KR102447270B1 - 층을 이루는 공극셀 - Google Patents

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Abstract

기술된 기술은 압축 중에 보호, 편안함과 안정성을 제공하는 층을 이루는 공극셀을 포함한다. 층을 이루는 공극셀은 수직적으로 쌓이는 칼럼으로 배열될 수 있고, 공극셀의 계층이 그 공극셀의 인접 계층 안으로 단축 및 칼럼내의 인접 계층에 단축될 수 있도록 하는 스트로크를 포함한다. 여기에 기술되고 청구된 실시는 층을 이루는 공극셀의 어레이를 포함하는 쿠션 시스템을 포함하며, 각각의 층을 이루는 공극셀은 기초부, 플런저 부분, 쿠션 시스템의 압축 하에 기초부 안으로 무너지기 위한 플런저 부분과 탄성적으로 기초부의 안쪽 원주 길이를 플런저 부분의 외주에 연결하는 리빙 힌지를 포함한다.

Description

층을 이루는 공극셀
본 출원은 2016년 10월 6일 "층을 이루는 공극셀(Tiered Void Cells)"이라는 명칭으로 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/404,969호의 우선권을 주장하며, 그 출원은 개시 및 교시를 위해 특정하여 참조문헌으로 인용된다.
완충 시스템(cushioning systems)은 인체의 편안함 및 충격 보호를 포함하여 매우 다양한 응용에서 사용된다. 완충 시스템은 인체의 일부 하부에 배치되어 보호, 편안함 및 안정성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 포켓형 스프링 매트리스는 인체를 침대 프레임으로부터 완충시키는 밀착형 금속 스프링의 어레이를 포함한다. 유사하게, 신발, 의자, 긴의자 등은 각각 인체의 일부와 하나 이상의 물체 사이에 장벽(barrier)을 제공하는 완충 시스템을 포함할 수 있다.
완충 시스템에는 다양한 구조들이 사용된다. 예를 들어, 밀착형, 폐쇄 셀 에어 및/또는 워터 챔버의 어레이가 에어 및 워터 매트리스를 구성한다. 또 다른 예에는 개방 또는 폐쇄 셀 폼 및 탄성중합체 허니콤 구조가 포함된다.
본원에 기술 및 청구된 실시예는 완충 시스템을 포함하며, 상기 완충 시스템은 층상 공극 셀의 어레이(an array of tiered void cells)를 포함하고, 각각의 층상 공극 셀은 기저부, 상기 완충 시스템의 압축하에 상기 기저부로 함몰(collapse)되는 플런저부, 및 상기 기저부의 내주를 상기 플런저부의 외주에 탄성으로 접속시키는 리빙 힌지를 포함한다.
본 요약은 이하의 상세한 설명에서 더 기술되는 선택된 개념을 간략한 형태로 소개하기 위해 제공된다. 본 요약은 청구된 주제의 핵심 특징들 또는 필수 특징들을 식별하도록 하기 위한 것도 아니고, 상기 청구된 주제의 범위를 제한하도록 사용하기 위한 것도 아니다. 이들 및 여러 다른 특징들 및 이점들은 후술하는 상세한 설명을 읽음으로써 명확해 질 것이다.
도 1은 매트리스내의 예시적인 적층된 층상 공극 셀의 투시도 및 그 세부도를 예시한다.
도 2는 예시적인 층상 공극 셀의 횡단면 투시도를 예시한다.
도 3은 예시적인 개별의 층상 공극 셀의 횡단면 측면도를 예시한다.
도 4는 또 다른 예시적인 개별의 층상 공극 셀의 횡단면 측면도를 예시한다.
도 5는 또 다른 예시적인 층상 공극 셀의 투시도를 예시한다.
도 6은 예시적인 적층된 층상 공극 셀의 횡단면 측면도를 예시한다.
도 7은 예시적인 적층된 층상 공극 셀의 횡단면 측면도를 예시한다.
도 8은 예시적인 적층된 층상 공극 셀의 횡단면 측면도를 예시한다.
도 9는 예시적인 적층된 층상 공극 셀의 횡단면 측면도를 예시한다.
도 10은 적층된 층상 공극 셀 어레이의 투시 횡단면도를 예시한다.
도 11a 내지 도 11c는 압축 전 또는 압축 동안 적층된 층상 공극 셀의 예시적인 어레이의 측면 투시도를 예시한다.
도 12는 압축 동안 적층된 층상 공극 셀의 예시적인 어레이에 대한 측면 투시도를 예시한다.
도 13은 완충 시스템에서 적층된 층상 공극 셀의 예시적인 어레이의 측면 투시도를 예시한다.
도 14는 완충 시스템에서 적층된 층상 공극 셀의 예시적인 어레이의 측면도를 예시한다.
도 15는 완충 시스템에서 적층된 층상 공극 셀의 예시적인 어레이의 측면도를 예시한다.
도 16은 완충 시스템에서 적층된 층상 공극 셀의 예시적인 어레이의 측면도를 예시한다.
도 17은 완충 시스템을 이용하기 위한 예시적인 동작의 흐름도이다.
개시된 기술은 압축 동안에 보호, 편안함, 및 안정성을 제공하는 층상 공극 셀(tiered void cells)을 포함한다. 상기 층상 공극 셀은 수직으로 적층된 컬럼으로 배열될 수 있으며 스트로크를 포함하여 공극 셀의 층들이 컬럼내의 인접 공극 셀들의 인접 층들로 단축되는 것은 물론이고, 그 공극 셀의 인접 층들로 단축될 수 있다.
상기 층상 공극 셀은 동일 또는 상이한 방향으로 컬럼내에서 적층될 수 있으며, 상기 층상 공극 셀의 스택은 다양한 수의 층, 공간, 크기, 및 물질의 공극 셀을 포함할 수 있다. 상기 층상 공극 셀은 적층된 컬럼의 상이한 부분에 상이한 스트로크를 제공할 수 있으며, 완충 시스템의 층상 공극 셀의 이웃하는 스택 또는 어레이로부터 상이한 스트로크를 제공할 수 있다. 상기 층상 공극 셀은 매트리스 및 좌석(seating)을 포함하여, 다양한 완충 시스템에 포함될 수 있다.
도 1은 매트리스(160)에서 예시적인 적층된 층상 공극 셀(예를 들어, 분해도 A에도 도시된 공극 셀(100))의 투시도를 예시한다. 상기 층상 공극 셀(100)은 어레이(166)내의 수직으로 적층된 컬럼(168)으로 몰딩된다. 분해도 A에 도시된 바와 같이, 2층상 공극 셀(100)(예를 들어, 공극 셀(100a) 및 공극 셀(100b))은 다른 공극 셀의 상부에 적층될 수 있다. 분해도 A의 각각의 층상 공극 셀은 기저부(106) 및 플런저부(108)를 포함한다.
본 개시를 위해, "층(tier)"은 공극 셀 구조의 레벨, 단계 또는 행(row)으로 정의될 수 있다. "층상 공극 셀"은 둘 이상의 층을 포함하는 공극 셀로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 기저부는 둘 이상의 층을 구성하며 플런저부는 하나의 층을 구성한다. 따라서, 분해도 A의 각각의 층상 공극 셀이 기저부(106) 및 플런저부(108)를 가지므로, 각각의 층상 공극 셀은 두개의 층을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 공극 셀은 셋 이상의 층을 가질 수 있다. 예를 들어, 공극 셀은 세개의 층을 가질 수 있으며, 이는 두개의 기저부 및 플런저부를 포함한다. 또 다른 예에서, 공극 셀은 네개의 층을 가질 수 있으며, 이는 세개의 기저부 및 플런저부를 포함한다. 층의 수는 층상 공극 셀의 함몰도(collapsibility) 및 스트로크에 충격을 줄 수 있다. 일부 실시예에서, 층상 공극 셀(100)의 층은 상이한 크기의 원주를 가질 수 있으며, 압축시에, 더 작은 원주를 갖는 층이 더 큰 원주를 갖는 층의 벽으로 함몰될 수 있다.
분해도 A를 참조하면, 기저부(106a 및 106b) 및 층상 공극 셀(100) 각각의 플런저부(108a 및 108b)는 사다리꼴 프리즘 용적을 갖는 정방형 개구를 갖는다. 일부 실시예에서, 상기 플런저부(108a 및 108b)는 상면(114a 및 114b)을 가질 수 있으며, 상기 상면(114a 및 114b)은 돔을 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다. 도 1에서, 층상 공극 셀(100) 각각의 플런저부(108a 및 108b)는 둥근 상면(114)을 가지며 돔을 갖지 않는다. 일부 실시예에서, 플런저부(108a 및 108b)는 다른 형상의 개구, 용적 및 상면을 가질 수 있다.
기저부(106a 및 106b) 및 플런저부(108a 및 08b)는 리빙 힌지(예를 들어, 컨넥터, 채널, 트로프, 챔퍼, 단계 등)과 같은 다양한 부품을 통해 부착될 수 있다. 도 1에서, 기저부(106a 및 106b) 및 플런저부(108)는 기저부(106a 및 106b)의 상부 원주와 플런저부(108a 및 108b)의 바닥 원주 사이에 위치한 리빙 힌지(110a 및 110b)를 통해 탄성으로 부착된다. 상기 리빙 힌지(110a 및 110b)는 크기가 다양할 수 있다. 예를 들어, 리빙 힌지(110a 및 110b)는 상당한 깊이를 갖거나 또는 실질적으로 깊이가 작거나 없을 수 있다. 리빙 힌지(110a 및 110b)의 깊이 및 폭은 다양할 수 있으며, 리빙 힌지(110a 및 110b)의 치수는 층상 공극 셀(100)의 플렉스에 기여하거나 그것을 정의한다.
다양한 실시예에서, 각각의 층상 공극 셀(100)의 리빙 힌지(110a 및 110b)는 (위에서 열거된) 층상 공극 셀(100)과 동일한 잠재적 물질 및/또는 상이한 물질(예를 들어, 플라스틱, 섬유, 금속 스크린 등)로 구성될 수 있다. 더욱이, 리빙 힌지(110a 및 110b)는 고형의 시트, 짜인 메시 또는 천공 시트가 될 수 있다. 메시 또는 천공된 시트 실시예에서, 리빙 힌지(110a 및 110b)는 유체가 상기 리빙 힌지(110a 및 110b)를 통해 흐르게 하는 동안 층상 공극 셀(100)에 함께 링크시키도록 동작할 수 있다.
일부 실시예에서, 리빙 힌지(110a 및 110b)는 영구 및/또는 제거가능한 접속(예를 들어, 접착된 접속, 용융된 접속, UV-경화된 접속, 무선 주파수(RF) 용접된 접속, 레이저-용접된 접속, 또 다른 용접된 접속, 꿰멘 접속, 및 찍찍이 접속)을 통해 플런징부(108a 및 108b) 또는 기저부(106a 및 106b)에 부착될 수 있다.
도 1에서, 2층상 공극 셀(100)은 반대 방향으로 적층되어 도시되며, 하나의 층상 공극 셀(100a)의 둥근 상면(114a)은 다른 층상 공극 셀(100b)의 둥근 상면(114b)에 부착된다.
본 실시예에서, 압축시에, 압축력은 층상 공극 셀(100a)에 인가될 수 있다. 각각의 층상 공극 셀(100)의 플런저부(108a 및 108b)는 리빙 힌지(110a 및 110b)를 변형함으로써 대향하는 층상 공극 셀의 플런저부(108a 및 108b)에 대해서 압축력을 동시에 인가하면서 각각의 층상 공극 셀의 기저부(106a 및 106b)로 함몰되거나 단축될 수 있다.
컬럼으로 적층된 다수의 층상 공극 셀이 있는 실시예에서, 다수의 플런저부는 그들 각각의 기저부로 그리고 대향하는 플런저부에 대해서 함몰(또는 "플런지")된다. 다수의 플런저부와 같은, 다수의 층상 공극 셀의 내부 성분 및 기하학적 구조는 해당 컬럼의 "스프링" 메카니즘을 정의한다.
매트리스(160)상의 쿠션 층(170)은 공극 셀(100)의 어레이(166)를 에워쌀 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 쿠션 층(170)은 모든 측면의 공극 셀(100)의 어레이(166)를 에워싼다. 다른 실시예에서, 쿠션 층(170)은 상면 또는 바닥면, 또는 단지 측면에만 위치한다. 상기 쿠션 층(170)은 다양한 물질(예를 들어, 조밀한 발포, 스프링 등)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 공극 셀(100)의 어레이(166)는 상이한 종류의 완충 시스템(예를 들어, 의자)에서 쿠션 층(170)내에서 실시될 수 있으며, 다른 유형의 쿠션 층 및 구성을 포함할 수 있다. 상기 쿠션 층의 치수는 실시예에 따라 다양할 수 있다.
일부 실시예에서, 공극 셀(100)의 어레이(166)는 인케이싱(예를 들어, 인케이싱(164))내 쿠션 층(170) 사이에 둘러싸일 수 있다. 상기 인케이싱(170)은 다양한 물질(예를 들어, 짜인 모직, 다른 섬유, 플라스틱 등)로 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 공극 셀(100)의 각각의 수직으로 적층된 컬럼(168)은 그것을 에워싸는 인케이싱을 가질 수 있다. 수직 컬럼(168)은 인케이싱(164)에 삽입될 수 있으며 상기 인케이싱(164)은 다양한 성분에 의해 밀폐될 수 있다(예를 들어, 열 밀폐될 수 있다)(미도시). 일부 실시예에서, 상기 층상 공극 셀(100)은 에워싸이지 않고 또 다른 컬럼(168)내의 이웃하는 공극 셀(100)에 부착된다. 예를 들어, 탄성 물질 또는 다른 가요성 물질은, 예를 들어, 이웃하는 수직 컬럼(168)의 특정 공극 셀(100)을 서로 부착시킬 수 있다. 수직 컬럼(168) 사이의 부착 배치는 의존 레벨 및 층상 공극 셀(100) 상의 적당한 압축력에 충격을 가하도록 변동될 수 있다.
일부 실시예에서, 수직 컬럼(168)은 인케이싱(164)의 측면 및/또는 상면 및 바닥에 고정되거나 독립될 수 있다. 각각의 인케이싱은 (예를 들어, 매트리스에서 사용하기 위한) 다른 인케이싱에 부착될 수 있다. 수직 컬럼(168)의 수는 물론이고, 수직 컬럼(168)의 높이도 변동될 수 있다. 예를 들어, 수직 컬럼(168)이 매트리스(160)에서 사용하기 위해 섬유에 에워싸이면, 수직 컬럼(168) 및 수직 컬럼(168)의 상부 및 바닥의 인케이싱(164)은 대략 8 내지 12 인치가 될 수 있다.
본 실시예에서, 압축하에, 압축력은 공극 셀(100)의 어레이 또는 공극 셀(100)의 특정 수직 컬럼(168)에 인가된다. 상기 압축력은 층상 공극 셀(100a)의 플런저부(108a 및 108b)의 둥근 상면(114a 및 114b)을 함께 압축한다. 상기 층상 공극 셀(100)의 플런저부(108a 및 108b)는 층상 공극 셀(100)의 기저부(106a 및 106b)으로 압축(또는 "플런지")된다. 다른 실시예에서, 층상 공극 셀(100)의 다른 성분은 여러 높이에서 압축될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 압축은 기저부(106)의 높이를 3 인치에서 1/2 인치로 감소시킬 수 있다.
어레이(166)에서, 각각의 개별 층상 공극 셀(100)은 인접 층상 공극 셀(미도시)과는 독립적으로 이동할 수 있다. 층상 공극 셀(100)의 개시된 배치는 격리되는데 이는 예를 들어, 층상 공극 셀(100)이 인체를 지지함에 따라 힘과 편안함의 분산에 기여한다.
일부 실시예에서, 층상 공극 셀은 개별적으로 형성될 수 있으며 수직 컬럼(168) 또는 어레이(166)로 배치될 수 있다. 상기 수직 컬럼(168) 또는 어레이(166)는 공극 셀(100)을 수직 또는 수평으로 배치할 수 있다. 다른 실시예에서, 층상 공극 셀(100)의 수직 컬럼(168) 또는 어레이(166)는 연속적인 몰딩된 구조 또는 시트가 될 수 있다.
층상 공극 셀(100)은 중공 챔버로서 압축 스프링과 유사하게 압축력으로 인해 소정량의 굴절을 저항한다. 적어도 상기 물질, 벽 두께, 크기 및 층상 공극 셀(100) 각각의 형상은 층상 공극 셀(100) 각각이 가할 수 있는 저항력을 정의한다. 예를 들어, 층상 공극 셀(100)의 플런저부(108a)의 상면(114a)에 대한 압축시, 플런저부(108b)는 리빙 힌지(110b)를 변형함으로서 층상 공극 셀(100b)의 기저부(106b)로 함몰될 수 있다.
공극 셀의 리빙 힌지는 플런저부가 기저부로 함몰되는 것을 제어(실질적으로 증진 또는 방지)할 수 있다. 공극 셀의 한 층으로 힘이 인가될 때, 리빙 힌지(탄성적으로 기저부의 내주를 플런저부의 외주에 접속시킴)는 신축되거나 변형되어, 상기 플런저부가 기저부로 함몰되도록 한다. 리빙 힌지의 크기, 깊이 및 물질에 따라, 상기 플런저부가 기저부로 들어가는 비율 및 깊이는 변할 수 있다. 그러한 변화는 플런저부가 어느 층으로 들어갈 수 있는지에도 영향을 줄 수 있다.
예를 들어, 층상 공극 셀(100a 및 100b)의 압축시에, 리빙 힌지(110a 및 110b)는 리빙 힌지(110a 및 110b)의 크기, 깊이 및 물질에 따라 층상 공극 셀(100b)의 플런저부(108b)가 기저부(106b)로 함몰되는 것을 제어할 수 있다. 유사하게, 층상 공극 셀(100a 및 100b)의 압축하에, 리빙 힌지(110a 및 110b)는 층상 공극 셀(100a)의 플런저부(108a)가 층상 공극 셀(100b)의 기저부(106b)로 함몰되는 것을 제어할 수 있다.
더욱이, 각각의 층의 크기는 상기 층상 공극 셀의 함몰도에 영향을 줄 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 대향하는 기저부(106a 및 106b)는 유사한 크기의 원주를 가질 수 있으며, 대향하는 층상 공극 셀이 압축되는 동안, 플런저부(108a 및 108b)가 인접 층으로 함몰된다 할지라도, 대향하는 기저부(106a 및 106b)는 서로 간섭하며 대향하는 기저부(106a 및 106b)의 함몰을 느리게하거나 방해한다.
층상 공극 셀(100)은 하나 이상의 홀(미도시)를 가질 수 있으며 이를 통해 층상 공극 셀(100)가 압축되고 압축해제될 때 공기나 다른 유체가 자유롭게 통과할 수 있다. 층상 공극 셀(100)은 유체에 개방되며 (대기에 개방된) 환경과 통한다. 일부 실시예에서, 층상 공극 셀(100)은 적층되며 상기 리빙 힌지(110)를 통해 층상 공극 셀(100)의 일부가 서로 접속되게 함으로써 층상 공극 셀(100)이 환기될 수 있다. 변형에 대한 저항을 위해 공압에 의존하지 않으므로, 층상 공극 셀(100)은 변형에 대한 비교적 일정한 저항력을 달성할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 층상 공극 셀(100)은 밀폐된 공기로 폐쇄될 수 있거나 또는 조절된 압력에 대해 조작된 공기 통로를 가질 수 있다. 층상 공극 셀(100)은 주변 공기, 공기 이외의 유체, 및/또는 발포체로 채워질 수 있다. 층상 공극 셀 충진 물질 또는 유체가 사용되어 층상 공극 셀(100)의 절연 특성 또는 개별 층상 공극 셀(100)의 압축 특성에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 진공 또는 진공에 가까운 환경(예를 들어, 우주 공간)에서, 공동 챔버는 실질적으로 채워지지 않은 채로 유지될 수 있다.
개별 공극 셀 각각은 다양한 기술(예를 들어, 블로우 몰딩, 열성형, 압출, 사출 성형, 라미네이팅 등)을 사용하여 개별적으로 제조될 수 있다. 층상 공극 셀 물질은 일반적으로 예견된 부하 조건에서 탄성적으로 변형될 수 있으며, 파쇄되거나 층상 공극 셀(100)의 기능에 손상을 주는 다른 고장 없이도 여러 변형을 지탱할 할 것이다. 예시적인 물질로는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 열가소성 우레탄, 열가소성 탄성중합체, 스티렌 코폴리머, 고무, Dow Pellethane®, Lubrizol Estane®, Dupont™, Hytrel®, ATOFINA Pebax®, 및 Krayton 중합체가 포함된다. 그러나, 일부 실시예에서, 상기 층상 공극 셀 물질 또는 층상 공극 셀의 어떤 성분(예를 들어, 커넥터)은 경질의 또는 덜 탄성적인 중합체 물질이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 층상 공극 셀은 단일 충격(즉, 일회용)을 위해 제조될 수 있거나 또는 소정의 기설정된 부하에서 단일 충격을 위해 제조될 수 있다. 또 다른 예에서, 층상 공극 셀의 커넥터는 다중 용도가 될 수 있지만 상기 층상 공극 셀의 다른 성분은 일회용이 될 수 있다.
상기 층상 공극 셀 각각의 벽 두께는 5밀(mil) 내지 250밀(mil)이 될 수 있다. 또한, 층상 공극 셀(100) 각각의 벽 두께는 각각의 공극 셀의 표면적에 걸쳐 실질적으로 동일(또는 10% 이내에서 변동)할 수 있다. 또한, 층상 공극 셀(100)의 각각의 크기는 입방체 구현에서 5mm 내지 200mm가 될 수 있다. 또한, 층상 공극 셀(100)은 입방체형, 피라미드형, 반구형, 육면체, 또는 공동 내부 용적을 가질 수 있는 어떤 다른 형상이 될 수 있다. 다른 형상은 전술한 입방체 구현과 유사한 치수를 가질 수 있다. 각각의 층상 공극 셀(100)의 상면(114a 및 114b)의 형상 및 치수 역시 변동할 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 층상 공극 셀(100)의 상면(114a 및 114b)은 둥근형상이다.
일부 실시예에서, 층상 공극 셀(100)은 수직 컬럼으로 적층될 수 있다. 층상 공극 셀(100)은 (도 1 및 도 6 내지 도 8에 도시 및 기술된 바와 같이) 수직으로 상이한 방향을 향하는 하나 이상의 층상 공극 셀(100)의 서로의 상부에 적층될 수 있다. 다른 실시예에서, 층상 공극 셀(100)은 수직으로 동일 방향을 향하는 하나 이상의 층상 공극 셀(100) 또는 (도 9에서 도시 및 기술된 바와 같이) 수직으로 상이한 방향을 향하는 하나 이상의 층상 공극 셀(100)의 서로의 상부에 적층될 수 있다. 다른 실시예에서(미도시), 층상 공극 셀(100)은 수직으로 동일 방향을 향하는 하나 이상의 층상 공극 셀(100)의 서로의 상부에 적층될 수 있다.
공극 셀 물질, 기하학적 구조, 및/또는 벽 두께의 선택은 각각의 공극 셀(100)의 힘-편향을 결정한다. 변경된 부하 분배가 컬럼으로(예를 들어, 시트 또는 매트리스로) 인가될 것으로 예상되는 특정 응용에 대해서 컬럼을 맞추기 위해서, 개별 층상 공극 셀(100)은 상이한 반응력을 인가하도록 맞추어질 수 있다. 예를 들어, 층상 공극 셀(100)의 컬럼이 매트리스 응용에 사용되면, 최고 부하는 사용자의 업드리거나 누운 신체 아래에서 발생할 수 있다. 그 결과, 어떤 위치에서 층상 공극 셀(100)(예를 들어, 사용자의 허리 또는 힙 아래에 배치되는 층상 공극 셀)은 다른 층상 공극 셀(100)보다 더 낮은 힘으로 편향되도록 맞추어질 수 있으며(즉, 단위 편향 당 더 낮은 반응력을 가질 수 있으며), 이로 인해 층상 공극 셀(100)은 사용자의 무게 중심 근방에서 더 중심부에 배치될 수 있게 된다. 그러한 배치는 층상 공극 셀의 전체 컬럼에 걸쳐 사용자의 하중을 더 균일하게 분배하도록 한다. 또는, 다른 층상 공극 셀(100)(예를 들어, 사용자의 상체 또는 다리 아래에 배치되는 층상 공극 셀)은 단위 편향 당 더 높은 반응력과 맞추어질 수 있으며, 이는 층상 공극 셀(100)이 사용자의 신체의 더 무거운 하중으로부터 멀어짐에 따를 것이다. 다른 층상 공극 셀(100)(예를 들어, 침대의 머리나 발 근처에 배치되는 층상 공극 셀)은 단위 편향 당 훨씬 더 큰 반응력으로 맞추어질 수 있다. 일부 실시예에서, 층상 공극 셀(100)의 컬럼 또는 개별 공극 셀(100) 자체는 사용자 좌석의 중심설정 또는 층상 공극 셀(100)의 컬럼상에 놓이는 것을 돕기 위해서 컬럼의 원주 상의 또는 그 근방의 더 견고한 셀과 맞추어진다.
도 2는 예시적인 층상 공극 셀(200)의 횡단면 투시도를 예시한다. 본 실시예의 층상 공극 셀(200)은 두개의 층(기저부(206) 및 플런저부(208))를 갖는다. 기저부(206)는 사다리꼴 용적을 갖는 정방형 개구를 갖는다. 기저부(206)는 기저부(206)의 상부 원주와 플런저부(208)의 하부 원주 사이에 위치하는 리빙 힌지(210)를 통해 플런저부(209)에 부착된다. 플런저부(208)는 사다리꼴 용적, 및 둥근 상면(214)을 갖는 정방형 개구를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 층상 공극 셀은 하나 이상의 층을 가질 수 있으며, 다른 형상의 개구, 용적 및 상면을 갖는 층을 갖는다.
개시된 층상 공극 셀(예를 들어, 층상 공극 셀(200))의 기하학적 구조는 잡음이 없고 힘이 인가될 때 압축되는 동안 굴곡되고 좌굴되는 다른 기하학적 구조의 심한 함몰 없이 선형의 힘/압축 관계로 완충을 제공한다. 상기 기하학적 구조는 강도를 제공하며 부가적인 압축은 고밀도를 가져온다. 더욱이, 층상 공극 셀의 기하학적 구조는 적층이 가능해질 수 있다.
일부 실시예에서, 층상 공극 셀의 기하학적 구조는 압축 동안에 함몰시의 층상 공극 셀 설계의 간섭을 포함할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 대향하는 층상 공극 셀의 압축 동안, 층상 공극 셀의 하나의 층에서 기저부의 어깨 부분(또는 벽)이 대향하는 층상 공극 셀의 기저부의 어깨 부분의 유사한 크기의 둘레를 가지면, 양쪽 대향하는 기저부의 어깨 부분은 서로 간섭할 수 있으며 이들 층의 함몰을 느리게 하거나 방해한다(도 1 참조, 기저부(106a 및 106b)는 유사한 크기의 둘레를 가지며 그들의 벽은 층상 공극 셀의 함몰을 느리게 하거나 방해하는 압축 동안에 서로 간섭한다). 대향하는 층상 공극 셀의 일부 층이, 예를 들어 플런저부가 함몰될 수 있다 할지라도, 기저부는 서로 접촉하여 더 함몰시키는 것을 방지할 수 있다.
일부 실시예에서, 층상 공극 셀의 기하학적 구조는 압축 동안에 함몰시의 층상 공극 셀 설계를 간섭하지 않는다. 예를 들어, 하나의 공극 셀의 층이 공극 셀의 적층된 컬럼내의 인접한 층상 공극 셀에서 대향하는 층보다 더 작은 원주를 가지면, 대향하는 층상 공극 셀내의 층의 벽은 압축 동안에 서로 간섭하지 않을 수 있다(도 8 참조, 제1 기저부(806a 및 806b) 및 제2 기저부(822)는 상이한 크기의 원주를 가지며 그들 층의 벽은 서로 간섭하지 않는다).
도 2를 참조하면, 층상 공극 셀(200)의 기하학적 구조의 특징은 여섯개의 벽(또는 벽들)에 의해 도시된다. 이들 기술된 벽은 의도된 용도 및 소정의 압축을 위해 맞춤형이 될 수 있다.
제1 벽(200a)은 도 1에 도시된 기저부(106)의 측벽이다. 구 또는 구 형상의 기저부(106)는 선형 힘/압축 곡선을 갖는다.
제2 벽(200b)은 도 1의 기저부(106)의 상벽(또는 어깨 부분)이다. 일 실시예에서, 제2 벽(200b)은 수평의 각진 표면이 될 수 있다.
제3 벽(200c)은 도 1의 리빙 힌지(110)의 제1 측벽이다. 일 실시예에서, 제3 벽(200c)은 수직의, 평평한 벽이다. 다른 실시예에서, 제3 벽(200c)은 수직의 각진 표면을 가질 수 있다.
제4 벽(200d)은 도 1의 리빙 힌지(110)의 바닥 벽이다. 일 실시예에서, 제4 벽(200d)은 수평의 평평한 표면이다. 다른 실시예에서, 제4 벽(200d)은 수평의 각진 표면을 가질 수 있다.
제5 벽(200e)은 도 1의 리빙 힌지(110)의 제2 측벽이다. 일 실시예에서, 제5 벽(200e)은 수직의 평평한 표면이다. 다른 실시예에서, 제5 벽(200e)은 수직의 각진 표면을 가질 수 있다.
제6 벽(200f)은 플런저부(108)의 상벽으로서, 플런저부(208)의 윗면(214)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제6 벽(200f)은 수평의 평평한 표면을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제6 벽(200f)은 수평의 각진 표면을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제6 벽(200f)의 일부는 평평하며 제6 벽(200f)의 다른 부분은 각질 수 있다. 예를 들어, 플런저부(108)의 상면(114)은 다수의 제5 벽(200e)으로 각진 과도부를 가질 수 있으며, 상면에 수평의 평평한 표면을 가지며 돔은 아니다. 일부 실시예에서, 제6 벽(200f)은 반경이 될 수 있으며, 이는 돔이 될 수 있다.
여섯개의 벽(제1 벽(200a), 제2 벽(200b), 제3 벽(200c), 제4 벽(200d), 제5 벽(200e), 제6 벽(200f)) 및 벽들 사이의 관계(각을 포함)는 층상 반구의 형상과 함몰의 비율과 층상 공극 셀을 함몰시키는데 필요한 힘을 정의한다.
층상 공극 셀이 다수의 층을 갖는 기하학적 구조를 갖는 실시예에서, 각 층의 제2 벽(200b), 제3 벽(200c), 제4 벽(200d), 제5 벽(200e) 및 제6 벽(200f)은 동일 또는 상이한 벽과, 각 층을 정의하는 각을 가질 수 있다.
다수의 층을 갖는 실시예에서, 층은 끝에서 끝까지 또는 기저에서 기저까지 적층되지 않으며 오히려 층은 제2 벽(200b), 제3 벽(200c), 및 제4 벽(200d)에서 층들 사이에서 끝에서 기저부로 방향이 설정된다. 그러면 전체 기하학적 구조는 끝에서 끝가지 또는 기저에서 기저까지 또 다른 기하학적 구조와 적층될 수 있다.
압축 동안에, 층상 공극 셀의 기하학적 구조는 여러 방법으로 함몰될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제1 벽(200a), 제5 벽(200e), 및 제6 벽(200f)은 좌굴될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제2 벽(200b), 제3 벽(200c) 및 제4 벽(200d)이 회전할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제2 벽(200b), 제3 벽(200c) 및 제4 벽(200d)은 신장할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 쌍둥이 또는 적층된 배열에서, 대향하는 층상 공극 셀의 벽의 같은 부분과 물리적인 간섭을 일으키는 임의의 벽의 일부가 있을 수 있다(예를 들어, 제1 층상 공극 셀의 제2 벽 또는 어깨 부분(200b) 및 제2 층상 공극 셀의 제2 벽 또는 어깨 부분(200b)은 층상 공극 셀의 추가 압축을 방해하며, 이는 도 8에 도시된다).
함몰이 발생하는 순서와 그 기하학적 구조로 인한 층상 공극 셀의 동작은 층상 공극 셀의 벽 각각의 탄성율 및 좌굴 힘에 의해 정의된다. 스프링의 요소의 기하학적 관계에 더해서, 이들 특성은 원료 유형 및 원료의 두께에 의해 정의될 수 있다. 여러 요소들이 층상 공극 셀의 동작에 영향을 준다. 스프링은 많은 상이한 경사를 포함하여 매우 복잡한 힘/편향 곡선을 생성하도록 설계될 수 있다.
개별적으로 형성된 층상 공극 셀(그들의 기하학적 구조 및 물질을 포함), 리빙 힌지, 및 도 1 및 도 2와 관련하여 논의된 층상 공극 셀의 적층된 컬럼의 조립체에 대한 세부사항은 후술하는 도 3 내지 도 17에 적용가능하다.
도 3은 예시적인 개별 층상 공극 셀(300)의 횡단면 측면도를 예시한다. 본 실시예의 층상 공극 셀(300)은 두개의 층을 가지며, 이는 기저부(306) 및 플런저부(308)를 포함한다. 기저부(306)는 기저부(306)의 상부 원주와 플런저부(307)의 하부 원주 사이에 위치하는 리빙 힌지(310)를 통해 플런저부(308)에 부착된다. 기저부(306) 및 플런저부(308)는 사다리꼴 용적을 갖는 정방형 개구를 갖는다. 플런저부(307)는 둥근 상면(314)을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 층상 공극 셀(300)은 하나 이상의 층을 가질 수 있으며, 다른 형상의 개구, 용적 및 상면을 갖는 층을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 압축하에, 압축력은 플런저부(308)의 상부면(314) 또는 기저부(306)의 바닥면에 인가될 수 있으며, 플런저부(308)를 기저부(324)로 압축한다. 층상 공극 셀(300)의 리빙 힌지(310)는 예를 들어 그 폭 및 깊이에 따라 층상 공극 셀(300)의 플런저부(308)가 층상 공극 셀(300)의 제1 기저부(306)로 함몰되는 것을 제어(실질적으로 증진시키거나 방지)할 수 있다.
도 4는 예시적인 개별 층상 공극 셀(400)의 횡단면 측면도를 예시한다. 본 실시예의 층상 공극 셀(400)은 세개의 층을 가지며, 이는 플런저부(408), 제1 기저부(406) 및 제2 기저부(422)를 포함한다. 각각의 층은 하나의 층의 상부 원주와 이웃하는 층의 하부 원주 사이에 위치하는 리빙 힌지(410)를 통해 이웃하는 층에 부착된다. 구체적으로, 기저부(406)의 내주를 플런저부(408)의 외주에 접속시키는 리빙 힌지(410)가 있다. 제1 기저부(406)의 외주를 제2 기저부(422)의 내주에 접속하는 리빙 힌지(410)이 있다. 제1 기저부(406), 제2 기저부(422) 및 플런저부(408)는 각각 사다리꼴 용적을 갖는 정방형 개구를 갖는다. 플런저부(408)는 둥근 상면을 갖는다.
일 실시예에서, 압축하에, 압축력은 플런저부(408)의 상부면(414) 또는 제2 기저부(422)의 바닥면에 인가될 수 있으며, 플런저부(408)를 제1 기저부(406)로 및/또는 제1 기저부(406)를 제2 기저부(422)로 압축한다. 공극 셀(400)의 리빙 힌지(410)는 공극 셀(400)의 플런저부(408)가 공극 셀(400)의 제1 기저부(406)으로 함몰되는 것을 제어(실질적으로 증진 또는 방지)할 수 있으며, 예를 들어, 그 폭 및 깊이에 따라 제1 기저부(400)가 제2 기저부(422)로 함몰되는 것을 제어할 수 있다.
도 5는 예시적인 층상 공극 셀(500)의 투시도를 예시한다. 본 실시예의 층상 공극 셀(500)은 네개의 층을 가지며, 이는 플런저부(508), 제1 기저부(506), 제2 기저부(522), 및 제3 기저부(524)를 포함한다. 플런저부(508), 제1 기저부(506), 제2 기저부(522) 및 제3 기저부(524) 각각은 리빙 힌지(510)를 통해 이웃하는 기저부 또는 플런저부에 부착된다. 구체적으로, 플런저부(508)의 외주를 제1 기저부(506)의 내주에 접속하는 리빙 힌지(510)가 있다. 제1 기저부(506)의 외주를 제2 기저부(522)의 내주에 접속하는 리빙 힌지(510)가 있다. 제2 기저부(522)의 외주를 제3 기저부(524)의 내주에 접속하는 리빙 힌지(510)가 있다. 플런저부(508), 제1 기저부(506), 제2 기저부(522) 및 제3 기저부(524) 각각은 사다리꼴 용적을 갖는 정방형 개구를 갖는다. 플런저부(508)는 둥근 상부면(514)를 갖는다.
일 실시예에서, 압축하에, 압축력은 플런저부(508)의 상부면(514) 또는 제3 기저부(524)의 바닥면에 인가될 수 있으며, 플런저부(508)를 제1 기저부(506)로 압축, 및/또는 제1 기저부(506)를 제2 기저부(522)로 압축, 및/또는 제2 기저부(522)를 제3 기저부(524)로 압축한다. 예를 들어, 공극 셀(500)의 리빙 힌지(510)는 공극 셀(500)의 플런저부(508)를 공극 셀(500)의 제1 기저부(506)로 함몰되는 것을 제어(실질적으로 증진 또는 방지)할 수 있으며, 제1 기저부(506)를 제2 기저부(522)로 함몰되는 것을 제어할 수 있고, 제2 기저부(522)를 제3 기저부(524)로 함몰되는 것을 그 폭 및 깊이에 따라 제어할 수 있다.
도 6은 예시적인 적층된 층상 공극 셀(600)의 횡단면 측면도를 예시한다. 구체적으로, 2층상 공극 셀(600a)은 또 다른 2층상 공극 셀(600b)의 상면에 적층되어 도시된다. 2층상 공극 셀(600)은 반대 방향으로 적층되어 도시되며, 하나의 층상 공극 셀(600a)의 둥근 상부면(614a)은 다른 층상 공극 셀(600b)의 둥근 상부면(614b)에 부착된다.
본 실시예의 적층된 층상 공극 셀(600)은 각각 두개의 층을 가지며, 각각은 기저부(606a) 또는 기저부(606b), 및 플런저부(608a) 또는 플런저부(608b)를 각각 갖는다. 기저부(606a 및 606b) 및 플런저부(608a 및 608b) 각각은 사다리꼴 용적을 갖는 정방형 개구를 가질 수 있으며 기저부(606a 및 606b)의 상부 원주와 플런저부(608a 및 608b)의 하부 원주 사이에 위치한 리빙 힌지(610a 및 610b)를 통해 서로 부착된다.
일 실시예에서, 압축하에, 압축력은 층상 공극 셀(600a) 및 층상 공극 셀(600b)의 기저부(606a 및 606b)에 인가될 수 있다. 층상 공극 셀(600a)의 플런저부(606a)는 층상 공극 셀(600b)의 플런저부(608b)로 압축력을 동시에 인가하면서 층상 공극 셀(600a)의 기저부(606a)로 압축될 수 있다. 층상 공극 셀(600b)의 플런저부(608b)는 층상 공극 셀(600b)의 기저부(606b)로 함몰될 수 있다.
다른 플런저부에 대향하는 플런저부 및 다른 기저부에 대향하는 기저부에 컬럼으로 적층된 다수의 공극 셀이 있는 실시예에서, 다수의 플런저부는 대향하는 플런저부에 대해서 압축됨에 따라 공극 셀의 각각의 기저부로 압축(또는 플런지)된다. 내부 성분 및 다수의 플런저부와 같은 다수의 층상 공극 셀의 기하학적 구조는 해당 컬럼의 "스프링" 메카니즘을 정의한다.
도 7은 예시적인 적층된 층상 공극 셀(700)의 횡단면 측면도를 예시한다. 구체적으로, 2층상 공극 셀(700a)은 세개의 층상 공극 셀(700b)의 상면에 적층되어 도시된다. 층상 공극 셀(700)은 반대 방향으로 적층되어 도시되며, 층상 공극 셀(700a)의 기저부(706a)의 바닥 원주는 층상 공극 셀(700b)의 제2 기저부(722)의 바닥 원주에 부착된다.
층상 공극 셀(700b)의 제2 기저부(722)는 물론이고, 층상 공극 셀(700) 각각의 플런저부(708a 및 708b) 및 제1 기저부(706a 및 706b)는 각각 사다리꼴 용적을 갖는 정방형 개구를 갖는다. 층상 공극 셀(700) 각각의 플런저부(708a 및 708b)는 둥근 상부면(714a 및 714b)을 갖는다. 플런저부(708a 및 708b), 제1 기저부(706a 및 706b), 및 제2 기저부(722)는 층상 공극 셀(700)의 각각의 각 층 사이에 위치한 리빙 힌지(710a 및 710b)를 통해 부착된다.
일 실시예에서, 압축싱에, 압축력은 상부면(714a 및 714b)에 인가될 수 있으며, 플런저부(708a 및 708b)를 층상 공극 셀(700) 각각의 제1 기저부(706a 및 706b)로 압축시킬 수 있다. 압축력은 또한 제1 기저부(706b)를 층상 공극 셀(700b)의 제2 기저부(722)로 압축시킬 수 있다. 층상 공극 셀(700)의 리빙 힌지(710a 및 710b)는 층상 공극 셀(700) 각각의 플런저부(708a 및 708b)를 층상 공극 셀(700) 각각의 제1 기저부(706a 및 706b)로 함몰되는 것을 제어(실질적으로 증진 또는 방지)할 수 있다. 리빙 힌지(710b)는 또한 제1 기저부(706b)를 층상 공극 셀(700b)의 제2 기저부(722)로 함몰되는 것을 제어할 수 있다.
도 8은 예시적인 적층된 층상 공극 셀(800)의 투시 횡단면도를 예시한다. 구체적으로, 3층상 공극 셀이 2층상 공극 셀(800b)의 상면에 적층되어 도시된다. 층상 공극 셀은 반대 방향으로 적층되어 도시되며, 하나의 층상 공극 셀(800a)의 둥근 상부면(814a)은 다른 층상 공극 셀(800b)의 둥근 상부면(814b)에 부착된다.
층상 공극 셀(800b)의 제2 기저부(822)은 물론이고, 층상 공극 셀(800) 각각의 플런저부(808a 및 808b) 및 제1 기저부(806a 및 806b)는 각각 사다리꼴 용적을 갖는 정방형 개구를 갖는다. 층상 공극 셀(800) 각각의 플런저부(808a 및 808b)는 둥근 상면(814a 및 814b)을 갖는다. 플런저부(808a 및 808b), 제 기저부(806a 및 806b), 및 제2 기저부(822)는 층상 공극 셀(800) 각각의 각 층 사이에 위치한 리빙 힌지(810a 및 810b)를 통해 부착된다.
일 실시예에서, 압축하에, 압축력은 층상 공극 셀(800a)의 제2 기저부(822)의 바닥 및/또는 층상 공극 셀(800b)의 제1 기저부(806b)의 바닥면에 인가될 수 있으며, 층상 공극 셀(800) 각각의 플런저부(808a 및 808b)를 층상 공극 셀(800) 각각의 제1 기저부(806a 및 806b)로 압축할 수 있다. 일부 실시예에서, 층상 공극 셀(800) 각각의 플런저부(808a 및 808b)는 모두 제1 기저부(806b)로만 압축될 수 있다. 압축력은 또한 제1 기저부(806a)를 층상 공극 셀(800a)의 제2 기저부(822)로 압축할 수 있다. 층상 공극 셀(800)의 리빙 힌지(810a 및 810b)는 층상 공극 셀(800) 각각의 플런저부(808a 및 808b)를 층상 공극 셀(800) 각각의 제1 기저부(806a 및 806b)로 함몰되는 것을 제어(실질적으로 증진 또는 방지)할 수 있다. 리빙 힌지(810a)는 또한 제1 기저부(806a)를 층상 공극 셀(800a)의 제2 기저부(822)로 함몰되는 것을 제어할 수 있다.
일부 실시예에서, 압축력은 층상 공극 셀(800a)의 제2 기저부(822)의 바닥으로 인가될 수 있으며 층상 공극 셀(800b)의 플런저부(808b)를 층상 공극 셀(800b)의 제1 기저부(806b)로 압축시킬 수 있다. 압축이 계속됨에 따라, 층상 공극 셀(800a)의 플런저부(808a)는 또한 층상 공극 셀(800b)의 제1 기저부(806b)로 압축될 수 있다. 압축이 더 계속됨에 따라, 층상 공극 셀(800a)의 제1 기저부(806a)는 또한 층상 공극 셀(800a)의 제2 기저부(822)가 미끄러지고 층상 공극 셀(800b)의 제1 기저부(806b)에 인접할 때까지 층상 공극 셀(800b)의 제1 기저부(806b)로 압축된다. 일부 실시예에서, 층상 공극 셀(800a)의 제2 기저부(822)의 상부벽은 층상 공극 셀(800b)의 제1 기저부(806b)의 상부벽과 간섭할 수 있어서, 적층된 공극 셀의 추가 함몰 및 압축을 느리게하거나 방지한다.
도 9는 예시적인 적층된 층상 공극 셀(900)의 횡단면 측면도를 예시한다. 본 실시예에서, 적층된 층상 공극 셀(900)의 컬럼의 두개의 반쪽은 제조 공정 동안에 함께 몰딩된 것으로 도시된다. 몰딩은 적층된 층상 공극 셀(900)이 반대 방향으로 순차적으로 적층되도록 구성된다. 층상 공극 셀의 플런저부(908a 및 908b)은 대향하는 플런저부(908a 및 908b)에 인접할 수 있다. 기저부(906a 및 906b)는 대향하는 기저부(906a 및 906b)에 인접할 수 있다. 층상 공극 셀(900) 각각은 두개의 층을 갖는다.
도 10은 예시적인 적층된 층상 공극 셀(1000)의 투시 횡단면도를 예시한다. 본 실시예에서, 적층된 층상 공극 셀(1000)은 네개의 수직으로 적층된 컬럼의 어레이로된 형상을 갖는다. 각각의 컬럼(1042)은 일곱개의 적층된 층상 공극 셀(1040)을 갖는다. 적층된 층상 공극 세 어레이(1000)의 층상 공극 셀(1040)은 반대 방향으로 적층되며, 하나의 층상 공극 셀(1040)의 둥근 상부면(1014)은 또 다른 층상 공극 셀(1040)의 둥근 상부면(1014)에 부착되거나 또는 하나의 층상 공극 셀(1040)의 바닥의 개구(1026)는 또 다른 층상 공극 셀(1040)의 바닥의 개구(1026)에 부착된다. 둥근 상부면(1014)이 둥근 돔을 갖는 일부 실시예에서, 층상 공극 셀(1040)은 각각의 개별 층상 공극 셀(1040)의 둥근 상면(1014)의 둥근 돔에 부착된다.
도 10의 적층된 층상 공극 셀(1040)은 각각 두개의 층을 가지며, 이들 각각은 기저부(1006), 플런저부(1001), 및 리빙 힌지(1010)를 포함한다. 기저부(1006) 및 플런저부(1001)는 각각 사다리꼴 용적을 갖는 정방형 개구를 갖는다. 기저부(1006) 및 플런저부(1008)는 리빙 힌지(1010)를 통해 부착된다. 이는 둥근 상부면(1014)을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 층상 공극 셀(1040)은 세개 이상의 층을 가질 수 있으며, 다른 형상의 개구, 용적 및 상면을 갖는 층을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 적층된 층상 공극 셀(1040)의 컬럼(1042)은 하우징(예를 들어, 매트리스)내의 섬유 또는 다른 물질에 의해 에워싸일 수 있다. 적층된 층상 공극 셀(1140)의 컬럼은 섬유나 다른 물질에 접착되거나 아니면 부착될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 압축 전 및 압축 동안에 적층된 층상 공극 셀(1100)의 예시적인 어레이에 대한 측면 투시도를 예시한다. 도 11a는 압축 전의 예시적인 적층된 층상 공극 셀의 측면도를 예시한다. 본 실시에에서, 2층상 공극 셀(1100)은 반대 방향으로 적층되어 도시되며, 하나의 공극 셀(1100a)의 플런저부(1108a)의 둥근 상부면(1114a)은 다른 층상 공극 셀(1100b)의 플런저부(1108b)의 둥근 상부면(1114b)에 인접한다. 본 실시예의 적층된 층상 공극 셀은 각각 층 사이에 위치한 리빙 힌지(1110a 및 1110b)를 통해 접속된 두개의 층을 갖는다. 압축력을 층상 공극 셀(1100a)로 인가하도록 힘(1170)이 구성되어 도시된다.
도 11b는 초기의 압축 모드 또는 초기의 부하 편향(ILD) 모드 동안의 예시적인 적층된 층상 공극 셀의 측면도를 예시한다. 본 실시예에서, 2층상 공극 셀(1100)은 반대 방향으로 적층되어 도시되며, 하나의 공극 셀(1100a)의 플런저부(1108a)의 둥근 상부면(1114a)은 다른 층상 공극 셀(1100b)의 플런저부(1108b)의 둥근 상부면(1114b)에 인접한다.
도 11b에서, 압축하에, 압축력은 도시된 바와 같이, 층상 공극 셀(1100a)에 먼저 인가된다. 층상 공극 셀(1100)의 플런저부(1108a 및 1108b)의 둥근 상부면(1114a 및 1114b)는, 도시된 바와 같이, 서로 함몰되기 시작하여 각각의 플런저부(1108a 및 1108b)로 함몰된다.
도 11c는 압축 동안의 예시적인 적층된 층상 공극 셀의 측면도를 예시한다. 본 실시예에서, 2층상 공극 셀(1100)은 반대 방향으로 적층되어 도시되며, 층상 공극 셀(1100)의 대향하는 플런저부(1108a 및 1108b)는 각각의 기저부(1106a 및 1106b)로 단축된다.
일부 실시예에서, 층의 수 및 물질은 다양하며, 이는 층상 공극 셀(100)의 압축에 충격을 줄 수 있다. 일부 공극 셀(1100)은 다른 것 보다 더 단단할 수 있다. 층상 공극 셀(1100)이 덜 단단한 일부 실시예에서, 서로에 대해 적층된 층상 공극 셀(1100)이 회전될 수 있으며, 이는 압력 완화장치로 작용한다. 일부 실시예에서, 층의 수 및 물질을 변동시키는 것은 어떤 층이 다른 층으로 그리고 상이한 비율로 단축되는지를 변동시킬 수 있다. 예를 들어, 공극 셀(110a)이 덜 단단한 2층상 공극 셀이면, 압축하에 전체적으로 더 단단한 3층상 공극 셀(1100b)로 단축될 수 있으며, 더 단단한 3층상 공극 셀(1100b)은 그 층내에 더 낮은 압축력을 가질 수 있다.
도 12는 압축 동안에 적층된 층상 공극 셀(1200)의 예시적인 어레이의 측면 투시도를 예시한다. 적층된 층상 공극 셀(1200)의 예시적인 어레이에서, 2층상 공극 셀의 여섯개의 행(rows)이 반대 방향으로 적층되어 도시되며, 하나의 층상 공극 셀의 플런저부의 둥근 상부면은 또 다른 층상 공극 셀의 플런저부의 둥근 상부면에 부착된다.
일부 실시예에서, 공극 셀의 어레이(1200)는 벌크 물질로부터 몰딩될 수 있다. 일 실시예에서, 일반적인 층상 공극 셀의 기하학적 구조는 몰딩이나 일련의 몰딩을 재사용하여 어레이(1200)내의 개별적인 층상 셀을 생성함으로써 달성된다.
일부 실시예에서, 공극 셀 스택의 층 수 및 물질을 변동시키는 것은 독립성, 회전, 신축성, 압축 량, 및 완충 시스템에서 다른 층으로 그리고 상이한 비율로 단축되는지에 영향을 줄 수 있다. 힘(1250)의 형상 및 중량은 또한 공극 셀 스택의 회전에 영향을 줄 수 있다. "힘"은 압축력을 인가하는 성분, 장치 또는 물체로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 완충 시스템이 좌석이고, 힘(1250)이 상기 좌석에 앉은 사람의 신체이면, 완충 시스템에서 힘 및 하중의 분산은 다양할 수 있다.
힘(1250)은 압축력을 층상 공극 셀에 인가할 수 있다. 일부 공극 셀(1200)은 다른 것 보다 더 단단할 수 있다. 층상 공극 셀(1200)이 덜 단단한 일부 실시예에서, 서로에 대해 적층된 층상 공극 셀(1200)은 회전할 수 있으며, 압력 완화장치로서 작용한다. 예를 들어, 공극 셀 스택(1252, 1254, 및 1256)은 힘(1250)이 층상 공극 셀(1200)을 압축할 때, 층상 공극 셀 스택(1252, 1254, 및 1256)이 상이한 깊이 및 각으로 압축됨을 보여준다.
본 실시예에서, 압축하에, 압축력이 각각의 공극 셀에 인가될 때, 각각의 층의 플런저부는 대향하는 층상 공극 셀의 플런저부에 대해서 압축력을 동시에 인가하면서 또 다른 공극 셀의 대향하는 플런저부에 대해서 그리고 각각의 층상 공극 셀의 기저부로 함몰(또는 "플런지")될 수 있다. 리빙 힌지 및 다수의 플런저부와 같은, 다수의 층상 공극 셀의 내부 성분 및 기하학적 구조는 해당 컬럼의 "스프링" 메카니즘을 정의한다. 각각의 층의 플런저부는 제1 기저부의 내주를 제1 플런저부의 외주에 탄성으로 접속시키는 제1 리빙 힌지를 변형함으로써 또 다른 공극 셀의 대향하는 플런저부에 대해서 그리고 각각의 층상 공극 셀의 기저부로 함몰될 수 있다. 어레이(1200)내의 각각의 층상 공극 셀은 개별적인 또는 공통의 힘 편향 특성을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 층상 공극 셀(1200)을 탄성으로 함몰시키는 힘(1250)은 힘(1250)이 압축력을 층상 공극 셀(1200)에 인가할 때, 어레이(1200)내의 각각의 개별적인 층상 공극 셀이 인접한 층상 공극 셀(미도시)에 독립적으로 이동하는 방식으로 형상화될 수 있다. 예를 들어, 힘(1250)이 공극 셀(1200)을 포함하는 완충 시스템에 앉은 사람이었다면, 상이한 공극 셀(1200)에 가해진 상이한 하중이 있을 수 있다. 그러므로, 층상 공극 셀(1200)은 상이한 방향 및 상이한 깊이로 압축될 수 있다. 예를 들어, 층상 공극 셀 스택(1252, 1254, 및 1256)은 압축력의 측면 하중을 나타낸다(우측으로 기울어진 공극 셀 스택(1252 및 1256) 및 좌측으로 기울어진 공극 셀 스택(1254)을 참조). 층상 공극 셀(1200)의 개시된 장치는 격리를 제공하며 이는 예를 들어 층상 공극 셀이 신체를 지지함에 따라 힘 및 편안함의 분산에 기여한다.
도 13은 완충 시스템(1300)의 적층된 층상 공극 셀의 예시적인 어레이의 측면 투시도를 예시한다. 완충 시스템(1300)에서, 2층상 공극 셀의 행 또는 어레이(1360)는 반대 방향으로 적층되어 도시된다.
일부 실시에에서, 완충 시스템(1300)은 매트리스 또는 좌석 장치가 될 수 있다. 완충 시스템(1300)은 제1 완충 층(1356) 및 제2 완충 층(1358)을 가질 수 있다. 제1 완충 층(1356) 및 제2 완충 층(1358)은 실시예(예를 들어, 조밀한 발포, 스프링 등)에 따라 크기 및 물질이 다양할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 완충 층(1356)은 제2 완충 층(1358)보다 더 두껍다. 일부 실시예에서, 매트리스에서, 예를 들어, 제1 완충 층(1356)은 조밀한 발포의 층이 될 수 있으며, 제2 완충 층(1358)은 스프링이 될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 완충 층(1356) 및 제2 완충 층(1358)은 모두 조밀한 발포를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 완충 층(1356)이 있을 수 있고 제2 완충 층(1358)이 없을 수 있다. 예를 들어, 매트리스는 제1 완충 층(1356) 및 적층된 층상 공극 셀만을 포함할 수 있다.
도 13은 두개의 적층된 층상 공극 셀을 갖는 완충 시스템(1300)을 도시하지만, 다른 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 적층된 층상 공극 셀이 있을 수 있다. 상기 적층된 공극 셀은, 예를 들어, 층상 공극 셀이 신체를 지지할 때 힘 및 편안함의 분산을 위해 요구되는 독립성에 따라, 개방되거나 폐쇄되고, 시트 또는 개별적으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 적층된 공극 셀은 시트로서 형성될 수 있으며 상기 시트는 의도된 실시예로 절단될 수 있다. 일부 실시예에서, 공극 셀은 한 층 또는 어레이에 대해서 개별적으로 형성될 수 있으며, 제2 적층된 층 또는 어레이에 대해서 시트로서 형성될 수 있다.
도 14는 완충 시스템(1400)의 적층된 층상 공극 셀의 예시적인 어레이의 측면도를 예시한다. 상기 완충 시스템(1400)에서, 2층상 공극 셀의 행 또는 어레이(1460)는 반대 방향으로 적층되어 도시된다.
일부 실시예에서, 상기 완충 시스템(1400)은 매트리스 또는 좌석 장치가 될 수 있다. 상기 완충 시스템(1400)은 제1 완충 층(1456) 및 제2 완충 충(1458)을 가질 수 있다. 제1 완충 층(1456) 및 제2 완충 층(1458)은 실시예에 따라, 크기 및 물질이 다양할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 완충 층(1456)은 제2 완충 층(1458)보다 더 두껍다.
도 15는 완충 시스템(1500)의 적층된 층상 공극 셀의 예시적인 어레이의 측면도를 예시한다. 완충 시스템(1500)에서, 2층상 공극 셀의 행 또는 어레이(1560)는 반대 방향으로 적층되어 도시된다.
일부 실시예에서, 완충 시스템(1500)은 매트리스 또는 좌석 장치가 될 수 있다. 완충 시스템(1500)은 제1 완충 층(1556) 및 제2 완충 층(1558)을 가질 수 있다. 제1 완충 층(1556) 및 제2 완충 층(1558)은 실시예에 따라 크기 및 물질이 다양할 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 완충 층(1556)은 두께가 변동한다. 제1 완충 층(1556)은 부가적인 완충 층이 요구되거나 바람직한 더 두꺼운 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 완충 층의 적어도 두개의 구별되는 깊이는 기설정된 지지 요건을 기반으로 할 수 있다. 제2 완충 층(1558)은 두께가 거의 없거나 전혀 없다.
도 16은 완충 시스템(1600)의 적층된 층상 공극 셀의 예시적인 어레이의 측면도를 예시한다. 완충 시스템(1600)에서, 2층상 공극 셀의 행 또는 어레이(1660)는 반대 방향으로 적층되어 도시된다.
일부 실시예에서, 완충 시스템(1600)은 매트리스 또는 좌석 장치가 될 수 있다. 완충 시스템(1600)은 완충 층이 될 수 있는 2층상 공극 셀의 행 및 어레이(1660) 주변에 층을 가질 수 있지만, 일부 실시예에서는 다른 물질이 될 수 있다. 도 16을 참조하면, 제1 완충 층(1656) 및 제2 완충 층(1658)이 도시된다. 제1 완충 층(1656) 및 제2 완충 층(1658)은 실시예에 따라 크기 및 물질이 다양할 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 완충 층(1656)은 완충 시스템(1600) 전체에 걸쳐 두께가 변동한다. 제1 완충 층(1656)은 부가적인 완충 층이 요구되거나 바람직한 더 두꺼운 부분을 가질 수 있다. 제2 완충 층(1558)은 두께가 거의 없거나 전혀 없다.
도 17은 완충 시스템을 이용하기 위한 예시적인 동작(1700)을 예시한다. 동작(1702)은 압축력을 적층된 그리고 대향하는 층상 공극 셀의 어레이에 인가한다. 동작(1704)은 제1 기저부의 내주를 제1 플런저부의 외주에 탄성으로 접속하는 제1 리빙 힌지를 변형함으로써 제1 플런저부를 층상 공극 셀의 제1 기저부에 함몰시킨다.
동작(1706)은 제2 기저부의 내주를 제1 기저부의 외주에 탄성으로 접속시키는 제2 리빙 힌지를 변형함으로써 제1 기저부를 층상 공극 셀의 제2 기저부로 함몰시킨다.
동작(1708)은 제2 기저부의 내주를 제2 플런저부의 외주에 탄성으로 접속하는 제2 리빙 힌지를 변형함으로써 적어도 하나의 다른 층상 공극 셀에 대향하는 층상 공극 셀의 제2 기저부에 제2 플런저부를 함몰시킨다.
일부 실시예에서, 층상 공극 셀의 기저부는 층상 공극 셀이 세개 이상의 층을 가지면, 층상 공극 셀의 제2 기저부로 압축될 수 있다. 일부 실시예에서, 층상 공극 셀의 플런저부는 대향하는 제2 층상 공극 셀의 제2 플런저부로 압축될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 층상 공극 셀의 제2 플런저부는 제2 층상 공극 셀의 제2 기저부로 압축될 수 있다. 두개의 대향하는 층상 공극 셀에서 층의 치수 및 수에 따라, 다수의 층이 하나 또는 두개의 층상 공극 셀 내에서 단축될 수 있다.
동작(1700)은 또한 층상 공극 셀에서 기저부의 상부벽, 제1 측벽 및/또는 리빙 힌지의 바닥 벽을 늘리는 단계를 포함할 수 있다. 압축 동안에, 일부 실시예에서, 층상 공극 셀의 다른 벽은 늘어나고, 회전하고 좌굴한다. 예를 들어, 기저부의 상부벽, 제1 측벽, 및 리빙 힌지의 바닥 벽 중 적어도 하나가 회전할 수 있다. 또 다른 예에서, 기저부의 측벽, 리빙 힌지의 제2 측벽, 및 플런저부의 상부벽 중 적어도 하나가 좌굴할 수 있다.
본원에 기술된 본 발명의 실시예를 구성하는 논리적 동작은 동작, 단계, 객체, 또는 비율로 다양하게 언급된다. 더욱이, 상기 논리적 동작은 명백히 달리 청구되거나 특정 순서가 청구항에서 본질적으로 필요로 하지 않는 한, 원하는 대로 동작을 첨가하거나 생략하여 어떠한 순서로도 수행될 수 있음을 이해하여야 한다.
전술한 사양, 예, 및 데이터는 구성의 설명을 완전하게 하고 본 발명의 예시적인 실시예의 사용을 위한 것이다. 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어나지 않고 본 발명에 대한 많은 실시예가 이루어질 수 있으므로, 본 발명은 이하의 첨부의 청구범위와 같다. 더욱이, 다양한 실시예들의 구조적 특징은 청구범위에서 벗어나지 않고 또 다른 실시예에서 결합될 수 있다.

Claims (22)

  1. 완충 시스템으로서,
    층상 공극 셀의 어레이(an array of tiered void cells)를 포함하며, 각각의 층상 공극 셀은,
    기저부;
    상기 완충 시스템의 압축하에 상기 기저부로 함몰(collapse)되는 플런저부; 및
    상기 기저부의 내주를 상기 플런저부의 외주에 탄성적으로 접속시키는 리빙 힌지를 포함하며,
    상기 리빙 힌지는, 상기 완충 시스템의 압축하에 늘어남으로써 상기 플런저부가 상기 기저부로 함몰되도록 하는,
    완충 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 층상 공극 셀의 하나 이상의 벽의 탄성율 및 좌굴 힘(buckling force)은 각각의 층상 공극 셀의 함몰도를 제어하는 것을 특징으로 하는 완충 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    매트리스 및 시트 중 적어도 하나 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 완충 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 층상 공극 셀의 어레이는 수직 컬럼(columns)으로 적층되는 것을 특징으로 하는 완충 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수직 컬럼 각각은 하나의 인케이싱에 에워싸이는 것을 특징으로 하는 완충 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수직 컬럼은 이웃하는 수직 컬럼에 부착되는 것을 특징으로 하는 완충 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 층상 공극 셀의 어레이에 인접하여 배치되는 완충 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 완충 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 완충 층은 기설정된 지지 요건에 따른 적어도 두개의 별개의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 완충 시스템.
  9. 층상 공극 셀로서,
    제1 기저부;
    상기 층상 공극 셀의 압축하에서 상기 제1 기저부로 함몰되는 제1 플런저부;
    상기 제1 기저부의 내주를 상기 제1 플런저부의 외주에 탄성적으로 접속시키는 제1 리빙 힌지 - 상기 제1 리빙 힌지는, 상기 층상 공극 셀의 압축하에 늘어남으로써 상기 제1 플런저부가 상기 제1 기저부로 함몰되도록 함-;
    제2 기저부;
    상기 층상 공극 셀의 압축하에서 상기 제2 기저부로 함몰되는 제2 플런저부; 및
    상기 제2 기저부의 내주를 상기 제2 플런저부 - 상기 제1 플런저부는 상기 제2 플런저부에 대향하여 부착됨 - 의 외주에 탄성적으로 접속시키는 제2 리빙 힌지 - 상기 제2 리빙 힌지는, 상기 층상 공극 셀의 압축하에 늘어남으로써 상기 제2 플런저부가 상기 제2 기저부로 함몰되도록 함 - 를 포함하는
    층상 공극 셀.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 기저부에 부착되는 제3 기저부를 더 포함하되, 상기 제1 기저부는 상기 층상 공극 셀의 압력하에서 상기 제3 기저부로 함몰되는 것을 특징으로 하는 층상 공극 셀.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 층상 공극 셀의 하나 이상의 벽의 탄성율 및 좌굴력(buckling force)은 상기 층상 공극 셀의 함몰도를 제어하는 것을 특징으로 하는 층상 공극 셀.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 리빙 힌지는 상기 층상 공극 셀의 압축하에서 신축, 회전, 및 좌굴 중 하나 이상에 접속되는 것을 특징으로 하는 층상 공극 셀.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 기저부는 상기 층상 공극 셀의 압축하에서 상기 제2 기저부와 만나서 함몰되는 것을 특징으로 하는 층상 공극 셀.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제1 기저부는 상기 층상 공극 셀의 압축하에서 상기 제2 기저부 내측에서 미끄러지는 것을 특징으로 하는 층상 공극 셀.
  15. 완충 시스템을 이용하는 방법으로서,
    적층되어 대향하는 층상 공극 셀의 어레이에 압축력을 인가하는 단계; 및
    상기 층상 공극 셀의 적어도 하나의 제1 기저부의 내주를 제1 플런저부의 외주에 탄성적으로 접속시키는 제1 리빙 힌지를 압축력 하에 늘림으로써 상기 제1 플런저부를 상기 제1 기저부로 함몰시키는 단계;
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 층상 공극 셀의 제2 기저부의 내주를 상기 제1 기저부의 외주에 탄성적으로 접속시키는 제2 리빙 힌지를 변형함으로써 상기 제1 기저부를 상기 제2 기저부로 함몰시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 층상 공극 셀중 적어도 하나에 대향하는 상기 층상 공극 셀의 적어도 다른 하나의 제2 기저부의 내주를 제2 플런저부의 외주에 탄성적으로 접속시키는 제2 리빙 힌지를 변형함으로써 상기 제2 플런저부를 상기 제2 기저부로 함몰시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 리빙 힌지를 변형하는 단계는:
    상기 제1 기저부의 상부벽을 신축시키는 단계; 및
    상기 제1 리빙 힌지의 측벽 및 하부벽을 신축시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 리빙 힌지를 변형하는 단계는:
    상기 제1 기저부의 상부벽을 회전시키는 단계; 및
    상기 제1 리빙 힌지의 측벽 및 하부벽을 회전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 제1 리빙 힌지를 변형시키는 단계는:
    상기 제1 기저부의 측벽을 좌굴시키는 단계;
    상기 제1 리빙 힌지의 제2 측벽을 좌굴시키는 단계; 및
    상기 제1 플런저부의 상부벽을 좌굴시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 리빙 힌지는, 상기 기저부와 상기 플런저부 사이에 채널을 형성하는,
    완충 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 리빙 힌지는, S 형태의 부분을 가지는,
    완충 시스템.
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