KR20120072624A - 탄소섬유를 사용한 스티어링 휠용 발열체 원단 및 이를 포함하는 발열 스티어링 휠 - Google Patents

탄소섬유를 사용한 스티어링 휠용 발열체 원단 및 이를 포함하는 발열 스티어링 휠 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유를 사용한 스티어링 휠용 발열체 원단 및 이를 포함하는 발열 스티어링 휠에 관한 것으로, 탄소섬유를 직접 평직하거나, 직물패드에 박음질함으로써, 기존 발열 패드 보다 두께를 감소시킬 수 있으며, 이로 인해 불량 발생률을 감소시키고, 제조 비용 감소 및 발열 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

탄소섬유를 사용한 스티어링 휠용 발열체 원단 및 이를 포함하는 발열 스티어링 휠{FABRIC CONTAINING CARBON FIBER AND STEERING WHEEL WITH HEATING FUNCTION USING THE SAME}
본 발명은 탄소섬유를 사용한 스티어링 휠용 발열체 원단 및 이를 포함하는 발열 스티어링 휠에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유로 직조된 발열체 원단을 스티어링 휠에 적용함으로써, 제조 비용을 절감시키고 에너지 절감 효과를 얻을 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 진행 방향을 조절하는 스티어링 휠은 조향축과 연결된 허브와 일단이 상기 허브에 연결되어 방사 방향으로 연장된 스포크 및 상기 스포크의 타단에 결합된 원형의 림으로 구성된다.
여기서 스포크나 림의 내부에는 보강하기 위한 강이나 경합금으로 된 심이 들어 있고, 외부는 합성수지재로 되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 스티어링 휠을 나타낸 평면도이다.
도 1에 도시된 스포크(12) 및 림(13)은 현재 고급차종에 적용되고 있는 모델을 개략적으로 도시한 것이다.
이때, 운전자가 림(13)을 잡고서 조향을 할 경우에 마찰력을 크게 하여 미끄러지지 않도록 하고, 잡는 감촉(그립감)을 좋게 하며, 장식적인 효과를 높이기 위하여 림(13)의 일부를 가죽(14)으로 감싼다.
따라서, 상기 가죽으로 감싸여지는 림(13)의 부분에는 가죽으로 감쌀 경우 림의 두께가 균일하게 되도록 가죽의 두께에 해당하는 만큼 림(13)의 외경의 일부를 작게한 소경부(13b)와 가죽(14)의 단부를 밀어 넣어 마감처리하기 위한 홈(13a)이 형성되어 있다.
다음으로, 가죽(14)에 복수의 양면 접착테이프를 부착하고, 림(13)의 소경부(13b)를 감싼 후, 가죽의 에지부를 따라 형성된 바늘구멍을 실로 꿰매서 고정한다.
그 다음으로, 가죽(14)의 양 단부를 림(13)의 홈(13a)으로 밀어 넣어서 매끄럽게 마감처리한다.
한편, 고급형 스티어링 휠에 적용하는 기능성 수단으로 발열 설비를 내장하는 기술이 적용되고 있다.
그러나, 발열 설비를 내장한 발열 스티어링 휠 구조는 합성수지로 피복된 림에 별도의 전기저항열선 또는 전기저항 박막을 코팅한 후 가죽커버를 덧씌우는 형태가 되므로, 스티어링 휠의 그립감을 향상시키기에는 한계가 있다.
즉, 합성수지부의 딱딱한 촉감에, 전기저항 열선 또는 전기저항 박막 등의 이물감이 핸들커버에 그대로 전달되므로, 그립감이 저하된다.
또한, 상기 도 1의 AA' 방향에 따른 단면의 경우 하기 도 2에서와 같이, 전기저항 열선 또는 전기저항 박막을 포함하는 발열 패드(15)가 접힘부에 정확하게 안착되지 못하여 가죽(14)의 마감 상태가 림(13)을 감싸고 있는 합성수지(11)로부터 들뜨거나, 단차를 발생시키는 불량으로 판정되는 경우가 자주 발생하고 있다.
본 발명의 목적은 스티어링 휠용 발열체 원단에 탄소섬유를 포함시킴으로써, 스티어링 휠을 감싸는 가죽 내부에 포함되는 발열 패드의 두께를 감소시킬 수 있고, 기존 스폰지 타입(Sponge type)의 발열 패드 보다 그립감을 향상시킬 수 있는 발열체 원단을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 상술한 탄소섬유를 포함하는 발열체 원단을 적용한 스티어링 휠을 제조함으로써, 기존 제조 비용 보다 원가를 절감시킬 수 있으며, 불량률 또한 감소시키고, 전력 소모량도 감소시킬 수 있는 발열 스티어링 휠을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 휠용 발열체 원단은 0.4 ~ 2.0mm 의 두께를 갖는 직물패드 표면 또는 내부에 0.4 ~ 5mm 의 간격으로 배열되는 탄소섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 직물패드는 난연 섬유로 이루어진 것을 특징한다.
다음으로, 상기 탄소 섬유는 상기 난연 섬유와 함께 평직된 구조를 갖거나, 상기 직물패드 표면에 박음 처리될 수 있다.
그 다음으로, 상기 발열체 원단은 2개를 한 세트로 할 때, 상기 한 세트의 시간당 소모 전력량은 54 ~ 78W(12V, 4.5 ~ 6.5A)가 되도록 하는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 스티어링 휠은 합성수지로 피복된 림(Rim)부와, 상기 림부의 일부분을 감싸며, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 형태의 발열체 원단과, 상기 발열체 원단과 연결되는 전원 인가부 및 상기 발열체 원단의 표면을 감싸는 외피재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 합성수지는 폴리우레탄수지를 포함하고, 상기 발열체 원단 및 상기 외피재는 상기 림부 및 스포크(Spoke)부를 연결하는 연결부위에 동시에 삽입되도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 외피재는 인조가죽 또는 천연가죽을 포함하는 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스티어링 휠용 발열체 원단은 탄소섬유를 직접 평직하거나, 직물패드에 박음질함으로써, 기존 발열 패드 보다 두께를 감소시킬 수 있으며, 이로 인해 불량 발생률을 기존 대비 50% 이상 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 스티어링 휠용 발열체 원단을 사용하면, 발열 스티어링 휠 제조 비용을 30% 이상 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 발열체 원단에 사용되는 탄소섬유는 기존의 열선 또는 발열 도료 보다 균일하게 림부를 감쌀 수 있으며, 그 발열 효율 또한 기존 대비 30% 이상 우수한 특성을 가지므로, 적은 소모전력으로도 우수한 발열 효과를 제공할 수 있으며, 에너지를 절감시킬 수 있는 효과를 제공한다.
아울러, 본 발명에 따른 발열체 원단은 얇은 두께로 최대의 발열 효율을 낼 수 있으므로, 외피재와의 매칭성이 뛰어나 들뜨거나 단차를 발생시킬 위험이 없으며, 기존 보다 하드한 그립감을 제공하여, 더 고급스러우면서도 안정적인 발열 스티어링 휠을 제공할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 종래 기술에 따른 스티어링 휠을 나타낸 평면도이다.
도 2는 상기 도 1의 스티어링 휠에 대한 AA' 방향의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 휠용 발열체 원단을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 휠용 발열체 원단에 탄소섬유를 배열시킨 것을 나타낸 설계도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 비교예들에 따른 발열 스티어링 휠을 나타낸 개략도 이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 스티어링 휠을 나타낸 개략도 이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 스티어링 휠의 단면을 나타낸 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 탄소섬유를 사용한 스티어링 휠용 발열체 원단 및 이를 포함하는 발열 스티어링 휠에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 휠용 발열체 원단을 나타낸 사진이다.
도 3을 참조하면, 평직된 직물패드(120)에 탄소 섬유(110)들이 삽입된 발열체 원단(100)을 볼 수 있다.
이때, 직물패드는 난연 섬유로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명에 따른 난연 섬유는 폴리크랄, 모다크릴 및 폴리염화비닐 중 하나 이상이 사용될 수 있다.
또한, 폴리에스테르 등의 일반 섬유에 난연제를 혼입해서 난연화한 직물패드 또는 난연 폴리노직이 사용될 수 있다.
다음으로, 탄소 섬유(110)는 일정한 간격으로 배치되는 상기 난연 섬유를 대체하여 직물패드(120) 내에 일체형으로 삽입 될 수도 있고, 직물패드의 표면에 박음 처리되어, 직물패드가 발열체 원단으로 작용할 수 있도록 한다.
이때, 탄소 섬유(110)가 배치되는 간격(L)은 0.4 ~ 5mm 가 되도록 하는 것이 바람직하다.
기존의 열선 방식을 이용한 스티어링 휠에는 열선의 물리적 특성 때문에 최소 10mm 이상의 간격을 두고 형성되었는데, 본 발명에서는 탄소 섬유(100)의 자체 두께가 얇고 유연하므로 5mm 이하로 배열 할 수 있다.
탄소 섬유(110)의 간격이 0.4mm 미만일 경우에는 탄소 섬유가 지나치게 많이 소모되어 제조 비용이 증가할 수 있으며, 발열량을 조절하기 어려워질 수 있으며, 그 간격이 5mm를 초과할 경우에는 발열 효율이 떨어져 전력 소모가 증가될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 탄소 섬유(110)는 발열체 원단의 전체 두께도 0.4 ~ 2.0mm 범위로 조절 할 수 있다.
기존에는 열선 자체 두께가 2.0mm를 초과하는 경우가 대부분이었기 때문에, 열선의 안착을 위해서 스폰지 패드 등의 합성 수지재를 이용하여 발열체 원단을 제조하여야 했다.
그러나, 이 경우 발열체 원단의 두께로 인해서 스티어링 휠을 감싸는 마감 작업이 용이하지 못한 경우가 발생하였고, 발열체 원단이 들뜨거나 단차를 발생시켜 그립감이 저하되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명에서는 탄소 섬유(110)를 포함하는 발열체 원단(100) 전체 두께는 0.4 ~ 2.0mm 로 조절 하는 것이 바람직하다. 발열체 원단(100)의 두께가 0.4mm 미만인 경우에는 정상적인 그립감을 제공할 수 없으며, 발열체 원단의 두께가 2.0mm를 초과할 경우에는 들뜸이나 단차와 같은 불량이 발생할 수 있다.
아울러, 상기 두께를 조절함에 있어서, 탄소 섬유(110)는 직물패드(120)의 일면에만 배열될 수도 있으며, 상황에 따라서는 발열 효율이나 그립감을 고려하여 직물패드(120)의 양면에 형성될 수도 있다.
다음으로, 탄소 섬유(110)는 서로 평행하게 배열되는 형태 이외에 크로스 방식으로 격자형태로 배열될 수도 있으며, 나선형 등 다양한 형태가 모두 가능하다.
이때, 직물패드(120)에 배열된 탄소 섬유(110)는 발열 에너지 제공을 위한 전원 인가부에 연결된 형태가 되어야 하며, 이에 대한 일례를 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 휠용 발열체 원단에 탄소섬유를 배열시킨 것을 나타낸 설계도이다.
도 4를 참조하면, 스티어링 휠의 원형 림(Rim) 일부를 감쌀 수 있는 형태로 발열체 원단(200)의 전개도가 도시된 것을 볼 수 있다.
이때, 스티어링 휠을 양손으로 조작하므로, 발열체 원단(200) 2개가 한 세트로 사용된다.
그리고, 스티어링 휠의 크기 및 두께 등을 고려하여 탄소 섬유(210) 배열 형태를 조절할 수 있는데, 도시된 실시예에서는 나선형으로 배열된 방식을 나타낸다.
여기서, 상기와 같은 배열에 의해서 상기 발열체 원단(200) 한 세트의 시간당 소모 전력량이 54 ~ 78W(12V, 4.5 ~ 6.5A)가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
소모 전력량이 54W 미만이 될 경우에는 발열을 위한 시간이 증가되거나, 발열량이 약해 질 수 있다. 그리고, 반대로 소모 전력량이 78W를 초과할 경우에는 지나치게 에너지가 소비되어 발열 스티어링 휠의 품질이 저하될 수 있다.
이상에서 설명한, 본 발명의 발열체 원단을 이용하면 발열 스티어링 휠 제조를 용이하게 수행할 수 있다.
먼저, 합성수지로 피복된 림부의 일부분에 상기 발열체 원단을 감싸고, 발열체 원단에 전원 인가부를 연결하고, 상기 발열체 원단의 표면에 인조가죽 또는 천연가죽을 감싸는 공정을 수행하여 발열 스티어링 휠 제조를 완료할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 스티어링 휠과 기존의 발열 스티어링 휠을 비교하여 그 특성들의 차이를 살펴보는 것으로 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 비교예들에 따른 발열 스티어링 휠을 나타낸 개략도 이다.
먼저 도 5는 본 발명에 따른 비교예1로서 열선을 이용한 경우를 나타낸 것이고, 도 6은 비교예2로서 발열 도료를 이용하여 발열 스티어링 휠을 제조한 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 림(310)의 표면에 폴리우레탄(PU) 합성수지(320)로 감싼 스티어링 휠(300)의 표면에 10mm 간격으로 구리 열선(340)을 배열시킨 스폰지 패드(330)를 감싼다.
다음으로, 구리 열선(340)의 에지부에 전원 인가부(350)를 연결하고, 스폰지 패드(330)의 상부에 인조 가죽(360)을 감싼 상태에서 마감 공정을 수행한다.
도 6을 참조하면 림(410)의 표면에 폴리우레탄(PU) 합성수지(420)로 감싼 스티어링 휠(400)의 표면에 5mm 두께의 발열 도료층(430)을 형성한다.
이때, 발열 도료층(430)은 스프레이(440)로 Ag 및 CNT를 포함하는 도료를 분사하여 형성한다.
다음으로, 발열 도료층(430)의 에지부에 전원 인가부(450)를 연결하고, 발열 도료층(430)의 상부에 인조 가죽(460)을 감싼 상태에서 마감 공정을 수행한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 스티어링 휠을 나타낸 개략도 이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예1로서 폴리염화비닐 섬유로 이루어진 1mm 두께의 직물패드에 5mm 간격의 나선형 방식으로 탄소 섬유(540)를 박음 처리한 발열체 원단(530)을 제조하여, 스티어링 휠(500)에 감싼 후, 인조 가죽(560)을 감싼 상태에서 마감 공정을 수행한다.
다음으로, 상기 비교예1, 비교예2 및 실시예1에 대한 제조 싸이클 타임, 불량률 및 소비전력에 대한 특성을 비교하면 다음과 같다.
여기서, 싸이클 타임 및 불량률 특성은 상기 비교예1, 비교예2 및 실시예1을 10회씩 수행하면서 측정하였으며, 소비전력은 10개의 완성품에 대한 평균 수치를 비교하였다.
그 다음으로, 각 완성품의 경도(Rockwall Hardness)를 측정하여 나타나는 범위를 조사하였다.
싸이클 타임 불량률 소비전력 경도
비교예1 30분 5/10 80W 50~55
비교예2 25분 3/10 75W 52~57
실시예1 12분 0/10 55W 68~70
상기 표 1을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 발열 스티어링 휠은 기존 대비 50% 이상의 싸이클 타임 단축 효과를 얻을 수 있으며, 불량발생률도 50% 이상 감소시킬 수 있다.
또한, 소비 전력도 기존 대비 30% 이상 절감시킬 수 있는 특성을 제공한다.
아울러, 본 발명에 따른 실시예1은 기존의 비교예1 및 비교예2의 경우보다 더 하드(Hard)한 그립감을 제공하여, 더 고급스러우면서도 균일하고 안정적인 발열 특성을 제공할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 발열 스티어링 휠의 불량 감소는 스티어링 휠의 림부와 스포크 연결 부분에서 발생하는 들뜸 또는 단차를 감소시킴으로써 실현될 수 있는데, 그 구체적 형태를 살펴보면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 스티어링 휠의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 8을 참조하면, 스티어링 휠(600)의 상기 도 1의 AA' 방향에 대한 단면 부분만 확대하여 나타낸 것으로, 스포크부(620)부와 림부(630)의 연결 부분에 발열체 원단(650) 및 외피재(640)가 동시에 삽입된 구조를 구현함으로써, 외피재(640)가 들뜨거나 단차를 발생시키는 문제를 해결할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스티어링 휠용 발열체 원단은 탄소섬유를 직접 평직하거나, 직물패드에 박음질함으로써, 기존 발열 패드 보다 두께를 감소시킬 수 있으며, 이로 인해 불량 발생률을 현저히 감소시킬 수 있다.
또한, 발열 스티어링 휠 제조 비용을 감소시키고, 그 발열 효율 또한 기존 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
10 : 스티어링 휠 11 : 합성수지
12 : 스포크 13 : 림
13b : 소경부 13a : 홈
14 : 가죽 15 : 발열 패드
100, 200, 530, 650 : 발열체 원단
110, 210, 540 : 탄소 섬유
120 : 직물패드
300, 400, 500, 600 : 발열 스티어링 휠
310, 410, 510 : 림
320, 420, 520 : 합성수지
330 : 스폰지 패드
340 : 열선
350, 450, 550 : 전원인가부
360, 460, 560 : 인조가죽
440 : 스프레이
620 : 스포크부
630 : 림부
640 : 외피재

Claims (9)

  1. 0.4 ~ 2.0mm 의 두께를 갖는 직물패드 표면 또는 내부에 0.4 ~ 5mm 의 간격으로 배열되는 탄소섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어링 휠용 발열체 원단.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직물패드는
    난연 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 스티어링 휠용 발열체 원단.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄소 섬유는
    상기 난연 섬유와 함께 평직된 것을 특징으로 하는 스티어링 휠용 발열체 원단.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 섬유는
    상기 직물패드 표면에 박음 처리된 것을 특징으로 하는 스티어링 휠용 발열체 원단.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발열체 원단은
    2개를 한 세트로 할 때, 상기 한 세트의 시간당 소모 전력량이 54 ~ 78W(12V, 4.5 ~ 6.5A)인 것을 특징으로 하는 스티어링 휠용 발열체 원단.
  6. 합성수지로 피복된 림(Rim)부;
    상기 림부의 일부분을 감싸며, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 형태의 발열체 원단;
    상기 발열체 원단과 연결되는 전원 인가부; 및
    상기 발열체 원단의 표면을 감싸는 외피재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 스티어링 휠.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 합성수지는
    폴리우레탄수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 스티어링 휠.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 발열체 원단 및 상기 외피재는
    상기 림부 및 스포크(Spoke)부를 연결하는 연결부위에 동시에 삽입된 것을 특징으로 하는 발열 스티어링 휠.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 외피재는
    인조가죽 또는 천연가죽을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 스티어링 휠.
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