KR20180015365A - 자동차의 에어백 하우징 제조방법 - Google Patents

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Abstract

자동차의 에어백 하우징 제조 방법이 제공된다. 자동차의 에어백 하우징 제조 방법은 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 가열하는 단계; 상기 가열된 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 압축하여 에어백을 접은 상태로 수용하는 수용부를 한정하도록 일면이 개구된 하우징 본체를 형성하는 압축 성형 단계; 상기 하우징 본체를 사출 금형 내에 인서트 하는 단계; 및 상기 하우징 본체가 인서트 된 상기 사출 금형 내에 상기 에어백 본체를 형성하는 상기 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재보다 낮은 강도를 갖는 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 주입하여 상기 하우징 본체와 상기 하우징 본체의 바닥부의 외면 및 상기 하우징 본체의 측부의 외면을 감싸는 보강 구조물을 형성하는 사출 성형 단계를 포함한다. 이러한 구성으로 에어백 하우징의 경량화를 도모하고, 에어백 전개 시 가해지는 충격이나 고온, 저온의 사용 환경에 적절한 물성확보가 가능하고, 에어백 하우징의 제조가 용이하다.

Description

자동차의 에어백 하우징 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING AIRBAG HOUSING FOR VEHICLE}
본 발명은 섬유 강화 열가소성 플라스틱 재료를 이용하는 자동차의 에어백 하우징 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 에어백은 설정 속도 이상의 주행 중인 자동차의 충돌 시, 충격으로부터 승객을 보호하도록 자동차에 장착된다.
센서에 의해 충돌이 감지되면 작동기체장치가 폭발되고, 폭발 가스로 인해 에어백이 순간적으로 팽창한다. 이때, 충돌로부터 에어백이 완전히 작동되는 시간은 매우 짧다. 또한 에어백은 고체의 급격한 연소로 발생되는 고압가스 혹은 고압가스 용기에 저장된 기체를 사용한다.
에어백 장착 및 작동을 위한 에어백 시스템은 센서, 배터리, 진단장치를 포함한 충격 감지 모듈 및 에어백 모듈로 이루어진다.
에어백 하우징은 그 내부에 에어백을 접은 상태로 수용하도록 일측이 개방된 상자 형상을 가지며, 에어백 하우징의 개구에는 에어백 도어가 결합된다. 에어백 하우징 및 에어백 도어는 스냅 핏 방식에 의해 결합되는 것이 알려져 있다. 스냅 핏 방식을 따르면, 예를 들면, 에어백 하우징의 일측에는 걸림후크가 형성되고, 에어백 도어의 지주부에 걸림홀이 형성되어 에어백 하우징의 걸림후크가 에어백 도어의 걸림홀에 걸린다.
에어백 하우징은 에어백 전개 시 발생되는 충격 에너지를 견딜 수 있는 물성을 보유한 소재로 형성될 것이 요구된다. 또한 에어백은 고온 다습한 사용 환경 또는 저온의 사용 환경에 노출되더라도 적절한 내구성을 갖는 소재로 형성될 것이 요구된다.
예를 들면, 인플레이터내의 압축가스 추진제가 장시간 고온, 다습한 환경에 노출될 경우 압축 가스 추진제 성능이 저하되어 과도한 내부 압력이 생성되고, 에어백 전개 시 에어백 하우징이 파열되어 승객이 부상을 입을 수 있다.
에어백 전개 시, 에어백 하우징의 결합부, 예컨대, 에어백 도어가 결합된 걸림후크 부위가 취약하여 에어백 전개 시 걸림후크 부위에 크랙이 발생하거나 파손되어 승객이 부상을 입수 있다.
에어백 전개 시, 에어백 하우징이 변형되어 에어백 하우징의 개구가 벌어질 경우, 에어백 하우징이 고정된 자동차의 주변 부품, 예컨대, 인스트루먼트 패널이 파손되는 문제점이 있다. 이러한 경우, 승객은 부상을 입을 수 있다.
따라서, 일반적으로 에어백 하우징은 금속성 복합재로 형성되어 상술한 바와 같은 물성을 확보한다. 그러나, 이와 같이 금속성 복합재로 형성할 경우 자동차의 무게를 가중시키고, 그 제작 공정도 매우 번거롭다.
최근 자동차 산업은 세계적으로 이산화탄소 저감과 관련된 각종 규제 증가 및 연료 효율성에 대한 요구가 높아짐에 따라 차량 경량화에 많은 연구 개발이 진행되고 있다.
미국특허번호 US 8,348,302 미국특허번호 US 8,459,688
본 발명의 목적은 에어백 하우징의 경량화를 도모하고, 에어백 전개 시 가해지는 충격이나 고온, 저온의 사용 환경에 적절한 물성확보가 가능하고, 제조가 용이한 자동차의 에어백 하우징 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예를 따르면, 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 가열하는 단계; 상기 가열된 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 압축하여 에어백을 접은 상태로 수용하는 수용부를 한정하도록 일면이 개구된 하우징 본체를 형성하는 압축 성형 단계; 상기 하우징 본체를 사출 금형 내에 인서트 하는 단계; 및 상기 하우징 본체가 인서트 된 상기 사출 금형 내에 상기 에어백 본체를 형성하는 상기 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재보다 낮은 강도를 갖는 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 주입하여 상기 하우징 본체의 바닥부의 외면 및 상기 하우징 본체의 측부의 외면을 감싸는 보강 구조물을 형성하는 사출 성형 단계를 포함하는 자동차의 에어백 하우징 제조 방법이 제공된다.
상기 하우징 본체는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재로 형성되고; 상기 보강 구조물은 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 또는 단섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재로 형성될 수 있다.
상기 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재는 50~70중량%의 연속섬유와 30~50중량%의 열가소성 플라스틱을 포함할 수 있다.
상기 연속섬유는 유리섬유, 카본섬유, 네츄럴 섬유 중 어느 하나를 포함하고; 상기 열가소성 플라스틱은 폴라아미드, 폴리프로필렌 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱은 20~50중량%의 장섬유와, 50~80중량%의 열가소성 플라스틱을 포함할 수 있다.
상기 장섬유는 유리섬유, 카본섬유, 내츄럴 섬유 중 어느 하나를 포함하고, 상기 열가소성 플라스틱은 폴리아미드와 폴리프로필렌 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 압축 성형단계에서, 상기 에어백 본체의 상기 측부와 일체로 후크 골격 및 마운팅 브라켓이 상기 에어백 본체의 외측으로 돌출 형성되고, 상기 사출 성형 단계에서, 상기 후크 골격을 감싸는 후크 보강부, 상기 마운팅 브라켓을 감싸는 브라켓 보강부, 및 상기 하우징 본체의 측부의 상부 내면을 감싸는 내부 보강부가 상기 보강 구조물의 측부 보강부와 일체로 사출 성형될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예를 따르면, 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 이용하여 에어백 하우징을 제조함에 따라 에어백 하우징의 무게를 줄이면서도 다양한 온도 범위의 사용 환경하에, 에어백 전개 시 가해지는 충격에 충분히 견딜 수 있는 강도 확보가 가능한 에어백 하우징을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예를 따르면, 에어백 하우징을 압축 성형 및 사출 성형에 의해 2중충으로 형성하여 우수한 강도를 갖는 에어백 하우징을 제조할 수 있다. 특히, 에어백 전개 시, 구조적으로 취약한 에어백 하우징의 후크부 및 마운팅부를 2중층의 구조로 제조하여, 에어백 전개 시 에어백 하우징의 후크부 및 마운팅부가 파손되는 것을 방지하여 승객이 상해를 입는 것을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예를 따르면, 에어백 하우징의 상부 개구측을 2중층으로 형성하여, 에어백 전개 시, 에어백 하우징의 개구측이 변형되는 것을 줄일 수 있다. 따라서, 에어백 하우징에 인접된 차량 내부 구조물, 예컨대, 인스트루먼트 패널 또는 에어백 도어 등이 파손되어 승객이 상해를 입는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 조수석 에어백 장치를 도시한 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 구성을 도시한 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 내부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 저부 사시도이다.
도 5는 도 3의 선Ⅴ-Ⅴ를 따라 취해진 단면도이다.
도 6은 도 3의 선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 취해진 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 하우징 본체를 제조하기 위한 재료를 가열하는 상태를 도시한 도면이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시 예를 따른 하우징 본체를 압축 성형하는 상태를 도시한 도면이다.
도 8c는 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 하우징 본체가 완성된 상태를 도시한 도면이다.
도 8d는 도 8c의 하우징 본체를 사출 금형에 인서트한 상태를 도시한 도면이다.
도 8e는 본 발명의 하우징 본체를 금형에 인서트한 후 사출 성형된 하우징 본체 및 보강 구조물 조립체를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도면들에서, 참조 부호(U)는 에어백 하우징(100)의 개구측 방향을 의마하고, 참조부호 (L)는 에어백 하우징(100)의 개구측과 마주하는 에어백 하우징의 바닥측 방향을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 자동차의 에어백 하우징(100)은 조수석측 인스트루먼트패널(1)에 장착된다. 다른 실시 예로 에어백 하우징(100)은 차량의 스티어링 휠 또는 운전석측 인스트루먼트 패널 등에 장착될 수 있다.
에어백 하우징(100)은 에어백(3)을 접은 상태로 수용하도록 일면이 개구된 통형상으로 형성된다. 에어백 하우징(100)은 원통 혹은 사각통 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시 예를 따르면, 에어백 하우징(100)은 직사각통 형상을 갖는다. 에어백 하우징(100)의 측벽 상부에는 복수의 후크부(101)가 구비된다.
후크부(101)는 에어백 하우징(100)을 에어백 도어(10)와 결합시키도록 에어백 하우징(100)의 개구측 둘레에 형성된다. 후크부(101)는 복수개로 형성될 수 있으며, 서로 마주하는 에어백 하우징(100)의 양측부에 형성될 수 있다.
에어백 하우징(100)은 하우징 본체(110)와 보강 구조물(130)을 포함한다. 하우징 본체(110)는 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재(Fiber reinforced thermoplastic composite), 예컨대 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재(Continuous fiber reinforced thermoplastic composite)로 형성된다.
보강 구조물(130)은 하우징 본체(110)를 사출 금형에 인서트 한 후, 하우징 본체(110)의 바닥부의 외면 및 하우징 본체(110)의 측부의 외면을 감싸도록 사출재를 주입하여 사출 성형하는 것에 의해 형성될 수 있다. 보강 구조물(130)은 하우징 본체(110)보다 강도가 작은 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재, 예컨대 단섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재(Short fiber reinforced thermoplastic composite) 또는 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재(Long fiber reinforced thermoplastic composite)로 형성되어 하우징 본체(110)의 강도를 보완할 수 있다.
이와 같이 에어백 하우징(100)은 강도가 상이한 두 종류의 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 이용하여 2중층으로 형성됨에 따라, 무게를 감소시키면서도 우수한 비강성(Specific stiffness)과 비강도(specific strength)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예로, 보강 구조물(130)은 하우징 본체(110)와 별도의 구조물로 제작되어 하우징 본체(110)의 외부에 끼워지도록 구성될 수 있다.
에어백 하우징(100)의 바닥부에는 인플레이터(6)가 설치되는 인플레이터 수용부(9)가 구비되고, 인플레이터 수용부(9)는 인플레이터(6)를 수용할 수 있도록 일면이 개구된 통형상으로 형성된다. 인플레이터 수용부(9)는 에어백 하우징(100)의 하부로 돌출된 통형상일 수 있다.
에어백(3)은 인플레이터(6)의 작동 시, 에어백 하우징(100)의 개구를 통하여 팽창 전개되도록 구비되고, 인플레이터(6)는 에어백(3)에 가스를 주입할 수 있도록 구비된다. 인플레이터(6)로부터 가스를 공급받을 수 있도록 에어백(3)의 일부분은 인플레이터(6)와 연결된다. 인플레이터(6)는 에어백 하우징(100)의 개구측을 향하여 가스를 분출하여 에어백(3)을 팽창 전개시키도록 배치된다. 에어백(3)은 결합부재(8)를 통하여 에어백 하우징(100)의 바닥부에 결합된다.
에어백 도어(10)는 하면이 개구된 통형상으로 형성된다. 에어백 도어(10)는 에어백 하우징(100)을 감싸면서 결합되도록 에어백 하우징(100)의 개구부와 대응되는 개구부를 갖는다.
에어백 도어(10)는 에어백 하우징(100)의 개구부를 커버하는 도어부(11), 도어부(11)의 양측으로부터 연장되어 인스트루먼트패널(1)에 결합하는 하우징 루프(13), 및 도어부(11)의 하부로부터 돌출되는 지주부(15)를 포함한다.
에어백 도어(10)의 도어부(11)는 파열부(11a) 및 힌지부(11b)를 포함한다. 파열부(11a)는 에어백(3)의 팽창에 의해 파열되는 부분이고, 힌지부(11b)는 힌지 운동(hinge motion)에 따라 개방되는 도어부(11)의 힌지축이 되는 부분이다.
에어백(3)의 팽창에 의해 에어백 도어(10)의 도어부(11)가 에어백 하우징(100)의 외측으로 밀리면, 파열부(11a)가 퍄열된다. 도어부(11)는 파열부(11a)의 파열을 시작으로 힌지부(11b) 부근까지 절개되어 에어백(3)이 에어백 도어(10)의 외부로 팽창 전개되도록 한다.
에어백 도어(10)의 지주부(15)는 에어백 하우징(100)의 측면을 둘러싸도록 에어백 하우징(100)의 측면과 대응되도록 형성될 수 있다. 지주부(15)는 에어백 하우징(100)의 후크(101)와 결합되도록 걸림홀(15a)이 형성된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 구성을 도시한 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 내부 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 저부 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 에어백 하우징(100)은 하우징 본체(110) 및 하우징 본체(110)의 측부(111,112,113,114) 및 바닥부(115)의 전체 외면과 하우징 본체(110)의 측부(111,112,113,114) 내면의 일부를 감싸도록 구성된 보강 구조물(130)을 포함한다.
하우징 본체(110)는 섬유 보강 열가소성 플라스틱 복합재, 예컨대 연속섬유 보강 열가소성 플라스틱 복합재를 이용하여 압축 성형(compression molding)에 의해 형성될 수 있다.
보강 구조물(130)은 하우징 본체(110)를 인서트한 후 섬유 보강 열가소성 플라스틱 복합재로 사출 성형(injection molding)하여 하우징 본체(110)와 일체로 형성될 수 있다. 도 2는 설명의 용이성을 위하여 보강 구조물(130)을 하우징 본체(110)로부터 분리시킨 상태를 보여준다.
다른 실시 예로 보강 구조물(130)은 하우징 본체(110)와 분리된 제품으로 제작되어 하우징 본체(110)에 끼움 결합되도록 구성될 수 있다.
하우징 본체(110)는 대략 일면이 개방된 직육면체 형태를 가지도록 형성되어 내부 공간(S)을 한정하고, 이러한 내부 공간(S)에 에어백(3, 도 1참조)이 접은 상태로 배치된다.
하우징 본체(110)는 장변의 마주하는 두 측부(111,112) 및 장변의 두 측부(111,112)의 사이에 배치된 단변의 측부(113,114), 및 바닥부(115)를 포함할 수 있다.
장변의 측부(111,112)의 상단에는 복수의 후크 골격(116)이 일정 간격을 두고 외측으로 돌출된다. 단변의 측부(113,114)에는 마운팅 브라켓(118)이 하우징 본체(110)의 외측으로 돌출되게 구비될 수 있다. 마운팅 브라켓(118)은 에어백 하우징(100)을 자동차의 내부 구조물, 예를 들면 인스트루먼트 패널(1), 에어백 도어(10), 또는 카울 크로스 바 등에 직접 또는 간접적으로 장착 가능토록 한다. 마운팅 브라켓(118)은 결합부재, 예컨대 체결볼트가 관통하는 브라켓홀(118a)이 형성된다.
하우징 본체(110)의 바닥부(115)의 중앙에는 인플레이터(6)와 연통하는 인플레이터홀(115a)과, 인플레이터홀(115a)의 주변에 형성되어 에어백(3)을 결합부재(8)를 통해 결합 가능토록 하는 체결홀(115b)이 형성된다.
보강 구조물(130)은 하우징 본체(110)의 바닥부(115) 및 측부(111,112,113,114)의 전체 외면, 후크 골격(116) 및 마운팅 브라켓(118)을 모두 감싸도록 형성된다. 보강 구조물(130)은 하우징 본체(110)의 바닥부(115)에 대응하는 바닥 보강부(135) 및 하우징 본체(110)의 측부(111,112,113,114)에 대응하는 측부 보강부(131,132,133,134)를 포함한다. 보강 구조물(130)의 장변의 측부 보강부(131,132)에는 하우징 본체(110)의 후크 골격(116)을 감싸도록 형성된 후크 보강부(136)가 형성되고, 보강 구조물(130)의 단변의 측부 보강부(133,134)에는 하우징 본체(110)의 마운팅 브라켓(118)을 감싸도록 형성된 브라켓 보강부(138)를 포함한다.
이하 후크 보강부(136)에 감싸진 후크 골격(116) 부분을 “후크부(101)”라 칭하고, 브라켓 보강부(138)에 감싸진 마운팅 브라켓(118) 부분을 “마운팅부(103)”라 칭한다.
보강 구조물(130)은 하우징 본체(110)의 측부(111,112,113,114)의 내면을 일부 감싸는 내부 보강부(137)가 형성되어 후크 골격(116) 및 마운팅 브라켓(118)과 인접한 하우징 본체(110)의 측부(111,112,113,114)의 상부의 보강 강도를 증대시킨다. 내부 보강부(137)는 하우징 본체(110)의 측부(111,112,113,114)의 내면 상부를 둘러싸면서 보강하여 에어백 전개 시, 에어백 하우징(100)의 개구부가 벌어지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 에어백 하우징(110)과 연결된 부품, 예컨대, 인스트루먼트 패널(1) 또는 에어백 도어(10) 등이 파손되는 것을 방지하여 승객이 부상을 입는 것을 방지할 수 있다.
이에 더하여, 내부 보강부(137)는 후크부(101) 및 마운팅부(103)와 인접하게 배치되어, 후크부(101) 및 마운팅부(103)의 지지 강도를 증대시켜, 에어백 전개 시, 후크부(101) 및 마운팅부(103)에 크랙이 발생하거나 파손되는 것을 방지하여 승객이 상해를 입는 것을 방지할 수 있다.
보강구조물(130)의 바닥 보강부(135) 및 측부 보강부(131,132,133,134)의 외면에는 보강 리브(139)가 형성되어 내구성을 증대시키도록 한다.
보강 구조물(130)의 바닥 보강부(135)에는 하우징 본체(110)의 바닥부(115)의 인플레이터홀(115a)과 대응하는 인플레이터홀(135a)과 하우징 본체(110)의 바닥부(115)의 체결홀(115b)에 대응하는 체결홀(135b)이 형성된다.
도 5는 도 3의 선Ⅴ-Ⅴ를 따라 취해진 단면도이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 후크 골격(116)은 하우징 본체(110)의 측부(111,112)의 상단으로부터 외측으로 일정 각도 경사지게 형성된 경사부(116a) 및 상기 하우징 본체(110)의 측부(111,112)와 대략 직교하도록 경사부(116a)로부터 하우징 본체(110)의 외측으로 돌출된 연장부(116b)를 포함한다. 경사부(116a) 및 연장부(116b)의 사이에는 단차부(116c)가 형성된다.
후크 골격(116)은 보강구조물(130)의 후크 보강부(136)를 통해 감싸진다. 후크 보강부(136)는 보강구조물(130)의 측부 보강부(131,132)로부터 후크 골격(116)의 경사부(116a)와 연장부(116b)를 따라 연장되어 후크 골격(116)을 감싼다.
이때, 후크 골격(116)의 경사부(116a)측의 내면에 형성된 후크 보강부(136)의 내부형성부(136a)는 내부 보강부(137)와 연장되어 대략 직교되게 형성된다. 이러한 구성으로 후크 골격(116)의 경사부(116a)를 지지하는 부분의 두께를 상대적으로 두껍게 하여 후크 골격(116)의 지지강도를 높일 수 있다.
후크 골격(116)의 경사부(116a) 및 연장부(116b)의 사이의 단차부(116c)에 의해 하우징 본체(110)를 사출 금형에 인서트 후 열가소성 플라스틱 복합재로 사출 성형하고 응고시켜 보강 구조물(130)을 형성할 때, 접촉 면적을 증대시켜 보강 구조물(130)이 후크 골격(116)에 견고하게 접촉 지지되도록 할 수 있다.
후크 보강부(136)의 외측에는 보강구조물(130)의 측부 보강부(131,132)와 대략 나란하게 돌출된 걸림부(136b)가 연장되어 에어백 도어(10)의 지주부(15)에 형성된 걸림홀(15a)에 걸린다(도 1 참조).
후크 골격(116)의 경사부(116a)의 시작점 및 하우징 본체(110)의 측부(111,112)는 절곡부(111a, 112a)에 하우징 본체(110)의 외측 방향으로 일정 거리(D)만큼 단차를 가지며, 이 단차 부분에 내부 보강부(137)가 형성된다. 본원 발명을 따르면, 하우징 본체(110)의 측부(113,114)에도 실질적으로 절곡부(113a, 114a)가 형성되고 내부 보강부(137)는 하우징 본체(110)의 내면 상부 전체를 에워싼다(도 6 참조).
내부 보강부(137)는 보강구조물(130)의 측부 보강부(131,132,133,134)로부터 연장되어 에어백 본체(110)의 측부(111,112,113,114)의 내면으로 연장되어 에어백 팽창 시, 보강구조물(130)이 에어백 본체(110)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
본원 발명의 일 실시 예를 따르면, 에어백 하우징(100)의 후크부(101)가 상술한 바와 같이 고강도의 후크 골격(116)과, 후크 골격(116)의 주위를 감싸 후크 골격(116)의 강도를 보강하는 후크 보강부(136)로 이루어지고, 후크 보강부(136)의 내부 형성부(136a)와 연장되어 내부 보강부(137)가 형성된다. 이러한 구성으로 에어백 전개 시, 후크부(101)에 크랙이 발생하거나 파열되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 6은 도 3의 선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 취해진 단면도이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 하우징 본체(110)의 단변의 측부(113,114)에는 외측으로 마운팅 브라켓(118)이 돌출된다. 마운팅 브라켓(118)은 브라켓홀(118a)이 형성된다. 마운팅 브라켓(118)은 하우징 본체(110)를 사출 금형에 인서트 한 후, 사출 성형하여 보강 구조물(130)을 형성할 때 보강 구조물(130)의 측부 보강부(133,134)로부터 연장되어 형성되는 브라켓 보강부(138)를 포함한다. 브라켓 보강부(138)에는 브라켓홀(118a)과 대응하는 홀(138a)이 형성된다.
이러한 구성으로, 하우징 본체(110)와 보강구조물(130)이 일체화된 에어백 하우징(100)은 차량의 내부 구조물, 예컨대 인스트루먼트 패널(1), 에어백 도어(10), 또는 카울 크로스바 등에 도시되지 않은 체결부재를 통해 결합될 수 있다.
하우징 본체(110)는 기계적 강성이 우수하면서도 경량화가 가능한 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재, 예컨대, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재(Continuous fiber reinforced thermoplastic composite)을 포함할 수 있다.
하우징 본체(110)는 소정 중량%의 연속섬유와, 소정 중량%의 열가소성 플라스틱 복합재를 포함한다. 일 실시 예로, 하우징 본체(110)는 50~70중량%의 연속섬유 및 30~50중량%의 열가소성 플라스틱 복합재를 포함할 수 있다.
연속섬유는 유리섬유, 카본 섬유, 내츄럴 섬유 증 어느 하나를 사용할 수 있다.
열가소성 플라스틱 복합재는 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리에틸렌(polyethylent, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 중 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 열가소성 플라스틱 복합재는 폴리아미드 또는 폴리프로필렌 중 선택된 하나를 사용할 수 있다.
일 예로, 하우징 본체(110)는 40중량%의 폴리아미드(PA)와 60중량%의 유리섬유를 포함할 수 있다. 다른 예로 하우징 본체(110)는 40중량%의 폴리프로필렌(PP)과 60중량%의 유리섬유를 포함할 수 있다.
보강 구조물(130)은 하우징 본체(110)보다 강도가 상대적으로 낮은 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 또는 단섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 포함할 수 있다.
보강 구조물(130)은 소정 중량%의 열가소성 플라스틱과 소정 중량%의 장섬유를 포함할 수 있다. 열가소성 플라스틱은 폴리아미드 또는 폴리프로필렌 중 선택된 하나를 사용할 수 있다. 장섬유는 길이가 6mm에서 25mm를 유지하는 것으로서, 유리 섬유, 카본 섬유 네츄럴 섬유 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
일 실시 예로, 보강 구조물(130)은 70중량%의 폴리아미드(PA)와 30중량%의 장섬유의 유리섬유를 포함할 수 있다. 다른 실시 예로, 보강 구조물(130)은 60중량%의 폴리프로필렌(PP)과 40중량%의 장섬유의 유리섬유를 포함할 수 있다.
보강 구조물(130)은 소정 중량%의 열가소성 플라스틱과 소정 중량%의 단섬유를 포함할 수 있다. 열가소성 플라스틱 복합재는 폴리아미드 또는 폴리프로필렌중 선택된 하나를 사용할 수 있다. 단섬유는 장섬유에 비하여 길이를 짧게 유지하는 것으로서, 유리 섬유, 카본 섬유 네츄럴 섬유 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
다음은 상술한 바와 같이 구성된 에어백 하우징(100)의 보강 작용에 대해서 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 차량 충돌 시 제어장치(미도시)가 센서로부터의 신호를 기초해 충돌을 감지하면, 제어 장치에 의해서 인플레이터(6)가 동작된다. 인플레이터(6)가 동작되어 에어백(3)의 내부로 가스를 분출하면, 에어백(3)이 팽창되면서 에어백 도어(10)를 화살표 방향을 따라 상향 가압한다. 계속하여 에어백(3)의 팽창 압력에 의해 에어백 도어(10)의 파열부(11a)가 파열되어 에어백 도어(10)는 힌지부(11b)를 중심으로 회전되면, 에어백(3)은 에어백 하우징(100)으로부터 벗어나 승객을 향하여 팽창 전개되어 승객을 보호한다.
이와 같은 동작에 의해 에어백(3)이 순간적으로 팽창할 경우, 에어백 하우징(100)은 서로 다른 강도를 갖는 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 이용하여 2중층으로 형성됨에 따라 에어백 팽창 압력에 의해 파열되지 않고 충분히 견딜 수 있다.
보다 구체적으로, 에어백 하우징(100)은 예컨대, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재로 형성된 고강도의 하우징 본체(110) 및 하우징 본체(110)를 전체적으로 감싸며 하우징 본체(110)를 형성하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재, 예를 들면, 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 또는 단섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재로 형성된 보강 구조물(130)로 구성된다. 따라서 에어백(3) 팽창 시, 파열되지 않고 안정적으로 견딜 수 있다. 여기서 보강 구조물(130)은 그 측부 보강부(131,132,133,134) 및 바닥 보강부(135)에 보강 리브(139)가 형성되어 강도가 보완된다.
본원 발명을 따르면, 에어백 하우징(100)은 우수한 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재의 하우징 본체(110)로 구성되어 에어백 하우징(100)의 무게를 감소시키면서 에어백 팽창 압력에 견딜 수 있는 기본적인 내구성을 갖는다. 또한, 하우징 본체(110)의 외면에 장섬유 또는 단섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 이용하여 보강구조물(130)을 일체로 형성하여 하우징 본체(110)를 전체적으로 강도 보강할 수 있으며, 보강구조물(130)은 추가적인 보강 구조, 즉 보강리브(139)를 포함하여 더욱 강화된 보강 구조를 이루어 에어백 하우징(100)의 강도를 보완한다.
한편, 하우징 본체(110)의 측부(111,112,113,114)의 상부 내면에는 내부 보강부(137)가 추가적으로 구성되어 하우징 본체(110)의 개구측 둘레 부분의 강도를 보강한다. 이러한 구성을 통하여 에어백 팽창 시, 에어백 하우징(100)의 개구 부분이 벌어지는 것을 방지할 수 있어, 에어백 하우징(100)과 결합된 차량의 내부 구조물, 예컨대, 인스트루먼트패널(1) 또는 에어백 도어(10)등이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 승객이 상해를 입는 것을 방지할 수 있다.
내부 보강부(137)는 하우징 본체(110)를 전체적으로 감싸면서 사출 성형된 보강구조물(130)이 하우징 본체(110)에 견고하게 고정시키는 역할도 수행한다. 즉, 보강 구조물(130)이 하우징 본체(110)와 강도가 상이한 재질을 이용하여 하우징 본체(110)의 외면에 사출 성형에 의하여 형성됨에 따라 에어백 팽창력에 보강구조물(130)이 에어백 본체(110)로부터 분리될 수 있다. 이를 위하여 내부 보강부(137)가 보강구조물(130)의 측부 보강부(131,132,133,134)로부터 연장되어 에어백 본체(110)의 측부(111,112,113,114)의 내면으로 연장되어 보강구조물(130)이 에어백 본체(110)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 에어백 하우징(100)은 하우징 본체(110)의 장변의 측부(111,112)의 상단에 후크 골격(116)이 하우징 본체(110)의 외측을 돌출되고, 후크 골격(116)를 전체적으로 에워싸도록 보강구조물(130)의 측부 보강부(131,132)로부터 연장된 후크 보강부(130)로 구성된 후크부(101). 이러한 구성으로 에어백 팽창 시 후크부(101)에 크랙이 발생하거나 파손되는 것을 방지하여 승객이 상해를 입는 것이 방지된다. 후크 골격(116)은 하우징 본체(110)의 측부(111,112)로부터 일정 각도 경사지게 외측로 연장된 경사부(116a)를 포함하고, 후크 보강부(136)는 후크 골격(116)의 경사부(116a)와 대응되는 위치에서 대략 직각 형태를 가지며 형성된 내부 형성부(136a)를 포함함에 따라 후크 골격(116)의 보강 두께를 상대적으로 두껍게 하여 보강 강도를 높일 수 있다. 내부 형상부(136a)는 하우징 본체(110)의 측부(111,112,113,114) 내면을 에워싸는 내부 보강부(137)와 연결되게 형성되어 후크 골격(116)의 보강 효과를 높일 수 있다.
후크 골격(116)의 경사부(116a) 및 연장부(116b)의 사이에는 단차부(116c)가 형성되어 후크 보강부(136)와의 접촉 면적을 증대시켜 후크 보강부(136)가 후크 골격(116)에 견고하게 접촉 지지될 수 있다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 하우징 본체(110)의 단변의 측부(113,114)에는 외측으로 마운팅 브라켓(118)이 돌출되고, 마운팅 브라켓(118)은 보강 구조물(130)의 브라켓 보강부(138)에 의해 전체적으로 둘러 싸이면서 강도 보강된다. 이러한 구성을 에어백 팽창 시, 마운팅 브라켓(118)이 형성된 부분이 하우징 본체(110)로부터 분리되거나 크랙이 발생되는 것을 방지하여 승객이 상해를 입는 것을 방지할 수 있다. 브라켓 보강부(138)는 내부 보강부(137)와 연장되게 형성되어 마운팅 브라켓(118)의 보강 효과를 높일 수 있다.
다음은 상술한 바와 같이 구성된 에어백 하우징의 제조 과정에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 에어백 하우징 제조 과정은 연속 섬유 강화 플라스틱 재료 가열 단계(S10), 압축 성형에 의하여 하우징 본체를 형성하는 단계(S20), 사출 금형 내에 하우징 본체를 인서트하는 단계(S30), 사출 성형 단계(S40), 및 하우징 본체에 보강구조물을 일체로 형성하는 단계(S50)를 포함한다.
이하 상술한 제조 과정에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 8a는 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 하우징 본체를 제조하기 위한 재료를 가열하는 상태를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8a를 참조하면, 먼저, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 재료(201)를 가열장치(203)를 이용하여 가열한다(S10).
연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재는 연속 섬유 다발을 광폭화하여 균일하게 펼치는 연속 섬유 광폭화 단계; 광폭화된 연속 섬유를 가열하는 연속섬유 가열 단계; 가열된 연속 섬유와 테이프 형상의 열가소성 플라스틱 복합재를 접합하여 접합체를 형성하는 접합체 형성 단계; 접합체를 지그 재그 형태로 접어 다층 접합체를 형성하는 다층 접합체 형성 단계; 다층 접합체를 압착하는 다층 접합체 압착단계; 압착된 다층 접합체를 직조하여 직조물을 형성하는 직조물 형성 단계; 및 다수개의 직조물을 적층하여 열용융 함침하는 함침 단계에 의해 제조될 수 있다.
다른 실시 예로, 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재는 연속 섬유를 배열하는 연속 섬유 배열 단계; 배열된 연속 섬유를 광폭화시키는 연속 섬유 광폭화 단계; 광폭화된 연속 섬유를 열가소성 수지에 함침하여 일 방향 시트를 제조하는 일방향 시트 제조단계; 및 제조된 다수의 일방향 시트를 적층하는 일 방향 시트 적층 단계에 의해 제조될 수 있다.
연속 섬유 강화 플라스틱 복합재는 연속으로 이루어진 모든 섬유를 이용하여 다양한 방식에 의해 제조될 수 있다.
도 8b는 본 발명의 일 실시 예를 따른 하우징 본체를 압축 성형하는 상태를 도시한 도면이고, 도 8c는 본 발명의 일 실시 예를 따른 에어백 하우징의 하우징 본체가 완성된 상태를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8c를 참조하면, 가열된 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 재료를 압축 금형(205) 내에 삽입 한 후 소정의 온도 및 압력으로 가압하여 하우징 본체(110)를 형성한다(S20).
압축 동작에 의해 복수의 후크 골격(116)과 마운팅 브라켓(118)을 포함하는 하우징 본체(110)의 전체적인 윤곽이 얻어진다. 트리밍(Trimming) 공정을 통해 불필요한 부분을 제거하고, 피어싱(Piercing) 공정을 통해 인플레이터홀(115a), 체결홀(115b), 브라켓홀(118a) 등을 형성하여 하우징 본체(110)를 완성한다.
도 8d는 도 8c의 하우징 본체(110)를 사출 금형에 인서트한 상태를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8d를 참조하면, 압축 금형 단계(S20)에서 완성된 하우징 본체(110)를 사출 금형(207)에 인서트 한다(S30). 이때, 하우징 본체(110)는 사출 금형(207) 내에 돌출된 스토퍼 또는 코어 구조 등에 의해 구속되어 사출 금형(207)내의 일정 위치로 정렬될 수 있다.
도 8e는 본 발명의 하우징 본체를 사출 금형에 인서트한 후 사출 성형된 하우징 본체 및 보강 구조물 조립체를 도시한 도면이다.
도 5, 도 7 및 도 8e를 참조하면, 하우징 본체(110)가 삽입된 사출 금형(207)과 마주하는 가동 금형(미도시)을 이동시킨 후, 하우징 본체(110)를 구성하는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재보다 강도가 낮은 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 또는 단섬유 강화 열가소성 복합재를 사출 금형 내로 주입하여 하우징 본체(110)의 외면에 보강구조물(130)을 사출 성형한다(S40).
사출 성형 시, 단섬유 또는 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재(이하 “사출재”라 칭함)는 하우징 본체(110)의 측부(111,112,113,114) 및 바닥부(115)의 외면 전체를 포함하여, 하우징 본체(110)의 후크 골격(116) 및 마운팅 브라켓(118)의 전체를 감싸도록 주입된다. 또한, 하우징 본체(110)의 측부(111,112,113,114)의 내면으로 일정 거리만큼 주입되어 내부 보강부(137)를 형성한다.
한편, 사출 성형 시, 보강 구조물(130)의 측부 보강부(131,132,133,134) 및 바닥부(135)의 외면에는 보강 리브(139)가 돌출되어 강도를 보강토록 한다.
장섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재는 예를 들면, 인발 성형법(Pultrusion Process)를 따라 연속상 섬유 내로 열가소성 수지를 함침시키는 방법으로 생산된다.
장섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재의 생산 공정은 크게 세 부분으로 나눌 수 있다. 원료가 되는 열가소성 플라스틱을 공급하는 압출 공정과, 예컨대 유리 섬유를 함침할 수 있는 함침 공정, 그리고, 6mm에서 25mm로 펠렛(pellet)d을 제조하는 커팅 공정으로 나누어진다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술하는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
1: 인스트루먼트패널 10: 에어백도어
15: 지주부 15a: 걸림홀
100: 에어백 하우징 110: 하우징 본체
130: 보강구조물 116: 후크 골격
118: 마운팅 브라켓 136: 후크 보강부
138: 브라켓 보강부

Claims (7)

  1. 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 가열하는 단계;
    상기 가열된 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 압축하여 에어백을 접은 상태로 수용하는 수용부를 한정하도록 일면이 개구된 하우징 본체를 형성하는 압축 성형 단계;
    상기 하우징 본체를 사출 금형 내에 인서트 하는 단계; 및
    상기 하우징 본체가 인서트 된 상기 사출 금형 내에 상기 에어백 본체를 형성하는 상기 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재보다 낮은 강도를 갖는 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재를 주입하여 상기 하우징 본체의 바닥부의 외면 및 상기 하우징 본체의 측부의 외면을 감싸는 보강 구조물을 형성하는 사출 성형 단계를 포함하는 자동차의 에어백 하우징 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징 본체는 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재로 형성되고;
    상기 보강 구조물은 장섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재 또는 단섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재로 형성되는 자동차의 에어백 하우징 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연속 섬유 강화 열가소성 플라스틱 복합재는 50~70중량%의 연속섬유와 30~50중량%의 열가소성 플라스틱을 포함하는 자동차의 에어백 하우징 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 연속섬유는 유리섬유, 카본섬유, 네츄럴 섬유 중 어느 하나를 포함하고;
    상기 열가소성 플라스틱은 폴라아미드, 폴리프로필렌 중 어느 하나를 포함하는 자동차의 에어백 하우징 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 장섬유 강화 열가소성 플라스틱은 20~50중량%의 장섬유와, 50~80중량%의 열가소성 플라스틱을 포함하는 자동차의 에어백 하우징 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 장섬유는 유리섬유, 카본섬유, 내츄럴 섬유 중 어느 하나를 포함하고, 상기 열가소성 플라스틱은 폴리아미드와 폴리프로필렌 중 어느 하나를 포함하는 자동차의 에어백 하우징 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압축 성형단계에서, 상기 에어백 본체의 상기 측부와 일체로 후크 골격 및 마운팅 브라켓이 상기 에어백 본체의 외측으로 돌출 형성되고,
    상기 사출 성형 단계에서, 상기 후크 골격을 감싸는 후크 보강부, 상기 마운팅 브라켓을 감싸는 브라켓 보강부, 및 상기 하우징 본체의 측부의 상부 내면을 감싸는 내부 보강부가 상기 보강 구조물의 측부 보강부와 일체로 사출 성형되는 자동차의 에어백 하우징 제조 방법.
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