JP5868400B2 - 座席クッションを形成する方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に、変動密度勾配を有する座席材料を形成するシステム及び方法に関し、詳しくは、広範囲の乗員重量にわたる快適さを許容し、及び、著しく異なる所望性能特性を有する広範囲の車両座席タイプにわたる単数発泡体調合品の使用を許容する、変動密度勾配を有する車両座席用発泡体材料を形成することに関する。

（関連出願の相互参照）
本国際特許出願は、２０１０年７月１３日に出願された「変動密度座席材料を形成するシステム及び方法」という名称の米国仮特許出願第６１／３６３，８２０号の利益を主張する。当該出願のすべてが本開示の一部とみなされ、ここに参照として組み入れられる。

車両製造業者は、著しく異なる重量及びサイズを有する広範囲の車両乗員にとって快適な車両座席を作る必要がある。車両座席の製造業者は、補助座席をもはや必要としない小さな子供の重量から大人の上限重量及びサイズ範囲までに至る重量範囲を考慮する必要がある。軽い乗員及び重い乗員は、同じ車両座席でも著しく異なる挙動をすると思うであろうし、乗員ごとに好みの硬さ、詳しくは座席材料の撓み量、が非常に異なるであろう。例えば、ポリウレタン座席発泡体のような座席発泡体の静的快適性は、特に高撓みの場合の当該発泡体の硬さ及び密度に大きく依存する。車両製造業者は、広範囲の乗員重量に対して所望の静的快適性を与えるべく発泡体の硬さを選択しようと試みるが、様々な乗員重量ゆえに、ひいては、当該座席に着座している間の発泡体への当該乗員の入り込みに関連する撓み量ゆえに、すべての乗員に気に入られることは難しい。詳しくは、軽い乗員には軟発泡体材料が快適な座席となりやすいが、重い乗員のほとんどは、完全な沈み込みと感じ、フレーム部品を感じ、又は当該座席を不快と感じる。反対に、硬い発泡体は一般に、重い乗員にとって快適な座席材料を保証するが、少ない撓みともなる。これにより、軽い乗員は、当該座席を不快に思う。例えば、座席が硬すぎて当該発泡体の頂面に着座することとなり、少なくとも部分的には当該発泡体に沈み込まないと思う。製造業者は、平均的ユーザが好むように発泡体の硬さを調整するが、車両乗員の重量が平均的ユーザから偏れば偏るほど、当該車両座席を不快と思うようになる。したがって、単数材料すなわち一体型発泡体構造座席では、これまでのところ製造業者は、広い範囲の乗員重量に対して快適な座席表面を与える能力において限界がある。

座席材料の快適性又は座席材料の所望性能の多様性は、所望される用途、車両タイプ、対象消費者、及び車両製造業者の好みにも依存する。例えば、多くのスポーツ車又は高性能車においては、高級車よりも硬い座席を有する方が望ましい。

本来、異なる座席特性、特に発泡体硬さ、が望まれることに対処するべく、ほとんどの製造業者が広範囲の発泡体調合品を作り出した。これら異なる発泡体調合品によって特定の座席の様々な特性に対処することができるが、車両座席乗員の差異に関連する上記問題はいずれも解決されない。加えて、増加する快適性及び増加する耐久性並びに広がる必須特性範囲への要求により、製造業者のすべての所望特性に対処する能力は、発泡体調合を変えることのみに制限される。さらに、必須特性範囲が増加し、一方の個人が高硬さ発泡体を望み、他方の個人が低硬さ発泡体を望むので、これらの競合する動的快適性問題により、発泡体調合品が、従来の発泡体調合品のようなバランスのよい化学的として使用できなくなり、製造プロセス中の困難性がもたらされていた。また、これら独自の発泡体調合品の多くは、原材料コストを増加させる特製化学物質を必要とし、当該車両座席のコストを増大させる付加的な製造機器及びプロセスを必要とする場合もあった。

上記欠点及び広い重量範囲の車両乗員に対処するべく、座席材料用に２部発泡体アセンブリを作り出した製造業者もある。これには、時間がかかりかつ高価な製造プロセスが必要とされる。したがって、異なる密度を有する複数の発泡体スラブを組み付けるコストゆえに、現在のところ、これを広範囲の車両座席に対して適用することは限られている。２部座席材料は２つの方法によって形成される。一つ目は、別個の軟らかい発泡体層を硬い鋳込み発泡体に一般的に適用することである。ここで、軟らかい発泡体スラブはＡ表面すなわち当該座席材料の座席表面の最も近くに存在する。２部発泡体座席材料を形成する当該方法では、まず硬発泡体座席材料が鋳込まれ、次に第２の軟座席材料が鋳込まれるか又はスラブストックから所望形状に切り出される。次に、当該２部品が接着剤によって一緒に接着される。これが、余分な労力、機器、材料、及び空間の必要性ゆえ製造コストを著しく増加させる。製造業者はまた、当該製造プロセスの環境的側面及び当該材料の再利用可能性も向上させようと努力しているので、当該軟らかいダイカットスラブストック発泡体又は別個の鋳込み片を硬い鋳込み発泡体に接着する接着剤の使用は、一般に望ましくない。例えば、２部座席材料が使用される場合、接着剤は、当該座席の、寿命の終わりにおける再利用を困難にする。当該座席の寿命全体にわたり所望の性能特性を有する環境的に優しい接着剤を見つけるのは困難である。

いくつかの座席製造業者が開発している二つ目の方法は、接着剤の必要性を排除した、２部座席材料を形成する鋳込みプロセスである。接着剤の必要性が排除されても、各座席材料のライン速度及びプロセス時間を著しく遅らせる鋳込みプロセスには著しい不利点がある。詳しくは、多くの製造業者が、高い硬さのボルスターを達成する複数層でされるのが典型的な、一つの金型の中に複数の調合品を注入する一方で、Ａ表面近くに軟らかいインサートを保持する発泡体製造方法を使用する。付加的な調合品及びプロセスステップが、当該金型において使用される異なる部品を格納するための付加的な空間、付加的な機器空間を必要とし、当該製造プロセスの操作者に付加的な要求が課される。さらに、これまでのところ、液体ポリウレタン化学物質ブレンドが発泡プロセス中に混合する汚染から、鋳込まれるスラブを保護する適切な技術は見つかっていない。詳しくは、異なる発泡体層が、制御不能な若しくは望ましくないブレンドを有することが多く、又は、軟らかい発泡体調合品が望まれる領域に硬い発泡体調合品が入り込むことのような、その望ましい層境界の外側に異なる発泡体層が存在することが多く、さらに悪ければ、時には一部にのみ入り込んで、車両座席に不均一な硬さ又は硬いスポットが感じられる。多くの製造業者が当該注入プロセスを調整し、かかる品質問題を防止しようと試みるが、これは当該製造プロセスに複雑性及びコストを加えることが多く、時には、互いに使用される調合品のタイプが限られる。このような調合品の汚染又は混合は典型的に、スラブ鋳込みによる２部材料座席スラブを与えることに見出される快適性の利点を否定する。

予め切断された布状材料を金型に配置してから当該材料に直接発泡体を鋳込むような、裏貼り材料を使用した車両座席においては、別の問題が生じる。当該方法は典型的に、耐久性等の性能特性を増加させるための強靱なＢ表面結合を作るべく使用されるが、複数の発泡体調合品及び上記２部鋳込みプロセスとともに使用することが困難である。詳しくは、裏貼り材料を金型に鋳込むことが、例えば、複数層が入り込む際に当該裏貼り材料が動くこと、及び様々なタイプの材料の望ましくない混合のような、発泡体鋳込みプロセス中におけるいくつかの問題をもたらす。

米国特許第６，３５８，４４５（Ｂ１）号明細書

本発明は一般に、高撓みから低撓みまでの高い硬さ比のための、変動密度勾配を有する座席材料を形成するシステム及び方法に関する。詳しくは、広範囲の乗員重量にわたって大きな快適性を許容する変動密度勾配を有する車両座席用発泡体材料形成することに関する。

本発明は、最小限のツール変更のみによって、かつ、製造効率を全く低下させない場合に限られる、変動硬さ座席材料を作る方法を使用する。まず当該材料が金型の中に配置され、次に膨張されて当該金型を充填する。従来の金型とは異なり、本発明は、可動プレート又は金型セクションが載置される大きなキャビティ領域を有する金型を使用する。金型キャビティが膨張発泡体で充填されて硬化状態に近づくと、可動プレートが当該座席を最終的なサイズまで圧縮する。その結果、当該可動プレートに最も近い領域が圧縮されて高密度を有するようになる。これにより、低撓みと高撓みとの間において硬さの大きな差異を有する変動密度座席が作られる。当該座席発泡体は、広範囲の乗員重量にとって快適であって、軽い重量の乗員が望むように撓む一方、重い乗員に対しては十分な支持を与え、「完全な沈み込み」として知られる感覚が防止される。

本開示に係るシステム及び方法の様々な実施例が、以下の図面を参照して詳細に記載される。

Ａ表面が底側面にある例示的座席金型、及び本発明の当該金型が閉じられた後の金型材料の初期位置を示す。 膨張して金型キャビティを完全に充填する発泡体座席材料、及び第１位置にある可動プレートを有する図１の金型を示す。 可動プレートが第１位置から第２位置へ移動されて座席材料を圧縮し、当該座席材料の裏側に増加した図示の密度勾配が与えられる、図２の金型を示す。 本発明の座席材料に加えられる力に対するミリメートル単位の歪みを従来型座席材料のそれと対比する例示的グラフを示す。 伝達率が、同じ調合、密度、及び厚さを有する場合の、同じ調合、密度、及び厚さを使用しての周波数対伝達率の例示的グラフを示す。 同じ調合、厚さ、及び重量による撓み対硬さを示す。 撓み計パーセンテージ対力による負荷撓み曲線を示し、詳しくは、ほんの７０ｍｍ及び１，０９６ｇである発泡体対９６ｍｍ及び１，２２０ｇである従来型発泡体を使用して得られた同様の負荷撓み曲線を示す。

本発明は一般に、座席（図示せず）を形成するシステム及び方法に関する。本座席は、例えば図示の発泡体ベース１０のような、車両乗員の支持を与える座席材料を含む。発泡体ベース１０は、Ａ表面１２、裏表面１３、及びボルスター１８を含む。図３にさらに示されるように、断面図には、密度勾配領域１４が示される。これは、最終的発泡体ベース１０構成における高密度領域１５及び低密度領域１６を有する。

特に発泡体ベース１０である座席は一般に金型において形成される。具体的には発泡体ベース１０である座席材料は、任意のスタイル、サイズ、又は構成で形成される。図面は一つの例示的座席を示すが、本発明は、他のスタイル及び構成に対して適用可能である。加えて、金型２０は、図示の発泡体ベース１０に加えて特定の所望座席材料を形成するべく、所望に応じてスタイル、形状、サイズ、及び構成が変えられる。金型２０は一般にベース２４及び側壁２６を含む。これらの中に発泡体材料が配置されて鋳込みプロセスが開始される。図示の金型２０は一般に、ボルスターキャビティ２８及びメインキャビティ３０を含む。これらは、側壁２６、ベース２４、及び上部プレート３２によって境界が定められる。図２に示されるように、上部プレート３２は第１位置すなわち収納位置３４を有し、さらに図３に示されるように第２位置すなわち突出位置３６を有する。図示の金型２０は、座席のベース１０を形成するためのものであり、例えば、車両の後部座席のような座席の裏上部用座席材料に必要とされる異なる金型とともに、異なるスタイル、形状、サイズ、及び構成のために異なる金型が使用される。加えて、図示しないが、当該金型の他の部分には、例えば、ボルスター領域（図示せず）において当該ボルスター領域に異なる密度を与える可動プレートのような、座席の他の部分の密度を変える付加的な可動プレートが含まれる。

本発明、及び特に本座席を形成するプロセスは、他の座席形成プロセスと同様に開始される。すなわち、金型が開けられ、当該金型の中にポリウレタン座席発泡体初期材料が所望量配置又は挿入され、次いで当該金型が閉じられる。使用される材料のタイプに応じて、金型は、材料が当該金型の中に配置される前に所望温度まで予熱される。材料１１は、座席構造を形成するべく一般に使用されるか又は使用されるのが望ましい任意のタイプの材料である。図４に示される本発明は、従来型ポリウレタン発泡体座席ベースと、本発明を組み入れるポリウレタン発泡体座席ベースとを対比する。ポリウレタン発泡体材料１１は所望量が金型の中に配置され、当該発泡体を膨張させて当該金型を充填するプロセスが図２に示されるように開始される。詳しくは、図２の材料が当該金型に充填されて半硬化状態に達する。そして、通常は、いくらかの付加的な特定時間周期の間変化なしに当該金型の中に留まることが許容される。本発明の金型２０は、図示のメインキャビティ３０のような拡大キャビティ領域を含む。図２に示される初期位置において、当該発泡体は、図３に示される最終的座席ベース１０よりも大きな領域を充填する。ひとたび金型材料が金型キャビティ３０を所望時間だけ完全充填すると、上部プレート３２が、図２に示される第１位置３４から、図３に示される第２位置３６まで移動する。上部プレート３２の第２位置３６への移動に際し、金型キャビティは、座席ベース１０の最終的な所望形状及びサイズを形成する。図３に示されるように、上部プレート３２が第１位置３４から第２位置３６へ移動することにより、発泡体ベース１０の上部プレート３２に最も近い領域が最高密度領域１５を有する。対照的に、最低密度領域１６は、上部プレート３２から最も離れたところに存在し、近似的に、Ａ金型表面２４に係合するＡ表面１２となる。メインキャビティ３０のおける発泡体の密度は、漸次的に一定の密度勾配で変化するが、当該密度増加は、線形的性質というよりむしろ指数関数的性質である。詳しくは、低密度領域１６が発泡体ベース１０の中にさらに延び、裏表面１３に近づくにつれて、当該密度は高密度領域１５へと急速な実質的増加をする。図４に示されるグラフのように、本発明は、低撓みにおいて低硬さを許容し、次いで、撓みが増加するにつれ、従来型座席発泡体よりも高い比率で硬さが増加する。図４に示される本発明は、広範囲の乗員重量に対して良好な静的快適性を与える一方、高価な２部発泡体座席材料を排除する。さらに、本発明は、必要とされるセクションにおいてのみ高密度を与えることにより、使用する材料が少なく総質量も少ない。

金型２０は、特定の発泡体ベース１０の一つのスタイルのみであるが、図示の上部プレートに加えて又は当該上部プレートに代えて可動プレートを含む他領域をさらに含む他のスタイルも使用できる。その結果、特定の座席を最も快適な可能位置に完全に適合させることができる特定の座席スタイル、形状、又は構成への大きな調整が、密度勾配によって得られる。例えば、ボルスターキャビティ２８のキャビティが意図的に拡大され、必要に応じて当該ボルスターの外側境界の密度を増加させて大きな支持を与える可動ボルスタープレート（図示せず）を含み得る。

加えて、例えば座席材料の裏上部を形成して当該裏上部全体に沿って快適性を与える場合の金型に対しては、可動プレートは、当該裏上部（図示せず）の長さに沿った均一な収縮を有しない。したがって、表面全体にわたり複数プレートを使用することにより、座席快適性を増加させたい所望の場所に様々な密度勾配を作ることができる。図示しないが、図示の発泡体ベース１０のような座席ベースに対する他実施例は、当該座席の後部表面近くに、当該座席の前部周縁よりも大きなキャビティを与え、次いで、当該発泡体ベース後部と当該発泡体前部との間で密度勾配が変わるように圧縮する。脚が配置されて重量があまりかからない前部が、軟らかく快適な座席位置となる一方、当該座席は、特定のユーザにより最も重量がかかる発泡体ベースにおいて大きな支持を許容する。これにより、座席快適性が増加し、車両操作者の疲労が低減される。

重要なことだが、図７において、質量及び厚さ双方が車両重量の低減を与え、キャビン空間の増加も与えることが注目される。

上記発明は法的基準に従って記載されているので、本明細書は本質的に限定ではなく例示である。開示の実施例に対するバリエーション及び修正例が、当業者にとって明らかとなり、本発明の特許請求の範囲内にある。

Claims (13)

1. 座席クッションを形成する方法であって、
   未硬化発泡体材料を与えるステップと、
   一の金型キャビティを形成するべく協働する少なくとも２つの金型部材を有する金型であって、前記少なくとも２つの金型部材に含まれる少なくとも一つの可動部材が前記金型キャビティの中で収納位置から突出位置まで延びることができることにより前記突出位置において前記金型キャビティの体積を減少させる金型を与えるステップと、
   前記未硬化発泡体材料を前記金型キャビティの中に挿入するステップと、
   前記未硬化発泡体材料を中間状態にまで部分的に硬化させるステップと、
   前記突出位置まで前記少なくとも一つの可動部材を移動させるステップであって、前記突出位置において、前記可動部材の金型表面が、前記中間状態にある前記未硬化発泡体材料に係合して前記発泡体材料の前記中間状態における前記少なくとも一つの可動部材の移動方向に沿った密度勾配を作るステップと、
   前記中間状態にある前記未硬化発泡体材料を最終状態まで硬化させるステップと、
   最終状態にある前記発泡体材料から形成された前記座席クッションを取り外すステップと
   を含む方法。
2. 前記少なくとも一つの可動部材を移動させて密度勾配を作るステップは、前記中間状態にある前記未硬化発泡体に変動密度勾配を作るステップを含み、
   前記突出位置において前記可動部材が係合する前記発泡体材料は、高密度領域よりも前記発泡体材料の中にさらに延びる低密度領域を有し、
   前記高密度領域に近づくほど、前記密度は、前記高密度領域へと指数関数的に増加する、請求項１に記載の方法。
3. 前記未硬化発泡体を与えるステップは、前記金型部材の一方が画定する金型キャビティの一部の中に前記未硬化発泡体材料を挿入して前記金型の半体を閉じ、前記未硬化発泡体材料を含む前記金型キャビティを作るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記金型キャビティの一部の中に前記未硬化発泡体材料を挿入するステップは、実質的に均質の発泡体材料を与えることを挿入するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記金型部材の一方は前記可動部材を含まず、
   前記未硬化発泡体材料を挿入するステップは、前記未硬化発泡体材料を、前記可動部材を含まない方の金型部材の中に挿入するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記収納位置にある前記可動部材は、前記未硬化発泡体材料と係合しない、請求項１に記載の方法。
7. 前記未硬化発泡体材料を中間状態にまで部分的に硬化させるステップは、特定の時間量だけ熱を加えるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記未硬化発泡体材料を部分的に硬化させるステップは、前記未硬化発泡体材料を、前記中間状態において前記可動部材と少なくとも接触するまで膨張させるステップをさらに含み、
   前記金型部材の中に最初に配置されたときの前記未硬化発泡体材料は、前記可動部材と接触しない、請求項１に記載の方法。
9. 前記少なくとも一つの可動部材を移動させるステップは、前記発泡体材料に密度勾配を作るステップをさらに含み、
   前記少なくとも一つの可動部材に近い前記発泡体材料は、高密度領域を有する、請求項１に記載の方法。
10. 前記中間状態にある前記未硬化発泡体材料を最終状態まで硬化させるステップは、前記可動部材を前記突出位置に保持するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記中間状態にある前記未硬化発泡体材料を最終状態まで硬化させるステップは、前記突出位置と前記収納位置との間の位置に前記可動部材を移動させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記未硬化発泡体材料を部分的に硬化させるステップは、前記未硬化発泡体を前記金型キャビティに実質的に充填させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記突出位置まで前記少なくとも一つの可動部材を移動させるステップであって、前記突出位置において、前記可動部材の金型表面が、前記中間状態にある前記未硬化発泡体材料に係合するステップは、前記少なくとも一つの可動部材が前記突出位置まで移動するにつれて前記金型キャビティの体積を低減させるステップを含み、
    前記座席クッションは、低減された前記体積の金型キャビティに実質的に等しい体積を有する、請求項１２に記載の方法。

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