KR102107070B1 - 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티 소재 적용 경량화 프론트 하이브리드 범퍼 백빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스틸소재로 구성되며 전면부와, 전면부의 상측과 하측 각각에서 전방으로 절곡형성된 상부플랜지와, 하부플랜지를 갖는 스틸보강재에 해당하는 내측부; 및 합성수지로 구성되며, 상기 내측부의 외면 전체를 감싸도록 구성되어, 합성수지 외형재에 해당하는 외측부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔에 관한 것이다.

Description

멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔{Hybrid Bumper Back Beam using Multimaterial}

본 발명은 멀티 소재 적용 경량화 프론트 하이브리드 범퍼 백빔에 관한 것이다.

차량에는 충돌시 그 충격력의 전달을 차단하여 승객을 보호하기 위한 여러가 지 안전장치를 마련하고 있다. 그중 첫번째가 충돌에 의해 발생하는 에너지를 구조 또는 물질의 변형을 통해 흡수하는 장치이며, 대표적으로 차량의 범퍼가 있다. 일반적으로 범퍼는 차체의 전방 및 후방에 범퍼가 각각 장착되어 있으며, 이와 같이 장착된 범퍼는 차량의 기본 프레임에 고정 설치된 상태에서 이용되고 있다.

범퍼는 외부의 충돌시 가장 먼저 충격을 받는 부위이며, 범퍼가 충분한 에너지를 흡수하면서 변형되어야 승객에게 전달되는 충격력을 감소시킬 수 있다.

즉, 차량의 전면 충돌시 승객의 안전을 확보하기 위하여 전방용 범퍼 백빔의 내충격성 확보는 필수적이다.

도 1a는 종래 프론트 범퍼(1)의 사시도를 도시한 것이다. 도 1b는 종래 프론트 범퍼(1)의 측단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 2는 종래 프론트 범퍼 백빔의 충돌해석 결과를 도시한 것이다.

범퍼 백빔(2)에서는 충격량 분산 및 내충격성 확보를 하기 위해 일반적으로 초고강도강 스틸소재의 롤포밍 공법을 적용하게 된다.

즉, 뱀퍼 백빔(2)을 제작하기 위해서는 롤포밍공법을 적용하여 스틸소재를 절곡하여 90도 각도로 2회 이상 접는 공정이 적용되게 된다. 절곡 후, 원하는 형상을 확보한 후에 후면부 매칭면에 대해 스팟용접을 적용하여 폐단면 단일부품을 제조하게 된다. 그리고 절곡된 스틸의 내측부는 빈공간으로써, 충격시 침입 및 휨 공간으로 활용되게 된다.

즉, 충격분산을 극대화하기 위해 도 1b에 도시된 바와 같이, 전면부는 평면, 후면부는 내측으로 말려있는 폐단면으로 되어 있음을 알 수 있다.

또한 범퍼 백빔(2)은 충격량을 전달하기 위하여 스테이 앗세이(3)가 양단에 체결되어 있으며, 전달된 충격을 프론트 사이드 멤버(4)에 전달되어 차체 내 분산을 통해 전체 충돌에너지는 감소된다.

범퍼 백빔의 내충격성이 확보되지 않는다면 휨 및 침입정도의 크기가 증대할 수 있어 승객 안정성에 영향을 미치게 된다.

그러나 이러한 종래 범퍼 백빔은, 소재적인 측면에서 스틸소재 적용으로 인한 제품의 중량이 증대되고, 롤포밍 공법적용으로 인한 원가가 증대되며, 내충격성을 확보하기 위한 추가적인 구조적용이 불가하고, 스틸소재의 외부 노출로 인한 부식발생 가능성이 있고, 소틸소재의 성형성에 따른 형상자유도가 부족하며, 롤포밍시 연신률 부족에 따른 터짐 발생가능성이 있다는 문제점이 존재한다.

또한, 종래 범퍼 백빔은 결합적인 측면에서, 롤포밍 용접으로 인한 열변형 가능성이 높고, 스테이 앗세이 용접공정으로 인한 추가적인 열변형가능성이 높으며, 보행자 침입방지 가이드 제작시 볼팅 조립이 필요한 단점을 갖는다.

대한민국 공개특허 제2019-0106379호 대한민국 공개특허 제2018-0126763호 대한민국 공개특허 제2016-0126194호 대한민국 공개특허 제2015-0145356호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 멀티 소재를 적용하여 경량성이 확보되며, 내측부 스틸 보강재 적용을 통해 내충격성을 확보할 수 있고, 이종소재 결합시 별도의 접합공정이 필요 없는, 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 멀티소재를 적용함으로써, 충격흡수가 되는 베이스 소재의 플라스틱 적용으로 인한 원가 및 중량을 감소할 수 있고, 롤포밍 공정 삭제에 따른 제품 제작비용을 절약할 수 있으며, 내충격성을 확보하기 위한 추가적인 구조 적용이 가능하고(스틸보강재 고정, 플라스틱 외형재 변경), 다차종 적용에 따른 양상시 금형설계가 용이(스틸보강재 고정, 플라스틱 외형재 변경)하며, 인서트 사출공법 적용에 따른 치수 정밀도 확보가 용이하고, 스틸 소재 대비 형상자유도를 증대할 수 있는, 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 구조적인 측면에서 플라스틱 외형재 내 리브 깊이 만큼 충돌시 침입 및 휨공간을 확보할 수 있고 이종소재 적용에 따른 강성 및 내충격성을 증대시킬 수 있고, 플라스틱 외형재를 적용하게 됨으로써, 부품 일체화로 추가적인 조립공정 및 접합공정이 불필요하며, 성형성, 외관, 표면처리가 우수하며 제작치수 정밀도를 향상시킬 수 있고 롤포밍 공정보다 경량화 비율을 증대시킬 수 있는 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은, 범퍼 백빔에 있어서, 스틸소재로 구성되며 전면부와, 전면부의 상측과 하측 각각에서 전방으로 절곡형성된 상부플랜지와, 하부플랜지를 갖는 스틸보강재에 해당하는 내측부; 및 합성수지로 구성되며, 상기 내측부의 외면 전체를 감싸도록 구성되어, 합성수지 외형재에 해당하는 외측부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔으로서 달성될 수 있다.

그리고 상기 내측부의 전면부에는 복수의 홀이 형성되고, 상기 외측부는 유리섬유강화 열가소성 플라스틱(GMT)으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 외측부의 전면부 일측에 횡방향 리브, 종방향 리브 및 사선방향 리브 중 적어도 어느 하나가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 스틸보강재인 내측부는 프레스 성형 후, 레이저 커팅을 이용하여 홀가공하고, 밴딩가공하여 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 외측부를 성형하기 위해, 금형 내의 가이드 핀에 상기 내측부의 홀을 안착하여 상기 내측부를 금형에 고정시킨 후, 금형 내에 합성수지를 충진하여 성형하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔에 따르면, 멀티 소재를 적용하여 경량성이 확보되며, 내측부 스틸 보강재 적용을 통해 내충격성을 확보할 수 있고, 이종소재 결합시 별도의 접합공정이 필요 없는 장점을 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔에 따르면, 멀티소재를 적용함으로써, 충격흡수가 되는 베이스 소재의 플라스틱 적용으로 인한 원가 및 중량을 감소할 수 있고, 롤포밍 공정 삭제에 따른 제품 제작비용을 절약할 수 있으며, 내충격성을 확보하기 위한 추가적인 구조 적용이 가능하고(스틸보강재 고정, 플라스틱 외형재 변경), 다차종 적용에 따른 양상시 금형설계가 용이(스틸보강재 고정, 플라스틱 외형재 변경)하며, 인서트 사출공법 적용에 따른 치수 정밀도 확보가 용이하고, 스틸 소재 대비 형상자유도를 증대할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔에 따르면, 구조적인 측면에서 플라스틱 외형재 내 리브 깊이 만큼 충돌시 침입 및 휨공간을 확보할 수 있고 이종소재 적용에 따른 강성 및 내충격성을 증대시킬 수 있고, 플라스틱 외형재를 적용하게 됨으로써, 부품 일체화로 추가적인 조립공정 및 접합공정이 불필요하며, 성형성, 외관, 표면처리가 우수하며 제작치수 정밀도를 향상시킬 수 있고 롤포밍 공정보다 경량화 비율을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a는 종래 프론트 범퍼 백빔의 사시도,
도 1b는 종래 프론트 범퍼 백빔의 측단면도,
도 2는 종래 프론트 범퍼 백빔의 충돌해석 결과,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔의 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스틸보강재에 해당하는 내측부의 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 외형재에 해당하는 외측부의 사시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔의 측단면도,
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔의 부분 사시도,
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔의 측단면도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔(100)의 구성, 기능 및 제조방법에 대해 설명하도록 한다.

먼저 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔(100)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스틸보강재에 해당하는 내측부(10)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 외형재에 해당하는 외측부(20)의 사시도를 도시한 것이다.

또한, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔의 측단면도를 도시한 것이다.

그리고 도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔의 부분 사시도를 도시한 것이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔의 측단면도를 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔(100)은 스틸 보강재로 구성되는 내측부(10)와, 이러한 내측부(10)의 외면 전체를 감싸도록 구성되는 플라스틱 외형재에 해당하는 외측부(20)를 포함하여 구성된다. 따라서 내측부(10)인 스틸보강재는 외부에 노출되지 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 내측부(10)는 도 4에 도시된 바와 같이, 스틸소재로 구성되며 전면부(11)와, 전면부(11)의 상측과 하측 각각에서 전방으로 절곡형성된 상부플랜지(12)와, 하부플랜지(13)를 갖는 스틸보강재에 해당함을 알 수 있다. 또한, 상부플랜지(12)의 끝단은 상부측으로 일부 절곡된 상부 돌출단이 형성될 수 있으며, 하부플랜지(13)의 끝단 역시 하부측으로 일부 절곡된 하부 돌출단이 형성될 수 있다.

그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 내측부(10)의 전면부(11)에는 길이방향을 따라 서로 소정간격 이격되어 형성되는 복수의 홀(15)이 구비됨을 알 수 있다.

그리고 외측부(20)는 합성수지 즉 플라스틱으로 구성되며, 내측부(10)의 외면 전체를 감싸도록 구성되어, 합성수지 외형재에 해당한다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 외측부(20)는 유리섬유강화 열가소성 플라스틱(GMT)으로 구성될 수 있다.

그리고 외측부(20)의 전면부에는 도 3, 도 5, 도 6, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 복수의 리브(30)가 설치되어 진다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 리브(30)는 다양한 형태, 개수로 설치될 수 있으며, 백빔(100)의 길이방향을 따라 형성되는 1개의 횡방향 리브(31)와, 횡방향으로 서로 특정간격 이격되어 설치되는 복수의 종방향 리브(32), 그리고 종방향 리브(32) 사이 공간에 구비되는 복수의 사선방향 리브(33)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔(100)의 제조는 전체적으로 스틸 보강재인 내측부(10)를 1차적으로 선 제작한 후, 플라스틱 외형재인 외측부(20)를 외부에 덧씌우는 형태(인서트 사출과 유사)로 제작하게 된다.

구체적으로, 스틸보강재인 내측부(10)의 제조에 있어 롤포밍 공법은 적용되지 않으며, 스틸을 프레스 성형 후, 레이저 커팅을 이용하여 홀(15)가공하고, 밴딩가공하여 제조하게 된다.

그리고 플라스틱 외형재인 외측부(20)를 성형하기 위한 금형 내에 가이드 핀을 제작한 후, 이러한 가이드 핀에 내측부(10)의 홀(15)을 안착하여 내측부(10)를 금형에 고정시키게 된다.

그리고 인서트 사출과 유사한 방법으로, 금형 내에 합성수지를 충진하여 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔(100)을 제조하게 된다. 그리고 상관 푸품인 스테이 앗세이(3) 체결을 위하여 볼팅조립을 실시하게 된다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔(100)에 따르면, 멀티 소재를 적용하여 경량성이 확보되며, 내측부(10) 스틸 보강재 적용을 통해 내충격성을 확보할 수 있고, 이종소재 결합시 별도의 접합공정이 필요 없다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔(100)에 따르면, 멀티소재를 적용함으로써, 충격흡수가 되는 베이스 소재의 플라스틱 적용으로 인한 원가 및 중량을 감소할 수 있고, 롤포밍 공정 삭제에 따른 제품 제작비용을 절약할 수 있으며, 내충격성을 확보하기 위한 추가적인 구조 적용이 가능하고(스틸보강재 고정, 플라스틱 외형재 변경), 다차종 적용에 따른 양상시 금형설계가 용이(스틸보강재 고정, 플라스틱 외형재 변경)하며, 인서트 사출공법 적용에 따른 치수 정밀도 확보가 용이하고, 스틸 소재 대비 형상자유도를 증대할 수 있게 된다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔(100)에 따르면, 구조적인 측면에서 플라스틱 외형재 내 리브 깊이 만큼 충돌시 침입 및 휨공간을 확보할 수 있고 이종소재 적용에 따른 강성 및 내충격성을 증대시킬 수 있고, 플라스틱 외형재를 적용하게 됨으로써, 부품 일체화로 추가적인 조립공정 및 접합공정이 불필요하며, 성형성, 외관, 표면처리가 우수하며 제작치수 정밀도를 향상시킬 수 있고 롤포밍 공정보다 경량화 비율을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:종래 프론트 범퍼
2:종래 프론트 범퍼 백빔
3:스테이 앗세이
4:사이드 멤버
10:내측부
11:전면부
12:상부플랜지
13:하부플랜지
15:홀
20:외측부
30:리브
31:횡방향 리브
32:종방향 리브
33:사선방향 리브
100:멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔

Claims (5)

1. 범퍼 백빔에 있어서,
   스틸소재로 구성되며 전면부와, 전면부의 상측과 하측 각각에서 전방으로 절곡형성된 상부플랜지와, 하부플랜지를 갖는 스틸보강재에 해당하는 내측부; 및
   합성수지로 구성되며, 상기 내측부의 외면 전체를 감싸도록 구성되어, 합성수지 외형재에 해당하는 외측부;를 포함하고,
   상기 내측부의 전면부에는 복수의 홀이 형성되고, 상기 외측부는 유리섬유강화 열가소성 플라스틱(GMT)으로 구성되며,
   상기 외측부의 전면부 일측에 횡방향 리브, 종방향 리브 및 사선방향 리브가 구비되고,
   상기 스틸보강재인 내측부는 프레스 성형 후, 레이저 커팅을 이용하여 홀가공하고, 밴딩가공하여 제조하며,
   상기 외측부를 성형하기 위해, 금형 내의 가이드 핀에 상기 내측부의 홀을 안착하여 상기 내측부를 금형에 고정시킨 후, 금형 내에 합성수지를 충진하여 성형하고,
   상기 상부플랜지의 끝단은 상부측으로 일부 절곡된 상부 돌출단이 형성되고, 상기 하부플랜지의 끝단은 하부측으로 일부 절곡된 하부 돌출단이 형성되며, 상기 전면부의 중앙단에서 전방측으로 일부 돌출된 중앙 돌출단이 형성되고,
   상기 백빔의 길이방향을 따라 구비되는 1개의 횡방향 리브와, 횡방향으로 서로 특정간격 이격되어 설치되는 복수의 종방향 리브를 갖고, 상기 종방향 리브의 이격거리는 중앙부에서 외측으로 갈수록 점진적으로 증가되며, 상기 사선방향 리브는 상기 종방향 리브 간 이격공간에 한 쌍으로 X자 형태로 구성되며, 상기 횡방향 리브의 양쪽 각각과, 상기 횡방향 리브의 중앙부에 설치되는 것을 특징으로 하는 멀티 소재 적용 경량화 하이브리드 범퍼 백빔.
   
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