專利名稱：活性材料促動(dòng)的頭枕組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頭枕組件，并更特別是涉及活性材料促動(dòng)的可形變、 可定位和/或可變化/調(diào)節(jié)的柔順頭枕組件。
背景技術(shù)：
車輛座椅通常包括下部座椅部分和靠背部分，頭枕組件通常用于 車輛中，并且通常可調(diào)節(jié)地連接在靠背部分上.頭枕可相對(duì)于靠背部
分通過使用者有選擇地運(yùn)動(dòng)；例如頭枕的高度通常可以有選摔地調(diào)節(jié)，

發(fā)明內(nèi)容
這里披露的是采用基于活性材料的促動(dòng)器的頭枕組件，或者采用 活性材料以便提供頭枕組件的可變化、可調(diào)節(jié)柔順性.在一個(gè)實(shí)施例 中，頭枕包括結(jié)合在框架構(gòu)件、袋或齒輪裝置內(nèi)的活性材料，其中在 促動(dòng)信號(hào)施加在活性材料上時(shí)活性材料促動(dòng).
定位成與乘坐者的頭部對(duì)準(zhǔn)的頭枕，頭枕包括從靠背延伸的一個(gè)
或多個(gè)立柱；具有構(gòu)造成接觸乘坐者頭部的表面的襯墊覆蓋物；布置
在村墊覆蓋物內(nèi)的框架；以及布置在襯墊覆蓋物內(nèi)與頭枕表面的一部 分可操作連通的活性材料，其中活性材料構(gòu)造成在接收促動(dòng)信號(hào)時(shí)進(jìn)
行至少一種性能的變化，其中至少 一種性能的變化有效地改變頭枕表
面相對(duì)于靠背的位置或模量特性。
在另一實(shí)施例種，頭枕組件包括中央部分；連接到中央部分一側(cè)
上的第一翼部分；以及連接到中央部分另一側(cè)上的第二翼部分?？蚣?支承并限定翼部分和中央部分，并且互連由活性材料形成的構(gòu)件.活 性材料構(gòu)造成有選擇地改變頭枕的翼部分和/或中央部分的位置或模 量特性。
一種有選擇地重新構(gòu)造從靠背延伸的頭枕的形狀或模量特性的方 法包括通過促動(dòng)信號(hào)促動(dòng)活性材料，其中活性材料與頭枕表面可操作 地連通，并且構(gòu)造成在接收促動(dòng)信號(hào)時(shí)進(jìn)行至少一種性能的變化；并 且通過改變頭枕表面的位置和模量特性來重新構(gòu)造頭枕以響應(yīng)至少一 種性能的變化，
以上描述和其它特征通過下面附圖和詳細(xì)說明來說明.


現(xiàn)在參考作為示例性實(shí)施例的附圖，并且其中類似的元件以類似
方式編號(hào)
圖l表示具有頭枕的座椅靠背的側(cè)立視圖； 圖2表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頭枕的前視圖； 圖3表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頭枕的自頂向下的截面圖； 圖4表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頭枕的自頂向下的截面圖； 圖5表示由按照實(shí)施例的活性材料形成的頭枕和框架的側(cè)截面圖； 圖6表示由按照另一實(shí)施例的活性材料形成的頭枕和框架的側(cè)截 面圖7表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頭枕的自頂向下的截面圖； 圖8表示按照另一實(shí)施例的頭枕的側(cè)截面圖；以及 圖9表示按照另一實(shí)施例的頭枕的側(cè)截面圖.
具體實(shí)施例方式
這里披露的是頭枕組件，頭枕組件包括活性材料促動(dòng)機(jī)構(gòu)，頭枕 組件可在使用過程中按照不同觸發(fā)事件和條件的需要有選摔和有效地 定位，這里披露的頭枕組件適用于任何座椅(包括兒童座椅)中的頭 部約束器.例如，頭枕組件可用于運(yùn)輸車輛(例如轎車、卡車、飛機(jī)、 火車和類似物)、家具(例如娛樂和家庭座椅(包括附件))、擔(dān)架、床、 頭部/頸部定位和限制/局限器材和類似物.另外，這里披露的頭枕組 件可與座椅靠背集成(即整體結(jié)構(gòu))，或者作為選擇可以是添加到座椅 靠背上的分開部件。
活性材料為頭枕的柔順性提供有選擇的形變、操縱、定位和/或變 化，以響應(yīng)施加的促動(dòng)信號(hào)，其中可按照需要或者在檢測(cè)到一個(gè)情況 時(shí)觸發(fā)促動(dòng)信號(hào)的施加。這里使用的術(shù)語(yǔ)"活性材料"通常指的是在 施加促動(dòng)信號(hào)時(shí)例如尺寸、形狀、相位、定向、剛性、剪切強(qiáng)度和類 似物的性能變化。適當(dāng)?shù)幕钚圆牧习?沒有限制)形狀記憶合金 (SMA)、鐵磁形狀記憶合金(MSMA)、形狀記憶聚合物(SMP)、壓電材 料、電活性聚合物(EAP)、磁流變(MR)彈性體、電流變(ER)彈性 體、ER流體、MR流體和類似物.除了所述的材料之外，術(shù)語(yǔ)活性材料 同樣用來包括剪切稠化/稀化流體(STF)。根據(jù)特定活性材料，促動(dòng)信 號(hào)可采取如下形式(限制)電流、電場(chǎng)(電壓)、溫度變化、磁場(chǎng)、機(jī)械栽荷或施加應(yīng)力和類似物.在所述材料中，基于SMA和SMP的組 件最好包括返回機(jī)構(gòu)，以便恢復(fù)組件的原始幾何形狀。返回機(jī)構(gòu)可以 是機(jī)械、氣動(dòng)、液壓、煙火或基于所迷活性材料之一.
有利的是，這里描述的頭枕組件可以適用于通過觸發(fā)事件提供的 慣性來響應(yīng)乘坐者的動(dòng)態(tài)載荷，使得頭枕形變，從而減小乘坐者和頭 枕之間的空間。如說明書中將描述那樣，多種基于活性材料的促動(dòng)器 可用來克服許多用于頭枕的傳統(tǒng)促動(dòng)器的缺陷.為此設(shè)想的大多數(shù)基 于活性材料的裝置比嚴(yán)格的機(jī)電方法更加穩(wěn)固，這是由于它們沒有機(jī) 械部件，只是材料本身改變剛性和/或尺寸.它們?cè)诖蠖鄶?shù)所有情況下 還不產(chǎn)生聲音，也沒有電磁噪音/干擾，
另外，在其它屬性中，由于它們?nèi)莘e小、功率要求低以及分布式 促動(dòng)的能力，活性材料促動(dòng)器可在例如翼部分的多個(gè)位置上嵌入頭枕， 可以按照乘坐者的需要、駕駛情況和/或確定情況的性質(zhì)(例如所謂"盲 點(diǎn)，，上的另一車輛)定制.活性材料促動(dòng)器還可按照一定順序或者只 在所選位置上促動(dòng)，以便符合乘坐者和情況的要求.例如，不同區(qū)域 可以被促動(dòng)，以滿足乘坐者的不同需要(例如乘坐者希望休息/睡覺， 而另一乘坐者希望警覺和專心).應(yīng)該注意到還可設(shè)想到活性材料促動(dòng) 的頭枕結(jié)構(gòu)的其它可能的功能。實(shí)例包括(但不局限于)提醒駕駛員 各自情況，例如在盲點(diǎn)上存在車輛，例如在人們啟動(dòng)轉(zhuǎn)向信號(hào)或者開 始轉(zhuǎn)向車輪以便變道和類似情況。在其它實(shí)施例中，理解到振動(dòng)的頻 率和/或幅度以及剛性/材料模量的差別也可用作按摩機(jī)構(gòu).
為了更好地理解活性材料可用來可逆地構(gòu)造以及將頭枕與特定乘 坐者的頭部相符或用于特定使用/事件的多種方式，需要理解到所需活 性材料的性能和機(jī)械特性。如上所述，用于基于活性材料的頭枕的適 當(dāng)?shù)幕钚圆牧习?沒有局限性)形狀記憶合金(SMA，例如熱和壓力 促動(dòng)形狀記憶合金和磁性形狀記憶合金(MSMA))、例如介電彈性體的 電活性聚合物UAP)、離子聚合物金屬合成物(IPMC)、壓電材料(例 如聚合物、陶瓷)以及形狀記憶聚合物(SMP)、形狀記憶陶瓷(SMC)、 壓塑塑料、磁流變(MR)材料(例如流體和彈性體)、電流變(ER)彈 性體(例如流體和彈性體)、所述活性材料與非活性材料的合成物、包 括至少一種所述活性材料的系統(tǒng)以及包括至少一種所述活性材料的組 合，為了方便和通過實(shí)例，這里參考形狀記憶合金和形狀記憶聚合物，形狀記憶陶瓷、壓塑塑料和類似物可以類似方式使用.例如，對(duì)于壓
塑材料來說，高和低玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)部件的納米相疇的產(chǎn)生壓力 的混合實(shí)現(xiàn)了形狀變化.壓塑塑料可在相對(duì)低的溫度下反復(fù)處理，而 不退化。SMC類似于SMA，但是可以忍受比其它形狀記憶材料更高的操 作溫度。SMC的實(shí)例是壓電材料.
在外部激勵(lì)施加或去除時(shí)形狀記憶材料返回其原始形狀的能力造 成其用于促動(dòng)器，以便產(chǎn)生力/施加力，造成所需運(yùn)動(dòng).與傳統(tǒng)的機(jī)電 和液壓促動(dòng)裝置相比，活性材料促動(dòng)提供減小促動(dòng)器尺寸、重量、容 積、成本、噪音并增加強(qiáng)度的可能性，鐵磁SMA例如具有高達(dá)幾個(gè)百 分比的快速尺寸變化，以響應(yīng)(并與強(qiáng)度成正比)施加的磁場(chǎng).但是， 這些變化是單向變化，并且需要施加偏壓力或反向的場(chǎng)，來將鐵磁SMA 返回到其初始構(gòu)造。
形狀記憶合金是具有至少兩種不同的取決于溫度的相或極性的合 金合成物.最為常用的這些相是所謂的馬氏體相和奧氏體相.在下面 描述中，馬氏體相通常指的是更加可以變形、較低溫度的相，而奧氏 體相通常指的是更加剛性、較高溫度的相.在形狀記憶合金是馬氏體 相并被加熱時(shí)，它開始變化成奧氏體相.這種現(xiàn)象開始的溫度指的是 奧氏體起始溫度(As).這種現(xiàn)象結(jié)束時(shí)的溫度通常稱為奧氏體結(jié)束溫 度(Af )。在形狀記憶合金是奧氏體相并被冷卻時(shí)，它開始變化成馬氏 體相，并且這種現(xiàn)象開始的溫度稱為馬氏體其上溫度(Ms).奧氏體完 成轉(zhuǎn)換成馬氏體的溫度通常稱為馬氏體技術(shù)溫度(Mf ). As和Af之間 的范圍通常稱為馬氏體-奧氏體轉(zhuǎn)換溫度范圍，而Ms和Mf通常稱為奧 氏體-馬氏體轉(zhuǎn)換溫度范圍。應(yīng)該注意到所述的轉(zhuǎn)變溫度是SMA樣品經(jīng)
歷的應(yīng)力的函數(shù).通常，這些溫度隨著應(yīng)力增加而增加.考慮到所述 性能，形狀記憶合金的變形最好處于或低于奧氏體起始溫度(處于或 低于As )。隨后高于奧氏體起始溫度的加熱造成變形的形狀記憶材料樣 品開始返回到其原始(非應(yīng)力)永久形狀，直到在奧氏體結(jié)束溫度處 結(jié)束。因此，用于形狀記憶合金的適當(dāng)?shù)拇賱?dòng)輸入或信號(hào)是具有足以 在馬氏體和奧氏體相之間造成轉(zhuǎn)換的大小的熱促動(dòng)信號(hào)。
形狀記憶合金在加熱時(shí)回憶其高溫形狀(即其原始、非應(yīng)力形狀) 的溫度可以通過合金組分的略微變化以及經(jīng)由熱機(jī)械處理來調(diào)節(jié)。在 鎳-鈦形狀記憶合金中，例如它可以從大約1001C以上變化到-1()01C以
8下.形狀恢復(fù)過程可在幾度的范圍內(nèi)出現(xiàn)，或者在較寬溫度范圍上顯 示出較為逐漸的恢復(fù).轉(zhuǎn)換的開始和結(jié)束可以根據(jù)所需應(yīng)用和合金的 組分控制在幾度的范閨內(nèi).形狀記憶合金的機(jī)械性能在橫跨其轉(zhuǎn)換的 溫度范圍上很大地變化，通常提供形狀記憶效果和超級(jí)彈性效果.例 如，在馬氏體相中，觀察到比奧氏體相低的彈性模量.通過將晶體結(jié) 構(gòu)配置與施加應(yīng)力重新對(duì)準(zhǔn)，馬氏體相的形狀記憶合金可經(jīng)歷大的變
形。材料將在應(yīng)力去除之后保持此形狀.換言之，SMA中應(yīng)力產(chǎn)生的相 變本身是雙向的；在SMA處于其奧氏體相時(shí)施加足夠的應(yīng)力將使其變 化到其較低的模量的馬氏體相.去除施加的應(yīng)力將造成SMA轉(zhuǎn)換返回 到其奧氏體相，并且由此，恢復(fù)其初始形狀和較高模量.形狀記憶合 金的機(jī)械性能在橫跨其變形的溫度范圍上很大地變化，通常為頭枕提 供形狀記憶效果、超級(jí)彈性效果和高緩沖能力.
示例性形狀記憶合金材料包括鎳-鈦基的合金、銦-鈦基的合金、 鎳-鋁基的合金、鎳-鎵基的合金、銅基合金(例如銅-鋅合金、銅-鋁 合金、銅-金合金和銅-錫合金)、金-鎘基合金、銀-鎘基合金、銦-鎘 基合金、錳-銅基合金、鐵-鉑基合金、鐵-鈀基合金等等.合金可以是 二元、三元或任何較高階，只要合金組分基于形狀記憶效果即可，例 如形狀、定向、屈服強(qiáng)度、柔性模量、緩沖能力、超級(jí)彈性和/或類似 性能的變化.適當(dāng)形狀記憶合金組分的選擇部分取決于所需應(yīng)用的溫 度范圍.
在較高溫度下非常顯著地恢復(fù)到奧氏體相(與變形材料所需的相 比)，這可以高達(dá)奧氏體材料的固有屈服強(qiáng)度，有時(shí)高達(dá)變形馬氏體相 的三倍或多倍，對(duì)于需要大量操作循環(huán)的應(yīng)用來說，可以獲得小于或 等于所使用線材的變形長(zhǎng)度的大約4%的應(yīng)變.在通過0.5毫米(ffl邁) 的形狀記憶金屬線材進(jìn)行的試驗(yàn)中，獲得4o/。級(jí)別的最大應(yīng)變.對(duì)于較 薄線材或者對(duì)于循環(huán)次數(shù)少的應(yīng)用來說，這種百分比可增加到8%.
MSMA是通常包括Ni-Mn-Ga的合金，該合金由于磁場(chǎng)產(chǎn)生的應(yīng)變 改變形狀。MSMA具有不同的磁性和晶向的內(nèi)部變量。在磁場(chǎng)中，這些 變量的性能變化，造成材料的總體形狀變化。MSMA促動(dòng)器通常需要MSMA
材料放置在電磁線閨之間.流過線閨的電流產(chǎn)生經(jīng)過MSMA材料的磁場(chǎng)， 造成形狀變化.
如上所述，其它示例性的形狀記憶材料是形狀記憶聚合物(SMP )。
9"形狀記憶聚合物"通常指的是具有在施加促動(dòng)信號(hào)時(shí)性能變化的聚 合材料，該性能例如是模量、磁場(chǎng)、熱膨脹系數(shù)、透濕性、光學(xué)性能
(例如透射性)或者包括至少一個(gè)所述性能的組合與其微觀結(jié)構(gòu)和/或 形態(tài)變化相結(jié)合.形狀記憶聚合物可以是熱響應(yīng)(例如通過經(jīng)由熱量 供應(yīng)或去除而直接傳遞的熱促動(dòng)信號(hào)造成的性能變化，或者間接經(jīng)由 適用于在分子級(jí)激勵(lì)高幅振動(dòng)的頻率振動(dòng)以形成內(nèi)部熱量造成的性能 變化)、光響應(yīng)(即性能變化通過電磁輻射促動(dòng)信號(hào)造成)、潮濕響應(yīng)
(即性能變化通過液體(即潮濕、水蒸氣或水)的促動(dòng)信號(hào)造成)、化
學(xué)響應(yīng)(即響應(yīng)其環(huán)境種的一種或多種化學(xué)物質(zhì)的濃度變化；例如H+ 離子的濃度-環(huán)境的pH值)，或者包括至少一種所述響應(yīng)的組合.
通常，SMP是相分離共聚物，包括至少兩種不同的單元，可以描述 為在SMP內(nèi)限定不同的分段，每個(gè)分段不同地作用于SMP的總體性能， 如這里使用那樣，術(shù)語(yǔ)"分段"指的是團(tuán)塊、移植物、或者相同或類 似單體或低聚體的順序，它們共聚形成SMP。每個(gè)分段可以是(半)結(jié) 晶或非結(jié)晶的，并且分別具有相應(yīng)的熔點(diǎn)或玻璃轉(zhuǎn)換溫度(Tg).術(shù)語(yǔ) "熱轉(zhuǎn)換溫度"這里用來總體指的是Tg或熔點(diǎn)，根據(jù)分段釋放是否是 結(jié)晶分段或結(jié)晶分段。對(duì)于包括(n)個(gè)分段的SMP來說，SMP據(jù)說具 有一個(gè)硬分段和(n-l)個(gè)軟分段，其中硬分段具有比任何軟分段高的 熱轉(zhuǎn)換溫度。因此，SMP具有(n)個(gè)熱轉(zhuǎn)換溫度.硬分段的熱轉(zhuǎn)換溫 度稱為"最后轉(zhuǎn)換溫度"，并且所謂"最軟"分段的最低熱轉(zhuǎn)換溫度稱 為"第一轉(zhuǎn)換溫度".重要的是注意到如果SMP具有其特征是相同熱轉(zhuǎn) 換溫度(也就是最后轉(zhuǎn)換溫度)的多個(gè)分段，那么SMP據(jù)說具有多個(gè) 硬分段.
在SMP被加熱到最后轉(zhuǎn)換溫度之上時(shí)，SMP材料可被賦予永久形 狀。用于SMP的永久形狀可以通過隨后將SMP冷卻到該溫度以下來設(shè) 置或記憶。如這是使用那樣，術(shù)語(yǔ)"原始形狀"、"前面限定形狀"、"預(yù) 定形狀"以及"永久形狀"是同義的，并且可以互換地使用。臨時(shí)形 狀可以通過將材料加熱到高于任何軟分段的熱轉(zhuǎn)換溫度但還是低于最 后轉(zhuǎn)換溫度的溫度、通過施加外部應(yīng)力或栽荷以便變形SMP并接著冷設(shè)置。
永久形狀可以通過在去除應(yīng)力或栽荷的情況下將材料加熱到軟分段的特定熱轉(zhuǎn)換溫度以上但低于最后轉(zhuǎn)換溫度來恢復(fù)，因此，應(yīng)該清 楚的是通過組合多個(gè)軟分段，可以具有多種臨時(shí)形狀，并通過與多個(gè) 硬分段組合，可以具有多種永久形狀.類似地使用分層或合成的方法，
多種SMP的組合將可以在多種臨時(shí)和永久形狀之間轉(zhuǎn)換.雖然SMP可 廣泛地用于片材、板材、纖維或泡沫體形式來調(diào)節(jié)/控制頭枕硬度，它 們確實(shí)具有需要連續(xù)功率來保持其較低模量形狀的缺陷。根據(jù)乘坐者 的喜好，它們因此更加適用于頭枕的可逆形狀、位置和定向設(shè)置(經(jīng) 由加熱/冷卻/重新加熱的循環(huán)).
形狀記憶材料還可包括壓電材料，同樣在某些實(shí)施例中，壓電材 料可以構(gòu)造成用于提供快速展開的促動(dòng)器。如這里使用那樣，術(shù)語(yǔ)"壓 電"用來描述在施加電壓時(shí)機(jī)械變形(改變形狀)或者在機(jī)械變形時(shí) 可逆地產(chǎn)生電荷的材料.壓電體在受到施加電壓時(shí)具有小的尺寸變化， 其響應(yīng)與施加場(chǎng)的強(qiáng)度成正比，并且非常快速(能夠容易達(dá)到幾千赫 茲的范圍)。由于其尺寸變化小(例如小于0. 1%),為了顯著增加尺寸 變化的幅值，它們通常用于壓電陶瓷單形態(tài)和雙形態(tài)平貼片促動(dòng)器的 形式，該促動(dòng)器構(gòu)造成在施加相對(duì)小電壓時(shí)彎曲成凹入或突出形狀， 這種貼片在保持件內(nèi)的形變/彎曲適用于抓住/松開所保持的物體。
單形態(tài)的一種類型是包括外部粘接到柔性金屬箔片或帶上的單個(gè) 壓電元件的結(jié)構(gòu)，在通過變化電壓促動(dòng)時(shí)通過壓電元件激勵(lì)，并在它 抵抗壓電元件的運(yùn)動(dòng)時(shí)造成軸向褶皺或偏移.用于單形態(tài)的促動(dòng)器運(yùn) 動(dòng)可以通過收縮或膨脹來實(shí)現(xiàn)。單形態(tài)可以具有高達(dá)10%的應(yīng)變，但
是通?？上鄬?duì)于單形態(tài)結(jié)構(gòu)的總體尺寸經(jīng)受低栽荷，
示例性壓電材料包括無機(jī)合成物、有機(jī)合成物和金屬。對(duì)于有機(jī) 材料來說，具有非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)和分子主鏈或側(cè)鏈上或兩者上的大偶 極動(dòng)能組的所有的聚合物材料可用作壓電薄膜的候選。聚合物實(shí)例包 括聚(鈉4-苯乙烯磺酸鹽)("PSS")、聚(聚(乙烯胺)主鏈偶氮發(fā)色 團(tuán))及其衍生物；聚碳氟化合物，包括聚偏氯乙烯氟化物("PVDF")、 其共聚物二氟乙烯("VDF，)、三氟乙烯(TrFE)及其衍生物；多氯烴， 包括聚(氯乙烯)("PVC")、聚氯乙烯氯化物("PVC2")及其衍生物； 聚丙烯腈("PAN")及其衍生物；多羧酸，包括聚(甲基丙烯酸)("PMA") 及其衍生物；聚脲及其衍生物；聚氨脂("PUE")及其衍生物；生物聚 合物分子，例如聚-L-乳酸及其衍生，和薄膜蛋白質(zhì)以及磷酸鹽生物分子；聚苯胺及其衍生物以及所有的四胺的衍生物；聚酰亞胺，包括 Kapton⑧分子以及聚醚酰亞胺("PEI")及其衍生物；所有的薄膜聚合 物；聚(N-乙烯基吡咯烷酮)("PVP")均聚物及其衍生物和隨機(jī)PVP-共-醋酸乙烯("PVAc ")共聚物；以及所有的芳族聚合物，其中偶極矩 主在主鏈或側(cè)鏈或者主鏈和側(cè)鏈兩者上；以及包括至少一種所述物質(zhì) 的組合.
另外，壓電材料可包括Pt、 Pd、 Ni、 T、 Cr、 Fe、 Ag、 Au、 Cu以 及包括至少一種所述物質(zhì)的金屬合金，以及包括至少一種所述物質(zhì)的 組合。這些壓電材料還可包括例如金屬氣化物，例如SiO" A1203、 Zr02、 Ti02、 SrTiO" PbTi03、 BaTiO" Fe03、 Fe304、 ZnO以及包括至少一種所 述物質(zhì)的組合以及組VIA和1IB合成物，例如CdSe、CdS、GaAs、AgCaSe2、 ZnSe、 GaP、 InP、 ZnS以及包括至少一種所述物質(zhì)的組合。
MR流體是智能材料族，在施加磁場(chǎng)時(shí)其流變性能可快速變化(可 在幾毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)例如幾百個(gè)百分比的性能變化)，經(jīng)由其剪切強(qiáng)度的顯 著變化使其非常適用于鎖定(限制)和允許形狀松私/變形，在這里描 述的實(shí)施例中這些變化有利地用于物體的抓握和松開，示例性形狀基 于材料還包括磁流變(MR)和ER聚合物，MR聚合物是微米尺寸的懸浮 物、聚合物(例如熱固彈性聚合物或橡膠)中的磁性極化的顆粒(例 如下面描述的鐵磁和永磁顆粒)。示例性聚合物材料包括聚烯烴、天然 橡膠、硅嗣、聚丁二晞、聚乙烯、聚異戊二烯以及包括至少一種所述 物質(zhì)的組合。
聚合物結(jié)構(gòu)的剛性和可能的形狀通過改變施加磁場(chǎng)的強(qiáng)度而改變 剪切和壓縮/張力模量來保持。MR聚合物通常幾個(gè)毫秒內(nèi)在暴露于磁場(chǎng) 時(shí)形成其結(jié)構(gòu)，其中剛性和形狀變化與施加的場(chǎng)強(qiáng)成正比.中斷MR聚 合物暴露于磁場(chǎng)將過程顛倒，并且彈性體返回到其較低模量狀態(tài).
MR流體具有與所施加磁場(chǎng)大小成正比的剪切強(qiáng)度，其中幾百百分 比的性能變化可在幾毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)。雖然這些材料也面對(duì)產(chǎn)生施加場(chǎng)所 需的線團(tuán)包裝的問題，它們可以用于例如彈性抓握/松開的鎖定或松開 機(jī)構(gòu)。
適當(dāng)?shù)腗R流體材料包括分布在栽體內(nèi)的鐵磁或永磁顆粒，根據(jù)MR 組分的總?cè)莘e，例如含量大約是5. O容積百分比(voiy。)到大約50vol % 適當(dāng)?shù)念w粒包括鐵；氧化鐵(包括Fe力3和Fe304 );氮化鐵；碳化鐵；羰基鐵、鎳；鈷；二氧化鉻；以及包括至少一種所述物質(zhì)的組合； 例如鎳合金；鈷合金；例如不銹鋼的鐵合金；硅鐵；以及其它包括鋁、 硅、鈷、鎳、釩、鉬、鉻、鎢、錳和/或銅的物質(zhì).
顆粒尺寸應(yīng)該選擇成使得顆粒在受到磁場(chǎng)時(shí)具有多種磁疇性能. 顆粒直徑(例如沿著顆粒的主軸測(cè)量)可以小于或等于大約1000微米 (陶)(例如大約O.l微米-大約1000微米)，或者更特別是大約0. 5-大約500微米，并且更特別是大約10-大約IOO微米.
載體的粘度可小于或等于大約100000厘泊(cPs)(例如大約 lcPs-大約100000cPs)或者更特別是大約lcPs-大約10000cPs，或者 甚至更加特別是大約lcPs-大約1000厘泊.可能的栽體(例如栽體流 體)包括有機(jī)流體，特別是非極化有機(jī)流體.實(shí)例包括油(例如硅油、 礦物油、石蠟油、白油、液壓油、轉(zhuǎn)換油以及合成烴油(例如未飽和 和/或飽和)；面化有機(jī)液體(例如氯化烴、由化石蠟、全氟化聚瞇以 及氟化烴)；二酯；聚氧化烯；硅酮(例如氟化硅嗣)；氰基烴硅氣烷； 乙二醇以及包括至少一種所述載體的組合.
也可使用水性栽體，特別是包括親水礦物粘土，例如膨潤(rùn)土或鋰 惠石.水性栽體可包括水或包括極性的水、易溶于水的有機(jī)溶刑(例 如甲醇、乙醇、丙醇、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、乙烯碳酸鹽、丙 烯碳酸鹽、丙酮、四氫呋喃、二乙醚、乙二醇、丙二醇和類似物)以 及包括至少一種所述栽體的組合.根據(jù)MR流體的總?cè)莘e，栽體中的極 性有機(jī)溶劑的數(shù)量可小于或等于大約5. Ovol% (例如大約1. Ovol%-大約5. Ovol % )，或者更特別是大約1. Ovoiy。-大約3. 0vol%.水性栽 體的pH值可小于或等于大約13 (例如大約5. 0-大約l3)，或者更特 別是大約8. 0-大約9. 0,
在水性栽體包括天然和/或合成膨潤(rùn)土和/或鋰皂石時(shí)，根據(jù)MR流 體的總重量，MR流體中的粘土的數(shù)量(膨潤(rùn)土和/或鋰皂石)可小于或 等于大約10重量百分比(wt% )，或者更特別是大約0.1 wty。-大約 8.0 wt%，或者更特別是大約1.0 wt%-6. 0 wt%，或者更特別是大 約2. 0 wt。/o-大約6. 0 wt%。
MR流體中的任選組分包括粘土(例如有機(jī)粘土)、羧化物皂、分散 劑、腐蝕抑制刑、耐磨添加劑、抗氧化刑、觸變劑和/或懸浮劑.羧化 物皂包括含鐵油酸鹽、含鐵環(huán)烷酸鹽、含鐵硬脂酸鹽、鋁二和三硬脂酸鹽、鋰硬脂酸鹽、鈣硬脂酸鹽、鋅硬脂酸鹽和/或鈉硬脂酸鹽；表面 活性劑(例如磺化物、磷酸脂、硬脂酸、甘油單體、山梨聚糖半油酸 酯、月桂酸、脂肪酸、脂肪醇和鋯酸鹽)以及包括至少一種所述物質(zhì) 的組合。還可以包括聚烷撐二醇，例如聚乙二醇以及局部酯化的多元 醇。
電流變(ER)流體類似于MR流體，其中它們?cè)谑艿绞┘訄?chǎng)(在這 種情況下電壓而不是磁場(chǎng))時(shí)具有變化的剪切強(qiáng)度.響應(yīng)是快速的， 并與施加的場(chǎng)強(qiáng)成正比。但是，其幅值級(jí)別小于MR流體，并且通常需 要幾千瓦。
電子電活性聚合物(EAP)是一對(duì)電極的層壓件，具有低彈性模量 介電材料的中間層。在電極之間施加電壓擠壓中間層，使其在平面內(nèi) 膨脹。它們具有與施加場(chǎng)成正比的響應(yīng)，并且可在高頻下促動(dòng).已經(jīng) 表示了 EAP形變層壓片材。其主要缺陷在于它們需要的施加電壓大于 壓電所需的幅值的大約三倍。
電活性聚合物包括具有壓電、熱電和電致伸縮的性能的聚合材料， 以響應(yīng)電場(chǎng)或磁場(chǎng)，電致伸縮移植聚合物的實(shí)例具有壓電聚(亞乙烯 基氟化-三氟-乙烯)共聚物.此組合具有產(chǎn)生變化數(shù)量的鐵電-電致伸 縮分子合成物系統(tǒng)的能力。
適用于電活性聚合物的實(shí)例可包括任何基本上絕緣的聚合物和/ 或橡膠，它們可以變形以響應(yīng)靜電力，或者其變形造成電磁變化.適 用于預(yù)應(yīng)力聚合物的示例性材料包括硅稱彈性體、丙烯酸彈性體、聚 氨脂、熱塑彈性體、包括PVDF的共聚物、壓敏粘合劑、氟橡膠、包括 硅嗣和丙烯酸半族的聚合物(例如包括硅鯛和丙烯酸半族的共聚物、 包括硅酮彈性體和丙烯酸彈性體的聚合物混合物等).
用于電活性聚合物的材料可根據(jù)例如高電擊穿強(qiáng)度、低彈性模量 (例如對(duì)于大或小變形來說)、高介電常數(shù)等材料性能來選擇.在一個(gè) 實(shí)施例中，聚合物可選擇成使其具有小于或等于大約100MPa的彈性模 量。在另一實(shí)施例中，聚合物可選擇成使其具有大約0.05兆帕(MPa) 和大約lOMPa或者更特別是大約0. 3MPa-大約3MPa的最大促動(dòng)壓力， 在另一實(shí)施例中，聚合物可選擇成使其具有大約2和大約20或者更特 別是大約2.5和大約12的介電常數(shù)。本發(fā)明不打算局限于這些范圍. 理想的是，如果材料具有高介電嘗試和高介電強(qiáng)度，具有高于以上給出范圍的介電常數(shù)的材料也是可以的.在許多情況下，電活性聚合物
可作為薄膜制造和應(yīng)用，例如具有小于或等于大約50微米的厚度.
在電活性聚合物在高應(yīng)變下偏移時(shí)，附接在聚合物上的電極也應(yīng) 該偏移，而不損害機(jī)械或電性能。通常，適用的電極可以具有任何形 狀和材料，只要它們能夠?qū)⑦m當(dāng)電壓供應(yīng)到電活性聚合物或從中接收 適當(dāng)電壓即可。電壓可以隨著時(shí)間恒定和變化，在一個(gè)實(shí)施例中，電 極粘接在聚合物表面上.粘接在聚合物上的電極可以是柔順的，并且 與聚合物的變化形狀相符。電極可以只施加在電活性聚合物一部分上， 并且按照其幾何形狀限定活性區(qū)域.多種類型的電極包括結(jié)構(gòu)化電極， 其包括金屬跡線和電荷分配層；織構(gòu)化電極，其包括可變離面磁場(chǎng)、 傳導(dǎo)油脂(例如碳油脂和銀油脂)、膠狀懸浮物、高縱橫比的傳導(dǎo)材料 (例如碳小纖維和破納米管和離子傳導(dǎo)材料的混合物)，以及包括至少 一種所述物質(zhì)的組合.
示例性電極材料可包括石墨、碳黑、膠狀懸浮物、金屬(包括銀 和金)以及離子或電子傳導(dǎo)聚合物以及包括至少一種所述物質(zhì)的組合. 理解到某些電極材料可與特定聚合物良好協(xié)作，并且與其它聚合物不 能良好協(xié)作，通過實(shí)例，碳小纖維與丙烯酸彈性體聚合物良好協(xié)作， 并且不能與硅酮聚合物良好協(xié)作。
磁致伸縮物是在受到外部磁場(chǎng)時(shí)形成機(jī)械變形的回體.這種磁致 伸縮的現(xiàn)象有助于材料中小磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)，這些磁疇在材料不暴露于磁 場(chǎng)時(shí)隨機(jī)定向。形狀變化在鐵磁或鐵磁固體(例如Terfenol-D)中最 大。這些材料具有非?？焖俚捻憫?yīng)能力，其應(yīng)變與施加磁場(chǎng)的強(qiáng)度成 正比，并且它們?cè)趫?chǎng)去除時(shí)返回其初始尺寸.但是，這些材料具有大 約0. 1-大約0. 2百分比的最大應(yīng)變。
剪切稠化是對(duì)于流體的粘度隨著增加剪切率(或者等同的應(yīng)力) 增加的現(xiàn)象給出的名稱.剪切稠化可以相對(duì)大的幅值出現(xiàn)，達(dá)到流體 可類似于固體動(dòng)作并斷裂的程度.剪切稠化是非牛頓學(xué)說的流動(dòng)性能. 另一方面，剪切稀化也是非牛頓學(xué)說的，這是由于它們的粘度隨著施 加的剪切應(yīng)力增加而減小。這些流體的優(yōu)點(diǎn)(與MR或ER流體相比) 在于它們不需要外部場(chǎng).
圖1表示用于座椅靠背2的示例性頭枕10.頭枕10包括前部接觸 表面14和后部16.前部接觸表面14是頭枕10靠近乘坐者頭部的部分，而后部16是頭枕相對(duì)于乘坐者頭部遠(yuǎn)離定位的部分，頭枕10本身支 承在滑動(dòng)布置在座椅靠背12內(nèi)的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)化支承柱18上。頭枕 通常包括通過外部覆蓋物22包圍的襯墊材料20，有助于限定頭枕的總 體形狀，并且可與結(jié)構(gòu)化支承柱18樞轉(zhuǎn)連通。覆蓋物22限定表面14.
注意到結(jié)構(gòu)化支承柱18可在這里披露的任何頭枕組件內(nèi)采用任何 形式和構(gòu)造，并且不局限于所示內(nèi)容.例如，可以使用叉骨或門柱結(jié) 構(gòu)。此外，在某些實(shí)施例中，可以采用兩個(gè)以上的柱.除了柱之外， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到可在本發(fā)明的范圍內(nèi)采用將頭枕可操作 地連接到座椅靠背上的多種其它的技術(shù)和構(gòu)件，例如可鎖定鉸鏈、支 架等。另外，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可操作地連接到座椅靠背上的 頭枕可以是座椅靠背部分的整體部分，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解那 樣。例如，頭枕可以是座椅靠背的上部。
同樣，在其它實(shí)施例中，頭枕10還可包括構(gòu)造成在其橫向運(yùn)動(dòng)時(shí) 接觸乘坐者頭部一部分的翼部分。如這里描述那樣，活性材料促動(dòng)器 定位并與頭枕的多個(gè)部分可操作連通，以便將頭枕與乘坐者頭部定制， 以及提供預(yù)定頭枕構(gòu)造，以響應(yīng)不同檢測(cè)到的條件。
現(xiàn)在參考圖2,表示總體標(biāo)示為IOO的頭枕.在一個(gè)實(shí)施例中，頭 枕100包括與可調(diào)節(jié)翼部分104和106可搮作連通的中央部分102.中 央部分102可支承地接合乘坐者頭部的后部，同時(shí)可調(diào)節(jié)的翼部分104 和106可支承地接合乘坐者頭部的側(cè)部。在一個(gè)實(shí)施例中，中央部分 102經(jīng)由鉸鏈連接到翼部分104和106上(見圖3 )，使得翼部分104、 106相對(duì)于中央部分102如箭頭108、 110、 112所示轉(zhuǎn)動(dòng)/傾斜(即x、 y、 z平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)).以此方式，中央部分和/或翼部分可向前、向后、 向上、向下、折疊、柔曲、扭曲、膨脹或成形和/或以不同條件所需的 不同角度傾斜地定位.中央部分102和翼部分104、 106容易運(yùn)動(dòng)的能 力使得頭枕位置相對(duì)于座椅靠背的范圍可以根據(jù)需要設(shè)置成很寬.頭 枕位置的調(diào)節(jié)可以取決于施加在座椅組件上的栽荷(例如施加在頭枕 組件100上的栽荷)、手動(dòng)定位、通過活性材料的促動(dòng)而主動(dòng)定位(如 下面更加詳細(xì)描述那樣)和類似情況。
圖3表示圖2的頭枕的自頂向下視圖，表示活性材料促動(dòng)器120 實(shí)現(xiàn)翼部分104、 106相對(duì)于中央部分102運(yùn)動(dòng)的一個(gè)實(shí)施例。促動(dòng)器 120包括翼部分的剛性構(gòu)件122，與中央部分102的剛性構(gòu)件124鉸接連通?；钚圆牧?26 (例如是由形狀記憶合金形成的線材、條帶、彈簧 或扭轉(zhuǎn)管)構(gòu)造成在接收促動(dòng)信號(hào)時(shí)實(shí)現(xiàn)剛性構(gòu)件122相對(duì)于剛性構(gòu) 件1"的運(yùn)動(dòng)。以此方式，乘坐者頭部可通過翼部包圍，以便提供更 大的支承和舒適性，而不考慮乘坐者頭部的尺寸。形狀記憶合金通過 促動(dòng)裝置128的促動(dòng)造成線材/條帶/彈簧的長(zhǎng)度尺寸減小，造成翼部 分的剛性構(gòu)件122朝著乘坐者向內(nèi)柔曲。任選的，活性材料可被選擇 和/或構(gòu)造成使得促動(dòng)造成翼部分相對(duì)于乘坐者向外柔曲.偏壓彈簧可 用來在活性材料停止促動(dòng)時(shí)將恢復(fù)力提供給翼部分.
在此實(shí)施例中，翼部分104和106可構(gòu)造成轉(zhuǎn)動(dòng)，這可通過SMA 線材126促動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。中央部分102的框架構(gòu)件124經(jīng)由樞轉(zhuǎn)點(diǎn)與各 自翼部分102和106的框架構(gòu)件122可操作連通， 一個(gè)SMA線材126 將中央部分102的框架構(gòu)件124和翼部分104的框架構(gòu)件122可操作 互連；另一 SMA線材126將中央部分102的框架構(gòu)件124和翼部分106 的框架構(gòu)件122可操作互連.SMA線材可從框架124上的任何點(diǎn)直接連 接到翼部分的各自框架122上。SMA線材126還可間接連接在框架構(gòu)件 124、 122上，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，
電流(或者其它熱促動(dòng)方法)供應(yīng)到SMA線材126上，SMA加熱直 到達(dá)到馬氏體-奧氏體轉(zhuǎn)變溫度.在出現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)，與應(yīng)變線材收縮，迫 使翼部分朝著乘坐者轉(zhuǎn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)計(jì)成剛性小并包括非 活性材料的偏壓彈簧127可操作地連接，抵抗SMA線材126的恢復(fù)力， 以便限制通過翼部分104、 106施加的力的大小。彈簧1"描述成平行 于SMA線材126。在可選擇實(shí)施例中，彈簧127與SMA線材126串聯(lián)。 例如，每個(gè)SMA線材126可通過各自彈簧連接到框架構(gòu)件l24上.
在某些實(shí)施例中，傳感器130與促動(dòng)裝置結(jié)合使用，以便在觸發(fā) 事件或條件下提供施加的場(chǎng)。例如，例如壓力傳感器、位置傳感器(電 容器、超聲波、雷達(dá)、照相機(jī)和類似物)、位移傳感器、速度傳感器、 加速計(jì)和類似物的多種傳感器定位在車輛座椅和頭枕內(nèi)部和周圍，與 控制器可操作連通，以便調(diào)節(jié)和促動(dòng)活性材料促動(dòng)器120，從而實(shí)現(xiàn)所
需數(shù)量的頭枕形變。預(yù)設(shè)定乘坐者的識(shí)別特征可翼等同于座椅記憶選 擇開關(guān)的方式預(yù)先編程。
在某些實(shí)施例中，鎖定機(jī)構(gòu)可用來保持促動(dòng)位置，使得在促動(dòng)信 號(hào)關(guān)閉時(shí)頭枕將保持在所述位置上，因此有助于大幅減小用于裝置操作的功率要求.在信號(hào)停止促動(dòng)和/或鎖定機(jī)構(gòu)松開時(shí)，翼部分104、 106被向外推動(dòng)，其中偏壓彈簧變形或有助于將形狀記憶合金材料變形 返回到馬氏體狀態(tài).頭枕鎖定/拴鎖機(jī)構(gòu)可機(jī)械促動(dòng)、使用馬達(dá)電氣促 動(dòng)、液壓促動(dòng)和/或氣動(dòng)促動(dòng)，控制翼部分104、 106施加的力的機(jī)構(gòu) 可包括彈簧或液壓系統(tǒng)，以便在頭枕達(dá)到所需位置時(shí)保持來自于翼部 分104、 106的正性力.
在另一實(shí)施例中，頭枕的多種構(gòu)造可通過沿著需要運(yùn)動(dòng)的部分(例 如中央部分和/或翼部分)分布多個(gè)形狀記憶合金形式的線材(導(dǎo)管或 條帶)來提供。例如，可以采用彈性板，其具有沿著板嵌入的SMA.
圖4表示按照另一實(shí)施例的基于活性材料的頭枕組件的端視圖。 頭枕組件150包括由含有活性材料的互連構(gòu)件152形成的框架。例如， 一個(gè)或多個(gè)互連構(gòu)件可整體由形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、壓電 和類似物形成，或者可布置在彈性套筒內(nèi)，以便包含例如電流變流體、 磁流變流體、剪切稠化或稀化流體和類似物的活性材料。構(gòu)件152可 以是任何適當(dāng)?shù)男问?，包?但不局限于)桿、帶、平構(gòu)件和類似物。 對(duì)于平構(gòu)件來說，它們可采取單個(gè)或多個(gè)板的形式，互連構(gòu)件l52構(gòu) 造成在促動(dòng)時(shí)改變形狀和/或其模量.同樣，在某些實(shí)施例中，框架可 通過不包括活性材料的框架構(gòu)件增強(qiáng)，
互連構(gòu)件152可根據(jù)特定情況所需的構(gòu)造單獨(dú)促動(dòng)、成組促動(dòng)或 總體促動(dòng)。應(yīng)該清楚的是翼部分104、 106可包括具有活性材料的框架 152，并且單獨(dú)控制，或者與中央部分102形成整體。
如上所述，多個(gè)機(jī)構(gòu)可用來鎖定頭枕組件的所需定向/構(gòu)造.這些 機(jī)構(gòu)可變化，但是主要思想在于在經(jīng)由例如按鈕控制器并且通過松開 按鈕"開啟"或松開鎖定時(shí)乘客進(jìn)行控制，能夠?qū)㈩^枕鎖定在其位置 上，除非在條件造成過栽以及頭枕重新按照限定狀態(tài)構(gòu)造.
在包括由形狀記憶合金的構(gòu)件152的頭枕150的操作中，在出現(xiàn) 應(yīng)力造成的奧氏體-馬氏體轉(zhuǎn)換時(shí)，通過施加在頭枕的所需部分上的力 造成的應(yīng)力造成所需部分上的SMA材料框架的變形.馬氏體相的穩(wěn)定 性在乘客松開接合裝置(例如按鈕)時(shí)保持，由此經(jīng)由鎖拴/鎖定機(jī)構(gòu) 將該部分鎖定就位。鎖定/鎖拴機(jī)構(gòu)可手動(dòng)促動(dòng)、使用馬達(dá)電氣促動(dòng)、 液壓促動(dòng)或氣動(dòng)促動(dòng)。鎖拴/鎖定機(jī)構(gòu)的松開和鎖定可根據(jù)乘坐者的需 要進(jìn)行，或者可以根據(jù)車輛狀態(tài)的某些情況的傳感器輸入經(jīng)由控制系
18統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行。
圖5表示按照一個(gè)實(shí)施例的鎖定機(jī)構(gòu).鎖定機(jī)構(gòu)包括促動(dòng)器200， 例如液壓、氣動(dòng)或馬達(dá)控制，促動(dòng)器可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)框架 152上 促動(dòng)器200包括滑動(dòng)布置在殼體204內(nèi)的平移臂202.偏壓彈 簧206可連接到布置在殼體內(nèi)的臂端部上.臂的另一端連接到框架構(gòu) 件上，
在頭枕構(gòu)造變化時(shí)，促動(dòng)器臂202將隨著互連構(gòu)件152的運(yùn)動(dòng)平 移。可以結(jié)合鎖定機(jī)構(gòu)，使得一旦活性材料不再促動(dòng)，保持該位置. 可以進(jìn)行調(diào)整，使得促動(dòng)器桿202的連接點(diǎn)可通過使其在引導(dǎo)件(未 示出)內(nèi)在框架/平構(gòu)件的互連部上運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，促動(dòng)器200 的底部可連接到通過放置在結(jié)合部上的座椅上，結(jié)合部允許這種運(yùn)動(dòng)， 并例如是球結(jié)合部，而不是固定連接.這種變化增加了頭枕對(duì)于不同 乘客高度的靈活性.注意到在此實(shí)施例中，促動(dòng)器與框架構(gòu)件152的 連接表示成軒.其它連接裝置(例如減小促動(dòng)器尺寸)可以用來實(shí)現(xiàn) 這種連接，偏壓彈簧206可與促動(dòng)器結(jié)合，以有助于一旦來自于乘坐 者的栽荷去除時(shí)框架構(gòu)件返回到其正常位置(一旦栽荷去除并且促動(dòng) 器解鎖，框架構(gòu)件返回到其正常位置).
圖6表示鎖定機(jī)構(gòu)220的另一實(shí)施例。促動(dòng)器包括具有例如齒的 多個(gè)接合部分224的平移臂222.具有棘輪機(jī)構(gòu)和爪的齒輪"6與該齒 可搮作連通，提供提供將平移臂鎖定在固定位置上的裝置.爪228繼 而通過乘坐者經(jīng)由按鈕松開，貼靠其返回彈簧230經(jīng)由231在其上推 動(dòng)。在按鈕松開時(shí)，返回彈簧鎖定棘輪，由此將保持齒輪2"和頭枕 的位置。
應(yīng)該理解到相對(duì)于翼部分104、 106可以采用相對(duì)于中央部分102 描述的相同或不同的鎖定/保持機(jī)構(gòu)。例如，這些機(jī)構(gòu)可特別用于翼部 分104、 106在上下方向上運(yùn)動(dòng)/傾斜的實(shí)施例.再者，鎖定/保持機(jī)構(gòu) 的松開和鎖定可通過乘坐者根據(jù)需要進(jìn)行，或者根據(jù)車輛狀態(tài)的某些 情況的傳感器輸入針對(duì)不同考慮經(jīng)由控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行.
現(xiàn)在參考圖7，表示總體標(biāo)示為250的頭枕的另一實(shí)施例，頭枕 250包括"智能"合成物板?？刹捎枚喾N活性材料.通過實(shí)例，智能合 成物板包括嵌入柔性彈性母體254內(nèi)的SMA線材/條帶252。智能合成 物板形成頭枕250的框架。如果SMA線材252遠(yuǎn)離中央平面定位，收縮(通過電流加熱線材)造成智能合成物板彎曲，在一個(gè)實(shí)施例中，
智能合成物板是布置在頭枕250內(nèi)的整體結(jié)構(gòu)，使得智能合成物板位 于中央部分102和翼部分104和106中。更特別是，智能合成物板位 于使得智能合成物板的彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)翼部分的位置上。合成物板可由任何 相同或不同的的彈性母體制成，其中SMA線材/條帶嵌入優(yōu)選方向，以 便產(chǎn)生受控的彎曲(具有所需曲率)。母體可以是相同材料或不同材料， 它可以包括合成材料(具有加強(qiáng)物)、分層材料(例如包括金屬和塑料 部分)等。
現(xiàn)在參考圖8，表示總體標(biāo)示為300的頭枕。頭枕300包括靠近覆 蓋物限定的接觸表面304或在其上定位的囊體302。流體306布置在囊 體302內(nèi)，囊體布置成與局部填充儲(chǔ)槽308流體連通.嚢體302定位 成使得施加在頭枕300的表面304上的力傳遞到囊體302以及其上所 含的流體306上。在第一實(shí)施例中，流體306是剪切稀化流體。在小 剪切速度下，流體可從儲(chǔ)槽前后流動(dòng)，而沒有許多努力.這些剪切稀 化流體將使得頭枕300類似于任何其它固體操作，同時(shí)為乘坐者提供 舒適性。但是，在高變形速度下(通過表面304上的力造成)，剪切稀 化流體的粘度顯著減小。在多種實(shí)施例中，具有不同粘度性能的流體 可通過不同位置、形狀和尺寸分布在頭枕300的接觸區(qū)域上。在第二 實(shí)施例中，流體306是剪切稠化流體，其中流體的初始粘度將使得頭 枕柔軟，但是它對(duì)于高變形速度的響應(yīng)將使其變硬大流體將具有固體 機(jī)械性能的程度，在其它實(shí)施例中，流體306是MR和ER流體.應(yīng)該 理解到在多種其它實(shí)施例中基于壓電的泵可用來將傳統(tǒng)流體(例如空 氣、水和類似物)泵送到分布在頭枕表面上的囊體上，
現(xiàn)在參考圖9，表示通常標(biāo)示為350的頭枕的另一實(shí)施例。在此實(shí) 施例中，覆蓋物352限定頭枕350的外表面354.可動(dòng)構(gòu)件3"布置在 頭枕350內(nèi)，并且剛性連接到兩個(gè)齒條358、 360上.齒條358包括與 齒輪362嚙合的齒。齒條360包括與齒輪364嚙合的齒.齒輪362、 364 相互嚙合接合。構(gòu)件356定位成使得施加在頭枕350的外表面354的 至少一部分上的力傳遞到構(gòu)件356;因此，至少部分表面354上的力將 迫使構(gòu)件356和齒條358、 360運(yùn)動(dòng)以及齒輪362、 364轉(zhuǎn)動(dòng)。
齒輪362可有選擇地圍繞第一中心構(gòu)件370轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪364可有 選擇地圍繞第二中心構(gòu)件374轉(zhuǎn)動(dòng)。第一和第二中心構(gòu)件是圓柱形的，
20并且相對(duì)于頭枕的結(jié)構(gòu)剛性固定。流體378布置在限定在齒輪362和 第一中心構(gòu)件370之間的環(huán)形空腔382內(nèi)。流體378同樣布置在限定 在齒輪364和第二中心構(gòu)件374之間的環(huán)形空腔386內(nèi).因此，流體 378的粘度影響齒輪362、 364相對(duì)于第一和第二中心構(gòu)件370、 374 轉(zhuǎn)動(dòng)的能力，并相應(yīng)地影響構(gòu)件356相對(duì)于表面354移動(dòng)的阻力.在 第一示例性實(shí)施例中，流體378是剪切稀化流體，在第二示例性實(shí)施 例中。流體378是剪切稠化流體，在第三示例性實(shí)施例中，流體378 是MR流體。在第四示例性實(shí)施例中，流體378是ER流體。
在所述的每個(gè)實(shí)施例中，活性材料可以布置在覆蓋物內(nèi)和形成頭 枕覆蓋物的翼部分。任選的襯墊材料可與覆蓋物以及用于頭枕的活性 材料可操作連通地布置在覆蓋物一部分內(nèi)。任選的襯墊可包括活性材 料或非活性材料。
應(yīng)該理解到在多種其它的實(shí)施例中，不同材料的組合可用來形成 活性結(jié)構(gòu)(例如合成/夾層板、鉸鏈、框架、樞軸和類似物)。例如， 如上所述，任何形狀的形狀記憶合金(線材、條帶和類似物)可嵌入 彈性母體(聚合物和任何柔軟材料)內(nèi)，以便改善線材的保護(hù)和/或振 動(dòng)控制和能量吸收。此外，形狀記憶合金和形狀記憶聚合物的組合提 供廣泛的運(yùn)動(dòng)和控制它們的方式。超級(jí)彈性形狀記憶合金不僅用于能 量吸收和需要大變形的場(chǎng)合。需要高初始剛度、但力要求小以使其變 形的結(jié)構(gòu)也可由這些材料制成(例如用于穩(wěn)定位置的超級(jí)彈性的多重 穩(wěn)定鉸鏈，不需要過大的力/扭矩來改變位置.
另外，雖然上面描述了頭枕的某些應(yīng)用，用于重新成形和/或改變 頭枕模量的活性材料的使用具有潛在的廣泛用途.實(shí)際上，它們可用 來有助于結(jié)合多種基于傳感器的舒適性、便利性和保護(hù)系統(tǒng)來幫助駕 駛員。使用活性材料的另一優(yōu)點(diǎn)在于它們使得頭枕中實(shí)現(xiàn)的變化的幅 值和/或性質(zhì)個(gè)性化。
這里披露的活性頭枕可用于前座椅、后座椅、兒童座椅以及轎車 或車輛輸送裝置內(nèi)的任何座椅，包括其它領(lǐng)域，例如航空、娛樂座椅、 家庭和類似物、頭部/頸部定位和限制器材，包括售后服務(wù)中銷售的物 品，以作為放置在某些物品之上或上面的附加物，并用作舒適的可調(diào) 節(jié)頭枕。其它功能包括用于按摩的振動(dòng)(例如通過EAP或壓電貼片)， 另一應(yīng)用是兒童座椅的瞌睡頭枕，有利的是，這里描述的頭枕容易運(yùn)動(dòng)，頭枕位置的范圍可以根據(jù) 需要設(shè)置成很廣。
如這里使用那樣，術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"和類似物不表示任何順 序或重要性，而是用來將一個(gè)元件與另一元件區(qū)分，并且術(shù)語(yǔ)"該"、
— "或"一個(gè)"不表示數(shù)量的限制，而是表示具有至少一個(gè)所述物 品。結(jié)合數(shù)量使用的修飾詞"大約"包括所述的數(shù)值，并且具有通過 文字專用的含義(例如包括與特定數(shù)量的測(cè)量相關(guān)的誤差程度)。另外， 這里披露的所有范圍包括端點(diǎn)，并且單獨(dú)組合.
如權(quán)利要求提出那樣，按照所述本發(fā)明的不同實(shí)施例表示和描迷 的多種特征可以進(jìn)行組合。
雖然參考示例性實(shí)施例描述本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理 解到可以進(jìn)行多種變化，并且對(duì)于其元件進(jìn)行等同替代，而不偏離 本發(fā)明的范圍，另外，可以按照本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行多種調(diào)整以適用 于特定情況或材料，而不偏離其基本范圍.因此，所打算的是本發(fā) 明不局限于作為實(shí)施本發(fā)明的最佳模式披露的特定實(shí)施例，但是本 發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例.
權(quán)利要求
1. 一種定位成與乘坐的乘坐者頭部對(duì)準(zhǔn)的頭枕，頭枕包括柱，從座椅靠背延伸；襯墊覆蓋物，具有構(gòu)造成接觸乘坐者頭部的表面；框架，布置在襯墊覆蓋物內(nèi)；以及活性材料，與頭枕表面一部分可操作連通地布置在襯墊覆蓋物內(nèi)，其中活性材料構(gòu)造成在接收促動(dòng)信號(hào)時(shí)進(jìn)行至少一種性能的變化，其中至少一種性能的變化用來改變頭枕表面相對(duì)于乘坐者頭部的位置或模量性能。
2. 如權(quán)利要求l所述的頭枕，其特征在于，活性材料包括形狀記 憶金屬、鐵磁形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、磁流變彈性體、電流 變彈性體、電活性聚合物、壓電材料、磁流變流體、電流變流體、剪切稠化流體、剪切稀化流體或包括至少一種所述活性材料的組合.
3. 如權(quán)利要求l所述的頭枕，其特征在于，襯墊覆蓋物至少部分 由一個(gè)或多個(gè)活性材料形成。
4. 如權(quán)利要求l所述的頭枕，其特征在于，至少一種性能的變化 包括形狀、尺寸、相、形狀定向、剛性、剪切強(qiáng)度和/或包括至少一種 所述性能的組合的變化。
5. 如權(quán)利要求l所述的頭枕，其特征在于，促動(dòng)信號(hào)包括熱促動(dòng) 信號(hào)、電促動(dòng)信號(hào)、磁促動(dòng)信號(hào)、化學(xué)促動(dòng)信號(hào)、機(jī)械栽荷或者包括 至少一種所述促動(dòng)信號(hào)的組合。
6. 如權(quán)利要求l所述的頭枕，其特征在于，還包括構(gòu)造成將促動(dòng) 信號(hào)提供給活性材料的促動(dòng)裝置。
7. 如權(quán)利要求l所述的頭枕，其特征在于，活性材料限定框架的 一個(gè)或多個(gè)框架構(gòu)件。
8. 如權(quán)利要求l所述的頭枕，其特征在于，頭枕還包括從中央部 分延伸的翼部分，其中活性材料的至少一種性能的變化用來相對(duì)于中 央部分有選擇地定向翼部分。
9. 如權(quán)利要求l所述的頭枕，其特征在于，還包括與頭枕表面可 操作連通的囊體，其中活性材料包括布置在囊體內(nèi)的流體，其中至少 一種性能的變化用來通過增加或減小流體的有效粘度和/或剪切強(qiáng)度 和/或囊體容積來改變頭枕表面相對(duì)于變形的阻力。
10. —種重新構(gòu)造從座椅靠背延伸的頭枕的形狀或模量性能的方 法，該方法包括通過促動(dòng)信號(hào)促動(dòng)活性材料，其中活性材料與頭枕表面可操作連 通，并且構(gòu)造成在接收促動(dòng)信號(hào)時(shí)進(jìn)行至少一種性能的變化；通過改變頭枕表面的位置或模量重新構(gòu)造頭枕，以響應(yīng)至少一種 性能的變化.
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，還包括停止促動(dòng)活 性材料，以便顛倒至少一種性能的變化.
12. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，通過促動(dòng)信號(hào)促動(dòng) 活性材料包括將促動(dòng)信號(hào)連續(xù)施加到活性材料上，并且保持頭枕表面 的至少一種性能的變化，
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，改變位置或模量性 能包括改變活性材料的形狀、尺寸、相、形狀定向、剛性、粘度和/或 剪切強(qiáng)度或其組合.
14. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過促動(dòng)信號(hào)促動(dòng) 活性材料包括施加熱促動(dòng)信號(hào)、電促動(dòng)信號(hào)、磁促動(dòng)信號(hào)、化學(xué)促動(dòng) 信號(hào)和機(jī)械栽荷種的所選一個(gè)。
15. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，還包括鎖定由于活 性材料的至少一種性能變化造成的頭枕的位置、部位、形狀等，以便 在停止促動(dòng)活性材料之后在頭枕中保持該變化。
16. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，還包括施加促動(dòng)信 號(hào)來改變活性材料中的至少一種性能，以響應(yīng)傳感器輸入，其中傳感 器輸入是被檢測(cè)的條件.
17. —種頭枕組件，包括 中央部分；第一翼部分，連接到中央部分一側(cè)上； 第二翼部分，連接到中央部分的另一側(cè)上；框架，用于支承和限定翼部分和中央部分，其中框架具有由活性 材料形成的互連構(gòu)件，其中活性材料構(gòu)造成有選擇地改變翼部分和/或 中央部分的位置，或者改變翼部分相對(duì)于中央部分的模量性能.
18. 如權(quán)利要求17所述的頭枕，其特征在于，互連構(gòu)件是板.
19. 如權(quán)利要求17所述的頭枕，其特征在于，活性材料包括形狀記憶金屬、鐵磁形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、磁流變彈性體、電 流變彈性體、電活性聚合物、壓電材料、磁流變流體、電流變流體、 剪切稠化流體、剪切稀化流體或包括至少一種所述活性材料的組合.
20.如權(quán)利要求17所述的頭枕，其特征在于，還包括構(gòu)造成檢測(cè) 情況并促動(dòng)活性材料的傳感器。
全文摘要
這里描述活性材料促動(dòng)頭枕組件及其操作方法。頭枕包括結(jié)合在框架構(gòu)件、袋、齒輪裝置或類似物中的活性材料，其中活性材料在接收促動(dòng)信號(hào)時(shí)促動(dòng)。
文檔編號(hào)B60N2/427GK101472761SQ200780022626
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者A·B·切爾諾夫, A·L·布勞恩, J·Y·庫(kù)里, N·L·約翰遜, P·D·扎瓦蒂里, R·A·格拉澤, U·I·烏克佩 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司