KR20120075304A

KR20120075304A - 차량용 시트 구조

Info

Publication number: KR20120075304A
Application number: KR1020100137372A
Authority: KR
Inventors: 서민홍; 안강환; 이태오
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-06
Also published as: US20130187417A1; KR101220803B1; EP2658742A4; WO2012091431A2; WO2012091431A3; JP5784147B2; EP2658742B1; US9162595B2; JP2014501204A; EP2658742A2; CN103260944A; CN103260944B

Abstract

본 발명은 종래의 강철 구조와 동일한 성능을 제공하면서도 강철 구조에 비하여 경량화된 차량용 시트 구조를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이를 달성하기 위하여 시트 쿠션 프레임과 상기 시트 쿠션 프레임에 연결된 시트 백 프레임을 포함하는 차량용 시트 구조로서, 상기 시트 백 프레임과 상기 시트 쿠션 프레임을 구성하는 부품의 일부 혹은 전부는 압연 공정을 거쳐서 집합 조직을 가지는 마그네슘 판재로 성형된 차량용 시트 구조를 제공한다.

Description

차량용 시트 구조{Seat Structure For Vehicle}

본 발명은 마그네슘 판재로 성형한 부품을 포함하는 차량용 시트 구조에 대한 것으로, 보다 자세하게는 강철로 성형된 차량용 시트 구조와 동일한 성능을 제공하면서도, 차량의 경량화 및 내진동성이 뛰어난 마그네슘 판재로 성형한 부품을 포함하는 차량용 시트 구조에 대한 것이다.

일반적으로 차량용 시트는 운전자의 편의를 위해 장치되는 다양한 부속들이 프레임의 변화 없이 선택적으로 장착될 수 있도록 표준 형식을 가지며 법규에 구속된 안전기준에 만족하는 충분한 강도를 보유하여야 한다. 또한, 차량용 시트는 운전자가 승차하는 부품으로, 운전자의 승차감과 직결되는 구성이다.

종래의 자동차용 좌석 시트(1)는 도 1 와 같이 강철 판재를 상온에서 성형 가공한 단위 부품을 용접으로 조립하였으나, 차량의 경량화를 위하여 시트를 강철에 비하여 밀도가 1/5 수준에 불과한 마그네슘을 다이캐스팅하여 볼트 등으로 조립하여 시트 프레임(2)으로 제조하는 기술이 개발되어 왔다(도 2 참고). 참고로, 강철 밀도는 7.8g/cm³정도이며, 마그네슘의 밀도는 1.74g/cm³정도이다.

하지만, 차량의 시트에서는 요구되는 안정 강도가 있으며, 시트는 이 강도를 만족시키도록 설계하여야 한다. 다이캐스팅 부품의 경우 전단 파괴에 취약한 마그네슘 자체의 물성과 더불어 산화물과 같은 불순물이나 기공 등 주조 제품 내부의 결함에 의해 강도가 매우 낮기 때문에 부품 간 연결부분이 통상적인 강철재질 부품보다 5배 이상 두껍게 설계되고 있다.

그 결과, 밀도가 강철의 1/5 수준에 불구함에도 마그네슘 다이캐스팅으로 제조된 시트 프레임은 동일한 성능의 강철재질 프레임과 비교하여 약 2kg 미만의 중량 감소 효과만을 나타내 통상적으로 10% 미만에 불과한 경량화 수준을 나타낸다는 한계가 있다.

또한, 과속방지턱 등을 통과하거나 불규칙한 노면을 주행할 때 발생되는 강한 충격은 쿠션 프레임을 상하 방향으로 진동시키거나 시트 백 프레임을 전후 방향으로 진동시키고 이때 과도한 진동이 장시간 발생되면 내구성이 나쁘며, 그 품질 역시 일정하지 않은 마그네슘 다이캐스팅 부품의 경우 크랙이 조기에 발생될 수 있어 이러한 점을 보상하기 위하여 충분한 두께를 보유하여야 한다.

한편, 자동차의 주행 중 발생된 진동은 시트 프레임을 통해 운전자에게 전달되며 장시간 운행시 신체적인 피로의 누적으로 운전자의 집중력이 떨어져 안전 운행에 방해 요소가 되며, 진동이 심하면 안락한 편의성과 안정감이 나빠지므로 고급스러운 기능을 요구하는 소비자 조건을 만족할 수 없어 상품으로의 가치가 훼손된다.

통상적으로 적용되는 강철 재질의 시트 프레임은 견고한 구조를 가져 안전성이 높으나 매우 높은 스프링 계수로 인해 외부 충격에 의한 진동이 쉽게 전달되고 진동 감쇄능이 떨어지며, 진동 감쇄능을 올리기 위하여 부품을 부착하는 경우에는 시트 무게가 증대된다는 문제점이 있다.

본 발명은 마그네슘 판재를 성형하여 차량용 시트 부품을 제작하여 위와 같은 마그네슘 다이케스팅으로 제작된 시트의 한계를 극복하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 종래의 강철 구조와 동일한 성능을 제공하면서도 강철 구조에 비하여 경량화된 차량용 시트 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은 차량의 진행에서 발생되는 진동을 빠르게 흡수하여 사용자에게 편안함을 제공함과 동시에, 차량 출동시도 과도하게 변형되지 않아서 사용자를 보호하는 것이 가능한 차량용 시트 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가, 본 발명은 마그네슘 판재로 성형된 부품을 차량용 시트에 적용하기 위한 구조, 특히, 마그네슘 판재로 성형된 부품 혹은 이에 연결된 부품에 충격에너지를 변형 에너지로 흡수하거나 충격에너지를 분산하는 충격 조절부 구비하여 시트 안정도를 확보하면서 차량용 시트의 경량화시킴으로써, 차량의 연비개선을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 위와 같은 과제를 달성하기 위하여 다음과 같은 차량용 시트 구조를 제공한다.

본 발명은 시트 쿠션 프레임; 및 상기 시트 쿠션 프레임에 연결된 시트 백 프레임을 포함하는 차량용 시트 구조로서, 상기 시트 백 프레임과 상기 시트 쿠션 프레임을 구성하는 부품 중 적어도 하나는 마그네슘 판재로 성형된 차량용 시트 구조를 제공한다.

이때, 상기 시트 쿠션 프레임은 시트 쿠션 브라켓과 시트 쿠션 패널을 포함하며, 상기 시트 쿠션 프레임의 상기 시트 쿠션 브라켓이 마그네슘 판재로 성형되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 시트 쿠션 브라켓이 2.0 ~ 4.0㎜ 의 두께를 가지는 것이다.

또, 본 발명에서, 상기 시트 백 프레임은 시트 백 사이드 프레임과 시트 백 맴버를 포함하며, 상기 시트 백 사이드 프레임이 마그네슘 판재로 성형될 수 있다. 이때, 상기 시트 백 사이드 프레임은 1.5 ~ 2.5㎜ 의 두께를 가진다.

또한, 본 발명에서 상기 시트 백 프레임은 시트 백 사이드 프레임과 시트 백 맴버를 포함하며, 상기 시트 백 맴버는 마그네슘 판재로 성형될 수 있다. 이 때, 상기 시트 백 맴버는 상부 시트 백 맴버, 중간 시트 백 맴버, 하부 시트 백 맴버로 구성되며, 상기 상부 시트 백 맴버 및 하부 시트 백 맴버는 0.8~1.2㎜의 두께를 가지며, 상기 중간 시트 백 맴버는 0.8~1.0㎜의 두께를 가질 수 있다.

나아가, 본 발명에서, 상기 시트 쿠션 프레임은 시트 쿠션 브라켓과 시트 쿠션 패널을 포함하며, 상기 시트 쿠션 프레임의 상기 시트 쿠션 패널이 마그네슘 판재로 성형될 수 있다. 이때, 상기 시트 쿠션 패널은 1.0~1.4㎜의 두께를 가질 수 있다.

또한, 마그네슘 판재로 성형된 부품은 하중 방향과 평행한 복수 개의 요철부를 포함하며, 상기 시트 백 사이드 프레임의 요철부는 상기 시트 백 사이드 프레임의 길이 방향을 따라서 연속적으로 배열될 수 있다.

또, 마그네슘 판재로 성형된 부품은 결합 시 중공을 가지는 크람 쉘 형상을 가지는 2 이상의 부품으로 구성될 수 있다.

이때, 상기 결합 시 중공을 가지는 크람 쉘 형상을 가지는 2 이상의 부품은 시트 백 프레임의 시트 백 사이드 프레임을 구성하며, 결합 시 중공을 가지는 크람 쉘 형상을 가지는 2 이상의 부품은 각각 0.8 ~ 1.2㎜의 두께를 가질 수 있다.

본 발명은 시트 각을 조절하도록 상기 시트 쿠션 프레임과 상기 시트 백 사이드 프레임에 연결되는 리클라이너를 포함하며, 상기 시트 백 사이드 프레임은 상기 리클라이너의 노브가 삽입되는 관통홀이 형성된 연결부를 포함하며, 상기 시트 백 사이드 프레임의 두께(t)는 아래의 식을 만족할 수 있다.

(L₁: 관통홀과 관통홀 사이의 거리, L: 시트 백 사이드 프레임의 길이, F: 시트 백 사이드 프레임에 작용하는 힘)

다르게는, 본 발명은 시트 각을 조절하도록 상기 시트 쿠션 프레임과 상기 시트 백 사이드 프레임에 연결되는 리클라이너를 포함하며, 상기 리클라이너와 연결되는 상기 시트 백 사이드 프레임에는 내부에는 내측 리클라이너 브라켓이 밀착하여 배치되며, 상기 내측 리클라이너 브라켓은, 리클라이너와 연결되는 본체부와 상기 시트 백 사이드 프레임 상측으로 연장된 연장면을 가지며, 상기 내측 리클라이너 브라켓의 본체부는 상기 리클라이너에, 상기 연장면은 상기 시트 백 사이드 프레임에 각각 연결되어, 시트 백 사이드 프레임에 전달되는 충격 에너지를 분산할 수 있다.

이때, 상기 연장면의 길이는 상기 시트 백 사이드 프레임의 장축의 1/3 이하인 것이 바람직하다.

또 다르게는, 본 발명은 시트 각을 조절하도록 상기 시트 쿠션 프레임과 상기 시트 백 사이드 프레임에 연결되는 리클라이너를 포함하며, 상기 리클라이너는 시트 쿠션 프레임과 외측 리클라이너 브라켓을 통하여 연결되며, 상기 외측 리클라이너 브라켓은 충돌 시 인장력을 받는 제 1 가장자리부와 충돌시 압축력을 받는 제 2 가장자리부 각각에 변형조절부가 형성되어 충격 에너지를 변형 에너지로 흡수할 수 있다.

이때, 상기 외측 리클라이너 브라켓의 변형조절부는 돌출부 혹은 오목부일 수 있으며, 상기 제 1 가장자리부의 변형조절부의 크기가 상기 제 2 가장자리부의 변형조절부의 크기보다 큰 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기 시트 쿠션 사이드 프레임에는 인장응력 흡수 부재가 부착될 수 있으며, 상기 인장응력 흡수 부재는 인장 판, 인장 봉 혹은 인장 와이어일 수 있다.

나아가, 본 발명은 제 2 전역 공진 주파수가 50 Hz 이상일 수 있다.

본 발명은 위와 같은 구성을 통하여, 종래의 마그네슘 다이케스팅으로 제작된 시트의 한계를 극복하는 마그네슘 판재로 성형된 부품을 포함하는 차량용 시트 구조를 제공한다.

또한, 본 발명은 종래의 강철 구조와 동일한 성능을 제공하면서도 강철 구조에 비하여 경량화된 차량용 시트 구조를 제공한다.

또, 본 발명은 차량의 진행에서 발생되는 진동을 빠르게 흡수하여 사용자에게 편안함을 제공함과 동시에, 차량 출동시도 변행되지 않아서 사용자를 보호하는 것이 가능한 차량용 시트 구조를 제공한다.

나아가, 본 발명은 마그네슘 판재로 성형된 부품을 차량용 시트에 적용하기 위한 구조, 특히, 마그네슘 판재로 성형된 부품 혹은 이에 연결된 부품에 충격에너지를 변형 에너지로 흡수하거나 충격에너지를 분산하는 충격 조절부 구비하여 시트 안정도를 확보하면서 차량용 시트의 경량화시킴으로써, 차량의 연비개선을 가능하다.

도 1 은 종래의 강철 차량용 시트 구조의 사시도이다.
도 2 는 종래의 마그네슘 다이케스팅으로 형성된 차량용 시트 구조의 사시도이다.
도 3 은 본 발명의 마그네슘 판재로 성형된 부품을 포함하는 차량용 시트 구조의 사시도이다.
도 4a, 4b 는 본 발명의 마그네슘 판재로 성형된 시트 백 사이드 프레임의 사시도 및 저면 사시도이다.
도 4c 는 본 발명의 시트 백 사이드 프레임의 요철부의 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 마그네슘 판재로 성형된 시트 백 사이드 프레임 다른 실시예의 단면도이다.
도 6 에는 종래의 시트 백 사이드 프레임에 리클라이너가 연결된 리클라이너 연결부에서 크랙이 발생된 모습이 도시되어 있다.
도 7 은 본 발명의 시트 백 사이드 프레임의 리클라이너 연결부에 작용하는 힘을 도시한 개략도이다.
도 8 은 본 발명의 시트 백 사이드 프레임, 내측 리클라니어 브라켓이 연결된 모습의 사시도이다.
도 9 는 본 발명의 시트 쿠션 브라켓, 외측 리클라이너 브라켓이 연결된 사시도이다.
도 10 은 본 발명의 외측 리클라이너 브라켓의 사시도이다.
도 11 은 본 발명의 시트 쿠션 브라켓의 사시도이다.
도 12a, 12b 는 유럽 신차 평가 프로그램의 윕레쉬 조건에 따라서 실험했을 때, 본 발명에 따른 시트의 성능도이다.

통사적인 구조용 부품은 무겁고 강성이 높으면 진동이 심해지고 가볍고 유연해 내진동성이 높아지면 강성이 약해진다. 하지만, 차량용 시트 구조는 교통사고가 발생하였을 때, 운전자를 안전하게 보호하여야 하므로 강성도 높아야 하고 정삭적인 운행조건에서는 안락하고 편안한 자세를 보장하여야 하므로 내진동성도 높아야 한다.

종래의 기술에서 설명한 바와 같이. 마그네슘 다이케스팅으로 시트를 구성하는 시트 구조가 제안되었으나, 주조용 마그네슘의 낮은 강도와 주조된 부품의 내부 결함 및 주조 제품의 편차로 인하여 충분한 경량화 기능성 향상이 곤란하였다.

또, 종래의 강철 재질의 시트 구조는 충돌 에너지가 전달되면 변형 에너지로 충격량을 흡수하고 동시에 시트 레일과는 견고한 링크 부품으로 연결되어 과도한 변형이 발생되지 않도록 지지하는 방식이다. 그런데, 주조용 마그네슘은 결정 구조가 HCP(Hexagonal Closed Packed) 이어서 상온에서는 변형이 아주 어려우며, 전단 변형에 취약한 물성을 나타낸다.

하지만, 마그네슘 판재의 경우, 제조과정에서 압연을 거치면서, 조직이 집합 조직을 가지게 되어서, 주조용 마그네슘과는 달리 균일한 성능 및 더 높은 인장강도, 변형률을 가진다(표 1 참고).

모델	인장강도(MPa)	변형률	전단파괴강도(MPa)
주조용 마그네슘	150~180	10%미만	140MPa 미만
마그네슘 판재	230~300	18%이상	190MPa 이상

따라서, 마그네슘 판재를 성형하여 제조된 부품으로 차량용 시트를 제작하는 경우에, 주조용 마그네슘과 같이 내부 결함이나 제품의 편자가 없어서 얇은 두께로 설계가 가능하다. 또한, 마그네슘 판재가 가지는 성질, 즉, 조직이 집합 조직이어서, 두께 방향으로는 변형이 발생하지 않는 점을 고려하여 차량용 시트를 구성한다며, 종래의 마그네슘 다이케스팅으로 제조하는 차량용 시트보다 경량화가 가능하다.

다만, 본 발명에서는 마그네슘 판재 역시 변형률이 제한되어 있으며, 그 정도는 강철에 비하여 작다. 따라서, 큰 충격이 왔을 때, 충격을 흡수 혹은 전단파괴 강도 이하로 분산시켜는 충격 조절부를 구비하여, 마그네슘 판재를 보완하는 구조를 제공하며, 그에 따라서, 본 발명은 강철 구조의 시트 프레임과 동일한 성능을 제공하면서도 경량화된 차량용 시트 구조를 제공한다.

이러한 충격 조절부로, 본 발명에서는 시트 백 사이드 프레임의 요철구조, 내측 리클라이너 브라켓의 연장면, 외측 리클라이너 브라켓의 변형 조절부, 시트 쿠션 브라켓의 인장응력 흡수 부재를 제공한다.

또한, 차량용 시트 구조가 마그네슘 판재를 사용하여 경량화되며, 제 2 전역 공진 주파수가 50Hz 이상인 차량용 시트 구조를 제공할 수 있다. 제 2 전역 공진 주파수는 시트 무게에 반비례하며(동강성 ∝ √(k/m))하므로, 마그네슘 판재를 사용하는 경우에, 제 2 전역 공진 주파수가 증대될 수 있다.

제 2 전역 공진 주파수의 경우 차량용 시트 백의 진동에 관련된 것으로 이 값이 낮은 경우에, 차량 시트 백의 떨림이 커져서 사용자에게 안락한 환경을 제공할 수 없으나, 50Hz 이상인 경우에 진동으로 인한 시트 백의 떨림은 거의 없어서, 사용자가 주행중 진동으로 인한 불편함을 느끼지 않게 된다. 참고로, 차량용 시트는 30Hz 이상의 제 2 전역 공진 주파수를 가져야 한다.

특히, 시트 백 프레임의 경우 외팔보와 같이 리클라이너에 의해서 일단부만이 지지되는 구성이어서, 충돌시 연결부에 파괴가 발생하기 쉬운 부분이다. 따라서, 이하에서는 마그네슘 판재로 성형된 시트 백 프레임과 시트 쿠션 프레임 및 리클라이너의 연결구조 및 각 프레임의 구성에 대하여 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3 에는 본 발명의 차량용 시트 구조가 도시되어 있다. 도 3 에서 보이듯이, 차량용 시트 구조는 한 쌍의 시트 백 사이드 프레임(101)과 이들을 연결하는 시트 백 맴버(102)로 시트 백 프레임(100)이 구성되며, 시트 쿠션 브라켓(201)과 시트 쿠션 패널(202)로 시트 쿠션 프레임(200)이 구성된다. 이때, 시트 백 맴버(102)는 하부 시트 백 맴버(102a), 중간 시트 백 맴버(102b), 하부 시트 백 맴버(102c)로 이루어진다.

시트 백 프레임(100)과 시트 쿠션 프레임(200) 사이에는 리클라이너(300)가 배치되어 시트 백 프레임(100)이 앞뒤로 회전될 수 있게 하며, 시트 쿠션 프레임(200) 하부에는 펌핑 구조(410)및 활주 구조(420)가 배치되는 차량 지지부(400)가 연결된다.

시트 백 프레임(100)의 시트 백 사이드 프레임(101)과 리클라이너(300)가 연결되는 리클라이너 연결부(105)에는 내측 리클라이너 브라켓(150)이 배치되며, 시트 쿠션 브라켓(201)과 리클라이너(300)는 외측 리클라이너 브라켓(160)를 통하여 연결되며, 시트 쿠션 브라켓(201)은 시트 쿠션 패널(202)와 연결된다.

본 발명에서, 하부 시트 백 맴버(102a), 중간 시트 백 맴버(102b), 하부 시트 백 맴버(102c), 시트 백 사이드 프레임(101), 시트 쿠션 브라켓(201), 시트 쿠션 패널(202)은 마그네슘 판재를 성형하여 형성하였다.

이때, 하부 시트 백 맴버(102a)의 두께는 0.8~1.2㎜ 의 범위, 중간 시트 백 맴버(102b)의 두께는 0.8~1.0㎜의 범위, 상부 시트 백 맴버(102c)의 두께는 0.8~1.2㎜의 범위 내로 형성되는 것이 바람직한데, 이 두께 범위 내에서, 시트 백 맴버(102)는 충격 시 시트의 변형을 제한하여 탑승자를 보호할 수 있으면서도 차량용 시트 구조의 경량화 달성이 가능하다.

또한, 시트 쿠션 패널(202)의 두께는 1.0~1.4㎜의 범위 내로 형성되는 것이 바람직한데, 이 두께 범위 내에서 시트 쿠션 패널(202)는 충격으로 인한 변형으로부터 탑승자를 보호할 수 있으면서도, 차량용 시트 구조의 경량화 달성이 가능하다.

도 4a, 4b 에는 본 발명에 따른 시트 백 사이드 프레임(101)의 사시도가 도시되어 있다.

도 4a, 4b 에 도시된 시트 백 사이드 프레임(101)은 단일의 마그네슘 판재로 성형하여 형성되며, 소정의 폭을 가지며 시트의 상하방향으로 연장된 바디부(106)를 중심으로 양측, 상하부가 절곡형성 된다.시트의 바디부(106)에는 충돌시 하중이 작용하는 하중 방향, 즉, 수평 방향으로 평행하게 형성된 요철부(110)가 길이 방향을 따라서 복수 개가 나란히 형성된다.

바디부(106)의 하단에는 리클라이너(300)와 연결되는 리클라이너 연결부(105)가 위치한다. 리클라이너 연결부(105)는 리클라이너(300)의 샤프트(301)가 관통되고, 리클라이너(300)를 고정하기 위한 노브(302)가 삽입되기 위한 관통홀(104)이 복수 개 형성된다. 또한, 필요에 따라서, 부속 부품을 부착하기 위한 관통홀이 추가로 형성될 수 있다.

또한, 리클라이너 연결부(105) 상부에는 내측 리클라이너 브라켓(150)이 결합되기 위한 결합구멍(120)이 형성되어 있다.

도 4c 에는 상술한 요철부(110)의 다양한 단면형상이 도시되어 있다. 도 4c 에서 보이듯이, 요철부(110)는 사각, 마름모, 형이나, 원형/타원형 혹은 삼각형 요철을 가질 수 있으며, 이는 설계요구사항에 따라서 달라질 수 있다.

또한, 본 발명의 시트 백 사이드 프레임(101)의 경우 소정의 폭을 가지며, 그 폭에 하중방향으로 평행하게 형성된 요철부(110)가 길이 방향으로 복수개 배치되기 때문에, 하중에 의한 좌굴에 대한 저항이 크다. 즉, 요철부(110)로 인하여 하중 방향에 대한 단면 면적이 증대되어, 하중 방향으로 큰 힘이 오더라도 본 발명의 시트 백 사이드 프레임(101)의 경우 저항하는 것이 가능하다.

도 5 에는 본 발명의 시트 백 사이드 프레임(101)의 다른 실시예가 도시되어 있다.

도 5 에서는 시트 백 사이드 프레임(101)이 2개의 부품(101a, 101b)으로 이루어지며, 두 부품(101a, 101b)이 결합되어 크람 쉘(cram shell) 형상의 중공부를 포함하는 시트 백 사이드 프레임(101)이 형성된다. 이 때, 시트 백 사이드 프레임(101) 각각의 부품은 하중방향으로 평행하게 형성된 요철부(110)가 길이 방향으로 복수 개 배치될 수 있으며, 그에 따라서, 하중에 대한 저항은 보다 증대될 수 있다.

이와 같이 크람 쉘 형상으로 시트 백 사이드 프레임(101)이 형성되는 경우, 도 4 의 시트 백 사이드 프레임(101)에 비하여 각 판재로 하중이 분산되는 결과를 얻을 수 있어서, 좌굴이 발생하지 않는다.

한편, 도 6 에는 종래의 구조에서 시트 백 사이드 프레임(11)과 리클라이너(30)의 연결을 보이고 있으며, 충격으로 인하여 시트 백 사이드 프레임(11)에 균열(C)이 발생한 모습이 도시되어 있다.

이와 같이, 시트 백 사이드 프레임(11)은 외팔보와 같이 리클라이너(30)와의 연결로만 지지되기 때문에, 충격이 리클라이너(30)의 노브(32)가 관통하는 리클라이너 연결부(15)의 관통홀(14)과 관통홀(14) 사이에 집중된다. 강철 재질의 경우에는 변형을 통하여 원형 관통홀(14)이 타원형으로 변형되면서 충격량을 흡수하나, 변형이 어려운 마그네슘합급의 경우에는 충격량을 흡수하지 못하여 균열(C)이 발생한다.

따라서, 노브(302)가 삽입되는 관통홀(104)과 관통홀(104)사이의 마그네슘 판재에서 균열이 발생되지 않게 하기 위해서는 관통홀(104)과 관통홀(104) 사이의 마그네슘 판재가 균열(C)이 발생하지 않을 최소한의 두께(t)가 필요하다.

마그네슘 판재의 경우 전단파괴강도가 190MPa 이상이므로 관통홀(104)의 한점(A)과 하중이 작용하는 방향으로 연장선을 그었을 때 이웃하는 관통홀(104)과 만나는 다른 한점(B) 사이에서 발생되는 전단응력이 임계전단응력을 넘어서는 안된다.

따라서, 마그네슘 판재의 두께(t)는 관통홀(104)과 관통홀(104) 사이의 전단 응력인 190MPa 과의 관계에 따라서 되도록 다음의 식(1)에 따라서 두께가 정해져야 한다.

... 식(1)

여기서, L1 은 관통홀(104)과 관통홀(104) 사이의 거리를 의미하며, L 은 시트 백 사이드 프레임의 길이를 의미하고, F는 작용하는 힘, 즉 설계시 고려되어야할 힘을 의미하며, t는 마그네슘 판재의 두께를 의미한다(도 7 참고).

그에 따라서, 도 4 의 시트 백 사이드 프레임(101)은 두께 1.5 ㎜ 이상이 바람직한데, 시트 백 사이드 프레임(101)이 두께 1.5㎜ 미만인 경우에, 차량 충돌등 충격이 발생하였을 때, 시트 백 사이드 프레임(101)이 좌굴되어 사용자가 위험할 수 있다. 다만, 시트 백 사이드 프레임(101)은 두께 2.5㎜ 초과하는 경우 차량 시트 무게가 증대되므로, 2.5㎜ 이하로 성형되는 것이 바람직하다.

또한, 도 5 와 같이 시트 백 사이드 프레임(101)이 마그네슘 판재가 중공부를 가지는 크람 쉘 형상으로 성형되는 경우에, 각각 부품(101a, 101b)의 두께는 0.8 ㎜ 이상인 것이 바람직한데, 부품(101a, 101b)이 두께 0.8㎜ 미만인 경우에, 차량 충돌등 충격이 발생하였을 때, 시트 백 사이드 프레임(101)이 좌굴되어 사용자가 위험할 수 있다. 다만, 시트 백 사이드 프레임(101)의 부품(101a, 101b)이 두께 1.2㎜ 초과하는 경우 차량 시트 무게가 증대되므로, 1.2㎜ 이하의 판재로 성형되는 것이 바람직하다.

내측 리클라이너 브라켓(150)이 장착된 모습이 도 8 에 도시되어 있다. 본 발명의 마그네슘 판재로 성형된 부품을 포함하는 시트 구조에서는 시트 백 사이드 프레임(101)로 전달되는 충격량을 분산하도록 시트 백 사이드 프레임(101)의 리클라이너 연결부(105) 내측에 리클라이너(300)의 노브(302)에 연결되는 내측 리클라이너 브라켓(150)을 포함한다. 내측 리클라이너 브라켓(150)의 경우, 강철 혹은 마그네슘 판재로 성형될 수 있다.

이러한 도 8 에서 보이듯이, 내측 리클라이너 브라켓(150)은 리클라이너의 노브(302)가 관통하여 용접 혹은 결합되는 관통홀(152)이 형성된 본체부(151)와 상기 본체부(151)로부터 상기 시트 백 사이드 프레임(101)의 내면에 밀착하며 상기 시트 백 사이드 프레임(101)의 길이방향으로 연장되는 연장면(155)을 포함하며, 연장면(155) 가장자리 측에는 시트 백 사이드 브라켓(101)과 연결되기 위한 관통홀(156)이 형성된다.

연장면(155) 가장자리 측에 형성된 결합구멍(156)과 시트 백 사이드 브라켓(101)에 형성된 결합구멍(120)을 통하여 결합부재, 예를 들면, 볼트 및 너트가 관통 체결된다.

즉, 내측 리클라이너 브라켓(150)은 본체부(151)에서는 관통홀(152)을 통하여 리클라이너(300)의 노브(302)와 연결되며, 연장면(155)에서는 결합구멍(156)을 통하여 시트 백 사이드 프레임(101)과 연결된다. 따라서, 내측 리클라이너 브라켓(150)은 시트 백 사이드 프레임(101)의 리클라이너 연결부(105)의 관통홀(104)에 집중되는 하중을 연장면(155)에서 결합구멍(156)으로 분산한다.

시트 백 프레임(100) 상부에 가해진 힘은 리클라이너 연결부(105)를 중심으로 하는 회전 모멘트를 발생시키는데, 이러한 모멘트는 힘과 거리에 비례하므로, 중심으로부터 시트 백 프레임 상부로 갈수록 중심으로부터의 거리가 멀어지므로 시트 백 프레임에 작용하는 힘은 감소된다. 따라서, 내측 리클라이너 브라켓(150)을 통하여 중심에 작용하는 모멘트를 내측 리클라이너 브라켓(150)의 연장면(155)의 결합구멍(156) 형성위치로 분산시키는 경우에, 충격으로 인하여 시트 백 사이드 프레임(101)에 작용하는 힘은 줄어들 수 있다.

또한, 내측 리클라이너 브라켓(150)은 시트 백 사이드 프레임(101)의 내면에 밀착하며, 따라서, 시트 백 사이드 프레임(101)의 단면을 증대시키는 역할도 수행한다. 특히, 충격으로 인한 시트 백 사이드 프레임(101)의 굽힘은 리클라이너 연결부(105)의 중심으로부터 통상 시트 백 사이드 프레임(101) 길이의 1/3 이하 지점에서 발생하므로, 내측 리클라이너 브라켓(150)의 연장면(155) 역시 시트 백 사이드 프레임(101) 길이의 1/3 이하 지점까지만 형성되는 것이 바람직하다.

도 9 에는 본 발명의 시트 백 사이드 프레임(101)과 리클라이너(300)이 외측 리클라이너 브라켓(160)을 통하여 시트 쿠션 브라켓(201)에 연결되는 모습이 도시되어 있으며, 도 10 에는 외측 리클라이너 브라켓(160)의 사시도가 도시되어 있다.

도 9 및 10 에서 보이듯이, 외측 리클라이너 브라켓(160)은 리클라이너(300)의 노브(302)가 관통하는 관통홀(162)이 중앙부에 형성되며, 시트 전면을 향하는 가장자리부(164)와 시트 후면을 향하는 가장자리부(165)에는 변형조정부(166, 167)가 구비되어 있다. 이러한 외측 리클라이너 브라켓(160)을 변형이 가능한 강철 재질로 형성된다.

차량에 사고가 발생하였을 때, 과도한 충격이 온 경우에, 부품의 파손을 막기 위해서는 변형 에너지로 충격 에너지를 흡수하여야 한다. 하지만, 상술한 바와 같이, 마그네슘 판재의 경우 변형률이 주조용 마그네슘보다 크기는 하지만, 강철에 비하면 작아서, 충격을 변형 에너지로 흡수하기에는 부적합하다. 그에 강철 재질의 외측 리클라이너 브라켓(160)에서 충격 에너지를 변형 에너지로 흡수한다면, 시트 백 프레임(100)에서 변형되지 않는다고 하더라도 문제가 없으며, 따라서, 마그네슘 판재를 성형하여 시트 백 프레임 혹은 시트 쿠션 프레임을 형성하는 본 발명에서는 충격 에너지를 변형 에너지로 흡수하는 외측 리클라이너 브라켓(160)을 구비한다.

차량이 정면 충돌하여 시트 전면에 충격이 가해지는 경우 외측 리클라이너 브라켓(160)의 시트 전면을 향하는 가장자리부(164)는 인장력을 받게 되며, 시트 후면을 향하는 가장자리부(165)는 압축력을 받게 되며, 해당 인장력 또는 압축력에 변형이 발생할 수 있는 변형조절부(166, 167)가 가장자리부(164)에 형성된다.

변형조절부(166, 167)는 회전 중심인 리클라이너 샤프트(301)를 중심으로 전방 및 후방에 배치되며, 전방의 변형조절부(166)는 인장력에 따라서 펴질 수 있도록 원뿔형 혹은 반원형 돌출부로 형성되며, 충격이 가해지는 경우에 돌출부는 펴지게 된다. 완전히 펴지는 경우에는 모서리 전체로 인장력이 걸리게 되며, 완전히 펴진 후에는 변형을 막는 지지부로서 작용할 수 있다.

후방의 변형조절부(167)의 경우 압축력을 받으므로, 압축력에 의해 변형될 수 있도록 원뿔형 혹은 반원형 돌출부로 형성된다. 변형조절부(167)에 압축력이 가해지는 경우 변형조절부는 돌출부를 중심으로 모여져, 변형 수용 공간을 제공한다. 돌출부의 양끝(167a, 167b)이 닿아 변형이 완료된 경우, 압축력은 돌출부의 양단(167a, 167b)을 타고 걸리게 되므로 더 이상의 변형을 막는 지지부로서 작용할 수 있다.

후방 변형조절부(167) 및 전방 변형조절부(166)의 크기는 중심부로터의 거리 및 변형 에너지로 충격 에너지를 흡수하려는 양에 따라서 달라질 수 있으나, 전방 변형조절부(166)는 펴지는 것이어서, 과도한 인장력이 작용하는 경우에 찢어져 지지를 못하게 되나, 후방 변형조절부(167)의 경우 모이는 것이어서 변형이 심하더라도 충격 에너지를 변형 에너지로 흡수하는 것이 가능하다.

따라서, 전방 변형조절부(166)의 크기를 후방 변형조절부(167)의 크기보다 크게하여, 전방 변형조절부(166) 및 후방 변형조절부(167)의 변형 에너지로 충격 에너지를 흡수하다가 후방 변형조절부(167)가 먼저 맞닿게 하는 것이 충격 에너지를 변형 에너지로 흡수하는 데 바람직하다.

또한, 변형이 너무 큰 것도 운전자에게 위험할 수 있으므로, 반원형으로 형성되는 전방 변형조절부(166)의 직경은 리클라이너(300)의 중심부로부터 가장자리부(165)까지의 거리(R)에 따라서 조절되는 것이 바람직하며, 예를 들면, 유럽 신차 평가 프로그램의 조건을 만족시키기 위한 전방 변형조절부(166)의 직경은 가장자리부(165)까지의 거리(R)의 0.52배 미만인 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 외측 리클라이너 브라켓(160)은 굽힘 혹은 펴짐에 의한 변형으로 충격에너지를 낮추며, 그에 따라서, 리클라이너(300)와 시트 백 프레임(100), 구체적으로는 시트 백 사이드 프레임(101)의 리클라이너 연결부(105)에 작용하는 응력 집중 정도를 낮출 수 있다. 따라서, 리클라이너 연결부(105)에서 균열(C)의 발생이 억제될 수 있다.

도 11 에는 본 발명에 따라서 마그네슘 판재로 성형된 시트 쿠션 브라켓(201)의 사시도가 도시되어 있다. 시트 쿠션 브라켓(201)의 경우 외측 리클라이너 브라켓(160)에 연결되므로, 지지부(400)로부터 전달되는 충격 에너지를 외측 리클라이너 브라켓(160)에 전달한다. 따라서, 시트 쿠션 브라켓(201)은 파손되지 않아야 외측 리클라이너 브라켓(160)에 지지부(400)로부터의 충격 에너지를 전달하며, 그에 따라서, 외측 리클라이너 브라켓(160)이 충격 에너지를 변형 에너지로 흡수할 수 있다.

본 발명에서 시트 쿠션 브라켓(201)은 시트 백 사이드 프레임보다 두꺼운 2.0 ~ 4.0㎜ 사이 두께를 가지는 것이 바람직한데, 이 범위 내에서 변형이 억제되면서도, 경량화 달성이 가능하다.

도 11 에서 보이듯이, 시트 쿠션 브라켓(201)의 외면 혹은 내면에는 인장 응력 흡수 부재(202a, 202b), 예를 들면 선재(202a), 판재(202b) 또는 파이프를 부착하여 보강하여 충격 에너지로 인한 파손을 방지하는 것이 바람직하다.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라서 마그네슘 판재으로 시트 백 프레임 혹은 시트 쿠션 프레임을 성형하는 경우에, 마그네슘 판재는 변형이 일어나는 경우 파단으로 이어지므로, 내측 및 외측 리클라이너 브라켓을 통하여, 충격 에너지를 변형 에너지로 흡수 혹은 분산 시켜서 마그네슘 판재의 경량성과 강성을 활용한 차량용 시트 구조를 제공한다.

본 발명에 따른 차량용 시트의 성능표가 [표 2] 및 도 12a, 12b 에 나타나 있다.

모델	시트백 변형 각	최대 변형량	무게	제2 전역 공진 주파수
요구사항	<32	파괴 없음	-	-
강철 시트	18.7	10%	15-20kg	35Hz
본 발명에 따른 시트	21.3	12.6%	9-10kg	51Hz

위 표에서 시트백 변형 각 및 최대 변형량은 유럽 신차 평가 프로그램의 윕레쉬 조건(EuroNCAP Whiplash Conditions)에 따라서 실험한 것으로 요구사항은 상기 조건을 만족하는 범위를 의미하는 것이며, 강철 시트는 도 1a 에 도시된 종래의 강철재 시트를 의미하며, 본 발명에 따른 시트는 도 3 에 도시된 시트를 의미한다. 또한, 최대 변형량은 시트 백 프레임에서 리클라이너가 연결되는 부분의 최대 변형량을 의미한다.

[표 2] 에서 보이듯이, 본 발명에 따른 시트는 시트 백의 변형각 및 리클라이너 연결부의 최대 변형량이 유럽 신차 평가 프로그램에서 규정하는 범위내에 속하는 것을 알 수 있다.

또한, 표 2 에서 보이듯이 강철 시트의 경우에 15 ~ 20kg 의 무게를 가지나, 본 발명에 따른 시트의 경우 9~10 kg 에 불과하여 종래의 강철 시트 대비 절반정도에 불과하며, 이는 종래의 마그네슘 다이케스팅의 무게가 강철 시트의 90%에 육박하였다는 점을 고려할 때, 상당한 경량화 효과를 도출하는 것임을 알 수 있다.

또한, 제 2 전역 공진 주파수의 경우에도 강철 시트의 경우 35Hz 수준에 불과하나 본 발명의 시트의 경우에 51Hz 인 것을 확인할 수 있다. 특히 제 2 전역 공진 주파수의 경우 차량의 진동에 의해서 시트 백 프레임이 공진할 수 있는 지와 관련된 것으로 제 2 전역 공진 주파수가 낮은 경우에는 주행의 진동에 시트 백이 공진하여 운전자에게 불쾌감을 줄 수 있으나, 본 발명과 같이 제 2 전역 공진 주파수가 높은 경우에 시트 백 프레임이 공진하지 않아서, 차량의 진동으로 인하여 시트 백이 요동치지 않으며 따라서 사용자에게 양질의 승차감을 제공하는 것이 가능하다.

본 발명에서는 시트 백 사이드 프레임(101)과 시트 백 맴버(102)가 별도의 부품으로 제조 및 결합되어 시트 백 프레임(100)을 구성하도록 하였으나, 단일 부품으로 성형하거나, 이외에 다른 부품을 추가하여 시트 백 프레임(100)을 구성할 수도 있다.

또한, 강철로 형성될 수 있는 내측 및 외측 리클라이너 브라켓(150, 160)의 경우에 TWIP강과 같은 고강도강(AHSS)으로 형성하는 것이 충격에너지를 흡수하는데 유리하다.

100: 시트 백 프레임 101: 시트 백 사이드 프레임
102: 시트 백 멤버 104: 관통홀
105: 리클라이너 연결부 106: 바디부
110: 요철부 120: 결합구멍
150: 내측 리클라이너 브라켓 151: 본체부
152: 관통홀 155: 연장면
156: 결합구멍 160; 외측 리클라이너 브라켓
164, 165: 가장자리부 166, 167: 변형조절부
200: 시트 쿠션 프레임 201: 시트 쿠션 브라켓
202: 시트 쿠션 패널 300: 리클라이너
301: 샤프트 302: 노브
400: 지지부

Claims

시트 쿠션 프레임; 및 상기 시트 쿠션 프레임에 연결된 시트 백 프레임을 포함하는 차량용 시트 구조로서,
상기 시트 백 프레임과 상기 시트 쿠션 프레임을 구성하는 부품 중 적어도 하나는 마그네슘 판재로 성형된 차량용 시트 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 시트 쿠션 프레임은 시트 쿠션 브라켓과 시트 쿠션 패널을 포함하며,
상기 시트 쿠션 프레임의 상기 시트 쿠션 브라켓이 마그네슘 판재로 성형된 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 2 항에 있어서,
상기 시트 쿠션 브라켓은 2.0 ~ 4.0㎜ 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 시트 백 프레임은 시트 백 사이드 프레임과 시트 백 맴버를 포함하며,
상기 시트 백 사이드 프레임이 마그네슘 판재로 성형된 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 4 항에 있어서,
상기 시트 백 사이드 프레임은 1.5 ~ 2.5㎜ 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 시트 백 프레임은 시트 백 사이드 프레임과 시트 백 맴버를 포함하며,
상기 시트 백 맴버는 마그네슘 판재로 성형된 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 6 항에 있어서,
상기 시트 백 맴버는 상부 시트 백 맴버, 중간 시트 백 맴버, 하부 시트 백 맴버로 구성되며,
상기 상부 시트 백 맴버 및 하부 시트 백 맴버는 0.8~1.2㎜의 두께를 가지며,
상기 중간 시트 백 맴버는 0.8~1.0㎜의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 1 항에 있어서,
상기 시트 쿠션 프레임은 시트 쿠션 브라켓과 시트 쿠션 패널을 포함하며,
상기 시트 쿠션 프레임의 상기 시트 쿠션 패널이 마그네슘 판재로 성형된 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 8 항에 있어서,
상기 시트 쿠션 패널은 1.0~1.4㎜의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
마그네슘 판재로 성형된 부품은 하중 방향과 평행한 복수 개의 요철부를 포함하며,
상기 요철부는 상기 부품의 길이 방향을 따라서 연속적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
마그네슘 판재로 성형된 부품은 결합 시 중공을 가지는 크람 쉘 형상을 가지는 2 이상의 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 11 항에 있어서,
상기 결합 시 중공을 가지는 크람 쉘 형상을 가지는 2 이상의 부품은 시트 백 프레임의 시트 백 사이드 프레임을 구성하며,
상기 결합 시 중공을 가지는 크람 쉘 형상을 가지는 2 이상의 부품은 각각 0.8 ~ 1.2㎜의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 4 항에 있어서,
시트 각을 조절하도록 상기 시트 쿠션 프레임과 상기 시트 백 사이드 프레임에 연결되는 리클라이너를 포함하며,
상기 시트 백 사이드 프레임은 상기 리클라이너의 노브가 삽입되는 관통홀이 형성된 연결부를 포함하며,
상기 시트 백 사이드 프레임의 두께(t)는 아래의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.

(L₁: 관통홀과 관통홀 사이의 거리, L: 시트 백 사이드 프레임의 길이, F: 시트 백 사이드 프레임에 작용하는 힘)
제 4 항에 있어서,
시트 각을 조절하도록 상기 시트 쿠션 프레임과 상기 시트 백 사이드 프레임에 연결되는 리클라이너를 포함하며,
상기 리클라이너와 연결되는 상기 시트 백 사이드 프레임에는 내부에는 내측 리클라이너 브라켓이 밀착하여 배치되며,
상기 내측 리클라이너 브라켓은, 리클라이너와 연결되는 본체부와 상기 시트 백 사이드 프레임 상측으로 연장된 연장면을 가지며,
상기 내측 리클라이너 브라켓의 본체부는 상기 리클라이너에, 상기 연장면은 상기 시트 백 사이드 프레임에 각각 연결되어, 시트 백 프레임에 전달되는 충격 에너지를 분산하는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 14 항에 있어서,
상기 연장면의 길이는 상기 시트 백 사이드 프레임의 장축의 1/3 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 4 항에 있어서,
시트 각을 조절하도록 상기 시트 쿠션 프레임과 상기 시트 백 사이드 프레임에 연결되는 리클라이너를 포함하며,
상기 리클라이너는 시트 쿠션 프레임과 외측 리클라이너 브라켓을 통하여 연결되며,
상기 외측 리클라이너 브라켓은 충돌 시 인장력을 받는 제 1 가장자리부와 충돌시 압축력을 받는 제 2 가장자리부 각각에 변형조절부가 형성되어 충격 에너지를 변형 에너지로 흡수하는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 16 항에 있어서,
상기 외측 리클라이너 브라켓의 변형조절부는 돌출부 혹은 오목부인 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1 가장자리부의 변형조절부의 크기가 상기 제 2 가장자리부의 변형조절부의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 3 항에 있어서,
상기 시트 쿠션 사이드 프레임에는 인장응력 흡수 부재가 부착되는 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 19 항에 있어서,
상기 인장응력 흡수 부재는 인장 판, 인장 봉 혹은 인장 와이어인 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 전역 공진 주파수가 50 Hz 이상인 것을 특징으로 하는 차량용 시트 구조.