複合身體支撐構件及其製造和再循環利用的方法
2023-09-22 17:30:05 1
複合身體支撐構件及其製造和再循環利用的方法
【專利摘要】一種身體支撐結構包含具有三維模塑輪廓的模塑聚合物支撐網格。所述支撐網格包含身體支撐區域，所述支撐區域具有由多個間隔分隔的多個貫通的開口。在一個實施例中，所述開口的面積大於所述間隔的面積。在另一個實施例中，所述間隔的表面面積相對於由外圍邊緣限定的區域的面積的比率小於或者等於0.74。織物層被結合到多個間隔上並且覆蓋了所述多個開口。本發明還提供了所述身體支撐結構的製造和循環再利用的方法。
【專利說明】複合身體支撐構件及其製造和再循環利用的方法
[0001]本申請要求2011年12月8日提交的名為「複合身體支撐構件及其製造和使用方法」，編號為61/568，348的美國臨時申請的優先權，通過引用其全部公開內容結合於此。
【技術領域】
[0002]本發明通常涉及一種身體支撐構件，例如靠背或者座椅，具體地，涉及一種包含織物層和聚合物網格層的複合身體支撐結構，及其製造和再循環利用的方法。
【背景技術】
[0003]目前已經開發了各種身體支撐結構，範圍從剛性固定結構，例如木材或者金屬長椅，到完全的流體結構，例如吊床。一種類型的身體支撐結構是懸浮在框架之上或框架之間的薄膜，例如體現在Aeron?.椅子中的所述靠背和座椅，所述椅子由本發明的承讓人開發，並且購買於澤蘭密西根的赫爾曼米勒股份有限公司。所述懸浮薄膜提供了高標準的自適應性和通氣性，這對於使用者的舒適度是最主要的貢獻因素。典型地，對於該類型的懸浮結構，撓曲模式在所述支撐表面的中部比在邊緣處提供了更多的彈性，其中所述薄膜是由所述框架支撐的。將所述身體支撐表面設置為帶有任意輪廓是很困難的，例如在框架構件之間沿著任意特定的橫截面設置任意的輪廓。此外，所述構架沿著支撐區域外圍呈現出相對剛性的結構。
[0004]另一個類型的身體支撐結構是模塑聚合物結構，例如體現在Mirra⑧椅子中的靠背，所述Mkra?椅子由赫爾曼米勒股份有限公司開發，並且可從其購得的。通常，這種結構是預成形和無框架的，具有三維輪廓，所述輪廓被模塑成符合使用者身體的結構，從而幫助分散由使用者施加的壓力。所述結構的撓曲性能可以通過控制一些參數而預先設定，所述參數包含所述結構的材料、厚度、孔的存在，等等。當這種結構可以由織物覆蓋時，為不對其彈性產生不利的影響，所述織物典型地僅在圍繞模塑背部的外圍部分是固定的。典型地這種模塑背部要比之前描述的懸浮薄膜結構更不適應作用力。同時，所述模塑組件不需要支撐框架，並且因此可以在它的外圍處更具適應性。
【發明內容】
[0005]本發明由下述權利要求限定，並且本部分沒有任何內容應該被認為是對這些權利要求的限制。
[0006]一方面，身體支撐結構的一個實施例包含具有三維模塑輪廓的模塑聚合物支撐網格。所述支撐網格包含具有由多個間隔(land，下同)分隔的多個貫通開口的身體支撐區域。所述開口區域比所述間隔的區域更大。織物層結合到多個間隔上並且覆蓋多個開口。
[0007]另一方面，所述身體支撐結構的一個實施例具有所述間隔的表面面積與由外圍邊緣限定的身體支撐區域整體面積N:M的比率，該比率小於或者等於0.74，並且在一個實施例中小於或者等於0.65。
[0008]另一方面，所述身體支撐結構的一個實施例具有Vl:Vm的比率，所述比率是用於具有開口的身體支撐結構的間隔材料的體積(VI)與無開口的相同的身體支撐結構的材料的體積(Vm)的比，大約小於或者等於0.74，並且在另一個實施例中小於或者等於0.65。
[0009]另一方面，製造身體支撐結構的方法的一個實施例包含以聚合物材料模塑三維形狀的支撐網格，並且僅熔化所述支撐網格的表層，同時保持與熔化表層相鄰的固體基底。所述方法進一步包括將織物壓靠到所述支撐網格的熔化表層上。在一個實施例中，使用紅外發射源將所述表層熔化。在另一個實施例中，將粘合劑施加到所述支撐網格的表面上，並且加熱所述粘合劑，例如通過紅外發射源或者通過經由所述織物的傳導加熱，事實上該織物被壓靠到所述粘合劑上。
[0010]另一方面，循環再利用身體支撐結構的方法包含設置織物結合到模塑的聚合物支撐網格上，其中所述織物和所述支撐網格是化學易混合的，並且在實施例中是由相同聚合物材料組成的。所述方法進一步包括熔化所述結合織物和所述支撐網格並且從而形成熔化材料，以及收集所述熔化材料。
[0011]所述身體支撐結構的多種實施例，以及它的製造方法，比其他這樣結構和方法提供了顯著的優勢。例如且並不限於，所述身體支撐結構可以設置有三維輪廓，對於使用者有增強的自適應性。所述複合結構是自支撐的，並且不需要集成框架結構以維持它的形狀，例如圍繞它的外圍。可以選擇和配置所述複合材料以提供更大彈性的多個區域。同時，所述複合結構的溫度是適中的，提供通風，並且提供緊靠使用者身體織物的美學上期望的觸覺品質。所述織物提供聚合物網格之間的軟過渡，防止使用者接觸和感受到所述網格，並且允許在網格中更大的開口，因為所述織物承受張力的能力以便維持所述開口的形狀。這進一步提供了充足的保障以防止使用者，或者其他人，將他們的手指或者其他部位被開口卡住或者擠壓。反而越大的開口尺寸，減少了材料的消耗，所述結構彈性的增大，以及在配置美觀上提供了更大的靈活性。在一個實施例中，用於所述網格的材料的體積可以降低40%以上。
[0012]所述結合過程允許網格結構和織物使用相同類型的材料，而不經過塑料或者織物的滲色變色。同時，所述織物和網格結構間的結合足以經受住施加到所述織物上的拉力。由於相同的化學構造，相結合的所述織物和網格結構也可能被熔化並且被收集，以在隨後用作其他的製造過程的原料。
[0013]已經通過常規介紹的方式提供了前述段落，並且無意限制下述權利要求的範圍。通過參考下面結合有附圖的詳細描述，將能更好地理解所述各種優選實施例，和其他優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是身體支撐結構的一個實施例的主透視圖。
[0015]圖2是身體支撐結構的可選實施例的主視圖。
[0016]圖3是圖1示出的所述身體支撐結構的俯透視圖。
[0017]圖4A和B是在圖1中示出的所述身體支撐結構沿著線4A-4A和4B-4B的剖視圖。
[0018]圖5是支撐在基床結構上的模塑支撐網格的透視圖。
[0019]圖6是暴露在紅外發射源中的模塑支撐網格的透視圖。
[0020]圖7是壓靠在具有熔化表層的模塑支撐網格上的織物層的透視圖。
[0021]圖8是結合到模塑支撐網格上的織物層的俯視圖。[0022]圖9是結合到織物層上的模塑支撐網格的仰視圖。
[0023]圖10是示出用於模塑支撐網格和該處結合織物層的過程的原理圖。
[0024]圖11是示出用於循環再利用身體支撐結構過程的原理圖。
具體實施例
[0025]應該理解的是術語「多數」，用在此，意為兩個或者更多。術語「縱向的」，用在此意為或與長度或者縱向方向2，如圖1所示。術語「側面」，用在此，意為指向身體支撐結構的側面之間或者朝向(或者垂直於)身體支撐機構，例如，橫向4。術語「耦合」意為連接到或者相結合，無論直接或者間接，例如介入構件，並且不需要被固定或者永久結合，儘管它可以是固定或者永久的。術語「橫向」意為穿過軸線或者表面而延伸，包含但不僅限於大體上垂直於所述軸線或者平面。應該被理解的是數字術語「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組件順序(例如連續的)；例如「第一」和「第二」支撐構件可以指具體結構的任何組件構件，除非另有說明。
[0026]參考圖1-4B,不出了作為辦公椅的身體支撐結構6,包含靠背8和座椅10。應該理解的是可以包含其他身體支撐結構，包括但不限於汽車的、飛機的、公共運輸、衛生保健、教育、以及會堂座椅、和/或它們的變形物，還有戶外家具和室內家具，包括但不限於躺椅、沙發、床，和它們的組合物。座椅10和靠背8都包含模塑聚合網格結構14、12和覆蓋的織物層18、16。應該理解的是術語「織物」指任何薄、柔性材料，無論是編織、針織、壓合等等，其中所述材料不能夠獨立維持三維輪廓。在各種實施例中，所述織物可以是由聚丙烯組成，聚丙烯非常輕，導溼(吸水)、速幹、能夠絕熱/寒、能容易去汙、耐磨損、耐氯漂白和價廉，並且具有非常好的UV穩定性。一些合適的織物可以從Camira Fabrics購買，例如包含CITADEL織物，它是 100 % PERFENTEX (聚丙烯)，CHATEAU PLUS 織物，由 100 % PERFENTEX PLUS (具有生染在織物中的阻燃鹽的聚丙烯)組成，以及由聚烯烴製成的ZETA織物。
[0027]所述織物層18、16覆在並蓋住各種形成在網格結構14、12中的開口 22、20。所述織物層18、16優選通過粘合連接到限定並定位於開口 22、20之間的間隔26、24上。所述網格結構14、12形成有預定三維輪廓，例如如圖4A和4B所示。所述輪廓可以設置在橫向和縱向4、2中。在一個實施例中，所述網格結構14、12由與織物層18、16相同化學族的材料製成，如聚丙烯。在一個實施例中，所述網格結構和織物層是化學兼容的，並且在一個實施例中是化學易混合的，可以促進由網格結構和織物成構成的複合結構的循環再利用。由於間隔26、24和織物18、16之間的連接、網格結構中的開口 22、20可以在寬度上、直徑和/或者長度上被製作得相對大，以當所述身體支撐結構受載荷時，所述織物要維持開口的形狀，例如所述織物處於繃緊狀態時。在一個實施例中，所述開口的跨度，限定了開口的寬度、長度、直徑或者其他尺寸的最大值，大於或者等於8毫米，並且在一個實施例中小於或者等於25毫米，還滿足英國標準BS EN13352:2009，因為所述織物覆蓋開口並且被連接到所述間隔上。例如，如圖2中的實施例所示，開口 30大體上沿著靠背的整個長度延伸，例如從胸部區域34到骶部區域38，並且被間隔32分隔開。
[0028]由於以條狀物示出的從織物到間隔的連接，防止了所述條狀物在橫向和前後方向上延展開。同樣地，如圖1所示，開口 22、20製作得相對大，使通風得到改善，但是同時維持了輪廓形狀和無框架結構。與此同時，所述複合結構(網格結構和織物層)在所期望的位置改善了的彈性。所述結構的彈性可以進一步通過在不同位置設置間隔26、24材料的不同厚度，或者通過改變開口 22、20的尺寸來調整。所述織物層18、16提供舒適觸覺感受並使開口和網格結構的間隔之間的軟過渡，將所述結構從直接接觸使用者中隔離，以使得邊緣不會產生不期望的壓點。同時，所述複合結構對於使用者的溫度感受是適中的。
[0029]另一方面，可預期的是網格結構14、12，和特別地，間隔26、24充當網格結構的脈絡(例如，如同在樹葉中)，更確切地說，形成有貫通孔的基底，所述織物層18、16充當連接脈絡的樹葉材料。若不在間隔上被連接到所述織物，所述網絡結構14、12不可能足以支撐使用者，而可能會過於柔韌和脆弱。用這種方式，所述織物層18、16充當結構組件以通過張力維持網格結構14、12的位置，同時也支撐使用者的身體並與使用者的身體相配合。在該實施例中，所述開口是形成在脈絡之間的空隙。應該理解的是在這些實施例中，所述「開口 」未必在所有側面上都閉合，而是可以僅在兩個側面上被連接。
[0030]參考圖1和圖2，所述身體支撐結構6，具體為靠背8，包含多種身體支撐區域，例如胸部區域34、腰部區域36和骶部區域38。在一個實施例中，至少在胸部處形成開口 20、
30、或者用以確定距離分隔開的間隔24、32(其間形成間隙20、30)。在一個實施例中，多個開口 20、30的至少一部分開口是細長的，並且可能從胸部區域延伸到腰部區域甚至延伸到骶部區域，或者從骶部區域延伸到腰部區域。在另一個實施例中，將具有開口的身體支撐結構的間隔材料的體積(VI (英寸3))與無開口的相同的身體支撐結構的材料的體積(Vm(英寸3))的比率(Vl:Vm)大約小於或者等於0.74，在另一個實施例中小於或者等於0.70以及在另一個實施例中小於或者等於0.65。在一個實施例中，網格結構的整個材料體積是32英寸3，而不帶有結合織物層並能夠支撐相同負載的背部體積大概是53英寸3，從而在用於製作所述背部的網格結構的聚合物材料上減少了 2/5。在另一個實施例中，開口的寬度要比其間所述間隔的寬度更大，並且在一個實施例中開口區域要比配置在開口之間的間隔區域更大。在一個實施例中，所述身體支撐結構具有所述間隔的表面面積和整個身體支撐區域面積N:M的比率，所述身體支撐區域是由靠背8或者座椅10的外圍邊緣限定的，所述比率小於或者等於0.74，在另一個實施例中小於或者等於0.70以及在另一個實施例中小於或者等於0.65。
[0031]參考圖3，示出了具有織物層18的座椅10，所述織物層18所起作用是在座椅的一個區域40(例如，臀部)作為懸浮材料，同時所述紡織層被結合到網格結構14(間隔26)上，從而在另一個區域42中(例如，大腿)形成波狀外形結構。在臀部區域40，所述織物跨過大的開口被拉緊，並且被固定到繞著所述開口外圍的框架上，並充當懸浮薄膜的作用。
[0032]參考圖4，邊緣細節50可以繞著所述複合結構(網格結構和織物層)的外圍模塑，或以其他方式實施，以便隱藏和覆蓋所述織物的邊緣。
[0033]參考圖4-10，在裝配過程期間，網格結構12被模塑為預定的三維輪廓形狀。所述網格結構12被承載在基床(nest，下同)70上，其可以是由鋁製成的。在一個實施例中，所述基床70可以配置有孔，所述孔與基床在網格結構12中的孔相匹配，以使得紅外輻射不會從所述基床反射到所述網格結構的背部。具有足夠面積來覆蓋所述網格結構12或者其預定部分的一塊織物16,被加載到壓力卡塞特板(casset,下同)82上。所述基床70在紅外發射源80陣列下運送，或者所述紅外發射源陣列在所述基床上移動。在一個實施例中，所述陣列80包含多個2200瓦特的紅外發射源，所述紅外發射源位於大概離所述網格結構12的表面3英寸的地方。所述陣列80被接通預定的一段時間，例如15秒，熔化了所述網格結構12的表層62，同時將在熔化層的下方或者鄰近熔化層形成的底層60或者基底保持為固態(未熔化)。隨著所述基床移動至所述陣列下，所述陣列可以依次被接通，用於表面的平均融化。所述基床70然後被移動到壓力站86 (例如囊式壓力機)，或者所述壓力站86被移動到/鄰近所述基床70，卡塞特板82在所述壓力下移動。所述壓力站86被驅動並且在預定時間段內(例如16秒)以預定負載(例如3psi)將所述織物層16壓靠到所述網格結構12的熔化表層62上，以使得所述織物16結合到所述支撐網格的間隔24上。所述基床然後移動到修剪站，或者將刀移動到所述基床，其之後，熱刀90，或者其他切割設備包括雷射、超聲刀、水射流等等會被用來修剪所述織物層16，使之與網格結構12的邊緣或者相對於所述網格結構的一部分齊平。被修剪的部分然後被設置在注塑模具94中，修剪邊緣50被模塑到織物的修剪邊緣上，例如繞著所述網格結構的外圍。所述基床在力作用下，通過手動，可以從一個站點被自動移動到另一個站點或者其某些的組合。
[0034]在可選實施例中，也參考附圖10，所述網格結構被加熱到粒狀的熱熔膠206的熔點，用上膠裝置204將粘合劑分散到網格結構的加熱表面上。所述粘合劑206結合到所述網格結構上，或者穿過所述開口 20掉落。在一個實施例中，所述粘合劑被紅外發射源陣列80重新加熱，通過施加所述織物層12，並且執行如前所述的完成操作。可選地，通過加熱的囊式壓機86的方式，熱可以經由織物層16傳導到粘合劑206上，所述織物層16被壓靠到所述粘合劑和網格結構上。然後可以如前所述地執行進一步的完成操作。
[0035]參考圖11，在身體支撐結構使用壽命終結時，所述整個結構，包含織物16和網格結構12，由於它們相似的化學組成可以在熔爐98中被熔化到一起。所述身體支撐結構可以在熔化之前通過粉碎機/研磨機202被粉碎或者碾碎。在熔化之後,所述收集組合熔化材料，例如通過擠制所述熔化材料的小球100。所述收集材料，如小球，然後可以用於製造其他組件，例如通過在模塑過程中熔化小球並使用它們。
[0036]儘管已經參照優選實施例描述了本發明，本領域技術人員將會識別出那些不會脫離本發明的精神和範圍的形式上和細節上的改變。依此，其意圖是:前面的詳細描述應被認為是說明而不是限制，並且，所附的權利要求，包括所有它的等價方案，用於限制本發明的範圍。
【權利要求】
1.一種身體支撐結構，其包括: 具有三維模塑輪廓的模塑聚合物支撐網格，所述支撐網格包括身體支撐區域，所述支撐區域具有由多個間隔分隔的多個貫通的開口，以及 結合到所述多個間隔並且覆蓋所述多個開口的織物層。
2.如權利要求1所述的身體支撐結構，其中至少一對所述開口的每一個的寬度大於設置在該對開口的開口之間的所述間隔的寬度。
3.如權利要求1所述的身體支撐結構，其中所述聚合物支撐網格和所述織物層是由相同的聚合物材料製成的。
4.如權利要求3所述的身體支撐結構，其中所述聚合物材料是聚丙烯。
5.如權利要求1所述的身體支撐結構，其中所述身體支撐區域至少包含靠背的胸部區域。
6.如權利要求1所述的身體支撐結構，其中至少一些所述開口具有大於或者等於8毫米並且小於或者等於25毫米的跨度。
7.如權利要求1所述的身體支撐結構，其中所述聚合物支撐網格具有外圍邊緣，並且其中所述間隔的表面面積相對於由所述外圍邊緣限定的區域的面積的比率小於或者等於0.74。
8.如權利要求7所述的身體支撐結構，其中所述比率小於或者等於0.70。
9.如權利要求8所述的身體支撐結構，其中所述比率小於或者等於0.65。
10.如權利要求1所述的身體支撐結構，其中所述身體支撐區域限定了靠背的一部分。
11.如權利要求10所述的身體支撐結構，其中所述多個開口中的至少一個被延長並且從所述靠背的胸部延伸到骶部區域。
12.如權利要求1所述的身體支撐結構，其中所述身體支撐區域限定了椅座的一部分。
13.身體支撐結構，其包括: 具有三維模塑輪廓的模塑聚合物支撐網格，所述支撐網格包括身體支撐區域，所述支撐區域具有由多個間隔分隔的多個貫通開口，其中所述聚合物支撐網格具有外圍邊緣，並且其中所述間隔的表面面積相對於由外圍邊緣限定的區域的面積的比率小於或者等於0.7，並且其中至少一個所述開口具有大於或者等於8毫米並且小於或者等於25毫米的跨度；並且 織物層，其結合到所述多個間隔並且覆蓋所述多個開口。
14.如權利要求13所述的身體支撐結構，其中所述聚合物支撐網格和所述織物層是化學易混合的。
15.如權利要求14所述的身體支撐結構，其中所述聚合物支撐網格和所述織物層是由相同材料製成的。
16.如權利要求15所述的身體支撐結構，其中所述聚合物材料是聚丙烯。
17.製造身體支撐結構的方法，其包括: 以聚合物材料模塑三維形狀的支撐網格； 僅熔化所述支撐網格的表層，同時保持與熔化表層相鄰的固體基底；並且 將織物壓靠到所述支撐網格的熔化表層上。
18.如權利要求17所述的方法，其中所述的熔化所述支撐網格的表層包括在預定時間段內將所述表面暴露在紅外發射源下。
19.如權利要求17所述的方法，其中將所述織物壓靠到所述熔化表層上包括將流體囊狀物壓靠到所述織物上。
20.如權利要求17所述的方法，其進一步包括修剪所述織物的邊緣。
21.如權利要求20所述的方法，其進一步包括在所述支撐網格上二次模塑成型修剪邊緣並且從而覆蓋所述織物的修剪邊緣。
22.如權利要求17所述的方法，其中所述支撐網格和所述織物是化學易混合的。
23.如權利要求17所述的方法，其中所述聚合物材料是聚丙烯。
24.如權利要求17所述的方法，其中所述支撐網格和所述織物是不同顏色的。
25.製造身體支撐結構的方法，其包括: 以聚合物材料模塑三維形狀的支撐網格； 加熱所述支撐網格的表面； 將粘合劑施加到所述支 撐網格的所述被加熱的表面上； 熔化所述粘合劑； 並且 將織物壓靠到所述支撐網格的所述熔化表層上。
26.如權利要求25所述的方法，其中所述熔化粘合劑包括在預定時間段內將所述粘合劑暴露在紅外發射源下。
27.如權利要求25所述的方法，其中所述熔化粘合劑和所述壓靠織物是通過經所述織物將熱傳導到所述粘合劑上同時執行的。
28.如權利要求27所述的方法，其中所述壓靠到所述熔化表層包括將加熱的囊狀物壓靠到所述織物上。
29.循環再利用身體支撐結構的方法，其包括: 提供織物結合到模塑聚合物支撐網格上，其中所述織物和所述支撐網格是化學易混合的； 熔化所述結合織物和所述支撐網格，並且從而形成熔化材料；並且 收集所述熔化材料。
30.如權利要求29所述的方法，其進一步包括再利用所述收集的材料以形成新組件。
31.如權利要求29所述的方法，其進一步包括在所述熔化所述結合織物和所述支撐網格之前，粉碎所述結合織物和所述支撐網格。
32.如權利要求29所述的方法，其中所述收集所述熔化材料包括擠制所述熔化材料的小球。
【文檔編號】A47C7/44GK104039200SQ201280060632
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月5日 優先權日:2011年12月8日
【發明者】約翰·布克哈德·施米茨, 克勞迪婭·普利卡特, 卡羅拉·E·M·茨維克, 羅蘭·R·O·茨維克, 安德魯·庫拉施 申請人:赫爾曼米勒有限公司