KR102236705B1 - 자동차용 시트의 리클라이너 - Google Patents

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주성문
정용창
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Abstract

본 발명은 자동차용 시트의 리클라이너에 관한 것으로, 익스터널기어의 센터보스가 제1단부와, 그 보다 직경이 확장된 제2단부로 이루어진다. 센터보스의 하중 분산이 용이하여 리클라이너에 강한 외력이 작용하여도 변형이 방지되어 원활한 작동 성능을 확보할 수 있다. 센터보스의 강도 확보를 위해 열처리를 실시할 필요가 없으므로 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

자동차용 시트의 리클라이너{Recliner of seat for car}
본 발명은 자동차용 시트의 리클라이너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시트쿠션과 시트백의 연결부에 설치되어 시트백의 각도를 고정하거나 조절할 수 있도록 해 주는 자동차용 시트의 리클라이너에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 시트에는 시트쿠션에 대하여 시트백을 회동 가능하게 연결하고, 시트백을 소정 각도로 고정된 록킹 상태 및 회동이 가능한 언록킹 상태로 상호 전환해주는 리클라이너가 설치되어 있다. 즉, 탑승자는 리클라이너를 조작하여 자신의 체형이나 편의에 따라 시트백의 각도를 조절할 수 있다.
이러한 리클라이너는 작동레버를 조작하면 록킹이 해제되어 시트백을 탑승자의 등으로 밀어서 각도를 조절하는 레버방식과, 다이얼 형태의 조작노브를 회전시켜서 시트백의 각도를 조절하는 로터리 방식으로 분류된다. 이러한 로터리 방식의 회전샤프트에 모터를 연결하면 전동 방식으로 리클라이너를 작동시킬 수 있다.
도 1에 종래 기술에 따른 리클라이너의 조립 상태 반단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 리클라이너는 서로 내접되는 익스터널기어(10)와 인터널기어(20), 인터널기어(20)에 삽입 고정된 부시(30), 익스터널기어(10)의 센터보스(11)에 삽입되어 회전되는 소켓(40), 부시(30)와 익스터널기어(10)의 센터보스(11) 사이에 설치되는 한 쌍의 웨지(50) 및 웨지(50)와 센터보스(11) 사이에 설치되는 캠슬리버(51), 인터널기어(10)의 일측면에 고정되어 상기 소켓(40)과 웨지(50) 등의 부품이 이탈되는 것을 방지하는 커버플레이트(60), 익스터널기어(10)의 외주를 감싸는 형태로 고정되어 인터널기어(20)의 분리를 방지하는 가이드링(70) 및 상기 소켓(40)의 일측면에 설치되고 일측부가 개구된 원형 링 형상으로 형성되며 절곡된 양측 단부가 상기 양측 웨지(50) 사이로 삽입되어 이들을 항상 벌려주는 방향으로 힘을 가하는 스프링(80)을 포함한다.
상기 소켓(40)에 연결된 샤프트가 모터에 의해 회전되면, 소켓(40)이 웨지(50)를 매개로 인터널기어(20)를 익스터널기어(10)의 내부에서 회전(공전 및 자전 운동을 모두 포함함)시키고, 이에 두 기어의 기어비에 따라 익스터널기어(10)가 회전됨으로써 시트백의 각도가 조절된다.
모터가 작동되지 않은 보통 상태에 시트백에 외력(탑승자의 기대는 힘)이 가해질때는 상기 웨지(50)중 외력 작용 방향 반대쪽 웨지가 캠슬리버(51)를 매개로 센터보스(11)와 부시(30) 사이에 끼이게 되어 인터널기어(20)에 대한 익스터널기어(10)의 회전이 억제됨으로써 시트백의 각도가 고정 상태로 유지된다.
한편, 리클라이너는 평상시 탑승자가 등을 기대는 것에 의한 하중뿐만 아니라 충돌 및 추돌 사고 발생시 가해지는 충격 하중에 대해서도 시트백을 안정적인 고정 상태로 유지할 수 있는 강도를 가져야만 한다. 리클라이너를 구성하는 부품들 중 강도가 중요한 부분은 기어 치형과 익스터널기어(10)의 센터보스(11)이다.
도 2는 리클라이너 작동시 익스터널기어(10)에 형성되는 응력 상태도로서 청색에서 적색으로 변화할수록 응력의 크기가 큰 것을 나타낸다. 작동 중 인터널기어(20)와의 치합이 이루어지는 치형 부분에 강하게 응력이 발생되고, 상기 센터보스(11) 부분에도 청색에서 녹색 단계를 거쳐 황색으로 표시되는 정도의 강한 응력이 발생됨을 알 수 있다.
상기 센터보스(11)는 록킹 상태 유지시 시트백을 통해 전달되는 외력을 최종적으로 지지해줄 뿐만 아니라 소켓(40)과 웨지(50) 및 캠슬리버(51) 작동을 가이드해주는 부분으로서 센터보스(11)의 강도가 충분하지 못하면 외력에 의해 변형이 발생되고, 일단 변형이 발생되면 리클라이너의 작동이 원활하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 있었다.
따라서 종래에는 센터보스(11)의 두께를 증가시키거나 열처리를 실시하거나 소재 자체의 강도가 우수한 특수합금강을 사용하여 익스터널기어(10)를 제조하였다.
그러나 센터보스(11)의 두께를 증가시켜 강도를 확보하는 것은 다른 부품들의 설치 공간을 감소시킬 뿐만 아니라 센터보스(11) 자체의 형상 가공성을 저하시키는 원인이 되고(센터보스(11)는 버링(burring) 가공에 의해 형성됨), 열처리를 실시하거나 특수합금강을 사용하는 것은 제조 비용을 증가시키는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1569625호(2015.11.10. 등록)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 두께 증가, 열처리, 강도가 높은 소재를 사용하는 것 이외의 방법으로 센터보스의 강도를 충분히 확보할 수 있게 됨으로써 센터보스 가공성이 향상되고, 센터보스의 변형을 방지하여 리클라이너의 정상적인 작동 성능을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 리클라이너 제조 비용을 절감할 수 있도록 된 자동차용 시트의 리클라이너를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내접 관계에 있는 익스터널기어와 인터널기어, 상기 익스터널기어의 센터보스에 회전 가능하게 삽입되고 모터로 회전되는 샤프트에 연결된 소켓, 상기 익스터널기어의 센터보스와 상기 인터널기어 사이에 설치되어 이들을 상호 구속하거나 구속 상태를 해제하는 한 쌍의 웨지를 포함하고, 상기 익스터널기어의 센터보스는 외주면에 단차가 존재하는 다단 구조로 이루어진다.
상기 센터보스의 외주면은 제1단부와, 제1단부에 비해 증대된 외경을 갖는 제2단부를 포함한다.
상기 제1단부와 상기 웨지 사이에 캠슬리버가 설치되고, 캠슬리버는 제1단부의 외주면에만 접촉된다.
상기 웨지는 상기 캠슬리버의 외주면과 상기 제2단부의 외주면 모두에 접촉된다.
상기 캠슬리버와 웨지는 제1단부의 단부 외측으로 돌출되지 않는 길이로 형성된다.
상기 캠슬리버의 하단부가 반경 방향 외측으로 절곡되어 웨지의 하단부를 지지한다.
상기 소켓의 일측면에 일측부가 개구된 원형 링 형상의 스프링이 설치되고, 스프링의 양단부는 절곡 연장되어 상기 한 쌍의 웨지 사이에 삽입되어 웨지들을 서로 멀어지는 방향으로 밀어준다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 센터보스를 다단 구조로 형성하여 센터보스에 작용하는 압축 면압을 원활하게 분산시킴으로써 센터보스를 두껍게 형성하거나 열처리를 실시하거나 강도가 강한 특수 합금강을 사용하지 않아도 센터보스가 충분한 강도를 확보할 수 있게 된다.
따라서 센터보스 두께 증대에 의한 타 부품의 설치 공간 감소 문제를 해소할 수 있게 된다.
또한 센터보스의 두께 증가가 이루어지지 않으므로 버링 가공에 의해 센터보스의 형상을 불량 없이 용이하게 가공할 수 있게 된다.
또한 센터보스의 강도 확보를 위해 실시하던 열처리 공정을 폐지할 수 있게 됨으로써 익스터널기어의 제조 비용 즉, 리클라이너의 제조 비용을 절감할 수 있게 된다.
또한 익스터널기어를 고가의 특수 합금강으로 제조할 필요가 없게 됨으로써 리클라이너의 제조 비용을 절감할 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 리클라이너의 조립 상태 반단면도.
도 2는 종래 리클라이너의 일 구성인 익스터널기어의 응력 분포도.
도 3은 본 발명에 따른 리클라이너의 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 리클라이너의 조립 상태 반단면도.
도 5는 본 발명에 따른 리클라이너의 일 구성인 익스터널기어의 응력 분포도.
도 6의 (a)는 리클라이너 파괴모드 테스트에 의해 기어 치형이 손상된 인터널기어의 사진이고, (b)는 동일 테스트에 의해 기어 치형이 손상된 익스터널기어의 사진.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 익스터널기어(10), 인터널기어(20), 부시(30), 소켓(40), 한 쌍의 웨지(50)와 이를 지지하는 캠슬리버(51), 커버플레이트(60), 가이드링(70), 스프링(80)을 포함한다.
익스터널기어(10)는 중앙에 원형의 센터보스(11)가 형성되고, 테두리 부분의 내주면에 치형(12)이 형성된다. 인터널기어(20)는 테두리 부분의 외주면에 치형(21)이 형성된다.
인터널기어(20)는 익스터널기어(10)의 내부에 삽입 안착되며, 그 상태에서 양측 기어의 치형(12,21)이 치합된다. 즉 익스터널기어(10)와 인터널기어(20)는 내접 기어 관계에 있다.
익스터널기어(10)에 비해 인터널기어(20)는 외경이 작을 뿐만 아니라 치형의 개수도 적다. 따라서 익스터널기어(10)와 인터널기어(20)는 편심되고, 인터널기어(20)는 익스터널기어(10)의 내부에서 공전 및 자전을 하게 되며, 이러한 인터널기어(20)의 회전에 의해 익스터널기어(10)는 기어비에 따라 감속된 회전수로 인터널기어(20)에 비해 천천히 회동된다.
인터널기어(20)의 내경부에는 원형의 부시(30)가 삽입 고정되며, 이에 인터널기어(20)와 부시(30)는 일체로 회전된다.
소켓(40)은 일측부에 형성된 원통부가 익스터널기어(10)의 상기 센터보스(11)에 회전 가능하게 삽입된다. 소켓(40)의 관통홀(상기 원통부를 관통함)에는 샤프트의 일단이 스플라인 결합되며, 샤프트의 타단은 모터의 출력축에 연결된다.
익스터널기어(10)의 센터보스(11)와 인터널기어(20)의 부시(30) 사이에는 한 쌍의 웨지(50)과 이를 지지하는 캠슬리버(51)가 설치된다.
웨지(50)는 전체적으로는 1/4원 정도에 해당되는 호 형상이고, 하단에서 상단으로 갈수록 그 폭이 점차 증가하는 형상으로 형성된다. 즉 양측 웨지(50)는 서로 마주보는 상단부의 폭이 크고 반대쪽으로 떨어져 있는 하단부는 폭이 작은 형상으로 형성된다.
캠슬리버(51)는 대략 반원 형상으로 형성되며, 센터보스(11)의 외주면에 접촉하여 슬라이딩 이동 가능하다. 상기 웨지(50)는 캠슬리버(51)의 외주면에 슬라이딩 이동 가능하게 접촉해 있으며, 캠슬리버(51)의 하단부는 반경 방향 외측으로 절곡되어 웨지(50)의 하단부를 지지하고 있다.
이와 같은 단순한 형상으로 캠슬리버(51)는 웨지(50)을 지지하여 소켓(40)의 회전력을 웨지(50)로 원활하게 전달할 수 있다.
캠슬리버(51)의 하단부는 소켓(40)의 일측면에 돌출 형성된 푸시부(41)에 지지되어 소켓(40) 회전시 상기 푸시부(41)에 의해 밀려져 캠슬리버(51)와 웨지(50)가 회전되도록 되어 있다.
소켓(40)의 일측면에는 일측부가 개구된 원형 링 형상의 스프링(80)이 설치되며, 스프링(80)의 양측 단부는 웨지(50)쪽으로 절곡 연장되어 양측 웨지(50)의 상단부를 항상 서로 멀어지는 방향으로 밀어준다. 즉, 한 쌍의 웨지(50)는 스프링(80)에 의해 회전 방향으로 서로 간의 간극이 탄성적으로 변형되는 상태로 서로 지지된다.
커버플레이트(60)는 상기 스프링(80), 소켓(40) 등을 가려주는 상태로 상기 인터널기어(20)의 내경부에 삽입 및 용접된다. 따라서 인터널기어(20)의 내측에 설치된 웨지(50), 캠슬리버(51), 소켓(40), 스프링(80) 등의 부품이 외부로 이탈되는 것이 방지된다.
가이드링(70)은 익스터널기어(10)에 외주에 고정되되 익스터널기어(10)와 인터널기어(20)의 경계부(양측 치형(12,21)의 결합부)를 가려줌으로써 익스터널기어(10)로부터 인터널기어(20)가 이탈되는 것을 방지한다.
한편, 상기 익스터널기어(10)의 센터보스(11)는 외경이 상대적으로 작은 상부의 제1단부(11a)와, 외경이 제1단부(11a) 보다 상대적으로 큰 하부의 제2단부(11b)를 포함하는 다단 구조로 이루어진다(여기서 상부 하부의 구분은 도 4를 기준으로 함).
제1단부(11a)와 제2단부(11b)는 외경의 차이에 의해 구분한 것이며, 이들의 내부에는 내경이 일정한 하나의 관통홀이 형성된다. 이 관통홀은 소켓(40)의 원통부가 삽입되어 회전되는 부분으로 소켓(40), 캠슬리버(51), 웨지(50)의 회동 중심이 된다.
도 4와 같이, 상기 제1단부(11a)의 외주면에는 캠슬리버(51)가 슬라이딩 회전 가능하게 접촉된다. 캠슬리버(51)는 소켓(40)과 간섭되지 않도록 제1단부(11a)와 같거나 작은 높이로 형성되어 제1단부(11a)의 상방(도 4 기준) 외측 즉, 센터보스(11)의 상방 외측으로 돌출되지 않는다.
상기 제1단부(11a)와 제2단부(11b)로 이루어진 다단 구조에 대응하기 위하여 상기 웨지(50)는 캠슬리버(51)의 높이와 상기 제2단부(11b)의 높이를 합한 높이와 같거나 작은 높이로 형성된다. 따라서 웨지(50)의 내주면 전체는 캠슬리버(51)의 외주면과 제2단부(11b)의 외주면에 걸쳐서 슬라이딩 회전 가능하게 접촉되고, 제1단부(11a) 즉 센터보스(11)의 상방 외측으로는 돌출되지 않음으로써 소켓(40)에 간섭되지 않는다.
상기와 같이 센터보스(11)는 종래와 동일한 두께의 제1단부(11a)와, 제1단부(11a)에 비해 큰 직경을 갖는 제2단부(11b)를 포함하는 다단 구조로 이루어진다.
따라서 외력이 작용할 때 웨지(50) 및 캠슬리버(51)를 통해 센터보스(11)에 작용하는 면압(센터보스의 중심축에 직교하는 방향으로 작용함)이 제2단부(11b)와 제1단부(11a)에 분산되어 작용하게 된다. 즉, 상기와 같은 다단 구조는 하중의 분산에 유리하여 내부 응력의 크기도 감소하게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 센터보스(11)는 압축 면압의 분산에 유리한 다단 구조로 이루어짐으로써 강한 외력이 작용하는 경우에도 센터보스(11)의 변형이 방지될 수 있다.
상기 다단 구조의 형성을 위하여 결국은 센터보스(11)의 일부분의 두께를 증대시켜 제2단부(11b)를 형성함으로써 센터보스(11)의 기단부(베이스부) 강도를 증가시킨 것으로 볼 수 있다. 그러나 본 발명의 경우 다단 구조를 적용함으로써 제1단부(11a)와 같이 두께가 증가되지 않는 부분이 존재하므로 캠슬리버(51)의 두께를 감소시키지 않고도 그 설치 공간을 확보할 수 있다.
상기와 같은 다단 구조에 의해 센터보스(11)의 필요 강도를 확보할 수 있으므로 센터보스(11)를 포함한 익스터널기어(10)에 강도 증대를 위한 열처리를 실시할 필요가 없게 된다. 따라서 열처리 공정이 폐지됨으로써 리클라이너 제조 비용이 크게 절감된다. 이와 같이 열처리 공정이 제거되면 제품에 열처리에 따른 열변형이 발생하지 않게 됨으로써 부품의 치수 관리가 용이해진다.
또한 다단 구조에 의해 센터보스(11)의 필요 강도가 확보되었으므로 익스터널기어(10)를 강도가 우수한 특수합금강으로 제조할 필요가 없게 된다. 따라서 소재 비용을 절감할 수 있게 되며, 이 역시 리클라이너의 제조 비용을 감소시키는 요인이 된다.
도 5는 본 발명에 따른 리클라이너에 적용된 익스터널기어(10)의 응력 발생 상태를 표시한 것으로, 청색에서 황색 단계를 거쳐 적색으로 변화할수록 응력의 크기가 큰 것을 나타낸다. 작동 중 인터널기어(20)와의 치합이 이루어지는 치형(12) 부분에 강하게 응력이 발생(적색 표시부)되고, 상기 센터보스(11) 부분에도 소정 크기의 응력이 발생함을 알 수 있다.
이를 종래 기술에 따른 익스터널기어(10)의 응력 발생 상태를 도시한 도 2와 비교해보면, 본 발명은 종래 기술에 비해 센터보스(11)에 발생한 응력의 강도가 대부분 청색이고 일부 약한 녹색이 표시된 것으로 보아, 본 발명이 적용된 익스터널기어(10)가 센터보스(11)에 훨씬 작은 크기의 응력이 발생함을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 리클라이너는 센터보스(11)의 변형 방지 성능이 향상되었음을 알 수 있다.
도 6은 리클라이너의 강도 검증을 위한 테스트 결과물로서 (a)는 인터널기어(20), (b)는 익스터널기어(10)의 사진이다.
테스트는 조립 상태의 리클라이너에 강력한 외력을 가하고 이때 익스터널기어(10)의 센터보스(11)의 변형 발생 여부를 측정하는 것이다.
리클라이너에 약 2500 ~ 2600 Nm의 모멘트를 가하는 테스트를 반복 수행한 결과, 도 6과 같이 익스터널기어(10)와 인터널기어(20)의 치형(12,21)이 모두 파손되는 정도의 강력한 외력이 작용하였음에도 불구하고 센터보스(11)에는 압축 변형이 발생하지 않은 것을 확인하였다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 익스터널기어 11 : 센터보스
11a : 제1단부 11b : 제2단부
12 : 치형 20 : 인터널기어
21 : 치형 30 : 부시
40 : 소켓 41 : 푸시부
50 : 웨지 51 : 캠슬리버
60 : 커버플레이트 70 : 가이드링
80 : 스프링

Claims (7)

  1. 내접 관계에 있는 익스터널기어와 인터널기어;
    상기 익스터널기어의 센터보스에 회전 가능하게 삽입되고 모터로 회전되는 샤프트에 연결된 소켓;
    상기 익스터널기어의 센터보스와 상기 인터널기어 사이에 설치되어 이들을 상호 구속하거나 구속 상태를 해제하는 한 쌍의 웨지;를 포함하고,
    상기 센터보스의 외주면은 제1단부와, 제1단부에 비해 증대된 외경을 갖는 제2단부를 포함하며,
    상기 제1단부와 상기 웨지 사이에 캠슬리버가 설치되고, 캠슬리버는 제1단부의 외주면에서 슬라이딩 이동 및 지지되고,
    상기 웨지는 상기 캠슬리버의 외주면과 상기 제2단부의 외주면 모두에서 슬라이딩 이동 및 지지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 시트의 리클라이너.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 캠슬리버와 웨지는 제1단부의 단부 외측으로 돌출되지 않는 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 시트의 리클라이너.
  6. 삭제
  7. 삭제
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