CN207506312U - 一种阵列式结构的枕头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种阵列式结构的枕头，其包括支撑层和位于支撑层上部的阵列式结构层，所述支撑层中间低、四周高；所述阵列式结构层包括横、纵分割的立方块，所述立方块之间留有间隙；所述支撑层的材料的硬度大于阵列式结构层的材料的硬度，所述阵列式结构层采用温感减压材料。采用本实用新型的技术方案，根据头部压力的变化，自动识别提供区域支撑，吸收来自头肩部所带来的压力让皮肤、肌肉与血管得到充分的放松，使大脑细胞得到充分休息；具有很好的颈椎的保护作用，后脑部的重力下压下在颈部形成支撑力，自动形成有度数的曲面，与颈椎的曲度相符；能有效抑制打鼾。

Description

一种阵列式结构的枕头

技术领域

本实用新型属于日常生活用品技术领域，尤其涉及一种阵列式结构的枕头。

背景技术

人的夜间睡眠，一般分5到6个(周而复始)的周期，每个睡眠周期约60分钟～ 90分钟。“夜体睡眠实验室”研究表明，占整个睡眠时间大约55％的浅睡期和轻睡期，对解除疲劳作用甚微，而只有进入深睡期，才对解除疲劳有较大作用。因为在深睡眠状态下，大脑皮层细胞处于充分休息状态，这对于消除疲劳、恢复精力、免疫力等都有至关重要的作用。然而这种深度睡眠，只占整个睡眠时间的25％。因此对睡眠好坏的评价，最终要看深度睡眠时间的长短。在睡眠科学来说，“深度睡眠”是你入睡以后大脑不进行活动的深度休息。深度睡眠也被称作是“黄金睡眠”，也就是通常说的“金质睡眠”、“金子般的睡眠”。

目前，好多人都为睡眠问题而烦恼，而有个舒适的枕头，能大大改善睡眠状况。舒适度是人的主观感受，由生理和心理两方面的因素构成，枕头的舒适度受到枕头的材料、结构、几何尺寸和形状等多方面的影响。设计良好的枕头应当使人在平卧和侧卧时让使用者有良好的体压分布和触感，保证使用者姿势稳定、舒适。

我们对物体施加力后的感受通过体压来表征。对所谓体压指的是身体所受到的压强(应力)。压强(应力)P即物体所受的压力F与受力面积S之比。根据压强(应力)的计算公式P＝F/S，在受力一定的情况下，受力面积越大，压强(应力)越小；受力面积越小，压强(应力)越大。

记忆枕头采用的材料主要是一种温感减压慢回弹海绵，这里的减压指的是减少体压。减少物体对人体的体压，能很好地保护身体，提高舒适度。枕头造型对人体睡眠舒适度的影响较大，合理的枕型设计应符合人体工程学原理，贴合颈部曲线，并根据人体的头型和颈椎自然生理曲度来设计。睡下后枕头应保证有两个高度：中间略凹陷，与颈部贴合的隆起部分能有效支撑颈部，吻合颈椎生理自然曲线。而且表面应有均匀分布的沟槽，以便于改善头颈部的舒适度和枕头的透气透湿性。

枕头的舒适度和接触面积、支撑力都有关。枕头过软，支撑力弱，颈椎不能保持自然曲度，舒适度会降低；枕头太硬，接触面积小，压强(应力)大，也不会舒服。记忆枕头通过本身柔软和回弹的特性，在头颈部接触枕头时通过提高受力面积来减少体压，吸收头颈部在运动过程中产生的冲击能量，以起到缓冲的作用，并利用自身的回弹特性提供一定的支撑力。

传统记忆枕头表面一体成型，对头颈部的支撑力一部分来自于自身的回弹，其表面受力分析如图1所示。在图1中，A点表示与后脑勺最凸处所接触的点，B点和C 点是其周围的两点。G_A、G_B和G_C分别表示头部重力对枕头的压力，G_B1和G_C1分别为 B、C两点法向的重力分量；根据牛顿第三定律，G′_A、G′_B和G′_C分别为枕头对头部的反作用力。除此之外，在图中这个平面内，每个点都受到两个与其法向垂直的拉力(对 A点而言是L_A1和L_A2)，这两个拉力的合力与其法向方向相同，即分别为L_A、L_B和L_C。

当头部压入枕头后，短时间内感觉舒适，这是因为材料通过自身的形变吸收了头部从接触枕头到停止这一过程中产生的动能和重力势能。但是，由于整个枕头是一块均匀的记忆海绵，其表面是均匀的平面，与后脑勺接触的表面和内部区域会产生一定的拉力。对枕头而言，受到以后脑勺最凸点为中心点向四周散开的力，如图2所示，材料发生弹性形变后产生与受力方向相反的力作用于施力方，即后脑勺；对后脑勺而言，受到从四周向中心集中的力，越往中心区域力越大，如图3所示。这就相当于给后脑勺戴上了一个紧箍帽，如图4所示。由此可见，传统记忆枕头的表面和受力过于均匀，加上贴合度很高，头颈部为了抵抗枕头因形变产生的拉力，产生肌肉疲劳。头颈部会因不断受到外部弹力的作用而产生肌肉疲劳，影响血液循环，使人感觉不舒服，再加上高贴合度也影响了枕头的透气性。这就是传统记忆枕头睡久了让人觉得不够舒服的原因。

研究表明，只有柔软又不失一定硬度的枕头才能既减少枕头与头皮之间的压强，又能让压力不均匀分布，使血液循环可以从压力较小的地方通过，图1和图2中的受力分析只画出了最重要的、对体压影响较大的力。

实用新型内容

针对以上技术问题，本实用新型公开了一种阵列式结构的枕头，该枕头采用温感减压材料与独特的阵列式设计，通过材料的物理特性与独特的分层式结构设计与精确计算的孔位设计，能够根据不同的体重，不同的形状产生不同的支撑面，使得枕头可以根据每个人不同的个体实现定制式的贴合度，头颈肩的精确支撑，达到放松肌肉，血流畅顺的效果，达到深度睡眠。

对此，本实用新型的技术方案为：

一种阵列式结构的枕头，其特征在于：其包括支撑层和位于支撑层上部的阵列式结构层，所述支撑层中间低、四周高；所述阵列式结构层包括横、纵分割的立方块，所述立方块之间留有间隙；所述支撑层采用的材料的硬度大于阵列式结构层采用的材料的硬度，所述阵列式结构层采用温感减压材料。进一步的，所述阵列式结构层也包裹在支撑层的外侧。

其中，所述温感减压材料又称慢回弹海绵，也就是人们常说的记忆绵(MemoryFoam)，其主要成分学名叫“聚氨酯”英文简称“PU”。

舒适度是人的主观感受，由生理和心理两方面的因素构成，枕头的舒适度受到枕头的材料、结构、几何尺寸和形状等多方面的影响。设计良好的枕头应当使人在平卧和侧卧时让使用者有良好的体压分布和触感，保证使用者姿势稳定、舒适。此技术方案，采用独立的立方体结构，根据来自头部的不同位置提供不同的支撑，挤压应力经过计算，不同的睡姿提供不同的位置支撑，提供不同的支撑力。改变不同支撑通过形状解决的传统方式，一种形状只适合一种睡姿的难题。切割的凹槽也是为了减少每个扇形立柱受周围材料拉力的影响，自成一个受力体系。这枕头上层方块体结构为慢回弹海绵，特点为柔软不反弹，不压迫头部皮肤。所述支撑层的硬度大于阵列式结构层的硬度，对头部起到足够支撑，使枕头又柔软又有足够支撑。

优选的，所述支撑层为高密度海绵。支撑层为高密度海绵，特点是海绵体不下陷，有弹力，对头部起到足够支撑，使我们这款枕头又柔软又有足够支撑。

作为本实用新型的进一步改进，所述支撑层的表面成倒锥形，所述倒锥形的顶部夹角为170～179度。

作为本实用新型的进一步改进，除边缘外的立方块的宽度为10～150mm，长度为10～150mm。

作为本实用新型的进一步改进，除边缘外的立方块的宽度为10～100mm，长度为10-100mm。进一步优选的，除边缘外的立方块的宽度为30～40mm，长度为30～40mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述支撑层外侧的高度为中部高度的1～3倍。

作为本实用新型的进一步改进，所述立方块的顶部或边缘截面为三角形、方形或梯形。根据结构力学，三角形的抗形变和承载能力最强，这样的设计既保证了与颈椎的贴合，又能对颈椎提供较大的支撑力

作为本实用新型的进一步改进，位于枕头中部的立方块的高度高于位于枕头四周的立方块的高度。

作为本实用新型的进一步改进，所述立方块之间的间隙为1～50mm。优选的，所述立方块之间的间隙为5～10mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述横、纵分割的立方块在横向的相邻两行之间设有沟槽，所述横、纵分割的立方块在纵向的相邻两列之间设有沟槽。采用此技术方案，来自头颈部的热量可以通过沟槽快速对流到枕头外部，明显减少睡眠时的闷热感。

作为本实用新型的进一步改进，所述沟槽的宽度为1～50mm。优选的，所述沟槽的宽度为5～12mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述立方块的数量为77个。

作为本实用新型的进一步改进，所述阵列式结构层的横向每行有11个立方块，所述阵列式结构层的纵向每行有7个立方块。

作为本实用新型的进一步改进，所述阵列式结构层横、纵分割完成后形成纵6横10的沟槽，使得来自头颈部的热量快速对流到枕头外部，明显减少睡眠时的闷热感。

本实用新型的技术方案，通过材料的物理特性与独特的分层式结构设计与精确计算的孔位设计，能够根据不同的体重，不同的形状产生不同的支撑面；使得深睡时可以根据每个人不同的个体实现定制式的贴合度，头颈肩的精确支撑，达到放松肌肉，血流畅顺的效果，达到深度睡眠。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

第一，采用本实用新型的技术方案，根据头部压力的变化，自动识别提供区域支撑，吸收来自头肩部所带来的压力让皮肤、肌肉与血管得到充分的放松；4种睡姿被动式的完美兼容，无论是仰卧、左侧卧、右侧卧、俯卧，都能有效的提供支撑与贴合，对后颈、侧颈、肩、后脑、侧脸的无压迫贴合，提供0压力支撑；明显提高了连续睡眠的时间，减少翻身次数，在一个非快速眼动周期就进入到深度睡眠，使大脑细胞得到充分休息。

第二，本实用新型的技术方案具有很好的颈椎的保护作用，后脑部的重力下压下在颈部形成支撑力，自动形成有度数的曲面，与颈椎的曲度相符，有效形成保护支撑。

第三，本实用新型的技术方案能有效抑制打鼾，打鼾一般发生在仰卧时，很大的原因是颈部的支撑不够，深睡枕的分层式结构设计在仰卧时随呼吸产生波动的支撑力，保持气道的畅通，减少打鼾的几率。

附图说明

图1是本实用新型现有技术的传统记忆枕与头部接触部分表面受力分析图。

图2是本实用新型现有技术的枕头在枕入时的受力点拉力分析图。

图3是本实用新型现有技术的枕头在枕入时的后脑勺的反作用力分析图。

图4是本实用新型现有技术的枕头在枕入时头部与枕头接触的示意图。

图5是本实用新型一种阵列式结构的枕头的立体结构示意图。

图6是本实用新型一种阵列式结构的枕头的结构示意图。

图7是图6的A1剖切面图。

图8是图6的A2剖切面图。

图9是图6的B1剖切面图。

图10是图6的B2剖切面图。

图11是本实用新型一种阵列式结构的枕头的俯视结构示意图。

图12是本实用新型一种阵列式结构的枕头的表面切割记忆枕与头部接触部分表面受力分析。

图13是本实用新型一种阵列式结构的枕头边缘区域示意图。

图14是本实用新型一种阵列式结构的枕头立方体六个面的法向力平衡图。

图15是本实用新型一种阵列式结构的枕头立方体单元剪切力分析图。

图16是本实用新型一种阵列式结构的枕头立方单元剪切力平衡图。

图17是本实用新型一种阵列式结构的枕头立方单元三个面的法向力和剪切力分析图。

图18是本实用新型一种阵列式结构的枕头的应力分析图。

图19是传统纤维枕的落球实验的分析图。

图20是乳胶枕的落球实验分析图。

图21是本实用新型的枕头的落球实验分析图。

图22是本实用新型的枕头的仰卧示意图。

图23是本实用新型的枕头的仰卧时枕头阵列式结构层的变形示意图。

图24是本实用新型的枕头的侧卧示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图3～图11所示，一种阵列式结构的枕头，其包括支撑层1和位于支撑层上部和侧面的阵列式结构层2，所述支撑层1中间低、四周高；所述阵列式结构层2包括横、纵分割的立方块3，所述立方块3之间留有间隙；所述支撑层1的材料的硬度大于阵列式结构层2的材料的硬度，所述阵列式结构层3采用温感记忆材料。所述支撑层1的表面成倒锥形，所述倒锥形的顶部夹角为170～179度。

如图5～图11所示，除边缘外的立方块3的宽度为30～35mm，长度为30～35mm。所述支撑层1外侧的高度为中部高度的2～3倍。所述立方块3的顶部截面为三角形。

如图5～图11所示，位于枕头中部的立方块的3高度高于位于枕头四周的立方块3的高度。所述横、纵分割的立方块3在横向的相邻两行之间设有沟槽4，所述横、纵分割的立方块3在纵向的相邻两列之间设有沟槽4。所述沟槽4的宽度为8～12mm。所述立方块3的数量为77个。

如图5～图11所示，所述阵列式结构层2横、纵分割完成后形成纵6横10的沟槽 4，使得来自头颈部的热量快速对流到枕头外部，明显减少睡眠时的闷热感。所述阵列式结构层2的横向每行有11个立方块3，所述阵列式结构层2的纵向每行有7个立方块3。

这款枕头对枕头表面进行了立体切割，把完整的表面划分成多个小方块，如图5所示。每个方块形成一个立柱，自成一个受力系统，大大降低了周围材料拉力的影响。每个方块根据其受力情况，通过自身在竖直方向上的形变抵消头部对它的一些压力，其产生的反作用力作为支撑力。这样的支撑力与传统记忆枕头提供的支撑力不同，相当于给后脑勺“松了绑”。原来是戴着紧箍帽，现在枕头对后脑勺从四周向中心的拉力大大减小。而且切割的凹槽让每个立柱根据自身的受力情况进行形变，不再受周围拉力的影响，不产生让头皮紧张的拉力，表面切割记忆立方体与头部接触部分表面受力分析如图12所示。由于没有周围材料的牵制，每个方块立柱的形变比原来要大。也就是说，通过提高自身形变增加了枕头中心区域的柔软度，减少了体压。由于有凹槽，能产生不均匀的压力分布，头皮中的血液能够顺利地从压力较小的地方通过。提高长时间睡眠的舒适感。

枕头的另一个功能是对颈椎提供支撑，并保证颈椎的正常生理曲度。一个理想的枕头，最基本的要使枕头能够紧密适合颈椎的生理曲度。这款记忆枕头对与颈椎贴合的部分进行了处理，从纵截面看形成一个扇形，如图13所示。根据结构力学，三角形的抗形变和承载能力最强。这样的设计既保证了与颈椎的贴合，又能对颈椎提供较大的支撑力。该部分在纵向也切割了条形凹槽，由于需要提供较大支撑力，这部分的凹槽宽度略窄。切割的凹槽也是为了减少每个扇形立柱受周围材料拉力的影响，自成一个受力体系。

以下从理论角度对该枕头进行应力分析。

物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。应力是在所考察的截面上某一点单位面积上的内力。与截面垂直的称为正应力或法向应力，与截面相切的称为剪应力或切应力。

在材料力学中，用一个无限小的立方体单元来描述某一点的受力情况。为什么要用无限小的立方体？因为由于无限小，小到物体内部力是均匀的，没有应力变化，只有一种应力状态。如图14所示，表示六个面分别受到法向力平衡。

图14是垂直于各截面的法向力的情况，还有一种剪切力，如图15所示，其中，Y 方向的剪应力，截面垂直于X方向。X方向截面受到剪切力F_xy(下标x表示X方向截面，y表示受力向y方向)，为了保持受力单元平衡，会产生其余三个力F_yx、F_xy和F_yx，立方单元剪切力平衡图如图16所示。

将法向力和剪切力汇总到一个立方体中，三个面的法向力和剪切力分析图如图17所示，其中只标出了与显示器平面垂直往外可见的三个面。

通过建模，每个单元受到的力，包括法向力、剪应力的合力都和外力通过节点传递到该单元的力平衡，这种微观的平衡是力学平衡的微观表现。应力分析图，如图18 所示。中间深色区域为头部与枕头接触的区域，枕头的内应力最大，竖直方向的位移位移越大(即形变最大，被压缩得最厉害)。

无论仰卧、侧卧、俯卧，使用后都会有明显的轻松感，而这些归功于温感减压材料与独特的分层式结构设计，产生可调试的支撑表现。实际上是对睡眠环境的心理诉求，夜体睡眠实验室实验发现，枕头的形状与贴合度能很大程度上提供安全感，良好的头部接触与支撑，让人觉得踏实有安全感，“高枕无忧”就是这个道理。

我们对本实用新型的枕头、纤维枕、乳胶枕进行了支撑度与贴合度对比实验，实验结果如下：

(1)贴合度的对比实验中，本实用新型的枕头贴合度为95％，纤维枕为35-45％，乳胶枕为65-89％；

(2)支撑度的对比实验中，本实用新型的枕头支撑度为98％，纤维枕为38-51％，而乳胶枕为83-95％。

通过撑度与贴合度对比可见，采用本实用新型的枕头的贴合度和支撑度都优于现有技术的纤维枕和乳胶枕。

下面针对支撑力对比，模拟头部重量，对单位面积压陷比进行了对比分析，数据分析如下：

对于纤维枕，仰卧时的单位面积压陷比为24％，侧卧的单位面积压陷比为47％；

对于乳胶枕，仰卧时的单位面积压陷比为67％，侧卧时的单位面积压陷比为84％；

对于本实用新型的枕头，仰卧时的单位面积压陷比为89％，侧卧时的单位面积压陷比为93％。

通过上述对比分析可见，采用本实用新型的的枕头，无论仰卧或侧卧，均具有很好的单位面积压陷比，更加舒适。

当保持某个睡姿过长时，头部血管持续受到压力后，人就会改变状态，影响睡眠质量。夜体睡眠实验室实验结果显示，床垫与枕头吸收压力的效果，是影响睡眠持续性的重要因素。本实用新型的枕头通过温感减压材料与独特的分层式结构设计，能够几乎吸收到所有压力，让你在睡眠时处于0压力。

下面，对于吸收压力效果对比，我们采用落球实验进行对比分析，如图19～图21所示，其中图19为传统纤维枕，b图20为乳胶枕，图21为本实用新型的枕头。铁球反弹高度越低，则表明吸收压力效果越好，能在人体保持某个状态时，减少血管受到的压力，减少翻身次数，提高睡眠持续性。通过图19～图21对比可见，本实用新型的枕头的反弹高度最低，具有很好的吸收压力效果。

本实用新型采用独立的立方体结构，根据来自头部的不同位置提供不同的支撑，挤压应力经过计算，不同的睡姿提供不同的位置支撑，提供不同的支撑力。改变不同支撑通过形状解决的传统方式，改变传统枕头一种形状只适合一种睡姿的难题。本实用新型的枕头四种睡姿全适应。

(1)仰卧：精准支撑肩颈，保护颈椎，抑制打鼾。

(2)左侧卧：完全的能量吸收，颈面部血管免受挤压，避免频繁的翻身；

(3)右侧卧：完美的面部贴合度，长时间右侧卧并保持弓形是比较理想的睡姿；

(4)俯卧：表明平整柔软，短时间俯卧，对快速进入睡眠有帮助。

图22给出了仰卧示意图，当人仰卧时，枕头的立方体通过相互牵制和变形，形成颈部支撑区20、侧卧拉伸区21、后脑压陷区22和面部支撑区23，如图23所示，对人体的各个部位起到很好的支撑作用。侧卧示意图如图24所示。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种阵列式结构的枕头，其特征在于：其包括支撑层和位于支撑层上部的阵列式结构层，所述支撑层中间低、四周高；所述阵列式结构层包括横、纵分割的多个立方块，所述立方块之间留有间隙；所述支撑层采用的材料的硬度大于阵列式结构层采用的材料的硬度，所述阵列式结构层采用温感减压材料。

2.根据权利要求1所述的阵列式结构的枕头，其特征在于：所述支撑层的表面成倒锥形，所述倒锥形的顶部夹角为170~179度。

3.根据权利要求2所述的阵列式结构的枕头，其特征在于：除边缘外的立方块的宽度为10~150mm，长度为10~150mm。

4.根据权利要求2所述的阵列式结构的枕头，其特征在于：所述支撑层外侧的高度为中部高度的1~3倍。

5.根据权利要求1所述的阵列式结构的枕头，其特征在于：所述立方块的顶部或边缘截面为三角形、方形或梯形。

6.根据权利要求1~5任一项所述的阵列式结构的枕头，其特征在于：位于枕头中部的立方块的高度高于位于枕头四周的立方块的高度。

7.根据权利要求6所述的阵列式结构的枕头，其特征在于：所述立方块之间的间隙为1~50mm。

8.根据权利要求6所述的阵列式结构的枕头，其特征在于：所述横、纵分割的立方块在横向的相邻两行之间设有沟槽，所述横、纵分割的立方块在纵向的相邻两列之间设有沟槽。

9.根据权利要求8所述的阵列式结构的枕头，其特征在于：所述沟槽的宽度为1~50mm。

10.根据权利要求1~5任一项所述的阵列式结构的枕头，其特征在于：所述立方块的数量为77个。