KR101759206B1 - 자동차용 시트백 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 시트백 프레임에 관한 것으로, 섬유강화 열가소성수지로 성형되고, 판면에 보강용 리브가 배제된 채 둘레를 따라 채널만 형성된 프레임본체; 상기 프레임본체의 일측 판면에 프레스 성형되어 접합된 허니컴 코어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 시트백 프레임을 제공한다.

Description

자동차용 시트백 프레임{SEAT BACK FRAME FOR CAR}

본 발명은 자동차용 시트백 프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보강을 위해 필수적으로 구비되어야 했던 리브(Rib)를 제거하고도 원하는 강도 등 기계적 물성을 확보할 수 있고, 경량화는 물론 특히, 싱크마크 개선에 효과가 큰 자동차용 시트백 프레임에 관한 것이다.

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

이러한 시트백은 통상 플라스틱 소재로 성형되며, 강도(Strength) 유지를 위해 도 1의 예시와 같이, 시트백 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, 시트백 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 시트백 프레임의 경우에는 감성품질까지 포함하는 개념이다.

이를 테면, 탑승자가 착좌시, 시트의 폴딩 다운시, 암레스트를 눌렀을 때에 시트백 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 시트백 프레임의 중량을 줄이면서 강도와 강성을 모두 향상시킴으로써 정적 혹은 동적 충격에너지를 흡수하여 차량의 안전 기능을 확보하려는 노력들이 경주된 바 있다.

이를 테면, 시트백 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 있으며, 본 출원인도 싱크마크 개선을 위해 시트백 프레임을 샌드위치 구조로 기술 개발한 공개특허 제2013-0014854호를 개시한 바 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.

이를 개선하기 위해, 본 출원인은 다수의 관련 특허기술을 개시한 바 있는데, 이를 테면 도 3과 같이, 시트백 프레임(10)의 일면에 쉘 플레이트(S)를 부분적으로 진동용착시켜 전체적으로 시트백 프레임(10)과 쉘 플레이트(S)가 2겹을 이루는 일종의 샌드위치 구조의 패널 형태를 갖도록 한 것이다.

이때, 상기 쉘 플레이트(S)는 도시와 같이 리브(12)의 형상에 맞춰 요입부(30)를 구성하고 이 요입부(120)들 중 일부가 진동용착되는 형태도 가능하며, 도시하지는 않았지만 상기 쉘 플레이트(S)를 리브(12) 위에 얹힌 다음 진동 용착 혹은 또다른 접합 방식으로 접합 고정한 형태도 가능하다.

그런데, 도 4 및 도 5에서와 같이, 이러한 시트백 프레임(10)과 쉘 플레이트(S)는 LFT(Long Fiber Thermoplastics)를 비롯한 GMT(Glass fiber Mat Thermoplastics)를 포함한 섬유강화 열가소성수지로 제작되기 때문에 수지라는 특성상 시트백 프레임(10) 상에 두껍게 형성되는 리브(12) 때문에 리브(12)가 형성된 반대면, 즉 외관면에 불가피하게 싱크마크(Sink Mark)(M)가 생기는 현상으로 인해 고객 불만이 가중되었으며, 이에 대한 개선이 요구되었다.

특히, 차량의 경량화 이슈가 크게 부각되면서 강도, 강성, 경량화를 모두 달성할 수 있는 더 나은 구조의 시트백 프레임이 요구되고 있다.

뿐만 아니라, 상술한 개시특허를 비롯한 종래 샌드위치 구조는 리브(12)를 그대로 둔 채 리브(12) 위에 샌드위치 구조를 갖추고 있기 때문에 접합시 품질불균형이 발생하고, 접합 프로세서가 매우 복잡하다는 단점이 있으므로 흐름성없는 스탬핑 성형법을 사용할 수 밖에 없어 효율성이 매우 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 보강을 위해 필수적으로 구비되어야 했던 리브(Rib)를 제거하고도 원하는 강도 등 기계적 물성을 확보할 수 있고, 경량화는 물론 특히, 싱크마크 개선에 효과가 큰 자동차용 시트백 프레임을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 섬유강화 열가소성수지가 오븐을 통과한 채로 성형되고, 판면에 보강용 리브가 배제된 채 둘레를 따라 채널만 형성된 프레임본체를 구비하고; 상기 프레임본체의 일측 판면에는 오븐 통과없이 샌드위치 패널의 구성중 허니컴 코어만 직접 접합되되, 성형시 변형방지를 위해 상기 프레임본체의 판면 둘레를 따라 접합부가 형성될 모서리부가 R≥10(R은 곡률반경)으로 유지되며; 상기 허니컴 코어가 프레임본체에 접합되는 반대쪽 허니컴 코어 상에는 상기 프레임본체와 동일한 재료로 된 밀폐판이 프레스되어 접합 성형되고; 상기 허니컴 코어의 상면과 상기 밀폐판 사이에는 폴리프로필렌수지, 폴리카보네이트수지, 폴리아미드수지 중 어느 하나를 판상으로 성형한 스킨층이 더 개재되는 것을 특징으로 하는 자동차용 시트백 프레임을 제공한다.

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본 발명에 따르면, 특별히 설계를 변경하지 않고도 단면계수만을 향상시켜 시트백 프레임의 강도, 강성을 증대시킬 수 있고, 동시에 경량화도 가능하여 차세대 차량용 시트백으로의 효용성을 극대화시키는 효과를 얻을 수 있다.

뿐만 아니라, 강도 보강을 위해 필수적으로 구비되어야만 했던 리브를 삭제함으로써 제조공수도 줄고, 제조비용도 줄일 수 있음은 물론 무엇보다도 시트백 프레임의 반대면에서 발생하던 싱크마크 불량을 완전히 해소할 수 있어 고품질화가 가능한 지대한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 시트백 프레임의 예시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 시트백 프레임의 일 예를 보인 요부 단면도이다.
도 3은 종래 기술로서 본 출원인에 의해 선출원된 시트백 프레임의 예시도이다.
도 4 및 도 5는 종래 기술로서 본 출원인에 의해 선출원된 시트백 프레임을 구성하기 위해 쉘 플레이트와 백 프레임의 조립과정 및 이때 발생되는 싱크마크 생성예를 보인 예시도이다.
도 6은

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

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명자들은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위해 다양한 방식으로 접근하였다.

그런데, 시트백 프레임의 강도 및 강성을 동시에 높이는 방법은 크게 탄성계수를 높이는 방법과, 단면계수를 높이는 방법 2가지로 분류할 수 있는데, 전자의 경우에는 소재 자체가 달라져야 하므로 사실상 어려움이 있고, 후자의 경우에는 설계측면이므로 이를 개선하는 것에 의해 강도와 강성을 향상시킬 수 있는 방법을 모색하였다.

이에 더하여, 경량화 이슈에 부합할 수 있도록 하기 위해 다양한 방식의 접목을 시도하였으나, 상기 3가지 조건, 즉 강도, 강성, 경량화를 모두 동시에 충족시킬 수 있는 구조 설계는 현실적으로 많은 어려움이 있었다.

그럼에도 불구하고, 본 발명자들은 허니컴 구조에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었으며, 테스트 결과 양품판정을 받았는 바, 이하에서 구체적으로 설명한다.

특히, 본 발명은 본 출원인이 권리로 가지고 있는 소재인 GMT를 주로 활용하고 있기 때문에 스탬핑 성형이 아닌 흐름성이 있는 플로우 성형법을 사용하고 있으며, 이는 인서트 성형과는 또다른 기술이므로 인서트 성형법에 의한 시트백 제조는 본 발명의 권리범위에서 배제시킴이 바람직하다.

본 발명에 따른 시트백 프레임은 도 6에서와 같이, 프레임본체(100)를 포함하는데, 상기 프레임본체(100)는 기존과 달리 리브(Rib)를 포함하지 않는다.

즉, 상기 프레임본체(100)는 성형시 리브(Rib)가 생기지 않도록 하기 때문에 애초부터 싱크마크의 문제는 생기지 않는 것이다.

다만, 상기 프레임본체(100)의 둘레를 따라 형성된 채널(110)은 기존과 동일하게 구성된다.

아울러, 본 발명에 따른 프레임본체(100)에는 리브(Rib)가 없기 때문에 강도 보강을 위해 샌드위치 패널(200)이 접합되는 형태로 접목되는데, 상기 샌드위치 패널(200)은 안정적인 구조이면서 강도 정합성이 뛰어난 허니컴 코어(210)와, 상기 허니컴 코어(210)의 적어도 한 면에 스킨층(220)이 형성된 형태의 것을 사용한다.

이 경우, 상기 스킨층(220)은 상기 프레임본체(100) 대비 현저히 얇은 두께를 가지며, 접합특성을 높이기 위해 PP, PC, PA, LFT, GMT, CFRTPC 중 어느 하나의 소재를 사용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 프레임본체(100)는 리브가 없는 상태에서 채널(110)이 형성된 둘레를 제외한 판면에 샌드위치 패널(200)이 면접합되는 형태의 구조를 갖기 때문에 접합시 품질균일성이 확보되고, 균일한 접합이 가능하며, 접합 프로세스가 복잡하지도 않다.

이때, 프레임본체(100)는 주로 GMT로 제조되기 때문에 프레임본체(100)와 샌드위치 패널(200)의 접합은 금형에 넣고 프레스하여 일체로 접합 성형하는 형태로 이루어진다.

이 경우, 중요한 점은 오븐에 통과시켜 로프팅시키는 것은 프레임본체(100)를 구성하는 소재만 해당되고, 샌드위치 패널(200)은 오븐 통과없이 금형에 넣어져야 한다는 점이다.

이것은 오븐 통과시 샌드위치 패널(200)을 구성하는 허니컴 코어가 주저 앉아 버려 접합 불능 상태에 빠질 수 있기 때문에, 프레임본체(100)를 제조할 소재만 오븐에 통과시키고, 오븐을 통과한 소재를 올려 놓고 프레스 성형하여 접합하는 방식으로 이루어져야 한다.

특히, 상기 샌드위치 패널(200)은 종래 전형적인 인서트 성형법이 아닌 단순 거치형 프레스 성형이므로 프레임본체(100)의 판면 둘레를 따라 접합부를 형성할 때 모서리부(120, 도 9 참조)는 다른 쪽에 비해 압력을 더 받게 되는데 이로 인한 변형을 방지하기 위해 상기 모서리부(120)는 최소한 곡률반경이 10 이상, 즉 R≥10 으로 유지되어야 한다.

그러면, 압력을 받았을 때 모서리부(120)에서의 서변효과를 얻어 균일하고 안정적인 접합특성을 확보할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 상기 샌드위치 패널(200)이 접합되었을 때는 시트백 프레임의 구조는 도 7의 예시와 같이, GMT 소재로 된 프레임본체(100)의 판면 위에 허니컴 코어(210)를 갖는 샌드위치 패널(200)이 안착된 상태로 일체 성형된 형태를 갖되, 허니컴 코어(210)의 하측, 다시 말해 상기 허니컴 코어(210)와 상기 프레임본체(100)의 판면 사이에 스킨층(220)이 있는 구조를 가질 수 있다.

이 경우, 접합면에서의 계면분리성을 극소화시키기 위해 상기 프레임본체(100)의 판면 또는 상기 샌드위치 패널(200)의 대응면인 스킨층(220)에 거칠기를 인위적으로 부여하여 상호 쐐기형 접합이 이루어지도록 할 수 있다.

다른 예로, 도 8의 예시와 같이, 샌드위치 패널(200)을 구성하는 허니컴 코어(210)가 프레임본체(100)의 판면에 직접 접합되고, 상기 허니컴 코어(210)의 상면에만 스킨층(220)이 구현된 형태로도 변형가능하다.

이러한 변형은 시트백 프레임의 요구 사양에 따라 기계적 특성이 달라질 수 있기 때문이다.

또 다른 예로, 도 9의 예시와 같이, 샌드위치 패널(200)을 구성하는 허니컴 코어(210)의 상면과 하면 모두에 스킨층(220)이 구현된 형태로도 변형가능하다.

뿐만 아니라, 도 10에서와 같이, 도 7의 경우처럼 스킨층(220)이 노출형인 경우, 스킨층(220)의 상면에는 장식층(230)이 더 형성될 수 있다.

상기 장식층(230)은 외관 품질을 높이기 위한 것이다.

또 다른 예로, 도 11의 예시와 같이, 도 7 또는 도 8의 구조에서 샌드위치 패널(200)의 상면에 상기 프레임본체(100)와 동일한 소재, 이를테면 GMT로 된 밀폐판(130)을 더 접합하여 상기 샌드위치 패널(200)이 완전히 내장되게 구성할 수도 있음은 물론이다.

이와 같은 구조를 고려할 때, 도시하지 않았지만, 상기 스킨층(220)이 없는 상태의 샌드위치 패널(200)이 프레임본체(100) 상에 직접 접합되는 구조도 가능함은 물론이라 하겠다.

이렇게 구성하게 되면, 프레임본체(100)의 판면은 자연스럽게 복층구조가 되는 것이므로 그 만큼 단면계수가 높아지게 되어 강도와 강성이 향상되게 된다.

더구나, 허니컴 코어(210) 형태의 샌드위치 패널(200)을 사용하고 있기 때문에 단면계수가 높아진 것에 반해 중량은 크게 증가하지 않으므로 두께를 낮출 경우 경량화가 충분히 가능하게 된다.

따라서, 이러한 구조의 시트백 프레임을 사용하게 되면 최근 경량화 이슈를 모두 달성하면서도 강성과 강도 특성을 모두 높일 수 있어 새로운 개념의 시트백 프레임 구조를 달성할 수 있을 것으로 기대된다.

100: 프레임본체 110: 채널
120: 모서리부 130: 밀폐판
200: 샌드위치 패널 210: 허니컴 코어
220: 스킨층 230: 장식층

Claims (7)

1. 섬유강화 열가소성수지가 오븐을 통과한 채로 성형되고, 판면에 보강용 리브가 배제된 채 둘레를 따라 채널만 형성된 프레임본체를 구비하고;
   상기 프레임본체의 일측 판면에는 오븐 통과없이 샌드위치 패널의 구성중 허니컴 코어만 직접 접합되되,
   성형시 변형방지를 위해 상기 프레임본체의 판면 둘레를 따라 접합부가 형성될 모서리부가 R≥10(R은 곡률반경)으로 유지되며;
   상기 허니컴 코어가 프레임본체에 접합되는 반대쪽 허니컴 코어 상에는 상기 프레임본체와 동일한 재료로 된 밀폐판이 프레스되어 접합 성형되고;
   상기 허니컴 코어의 상면과 상기 밀폐판 사이에는 폴리프로필렌수지, 폴리카보네이트수지, 폴리아미드수지 중 어느 하나를 판상으로 성형한 스킨층이 더 개재되는 것을 특징으로 하는 자동차용 시트백 프레임.
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