KR20200109736A - 차량용 크로스 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 일체화 및 형상의 최적화를 통해 부품수와 공정수를 저감시켜 경량화와 함께 원가를 절감할 수 있는 차량용 크로스 부재에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 차량용 크로스 부재는, 길이방향으로 연장하는 제1 관형상부와, 길이방향으로 연장하고 상기 제1 관형상부와 단면의 형상이 상이한 제2 관형상부를 포함하며, 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부가 일체로 성형된다.

Description

차량용 크로스 부재{Cross member for car}

본 발명은, 일체화 및 형상의 최적화를 통해 부품수와 공정수를 저감시켜 경량화와 함께 원가를 절감할 수 있도록 된, 예컨대 카울 크로스 멤버와 같은 차량용 크로스 부재에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에는 차체의 강도나 강성을 높여 차체가 전후 및 좌우 방향으로 비틀리거나 휘어지는 것이 방지되도록 차체의 폭방향으로 크로스 부재가 설치된다.

예를 들어, 카울 크로스 멤버(Cowl cross member)와 같은 크로스 부재는 카울 패널 후방의 차실 쪽에 폭방향으로 설치되어 정면충돌시 승객을 보호하도록 차체 전방에 강성을 부여하는 구조물이다. 또한, 카울 크로스 멤버는 스티어링 칼럼을 지지하며, 스티어링 칼럼으로부터 전달되는 엔진의 진동을 충분히 흡수할 수 있는 강성을 갖는 구조로 설계된다. 또, 카울 크로스 멤버에는 계기판, 공조용 덕트, 음향장치, 퓨즈 박스, 에어백, 페달 등을 설치하기 위한 브라켓들이 설치되기 때문에, 카울 크로스 멤버는 전술한 기구 또는 장치를 지지할 수 있는 강성을 가져야 한다.

종래의 카울 크로스 멤버는 원형 단면의 파이프가 적용되는데, 경량화 및 지지 강성을 위하여 운전석 쪽은 직경이 큰 파이프를 배치되고 조수석 쪽은 상대적으로 직경이 작은 파이프가 배치되도록 하여 이들 두 파이프를 서로 연결한 것을 활용하고 있다.

2개의 직경이 상이한 파이프의 연결을 위해서는 별도의 추가 부품이 필요하며, 이 부품에 각 파이프를 고정하기 위한 용접 공정도 추가된다. 또한, 조향시스템, 공조시스템, 계기판을 비롯하여 운전자에게 안전 및 편의성을 제공하기 위한 각종 기구 및 장치를 카울 크로스 멤버에 설치하기 위해, 다양한 브라켓들이 용접되어 부착되어야 한다.

(특허문헌 1) JP 5667518 B2

이에 본 발명은, 일체화 및 형상의 최적화를 통해 부품수와 공정수를 저감시켜 경량화와 함께 원가를 절감할 수 있는 차량용 크로스 부재를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 크로스 부재는, 길이방향으로 연장하는 제1 관형상부와, 길이방향으로 연장하고 상기 제1 관형상부와 단면의 형상이 상이한 제2 관형상부를 포함하며, 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부가 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 크로스 부재는, 길이방향으로 연장하는 제1 관형상부와, 길이방향으로 연장하고 상기 제1 관형상부와 상이한 개수의 폐단면부를 갖춘 제2 관형상부를 포함하며, 상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부가 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 성능적인 측면에서, 종래의 분리된 파이프들을 일체화하여 크로스 부재의 강성을 향상시킬 수 있고, 분리된 파이프들을 연결하기 위한 용접부를 제거하여 강도도 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 경량화 측면에서는, 크로스 부재의 단면 설계 및 최적화를 통해 강성이 향상될 수 있기 때문에 동일한 강성 대비 사용 소재를 줄여 경량화가 가능하게 된다.

더욱이, 본 발명에 의하면, 비용적인 측면에서, 크로스 부재에 부착되는 부가적인 브라켓들이 일체화될 수 있어 이들 브라켓의 부착을 위한 별도의 용접 공정을 줄일 수 있고, 이로써 시간을 줄여 생산성 향상은 물론 원가를 절감할 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재가 적용된 카울 크로스 멤버를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재의 부분 확대도 및 I-I'선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재의 부분 확대도 및 Ⅱ-Ⅱ'선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재로 성형될 블랭크를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재가 적용된 카울 크로스 멤버를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재의 부분 확대도 및 Ⅲ-Ⅲ'선 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재의 부분 확대도 및 Ⅳ-Ⅳ'선 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재로 성형될 블랭크를 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재가 적용된 카울 크로스 멤버를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재의 부분 확대도 및 I-I'선 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재의 부분 확대도 및 Ⅱ-Ⅱ'선 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)는, 길이방향으로 연장하는 제1 관형상부(11)와, 길이방향으로 연장하고 제1 관형상부와 단면의 형상이 상이한 제2 관형상부(12)를 포함하며, 제1 관형상부와 제2 관형상부가 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 크로스 부재를 설명함에 있어, 편의상 본 명세서에서는 크로스 부재가 카울 크로스 멤버에 적용된 예를 들어 설명한다. 하지만, 본 발명에 따른 차량용 크로스 부재의 적용예는 반드시 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 카울 크로스 멤버는 차체의 폭방향으로 연장되는 크로스 부재(10)와, 이 크로스 부재에 일단부가 용접으로 접합되어 크로스 부재를 차체의 카울 패널과 연결하기 위한 연결 스테이(31) 등을 구비할 수 있다.

크로스 부재(10)는 운전석측 부분을 구성하는 제1 관형상부(11)와, 이 제1 관형상부로부터 이어져 길이방향으로 연장하고 제1 관형상부와 단면의 형상이 상이하게 형성되어 조수석측 부분을 구성하는 제2 관형상부(12)를 포함한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)는 롤 포밍(Roll forming) 공정으로 형성될 수 있으며, 롤 포밍 공정의 특성을 고려한 성형용 블랭크(1; 도 4 참조)의 설계를 통해 단면의 형상이 상이한 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)를 일체화하고 크로스 부재의 강성을 높일 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)에서, 운전석측 부분을 구성하는 제1 관형상부(11)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 직사각형의 금속판으로 된 블랭크(1)를 롤 포밍 공정으로 가공하여, 전체적으로 대략 '日'자 형상으로 형성된다.

예를 들면, 블랭크(1)를 그 일단(p1) 측에서 타단(p2) 측을 향해 제1 변(s1), 제1 모서리(a1), 제2 변(s2), 제2 모서리(a2), 제3 변(s3), 제3 모서리(a3) 및 제4 변(s4)의 순서로 같은 방향으로 대략 90°정도로 3번 굽힌 후에, 제4 모서리(a4), 제5 변(s5), 제5 모서리(a5), 제6 변(s6), 제6 모서리(a6) 및 제7 변(s7)의 순서로 이전의 역방향으로 대략 90°정도로 3번 굽혀 블랭크의 일부가 대략 '日'자 형상의 단면으로 형성될 수 있다.

이어서, 일단(p1)이 제5 변(s5)에 용접되어 제1 접합부(w1)를 형성하고, 타단(p2)이 제3 변(s3)에 용접되어 제2 접합부(w2)를 형성한다. 여기서, 제1 접합부(w1)와 제2 접합부(w2)의 위치는 반드시 도 2에 도시된 예에 한정되지 않는다.

바람직하기로, 대략 직선형으로 이어지는 제1 변(s1) 및 제5 변(s5)과, 대략 직선형으로 이어지는 제3 변(s3) 및 제7 변(s7)은 같은 길이로서 평행하며, 제2 변(s2)과 제4 변(s4) 및 제6 변(s6)은 같은 길이를 갖고 서로 평행하다.

이에 따라, 제1 관형상부(11)의 단면 형상은 제4 변(s4)으로 구성된 지지부(13)에 대해 대칭이면서, 이 지지부에 의해 구분되는 2개의 폐단면부(15, 16)를 구비할 수 있다.

제1 폐단면부(15)는 제1 변(s1), 제1 모서리(a1), 제2 변(s2), 제2 모서리(a2), 제3 변(s3), 제3 모서리(a3), 제4 변(s4) 및 제1 접합부(w1)를 포함하고, 제2 폐단면부(16)는 제4 변(s4), 제4 모서리(a4), 제5 변(s5), 제5 모서리(a5), 제6 변(s6), 제6 모서리(a6), 제7 변(s7) 및 제2 접합부(w2)를 포함할 수 있다.

지지부(13)에 의해 제1 관형상부(11)에 형성되는 2개의 폐단면부(15, 16)는 동일한 단면적과 동일한 형상으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 지지부의 위치를 변경하여 2개의 폐단면부가 서로 다른 단면적과 다른 형상을 갖도록 형성하는 것도 가능하다.

또한, 블랭크(1)를 절곡하는 방향, 절곡하는 각도, 절곡하는 횟수, 용접되어 접합부가 형성되는 위치 등은 전술한 예에 한정되지 않으며, 더욱이 전체적인 단면 형상도 사각 단면에만 한정되지 않고 임의의 다각형이나 원 또는 타원형의 단면 형상을 가질 수 있음은 물론이다.

제1 관형상부(11)의 전체적인 단면 형상이 원 또는 타원형인 경우에는, 블랭크(1)가 일단 측에서 타단 측을 향해 적어도 2번 절곡됨으로써 형성될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)에서, 운전석측 부분을 구성하는 제1 관형상부(11)의 단면의 내부 공간을 분할하는 형태로 지지부(13)가 배치됨으로써, 크로스 부재의 무게 증가를 최소화하면서, 강성을 보강하여 단면의 강성을 제어할 수 있는 장점이 있게 된다.

크로스 부재(10)의 운전석측 부분을 구성하는 제1 관형상부(11)에는, 예를 들어 크로스 부재가 카울 크로스 멤버에 적용되는 경우에, 크로스 부재를 차체의 카울 패널에 연결하기 위한 연결 스테이(31)의 일측 단부가 용접 등에 의해 접합될 수 있다.

한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)에서, 조수석측 부분을 구성하는 제2 관형상부(12)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 대략 직사각형의 금속판으로 된 상기 블랭크(1)를 롤 포밍 공정으로 가공하여, 전체적으로 대략 '口'자 형상으로 형성된다.

예를 들면, 블랭크(1)를 그 일단(p1) 측에서 타단(p2) 측을 향해 제1 변(s1), 제1 모서리(a1), 제2 변(s2), 제2 모서리(a2), 제3 변(s3), 제3 모서리(a3) 및 제4 변(s4)의 순서로 같은 방향으로 대략 90°정도로 3번 굽혀 블랭크의 일부가 대략 '口'자 형상의 단면으로 형성될 수 있다.

이어서, 타단(p2)이 제1 변(s1)에 용접되어 제3 접합부(w3)를 형성한다. 여기서, 제3 접합부(w3)의 위치는 반드시 도 3에 도시된 예에 한정되지 않는다.

바람직하기로, 제1 변(s1)과 제3 변(s3)은 같은 길이로서 서로 평행하며, 제2 변(s2)과 제4 변(s4)은 같은 길이이며 서로 평행하다.

이에 따라, 제2 관형상부(12)의 단면 형상은 하나의 폐단면부(18)를 구비할 수 있고, 폐단면부는 제1 변(s1), 제1 모서리(a1), 제2 변(s2), 제2 모서리(a2), 제3 변(s3), 제3 모서리(a3), 제4 변(s4) 및 제3 접합부(w1)를 포함할 수 있다.

제2 관형상부(12)의 폐단면부(18)는 제1 관형상부(11)의 제1 폐단면부(15)와 동일한 형상 및 동일한 크기를 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또, 제2 관형상부(11)의 전체적인 단면 형상이 다각형에만 한정되지 않으며, 예를 들어 제2 관형상부(11)의 단면 형상이 원 또는 타원형인 경우에는, 블랭크(1)가 일단 측에서 타단 측을 향해 적어도 1번 절곡됨으로써 형성될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)에서, 조수석측 부분을 구성하는 제2 관형상부(12)에는, 예를 들어 크로스 부재가 카울 크로스 멤버에 적용되는 경우에 부가적인 기구 또는 장치를 설치하기 위한 브라켓(32)이 일체로 형성될 수 있다.

이러한 브라켓(32)은 복수로 형성될 수 있는데, 이때 복수의 브라켓은 크로스 부재(10)의 길이방향을 따라 소정의 간격을 두고 제2 관형상부(12)에 일체로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 크로스 부재(10)에서는, 종래에 용접 등에 의해 분리된 파이프들을 연결하고 브라켓을 부착하는 것을 대신하여, 롤 포밍 공정에 의해 단일한 블랭크(1)로부터 상이한 단면 형상을 가진 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)를 일체로 형성하고, 예컨대 대략 플레이트 형상의 브라켓(32)을 크로스 부재와 일체로 성형하여 구현할 수 있게 되는 것이다.

이에 따라, 본 발명의 크로스 부재(10)는 일체로 형성되는 제1 관형상부(11)와 제2관형상부(12) 및 브라켓(32)의 치수 정밀도를 확보할 수 있다. 또한, 크로스 부재가 별도의 용접 공정 없이 일체로 성형되기 때문에, 본 발명의 크로스 부재는 용접 공정을 줄일 수 있음과 더불어, 종래에 용접 등으로 접합하는 경우에 발생하는 위치 어긋남이나 비뚤어짐, 변형 등을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 차량용 크로스 부재(10)는 가공성 및 조립성이 우수하며, 저비용으로 형성될 수 있는 장점이 있다. 또, 용접 공정에 의해 늦추어지는 생산라인의 속도를 높여 생산성이 향상될 수 있고, 용접과 관련된 비용이 감소되어 원가의 절감도 가능하다.

추가적으로, 예를 들어 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)가 카울 크로스 멤버에 적용되는 경우에, 크로스 부재의 조수석측 제2 관형상부(12)의 단부에는 연결 플레이트(33)가 용접으로 접합될 수 있다.

마찬가지로, 크로스 부재(10)의 운전석측 제1 관형상부(11)의 단부에도 연결 플레이트(33)가 용접으로 접합될 수 있다.

각 연결 플레이트(33)에는 크로스 부재(10)를 차체의 일측 프레임에 볼트로 연결하기 위한 볼트 구멍이 형성될 수 있다. 하지만, 차체와 크로스 부재의 연결을 위한 방법은 반드시 이에 한정되지 않으며 필요에 따라 임의의 다른 방법이 선택되어도 좋다.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재의 제조 공정을 간략히 설명한다.

우선은 도 4의 평면도와 같은 형상을 가진 금속판으로 된 블랭크(1)를 준비하는 공정이 필요하다.

예를 들어, 코일 형상으로 된 강판 등과 같은 금속의 모재를 언코일러(Uncoiler)를 거쳐 크로스 부재(10)의 전개도에 일치하는 형상을 가진 블랭크(1)가 프레스 등을 이용하여 형성됨으로써 준비될 수 있다.

블랭크(1)는, 예컨대 최종 제품인 카울 크로스 멤버의 크로스 부재(10) 중 제1 관형상부(11)를 형성하게 되는 대략 일정한 폭의 제1 부분(3)과, 이 제1 부분의 길이방향 일단에 연결되고 폭이 감소하여 제2 관형상부(12)를 형성하게 되는 제2 부분(4), 및 이 제2 부분의 길이방향 중간에서 제2 부분의 폭방향으로 연장하도록 돌출하여 브라켓(32)을 형성하게 되는 적어도 하나의 연장부(5)를 포함할 수 있다.

이러한 블랭크(1)는, 롤 포밍 공정에 의해 수회에 걸쳐 절곡됨으로써 전체적인 단면 형상이 대략 사각 형상으로 형성될 수 있다. 하지만, 전술한 바와 같이, 전체적인 단면 형상은 사각 단면에만 한정되지 않고 임의의 다각형이나 원 또는 타원형의 단면 형상을 가질 수 있다.

예를 들면, 롤 포밍 공정에 의해, 제1 관형상부(11)의 제1 폐단면부(15)와 제2 관형상부(12)의 폐단면부(18)가 함께 성형되고, 이어서 제1 관형상부의 제2 폐단면부(16)가 성형될 수 있다.

다음으로, 각 폐단면부의 형상 고정 및 완성을 위해 단부는 블랭크의 다른 부위, 예컨대 인접한 변이나 모서리 등에 대해 용접되어, 해당 접합부를 형성한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)가 카울 크로스 멤버에 적용되는 경우에는 선택적으로 연장부(5)를, 예를 들면 프레스 등을 이용하여 구부리거나 성형하고, 이 연장부에 소정 형상의 구멍을 뚫어 천공부를 형성할 수 있다.

그 후에, 예컨대 최종 제품인 카울 크로스 멤버의 크로스 부재(10)가 갖는 치수만 남기고 절단하거나 마무리 가공한다.

이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)는, 제1 관형상부(11)와, 이 제1 관형상부의 단면의 형상과 상이한 단면의 형상을 가진 제2 관형상부(12)가 함께 일체로 성형될 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재에는 복수의 브라켓(32)이 일체로 형성될 수 있게 된다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)에 대하여, 본 출원인은 그 성능을 검증하기 위해 3점 굽힘 해석을 하였다. 예를 들어, 종래 기술에 따라 파이프들을 용접한 크로스 부재와, 본 발명의 크로스 부재의 길이방향 양단을 고정하고, 단면 형상이 변경되는 부위에 30mm 정도의 압하를 가하였다.

종래 기술에 비해, 본 발명의 크로스 부재의 하중점 반력이 증가하였으며, 특히 본 발명의 크로스 부재가 종래에 비해 2배 이상의 반력값을 나타내었다.

종래 기술에 따른 크로스 부재는 2개의 직경이 상이한 파이프가 서로 용접되어 있는 반면에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)는 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)가 일체로 성형되고 연결되어 있기 때문에 반력 성능면에서 유리하게 됨을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)에 대하여, 본 출원인은 그 성능을 검증하기 위해 비틀림 강도 해석을 하였다. 예를 들어, 종래 기술에 따른 크로스 부재와, 본 발명의 크로스 부재의 길이방향 중 일단, 즉 조수석측을 고정하고, 운전석측을 약 30도로 뒤틀림을 적용하였다.

종래 기술에 비해, 본 발명의 크로스 부재의 비틀림 강도는 동등 이상의 값을 나타내었다.

종래 기술에 따른 크로스 부재는 2개의 직경이 상이한 파이프가 서로 용접으로 연결되어 있어, 용접부 부근에서 응력이 집중되는 현상이 일어나는 반면에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)는 제1 관형상부(11)와 제2 관형상부(12)가 용접부 없이 일체로 성형되고 연결되어 있어, 비틀림 강도를 높일 수 있게 되는 것이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재가 적용된 카울 크로스 멤버를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재의 부분 확대도 및 Ⅲ-Ⅲ'선 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재의 부분 확대도 및 Ⅳ-Ⅳ'선 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(20)는, 길이방향으로 연장하는 제1 관형상부(21)와, 길이방향으로 연장하고 제1 관형상부와 상이한 개수의 폐단면부를 갖춘 제2 관형상부(22)를 포함하며, 제1 관형상부와 제2 관형상부가 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(20)는, 제1 관형상부(21)의 단면 형상과 그 폐단면부의 개수만 상이하고, 나머지 구성들은 전술한 제1 실시예의 크로스 부재(10)의 구성과 유사하다. 이에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재를 설명함에 있어, 전술한 제1 실시예에 의한 크로스 부재와 동일한 구성요소에 대해서는 그 구성 및 작용의 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(20)는 롤 포밍 공정으로 형성될 수 있으며, 이러한 롤 포밍 공정의 특성을 고려한 성형용 블랭크(1'; 도 8 참조)의 설계를 통해 폐단면부의 개수가 상이한 제1 관형상부(21)와 제2 관형상부(22)를 일체화하고 크로스 부재의 강성을 높일 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(20)에서, 운전석측 부분을 구성하는 제1 관형상부(21)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 대략 직사각형의 금속판으로 된 블랭크(1')를 롤 포밍 공정으로 가공하여, 복수의, 예컨대 3개의 폐단면부를 갖도록 형성된다.

블랭크(1')를 그 중간에서 일단(p1) 측을 향해 제1 변(s1), 제1 모서리(a1), 제2 변(s2), 제2 모서리(a2) 및 제3 변(s3)의 순서로 같은 방향으로 대략 90°정도로 2번 굽힌 후 제3 모서리(a3)에서 반대 방향으로 절곡한 다음, 다시 제4 변(s4), 제4 모서리(a4), 제5 변(s5), 제5 모서리(a5), 제6 변(s6), 제6 모서리(a6) 및 제7 변(s7)의 순서로 같은 방향으로 대략 90°정도로 3번 굽힌다.

또한, 블랭크(1')를 그 중간에서 타단(p2) 측을 향해 제1 변(s1), 제7 모서리(a7), 제8 변(s8), 제8 모서리(a8) 및 제9 변(s9)의 순서로 같은 방향으로 대략 90°정도로 2번 굽힌 후 제9 모서리(a9)에서 반대 방향으로 절곡한 다음, 다시 제10 변(s10), 제10 모서리(a10), 제11 변(s11), 제11 모서리(a11), 제12 변(s12), 제12 모서리(a12) 및 제13 변(s13)의 순서로 같은 방향으로 대략 90°정도로 3번 굽힌다.

이로써, 블랭크의 일부가 대략 '品'자 형상의 단면으로 형성될 수 있다.

이어서, 제3 모서리(a3)와 제9 모서리(a9)가 서로 용접되어 제1 접합부(w1)를 형성하며, 일단(p1)이 제4 변(s4)에 용접되어 제2 접합부(w2)를 형성하고, 타단(p2)이 제10 변(s10)에 용접되어 제3 접합부(w3)를 형성한다. 여기서, 제1 접합부(w1)와 제2 접합부(w2) 및 제3 접합부(w3)의 위치는 반드시 도 6에 도시된 예에 한정되지 않는다.

이에 따라, 제1 관형상부(21)의 단면 형상은 제3 모서리(a3)와 제9 모서리(a9)의 용접으로 형성된 제1 접합부(w1)의 용접선에 대해 대칭이면서, 3개의 폐단면부(25, 26, 27)를 구비할 수 있다.

제1 폐단면부(25)는 제1 변(s1), 제1 모서리(a1), 제2 변(s2), 제2 모서리(a2), 제3 변(s3), 제3 모서리(a3), 제1 접합부(w1), 제9 모서리(a9), 제9 변(s9), 제8 모서리(a8), 제8 변(s8), 및 제7 모서리(a7)를 포함하고, 제2 폐단면부(26)는 제4 변(s4), 제4 모서리(a4), 제5 변(s5), 제5 모서리(a5), 제6 변(s6), 제6 모서리(a6), 제7 변(s7) 및 제2 접합부(w2)를 포함하며, 제3 폐단면부(27)는 제10 변(s10), 제10 모서리(a10), 제11 변(s11), 제11 모서리(a11), 제12 변(s12), 제12 모서리(a12), 제13 변(s13) 및 제3 접합부(w3)를 포함할 수 있다.

제1 관형상부(21)에 형성되는 3개의 폐단면부 중 제2 폐단면부(26)와 제3 폐단면부(27)는 동일한 단면적과 동일한 형상으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 용접 위치를 변경하여 제2 및 제3 폐단면부가 서로 다른 단면적과 다른 형상을 갖도록 형성하는 것도 가능하다.

또한, 블랭크(1')를 절곡하는 방향, 절곡하는 각도, 절곡하는 횟수, 용접되어 접합부가 형성되는 위치 등은 전술한 예에 한정되지 않으며, 폐단면부의 단면 형상 및 개수도 전술한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형 및 변경될 수 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(10)에서, 조수석측 부분을 구성하는 제2 관형상부(22)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 대략 직사각형의 금속판으로 된 상기 블랭크(1')를 롤 포밍 공정으로 가공하여, 전체적으로 대략 '口'자 형상으로 형성된다.

예를 들면, 블랭크(1')를 그 중간에서 일단(p1) 측을 향해 제1 변(s1), 제1 모서리(a1), 제2 변(s2), 제2 모서리(a2) 및 제3 변(s3)의 순서로 같은 방향으로 대략 90°정도로 2번 굽힌 후에, 제3 모서리(a3)에서 반대 방향으로 절곡한 다음, 블랭크(1')를 그 중간에서 타단(p2) 측을 향해 제1 변(s1), 제4 모서리(a4), 제4 변(s4), 제5 모서리(a5) 및 제5 변(s5)의 순서로 같은 방향으로 대략 90°정도로 2번 굽혀 블랭크의 일부가 대략 '口'자 형상의 단면으로 형성될 수 있다.

이어서, 타단(p2)이 제3 모서리(s3)에 용접되어 제4 접합부(w4)를 형성한다. 여기서, 제4 접합부(w4)의 위치는 반드시 도 7에 도시된 예에 한정되지 않는다.

바람직하기로, 제2 변(s2)과 제4 변(s4)은 같은 길이로서 서로 평행하며, 제3 변(s3)과 제5 변(s5)은 같은 길이이면서 대칭이다.

이에 따라, 제2 관형상부(22)의 단면 형상은 하나의 폐단면부(28)를 구비할 수 있고, 이 폐단면부는 제1 변(s1), 제1 모서리(a1), 제2 변(s2), 제2 모서리(a2), 제3 변(s3), 제4 접합부(w4), 제5 변(s5), 제5 모서리(a5), 제4 변(s4), 및 제4 모서리(a4)를 포함할 수 있다.

제2 관형상부(22)의 폐단면부(28)는 제1 관형상부(21)의 제1 폐단면부(25)와 동일한 형상 및 동일한 크기를 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(20)에서, 조수석측 부분을 구성하는 제2 관형상부(22)에는, 예를 들어 크로스 부재가 카울 크로스 멤버에 적용되는 경우에 부가적인 기구 또는 장치를 설치하기 위한 브라켓(32)이 일체로 형성될 수 있다.

이러한 브라켓(32)은 복수로 형성될 수 있는데, 이때 복수의 브라켓은 크로스 부재(20)의 길이방향을 따라 소정의 간격을 두고 제2 관형상부(22)에 일체로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 크로스 부재(20)에서는, 종래에 용접 등에 의해 분리된 파이프들을 연결하고 브라켓을 부착하는 것을 대신하여, 롤 포밍 공정에 의해 단일한 블랭크(1')로부터 상이한 단면 형상 및 상이한 폐단면부의 개수를 가진 제1 관형상부(21)와 제2 관형상부(22)를 일체로 형성하고, 예컨대 대략 플레이트 형상의 브라켓(32)을 크로스 부재와 일체로 성형하여 구현할 수 있게 되는 것이다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재의 제조 공정을 간략히 설명한다.

도 8의 평면도와 같은 형상을 가진 금속판으로 된 블랭크(1')를 준비하는 공정이 필요하다.

예를 들어, 코일 형상으로 된 강판 등과 같은 금속의 모재를 언코일러를 거쳐 크로스 부재(20)의 전개도에 일치하는 형상을 가진 블랭크(1')가 프레스 등을 이용하여 형성됨으로써 준비될 수 있다.

블랭크(1')는, 예컨대 최종 제품인 카울 크로스 멤버의 크로스 부재(20) 중 제1 관형상부(21)를 형성하게 되는 대략 일정한 폭의 제1 부분(3)과, 이 제1 부분의 길이방향 일단에 연결되고 폭이 감소하여 제2 관형상부(22)를 형성하게 되는 제2 부분(4), 및 이 제2 부분의 길이방향 중간에서 제2 부분의 폭방향으로 연장하도록 돌출하여 브라켓(32)을 형성하게 되는 적어도 하나의 연장부(5)를 포함할 수 있다.

이러한 블랭크(1')는, 롤 포밍 공정에 의해 수회에 걸쳐 절곡됨으로써 전체적인 단면 형상이 대략 다각 형상으로 형성될 수 있다. 하지만, 전체적인 단면 형상은 이에 한정되지 않으며 다각형 외에 원 또는 타원형의 단면 형상을 가질 수 있다.

또한, 블랭크(1') 중 일부는 롤 포밍 공정에 의해 수회에 걸쳐 절곡됨으로써 복수의 폐단면부가 형성될 수 있다.

예를 들면, 롤 포밍 공정에 의해, 제1 관형상부(21)의 제1 폐단면부(25)와 제2 관형상부(22)의 폐단면부(28)가 함께 성형되고, 이어서 제1 관형상부의 제2 및 제3 폐단면부(26, 27)가 성형될 수 있다.

다음으로, 각 폐단면부의 형상 고정 및 완성을 위해 단부는 블랭크의 다른 부위, 예컨대 인접한 변이나 모서리 등에 대해 용접되어, 해당 접합부를 형성한다. 또, 인접한 모서리들도 서로 용접되어 접합부를 형성할 수 있다.

선택적으로, 바람직하기로는 용접 전에, 제1 관형상부(21)의 제2 및 제3 폐단면부(26, 27)를 형성하게 되는 제1 부분(3)에 부분적으로 강성 보강을 위한 비드부(23)를 형성할 수 있다(도 6 참조).

본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(20)가 카울 크로스 멤버에 적용되는 경우에는 선택적으로 연장부(5)를, 예를 들면 프레스 등을 이용하여 구부리거나 성형하고, 이 연장부에 소정 형상의 구멍을 뚫어 천공부를 형성할 수 있다.

그 후에, 예컨대 최종 제품인 카울 크로스 멤버의 크로스 부재(20)가 갖는 치수만 남기고 절단하거나 마무리 가공한다.

이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재(20)는, 제1 관형상부(21)와, 이 제1 관형상부와 상이한 개수의 폐단면부를 갖춘 제2 관형상부(22)가 일체로 성형될 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 크로스 부재에는 복수의 브라켓(32)이 일체로 형성될 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 차량용 크로스 부재를 제조할 때 종래의 분리된 파이프들을 연결하기 위한 용접 등의 접합 공정을 이행하지 않아도, 단일 블랭크에 의해 제1 관형상부와 제2 관형상부 및 복수의 브라켓을 구현할 수 있으며, 이를 통해 크로스 부재의 강성을 향상시키고, 부품수 및 공정수를 줄여 원가를 절감할 수 있게 됨과 동시에 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 저비용으로 제조 가능한 차량용 크로스 부재의 구성에 의해 운전석측 제1 관형상부와 조수석측 제2 관형상부가 상이하다고 하는 카울 크로스 멤버가 갖는 구조상 특유의 요구 조건을 충족시킬 수 있게 되는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 1': 블랭크 10, 20: 크로스 부재
11, 21: 제1 관형상부 12, 22: 제2 관형상부
13: 지지부 15, 25: 제1 폐단면부
16, 26: 제2 폐단면부 18, 28: 폐단면부
23: 비드부 27: 제3 폐단면부
31: 연결 스테이 32: 브라켓
33: 연결 플레이트

Claims (15)

1. 길이방향으로 연장하는 제1 관형상부와,
   길이방향으로 연장하고 상기 제1 관형상부와 단면의 형상이 상이한 제2 관형상부
   를 포함하며,
   상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부가 일체로 성형된 차량용 크로스 부재.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 관형상부는 금속으로 된 블랭크를 일단 측에서 타단 측을 향해 적어도 2회 절곡하여 형성되고,
   상기 제1 관형상부의 내부에 배치되며, 상기 제1 관형상부의 단면의 내부 공간을 분할하도록 된 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 관형상부에는, 상기 블랭크를 일단 측에서 타단 측을 향해 순서대로 제1 모서리, 제2 모서리, 제3 모서리에서 일방향으로 절곡하여 제1 폐단면부가 형성되며, 이어서 상기 블랭크를 제4 모서리, 제5 모서리, 제6 모서리에서 상기 일방향의 역방향으로 절곡하여 제2 폐단면부가 형성되고,
   상기 지지부는 상기 제3 모서리와 상기 제4 모서리 사이의 변으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 관형상부는 상기 블랭크를 일단 측에서 타단 측을 향해 적어도 1회 절곡하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 관형상부에는, 상기 블랭크를 일단 측에서 타단 측을 향해 순서대로 제1 모서리, 제2 모서리, 제3 모서리에서 일방향으로 절곡하여 폐단면부가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 관형상부의 폐단면부는 상기 제1 관형상부의 제1 폐단면부와 동일한 형상 및 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
   
7. 길이방향으로 연장하는 제1 관형상부와,
   길이방향으로 연장하고 상기 제1 관형상부와 상이한 개수의 폐단면부를 갖춘 제2 관형상부
   를 포함하며,
   상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부가 일체로 성형된 차량용 크로스 부재.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 관형상부는 금속으로 된 블랭크를 일단 측에서 타단 측을 향해 적어도 2회 절곡하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 관형상부는, 상기 블랭크를 블랭크의 중간에서 일단 측을 향해 순서대로 제1 모서리와 제2 모서리에서 일방향으로 절곡한 후 제3 모서리에서 상기 일방향의 역방향으로 절곡하고, 다시 제4 모서리, 제5 모서리, 제6 모서리에서 상기 일방향으로 절곡함과 더불어, 블랭크의 중간에서 타단 측을 향해 순서대로 제7 모서리와 제8 모서리에서 상기 일방향의 역방향으로 절곡한 후 제9 모서리에서 상기 일방향으로 절곡하고, 다시 제10 모서리, 제11 모서리, 제12 모서리에서 상기 일방향의 역방향으로 절곡하여 형성됨으로써, 3개의 폐단면부를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 관형상부는 상기 블랭크를 일단 측에서 타단 측을 향해 적어도 1회 절곡하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 관형상부는, 상기 블랭크를 블랭크의 중간에서 일단 측을 향해 순서대로 제1 모서리와 제2 모서리에서 일방향으로 절곡한 후 제3 모서리에서 상기 일방향의 역방향으로 절곡하고, 블랭크의 중간에서 타단 측을 향해 순서대로 제4 모서리와 제5 모서리에서 상기 일방향의 역방향으로 절곡하여 폐단면부가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 관형상부의 폐단면부는 상기 제1 관형상부의 폐단면부들 중 하나와 동일한 형상 및 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
    
13. 제2항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 관형상부와 상기 제2 관형상부는 각각, 상기 블랭크를 롤 포밍에 의해 절곡하고, 상기 블랭크의 일단 및 타단 중 적어도 하나를 블랭크의 다른 부위에 용접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
    
14. 제2항 또는 제8항에 있어서,
    상기 블랭크는, 상기 블랭크의 폭방향으로 연장하여 돌출한 적어도 하나의 연장부를 포함하고,
    상기 연장부는 상기 제2 관형상부의 일체로 된 브라켓을 구성하는 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.
    
15. 제2항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 관형상부에는 적어도 부분적으로 강성 보강을 위한 비드부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 크로스 부재.

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