CN1300259A - 带有打孔线的机动车气囊盖 - Google Patents

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CN1300259A
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彼德·F·楚罗
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Abstract

一种气囊盖(12)上的断裂缝(31)由半透孔(40)排列打孔而成,这些半透孔是通过激光器(46)在盖的下侧(26)以具有受控深度的均匀隔开的锥形孔构成的。

Description

带有打孔线的机动车气囊盖
                   技术领域
本发明涉及机动车气囊盖，并且特别涉及一种在气囊盖表面形成不可见断裂缝的方法，此断裂缝用于气囊释放的时候通过气囊的膨胀在表皮上形成一个开口，并且进一步涉及一种形成具有控制深度以及均匀隔开的锥形孔的断裂缝的产品。
                   背景技术
机动车上通常用于掩盖气囊的装饰板或盖包括一层弹性塑料薄皮，其具有不显眼的纹理外表面，一个刚性固定装置或衬底以及在表皮和固定装置之间的软塑料泡沫中间层。在某些情况下泡沫可以省去。本发明涉及在那些由热塑性聚合材料或热固性树脂形成的表皮的盖上布置不可见的断裂孔，并且在固定装置上带有一个或多个活门，用以在气囊膨胀从断裂缝处分开形成一个开口，使得气囊进入到乘客座位处保护乘客。这些断裂缝具有各种结构或图案，最普通形式是C,H,U或X形，其中的图案形式决定了在衬底上的活门的数量。
基于各种原因考虑需要将表皮上的断裂缝以及气囊隐藏起来，在此之前可以采用几种方法来完成。这种断裂缝通常指的是一种“不可见断裂缝”。形成这种不可见断裂缝的一种方法是在表皮的背面形成凹槽或一系列下陷，这样就在表皮上形成了薄弱的部分，而对于车上的普通乘客来讲不会在外表上形成可见的断裂缝。这样的不可见气囊盖断裂缝在美国专利5072967,5082310,5316822,5348339以及5632914中有所公开。在表皮背面形成这种断裂缝的各种方法也为本领域技术人员所公知。
为了各种目的的需要，为了形成适宜的断裂缝需要精确的和/或若干个步骤来实现，结果是增加了气囊的制造成本。另外，人们发明在某些情况下，表皮背面的不可见断裂缝有时是“可见”的并且可以从表皮正面感知出来。
对于使用激光划线的情况，在授予本发明所有人的美国专利5632914中公开了一种需要对完全穿过外壳的小孔进行精确调整的布置形式。虽然这种布置形式在通常看来不可感知，但是在气囊表皮或外壳上形成了断点。况且，对于这么小的孔需要具有足够大的数量以达到足够断裂力的情况，增加了设备的精度和生产周期，这二者都增加了制造成本。
                      发明概述
本发明的方法及其制成的断裂缝产品是对上述方法的显著改进，该方法是在气囊盖上的热塑性或热固性薄皮上形成断裂缝，特别是提供了低成本的灵活的激光制造方法，其所形成的各种规定图案不能从外壳或表皮看出，其中使用到了同样的激光设备来形成均匀隔开的多个半透孔图案，这些孔的口径相同，距离相同并具有统一的控制深度，由这些口径相同以及控制深度的锥形半透孔在外壳和表皮上形成的断裂缝不能从外看出，并且将保持与用激光在外壳或表皮上形成V形槽形式的连续或隔开部分的半透开槽一样的断裂特性。
实现本发明的方法中使用到了一种安装在自动装置或多轴输送系统上的激光器，以及一个用于激光器的控制器，用以在气囊展开系统上的表皮或外壳盖内表面上形成多个均匀隔开的小孔，其中每个小孔都具有受控的深度，通过以相同的速率或大致相同的速率打开和关闭激光脉冲以及同时使输送系统同步地随着激光脉冲的速率向前运动，以形成精确的形状和间隔并具有统一的受控深度以及口径的半透孔，从而通过外壳或表皮不能看出，并且将保持与用激光在外壳或表皮上形成V形槽形式的半透开口一样的断裂特性。
这样就可以通过激光脉冲形成的一系列基本上一致的半透孔构成断裂缝，其中每个半透孔之间的距离由输送机构随着激光的输送速度而决定，这样就会在每个小孔处的间歇期间形成相同数目的激光脉冲，从而在表皮或外壳背面形成相同尺寸的深度精确的一排或列成矩阵的激光加工小孔，其口径不大于0.035英寸(0.889mm)，深度不大于0.020英寸(0.508mm)，孔心之间间隔不大于0.030英寸(0.762mm)。研究发现在内表面上的这样的小孔可以防止从仪表面板或转向柱管上的气囊盖上看出，同时还在气囊展开的时候具有足够的断裂力度。这样尺寸是有代表意义的并适宜于在TPU(热塑塑料尿烷人造橡胶)材料的表皮或外壳使用，并且这样的材料在美国专利申请08/319614中有所公开，此处作为参考加以引用。
该外皮或外壳薄层通常的名义尺寸为0.040英寸(1.016mm)厚，而形成小孔的激光由CO2激光器发出。另外，激光所形成的小孔具有各种各样的集合外形，包括圆形，卵形，方形，菱形以及椭圆形。
构成断裂缝的一排或列成矩阵的深度精确的分隔小孔的密度或者间隔取决于孔的大小，这样就可以在裂缝的横向和纵向降低了其有效截面积，从而使裂缝处表皮的张力不会超过50％，研究表明这样的张力大小不但可以保证表皮结构具有足够的整体性，而且随后可以通过通常的气囊膨胀来使得裂缝断开。在上述的端裂缝图案处排列的小孔可以是单排或者是平行排列的几排又或者是任意排列的一排或者排成矩阵形式的小孔，并且其中构成断裂缝的小孔数量越多，为了获得需要的消弱特性，孔的大小也就越小。
在用激光设备制造断裂缝小孔的时候，将气囊盖表皮牢固地夹持在一个固定设备上，一台计算机控制着CO2激光器并同时控制着支撑着表皮的自动设备，在程序控制下工作，从而在表皮上沿着断裂缝图案精确的行进一段上述的距离，并且以需要的距离一个接一个地形成所需数量和大小的小孔。断裂缝小孔图案包括预先确定的结构、小孔的大小和形状、间距、数量，并且激光器和自动设备是在程序的控制下进行工作的，这样就可以使用相同的激光设备组件在不同的表皮上加工出各种断裂缝小孔图案。在气囊释放系统的盖是由背部泡沫结构面板构成的情况下(如果用到了泡沫层的时候)，可以在形成泡沫层之前在表皮或外壳背面或内侧用激光器形成小孔。泡沫可以或不必填充在小孔中，取决于泡沫的流动以及固化特性。或者可以在形成泡沫层之后再用激光形成半透孔，这样的话就会在泡沫层上复制上与表皮或外壳上同样大小、形状以及间隔的小孔。
在需要的时候，可以在同一单独的工作组件上布置几个这样的安装有激光器或固定着激光器的自动设备，从而可以对某一断裂缝部分连续的进行加工以缩短加工时间。
因此本发明的目的之一是提供一种全新的改进了的在机动车气囊盖表皮上的断裂缝，该断裂缝由一系列不能从气囊盖外壳或表皮看出的半透孔构成。
本发明的另一目的是提供一种在机动车气囊盖表皮上的断裂缝，该断裂缝由一系列布置在表皮或外壳背面的半透孔构成，其中小孔的口径不大于0.035英寸(0.889mm)，深度不大于0.020英寸(0.508mm)，孔心之间间隔不大于0.030英寸(0.762mm)，这样坐在车内的普通乘客在通常的距离内不能看出来(也就是不能察觉)。
本发明的另一目的是提供一种用于机动车气囊盖的表皮，其上在表皮的背面用激光器形成有由小孔构成的断裂缝，这些小孔具有精确的深度，并且在小孔不穿透或者不能从盖外侧或外表面上看出的情况下使得气囊盖易于分离断开。
本发明的另一目的是提供一种具有精确形成的半透孔构成的不可见的断裂缝的气囊盖表皮或外壳，这些半透孔是通过激光器从紧挨着表皮外侧设置的表皮内侧加工制得的，从而可以防止从表皮的外表面上看出。
本发明的另一目的是提供一种在机动车气囊盖上制造不可见断裂缝的灵活的方法，该方法沿着断裂缝图案通过激光半透孔形成断裂缝，其中的图案可以通过控制小孔的大小和/或相邻的孔之间的布置来进行变化。
本发明的另一目的是在机动车气囊盖表皮上形成不可见断裂缝，该断裂缝通过在表皮上沿着上述的断裂缝图案用激光加工形成一排或列成矩阵的相互隔开的半透孔，并且所述半透孔是通过激光器相对表皮移动的同时在每个小孔上产生相同数量的激光脉冲而形成。
本发明的又一目的是提供一种在表皮或外壳背面或内侧形成的激光孔图案，这种图案不会对表皮或外壳造成太大的消弱，并且不能从表皮或外壳看出。
本发明再一目的是提供一种覆盖气囊盖组件的表皮或外壳，其上带有由半透锥形孔图案构成的隐藏缝，这些孔具有统一的间隔，并且只在表皮或外壳的背面形成统一的深度，其中这些统一间隔和深度的小孔可以防止从气囊盖表面看出，同时保持了气囊膨开时的预定程序的释放。
本发明还有一个目的是提供一种气囊盖断裂缝的制造方法，以防止气囊盖上的断裂缝被看出，该方法包括根据部件输送速度间隔提供一个激光脉冲序列，从而获得统一间隔并具有受控深度的半透孔图案，此图案从表面的可见部分上不可看出，并且具有与激光形成的V形槽断裂缝或专利’914中公开的微型激光孔一样的断裂特性。
通过下面参照附图对本发明的详细说明，本发明的这些和其他目的、优点以及特征将会更加明了。
                  附图简要说明
图1显示的是根据本发明的机动车仪表面板与具有不可见半透孔断裂缝的气囊配合在一起的情况；
图2是图1中沿2-2线箭头方向的视图；
图3是图1中沿3-3线箭头方向的仪表面板部分的放大视图；
图4A是图3中沿4A-4A线箭头方向的仪表面板部分的放大视图；
图4B是沿图4A中的4B-4B线箭头方向看形成断裂缝的小孔(即锥形圆孔)的一个实施例的放大视图；
图4C是沿图4B中4C-4C的垂直截面图；
图5显示的是图1中的仪表面板在气囊从表皮上的断裂缝位置断开形成的开口释放出来的情况；
图6是形成本发明的断裂缝的成形设备的概略图。
                 实施例详细说明
参照图1和2，其中显示出了一个机动车仪表面板10，其位于挡风玻璃11前，在位于乘客一侧的面板形成了一个盖12，通常盖12后面掩藏有一个气囊系统14。气囊系统为通常的形式，其包括一个位于乘客位置18处用以保护前排就座的乘客的可膨胀气囊16。气囊16根据控制装置22以及一个本领域所公知的碰撞传感器24的信号通过一个气体发生器20进行膨胀。仪表面板10包括一个层状结构的气囊盖12，其包括一个柔软的塑料薄皮或外壳26，一个中间柔软塑料泡沫层28，以及一个硬质塑料固定装置或衬底30，后者用于在面板中提供足够牢固的支撑以及将面板固定在车体上的装置。在需要的情况下，泡沫层28可以省去。
表皮26具有不眩目的塑模成型表面31，其统一厚度在0.038英寸(0.9652mm)和0.052英寸(1.321mm)之间，最好在气囊盖区域的厚度为0.040英寸(1.016mm)，其所采用的合适材料为热塑塑料，例如乙烯树脂，热塑合成纤维(TPO)，热塑聚氨酯(TPU)以及聚氯乙烯(PVC)。表皮还可以采用热固材料，例如尿烷喷覆材料。衬底30可以由合适的热塑材料构成，例如聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。泡沫层28粘结在表皮和固定装置上，其材料为聚氨酯(PU)泡沫。上述材料可以采用本领域通常使用的方法来制造相应的面板部件。
为了在气囊盖12上形成用于释放气囊的开口，在表皮26的内侧形成有一个H形的半透断裂缝32(如图1所示虚线)，正如将要讨论的那样，该断裂缝不可从表皮或外壳26外侧看出，但是同时在气囊通过气囊盖12释放出来的时候还保持有所需的分离特性。
气囊盖12包括一个具有一对塑料或金属制成的活门34A和34B，它们分别通过铰链36A和36B连接在固定装置上，如图2和3所示。该铰链只是示意性的表示的，其具有多种变形形式，包括但不局限于分离式铰链件；软带；底板上可使活门围绕其转动的薄弱部分以及类似的形式。
铰接起来的活门34a和34b被膨胀的气囊16挤压，其外侧顶着泡沫层28(如果存在的话)和表皮26，从而将泡沫层的相应部分28a和28b撕开，进而将断裂缝32撕开，如图5所示。然后表皮上的活门34a和34b随着相应撕开的泡沫层部分28a和28b(如果存在的话)以及撕开的部分26a，26b向外打开，最后在盖上形成用以释放气囊的开口38，从而保护位于汽车乘客位置处的乘客。
在表皮26上形成的断裂缝32构成了上述的断裂缝图案(在实施例中显示的是H形)，这些图案是由部分深入到表皮中的半透孔40构成的，如图3和4C-4C所示(图中所示的断裂缝小孔显示得特别大，原因是它们实在是太小了)。激光器所形成的半透孔的形状和排列可以成各种形式，例如在美国专利5632914中提及的形式，该专利为本发明的申请人所有，此处引用作为参考。例如在图4A中放大显示的构成断裂缝32的小孔40为圆形孔。
根据本发明，孔40的深度相等，间隔也相等，这样位于表皮26上的每个小孔40上边的厚度26c足以盖住其下的小孔，从而不会产生被看出的问题。这些半透孔所形成的隐藏起来的断裂缝不能被乘客察觉。这样就可以完全将位于盖12下放的气囊释放系统掩藏起来。
将表皮上的半透孔直径T限制在0.035英寸(0.889mm)以下；统一间距S为0.030英寸(0.762mm)，深度D为0.020英寸(0.508mm)，从锥形孔40的底部40b到表皮外侧31测得的上边外壳的厚度T0为0.018-0.032英寸(0.457-0.813mm)，正好可以在CO2激光器的加工能力范围内形成易于分离的不可见断裂缝，这样可以将足够的物料去除掉，而不会由于去除的物料不精确而引起材料过于削弱造成断裂缝可以被看出。
在本发明中，半透孔通过锥形孔来精确确定，孔的尺寸通过口径、深度以及孔间距限定。在使用卵形孔和椭圆形孔的情况，这些尺寸由其最大横截面积限定，在使用方形孔的情况则由对角尺寸决定，在菱形情况下由最远的顶点决定。
沿着断裂缝图案排列的小孔在入口位置的尺寸大约为0.035英寸(0.889mm)或者小于最大孔的尺寸，如图4B所示。小孔40具有一个圆形进口40c并且向着圆形封底40b形成锥形。进口40b和封底40c之间的平均间距为0.022英寸(0.559mm)。孔40孔心之间的间距为0.030英寸(0.762mm)，其间为薄壁部分40d隔开形成半透孔图案。孔的数量和形成的间隔或者密度降低了表皮的横截面积，从而在断裂缝的截面方向的拉伸强度不及原来的50％。这种在热塑材料或者热固材料表皮上形成的断裂缝和半透孔可以在气囊释放的时候确保其可以沿着断裂缝断开，但是同时还能在保持表皮的结构完整性的前提下抵抗诸如通常会发生的乘客对气囊盖上预先形成的断裂缝区域向内的压力作用。应理解这种由小孔构成的断裂缝此处所指为不可见的，因为小孔没有穿透表皮，因而可以防止每个深度精确成形的半透小孔40上边的表皮的厚度变化从表面看出。
形成断裂缝的小孔40是在形成泡沫层(如果存在的话)之前在表皮背面41上用激光加工形成的，或者在定位泡沫层之后进行。由激光加工形成的小孔具有一个在表皮背面沿着加工方向汇聚形成的锥度，小孔可以在激光的能量范围之内以最小形式形成在表皮26下边的某一点位置，例如，当圆形小孔40用激光加工形成在表皮背面时，如图3和4C所示，在表皮厚度为0.038-0.052英寸(0.9652-1.321mm)的情况下，小孔可以从直径约0.035英寸(0.889mm)逐渐缩小为0.0005英寸(0.0127mm)形成在外表面31的下表面层26a上。如果在形成小孔后再将泡沫层加上，小孔中可以或者不必填充上泡沫材料。如果小孔中填充泡沫材料，最好是在泡沫层加上后再用激光加工形成小孔，在这种情况下泡沫层上会随之与表皮或外壳上一样形成同样大小形状以及间隔的小孔图案。
参照图6，其中示意性地显示出了一个计算机控制激光加工单元44制造上述断裂缝实施例的情况。在加上单元中，加工激光器46支撑在一个自动设备48上，并且二者都在一个编程控制器50的控制下工作。激光器46为CO2激光器，当外壳厚度在0.001(0.0254mm)至0.160英寸(4.064mm)范围内时，在图示实施例中为0.040英寸(1.016mm)，在热塑材料或热固材料上的加工孔可以在0.0005(0.0127mm)至0.05英寸(1.27mm)范围内。此处用到的外壳厚度是与气囊盖上的表皮材料的厚度相适应的。
为了对激光加工操作进行描述，将上述的气囊盖表皮52去除断裂缝、泡沫层以及固定装置后用夹具58背面54朝上牢固地夹持在一个固定装置56上。然后激光器46在控制器50的程序控制下通过自动装置48操纵，沿着曲面型表皮上的断裂缝图案运行，并在预定的小孔位置停留一段加工时间，同时控制器50还在程序控制下控制激光器在停留时间内加工小孔断裂缝图案。在加工锥形孔的地方，激光器随着喂送速度同步的产生出同样数量的激光脉冲以确保小孔深度精确。
加工上述断裂缝小孔的适宜的CO2激光器可以采用ConvergentEnergy(Sturbridge,MA)。自动装置最好是5或6轴自动装置。固定装置最好安装在单轴移动板上。控制激光器和自动装置的控制器同样采用适宜的传统形式的控制器，而且上述针对小孔，特定表皮的外形以及所获的断裂缝图案的编程控制工作的详细描述也是在本领域范围之内。并且由于断裂缝图案可以根据控制器程序很容易的进行变换，因此对于不同特性的表皮可以提出各个独立的程序利用同样的加工单元加工不同的断裂缝图案，因此提供了一种十分经济灵活的加工方法。
在本发明的方法中，加工孔线的CO2激光器输出功率为10-75瓦，透镜的焦距为10英寸(25.4mm)，程序控制的打孔自动装置的恒定移动速度为50mm/sec，同时尽量保持与打孔表面水平。此处讨论的小孔，其加工用的激光脉冲周期为4000到8000毫秒，脉冲宽度为400到1000毫秒。采用上述的参数可以沿直线每英寸打25-50个孔，在TPU材料上沿直线每英寸打32-39个孔。在TPU上每英寸打40个孔以上可以被看出，而低于30个孔则断裂力度不足。在拐角位置每英寸孔的数量增加25％可以不被看出。当然这些数值可以根据不同的材料和尺寸进行变换。
本发明的另一个特征是上述的计算机程序控制的喂送系统可以保证在每个小孔位置的间隙可接受到同样数量的激光脉冲，这样就可以形成深度基本上一样的小孔，因而小孔不会距离表面太近，并具有与连续的V型断裂槽一样的断裂特性。
本发明是通过优选具体实施例的方式详细说明的，应理解上述的说明是术语性的说明，而不是限定性的。显然，在本发明的上述启发下可以作出许多修改和改变。例如，具有根据本发明的适宜形式的断裂缝图案的表皮的相同或者相似的气囊盖可以装在乘客车厢的前面或者后面的其他一些位置处。另外，例如本发明所示的H形断裂缝图案可以在上述断裂缝的启发下采用其他相似的形式，例如C,U以及X形并且还可以在衬底上设置合适的活门。因此应理解，在所附权利要求内，本发明可以采用与所示和所述具体实施例不同的形式来实现。

Claims (24)

1、一种具有隐藏断裂缝的外表皮的气囊盖，其特征在于，在该表皮的内侧布置有一系列半透孔，孔的尺寸在0.508mm到0.889mm范围内，孔心距在0.127mm到1.143mm范围内。
2、如权利要求1所述的气囊盖，其特征在于，在气囊盖表皮的内侧用激光加工有由具有精确深度的小孔构成的在气囊盖上的易于断开的断裂缝，同时在不穿透或者不能从盖外表面或外侧上看出的情况下，这些小孔在车内的通常视线距离内不可见。
3、如权利要求2所述的气囊盖，其特征在于，每个小孔的底面紧挨着表皮的外侧但同时还具有一个受控深度，从而可以防止从表皮的外表面上看出。
4、如权利要求2所述的气囊盖，其特征在于，其上的隐藏断裂缝根据紧邻小孔布置成的断裂缝图案由激光加工的半透孔构成。
5、如权利要求1所述的气囊盖，其特征在于，在激光器相对表皮移动的同时，通过在每个小孔上产生相同数量的激光脉冲使每个小孔被激光加工形成一排或列成矩阵的相互隔开的半透孔。
6、如权利要求1所述的气囊盖，其特征在于，通过在表皮或外壳内侧或者背面形成的小孔图案的选择以确保在对表皮或外壳加工削弱的时候防止从表皮或外壳表面看出。
7、如权利要求1所述的气囊盖，其特征在于，提供一个覆盖一个气囊盖组件的表皮或外壳，其具有由进口为圆形的锥形小孔构成的隐藏断裂缝，所述小孔只在表皮的下侧或内侧形成统一的间距和统一的深度，同时当气囊膨开时保持了所需的预定程序的释放。
8、一种具有在一厚度内被支撑的一个外表皮表面和一个内表皮表面的气囊盖，所述内表皮表面的特征是在所述厚度内向所述外表皮表面深入有一系列半透孔，所有所述半透孔的底面与所述外表皮表面之间的距离基本上不大于0.457mm，并且孔心之间的距离不会使所述半透孔相互重叠
9、一种在气囊盖上制造隐藏断裂缝的方法，包括根据部件输送速度间隔提供一个激光脉冲序列，从而获得统一间隔并具有受控深度的半透孔图案，此图案从表面的可见部分上不可看出。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：在表皮上设定一个断裂缝图案；沿着断裂缝图案在表皮背面激光加工一排半透孔，其最大孔径不超过0.889mm，其锥形终点距离外表面0.457-0.813mm，该锥形孔外径到终点之间的范围在0.559mm到0.762mm之间，并且孔与孔之间的间隔使得沿断裂缝图案方向的拉伸强度不大于原来的50％，从而在表皮上形成不可见断裂缝。
11、如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤：发射脉冲周期为4000到8000毫秒，脉冲宽度为400到1000毫秒的激光脉冲，在形成每个小孔的位置相对于喂送速度产生同样数量的脉冲。
12、如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括由热塑材料形成表皮的步骤。
13、如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括由热固材料形成表皮的步骤。
14、如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括形成圆形截面的小孔的步骤。
15、如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括形成卵形截面的小孔的步骤。
16、如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括形成椭圆形截面的小孔的步骤。
17、如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括形成方形小孔并使其拐角与断裂缝图案对齐的步骤。
18、如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括形成菱形小孔并使其顶点与断裂缝图案对齐的步骤。
19、如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括由热塑材料形成表皮的步骤。
20、如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括由热固材料形成表皮的步骤。
21、如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括形成圆形截面的小孔的步骤。
22、如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括由热塑材料形成表皮的步骤。
23、如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括由热固材料形成表皮的步骤。
24、如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括形成圆形截面的小孔的步骤。
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