KR20210026220A - 자동차 헤드램프 반사경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 헤드램프 반사경에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 램프로부터 전달받는 열을 효과적으로 방열하기 위해 혼합소재를 사용하여 생산함으로써 향상된 열전달 효율 및 절연성을 제공하고, 반사경의 방열구조를 통해 열방출의 효율을 상승시켜 방열에 효과적이며 사출 성형을 통해 대량생산을 할 수 있도록 하여, 공정과정을 단축하고 원가를 감소할 수 있도록 한 것이다.

Description

자동차 헤드램프 반사경{Reflector of car headlamp}

본 발명은 자동차 헤드램프 반사경에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반사경을 구성하는 복합소재가 전구에 의해 발생되는 열을 효과적으로 방열하기 위한 물성 및 구조를 가지며, 대량생산이 가능하도록 제공되는 반사경에 관한 것이다.

일반적으로 반사경은 리플렉터 타입 또는 프로젝터 타입의 전조등에서 사용되며, 리플렉터 타입의 반사경은 램프에서 발광하는 광원을 램프의 후방에서 반사시켜 전방으로 빛을 조사하는 것이고, 프로젝터 타입의 반사경은 램프에서 발광하는 광원을 반사경에 의해 모은 후 렌즈를 통과하며 전방으로 빛을 조사하는 것이다.

따라서, 반사경은 빛을 전방으로 효과적으로 조사하기 위한 구조를 가지고 있어야 하며, 또한 난반사를 막기 위해 표면을 곱게 공정하는 과정을 필요로 하게되며 이에 사출 후 얻어지는 제품에 대한 표면 거칠기가 매우 중요하게 된다.

종래의 반사경은 알루미늄 다이캐스팅을 통해 제작되는데, 이러한 경우 반사경의 표면조도가 좋지 못하게 형성되어, 이를 매끄럽게 만들기 위한 추가적인 공정에 재화가 많이 소요되게 된다. 또한 제조공정이 까다로우며, 주조 후 공정도 필요하기 때문에 공정 시간이 길고, 대량생산에 어려움이 있어 공정 단가가 비싸다는 문제점이 있다.

한국특허공개 제 2013-0053917("플라스틱 일체형 반사경")

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 램프에 의해 발생되는 열을 효과적으로 방열 가능한 구조를 가지고 있으며, 제작에 용이하도록 하여 제조 공정의 시간을 감소시켜 제조 비용 및 생산비용을 절감할 수 있는 반사경을 제공함에 있다.

본 발명의 자동차 헤드라이트 반사경은 일방향으로 오목한 구면으로 형성되되, 구면의 내측에 반사면이 구비되어, 전구의 빛을 반사하여 전방으로 조사하는 반사부; 및 상기 반사부의 경심 부분에 전구가 삽입되도록 형성되는 전구 고정부;를 포함하며 일체형으로 형성되는 반사경에 있어서, 상기 반사경은, 열전도율을 높이기 위해 베이스 수지와 세라믹을 혼합한 혼합소재로 사출 성형 되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 베이스 수지는 열가소성 수지인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 베이스 수지는 PA 6 또는 PA 66인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 혼합소재는 상기 세라믹이 50 ~ 70%의 혼합비율로 함유되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 세라믹은 알루미나(

)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세라믹은 펠릿으로 가공되어 혼합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반사부의 후면에 구비되는 하나 이상의 냉각핀;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 냉각핀은, 상기 전구 고정부를 따라 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각핀은, 전구와 상기 반사부의 수직거리가 좁은 부분일수록 넓은 표면적을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각핀이, 상기 반사경과 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반사면은 알루미늄으로 증착되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 자동차 헤드라이트 반사경은 방열구조를 통해 반사경의 열방출의 효율을 상승시키며, 혼합소재를 통해 열전도율 또한 상승시켜 방열에 효과적이며, 사출 성형이 가능하여 대량생산을 할 수 있도록 하고, 표면 거칠기가 보다 부드럽게 형성되어 제작되기 때문에 추가 공정의 시간을 감소시킬 수 있어 제조 공정 시간이 감소되고 제품의 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 정면 사시도
도 2는 본 발명의 후면 사시도
도 3의 (a)는 열전도도가 96W/mK(알루미늄 기준)일 때의 전구 온도분포도
도 3의 (b)는 열전도도가 96W/mK(알루미늄 기준)일 때의 반사경의 온도분포도
도 4의 (a)는 열전도도가 1.2W/mK(혼합소재 기준)일 때의 전구 온도분포도
도 4의 (b)는 열전도도가 1.2W/mK(혼합소재 기준)일 때의 반사경의 온도분포도
도 5는 시료 1 내지 시료 3의 안쪽에 부착되는 온도센서의 위치도
도 6은 시료 1 내지 시료 3의 바깥쪽에 부착되는 온도센서의 위치
도 7은 도 5의 온도의 그래프
도 8은 도 6의 온도의 그래프
도 3은 본 발명의 정면도
도 4는 본 발명의 좌측 측면도
도 5는 본 발명의 우측 측면도
도 6은 본 발명의 후면도
도 7은 본 발명의 부분 확대도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1 및 도 2를 참고하여 설명하면, 본 발명은 일방향으로 오목한 구면으로 형성되되, 구면의 내측에 반사면(미도시)이 구비되고, 전구의 빛을 반사하여 전방으로 조사할 수 있도록 형성되는 반사부(110) 및 상기 반사부(110)의 경심 부분에 전구가 삽입되도록 형성되는 전구 고정부(130)를 포함하여 일체형으로 형성되는 반사경(100)이다.

상기 반사경(100)은 자동차의 헤드라이트 케이스 내부에 구비되는 것으로, 일반적인 반사경의 구조 및 역할을 포함하고 있으며, 상기 반사경(100)의 형태는 자동차의 종류에 따라 변형되어 형성될 수 있으며, 도시된 반사경은 상기 반사경(100) 형태의 일실시예이다. 상기 반사경(100)은 상기 헤드라이트 케이스와 고정되기 위해 형성되는 복수의 연결구멍을 포함하여 일체로 형성될 수 있으며, 상기 반사경(100)은 리플렉터 타입 또는 프로젝터 타입 등에 구비되어 광원을 반사하는 역할을 하는 반사경에 있어 형태의 한정 없이 사용될 수 있다.

종래의 반사경은 알루미늄을 이용하여 다이캐스팅을 통해 생성되는 것으로, 열전도율이 좋아 전구로부터 받은 열의 방열이 효과적이나, 과정이 복잡하기 때문에 공정 비용이 높아 단가가 비싸고, 과정이 복잡하여 대량 생산에 어렵다는 점이 있다. 본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 사출 성형을 통해 대량 생산 가능한 복합소재를 사용하여 상기 반사경의 공정과정을 단순화하여 생산비용을 감소시키기 위한 것이다.

상기 반사경(100)은 열전도율을 높이기 위해 베이스 수지와 세라믹을 혼합한 혼합소재를 이용하여 사출 성형되어 형성되는 것을 특징으로 한다. 사출 성형은 호퍼에서 공급된 성형재료를 균일한 가소화상태로 형성시키고, 밀폐된 금형 내에서 용융된 재료가 고압에 의해 사출되며 물건을 형성하는 것이다. 종래의 반사경은 알루미늄을 이용하여 다이캐스팅으로 생산하는 방식으로 제조비용이 비싸고, 공정과정이 까다롭다는 단점이 있었다. 반면, 사출 성형은 사이클 주기가 짧고 능률이 좋아 대량 생산이 가능하며, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 성형할 수 있고, 자동제어화가 가능하며 정밀도가 높아 복잡한 모양의 성형이 가능한 장점이 있으며, 본 발명은 사출 성형을 이용하여 상기 반사경(100)을 사출할 수 있다.

상기 베이스 수지는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는데, 열가소성 수지는 고체상태의 고분자 물질로 구성되어 열에 대한 가역반응이 가능한 것으로, 열을 가하여 액체로 만들어 다양한 모양으로 형태를 변형시키고 냉각하여 고체로 형성할 수 있으며, 재사용이 가능한 장점이 있기 때문에 상기 반사경(100)의 상기 베이스 수지를 열가소성 수지를 사용함으로써 사출 성형하는데 용이하도록 한다. 열가소성 수지의 종류는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 AS 수지, 아크릴, 폴리염화비닐 등을 포함하는 범용 플라스틱과 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 변성 폴리페닐렌옥사이드 등을 포함하는 엔지니어링 플라스틱 및 올레핀계, 스티렌계, 우레탄계, PVC계를 포함하는 열가소성 엘라스토머 등이 있으며, 사출 성형을 통해 상기 반사경(100)을 주조할 수 있다면 상기 베이스 수지는 열가소성 수지 중 어느 하나 또는 그 이상으로 사용될 수 있다.

본 발명은 상기 베이스 수지가 열가소성 수지 중 PA 6 또는 PA 66인 것을 특징으로 한다. 폴리아미드(PA)는 190도 이상의 높은 열변형 온도를 가지고 있으며, 양산비용이 적고, 디자인의 가용성이 높으며, 금속 수준의 높은 강도 및 내열성을 가지는 엔지니어링 플라스틱이다. 폴리아미드 중 PA 6와 PA 66는 흡습에 의한 치수변화가 적고 고온에서의 내열성이 좋으며, 높은 내마모성과 내화학성 및 내구성이 우수하다. PA 6는 인장 강도, 내충격성, 내마모성, 내화학성 및 저 마찰계수가 우수한 특징이 있으며, PA 66보다 낮은 융점을 갖고 있고, 공정 온도 범위가 넓으며, 가격이 저렴하고, 용해도 저항성도 우수하다. 또한, PA 66는 성능이 우수하며, 강도가 높으며, 상성, 내충격성, 내유성, 내화학성 및 내마모성이 우수하며, 특히 경도와 강성, 내열성 및 크리프 성능이 뛰어난 특징이 있으므로, 상기 베이스 수지로 PA 6 또는 PA 66 중 하나를 사용할 수 있다.

상기 베이스 수지인 PA 6 또는 PA 66는 열전도성이 낮아, 단독 사용하게 될 경우 램프의 열에 의해 그을림이 발생할 수 있으며, 부풀림 현상이 발생하여 상기 반사경(100)의 형태가 변형될 수 있다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 상기 혼합소재는 전체 성분의 상기 세라믹이 50~70%의 혼합비율로 함유되는 것이 적절하다. 세라믹은 탄화규소, 질화규소, 알루미나, 지르코니아, 바륨티타네이트 등과 같은 고순도의 합성원료를 사용하여 제조하는 것이며, 절연성, 내열성 및 내화성이 좋아 융점이 높고 고온에서 산화하기 어려우며 안정적이고, 디자인의 가용성이 좋다는 특징이 있다. 다만, 세라믹은 융점이 높아 구성 원자 간에 결합력이 강하여 단단하게 굳게 되는데, 이 때문에, 세라믹스의 성분의 비율이 너무 높을 경우 깨지기 쉬워져 사출 성형 중에 문제가 발생할 수 있어, 적정 비율을 혼합함으로써 사출성이 좋으며, 절연도 및 열전도가 적절한 혼합소재를 이용하여 상기 반사경(100)을 생성할 수 있다. 상기 세라믹은 세라믹 중 어느 하나 또는 하나 이상의 성분을 혼합하여 형성할 수 있다. 본 발명은 상기 세라믹은 알루미나(

)인 것을 특징으로 하는데, 알루미나는 알루미늄과 산소의 화합물로써, 다이아몬드 다음가는 경도를 가지며, 절연도가 좋고, 내열성, 내약품성, 강도가 좋으며, 단가가 저렴한 장점이 있다.

본 발명은 열전도도가 반사경의 표면 온도에 미치는 영향을 시험하였고, 전제조건은 실험용 챔퍼 내의 온도는 상온인 25도씨이며, 열원인 전구의 온도는 약 450도씨로 정상상태 도달을 위해 2시간 유지하였다. 먼저, 열전도도가 96K/m-k(알루미늄 기준)일 때와 열전도도가 1.2K/m-k(혼합소재 기준)일 때의 온도분포를 비교하여보았고, 도 3 및 도 4는 반사경을 이루는 성분의 열전도도에 따른 전구 온도분포 및 반사경의 온도분포를 나타낸 것이다. 열전도도가 낮을 때의 반사경의 온도분포가 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 이에 열전도도에 따른 상기 반사경의 해석 최고온도와 실험 최고온도를 계산할 수 있었다(아래 표 참조).

열전도도[W/m-k]	해석 최고온도[℃]	실험 최고온도[℃]
96	65 (▼15)	80
1.2	127 (▲47)	1422(예상)

또한, 알루미늄 합금(이하 시료 1)으로 제작된 반사경과 PA 66과 글라스 섬유의 혼합소재(이하 시료 2)로 제작된 반사경과 PA 6와 알루미나의 혼합소재(이하 시료 3)로 제작된 반사경에 전구에 의한 표면온도를 비교하는 시험을 시행하였으며, 전제조건은 상기 시험과 동일하다. 도 5는 반사경의 안쪽에 온도센서 1 내지 9 채널을 부착한 것이고, 도 6은 반사경의 바깥쪽에 온도센서 1내지 9 채널을 부착한 것으로, 시료 1 내지 시료 3 반사경의 표면온도를 비교하였다. 도 7은 도 5에 대한 시험 결과이며, 도 8은 도 6에 대한 시험 결과이고, 각각의 시료에서 가장 높은 온도를 가지는 온도센서를 기준으로 작성된 그래프이다. 도 7 및 도 8를 통해 시료 1 내지 3으로 구성된 반사경이 전구에 의해 상승되는 온도를 알 수 있었고, PA 6 및 PA 66의 혼합소재로 형성된 반사경 보다 알루미늄으로 형성된 반사경의 온도가 가장 낮은 것을 확인할 수 있었다(아래 표 참고).

	ADC12 (알루미늄 합금)	PA 66글라스(30%)	PA 6 + 알루미나(60%)
안쪽 최고온도[℃]	137	244 (▲107)	223 (▲86)
바깥쪽 최고온도[℃]	80	220 (▼140)	174 (▼94)

그러나, PA 6 및 PA 66는 내열성 및 내강도성이 높아 고온에서 변형이 쉽게 이루어지지 않으며, 시험의 결과값 온도에 대해 버틸 수 있는 내열성을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었으며, PA 6 및 PA 66의 혼합소재로 구성된 반사경의 외면에 냉각성분을 도포하거나 열방출 구조를 더 구비하여 반사경의 온도를 낮출 수 있을 것으로 확인되었다.

본 발명의 일실시예를 설명하면, 상기 반사경(100)을 사출 성형하기 위해 혼합한 상기 혼합소재는, 상기 베이스 수지로는 PA 6 또는 PA 66를 사용하고, 상기 세라믹으로는 알루미나를 사용하는 것이 적절하며, 이때 알루미나의 혼합비율은 전체 상기 혼합소재의 60%의 비율로 혼합하여 상기 혼합소재로 형성된다.

이러한 상기 혼합소재는 절연도 및 사출성이 향상되고 적절한 열전도성과 열방출 구조를 가지게 되는 효과가 있다. 또한, 상기 혼합소재로 상기 반사경(100)을 사출한 후 상기 반사경(100)의 내면에 상기 반사면을 형성하기 위해 알루미늄 증착을 수행하게 되는데, 종래는 첨가되는 재료 또는 각형 알루미나 등으로 인해 성형된 반사경의 표면조도가 매우 좋지 않아, 표면을 매끄럽게 하기 위해 추가적인 공정에 많은 시간을 소요하게 된다. 그러나, 상기 혼합소재로 형성된 상기 반사경(100)은 표면 거칠기가 부드럽게 형성되는 효과가 있어 상기 반사경(100)의 표면을 매끄럽게 하기 위한 공정의 시간소요가 단축되어 비용을 절감하고 생산력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 9를 참고하여 설명하면, 상기 반사경(100)을 사출 성형할 때, 상기 세라믹은 펠릿(170)으로 가공되어 혼합되는 것을 특징으로 하며, 상기 펠릿(170)은 각형 또는 구형으로 형성되어 혼합될 수 있으나, 각형은 금형의 표면을 갉거나, 상기 혼합소재 투입 시 흐름성을 방해할 수 있어, 상기 펠릿(170)은 구형으로 형성되어 상기 베이스 수지와 혼합되는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은, 상기 반사경(100)이 상기 펠릿(170)을 포함하여 형성됨으로, 상기 반사경(100)은 전구에 의해 높아지는 열이 상기 펠릿(170)으로 형성된 알루미나를 통해 외부로 배출되는 방열구조를 가지게 되며, 고압으로 상승하지 않도록 열을 배출하게 됨으로 그을림 또는 부풀림 현상이 발생하지 않게 되고, 내구성이 좋으며, 열전도율이 높고, 대량 생산이 가능한 반사경을 제공하도록 한다.

도 9 내지 13을 참고하면, 상기 반사경(100)은 방열 효율을 높이기 위하여 상기 반사부(110)의 후면에 하나 이상의 냉각핀을 구비하며 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 반사부(110)의 열을 방출할 수 있도록 구비되는 것이면 형태 및 위치 상관없이 구비될 수 있다. 본 발명의 일실시예로, 상기 냉각핀은 상기 전구 고정부(130)를 따라 구비될 수 있으며, 별도로 형성되어 상기 반사경(100)에 부착되며 형성될 수 있으며, 상기 반사경(100)의 사출 성형을 통해 상기 반사경(100)과 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 반사경(100)은 전구가 발산하는 열을 가장 직접적으로 영향을 받는 부품으로, 그 중 상기 전구 고정부(130)는 전구를 고정하는 것으로 전구와 상기 반사경(100)이 가장 인접하게 되는 부분이며 전구에 의해 많은 열을 받기 때문에, 상기 냉각핀은 상기 전구 고정부(130)를 따라 구비되어 전구에 의한 열을 효과적으로 방열할 수 있다. 또한, 상기 냉각핀은 방열의 효과를 향상시키기 위해 전구와 상기 반사부(110)의 수직거리가 좁아 전구에 의해 열을 더 많이 받는 부분의 후면에서, 넓은 표면적을 가지도록 길이가 길게 형성되거나, 두께가 두껍도록 형성될 수 있으며, 상기 냉각핀은 헤드라이트 케이스의 형태에 따라 맞춰서 구비될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 반사경
110 : 반사부
150 : 냉각핀
170 : 펠릿

Claims (11)

1. 일방향으로 오목한 구면으로 형성되되, 구면의 내측에 반사면이 구비되어, 전구의 빛을 반사하여 전방으로 조사하는 반사부; 및
   상기 반사부의 경심 부분에 전구가 삽입되도록 형성되는 전구 고정부;
   를 포함하며 일체형으로 형성되는 반사경에 있어서,
   상기 반사경은, 열전도율을 높이기 위해 베이스 수지와 세라믹을 혼합한 혼합소재로 사출 성형 되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 베이스 수지는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 베이스 수지는 PA 6 또는 PA 66인 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 혼합소재는
   상기 세라믹이 50 ~ 70%의 혼합비율로 함유되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 세라믹은 알루미나(

   

   )인 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 세라믹은 펠릿으로 가공되어 혼합되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 반사부의 후면에 구비되는 하나 이상의 냉각핀;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 냉각핀은, 상기 전구 고정부를 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.
   
9. 제 7항에 있어서,
   상기 냉각핀은, 전구와 상기 반사부의 수직거리가 좁은 부분일수록 넓은 표면적을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.
   
10. 제 7항에 있어서,
    상기 냉각핀이, 상기 반사경과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 반사면은 알루미늄으로 증착되는 것을 특징으로 하는 자동차 헤드램프 반사경.

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