KR20160128504A - 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙 - Google Patents

차량용 연속섬유복합소재 루프 랙 Download PDF

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KR20160128504A KR1020150059608A KR20150059608A KR20160128504A KR 20160128504 A KR20160128504 A KR 20160128504A KR 1020150059608 A KR1020150059608 A KR 1020150059608A KR 20150059608 A KR20150059608 A KR 20150059608A KR 20160128504 A KR20160128504 A KR 20160128504A
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Abstract

본 발명은 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙에 관한 것으로, 루프랙(100)이 경량화와 구조적 강성 향상을 위해 레진본체(110) 및 연속섬유복합소재(CFT)의 인서트보강층(120)으로 구성된 것이다.

Description

차량용 연속섬유복합소재 루프 랙{ROOF RACK FOR VEHICLE USING CONTINUOUS FIBER THERMOPLASTIC}
본 발명은 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량화 및 원가 절감이 가능하고, 우수한 기계적 물성을 가지는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙에 관한 것이다.
일반적으로, 차량을 이용한 화물의 이송은 차량의 트렁크를 이용하게 되는데, 트렁크 공간을 이용하기 어려운 큰 부피의 화물이나 길이가 긴 화물의 경우에는 루프 랙을 이용하여 이송하게 된다.
루프 랙은 차량에 장착되는 편의부품의 하나로서, 차량의 지붕 상면인 루프패널(roof panel)에 고정되어 캠핑 장비나 스키와 같은 레저장비 등 비교적 부피가 큰 화물을 실을 수 있도록 하는 것으로, 요즘에는 레저용 차량(SUV;Sport Utility Vehicle, RV;Recreational Vehicle)의 대중화와 함께 널리 사용되고 있다.
한편, 차량용 루프모듈(Roof module)은 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 상부 구조물로 프론트필러(1), 센터필러(2), 리어필러(3), 루프레일(6), 프론트루프 크로스멤버(4), 센터루프크로스멤버(5), 리어루프크로스멤버(7), 루프패널(8)의 구성에서, 한 쌍의 루프 랙(9)이 루프패널(8)의 좌우측 가장자리부에 차량의 길이방향을 따라 장착됨에 따라 이루어진다.
최근 자동차 산업에서는 연비를 향상시키기 위해 차체 구조에 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 탄소섬유강화플라스틱과 같은 경량 소재를 적용하는 설계가 많은 관심을 받고 있으며 다수의 관련 기술들이 출원되고 있다.
특히, 자동차 산업에서의 CO2 배출량 규제가 강화됨에 따라 차량의 차체 구조에도 경량 소재를 적용한 설계가 증가하고 있으며, 루프 랙과 같은 편의부품도 경량화를 위한 기술들이 급격하게 증가하고 있는 추세이다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국공개특허 10-2009-0095131호가 있으며, 상기 선행문헌에는 차량의 루프 랙을 일체로 사출 성형한 후 합성수지의 고화 과정과 내부 응력으로 인해 발생하는 휨과 비틀림 등의 변형을 방지하기 위한 기술이 개시되어 있다.
또한, 대한민국공개특허 10-2010-0091534호에는 나일론6/EPR 나노 복합체를 포함하는 자동차용 부품이 개시되어 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
대한민국공개특허 10-2009-0095131호
본 발명은, 종래의 일반적인 알루미늄 합금의 루프 랙에 비해 경량화 및 원가 절감이 가능하고, 우수한 기계적 물성과 구조 강성을 제공하여 상품성 향상의 이점이 있는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 레진본체와 연속섬유복합소재인 인서트보강층의 인서트 사출시 루프 랙의 구조적 강성을 유지시킬 수 있는 보강돌기를 형성함에 있어 밀착력을 증대시킬 수 있는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙을 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙은, 루프 랙 형상으로 제작된 레진본체; 및 상기 레진본체의 내측면에 일체로 결합된 연속섬유복합소재(CFT)의 인서트보강층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 인서트보강층의 일면에 일체로 연결되면서 루프 랙의 길이방향을 따라 이격되게 형성된 다수개의 보강돌기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 레진본체와 인서트보강층 및 보강돌기를 포함하는 루프 랙은 일측으로 개구된 디귿자 단면모양으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 루프 랙의 개구된 일측이 루프패널쪽으로 설치되어서 루프패널과의 사이에 폐공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 보강돌기의 일단에는 레진본체쪽으로 개구된 보강돌기홈이 형성되고; 상기 인서트보강층에는 보강돌기홈속으로 삽입되는 결합돌기가 형성되며; 상기 보강돌기홈과 결합돌기의 결합을 통해 인서트보강층과 보강돌기의 결합력이 강화되는 것을 특징으로 한다.
상기 보강돌기홈은 입구측에서 안쪽으로 갈수록 직경이 점차 줄어드는 테이퍼진 단면으로 형성되어서 보강돌기홈과 결합돌기의 결합력을 강화시키도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 인서트보강층은 레진본체와 별물로 제작되고; 상기 별물로 제작된 인서트보강층을 사출 금형에 넣고 인서트보강층의 양측에 레진본체와 보강돌기를 일체로 사출 성형해서 레진본체와 인서트보강층 및 보강돌기가 일체화된 루프 랙을 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 인서트보강층의 일측에 보강돌기를 사출 성형할 때에 인서트보강층의 결합돌기가 보강돌기의 보강돌기홈속으로 삽입되게 사출 성형하는 것을 특징으로 한다.
상기 레진본체는 나일론6 50~70 중량%, 미네랄 글라스 파이버(MGF) 30~50 중량% 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 것을 특징으로 한다.
상기 레진본체는 나일론6 60 중량% 및 미네랄 글라스 파이버(MGF) 40 중량%로 조성된 것을 특징으로 한다.
상기 연속섬유복합소재의 인서트보강층은 나일론6 40~60 중량%, 글라스 파이버(GF) 40~60 중량% 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 것을 특징으로 한다.
상기 연속섬유복합소재의 인서트보강층은 나일론6 50 중량% 및 글라스 파이버(GF) 50 중량%로 조성된 것을 특징으로 한다.
상기 인서트보강층은 0.6~1.3mm의 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 루프 랙이 레진본체 및 기계적 물성이 우수한 연속섬유복합소재인 인서트보강층의 결합체로 이루어지게 됨으로써 경량화 및 원가 절감을 도모할 수 있는 효과가 있다.
또한, 레진본체와 연속섬유복합소재인 인서트보강층의 인서트 사출시 밀착력을 증대시켜서 구조적 강성을 이룸에 따라 상품성 향상을 도모할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 차량의 상부 구조물을 설명하기 위한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙의 사시도,
도 3은 도 2의 A-A선 단면도,
도 4는 도 3의 'B'부를 확대한 단면도로서 본 발명의 보강돌기를 설명하기 위한 도면이다
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙(100)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 루프 랙 형상으로 제작되는 금형레진의 레진본체(110)와, 레진본체(110)의 어느 일측면에 인서트 사출되며 연속섬유복합소재(CFT)로 이루어지는 인서트보강층(120)을 포함하는 것이다.
여기서, 루프 랙(100)은 인서트 사출된 완제품으로 인서트보강층(120)이 레진본체(110)의 내측면에 인서트 사출되어 일체화된 것이다.
그리고, 루프 랙(100)은 일측으로 개구된 디귿(ㄷ)자 단면모양으로 형성되는 바, 이를 통해 경량화를 이룩할 수 있게 된다.
또한, 루프 랙(100)의 내측면에는 다수개의 보강돌기(102)가 구비되어서 루프 랙(100)의 강성을 보강하게 된다.
레진본체(110)와 연속섬유복합소재의 인서트보강층(120)으로 이루어진 본 발명에 따른 루프 랙(100)은 일측으로 개구된 디귿자 단면모양을 갖춤으로써 경량화에 유리한 장점이 있고, 또한 개구된 일측이 루프패널(8)쪽으로 설치됨에 따라 루프패널(8)과의 사이에 폐공간을 형성할 수 있으며 이를 통해 루프패널(8)에 장착시 구조적인 강성을 충분히 유지할 수 있게 된다.
상기 보강돌기(102)는 레진본체(110)의 사출 성형시 함께 사출 성형되는 것이다.
즉, 별물로 제작된 인서트보강층(120)을 사출 금형에 넣고, 인서트보강층(120)의 양측에 레진본체(110)와 보강돌기(102)를 사출 성형함으로써, 일체화 된 레진본체(110)와 인서트보강층(120) 및 보강돌기(102)를 구비한 루프 랙(100)을 제작하게 되는 것이다.
보강돌기(102)가 인서트보강층(120)을 레진본체(110)쪽으로 가압하는 역할을 하게 됨으로써, 레진본체(110)와 인서트보강층(120)은 강한 결합력을 유지하게 된다.
레진본체(110)는 유리섬유(glass fiber), 천연섬유(natural fiber), 탄소섬유(carbon fiber), 아라미드 섬유(aramid fiber), 초분자량 폴리에틸렌(ultrahigh molecular weight polyethylene:UHMWPE) 섬유가 사용될 수도 있으나, 폴리아미드, 바람직하게는 나일론6, 나일론66 중 가장 바람직하게는 단섬유인 나일론6 50~70 중량%, 미네랄 글라스 파이버(Mineral Glass Fiber) 30~50 중량% 및 기타 불가피한 불순물로 조성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 나일론6 60 중량% 및 미네랄 글라스 파이버(MGF) 40 중량%로 조성될 수 있다.
이러한 레진본체(110)는 단면 구조나 두께, 형상 등을 변화시켜 다양하게 제작될 수 있으며, 참고로 나일론6은 ε-카프롤락탐을 합성하고 이를 고리열림중합(開環重合)시켜 제조한 것으로서, 탄소 6개로 이루어진 ε-카프롤락탐이 그대로 중합하여 고분자를 이루므로 나일론 6이라 부르게 되었으며, C10H20(CO)2(NH)2의 화학식을 가진다.
그리고, 인서트보강층(120)은 레진본체(110)에 비해 강성을 높인 것 즉 복합섬유의 함량을 증가시킨 것이 사용될 수 있다.
예컨대, 연속섬유복합소재(Continuous Fiber Thermoplastic:CFT)로 폴리아미드, 바람직하게는 나일론6, 나일론66 중 가장 바람직하게는 단섬유인 나일론6 40~60 중량%, 글라스 파이버(GF) 40~60 중량% 및 기타 불가피한 불순물로 조성될 수 있으며, 바람직하게는 나일론6 50 중량% 및 글라스 파이버(GF) 50 중량%로 조성될 수 있다.
또한, 바람직하기로 인서트보강층(120)은 0.6~1.3mm의 두께를 가질 수 있다.
상기 인서트보강층(120)은 루프 랙(100)이 충분한 강성을 확보할 수 있도록 하는 것으로 이를 위해 0.6~1.3mm의 두께를 가지는 것이 바람직하며, 만약 0.6mm 이하의 두께로 형성되면 루프 랙(100)의 강성을 보강시키기 위한 효과가 크지 않고, 반대로 1.3mm 이상의 두께로 형성되면 강성 보강의 효과에 비해 중량 증가로 인한 연비 악화 및 원가 상승 등의 단점이 더 크게 된다.
한편, 이러한 인서트보강층(120)은 인서트 사출 이전에 프로 포밍공정을 거치게 되는데, 연속섬유복합소재의 원단을 준비한 후 대략 225℃로 1차 가열하고, 가열된 원단을 적어도 2개 이상을 적층시킨다.
그리고, 적층된 원단을 다시 225℃로 2차 가열하고, 이어서 인서트보강층(120)의 양측에 레진본체(110) 및 보강돌기(102)를 일체로 인서트 사출 성형한다.
상기 보강돌기(102)는 전술한 바와 같이 레진본체(110)와 인서트보강층(120)의 결합력을 강화시키는 역할 뿐만 아니라, 차량의 길이방향을 따라 길게 형성되는 루프 랙(100)의 휨이나 뒤틀림을 방지하는 역할도 한다.
상기 보강돌기(102)의 사출 성형시에 보강돌기(102)와 인서트보강층(120)의 결합력을 강화시키기 위해 레진본체(110)를 향하는 보강돌기(102)의 일단에는 보강돌기홈(112)이 형성되고, 상기 보강돌기홈(112)속으로는 인서트보강층(120)의 결합돌기(121)가 삽입되는 구조를 갖는다.
또한, 보강돌기홈(112)과 결합돌기(121)의 결합력 강화를 위해 상기 보강돌기홈(112)은 도 4에 도시된 바와 같이 입구측에서부터 내측으로 갈수록 직경이 점차 좁아지도록 테이퍼진 형상의 단면으로 형성될 수 있다.
즉, 보강돌기홈(112)은 입구측(도 4의 좌측부)에서 안쪽(도 4의 우측부)으로 갈수록 직경이 점차 줄어드는 구조로 형성된 것이다.
이에 따라, 별물로 제작된 인서트보강층(120)을 사출 금형에 넣고 인서트보강층(120)의 양측에 레진본체(100)와 보강돌기(102)를 일체로 사출 성형할 때에, 인서트보강층(120)의 결합돌기(121)가 보강돌기홈(112)속에 삽입된 구조를 갖게 됨으로써, 인서트보강층(120)과 보강돌기(102)의 결합력을 강화시킬 수 있게 되고, 더 나아가 보강돌기(102)에 의한 레진본체(110)와 인서트보강층(120)간의 결합력도 한층 더 강화시킬 수 있게 된다.
따라서, 레진본체(110)와 연속섬유복합소재인 인서트보강층(120)이 인서트 사출로 제작된 루프 랙(100)은 기계적 물성이 우수해짐은 물론, 경량화 및 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 길이가 긴 루프 랙(100)의 휨이나 뒤틀림의 방지를 위해 레진본체(110)의 내측면에 다수개의 보강돌기(102)가 길이방향을 따라 형성됨으로써, 구조적 강성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
또한, 별물로 제작된 인서트보강층(120)을 사출 금형에 넣고, 인서트보강층(120)의 양측에 레진본체(100)와 보강돌기(102)를 일체로 사출 성형할 때에, 인서트보강층(120)의 결합돌기(121)가 보강돌기홈(112)속에 삽입된 구조를 갖게 됨으로써, 인서트보강층(120)과 보강돌기(102)의 결합력을 강화시킬 수 있게 되고, 더 나아가 보강돌기(102)에 의한 레진본체(110)와 인서트보강층(120)간의 결합력도 한층 더 강화시킬 수 있게 는 바, 이를 통해 구조적 강성의 증대 및 상품성 향상을 도모할 수 있는 장점도 있다.
또한, 본 발명의 루프 랙(100)은 일측으로 개구된 디귿자 단면모양을 갖춤으로써 경량화에 유리한 장점이 있고, 또한 개구된 일측이 루프패널(8)쪽으로 설치됨에 따라 루프패널(8)과의 사이에 폐공간을 형성할 수 있으며 이를 통해 루프패널(8)에 장착시 구조적인 강성을 충분히 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 - 루프 랙 102 - 보강돌기
110 - 레진본체 112 - 보강돌기홈
120 - 인서트보강층 121 - 결합돌기

Claims (13)

  1. 루프 랙 형상으로 제작된 레진본체; 및
    상기 레진본체의 내측면에 일체로 결합된 연속섬유복합소재(CFT)의 인서트보강층;을 포함하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인서트보강층의 일면에 일체로 연결되면서 루프 랙의 길이방향을 따라 이격되게 형성된 다수개의 보강돌기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 레진본체와 인서트보강층 및 보강돌기를 포함하는 루프 랙은 일측으로 개구된 디귿자 단면모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 루프 랙의 개구된 일측이 루프패널쪽으로 설치되어서 루프패널과의 사이에 폐공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 보강돌기의 일단에는 레진본체쪽으로 개구된 보강돌기홈이 형성되고;
    상기 인서트보강층에는 보강돌기홈속으로 삽입되는 결합돌기가 형성되며;
    상기 보강돌기홈과 결합돌기의 결합을 통해 인서트보강층과 보강돌기의 결합력이 강화되는 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보강돌기홈은 입구측에서 안쪽으로 갈수록 직경이 점차 줄어드는 테이퍼진 단면으로 형성되어서 보강돌기홈과 결합돌기의 결합력을 강화시키도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 인서트보강층은 레진본체와 별물로 제작되고;
    상기 별물로 제작된 인서트보강층을 사출 금형에 넣고 인서트보강층의 양측에 레진본체와 보강돌기를 일체로 사출 성형해서 레진본체와 인서트보강층 및 보강돌기가 일체화된 루프 랙을 구성하는 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 인서트보강층의 일측에 보강돌기를 사출 성형할 때에 인서트보강층의 결합돌기가 보강돌기의 보강돌기홈속으로 삽입되게 사출 성형하는 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 레진본체는 나일론6 50~70 중량%, 미네랄 글라스 파이버(MGF) 30~50 중량% 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 레진본체는 나일론6 60 중량% 및 미네랄 글라스 파이버(MGF) 40 중량%로 조성된 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 연속섬유복합소재의 인서트보강층은 나일론6 40~60 중량%, 글라스 파이버(GF) 40~60 중량% 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 연속섬유복합소재의 인서트보강층은 나일론6 50 중량% 및 글라스 파이버(GF) 50 중량%로 조성된 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
  13. 청구항 3에 있어서,
    상기 인서트보강층은 0.6~1.3mm의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 연속섬유복합소재 루프 랙.
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