KR20220076847A - 복합소재가 적용된 차량용 시트 백프레임 - Google Patents

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KR20220076847A
KR20220076847A KR1020200165759A KR20200165759A KR20220076847A KR 20220076847 A KR20220076847 A KR 20220076847A KR 1020200165759 A KR1020200165759 A KR 1020200165759A KR 20200165759 A KR20200165759 A KR 20200165759A KR 20220076847 A KR20220076847 A KR 20220076847A
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김봉구
오희택
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박수헌
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광명산업(주)
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Abstract

복합소재가 적용된 차량용 시트 백프레임이 제공된다. 차량 탑승자의 등 및 머리를 지지하는 바디; 및 일측이 상기 바디의 양측 단부에 결합되고, 타측이 하부 프레임과 결합되는 리클라이너부;를 포함하고, 상기 바디는, 탑승자의 등 및 머리를 지지하는 형상으로 형성되되, 둘레가 탑승자 방향으로 절곡 형성되고, 내측은 개방된 형상으로 형성되고, 일부 또는 전부가 열가소성 섬유강화 복합재료로 형성되는 메인바디; 및 상기 메인바디의 후편에 에폭시로 부착되고, 일부 또는 전부가 DW250-TW2 소재로 형성되고, 상기 메인바디에 강도를 부가하기 위해 배치되는 보강바디;를 포함하는, 시트 백프레임이 제공될 수 있다.

Description

복합소재가 적용된 차량용 시트 백프레임{VEHICLE SEAT BACK FRAME WITH COMPOSITE MATERIAL APPLIED}
본 발명은 복합소재가 적용된 차량용 시트 백프레임에 관한 것이다.
차량의 시트 백프레임은 탑승자의 등을 받쳐주고, 차량의 주행 시 전달되는 충격 및 진동을 흡수하여 안락한 승차감을 제공하는 구조물이다. 또한, 충분한 강성 및 강도를 가져 차량의 급정거 및 충돌 시에도 파단 및 변형에 대한 안전성을 가져야 한다. 차량의 충돌, 추돌 및 급정거와 같은 상황에서 시트 백프레임이 파손되거나 영구적인 변형이 발생되는 경우, 시트에 착석한 탑승자가 큰 피해를 받을 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라, 시트 백프레임은 차량의 내부에 상당한 공간을 차지하는 구조물로써, 미려한 외관 품질 수준도 만족해야 한다.
이와 같이, 시트 백프레임은 요구되는 조건이 다양하고 만족해야 하는 기계적 물성이 까다롭기 때문에 구성이 복잡해지고 부품이 다양해지는 단점이 있다. 또한, 종래의 시트 백프레임은 대부분 스틸 등의 단일 소재를 사용하여 제작되었다. 그러나, 스틸과 같은 재질로 형성된 시트 백프레임은 고가이기 때문에 제조 단가가 상승하게 되고, 중량이 증가되기 때문에 차량의 연비를 낮추는 단점이 있다.
이와 같은 종래의 문제점을 개선하고자, 경량이면서 기계적 물성을 만족하고, 제조 단가는 낮출 수 있는 외관이 미려한 시트 백프레임의 개발이 요구되고 있다.
이에, 시트 백프레임의 소재를 변경하여 시트 백프레임을 경량화하고자 하는 연구가 계속되고 있다. 예컨대, 대한민국 등록특허 제10-0590947호(2006년 6월 9일자 등록)에 게재된 바와 같이 자동차용 마그네슘 합금재 시트 백프레임 및 그 성형방법이 있다. 본 선행 기술에서는 마그네슘 합금의 특성 중, 특히 강성 등의 단점을 보완하고, 장점인 중량 및 주조성 측면은 향상시킨 마그네슘 합금재를 적용한 차량용 시트 백프레임이 개시되어 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1652718호(2016년 8월 25일자 등록)에 게재된 바와 같이 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트백 프레임이 있다. 본 선행 기술에서는 네 개의 파트별로 개별 용접되던 기존 스틸 프레임을 대체하여 GMT(Glassfiber Matreinforced Thermoplastics)와 CFRTPC(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastics)를 혼용한 복합재료를 적용한 차량용 시트 백프레임이 있다.
등록특허 제10-0590947호(2006. 01. 09. 등록) 등록특허 제10-1652718호(2016. 08. 25. 등록)
본 발명은 복합소재가 적용되어 기계적 물성 만족, 경량화 및 생산성이 증대될 수 있는 차량용 시트 백프레임을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량 탑승자의 등 및 머리를 지지하는 바디; 및 일측이 상기 바디의 양측 단부에 결합되고, 타측이 하부 프레임과 결합되는 리클라이너부;를 포함하고, 상기 바디는, 탑승자의 등 및 머리를 지지하는 형상으로 형성되되, 둘레가 탑승자 방향으로 절곡 형성되고, 내측은 개방된 형상으로 형성되고, 일부 또는 전부가 열가소성 섬유강화 복합재료로 형성되는 메인바디; 및 상기 메인바디의 후편에 에폭시로 부착되고, 일부 또는 전부가 DW250-TW2 소재로 형성되고, 상기 메인바디에 강도를 부가하기 위해 배치되는 보강바디;를 포함하는, 시트 백프레임이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 시트 백프레임은 종래의 스틸 재질에서 복합 소재로 변경됨에 따라 경량화될 수 있다. 또한, 헤드레스트 일체형 디자인으로 형성되어 미려한 외관을 가질 수 있다. 또한, 시트 백프레임을 제작하는 방식을 종래 사출 공법에서 핫프레스 공법으로 변경하여 생산성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트 백프레임의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시트 백프레임의 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 시트 백프레임 중 메인바디의 제작 공정 개념도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 이하의 실시예들은 해당 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시트 백프레임의 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 시트 백프레임의 확대도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 본 실시예의 시트 백프레임(100)은 바디(110)를 포함할 수 있다.
바디(110)는 탑승자의 등 및 머리를 받쳐주는 구조물로써 헤드레스트와 일체형으로 형성될 수 있다. 바디(110)는 탑승자의 등을 받쳐주는 사각형 형상의 구조물과 상단에 탑승자의 머리를 받쳐주는 삼각형 또는 마름모 형상의 구조물이 일체형으로 결합되게 형성될 수 있다. 바람직하게, 바디(110)는 둘레를 제외한 내측이 개방된 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 바디(110)는 메인바디(111)를 포함할 수 있다.
메인바디(111)는 탑승자의 등 및 머리를 받쳐주는 형상으로 형성될 수 있다. 메인바디(111)는 둘레가 탑승자 방향으로 절곡 형성될 수 있으며, 내측은 개방된 형상으로 형성될 수 있다. 바람직하게, 메인바디(111)는 일부 또는 전부가 열가소성 섬유강화 복합재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 메인바디(111)는 PA6-LCF30 소재를 사용하여 제작될 수 있다.
메인바디(111)는 보강살(111-1)을 포함할 수 있다.
보강살(111-1)은 메인바디(111)의 표면에 배치된 다수 개의 리브 형상으로 형성될 수 있다. 예컨대, 보강살(111-1)은 메인바디(111)의 내측면에 대략 'X'자 형상이 반복 배치된 구조물로 형성될 수 있다. 보강살(111-1)은 메인바디(111)와 일체형으로 형성될 수 있다.
한편, 바디(110)는 보강바디(112)를 포함할 수 있다.
보강바디(112)는 메인바디(111)의 후편에 부착되어 바디(110)의 강도를 보강할 수 있다. 바람직하게, 보강바디(112)는 메인바디(111)의 형상과 일부 또는 전부가 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예컨대, 보강바디(112)는 메인바디(111)와 전체가 대응되는 형상으로 형성되거나, 메인바디(111)의 하측부가 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 보강바디(112)는 일부 또는 전부가 DW250-TW2 소재를 사용하여 제작될 수 있다. 보강바디(112)는 에폭시를 통해 메인바디(111)와 접착되어 바디(110)의 강도가 향샹될 수 있다.
한편, 본 실시예의 시트 백프레임(100)은 리클라이너부(120)를 포함할 수 있다.
리클라이너부(120)는 바디(110)의 양측 하단에 배치될 수 있다. 리클라이너부(120)는 일측이 시트 백프레임(100)과 연결되고 타측은 시트 하부 프레임(미도시)과 연결될 수 있다. 리클라이너부(120)는 시트 백프레임(100)과 시트 하부 프레임(미도시)의 각도를 변경할 수 있는 구조를 형성할 수 있다.
리클라이너부(120)는 패치(121), 메인 브라켓(122), 제1브라켓(123), 제2브라켓(124), 코어부(125) 및 리클라이너 브라켓(126)을 포함할 수 있다.
패치(121)는 판형 부재로 형성될 수 있고, 바디(110)의 양 측면에 배치될 수 있다. 패치(121)는 바디(110)와 후술할 메인 브라켓(122)과 체결 부재로 관통 결합될 수 있다. 예컨대, 패치(121)는 냉연간판 중에서도 SPFC440 소재를 사용하여 제작될 수 있다. 패치(121)는 바디(110)와 후술할 메인 브라켓(122)의 연결부를 보강하기 위한 역할을 할 수 있다. 더욱 상세하게는, 패치(121)는 바디(110)와 메인 브라켓(122)의 연결부 간의 크랙을 방지할 수 있고, 체결강도가 증가될 수 있는 장점이 있다.
메인 브라켓(122)은 바디(110)의 양 측면에 결합되되, 중심부에 홀이 있는 판형 부재로 형성될 수 있다. 메인 브라켓(122)은 일측 단부가 바디(110)와 연결되고, 중심부에 형성된 홀에는 후술할 코어부(125)가 결합될 수 있다. 바람직하게, 메인 브라켓(122)은 타측 단부가 라운드진 형상으로 형성되어, 후술할 리클라이너 브라켓(126)의 내측과 접촉 및 회동시 용이하게 회동될 수 있다. 예컨대, 메인 브라켓(122)은 냉연간판 중에서도 SPFC1180 소재를 사용하여 제작될 수 있다.
또한, 메인 브라켓(122)은 양 측면의 둘레가 내측으로 절곡된 형상으로 형성될 수 있다. 메인 브라켓(122)의 상측과 일 측면이 메인바디(111)에 연결 고정되는데, 종래와 같이 메인 브라켓(122)의 절곡부가 수직으로 절곡되게 형성되는 경우, 성형성이 떨어지는 문제점이 있었다. 하지만, 본 실시예의 메인 브라켓(122)의 절곡부는 수직 이상의 각도로 형성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 메인 브라켓(122)의 절곡부는 120˚내지 150˚의 각도로 형성될 수 있다. 따라서, 메인 브라켓(122)의 성형성이 좋아질 수 있다. 즉, 메인 브라켓(122)과 메인바디(111)가 이루는 각도가 수직 이상의 완만한 각도로 배치될 수 있다.
제1브라켓(123)은 메인 브라켓(122)의 일측에 배치될 수 있다. 제1브라켓(123)은 하측의 일부분이 후술할 리클라이너 브라켓(126) 방향으로 절곡된 판형 부재로 형성될 수 있다. 제1브라켓(123)은 후술할 리클라이너 브라켓(126)이 일정 각도 이상으로 회동되지 않도록 제한하는 역할을 할 수 있다. 즉, 리클라이너 브라켓(126)이 일정 각도로 회동 시 제1브라켓(123)의 하측 돌출부에, 리클라이너 브라켓(126)이 접촉되어, 제1브라켓(123)이 리클라이너 브라켓(126)이 더 이상 회동되지 않도록 지지하는 역할을 할 수 있다. 바람직하게, 제1브라켓(123)은 냉연간판 중에서도 SPFC590 소재를 사용하여 제작될 수 있다.
제2브라켓(124)은 메인 브라켓(122)의 후편에 배치되는 판형 부재로 형성될 수 있다. 제2브라켓(124)은 메인 브라켓(122)과 제1브라켓(123)과 관통 연결되어, 결합력이 증대되고, 보강의 역할을 할 수 있다. 바람직하게, 제2브라켓(124)은 냉연간판 중에서도 SPFC440 소재를 사용하여 제작될 수 있다.
코어부(125)는 메인 브라켓(122)과 후술할 리클라이너 브라켓(126)을 관통하는 원형 부재로 형성될 수 있다. 코어부(125)는 원형 부재로 형성되되 중심부가 돌출 형성되어, 중심부에는 리클라이너 브라켓(126)이 끼움 결합될 수 있다. 코어부(125)는 메인 브라켓(122)의 중심부에 고정 설치되고, 코어부(125)의 중심부는 리클라이너 브라켓(126)이 끼움 결합되어, 코어부(125)를 기준으로 리클라이너 브라켓(126)이 회동될 수 있다. 바람직하게, 코어부(125)는 냉연간판 중에서도 SPFC980 소재로 형성될 수 있다.
리클라이너 브라켓(126)은 코어부(125)를 통해 메인 브라켓(122)과 연결되는 판형 부재로 형성될 수 있다. 리클라이너 브라켓(126)은 중심부에 홀을 포함하고, 상측 둘레가 원형으로 형성될 수 있다. 리클라이너 브라켓(126)의 하측은 하부 프레임(미도시)과 연결될 수 있다. 또한, 리클라이너 브라켓(126)의 둘레는 외측으로 절곡 형성되되, 상측 일부분은 평탄하게 형성될 수 있다. 따라서, 리클라이너 브라켓(126)이 최대 각도로 회동 시, 제1브라켓(123)의 돌출부와 접촉되어, 리클라이너 브라켓(126)이 최대 각도 이상으로 회동되지 않도록 제어될 수 있다. 바람직하게, 리클라이너 브라켓(126)은 냉연간판 중에서도 SPFC980 소재로 형성될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 시트 백프레임의 제작 공정 개념도이다.
도 3을 참조하여, 이상과 같은, 본 실시예의 메인바디(111)의 제작 공정을 설명하기로 한다.
먼저, 메인바디(111)를 시편(134) 단위로 구성한다. 시편(134)은 도 3의 (a) 또는 도 3의 (b)와 같이 메인바디(111)를 소정 단위로 나눠 형성할 수 있다.
도 3의 (c)를 참조하면, 시편(134)을 시편받침대(133)의 상부에 놓고, 히팅 장치(131)의 사이에 삽입 후 히팅 장치(131)를 작동시켜, 시편(134)을 1차로 가열시킨다. 바람직하게, 시편받침대(133)는 하부에 바퀴가 포함된 다리가 구비되어 시편(134)을 용이하게 이동시킬 수 있다. 한편, 히팅 장치(131)는 상부 및 하부에 발열원이 배치될 수 있다. 따라서, 히팅 장치(131)의 작동 시, 시편(134)의 상부 및 하부에 골고루 열이 전달될 수 있다.
가열된 시편(134)은 시편받침대(133)의 상부에 안착된 상태로 인출되어 프레스 장치(132)로 이동된다. 프레스 장치(132)는 핫프레스 공법으로 가열된 시편(134)을 2차로 가공시킬 수 있다. 프레스 장치(132)를 통해 가공되는 과정에서 시편(134)은 메인바디(111)의 특정 패턴이 형성될 수 있다. 1차로 가열된 시편(134)을 2차로 핫프레스 공법으로 가공함에 따라, 시편의 형상이 고르게 나올 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 시트 백프레임은 종래의 스틸 재질에서 복합 소재로 변경됨에 따라 경량화될 수 있다. 시트 백프레임의 구성 중 메인바디 및 보강바디를 스틸이 아닌 복합재료를 적용하여 시트 백프레임의 무게를 경량화시킬 수 있다. 시트 백프레임은 경량화되면서도 기계적 물성은 만족할 수 있는 복합재료를 사용하여, 차량의 연비를 높이고, 안전성은 유지될 수 있다.
또한, 헤드레스트 일체형 디자인으로 형성되어 미려한 외관을 가질 수 있다. 종래의 시트 프레임은 백 프레임과 헤드레스트를 별도로 제작하여 조립하는 방식이었으나, 본 실시예에서는 시트 백프레임에 헤드레스트를 일체형으로 형성하여 미래지향적인 외관을 나타낼 수 있다. 또한, 시트 백프레임 제작 공정이 사출 방식에서 핫프레스 방식으로 간소화되고, 일체형으로 형성됨에 따라 조립 과정도 간소화될 수 있다. 즉, 일체형으로 시트 프레임이 형성되어 깔끔하고 미려한 외관을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
또한, 시트 백프레임을 제작하는 방식을 종래 사출 공법에서 핫프레스 공법으로 변경하여 생산성을 증대시킬 수 있다. 종래 사출하는 제작 과정에서는 소재가 끝단까지 유입되지 않아 미성형되는 불량이 발생되었다. 본 실시예에서는 시트 백프레임 중 가장 큰 비율을 차지하는 메인바디의 제작시, 히팅 장치를 통해 1차 가열 후, 프레스 장치를 통해 2차 가공하는 방식으로써, 사출 공법에 비해 생산성이 증대될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 시트 백프레임 110: 바디
111: 메인바디 112: 보강바디
120: 리클라이너부 121: 패치
122: 메인 브라켓 123: 제1브라켓
124: 제2브라켓 125: 코어부
126: 리클라이너 브라켓 130: 제작 장치
131: 히팅 장치 132: 프레스 장치
133: 시편 받침대 134: 시편

Claims (5)

  1. 차량 탑승자의 등 및 머리를 지지하는 바디(110); 및
    일측이 상기 바디(110)의 양측 단부에 결합되고, 타측이 하부 프레임과 결합되는 리클라이너부(120);를 포함하고,
    상기 바디(110)는,
    탑승자의 등 및 머리를 지지하는 형상으로 형성되되, 둘레가 탑승자 방향으로 절곡 형성되고, 내측은 개방된 형상으로 형성되고, 일부 또는 전부가 열가소성 섬유강화 복합재료로 형성되는 메인바디(111); 및
    상기 메인바디(111)의 후편에 에폭시로 부착되고, 일부 또는 전부가 DW250-TW2 소재로 형성되고, 상기 메인바디(111)에 강도를 부가하기 위해 배치되는 보강바디(112);를 포함하는, 시트 백프레임.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리클라이너부(120)는,
    상기 바디(110)의 양측 단부에 배치되고, 메인 브라켓(122)과 상기 바디(110)의 결합부에 배치되어, 상기 메인 브라켓(122)과 상기 바디(110)의 결합력을 향상시키는 보강 역할을 하는 패치(121);
    상기 바디(110)의 양측 단부에 배치되고, 중심부에 홀이 있는 판형 부재로 형성되는 메인 브라켓(122);
    상기 메인 브라켓(122)의 외부 일측에 배치되되, 판형 부재로 형성되고, 하측 일부가 외측으로 절곡 형성되는 제1브라켓(123);
    상기 메인 브라켓(122)의 내부 일측에 배치되되, 상기 메인 브라켓(122) 및 상기 제1브라켓(123)과 같이 관통 연결되고, 판형 부재로 형성되어, 상기 메인 브라켓(122)과 상기 제1브라켓(123)과의 체결력을 향상시킬 수 있는, 제2브라켓(124);
    상기 메인 브라켓(122)과 리클라이너 브라켓(126)과 관통되도록 연결되고, 원형의 판형 부재로 형성되고, 일측은 상기 메인 브라켓(122)과 고정 연결되고, 타측은 상기 리클라이너 브라켓(126)과 끼움 연결되어, 코어부(125)를 기준으로 하여 상기 리클라이너 브라켓(126)이 회동가능한, 코어부(125); 및
    일측은 상기 메인 브라켓(122)과 상기 코어부(125)를 사이에 두고 연결되고, 타측은 하부 프레임과 연결되는, 리클라이너 브라켓(126);을 포함하는, 시트 백프레임.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인바디(111)는,
    상기 메인바디(111)의 내측에 특정 패턴으로 형성되어, 상기 메인바디(111)의 강도를 보강할 수 있는, 보강살(111-1);을 포함하는, 시트 백프레임.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인바디(111)는,
    PA6-LCF30 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는, 시트 백프레임.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인바디(111)는,
    다수 개의 시편(134)단위로 나누어지고,
    상기 시편(134)이 1차로 히팅 장치(131)를 통과하며 가열되고,
    가열된 상기 시편(134)이 프레스 장치(132)를 통과하며 2차로 핫 프레스 방식으로 성형되는 것을 특징으로 하는, 시트 백프레임.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100590947B1 (ko) 2004-06-07 2006-06-19 현대자동차주식회사 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임 및 그 성형방법
KR101652718B1 (ko) 2015-01-06 2016-09-01 한화첨단소재 주식회사 연속섬유 보강 복합소재 적용 프론트 시트백 프레임

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