KR101759207B1 - 차일드 시트 체결구조가 포함된 cfrtpc 복합소재 시트백 프레임 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시트백 프레임 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아마리드 연속섬유가 강화된 CFRTPC(Continuous-Fiber reinforced Thermoplastic)를 이용하여 강도와 강성을 높이고, 차일드 시트 체결구조를 강화시켜 차일드 시트를 안정적으로 고정하도록 한 차일드 시트 체결구조가 포함된 CFRTPC 복합소재 시트백 프레임 제조방법에 관한 것이다.

Description

차일드 시트 체결구조가 포함된 CFRTPC 복합소재 시트백 프레임 제조방법{Method for manufacturing CFRTPC composites seat back frame containing the child seat connecting structure}

본 발명은 시트백 프레임 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아마리드 연속섬유가 강화된 CFRTPC(Continuous-Fiber reinforced Thermoplastic)를 이용하여 강도와 강성을 높이고, 차일드 시트 체결구조를 강화시켜 차일드 시트를 안정적으로 고정하도록 한 차일드 시트 체결구조가 포함된 CFRTPC 복합소재 시트백 프레임 제조방법에 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.

이와 같은 시트백 프레임은 스틸로 제조되던 고중량의 고전적인 방식에서 탈피하여 경량화 달성이라는 측면에서 플라스틱 소재, 특히 유리섬유가 첨가되어 강도를 강화시킨 SMC, GMT, LFT 등의 경량 복합소재들이 주로 사용되고 있다.

하지만, 갈수록 고성능화를 요구하면서 중량 측면에서는 경량화를 바라는 자동차 메이커들의 요청 때문에 현재 유리섬유를 첨가시켜 강도를 강화시킨 복합소재들도 성능적 한계에 직면하게 되었다.

예컨대, 자동차 메이커들의 고성능화 요구 사항들은 자신들의 규격 뿐만 아니라 각국 정부에서 규정하고 있는 법규 사항에도 포함되어 있는데, ECE R14, R17, ADR 01/02 등을 들 수 있다.

이러한 이유로 최근에는 복합소재로 제조된 시트백 프레임을 두껍게 하여 요구 성능을 만족시키고 있는데 이는 상대적으로 중량이 증가되므로 문제가 있다.

또한, 별도의 부품을 추가로 제작하여 시트백 프레임에 조립하거나 장착하고 있는데, 이 경우에는 중량적, 비용적 약점이 동시에 증가되는 문제가 있다.

특히, 이와 같은 상황에서 차일드 시트를 조립한다는 것은 구조적으로 강도 보강이 확실하게 이루어져야 하기 때문에 사실상 어려운 일이 되었다.

대한민국 특허 등록번호 제10-0487993호(2005.04.28.) '사출성형공법에 의한 유리 장섬유 강화 복합소재 적용자동차 플라스틱 시트백 프레임 판넬' 대한민국 특허 등록번호 제10-1223297호(2013.01.10.) '차량용 시트 백 프레임' 대한민국 특허 등록번호 제10-1247777호(2013.03.19.) '강성 향상을 위한 다층 구조의 플라스틱 시트 백 프레임'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 시트백 프레임 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아마리드 연속섬유가 강화된 CFRTPC를 이용하여 강도와 강성을 높이고, 차일드 시트 체결구조를 강화시켜 차일드 시트를 안정적으로 고정하도록 한 차일드 시트 체결구조가 포함된 CFRTPC 복합소재 시트백 프레임 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 단섬유 형태의 유리섬유가 폴리프로필렌수지에 함침된 GMT(Glass fiber Mat reinforced Thermoplastic)를 재료로 하는 매트상의 베이스프레임, 상기 베이스프레임에 부분적으로 합지되어 복판 형태를 취하여 강도를 보강하도록 아라미드 연속섬유가 폴리프로필렌수지에 함침된 CFRTPC(Continuous-Fiber reinforced Thermoplastic)를 재료로 하는 판상의 보강프레임을 포함하고, 상기 베이스프레임에는 리브와 채널이 형성된 시트백 프레임을 제조하는 방법에 있어서;
하부금형 위에 로프팅된 베이스프레임 소재를 올려 놓고, 상기 베이스프레임 소재의 상면에는 강도 보강이 필요한 부위에 부분적으로 보강프레임 소재를 올려 놓는 과정;
상부금형을 하강시켜 리브와 채널을 갖되, 상기 리브는 설계치 보다 보강될 CFRTPC의 두께만큼 낮게 유지되도록 시트백 프레임 형상으로 1차 성형하는 과정;
상기 상부금형을 상승시킨 상태에서 상기 리브의 상면에 리브의 형상에 맞게 절개된 슬릿을 갖는 성형지그를 올려 놓고 슬릿과 리브를 일치시킨 상태로 고정하는 과정;
고정이 완료되면, 리브의 형상에 맞게 가공된 아마리드 연속섬유가 강화된 CFRTPC를 슬릿에 끼운 다음, 가압지그를 하강시켜 CFRTPC가 슬릿을 관통한 다음 리브와 합지되도록 2차 성형하는 과정;
2차 성형된 베이스프레임 상에 차일드 탑 테더와 차일드 로워 앵커 브라켓을 설치하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차일드 시트 체결구조가 포함된 CFRTPC 복합소재 시트백 프레임 제조방법을 제공한다.

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본 발명에 따르면, 아마리드 연속섬유가 강화된 CFRTPC를 이용하여 강도와 강성을 높이고, 차일드 시트 체결구조를 강화시켜 차일드 시트를 안정적으로 고정하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 시트백 프레임의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차일드 시트 체결구조가 포함된 CFRTPC 복합소재 시트백 프레임의 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 차일드 시트 체결구조가 포함된 CFRTPC 복합소재 시트백 프레임을 제조하는 과정을 보인 예시도이다.
도 4는 도 2의 기본 단면을 보인 부분 확대도 및 파이프너트의 예시도이다.

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.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차일드 시트 체결구조가 포함된 CFRTPC(Continuous-Fiber reinforced Thermoplastic) 복합소재 시트백 프레임은 베이스프레임(100)을 포함한다.

상기 베이스프레임(100)은 본 발명 시트백 프레임의 기본 프레임으로서, 판상의 프레임이다.

또한, 상기 베이스프레임(100)은 판형상의 보강프레임(200)이 구조상 강도가 취약한 부분에 부분적으로 합지되어 복판을 구성함으로써 강도와 강성 품질을 모두 만족시킬 수 있도록 구성된다.

이때, 상기 보강프레임(200)은 유리섬유보다 강도 측면 등 여러가지 성능 측면에서 우수한 아라미드 연속섬유가 폴리프로필렌수지에 첨가되어 강도 보강된 연속섬유강화 열가소성수지로 제조된다.

이러한 아라미드 연속섬유강화 열가소성수지는 CFRTPC(Continuous-Fiber reinforced Thermoplastic)라는 복합소재를 구성하는데, 유리섬유를 연속섬유 형태로 첨가한 것이 아니라 아라미드섬유를 연속섬유 형태로 첨가하여 강도를 보강한 것이 기존과 명백한 차이를 갖는다.

여기에서, 일반적인 아라미드 연속섬유강화 열가소성수지, 즉 CFRTPC는 수지흐름성 특성 때문에 폴리프로필렌수지 보다 더 적은 함량으로 첨가되지만, 본 발명은 그와 정반대로 아라미드 연속섬유강화 열가소성수지가 폴리프로필렌수지보다 더 많이 첨가되도록 하는데, 이는 부분적인 강도 보강용으로 활용되기 때문에 수지 흐름성을 요구하지 않기 때문이다.

따라서, 아라미드 연속섬유와 폴리프로필렌수지는 5.5-6:4-4.5의 중량비를 유지함이 바람직하다.

덧붙여, 상기 베이스프레임(100)은 유리섬유를 단섬유(2-4mm) 형태로 첨가하여 강도를 보강한 유리섬유강화 열가소성수지로 매트를 만든 GMT(Glass fiber Mat reinforced Thermoplastic)를 기본 소재로 한다.

이렇게 구성하면, 스틸을 사용하지 않고도 단섬유 형태의 유리섬유가 강화된 복합소재와, 이 복합소재를 부분적으로 보강하는 아라미드 섬유를 연속섬유 형태로 보강한 CFRTPC 복합소재가 혼용되어 있기 때문에 중량은 증대시키지 않으면서 강도와 강성을 동시에 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 본 발명에서는 상기 베이스프레임(100)에 기존과 같은 리브(110)와 채널(120)을 그대로 포함하되, 특히 리브(110)에 아라미드 섬유를 연속섬유 형태로 보강한 CFRTPC를 더 합지시켜 일체화시킴으로써 리브(110)가 형성된 부분에서의 강도 보강을 더욱 더 강화시키도록 구성된다.

이것은 판면에서의 강도 보강 뿐만 아니라, 1차적으로 강도 보강을 위해 형성한 리브(110)에서도 리브(110) 자체를 강도 보강케 함으로써 2차적인 강도 보강이 이루어지도록 한 것을 의미한다.

이러한 구조는 도 4에 잘 나타나 있는데, 리브(110)의 하측은 GMT로 이루어지고, 리브(110)의 상측은 CFRTPC로 이루어지도록 성형시 양자가 일체로 합지되게 함으로써 강도 보강 구조를 갖추도록 한 것이다.

이 경우, GMT와 CFRTPC는 기본적으로 폴리프로필렌수지를 기재로 하기 때문에 서로 잘 붙게 되어 합지성이 매우 우수하기 때문에 양자를 성형과정에서 합지하여 일체화시키는데 전혀 문제가 없으며, 계면에서의 접착력이 뛰어나므로 계면 분리가 쉽게 일어나지 않는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 보강하게 되면 본 발명에 따른 시트백 프레임에는 현저한 강도 보강이 이루어진 상태지만 중량은 증대되지 않은 상태이므로 차일드 시트 장착을 위한 차일드 탑 테더(Child Top Tether)(300)와, 차일드 로워 앵커 브라켓(Child Lower Anchor Bracket)(310)을 설치하여도 충분히 강도 특성을 발현할 수 있다.

이때, 상기 차일드 탑 테더(300)는 기존과 동일한 방식으로 베이스프레임(100)에 고정되며, 상기 차일드 로워 앵커 브라켓(310)은 상대적으로 힘이 더 크게 미치기 때문에 보강브라켓(312)을 더 구비하되 일부를 연장시켜 연장편(314)을 만들고, 이 연장편(314)을 베이스프레임(110)에 면접촉시킨 상태에서 도 4와 같은 파이프너트(316)와 도시하지 않은 체결볼트를 이용하여 상호 체결시키면 보다 강한 고정상태를 유지할 수 있게 된다.

다시 말해, 상기 차일드 로워 앵커 브라켓(310)은 연장편(314)을 통해 두 점 고정되는 구조를 갖되, 파이프너트(316)를 사용함으로써 결속력을 강화시키고 고정점에서의 파단변형을 최소화시키므로 내구성을 증대시키게 된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같은 방법으로 제조된다.

도 3의 예시와 같이, 먼저 하부금형(400) 위에 판형상의 베이스프레임 소재를 올려 놓고, 상기 베이스프레임 소재의 상면에는 강도 보강이 필요한 부위에 부분적으로 보강프레임 소재를 올려 놓는 과정을 거친다.

이때, 상기 베이스프레임 소재는 성형하기 적당한 온도로 로프팅된 상태가 바람직하다.

이어, 상부금형(미도시)을 하강시켜 1차 성형하는 과정을 거친다.

이 경우, 상기 베이스프레임 소재와 상기 보강프레임 소재는 일체로 합지되면서 시트백 프레임을 구성하게 되는데, 그 과정에서 리브(110)와 채널(120)도 동시에 형성된다.

이때, 상기 리브(110)는 기존 보다 낮은 돌출높이를 가져야 한다.

이것은 나중에 합지되는 아라미드 연속섬유를 강화시킨 CFRTPC가 일체로 합지되어야 하기 때문이다.

이어, 상부금형을 상승시킨 상태에서 상기 리브(110)의 상면에 리브의 형상에 맞게 절개된 슬릿(412)을 갖는 성형지그(410)를 올려 놓고 슬릿(412)과 리브(110)를 일치시킨 상태로 고정하는 과정을 거친다.

고정이 완료되면, 리브(110)의 형상에 맞게 가공된 아마리드 연속섬유가 강화된 CFRTPC(420)를 슬릿(412)에 끼운 다음, 가압지그를 하강시켜 CFRTPC(420)가 슬릿(412)을 관통한 다음 리브(110)와 합지되도록 2차 성형하는 과정을 거친다.

여기에서, 상기 가압지그는 상부금형일 수 있는데, 상부금형의 경우에는 형상이 설계되어 있으므로 상부금형의 하부면에 평판을 부착시킨 상태에서 사용할 수 있으며, 아예 별도의 가압지그를 사용할 수도 있다.

이렇게 하면, 리브(110)는 CFRTPC(420)와 합지되면서 일체를 이루어 강도 보강된 구조를 갖출 수 있게 된다.

그리고, 차일드 시트 장착을 위한 차일드 탑 테더(300)와 차일드 로워 앵커 브라켓(310)이 설치된다.

100: 베이스프레임 200: 보강프레임
300: 차일드 탑 테더 400: 하부금형

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   하부금형 위에 로프팅된 베이스프레임 소재를 올려 놓고, 상기 베이스프레임 소재의 상면에는 강도 보강이 필요한 부위에 부분적으로 보강프레임 소재를 올려 놓는 과정;
   상부금형을 하강시켜 리브와 채널을 갖되, 상기 리브는 설계치 보다 보강될 CFRTPC의 두께만큼 낮게 유지되도록 시트백 프레임 형상으로 1차 성형하는 과정;
   상기 상부금형을 상승시킨 상태에서 상기 리브의 상면에 리브의 형상에 맞게 절개된 슬릿을 갖는 성형지그를 올려 놓고 슬릿과 리브를 일치시킨 상태로 고정하는 과정;
   고정이 완료되면, 리브의 형상에 맞게 가공된 아마리드 연속섬유가 강화된 CFRTPC를 슬릿에 끼운 다음, 가압지그를 하강시켜 CFRTPC가 슬릿을 관통한 다음 리브와 합지되도록 2차 성형하는 과정;
   2차 성형된 베이스프레임 상에 차일드 탑 테더와 차일드 로워 앵커 브라켓을 설치하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차일드 시트 체결구조가 포함된 CFRTPC 복합소재 시트백 프레임 제조방법.
   

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