KR20110059968A - 차량용 후방 범퍼 백빔 - Google Patents

차량용 후방 범퍼 백빔 Download PDF

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이재식
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이성우
김상우
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 후방 범퍼 백빔에 관한 것으로, 사출성형공법으로 성형 가능한 LFT(Long Fiber Thermoplastic) 펠릿 소재를 이용하여 스테이 기능을 하는 차체 마운팅부를 일체로 성형한 차량용 후방 범퍼 백빔을 제공한다.
이에 본 발명에 따른 차량용 후방 범퍼 백빔은 차체의 후방에서 전방으로 돌출되는 하나 이상의 차체 마운팅부가 양단부에 일체로 구성된 백빔 본체로 이루어지고, 상기 차체 마운팅부를 통해 차체에 장착되도록 된 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은 차량용 후방 범퍼에서 스테이 등의 부품 삭제가 가능하며, 이로써 후방 범퍼의 중량이 감소되어 연비 개선의 효과를 얻을 수 있다.
범퍼, 후방 범퍼, 범퍼 백빔, 사출성형, 장유리섬유, 폴리프로필렌

Description

차량용 후방 범퍼 백빔{Rear bumper back-beam for vehicles}
본 발명은 차량용 후방 범퍼 백빔에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량화 및 원가 절감을 위한 차량용 후방 범퍼 백빔에 관한 것이다.
자동차의 범퍼 시스템은 범퍼 커버와, 에너지 업서버(absorber), 범퍼 백빔 및 스테이 등을 주요 부품으로 하여 구성되는 것으로, 이러한 범퍼 시스템은 충돌법규 및 목표성능을 만족시킬 수 있는 적절한 구조와 배치로 이루어져야 하며, 조립성, 외관, 중량 및 원가절감 등을 고려하여 설계되어야 한다.
특히, 후방 범퍼 시스템은 차량의 후방 저속 충돌시 충돌에너지를 흡수하여 차량의 기능성 부품과 차체를 보호하기 위하여 차량 후방의 최선단에 설치되는 부품으로, 이 중 후방 범퍼 백빔은 차량의 안전성을 위하여 충돌에 의한 에너지를 흡수하여 파손이 발생되지 않을 수 있는 구조적 기계적 성능을 가져야 하며, 동시에 외력에 의한 밀림량이 최소화되어야 한다.
또한, 후방 범퍼 백빔과 같은 대형 부품은, 자동차에 있어서 기계적 성능과 함께 매우 중요한 인자인 연비 성능을 향상시키기 위하여, 그 무게 절감이 중요한 과제가 된다.
통상 차량에 장착되는 범퍼 백빔은 스틸 소재의 백빔을 사용하고 있으나 기계 구조적 성능과 함께 경량화를 달성하기 위하여 플라스틱 소재 또는 GMT(Glass fiber Mat reinforced Thermoplastic) 소재의 범퍼 백빔이 선호되고 있다.
플라스틱 범퍼 백빔은 금속 대비 가벼운 특성을 가지기 때문에 연비 향상을 위한 경량화를 달성하는 것이 어려운 일은 아니나, 충돌에 의한 파손 억제 성능 및 외력에 의한 밀림량 억제 등과 같은 구조적 기계적 성능이 금속 대비 저하되는 단점이 있다.
도 1은 종래 차량용 후방 범퍼 백빔의 소재로 적용되고 있는 GMT 소재의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 종래 차량용 후방 범퍼 백빔과 별도로 구성 장착되는 스테이를 도시한 부분 분해 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, GMT 소재는 플라스틱 재료(폴리프로필렌 수지) 사이로 유리섬유가 포함되어 있는 시트(SHEET)가 적층된 글래스 매트(GLASS MAT)로 이루어진다.
이러한 GMT 소재는 유리섬유의 길이가 25㎜ 이상이며 이러한 장유리섬유를 함유한 글래스 매트의 함유량이 약 30중량% (통상 'PP-GM30'이라 표기함) 전후인 유리섬유 강화 폴리프로필렌 소재로서, 범퍼 백빔(1)에서 요구되는 높은 강도와 소재를 통한 경량화를 만족시킬 수 있으며, 범퍼 백빔(1) 외에도 언더바디 커버 등 여러 자동차 부품으로 적용되고 있다.
그러나, GMT 소재의 범퍼 백빔(1)은 제조 공법상 프레스 성형에 의해 제작되며, 이러한 제조 공법으로 인해 설계 자유도가 낮은 단점이 있다.
이에 따라 프레스 성형공법에 의해 제작되는 GMT 소재의 범퍼 백빔(1)은 범퍼 백빔(1)을 차체에 연결 장착시키는 역할을 하는 스테이(2)와 같은 부품을 일체로 성형할 수 없으며, 도 2와 같이 상기 스테이(2)를 스틸 재질을 이용하여 프레스 공법으로 별도 제작하여 사용해야 하는 단점이 있다.
이로 인해 스테이(2)와 같은 일부 후방 범퍼 부품의 삭제를 통한 차량의 경량화 및 원가 절감이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 사출성형공법으로 성형 가능한 LFT(Long Fiber Thermoplastic) 펠릿 소재를 이용하여 스테이 기능을 하는 차체 마운팅부를 일체로 성형한 차량용 후방 범퍼 백빔을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차체의 후방에서 전방으로 돌출되는 하나 이상의 차체 마운팅부가 양단부에 일체로 구성된 백빔 본체로 이루어지고, 상기 차체 마운팅부를 통해 차체에 장착되도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 후방 범퍼 백빔을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 후방 범퍼 백빔은 장유리섬유를 포함시킨 폴리프로필렌 소재를 이용하여 제작함으로써, 기존보다 우수한 설계 자유도로 인해 기존 스테이 기능을 수행할 수 있는 차체 마운팅부를 일체로 성형할 수 있고, 이에 따라 차량용 후방 범퍼에서 스테이 등의 부품 삭제가 가능하며, 이로써 후방 범퍼의 중량이 감소되어 연비 개선의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 차체 마운팅부를 백빔 본체에 일체로 성형함으로 인해 후방 범퍼의 제 조 공정이 보다 효율적으로 진행될 수 있고, 이에 제조 원가 측면에서 상당한 절감 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.
본 발명은 중량 및 원가 절감이 가능한 차량용 후방 범퍼 백빔에 관한 것으로, 사출성형이 가능한 LFT(Long Fiber Thermoplastic) 펠릿 소재를 이용하여 차체에의 연결 장착 기능을 할 수 있는 차체 마운팅부를 백빔 본체에 일체로 제작하여 기존 스테이와 같은 부품의 삭제를 가능하게 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에서 이용되는 LFT 펠릿 소재 및 이의 펠릿 구조를 도시한 도면이고, 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 차량용 후방 범퍼 백빔을 도시한 후면 사시도와 전면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 차체 마운팅부를 확대 도시한 부분 사시도이다.
본 발명에 따른 차량용 후방 범퍼 백빔은 사출성형이 가능한 장유리섬유 강 화 복합소재인 LFT 펠릿 소재를 이용하여 제작된다.
본 발명에서 이용되는 LFT 펠릿 소재는 도 3에 도시된 바와 같이 장유리섬유를 포함하는 펠릿 형태의 폴리프로필렌(PP, polypropylene) 소재(이하, '폴리프로필렌 펠릿 소재'라고 함)이다.
도 3과 같이, 폴리프로필렌 펠릿 소재는 펠릿 형태의 폴리프로필렌 수지에 다수의 장유리섬유가 길이방향으로 배열되도록 포함되며 이루어질 수 있다.
이러한 폴리프로필렌 펠릿 소재에 포함되는 장유리섬유의 길이는 9 ~ 14 ㎜ 이고, 이 장유리섬유의 함유량은 35 ~ 45 중량% 가 된다.
만약, 상기 장유리섬유가 9㎜ 미만의 길이로 폴리프로필렌 소재에 포함되면 최종 성형품의 섬유길이가 짧아져서 내충격성이 저하되고, 14㎜를 초과한 길이로 폴리프로필렌 수지에 포함되면 사출시 계량이 불안전하거나 제품 패킹이 원활하지 않아 최종 성형품의 조직이 치밀하게 형성되지 않을 수 있어 바람직하지 않다.
그리고, 상기 장유리섬유가 35 중량% 미만으로 폴리프로필렌 소재에 함유되면 강성과 내충경석이 모두 낮아져 성능이 부족하고, 45 중량% 를 초과하여 함유되면 비중이 너무 높아 정량화에 불리하게 되어 바람직하지 않다.
본 발명은 폴리프로필렌 소재에 상기와 같이 장유리섬유를 포함시킨 폴리프로필렌 펠릿 소재를 이용하여 차량용 후방 범퍼 백빔을 사출성형함으로써 최종 성형된 후방 범퍼 백빔 내에 긴 길이의 유리섬유 즉, 장유리섬유가 입체적으로 분포되도록 하여 강성을 향상시킬 수 있다.
이렇게 장유리섬유를 포함시킨 폴리프로필렌 펠릿 소재를 이용하여 본 발명 에 따른 후방 범퍼 백빔을 성형함으로 인해 기존 스틸 재질의 후방 범퍼 백빔보다 경량화가 가능하고, 동시에 충돌법규 및 목표성능에 적합한 강성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 폴리프로필렌 펠릿 소재를 이용하여 사출 성형된 후방 범퍼 백빔은 차량의 후방 충돌 성능을 획기적으로 향상시켜 충돌에 의한 밀림량을 최대로 억제시킬 수 있으며, 동시에 내충격성이 우수하여 충돌에 의한 파손을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 후방 범퍼 백빔은 사출 성형으로 제작되므로 기존 프레스 성형에 비해 설계 자유도가 향상되어 도 4와 같이 백빔 본체(10)에 차체 마운팅부(11)를 일체로 성형하는 것이 가능하다.
즉, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 후방 범퍼 백빔의 사출 성형시 상기 백빔 본체(10)의 양단부에 차체 마운팅부(11)가 구비되도록 성형한다.
본 발명에서 상기 차체 마운팅부(11)는 상단부가 개구되고 하단부가 폐구된 원통 형상으로 구성되고, 백빔 본체(10)를 차체에 장착할 시 상기 차체 마운팅부(11)의 폐구된 저면이 차체를 향하도록 하여 마운팅된다.
다시 말하면 상기 차체 마운팅부(11)는 백빔 본체(10)의 양단부에 일체로 구성되며 차체의 후방에서 전방으로 돌출되게 형성되고, 이 차체 마운팅부(11)를 통해 백빔 본체(10)가 차체에 장착된다.
또한, 상기 차체 마운팅부(11)는 백빔 본체(10)를 차체에 단단히 연결 고정 할 수 있도록 백빔 본체(10)의 양단부에 각각 하나 이상으로 구성될 수 있다.
그리고, 후방 범퍼 백빔의 충돌 외력에 의한 밀림량을 최소화하기 위하여, 상기 백빔 본체(10)는 도 4에 A-A 단면과 같이 C형 단면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 백빔 본체(10)는 구조적으로 자체 강성을 보강하기 위하여 다수의 보강리브(12)를 일체로 성형하게 되고, 차체 마운팅부(11) 주변에도 보강리브(12)를 일체로 구성하여 상기 차체 마운팅부(11)가 돌출된 방향에서 저하될 수 있는 강성을 증대하도록 한다.
첨부한 도 7은 본 발명에 따른 차량용 후방 범퍼 백빔의 구조 및 적용 재질에 대해 컴퓨터 해석을 이용하여 2.5마일 충돌해석을 수행한 결과를 보여주는 이미지이고, 하기 표 1은 그 결과에 대한 수치를 나타낸 것이다.
Figure 112009073464513-PAT00001
상기 표 1의 충돌해석 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 범퍼 백빔의 모든 부분에서의 인트루젼(INTRUSION) 및 스트레스(STRESS) 결과 수치가 스펙(SPEC.)을 만족하고 있음을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명은 사출 성형이 가능한 폴리프로필렌 펠릿 소재를 이용하여 차량용 후방 범퍼 백빔을 제작함으로써, 기존보다 우수한 설계 자유도로 인해 상기 차체 마운팅부(11)를 백빔 본체(10)에 일체로 구성할 수 있고, 이 차체 마운팅부(11)를 통해 차체와의 결합이 용이하게 이루어질 수 있으며, 기존 범퍼 백빔(도 2에 도면부호 1 참조)의 차체 고정을 위한 철재 스테이(2) 등의 부품을 생략할 수 있다.
이로써 차량 후방 범퍼의 중량이 감소되며 연비 개선의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기존 스테이 기능을 하는 차체 마운팅부(11)가 백빔 본체(10)에 일체로 성형됨으로 인해 후방 범퍼의 제조 공정이 보다 효율적으로 이루어질 수 있고, 이에 제조 원가 측면에서 상당한 절감 효과를 기대할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 종래 차량용 후방 범퍼 백빔의 소재로 적용되고 있는 GMT 소재의 구조를 도시한 사시도
도 2는 종래 차량용 후방 범퍼 백빔과 별도로 구성 장착되는 스테이를 도시한 부분 분해 사시도
도 3은 본 발명에서 이용되는 LFT 펠릿 소재 및 이의 펠릿 구조를 도시한 도면
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 차량용 후방 범퍼 백빔을 도시한 후면 사시도와 전면도
도 6은 본 발명에 따른 차체 마운팅부를 확대 도시한 부분 사시도
도 7은 본 발명에 따른 차량용 후방 범퍼 백빔의 구조 및 적용 재질에 대해 컴퓨터 해석을 이용하여 2.5마일 충돌해석을 수행한 결과를 보여주는 이미지
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 백빔 본체
11 : 차체 마운팅부
12 : 보강리브

Claims (5)

  1. 차체의 후방에서 전방으로 돌출되는 하나 이상의 차체 마운팅부(11)가 양단부에 일체로 구성된 백빔 본체(10)로 이루어지고, 상기 차체 마운팅부(11)를 통해 차체에 장착되도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 후방 범퍼 백빔.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 백빔 본체(10)가 C형 단면을 가지도록 성형된 것을 특징으로 하는 차량용 후방 범퍼 백빔.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 백빔 본체(10)가 장유리섬유를 포함하는 펠릿 형태의 폴리프로필렌 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 후방 범퍼 백빔.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 장유리섬유의 길이는 9 ~ 14 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 차량용 후방 범퍼 백빔.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 장유리섬유의 함유량은 35 ~ 45 중량% 인 것을 특징으로 하는 차량용 후방 범퍼 백빔.
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