KR102519996B1 - 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)은, 차체의 전부(前部) 또는 후부(後部)에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력됐을 때에 충돌 에너지를 흡수하는 것으로서, 축압괴(壞)하여 충돌 에너지를 흡수하고, 천판부와 이에 계속되는 종벽부를 갖는 통 형상 부재(3)와, 통 형상 부재(3)의 적어도 천판부와 종벽부의 내면에 도포 또는 첩부된 수지(9)를 갖고, 당해 도포 또는 첩부된 수지(9)는, 가열된 후의 두께가 8㎜ 이하로 폐단면 공간의 둘레벽부로서 적어도 당해 일부를 형성하고, 또한 10㎫ 이상의 접착 강도로 상기 내면에 접착되어 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 자동차용(automotive) 충돌 에너지(crashworthiness energy) 흡수 부품(parts) 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 차체(automotive body)의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중(crashworthiness load)이 입력됐을 때에, 축압괴(軸壓壞)(axial crush)하여 충돌 에너지를 흡수하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차의 충돌 에너지 흡수 성능(absorptive properties)을 향상시키는 기술로서, 자동차 부품(automotive parts)의 형상(shape)·구조(structure)·재료(material) 등의 최적화(optimization) 등 많은 기술이 존재한다. 또한, 근래에는, 폐단면 구조(closed cross section shape)를 갖는 자동차 부품의 내부에 수지(resin)(발포 수지(foamed resin) 등)를 발포시켜 충전함으로써, 당해 자동차 부품의 충돌 에너지 흡수 성능의 향상과 경량화(weigh reduction of automotive body)를 양립시키는 기술이 다수 제안되어 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 사이드실(side sill), 플로어 멤버(floor member), 필러(pillar) 등의 햇 단면(hat-shaped cross section) 부품의 천판(top portion) 방향을 맞춰 플랜지(flange)를 겹쳐 내부에 폐쇄 공간(closed space)을 형성한 구조의 자동차용 구조 부재(structural parts)에 있어서, 그의 내부에 발포 충전재를 충전함으로써, 최소한의 중량 증가로 당해 자동차용 구조 부재의 굽힘 강도(bending strength), 비틀림 강성(torsional stiffness)를 향상시켜, 차체의 강성 및 충돌 안전성(collision safety)을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 햇 단면 부품을 대향시켜 플랜지부를 맞춘 필러 등의 폐단면 구조의 내부 공간 내에 고강성 발포체를 충전함에 있어서, 당해 고강성 발포체를 충전 및 발포에 의한 압축 반력(compressive counterforce)에 의해 고정하고, 진동음(vibration sound)의 전달을 억제하는 방진성(vibration isolating performance)의 향상을 도모함과 함께, 강도, 강성, 충격 에너지 흡수성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술에 의하면, 자동차 부품의 내부에 발포 충전재 또는 발포체를 충전함으로써, 당해 자동차 부품의 굽힘 변형(bending deformation)에 대한 강도나 충격 에너지 흡수성, 나아가서는 비틀림 변형(torsional deformation)에 대한 강성을 향상할 수 있어, 당해 자동차 부품의 변형을 억제하는 것이 가능하다고 되어 있다.
그러나, 프런트 사이드 멤버(front side member)나 크래쉬 박스(crash box)와 같이, 자동차의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력되어 축압괴할 때에, 벨로즈 형상(bellows-shaped)으로 좌굴 변형(buckling deformation)되어 충돌 에너지를 흡수하는 자동차 부품에 대해서는, 당해 자동차 부품의 내부에 발포 충전재나 발포체를 충전하는 기술을 적용했다고 해도, 충돌 에너지의 흡수성을 향상시키는 것이 곤란하다는 과제가 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, 내면에 수지를 도포하여 충돌 에너지의 흡수 효과를 향상함과 함께, 차체에 생긴 진동을 흡수하는 제진재(damping material)로서 기능할 수 있는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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 입력됐을 때에 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 것으로서, 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하고, 천판부와 이에 계속되는 종벽부(side wall portion)를 갖는 통 형상 부재(tubular member)와, 당해 통 형상 부재의 적어도 천판부와 종벽부의 내면에 도포(coating) 또는 첩부(patch)된 수지를 갖고, 당해 도포 또는 첩부된 수지는, 가열된 후의 두께가 8㎜ 이하로 폐단면 공간의 둘레벽부(peripheral wall portion)로서 적어도 당해 일부를 형성하고, 또한 10㎫ 이상의 접착 강도(adhesive strength)로 상기 내면에 접착되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품은, 상기 발명에 있어서, 상기 수지가 상기 내면으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해 당해 수지의 표면을 덮음과 함께 상기 종벽부의 내면에 접합된 이탈 방지 부재(release prevention member)를 갖고, 상기 수지는, 10㎫ 이상의 접착 강도로 상기 이탈 방지 부재와도 접착되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법은, 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력됐을 때에 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하고, 천판부와 이에 계속되는 종벽부를 갖는 통 형상 부재를 갖고 이루어지는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 제조하는 것으로서, 상기 통 형상 부재의 내면에 8㎜ 이하의 두께로 수지를 도포 또는 첩부하는 공정과, 당해 수지를 도포 또는 첩부한 상기 통 형상 부재를 소정의 조건으로 가열 처리(heat treatment)하여 상기 수지를 상기 통 형상 부재의 내면에 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법은, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 제조하는 것으로서, 상기 통 형상 부재의 내면에 8㎜ 이하의 두께로 수지를 도포 또는 첩부하는 공정과, 상기 내면에 도포 또는 첩부한 상기 수지가 당해 내면으로부터 이탈하는 것을 방지하는 이탈 방지 부재를 상기 수지의 표면을 덮도록 설치하여 상기 종벽부의 내면에 접합하는 공정과, 상기 수지를 도포 또는 첩부한 상기 통 형상 부재를 소정의 조건으로 가열 처리하여, 상기 수지를 상기 통 형상 부재의 내면 및 상기 이탈 방지 부재의 각각에 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법은, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 제조하는 것으로서, 상기 통 형상 부재의 천판부와 이에 계속되는 종벽부의 내면으로부터 수지의 이탈을 방지하는 이탈 방지 부재에 8㎜ 이하의 두께로 당해 수지를 도포 또는 첩부하는 공정과, 당해 수지를 도포 또는 첩부한 이탈 방지 부재에 있어서의 수지를 상기 통 형상 부재의 내면에 맞닿도록 설치하여 당해 이탈 방지 부재를 상기 종벽부의 내면에 접합(join)하는 공정과, 당해 이탈 방지 부재를 내면에 접합한 상기 통 형상 부재를 소정의 조건으로 가열 처리하여, 상기 수지를 상기 내면 및 상기 이탈 방지 부재의 각각에 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력됐을 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 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 자동차 엔진(automotive engine)으로부터의 진동이나 자동차 주행 시(driving a car)에 각 방향으로부터 차체에 입력하는 진동을 흡수하고, 제진성(vibration-damping properties)을 향상할 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 부품을 나타내는 단면도이다.
도 3은, 강판(steel sheets) 강도 레벨과 강판의 파단 한계 굽힘 반경(fracture limit for bending radius)과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도이다(그의 1).
도 5는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도이다(그의 2).
도 6은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 나타내는 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 9는, 실시예에 있어서의 축압괴 시험 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은, 실시예에 있어서의 타격 진동 시험(impact vibration test) 방법을 설명하는 도면이다.
도 11은, 실시예에 있어서의 타격 진동 시험 방법에 의한 진동 특성 평가에 있어서 고유 진동수(character frequency) 산출의 대상으로 한 진동 모드를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시예에 있어서 발명예로서 이용한 시험체(test specimen)의 구조를 나타내는 도면이다(그의 1).
도 13은, 실시예에 있어서 발명예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다(그의 2).
도 14는, 실시예에 있어서 발명예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다(그의 3).
도 15는, 실시예에 있어서 발명예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다(그의 4).
도 16은, 실시예에 있어서 비교예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다.
도 17은, 실시예에 있어서 비교예에 따른 시험체의 축압괴 시험을 행했을 때의, 충돌 하중과 스트로크(stroke)(축압괴 변형량(amount of axial crushing deformation))의 측정 결과와, 당해 시험체의 변형 상태를 나타내는 도면이다(그의 1).
도 18은, 실시예에 있어서 비교예에 따른 시험체의 축압괴 시험을 행했을 때의, 충돌 하중과 스트로크(축압괴 변형량)의 측정 결과와, 당해 시험체의 변형 상태를 나타내는 도면이다(그의 2).
도 19는, 실시예에 있어서 발명예에 따른 시험체의 축압괴 시험을 행했을 때의, 충돌 하중과 스트로크(축압괴 변형량)의 측정 결과와, 당해 시험체의 변형 상태를 나타내는 도면이다(그의 1).
도 20은, 실시예에 있어서 발명예에 따른 시험체의 축압괴 시험을 행했을 때의, 충돌 하중과 스트로크(축압괴 변형량)의 측정 결과와, 당해 시험체의 변형 상태를 나타내는 도면이다(그의 2).
도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 나타내는 단면도이다.
도 3은, 강판(steel sheets) 강도 레벨과 강판의 파단 한계 굽힘 반경(fracture limit for bending radius)과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도이다(그의 1).
도 5는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도이다(그의 2).
도 6은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 나타내는 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 9는, 실시예에 있어서의 축압괴 시험 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은, 실시예에 있어서의 타격 진동 시험(impact vibration test) 방법을 설명하는 도면이다.
도 11은, 실시예에 있어서의 타격 진동 시험 방법에 의한 진동 특성 평가에 있어서 고유 진동수(character frequency) 산출의 대상으로 한 진동 모드를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시예에 있어서 발명예로서 이용한 시험체(test specimen)의 구조를 나타내는 도면이다(그의 1).
도 13은, 실시예에 있어서 발명예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다(그의 2).
도 14는, 실시예에 있어서 발명예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다(그의 3).
도 15는, 실시예에 있어서 발명예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다(그의 4).
도 16은, 실시예에 있어서 비교예로서 이용한 시험체의 구조를 나타내는 도면이다.
도 17은, 실시예에 있어서 비교예에 따른 시험체의 축압괴 시험을 행했을 때의, 충돌 하중과 스트로크(stroke)(축압괴 변형량(amount of axial crushing deformation))의 측정 결과와, 당해 시험체의 변형 상태를 나타내는 도면이다(그의 1).
도 18은, 실시예에 있어서 비교예에 따른 시험체의 축압괴 시험을 행했을 때의, 충돌 하중과 스트로크(축압괴 변형량)의 측정 결과와, 당해 시험체의 변형 상태를 나타내는 도면이다(그의 2).
도 19는, 실시예에 있어서 발명예에 따른 시험체의 축압괴 시험을 행했을 때의, 충돌 하중과 스트로크(축압괴 변형량)의 측정 결과와, 당해 시험체의 변형 상태를 나타내는 도면이다(그의 1).
도 20은, 실시예에 있어서 발명예에 따른 시험체의 축압괴 시험을 행했을 때의, 충돌 하중과 스트로크(축압괴 변형량)의 측정 결과와, 당해 시험체의 변형 상태를 나타내는 도면이다(그의 2).
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명의 실시 형태 1 및 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 및 그의 제조 방법에 대해서, 도 1∼도 8에 기초하여 이하에 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능, 구성을 갖는 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
[실시 형태 1]
<자동차용 충돌 에너지 흡수 부품>
본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)은, 도 1 및 도 2에 예시하는 바와 같이, 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력됐을 때에 통 형상 부재(3)의 길이 방향으로 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하는 것으로서, 아우터 부품(outer parts)(5)과 이너 부품(inner parts)(7)이 접합하여 통 형상으로 형성된 통 형상 부재(3)와, 통 형상 부재(3)의 내면에 도포된 수지(9)를 구비한 것이다.
통 형상 부재(3)는, 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하고, 천판부와 이에 계속되는 종벽부를 갖는 것으로서, 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같이, 금속판(metal sheet)으로 이루어지는 햇 단면 형상의 아우터 부품(5)과, 금속판으로 이루어지는 평판 형상의 이너 부품(7)이 접합하여 통 형상으로 형성되고, 그의 내부에 폐단면 공간을 갖는 것이다.
여기에서, 폐단면 공간이란, 통 형상 부재(3)의 축 방향으로 교차하는 방향에 있어서의 통 형상 부재(3)의 둘레벽부의 단면 형상이 폐단면이고, 도 1에 나타내는 통 형상 부재(3)에 있어서는, 그의 축 방향을 따라 연속하는 폐단면에 의해 형성된 공간을 말한다. 이러한 폐단면 공간은, 햇 단면 형상의 아우터 부품(5)과 평판 형상의 이너 부품(7)을 접합함으로써 형성되고, 아우터 부품(5)과 이너 부품(7)의 접합은, 예를 들면 스팟 용접(spot welding)을 적용할 수 있다.
이러한 폐단면 공간을 갖는 통 형상 부재(3)는, 차체 전부의 좌우 위치에 있어서 차체 전후 방향으로 연장되어 차체 골격(automotive body frame)의 일부를 구성하는 프런트 사이드 멤버나, 당해 차체 골격의 전단 또는 후단에 형성되는 크래쉬 박스와 같은 폐단면 구조를 갖는 자동차 부품에 이용되고, 당해 자동차 부품은, 통 형상 부재(3)의 축 방향(길이 방향) 차체의 전후 방향과 일치하도록 당해 차체에 설치된다.
또한, 자동차 부품으로서 이용되는 통 형상 부재(3)에 이용되는 금속판의 종류로서는, 냉연 강판(cold rolled steel sheet), 열연 강판(hot rolled steel sheet), 스테인리스 강판(stainless steel sheet), 아연계 도금 강판(zinc-based coating steel sheet), 아연 합금계 도금 강판(zinc alloy coating steel sheet), 알루미늄 합금계 도금 강판(aluminum alloy coating steel sheet), 알루미늄 합금판(aluminum alloy sheet)을 예시할 수 있다.
수지(9)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 통 형상 부재(3)를 구성하는 아우터 부품(5)의 내면에 0 초과 8㎜ 이하의 두께로 도포된 것으로서, 상기 통 형상 부재(3)의 폐단면 공간의 일부를 형성한다. 그리고, 수지(9)는, 아우터 부품(5)과 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착되어 있다.
본 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)에 있어서의 수지(9)의 종류에 대해서는, 열 가소계(thermoplastic resin), 열 경화계(thermoset resin) 또는 엘라스토머계(elastomer resin)의 것을 들 수 있다. 열 가소계의 수지로서는, 비닐계(vinyl resin)(아세트산 비닐(vinyl acetate), 염화 비닐(vinyl chloride) 등), 아크릴계(acrylic resin), 폴리아미드계(polyamide resin), 폴리스티렌계(polystyrene resin), 시아노아크릴레이트계(cyanoacrylate resin)의 것을 예시할 수 있다. 열 경화계의 수지로서는, 에폭시계(epoxy resin), 우레탄계(urethane resin), 에스테르계(ester resin), 페놀계(phenolic resin), 멜라민계(melamine resin), 우레아계(urea resin)의 것을 예시할 수 있다. 엘라스토머계의 수지로서는, 니트로고무계(nitro rubber resin), 스티렌부타디엔고무계(styrene butadiene rubber resin), 변성 실리콘계(modified silicone resin), 부틸 고무계(butyl rubber resin), 우레탄고무계(urethane rubber resin), 아크릴고무계(acrylic rubber resin)의 것을 예시할 수 있다.
자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)의 경량화의 관점에서는, 수지(9)로서는 발포 수지가 바람직하다. 또한, 수지(9)로서 발포 수지를 이용한 경우, 그 발포 배율은 특별히 제한은 없다.
또한, 수지(9)와 통 형상 부재(3)의 접착 강도는, 금속판과 수지의 계면에 작용하는 최대 전단 응력(sheared stress) 또는 평균 전단 응력으로 할 수 있고, 당해 최대 전단 응력 또는 평균 전단 응력은, 예를 들면, 금속판(강판 등)과 수지를 접착한 2층 각기둥(double-layered square column)의 충돌 해석(crashworthiness analysis)에 의해 구할 수 있다.
또한, 수지(9)와 통 형상 부재(3)의 접착 강도는, 접착 후의 수지(9)와 통 형상 부재(3)의 일부를 잘라내고, 당해 잘라낸 수지(9)와 통 형상 부재(3)를 인장 시험기(tensile testing machine)에 설치하고, 한쪽은 수지(9)를, 다른 한쪽은 통 형상 부재(3)를 사이에 두고, 인장하여 구한 것으로 해도 좋다. 혹은, 접착 후의 통 형상 부재(3)와 수지(9)의 일부를 잘라내어 인장 시험기에 설치하고, 한쪽은 수지(9)를 사이에 두고, 다른 한쪽은 금속판제의 통 형상 부재(3)를 절곡하여 형성한 그립부(도시 없음)를 그립하여 인장하거나, 혹은, 통 형상 부재(3)에 그립 부품을 접합하고, 당해 그립 부품을 인장 시험기로 그립하여 인장하는 방법에 의해 측정한 것을, 수지(9)와 통 형상 부재(3)의 접착 강도로 해도 좋다.
상기한 바와 같이, 본 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)은, 통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)가 도포된 것이지만, 본 발명은, 8㎜ 이하의 두께의 판 형상의 수지가 통 형상 부재의 내면에 접착제를 이용하여 첩부된 것이어도 좋다. 나아가서는, 라미네이트 강판(laminated steel sheet)에 있어서의 라미네이트 수준으로, 100㎛ 정도의 두께의 필름 형상의 수지가 통 형상 부재의 내면에 첩부된 것이어도 좋다. 그리고, 판 형상의 수지 또는 필름 형상의 수지와 통 형상 부재의 내면의 접착 강도가 10㎫ 이상 필요하다.
<자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법>
다음으로, 본 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법에 대해서, 설명한다.
본 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법은, 도 1 및 도 2에 예시하는 바와 같이, 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력됐을 때에 충돌 에너지를 흡수하는 통 형상 부재(3)를 갖고 이루어지는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)을 제조하는 방법으로서, 통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)를 도포하는 공정과, 수지(9)를 도포한 통 형상 부재(3)를 가열 처리하여 접착 강도를 향상하는 공정을 포함한다.
통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)를 도포하는 공정에 있어서는, 금속판으로 이루어지는 햇 단면 형상의 아우터 부품(5)과, 금속판으로 이루어지는 평판 형상의 이너 부품(7)이 접합하여 통 형상 부재(3)를 형성한 후에, 통 형상 부재(3)의 내면에 8㎜ 이하의 두께로 수지(9)를 도포하거나, 혹은, 아우터 부품(5) 및 이너 부품(7)에 있어서의 통 형상 부재(3)의 내면에 상당하는 부위에 8㎜ 이하의 두께로 수지를 도포한 후에, 아우터 부품(5)과 이너 부품(7)을 접합하여 통 형상 부재(3)를 형성하는, 것 중 어느 것이라도 좋다.
수지(9)를 도포하는 구체적인 방법으로서는, 스프레이 노즐(spray nozzle)을 이용하여 수지(9)를 분무하여 통 형상 부재의 내면에 도포하는 방법이나, 솔(brush) 등을 이용하여 통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)를 도포하는 방법, 나아가서는, 수지(9)를 포함한 도료가 저류된 저조에 통 형상 부재(3)를 침지시켜 통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)를 도포하는 방법을 들 수 있다. 또한, 수지에 의한 중량 증가를 고려하여, 통 형상 부재(3)의 폐단면 공간의 둘레벽부의 일부에 수지를 도포했다.
가열 처리하는 공정에 있어서는, 수지(9)를 도포한 통 형상 부재(3)를 소정의 조건으로 가열 처리하여 수지(9)를 통 형상 부재(3)의 내면에 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착한다. 이 때, 수지(9)와 통 형상 부재(3)는, 수지(9) 자체의 접착능(adhesive capacity), 혹은, 접착제에 의해 접착할 수 있다.
수지(9) 자체의 접착능에 의해 접착하는 경우에 있어서는, 통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)를 도포한 후에 가열 처리를 행하고, 도포한 수지(9)의 종류에 따라서, 10㎫ 이상의 접착 강도가 되도록 가열 처리의 온도 및 시간을 적절히 조정하면 좋다. 이에 대하여, 접착제를 이용하여 접착하는 경우에 있어서는, 수지(9)와 통 형상 부재(3)의 내면을 접착제를 통하여 접착한 후에 가열 처리를 행하고, 당해 접착제의 접착 강도가 10㎫ 이상이 되도록 가열 처리의 온도 및 시간을 적절히 조정하면 좋다. 또한, 본 발명에 있어서 가열 처리를 행하는 공정은, 예를 들면, 통 형상 부재(3)의 외면에 도료를 도장하여 소부(燒付) 처리를 하는 공정을 겸한 것이어도 좋다.
또한, 수지(9)와 통 형상 부재(3)의 내면의 접착 강도는, 전술한 바와 같이, 금속판(강판 등)과 수지를 접착한 2층 각기둥의 충돌 실험이나, 인장 시험기를 이용한 측정에 의해 구할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법은, 수지(9)를 통 형상 부재(3)의 내면에 도포하는 것이었지만, 본 발명은, 8㎜ 이하의 두께의 판 형상의 수지를 통 형상 부재의 내면에 접착제를 이용하여 첩부하는 것이어도 좋다. 나아가서는, 라미네이트 강판에 있어서의 라미네이트와 마찬가지로, 100㎛ 정도의 두께의 필름 형상의 수지를 통 형상 부재의 내면에 첩부하는 것이어도 좋다. 그리고, 가열 처리하는 공정에 있어서, 판 형상의 수지 또는 필름 형상의 수지와 통 형상 부재의 내면의 접착 강도가 10㎫ 이상이 되도록 하면 좋다.
다음으로, 본 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)이 축압괴하는 과정에 있어서 충돌 에너지의 흡수 성능이 향상하는 이유에 대해서, 이하에 설명한다.
강판 등의 금속판에 형성된 통 형상 부재를 갖는 종래의 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품은, 당해 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 축 방향 선단에 충돌 하중을 입력하고, 당해 통 형상 부재가 좌굴 내력을 초과하여 축압괴하는 과정에 있어서, 당해 통 형상 부재는 벨로즈 형상으로 좌굴 변형을 반복하여 발생시킴으로써 충돌 에너지를 흡수한다.
이 과정에 있어서, 통 형상 부재가 균열되지 않고 좌굴 변형하면 충돌 에너지는 가장 흡수되기 쉽지만, 통 형상 부재가 벨로즈 형상으로 좌굴 변형한 벨로즈 형상의 굽힘 부분의 선단 외면에 균열이 발생하면, 충돌 에너지의 흡수가 부족하여, 본래의 능력을 발휘할 수 없게 된다. 이 통 형상 부재의 좌굴 변형에 수반하는 벨로즈 형상의 굽힘 부분은, 금속판 고유의 작은 굽힘 반경이 되기 때문에, 굽힘의 외면에 응력이 집중되어 균열이 발생하기 쉽다.
또한, 통 형상 부재의 형상에 있어서, 충돌 에너지를 흡수하는 능력이 높은 부위는 천판부와 종벽부를 연결하는 부분이지만, 통 형상 부재를 프레스 성형할 때에, 가장 가공을 받기 쉽게 가공 경화하는 부위이기도 하다. 그 결과, 가공 경화(work-hardening)에 의한 연성(ductility)의 저하에 의해, 천판부와 종벽부를 연결하는 벨로즈 형상의 굽힘 부분의 선단에 균열이 발생하기 쉽다.
특히, 최근, 충돌 특성과 경량화의 양립을 목적으로서 자동차 부품에 채용되고 있는 고강도 강판(high-strength steel sheet)은, 종래의 강도의 강판과 비교하여 연성이 작기 때문에, 표 1 및 도 3에 나타내는 강판 강도 레벨과 강판의 파단 한계 굽힘 반경 R/판두께 t의 관계(하기의 참고 문헌 1 참조)에 의하면, 강판의 인장 강도(tensile strength) TS가 클수록 큰 굽힘 반경에서 파단이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 고강도 강판을 이용한 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품이 벨로즈 형상으로 좌굴 변형하면, 강판 강도의 증가에 수반하여 벨로즈 형상의 굽힘 선단으로 균열(fracture)이 발생하기 쉬워진다.
(참고 문헌 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.
그 결과, 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품으로의 고강도 강판의 적용에 있어서, 강판의 더 한층의 고강도화의 진전을 저해하는 요인이었다. 그래서, 본 발명에서는, 통 형상 부재의 벨로즈 형상의 굽힘 부분이, 전술한 금속판 고유의 작은 굽힘 반경이 되는 것에 주목하여, 당해 굽힘 반경을 크게 할 수 있으면, 충돌 시의 좌굴 변형에 수반하는 벨로즈 형상의 굽힘 선단의 균열을 방지할 수 있는 것을 발상한 것이다.
즉, 축압괴 충돌 초기에 있어서 금속판제의 통 형상 부재(3)가 좌굴 변형했을 때에, 볼록 형상으로 변형한 굽힘부에 있어서, 금속판과 금속판의 사이에 개재하는 것을 사이에 두고 압축함으로써, 볼록 형상의 굽힘부의 굽힘 R을 크게 보존유지할 수 있는 것이다. 그러나, 금속판과 금속판의 사이에 개재하는 것을 추가하면, 부품의 중량 증가로 연결되기 때문에, 가능한 한 경량인 것이 좋다.
그래서, 본 발명에서는, 통 형상 부재의 내면에 수지를 접착하고, 금속판과 금속판의 사이에 수지를 사이에 두는 것으로 하고, 이에 따라, 수지가 개재하여 볼록 형상의 굽힘부의 굽힘 R을 금속판 고유의 파단 한계 굽힘 반경보다 크게 할 수 있고, 통 형상 부재의 벨로즈 형상의 굽힘 부분에 균열이 발생하는 것이 방지된다. 그 결과, 충돌 에너지의 흡수 성능이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
그러나, 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 통 형상 부재의 내면에 도포된 수지와 통 형상 부재의 내면과 접착 강도가 작으면, 상기 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 축 방향 선단에 충돌 하중이 입력되어 좌굴 변형이 개시한 직후에서 축압괴 변형의 종료에 이르기까지의 과정에 있어서, 상기 통 형상 부재의 내면에 도포된 수지가 통 형상 부재로부터 박리되어 이탈해 버린다. 그 결과, 좌굴 변형에 있어서 균열이 발생하고, 충돌 에너지 흡수 성능을 향상시킬 수 없게 되어 버린다.
이에 대하여, 본 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)에 있어서는, 통 형상 부재(3)의 내면에 도포되어 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착되어 있는 수지(9)는, 축압괴의 과정에 있어서 통 형상 부재(3)의 내면으로부터 박리되어 탈리하는 일 없이 통 형상 부재(3)와 함께 압축 변형한다.
이에 따라, 통 형상 부재(3)의 좌굴 내력을 향상시킴과 함께, 통 형상 부재(3)의 변형 저항을 저하시키는 일 없이 통 형상 부재(3)에 벨로즈 형상으로 반복하여 좌굴 변형을 발생시킬 수 있고, 그 결과, 충돌 에너지의 흡수 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 수지(9)를 도포하여 가열한 후의 두께를 8㎜ 이하로 함으로써, 축압괴 충돌 초기에 있어서 금속판제의 통 형상 부재(3)가 좌굴 변형했을 때에, 볼록 형상으로 변형한 굽힘부에 있어서는 금속판과 금속판의 사이에 수지가 끼워진다. 이에 따라, 볼록 형상의 굽힘부의 굽힘 R이 금속판 고유의 파단 한계 굽힘 반경보다 작아지는 것을 막을 수 있고, 금속판에 파단이 발생하는 것이 방지된다. 그 결과, 충돌 에너지의 흡수 성능이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 종래와 같이, 통 형상 부재(3)의 폐단면 공간의 전체를 수지로 메울 필요는 없다. 이는, 상기의 이유에 의해, 충돌 시의 좌굴 변형에 수반하는 벨로즈 형상의 굽힘 부분의 선단에 수지를 존재시키면 좋기 때문이다. 따라서, 좌굴 변형에 수반하여 수지를 존재시키려면, 통 형상 부재(3)의 천판부와 종벽부를 연결하는 부위는 수지를 접착시키는 것이 필수이다.
그 때문에, 도 4에 나타내는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(15)과 같이, 아우터 부품(5)의 펀치 숄더 R부(punch shoulder R portion)(5b)에 수지(17)를 도포한 것이어도, 축 방향으로 충돌 하중이 입력됐을 때의 충돌 에너지의 흡수 성능이 저하하는 것을 억제하고, 또한 좌굴 내력을 향상시킬 수 있다.
하지만, 도 5에 나타내는 바와 같이, 통 형상 부재(3)의 내면의 전면에 수지(13)를 도포하여 폐단면 공간의 둘레벽부의 전부(全部)를 형성한 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(11)에 있어서도, 통 형상 부재(3)의 좌굴 내력의 향상과 파단을 방지하는 효과가 얻어진다.
또한, 본 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)에 있어서는, 통 형상 부재(3)의 내면에 도포한 수지(9)는, 진동을 흡수하는 제진재로서도 기능한다. 예를 들면, 축압괴시켜 충돌 에너지를 흡수하는 부품인 프런트 사이드 멤버로서 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)을 이용하는 경우에 있어서는, 당해 프런트 사이드 멤버에 탑재되는 자동차 엔진의 진동을 수지(9)가 흡수하는 것이 가능해져, 제진성이 향상한다. 이 점에 관해서는, 후술하는 실시예에서 실증한다.
또한, 상기의 설명에 있어서, 통 형상 부재(3)는, 햇 단면 형상의 아우터 부품(5)과 평판 형상의 이너 부품(7)을 스팟 용접 등에 의해 접합하여 형성된 것이다. 하지만, 통 형상 부재(3)는 이것에 한정하는 것이 아니라, 예를 들면, 햇 단면 형상이나 ㄷ자 단면 형상(U-shaped cross section)의 부재끼리를 접합하여 통 형상으로 형성한 것이어도 좋고, 원통 부재 또는 원통 부재의 단면을 다각형으로 성형한 것이나, 복수의 부재의 플랜지면을 아울러 다각형으로 한 것이어도 좋다.
또한, 상기의 설명은, 통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)가 도포된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)에 대한 것이었지만, 통 형상 부재의 내면에 판 형상 또는 필름 형상의 수지가 첩부되고, 그 접착 강도가 10㎫ 이상의 것이어도, 본 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)과 동일한 작용 효과가 얻어진다.
[실시 형태 2]
<자동차용 충돌 에너지 흡수 부품>
전술의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)에 있어서는, 통 형상 부재(3)의 내면과 수지(9)의 접착 강도를 10㎫ 이상으로 확실히 확보하기 위해, 축압괴하는 과정에 있어서 통 형상 부재(3)의 내면에 접착한 수지(9)가 이탈하여 충돌 에너지의 흡수 성능이 향상하지 않는 경우가 없도록, 수지(9)의 이탈을 방지하는 수단을 검토했다.
그래서, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)은, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하고, 천판부와 이에 계속되는 종벽부를 갖는 통 형상 부재(3)와, 통 형상 부재(3)의 내면에 도포된 수지(9)를 갖고, 수지(9)는, 8㎜ 이하의 두께로 도포되고, 또한 10㎫ 이상의 접착 강도로 상기 내면에 접착되고, 추가로, 수지(9)가 내면으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해 수지(9)의 표면을 덮음과 함께, 통 형상 부재(3)의 종벽부(5c)의 내면에 접합된 이탈 방지 부재(23)를 갖고, 수지(9)는, 10㎫ 이상의 접착 강도로 이탈 방지 부재(23)와도 접착되어 있는 것이다.
이탈 방지 부재(23)는, 금속판제(예를 들면, 강판제)이고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 통 형상 부재(3)의 내면의 일부인 아우터 부품(5)에 도포된 수지(9)를 덮음과 함께, 아우터 부품(5)의 종벽부(5c)의 내면에, 예를 들면 스팟 용접 등에 의해 접합되어 있다. 또한, 수지(9)는 적어도 천판부(5a)와 종벽부(5c)를 연결하는 부분에 필요시되고, 게다가, 가능한 한 경량화하고자 하기 때문에, 수지(9)의 종벽 높이를 짧게 하고자 하는 점에서, 이탈 방지 부재(23)는 아우터 부품(5)의 종벽부(5c)에 접합시키도록 했다.
또한, 수지(9)와 통 형상 부재(3) 및 이탈 방지 부재(23)의 접착 강도는, 전술의 실시 형태 1과 마찬가지로, 금속판(강판 등)과 수지를 접착한 2층 각기둥의 충돌 해석에 의해 구해도 좋고, 접착 후의 수지와 통 형상 부재 및 이탈 방지 부재의 일부를 잘라내어 인장 시험기에 의해 측정하여 구해도 좋다.
상기한 바와 같이, 본 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)은, 통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)가 도포된 것이지만, 본 발명은, 8㎜ 이하의 두께의 판 형상의 수지가 통 형상 부재의 내면에 접착제를 이용하여 첩부된 것이어도 좋다. 나아가서는, 라미네이트 강판에 있어서의 라미네이트 수준으로, 100㎛ 정도의 두께의 필름 형상의 수지가 통 형상 부재의 내면에 첩부된 것이어도 좋다. 그리고, 판 형상의 수지 또는 필름 형상의 수지와 통 형상 부재의 내면의 접착 강도가 10㎫ 이상이면 좋다.
<자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법>
다음으로, 본 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법에 대해서, 설명한다.
본 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법의 일 실시 형태는, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력됐을 때에 충돌 에너지를 흡수하고, 천판부와 이에 계속되는 종벽부를 갖는 통 형상 부재(3)를 갖고 이루어지는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)을 제조하는 방법으로서, 통 형상 부재(3)의 내면에 8㎜ 이하의 두께로 수지(9)를 도포하는 공정과, 수지(9)의 표면에 이탈 방지 부재(23)를 첩부함과 함께 이탈 방지 부재(23)를 통 형상 부재(3)의 내면에 접합하는 공정과, 수지(9)를 도포한 통 형상 부재(3)를 소정의 조건으로 가열 처리하여, 수지(9)를 통 형상 부재(3)의 내면 및 이탈 방지 부재(23)의 각각과 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착하는 공정을 포함한다.
통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)를 도포하는 공정에 있어서는, 금속판으로 이루어지는 햇 단면 형상의 아우터 부품(5)과, 금속판으로 이루어지는 평판 형상의 이너 부품(7)을 접합하여 통 형상 부재(3)를 형성한 후에, 통 형상 부재(3)의 내면에 8㎜ 이하의 두께가 되도록 수지(9)를 도포한다. 이 때, 액체 형상의 수지(9)를 통 형상 부재(3)의 내면에 8㎜ 이하로 도포하는 것이나, 8㎜ 이하의 두께의 판 형상의 수지(9)를 통 형상 부재(3)의 내면에 접착제를 이용하여 접착하는 것 중 어느 것이라도 좋다.
이탈 방지 부재(23)를 통 형상 부재(3)의 내면에 접합하는 공정에 있어서는, 이탈 방지 부재(23)를 통 형상 부재(3)의 내면에 도포한 수지에 첩부 또는 접착제를 이용하여 접착하고, 아우터 부품(5)의 종벽부(5c)의 내면에 스팟 용접 등에 의해 접합한다.
그리고, 가열 처리하는 공정에 있어서는, 수지(9)를 도포함과 함께 이탈 방지 부재(23)를 설치한 통 형상 부재(3)를 소정의 조건으로 가열 처리하여, 수지(9)와 통 형상 부재(3)의 내면 및 이탈 방지 부재(23)의 각각과 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착한다.
혹은, 접착제를 이용하여 수지(9)를 통 형상 부재(3)의 내면에 접착하는 경우에 있어서는, 수지(9)를 통 형상 부재(3)의 내면에 접착한 후에 가열 처리를 행하고, 당해 접착제의 접착 강도가 10㎫ 이상이 되도록 가열 처리의 온도 및 시간을 적절히 조정하면 좋다. 또한, 본 발명에 있어서 가열 처리를 행하는 공정은, 예를 들면, 통 형상 부재(3)의 외면을 도료로 도장하여 소부 처리(baking finish)를 하는 공정을 겸한 것이어도 좋다.
또한, 수지(9)와 통 형상 부재(3)의 내면의 접착 강도는, 전술한 바와 같이, 금속판(강판 등)과 수지를 접착한 2층 각기둥의 충돌 해석이나, 인장 시험기를 이용한 측정에 의해 구할 수 있다.
상기의 설명에 있어서, 본 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법은, 통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)를 도포한 후에, 이탈 방지 부재(23)를 통 형상 부재(3)의 내부에 설치하여 수지(9)의 표면에 첩부함과 함께 통 형상 부재(3)의 내면에 접합하는 것이었지만, 수지(9)의 도포와 이탈 방지 부재(23)의 설치는 상기의 차례에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)의 제조 방법의 다른 실시 형태로서, 통 형상 부재(3)의 내면으로부터 수지(9)가 이탈하는 것을 방지하는 이탈 방지 부재(23)에 8㎜ 이하의 두께로 수지(9)를 도포 또는 첩부하는 공정과, 수지(9)를 도포 또는 첩부한 이탈 방지 부재(23)에 있어서의 수지(9)를 통 형상 부재(3)의 내면에 맞닿음과 함께 이탈 방지 부재(23)를 통 형상 부재(3)의 내면에 접합하는 공정과, 소정의 조건으로 가열 처리함으로써 수지(9)를 통 형상 부재(3)의 내면과 이탈 방지 부재(23)의 각각과 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착하는 공정을 구비한 것이어도 좋다.
본 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)에 있어서는, 전술의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)과 마찬가지로, 통 형상 부재(3)가 벨로즈 형상으로 좌굴 변형하여 축압괴하는 과정에 있어서 수지(9)가 통 형상 부재(3)의 내면으로부터 이탈하는 것을 방지한다. 이에 따라, 본 실시 형태에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)은, 통 형상 부재(3)가 좌굴 변형했을 때에 당해 좌굴 변형 부분의 내측에 수지(9)가 사이에 끼워져 파단 한계 굽힘 반경 이하가 되는 것을 효과적으로 방지함으로써, 축압괴 초기에 있어서의 통 형상 부재(3)의 파단을 방지할 수 있고, 충돌 에너지 흡수 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)은, 아우터 부품(5)의 천판부(5a)를 넘어 펀치 숄더 R부(5b)를 포함하도록 수지(9)가 도포된 것이지만, 본 발명은, 도 8에 나타내는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(25)과 같이, 아우터 부품(5)의 펀치 숄더 R부(5b)에만 수지(17)를 도포한 것이어도 좋다.
이와 같이, 아우터 부품(5)의 펀치 숄더 R부(5b)에만 수지(17)를 도포하여 10㎫ 이상의 접착 강도로 아우터 부품(5)과 이탈 방지 부재(23)에 접착한 것이어도, 축압괴 충돌 초기에 있어서 수지(17)가 아우터 부품(5)으로부터 이탈하는 것이 방지되어 좌굴 내력이 향상되어, 충돌 에너지의 흡수 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 아우터 부품(5)의 프레스 성형 과정에 있어서 가공 경화가 진행한 펀치 숄더 R부(5b)가 축압괴 과정에 있어서 좌굴 변형했을 때에, 당해 좌굴 변형의 굽힘부의 내측에 수지(17)가 사이에 끼워져 파단 한계 굽힘 반경 이하로 굽혀지는 것을 막음으로써, 파단이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)에 있어서도, 통 형상 부재(3)의 내면에 도포한 수지(9)는, 진동을 흡수하는 제진재로서도 기능한다.
예를 들면, 축압괴시켜 충돌 에너지를 흡수하는 부품인 프런트 사이드 멤버로서 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)을 이용하는 경우에 있어서는, 당해 프런트 사이드 멤버에 탑재되는 자동차 엔진의 진동을 수지(9)가 흡수하는 것이 가능해져, 제진성이 향상한다.
또한, 상기의 설명은, 통 형상 부재(3)의 내면에 수지(9)가 도포된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)에 대한 것이었지만, 통 형상 부재의 내면에 판 형상 또는 필름 형상의 수지가 첩부되고, 그 접착 강도가 10㎫ 이상의 것이어도, 본 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)과 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
실시예
본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 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 함수의 측정과 고유 진동수의 산출에 의한 제진 특성의 평가를 행했다.
축압괴 시험에 있어서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 통 형상 부재(3)를 갖는 시험체(31)의 축 방향으로 시험 속도 17.8㎧로 하중을 입력하여 시험체 길이(시험체(31)의 축 방향 길이 L0)를 200㎜에서 120㎜까지 80㎜ 축압괴 변형시켰을 때의 하중과 스트로크(축압괴 변형량)의 관계를 나타내는 하중-스트로크 곡선을 측정함과 함께, 고속도 카메라에 의한 촬영을 행하여 변형 상태와 통 형상 부재에 있어서의 파단(fracture) 발생의 유무를 관찰했다. 또한, 측정한 하중-스트로크 곡선으로부터, 스트로크가 0∼80㎜까지의 흡수 에너지를 구했다.
한편, 타격 진동 시험에 있어서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 매단 시험체(31)에 가속도 센서(acceleration sensor)(오노소키 제조: NP-3211)를 아우터 부품(5)의 천판부(5a)의 에지 부근에 부착하고, 임펙트 해머(impact hammer)(오노소키 제조: GK-3100)로 시험체(31)의 아우터 부품(5)의 종벽부(5c)에 있어서의 가속도 센서 부착부와 역측을 타격 가진(impact vibration)하여, 가진력(impact force)과 시험체(31)에 발생한 가속도를 FFT 애널라이저(오노소키 제조: CF-7200A)에 취입하고, 주파수 응답 함수를 산출했다. 여기에서, 주파수 응답 함수(frequency response function)는, 5회의 타격에 의한 평균화 처리와 커브 피트에 의해 산출했다. 그리고, 산출한 주파수 응답 함수에 의해 진동 모드 해석(vibration mode analysis)을 행하고, 동일 모드에 있어서의 고유 진동수를 구했다. 도 11에, 대상으로 한 진동 모드를 나타낸다.
도 12∼도 14에, 발명예로 한 시험체의 구조 및 형상을 나타낸다.
도 12는, 전술한 본 발명의 실시 형태 2에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(21)(도 6 및 도 7)을 시험체(31)로 한 것이다. 시험체(31)는, 아우터 부품(5)과 이너 부품(7)이 스팟 용접에 의해 접합된 통 형상 부재(3)를 갖고, 아우터 부품(5)에 있어서의 천판부(5a), 펀치 숄더 R부(5b) 및 종벽부(5c)의 내면에 도포 또는 첩부된 수지(9)를 덮도록 이탈 방지 부재(23)가 아우터 부품(5)의 종벽부(5c)의 내면에 접합되어 있다.
도 13은, 본 발명의 실시 형태 2의 다른 실시 형태에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(25)(도 8)을 시험체(33)로 한 것이다. 시험체(33)는, 시험체(31)와 마찬가지로, 아우터 부품(5)과 이너 부품(7)이 스팟 용접에 의해 접합된 통 형상 부재(3)를 갖고, 아우터 부품(5)의 펀치 숄더 R부(5b)에 수지(27)가 도포 또는 첩부되고, 수지(27)의 표면을 덮도록 이탈 방지 부재(23)가 설치되어 아우터 부품(5)의 종벽부(5c)의 내면에 접합되어 있다.
도 14는, 전술한 본 발명의 실시 형태 1에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품(1)(도 1 및 도 2)을 시험체(35)로 한 것이다. 시험체(35)는, 아우터 부품(5)과 이너 부품(7)이 스팟 용접에 의해 접합된 통 형상 부재(3)를 갖고 아우터 부품(5)에 있어서의 천판부(5a), 펀치 숄더 R부(5b) 및 종벽부(5c)의 내면에 수지(9)가 도포 또는 첩부되어 있다.
도 12∼도 14에 나타내는 시험체(31), 시험체(33) 및 시험체(35)에 이용되는 아우터 부품(5) 및 이너 부품(7)은, 모두 동일 형상·치수이고, 이들 시험체 길이 L0은 200㎜로 했다.
그리고, 시험체(31), 시험체(33) 및 시험체(35)에 있어서, 수지(9) 및 수지(27)는, 에폭시계 또는 우레탄계의 발포 수지로 했다. 그리고, 도포 또는 첩부하는 수지(9) 또는 수지(27)의 두께를 0.1㎜, 1㎜, 3㎜ 또는 8㎜ 이하로 하고(도 15 참조), 아우터 부품(5)의 내면과 수지(9) 또는 수지(17)의 접착 강도를 본 발명의 범위 내(10㎫ 이상)로 했다. 또한, 본 실시예에 있어서의 접착 강도는, 통 형상 부재에 이용한 금속판과 수지를 접착한 2층 각기둥의 충돌 해석을 행하고, 당해 충돌 해석에 의해 구한 금속판과 수지의 계면에 작용하는 최대 전단 응력 또는 평균 전단 응력으로 했다.
또한, 본 실시예에서는, 발명예의 통 형상 부재(3) 및 이탈 방지 부재(23)와 동일 형상·동일 치수로서 수지가 도포 또는 첩부되어 있지 않은 시험체(41)(도 16)를 이용한 것과, 수지(9) 또는 수지(17)의 접착 강도가 본 발명의 범위보다도 작은 10.0㎫ 미만의 시험체(31), 시험체(33) 또는 시험체(35)를 이용한 것을 비교예로 하여, 발명예와 마찬가지로 축압괴 시험 및 진동 타격 시험을 행했다. 표 2에, 발명예 및 비교예로 한 시험체의 구조, 수지의 종류 및 접착 강도의 각 조건을 나타낸다. 또한, 표 2에 있어서의 수지 도포의 범위에 대해서, 「아우터 RF」는, 아우터 부품(5)을, 「펀치 숄더 R」은, 아우터 부품(5)의 펀치 숄더 R부(5b)를 나타내는 것이다.
발명예 1∼발명예 7은, 수지의 접착 강도가 본 발명의 범위 내(10㎫ 이상)의 것으로서, 발명예 1∼발명예 5 및 발명예 7은, 이탈 방지 부재(23)가 형성된 시험체(31) 또는 시험체(33)를 이용한 것, 발명예 6은, 이탈 방지 부재가 형성되지 않은 시험체(35)를 이용한 것이다. 한편, 비교예 1∼비교예 4는, 수지가 도포 또는 첩부되어 있지 않은 것으로서, 비교예 5∼비교예 7은, 수지의 접착 강도가 본 발명의 범위 외(10㎫ 미만)의 것이다.
도 17∼도 20에, 비교예 1, 비교예 4, 발명예 1 및 발명예 3에 따른 시험체를 이용하여 축압괴 시험을 행했을 때의 하중-스트로크 곡선의 측정 결과와 시험체의 변형 상태를 나타낸다. 도 17∼도 20에 있어서, 좌측의 그래프는, 횡축을 충돌 개시로부터 시험체의 축 방향에 있어서의 변형량을 나타내는 스트로크(㎜), 종축을 시험체에 입력한 하중(kN)으로 한 하중-스트로크 곡선이고, 우측의 사진은, 스트로크가 50㎜의 시점에 있어서의 시험체의 변형 상태를 고속도 카메라로 촬영한 것이다. 또한, 하중-스트로크 곡선 중에 나타내는 흡수 에너지는, 스트로크가 0∼80㎜에 있어서의 충돌 에너지의 흡수량이다.
도 17에 나타내는 비교예 1은, 통 형상 부재(3)의 내면에 수지가 도포되어 있지 않은 시험체(41)(도 16)를 이용한 것이다. 시험체(41)에 입력하는 하중은, 입력 개시 직후에 최대값(약 300kN)을 나타내고, 그 후, 통 형상 부재(3)의 좌굴 변형과 함께 하중의 값은 변동했다. 그리고, 스트로크가 80㎜에 이른 시험 종료 시에 있어서, 도 17에 나타내는 바와 같이, 시험체(41)의 상부로 반복하여 좌굴한 형상이 보였다. 또한, 스트로크가 0∼80㎜에 있어서의 흡수 에너지는 6.5kJ이었다.
도 18에 나타내는 비교예 4는, 비교예 1과 마찬가지로 통 형상 부재(3)의 내면에 수지가 도포되어 있지 않은 시험체(41)(도 16)를 이용한 것이지만, 아우터 부품(5)을 1180㎫급의 고강도 강판으로 한 것이다. 비교예 1과 비교하면, 아우터 부품(5)의 강판 강도가 증가함으로써, 하중의 입력을 개시한 직후에 있어서의 최대 하중은 약 450kN으로 상승하고, 좌굴 내력이 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 그 결과, 스트로크가 0∼80㎜에 있어서의 흡수 에너지는 8.5kJ로 증가했다. 그러나, 도 18에 나타내는 바와 같이, 시험 도중에 통 형상 부재(3)에 파단이 발생하고, 그 결과, 스트로크가 10㎜ 이후에 있어서의 하중의 값은 비교예 1과 거의 동정도였다.
도 19에 나타내는 발명예 1은, 아우터 부품(5)의 내면에 도포한 수지(9)를 덮도록 이탈 방지 부재(23)를 설치하여, 수지(9)와 아우터 부품(5) 및 이탈 방지 부재(23)의 접착 강도가 본 발명의 범위 내(10.0㎫ 이상)의 11.9㎫인 시험체(31)를 이용한 것이다. 도 19에 나타내는 하중-스트로크 곡선에 있어서, 하중 입력 개시 직후의 최대 하중은, 아우터 부품(5)에 1180㎫급의 고강도 강판을 이용한 비교예 4와 거의 동등의 400kN으로, 좌굴 내력이 증가했다. 또한, 축압괴 과정에 있어서 아우터 부품(5)과 이너 부품(7)은 파단하지 않고, 벨로즈 형상으로 좌굴 변형하고, 스트로크가 10㎜ 이후에 있어서의 변형 하중은, 비교예 1 및 비교예 4와 비교하면 안정적으로 높은 값으로 추이했다. 그 결과, 스트로크가 0∼80㎜에 있어서의 흡수 에너지는, 비교예 1 및 비교예 4에 비해 대폭으로 향상되어, 12.8kJ이 되었다.
이와 같이, 발명예 1에 있어서는, 축압괴 과정에서의 좌굴 내력이 증가함과 함께 수지(9)가 박리되어 탈리하지 않고 변형 저항이 상승하고, 벨로즈 형상의 압축 변형이 생겨 충돌 에너지의 흡수성이 향상한 것을 알 수 있다.
도 20에 나타내는 발명예 3은, 발명예 1과 마찬가지로 시험체(31)를 이용한 것이지만, 아우터 부품(5)을 1180㎫급의 고강도 강판으로 한 것이다. 발명예 1과 비교하면, 아우터 부품(5)의 강판 강도가 증가함으로써, 하중의 입력을 개시한 직후에 있어서의 최대 하중이 500kN 이상으로까지 상승하고, 좌굴 내력이 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 발명예 1과 마찬가지로, 축압괴 과정에 있어서의 강판의 파단은 보이지 않았다. 그 한편으로, 스트로크 10㎜ 이후에 있어서의 하중의 값은 발명예 1과 거의 동정도였다. 그 결과, 스트로크가 0∼80㎜에 있어서의 흡수 에너지는 12.3kJ로, 발명예 1과 동등하게 양호했다.
다음으로, 시험체의 구조와 시험체 중량, 또한, 축압괴 시험을 행했을 때의 흡수 에너지의 결과와, 타격 진동 시험에 의해 구한 고유 진동수의 결과를 전게(前揭)한 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타내는 시험체 중량은, 수지(9) 또는 수지(17)가 도포되어 있는 시험체(31) 또는 시험체(33)에 있어서는 아우터 부품(5), 이너 부품(7), 이탈 방지 부재(23) 및 수지(9) 혹은 수지(17)의 각 중량의 총합이고, 수지가 도포 또는 첩부되어 있지 않은 시험체(41)에 있어서는 아우터 부품(5), 이너 부품(7) 및 이탈 방지 부재(23)의 각 중량의 총합이다.
비교예 1은, 수지가 도포되어 있지 않은 시험체(41)(도 16)를 이용한 것으로서, 시험체 중량은 1.06㎏이었다. 흡수 에너지는, 전술한 도 17에 나타낸 바와 같이, 6.5kJ이었다. 또한, 고유 진동수는, 155㎐였다.
비교예 2는, 비교예 1과 마찬가지로 수지가 도포되어 있지 않은 시험체(41)에 있어서, 아우터 부품(5)의 판두께를 1.2㎜로부터 1.4㎜로 변경한 것으로서, 시험체 중량은 1.17㎏이었다. 흡수 에너지는, 7.9kJ이고, 고유 진동수는, 175㎐였다.
비교예 3은, 비교예 1과 동일 형상의 시험체(41)에 있어서, 아우터 부품(5)을 980㎫급의 고강도 강판으로 한 것으로서, 시험체 중량은 1.06㎏이었다. 흡수 에너지는 8.1kJ로, 비교예 1보다도 증가했지만, 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했다. 또한, 고유 진동수는, 155㎐였다.
비교예 4는, 비교예 1과 동일 형상의 시험체(41)에 있어서, 아우터 부품(5)을 1180㎫급의 고강도 강판으로 한 것으로서, 시험체 중량은 1.07㎏이었다. 흡수 에너지는 8.5kJ로, 비교예 3보다도 더욱 증가했지만, 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했다. 또한, 고유 진동수는, 155㎐였다.
비교예 5는, 본 발명에 따른 시험체(31)와 동일 형상이지만, 두께 1㎜의 수지(9)와 아우터 부품(5) 및 이탈 방지 부재(23)와 접착하지 않고 접착 강도를 0㎫로 한 것이다. 시험체 중량은, 1.15㎏이었다. 또한, 흡수 에너지는 8.7kJ이고, 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했다. 또한, 고유 진동수는, 255㎐로 낮은 값이었다.
비교예 6은, 아우터 부품(5)의 펀치 숄더 R부(5b)에만 두께 3㎜의 수지(17)가 도포된 본 발명에 따른 시험체(33)와 동일 형상이지만, 수지(17)와 아우터 부품(5) 및 이탈 방지 부재(23)의 접착 강도를 본 발명의 범위 외인 4.0㎫로 한 것이다. 시험체 중량은, 1.13㎏이었다. 또한, 흡수 에너지는 7.6kJ이고, 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했다. 또한, 고유 진동수는, 285㎐로 낮았다.
비교예 7은, 본 발명에 따른 시험체(31)와 동일 형상이지만, 수지(9)와 아우터 부품(5) 및 이탈 방지 부재(23)의 접착 강도를 본 발명의 범위 외인 9.0㎫로 한 것이다. 시험체 중량은, 1.17㎏이었다. 또한, 흡수 에너지는 8.3kJ이고, 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했다. 또한, 고유 진동수는, 295㎐로 약간 낮았다.
비교예 8은, 본 발명에 따른 시험체(35)와 동일 형상이지만, 수지(9)와 아우터 부품(5)의 접착 강도를 본 발명의 범위 외인 4.0㎫로 한 것이다. 시험체 중량은, 0.96㎏이었다. 또한, 흡수 에너지는, 8.8kJ이고, 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했다. 또한, 고유 진동수는, 265㎐로 낮았다.
비교예 9는, 본 발명에 따른 시험체(31)와 동일 형상이지만, 수지(9)의 두께를 본 발명의 범위 외인 9㎜로 한 것이다. 시험체 중량은, 1.33㎏이고, 단위 중량당의 흡수 에너지는, 6.6kJ이었다. 또한, 고유 진동수는, 275㎐로 낮았다.
발명예 1은, 아우터 부품(5)을 강판 강도 590㎫급의 강판으로 하고, 수지(9)의 두께가 8㎜, 접착 강도가 본 발명의 범위 내(10.0㎫ 이상)의 11.9㎫인 시험체(31)(도 15(a))를 이용한 것이다. 발명예 1에 있어서의 시험체 중량은 1.28㎏으로, 수지를 도포 또는 첩부하고 있지 않은 동일 재질(material)의 비교예 1에 있어서의 시험체 중량(＝1.06㎏)보다도 증가했다. 발명예 1에 있어서의 흡수 에너지는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 12.8kJ로, 비교예 1에 있어서의 흡수 에너지 6.5kJ(도 17)에 비해 대폭으로 향상되어, 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 또한, 아우터 부품(5)을 1180㎫급의 고강도 강판으로 한 시험체(41)를 이용한 비교예 4에 있어서의 흡수 에너지(＝8.6kJ)와 비교해도, 흡수 에너지는 대폭으로 향상했다. 또한, 흡수 에너지를 시험체 중량으로 나눈 단위 중량당의 흡수 에너지는 10.0kJ/㎏으로, 비교예 1(＝6.1kJ/㎏) 및 비교예 4(＝7.9kJ/㎏)보다도 향상했다. 또한, 발명예 1에 있어서의 고유 진동수는, 450㎐로, 비교예 1(＝155㎐)보다도 대폭으로 상승했다.
발명예 2는, 아우터 부품(5)을 강판 강도 590㎫급의 강판으로 하고, 수지(9)의 두께를 1㎜로 한 시험체(31)(도 15(c))를 이용한 것이다. 발명예 2에 있어서의 흡수 에너지는 9.5kJ로, 발명예 1에 비해 약간 낮기는 하지만, 비교예 1에 있어서의 흡수 에너지(＝6.5kJ)에 비해 대폭으로 향상되어, 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 또한, 발명예 2에 있어서의 시험체 중량은 1.12㎏으로, 발명예 1에 있어서의 시험체 중량 1.28㎏보다도 경량이 되었다. 또한, 발명예 2에 있어서의 단위 중량당의 흡수 에너지는 8.5kJ/㎏으로, 비교예 1(＝6.1kJ/㎏)보다도 향상했다. 또한, 발명예 2에 있어서의 고유 진동수는, 330㎐로, 비교예 1(＝155㎐)보다도 대폭으로 상승했다.
발명예 3은, 발명예 2와 동일 형상의 시험체(31)에 있어서, 아우터 부품(5)을 강판 강도 1180㎫급의 고강도 강판으로 한 것이다. 발명예 3에 있어서의 흡수 에너지는 12.3kJ로, 발명예 1에 비해 약간 낮기는 하지만, 비교예 1보다도 대폭으로 향상되어, 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 또한, 발명예 3에 있어서의 시험체 중량은 1.15㎏으로, 발명예 1보다도 경량이었다. 또한, 발명예 3에 있어서의 단위 중량당의 흡수 에너지는 10.7kJ/㎏으로, 발명예 1(＝10.0kJ/㎏) 및 비교예 1(＝6.1kJ/㎏)보다도 향상했다. 또한, 비교예 4(도 18)에서는 50㎜ 축압괴 시에 통 형상 부재(3)에 파단이 발생했지만, 발명예 3(도 20)에서는 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 이는, 수지(9)를 아우터 부품(5)에 도포하여 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착함으로써, 벨로즈 형상의 좌굴 변형의 굽힘 반경이 파단 한계 굽힘 반경 이하가 되지 않았기 때문이다. 또한, 발명예 3에 있어서의 고유 진동수는, 330㎐로, 아우터 부품(5)에 동일 소재의 강판을 이용하고, 또한 수지가 도포되어 있지 않은 비교예 4(＝155㎐)보다도 대폭으로 상승했다.
발명예 4는, 아우터 부품(5)을 강판 강도 590㎫급의 강판으로 하고, 수지(9)가 아우터 부품(5)의 펀치 숄더 R부(5b)에만 두께 3㎜로 도포된 시험체(33)를 이용한 것이다. 발명예 4에 있어서의 흡수 에너지는 9.0kJ로, 비교예 1에 있어서의 흡수 에너지 6.5kJ(도 17)에 비해 대폭으로 향상했다. 또한, 발명예 4에 있어서의 시험체 중량은 1.12㎏으로, 발명예 1보다도 경량이었다. 또한, 발명예 4에 있어서의 단위 중량당의 흡수 에너지는 8.0kJ/㎏으로, 비교예 1(＝6.1kJ/㎏)보다도 향상되어, 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 또한, 발명예 4에 있어서의 고유 진동수는, 355㎐로, 아우터 부품(5)의 펀치 숄더 R부(5b)에만 도포된 수지(17)의 접착 강도가 본 발명의 범위 외인 비교예 6에 있어서의 고유 진동수 285㎐보다도 대폭으로 상승했다.
발명예 5는, 발명예 1과 동일 형상의 시험체(31)에 있어서, 수지(9)의 두께를 3㎜로 한 것이다(도 15(b)). 발명예 5에 있어서의 흡수 에너지는 9.8kJ로, 발명예 1에 비해 낮기는 하지만, 비교예 1보다도 대폭으로 향상되어, 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 또한, 발명예 5에 있어서의 시험체 중량은 1.16㎏으로, 발명예 1보다도 경량이 되었다. 또한, 발명예 5에 있어서의 단위 중량당의 흡수 에너지는 8.4kJ/㎏이고, 접착 강도가 본 발명의 범위 외(＝9.0㎫)인 시험체(31)를 이용한 비교예 7에 있어서의 단위 중량당의 흡수 에너지는 6.5kJ/㎏보다도 향상했다. 또한, 발명예 5에 있어서의 고유 진동수는, 355㎐로, 비교예 7에 있어서의 고유 진동수 295㎐보다도 향상했다.
발명예 6은, 이탈 방지 부재를 형성하지 않고, 두께 1㎜의 수지(9)를 아우터 부품(5)에 도포한 시험체(35)를 이용한 것으로서, 시험체 중량은 0.96㎏이었다. 발명예 6에 있어서의 흡수 에너지는 11.2kJ, 단위 중량당의 흡수 에너지는 11.7kJ/㎏으로, 발명예 1과 동등 이상의 에너지 흡수 성능이고, 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 또한, 발명예 6에 있어서의 고유 진동수는 345㎐로, 동일 형상의 시험체(35)에 있어서 접착 강도가 본 발명의 범위 외인 비교예 8에 비해, 대폭으로 상승했다.
발명예 7은, 발명예 1과 동일 형상의 시험체(31)에 있어서, 수지(9)의 두께를 통상의 라미네이트 강판에 있어서의 라미네이트와 동정도인 0.1㎜로 한 것으로서, 시험체 중량은 1.08㎏이었다. 발명예 7에 있어서의 흡수 에너지는 11.8kJ, 단위 중량당의 흡수 에너지는 10.9kJ/㎏으로, 발명예 1과 동등 이상의 에너지 흡수 성능이고, 통 형상 부재(3)에 파단은 발생하지 않았다. 또한, 발명예 7에 있어서의 고유 진동수는 300㎐로, 동일 형상의 시험체(31)에 있어서 두께 1㎜의 수지(9)를 아우터 부품(5)에 도포하고, 또한 그 접착 강도가 본 발명의 범위 외인 비교예 5에 비해, 대폭으로 상승했다.
이상으로부터, 본 발명에 따른 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품에 의하면, 축 방향으로 충돌 하중이 입력되어 축압괴하는 경우에 있어서, 중량의 증가를 억제하면서 충돌 에너지의 흡수 성능을 효율 좋게 향상할 수 있고, 또한, 타격을 주었을 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 샤프트는 동일한 회전수로 돌고, 4사이클 엔진에서는 2회전에 1회 폭발하여 진동하기 때문에, 진동의 주파수는 4기통(cylinder) 엔진으로 133㎐, 6기통 엔진으로 200㎐, 8기통 엔진으로 267㎐가 된다. 따라서, 본 발명의 약 300㎐ 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, 내면에 수지를 도포하여 충돌 에너지의 흡수 효과를 향상함과 함께, 차체에 생긴 진동을 흡수하는 제진재로서 기능할 수 있는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
1 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
3 : 통 형상 부재
5 : 아우터 부품
5a : 천판부
5b : 펀치 숄더 R부
5c : 종벽부
7 : 이너 부품
9 : 수지
11 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
13 : 수지
15 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
17 : 수지
21 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
23 : 이탈 방지 부재
25 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
27 : 수지
31 : 시험체(발명예)
33 : 시험체(발명예)
35 : 시험체(발명예)
41 : 시험체(비교예)
3 : 통 형상 부재
5 : 아우터 부품
5a : 천판부
5b : 펀치 숄더 R부
5c : 종벽부
7 : 이너 부품
9 : 수지
11 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
13 : 수지
15 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
17 : 수지
21 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
23 : 이탈 방지 부재
25 : 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품
27 : 수지
31 : 시험체(발명예)
33 : 시험체(발명예)
35 : 시험체(발명예)
41 : 시험체(비교예)
Claims (5)
- 차체의 전부(前部) 또는 후부(後部)에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력됐을 때에 길이 방향으로 벨로즈 형상으로 좌굴 변형하여, 축압괴(軸壓壞)하여 충돌 에너지를 흡수하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품으로서,
길이 방향으로 벨로즈 형상으로 좌굴 변형하여, 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하고, 천판부와 이에 계속되는 종벽부를 갖는 통 형상 부재와,
당해 통 형상 부재의 적어도 천판부와 종벽부의 내면에 도포 또는 첩부(patch)된 수지를 갖고,
당해 도포 또는 첩부된 수지는, 가열된 후의 두께가 0 초과 2㎜ 미만으로 폐단면 공간의 둘레벽부로서 적어도 당해 일부를 형성하고, 또한 10㎫ 이상의 접착 강도로 상기 내면에 접착되고, 벨로즈 형상으로 좌굴 변형하여 금속판 고유의 작은 굽힘 반경이 되는 볼록 형상으로 변형한 굽힘부에 있어서, 금속판과 금속판의 사이에 끼어 압축되며, 볼록 형상의 굽힘부의 굽힘 R을 크게 보존유지하고, 상기 통 형상 부재의 벨로즈 형상의 굽힘부의 균열을 방지하는 것을 특징으로 하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품. - 제1항에 있어서,
상기 수지가 상기 내면으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해 당해 수지의 표면을 덮음과 함께 상기 종벽부의 내면에 접합된 이탈 방지 부재를 갖고,
상기 수지는, 10㎫ 이상의 접착 강도로 상기 이탈 방지 부재와도 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품. - 제1항에 기재된 차체의 전부 또는 후부에 형성되고, 당해 차체의 전방 또는 후방으로부터 충돌 하중이 입력됐을 때에 길이 방향으로 벨로즈 형상으로 좌굴 변형하여, 축압괴하여 충돌 에너지를 흡수하고, 천판부와 이에 계속되는 종벽부를 갖는 통 형상 부재를 갖고 이루어지는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 제조하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법으로서,
상기 통 형상 부재의 내면에 0 초과 2㎜ 미만의 두께로 수지를 도포 또는 첩부하는 공정과,
당해 수지를 도포 또는 첩부한 상기 통 형상 부재를 소정의 조건으로 가열 처리하여 상기 수지를 상기 통 형상 부재의 내면에 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법. - 제2항에 기재된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 제조하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법으로서,
상기 통 형상 부재의 내면에 0 초과 2㎜ 미만의 두께로 수지를 도포 또는 첩부하는 공정과,
상기 내면에 도포 또는 첩부한 상기 수지가 당해 내면으로부터 이탈하는 것을 방지하는 이탈 방지 부재를 상기 수지의 표면을 덮도록 설치하여 상기 종벽부의 내면에 접합하는 공정과,
상기 수지를 도포 또는 첩부한 상기 통 형상 부재를 소정의 조건으로 가열 처리하여, 상기 수지를 상기 통 형상 부재의 내면 및 상기 이탈 방지 부재의 각각에 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법. - 제2항에 기재된 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품을 제조하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법으로서,
상기 통 형상 부재의 천판부와 이에 계속되는 종벽부의 내면으로부터 수지의 이탈을 방지하는 이탈 방지 부재에 0 초과 2㎜ 미만의 두께로 당해 수지를 도포 또는 첩부하는 공정과,
당해 수지를 도포 또는 첩부한 이탈 방지 부재에 있어서의 수지를 상기 통 형상 부재의 내면에 맞닿도록 설치하여 당해 이탈 방지 부재를 상기 종벽부의 내면에 접합하는 공정과,
당해 이탈 방지 부재를 내면에 접합한 상기 통 형상 부재를 소정의 조건으로 가열 처리하여, 상기 수지를 상기 내면 및 상기 이탈 방지 부재의 각각에 10㎫ 이상의 접착 강도로 접착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 충돌 에너지 흡수 부품의 제조 방법.
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