[发明专利]具有通过负压控制的刚度可变的元件

说明书

技术领域

本发明涉及具有通过负压如抽吸或真空控制的刚度可变的元件。本发明可适用于以下几方面：

某些医疗装置(如铸件、功能性矫形器、鞋垫以及应急医疗装置如用于急救中四肢和全身的夹板)，

-体育用品(如冰鞋、滑雪靴、冲浪板以及在运动中的保护装置如头盔或护膝及护胸)，

-在发生碰撞或事故时能刚性化的安全元件，

-构造元件，例如可用来制造可重构的露营家具或玩具，

-用于生产复合材料的模具元件，

-封装元件，或

-在发生碰撞或事故时能刚性化的安全元件，例如在汽车领域。

背景技术

已知可使用负压如抽吸或真空来提供一种方法以将元件从柔性状态转变为刚性状态，并且反之亦然，在柔性状态中，元件容易成形并且可以适用于符合特定要求的形状(如人体的一部分)，在刚性状态中，元件是刚性的并且提供支撑、保护和/或稳定性。使用负压的装置的基本结构通常包括通常是可移动颗粒的内部填料和柔性不透气的薄的外包封体。该结构通常使装置能够容易和方便地安装在身体和受到影响的四肢周围。当该装置在期望位置处变成期望形状时，该装置受到负压，然后大气压压缩柔性的外包封体并且将相当大的压力施加到全部质量的颗粒上。颗粒与包封体之间的摩擦力抵抗相对于彼此的运动，从而提供刚性。通常包括阀以将包封体在被抽真空时进行密封以维持装置的刚性。从刚性状态到软状态通常通过打开阀并且吹气来获得。

已经公布了关于使用负压的矫形装置的若干个专利。专利文献US2005/0137513公开了一种用于维持装置均匀厚度以支撑和稳定受伤的人或身体部件的结构。该装置具有由两个柔性膜包封的内部区域并且该内部区域被分成两个插入体，两个插入体分别用两个透气的柔性材料条形成。通过使形成在材料条之间的接缝交叉的方法，每个插入体被分成包含松散颗粒的腔室。使两个插入体上的接缝在两个方向上相对于彼此进行交错，以这样的方式使颗粒结合以形成基本均匀的厚颗粒层。然而，这样的一种由细粒或颗粒制成的结构存在太厚的问题(其导致实践上的限制如运输尺寸)以及体积大的问题(其导致如需要长的抽真空时间以达到期望负压水平的问题)。

为了解决不期望厚度和体积的问题，在专利文献WO2011/07985中公开的具有可控的适合度的身体安装元件由封住多个层的气密包封体制成并且具有适于抽真空包封体的内部的阀。每个层由具有高杨氏模量和高柔韧性的材料制成的芯来制成，用由具有高摩擦系数的材料制成的覆盖层涂覆在芯的两侧。然而，这样的身体安装元件存在下列问题：

-一旦施加真空并且身体安装元件处在刚性状态之后，当打开阀以进入柔性状态时，事实是由于层的粘性，层可能保持一层与另一层粘住，因而并未适当地恢复柔性状态。

-在刚性状态下，当处于弯曲应力下时，层可能剥离(涂层与芯分离)。

-在WO2011/07985中公开的身体安装元件包括由具有低摩擦系数的材料制成的一些条，以便在大气压下适当地恢复柔性状态。然而，这些条减小了有效的摩擦表面，因此减小了元件在刚性状态下的刚度并且从而影响了其正常的运行。

总而言之，需要具有可控刚度的元件，所述元件能以有效的方式解决上述方案中的粘性问题和剥离问题二者。

发明内容

本发明涉及一种根据权利要求1所述的具有通过负压控制的刚度可变的元件。该元件优选的实施方案在从属权利要求中进行限定。

本发明的目的为提供一种具有可通过负压控制的刚度可变的元件，该元件克服了现有的具有可控刚度的元件的粘性和剥离问题。为了做到这一点，本发明的具有可通过负压控制的刚度可变的元件在柔性状态和刚性状态之间是完全可逆的，同时与现有的解决方案的刚度比相比保持或者甚至改善了刚性状态和柔性状态之间的刚度比。

本发明的具有通过负压控制的刚度可变的元件包括：

-气密包封体；

-在包封体中的多个柔性层，每个层具有第一表面和第二表面；以及

-适于抽真空包封体内部的阀。

根据本发明的第一方面，两个相邻层的第一表面和第二表面：

-彼此之间具有大于0.5的摩擦系数；以及

-具有粘附特性，使得需要不大于0.07N/mm²的每单位面积的法向力以使第一表面与第二表面分离，和/或使得用于使第一表面与第二表面沿法向分离所需要的每单元面积的能量低于6.7J/m²。

因此，本发明的元件具有包括若干层的层状结构并且有以下特性：