KR20210113334A - 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 (1) 은, 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축 압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 것으로서, 천판부 (5a) 와 1 쌍의 세로벽부 (5b) 를 갖는 통상 부재 (3) 와, 통상 부재 (3) 의 내측에 천판부 (5a) 를 가로지르도록 배치 형성되어 양단부가 1 쌍의 세로벽부 (5b) 의 내면에 접합되고, 통상 부재 (3) 의 둘레의 벽부와의 사이에 폐단면 공간을 형성하는 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와, 그 폐단면 공간에 충전되어, 고무 변성 에폭시 수지와 경화제를 포함하여 이루어지는 수지 (11), 를 갖고, 수지 (11) 는, 인장 파단 신도가 80 ％ 이상, 통상 부재 (3) 및 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와의 접착 강도가 12 ㎫ 이상, 압축 공칭 변형 10 ％ 에 있어서의 압축 공칭 응력이 6 ㎫ 이상이다.

Description

자동차용 충돌 에너지 흡수 부품

본 발명은 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 (crashworthiness energy absorption parts for automotive) 에 관한 것으로, 특히, 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중 (crashworthiness load) 이 입력되었을 때에, 길이 방향으로 축 압괴 (axis crush deformation) 함으로써 충돌 에너지를 흡수하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품에 관한 것이다.

자동차의 충돌 에너지 흡수 성능을 향상시키는 기술로서, 자동차 부품의 형상·구조·재료 (materials) 등의 최적화 등 많은 기술이 존재한다. 또한, 최근에는, 폐단면 구조 (closed cross section structure) 를 갖는 자동차 부품의 내부에 수지 (regin) (발포 수지 (foamed regin) 등) 를 발포시켜 충전함으로써, 그 자동차 부품의 충돌 에너지 흡수 성능의 향상과 경량화를 양립시키는 기술이 많이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 사이드실 (side sill), 플로어 멤버 (floor member), 필러 (pillar) 등의 해트 단면 부품 (hat-shaped cross section part) 의 천판 (top portion) 방향을 가지런히 하여 플랜지 (flange) 를 겹쳐 내부에 폐쇄 공간을 형성한 구조의 자동차용 구조 부재에 있어서, 그 내부에 발포 충전재를 충전함으로써, 최소한의 중량 증가로 그 자동차용 구조 부재의 굽힘 강도 (bending strength), 비틀림 강성 (torsion stiffness) 을 향상시키고, 차체 (automotive body) 의 강성 (stiffness) 및 충돌 안전성 (collision safety) 을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 해트 단면 부품을 대향시켜 플랜지부를 맞춘 필러 등의 폐단면 구조의 내부 공간 내에 고강성 발포체를 충전할 때에, 그 고강성 발포체의 충전 및 발포에 의한 압축 반력 (compressive counterforce) 에 의해 발포체를 고정시키고, 진동음 (vibration sound) 의 전달을 억제하는 방진성 (vibration isolating performance) 의 향상을 도모함과 함께, 강도 (strength), 강성, 충돌 에너지 흡수성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2006-240134호 일본 공개특허공보 2000-318075호

특허문헌 1 및 특허문헌 2 에 개시되어 있는 기술에 의하면, 자동차 부품의 내부에 발포 충전재 또는 발포체를 충전함으로써, 그 자동차 부품의 굽힘 변형 (bending deformation) 에 대한 강도나 충돌에 의한 굽힘 변형의 충돌 에너지 흡수성, 나아가서는 비틀림 변형 (torsional deformation) 에 대한 강성을 향상할 수 있어, 당해 자동차 부품의 변형을 억제하는 것이 가능한 것으로 되어 있다. 그러나, 본 발명의 목적으로 하는 프론트 사이드 멤버 (front side member) 나 크래쉬 박스 (crash box) 와 같이, 자동차의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되어 축 압괴할 때에, 주름상자 형상 (bellows) 으로 좌굴 변형 (buckling deformation) 하여 충돌 에너지를 흡수하는 자동차 부품에 대해서는, 그 자동차 부품의 내부에 발포 충전재나 발포체를 충전하는 기술을 적용하였다고 해도, 충돌 에너지의 흡수성을 향상시키는 것이 곤란하다는 과제가 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 프론트 사이드 멤버나 크래쉬 박스와 같은 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되어 주름상자 형상으로 축 압괴할 때에, 충돌 에너지의 흡수 효과를 향상할 수 있는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 양태에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품은, 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 그 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축 압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 것으로서, 인장 강도 (tensile strength) 가 590 ㎫ 급 (㎫ - class) 이상 1180 ㎫ 급 이하의 강판 (steel sheet) 으로 형성되어 이루어지고, 천판부와 이것에 이어지는 1 쌍의 세로벽부 (side wall portion) 를 갖는 통상 부재 (tubular member) 와, 그 통상 부재보다 인장 강도가 낮은 강판으로 형성되어 이루어지고, 상기 통상 부재의 내측에 상기 천판부를 가로지르도록 배치 형성되어 양단부가 상기 1 쌍의 세로벽부의 내면에 접합되고, 그 통상 부재의 둘레벽부 (peripheral wall portion) 의 일부와의 사이에 폐단면 공간을 형성하는 폐단면 공간 형성 벽부재와, 상기 폐단면 공간에 충전된 수지, 를 갖고, 그 수지는, 고무 변성 에폭시 수지 (rubber-modified epoxy resin) 와 경화제 (curing agent) 를 포함해서 이루어지고, 인장 파단 신도 (tensile elongation at break) 가 80 ％ 이상, 상기 통상 부재 및 상기 폐단면 공간 형성 벽부재와의 접착 강도 (adhesive strength) 가 12 ㎫ 이상, 압축 공칭 변형 (compression nominal strain) 10 ％ 에 있어서의 압축 공칭 응력 (compression nominal stress) 이 6 ㎫ 이상이다.

본 발명의 제 2 양태에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품은, 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 그 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축 압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 것으로서, 인장 강도가 590 ㎫ 급 이상 1180 ㎫ 급 이하의 강판으로 형성되어 이루어지고, 천판부와 이것에 이어지는 1 쌍의 세로벽부를 갖는 통상 부재와, 그 통상 부재보다 인장 강도가 낮은 강판으로 형성되어 이루어지고, 상기 통상 부재의 내측에 상기 천판부를 가로지르도록 배치 형성되어 양단부가 상기 1 쌍의 세로벽부의 내면에 접합되고, 그 통상 부재의 둘레벽부의 일부와의 사이에 폐단면 공간을 형성하는 폐단면 공간 형성 벽부재와, 상기 폐단면 공간에 충전된 수지, 를 갖고, 그 수지는, 고무 변성 에폭시 수지를 포함해서 이루어지고, 인장 파단 신도가 80 ％ 이상, 상기 통상 부재 및 상기 폐단면 공간 형성 벽부재와의 접착 강도가 12 ㎫ 이상, 압축 공칭 변형 10 ％ 에 있어서의 압축 공칭 응력이 6 ㎫ 이상이다.

본 발명에 의하면, 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되어 축 압괴하는 과정에 있어서, 통상 부재의 변형 저항 (deformation resistance) 을 저하시키는 일 없이 주름상자 형상으로 반복해서 좌굴 변형을 발생시킬 수 있어, 충돌 에너지의 흡수 효과를 향상시킬 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 구성을 설명하는 설명도이다.
도 2 는, 본 실시형태에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 단면도이다.
도 3 은, 실시예에 있어서의 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 축 압괴 시험 방법을 설명하는 도면이다.
도 4 는, 실시예에 있어서, 축 압괴 시험에 사용한 시험체 (test specimen) 의 구조를 나타내는 도면이다 (발명예).
도 5 는, 실시예에 있어서, 접착 강도의 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 6 은, 실시예에 있어서, 축 압괴 시험에 사용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다 (비교예).
도 7 은, 실시예에 있어서, 비교예에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 시험체로 하여 축 압괴 시험을 실시했을 때의, 충돌 하중과 축 압괴 변형량 (deformation volume) (스트로크) 의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 실시예에 있어서, 발명예에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 시험체로 하여 축 압괴 시험을 실시했을 때의, 충돌 하중과 축 압괴 변형량 (스트로크) 의 측정 결과를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시형태에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품에 대해서, 도 1 및 도 2 에 기초하여 이하에 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능, 구성을 갖는 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.

본 실시형태에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 (1) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 아우터 부품 (outer parts) (5) 과 이너 부품 (inner parts) (7) 으로 이루어지는 통상 부재 (3) 를 갖고, 차체의 전부 또는 후부에 형성되어 그 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 충돌 에너지를 흡수하는 것으로서, 통상 부재 (3) 의 둘레벽부의 일부인 아우터 부품 (5) 과의 사이에 폐단면 공간을 형성하는 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와, 그 폐단면 공간의 단면을 충만하는 수지 (11) 를 구비한 것이다.

＜통상 부재＞

통상 부재 (3) 는, 축 압괴하여 충돌 에너지를 흡수하고, 천판부 (5a) 와 이것에 이어지는 1 쌍의 세로벽부 (5b) 를 갖는 것이며, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 천판부 (5a) 와 세로벽부 (5b) 와 플랜지부 (5c) 로 이루어지는 해트 단면 형상의 아우터 부품 (5) 의 플랜지부 (5c) 와, 평판상의 이너 부품 (7) 의 양측 단부 (端部) 가 접합하여 통상으로 형성된 것이다.

그리고, 통상 부재 (3) 를 구성하는 아우터 부품 (5) 과 이너 부품 (7) 은, 모두, 인장 강도가 590 ㎫ 급 이상 1180 ㎫ 급 이하의 강판으로 이루어지는 것이다. 여기서, 강판의 종류로는, 냉연 강판 (cold rolled steel sheet), 열연 강판 (hot rolled steel sheet), 아연계 도금 강판 (zinc-based coating steel sheet), 아연 합금계 도금 강판 (zinc alloy coating steel sheet), 알루미늄 합금계 도금 강판 (alluminum alloy coating steel sheet) 등을 예시할 수 있다.

또한, 통상 부재 (3) 는, 차체 전부의 좌우 위치에 있어서 차체 전후 방향으로 연장되어 차체 골격 (automotive frame member) 의 일부를 구성하는 프론트 사이드 멤버나, 그 차체 골격의 전단 또는 후단에 형성되는 크래쉬 박스와 같은 폐단면 구조를 갖는 자동차 부품에 이용되며, 그 자동차 부품은, 통상 부재 (3) 의 축방향 (길이 방향) 이 차체의 전후 방향과 일치하도록 그 차체에 배치 형성된다.

＜폐단면 공간 형성 벽부재＞

폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 는, 통상 부재 (3) 보다 인장 강도가 낮은 강판으로 형성되어 이루어지고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 통상 부재 (3) 의 내측인 아우터 부품 (5) 과 이너 부품 (7) 의 사이에 천판부 (5a) 를 가로지르도록 배치 형성된 대략 コ 자 단면 형상 (U-shaped cross section) 의 부재이며, 그 양단부가 아우터 부품 (5) 의 한 쌍의 세로벽부 (5b) 에 접합되고, 통상 부재 (3) 의 둘레벽부의 일부인 아우터 부품 (5) 의 천판부 (5a) 및 세로벽부 (5b) 와의 사이에 폐단면 공간을 형성하는 것이다.

폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 의 양단부와 세로벽부 (5b) 는, 예를 들어 스폿 용접 (spot welding) 등에 의해 접합 (join) 되어 있다. 또한, 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와 아우터 부품 (5) 의 사이에 형성되는 폐단면 공간이란, 도 1 에 나타내는 통상 부재 (3) 의 축방향으로 교차하는 방향의 단면 형상이 폐단면이고, 그 폐단면이 통상 부재 (3) 의 축방향을 따라 연속해서 형성된 공간을 말한다.

＜수지＞

수지 (11) 는, 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와 아우터 부품 (5) 의 사이에 형성된 폐단면 공간에 충전된 것이다.

수지 (11) 는, 고무 변성 에폭시 수지와 경화제 (curing agent) 를 포함하여 이루어지는 것이며, 소정의 온도 및 시간으로 가열 처리 (heat treatment) 를 실시함으로써 수지 (11) 자체의 접착능 (adhesive capacity) 에 의해 아우터 부품 (5) 과 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 에 접착시킬 수 있다. 또한, 수지 (11) 는, 인장 파단 신도가 80 ％ 이상, 통상 부재 (3) 및 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와의 접착 강도가 12 ㎫ 이상, 압축 공칭 변형 10 ％ 에 있어서의 압축 공칭 응력이 6 ㎫ 이상의 물성 (property) 을 갖는 것이다. 이들 각 물성은 모두, 수지 (11) 를 가열 처리한 후의 값이다.

인장 파단 신도, 접착 강도 및 압축 공칭 응력은, 각각 이하의 방법에 의해 구한 값으로 하면 된다.

≪인장 파단 신도≫

소정의 간극으로 조정한 2 매의 강판 사이에 미경화 수지를 넣고, 소정의 조건으로 가열 경화시키고, 강판을 떼어내어 평판상 수지를 제조하고, 그 평판상 수지를 소정의 형상으로 가공하여 시험편을 제조한다. 이어서, 소정의 인장 속도로 수지가 파단할 때까지 인장 시험을 실시하고, 수지 파단 시의 표선간 신장량을 측정한다. 그리고, 그 측정한 수지 파단 시의 표선간 신장량을 초기의 표선간 거리로 나누어 백분율 표시한 값을 인장 파단 신도로 한다.

≪접착 강도≫

소정의 간극으로 조정한 2 매의 강판 사이에 미경화 수지를 넣고, 소정의 조건으로 가열 경화시켜, 시험편을 제조한다. 이어서, 그 시험편을 소정의 인장 속도로 인장 시험을 실시하고, 강판과 수지가 파단했을 때의 하중 (load) 을 측정한다. 그리고, 그 측정한 파단 시의 하중을 강판과 수지의 접착 면적으로 나눈 값 (= 전단 접착 강도 (shearing adhesive strength)) 을 접착 강도 (adhesive strength) 로 한다.

≪압축 공칭 응력≫

소정의 간극으로 조정한 2 매의 강판 사이에 미경화 수지를 넣고, 소정의 조건으로 가열 경화시켜, 강판을 떼어내어 평판상 수지를 제조한다. 이어서, 그 평판상 수지를 원기둥 형상으로 잘라내어 시험편을 제조한다. 그리고, 당해 시험편에 있어서의 원형상 면을 압축면으로 하고, 소정의 시험 속도로 공칭 변형 10 ％ 까지 압축했을 때의 하중에 대해, 초기의 시험편의 단면적으로 나눈 값을 압축 공칭 응력으로 한다.

본 실시형태에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 (1) 에 있어서, 수지 (11) 의 종류 및 물성을 상기와 같이 규정하는 이유는 하기와 같다. 먼저, 수지 (11) 가 고무 변성 에폭시 수지 및 경화제를 포함하여 이루어짐으로써, 통상 부재 (3) 에 충돌 하중이 입력되어 주름상자 형상으로 축 압괴 변형할 때에, 가열 처리에 의해 수지 (11) 를 가열 경화시켜, 12 ㎫ 이상의 접착 강도로 통상 부재 (3) 및 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와 접착함으로써, 통상 부재 (3) 의 변형에 추종하여 수지 (11) 가 변형할 수 있다.

인장 파단 신도가 80 ％ 이상임으로써, 통상 부재 (3) 의 축 압괴 변형에 추종하여 수지 (11) 가 변형할 때에 수지 (11) 자체가 파단하지 않도록 할 수 있다.

접착 강도가 12 ㎫ 이상임으로써, 통상 부재 (3) 의 축 압괴 과정에 있어서 수지 (11) 가 통상 부재 (3) 나 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 로부터 괴리하여 좌굴 내력 (buckling resistance) 이나 변형 저항이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

압축 공칭 변형 10 ％ 에 있어서의 압축 공칭 응력이 6 ㎫ 이상임으로써, 축 압괴 과정에 있어서, 통상 부재 (3) 가 주름상자 형상으로 변형해도, 수지 (11) 자체가 찌그러져 파괴되지 않을 정도로 충분한 내력 (yield strength) 을 가질 수 있다.

그리고, 수지 (11) 의 인장 파단 신도, 접착 강도 및 압축 공칭 응력이 상기 범위가 되도록, 고무 변성 에폭시 수지 및 경화제의 종류나 조성 (composition), 나아가서는, 가열 처리의 온도나 시간을 적절히 조정하면 된다.

또한, 경화제로는, 폴리아민계 (polyamine) (지방족 폴리아민 (aliphatic polyamine), 방향족 아민 (aromatic amine), 방향족 폴리아민 (aromatic polyamine), 폴리아미드아민 (polyamidoamine)), 산 무수물계 (acid anhydride curing agent), 페놀계 (phenol-based curing agent), 티올계 (thiol-based curing agent) 나 잠재성 경화제 (latent curing agent) 인 디시안디아미드 (dicyandiamide), 이미다졸 화합물 (imidazole compound), 케티민 화합물 (ketimine compound), 유기산 하이드라지드 (organic acid hydrazide) 등, 사용 환경·반응 온도 등에 따라 최적으로 선정되는 경화제가 좋다.

이상, 본 실시형태에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 (1) 은, 통상 부재 (3) 에 충돌 하중이 입력되어 축 압괴하는 과정에 있어서, 수지 (11) 는 통상 부재 (3) 및 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 로부터 괴리하는 일 없이 좌굴 저항을 향상시키고, 또한, 통상 부재 (3) 의 변형 저항을 저하시키는 일 없이 통상 부재 (3) 에 주름상자 형상으로 반복 좌굴을 발생시킬 수 있어, 충돌 에너지의 흡수성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기의 설명에 있어서, 수지 (11) 는, 가열 처리한 후에 고무 변성 에폭시 수지와 경화제를 포함하여 이루어지는 것이었다. 무엇보다, 폐단면 공간 (closed cross section space) 형성 벽부재 (wall part) (9) 와 아우터 부품 (5) 의 사이에 형성된 폐단면 공간에 충전하는 경화제의 양에 따라서는, 소정의 온도 및 시간으로 가열 처리한 후의 수지 (11) 에 경화제가 잔류하지 않거나 또는 검출되지 않는 경우가 있다.

그 때문에, 본 발명의 실시형태에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 (1) 의 다른 양태로서, 가열 처리한 후의 수지 (11) 가 경화제를 포함하지 않거나 또는 검출되지 않는 것으로, 소정의 온도 및 시간으로 가열 처리를 실시함으로써 수지 (11) 자체의 접착능에 의해 아우터 부품 (5) 과 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 에 접착시킨 것이어도 된다.

가열 처리한 후의 수지 (11) 가 경화제를 포함하지 않거나 또는 검출되지 않는 것인 경우에 있어서도, 그 물성은, 인장 파단 신도가 80 ％ 이상, 통상 부재 (3) 및 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와의 접착 강도가 12 ㎫ 이상, 압축 공칭 변형 10 ％ 에 있어서의 압축 공칭 응력이 6 ㎫ 이상을 갖는 것으로 한다. 그리고, 수지 (11) 의 인장 파단 신도, 접착 강도 및 압축 공칭 응력이 상기 범위가 되도록, 가열 처리 전에 폐단면 공간에 충전하는 고무 변성 에폭시 수지 및 경화제의 종류나 조성, 나아가서는, 가열 처리의 온도나 시간을 적절히 조정하면 된다.

고무 변성 에폭시 수지를 포함하고, 또한 경화제를 포함하지 않거나 또는 검출되지 않는 수지 (11) 가 상기 물성의 범위 내에 있으면, 통상 부재 (3) 에 충돌 하중이 입력되어 축 압괴하는 과정에 있어서, 수지 (11) 는 통상 부재 (3) 및 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 로부터 괴리하는 일 없이 좌굴 저항을 향상시키고, 또한, 통상 부재 (3) 의 변형 저항을 저하시키는 일 없이 통상 부재 (3) 에 주름상자 형상으로 반복 좌굴을 발생시킬 수 있어, 충돌 에너지의 흡수성을 향상시킬 수 있다.

실시예

본 발명에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 효과를 확인하기 위한 실험을 실시했으므로, 그 결과에 대해서 이하에 설명한다.

실험은, 본 발명에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 시험체로 하여 축 압괴 시험을 실시하는 것이며, 축 압괴 시험은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 시험체 (31) 의 축방향으로 시험 속도 17.8 m/s 로 하중을 입력하여 시험체 길이 (시험체 (31) 의 축방향 길이 L₀) 를 200 ㎜ 부터 120 ㎜ 까지 80 ㎜ 축 압괴 변형시켰을 때의 하중과 축 압괴 변형량 (스트로크) 의 관계를 나타내는 하중-스트로크 곡선의 측정 및 고속도 카메라에 의한 변형 상태의 촬영을 실시하였다. 또한, 측정한 하중-스트로크 곡선으로부터, 스트로크가 0 ∼ 80 ㎜ 까지의 흡수 에너지를 구하였다.

도 4 에, 발명예로 한 시험체 (31) 의 구조 및 형상을 나타낸다. 발명예는, 전술한 본 발명의 실시형태에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 (1) (도 1 및 도 2) 을 시험체 (31) 로 하고, 축 압괴 시험을 실시한 것이다. 시험체 (31) 는, 아우터 부품 (5) 과 이너 부품 (7) 이 스폿 용접에 의해 접합된 통상 부재 (3) 를 갖고, 아우터 부품 (5) 과 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 의 사이에 폐단면 공간이 형성되고, 그 폐단면 공간의 전체 영역에 수지 (11) 가 충전되어 있다. 그리고, 아우터 부품 (5) 과 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 의 사이의 간극 높이를 1 ㎜, 3 ㎜, 8 ㎜ (도 4(a) ∼ (c)) 로 하였다.

아우터 부품 (5) 에는, 인장 강도 590 ㎫ 급 ∼ 1180 ㎫ 급, 판두께 1.2 ㎜ 또는 1.4 ㎜ 의 강판을 사용하고, 이너 부품 (7) 에는, 인장 강도 590 ㎫ 급, 판두께 1.2 ㎜ 의 강판을 사용하였다. 또, 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 에는, 인장 강도 270 ㎫ 급, 판두께 0.5 ㎜ 의 강판을 사용하였다.

수지 (11) 는, 고무 변성 에폭시 수지 및 경화제를 소정의 가열 온도 및 가열 시간으로 가열 처리한 것이며, 가열 처리한 후의 수지 (11) 의 인장 파단 신도, 접착 강도 및 압축 공칭 응력의 각각의 값을 본 발명의 범위 내로 하였다. 여기서, 인장 파단 신도, 접착 강도 및 압축 공칭 응력은, 각각 하기의 시험 방법을 별도 실시함으로써 구하였다.

＜인장 파단 신도＞

2 매의 강판의 간극을 2 ㎜ 로 조정하고, 그 사이에 미경화 수지를 넣고, 180 ℃ × 20 분 유지의 조건으로 가열 경화시키고, 강판을 떼어내어 두께 2 ㎜ 의 평판상 수지를 제조하였다. 계속해서, 당해 평판상 수지를 덤벨 형상 (dumbbell shape) (JIS6 호 덤벨) 으로 가공하여 시험편을 제조하고, 인장 속도 (tensile speed) 2 ㎜/min 으로 수지가 파단할 때까지 인장 시험 (tensile test) 을 실시하고, 수지 파단 시의 표선간 신장량 (elongation between marked lines) 을 측정하였다. 그리고, 그 측정한 수지 파단 시의 표선간 신장량을 초기의 표선간 거리 (= 20 ㎜) 로 나눈 값을 백분율 표시하고, 인장 파단 신도로 하였다.

＜전단 접착 강도＞

도 5 에 나타내는 바와 같이, 피착체 (23) 및 피착체 (25) 는, 폭 25 ㎜, 두께 1.6 ㎜, 길이 100 ㎜ 의 강판 (SPCC) 으로 하고, 접착부 (adhesive portion) (폭 25 ㎜, 길이 10 ㎜) 에 미경화 수지 (27) 를 설치하고, 두께 0.15 ㎜ 로 조정한 상태에서, 180 ℃ × 20 분 유지의 조건으로 가열 경화한 것을 시험편 (21) 으로 하였다. 이어서, 시험편 (21) 을 인장 속도 5 ㎜/min 으로 피착체 (adherend) (23) 또는 피착체 (25) 와 수지 (27) 가 파단할 때까지의 인장 시험을 실시하고, 파단 시의 하중을 측정하였다. 그리고, 파단 시의 하중을 접착부의 면적 (접착 면적 : 폭 25 ㎜ × 길이 10 ㎜) 으로 나눈 값을 전단 접착 강도로 하였다.

＜압축 공칭 응력＞

2 매의 강판의 간극을 3 ㎜ 로 조정하고, 그 사이에 미경화 수지를 넣고, 180 ℃ × 20 분 유지의 조건으로 가열 경화시키고, 강판을 떼어내어 두께 3 ㎜ 의 평판상 수지 시험편을 제조하였다. 이어서, 그 평판상 수지 시험편으로부터 직경 20 ㎜ 의 원기둥 형상으로 잘라낸 것을 시험편으로 하였다. 그리고, 당해 시험편에 있어서의 직경 20 ㎜ 의 원형상 면을 압축면으로 하고, 시험 속도 2 ㎜/min 으로 공칭 변형 10 ％ 까지 압축했을 때의 하중에 대해, 초기의 시험편의 단면적으로 나눈 값을 압축 공칭 응력으로 하였다.

본 실시예에서는, 비교 대상으로서, 발명예의 통상 부재 (3) 및 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와 동일 형상으로서 수지가 충전되어 있지 않은 시험체 (33) (도 6) 를 사용한 경우와, 발명예와 동일 형상의 시험체 (31) 에 있어서 수지 (11) 의 물성이 본 발명의 범위 외인 경우를 비교예로 하고, 발명예와 마찬가지로 축 압괴 시험을 실시하였다. 표 1 에, 발명예 및 비교예로 한 시험체의 구조, 수지의 종류, 인장 파단 신도, 접착 강도, 압축 공칭 변형 10 ％ 에 있어서의 압축 공칭 응력의 각 조건을 나타낸다.

표 1 에 있어서, 발명예 1 ∼ 발명예 7 은, 통상 부재 (3) 를 구성하는 아우터 부품 (5) 과 이너 부품 (7) 에 사용한 강판의 인장 강도 (590 ㎫ 급 이상 1180 ㎫ 급 이하), 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 에 사용한 강판의 인장 강도 (270 ㎫ 급), 수지 (11) 의 종류, 인장 파단 신도, 접착 강도, 압축 공칭 응력 모두가, 전술한 실시형태에서 나타낸 본 발명의 범위 내로 한 것이다.

그리고, 발명예 1 ∼ 발명예 4 는, 소정의 가열 온도 및 가열 시간으로 가열 처리한 후에, 수지 (11) 에 경화제가 잔류한 것이다. 또, 발명예 5 ∼ 발명예 7 은, 발명예 1 ∼ 4 에 비해 경화제의 양이 적고, 소정의 가열 온도 및 가열 시간으로 가열 처리한 후, 수지 (11) 에 경화제가 잔류하지 않았거나 또는 검출되지 않았던 것이다.

이들에 비해, 비교예 1 ∼ 비교예 4 는, 수지가 충전되어 있지 않은 시험체 (33) 를 사용한 것, 비교예 5 ∼ 비교예 7 은, 수지 (11) 의 종류를 에폭시 또는 우레탄으로 하고, 인장 파단 신도, 접착 강도, 압축 공칭 응력 중 적어도 어느 하나가 본 발명의 범위 외인 시험체 (31) 를 사용한 것이다.

도 7 및 도 8 에, 각각 비교예 1 에 관련된 시험체 (33) 및 발명예 1 에 관련된 시험체 (31) 를 사용하여 축 압괴 시험을 실시했을 때의 하중-스트로크 곡선 (load-stroke curve) 의 측정 결과를 나타낸다. 도 7 및 도 8 은, 가로축을 충돌 개시부터 시험체의 축방향에 있어서의 변형량을 나타내는 스트로크 (㎜) 로 하고, 세로축을 시험체에 입력한 하중 (kN) 으로 한 하중-스트로크 곡선이다. 그래프 중에 나타내는 흡수 에너지는, 스트로크가 0 ∼ 80 ㎜ 에 있어서의 충돌 에너지의 흡수량이다.

도 7 에 나타내는 비교예 1 은, 수지가 충전되어 있지 않은 시험체 (33) (도 6) 의 결과이며, 시험체 (33) 에 입력하는 하중은, 입력 개시 직후에 최대값 (약 300 kN) 을 나타내고, 그 후, 통상 부재 (3) 의 둘레벽부의 좌굴과 함께 하중의 값은 변동하였다. 그리고, 스트로크가 80 ㎜ 에 이른 시험 종료 시에 있어서의 흡수 에너지는 6.5 kJ 였다.

도 8 에 나타내는 발명예 1 은, 아우터 부품 (5) 및 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와의 사이에 형성된 폐단면 공간에 수지 (11) 가 충전되고, 인장 파단 신도 (= 80 ％), 접착 강도 (= 12 ㎫) 및 압축 공칭 변형 10 ％ 에 있어서의 압축 공칭 응력 (= 6 ㎫) 모두가 본 발명의 범위 내인 시험체 (31) 의 결과이다. 도 8 에 나타내는 하중-스트로크 곡선으로부터, 하중 입력 개시 직후의 최대 하중은 약 400 kN 이며, 전술한 비교예 1 에 비해 대폭 향상하였다. 또한, 스트로크가 10 ㎜ 이후에 있어서의 변형 하중은, 비교예 1 에 비하면 안정적으로 높은 값으로 추이하였다. 그리고, 스트로크가 0 ∼ 80 ㎜ 에 있어서의 흡수 에너지에 대해서도, 비교예 1 에 비해 대폭 향상되어 13.1 kJ 가 되었다.

이와 같이, 발명예 1 에 있어서는, 아우터 부품 (5) 및 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 와의 사이에 수지 (11) 를 충전하고, 그 인장 파단 신도, 접착 강도 및 압축 공칭 응력을 본 발명의 범위 내로 함으로써, 축 압괴 과정에 있어서 좌굴 내력 (buckling strength) 이 증가함과 함께 수지 (11) 가 박리되지 않고 변형 저항이 상승하고, 주름상자 형상의 압축 변형 (compression deformation) 이 생겨 충돌 에너지의 흡수성이 향상된 것을 알 수 있다.

다음으로, 축 압괴 시험에 사용하는 시험체의 구조, 수지의 종류 및 접착 강도를 변경하여 축 압괴 시험을 실시하고, 스트로크가 0 ∼ 80 ㎜ 에 있어서의 흡수 에너지의 측정 결과와 시험체 중량을 전술한 표 1 에 나타낸다.

표 1 중의 시험체 중량은, 수지 (11) 가 충전된 시험체 (31) 에 있어서는 아우터 부품 (5), 이너 부품 (7), 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 및 수지 (11) 의 각 중량의 총합이다. 한편, 수지가 충전되어 있지 않은 시험체 (33) 에 있어서는, 아우터 부품 (5), 이너 부품 (7) 및 폐단면 공간 형성 벽부재 (9) 의 각 중량의 총합이다.

전술한 도 8 에 나타낸 바와 같이, 발명예 1 에 있어서의 흡수 에너지는 13.1 kJ 이며, 비교예 1 에 있어서의 흡수 에너지 6.5 kJ 에 비해 대폭 향상하였다. 또, 비교예 1 보다 인장 강도가 높은 강판 (1180 ㎫ 급) 을 아우터 부품 (5) 에 사용한 비교예 4 에 있어서의 흡수 에너지 (= 8.5 kJ) 와 비교해도, 발명예 1 에 있어서는 흡수 에너지가 대폭 향상하였다.

발명예 1 에 있어서의 시험체 중량은 1.28 ㎏ 이며, 수지를 충전하고 있지 않은 비교예 1 에 있어서의 시험체 중량 (= 1.06 ㎏) 보다 증가하였다. 그러나, 발명예 1 에 있어서는, 흡수 에너지를 시험체 중량으로 나눈 단위중량당 흡수 에너지는 10.2 kJ/㎏ 이며, 비교예 1 (= 6.1 kJ/㎏) 보다 향상하였다.

발명예 2 는, 수지 (11) 의 두께가 발명예 1 보다 작은 1 ㎜ 로 한 시험체 (31) (도 4(c)) 를 사용한 것이다. 발명예 2 에 있어서의 흡수 에너지는 9.8 kJ 이며, 비교예 1 (= 6.5 kJ) 에 비해 대폭 향상하였다. 또, 발명예 2 에 있어서의 시험체 중량은 1.12 ㎏ 이며, 발명예 1 보다 경량이었다. 그리고, 발명예 2 에 있어서의 단위중량당 흡수 에너지는 8.5 kJ/㎏ 이며, 비교예 1 (= 6.1 kJ/㎏) 보다 향상하였다.

발명예 3 은, 아우터 부품 (5) 에 사용한 강판의 인장 강도 1180 ㎫ 급, 수지 (11) 의 두께 1 ㎜ 로 한 시험체 (31) (도 4(c)) 를 사용한 것이다. 발명예 3 에 있어서의 흡수 에너지는 12.6 kJ 이며, 비교예 4 (= 8.5 kJ) 에 비해 대폭 향상하였다. 또, 발명예 3 에 있어서의 시험체 중량은 1.13 ㎏ 이며, 발명예 1 보다 경량이었다. 게다가, 발명예 3 에 있어서의 단위중량당 흡수 에너지는 11.2 kJ/㎏ 이며, 비교예 4 (= 7.9 kJ/㎏) 보다 향상하였다.

발명예 4 는, 아우터 부품 (5) 에 사용한 강판의 인장 강도 590 ㎫ 급, 수지 (11) 의 두께 3 ㎜ 로 한 시험체 (31) (도 4(b)) 를 사용한 것이다. 발명예 4 에 있어서의 흡수 에너지는 10.1 kJ 이며, 비교예 1 (= 6.5 kJ) 에 비해서도 대폭 향상하였다. 또, 발명예 4 에 있어서의 시험체 중량은 1.19 ㎏ 이며, 발명예 1 보다 경량이 되었다. 그리고, 발명예 4 에 있어서의 단위중량당 흡수 에너지는 8.5 kJ/㎏ 이며, 비교예 1 (= 6.1 kJ/㎏) 보다 향상하였다.

발명예 5 는, 아우터 부품 (5) 에 사용한 강판의 인장 강도 590 ㎫ 급, 수지 (11) 의 두께 8 ㎜ 로 한 시험체 (31) (도 4(a)) 를 사용한 것이다. 발명예 5 에 있어서의 흡수 에너지는 13.1 kJ 이며, 비교예 1 에 있어서의 흡수 에너지 6.5 kJ 에 비해 대폭 향상하였다. 또, 비교예 1 보다 인장 강도가 높은 강판 (1180 ㎫ 급) 을 아우터 부품 (5) 에 사용한 비교예 4 에 있어서의 흡수 에너지 (= 8.5 kJ) 와 비교해도, 발명예 5 에 있어서는 흡수 에너지가 대폭 향상하였다.

발명예 6 은, 아우터 부품 (5) 에 사용한 강판의 인장 강도 1180 ㎫ 급, 수지 (11) 의 두께 1 ㎜ 로 한 시험체 (31) (도 4(c)) 를 사용한 것이다. 발명예 6 에 있어서의 흡수 에너지는 12.6 kJ 이며, 비교예 4 (= 8.5 kJ) 에 비해 대폭 향상하였다. 또, 발명예 6 에 있어서의 시험체 중량은 1.12 ㎏ 이며, 발명예 1 보다 경량이었다. 게다가, 발명예 6 에 있어서의 단위중량당 흡수 에너지는 11.2 kJ/㎏ 이며, 비교예 4 (= 7.9 kJ/㎏) 보다 향상하였다.

발명예 7 은, 아우터 부품 (5) 에 사용한 강판의 인장 강도 590 ㎫ 급, 수지 (11) 의 두께 3 ㎜ 로 한 시험체 (31) (도 4(b)) 를 사용한 것이다. 발명예 7 에 있어서의 흡수 에너지는 10.1 kJ 이며, 비교예 1 (= 6.5 kJ) 에 비해서도 대폭 향상하였다. 또, 발명예 7 에 있어서의 시험체 중량은 1.19 ㎏ 이며, 발명예 1 보다 경량이 되었다. 그리고, 발명예 7 에 있어서의 단위중량당 흡수 에너지는 8.5 kJ/㎏ 이며, 비교예 1 (= 6.1 kJ/㎏) 보다 향상하였다.

비교예 1 은, 수지가 충전되어 있지 않은 시험체 (33) (도 6) 를 사용한 것이며, 시험체 중량은 1.06 ㎏ 이었다. 그리고, 흡수 에너지는, 전술한 도 7 에 나타낸 바와 같이, 6.5 kJ 이며, 단위중량당 흡수 에너지는 6.1 kJ/㎏ 이었다.

비교예 2 는, 비교예 1 과 동일 형상의 시험체 (33) 에 있어서, 아우터 부품 (5) 에 판두께 1.4 ㎜ 의 강판을 사용한 것이며, 시험체 중량은 1.17 ㎏ 이었다. 비교예 2 에 있어서의 흡수 에너지는 7.0 kJ, 단위중량당 흡수 에너지는 6.0 kJ/㎏ 이며, 흡수 에너지는 비교예 1 보다 증가하기는 했지만, 발명예 1 ∼ 발명예 7 에는 미치지 못했다.

비교예 3 은, 비교예 1 과 동일 형상의 시험체 (33) 에 있어서, 아우터 부품 (5) 에 인장 강도 980 ㎫ 급의 강판을 사용한 것이며, 시험체 중량은 1.06 ㎏ 이었다. 비교예 3 에 있어서의 흡수 에너지는 8.1 kJ, 단위중량당 흡수 에너지는 7.6 kJ/㎏ 이며, 모두 비교예 1 보다 증가하기는 했지만, 발명예 1 ∼ 발명예 7 에는 미치지 못했다.

비교예 4 는, 비교예 1 과 동일 형상의 시험체 (33) 에 있어서, 아우터 부품 (5) 에 인장 강도 1180 ㎫ 급의 강판을 사용한 것이며, 시험체 중량은 1.07 ㎏ 이었다. 비교예 4 에 있어서의 흡수 에너지는 8.5 kJ, 단위중량당 흡수 에너지는 7.9 kJ/㎏ 이며, 양쪽 모두 비교예 1 보다 증가하기는 했지만, 발명예 1 ∼ 발명예 7 에는 미치지 못했다.

비교예 5, 비교예 6 및 비교예 7 은, 발명예 2 에 관련된 시험체 (31) 와 동일 형상이지만, 수지의 종류, 또는, 수지의 인장 파단 신도, 접착 강도 및 압축 공칭 응력 중 적어도 어느 하나가 본 발명의 범위 외인 시험체 (31) (도 4) 를 사용한 것이다. 비교예 5, 비교예 6 및 비교예 7 에 있어서의 흡수 에너지 및 단위중량당 흡수 에너지는, 발명예 1 ∼ 발명예 7 중 어느 것에도 미치지 못했다.

이상, 본 발명에 관련된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품에 의하면, 축방향으로 충돌 하중이 입력되어 축 압괴하는 경우에 있어서, 충돌 에너지의 흡수 성능을 향상할 수 있는 것이 나타났다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 프론트 사이드 멤버나 크래쉬 박스와 같은 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되어 주름상자 형상으로 축 압괴할 때에, 충돌 에너지의 흡수 효과를 향상할 수 있는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 제공할 수 있다.

1 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
3 : 통상 부재
5 : 아우터 부품
5a : 천판부
5b : 세로벽부
5c : 플랜지부
7 : 이너 부품
9 : 폐단면 공간 형성 벽부재
11 : 수지
21 : 시험편
23 : 피착체
25 : 피착체
27 : 수지
31 : 시험체
33 : 시험체

Claims (2)

1. 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 그 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축 압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품으로서,
   인장 강도가 590 ㎫ 급 이상 1180 ㎫ 급 이하의 강판으로 형성되어 이루어지고, 천판부와 이것에 이어지는 1 쌍의 세로벽부를 갖는 통상 (筒狀) 부재와,
   그 통상 부재보다 인장 강도가 낮은 강판으로 형성되어 이루어지고, 상기 통상 부재의 내측에 상기 천판부를 가로지르도록 배치 형성되어 양단부가 상기 1 쌍의 세로벽부의 내면에 접합되고, 그 통상 부재의 둘레벽부의 일부와의 사이에 폐단면 (閉斷面) 공간을 형성하는 폐단면 공간 형성 벽부재와,
   상기 폐단면 공간에 충전된 수지를 갖고,
   그 수지는, 고무 변성 에폭시 수지와 경화제를 포함해서 이루어지고,
   인장 파단 신도가 80 ％ 이상, 상기 통상 부재 및 상기 폐단면 공간 형성 벽부재와의 접착 강도가 12 ㎫ 이상, 압축 공칭 변형 10 ％ 에 있어서의 압축 공칭 응력이 6 ㎫ 이상인, 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품.
2. 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 그 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축 압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품으로서,
   인장 강도가 590 ㎫ 급 이상 1180 ㎫ 급 이하의 강판으로 형성되어 이루어지고, 천판부와 이것에 이어지는 1 쌍의 세로벽부를 갖는 통상 부재와,
   그 통상 부재보다 인장 강도가 낮은 강판으로 형성되어 이루어지고, 상기 통상 부재의 내측에 상기 천판부를 가로지르도록 배치 형성되어 양단부가 상기 1 쌍의 세로벽부의 내면에 접합되고, 그 통상 부재의 둘레벽부의 일부와의 사이에 폐단면 공간을 형성하는 폐단면 공간 형성 벽부재와,
   상기 폐단면 공간에 충전된 수지를 갖고,
   그 수지는, 고무 변성 에폭시 수지를 포함해서 이루어지고,
   인장 파단 신도가 80 ％ 이상, 상기 통상 부재 및 상기 폐단면 공간 형성 벽부재와의 접착 강도가 12 ㎫ 이상, 압축 공칭 변형 10 ％ 에 있어서의 압축 공칭 응력이 6 ㎫ 이상인, 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품.

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