用于具有可变顶点的腰椎支撑的设备和方法 【技术领域】
本发明的方法和设备是在具有弓形化的顶点的腰椎支撑的领域内，其中顶点高度可变。
背景技术
已知有可成弓形的压力表面的腰椎支撑是由牵引钢缆致动的。一般，柔性的压力表面安装在导轨上，同时软钢缆套管附在压力表面的一端且软钢缆导线附在压力表面的另一端。将导线牵引入套管的牵引力同时牵引柔性表面的两端来使其朝向座位占有者形成弓形。这些简单的装置不能够提高或降低以显著的或可控制的方式所造成地弓形的顶点。
可垂直地移动弓形顶点的具有弓形的压力表面的腰椎支撑是昂贵的、复杂的和庞大的。一般，垂直移动(通常也为弓形移动)是由电动机致动的，如舒斯特(Schuster)等人的美国专利第5,050,930号和利高(Ligon)等人的美国专利第5,609,394号所揭示。市面上需要这些单元的能够针对各个使用者偏好定制顶点弓形的垂直定线的性能。然而，这些单元的大小限制在座位中装入诸如风管工程的其他装置，这些单元的复杂性减少了它们的耐用性而它们的费用则限制了他们对于豪华车辆的可销性。在此项技术中需要简单、耐用、紧凑而且廉价的能够垂直地改变其弓形顶点的腰椎支撑。
【发明内容】
本发明是关于具有可成弓形的压力表面的腰椎支撑，其有一可垂直改变的顶点。柔性的可成弓形的压力表面有顶端和底端，此两端滑动地安装在一对导轨上。导轨具有防止可成弓形的压力表面滑出止件的端部止件。当可成弓形的压力表面为平坦时，可成弓形的压力表面的滑动两端之间的距离大体等同于导轨端部止件之间的距离。
然而，当可成弓形的压力表面弓形化时，压力表面的滑动两端之间的距离小于导轨端部止件之间的距离。为了上下移动移动弓形化的压力表面及其顶点，本发明利用弓形化的压力表面与导轨止件之间的间隙。
导轨具有不移动的安装托架，其大体在导轨两端止件的正中间。本发明能够使用两个软钢缆中的不是一个而是任一个来使压力表面形成弓形，软钢缆用于提供牵引压力表面顶端和底端朝向彼此的牵引力。
顶部软钢缆有锚定在压力表面顶端的套管和锚定在中央托架的轴向的滑动导线。第二底部软钢缆有锚定在可成弓形的压力表面底端的套管和锚定在中央安装托架的轴向的滑动导线。在这些软钢缆中的任一钢缆上的将软钢缆导线牵引入软钢缆套管的牵引力将会缩短压力表面的顶端和底端的距离，使其向外弯曲且造成弓形。
如将牵引力施加到顶部软钢缆，则软钢缆套管底部朝向中央托架向下牵引可成弓形的压力表面的顶端。此也向下牵引可成弓形的压力表面的相对底端，压力表面底端由底部导轨止件制止。连续的牵引力牵引压力表面底端使其更接近经制止的压力表面底端且使其向外弯曲。相反地，在底部软钢缆上的牵引力牵引可成弓形的压力表面底端，使其朝向底部软钢缆导线安装在中央托架上的位置。可成弓形的压力表面的顶端由顶部导轨止件制止且底部软钢缆上的连续压力夹紧底部软钢缆套管与顶部导轨止件间的可成弓形的压力表面，以再一次弯曲可成弓形的压力表面。
如使用顶部软钢缆和底部软钢缆中的任一个来造成弓形，则由这些运动造成的弓形的尺寸是相同的。如使用顶部软钢缆造成弓形，弓形将与底部导轨止件邻接，而如使用底部软钢缆造成弓形，弓形将与顶部导轨邻接。因此，选择所使用的软钢缆即选择了造成的弓形是在最高位置还是在最低位置。这些位置间有数英尺的距离。
通过单个致动器将牵引力施加到两个软钢缆中。每一软钢缆的不附在可成弓形的压力表面的端部是附在旋转式致动器轮上的。轮在一个方向上的旋转施加牵引力到一软钢缆上，轮在相对方向的旋转施加牵引力到另一软钢缆。因此在致动器轮极限旋转时，压力表面被完全地弯曲且完全地被牵引到导轨顶端且在顶部位置保持顶点。致动器轮在相反旋转方向的完全旋转在导轨的另一端形成压力表面弓形。从一个致动器轮末端通过中途点并到达另一致动器轮末端的行进减少了钢缆上的牵引力，且移动通过中途点，任一软钢缆在中途点都没有牵引力，接着在相对的软钢缆上施加相对牵引力。当致动器轮行进通过任一钢缆上都没有牵引力的中途点时，可成弓形的压力表面是平坦的。
下文参照随附图示详细描述了本发明的另外的特征和优势及本发明的多种实施例的结构和运行。
【附图说明】
图1是在平坦位置的本发明的腰椎支撑的背面立体图。
图2是本发明的腰椎支撑的侧视图。
图3是本发明的腰椎支撑的正面立体图。
图4是本发明腰椎支撑的主视图。
图5是本发明的腰椎支撑的后视图。
图6A、6B、6C是本发明的旋转致动器的示意性的剖面图
图7是本发明的旋转的致动器的剖面俯视图。
图8是本发明的替代实施例的后视图。
图9是本发明的替代实施例的侧视图。
图10是本发明的在平坦位置的替代实施例的背面立体图。
图11是本发明的在底弓形位置的替代实施例的背面实施例。
图12是本发明的在底弓形位置的替代实施例的正面立体图。
图13是本发明的在平坦位置的替代实施例的正面立体图。
图14是本发明的在高弓形位置的替代实施例的背面立体图。
图15是本发明的在高弓形位置的替代实施例的正面立体图。
【具体实施方式】
图1是本发明的腰椎支撑的背面立体图。柔性的可成弓形的压力表面10有顶端12和底端14，这两端皆被安装成在一对导轨16上滑动。在所描绘的替代实施例中，导轨16是一般以U形方式制造的单个导线，其提供引导弓形的压力表面10的导线16两段长度。导轨有防止可成弓形的压力表面10滑出止件的顶端止件20和底端止件22。可成弓形的压力表面是金属的或是塑料的。它倾向于保持平坦。此内在倾向是非常微弱的，其可以藉由诸如软钢缆的牵引索来克服。
当可成弓形的压力表面10为平坦时，其上的滑动的两端12和14间的距离大体等同于导轨两端止件20和22间的距离。然而，当压力表面为弓形时，其上的滑动的两端12和14间的距离小于导轨两端止件20和22间的距离。为了上下移动弓形化的压力表面及其顶点，本发明利用弓形化的压力表面10和导轨止件20、22间的此间隙。
导轨有一个不移动的中央安装托架24。此安装托架24大体在导轨两端止件20和22的正中间。或者，可利用不在中央的安装获得相同的效果。使用两个软钢缆来施加牵引压力表面顶端12和底端14朝向彼此的牵引力。
顶部软钢缆30有一个锚定在压力表面顶端12上的套管32和一根锚定在中央托架24上的轴向的滑动导线34。在所描绘的替代实施例中，顶部软钢缆套管32经由弹簧36附在可成弓形的压力表面顶端12上。弹簧36调节软钢缆套管32与弓形的压力表面顶端12间的牵力，且有助于此单元承受随意负载。第二底部软钢缆38有一个锚定在可成弓形的压力表面10底端14的套管40，和一根锚定在中央安装托架24上的轴向的滑动导线42。在这些软钢缆中的任一钢缆上的将软钢缆导线牵引入软钢缆套管内的牵引力将缩短弓形的压力表面10的顶端12与底端14间的距离，使压力表面向外弯曲并造成弓形。
如施加牵引力到顶部软钢缆30，则软钢缆套管端44经由弹簧36朝向中央托架24向下牵引可成弓形的压力表面的顶端12。此亦向下牵引可成弓形的压力表面的相对底端14，其中借由底部导轨止件制止此顶端14。连续的牵引力牵引压力表面顶端12，使其更接近所制止的压力表面底端14，以使得弓形压力表面10向外弯曲。图11与12展示了此低弓形位置，亦描绘了替代的软钢缆附着构件。
相反地，在第二底部软钢缆38上的牵引力朝向中央托架24牵引可成弓形的压力表面10的底端14，其中底部软钢缆导线42安装在中央托架24上。顶部导轨止件20制止可成弓形的压力表面10的顶端12，且在底部软钢缆38上的连续压力将可成弓形的压力表面10夹紧在底部软钢缆套管46与顶部导轨止件20间，以再一次弯曲可成弓形的压力表面10。图14与15展示了此高弯曲位置，亦描绘了替代软钢缆安装。
如使用顶部软钢缆或底部软钢缆中任一个来造成弓形，则由这些运动造成的弓形的尺寸是相同的。如使用顶部软钢缆30来造成弓形，则弓形与底部导轨止件22相邻接，且如使用底部软钢缆38，则弓形与顶部导轨20相邻接。因此，选择要拉紧的软钢缆即选择了造成的弓形是位于较高位置还是位于较低位置。这些位置的间隔为20至80毫米；举例而言，图2中高顶点与低顶点的间隔为56毫米。
图2是本发明的可变顶点的腰椎支撑的侧视图。示意线100和102说明可成弓形的压力表面10完全地弓形化时的位置，线100说明可成弓形的压力表面以其顶部弓形构形弓形化，在104形成顶点。线102显示可成弓形的压力表面10的较低弓形化构形，在106形成顶点。在所描绘的替代实施例中，高弓形顶点104比低弓形顶点106高56毫米。高顶点位置与低顶点位置间的行程和可成弓形的压力表面10与导轨两端止件20、22间的距离量成比例。就高弓形位置100的可成弓形的压力表面10而言，其底端14离底部导轨22约56毫米。当可成弓形的压力表面10在其低顶点位置时102时，可成弓形的压力表面10的顶端12离顶部导轨的顶端止件20略微小于56毫米。
人体工程学研究比较5英尺高与6英尺高的人的腰椎解剖，并揭示：腰椎椎骨期望由一个垂直改变约不大于50毫米的腰椎支撑来支持。因此，在所描绘的实施例中，腰椎支撑的顶点的垂直行进与变化的腰椎支撑顶点位置的范围密切相关，这些顶点位置在最普通高度范围内的座位占有者看来是最舒适的位置。
最佳如图2所示，压力表面滑动两端12和14与在图2中所描绘的平坦位置的可成弓形的压力表面10的平面成斜角。选择此介于90°与180°之间的角度以最大化弓形的顶点的水平行程，弓形由可成弓形的压力表面10在施加了牵引力时造成。在不同的腰椎支撑模具中，水平的顶点行程从平坦到完全弓形化改变大约从10到50毫米。所描述的可成弓形的压力表面10的成角度关系的滑动两端12和14增加水平顶点行程达10毫米。
当然等效的替代例包括：将一个或两个软钢缆套管锚定在中央托架24上，并将相应的一个或两个软钢缆导线安装在可成弓形的压力表面10的两端部分12和14上。图8至15描绘了这样一个软钢缆套管和软钢缆导线附着构形。图8和9描绘了使用一替代压力表面的本发明的一个替代实施例。图10至15展示有替代软钢缆附着构件的第一压力表面。软钢缆附着构件构形同样地可应用到所有替代实施例中。在图8至15中，第一软钢缆130和第二软钢缆138在退出致动器外壳150时，皆定向在朝向腰椎支撑的顶部。第一软钢缆套管132锚定在顶部安装托架112的144上。此安装托架也可在可成弓形的压力表面10的顶部部份12上。第二软钢缆套管140锚定在中央安装托架124的146上。第二软钢缆导线142从中央托架延伸到其也锚定的较低安装托架114上。因为软钢缆套管端和软钢缆导线端联合作用来共同牵引锚定在套管端和导线端的任何装置元件，使用锚定在任一构形的任一软钢缆可达到本发明的新颖作用。
图3显示了本发明的腰椎支撑的另一个特征。为了施加牵引力到软钢缆30和38内的导线上，旋转致动器50啮合软钢缆30和38，如下文较完全地描述。可使用诸如手轮或杠杆的多种等效的替代例来达到致动器50的旋转作用。在所描绘的替代实施例中，旋转致动器50由电动机52致动。旋转致动器50可以是松动的且安装在装有腰椎支撑的座位上，或者，如在所描绘的替代实施例中，致动器可以由托架54锚定在腰椎支撑单元上，托架54从其安置位置横向地延伸到中央托架24。所描绘替代实施例的联合元件易于腰椎支撑包装、运送和装入座位内。
可成弓形的压力表面10有许多分布在其支撑面积上的肋状物或指状物60。导轨16上有托架62，托架62用于将腰椎支撑装入多种座位。可使用托架62将腰椎支撑安装在柔性的导线垫、刚性车架、支撑导线或棒条、波状导线或刚性座架托架上。
图4和图5是本发明的腰椎支撑的主视图和后视图。最佳如后视图5所示，所描绘的替代的实施例有一个用于锚定软钢缆导线的中央托架。软钢缆导线(或软光缆套管端)可锚定在其它地方被认为是在本发明的范畴内的，只要软钢缆的导线或套管端之一与可成弓形的压力表面的上部部份有牵引联系，而且其它的软钢缆导线端或套管端锚定在腰椎支撑的可成弓形压力表面的其它地方。通过选择性地朝向高导轨止件向上牵引较低部份或朝向低导轨止件向下牵引较高压力表面部份，选择性地在高顶点位置或低顶点位置使压力表面形成弓形。不管是否使用中央托架来锚定牵引元件此都被认为是在本发明的范畴内的。
致动器
经由单个致动器将牵引力施加到两个软钢缆。每个软钢缆的不附在可成弓形压力表面上的两端附在图6和图7详细描绘的旋转致动器50的轮70上。轮在一个方向的旋转将牵引力施加到一个软钢缆，轮在另一个方向的旋转将牵引力施加到另一个软钢缆。因而，在致动器轮极限旋转时，压力表面被完全地弯曲且被完全地牵引到导轨顶端且在顶部位置保持顶点。致动器轮在相反旋转方向的的完全旋转在导轨的另一端形成压力表面弓形。从一个致动器轮末端经过一个中途点到达另一致动器轮的末端的行进减小了钢缆上的牵引力，移动通过在任一钢缆上皆没有牵引力的中途点，接着在相对软钢缆上施加相反牵引力。当致动器运转过在任一钢缆上皆没有牵引力的中途点时，可成弓形的压力表面是平坦的。
如图7所示，外壳76封装致动轮72，致动轮经啮合后用来接收来自电动机52的致动力。相当大的致动轮72固定地附在同轴的驱动链轮74上。致动轮72有一个相对于驱动链轮74较大的半径，赋予其机械效益，允许使用一个更小的，更压缩的且更便宜的电动机52。外壳76封装致动轮72、驱动链轮74以及致动轮70。软钢缆30和38穿过锚78和80进入外壳76。软钢缆套管32和40锚定在锚78和80上。软钢缆导线34和42穿过套管32和40，穿过锚78和80到达其与致动器轮70啮合的地方。导线34和42附在致动器轮70的孔眼82和84上。每个软钢缆导线34和42以相对方向环绕致动器轮70以达到各自的孔眼82和84。致动器轮70有轮齿86，此轮齿86与驱动链轮74的轮齿相啮合。在所描绘的替代实施例中，驱动链轮74有7个轮齿且致动器轮70有28个轮齿。致动器轮70的旋转范围是242度。此对应于80毫米的总的钢缆行程距离。
其它轮齿比率、旋转角度和行程长度是在本发明的范畴内的。举例而言，杠杆或手轮以120度的旋转和20毫米的钢缆行程可以达到从平坦到完全弓形化的40毫米的水平顶点行程距离。在此构形中，0度对应于在低位置的完全弓形化的顶点，离低位置60度的是平坦的中间位置且120度对应于在高位置的完全弓形化的顶点。通过将杠杆置于旋转的致动器的60度位置的中心，可以获得40毫米的来回行程距离，因此，朝向0度位置20毫米的行径距离获得低弓形，而朝向120度位置的20毫米的钢缆行程距离获得高弓形。也可以使用如此项技术中已知的棘轮或超限离心式致动器(overrunning clutch actuator)。使用在棘轮致动器内的大体相同的钢缆行程距离量可以获得大体相同程度的顶点水平行径距离，其中每一次棘轮杆臂转动的行程距离为7毫米。因此，在一个方向上的三个棘轮将获得高顶点，而置于相对方向中心的三个棘轮将获得低顶点。
在运行过程中，可成弓形的压力表面从低弓形经过中间平坦位置到高弓形的全部移动范围是由致动器轮70的位置及致动器轮70作用在软钢缆导线34和42上的牵引力控制的。图6A中，致动器轮70位置对应于在低顶点位置完全弓形化的可成弓形的压力表面。在图6A所描绘的导线部分中，较低软钢缆导线42上没有施加牵引力且相对于较高软钢缆导线34是短的。电动机52的啮合转动致动轮72，致动轮72转动驱动链轮74，驱动链轮74朝向图6B所描绘的中性位置反时针方向转动致动器轮70且使其通过此中性位置。在此位置，在任一软钢缆导线上都没有施加牵引力，因此，可成弓形的压力表面是平坦的。电动机52的连续的啮合进一步反时针方向驱动致动器轮70。当致动器轮70在那个方向前进时，致动器轮70开始将较低软钢缆导线42牵引出其所锚定的套管40。此作用必要的牵引力来牵引可成弓形的压力表面10，使其与导轨导线顶部止件20约束啮合。当致动器轮70连续转动时，其在较低软钢缆导线42上作用连续的牵引力，通过朝向软钢缆套管端部46向上牵引锚定在中央托架24上软钢缆导线42的端部，软钢缆套管端部46锚定在可成弓形的压力表面的较低端部14上且向上牵引压力表面。底端14上的向上的牵引力以上文所述的方式使压力表面10形成弓形。图6C描绘连续的旋转致动器轮70直到极限，将可成弓形的压力表面10置于其较高弓形位置，同时顶点完全地延伸。
我们预期：使用具有单个软钢缆导线的单个软钢缆是在本发明的范畴内的。此导线的第一端附在中央托架上，且在另一侧面第二端也附在中央托架上。定位在中心的卷边、引脚、齿条和齿轮、杠杆或其他固定装配将单个软钢缆导线的中心部份锚定到致动器轮，用以接收地单个软钢缆的选择性地一个或其他段上的牵引力，来用单个软钢缆的第一端或第二端中的任一端在可成弓形的压力表面施力。
图8和9描绘了本发明的一个替代应用。可成弓形的压力表面可由金属或塑料制造成如图1至5和图10至15所描绘的具有啮合的较高和较低两端的具肋条的组件。可成弓形的压力表面也可由支撑横向导线的具铰链的柔性的棒条制成。图8是弓形的腰椎支撑的此柔性的导线垫类型的正视图。同时存在导轨116。同时导轨有顶部止件120和较低止件122。在所描绘的替代实施例中，这些可通过在适宜的距离弯曲导线相当简单地制得。
在柔性的导线垫替代实施例中，弓形的压力表面由两个柔性的棒条110组成。这些棒条支撑多个横向导线160。
可成弓形的柔性棒条110通过铰链附在较高滑动托架112和较低滑动托架114上。托架112和114可以是经模制的塑料或经压制的金属。在任一情况下，托架安装成在导轨116上滑动。托架112和114也具有制动器113或孔115，用于接收插入的具铰链的弓形压力棒条110的两端。当施加牵引力以牵引较高托架112和较低托架114朝向彼此时，托架停留在由导轨116界定的平面内，托架沿着导轨116朝向彼此滑动。同时，弓形的压力棒条110的端部在缝隙113和115转动，以允许柔性的棒条110朝向座位占有者向外地弯曲或成弓形。在侧视图9中描绘了这样的一个弓形。
导轨116支撑非移动性的中央托架124。较高软钢缆130具有套管132，套管端部144安装在托架112上。较高软钢缆130有导线134，导线134延伸出套管132直到其端部锚定中央托架124。较低软钢缆138有套管140，套管140端部146锚定在中央托架124上。较低软钢缆导线142延伸出套管端部146直到其端部锚定较低托架114。使用如上文的相同的致动器原理。套管锚78和80可以固定，或转动或滑动。如上所述，致动器轮和外壳随变化的腰椎支撑的构形变化。
电动机152驱动致动器150来选择性地拉紧较高软钢缆130或较低软钢缆138中的任一个。如选择较高软钢缆130，则牵引导线134到套管132内，通过钢缆套管端144上的牵引来移动较高托架112，使其更接近中央托架24。此致使压力棒条114向外弯曲来形成弓形，因为棒条110是由导轨底部止件122制止的，其不可如较低托架114样向下移动。因此，借由拉紧较高软钢缆130，在低顶点位置形成顶点。借由使用致动器150的类似但反向的运行，穿过较低软钢缆套管140在较低软钢缆导线142施加牵引力，来形成较高顶点。
本发明的成本节约不仅可应用于简单的顶点高度变化，且也可结合更高级的特征。更具体地说，在豪华的座椅市场可购买到非常综合且昂贵的按摩单元。以如下方式使用本发明可以以较少的成本来达到按摩效果。
本发明可与移动的人体工程学支撑的程序化的微芯片控制相整合。通过将诸如在美国专利第5,816,653号和第6,007,151号所揭示的模具与用于本发明的旋转致动器的电动机相整合，可保持程序化的、循环的运动模式预构形的时间周期。这些循环的运动控制微处理器模具在其全部机械位置范围内，或者是连续地或者是间歇地，停顿地或不带停顿地，可以接受任何用电子致动的腰椎支撑。因此，结合这样的循环运动模式的控制微处理器模具是在本发明的范畴内的。控制模具可固定地附在致动器外壳，电动机组件上且与电动机线连接以控制电动机。假定将本发明的运动的全部范围编程到此模具中，那么电动机会周期性地旋转致动器轮70，通过致动器轮的任何部份或所有范围。如将运动的全部范围都编程到模具中，则在开始位置，模具会控制电动机旋转致动轮穿过包括低顶点位置的范围，穿过在较高软钢缆导线上的旋转释放牵力直到可成弓形的压力表面为平坦，接着，继续旋转致动器轮来将牵力施加到较低软钢缆导线上直到连续的牵引力形成较高顶点位置。
在致动器轮旋转后，可成弓形的压力表面的连续的运动已经进行到了机械极限，需要在相对方向回转致动器轮。以已知的方式，通过使用(如等效的替代)失速传感器或位置传感器中的任一个，可以达到此需求，其中失速传感器或位置传感器联合对应于腰椎支撑的机械极限的位置存储器。位置传感器可置放在多种位置，例如，在致动器轮上，沿着软钢缆导线，或者其他地方。当预设成对应可成弓形的压力表面的机械极限的位置显示已到达机械极限时，预设控制模具来倒转致动轮的旋转方向。或者，可使用失速传感器。适宜的失速传感器包括各种安培计。当电动机电流处于尖峰时，显示电动机已因达到极限而失速，控制模具通过倒转致动轮的旋转方向可对电流尖峰作出反应。可将计时器结合入控制模具并对之进行预设，以使得腰椎支撑的循环运动中的停顿可保持任何时间长度。因此，可成弓形的压力表面的移动可以是连续的，可以成阶梯的方式前进，这样时间间隔是短的且在停顿间的移动幅度是小的，使得座位占有者不能觉察到各个移动和各个停顿。或者，可以预程式化可觉察到的移动量和停顿的时间。最后，预设时间来循环一给定量时间(例如10分钟)，接着停止。当然，通过关闭控制控制模具的的开关，关闭接合此座位的汽车，或者使用分离控制重新配置可成弓形的压力表面的位置组合，座位占有者可以停止循环运动。
我们进一步预期：为了完全地发展本发明的优势，将可变顶点的腰椎支撑与其他元件联合起来是在本发明的范畴内的。举例而言，本发明的可变顶点的腰椎支撑是与诸如离心式重物或脉冲磁体振动器的振动器相配的。当与如图11中100的振动器相配时，本发明的腰椎支撑可以在其任何位置提供按摩效果。另外，振动器可以联合上述的微处理器，以便提供座位占有者一预定数量时间的更综合的按摩效果。在整体单元振动的时候，此联合允许高顶点和低顶点在一个连续的循环上交替，从而进一步提升座位占有者的舒适度。
鉴于上述内容，可达到或获得本发明的数个优势。
为了最好的解释本发明的原理及其实际应用，从而使得其他所属技术领域的技术人员能够最好的利用本发明和多种实施例及适用于所涵盖的具体用途的多种修改，选择实施例并对之进行描述
因为可对本文所描述和所说明的构造和方法进行多种修改而不脱离本发明的范畴，我们希望包含在上述以附图的方式描述和展示中的所有内容应理解为说明性的而非限制性的。因而，本发明的幅宽和范畴不应由上述的示范性的实施例限制，但应仅根据以下随附的专利要求及其等效物来界定。