專利名稱：形成可變密度座椅材料的系統(tǒng)和方法
形成可變密度座椅材料的系統(tǒng)和方法
相關申請的交叉引用
本PCT專利申請要求于2010年7月13日提出的、名稱為“System And Method Of Forming Variable Density Seating Materials”的美國臨時專利申請序號No. 61/363，820 的權益，所述申請的全部公開內容視為本申請的公開內容的一部分，并以參引的方式合并 于本申請中。技術領域
本發(fā)明概括地涉及一種形成具有可變密度梯度的座椅材料的系統(tǒng)和方法，更具體 地，本發(fā)明涉及一種形成用于具有可變密度梯度的車輛座椅的泡沫材料，所述泡沫材料使 大范圍的乘員體重獲得更佳的舒適性，和單個泡沫制劑在大范圍類型的具有顯著不同的期 望性能特性的車輛座椅上的應用。
背景技術：
車輛制造商必須使他們的車輛座椅讓大范圍的具有顯著不同的體重和體量的車 輛乘員感到舒適。車輛座椅的制造商必須考慮從不再需要兒童安全座椅的小孩的體重到成 年人體重上限的體重范圍和成年人的體量范圍。更輕的乘員和更重的乘員會發(fā)現(xiàn)同一車輛 座椅具有顯著不同的性能，并且每個乘員偏愛非常不同的硬度，更具體地，座椅材料的撓度 量。例如，座椅泡沫的靜態(tài)舒適性，例如聚氨酯座椅泡沫的靜態(tài)舒適性，更大地取決于泡沫 的硬度和密度，特別是在大撓度時。雖然車輛制造商試圖選擇對大范圍的乘員體重提供期 望的靜態(tài)舒適性的泡沫硬度，但由于乘員體重和因此與乘員坐在座椅上時乘員陷入泡沫中 的撓度量之間的變化，使每個乘員都滿意是很困難的。更具體地，軟泡沫材料可能對輕的乘 員提供舒適的座椅，而非常重的乘員會覺得下塌，觸及框架元件，或者在同一座椅中覺得不 舒適。相反地，更硬的泡沫通常保證使重的乘員舒適的座椅材料，還引起更小的撓度，這導 致更輕的乘員發(fā)現(xiàn)所述座椅不舒適，例如所述座椅太硬，使他們坐在泡沫上面但不陷進到 泡沫中，至少部分地陷進到泡沫中。而制造商可調整所述泡沫的硬度到普通使用者偏愛的 泡沫硬度，車輛乘員在重量方面越偏離普通使用者，會發(fā)現(xiàn)座椅的舒適性越小。因此，在單 一材料，單件泡沫構成的座椅中，到目前為止，制造商提供對大范圍乘員體重舒適的支承面 的能力受到限制。
座椅材料的舒適性或座椅材料的期望性能的變化還可以根據期望的應用、車輛類 型、目標消費者和車輛制造商的偏好進行變化。例如，在許多跑車或賽車中比豪華車中期望 具有更堅硬的座椅。
起初，為了解決對不同座椅特性的期望，尤其是泡沫的硬度，大多數制造商創(chuàng)設了 多種泡沫制劑。盡管這些不同的泡沫制劑使要解決的特殊車輛的性能變化，但不能解決與 車輛座椅的乘員之間的差別相關的上述問題中的任何問題。另外，對增加舒適性和增長持 久性的要求，以及對擴大范圍的所需要性能的要求，限制制造商在只改變泡沫制劑的情況 下解決所有期望性能的能力。而且，當所需要性能的范圍增加和一些個體期望高硬度泡沫以及對其他個體舒適的低硬度泡沫，這些抵觸的動態(tài)舒適性問題導致泡沫制劑常常不如傳 統(tǒng)泡沫制劑那樣平衡的化學混合物，并因此在制造過程中引起困難。另外，許多這些獨特的 泡沫制劑需要特殊的化學藥品，這增加了原材料的成本，有時需要額外的制造設備和過程， 從而增加了車輛座椅的成本。
為了解決上述缺點和更大體重范圍的車輛乘員，一些制造商創(chuàng)設了用于座椅材料 的兩部分式泡沫組件，這需要費時的、昂貴的制造過程。因此，由于具有不同密度的泡沫的 多個板坯組件的成本，它在大范圍車輛座椅中的應用目前受到限制。兩部分式座椅材料可 以用兩種方法形成。第一種方法是通常將單獨的柔軟層泡沫施加到更硬的模制泡沫上，其 中，泡沫的軟板坯最接近A表面或者座椅材料的支承面。在這種形成兩部分式泡沫座椅材 料的方法中，首先，更硬的泡沫座椅材料被模制，然后，第二更軟的座椅材料被模制或者從 具有期望形狀的塊狀泡沫塑料切下。接著，所述兩個部分用粘合劑膠粘在一起，由于需要額 外的勞工、設備、材料和空間而顯著地增加了制造成本。因為制造商還努力提高制造過程的 環(huán)境問題以及材料的循環(huán)利用，通常不期望使用粘合劑將軟沖切塊狀泡沫或者單獨模制件 膠粘到更硬的模制泡沫。例如，為了使用所述兩部分式座椅材料，所述粘合劑使所述座椅在 生命周期結束時更難以循環(huán)利用，并且在所述座椅的生命周期期間難以發(fā)現(xiàn)具有期望性能 的對環(huán)境友好的粘合劑。
一些座椅制造商還開發(fā)了第二種方法擠壓包封過程，以形成去除需要粘合劑的 兩部分式座椅材料。即使去除了對粘合劑的需求，在模制過程中還發(fā)生明顯的不利條件，這 顯著地降低了每個座椅材料的線速度和加工時間。更具體地，許多制造商制造泡沫的方法 是將多制劑澆注到一個模具內，典型地是成層的，以實現(xiàn)高硬度襯墊(bolster)同時維持A 表面附近的更軟插入件。額外的制劑和加工步驟需要額外的空間以存儲在模制中使用的不 同部件，額外的設備空間，并且對制造過程的操作員提出額外的要求。此外，在發(fā)泡過程期 間，到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)合適的技術來防止擠壓包封的板坯的污染物與液態(tài)聚氨酯化學 混合物混合。更具體地，不同層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 們期望的層邊緣外側，例如硬泡沫制劑，強加在期望軟泡沫制劑的區(qū)域上，更糟的是，有時 只局部強加，這引起硬度不均勻的感覺或者車輛座椅中的硬點。雖然許多制造商調整了澆 注過程以試圖預防這種質量問題，但這常常增加了制造過程的復雜性和成本，并且有時還 限制了可相互使用的制劑類型。這種制劑的污染物或混合物通常否定了在提供模制板坯的 兩部分式材料座椅板坯中發(fā)現(xiàn)的舒適性益處。
在使用背襯材料的車輛座椅中，可能發(fā)生例如將預切割的布類材料放置在模具 中，接著直接模制泡沫到所述材料。這些方法通常用于制造強的B表面粘結以增長的耐久 性以及其他性能特性，但是在過程中難以使用多泡沫制劑和上述兩部分式模具。更具體地， 在泡沫模制過程中，在模具中模制背襯材料可能產生許多問題，例如當注射多個層時，所述 填密材料的移動，以及各種類型的材料不期望地混合。發(fā)明內容
本發(fā)明概括地涉及一種形成具有對于高-低撓度的大硬度比的可變密度梯度的 座椅材料的系統(tǒng)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種形成用于車輛座椅的、具有可變密度梯 度的泡沫材料，所述泡沫材料使在更大范圍的乘員體重獲得更佳的舒適性。
本發(fā)明使用一種形成可變硬度座椅材料的方法，所述可變硬度座椅材料只具有最 小的加工工具變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， 接著膨脹以填滿所述模具。不像先前的模具，本發(fā)明使用具有可以移動的板或者模具部段 擱置在其內的更大腔室區(qū)域的模具。隨著所述模具腔室被填滿膨脹的泡沫并達到固化狀 態(tài)，所述可以移動的板壓縮所述座椅到最終尺寸，使得最靠近所述可以移動的板的區(qū)域被 壓縮以具有更大的密度。這形成了在低和高撓度之間的硬度具有更大差別的可變密度座 椅。所述座椅泡沫對大范圍的乘員體重來說是更舒適的，對更輕體重的乘員如所期望的那 樣撓曲，同時對更重的乘員提供足夠的支撐以防止稱為“下塌”的感覺。


下面將參照附圖，更詳細地描述根據本公開的系統(tǒng)和方法的各種示例性實施例， 在附圖中
圖I顯示示例性座椅模具，在所述座椅模具中，A表面位于底側上并且在本發(fā)明的 模制結束后模具材料的初始位置；
圖2顯示圖I中的模具，其中，泡沫座椅材料膨脹以完全填滿所述模具腔室，并且 可以移動的板位于第一位置中；
圖3顯示圖2的模具，其中，所述可以移動的板從第一位置移動到第二位置，壓縮 所述座椅材料，在所述座椅材料的背面?zhèn)壬咸峁┧镜脑黾拥拿芏忍荻龋?br> 圖4顯示與傳統(tǒng)座椅材料的應變相對于施加到座椅材料的作用力的曲線，本發(fā)明 的應變(mm)相對于施加到座椅材料的作用力的示例性曲線；
圖5顯示使用相同的制劑、密度和厚度，頻率對于傳遞率的示例性曲線，其中，傳 遞率具有相同的制劑、密度和厚度；
圖6顯不對于相同的制劑、厚度和重量,撓度對于硬度；以及
圖7顯示撓度百分比對于力的載荷撓度曲線的示例性曲線圖，更具體地顯示使用 只有70mm和1096g的泡沫相對于96mm和1220g的傳統(tǒng)泡沫可以獲得的類似載荷撓度曲線。
具體實施方式
本發(fā)明概括地涉及一種形成座椅(未顯示)的系統(tǒng)和方法。所述座椅一般包括向車 輛乘員提供支撐的座椅材料，例如所示的泡沫基體10。泡沫基體10包括A表面12、背表面 13和襯墊18。如圖3中進一步所示，橫截面視圖顯示密度梯度區(qū)域14，密度梯度區(qū)域14在 最終泡沫基體10構造中具有更高密度區(qū)域15和更低密度區(qū)域16。
所述座椅，具體是泡沫基體10，一般在模具中成形。盡管所述座椅材料，尤其是泡 沫基體10，可以以任意型式、大小或構造形成，附圖示出示例性座椅，并且本發(fā)明可適用于 其他型式和構造。另外，模具20將如所期望的型式、形狀、大小和構造進行變化，以便形成 特殊期望的座椅材料和還有所示的泡沫基體10。模具20通常包括基體24和側壁26，所述 泡沫材料被放置到模具20中以開始所述模制過程。所示的模具20通常包括由側壁26、基 體24和上板32界定的襯墊腔室28和主腔室30。如圖2所示，上板32可以具有第一或縮 回位置34，和進一步如圖3所示，第二或延伸位置36。所示的模具20用于形成座椅的基體 10，對于不同的型式、形狀、大小和構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車輛后部座椅上背部的座椅材料所需要的不同模具。另外，即 使未顯示，所述模具的其它部分可以包括額外的可以移動的板以改變所述座椅的其它部分 的密度，例如處于襯墊區(qū)域中的可以移動的板(未顯示)以在所述襯墊區(qū)域中提供不同的密度。
本發(fā)明，尤其是形成所述座椅的過程的開始類似于其它座椅形成過程，在這點上， 所述模具被打開，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，然后所述模具被封閉。根據所使用材料的類型，在將所述材料放置到所述模具中 之前，所述模具可以被預熱到期望的溫度。材料11可以是在形成座椅結構時通常使用的或 者期望使用的任意類型的材料。如圖4所示，本發(fā)明比較傳統(tǒng)聚氨酯泡沫座椅基體與并入 本發(fā)明的聚氨酯泡沫座椅基體。隨著期望量的聚氨酯泡沫材料11被放置在模具中，開始膨 脹所述泡沫以填滿所述模具的過程，如圖2所示。更具體地，圖2中的材料已經填滿所述模 具并且已經達到半固化狀態(tài)，正常情況下將被允許停留在所述模具中，但在一些額外指定 的時間期間內不發(fā)生改變。本發(fā)明的模具20包括擴大的腔室區(qū)域，例如所示的主腔室30， 其中，在圖2所示的初始位置中，所述泡沫填充比圖3中所示的最終座椅基體10所期望區(qū) 域更大的區(qū)域。一旦所述模制材料完全填滿模具腔室30期望的時間，內板32從圖2中所示 的第一位置34移動到圖3中所示的第二位置36。一旦上板32移動到第二位置36，所述模 具腔室形成座椅基體10的最終期望的形狀和大小。如圖3所示，通過將上板32從第一位 置34移動到第二位置36，泡沫基體10的最靠近上板32的區(qū)域具有最高密度區(qū)域15。相 比較地，最低密度區(qū)域16最遠離上板32并且大約是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漸均勻的密度梯度改變，但與密度的增加是線性性質 相比，更期望密度的增加是指數性質。更具體地，下部密度區(qū)域16進一步延伸到泡沫基體 10中，并且當它達到背部表面13時，所述密度基本上快速增加到高密度區(qū)域15。如圖4中 的曲線圖所示，本發(fā)明使在低撓度時低硬度，然后當所述撓度增加時，硬度以比傳統(tǒng)座椅泡 沫更大的比率增加。如圖4所示，本發(fā)明對更大范圍的乘員體重提供更佳的靜態(tài)舒適性，同 時去除了昂貴的兩部分式泡沫座椅材料。此外，通過僅僅在需要的部段提供高密度，本發(fā)明 可以使用更少的材料并且具有更小的總質量。
模具20只是特殊泡沫基體10的一種型式，也可以使用其它型式，除所示的上板 外，其還包括其他區(qū)域，這些其他區(qū)域包括可以移動的板，或者代替所述上板，使得所述密 度梯度對特殊座椅型式、形狀或構造具有更大的調整以將特殊座椅徹底調節(jié)到可能最舒適 的位置。例如，襯墊腔室28的腔室能夠意圖被擴大并且包括可以移動的襯墊板(未顯示)， 其增加所述襯墊外邊緣上的密度以在需要時提供更大的支撐。
另外，對于例如那些形成座椅材料的上背部以沿著整個上背部提供舒適性的模 具，所述可以移動的板沿著所述上背部(未顯示)的長度可不具有均勻的壓縮。因而在期望 增加座椅舒適性的地方能夠通過在表面上使用多個板形成各種密度梯度。另一實例，雖然 未顯示,對于座椅基體，例如所示的泡沫基體10,與所述座椅的前邊緣相比，將在所述座椅 的后表面附近提供更大的腔室，然后進行壓縮，使得所述密度梯度也在所述泡沫基體的后 部到泡沫基體的前部之間變化。在腿部施加更小重量的前部具有更柔軟的、更舒適的乘坐 位置，而所述座椅將在因特殊使用者而施加最大重量的泡沫基體中提供更大的支撐。這將 增加車輛操作者的乘坐舒適性，減小車輛操作者的疲勞。7
非常重要的是，在圖7中指出質量和厚度不僅提供車輛重量的減小，還提供增加駕駛室空間。
上述發(fā)明已經根據相關法律標準進行了描述，因而，所述描述在性質上是示例性的，而不是限制性的。所公開實施方式的修改和改型對本領域技術人員而言變得明顯，并且它們落入本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.ー種形成座椅坐墊的方法，包括 提供未固化的泡沫材料； 提供具有至少兩個模具構件的模具，所述至少兩個模具構件協(xié)作以形成模具腔室并且所述至少兩個模具構件中的ー個模具構件包括在所述模具腔室中從縮回位置延伸到延伸位置的至少ー個可移動構件，并且其中，所述可移動構件位于所述延伸位置中時減小所述模具腔室的體積； 將所述未固化的泡沫材料插入到所述模具腔室內； 使所述未固化的泡沫材料部分地固化到中間狀態(tài)； 將所述至少ー個可移動構件移動到所述延伸位置，并且其中，在所述延伸位置，所述可移動構件的模具表面接合處于所述中間狀態(tài)的所述未固化的泡沫材料； 使處于所述中間狀態(tài)的所述未固化的泡沫材料固化到最終狀態(tài)；以及 移除由處于最終狀態(tài)的所述泡沫材料形成的座椅坐墊。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在干， 移動所述至少ー個可移動構件的所述步驟包括在處于所述中間狀態(tài)的所述未固化泡沫中形成密度梯度的步驟。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在干， 提供未固化的泡沫材料的所述步驟還包括將所述未固化的泡沫材料插入到所述由所述模具構件中的ー個限定的模具腔室的一部分中并且封閉所述模具半型以形成包括所述未固化的泡沫材料的模具腔室的步驟。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在干， 將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驟還包括插入提供基本均勻的泡沫材料的步驟。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在干， 至少ー個所述模具構件不包括可移動構件，并且其中，插入所述未固化的泡沫材料的所述步驟還包括在不具有所述可移動構件的情況下將所述未固化的泡沫材料插入到所述模具構件中的步驟。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在干， 所述可移動構件在所述縮回位置中不接合所述未固化的泡沫材料。
7.根據權利要求I所述的方法，其特征在干， 使所述未固化的泡沫材料部分地固化到中間狀態(tài)的所述步驟還包括施加指定時間的熱的步驟。
8.根據權利要求I所述的方法，其特征在干， 使所述未固化的泡沫材料部分地固化的所述步驟還包括使所述未固化的泡沫材料在所述中間狀態(tài)中膨脹到至少接觸所述可移動構件，并且其中，所述未固化的泡沫材料在初始放置到所述模具構件中時不觸及所述可移動構件。
9.根據權利要求I所述的方法，其特征在干， 移動所述至少ー個可移動構件的所述步驟還包括在所述泡沫材料中形成密度梯度的步驟。
10.根據權利要求I所述的方法，其特征在干，使處于所述中間狀態(tài)的所述未固化的泡沫材料固化到最終狀態(tài)的所述步驟還包括維持所述可移動構件處于所述延伸狀態(tài)的步驟。
11.根據權利要求I所述的方法，其特征在干， 使處于所述中間狀態(tài)的所述未固化的泡沫材料固化到最終狀態(tài)的所述步驟還包括將所述可移動構件縮回到位于所述延伸狀態(tài)和所述縮回狀態(tài)之間的位置的步驟。
12.根據權利要求I所述的方法，其特征在干， 使所述未固化的泡沫部分地固化的所述步驟包括使所述未固化的泡沫基本上填滿所述模具腔室的步驟。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在干， 將所述至少ー個可移動構件移動到所述延伸位置和在所述延伸位置，所述可移動構件的模具表面接合處于所述中間狀態(tài)的所述未固化的泡沫材料的所述步驟，包括當所述至少ー個可移動構件移動到所述延伸位置時減小所述模具腔室的體積的步驟，并且其中，所述座椅坐墊具有基本上等于所述減小體積的模具腔室的體積。
14.一種座椅坐墊,包括 具有包括第一表面和相対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間具有可變密度梯度，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墊由下述過程形成，所述過程包括 提供未固化的泡沫材料； 提供具有至少兩個模具構件的模具，其中，所述至少兩個模具構件協(xié)作以形成模具腔室并且其中所述至少兩個模具構件中的ー個模具構件包括能夠在所述模具腔室內從縮回位置延伸到延伸位置的至少ー個可移動構件，并且其中，所述可移動構件在所述延伸位置時在減小所述模具腔室的體積； 將所述未固化的泡沫材料插入到所述模具腔室內； 使所述未固化的泡沫材料部分地固化到中間狀態(tài)； 將所述至少ー個可移動構件移動到所述延伸位置，并且其中，在所述延伸位置，所述可移動構件的模具表面接合處于所述中間狀態(tài)的所述未固化的泡沫材料； 使處于所述中間狀態(tài)的所述未固化的泡沫材料固化到最終狀態(tài)；以及 移除由處于最終狀態(tài)的所述泡沫材料形成的座椅坐墊。
15.根據權利要求12所述的座椅坐墊，其特征在干， 所述密度梯度在所述第一表面和所述第二表面之間以指數方式變化。
全文摘要
一種形成座椅材料的系統(tǒng)和方法，所述座椅材料具有對高低撓度的大硬度比的可變密度梯度，并且更具體地，形成用于車輛座椅的泡沫材料，所述泡沫材料具有可變密度梯度，使更大范圍的乘員體重獲得更佳的舒適性，和單個泡沫制劑在大范圍類型的具有顯著不同的期望性能特性的車輛座椅上的應用。
文檔編號B29C67/00GK102985248SQ201180034315
公開日2013年3月20日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權日2010年7月13日
發(fā)明者山崎涼子, B·T·霍奇, W·W·李 申請人:約翰遜控制技術公司