JP2008528366A - 人体の部分のための複合材料製の人間工学的支持構造物とそれを製造する方法 - Google Patents

Abstract

複合材料から成る人間工学的支持構造物、特に人体の部分を支持するための支持構造物。この構造物は、永久的に固定された粘弾性インサート(3)を有する本体(2)から成る。本体(2)は、少なくとも一つの強化材(4)を有し、該強化材(4)は、割合に低い密度と割合に高い機械的強度とを有する材料グループから選択される材料で作られる。強化材(4)は、前記少なくとも一つのインサート(3)を永久的に固定するために、少なくとも一つのポリマーマトリックス(5)に結合させられる。前記構造物を製造する方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特殊な材料で作られた機械的構造物の分野での応用を見出すものであり、特に複合材料から成る支持構造物に関する。

また、本発明は前記構造物を製造する方法にも関する。

公知のように、フォーム材料から成るカバーパッドが、使用中に人体の部分に接触する硬質物体、たとえば自動車用の複合材料の座席、自転車サドル、その他において、快適さを高め、人間工学的な利点を得るために、使用されている。

しかし、この解決策は、このカバーパッドによって完全に被覆される該カバーパッド支持を意図する部品においては、許容できないほどに非快適、不便であり、また美的に不利である。

前記欠点を排除するために、使用者によって最大の圧力が加えられる領域にゲルインサートを使用することがますます多くなっており、快適さがもっとも強く要求される部分に快適さを与えるようになっている。ゲルは、その粘弾性挙動のため、フォームに比して好ましく、静圧に応答する界面圧力が改善され、周期的な動的応力に応答する振動減衰が良くなり、また衝撃力に応答する弾性余効が大きくなる。

US-A-6,050,964号明細書には、弾性織物構造物が開示されており、この構造物は、その上に熱可塑性ゲルを有し、該構造物によって被覆される部品のために人間工学的支持土台を形成する。

この先行技術の構造物の一つの欠点は、この構造物が快適で弾性的であるということは間違いないが、ゲルを包囲する織物被覆は、簡単に切断され、破裂する傾向があって、ゲルが漏れだしやすいということである。また、見た目に感じの良いゲルインサートがこの構造物で被覆される。

前記のものと等価な技術的構成物は、US-A-5904396号、EP-A2-1382520号、US-A-5330249号明細書にも記載されている。

US-B-6450572号明細書には、硬質支持台を有するサドルが開示されており、この支持台は、より硬質なフォームとより弾性的なフォームとから成る二重クッションを被覆しており、前記硬質支持台上には、ゲルの部分が形成され、このゲルの部分は、使用者の動く部分と接触したときに変形するように設計されている。

この解決策は、快適であり、好ましくない損傷を起こすことはないが、構造物全体を重くし、また見た目の感じを悪くするクッションを有するという欠点がある。

一つの複合材料をゲルインサートに直接結合するという問題は、これまでのところ未解決であった。

本発明の目的は、非常に効果的で割合に経済的な人間工学的支持構造物を提供することによって、前記欠点を克服することである。

一つの特定目的は、必要に合わせることのできる、すなわちそれぞれの使用者の体型に合わせることのできる人間工学的支持構造物を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、見た目に感じの良い人間工学的支持構造物を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、軽量で高強度の人間工学的支持構造物を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、本発明の人間工学的支持構造物を製造する実用的で簡単に反復できる方法を提供することである。

これらの目的、および以下でもっとはっきりする他の目的は、請求項１に従う複合材料製の支持構造物によって達成される。この支持構造物は、永久的に固定された粘弾性インサートを有する本体から成り、前記本体は少なくとも一つの強化材を有し、該強化材は、割合に低い密度と割合に高い機械的強度とを有する材料グループから選択される材料で作られ、また前記強化材は、前記少なくとも一つのインサートを永久的に固定するために、少なくとも一つのポリマーマトリックスに結合させられる。

この特別な構成により、本発明の人間工学的構造物は、高度に快適であり、多くの用途に適しており、たとえば自転車のサドル、椅子、自動車の座席、その他に適している。

さらに、本発明の構造物は、先行技術の構造物において快適要素として使用されたクッションの使用を避けることができる。そのため、快適で非常に軽量の構造物を作ることができる。

また、複合材料と粘弾性材料との直接連結により、見た目に感じの良いアセンブリが提供され、これは、ファッションと外観によって大きく影響される、スポーツとレジャーの領域で無視できない利点となる。

好ましくは、前記の少なくとも一つのインサートは、前記強化材を被覆するように配置して、使用者が制御できる変形のための自由接触面が定められるようにする。

この特徴により、本発明の構造物は、該構造物に接触する人体の部分それぞれの構造によらず、それぞれの使用者の必要に合わせられる。粘弾性材料の自然な人間工学的特性により、本発明の構造物は簡単かつ快適に万人に適合させることができる。

適当なのは、本発明の構造物が、前記少なくとも一つのインサートと前記ポリマーマトリックスの上面との上に配置される、ポリマー被覆層を有するようにすることである。

この特徴により、この構造物は、接触した感じが良く、安全である。使用者が、強化材の破断から保護され、危険な破片が放出されて、使用者を傷つけるということがないからである。

本発明のもう一つの側面においては、請求項９に従い、前記のような人間工学的な支持構造物を製造する方法が提供される。この方法は、下記のステップ
割合に低い密度と割合に高い機械的強度とを有する材料グループから選択される材料で作られた少なくとも一つの強化材を準備し、
支持構造物の本体の外部形態に対応する所定の形状の内部キャビティを有する金型を準備し、
前記金型を開けて、前記少なくとも一つの強化材を配置し、
粘弾性材料製の少なくとも一つのインサートを前記少なくとも一つの強化材の上に配置し、
前記金型を密閉して、所定の作業温度まで加熱し、
前記金型を所定の最終温度まで冷却し、前記金型を開いて、該金型から完成支持構造物を取り出すこと、
から成る。

前記方法により、本発明の支持構造物を、実用的で簡単に反復できるやり方で製造することができる。

本発明のさらなる特徴と利点とは、以下の、添付の図面を参照しつつ非限定的な例として示す、本発明の構造物の好ましい非排他的実施形態の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

図面において、本発明の構造物の全体を1で示す。この構造物は、たとえば、自動車の座席もしくは椅子の一部、または図１に示すような自転車のサドルとすることができる。

一般に、構造物1は、本体2から成り、該本体は、該本体に結合された、好ましくはポリウレタンゲル製の粘弾性インサート3を有する。このインサートは、使用者のための自由接触面Sを定め、この接触面は、その自然な人間工学的特性により、使用者と構造物1との間の接触領域、たとえば、自転車サドルの場合、坐骨または前立腺の領域に、自由に配置することができる。

本体2は、複合材料から成り、該複合材料は、公知のように、実質的に、ポリマーマトリックス5と、該マトリックスに結合した強化材4とから成る。このマトリックスは、熱可塑性または熱硬化性のタイプのものとすることができる。

特に、強化材4は、低密度と高い機械的強度とを有する。高い機械的強度というのは、圧縮および/また引張りおよび/または曲げおよび/またはねじりおよび/またはせん断応力に対する高い抵抗力である。さらに、公知のように、マトリックス5は、実質的に、１つ以上の熱可塑性または熱硬化性樹脂であり、これは強化することもできる。

本発明においては、強化材4は、ファイバーシート6を有することができ、このシートは、たとえばマトリックス5に結合されたカーボンファイバー、ガラスファイバー、その他で作られている。このマトリックス内には、特に図３に示されているように、シート6を埋め込むことができる。

この構成においては、インサート3は、化学的および/または機械的結合によって、本体2に永久的に結合することができる。この結合は、この構造物の製造工程において形成される。この製造工程は、以下で説明するように、ポリマーマトリックス5が重合する加熱ステップを含む。この重合により、一体構造物1が与えられ、該構造物においては、図４に示されているように、インサート3が本体2と一体に形成される。

好ましくは、強化材4とマトリックス5との両方が、強化繊維、粒子、またはナノ粒子を含むようにすることができる。

前記のように、構造物1は、保護機能を有するポリマーカバー層7を有することができる。

好ましくは、層7は透明なものとし、本体2の複合材料とインサート3のゲルとの間の美的に感じの良い結合が見えるようにすることができる。

構造物1を製造する方法は下記のステップを含む。

第一のステップは、ステップa)であり、このステップにおいては、強化材4を、シートの形、たとえば前記のようなカーボンファイバー、ガラスファイバー、その他から成るシート6の形で準備する。

好ましくは、シート6には、樹脂5を含浸させることができ、またはドライシートの形とすることができる。

次のステップb)においては、本体2の形を有する金型を準備する。前記シート6に含浸させていない場合、金型は、あとからドライシート6に添加されるポリマーマトリックス5の内部への射出のための１つ以上の開口を有することができる。

次に、ステップc)において、金型を開けて、内部に強化材4を配置し、次のステップd)において、さらに、その上に１つ以上のインサート3を配置する。

公知のように、前記インサートのゲルはいろいろな密度を有することができる。このゲルが液状の場合には、金型に注入することができる。この場合、好ましくは、金型は、ゲルを受けるための１つ以上の特別の形に成形されたハウジングを有することができる。

好ましくは、カバー層7を、シート6とインサート3との保護のために金型内に配置することができ、そうすることによって、前記利点が得られる。

次のステップe)においては、金型を密閉して、所定の作業温度まで加熱する。この加熱は、前記のように、シート6がドライシートの形で配置される場合には、マトリックス5の射出後に行うことができる。この温度は、20〜300℃、好ましくは約120℃とすることができる。この温度は、一般に、マトリックス5のガラス転移温度に近いものとすることができる。このステップにおいて、化学および/または機械的結合が形成され、それによって本体2、インサート3、また場合によってはシート6の一体アセンブリが与えられる。

ステップf)において、金型は、所定の最終温度18〜50℃、好ましくは約20℃まで冷却され、次に最終ステップg)が実施されて、金型が開かれ、完成支持構造物1が取り出される。

前記開示内容から明らかなように、本発明の構造物は、提示された目的を達成するものであり、特に、高度に快適で必要に合わせられる支持構造物を提供するという要求を満たすものである。

本体2の複合材料とインサート3のゲルとの直接結合により、すべての使用者の人体計測的形態に合わせることのできる非常に快適な構造物が得られる。

本発明の構造物には、特許請求の範囲に示す発明的概念の範囲内で、多くの変形と変更とを加えることができる。本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の構造物の個別部品は、すべて他の技術的に同等の部品で置き換えることができ、また材料はいろいろな要求に応じて変更することができる。

以上、本発明を添付の図面に即して説明したが、説明と請求項で使用した参照番号は、本発明が理解しやすいようにするためだけのものであり、どのような意味でも特許請求の範囲の制限を意図するものではない。

本発明の支持構造物の不等角投影図である。 図１の細部の不等角投影図である。 図２の面III−IIIに沿う、本発明の構造物の断面図である。 図２の面IV−IVに沿う、本発明の構造物のもう一つの断面図である。 本発明の支持構造物を製造する方法の流れ図である。

符号の説明

1 本発明の支持構造物
2 本体
3 粘弾性シート
4 強化材
5 ポリマーマトリックス
6 ファイバーシート
7 ポリマーカバー層
S 自由接触面
S´ 5の上面

Claims (15)

1. 複合材料から成る人間工学的支持構造物、特に人体の部分を支持するための支持構造物であって、
   永久的に固定された粘弾性インサート(3)を有する本体(2)、
   から成り、
   前記本体(2)が少なくとも一つの強化材(4)を有し、該強化材(4)が、割合に低い密度と割合に高い機械的強度とを有する材料グループから選択される材料で作られ、また前記強化材(4)が、前記少なくとも一つのインサート(3)を永久的に固定するために、少なくとも一つのポリマーマトリックス(5)に結合させられる、
   ことを特徴とする支持構造物。
2. 当該少なくとも一つのインサート(3)が、当該強化材(4)の上に配置されて、使用者のために制御変形可能な自由接触面(S)を定めることを特徴とする請求項１に記載の構造物。
3. 当該強化材(4)が、当該ポリマーマトリックス(5)に埋め込むように意図された繊維シート(6)を有することを特徴とする請求項１に記載の構造物。
4. 当該繊維シート(6)が、カーボンファイバー、ガラスファイバー、その他から成るグループから選択されることを特徴とする請求項３に記載のサドル構造物。
5. 当該少なくとも一つのインサート(3)と当該ポリマーマトリックス(5)の上面(S´)との上に配置されるポリマーカバー層(7)を有することを特徴とする請求項１に記載の構造物。
6. 当該カバー層(7)が透明タイプのものであることを特徴とする請求項５に記載の構造物。
7. 当該粘弾性材料がゲル材料であることを特徴とする請求項１に記載の構造物。
8. 当該ゲルがポリウレタンゲルのグループから選択されることを特徴とする請求項７に記載の構造物。
9. 請求項１から８の中のいずれか１つ以上に記載の、複合材料から成る人間工学的支持構造物、特に人体の部分を支持するための支持構造物を製造する方法であって、下記のステップ、
   a) 割合に低い密度と圧縮およびせん断応力に対する割合に高い機械的抵抗力とを有する材料グループから選択される材料で作られた少なくとも一つの強化材(4)を準備し、
   b) 支持構造物の本体(2)の外部形態に対応する所定の形状の内部キャビティを有する金型を準備し、
   c) 前記金型を開けて、内部に少なくとも一つの強化材(4)を配置し、
   d) 粘弾性材料製の少なくとも一つのインサート(3)を前記少なくとも一つの強化材(4)の上に配置し、
   e) 前記金型を密閉して、所定の作業温度まで加熱し、
   f) 前記金型を所定の最終温度まで冷却し、
   g) 前記金型を開いて、該金型から完成支持構造物(2)を取り出すこと、
   から成ることを特徴とする方法。
10. 当該少なくとも一つの強化材(4)にポリマーマトリックス(5)が含浸させられることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. ポリマー被覆層(7)が、当該少なくとも一つのインサート(3)と当該強化材(4)の上面(S´)との上に配置されるステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 当該金型が、内部への熱可塑性樹脂(5)または熱硬化性樹脂の射出のための少なくとも一つの開口を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 当該金型が、当該少なくとも一つの粘弾性インサート(3)を収容するための少なくとも一つの成形されたハウジングを有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. 当該所定の作業温度が20〜300℃であり、好ましくは約120℃であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
15. 当該所定の最終温度が18〜50℃であり、好ましくは約20℃であることを特徴とする請求項９に記載の方法。

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