专利名称：腕部支持器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种支持器，它能够支持操作诸如计算机鼠标，数字转换器，键座(keypad)或电键盘等设备的人员的腕部。
本发明将具体参照对计算机鼠标的操作进行描述。但是，很显然该器具也可由操作其它的用手操作的设备(诸如数字转换器或键盘等)的操作人员使用，而且并不限于此。
长期使用诸如计算机鼠标之类的设备会造成反复性扭伤特别是引起腕管综合症。腕管是一个位于腕部中的膜片，中央神经，腱和其它组织通过其中。腕管综合症指的是由腕管内的腱和其它组织的炎症而引起的损伤。这种炎症压缩中央神经，而且在严重的情况下，中央神经会受到损害。患有腕管综合症的人会感受到剧烈的疼痛，而且也会丧失腕部和手的活动范围。
已经查明，当操作一个打字机或键盘时，手指长时间的弯曲和运动以及由于将腕部依托在一个硬的表面上而压迫组织，是造成反复性扭伤和腕管综合症的主要原因。因而，已经设计出很多装置以便在使用打字机或键盘时将腕部保持在一个平直的位置上。
这些方案的例子包括简单的用于支持腕部的泡沫垫到十分复杂的安装在辊上的机械支持器。但是，如Engelhart的美国专利No．5163646中所描述的那种泡沫垫只提供一种十分有限的适应性，以适用于使用者的手的形状，而且不足以解除作用在腕部上的压力以便缓解损伤的极大可能性。机械支持器简单地将腕部保持在一个水平的位置上，而且对由于腕部压在硬的表面上而引起的问题没有任何缓解作用。
最近，有人提出一种方案，即提供一种凝胶填充包，用于支持腕部，例如在转让给明尼苏达州的矿业和制造公司(Miningand Manufacturing Company)的美国专利No．5547154和5713544以及Sereboff的国际申请公开No．WO 96／06 744中描述的那样。这些已知的填充包主要是为用在打字机或键盘上而设计的。它们的目的是将手腕保持在水平的位置上，防止压迫腕部组织并将由重复的手指运动所产生的应力降至最低。一般地，这些填充包安装在一个固定支架上，并在使用时保持不动，该支架适合于标准键盘的操作，在这些操作中，主要运动是手指的运动。
但是，固定的填充包不适合于计算机鼠标或增强键盘(考虑功能键阵列或者大型特制键盘，例如用于建立控制台的大型键盘)的操作，在这种操作中，需要手，腕部以及前臂横移过一个表面的运动，并配合上臂和肩部的运动。使用者还必须拖动手和／或腕部横过已知填充包的表面。因此，由于手和手所放置的表面之间的摩擦而产生的力并没有被显著地降低。这些力会造成手部、腕部、前臂、上臂、肩部，颈部、上躯干的背部内的组织以及腕管的炎症。
此外，已知的填充包不能在鼠标的全部操作所要求的整个运动范围内对腕部提供均匀的支持和稳定性，因为腕部必须反复地从包上抬起以便实现所需要的运动。因此，这些已知的填充包不能被认为可完全满足一个操作计算机鼠标，大型(非标准)键盘，控制台或类似装置的人员的需要。
本发明的一个目的是提供一种用于在一个人使用计算机鼠标或其它用手操作的装置时支持人的腕部的器具，它可以克服或改善上面所说的问题或缺点，或者至少给公众提供一种有用的选择。
本发明的另一个目的是提供一种用于当一个人使用计算机鼠标或其它用手操作的装置时支持人的腕部的器具，该器具支持或垫起腕部和手，使得在进行这种手工操作时手处于一个低摩擦力运动的范围内。
本发明的进一步的目的可以从下面的描述中了解。
根据本发明的第一个主要形式，本发明提供了一种用于支持操作计算机鼠标或键盘的人员的腕部的器具，该器具包括一个具有柔性外壳的可变形体，在外壳中至少部分地填充有一种可流动材料；以及，一个比所述可变形体的可变形性小的支持件，其中，可变形体可相对于支持件运动。
柔性外壳最好由支持件的内表面构成，其中，可流动材料可适当地部分或全部地装在支持件的外层内。
根据本发明的第二个主要形式，本发明提供了一种用于支持操作计算机鼠标或键盘的人员的腕部的器具，该器具包括一个具有其中至少部分地填充有第一可流动材料的第一柔性外壳的可变形体；一个设置在第一外壳内的支持件，该支持件具有一个第二柔性外壳，其内至少部分地填充有第二可流动材料；由此，所述支持件比可变形体的可变形性小，同时可变形体可相对于支持件运动。
第一外壳优选地由使人的皮肤有舒适感的材料制成或包覆，例如由涂覆莱卡(合成弹力纤维)的氯丁橡胶制成或包覆。也可以使用尼龙，聚酯和／或棉制材料的覆层，以便最大限度地降低和／或吸收汗液。外壳可任选地由塑料制造，例如聚氨酯。外壳的形状和尺寸可根据要求进行改变，以适应不同的键盘。通常，外壳被制成这样的大小，即，使得人的腕部和手掌可舒适地置于其上。
第一可流动材料可从流体，粘度调节液或凝胶中选择。最好，第一可流动材料是触变性的，例如硅油或凝胶。第一外壳也可任选地包含有各种添加剂，例如抗氧化剂，抗菌剂，染料，闪光颜料或荧光材料。或者，第一可流动材料可包含许多固体颗粒，例如微型球体。如果需要的话，第一外壳可包括用于调节其中的第一可流动材料的量的阀装置。
支持件比其周围的外壳的可变形性小。通常，在使用时，支持件对腕部提供一个竖直的支承。优选地是，支持件的高度等于或小于将使用者的腕部保持在一个基本上平直的位置上所需的高度。第二柔性外壳可任选地具有多室结构。
第二可流动材料可以是和第一外壳内的材料相同的材料或不同的材料。优选地，装在第二外壳中的第二可流动材料比第一可流动材料更稠密或粘度更大。在这种情况下，通过增加支持外壳的填充体积，可以降低支持件的可变形性。第二外壳可进一步包括一个机械调节装置，例如一个设置在外壳上的可滑动的外部环状构件，它可用于调节外壳的可变形性。
将会看出，通过选择相应的可流动材料的不同的填充体积，密度和粘度，可按要求改变每个外壳的相对可变形程度。此外，对于第一和第二外壳采用不同的材料或者采用具有不同特性的相同材料，也可以影响相对可变形程度。适宜的方式是，按下述方式选择可流动材料，即，在使用时，其所需的物理特性，尤其是温度-粘度特性，是最佳化的，由此在使用时，可流动材料会受到使用者的体温的影响。
任选地，腕部支持器进一步包括与支持件联动的装置，用于在使用该支持器时抵抗支持件的隆起或折叠。抗隆起装置可包括一个弹性板件，柔性附件或加强长丝。弹性板件可适当地设置在支持件外壳内。柔性附件将支持件的外周部分连接到第一外壳上。在支持件外壳具有多室结构的情况下，竖直的室壁可提供必要的抵抗力。
根据本发明的第三个主要形式，本发明提供了一种用于支持操作计算机鼠标或键盘的人员的腕部的器具，该器具包括一个可变形体，该可变形体具有一个第一柔性外壳，该外壳内至少部分地填充有第一可流动材料；以及，一个由一种可变形的固体材料制成的支持件；所述支持件设置在所述第一外壳内，其可变形性比所述可变形体的可变形性小，同时，所述可变形体可相对于支持件运动。
合适的可变形的固体材料可包括弹体，例如橡胶，热塑性弹体，热反应聚合物，聚氨酯泡沫塑料，气凝胶或类似物质。
根据本发明的第四个主要形式，本发明提供了一种用于支持操作计算机鼠标或键盘的人员的腕部的器具，该器具包括一个具有上表面的支持件；一个可变形体，该可变形体具有一个其中至少部分地填充有一种可流动材料的柔性外壳和一个下表面，该下表面与支持件的上表面以低摩擦滑动的关系设置；以及偏压装置，该偏压装置抵抗所述可变形体相对于支持件的共面滑动。
上表面和下表面之一或两者可适当地用诸如泰佛隆(聚四氟乙烯)等的低摩擦材料涂敷。或者，上述两个表面之一可包括一个机械的低摩擦结构，例如滚柱轴承。
优选地，偏压装置包括一个由柔软的弹性材料制成的折叠片，其第一端连接到支持件的一个侧面部分上，其第二端连接到可变形体的一个侧面部分上。弹性材料可由氯丁橡胶，有机硅橡胶或类似材料构成。
下面，仅以举例的方式并参照附图对本发明进行说明，其中，
图1是第一实施例的腕部支持器的剖视侧视图；图2和2A是正在使用中的图1所示支持器的剖视侧视图；图3是正在使用中的图1所示支持器的俯视图；图4是第二实施例的腕部支持器的剖视主视图；图5是图4所示一对腕部支持器的俯视图；图6是第三实施例的腕部支持器的俯视图；图7是第四实施例的腕部支持器的剖视侧视图；图8是图7所示腕部支持器的透视图；图9是第五实施例的腕部支持器的剖视侧视图；图10是第六实施例的腕部支持器的剖视侧视图；图11是图10所示腕部支持器的透视图；图12A和12B是图10和11所示腕部支持器在使用时的俯视图；图13是第七个实施例的腕部支持器的剖视主视图；图14是图13所示腕部支持器的俯视图15是图13所示腕部支持器在使用时的俯视图；以及图16是第八个实施例的腕部支持器的俯视图。
图1表示第一个实施例的腕部支持器10。该支持器具有一个可变形体11，可变形体11包括一个球胆状或液囊状的柔性外壳12，在该外壳12内装有第一可流动材料13，例如硅油。在该实施例中，一个支持件14装在可变形体11的外壳12内。本实施例的柔性外壳由聚氨酯制成，其壁厚在0．75mm到0．9mm的范围内。支持件也包含有一个球胆或液囊，其内充满第二可流动材料15，例如凝胶，它与构成第一可流动材料13的硅油相比粘度更大。一种适宜的凝胶是与四硼酸钠交联的聚乙烯醇(PVA)凝胶，合适的混合比为10∶1(PVA四硼酸钠)。在本实施例中，支持液囊是由聚氨酯制成的，但其壁厚的范围为0．85mm至1．1mm。可变形体11可相对于支持器的支持件14运动。
本实施例的支持器的外壳12的大小被定成这样，即一个成年人的腕部和手掌可舒适地置于该支持器上。本实施例的外壳约为95mm见方并含有约40ml的硅油，而支持件壳体约80mm见方并含有约36gPVA凝胶。第一可流动材料的动态粘度的范围可以为205c／s至165c／s，优选地为185c／s；而第二可流动材料的极限粘数可在16cm3／g至20cm3／g的范围内，优选地为18．1cm3／g。第二可流动材料优选地具有0．9 g／ml的密度。在本实施例中，两个外壳均被抽真空。
在其它实施例中，可流动材料可以从流体，粘度调节液和凝胶中选择。适合的液体包括水，多元醇，例如丙三醇和聚乙二醇。合适的有机胶凝剂或粘度改性剂包括纤维素基材料，例如羟甲基纤维素，羧甲基纤维素，水解胶体，例如瓜耳胶，琼脂，淀粉。也可以采用的无机粘度改性剂包括粘土和硅镁土。
图2示出了使用中的腕部支持器10。支持器10放置在靠近计算机鼠标16的工作面上。鼠标由操作该鼠标的人的一只手17把持。该人的腕部18和手掌置于支持器10上。可变形体11发生形变，形成与腕部和手掌的轮廓相一致的变形，并为手提供一个横向支承。支持器10为腕部和手掌提供一个冲击吸收表面，由此降低了点力负荷，当腕部和手放在坚硬的表面上时，通常会感受到这种点力负荷。
能够和人手的形状相吻合的能力也使得该支持器可供使用右手或左手的人使用，以及那些具有不同尺寸的手和腕部的人使用。这种可变形性还允许该支持器适于人所佩戴的任何种类或形状的首饰。支持件14为腕部18提供垂直的支承。可以看到，支持件将腕部支承在这样一个高度上，即使得腕部在操作鼠标的过程中基本上是平直的。
图2A除了手17和鼠标16已沿箭头19指示的方向向前运动之外其它均与图2相同。可变形体11已随手的运动垫着手和腕部地相对于支持件14向前移动，而该支持件则基本上保持静止。由于外壳12与手17一起运动，所以在操作鼠标的过程中，手移动时产生的摩擦力可忽略不计。当支承着手的可变形体11相对于支持件14运动时，装在外壳12内的可流动材料15的物理特性允许手17滑动。此外，由于腕部置于支持件14上，因此使腕部保持在相同的垂直高度上，并由此也就是保持在平直的位置上。
图3示出了使用中的图1所示支持器10的俯视图，其中手17和腕部18沿箭头19的方向已进一步向前移动。可以看出，由于支持件14的宽度比可变形体11的外壳12的宽度小，所以借助于支持器10，手的横向运动(由没有标号的箭头表示)也很方便。选择支持件和可变形体的相对长度和相对宽度，以影响运动所能达到的范围(也参见下文对图6的讨论)。特别是，柔性外壳12能使支持器10以类似于环形轨道的方式在工作面上滚动；而与此同时，内部支持件则相对于工作面保持静止。所能达到的运动范围受到支持件与可变形体的相对尺寸的影响。本发明的支持器的一个附带优点是，手可以更容易地移动，从而对鼠标可进行更好地控制。这对于要求精确地输入的工作任务，例如计算机辅助设计来说，是特别有用的。
图4和5示出了第二个实施例的腕部支持器20。支持器20比第一个实施例的更细长些，优选的长度为150mm至250mm，因此适用于计算机键盘21。可以采用两个支持器20与计算机键盘同时使用，如图5所示，从而每个手都独立地受到支承。该实施例的结构类似于第一实施例的结构，只有一点不同，即，支持件22的柔性外壳21内同时包含有凝胶23和一个弹性板构件24。板构件可由挤塑的低密度聚乙烯或PVA塑料制成。约0．72mm厚的板构件在使用支持器20时起着抵抗支持件22折叠或隆起的作用。其它实施例当然可以是一种单一的整体式腕部支持器的形式，优选地为300mm至500mm长。
图6表示第三个实施例的腕部支持器25，它包括一个尺寸和图1至图4中所示第一实施例的尺寸相近似的支持件26，该支持件26包括一个合适的弹性板构件27，以防止隆起。但是可以看出，可变形体的含有较低粘度的凝胶29的柔性外壳28具有比第一实施例大的尺寸。因而，第三个实施例的支持器25在使用时可提供一个更大的运动范围。具有类似于第三个实施例的结构的支持器可以更广泛地应用于支持膝部，肘部或其它肢体部分，如解剖学所要求的那样。此外，该支持器在医学上的应用也是很明显的，例如，可用于减轻或缓解卧床不起的病人的压力疼痛。含有合适的凝胶的支持器也可被加热或冷却，以用于治疗目的。
图7和8示出了第四实施例的腕部支持器30。本实施例的支持件31具有多室结构，其中室32内含有气体，典型地为空气。为了抵抗支持件的隆起，一个支持件壳体33在其周边部分被弹性地连接到可变形体的柔性外壳34上。在另外的配置中，室32的竖直壁可以是比柔性外壳的其余部分的柔软性小的结构，或者，在支持件31内加入例如聚合物杆或管等的增强长丝32a(示于图7中)。在另一个实施例中(类似于第四实施例，但未示出)，支持件外壳的外壁可固定在柔性外壳的内壁上；最好是以面对面的关系固定。
图9示出了本发明第五实施例的腕部支持器35。可流动材料36的可变形体的柔性外壳由支持件38的内表面37形成。本实施例的支持件由一个软泡沫塑料薄层38，例如聚氨酯的薄层构成。支持器35还包括一个由柔软的耐汗材料构成的外罩39，它令使用者的皮肤有一种舒适的感觉。
图10和11示出了第六实施例的腕部支持器40。支持器40包括一个支持件42，该支持件具有一个刚性的外壳或外套41，它由聚碳酸酯或ABS塑料制成。支持件42进一步包括一个低摩擦的机构，例如一系列的滚柱轴承43。可变形体44由支持件42支承在外套41内。可变形体呈例如由氯丁橡胶制成的柔性外壳45的形式，其内装有可流动材料，优选地为凝胶46。可变形体44由一种弹性极强的材料，例如莱卡TM47固定在外套41内。莱卡材料具有足够的弹性，可使得使用者的腕部从一个休息位置48(如图12A所示)移动到一个使用位置49(如图12B所示)。在这一运动过程中，可变形体44支承着腕部，但它可相对于支承件42自由运动。
图13和14示出了第七实施例的腕部支持器50。支持器50包括一个支持件51，它可以是一个充有凝胶的液囊或者一个固态弹性，并具有一个低摩擦的上表面52。一个可变形体53优选地由充以凝胶的液囊构成，且支持件的可变形性小于该可变形体的可变形性，该可变形体53具有一个下表面54，下表面54与支持件51的上表面52面对面地设置。设有一个偏压装置，以便保持可变形体与支持件基本上对齐。本实施例的偏压装置为一对由柔软的柔性材料例如氯丁橡胶或硅酮橡胶制成的折叠带。使带的上端56连接到可变形体53的一个周缘横向部分上；而带的下端57被连接到支持件51的一个周缘横向部分上。
图15示出了在使用时第七实施例的支持器50，图中可变形体53相对于支持件54移动。可以看出，偏压带55将会抵抗可变形体相对于支持件的共面滑动，提供一种复位或自调整作用。图16中所示支持器的第八个实施例省去了可变形体，只包括一个加大的低摩擦表面58，例如一个涂敷有泰佛隆的表面，可变形体59可在该表面上滑动。偏压带60的第二个作用是防止腕部支持器的两个部件分开。
可以看出，利用本发明的支持器可令使用者的腕部保持在一个水平的位置上。这大大降低了作用在前臂，颈部和肩部上的应力。它也可以使鼠标的运动从腕部转移到臂部的肌肉上。这也可以降低施加在腕部上的应力。该支持器可以与使用者腕部和掌部的形状相吻合并在操作计算机鼠标所需的整个运动范围内提供一个缓冲的竖直支承。这将极大地降低点力负荷。更进一步，通过可变形体相对于支持件的相对运动，将使用者的手和工作面之间的摩擦降至最低。
大型支持器可用于人的四肢和身体的解剖学支承，并可在用于治疗目的之前预先加热或冷却。
在整个说明书中，其目的是描述本发明的优选实施例，而不是将本发明限制在任何一个实施例或某些特定的特征。
权利要求
1．一种用于支承操作计算机鼠标或键盘的人员的腕部的器具，该器具包括一个具有一柔性外壳的可变形体，所述外壳中至少部分地填充有一种可流动材料；以及一个支持件，该支持件比所述可变形体的可变形性小，其特征为，可变形体可相对于支持件进行相对运动。
2．如权利要求1所述的器具，其特征为，柔性外壳是由支持件的内表面形成的，而且可流动材料装在支持件的一个外层内。
3．一种用于支承操作计算机鼠标或键盘的人员的腕部的器具，该器具包括一个具有一第一柔性外壳的可变形体，该柔性外壳内至少部分地填充有第一可流动材料；一个设置于第一外壳内的支持件，该支持件具有一个第二柔性外壳，其中至少部分地填充有第二可流动材料；由此，所述支持件比可变形体的可变形性小，同时所述可变形体可相对于支持件作相对运动。
4．如权利要求3所述的器具，其特征为，第一可流动材料为一种液体。
5．如权利要求3所述的器具，其特征为，第一可流动材料是触变性的，它选自一种粘度调节液或凝胶。
6．如权利要求4或5所述的器具，其特征为，第一外壳进一步包含有添加剂，包括抗氧化剂，抗菌剂和染料。
7．如权利要求3所述的器具，其特征为，第一可流动材料包括许多固体颗粒，
8．如权利要求3至7中的任何一项所述的器具，其特征为，支持件比其周围的外壳的可变形性小。
9．如权利要求3至8中的任何一项所述的器具，其特征为，支持件在使用时对腕部提供垂直支承。
10．如权利要求9所述的器具，其特征为，支持件的高度等于或小于为将使用者的腕部保持在一个基本平直的位置上所需的高度。
11．如权利要求3至10中的任何一项所述的器具，其特征为，第二柔性外壳可以具有多室结构。
12．如权利要求3至11中的任何一项所述的器具，其特征为，第二可流动材料可以和第一外壳内的可流动材料相同或者与之不同。
13．如权利要求3至12中的任何一项所述的器具，其特征为，装在第二外壳内的第二可流动材料的粘度大于第一可流动材料的粘度。
14．如权利要求3至13中的任何一项所述的器具，进一步包括与支持件相关联的装置，用于在使用该器具时抵抗所述支持件的隆起或折叠。
15．如权利要求14所述的器具，其特征为，一个弹性板构件适当地设置在支持件外壳内。
16．如权利要求14所述的器具，其特征为，柔性附件将支持件的周缘部分连接到第一外壳上。
17．如权利要求11所述的器具，其特征为，竖直的室壁被设置成在使用所述器具时为支持件提供抵抗隆起或折叠的阻力。
18．一种用于支承操作计算机鼠标或键盘的人员的腕部的器具，该器具包括一个具有第一柔性外壳的可变形体，该第一外壳内至少部分地填充有第一可流动材料；以及一个由一种可变形的固体材料制成的支持件；所述支持件设置在所述第一外壳内并比可变形体的可变形性小，同时，所述可变形体可相对于于支持件运动。
19．如权利要求18所述的器具，其特征为，可变形的固体材料选自橡胶，热塑性弹体，热反应聚合物，聚氨酯泡沫塑料或气凝胶。
20．一种用于支承操作计算机鼠标或键盘的人员的腕部的器具，该器具包括一个具有上表面的支持件；一个可变形体，该可变形体具有一个其内至少部分地填充有一种可流动材料的柔性外壳以及一个以低摩擦相对于支持件的上表面滑动的方式设置的下表面；以及偏压装置，该偏压装置用于抵抗所述可变形体相对于支持件的共面滑动。
21．如权利要求20所述的器具，其特征为，上表面和下表面之一或两者涂敷以低摩擦材料，例如泰佛隆。
22．如权利要求20所述的器具，其特征为，所述表面之一包括一个机械的低摩擦机构，例如滚柱轴承。
23．如权利要求20至22中的任何一项所述的器具，其特征为，偏压装置包括一个由柔软的弹性材料制成的折叠带，其第一端连接到支持件的一个横向部分上，其第二端连接到可变形体的一个横向部分上。
24．如权利要求23所述的器具，其特征为，弹性材料由氯丁橡胶或硅酮橡胶构成。
25．一种用于人的解剖学支持的器具，该器具包括一个具有一柔性外壳的可变形体，该外壳内至少部分地填充有一种可流动材料；以及一个支持件，该支持件的可变形性小于所述可变形体的可变形性，其特征为，可变形体可相对于支持件运动。
全文摘要
一种用于支持操作计算机鼠标或键盘的人员的腕部的器具(10),该器具包括:一个可变形体(11),它具有一个柔性外壳(12),其内至少部分地填充有一种可流动材料(13),如流体,液体或凝胶;以及,一个支持件(14),该支持件的可变形性比可变形体的可变形性小,其中,可变形体(11)可相对于支持件(14)运动。支持件可包括一个第二外壳,其内装有可流动材料或可变形的固体材料。适当的是,一个柔性板构件与第二外壳联合使用,以便防止在使用时该支持器隆起。
文档编号A47B97/00GK1283284SQ98812673
公开日2001年2月7日 申请日期1998年11月11日 优先权日1997年11月11日
发明者迈克尔·查尔斯·库克 申请人:迈克尔·查尔斯·库克