CN101969819A

CN101969819A - 特别用于可充气主体的具有集成的辐射和/或对流屏障的分格式基体

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Publication number: CN101969819A
Application number: CN2009801091382A
Authority: CN
Inventors: J·E·马尔松
Original assignee: Cascade Designs Inc
Current assignee: Cascade Designs Inc
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: CA2712759A1; WO2009094208A3; EP2249684A2; CN101969819B; EP2249684A4; HK1150945A1; WO2009094208A2; CA2712759C; JP2011509808A; EP2249684B1; JP5551615B2; AU2009206691A1; RU2010134803A

Abstract

本发明涉及一种具有集成的辐射和对流屏障的分格式基体、制造这种基体的方法、包含这种基体作为其芯的加工制品、以及制造这种加工制品的方法。

Description

特别用于可充气主体的具有集成的辐射和/或对流屏障的分格式基体

背景技术

PCT/US03/39259中描述的发明涉及新型的基于膜(film-based)的分格式基体，该分格式基体形成多个重复的几何单元，以便当被连续放置(placed on end)时，形成可充气主体的合适的芯。同时该发明开创了商业可行的基于膜的分格式基体概念，尤其对于在可充气主体领域的应用，与此类物品的现有芯结构相比，使用这种技术使得在原有传热抗性(thermal transfer resistance)的情况下材料减少。并且当公开了使用辐射屏障作为单元壁的元件时，末端开口的单元的唯一被公开的方向与该单元的主轴线一致，该单元的主轴线正交于构成该可充气主体的外部包壳(envelope)的相对的板(panel)。这个方向产生从一个板到相对的板的无障碍的流体/气体管道，尽管这个芯方向从自充气的角度考虑是有利的(一旦被压缩，材料沿此方向提供恢复力，该恢复力有利于该围绕芯的包壳的自充气)。正如所引用的公开文本中提到的，如果该芯的方向是沿其它方向的，那么固有的恢复力会不够。

发明内容

本发明的特征部分在于对PCT/US03/39259——其以参引的方式纳入本文——公开的创新方案的改进，并还涉及包含本发明的实施方案的可充气主体。更具体地，本发明涉及具有集成的辐射和/或对流屏障的分格式基体、制造这种基体的方法、包含这种基体作为其芯的加工制品(articles of manufacture)、以及制造这种加工制品的方法。

正如熟练从业者所熟知的，热能或热传递通过三种模式进行：传导(分子运动的直接传递)、对流(分子运动通过动态媒介的间接传递)和辐射(电磁辐射的发出和吸收)。正是作为根据PCT/US03/39259所公开发明的可充气主体的芯的、不导热的分格式基体的存在阻止了任何可感知的热量或热传递的传导模式。然而，在轴向方向(即，当包壳放置在一个自身正交于重力加速度的支撑表面上时，与构成该包壳的相对的板正交的方向)上缺少热障的条件下，通过所公开的这种芯经由对流和辐射模式的热量或热传递事实上仍未被抑制。

各种发明实施方案的分格式基体总体上的特征在于被布置为形成重复的几何形态的多个大致相同的单元(端部开口的几何棱柱)，并在每个单元包括辐射和/或对流屏障，以减弱在穿过其中的多个方向上的不期望的热传递。所述基体尤其适合用作两个相对板之间的芯，其中，基体的分格式轴线与至少一个虚拟的板平面平行，并且所述板优选地围绕共同的周缘被密封，以产生柔性的、流体不可透的包壳，芯可以粘合至该包壳、或可以不粘合至该包壳。取决于实施方案，基体中至少一些单元可以包括包壳板一些部分、或被包壳板的一些部分限定。

在所选择的实施方案中，多个大体的三棱柱(triangular prism)构成该分格式基体。在这组实施方案中，三棱柱可以是对齐的(registered)或非对齐的(这些术语的含义会在下文定义)，其中每个棱柱由波纹状膜或其他材料的两个部分，以及大致平面的膜或其他材料的一部分来限定(这些术语的含义也会在下文定义)。

本说明书中使用了关于膜或材料的术语“排(row)”、“列(column)”、“对齐的”、“非对齐的”、“蛇形的(serpentine)”或“波纹状的(corrugating)”，以及关于膜或材料的术语“平面的(planar)”。当在充分扩充(expanded)的状态时，基体“排”的特征是横向重复的几何形态，该几何形态具有可感知的、并且通常空间不变的、上边界和下边界，如此处图中示出的；“列”被限定为与排的方向正交的方向，如此处图中示出的。术语“对齐的”用于在一排中相邻单元的形状和方向是正交一致的条件下(或者说，在任何给定列中几何形态的形状、相对位置和方向在每一排中是基本相同的)。术语“非对齐的”或“偏移的”用于在每隔一排的单元都是对齐的情况下，即，相邻排中的几何形态的形状和方向对于任何给定的列是不相同的，并且通常是其镜像。术语“蛇形的”和“波纹状的”可以互换使用，并且是指当基体在扩充的状态时，形成本发明的一个基体实施方案中的各单元的三个边中的两个边的膜或材料；术语“平面的”是指当基体在扩充状态时形成这些单元的三个边中的一个边、并且呈现大致平面的几何形状的膜或材料。

通过使用对于在PCT/US03/39259中描述的膜条带(film strip)和/或芯的方向的变更方案，来实现比PCT/US03/39259中描述的分格式基体及其应用更好的增强的热性能，尽管根据本发明实施方案的基体/芯的基本几何组成仍然基本保持相同。首先是芯的方向的变化，与使用膜条带相比，基体制造技术的发展已经允许使用膜或其他柔性材料的片材。这些发展的结果是能够形成相对长(或者在几何意义上“高”)的棱柱(单元)。因此，在可充气主体中作为芯的基体的方向可以被改变，以使得棱柱的纵向轴线(或在几何意义上的高度方向)与由可充气主体的上/下外部板的主表面限定的虚拟平面相平行(即不与这样的一个(或多个)平面正交)。

由于在基体方向的这一变化，多个单元壁处于相对于参考虚拟平面的正交方向上，这有利地减弱对流模式的热量传递。当然应承认，由于芯的方向的这一变化，减小了在芯内的形状恢复力(在某些可充气主体的实施方案中，这会影响该主体的自充气特性)。

本发明的许多实施方案旨在通过使用薄膜片之外的材料作为单元壁，来恢复在前面段落中提到的这些制品的弹性。此外，这些材料优选地明显增加基体的热性能或芯对经由热对流模式的热传递的抗性。通过选择性地使用既有弹性也起到有效的热对流减弱装置作用的单元壁材料，则可以获得由该组合提供的协作的优势。

鉴于以上所述，在此描述的各种发明实施方案包含非膜片材(non-film sheet material)——优选地但不排他地包括无纺(如，短纤(spun))片材或棉絮型片材、以及泡沫片材——所述非膜片材可以替代在PCT/US03/39259中公开的一些或所有的常规的膜条带，以提供增强的热对流减弱装置，和/或将热反射膜或涂层集成到可充气主体的基体和/或者包壳板，以提供增强的热辐射减弱装置。对于发明的提供增强的热对流减弱装置的实施方案，非膜片材——例如无纺片材或棉絮型片材以及泡沫片材——可以替代在分格式基体布置中的蛇形或波纹状的膜片和/或者平面的膜片。合适的膜片替代材料的选择包括：识别在材料之间(在原膜和替代材料之间，或在第一替代材料和第二替代材料之间)的界面要求，以及如果可适用，识别在膜/替代材料和构成该流体不可渗透包壳的相对板的内部表面之间的界面要求。

类似地，对于本发明提供的增强的热辐射减弱装置的实施方案，合适的膜片替代材料的选择或者对常规膜/材料的处理包括：识别在材料之间(在原膜与替代材料或处理后的膜/材料之间，或在第一替代材料或处理后的膜/材料与第二替代材料或处理后的膜/材料之间)的界面要求，以及如果可适用，识别在膜/替代/处理后的材料与构成该流体不可渗透包壳的相对板的内部表面之间的界面要求。

因此，不是每一种对于对流或辐射热传递模式具有所需等级抗性的片材都将适用于常规膜片替代物的合适候选。为了选择合适的替代，必须确定单元壁膜片的化学和粘合特性，并且可选地对于其中芯作为受拉构件(tension member)的制品的实施方案，必须考虑相对的板或任何会与至少部分芯保持接触的中间材料的内部表面的化学和粘合特性。

对于其中至少一些基体单元的至少一边包含薄膜片的实施方案，这些膜片的合适的候选材料包括但不限于：尼龙、聚酯和聚氨酯(polyurethane)。因此，用于减弱对流热损耗的合适的候选薄膜替代片材包括但不限于：尼龙、聚酯和聚氨酯。在这些合适的替代材料中，开放式(open cell)聚氨酯泡沫、聚酯泡沫或聚酯棉絮当被压缩、然后被允许恢复时也在芯中提供可测量的蓬松厚度水平(level ofloft)，并因此被认为是用于自充气主体芯的期望候选材料。用于减弱辐射热损耗的合适的候选薄膜片替代材料包括但不仅限于：镀铝的尼龙、聚酯和聚氨酯膜。当然，前面提到的示例性材料不是必须考虑这些膜替代物和/或任何包壳板的内部表面之间的粘合问题。对于其中分格式基体被热粘合到这些板的本发明的实施方案，优选的对流减弱替代材料包括开放式聚氨酯泡沫、聚酯泡沫或聚酯棉絮，同时优选的辐射减弱替代材料包括镀铝的聚氨酯或聚酯膜。

由于本发明的优选实施方案与具有如下的分格式基体芯的可充气主体相关，该分格式基体芯被定向为使得单元的主轴线与包壳板的平面平行，因此也能够希望的是同时集成对流和辐射屏障。并且由于分格式基体的每个单元包括至少两个分立的膜(例如，波纹状的膜和基本平面的膜)，至少一个膜可以利用对流减弱替代材料并且至少一个膜能够利用辐射减弱替代材料。以此方式，可以获得以分格式基体构造的芯的优点，并且伴随的热缺陷明显减弱。对于何种类型的膜替代材料应该被用于何种分格式壁的选择通过热性能标准驱动，和/或者通过物理标准例如蓬松厚度(loft)(在自充气主体领域，恢复力对于整体性能来说是重要的)来驱动。因此，如果需要增强的蓬松厚度特性，则具有蓬松厚度的材料(loft possessing material)可以替代所述波纹状的膜，因为与具有蓬松厚度的材料替代所述基本平面的膜相比，在该情况下每单位体积内有更多的材料。

对本专利来说，在此所使用的以及实施例中使用的术语“区域(area)”、“界限(boundary)”、“部件(part)”、“部分(portion)”、“表面”、“地带(zone)”以及它们的同义词、等效词和复数形式，意在提供关于被描述的该制品和/或过程的描述性参考或标志。这些和类似或等同的术语都不意在，也不应该被推断为，在本质上界定或限定所提到的制品和/或过程的要素，除非像那样明确阐明，或从一些附图和/或使用所述术语的上下文表面地清楚可见。

附图说明

图1是包含根据本发明的分格式基体芯的可充气主体的立体图；

图2是关于图1中可充气主体横截面的详细的立体图，其中，芯表示本发明的第一实施方案；

图3是图2中可充气主体的横截面图；

图4是具有表示本发明的第二实施方案的芯的可充气主体的横截面图；

图5是具有表示本发明的第三实施方案的芯的可充气主体的横截面图；

图6是具有表示本发明的第四实施方案的芯的可充气主体的横截面图；

图7是具有表示本发明的第五实施方案的芯的可充气主体的横截面图；

图8是具有表示本发明的第六实施方案的芯的可充气主体的横截面图；

具体实施方案

前言：在各个附图中的任何数字引线的末端，在与任何结构或过程关联时，在这区域描述的参考符号或标志，意在典型地标识出和关联于这些结构或过程、与这些对象或过程的书面描述相关的参考符号或标志。它们用意不在于，也不应被推断为在本质上界定或限定所提到的对象或过程的界限，除非像这样明确阐明，或从附图和使用术语的上下文表面地清楚可见。除非同样地明确阐明，或从一些附图和使用术语的上下文表面地清楚可见，所有文字和视觉辅助资料应该具有与此处公开文本一致的普通的商业和/或科学意义。

鉴于上述方面，提出了以下论述，以使得本领域的普通技术人员能够实施和使用本发明。对各实施方案的各种修改对于本领域的普通技术人员是容易明了的，并且在不偏离由所附权利要求限定的本发明的主旨和范围的情况下，在此的一般原理可以运用到其他实施方案和应用中。因此，本发明并不旨在局限于示出的实施方案，而是旨在被给予与在此公开的原理和特征一致的最宽范围。

随后开始描述这些实施方案，其中，相同的数字指示相同部件，并且更具体地对于图1-3，基体芯20的总体结构被示为与可充气主体30结合。芯20——其在这个实施方案中仅由膜片形式的聚氨酯(urethane)薄膜组成——包括平面的片材22，在该平面的片材22上粘合有第一波纹状或蛇形的片材24a和第二波纹状或蛇形的片材24b(共同地或总体地被称作波纹状或蛇形的片材24)。每个波纹状或蛇形的片材24包括近侧顶点26和远侧顶点28，所述近侧顶点26和远侧顶点28优选地热粘合或RF粘合到相邻的材料；两个顶点之间的材料构成两个相邻单元21的一边。在这个被示出的实施方案中，波纹状或蛇形的片材24a和24b的近侧顶点26大体彼此相对地粘合到平面的片材22，以使得例如在片材24a中产生拉应力几乎直接传递到片材24b，并且反之亦然。如在下面会更详细描述的，拉力的这一有效传递能在本发明的制品的特定实施方案中有利地提供必要的抗拉元件，并允许在平面的片材22中使用相对低抗拉伸强度的替代材料。

基体芯20被示为布置于可充气主体30中并部分粘合到可充气主体30。可充气主体30包括第一和第二板32a和32b，每个板各自分别具有内部和外部表面34和36，并且该第一板和第二板在其相对周缘处接合以形成包壳结构，并且通过波纹状或蛇形的片材24的远侧顶点28粘合至其上而形成用于构成芯20的大约一半的单元的单元壁。为允许气体/空气流入和流出由第一和第二板32a和32b限定的腔室，阀38布置于其中一个板上(这里显示为布置于板32a)。假设单元21的末端没有被密封和/或每个单元的至少一个壁是流体/气体可渗透的，一旦主体30被完全压缩，则由第一和第二板32a和32b限定的腔室内的任何流体/气体将穿过阀38。

芯20中的每个单元21限定一个与该单元轴线或棱柱的几何“高度”一致的纵向方向，并为了识别的目的包含两个侧边壁(leg wall)和一个底壁。根据约定并参考图3，任何给定的单元21包括底壁23和侧边壁25′、25″(应注意到侧边壁视觉上是分立的，但实际是由单一的波纹状或蛇形的片材24a或24b形成)。侧边壁25′和25″在二者之间形成一个角度θ，该角度的值正比于底壁23的横向长度。如将在下面更详细描述的，θ的值是芯20的恢复偏压以及可充气主体30承载能力的一个因素。

本发明的可充气主体实施方案需要的不仅是提供放置芯的单个腔室。如图3中所示，芯20是纵向定向并具有基本上平行于板32a和32b的平面的片材22；如图4中最佳图示说明的，芯20的被包括在板32a和32b之间的周缘粘合处的向外延伸部把腔室分开。虽然不是必须的，但可以预期的是在该周缘粘合处包括波纹状或蛇形的片材24a和24b其中之一或者两者都包括，如在图4中具体示出的。或者，在波纹状或蛇形的片材24a和24b其中仅一个或两者都延伸进板32a和32b的周缘部分的条件下，可以实现腔室的分开。为识别的目的，芯20的从其向外延伸并包括在板32a和32b之间的周缘粘合处的任何部分，被称作充实(plenum)部分140。

除了与可充气主体30相比提供可充气主体130的增强的结构完整性之外，当平面的片材122和充实部分140是流体/气体不可渗透的时候，子腔室之间存在潜在的隔离。如图4所示，可充气主体130包括两个阀138a和138b，每个子腔室对应一个阀。再者，至少在每个子腔室内，应该存在合适的流体/气体路径，以提供各单元121和周围环境之间的连通。通过形成处于堆叠关系的两个子腔室，可以执行对主体130压缩特性的调整。正如包括盒式弹簧的床垫提供给用户的益处超过仅使用床垫，提供不同程度的抗压性能为可充气主体的用户带来更多的实用性。具有图4中图解说明类型的分开的腔室的可充气主体在一个可能方面给予用户能够提供坚实的基本的支撑底部(supporting base)的能力，该支撑底部在从可充气主体支撑表面的最大位移的条件下，仍保持相对顺从的主体接触面。在另一个可能方面，使得具有更顺从的子腔室作为基本的支撑底部，允许可充气主体适应不规则支撑表面，而没有消极地影响性能或舒适性。

多个子腔室的概念可以扩展至具有多个平面的片材的实施方案中，例如图8中示出的实施方案。在这个所示出的实施方案中，芯520包括四(4)排单元521，和三(3)个平面的片材522a-c，其中，片材522b从芯520延伸以形成充实部分540。在大部分其他材料方面，可充气主体530与图4中的可充气主体130相同。

除了在构造可充气主体30时对芯20进行处理以获得特定的性能优势之外，熟练从业者可以修改其部件，以获得类似和额外的优势。然后来看图5，可充气主体230被示为具有芯220。芯220不同于芯20之处在于，波纹状或蛇形的片材24a不由单膜材料组成，取而代之的是由流体/气体可渗透材料组成，如聚酯或尼龙棉絮(batting)、开放式泡沫(open cell foam)(优选地聚氨酯泡沫)和/或包括有小孔的聚氨酯膜的层压材料；最后的实施例在以下实施方案中特别有用：假定薄泡沫材料具有差的抗拉性能，在可充气主体使用期间波纹状或蛇形的片材是受拉的状态。不仅使相邻单元之间的流体/气体的渗透性增加，而且也增加了对于通过对流进行的热传递的抗性。此外，每排可以有意地具有不同的热性能和其他性能属性：纯膜材料，其在重量上比棉絮材料轻，可以用在一排中以减少总的芯重量，然而棉絮材料的热性能优势仍能够用在另一排中。

作为额外的优势，每个被标识的候选波纹状或蛇形的替代片材固有地具有比聚氨酯薄膜材料更大的宏观弹性(macro resiliency)(如此处使用的，与一部分材料受常规的点载荷的变形相反，宏观弹性涉及其中该材料的大部分经受压缩而产生大尺度的压皱或变形)。宏观弹性部分地减弱了之前由现有技术中的分格式基体芯提供的恢复偏压的损失。除了材料选择作为增加宏观弹性的手段之外，侧边壁25′和25″越接近假想的正交平面，它们表现出的宏观弹性就越大。或者说，θ的值越小，越多的侧边壁25′和25″在真实压缩模式中作为支柱，与响应于压缩负载而弯曲的梁相反。此外，较小的θ值导致由底壁23组成的板32a和32b较小的拱起，以及由于每单位面积更多数量的侧边壁而导致更大的剪切稳定性。到板32a和32b的更大的熔接密度也在可充气主体产生纵向刚度。如果被“卷起(rolled up)”——例如像当压缩所述主体以移走留在其中的空气所做的那样，则该纵向刚性在主体中产生偏压以回复到大致平面的状态。

如图6所示的，多腔室可充气主体实施方案尤其适合于使用流体/气体可渗透材料——例如聚酯或尼龙棉絮、开放式泡沫(优选地聚氨酯泡沫)和/或包括有小孔的聚氨酯膜的层压材料——作为不可渗透的波纹状或蛇形的片材的替代。

重新参考图3，读者将注意到，每个侧边壁25机械地并且几乎直接连接到在相邻排中的同形的、相对的侧边壁25(为方便参考，一些附图中的侧边壁已经被标注使得在一排中的侧边壁25′机械地连接到相邻排中的同形的侧边壁25′，以便当可充气主体受到压缩负载时，读者能够更好的跟踪在相对的板32a和32b之间优选的张力传递矢量，该压缩负载增加了内部流体/气体压力，并因此导致板的位移，并在未受到该压缩负载的区域中的抗拉元件中产生张力)。由于这种几何形状，例如平面的片材22基本上不受到任何张力；仅在相对的侧边壁间的粘合界面表现出用于失效的实际位置。因为在这种意义上平面的片材22由此不被认为是结构元件，所以材料选择的机会大大增加。

图7中的实施方案示出了使用一种薄泡沫材料——例如，开放式聚氨酯泡沫——作为平面的片材422。薄泡沫材料通常不适合于其中受到局部张力影响的应用，因为可能会发生撕裂，但是它是非常好的绝热材料并且是流体/气体可渗透的。由于薄泡沫材料的可选择的存在，它在本发明的多个实施方案中用作平面的片材422是合适的。换句话说，不包含平面的片材或等同物的芯可以作为一个有效的抗拉结构。因此，尽管平面的片材422包括充实部分440，并由此形成两个子腔室，但是由于该平面片材的流体/气体可渗透性在这两个子腔室之间的流体连通是可能的，如箭头所示。

在前一实施方案中，对波纹状或蛇形的片材24a和24b的替代材料的明智选择产生了增加的形状恢复偏压，例如，图5。因为在此描述的各种可充气主体常常被“卷”起，以从其中压出内部空气，所以平面的片材22的替代材料的明智选择也能够使该主体具有恢复偏压。因此，例如，选择相对刚性的平面片材——例如以封闭式泡沫(closedcell foam)形成的材料——会产生趋于平面结构的偏压，从而协助将卷起的可充气主体铺开(unroll)。当与固有地比聚氨酯薄膜具有更大的宏观弹性的波纹状或蛇形的片材替代材料结合使用时，这种结合提供了适度自充气的可充气主体。

对于任何前述实施方案或此处描述的其他实施方案，可以相对于任何膜或片材材料采用辐射减弱装置。例如，用镀铝的迈拉膜(aluminized MYLAR)来替代聚氨酯膜将保持与使用膜材料相关的优势，而且提供对通过辐射进行的热传递的增强的抗性。附加地或替代地，各种膜替代片材可被蒸汽涂覆(vapor coated)有铝或其他辐射反射物质，以增强这些材料对通过辐射进行的热传递的抗性。当任何给定的芯的给定的结构和功能集成到可充气主体时，本发明的优选实施方案包括一个泡沫平面片材，该泡沫平面片材选择性地粘合至少一个作为蛇形或波纹状的片材的无纺或棉絮型材料；以及至少一个包壳板，在其上——优选地在其内部表面——进行了辐射热传递减弱处理。

Claims

1.一种用作可充气主体的芯的分格式基体，包括：

第一排末端开口的中空棱柱，每个棱柱具有周缘围绕壁，所述壁包括多个壁部分，该排具有至少第一类型的棱柱，该第一类型的棱柱与第二类型的棱柱交替以形成重复的棱柱序列，其中，在该排中的每个棱柱与直接相邻的棱柱共用一个共同的围绕壁部分；和

第二排末端开口的中空棱柱，该棱柱具有至少所述第一类型的棱柱，该第一类型的棱柱与第二类型的棱柱交替以形成重复的棱柱序列，其中，每排具有大致不变的上边界和下边界，其中，当基体在扩充状态时，没有排与另一个排重叠，并且其中，至少一个壁部分由无纺片材或棉絮型片材、或泡沫片材中的一种构造成。

2.一种用作可充气主体中的芯的分格式基体，包括：

第二排末端开口的中空棱柱，该棱柱具有至少所述第一类型的棱柱，该第一类型的棱柱与第二类型的棱柱交替以形成重复的棱柱序列，其中，每排具有大致不变的上边界和下边界，其中，当基体在扩充状态时，没有排与另一个排重叠，并且其中，每个单元的至少一个壁部分形成一个柔性板的一部分，该柔性板构成该可充气主体的元件。