專利名稱：負(fù)荷支承表面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及負(fù)荷支承表面，更具體說(shuō)，涉及彈性負(fù)荷支承表面，例如椅子或長(zhǎng)凳的座位或靠背，或床，帆布床或其它類似產(chǎn)品的支承表面。
背景技術(shù)：
人們不斷地努力發(fā)展新的改進(jìn)負(fù)荷支承表面。在一般負(fù)荷支承表面方面，這種努力的主要目的是獲得耐用和價(jià)廉的負(fù)荷支承表面。在座位和其他人體支承表面應(yīng)用方面，致力于舒適性也是重要的。例如，對(duì)座位而言，提供一種舒適的，并在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)不會(huì)引起身體疲勞的表面也會(huì)很重要。我們知道，具體應(yīng)用所需的負(fù)荷特性(例如，硬度，回彈性，力度/模撓曲斷面)是隨不同應(yīng)用而變的，因此，也期望能得到可在設(shè)計(jì)和制造時(shí)方便地為不同應(yīng)用而調(diào)整支承表面。
目前已能為大量不同應(yīng)用提供模制負(fù)荷支承表面。例如，可在很多知名供應(yīng)商處購(gòu)買到的模制塑料椅(例如，草地椅)。雖然這些模制塑料椅提供了廉價(jià)的座椅選擇，但它們不能提供較貴的負(fù)荷支承表面，諸如舒適的軟墊所具備的支承和舒適程度。更確切的說(shuō)，它們提供的是基本上線性的力度、撓曲斷面，它給予典型模制座位表面的是鼓形物或蹦床的感覺(jué)。在座位和其他人體支承應(yīng)用中，其結(jié)果可能是不舒服的，和有時(shí)是人類工程方面無(wú)法接受的負(fù)荷支承表面。此外，傳統(tǒng)模制座位特性的調(diào)節(jié)能力是相對(duì)局限的?？梢圆捎貌煌牟牧虾筒牧虾穸葋?lái)保障對(duì)座位特性的有限控制程度，但這種控制程度在很多應(yīng)用中是不夠的。
在座位工業(yè)中也更多地采用彈性纖維。彈性纖維可提供舒適，透氣的座位結(jié)構(gòu)。彈性纖維通常用高科技彈性材料單絲和多絲紗線的復(fù)合編織方法制造。這種工藝導(dǎo)致相對(duì)昂貴的表面。雖然彈性纖維表面在很多應(yīng)用中可能相當(dāng)舒適，但在施加負(fù)荷時(shí)，它們通常會(huì)像吊索一樣彎曲下垂。一些人類工程專家將這種彎曲下垂稱為“吊床效應(yīng)”并因它可造成臂部向上轉(zhuǎn)動(dòng)而認(rèn)為它是不理想的。為減輕吊床效應(yīng)，很多懸掛型座位都拉得非常緊，以減少負(fù)荷作用下的下垂量。這降低了座椅的軟墊般感覺(jué)，它的感覺(jué)更像拉緊的鼓面。其結(jié)果是，彈性纖維在所有應(yīng)用中都可能并不理想。
因此，仍然需要一種彈性負(fù)荷支承表面，它可提供應(yīng)對(duì)不同負(fù)荷的非線性力度/彎曲下垂斷面。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種在不同方向具有不同支承特性的彈性負(fù)荷支承表面。在一個(gè)實(shí)施例中，彼此垂直方向上的支承特性是不同的(或無(wú)相互影響，或去耦的)。
在這方面的一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)荷支承表面包括模制彈性膜片，它通過(guò)對(duì)分子層上的膜片結(jié)構(gòu)的取向影響而獲得去耦。在這個(gè)實(shí)施例中，可借助于在某一方向上將膜片壓縮或拉伸至為提高彈性物晶體結(jié)構(gòu)對(duì)齊所需的程度而使模制彈性膜片定向。該定向工藝改變了膜片的支承特性，造成膜片中沿定向方向的足夠彈性和低蠕變度。定向工藝在膜片定向方向的垂直方向上留下很小的彈性。
在另一個(gè)實(shí)施例中，模制膜片包括能影響膜片支承和負(fù)荷支承特性的機(jī)械結(jié)構(gòu)。在這個(gè)實(shí)施例中，膜片可包括在某一方向上無(wú)制約地提供“垂度”的狹縫，通道，波紋和其整體元素。如需要，膜片也可被定向并包括機(jī)械的去耦結(jié)構(gòu)。
在又一個(gè)實(shí)施例中，膜片被分隔成許多節(jié)點(diǎn)，它們提供了膜片某個(gè)位置與另一位置間的獨(dú)立度。在一個(gè)實(shí)施例中，膜片界定了許多相互連接的幾何形狀。例如，膜片可包括由整體連接段相互連接的許多方形或三角形節(jié)點(diǎn)?？梢愿淖冞@些連接段的特性以控制膜片的支承特性。例如，膜片可包括可在負(fù)荷下變形或彎曲的許多非平面連接段，以為膜片提供“垂度”。
第二方面，本發(fā)明提供一種多層負(fù)荷支承表面。在本發(fā)明這個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)荷支承表面包括相互作用的上和下層。上層可包括許多松散連接的節(jié)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，上層是有許多用整體連接段相互連接的節(jié)點(diǎn)的模制片材。上層可包括從每個(gè)節(jié)點(diǎn)向下層伸出的整體突出物。這些突出物可與下層中的相應(yīng)結(jié)構(gòu)相互貼合。多層負(fù)荷支承表面可包括布置在上，下層之間的彈簧件。彈簧件可與上層可下層形成整體。例如，下層可包括可接受上層突出物的許多整體模制柔性臂。在一個(gè)實(shí)施例中，下層可以是去耦的模制彈性膜片。
本發(fā)明還提供用彈性材料制造負(fù)荷支承表面的方法。該方法一般包括如下步驟(a)模制彈性膜片和(b)通過(guò)沿某方向拉伸彈性膜片或用可造成它在該方向流動(dòng)的方法壓縮彈性膜片，而使彈性膜片定向。彈性膜片被拉伸或壓縮的程度應(yīng)使彈性材料沿該定向方向的晶狀結(jié)構(gòu)增高對(duì)齊度。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括模塑帶有一種可在不同于膜片定向的另一方向上使膜片獲得機(jī)械去耦的結(jié)構(gòu)的彈性膜片。該去耦方向可以垂直于定向方向。
在一個(gè)實(shí)施例中，膜片經(jīng)如下步驟壓縮(a)產(chǎn)生具有由連接段互相連接的許多節(jié)點(diǎn)上表面，(b)產(chǎn)生能在節(jié)點(diǎn)處與上層接合的下層和(c)用布置在接合位置處的彈簧件組合上層和下層。在一個(gè)實(shí)施例中，上層包括從每個(gè)節(jié)點(diǎn)伸出的整體心棒和下層包括可接受心棒的整體彈簧臂。
本發(fā)明提供一種堅(jiān)固卻又柔性的負(fù)荷支承表面。這種彈性負(fù)荷支承表面制造起來(lái)較為便宜，并提供可通氣以阻止熱積存的輕型表面。去耦彈性材料所呈現(xiàn)的支承特性特別適用于座位應(yīng)用，因?yàn)樗茉诓煌较蛱峁┎煌膹椥院椭С卸?。例如，去耦彈性材料可提供在左右方向有彈性而在前后方向無(wú)彈性的座位結(jié)構(gòu)。此外，通過(guò)提高彈性材料晶狀結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)度，膜片中的蠕變水平可顯著降低。在該雙層實(shí)施例中，第二層提供了對(duì)負(fù)荷支承表面的上/下(或E軸)移動(dòng)的附加控制，這允許對(duì)座位支承和舒適特性實(shí)現(xiàn)更多控制。
在參考下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明和附圖后，會(huì)更容易理解本發(fā)明的以上和其他目的，優(yōu)越性和特點(diǎn)。


圖1是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的負(fù)荷支承表面的透視圖。
圖2A是有許多節(jié)點(diǎn)的另一種負(fù)荷支承表面的透視圖。
圖2B是圖2A負(fù)荷支承表面一部分的放大透視圖。
圖3A是定向前的模制彈性膜片頂視圖。
圖3B是定向期間的模制彈性膜片頂視圖。
圖3C是定向后的模制彈性膜片頂視圖。
圖4是沿圖3C中4-4線截取的模制彈性膜片剖面圖。
圖5A是第一種可替代負(fù)荷支承表面的透視圖。
圖5B是沿5B-5B線截取的第一種可替代負(fù)荷支承表面的截面圖。
圖6A是第二種可替代負(fù)荷支承表面的透視圖。
圖6B是沿6B-6B線截取的第二種可替代負(fù)荷支承表面的截面圖。
圖7A是第三種可替代負(fù)荷支承表面的透視圖。
圖7B是沿7B-7B線截取的第三種可替代負(fù)荷支承表面的截面圖。
圖8A是具有整體邊緣的彈性膜片一部分的放大剖面圖。
圖8B是具有第一種可替換整體邊緣的彈性膜片一部分的放大剖面圖。
圖8C是具有第二種可替換整體邊緣的彈性膜片一部分的放大剖面圖。
圖9是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙層負(fù)荷支承表面的透視圖。
圖10是圖9負(fù)荷支承表面一部分的放大透視圖。
圖11是給出一個(gè)彈簧和一個(gè)節(jié)點(diǎn)以及下層一部分的負(fù)荷支承表面的分解圖。
圖12是另一種下層的頂視圖。
圖13是第二種可替代下層的頂視圖。
圖14是帶一體化彈簧件的另一種下層的透視圖。
圖15是帶一體化彈簧件的第二種可替換下層的透視圖。
圖16是帶三角形節(jié)點(diǎn)的可替換頂層的透視圖。
圖17是圖16的可替換頂層一個(gè)節(jié)點(diǎn)的透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1給出依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的負(fù)荷支承表面10。圖1中所示負(fù)荷支承表面10是一種模制膜片，它可掛在支承結(jié)構(gòu)，例如椅座架(未示出)上。負(fù)荷支承表面10包括沿不同方向的不同支承特性。例如，負(fù)荷支承表面可提供X方向上的顯著彈性支承力而同時(shí)在Y方向上只有較弱的支承力。負(fù)荷支承表面支承特性的這種“去耦性”提供了很高的舒適度。為便于公開(kāi)內(nèi)容，本發(fā)明將結(jié)合主要打算用在座位應(yīng)用中的各種可替代實(shí)施例予以說(shuō)明。但是，本發(fā)明并不局限于座位應(yīng)用，它也可應(yīng)用于其他負(fù)荷支承用途中。所述模制膜片的支承特性是高度可調(diào)節(jié)的，因而使所述負(fù)荷支承表面10可滿足大量不同用途中對(duì)支承功能的要求。
在圖1實(shí)施例中，負(fù)荷支承表面10包括模制彈性膜片12。在圖示實(shí)施例中，膜片12是用熱塑性聚醚酯彈性膠塊共聚體模制而成的。可從Dupont購(gòu)買到的Hytrel商標(biāo)產(chǎn)品是一種此類適用材料。還有很多適用的可替代彈性物可供本發(fā)明使用。模制膜片12的厚度隨具體應(yīng)用而變，主要取決于預(yù)期的負(fù)載，但在標(biāo)準(zhǔn)座位應(yīng)用中，膜片支承部分在任何所需定向前的平均厚度為大約20-40mils(密耳＝0.001時(shí))。在一個(gè)實(shí)施例中，模制膜片12沿一個(gè)方向(即，X方向)定位，以提供此方向上的抗蠕動(dòng)性和彈性。膜片12的定向靠提高彈性膜片晶狀結(jié)構(gòu)分子級(jí)的對(duì)準(zhǔn)度來(lái)獲得，因而使它的承重和其他支承特性得到改變。一般說(shuō)，膜片被定向的程度是使定向后的膜片12沿定向方向具有與沿其他方向?qū)嵸|(zhì)上不同的負(fù)荷支承特性。使膜片12定向的一個(gè)方法是通過(guò)拉伸。為獲得理想對(duì)準(zhǔn)度所需的拉伸量隨不同應(yīng)用而變，但對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，所需對(duì)準(zhǔn)度出現(xiàn)在膜片被拉伸至原來(lái)尺寸的大約二倍時(shí)。雖然彈性膜片12可通過(guò)拉伸膜片而被定向，但在某些應(yīng)用中也可以用其他工藝來(lái)使膜片12定向。例如，對(duì)某些材料來(lái)說(shuō)，也可以用槌擊或其他壓縮方式，而不是拉伸膜片12來(lái)使它定向。應(yīng)指出的是，很多彈性材料，包括模塑的Hytrel，本質(zhì)上并無(wú)彈性，和在模塑形態(tài)下可具有高蠕動(dòng)性。本發(fā)明的定向工藝造成彈性材料性質(zhì)的明顯改變。例如，膜片12的定向提高了材料的彈性和降低了它所固有的對(duì)蠕動(dòng)的敏感度。圖1的彈性膜片12還包括許多波紋14，它們提供沿垂直于定向方向(即Y方向)的“撓度”。當(dāng)負(fù)荷作用到膜片12上時(shí)，波紋14可承受“壓扁”，從而允許膜片12沿Y方向擴(kuò)展。下面將對(duì)波紋14和其他機(jī)械去耦結(jié)構(gòu)作更詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1的膜片12還包括可直接安裝到所需支承結(jié)構(gòu)(未示出)，例如椅子的座位框架上的一體化邊緣16。在所示實(shí)施例中，邊緣16沿膜片12的周邊延伸，其厚度明顯大于膜片12的其他部分。邊緣16可包括一體化的按扣或其他連接用零件(未示出)，以方便膜片12連接到支承結(jié)構(gòu)上?；蛘撸吘?6也可以用緊固件(未示出)，例如螺釘或螺栓來(lái)連接。邊緣16不一定需要沿膜片12完全延伸。它也可以只包括沿其周邊不同位置處的一或多段。例如，可以在矩形膜片的每個(gè)角上布置一段邊緣(未示出)。邊緣16也不一定要位于膜片12的周邊。在某些應(yīng)用中，可能希望在膜片12的內(nèi)部有一或多段邊緣。例如，在窄長(zhǎng)表面中，可以在膜片中央部分處安排一段邊緣以提供中央固定位置(未示出)。圖8A-C中給出三種可供選擇的邊緣結(jié)構(gòu)。圖8A中給出的邊緣16′有孔17′，以方便邊緣16′與支承結(jié)構(gòu)(未示出)的連接。例如，緊固件(未示出)可穿過(guò)孔17′。或者，孔17′可貼合在支承結(jié)構(gòu)(未示出)，例如支柱，上的連接結(jié)構(gòu)上。圖8B給出其截面大體上是圓形的邊緣16″。圖8C給出的邊緣16的截面大體為方形。
如上所述，彈性膜片12是用傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備來(lái)模塑的。例如，彈性膜片12可以用有一模具的傳統(tǒng)注模設(shè)備(未示出)注模成型，模具構(gòu)造成可提供具有所需形狀和性能的膜片。在這個(gè)實(shí)施例中，彈性膜片12通過(guò)將所需材料注入模具腔內(nèi)而制成。模具設(shè)計(jì)成可提供模制坯件(見(jiàn)圖3A)，在完成所需定向工序后，坯料將呈現(xiàn)所需形狀。例如，模具構(gòu)造成可在定向工序完成后形成具有所需形狀和尺寸的工件。經(jīng)模塑后，模制膜片可被拉伸或用其他方法使其沿某一方向定向(見(jiàn)圖3B)。如果是通過(guò)拉伸來(lái)實(shí)現(xiàn)定向，則施加予給定膜片的準(zhǔn)確拉伸量將取決于膜片的形狀和所需支承特性。在很多應(yīng)用中，必須將膜片拉伸至其原來(lái)長(zhǎng)度的至少兩倍才能實(shí)現(xiàn)所需對(duì)齊度?？梢杂脗鹘y(tǒng)技術(shù)和設(shè)備來(lái)拉伸膜片。作為晶狀結(jié)構(gòu)對(duì)齊程度提高的結(jié)果，膜片12在被拉伸設(shè)備松開(kāi)后不會(huì)完全恢復(fù)到它的原來(lái)長(zhǎng)度。更確切地說(shuō)，被定向的膜片12會(huì)拉長(zhǎng)到拉伸距離的一定份額，準(zhǔn)確的拉長(zhǎng)量主要取決于膜片材料的材料特性(見(jiàn)圖3C)。實(shí)現(xiàn)了所需定向后，基本上可用任何固定技術(shù)將膜片12直接固定到支承結(jié)構(gòu)上。例如，膜片的邊緣16(示于圖4中)可用螺釘或其他緊固件緊固于支承結(jié)構(gòu)上。作為拉伸的替代方法，膜片12也可通過(guò)壓縮來(lái)定向。在用壓縮定向的一個(gè)實(shí)施例中，膜片12被置于模具或其他結(jié)構(gòu)(未示出)中，所述模具或結(jié)構(gòu)將在除對(duì)應(yīng)于所需定向方向外的其他所有側(cè)面限制膜片12。相對(duì)的兩側(cè)可以都不受限制，以允許膜片12的材料從兩側(cè)沿定向方向流動(dòng)?；蛘?，也可以只有一側(cè)不受限制，因而限制材料只流向一側(cè)。然后對(duì)膜片12加壓。例如，可用壓力機(jī)擠壓模具內(nèi)的膜片12。施加足夠的壓力，使材料開(kāi)始沿未受限制的方向流動(dòng)。這實(shí)際上是致膜片12擴(kuò)展和它的晶狀結(jié)構(gòu)沿定向方向進(jìn)一步對(duì)齊。施加于膜片12睥力量可隨具體應(yīng)用而變，取決于所需的對(duì)齊或定向程度。雖然前面描述的是涉及整個(gè)彈性膜片12的定向，但在某些應(yīng)用中則不必使整個(gè)膜片12定向。更確切說(shuō)，在某些應(yīng)用中，可能只希望使膜片的若干選定部分定向。例如，在某些應(yīng)用中可能只希望使膜片的若干選定周邊部分定向。此時(shí)，可對(duì)膜片的局部區(qū)域施加拉伸或壓縮力來(lái)達(dá)到目的。
在本發(fā)明中使用模制膜片提供了可方便地在膜片上生成結(jié)構(gòu)的可能性，而且可使膜片具有基本上任何需要的輪廓線和在不同地方改變膜片的厚度。雖然圖中并未示出，但膜片的上表面既可能是光滑的，也可以被織構(gòu)成具有皮羊，纖維或其他所需織構(gòu)的外觀。類似地，膜片的上表面也可做成具有基本上任何可想得到的設(shè)計(jì)元素(未示出)，例如細(xì)小的隆起，皺紋，孔眼或蜘蛛網(wǎng)圖案。使用跨越膜片12的輪廓線和變化厚度可實(shí)現(xiàn)對(duì)膜片12支承特性的局部區(qū)域控制。例如，膜片12在需要較強(qiáng)支承力的區(qū)域可以較厚。
以下各段中將描述本發(fā)明的各種可替代實(shí)施例。在這些替代實(shí)施例的每一種中，彈性膜片可沿一個(gè)方向定向以減少蠕變并在該定向方向提供膜片所需的彈性度。然而，并不是在所有應(yīng)用中都需要使膜片定向的。更確切地說(shuō)，在并非必需(或不希望)由定向來(lái)提供彈性和抗蠕變性的場(chǎng)合，膜片支承特性沿不同方向的變化可僅靠膜片結(jié)構(gòu)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖5A-B中給出一個(gè)替代實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，膜片12′界定了許多狹長(zhǎng)切口或孔，它們的作用是去耦膜片沿X和Y方向的剛性。更具體說(shuō)，膜片12′界定了許多孔26′，這些孔26′允許膜片12′在無(wú)明顯拉伸的情況下可在所需方向(即Y方向)有特定量的拉伸?？?6′可以是細(xì)長(zhǎng)的，如圖5A中所示。如圖所示，孔26′可跨越膜片12′表面交錯(cuò)排列，它們的確切形狀，數(shù)量，位置和尺寸主要由所需支承特性確定。如圖5B中所示，膜片12′可模制成圍繞每個(gè)孔26′都有一卷邊27′，以減少撕裂的可能性。如前所述，膜片12′也可像對(duì)膜片12所作的說(shuō)明一樣沿X方向定向。
圖6A-B中給出第二個(gè)替代實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，膜片12″包括依靠提供一個(gè)方向(例如Y方向)上的“垂度”來(lái)去耦膜片12″剛性的波紋變化26″。如圖6B中所示，波紋變化26″從剖面看可以是正弦形的。或者，波紋變化26″從剖面看也可以類似于褶狀或打褶的形狀。波紋可基本上追隨在E方向上變化的任何輪廓線。在這個(gè)實(shí)施例中，波紋26″是相互平行的。作為其結(jié)果，波紋26″共同提供基本為一個(gè)方向上的垂度。但是，在適合于提供所需支承特性時(shí)，波紋26″也可以是非平行布置的。波紋26″的數(shù)量，尺寸，形狀和位置均可調(diào)整以達(dá)到對(duì)膜片12″支承特性的控制。
圖7A-B中給出第三個(gè)替代實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，膜片12包括許多至少部分跨越膜片12延伸的肋26。在一個(gè)實(shí)施例中，膜片12包括許多平行肋26。肋26為膜片12提供了額外的材料，這種材料降低了沿垂直于肋26的方向(即Y方向)拉伸膜片12所需的力，而與此同時(shí)，對(duì)沿平行于肋的方向(即X方向)拉伸膜片12所需的力的影響則很小。可調(diào)節(jié)肋26的數(shù)量，尺寸，形狀和位置以提供對(duì)膜片12支承特性的控制。
也可選擇將負(fù)荷支承表面分割成許多節(jié)點(diǎn)。圖2A-B中所示模制彈性膜片112包括許多通過(guò)連接部分120，122相互連接的節(jié)點(diǎn)118?？赡茉趫D2B中可看得最清楚，節(jié)點(diǎn)118和連接部分120，122是一體化形成為單個(gè)模制件的。在圖2A-B的實(shí)施例中，膜片112包括許多大體為方形，相同尺寸，規(guī)律間隔的節(jié)點(diǎn)118。但是，節(jié)點(diǎn)118不必一定是相同尺寸或規(guī)律間隔的。更確切地說(shuō)，膜片112不同區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)118的尺寸，形狀，間距或其他特性都可以不同，以提供對(duì)不同區(qū)域內(nèi)膜片112支承特性的局部區(qū)域控制。雖然這個(gè)實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)118大體為方形，但它們的形狀可隨具體應(yīng)用而變。例如，在某些應(yīng)用中，圓形，三角形，矩形或不規(guī)則形狀的節(jié)點(diǎn)是理想的。圖示節(jié)點(diǎn)118具有大體上是平面的上表面124，但上表面124也可以是曲面的。例如，節(jié)點(diǎn)118可以有凸?fàn)钌媳砻?未示出)。還應(yīng)注意到，界定于節(jié)點(diǎn)118和連接段120，122間的空間126提供了通風(fēng)的膜片112?？臻g126的尺寸，形狀和構(gòu)造是可定制的以提供通風(fēng)和支承特性間的所需均衡。
如上所述，節(jié)點(diǎn)118由許多連接部分120，122相互連接(見(jiàn)圖2B)。膜片112的支承特性受連接部分120，122的數(shù)量，尺寸，形狀和其他特性影響。在這個(gè)實(shí)施例中，膜片112構(gòu)造成可提供沿一個(gè)方向的彈性支承。相應(yīng)地，沿定向方向X連接節(jié)點(diǎn)118的連接部分120大體是平面的。其結(jié)果是，當(dāng)施加負(fù)荷時(shí)，彈性膜片112將沿定向方向承受拉伸作用。在這個(gè)實(shí)施例中，膜片112構(gòu)造成在Y方向(即垂直于定向方向的方向)具有最小彈性響應(yīng)。相應(yīng)地，沿Y方向連接節(jié)點(diǎn)118的連接部分122大體上是略像U形弧的非平面。其結(jié)果是，連接部分122為膜片提供了在與定向方向垂直的方向上的“垂度”。在負(fù)荷作用下，非平面的連接部分122承受彎曲作用，該作用實(shí)際上平展了連接部分因而清除了膜片112的“垂度”。這使膜片112可在不拉伸膜片112的情況下，承受垂度方向上的一定延伸量。為達(dá)到這個(gè)延伸量所需的負(fù)荷量可通過(guò)調(diào)整連接部分120，122的設(shè)計(jì)和構(gòu)造而置入膜片112中。雖然達(dá)到上述彎曲作用所需的精確力量是變化的，但彎曲作用一般提供了明顯降低的對(duì)膜片112延伸的阻力，和低于正常情況下因拉伸作用而導(dǎo)致的彈性復(fù)原。其結(jié)果是，膜片112主要在定向方向提供彈性支承。
另一方面，本發(fā)明提供多層負(fù)荷支承表面200。在圖9-11的實(shí)施例中，負(fù)荷支承表面200包括有許多松弛連接的節(jié)點(diǎn)208的上層204和面對(duì)并支撐上層204的下層206以及插在上層204和下層206之間的許多彈簧件230。在一個(gè)實(shí)施例中，上層204包括許多相互連接的節(jié)點(diǎn)208。上層204可以是與將相鄰節(jié)點(diǎn)208相連的一體化連接部分212共同形成的單一模制片。在圖9-11的實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)208是方形。但是，節(jié)點(diǎn)208也可以有其他形狀。例如，在圖16-17的另一實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)208′是三角形的。連接部分212的特性選擇為可提供相鄰節(jié)點(diǎn)208之間的所需相互關(guān)聯(lián)程度。例如，希望節(jié)點(diǎn)208之間有高依存性時(shí)可采用較短和較厚的連接部分212，而希望節(jié)點(diǎn)208有高度獨(dú)立性時(shí)則可采用較長(zhǎng)或較薄的連接部分212。如需要，連接部分212可以做成彎曲的，以提供節(jié)點(diǎn)208之間的“垂度”，這類似于前面關(guān)于膜片10描述過(guò)的連接段122。在圖示實(shí)施例中，上層204還包括從每個(gè)節(jié)點(diǎn)208向下層206伸出的心棒216(或其它突出物)。下面將更詳細(xì)地說(shuō)明，心棒216與下層206中的相應(yīng)孔218相互配合。這種相互配合使下層206可引導(dǎo)上層204的運(yùn)動(dòng)。心棒216可以有各種形狀。但是，在圖9-11的實(shí)施例中，每個(gè)心棒216都包括一根細(xì)長(zhǎng)的圓柱形軸。在示于圖16和17中的另一實(shí)施例中，每個(gè)心棒216′通常包括以頭部222′終止的軸220′。頭部222′是一個(gè)有可方便心棒216′插入下層相應(yīng)孔中的錐形下端224′和防止心棒216′從下層孔中脫出的大體扁平上端226′的例置錐體。心棒頭222′使上層204′和下層可方便地迅速密接至相互鎖定關(guān)系。頭部222′也可以包括其他互鎖形狀。
下層206為上層204提供支承結(jié)構(gòu)。下層206可以是彈性的和可以被分割成對(duì)應(yīng)上層節(jié)點(diǎn)208的許多節(jié)點(diǎn)240。在圖9-11的實(shí)施例中，下層206是類似于前面描述過(guò)的膜片112的去耦，模制彈性膜片。下層206包括許多由連接部分242，244相互連接的方形節(jié)點(diǎn)240。與膜片112一樣，下層206被沿X方向定向并包括在Y方向上提供垂度的非平面連接部分244。然而，與膜片112不同，每個(gè)節(jié)點(diǎn)240都界定有一個(gè)用來(lái)接受相應(yīng)上層節(jié)點(diǎn)208的心棒216的孔218。
節(jié)點(diǎn)240和連接部分242，244的構(gòu)造可隨具體應(yīng)用而變。第一種替代下層206′示于圖12中。在這個(gè)實(shí)施例中，下層206′沿X方向定向。下層206′包括由連接部分242′，244′相互連接的許多方形節(jié)點(diǎn)240′。連接部分242′沿X方向連接各節(jié)點(diǎn)240′，它們大體上是平面的，以保障定向方向無(wú)垂度。連接部分244′沿Y方向連接各節(jié)點(diǎn)240′，它們是弧形的以提供Y方向的垂度。第二種替代下層206″示于圖13中。除節(jié)點(diǎn)240″是大體圓形外，這個(gè)實(shí)施例基本上與下層206′相同。與下層206′一樣，如需要，下層206″的連接部分242″，244″可提供Y方向的垂度。雖然下層是結(jié)合各種不同定向結(jié)構(gòu)予以說(shuō)明的，但下層并不是必須被定向或去耦的。類似地，下層206也不一定要分割成分離的許多節(jié)點(diǎn)。
如前所述，彈簧件插入于上層204和下層206之間。最好是(但不必須)，有一個(gè)彈簧件250布置在每個(gè)上層節(jié)點(diǎn)208和相應(yīng)的下層節(jié)點(diǎn)240之間。如圖9-11中所示，彈簧件，例如螺旋彈簧，可與布置在上層204和下層206之間的每個(gè)心棒216相配。各獨(dú)立彈簧的特性可因所在位置而不同，以在負(fù)荷支承表面的不同區(qū)域提供不同的支承特性。
彈簧件也可結(jié)構(gòu)在下層中。如圖14中所示，下層306可包括與下層306模塑成整體的許多一體化簧臂350?；杀?50的布置應(yīng)使一個(gè)簧臂350只與上層節(jié)點(diǎn)208中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)齊?；杀?50是懸臂式的，并且通常從下層306向上層204弧形伸出。每個(gè)簧臂350的上端352構(gòu)造成可嚙合相應(yīng)上層節(jié)點(diǎn)208的下表面。每個(gè)簧臂350界定一個(gè)構(gòu)造成可接受相應(yīng)上層節(jié)點(diǎn)208的心棒216的心棒孔318。在這個(gè)實(shí)施例中，心棒孔318小于心棒的頭部，因而心棒可迅速貼合至簧臂350內(nèi)?；⌒位杀?50也可用其他懸臂式或彈性結(jié)構(gòu)，例如弓形結(jié)構(gòu)或拱頂，替代。
圖15中給出另一種一體化彈簧構(gòu)造。在這個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)彈簧件450都包括一個(gè)一體化的萬(wàn)向接頭460，它實(shí)質(zhì)上可在任何方向便利心棒216的運(yùn)動(dòng)，因而為上層204提供了更多的柔性。彈簧件450包括從下層406向上層204伸出的懸式臂452。簧臂450終止于一體化萬(wàn)向接頭460中。萬(wàn)向接頭460一般包括樞環(huán)462和裝配環(huán)464。樞環(huán)462通過(guò)一對(duì)柔性橋466與簧臂450的其余部分相連。橋466在樞環(huán)462的相對(duì)兩側(cè)徑向相對(duì)布置。樞環(huán)462則由一對(duì)柔性橋468與裝配環(huán)464相連。裝配環(huán)橋468在裝配環(huán)464的相對(duì)兩側(cè)徑向相對(duì)布置，并偏離樞環(huán)橋466大約90°。使用時(shí)，樞環(huán)橋466和裝配環(huán)橋468足夠柔韌，從而實(shí)質(zhì)上允許裝配環(huán)464可因心棒216傳遞的負(fù)荷需要而在任何方向樞轉(zhuǎn)?？烧{(diào)整萬(wàn)向接頭460的特性以提供所需支承特性。
在又一個(gè)替代實(shí)施例中，彈簧件可以結(jié)合在上層中而不是下層中。在這個(gè)實(shí)施例中，彈簧件可實(shí)質(zhì)上與前面所述彈簧件相同。
下層很容易構(gòu)造成可提供對(duì)負(fù)荷支承表面支承特性的局部區(qū)域控制。如需要，彈簧件的特性可在下層的不同區(qū)域變化，以提供不同區(qū)域中支承特性的相應(yīng)變化。例如，如果需要，選定彈簧件的剛性可以增強(qiáng)或減弱，以提供較大或較小的承重。彈簧件的形狀，厚度，長(zhǎng)度或其他特性均可改變，以提供所需的局部區(qū)域控制。
上面說(shuō)明的是本發(fā)明的各種不同實(shí)施方案。在不偏離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明精神和更廣泛方面的前提下，仍可作出各種替代和變更。所附權(quán)利要求書應(yīng)依據(jù)包括等價(jià)原則在內(nèi)的專利法規(guī)原則來(lái)解釋。權(quán)利要求中提到的用單數(shù)，例如，用冠詞“一”，“一個(gè)”，“該”，“所述”表述的物件不應(yīng)解釋為限制于單個(gè)元件。
權(quán)利要求
1.負(fù)荷支承表面包含模制彈性膜片，所述膜片的第一方向和第二方向之間是去耦的，因而所述膜片沿第一方向和第二方向提供不同的負(fù)荷支承特性。
2.如權(quán)利要求1所述的表面，其中所述第一方向與第二方向大約偏離90°。
3.如權(quán)利要求1所述的表面，其中所述膜片包括在所述第二方向去耦所述膜片的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的表面，其中所述膜片包括適合于將所述膜片固定至支承結(jié)構(gòu)上的一體化邊緣。
5.如權(quán)利要求3所述的表面，其中所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括與所述膜片一體化形成的許多輪廓線。
6.如權(quán)利要求3所述的表面，其中所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括與所述膜片一體化形成的許多通道，所述通道沿實(shí)際上所述第一方向延伸。
7.如權(quán)利要求3所述的表面，其中所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括界定于所述膜片中的許多孔，所述孔沿實(shí)際上所述第一方向是拉長(zhǎng)的。
8.如權(quán)利要求3所述的表面，其中所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括與所述膜片一體化形成的許多肋，所述肋沿實(shí)際上所述第一方向延伸。
9.如權(quán)利要求3所述的表面，其中所述機(jī)械結(jié)構(gòu)包括與所述膜片一體化形成的許多正弦形變化，所述變化沿實(shí)際上所述第一方向延伸。
10.如權(quán)利要求1所述的表面，其中所述膜片界定了由許多連接件相互連接的許多節(jié)點(diǎn)，沿第一方向延伸的所述連接件具有與沿第二方向延伸連接件不同的物理特性，因此，所述膜片至少部分地因所述連接件的物理特性差異而去耦。
11.如權(quán)利要求1所述的表面，其中所述膜片包括沿第一方向的對(duì)齊度大于其他方向的晶狀結(jié)構(gòu)。
12.一種制造負(fù)荷支承表面的方法，包括如下步驟模制彈性膜片；和使彈性膜片的至少一部分只沿一個(gè)方向定向，直至膜片的晶狀結(jié)構(gòu)沿該方向充分對(duì)齊，以使該部分膜片沿所述方向的負(fù)荷支承特性不同于其他方向。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述定向工序進(jìn)一步界定為沿所述方向拉伸膜片的至少一部分至膜片該部分原線度的至少大約二倍。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述定向工序進(jìn)一步界定為在除對(duì)應(yīng)于所述方向的至少一個(gè)未限制側(cè)外的所有側(cè)面約束彈性膜片的至少一部分；壓縮彈性膜片的這個(gè)部分直至彈性膜片這個(gè)部分的材料沿在未限制側(cè)的所述方向向外流出。
15.如權(quán)利要求12所述的方法還包括如下步驟模制帶一體化邊緣的彈性膜片；和借助于所述邊緣將彈性膜片連接至支承結(jié)構(gòu)上。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中彈性膜片是用熱塑聚醚彈膠塊共聚體制造的。
17.負(fù)荷支承表面包括支承結(jié)構(gòu)；與支承結(jié)構(gòu)固定在一起的第一層，所述第一層可在負(fù)荷作用下依照第一撓曲分布而撓曲(下垂)；與支承結(jié)構(gòu)固定在一起的第二層；布置在所述第一層和第二層之間的許多彈簧件，用來(lái)在第一層受負(fù)荷作用而撓曲時(shí)可操作地相互作用。
18.如權(quán)利要求17所述的負(fù)荷支承表面，其中所述第一層包括許多節(jié)點(diǎn)。
19.如權(quán)利要求18所述的負(fù)荷支承表面，其中所述許多節(jié)點(diǎn)由許多連接件相互連接。
20.如權(quán)利要求19所述的負(fù)荷支承表面，其中所述許多連接件是與所述節(jié)點(diǎn)一體化形成的。
21.如權(quán)利要求20所述的負(fù)荷支承表面，其中所述許多節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)只與所述許多彈簧件中的唯一一個(gè)可操作相互連接。
22.如權(quán)利要求21所述的負(fù)荷支承表面，其中所述許多彈簧件還界定為插入在所述第一層和第二層之間的許多壓縮彈簧。
23.如權(quán)利要求21所述的負(fù)荷支承表面，其中所述許多彈簧件是與所述第一層和第二層中的至少一層成整體的。
24.如權(quán)利要求23所述的負(fù)荷支承表面，其中所述許多彈簧件中的每一個(gè)是所述第一層和第二層中至少一層的懸臂式延伸件。
25.如權(quán)利要求24所述的負(fù)荷支承表面，其中所述許多彈簧件終端的每一個(gè)都包括萬(wàn)向接頭。
26.如權(quán)利要求25所述的負(fù)荷支承表面，其中所述許多彈簧件與所述第二層是一體的和所述節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)都包括向第二層伸出的心棒，以可操作地嚙合所述彈簧件中的相應(yīng)一個(gè)。
27.如權(quán)利要求26所述的負(fù)荷支承表面，其中所述心棒中的每一個(gè)都包括一個(gè)可迅速貼合在界定于所述彈性件中相應(yīng)一個(gè)的心棒孔內(nèi)的頭部。
全文摘要
一種沿不同方向有不同負(fù)荷支承特性的彈性負(fù)荷支承表面。在一個(gè)實(shí)施例中，該表面包括，例如，靠壓縮成拉伸而僅在一個(gè)方向定向的彈性膜片。在另一個(gè)實(shí)施例中，該表面包括可沿不同方向改變負(fù)荷支承特性的機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如連接件，厚度的變化和孔。另一方面，本發(fā)明提供多層負(fù)荷支承表面，在這種表面中多層共同提供在所述表面區(qū)域內(nèi)可變的可控力/撓曲分布。在一個(gè)實(shí)施例中，上層包括許多松弛連接的節(jié)點(diǎn)和下層有許多獨(dú)立支承每個(gè)節(jié)點(diǎn)的彈性元件。
文檔編號(hào)A47C17/66GK1792298SQ20051007701
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者科菲爾德 蒂莫西, S·薩默菲爾德 丹尼爾, D·沃德 約瑟夫 申請(qǐng)人:伊利諾斯器械工程公司