CN102985248B - 形成可变密度座椅材料的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种形成座椅材料的系统和方法，所述座椅材料具有对高低挠度的大硬度比的可变密度梯度，并且更具体地，形成用于车辆座椅的泡沫材料，所述泡沫材料具有可变密度梯度，使更大范围的乘员体重获得更佳的舒适性，和单个泡沫制剂在大范围类型的具有显著不同的期望性能特性的车辆座椅上的应用。

Description

形成可变密度座椅材料的系统和方法

相关申请的交叉引用

本PCT专利申请要求于2010年7月13日提出的、名称为“System And Method OfForming Variable Density Seating Materials”的美国临时专利申请序号No.61/363,820的权益，所述申请的全部公开内容视为本申请的公开内容的一部分，并以参引的方式合并于本申请中。

技术领域

本发明概括地涉及一种形成具有可变密度梯度的座椅材料的系统和方法，更具体地，本发明涉及一种形成用于具有可变密度梯度的车辆座椅的泡沫材料，所述泡沫材料使大范围的乘员体重获得更佳的舒适性，和单个泡沫制剂在大范围类型的具有显著不同的期望性能特性的车辆座椅上的应用。

背景技术

车辆制造商必须使他们的车辆座椅让大范围的具有显著不同的体重和体量的车辆乘员感到舒适。车辆座椅的制造商必须考虑从不再需要儿童安全座椅的小孩的体重到成年人体重上限的体重范围和成年人的体量范围。更轻的乘员和更重的乘员会发现同一车辆座椅具有显著不同的性能，并且每个乘员偏爱非常不同的硬度，更具体地，座椅材料的挠度量。例如，座椅泡沫的静态舒适性，例如聚氨酯座椅泡沫的静态舒适性，更大地取决于泡沫的硬度和密度，特别是在大挠度时。虽然车辆制造商试图选择对大范围的乘员体重提供期望的静态舒适性的泡沫硬度，但由于乘员体重和因此与乘员坐在座椅上时乘员陷入泡沫中的挠度量之间的变化，使每个乘员都满意是很困难的。更具体地，软泡沫材料可能对轻的乘员提供舒适的座椅，而非常重的乘员会觉得下塌，触及框架元件，或者在同一座椅中觉得不舒适。相反地，更硬的泡沫通常保证使重的乘员舒适的座椅材料，还引起更小的挠度，这导致更轻的乘员发现所述座椅不舒适，例如所述座椅太硬，使他们坐在泡沫上面但不陷进到泡沫中，至少部分地陷进到泡沫中。而制造商可调整所述泡沫的硬度到普通使用者偏爱的泡沫硬度，车辆乘员在重量方面越偏离普通使用者，会发现座椅的舒适性越小。因此，在单一材料，单件泡沫构成的座椅中，到目前为止，制造商提供对大范围乘员体重舒适的支承面的能力受到限制。

座椅材料的舒适性或座椅材料的期望性能的变化还可以根据期望的应用、车辆类型、目标消费者和车辆制造商的偏好进行变化。例如，在许多跑车或赛车中比豪华车中期望具有更坚硬的座椅。

起初，为了解决对不同座椅特性的期望，尤其是泡沫的硬度，大多数制造商创设了多种泡沫制剂。尽管这些不同的泡沫制剂使要解决的特殊车辆的性能变化，但不能解决与车辆座椅的乘员之间的差别相关的上述问题中的任何问题。另外，对增加舒适性和增长持久性的要求，以及对扩大范围的所需要性能的要求，限制制造商在只改变泡沫制剂的情况下解决所有期望性能的能力。而且，当所需要性能的范围增加和一些个体期望高硬度泡沫以及对其他个体舒适的低硬度泡沫，这些抵触的动态舒适性问题导致泡沫制剂常常不如传统泡沫制剂那样平衡的化学混合物，并因此在制造过程中引起困难。另外，许多这些独特的泡沫制剂需要特殊的化学药品，这增加了原材料的成本，有时需要额外的制造设备和过程，从而增加了车辆座椅的成本。

为了解决上述缺点和更大体重范围的车辆乘员，一些制造商创设了用于座椅材料的两部分式泡沫组件，这需要费时的、昂贵的制造过程。因此，由于具有不同密度的泡沫的多个板坯组件的成本，它在大范围车辆座椅中的应用目前受到限制。两部分式座椅材料可以用两种方法形成。第一种方法是通常将单独的柔软层泡沫施加到更硬的模制泡沫上，其中，泡沫的软板坯最接近A表面或者座椅材料的支承面。在这种形成两部分式泡沫座椅材料的方法中，首先，更硬的泡沫座椅材料被模制，然后，第二更软的座椅材料被模制或者从具有期望形状的块状泡沫塑料切下。接着，所述两个部分用粘合剂胶粘在一起，由于需要额外的劳工、设备、材料和空间而显著地增加了制造成本。因为制造商还努力提高制造过程的环境问题以及材料的循环利用，通常不期望使用粘合剂将软冲切块状泡沫或者单独模制件胶粘到更硬的模制泡沫。例如，为了使用所述两部分式座椅材料，所述粘合剂使所述座椅在生命周期结束时更难以循环利用，并且在所述座椅的生命周期期间难以发现具有期望性能的对环境友好的粘合剂。

一些座椅制造商还开发了第二种方法：挤压包封过程，以形成去除需要粘合剂的两部分式座椅材料。即使去除了对粘合剂的需求，在模制过程中还发生明显的不利条件，这显著地降低了每个座椅材料的线速度和加工时间。更具体地，许多制造商制造泡沫的方法是将多制剂浇注到一个模具内，典型地是成层的，以实现高硬度衬垫(bolster)同时维持A表面附近的更软插入件。额外的制剂和加工步骤需要额外的空间以存储在模制中使用的不同部件，额外的设备空间，并且对制造过程的操作员提出额外的要求。此外，在发泡过程期间，到目前为止还没有发现合适的技术来防止挤压包封的板坯的污染物与液态聚氨酯化学混合物混合。更具体地，不同层的泡沫常常具有不可控制的或者不期望的混合物或者在它们期望的层边缘外侧，例如硬泡沫制剂，强加在期望软泡沫制剂的区域上，更糟的是，有时只局部强加，这引起硬度不均匀的感觉或者车辆座椅中的硬点。虽然许多制造商调整了浇注过程以试图预防这种质量问题，但这常常增加了制造过程的复杂性和成本，并且有时还限制了可相互使用的制剂类型。这种制剂的污染物或混合物通常否定了在提供模制板坯的两部分式材料座椅板坯中发现的舒适性益处。

在使用背衬材料的车辆座椅中，可能发生例如将预切割的布类材料放置在模具中，接着直接模制泡沫到所述材料。这些方法通常用于制造强的B表面粘结以增长的耐久性以及其他性能特性，但是在过程中难以使用多泡沫制剂和上述两部分式模具。更具体地，在泡沫模制过程中，在模具中模制背衬材料可能产生许多问题，例如当注射多个层时，所述填密材料的移动，以及各种类型的材料不期望地混合。

发明内容

本发明概括地涉及一种形成具有对于高-低挠度的大硬度比的可变密度梯度的座椅材料的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种形成用于车辆座椅的、具有可变密度梯度的泡沫材料，所述泡沫材料使在更大范围的乘员体重获得更佳的舒适性。

本发明使用一种形成可变硬度座椅材料的方法，所述可变硬度座椅材料只具有最小的加工工具变化并且在不降低制造效率方面受到限制。首先，所述材料被放置在模具中，接着膨胀以填满所述模具。不像先前的模具，本发明使用具有可以移动的板或者模具部段搁置在其内的更大腔室区域的模具。随着所述模具腔室被填满膨胀的泡沫并达到固化状态，所述可以移动的板压缩所述座椅到最终尺寸，使得最靠近所述可以移动的板的区域被压缩以具有更大的密度。这形成了在低和高挠度之间的硬度具有更大差别的可变密度座椅。所述座椅泡沫对大范围的乘员体重来说是更舒适的，对更轻体重的乘员如所期望的那样挠曲，同时对更重的乘员提供足够的支撑以防止称为“下塌”的感觉。

附图说明

下面将参照附图，更详细地描述根据本公开的系统和方法的各种示例性实施例，在附图中：

图1显示示例性座椅模具，在所述座椅模具中，A表面位于底侧上并且在本发明的模制结束后模具材料的初始位置；

图2显示图1中的模具，其中，泡沫座椅材料膨胀以完全填满所述模具腔室，并且可以移动的板位于第一位置中；

图3显示图2的模具，其中，所述可以移动的板从第一位置移动到第二位置，压缩所述座椅材料，在所述座椅材料的背面侧上提供所示的增加的密度梯度；

图4显示与传统座椅材料的应变相对于施加到座椅材料的作用力的曲线，本发明的应变(mm)相对于施加到座椅材料的作用力的示例性曲线；

图5显示使用相同的制剂、密度和厚度，频率对于传递率的示例性曲线，其中，传递率具有相同的制剂、密度和厚度；

图6显示对于相同的制剂、厚度和重量，挠度对于硬度；以及

图7显示挠度百分比对于力的载荷挠度曲线的示例性曲线图，更具体地显示使用只有70mm和1096g的泡沫相对于96mm和1220g的传统泡沫可以获得的类似载荷挠度曲线。

具体实施方式

本发明概括地涉及一种形成座椅(未显示)的系统和方法。所述座椅一般包括向车辆乘员提供支撑的座椅材料，例如所示的泡沫基体10。泡沫基体10包括A表面12、背表面13和衬垫18。如图3中进一步所示，横截面视图显示密度梯度区域14，密度梯度区域14在最终泡沫基体10构造中具有更高密度区域15和更低密度区域16。

所述座椅，具体是泡沫基体10，一般在模具中成形。尽管所述座椅材料，尤其是泡沫基体10，可以以任意型式、大小或构造形成，附图示出示例性座椅，并且本发明可适用于其他型式和构造。另外，模具20将如所期望的型式、形状、大小和构造进行变化，以便形成特殊期望的座椅材料和还有所示的泡沫基体10。模具20通常包括基体24和侧壁26，所述泡沫材料被放置到模具20中以开始所述模制过程。所示的模具20通常包括由侧壁26、基体24和上板32界定的衬垫腔室28和主腔室30。如图2所示，上板32可以具有第一或缩回位置34，和进一步如图3所示，第二或延伸位置36。所示的模具20用于形成座椅的基体10，对于不同的型式、形状、大小和构造可以使用不同的模具，以及座椅上背部的座椅材料所需要的不同模具或者例如车辆后部座椅上背部的座椅材料所需要的不同模具。另外，即使未显示，所述模具的其它部分可以包括额外的可以移动的板以改变所述座椅的其它部分的密度，例如处于衬垫区域中的可以移动的板(未显示)以在所述衬垫区域中提供不同的密度。

本发明，尤其是形成所述座椅的过程的开始类似于其它座椅形成过程，在这点上，所述模具被打开，并且期望量的例如聚氨酯座椅泡沫初始材料的模具材料放置或插入到所述模具中，然后所述模具被封闭。根据所使用材料的类型，在将所述材料放置到所述模具中之前，所述模具可以被预热到期望的温度。材料11可以是在形成座椅结构时通常使用的或者期望使用的任意类型的材料。如图4所示，本发明比较传统聚氨酯泡沫座椅基体与并入本发明的聚氨酯泡沫座椅基体。随着期望量的聚氨酯泡沫材料11被放置在模具中，开始膨胀所述泡沫以填满所述模具的过程，如图2所示。更具体地，图2中的材料已经填满所述模具并且已经达到半固化状态，正常情况下将被允许停留在所述模具中，但在一些额外指定的时间期间内不发生改变。本发明的模具20包括扩大的腔室区域，例如所示的主腔室30，其中，在图2所示的初始位置中，所述泡沫填充比图3中所示的最终座椅基体10所期望区域更大的区域。一旦所述模制材料完全填满模具腔室30期望的时间，内板32从图2中所示的第一位置34移动到图3中所示的第二位置36。一旦上板32移动到第二位置36，所述模具腔室形成座椅基体10的最终期望的形状和大小。如图3所示，通过将上板32从第一位置34移动到第二位置36，泡沫基体10的最靠近上板32的区域具有最高密度区域15。相比较地，最低密度区域16最远离上板32并且大约是A表面12，A表面12接合A模具表面24。主腔室30中泡沫的密度可以以逐渐均匀的密度梯度改变，但与密度的增加是线性性质相比，更期望密度的增加是指数性质。更具体地，下部密度区域16进一步延伸到泡沫基体10中，并且当它接近背部表面13时，所述密度基本上快速增加到高密度区域15。如图4中的曲线图所示，本发明使在低挠度时低硬度，然后当所述挠度增加时，硬度以比传统座椅泡沫更大的比率增加。如图4所示，本发明对更大范围的乘员体重提供更佳的静态舒适性，同时去除了昂贵的两部分式泡沫座椅材料。此外，通过仅仅在需要的部段提供高密度，本发明可以使用更少的材料并且具有更小的总质量。

模具20只是特殊泡沫基体10的一种型式，也可以使用其它型式，除所示的上板外，其还包括其他区域，这些其他区域包括可以移动的板，或者代替所述上板，使得所述密度梯度对特殊座椅型式、形状或构造具有更大的调整以将特殊座椅彻底调节到可能最舒适的位置。例如，衬垫腔室28的腔室能够意图被扩大并且包括可以移动的衬垫板(未显示)，其增加所述衬垫外边缘上的密度以在需要时提供更大的支撑。

另外，对于例如那些形成座椅材料的上背部以沿着整个上背部提供舒适性的模具，所述可以移动的板沿着所述上背部(未显示)的长度可不具有均匀的压缩。因而在期望增加座椅舒适性的地方能够通过在表面上使用多个板形成各种密度梯度。另一实例，虽然未显示，对于座椅基体，例如所示的泡沫基体10，与所述座椅的前边缘相比，将在所述座椅的后表面附近提供更大的腔室，然后进行压缩，使得所述密度梯度也在所述泡沫基体的后部到泡沫基体的前部之间变化。在腿部施加更小重量的前部具有更柔软的、更舒适的乘坐位置，而所述座椅将在因特殊使用者而施加最大重量的泡沫基体中提供更大的支撑。这将增加车辆操作者的乘坐舒适性，减小车辆操作者的疲劳。

非常重要的是，在图7中指出质量和厚度不仅提供车辆重量的减小，还提供增加驾驶室空间。

上述发明已经根据相关法律标准进行了描述，因而，所述描述在性质上是示例性的，而不是限制性的。所公开实施方式的修改和改型对本领域技术人员而言变得明显，并且它们落入本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种形成座椅坐垫的方法，包括：

提供未固化的泡沫材料；

提供具有至少两个模具构件的模具，所述至少两个模具构件协作以形成模具腔室，并且所述至少两个模具构件中的一个模具构件包括在所述模具腔室中从缩回位置延伸到延伸位置的至少一个可移动构件，并且其中，所述可移动构件位于所述延伸位置中时减小所述模具腔室的体积；

将所述未固化的泡沫材料插入到所述模具腔室内；

使所述未固化的泡沫材料部分地固化到中间状态；

将所述至少一个可移动构件移动到所述延伸位置，并且其中，在所述延伸位置中，所述可移动构件的模具表面接合处于所述中间状态的所述未固化的泡沫材料，以在紧邻所述可移动构件处在所述泡沫材料的中间状态中形成密度梯度，所述密度梯度中的密度呈指数增加，其中最紧邻所述至少一个可移动构件的泡沫材料具有最高密度区域；

使处于所述中间状态的所述未固化的泡沫材料固化到最终状态，包括所述密度梯度；以及

移除由处于最终状态的所述泡沫材料形成的座椅坐垫。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

移动所述至少一个可移动构件以形成密度梯度的所述步骤包括在处于所述中间状态的所述未固化泡沫中形成可变密度梯度的步骤，所述密度梯度中的密度增加进而使得从低密度区域延伸到高密度区域中，并且接近所述座椅坐垫的背表面，所述密度快速增加到高密度区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

提供未固化的泡沫材料的所述步骤还包括将所述未固化的泡沫材料插入到所述由所述模具构件中的一个限定的模具腔室的一部分中并且封闭所述模具构件以形成包括所述未固化的泡沫材料的模具腔室的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

将所述未固化的泡沫材料插入到所述模具腔室的一部分中的步骤还包括提供基本均匀的泡沫材料的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

至少一个所述模具构件不包括可移动构件，并且其中，插入所述未固化的泡沫材料的所述步骤还包括将所述未固化的泡沫材料插入到不具有所述可移动构件的所述模具构件中的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述可移动构件在所述缩回位置中不接合所述未固化的泡沫材料。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

使所述未固化的泡沫材料部分地固化到中间状态的所述步骤还包括施加指定时间的热的步骤。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

使所述未固化的泡沫材料部分地固化的所述步骤还包括使所述未固化的泡沫材料在所述中间状态中膨胀到至少接触所述可移动构件，并且其中，所述未固化的泡沫材料在初始放置到所述模具构件中时不触及所述可移动构件。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

使处于所述中间状态的所述未固化的泡沫材料固化到最终状态的所述步骤还包括维持所述可移动构件处于所述延伸状态的步骤。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

使处于所述中间状态的所述未固化的泡沫材料固化到最终状态的所述步骤还包括将所述可移动构件缩回到位于所述延伸状态和所述缩回状态之间的位置的步骤。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

使所述未固化的泡沫部分地固化的所述步骤包括使所述未固化的泡沫基本上填满所述模具腔室的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

将所述至少一个可移动构件移动到所述延伸位置和在所述延伸位置，所述可移动构件的模具表面接合处于所述中间状态的所述未固化的泡沫材料的所述步骤，包括当所述至少一个可移动构件移动到所述延伸位置时减小所述模具腔室的体积的步骤，并且其中，所述座椅坐垫具有基本上等于所述减小体积的模具腔室的体积。

13.一种座椅坐垫，包括：

具有包括第一表面和相对的第二表面的外表面的泡沫材料，并且其中，所述泡沫在所述第一表面和第二表面之间具有以指数方式变化的可变密度梯度，并且其中所述泡沫材料具有在所述第二表面比所述第一表面更大的密度，并且其中所述座椅坐垫由下述过程形成，所述过程包括：

提供未固化的泡沫材料；

提供具有至少两个模具构件的模具，其中，所述至少两个模具构件协作以形成模具腔室，并且其中所述至少两个模具构件中的一个模具构件包括能够在所述模具腔室内从缩回位置延伸到延伸位置的至少一个可移动构件，并且其中，所述可移动构件在所述延伸位置时在减小所述模具腔室的体积；

将所述未固化的泡沫材料插入到所述模具腔室内；

使所述未固化的泡沫材料部分地固化到中间状态；

将所述至少一个可移动构件移动到所述延伸位置，并且其中，在所述延伸位置，所述可移动构件的模具表面接合处于所述中间状态的所述未固化的泡沫材料；

使处于所述中间状态的所述未固化的泡沫材料固化到最终状态；以及

移除由处于最终状态的所述泡沫材料形成的座椅坐垫。