 또는 열경화성 물질이 본 발명의 영역내에서 사용될 수 있는지 이해될 것이다. 나아가 충전물 또는 다른 첨가제가 플라스틱 부품(14)을 강화하도록 플라스틱 물질에 더해질 수 있다. 어떠한 적절한 충전물도 사용될 수 있다. 그러한 충전물은 예컨대 유리 섬유 또는 플라스틱 섬유를 포함할 수 있다.
플라스틱 부품(14)은 추가적인 힘을 부품(10)에 제공한다. 나아가, 플라스틱 부품(14)은 바람직하게는 적어도 금속 부품(12)의 일부에 대해 배치되고 또한 부착 구조를 제공하기 위해 금속 부품(12)을 넘어 외부로 확장할 수 있다. 예컨대, 플라스틱 부품(14)은 추가적인 자동차 부품을 부품(10)에 부착하기 위해 개구부 또는 구멍(16)을 포함할 수 있는 플랜지(15)를 제공하도록 외부로 확장할 수 있다. 개구부(16)는 필요하거나 필요하지 않을 수 있고, 어떠한 기하학적인 형태를 취할 수 있다. 플라스틱 부품은 요구되는 어떠한 최종 형태를 취할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 나아가, 싱글 플라스틱 부품(14)은 다수개의 금속 부품(12)에 고착될 수 있다. 유사하게, 다수개의 플라스틱 부품(14)이 싱글 금속 부품(12)에 고착될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 필요치 않음에도 불구하고, 플라스틱 부품(14)은 또한 30에서 금속 부품(12) 둘레를 감쌀 수 있다. 플라스틱 부품(14) 및 특히 플랜지(15)는 금속 부품(12)으로부터 어떠한 방법 및 어떠한 형태로 외부로 확장할 수 있다. 이 방법으로, 플라스틱 부품(14)은 추가적으로 부품(10)에 부착 구조를 제공한다. 즉, 플라스틱 부품(14)은 다른 부품으로의 부착을 위한 적절한 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 부품(10)이 프론트 엔드 모듈을 포함할 때, 플라스틱 부품(14)은 헤드램프, 냉각 시스템 부품, 후드 래치 메커니즘(hood latch mechanism)등을 수용하기 위한 개구부를 포함하는 방법으로 성형될 수 있다. 나아가, 개구부(16)가 자동차의 부품(10)예컨대, 프론트 엔드 모듈을 고착하도록 포함될 수 있다.
도 2에 잘 도시된 바와 같이, 금속 부품(12)은 상부 개구부(18)를 포함한다. 상부 개구부(18)는 아래에서 설명될 성형 조작을 허용하도록 코어 툴과 같은 툴이 금속 부품(12)의 내부에 접근하는 것을 허용한다. 개구부(18)는 코어 툴이 금속 부품(12)에 들어가는 것을 허용하는 어떠한 크기일 수 있다는 것으로 이해될 것이다. 상부 개구부(18)를 나타내는 금속 부품(12)의 에지(20)는 바람직하게는 금속 부품(12)내에서 날카로운 에지를 최소화하고 금속 부품(12)을 강화하도록 접힐 것이다. 하부 개구부(22)이 또한 제공된다. 바람직하게는, 하부 개구부(22)는 원형이다. 도시된 바와 같이, 하부 개구부(22)의 에지(24)는 바람직하게는 금속 부품(12)의 내부를 향해 상방으로 구부러지거나 굽는다. 상기 에지(24)는 구부러지거나 굽을 필요가 없는 것으로 이해될 것이다.
상부 개구부(18) 및 하부 개구부(22)은 어떠한 형태를 취할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 나아가, 개구부(18,22)은 하이드로포밍 공정 동안 금속 부품(12)내에 설치되는 것이 선호된다. 또한 상부 및 하부 개구부가 금속 부품의 반대 측면상에 나타나는 반면에 개구부는 금속 부품(12)의 어떠한 표면상에 있을 수 있고 서로서로 반대일 필요가 없는 것으로 이해될 것이다.
플라스틱 부품(14)은 바람직하게는 적어도 금속 부품(12)의 일부에 배치된다. 나아가, 플라스틱 부품(14)은 금속 부품(12)내에 있는 하부 개구부(22)을 통해 배치된다. 플라스틱 부품(14)은 나아가 플랜지(26)를 포함한다. 바람직하게는, 플랜지(26)는 환상이고 하부 개구부(22)의 에지(24) 이상으로 확장한다. 플랜지(26)는 바닥과 같은 구조(bottom-like structure)를 제공한다. 적어도 플랜지(26)의 일부가 하부 개구부(22)의 에지 이상으로 확장하면, 플랜지(26)가 환상일 필요가 없 는 것으로 이해될 것이다. 이 방법으로, 플라스틱 부품(14)은 금속 부품(12)에 고착되거나 고정된다. 즉, 하부 개구부(22)에서, 금속이 플랜지(26)와, 금속 부품(12) 주위에 배치된 플라스틱 부품의 외측 부분사이에 샌드위치된다. 다시 말해, 플랜지(26)는 금속 부품(12)의 개구부(22)의 일측면상의 하부 개구부(22)의 에지(24)를 외측으로 확장하고, 부품(14)의 플라스틱 물질은 금속 부품(12)의 개구부(22)의 반대측면상의 하부 개구부(22)의 에지를 넘어서 확장한다.
하부 개구부의 구부러진 에지(24)는 플라스틱 부품(14)을 금속 부품(12)과 고착시키는 것을 돕는다. 더욱 상세하게는, 플랜지(26)는 하부 개구부(22)으로부터 외측으로 그리고 하부 개구부(22)의 위로 젖힌 에지(24)를 넘어서 금속 부품(12)에 대해 하방으로 확장한다.
도 1에 잘 도시된 바와 같이, 개구부(22)의 사용은 금속 부품(12)과 플라스틱 부품(14)의 다수개의 부착점을 허용한다. 나아가, 이러한 연결 타입은 플라스틱 부품(14)과 금속 부품(12)을 고착시키기 위한 스크류와 리벳과 같은 기계적인 패스너에 대한 필요를 제거한다. 또한, 플라스틱 부품(14)을 금속 부품(12)에 고착시키기 위해 플라스틱 부품(14)내에서 금속 부품(12)을 캡슐로 싸는 것이 불필요하다. 이 연결은 또한 싱글 성형 조작(single molding operation)내에서 발생할 플라스틱 부품(14)의 형성과 플라스틱 부품(14)의 금속 부품(12)으로의 고착을 허용한다. 이는 금속 부품(12)과 플라스틱 부품(14)을 구비하는 전체 부품(10)을 만든다.
도 1은 세 개의 일련의 부착 부품을 상세하게 나타낸다. 이 사시도로부터 보여지는 바와 같이, 두 개의 상부 개구부(18)가 나타나고, 플라스틱 플랜지(26)가 하부 개구부(22)를 덮는 것으로 보여진다. 나아가, 하부 개구부로부터 출발하는 플라스틱 부품(14)이 보여진다. 플라스틱 부품(14)의 이 부분(30)은 금속 부품(12) 주위에 완전히 성형된다. 반대측면상의 플라스틱 부품(14)은 코어 툴에 필요한 개구부를 포함한다.
본 발명에 의한 부품(10)을 만드는 바람직한 방법에 있어서, 주입 성형 공정이 사용된다. 상기 부품(10)을 형성하기 위해, 금속 부품(12)이 우선 제공된다. 바람직하게는, 금속 부품(12)이 상부(18) 및 하부(22) 개구부를 구비하며 하이드로폼된다. 금속 부품(12)은 적절한 금형 틀(mold cavity)에 놓여진다. 또한, 다수의 금속 부품(12)이 단일 금형 틀에 놓여질 수 있는 것으로 이해될 것이다. 코어 툴은 그 후 상부 개구부를 통해 삽입되고 하부 개구부(22)에 인접 설치된다. 플라스틱 부품(14)은 그 후 적절한 플라스틱 물질로부터 성형된다. 어떠한 개구부(16)이 동시에 플라스틱 부품(14)으로 성형될 수 있다.
코어 툴은 두 개의 메인 기능을 제공한다. 우선, 성형 조작 동안 붕괴되는 것을 막기 위해 금속 부품(12)를 지지한다. 나아가, 코어 툴은 금속 부품(12)의 개구부(22)의 일측면상에 플랜지(26)의 성형을 허락하도록 금속 부품(12)의 개구부(22)의 일측면상에 금형틀을 제공한다. 즉, 코어 툴이 금형틀을 제공하기 때문에, 성형 조작 동안 플라스틱 물질로 금속 부품(12)의 충전물을 제거한다. 유사하게, 코어 툴의 사용은 플라스틱 물질내에서 금속 부품(12)을 캡슐화할 필요없이 플라스틱 부품(14)의 연결을 허용한다.
사출 성형이 현재 부품(10)을 만드는 바람직한 방법인 반면에, 어떠한 다른 성형 기법이 본 발명의 영역내에서 사용될 수 있다. 이들은 압축 성형, 사출 압축 성형, 토출 압축(extrusion compress), 가스를 이용한 또는 물을 이용한 압축 성형(gas assist or water assist pressure molding), 또는 저압 성형, 블로우 성형(blow molding), 열가소성 또는 로테이셔널 성형(rotational molding)를 포함한다.
본 발명에 따라 만들어진 부품(10)은 프론트 엔드 모듈 및 도어 시스템과 같은 자동차 구조 부품을 제공하기 위해 만들어질 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명의 용도는 그에 제한되지 않는다. 본 발명은 플라스틱 부품이 금속 부품과 함께 고착되는 어떠한 응용에도 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 특히 하이드로포밍에 의해 형성된 닫힌 절단부분이 있는 금속 부품(closed section metal component)과 함께 사용하는데 매우 적합하다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 일실시예에 의한 투시도이다. 도 3의 실시예에서, 금속 부품(12)과 플라스틱 부품(14)이 제공된다. 상기 부품들은 도 1 및 2에 대해 위에서 설명된 것들과 유사하다. 도 3의 실시예에서, 강화하는 리브 또는 거싯(strengthening ribs or gussets,32)이 더해진다. 상기 리브(32)는 플라스틱 부품(14)에 힘(strengthening)을 제공한다. 이들 리브(32)는 플라스틱 부품의 어디에도 설치될 수 있다. 추가적으로, 도 3은 대체적인 플랜지 형태를 나타낸다. 나타낸 플랜지(26')는 일반적으로 직사각형이다. 또한, 도 3에 도시된 플랜지(26')가 일반적으로 직사각형이나, 어떠한 적절한 형태를 취할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 4는 다른 일실시예의 횡단면도이다. 도 4의 실시예에서, 하부 개구부(22)는 일련의 개구부(22)를 포함한다. 플랜지(26")는 개구부(22) 각각의 에지를 넘어 서 확장한다. 이 방법으로, 연장된 플랜지(26")가 형성된다. 바람직하게는, 플랜지(26")는 각 개구부(22)상의 하나의 연속적인 플랜지를 포함한다. 그러나, 별개의 분리된 플랜지 또한 사용될 수 있다.
도 4에 도시된바와 같이, 일련의 개구부(22)이 금속 부품(12)의 다른 표면상에 있다. 일련의 개구부(22)이 금속 부품(12)의 동일한 표면상에 형성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
추가적으로, 리브(미도시)가 더해질 수 있다. 상기 리브는 플랜지(26")를 상호연결할 수 있다. 즉, 상기 리브는 도 4의 가로 절단 부분에 도시된 금속 부품(12)의 각 벽 사이에 확장할 수 있다. 상기 리브는 구조에 힘을 더하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명은 도해적인 방법으로 설명되어 왔으며, 사용된 언어는 한계보다는 설명의 본질에 있도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 명백하게, 많은 변경이 상기의 설명(teaching)의 관점에서 가능하다. 따라서, 본 발명의 영역이 첨부된 청구범위에 의해 정의된다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명에 따라 위에 기술된 개념은 플라스틱 부품을 금속 부분에 부착하는 방법 및 그에 의해 만들어진 부품에 대한 것으로서, 이는 특히 자동차의 구조 부품들과 관련이 있다.

Claims (21)

  1. 제1 개구부를 구비하는 금속 부품; 및
    상기 금속 부품의 적어도 일부의 주위에 배치되는 플라스틱 부품을 포함하되, 상기 플라스틱 물질은 상기 제1 개구부를 통해 확장하고 상기 플라스틱 부품을 상기 금속 부품에 고정시키기 위해 일측면상에 플랜지를 포함하는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개구부는 에지에 의해 경계가 정해지되, 상기 플랜지는 상기 제1 개구부의 일측면상의 상기 에지의 외부로 확장하고 상기 플라스틱 물질은 상기 개구부의 반대측면상의 상기 에지를 넘어서 확장하는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지는 환상인 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지는 직사각형인 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 부품은 리브를 포함하는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 부품은 닫힌 단면을 포함하는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 부품은 제2 개구부를 포함하는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 개구부는 상기 금속 부품상에 상기 제1 개구부의 반대편에 배치되는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개구부의 상기 에지가 구부러지는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플랜지는 상기 제1 개구부의 상기 구부러진 에지를 넘어서 확장하는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 개구부는 상기 금속 부품의 두 번째 에지에 의해 경계가 정해지되, 상기 두 번째 에지가 접히는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 부품은 부착 구멍을 포함하는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개구부는 일련의 개구부를 포함하는 일체형의 플라스틱 및 금속 부품.
  14. 플라스틱 부품을 금속 부품에 부착하는 방법으로서,
    제1 개구부를 구비하는 금속 부품을 제공하는 단계;
    다이에 금속 부품을 설치하는 단계;
    제1 개구부의 일측면상에 툴을 위치시키는 단계; 및
    플라스틱 부품을 금속 부품에 고정시키기 위해 플라스틱 부품이 제1 개구부의 일측면상에 플랜지를 형성하도록 금속 부품의 적어도 일부의 주위에 그리고 제1 개구부를 통해 플라스틱 부품을 성형하는 단계를 포함하는 플라스틱 부품을 금속 부품에 부착하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 개구부가 에지에 의해 경계가 정해지며, 에지를 구부리는 단계를 더 포함하는 플라스틱 부품을 금속 부품에 부착하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    금속 부품이 닫힌 단면을 포함하는 플라스틱 부품을 금속 부품에 부착하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 금속 부품이 두 번째 에지에 의해 경계가 정해지는 제2 개구부를 포함하는 플라스틱 부품을 금속 부품에 부착하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    금속 부품의 두 번째 에지를 굽히는 단계를 더 포함하는 플라스틱 부품을 금속 부품에 부착하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    제2 개구부를 통해 툴을 삽입함으로써 제1 개구부의 일측면상에 툴을 위치시 키는 단계를 더 포함하는 플라스틱 부품을 금속 부품에 부착하는 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    리브를 플라스틱 부품으로 성형하는 단계를 더 포함하는 플라스틱 부품을 금속 부품에 부착하는 방법.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 플랜지는 제1 개구부의 에지를 넘어서 확장하는 플라스틱 부품을 금속 부품에 부착하는 방법.
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