座椅壳体婴幼儿座椅及制造方法与流程

本发明处于用于婴幼儿的座椅的领域。本文中的术语“婴幼儿”旨在指婴儿和小孩子，例如但不限于那些不能行走的婴幼儿和那些需要特殊座椅以乘坐公路交通工具旅行的婴幼儿。

发明背景

婴幼儿座椅被广泛使用，例如在童车和推椅中，以及用于在交通工具中运送婴幼儿。一些婴幼儿座椅设计成可手动携带，同时容纳婴幼儿，并因此需要婴幼儿座椅是坚固和轻量的。

发明实施方案的概述

本发明的一些实施方案提供了一种用于婴幼儿座椅的壳体，该壳体包括碳纤维结构，该碳纤维结构由除碳纤维之外的材料的一个或更多个增强构件增强，形成成形为容纳婴幼儿的壳体。除碳纤维之外的材料可以是塑料，并且其可以包覆模制(overmolded)在碳纤维结构上。因此，根据本发明的一些实施方案，碳纤维结构可以由另一种材料例如塑料来增强，而不是例如由碳纤维来增强塑料结构。碳纤维是一种在几何设计方面具有有限的灵活性的材料。另一方面，塑料更灵活，并且更容易形成为各种形状。因此，根据本发明的一些实施方案，碳纤维可以用作主要结构支撑，并且可以界定整体座椅几何形状，并且这些限制可以通过使用除碳之外的材料来克服。根据本发明实施方案的座椅壳体可以设计成用于在交通工具中使用，或者面向前或者面向后。

根据本发明的一些实施方案，碳纤维结构可以部分地形成成形为容纳或支护婴幼儿的壳体。壳体的其余部分可以由增强构件形成。根据本发明的其它实施方案，碳纤维壳体可以成形为以本领域已知的塑料婴幼儿座椅的方式支撑处于就座或躺着位置中的婴幼儿的背部和腿部。一个或更多个增强构件可以位于碳纤维结构的内侧上，例如位于凹面侧上。例如，碳纤维结构可以界定壳体形状，并且增强构件可以定位在凹入的壳体表面上。因此，在使用中，一个或更多个增强构件可以位于婴幼儿和碳纤维结构例如碳纤维壳体之间。一个或更多个增强构件可以成形为不使婴幼儿不舒服，和/或它们可以例如通过接纳在壳体中的衬垫插入物被缓冲。

碳纤维结构和一个或更多个增强构件的组合可以使得在使用期间它们之间没有相对运动。例如，增强构件可以被包覆模制、注射或胶粘到碳纤维结构上，或者以其它方式机械连接到碳纤维结构。因此，从使用者的观点来看，根据本发明的一些实施方案的壳体可以包括不具有有可分离部分的单件式结构。

一个或更多个金属插入件可以插入到增强构件例如座椅安全带安装件或其它附接装置的材料中。

碳纤维结构或壳体可以非常薄，例如不超过2mm厚，并且甚至可以仅有0.6mm，并且可以具有尖锐边缘。因此，根据本发明的一些实施方案，座椅壳体可以包括一个或更多个边缘保护构件，该边缘保护构件隐藏碳纤维结构的边缘的至少一部分。边缘保护件也可以由塑料制成，并且也可以包覆模制在碳纤维结构上。例如，在碳纤维形成壳体的情况下，边缘保护件可以围绕壳体的一些外周边缘或全部外周边缘。

根据本发明的一些实施方案，可以提供所述其它材料例如塑料的一个或更多个结构，以接纳携带手柄，该一个或更多个结构，例如是导引通道，用于滑动的手柄或界定用于可枢转手柄的轴线。

本发明的一些实施方案提供了一种制造用于便携式婴幼儿座椅的座椅壳体的方法，包括：形成碳纤维结构并用除碳纤维之外的材料的一个或更多个增强构件增强该结构，以形成成形为容纳婴幼儿的壳体，其中一个或更多个增强构件位于壳体的凹面侧上。

本发明的一些实施方案提供了一种用于婴幼儿座椅的壳体，包括碳纤维壳体部分和除碳纤维之外的材料的一个或更多个壳体扩展部分，其中碳纤维壳体部分和一个或更多个壳体扩展部分固定至彼此，以在使用中防止它们之间的相对运动。

附图说明

特别地指出了被视为本发明的主题并且在说明书的结论部分中清楚地要求保护该主题。然而，当与附图一起来阅读时，本发明(关于组织和操作方法)连同其目的、特征和优点可通过参考下面的详细描述得到最好地理解。在附图的图中，本发明的实施方案通过示例的方式，而非限制性的方式示出，其中相似的参考编号指示对应的、类似的或相似的元件，并且在附图中：

图1是根据本发明的一些实施方案的用于婴幼儿的座椅的透视图；

图2是省略了一些增强构件的图1的座椅的透视图；

图3是图2中所示的座椅的部分的分解图；

图4示出了根据本发明的一些实施方案的作为用于婴幼儿座椅的碳纤维结构上的应力分析的结果的可能的碳增强和塑料增强；

图5a和图5b是由碳制成的座椅结构的透视图和前视图，在该座椅结构上进行应力分析以便确定用于增强的合适位置；

图6是示出对图5a和图5b中所示结构的应力分析结果的透视图；

图7a和图7b是从碳座椅结构的不同视角看的视图，示出了结构边缘上的包覆模制材料。

应理解的是，为了图示的简单性和清楚性，在附图中示出的元件不一定精确地或按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可以相对于其它元件被放大，或者数个物理部件可以包括在一个功能块或元件中。此外，在认为合适之处，参考数字可以在附图之间重复以指示相应的或类似的元件。

发明的具体实施方式

虽然本发明的实施方案在这方面不受限制，但是如本文所使用的术语“多个(plurality)”和“多个(aplurality)”可以包括例如“若干个(multiple)”或“两个或更多个(twoormore)”。在整个说明书中，术语“多个(plurality)”或“多个(aplurality)”可以用于描述两个或更多个部件、设备、元件、单元、参数或类似物。除非有明确说明，否则本文描述的方法实施方案不限于特定的次序或顺序。另外，所描述的方法实施方案或其要素中的一些可以在相同的时间点同步地或同时发生或执行。

图1是婴幼儿座椅10，例如汽车座椅的透视图，座椅10包括座椅壳体11和基部12。座椅壳体11包括由增强构件18增强的碳纤维结构。增强构件18可以由塑料制成，并且如图所示，增强构件18位于座椅壳体11的凹表面上。在该实施方案中，碳纤维结构包括壳体部分13，在该示例中，该壳体部分13成形为在使用中至少支撑婴幼儿的背部，例如在婴幼儿处于坐姿时，或者在座椅从图1中所示的位置倾斜的情况下仰卧时。座椅壳体11的其余部分14，在该示例中是支撑婴幼儿腿部的部分，可以由碳纤维以外的材料形成，例如塑料。座椅壳体11的未由碳纤维形成的部分可以是非结构性区域，例如承载较少载荷的区域，在这些区域中出于人机工程学和/或舒适性的原因，壳体形状可以是所需要的形状。尽管如此，这些部分也可以用来增强壳体。基部12也可以由碳纤维制成，基部12可以被设计成使得座椅能够稳定地放置在平坦表面上。

增强构件18和壳体的其余部分14可以通过模制，例如注射模制形成到碳纤维结构中。

优选地，座椅10设置为单个单元式结构，其中座椅壳体11、基部12和增强构件18以及其余部分14是不可分离的。例如，在本文中所描述的所有实施方案中，壳体的非碳部件可以胶粘或包覆模制到碳纤维结构上，在这种情况下是壳体部分13和基部12上，或者以其它方式被附接，使得在使用中这些部分之间没有相对运动。

在婴幼儿座椅的设计和制造中碳纤维结构的使用，与例如同等强度的塑料座椅壳体相比，导致重量大幅减轻。

在本文描述的本发明的所有实施方案中，可以但不是必须的是，碳纤维材料非常薄，例如厚度不超过2mm，并且甚至是0.6mm，并且任选地厚度均匀。因此，如果单独使用，碳纤维可能具有尖锐边缘。根据本发明的一些实施方案，边缘，例如图1的壳体部分13的边缘，可以通过一个或更多个边缘保护构件隐藏。图1示出了由边缘保护件16保护的碳纤维壳体13部分的外周边缘的一部分，边缘保护件16可以由塑料制成。边缘保护件16可以例如通过注射模制而模制到结构上，例如模制到壳体部分13上。出于人体工程学的原因以及为了增强座椅壳体11，可以提供边缘保护件。

可以将一个或更多个金属插入件插入不是碳纤维的壳体部分的材料中。这种插入件可以包括但不限于带扣、销15和螺母17。这种插入件可以有助于部件的安装，例如但不限于安全带或线束的安装。这是本文中描述的本发明的任何实施方案的任选特征。

图1中所示的座椅壳体11可以包括一个或更多个手柄接纳结构。这是本文中描述的本发明的任何实施方案的任选特征。在图1中示出了环19，环19可以由例如金属或塑料制成，以用于接纳手柄。手柄可以附接到环19，或者环19可以形成用于可缩回手柄的导引机构的一部分。在图1中，示出了从壳体部分13延伸的手柄9。手柄9可以由碳纤维制成，并且可以包括另一种材料例如塑料的部件(未示出)，例如端部处的钮状物，以使携带座椅10的人感到舒适。

图2示出了省略了一些增强构件的图1的座椅。图2示出了壳体21和基部22。基部22可由碳纤维制成并形成碳纤维结构的一部分。壳体21可以包括碳纤维壳体部分23，其形成碳纤维结构的一部分以支撑婴幼儿的背部。壳体部分23可以用除碳纤维之外的材料(例如塑料)的一个或更多个增强构件(未示出)来增强。座椅包括手柄29，手柄29也可以由碳纤维制成，并且可以缩回到壳体21内部的狭槽(未示出)中。手柄29可以包括另一种材料例如塑料的部件(未示出)，例如端部处的钮状物，以使携带座椅10的人感到舒适。在图2的实施方案中，成形为容纳婴幼儿的壳体的其余部分可以包括由除碳纤维之外的材料形成的第二壳体部分24，并且可以用于增强碳纤维结构和/或使设计对婴幼儿来说更加符合人体工程学和更加舒适。

图3是示出碳纤维结构的分解图，该碳纤维结构包括与第二壳体部分24分离的壳体部分23和基部22。碳纤维结构可以在其凹表面上设置有增强构件，例如如图1或下面描述的图4所示。第二壳体部分24是使用除碳纤维之外的材料来扩展碳纤维结构的外部尺寸的示例，在这种情况下，碳纤维结构包括壳体部分23和基部22。图2和图3示出了碳纤维用于结构区域，例如经受最大载荷的座椅壳体的那些部分，以及诸如塑料的附加材料，用于所谓的非结构区域，例如经受较小载荷的区域。第二壳体部分24的部分可以位于壳体部分22的凸表面上。第二壳体部分可用于增强和扩展碳纤维结构。

图4示出了在计算机建模的座椅30上执行的优化应力分析的结果，该座椅30包括座椅壳体31和基部32，座椅壳体31和基部32两者可以由碳纤维制成。座椅壳体31成形为支撑婴幼儿的背部和腿部。该优化在结构上运行许多加载方案和应力分析，并在每次迭代中改变塑料的形状和尺寸(如果需要，也可以改变碳纤维的厚度)。深色代表碳纤维结构，并且浅色区域代表塑料增强件。优化分析的结果是人类无法实现的一种特定的几何形状，它是针对加载方案而优化的。因此，塑料增强件的几何形状具有复杂的形状。

一个或更多个增强构件可以在对应于由分析产生的区域38的区域中包覆模制到碳纤维壳部分上。将注意到，这些区域具有复杂的形状，这些复杂的形状用碳纤维可能不容易实现。因此，根据本发明的一些实施方案，可以在简单的碳纤维结构上设置增强件。例如，碳纤维结构，例如壳体部分33，可以具有均匀的厚度。在该实施方案中，壳体的人机工程学特征和舒适性可由碳纤维结构提供，并且除碳纤维之外的材料部分可用作增强件。本文中描述的本发明的该实施方案和其它实施方案可以实现坚固的结构，该坚固的结构优化成从不同方向加载，并利用不同材料的优点。来自本发明不同的所图示实施方案的特征可以以任何方式组合。因此，例如，根据本发明的座椅壳体可以包括除碳纤维之外的材料的呈现任何组合的增强特征和/或人体工程学特征。图5a和图5b示出完全由碳纤维制成的结构的计算机模型，在该结构的计算机模型上执行参照图3描述的种类的应力分析。不同的灰色阴影代表不同厚度的碳纤维层。暗灰色表示厚度为0.8mm的结构，并且亮颜色表示2.5mm的厚度。根据本发明的一些实施方案，需要三倍碳纤维量的亮部分可以用不同材料如塑料的增强件代替。这显著降低了结构的成本。

图6示出了对图4所示的优化结构的应力分析的结果。最浅的颜色表示应力最大的区域，并且可以看出这些区域非常小。

图7a和图7b是具有由均匀厚度材料制成的整体基部的碳纤维座椅壳体的透视图。壳体的外周边缘被边缘保护构件16隐藏，边缘保护构件16呈围绕整个边缘延伸的条带形式。在本发明的其它实施方案中，例如使用多个边缘保护构件，可以以这种方式保护碳纤维结构的边缘的仅一部分。

在上述本发明的实施方案中，座椅壳体可以包括单件物品，其中碳纤维结构和增强构件不被设计成在使用中分离。此外，它们可以固定至彼此，以便在使用期间防止它们之间的相对运动。这可以通过数种方式实现，包括如上所描述的模制和胶粘技术或者本领域技术人员已知的任何其它构造技术。

在本发明的所有实施方案中，根据结构设计，增强构件可以位于碳纤维结构的最大载荷位置处。最大载荷位置可以例如通过对不具有增强构件的碳纤维结构进行应力或载荷测试来确定，例如如图5中所图示。

从前述内容可以理解，本发明的实施方案可以提供一种具有碳纤维结构的座椅壳体，其中可以存在除碳纤维之外的材料，并且除碳纤维之外的材料可以用于各种目的，例如但不限于：

·加强或增强碳纤维结构

·从人机工程学和/或舒适性角度来增强结构

·为手柄枢转/滑动机构提供灵活的方式

·覆盖尖锐边缘

·支撑金属插入件。

在本发明的所有实施方案中，除了碳纤维之外的材料，例如塑料，可以用于在任何尺寸，例如高度上扩展碳纤维支撑结构的尺寸。这可以是对在碳纤维结构的凹面侧上所提供的增强的补充或替代。由于需要使用多个层和分层过程，用碳纤维不容易实现基本结构的这种扩展。然而，诸如塑料的材料可以以不同的几何形状和尺寸容易地成形，以在不同的方向上获得所需的强度。

考虑到应力被界定如下：

σ＝ym/i

其中

σ＝应力(pa(n/m2)，n/mm2，psi)

y＝从中性轴线到点的距离(m，mm，英寸)

m＝弯矩(nm，磅英寸)

i＝转动惯量(m4，mm4，in4)

ix＝bh3/12

其中

b＝宽度

h＝高度

可以看出，用额外高度，材料承受应力的能力提高了所添加高度的三倍因数，乘以几何高度的3次方。因此，使用塑料来增加碳纤维结构的高度可以是提高强度的非常有效的方法，例如仅在所要求的方向上。

本发明的一些实施方案提供了一种制造用于便携式婴幼儿座椅的座椅壳体的方法。该方法可以包括形成碳纤维结构，以及用除碳纤维之外的材料的一个或更多个增强构件增强碳纤维结构。这些形成步骤和增强步骤可以单独进行，或者作为同一制造阶段(例如包覆模制，例如注射模制)的一部分进行。由此产生的增强结构可以形成成形为容纳婴幼儿的壳体。增强构件可以定位在壳体的凹表面上。

虽然本发明的某些特征已经在本文中被说明和描述，但本领域的普通技术人员可以想到许多修改、代替、改变和等效物。因此应理解，所附权利要求旨在涵盖落在本发明的真实精神内的所有这样的改变和变化。

已经提出了各种实施方案。这些实施方案中的每一个当然可以包括来自所提供的其它实施方案的特征，并且未具体描述的实施方案可以包括本文中描述的各种特征。