KR20180057841A - 차량용 완충패드 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 차량 부품의 충격을 용이하게 흡스할 수 있는 차량용 완충패드를 개시한다.
본 발명에 따른 완충패드는, 차량용 부품의 충격을 완화하기 위한 완충패드에 있어서, 폴리우레탄 재질로 발포된 육면체 구조의 상단으로 도포면을 구비하여 상호 깊이를 달리하는 다수 개의 설치홈을 형성하고, 상기 도포면으로 코팅 단열재가 도포된 발포블록; 상기 도포면 상으로 설정된 두께로 실리콘 카바이드를 도포 및 건조시키고 외주 표면 상으로 다수 개의 완충홈을 구비한 비닐 스킨으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 완충패드의 흡수 가능한 충격량 범위를 넓혀 충격 흡수의 효율성을 향상시키고, 충격량 변화에 따른 연료탱크의 충격 소음을 제거함으로써 완충패드의 고유 기능성에 충실할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 발포층의 상부로 비닐 스킨을 구성함에 있어 저온경화제를 적용하고, 비닐 스킨의 하부로 연장되어 발포층의 내부를 지지하도록 단층 구조의 스텝 폴을 다수 개 구성하여 충격 흡수량의 범위를 확장함으로써, 비닐 스킨의 제조단가를 격감시킴과 동시에 충격 흡수가 원활하게 이루어지는 효과가 있다.

Description

차량용 완충패드{SHOCK ABSORBING PAD FOR AUTOMOBILE DEVICE}

본 발명은 충격 흡수를 위한 완충패드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 부품으로 접합되어 진동 등에 의한 외력으로부터 충격을 흡수 및 분산하도록 폴리우레탄 블록의 상부로 열강화성 비닐 스킨을 도포하고, 비닐 스킨과 폴리우레탄 블록을 상호 지지하기 위한 다수 개의 스텝 폴이 구비된 차량용 완충패드에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 내부에 장착되는 연료탱크는, 교통사고로 차체에 충격이 가해지면, 차체가 변형되면서 상기 연료탱크에 손상을 입히게 되어 대형사고가 발생하게 된다. 즉, 차체를 구성하는 철판이 구겨지면서 연료탱크를 가격하게 되면, 상기 연료탱크에 구멍이 뚫리거나, 슬릿(slit)이 관통되므로, 연료가 누유되어 폭발사고를 초래하게 된다.

상기 연료탱크용 완충패드는 합성고무로 형성되는 것으로서, 시트 형상의 바디의 상면에 다수 개의 블록이 돌출되며, 상기 블록은 격자 모양으로 배열되어 구성된다. 또한, 상기 블록은 정육면체 모양으로 형성되고 상기 블록 사이에는 틈이 형성된다. 그리고, 상기 연료탱크용 완충패드는 블록들의 내부가 비어 있지 않고 채워진 상태로 구성된다. 그런데, 상기 연료탱크용 완충패드는 틈이 격자 모양으로 형성되기 때문에, 수평방향의 틈에 의해서 X축을 기준으로 굽혀지고, 수직방향의 틈에 의해서 Y축을 기준으로 굽혀질 수있다. 그러나, 상기 X축, Y축 방향의 사선방향인 Z축을 기준으로 해서는 굽혀질 수 없는 문제점이 있었다. 이러한 현상이 발생하는 이유는 상기 사선방향의 틈이 형성되어 있지 않기 때문이다.

또한, 상기 블록들의 내부가 채워진 상태이므로 상기 블록 자체는 굽혀지기 어렵다. 따라서, 상기 틈에서만 굽혀지고 상기 블록이 변형되어 굽혀질 수는 없는 문제점들이 있었다. 이러한 현상을 해결하기 위해서 상기 블록을 하방으로 개방되게 형성하여 내부를 비어 있게 구성할 수도 있겠지만, 이 경우에는 블록이 너무 유연해져서 완충 기능을 상실하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위해 첨부된 특허 문헌에서는 허니컴 구조의 블록과 블록 내부에 리브를 설치하여 완충 기능을 보완하고 있다. 즉, 도 1에서 인지되는 바와 같이 시트 형상의 바디(110)가 구성되고, 상기 바디(110)의 상면에 돌출된 것으로서 육각기둥 형상인 다수 개의 블록(120)이 구성된다. 또한, 상기 블록(120)의 내부에서 상기 바디(110)의 하방으로 관통된 홀(125)이 구성된다.

또한, 상기 홀(125)의 내측 상면(123)에서 하방으로 연장된 리브(130)가 구성된다. 그리고, 상기 블록(120)은 6개의 측면(121)이 상호 대응하도록 이격되어 배치된다. 상기 바디(110)는 6개의 측면(121)이 상호 대응하도록 배치되므로, 상기 바디(110)의 상면에 위치하는 임의의 점으로서 블록(120) 사이에 배치되는 점 P에서, X축, Y축 및 상기 X축과 Y축의 사선 방향인 Z축과 U축을 기준으로 해서 굽혀질 수 있다.

이때, X축, Z축, U축 방향으로는 블록(120) 사이로 틈(141, 145, 147)이 완만한 파형으로 형성되므로 상기 틈(141, 145, 147)을 경계로 해서 바디(110)가 굽혀질 수 있다. 그리고, Y축 방향으로는 블록(120)이 배치되기 때문에 Y축 방향으로 형성된 틈(143)은 호와 직선이 연결되는 형상이 된다. 하지만, 상기 틈(143)을 통해서도 바디(110)가 굽혀진다. 상기 리브(130)는 하단(133)이 상기 바디(110)의 하면(113)까지 연장되도록 구성하므로, 상방 또는 측방에서 외력이 가해질 때 리브(130)가 블록(120)과 함께 지지 기능을 하도록 구성하므로 완충이 가능하도록 한다.

만약, 상기 리브(130)가 없다면 상기 블록(120)만으로는 완충 효과를 얻을 수 없다. 이를 해결하기 위해서 블록(120)의 내부를 채우는 구성도 가능하지만, 이 경우에는 재료가 많이 소요되고 블록(120)이 비틀림 변형될 수 없기 때문에 바디(110)를 자유자재로 굽히는 데 저해 요소가 된다. 따라서, 하방으로 개방된 상기 홀(125)에 의해서 블록(120)이 비틀림 변형될 뿐만 아니라, 상기 리브(130)로 인해서 강도가 보강되므로 완충 기능도 겸비하도록 구성된다.

이와 같이 구성된 완충패드는 각각의 블록(120) 내부로 리브(130)를 구성함에 따라, 외력에 의한 탄성 강도를 높이게 된다. 그러나, 이는 수직압력에 대한 탄성 강도를 높이는 것으로, 리브(130)의 구조적 강도가 블록(120) 내부에서 균일하게 작용함에 따라 블록(120)에 의한 충격흡수는 실질적으로 리브(130)에서 이루어지게 된다.

따라서 첫째, 흡수 가능한 충격량이 일괄적으로 설정됨에 따라 지속적으로 가변되는 충격량에 대해 효율적인 충격흡수가 이루어지지 않는다. 예컨대, 블록(120) 자체의 재질과 구조에 의해 흡수 가능한 1차 충격량과, 리브(130)에 의해 흡수 가능한 2차 충격량으로 정의됨에 따라 충격의 범위가 한정되며, 이는 리브(130)의 피로파괴가 발생할 뿐만 아니라, 1차 충격량과 2차 충격량 사이의 충격에서는 해당 충격량이 리브(130)를 통해 연료 탱크로 전달되어 소음이 발생하는 문제가 있다.

둘째, 상기 리브(130)가 블록(120)과 동일한 재질로 이루어지는 경우에는 블록(120)에 대한 비틀림의 변형을 방지할 뿐, 리브(130)에 의한 충격 완와 효과가 미비할 수밖에 없어 실효성에 문제가 발생한다.

셋째, 상기 블록(120)은 완충패드의 특성 상 다공 구조를 갖게 되는데, 이는 수분 및 기타 이물질이 투입되는 구조로서 시간경과에 따라 블록(120)의 탄성이 변형되어 충격 흡수가 약화될 수밖에 없게 된다. 통상적으로 발포층의 상부에 비닐 스킨을 도포하여 문제를 해결하고 있으나, 제조공정에 의한 비용상승의 문제로 호의적이지 못한 실정이다.

대한민국 등록특허 10-1611159, 등록일자 2016년 04월 05일, 발명의 명칭 ‘연료탱크용 허니콤 완충패드’

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 완충패드의 흡수 가능한 충격량 범위를 넓혀 충격 흡수의 효율성을 향상시키고, 충격량 변화에 따른 연료탱크의 충격 소음을 제거함으로써 완충패드의 고유 기능성에 충실할 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 발포층의 상부로 비닐 스킨을 구성함에 있어 저온경화제를 적용하고, 비닐 스킨의 하부로 연장되어 발포층의 내부를 지지하도록 단층 구조의 스텝 폴을 다수 개 구성하여 충격 흡수량의 범위를 확장함으로써, 비닐 스킨의 제조단가를 격감시킴과 동시에 충격 흡수가 원활하게 이루어지도록 함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 완충패드는, 차량용 부품의 충격을 완화하기 위한 완충패드에 있어서, 폴리우레탄 재질로 발포된 육면체 구조의 상단으로 도포면을 구비하여 상호 깊이를 달리하는 다수 개의 설치홈을 형성하고, 상기 도포면으로 코팅 단열재가 도포된 발포블록; 상기 도포면 상으로 설정된 두께로 실리콘 카바이드를 도포 및 건조시키고 외주 표면 상으로 다수 개의 완충홈을 구비한 비닐 스킨으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 비닐스킨은, 실리콘 카바이드 용액을 도포면으로 투입시켜 일정 온도 및 시간을 갖고 건조시키며; 상기 비닐스킨의 두께는 1mm 내지 3mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 비닐스킨의 하부에는 상기 설치홈에 대응하는 스텝폴이 구비되며; 상기 비닐스킨의 강도는 발포블럭의 강도보다 높으며, 각 스텝폴의 길이는 그룹별로 상이하여 상기 발포블럭의 수직 충격량을 단계별로 흡수하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 단열재는 Air-encapsulated Ceramic과 특수 Acrylic Binder로 구성되며, Low-VOC, 무독성, 불열 제품이며, 상기 비닐스킨은 실리콘 카바이드 코팅 용액인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제시하는 차량용 완충패드는, 완충패드의 흡수 가능한 충격량 범위를 넓혀 충격 흡수의 효율성을 향상시키고, 충격량 변화에 따른 연료탱크의 충격 소음을 제거함으로써 완충패드의 고유 기능성에 충실할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 발포층의 상부로 비닐 스킨을 구성함에 있어 저온경화제를 적용하고, 비닐 스킨의 하부로 연장되어 발포층의 내부를 지지하도록 단층 구조의 스텝 폴을 다수 개 구성하여 충격 흡수량의 범위를 확장함으로써, 비닐 스킨의 제조단가를 격감시킴과 동시에 충격 흡수가 원활하게 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 종래 완충패드를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 완충패드를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 완충패드를 나타낸 분해 사시도이다.

도시된 바와 같이, 완충패드(200)는 폴리우레탄 재질로 발포된 육면체 구조의 상단으로 도포면(205)을 구비하여 상호 깊이를 달리하는 다수 개의 설치홈(203)을 형성하고, 상기 도포면(205)으로 코팅 단열재가 도포된 발포블록(201)과, 상기 도포면(205) 상으로 설정된 두께로 실리콘 카바이드를 도포 및 건조시키고 외주 표면 상으로 다수 개의 완충홈(225)을 구비한 비닐 스킨(221)으로 이루어진다.

상기 비닐스킨(221)은 실리콘 카바이드 용액을 도포면(205)으로 투입시켜 일정 온도 및 시간을 갖고 건조시킨다. 상기 비닐스킨(221)은 대략 1mm 내지 3mm가 바람직하며, 상기 비닐스킨(221)의 하부에는 상기 설치홈(203)에 대응하는 스텝폴(223)이 마련된다. 상기 비닐스킨(221)의 강도는 발포블럭(201)의 강도보다 높으며, 각 스텝폴(223)의 길이는 그룹별로 상이함에 따라 발포블럭(201)의 수직 충격량을 단계별로 흡수토록 한다.

상기 도포면(205)은 폴리우레탄 재질을 갖는 발포블록(201)의 상부에 마련되는 것으로, 상기 비닐스킨(221)을 형성하기 위한 단열재가 도포된다. 상기 단열재는 내후성, 접착력, 탄성을 갖고 저온에서 도포가 가능하다. 상기 단열재는 Air-encapsulated Ceramic과 특수 Acrylic Binder로 구성되며, Low-VOC, 무독성, 불열 제품의 성격을 갖는다.

상기 단열재는 도표면(205)상으로 분무코팅하면 미세입자 구조를 갖는다. 상기 단열재는 85% 이상의 반사 효과를 수행하며, 공기를 머금은 각각의 세라믹 입자들이 열 전달을 차단한다. 즉, 기체의 열전달계수가 낮아 표면의 열전도도를 현저히 떨어뜨리며, 피도물의 부식을 방지하고 열 이동을 최소화하는 역할을 동시에 가능하게 된다.

한편, 상기 비닐스킨(221)은 도 3의 단면도에서 인지되는 바와 같이, 상기 도포면(205) 상으로 실리콘 카바이드 용액을 투입시켜 일정 두께를 형성하는 것으로 이 과정에서, 상기 설치홈(203)에 의해 비닐스킨(221) 하부로 다수 개의 스텝 폴(223)이 성형된다. 물론, 상기 비닐스킨(221)은 도포면(205) 상으로 도포된 단열재에 흡착되는 구조로 비닐스킨(221)과 발포블럭(201)는 일체형 구조를 갖는다.

한편, 상기 비닐스킨(221)의 성형 과정은 먼저, 실리콘카바이드 코팅이 이루어지는 발포블럭(201)을 설정된 지그에 다량으로 셋팅한다. 상기 발포블럭(201)은 적용 제품에 따라 다양한 형태를 가질 수 있으며, 디스크 형태, 육면체, 기타 다양한 기하학적인 형태를 가질 수 있고, 상기 발포블럭(201)과 같은 다공성 구조물도 코팅에 적합하다. 또한, 상기 발포블럭(201)은 폴리우레탄으로 발포재가 적용되고 있으나, 단일 물질 또는 복합 재질의 구조물도 가능함에 따라 실리콘카바이드의 적용에는 무리가 없다.

상기 비닐스킨(221)의 성형을 위해 상기 발포블럭(201)은 필요에 따라 표면 처리를 위한 전처리 과정을 거칠 수 있다. 예를 들어 도포면(205)으로 도포된 단열재 표면의 오염물을 제거하기 위하여 세정 단계를 거치거나, 표면에서 코팅층의 접착이 용이하도록 용액으로 표면 처리를 할 수 있다. 다음으로 코팅 용액을 준비한다. 코팅용 실리콘카바이드 전구체 물질로는 Si와 C를 포함하는 고분자 물질을 사용할 수 있으며, 실리콘카바이드 전구체는 폴리카보실란(POLYCARBOSILANE), 폴리페닐카보실란(POLYPHENYLCARBOSILANE)이 사용되거나 필요에 따라, 폴리알릴페닐카보실란(POLYALLYLPHENYCARBOSILANE) 중에서 선택되는 어느 하나의 물질이 사용될 수 있다.

전구체의 첨가량은 5 ~ 50wt%의 범위로 조절할 수 있다. 용매로는 실리콘카바이드 전구체의 분산이 용이하고 저온에서 휘발이 가능한 유기 용매가 적당하다. 코팅 용액에는 실리콘카바이드 전구체 물질 이외에 실리콘카바이드 분말이나 실리카 분말을 더 혼합하여 최종 코팅층의 두께를 증가시키고 코팅층의 물성을 향상시킬 수 있다. 추가로 혼합되는 실리콘카바이드 분말 또는 실리카 분말의 입자 크기는 50nm ~ 100㎛ 범위가 바람직하고, 첨가량은 5 ~ 50wt%의 범위가 바람직하다.

코팅 용액을 준비하는 단계에서 상온이 아닌 50 ~ 100℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 이와 같이 상온 보다 높은 온도에서 코팅 용액을 준비함으로써 용매에 실리콘카바이드 전구체가 쉽게 용해되고 분산성이 향상되어 복잡한 형상의 코팅 대상물이나 코팅액이 표면에 침투되기 어려운 모재에도 코팅이 양호하게 형성되어 저온 열처리를 통한 코팅층 형성이 가능하며, 최종적인 코팅층의 품질 및 특성을 강화시킨다.

코팅 용액은 분말 또는 액상의 전구체량을 조절함으로써 점도를 제어할 수 있다. 코팅 용액의 점도를 조절함으로써 코팅층 형성 시 코팅 대상물과의 접착성을 향상시키고 건조 및 열처리 효과를 극대화시킬 수 있다. 준비된 코팅 용액으로 코팅 대상물 표면에 코팅을 수행한다. 코팅 방법은 코팅 대상물의 물성이나 형태에 따라 달라질 수 있으며, 일반적인 디핑(dipping)이나 분무 등 다양한 방식이 이용될 수 있다. 코팅 과정에서 1회의 코팅 보다는 반복적인 코팅을 수행하여 용도에 맞는 코팅 두께를 얻을 수 있다. 코팅 두께가 작을 경우 코팅층 열처리 시 코팅층 내의 저분자량이 증발되어 코팅층 표면에 결함(defect)이 발생될 수 있다.

본 발명에서는 수회 반복 코팅을 수행하여 코팅층 표면의 결함 발생을 억제하고 원하는 용도의 코팅 두께를 대략 1mm 내지 3mm로 적층되도록 한다. 코팅층이 너무 얇으면 코팅 대상물의 강화층으로서 효과를 얻을 수 없고, 과도한 코팅층은 열처리 과정이나 사용 중에 크랙이나 박리가 발생할 수 있기 때문에 5 ~ 200㎛의 범위로 코팅 두께를 제어하여 반복적인 적층을 수행한다.

코팅이 완료된 후 코팅 대상물을 건조한다(단계 S 40). 건조 온도는 용액의 용매가 제거될 수 있는 온도 범위가 적당하며, 예를 들어 톨루엔을 용매로 사용하고 폴리카보실란을 전구체로 사용하는 경우 용매의 끓는점이 110.8℃이고, 전구체의 경화 온도는 200℃ 이상이므로 저온인 250℃ 이하에서도 용매의 제거가 가능하다. 건조 온도 150 ~ 250℃의 범위에서 약 2시간 정도 수행한다. 건조 분위기로는 불활성가스 분위기 또는 진공분위기를 유지할 수 있다.

건조가 끝난 후 코팅 대상물을 건조 온도 보다 높은 온도에서 열처리한다. 열처리 온도는 250 ~ 650℃의 범위가 바람직하다. 과도하게 온도를 높일 경우 코팅 대상물의 열팽창을 방지하기 어려우며, 코팅층과의 박리 및 코팅층의 크랙이 발생될 수 있다. 열처리는 분당 2 ~ 10℃의 승온 속도로 열을 가하여 최종 온도에서 약 1 시간 ~ 2 시간을 유지하고 열처리가 완료된 후 서서히 상온으로 하강시킨다.

실리콘카바이드 전구체 물질로 폴리카보실란을 사용하는 경우 200℃ 이상에서 열경화를 하기 때문에 본 발명에 따른 열처리 온도인 250 ~ 650℃의 범위에서 비정질화되는 실리콘카바이드 코팅층을 얻을 수 있다. 이와 같은 저온 열처리로 코팅 대상물은 변형이 발생하지 않을 뿐만 아니라 코팅층과의 계면 접착력이 확보되어 코팅층의 품질을 향상시킬 수 있다. 특히, 코팅 대상물과 코팅층 사이에서 열팽창계수 차이에 따른 접착 불량을 해소하는 버퍼층이 필요하지 않아 실리콘카바이드 코팅 과정이 매우 간단하고 저비용으로 코팅 공정을 완료할 수 있다.

이와 같이 실리콘 카바이드 용액이 도포면(205)의 단열재 상으로 지속적으로 적층시켜 비닐스킨(221) 성형을 수행하며, 이 과정에서 비닐스킨(221)의 상단에는 완충홈(225)이 마련되도록 성형한다. 이는 발포블럭(201)의 탄성에 의해 충격량이 전달될 때, 상기 스텝폴(223)에 의해 단계적인 2차 충격량을 흡수한 후, 상기 비닐스킨(221)의 완충홈(225)에 의해 일정 량의 충격을 흡수하는 것으로, 충격흡수의 범위를 넓히게 된다.

200 : 완충패드 201 : 발포블럭
203 : 설치홈 205 : 도포면
221 : 비닐스킨 223 : 스텝폴
225 : 완충홈

Claims (5)

1. 차량용 부품의 충격을 완화하기 위한 완충패드에 있어서,
   폴리우레탄 재질로 발포된 육면체 구조의 상단으로 도포면(205)을 구비하여 상호 깊이를 달리하는 다수 개의 설치홈(203)을 형성하고, 상기 도포면(205)으로 코팅 단열재가 도포된 발포블록(201);
   상기 도포면(205) 상으로 설정된 두께로 실리콘 카바이드를 도포 및 건조시키고 외주 표면 상으로 다수 개의 완충홈(225)을 구비한 비닐 스킨(221)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 완충패드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 비닐스킨(221)은 실리콘 카바이드 용액을 도포면(205)으로 투입시켜 일정 온도 및 시간을 갖고 건조시키며;
   상기 비닐스킨(221)의 두께는 1mm 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 차량용 완충패드.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 비닐스킨(221)의 하부에는 상기 설치홈(203)에 대응하는 스텝폴(223)이 구비되며;
   상기 비닐스킨(221)의 강도는 발포블럭(201)의 강도보다 높으며, 각 스텝폴(223)의 길이는 그룹별로 상이하여 상기 발포블럭(201)의 수직 충격량을 단계별로 흡수하는 것을 특징으로 하는 차량용 완충패드.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단열재는 Air-encapsulated Ceramic과 특수 Acrylic Binder로 구성되며, Low-VOC, 무독성, 불열 제품인 것을 특징으로 하는 차량용 완충패드.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비닐스킨(221)은 실리콘 카바이드 코팅 용액인 것을 특징으로 하는 차량용 완충패드.

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