Brevet FR2719272A1 — publié le 19951103

La présente invention concerne un coussin gonflable pour l'absorption des chocs. Plus particulière- ment, elle est relative à un coussin gonflable sans couture, en une pièce, et à son procédé de fabrication. Des systèmes de coussin gonflable pour la protection des passagers afin d'éviter les blessures lors des collisions des automobiles ont été mis au point dès le milieu des années 1960. Au début des années 1970, un nombre d'essais suffisant a été effectué pour prouver la faisabi- lité des coussins gonflables, et on a adopté des procédés standard de réalisation. Les systèmes de coussin gonflable constituent maintenant un équipement standard dans la plu- part des véhicules nouveaux. Le système de coussin gonflable comprend un capteur ou une multitude de capteurs pour détecter la colli- sion du véhicule, un générateur de gaz ou gonfleur pour di- later le coussin en réponse à un signal provenant d'un cap- teur, et un coussin gonflable dilaté par le générateur de gaz pour absorber les chocs imposés au passager lors de la collision. Le coussin gonflable comporte une partie creuse pour recevoir le gaz, une ouverture pour la fixation du générateur de gaz, et un mécanisme pour évacuer le gaz du coussin après dilatation et provoquer l'écrasement du cous- sin et l'effet d'amortissement sur le passager. On a mis au point diverses réalisations de mécanismes d'évacuation qui comprennent un trou d'évacuation et/ou l'utilisation de la perméabilité du tissu du coussin. De manière à limiter par- tiellement ou totalement la perméabilité du tissu du coussin gonflable et à renforcer les parties cousues des coutures du coussin, on peut prévoir un revêtement sur le tissu de ce- lui-ci. La fabrication des coussins gonflables im- plique normalement dans la technique antérieure de préparer initialement un textile tissé utilisant une fibre synthé- tique de haute résistance mécanique; de couper deux ou plu- sieurs morceaux du textile tissé pour lui conférer des 2 2719272 formes spécifiques; de lier, coudre ou coller ensemble les bords périphériques des divers morceaux, et de ménager en- suite l'ouverture pour la fixation du générateur de gaz et pour la fourniture du mécanisme d'évacuation du gaz. Dès leur fabrication, on assemble les coussins sur le générateur de gaz, on les emballe et les expédie aux usines de fabrica- tion des automobiles pour montage dans le véhicule fini. Alors que le procédé ci-dessus de la tech- nique antérieure a connu de nombreux perfectionnements lors des 20 dernières années, le concept est resté fondamentale- ment inchangé. Ce procédé est un procédé nécessitant beau- coup de main-d'oeuvre, utilise des matériaux chers et laisse peu de possibilités pour une réduction importante des coûts. Le coussin gonflable produit est quelque peu un coussin lourd qui est rigide et par conséquent difficile à plier et à comprimer pour fournir un petit ensemble afin de faciliter son montage dans le véhicule. De plus, le textile multi- pièces utilisé dans la fabrication des coussins gonflables de la technique antérieure se traduit par un coussin qui comporte des coutures à même de fuir, et le textile lui-même présente une surface abrasive quelque peu désagréable pour le passager du véhicule lorsque le coussin est gonflé. Par conséquent, on a besoin d'une réalisa- tion et d'un procédé de fabrication d'un coussin gonflable qui se prête d'eux mêmes à une fabrication automatisée avec l'utilisation de matériaux d'un coût relativement faible. Idéalement, la nouvelle réalisation du coussin gonflable et son procédé associé de fabrication produiront un coussin gonflable plus léger, sans couture et d'un coût sensiblement plus faible que la réalisation actuelle des coussins gon- flables. Le nouveau coussin d'air sera plus léger, plus fa- cile à comprimer et apte à résoudre les autres problèmes as- sociés aux coussins gonflables de la technique antérieure. 3 2719272 La présente invention fournit un coussin gonflable léger, en une seule pièce, sans couture, fabriqué par un procédé unique consistant à combiner en couches di- vers matériaux d'un coût relativement faible pour produire un coussin gonflable à couches multiples. Le coussin gon- flable de la présente invention est léger, imperméable, agréable pour l'environnement, tout en n'étant pas affecté par la température ou les agents chimiques. Le coussin gon- flable est plus solide que les coussins de la technique an- térieure, peut être comprimé pour donner un ensemble plus petit pour son montage dans les véhicules et comme il est sans couture, il ne soulève pas les problèmes associés aux coutures des coussins de la technique antérieure. La mise en couches du matériau pour protéger le coussin gonflable de la présente invention se traduit par un coussin qui est plus agréable pour le passager lorsqu'il est gonflé, a partout une épaisseur de paroi identique et la structure est la même d'un coussin à l'autre. Le procédé unique de fabrication peut être totalement automatisé pour réduire sensiblement les coûts de main d'ouvre. L'abaissement important des coûts de fabrication en conjonction avec le coût plus faible des matériaux mis en couches, permet d'obtenir un coussin gon- flable qui dépasse les caractéristiques de performances des coussins gonflables de la technique antérieure, tout en abaissant sensiblement les coûts associés au coussin. La présente invention sera mieux comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective d'un coussin gonflé selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe du coussin de la figure 1, représentant la construction en couches du coussin gonflable; La figure 3 est une vue en perspective d'un moule gonflable pour la fabrication du coussin de la fi- gurel, représenté à l'état gonflé; 4 2719272 La figure 4 est une vue en perspective de la première couche du matériau en film après avoir été placée sur le moule gonflable de la figure 3; La figure 5 est une vue en perspective de la fibre synthétique après sa pose dans un motif multidirec- tionnel sur la première couche à film représentée en figure 4; La figure 6 est une vue en perspective d'un robot incorporant une tête d'applicateur typique de fil qu'on peut utiliser pour la pose de la fibre synthétique re- présentée en figure 5; La figure 7 est une vue en perspective de la couche finale du matériau en film après son placement sur les fibres synthétiques représentées en figure 5; La figure 8 est une vue en perspective de l'application de chaleur pour sceller hermétiquement le coussin gonflable à couches multiples représenté en figure 7; et La figure 9 est une vue en perspective du coussin complet après dégonflage et avant l'enlèvement du moule gonflable représenté en figure 3. Dans les dessins, la figure 1 représente dans ses grandes lignes en 10 un coussin gonflé selon la présente invention. Le coussin gonflable 10 est en une pièce, sans couture, à couches multiples, et il est fabriqué par un procédé unique comme on le discutera ultérieurement. Une première couche 12, ou couche inté- rieure, est constituée d'une couche d'un film 14 du produit dit Mylar, de polyuréthane ou d'un autre matériau. Une se- conde couche 16, ou couche médiane, est constituée d'une multitude de fibres synthétiques 18 telles que des fibres des produits dits nylon, dacron, ou kevlar, de fibres de po- lyester, qui sont placées sur la couche intérieure 12 sui- vant un motif pré-spécifié, multidirectionnel, qui est déve- loppé en utilisant une analyse par éléments finis des carac- téristiques de contrainte requises pour la forme spéciale du coussin 10. Une troisième couche 20, ou couche extérieure, 2719272 est également une couche d'un film 22, par exemple en Mylar, polyuréthane ou autre film, placée sur le dessus des fibres synthétiques 18. De manière à maintenir l'intégrité de la configuration multi-couches du coussin 10, la combinaison de la première couche 12, de la seconde couche 16 et de la troisième couche 18 est scellée thermiquement pour donner une structure en une pièce. Alors qu'on a représenté le coussin gon- flable 10 comme ayant la forme générale d'un rectangle, on remarquera que le coussin de la présente invention peut avoir n'importe quelle forme et que le procédé de fabrica- tion qu'on décrit ci-dessous permet d'obtenir les configura- tions requises du coussin gonflable de la présente inven- tion. Les figures 3 et 9 représentent les diverses étapes de la fabrication du coussin gonflable 10 selon la présente invention. La figure 3 représente un moule 30 dont la forme est identique à celle du coussin 10 qu'on fabrique. Le moule 30 est constitué d'un matériau de finition flexible imperméable à la surface lisse, et peut être gonflé et en- suite dégonflé des millions de fois sans perdre sa forme ni sa résistance mécanique. La figure 3 représente le moule 30 à l'état gonflé. Un gaz comprimé, normalement de l'air, a été introduit par pompage dans un orifice d'entrée 32, ce qui a provoqué le gonflement du moule 30 pour prendre l'état représenté en figure 3. Après gonflage et obtention de la forme spécifiée, le moule 30 est recouvert d'un agent de dé- gagement de moule (non représenté) qui facilite l'enlèvement du coussin 10 après le dégonflage du moule 30 comme on le décrira ultérieurement. La figure 4 représente la première couche 12 du film 14 placé sur le moule 30 après application de l'agent de dégagement du moule. Le film 14 peut être consti- tué de Mylar, de polyuréthane ou de tout autre film appro- prié. Le film 14 est placé d'une façon telle qu'il recouvre 6 2719272 ou entoure complètement le moule 30. Le film 14 peut être maintenu en place, le cas échéant, par une pince 36 dispo- sée à proximité de l'entrée 32 du moule 30. La figure 5 représente l'application de la couche 16 par pose de la multitude de fibres synthétiques 18 sur le film 14 selon un motif préspécifié. Le motif pour la pose de la multitude de fibres 18 est déterminé en faisant passer un programme d'analyse par éléments finis sur un or- dinateur, qui modélise la forme du coussin 10 et fournit les zones de contraintes élevées et faibles pour indiquer le mo- tif nécessaire pour la pose de la multitude de fibres syn- thétiques 18 de manière à renforcer le coussin 10 dans les zones soumises à des contraintes élevées. L'exécution de l'analyse à éléments finis pour la forme spécifiée du cous- sin 10 de manière à déterminer le motif requis pour la mul- titude de fibres 18 est bien connue dans la technique et ne sera pas discutée ici. La pose de la multitude de fibres synthé- tiques 18 peut être effectuée en utilisant un robot multi- axes 40 qui peut être programmé pour se déplacer dans chacun des trois axes. Le robot 40 applique de préférence les fibres 18 sous une tension uniforme de manière à rendre mi- nimales les distorsions dans le coussin terminé. Un procédé approprié pour appliquer les fibres 18 consiste à appliquer une masse fondue chaude ou autre adhésif à la fibre avant l'application. Le robot 40, comme représenté en figure 6, comprend un applicateur de fil 42 qui peut comporter un élé- ment chauffant 44 de manière à chauffer ou fondre l'adhésif sur la fibre immédiatement avant l'application au film. Dès que les fibres 18 ont été placées dans le motif pré-spéci- fié, elles peuvent être maintenues en position par une pince 46 située au droit de l'entrée 32 comme cela est représenté en figure 5. A l'issue de l'étape d'application des fibres, un adhésif supplémentaire peut être placé sur la to- talité de la surface, par exemple par projection ou avec un rouleau. En variante, les surfaces dirigées vers l'intérieur 7 2719272 de l'un ou l'autre ou des deux films 14 et 22 peuvent être pré-revêtues de façon uniforme avec un adhésif à l'état sec, mis thermiquement en oeuvre. La figure 7 représente la pose ou l'exten- sion de la couche finale 20 du film 22 sur le moule 30, de la première couche 12 et de la seconde couche 16. D'une fa- çon similaire au film 14, le film 22 peut être constitué de Mylar, polyuréthane ou tout autre film approprié. Le film 22 est placé de façon à recouvrir complètement le moule 30. Le film 22 peut être maintenu en place, le cas échéant, par une pince 50 placée à proximité de l'entrée 32 du moule 30. Le laminage du coussin gonflable 10 est achevé en durcissant complètement l'adhésif par chauffage ou lumière et/ou pression, en fonction de l'adhésif et des ma- tériaux employés. La figure 8 représente l'application de chaleur pour durcir l'adhésif et sceller thermiquement le coussin 10 à couches multiples en employant une multitude d'éléments chauffants 56. Après la prise ou durcissement de l'adhésif, on peut enlever les pinces 36, 46 et 50. On peut dégonfler le moule 30 et l'enlever de l'intérieur du coussin gonflable et on peut achever les opérations de finition telles que la formation d'un orifice d'entrée 60 dans le coussin 10 et/ou au moins d'un trou d'évacuation (non représenté), si nécessité par la conception spécifiée du coussin gonflable. Le procédé de fabrication qu'on détaille ci- dessus donne ainsi un coussin gonflable sans couture, en une pièce, ayant des forme et résistance mécanique spécifiées. Le coussin est léger, imperméable et agréable pour l'envi- ronnement de sorte qu'il n'est pas affecté par la tempéra- ture ou les produits chimiques. Le coussin est plus solide que ceux de la technique antérieure; il peut être comprimé pour former des petits ensembles et la caractéristique d'ab- sence de coutures élimine les problèmes soulevés par les fuites au droit des coutures qu'on rencontre dans les cous- sins de la technique antérieure. Le coussin gonflable ainsi fabriqué aura une épaisseur de paroi constante pour chaque 8 2719272 coussin ainsi que d'un coussin à l'autre et le coussin pré- sentera une surface plus agréable pour l'utilisateur par op- position à la nature abrasive des constructions en tissu de l'art antérieur. Enfin, le procédé de fabrication qu'on dé- taille ci-dessus peut être totalement automatisé et permet ainsi de réduire énormément les coûts de matière et de main d'oeuvre associés à la fabrication des coussins gonflables. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9 2719272 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'un coussin gon- flable (10), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: gonfler un moule (30) suivant une configura- tion pre- spécifiée; placer une première feuille (12) sur le moule; appliquer une multitude de fibres (18) sur la première feuille selon un motif pré-spécifié; - placer une seconde feuille (20) sur le moule; laminer ensemble les première et seconde feuilles; et séparer le coussin gonflable du moule. 2 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à appliquer un adhésif entre les première et seconde feuilles avant de laminer ensemble les feuilles. 3 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la multitude de fibres (18) est appliquée à la première feuille (12) sous une tension sensiblement uni- forme. 4 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les fibres (18) sont revêtues d'un adhésif avant l'application à la première feuille (12). - Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit motif pré-spécifié pour la multitude de fibres (18) est déterminé en utilisant une analyse à éléments fi- nis. 6 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la multitude de fibres (18) est appliquée à la première feuille (12) en utilisant un robot (40). 2719272 7 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'étape consistant à séparer le coussin gonflable (10) du moule (30) comprend les étapes consistant à: dégonfler le moule; et enlever le moule de l'intérieur du coussin gonflable. 8 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce l'étape de laminage comprend l'application de chaleur à la seconde feuille (20). 9 - Procédé selon la revendication 8, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à appliquer un adhésif entre les première et seconde feuilles avant l'application de chaleur à la seconde feuille. 10 - Procédé selon la revendication 8, ca- ractérisé en ce les fibres (18) sont revêtues d'un adhésif avant l'application à la première feuille (12). 11 - Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'étape d'application de la multitude de fibres (18) applique les fibres selon une façon continue, ininterrompue. 12 - Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de fixation de la première feuille (12) au moule (30). 13 - Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de fixation de la multitude de fibres (18) au moule (30). 14 - Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend l'étape de fixation de la se- conde feuille (20) au moule (30). - Coussin gonflable laminé en une pièce, à trois dimensions (10), comportant: une couche extérieure (20) de matériau; et une couche intérieure (16) de fibres (18) de support de la charge, les fibres étant déposées suivant il 2719272 trois dimensions dans le coussin d'une façon telle que la majorité des charges exercées dans le coussin est supportée par les fibres. 16 - Coussin gonflable selon la revendica- tion 15, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de couches extérieures de matériau (12, 20), la couche inté- rieure (16) étant disposée entre la paire de couches exté- rieures. 17 - Coussin gonflable laminé en une pièce à trois dimensions, ayant des lignes principales de contrainte lorsqu'il est mis en service, caractérisé en ce qu'il com- prend: une couche extérieure (20) de matériau; une couche intérieure (16) de fibres (18) de support de la charge, les fibres étant déposées en trois di- mensions dans le coussin pour accepter les lignes princi- pales de contrainte. 18 - Coussin gonflable selon la revendica- tion 17, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de couches extérieures (12, 20) de matériau, la couche inté- rieure (16) étant disposée entre la paire de couches exté- rieures.