KR20150061479A - 자동차용 하이브리드 시트프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 하이브리드 시트프레임에 관한 것으로, 자동차의 시트프레임에 있어서, 유리섬유 재질의 메인프레임 및 상기 메인프레임에 결합되는 탄소섬유 재질의 보강프레임을 포함하여 수직 및 비틀림 강성을 확보할 수 있고, 중량절감을 통해 자동차의 연비도 개선할 수 있는 자동차용 하이브리드 시트프레임을 제공한다.

Description

자동차용 하이브리드 시트프레임{Hybrid seat frame for vehicle}

본 발명은 자동차용 하이브리드 시트프레임에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충분한 강성을 확보하면서 중량 절감이 가능한 자동차용 하이브리드 시트프레임에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에서 시트는 탑승자의 착석을 위한 부품으로 차체에 고정되는 시트프레임과, 시트프레임을 감싸는 커버로 구성된다.

그런데 종래에는 시트프레임이 스틸과 같은 금속재로 이루어짐으로써 차량의 전체적인 중량을 증가시키고, 그 결과 연비가 저하되는 문제점이 있었다. 이에 따라 현재 모든 완성차 및 관련 업체들은 저중량, 고강성 사양의 시트프레임 개발에 집중하고 있다.

구체적으로, 스틸 시트프레임 분야에서는 하이드로 포밍 등 다양한 성형공법을 적용하여 저중량, 고강성의 시트프레임 개발에 노력하고 있지만, 성능 대비 추가적인 가격 상승이 발생하는 문제점이 있다. 반면, 고분자 복합소재 시트프레임의 경우에는 비강도 및 비강성이 우수하기 때문에 경량화가 가능할 것으로 예상될 뿐 아니라 추가적인 가격 상승이 발생하지 않아 많은 관련 업체들이 개발에 참여하고 있는 상황이다.

그러나 현재까지 개발된 복합소재 시트프레임은 길이 기준 수직방향 하중에 대해서는 우수한 특성을 가지나, 비틀림 하중에 대해서는 매우 취약한 특성을 나타내는 문제점이 있다.

참고적으로, 본 발명의 배경이 되는 기술은 특허 제10-0321425호, 특허 제10-1013904호 등에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 비강성 및 비강도가 우수하고, 중량 절감이 가능하여 연비를 절감할 수 있을 뿐 아니라 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있는 자동차용 하이브리드 시트프레임을 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

본 발명은, 자동차의 시트프레임에 있어서, 유리섬유 재질의 메인프레임; 및 상기 메인프레임에 결합되는 탄소섬유 재질의 보강프레임;을 포함하는 자동차용 하이브리드 시트프레임을 제공한다.

이 경우, 상기 유리섬유는 폴라아마이드 기지재와 글래스 단섬유 강화재로 이루어지고, 상기 탄소섬유는 열가소성 아크릴 기지재와 탄소 연속섬유 강화재로 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 메인프레임과 상기 보강프레임은 ㄷ자 단면 구조를 가질 수 있다.

이 경우, 상기 메인프레임의 내주면에는 보강리브가 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 메인프레임은 상기 보강프레임의 내주면에 삽입될 수 있다.

이 경우, 상기 메인프레임과 상기 보강프레임은 리벳에 의해 서로 체결될 수 있다.

이 경우, 상기 자동차와 상기 시트프레임의 연결 부위에는 스틸 재질의 체결구가 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 유리섬유 재질의 메인프레임과, 탄소섬유 재질의 보강프레임이 ㄷ자 단면 구조를 가지고 서로 삽입 체결됨으로써 길이방향에 대한 수직 강성과 비틀림 강성을 증가시킬 수 있다.

또한, 탄소섬유에 비해 저렴한 유리섬유가 메인프레임의 소재로 적용됨으로써 제조단가를 낮춰 대량생산이 가능하며, 중량 절감을 통한 자동차 연비 개선 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 하이브리드 시트프레임의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임의 분해사시도,
도 3은 도 1에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임을 구성하는 메인프레임과 보강프레임의 사시도,
도 4는 도 1에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임의 정면도,
도 5는 도 4에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임의 A-A 단면사시도,
도 6은 도 4에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임의 B 부분 확대도,
도 7은 도 1에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임의 마운팅 부위의 확대도.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 하이브리드 시트프레임의 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임의 분해사시도, 도 3은 도 1에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임을 구성하는 메인프레임과 보강프레임의 사시도, 도 4는 도 1에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임의 정면도, 도 5는 도 4에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임의 A-A 단면사시도, 도 6은 도 4에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임의 B 부분 확대도, 도 7은 도 1에 도시된 자동차용 하이브리드 시트프레임의 마운팅 부위의 확대도이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 하이브리드 시트프레임(100)은 메인프레임(110)과 보강프레임(120)을 포함한다.

메인프레임(110)은 외부에서 가해지는 주요 하중을 지지하는 것으로 탑승자의 허리와 등 부분을 안정적으로 지지할 수 있도록 대략 S자형의 유선형 구조를 가진다.

본 발명에서 메인프레임(110)은 유리섬유로 이루어지며, 보다 상세하게는 베이스 수지인 폴라아마이드 기지재에 글래스 단섬유 강화재가 30~50% 부가된 유리섬유를 이용할 수 있다.

보강프레임(120)은 메인프레임(110)에서 강성이 부족한 부분을 보완하는 것으로 메인프레임(110)의 외측에 부분적으로 결합된다. 구체적으로, 보강프레임(120)은 2개가 마련되어 각각 메인프레임(110)의 양측에 중간부와 하단부를 감싸는 형태로 결합된다. 즉, 메인프레임(110)의 길이방향을 따라 보강프레임(120)이 부분적으로 보강 지탱하도록 함으로써 유리섬유만 적용할 경우 취약해질 수 있는 길이 기준 수직방향에 대한 강성 문제를 해결한 것이다. 이 경우, 보강프레임(120)이 메인프레임(110)에 대응되는 유선형 구조를 가지는 것은 물론이다.

본 발명에서 보강프레임(120)은 탄소섬유로 이루어지며, 보다 상세하게는 베이스 수지인 열가소성 아크릴 기지재에 탄소 연속섬유 강화재가 부가된 탄소섬유를 이용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 시트프레임(100)의 전체적인 구조를 이루는 메인프레임(110)은 유리섬유로 구성하고, 강성 보강을 위해 부분적으로 적용되는 보강프레임(120)은 탄소섬유로 구성한 것을 기술적 특징으로 한다.

즉, 강성을 향상시키기 위해 메인프레임(110)을 전부 탄소섬유로 구성하는 것도 고려할 수 있으나, 탄소섬유는 매우 고가이기 때문에 제조단가가 높아져 상용화가 어려울 수 밖에 없다. 따라서 본 발명에서는 탄소섬유 대비 매우 저렴한 유리섬유를 메인프레임(110)의 소재로 채택하고, 메인프레임(110)에서 강성이 부족한 부분을 탄소섬유 재질의 보강프레임(120)으로 보강함으로써 제조원가를 절감하면서 충분한 강성도 확보한 것이다.

이와 관련하여, 메인프레임(110)과 보강프레임(120)은 도 5에 도시된 바와 같이 ㄷ자 단면 구조를 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 프레임이 종래와 같이 평면 구조를 가지면 비틀림 강성이 부족하여 구조적으로 취약해지는 문제가 있기 때문에 본 발명에서는 강성과 비례 관계인 단면계수를 극대화시킬 수 있도록 메인프레임(110)과 보강프레임(120)을 ㄷ자의 폐형 구조로 구성함으로써 부족한 비틀림 강성 문제를 해결한 것이다.

참고적으로, 통상 시트프레임의 비틀림 강성 측정 관련 시험 스펙은 4mm 이하인데, 종래기술과 같이 평면 구조에 의하면 비틀림 하중 적용시 4.8mm의 변위가 발생하여 성능을 충족하지 못하지만, 본 발명에 의하면 1.4mm의 변위가 발생하여 비틀림에 우수한 구조적 성능을 얻을 수 있다.

이 경우, 강성을 보다 향상시키기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 메인프레임(110)의 내주면에 보강리브(111)를 수평하게 다수 형성하는 것도 가능하다.

한편, 상술한 바와 같이 ㄷ자 단면 구조를 갖는 메인프레임(110)은 동일한 단면 구조를 갖는 보강프레임(120)의 내주면에 삽입된다. 이처럼 메인프레임(110)과 보강프레임(120)을 ㄷ자 단면 구조로 구현하고, 서로 삽입 체결하면 길이방향에 대한 수직 강성이 증대되어 바람직하다.

이 경우, 메인프레임(110)과 보강프레임(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 리벳(112)에 의해 서로 체결될 수 있다. 즉, 보강프레임(120)에 메인프레임(110)이 삽입된 상태에서 양측부를 리벳(112)으로 체결함으로써 결합력을 향상시킨 것이다. 이와 같이 구성하면 리벳 구조를 통한 결합력 증가로 프레임의 구조적 강도가 상승하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서 리벳 구조는 다음과 같은 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 길이방향을 따라 리벳용 홀이 형성된 보강프레임을 메인프레임의 금형에 안착시킨 후 유리섬유 복합소재 용액과 같은 사출용액을 주입한 후 사출성형하면 메인프레임이 형성됨과 동시에 보강프레임의 리벳용 홀로 사출용액이 흘러나오고, 이와 같이 흘러나온 사출용액이 금형의 리벳 형상에 맞게 성형된다.

참고적으로, 여기서는 설명의 편의를 위해 리벳(112)이 3중으로 체결된 것만을 예시하였으나, 리벳(112)의 개수가 이로 한정되는 것은 아니며 요구되는 구조적 강도를 고려하여 적절하게 증감될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 상술한 바와 같이 구성되는 자동차용 하이브리드 시트프레임(100)은 하단에 형성된 체결공(113)에 볼트(도면 미도시) 등을 체결함으로써 자체에 고정되는데, 본 발명의 시트프레임(100)은 유리섬유 및 탄소섬유로 이루어지기 때문에 차량 장착을 위한 마운팅 부위가 국부적으로 취약할 수 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 도 7에 도시된 바와 같이 체결공(113)에 스틸 재질의 체결구(114)가 설치되는 것이 바람직하며, 이와 같이 구성할 경우 상대적으로 강성이 높은 스틸 재질의 체결구(114)에서 하중을 지지하여 보다 견고한 고정력을 확보할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 자동차용 하이브리드 시트프레임
110 : 메인프레임 111 : 보강리브
112 : 리벳 113 : 체결공
114 : 체결구 120 : 보강프레임

Claims (7)

1. 자동차의 시트프레임에 있어서,
   유리섬유 재질의 메인프레임; 및
   상기 메인프레임에 결합되는 탄소섬유 재질의 보강프레임;
   을 포함하는 자동차용 하이브리드 시트프레임.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유리섬유는 폴라아마이드 기지재와 글래스 단섬유 강화재로 이루어지고, 상기 탄소섬유는 열가소성 아크릴 기지재와 탄소 연속섬유 강화재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 시트프레임.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 메인프레임과 상기 보강프레임은 ㄷ자 단면 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 시트프레임.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 메인프레임의 내주면에는 보강리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 시트프레임.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 메인프레임은 상기 보강프레임의 내주면에 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 시트프레임.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 메인프레임과 상기 보강프레임은 리벳에 의해 서로 체결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 시트프레임.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자동차와 상기 시트프레임의 연결 부위에는 스틸 재질의 체결구가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 시트프레임.

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