TWI421188B - 複合材料製的人體支持物及其製造程序 - Google Patents

Description

複合材料製的人體支持物及其製造程序

本發明可被應用於運動和休閒配件之領域，且特別有關於一種複合材料人體支持物和有關於一種用於製造出該人體支持物的程序。

依照本發明所組成之一般運動應用實例包括座位背墊、頭枕、扶手和用於構造椅之座墊(特別是設計提供予高齡者和肢體殘障人士使用)、鞋墊、矯正用床墊和非矯正用床墊、鞍座和自行車用手把、三輪車用手把、機車用手把和其他類似物體。

以上種類之具彈性支持物已知一般是包含一複合材料底座構架、一由具彈性材料(通常是膨脹泡沫樹脂和/或凝膠)所製成之襯墊元件，以及一薄片包覆元件，該包覆元件是被設計用來接觸到已坐好的使用者。

一般而言，此種支持物的構架被藉由一熱固性樹脂之模具內熱硬化作用成形，該熱固性樹脂具有一層或更多層纖維材料的”表皮”，該纖維材料則例如是碳纖維、玻璃纖維、克維拉纖維或是植入於該熱固性樹脂內之其他類似材料。當該熱固性樹脂被放置進入模具內，纖維材料的表皮可以被乾燥，或是被預先注入該熱固性樹脂：在預浸入之應用實例中，該熱固性樹脂被直接射入該鑄模內。

當包覆元件因為美觀或重量輕之要求而採用聚合物材料來製成時，如何將構架之複合材料附接至該包覆元件之聚合物材料將成為一項問題。

國際專利申請案PCT/IB 2006/000144揭示出一種包含如申請專利範圍第1項前文所界定之全部特色的複合材料支持物構造。在此種先前技術之構造中，包覆元件是連同複合材料構架一起被模塑，使得該包覆元件能夠直接與複合材料之樹脂基材相接觸。

實際上，該項解決方案所具有之缺點是介於構架與包覆元件之間的附著作用不佳，影響到支持物成品的機械性能。介於構架樹脂基材與包覆元件複合材料之間所不足的緊密連結亦導致出現在包覆元件與構架間的氣泡形成和中斷狀況。

因此，提供具有一附接至由聚合材料製成包覆元件之複合材料構架的支持物是依然有問題存在，其中該支持物呈現出良好的機械性能。

以上先前技術支持物的另外一項已知問題係為當切口或凹處成形於底座構架上時，例如是依照專利申請案WO 2004031025所揭示之內容而產生周邊合適垂帶，此種加工程序必須是於來自構架塑形加工程序的上游或下游而產生。

針對上游的加工程序，纖維材料的表皮必須被加工處理，由於此種纖維材料的性質，切削動作將會是粗糙和不夠精確。另外一方面，下游的加工程序必須被施行於整個成形構架上，於是導致此種構架的機械性能減弱。

在任一應用實例中，採用高精確度加工程序於構架上來將一高強度複合材料構架成形的問題到目前為止依然尚無法被解決。

本發明之主要目的是藉由提供一種具有高效率和相當成本優勢之人體支持物來克服以上缺失。

一項特別目的是提供一種具有一附接至由聚合材料製成包覆元件之複合材料構架的支持物，其中該支持物呈現出良好的機械性能。

本發明之另一目的是提供一種用於製造出一支持物的實際可行和可方便重複使用之程序。

本發明之另一目的是提供一種用於製造出一支持物的程序，用以容許高精確度加工程序施行於構架上，同時，確保得到最終產品的高強度。

如同在下文中將詳加解釋之內容，以上目的和其他目的藉由一如申請專利範圍第1項所界定之人體支持物被完成，該人體支持物包含一個具有一頂端表面和一底部表面的複合材料底座構架，以及一個由一第一聚合物材料所形成、與該底座構架結合的包覆元件。

依照本發明，該支持物包含一第二熱塑性聚合物材料製之至少一薄膜，該薄膜被固定附接至該底座構架的該頂端表面或底部表面中之至少一表面。該第二熱塑性材料與第一聚合物材料有緊密的連結。

此種特殊構形容許將該包覆元件固定附接至底座構架，用以得到具有極佳機械性能之整體式支持物。

採用由與包覆元件之第一聚合物材料有緊密連結之第二熱塑性材料所製成的薄膜容許將該包覆元件固定附接至底座構架，同時，避免在先前技術支持物中經常出現的任何氣泡成形和中斷狀況產生。

在此所使用的”複合材料”一詞係表示出一種包含一強化纖維元件(例如是被植入於一聚合基材內之碳纖維、玻璃纖維、克維拉纖維或其他類似材料)之材料，該材料通常是一熱固性樹脂。該強化元件可以包括一層或更多層”表皮”，亦即是大致上類似薄片之元件。

此外，在此所使用的”具緊密連結的材料”一詞係表示出彼此之間具有化學和/或物理之緊密連結的材料，亦即是當在被接合之狀態下，該具緊密連結的材料能夠提供一接合作用，用以經由該接觸表面來傳送拉應力或剪應力。因此，最高的緊密連結於相同材料之間得到。

在此所使用的”接合作用”一詞係表示出附著強度和凝聚強度之合計值，其中該附著強度主要是一種物理性質和由產生於接觸表面之相互靜電交互作用所導致，該凝聚強度則主要是一種化學性質和由產生於接觸表面之化學結合力所導致。

在另一觀點中，本發明是有關一種用於製造出複合材料人體支持物的程序，如申請專利範圍第13項之程序包含下列步驟：(a)模塑一個具有一頂端表面和一底部表面的底座構架；(b)將一由第一聚合物材料所製成之包覆元件結合至該底座構架，用以得到一個整體式人體支持物。

依照本發明，在模塑步驟(a)中，一第二熱塑性聚合物材料製的至少一薄膜被固定附接至該底座構架至少在該頂部表面與底部表面中的一表面。該第二熱塑性材料與第一聚合物材料具有緊密連結。

以上步驟的施行順序形成一種用於製造出具有極佳機械性能之人體支持物的簡易、可重複之程序。

另外一方面，本發明之製造程序可以包含一項步驟，其中底座構架被藉由將其底座材料移除和/或至少將其底座材料部份變形處理，該步驟被施行於該模塑步驟(a)之上游和結合步驟(b)之下游。

因此，高精確度的加工程序得以被施行於該構架上，同時，保有最終支持物的高強度。

從依照本發明程序之較佳、但非專屬實施例的詳細描述內容中，本發明之其他特色與優點將被更加明顯得知，該實施例則被描述成是一採用隨附圖形所提供之協助的非限制應用實例。

本發明之支持物通常以元件符號1來表示，其包含一由複合材料所製成之底座構架2，該底座構架2具有一由一第一聚合材料所製成之包覆元件3。

該支持物還包含一個介於該底座構架2與該包覆元件3之間的襯墊元件4，其可以包含至少一層彈性材料(例如是泡沫或聚胺基甲酸酯凝膠)，其被設計用以接觸到一就座的使用者。

在一較佳、但非專屬實施例中，該支持物1具有一個在該構架2上之裝飾元件5(例如是一淺刻的商標5)，及/或一個舒適元件6(例如是依照專利申請案WO 2004031025所揭示內容之一連串周邊散熱片)。然而，在不偏離隨附申請專利範圍所界定的範疇之狀況下，藉由將其之底座材料移除或至少將其之底座材料部份變形，任何其他的處理可以於該構架2上施行。

依照本發明，特別是如圖二之所示，其中提供一個第二熱塑性聚合材料製成之薄膜7，該薄膜是被穩定附接於該底座構架2且符合該構架2的頂端表面8。該薄膜7之第二熱塑性材料與該構架2之第一聚合材料有緊密的連結，以使得該包覆元件3能夠被穩定附接於該構架2。在不偏離隨附申請專利範圍所界定的範疇之狀況下，該薄膜7亦可以被附接於該構架2的底部表面9。

因此，該薄膜實際上將作用為一橋接於該構架2與該包覆元件3之間的”固體黏膠”。該薄膜7所具有的底面10與該構架2相接觸，且至少部份穿入其之樹脂基材，但另一表面11是隨意的，而該包覆元件3被設計以被放置於該表面11上。

有利之處是：為了最大的緊密連結，該薄膜7的第二熱塑性材料與該包覆元件3的第一聚合材料可以是相同的。在一較佳、但非專屬實施例中，該第一材料和第二材料可以是一種具光學透明性的熱塑性聚胺基甲酸酯，或是可以從以下的群組中選出，該群組包含聚酯、聚醯胺和包含環氧群組之聚合物。在不偏離隨附申請專利範圍所界定的範疇之狀況下，無論具光學透明性與否的任何其他材料亦可以被採用。

方便地係，該薄膜7可以是相當薄及其所具有的厚度是從0.01毫米到0.05毫米，且以是大約0.025毫米為較適宜。

該包覆元件3可以包含至少一層聚合材料，該聚合材料層所具有的厚度是從0.1毫米到0.3毫米，且以是大約0.02毫米為較適宜。

在不偏離隨附申請專利範圍所界定的範疇之狀況下，該包覆元件3亦可以包含超過一層以上的聚合物材料或類似材料。然而，在該項應用實例中，該底部層(亦即是與該薄膜7相接觸之層)必須被由該第一聚合材料所形成，該第一聚合材料與該薄膜7之第一熱塑性材料有緊密的連結。

在一較佳、但非專屬實施例中，如同圖式之所示，該支持物1亦可以包含位於該構架2之底部表面9的一額外包覆層12，該包覆層亦可以被由一具光學透明性的熱塑性聚胺基甲酸酯所形成。

如圖一之所示，該底座構架2具有一個被設計用來將該襯墊元件4覆蓋住的凹陷座13。

該襯墊元件有利地被由一黏彈性材料所製成，該黏彈性材料與該包覆元件3之第一聚合材料和/或該構架2之第二熱塑性材料中之一種材料有緊密的連結。

為了最大的緊密連結和將該支持物1之機械性能最佳化，該包覆元件3、熱塑性材料製成之薄膜7和該下層12可以被由熱塑性聚胺基甲酸酯所形成，該熱塑性聚胺基甲酸酯可能為透明的用於使該裝飾元件5可被看到，且該襯墊元件4的黏彈性材料可以被從包含聚胺基甲酸酯凝膠之群組中選出。

一種用於製造出該支持物1之程序具有二項連續步驟。

在第一步驟a)中，一個具有一頂端表面8和一底部表面9的底座構架被模塑。在該步驟期間，在高溫下，例如藉由在一第一鑄模14內之與該底座構架2共同模塑，該薄膜7被固定附接於該底座構架2，該第一模具14可能具有一用於在該構架2上形成該承座13之突出部15。

在不偏離隨附申請專利範圍所界定的範疇之狀況下，熱塑性材料製成的薄膜7可以被安置於該頂端表面8或該底部表面9上。

其次，一個步驟b)發生，其中該包覆元件3被聯結於該底座構架2，該底座構架2具有先前被附接於該底座構架2之該薄膜，且該包覆元件可能被聯結於襯墊元件4。該步驟發生於一個除了該第一模具14以外的第二模具16中。然而，在不偏離隨附申請專利範圍所界定的範疇之狀況下，本發明之程序的步驟a)和步驟b)可以發生於一模具中。

依照本發明之一實施例，如圖三之所示，該構架的強化元件可以被導入至該第一模具14內，成一乾燥或預浸狀態與薄膜7結合。該強化元件可以包括一層或更多層纖維材料的”表皮”，例如是碳纖維、克維拉纖維、玻璃纖維或其他類似材料。

因此，一個中間構架17被成形，該中間構架被從該模具處取出，且藉由將該底座材料移除和/或至少將該底座材料部份變形可能受到一例如用以形成周邊散熱片6或該裝飾元件5的處理步驟。

有利之處是：該處理步驟可以採用電腦數值控制機器和藉由使用電腦控制設備之切削程序來施行，該切削程序被從包含切屑成形、切削、雷射切削、噴水切削或其他類似法之群組中被挑選得到。

將了解的是：在此所使用的”中間構架”一詞表示出該構架2是位於步驟(a)之後與步驟(b)之前的中間程序步驟。

在本發明之非專屬實施例中，安置熱塑性材料製成之薄膜7的步驟發生於該中間構架17成形之前，亦即在乾燥或預浸之狀態下，藉由將該薄膜7直接安置於該強化元件上，且於將該強化元件導入之前和可能將聚合基材導入該模具內。

在不偏離隨附申請專利範圍所界定的範疇之狀況下，此種步驟在時間上(例如發生在之前時)亦可以被從該模塑步驟(a)中分離出來，且是一多少被延伸之步驟，其中熱塑性薄膜組合係靜止之強化元件亦可以被提供。

在不偏離隨附申請專利範圍所界定的範疇之狀況下，藉由將該薄膜7安置於一個至少有一部份被硬化之中間層17上，該熱塑性薄膜7的安置也可以發生於中間層17成形之後。

在任一應用實例中，該第一模具14可以被加熱到達用於組成該構架基材之樹脂的初熔點。因此，熱塑性材料製成之薄膜7開始變軟和穿透該樹脂，直到其至少部份被穿透該樹脂內為止，以及接著被固定附接於樹脂。

在不偏離隨附申請專利範圍所界定的範疇之狀況下，將了解的是：一項最後步驟可以被提供用於該中間構架17，該最後步驟例如是將超過該構架17之尺寸的底座材料清除掉。

有利之處在於：藉由在將聚合基材安置於模具14內之前的浸入，例如藉由在另一模具內之浸入步驟或其他分離的方式，該聚合物基材可以被聯結於該強化元件。

將了解的是：倘若該支持物1亦合併有該襯墊元件4，在不偏離隨附申請專利範圍所界定的範疇之狀況下，任何用於將構架2附接於該襯墊元件的程序可以被採用。如一項非限制應用實例，該襯墊元件4可以被單獨成形和被膠接或加熱密封於該構架2，或是藉由與該構架2共同模塑而得。

圖二表示出沿著一平面Ⅱ－Ⅱ所取之支持物1的截面視圖。如圖形之所示，該構架2被藉由一上覆熱塑性薄膜該構架2具有被黏接至其上之該包覆元件3。該下側包覆層12被黏接至該底部表面9。

藉由將該第二鑄模16加熱到一預設溫度，該預設溫度可能是該包覆元件3之聚合材料的初熔點，該構架2和該包覆元件3適宜被彼此聯結成一整體。在此步驟的期間，於該薄膜7與該包覆元件3之間將形成一連接部。

以上揭示內容明確表示出本發明之支持物和程序符合原先意欲達到之目的與特別達成提供支持物的需求，該等支持物具有一被附接至一包覆元件的複合材料構架，該包覆元件被由能夠呈現出極佳機械性能之聚合材料所製成。

在隨附申請專利範圍所揭示的發明原理內，本發明之支持物和程序是容許採取若干項變更與修正。在不偏離本發明的範圍之狀況下，本發明之詳細內容可以被技術上等效之其他部件取代，且該等材料依據不同需求而改變。

雖然該支持物和程序已被特別參考隨附的圖式描述，在該揭示內容和申請專利範圍內所使用之元件符號僅被用於更加清楚說明本發明之目的，且無意採用任何方式來限制住申請專利範圍之範疇。

1．．．支持物

2．．．底座構架

3．．．包覆元件

4．．．襯墊元件

5．．．裝飾元件

6．．．舒適元件/周邊散熱片

7．．．薄膜

8．．．頂端表面/薄膜

9．．．底部表面/第一模具

10．．．底面/底部表面

11．．．表面/頂端表面

12．．．包覆層/下側層/底部表面

13．．．凹陷座/承座

14．．．第一模具/突出部

15．．．突出部

16．．．第二模具

17．．．中間構架/中間層

圖一為本發明之支持物的立體視圖；圖二為沿著一平面Ⅱ－Ⅱ所取之如圖一所示支持物的截面視圖；圖三為本發明程序之一項步驟的截面視圖；圖四為一構架在一中間程序步驟中的立體視圖；圖五為一構架在一中間程序步驟中的另一立體視圖；圖六為本發明程序之一項步驟的另一截面視圖。

1．．．支持物

2．．．底座構架

3．．．包覆元件

4．．．襯墊元件

5．．．裝飾元件

6．．．舒適元件/周邊散熱片

Claims (21)

1. 一種人體支持物，其包含：一具有一頂端表面和一底部表面之人體支持物的底座構架；一第一熱塑性聚合物材料所形成且與該底座構架相聯結之人體支持物的最外層，該最外層係該人體支持物的一包覆元件；至少一第二熱塑性聚合物材料之薄膜，其具有一頂面和一底面，並且穩定附接該底座構架至該包覆元件；其中該包覆元件係由至少一層的第一熱塑性聚合物材料之所形成，該底座構架係由一複合材料所製成，該複合材料包含一層或多層的纖維材料的表皮，其被植入一包含熱固性樹脂的聚合物基材內，該至少一薄膜具有其頂面被附接至該包覆元件及其底面被附接至該底座構架而與該頂端表面和底部表面之至少一者相符合，該至少一薄膜的厚度係小於該第一熱塑性聚合物材料之至少一層厚度的一半，該第二熱塑性聚合物材料具有一或多的物理或化學傾向以在和該第一熱塑性聚合物材料之間提供一連結，其中該包覆元件及該底座構架係被模製至彼此；以及一黏彈性材料所製成的襯墊元件，其位於該底座構架與該包覆元件之間；其中該襯墊元件係設置於該底座構架的一凹陷部內並延伸少於該底座構架的整體，該襯墊元件係藉由該至少一薄膜而連結至該底座構架，以及 其中至少某些的第二熱塑性聚合物材料的至少一薄膜會穿入該底座構架的熱固性樹脂。
2. 如申請專利範圍第1項之人體支持物，其中該第二熱塑性聚合物材料與該第一熱塑性聚合物材料是相同的。
3. 如申請專利範圍第1項之人體支持物，其中該第一熱塑性聚合物材料和該第二熱塑性聚合物材料係選自包含聚胺基甲酸酯、聚醯胺和聚酯之群組。
4. 如申請專利範圍第1項之人體支持物，其中該第一熱塑性聚合物材料和該第二熱塑性聚合物材料係具有光學透明性。
5. 如申請專利範圍第1項之人體支持物，其中一第二熱塑性聚合物材料的該至少一薄膜的厚度是0.01毫米到0.05毫米。
6. 如申請專利範圍第1項之人體支持物，其中該第一熱塑性聚合物材料的該至少一層的厚度是0.1毫米到0.3毫米。
7. 如申請專利範圍第1項之人體支持物，其中該底座構架具有一個凹陷座，其用於具有該襯墊元件。
8. 如申請專利範圍第7項之人體支持物，其中該黏彈性材料類似於該第一熱塑性聚合物材料或該第二熱塑性聚合物材料中之至少一者。
9. 如申請專利範圍第8項所述之支持物，其中該黏彈性材料係選自聚胺基甲酸酯凝膠之群組。
10. 如申請專利範圍第1~9項任一項之人體支持物，其 特徵在於，該人體支持物包含一鞍座、一座墊、一自行車鞍座或一扶手。
11. 一種用於製造人體支持物的程序，其包含下列步驟：模製一個具有一頂端表面和一底部表面之複合材料的底座構架，該複合材料包含一層或多層的纖維材料的表皮，其被植入一包含熱固性樹脂的聚合物基材內；以及隨後將由至少一層的第一熱塑性聚合物材料所製成的一包覆元件連結至該模塑的底座構架，以形成一整體式人體支持物；其中模製該底座構架的步驟包含使至少一第二熱塑性聚合物材料之薄膜至少於該頂端表面和底部表面中之一表面處穩定附接至該底座構架，該第二熱塑性聚合物材料被選擇而薄於該至少一層的第一熱塑性聚合物材料，該第二熱塑性聚合物材料被選擇以具有一或多的物理或化學傾向以在和該第一熱塑性聚合物材料之間提供一連結，以致於該包覆元件係穩定附接至該底座構架，以及其中該至少一第二熱塑性聚合物材料之薄膜係至少部分被植入該底座構架的聚合物基材內，以致於該第二熱塑性聚合物材料之至少一薄膜的一頂面或底面係穩定附接至該底座構架的頂端表面或底部表面。
12. 如申請專利範圍第11項之程序，其中模製該底座構架的步驟包含導入與在一第一模具內之至少一第二熱塑性聚合物材料的薄膜相結合的強化元件。
13. 如申請專利範圍第12項之程序，其中附接該至少一 第二熱塑性聚合物材料之薄膜至該底座構架包含加熱該第一模具至一第一預設操作溫度。
14. 如申請專利範圍第13項之程序，其中該第一預設操作溫度是該第二熱塑性聚合物材料的初熔點。
15. 如申請專利範圍第13項之程序，其中該第一模具包含一突出部，該突出部用於在該底座構架上形成一凹陷座，該凹陷座係被建構以覆蓋一襯墊元件。
16. 如申請專利範圍第11項之程序，其中連結該包覆元件的步驟係使用一第二模具來施行，該底座構架被放置於該第二模具內，且被固定附接於與該包覆元件結合之該第二熱塑性聚合物材料的薄膜。
17. 如申請專利範圍第16項之程序，其中連結該包覆元件至該底座構架的步驟係藉由加熱該第二模具到一第二預設操作溫度來施行。
18. 如申請專利範圍第17項之程序，其中該第一熱塑性聚合物材料係熱塑性的，且其中該第二預設操作溫度為該第一熱塑性聚合物材料開始熔解的溫度。
19. 如申請專利範圍第11項之程序，其更包含一機械加工步驟，將該底座構架經機械加工以移除一或多的底座材料或至少將該底座構架的底座材料部份造形，該機械加工步驟在模製該底座構架的步驟之後且在連結該包覆元件的步驟之前被施行。
20. 如申請專利範圍第19項之程序，其中該機械加工步驟係使用一CNC機器來施行。
21. 如申請專利範圍第20項之程序，其中該機械加工步驟係一切削程序，該切削程序係選自包含使用電腦控制設備來進行切屑成形、切削、雷射切削、噴水切削之群組。