KR20130140004A - 취입 성형된 에너지 흡수체 및 시스템과 그 제조방법 및 이용방법 - Google Patents

Abstract

일 실시예에서, 차량 에너지 흡수체 시스템은 일면이 개방된 취입 성형된 크러시 로브(상기 에너지 흡수체는 20 mm 미만의 필렛 반경 및 1.5 mm 이하의 두께를 갖는 필렛으로 구성됨); 상기 개방된 면에 인접한 범퍼 빔; 및 파시아(상기 에너지 흡수체는 상기 파시아 및 상기 범퍼 빔 사이에 위치함)로 구성된다. 일 실시예에서, 취입 성형된 에너지 흡수체를 제조하는 방법은 용융된 플라스틱을 제 1 몰드 캐비티로 도입하고; 상기 플라스틱에 기체를 도입하여 상기 플라스틱이 상기 제 1 몰드 캐비티의 내부에 맞춰져 제 1 예비 성형체를 형성하도록 하고; 상기 제 1 예비 성형체를 그 중심선을 따라 분리시켜 제 1 크러시 로브를 갖는 개방된 제 1 예비 성형부를 형성하는 것으로 구성된다.

Description

취입 성형된 에너지 흡수체 및 시스템과 그 제조방법 및 이용방법{BLOW MOLDED ENERGY ABSORBER AND SYSTEMS AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME}

본 발명은 일반적으로 차량용 에너지 흡수체(energy absorbers)에 관한 것으로서, 예를 들어 상해(예를 들어 탑승자(들), 보행자(들) 등에 대한)를 감소시키고/시키거나 차량 손상을 감소시키기 위한 에너지 흡수체에 관한 것이다.

차량의 손상 정도 뿐만 아니라 사고시 사람에게 가해지는 상해의 정도를 최소화하기 위한 방법에 대한 중요성은 증가되어 왔다. 전세계적으로 서로 다른 규제 위원회가 자동차 보행자 및 탑승자의 충격 성능을 평가한다. 전체적 성능에 따라, 누적 안전 등급이 차량에 부여된다. 차량의 각 부품 및 모든 부품은 그 차량에 대한 우수한 전체 등급을 받기 위해 구체적 충격 기준을 충족시킬 필요가 있다.

폼 에너지 흡수체(Foam energy absorbers)는 보행자 요건을 총족시킬 수는 있지만, 증가된 패키지 공간(packaging space)(예를 들어 약 80 밀리미터(mm) 보다 큰)을 필요로 한다. 금속 에너지 흡수체는 기하학적 구조 및 두께 면에서 너무 제한적이어서 이용할 수 없으므로, 보행자 안전을 위해 매우 효율적이지 않다. 차량 제조업자들은 에너지 흡수체 부품 중량을 감소시키고/시키거나 부품들의 패키지 공간을 감소시켜, 고성능 에너지 흡수체 시스템을 제공하는 동시에 스타일링 자유(styling freedom)를 증가시킬 수 있도록 노력을 계속하고 있다. 한 가지 접근은 에너지 흡수체 부품 중량을 낮추어 비용 및 중량을 낮추는 해결책을 제공하는 것이다. 그러나, 단순히 에너지 흡수체 부품 중량을 낮추는 것은 차량의 전방 말단에 대한 스타일링 자유와 성능을 타협하는 결과를 일으킨다. 또 다른 접근은 덜 비싼 재료 또는 다양한 재료 구성을 갖는 에너지 흡수체를 설계하여 덜 비싼 에너지 흡수체를 제공하는 것이었다. 이러한 재료 구성은 에너지 흡수체에 대하여 원하는 구조적 완전성(structural integrity)을 제공하기에 종종 비효율적이다. 또 다른 접근은 현존하는 에너지 흡수체 디자인의 기하학적 구성을 변경하는 것이었다. 그러나, 이러한 접근은 상당한 중량 변화를 일으키지 못했다. 이들 현존하는 저성능 시스템은 일반적으로 충격 규정을 충족시키기 위해 큰 패키지 공간량을 필요로 한다. 그러나, 큰 패키지 공간은 차량의 스타일링 자유를 감소시킨다.

이는, 중량은 감소되고 패키지 공간량은 더 낮아져서, 결과적으로 비용이 낮추어지고 디자인의 자유는 증가된, 우수한 차량 안전 등급을 얻도록 변형 및 충격 에너지를 흡수하는 에너지 흡수체의 설계에 대한 필요성을 일으킨다. 서로 다른 부품들은 그들의 본래의 기하학적 구조 및 조립 요건으로 인하여 다양한 충격 기준을 만족시키는 서로 다른 에너지 흡수체 디자인을 요한다. 따라서, 자동차 업계는 차량의 전체적 안전 등급을 개선하기 위한 경제적 해결책을 계속해서 찾고 있다. 따라서, 디자인의 자유는 제공하면서 차량 안전 등급을 향상시키고/시키거나 차량 손상은 감소시킬 해결책에 대한 요구가 계속된다.

다양한 실시예에서, 다양한 차량 부품들과 결합하여 사용될 수 있는 에너지 흡수 장치가 개시된다.

일 실시예에서, 취입 성형된(blow molded) 에너지 흡수체는 제 1 크러시 로브(first crush lobes) 및 일면에 개방 캐비티(open cavity)를 갖는 취입 성형된 제 1 로브 섹션; 및 상기 제 1 로브 섹션의 반대 끝단에 위치한 개방된 제 2 예비 성형부(second preform portions)로 구성되는 취입 성형된 제 2 로브 섹션으로 구성되며, 상기 제 2 로브 섹션은 제 2 크러시 로브로 구성된다. 상기 제 1 크러시 로브 및 상기 제 2 크러시 로브는 상기 에너지 흡수체의 제 1 면에 있다.

또 다른 실시예에서, 취입 성형된 에너지 흡수체는 일면이 개방된 취입 성형된 크러시 로브로 구성되며, 상기 에너지 흡수체는 20 mm 미만의 필렛(fillet) 반경 및 1.5 mm 이하의 두께를 갖는 필렛(fillets)으로 구성된다.

일 실시예에서, 차량 에너지 흡수체 시스템은 범퍼 빔(bumper beam); 취입 성형된 에너지 흡수체 및 파시아(fascia)로 구성된다. 상기 에너지 흡수체는 제 1 크러시 로브 및 일면에 개방 캐비티를 갖는 취입 성형된 제 1 로브 섹션; 및 상기 제 1 로브 섹션의 반대 끝단에 위치한 개방된 제 2 예비 성형부 내로 분리된 취입 성형된 제 2 로브 섹션으로 구성되며, 상기 제 2 로브 섹션은 제 2 크러시 로브로 구성된다. 상기 제 1 크러시 로브 및 상기 제 2 크러시 로브는 상기 에너지 흡수체의 제 1 면에 있다. 상기 에너지 흡수체는 상기 파시아 및 상기 범퍼 빔 사이에 위치하며, 상기 범퍼 빔에 인접한 에너지 흡수체의 일면에 상기 개방 캐비티를 갖는다.

또 다른 실시예에서, 차량 에너지 흡수체 시스템은 일면이 개방된 취입 성형된 크러시 로브(상기 에너지 흡수체는 20 mm 미만의 필렛 반경 및 1.5 mm 이하의 두께를 갖는 필렛으로 구성됨); 상기 개방된 면에 인접한 범퍼 빔; 및 파시아(상기 에너지 흡수체는 상기 파시아 및 상기 범퍼 빔 사이에 위치함)로 구성된다.

일 실시예에서, 취입 성형된 에너지 흡수체를 제조하는 방법은 용융된 플라스틱을 제 1 몰드 캐비티(first mold cavity)로 도입하고; 상기 플라스틱에 기체를 도입하여 상기 플라스틱이 상기 제 1 몰드 캐비티의 내부에 맞춰져(conform) 제 1 예비 성형체(first preform)를 형성하고; 상기 제 1 예비 성형체를 그 중심선을 따라 분리시켜 제 1 크러시 로브를 갖는 개방된 제 1 예비 성형부(open first preform portions)를 형성하는 것으로 구성된다.

이들 및 기타의 비제한적 특징들은 아래에 더 구체적으로 기재될 것이다.

아래는 도면의 간단한 설명으로서, 비슷한 요소는 비슷한 번호로 매겨지며, 여기 개시된 예시적 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 제시되는 것으로, 이를 제한할 의도는 없다.
도 1은 내부 로브 및 외부 로브 섹션으로 구성되는 취입 성형된 에너지 흡수체의 일 실시예를 나타내는 등척도(isometric view)이다.
도 2는 분리되기 전 취입 성형된 내부 로브의 일 실시예를 나타내는 등척도이다.
도 3은 분리되기 전 취입 성형된 외부 로브 섹션의 일 실시예를 나타내는 등척도이다.
도 4는 도 2의 선 B-B를 따라 취해진 취입 성형된 내부 로브의 단면을 도식적으로 나타낸다.
도 5는 도 2의 선 A-A를 따라 취해진 취입 성형된 내부 로브의 단면을 도식적으로 나타낸다.
도 6 내지 8은 상기 취입 성형된 에너지 흡수체의 내부 로브를 제조하는 방법의 일 실시예를 나타내는 측면도이다.
도 9 내지 11은 상기 취입 성형된 에너지 흡수체의 외부 로브 섹션을 제조하는 방법의 일 실시예를 나타내는 측면도이다.
도 12 내지 14는 상기 취입 성형된 에너지 흡수체를 제조하는 방법의 일 실시예를 도식적으로 나타내는 측면도이다.
도 15 내지 17은 상기 취입 성형된 에너지 흡수체를 제조하는 방법의 또 다른 실시예를 도식적으로 나타내는 측면도이다.
도 18은 열성형에 의해 형성된 에너지 흡수체 및 동일한 형상을 갖지만 취입 성형에 의해 형성된 에너지 흡수체에 대하여 가속도(G) 대 관입(mm)을 나타내는 그래프이다.
도 19는 무릎에 대한 힘을 가속도(G) 대 시간으로 나타낸 그래프이다.
도 20은 무릎에 대한 힘을 회전(도(deg)) 대 시간으로 나타낸 그래프이다.
도 21은 무릎에 대한 힘을 전단(mm) 대 시간으로 나타낸 그래프이다.
도 22는 진자 충격에 대하여 힘(kN) 대 시간(ms)을 나타낸 그래프이다.
도 23은 진자 충격에 대하여 관입(mm) 대 시간(ms)을 나타낸 그래프이다.

취입 성형된 복수의 로브(lobes)로 구성되는 에너지 흡수체가 다양한 실시예에서 개시된다. 상기 로브는 일반적으로 열가소성 재료로 구성된다. 상기 에너지 흡수체는 범퍼 빔에 부착될 경우 사출 성형되거나 열성형된 에너지 흡수체에 비하여 개선된 충격 성능을 제공한다. 상기 에너지 흡수체는 또한 사출 성형된 에너지 흡수체에 비하여 상당한 중량 감소(예를 들어 약 45% 내지 약 50% 더 경량)를 제공한다. 여기 개시된 상기 에너지 흡수체는 열성형된 에너지 흡수체에 비하여 에너지 흡수체의 길이 범위에 걸쳐 감소된 로브 또는 필렛의 수 및 더 제어된 두께 분포를 제공한다. 또한 취입 성형된 로브로 구성되는 에너지 흡수체는 열성형된 에너지 흡수체에 비하여 더 적은 모서리 필렛 반경 및 두께로 구성되어, 더 효율적인 에너지 흡수체가 얻어지도록 한다(예를 들어, 약 30% 내지 약 40% 더 효율적임). 여기 개시된 상기 에너지 흡수체는 또한 차량 대 차량 충격에서 차량에 가해지는 손상을 감소시켜, 에너지 흡수체가 차량으로 하여금 저속 차량 손상성 요건을 충족시킬 수 있도록 한다. 상기 에너지 흡수체는 더 낮은 패킹 공간(예를 들어 45 밀리미터(mm) 미만)을 이용하면서, 범퍼 빔 상으로 조립되면 여전히 보행자 안전 충격 요건(예를 들어, 유럽 차량 안전 증진 위원회(European Enhanced Vehicle-safety Committee (EEVC)), 유럽 자동차 제조자 협회(European Automobile Manufacturers' Association (ACEA)) II기, 및 세계 기술 규정(Global Technical Regulations (GTR)))과 더불어 기타의 저속(예를 들어 시간당 4 킬로미터(kmph)) FMVSS 파트 581, 차량 손상성 요건(예를 들어, 유럽 경제위원회(United Nations Economic Commission for Europe)(예를 들어, ECE-42) 및 자동차 수리 연구 위원회(Research Council for Automobile Repairs (RCAR)), Allianz, Dunner(예를 들어, 15 kmph에서, 아웃보드 위치에서 차량 범퍼에 치인 10도 경사 각도의 분리대), 및 태참(Thatcham) 충격)을 충족시킬 수 있다. 로브의 면들이 함께 몰딩되어 폐쇄 구조를 형성한 다음 중앙에서 부분적으로 또는 완전히 분리되는 에너지 흡수체의 디자인은 범퍼 빔 위로 상기 에너지 흡수체의 조립을 용이하게 한다.

자동차 사고가 발생하면 몇 가지 카테고리의 손상 및 상해가 가능하다. 하나의 카테고리는 차량 대 보행자 충격의 경우 상해를 입을 수 있는 보행자의 안전에 관한 것이다. 또 다른 카테고리는 다른 차량 또는 물체와 충돌시 차량 부품의 손상에 관한 것이다. 또 다른 카테고리는 다른 차량 또는 물체와 충돌시 차량 탑승자의 상해 및 안전에 관한 것이다. 마지막 2가지 카테고리에서의 상해 및 차량 손상은 일반적으로 범퍼 빔, 크래시 캔(crash cans), 에어백, 안전벨트 등의 사용으로 감소된다. 보행자 보호를 위해 만들어진 에너지 흡수체는 차량과의 충격시 보행자에게 가해지는 상해의 감소를 돕도록 이용된다. 일반적으로, 에너지 흡수체는 차량과의 충돌시 보행자를 보호하기 위해 범퍼 빔 전방에 위치한다.

일반적으로, 에너지 흡수체는 사출 성형, 열성형, 또는 취입 성형에 의해 원하는 형상으로 가공 및 성형될 수 있다. 사출 성형은 달성 가능한 최소 두께 면에서 한계가 있어서, 시스템 질량이 증가되는 문제가 있다. 열성형은 두께 분포의 제어가 열악하고 큰 필렛 반경에 대한 요구로 인하여 비효율적인 에너지 흡수 로브가 얻어진다는 문제가 있다. 취입 성형에 의해 제조되는 에너지 흡수체는 더 얇은 벽 및 더 작은 필렛 반경을 갖는 로브를 형성할 수 있는 능력을 제공하여 고효율의 에너지 흡수체가 얻어진다. 예를 들어 5 내지 20 mm의 서로 다른 필렛 반경으로 만들어진 동일한 로브 크기를 연구하였다. 더 작은 필렛 반경(5 mm)을 갖는 에너지 흡수체 로브가 더 높은 필렛 반경(20 mm)을 갖는 로브 보다 에너지 흡수 면에서 더 나은 성능을 보였다. 유의할 것은, 일반적으로 열성형 공정을 위해서, 20 mm의 최소 필렛 반경이 가공성(processability)을 위해 필요했지만, 취입 성형 공정으로는 에너지 흡수체 부품들이 더 작은 필렛, 예를 들어 7 mm로 가공될 수 있다. 또한, 취입 성형으로, 얇은 벽, 예를 들어 원하는 기준을 여전히 충족하면서 0.7 mm의 두께를 갖는 얇은 벽이 얻어질 수 있다.

상기 에너지 흡수 어셈블리의 특징들의 예는, 다른 것들 보다, 높은 인성/연성 (toughness/ductility), 열적 안정성, 높은 에너지 흡수 용량, 우수한 신율-계수 비율(modulus-to-elongation ratio), 및 재활용성을 포함하며, 여기서 "높은" 및 "우수한"은 상기 특징이 주어진 부품/요소에 대한 차량 안전 규제 및 요건을 적어도 충족함을 의미하려는 의도를 갖는다. 상기 에너지 흡수체는 원하는 형상으로 성형될 수 있고 원하는 특성을 제공할 수 있는 열가소성 재료 또는 열가소성 재료들의 조합, 예를 들어 열가소성 올레핀(TPO)으로 구성될 수 있다. 예시적인 재료는 열가소성 재료를 포함하고, 열가소성 재료와 엘라스토머 재료, 및/또는 열경화성 재료와의 조합을 포함한다. 가능한 열가소성 재료는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS); 폴리카보네이트; 폴리카보네이트/PBT 블렌드; 폴리카보네이트/ABS 블렌드; 코폴리카보네이트-폴리에스테르; 아크릴-스티렌-아크릴로니트릴(ASA); 아크릴로니트릴-(개질 에틸렌-폴리프로필렌 디아민)-스티렌(AES); 페닐렌 에테르 수지; 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드 블렌드; 폴리아미드; 페닐렌 설파이드 수지; 폴리비닐 클로라이드 PVC; 고충격 폴리스티렌(HIPS); 저/고 밀도 폴리에틸렌(L/HDPE); 폴리프로필렌(PP); 발포 폴리프로필렌(EPP); 폴리에틸렌(PE); 및 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다. 예를 들어, 상기 범퍼 빔, 에너지 흡수체, 및/또는 크래시는 Xenoy®(SABIC Innovative Plastics IP B.V.로부터 상업적으로 이용가능함)로 구성될 수 있다. 상기 범퍼 빔, 에너지 흡수체, 및/또는 크래시는 또한 앞서 기재된 재료들 중 적어도 하나로 구성되는 조합으로부터 형성될 수도 있다.

전체 크기, 예를 들어 상기 에너지 흡수체의 구체적 칫수는 차량 내 그것의 위치 및 그것의 기능, 및 그것이 의도하는 특정의 차량에 따라 다를 것이다. 예를 들어, 상기 에너지 흡수 어셈블리의 길이(l), 높이(h) 및 폭(w)은 필요한 에너지 흡수도 뿐만 아니라 원하는 사용 위치에서 이용가능한 공간량에 따라 다를 것이다. 상기 에너지 흡수체의 깊이 및 벽 두께는 또한 이용가능한 공간, 원하는 강성도(stiffness) 및 이용된 재료(또는 재료들의 조합)에 따라 다를 것이다. 예를 들어, 상기 에너지 흡수체의 벽 두께(t)는 4.0 mm 이하, 구체적으로 0.5 mm 내지 1.5 mm, 좀 더 구체적으로 0.5 mm 내지 1.0 mm, 좀 더 구체적으로 0.6 mm 내지 0.9 mm, 좀 더 구체적으로 0.6 mm 내지 0.8 mm일 수 있다.

여기 개시된 부품, 공정 및 장치에 대한 더 완전한 이해는 첨부 도면을 참고하여 얻어질 수 있다. 이들 도면(여기서는 "도"라고도 칭함)은 본 발명을 설명하는 편리성과 용이함에 기초하여 단순히 도식적으로 나타내므로, 그 부품 또는 장치의 상대적 크기 및 칫수를 나타내고/나타내거나 예시적 실시예의 범위를 제한하거나 규정할 의도는 없다. 명확성을 위하여 아래의 기재에서 특정의 용어가 사용된다 하더라도, 그러한 용어는 도면에서 예시를 위해 선택된 실시예의 특정 구성만을 가리킬 의도인 것이며, 본 발명의 범위를 규정하거나 제한할 의도는 없다. 도면 및 아래의 상세한 설명에서, 유사한 도면 부호는 유사한 기능의 부품들을 가리킴을 이해하여야 한다.

도 1은 내부 로브 섹션(들)(12) 및 외부 로브 섹션들(14)로 구성되는 에너지 흡수체(10)를 도시한다. 도 2는 내부 로브 섹션(12) 및 외부 로브 섹션(14)의 도면을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 로브 섹션(12) 및 외부 로브 섹션(14)은 모두, 부분적으로 또는 완전히, 2개의 절반 부분으로 분리되어 상기 에너지 흡수체(10)를 형성할 수 있는 폐쇄 구조로 구성된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 로브 섹션(12) 및 외부 로브 섹션(14) 각각은 내부 로브 섹션(12) 또는 외부 로브 섹션(14) 표면 상의 복수의 로브(16)로 구성된다. 상기 로브는 상기 에너지 흡수체가 높은 효율을 달성하도록 한다. 예를 들어, 상기 에너지 흡수체 로브는 더 작은 패키지 공간(예를 들어 45 mm 이하)에서, 약 500 주울(Joules)의 하부 다리 충격 에너지를 흡수할 수 있다. 상기 내부 로브 섹션(12) 및 외부 로브 섹션(14) 각각은 또한 반경(r)으로 구성되는 필렛(18)으로 구성된다. 상기 필렛(18)의 반경은 20 mm 이하, 구체적으로 15 mm 이하, 좀 더 구체적으로 5 mm 내지 10 mm, 좀 더 구체적으로 6 mm 내지 8 mm일 수 있다. 상기 취입 성형된 에너지 흡수체에서 필렛(18)의 반경은 상기 에너지 흡수체(10)의 전체 중량의 증가 없이 상기 에너지 흡수체 두께가 변화될 수 있도록 한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상기 로브(16)의 두께는 상기 필렛 반경(r)의 그것과 다를 수 있다.

따라서, 이러한 취입 성형된 에너지 흡수체는 0.5 mm 까지의 두께를 가질 수 있지만, 사출 성형된 에너지 흡수체는, 예를 들어 공정상의 한계로 인하여 1.8 mm 이상의 두께를 갖는다. 상기 실질적으로 더 얇은 벽은 상당한 중량 감소 가능성에 도움을 준다. 열성형된 에너지 흡수체에 비하여, 취입 성형 공정은 더 큰 디자인 자유(예를 들어, 더 작은 필렛 반경 및/또는 두께 조절)를 제공하며, 성능 개선을 돕는다.

상기 로브 벽의 두께는 4 mm 이하, 구체적으로 1 mm 이하, 심지어 0.8 mm 이하일 수 있다. 일부 실시예에서,상기 로브 섹션의 서로 다른 부분들은 서로 다른 두께를 갖는데, 모든 두께는 1.5 mm 이하이다.

도 4 및 5는 도 2의 각각 선 B-B 및 선 A-A를 따라 취해진 내부 로브 섹션의 단면을 도시한다. 도 5 내지 8은 차량 부착용 내부 로브 섹션의 제조 공정을 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 내부 로브 섹션은 분리되는, 예를 들어 절단(도 7)되는, 2-면의 거울상(도 6)으로서 취입 성형될 수 있다. 상기 절단은 연결된 로브의 중심선 전체를 따라 될 수 있거나, 또는 로브들이 공통의 연결 지점 둘레로 180도 회전할 수 있기에 충분하도록 될 수 있다. 선택적으로, 상기 내부 로브들은 인접한 내부 로브 섹션들의 세트 사이의 연결 지점(22)에서 접합될 수 있다. 마찬가지로, 거울상 취입 성형된 외부 로브들(도 9)은 분리, 회전(도 10)되어, 상기 내부 로브 섹션들에 대하여 원하는 위치로 이동될 수 있다(도 11).

상기 내부 및 외부 로브 섹션들은 기계적 부착과 같은 다양한 방법, 예를 들어 나사, 볼트, 용접, 스냅 형상(snap features), 클립 등, 및 이들 중 적어도 하나로 구성되는 조합에 의해 차량에 부착될 수 있다.

기타의 취입 성형된, 개방 에너지 흡수체 디자인이 또한 고려된다. 예를 들어, 상기 에너지 흡수체는, 특정 차량의 이용가능한 패키지 공간 내에서 원하는 양의 에너지를 흡수하기 위하여 필렛, 크라우닝(crowning), 두께 및/또는 주름(corrugations)을 조절함으로써 구체적 크러시 특징을 충족하도록 "튜닝 (tuned)"될 수 있다. 따라서, 상기 에너지 흡수체는 베이스 또는 벽에 의해 분리되는 크라우닝, 크러시 로브(상기 크러시 로브는 크라우닝, 주름 및/또는 필렛으로 구성될 수 있음)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 벽 두께는 조절될 수 있다. 일부 실시예에서, 서로 다른 영역의 로브들은 다른 두께를 가질 수 있다(예를 들어, 외부 로브 섹션 대 내부 로브 섹션).

상기 에너지 흡수체는 크러시 로브로 구성되는 중공의(hollow), 취입 성형된 부품을 개방된, 취입 성형된 에너지 흡수체로 변형시키는(transforming) 것으로 구성되는 다양한 방법으로 성형될 수 있다. 예를 들어, 상기 에너지 흡수체를 제조하는 방법은 로브 섹션들 중 2개로 구성된 몰드에 용융 플라스틱을 도입하고, 기체를 상기 플라스틱 내로 취입하여 상기 플라스틱이 중공의 내부 캐비티를 갖는 몰드의 형상에 맞춰지도록 하고, 성형된 상기 플라스틱을 제거하고, 상기 로브 섹션을 절단하여 거울상 로브 섹션을 형성하고, 로브 섹션을 회전시켜 양쪽 로브 섹션의 모든 로브들이 동일 방향으로 연장되도록 하는 것으로 구성될 수 있다. 구체적 디자인에 따라, 하나의 또는 다중 로브 섹션이 성형 및 배치된다. 예를 들어, 도 6 내지 11에서는, 분리된 내부 및 외부 로브 섹션이 형성된다. 내부 로브 섹션은 서로 인접하여 배치된 2개의 부분으로 구성되며, 외부 로브 섹션은 내부 로브 섹션들 그룹의 반대 끝단에 배치된다. 내부 로브 섹션의 구체적인 수는 구체적인 에너지 흡수체 디자인에 따라 다를 것이다.

도 12 내지 14는 상기 내부 및 외부 몰드 부분이 단일 요소로서 성형되어, 상기 중공의, 취입 성형된 부품(도 12)이 중심축을 따라 절단되고, 그 2개의 부분이 펼쳐져서(도 13) 최종 에너지 흡수체(도 14)를 형성하는 예를 도시한다. 이러한 디자인에서 볼 수 있는 바와 같이, 단일 취입 성형된 중공 부품이 개방되어 최종 에너지 흡수체를 형성한다. 여기서, 상기 최종 에너지 흡수체는 제자리에서(in situ) 성형된 단일의 일원화된 조성(single unitary composition)이다.

도 15 내지 17은 단일의 중공, 취입 성형된 요소가 축을 따라 개방(예를 들어 절단)되어 개방된 취입 성형 에너지 흡수체를 형성하는 일 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는, 2개의 에너지 흡수체가 상기 단일의 중공 취입 성형 요소로부터 형성될 수 있다.

명백히, 상기 디자인들의 조합이 또한 가능하다. 예를 들어, 2개의 서로 다른 에너지 흡수체에 대한 내부 로브 섹션들이 도 16과 유사한 단일의 중공 취입 성형된 요소로부터 형성될 수 있으며, 여기서 외부 로브 섹션은 도 9 내지 11에서와 같이 별도로 형성되고 더해질 수 있다.

일단 형성되면, 상기 로브는 범퍼 빔에 부착되거나 또는 서포트에 부착된 다음 범퍼 빔에 부착될 수 있다. 가능한 부착 방법은 기계적 부착(예를 들어, 클램프, 나사, 볼트, 스냅, 용접 등), 및 화학적 부착(예를 들어 결합제 등)을 포함한다.

상기 에너지 흡수 어셈블리는 아래의 비제한적 실시예를 통해 더 설명될 것이다. 아래의 모든 실시예들은 달리 구체적으로 명시되지 않는 한 시뮬레이션에 기초하였다.

실시예

실시예 1: 중량 및 가속도(Weight and Acceleration)

일반 차량 플랫폼(generic vehicle platform) 상에서 조립된, 완성된 에너지 흡수체 장치를 시뮬레이션하여 2가지 주요 충격(유럽 경제위원회(United Nations Economic Commission for Europe)(ECE-42) 프로토콜에 의한 하부-다리 보행자 충격 및 중앙 진자 충격)에 대하여 승인받았다. 상기 완성된 취입-성형 에너지 흡수체는 약 300 그램(g)의 무게였으며, 이는 동일한 패키지 공간에 대하여 현존하는 사출 성형된 열가소성 솔루션(thermoplastic solution) (700 g)에 비하여 상당히 가벼운 것이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 취입 성형된 디자인은 42 mm의 패키지 공간에 대하여 상기 열성형된 솔루션보다 30% 더 효율적인 성능을 갖는 것으로 관찰된다. 본 발명의 디자인으로 150 G 미만, 구체적으로 140 G 미만, 심지어 130 G 미만의 최대 가속도가 얻어질 수 있는 반면, 상기 열성형된 에너지 흡수체는 165 G를 초과하는 최대 가속도를 가졌다. 상기 본 결과는 500 g 미만의 중량에서 얻어졌다.

실시예 2: 보행자 하부 다리 충격

하부 다리 충격에 대하여, 후드(hood)를 모방하기 위하여 상부에 3 mm 두께의 폴리프로필렌 파시아(fascia), 유리 충진된 하부 스포일러 및 강직(stiff) 부재를 갖는 일반 차량 플랫폼(generic vehicle platform)을 상기 취입 성형된 에너지 흡수체 시스템과 함께 사용한다. 여기서, 본 발명의 취입 성형된 에너지 흡수체는 유럽 자동차 제조자 협회(ACEA) II기 프로토콜에 따른 모든 하부-다리 충격 목표; 즉 150 G 미만의 가속도, 15 도 미만의 회전, 및 6 mm 미만의 전단을 충족하는 것으로 밝혀졌다. 실제로, 본 발명의 디자인은 140 G 이하의 가속도, 구체적으로 130 G 이하의 가속도를 얻을 수 있다. 본 발명의 디자인은 12 도 이하, 구체적으로 10 도 이하의 회전을 얻을 수 있다. 전단에 대하여, 본 발명의 디자인은 5 mm 이하, 구체적으로 4.5 mm 이하의 결과를 얻을 수 있다(도 19 내지 21 참조).

실시예 3: 중심 진자 충격(Center Pendulum Impact)

본 발명의 에너지 흡수체 시스템은 또한, ECE-42 규제 요건을 충족하는 것을 포함하여, 중심 진자 충격(예를 들어 내부 로브 섹션에 대한 충격)에 대하여 잘 수행하는 것으로 밝혀졌다. 도 22 및 23은 이러한 충격의 경우 성능 수치를 각각 힘(킬로뉴튼, kN) 대 시간(밀리초, ms), 및 관입(밀리미터, mm) 대 시간(ms)으로 보여준다. 도시된 바와 같이, 60 밀리초 동안, 힘 레벨은 15 kN 미만으로 유지되고 관입 레벨은 64 mm 이하로 유지된다. 실제로, 상기 힘 레벨은 60 ms 동안 12 kN 이하로, 심지어 10 kN 이하로 유지되었다.

본 발명의 디자인은 경량, 고효율의, 취입-성형된, 보행자-안전한, 자동차용 에너지 흡수 시스템이다. 전체 에너지 흡수체에 대한 에너지 흡수 로브는, 분리되어 내부 및 외부 로브 섹션을 형성하는 2개 셋트로 형성될 수 있다. 더 얇은 벽의 형성을 막는 공정 한계로 인하여 2 mm 이상의 두께를 갖는 열성형된 에너지 흡수체에 비하여, 더 낮은 두께(예를 들어 1.5 mm 미만)로 인하여, 더 경량의 에너지 흡수체(예를 들어 500 g 미만)가 형성될 수 있다. 열성형된 에너지 흡수체는 500 g 보다 큰, 심지어 700g 이상의 중량을 갖는다. 그러나, 더 경량이고 더 얇은 벽을 갖는 본 발명의 취입 성형된 에너지 흡수체는 상기 열성형된 에너지 흡수체 보다 더 우수한 하부 다리 충격 특징을 갖는다.

본 발명의 디자인 및 방법은, 열성형 및 사출 성형과 같은 기타의 공정에 의해 형성되는 에너지 흡수체에 비하여, 감소된 두께 및/또는 필렛 반경을 갖는 개방된, 취입 성형된 에너지 흡수체 로브를 형성한다. 이해되는 바와 같이, 취입 성형하는 동안, 성형된 부품은 폐쇄된, 중공 부품이다. 본 발명의 디자인에서, 그 폐쇄된, 중공 부품은 분리되어 개방된 부품들(예를 들어 일면; 즉 원래 상기 중공 캐비티의 내부의 부분이었던 면에 캐비티를 갖는 부품들)을 형성한다. 상기 개방된 캐비티는 범퍼 빔 또는 충분한 구조적 완전성을 제공할 기타의 지지 구조에 인접 배치되어, 크러시 로브가 충격받는 동안 원하는 방식으로 크러시될 수 있도록 한다.

일 실시예에서, 취입 성형된 에너지 흡수체는 제 1 크러시 로브 및 일면에 개방 캐비티를 갖는 취입 성형된 제 1 로브 섹션; 및 상기 제 1 로브 섹션의 반대 끝단에 위치하는 개방된 제 2 예비 성형부로 분리된 취입 성형된 제 2 로브 섹션으로 구성되며, 상기 제 2 로브 섹션은 제 2 크러시 로브로 구성된다. 상기 제 1 크러시 로브 및 상기 제 2 크러시 로브는 상기 에너지 흡수체의 제 1 면에 있다.

또 다른 실시예에서, 취입 성형된 에너지 흡수체는 일면이 개방된 취입 성형된 크러시 로브로 구성되며, 상기 에너지 흡수체는 20 mm 미만의 필렛 반경 및 1.5 mm 이하의 두께를 갖는 필렛으로 구성된다.

일 실시예에서, 차량 에너지 흡수체 시스템은 범퍼 빔; 취입 성형된 에너지 흡수체; 및 파시아로 구성된다. 상기 에너지 흡수체는 제 1 크러시 로브 및 일면에 개방 캐비티를 갖는 취입 성형된 제 1 로브 섹션; 및 상기 제 1 로브 섹션의 반대 끝단에 위치한 개방된 제 2 예비 성형부로 구성된(예를 들어, 개방된 제 2 예비 성형부 내로 분리된) 취입 성형된 제 2 로브 섹션으로 구성되며, 상기 제 2 로브 섹션은 제 2 크러시 로브로 구성된다. 상기 제 1 크러시 로브 및 상기 제 2 크러시 로브는 상기 에너지 흡수체의 제 1 면에 있다. 상기 에너지 흡수체는 상기 파시아 및 상기 범퍼 빔 사이에 위치하며, 상기 범퍼 빔에 인접한 에너지 흡수체의 일면에 상기 개방 캐비티를 갖는다.

또 다른 실시예에서, 차량 에너지 흡수체 시스템은 일면이 개방된 취입 성형된 크러시 로브(상기 에너지 흡수체는 20 mm 미만의 필렛 반경 및 1.5 mm 이하의 두께를 갖는 필렛으로 구성됨); 상기 개방된 면에 인접한 범퍼 빔; 및 파시아(상기 에너지 흡수체는 상기 파시아 및 상기 범퍼 빔 사이에 위치함)로 구성된다.

일 실시예에서, 취입 성형된 에너지 흡수체를 제조하는 방법은 용융된 플라스틱을 제 1 몰드 캐비티(first mold cavity)로 도입하고; 상기 플라스틱에 기체를 도입하여 상기 플라스틱이 상기 제 1 몰드 캐비티의 내부에 맞춰져(conform) 제 1 예비 성형체(first preform)를 형성하도록 하고; 상기 제 1 예비 성형체를 그 중심선을 따라 분리시켜 제 1 크러시 로브를 갖는 개방된 제 1 예비 성형부를 형성하는 것으로 구성된다.

다양한 실시예에서, (i) 상기 제 1 로브 섹션은 상기 제 2 예비 성형부들 사이에 위치하는 단일 부분일 수 있고/있거나; (ii) 상기 제 1 로브 섹션 및/또는 상기 제 2 로브 섹션은 0.5 mm 내지 1.5 mm의 두께를 가질 수 있고/있거나; (iii) 상기 두께는 0.6 mm 내지 0.9 mm일 수 있고/있거나; (iv) 상기 제 1 로브 섹션 및/또는 상기 제 2 로브 섹션은 15 mm 이하의 필렛 반경을 갖는 필렛을 가질 수 있고/있거나; (v) 상기 필렛 반경은 5 mm 내지 10 mm일 수 있고/있거나; (vi) 상기 필렛 반경은 6 mm 내지 8 mm일 수 있고/있거나; (vii) 상기 제 1 로브 섹션은 동일한 디자인을 갖는 2개 이상의 제 1 예비 성형부로 구성될 수 있다.

다양한 실시예에서, 상기 방법은 (i) 상기 제 1 크러시 로브들 모두가 동일 방향으로 향하도록 상기 제 1 예비 성형부를 서로 인접하게 배향시키고/시키거나; (ii) 용융된 플라스틱을 제 2 몰드 캐비티로 도입하고; 상기 플라스틱에 기체를 도입하여 상기 플라스틱이 상기 제 2 몰드 캐비티의 내부에 맞춰져 제 2 예비 성형체를 형성하도록 하고; 상기 제 2 예비 성형체를 그 중심선을 따라 분리시켜 제 2 크러시 로브를 갖는 개방된 제 2 로브 섹션을 형성하도록 하고; 상기 제 1 로브 섹션으로 구성되는 내부 로브 부분의 반대 끝단에 상기 제 2 로브 섹션들 중 하나를 배치시키고/시키거나(상기 크러시 로브 모두는 동일 방향으로 배향됨); (iii) 상기 제 1 예비 성형부를 범퍼 빔에 부착시키는 것으로 구성될 수 있다.

여기 개시된 모든 범위는 끝점을 포함하며, 상기 끝점은 서로 독립적으로 조합가능하다(예를 들어, "25 중량% 이하, 좀 더 구체적으로 5 중량% 내지 20 중량%"의 범위는 "5 중량% 내지 25 중량%" 등과 같은 범위의 끝점 및 모든 중간값을 포함한다). "조합"은 블렌드, 혼합물, 얼로이(alloys), 반응 생성물 등을 포함한다. 또한, "제 1", "제 2" 등과 같은 용어는 여기서 어떠한 순서, 양, 또는 중요도를 나타내지 않으며, 다만 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해 사용된다. "a", "an" 및 "the"는 양을 한정하여 나타내는 것이 아니며, 문맥상 여기서 달리 지시되거나 명확히 부정되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 여기서 사용된 접미어 "(들)"은 그것이 수식하는 용어의 단수 및 복수 모두를 포함하기 위한 의도를 가지므로, 그 용어의 하나 이상을 포함한다(예를 들어, 필름(들)은 하나 이상의 필름을 포함한다). 명세서 전체에 걸쳐, "일 실시예", "또 다른 실시예", "하나의 실시예" 등은 그 실시예와 관련하여 기재된 특정의 요소(예를 들어, 특성, 구성 및/또는 특징)가 명세서에 기재된 적어도 하나의 실시예에 포함되고, 다른 실시예에는 존재하거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한, 상기 기재된 요소들은 다양한 실시예에서 적당한 방식으로 조합될 수 있음을 이해하여야 한다.

특정의 실시예만이 기재되었지만, 예측하지 못하거나 현재 예측될 수 없는 선택사항, 변경, 변형, 개선, 및 실질적 균등물이 출원인 또는 당업계의 통상의 지식을 가진 타인에게 일어날 수 있다. 따라서, 출원된, 그리고 보정될 수 있는 첨부된 특허청구범위는 그러한 모든 선택사항, 변경, 변형, 개선 및 실질적 균등물을 포함하는 것이 의도된다.

10: 에너지 흡수체
12: 내부 로브 섹션
14: 외부 로브 섹션
16: 로브
18: 필렛
22: 연결 지점

Claims (14)

1. 제 1 크러시 로브 및 일면에 개방 캐비티를 갖는 취입 성형된 제 1 로브 섹션; 및
   상기 제 1 로브 섹션의 반대 끝단에 위치하는 개방된 제 2 예비 성형부로 구성되는 취입 성형된 제 2 로브 섹션(상기 제 2 로브 섹션은 제 2 크러시 로브로 구성됨)으로 구성되는 취입 성형된 에너지 흡수체로서,
   상기 제 1 크러시 로브 및 상기 제 2 크러시 로브는 상기 에너지 흡수체의 제 1 면에 있는, 취입 성형된 에너지 흡수체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제 1 로브 섹션은 상기 제 2 예비 성형부들 사이에 위치하는 단일 부분인, 취입 성형된 에너지 흡수체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제 1 로브 섹션 및/또는 상기 제 2 로브 섹션은 0.5 mm 내지 1.5 mm의 두께를 갖는, 취입 성형된 에너지 흡수체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 두께는 0.6 mm 내지 0.9 mm인, 취입 성형된 에너지 흡수체.
5. 일측이 개방된 취입 성형된 크러시 로브로 구성되며, 20 mm 미만의 필렛 반경 및 1.5 mm 이하의 두께를 갖는 필렛으로 구성되는, 취입 성형된 에너지 흡수체.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 로브 섹션 및/또는 상기 제 2 로브 섹션은 15 mm 이하의 필렛 반경을 갖는 필렛을 갖는, 취입 성형된 에너지 흡수체.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 필렛 반경은 5 mm 내지 10 mm인, 취입 성형된 에너지 흡수체.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 필렛 반경은 6 mm 내지 8 mm인, 취입 성형된 에너지 흡수체.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 로브 섹션은 동일한 디자인을 갖는 2개 이상의 제 1 예비 성형부로 구성되는, 취입 성형된 에너지 흡수체.
10. 범퍼 빔;
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의한 취입 성형된 에너지 흡수체; 및
    파시아로 구성되는 차량 에너지 흡수체 시스템으로서, 상기 에너지 흡수체는 상기 파시아 및 상기 범퍼 빔 사이에 위치하며, 상기 범퍼 빔에 인접한 상기 에너지 흡수체의 일면에 개방된 캐비티를 갖는, 차량 에너지 흡수체 시스템.
11. 용융된 플라스틱을 제 1 몰드 캐비티로 도입하고;
    상기 플라스틱에 기체를 도입하여 상기 플라스틱이 상기 제 1 몰드 캐비티의 내부에 맞춰져 제 1 예비 성형체를 형성하도록 하고;
    상기 제 1 예비 성형체를 그 중심선을 따라 분리시켜 제 1 크러시 로브를 갖는 개방된 제 1 예비 성형부를 형성하는 것으로 구성되는, 취입 성형된 에너지 흡수체의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제 1 크러시 로브들 모두가 동일 방향으로 향하도록 상기 제 1 예비 성형부를 서로 인접하게 배향시키는 것으로 더 구성되는, 취입 성형된 에너지 흡수체의 제조 방법.
13. 제11항 또는 제 12항에 있어서,
    용융된 플라스틱을 제 2 몰드 캐비티로 도입하고;
    상기 플라스틱에 기체를 도입하여 상기 플라스틱이 상기 제 2 몰드 캐비티의 내부에 맞춰져 제 2 예비 성형체를 형성하도록 하고;
    상기 제 2 예비 성형체를 그 중심선을 따라 분리시켜 제 2 크러시 로브를 갖는 개방된 제 2 로브 섹션을 형성하도록 하고;
    상기 제 1 로브 섹션으로 구성되는 내부 로브 부분의 반대 끝단에 상기 제 2 로브 섹션들 중 하나를 배치시키는 것으로 더 구성되며,
    상기 크러시 로브 모두는 동일 방향으로 배향된, 취입 성형된 에너지 흡수체의 제조 방법.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 예비 성형부를 범퍼 빔에 부착하는 것으로 더 구성되는, 취입 성형된 에너지 흡수체의 제조 방법.

Images