复合身体支撑构件及其制造和再循环利用的方法
【专利摘要】一种身体支撑结构包含具有三维模塑轮廓的模塑聚合物支撑网格。所述支撑网格包含身体支撑区域，所述支撑区域具有由多个间隔分隔的多个贯通的开口。在一个实施例中，所述开口的面积大于所述间隔的面积。在另一个实施例中，所述间隔的表面面积相对于由外围边缘限定的区域的面积的比率小于或者等于0.74。织物层被结合到多个间隔上并且覆盖了所述多个开口。本发明还提供了所述身体支撑结构的制造和循环再利用的方法。
【专利说明】复合身体支撑构件及其制造和再循环利用的方法
[0001]本申请要求2011年12月8日提交的名为“复合身体支撑构件及其制造和使用方法”，编号为61/568，348的美国临时申请的优先权，通过引用其全部公开内容结合于此。
【技术领域】
[0002]本发明通常涉及一种身体支撑构件，例如靠背或者座椅，具体地，涉及一种包含织物层和聚合物网格层的复合身体支撑结构，及其制造和再循环利用的方法。
【背景技术】
[0003]目前已经开发了各种身体支撑结构，范围从刚性固定结构，例如木材或者金属长椅，到完全的流体结构，例如吊床。一种类型的身体支撑结构是悬浮在框架之上或框架之间的薄膜，例如体现在Aeron?.椅子中的所述靠背和座椅，所述椅子由本发明的承让人开发，并且购买于泽兰密歇根的赫尔曼米勒股份有限公司。所述悬浮薄膜提供了高标准的自适应性和通气性，这对于使用者的舒适度是最主要的贡献因素。典型地，对于该类型的悬浮结构，挠曲模式在所述支撑表面的中部比在边缘处提供了更多的弹性，其中所述薄膜是由所述框架支撑的。将所述身体支撑表面设置为带有任意轮廓是很困难的，例如在框架构件之间沿着任意特定的横截面设置任意的轮廓。此外，所述构架沿着支撑区域外围呈现出相对刚性的结构。
[0004]另一个类型的身体支撑结构是模塑聚合物结构，例如体现在Mirra⑧椅子中的靠背，所述Mkra?椅子由赫尔曼米勒股份有限公司开发，并且可从其购得的。通常，这种结构是预成形和无框架的，具有三维轮廓，所述轮廓被模塑成符合使用者身体的结构，从而帮助分散由使用者施加的压力。所述结构的挠曲性能可以通过控制一些参数而预先设定，所述参数包含所述结构的材料、厚度、孔的存在，等等。当这种结构可以由织物覆盖时，为不对其弹性产生不利的影响，所述织物典型地仅在围绕模塑背部的外围部分是固定的。典型地这种模塑背部要比之前描述的悬浮薄膜结构更不适应作用力。同时，所述模塑组件不需要支撑框架，并且因此可以在它的外围处更具适应性。
【发明内容】
[0005]本发明由下述权利要求限定，并且本部分没有任何内容应该被认为是对这些权利要求的限制。
[0006]一方面，身体支撑结构的一个实施例包含具有三维模塑轮廓的模塑聚合物支撑网格。所述支撑网格包含具有由多个间隔(land，下同)分隔的多个贯通开口的身体支撑区域。所述开口区域比所述间隔的区域更大。织物层结合到多个间隔上并且覆盖多个开口。
[0007]另一方面，所述身体支撑结构的一个实施例具有所述间隔的表面面积与由外围边缘限定的身体支撑区域整体面积N:M的比率，该比率小于或者等于0.74，并且在一个实施例中小于或者等于0.65。
[0008]另一方面，所述身体支撑结构的一个实施例具有Vl:Vm的比率，所述比率是用于具有开口的身体支撑结构的间隔材料的体积(VI)与无开口的相同的身体支撑结构的材料的体积(Vm)的比，大约小于或者等于0.74，并且在另一个实施例中小于或者等于0.65。
[0009]另一方面，制造身体支撑结构的方法的一个实施例包含以聚合物材料模塑三维形状的支撑网格，并且仅熔化所述支撑网格的表层，同时保持与熔化表层相邻的固体基底。所述方法进一步包括将织物压靠到所述支撑网格的熔化表层上。在一个实施例中，使用红外发射源将所述表层熔化。在另一个实施例中，将粘合剂施加到所述支撑网格的表面上，并且加热所述粘合剂，例如通过红外发射源或者通过经由所述织物的传导加热，事实上该织物被压靠到所述粘合剂上。
[0010]另一方面，循环再利用身体支撑结构的方法包含设置织物结合到模塑的聚合物支撑网格上，其中所述织物和所述支撑网格是化学易混合的，并且在实施例中是由相同聚合物材料组成的。所述方法进一步包括熔化所述结合织物和所述支撑网格并且从而形成熔化材料，以及收集所述熔化材料。
[0011]所述身体支撑结构的多种实施例，以及它的制造方法，比其他这样结构和方法提供了显著的优势。例如且并不限于，所述身体支撑结构可以设置有三维轮廓，对于使用者有增强的自适应性。所述复合结构是自支撑的，并且不需要集成框架结构以维持它的形状，例如围绕它的外围。可以选择和配置所述复合材料以提供更大弹性的多个区域。同时，所述复合结构的温度是适中的，提供通风，并且提供紧靠使用者身体织物的美学上期望的触觉品质。所述织物提供聚合物网格之间的软过渡，防止使用者接触和感受到所述网格，并且允许在网格中更大的开口，因为所述织物承受张力的能力以便维持所述开口的形状。这进一步提供了充足的保障以防止使用者，或者其他人，将他们的手指或者其他部位被开口卡住或者挤压。反而越大的开口尺寸，减少了材料的消耗，所述结构弹性的增大，以及在配置美观上提供了更大的灵活性。在一个实施例中，用于所述网格的材料的体积可以降低40%以上。
[0012]所述结合过程允许网格结构和织物使用相同类型的材料，而不经过塑料或者织物的渗色变色。同时，所述织物和网格结构间的结合足以经受住施加到所述织物上的拉力。由于相同的化学构造，相结合的所述织物和网格结构也可能被熔化并且被收集，以在随后用作其他的制造过程的原料。
[0013]已经通过常规介绍的方式提供了前述段落，并且无意限制下述权利要求的范围。通过参考下面结合有附图的详细描述，将能更好地理解所述各种优选实施例，和其他优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是身体支撑结构的一个实施例的主透视图。
[0015]图2是身体支撑结构的可选实施例的主视图。
[0016]图3是图1示出的所述身体支撑结构的俯透视图。
[0017]图4A和B是在图1中示出的所述身体支撑结构沿着线4A-4A和4B-4B的剖视图。
[0018]图5是支撑在基床结构上的模塑支撑网格的透视图。
[0019]图6是暴露在红外发射源中的模塑支撑网格的透视图。
[0020]图7是压靠在具有熔化表层的模塑支撑网格上的织物层的透视图。
[0021]图8是结合到模塑支撑网格上的织物层的俯视图。[0022]图9是结合到织物层上的模塑支撑网格的仰视图。
[0023]图10是示出用于模塑支撑网格和该处结合织物层的过程的原理图。
[0024]图11是示出用于循环再利用身体支撑结构过程的原理图。
具体实施例
[0025]应该理解的是术语“多数”，用在此，意为两个或者更多。术语“纵向的”，用在此意为或与长度或者纵向方向2，如图1所示。术语“侧面”，用在此，意为指向身体支撑结构的侧面之间或者朝向(或者垂直于)身体支撑机构，例如，横向4。术语“耦合”意为连接到或者相结合，无论直接或者间接，例如介入构件，并且不需要被固定或者永久结合，尽管它可以是固定或者永久的。术语“横向”意为穿过轴线或者表面而延伸，包含但不仅限于大体上垂直于所述轴线或者平面。应该被理解的是数字术语“第一”、“第二”、“第三”等等的使用，用在此不涉及任何特定次序或者组件顺序(例如连续的)；例如“第一”和“第二”支撑构件可以指具体结构的任何组件构件，除非另有说明。
[0026]参考图1-4B,不出了作为办公椅的身体支撑结构6,包含靠背8和座椅10。应该理解的是可以包含其他身体支撑结构，包括但不限于汽车的、飞机的、公共交通、卫生保健、教育、以及会堂座椅、和/或它们的变形物，还有户外家具和室内家具，包括但不限于躺椅、沙发、床，和它们的组合物。座椅10和靠背8都包含模塑聚合网格结构14、12和覆盖的织物层18、16。应该理解的是术语“织物”指任何薄、柔性材料，无论是编织、针织、压合等等，其中所述材料不能够独立维持三维轮廓。在各种实施例中，所述织物可以是由聚丙烯组成，聚丙烯非常轻，导湿(吸水)、速干、能够绝热/寒、能容易去污、耐磨损、耐氯漂白和价廉，并且具有非常好的UV稳定性。一些合适的织物可以从Camira Fabrics购买，例如包含CITADEL织物，它是 100 % PERFENTEX (聚丙烯)，CHATEAU PLUS 织物，由 100 % PERFENTEX PLUS (具有生染在织物中的阻燃盐的聚丙烯)组成，以及由聚烯烃制成的ZETA织物。
[0027]所述织物层18、16覆在并盖住各种形成在网格结构14、12中的开口 22、20。所述织物层18、16优选通过粘合连接到限定并定位于开口 22、20之间的间隔26、24上。所述网格结构14、12形成有预定三维轮廓，例如如图4A和4B所示。所述轮廓可以设置在横向和纵向4、2中。在一个实施例中，所述网格结构14、12由与织物层18、16相同化学族的材料制成，如聚丙烯。在一个实施例中，所述网格结构和织物层是化学兼容的，并且在一个实施例中是化学易混合的，可以促进由网格结构和织物成构成的复合结构的循环再利用。由于间隔26、24和织物18、16之间的连接、网格结构中的开口 22、20可以在宽度上、直径和/或者长度上被制作得相对大，以当所述身体支撑结构受载荷时，所述织物要维持开口的形状，例如所述织物处于绷紧状态时。在一个实施例中，所述开口的跨度，限定了开口的宽度、长度、直径或者其他尺寸的最大值，大于或者等于8毫米，并且在一个实施例中小于或者等于25毫米，还满足英国标准BS EN13352:2009，因为所述织物覆盖开口并且被连接到所述间隔上。例如，如图2中的实施例所示，开口 30大体上沿着靠背的整个长度延伸，例如从胸部区域34到骶部区域38，并且被间隔32分隔开。
[0028]由于以条状物示出的从织物到间隔的连接，防止了所述条状物在横向和前后方向上延展开。同样地，如图1所示，开口 22、20制作得相对大，使通风得到改善，但是同时维持了轮廓形状和无框架结构。与此同时，所述复合结构(网格结构和织物层)在所期望的位置改善了的弹性。所述结构的弹性可以进一步通过在不同位置设置间隔26、24材料的不同厚度，或者通过改变开口 22、20的尺寸来调整。所述织物层18、16提供舒适触觉感受并使开口和网格结构的间隔之间的软过渡，将所述结构从直接接触使用者中隔离，以使得边缘不会产生不期望的压点。同时，所述复合结构对于使用者的温度感受是适中的。
[0029]另一方面，可预期的是网格结构14、12，和特别地，间隔26、24充当网格结构的脉络(例如，如同在树叶中)，更确切地说，形成有贯通孔的基底，所述织物层18、16充当连接脉络的树叶材料。若不在间隔上被连接到所述织物，所述网络结构14、12不可能足以支撑使用者，而可能会过于柔韧和脆弱。用这种方式，所述织物层18、16充当结构组件以通过张力维持网格结构14、12的位置，同时也支撑使用者的身体并与使用者的身体相配合。在该实施例中，所述开口是形成在脉络之间的空隙。应该理解的是在这些实施例中，所述“开口 ”未必在所有侧面上都闭合，而是可以仅在两个侧面上被连接。
[0030]参考图1和图2，所述身体支撑结构6，具体为靠背8，包含多种身体支撑区域，例如胸部区域34、腰部区域36和骶部区域38。在一个实施例中，至少在胸部处形成开口 20、
30、或者用以确定距离分隔开的间隔24、32(其间形成间隙20、30)。在一个实施例中，多个开口 20、30的至少一部分开口是细长的，并且可能从胸部区域延伸到腰部区域甚至延伸到骶部区域，或者从骶部区域延伸到腰部区域。在另一个实施例中，将具有开口的身体支撑结构的间隔材料的体积(VI (英寸3))与无开口的相同的身体支撑结构的材料的体积(Vm(英寸3))的比率(Vl:Vm)大约小于或者等于0.74，在另一个实施例中小于或者等于0.70以及在另一个实施例中小于或者等于0.65。在一个实施例中，网格结构的整个材料体积是32英寸3，而不带有结合织物层并能够支撑相同负载的背部体积大概是53英寸3，从而在用于制作所述背部的网格结构的聚合物材料上减少了 2/5。在另一个实施例中，开口的宽度要比其间所述间隔的宽度更大，并且在一个实施例中开口区域要比配置在开口之间的间隔区域更大。在一个实施例中，所述身体支撑结构具有所述间隔的表面面积和整个身体支撑区域面积N:M的比率，所述身体支撑区域是由靠背8或者座椅10的外围边缘限定的，所述比率小于或者等于0.74，在另一个实施例中小于或者等于0.70以及在另一个实施例中小于或者等于0.65。
[0031]参考图3，示出了具有织物层18的座椅10，所述织物层18所起作用是在座椅的一个区域40(例如，臀部)作为悬浮材料，同时所述纺织层被结合到网格结构14(间隔26)上，从而在另一个区域42中(例如，大腿)形成波状外形结构。在臀部区域40，所述织物跨过大的开口被拉紧，并且被固定到绕着所述开口外围的框架上，并充当悬浮薄膜的作用。
[0032]参考图4，边缘细节50可以绕着所述复合结构(网格结构和织物层)的外围模塑，或以其他方式实施，以便隐藏和覆盖所述织物的边缘。
[0033]参考图4-10，在装配过程期间，网格结构12被模塑为预定的三维轮廓形状。所述网格结构12被承载在基床(nest，下同)70上，其可以是由铝制成的。在一个实施例中，所述基床70可以配置有孔，所述孔与基床在网格结构12中的孔相匹配，以使得红外辐射不会从所述基床反射到所述网格结构的背部。具有足够面积来覆盖所述网格结构12或者其预定部分的一块织物16,被加载到压力卡塞特板(casset,下同)82上。所述基床70在红外发射源80阵列下运送，或者所述红外发射源阵列在所述基床上移动。在一个实施例中，所述阵列80包含多个2200瓦特的红外发射源，所述红外发射源位于大概离所述网格结构12的表面3英寸的地方。所述阵列80被接通预定的一段时间，例如15秒，熔化了所述网格结构12的表层62，同时将在熔化层的下方或者邻近熔化层形成的底层60或者基底保持为固态(未熔化)。随着所述基床移动至所述阵列下，所述阵列可以依次被接通，用于表面的平均融化。所述基床70然后被移动到压力站86 (例如囊式压力机)，或者所述压力站86被移动到/邻近所述基床70，卡塞特板82在所述压力下移动。所述压力站86被驱动并且在预定时间段内(例如16秒)以预定负载(例如3psi)将所述织物层16压靠到所述网格结构12的熔化表层62上，以使得所述织物16结合到所述支撑网格的间隔24上。所述基床然后移动到修剪站，或者将刀移动到所述基床，其之后，热刀90，或者其他切割设备包括激光、超声刀、水射流等等会被用来修剪所述织物层16，使之与网格结构12的边缘或者相对于所述网格结构的一部分齐平。被修剪的部分然后被设置在注塑模具94中，修剪边缘50被模塑到织物的修剪边缘上，例如绕着所述网格结构的外围。所述基床在力作用下，通过手动，可以从一个站点被自动移动到另一个站点或者其某些的组合。
[0034]在可选实施例中，也参考附图10，所述网格结构被加热到粒状的热熔胶206的熔点，用上胶装置204将粘合剂分散到网格结构的加热表面上。所述粘合剂206结合到所述网格结构上，或者穿过所述开口 20掉落。在一个实施例中，所述粘合剂被红外发射源阵列80重新加热，通过施加所述织物层12，并且执行如前所述的完成操作。可选地，通过加热的囊式压机86的方式，热可以经由织物层16传导到粘合剂206上，所述织物层16被压靠到所述粘合剂和网格结构上。然后可以如前所述地执行进一步的完成操作。
[0035]参考图11，在身体支撑结构使用寿命终结时，所述整个结构，包含织物16和网格结构12，由于它们相似的化学组成可以在熔炉98中被熔化到一起。所述身体支撑结构可以在熔化之前通过粉碎机/研磨机202被粉碎或者碾碎。在熔化之后,所述收集组合熔化材料，例如通过挤制所述熔化材料的小球100。所述收集材料，如小球，然后可以用于制造其他组件，例如通过在模塑过程中熔化小球并使用它们。
[0036]尽管已经参照优选实施例描述了本发明，本领域技术人员将会识别出那些不会脱离本发明的精神和范围的形式上和细节上的改变。依此，其意图是:前面的详细描述应被认为是说明而不是限制，并且，所附的权利要求，包括所有它的等价方案，用于限制本发明的范围。
【权利要求】
1.一种身体支撑结构，其包括: 具有三维模塑轮廓的模塑聚合物支撑网格，所述支撑网格包括身体支撑区域，所述支撑区域具有由多个间隔分隔的多个贯通的开口，以及 结合到所述多个间隔并且覆盖所述多个开口的织物层。
2.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中至少一对所述开口的每一个的宽度大于设置在该对开口的开口之间的所述间隔的宽度。
3.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中所述聚合物支撑网格和所述织物层是由相同的聚合物材料制成的。
4.如权利要求3所述的身体支撑结构，其中所述聚合物材料是聚丙烯。
5.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中所述身体支撑区域至少包含靠背的胸部区域。
6.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中至少一些所述开口具有大于或者等于8毫米并且小于或者等于25毫米的跨度。
7.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中所述聚合物支撑网格具有外围边缘，并且其中所述间隔的表面面积相对于由所述外围边缘限定的区域的面积的比率小于或者等于0.74。
8.如权利要求7所述的身体支撑结构，其中所述比率小于或者等于0.70。
9.如权利要求8所述的身体支撑结构，其中所述比率小于或者等于0.65。
10.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中所述身体支撑区域限定了靠背的一部分。
11.如权利要求10所述的身体支撑结构，其中所述多个开口中的至少一个被延长并且从所述靠背的胸部延伸到骶部区域。
12.如权利要求1所述的身体支撑结构，其中所述身体支撑区域限定了椅座的一部分。
13.身体支撑结构，其包括: 具有三维模塑轮廓的模塑聚合物支撑网格，所述支撑网格包括身体支撑区域，所述支撑区域具有由多个间隔分隔的多个贯通开口，其中所述聚合物支撑网格具有外围边缘，并且其中所述间隔的表面面积相对于由外围边缘限定的区域的面积的比率小于或者等于0.7，并且其中至少一个所述开口具有大于或者等于8毫米并且小于或者等于25毫米的跨度；并且 织物层，其结合到所述多个间隔并且覆盖所述多个开口。
14.如权利要求13所述的身体支撑结构，其中所述聚合物支撑网格和所述织物层是化学易混合的。
15.如权利要求14所述的身体支撑结构，其中所述聚合物支撑网格和所述织物层是由相同材料制成的。
16.如权利要求15所述的身体支撑结构，其中所述聚合物材料是聚丙烯。
17.制造身体支撑结构的方法，其包括: 以聚合物材料模塑三维形状的支撑网格； 仅熔化所述支撑网格的表层，同时保持与熔化表层相邻的固体基底；并且 将织物压靠到所述支撑网格的熔化表层上。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述的熔化所述支撑网格的表层包括在预定时间段内将所述表面暴露在红外发射源下。
19.如权利要求17所述的方法，其中将所述织物压靠到所述熔化表层上包括将流体囊状物压靠到所述织物上。
20.如权利要求17所述的方法，其进一步包括修剪所述织物的边缘。
21.如权利要求20所述的方法，其进一步包括在所述支撑网格上二次模塑成型修剪边缘并且从而覆盖所述织物的修剪边缘。
22.如权利要求17所述的方法，其中所述支撑网格和所述织物是化学易混合的。
23.如权利要求17所述的方法，其中所述聚合物材料是聚丙烯。
24.如权利要求17所述的方法，其中所述支撑网格和所述织物是不同颜色的。
25.制造身体支撑结构的方法，其包括: 以聚合物材料模塑三维形状的支撑网格； 加热所述支撑网格的表面； 将粘合剂施加到所述支 撑网格的所述被加热的表面上； 熔化所述粘合剂； 并且 将织物压靠到所述支撑网格的所述熔化表层上。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述熔化粘合剂包括在预定时间段内将所述粘合剂暴露在红外发射源下。
27.如权利要求25所述的方法，其中所述熔化粘合剂和所述压靠织物是通过经所述织物将热传导到所述粘合剂上同时执行的。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述压靠到所述熔化表层包括将加热的囊状物压靠到所述织物上。
29.循环再利用身体支撑结构的方法，其包括: 提供织物结合到模塑聚合物支撑网格上，其中所述织物和所述支撑网格是化学易混合的； 熔化所述结合织物和所述支撑网格，并且从而形成熔化材料；并且 收集所述熔化材料。
30.如权利要求29所述的方法，其进一步包括再利用所述收集的材料以形成新组件。
31.如权利要求29所述的方法，其进一步包括在所述熔化所述结合织物和所述支撑网格之前，粉碎所述结合织物和所述支撑网格。
32.如权利要求29所述的方法，其中所述收集所述熔化材料包括挤制所述熔化材料的小球。
【文档编号】A47C7/44GK104039200SQ201280060632
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2011年12月8日
【发明者】约翰·布克哈德·施米茨, 克劳迪娅·普利卡特, 卡罗拉·E·M·茨维克, 罗兰·R·O·茨维克, 安德鲁·库拉施 申请人:赫尔曼米勒有限公司