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KR20200134356A - 차량용 센터 필러 - Google Patents

차량용 센터 필러 Download PDF

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KR20200134356A
KR20200134356A KR1020190059267A KR20190059267A KR20200134356A KR 20200134356 A KR20200134356 A KR 20200134356A KR 1020190059267 A KR1020190059267 A KR 1020190059267A KR 20190059267 A KR20190059267 A KR 20190059267A KR 20200134356 A KR20200134356 A KR 20200134356A
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carbon fiber
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김민수
조정민
강승욱
백승현
최치훈
배민관
김성구
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현대자동차주식회사
주식회사 성우하이텍
기아자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱을 교대로 적층하여 경량화를 달성하면서 강성을 우수하게 유지할 수 있는 차량용 센터 필러에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 센터 필러는 차량에 적용되는 센터 필러로서, 탄소섬유 강화플라스틱으로 형성되는 베이스 레이어와; 상기 베이스 레이어의 일면 및 타면에 각각 다수의 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱이 교대로 배치되되, 센터 필러의 두께방향을 기준으로 상기 베이스 레이어의 일면 및 타면에 적층되는 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱이 서로 대칭되도록 적층되어 형성되는 적층 레이어를 포함한다.

Description

차량용 센터 필러{CENTER PILLAR FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 센터 필러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱을 교대로 적층하여 경량화를 달성하면서 천정강도와 측면충돌을 고려한 강성을 우수하게 유지할 수 있는 차량용 센터 필러에 관한 것이다.
필러(pillar)는 루프를 지지하는 자동차 골격의 일부를 말한다. 또한, 필러는 자동차의 전면에서부터 순서대로 프런트 필러(front pillar), 센터 필러(center pillar) 및 리어 필러(rear pillar)로 구분된다. 상기 프런트 필러, 센터 필러 및 리어 필러는 순서대로 A필러, B필러, 및 C필러로 지칭되기도 한다.
한편, 센터 필러는 차체의 루프를 지지하는 중요 구조체이며, 측면 충돌시 충격 에너지를 흡수하여 승객공간으로 상대 차량이 침입하는 것을 방지하는 중요한 보강재이다. 또한, 센터 필러는 도어 힌지 등이 고정되고, 안전벨트가 부착되는 차체의 구조용 부품이기도 하다.
이러한 센터 필러는 몇 개의 부품으로 구성되는데 그 대부분은 보강재로서, 충돌시 차체의 변형을 최소화하기 위하여 고장력강판을 사용하고 있다. 통상, 센터 필러는 고장력 강판을 이용하여 프레스 성형으로 제조하고, 이어서 프레스 성형된 강판에 보강재를 점용접으로 부착하여 형성된다.
이에 따라, 센터 필러의 강도를 보강하기 위해 두꺼운 고장력강판이 적용되는데, 고강도화에 따른 연성 저하 및 취성 증대로 인하여 충돌시 충격에 의해 깨지는 문제가 발생된다.
최근에는 연비의 향상을 위하여 차량을 경량화시키는 측면에서 고장력 강판을 이용하여 제작되는 센터 필러에 경량이면서 강도가 보장되는 섬유강화플라스틱을 적용하는 연구가 진행되고 있다.
예를 들어 고장력 강판으로 제작되는 센터 필러의 일부 영역을 탄소섬유 강화플라스틱으로 대체하여 스틸 소재와 탄소 섬유 강화플라스틱을 접합하여 사용하는 기술이 개발되었다. 하지만, 이러한 방식은 스틸 소재와 탄소섬유 강화플라스틱과의 접합에 어려움이 있었고, 기계적인 결합에는 별도의 체결수단을 사용하여야 하는 단점이 있었다.
또한, 고장력 강판으로 제작되는 센터 필러의 모든 영역을 탄소섬유 강화플라스틱으로 대체하여 제작하는 기술이 개발되었다. 하지만, 탄소섬유 강화플라스틱만을 사용하여 센터 필러를 제작하는 경우에는 제조단가가 상승하는 단점이 있고, 전도성 소재인 탄소섬유의 사용에 의해 전위차 부식이 발생하는 문제가 발생하기도 하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
공개특허공보 제10-2019-000440호 (2019.01.14)
본 발명은 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱을 교대로 적층하여 경량화를 달성하면서 천정강도와 측면충돌을 고려한 강성을 우수하게 유지하는 동시에 재료비 상승을 최소화할 수 있는 차량용 센터 필러를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 센터 필러는 차량에 적용되는 센터 필러로서, 탄소섬유 강화플라스틱으로 형성되는 베이스 레이어와; 상기 베이스 레이어의 일면 및 타면에 각각 다수의 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱이 교대로 배치되되, 센터 필러의 두께방향을 기준으로 상기 베이스 레이어의 일면 및 타면에 적층되는 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱이 서로 대칭되도록 적층되어 형성되는 적층 레이어를 포함한다.
상기 베이스 레이어는 센터 필러의 길이방향을 기준으로 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 적층 레이어를 형성하는 다수의 탄소섬유 강화플라스틱은 센터 필러의 길이방향을 기준으로 탄소섬유의 배열방향이 0°이거나 ±15°인 것을 특징으로 한다.
상기 적층 레이어를 형성하는 다수의 유리섬유 강화플라스틱은 센터 필러의 길이방향을 기준으로 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 것을 특징으로 한다.
상기 센터 필러는 길이방향을 기준으로 하부에서 상부 방향으로 바텀 영역, 제1천이 영역, 제2천이 영역, 제3천이 영역 및 탑 영역으로 구분되고, 상기 바텀 영역은 베이스 레이어의 양면에서 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제1-1영역이 형성되고, 상기 제1천이 영역은 상기 제1-1영역이 형성되고, 상기 제1영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제1-2영역이 형성되며, 상기 제2천이 영역은 상기 제1-1영역 및 제1-2영역이 형성되고, 상기 제1-2영역에 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제3영역이 형성되며, 상기 제3천이 영역 및 탑영역은 상기 제1-1영역, 제1-2영역 및 제1-3영역이 형성되고, 상기 제3영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제1-4영역이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 센터 필러는 바텀 영역, 제1천이 영역, 제2천이 영역, 제3천이 영역 및 탑 영역에 상기 제1-1영역, 제1-2영역, 제1-3영역 및 제1-4영역이 모두 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 센터 필러는 길이방향을 기준으로 하부에서 상부 방향으로 바텀 영역, 천이 영역 및 탑 영역으로 구분되고, 상기 바텀 영역은 베이스 레이어의 양면에서 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱과, 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제2-1영역이 형성되고, 상기 천이 영역은 상기 제2-1영역이 형성되고, 상기 제2-1영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱이 적층되는 제2-2영역이 형성되며, 상기 탑 영역은 상기 제2-1영역 및 제2-2영역이 형성되고, 상기 제2-2영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱이 적층되는 제2-3영역이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 센터 필러는 바텀 영역, 천이 영역 및 탑 영역에 상기 제2-1영역, 제2-2영역 및 제2-3영역이 모두 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 탄소섬유 강화플라스틱은 두께가 0.16㎜이고, 상기 유리섬유 강화플라스틱은 두께가 0.5㎜인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 차량용 센터 필러를 제작함에 있어서, 탄소섬유 강화플라스틱 대비 가격이 저렴한 유리섬유 강화플라스틱을 탄소섬유 강화플라스틱과 교대로 적층함으로써, 경량화 및 강성의 향상을 유지하면서 재료비의 상승을 절감을 기대할 수 있다.
또한, 비전도성 소재인 유리섬유 강화플라스틱을 전도성 소재인 탄소섬유 강화플라스틱과 교대로 적층하여 사용함에 따라 센터 필러에서 전위차 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 강화섬유의 배열방향에 따른 루프 강도를 알아본 실험의 결과이고,
도 2는 강화섬유의 배열방향에 따른 두께 분포를 알아본 실험의 결과이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 센터 필러를 보여주는 도면이고,
도 4는 도 3의 "A"영역을 확대하여 보여주는 도면이며,
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 센터 필러를 구성하는 각 영역별 강화섬유의 종류, 배열방향 및 두께를 나열한 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
먼저, 탄소섬유의 다양한 배열방향 중 본 발명에 적용될 수 있는 탄소섬유의 배열방향을 알아보기 위하여 탄소섬유의 배열방향에 따른 루프 강도를 측정하여 최적의 탄소섬유 배열방향을 도출하였다.
도 1은 탄소섬유의 배열방향에 따른 루프 강도를 알아본 실험의 결과이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 차량용 센터 필러에서 요구되는 루프 강도를 확보하기 위한 센터 필러의 두께를 도출하는 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 탄소섬유의 배열방향을 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° 및 90°로 각각 설정한 결과를 확인하였다.
그 결과, 탄소섬유의 배열방향이 0°, 15° 및 30°에서 실시 가능한 두께가 분포되면서 원하는 수준의 루프 강도를 확보할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 탄소섬유의 배열방향에 따른 두께 분포를 알아본 실험을 하여 최적의 탄소섬유 배열방향을 도출하였다.
도 2는 탄소섬유의 배열방향에 따른 두께 분포를 알아본 실험의 결과이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 차량용 센터 필러에서 요구되는 루프 강도를 확보하기 위한 탄소섬유의 배열방향에 따른 두께 분포를 도출하는 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 탄소섬유의 배열방향을 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° 및 90°로 각각 설정한 결과를 확인하였다.
그 결과, 탄소섬유의 배열방향이 0° 및 15°에서 실시 가능한 두께가 분포되면서 원하는 수준의 루프 강도를 확보할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
상기의 도 1 및 도 2의 결과에 따라 센터 필러를 형성함에 있어서, 섬유강화플라스틱에 탄소섬유의 배열방향이 0°또는 ±15°인 것을 사용하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다. 바람직하게는 배열방향이 0°인 탄소섬유를 함유하는 섬유강화플라스틱의 두께는 대략 1.6 ~ 3.0mm 수준으로 형성하고, 배열방향이 15°인 탄소섬유를 함유하는 섬유강화플라스틱의 두께는 대략 1.6 ~ 2.4mm 수준으로 형성하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.
이하, 별도의 언급이 없는 한 섬유의 배열방향을 나타내는 각도는 센터 필러의 길이방향을 기준으로 한 것이다. 이때 섬유의 배열방향이 0°라는 것은 섬유의 배열방향이 센터 필러의 길이방향과 평행한 것을 의미한다.
다음으로, 상기에서 도출된 탄소섬유의 배열방향을 적용하여 센터 필러를 구현하는 다양한 실시예에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 센터 필러를 보여주는 도면이고, 도 4는 도 1의 "A"영역을 확대하여 보여주는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 센터 필러는 탄소섬유 강화플라스틱으로 형성되는 베이스 레이어와; 상기 베이스 레이어의 일면 및 타면에 각각 다수의 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱이 교대로 배치되되, 센터 필러의 두께방향을 기준으로 상기 베이스 레이어의 일면 및 타면에 적층되는 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱이 서로 대칭되도록 적층되어 형성되는 적층 레이어를 포함한다.
한편, 본 발명에서는 앞서 도출된 최적의 배열방향에 따라 탄소섬유 강화플라스틱은 탄소섬유의 배열방향이 0°또는 ±15°인 것을 사용한다.
이때 탄소섬유 강화플라스틱의 경우 시트(sheet) 형태로 제작되어 적층되는 바, 본 실시예에서는 두께가 0.16mm로 제작된 시트 형태의 탄소섬유 강화플라스틱을 사용한다.
그리고, 유리섬유 강화플라스틱도 마찬가지로 시트(sheet) 형태로 제작되어 적층되는 바, 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱을 사용한다. 이때 유리섬유 강화플라스틱은 두께가 0.5㎜로 제작된 시트 형태의 유리섬유 강화플라스틱을 사용한다. 이때 유리섬유 강화플라스틱은 유리섬유가 0°및 90°로 직조되는 바, 두께를 기준으로 0°및 90°는 각각 대략 2.5mm씩 차지된다.
특히, 베이스 레이어는 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱으로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 베이스 레이어의 일면 및 타면에 대칭되도록 배치되는 적층레이어는 탄소섬유의 배열방향이 0°또는 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱을 교대로 적층하여 이루어진다.
따라서, 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱은 홀수개의 층으로 형성되고, 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱는 짝수개의 층으로 이루어진다.
이에 따라 앞서 설명에서는 도 1 및 도 2를 통하여 설명된 바와 같이 배열방향이 0°인 탄소섬유를 함유하는 섬유강화플라스틱의 두께는 대략 1.6 ~ 3.0mm 수준으로 형성하고, 배열방향이 15°인 탄소섬유를 함유하는 섬유강화플라스틱의 두께는 대략 1.6 ~ 2.4mm 수준으로 형성하는 것이 바람직하다고 설명하였지만, 배열방향이 0°인 탄소섬유를 함유하는 섬유강화플라스틱의 총 두께는 1.44mm ~ 3.04mm 수준으로 형성하고, 배열방향이 15°인 탄소섬유를 함유하는 섬유강화플라스틱의 총 두께는 1.6 ~ 2.56mm를 갖도록 설계되는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량용 센터 필러를 구현하는 다양한 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 센터 필러는 길이방향을 기준으로 하부에서 상부 방향으로 바텀 영역(10), 천이 영역(20) 및 탑 영역(30)으로 구분된다. 이때 천이 영역(20)은 다시 길이방향을 기준으로 하부에서 상부 방향으로 제1천이 영역(21), 제2천이 영역(22) 및 제3천이 영역(23)으로 세분된다. 이때, 센터 필러에는 리어 도어의 하부 힌지가 장착되는 하부 힌지홀(31)이 형성되는데, 상기 천이 영역(20)은 상기 하부 힌지홀(31)의 하부 영역에 형성되는 것이 바람직하다.
그래서 바텀 영역(10), 제1천이 영역(21), 제2천이 영역(22), 제3천이 영역(23) 및 탑 영역(30)은 모두 베이스 레이어가 형성된다.
그리고, 바텀 영역(10), 제1천이 영역(21), 제2천이 영역(22), 제3천이 영역(23) 및 탑 영역(30) 별로 베이스 레이어에 적층되는 탄소섬유 강화플라스틱 및 유리섬유강화플라스틱의 적층 패턴을 변경시켜 강성을 유지하면서 최대한 경량화를 달성할 수 있도록 한다.
부연하자면, 바텀 영역(10)은 베이스 레이어의 양면에서 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제1-1영역이 형성된다.
그리고, 제1천이 영역(21)은 상기 제1-1영역이 형성되고, 제1영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제1-2영역이 형성된다.
또한, 제2천이 영역(22)은 제1-1영역 및 제1-2영역이 형성되고, 제1-2영역에 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제1-3영역이 형성된다.
그리고, 제3천이 영역(23) 및 탑 영역(30)은 제1-1영역, 제1-2영역 및 제1-3영역이 형성되고, 제3영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제1-4영역이 형성된다.
이때 바텀 영역(10), 제1천이 영역(21), 제2천이 영역(22), 제3천이 영역(23) 및 탑 영역(30)에 형성되는 제1-1영역을 구성하는 탄소섬유 강화플라스틱 및 유리섬유 강화플라스틱은 서로 연속적으로 연장된다.
또한, 제1천이 영역(21), 제2천이 영역(22), 제3천이 영역(23) 및 탑 영역(30)에 형성되는 제1-2영역을 구성하는 탄소섬유 강화플라스틱 및 유리섬유 강화플라스틱은 서로 연속적으로 연장된다.
그리고, 제2천이 영역(22), 제3천이 영역(23) 및 탑 영역(30)에 형성되는 제1-3영역을 구성하는 탄소섬유 강화플라스틱 및 유리섬유 강화플라스틱은 서로 연속적으로 연장된다.
그래서, 도 5에서 알 수 있듯이 바텀 영역(10), 제1천이 영역(21), 제2천이 영역(22), 제3천이 영역(23) 및 탑 영역(30)으로 향할수록 센터필러의 두께는 점점 두꺼워진다.
도 5는 제 1 실시예에 따른 각 영역별 강화섬유의 종류, 배열방향 및 두께를 나열한 표로서, 본 제 1 실시예가 구현되는 예를 나타내었다. 도 5의 표에서 GFRP로 표시된 것은 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱을 의미하고, 배열방향만 0, 15 및 -15로 표시된 것을 각각의 각도로 탄소섬유가 배열된 탄소섬유 강화플라스틱을 의미한다. 이하, 도 6 내지 7에서도 이 조건은 동일하게 적용된다.
한편, 본 발명은 바텀 영역(10), 제1천이 영역(21), 제2천이 영역(22), 제3천이 영역(23) 및 탑 영역(30)으로 향할수록 센터필러의 두께가 점점 두꺼워지도록 형성하지 않고, 바텀 영역(10), 제1천이 영역(21), 제2천이 영역(22), 제3천이 영역(23) 및 탑 영역(30)을 동일한 두께 및 패턴으로 형성할 수 있다.
도 6는 제 2 실시예에 따른 각 영역별 강화섬유의 종류, 배열방향 및 두께를 나열한 표로서, 제 2 실시예가 구현되는 예를 나타내었다.
상기에서 제시한 제 1 실시예와 제 2 실시예에 따른 센터 필러는 최외각에 비전도성을 갖는 유리섬유 강화플라스틱을 배치함에 따라 센터 필러에 전위차 부식이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 전위차 부식에 노출되지 않는 차량에 적용되는 센터 필러의 경우에는 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱의 배치를 전술된 실시예와 다르게 변경하여 강도가 최대로 발현될 수 있도록 하였다.
이때 센터 필러는 길이방향을 기준으로 하부에서 상부 방향으로 바텀 영역(10), 천이 영역(20) 및 탑 영역(30)으로 구분된다. 여기서 천이 영역(20)은 전술된 제1천이 영역(21), 제2천이 영역(22) 및 제3천이 영역(23)을 모두 합친 영역을 의미한다.
그래서, 바텀 영역(10)은 베이스 레이어의 양면에서 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱과, 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제2-1영역이 형성된다.
그리고, 천이 영역(20)은 상기 제2-1영역이 형성되고, 제2-1영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱이 적층되는 제2-2영역이 형성된다.
또한, 탑 영역(30)은 상기 제2-1영역 및 제2-2영역이 형성되고, 제2-2영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱이 적층되는 제2-3영역이 형성된다.
이때 바텀 영역(10), 천이 영역(20) 및 탑 영역(30)에 형성되는 제2-1영역을 구성하는 탄소섬유 강화플라스틱 및 유리섬유 강화플라스틱은 서로 연속적으로 연장된다.
또한, 천이 영역(20) 및 탑 영역(30)에 형성되는 제2-2영역을 구성하는 탄소섬유 강화플라스틱 및 유리섬유 강화플라스틱은 서로 연속적으로 연장된다.
그래서, 도 7에서 알 수 있듯이 바텀 영역(10), 천이 영역(20) 및 탑 영역(30)으로 향할수록 센터필러의 두께는 점점 두꺼워진다.
도 7은 제 3 실시예에 따른 각 영역별 강화섬유의 종류, 배열방향 및 두께를 나열한 표로서, 본 제 3 실시예가 구현되는 예를 나타내었다.
한편, 본 발명은 바텀 영역(10), 천이 영역(20) 및 탑 영역(30)으로 향할수록 센터필러의 두께가 점점 두꺼워지도록 형성하지 않고, 바텀 영역(10), 천이 영역(20) 및 탑 영역(30)을 동일한 두께 및 패턴으로 형성할 수 있다.
도 8은 4 실시예에 따른 각 영역별 강화섬유의 종류, 배열방향 및 두께를 나열한 표로서, 제 4 실시예가 구현되는 예를 나타내었다.
다음으로, 종래의 고장력강판을 사용하여 제작되는 일반적인 스틸재의 센터 필러와 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제작되는 센터 필러의 측면 충돌 및 천장 강도를 해석하는 실험을 실시하였고, 그 결과는 아래의 표 1과 같다.
구분 비교예
(스틸재 센터필러)		 제 1 실시예
(복합소재 적층 센터필러)
측면 충돌 해석 - 최대 Y 변위 [mm] 159.7(0.058초) 138.6(0.070초)
천정 강도 해석 - 최대 반력 [kN] 88.0 89.9
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 복합소재를 적층하여 제작되는 센터필러의 경우 종래의 스틸재 센터필러 대비 우수한 측면 충돌 및 천정 강도 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10: 바텀 영역 20: 천이 영역
21: 제1천이 영역 22: 제2천이 영역
23: 제3천이 영역 30: 탑 영역
31: 하부 힌지홀

Claims (9)

  1. 차량에 적용되는 센터 필러로서,
    탄소섬유 강화플라스틱으로 형성되는 베이스 레이어와;
    상기 베이스 레이어의 일면 및 타면에 각각 다수의 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱이 교대로 배치되되, 센터 필러의 두께방향을 기준으로 상기 베이스 레이어의 일면 및 타면에 적층되는 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유 강화플라스틱이 서로 대칭되도록 적층되어 형성되는 적층 레이어를 포함하는 차량용 센터 필러.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스 레이어는 센터 필러의 길이방향을 기준으로 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 센터 필러.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 적층 레이어를 형성하는 다수의 탄소섬유 강화플라스틱은 센터 필러의 길이방향을 기준으로 탄소섬유의 배열방향이 0°이거나 ±15°인 것을 특징으로 하는 차량용 센터 필러.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 적층 레이어를 형성하는 다수의 유리섬유 강화플라스틱은 센터 필러의 길이방향을 기준으로 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 것을 특징으로 하는 차량용 센터 필러.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 센터 필러는 길이방향을 기준으로 하부에서 상부 방향으로 바텀 영역, 제1천이 영역, 제2천이 영역, 제3천이 영역 및 탑 영역으로 구분되고,
    상기 바텀 영역은 베이스 레이어의 양면에서 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제1-1영역이 형성되고,
    상기 제1천이 영역은 상기 제1-1영역이 형성되고, 상기 제1영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제1-2영역이 형성되며,
    상기 제2천이 영역은 상기 제1-1영역 및 제1-2영역이 형성되고, 상기 제1-2영역에 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제3영역이 형성되며,
    상기 제3천이 영역 및 탑영역은 상기 제1-1영역, 제1-2영역 및 제1-3영역이 형성되고, 상기 제3영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제1-4영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 센터 필러.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 센터 필러는 바텀 영역, 제1천이 영역, 제2천이 영역, 제3천이 영역 및 탑 영역에 상기 제1-1영역, 제1-2영역, 제1-3영역 및 제1-4영역이 모두 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 센터 필러.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 센터 필러는 길이방향을 기준으로 하부에서 상부 방향으로 바텀 영역, 천이 영역 및 탑 영역으로 구분되고,
    상기 바텀 영역은 베이스 레이어의 양면에서 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱과, 탄소섬유의 배열방향이 0°인 탄소섬유 강화플라스틱과, 유리섬유가 0°및 90°로 직조된 평직(Plain Weave) 또는 능직(Twill Weave) 직물인 유리섬유 강화플라스틱이 순차적으로 적층되는 제2-1영역이 형성되고,
    상기 천이 영역은 상기 제2-1영역이 형성되고, 상기 제2-1영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱이 적층되는 제2-2영역이 형성되며,
    상기 탑 영역은 상기 제2-1영역 및 제2-2영역이 형성되고, 상기 제2-2영역에 탄소섬유의 배열방향이 ±15°인 탄소섬유 강화플라스틱이 적층되는 제2-3영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 센터 필러.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 센터 필러는 바텀 영역, 천이 영역 및 탑 영역에 상기 제2-1영역, 제2-2영역 및 제2-3영역이 모두 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 센터 필러.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소섬유 강화플라스틱은 두께가 0.16㎜이고,
    상기 유리섬유 강화플라스틱은 두께가 0.5㎜인 것을 특징으로 하는 차량용 센터 필러.
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