HK1188695A - 人體工程學可調座椅機構 - Google Patents

Description

人体工程学可调座椅机构

技术领域

本发明涉及座椅和凳子机构，包括适于在工作环境中使用的座椅和凳子机构。

背景技术

在人体工程学椅子、尤其是工作椅的目标之中，需要支撑使用者处于减少压力并趋于保持脊柱在“正中”（neutral）位置上的姿势，即为使脊柱被对齐从而令坐下的使用者能舒适地工作更长时间的姿势。大多数椅子被设置为至少在最初能支撑就座者处于大腿到躯干的角度在大约90度至110度之间的位置。长时间保持这样的姿势可能使人疲劳甚至痛苦，这在某种程度上取决于使用者的身体状况。以越来越展开地接近最佳正中姿势的就座角度坐着会合适且更舒适，该最佳正中姿势中的就座角度约为130度。如果一个椅子不适于让使用者增加他的就座角度，他可能试着去弥补，例如通过在座椅上向前滑动，因此剩下后背的下部得不到支撑。久而久之，这会导致不适甚至损伤。如果使用者想保持挺直姿势，他可坐在座位的前边缘以便使他的大腿向下形成角度以增加就座角度。然而，在这样的姿势中，使用者不能得益于椅子的后背支撑，且由于座椅的前边缘通常没有被设计来支撑就坐者的全部负荷，久而久之，这个姿势会使人感到不舒服。

许多椅子被设计为通过提供能随使用者的躯干移回的椅背来支撑后背从而容许增加就座角度，在椅背和座位之间增加的角度为更舒适的就座角度提供支撑。这类的椅子通常具有各种各样的复杂装置中的任一种，例如像存在于来自赫尔曼米勒的艾龙座椅中的使用重型弹簧来反作用后背支撑的联动装置。另一种后背倾斜装置是躺椅升降装置，例如来自休思乐的自由椅或来自诺尔的安乐椅所提供的，利用使用者的重量来平衡向后倾斜靠背并令使用者能斜倚着他们的躯干远离他们的大腿。

如此的靠背躺椅趋于具有深的座位，使得使用者难以或无法放低其大腿，结果若使用者想朝着工作台面向前倾斜，就座角度会减小。此外，对向前倾斜姿势的使用者常常很少或没有背部支撑。此类椅子中的机构通常被设计使就座者倾斜远离工作台面，处于斜倚姿势难以接近工作台面和工具。

发明内容

本发明的总体目标之中，需要提供一种座椅机构，在使用者的脊柱和骨盆保持在垂直对齐的位置的同时，座位或腿部支撑件通过该座椅机构可在使用者的控制下被完全向前倾斜，且做到这些无需使用弹簧或其它力平衡装置。本发明允许使用者通过他的大腿来控制其就座角度而保持合适的脊柱和骨盆体位。此外，随着就座角度增加，本发明令使用者能朝向工作台面改变位置。本发明的另一个目标是需要一种随着就座角度的增加而逐渐减少的大腿力量来保持座椅的位置。

在本发明的一个方面中，座椅机构包括支撑具有两个分部（segments）的座位的框架，两个部分包括大腿支撑件和适于接纳使用者的盆骨的托座。大腿支撑件在其端部之间以上下摆动（seesaw）的方式枢轴地安装到该框架的前部，在第一枢轴处安装。大腿支撑件具有分别位于第一枢轴的前方和后方的前和后延伸部。盆骨托座绕第二枢轴大约在大腿支撑件的后部枢轴悬接。大腿支撑件的前端适于支撑使用者的大腿，而盆骨托座适于接纳使用者的盆骨并支撑躯干与盆骨垂直对齐。就座角度可通过使用者改变其大腿在前分部的前部上施加压力的程度来调节。第一和第二枢轴及第一分部的前端长度被设置，以形成足以令使用者在贯穿就座角度的全程利用大腿的重量来平衡其躯干和骨盆的重量的机械优势（mechanicaladvantage）。随着就座角度增加，支撑托座的枢轴升高并向前移动，以使托座稍微升高并向前移动使用者使其更接近工作台面。随着枢轴接近垂直对齐，保持位置所必须的大腿的力量逐渐减小。在本发明的一个实施例中，托座被允许绕第二枢轴自由枢转。在另一个实施例中，托座通过与大腿支撑件配合的稳固连杆被连接至框架以形成某种程度上平行的连杆机构，通过此连杆机构，骨盆托座在贯穿椅子移动的全程保持大体上恒定的姿势。通过保持托座处于恒定的姿势，脊柱可在贯穿该机构移动的全程与骨盆对齐。该机构可被使用于凳子结构中或可包括连接至托座的椅子靠背和扶手。

在本发明的另一个方面中，椅子包括椅子座位和椅子靠背。椅子座位在第一枢轴处枢转以提供前和后延伸分部。椅子靠背枢转第二枢轴至座位的后方部分，且稳固连杆在一端处枢轴连接至框架而在另一端枢轴连接至椅子的靠背。在此安排中，在平行四边形连杆保持椅子在贯穿其移动全程中处于直立姿势的同时，座位可在由使用者大腿应用的压力影响下向前倾斜，以支撑使用者处于脊柱和骨盆合适地垂直对齐的姿势。

在本发明的进一步的方面中，座椅机构包括由剪叉机构支撑的座位或大腿支撑件，该剪叉机构具有从框架延伸至托座或座椅靠背的后部的平行四边形连杆，以便保持托座和座椅靠背处于脊柱与骨盆对齐的直立位置。第二控制连杆将框架的后部和座位或大腿支撑件的前方部分相连接以引导座位的前端处于向下的弓形路径中，以便在框架和骨盆托座或座椅靠背之间的平行四边形连接保持托座或座椅靠背处于恒定姿势的同时，令使用者能增加就座角度。在此实施例中，大腿支撑件或座椅座位可被视为在贯穿椅子的移动全程中具有可移动的可移动虚拟（virtual）枢轴点。

附图说明

根据本发明以下进一步描述，本发明将被更充分地理解，其中：

图1为根据本发明的托座机构的示意图；

图2为具有可变的腰部支撑件的、被并入椅子的托座机构的示意图；

图3为如图2所示的椅子的示意图，该椅子具有覆盖椅子的座位和靠背部分的可扩展膜；

图4为类似图3的椅子的示意图，其中弹性织物或膜覆盖椅子；

图5为类似图1的示意图，其中可扩展膜与骨盆支撑件及前座结合（integrated）；

图6为本发明的椅子的另一个实施例的示意图，其中可扩展膜与座椅靠背和骨盆托架结合；

图7a-7c为凳子的侧视图，将本发明具体化并分别阐明处于休息、前倾及正中姿势的位置的凳子；

图8a和8b为牵伸高凳（a drafting height stool）的侧视图，显示了本发明安装于具有脚踏板的较高基座上的分别处于休息和前倾位置的实施例；

图9a-9d为人体工程学工作椅的侧视图，将本发明具体化并分别阐明处于无负荷（off-load）、休息、前倾及正中姿势的位置的椅子和使用者。该椅子包括轮廓带；

图10a和10b为在贯穿该机构的工作全程通过附加连杆来稳固骨盆托座的姿势的凳子机构的示意图；

图11a和11b为通过附加连杆来稳固整合的扶手、靠背和骨盆托架的椅子机构的示意图，且阐明了休息位置和前倾位置；

图12a和12b为具有单独的一件波状外形座位和整合的扶手与靠背组件且通过稳固连杆连接框架和整合的扶手及靠背的椅子的示意图，分别显示了休息和前倾位置；

图13a和13b为本发明的椅子机构的另一个实施例的处于休息和前倾位置的示意图，其中使用者在通过大腿压力来控制就座角度的同时能保持合适的坐姿，该机构包括一对平行向后延伸的稳固连杆和控制大腿支撑件前部的位置的向前延伸的导向连杆；

图14a和14b为具有一件波状外形座位和整合的扶手与靠背组件的椅子机构的示意图，该椅子机构包括前导向连杆和一对向后延伸的稳固连杆；以及

图15a和15b为具有类似于图13所示的机构的凳子的示意图，分别显示了处于休息和前倾位置的凳子。

具体实施方式

如图1和图2所示，座椅机构的一个实施例包括两件套结构10，两件套结构10包括骨盆托座12和大腿支撑件14，骨盆托座12安装至大腿支撑件14。大腿支撑件14于其在固定框架16上的端部之间枢轴地安装在枢轴18处，且可相对于枢轴18被视为具有前方和后方部分20、22。如图所示，例如，大腿支撑件14可包括一对横向隔开的、通过横向延伸的横杆26在其前端连接的构件24。大腿支撑件的后方部分包括一对凸耳28，凸耳28具有一对横向隔开的形成第二枢轴的轴（pivots）30。骨盆托座12包括侧构件32，托座通过侧构件32枢轴安装于轴30，使托座能绕第二枢轴30-30枢转。侧构件通过横向的靠背和前构件34、36来提供不受使用者大腿能力干扰的支撑而向前延伸。骨盆托座的横向前构件36可被视为在某种程度上呈自行车座位的形状，其中凹形或切除区域35形成于横向前构件36的每一侧上。应理解，其它托座结构可被使用。制动件37被提供于在框架10或大腿支撑件的后方部分之中的一个之上，以限制大腿支撑件能向后枢转的范围。

枢轴18和合成大腿力被应用（作用力中心）处、大腿支撑件14的前方区域之间的距离充分大于第一和第二枢轴18、30之间的距离，以提供充分的机械优势，使坐在骨盆托座上的使用者能据此通过由使用者应用于大腿支撑件的重力来平衡躯干的重量。仅通过举例，可发现适当的尺寸可为大约2.25英寸的第一和第二枢轴之间的水平距离，大约3.75英寸的第一和第二枢轴之间的垂直距离，及6.75英寸（或更多）的从第一枢轴到作用力中心的水平距离。骨盆托座被安装在其枢轴18上以便其趋于呈放松位置，坐在托座中的使用者在此可在允许使用者髋关节和大腿自由移动以依照期望来改变就座角度的同时，被支撑使得他的躯干和骨盆垂直对齐。在此实施例中骨盆托座自由枢转的能力令使用者能通过应用于杆上的重量来微调使用的部分。当膝盖向下移动时，随着大腿支撑件向前枢转，托座升高并向前移动，在令使用者能保持其脊柱和骨盆垂直对齐的同时，增加就座角度。应注意的是，随着枢轴的移动与枢轴18接近垂直对齐，大腿应用的力逐渐变小。因此保持选择的增加就座角度所需的大腿力减小。

图2图示阐明了本发明具体呈现的椅子，尤其是2010年4月13日公开的、公开号为7,695,067的、名称为“人体工程学可调座椅”的美国专利所描述的这类型的椅子，该专利公开的内容通过引用被全面并入。在此实施例中，框架38包括直立的靠背部分40和在顶端的横杆。如前文提到的专利所描述的，椅子包括从框架38的靠背部分的上端向下延伸的一对伸长的轮廓带44。在图2所示的实施例中，轮廓带的下端在46处被连接至骨盆托座，优选地连接至骨盆托座的上部。轮廓带44保持纵向承压并通过附于轮廓带并跨越椅子靠背的弹性织物或膜作为用于使用者的腰部区域的支撑件。在本发明的其它应用中，例如图3所示的，可提供一种更牢固（rigid）而可扩展的膜48。在椅子的这个实施例中，轮廓带和连接至该带的座椅靠背为使用者提供了如图所示的贯穿装置从休息到前倾位置的移动全程的后背支撑。轮廓带可在形状上变化，依照前文涉及的专利中进一步细节所述，随使用者调整其在椅子上的位置来给予使用者的后背以相应的支撑轮廓。

图7a-7c图示阐明了使用者坐在使本发明具体化的一个实施例的凳子上且被描述为处于就座角度逐渐增加的坐姿。这包括休息位置（图7a）、前倾位置（图7b）及正中姿势的位置（图7c）。大腿支撑件被显示为由于就座角度增加而逐渐倾斜。在所有位置中，骨盆托座绕其枢轴自我调节以便在所有位置中为使用者的骨盆和躯干提供支撑。在休息位置（图7a）中，使用者的大腿平行于地面且使用者可坐平，或者通过倾斜骨盆托座，可独立地在髋关节处轻易向后和向前摆动他的躯干而不会升高座位的前部。在前倾位置（图7b）中，使用者可通过针对大腿支撑件向下倾斜大腿来增加就座角度。通过轴18、30的相对定位和大腿支撑件的向前延伸而实现的机械优势，使大腿重量的改变能相对于使用者的腿部来升高或降低使用者的躯干，从而增加就座角度。骨盆托座的轮廓被设置以托住使用者的骨盆，且其枢轴连接至大腿支撑件的后方部分使其保持水平状态而不受大腿支撑件的位置的影响。如图，通过保持骨盆托座的平面定位，即使大腿支撑件向下形成角度，使用者也不会滑出托座或滑下座位。此外，为了帮助使用者适应不同的任务，使用者可在托座处于升高但并不改变大腿支撑件的角度的位置的同时，轻易向前和向后枢转而不受在骨盆托座上调节躯干的角度的影响。

图7c阐明了坐在凳子上的使用者处于正中位置。凳子的框架可包括座位升降组合体，例如标准气动气举（pneumatic gas lift），以允许使用者的大腿进一步降低，从而在要求时进一步开放（open）就座角度。

图8a和8b阐明了使本发明具体化的牵伸高凳。座位组合体被安装在具有脚踏板以用于适应诸如制图桌或有版权表面（copyright surfaces）之类的改进申请（raised applications）的较高基座上。

图9a-9d图示阐明了本发明如并入诸如联系图2所描述的人体工程学椅子。图9a阐明了使用者坐在椅子中处于无负荷位置，其中使用者向后倾斜以将躯干的重量卸在靠背上而不升高大腿支撑件，使用者的大腿与地面近于平行。这样的移动通过骨盆托座独立的枢转性能而被允许。在这个位置中，脊柱上的垂直的压应力可得到缓解。图9b显示了使用者和休息位置，其中使用者的大腿大体上平行于地面且他的后背由轮廓带支撑。图9阐明了使用者和处于前倾位置的椅子，其中通过针对大腿支撑件向下倾斜大腿，就座角度增加。由于以上描述的机械优势，仅仅通过降低或抬高大腿，大腿的重量即可被用于平衡使用者的躯干的重量。此外，轮廓带保持后背支撑件处于合适角度。图9d为处于正中位置的椅子的侧视图。这里，椅子可再次包括气动气举以升高椅子，且允许使用者的大腿降低，从而进一步开放就座角度。

图10a和10b图示阐明了类似上文描述的凳子机构的休息和前倾位置，进一步调整以包括稳固连杆50来保持骨盆托座在贯穿该机构移动全程的姿势恒定。稳固连杆于一端在轴52处枢转至框架16的后方部分。稳固连杆50的另一端在54处通过从托座或其它合适的连接装置延伸出的支托56枢转至托座。连接轴52、54和18、30的连杆形成保持托座处于恒定姿势的大体上平行的连杆机构。因此，如图所示，骨盆被支撑于托座内而坐的人可在贯穿休息位置和前倾位置之间的移动全程中保持脊柱与骨盆对齐。

图11a和图11b阐明了图10a和图10b所示的机构被调整以增加整合的靠背55和扶手57至托座，且其中稳固连杆50被提供以如上文所描述地来运行。

图12a和图12b分别阐明了本发明的另一个椅子实施例处于休息和前倾位置，其中略去了托座。作为替代，椅子包括在第一枢轴18处枢转至框架的单个波状外形的座位58。与座位58的后方部分成一体的一对横向隔开的凸耳28从座位向上延伸，且在枢轴处枢轴连接至独立的、整合的椅子靠背和扶手单元60。通过从框架的后方部分延伸至整体椅子靠背的下端的稳固连杆61，椅子靠背可移动地连接至框架。连杆和轴18、30与52、54的设置形成用于在贯穿椅子移动的全程中保持使用者摆出合适的姿势的平行的连杆结构。单件式座位58的后方部分的轮廓形成凹陷从而为使用者的骨盆提供支撑，特别是处于前倾位置（图12b）时避免使用者在座位上向前滑动。

图13a和图13b图示阐明了另一个实施例，其中椅子包括具有适于作为整体结构移动的整合的椅子靠背和扶手的骨盆托座，还包括于其后端在枢轴68处枢转至单元62的大腿支撑件64，优选地在靠背的下部区域或整合托座的后方部分处。在大腿支撑件64被驱使向下以增加就座角度的同时，通过保持整体结构62处于恒定姿势的连杆机构66，大腿支撑件64和整体椅子靠背及托座62被支撑。机构包括大腿支撑件64的后部和整体结构62之间的枢轴连接68。枢轴68位于整体结构62的托座和靠背之间的接合区域。通过平行的连杆机构，整体结构62在贯穿椅子移动的全程中保持恒定姿势，该连杆机构包括在一端于轴74、76处连接至框架16的前方部分的一对平行连杆70、72。连杆70、72的另一端在轴68、78处于其较低的后部连接至单元62。机构66还包括导向连杆80，导向连杆80在轴82处将框架16的后部在轴84处连接至大腿支撑件64的前端。导向连杆80沿着圆弧引导大腿支撑件64的前端，该圆弧和由平行连杆机构引导整体结构62所沿着的圆弧不同。可注意到，沿不同的弧来引导大腿支撑件64的端部可在大腿支撑件下面产生大腿支撑件绕之转动的有效虚拟枢轴点。该虚拟枢轴点本身在贯穿其移动全程中随着机构的运行在空间上移位。

图14a和图14b图示阐明了类似图13a和图13b但移除了整体结构62的托座部分的机构。作为替代，椅子具有在轴68处直接连接至整体靠背和扶手结构的完整波状外形的座位58。机构66的运行与上文联系图13a和图13b所描述的相同，除了当处于前倾位置时在座位的后部区域形成凹陷以保持对使用者的骨盆的支撑。

图15a和图15b图示阐明了类似于图13a和图13b的凳子机构不具有整体靠背和扶手结构的座椅机构。

应理解本发明的前文描述仅仅是说明性的，而其它实施例、修改和等同物对本领域技术人员是显而易见的，并不脱离本发明的范围。

Claims (14)

1.一种座椅机构，包括：

框架；

沿横向第一枢轴被枢轴安装至所述框架的大腿支撑件，所述大腿支撑件具有延伸于所述第一枢轴的前方的一部分和延伸于所述枢轴的后方的一部分；

在横向第二枢轴处枢轴安装至所述大腿支撑件的所述后方延伸部分的骨盆托座，所述托座适于相对于所述大腿支撑件来枢转并能容纳人类的骨盆区域，以支撑所述使用者的所述骨盆区域和躯干垂直对齐而不受所述大腿支撑件的所述前方部分的倾斜的影响，所述第二枢轴可随着所述大腿支撑件的所述前方部分向前倾斜而向上和向前移动；

所述大腿支撑件和所述第一与第二枢轴被设置和安排以提供机械优势，足以令使用者在通过将大腿压力应用于所述大腿支撑件的所述前方部分来平衡所述使用者的骨盆和躯干的重量的同时，能绕所述第一枢轴来控制所述大腿支撑件的位置以改变所述使用者的所述就座角度。

2.根据权利要求1所述的座椅机构，其中所述第二枢轴位于所述第一枢轴的后上方，这样当所述大腿支撑件向前倾斜时，使所述第二枢轴向前移动，与所述第一枢轴接近垂直对齐并减少保持所述机构的位置所需的所述大腿支撑件上的力。

3.根据权利要求1所述的座椅机构，进一步包括置于所述框架上并可与所述大腿支撑件接合以限制所述大腿支撑件向后转动的范围的制动构件。

4.根据权利要求1所述的座椅机构，进一步包括具有座位部分和靠背部分的所述托座，所述座位部分在其侧方具有腿部切除部。

5.根据权利要求1所述的座椅机构，其中所述骨盆托座绕所述第二枢轴自由枢转而不受所述大腿支撑件的位置的影响。

6.根据权利要求1所述的座椅机构，其中所述骨盆托座通过在一端枢转至所述框架且在另一端枢转至所述托座的稳固连杆被连接至所述框架，由此使所述托座在贯穿所述座椅机构的移动全程中固定于恒定的姿势。

7.根据权利要求6所述的座椅机构，其中所述稳固连杆和在所述第一与第二枢轴之间的连接结构构成一个四连杆机构。

8.根据权利要求1所述的座椅机构，进一步包括：

包括具有座位分部和靠背分部的总成的所述框架；至少一个伸长的、柔韧的、有弹性的轮廓带，所述轮廓带在所述框架上的至少一个固定位置处安装至所述框架并具有沿所述框架的所述靠背分部延伸的靠背分部，每条轮廓带具有适于在所述腰部部分的基准面向前突出的腰部部分；所述骨盆托座连接至所述轮廓带以沿其伸长方向将可变的压力应用到所述轮廓带的至少一部分处，这样每条轮廓带的所述腰部区域的突出度在响应所述大腿支撑件的位置时是可控的。

9.根据权利要求6所述的座椅机构，进一步包括固定连接至所述骨盆托座并从其上向上延伸的座椅靠背，所述托座和座椅靠背可作为整体被移动。

10.一种座椅机构，包括：

框架；

沿横向第一枢轴被枢轴安装至所述框架的座位，所述座位具有延伸于所述第一枢轴的前方的一部分和延伸于所述枢轴的后方的一部分；

在横向第二枢轴处枢轴安装至所述座椅的所述后方延伸部分的、沿高度方向延伸的座椅靠背，所述座椅靠背适于支撑使用者的躯干与所述使用者的骨盆垂直对齐而不受所述座位的所述前方部分的所述倾斜的影响，所述第二枢轴可随着所述大腿支撑件的所述前方部分向前倾斜而向上和向前移动；

在一端枢转至所述框架且在另一端枢转至所述座椅靠背的稳固连杆，由此使所述座椅靠背在贯穿所述座椅机构的移动全程中固定于恒定的、大体上垂直的姿势；

所述座位和所述第一与第二枢轴被设置和安排以提供机械优势，足以令使用者在通过将大腿压力应用于所述座位的所述前方部分来平衡所述使用者的骨盆和躯干的重量的同时，能绕所述第一枢轴来控制所述座位的位置以改变所述使用者的所述就座角度。

11.根据权利要求10所述的座椅机构，其中所述座位的所述后方部分形成一个凹陷。

12.一种座椅机构，包括：

具有前方和后方部分的框架；

一对大体上平行的连杆，各在第一和第二枢轴处枢轴安装至所述框架的所述前方部分并向后且向上延伸；

置于所述框架之上用于支撑使用者的骨盆区域的座椅构件，所述平行的连杆的上端各在第三和第四枢轴处枢轴连接至所述座椅构件的后方部分，这样在保持所述座椅构件处于恒定姿势的同时，绕其第一和第二枢轴枢转所述平行的连杆来向上且向前移动所述座椅构件；

具有前方和后方部分的大腿支撑件，所述后方部分在所述第四枢轴处枢轴连接至所述座椅构件并延伸于所述座椅构件的前方；

枢轴安装至所述框架的所述后方部分并向上且向前延伸的导向连杆，所述导向连杆枢轴连接至所述大腿支撑件的前端；

所述平行与导向连杆及其各自的枢轴被设置，使得在保持所述座椅构件处于恒定姿势的同时，使向下的力能通过所述使用者的大腿被应用于所述大腿支撑件，从而使得所述大腿支撑件向前倾斜，由此在使所述使用者的脊柱和骨盆能保持垂直对齐的同时增加所述就座角度。

13.根据权利要求12所述的座椅机构，进一步包括固定至所述座椅构件并从其上向上延伸的座椅靠背。

14.一种座椅机构，包括：

具有前方和后方部分的框架；

一对大体上平行的连杆，分别在第一和第二枢轴处枢轴安装至所述框架的所述前方部分并向后且向上延伸；

置于所述框架之上并具有上和下部的座椅靠背，所述平行的连杆的所述上端分别在第三和第四枢轴处枢轴连接至所述座椅靠背的所述下部，这样在保持所述座椅靠背处于恒定姿势的同时，绕其第一和第二枢轴枢转所述平行的连杆来向上且向前移动所述座椅靠背；

置于所述框架之上用于支撑使用者的骨盆区域和大腿的座位，所述座位的后方部分在所述第四枢轴处枢轴连接至所述座椅靠背和在所述平行的连杆之中的一个；

枢轴安装至所述框架的所述后方部分并向上且向前延伸的导向连杆，所述导向连杆枢轴连接至所述座位的前端；

所述平行与导向连杆及其各自的枢轴被设置为使得在保持所述座椅靠背处于恒定的、大体上垂直的姿势的同时，使向下的力能通过所述使用者的大腿被应用于所述座位的前方部分，从而使得所述座位向前倾斜，由此在使所述使用者的脊柱和骨盆能保持垂直对齐的同时增加所述就座角度。