KR101278896B1 - 시트 백 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시트 백 프레임에 관한 것으로, 섬유강화 열가소성수지로 제조되고, 강도 보강을 위한 리브를 포함하는 백 프레임과, 상기 백 프레임에 접합되는 쉘 플레이트로 이루어진 시트 백 프레임에 있어서; 상기 쉘 플레이트는 상기 리브의 개재없이 상기 백 프레임과 직접 맞닿는 요입부를 구비하고, 상기 요입부는 상기 백 프레임에 진동용착되는 것을 특징으로 하는 시트 백 프레임을 제공한다.
본 발명에 따르면, 중량을 크게 증가시키지 않으면서도 규정 이상의 강성을 확보함과 동시에 충격에 따른 변형이 가능하여 에너지 흡수를 통한 손상이나 탑승자를 위협하는 날카로운 형태로의 파손을 막아 보다 안전하고 편안한 고품질의 시트 백 프레임을 얻을 수 있다.

Description

시트 백 프레임{SEAT BACK FRAME}

본 발명은 시트 백 프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강도와 감성품질 모두를 만족시킬 수 있도록 개선된 시트 백 프레임에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 시트 백(Seat Back)은 탑승자의 엉덩이를 받쳐 주는 시트 쿠션과 연결되어 탑승자의 등을 지지함으로써 편안하고 안락한 탑승환경을 제공해 주는 수단이다.

이러한 시트 백은 통상 플라스틱 소재로 성형되며, 강도(Strength) 유지를 위해 도 1의 예시와 같이, 시트 백 프레임(10) 상에 리브(Rib)(12) 또는 채널(Channel)(14)을 형성하고 있다.

그러나, 이와 같은 구조는 적정 수준의 강도(Strength) 유지에는 도움이 되나 제품의 강성(Stiffness)을 충분히 높이는데는 한계가 있다.

또한, 스틸(Steel)류의 보강 브라켓이나 판상의 보강재를 사용하여 강도를 더 보강한 예도 있으나 이 경우에는 중량이 급증하므로 경쟁력 측면에서 매우 불리한 단점을 가지며, 강성 측면에서도 불리하다.

즉, 시트 백 프레임의 강성(Stiffness)은 강도(Strength)와는 다른 개념으로서, 강도는 물체의 강한 정도, 다시 말해 재료에 하중이 걸린 경우 재료가 파괴되기까지의 변형저항을 의미함에 반해, 강성(Stiffness)은 재료의 딱딱한 정도 혹은 단단한 정도를 의미하는 것으로 시트 백 프레임의 경우에는 감성품질까지 포함하는 개념이다.

이를 테면, 탑승자가 착좌시, 시트의 폴딩 다운시, 암레스트를 눌렀을 때에 시트 백 프레임의 강성이 부족할 경우 꿀렁거림이 발생되는 것과 같은 것을 예로 들 수 있는데, 이러한 감성품질은 사람마다 다르게 느끼기 때문에 평가기준을 정량화하기는 어렵지만 이를 최소화할 필요가 있다.

따라서, 앞서 설명한 바와 같은 강도 보강을 통해 국제 성능 법규를 만족하는 제품 강도를 확보했음에도 불구하고, 이와 같은 강성 부족 현상은 여전히 발생되고 있다.

이를 해결하기 위한 방안으로, 섬유강화 열가소성수지(GMT, LFT 등)를 사용하여 시트 백 프레임의 중량을 줄이면서 강도와 강성을 모두 향상시킴으로써 정적 혹은 동적 충격에너지를 흡수하여 차량의 안전 기능을 확보하려는 노력들이 경주된 바 있다.

이를 테면, 시트 백 프레임과 관련하여 공개특허 제2008-100499호에는 2개의 플레이트를 샌드위치 구조로 진동 용착시켜 강도와 강성을 향상시키려는 기술이 개시되어 있고, 공개특허 제2010-0097776호에는 합성수지로 된 2개의 판재 사이에 리브를 개재시켜 접합하는 형태로 샌드위치 구조를 갖게 함으로써 경량화와 강도 및 강성 향상이라는 목적을 모두 달성하려는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 충분한 강도를 확보한 상태에서 강성이 높아지면 충격에 따른 변형에너지가 줄어 들어 충격 흡수력이 떨어져 감성품질을 확보하기 어렵고, 반대로 감성품질을 충분히 확보하기 위해 적정한 변형에너지를 갖도록 하여 충격 흡수력을 높이면 강성이 떨어져 규격을 맞추기 어렵기 때문에 이들 두 성질이 서로 상충됨으로 인해 이들 모두를 만족시킬 수 있는 대안을 찾기가 매우 어려운 실정이다.

다시 말해, 강성을 높이면 변형을 통해 에너지를 흡수하는 법규 성능에서 문제가 발생하고, 반대로 적정 변형이 생기도록 하는 에너지 흡수 구조로 만들게 되면 제품 강성이 부족하다는 문제가 발생하게 된다.

이와 관련하여, 개시된 선행특허들의 경우, 도 2의 도시와 같이 2개의 판재(20,22) 사이에 코어(24)를 개재시켜 샌드위치 구조를 만든 다음 코어(24)와 판재(20,22) 사이를 열융착 또는 접착제를 통한 접합, 또는 진동 용착 등의 방식으로 상호 접합한 구조를 취하고 있는데, 이는 2개의 판재(20,22)가 전체적으로 이격된 상태에서 중공부를 형성하고 있고 그 사이에 코어(24)가 개재된 형태이므로 충격에 의한 충격 흡수성능은 우수하나 강도가 떨어져 앞서 설명한 바와 같은 강성 요건을 만족시키기 어렵다는 한계를 가지고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 시트 백 프레임을 샌드위치 구조를 포함하도록 구성하되 백 프레임과 쉘 플레이트 사이를 전체적으로 이격시켜 내부 전체가 중공부를 이루거나 또한 전체적으로 코어가 개재되는 것이 아니라 부분적으로 백 프레임과 쉘 플레이트가 맞닿게 접합되어 일종의 2겹 판재를 구성하도록 함으로써 강성과 충격 흡수성능 모두를 만족하는 한차원 높은 품질의 시트 백 프레임을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 섬유강화 열가소성수지로 제조되고, 강도 보강을 위한 리브(102)를 포함하는 백 프레임(110)과, 상기 백 프레임(110)에 접합되는 쉘 플레이트(S)로 이루어진 시트 백 프레임에 있어서; 상기 리브(102)의 표면에는 가이드홈(210)이 형성되고, 상기 가이드홈(210)과 대응되는 상기 쉘 플레이트(S)의 대응면에는 돌기(220)가 형성되어 상호 끼워져 상기 백 프레임(110)의 테두리에서 쉘 플레이트(S)의 벌어짐을 막고, 상기 쉘 플레이트(S)에는 상기 리브(102)를 제외한 부분에서 중공없이 상기 백 프레임(110)과 밀착된 상태로 직접 맞닿는 요입부(120)를 국부적으로 구비하며, 상기 요입부(120)의 하면에는 돌기부(122)가 돌출되고, 상기 백 플레이트(110)에는 상기 돌기부(122)에 대향하여 돌기부(122)가 삽입되는 홈부(112)가 형성되며, 상기 돌기부(122)와 홈부(112)의 경계면에는 상호 대응되는 톱니형상의 요철(140)이 더 형성되어 상호 진동용착되어 러기지 충돌시험(ECE R17)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 시트 백 프레임을 제공한다.

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본 발명에 따르면, 중량을 크게 증가시키지 않으면서도 규정 이상의 강도를 확보함과 동시에 일정수준 이상의 충격이나 힘을 받게 되면 진동용착된 부위가 떨어지면서 에너지를 흡수하고 이를 통해 프론트 플레이트의 파손을 막으며 또한 리어 플레이트의 유해한 파손을 막아 날카로운 모서리가 생기지 않도록 함으로써 탑승자를 위협하는 요소가 줄어들어 보다 안전하고 편안한 고품질의 시트 백 프레임을 얻을 수 있다.

또한, 기존 시트 백 프레임 제조를 위한 금형을 수정하거나 재 설계하지 않고 그대로 이용하면서 강성과 변형에 따른 에너지 흡수 두 항목을 모두 만족시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 시트 백 프레임의 예시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 시트 백 프레임의 일 예를 보인 요부 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 시트 백 프레임의 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 시트 백 프레임의 요부 단면도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 시트 백 프레임(100)은 앞서 설명한 종래 기술에서와 같이 개량된 재질인 섬유강화 열가소성수지로 제조된다.

여기에서, 상기 섬유강화 열가소성수지는 LFT(Long Fiber Thermoplastics)를 비롯한 GMT(Glass fiber Mat Thermoplastics)를 모두 포함한다.

이러한 시트 백 프레임(100)은 베이스인 백 프레임(110)의 일면에 쉘 플레이트(S)가 부분적으로 진동용착되어 전체적으로 백 프레임(110)과 쉘 플레이트(S)가 2겹을 이루는 패널 형태를 갖게 된다.

이때, 상기 쉘 플레이트(S)는 백 프레임(110)의 일면에 부분적으로 설치되고, 또 부분적으로 설치된 쉘 플레이트(S)가 전체적으로 진동용착되는 것이 아니라 도 4에서와 같은 진동용착부(130)만 진동용착되는 형태, 다시 말해 부분적으로 진동용착되는 형태를 가짐이 바람직하다.

물론, 반드시 부분적으로 진동용착될 필요는 없으며 부분적으로 설치된 쉘 플레이트(S) 전체가 진동용착될 수도 있지만 본 발명 목적을 달성하기 위한 가장 바람직한 실시예는 부분적인 진동용착이다.

이 경우, 상기 백 프레임(110)에는 강도(Strength) 보강을 위해 구비되었던 종래 구조인 리브(Rib)(102) 또는 채널(Channel)(104)을 그대로 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 쉘 플레이트(S)는 판상의 부재를 설치될 백 프레임(110)의 형상에 맞게 포밍되는 형태로 성형됨이 바람직한데, 쉘 플레이트(S) 자체가 다층 샌드위치 패널 형태를 가질 수도 있으며, 수십~수백회의 실차 테스트를 거쳐 백 프레임(110)에서 감성품질이 가장 약한 부위에만 접합되도록 구비된다.

즉, 상기 쉘 플레이트(S)는 상기 백 프레임(110)의 전체면이 아닌 특정 지점(감성품질이 취약한 부분)을 포함하면서 상기 백 프레임(110)에 부분적으로 접합된다.

이때, 경우에 따라 상기 쉘 플레이트(S)의 일부분에 암레스트 고정용 힌지브라켓을 설치하기 위한 공간이 필요한 경우 대응되는 크기만큼 쉘 플레이트(S)의 일부가 절단되어 제거될 수도 있고, 아예 쉘 플레이트(S) 성형단계에서부터 암레스트를 갖는 백 프레임(110)에 맞게 미리 설계되어 성형될 수도 있다.

따라서, 상기 쉘 플레이트(S)는 상기 백 프레임(110) 보다 작은 크기를 갖고 형성되는데, 이는 쉘 플레이트(S)가 백 프레임(110) 전체면에 걸쳐 겹쳐지는 것이 아니라 일부에만 겹쳐지기 때문이다.

뿐만 아니라, 부분적으로 접합될 때 일 부분, 특히 테스트를 통해 강도가 저하되는 부분은 백 프레임(110)과 쉘 플레이트(S)가 직접 맞닿아 부분적으로 2겹의 판재를 이룬 것과 같은 형태로 내부에 중공부없이 접합되게 함으로써 강성 향상에 따른 반대급부로 발생될 수 있는 국부적인 강도 저하를 원천적으로 차단할 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 쉘 플레이트(S)는 일부분이 백 프레임(110)의 형상에 맞게 하방으로 요입되어 백 프레임(110)과 면접촉되면서 2겹의 판재를 이루도록 도 5에서와 같이 적어도 다수의 요입부(120)를 갖는다.

이 경우, 만약 상기 쉘 플레이트(S)를 상기 백 프레임(110)의 전체면에 걸쳐 완전히 용접시키는 일반적인 용접 방법을 택할 경우 원하는 요구 특성, 즉 원하는 강성을 얻을 수 없다.

이는 통상적으로 용접이라는 것이 두 소재를 완벽하게 일체화시켜 쉽게 떨어지지 않도록 견고히 고정하는 것이 주된 개념이기 때문에 이럴 경우 강도는 보강되지만 충격에 따른 변형을 흡수하는 능력은 떨어지게 되어 러기지 충돌시험(ECE R17)시 기존 단층 모델에서 발생했던 바와 동일하게 날카로운 모서리 양상이 그대로 나타나게 되어 탑승자를 위협하는 위험요소가 되므로 이러한 접합 방식은 매우 불리하다.

이에, 본 발명에서는 국부적인 접합이 가능하면서 충돌에 따른 충격까지 흡수할 수 있는 진동 용착 방식의 접합구조를 적용하였다.

잘 알려진 바와 같이, 진동용착은 열가소성수지 2개를 제품 간에 가압하면서 상측 지그에 좌우 진동을 주어 접촉 부위에서 발생되는 마찰열로 수지를 용융시키고, 충분히 용융된 후 진동을 멈추면 제품이 정렬되며, 이 상태에서 가압하면서 냉각시켜 융착을 이루어내는 방법이다.

이와 같은 진동용착을 이용하면 국부적인 접합을 용이하게 달성하면서 일정 이상의 외력이 가해졌을 때 용착면이 서로 분리되면서 충격을 흡수할 수 있는 구조를 갖추게 된다.

다시 말해, 러기지 충돌시험(ECE R17)시 기존 단층 모델과 같은 날카로운 파손 부위가 발생되지 않게 되어 탑승자를 위협하는 요소가 극소화되게 된다.

본 발명에 따르면, 이러한 진동용착은 도 4에 리브(102)를 제외한 폐곡선(대략 삼각, 사각 형상 등)과 같이, 테스트(충돌시 충격에너지의 파형을 분석함)를 거쳐 취약하다고 판단되는 지점에 일정 형상을 갖고 국부적으로 접합되는 진동용착부(130)에서 이루어진다.

즉, 상기 진동용착부(130)는 상기 백 프레임(110)의 일측 면상에 형성됨이 바람직하며, 그 상세한 구조는 도 5의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같다.

즉, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 진동용착부(130)에서 상기 백 프레임(110)과 쉘 플레이트(S) 사이에 아무런 개재 수단(리브, 코어 등)없이 백 프레임(110)과 쉘 플레이트(S)의 요입부(120)가 직접 상호 맞닿은 상태에서 진동용착면(132)을 구성하여 상호 접합되게 구성함으로서 국부적으로 취약한 부위의 강도 및 강성을 향상시키되 일정 이상의 힘을 받으면 진동용착면(132)이 쉽게 떨어지도록 하여 충격을 흡수함으로써 강도와 강성과 충격흡수력을 모두 높일 수 있도록 구성할 수 있다.

다른 예로, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 진동용착면(132)에 미세한 톱니모양의 요철(140)을 더 형성함으로써 진동용착시 용착 효율을 더욱 높이는 구조로 개선될 수도 있다.

또 다른 예로, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 백 프레임(110)에는 홈부(112)를 구성하고, 쉘 플레이트(S)의 요입부(120)와 대응되는 부위에는 돌기부(122)를 구성하되 이들의 양측면이 상향 경사지게 유지되도록 하여 진동을 가했을 때 충분한 유동이 가능한 상태에서 홈과 돌기 간의 결합상태로 진동용착되게 함으로써 강성을 더욱 더 향상시킬 수도 있다.

또 다른 예로, 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 홈부(112)와 돌기부(122)를 갖는 진동용착 구조에서 진동용착면에 톱니 형상의 미세한 요철(140)을 더 형성함으로써 진동용착 효율을 더욱 높일 수도 있을 것이다.

이때, 상기 톱니 형상의 미세한 요철(140)은 마찰열 발생을 증대시켜 용착시간을 단축하고, 용착시 진동용착면(132)에서의 접합강도를 향상시켜 용착효율을 증대시키는 역할을 하게 된다.

한편, 상술한 구조를 갖춤과 동시에 리브(102)에는 도 4에 단면 표시한 바와 같이, 가이드홈(210)과 돌기(220)를 구성할 수 있다.

이 경우, 상기 가이드홈(210)과 돌기(220)는 진동용착부(130)의 고정성을 보강하는 역할을 담당하며, 진동용착시 위치를 잡을 수 있도록 안내함으로써 진동용착 효율을 높일 수 있고, 이를 통해 백 프레임(110)의 테두리부에서 상기 쉘 플레이트(S)가 벌어지는 현상도 방지하게 된다.

덧붙여, 상기 쉘 플레이트(S)의 성형된 형상이 도 3에서와 같이, 리브(102)들 사이의 요입된 백 프레임(110) 상의 공간에 삽입되는 요입부(120)를 포함하면서 또한 도 3에 확대도시된 바와 같이 요입부(120)없이 곧바로 수평하게 형성되어 리드(102)들 사이에 걸쳐지는 형상도 갖는다.

물론, 리브(102) 사이에 삽입되는 요입부(120)를 백 프레임(110)에 1:1 대응되게 형성한 상태에서 백 프레임(110)에 쉘 플레이트(S)를 끼운 다음 부분적으로 진동용착(진동용착부(130)만 선택적으로 진동용착하여 접합)하는 형태도 가능하고, 또한 일부는 수평하게 하고 일부는 요입부(120)를 갖는 형태의 쉘 플레이트(S)도 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 시트 백 프레임은 백 프레임에 부분적인 진동용착면을 형성함으로써 강도 보강을 위해 추가되는 중량은 최소화하면서 반대 개념인 충격에너지 흡수라는 강성 보강까지 완벽하게 달성할 수 있어 더욱 더 고품질의 시트 백 프레임을 제조할 수 있게 된다.

특히, 상기 백 프레임(110)에 진동용착되는 쉘 플레이트(S)는 다층 구조의 샌드위치 패널 형태로 변형시킬 수 있어 샌드위치 패널의 구조적 특성에 의해 얻어지는 우수한 충격흡수력과 충격 후 거동의 안정성을 확보하여 강성과 강도 향상 및 충격흡수력 향상이라는 상반되는 개념의 조건들을 더욱 더 완벽하게 충족시킬 수 있게 된다.

이를 통해, 한차원 높아진 시트 백 프레임을 성공적으로 제작할 수 있었는데, 실차 기준 테스트 결과 시트 백 프레임의 요구 성능을 100% 충족시키기 위해 스틸을 추가했을 때는 추가 전 시트 백 프레임의 전체 중량 대비 23%의 중량 증가가 발생했지만, 본 발명에 따른 쉘 플레이트(S) 적용시에는 15%의 추가 중량만으로도 제품의 강성을 높이는데 성공하였다.

100 : 시트 백 프레임 102 : 리브
110 : 백 프레임 112 : 홈부
120 : 쉘 플레이트 122 : 돌기부
130 : 진동용착부 132 : 진동용착면
140 : 요철 210 : 가이드홈
220 : 돌기

Claims (7)

1. 섬유강화 열가소성수지로 제조되고, 강도 보강을 위한 리브(102)를 포함하는 백 프레임(110)과, 상기 백 프레임(110)에 접합되는 쉘 플레이트(S)로 이루어진 시트 백 프레임에 있어서;
   상기 리브(102)의 표면에는 가이드홈(210)이 형성되고, 상기 가이드홈(210)과 대응되는 상기 쉘 플레이트(S)의 대응면에는 돌기(220)가 형성되어 상호 끼워져 상기 백 프레임(110)의 테두리에서 쉘 플레이트(S)의 벌어짐을 막고,
   상기 쉘 플레이트(S)에는 상기 리브(102)를 제외한 부분에서 중공없이 상기 백 프레임(110)과 밀착된 상태로 직접 맞닿는 요입부(120)를 국부적으로 구비하며,
   상기 요입부(120)의 하면에는 돌기부(122)가 돌출되고,
   상기 백 플레이트(110)에는 상기 돌기부(122)에 대향하여 돌기부(122)가 삽입되는 홈부(112)가 형성되며,
   상기 돌기부(122)와 홈부(112)의 경계면에는 상호 대응되는 톱니형상의 요철(140)이 더 형성되어 상호 진동용착되어 러기지 충돌시험(ECE R17)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 시트 백 프레임.
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