CN102036851A - 改进的车辆座椅系统 - Google Patents

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CN102036851A CN200880129391XA CN200880129391A CN102036851A CN 102036851 A CN102036851 A CN 102036851A CN 200880129391X A CN200880129391X A CN 200880129391XA CN 200880129391 A CN200880129391 A CN 200880129391A CN 102036851 A CN102036851 A CN 102036851A
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帕德雷格·J·诺顿
普拉什特·申贝卡
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Abstract

本发明公开了改进的用于机动车辆的座椅组合件。所述改进的机动车辆座椅组合件包括：成型塑料座椅(22)，所述成型塑料座椅(22)具有多个设置在其中的一体的加强结构体(30)。泡沫材料支撑结构体具有顶部泡沫材料表面、侧泡沫材料表面和底部泡沫材料表面，其中所述底部泡沫材料表面可以被设置在所述成型塑料座椅上。罩外皮被设置在顶部泡沫材料表面和侧泡沫材料表面上。

Description

改进的车辆座椅系统
要求申请日的权益
本申请要求2008年5月23日提交的印度申请序列号1263/CHE/2008的申请日的权益，该印度申请为了各种目的通过引用结合在此。
发明领域
本发明涉及一种改进的座椅系统，更具体地，涉及一种改进的用于机动车座椅的系统。
背景
近年来，考虑到政府对载货保持(cargo retention)更严格的标准，改进车辆座椅的努力已经得到了越来越多的关注。如美国专利号6,491,346；6,688,700；6,739,673；6,997,515，7,128,373和7,137,670中所示例的，选择节省成本并且通常轻重量的材料解决这种需要的能力导致了大量的座椅系统开发，这些美国专利为了各种目的通过引用结合在此。尽管已经取得了这些进展，但是仍然需要提供用于各种用途，特别是用于坐垫和座椅靠背整合为单一部件的情况的替代解决方案。
发明概述
本发明涉及一个这样的解决方案，并且具体地涉及一种成型塑料座椅，这种座椅至少具有带前表面和后表面的第一壁部、可选的相反第二壁部、泡沫材料块(foam bun)和座椅罩(可选地与塑料座椅一起原位成型)，它们全部被构造成整体式的坐垫、靠背和可选的头部限制部(head restrain portion)。本发明的一个潜在的优点是使用迄今为止被视为对于需要更严格的负载要求的全部座椅用途较不实用的塑料比如聚烯烃和聚乙烯的能力。另外，本发明提供以下能力：择性地提高局部性能，降低壁厚度和部分厚度(section thickness)，降低构建座椅组合件所需的部件的总数、减少可能的吱吱声和嘎嘎声(rattles)(例如，更少的部件，没有相对移动)，以及降低腐蚀(塑料不生锈)。
有利地，座椅系统在快速加速达约20g至约30g乃至高达50g时，在将至少15kg质量体放置在座椅后面的情况下，座椅靠背可以没有断裂。有利地，座椅系统还可以承受关于座椅参照点(R)产生的约530Nm的力矩的力，所述力是通过模拟人体模型的背部的部件被纵向地并且向后地施加到座椅靠背的上部部分的，并且在碰撞事故中，座椅的可选的头部限制部可以能够在至少约24.1Km/h的速度撞击的情况下，使重量为至少约6.8Kg的球形头模(headform)的加速度限制到低于80g达到超过连续的3ms。″座椅参照点″(R)是制造商的设计参照点，该设计点建立了座椅上最后面的安放位置，并且模拟人身体和大腿的轴心的位置。与其它商业化的座椅系统相比，该系统可以容易制造并且不对车辆增加显著的重量。
因此，根据本发明的一个方面，设想到一种成型塑料座椅，其可以至少具有包括前壁部和后壁部的第一壁部、多个被设置在前壁部或后壁部上或设置在前壁部和后壁部上的一体的加强结构体，还可以包括静态地连接至靠背部的坐垫部(cushion portion)和可选的头部限制部，坐垫部可以包括：顶部坐垫壁部和底部坐垫壁部，其中底部坐垫壁部可以适合与车辆连接性接合；泡沫材料支撑结构体，其具有顶部泡沫材料表面、侧泡沫材料表面和底部泡沫材料表面，其中底部泡沫材料表面可以被设置在成型塑料座椅的前壁部上；和罩外皮，所述罩外皮被设置在所述顶部泡沫材料表面和所述侧泡沫材料表面上；其中座椅组合件可以能够在不断裂的情况下在平行于车辆的纵向中心线的平面内座椅面对的方向上承受至少约5000牛顿，并且在将至少15kg质量置于座椅组合件后面的情况下，在快速加速达约20至约30g时未显示座椅组合件的断裂。
本发明的特征还可以在于，在本文中所述的特征中的一个或任何组合，比如坐垫部、靠背部、头部限制部和多个一体的加强结构体可以构成(comprise)单个整体成型的塑料部件；包括第二前壁部和第二后壁部在内的第二壁部。成型塑料座椅可以由热塑性树脂成型。热塑性树脂可以包括纤维填充的聚烯烃。成型塑料座椅可以通过以下方法制造：单注塑，吹塑，压塑，真空模塑或它们的任何组合。泡沫材料支撑结构体可以在单发泡操作中制造并且与成型塑料座椅和罩外皮接合。成型的塑料包括用于可选的头部限制部的连接特征。
因此，根据本发明的另一个方面，考虑到了一种制造用于机动车辆的座椅组合件的方法，所述方法可以包括以下步骤：形成热塑性塑料座椅，所述热塑性塑料座椅具有整体连接至靠背部和头部限制部的坐垫部；提供罩外皮；将热塑性塑料座椅固定地放置到泡沫材料模具的盖部上；将罩外皮固定地放置到泡沫材料模具的凹部(bowl portion)上；将可膨胀的泡沫材料引入到泡沫材料模具中；和使所述可膨胀的泡沫材料膨胀以填充模具，因此将罩外皮和热塑性塑料座椅接合至膨胀泡沫材料上，从而形成座椅组合件。
本发明的特征还可以在于，在本文中所述的特征中的一个或任何组合，比如可以通过在凹部和罩外皮之间施加真空的步骤将罩外皮固定到凹部上。将盖部闭合到凹部上的步骤可以在将可膨胀的泡沫材料引入到泡沫材料模具中之后进行。
附图说明
图1是根据本发明的教导的一个示例性座椅的透视图。
图2是根据本发明的教导的一种示例性座椅结构的透视图。
图2A是图2中所示的一种示例性座椅结构的横截面图。
图3是图1中所示的一种示例性座椅结构所显示的不带座椅结构的横截面图。
图4是根据本发明的教导的第二示例性座椅的透视图。
图4A是图4中所示的一种示例性座椅结构所显示的带座椅结构的横截面图。
图5是根据本发明的教导的带头模的一种示例性座椅结构的透视图。
优选实施方案详述
参考图1-3，本发明的前提在于研发出改进的机动车辆的座椅组合件20。改进的机动车辆的座椅组合件20，其主要具有塑料结构体或成型塑料座椅22，但是可以使用一些未显示的附加的非一体的加强件(例如金属、织物、纤维复合材料，和/或在预拉时可选的至少一个定向加强件)。典型地，这些加强件可以位于座椅/车辆的界面，并且位于局部高应力或易疲劳区域。改进的机动车辆的座椅组合件20还可以包括泡沫材料支撑结构体42(例如聚氨酯泡沫材料块)和罩外皮50。
总体上，本发明预期到了一种成型塑料座椅22，其可以至少包括第一壁部24(例如具有单壁厚度的塑料部件)。第一壁部可以被限定为厚度为TW，具有前壁部26和后壁部28。壁厚TW优选小于约10.0mm，更优选小于约7.0mm且还更优选小于5.5mm。壁厚TW还优选为至少0.5mm，更优选至少1.5mm。成型塑料座椅22可以可选地具有多个壁部(未显示)(例如在吹塑的构造或接合的多件式(multi-piece)组合件中的两个相反的壁)。成型塑料座椅22还可以含有多个一体的加强结构体30；这些结构体可以位于前壁部26或后壁部28上或位于两者上。如所理解的，结合实现所需的性能而不显著增加车辆的重量、成本或挤占可利用的内部空间的一体的加强结构体的尺寸和位置的适当选择的情况下，适当的材料选择将有助于允许最佳的壁厚度的有效率设计和成型。还应当理解，一体的加强结构体30的大小、位置和尺寸可以基于诸如总的座椅包装(package)尺寸、座椅负载和疲劳要求和材料选择的这些示例性的因素而变化。
座椅结构体还可以包括坐垫部32，所述坐垫部32可以静态连接(例如在不使用任何铰链连接机构的连续连接)至靠背部34，并且可选连接至头部限制部36。坐垫部32可以包括顶部坐垫壁部38和底部坐垫壁部40。另外，底部坐垫壁部40可以适合与车辆连接性接合(例如通过座椅导向组合件或可以与白车身连接的安装平台连接)。设想的是，与车辆的连接可以通过使用机械紧固(例如螺母、螺钉、铆钉等)或通过粘合剂(例如用粘合剂将坐垫粘合至板或托架上)或它们的任何组合进行。白车身或BIW是指车身金属板(典型地包括门、发动机盖和行李仓盖板)，但是通常不包括传动系部件(例如传动机构(transmission)或电动机)和装饰件(例如挡风玻璃、座椅、内饰、电子仪表等)并且是汽车工业领域内的熟知术语。
本发明还可以包括泡沫材料支撑结构体42，其具有顶部泡沫材料表面44、侧泡沫材料表面46和底部泡沫材料表面48。底部泡沫材料表面48可以被设置在成型塑料座椅22的前壁部26上。设想的是，泡沫材料支撑结构体42可以通过机械互锁、粘合剂粘合等连接至成型塑料座椅22上。该泡沫材料支撑结构体42可以由典型地在汽车座椅中使用的类型的可膨胀的聚氨酯泡沫材料制成。这样的泡沫材料的一个示例性实例可以在美国专利号5,079,276中找到，该美国专利为了各种目的而通过引用结合在此。其中描述了一种制备聚氨酯泡沫材料的方法，所述方法包括以下步骤：将多元醇和有机异氰酸酯在不使它们彼此明显地反应的情况下混合，从而获得未反应的混合物；将未反应的混合物与发泡剂、催化剂、泡沫材料稳定剂和其它必要的添加剂(例如颜料，阻燃剂和/或填料)混合；和将所得的混合物注入到模具中，以使所得的混合物发泡并且交联。
本发明还可以包括罩外皮50，所述罩外皮50被设置在顶部泡沫材料表面44和侧泡沫材料表面46上。所述罩可以与泡沫材料支撑结构体(例如自结皮泡沫材料)形成整体，或者可以是一个或多个单独的部件(例如经缝合的装饰罩或预先制造的乙烯基或氨基甲酸酯罩)。在一个或多个单独的部件的情况下，罩外皮50可以通过许多方法固定到座椅或泡沫材料上。这样的固定方法可以包括使用常规的座椅装饰件机械紧固件(例如j形钩、拱曲环、吊钩和环、等)，采用粘合剂或振动结合，或者优选通过原位成型进行。
另外，本发明设想到座椅组合件20可以能够在不断裂的情况下在平行于车辆的纵向中心线的平面内座椅面对的方向上承受至少约5000牛顿。此外，座椅组合件20在将至少15kg质量置于座椅组合件20后面的情况下，在快速加速达约20至约30g时可以未显示座椅组合件20的断裂。此外，座椅组合件20还可以承受关于座椅参照点(R)产生的约530Nm的力矩的力，所述力是通过模拟人体模型的背部的部件被纵向地并且向后地施加到座椅靠背部34的上部部分的。座椅的可选的头部限制部36可以能够使重量为至少约6.8Kg的球形头模64(图5中所示)的加速度最小化至低于80g，以至少约24.1Km/h的速度撞击不多于连续的3ms。
在第一实施方案中，如图1-3中所看到的，考虑了可以将成型塑料座椅22制造为单个整体成型的塑料部件，所述成型塑料座椅22可以包括坐垫部32、靠背部34、头部限制部36和多个一体的加强结构体30。这种整体成型的部件的制造可以使用各种制造方法进行，这些方法比如但不限于：注塑，反应注塑(RIM)、压塑或真空成形。设想到的是，成型塑料座椅22可以由任何数量的填充的(例如玻璃、滑石、矿石、纳米复合物等)或未填充的塑料树脂构成，所述塑料树脂比如但不限于：聚乙烯、聚丙烯、聚酯、尼龙、苯乙烯类、烯烃、或它们的任何共混物。在最优选的实施方案中，所使用的树脂可以是玻璃填充的聚丙烯，其赋予所需的高强度和高硬度的材料性能。
在该实施方案中，泡沫材料支撑结构体42可以整体连接至成型塑料座椅22，使得基本上全部的底部泡沫材料表面48与成型塑料座椅22的前壁部26匹配。在该实施方案中，考虑到的是，成型塑料座椅22和罩外皮50可以被放置在泡沫材料模具内，并且泡沫材料支撑结构体可以在它们之间原位形成。
被选择用于形成本发明的成型塑料座椅22或51的壁的材料可以优选表现出通常小于约10000MPa、更优选小于约7000MPa且还更优选小于约5000MPa的弹性模量。另外，被选择用于形成壁的材料可以优选表现出至少约500MPa、更优选至少约1000MPa且最优选至少约1500MPa的弹性模量。
成型塑料座椅壁的挠曲模量可以优选小于约6500MPa、更优选小于约6000MPa且最优选小于约5500MPa。成型塑料座椅壁的挠曲模量可以优选为至少约600MPa，更优选至少约1300MPa，并且最优选至少约1700MPa。
成型塑料座椅壁的优选屈服强度可以优选小于约200MPa，更优选小于约130MPa，且最优选小于约70MPa。成型塑料座椅壁的屈服强度可以优选至少约10MPa，更优选至少约25MPa，并且最优选至少约35MPa。此外，材料的延展性(如由伸长率百分比所测量的)可以优选小于约250％，更优选小于约180％，且最优选小于约150％。另外，延展性可以为至少约1％，更优选至少约3％，并且最优选至少10％。
该材料还应当优选表现出吸引人的加工特性，比如熔体流动速率(230C/3.8kg-l；根据ASTM D1238)为约0.30至约15.0g/10min，更优选为约0.90至约9.0g/10min；软化点(根据ASTM D1525)为低于约200C，更优选在约90C至约150C的范围内；线性流模制收缩(linear-flow mold shrink(根据ASTM D 955)为约0.001/mm/mm至约0.2/mm/mm且更优选约0.003/mm/mm至约0.09/mm/mm；或者这些性能的组合。
优选的可商购材料的实例包括Dow C702-20聚丙烯和MagnumTM1150EM，两者均可获自陶氏化学公司(Dow Chemical Company)，以及具有上述机械性能的样品。另外的实例为40％的长-玻璃填充的聚丙烯。
在第二实施方案中，如图4-4A中看到的，考虑到的是第二示例性的成型塑料座椅51，其可以包括坐垫部52、靠背部54、头部限制部56和多个一体的加强结构体58。这可以被制造为具有至少两个相对的壁的整体式塑料组合件，其被示例为第一壁部60和第二壁部62。这可以通过各种制备方法实现，这些制备方法比如但不限于：吹塑、注塑、压塑或真空成形。所考虑到的是，在单个操作(例如吹塑)中，第一壁部60和相对的第二壁部62可以由相同的材料形成。还考虑到的是，壁部(60，62)可以在两个单独的操作中由相同或不同的材料构成，然后通过粘合工艺(例如粘合剂粘合，振动焊接等)接合。考虑到的是，材料选择标准，与泡沫材料支撑结构体42的连接，以及连接罩外皮50类似于第一实施方案，并且为了简短起见，不进行重复。
在第三优选的实施方案中，本发明的成型塑料座椅可以通过在WO/2006/047366中所述的塑料材料和加工方法制成，WO/2006/047366通过引用结合在此。其中所述的材料的前提在于，确认使用了熔点低于相邻的聚丙烯层特别是取向的聚丙烯层的丙烯类(例如，丙烯-乙烯-共聚物、丙烯-α-烯烃共聚物、它们的混合物或其它)共聚物作为多层细长构件。在加工以形成制品时，所得到的材料(特别是，取向的聚丙烯层)表现出保持其初始拉伸状态的形貌的程度(degree)，这是迄今为止使用常规的材料所不能达到的。因此，材料的方面的前提在于，使用乙烯含量为约3至约25重量％(例如，5至15重量％)，熔点范围为约50至约135℃，且挠曲模量为约8至约325MPa以上(例如，至少约375MPa)的丙烯-乙烯共聚物，以及包含聚烯烃比如丙烯类聚合物的第二热塑性材料。这样的丙烯-乙烯共聚物可以具有约40至90(或更高)的肖氏A硬度，约1.5至约4的分子量分布以及至少约0.3g/10min的熔体流动速率，或它们的任何组合。此外，考虑到的是，与泡沫材料支撑结构体42的连接以及与罩外皮50的连接类似于第一实施方案，并且为了简短起见，不再重复。
在本发明的另一个方面中，考虑到的是一种制造用于机动车辆的座椅组合件的方法，所述方法可以包括以下步骤。首先，形成热塑性塑料座椅，所述热塑性塑料座椅具有整体连接至靠背部和可选连接至头部限制部的坐垫部。第二，提供罩外皮(例如作为与总组合件相独立的部件或者作为泡沫材料的整体部件)。第三，将热塑性塑料座椅固定地放置到泡沫材料模具的盖部上。第四，将罩外皮固定地安置(例如通过重力、夹具系统，通过真空或者它们的任何组合固定)到泡沫材料模具的凹部中。第五，将可膨胀的泡沫材料引入到泡沫材料模具中(在闭合模具之前或之后)。最后，使所述可膨胀的泡沫材料膨胀以填充模具，由此将罩外皮和热塑性塑料座椅接合至膨胀泡沫材料上，从而形成座椅组合件。
在本发明的又一个方面中，考虑到的是，可以将其它部件或系统结合至座椅组合件上。比如文件箱、通风道、通气孔、扶手、伞架、小件行李夹(package clips)、硬币保持器(coin holders)等的物体可以被成型到座椅结构体中，或者通过连接零件连接。
应理解，上述设计标准是优选的，但是不意在是限制性的。取决于具体的应用，可以对上述进行改变。
技术人员应认识到，上述教导可以以许多仍然在本发明的范围内的方法中的任何一种进行变化。
如从上面所理解的，根据本文中所列的标准优化并且使用所提及材料的优选座椅系统应当一致地通过美国和欧洲政府的机动车辆测试标准(例如，如FMVSS 207，FMVSS 210，FMVSS 225(49CFR 571.207，.210，.225)或ECE 17中所述的)；所有这些标准明确地通过引用结合在此)以及汽车原始设备制造商及其供应商的要求。
本发明考虑到用于优化基材选择、壁厚度和部分厚度中的一项或多项以实现所需的硬度和强度，从而满足传统上需要的机动车儿童座椅固定负载(anchor loads)或载货挤压的负载要求的技术和方法。但是，技术人员应认识到，根据应用，设计要求将变化，因此，可能需要合理量的实验来使各种教导适合所需的独特环境。举例来说，座椅尺寸，界面位置和破裂比率(split ratio)可能影响最终设计。据认为，常规的计算机辅助工程(CAE)技术与本发明教导结合使用将产生令人满意的结果，这可以根据需要使用常规的用于局部钢加强件(例如在高应力区域，比如安装区域)的技术来改进。

Claims (11)

1.一种用于机动车辆的座椅组合件，所述座椅组合件包括：
a.成型塑料座椅，所述成型塑料座椅至少具有包括前壁部和后壁部的第一壁部、多个被设置在所述前壁部或所述后壁部上或设置在所述前壁部和所述后壁部上的一体的加强结构体，所述成型塑料座椅还包括静态地连接至靠背部和可选地连接至头部限制部的坐垫部，所述坐垫部包括顶部坐垫壁部和底部坐垫壁部，其中所述底部坐垫壁部适合与车辆连接性接合；
b.泡沫材料支撑结构体，所述泡沫材料支撑结构体具有顶部泡沫材料表面、侧泡沫材料表面和底部泡沫材料表面，其中所述底部泡沫材料表面被设置在所述成型塑料座椅的所述前壁部上；和
c.罩外皮，所述罩外皮被设置在所述顶部泡沫材料表面和所述侧泡沫材料表面上；
其中所述座椅组合件能够在不破裂的情况下，在平行于车辆的纵向中心线的平面内所述座椅所面对的方向上承受至少约5000牛顿，并且在将至少15kg的质量置于所述座椅组合件后面的情况下，在快速加速达约20至约30g时未显示座椅组合件的断裂，并且能够承受关于座椅参照点(R)产生的530Nm的力矩的力，所述力是通过模拟人体模型的背部的部件被纵向地且向后地施加到靠背部的上部部分上，并且所述座椅的可选的头部限制部能够在整个碰撞事故中，在至少24.1Km/h的速度撞击的情况下，使重量为至少6.8Kg的球形头模的加速度最小化至低于80g超过连续的3ms。
2.权利要求1所述的座椅组合件，其中所述坐垫部、所述靠背部、所述头部限制部和所述多个一体的加强结构体构成单个整体成型的塑料部件。
3.权利要求1或2所述的座椅组合件，所述座椅组合件包括第二壁部，所述第二壁部包括第二前壁部和第二后壁部。
4.权利要求1至3中任一项所述的座椅组合件，其中所述成型塑料座椅是由热塑性树脂成型的。
5.权利要求1至4中任一项所述的座椅组合件，其中所述热塑性树脂包括纤维填充的聚烯烃。
6.权利要求1至5中任一项所述的座椅组合件，其中所述成型塑料座椅是在单个注塑操作中制造的。
7.权利要求1至6中任一项所述的座椅组合件，其中所述泡沫材料支撑结构体是在单个发泡操作中制造的并且与所述成型塑料座椅和所述罩外皮接合的。
8.权利要求1至7中任一项所述的座椅组合件，其中所述成型塑料包括用于可选的头部限制部的连接零件。
9.一种制造用于机动车辆的座椅组合件的方法，所述方法包括以下步骤：
a.形成热塑性塑料座椅，所述热塑性塑料座椅具有一体地连接至靠背部和可选地连接至头部限制部的坐垫部；
b.提供罩外皮；
c.将所述热塑性塑料座椅固定地放置到泡沫材料模具的盖部上；
d.将所述罩外皮固定地放置到所述泡沫材料模具的凹部上；
e.将可膨胀的泡沫材料引入到所述泡沫材料模具中；和
f.使所述可膨胀的泡沫材料膨胀以填充所述模具，由此将所述罩外皮和所述热塑性塑料座椅接合至所述膨胀的泡沫材料，从而形成所述座椅组合件。
10.权利要求9所述的方法，其中通过在所述凹部和所述罩外皮之间施加真空的步骤将所述罩外皮固定到所述凹部上。
11.权利要求9或10所述的方法，其中将所述盖部闭合到所述凹部上的步骤是在将所述可膨胀的泡沫材料引入到所述泡沫材料模具中之后进行的。
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