專利名稱：負(fù)載支撐表面的制作方法
負(fù)載支撐表面本申請是申請?zhí)枮?00680054523. 8，申請日為2006年8月25日，名稱為“負(fù)載支撐表面”的發(fā)明專利申請的分案申請。
背景技術(shù)：
本申請的母案是2005年4月22日提交的11/112，345號美國專利申請(即現(xiàn)在_號美國專利)的部分繼續(xù)申請，要求2005年4月22日提交的60/580，648號美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)。本發(fā)明涉及ー種負(fù)載支撐表面，尤其涉及ー種彈性的負(fù)載支撐表面，例如椅子或長凳的坐椅或者靠背，或者床、搖籃或其他類似產(chǎn)品的支撐表面。人們?nèi)栽诶^續(xù)努力開發(fā)新的改進的負(fù)載支撐表面。對于 一般的負(fù)載支撐表面而言，這些努力的主要目的是獲得ー種耐用且便宜的負(fù)載支撐表面。對于靠背和其它支撐身體的應(yīng)用而言，解決舒適的問題也很重要。例如，對于座位而言，提供一種這樣的表面非常重要舒適、且在長時間的使用之后不便身體感覺疲勞。盡管特定的表面所要求的承載特性(例如硬度、弾性、力量/偏斜輪廓)由于應(yīng)用的不同而不同，但人們還是希望有這樣ー種負(fù)載支撐表面，其在設(shè)計和制造過程中都易于調(diào)節(jié)，以適用于不同的應(yīng)用。已知的是，提供一種廣泛的適用于各種應(yīng)用的模制負(fù)載支撐表面。例如，可從很多公知的供應(yīng)商獲得模制的塑料椅(例如草坪椅)。盡管這些模制的椅子提供了ー種便宜的座椅選擇，但它們不能提供較貴的負(fù)載支撐表面(例如傳統(tǒng)的軟墊套)所具有的支撐和舒適的程度。相反，這些模制的椅子提供了基本線性的力/偏斜輪廓，這使得通常的模制座椅表面有鼓形或蹦床的感覺。在座椅和其它的支撐身體的應(yīng)用中，這可能會導(dǎo)致不舒服以及人體功率學(xué)不可接受的負(fù)載支撐表面。并且，調(diào)節(jié)傳統(tǒng)模制座椅的特性的能力是較有限的。不同材料和不同材料的厚度可用于提供對于座椅特性的有限控制，但在許多應(yīng)用中，這種控制是不夠的。在座椅行業(yè)中，越來越多地使用彈性織物。彈性織物可提供舒適的、通風(fēng)的座椅結(jié)構(gòu)。彈性織物通常由高科技的弾性單纖維和多纖維的紗線構(gòu)成的復(fù)雜的織物制成。這ー加エ過程導(dǎo)致其表面較貴。盡管在許多應(yīng)用中，彈性織物的表面相當(dāng)舒適，但當(dāng)施加負(fù)載吋，它們通常會像吊索一祥偏斜。ー些人類環(huán)境改造學(xué)的專家將這種偏斜稱為“吊床效應(yīng)”，并認(rèn)為它是人們所不希望的，因為這會使得臀部向上轉(zhuǎn)動。為使“吊床效應(yīng)”最小，許多懸掛座椅崩得非常紫，以減小在負(fù)載作用下發(fā)生的偏斜量。這能減小座椅的像軟墊一祥的感覺，使得其更像ー個緊緊地崩緊的鼓。因此，弾性織物可能不是在所有的應(yīng)用中都理想。因此，仍然需要這樣ー種彈性的負(fù)載支撐表面其能夠提供適應(yīng)于不同負(fù)載的非線性的力/偏斜輪廓。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供ー種在不同方向具有不同的負(fù)載支撐特性的彈性負(fù)載支撐表面。在一種實施例中，相互垂直的方向上的支撐特性不同(或分隔)。
在該方面的一種實施例中，所述負(fù)載支撐表面包括模制的弾性膜，通過改變所述膜的結(jié)構(gòu)在分子級的定向，而使所述彈性膜被分隔。在該實施例中，可通過以下方式使所述模制的弾性膜定向?qū)⑺瞿こ`個方向擠壓或拉伸至必要的范圍，以增加所述弾性體的晶體結(jié)構(gòu)的排列。該定向過程改變了膜的支撐特性，從而使得膜在定向的方向具有相當(dāng)大的弾性以及較小的蠕動。該定向過程使得膜在垂直于該定向方向的方向上具有最小的彈性。減小的蠕動使得能夠采用更薄、因此更軟的模制材料作為負(fù)載支撐表面，從而降低了材料成本并提高了舒適度。在另ー種實施例中，模制的弾性膜包括改變膜的支撐和負(fù)載承受特性的機械結(jié)構(gòu)。在該實施例中，膜可包括但不限于槽 、通道、波浪形或其它的在ー個方向上提供“松馳”的一體的元件。如果需要，膜可被定向并包括機械的分隔結(jié)構(gòu)。還在ー種實施例中，膜被分隔為多個節(jié)點，所述多個節(jié)點使得膜上的ー個位置在一定程度上獨立于另ー個位置。在一個實施例中，膜限定了多個相互連接的幾何形狀。例如，膜可包括由完整連接段相互連接的多個方形或三角形節(jié)點。連接段的特性可以改變，以控制膜的支撐特性。例如，膜可包括可彎曲或者在負(fù)載作用下可變形的非平面的連接段，以給膜提供“松馳”。第二方面，本發(fā)明提供ー種多層負(fù)載支撐表面。在本發(fā)明的該方面的一種實施例中，負(fù)載支撐表面包括相互作用的上層和下層。上層可包括多個松馳地連接的節(jié)點。在一種實施例中，上層是具有多個由一體的連接段相互連接的節(jié)點的模制片。上層可包括從各節(jié)點朝下層延伸的一體的突起。該突起可與下層對應(yīng)的結(jié)構(gòu)配合。多層負(fù)載支撐表面也可包括位于上層和下層之間的弾性元件。所述彈性元件可與上層或下層一體成形。例如，下層可包括多個適于容納所述上層的突起的一體成形的撓性臂。在一種實施例中，下層可為分隔的模制弾性膜。本發(fā)明還提供一種由彈性材料制成負(fù)載支撐表面的方法，該方法大體包括如下步驟(a)模制彈性膜以及(b)通過以下方式將所述弾性膜朝ー個方向定向?qū)椥阅ぱ卦摲较蚶?，或者將彈性膜以使其沿該方向塑?flow)的方式擠壓。將所述弾性膜拉伸或擠壓至所述彈性膜的晶體結(jié)構(gòu)在定向方向上的排列有所増加的程度。在一種實施例中，該方法還進一歩包括用這樣的結(jié)構(gòu)模制該彈性膜的步驟所述結(jié)構(gòu)沿不同于膜被定向方向的方向機械地分隔膜。該分隔方向可垂直于所述定向方向。在一種實施例中，所述膜按照如下步驟被擠壓(a)在除了對應(yīng)于期望的定向方向的側(cè)邊外的所有側(cè)邊上限制所述膜；以及(b)向所述膜施加擠壓力，使得所述膜的材料朝所述未限制方向塑變，以增加所述膜在所述塑變方向上的晶體結(jié)構(gòu)的排列。本發(fā)明還提供一種制造多層負(fù)載支撐表面的方法。該方法大體包括如下步驟(a)制造具有多個由連接段相互連接的節(jié)點的上表面；(b)制造適于與在所述節(jié)點處所述上層接合的下層；以及(C)將所述上層和所述下層通過設(shè)置在接合位置的弾性元件結(jié)合在一起。在一種實施例中，上層包括由各節(jié)點延伸出的一體的軸(axel),而下層包括容納所述軸的一體的彈性臂。本發(fā)明還提供一種堅固而又柔韌的負(fù)載支撐表面。彈性負(fù)載支撐表面制造較便宜，并提供了一種可以通風(fēng)以防止熱量滯留的重量輕的表面。分隔的彈性材料顯示了尤其非常適用于座椅應(yīng)用的支撐特性，因為它在不同方向提供了不同程度的弾性和支撐。例如，分隔的彈性材料可提供在左右方向具有彈性、而在前后方向不具有彈性的座椅結(jié)構(gòu)。此外，通過增加彈性材料的晶體結(jié)構(gòu)的直線排列，可大大減小在膜內(nèi)的蠕動。在兩層的實施例中，第二層提供了對負(fù)載支撐表面的上/下(或者Z軸)位移的額外控制，這允許更多地控制座椅的支撐和舒適特性。通過參考優(yōu)選實施例和附圖的詳細(xì)描述，將更容易地理解本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點和特征。


圖I是按照本發(fā)明的一種實施例的負(fù)載支撐表面的透視圖；圖2A是另ー種具有多個節(jié)點的負(fù)載支撐表面的透視圖；圖2B是圖2A所示的負(fù)載支撐表面的一部分的放大透視圖；
圖3A是模制的彈性膜在定向前的俯視圖；圖3B是模制的彈性膜在定向過程中的俯視圖；圖3C是模制的彈性膜在定向后的俯視圖；圖4是模制的彈性膜的沿圖3C中IV-IV線的剖視圖；圖5A是第一種替換的負(fù)載支撐表面的透視圖；圖5B是第一種替換的負(fù)載支撐表面的沿VB-VB線的剖視圖；圖6A是第二種替換的負(fù)載支撐表面的透視圖；圖6B是第二種替換的負(fù)載支撐表面的沿VIB-VIB線的剖視圖；圖7A是第三種替換的負(fù)載支撐表面的透視圖；圖7B是第三種替換的負(fù)載支撐表面的沿VIIB-VIIB線的剖視圖；圖8A是彈性膜具有完整邊界的部分的放大剖視圖；圖SB是彈性膜具有第一替換的完整邊界的部分的放大剖視圖；圖SC是彈性膜具有第二替換的完整邊界的部分的放大剖視圖；圖9是按照本發(fā)明的一種實施例的兩層負(fù)載支撐表面的透視圖；圖10是圖9所示的負(fù)載支撐表面的局部放大圖；圖11是負(fù)載支撐表面的分解圖，示出了單個彈簧、單個節(jié)點以及下層的一部分；圖12是ー種替換的下層的俯視圖；圖13是第二種替換的下層的俯視圖；圖14是具有一體的彈性元件的下層的ー種替換的透視圖；圖15是具有一體的彈性元件的下層的第二種替換的透視圖；圖16是另ー種具有三角形節(jié)點的頂層的透視圖；圖17是圖16的替換頂層的單個節(jié)點的透視圖；圖18是具有多個節(jié)點和支撐框架的負(fù)載支撐表面的分解透視圖；圖19是圖18中的負(fù)載支撐表面附接于支撐框架上的透視圖；圖20是用于將圖18中的負(fù)載支撐表面附接于支撐框架上的摁扣的放大圖；圖21是各種應(yīng)力-應(yīng)變曲線的曲線圖。
具體實施方式
圖I中示出了按照本發(fā)明的一種實施例的負(fù)載支撐表面10。圖I中示出的負(fù)載支撐表面10是可懸掛于支撐結(jié)構(gòu)如椅子座位框架100 (圖18和19所示)上的模制膜。負(fù)載支撐表面10在不同的方向具有不同的支撐特性。例如，負(fù)載支撐表面在X方向可提供顯著的弾性支撐，而在y方向提供較小的支撐。負(fù)載支撐表面的這種“分隔”的支撐特性提供了很高的舒適度。通過公開，結(jié)合主要用于座椅應(yīng)用的各種替代的實施例描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明并不限于使用于座椅的應(yīng)用中，其也可結(jié)合至其它的負(fù)載支撐的應(yīng)用。模制膜的支撐特性是高度可調(diào)節(jié)的，從而使得負(fù)載支撐表面10適用于支撐各種不同應(yīng)用中的各種負(fù)載。在圖I的實施例中，負(fù)載支撐表面10包括模制彈性膜12。在示出的實施例中，膜12是由熱塑性聚醚酯弾性體嵌段共聚物模制而成。這種類型的合適的材料包括可從杜邦公司獲得的商標(biāo)為Hytrel的材料，以及從DSM獲得的商標(biāo)為Arnitel的材料。各種替代的彈性體也適合于應(yīng)用于本發(fā)明。模制膜12的厚度根據(jù)應(yīng)用的不同而不同，其主要取決于預(yù)期的負(fù)載和期望的表面硬度，但在標(biāo)準(zhǔn)的座位應(yīng)用中，膜的支撐部分在期望的定向之前可具有大約20-40密耳(mil)的平均厚度。
在一種實施例中，模制膜12被朝ー個方向(例如X方向)定向，以在定向的方向提供蠕變阻カ和弾性。膜12的定向是這樣實現(xiàn)的增加彈性膜的晶體結(jié)構(gòu)在分子級的排列(alignment),從而改變其支撐和其它負(fù)載支撐特性。更具體地說，模制的、未定向的模制膜通常包含多個球粒，這些球粒是在聚合體的生長過程中，通過從晶核點以螺旋線輻射地形成晶體薄片而產(chǎn)生的。在定向的膜中，至少ー些球粒被破壞了，而這些晶體片層(lamellae)朝ー個方向排列。通常，該膜將被定向為這種程度定向的膜12在定向方向和其它方向具有實質(zhì)上不同的負(fù)載支撐特性。將膜12定向的ー種方法是拉伸。獲得期望的排列所需要的拉伸的量由于應(yīng)用的不同而不同，但在大多數(shù)應(yīng)用中，當(dāng)膜被拉伸至其原始尺寸的大約2倍時，就達到期望的排列程度。在一種實施例中，采用大約18301bs的力將膜拉伸至超出它的彈性限度，達到大約其原始尺寸的3-8倍。由于膜被拉伸至超出其弾性限度，因此其恢復(fù)至由原始尺寸變形而來的中間尺寸。該變形是不可恢復(fù)的永久變形。這種定向和不可恢復(fù)的變形的結(jié)果是，一定程度的永久變形從定向膜中消除，因此當(dāng)隨后在期望的正常操作負(fù)載內(nèi)向定向膜施加壓カ時(例如，對于座椅而言，為100-3001bs的范圍內(nèi))，該膜能抵抗隨著時間的推移而產(chǎn)生的永久變形(例如蠕動)。盡管通過采用各種方法和在各種條件下拉伸可使膜被定向，但可控制多個參數(shù)，以給膜提供期望程度的定向。例如，在一種實施例中，模制的膜在其被從模具取出之后，在較短的時間內(nèi)(例如10-15分鐘)被拉伸，因此，膜在被拉伸時仍然是暖的。這減小了拉伸時需要的力，從而使薄膜定向。在另ー種實施例中，膜以每秒I英寸的速率被拉伸，直到其達到期望的變形。一種緩慢、被控制的拉伸幫助在膜的橫向保持統(tǒng)ー的定向。在還ー種實施例中，可執(zhí)行循環(huán)定向，其中膜被這樣定向?qū)⒛だ熘恋谝痪嚯x，然后放松至第二、中間距離；然后拉伸至比第一距離大的第二距離。該エ序可根據(jù)需要重復(fù)多次，直到達到期望的定向。在ー個具體的實施例中，膜被拉伸至其原長的兩倍，松馳至原長的I. 5倍，然后再拉伸至原長的3倍。循環(huán)定向過程有助于補償膜的材料內(nèi)的不規(guī)則，以提供統(tǒng)ー的拉伸，因為在多次循環(huán)之后，較大或較小的拉伸區(qū)域會變得平坦。
除了減小蠕動外，模制模的拉伸可用于控制負(fù)載支撐表面的硬度，并且，最終控制表面的舒適度。首先，如上所述，將膜朝ー個方向的定向增加了材料在該方向上的弾性。增加的彈性減小了該材料在定向方向上的硬度，從而影響了材料在定向位置的舒適度。第二，如上所述，在使用吋，模制?？赡軕覓煊谝巫拥淖豢蚣苌?。典型地，膜被以一定程度的預(yù)負(fù)載張緊地支撐于框架上。各種預(yù)負(fù)載改變了膜的硬度，因而影響了負(fù)載支撐表面的舒適度。在一種實施例中，該框架的尺寸和原膜尺寸保持恒定，通過改變膜附接于框架之前的永久變形量，可改變該材料的硬度特性。在定向過程中拉伸的量越大，則當(dāng)膜被安裝干支撐框架上吋，負(fù)載支撐表面越松、越軟。盡管可通過拉伸弾性膜12而使其定向，然而在某些應(yīng)用中也可采用其它方法實現(xiàn)彈性膜12的定向。例如，可以通過錘擊或其他形式的擠壓(而不是拉伸膜12)使某些材料定向。應(yīng)當(dāng)指出，許多彈性材料，包括模制的Hytrel，基本上沒有弾性，當(dāng)為模制形式吋，易于有很高程度的蠕動。如上所述，本發(fā)明的定向過程可以使彈性材料的性質(zhì)發(fā)生顯著變化。例如，膜12的定向增加了材料的弾性，并減小了其固有的易于 蠕動的性質(zhì)。圖I的彈性膜12還包括多個波紋14，這些波紋14在垂直于定向方向的方向(即y方向)提供了“松馳”。當(dāng)向膜12施加負(fù)載時，波紋14可逐漸“變平”，該變平允許膜12在y方向膨脹。下面更詳細(xì)描述波紋14和其它機械地分隔的結(jié)構(gòu)。圖I中的膜12還包括一體的邊界16，該邊界16可被直接安裝于所需的支撐結(jié)構(gòu)(未示)上，例如椅子座位框架。在示出的實施例中，邊界16延伸至環(huán)繞膜12的周邊，并且其厚度顯著大于膜12的其余部分的厚度。邊界16可包括一體的摁扣或者其它有助于將膜12附接于支撐結(jié)構(gòu)上的附接結(jié)構(gòu)(未示)。作為ー種替換，邊界16也可借助緊固件(未示)附接，所述緊固件例如為螺釘或螺栓。邊界16不必延伸至完全地環(huán)繞整個膜12，而是可以包括分別位于周邊不同位置的ー個或多個段(segment)。作為ー種替換，邊界段可定位于矩形膜的各個角(未示)。邊界16也不一定定位于膜12的周邊。在某些應(yīng)用中，可能期望有一個或多個邊界段定位于膜12的內(nèi)部。例如，在細(xì)長的表面中，膜的中央內(nèi)部可包括邊界段，以提供中部的安裝位置(未示)。圖8A-C示出了三種可替換的邊界結(jié)構(gòu)。圖8A示出了具有孔17'的邊界16'，孔17'有助于將邊界16'附接于支撐結(jié)構(gòu)(未示)上。例如，緊固件(未示)可穿過孔17'。作為ー種替換，孔17'也可與支撐結(jié)構(gòu)上的附接結(jié)構(gòu)(未示)配合，所述附接結(jié)構(gòu)例如為柱子。圖8B示出了橫截面大體為圓形的邊界16"。圖8C示出了橫截面基本為正方形的邊界16"，。圖18-20示出了圖8A所示實施例的ー種變形。在該實施例中，膜320的邊界160包括一系列的容納孔170。如圖所示，容納孔170沿一體的周圍邊界160成排地均勻間隔開。容納孔170的形狀和間距使得其適于與從座位框架100延伸出的對應(yīng)的摁扣104對準(zhǔn)。在該實施例中，通過將各摁扣104插入對應(yīng)的容納孔102中，可易于將膜附接于框架100上。如圖20所示，摁扣104包括錐形的外邊界106。錐形形狀有助于膜在框架上的定位，消除了在膜附接于框架上時在X方向和y方向上的松馳。側(cè)邊界108和114可比其余邊界更呈錐形，以將膜在y方向拉緊。在一種實施例中，邊界160不被定向，并且厚度至少是定向部分的三倍，以防止在整個邊界上蠕動。在加工過程中，整個邊界160可用于多個目的。例如，邊界160(或之前的實施例中示出的16)可用于作為一組用于通過拉伸使膜定向的夾具(未示)的夾持表面。邊界160的附加厚度使得這成為可能，因為它提供了用于與夾具接觸的剛性表面，夾具不會拉伸膜的其余部分。當(dāng)膜被定向后，可利用上述多種技術(shù)中的ー種，該邊界可用于將膜安裝至支架上。如上所述，弾性膜12是采用傳統(tǒng)技術(shù)或裝置模制的。例如，弾性膜12可借助傳統(tǒng)的注模裝置(未示)注塑成形，這種注塑模裝置包括模具，模具被配置為提供具有期望的形狀和特征的膜。在這種實施例中，弾性膜12是通過將期望的材料注入模腔中制造成形的。這種模具被設(shè)計為提供模制的毛坯(參見圖3A)，這種毛坯一旦發(fā)生任何期望的定向，就會呈現(xiàn)為期望的形狀。例如，模具被配置為在定向步驟完成之后形成具有期望的形狀和尺寸的零件。在模制之后，模制膜可被拉伸，或者朝ー個方向定向(參見圖3B)。如果是通過拉伸實現(xiàn)定向的，則施加至膜上的拉伸量的精確值將取決于膜的結(jié)構(gòu)和期望的支撐特性。在許多應(yīng)用中，必須將膜拉伸至其原長的至少兩倍，優(yōu)選地為三倍，以達到期待的排列。該膜可采用傳統(tǒng)的技術(shù)和設(shè)備拉伸。在一種實施例中，在拉伸過程中，一組夾具(未示)可被配置為夾持于膜的整個邊界上。由于塑料變形，以及晶體結(jié)構(gòu)的排列的増加，膜12在從拉伸設(shè)備上釋放之后，將不能完全回到其原始長度。相反，定向膜12將延長拉伸距離的一部分，而精確的伸長量很大程度上取決于膜的材料特性(參見圖3C)。一旦發(fā)生任何期望的定向， 基本上可借助任何安裝技術(shù)將膜12直接安裝干支撐結(jié)構(gòu)上。圖21示出了顯示具體模制膜的材料特性變化示例的曲線圖，其中包括三條不同的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。這些曲線顯示了工程上的應(yīng)カー應(yīng)變(即變形過程中在表面區(qū)域上的變化沒有調(diào)節(jié))。線A示出了原始的、未定向的膜的拉伸，其在以每秒。05英寸的速率拉伸時失效。該失效發(fā)生在大約22501bs，在該點時材料被拉伸至大約原長的825%。線B示出了將相同類型的材料拉伸至其原長的650%時的定向。該定向包括一個循環(huán),其中在將膜拉伸到其原長的100%之后，繼續(xù)定向之前，該材料被松馳。在這種情況下，該材料恢復(fù)后的最后長度是原長的3.5倍多。這顯示了該材料在定向之后產(chǎn)生的塑性變形。線C示出了達到定向材料失效的拉伸。該材料大約在24001bs的カ時失效。正如通過比較線A和線C的彈性區(qū)域可以看出的，線C示出的定向膜具有較低的弾性系數(shù)，因此它比原始材料更具有弾性，并且在接受正常的操作負(fù)載(例如大約ISOlbs)之后，能完全恢復(fù)至其定向長度。在一種實施例中，已通過拉伸被定向的膜可在拉伸的材料完全恢復(fù)至其最后尺寸之前被手動地(無需使用拉伸設(shè)備)地附接至支撐框架上。必須在膜被拉伸之后的較短的時間內(nèi)進行附接，這樣需要很少或不需要附接膜的負(fù)載，例如，將摁扣104插入容納孔102中。在附接于框架之后，膜繼續(xù)恢復(fù)，因此在膜達到最后尺寸之后，其張緊地拉伸于框架上。在一種實施例中，膜在定向后最后恢復(fù)的尺寸可能是預(yù)定的，例如通過實驗或計算得到的，因此膜可被零負(fù)載地設(shè)置于框架上，然后以預(yù)負(fù)載的期望值恢復(fù)至最后尺寸。在一種實施例中，預(yù)負(fù)載的期望值是75至2501bs之間。如果膜完全恢復(fù)之前被附接，理想的是，在最后使用之前，允許其有一段時間恢復(fù)。作為對拉伸的一種替換，膜12也可通過擠壓而被定向。在通過擠壓而定向的實施例中，膜12被放置于模具或其它在所有側(cè)而不是至少在與定向所期望的方向?qū)?yīng)的ー側(cè)限制膜12的結(jié)構(gòu)(未示)中。相對側(cè)可以不被限制，以允許膜12的材料從兩側(cè)沿著定向方向塑變。作為ー種替換，也可以只有一側(cè)不被限制，從而限定材料向單方向塑變。然后向膜12施加擠壓力。例如，可采用壓榨機擠壓模具內(nèi)的膜12。施加足夠的擠壓力，從而使得材料向未被限制的方向塑變。該實質(zhì)上使得膜12伸展，且其晶體結(jié)構(gòu)變得越來越朝定向方向排列。施加至膜12的力的大小由于應(yīng)用的不同而不同，其取決于期望的定向或排列的程度。盡管結(jié)合整個彈性膜12的定向進行描述，但在某些應(yīng)用中，不必使整個膜12定向。相反，在某些應(yīng)用中，期望僅將膜的選定的部分定向。例如，在某些應(yīng)用中，期望僅僅將膜的選定的邊緣部分定向。當(dāng)期望這樣時，可以對膜施加局部的拉伸或擠壓。在其它應(yīng)用中，膜的選定部分可能具有減小的厚度，這樣在定向過程中，主要是這些選定的部分被拉伸并變得被定向。在本發(fā)明中，模制的膜的使用能夠易于在膜上產(chǎn)生特定結(jié)構(gòu)(texture)，能夠使得膜具有基本上任何期望的輪廓以及在不同位置膜的厚度不同。盡管未示出，膜的上表面可以是平滑的或者形成提供皮革、織物或其他期望的結(jié)構(gòu)的外表的特定結(jié)構(gòu)。類似地，膜的上表面可具有任何基本上可能的設(shè)計元素(未示)，如小突起、皺紋、孔或蜘蛛網(wǎng)圖案。輪廓的使用和沿整個膜12的厚度的變化允許局部地控制膜12的支撐特性。例如，膜12可以在期望增強支撐的區(qū)域更厚一些。在下面的段落中描述本發(fā)明的各種替換實施例。在每ー個替換的實施例中，彈性膜被朝ー個方向定向，以減小蠕動，并給膜在定位方向提供所期望的彈性。然而，不必在所 有應(yīng)用中都將膜定向。相反，在那些由定向提供的弾性和蠕動阻カ不是必須(或者不期望)的應(yīng)用中，在不同方向的膜的支撐特性的變化可僅通過膜的結(jié)構(gòu)的變化來實現(xiàn)。圖5A-B示出了一種替換的實施例。在該實施例中，膜12'限定了多個槽或孔，這些槽或孔減弱了膜在X方向和y方向的硬度。具體而言，膜12'限定了多個孔26'，孔26'允許膜在期望的方向(即y方向)產(chǎn)生一具體量的伸展，而無需顯著地拉伸膜12'?？?6'可如圖5A所示地伸長。如圖中所示，孔26'可在膜12'的整個表面上交錯排列，孔26'準(zhǔn)確的形狀、數(shù)量、位置和尺寸主要由期望的支撐特性確定。如圖5B所示，膜12'可被模制為具有環(huán)繞各孔26'的卷邊27'，以減小撕裂的可能性。如上所述，膜12'也可定向為朝X方向，如結(jié)合膜12進行的描述。圖6A-B示出了第二個可替換的實施例。在該實施例中，膜12"包括波浪形的變形26"，波浪形的變形26"通過在ー個方向(例如y方向)提供“松馳”減小了膜12"的硬度。如圖6B所示，當(dāng)觀察橫截面時，波浪形的變形26"可為正弦曲線。作為ー種替換，當(dāng)觀察橫截面時，波浪形的變形26"也可類似于手風(fēng)琴或者褶皺的結(jié)構(gòu)。該波浪形可基本符合在z方向變化的任何輪廓。在該實施例中，波浪形的變形26"可被設(shè)置成相互平行。因此，波浪形的變形26"協(xié)同提供基本上在ー個方向上的松馳。然而，在適合于提供期望的支撐特性的情況下，波浪形的變形26"也可非平行地排列。波浪形的變形26"的數(shù)量、尺寸、形狀和位置可被調(diào)節(jié)，以提供對膜12"的整個支撐特性的控制。圖7A-B示出了第三種可替換的實施例。在該實施例中，膜10"'包括多個至少部分地橫跨膜12"'延伸的肋26"'。在該實施例中，膜12"'包括多個平行的肋26"'。肋26"，給膜12"，提供了額外的材料，這些材料減少了朝垂直于肋26"，(即y方向)的方向拉伸膜12"，所需要的力，而對朝平行于肋(即X方向)的方向拉伸膜12"，所需要的力影響很小。肋26"'的數(shù)量、尺寸、形狀和位置可被調(diào)節(jié)，以提供對膜12"'的支撐特性的控制。負(fù)載支撐表面可任選地被分為多個節(jié)點。圖2A-B示出的模制彈性膜112包括多個節(jié)點118，這些節(jié)點118由多個連接段120、122相互連接。正如可能是在圖2B最清楚示出的，節(jié)點118和連接段120、122—體形成單個模制零件。在圖2A-B的實施例中，膜112包括多個基本正方形、尺寸相等、有規(guī)律地間隔的節(jié)點118。然而，節(jié)點118不必尺寸相等或者有規(guī)律地間隔。相反，節(jié)點118在膜112的不同區(qū)域的尺寸、形狀、間距或其它特征都可以變化，以提供對膜112的不同區(qū)域的支撐特性的局部控制。盡管本實施例中的節(jié)點118是大體正方形的，但它們的形狀可根據(jù)應(yīng)用的不同而變化。例如，在某些應(yīng)用中，可能需要圓形、三角形、矩形或不規(guī)則形狀。示出的節(jié)點118具有大體平坦的上表面124，但上表面124可具有各種輪廓。例如，節(jié)點118可具有突起的上表面(未示)。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，節(jié)點118之間的間隔126和連接段120、122提供了通風(fēng)的膜112。間隔的126尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)可被制成適于提供通風(fēng)和支撐特性之間的所需的平衡。如上所述，節(jié)點118由多個連接段120、122 (參見圖2B)相互連接。膜112的支撐特性受連接段120、122的數(shù)量、尺寸、形狀和其他特征的影響。在該實施例中，膜110被配 置為提供沿ー個方向的彈性支撐。因此，在定向的X方向連接節(jié)點118的連接段120大體是平的。因此，當(dāng)施加負(fù)載時，彈性膜112在定向方向經(jīng)歷ー個拉伸動作。在該實施例中，膜112被配置為在y方向具有最小的弾性響應(yīng)(即垂直于定向方向的方向)。因此，在y方向連接節(jié)點118的連接段122基本不是平的，而是有些呈U形的弧。因此，連接段122在垂直于定向方向的方向給膜提供“松馳”。在承受負(fù)載的情況下，非平面的連接段122承受彎曲作用，該彎曲作用基本上使連接段變平，使“松馳”從膜112上去除。這使得在無需要拉伸膜112的情況下，使膜112在松馳方向發(fā)生一定程度的伸展。通過調(diào)節(jié)連接段120、122的設(shè)計和結(jié)構(gòu)，獲得這種延伸所需要的負(fù)載量可施加在膜112上。盡管實現(xiàn)彎曲作用的所需要的精確的カ是變化的，但彎曲作用產(chǎn)生的對膜112的膨脹阻力和弾性回復(fù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于拉伸作用正常所會產(chǎn)生的對膜112膨脹阻力和弾性回復(fù)。因此，膜112主要在定向方向提供弾性支撐。此外，在膜在兩個方向都定向且膜包括機械的分隔(decoupling)結(jié)構(gòu)的實施例中，可采用機械的分隔結(jié)構(gòu)(如節(jié)點118)改變和控制膜的定向位置。例如，在圖2A和2B所示的膜中，沿定向方向延伸的連接段120具有比節(jié)點118和膜的其余部分更小的厚度。因此，當(dāng)通過在X方拉伸膜而使膜110被定向時，拉伸和定向主要發(fā)生在連接段120內(nèi)。在示出的實施例中，這些具有減小的橫截面的部分在y方向上均勻成排地延伸，因此它們在X方向被拉時，它們能均勻地拉伸。節(jié)點118基本保持不定向。這使得可基本控制定向的位置以及負(fù)載支撐表面的硬度。另ー方面，本發(fā)明提供了多層負(fù)載支撐表面200。在圖9-11的實施例中，負(fù)載支撐表面200包括上層204、下層206和設(shè)置于上層204和下層206之間的多個彈性元件230。上層204具有多個松馳地連接的節(jié)點208，下層206與上層204連接，并支撐上層204。在一種實施例中，上層204包括多個相互連接的節(jié)點208。上層204可為與連接段212 —體成形的單塊的模制片，連接段212和相鄰節(jié)點208相互連接。在圖9-11的實施例中，節(jié)點208是正方形的。但是節(jié)點208也可為任何其它的形狀。例如，在圖16-17示出替換實施例中，節(jié)點208'是三角形的。選擇連接段212的特性，以給相鄰節(jié)點208之間提供理想程度的相互依賴。例如，當(dāng)希望節(jié)點208之間高度地相互依賴時，可包括較短的、厚的連接段212 ；當(dāng)希望節(jié)點208之間高度地獨立時，可包括較長的且較薄的連接段212。如果需要，連接段212可彎曲為在節(jié)點208之間提供“松馳”，類似于上述結(jié)合膜10描述的連接段122。在示出的實施例中，上層204還包括從各節(jié)點208朝下層206延伸的軸216 (或其他突起)。正如下面將詳細(xì)描述的，軸216與下層206的對應(yīng)孔218相互配合。這種相互配合的關(guān)系使得下層206引導(dǎo)上層204的運動。軸216可具有各種形狀。但在圖9_11的實施例中，各軸216包括伸長的圓柱形軸。在圖16和17示出的替換的實施例中，各軸216'大體包括終止于頭部222 ^的桿22(V。頭部222 ^為倒錐形，其具有錐形的下端22V和大體平坦的上端226/，錐形的下端224'有助于軸216'插入下層對應(yīng)的開口內(nèi)，而大體平坦的上端226'防止軸216'從下層的開口中移除。軸的頭部222'使得上層204'和下層易于快速安裝至相互鎖定的關(guān)系。作為ー種替換，頭部222'可包括其它相互鎖定的形狀。下層206給上層204提供支撐結(jié)構(gòu)。下層206任選地具有弾性，并任選地分隔為與上層節(jié)點208對應(yīng)的節(jié)點240。在圖9-11的實施例中，下層206是與上面描述的膜112類似的分隔(decoupled)的模制彈性膜。下層206包括多個由連接段242、244連接的方形節(jié)點240。關(guān)于膜112，下層206被沿X方向定向，并包括非平面的連接段224，連接段224在I方向提供松馳。然而，與膜112不同，各節(jié)點240限定了適于容納對應(yīng)的上層節(jié)點208 的軸216的開ロ 218。節(jié)點240和連接段242、244的結(jié)構(gòu)可根據(jù)應(yīng)用的不同而不同。圖12示出第一種替換的下層206'。在該實施例中，下層206'沿X方向定向。下層206'包括由連接段242'、244'連接的正方形節(jié)點240'。連接段242'在x方向連接節(jié)點240'，并且基本是平面的，以使得在定向方向沒有松馳。連接段244'在y方向連接節(jié)點240'，并且是弓形，以在y方向形成松馳。圖13示出了第二種替換的下層206"。該實施例除了節(jié)點240"是大體圓形的外，基本與下層206'相同。對于下層206'而言，如果需要，下層206"的連接段242"、244"可在y方向提供松馳。盡管結(jié)合各種定向的結(jié)構(gòu)描述了下層，但下層不需要定向或者其他的分隔。類似地，下層206不需要分隔成顯著的節(jié)點。如上所述，可在上層204和下層206之間設(shè)置弾性元件。優(yōu)選地(但不必須地)，在各上層節(jié)點208和對應(yīng)的下層節(jié)點240之間設(shè)置彈性元件250。如圖9_11所示，可在上層204和下層206之間的各個軸216上設(shè)置彈性元件，如卷簧。分立的彈簧的特性可因位置的不同而不同，以在負(fù)載支撐表面的不同部分提供不同的支撐特性。作為ー種替換，弾性元件可與下層結(jié)合為一體。如圖14所示，下層306可包括與下層306 —體模制而成的多個一體的彈性臂350。彈性臂350被設(shè)置成使得單個彈性臂350唯一地與各上層節(jié)點208對準(zhǔn)。彈性臂350是懸臂，并為從下層306向上層204延伸的大體弓形。各彈性臂350的上端352被配置為與對應(yīng)的上層節(jié)點208的下表面配合。各弾性臂350限定了軸孔318，軸孔318被配置為容納對應(yīng)的上層節(jié)點208的軸216。在本實施例中，軸孔318小于軸的頭部，因而軸可與彈性臂350扣合。弓形彈簧350可由其它懸臂的或者彈性的結(jié)構(gòu)(例如弓形結(jié)構(gòu)或穹隆結(jié)構(gòu))替代。圖15中示出了一種替代的一體彈性結(jié)構(gòu)。在該實施例中，各彈性元件450包括一體的平衡環(huán)460，平衡環(huán)460有助于軸216基本上在各個方向的運動，從而使得上層204更靈活。彈性元件450包括從下層406向上層204延伸的懸臂452。彈性臂450終止于一體的平衡環(huán)460。平衡環(huán)460大體包括樞軸環(huán)462和安裝環(huán)464，樞軸環(huán)462與彈性臂450的其余部分借助ー對撓性橋466連接。橋466位于樞軸環(huán)462的相對側(cè)，且在直徑上彼此相對。而樞軸環(huán)462則借助ー對撓性橋468與安裝環(huán)464連接。安裝頭橋468在直徑上彼此相対，并位于安裝環(huán)464的相對側(cè)，同時也與樞軸環(huán)橋466大約間隔90度。使用吋，樞軸環(huán)橋466和安裝環(huán)橋468足夠地柔韌，以使得安裝環(huán)464基本在任何方向都樞轉(zhuǎn)，這可由軸216傳送的負(fù)載所控制。平衡環(huán)460的特性可調(diào)節(jié)，以提供期望的支撐特性。在其它替換的實施例中，弾性元件可被結(jié)合至上層而不是下層。在該實施例中，彈性元件可基本與上述弾性元件相同。下層可容易地配置為對負(fù)載支撐表面地支撐特性提供局部的控制。如果需要，下層的不同區(qū)域的彈性構(gòu)件的特性可不同，以提供對應(yīng)于上層不同區(qū)域的支撐特性的變化。例如，根據(jù)需要，選取的弾性元件的硬度可提高或降低，以提供更大或更小的支撐。弾性元件的形狀、厚度、長度或其他特性可變化，以提供需要的局部控制。上述描述是關(guān)于本發(fā)明的各種實施例的描述。還可做出各種改變或變形而不偏離在附后的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神和更寬的方面，因此這些實施例應(yīng)當(dāng)按照專利法的原理(包括等同原則)去解釋。提及的任何元件的単數(shù)，例如，使用冠詞“一”、“一個”、 “該”或“所述”不應(yīng)當(dāng)被解釋為將這些元件限定為單數(shù)。
權(quán)利要求
1.ー種負(fù)載支撐表面，其包括模制的弾性膜，所述膜被沿著第一方向在分子層面上張緊地定向，從而所述膜在所述第一方向提供了與第二方向相比不同的負(fù)載支撐特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面，其中，所述膜包括一體的邊緣，所述一體的邊緣適于允許將所述膜安裝干支撐結(jié)構(gòu)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面，其中，所述一體的邊緣限定了至少ー個容納孔，所述容納孔適于容納從所述支撐結(jié)構(gòu)延伸出的突起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面，其中，所述一體的邊緣沿所述膜的第一側(cè)和所述膜的第二側(cè)延伸，所述第二側(cè)與所述第一側(cè)相對，所述第一側(cè)和第二側(cè)垂直于所述第一方向延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的表面，其中，所述膜包括具有第一厚度的第一部分和具有第ニ厚度的第二部分，所述第一部分基本上沿所述第二方向延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面，其中，所述一體的邊緣具有第三厚度，所述第三厚度比所述第一厚度至少厚3倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面，其中，所述膜包括多個與所述膜一體成形的通道，所述通道基本上沿著所述第一方向延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面，其中，所述膜限定了由多個連接部分相互連接的多個節(jié)點，沿所述第一方向延伸的所述連接部分與沿所述第二方向延伸的所述連接部分相比具有不同的物理特性，因而所述膜至少部分地由所述多個連接部分的物理特性的不同而被分隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面，其中，所述膜的至少一部分包括晶體結(jié)構(gòu)，所述晶體結(jié)構(gòu)在所述第一方向具有比其它方向更大程度的排列。
10.ー種制造負(fù)載支撐表面的方法，包括如下步驟 模制彈性膜； 將所述弾性膜的至少一部分僅沿ー個方向定向，直到所述膜的晶體結(jié)構(gòu)變得充分地沿該ー個方向排列，以使得所述彈性膜的所述部分在該ー個方向上具有的負(fù)載支撐特性不同于其它方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述定向步驟被進ー步限定為將所述彈性膜的至少一部分沿該ー個方向拉伸至所述膜的該部分的原長的至少三倍左右。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述模制的膜在其被從模具中取出后15分鐘內(nèi)被拉伸，此時所述膜仍然是處于被加熱的狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述模制的膜被拉伸至足以發(fā)生塑性變形的距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述膜被從原始距離拉伸至第一距離，然后松馳至所述原始距離和所述第二距離之間的第二距離，然后再拉伸至比所述第二距離更長的第三距離。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括如下步驟 使所述彈性膜模制為具有一體的邊緣；以及 通過所述邊緣將所述彈性膜附接于支撐結(jié)構(gòu)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，拉伸所述膜的步驟包括在所述一體的邊緣處拉伸所述膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，將所述膜附接于所述支撐結(jié)構(gòu)上的步驟包括將所述支撐結(jié)構(gòu)上的多個突起插入到限定在所述膜的所述一體的邊緣中的多個對應(yīng)的接收器中。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述被拉伸的膜在恢復(fù)至最終長度之前被附接于所述支撐結(jié)構(gòu)上。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述定向步驟被進ー步限定為 在除了對應(yīng)于所述ー個方向的至少ー個未限制側(cè)以外的所有側(cè)上限制所述彈性膜的至少一部分； 擠壓所述彈性膜的該部分，直到所述彈性膜的該部分的材料沿所述ー個方向在未限制側(cè)向外塑變。
20.—種制造負(fù)載支撐表面的方法,包括 模制彈性膜，使得所述膜包括由多個連接部分相互連接的多個節(jié)點，所述連接部分沿第一方向延伸，所述連接部分具有小于所述節(jié)點厚度的厚度； 通過這種方式使所述彈性膜定向沿所述第一方向拉伸所述膜至足夠的距離，以使得所述膜發(fā)生塑性變形并且所述膜的晶體結(jié)構(gòu)沿第一方向具有更大程度的排列；以及 在所述膜恢復(fù)至最終長度之前將其安裝到支撐結(jié)構(gòu)上，在所述膜被安裝至支撐結(jié)構(gòu)上之后所述膜繼續(xù)恢復(fù)，完全恢復(fù)的膜提供了在所述支撐結(jié)構(gòu)和所述膜之間所需要的張緊力。
21.—種負(fù)載支撐表面,包括 支撐結(jié)構(gòu)； 模制的弾性膜，所述膜的至少一部分被張緊地定向以具有沿第一方向比沿第二方向有較大程度排列的晶體結(jié)構(gòu)，所述膜被模制為包括機械結(jié)構(gòu)，所述機械結(jié)構(gòu)在所述第一方向和所述第二方向之間分隔所述膜；以及 附接裝置，其位于所述支撐結(jié)構(gòu)與所述膜之間用于在所述支撐結(jié)構(gòu)上張緊地支撐所述膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的負(fù)載支撐表面，其中，所述附接裝置包括模制到所述膜內(nèi)的一體的邊緣和在所述支撐結(jié)構(gòu)上的多個突起，所述一體的邊緣限定了多個接收器，所述多個突起中的每ー個被插入到一個對應(yīng)的所述接收器內(nèi)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的負(fù)載支撐表面，其中，所述每個突起包括外邊緣，所述外邊緣的至少一部分呈錐形。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的負(fù)載支撐表面，其中，所述外邊緣包括朝向所述第二方向的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁，以及朝向所述第一方向的第三側(cè)壁和第四側(cè)壁，所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁比所述第三側(cè)壁和第四側(cè)壁具有更大的錐度。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的負(fù)載支撐表面，其中，所述膜的ー些部分比所述膜的其他部分具有更大程度的定向，所述定向更大的部分比所述其它部分具有更大的弾性。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的負(fù)載支撐表面，其中，所述膜包括由連接段相互連接的多個節(jié)點，所述連接段比所述節(jié)點具有更大程度的定向。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的負(fù)載支撐表面，其中，所述節(jié)點按矩陣排列。
28.—種制造負(fù)載支撐零件的方法，包括如下步驟 模制來自弾性材料的零件，所述模制零件具有初始長度； 使用定向裝置來定向所述模制零件，所述定向包括在ー個方向上將所述模制零件拉長為至少兩倍于所述初始長度；以及 從所述定向裝置上移出所述定向模制零件，所述定向模制零件具有大于所述初始長度的最終長度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，定向所述模制零件的步驟包括拉長所述模制零件到足以增加所述模制零件的晶體結(jié)構(gòu)的排列。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述模制步驟被進ー步限定為模制來自彈性材料的零件，所述模制零件包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分具有比所述第二部分更大的橫截面。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述定向步驟包括將所述模制零件沿著ー個方向拉長到所述第二部分被基本上定向而所述第一部分仍然基本上不被定向的位置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中 所述模制步驟被進ー步限定為模制來自彈性材料的零件，所述模制零件具有預(yù)定長度； 所述定向步驟被進ー步限定為沿著ー個方向?qū)⑺瞿Ｖ屏慵ㄏ虻街辽賰杀队谒鲱A(yù)定長度的預(yù)定定向長度；以及 所述移除步驟被進ー步限定為將所述定向模制零件從所述定向裝置上移出，所述定向模制零件具有大于所述預(yù)定初始長度的預(yù)定最終長度，其中預(yù)定所述預(yù)定初始長度和所述預(yù)定定向長度以給所述定向模制零件提供下列所述移除步驟的預(yù)定最終長度。
全文摘要
一種彈性負(fù)載支撐表面，其在不同方向具有不同的負(fù)載支撐特性。在一種實施例中，該表面包括例如通過擠壓或拉伸僅沿一個方向被定向的彈性膜。在另一種實施例中，該表面包括機械結(jié)構(gòu)，例如連接部分和厚度變形，這些結(jié)構(gòu)改變了不同方向上的承載特性。在還一種實施例中，表面既被定向，也包括機械結(jié)構(gòu)。
文檔編號A47C7/28GK102860689SQ201210160740
公開日2013年1月9日 申請日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者蒂莫西·P.·科菲爾德, 丹尼爾·S.·佐默費爾德, 安德魯·B.·哈特曼 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司