KR101278898B1 - 컴포트 개선 복판형 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 판상으로 형성되어 상기 리브에 안착되고, 상기 리브가 교차하는 부분에는 보스가 돌출되며, 상기 쉘 플레이트의 테두리는 다수의 플레이트 고정나사로 백 프레임의 테두리에 고정되고, 상기 쉘 플레이트가 리브에 안착된 부분중 리브가 교차하는 부분은 상기 보스에 접합나사로 나사체결되며, 상기 접합나사가 체결된 부위를 배제한 쉘 플레이트의 일부에 다수의 구멍이 타공 형성된 것을 특징으로 하는 컴포트 개선 복판형 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 막고, 컴포트가 저하되는 것도 막아 보다 안전하고 편안한 고품질의 시트 백 프레임을 얻을 수 있다.

Description

컴포트 개선 복판형 시트 백 프레임{DOUBLE PLATE TYPE SEAT BACK FRAME WITH ENHANCED COMFORT}

본 발명은 컴포트 개선 복판형 시트 백 프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강도와 감성품질 모두를 만족시키면서 쿠션감 저하를 막아 컴포트도 향상시킨 컴포트 개선 복판형 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, 백 프레임과 쉘 플레이트 국부적으로 나사체결하여 프레임과 플레이트가 서로 면접 밀착되게 하여 복판을 구성함으로써 강성과 충격 흡수성능 모두를 만족시키되 승차시 탑승자의 컴포트도 함께 향상시킨 한차원 높은 품질의 시트 백 프레임을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 섬유강화 열가소성수지로 제조되고, 강도 보강을 위한 리브를 포함하는 백 프레임과, 상기 백 프레임에 접합되는 쉘 플레이트로 이루어진 시트 백 프레임에 있어서; 상기 쉘 플레이트는 판상으로 형성되어 상기 리브에 안착되고, 상기 리브가 교차하는 부분에는 보스가 돌출되며, 상기 쉘 플레이트의 테두리는 다수의 플레이트 고정나사로 백 프레임의 테두리에 고정되고, 상기 쉘 플레이트가 리브에 안착된 부분중 리브가 교차하는 부분은 상기 보스에 접합나사로 나사체결되며, 상기 접합나사가 체결된 부위를 배제한 쉘 플레이트의 일부에 다수의 구멍이 타공 형성된 것을 특징으로 하는 컴포트 개선 복판형 시트 백 프레임을 제공한다.

이때, 상기 쉘 플레이트는 상기 백 프레임 보다 작은 크기로 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 중량을 크게 증가시키지 않으면서도 규정 이상의 강도를 확보함과 동시에 일정수준 이상의 충격이나 힘을 받게 되면 국부적으로 나사체결된 부위가 떨어지면서 에너지를 흡수하고 이를 통해 프론트 플레이트(쉘 플레이트)의 파손을 막으며 또한 리어 플레이트(메인프레임)의 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.

뿐만 아니라, 조립성이 향상되고, 설치가 용이한 효과도 얻을 수 있으며, 나아가 쿠션의 두께 감소를 막아 승차시 컴포트가 저하되는 것도 막는 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 3은 본 발명에 따른 컴포트 개선 복판형 시트 백 프레임의 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 컴포트 개선 복판형 시트 백 프레임의 예시적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 컴포트 개선 복판형 시트 백 프레임을 구성하는 백 프레임의 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 컴포트 개선 복판형 시트 백 프레임에 씌워지는 폴리우레탄폼의 두께 차이를 비교하여 보인 예시도이다.

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 나사체결되어 전체적으로 백 프레임(110)과 쉘 플레이트(S)가 2겹을 이루는 복판 형태를 갖게 된다.

이때, 상기 쉘 플레이트(S)는 백 프레임(110)의 일면에 부분적으로 설치되고, 또 부분적으로 설치된 쉘 플레이트(S)가 전체적으로 나사체결되는 것이 아니라 도 3 및 도 4에서와 같이 다수의 리브(102)가 서로 교차되는 지점에 나사체결되는 형태, 다시 말해 부분적으로 나사체결되는 형태를 가짐이 바람직하다.

물론, 상기 쉘 플레이트(S)를 백 프레임(110)에 고정하기 위한 기본적인 고정구조는 쉘 플레이트(S)의 테두리를 따라 간격을 두고 백 프레임(110)에 체결되는 나사를 갖지만, 이 나사, 즉 플레이트 고정나사(B1)는 쉘 플레이트(S)를 단순히 백 프레임(110)에 고정지지하기 위한 수단이며, 본 발명이 원하는 목적 달성을 위한 접합용 나사는 리브(102)와 리브(102)가 교차하는 지점에 체결되는 접합나사(B2)이며, 이 접합나사(B2)에 의해 접합된 부분에서 쉘 플레이트(S)가 부분 접합되는 효과를 얻음으로써 충돌시 강도와 감성품질 모두를 양호하게 충족시키도록 동작하게 된다.

따라서, 상기 백 프레임(110)에는 강도(Strength) 보강을 위해 구비되었던 종래 구조인 리브(Rib)(102) 또는 채널(Channel)(104)은 본 발명에서도 그대로 포함한다.

또한, 상기 쉘 플레이트(S)는 판상의 부재로서, 설치될 백 프레임(110)에 덧대어진 형태를 갖는데, 이를 테면 상기 백 프레임(110)의 일측면에 돌출된 다수의 리브(102) 상에 도 4와 같은 형태로 얹혀지는 구조를 갖는다.

이때, 상기 쉘 플레이트(S)는 그 자체로 다층 샌드위치 패널 형태를 가질 수도 있으며, 수십~수백회의 실차 테스트를 거쳐 백 프레임(110)에서 감성품질이 가장 약한 부위에만 접합되도록 구비된다.

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

이러한 형태는 도 4에서와 같이, 쉘 플레이트(S)의 일부가 백 프레임(110)의 리브(102) 상에 안착되고, 안착된 상태에서 부분적으로 나사체결되는 형태로 접합된다.

이 경우, 상기 쉘 플레이트(S)를 접합시키는 주된 수단은 접합나사(B2)인데, 상기 접합나사(B2)는 리브(102)가 서로 교차되는 부분에서 체결된다.

이를 위해, 상기 접합나사(B2)가 체결되는 부위인 상기 리브(102)들의 교차점에는 도 5의 예시와 같이, '+' 형상의 보스(112)가 돌출되고, 상기 보스(112)의 중심에는 접합나사(B2)를 체결할 수 있도록 나사공(114)이 형성된다.

아울러, 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.

그리고, 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.

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 부분 나사체결 방식의 복판 접합구조를 적용하였다.

이와 같은 국부적인 나사체결을 통한 복판 구조의 접합을 이용하면 국부적인 접합을 용이하게 달성하면서 일정 이상의 외력이 가해졌을 때 나사체결 부위가 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 국부적인 나사체결 부위는 리브(102)의 교차점에서 이루어지지만 특히, 테스트(충돌시 충격에너지의 파형을 분석함)를 거쳐 가장 취약하다고 판단되는 지점과 가장 가까운 리브(102) 교차점에서 이루어진다.

이를 통해, 본 발명이 원하는 강도 향상과 함께 감성품질 향상도 모두 달성할 수 있게 된다.

이에 더하여, 본 발명에서는 도 3 및 도 6과 같은 형태로 상기 쉘 플레이트(S)를 타공하여 구멍(H)을 형성함으로써 승차자의 컴포트(comfort)를 더 향상시킬 수 있다.

이는 도 6의 (a)에서와 같이, 백 프레임(110)이 기존처럼 단일판으로 형성되고 이 단일판 상에 리브(102)가 돌출된 구조일 경우에는 폴리우레탄폼(PU)의 두께(D)가 커서 승차자의 컴포트를 크게 저해하지 않지만, 본 발명에 따라 도 6의 (c)와 같이 백 프레임(110)에 판상의 쉘 플레이트(S)가 나사체결되어 접합될 경우 폴리우레탄폼(PU)의 두께(D2)가 대폭 줄어들기 때문에 승차자의 컴포트를 저해할 수 있다.

이에, 본 발명에서는 상기 쉘 플레이트(S)의 일부, 바람직하기로는 접합나사(B2)가 체결되지 않는 부분을 주된 지점으로 하여 다수의 구멍(H)을 형성하여 이를 통해 백 프레임(110)까지 부분적으로 채워지도록 함으로써 도 6의 (b)와 같이, 부분적으로 폴리우레탄폼(PU)의 두께(D1)가 기존 단일판의 경우와 같게 만들어 주어 승차자의 컴포트가 저하되는 것을 막도록 구성된다.

결국, 본 발명은 시트 백 프레임의 전체적인 중량은 줄이면서 강도는 향상되고, 동시에 감성품질도 향상되면서 아울러 승차자의 컴포트 저하 방지까지 가능하여 종래 대비 혁신적이면서 완전히 새로운 형태의 시트 백 프레임을 제공할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 시트 백 프레임은 백 프레임에 쉘 플레이트가 부분적으로 나사체결되게 함으로써 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 나사체결되는 쉘 플레이트(S)를 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.

뿐만 아니라, 쉘 플레이트(S) 상에 타공을 통해 다수의 구멍(H)을 형성함으로써 폴리우레탐폼(PU)의 충진 두께도 충분히 확보할 수 있어 승차자의 컴포트 저하도 막을 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 : 보스
114 : 나사공 B1 : 플레이트 고정나사
B2 : 접합나사 H : 구멍
S : 쉘 플레이트

Claims (2)

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 쉘 플레이트(S)는 판상으로 형성되어 상기 리브(102)에 안착되고,
   상기 리브(102)가 교차하는 부분에는 보스(112)가 돌출되며,
   상기 쉘 플레이트(S)의 테두리는 다수의 플레이트 고정나사(B1)로 백 프레임(110)의 테두리에 고정되고, 상기 쉘 플레이트(S)가 리브(102)에 안착된 부분중 리브(102)가 교차하는 부분은 상기 보스(112)에 접합나사(B2)로 나사체결되며,
   상기 접합나사(B2)가 체결된 부위를 배제한 쉘 플레이트(S)의 일부에 다수의 구멍(H)이 타공 형성되고,
   상기 구멍(H)이 형성된 부분에는 폴리우레탄폼(PU)이 백 프레임(110)까지 닿도록 채워져 쿠션감을 좋게 하고, 러기지 충돌시험(ECE R17)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 컴포트 개선 복판형 시트 백 프레임.
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