KR20190138695A - 셀룰러 쿠션 - Google Patents

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KR20190138695A
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cell
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matrix
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에릭 더블유. 스가노
콜린 메처
피터 엠. 폴리
에릭 티. 디펠리스
브라이언트 알. 헤이든
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스카이덱스 테크놀로지즈 인코포레이티드
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Abstract

셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)은 하나 이상의 적층형 어레이(206, 208)로 배열된 셀 또는 지지 유닛(204)을 포함한다. 셀은 압축 스프링과 유사하게, 압축력에 기인하는 편향에 저항하는 중공 챔버이다. 어레이들은 하나 이상의 중간 바인딩층(210)에 부착된다. 중간 바인딩층(들)은 셀들을 서로 독립적으로 변형하게 하면서 셀들을 함께 연결한다. 외부 하중이 압축된 공극셀에 인접한 적어도 하나의 공극셀을 상당히 압축하지 않고 독립적인 압축 범위 내에서 공극셀들 중 하나를 압축한다. 독립적인 압축 범위는 인접 공극셀(205, 207)의 압축에 상당히 영향을 미치지 않는 압축된 공극셀의 변위 범위이다. 공극셀이 독립적인 압축 범위를 넘어 압축되면, 중간 바인딩층은 편향될 수도 있고 그리고/또는 압축된 공극셀에 인접한 공극셀은 압축될 수도 있다.

Description

셀룰러 쿠션 {CELLULAR CUSHION}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2011년 11월 11일 출원된 발명의 명칭이 "셀룰러 쿠션(Cellular Cushion)"인 미국 가특허 출원 제61/558,564호의 우선권의 이익을 청구하며, 이 미국 가특허 출원은 그가 개시하거나 교시하는 모든 것에 대해 본 명세서에 구체적으로 참조로서 합체되어 있다. 본 출원은 2012년 11월 12일 출원된 발명의 명칭이 "셀룰러 쿠션(Cellular Cushion)"인 미국 특허 출원 제13/674,293호에 관련되며, 이 미국 특허 출원도 또한 그가 개시하거나 교시하는 모든 것에 대해 본 명세서에 구체적으로 참조로서 합체되어 있다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 사용자 편안함, 지지 및/또는 보호를 위한 쿠셔닝 시스템(cushioning system)에 관한 것이다.
쿠셔닝 시스템은 인간 신체의 편안함 및 충격 보호를 포함하는 광범위한 용례에 사용된다. 쿠셔닝 시스템은 신체의 부분에 인접하여 배치되고, 그렇지 않으면 신체에 충돌하게 될 하나 이상의 물체와 신체 사이의 배리어를 제공한다. 예를 들어, 포켓형 스프링 매트리스(pocketed spring mattress)는 침대 프레임으로부터 신체를 완충하는 밀접-결합형(close-coupled) 금속 스프링의 어레이를 포함한다. 유사하게, 의자, 장갑, 무릎-패드, 헬멧 등은 신체의 부분과 하나 이상의 물체 사이에 배리어를 제공하는 쿠셔닝 시스템을 각각 포함할 수도 있다.
다양한 구조체가 쿠셔닝 시스템을 위해 사용된다. 예를 들어, 밀접-결합형 폐쇄셀(closed-cell) 공기 및/또는 물 챔버의 어레이가 종종 공기 및 물 매트리스를 구성한다. 밀접-결합형 스프링의 어레이는 종종 통상의 매트리스를 구성한다. 추가의 예들은 개방 또는 폐쇄셀 폼(foam) 및 탄성중합 허니컴(honeycomb) 구조체를 포함한다. 폐쇄 또는 개방셀 또는 스프링의 어레이를 이용하는 쿠셔닝 시스템에서, 셀 또는 스프링은 함께 직접 결합되고, 또는 하나 이상의 통합층(unifying layer)이 이들의 말단부에서 각각의 셀 또는 스프링을 함께 결합하는데 사용된다. 셀 또는 스프링을 함께 직접 결합하는 것 또는 셀 또는 스프링의 말단부를 함께 간접 결합하는 것은 쿠셔닝 시스템을 함께 바인딩(binding)하는데 있어서 효과적이지만, 각각의 셀 또는 스프링의 독립성이 감소된다. 이러한 독립성의 결핍은 신체의 작은 영역 상에 배치되는 증가된 하중(본 명세서에서 점 하중이라 칭함)을 유도할 수 있다. 셀 또는 스프링 중 하나를 변형하는 점 하중은 직접적으로 또는 통합층(들)에 응력을 가함으로써 인접 셀 또는 스프링을 변형시킬 가능성이 있다. 그 결과, 접촉점에서의 편향(deflection)에 대한 저항성이 다수의 셀 또는 스프링의 편향에 기인하여 증가한다. 증가된 편향에 대한 저항성은 사용자의 신체의 다른 부분(예를 들어, 매트리스 상의 사용자의 어깨 및 엉덩이에서)보다 더 많이 쿠셔닝 시스템 내로 돌출하는 사용자의 신체의 부분 상에 압력점을 발생할 수도 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 것을 그 과제로 한다.
본 명세서에 설명되고 청구된 구현예들은 셀룰러 쿠셔닝 시스템 내의 개별 공극셀들(void cells)을 결합 해제하고 독립적인 변형 범위 내에서, 공극셀들을 서로 독립적으로 변형하게 함으로써 상기 문제점들을 처리한다. 이는 사용자의 신체 상의 압력점에 대한 가능성을 감소시킨다. 또한, 공극셀은 독립적인 변형 범위 내에서, 다수의 방향으로 배향된 하중 하에서 독립적으로 변형한다.
본 명세서에 개시된 기술은 또한 적어도 하나의 인접 공극셀을 실질적으로 압축하지 않고 중간 바인딩층에 실질적으로 수직인 방향에서 중간 바인딩층과 함께 결합된 공극셀의 매트릭스 내의 공극셀을 압축함으로써 삭이 문제점들을 처리하고, 여기서 공극셀은 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서 압축된다.
본 명세서에 개시된 기술은 또한 공극셀의 제1 매트릭스 및 공극셀의 제1 매트릭스 내의 공극셀들 중 적어도 2개를 결합하는 중간 바인딩층을 포함하는 물체와 신체를 인터페이스하기 위한 장치를 제공함으로써 상기 문제점들을 처리하고, 여기서 중간 바인딩층에 수직인 방향에서 공극셀의 압축은 적어도 하나의 인접 공극셀의 실질적인 편향 없이 발생하고, 공극셀의 압축은 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에 있다.
본 명세서에 개시된 기술은 또한 제1 중간 바인딩층을 향해 개방되고 그에 의해 상호 연결된 공극셀의 제1 매트릭스를 성형하는 단계와, 제2 중간 바인딩층을 향해 개방되고 그에 의해 상호 연결된 공극셀의 제2 매트릭스를 성형하는 단계와, 제1 및 제2 중간 바인딩층을 함께 적층하여 제1 및 제2 중간 바인딩층의 공극셀 내의 개구들을 서로 대면하게 하는 단계를 포함하고, 중간 바인딩층에 수직인 방향에서 공극셀의 압축은 적어도 하나의 인접 공극셀의 실질적인 편향 없이 발생하고, 공극셀의 압축은 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에 있는 셀룰러 쿠셔닝 시스템 제조 방법을 제공함으로써 상기 문제점들을 처리한다.
다른 구현예가 또한 본 명세서에 설명되고 기술된다.
이에 따라, 언급된 문제점이 해결되는 효과가 있다.
도 1은 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템 위에 누워있는 사용자를 도시한다.
도 2는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 사시도를 도시한다.
도 3은 언로딩된 상태에서 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 입면도를 도시한다.
도 4는 언로딩된 상태에서 예시적인 오프셋 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 입면도를 도시한다.
도 5는 언로딩된 상태에서 예시적인 적층형 셀룰러 쿠셔닝 시스템(500)의 입면도를 도시한다.
도 6은 부분 로딩된 상태에서 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 입면도를 도시한다.
도 7은 완전 로딩된 상태에서 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 입면도를 도시한다.
도 8은 픽셀화층(pixilated layer)을 갖는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 사시도를 도시한다.
도 9는 언로딩된 상태에서 픽셀화층을 갖는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 입면도를 도시한다.
도 10은 부분 로딩된 상태에서 픽셀화층을 갖는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 입면도를 도시한다.
도 11은 완전 로딩된 상태에서 픽셀화층을 갖는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 입면도를 도시한다.
도 12는 예시적인 곡선형 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 사시도를 도시한다.
도 13은 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 이웃하는 공극셀에 대한 변위 대 힘 그래프를 도시한다.
도 14는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 대향하는 공극셀에 대한 변위 대 힘 그래프를 도시한다.
도 15는 3개의 다른 쿠셔닝 시스템에 비교된 2개의 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템에 대한 압력 대 변위 그래프를 도시한다.
도 16은 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템을 구비하는 무릎패드를 도시한다.
도 17은 셀룰러 쿠셔닝 시스템을 제조하고 사용하기 위한 예시적인 동작을 도시한다.
도 1은 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템(100) 위에 누워있는 사용자(102)를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(100)은 상부 매트릭스(matrix)(106)(또는 어레이) 및 하부 매트릭스(108)(또는 어레이) 내에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(104)] 또는 지지 유닛을 포함한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(100)은 프레임(103) 상에 도시되어 있다. 몇몇 구현예는 프레임(103)을 포함하지 않을 것이다. 공극셀은 압축 스프링과 유사한, 압축력에 기인하는 편향에 저항하는 중공 챔버이다. 상부 매트릭스(106)는 중앙 또는 중간 바인딩층(110)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(108)는 중간 바인딩층(110)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(110)은 공극셀이 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서 서로 독립적으로 압축되게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다(도 13과 관련하여 더 상세히 설명됨).
일 구현예에서, 각각의 공극셀은 서로에 대해서가 아니라 중간 바인딩층(110)에 개별적으로 부착된다. 또한, 상부 매트릭스(106) 또는 하부 매트릭스(108) 내의 각각의 공극셀은 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서 인접한(즉, 이웃하는, 대향하는 및/또는 이웃의 대향하는) 공극셀의 압축 없이 하중 하에서 개별적으로 압축 가능하다. 독립적인 압축 범위 외에서, 개별 공극셀의 압축은 인접한 공극셀들이 중간 바인딩층(110)의 편향을 통해 압축되게 한다. 예를 들어, 사용자(102)의 목, 아랫등 및 무릎 아래에서 상부 매트릭스(106)를 형성하는 공극셀은 개별적으로 압축되어 이들 영역에 걸쳐 균일하게 사용자(102)의 체중을 분배한다. 그러나, 사용자(102)의 윗등 및 엉덩이 아래의 공극셀은 중간 바인딩층(110)이 편향되게 하도록 충분하게 압축되고, 이는 이어서 하부 매트릭스(108) 내의 공극셀들이 압축되게 한다. 중간 바인딩층(110)의 편향은 또한 상부 매트릭스(106) 내의 인접한 공극셀들이 편향되게 하고 하부 매트릭스(108) 내의 인접한 공극셀들이 압축되게 한다.
각각의 공극셀은 편향을 저항하기 위해 비교적 일정한 힘을 생성한다. 일 구현예에서, 하부 매트릭스(108) 내의 공극셀은 상부 매트릭스(106) 내의 공극셀보다 더 높은 편향에 대한 저항을 갖는다. 그 결과, 덜 압축된 영역(예를 들어, 사용자의 목, 아랫등 및 무릎)에서, 단지 상부 매트릭스(106) 내의 공극셀들만이 결합되고 사용자의 체중은 셀룰러 쿠셔닝 시스템(100)과 사용자(102)의 접촉부에 걸쳐 균일하게 분배된다. 더 압축된 영역(예를 들어, 사용자의 윗등 및 엉덩이)에서, 사용자의 체중은 중간 바인딩층(110)을 부가적으로 편향하고 따라서 하부 매트릭스(108) 내의 공극셀들을 결합하기에 충분하기 때문에, 사용자는 증가된 압력을 경험한다. 다른 구현예에서, 상부 및/또는 하부 매트릭스 내의 개별 공극셀의 편향에 대한 저항은 셀룰러 쿠셔닝 시스템(100)의 예측된 로딩에 따라 변경된다. 예를 들어, 사용자의 윗등 및 엉덩이 부근에 위치된 공극셀은 사용자의 목, 아랫등 및 무릎 부근에 위치된 공극셀보다 강성일 수도 있다.
일 구현예에서, 선택적 픽셀화층(예를 들어, 도 8 내지 도 11 참조)이 중간 바인딩층(110)에 대향하는 상부 매트릭스(106) 및/또는 하부 매트릭스(108)의 말단부에 부착된다. 픽셀화층은 셀룰러 쿠셔닝 시스템(100)의 상부 또는 하부 상에 실질적으로 평면 표면을 제공하여 편안함 또는 청결성 문제를 지원하고, 여전히 예를 들어 개별 공극셀의 실질적으로 독립적인 압축을 허용한다. 픽셀화층은 도 8 내지 도 11과 관련하여 더 상세히 설명된다.
도 2는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)의 사시도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)은 상부 매트릭스(206) 및 하부 매트릭스(208) 내에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(204)]을 포함한다. 공극셀은 압축 스프링에 유사한, 압축력에 기인하는 편향에 저항하는 중공 챔버이다. 그러나, 압축 스프링과는 달리, 공극셀의 편향은 저항력의 선형 증가를 생성하지 않는다. 대신에, 공극셀의 편향에 대한 저항력은 대부분의 공극셀의 압축 변위에 대해 비교적 일정하다. 이는 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)이 사용자의 신체 상의 균일한 힘을 갖고 사용자의 신체에 순응하게 한다. 다른 구현예에서, 각각의 공극셀은 포지티브 또는 네거티브 스프링율을 가질 수도 있다. 또한, 각각의 공극셀의 스프링율은 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200) 내의 공극셀의 상대 위치에 의존하여 다양할 수도 있다.
적어도 각각의 공극셀의 재료, 벽 두께, 크기 및 형상은 각각의 공극셀이 인가할 수 있는 저항력을 규정한다. 공극셀에 대해 사용된 재료는 일반적으로 예측된 하중 조건 하에서 탄성 변형 가능하고, 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)의 기능을 손상하는 다른 파손을 겪거나 파괴되지 않고 수많은 변형을 견딜 것이다. 예시적인 재료는 열가소성 우레탄, 열가소성 엘라스토머, 스티렌 공중합체, 고무, Dow Pellethane
Figure pat00001
, Lubrizol Estane
Figure pat00002
, DupontTM Hytrel
Figure pat00003
, ATOFINA Pebax
Figure pat00004
및 Krayton 폴리머를 포함한다. 또한, 벽 두께는 5 mil 내지 80 mil의 범위일 수도 있다. 또한, 각각의 공극셀의 크기는 입방형 구현예에서 5 mm 내지 70 mm의 범위일 수도 있다. 또한, 공극셀은 입방형, 피라미드형, 반구형 또는 중공 내부 체적을 갖는 것이 가능한 임의의 다른 형상일 수도 있다. 다른 형상은 전술된 입방형 구현예와 유사한 치수를 가질 수도 있다. 또한, 공극셀은 서로로부터 다양한 거리로 이격될 수도 있다. 예시적인 간격 범위는 2.5 mm 내지 150 mm이다.
일 구현예에서, 공극셀은 사다리꼴 체적 및 라운딩된 팁을 갖는 정사각형 기부 형상을 갖는다. 이 공극셀 기하학적 구조는 시스템(200)의 평활한 압축 프로파일 및 개별 공극셀의 최소 다발화(bunching)를 제공할 수도 있다. 다발화는 셀룰러 쿠셔닝 시스템 전체에 압력점 및 덜 균일한 촉감을 발생할 수 있는 재료의 다중 절첩부를 생성하기 위한 이러한 방식으로 재료가 좌굴하는 공극셀의 수직 측벽 및 코너 상에 특히 발생한다. 또한, 공극셀의 라운딩된 상부는 사용자 편안함을 향상시킬 수도 있고, 개별 공극셀의 간격은 포선형 폼(convoluted foam)과 유사한 사용자 촉감을 생성할 수도 있다.
다른 구현예에서, 공극셀은 원통형 체적 및 라운딩된 상부를 갖는 둥근 기부 형상을 갖는다. 이 공극셀 기하학적 구조는 또한 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 평활한 압축 프로파일 및 개별 공극셀의 최소 다발화를 제공할 수도 있다. 또한, 라운딩된 상부는 사용자 편안함을 향상시킬 수도 있고, 개별 공극셀의 더 밀접한 간격(도 13의 공극셀에 비교할 때)은 사용자에게 더 균일한 촉감을 생성할 수도 있다. 다른 공극셀 형상이 본 명세서에 고려된다.
셀룰러 쿠셔닝 시스템(200) 내의 셀의 재료, 벽 두께, 셀 크기 및/또는 셀 간격은 공극셀의 압축(예를 들어, 측벽의 좌굴)에 의한 기계적 노이즈의 생성을 최소화하도록 최적화될 수도 있다. 예를 들어, 셀의 특성은 변위와 인가된 힘 사이의 원활한 관계를 제공하도록 최적화될 수도 있다(예를 들어, 도 13 및 도 14 참조). 또한, 경윤활 코팅(light lubricating coating)(예를 들어, 활석 분말 또는 오일)이 공극셀의 외부에 사용될 수도 있어 서로에 대해 접촉하여 이동하는 공극셀에 의해 생성된 노이즈를 감소시키거나 제거한다. 기계적 노이즈의 감소 또는 제거는 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)을 사용자에게 더 즐겁게 사용할 수도 있게 한다. 또한, 공극셀의 상부의 기하학적 구조는 사용자 편안함을 향상시키기 위해 평활할 수도 있다.
상부 매트릭스(206)는 중앙 또는 중간 바인딩층(210)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(208)는 중간 바인딩층(210)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(210)은 상부 매트릭스(206) 내의 공극셀을 적어도 소정 정도로 서로 독립적으로 변형되게 하면서 공극셀을 함께 연결한다. 중간 바인딩층(210)은 공극셀과 동일한 잠재적 재료로 구성될 수도 있고, 일 구현예에서 공극셀과 인접한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)에서, 상부 매트릭스(206) 내의 공극셀은 하부 매트릭스(208) 내의 공극셀과 정렬한다.
다른 구현예에서, 상부 매트릭스(206) 내의 공극셀은 하부 매트릭스(208) 내의 공극셀과 정렬되지 않는다(예를 들어, 도 4 참조). 또 다른 구현예에서, 상부 매트릭스(206) 내의 공극셀은 하부 매트릭스(208) 내의 공극셀과는 실질적으로 상이한 크기 및/또는 형상이다. 또한, 하나 이상의 결합 리브(rib)(도시 생략)가 중간 바인딩층(210)에 수직으로 연장하는 공극셀의 외부에 부착될 수도 있다. 이들 리브는 공극셀에 부가의 강성을 추가할 수 있지만, 몇몇 구현예에서 공극셀의 독립성에 영향을 미칠 수도 있다.
각각의 공극셀은 매트릭스 내의 이웃하는 공극셀들에 의해 둘러싸인다. 예를 들어, 공극셀(204)은 상부 매트릭스(206) 내의 3개의 이웃하는 공극셀(205)에 의해 둘러싸인다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)에서, 각각의 코너 공극셀에 대해 3개의 이웃하는 공극셀, 각각의 에지셀에 대해 5개의 이웃하는 공극셀 및 공극셀의 나머지에 대해 8개의 이웃하는 공극셀이 존재한다. 다른 구현예는 각각의 공극셀에 대해 더 많거나 더 적은 이웃하는 공극셀을 가질 수도 있다. 또한, 각각의 공극셀은 대향 매트릭스 내의 대응하는 대향 공극셀을 갖는다. 예를 들어, 상부 매트릭스(206) 내의 공극셀(204)은 하부 매트릭스(208) 내의 공극셀(207)에 의해 대향된다. 다른 구현예는 공극셀의 일부 또는 모두에 대해 대향하는 공극셀을 포함하지 않는다. 또한, 각각의 공극셀은 대향 매트릭스 내의 대응하는 이웃하는 대향셀들을 갖는다. 예를 들어, 상부 매트릭스(206) 내의 공극셀(204)은 하부 매트릭스(208) 내의 대응하는 이웃하는 대향셀(209)을 갖는다. 이웃하는 대향셀은 특정 공극셀의 각각의 이웃하는 공극셀에 대해 대향하는 공극셀이다.
이웃하는 공극셀, 대향하는 공극셀 및 이웃하는 대향하는 공극셀은 본 명세서에서 집합적으로 인접 공극셀이라 칭한다. 다양한 구현예에서, 이웃하는 공극셀, 대향하는 공극셀 및 대향하는 이웃하는 공극셀 중 하나 이상은 개별 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서 실질적으로 압축되지 않는다.
일 구현예에서, 공극셀은 주위 공기로 충전된다. 다른 구현예에서, 공극셀은 폼 또는 공기 이외의 유체로 충전된다. 폼 또는 특정 유체는 사용자의 신체를 절연하고, 사용자의 신체로부터 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)으로/으로부터의 열전달을 용이하게 하고, 그리고/또는 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)의 편향에 대한 저항에 영향을 미치는데 사용될 수도 있다. 진공 또는 거의-진공 환경(예를 들어, 외부 공간)에서, 중공 챔버는 충전되지 않을 수도 있다.
또한, 공극셀은 하나 이상의 구멍[예를 들어, 구멍(211)]을 가질 수도 있고, 공극셀이 압축되고 압축 해제될 때 이 구멍을 통해 공기 또는 다른 유체가 자유롭게 통과할 수도 있다. 편향에 대한 저항을 위한 공기 압력에 의존하지 않음으로써, 공극셀은 변형에 대한 비교적 일정한 저항력을 성취할 수 있다. 또한, 공극셀은 중간 바인딩층(210)을 통해 통로[예를 들어, 통로(213)]를 통해 서로 개방될 수도 있다(즉, 유동 접속됨). 구멍 및/또는 통로는 또한 가열 또는 냉각 목적으로 유체를 순환시키는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 구멍 및/또는 통로는 가열 또는 냉각 유체가 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)에 진입하고, 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)을 통한 통로를 따르고, 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)을 나오는 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)을 통한 통로를 규정할 수도 있다. 구멍 및/또는 통로는 또한 공기가 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)에 진입하고, 그 내에서 이동하고, 그리고/또는 나올 수도 있는 속도를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 신속하게 인가되는 무거운 하중에 대해, 구멍 및/또는 통로는 얼마나 빠르게 공기가 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)을 나오거나 그 내에서 이동할 수도 있는지를 제한할 수도 있어, 이에 의해 사용자에게 부가의 쿠셔닝을 제공한다.
구멍은 세척을 용이하게 하기 위해 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200) 상의 공극셀의 상부 및 대향 공극셀의 하부에 배치될 수도 있다. 더 구체적으로, 물 및/또는 공기는 오염물을 분출 배수(flushed out)하기 위해 대향하는 공극셀 내의 구멍을 통해 강제될 수 있다. 각각의 공극셀이 통로를 통해 연결되는 구현예에서, 물 및/또는 공기는 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)의 일 단부에서 도입되어, 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)을 통해 대향 단부로 측방향으로 분출되어 오염물을 분출 배수할 수 있다. 또한, 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)은 항균성 물질로 처리될 수 있거나 또는 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200) 재료 자체가 항균성일 수도 있다.
셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)은 다양한 제조 프로세스(예를 들어, 블로우 성형, 열성형, 압출, 사출 성형, 적층 등)를 사용하여 제조될 수도 있다. 일 구현예에서, 시스템(200)은 2개의 반부로 제조되고, 제1 반부는 중간 바인딩층(210)의 상반부에 부착된 상부 매트릭스(206)를 포함한다. 제2 반부는 중간 바인딩층(210)의 하반부에 부착된 하부 매트릭스(208)를 포함한다. 중간 바인딩층(210)의 2개의 반부는 이어서 중간 바인딩층(210)의 대향 측면들에서 상부 매트릭스(206)와 하부 매트릭스(208)와 함께 적층되고, 접착되거나 다른 방식으로 부착된다. 일 구현예에서, 중간 바인딩층(210)의 2개의 반부는 주기적으로 함께 접합되어, 상부 매트릭스(206)와 하부 매트릭스(208) 중 하나 또는 모두 내의 공극셀들을 유동 접속하는 간극을 중간 바인딩층(210)의 2개의 반부 사이에 남겨둔다.
또한, 2개의 반부 내의 각각의 공극셀은 중간 바인딩층(210)과의 그 계면에서 개방되거나 폐쇄될 수도 있다. 그 결과, 2개의 반부가 결합될 때, 상부 매트릭스(206) 및 하부 매트릭스(208) 상의 대향하는 공극셀은 서로 개방 또는 폐쇄될 수도 있다. 다른 구현예에서, 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)은 전술된 바와 같이 2개의 부분보다는 단일 부분으로 제조된다. 또한, 본 명세서에 개시된 기술에 따른 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)은 서로의 상부에 적층된 공극셀의 2개 초과의 매트릭스[예를 들어, 서로의 상부에 적층된 2개 이상의 셀룰러 쿠셔닝 시스템(200)]를 포함할 수도 있다.
도 3은 언로딩된 상태에서 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템(300)의 입면도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(300)은 상부 매트릭스(306) 및 하부 매트릭스(308)에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(304)]을 포함한다. 상부 매트릭스(306)는 중앙 또는 중간 바인딩층(310)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(308)는 중간 바인딩층(310)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(310)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 공극셀들을 서로 독립적으로 변형하게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다.
일 구현예에서, 각각의 공극셀의 두께는 공극셀의 높이에 따라 다양하다. 예를 들어, 공극셀(304)의 하부(316) 근방에서, 벽 두께는 공극셀(304)의 상부(318) 근방에서보다 클 수도 있고, 또는 그 반대도 마찬가지이다. 이 현상은 제조 프로세스의 부산물일 수도 있고 또는 제조 프로세스 내로 의도적으로 설계될 수도 있다. 그럼에도, 이들의 높이에 따라 공극셀의 두께를 변경하는 것은 공극셀의 압축량에 따라 변화하는 저항력을 생성하는데 사용될 수 있다(즉, 포지티브 및/또는 증가하는 스프링율을 생성함).
다른 구현예에서, 하부 매트릭스(308) 내의 공극셀들의 높이는 상부 매트릭스(306) 내의 공극셀들의 높이와는 상이하다. 또 다른 구현예에서, 상부 매트릭스(306) 내의 공극셀들의 크기 및 형상은 하부 매트릭스(308) 내의 것과는 실질적으로 상이하다. 상부 매트릭스(306) 내의 공극셀들은 압축 하에서 하부 매트릭스(308) 내의 공극셀들 내로 실질적으로 붕괴될 수도 있고 또는 그 반대도 마찬가지이다. 다른 구현예에서, 상부 매트릭스(306) 및 하부 매트릭스(308) 내의 공극셀들은 이들의 적어도 부분적으로 대향하거나 대향하지 않도록 오프셋될 수도 있다(예를 들어, 도 4 참조).
도 4는 언로딩된 상태에서 예시적인 오프셋 셀룰러 쿠셔닝 시스템(400)의 입면도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(400)은 상부 매트릭스(406) 및 하부 매트릭스(408)에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(404)]을 포함한다. 상부 매트릭스(406) 내의 공극셀은 하부 매트릭스(408) 내의 공극셀로부터 오프셋되어 매트릭스 내의 각각의 공극셀이 2개 이상의 대향하는 공극셀에 중첩하게 된다. 상부 매트릭스(406)는 중앙 또는 중간 바인딩층(410)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(408)는 중간 바인딩층(410)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(410)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 공극셀들을 서로 독립적으로 변형하게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다.
예를 들어, 상부 매트릭스(406) 내의 공극셀(404)은 하부 매트릭스(408) 내의 공극셀(428, 430)에 중첩한다(즉, 1:2 중첩). 몇몇 구현예에서, 상부 매트릭스(406) 내의 공극셀(404)은 또한 도시된 도면 내로 연장하는 하부 매트릭스(408) 내의 2개의 부가의 공극셀에 중첩한다(즉, 1:4 중첩). 공극셀(404)이 압축하면, 공극셀(404)의 독립적인 압축 범위 내에서 실질적으로 독립적으로 변형할 것이다. 공극셀(404)의 독립적인 압축 범위 외에서, 시스템(400)의 압축은 공극셀(428, 430)과 더 적은 정도로 이웃하는 공극셀을 중간 바인딩층(410)을 통해 대체로 결합할 것이다. 또한, 중첩하는 셀들은 상부 매트릭스(406) 및 하부 매트릭스(408) 내의 공극셀 사이에 유체 통로를 제공한다. 이는 압축된 공극 내의 공기 또는 다른 유체가 자유롭게 또는 실질적으로 자유롭게 공극셀에 진입 및 진출하게 한다. 다른 구현예에서, 상부 매트릭스(406) 내의 하나의 공극셀은 하부 매트릭스(408) 내의 임의의 수의 공극셀에 중첩한다(예를 들어, 1:3 중첩, 1:6 중첩 등).
도 5는 언로딩된 상태에서 예시적인 적층형 셀룰러 쿠셔닝 시스템(500)의 입면도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(500)은 서로 내에 적층된 공극셀[예를 들어, 공극셀(503, 504)]을 포함한다. 서로 내에 공극셀을 적층하는 것은 조합된 적층형 공극셀의 편향에 대한 저항을 증가시킨다. 일 구현예에서, 공극셀(503)은 더 양호한 끼워맞춤을 허용하기 위해 공극셀(504)보다 작다. 또한, 공극셀은 상부 매트릭스(506) 및 하부 매트릭스(508)에 배열된다. 상부 매트릭스(506)는 중앙 또는 중간 바인딩층(510)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(508)는 중간 바인딩층(510)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(510)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 공극셀들을 서로 독립적으로 변형하게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다.
도 6은 부분 로딩된 상태에서 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템(600)의 입면도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(600)은 상부 매트릭스(606) 및 하부 매트릭스(608)에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(604)]을 포함한다. 상부 매트릭스(606)는 중앙 또는 중간 바인딩층(610)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(608)는 중간 바인딩층(610)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(610)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 공극셀들을 서로 독립적으로 변형하게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다.
하중은 시험 장치(620)를 사용하여 공극셀(604)에 인가된다. 공극셀(604)은 상부 매트릭스(606) 내의 이웃하는 공극셀[예를 들어, 공극셀(622, 624)]에 실질적으로 영향을 미치지 않고 수직으로 압축한다. 또한, 하부 매트릭스(608) 내의 대향하는 공극셀(626) 및 이웃하는 대향하는 공극셀(628, 630)은, 중간 바인딩층(610)이 공극셀(604)에 인가된 점 하중을 하부 매트릭스(608) 내의 다수의 공극셀로 분배하기 때문에 매우 적게 편향된다. 또한, 하부 매트릭스(608) 내의 공극셀은 상부 매트릭스(606) 내의 셀보다 압축에 더 많거나 적은 저항을 가질 수도 있어 변위와 인가된 힘 사이에 원하는 관계를 제공한다(예를 들어, 도 13 및 도 14 참조). 부하가 단일 공극셀(604)에 대향될 때 공극셀의 그룹에 인가되면, 공극셀의 그룹은 압축될 것이고 공극셀의 그룹에 인접한 공극셀은 비교적 비압축 상태로 유지될 것이다. 이 관계는 본 명세서에서 서로로부터의 공극셀의 결합 해제라 칭한다. 결합 해제는 도 7에 도시된 바와 같이, 단지 독립적인 압축 범위에 기초하여 임계치까지만 적용 가능하다.
도 7은 완전 로딩된 상태에서 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템(700)의 입면도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(700)은 상부 매트릭스(706) 및 하부 매트릭스(708)에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(704)]을 포함한다. 상부 매트릭스(706)는 중앙 또는 중간 바인딩층(710)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(708)는 중간 바인딩층(710)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(710)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 공극셀들을 서로 독립적으로 변형하게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다.
도 6에 도시된 것과 유사하게, 하중은 시험 장치(720)를 사용하여 공극셀(704)에 인가된다. 시험 장치(720)는 도 6의 시험 장치(620)보다 더 큰 힘을 인가하고, 셀룰러 쿠셔닝 시스템(700)을 더 압축한다. 공극셀(704)은 완전히 압축되고, 대향하는 공극셀(726)은 완전히가 아니면, 거의 완전히 압축된다. 일단 공극셀(704)이 독립적인 압축 임계치를 넘어 압축되면 중간 바인딩층(710)이 결합되기 때문에, 대향하는 공극셀(726)은 압축되고, 이웃하는 대향하는 공극셀[예를 들어, 공극셀(728, 730)]은 중간 바인딩층(710)을 통해 부분적으로 압축된다. 또한, 이웃하는 공극셀[예를 들어, 공극셀(722, 724)]은 공극셀(704)의 압축에 의해 편향되지만, 실질적으로 압축되지는 않는다. 인접 공극셀들을 결합함으로써, 이는 셀룰러 쿠셔닝 시스템(700)이 완전히 편향된 상태에 근접함에 따라 압축에 대한 더 높은 저항을 생성한다.
도 8은 픽셀화층(832)을 갖는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템(800)의 사시도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(800)은 상부 매트릭스(806) 및 하부 매트릭스(808)에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(804)]을 포함한다. 상부 매트릭스(806)는 중앙 또는 중간 바인딩층(810)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(808)는 중간 바인딩층(810)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(810)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 상부 매트릭스(806)의 공극셀들을 서로 독립적으로 변형하게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다.
픽셀화층(832)은 상부 매트릭스(806) 내의 각각의 공극셀의 상부 말단부에 부착된 얇은 재료의 시트이다. 다른 구현예에서, 픽셀화층(832)은 하부 매트릭스(808) 내의 각각의 공극셀의 하부 말단부에 부착된다. 픽셀화층(832)은 공극셀 및 중간 바인딩층(810)과 유사한 재료로 제조될 수도 있다. 픽셀화층(832)의 두께는 예를 들어 원하는 가요성 및 내구성에 따라 변경될 수도 있다. 픽셀화층(832)은 각각의 공극셀의 상부에서 편평하고 각각의 공극셀들 사이에 홈[예를 들어, 홈(834)]을 갖는다. 홈은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 인접 공극셀로부터 각각의 공극셀의 독립적인 압축을 유지하는 것을 돕는다. 홈 깊이 및 폭은 공극셀의 의도된 독립적인 압축 범위에 대해 맞춤화될 수도 있다.
도 9는 언로딩된 상태에서 픽셀화층(932)을 갖는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템(900)의 입면도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(900)은 상부 매트릭스(906) 및 하부 매트릭스(908)에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(904)]을 포함한다. 상부 매트릭스(906)는 중앙 또는 중간 바인딩층(910)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(908)는 중간 바인딩층(910)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(910)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 공극셀들을 서로 독립적으로 변형하게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다. 픽셀화층(932)은 상부 매트릭스(906) 내의 각각의 공극셀의 상부 말단부에 부착된 얇은 재료의 시트이다. 픽셀화층(932)은 각각의 공극셀의 상부에서 편평하고, 각각의 공극셀들 사이에 홈[예를 들어, 홈(934)]을 갖는다.
도 10은 부분 로딩된 상태에서 픽셀화층(1032)을 갖는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1000)의 입면도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1000)은 상부 매트릭스(1006) 및 하부 매트릭스(1008)에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(1004)]을 포함한다. 상부 매트릭스(1006)는 중앙 또는 중간 바인딩층(1010)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(1008)는 중간 바인딩층(1010)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(1010)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 공극셀들을 서로 독립적으로 변형하게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다. 픽셀화층(1032)은 상부 매트릭스(1006) 내의 각각의 공극셀의 상부 말단부에 부착된 얇은 재료의 시트이다. 픽셀화층(1032)은 각각의 공극셀의 상부에서 편평하고, 각각의 공극셀들 사이에 홈[예를 들어, 홈(1034)]을 갖는다.
하중은 시험 장치(1020)를 사용하여 공극셀(1004)에 인가된다. 공극셀(1004)은 상부 매트릭스(1006) 내의 이웃하는 공극셀[예를 들어, 공극셀(1022, 1024)]에 실질적으로 영향을 미치지 않고 수직으로 압축한다. 공극셀(1004, 1022, 1024)이 픽셀화층(1032)과 연결되는 동안, 홈(1034, 1036)은 펼쳐 개방되거나 또는 왜곡되어 공극셀(1004)의 편향이 이웃하는 공극셀들에 실질적으로 영향을 미치는 것을 방지하는 것을 돕는다. 또한, 하부 매트릭스(1008) 내의 대향하는 공극셀(1026)은, 셀(1004)보다 압축에 대한 더 높은 저항을 갖고 부하가 바인딩층(1010)을 통해 분배되기 때문에 매우 적게 편향된다. 부하가 단일 공극셀(1004)에 대향될 때 공극셀의 그룹에 인가되면, 공극셀의 그룹은 압축될 것이고 공극셀의 압축된 그룹에 인접한 공극셀은 비교적 비압축 상태로 유지될 것이다. 이 관계는 본 명세서에서 서로로부터의 공극셀의 결합 해제라 칭한다. 결합 해제는 도 11에 도시된 바와 같이, 단지 미리 정해진 편향까지만 적용 가능하다.
도 11은 완전 로딩된 상태에서 픽셀화층(1132)을 갖는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1100)의 입면도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1100)은 상부 매트릭스(1106) 및 하부 매트릭스(1108)에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(1104)]을 포함한다. 상부 매트릭스(1106)는 중앙 또는 중간 바인딩층(1110)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(1108)는 중간 바인딩층(1110)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(1110)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 공극셀들을 서로 독립적으로 변형하게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다. 픽셀화층(1132)은 상부 매트릭스(1106) 내의 각각의 공극셀의 상부 말단부에 부착된 얇은 재료의 시트이다. 픽셀화층(1132)은 각각의 공극셀의 상부에서 편평하고, 각각의 공극셀들 사이에 홈[예를 들어, 홈(1134)]을 갖는다.
도 10에 도시된 것과 유사하게, 하중은 시험 장치(1120)를 사용하여 공극셀(1104)에 인가된다. 시험 장치(1120)는 도 10의 시험 장치(1020)보다 더 큰 힘을 인가하고, 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1100)을 더 압축한다. 공극셀(1104)은 완전히 압축되고, 대향하는 공극셀(1126)은 완전히가 아니면, 거의 완전히 압축된다. 공극셀(1104, 1122, 1124)이 픽셀화층(1132)과 연결되는 동안, 홈(1134, 1136)은 펼쳐지고, 완전 편향된 상태에서도 공극셀(1104)의 편향이 이웃하는 공극셀에 완전히 결합하는 것을 방지한다. 일단 공극셀(1126)이 압축되면 중간 바인딩층(1110)이 결합되기 때문에, 하부 매트릭스(1108) 내의 이웃하는 대향하는 공극셀은 공극셀(1104)의 압축에 의해 부분적으로 압축된다. 픽셀화층(1132) 내의 홈의 깊이 및 폭은 공극셀의 어느 정도의 편향이 인접 공극셀에 영향을 미치는지에 영향을 미친다. 인접 공극셀들을 결합함으로써, 이는 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1100)이 완전히 편향된 상태에 근접함에 따라 압축에 대한 더 높은 저항을 생성한다.
도 12는 예시적인 만곡된 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1200)의 사시도를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1200)은 상부 매트릭스(1206) 및 하부 매트릭스(1208)에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(1204)]을 포함한다. 상부 매트릭스(1206)는 중앙 또는 중간 바인딩층(1210)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스(1208)는 중간 바인딩층(1210)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(1210)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 공극셀들이 서로 독립적으로 변형되게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다.
셀룰러 쿠셔닝 시스템(1200)은 만곡된 표면(1253)(예를 들어, 헬멧의 내부) 상에 적용될 수도 있다. 중간 바인딩층(1210)이 공극셀의 상부 매트릭스(1206)와 하부 매트릭스(1208) 사이에 위치되기 때문에, 중간 바인딩층(1210)은 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1200)을 평면형 용례에 한정하지 않는다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1200)은 사용자의 신체와 접촉으로부터 쿠셔닝될 임의의 표면에 순응하도록 조작될 수도 있다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1200)이 만곡된 표면에 순응하도록 조작될 때에도, 공극셀은 여전히 만곡된 표면에 실질적으로 수직으로 배향된다. 이는 공극셀로부터 압축에 대한 일관적인 저항을 보장한다.
도 13은 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템 내의 이웃하는 공극셀에 대한 변위 대 힘 그래프(1300)를 도시한다. 그래프(1300)는 로딩된 공극셀의 힘과 변위 사이의 관계[점선(1310)] 대 이웃하는 공극셀의 힘과 변위 사이의 관계[실선(1320)]를 도시한다. 낮은 힘(예를 들어, 대략 0.0 내지 2.5 lbs)에서, 로딩된 공극셀은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 힘의 변화가 거의 없이 상당히 압축된다[즉, 비스프링형 거동 또는 후크의 법칙(Hooke's Law)에 따르지 않음]. 공극셀이 거의 완전히 압축됨에 따라, 공극셀은 로딩된 공극셀을 계속 압축하기 위해 증가하는 힘의 양을 취한다(예를 들어, 대략 2.5 내지 7.5 lbs). 공극셀이 거의 완전히 압축될 때, 공극셀은 비교적 작은 부가의 양으로 공극셀을 압축하기 위해 비교적 큰 힘의 증가를 취한다(예를 들어, 대략 7.5 내지 17.5 lbs).
로딩된 공극셀의 더 작은 압축 변위(예를 들어, 0.0 내지 1.5 in)에서, 이웃하는 공극셀은 상당히 압축되지는 않는다[예를 들어, 독립적인 압축 범위(1338)에 의해 예시됨]. 그러나, 로딩된 공극셀이 더 압축됨에 따라(예를 들어, 1.5 내지 2.7 in), 이웃하는 공극셀들은 소정의 압축을 경험한다. 일 구현예에서, 이는 로딩된 공극셀과 이웃하는 공극셀의 모두와 연계된 중앙 또는 중간 바인딩층 및/또는 픽셀화층의 변형에 기인한다. 그러나, 로딩된 공극셀에 비교할 때 이웃하는 공극셀의 상대 압축 크기는 비교적 작게 유지된다(일 구현예에서, 대략 20%의 최대값). 그 결과, 완전히 또는 거의 완전히 로딩된 조건 하에서도, 셀룰러 쿠셔닝 시스템 내의 이웃하는 공극셀들은 대부분 독립적으로 유지된다.
도 14는 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템 내의 대향하는 공극셀들에 대한 변위 대 힘 그래프(1400)를 도시한다. 그래프(1400)는 공극셀의 상부 매트릭스 내의 공극셀의 힘과 변위 사이의 관계[실선(1410)] 대 공극셀의 하부 매트릭스 내의 대향하는 공극셀의 힘과 변위 사이의 관계[점선(1420)]를 도시한다. 낮은 힘(예를 들어, 대략 0.0 내지 5.0 lbs)에서, 각각의 대향하는 공극셀의 힘/변위 관계는 실질적으로 선형이고 동일하다. 대략 5.0 lbs 초과, 그러나 대략 30.0 lbs 미만에서, 상부 공극셀은 하부 공극셀에 앞서 실질적인 편향을 달성한다. 30.0 lbs 초과에서, 각각의 대향하는 공극셀의 힘/변위 관계는 재차 실질적으로 선형이고 동일하다.
다른 구현예에서, 공극셀의 상부 매트릭스 내의 공극셀은, 도 13에 도시된 바와 같은 이웃하는 공극셀 사이의 관계와 유사하게, 그 내에서 공극셀의 하부 매트릭스 내의 대향하는 공극셀이 실질적으로 압축되지 않는 독립적인 압축 범위를 가질 것이다.
도 15는 3개의 다른 쿠셔닝 시스템에 비교하여 2개의 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템에 대한 압력 대 변위 그래프(1500)를 도시한다. 그래프(1500)는 쿠셔닝 시스템에 인가된 압력과 쿠셔닝 시스템의 압축 변위 사이의 관계를 도시한다. 라인(1510)은 0.5" 폭의 높고 깊은 정사각형 공극셀을 갖는 제1 예시적인 열가소성 엘라스토머 셀룰러 쿠셔닝 시스템을 표현한다. 또한, 공극셀은 정렬되고 25 mil 벽 두께를 갖고 서로 대향한다. 라인(1520)은 0.5" 폭의 높고 깊은 편평한 상부형 정사각형 공극셀을 갖는 제2 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템을 표현한다. 공극셀은 오프셋되고 25 mil 벽 두께를 갖고 서로 대향한다. 라인(1530)은 매트리스 용례에 사용된 2.0" 두께의 망상 우레탄 폼을 표현하고, 라인(1540, 1550)은 포선형 편안한 폼 매트리스 상층(topper)을 각각 표현한다.
셀룰러 쿠셔닝 시스템을 표현하는 라인(1510, 1520)은 본 명세서에 개시된 바와 같이, 비교적 낮은 압력이 라인(1530)에 의해 도시된 폼에 비교할 때 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 변위(예를 들어, 0 내지 약 0.4 인치)를 발생하도록 요구된다는 것을 예시하고 있다. 이는 더 낮은 부하 조건 하에서 사용자 편안함을 향상시킬 수도 있다. 또한, 더 높은 부하 조건(예를 들어, 약 0.4 내지 약 0.8 인치) 하에서, 라인(1510, 1520)은 셀룰러 쿠셔닝 시스템이 모든 3개의 폼[라인(1530, 1540, 1550)]에 비교할 때 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 부가의 변위를 발생하도록 요구된 비교적 높은 압력을 나타낸다는 것을 예시한다. 그 결과, 셀룰러 쿠셔닝 시스템은 더 높은 부하 조건 하에서 임의의 폼 시스템보다 사용자에게 더 큰 지지를 제공하고, 낮은 부하 조건 하에서 폼 시스템들 중 적어도 하나보다 사용자에게 더 양호한 편안함을 제공하는 것이 가능하다.
도 16은 예시적인 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1605)을 구비하는 무릎패드(1600)를 도시한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1605)은 상부 매트릭스 및 하부 매트릭스(도시 생략)에 배열된 공극셀[예를 들어, 공극셀(1604)] 및 지지 유닛을 포함한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1600)은 무릎패드(1600)의 만곡된 내부면에 순응하는 것으로 도시되어 있다. 다양한 실시예에서, 무릎패드(1600)는 무릎패드(1600)의 목적에 따라 강성, 반강성 또는 가요성이다. 상부 매트릭스는 중앙 또는 중간 바인딩층(1610)의 상부면에 부착되고, 하부 매트릭스는 중간 바인딩층(1610)의 하부면에 부착된다. 중간 바인딩층(1610)은 적어도 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 공극셀들이 서로 독립적으로 압축되게 하면서 공극셀들을 함께 연결한다(상세히 전술된 바와 같이).
일 구현예에서, 각각의 공극셀은 서로에 대해서가 아니라 중간 바인딩층(1610)에 개별적으로 부착된다. 또한, 상부 매트릭스 내의 각각의 공극셀은 공극셀의 독립적인 압축 범위 내에서, 인접(즉, 이웃하는, 대향하는 그리고/또는 이웃하는 대향하는) 공극셀의 압축 없이 하중 하에서 개별적으로 압축 가능하다. 독립적인 압축 범위 외에서, 개별 공극셀의 압축은 인접 공극셀이 중간 바인딩층(1610)의 편향을 통해 압축되게 한다. 예를 들어, 상부 매트릭스를 형성하는 공극셀은 사용자의 무릎의 표면 윤곽에 순응하고, 개별적으로 압축하여 이들 영역 상에서 균일하게 사용자의 무릎 상에 하중을 분배한다.
각각의 공극셀은 편향에 저항하기 위해 비교적 일정한 힘을 생성한다. 일 구현예에서, 하부 매트릭스 내의 공극셀은 상부 매트릭스 내의 공극셀의 편향에 대한 더 높은 저항을 갖는다. 그 결과, 하중을 적게 받는 영역(예를 들어, 사용자의 무릎의 측면)에서, 단지 상부 매트릭스 내의 공극셀만이 결합되고 사용자의 체중은 셀룰러 쿠셔닝 시스템(1605)과 사용자의 접촉에 걸쳐 균일하게 분배된다. 더 압축된 영역(예를 들어, 사용자의 무릎의 중심)에서, 사용자는 사용자의 체중이 중간 바인딩층(1610)을 부가적으로 편향하기에 충분하고 따라서 하부 매트릭스 내의 공극셀들을 결합하기 때문에 증가된 압력을 경험한다. 상부 및/또는 하부 매트릭스 내의 개별 공극셀의 편향에 대한 저항은 무릎패드(1600)의 예측된 하중에 따라 변경될 수도 있다.
도 17은 셀룰러 쿠셔닝 시스템을 제조하고 사용하기 위한 예시적인 동작(1700)을 도시한다. 제1 성형 동작(1705)이 제1 평면형 중간 바인딩층에 의해 상호 연결된 공극셀의 제1 매트릭스를 성형한다. 제2 성형 동작(1710)이 제2 평면형 중간 바인딩층에 의해 상호 연결된 공극셀의 제2 매트릭스를 성형한다. 중간 바인딩층은 각각의 공극셀에 개구를 가질 수도 있다. 다른 구현예에서, 공극셀의 매트릭스는 블로우 성형 튜브[예를 들어, 패리슨 튜브(parison tube)]를 사용하여 재료의 시트로부터 동시에 형성된다. 또 다른 구현예에서, 공극셀의 제1 매트릭스 및 공극셀의 제2 매트릭스는 단일 평면형 중간 바인딩층에 의해 상호 연결된다.
접합 동작(1715)이 공극셀의 매트릭스들이 평면형 중간 바인딩층으로부터 이격하여 연장하는 상태로, 제1 평면형 중간 바인딩층의 면을 제2 평면형 중간 바인딩층의 면에 접합한다. 일 구현예에서, 접합 동작(1715)은 공극셀의 제1 매트릭스와 공극셀의 제2 매트릭스를 함께 연결하는 단일의 중간 바인딩층을 생성한다. 다른 구현예에서, 접합 동작(1715)은 중간 바인딩층들을 함께 주기적으로 함께 가용접하여(tack welds) 단단하게 부착된 2개의 별개의 바인딩층을 생성한다. 중간 바인딩층들을 함께 주기적으로 접합하는 것은 중간 바인딩층들 사이에 놓인 공극셀들 사이에 유체 통로를 남겨둘 수도 있다.
또한, 제1 및 제2 중간 바인딩층은 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 제1 반부 및 제2 반부 내의 대향하는 공극셀 내의 개구가 서로 만나도록 함께 적층될 수도 있다. 대안적으로, 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 제1 반부 및 제2 반부는 임의의 공지의 제조 기술을 사용하여 일 단계로 제조될 수도 있다. 또한, 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 제1 반부 및 제2 반부는 성형 이외의 기술(예를 들어, 진공 성형, 압력 성형 및 압출)을 사용하여 제조될 수도 있다.
픽셀화층을 이용하는 구현예에서, 선택적 성형 동작(1720)이 셀룰러 쿠셔닝 시스템을 위한 픽셀화층을 성형한다. 픽셀화층은 일반적으로 공극셀의 제1 및/또는 제2 매트릭스 내의 개별 공극셀의 크기 및 위치에 일반적으로 대응하는 픽셀화층의 영역을 프레이밍하는(frame) 일련의 채널을 갖는 평면형이다. 픽셀화층은 또한 개별 공극셀의 원하는 독립적인 압축도를 성취하기 위한 두께, 강성, 채널 깊이, 채널 폭을 갖고 구성된다. 픽셀화층이 이용되면, 선택적 부착 동작(1725)은 픽셀화층을 평면형 중간 바인딩층에 일반적으로 평행하게 배향된 공극셀의 제1 또는 제2 매트릭스의 외부면에 부착한다. 픽셀화층은 접착, 용접됨으로써 또는 임의의 다른 부착 방법을 사용하여 부착될 수도 있다. 또한, 하나가 공극셀의 제1 매트릭스에 부착되고 다른 하나는 공극셀의 제2 매트릭스에 부착되는 2개의 픽셀화층이 사용될 수도 있다.
판정 동작(1727)은 셀룰러 쿠셔닝 시스템이 바인딩층과 함께 바인딩된 공극셀의 부가의 층을 필요로 하는지를 판정한다. 만일 필요로 하면, 동작 1705 내지 1727이 반복된다. 만일 필요로 하지 않으면, 부착 동작(1729)이 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 다수의 층들을 함께 부착한다. 셀룰러 쿠셔닝 시스템의 단지 하나의 층만이 존재하면, 동작 1729는 적용 불가능하다.
압축 동작(1730)은 하나 이상의 인접 공극셀을 상당히 압축하지 않고 독립적인 압축 범위 내에서 공극셀들의 하나 이상을 압축한다. 인접 공극셀은 이웃하는 공극셀, 대향하는 공극셀 및 이웃하는 대향하는 공극셀 중 하나 이상을 포함한다. 일 구현예에서, 이웃하는 공극셀은 제1 및 제2 중간 바인딩층 사이의 전용 통로 또는 단지 간극에 의해 유동 접속된다. 이는 압축된 공극셀 내의 공기 또는 다른 유체가 공극에서 진입 및 진출하게 한다.
독립적인 압축 범위는 인접 공극셀을 상당히 압축하지 않는 압축된 공극셀의 변위 범위이다. 공극셀은 중간 바인딩층에 실질적으로 수직인 일반적인 방향으로 압축된다. 공극셀이 독립적인 압축 범위를 넘어 압축되면, 중간 바인딩층은 편향될 것이고 그리고/또는 압축된 공극셀에 인접한 공극셀이 압축될 것이다. 일 구현예에서, 독립적인 압축 변위가 초과된 후에도, 압축된 공극셀에 인접한 공극셀은 압축된 공극셀 자체보다 상당히 적게 압축된다. 또한, 다수의 공극셀은 압축 동작(1725)에서 압축될 수도 있다.
압축 해제 동작(1735)은, 압축 해제된 공극셀이 그 독립적인 압축 범위 내에 있는 한, 적어도 하나의 인접한 압축된 공극셀을 실질적으로 압축 해제하지 않고 하나 이상의 압축된 공극셀을 압축 해제한다. 압축 해제된 공극셀이 그 독립적인 압축 범위 외에 있으면, 인접한 공극셀은 압축 해제된 공극셀이 그 독립적인 압축 범위 내에서 복귀할 때까지 또한 압축 해제할 것이다. 압축 해제된 공극셀이 제로 하중으로 압축 해제되면, 셀룰러 쿠셔닝 시스템은 그 원래 상태로 복귀할 것이다. 다른 구현예에서, 셀룰러 쿠셔닝 시스템은 영구적으로 변형될 수도 있다(예를 들어, 1회용 셀룰러 쿠셔닝 시스템).
상기 설명, 예 및 데이터는 본 발명의 예시적인 실시예의 구조 및 사용의 완전한 설명을 제공한다. 본 발명의 다수의 실시예가 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 행해질 수 있기 때문에, 본 발명은 이하에 첨부된 청구범위에 귀속된다. 더욱이, 상이한 실시예의 구조적 특징들은 기술된 청구범위로부터 벗어나지 않고 또 다른 실시예에서 조합될 수도 있다.
100: 셀룰러 쿠셔닝 시스템
106: 상부 매트릭스
108: 하부 매트릭스

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  1. 공극셀을 포함하는 셀루러 쿠션.
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