Способ изготовления устройства, содержащего слой геля - RU2420220C2

Чертежи

Описание

Область использования изобретения

Настоящее изобретение, в общем, направлено на создание способов изготовления устройств, предназначенных для использования в качестве опоры для тела человека. В частности, изобретение направлено на создание способов изготовления устройств, содержащих слой геля и дополнительный слой, например, слой вспененного материала.

Предпосылки к созданию изобретения

Известно множество устройств в данной области техники для обеспечения опоры для тела пользователя. Такие устройства, в общем, содержат один или большее число слоев подложки или амортизирующих слоев для обеспечения функции опоры для тела пользователя и для обеспечения такой опоры при одновременном обеспечении определенного уровня комфорта. Аналогичным образом, такие устройства могут также содержать механические опоры, например, цилиндрические пружины.

Усовершенствования в данной области техники, в общем, направлены на создание устройств, с помощью которых обеспечивают функцию опоры, являющуюся необходимым свойством таких устройств, а также обеспечивают повышенный комфорт или обеспечивают уменьшение объема материалов, необходимых для обеспечения функции опоры. Например, в патенте США № 6701556, зарегистрированном на имя Romano и др., раскрыт матрас, или амортизирующие структуры, созданные для улучшения распределения давления при уменьшенной общей толщине матраса, или амортизирующей структуры. Кроме того, в патенте США № 6804848, зарегистрированном на имя Rose, раскрыта система с воздушной опорой, представляющая собой спальное место, содержащая верхний модуль матраса, заполняемый воздухом, и регулируемую, заполняемую воздухом поверхность, представляющую спальное место.

Хотя устройства, обычно используемые в качестве опоры для тела человека, могут обеспечивать функцию опоры, они все-таки обладают недостатком, заключающимся в недостаточном уровне комфорта для способствования спокойствию или сну, или для обеспечения наибольшего освобождения от давления частей тела, контактирующих с опорной поверхностью. В общем, известно, что с помощью гелиевых материалов обеспечивают хороший физический комфорт и уменьшение давления. Кроме того, известно также, что гели обладают относительно высоким уровнем теплопроводности. Соответственно, гели, например, полиуретановые гели, в общем, считаются материалами, вызывающими ощущение прохлады в теле, так как тепло тела ощутимо отводится от тела при контакте с гелем.

В свете обеспечения желательных свойств, достигаемых путем применения гелиевых материалов, не вызывает удивления продолжающийся рост спроса на опорные устройства, содержащие гели. Однако до настоящего времени не был создан способ изготовления опорных устройств, содержащих слой геля, при применении которого достигалась бы экономическая эффективность производства и обеспечивались бы полезные свойства таких устройств.

В европейском патенте EP-A2-1060359 раскрыт на Фиг. 1-5 способ-прототип, обладающий всеми отличительными особенностями, указанными в преамбуле п.1 формулы изобретения.

Соответственно все еще сохраняется потребность в способах изготовления устройств, пригодных для использования в качестве опоры для тела человека, содержащих слой геля. Такие способы созданы настоящим изобретением.

Краткое описание изобретения

Настоящим изобретением созданы различные способы изготовления опорных устройств, например, матраса. Устройство, изготовленное согласно изобретению, в общем, содержит слой геля. В представленных ниже вариантах выполнения изобретения устройство содержит слой геля в сочетании со слоем вспененного материала. Способами согласно изобретению обеспечивают изготовление ряда разнообразных опорных устройств, и эти способы находят определенное применение в изготовлении матрасов.

В одном варианте выполнения изобретение направлено на создание способа изготовления опорного устройства, например матраса, содержащего слой геля и слой покрытия. Способ, в общем, включает следующие этапы: обеспечение формы; введение гелиевого материала в форму для формования слоя геля; и прикрепление слоя покрытия к слою геля. В конкретном варианте выполнения форма содержит форму с вакуумным усилителем. В дополнительных вариантах выполнения способ может дополнительно содержать этап размещения в форме разделительного слоя до выполнения этапа введения в форму гелиевого материала.

Согласно другому варианту выполнения способ изготовления опорного устройства согласно изобретению содержит следующие этапы: обеспечение первого слоя вспененного материала, содержащего отрезок вспененного материала, обладающего поверхностью с одной или большим числом полостей, сформированных в ней; введение гелиевого материала в одну или большее число полостей в поверхности отрезка вспененного материала; и, по меньшей мере, частичное отверждение гелиевого материала для формования одного или большего числа слоев геля. Этот способ согласно изобретению особенно отличается тем, что слой вспененного материала опорного устройства может функционировать не только как слой устройства, но также как форма для гелиевого материала. Кроме того, полости во вспененном материале могут быть подготовлены таким образом, чтобы они имели размеры и форму и были распределены так, чтобы можно было изготавливать широкий ряд разнообразных устройств, содержащих сочетание гель/вспененный материал согласно желательным техническим характеристикам и предполагаемым применениям.

Согласно еще одному варианту выполнения способ изготовления опорного устройства согласно изобретению включает следующие этапы: обеспечение формы, пригодной для формования одного или обоих элементов: гелиевого материала и вспененного материала; размещение разделительного слоя в форме; введение гелиевого материала в часть формы, приспособленную для размещения гелиевого материала; по меньшей мере, частичное отверждение гелиевого материала для формирования слоя геля; введение вспененного материала в часть формы, приспособленную для размещения вспененного материала; и отверждение вспененного материала для формования слоя вспененного материала. По выбору этап отверждения гелиевого материала можно выполнять одновременно с выполнением этапа отверждения вспененного материала, таким образом, одновременно формуя оба элемента: слой геля и слой вспененного материала, и дополнительно по выбору можно выполнять химическое скрепление слоя геля и слоя вспененного материала при одновременном выполнении этапа отверждения. В дополнительных вариантах выполнения способ может дополнительно включать этап размещения разделительного слоя в форме до выполнения этапа введения в форму гелиевого материала.

Согласно еще одному варианту выполнения изобретения создан другой способ изготовления опорного устройства, содержащего слой вспененного материала и слой геля. Согласно этому варианту выполнения способ включает следующие этапы: обеспечение первого слоя вспененного материала, содержащего отрезок вспененного материала с поверхностью, по меньшей мере, частично волнообразной; и нанесение гелиевого материала на волнообразную поверхность слоя вспененного материала для формования слоя геля, прикрепленного к слою вспененного материала. В дополнительном варианте выполнения способ может включать этап прикрепления слоя покрытия к устройству. В специальном варианте выполнения слой покрытия может содержать второй слой вспененного материала.

Согласно различным способам по изобретению гелиевый материал, используемый в слое геля, может быть любым гелиевым материалом, который, в отвержденном состоянии, является не токсичным для потенциального пользователя и который обладает благоприятными и обеспечивающими физический комфорт свойствами. В частности, гелиевый материал может содержать гель, обладающий специальными физическими свойствами, идентифицированными как обеспечивающие повышенное ослабление опорного давления и расслабление пользователя, а также обеспечение пользователя повышенным ощущением комфорта (т.е. хорошим «ощущением»). Кроме того, в опорных устройствах, изготовленных согласно предложенным в изобретении способам, слой геля может быть наружным слоем устройства, таким образом, предназначенным для непосредственного контакта с телом пользователя. Согласно дополнительным вариантам выполнения устройство может также содержать покрытие, располагаемое поверх слоя геля. Предпочтительно слой покрытия не обладает структурой или толщиной, которые бы существенно уменьшали бы или маскировали комфорт и опорные свойства, обеспечиваемые посредством слоя геля. Примеры покрытий (не ограничивающие объем изобретения), охватываемых изобретением, включают: слой текстильного материала, слой пленки, слой покровного материала и слой вспененного материала.

В дополнение к слоям геля и вспененного материала, описанным в примерных вариантах выполнения, представленных выше, способы согласно изобретению дополнительно охватывают изготовление опорных устройств, содержащих один или большее число дополнительных опорных слоев. Эти дополнительные опорные слои могут включать любой тип опорного материала, в общем, известного в области изготовления опорных устройств для тела человека, особенно в области изготовления матрасов и устройств для сидения. Например, один или большее число дополнительных опорных слоев могут включать один или большее число следующих слоев: слой вспененного материала; пружинный слой; слой текстильного материала; газовый слой, слой дерева, слой металла и слой пластика. Соответственно устройства, изготовленные согласно способам, предложенным в изобретении, находят применение в широком ряду разнообразных опор. Например, устройство, изготовленное согласно изобретению, можно использовать в качестве опоры для всего тела или только для части тела. Как таковое, устройство находит применение в домашней обстановке, например, в конструкции постели или мест для сидения, в офисной обстановке, например, в сидениях кресел, спинках кресел, подлокотниках кресел, подушках для запястий у клавиатуры и т.п., в транспортных средствах, например, сидениях автомобилей, или в других компонентах интерьера, в обстановке медицинских учреждений, например, постелях, креслах-каталках, и в одежде, особенно - в обуви, а также в других видах обстановки, где комфорт или уменьшение давления должны быть доведены до максимума. В одном особенном варианте выполнения способы согласно изобретению используют в изготовлении матрасов. Примеры, не ограничивающие объем изобретения, других опорных устройств, изготавливаемых в соответствии со способами согласно изобретению, включают устройства для сидения, подушки, наматрасники, амортизирующие вкладки для обуви (или стельки), подушечки для рук и подушечки для запястий.

Согласно другому варианту выполнения слой геля, в дополнение к гелю, может еще содержать один или большее число наполнителей. Такие наполнители особенно пригодны для изменения теплопроводности геля, используемого в слое геля. Как указано ранее, гели обычно отличаются тем, что вызывают ощущение прохлады, частично возникающее благодаря теплопроводности геля, отводящего тепло от более теплого объекта, находящегося в контакте с гелем, например, тела пользователя. Наполнители, используемые в слое геля, предпочтительно пригодны для уменьшения теплопроводности геля, и их введением обеспечивают возможность создания у пользователя ощущения меньшей «холодности» при контакте с гелем.

В способах согласно изобретению можно использовать различные типы наполнителей. Материал наполнителя, в общем, не должен вступать в химическое взаимодействие с гелем или с возможными производными или предшественниками геля (например, изоцианатами и полиолами, в случае использования полиуретановых гелей). Наполнителем предпочтительно является материал, пригодный к благоприятному воздействию на одну или большее число физических характеристик геля, включающих (но не ограниченных этим перечнем) теплопроводность геля. В одном особенном варианте выполнения изобретения наполнитель выбирают из группы, состоящей из: кусочков пробки, порошка из пробки, древесной щепы, древесной стружки, хлопьев вспененного материала, текстильных волокон, текстильного лоскута, парафинов, полых сфер, синтетических микросфер, минеральных частиц, стеклянных шариков, газов, активных агентов, наночастиц и их смесей.

Краткое описание чертежей

После такого описания изобретения в общих словах даны ссылки на прилагаемые чертежи, не обязательно выполненные в масштабе, на которых изображено:

на Фиг.1 - вид в перспективе формы с вакуумным усилителем, в которой сформован матрас, содержащий слой геля и слой вспененного материала, где упомянутые слои показаны с частичными вырывами, чтобы были видны находящиеся ниже элементы;

на Фиг.2 - вид опорного устройства в перспективе, изготовленного согласно одному варианту выполнения изобретения, содержащего слой вспененного материала с полостями, заполненными слоем геля;

на Фиг.3 - вид другого опорного устройства в перспективе, изготовленного согласно одному варианту выполнения изобретения, содержащего слой вспененного материала с полостями, заполненными слоем геля; и

на Фиг.4 - поперечное сечение опорного устройства, изготовленного согласно одному варианту выполнения изобретения, содержащего слой вспененного материала с волнообразной поверхностью, покрытой слоем геля.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение ниже описано более полно со ссылками на предпочтительные варианты выполнения изобретения, раскрытые всесторонне и исчерпывающе, где их описание полностью передает объем изобретения для специалистов в данной области техники. Однако должно быть понятно, что данное изобретение может быть осуществлено во множестве различных форм и его не следует толковать как ограниченное конкретными вариантами выполнения, описанными в данном документе. Хотя в последующем описании использованы специальные термины, эти термины употребляются просто с целью иллюстрации и не предназначены для определения или ограничения объема изобретения. Одинаковыми номерами позиций повсеместно обозначены одинаковые элементы. Используемые в данном описании и в формуле изобретения термины в единственном числе охватывают также те же элементы во множественном числе, если в тексте не сказано четко иное.

Настоящим изобретением созданы способы изготовления устройств, пригодных в качестве опор для тела человека, особенно опор, с помощью которых, в дополнение к их функциональности, обеспечивают также повышенный комфорт и разгрузку в местах давления, испытываемого пользователем. Способы согласно изобретению, в общем, включают: обеспечение формы, содержащей одну или большее число частей, приспособленных для размещения в них гелиевого материала; введение гелиевого материала в форму; и отверждение гелиевого материала для формования слоя геля. К слою геля может быть по выбору добавлен слой вспененного материала. В некоторых вариантах выполнения форма содержит слой вспененного материала с поверхностью, содержащей одну или большее число полостей, приспособленных для размещения гелиевого материала.

Гелиевый материал, используемый в способах согласно изобретению, может содержать любой гелиевый материал, являющийся стабильным, нетоксичным и, в общем, известным как обладающий амортизирующими свойствами, и при этом сохраняющий в определенной степени структурную стабильность и поддерживающую способность. В частности, гель может содержать любой гелиевый материал, обладающий твердостью и эластичностью в предпочтительном диапазоне, о чем более подробно сказано ниже.

Согласно изобретению особенно пригодны полиуретановые гели. Кроме того, согласно настоящему изобретению могут быть также пригодны в качестве гелиевого материала и другие гели, устойчивые к затвердеванию с течением времени, обладающие ограниченной способностью к расширению и устойчивостью к разложению вещества (например, из-за миграции летучих агентов, например, пластификаторов). Гели, используемые согласно изобретению, предпочтительно обладают также амортизирующей способностью и устойчивостью к вибрации.

Полиуретаны, согласно общим представлениям, являются продуктами химического взаимодействия между полиизоцианатным соединением и полифункциональным спиртом (т.е. полиолом). Один пример общей схемы реакции получения полиуретанового соединения показан ниже:

где R₁ и R₂ могут быть различными органическими группами, включающими (но не ограниченными данным перечнем) группы с прямыми или разветвленными цепями или циклическими алкильными, алкенильными или алкинильными группами, а также различными арильными группами. Конечно, показанная выше схема приведена только в качестве примера получения полиуретановых соединений, пригодных к использованию согласно изобретению, но она не предназначена для ограничения объема изобретения. Дополнительные примеры полиуретановых гелей, пригодных для осуществления способов согласно изобретению, раскрыты в патенте США № 6191216, опубликованной заявке на патент США № 2004/0058163 (заявка на патент № 10/618558) и опубликованной заявке на патент США № 2004/0102573 (заявка на патент № 10/656778), включенных в данный документ путем ссылки. Примеры других типов гелей, пригодных к использованию согласно изобретению, раскрыты в патенте США № 4404296, патенте США № 4456642 и в опубликованной заявке на патент США № 2005/0186436 (заявка на патент № 11/058339), включенных в данный документ путем ссылки.

Гели, например, полиуретановые гели, в общем, признаны как обеспечивающие сбалансированное распределение давления. В отличие от стандартных подложек, реагирующих на прикладываемое давление, создаваемое, например, пользователем, сидящим или лежащим на подложке, деформированием только вдоль оси прикладываемого давления (т.е. оси, перпендикулярной плоскости подложки), гели проявляют тенденцию к трехмерной деформации. Другими словами, гель реагирует на прикладываемое давление деформацией вдоль трех осей: X и Y в плоскости поверхности геля, а также вдоль оси Z, направленной перпендикулярно плоскости поверхности геля. Это ведет к равномерному распределению приложенного давления, благодаря чему уменьшается давление, воспринимаемое пользователем в точках приложения давления. Соответственно, в дополнение к обеспечению дополнительного комфорта, посредством геля обеспечивают улучшение состояния здоровья, например, улучшение циркуляции крови, содействие улучшению осанки и ослабление концентрации давления, которая может привести к серьезным последствиям, например, к образованию пролежней или других типов язв.

Гелиевые материалы, используемые в способах согласно изобретению, могут быть особенно определенно охарактеризованы наличием особых физических свойств, которые они должны проявлять. Например, два физических свойства, которыми должен обладать гелиевый материал, являются твердость и эластичность. Оптимизация этих двух свойств, проявляемых гелями, позволяет изготавливать слой геля (и, в конечном счете, все устройство целиком), посредством которого можно удовлетворить как объективные, так и субъективные требования, предъявляемые к комфорту и к опорным свойствам. Другими словами, применением гелей согласно изобретению, обладающих определенной степенью твердости и определенной степенью эластичности, обеспечивают терапевтическую пользу (т.е. обеспечивают объективный комфорт), как сказано ранее, а также сообщают пользователю хорошее самочувствие (т.е. обеспечивают субъективный комфорт). Возможность обеспечения как объектного, так и субъективного комфорта особенно важна, так как опорное устройство, созданное для обеспечения терапевтической пользы пациента, не всегда может сообщать пользователю хорошее самочувствие. И наоборот, то, что может сообщать пользователю хорошее самочувствие, не всегда является терапевтически полезным. Однако с помощью гелиевых материалов, используемых в способах согласно настоящему изобретению, обладающих твердостью и эластичностью в указанных здесь пределах, обеспечивают как объективный, так и субъективный комфорт.

Казалось, что специалист в соответствующих областях техники должен был бы найти материал, посредством которого обеспечивался бы хорошо воспринимаемый комфорт, для использования его в изготовлении опорного устройства. Например, такой специалист мог бы выбрать материал, обладающий твердостью, при которой обеспечивался бы субъективный комфорт пользователя. Однако только благодаря настоящему изобретению было установлено, что просто оптимизация одного свойства материала, например твердости, для обеспечения хорошего самочувствия пользователя не достаточна для создания опорного устройства, посредством которого можно было бы обеспечить субъективный и объективный комфорт пользователя.

Специалист, основываясь на известной технологии, может создать устройство, обладающее физическим свойством в некотором диапазоне значений. Настоящим изобретением, однако, установлено, что этот диапазон может меняться, если свойства расположенного снизу материала дополнительно оптимизированы относительно других значений, необходимых для обеспечения как субъективного, так и объективного комфорта пользователя. Соответственно, значения физических свойств, описанных в данном документе, определяли путем проведения испытаний и оценки для уравновешивания гистерезисной природы различных физических свойств геля и определения желательного состава геля, посредством которого можно было бы обеспечивать хорошее самочувствие пользователя, но при этом обеспечивать также и терапевтическую пользу. Это является отдельным достижением в данной области техники, заключающимся в том, что изменение одного физического свойства может привести к получению опорного устройства, удобного для одного пользователя, но неудобного для другого пользователя, и не обладающего терапевтической полезностью ни для одного из пользователей. Гель, используемый в настоящем изобретении, однако, является кульминационным пунктом всесторонних испытаний, в результате которых был получен гелиевый материал, обладающий значениями твердости и гистерезиса, благодаря которым при использовании геля сообщаются хорошие ощущения ряду разных пользователей и при этом обеспечивается также терапевтическая польза. Благодаря определенному здесь диапазону значений можно получать гелиевый материал, обладающий свойствами и позволяющий создавать воздействия, являющиеся неожиданными в свете знаний в данной области техники и обеспечивающие определенную полезность, не достигавшуюся при использовании гелиевых материалов, обладающих значениями твердости и гистерезиса, находящимися за пределами раскрытых настоящим изобретением диапазонов.

Предпочтительно гелиевый материал отличается тем, что он обладает низкой степенью твердости, и такую твердость можно измерять как изменение величины силы при удельном сжатии геля. Твердость геля можно измерять согласно любой известной методике, и гель, пригодный для использования в изобретении, может быть идентифицирован как обладающий твердостью в указанном диапазоне. Одна методика, особенно пригодная согласно изобретению для измерения твердости геля, соответствует методике испытаний по стандарту ISO 3386-1 (версия 1986 г.) (ISO - Международная организация стандартизации).

Согласно стандарту ISO 3386-1 методика разработана для вычисления значений напряжения при сжатии различных материалов. Характеристика «нагрузка-деформация» при сжатии является мерой несущей способности материала, и методика испытаний включает две формулы для вычисления изменения силы сжатия (кПа), представляющей измеренную твердость материала.

Более конкретно, согласно стандарту ISO 3386-1 можно измерять твердость геля согласно изобретению, используя испытания по определению сжатия в зависимости от нагрузки. В частности, образец геля с размерами (5,0 см×5,0 см×2,5 см) подвергают сжатию, составляющему 70% максимального значения сжатия, и твердость геля определяют как давление, прикладываемое к гелю (кПа) при 40% сжатия. Такие испытания обычно выполняют после предоставления гелиевому материалу возможности отверждения (т.е. после формования слоя геля).

Гелиевый материал, пригодный для использования в способах согласно изобретению, обладает низкой измеряемой твердостью. Предпочтительно гель обладает измеряемой твердостью, составляющей менее 90,0 кПа, более предпочтительно - менее 80 кПа, еще более предпочтительно - менее 70,0 кПа, а наиболее предпочтительно - менее 60,0 кПа. Согласно одному варианту выполнения гель, используемый согласно изобретению, обладает измеряемой твердостью в диапазоне от около 0,5 кПа до около 50,0 кПа. Согласно дополнительным вариантам выполнения гель обладает твердостью в диапазоне от около 1,0 кПа до около 40,0 кПа, от около 1,5 кПа до около 30,0 кПа или от около 2,0 кПа до около 25,0 кПа.

Гелиевый материал, пригодный к использованию в способах согласно изобретению, дополнительно отличается тем, что он обладает измеряемой эластичностью, находящейся в указанном диапазоне. В теории твердого тела под материалом, обладающим эластичностью, понимают материал, форма которого изменяется в результате действия прикладываемой нагрузки, а при снятии нагрузки восстанавливается первоначальная форма материала. Эластичность материала обратно пропорциональна его жесткости.

Одна методика определения эластичности геля, пригодного для использования согласно изобретению, заключается в определении гистерезиса, проявляемого гелем. Гистерезис - это свойство систем (обычно физических систем), которые не мгновенно реагируют на действие сил, прикладываемых к ним, а реагируют медленно, или не возвращаются полностью в их первоначальное состояние. Гистерезис может быть определен как способность материала, например, геля, возвращаться к его первоначальной форме после снятия силы, действовавшей на гель.

В одной методике определения гистерезиса к гелю прикладывают силу, что ведет к сжатию геля. Определяют изменение силы при действии силы на гель при его сжатии на 70%, а затем снимают внешнюю силу, предоставляя гелю возможность расширения. Затем измеряют расширение геля при отсутствии сжатия (т.е. после снятия силы). Гистерезис геля (определяемый в процентах) представляет собой разницу между двумя значениями силы, определенными при сжатии и расширении. В соответствии с этим гель, обладающий низким значением гистерезиса, другими словами, быстро и по существу полностью возвращающийся к его первоначальной форме, считают высокоэластичным. Гель, обладающий высоким значением гистерезиса, другими словами, медленнее и не полностью возвращающийся к его первоначальной форме, считают менее эластичным. Опять-таки, согласно изобретению, такие испытания обычно выполняют, используя слой геля после предоставления гелиевому материалу возможности отверждения, или созревания, в течение достаточного периода времени.

Предпочтительно гелиевые материалы, используемые в способах согласно изобретению, обладают эластичностью (или гистерезисом), не зависимой от температуры. В частности, предпочтительно, чтобы гелиевый материал обладал эластичностью, которая бы не зависела от температуры в диапазоне температур, хорошо переносимых потенциальными пользователями (например, в диапазоне температур климатических условий, в которых можно использовать опорное устройство, содержащее гель). Еще более конкретно, отсутствие зависимости от температуры должно быть в диапазоне температур, обычно наблюдаемых в помещениях (например, от около 50°F до около 110°F [от 10,00°С до 43,33°С]). В одном варианте выполнения гель, используемый согласно изобретению, обладает измеряемым гистерезисом в диапазоне от около 15% до около 80%. Согласно дополнительным вариантам выполнения гель обладает гистерезисом в диапазоне от около 20% до около 70%, от около 25% до около 60% или от около 30% до около 50%.

Обычно считается, что гелиевые материалы, обладают относительно высокой теплопроводностью. Высокая теплопроводность может быть желательным свойством геля, например, в теплой окружающей среде, где охлаждающий эффект является желательным. В других ситуациях, однако, может быть более желательным, чтобы была меньшая теплопроводность для сохранения тепла вблизи тела пользователя. Предпочтительно, чтобы гелиевые материалы, используемые в способах согласно настоящему изобретению, могли обладать задаваемой теплопроводностью.

Теплопроводность (λ), обычно выражаемая в единицах (Вт×м^-1×К^-1), относится к способности материала передавать тепло при постоянных условиях. Чем меньше значение λ, тем лучшим теплоизолятором является материал. И наоборот, чем больше значении λ, тем лучшим проводником тепла является материал.

Известно, что вспененный материал, являющийся типичным амортизирующим материалом, используемым в опорных устройствах, обладает хорошими теплоизолирующими свойствами. Например, формованный вспененный материал, например, используемый для изготовления сидений, обычно обладает значением λ, составляющим около 0,04 Вт·м^-1·K^-1, а вспененные материалы, используемые в качестве конструкционных и строительных материалов, обычно обладают значением λ, составляющим около 0,022 Вт·м^-1·K^-1. При использовании материала, обладающего очень высокими теплоизоляционными свойствами, например, вспененного материала, в опорных устройствах для человека, тепло, создаваемое телом человека, при первом контакте с вспененным материалом сразу же передается контактирующей поверхности вспененного материала. Со временем переданное тепло встречает большое сопротивление продвижению через вспененный материал для рассеяния тепла. Энергия (тепло), постоянно вырабатываемая телом человека, приводит к повышению температуры, так как вспененный материал не способен поглотить энергию и отвести ее достаточно быстро от области контакта. Другими словами, тогда как первоначальное тепло, поддерживаемое посредством контакта со вспененным материалом, может быть на комфортном уровне, возможное накопление тепла ведет к дискомфорту пользователя.

Полиуретановые и подобные гели, описанные в данном документе, обладают различными термическими свойствами, и их можно, в общем, рассматривать как хорошие теплопроводники в сравнении с вспененным материалом. Например, полиуретановый гель может обладать значением λ, составляющим около 0,20 Вт·м^-1·K^-1 или более. Полиуретановые гели также обычно обладают большей плотностью, чем вспененный материал. Например, полиуретановый гель может обычно обладать плотностью в диапазоне от около 600 кг/м³ до около 1100 кг/м³, тогда как пенопласт для сидений может, в общем, обладать плотностью в диапазоне от около 30 кг/м³до около 85 кг/м³. Кроме того, полиуретановые гели обычно обладают большой теплоемкостью. Это сочетание повышенной способности отвода тепла через материал, большей массы материала, приходящейся на единицу площади, и большего количества энергии, требующейся для повышения температуры материала, приводит к существенному различию типов теплообмена от пользователя к гелю с течением времени.

Таким образом, такая способность к теплообмену гелиевых материалов, используемых в способах согласно изобретению, дополнительно вносит вклад в желание пользователей получения хорошего самочувствия и в оценку опорных устройств, например, матраса, подушки, места для сидения и т.п., которые могут быть изготовлены согласно изобретению. В соответствии с этим введением слоя геля обеспечивают возможность повышения комфорта не только благодаря способности геля к распределению давления, но также благодаря теплопроводности геля и соответствующей способности к отводу тепла от тела и, таким образом, к снижению возможности накопления тепла, наблюдаемого при использовании многих опорных устройств, которое может приводить к дискомфорту.

К счастью, гели, пригодные к использованию согласно изобретению, могут обладать значениями λ, измененными посредством введения одного или большего числа наполнителей. Гели с наполнителями пригодны к использованию согласно изобретению потому, что их можно применять в опорных устройствах для обеспечения повышенного комфорта и распределения давления, как указано ранее, и в то же время они обладают меньшей теплопроводностью, что способствует уменьшению отвода тепла от тела пользователя. Такое уменьшение значения λ геля ведет к уменьшению «холодности» геля. Этим можно также увеличить субъективный комфорт опорного устройства для пользователей, желающих ощущения тепла.

Соответственно, в одном варианте выполнения согласно изобретению гелиевый материал, используемый в способах согласно изобретению, дополнительно содержит один или большее число наполнителей. Материал наполнителя может быть любым материалом, пригодным для смешивания с гелем и таким, посредством которого можно эффективно изменять значение λ геля. В конкретном варианте выполнения посредством наполнителя эффективно уменьшают значение λ геля, по меньшей мере, до значения, определяющего теплопроводность, при которой восприятие «холодности» геля уменьшается. В еще одном варианте выполнения посредством наполнителя эффективно уменьшают значение λ геля таким образом, что гель воспринимается как теплый. В соответствии с этим различные типы материалов (от твердых до жидких) можно применять в качестве наполнителей для геля, используемого в слое геля, согласно изобретению.

В одном варианте выполнения согласно изобретению наполнитель содержит твердый материал. Предпочтительно твердый материал содержит зернистый материал. Средний размер зерен можно варьировать в зависимости от устройства, в котором надлежит использовать гель с наполнителем, а также можно варьировать в зависимости от желаемого значения λ геля с наполнителем. В одном варианте выполнения наполнитель может содержать крупные частицы. В другом варианте выполнения наполнитель может содержать мелкие частицы (т.е. порошок). В еще одном варианте выполнения наполнитель может содержать наночастицы. В особенном варианте выполнения изобретения материал наполнителя содержит частицы, имеющие средний диаметр от около 0,05 мм до около 15,00 мм. В другом варианте выполнения частицы имеют средний диаметр от около 0,10 мм до около 10,00 мм, от около 0,10 мм до около 5,00 мм или от около 0,10 мм до около 1,00 мм.

В другом варианте выполнения согласно изобретению материал наполнителя содержит полый материал, например микросферы. Такой полый материал может быть природным или синтетическим по происхождению, но обычно предполагается, что он является синтетически вырабатываемым материалом. Например, материал может содержать синтетические микросферы. Такие микросферы предпочтительно формируют из полимерного материала, например, из полиолефина, особенно из акрилонитрильного сополимера или поливинилхлорида. В дополнение к синтетическим микросферам другие типы полых материалов, имеющих различные геометрические формы, можно также использовать в качестве наполнителя геля. Например, в дополнение к полым материалам, являющимся, в общем, сферическими по природе (также описываемым как шарообразные), полые материалы могут также быть в форме трубок, прямоугольников или могут иметь другие геометрические формы.

В другом варианте выполнения согласно изобретению наполнитель содержит жидкость, особенно органическую жидкость. Жидкость предпочтительно является химически инертной относительно геля, используемого в слое геля, а также относительно исходных материалов, промежуточных и побочных продуктов, присутствующих в ходе изготовления геля (например, относительно изоцианатов и полиолов, в случае изготовления полиуретановых гелей). Соответственно жидкий наполнитель обычно предпочтительно выбирают из материалов, например, таких как пластификаторы (включая масла, смолы и углеводородные производные), углеводороды и топлива, алкилбензолы и жидкие сложные эфиры. Более конкретно жидкие материалы могут включать аморфные или полукристаллические парафины, нафтеновые масла или смолы, тяжелые и легкие топлива, алкилбензолы, сложные эфиры (предпочтительно продукты многоатомных спиртов с одноосновными карбоновыми кислотами), алкилполиароматические соединения и растительные масла, а также сочетания вышеупомянутых жидкостей.

Согласно дополнительному варианту выполнения изобретения наполнитель может содержать один или большее число газов. Например, наполнитель может содержать атмосферный воздух. В других вариантах выполнения газ, используемый в качестве материала наполнителя, может содержать по существу чистые газы, например, азот или другой инертный газ, например, аргон. Газ может также содержать газовые соединения, например, углекислый газ.

В еще одном варианте выполнения согласно изобретению наполнитель может содержать один или большее число активных агентов. Под активными агентами здесь понимают любую добавку, пригодную для обеспечения терапевтической пользы для пользователя. Например, активный агент может включать витамины, минералы, эфирные масла, парфюмерные вещества и т.п.

Наполнитель обычно может содержать природные или синтетические материалы. Наполнитель может содержать, например: природные материалы, такие как пробка, древесина, губка; природные волокна (например, хлопок, шерсть и т.д.); минералы (например, слюду или другие силикаты, или другие оксиды металлов, например, алюминаты); пемзу и стекло (включая волокна, шарики и т.п.). Примеры синтетических материалов, пригодных для использования в качестве наполнителей в настоящем изобретении, включают синтетические волокна, синтетические микросферы и различные другие синтетические материалы. В одном особенном варианте выполнения согласно изобретению наполнитель выбирают из группы, состоящей из: кусочков пробки, порошка из пробки, древесной щепы, древесной стружки, хлопьев вспененного материала, текстильных волокон, текстильного лоскута, парафинов, полых сфер, синтетических микросфер, минеральных частиц, стеклянных шариков, газов, активных агентов, наночастиц и их смесей.

Содержание наполнителя в геле можно варьировать в зависимости от конкретно используемого способа, от устройства, в котором надлежит использовать гель с наполнителем, и от желательного значения λ геля с наполнителем. В одном варианте выполнения согласно изобретению наполнитель составляет (по объему) от около 5% до около 95% геля с наполнителем. В другом варианте выполнения наполнитель составляет (по объему) от около 10% до около 90% геля с наполнителем. В еще одном варианте выполнения наполнитель составляет (по объему) от около 20% до около 80% геля с наполнителем. В еще одном варианте выполнения наполнитель составляет (по объему) от около 25% до около 75% геля с наполнителем.

В зависимости от типа наполнителя, используемого в геле с наполнителем, и от содержания наполнителя в геле с наполнителем значение λ геля с наполнителем может быть изменено в сравнении со значением λ геля без наполнителя. Предпочтительно наличие наполнителя в геле с наполнителем вызывает уменьшение значения λ геля с наполнителем. Другими словами, предпочтительно, чтобы гель с наполнителем обладал теплопроводностью, меньшей теплопроводности геля без наполнителя.

В одном варианте выполнения согласно изобретению гель с наполнителем обладает теплопроводностью, составляющей менее приблизительно 0,20 Вт·м^-1·K^-1. В другом варианте выполнения гель с наполнителем обладает теплопроводностью, составляющей менее приблизительно 0,15 Вт·м^-1·K^-1. В еще одном варианте выполнения гель с наполнителем обладает теплопроводностью, составляющей менее приблизительно 0,10 Вт·м^-1·K^-1. В одном особенном варианте выполнения согласно изобретению гель с наполнителем обладает теплопроводностью, составляющей менее или равной приблизительно 0,08 Вт·м^-1·K^-1.

В дополнение к слою геля (который может включать или не включать один или большее число наполнителей) опорное устройство, изготовленное согласно способам по изобретению, дополнительно содержит один или большее число слоев вспененного материала. Слой геля и слой вспененного материала могут быть прикреплены друг к другу и выполнены как одно целое или могут быть отдельными телами. Под словами «прикреплены друг к другу и выполнены как одно целое» понимают, что слои прикреплены друг к другу таким образом, что два слоя невозможно отделить друг от друга, по меньшей мере, без частичного повреждения одного или множества слоев. Например, слои могут быть прикреплены друг к другу и выполнены как одно целое, например, путем приклеивания, соединения скрепками, сшиванием, сваркой или подобными способами. Кроме того, слои могут быть прикреплены друг к другу и выполнены как одно целое посредством химического скрепления. Например, если слой геля содержит полиуретановый гель, а слой вспененного материала содержит полиуретановый вспененный материал, то оба слоя содержат свободные изоцианатные группы до отверждения (или созревания) геля или вспененного материала. Соответственно, если одному слою предоставляют возможность отверждения при том, что он находится рядом с другим слоем, то между гелиевым материалом и вспененным материалом может произойти химическое скрепление.

Опорные слои из вспененного материала особенно пригодны в сочетании со слоем геля не только из-за легкости их скрепления, как это описано выше, но также и потому, что при их применении могут быть обеспечены различные сочетания. Например, в одном варианте выполнения может быть использован вспененный материал с волнообразной поверхностью. В другом варианте выполнения вспененный материал может содержать одну или большее число полостей для размещения в них всего или части слоя геля. При наличии таких полостей, полости могут находиться в «верхней» поверхности вспененного материала, в «нижней» поверхности вспененного материала или в обеих поверхностях (верхней и нижней) вспененного материала. В таком случае верхняя поверхность или нижняя поверхность может быть конкретно определена как поверхность, предназначенная для введения ее в контакт с телом пользователя.

Опорное устройство, изготовленное согласно способам по изобретению, может включать устройства, например: матрасы, кресла, диваны, диваны и кресла с отклоняемыми спинками, кресла-каталки, подушки, мебельные подушки, офисную обстановку, автомобильные части, наматрасники и т.п. Кроме того, способы согласно изобретению можно использовать для изготовления устройства в существенно завершенной форме (т.е. не требующей дополнительных существенных компонентов для выполнения его опорной функции) или можно использовать для изготовления компонента устройства (т.е. компонента, который можно соединить с одним или большим числом дополнительных компонентов для формирования по существу завершенного опорного устройства). Например, компонентом матраса может быть наматрасник, который может быть соединен с уже имеющимся матрасом.

В одном особенном варианте выполнения согласно изобретению создан способ изготовления матраса для кровати или его компонента. В другом варианте выполнения согласно изобретению создан способ изготовления устройства для сидения или его компонента. В еще одном варианте выполнения согласно изобретению создан способ изготовления подушки или ее компонента. В еще одном варианте выполнения согласно изобретению создан способ изготовления наматрасника или его компонента.

В одном варианте выполнения согласно изобретению предложен способ изготовления опорного устройства, содержащего слой геля и второй слой. В специальных вариантах выполнения второй слой содержит слой вспененного материала. Способ, в общем, включает обеспечение слоя геля, обеспечение второго слоя и прикрепление слоя геля ко второму слою. Способ может дополнительно включать один или большее число этапов, относящихся к изготовлению слоя геля, изготовлению второго слоя или к изготовлению обоих слоев: слоя геля и второго слоя. Способ может еще дополнительно включать введение одного или большего числа дополнительных слоев в опорное устройство, особенно в вариантах выполнения, в которых второй слой является слоем вспененного материала.

Изобретение особенно отличается тем, что способы, предложенные в нем, являются полностью приспосабливаемыми к ряду различных технологических режимов. Например, способы согласно изобретению можно использовать в непрерывных технологических процессах или можно использовать в раздельных процессах, где изготавливают отдельные изделия. Такие преимущества изобретения более полно описаны ниже со ссылками на конкретные варианты выполнения изобретения; однако изобретение не ограничено этапами, описанными только в связи с конкретным вариантом выполнения. Скорее способы согласно изобретению могут быть приспособлены к особым стратегиям и планам изготовления, как это мог бы представить себе специалист в данной области техники.

Изобретение может включать использование одной или большего числа форм. Например, в одном конкретном варианте выполнения способ включает обеспечение формы, введение гелиевого материала в форму для формования слоя геля и прикрепление слоя покрытия к слою геля. По выбору гелиевый материал может быть, по меньшей мере, частично отвержден (или доведен до созревания) для формования слоя геля до выполнения процесса прикрепления слоя покрытия. В одном конкретном варианте выполнения слой покрытия является слоем вспененного материала. В другом конкретном варианте выполнения слой покрытия является слоем текстильного материала.

Форма, используемая согласно изобретению, может быть формой любого обычного типа, признанной в качестве пригодной для формования одного или обоих объектов: слоя геля и слоя вспененного материала. Размер формы можно варьировать в зависимости от опорного устройства, подлежащего изготовлению. Кроме того, размер формы можно варьировать в зависимости только от размеров слоя геля, подлежащего изготовлению согласно способу. В одном конкретном варианте выполнения, в котором устройством, подлежащим изготовлению, является матрас, размеры используемой формы по существу подобны размерам матраса, подлежащего изготовлению. Например, двухспальный (или полномерный) матрас обычно имеет размеры (ширину и длину) около (54 дюйм×75 дюйм) (1371,6 мм×1905,0 мм). Соответственно при изготовлении матраса для двухспальной кровати форма, используемая согласно изобретению, имеет сходные размеры. Таким образом, опорное устройство, изготавливаемое согласно настоящему изобретению, если это матрас, может быть изготовлено таким образом, чтобы устройство имело размеры матраса (т.е. имело длину, ширину и толщину стандартного матраса). В дополнительных вариантах выполнения опорное устройство может быть изготовлено таким образом, чтобы оно имело, по меньшей мере, один из размеров стандартного матраса. Например, опорное устройство может быть выполнено таким образом, чтобы оно имело ширину матраса, длину матраса или и длину, и ширину матраса.

В дополнительных вариантах выполнения опорному устройству могут быть приданы специальные размеры для специального назначения. Например, в одном варианте выполнения опорное устройство может быть изготовлено таких размеров, чтобы оно представляло собой наматрасник. Соответственно, по мнению специалистов в данной области техники, такие размеры должны быть по существу эквивалентны длине и ширине стандартного матраса (например, двойного, королевского, или царского), но его толщина должна быть в диапазоне от около 0,1 см до около 10,0 см. В специальных вариантах выполнения наматрасник может иметь толщину в диапазоне от около 0,2 см до около 9,0 см, от около 0,3 см до около 8,0 см, от около 0,4 см до около 7,0 см, от около 0,5 см до около 6,0 см, от около 0,1 см до около 5,0 см, от около 0,25 см до около 5,00 см или от около 0,5 см до около 5,0 см.

В другом варианте выполнения опорное устройство может быть изготовлено таким образом, чтобы оно по размерам соответствовало подушке. Соответственно, по мнению специалиста в данной области техники, такие размеры должны быть по существу эквивалентны длине, ширине и толщине стандартной подушки (например, подушек для кровати, подушек для кресла или дивана, подушек под шею и терапевтических подушек).

В еще одном варианте выполнения опорное устройство может быть изготовлено таким образом, чтобы оно по размерам соответствовало подушке для сидения. Соответственно, по мнению специалиста в данной области техники, такие размеры должны быть по существу эквивалентны длине, ширине и толщине стандартной подушке для сидения (например, подушек для дивана, подушек для офисных кресел и подушек для шезлонгов).

Пример такой формы представлен на Фиг.1, где показана форма с матрасом в ней, изготовленным согласно способу, описанному выше. Отдельные компоненты матраса показаны с вырывами для раскрытия расположенных ниже элементов. На Фиг.1 изображена форма 20 с вакуумным усилителем, содержащая трубку 23 для отсоса воздуха, прикрепленную к форме 20 и направленную от формы к соответствующему вакуумному средству (не показано). Форма 20 имеет внутреннюю поверхность 25, образованную боковыми стенками 27 и приспособленную к размещению материалов, используемых для изготовления матраса, где упомянутые боковые стенки 27 имеют высоту, пригодную для ограничения полости для размещения в ней, по меньшей мере, слоя геля матраса желательной толщины. В случае использования формы с вакуумным усилителем форма 20 содержит дополнительные компоненты, необходимые для обеспечения отсоса воздуха от внутренней поверхности 25 формы 20. Конечно, этот способ согласно изобретению не ограничен использованием формы с вакуумным усилителем, и форма, представленная на Фиг.1, показана только как один из вариантов выполнения изобретения, и его не следует толковать как ограничение объема изобретения.

По выбору способ, описанный выше, может дополнительно включать обеспечение разделительного слоя до введения гелиевого материала. Разделительный слой 40 (см. Фиг.1) укладывают на внутреннюю поверхность 25 формы 20. Разделительный слой согласно изобретению может содержать любой материал, пригодный для способствования извлечению слоя геля из формы. В некоторых вариантах выполнения разделительный слой может дополнительно выполнять функцию покрытия слоя геля для исключения непосредственного контакта слоя геля с отдельным или другим компонентом опорного устройства, особенно для исключения ощущения «клейкости», часто характеризующего гель, даже после полного отверждения, или созревания, гелиевого материала. В некоторых вариантах выполнения разделительный слой не требуется. Например, форма может содержать отделочный материал, по существу выполняющий функцию, присущую разделительному слою, например, в случае использования формы, по меньшей мере, часть внутренней поверхности которой покрыта слоем материала TEFLON^®(тефлон).

В одном конкретном варианте выполнения разделительный слой содержит полимерную пленку, например, полиуретановую пленку. Полимерная пленка может иметь различную толщину, например, в диапазоне от около 0,01 мм до около 2,00 мм. В одном варианте выполнения полимерная пленка имеет толщину от около 0,025 мм до около 1,00 мм. Предпочтительно полимерная пленка имеет минимальную толщину для обеспечения эффективного отделения слоя геля от формы, а также для исключения разрыва слоя геля при продолжительном использовании пленки в качестве покрытия. В одном варианте выполнения полимерная пленка является полиуретановой пленкой.

Согласно другому варианту выполнения разделительный слой может содержать слой покрытия в виде жидкости. Материал, используемый в качестве жидкого слоя покрытия, может быть любым жидким материалом, в общем, признанным пригодным для предотвращения возможности прилипания гелиевого материала, например, полиуретанового геля, к поверхности, например, дерева, металла, пластика или керамики, которые могут быть использованы в форме. Примеры (не ограничивающие объем изобретения) материалов, пригодных для использования в качестве жидкого покрытия согласно изобретению, включают: кремниевые и фторуглеродные соединения. Жидкое покрытие может быть нанесено на рабочую поверхность формы любым способом, в общем, признанным пригодным в данной области техники, включая (но не ограничивая данным перечнем) напыление, нанесение кистью, валиком, окунанием и т.п.

В другом варианте выполнения разделительный слой может содержать восковой слой. Обычно восковой слой согласно изобретению может содержать любой материал, признанный воском (например, органическую смесь или соединение с большой молекулярной массой и низкой температурой плавления, твердую при комнатной температуре и, обычно, подобную по составу жирам и ils, за исключением того, что она не содержит глицеридов). Примеры (не ограничивающие объем изобретения) восков, пригодных для использования согласно изобретению, включают животные воски (например, пчелиный воск), растительные воски (например, карнаубу), минеральные воски (например, ископаемые, или горные воски, например, воски на основе кремния, или нефтяные воски, например парафин), этиленовые полимеры и полиоловые простые и сложные эфиры (например, CARBOBOWAX^®), хлорированные нафталины (например, галовоск) и воски углеводородного типа.

Согласно еще одному варианту выполнения разделительный слой может содержать порошок. Например, в одном варианте выполнения разделительный слой может содержать нереагирующий порошок, например, гидроксид силиката магния (т.е. тальк) или подобный порошок.

При использовании жидкого покрытия или порошка в качестве разделительного слоя сфера действия разделительного слоя обычно ограничена размерами формы. Однако при использовании полимерной пленки может быть полезным использование пленки, имеющей большие размеры, чем размеры формы, чтобы таким образом обеспечивать возможность того, чтобы разделительный слой содержал свободные края, выступающие за края слоя геля. Свободные края разделительного слоя можно позднее обрезать или использовать в последующих не обязательных этапах обработки, о чем более подробно сказано ниже.

В ссылке на способ, описанный выше, после того как не обязательный разделительный слой 40 (см. Фиг.1) уложен в форму 20, в нее поверх разделительного слоя 40 вводят гелиевый материал. Гелиевый материал может быть любым гелиевым материалом, как это описано в данном документе. В конкретном варианте выполнения гелиевый материал является полиуретановым гелем. Гелиевый материал может быть введен в форму любым способом, признанным пригодным в данной области техники, и его можно видоизменять в соответствии с применяемым процессом изготовления. Например, в непрерывном автоматизированном процессе гель можно вводить с помощью форсунки с регулируемым потоком, управляемой компьютером, где определенный объем геля заливают или распыляют в форму, таким образом заполняя ее гелем до определенной толщины слоя. В раздельном процессе изготовления гель можно заливать в форму при ручном управлении оператором.

После заполнения формы гелиевым материалом до желаемой толщины слоя, гель можно обозначать слоем геля 50. В некоторых вариантах выполнения слою геля 50 можно предоставлять возможность, по меньшей мере, частичного отверждения (хотя это не обязательно требуется) до выполнения остальных этапов процесса. Под термином «отверждение» понимают предоставление гелю возможности прохождения химических взаимодействий, которые могут иметь место при трансформировании гелиевого материала из сырьевого материала в его конечное, загущенное состояние. Например, в случае применения полиуретанового геля, такие химические взаимодействия могут включать взаимодействие изоцианатных частей и спиртовых частей для формирования полиуретана. Отверждение, которое можно также называть «созреванием», может также охватывать физический компонент, в котором гелиевый материал трансформируется из жидкой фазы в загущенную фазу. В некоторых вариантах выполнения предпочтительно предоставлять гелю возможность, по меньшей мере, частичного отверждения, или созревания, чтобы в гелиевом материале начал происходить в некоторой степени внутренний процесс структурирования, для обеспечения возможности продолжения остальных этапов процесса без существенного деформирования слоя геля (т.е. без вмешательства в формование слоя геля, обладающего по существу гладкой или выровненной поверхностью скорее, чем содержащей выступы и впадины). Как указано ранее, отверждение является не обязательным этапом, который в действительности предпочтительно исключают в некоторых вариантах выполнения, например, когда желательно химическое скрепление между слоем геля и другими слоями.

После формования слоя геля, настоящий способ дополнительно включает этап прикрепления слоя покрытия к слою геля. Слой покрытия может содержать любой материал, пригодный для обеспечения дополнительной структуры или опоры для слоя геля, или любой материал, пригодный просто для того, чтобы он действовал как защитный слой между слоем геля и другим слоем или пользователем. Например, покрытие может содержать слой текстильного материала, слой вспененного материала, природный материал, например кожу, синтетический материал и т.п. В дополнительных вариантах выполнения слой покрытия может также быть материалом, который в других случаях пригоден в качестве разделительного слоя, например, может быть полимерной пленкой, слоем текстильного материала, слоем жидкостного покрытия, восковым слоем или порошковым слоем.

Слой покрытия содержит слой вспененного материала 60 (см Фиг.1), имеющий длину и ширину, по существу соответствующие длине и ширине слоя геля 50; однако слой вспененного материала 60 может иметь изменяемую толщину. Например, в некоторых вариантах выполнения, например, при изготовлении наматрасника, может быть желательным, чтобы слой вспененного материала имел минимальную толщину (например, меньшую или равную толщине слоя геля) для придания особого значения полезности слоя геля без придания необязательной объемности наматраснику. В других вариантах выполнения, например, при изготовлении матраса, может быть желательным, чтобы слой вспененного материала имел большую толщину для обеспечения общей толщины, приближающейся к толщине обычного матраса.

Под термином «прикрепление» при использовании в данном документе понимают любой способ прикрепления или присоединения слоя геля к слою вспененного материала, который может быть признан пригодным. Скрепление слоев может включать физическое скрепление слоев, а также химическое скрепление слоев. Примеры (не ограничивающие объем изобретения) физического скрепления, посредством которого слои скрепляют друг с другом, включают склеивание, сшивание и сварку. Кроме того, скрепление слоев может быть улучшено просто за счет «клейкости» слоя геля, присущей ему. Химическое скрепление слоев может происходить в любом процессе, в котором слой геля и слой вспененного материала содержат свободные химически активные группы, способные взаимодействовать друг с другом. Например, слой геля может содержать полиуретановый гелиевый материал, а слой вспененного материала может содержать полиуретановый вспененный материал. Взаимодействие изоцианатных групп одного слоя со спиртовыми группами другого слоя, согласно ожиданиям, могут привести к химическому скреплению слоев между собой. Такое химическое скрепление дополнительно описано в опубликованной заявке на патент США № 2001/0018466, включенной в данный документ путем ссылки в ее полном объеме.

В дополнение к описанным выше этапам согласно одному варианту выполнения способ может дополнительно включать прикрепление свободных краев разделительного слоя, когда это применимо, к слою геля и/или к слою покрытия. Такое прикрепление можно осуществлять любым способом, признанным пригодным, включая (но не ограничивая данным перечнем) приклеивание, сшивание и сварку.

Согласно другому варианту выполнения изобретения способ дополнительно включает соединение слоя покрытия и слоя геля с одним или большим числом дополнительных слоев. Дополнительный опорный слой может содержать любой тип материала, обычно, признанный в данной области техники пригодным для обеспечения опоры, по меньшей мере, для части тела пользователя. Например, дополнительный опорный слой может содержать слой вспененного материала, который может быть выполнен любым из различных способов, в общем, пригодных для обеспечения амортизирующего эффекта, или поддерживающего эффекта. Дополнительный опорный слой может также содержать пружины, признанные пригодными для обеспечения опоры для тела человека. Слой пружин может быть выполнен любым способом, известным в данной области техники, для обеспечения эффектной поддержки, а также для обеспечения комфорта пользователя. Например, пружинный слой может содержать массив пружин, по меньшей мере, частично взаимосоединенных. Кроме того, пружинный слой может содержать массив пружин, присутствующих в виде отдельных спиралей. Другие дополнительные варианты выполнения пружинных слоев также охватываются настоящим изобретением, и эти варианты выполнения не ограничены примерами, приведенными выше. Кроме того, дополнительные слои могут быть прикреплены к одному или обоим слоям: слою геля и слою покрытия. Кроме того, прикрепление дополнительного слоя не является обязательным, но он может быть скорее просто связан со слоем геля и слоем покрытия с возможностью легкого их отделения друг от друга. Например, дополнительный слой может содержать полость во вспененном материале, а опорное устройство, сформированное из слоя геля и слоя покрытия, может быть изготовлено в виде вставки, пригодной для ее введения в полость во вспененном материале. Примеры (не ограничивающие объем изобретения) дополнительных слоев, предназначенных для сочетания их со слоем геля и слоем покрытия, включают слой вспененного материала, пружинный слой, слой текстильного материала, газовый слой, слой дерева, слой металла, пластиковый слой и их сочетания.

В дополнение к использованию обычных форм, «форма» согласно настоящему изобретению может быть также описана в более широком смысле. Например, в одном варианте выполнения изобретение направлено на создание способа изготовления опорного устройства, например, матраса, где форма содержит отрезок вспененного материала, обладающий поверхностью с одной или большим числом полостей, сформированных в ней. Соответственно способ может включать введение гелиевого материала в полость отрезка вспененного материала и, таким образом, формирование опорного устройства, содержащего слой геля и слой вспененного материала, где слой вспененного материала также служит в качестве формы для геля. Способ может включать дополнительные этапы в зависимости от типа изготавливаемого устройства. Например, в одном варианте выполнения способ может дополнительно включать, по меньшей мере, частичное отверждение слоя геля. В другом варианте выполнения способ может дополнительно включать прикрепление второго слоя вспененного материала к слою геля. Второй слой вспененного материала может иметь размеры, пригодные для накрывания слоя геля, или второй слой вспененного материала может иметь большие размеры, например, пригодные для накрывания по существу всей поверхности слоя вспененного материала, включая гелиевые слои, сформованные в нем. Изобретение может еще дополнительно включать укладку слоя покрытия (особенно на слой геля), например, из полимерной пленки, слоя текстильного материала или слоя покрытия из жидкости или порошка. Кроме того, способ может охватывать сочетание с одним или большим числом дополнительных опорных слоев, например, описанных выше в данном документе.

В дополнительных вариантах выполнения форма может содержать еще дополнительные материалы. В специальном варианте выполнения форма содержит один или большее число слоев опорного материала, содержащего одну или большее число полостей, сформированных в нем, для размещения гелиевого материала. Например, форма может просто быть отрезком вспененного материала, как это описано выше, где вспененный материал имеет определенную среднюю толщину и поверхность с одной или большим числом полостей, сформированных в ней. В другом варианте выполнения форма содержит слой текстильного материала, содержащего одну или большее число полостей, сформированных в нем. В еще одном варианте выполнения форма содержит трехслойную текстильную структуру, включающую слой вспененного материала между первым слоем текстильного материала и вторым слоем текстильного материала, где слой вспененного материала содержит одну или большее число полостей, сформированных в нем.

Один вариант выполнения опорного устройства, изготовленного согласно этому способу по изобретению, представлен на Фиг.2. Как показано на чертеже, устройство, изготовленное согласно изобретению, содержит слой вспененного материала 60, имеющий поверхность с двумя полостями (левой и правой), сформированными в нем. Левая полость 65 заполнена слоем геля 50, изображенным с частичным вырывом для раскрытия полости 65. Правая полость также заполнена слоем геля, но слой геля покрыт слоем покрытия 62. Слой покрытия 62 показан с частичным вырывом для раскрытия находящегося под ним слоя геля 50.

При выполнении способа согласно этому варианту выполнения изобретения особенно полезно, чтобы слой вспененного материала имел существенную толщину для придания определенной структуры устройству. Например, в одном варианте выполнения слой вспененного материала имеет толщину, составляющую, по меньшей мере, около 5 см. В дополнительных вариантах выполнения слой вспененного материала имеет толщину, составляющую, по меньшей мере, около 6 см, по меньшей мере, около 7 см, по меньшей мере, около 8 см, по меньшей мере, около 9 см, и, по меньшей мере, около 10 см.

Как и в вариантах выполнения, описанных выше, слой покрытия может содержать ряд разнообразных материалов. Например, слой покрытия может содержать слой текстильного материала, слой пленки, слой вспененного материала, слой порошка, природный материал, например, кожу, синтетический материал и т.п. В конкретном варианте выполнения слой покрытия содержит второй слой вспененного материала.

Если второй слой вспененного материала используют в качестве слоя покрытия, то обычно предпочтительно, чтобы второй слой вспененного материала имел такую толщину, чтобы благоприятные свойства слоя геля не были бы сведены на нет вспененным материалом. Например, в одном варианте выполнения второй слой вспененного материала имеет толщину, составляющую менее приблизительно 5 см. В дополнительных вариантах выполнения второй слой вспененного материала имеет толщину, составляющую менее приблизительно 4 см, менее приблизительно 3 см или менее приблизительно 2 см. В еще других дополнительных вариантах выполнения второй слой вспененного материала имеет толщину, составляющую от около 0,25 см до около 5,00 см, от около 0,5 см до около 4,0 см или от около 0,75 см до около 3,00 см.

Слой вспененного материала может дополнительно отличаться формой, расположением и размерами полостей, сформированных в нем. Например, полости могут по существу покрывать верхнюю поверхность вспененного материала, выполненные в виде одной непрерывной полости, или в виде множества полостей. Альтернативно полости могут быть образованы в важных местах слоя вспененного материала, например, так, чтобы эти места по существу соответствовали некоторым частям тела пользователя, или так, чтобы можно было создавать специальные благоприятные эффекты. Кроме того, полости можно выполнять специальных форм, например, так, чтобы они соответствовали формам конкретных частей тела пользователя, вообще, или так, чтобы можно было обеспечивать специальные благоприятные свойства. В одном варианте выполнения полости, образованные в слое вспененного материала, имеют глубину от около 10% до около 90% средней толщины слоя вспененного материала. Более конкретно, полости имеют глубину от около 20% до около 80% или от около 30% до около 70% средней толщины слоя вспененного материала. В конкретных вариантах выполнения полости, образованные в слое вспененного материала, имеют глубину от около 0,25 см до около 20 см, от около 0,5 см до около 18,0 см, от около 1 см до около 18 см, от около 2 см до около 17 см, от около 3 см до около 16 см и от около 5 см до около 15 см. Кроме того, глубину полостей можно варьировать в одном и том же слое вспененного материала. Например, слой вспененного материала может содержать две или большее число полостей, каждая из которых имеет различную глубину. Аналогичным образом, слой вспененного материала может содержать одну полость с переменной глубиной.

Слой вспененного материала может дополнительно отличаться долей (%) площади поверхности слоя вспененного материала, занимаемой полостями. В одном варианте выполнения полости, образованные в поверхности вспененного материала, составляют от около 1% до около 95% площади поверхности слоя вспененного материала. В дополнительном варианте выполнения полости составляют от около 5% до около 95% площади поверхности слоя вспененного материала; от около 10% до около 95%; от около 15% до около 95%; от около 20% до около 95%; от около 25% до около 95%; от около 30% до около 95% или от около 50% до около 95% площади поверхности слоя вспененного материала. В других дополнительных вариантах выполнения полости составляют, по меньшей мере, около 5%, по меньшей мере, около 10%, по меньшей мере, около 25%, по меньшей мере, около 50% или, по меньшей мере, около 75% площади поверхности слоя вспененного материала.

Другой вариант выполнения опорного устройства, изготовленный согласно этому способу по изобретению, представлен на Фиг.3. Как показано на чертеже, слой вспененного материала 60 используют в качестве формы, и он содержит полость 65, сформированную в нем (показанную в вырыве, выполненном в слое геля), предназначенную для введения слоя геля 50. Как показано в этом варианте выполнения, слой геля 50 может занимать существенную долю поверхности слоя вспененного материала 60. Слой вспененного материала 60 дополнительно содержит массив возвышенных частей 67, образованных вблизи краев слоя вспененного материала 60, где вспененный материал только частично удален (т.е. покрыт только тонким слоем геля) или не удален вообще (как в варианте выполнения, представленном на Фиг.3). Этим дополнительно показана большая приспосабливаемость изобретения, позволяющая изготавливать ряд разнообразных вариантов устройств, в которых можно использовать слой геля и слой вспененного материала просто путем изменения способа образования полости в слое вспененного материала.

В другом варианте выполнения изобретения слой вспененного материала может быть волнообразным. Опорное устройство, изготовленное согласно одному способу по изобретению, с использованием волнообразного вспененного материала, представлено на Фиг.4, на котором показано поперечное сечение устройства. Как показано на чертеже, поверхности слоя вспененного материала 60 придана волнообразность и, таким образом, создано множество углублений для размещения в них гелиевого материала. Под волнообразностью здесь понимают, что поверхность вспененного материала сформована так, чтобы был рисунок, обычно, повторяющийся рисунок, где поверхность отличается тем, что содержит выступы 75 и углубления 77, как это показано на Фиг.4. В некоторых вариантах выполнения слово «волнообразность» может дополнительно означать, что вспененному материалу придан рисунок, при котором, по меньшей мере, часть вспененного материала выполнена в виде складок, отогнутых поверх самих себя.

Волнообразный вспененный материал для использования его в настоящем изобретении может быть изготовлен путем выполнения ряда разнообразных процессов, например, которые могли бы быть признаны пригодными специалистом в данной области. Соответственно волнообразной поверхности слоя вспененного материала может быть придан ряд разнообразных конфигураций. Например, на Фиг.4 часть А вспененного материала показана как содержащая гребешки, или подобные плавникам рыбы выступы 75, с относительно узкими углублениями 77 между ними. В альтернативном варианте выполнения часть B вспененного материала показана как содержащая синусоидальный волнообразный рисунок поверхности, где выступы 75 отделены друг от друга более широкими углублениями 77. Конечно, как было указано ранее, эти варианты выполнения являются только примерами различных волнообразных поверхностей, которые могут быть образованы в слое вспененного материала.

Слой геля 50 на Фиг.4 показан как заполняющий пространство между выступами волнообразного слоя вспененного материала 60. В дополнительных вариантах выполнения гелиевый материал может быть нанесен на слой вспененного материала 60 в таком количестве, чтобы слой геля 50 только частично заполнял пространство между выступами 75 слоя вспененного материала 60. Кроме того, гелиевый материал может быть нанесен в таком количестве, чтобы слой геля полностью заполнял пространство между выступами 75 слоя вспененного материала 60 и дополнительно возвышался над выступами 75.

В одном варианте выполнения способ включает обеспечение слоя вспененного материала, содержащего отрезок вспененного материала, имеющего поверхность, которой придана, по меньшей мере, частично, волнообразная конфигурация, и нанесение гелиевого материала на волнообразную поверхность слоя вспененного материала для формования слоя геля на нем. Способ может дополнительно включать прикрепление слоя покрытия (например, второго слоя вспененного материала) к слою геля. По выбору слой геля может быть, по меньшей мере, частично отвержден до прикрепления слоя покрытия к слою геля.

Как ранее описано в данном документе, опорное устройство, изготовленное в соответствии со способами согласно настоящему изобретению, обычно содержит слой геля и второй слой, например, слой покрытия. В специальных вариантах выполнения слой покрытия содержит слой вспененного материала. В дополнительных вариантах выполнения устройство содержит слой вспененного материала, слой геля и необязательные дополнительные слои, особенно слой покрытия. Если устройство содержит слой вспененного материала и слой геля, то слой покрытия может быть наложен на слой геля или на все устройство. Аналогичным образом, если устройство содержит слой геля и слой покрытия, то слоем покрытия может быть покрыта только верхняя поверхность слоя геля или полностью окружен слой геля. Кроме того, устройство может содержать слой геля, слой покрытия (например, слой вспененного материала) и дополнительный слой покрытия.

Слой покрытия может, в общем, содержать любой тип материала, обычно используемого в качестве покрытия в различных типах опорных устройств, охватываемых изобретением. Такие покрытия включают природные и синтетические материалы. Кроме того, такие покрытия могут также включать подложки. Например, когда опорное устройство является матрасом, покрытие может быть наматрасником с подложкой. Кроме того, любой тип обивочного материала можно использовать в качестве покрытия согласно настоящему изобретению. Соответственно наличие слоя геля ни в коей мере не ограничивает типы покрытий, которые можно использовать в качестве покрытия опорного устройства, изготовленного в соответствии со способами согласно изобретению. Кроме того, другие типы покрытий также охватываются изобретением. Например, покрытие может содержать: пленку, например, полиуретановую пленку; покровный материал, например, полимерный покровный материал, не активный химически или неклейкий в сухом или отвержденном состоянии; или вспененный материал. Кроме того, слой покрытия может включать текстурирование, посредством которого может быть придана трехмерная структура слою покрытия.

Как было отмечено выше, устройство, изготавливаемое согласно изобретению, может быть выполнено по заказу в отношении его формы или выполнения полостей в слое вспененного материала. Например, могут быть достигнуты различные уровни поддержки и комфорта путем варьирования сочетаний площади поверхности геля, формы полости, расположения полости и глубины полости. В наиболее общем виде, слой вспененного материала может содержать одну полость, охватывающую только небольшую часть или почти всю поверхность слоя вспененного материала. Слой вспененного материала может также содержать сложный рисунок полостей, выполненных в поверхности слоя вспененного материала. Кроме того, полости могут быть благоприятно расположены для обеспечения стратегической и терапевтической пользы. Например, в одном варианте выполнения, в котором способы согласно изобретению включают изготовление матраса, полости, сформированные в слое вспененного материала, могут быть расположены в одной или большем числе областей слоя вспененного материала, соответствующих конкретным частям тела потенциального пользователя. В частности, полость может соответствовать области туловища пользователя для обеспечения возможности придания слою геля благоприятной конфигурации по отношению к телу (конкретно к спине) пользователя.

Этот способ согласно изобретению особенно пригоден для осуществления с использованием непрерывного процесса изготовления. Например, один отрезок вспененного материала можно перемещать вдоль производственной линии. На одной станции можно формировать соответствующие полости; на станции ниже по ходу технологического процесса можно вводить в полости гель; еще на одной станции на слой геля можно наносить не обязательные дополнительные слои; и еще на одной станции отдельные устройства можно отрезать от непрерывного вспененного материала. Подобные же способы изготовления могут быть конкретно приспособлены для переработки волнообразных слоев вспененного материала.

Настоящее изобретение может быть дополнительно приспособлено к осуществлению прерывистого процесса изготовления согласно некоторым способам, охватываемым изобретением. Например, способ может включать использование обычной формы, в которую помещают компоненты устройства, подлежащего изготовлению; предоставление возможности отверждения или пенообразования; а затем извлечение из формы после истечения соответствующего периода времени.

В соответствии с этим в одном варианте выполнения изобретение включает способ, включающий обеспечение формы, содержащей две отдельные зоны, образованные в ней: одна зона для размещения и формования слоя геля и одна зона для размещения и формования слоя вспененного материала. Разделительный слой, например, ранее описанный в данном документе, помещают в форму для облегчения извлечения опорного устройства из формы и, по выбору, для формирования покрытия поверх одного или обоих элементов: слоя геля и слоя вспененного материала. По выбору, форма может быть формой с вакуумным усилителем. Как указано ранее, разделительный слой может быть по выбору исключен, например, в способах, в которых форма обладает приданной ей разделительной способностью.

Гелиевый материал вместе с разделительным слоем помещают в форму. На этом этапе гелиевому материалу может быть предоставлено некоторое время для отверждения. Однако в некоторых вариантах выполнения способ включает осуществление сразу же следующего этапа, включающего введение вспененного материала в форму поверх слоя геля. Предпочтительно форма является закрытой формой, и остальную часть формы укладывают тогда, когда слою вспененного материала и слою геля предоставляют возможность отверждения. Хотя слой геля может быть, по меньшей мере, частично отвержден до введения вспененного материала, в некоторых вариантах выполнения благоприятно, чтобы гелиевый материал оставался, по меньшей мере, частично неотвержденным при введении вспененного материала для обеспечения возможности химического скрепления слоя вспененного материала и слоя геля.

Как было указано ранее, вспененный материал, используемый в способах согласно изобретению, особенно в способах, в которых вспененный материал формуют на месте, может содержать любой тип вспененного материала, в общем, признанный пригодным к использованию в данной области техники. Например, в некоторых вариантах выполнения полиуретановые вспененные материалы особенно предпочтительны. Однако можно также использовать и другие вспененные материалы. Например, латексные вспененные материалы можно также использовать согласно изобретению как во время формования слоя вспененного материала на месте, так и в способах, в которых ранее изготовленный слой вспененного материала используют для изготовления опорного устройства.

В другом варианте выполнения изобретение обычно включает изготовление опорного устройства согласно способу, включающему следующие этапы: изготовление слоя геля, имеющего первую поверхность и противоположную поверхность и содержащего разделительный слой, прикрепленный, по меньшей мере, к одной из поверхностей; изготовление слоя вспененного материала, имеющего поверхность, приспособленную для размещения, по меньшей мере, части слоя геля; и прикрепление слоя геля к слою вспененного материала. Как было указано ранее, этап прикрепления может включать различные способы, например: приклеивание, сшивание, сварку и их сочетания. Соответственно можно, согласно изобретению, изготавливать различные компоненты опорного устройства отдельно, а затем соединять отдельные компоненты вместе для получения завершенного устройства.

Специалист в данной области техники может представить себе множество модификаций и других вариантов выполнения изобретений, описанных в данном документе, к которым эти изобретения относятся, обладающих полезными свойствами, раскрытыми в приведенных выше описаниях. Поэтому должно быть понятно, что изобретения не следует ограничивать конкретными раскрытыми вариантами выполнения и что модификации и другие варианты выполнения, по мнению авторов, должны быть включены в объем прилагаемой формулы изобретения. Хотя в данном документе использованы специальные термины, они употребляются только в общем описательном смысле, а не с целью ограничения объема изобретения.

Реферат

Изобретение относится к способам изготовления устройств, предназначенных для опоры тела человека, и направлено на комфортное размещение пользователя в сочетании с терапевтическим действием. Способ изготовления опорного устройства, содержащего слои геля, согласно которому обеспечивают форму; по выбору размещают разделительный слой в форме; вводят гелиевый материал в форму и формируют таким образом слоя геля; по выбору, по меньшей мере, частично отверждают слой геля; и прикрепляют слой покрытия к слою геля. Гелиевый материал содержит гель, обладающий твердостью в диапазоне от около 0,5 кПа до около 50,0 кПа. Гелиевый материал обладает гистерезисом в диапазоне от около 15% до около 80%. 5 н. и 26 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула