KR20160070830A - 차량 시트 구조물들 및 구성요소들을 위한 보강재 - Google Patents

차량 시트 구조물들 및 구성요소들을 위한 보강재 Download PDF

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KR20160070830A
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reinforcement
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마크 안토니 하리스
케네스 엠. 클라크
다니엘 제이. 사키넨
Original Assignee
존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니
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Abstract

차량 시트 구조 부재를 보강하는 방법은 차량 시트 구조 부재의 다른 영역들보다 더 높은 작동 응력을 받게 될 차량 시트 구조 부재의 영역을 기초로 하여 차량 시트 구조 부재의 보강 영역을 식별하는 단계 및 차량 시트 구조 부재의 보강 영역에 보강 부재를 부착시키는 단계를 포함할 수 있다. 보강 부재는 구조 에폭시, 플라스틱, 금속성 부재, 및 복합재 부재 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 보강 부재는 보강 영역에서 차량 시트 구조 부재를 보강하도록 구성될 수 있다.

Description

차량 시트 구조물들 및 구성요소들을 위한 보강재 {REINFORCEMENT FOR VEHICLE SEAT STRUCTURES AND COMPONENTS}
관련 출원에 대한 교차 참조
이러한 출원은 2013년 10월 18일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/892,958호에 대한 우선권 및 이익을 주장하며, 이의 전체적인 개시는 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 출원은 일반적으로 차량 시트 구조 부재들을 위한 보강 시스템, 예컨대, 예를 들어 시트 백(seat back)을 위한 보강 부재에 관한 것이다.
차량 시트들을 위한 시트 구조물들, 예컨대 시트 백 프레임들은 구조 지지부의 특정한 레벨(level)을 제공하도록 요구된다. 이러한 요건들로 인해, 이 시트 구조물들은 비교적 무거울 수 있고, 그리고 제작하는데 비교적 높은 비용을 요구할 수 있다. 그렇지 않으면, 시트 구조물은 차량 내에서 힘들을 견딜 수 있지 못할 것이다.
일 실시예에 따라, 차량 시트 구조 부재를 보강하는 방법은 차량 시트 구조 부재의 다른 영역들보다 더 높은 작동 응력을 받게 될 차량 시트 구조 부재의 영역을 기초로 하여 차량 시트 구조 부재의 보강 영역을 식별하는 단계 및 차량 시트 구조 부재의 보강 영역에 보강 부재를 부착시키는 단계를 포함할 수 있다. 보강 부재는 구조 에폭시, 플라스틱, 금속성 부재, 및 복합재 부재 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 보강 부재는 보강 영역에서 차량 시트 구조 부재를 보강하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템은 차량 시트 구조 부재의 다른 영역들보다 더 높은 응력을 받게 될 차량 시트 구조 부재의 영역을 기초로 하여 식별되는 보강 영역을 갖는 차량 시트 구조 부재 및 차량 시트 구조 부재의 보강 영역에 부착되는 보강 부재를 포함할 수 있다. 보강 부재는 구조 에폭시, 플라스틱, 금속성 부재, 및 복합재 부재 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 보강 부재는 높은 응력 영역들을 따라 차량 시트 구조 부재를 보강하도록 구성될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 차량에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 차량에 배치될 수 있는 차량 시트에 대한 사시도이다.
도 3a는 일 실시예에 따라 차량 시트의 백 프레임에 대한 정면사시도이다.
도 3b는 일 실시예에 따라 차량 시트의 백 프레임에 대한 정면사시도이다.
도 4는 다른 실시예에 따라 차량 시트의 백 프레임에 대한 정면사시도이다.
도 5a는 도 4의 백 프레임에 대한, 각각, 사시도, 측면도 및 정면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 보강 부재를 갖는 차량 시트의 백 프레임에 대한 단면도들이다.
도 7a는 금속 원통형 구조물에 대한 사시도이다.
도 7b는 도 7a의 금속 원통형 구조물에 대한 근접도(close-up view)이다.
도 8a는 보강된 백 프레임의 후방 충격 분석의 실험 결과들에 대한 그래프이다.
도 8b는 도 8a의 실험 결과들에 대한 표이다.
도 9a 및 도 9b는 후방 충격 분석에서 승객이 있는 보강된 시트 및 승객이 있는 비-보강된 시트의, 각각, 측면도 및 사시도이다.
도 10a 및 도 10b는 후방 충격 분석에서 보강된 시트 및 비-보강된 시트의, 각각, 측면도 및 정면도이다.
도 11은 일 실시예에 따라 차량 시트의 백 프레임에 대한 배면사시도이다.
도 12는 다른 실시예에 따라 차량 시트의 백 프레임에 대한 분해 배면사시도이다.
도 13a 내지 도 13d는 간접 저항 가열을 통해 보강된 백 프레임에 대한 단면도들이다.
도 14는 간접 저항 가열(indirect resistance heating)을 통해 보강된 백 프레임에 대한 사시도이다.
도 15는 일 실시예에 따라 백 프레임을 보강하기 위해 구리에 의해 둘러싸인 간접 저항 가열 요소에 대한 단면도이다.
도 16은 간접 저항 가열 요소에 대한 사시도이다.
도 17은 표준 용접 기계에서 구성되는 간접 저항 가열 요소에 대한 사시도이다.
도 18은 간접 저항 가열 요소를 통해 유동하는 전류에 대한 회로도이다.
도 19는 표본(specimen)을 위한 실험 설정에 대한 사시도이다.
도 20은 벤딩(bending) 실험 결과들에 대한 예시적인 그래픽 묘사이다.
일반적으로 도면들을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따라 도시되는 바와 같이, 차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템 및 차량 시트 구조 부재를 보강하기 위한 방법은 본원에서 개시된다. 본 개시는, 중량을 최소화시키는 동시에, 일반적으로 강도를 차량 시트 구조 부재에 추가하기 위한 보강 시스템에 관한 것이다.
도 1은, 보강 시스템이 차량(20)에서 사용될 수 있는 예시적인 실시예를 예시한다. 차량(20)은 탑승자에게 좌석을 제공하기 위한 차량 시트(22)를 포함하는 내부 승객 격실을 포함할 수 있다. 비록 4 도어 세단 자동차(four door sedan automobile)가 도 1에서 도시되지만, 보강 시스템은 다양한 적용들에서 사용될 수 있으며, 특히 임의의 유형의 차량, 예컨대 2 도어 또는 4 도어 자동차, 트럭, SUV, 밴(van), 기차(train), 보트(boat), 비행기(airplane), 또는 다른 적합한 이동식 수송 기관(vehicular conveyance)에서 차량 시트 내에서 유용하다.
도 2에서 도시되는 바와 같이, 이의 구조 프레임, 패딩(padding), 및 커버링을 포함하는 차량 시트(22)의 전체 구조물은 당 분야에서 공지되어 있는 임의의 공지된 시트일 수 있다. 예를 들어, 시트의 전체 구조물은, 예를 들어, 미국 특허 출원 공보 번호 제 2012/0032486호, 제 2011/0316317호, 제 2011/0260514호, 제 2011/0080026호, 제 2011/0074199호, 제 2010/0320816호, 제 2007/0132266호, 및 제 2002/0171282호 그리고 PCT 출원 공보 번호 WO 2011103501 A3에서 개시된 차량 시트들의 임의의 시트일 수 있으며, 이의 전체들이 인용에 의해 포함된다. 차량 시트(22)는 (상응하는 시트 쿠션 프레임을 갖는) 시트 쿠션(24) 및 (상응하는 시트 백 프레임(30)을 갖는) 시트 백(26)을 포함할 수 있다.
차량 시트(22) 및 (차량 시트 구조 부재를 포함하는) 이의 다양한 구성요소들은 강(steel), 알루미늄, 복합물질, 및 플라스틱을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는 다양한 재료들로 구성될 수 있다.
보강 시스템은 차량 시트 구조 부품 또는 부재 및 1 개 이상의 보강 부품 또는 부재(40)를 포함할 수 있다. 보강 부재(40)는 본원에서 추가적으로 설명되는 바와 같이, 다양한 상이 방법들을 통해 시트 구조 부재에 부착될 수 있다.
차량 시트 구조 부재는 (예를 들어, 차량의 제 2 및 제 3 열들 내에서의) 폴딩(folding) 차량 시트들의 하중 플로어(load floor), 시트 프레임(예를 들어, 시트 백 프레임(30) 및/또는 시트 쿠션 프레임), 또는 보강될 수 있는 다른 기능의 그리고/또는 미적인(aesthetic) 구성요소들을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는 차량 좌석(seating)을 위한 구조 강성 및 무결성을 제공하는 차량 시트(22) 내의 다양한 상이 구성요소들 또는 구조물들일 수 있다. 일 실시예에 따라, 하중 플로어는, 차량 시트가 폴딩될(folded) 때 플로어가 되는 폴딩 시트의 부분일 수 있고, 그리고, 따라서, 구조 무결성(structural integrity)을 유지해야 한다. 다른 실시예에 따라, 시트 백 프레임(30)은, 도 3a에서 도시되는 바와 같이, 내부의, 일체형 백 프레임일 수 있다. 비록 시트 백 프레임(30)이 본 출원에서 참조되지만, 보강 시스템이, 요망되는 구성에 따라, 차량 시트 구조물 부재들 중 임의의 부재들과 함께 사용될 수 있는 것이 예상된다.
차량 시트 구조 부재의 질량, 중량 및 체적을 불필요하게 증가시킴 없이 전체 강도 및 강성을 증가시키고, 그리고 성능, 강도, 및 차량 시트 구조 부재의 구조물을 최적화시키고 그리고 개선시키기 위해, 차량 시트 구조 부재는 1 개 이상의 키 및 특정한 높은 응력 구역 또는 영역(예를 들어, 보강 영역(38))을 따라 선택적으로 보강될 수 있다. 선택적인 보강에 의해, 차량 시트 구조 부재는 하중들 또는 적용된 힘들을 적합하게 다룰 수 있다. 강도의 이러한 증가는, 질량(mass), 중량, 체적 및 따라서 비용을 최소화시키는 동시에, 차량 시트 무결성을 보존할 수 있고, 전체 성능을 개선시킬 수 있고, 그리고 차량 시트(22)의 구조물 또는 구성요소들의 고장 및 변형을 방지할 수 있다.
결과적으로, 보강 부재(40)는, 차량 시트 구조 부재의 벽 재료가 차량 시트(22)의 효과적인 강도를 희생시킴 없이 보다 얇은 재료이고, 덜 무겁고 그리고 더 적은 질량을 사용하는 것을 가능하게 할 수 있다. 차량 시트 구조 부재 및 차량 시트(22)의 감소된 부품 중량은 연료 경제성(fuel economy)을 개선시킬 수 있다. 보강 부재(40)의 추가적인 중량은 전체 시트(22)의 감소된 중량과 비교하여 무시할만 하다. 또한, 선택적인 보강의 사용 및 요구되는 재료들의 감소는, 매우 제작가능한 동시에, 차량 시트(22)의 구조물 및 구성요소들의 총 비용 및 제작 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 보강 부재(40)를 갖는 충분한 구조 지지부를 제공하는 것은 강도 및 강성의 증가로 인해, 차량 시트(22)의 진동을 약화시킬 수 있다.
따라서, 보강 영역(38)은 후방 충격 사고와 같은 특정한 상황들에서 시트 성능을 개선시키도록 위치설정될 수 있다. 보강 부재(40)는, 시트(22)가 특정한 방향들로의 특정 높은 응력들 하에서의 수행하는 방법을 개선시킬 수 있다.
보강 영역(38) 및, 따라서 보강 부재(40)는 차량 시트의 구조 부재 및 구성요소들의 표면을 따라 어디에서나 위치될 수 있다. 보강 영역(38)은, 필요에 따라, 보강될 수 있고 그리고 차량 시트 구조 부재의 다른 영역보다 보다 높은 응력을 받을 수 있는 차량 시트 구조 부재의 전체 영역 또는 섹션, 정확한(pinpointed) 영역, 또는 얇은/약한 장소(spot)일 수 있다. 보강 영역(38)의 정확한 위치는, 추가적인 강도를 요구하는 영역들을 결정하기 위해 그리고, 차량 시트 구조 부재의 구조 및 중량을 최적화시키기 위해, 예를 들어, 모의의(mimic) 충돌 조건들에 대하여 차량 시트 구조 부재에 대한 응력을 실험하고 그리고 적용함을 통해 식별될 수 있다.
따라서, 보강 부재(40)에 의해 차량 시트 구조 부재를 보강하기 위해, 보강 부재(40)는 오직 보강 영역들(38)만을 직접적으로 상응하고, 부착되고, 강화하고, 그리고 지지할 수 있다. 보강 영역들(38)로 고려되지 않는 다른 영역들은 차량 시트 구조 부재의 총 질량, 중량, 및 체적을 최소화시키도록 부착되는 보강 부재(40)를 가질 수 없다.
시트 백 프레임(30)은 시트 백 프레임(30) 상의 상이한 영역들에서 위치되는 다수 보강 영역들 또는 영역들(38)을 포함할 수 있다. 도 3a에서 도시되는 바와 같은 일 실시예에 따라, 보강 영역들(38)은, 압축보다는 오히려, 보강 부재(40)가 장력 하에서의 보강하는 것을 허용하기 위해, 시트 백 프레임(30)의 내측 영역을 따라 위치될 수 있다. 보강 영역(38)은 상부 횡단 바 또는 부재(32), 하부 횡단 바 또는 부재(34), 및 측면 바 또는 부재(36)를 따라 위치설정될 수 있다. 따라서, 보강 부재(40)는 이러한 보강 영역들(38)에 부착될 수 있고, 그리고 선택적으로 이러한 보강 영역들을 보강할 수 있다. 그러나, 보강 영역들(38)이, 예를 들어 시트(22)의 특정한 구성 및 시트(22) 상의 응력들에 따라, 시트 백 프레임(30)을 따라 상이한 영역에서 위치될 수 있는 것이 예상된다. 보강 영역들(38)로 고려되지 않은 영역들은, 따라서 보강 부재(40)에 의해 보강되지 않는다. 도 3b에 도시되는 바와 같이 다른 실시예들에 따라, 보강 영역들(38)이 측면 부재(36) 상의 시트 백 프레임(30)의 외측을 따라 위치될 수 있다.
도 4 및 도 5a 내지 도 5c에서 도시되는 바와 같이, 보강 영역(38)은 시트 백 프레임(30)의 전체 길이 또는 폭을 따라 연장할 수 없고, 그리고 특정한 영역에서 밀집될(concentrated) 수 있다. 보강 영역(38)은 시트 백 프레임(30)의 측면 부재(36)의 하부 영역 상의 내부 표면에 부착될 수 있다(그리고 보강 부재(40)는 따라서 이 내부 표면에 부착될 수 있음). 더 구체적으로, 보강 영역(38)은, 하부 횡단 부재(34)의 수직 포지셔닝(positioning)을 중첩하는 일부분으로부터 하부 횡단 부재(34) 및 리클라이너 기구(recliner mechanism) 위에 그리고 시트 백 프레임(30)의 수직 중점(vertical midpoint) 아래에 있는 일부분으로, 시트 백 프레임(30)의 길이의 일부분을 따라(예를 들어, z-축선을 따라) 연장할 수 있다. 따라서, 보강 영역(38)은 하부 횡단 부재(34)로서 동일한 수직 포지션 둘레에 연장할 수 있고, 이 포지션 옆에 놓일 수 있고, 그리고 이 포지션을 공유할 수 있다. 대안적으로, 보강 영역(38)은 하부 횡단 부재(34)의 일부분을 중첩할 수 있다.
보강 영역(38)은 (도 4 및 도 5b에 도시되는 바와 같이) x-축선에 평행하게 연장하는 측면 부재(36)의 일부의 에지들 사이에서 또한 연장할 수 있다. 보강 영역(38)은 (도 4 및 도 5c에 도시되는 바와 같이) y-축선에 평행하게 연장하는 측면 부재(36)의 일부의 에지들 사이에서 추가적으로 연장할 수 있다.
하중 운영 방법론(load management methodology)을 개선하기 위해, 보강 부재(40)는 다양한 상이한 재료들을 포함할 수 있고, 그리고 요망되는 구성을 따라, 다양한 상이한 방법들을 통해 차량 시트 구조 부재의 보강 영역(38)에 부착될 수 있거나 또는 적용될 수 있다. 예를 들어, 보강 부재(40)는, 본원에서 추가적으로 설명되는 바와 같이, 구조 에폭시, 플라스틱(예컨대, 사출-성형된 플라스틱), 금속성 부재, 또는 복합물질 부재 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 보강 부재(40) 및 차량 시트 구조 부재는 요망되는 구성을 따라, 서로와의 다양한 상이 재료 조합들일 수 있다. 사용되는 특정한 재료들은 부착의 요망되는 방법에 의존할 수 있다.
일 실시예에 따라, 보강 부재(40)는, 도 3a 및 도 3b, 도 4, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6c, 및 도 7에 도시되는 바와 같이, 구조 에폭시, 예컨대 구조 에폭시(42)를 포함할 수 있다. 구조 에폭시(42)(예컨대, 구조 에폭시 밀봉재)는 보강을 위한 차량 시트 구조 부재에 직접적으로 적용될 수 있거나 또는 적층될 수 있다. 일 실시예에 따라, 보강 부재(40)는 헨켈 테로코어(Henkel Terocore) ® 16301™ 재료로 구성될 수 있으며, 이 재료는 팽창가능한(expandable), 열 경화(heat curing) 에폭시 밀봉재에 의해 적층되는 유리섬유 보강 층이다. 다른 실시예에 따라, 보강 부재는 열 접합 복합물 또는 강(steel) 및 탄소 섬유 복합물일 수 있다.
도 6a에서 도시되는 바와 같이 일 실시예에 따라, 보강 부재(40)는, 시트 백 프레임(30) 상에 2 개의 별도의 그리고 부착가능한 층들(구조 에폭시(42) 및 보강 또는 구조 층(44))을 포함하는 층형성된(layered) 영역일 수 있다. 구조 에폭시(42)는 구조 층(44)의 양 측면 상에 위치설정될 수 있다. 구조 층(44)은, 유리섬유, 복합물, 및 금속을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는 다양한 상이 재료들일 수 있다.
도 6b에서 도시되는 바와 같이 다른 실시예에 따라, 구조 에폭시(42)는 구조 층(44) 없는 백 프레임(30)에 직접적으로 적용될 수 있다. 구조 에폭시(42)는 백 프레임(30)에 추가적인 지지를 제공하기 위해 보강 특성들을 가질 수 있다.
대안적으로, 도 6c에서 도시되는 바와 같이, 보강 부재(40)는, 하나의 복합 층(46)이 백 프레임(30)에 부착되고 이를 지지할 때, 구조 에폭시(42) 및 구조 층(44)을 포함할 수 있다. 각각의 층들의 두께는 층들의 개별적인 강도들 및 강도, 강성, 및 중량의 요망되는 결과에 따라 변경할 수 있다. 도 6a 내지 도 6c에서 도시되는 층들은 층들을 묘사하기 위해 비례하여(proportionally) 끌어당겨질 수 없다.
보강 부재(40)는 백 프레임(30) 상에 직접적으로 형성될 수 있거나(그리고 구조 에폭시에 의해 부착될 수 있음) 또는, 예비-형성될(pre-formed) 수 있고, 그리고 이후 에폭시 접착제, 용접, 열 접합, 또는 나사들과 같은 종래의 부착 기구들에 의해 백 프레임(30)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 유리섬유 재료는 강도를 추가하기 위해 에폭시 접착제에 의해 백 프레임(30)에 고정될 수 있다. 대안적으로, 큰 강도 특성들을 갖는 금속 포일들(metal foils)은 에폭시 또는 용접(예를 들어, 저항 용접 또는 초음파 용접)을 통해 백 프레임(30)에 고정될 수 있다.
구조 에폭시(42)를 갖는 보강 부재(40)는 시트 백 프레임(30)의 외형들 및 구성에 순응할 수 있다. 보강 부재(40)의 유효성의 예로서, 도 7a 및 도 7b는 헨켈 테로코어(Henkel Terocore) 16301의 예를 묘사하며, 이 헨켈 테로코어 16301에서, 금속 원통형 구조물(50)은 그 위에 배치되는 보강 부재(40)를 가지며, 이에 의해 금속 원통형 구조물(50)의 구조 특성들을 개선하고, 그리고 임의의 변형을 방지한다. 도 7b는 보강 부재(40)의 표면의 예에 대한 근접도를 도시하지만, 그러나 표면이 다양한 상이 구성들을 가질 수 있는 것이 예상된다.
도 8a, 도 8b, 도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b에서 도시되는 바와 같이, 헨켈 테로코어 재료를 갖는 그리고 헨켈 테로코어 재료가 없는 도 4의 시트 백 프레임(30)이 후방 충격 조건들로 실험되었다. 도 8a의 그래프에서 도시되는 바와 같이, 후퇴각(back angle)이 리클라이너 모멘트(recliner moment)와 상관되었다. 리클라이너 모멘트는 시트 백에 적용되는 하중의 크기를 지칭한다. 후퇴각은, 리클라이너 모멘트의 결과로서 시트 백의 변형 또는 회전의 정도를 지칭한다. 리클라이너 모멘트는, 보강재를 갖는 백 프레임(즉, 테로코어를 갖음) 및 어떠한 보강재도 갖지 않는 백 프레임(즉, 베이스라인(baseline)) 양자 모두의 인보드(inboard, "IB") 측면 및 아웃보드(outboard, "OB") 측면 양자 모두에 대해 측정되었다. 인보드 측면은 차량(22)의 중심에 더 가까운 시트 백 프레임의 측면에 상응하는, 반면에 아웃보드 측면은 차량(22)의 도어에 더 가까운 시트 백 프레임의 측면에 상응한다.
테로코어 보강재를 갖는 시트 백의 인보드 측면의 최대 모멘트는 10.6°에서 1354.0 Nm이다. 테로코어 보강재를 갖는 시트 백의 아웃보드 측면의 최대 모멘트는 14.0°에서 1408.8 Nm이다. 테로코어 보강재가 없는 시트 백의 인보드 측면의 최대 모멘트는 10.5°에서 1325.0 Nm이다. 테로코어 보강재가 없는 시트 백의 아웃보드 측면의 최대 모멘트는 14.0°에서 1398.0 Nm이다. 테로코어 보강재를 갖는 시트 백의 인보드 측면과 아웃보드 측면 사이의 후퇴각의 차이는 14°이다. 테로코어 보강재가 없는 시트 백의 인보드 측면과 아웃보드 측면 사이의 후퇴각의 차이는 21°이다.
후방 충격 실험의 정량적 결과들은 도 8b에서 보여진다. 보강재가 없는 시트 백(즉, "베이스라인(baseline)") 및 보강재를 갖는 시트 백(즉, 테로코어를 갖음) 양자 모두의 측면들 양자 모두의 최대 동작(maximum dynamic) 및 세트(set)가 도시된다. 최대 동작은 충돌 실험 중에 시트 백의 최대 후퇴각이다. 세트는, 충돌 충격이 완료된 후에(예를 들어, 리클라이너 모멘트가 충돌 실험 후 영(zero)일 때), 시트 백의 후퇴각의 측정이다. 인보드 측면 및 아웃보드 측면의 평균("ave")은 시트 백의 중심에서의 후퇴각을 나타낸다. 비틀림은 아웃보드 측면 및 인보드 측면의 후퇴각들 사이의 차이이고, 그리고 따라서 충돌 실험의 결과로서 변형이 얼마나 비대칭적인지를 나타낸다. 더 큰 후퇴각은 시트 백을 따른 더 큰 회전 및 변형을 나타낸다.
도 8b에서 도시되는 바와 같이, 보강 부재(40)를 갖는 시트 백 프레임(30)은 베이스라인(예를 들어, 보강재 없는 경우)과 비교하여, 감소된 최대 동작 및 감소된 세트를 갖는, 시트 성능의 측정가능한 개선들을 가진다. 차량 시트에 보강재(예를 들어, 테로코어)를 추가함으로써, 비틀림 및 변형의 크기는 시트 백을 따라 감소된다. 예를 들어, 보강재를 갖는 차량 시트(22)의 인보드 측면 및 아웃보드 측면 양자 모두는 보강재 없는 차량 시트(12)의 인보드 측면 및 아웃보드 측면 양자 모두 보다 더 적은 비틀림을 가진다. 따라서, 보강재를 갖는 차량 시트(22)의 탑승자(23)는 또한 보강재가 없는 차량 시트(12)에서의 탑승자(13)보다 덜 비틀어진다.
도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b에서 도시되는 바와 같이, 승객(13)을 갖는 비-보강된 차량 시트(12)는 후방 충격 분석에서 보강 시스템을 갖는 동일한 차량 시트(22)와 비교된다. 도시되는 바와 같이, 보강된 시트(22)는 비-보강된 시트(12)보다 더 양호한 성능을 가진다. 예를 들어, 보강된 시트(22)는 비-보강된 시트(12)보다 더 적게 변형하고, 벤딩하고, 그리고 비틀리고, 그리고 충돌 조건들 하에서 더 대칭적이며, 따라서, 시트 내에서 승객을 중심에 있게 유지시킬 뿐만 아니라, 시트(22) 내의 더 양호하게 승객(23)을 보호한다.
도 10a에 도시되는 바와 같이, 보강재를 갖는 차량 시트(22)의 인보드 측면(54)은 보강재가 없는 차량 시트(12)의 인보드 측면(64)보다 덜 비틀어지고, 변형하고, 그리고 벤딩한다. 도 10a 및 도 10b에서 도시되는 바와 같이, 차량 시트들(12 및 22)의 아웃보드 측면들(56 및 66) 양자 모두는, 시트들의 특정한 구성들로 인해, 차량 시트들(12 및 22)의 인보드 측면들(54 및 64) 양자 모두보다 덜 비틀어진다. 아웃보드 측면과 인보드 측면 사이의 변형 및 비틀림의 차이점은 시트의 전체 구조 또는 시트의 하부 구성요소들(예를 들어, 트랙 기구, 리프트 기구, 또는 전후(for-aft) 조절 기구)과 같은, 다양한 상이 인자들 때문일 수 있다.
따라서, 시트 백의 비틀림 및 변형은 감소되며, 그리고 시트 백의 성능은 보강 구조물을 부착시킴으로써 개선된다. 허용된 비틀림 및 전체 변형의 정도는 주문자 생산 방식(original equipment manufacturer, OEM)에 의해 요망되는 구성에 의존한다.
다른 실시예에 따라, 보강 부재는, 도 11에서 도시되는 바와 같이, 사출-성형된 플라스틱(예를 들어, 사출-성형된 보강 부품들(140))을 포함할 수 있다. 사출-성형된 보강 부품들(140)은 차량 시트 구조 부재(예를 들어, 시트 백 프레임(30)) 및 구성요소들을 보강할 수 있다. 사출 성형은, 얇은 재료 섹션들 및 높은 응력 영역들을 보강하고 강화하기 위해, 백 프레임(30) 상에 사출-성형된 보강 부품들(140)을 직접적으로 접합하고, 몰딩하며, 또는 부착하는데 사용될 수 있다.
사출-성형된 보강 부품들(140)은 차량 시트 구조 구성요소를 최적으로 보강함에 따라서 다양한 상이 형상들 및 크기들로 구성될 수 있다. 도 11에서 도시되는 바와 같은 일 실시예에 따라, 사출-성형된 보강 부품들(140)은, 추가적인 강도를 제공하면서 동시에 재료 소비를 감소시키는 격자(lattice) 구성이다.
다양한 재료 조합들은 사출-성형된 보강 부품들(140)과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 사출-성형된 보강 부품들(140)은 테이세이프라스(Taiseiplas)의 "NMT" (나노 몰딩 기술(Nano Molding Technology))에 의해 제공되는 재료로 만들어질 수 있으며, 여기서 패턴형성된(patterned) 톱니형(indented) 표면이 알루미늄 합금 표면 상에 생성될 수 있어, 추가적인 구성요소들이 금속 표면을 따라 다양한 특정 위치들(예를 들어, 차량 시트 구조 부재)에 부착되는 것을 허용한다. 사출-성형된 보강 부품들(140)은 보강 부재(40)로서 동일한 보강 이익들을 제공할 수 있다.
또한 다른 실시예에 따라, 보강 부재는, 도 12에서 도시되는 바와 같이, 금속성 부재(예를 들어, 금속성 보강 부품들(240))을 포함할 수 있다. 금속성 보강 부품들(240)은 차량 시트 구조 부재(예를 들어, 시트 백 프레임(30)) 및 구성요소들을 보강할 수 있다. 용접은, 얇은 재료 섹션들 및 높은 응력 영역들을 보강하고 강화하기 위해, 백 프레임(30) 상에 금속성 보강 부품들(240)을 직접적으로 접합하거나, 또는 부착하는데 사용될 수 있다.
다양한 유형들의 용접은 백 프레임(30)을 따라 특정 위치들에 보강 부품(240)을 추가하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 저항 용접들 또는 초음파 용접은 백 프레임(30)에 금속성 보강 부품들(240)을 결합시키는데 사용될 수 있다. 비록 금속성 보강 부품들(240)이 금속으로 만들어질 수 있지만, 다른 보강 부품이 상이한 재료(예를 들어, 플라스틱)로 구성될 수 있고 그리고 백 프레임(30)에 용접될 수 있는 것이 예상된다. 금속성 보강 부품(240)은 보강 부재(40) 및 사출-성형된 보강 부품(140)과 동일한 보강 이익들을 제공할 수 있다.
계속 다른 실시예에 따라, 보강 부재(40)는, 도 13a 내지 도 18에서 도시되는 바와 같이, 복합재 보강 부품 또는 부재(340)를 포함할 수 있다. 복합재 보강 부품(340)은 차량 시트 구조 부재(예를 들어, 시트 백 프레임(30)) 및 구성요소들을 보강할 수 있다. 간접 저항 가열은, 얇은 재료 섹션들 및 높은 응력 영역들을 보강하고 강화하기 위해, 백 프레임(30) 상에 복합재 보강 부품(340)을 직접적으로 접합하거나, 또는 부착하는데 사용될 수 있다. 특허 출원 번호 PCT/US2013/59920(이의 전체가 인용에 의해 포함됨)에서 설명되는 바와 같은 간접 저항 가열을 통해, 열 접합은 차량 시트(22)를 보강하도록 선택적인 경화를 달성하는데 사용될 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 간접 저항 가열을 통한 열 접합의 프로세스를 묘사하며, 여기서 열(322)이 간접 저항 가열 요소(300)를 통해 백 프레임(30)으로 적용된다. 백 프레임(30)은 적어도 복합재 보강 부품(340)과 접촉한다. 열(322)은 백 프레임(30)을 통해 전달되고, 복합재 보강 부품(340)을 용융하고, 그리고 복합재 보강 부품(340)을 백 프레임(30)에 접합시키며, 따라서 구성요소들 사이의 접합된 영역(342)을 생성한다. 가열 요소(300)(그리고 따라서 열(322))는 단지 접합될 요소들의 일 측면에(즉, 백 프레임(30)에) 적용되는 것이 필요하다. 재료들의 열 전도성으로 인해, 시스템은, 열(322)이 시스템에 적용된 후에 시스템으로부터 밖으로 열(322)을 다시 뽑아냄(drawing)으로써 냉각될 수 있다(324).
백 프레임(30) 및 복합재 보강 부품(340)은 요망되는 구성 또는 부착에 따라 간접 저항 가열에 의해 선택적으로 부착될 수 있다. 접합된 영역(342)(즉, 접합된 조인트)은, 적용된 열(322)의 직결선(direct line) 내에 있고, 그리고 백 프레임(30)과 연결하는(interface) 복합재 보강 부품(340)의 부분들에 의해 유발된다. 이러한 부분들은 용융되고, 그리고 백 프레임(30)에 접합되는 반면에, 복합재 보강 부품(340)의 다른 부분들은 손상되지 않은 상태 그리고 백 프레임(30)에 대해 부착되지 않은 상태를 유지하며, 따라서 선택적인 보강을 달성시킨다.
가열 요소(300)는 복합재 보강 부품(340)의 용융점에 도달하거나 또는 초과하기(surpass) 위해 충분한 열을 적용시킬 수 있다. 예를 들어, 250℃가, 백 프레임(30)에 복합재 보강 부품(340)을 용융시키고 접합시키도록 백 프레임(30)에 적용될 수 있다. 가열 및 냉각은 비교적 짧은 기간(time period), 예컨대 약 0.3 초 동안 발생될 수 있다(가열 요소(300)는 약 0.05 초 내에 요망되는 온도에 도달할 수 있고, 그리고 1 mm 게이지(gauge) 당 0.30 초 내에 정상 상태 온도에 도달할 수 있음). 압력(320)은 백 프레임(30)과 복합재 보강 부품(340) 사이의 적합한 접합을 보증하도록 프로세스 중에 추가적으로 적용될 수 있다.
간접 저항 가열을 위해, 다양한 재료들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 백 프레임(30)은 금속(예컨대, 강(즉, HSLA, 이중 상, 및 TWIP) 또는 스테인리스(stainless) 강, 알루미늄(aluminum), 또는 마그네슘(magnesium) 그레이드들(grades)) 및 복합재 보강 부품(340)은 복합재 재료(예컨대 열가소성 재료(즉, 유리섬유를 갖는 PA6) 또는 탄소 섬유)일 수 있다. 백 프레임(30)과 복합재 보강 부품(340) 사이의 표면들은 선택적으로 접합을 강화하도록 처리될 수 있다. 예를 들어, 표면 처리, 텍스쳐링(texturing), 및/또는 코팅(coating)이 적용될 수 있다. 더 자세하게는, 인산염 코팅들, 나노 표면 처리, 설피-스컬트™(Surfi-Sculpt™) 프로세스, 및/또는 레이저 표면 텍스쳐링이 백 프레임(30) 상에 사용될 수 있다. 접착제는 백 프레임(30)과 복합재 보강 부품(340) 사이에서 요구되지 않는다.
도 14는 간접 저항 가열을 통해 복합재 보강 부품(340)과 함께 접합하는 백 프레임(30)을 묘사한다. 백 프레임(30) 및 복합재 보강 부품(340)은 가열 프레스 툴(press tool)(328) 내에 배치된다. 가열 프레스 툴(328)의 일 측면은 가열 요소(300)이다. 백 프레임(30)은 가열 요소(300)와 복합재 보강 부품(340) 사이에 끼워넣어진다(sandwiched). 가열 요소(300)는 가열되고 이후 냉각되기 때문에, 압력이, 적합한 접합을 보증하도록 가열 프레스 툴(328)에 의해 백 프레임(30) 및 복합재 보강 부품(340)에 가해진다.
도 15는 간접 저항 가열 요소(300)를 묘사한다. 가열 요소(300)는 구리(310)와 같은 전도성 재료, 가열 재료(312) 및 열 코팅부(314)를 포함할 수 있다. 구리(310)는 가열 요소들(300)의 외측면을 적어도 부분적으로 둘러쌀(encompass) 수 있고, 그리고 전류와 같은 가열 소스(source)에 노출될 수 있다. 가열 재료(312)는 구리(310)의 상부 내에서 적어도 부분적으로 오목하게 될 수 있거나 또는 이 구리의 상부에 부착될 수 있다. 열 코팅부(314)는 가열 재료(312)의 상부 상에 적어도 부분적으로 놓일 수 있다. 대안적으로, 열 코팅부(314)는 가열 재료(312) 상에 열 분사될(thermally sprayed) 수 있다. 백 프레임(30)은 열 코팅(314)과 직접적으로 접촉할 수 있다. 열 코팅(314)은, 가열 재료(312)와 백 프레임(30) 사이의 접촉을 증가시키고, 열이 백 프레임(30) 내로 전달되는 것을 허용하고, 가열 프로세스에서 균일성을 제공하고, 전기 절연을 제공하고, 그리고 시스템이 단락하는(shorting) 것을 방지할 수 있다. 도 16은 구리(310) 커버링(covering)이 없는 간접 저항 가열 요소(300)를 묘사한다.
열 코팅(314)은 열 전도성 세라믹, 예컨대 이트륨 안정화된 산화지르코늄(Yttrium Stablized Zirconia, YSZ) 매트릭스(matrix)에서 분포되는 10% 알루미늄 질화물(nitride)(aluminum nitride, AIN)의 플라즈마 분사 코팅(plasma spray coating)일 수 있다. 가열 재료는 TZM 몰리브덴(molybdenum)일 수 있다. TZM 몰리브덴은 0.50% 티타늄(titanium), 0.08% 지르코늄(zirconium), 및 0.02% 탄소를 갖는 몰리브덴의 합금이다.
도 17은 표준 용접 기계 내의 간접 저항 가열 요소를 묘사한다. 전원 공급 장치(power supply)(326)는 구리(310)를 통해 전류를 적용하고, 그리고 이 구리에 열을 적용하기 위해 구리(310)에 연결될 수 있다. 열(322)은 가열 재료(312)로 그리고 후속하여 열 코팅(314)을 통해 그리고 백 프레임(30) 및 복합재 보강 부품(340) 내로 전달된다. 냉각 튜브들(330)은 시스템의 밖으로 열을 뽑아내고(draw), 그리고 과열(over-heating)을 방지한다.
도 18은 MFDC 전원 공급 장치(326)로부터 그리고 워크피스(workpiece)(예를 들어, 백 프레임(30) 및 복합재 보강 부품(340))에 걸쳐 열 코팅(314) 또는 전기 절연을 갖는 상부 가열 요소(300)를 통해 유동하는 전류의 전기 및 열 약도(schematic)를 묘사한다. 이러한 시스템은 복합재 보강 부품(340)에 연결되는 백 프레임(30)을 가열하고, 그리고 후속하여 백 프레임(30)에 대해 복합재 보강 부품(340)을 용융시킨다.
도 19는 기본 표본(bare specimen)들과 보강된 표본들을 비교하도록 물리적 실험 설정을 묘사한다. 더 자세하게는, 도 19는 3점 벤딩(three-point bending) 실험을 묘사한다. 하중들(72)이 표본(70)을 벤딩하도록 표본(70)의 양 측면 상에 배치되고, 따라서, 표본(70)의 물리적 강도를 실험한다. 표본(70)은 기본적(bare)이거나 또는 보강 층, 예컨대 보강 부재들(40, 140, 240 또는 340)을 포함한다. 예로써, 도 19에서의 표본(70)은 강 시이트(sheet)이다.
도 20은, 보강되지 않은 재료 및 보강 재료(예를 들어, 헨켈로부터의 기술에 의해 보강된 재료)의 강도들을 비교하는 도 19의 물리적 실험 설정의 예시적인 340XF 벤딩 실험 결과들의 그래프를 묘사한다. 펀치 변위(punch displacement)(밀리미터 단위임)는 펀치 하중(punch load)(뉴턴 단위임)과 상관된다. 그래프에 의해 도시되는 바와 같이, 기본 표본들(80)은 보강된 표본들(82)과 동일한 펀치 하중을 유지할 수 없다. 예를 들어, 기본 강 표본이 보강된 강 표본과 동일한 강성을 가지기 위해, 기본 강은 (두께가 1 mm인 것 대신에) 두께가 1.2 mm여야 할 것이고, 그리고 따라서 또한 더 무거워야 할 것이다. 기본 강의 피크(peak) 로드는 단지 (223N 대신에) 122N일 것이고, 그리고 (8.71 kg/m3 대신에) 9.36 kg/m3의 표준화된(normalized) 질량을 가질 것이다.
기본 강 표본이 보강된 강 표본과 동일한 피크 하중을 가지기 위해, 기본 강은 (두께가 1 mm인 것 대신에) 두께가 1.62 mm이어야 할 것이며, 또한 무게(heaviness)를 증가시킨다. 이러한 기본 강의 표준화된 질량은 (8.71 kg/m3 대신에) 12.6 kg/m3일 수 있다. 따라서, 보강된 강은 더 양호하게 기능하고, 그리고 기본 강보다 더 적게 무게가 나간다. 따라서, 차량 시트(22)에 구성요소들 및 특징부들을 추가하는 것뿐만 아니라, 전체 강도를 증가시키고 그리고 전체 중량을 최소화시키기 위해, 보강 부재(40) 또는 보강 부품들(140, 240, 또는 340)을 갖는 백 프레임(30)을 가지는 것은 유익할 것이다.
또한 다른 실시예에 따라 그리고 구조 보강, 로드 분배, 및 중량 감소 이외에도, 보강 부재들은 추가적인 시트 구성요소들이 차량 시트 구조 부재에 부착되는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 추가적인 특징부들, 구성요소들, 또는 부착부들은, 본원에서 추가적으로 설명되는 부착 방법들에 의해, 보강 부재들(40, 140, 240, 또는 340)과 함께 백 프레임(30) 내로 추가되거나 포함될 수 있다. 이러한 특징부들은 미적일 수 있으며, 그리고/또는 기능적일 수 있으며, 이에 의해 백 프레임(30)의 기능(craftsmanship)을 개선시키고, 그리고 요구되는 부품 조립을 감소시킨다. 예를 들어, 부착 특징부들은, 차량 시트(22)의 표면에 대한 시트 특징부들의 부착을 가능하게 하도록 추가될 수 있다. 도 12에서 도시되는 바와 같이, 예를 들어, 플라스틱 부착 특징부들은 백 프레임(30)의 표면을 따라 특정 위치들에 부착될 수 있다. 더 구체적으로, 맵 포켓을 위한 추가적인 특징부들 및 구성요소들(242)은 백 프레임(30) 내로 통합될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 차량 시트 구조물에 시트 직물 재료 또는 커버링을 부착시키기 위한 트림 부착부들, 예컨대 J-후크들(J-hooks)은 백 프레임(30) 내로 통합될 수 있다. 이는 요구되는 조립을 줄일 수 있고, 요구되는 시트 직물 재료를 줄일 수 있다.
실시예들은, 차량 시트의 강도를 증가시키고, 그리고 차량 시트의 중량을 감소시키기 위해, 차량 시트 구조 부재 및 적어도 보강 부재를 갖는 보강 시스템을 본원에서 개시하였다. 도면들에서 묘사되고 그리고 상기 설명에서 설명되는 이러한 실시예들 외에도, 본 발명의 다른 실시예들은 또한 고려된다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예의 임의의 단일 특징은 본 발명의 임의의 다른 실시예에서 사용될 수 있다.
본 발명의 개시를 고려해볼 때, 당업자는 본 발명의 범주 및 사상 내에 다른 실시예들 및 수정들이 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주 및 사상 내에서 본 발명으로부터 당업자에 의해 달성할 수 있는 모든 수정들은 본 발명의 추가적인 실시예들로서 포함될 수 있다.

Claims (15)

  1. 차량 시트 구조 부재(vehicle seat structural member)를 보강하는 방법으로서,
    차량 시트 구조 부재의 다른 영역들보다 더 높은 작동 응력(operational stress)을 받게 될 차량 시트 구조 부재의 영역을 기초로 하여 차량 시트 구조 부재의 보강 영역을 식별하는 단계; 및
    차량 시트 구조 부재의 보강 영역에 보강 부재를 부착시키는 단계를 포함하며,
    상기 보강 부재는 구조 에폭시(structural epoxy), 플라스틱(plastic), 금속성 부재, 및 복합재(composite) 부재 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 보강 부재는 보강 영역에서 차량 시트 구조 부재를 보강하도록 구성되는,
    차량 시트 구조 부재를 보강하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 구조 에폭시이며, 상기 구조 에폭시는 차량 시트 구조 부재에 직접적으로 적용되는,
    차량 시트 구조 부재를 보강하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 플라스틱이며, 상기 플라스틱은 차량 시트 구조 부재 상에 사출-성형되는(injection-molded),
    차량 시트 구조 부재를 보강하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 금속성 부재이며, 상기 금속성 부재는 용접에 의해 차량 시트 구조 부재에 부착되는,
    차량 시트 구조 부재를 보강하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 복합재 부재이며, 상기 복합재 부재는, 차량 시트 구조 부재 상의 보강 부재를 선택적으로 경화시키는 간접 저항 가열(indirect resistance heating)에 의해 차량 시트 구조 부재에 부착되는,
    차량 시트 구조 부재를 보강하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 영역은 차량 시트 구조 부재의 측면 부재의 내부 표면 상에 층들을 생성함으로써 형성되는,
    차량 시트 구조 부재를 보강하는 방법.
  7. 차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템으로서,
    차량 시트 구조 부재의 다른 영역들보다 더 높은 응력을 받게 될 차량 시트 구조 부재의 영역을 기초로 하여 식별되는 보강 영역을 갖는 차량 시트 구조 부재; 및
    차량 시트 구조 부재의 보강 영역에 부착되는 보강 부재를 포함하며,
    상기 보강 부재는 구조 에폭시, 플라스틱, 금속성 부재, 및 복합재 부재 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 보강 부재는 높은 응력 영역들을 따라 차량 시트 구조 부재를 보강하도록 구성되는,
    차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 구조 에폭시 및 구조 층을 포함하는,
    차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 구조 에폭시이며, 상기 구조 에폭시는 차량 시트 구조 부재에 직접적으로 적용되는,
    차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 구조 층 및 구조 에폭시를 포함하는 복합재 층인,
    차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 격자(lattice) 구성을 가지는,
    차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 금속성 부재이며, 상기 금속성 부재는 용접에 의해 차량 시트 구조 부재에 부착되는,
    차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 보강 영역은 차량 시트 구조 부재의 측면 부재의 내부 표면 상에 있는 층형성된(layered) 영역인,
    차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 보강 부재는, 추가적인 시트 구성요소들이 차량 시트 구조 부재에 부착되는 것을 가능하게 하도록 구성되는,
    차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 차량 시트 구조 부재는 시트 프레임(seat frame) 및 하중 플로어(load floor) 중 하나인,
    차량 시트 구조 부재를 위한 보강 시스템.
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