KR20190055784A

KR20190055784A - 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널

Info

Publication number: KR20190055784A
Application number: KR1020190040747A
Authority: KR
Inventors: 조희수; 오세훈
Original assignee: 덕양산업 주식회사
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2019-05-23
Also published as: KR101990460B1

Abstract

경량화된 도어용 하이브리드 이너패널이 개시된다. 본 발명에 따른 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널은, 자동차 도어용 아우터패널의 내측에 배치되어 도어트림과 결합되는 도어용 이너패널에 있어서, 도어글라스에 의해 개폐되는 창틀부; 상기 창틀부의 하단부에 형성되되, 상기 아우터패널과 내부공간을 형성하고, 중앙부에 중공이 마련된 몸통부; 상기 중공을 덮도록 형성되어 상기 도어트림과 결합되는 도어트림패널; 및 상기 창틀부 및 상기 몸통부의 내부 일측에 인서트되는 금속재 보강프레임을 포함하고, 상기 창틀부, 상기 몸통부, 상기 도어트림패널 및 상기 보강프레임은 일체로 사출성형되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 도어용 이너패널을 이루는 창틀부, 도어트림패널 및 몸통부가 플라스틱 또는 섬유강화 플라스틱으로 일체로써 사출성형됨에 따라 종래 금속재 이너패널의 조립공정에 비해 작업공수가 비약적으로 감소될 수 있어 자동차 제조의 생산성 향상 및 생산비용의 절감이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

Description

경량화된 도어용 하이브리드 이너패널{LIGHTWEIGHT HYBRID INNER PANEL FOR CAR DOOR}

본 발명은 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 경량의 플라스틱 또는 섬유강화 플라스틱을 소재로 하면서도 구조적으로 필요한 강성을 확보하며 일체로 사출성형되는 도어용 하이브리드 이너패널에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 도어는 아우터패널 어셈블리, 이너패널 어셈블리 및 도어트림 어셈블리로 형성되는데, 아우터패널 어셈블리는 도어의 외부 패널을 지칭하고, 이너패널 어셈블리는 자동차의 실내측에 위치하는 장식재인 도어트림 어셈블리가 결합되기 전에 도어의 내부에서 아우터패널과 결합되는 패널을 지칭하는 것이다.

이러한 아우터패널 어셈블리와 이너패널 어셈블리 사이의 내부공간에는 상,하로 왕복되며 사이드창을 개폐하는 도어글라스가 수납되는 한편, 도어글라스를 왕복시키는 작동모듈, 기타 편의장치 및 도어의 측면 강화를 위한 사이드빔 등이 탑재되게 된다.

자동차 실내의 탑승자를 보호하기 위해 아우터패널 어셈블리와 이너패널 어셈블리는, 도 6에 도시된 바와 같이 별물로 제작된 다수 개의 금속 부품을 상호 결합 및 가공하여 형성하게 되는데, 특히 이너패널의 경우, 대략 10개 이상의 금속 부품이 롤포밍 등의 프레스가공으로 처리된 후 용접에 의해 상호 결합되어 그 형체를 이루게 된다.

이렇게 종래의 방식으로 제작되는 이너패널은, 다수의 부품을 각각 롤포밍 등의 프레스가공을 통해 별개로 제작한 후 작업자에 의해 일일이 용접되어 소정의 형태를 이루게 되는 관계상, 작업공수가 과도하여 자동차 생산성 저하와 이에 따른 생산비용의 증가는 물론, 작업자의 작업능력이나 컨디션에 따른 불완전 결합으로 인해 이음 등과 같은 품질 문제가 발생할 소지가 커서 이에 대해 개선이 필요한 실정이다.

또한, 대한민국등록특허 제10-1123778호(등록일자: 2012년02월28일)에서 제시하는 자동차 도어의 용접부 가림구조에 적용되는 이너패널의 경우, 이를 이루는 소재 자체가 상대적으로 고중량물인 금속재여서 최근 차량의 고효율, 경량화 트랜드에 부합하지 못하고, 장기간 사용에 따른 부식에 취약한 문제가 있었다.

따라서 상술한 바와 같은 문제를 일거에 해소하기 위한 정책지원과 그에 따른 연구 개발 및 꾸준하고 지속적인 개선 내지 개량이, 국내 산업의 일 근간을 이루는 자동차산업의 경쟁력을 위해 절실히 필요한 실정이다.

대한민국등록특허 제10-1123778호(등록일자: 2012년02월28일)

본 발명의 목적은, 다수의 금속 부품을 용접하여 이루어지는 종래 자동차 도어용 이너패널 어셈블리를 금속재가 아닌 플라스틱 또는 섬유강화 플라스틱을 소재로 일체로 사출성형하여 경량화와 생산성 향상을 이루는 한편, 구조적으로 필요한 강성이 확보되도록 한 도어용 하이브리드 이너패널을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 자동차 도어용 아우터패널의 내측에 배치되어 도어트림과 결합되는 도어용 이너패널에 있어서, 도어글라스에 의해 개폐되는 창틀부; 상기 창틀부의 하단부에 형성되되, 상기 아우터패널과 내부공간을 형성하고, 중앙부에 중공이 마련된 몸통부; 상기 중공을 덮도록 형성되어 상기 도어트림과 결합되는 도어트림패널; 및 상기 창틀부 및 몸통부의 내부 일측에 인서트되는 금속재 보강프레임을 포함하고, 상기 창틀부, 몸통부, 도어트림패널 및 보강프레임은 일체로 사출성형되는 것을 특징으로 하는 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널에 의해 달성된다.

상기 창틀부, 몸통부 및 도어트림패널은, 오버몰딩방식의 사출성형에 의해 탄소섬유강화 플라스틱으로 형성될 수 있다.

상기 창틀부, 몸통부 및 도어트림패널 중 일부는, 오버몰딩방식의 사출성형에 의해 탄소섬유강화 플라스틱으로 형성되고, 상기 창틀부, 몸통부 및 도어트림패널 중 나머지는, 사출성형에 의해 열가소성 플라스틱으로 형성되되, 이종 소재로 된 상기 일부 및 나머지는, 단일한 금형 내에서 일체로 형성될 수 있다.

상기 일부 및 나머지는, 서로 접하는 영역에 인서트되어 이종 소재 간 혼입을 방지하며 상기 일부 및 나머지를 상호 결합시키는 실링인서트부와 함께 일체로 형성될 수 있다.

상기 실링인서트부는, 상기 일부 및 나머지가 서로 접하는 영역을 따라 배치되는 판상의 연결부; 상기 연결부가 상기 금형 내에 인서트시 고정되도록 상기 연결부 양측에서 각각 돌출형성되고, 상기 일부 및 나머지와 각각 면접촉하며 결합하는 접촉결합부; 상기 연결부를 기준으로 상기 접촉결합부의 반대편에 돌출형성되어 상기 일부 및 나머지의 내측에 각각 위치하며 결합하도록 이루어진 돌출결합부; 및 상기 돌출결합부과 상기 연결부가 이루는 공간에 구비되어 이종 소재 간 혼입을 방지하는 실링부를 포함할 수 있다.

상기 몸통부 및 도어트림패널 중 적어도 어느 하나는, 상기 내부공간을 마주하는 면에 흡음 및 흡진을 위한 폴리우레탄층이, 인몰드코팅방식의 사출성형에 의해 일체로 더 구비될 수 있다.

상기 보강프레임은, 상기 창틀부를 따라 링형상으로 인서트되는 제1 보강부; 및 상기 몸통부의 테두리영역을 따라 링형상으로 인서트되고, 상단부가 상기 제1 보강부의 하단부와 나란하게 인접배치되는 제2 보강부를 포함할 수 있다.

상기 보강프레임은, 상기 도어트림과 상기 도어트림패널 간 결합을 지지하고 상기 몸통부의 강성을 증대하기 위해, 상기 제2 보강부의 안쪽에서 상기 중공의 테두리영역을 따라 U자 형상으로 인서트되는 제3 보강부를 더 포함하여, 상기 몸통부는 이중으로 보강될 수 있다.

본 발명에 의하면, 도어용 이너패널을 이루는 창틀부, 도어트림패널 및 몸통부가 플라스틱 또는 섬유강화 플라스틱으로 일체로써 사출성형됨에 따라 종래 금속재 이너패널의 조립공정에 비해 작업공수가 비약적으로 감소될 수 있어 자동차 제조의 생산성 향상 및 생산비용의 절감이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 창틀부, 도어트림패널 및 몸통부를 각각 형성하는 플라스틱 자체에 다양한 심재나 첨가제를 선택적으로 부가하여 내부식성, 내마모성, 고강성 등과 같은 필요한 기능성의 개별 부여가 가능함은 물론, 자동차 연비와 환경문제에 직결되는 자동차의 경량화가 도모될 수 있는 효과가 있다.

또한, 창틀부 및 몸통부의 내부에 금속재 보강프레임이 인서트되어 일체로 사출성형됨에 따라 구조적으로도 이너패널에 필요한 강성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널의 사시도이다.
도 2a는 도 1의 외측면을 도시한 도면이다.
도 2b는 도 1의 반대측 내측면을 도시한 도면이다.
도 3a는 도 1의 분해사시도이다.
도 3b는 도 1의 A-A 절단선에 따른 절단면을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1을 제조하기 위한 순서도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 순서도에 대응한 도 3b의 B 영역부분의 제작과정을 단계별로 도시한 공정도이다.
도 6은 종래의 금속재 자동차 도어용 이너패널의 구조 및 결합관계를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널의 사시도이고, 도 2a는 도 1의 외측면을 도시한 도면이고, 도 2b는 도 1의 반대측 내측면을 도시한 도면이고, 도 3a는 도 1의 분해사시도이고, 도 3b는 도 1의 A-A 절단선에 따른 절단면을 확대하여 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 1을 제조하기 위한 순서도이고, 도 5a 내지 도 5d는 도 4의 순서도에 대응한 도 3b의 B 영역부분의 제작과정을 단계별로 도시한 공정도이고, 도 6은 종래의 금속재 자동차 도어용 이너패널의 구조 및 결합관계를 설명하기 위한 도면이다.

도면에 나타난 X, Y, Z 축은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 임의로 정한 것으로, X축이 전(화살표 쪽, 자동차의 전방), 후(뒤)방향을 지시하고, Y축은 좌(화살표 쪽, 자동차의 실내측), 우방향(자동차의 외측)을 지시하며, Z축은 상(위, 화살표 쪽), 하(아래)방향을 지시하는 것으로 정의한다. 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.

본 발명에 따른 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널(100)은, 주소재가 되는 플라스틱과 기능성 및 강성확보를 위한 심재(금속재 프레임 등)가 상호 혼화되도록 일체로 사출성형되어 이루어지는 자동차 도어의 내측(자동차의 실내측) 패널에 관한 것으로서, 종래 금속재 이너패널(10)의 조립공정 대비 작업공수의 비약적 감소를 통해 자동차 제조의 생산성 향상 및 생산비용의 절감은 물론, 이너패널(10) 자체에 대한 경량화와 구성별로 요구되는 다양한 물성의 충족을 위해 안출된 것이다.

상술한 바와 같은 기능 내지 작용을 구현하기 위해, 본 발명에 따른 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널(100)은, 아우터패널(20)(20, 도 6 참조)의 내측(자동차의 실내측)에 배치되어 도어트림(미도시)과 결합되되, 도 1 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 창틀부(110), 몸통부(120), 도어트림패널(130) 및 보강프레임(140)을 포함하여 구성될 수 있고, 추가적으로 실링인서트부(150) 및 폴리우레탄층(160)을 더 포함할 수 있다.

위와 같은 구성들로 이루어지는 본 발명에 따른 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널(100)은, 이에 대응하는 금형시스템을 이용한 일련의 공정에 의해 단일 소재는 물론, 하이브리드적 소재 즉, 이종 내지 이색의 소재로 구성되며 일체로 사출성형될 수 있다.

이하에서는 상술한 각 구성들에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

창틀부(110)는, 아우터패널(20)과 이너패널(100) 사이의 내부공간(S)에 수납되어 상,하로 왕복하는 도어글라스(미도시)에 의해 개폐되는 구성요소로서, 본 발명의 실시예에서는 삼각형 내지 사다리꼴형으로 사출성형되는 것으로 도시하였으나 자동차의 종류나 도어의 구조에 따라 다양한 창틀 형상으로 구현될 수 있다.

이러한 창틀부(110)에는 도 1 및 도 3b에 도시된 바와 같이 후술할 제1 보강부(141)가 내부에 인서트됨에 따라 내부공간(S) 쪽 즉, 자동차의 외측방향(Y축 화살표의 반대쪽)으로 돌출형성된 사출부분인 제1 돌출인서트부(112)가 위치할 수 있다.

이때, 제1 돌출인서트부(112)의 주변에는 강성증대를 위한 다수 개의 보강살(116,I자 격벽)이 소정간격 이격되며 반복적으로 형성될 수 있으며, 제1 돌출인서트부(112)를 따라서 다수 개의 보강부 로케이터홀(H)이 소정간격 이격되며 반복적으로 형성될 수 있다.

여기서 보강부 로케이터홀(H)은 후술하는 바와 같이, 창틀부(110) 및 몸통부(120)의 내부 일측에 보강프레임(140)이 인서트되도록 고정측 금형(220) 내에 다수 개가 이격배치되는 보강부 로케이터(222)(U자 절편형)로 인해 형성되는 것이다.

창틀부(110)의 사출성형을 위해 사용되는 소재는, 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱 및 섬유강화 플라스틱(특히, 탄소섬유강화 플라스틱) 중 어느 하나일 수 있으며, 자동차용 도어에 요구되는 물성의 특성(강도, 내충격성, 내열성, 파단특성 등)에 따라 선택될 수 있다.

몸통부(120)는, 창틀부(110)의 하단부에 형성되어 자동차용 도어의 내측 몸체를 이루며 아우터패널(20)과 내부공간(S)을 형성하고, 후술할 도어트림패널(130)의 사출성형으로 덮여지는(폐쇄되는) 중공(121)이 중앙부에 마련되는 구성요소이다.

본 발명의 실시예에 따른 몸통부(120)는, 도 1 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 금속 판상의 아우터패널(20, 도 6 참조)과의 관계에서 내부공간(S)이 형성될 수 있도록, 자동차의 실내측 방향(Y축 화살표 방향)으로 함몰된 판재형상으로 이루어질 수 있다.

이렇게 함몰된 형태로 이루어진 내부공간(S)에는 창틀부(110)를 개폐하는 도어글라스가 수납되고, 도어글라스를 왕복시키는 작동모듈이나 기타 편의장치모듈 및 도어의 측면 강화를 위한 사이드빔 등이 위치하게 된다.

여기서 내부공간(S)과 연통되도록 몸통부(120)의 중앙부에 형성되는 중공(121)은, 내부공간(S)에 수납된 각종 장치와 도어트림(미도시)에 설치되는 장치 간의 연결 또는 수납된 각종 장치의 원활한 교체 및 수리 등을 위해 종래 다수의 부품으로 구성된 금속재 이너패널(10)의 몸통부(120)에 소정의 구멍형상으로 형성되는 구성요소이다.

이러한 종래의 중공(121)은, 다수의 결합수단(볼트 및 너트 등)과 패킹부재를 통해(작업자의 수작업) 별물의 금속판재로 제작된 도어트림패널(130)과 밀폐결합을 이루게 된다.(도 6 참조)

그러나 본 발명에 따른 중공(121)은, 몸통부(120)의 사출형성시 형성됨과 동시에 해당 영역이 후술할 도어트림패널(130)의 사출성형으로 덮여져(채워져) 상호 일체를 이루며 결합형성될 수 있다.

이렇게 중공(121)과 도어트림패널(130)이 사출성형을 통해 동시적으로 결합형성됨에 따라 이너패널(100) 조립공정의 단순화와, 이를 통한 생산성 제고 및 생산비용의 절감이 이루어질 수 있게 된다.

몸통부(120)에도 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 후술할 제2,3 보강부(142,143)가 내부에 인서트됨에 따라 내부공간(S) 쪽 즉, 자동차의 외측방향(Y축 화살표의 반대쪽)으로 돌출형성되는 제2,3 돌출인서트부(122,124)가 각각 위치할 수 있으며, 그 주변에는 강성증대를 위한 다수 개의 보강살(126,I자 격벽)이 소정간격 이격되며 반복적으로 형성될 수 있다.

몸통부(120)의 사출성형을 위해 사용되는 소재는, 상술한 창틀부(110)와 마찬가지로, 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱 및 섬유강화 플라스틱(특히, 탄소섬유강화 플라스틱) 중 어느 하나일 수 있으며, 자동차용 도어에 요구되는 물성의 특성(강도, 내충격성, 내열성, 파단특성 등)에 따라 선택될 수 있다.

도어트림패널(130)은, 몸통부(120)의 사출성형과 동시에 사출형성되며 상술한 중공(121)이 형성되는 영역에 덮여져(채워져) 중공(121)과 상호 일체를 이루게 되는 판상의 구성요소이다.

자동차용 도어의 내측(자동차의 실내측)을 마주하는 도어트림패널(130)의 일면에는, 탑승자의 팔걸이나 도어글라스의 개폐작동을 위한 작동스위치 등이 탑재된 도어트림이 결합되고, 자동차의 외측방향(Y축 화살표의 반대쪽)을 마주하는 도어트림패널(130)의 타면에는, 도어글라스를 왕복시키는 작동모듈이나 기타 편의장치모듈 등이 설치될 수 있다.

이러한 판상의 도어트림패널(130)은 자체 강성이 구조적으로 증대될 수 있도록, 다수 개의 보강살 또는 요철구조 등이 반복적으로 형성될 수 있다.

도어트림패널(130)의 사출성형을 위해 사용되는 소재도, 상술한 창틀부(110)나 몸통부(120)와 마찬가지로, 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱 및 섬유강화 플라스틱(특히, 탄소섬유강화 플라스틱) 중 어느 하나일 수 있으며, 자동차용 도어에 요구되는 물성의 특성(강도, 내충격성, 내열성, 파단특성 등)에 따라 선택될 수 있다.

이상에서 살펴본 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)은, 이에 대응하는 금형시스템을 이용한 일련의 공정에 의해 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱 및 섬유강화 플라스틱 중 어느 하나 즉, 단일 소재로 구성되어 일체로 사출성형될 수 있다.

다만, 경량화와 자동차 도어에 요구되는 강성과 다양한 기능성의 구현을 위해 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)은, 오버몰딩방식의 사출성형을 통해 단일 소재인 탄소섬유강화 플라스틱으로 제작하는 것이 바람직하며, 이와 관련된 구체적인 제조과정은 후술하기로 한다.

한편, 위와 달리 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)은, 이에 대응하는 금형시스템을 이용한 일련의 공정에 의해 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱 및 섬유강화 플라스틱 중 2 이상을 조합한 이종 소재로 구성되어 일체로 사출성형될 수 있음은 물론이다.

즉, 도 5a 내지 도 5d에서 도시된 본 발명의 실시예와 같이, 내충격성 또는 소정의 탄성이 요구되는 창틀부(110,일부)는 탄소섬유강화 플라스틱으로 형성하되, 내부공간(S) 쪽에 설치되는 각종 작동모듈이나 기타 편의장치모듈 등의 견고한 고정과 보호가 요구되는 몸통부(120) 및 도어트림패널(130,나머지)은 기계적 강성이 우수한 열가소성 플라스틱(또는 열경화성 플라스틱)으로 형성될 수 있는 것이다.

위와 같이 2 이상의 이종 소재가 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)별로 명확, 깔끔하게 구획된 형태로 단일한 금형 내에서 일체로 사출성형될 수 있도록, 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)이 서로 접하는 영역에는, 이종 소재 간 혼입(섞임)을 방지하며 이종 소재 간을 상호 결합시키는 실링인서트부(150)가 구비될 수 있다.

보강프레임(140)은, 플라스틱을 소재로 하여 사출성형되는 창틀부(110) 및 몸통부(120)의 내부 일측에 인서트되는 즉, 내부 심재로 사용되는 경량 고강성의 금속성 구성요소로서, 원형, 타원형, 다각형 또는 별모양 등의 단면을 갖는 파이프 형상으로 이루어질 수 있다.

이러한 금속성의 보강프레임(140)이 플라스틱 사출물인 창틀부(110) 및 몸통부(120)의 내측에 각각 마련됨에 따라 이너패널(100) 자체의 강성이 크게 강화될 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 보강프레임(140)은, 강성 및 경량화 모두를 도모할 수 있도록, 도 1 및 도 3b에 도시된 바와 같이 속이 빈 원형의 파이프 형상으로 제작하는 것이 바람직하나 필요에 따라서는 속이 채워진 원형의 파이프 형상으로 제작할 수도 있다.

이때, 보강프레임(140)의 전체적인 형상은 창틀부(110) 및 몸통부(120) 등의 구체적인 테두리 형상에 따라 다양하게 절곡된 형태로 변형될 수 있으며, 사출성형을 위해 투입되는 용융된 플라스틱과의 접착력 강화를 위해 외주면에 다수 개의 엠보돌기 또는 타공이 형성될 수도 있다.

보다 구체적으로 보강프레임(140)은, 도 1 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 보강부(141), 제2 보강부(142) 및 제3 보강부(143) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

제1 보강부(141)는 플라스틱 사출물로 이루어진 창틀부(110)의 형태유지와 강성보강을 위해 창틀부(110)를 따라 링형상으로 인서트되어 사출성형을 통해 창틀부(110)의 내부 심재를 이루게 되는 구성요소로서, 창틀부(110)의 형태에 대응하여 삼각형 내지 사다리꼴형을 이루게 된다.

제2 보강부(142)는, 플라스틱 사출물로 이루어진 몸통부(120)의 형태유지와 강성보강을 위해 몸통부(120)의 테두리영역을 따라 링형상으로 인서트되고, 그 상단부가 제1 보강부(141)의 하단부와 나란하게 인접배치되어 사출성형을 통해 몸통부(120)의 내부 심재를 이루게 되는 구성요소로서, 몸통부(120)의 테두리 형태에 대응하여 사각형을 이루게 된다.

상술한 바와 같은 제1,2 보강부를 통해 기본적으로 창틀부(110) 및 몸통부(120)에 대하여 필요한 강성이 확보될 수 있지만, 자동차의 측면 충돌시 외력의 영향을 많이 받게 되는 몸통부(120)의 강성을 보다 증대시키고, 자동차의 실내측에서 결합되는 도어트림이 몸통부(120)에 보다 견고하게 지지되며 결합될 수 있도록 하기 위해, 제3 보강부(143)가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제3 보강부(143)는, 도 1 및 도 3b 등에 도시된 바와 같이 제2 보강부(142)의 안쪽에서 중공(121)의 테두리영역을 따라 U자 형상으로 인서트되어 사출성형을 통해 제2 보강부(142)와 함께 이중적으로 몸통부(120)의 내부 심재를 이루게 된다.

이때, 제3 보강부(143)를 링형상이 아닌 상방으로 개구된 U자 형상으로 형성한 이유는, 전체적으로 사각형 형상을 이루는 몸통부(120)의 네 변 모두가 어느 한 측으로 치우치지 않고, 이중배치된 보강프레임(140)에 의해 균등한 수준으로 보강되도록 하기 위함이다.

이러한 몸통부(120)의 균등한 보강으로 인해 외부 충격이 몸통부(120) 일측에 가해지더라도 어느 한쪽이 먼저 변형이나 파손되지 않고 충격이 몸통부(120) 전체로 분산되며 흡수될 수 있게 되며, 몸통부(120)의 과다한 변형이나 파단이 효과적으로 방지될 수 있게 된다.

한편, 제2 보강부(142)와 더불어 제3 보강부(143)가 인서트되어 이중으로 보강되는 몸통부(120)에 상응하는 강성이 창틀부(110)에도 확보될 수 있도록 하기 위해, 제1 보강부(141)는 제2,3 보강부(142,143)의 단면 직경보다 크게 형성할 수 있다.

이렇게 창틀부(110)에 단일하게 인서트되는 제1 보강부(141)의 직경을 증대하는 방식으로 창틀부(110)와 몸통부(120)가 서로 상응하는 강성을 갖게 됨에 따라 이너패널(100)의 전체적인 강성이 균형을 이룰 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 보강프레임(140)은 얇은 판재형상으로 사출성형되는 창틀부(110) 및 몸통부(120)의 내부에 인서트되는 관계상 보강프레임(140)이 위치하게 되는 일영역은, 창틀부(110) 및 몸통부(120)의 어느 일측면 또는 양측 면으로 돌출된 형태를 이루게 된다.

다만, 본 발명의 실시예에서 따른 보강프레임(140)은, 창틀부(110) 및 몸통부(120) 중 인서트된 보강프레임(140)으로 인해 돌출된 형태를 이루게 되는 일영역이, 자동차의 실내측에서 쉽게 인식되거나 보이지 않도록, 도 2a 및 도 3b의 확대부분 등에서 도시된 바와 같이 내부공간(S) 쪽으로 편심된 위치에 인서트하게 된다.

이렇게 보강프레임(140)이 인서트되는 위치를 내부공간(S) 쪽, 즉 자동차의 외측으로 편심되게 한정한 이유는, 자동차의 실내측에 위치하는 도어트림의 외관 디자인을 저해하지 않고 깔끔하고 미려한 도어 측 디자인이 이루어지게 하는 한편, 후술하는 바와 같이 보강살(116,126,I자 격벽)의 형성을 통한 강성증대가 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 창틀부(110) 및 몸통부(120) 중 인서트된 보강프레임(140)으로 인해 돌출된 형태를 이루게 되는 일영역은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 보강부(141)를 둘러싸는 형태로 사출성형 되는 창틀부(110)의 제1 돌출인서트부(112)와, 제2 보강부(142)를 둘러싸게 되는 몸통부(120)의 제2 돌출인서트부(122)와, 제3 보강부(143)를 둘러싸게 되는 제3 돌출인서트부(124)로 각각 구분될 수 있다.

이러한 제1,2,3 돌출인서트부(112,122,124) 각각에는, 도시된 바와 같이 강성증대를 위한 다수 개의 보강살(116,126,I자 격벽)이 소정간격 이격되며 반복적으로 형성될 수 있으며, 보강살(116,126)의 형태는 제1,2,3 돌출인서트부(112,122,124) 주변의 구조에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.

실링인서트부(150)는, 사출형성되는 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)이 단일 소재로 형성되는 것이 아니라 어느 일부가 나머지와 서로 성질이 다른 이종 소재(열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱, 섬유강화 플라스틱 등)로 구별되게 형성될 경우에 이종 소재가 서로 접하게 되는 영역에 인서트되어 심재로 사용되는 구성요소이다.

즉, 일례로서, 실링인서트부(150)는, 도 1 및 3에 도시된 실시예에서처럼 섬유강화 플라스틱(특히, 탄소섬유강화)으로 사출성형되는 창틀부(110)와, 열가소성 플라스틱(PP 또는 열경화성 플라스틱)으로 일체를 이루며 사출성형되는 몸통부(120) 및 도어트림패널(130) 간이 서로 접하게 되는 영역에 배치되어 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)과 함께 이너패널(100)을 형성할 수 있다.

이러한 실링인서트부(150)가 금형 내에 인서트되어 본 발명에 따른 이너패널(100)을 형성함으로 인해, 사출성형시 이종 소재 간 혼입(섞임)이 방지될 수 있고, 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)을 형성하는 이종 소재 간 상호 결합이 보다 견고하게 이루어질 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 기능 내지 작용이 원활히 구현될 수 있도록, 본 발명의 실시예에 따른 실링인서트부(150)는, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 연결부(152), 접촉결합부(154), 돌출결합부(156), 실링부(158) 및 유입홀(159) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 연결부(152)는, 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130) 중 일부가 탄소섬유강화 플라스틱으로 형성되고, 나머지가 열가소성 플라스틱(또는 열경화성 플라스틱)으로 형성되는 경우, 이종 소재로 구성되는 일부 및 나머지가 서로 접하는 영역을 따라 배치되는 구성요소로서, 판상으로 이루어져 이하에서 언급되는 각 구성들이 각각 형성된다.

접촉결합부(154)는, 연결부(152)가 금형 내에 인서트시 고정되도록 연결부(152) 양측에서 각각 돌출형성되고, 이종 소재로 된 일부 및 나머지와 각각 면접촉하며 결합하는 한 쌍의 구성요소로서, 도 5b 등에 도시된 고정측 금형(220) 내에 형성된 인서트부 로케이터(223)에 끼워져 고정지지될 수 있는 형상이라면 충분하다.

돌출결합부(156)는, 연결부(152)를 기준으로 접촉결합부(154)의 반대편에 돌출형성되어 일부 및 나머지의 내측에 각각 위치한 상태로 일부 및 나머지와 결합하는 한 쌍의 구성요소로서, 도시된 바와 같이 일부 및 나머지의 내측에 각각 위치할 수 있도록 돌출된 형상이라면 충분하다.

그리고 실링부(158)는, 이종 소재 간 혼입을 방지하기 위해 마련된 탄성재질의 구성요소로서, 열가소성 엘라스토머(TPE,Thermoplastic elastomer)로 이루어져 돌출결합부(156)과 연결부(152)가 이루는 공간 내측에 구비될 수 있다.

이러한 실링부(158)는, 도 5b 및 도 5c 등에 도시된 바와 같이, 가동측 금형(210)과 고정측 금형(220)이 서로 맞물릴 때(형폐 단계), 가동측 금형(210)에 형성된 차폐돌기(212)에 의해 눌려져 탄성 변형되며 이종 소재로 형성되는 창틀부(110)와 몸통부(120) 간을 완전히 차폐시키게 된다. 이로써 창틀부(110)와 몸통부(120)를 형성하기 위해 각각 사출되는 이종 소재의 용융 플라스틱은 서로 혼입되지 않게 된다.

상술한 바와 같은 실링인서트부(150)는, 고정측 금형(220)의 인서트부 로케이터(223)에 끼워져 접촉되는 부분 이외의 표면 전체에서 각각 사출성형되는 창틀부(110) 및 몸통부(120)와 접촉결합함에 따라 양측을 견고하게 연결고정할 수 있게 되고, 이로써 일체화된 이너패널(100)이 형성될 수 있는 것이다.

이때, 도 5a에 도시된 실링인서트부(150)와 같이, 창틀부(110, 일부) 및 몸통부(120)(및 도어트림패널(130),나머지)와 더욱 견고하게 접촉결합될 수 있도록, 접촉결합부(154) 및 돌출결합부(156) 중 적어도 어느 하나에는 사출과정에서 금형 내로 투입되는 이종 소재의 용융 플라스틱이 각각 유입되도록 이루어진 다수의 유입홀(159)이 관통형성될 수 있다.

이러한 유입홀(159)의 단면은, 실링인서트부(150)를 기준으로 창틀부(110,일부) 및 몸통부(120)(및 도어트림패널(130),나머지)가 각각 멀어지는 방향으로 분리되는 것을 억제 내지 방지할 수 있는 형상인 쐐기형상(↓↑) 등으로 제작하는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 구성으로 이루어진 실링인서트부(150)는, 도시된 바와 달리 섬유강화 플라스틱(특히, 탄소섬유강화)으로 사출성형되는 몸통부(120)와 열가소성 플라스틱(PP 또는 열경화성 플라스틱)으로 사출성형되는 도어트림패널(130) 간이 서로 접하게 되는 영역에도 대응형상으로 배치되어 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)과 함께 일체를 이룰 수 있음은 물론이다.

또한, 실링인서트부(150)는, 어느 일색의 열가소성 플라스틱(PP 또는 열경화성 플라스틱)으로 사출성형되는 창틀부(110)와, 다른 일색의 열가소성 플라스틱(PP 또는 열경화성 플라스틱)으로 일체를 이루며 사출성형되는 몸통부(120) 및 도어트림패널(130) 간이 서로 접하게 되는 영역에 배치되어 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)과 함께 이너패널(100)을 형성할 수도 있다.

실링인서트부(150)는 연결부(152), 접촉결합부(154), 돌출결합부(156) 및 유입홀(159) 등을 모두 포함하면서 인서트되는 위치에 각각 대응하는 형상이 되도록, 사출성형 또는 금속 판재를 소재로 프레스 가공을 한 후 실링부(158)를 별도로 결합(부착 또는 도포)하는 방식으로 제작될 수 있다.

한편, 몸통부(120) 및 도어트림패널(130) 중 적어도 어느 하나는, 내부공간(S)을 마주하는 면에 폴리우레탄층(160)이 인몰드코팅방식의 사출성형에 의해 일체로 더 구비될 수 있다.

이러한 폴리우레탄층(160)은, 이너패널(100)과 아우터패널(20) 사이에 구비된 도어글라스 왕복용 작동모듈이나 기타 편의장치모듈 등의 작동시 발생하거나 또는 자동차의 주행에 따라 아우터패널(20)로부터 전달되는 소음이나 진동을 흡음 및 흡진하기 위한 것으로, 아래서 설명하는 바와 같이, 창틀부(110), 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)의 사출성형이 이루어진 후 추가적으로 형성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널(100)이 이에 대응하는 금형시스템에 의해 제조되는 과정을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 경량화된 이너패널(100)을 제조하기 위해 사출에 사용될 심재를 준비하게 된다.(S100)

여기서 심재란, 이너패널(100)의 물성 강화나 기능성 등을 부여하기 위해 금형(가동측 금형(210) 또는 고정측 금형(220)) 내측에 인서트되는 부재로서, 탄소섬유강화 플라스틱의 형성의 모재가 되는 탄소직물(114), 이너패널(100)의 강성보강을 위한 보강프레임(140) 및 실링인서트부(150) 등이 될 수 있다.

탄소직물(114)은, 내충격성 또는 소정의 탄성이 요구되는 창틀부(110)를 탄소섬유강화 플라스틱으로 형성하기 위해 요구되는 심재로서, 가동측 금형(210)과 고정측 금형(220) 사이에 개재되기 전에 창틀부(110)의 형상에 대응하도록 재단된 후 사출성형시 투입되는 용융 플라스틱의 함침이 용이하게 이루어지도록 소정 온도로 가열하여 준비하게 된다.

이때, 탄소직물(114)은 창틀부(110) 등의 외관 형상에 대응한 별도의 프레스장치를 이용하여 가성형된 형태로 준비될 수 있는데, 이는 탄소직물(114)이 금형 내 정확한 위치에 용이하게 개재 내지 인서트될 수 있도록 하기 위함이다.(도 5a의 (a) 참조)

보강프레임(140)은, 경량 고강성의 알루미늄합금 등을 소재로 제1 보강부(141), 제2 보강부(142), 제3 보강부(143)에 각각 대응하는 형태를 프레스장치나 다이캐스팅장치를 활용하여 정확한 규격으로 제작, 준비하게 된다.(도 5a의 (b) 참조)

본 발명의 실시예와 같이 창틀부(110)와 몸통부(120)(및 도어트림패널(130))가 이종의 소재로 동시에 사출성형되는 이너패널(100)의 경우, 앞서 설명한 바와 같이 금형 내에 인서트되어 이너패널(100)과 일체를 이루는 실링인서트부(150)를 별도의 사출성형공정을 통해 준비하게 된다. 물론 실링인서트부(150)는 필요에 따라 금속재를 소재로 하여 프레스장치를 통해 형성될 수도 있다.(도 5a의 (c) 참조)

다음으로, 도 4 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 경량화된 이너패널(100)을 제조하기 위해 상술한 다양한 심재들을 금형 내 정위치에 각각 인서트한 후, 가동측 금형(210)과 고정측 금형(220)이 서로 맞물리도록 형폐공정을 수행하게 된다.(S200)

즉, 작업자나 자동화된 로봇암을 통해, 상술한 바와 같이 전처리된 탄소직물(114)은 창틀부(110)에 대응하도록 위치하게 되며, 제작된 제1,2,3 보강부(141,142,143)는 고정측 금형(220)에 각각 이격배치된 다수 개의 보강부 로케이터(222)(U자 절편형)에 안착되게 되며, 제작된 실링인서트부(150)는 고정측 금형(220)의 인서트부 로케이터(223)에 끼워져 안착될 수 있다.(S210)

이때, 제1,2,3 보강부(141,142,143)가 금형 내에서 보다 견고하게 위치 고정될 수 있도록, 가동측 금형(210)에도 별도의 로케이터(미도시)가 보강부 로케이터(222)와 지그재그 형태를 이루며 배치될 수 있다.

그리고 작업자나 금형시스템은, 가동측 금형(210) 또는 고정측 금형(220)을 이동시켜 금형이 서로 맞물려 닫힌 상태(형폐)가 되도록 한다.(S220)

이때, 금형의 형폐 상태에서 가동측 금형(210)에 형성된 차폐돌기(212)는, 실링인서트부재(150)의 실링부(158)를 탄성변형시키며 소정 깊이로 가압하게 됨에 따라 이종 소재로 사출성형되는 창틀부(110)와 몸통부(120)는 서로 완전히 차폐된 공간(캐비티)에서 각각 형성되게 된다.

다음으로, 도 4 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 금형시스템은, 용융된 플라스틱이 제1 노즐(224)을 통해 창틀부(110)를 형성하게 되는 캐비티 내로 사출되도록 제어함과 동시에 제2 노즐(226)을 통해 용융된 플라스틱이 몸통부(120)(및 도어트림패널(130))를 형성하게 되는 캐비티 내로 사출되도록 제어함으로써, 본 발명에 따른 이너패널(100)을 형성하게 된다.(S300)

이때, 서로 다른 색상 또는 서로 다른 특성을 갖는 용융 플라스틱이 제1 노즐(224) 및 제2 노즐(226)을 통해 각각 동시에 사출되더라도 가동측 금형(210)에 형성된 차폐돌기(212)에 의해 가압된 상태의 실링부(158)로 인해 창틀부(110)와 몸통부(120)(및 도어트림패널(130)) 양측은 서로 혼입되지 않고 명확하고 깔끔하게 구별된 형태로 각각 사출성형될 수 있게 된다.(S310)

한편, 추가적으로 금형시스템은, 몸통부(120) 및 도어트림패널(130) 중 적어도 어느 하나에 흡음 및 흡진을 위한 폴리우레탄층(160)이 인몰드코팅방식의 사출성형에 의해 일체로 더 구비되도록 작동할 수 있다.(S320) 이때, 폴리우레탄층(160)이 형성되는 면은 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)이 내부공간(S)을 마주하는 면일 수 있다.

여기서 인몰드코팅방식의 사출성형이란, 사출성형 기술을 베이스로 하는 복합성형 기술로서, 금형 내 코팅으로도 불리는데, 사출 제품을 취출한 후 별도의 도장을 하는 종래 기술과 달리 사출성형 후 금형 내로 코팅제를 주입하여 사출 제품 표면에 코팅제가 경화되도록 함으로써 미려하고 기능적인 사출 제품을 만드는 방식을 말한다.

즉, 도 5c 도시된 바와 같이, 금형시스템은, 코팅하고자 하는 폴리우레탄층(160)의 두께만큼 가동측 금형(210)(또는 고정측 금형(220))을 미세 이동시킨 다음, 제3 노즐(228) 통해 용융된 폴리우레탄이 가동측 금형(210)의 이동으로 인해 형성된 캐비티 내로 사출되도록 제어함으로써 몸통부(120) 및 도어트림패널(130)의 일면에 폴리우레탄층(160)이 형성될 수 있는 것이다.

이때, 실링인서트부(150)의 접촉결합부(154)가 인서트부 로케이터(223)로부터 완전히 이탈되지 않음에 따라 창틀부(110) 쪽에 새롭게 형성된 캐비티 쪽으로 용융된 폴리우레탄의 유입이 저지될 수 있다.

마지막으로, 도 4 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 금형시스템은, 완성된 본 발명의 실시예에 따른 이너패널(100)의 취출을 위해 가동측 금형(210)(또는 고정측 금형(220))을 고정측 금형(220)이 위치한 방향의 반대쪽으로 이동(형개)시키게 된다.(S400)

이러한 취출 단계가 이루어지기 전에 보압 및 냉각 등의 과정이 수반될 수 있고, 위와 같은 하나의 단일한 금형시스템 하에서 일련의 사출공정이 순차로 이루어짐으로 인해 이색 또는 이종의 소재(탄소섬유강화 플라스틱 및 열가소성 플라스틱 등)가 하나의 이너패널(100) 내에서 동시에 일체로써 형성될 수 있게 되는 것이다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10: 종래 금속재 이너패널 20: 아우터패널
S: 내부공간 H: 보강부 로케이터홀
100: 하이브리드 이너패널
110: 창틀부 112: 제1 돌출인서트부
114: 탄소직물 116,126: 보강살
120: 몸통부 121: 중공
122: 제2 돌출인서트부 124: 제3 돌출인서트부
130: 도어트림패널
140: 보강프레임 141: 제1 보강부
142: 제2 보강부 143: 제3 보강부
150: 실링인서트부재 152: 연결부
154: 접촉결합부 156: 돌출결합부
158: 실링부 159: 유입홀
160: 폴리우레탄층
210: 가동측 금형 212: 차폐돌기
220: 고정측 금형 222: 보강부 로케이터
223: 인서트부 로케이터 224: 제1 노즐
226: 제2 노즐 228: 제3 노즐

Claims

자동차 도어용 아우터패널의 내측에 배치되어 도어트림과 결합되는 도어용 이너패널에 있어서,
도어글라스에 의해 개폐되는 창틀부; 상기 창틀부의 하단부에 형성되되, 상기 아우터패널과 내부공간을 형성하고, 중앙부에 중공이 마련된 몸통부; 상기 중공을 덮도록 형성되어 상기 도어트림과 결합되는 도어트림패널; 및 상기 창틀부 및 몸통부의 내부 일측에 인서트되는 금속재 보강프레임을 포함하고,
상기 창틀부, 몸통부, 도어트림패널 및 보강프레임은 일체로 사출성형되고,
상기 창틀부, 몸통부 및 도어트림패널 중 일부는, 오버몰딩방식의 사출성형에 의해 탄소섬유강화 플라스틱으로 형성되고,
상기 창틀부, 몸통부 및 도어트림패널 중 나머지는, 사출성형에 의해 열가소성 플라스틱으로 형성되되,
이종 소재로 된 상기 일부 및 나머지는, 단일한 금형 내에서 일체로 형성되고,
상기 일부 및 나머지는,
서로 접하는 영역에 인서트되어 이종 소재 간 혼입을 방지하며 상기 일부 및 나머지를 상호 결합시키는 실링인서트부와 함께 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널.
제1항에 있어서,
상기 실링인서트부는,
상기 일부 및 나머지가 서로 접하는 영역을 따라 배치되는 판상의 연결부;
상기 연결부가 상기 금형 내에 인서트시 고정되도록 상기 연결부 양측에서 각각 돌출형성되고, 상기 일부 및 나머지와 각각 면접촉하며 결합하는 접촉결합부;
상기 연결부를 기준으로 상기 접촉결합부의 반대편에 돌출형성되어 상기 일부 및 나머지의 내측에 각각 위치하며 결합하도록 이루어진 돌출결합부; 및
상기 돌출결합부과 상기 연결부가 이루는 공간에 구비되어 이종 소재 간 혼입을 방지하는 실링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널.
제1항에 있어서,
상기 몸통부 및 도어트림패널 중 적어도 어느 하나는,
상기 내부공간을 마주하는 면에 흡음 및 흡진을 위한 폴리우레탄층이, 인몰드코팅방식의 사출성형에 의해 일체로 더 구비되는 것을 특징으로 하는 경량화된 도어용 하이브리드 이너패널.