KR20190076055A - 외장 패널 및 외장 패널의 제조 방법 - Google Patents

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KR20190076055A
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요시아키 나카자와
노부타카 시미즈
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

이 외장 패널은, 곡면부를 갖는 금속판과, 중심축 방향의 길이가 동일한 복수의 통체, 상기 통체의 각각의 한쪽의 단부를 덮는 정상면, 및 상기 통체의 각각의 다른 쪽의 단부끼리를 연결하는 기부를 구비하고, 상기 정상면이 상기 금속판의 곡면부에 밀착하여 접합된 수지 구조체와, 상기 수지 구조체의 상기 기부에 접합된 수지 또는 종이로 이루어지는 시트 부재를 구비하고, 상기 시트 부재의 인장 탄성률 E(N/㎟)와 두께 t(㎜)의 관계가 하기 (1)식을 만족시킨다.
Figure pct00015

Description

외장 패널 및 외장 패널의 제조 방법
본 발명은 외장 패널 및 외장 패널의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 2016년 12월 27일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2016-252351호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
연비 개선을 위해 자동차의 경량화가 요구되고 있다. 자동차의 골격 부재는 충돌 안전성이 요구되기 때문에, 적용되는 강판을 고강도화하면서 강판의 판 두께를 저감함으로써, 강의 사용량을 줄이는 것이 시도되고 있다. 한편, 자동차의 차체 표면에 배치되는 자동차용 패널은, 인장 강성(panel rigidity)이 요구된다. 인장 강성은 적용되는 강판의 영률과 판 두께로 결정된다. 강판의 영률은 강도에 따르지 않고 대략 일정하다. 따라서, 경량화를 목적으로 하여, 자동차용 패널의 강판의 판 두께를 감소시키면, 인장 강성이 저하된다. 자동차용 패널의 인장 강성이 저하되면, 비교적 작은 외력을 가함에 의해 간단히 오목해져 버려, 자동차의 외관을 현저하게 손상시킨다. 이와 같은 점에서, 경량이고 또한 인장 강성이 우수한 자동차용 패널이 요구되고 있다.
특허문헌 1에는 2매의 금속판 사이에 수지 구조체를 개재시킴으로써, 강성을 향상시킨 판재가 기재되어 있다(이하, 이 판재를 복합 구조판이라고 하는 경우가 있음). 특허문헌 1의 복합 구조판을 구성하는 수지 구조체는, 기부의 표면으로부터 중공형의 볼록부가 복수 형성된 구조를 갖고 있고, 기부의 이면에 제1 금속판이 열 융착되고, 볼록부의 정상면에는 제2 금속판이 열 융착되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는 제1, 제2 금속판 사이에 수지 구조체를 끼워 접착제로 접합함으로써, 강성을 향상시킨 복합 구조판이 기재되어 있다. 특허문헌 2의 복합 구조판에서는, 통상의 입상체가 각 금속판에 끼워져 밀폐 구간을 형성하고 있고, 밀폐 공간의 공기압이 1기압을 초과하고 있다.
이와 같이, 특허문헌 1, 2에서는 2매의 금속판 사이에 수지 구조체를 끼움으로써, 경량이고 또한 강성이 우수한 복합 구조판이 기재되어 있다. 이들 복합 구조판은 경량이고 또한 인장 강성이 우수한 자동차용 패널로서 사용할 수 있다고 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 금속제의 패널의 자동차 내부측 표면에 일체화하여 마련된 수지제의 리브에 의해, 패널의 인장 강성을 향상시킨, 적층 구조 패널이 기재되어 있다.
그러나, 자동차용 패널은 의장성의 관점에서 복잡한 형상을 갖기 때문에, 판재를 원하는 형상으로 성형하는 경우가 많다. 예를 들어, 제1 방향을 따라 만곡되고, 또한 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라서도 만곡되는 자동차용 패널이 있다. 또한, 특히 복잡한 형상을 갖는 자동차용 패널은, 제1 방향을 따른 만곡 방향과, 제2 방향을 따른 만곡 방향이, 서로 역방향으로 된 안장형 형상을 갖는 경우도 있다. 이와 같은 자동차용 패널에 대하여 앞서 예시한 특허문헌 1, 2에 기재된 기술을 적용하려고 하면, 성형 시의 변형에 의해, 수지 구조체의 형상의 변형, 박리에 의한 금속판과 수지 구조체 사이의 간극, 금속판의 주름 및 꺾임이 발생한다. 환언하면, 성형에 의해 자동차용 패널이 부서져 버릴 우려가 있다. 그 결과, 자동차용 패널은 인장 강성을 유지할 수 없게 된다. 또한, 복합 구조판 자체의 강성이 높게 되어 있기 때문에, 원하는 형상으로 성형하는 것이 어렵다. 또한, 성형의 결과, 외측의 금속판에 수지 구조체의 요철 형상이 전사되어, 외관을 현저하게 손상시킬 우려가 있다.
특허문헌 3의 적층 구조체는, 금속제의 패널의 내측에, 수지제의 리브를 접합하여 인장 강성을 향상시키고 있다. 그러나, 리브의 뒷면 대기가 되는 금속판이 접합되지 않고, 리브가 보강되어 있지 않으므로, 특허문헌 3의 적층 구조체는 전체적으로 인장 강성이 조금 향상되는 것에 지나지 않는다. 즉, 특허문헌 3의 적층 구조체는 자동차 외판용의 패널에 적용하기 위해서는 인장 강성이 부족하다. 또한, 리브를, 패널이 복잡한 형상을 따르도록 가공하는 것은 어렵고, 치수 정밀도가 낮은 경우, 패널에 큰 주름이나 변형이 발생하여, 외관을 현저하게 손상시킬 우려가 있다.
상술한 문제점은, 자동차의 외장 패널에 한정되지 않고, 항공기 등의 외장 패널에 있어서도 마찬가지로 존재한다.
일본 특허 공개 2015-189146호 공보 일본 특허 제5808637호 공보 일본 특허 제5350918호 공보
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 복잡한 형상을 갖고, 또한 인장 강성이 우수한 외장 패널을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 본 발명은 복잡한 형상을 갖는 경우에도, 외관 품질을 손상시키는 일 없이 높은 인장 강성을 발휘시키는 것이 가능한 외장 패널의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.
[1] 본 발명의 제1 양태는, 곡면부를 갖는 금속판과, 중심축 방향의 길이가 동일한 복수의 통체, 상기 통체의 각각의 한쪽의 단부를 덮는 정상면, 및 상기 통체의 각각의 다른 쪽의 단부끼리를 연결하는 기부를 구비하고, 상기 정상면이 상기 금속판의 곡면부에 밀착하여 접합된 수지 구조체와, 상기 수지 구조체의 상기 기부에 접합된 수지 또는 종이로 이루어지는 시트 부재를 구비하고, 상기 시트 부재의 인장 탄성률 E(N/㎟)와 두께 t(㎜)의 관계가 하기 (1)식을 만족시키는, 외장 패널이다.
Figure pct00001
[2] 상기 [1]에 기재된 외장 패널에서는, 상기 통체의 중심축 방향의 길이 h(㎜), 상기 정상면의 원 상당 직경 r(㎜) 및 상기 시트 부재의 두께 t(㎜)의 관계가, 하기 (2)식 내지 (4)식을 만족시켜도 된다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
[3] 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 외장 패널에서는, 상기 정상면은, 상기 통체의 상기 중심축 방향에서 본 형상이 원형이고, 또한 지그재그 배치되어 있어도 된다.
[4] 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 외장 패널에서는, 상기 정상면은, 상기 통체의 상기 중심축 방향에서 본 형상이 육각형이고, 또한 서로 일정한 간격을 둔 조밀상으로 배치되어 있어도 된다.
[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 외장 패널에서는, 상기 복수의 정상면의 면적의 총합은, 상기 기부의 면적보다도 커도 된다.
[6] 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 외장 패널에서는, 상기 곡면부는, 상기 금속판의 판면 상의 제1 방향을 따르는 단면과, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따르는 단면의 양쪽이 만곡된 부분이어도 된다.
[7] 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 외장 패널에서는, 상기 금속판의 수지 구조체와 시트 부재를 마련한 개소에 있어서, 상기 통체의 상기 중심축 방향과, 이 상기 통체의 접합 위치에 있어서의 상기 금속판의 법선 방향의 상대 각도가 5° 이내여도 된다.
[8] 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 한 항에 기재된 외장 패널에서는, 상기 시트 부재에 있어서의 상기 수지 구조체의 상기 기부에 접촉되어 있지 않은 개소에 구멍이 형성되어 있어도 된다.
[9] 상기 [1] 내지 [8] 중 어느 한 항에 기재된 외장 패널은, 자동차용 패널이어도 된다.
[10] 본 발명의 제2 양태는, 상기 [1] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 외장 패널의 제조 방법이며, 수지 또는 종이로 이루어지는 시트 부재에, 중심축 방향의 길이가 동일한 복수의 통체, 상기 통체의 각각의 한쪽의 단부를 덮는 정상면, 및 상기 통체의 각각의 다른 쪽의 단부끼리를 연결하는 기부를 구비한 수지 구조체의 상기 기부의 전체면을 밀착시켜 접합하는 제1 접합 공정과, 곡면부를 갖는 금속판에, 상기 시트 부재를 접합한 상기 수지 구조체의 상기 정상면의 전체면을 밀착시켜 접합하는 제2 접합 공정을 구비한다.
[11] 상기 [10]에 기재된 외장 패널의 제조 방법에서는, 상기 제1 접합 공정에 있어서, 평면 위에 상기 시트 부재를 깔고 나서, 상기 시트 부재에 상기 수지 구조체의 기부를 접합해도 된다.
[12] 상기 [10] 또는 [11]에 기재된 외장 패널의 제조 방법에서는, 상기 금속판에 접합된 상기 시트 부재에 접착제를 도포해도 된다.
[13] 상기 [10] 내지 [12] 중 어느 한 항에 기재된 외장 패널의 제조 방법에서는, 상기 시트 부재에 있어서의 상기 수지 구조체의 상기 기부에 접촉되어 있지 않은 개소에 구멍을 형성해도 된다.
[14] 본 발명의 제3 양태는, 상기 [1] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 외장 패널의 제조 방법이며, 수지 또는 종이로 이루어지는 시트 부재에, 중심축 방향의 길이가 동일한 복수의 통체, 상기 통체의 각각의 한쪽의 단부를 덮는 정상면, 및 상기 통체의 각각의 다른 쪽의 단부끼리를 연결하는 기부를 구비한 수지 구조체의 상기 기부의 전체면이 밀착하여 접합된 복합 구조체의 상기 정상면을 곡면부를 갖는 금속판에 대향하여 배치하는 공정과, 상기 복합 구조체를, 상기 금속판에, 상기 정상면의 전체면이 상기 금속판에 밀착하여 접합하는 접합 공정을 구비한다.
[15] 상기 [14]에 기재된 외장 패널의 제조 방법에서는, 상기 금속판에 접합된 상기 시트 부재에 접착제를 도포해도 된다.
[16] 상기 [14] 또는 [15]에 기재된 외장 패널의 제조 방법에서는, 상기 시트 부재에 있어서의 상기 수지 구조체의 상기 기부에 접촉되어 있지 않은 개소에 구멍을 형성해도 된다.
본 발명의 외장 패널에 있어서, 수지 구조체의 복수로 있는 통체의 정상면은 금속판의 곡면부의 형상을 따라 간극 없이 접합되고, 또한 시트 부재는 수지 구조체의 기부에 간극 없이 접합된다. 금속판과 시트 부재는 통체의 중심축 방향의 길이로 이격되고, 이 사이에 통체가 배치된다. 통체는, 그 중심축 방향 양측에 금속판과 시트 부재가 접합됨으로써 구속되기 때문에, 단면 형상이 변형되기 어려워진다. 그 결과, 통체는 중심축 방향의 변형이나 좌굴이 발생하기 어려워진다. 또한, 복수의 통체의 상대 위치가 금속판과 시트 부재에 의해 구속됨으로써, 통체의 중심축을 기울이는 방향의 변형도 하기 어려워진다. 이와 같은 구조를 가짐으로써, 본 발명의 외장 패널의 인장 강성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명자들은, E×t3이 소정의 범위를 만족시키는 시트 부재를 사용함으로써, 외장 패널의 외관을 손상시키는 일 없이, 확실하게 인장 강성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하고 있다. 즉, 시트 부재의 인장 탄성률과 판 두께가 상기 (1)식의 관계를 만족시키는 시트 부재를 수지 구조체에 접합함으로써, 외장 패널의 인장 강성을 높일 수 있다.
또한, 시트 부재를 수지 또는 종이로 구성함으로써, 금속판을 사용한 경우에 비해 외장 패널의 경량화를 도모할 수 있다.
이상이, 본 발명의 기본적인 외장 패널 구성과 효과이다.
이하, 본 발명의 외장 패널의 변형예와 효과에 대하여 설명한다.
수지 구조체의 중심축 방향의 길이(h), 정상면의 원 상당 직경(r) 및 시트 부재의 두께(t)의 관계가 (2)식 내지 (4)식을 만족시키도록 한 경우, 더 인장 강성이 우수한 외장 패널로 할 수 있다. 또한, 원 상당 직경이란 정상면의 외접원의 직경을 의미한다.
또한, 본 발명의 외장 패널에 있어서는, 통체를 만들기 쉬운 점에서 원형으로 해도 된다. 통체가 지그재그 배치(staggered arrangement)되어 있는 경우, 각 통체의 축간의 거리가 동등해지므로, 어떤 방향에 있어서도 높은 인장 강성을 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명의 외장 패널에 있어서는, 통체의 정상면을 육각형이라고 하고, 또한 조밀상으로 배치(densely packed arrangement)한 경우, 각 통체 사이에 있는 간극이 직선적으로 연속하는 경우가 없기 때문에, 외부로부터의 압박력에 의해 금속판이 절곡되기 어려워져, 높은 인장 강성을 발휘할 수 있다.
또한, 복수의 정상면의 면적의 총합을 기부의 면적보다도 크게 한 경우, 금속판과 수지 구조체의 접합 면적을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 금속판과 수지 구조체를 더 견고하게 접합할 수 있어, 외장 패널의 인장 강성을 높일 수 있다. 한편, 시트 부재와 수지 구조체의 접합 면적이 상대적으로 작아지지만, 시트 부재와 수지 구조체는 외장 패널의 제조 시에 최초로 접합되므로, 적합한 접합 방법을 자유롭게 선택할 수 있어, 접합 강도를 더 높일 수 있다. 이와 같은 점에서, 시트 부재와 수지 구조체의 접합 면적이 상대적으로 작아지는 것에 의한 문제는 발생하지 않는다.
또한, 금속판의 곡면부를, 금속판의 판면 위의 제1 방향을 따르는 단면과, 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따르는 단면의 양쪽이 만곡된 형상으로 한 경우, 복잡한 형상을 갖는 외장 패널로서 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 금속 패널에는 곡면부 외에, 평면부가 있어도 된다.
또한, 금속판의 수지 구조체와 시트 부재를 마련한 개소에 있어서, 통체의 중심축 방향과, 이 통체의 접합 위치에 있어서의 금속판의 법선 방향의 상대각은 5° 이내가 바람직하다. 왜냐하면 상대각이 5° 이내인 경우, 대부분의 통체가 변형되지 않는 상태로 되기 때문에, 외장 패널의 당해 개소에 있어서 인장 강성을 높일 수 있다.
이상이, 본 발명의 외장 패널과 그 효과이다.
이어서, 본 발명의 외장 패널의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 제조 방법에서는, 먼저, 수지 구조체와 시트 부재를 접합하고, 이어서, 시트 부재가 붙여진 수지 구조체를 곡면부를 갖는 금속 패널에 접합한다. 이와 같은 순서로 시공함으로써, 복합 구조체로서의 변형이 없기 때문에, 수지 구조체의 변형, 금속판과 수지 구조체의 박리, 시트 부재의 큰 주름 및 꺾임을 발생시키지 않고, 복합 구조 패널을 제조할 수 있다.
이상이, 본 발명의 기본적인 외장 패널의 제조 방법과 그 효과이다.
또한, 본 발명의 외장 패널의 제조 방법에서는, 평면 위, 예를 들어 평탄한 대 위에 시트 부재를 깔고 나서, 수지 구조체의 기부를 시트 부재에 접합한 경우, 수지 구조체의 기부를 시트 부재에 간극 없이 접합할 수 있다. 그 결과, 기부와 시트 부재의 접합 강도를 높일 수 있다.
또한, 시트 부재로서 종이 등의 주름이나 파열이 발생하기 쉬운 소재를 사용하는 경우, 금속판에 접합된 시트 부재에 접착제를 도포해도 된다. 이에 의해, 시트 부재의 보강이나 주름을 고착시키는 것이 가능해진다.
도 1은 자동차용 패널의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 자동차용 패널의 부분 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 자동차용 패널의 부분 단면도이다.
도 4는 자동차의 도어 패널에 본 발명의 자동차용 패널을 적용한 예를 도시하는 모식도이다.
도 5a는 수지 구조체의 주요부를 도시하는 사시도이다.
도 5b는 수지 구조체의 주요부를 도시하는 단면도이다.
도 6은 수지 구조체의 일례의 주요부를 도시하는 평면도이다.
도 7은 수지 구조체의 다른 예의 주요부를 도시하는 평면도이다.
도 8은 자동차용 패널의 제조 방법에 있어서의 제1 접합 공정을 설명하는 모식도이다.
도 9는 자동차용 패널의 제조 방법에 있어서의 제1 접합 공정을 설명하는 모식도이다.
도 10은 자동차용 패널의 제조 방법에 있어서의 제2 접합 공정을 설명하는 모식도이다.
도 11은 자동차용 패널의 제조 방법에 있어서의 제2 접합 공정을 설명하는 모식도이다.
도 12는 시트 부재의 판 두께와 인장 탄성률의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 13은 수지 구조체의 정상면의 원 상당 직경 및 시트 부재의 판 두께의 비와, 수지 구조체의 통체의 높이 및 시트 부재의 판 두께의 비의 관계를 도시하는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 외장 패널로서 자동차용 패널을 사용하는 경우를 예시한다. 도 1은 자동차용 패널의 일례를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시하는 자동차용 패널의 부분 분해 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시하는 자동차용 패널의 부분 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시하는 자동차용 패널(1)은 자동차의 차체의 외판으로서 사용되는 것이다. 예를 들어, 자동차용 패널(1)은 도어 패널, 프론트 펜더 패널, 리어 펜더 패널, 트렁크 패널, 루프 패널, 후드 패널 등에 적용된다. 이들 부재는, 차체의 외형을 구성하는 것이며, 다양한 형상의 곡면부나 평면부가 조합된 형상을 갖고 있다. 도 1에 도시하는 자동차용 패널(1)은 곡면부 및 평면부를 포함하는 부분을 발출하여 도시한 것이다. 즉, 도 1에 도시하는 자동차용 패널(1)은 평면부(1a)와, 평면부(1a)에 인접하는 곡면부(1b)를 갖고 있다. 곡면부(1b)는 도면 중 X방향 및 Y방향을 따르는 단면의 양쪽이, 구부러진 부분이다. 도 1에 도시하는 곡면부(1b)는 금속판(2)이 금속판(2)측에 볼록형으로 팽창되는 형상으로 되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 금속판(2)이 시트 부재(4)측으로 오목한 형상으로 되어 있어도 된다. 또한, 금속판(2)의 형상은, 예를 들어 X방향을 따른 만곡 방향과, Y방향을 따른 만곡 방향이, 서로 역방향으로 된 안장형 형상이어도 된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 자동차용 패널(1)은 금속판(2)과, 수지 구조체(3)와, 시트 부재(4)로 이루어지고, 금속판(2)에 수지 구조체(3)가 접합되고, 수지 구조체(3)에 시트 부재(4)가 접합된 구조로 되어 있다. 바꾸어 말하면, 금속판(2)과 시트 부재(4) 사이에, 수지 구조체(3)가 끼워진 구조로 되어 있다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 수지 구조체(3)에는 후술하는 바와 같이 동일한 높이의 통체(11)가 복수 구비되어 있고, 통체(11)의 정상면(12)이 금속판(2)측을 향하도록 배치되어 있다.
금속판(2)은 자동차용 패널(1)의 차체 외측면을 이루는 부재이고, 자동차용 패널(1)이 자동차의 차체에 설치된 때에는 차체의 외형을 구성하는 것으로 된다. 금속판(2)은 강판, 알루미늄판, 알루미늄 합금판 등이 예시된다. 금속판(2)은 강판 등의 평판을 프레스 성형 등에 의해 성형 가공함으로써, 곡면부(1b)를 갖는 형상으로 성형된 것이다. 금속판(2)에 마련된 곡면부(1b)는, 상술한 바와 같이, 도 1에 있어서는 도면 중 X방향 및 Y방향을 따르는 단면의 양쪽이 구부러진 부분이다. 금속판(2)에는 곡면부(1b) 외에 평면부(1a)가 있어도 된다.
금속판(2)의 두께에 특별히 제한은 없지만, 금속판(2)이 강판인 경우는, 종래 자동차용 패널의 강판의 판 두께가 0.6 내지 0.7㎜ 정도인 것에 비해, 경량화의 관점에서 0.5㎜ 이하가 바람직하다. 한편, 인장 강성 확보의 관점에서 강판의 판 두께는 0.1㎜ 이상이 바람직하다. 또한, 금속판(2)이 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판인 경우는, 마찬가지로 현 상황을 감안하여, 0.3 내지 1.0㎜ 정도가 바람직하다.
수지 구조체(3)는, 도 3에 도시한 바와 같이 통체(11)의 중심을 관통하여 그 높이 방향을 따르는 중심축 M을 상정한 때, 중심축 M방향의 길이가 동일한 복수의 통체(11)와, 통체(11)의 각각의 한쪽의 단부(11a)를 덮도록 막는 정상면(12)과, 통체(11)의 각각의 다른 쪽의 단부(11b)끼리를 연결하는 기부(13)를 구비하고 있다. 그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 모든 복수의 정상면(12)이 금속판(2)에 간극 없이 접합되어 있다. 또한, 기부(13)에는 시트 부재(4)가 간극 없이 접합되어 있다.
수지 구조체(3)에서는, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 기부(13)의 일면(13a)측으로부터 통상의 통체(11)가 돌출되어 있고, 돌출된 통체(11)의 한쪽의 단부(11a)측에 정상면(12)이 배치되고, 통체(11)가 정상면(12)에 의해 덮개를 덮은 구조로 되어 있다. 또한, 통체(11)의 다른 쪽의 단부(11b)에는 기부(13)가 접속되어 있다. 기부(13)는 통체(11)끼리를 연결하기 위해 통체(11)의 외주측에 있기 때문에, 통체(11)의 다른 쪽의 단부(11b)는 기부(13)에 의해 막히지 않고, 개구부(11c)를 갖고 있다. 이 때문에, 도 5b에 도시한 바와 같이, 시트 부재(4)가 접합되어 있지 않은 상태의 수지 구조체(3)에서는, 기부(13)의 다른 면(13b)측으로부터, 통체(11)의 내부 공간이 면하도록 되어 있다. 통체(11)의 개구부(11c)는, 도 3에 도시한 바와 같이 시트 부재(4)가 수지 구조체(3)에 접합함으로써 막힌다.
또한, 개구부(11c)를 중심축 M방향에서 본 형상(이하, 평면 형상이라고 하는 경우가 있음)은 정상면(12)의 평면 형상과 거의 동일 또는 상사형이다. 또한, 통체(11)의 중심축 M방향은 기부(13)의 법선 방향에 거의 일치하고 있다. 이 때문에, 수지 구조체(3)의 통체(11)를 평면에서 본 때의 정상면(12)의 투영 위치는 개구부(11c)에 거의 겹친다. 이 위치 관계는, 수지 구조체(3)가 금속판(2)과 시트 부재(4) 사이에 배치된 경우라도 그대로 유지되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태의 자동차용 패널(1)은 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)를 금속판(2)의 전체면에 접합한 것에 한정되지 않고, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 자동차의 도어 패널(51)(금속판)의 일부에, 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)가 접합된 양태여도 된다. 도 4에 도시하는 예에서는, 도어 패널(51)의 에지부(51a), 캐릭터선(51b) 및 보강재(52a, 52b, 52c)의 근방은 인장 강성이 높기 때문에, 이들 이외의 영역에, 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)를 접합하여 자동차용 패널을 구성하고 있다.
이어서, 도 6에 도시한 바와 같이, 수지 구조체(3)의 정상면(12)의 평면에서 본 형상(중심축 M방향에서 본 형상)은 제조 용이의 관점에서 원형인 것이 바람직하다. 또한, 정상면(12)은 지그재그 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 도 6에 있어서의 수지 구조체(3)의 통체(11)의 평면에서 본 형상은, 정상면(12)과 동일한 원형으로 되어 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 정상면(12)을 지그재그 배치로 배치한 경우, 각 통체의 축간의 거리가 동등하므로, 이방성이 작고, 어떤 방향에 있어서도 높은 인장 강성을 발휘할 수 있다.
다른 예로서, 도 7에 도시한 바와 같이, 수지 구조체(3)의 정상면(12)의 평면에서 본 형상(중심축 M방향에서 본 형상)은 육각형이어도 된다. 이 경우의 정상면(12)은 서로 일정한 간격을 둔 조밀상으로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 도 7에 도시하는 수지 구조체의 통체(11)의 평면에서 본 외형은, 정상면(12)과 동일한 육각형으로 되어 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 정상면(12)을 조밀상으로 배치한 경우, 각 통체의 축간의 거리가 동등하므로, 이방성이 작고, 어떤 방향에 있어서도 높은 인장 강성을 발휘할 수 있다. 또한, 통체(11)끼리의 사이의 간극이 직선적으로 연속하는 경우가 없기 때문에, 외부로부터의 압박력에 의해 금속판(2)이 절곡되기 어려워진다.
수지 구조체(3)의 재질은 합성 수지이다. 합성 수지로서, 열경화성 수지(페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 등), 열가소성 수지(범용 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱)를 예시할 수 있다. 범용 플라스틱으로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 등을 예시할 수 있다. 엔지니어링 플라스틱으로서, 폴리카르보네이트, 폴리아미드, 폴리에스테르 등을 예시할 수 있다. 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로서, PPS, PTFE, PEEK 등을 예시할 수 있다.
시트 부재(4)는 수지 또는 종이로 이루어지는 시트상의 부재이고, 비교적 탄성 변형되기 쉬운 가요성을 갖는 부재이다. 시트 부재(4)는, 도 3에 도시한 바와 같이 수지 구조체(3)의 기부(13)의 다른 면(13b)에 간극 없이 접합되어 있다.
시트 부재(4)의 두께는 0.15㎜ 이상이 좋다. 시트 부재(4)의 두께가 0.15㎜ 미만이면, 통체(11)를 충분히 구속할 수 없고, 결과적으로, 인장 강성 부족이 되므로 바람직하지 않다. 또한, 시트 부재(4)의 두께는 0.35㎜ 이하가 좋다. 두께가 0.35㎜ 초과에서는 시트 부재(4)가 변형되기 어려워져, 자동차용 패널을 제조할 때에, 시트 부재(4)와 함께 수지 구조체(3)를 금속판(2)에 접합하기 어려워질 우려가 있다. 또한, 자동차용 패널(1)은 자동차의 차체에 설치되는 점에서 열에 노출되기 쉽다. 따라서 시트 부재(4)는 80℃ 이상의 내열 온도를 갖는 것이 바람직하다.
시트 부재(4)의 재질의 구체로서는, 예를 들어 수지 구조체(3)의 소재로서 예시한 합성 수지 및 보드지 등의 종이 등을 예시할 수 있다. 또한, 보강과 함께, 침수 등에 의한 열화 방지를 위해, 종이에 수지를 침투시켜도 된다.
금속판(2) 및 수지 구조체(3)와, 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)는 각각, 접착제로 접합되는 것이 바람직하다. 또한, 접착제의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
또한, 각 부재의 접합 방법은 접착에 한정되지 않고, 수지 구조체(3)를 금속판(2)에 열 융착시켜도 되고, 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)를 서로 열 융착시켜도 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 수지 구조체(3)에 의해, 금속판(2)과 시트 부재(4)가 통체(11)의 중심축 M방향의 길이로 유지된다. 또한, 수지 구조체(3)의 기부(13)에 시트 부재(4)가 접합되고, 통체(11)의 한쪽의 단부(11a)에 있는 정상면(12)이, 금속판(2)에 간극 없이 접합됨으로써, 통체(11)가 시트 부재(4)와 금속판(2)에 구속되고, 외부로부터 하중을 받은 때에 변형되기 어려워진다. 이 결과, 본 실시 형태의 자동차용 패널(1)은 인장 강성이 높아진다. 또한, 도 3에는 자동차용 패널(1)의 평면부(1a)의 단면을 도시하고 있지만, 곡면부(1b)에 있어서도 마찬가지로, 수지 구조체(3)의 정상면(12) 및 기부(13)가 금속판(2) 및 시트 부재(4)에 간극 없이 접합되어 있기 때문에, 평면부(1a)와 마찬가지로 금속판(2)의 인장 강성이 높아진다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 수지 구조체(3)가 금속판(2)과 시트 부재(4) 사이에 배치된 상태에서, 수지 구조체(3)의 통체(11)를 평면에서 본 때의 정상면(12)의 투영 위치가, 개구부(11c)의 위치에 거의 겹치도록 되는 것이 바람직하다. 도 3에 도시한 바와 같이, 정상면(12) 및 개구부(11c)의 중심을 가로질러 통체(11)의 높이 방향을 따르는 축을 중심축 M이라고 정의한다. 중심축 M방향과, 그 통체(11)의 접합 위치에 있어서의 금속판(2)의 법선 방향 H의 상대 각도가, 5° 이내로 되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 통체의 중심축이 구부러지거나, 기울어져 있거나 하지 않는 것이 바람직하다. 도 3에서는, 중심축 M방향과 법선 방향 H의 상대각이 0°인 상태를 도시하고 있다. 이것은 평면부(1a)뿐만 아니라, 곡면부(1b)에 있어서도 동일한 것이 바람직하다. 이 경우, 곡면부(1b)에 있어서도 통체(11)의 입체 형상이 변형되지 않고, 자동차용 패널(1)의 수지 구조체(3)와 시트 부재(4)를 마련한 개소에 있어서 인장 강성이 높아진다.
예를 들어, 도 4의 예에서는 도어 패널(51)에 부분적으로 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)를 마련한 개소의 인장 강성이 높아진다. 또한, 통체(11)의 변형이란, 중심축 M방향과, 금속판(2)의 법선 방향 H의 상대 각도가 5°를 초과하여 어긋나 있는 상태를 말한다. 이 경우, 통체(11)가 좌굴 변형되고, 수지 구조체(3)의 정상면(12)을 평면에서 본 때의 정상면(12)의 투영 위치가, 개구부(11c)의 위치로부터 어긋나 버려, 인장 강성을 향상시킬 수 없게 된다.
이어서, 본 발명의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 관한 자동차용 패널(1)의 시트 부재(4)는 그 인장 탄성률 E(N/㎟)와 두께 t(㎜)의 관계가 하기 (1)식을 만족시키고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 인장 탄성률은 단축 인장 시험을 실시하여 얻어지는 시트 부재(4)의 응력 변형 곡선의 탄성역에 있어서의 기울기이다.
Figure pct00005
본 발명자들은 E×t3이 소정의 범위를 만족시키는 시트 부재(4)를 사용함으로써, 복잡한 형상을 가진 자동차용 패널(1)의 외관 품질을 손상시키는 일 없이, 확실하게 인장 강성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하고 있다. 인장 탄성률(E)은 탄성 한도 내에 있어서 재료에 부여한 변형에 대한 인장 응력의 증분값이고, 이 값이 클수록 하중에 대한 탄성 변형이 작아진다. 시트 부재(4)의 인장 탄성률(E)에 판 두께 t의 3승을 곱한 E×t3이 4.0 이하이면, 통체(11)에 대한 시트 부재(4)의 구속력이 작아져, 자동차용 패널(1)의 인장 강성이 부족하다. 한편, E×t3이 200 이상이면, 시트 부재(4) 자체의 강성이 지나치게 높기 때문에, 변형되기 어려워져, 곡면부(1b)를 갖는 금속판(2)에 대하여 시트 부재(4)를 수지 구조체(3)와 함께 간극 없이 접합하는 것이 곤란해진다. 또한, 종래와 같이 시트 부재(4) 대신에 금속판을 사용한 경우에는, 금속판의 인장 탄성률(E)이 매우 크기 때문에, E×t3이 200을 대폭으로 초과하여 인장 강성이 현저하게 향상되지만, 이와 같은 높은 인장 탄성률을 갖는 금속판은 수지 구조체(3)를 통해 곡면부(1b)를 갖는 금속판(2)에 간극 없이 밀착시키는 것이 곤란하고, 결국, 인장 강성의 향상을 바랄 수 없는 것으로 된다. 본 실시 형태의 자동차용 패널(1)은 E×t3이 200 미만인 시트 부재(4)를 사용하기 위해, 종래와 같이 금속판을 수지 구조체의 보강재로서 사용한 경우에 비해 인장 강성 향상 효과는 작지만, 자동차용 패널(1)에 요구되는 인장 강성의 크기를 고려하면, E×t3이 4.0 초과 200 미만을 만족시키면, 자동차용 패널의 용도에서의 인장 강성 향상 효과는 충분한 것이 된다.
이어서, 본 실시 형태의 자동차용 패널(1)의 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)에 있어서는, 통체(11)의 높이 h(㎜), 정상면(12)의 원 상당 직경 r(㎜) 및 시트 부재(4)의 두께 t(㎜)의 관계가, 하기 (2)식 내지 (4)식을 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
통체(11)의 높이 h가 (2)식의 하한 이하이면, 금속판(2)과 시트 부재(4)의 거리가 작기 때문에, 자동차용 패널(1)의 단면 2차 모멘트가 작아져, 자동차용 패널(1)의 인장 강성이 부족하다. 또한, 통체(11)의 강성이 높아져, 곡면부(1b)를 갖는 금속판(2)에 수지 구조체(3)를 간극 없이 접합할 수 없게 된다. 또한, 통체(11)의 높이 h가 (2)식의 상한 이상으로 되면, 통체(11)가 좌굴되기 쉬워져, 자동차용 패널(1)의 인장 강성이 부족하다.
또한, 정상면(12)의 원 상당 직경 r이 (3)식의 하한 이하이면, 정상면(12)과 금속판(2)의 밀착력이 작아져, 자동차용 패널(1)의 인장 강성이 부족하다. 또한, 정상면(12)의 강성이 높아져, 곡면부(1b)를 갖는 금속판(2)에 수지 구조체(3)를 간극 없이 접합할 수 없게 된다. 정상면(12)의 원 상당 직경 r이 (3)식의 상한 이상이면, 통체(11)의 정상면(12)의 강성이 부족하고, 자동차용 패널(1)의 인장 강성이 부족하다.
또한, 통체(11)의 높이 h와 원 상당 직경 r의 비 (h/r)가 (4)식의 하한 이하이면, 자동차용 패널의 단면 2차 모멘트가 부족하거나, 혹은 금속판(2)과 시트 부재(4)를 구속하는 통체(11)의 벽면이 세트로 되어, 자동차용 패널(1)의 인장 강성이 부족하다. 한편, (4)식의 상한 이상이면 통체(11)가 좌굴되기 쉬워져, 자동차용 패널(1)의 인장 강성이 부족하다.
또한, 수지 구조체(3)의 복수의 정상면(12)의 면적의 총합은, 기부(13)의 면적보다도 큰 것이 바람직하다. 복수의 정상면(12)의 면적의 총합을 기부(13)의 면적보다 크게 함으로써, 금속판(2)과 수지 구조체(3)의 접합 면적을 증가시킬 수 있고, 금속판(2)과 수지 구조체(3)를 더 강고하게 접합할 수 있다. 결과적으로, 가일층의 인장 강성 향상 효과가 얻어진다.
이와 같이, 수지 구조체(3)의 복수의 정상면(12)의 면적의 총합이 기부(13)의 면적보다도 큰 경우, 시트 부재(4)와 수지 구조체(3)의 접합 면적은 상대적으로 작아지지만, 시트 부재(4)와 수지 구조체(3)는 자동차용 패널(1)의 제조 시에 최초로 접합되므로, 적합한 접합 방법을 자유롭게 선택할 수 있고, 접합 강도를 더 높일 수 있다. 이와 같은 점에서, 시트 부재(4)와 수지 구조체(3)의 접합 면적이 상대적으로 작아지는 것에 의한 문제는 발생하지 않는다.
이어서, 본 실시 형태의 자동차용 패널의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 제조 방법은 제1 접합 공정과, 제2 접합 공정으로 이루어진다. 이하, 도면을 참조하여 각 공정을 설명한다.
(제1 접합 공정)
제1 접합 공정에서는, 수지 구조체(3)를 시트 부재(4)에 접합한다. 먼저, 도 8에 도시한 바와 같이, 시트 부재(4)를 평탄한 대(21) 위에 펼친다. 이어서, 수지 구조체(3)의 기부(13)의 다른 면(13b)에 접착제를 도포한다. 그리고, 도 9에 도시한 바와 같이, 시트 부재(4) 위에 수지 구조체(3)를 접합한다. 접합할 때에는, 기부(13)와 시트 부재(4) 사이에 간극이 생기지 않도록 완전히 밀착시킨다. 수지 구조체(3)의 기부(13)를 시트 부재(4)에 접합함으로써, 통체(11)의 다른 쪽 단부(11b)가 시트 부재(4)에 의해 막힌다. 또한, 수지 구조체(3)와 시트 부재(4)를 접합하는 방법은 특별히 제한은 없고, 예를 들어 2개의 롤에 의해 끼워 순차적으로 접합하는 방법이나, 금형에 의해 가압하는 방법을 사용해도 된다. 또한, 이 설명에서는 접착제를 사용하는 예를 설명했지만, 본 발명에서는 접착제에 한정되지 않고, 수지 구조체(3)와 시트 부재(4)를 열 융착으로 접합해도 된다.
(제2 접합 공정)
제2 접합 공정에서는, 시트 부재(4)를 접합한 수지 구조체(3)를, 곡면부(1b)를 갖는 금속판(2)에 접합한다. 금속판(2)은 프레스 가공 등에 의해 미리 소정의 형상으로 성형한 것을 사용한다. 시트 부재(4)를 접합한 수지 구조체(3)를 금속판(2)에 접합할 때에는, 수지 구조체(3)의 정상면(12)에는 접착제를 도포하고, 도 10에 도시한 바와 같이, 금속판(2)의 형상에 맞추어 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)를 변형시킨다. 이어서, 도 11에 도시한 바와 같이, 시트 부재(4)와 함께 수지 구조체(3)를 금속판(2)에 접합한다. 접합할 때에는, 모든 정상면(12)과 금속판(2) 사이에 간극이 생기지 않도록 완전히 밀착시킨다. 이에 의해, 정상면(12)과 금속판은 면으로 접촉하여 접합되기 때문에, 접합이 박리되는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 본 공정에 있어서는, 반드시 수지 구조체(3)를 변형시킨 후에 금속판(2)에 접합할 필요는 없고, 금속판(2)의 형상에 맞추어 수지 구조체(3)를 변형시키면서 금속판(2)에 접합해도 된다. 또한, 이 설명에서는 접착제를 사용하는 예를 설명했지만, 본 발명에서는 접착제에 한정되지 않고, 수지 구조체(3)의 정상면(12)과 금속판(2)을 열 융착으로 접합해도 된다. 제2 접합 공정의 결과, 시트 부재(4)에 작은 주름이 발생하는 경우도 있지만, 큰 주름이 패널을 가로지르지 않는 한 특별히 문제가 되지 않는다.
제1 접합 공정에 있어서, 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)를 접합함으로써, 수지 구조체(3)의 복수의 통체(11)의 다른 쪽의 단부(11b)가 시트 부재(4)에 의해 구속된다. 이때, 통체(11)의 정상면(12), 기부(13) 및 시트 부재(4)는 가요성을 갖고 있던 상태이다. 이 때문에, 제2 접합 공정에 있어서, 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)를, 금속판(2)의 형상에 맞추어 무리없이 변형시키는 것이 가능해진다. 이 때문에, 시트 부재(4)와 함께 수지 구조체(3)를 금속판(2)에 간극 없이 접합할 수 있다.
본 실시 형태의 제조 방법에서는, 접합의 순서가 중요하다. 가령, 본 실시 형태와는 반대로, 먼저 금속판(2)과 수지 구조체(3)를 접합하고 나서, 시트 부재(4)를 수지 구조체(3)에 접합하려고 하면, 시트 부재(4)를 곡면부(1b)에 맞추도록 변형시키면서 수지 구조체(3)에 접합하게 되어, 시트 부재(4)에 큰 주름이 발생하기 쉽고, 시트 부재(4)를 수지 구조체(3)에 밀착한 상태에서 접합하는 것이 곤란해진다. 그 결과, 시트 부재(4)와 수지 구조체(3) 사이에 미접합부가 남고, 자동차용 패널(1)의 인장 강성을 향상시키는 것이 곤란해진다. 따라서, 시트 부재(4)를 수지 구조체(3)에 간극 없이 접합하기 위해서는, 상술한 순서로 접합을 행할 필요가 있다.
또한, 최초로 시트 부재(4)와 수지 구조체(3)를 접합함으로써, 적합한 접합 방법을 자유롭게 선택할 수 있고, 시트 부재(4)와 수지 구조체(3)의 접합 강도를 더 높일 수 있다. 따라서, 금속판(2)과 수지 구조체(3)의 접합 면적에 비해 시트 부재(4)와 수지 구조체(3)의 접합 면적이 상대적으로 작아졌다고 해도, 문제는 발생하지 않는다.
또한, 자동차의 차체는 차체 외측으로 팽창되는 형상이나, 차체 내측으로 오목해지는 형상을 갖고 있는 점에서, 금속판(2)의 곡면부(1b)는 금속판(2)측으로 볼록면상 또는 오목면상의 어느 것이 된다.
이와 같은 곡면부(1b)에 대하여 수지 구조체(3)의 복수의 정상면(12)의 전부를 간극 없이 밀착시키기 위해서는, 곡면부(1b)가 볼록면인 경우에는 정상면(12)끼리의 간격을 서로 넓힐 필요가 있고, 곡면부가 오목면인 경우에는 정상면(12)끼리의 간격을 서로 좁힐 필요가 있다. 바꾸어 말하면, 수지 구조체(3)를 금속판(2)의 곡면부를 따르게 하여 접합하기 위해서는, 각 통체(11)의 높이 방향을 서로 다른 방향을 향하게 할 필요가 있다. 이와 같은 요구에 대하여 본 실시 형태의 자동차용 패널(1)은 각 통체(11) 사이에 기부(13)에 의한 간극을 가지므로, 기부(13) 및 시트 부재(4)를 변형시켜 각 통체(11)의 높이 방향을 서로 다른 방향을 향하게 할 수 있다. 이에 의해, 복수의 통체(11)의 정상면(12)의 전부를 금속판(2)의 곡면부(1b)에 간극 없이 접합 가능해진다.
또한, 금속판에 접합된 시트 부재(4)에 대하여, 접착제를 도포해도 된다. 이 경우, 시트 부재(4)의 주름을 고착할 수 있다. 즉, 주름이 접착제로 굳혀져, 주름이 펴지는 것이 억제된다.
상술한 바와 같이, 금속판(2), 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)를 적절하게 시공함으로써 얻어지는 자동차용 패널(1)은, 통체(11)의 중심축 M방향과, 통체(11)의 접합 위치에 있어서의 금속판(2)의 법선 방향 H의 상대 각도가, 5° 이내로 된다. 이에 의해, 평면부(1a)뿐만 아니라 곡면부(1b)에 있어서도 통체(11)의 입체 형상이 변형되지 않고, 자동차용 패널(1)의 수지 구조체와 시트 부재를 마련한 개소에 있어서 인장 강성이 높아진다.
또한, 수지 구조체(3)를 금속판(2)의 곡면부(1b)에 접합할 때에는, 상술한 바와 같이, 정상면(12) 및 통체(11)의 간격이 좁아지는 경우가 있으므로, 수지 구조체(3)의 정상면(12) 및 통체(11)의 간격은 금속판(2)의 곡면부(1b)의 형상에 맞추어 적절히 조정하면 된다.
종래의 패널재에는 2매의 금속판으로 수지 구조체를 끼우는 것이 있지만, 이와 같은 종래의 패널재를 굽힘 가공함으로써 곡면부를 마련하려고 하면, 금속판의 한쪽이 곡면부의 형상에 추종할 수 없어, 수지 구조체와 금속판 사이가 박리되어 간극이 생기고, 부분적으로 인장 강성이 저하될 우려가 있다. 또한, 구부린 개소에 있어서 수지 구조체에 마련한 통체 혹은 볼록부가 좌굴되고, 통체 혹은 볼록부의 중심축 방향과, 통체 혹은 볼록부의 접합 위치에 있어서의 금속판의 법선 방향의 상대 각도가, 5° 초과로 될 우려가 있다. 이에 비해 본 실시 형태의 자동차용 패널(1)은, 수지 구조체(3)를 끼우는 2매의 판 중 한쪽을, 상기 (1)식을 만족시키는 시트 부재(4)로 하므로, 자동차용 패널(1)의 전부 또는 일부에 곡면부(1b)를 마련했다고 해도, 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)의 접합면에 간극이 생기지 않고 접합할 수 있고, 또한 시트 부재(4)에 큰 주름이나 꺾임이 발생하는 경우도 없다. 또한 자동차용 패널(1)의 수지 구조체(3)와 시트 부재(4)를 마련한 개소에 있어서 통체(11)의 중심축 방향과 금속판(2)의 법선 방향 H의 상대 각도를 5° 이내로 할 수 있다. 따라서, 자동차용 패널(1) 전체의 인장 강성을 확실하게 높일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 자동차용 패널(1)에 있어서, 수지 구조체(3)의 복수로 있는 통체(11)의 정상면(12)은 금속판(2)의 곡면부(1b)의 형상을 따라 간극 없이 접합되고, 시트 부재(4)는 수지 구조체(3)의 기부(13)에 간극 없이 접합된다. 그 결과, 금속판(2)과 시트 부재(4)가 통체(11)의 중심축 방향의 길이만큼 이격되고, 이 사이에 통체(11)가 배치된다. 통체(11)는 금속판(2)과 시트 부재(4)에 의해 구속되어 변형되기 어려워지고, 단면 형상이 변형되기 어려워진다. 그 결과, 통체(11)는 중심축 방향의 변형이나 좌굴이 발생하기 어려워진다. 또한, 복수의 통체(11)의 상대 위치가 금속판(2)과 시트 부재(4)에 의해 구속됨으로써, 통체(11)의 중심축을 기울이는 방향의 변형도 하기 어려워진다. 이와 같은 구조를 가짐으로써, 자동차용 패널(1)의 인장 강성이 향상된다.
또한, 시트 부재(4)의 인장 탄성률과 판 두께가 상기 (1)식의 관계를 만족시키는 시트 부재(4)를 접합함으로써, 복잡한 형상을 가진 자동차용 패널(1)의 외관 품질을 손상시키는 일 없이, 확실하게 인장 강성을 향상시킬 수 있다.
또한, 시트 부재(4)를 수지 또는 종이로 구성함으로써, 시트 부재(4)를 금속제의 판으로 구성한 경우에 비해 자동차용 패널(1)의 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 수지 구조체(3)의 통체(11)의 중심축 방향의 길이(h), 정상면(12)의 원 상당 직경(r) 및 시트 부재(4)의 두께(t)의 관계가 (2)식 내지 (4)식을 만족시키도록 함으로써, 인장 강성이 우수한 자동차용 패널로 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 자동차용 패널(1)에 있어서는, 통체(11)의 정상면(12)을 중심축 M방향에서 본 형상이 원형이고, 또한 지그재그 배치되어 있으므로, 각 통체(11)의 축간의 거리가 동등해져, 이방성이 작고, 어떤 방향에 있어서도 높은 인장 강성을 발휘할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 자동차용 패널(1)에 있어서는, 통체(11)의 정상면을 중심축 M방향에서 본 형상이 육각형이고, 또한 정상면이 조밀상으로 배치되어 있으므로, 각 통체(11)의 축간의 거리가 동등해져, 어떤 방향에 있어서도 높은 인장 강성을 발휘할 수 있다. 또한, 통체(11)끼리 사이의 간극이 직선적으로 연속되는 경우가 없기 때문에, 외부로부터의 압박력에 의한 금속판(2)의 절곡을 방지할 수 있어, 높은 인장 강성을 발휘할 수 있다.
또한, 복수의 정상면(12)의 면적 총합이 기부(13)의 면적보다도 크게 되어 있으므로, 금속판(2)과 수지 구조체(3)의 접합 면적을 증가시킬 수 있고, 금속판(2)과 수지 구조체(3)를 더 견고하게 접합할 수 있고, 자동차용 패널의 인장 강성을 높일 수 있다. 한편, 시트 부재(4)와 수지 구조체(3)의 접합 면적이 상대적으로 작아지지만, 시트 부재(4)와 수지 구조체(3)는 자동차용 패널(1)의 제조 시에 최초로 접합되므로, 적합한 접합 방법을 자유롭게 선택할 수 있고, 접합 강도를 더 높일 수 있다. 이와 같은 점에서, 시트 부재(4)와 수지 구조체(3)의 접합 면적은 상대적으로 작아지는 것에 의한 문제는 발생하지 않는다.
또한, 금속판(2)의 수지 구조체와 시트 부재를 마련한 개소에 있어서, 통체(11)의 중심축 M방향과, 이 통체(11)의 접합 위치에 있어서의 금속판(2)의 법선 방향 H의 상대각이 5° 이내로 한 경우, 대부분의 통체(11)가 변형되지 않는 상태가 되기 때문에, 자동차용 패널(1)의 당해 개소에 있어서 인장 강성을 높일 수 있다.
또한, 통체(11)가 밀폐 공간으로 되면 기압이나 기온의 변화에 의해 통체(11)가 팽창 혹은 수축되기 때문에, 밀폐 공간에 인접하는 접착부가 손상될 우려가 있다. 이것을 피하기 위해, 시트 부재(4)에 있어서의, 수지 구조체(3)의 기부(13)에 접촉되어 있지 않은 개소에 작은 구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
구멍은 공기가 출입할 수 있는 사이즈이면 된다. 한편, 구멍의 사이즈가 크면 시트 부재(4)의 강도에 지장을 초래한다. 구멍의 개방 방법은, 미리 시트 부재(4)에 구멍을 개방하고 있어도 되고, 수지 구조체(3)와 시트 부재(4)를 접합한 후에 구멍을 개방해도 되고, 금속판(2)과 수지 구조체(3)를 접합한 후에 구멍을 개방해도 된다. 금속판(2)과 수지 구조체(3)를 접합한 후에 시트 부재(4)에 접착제를 도포하는 경우는, 접착제에 의해 구멍이 막히지 않도록, 접착제를 도포한 후에 구멍을 개방하는 것이 바람직하다.
또한, 구멍을 개방하는 대신에 시트 부재(4)를 통기성이 있는 재질로 해도 된다. 이에 의해, 자동차 뿐만 아니라, 항공기에도 적용할 수 있다.
이어서, 본 실시 형태의 자동차용 패널(1)의 제조 방법에서는, 먼저, 수지 구조체(3)와 시트 부재(4)를 접합하고, 이어서, 시트 부재(4)가 붙여진 수지 구조체(3)를 금속판(2)에 접합한다. 이와 같은 순서로 곡면부(1b)를 갖는 금속판(2)에 수지 구조체(3)와 시트 부재(4)를 접합함으로써, 시트 부재(4)에 큰 주름이나 꺾임을 발생시키지 않고 수지 구조체(3)에 접합시킬 수 있고, 또한 통체(11)는 그 높이 방향 양측에 금속판(2)과 시트 부재(4)가 접합됨으로써 구속되어 변형되기 어려워진다. 이에 의해, 인장 강성이 우수한 자동차용 패널(1)을 제조할 수 있다.
또한, 상기한 순서로 금속판(2), 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)를 접합함으로써, 시트 부재(4)를 수지 구조체(3)의 기부(13)에 밀착시키고 나서, 수지 구조체(3)에 있는 복수의 정상면(12)의 전부를 금속판(2)에 밀착시킬 수 있다. 이에 의해, 금속판(2)의 곡면부(1b)에 있어서, 금속판(2)과 정상면(12) 사이, 기부(13)와 시트 부재(4) 사이에 각각 간극이 생기는 경우가 없고, 금속판(2), 수지 구조체(3) 및 시트 부재(4)를 접합시킬 수 있고, 인장 강성이 더 우수한 자동차용 패널(1)을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 자동차용 패널(1)의 제조 방법에서는, 평탄한 대(21) 위에 시트 부재(4)를 깔고 나서, 수지 구조체(3)의 기부(13)를 시트 부재(4)에 접합함으로써, 수지 구조체(3)의 기부(13)를 시트 부재(4)에 간극 없이 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 관한 자동차용 패널의 제조 방법은, 수지 또는 종이로 이루어지는 시트 부재에, 중심축 방향의 길이가 동일한 복수의 통체, 상기 통체의 각각의 한쪽의 단부를 덮는 정상면, 및 상기 통체의 각각의 다른 쪽의 단부끼리를 연결하는 기부를 구비한 수지 구조체의 상기 기부의 전체면이 밀착하여 접합된 복합 구조체의 상기 정상면을 곡면부를 갖는 금속판에 대향하여 배치하는 공정과, 상기 복합 구조체를, 상기 금속판에, 상기 정상면의 전체면이 상기 금속판에 밀착하여 접합하는 접합 공정을 구비한다.
이 제조 방법에 의해서도, 상술한 제조 방법과 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 패널의 에지는 원래 인장 강성이 높기 때문에, 복합 구조체는 패널의 에지로부터 내측을 향해 50㎜ 이상 이격된 부위에 접합하는 것이 경량화의 관점에서 바람직하다.
(실험예 1)
이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
통체 및 정상면의 직경을 5㎜, 통체의 높이를 5㎜로 한 상술한 구조의 수지 구조체에, 두께 t가 0.1 내지 0.8㎜, 인장 탄성률 E가 200 내지 4000㎫인 시트 부재를, 접착제를 통해 부착했다. 또한, 금속판으로서 인장 강도 270㎫, 두께 0.4㎜인 강판을 준비하고, 이 강판을 프레스 성형하고, 일축 방향을 따라 본 때에 단면 형상이 원호상으로 되는 곡면부를 갖는 형상으로 성형했다. 그리고, 시트 부재와 함께 수지 구조체를 프레스 성형 후의 강판의 팽출측의 면과는 반대측의 면에 접착제를 통해 접합하고, 자동차용 패널을 제조했다. 얻어진 자동차용 패널에 대하여 인장 강성을 평가했다. 결과를 도 12에 도시한다. 도 12에는 시트 부재의 인장 탄성률 E와 판 두께 t의 관계식인 (1-1)식 및 (1-2)식을 나타내고 있다.
Figure pct00009
Figure pct00010
인장 강성의 평가는 다음과 같이 하여 행하였다. 각 시트 부재의 팽출측의 면에, 선단 형상이 곡률 반경 25㎜의 구상인 압자를 100N의 힘으로 가압한 때의, 시험편의 오목량을 평가했다.
또한, 금속판으로서 인장 강도 270㎫, 두께 0.7㎜의 강판을 준비하고, 이 강판을 각 시트 부재와 동일한 형상으로 성형하고, 각 시트 부재의 경우와 마찬가지로, 성형 후의 강판에 대하여 압자를 누른 때의 오목량을 측정했다. 이 성형 후의 강판의 오목량을 기준값으로 하고, 기준값과 동등하거나 그 이하의 오목량을 나타낸 시트 부재를 합격(Good)이라고 하고, 기준값을 초과하는 오목량을 나타낸 시트 부재를 불합격(NG(NoGood))이라고 했다.
불합격된 시트 부재에 대해서는, 압자를 누른 부분의 수지 구조체의 변형 상황을 조사했다.
또한, 상술한 평가 방법은 제1 방향과, 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 각각 만곡되어 이루어지는 자동차용 패널의 인장 강성의 우열을 고정밀도로 평가 가능한 방법이다.
도 12에 도시한 바와 같이, 4.0(N·㎜)<E×t3<200(N·㎜)을 만족시키는 범위이고, 자동차용 패널로서 충분한 인장 강성을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 한편, E×t3이 200(N·㎜) 이상으로 되면, 시트 부재가 단단해져, 곡면부를 갖는 금속판에 대하여 시트 부재와 함께 수지 구조체를 간극 없이 접합시키는 것이 곤란했다. 또한, E×t3이 4.0(N·㎜) 이하로 되면, 시트 부재에 의한 통체의 구속력이 부족하고, 자동차용 패널의 인장 강성이 부족했다.
(실험예 2)
이어서, 통체 및 정상면의 직경을 1.6 내지 10.8㎜, 통체의 높이를 1.6 내지 10.8㎜로 한 상술한 구조의 수지 구조체에, 두께 t가 0.2㎜, 인장 탄성률 E가 1000㎫인 시트 부재를, 접착제를 통해 부착했다. 또한, 금속판으로서 인장 강도 270㎫, 두께 0.4㎜의 강판을 준비하고, 이 강판을 프레스 성형하여 도 1에 도시한 바와 같은 곡면부를 갖는 형상으로 성형했다. 그리고, 시트 부재와 함께 수지 구조체를 프레스 성형 후의 강판에 접착제를 통해 접합하고, 자동차용 패널을 제조했다. 얻어진 자동차용 패널에 대하여 실험예 1과 마찬가지로 하여 인장 강성을 평가했다. 결과를 도 13에 도시한다. 도 13에는 수지 구조체의 통체의 정상면의 원 상당 직경 및 시트 부재의 판 두께의 비와, 수지 구조체의 통체의 높이 및 시트 부재의 판 두께의 비의 관계를 도시한다.
도 13에 도시한 바와 같이, 상기 (2)식, (3)식을 만족시키는 경우에, 원하는 성능이 얻어졌다.
한편, 통체의 높이 h가 5t 이하로 되면, 금속판과 시트 부재의 거리가 작아지고, 자동차용 패널의 단면 2차 모멘트가 작아져, 자동차용 패널의 인장 강성이 부족했다. 또한, 통체의 높이 h가 50t 이상으로 되면, 통체가 좌굴되기 쉬워져, 자동차용 패널의 인장 강성이 부족했다.
또한, 통체의 원 상당 직경 r이 5t 이하이면, 정상면과 금속판의 밀착력이 작아져, 자동차용 패널(1)의 인장 강성이 부족했다. 또한, 통체의 원 상당 직경 r이 50t 이상이면, 정상면의 강성이 부족하고, 자동차용 패널의 인장 강성이 부족했다.
또한, 통체의 높이 h와 원 상당 직경 r의 비 (h/r)이 0.2 이하이면, 자동차용 패널의 단면 2차 모멘트가 부족하거나, 혹은 금속판과 시트 부재를 구속하는 통체의 벽면이 세트로 되어, 자동차용 패널의 인장 강성이 부족했다. 또한, 비 (h/r)이 5 이상이면, 통체가 좌굴되기 쉬워져, 자동차용 패널(1)의 인장 강성이 부족했다.
본 발명에 따르면, 복잡한 형상을 갖고, 또한 인장 강성이 우수한 외장 패널을 제공할 수 있다.
1 : 자동차용 패널
1b : 곡면부
2 : 금속판
3 : 수지 구조체
4 : 시트 부재
11 : 통체
12 : 정상면
13 : 기부
H : 법선 방향
M : 중심축

Claims (16)

  1. 곡면부를 갖는 금속판과,
    중심축 방향의 길이가 동일한 복수의 통체, 상기 통체의 각각의 한쪽의 단부를 덮는 정상면, 및 상기 통체의 각각의 다른 쪽의 단부끼리를 연결하는 기부를 구비하고, 상기 정상면이 상기 금속판의 곡면부에 밀착하여 접합된 수지 구조체와,
    상기 수지 구조체의 상기 기부에 접합된 수지 또는 종이로 이루어지는 시트 부재를 구비하고,
    상기 시트 부재의 인장 탄성률 E(N/㎟)와 두께 t(㎜)의 관계가 하기 (1)식을 만족시키는, 외장 패널.
    Figure pct00011
  2. 제1항에 있어서, 상기 통체의 중심축 방향의 길이 h(㎜), 상기 정상면의 원 상당 직경 r(㎜) 및 상기 시트 부재의 두께 t(㎜)의 관계가, 하기 (2)식 내지 (4)식을 만족시키는, 외장 패널.
    Figure pct00012

    Figure pct00013

    Figure pct00014
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정상면은, 상기 통체의 상기 중심축 방향에서 본 형상이 원형이고, 또한 지그재그 배치되어 있는, 외장 패널.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정상면은, 상기 통체의 상기 중심축 방향에서 본 형상이 육각형이고, 또한 서로 일정한 간격을 둔 조밀상으로 배치되어 있는, 외장 패널.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 정상면의 면적의 총합은, 상기 기부의 면적보다도 큰, 외장 패널.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 곡면부는, 상기 금속판의 판면 상의 제1 방향을 따르는 단면과, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따르는 단면의 양쪽이 만곡된 부분인, 외장 패널.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속판의 수지 구조체와 시트 부재를 마련한 개소에 있어서, 상기 통체의 상기 중심축 방향과, 이 상기 통체의 접합 위치에 있어서의 상기 금속판의 법선 방향의 상대 각도가 5° 이내인, 외장 패널.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트 부재에 있어서의 상기 수지 구조체의 상기 기부에 접촉되어 있지 않은 개소에 구멍이 형성되어 있는, 외장 패널.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 외장 패널이 자동차용 패널인, 외장 패널.
  10. 수지 또는 종이로 이루어지는 시트 부재에, 중심축 방향의 길이가 동일한 복수의 통체, 상기 통체의 각각의 한쪽의 단부를 덮는 정상면, 및 상기 통체의 각각의 다른 쪽의 단부끼리를 연결하는 기부를 구비한 수지 구조체의 상기 기부의 전체면을 밀착시켜 접합하는 제1 접합 공정과,
    곡면부를 갖는 금속판에, 상기 시트 부재를 접합한 상기 수지 구조체의 상기 정상면의 전체면을 밀착시켜 접합하는 제2 접합 공정을 구비하는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 외장 패널의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 접합 공정에 있어서, 평면 위에 상기 시트 부재를 깔고 나서, 상기 시트 부재에 상기 수지 구조체의 기부를 접합하는, 외장 패널의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 금속판에 접합된 상기 시트 부재에 접착제를 도포하는, 외장 패널의 제조 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트 부재에 있어서의 상기 수지 구조체의 상기 기부에 접촉되어 있지 않은 개소에 구멍을 형성하는, 외장 패널의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 수지 또는 종이로 이루어지는 시트 부재에, 중심축 방향의 길이가 동일한 복수의 통체, 상기 통체의 각각의 한쪽의 단부를 덮는 정상면, 및 상기 통체의 각각의 다른 쪽의 단부끼리를 연결하는 기부를 구비한 수지 구조체의 상기 기부의 전체면이 밀착하여 접합된 복합 구조체의 상기 정상면을 곡면부를 갖는 금속판에 대향하여 배치하는 공정과,
    상기 복합 구조체를, 상기 금속판에, 상기 정상면의 전체면이 상기 금속판에 밀착하여 접합하는 접합 공정을 구비하는, 외장 패널의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 금속판에 접합된 상기 시트 부재에 접착제를 도포하는, 외장 패널의 제조 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 시트 부재에 있어서의 상기 수지 구조체의 상기 기부에 접촉되어 있지 않은 개소에 구멍을 형성하는, 외장 패널의 제조 방법.
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