KR20230036150A - 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품, 당해 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법 - Google Patents
자동차용 충돌 에너지 흡수 부품, 당해 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)은, 천판부(7a)와 종벽부(7b)를 갖는 해트 단면 부재를 이용하여 형성된 통 형상 부재(3)와, 천판부(7a)와 종벽부(7b)의 외면에 있어서의 천판부(7a)와 종벽부(7b)를 연결하는 코너부(7c)를 포함하는 부분에, 천판부(7a) 외면 및 종벽부(7b) 외면 및 코너부(7c) 외면과 0.2㎜ 이상 3㎜ 이하의 간극(11)을 두고 설치되고, 통 형상 부재(3)보다 강도가 낮은 재질로 이루어지는 도막 형성 부재(5)와, 간극(11)에 형성된 전착 도료에 의한 도막(13)을 갖는다.
Description
본 발명은, 자동차용(automotive) 충돌 에너지 흡수(crashworthiness energy absorption) 부품(parts), 당해 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 차체(automotive body)의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중(crashworthiness load)이 입력되었을 때에, 축압괴(axial crush)하여 충돌 에너지를 흡수하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품, 당해 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차의 충돌 에너지 흡수 성능(absorptive properties)을 향상시키는 기술로서, 자동차 부품의 형상(shape)·구조(structure)·재료(material) 등의 최적화(optimization) 등 많은 기술이 존재한다. 또한, 최근에는, 폐단면 구조(closed cross section shape)를 갖는 자동차 부품(automotive part)의 내부에 수지(resin)를 발포시켜 충전함으로써, 당해 자동차 부품의 충돌 에너지 흡수 성능의 향상과 경량화(weight reduction of automotive body)를 양립시키는 기술이 많이 제안되어 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 사이드 실(side sill), 플로어 멤버(floor member), 필러(pillar) 등의 해트 단면(hat-shaped cross section) 부품의 천판(top portion) 방향을 정돈하여 플랜지(flange portion)를 겹쳐 내부에 폐쇄 공간을 형성한 구조의 자동차용 구조 부재에 있어서, 그 내부에 발포 충전재(foam filler)를 충전함으로써, 중량 증가를 억제하면서 당해 자동차용 구조 부재의 굽힘 강도(bending strength), 비틀림 강성(torsional stiffness)을 향상시켜, 차체의 강성 및 충돌 안전성(collision safety)을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 해트 단면 부품을 대향시켜 플랜지부를 맞춘 필러 등의 폐단면 구조의 내부 공간 내에 고강성 발포체(high stiffness foam body)를 충전 시에 있어서, 당해 고강성 발포체의 충전 및 발포에 의한 압축 반력(compressive counterforce)에 의해 고강성 발포체를 고정하고, 진동음(vibration sound)의 전달을 억제하는 방진성(vibration damping performance)의 향상을 도모함과 함께, 강도, 강성, 충돌 에너지 흡수 성능을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 3은, 복수의 섬유층(fiber layer)을 적층한 CFRP(carbon fiber reinforced plastics)제의 보강재(reinforcement material)를 열 경화성 접착제(thermosetting adhesive)로 금속 부재(metal member)의 표면에 접착(adhere)한 것으로서, 접착 후에 금속 부재와 보강재의 선팽창 계수(coefficient of linear thermal expansion) 차에 의해 열 경화성 접착제에 생기는 잔류 전단 응력(residual shear stress)을 완화시키기 위해, 보강재의 본체부로부터 단연(outer edge)을 향하여 서서히 두께가 감소하는 잔류 전단 응력 완화부로 이루어지는 구조를 가진 금속-CFRP 복합재(composite material)가 개시되어 있다.
추가로 특허문헌 4에는, 축방향으로부터의 입력 하중에 의해 입력단측으로부터 차례차례 압괴(sequential axial crush)를 일으키는 통 형상 단면의 FRP(fiber reinforced plastic)제 에너지 흡수부와, 이에 연결되어 FRP로 형성되어 차체 부품(automotive parts)과 접합되는 지지부로 이루어지는 프런트 사이드 멤버(front side member)를 구비하고, 상기 에너지 흡수부는 프런트 사이드 멤버의 길이 방향과 그에 직각인 방향으로 등분으로 강화 섬유가 배향되고, 상기 지지부는 등방성을 갖고 강화 섬유(reinforcement fiber)가 배향된 일체 성형이 가능한 자동차 부품이 개시되어 있다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술에 의하면, 자동차 부품의 내부에 발포 충전재 또는 발포체(foam body)를 충전함으로써, 당해 자동차 부품의 굽힘 변형(bending deformation)에 대한 강도나 충돌 에너지 흡수 성능, 나아가서는 비틀림 변형(torsional deformation)에 대한 강성을 향상할 수 있어, 당해 자동차 부품의 변형을 억제하는 것이 가능하다고 되어 있다.
그러나, 프런트 사이드 멤버나 크래쉬 박스(crash box)와 같이, 자동차의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중(crashworthiness load)이 입력되어 축압괴할 때에, 벨로즈 형상(bellows-shaped)으로 좌굴 변형(buckling deformation)하여 충돌 에너지를 흡수하는 자동차 부품에 대해서는, 당해 자동차 부품의 내부에 발포 충전재나 발포체를 충전하는 기술을 적용했다고 해도, 단순히 자동차 부품의 내부에 충전했을 뿐이고, 자동차 부품과 발포 충전재나 발포재의 접착력(adhesion force)이 부족하다. 그 결과, 충돌 시에 부품의 접합부에 생긴 간극 등으로부터 부품 내부의 발포 충전재나 발포제(foaming agent)가 분출하여, 충돌 에너지의 흡수 성능을 향상시키는 것이 곤란하다는 과제가 있었다. 또한, 발포 수지를 간극 없이 충전한다는 추가 공정이 발생하여, 자동차 부품 제조에 있어서의 생산 비용이 상승한다는 문제도 있었다.
또한, 특허문헌 3, 특허문헌 4에 개시되어 있는 기술에 의하면, 금속 표면에 CFRP를 접착함으로써, 굽힘 내력(bending strength)을 향상하는 것이 가능하거나, CFRP 그 자체의 배향성(orientation)을 고려하여 부품을 일체 제조함으로써, 부품 조립 공수의 저감이나 체결 부품의 삭감에 의한 중량 증가의 삭감이 가능하다고 되어 있다.
그러나, CFRP를 변형이 수반하는 축압괴 부품으로 적용해도, CFRP는 강도가 높은 반면, 연성(elongation)이 현저하게 낮기 때문에, 벨로즈 형상의 변형을 개시하자마자 CFRP가 꺾임(break)·파단(fracture)이 발생하여, 충돌 에너지 흡수 성능은 향상하지 않는 과제가 있었다. 또한, CFRP는 비용이 현저하게 높은 과제도 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 프런트 사이드 멤버나 크래쉬 박스와 같은 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되어 축압괴할 때에, 외면에 도료(coating)가 두꺼운 막(coating film)을 형성하여 충돌 에너지의 흡수 효과를 향상함과 함께, 차체에 생긴 진동(vibration)을 흡수하는 제진재(vibration-damping material)로서 기능할 수 있고, 또한, 추가의 생산 공정을 적게 할 수 있기 때문에, 생산 비용이 크게 상승할 일이 없는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품, 당해 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명자는, 상기 과제를 해결하는 방법을 예의 검토하여, 자동차 제조의 도장 공정(coating process)에서 일반적으로 이용되고 있는 전착 도료(electrodeposition paint)를 활용함으로써, 발포 수지 등의 충전재를 간극 없이 충전한다는 추가 공정을 필요로 하지 않고 충돌 에너지의 흡수 효과를 향상시킬 수 있다는 인식을 얻었다. 본 발명은, 이러한 인식에 기초하여 이루어진 것으로서, 구체적으로는 이하의 구성으로 이루어지는 것이다.
본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품은, 차체의 전부(前部) 또는 후부(後部)에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 것으로서, 천판부(top portion)와 종벽부(side-wall portion)를 갖는 해트 단면 부재(hat-shaped section part)를 이용하여 형성된 통 형상 부재(tubular member)와, 상기 천판부와 상기 종벽부의 외면에 있어서의 상기 천판부와 상기 종벽부를 연결하는(connect) 코너부(corner portion)를 포함하는 부분에, 상기 천판부 외면 및 상기 종벽부 외면 및 상기 코너부 외면과 0.2㎜ 이상 3㎜ 이하의 간극(gap)을 두고 설치되고, 상기 통 형상 부재보다 강도가 낮은 재질(material)로 이루어지는 도막 형성 부재(coating parts)와, 상기 간극에 형성된 전착 도료에 의한 도막(coating film)을 갖는다.
본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법은, 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법으로서, 천판부와 종벽부를 갖는 해트 단면 부재를 이용하여 형성된 통 형상 부재와, 당해 통 형상 부재의 외면에 있어서의 상기 천판부와 상기 종벽부를 연결하는 코너부를 포함하는 부분에 상기 천판부 외면 및 상기 종벽부 외면 및 상기 코너부 외면과 0.2㎜ 이상 3㎜ 이하의 간극을 두고 설치되고, 상기 통 형상 부재보다 강도가 낮은 재질로 이루어지는 도막 형성 부재를 갖는 도장 전(前) 부품을 제조하는 부품 제조 공정과, 당해 도장 전 부품을, 상기 차체에 부착한 상태에 있어서, 상기 간극을 포함하는 부품 표면에, 전착 도장(electrodeposition coating)에 의한 전착 공정(electrodeposition coating process)에서 도료층을 형성하고, 이에 계속되는 도료 소부 처리(paint baking treatment)로 상기 도료층(coating layer)을 열 경화(thermosetting)시켜 도막을 형성하는 도막 형성 공정(coating process)을 포함한다.
본 발명에 의하면, 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 통 형상 부재가 압축 변형(compressive deformation)하는 과정에 있어서, 당해 통 형상 부재의 좌굴 내력(buckling strength)을 향상시킴과 함께, 당해 통 형상 부재의 변형 저항(deformation resistance)을 저하시키는 일 없이 벨로즈 형상으로 좌굴 변형을 발생시킬 수 있고, 또한, 상기 통 형상 부재의 상기 좌굴 변형에 있어서의 굽힘부(bending portion)의 파단을 방지할 수 있고, 충돌 에너지의 흡수 성능을 대폭으로 향상시킬 수 있다. 또한, 자동차 엔진으로부터의 진동이나 자동차 주행(driving automobile) 시에 각 방향으로부터 차체(automotive body)에 입력하는 진동을 흡수하여, 제진성을 향상할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서는 도막 형성 부재를 갖기 때문에, 자동차 제조의 도장 공정에서 일반적으로 행해지고 있는 전착 도장에 있어서 목표로 하는 두께의 도막을 형성할 수 있고, 종래의 자동차 제조 라인인 채 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품에 도막이 형성되기 전의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 강판의 인장 강도(tensile strength)와, 강판의 파단 한계 굽힘 반경(critical curvature radius for fracture)과 판두께의 비의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법의 설명도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 태양(態樣)을 나타내는 도면이다(그의 1).
도 6은, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 태양을 나타내는 도면이다(그의 2).
도 7은, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 태양을 나타내는 도면이다(그의 3).
도 8은, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 태양을 나타내는 도면이다(그의 4).
도 9는, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 태양을 나타내는 도면이다(그의 5).
도 10은, 실시예에 있어서의 축압괴 시험(axial crushing test) 방법을 설명하는 도면이다.
도 11은, 실시예에 있어서의 타격 진동 시험(impact vibration test) 방법을 설명하는 도면이다.
도 12는, 실시예에 있어서의 타격 진동 시험 방법에 의한 진동 특성(vibration characteristics) 평가에 있어서 고유 진동수(character frequency) 산출의 대상으로 한 진동 모드(vibration mode)를 나타내는 도면이다.
도 13은, 실시예에 있어서 발명예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다.
도 14는, 실시예에 있어서 비교예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품에 도막이 형성되기 전의 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 강판의 인장 강도(tensile strength)와, 강판의 파단 한계 굽힘 반경(critical curvature radius for fracture)과 판두께의 비의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법의 설명도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 태양(態樣)을 나타내는 도면이다(그의 1).
도 6은, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 태양을 나타내는 도면이다(그의 2).
도 7은, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 태양을 나타내는 도면이다(그의 3).
도 8은, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 태양을 나타내는 도면이다(그의 4).
도 9는, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 태양을 나타내는 도면이다(그의 5).
도 10은, 실시예에 있어서의 축압괴 시험(axial crushing test) 방법을 설명하는 도면이다.
도 11은, 실시예에 있어서의 타격 진동 시험(impact vibration test) 방법을 설명하는 도면이다.
도 12는, 실시예에 있어서의 타격 진동 시험 방법에 의한 진동 특성(vibration characteristics) 평가에 있어서 고유 진동수(character frequency) 산출의 대상으로 한 진동 모드(vibration mode)를 나타내는 도면이다.
도 13은, 실시예에 있어서 발명예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다.
도 14는, 실시예에 있어서 비교예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
[실시 형태 1]
본 실시 형태에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품에 대해서, 이하에 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능, 구성을 갖는 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)(도 1)은, 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 것으로서, 상기 차체에 부착된 상태에 있어서, 표면에, 전착 도료에 의한 도료층이 형성되어, 도료 소부 처리에서 상기 도료층이 경화하고, 도막이 형성되는 것이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 해트 단면 부재를 이용하여 형성된 통 형상 부재(3)의 외면측에 도막 형성 부재(5)를 형성하고 있고, 해트 단면 부재와 도막 형성 부재(5)의 사이의 간극에 전착 도료에 의한 도막(13)이 형성되어 있다. 도 2는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)의 전착 도장 전의 상태(이후, 도장 전 부품(2)이라고 함)를 나타내는 것이다. 도 1 및 도 2에 기초하여, 이하, 각 부재에 대해서 설명한다.
<통 형상 부재>
통 형상 부재(3)는 강판 등의 금속판(metal sheet)으로 이루어지고, 천판부(7a), 종벽부(7b) 및 천판부(7a)와 종벽부(7b)를 연결하는 코너부(7c)를 갖는 해트 단면 형상의 아우터 부품(outer parts)(7)(본 발명에 있어서의 해트 단면 부재)과, 평판 형상의 이너 부품(inner parts)(9)이, 아우터 부품(7)의 플랜지부인 접합부(10)에서 접합되어 통 형상으로 형성된 것이다. 이러한 통 형상 부재(3)를 갖는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)은, 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)의 축방향 선단에 충돌 하중을 입력하고, 통 형상 부재(3)가 좌굴 내력을 초과하여 축압괴하는 과정에 있어서, 통 형상 부재(3)에 벨로즈 형상으로 좌굴 변형을 반복하여 발생시킴으로써 충돌 에너지를 흡수하는 것이다.
<도막 형성 부재>
도막 형성 부재(5)는 강판 등의 금속판으로 이루어지고, 아우터 부품(7)의 외면측으로서, 코너부(7c)를 포함하는 부분에 0.2㎜ 이상 3㎜ 이하의 간극(11)이 형성되도록 배치되고, 접합부(12)에서 스팟 용접(spot welding) 등에 의해 접합(joining)되어 있다(도 2 참조). 도막 형성 부재(5)는, 아우터 부품(7)의 축방향의 전체 길이에 걸쳐 형성해도 좋지만, 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)에 있어서의 벨로즈 변형을 시키고자 하는 범위에만 형성하도록 해도 좋다. 예를 들면 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)을 차체의 전부에 설치하고, 전단에서 축방향 중간 정도까지의 범위를 벨로즈 변형시키고자 하는 경우에는, 아우터 부품(7)의 이 범위에 도막 형성 부재(5)를 형성하면 좋다. 그리고, 아우터 부품(7)에 있어서의 도막 형성 부재(5)를 형성하고 있지 않은 부분, 예를 들면 축방향의 중간 정도에서 후단까지의 범위는, 변형 강도(deformation strength)를 높이기 위해 예를 들면 축방향으로 연장되는 비드 형상(bead-shape)을 형성하거나, 혹은 판두께를 두껍게 하도록 하면 좋다.
이 간극(11)에는, 자동차 제조의 일반적인 도장 공정 중 하나인 전착 도장 시에, 전착 도료에 의한 도막(13)이 형성된다(도 1 참조). 전착 도료의 종류로서는 예를 들면, 폴리우레탄계(polyurethane) 양이온 전착 도료(cationic electrodeposition paint), 에폭시계(epoxy) 양이온 전착 도료, 우레탄(urethane) 양이온 전착 도료, 아크릴계(acrylic) 음이온 전착 도료, 불소 수지(fluororesin) 전착 도료 등을 들 수 있다. 전착 도장에 대해서는 후술하는 실시 형태 2에서 구체적으로 설명한다.
통상 전착 도장을 행하면, 강판의 표면에는 0.05㎜ 정도의 도막이 형성되지만, 본 실시 형태에 있어서는 도장 전 부품(2)에 있어서의 아우터 부품(7)의 외면측에 도막 형성 부재(5)를 형성함으로써, 간극(11)에 전착 도료가 들어가 도료층이 형성되고, 이것이 열처리(heat treatment)됨으로써, 도 1에 나타내는 바와 같은 0.2㎜ 이상 3㎜ 이하의 두께를 가진 도막(13)을 형성시킬 수 있다. 이러한 도막(13)을 형성함으로써 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)의 충돌 에너지 흡수 효과가 향상하는 이유에 대해서 이하에 설명한다.
강판 등의 금속판으로 형성된 통 형상 부재를 갖는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품은, 당해 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 축방향 선단에 충돌 하중을 입력하고, 당해 통 형상 부재가 좌굴 내력을 초과하여 축압괴하는 과정에 있어서, 당해 통 형상 부재에 벨로즈 형상의 좌굴 변형을 반복하여 발생시킴으로써 충돌 에너지를 흡수한다.
그러나, 벨로즈 형상의 굽힘 부분은 금속판 고유의 작은 굽힘 반경이 되기 때문에, 굽힘 부분의 외면에 응력(stress)이 집중되어 균열(fracture)이 발생하기 쉽고, 축압괴하는 과정에서 굽힘 부분에 균열이 발생해 버리면, 충돌 에너지의 흡수 효과가 현저히 저감되어 버리는 것이었다. 따라서, 충돌 에너지의 흡수 효과를 향상하려면, 벨로즈 형상으로 좌굴 변형하는 통 형상 부재에 발생하는 균열을 방지할 필요가 있었다.
특히, 최근, 충돌 특성과 경량화의 양립을 목적으로 하여 자동차 부품에 채용되고 있는 고강도 강판은, 종래의 강도의 강판과 비교하여 연성이 작은 것이다. 표 1 및 도 3에 나타내는 강판 인장 강도 레벨과 강판의 파단 한계 굽힘 반경 R/판두께 t의 관계(하기의 참고문헌 1 참조)는, 동일한 판두께인 경우, 강판의 인장 강도 TS가 클수록 큰 굽힘 반경이라도 파단(fracture)이 발생하기 쉬운 것을 나타내고 있다. 즉, 고강도 강판을 이용한 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품이 벨로즈 형상으로 좌굴 변형하면, 강판 강도의 증가에 수반하여 벨로즈 형상의 굽힘 선단에 균열이 발생하기 쉬워진다는 것으로서, 이는, 자동차 차체의 경량화를 위해 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품에 이용되는 강판의 더 한층의 고강도화를 진전시키는 것을 저해하는 요인으로도 되어 있었다. (참고문헌 1) 하세가와 코헤이, 카네코 신지로, 세토 카즈히로, 「캐빈 주위의 차체 부품의 경량화에 공헌하는 고강도 냉간 압연·합금화 용융 아연 도금(GA) 강판」, JFE 기보, No.30(2012년 8월), p.6-12.
이에 대하여 본 발명은, 충돌 시에 통 형상 부재(3)가 벨로즈 형상으로 좌굴 변형할 때에, 오목 형상으로 변형한 굽힘부에 있어서, 금속판과 금속판의 사이에 물건을 개재시켜 사이에 끼우고 압축(compression)시킴으로써, 오목 형상으로 변형한 굽힘부의 굽힘 반경을 크게 하여, 벨로즈 형상의 굽힘 선단의 균열을 방지하는 것이다. 여기에서, 금속판과 금속판의 사이에 개재시키는 물건으로서는, 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 중량 증가를 피하기 위해 가능한 한 경량인 것이 바람직하고, 또한, 종래예의 발포 수지(foam resin) 등과 같이 부품 제조에 있어서 재료나 공정의 추가를 필요로 하는 것이 아니라, 종래의 자동차 제조 라인인 채 제조할 수 있는 것이 바람직하다. 그래서 본 발명은, 자동차 제조에서 일반적으로 행해지고 있는 전착 도장의 도료를 활용하는 것으로 했다.
또한, 통 형상 부재(3)에 있어서 충돌 에너지를 흡수하는 능력이 높은 부위는, 천판부(7a)와 종벽부(7b)를 연결하는 코너부(7c)이지만, 코너부(7c)는 아우터 부품(7)을 프레스 성형할 때에, 가장 가공을 받기 쉽게 가공 경화(work hardening)하는 부위이기도 하여, 가공 경화에 의해 연성이 추가로 저하되어 있다. 따라서 코너부(7c)에 있어서의 벨로즈 형상의 굽힘 선단 부분이 특히 균열이 발생하기 쉬운 부위이다.
그래서, 본 발명에서는, 아우터 부품(7)의 코너부(7c)를 포함하는 외면측에, 당해 외면과의 사이에 0.2㎜에서 3㎜의 간극(11)이 생기도록 도막 형성 부재(5)를 형성함으로써, 전착 도장 시에 간극(11)에 전착 도료가 들어가 소정의 두께를 갖는 도료층을 형성할 수 있도록 했다. 도료층은 전착 도장의 소부 공정(baking process)에서 경화하고 간극(11)에 정착하여 도막(13)이 된다. 본 실시 형태에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)은, 충돌 시에 통 형상 부재(3)가 좌굴 변형했을 때, 벨로즈 형상의 오목 형상 굽힘부의 내측에 도막(13)이 개재함으로써 오목 형상 굽힘부의 굽힘 반경을 크게 하여 벨로즈 형상의 굽힘 선단 부분의 균열의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 충돌 에너지 흡수 효과가 향상한다. 또한, 도막(13)의 적절한 두께가 0.2㎜에서 3㎜인 것에 대해서는, 후술하는 실시예에서 설명한다.
본 실시 형태에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)에 있어서의 도막(13)은, 진동을 흡수하는 제진재(vibration-damping material)로서도 기능한다. 예를 들면, 축압괴시킨 충돌 에너지를 흡수하는 부품인 프런트 사이드 멤버로서 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)을 이용하는 경우에 있어서는, 당해 프런트 사이드 멤버에 탑재되는 자동차 엔진(automotive engine)의 진동을 도막(13)이 흡수하여, 제진성이 향상한다. 이 제진성 향상의 효과에 대해서도 후술하는 실시예에서 설명한다.
전술한 바와 같이, 도막 형성 부재(5)는, 전착 도장 시에 소정 두께의 도막(13)을 형성시키는 것을 목적으로 하여 강도가 불필요하기 때문에, 아우터 부품(7) 및 이너 부품(9)에 비해 강도가 낮고, 판두께가 얇은 것이라도 좋다. 추가로 말하면, 도막 형성 부재(5)의 강도가 지나치게 높으면 충돌 시의 통 형상 부재(3)의 원활한 벨로즈 형상의 좌굴 변형을 저해하게 되기 때문에, 예를 들면 440㎫급(㎫-class) 이하가 바람직하다.
[실시 형태 2]
본 실시 형태에서는, 실시 형태 1에서 설명한 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)의 제조 방법은, 통 형상 부재(3)에 도막 형성 부재(5)를 형성한 도장 전 부품(2)을 제조하는 부품 제조 공정과, 도장 전 부품(2)을 차체에 부착한 후에, 도장 전 부품(2)에 도료층을 형성하고, 소부 처리에 의해 도료층을 열 경화시켜 도막(13)을 형성하는 도막 형성 공정을 구비하는 것이다. 각 공정에 대해서 도 1 및 도 2에 나타낸 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)의 단면도인 도 4를 이용하여 이하에 구체적으로 설명한다.
<부품 제조 공정>
부품 제조 공정은, 아우터 부품(7) 및 이너 부품(9)이 접합되어 이루어지는 통 형상 부재(3)의 외면측에 도막 형성 부재(5)를 형성한 도장 전 부품(2)을 제조하는 공정이다. 도 4(a)에 예를 나타내는 바와 같이, 아우터 부품(7)의 코너부(7c)를 포함하는 범위의 외측에, 아우터 부품(7)의 외면과의 사이에 0.2㎜∼3㎜의 간극(11)을 두고 도막 형성 부재(5)를 설치하고, 종벽부(7b)의 외면에 스팟 용접 등에 의해 접합한다. 또한, 도막 형성 부재(5)를 아우터 부품(7)의 천판부(7a)에 접촉시키고, 추가로 접합해도 좋다(도 6(b), 도 7(b) 참조). 아우터 부품(7)과 이너 부품(9)의 접합 및 아우터 부품(7)과 도막 형성 부재(5)의 접합은, 어느 쪽을 먼저 행해도 좋다.
<도막 형성 공정>
도막 형성 공정은, 간극(11)에 도막(13)을 형성시키는 공정이다. 전술한 부품 제조 공정에서 제조한 도장 전 부품(2)이 차체에 부착된 상태에 있어서, 자동차의 제조 과정에서 일반적으로 행해지고 있는 전착 도장이 실시됨으로써, 간극(11)에 도막(13)이 형성된다. 이하에, 전착 도장 및 자동차 제조에 있어서의 그 외의 도장 공정에 대해서 개설하면서 본 공정에 대해서 설명한다.
일반적으로 자동차의 차체에는, 내후성(weatherability)이나 의장성(design), 방식성(anticorrosion property) 등을 높이기 위해, 강판에 대하여 순서대로 전착 도장, 중간칠(intermediate coat) 도장, 마무리칠(top coat) 베이스 도장, 마무리칠 클리어 도장(clear coat)이 실시된다. 그 중에서도 강판에 대하여 최초로 실시되는 전착 도장은, 차체의 방청성(rust prevention)을 높이는 데에 중요한 공정으로서 널리 이용되고 있다. 전착 도장은 전착에 의해 강판에 도료층을 형성시키는 처리와 건조로(drying furnace)(오븐(oven)) 등에 의해 도료층을 경화시키는 처리가 실시된다. 이하에 전착 도장의 일 예를 설명하고, 본 실시 형태의 도막 형성 공정과의 대응을 나타낸다.
일반적인 전착 도장에서는 우선, 강판의 프레스 성형(press-forming) 등에 의해 형성된 차체 부품에 대하여, 전처리로서 탈지(degreasing), 세정(washing)이나 화성 처리(chemical conversion treatment) 등의 표면 처리(surface treatment)가 행해지고, 표면 처리가 행해진 차체 부품은 그 후, 전착 도료가 들어간 전착조(electrodeposition tank)에 침지시키고, 피(被)도물(object to be coated)(차체 부품)을 음극(cathode), 전착 도료를 양극(anode)으로 하여 통전(conducting)함으로써, 강판 표면에 전착 도료에 의한 도료층이 형성된다(양이온 전착 도장). 전착조 내에 있어서의 통전에 의해 표면에 전착 도료의 도료층이 형성된 차체 부품은, 그 후의 세정 등의 처리를 거쳐 고온의 건조로(오븐)에 운반되고, 소부 처리(baking treatment)에 의해 도료층을 경화시킨다.
본 실시 형태에 있어서의 부품 제조 공정에서 제조된 도장 전 부품(2)(도 4(a) 참조)도, 차체 골격에 부착된 상태로 전술한 전착조에 침지되면, 전착 도료가 간극(11)에 들어가, 그 후의 통전에 의해 도료층이 형성된다. 간극(11) 이외의 다른 부위에도 강판 표면에 전착 도료에 의한 도료층이 형성되지만, 그의 두께는 0.05㎜ 정도로 얇기 때문에 도시를 생략한다.
도료층이 형성된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)은 그 후에 전술한 바와 같은 소부 처리를 거쳐 도료층이 경화하고, 간극(11)에 소정 두께의 도막(13)이 정착한다(도 4(b)). 또한, 도막(13)은 간극(11) 내의 전체 영역에 걸쳐 중실 상태(solid state)로 형성되는 것이 바람직하지만, 간극(11)의 일부에 공극(void)이 존재한 상태로 도막(13)이 형성되는 경우도 고려되어, 이러한 경우라도 도막(13)이 없는 경우와 비교하여 본 발명의 효과를 가져올 수 있기 때문에, 간극(11)의 일부에 공극이 존재하는 경우를 배제하는 것은 아니다.
전착 도장은 피도물에 대한 균일 착색성(deposition property of electrodeposition coating)(미도장부로 도료가 퍼지는 성능)이 높기 때문에, 요철이 많은 내판부재(차체 골격 부분이나 엔진 룸 등)에 대하여 특히 효과적이다. 전착 도료에는 여러 가지 종류가 있고, 도장 대상이나 요구 기능(균일 착색성, 에너지 절약성(energy saving), 방식성 등)에 의해 구분하여 사용되어 있다. 본 발명의 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)에는, 주로 내판(내장)용으로 사용되는 연질 도료(flexible coating film)에 의한 전착 도장의 적용을 상정하고 있고, 그 종류로서는 예를 들면, 폴리우레탄계 양이온 전착 도료, 에폭시계 양이온 전착 도료, 우레탄 양이온 전착 도료, 아크릴계 음이온 전착 도료, 불소 수지 전착 도료 등을 들 수 있다.
전착 도장이 실시된 차체 부품은, 중간칠 도장, 마무리칠 베이스 도장, 마무리칠 클리어 도장이 실시된다. 이들은 주로 정전 도장(electrostatic painting)으로 불리우는 대전한 도료를 스프레이 등으로 피도물에 분사하는 방법으로 행해지고 있고, 중간칠 도장은 전착 도장면의 조도 은폐(roughness masking)나 광선 투과 억제(light transmittance restraining), 마무리칠 베이스 도장 및 마무리칠 클리어 도장은 착채(coloring) 등의 의장성이나 내구성(durability) 등의 기능을 갖는 것이다. 중간칠 도장, 마무리칠 베이스 도장 및 마무리칠 클리어 도장에 사용되는 도료의 예로서는 폴리에스테르-멜라민계 도료(polyester-melamine paint), 아크릴-멜라민계 도료(acrylic-melamine paint), 아크릴-폴리에스테르-멜라민계 도료(acrylic-polyester-melamine paint), 알키드·폴리에스테르-멜라민계 도료(alkyd-polyester-melamine paint) 등을 들 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서 설명한 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)의 제조 방법에 의하면, 통 형상 부재(3)에 도막 형성 부재(5)를 형성함으로써, 자동차 제조의 도장 공정에서 일반적으로 행해지고 있는 전착 도장 시에, 통 형상 부재(3)와 도막 형성 부재(5)의 사이의 간극(11)에 전착 도료에 의한 도막(13)이 형성되기 때문에, 생산 비용을 크게 상승시키는 일 없이 충돌 에너지의 흡수 효과가 높은 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)을 제조할 수 있다.
실시 형태 1 및 2에서는, 도 4에 단면도를 나타낸 바와 같은, 아우터 부품(7)의 종벽부(7b)에 도막 형성 부재(5)의 접합부(12)를 형성하고, 천판부(7a), 코너부(7c) 및 종벽부(7b)의 일부의 외면에 걸쳐 도막(13)을 형성하는 예를 설명했지만, 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 종벽부(7b)가 약간이라도 천판부(7a) 및 코너부(7c)를 주체로 하는 외면에 도막을 형성하도록 해도 좋다. 또한, 전술한 바와 같이, 충돌 시에 특히 균열이 발생하기 쉬운 코너부(7c)의 외면에 도막을 형성하도록 하면 충돌 에너지 흡수 효과의 향상을 기대할 수 있기 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이 코너부(7c)를 주체로 하는 외면에 도막(13)을 형성하도록 해도 좋다. 이 때, 2개의 도막 형성 부재(5)를 이용하여 천판부(7a)와 종벽부(7b)에 각각 접합부(joining portion)(12)를 형성해도 좋고(도 6(a)), 하나의 도막 형성 부재(5)를 이용하여 천판부(7a)의 중앙과 접촉시켜, 추가로 접합하고, 종벽부(7b)에 접합부(12)를 형성해도 좋다(도 6(b)).
또한, 도 7에 나타내는 바와 같이, 종벽부(7b) 및 코너부(7c)의 외면에 도막(13)을 형성하도록 해도 좋다. 도 6과 마찬가지로, 2개의 도막 형성 부재(5)를 이용하여 천판부(7a)와 종벽부(7b)에 각각 접합부(12)를 형성해도 좋고(도 7(a)), 하나의 도막 형성 부재(5)를 이용하여 천판부(7a)의 중앙과 접촉시켜, 추가로 접합하고, 종벽부(7b)에 접합부(12)를 형성해도 좋다(도 7(b)). 또한, 도 8에 나타내는 바와 같은 해트 단면형의 도막 형성 부재(5)를 아우터 부품(7)과 이너 부품(9)과 맞추어 접합부(10)에서 접합하도록 해도 좋다.
본 실시 형태에서는 해트 단면 형상의 아우터 부품(7)과 평판 형상의 이너 부품(9)으로 이루어지는 통 형상 부재(3)를 예로 들었지만, 본 발명은 이에 한정하는 것이 아니라, 도 9에 예를 나타내는 해트 단면 부재를 대향시켜 플랜지부(flange portion)를 맞추어 이루어지는 바와 같은 통 형상 부재에도 적용 가능하다. 도 9(a)는, 대향한 해트 단면 부재의 각각에 도 5에 나타낸 태양의 도막 형성 부재(5)를 형성한 예이다. 마찬가지로, 도 9(b)는 도 6(a)에 나타낸 태양, 도 9(c)는 도 7(b)에 나타낸 태양, 도 9(d)는 도 8에 나타낸 태양의 도막 형성 부재(5)를 형성한 예이다. 또한, 도 9에 있어서는, 아우터 부품(7)에 대해서는 도 4∼도 8과 동일한 부호를 붙이고, 이너 부품(9)에 대해서는 아우터 부품(7)에 대응하는 부호를 붙이고 있다. 또한, 도 9에서는 아우터 부품(7)과 이너 부품(9)이 동일 형상의 해트 단면 부재인 예를 나타냈지만, 이너 부품(9)은 아우터 부품(7)과 상이한 형상의 해트 단면 부재라도 좋다.
실시예
본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)의 효과를 확인하기 위한 실험을 행했기 때문에, 그 결과에 대해서 이하에 설명한다.
본 실시예에서는, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 시험체로 하고, 축압괴 시험에 의한 충돌 에너지의 흡수 특성의 평가와, 타격 진동 시험에 있어서의 주파수 응답 함수(frequency response function)의 측정과 고유 진동수(character frequency)의 산출에 의한 제진 특성(damping characteristic)의 평가를 행했다.
축압괴 시험에 있어서는, 도 10에 나타내는 바와 같이 통 형상 부재(3)를 갖는 시험체(21)의 축방향으로 시험 속도 17.8㎧로 하중을 입력하고, 시험체 길이(시험체(21)의 축방향 길이 L0)를 200㎜에서 120㎜까지 80㎜ 축압괴 변형시켰을 때의 하중과 스트로크(축압괴 변형량(amount of axial crush deformation))의 관계를 나타내는 하중-스트로크 곡선(load-stroke curve)을 측정함과 함께, 고속도 카메라에 의한 촬영을 행하여 변형 상태와 통 형상 부재(3)에 있어서의 파단 발생의 유무를 관찰했다. 또한, 측정한 하중-스트로크 곡선으로부터, 스트로크가 0∼80㎜까지의 흡수 에너지를 구했다.
한편, 타격 진동 시험에 있어서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 매달은 시험체(21)에 가속도 센서(acceleration sensor)(오노소키 제조: NP-3211)를 아우터 부품(7)의 천판부(7a) 내측의 엣지 부근에 부착하고, 임팩트 해머(impact hammer)(오노소키 제조: GK-3100)로 시험체(21)의 아우터 부품(7)의 종벽부(7b) 내측을 타격 가진(impact vibration)하고, 가진력(impact force)과 시험체(21)에 발생한 가속도(acceleration)를 FFT 애널라이저(오노소키 제조: CF-7200A)에 취입하여, 주파수 응답 함수를 산출했다. 여기에서, 주파수 응답 함수는, 5회의 타격에 의한 평균화 처리와 커브 피트(curve fitting)에 의해 산출했다. 그리고, 산출한 주파수 응답 함수에 의해 진동 모드 해석(vibration mode analysis)을 행하고, 동일 모드에 있어서의 고유 진동수를 구했다. 도 12에, 대상으로 한 진동 모드를 나타낸다.
도 13에, 전술한 실시 형태 1 및 2에 따른 도막(13)이 형성된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)(도 1 및 도 4(b))인 시험체(21)의 구조 및 형상을 나타낸다. 시험체(21)는, 아우터 부품(7)과 이너 부품(9)이 스팟 용접에 의해 접합된 통 형상 부재(3)를 갖고, 도막 형성 부재(5)가 아우터 부품(7)의 종벽부(7b)의 외면에 접합되어 있다. 아우터 부품(7)과 도막 형성 부재(5)의 사이에는 도막(13)이 형성되어 있다.
도 13에는 천판부(7a)로부터 코너부(7c), 종벽부(7b)에 이르는 도막 형성 부재(5)의 사이의 간극(11)을 3㎜로 한 예를 나타냈지만, 본 실시예에서는 간극(11)을 2㎜, 1㎜, 0.2㎜로 한 시험체(21)도 준비하여, 간극(11) 내에 형성되는 도막(13)의 두께를 바꾸면서 시험을 행했다.
추가로 비교예로서, 도 14에 나타내는 바와 같은 통 형상 부재(3) 및 도막 형성 부재(5)를 갖고, 도막(13)이 형성되어 있지 않은 시험체(31)를 준비하여, 발명예와 마찬가지로 축압괴 시험 및 타격 진동 시험을 행했다. 표 2에, 발명예인 시험체(21) 및 비교예인 시험체(31)의 구조 및 도막의 각 조건 및 시험체 중량, 추가로, 축압괴 시험을 행했을 때의 흡수 에너지의 산출 결과와, 타격 진동 시험에 의해 구한 고유 진동수의 결과를 나타낸다.
발명예 1∼발명예 5는 모두, 도막 형성 부재(5)와 도막(13)을 구비한 시험체(21)(도 13)를 이용한 것으로서, 아우터 부품(7) 및 도막 형성 부재(5)의 강도(재질)나 도막(13)의 두께를 변화시킨 것이다. 한편, 비교예 1∼비교예 4는, 도막 형성 부재(5)를 구비하지만, 도막(13)이 형성되어 있지 않은 시험체(31)(도 14)를 이용한 것으로서, 아우터 부품(7)의 강도(재질) 및 판두께나 아우터 부품(7)과 도막 형성 부재(5) 간의 간극(11)을 변화시킨 것이다. 비교예 5는, 도막 형성 부재(5)를 구비하지 않고 성막시킨 것이다. 비교예 6은, 시험체(21)와 마찬가지로 도막 형성 부재(5)와 도막(13)을 구비하는 것이지만, 도막 형성 부재(5)의 재질이 아우터 부품(7) 및 이너 부품(9)의 재질의 강도를 상회하는 것이다.
표 2에 나타내는 시험체 중량은, 도막(13)이 형성되어 있는 것에 대해서는 아우터 부품(7), 이너 부품(9), 도막 형성 부재(5) 및 도막(13)의 각 중량의 총합이고, 도막(13)이 없는 것(비교예 1∼비교예 4)에 대해서는 아우터 부품(7), 이너 부품(9) 및 도막 형성 부재(5)의 각 중량의 총합이다.
비교예 1은, 시험체 중량 1.08㎏이고, 흡수 에너지는 6.5kJ이었다. 또한, 고유 진동수는 155㎐였다.
비교예 2는, 비교예 1에 대하여 아우터 부품(7)의 판두께와, 아우터 부품(7) 및 도막 형성 부재(5) 간의 간극을 변경한 것으로서, 시험체 중량은 1.19㎏, 흡수 에너지는 7.0kJ로, 비교예 1보다 증가했다. 고유 진동수는 175㎐였다.
비교예 3은, 아우터 부품(7)을 980㎫급의 고강도 강판(high-strength steel sheet)으로 한 것으로서, 시험체 중량은 1.08㎏이었다. 흡수 에너지는 8.1kJ로, 비교예 2보다도 더욱 증가했지만, 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했다. 고유 진동수는 155㎐였다.
비교예 4는, 아우터 부품(7)을 1180㎫급의 고강도 강판으로 한 것으로서, 시험체 중량은 1.09㎏이었다. 흡수 에너지는 8.5kJ로, 비교예 3보다도 더욱 증가했지만, 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했다. 고유 진동수는 155㎐였다.
비교예 5는, 아우터 부품(7)을 1180㎫급의 고강도 강판으로 하고, 도막 형성 부재(5)를 설치하지 않고 성막시킨 것으로서, 도막(13)의 두께는 0.05㎜였다. 시험체 중량은 0.96㎏이고, 흡수 에너지는 8.7kJ로 비교예 4보다 증가했지만, 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했다. 고유 진동수는 155㎐였다.
비교예 6은, 도막 형성 부재(5)의 재질이 아우터 부품(7) 및 이너 부품(9)(통 형상 부재(3))의 재질의 강도를 상회하는 것으로서, 추가로 3㎜의 두께의 도막(13)이 형성된 것이다. 시험체 중량은 1.28㎏이고, 흡수 에너지는 8.1kJ로 비교예 1보다도 증가했지만, 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했다. 고유 진동수는 350㎐였다.
발명예 1은, 아우터 부품(7)을 강판 강도 590㎫급의 강판으로 하고, 도막(13)의 두께가 3㎜인 시험체(21)를 이용한 것이다. 발명예 1에 있어서의 흡수 에너지는, 11.1kJ이었다. 도막(13)을 형성하고 있지 않은 동일 재질의 비교예 1에 있어서의 흡수 에너지(＝6.5kJ)에 비해 대폭으로 향상하여, 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 게다가, 아우터 부품(7)을 980㎫급의 고강도 강판으로 한 비교예 3(＝8.1kJ)이나 1180㎫급의 비교예 4(＝8.5kJ)와 비교해도, 흡수 에너지는 대폭으로 향상했다. 발명예 1의 시험체 중량(＝1.28㎏)은 비교예 1(＝1.08㎏), 비교예 3(＝1.08㎏) 및 비교예 4(＝1.09㎏)보다도 증가하고 있지만, 흡수 에너지를 시험체 중량으로 나눈 단위 중량당의 흡수 에너지는 8.7kJ/㎏으로, 비교예 1(＝6.0kJ/㎏), 비교예 3(＝7.5kJ/㎏) 및 비교예 4(＝7.8kJ/㎏)보다도 향상했다. 또한, 발명예 1에 있어서의 고유 진동수는 430㎐로서, 비교예 1, 비교예 3 및 비교예 4(＝155㎐)보다도 대폭으로 상승했다.
발명예 2는, 발명예 1과 동일 재질을 이용하여, 도막(13)의 두께를 2㎜로 한 것이다. 시험체 중량은 1.21㎏로서, 발명예 1(＝1.28㎏)보다도 경량이 되었다. 발명예 2에 있어서의 흡수 에너지는 9.0kJ로, 동일 형상에서 아우터 부품(7)의 판두께가 두꺼운 비교예 2에 있어서의 흡수 에너지(＝7.0kJ)에 비해 향상했다. 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 또한, 발명예 2에 있어서의 단위 중량당의 흡수 에너지는 7.4kJ/㎏로서, 비교예 2(＝5.9kJ/㎏)보다도 향상했다. 또한, 발명예 2에 있어서의 고유 진동수는, 340㎐로서, 비교예 2(＝175㎐)보다도 대폭으로 상승했다.
발명예 3은 발명예 2와 마찬가지로 도막(13)의 두께를 2㎜로 한 것으로서, 도막 형성 부재(5)의 강판 강도를 440㎫급으로 한 것이다. 도막 형성 부재(5)의 강판 강도가 아우터 부품(7)의 강판 강도를 초과하는 780㎫인 비교예 6에서는 통 형상 부재(3)에 파단이 생겼지만, 발명예 3에서는 파단이 생기지 않았다. 또한, 발명예 3의 흡수 에너지는 9.5kJ로, 비교예 6(＝8.1kJ)에 비해 향상했다.
발명예 4는, 아우터 부품(7)을 강판 강도 1180㎫급의 고강도 강판으로 한 것으로서, 도막(13)의 두께를 1㎜로 한 것이다. 발명예 4에 있어서의 흡수 에너지는 11.2kJ로, 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 아우터 부품(7)에 동일 소재의 강판을 이용하여, 파단이 생겨 있었던 비교예 4(＝8.5kJ)보다도 흡수 에너지가 대폭으로 향상했다. 또한, 발명예 4에 있어서의 시험체 중량은 발명예 1보다도 경량의 1.17㎏이고, 또한, 단위 중량당의 흡수 에너지(＝9.6kJ/㎏)는, 발명예 1(＝8.7kJ/㎏) 및 비교예 4(＝7.8kJ/㎏)보다도 향상했다. 또한, 발명예 4에 있어서의 고유 진동수는 310㎐로서, 비교예 4(＝155㎐)보다도 대폭으로 상승했다.
발명예 5는, 발명예 4와 동일 소재인 것에 있어서, 도막(13)의 두께를 통상의 라미네이트 강판(laminated steel sheet)에 있어서의 라미네이트와 동(同)정도인 0.2㎜로 한 것으로서, 시험체 중량은 1.10㎏이었다. 발명예 5에 있어서의 흡수 에너지는 10.7kJ, 단위 중량당의 흡수 에너지는 9.7kJ/㎏로서, 도막 형성 부재(5)를 구비하지 않고 0.05㎜의 도막을 형성한 비교예 5(＝9.1kJ/㎏)와 비교하여 향상했다. 또한, 비교예 5는 통 형상 부재에 파단이 생겼지만, 발명예 5는 파단이 생기지 않았다. 또한, 발명예 5에 있어서의 고유 진동수는 280㎐로서, 비교예 5(＝155㎐)보다도 상승했다.
또한, 표 중에 기재는 없지만, 아우터 부품(7)과 도막 형성 부재(5)의 간극을 4㎜ 이상으로 한 경우, 즉, 4㎜ 이상의 두께의 도막(13)을 형성시킨 경우에는, 전착 도장의 소부 처리에서 충분한 건조를 행할 수 없고, 도료의 액 흐름이 발생하여 건조한 도막이 소정 간극까지 형성되지 않았다. 따라서, 본 발명에 있어서의 도막(13)의 적절한 두께를 0.2㎜∼3㎜로 했다.
이상으로부터, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)은, 축방향으로 충돌 하중이 입력되어 축압괴하는 경우에 있어서, 중량의 증가를 억제하면서 충돌 에너지의 흡수 효과를 효율 좋게 향상할 수 있고, 또한, 충격을 가했을 때의 고유 진동수가 상승하여 제진성을 향상할 수 있는 것이 나타났다.
또한, 고유 진동수가 상승함으로써 제진성이 향상하는 이유는, 이하와 같다. 전술하는 프런트 사이드 멤버와 같은 충돌 부재인 통 형상 부재(3)의 고유 진동수가, 당해 부재에 탑재되는 엔진의 진동의 주파수 범위에 들어가면, 공진(sympathetic vibration)하여 진동이 커진다. 예를 들면, 엔진이 통상 주행의 고회전역인 4000rpm으로 회전하면, 크랭크 샤프트(crankshaft)는 동일한 회전수로 돌고, 4사이클 엔진에서는 2회전에 1회 폭발하여 진동하기 때문에, 진동의 주파수는 4기통(cylinder) 엔진에서 133㎐, 6기통 엔진에서 200㎐, 8기통 엔진에서 267㎐가 된다. 따라서, 본 발명의 약 280㎐ 이상의 고유 진동수이면, 상기의 공진을 확실히 막을 수 있어 제진성이 향상하는 것이다.
본 발명에 의하면, 프런트 사이드 멤버나 크래쉬 박스와 같은 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되어 축압괴할 때에, 외면에 도료가 두꺼운 막을 형성하여 충돌 에너지의 흡수 효과를 향상함과 함께, 차체에 생긴 진동을 흡수하는 제진재로서 기능할 수 있고, 또한, 추가의 생산 공정을 적게 할 수 있기 때문에, 생산 비용이 크게 상승할 일이 없는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품, 당해 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법을 제공할 수 있다.
1 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
2 : 도장 전 부품
3 : 통 형상 부재
5 : 도막 형성 부재
7 : 아우터 부품
7a : 천판부
7b : 종벽부
7c : 코너부
9 : 이너 부품
9a : 천판부
9b : 종벽부
9c : 코너부
10 : 접합부(통 형상 부재)
11 : 간극
12 : 접합부(도막 형성 부재)
13 : 도막
21 : 시험체(발명예)
31 : 시험체(비교예)
2 : 도장 전 부품
3 : 통 형상 부재
5 : 도막 형성 부재
7 : 아우터 부품
7a : 천판부
7b : 종벽부
7c : 코너부
9 : 이너 부품
9a : 천판부
9b : 종벽부
9c : 코너부
10 : 접합부(통 형상 부재)
11 : 간극
12 : 접합부(도막 형성 부재)
13 : 도막
21 : 시험체(발명예)
31 : 시험체(비교예)
Claims (2)
- 차체의 전부(前部) 또는 후부(後部)에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품으로서,
천판부와 종벽부를 갖는 해트 단면 부재를 이용하여 형성된 통 형상 부재와, 상기 천판부와 상기 종벽부의 외면에 있어서의 상기 천판부와 상기 종벽부를 연결하는 코너부를 포함하는 부분에, 상기 천판부 외면 및 상기 종벽부 외면 및 상기 코너부 외면과 0.2㎜ 이상 3㎜ 이하의 간극을 두고 설치되고, 상기 통 형상 부재보다 강도가 낮은 재질로 이루어지는 도막 형성 부재와, 상기 간극에 형성된 전착 도료에 의한 도막을 갖는, 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품. - 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되었을 때에 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법으로서,
천판부와 종벽부를 갖는 해트 단면 부재를 이용하여 형성된 통 형상 부재와, 당해 통 형상 부재의 외면에 있어서의 상기 천판부와 상기 종벽부를 연결하는 코너부를 포함하는 부분에 상기 천판부 외면 및 상기 종벽부 외면 및 상기 코너부 외면과 0.2㎜ 이상 3㎜ 이하의 간극을 두고 설치되고, 상기 통 형상 부재보다 강도가 낮은 재질로 이루어지는 도막 형성 부재를 갖는 도장 전(前) 부품을 제조하는 부품 제조 공정과,
당해 도장 전 부품을, 상기 차체에 부착한 상태에 있어서, 상기 간극을 포함하는 부품 표면에, 전착 도장에 의한 전착 공정에서 도료층을 형성하고, 이에 계속되는 도료 소부 처리에서 상기 도료층을 열 경화시켜 도막을 형성하는 도막 형성 공정을 포함하는, 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법.
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