자동차 시트의 탄생 과정

[송방섭(소방서)]

사람의 손길로 완성되는 부품, 자동차 시트의 탄생 과정

자동차 시트는 자동차에서 신체와 가장 많이 교감하는 부품이다. 프레임 용접에서 가죽 주름 펴기까지, 자동차 시트가 만들어지는 전 과정을 살펴봤다.

2019/11/15   현대트랜시스                    

                                                                                                                                                                                                                                                            

HMG 저널이 제작한 기사, 사진은 누구나 사용할 수 있습니다. (단, 2018년 5월 4일 이후 제작 콘텐츠에 한하며, 워터마크 적용 사진은 제외)

현대트랜시스가 생산하는 일반 자동차 시트의 기본 구조

자동차 시트 생산에는 끈기와 체력이 필요하다. 전체 공정의 약 95%가 수작업이기 때문이다. 생산성 향상, 작업 효율화 등의 이유로 제조업 분야에 자동화 설비 및 스마트 팩토리 개념이 빠르게 도입되고 있지만, 자동차 시트 제작 분야에는 아직 적용이 어렵다. 최신 기술의 집약체라 할 수 있는 자동차와 수작업은 왜인지 모르게 어울리지 않는다. 그래서 현대자동차그룹 자동차 브랜드 주요 모델의 시트를 만드는 현대트랜시스를 찾아 자동차 시트가 탄생하는 과정을 자세히 살펴봤다.

자동차 시트는 여러 부품으로 구성되는데, 고급 차종의 경우 약 500개에 이를 정도다. 크게 분류하면 프레임, 폼패드(Foam pad), 직물 커버, 히터·통풍 부품, 그리고 외부를 감싸는 플라스틱 커버 등의 사출 부품으로 나뉜다. 자동차 시트는 이처럼 다양한 소재들을 결합해 만드는 복잡한 제품이다. 가죽, 천, 플라스틱, 철 등 다양한 소재와 기술이 들어가기에 완성차 업계에서는 자동차 시트를 가리켜 종합예술이라고 표현한다.

자동차 시트의 뼈대, 프레임

등받이 부분인 백 프레임. 에어백 센서, 통풍 시스템 등의 기능 부품이 장착된다

자동차 시트의 기본은 프레임(뼈대)이다. 차체와의 연결은 물론, 시트 내부에 장착되는 각종 부품을 지지하기 때문이다. 안전을 위해서도 반드시 프레임이 있어야 한다. 프레임은 차체 진동, 탑승자의 하중 등을 견딜 만큼의 내구성과 사고 발생을 대비한 안전성을 확보해야 한다. 또한 프레임 내부에 설치되는 각종 부품이 정상적으로 작동할 수 있는 환경도 갖춰야 한다. 연구원들이 하루 종일 시트 구조를 들여다보고 있는 이유다. 최적의 구조를 찾기란 쉽지 않다.

프레임 설계에는 시트 쿠션(엉덩이 부분)을 앞뒤로 조정하는 레일(슬라이더)도 포함된다. 레일의 두께부터 기어가 맞물리는 부분의 각도와 형태 등 모든 부분을 세세하게 살핀다. 레일이 꺾여 있는 각도에 따라서 진동 및 소음, 그리고 안전성이 달라진다. 내구성은 말할 것도 없다. 하나가 바뀔 때 마다 샘플을 새로 만든 후, 더미를 얹고 실시하는 충돌 안전 테스트를 다시 실시한다. 담당 연구원들은 당연히 이 모든 과정에서 양산성까지 검토해야 한다.

이같은 과정을 걸쳐 완성된 최종 설계도를 바탕으로 강판을 눌러(프레스 방식) 프레임의 각 부분을 찍어낸 뒤 용접해 연결한다. 용접은 높은 전류와 가압력을 사용하는 스폿과 가스를 활용한 CO₂ 방식이다. 현대트랜시스 생산 공장에는 협력사에서 기능 부품의 일부를 조립한 상태의 프레임이 들어온다. 담당 작업자는 모터와 액추에이터를 작동시킬 커넥터만 연결하면 된다.

참고로 시트 프레임은 차체 프레임처럼 세대별 표준이 있다. 표준 프레임은 대형부터 소형, 그리고 세단과 SUV 등으로 구분된다. 현재 현대트랜시스의 프레임은 3세대로, 제네시스 브랜드의 전 모델과 모하비 더 마스터에 탑재된다.

시트의 안락함은 폼패드가 좌우

폼패드 원료 분사 위치와 순서를 결정하는 로봇 티칭(Teaching) 기술에는 노하우가 필요하다. 제조사 역량에 따라 완벽한 폼패드 형상을 얻기 위한 조합을 찾는 시간이 달라진다

프레임이 골격이라면, 몸을 떠받드는 폼패드는 근육 정도가 되겠다. 폼패드는 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)가 주요 원재료이며, 이밖에 여러 화학물질을 배합해 일정 온도의 주물 금형에 발포해 제작한다. 현대트랜시스 동탄시트연구소의 시트시작팀 김성길 책임연구원은 폼패드를 붕어빵에 비유한다. 틀에 반죽을 넣고 쪄내는 방식이 같아서다. 다만 차이가 있다면 원료 외에 폼패드 제작 시에는 원료 발포 위치와 순서가 매우 중요하다는 점이다. 이에 따라 폼패드 발포 결과가 달라지기 때문이다. 최적의 배합과 순서를 찾는 기간만 한 형상에 평균 4일 정도 소요된다.

시트 제작을 위해서는 2열이 분리되는 승용차 한 대 기준으로 8개의 금형이 필요하다. 시트 옵션 및 기능에 따라 폼패드 외관이 다를 경우에는 이보다 더 많은 금형이 있어야 한다. 신규 차종을 개발하고 양산하는 경우에 필요한 금형은 100개 이상이다.

대부분 폼패드 표면에는 열선·통풍 및 승객감지센서 등의 편의장치 및 안전장치가 부착된다. 해당 폼패드에는 조립라인 또는 별도의 공정에서 부품을 설치한다

폼패드 성형 과정은 이렇다. 우선 폼패드 금형 표면에 원료가 붙지 않고 잘 떨어지도록 이형제를 도포한다. 이형제가 뿌려진 금형에 각종 부자재(와이어, 밸크로, 부직포 등)를 삽입한 뒤 로봇이 원료를 주입한다. 그리고 일정시간 쪄내면 된다. 금형에서 갓 꺼낸 폼패드는 재료 특성상 공기주머니가 생기는데 이를 터트려 형상을 잡는 크러싱 공정을 거친다. 이후 폼패드 외부의 이물질을 제거하면 폼패드가 완성된다.

폼패드의 기본 역할은 시트의 외관 품질 유지다. 그리고 탑승자에게 안락한 쿠션감을 제공해야 한다. 또, 차체에서 전달되는 진동을 흡수해 장거리 주행 시 쌓이는 피로감을 최소화해줘야 한다. 최근에는 폼패드의 형상이 한층 인체공학적으로 변하고 있는데, 소비자가 앉았을 때 느끼는 편안함과 안락함이 자동차 구매의 중요 요소로 떠오르고 있기 때문이다. 이에 쿠션의 가운데 부분 형상이 더 복잡해지고 있으며 양 옆은 더 높아지고 있다.

자동차 시트 원단, 안락함과 내구성을 동시에

도면에 맞춰 원단을 잘라주는 재단 전용 기계. 양산 라인에서는 한꺼번에 수 십장을 자른다

근골격계를 만들었으면 이번에는 피부에 해당하는 직물과 가죽이 등장할 차례다. 자동차 시트에 쓰이는 원단은 일반 원단과는 다르다. 생애주기(차 한 대의 생산부터 폐차할 때까지의 기간) 동안 신체 접촉과 주행 진동으로 인한 마모를 견디면서 안락함을 제공해야 하기 때문이다. 그래서 자동차 원단 안쪽에는 스펀지 같은 패딩 소재가 붙는다.

그런데 스펀지 접착에도 노하우가 필요하다. 붙이는 방식에 따라 내구성이 크게 좌우되기 때문이다. 현대트랜시스는 업계 범용 방식인 핫멜트 공법(원단과 스펀지사이에 특수 접착체 도포) 외에도 열융착 공법과 무용제형 폴리우레탄(PUR) 상온 부착 기술을 개발해 적용해오고 있다. 열융착 공법은 패딩 소재 단면을 녹여 붙이는 방법이다.

무용제형 PUR 기술은 가열할 때 가스가 발행하는 열융착 공법의 단점을 보완한 것으로, 친환경 무용제형 폴리우레탄 박막을 접착제로 이용한다. 대기 중 습기와 반응해 단단해지는 습기경화형 방식인 무용제형 PUR 기술은 상온 작업이 가능하며 경화 시간 단축되고 통풍 성능도 향상된다. 친환경적이기도 하다.

완성한 원단은 재단 기계가 컴퓨터에 입력된 도면에 맞춰 잘라준다. 단, 탑승자의 신체와 마찰이 잦은 볼스터(옆구리) 같은 부분은 재단한 후 접착 과정을 거치기 때문에 작업자가 일일이 원단과 스펀지를 겹쳐 기계에 넣어줘야 한다. 그리고 마지막으로 안티 노이즈 왁스 또는 필름을 부착한다. 탑승자가 움직일 때 폼패드와 원단의 마찰로 인해 생기는 소음을 방지하기 위해서다.

퀼팅과 펀칭, 단순히 모양만을 위한 것이 아니다

시트를 고정하고 있는 판이 움직이며 디자인대로 구멍을 뚫어준다

퀼팅과 펀칭은 원단에 문양을 넣어주는 작업이다. 어떤 색의 실을 어떤 모양으로 바느질(퀼팅) 하느냐에 따라 시트의 이미지가 달라진다. 펀칭 역시 마찬가지다. 전체 형상을 물결, 쐐기 등 다양한 모양으로 그려낼 수 있다. 이렇게 보면 퀼팅과 펀칭은 단순히 미적인 부분만을 위한 요소인 것 같다. 하지만 이 부분에도 시트의 기능 향상을 위한 기술이 들어간다.

펀칭에 기술이 필요한 이유는 구멍의 위치와 모양이 통풍 성능에 영향을 줄 수 있어서다. 몇 만 개의 구멍을 뚫는 만큼 개수로 인한 성능 차이는 거의 없지만 모양에 따라 바람의 방향과 양이 달라지게 되는 것이다. 편칭 작업은 일정 간격에 맞춰 균일하게 뚫어야 하는 만큼 기계를 사용한다. 재단처럼 도면을 입력하면 이에 맞춰 기계가 구멍을 뚫는다. 분당 900~1000타(구멍을 뚫는 기계의 속도)를 작업하며 도안에 따라 시간은 약간씩 차이가 난다.

각 부위의 원단을 잇는 작업은 사람이 직접 한다

봉제는 에어백 전개에 영향을 미친다. 바느질 간격과 땀수, 그리고 실의 굵기에 따라 에어백 전개 속도와 범위가 달라지는 것이다. 안전과 관련된 문제라 디자이너의 시안이 양산으로 연결되기 힘든 경우도 있다. 또한 디자인대로 재봉을 했을 때, 박음질이 볼록 튀어나오거나 주변 직물이 우는 일이 벌어지기도 한다.

때문에 사이드 에어백 부분의 박음질 간격과 땀수는 정해진 기준이 있다. 바느질 간격은 차종에 따라 4.5~5.5mm이며 이를 벗어나면 안된다. 작업자들은 이에 맞춰 재봉틀로 일일이 원단의 각 부분을 잇는다. 자동차 시트 부위에 따라 사용하는 재봉틀도 다르다. 볼스터처럼 입체감이 있고, 원단을 겹쳐 두꺼운 부분은 바늘도 더 두껍고, 작업대와 바늘 간격이 높은 재봉틀로 작업을 한다. 디자인에 따라 원단을 돌려줘야 하는 경우에는 사람이 직접 원단의 위치를 바꿔준다.

자동차 시트, 온전한 형태를 갖추다

원단을 씌우는 작업도 작업자가 온몸을 이용해야 한다

원단이 얼추 형태를 갖췄으면 착좌 부위인 하부 프레임과 백 프레임에 원단을 씌운다. 이를 커버링이라고 하는데, 이 작업은 순서가 매우 중요하다. 원단이 들뜨지 않도록 프레임과 원단 사이를 고정해주는 에어링 작업을 한다. ‘ㄷ’자 형태의 고리를 고압의 기구로 쏴 폼패드에 단단히 고정한다.

하부 프레임과 백 프레임에 커버를 씌웠으면 이제 각 부품을 한데 모아 하나의 시트를 완성하면 된다. 프레임과 백 프레임을 연결하고, 남은 커넥터를 끼운다. 그리고 등받이 각도 조작 버튼, 프레임 커버 등 마감 및 사출 부품을 조립하면 된다. 마지막으로 헤드레스트 조정 및 높이 조절을 해주는 가이드와 헤드레스트를 껴주면 온전한 자동차 시트 하나가 완성된다.

마지막 작업, 히팅과 검수

자동차 시트 커버의 소재나 부위에 따라 주름을 펴는 방식이 다르다

자동차 시트가 형태를 갖췄다고 해서 끝이 아니다. 조립 완료 후 시트 표면의 주름을 펴줘야 한다. 박음질과 퀼팅, 펀칭을 아무리 정교하게 했다 하더라도 형태가 입체적이라 원단에 울거나 뜨는 부분이 생길 수 있기 때문이다. 이는 히팅 기계에 넣어 1차적으로 전체 주름을 잡아준다. 디테일은 작업자가 직접 고온 스팀 다리미나 히팅건으로 일일이 펴준다. 물론, 도구의 작업 온도는 원단과 다른 부품들이 상하지 않을 정도여야 한다.

여기까지 끝냈으면 이제 검수를 거쳐야 한다. 시트가 실제로 움직이는지 작동검사를 하는데, 매뉴얼(수동) 타입의 경우 사람이 전수 작동 검사를 한다. 파워(전자동) 타입의 경우에는 히터, 통풍, 리클라이너와 마사지 등 시트에 적용된 각종 기능들이 정상적으로 작동하는지 확인이 필요하다. 이 부분은 작동 검사기를 사용한다. 모든 동작이 제대로 작동되는 완성품에 한해 더스트 커버를 씌우고 바코드를 부착하면 컨베이어 벨트를 따라 모델별로 자동 적재된다.

자동차 시트 생산에는 다양한 재료와 가공 방법에 대한 이해가 필요하다. 그리고 사람의 노력과 정성도 필요하다. 처음부터 마지막 단계까지 사람의 손길이 반드시 닿아야 하는 세밀한 작업들이 존재하기 때문이다. 자동차 시트 생산에 자동화 시스템이 도입되려면 상당히 오랜 시간이 소요될 것으로 보인다.

사진. 최진호