CN103732445A - 用于车辆的座椅靠背框架和其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的由包含热塑性树脂基质和强化纤维的纤维强化型复合材料制成的座椅靠背框架（100），其包括座椅靠背框架主体（1）、在倾斜装置（2）的附连位置处焊接到座椅靠背框架主体（1）的金属板（3）和焊接到金属板（3）的金属倾斜装置（2）。

Description

用于车辆的座椅靠背框架和其制造方法

技术领域

本发明涉及一种车辆的座椅靠背框架，并具体地涉及一种用于利用纤维强化型复合材料的车辆的轻质座椅靠背框架和其制造方法。

背景技术

车辆的前座椅靠背框架被要求，不仅仅具有刚性以适当地支撑乘坐者的身体，还要具有较高的强度以便承受在车辆碰撞时由施加在乘坐者上的加速度所产生的较大载荷。

座椅靠背框架通常具有这样的结构，其中，借助于弯曲金属管获得的构件或借助于在金属板上执行钣金加工获得的构件借助于焊接结合彼此结合在一起。然而，由于对较轻车辆重量的需求，同样存在对较轻座椅靠背框架的需求。鉴于此，曾考虑利用树脂或纤维强化型复合材料制造座椅靠背框架。

当树脂或纤维强化型复合材料被用于座椅靠背框架时，如何附连倾斜装置是个重要的问题。倾斜装置通常由诸如齿轮的复杂部件形成以便以给定的角度固定座椅靠背框架，以便乘坐者具有适当的坐姿，以及利用金属来制造，因为倾斜装置需要足够高的强度来承受在车辆碰撞时施加在座椅靠背框架上的力矩。在上述的金属座椅靠背框架的情形中，倾斜装置能够借助于焊接结合直接结合到座椅靠背框架上。然而，在将树脂或纤维强化型复合材料用于座椅靠背框架的情形中，允许倾斜装置牢牢固定在座椅靠背框架上的设计是必须的。

专利文献1公开了一种座椅靠背框架，其由模制的树脂部件形成，且其中，侧框架中的每一个都具有附连到其下端部的板形金属附连支架并通过该支架连接到铰接机构（倾斜装置）。在该结构的情形中，当在车辆的碰撞期间施加在座椅靠背框架上的较大瞬时载荷被传递给倾斜装置时，该载荷非常可能集中在树脂和支架的结合部分处。为此原因，考虑到的是需要树脂框架和金属板支架在尺寸上都较大。此外，将金属板支架附连到模制的树脂部件需要诸如热嵌缝的后期加工。

专利文献2公开了一种座椅靠背框架，其形成为由包含热塑性树脂基质和强化纤维的纤维强化型复合材料制成的单个整体构件，且其中，作为倾斜装置的一部分的铰接件以单个整体构件的形式重叠模压。此处，使铰接件被附连到左侧及右侧中的任意一个的结构以第一实施例的形式示出。在该情形中，当车辆碰撞时，仅仅一侧上的铰接机构会支撑施加在座椅靠背框架上的较大的瞬时载荷。为此，铰接件和座椅靠背框架可能需要在尺寸上较大。铰链借助于重叠模压附连到左右两侧上的结构以第二实施例的形式示出。在该情形中，左右铰接件的轴彼此不对齐是可能的，由此由于纤维强化型复合材料模制后的收缩或翘曲而损害座椅靠背框架的平滑移动。进而，在任一个实施例中，铰接件的形状极其复杂，并因此，重量和成本不可能被降低。此外，铰接件被重叠模压同时以内压扩张模制部件，并因此不可能获得足够的结合强度。

专利文献引用列表

专利文献1：日本专利4236983

专利文献2：日本专利3737081

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆的座椅靠背框架和其制造方法，在纤维强化型复合材料被用于车辆靠背框架以获得主要的重量降低时，借助于将纤维强化型复合材料用于座椅靠背框架，用于车辆的座椅靠背框架能够借助于将复合材料用于座椅靠背框架实现显著的重量减少同时用于车辆的座椅靠背框架能够实现对于量产型车辆而言足够好的生产间隔时间，并且还能够借助于利用简单方法牢牢地且精确地附连倾斜装置，以使重量及成本的增加最小化。

本发明的第一方面的要旨为一种车辆的座椅靠背框架，其由纤维强化型复合材料制成，该复合材料包含热塑性基质和强化纤维，该座椅靠背框架包括：座椅靠背框架主体；在倾斜装置附连的位置处焊接于座椅靠背框架的金属板；以及焊接结合到金属板的金属倾斜装置。

金属板可为圆板形状或椭圆板形状。

座椅靠背框架在倾斜装置附连位置处可具有比金属板小的形状的孔部分。

金属板可具有通孔，附连到倾斜装置的驱动轴穿过该通孔。

金属板的一个表面的除结合到倾斜装置的区域之外的至少一部分可被焊接到座椅靠背框架主体。

金属板的两个表面的除结合到倾斜装置的区域之外的至少一部分可被焊接到座椅靠背框架主体。

座椅靠背框架可包括上部框架和左侧框架和右侧框架，且金属板可被焊接到左侧框架和右侧框架中的每一个上。

车辆的座椅靠背框架可被设计用于前靠背。

本发明的第二方面的要旨为一种制造上述车辆的座椅靠背框架的方法，该方法包括：加热并使包含热塑性树脂基质和强化纤维的纤维强化型复合材料软化；以及借助于冷压成型使软化的纤维强化型复合材料形成座椅靠背框架主体的形状，且在成型期间借助于嵌入成型将金属板焊接到座椅靠背框架主体。

该方法还可包括在执行冷压成型之前，利用电感应加热器加热金属板。

根据本发明的座椅靠背框架和其制造方法，当纤维强化型复合材料被用于座椅靠背框架以获得主要的重量减小时，作为重要问题的将金属倾斜装置到座椅靠背框架主体的附连能够利用较高的生产率精确地进行同时使重量和成本增加最小化。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的具有附连于其上的倾斜装置的座椅靠背框架的透视图。

图2为根据本发明的实施例的在倾斜装置附连于其上之前的座椅靠背框架的透视图。

图3（a）为根据本发明的实施例的在倾斜装置附连于其上之前的座椅靠背框架的放大剖视图，以及图3（b）为在倾斜装置附连于其上之后的座椅靠背框架的放大剖视图。

图4为金属板（圆板形状）的一个表面被焊接状态的透视图。

图5为金属板（圆板形状）的两个表面被焊接状态的透视图。

图6为金属板（基本矩形形状）的两个表面被焊接状态的透视图。

图7为金属板（直角U形）的一个表面被焊接状态的透视图。

图8（a）-8（d）为示出了用于增强金属板的焊接强度的附加工艺的剖视图，且其每一个示出了不同的情形。

具体实施方式

在下文，参考附图，将详细描述根据本发明的实施例的座椅靠背框架和其制造方法。

[纤维强化型复合材料]

根据本发明的实施例的座椅靠背框架100的座椅靠背框架主体1中的纤维强化型复合材料为包含强化纤维和热塑性基质树脂的材料。至于纤维强化型复合材料中的强化纤维的形式，可采用短纤维、长纤维和连续纤维中的任一个，或者可采用这些中的两个或多个的组合。短纤维是指具有0.1-10mm长度的纤维。长纤维是指具有10mm-100mm长度的纤维。连续纤维是指具有100mm及更长的长度的纤维。在短纤维或长纤维的情形中，它们也可为利用短切纤维或类似物通过造纸工艺制造的纸。在连续纤维的情形中，它们可被包含在优选以诸如编织物/针织物的薄片、定向在一个方向上的绳索的薄片、或多轴编织物或非编织物的形式的基质树脂中。注意到的是，多轴编织物通常是指借助于下述方式获得的编织物：使由在一个方向上放置和定向的多捆纤维强化材料形成的薄片堆叠，这些薄片以不同的角度彼此堆叠（多轴编织物基础材料）；以及，用诸如尼龙绳、聚酯绳或玻璃纤维绳的缝合绳将堆叠的主体缝合，缝合绳在堆叠主体的前表面与后表面之间沿着这些表面在其厚度方向上反复穿透堆叠的主体。

组成座椅靠背框架主体1的纤维强化型复合材料可为强化纤维被随机分散的材料或纤维以特定方式定向的材料。纤维强化型复合材料优选为它的强化纤维被表面定向或单轴定向的材料、这些材料的组合、或它们的堆叠体。座椅靠背框架主体1中的纤维强化型复合材料能够为纤维强化型复合材料部分与单独的树脂部分的堆叠体或夹层结构。在夹层结构的情形中，核心构件可为复合材料，而盖构件可为树脂，或相反地，核心构件可仅仅为树脂部分，而盖构件可为复合材料。

在组成座椅靠背框架主体1的纤维强化型复合材料中的热塑性树脂的充裕度优选为与100份重量的强化纤维相关的50-1000份重量。热塑性树脂的充裕度更优选为与100份重量的强化纤维相关的55-500份重量。热塑性树脂的充裕度进一步优选为与100份重量的强化纤维相关的60-300份重量。

组成模制体的热塑性树脂不特别限定于，而是优选为选自包括下述材料的组中的至少一个种类：氯乙烯树脂、偏二乙烯树脂、醋酸乙烯树脂、聚乙烯醇树脂、聚苯乙烯树脂、苯乙烯树脂（AS树脂）、丙烯腈树脂（ABS树脂）、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺6树脂、聚酰胺11树脂、聚酰胺12树脂、聚酰胺46树脂、聚酰胺66树脂、聚酰胺610树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、酸乙二酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚芳酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚乳酸树脂、选自这些之中的两个或多个种类的树脂的混合物（树脂合成物）、等等。上述的树脂合成物优选为选自包括下述材料的组中的至少一种：聚碳酸酯树脂和聚酯树脂的合成物、聚碳酸酯树脂和ABS树脂的合成物、聚苯醚树脂和聚酰胺树脂的合成物、聚酰胺树脂和ABS树脂的合成物、聚酯树脂和尼龙树脂的合成物、等等。

注意到的是，纤维强化型复合材料的热塑性树脂可包含功能填充材料和添加剂，只要它们不影响本发明的目的。功能填充材料和添加剂的示例包括但不限于：有机/无机的填充剂、防火材料、抗紫外线剂、色素、脱模剂、软化剂、增塑剂、表面活性剂、等等。

[强化纤维]

使用在根据本发明的实施例的座椅靠背框架100的座椅靠背框架主体1中的强化纤维优选具有选自包括下述材料的组中的至少一个种类：玻璃纤维、聚酯纤维、聚烯烃纤维、碳纤维、对位芳纶纤维、间位芳纶纤维、硼纤维、唑纤维、氧化铝纤维、等等，并特别优选为具有良好的比强度和良好的比模量。在座椅靠背框架主体1中使用的纤维强化型复合材料的强化纤维不必为一种类型。不同类型的强化纤维可被使用在不同的部分，或者，在相同的部分中具有不同类型的强化纤维的多层纤维强化型复合材料可被堆叠。

[座椅靠背框架主体]

本发明的实施例为由包含热塑性树脂基质和强化纤维的纤维强化型复合材料制成的座椅靠背框架主体1。金属板3在倾斜装置2附连到座椅靠背框架主体1的位置处在焊接表面3B处被焊接到座椅靠背框架主体1。由金属制成的每一个倾斜装置2，和它的相应的金属板3借助于在焊接结合面4处的焊接结合彼此焊接在一起。座椅靠背框架主体1的形状不被特别地限定。它可为单个的模制部分或单独的模制部分的集合。然而，如图1和2中所示的，座椅靠背框架主体1可由上部框架1A和左侧框架和右侧框架1B形成。在该情形中，改进生产工艺及降低模制所需要的模具的大小并对其进行简化是可能的。进而，充足的模制压力能够被施加到每个金属板3和它的相应的侧部支架1B的焊接表面处，并由此焊接强度被改善，这甚至是更加优选的。如果需要的话，诸如用于保护倾斜机构的靠背覆盖物1C的辅助部件可被附连到座椅靠背框架主体1。靠背覆盖物1C的材料不是限定性的，且任何适当的材料能够被从下述材料中选择：诸如金属、树脂及纤维强化型复合材料。然而，考虑到它被结合到每个侧部支架1B，使用热塑性树脂或包含热塑性基质和强化纤维的纤维强化型复合材料是优选的。

诸如倾斜器、头枕、悬架垫、缓冲垫和覆盖物材料的部件可被附连到座椅靠背框架主体1。座椅靠背框架主体1当与这些部件结合时形成前部座椅靠背，且最终在与缓冲垫架连接时形成座椅装配件。

[倾斜装置]

根据本发明的实施例的每个倾斜装置2大体为用于金属板靠背框架的装置。倾斜装置2由诸如齿轮的复杂机械部件形成，以便将座椅靠背框架以给定的角度固定，以便于乘坐者具有适当的坐姿。而且，倾斜装置2利用金属制造，这是因为它需要足够高的强度来承受在车辆碰撞时施加在座椅靠背框架上的力矩。作为金属材料，铁、铝、镁、钛等等是可使用的，但是鉴于强度和成本，优选使用铁。

[金属板]

作为根据本发明的实施例的每个金属板3的材料，任何适当的材料能够从诸如铁、铝、镁和钛的金属材料中选择。然而，由于倾斜装置2通常由铁制成，因此金属板3也由相同类型的铁制成。而且，由于较大的载荷被施加，因此金属板3更优选地由高抗拉钢制成。

作为每个金属板3的厚度，优选采用0.5-5mm，而更优选地采用1-2mm。金属板3的形状可为任何形状。如图4-7中所示的，基本圆板形状、基本椭圆形形状、基本矩形形状、直角U形形状及类似物作为示例是可获得的，并且借助于加工这些形状的外周部分和内周部分所获得的形状也被包括。在基本矩形形状或直角U形形状的情形中，能够期望结合表面之间的滑动由机械锚定效应防止，但是金属板3趋向于较大，而应力可能还集中在座椅靠背框架主体1上。另一方面，在基本圆板形状的情形中，施加在座椅靠背框架主体1上的冲力载荷能够被高效地传递到倾斜装置2，其允许与通常的金属板支架相比的尺寸减小。因此，基本圆板形状优选被采用。作为基本圆板形状的外径，70-150mm被优选地采用，而80-120mm被更加优选地采用。

每个金属板3能够配置有使驱动轴2A易于附连的通孔3A，该驱动轴一起驱动左倾斜装置和右倾斜装置2。作为通孔3A的直径，优选采用10-60mm，更优选地采用20-50mm。

金属板3还优选受到化学表面处理或蚀刻，以至于改进其与座椅靠背框架主体1的接触。而且，如图8（a）-（d）中所示的，金属板3到座椅靠背框架主体1的焊接表面3B也能够受到诸如压花3C、冲压3D、切割和浮雕3E、或齿轮加工3F的后期处理，且它的机械锚定效应能够被用于改进结合强度。

[将金属板和座椅靠背框架主体结合]

在本发明的实施例中，每个金属板3在倾斜装置的附连位置处焊接到座椅靠背框架100的座椅靠背框架主体1。作为焊接状态，优选采用的状态为，金属板3的一个表面的除在结合到倾斜装置2区域之外的整个或部分被焊接到座椅靠背框架主体1。在该情形中，被用于制造座椅靠背框架主体1的模具的结构能够被大大简化。此外，更优选采用的状态为，金属板3的两个表面的除在结合到倾斜装置2的区域之外的全部或部分被焊接到座椅靠背框架主体1。在该情形中，金属板3和座椅靠背框架主体1的焊接表面3B的面积增加，由此使得能够进一步降低金属板3的尺寸，以及能够实现抵抗除施加在座椅靠背1上的冲力载荷之外的非表面载荷（例如，施加在座椅靠背的左右方向上的载荷）的强力结构。

由于结构的性质，优选的是将每个金属板3的外周部分焊接到座椅靠背框架主体1的开口部分的外侧。作为焊接结合部分的宽度，优选采用5-20mm，且更优选地采用10-15mm。

在焊接部分与焊接结合部分之间的距离太近的情形中，在焊接结合期间产生的热量可能反过来影响焊接部分。因此，焊接部分和焊接结合部分优选彼此分开5mm或更多，且更优选为10mm或更多。

作为焊接的方法，诸如振动焊接、超声波焊接或热镀焊接的方法可被用于在模制之后执行焊接。然而，更优选采用的方法是，涉及在制造座椅靠背框架主体1的方法的成形步骤期间借助于嵌入成型将金属板3焊接到座椅靠背框架主体1的方法，该制造座椅靠背框架主体1的方法涉及：使包含热塑性树脂基质和强化纤维的纤维强化型复合材料加热和软化，以及借助于冷压成型使纤维强化型复合材料形成座椅靠背框架主体1的形状。借助于这种方式，不必要的后处理能够被消除。因此，可改进生产工艺，且还可使金属板3和座椅靠背框架主体1稳定地焊接在一起。注意到，当在冷压成型期间执行嵌入成型时，还优选利用电感应加热器加热金属板3，并随后执行冷压成型。借助于这种方式，金属板3和座椅靠背框架主体1能够被牢牢地彼此焊接。

[将金属板和倾斜装置结合]

本发明的实施例为由包含热塑性树脂基质和强化纤维的纤维强化型复合材料制成的座椅靠背框架主体1。每一个金属板3在倾斜装置的附连位置处被焊接到座椅靠背框架主体1上，且由金属制成的每个倾斜装置2借助于焊接结合而被焊接结合到其中一个金属板3上。焊接结合方法的示例包括气焊结合、电弧焊接结合、点焊接结合、激光焊接结合、摩擦搅拌焊接结合，等等。然而，鉴于生产率和结合部分的形状的自由度，点焊接结合或激光焊接结合优选被采用，且激光焊接结合被更优选采用，以便允许较高的持久性。

在模制后，座椅靠背框架主体1被期望在一定程度上具有着色和翘曲。因此，优选在随后的步骤中，通过利用夹具或类似物的焊接结合而附连到左侧和右侧倾斜装置2。通过这种方式，能够确保座椅靠背框架主体1的光滑运动。

根据本发明的实施例的座椅靠背框架100具有较高的强度和刚性，并且重量也较轻。因此，座椅靠背框架100尤其对需要具有较高的强度并且很难减少重量的车辆前座椅有利。

尽管上面已描述了本发明的实施例，但是本发明不限于上面的实施例，且能够对其做出各种变型。

工业实用性

本发明的座椅靠背框架100和它的制造方法优选可应用于前座椅，并能够以对于量产型车辆而言足够好的生产间隔供应。

附图标记列表

1 薄板靠背框架主体

1A 上部框架

1B 侧框架

1C 靠背覆盖物

2 倾斜装置

2A 驱动轴

3 金属板

3A 通孔

3B 焊接表面

3C 压花

3D 冲孔

3E 切口和凸起

3F 齿轮切口

4 焊接结合部分（倾斜装置/金属板）

100 座椅靠背框架

Claims (10)

1.一种用于车辆的由包含热塑性树脂基质和强化纤维的纤维强化型复合材料制成的座椅靠背框架，所述座椅靠背框架包括：

座椅靠背框架主体；

金属板，其在倾斜装置附连位置处焊接到座椅靠背框架主体；以及

金属倾斜装置，其被焊接结合到金属板。

2.根据权利要求1的用于车辆的座椅靠背框架，其中，金属板为圆板的形状或椭圆板的形状。

3.根据权利要求1或2的用于车辆的座椅靠背框架，其中，座椅靠背框架主体在倾斜装置的附连位置处具有开口部分，其具有比金属板小的形状。

4.根据权利要求1-3中任一项的用于车辆的座椅靠背框架，其中，金属板具有通孔，驱动轴穿过所述通孔附连到倾斜装置。

5.根据权利要求1-4中任一项的用于车辆的座椅靠背框架，其中，金属板的一个表面的除焊接结合到倾斜装置的区域之外的至少一部分被焊接到座椅靠背框架主体。

6.根据权利要求1-4中任一项的用于车辆的座椅靠背框架，其中，金属板的两个表面的除结合到倾斜装置的区域之外的至少一部分被焊接到座椅靠背框架主体。

7.根据权利要求1-6中任一项的用于车辆的座椅靠背框架，其中，

座椅靠背框架主体包括上部框架和左侧框架和右侧框架，以及

金属板被焊接到左侧框架和右侧框架中的每一个上。

8.根据权利要求1-6中任一项的用于车辆的座椅靠背框架，其中，用于车辆的座椅靠背框架被设计用于前座椅。

9.一种制造根据权利要求1-8中任一项的用于车辆的座椅靠背框架的方法，所述方法包括：

使包含热塑性树脂基质和强化纤维的纤维强化型复合材料加热和软化；以及

借助于冷压成型使软化的纤维强化型复合材料形成座椅靠背框架主体的形状，且在成形期间，借助于嵌入成型将金属板焊接到座椅靠背框架主体。

10.根据权利要求9的制造用于车辆的座椅靠背框架的方法，所述方法还包括在执行冷压成型之前利用电感应加热器使金属板加热。

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