KR20150026168A - 자동차 도어용 임팩트 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔은 (ⅰ) 섬유/수지 복합재료로 이루어지고, 양말단부가 직각으로 구부러져 연장부(11)를 형성하고 있는 U자형 내부층(10); 및 (ⅱ) 금속박막으로 이루어지고 양말단부가 상기 내부층(10)의 연장부(11)의 상부면과 맞닿도록 상기 내부층(10) 위에 조립되어 있는 U자형 외부층(20);으로 구성된다.
본 발명은 금속박막인 외부층으로 인해 연성이 개선되어 내충격성이 향상됨과 동시에 섬유/수지 복합재료인 내부층으로 인해 경량성도 달성된다.
또한, 본 발명은 섬유/수지 복합재료 제조시 열가소성 수지를 사용하는 경우에는 성형시간이 단축되어 생산성도 향상된다.

Description

자동차 도어용 임팩트 빔{Impact beam for car door}

본 발명은 자동차 도어용 임팩트 빔(Impact beam)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 무게가 가벼워 자동차 연비를 향상시킴과 동시에 연성이 뛰어나 내충격성도 향상시킬 수 있는 자동차 도어용 임팩트 빔에 관한 것이다.

자동차 도어용 임팩트 빔은 자동차 도어내의 프레임에 지지, 설치되어 자동차의 측면 충돌시 충격에너지를 흡수, 차단하여 자동차 탑승자를 보호하는 역할을 한다.

종래 자동차 도어용 임팩트 빔으로는 중공 금속봉이 널리 사용되어 왔으나, 상기 중공 금속봉은 무게가 무거워 자동차의 연비가 떨어지는 문제가 있었다.

또 다른 종래의 자동차 도어용 충격흡수봉(임팩트 빔)으로서 대한민국 공개 실용신안 제1996-21081호에서는 유리섬유로 강화된 수지인 유리섬유/고분자 복합재료(유리섬유 프리프레그) 및 탄소섬유로 강화된 수지인 탄소섬유 고분자 복합재료(탄소섬유 프리프레그)로 제작된 충격흡수봉의 중앙 또는 좌우 양측에 상기 유리섬유 프리프레그 및 탄소섬유 프리프레그로 제작된 충격흡수보강봉을 형성시킨 임팩트 빔을 게재하고 있다.

그러나, 상기 임팩트 빔은 금속재료를 포함하지 않고 모두 프리프레그 소재로만 구성되기 때문에 무게가 가벼워 자동차의 연비는 향상시킬 수 있지만 연성이 우수한 금속재를 전혀 포함하고 있지 않기 때문에 내충격성을 향상시키는데에는 한계가 있어서 임팩트 빔의 고유기능이 떨어지는 문제가 있었다.

또 다른 종래의 자동차 도어용 충격흡수봉(임팩트 빔)으로서 대한민국 공개특허 제10-2010-26005호에서는 (ⅰ) 중공형 알루미늄 봉과, (ⅱ) 상기 중공형 알루미늄 봉 위에 일방향 탄소섬유 강화 복합재료가 적층된 중간 흡수봉 및, (ⅲ) 상기 중간 흡수봉 위에 직물형 탄소섬유 강화 복합재료가 적층된 외부 흡수봉으로 이루어진 임팩트 빔을 게재하고 있다.

그러나, 상기 임팩트 빔은 중공형 알루미늄 봉을 포함하기 때문에 무게가 무거워 자동차의 연비가 떨어지고, 중공형 알루미늄봉에 일방향 탄소섬유 강화 복합재료를 접합방식으로 적층시켜야 하기 때문에 공정이 복잡한 문제가 있었다.

본 발명의 과제는 보다 간소화된 제조공정으로 무게가 가벼워 자동차의 연비를 향상시킴과 동시에 자동차 측면 충돌시 내충격성도 우수한 자동차 도어용 임팩트 빔을 제공하는 것이다.

이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 자동차 도어용 임팩트 빔을 (ⅰ) 섬유/수지 복합재료로 이루어지고, 양말단부가 직각으로 구부러져 연장부(11)를 형성하고 있는 U자형 내부층(10); 및 (ⅱ) 금속박막으로 이루어지고 양말단부가 상기 내부층(10)의 연장부(11)의 상부면과 맞닿도록 상기 내부층(10) 위에 조립되어 있는 U자형 외부층(20);으로 구성한다.

다시 말해, 본 발명에서는 자동차 도어용 임팩트 빔의 내부층을 섬유/수지 복합재료로 구성하여 경량화를 구현함과 동시에 외부층을 연성이 뛰어난 금속박막으로 구성하여 내충격성을 더욱 향상시키고, 또한 상기 외부층을 비접합 방식으로 내부층 위에 적층하여 생산성도 향상시킨다.

본 발명은 금속박막인 외부층으로 인해 연성이 개선되어 내충격성이 향상됨과 동시에 섬유/수지 복합재료인 내부층으로 인해 경량성도 달성된다.

또한, 본 발명은 섬유/수지 복합재료 제조시 열가소성 수지를 사용하는 경우에는 성형시간이 단축되어 생산성도 향상된다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔을 구성하는 내부층(10)의 단면 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔을 구성하는 외부층(20)의 단면 개략도.
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔의 단면 개략도.

이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 섬유/수지 복합재료로 이루어지고, 양말단부가 직각으로 구부러져 연장부(11)를 형성하고 있는 U자형 내부층(10); 및 (ⅱ) 금속박막으로 이루어지고 양말단부가 상기 내부층(10)의 연장부(11)의 상부면과 맞닿도록 상기 내부층(10) 위에 조립되어 있는 U자형 외부층(20);으로 구성된다.

도 1 내지 도 2는 상기 내부층(10)의 단면 개략도이고, 도 3은 상기 외부층(20)의 단면 개략도이고, 도 4 내지 도 5는 자동차 도어용 임팩트 빔의 단면 개략도이다.

상기 내부층(10)의 양말단부는 도 1에 도시된 바와 같이 직각으로 한번만 구부러져 연장부(11)를 형성할 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 직각으로 두번 구부러져 금속박막 삽입용 홈(12)을 형성할 수도 있으며, 금속박막 삽입용 홈(12)을 형성하는 것이 강도 향상에 보다 바람직하다.

또한, 상기 외부층(20)은 내부층(10) 위에 접착제를 사용하지 않는 비접합 방식으로 조립될 수도 있고, 접착제를 사용하는 접합방식으로도 조립될 수 있으나, 비접합 방식으로 조립되는 것이 잔류응력을 없게 하여 강도를 향상시키는데 바람직하다.

상기 내부층(10)을 이루는 섬유/수지 복합재료는 섬유/수지 복합 프리프레그들이 적층, 성형된 것으로서, 상기 섬유/수지 복합 프리프레그들은 10~90중량%의 섬유와 90~10중량%의 수지로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 섬유/수지 복합재료를 이루는 섬유는 일방향으로 배열되어 있는 일방향 섬유(UD섬유) 또는 섬유로 제직된 직물 형태인 직물형 섬유이며, 상기 섬유/수지 복합재료를 이루는 수지는 에폭시 수지나 페놀수지 등과 같은 열경화성 수지 또는 폴리프로필렌 수지, 나일론 수지, 폴리에스테르 수지 등과 같은 열가소성 수지이다.

상기 수지로 열가소성 수지를 사용하는 경우에는 성형시간이 단축되어 생산성이 크게 향상된다.

상기 섬유/수지 복합재료는 앞에서 설명한 섬유 10~90중량%와 수지 90~10중량%로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 섬유/수지 복합재료를 이루는 섬유로는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유 직물, 아라미드 직물, 유리섬유 직물, 탄소섬유/아라미드 섬유 혼합직물, 탄소섬유/유리섬유 혼합직물, 아라미드 섬유/유리섬유 혼합직물 등이 사용된다.

탄소섬유인 경우 섬도가 300~30,000 데니어이고, 아라미드 섬유인 경우 섬도가 500~3,000 데니어인 것이 바람직하다.

섬유/수지 복합재료를 구성하는 일방향 섬유는 자동차 도어용 임팩트 빔의 길이방향으로 배열되어 있는 것이 바람직하나, 자동차 도어용 임팩트 빔의 길이방향과 45°및 90°각도로 교차, 적층 될 수도 있다.

상기 금속박막으로 알루미늄 박막 또는 스틸(Steel) 박막 등이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조하는 방법 일례를 살펴보면 아래와 같다.

먼저, 섬유/수지 복합재료 프리프레그(prepreg)들을 내부층(10) 성형용 금형대에 적층한 다음 이를 압착, 성형하여 도 2와 같은 내부층(10)을 제조한다.

다음으로, 도 3과 같은 외부층(20) 양말단부를 상기와 같이 제조된 내부층(10)의 금속박막 삽입용 홈(12)에 끼워 비접합 방식으로 상기 내부층(10) 위에 외부층(20)을 적층시켜 도 5와 같은 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조한다.

다음으로는, 실시예 등을 통해 본 발명에 따른 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조하는 방법등을 구체적으로 살펴본다.

그러나 본 발명의 보호범위는 후술하는 실시예들로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

1,500 데니어의 아라미드 섬유들과 2,000 데니어의 탄소섬유들이 일방향으로 교호 배열되어 있으며, 상기 아라미드 섬유와 탄소섬유(총량기준) 60중량%와 에폭시 수지 40중량%로 구성되어 두께가 0.3㎜인 하이브리드 섬유/수지 복합재료 프리프레그 20매를 내부층(10) 성형용 금형내에 적층한 다음, 압착/성형하여 도 2와 같이 양말단부에 금속박막 삽입용 홈(12)이 형성된 내부층(10)을 제조하였다.

다음으로, 도 3과 같은 알루미늄 박막(두께 : 0.1㎜)의 양말단부를 상기 내부층(10)의 금속박막 삽입용 홈(12)에 삽입하여 도 5와 같은 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조하였다.

이와같이 제조된 임팩트 빔의 평균반력(충격에너지 흡수성능)을 미연방 자동차 안전규정(Federal Moter Vehicle Safety Standard)의 측면충돌 시험방법으로 측정한 결과는 16.2 kN 이었다.

실시예 2

1,500 데니어의 아라미드 섬유들이 일방향으로 교호 배열되어 있으며, 상기 아라미드 섬유 40중량%와 페놀 수지 60중량%로 구성되어 두께가 200㎛인 아라미드 섬유/수지 복합재료 프리프레그 20매를 내부층(10) 성형용 금형내에 적층한 다음, 압착/성형하여 도 1과 같이 양말단부에 연장부(11)가 형성된 내부층(10)을 제조하였다.

다음으로, 도 3과 같은 스틸 박막(두께 : 0.07㎜)의 양말단부를 상기 내부층(10)의 연장부(11) 상면과 맞닿도록 내부층(10) 위에 조립하여 도 4와 같은 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조하였다.

이와같이 제조된 임팩트 빔의 평균반력(충격에너지 흡수성능)을 미연방 자동차 안전규정(Federal Moter Vehicle Safety Standard)의 측면충돌 시험방법으로 측정한 결과는 16.0 kN 이었다.

실시예 3

2,000 데니어의 탄소섬유들이 일방향으로 교호 배열되어 있으며, 상기 탄소섬유 55중량%와 나일론 수지 45중량%로 구성되어 두께가 200㎛인 탄소섬유/수지 복합재료 프리프레그 20매를 내부층(10) 성형용 금형내에 적층한 다음, 압착/성형하여 도 2와 같이 양말단부에 금속박막 삽입용 홈(12)이 형성된 내부층(10)을 제조하였다.

이때, 프리프레그 17매는 섬유의 길이방향이 임팩트 빔의 길이방향과 일치하게 적층하고, 계속해서 프리프레그 1매를 섬유의 길이방향이 임팩트 빔의 길이방향과 90°각도를 이루도록 적층하고, 계속해서 프리프레그 1매를 섬유 길이방향이 임팩트 빔의 길이방향과 일치하게 적층하고, 계속해서 프리프레그 1매를 섬유 길이방향이 임팩트 빔의 길이방향과 90°각도를 이루도록 적층하였다.

다음으로, 도 3과 같은 알루미늄 박막(두께 : 0.07㎜)의 양말단부를 상기 내부층(10)의 금속박막 삽입용 홈(12)에 삽입하여 도 5와 같은 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조하였다.

이와같이 제조된 임팩트 빔의 평균반력(충격에너지 흡수성능)을 미연방 자동차 안전규정(Federal Moter Vehicle Safety Standard)의 측면충돌 시험방법으로 측정한 결과는 15.8 kN 이었다.

실시예 4

3,000 데니어의 유리섬유들이 일방향으로 교호 배열되어 있으며, 상기 유리섬유 50중량%와 폴리프로필렌 수지 50중량%로 구성되어 두께가 200㎛인 유리섬유/수지 복합재료 프리프레그 20매를 내부층(10) 성형용 금형내에 적층한 다음, 압착/성형하여 도 2와 같이 양말단부에 금속박막 삽입용 홈(12)이 형성된 내부층(10)을 제조하였다.

다음으로, 도 3과 같은 알루미늄 박막(두께 : 0.1㎜)의 양말단부를 상기 내부층(10)의 금속박막 삽입용 홈(12)에 삽입하여 도 5와 같은 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조하였다.

이와같이 제조된 임팩트 빔의 평균반력(충격에너지 흡수성능)을 미연방 자동차 안전규정(Federal Moter Vehicle Safety Standard)의 측면충돌 시험방법으로 측정한 결과는 16.0 kN 이었다.

실시예 5

1,500 데니어의 아라미드 섬유로 제직된 아라미드 직물 70중량%와 에폭시 수지 30중량%로 구성되어 두께가 200㎛인 직물형 섬유/수지 복합재료 프리프레그 20매를 내부층(10) 성형용 금형내에 적층한 다음, 압착/성형하여 도 2와 같이 양말단부에 금속박막 삽입용 홈(12)이 형성된 내부층(10)을 제조하였다.

다음으로, 도 3과 같은 알루미늄 박막(두께 : 0.05㎜)의 양말단부를 상기 내부층(10)의 금속박막 삽입용 홈(12)에 삽입하여 도 5와 같은 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조하였다.

이와같이 제조된 임팩트 빔의 평균반력(충격에너지 흡수성능)을 미연방 자동차 안전규정(Federal Moter Vehicle Safety Standard)의 측면충돌 시험방법으로 측정한 결과는 16.5 kN 이었다.

실시예 6

2,000 데니어의 탄소섬유로 제직된 탄소섬유 직물 50중량%와 폴리에스테르 수지 50중량%로 구성되어 두께가 400㎛인 직물형 탄소섬유/수지 복합재료 프리프레그 20매를 내부층(10) 성형용 금형내에 적층한 다음, 압착/성형하여 도 2와 같이 양말단부에 금속박막 삽입용 홈(12)이 형성된 내부층(10)을 제조하였다.

다음으로, 도 3과 같은 알루미늄 박막(두께 : 0.12㎜)의 양말단부를 상기 내부층(10)의 금속박막 삽입용 홈(12)에 삽입하여 도 5와 같은 자동차 도어용 임팩트 빔을 제조하였다.

이와같이 제조된 임팩트 빔의 평균반력(충격에너지 흡수성능)을 미연방 자동차 안전규정(Federal Moter Vehicle Safety Standard)의 측면충돌 시험방법으로 측정한 결과는 16.4 kN 이었다.

Claims (9)

1. (ⅰ) 섬유/수지 복합재료로 이루어지고, 양말단부가 직각으로 구부러져 연장부(11)를 형성하고 있는 U자형 내부층(10); 및
   (ⅱ) 금속박막으로 이루어지고 양말단부가 상기 내부층(10)의 연장부(11)의 상부면과 맞닿도록 상기 내부층(10) 위에 조립되어 있는 U자형 외부층(20);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
2. 제1항에 있어서, 상기 내부층(10)의 양말단부가 직각으로 두번 구부러지면서 금속박막 삽입용 홈(12)을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
3. 제1항에 있어서, 상기 외부층(20)은 내부층(10) 위에 비접합 방식으로 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
4. 제1항에 있어서, 섬유/수지 복합재료는 섬유들이 일방향으로 배열된 일방향 섬유 및 직물형 섬유 중에서 선택된 1종의 섬유 10~90중량%와 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중에서 선택된 1종의 수지 90~10중량% 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 섬유/수지 복합재료는 섬유 10~90중량%와 수지 90~10중량%로 구성된 섬유/수지 복합 프리프레그들이 적층, 성형된 것임을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
6. 제1항에 있어서, 금속박막은 알루미늄 박막 및 스틸(Steel)박막 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 섬유는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유 직물, 아라미드 섬유 직물,유리섬유 직물, 탄소섬유/아라미드 섬유 혼합직물, 탄소섬유/유리섬유 혼합직물 및 아라미드 섬유/유리섬유 혼합직물 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
8. 제1항에 있어서, 섬유/수지 복합재료를 구성하는 일방향 섬유는 자동차 도어용 임팩트 빔의 길이방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
9. 제1항에 있어서, 섬유/수지 복합재료를 구성하는 일방향 섬유는 자동차 도어용 임팩트 빔의 길이방향과 45°및 90°중 어느 하나의 각도로 교차, 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 도어용 임팩트 빔.
   

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