KR20160053316A - 자동차용 구조물과 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물을 구성하는 강판을 적어도 두 개로 나눠서 각 강판에 미리 정한 요철 패턴을 형성하고, 특히 나눈 강판을 패턴이 서로 엇갈리게 배치하여 하나의 평면을 이루도록 용접한 다음, 이 강판으로 구조물을 제작함으로써, 요철 패턴을 통해 자체의 구조적 강성을 높인 강판으로 구조물을 제작하므로 같은 구조물에 대하여 본 발명의 구조물이 가벼우면서도 같은 강성을 얻을 수 있어 비용 절감 효과와 자동차의 연비 향상 효과를 얻을 수 있는 자동차용 구조물과 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. 특히, 본 발명은 구조물을 설치하는 장소에 따라 요구되는 충격 흡수 성능이나 강성 보완 요구에 맞게 요철 패턴을 다양한 형태로 배치하여 구조물을 제작할 수 있으므로, 하나의 구조물에 대해서도 부분적으로 다른 강성을 갖게 제작할 수 있어 요구하는 강성과 충격 흡수에 맞는 맞춤식 구조물을 제조할 수 있는 자동차용 구조물과 그 제조 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다. 또한, 본 발명은 롤 포밍 방식으로 강판에 요철 패턴을 형성함으로, 통상의 기술인 롤 포밍 방식으로 높은 자체 강성을 가진 강판을 제작하고, 패턴을 형성한 강판으로 구조물을 제작함으로써, 구조가 간단하면서도 가벼우면서도 원하는 구조적 강성을 가진 구조물을 신속하게 제작할 수 있는 자동차용 구조물과 그 제조 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

Description

자동차용 구조물과 그 제조 방법{STRUCTURS FOR VEHICLE AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 자동차용 구조물과 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 구조물을 구성하는 강판을 적어도 2개로 나누고, 각 강판 전체에 요철 패턴을 형성하고 이 요철 패턴이 서로 엇갈리게 배치하여 용접한 강판을 프레스 성형하여 구조물을 제작함으로써, 강판에 형성한 패턴을 통해 구조적 강성을 높일 수 있어 기존 강판보다 얇은 강판으로 구조물을 제작할 수 있고, 특히 적어도 2개로 나눈 각 강판에 형성한 패턴이 서로 반대 방향으로 위치하므로 구조물에 가해진 외력에 따라 패턴이 강성 보완 효과나 충격 흡수 효과를 얻을 수 있게 한 것이다.

일반적으로 자동차는 프레임과 강판 등을 이용하여 구조적인 형상을 제작한다. 특히, 강판은 프레임과 비교하여 중량이 가벼우면서도 절곡 등의 프레스 가공을 통해 다양한 형태로 제작할 수 있으면서도 구조적인 강성을 얻을 수 있기 때문에 많이 사용된다.

특히, 자동차는 중량이 많이 나가는 경우 연비가 떨어지므로 연비 향상을 위해 가벼우면서도 강성 확보 등을 통해 안전성을 확보할 수 있게 개발한 다양한 구조물을 이용한다. 특허문헌 1 내지 특허문헌 4와 같이, 자동차에 구성하는 구조물에 대한 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1은 대시 패널과 카울이 차량 길이 방향으로 중첩 관계로 접합되는 접합부의 분리에 대한 강도를 향상시킬 수 있는 차량용 전방 구조물을 제공하는 것이다.

특허문헌 2는 차량용 현가장치의 차체 마운팅 구조물에 관한 것으로서, 상용 버스와 같이 프레임에 바디를 마운팅하는 차체 방식이 적용된 차량에서, 더블 위시본 타입의 독립 현가장치가 적용되었을 때, 타이어로부터 입력되어 현가장치의 스트럿에 집중되는 하중을 차체의 복수 위치로 보다 효과적으로 분산시켜, 스트럿에서 차체에 작용하는 과도한 응력 집중 현상을 해소할 수 있고, 이를 통해 바디의 내구 수명을 크게 증대시킬 수 있는 현가장치와 차체 간의 연결 구조물을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다.

특허문헌 3은 적어도 2개의 에너지 저장 모듈을 위한 수용 수단을 갖는 차량용 플로어 구조물에 관한 것으로서, 상기 수용 수단은 적어도 2개의 길이방향 부재 및 적어도 2개의 횡단 부재를 포함한다. 사고가 일어날 때 특히 측면 충돌의 경우에 중량 또는 비용에 악영향을 주지 않고 차량의 플로어 구조물에서 배터리의 보호를 향상시키는, 플로어 구조물을 제공하기 위한 기술적 과제는, 상기 수용 수단이 에너지 저장 모듈들 사이에서 규정된 변형 거동을 하는 적어도 하나의 변형 존을 구비하는 것으로서 해결된다.

특허문헌 4는 차체의 스몰 오버랩 충돌에 대하여, 적절한 충격 흡수가 이루어지도록 하면서도 탑승자의 거주 공간에 대한 변형을 억제할 수 있도록 하여, 차량의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 차량의 전방 차체 구조물을 제공한다.

하지만, 기존 구조물은 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 도 1과 같이, 강판(3)을 냉간 압연기(1)로 압연하고, 압연한 강판(3')을 프레스 성형기(2)로 성형하여 구조물(4)을 제작함에 따라, 강판을 다양한 형태로 절곡 성형하여 구조적 강성을 확보했다.

(2) 하지만, 이런 구조적 강성에도 불구하고 구조물에서 요구하는 강성을 만족하지 못하는 경우 두꺼운 강판을 사용하여 구조물에서 요구하는 강성을 얻을 수 밖에 없다.

(3) 이처럼 구조물의 강성을 높이기 위해 두꺼운 강판을 사용하는 것은 구조물의 전제 중량을 증가시키는 요인으로 작용하고, 결과적으로 자동차 연비를 떨어뜨리는 요인으로 작용한다.

(4) 또한, 이처럼 강판의 두께가 두꺼워짐에 따라 그만큼 단위 면적당 구매 원가의 증가로 제조비용이 늘어나는 문제가 발생한다.

(5) 통상적으로, 차량의 구조물은 강판을 프레스 가공하여 제작하는 데, 이는 구조물의 구조적인 강성을 얻기 위한 것이나, 이러한 프레스 가공만으로 성형할 수 있는 구조물로 얻을 수 있는 구조적인 강성에 한계가 있다.

(6) 하나의 구조물의 경우에도 충격이 가해지는 위치에 따라 충격 흡수력이나 강성이 달라지는데, 기존의 구조물은 이를 고려하지 않고 균일한 두께의 강판으로 구조적인 강성만을 얻을 수 있는 구조로 제작하였다.

한국공개특허 제10-2014-0039324호 (공개일 : 2014.04.01) 한국공개특허 제10-2014-0044654호 (공개일 : 2014.04.15) 한국공개특허 제10-2014-0068012호 (공개일 : 2014.06.05) 한국등록특허 제1427785호 (등록일 : 2014.08.01)

본 발명은 이러한 점을 고려하여 발명한 것으로, 구조물을 구성하는 강판을 적어도 두 개로 나눠서 각 강판에 미리 정한 요철 패턴을 형성하고, 특히 나눈 강판을 패턴이 서로 엇갈리게 배치하여 하나의 평면을 이루도록 용접한 다음, 이 강판으로 구조물을 제작함으로써, 요철 패턴을 통해 자체의 구조적 강성을 높인 강판으로 구조물을 제작하므로 같은 구조물에 대하여 본 발명의 구조물이 가벼우면서도 같은 강성을 얻을 수 있어 비용 절감 효과와 자동차의 연비 향상 효과를 얻을 수 있는 자동차용 구조물과 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 구조물을 설치하는 장소에 따라 요구되는 충격 흡수 성능이나 강성 보완 요구에 맞게 요철 패턴을 다양한 형태로 배치하여 구조물을 제작할 수 있으므로, 하나의 구조물에 대해서도 부분적으로 다른 강성을 갖게 제작할 수 있어 요구하는 강성과 충격 흡수에 맞는 맞춤식 구조물을 제조할 수 있는 자동차용 구조물과 그 제조 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 롤 포밍 방식으로 강판에 요철 패턴을 형성함으로, 통상의 기술인 롤 포밍 방식으로 높은 자체 강성을 가진 강판을 제작하고, 패턴을 형성한 강판으로 구조물을 제작함으로써, 구조가 간단하면서도 가벼우면서도 원하는 구조적 강성을 가진 구조물을 신속하게 제작할 수 있는 자동차용 구조물과 그 제조 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 구조물의 제조 방법은, 자동차용 구조물의 제조 방법에 있어서, 미리 정한 크기의 적어도 2매의 강판(10,20)을, 전체 표면에 요철 형상의 패턴(110)이 형성된 롤 포밍 롤러(100)로 롤 포밍하는 제1 단계; 롤 포밍한 강판(10',20')을 요철 형상이 엇갈리게 배치한 다음 일정한 면이 되게 용접기(200)로 용접하는 제2 단계; 및 용접한 강판(10",20")을 프레스(300)로 구조물(S)의 형상에 맞게 프레스 성형하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 패턴(110)은 롤 포밍 롤러(100)의 길이 방향으로 길게 형성한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 패턴(110)은 롤 포밍 롤러(100)의 원호를 따라 형성한 링 형상이 길이 방향으로 연속하여 형성한 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 패턴(110)은 폭 단면 형상이 다각형, 구형파 또는 사인파 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 용접기(200)는 레이저 용접기인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 상술한 자동차용 구조물의 제조 방법으로 제조한 구조물을 포함하며, 표면에 요철 형상의 패턴을 형성한 적어도 2개의 강판(10,20)을 용접하여 하나의 평면으로 이루어진 강판을 프레스 가공하여 제작하되, 각 강판(10,20)은 요철 형상의 패턴(110)이 서로 어긋나게 배치하여 용접한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차용 구조물과 그 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 구조물을 제작하는 데 사용하는 강판에 요철 패턴을 형성하므로 강판 자체의 강성을 높일 수 있다.

(2) 이는 자동차 구조물에서 요구하는 구조적 강성을 얻는데 얇은 강판을 사용하더라도 충분한 구조물의 강성을 얻을 수 있으므로, 구조물의 중량을 줄일 수 있다.

(3) 특히, 이처럼 구조물에서 요구하는 구조적 강성의 세기를 유지하면서도 구조물의 중량을 줄일 수 있으므로, 자동차의 전체 중량을 줄일 수 있어 자동차 연비를 향상할 수 있다.

(4) 또한 같은 세기의 구조적 강성을 가진 구조물을 제작하는 데 중량의 두께를 줄일 수 있으므로 강판의 소비량을 줄여 결과적으로 제조비용을 줄일 수 있다.

(5) 한편, 본 발명은 구조물을 제작하는 데 사용하는 강판을 적어도 2개로 나눠서 요철 패턴을 형성하고 이 요철 패턴이 서로 엇갈리게 강판을 용접한 다음 구조물을 성형하므로, 하나의 구조물에 대하여 부분적으로 서로 다른 강성과 충격 흡수 성능을 갖게 제작하는 것이 가능하다.

(6) 이는 구조물이 설치된 위치에서 외부 충격 등이 가해질 곳을 예상하고, 이에 맞게 요철 패턴의 위치를 배치함으로써, 충격 흡수 성능을 높일 수 있다.

(7) 즉, 본 발명에 따른 구조물은 요철 형상의 길이 방향으로 가해지는 힘에 대해 구조적 강성을 보완할 수 있고, 요철 형상의 폭 방향으로 가해진 힘에 대해서는 패턴이 벨로우즈처럼 압착되면서 충격 흡수 효과를 기대할 수 있다.

(8) 이에 구조물의 장착 위치에서 가해질 외력을 예상하고, 해당하는 외력이 가해지는 부분에서 강성과 충격 흡수를 고려하여 강판의 개수와 패턴의 형성방향, 그리고 강판을 나누는 크기를 고려함으로써, 구조물의 강성과 충격 흡수 효과를 극대화할 수 있다.

도 1은 종래 구조물의 제조 과정을 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 제조 방법으로 구조물을 제조하는 과정을 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 롤 포밍 롤러의 한가지 예를 보여주기 위한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 롤 포밍 롤러의 다른 예를 보여주기 위한 도면으로, (a)는 사시도이고 (b)는 정면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구조물의 제조 방법)

본 발명에 따른 자동차용 구조물의 제조 방법은, 도 2 및 도 3과 같이, 3단계에 걸쳐 수행한다. 이에, 단계별로 설명하면 다음과 같다.

제1 단계는, 도 2와 같이, 미리 정한 크기의 적어도 2매의 강판(10,20)을 롤 포밍 롤러(100)를 이용하여 롤 포밍하는 단계이다.

이때, 상기 강판(10,20)은 그 크기가 본 발명에 따라 제작할 구조물(S)의 크기와 같은 크기로서, 바람직하게는 구조물(S)을 제작하는 데 필요한 크기의 강판을 적어도 2개로 나눈 것을 의미한다. 여기서, 구조물(S)의 크기에 따라 강판은 여러 개로 나눌 수 있으나, 설명의 편의를 위하여 두 개로 나눈 것으로 가정하여 설명한다.

그리고, 롤 포밍 롤러(100)는, 도 2 및 도 3과 같이, 통상적으로 강판을 롤 포밍하는 것을 사용하나, 본 발명에서는 강판(10,10)에 요철 모양을 만들 수 있도록 롤 포밍 롤러(100)의 표면에 길이 방향으로 요철 형상의 패턴(110)이 형성된 것을 사용한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 패턴(110)은 요철 형상이라면 어떠한 형태로 제작할 수 있게 형성할 수 있으나, 예시적으로 폭 단면이 다각형이나 구형파 또는 사인파 형상으로 제작할 수 있다. 도 2 및 도 3에서, 패턴(110)은 사다리꼴 형태로 제작한 예를 보여준다.

또한, 상기 요철 형상의 패턴(110)은, 도 4와 같이, 링 형상으로 제작할 수도 있다. 즉, 상기 요철 형상의 패턴(110)은 링 형태로서, 롤 포밍 롤러(100)의 원주를 따라 형성하되, 이 롤 포밍 롤러(100)의 전체 길이에 걸쳐 반복하여 형성함으로써, 상술한 도 3과 같은 롤 포밍 롤러(100)로 가공한 것과 같은 모양의 강판을 얻을 수 있다. 도 4에서, 패턴(110)은 구형파 형상으로 제작한 예를 보여준다.

이에, 제1 단계에서, 롤 포밍 폴러(10,20)를 통해 롤 포밍하면, 도 2와 같이, 전체 표면에 요철이 반복적으로 형성된 롤 포밍한 강판(10',20')을 얻을 수 있다.

제2 단계는, 도 2와 같이, 롤 포밍한 강판(10',20')을 용접하는 단계이다. 이때, 롤 포밍한 강판(10',20')은 일정한 면을 이루게 용접하는 데 요철 모양의 패턴 모양이 서로 엇갈리게 위치하도록 한쪽 테두리를 용접한다. 즉, 상기 롤 포밍한 강판(10',20')은 요철 모양이 서로 수직인 형태가 되도록 맞대어서 하나의 강판으로 용접한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제2 단계에서 용접은 레이저 용접기로 용접함으로써, 레이저 빔이 용접 부위를 좁고 깊게 융착하여 접합하므로 열변형이 없으면서도 수축과 뒤틀림을 최소화할 수 있기 때문이다.

이에, 제2 단계를 통해 두 매의 롤 포밍한 강판(10',20')이 하나의 구조물(S)을 제작하는 데 필요한 크기의 강판으로 용접되었으며, 특히 표면에는 서로 다른 방향의 요철 모양의 패턴을 갖게 한다.

제3 단계는, 도 2와 같이, 용접한 강판(10",20")을 프레스(300)로 구조물(S)를 성형하는 단계이다. 이때, 프레스(300)는 구조물(S)의 형상을 성형할 수 있는 통상의 기술로 제작한 것을 사용한다.

특히, 제3 단계를 통해 프레스 가공한 구조물(S)은, 도 2와 같이, 두 매의 용접한 강판(10",20")에 형성한 요철 패턴이, 예시적으로, 서로 직각인 형태가 되므로 각 용접한 강판(10",20")에 가해지는 충격이나 외력의 방향에 따라 이를 흡수할 수 있는 성능 또한 달라진다.

즉, 본 발명에 따른 구조물(S)은, 롤 포밍으로 형성한 요철 형상의 패턴(110)에 외력이 가해질 때, 그 길이 방향으로 힘이 가해지는 경우 강성 보완 효과를, 이 패턴(110)의 폭 방향으로 가해지는 힘에 대해서는 패턴(110)이 마치 벨로우즈처럼 압착되면서 충격 흡수 효과를 내는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 구조물(S)은 강판에 요철 모양의 패턴을 형성함에 따라 강판 자체의 강성을 높일 수 있으므로 강판의 두께를 얇게 하더라도 구조물에서 요구하는 강성을 확보할 수 있어 그만큼 제조비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 하나의 구조물(S)에 대하여 적어도 2개로 나눈 강판을, 각각 요철 모양의 패턴을 형성하고, 인접한 두 개의 강판을 용접할 때 요철 모양의 패턴이 서로 엇갈린 형태가 되게 용접함으로써, 하나의 구조물(S)에 대하여 충격 등이 가해지는 부분을 고려하여 강성 확보나 충격 흡수에 따라 적절한 형태로 선택하여 제작할 수 있다.

특히, 본 발명은 이처럼 요철 패턴을 이용하여 강판의 구조적 강성 확보는 물론, 구조물에 대해 부분적인 강성 보완과 더불어 충격 흡수 능력을 높일 수 있다.

(구조물)

본 발명은 상술한 방법으로 제작한 구조물을 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 구조물은, 표면에 요철 형상의 패턴을 형성한 적어도 2개의 강판(10,20)을 용접하여 하나의 평면으로 이루어진 강판을 프레스 가공하여 제작하되, 각 강판(10,20)은 이웃한 패턴(110)이 서로 어긋나게 배치하여 용접한다.

10, 10', 10", 20, 20', 20" : 강판
100 : 롤 포밍 롤러
110 : 요철 모양의 패턴
200 : 용접기
300 : 프레스

Claims (6)

1. 자동차용 구조물의 제조 방법에 있어서,
   미리 정한 크기의 적어도 2매의 강판(10,20)을, 전체 표면에 요철 형상의 패턴(110)이 형성된 롤 포밍 롤러(100)로 롤 포밍하는 제1 단계;
   롤 포밍한 강판(10',20')을 요철 형상이 엇갈리게 배치한 다음 일정한 면이 되게 용접기(200)로 용접하는 제2 단계; 및
   용접한 강판(10",20")을 프레스(300)로 구조물(S)의 형상에 맞게 프레스 성형하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 구조물의 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 패턴(110)은 롤 포밍 롤러(100)의 길이 방향으로 길게 형성한 것을 특징으로 하는 자동차용 구조물의 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 패턴(110)은 롤 포밍 롤러(100)의 원호를 따라 형성한 링 형상이 길이 방향으로 연속하여 형성한 것을 특징으로 하는 자동차용 구조물의 제조 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 패턴(110)은 폭 단면 형상이 다각형, 구형파 또는 사인파 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 구조물의 제조 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 용접기(200)는 레이저 용접기인 것을 특징으로 하는 자동차용 구조물의 제조 방법.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 제조 방법으로 제조한 구조물에 있어서,
   표면에 요철 형상의 패턴을 형성한 적어도 2개의 강판(10,20)을 용접하여 하나의 평면으로 이루어진 강판을 프레스 가공하여 제작하되,
   각 강판(10,20)은 요철 형상의 패턴(111)이 서로 어긋나게 배치하여 용접한 것을 특징으로 하는 자동차용 구조물.

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