彈簧床墊的分區(qū)化設(shè)計(jì)研究

侯建軍　毛軼超

中圖分類號(hào)：TS941.75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）09-0153-02

近年來(lái)，在床墊種類層出不窮的背景下，彈簧床墊以其成熟的制造技術(shù)、良好的軟硬度、抗沖擊性及舒適的臥感等優(yōu)異性能一直占據(jù)著床墊市場(chǎng)的較大份額。目前對(duì)于彈簧床墊的研發(fā)多集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，分區(qū)化設(shè)計(jì)是彈簧床墊技術(shù)的新興方向，引起人們的廣泛關(guān)注。H.J.KINK（1970）通過(guò)對(duì)彈簧床墊與棕床墊對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，彈簧床墊和棕床墊相比，會(huì)使受試者的淺睡眠和清醒周期變短，睡眠舒適性較高;Buckle 等人（1998）研究六種床墊對(duì)睡眠的影響并發(fā)現(xiàn)，彈簧床墊在六種床墊中舒適性較高;Park等（2006）通過(guò)脊柱形狀、體壓分布、主觀評(píng)價(jià)等方法研究床墊的舒適性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)優(yōu)化床墊結(jié)構(gòu)是人體獲得自然脊椎形狀和科學(xué)合理界面體壓分布的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外彈簧床墊研究主要集中在床墊材料、床墊支撐特性以及對(duì)睡眠質(zhì)量的影響，而對(duì)于床墊結(jié)構(gòu)尤其是分區(qū)彈簧床墊的研究較少。

1 彈簧床墊的基本結(jié)構(gòu)

目前市場(chǎng)上彈簧床墊具有彈性好、承托性較佳、透氣性較強(qiáng)、耐用等優(yōu)點(diǎn)。就結(jié)構(gòu)而言，彈簧床墊大致可分為連結(jié)式、袋裝獨(dú)立筒、線狀直立式、線狀整體式及袋裝線狀整體式彈簧等。但是不管內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何變化，彈簧床墊基本可劃分為三層結(jié)構(gòu)，分別是：面料復(fù)合層、填充物及墊層、彈簧床芯層，如圖1所示。

1.1 面料復(fù)合層

面料復(fù)合層又稱絎縫層，是包裹在彈簧床墊外部的織物，也是距離人體最近的結(jié)構(gòu)層，一般是將面料、海綿等鋪墊料絎縫在一起的結(jié)構(gòu)層。該結(jié)構(gòu)主要起到床墊的裝飾、保護(hù)作用，同時(shí)可分散承受身體的重量。

1.2 填充物及墊層

填充物及墊層主要是面料復(fù)合層及彈簧芯層之間的結(jié)構(gòu)層，功能是填補(bǔ)身體曲線的空隙，讓人體臥姿更為舒適。其主要由一層耐磨纖維層和平衡層組成，常用的耐磨層有棕纖維墊、化纖（棉）氈、椰絲墊等各種氈墊，而平衡層有泡沫塑料、塑料網(wǎng)隔離層、海綿和麻氈（ 布） 等。

1.3 彈簧床芯層

彈簧床芯層是彈簧床墊的核心部件，是由眾多鋼絲彈簧組成的彈性綜合體，主要功能是承受身體的重力，給予身體適度的支撐，并能在受到?jīng)_擊時(shí)起緩沖作用。根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)和連接方式的不同，彈簧床芯分為普通獨(dú)立彈簧、連鎖彈簧、開(kāi)放式彈簧、布袋桶裝彈簧、雙層復(fù)合彈簧、分區(qū)彈簧等數(shù)種。分區(qū)彈簧是目前市場(chǎng)比較流行的彈簧床芯，是按彈簧不同的彈性合理分區(qū)，每個(gè)區(qū)域的彈性依據(jù)身體各個(gè)部位重量進(jìn)行計(jì)算，使人體不同重量的各個(gè)部位都能得到最科學(xué)的呵護(hù)。

2 彈簧床墊的分區(qū)概述

2.1 彈簧床墊的分區(qū)概念

分區(qū)彈簧床墊是目前市場(chǎng)上非常熱門(mén)的床墊結(jié)構(gòu)，其主要是從人機(jī)工程學(xué)角度把床墊劃分為不同的區(qū)域，根據(jù)人臥姿時(shí)身體各部位特性選擇合理的彈簧彈性，從而緩解身體的局部受壓，使身體各個(gè)部位都能得到有力支撐而獲得健康舒適的睡眠。目前隨著分區(qū)床墊研究的不斷深入，分區(qū)彈簧床墊在結(jié)構(gòu)上也越分越細(xì)，從三分區(qū)、五分區(qū)到七分區(qū)，甚至九分區(qū)床墊也進(jìn)入了市場(chǎng)。

2.2 彈簧床墊的分區(qū)方式

分域設(shè)計(jì)是指床墊分區(qū)時(shí)考慮的人體部位及尺寸的劃分原則。經(jīng)研究，三分區(qū)床墊對(duì)應(yīng)人體的頭肩背部、腰臀部、腿部三個(gè)區(qū)域;五分區(qū)床墊對(duì)應(yīng)人體的頭部、肩背部、腰部、臀部、腿部五個(gè)區(qū)域;七分區(qū)床墊對(duì)應(yīng)人體的頭部、肩部、背部、腰部、臀部、腿部、腳部七個(gè)區(qū)域，而九分區(qū)床墊把人體劃分為頭部、頸部、肩部、肋部、腰部、椎尾部、臀部、腿部和腳部九個(gè)區(qū)域，如圖2 所示。

2.3 不同分區(qū)方式的特點(diǎn)分析

三分區(qū)床墊把腰部、臀部劃分為一個(gè)區(qū)域，但由于腰部、臀部具有不同的生理曲線，而且對(duì)整體舒適性影響較高，使用相同彈性的彈簧并不合理。七分區(qū)彈簧床墊劃分較細(xì)，成本也會(huì)相應(yīng)增加，因此這樣的劃分并不必要，肩部尺寸較小，且與背部共同對(duì)應(yīng)脊椎的胸椎位置，兩部分分區(qū)可以合二為一。腳部尺寸也很小，且對(duì)睡眠舒適性的影響不大，可以與腿部區(qū)域合二為一。九分區(qū)床墊又增加了頸部和椎尾部，由于人體的不同高度，如此細(xì)的劃分標(biāo)準(zhǔn)不能保證所有使用人群都能舒適的支撐每個(gè)部位。

相比之下，五分區(qū)床墊是對(duì)三分區(qū)床墊的細(xì)化，又避免了七分區(qū)和九分區(qū)床墊劃分過(guò)細(xì)，導(dǎo)致不能滿足所有人群舒適支撐的問(wèn)題，同時(shí)又控制了床墊的成本，使用較為廣泛。

3 彈簧床墊的分區(qū)化設(shè)計(jì)思路

根據(jù)以上的理論研究，針對(duì)五分區(qū)彈簧床墊探討設(shè)計(jì)的思路，以期提高使用者的睡眠舒適性。

3.1 分區(qū)方式和尺寸設(shè)計(jì)

依照我國(guó)中國(guó)成年人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)（GB10000-88），以及市場(chǎng)上常用的五分區(qū)劃分方式，分為頭部、肩背部、腰部、臀部及腿部。分域尺寸具體為：頭部350～400mm、肩背部250～300mm、腰部200～250mm、臀部350～400mm和腿部700～750mm，如表1所示。

3.2 袋裝彈簧的排數(shù)及型號(hào)選擇

在材料方面選用獨(dú)立的袋裝彈簧，因其各個(gè)彈簧以纖維袋、無(wú)紡布袋或棉袋獨(dú)立裝配，并以粘膠互相粘合，個(gè)體獨(dú)立支撐并單獨(dú)伸縮，比較適合彈簧床墊的分區(qū)。市場(chǎng)上分別從彈簧鋼線、彈簧芯徑和彈簧口徑來(lái)進(jìn)行劃分，比較常用的獨(dú)立袋裝彈簧有：（2.2655）（2.2656）（2.0655）（2.0656）（1.8655）（1.8656），其中數(shù)據(jù)分別代表線徑mm、半徑mm和圈數(shù)。

依據(jù)醫(yī)學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)：人體平躺時(shí)身體各部位重量分布為臀部40%、背部15%、頭部10%、腳部10%、腰部25%。其中臀部最重，因此彈簧彈性需最大且最軟，腰部和腿部其次，而頭部和腳部需采用較硬的材質(zhì)，這樣才能使人體重量在床墊上均勻分布。

以上五種彈簧中，最軟的彈簧為（1.8655）或（1.8656），壓力最小，而臀部是身體最重的部位，宜采用彈性最大且最軟的彈簧;而腰部是較臀部之后次重的部位，適宜選用較軟的彈簧（2.0655）（2.0656）;肩背部要與腰部和頭部相配合，且要有一定的支撐性，易采用偏硬的彈簧（2.2656）（2.0655）;腿部和頭部受力較小，且頭部有枕頭支撐，宜選擇較硬的（2.2655）彈簧，如表1、圖3所示。

3.3 彈簧床墊分區(qū)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該分區(qū)彈簧床墊為上下兩面，中間袋裝彈簧結(jié)構(gòu)，其中一面由復(fù)合面料層和鋪墊層組成，相對(duì)較軟，適合喜歡偏軟床墊的人群或者秋冬季節(jié)使用;另外一面只有復(fù)合面料層，相對(duì)偏硬，適合喜歡偏硬的床墊，如老人和小孩，或者夏天使用。

其中上復(fù)合面料層由全棉提花面料、45mm 厚晴綸棉、丙綸熱壓無(wú)紡布組成。鋪墊層由20kg/m? 普通海綿和25kg/m? 普通海綿組成。下復(fù)合面料層由25kg/m? 普通海綿、丙綸熱壓無(wú)紡布、45mm厚晴綸棉和全棉提花面料組成，如圖4 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

分區(qū)床墊是一個(gè)新興理念，我國(guó)對(duì)于分區(qū)彈簧床墊的設(shè)計(jì)和研究仍處于初級(jí)階段，仍需要從人機(jī)工程學(xué)角度進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究，比如分區(qū)床墊究竟應(yīng)該如何分區(qū)、各個(gè)分區(qū)中彈簧應(yīng)如何選擇，以及如何針對(duì)不同性別、身高、體型、年齡人群如何進(jìn)行個(gè)性化分區(qū)床墊設(shè)計(jì)等。以期通過(guò)此次的研究，設(shè)計(jì)出更符合人體睡眠的床墊結(jié)構(gòu)。