EP0678263B1 - Matelas pneumatique - Google Patents

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EP0678263B1
EP0678263B1 EP95400101A EP95400101A EP0678263B1 EP 0678263 B1 EP0678263 B1 EP 0678263B1 EP 95400101 A EP95400101 A EP 95400101A EP 95400101 A EP95400101 A EP 95400101A EP 0678263 B1 EP0678263 B1 EP 0678263B1
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EP
European Patent Office
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mattress
elastic
linkage means
wires
mattress according
Prior art date
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EP95400101A
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German (de)
English (en)
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EP0678263A1 (fr
Inventor
Etienne Leflaive
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP0678263B1 publication Critical patent/EP0678263B1/fr
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A47FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47CCHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C27/00Spring, stuffed or fluid mattresses or cushions specially adapted for chairs, beds or sofas
    • A47C27/08Fluid mattresses
    • A47C27/081Fluid mattresses of pneumatic type
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A47FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47CCHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C27/00Spring, stuffed or fluid mattresses or cushions specially adapted for chairs, beds or sofas
    • A47C27/08Fluid mattresses
    • A47C27/087Fluid mattresses with means for connecting opposite sides, e.g. internal ties or strips

Definitions

  • the invention relates to an air mattress of the kind of those which have two main walls connected according to their periphery to form a closed sealed chamber, and at least a valve for introducing a pressurized gas, in particular air compressed, in said chamber.
  • the main property requested from such a device of the mattress, cushion or box spring type is to have some deformability under load in order to distribute the existing stresses between the load (person or object) and the mattress, following an area of contact greater than that which would be obtained if said charge were placed on a rigid support.
  • these stresses are distributed in a more continuous and more uniform way thanks to the deformation of the mattress.
  • the deformability of the mattress is obtained by the choice of material constitutive, deformable in compression and / or in shear with a more or less great reversibility.
  • Air mattresses are a family of devices whose behavior is fairly close to reversibility. They are very interesting for storage and transport, both because they are foldable and space-saving once deflated, and because they are relatively light. However, their distribution performance of constraints are limited by their very structure. Mattresses tires known to date have indeed several disadvantages.
  • the very mechanism of deformation under load limits the performance of stress distribution.
  • the insertion of a surface element of the inflatable mattress leads, on the one hand, to transmit the inflation pressure to the body supported on the extent of the area depressed, and secondly, to create an effect of membrane due to the normal wall tension component deformed by localized sinking.
  • the calculation shows that this effect of membrane is weak when there is no local depression important resulting in a high angular deformation of the wall by relative to its rest position.
  • the air mattress driven, on the surface of contact with the supported body at a uniform pressure equal to the inflation pressure. There is no way to act on this division.
  • a third drawback also results from the mechanism described above: when a surface element has started to sink, the only factor that can increase resistance depending on the sinking is the membrane effect, if we admit that the pressure internal mattress remains constant which is practically the case when the deformation is localized and therefore causes only a small variation of the overall volume.
  • This type of mattress cannot accept both, under good conditions, either distributed load, such as a person lying down, is a more localized such as a seated person. Indeed, the comfort of a lying person requires relatively low pressure in the mattress, pressure that will be insufficient to resist the action of a seated person; such a localized charge will lead to sinking complete mattress under the loaded area and when the opposite walls.
  • a conventional air mattress does not allow not to offer, under the effect of a load, a sufficiently progressive, i.e. a reaction starting from a zero value at beginning of the deformation, and increasing with it.
  • the mattresses of this second family have a much more bulk and self-weight than classic air mattress, which is an obstacle for the storage when not in use and for transport. He is not it is also possible to slide them in a flattened state under a load with a view to to lift it, as is possible with an air mattress deflated.
  • the invention aims, above all, to provide a mattress pneumatic which, while retaining the advantages of mattresses classic tires for storage and transport, allows to offer a progressive reaction according to the deformation.
  • the invention also aims to allow control of the performance of distribution of stresses and contact greater than that obtained with classic mattresses.
  • the subject of the invention is an air mattress according to the patent US-A-3 008 213, namely an air mattress comprising two main walls connected along their periphery to form a sealed sealed chamber, and at least one valve for introduction a pressurized gas, in particular compressed air, in said chamber, the internal faces facing the main walls being connected by a plurality of connecting means suitable for working in traction, the inflation pressure of the mattress being chosen to spread the main walls of a distance (1) sufficient to make work said voltage connection means.
  • this mattress is characterized in that the connecting means are elastic and have an elongation at the rupture at least equal to 100%, the distance (1) being greater than the length of said means in the non-stretched state.
  • the elastic connections allow, on the one hand the control of the geometry of the mattress without using partitions and, on the other hand, create an elastic reaction of the mattress when subjected to a external pressure.
  • the elastic connecting means are wires elastic; in Patent Abstracts of Japan, vol. 16, No 437 (C-0984), a process has already been described for obtaining an elastic thread high elongation.
  • the elastic connecting means have advantageously an elongation at break greater than 300%.
  • the arrangement is such that when the mattress is inflated, the elastic connecting means are substantially orthogonal to the walls main.
  • the elastic connecting means have the same length, in the untensioned state.
  • the elastic means have different lengths to the unstressed state, so as to create different reactions depending on the mattress areas.
  • the surface density of the elastic connection means is at least equal to one connection means per cm 2 of wall and less than or equal to 20 connection means per cm 2 of wall; an average surface density corresponds to an average distance between the connecting means of approximately 5 mm.
  • the mattress is produced using a textile double wall made up of two textile sheets linked together by a plurality of elastic threads, the two textile sheets being made airtight by coating and / or bonding or any other means sealing, the warp and weft son of each sheet being standard or high tenacity textile yarns having elongations at the relatively weak breakage, while elastic connecting threads between the two plies have an elongation at break greater than 100%.
  • the invention also relates to a manufacturing process a mattress as defined above in which the means of connection are transverse elastic threads, this process being characterized by the fact that said elastic threads are placed between the two textile tablecloths by the stretched wire weaving technique.
  • the invention consists, apart from the arrangements set out above, in a number of other provisions which it will be more explicit question below about an example described with reference to the attached drawing, but which is in no way limiting.
  • Figure 1 is a perspective diagram, with torn parts of an air mattress according to the invention, in the state deflated.
  • Figure 2 shows, also in perspective, the mattress according the invention in the inflated state, with parts torn off.
  • FIG. 3 is a longitudinal section of a mattress produced at using a double-walled textile.
  • Figure 4 is a sectional diagram of an area of the mattress swollen, at rest.
  • Figure 5 finally shows, similarly to Figure 4, the area of the inflated mattress, under load.
  • a air mattress 1 with two main walls respectively upper and lower 2, 3 connected according to their periphery by a side wall 4.
  • These walls 2, 3 and 4 are in flexible flexible material, so that when the mattress 1 is deflated, as shown in Figure 1, walls 2 and 3 can come pressing one against the other, the side wall 4 being folded back, the assembly thus flattened which can itself be folded or rolled up to facilitate storage.
  • At least one inflation valve 5 is provided for the introduction of a pressurized gas, in particular air, into the sealed chamber 6 closed delimited by walls 2, 3 and 4.
  • the facing internal faces 2 a , 3 a of the main walls 2, 3 are connected by a plurality of elastic connecting wires 7 with significant elongation under tension.
  • the elastic threads 7 have an elongation before breaking at least equal to 100% and preferably greater than 300%.
  • the inflation pressure of the mattress 1 is chosen so as to separate the walls 2, 3 by a distance l sufficient to make the elastic threads 7 work in traction. In other words, the distance l is greater than the length, in the untensioned state, of the wires 7.
  • the wires 7 are preferably substantially orthogonal to the walls main 2, 3.
  • the surface density of the wires 7, on the faces 2 a , 3 a is at least equal to 1 wire per square centimeter of wall 2 or 3. This density is preferably less than or equal to 20 wires per square centimeter of wall.
  • the average distance e between the connecting wires 7 is around 5 mm.
  • the air mattress does not need to have a structure in juxtaposed elements such as joined flanges, used for mattresses classics.
  • the mattress of the invention therefore ensures good continuity of the stress distribution on the surface of the wall support 2 or 3.
  • a double-walled textile 2, 3 (see Figure 3) consisting of two layers textiles 9, 10 linked together by a plurality of elastic threads 7.
  • the two textile layers 9, 10 are made airtight by coating and / or bonding and / or any other sealing means.
  • the double-walled textiles are known and described, for example, in a article "USE OF THREE-DIMENSIONAL MATERIALS" by J.C. Malézieux published in the journal TUT (Textiles for technical use, 4th quarter 1991, n ° 2, pages 25 to 27).
  • connecting threads between the two layers are standard textile threads or high tenacity with low elongations before rupture, included generally between 8 and 20% and leading to elongations in very low service given the inflation pressures generally used and which is not taken into account in practice.
  • the connecting threads between the two plies are not elastic threads within the meaning of the invention.
  • the connecting wires 7 between the plies 9, 10 consist of elastic threads with large elongation before rupture, for example greater than 300% and capable of reach 400% or 500%.
  • Such elastic threads 7 are known in the industry. clothing to make elastic clothing.
  • the layers 9 and 10 are produced with threads 11 of chain and 12 of conventional, standard or high tenacity weft. These sons of chain and weft are chosen according to the weaving criteria and the suitability for sealing. Take for example standard polyester flat yarn 1,100 decitex with ten threads of chain per centimeter and 10 threads of weft per centimeter.
  • the connecting wires 7 are on the other hand elastic wires, for example of 600 dtex with an average modulus, between 0 and 200% elongation, of 0.2.10 -2 N / tex (0.2 gf / tex).
  • a module of 10 -2 N / tex (or 1gf / tex) means that a 1 tex wire subjected to a force of 10 -2 N will undergo an elongation of 100%.
  • the density of the connecting wires is 10 per square centimeter.
  • the distance between layers 9 and 10, with the threads 7 stretched is chosen for example equal to 300 mm.
  • the thickness of the mattress When the mattress is inflated to a pressure of 100 ⁇ 10 2 Pa (100 gf / cm 2 ) the thickness of the mattress, that is to say the distance between the plies 9 and 10, is approximately 180 mm. A pressure exerted on the mattress will produce, regardless of the membrane effect, a depression of 8 mm for each pressure increment of 10.10 2 Pa (10 gf / cm 2 ), up to the pressure of 100.10 2 Pa (100 gf / cm 2 ).
  • This value of 5 mm can be increased by choosing a greater length of connecting wires for the same pressure of inflation.
  • the inflatable mattress structure according to the invention after sealing of walls 2, 3 and 4 has a highly variable thickness depending on the inflation pressure, due to the capacity elongation of the connecting wires 7.
  • FIG. 4 illustrates a fraction of the mattress 1 inflated under a pressure P, the lower wall 3 of which rests on a rigid support surface 13.
  • zone S If a localized load C is applied in zone S, as shown schematically in Figure 5, the wall 2 tends to sink a distance ⁇ l such that the resulting tension of the elastic threads 7 concerned becomes T - C.
  • f is the relation existing between the length of the elastic threads 7 and their tension.
  • the variation of the tension of an elastic thread 7 may be proportional to its elongation, in the manner of a spring.
  • the elastic threads 7 will therefore exert a force for retaining the wall 2 all the more reduced as they shorten under the effect of displacement of the wall.
  • the force C necessary to move the wall 2 is therefore gradually increasing as the decrease the thickness of the mattress, that is to say the length l - ⁇ l of the wires 7.
  • the air mattress 1 of the invention has a elastic behavior similar to that of a spring mattress, and so fundamentally different from that of an air mattress classic which is not able to oppose an increasing reaction in function of the deformation.
  • the membrane effect described for the air mattress classic in case of localized action also exists for the mattress according to the invention.
  • the calculation shows that it can represent a share sensitive to the load, for example 10 to 40%, assuming a seated person.
  • the distribution of the forces exerted on the wall by the connecting wires is of very great continuity owing to the very high density of the connecting wires.
  • a number of connecting wires is used from 1 to 20 per square centimeter; for a value of four connecting wires per cm 2 (for example), the average distance of the connecting wires is 5 mm.
  • the mattress thus formed is therefore equivalent to a mattress with elastic springs which would have a spring every 5 mm in both directions, ie four springs per square centimeter.
  • Such a mattress allows exceptional quality in the continuity of the distribution of contact stresses, far superior to most of the solutions currently known.
  • the invention finally has another advantage, which is to be able vary the behavioral characteristics of the mattress by making vary the inflation pressure.
  • a change in pressure has several effects.
  • Another possibility is to use connecting wires of lengths different, which makes it possible to obtain a decreasing module depending on deformation.

Landscapes

  • Mattresses And Other Support Structures For Chairs And Beds (AREA)

Description

L'invention est relative à un matelas pneumatique du genre de ceux qui comportent deux parois principales reliées suivant leur périphérie pour constituer une chambre étanche fermée, et au moins une valve pour l'introduction d'un gaz sous pression, notamment d'air comprimé, dans ladite chambre.
Pour simplifier, on utilisera principalement le terme "matelas" dans la description et les revendications mais ce terme doit être compris dans un sens large comme englobant tout dispositif du genre matelas, coussin, sommier, etc. destiné à être placé entre un support et une charge à soutenir ou à soulever. En particulier, les coussins gonflables utilisés pour soulever des charges, à la manière de crics, appartiennent également au domaine de l'invention.
On sait que la propriété principale demandée à un tel dispositif du type matelas, coussin ou sommier, est d'avoir une certaine déformabilité sous charge en vue de répartir les contraintes existant entre la charge (personne ou objet) et le matelas, suivant une aire de contact supérieure à celle que l'on obtiendrait si ladite charge était placée sur un support rigide. En outre, il est avantageux que ces contraintes soient réparties d'une façon plus continue et plus uniforme grâce à la déformation du matelas.
La déformabilité du matelas est obtenue par le choix du matériau constitutif, déformable en compression et/ou en cisaillement avec une plus ou moins grande réversibilité.
Les matelas pneumatiques constituent une famille de dispositifs dont le comportement est assez proche de la réversibilité. Ils sont très intéressants pour le rangement et le transport, à la fois parce qu'ils sont pliables et peu encombrants une fois dégonflés, et parce qu'ils sont relativement légers. Toutefois, leurs performances de répartition des contraintes sont limitées par leur structure même. Les matelas pneumatiques connus à ce jour présentent en effet plusieurs inconvénients.
Tout d'abord, pour obtenir après gonflage une forme générale adaptée à l'usage recherché, il faut prévoir une structure en éléments juxtaposés tels que boudins jointifs, structure qui fait obstacle à une bonne continuité de la répartition des contraintes en surface. On a également proposé, dans le brevet US-A-2 753 573, un matelas gonflable dont les parois sont reliées par des fils transversaux qui, lorsque le matelas est gonflé, sont sensiblement orthogonaux au plan moyen desdites parois : on évite, de la sorte, qu'au gonflage le matelas ne prenne une forme impropre à son usage. De même, le brevet GB-A-598 960 décrit une structure gonflable du même type dans laquelle les parois supérieure et inférieure sont reliées par des fils de liaison en coton. On a, par ailleurs, proposé, dans le brevet US-A-2 872 690, d'utiliser des attaches disposées perpendiculairement aux fils transversaux flexibles d'un matelas gonflable pour conformer cylindriquement les bords dudit matelas. On a enfin proposé, dans le brevet US-A-3 008 213, un matelas gonflable dont les deux parois principales sont reliées entre elles par des fils de liaison ; mais ces fils de liaison sont constitués en un matériau, tel que du nylon ou du coton : il en résulte que les fils de liaison n'ont pas d'autre résultat que dans les documents précédemment cités.
En second lieu, le mécanisme même de déformation sous charge limite les performances de répartition des contraintes. En effet, l'enfoncement d'un élément de surface du matelas gonflable conduit, d'une part, à transmettre la pression de gonflage au corps supporté sur l'étendue de la zone enfoncée, et d'autre part, à créer un effet de membrane dû à la composante normale de la tension de la paroi déformée par l'enfoncement localisé. Le calcul montre que cet effet de membrane est faible lorsqu'il n'y a pas d'enfoncement localisé important entraínant une déformation angulaire élevée de la paroi par rapport à sa position de repos. Il en résulte qu'en première approximation, le matelas pneumatique conduit, sur la surface de contact avec le corps supporté, à une pression uniforme égale à la pression de gonflage. On ne dispose pas de moyen d'agir sur cette répartition.
Un troisième inconvénient résulte également du mécanisme décrit ci-dessus : lorsqu'un élément de surface a commencé de s'enfoncer, le seul facteur qui peut augmenter la résistance en fonction de l'enfoncement est l'effet de membrane, si l'on admet que la pression interne du matelas reste constante ce qui est pratiquement le cas lorsque la déformation est localisée et n'entraíne donc qu'une faible variation du volume global. La conséquence pratique est que ce type de matelas ne peut pas accepter à la fois, dans de bonnes conditions, soit une charge répartie, telle qu'une personne allongée, soit une charge plus localisée telle qu'une personne assise. En effet, le confort d'une personne allongée exige une pression relativement faible dans le matelas, pression qui sera insuffisante pour résister à l'action d'une personne assise ; une telle charge localisée conduira à l'enfoncement complet du matelas sous la zone chargée et à la venue en contact des parois opposées.
En d'autres termes, un matelas pneumatique classique ne permet pas d'offrir, sous l'effet d'une charge, une réaction suffisamment progressive, c'est-à-dire une réaction partant d'une valeur nulle au début de la déformation, et augmentant avec celle-ci.
On connaít une deuxième famille de matelas dont le comportement est également assez proche de la réversibilité et qui permet d'obtenir une réaction croissant avec la déformation. Il s'agit des matelas constitués d'un matériau déformable tel qu'amas de fibres, ou juxtaposition de ressorts, combinaison de lames flexibles, caoutchouc alvéolaire, etc.
Toutefois, les matelas de cette deuxième famille présentent un encombrement et un poids propre beaucoup plus importants qu'un matelas pneumatique classique, ce qui est un obstacle pour le rangement en période de non utilisation et pour le transport. Il n'est pas possible, en outre, de les glisser à l'état aplati sous une charge en vue de la soulever, comme cela est possible avec un matelas pneumatique dégonflé.
L'invention a pour but, surtout, de fournir un matelas pneumatique qui, tout en conservant les avantages des matelas pneumatiques classiques pour le rangement et le transport, permet d'offrir une réaction progressive en fonction de la déformation. L'invention vise aussi à permettre une maítrise des performances de répartition des contraintes et de contact supérieure à celle obtenue avec les matelas classiques.
L'invention a pour objet un matelas pneumatique selon le brevet US-A-3 008 213, à savoir un matelas pneumatique comportant deux parois principales reliées suivant leur périphérie pour constituer une chambre fermée étanche, et au moins une valve pour l'introduction d'un gaz sous pression, notamment d'air comprimé, dans ladite chambre, les faces internes en regard des parois principales étant reliées par une pluralité de moyens de liaison propres à travailler en traction, la pression de gonflage du matelas étant choisie pour écarter les parois principales d'une distance (1) suffisante pour faire travailler lesdits moyens de liaison en tension.
Selon l'invention, ce matelas est caractérisé par le fait que les moyens de liaison sont élastiques et présentent un allongement à la rupture au moins égal à 100 %, la distance (1) étant supérieure à la longueur desdits moyens à l'état non tendu.
Les liaisons élastiques permettent, d'une part le contrôle de la géométrie du matelas sans faire appel à des cloisonnements et, d'autre part, créent une réaction élastique du matelas lorsqu'il est soumis à une pression extérieure.
Avantageusement, les moyens élastiques de liaison sont des fils élastiques ; dans le document Patent Abstracts of Japan, vol. 16, No 437 (C-0984), on a déjà décrit un procédé d'obtention d'un fil élastique à fort allongement. Les moyens élastiques de liaison présentent avantageusement un allongement à la rupture supérieur à 300 %. De préférence, l'agencement est tel que lorsque le matelas est gonflé, les moyens de liaison élastiques sont sensiblement orthogonaux aux parois principales.
Selon une première possibilité, les moyens élastiques de liaison ont même longueur, à l'état non tendu.
En variante, les moyens élastiques ont des longueurs différentes à l'état non tendu, de manière à créer des réactions différentes selon les zones du matelas.
La densité superficielle des moyens élastiques de liaison est au moins égale à un moyen de liaison par cm2 de paroi et inférieure ou égale à 20 moyens de liaison par cm2 de paroi ; une densité superficielle moyenne correspond à une distance moyenne entre les moyens de liaison d'environ 5 mm.
La présence de ces moyens élastiques tendus contribue à équilibrer, au repos, la pression exercée sur les parois. Dès qu'une charge est appliquée en une zone de la paroi, la déformation localisée provoque une diminution de la tension des moyens de liaison et une réaction du matelas qui augmente.
Avantageusement, le matelas est réalisé à l'aide d'un textile à double paroi constitué de deux nappes textiles reliées entre elles par une pluralité de fils élastiques, les deux nappes textiles étant rendues étanches à l'air par enduction et/ou collage ou tout autre moyen d'étanchéification, les fils de chaíne et de trame de chaque nappe étant des fils textiles standard ou à haute ténacité ayant des allongements à la rupture relativement faibles, tandis que les fils élastiques de liaison entre les deux nappes ont un allongement à la rupture supérieur à 100 %.
L'invention est également relative à un procédé de fabrication d'un matelas tel que défini précédemment dans lequel les moyens de liaison sont des fils élastiques transversaux, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on met en place lesdits fils élastiques entre les deux nappes textiles par la technique du tissage à fil tendu.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence au dessin ci-annexé, mais qui n'est nullement limitatif.
La figure 1, de ce dessin, est un schéma en perspective, avec parties arrachées, d'un matelas pneumatique selon l'invention, à l'état dégonflé.
La figure 2 montre, également en perspective, le matelas selon l'invention à l'état gonflé, avec parties arrachées.
La figure 3 est une coupe longitudinale d'un matelas réalisé à l'aide d'un textile à double paroi.
La figure 4 est un schéma en coupe d'une zone du matelas gonflé, au repos.
La figure 5 enfin montre, semblablement à la figure 4, la zone du matelas gonflé, soumise à une charge.
En se reportant à la figure 2, on peut voir, à l'état gonflé, un matelas pneumatique 1 comportant deux parois principales respectivement supérieure et inférieure 2, 3 reliées suivant leur périphérie par une paroi latérale 4. Ces parois 2, 3 et 4 sont en matériau souple flexible, de telle sorte que lorsque le matelas 1 est dégonflé, comme illustré sur la figure 1, les parois 2 et 3 peuvent venir en appui l'une contre l'autre, la paroi latérale 4 étant repliée, l'ensemble ainsi aplati pouvant être lui-même replié ou roulé pour faciliter le rangement. Au moins une valve de gonflage 5 est prévue pour l'introduction d'un gaz sous pression, notamment d'air, dans la chambre 6 fermée étanche délimitée par les parois 2, 3 et 4.
Les faces internes en regard 2a, 3a des parois principales 2, 3 sont reliées par une pluralité de fils de liaison élastiques 7 à allongement important sous tension. Les fils élastiques 7 présentent un allongement avant rupture au moins égal à 100 % et de préférence supérieur à 300 %. La pression de gonflage du matelas 1 est choisie de manière à écarter les parois 2, 3 d'une distance l suffisante pour faire travailler les fils élastiques 7 en traction. Autrement dit, la distance l est supérieure à la longueur, à l'état non tendu, des fils 7.
Lorsque le matelas 1 est dégonflé et aplati, les fils 7 se replient et ne gênent pas la venue de la paroi 2 contre la paroi 3.
Lorsque le matelas est gonflé, comme illustré sur la figure 2, les fils 7 sont, de préférence, sensiblement orthogonaux aux parois principales 2, 3.
La densité superficielle des fils 7, sur les faces 2a, 3a est au moins égale à 1 fil par centimètre carré de paroi 2 ou 3. Cette densité est de préférence inférieure ou égale à 20 fils par centimètre carré de paroi. Avantageusement, la distance moyenne e entre les fils de liaison 7 est d'environ 5 mm.
Grâce à la multiplicité de fils élastiques transversaux 7, le matelas pneumatique n'a pas besoin de présenter une structure en éléments juxtaposés tels que boudins jointifs, utilisés pour les matelas classiques. Le matelas de l'invention permet donc d'assurer une bonne continuité de la répartition des contraintes en surface de la paroi d'appui 2 ou 3.
Il est avantageux de réaliser le matelas de l'invention à l'aide d'un textile double paroi 2, 3 (voir figure 3) constitué de deux nappes textiles 9, 10 reliées entre elles par une pluralité de fils élastiques 7. Les deux nappes textiles 9, 10 sont rendues étanches à l'air par enduction et/ou collage et/ou tout autre moyen d'étanchéification. Les textiles à double paroi sont connus et décrits, par exemple, dans un article "USAGE DES MATERIAUX TRIDIMENSIONNELS" de J.C. Malézieux publié dans la revue TUT (Textiles à usage technique, 4e trimestre 1991, n° 2, pages 25 à 27). Toutefois, dans ces textiles à double paroi connus, éventuellement utilisés pour des structures planes gonflables, par exemple pour la fabrication de canots pneumatiques, les fils de liaison entre les deux nappes sont des fils textiles standard ou haute ténacité ayant des allongements avant rupture faibles, compris généralement entre 8 et 20 % et conduisant à des allongements en service très faibles vu les pressions de gonflage généralement utilisées et dont il n'est pas tenu compte dans la pratique. Autrement dit, dans les textiles à double paroi de l'art antérieur, les fils de liaison entre les deux nappes ne sont pas des fils élastiques au sens de l'invention.
Selon un mode préférentiel de l'invention, les fils de liaison 7 entre les nappes 9, 10 sont constitués de fils élastiques à grand allongement avant rupture, par exemple supérieur à 300 % et pouvant atteindre 400 % ou 500 %.
De tels fils élastiques 7 sont connus dans l'industrie de l'habillement pour réaliser des vêtements élastiques.
Les nappes 9 et 10 sont réalisées avec des fils 11 de chaíne et 12 de trame classiques, standard ou haute ténacité. Ces fils de chaíne et de trame sont choisis en fonction des critères de tissage et de l'aptitude à l'étanchéification. On prend par exemple du fil plat standard polyester de 1 100 décitex avec dix fils de chaíne par centimètre et 10 fils de trame par centimètre.
Les fils de liaison 7 sont par contre des fils élastiques par exemple de 600 dtex avec un module moyen, entre 0 et 200 % d'allongement, de 0,2.10-2 N/tex (0,2 gf/tex). Un module de 10-2 N/tex (ou 1gf/tex) signifie qu'un fil de 1 tex soumis à une force de 10-2 N subira un allongement de 100 %. La densité des fils de liaison est de 10 par centimètre carré.
Le tissage est réalisé sous fils 7 tendus. La distance entre les nappes 9 et 10, avec les fils 7 tendus, est choisie par exemple égale à 300 mm.
Lorsque le matelas est gonflé à une pression de 100.102 Pa (100 gf/cm2) l'épaisseur du matelas, c'est-à-dire la distance entre les nappes 9 et 10, est d'environ 180 mm. Une pression exercée sur le matelas produira, indépendamment de l'effet de membrane, un enfoncement de 8 mm pour chaque incrément de pression de 10.102 Pa (10 gf/cm2), jusqu'à la pression de 100.102 Pa (100 gf/cm2).
Avec les mêmes caractéristiques, mais en portant le nombre de fils élastiques de liaison à 16 par centimètre carré, on aura un enfoncement d'environ 5 mm par incrément de pression de 10.102 Pa (10gf/cm2).
Cette valeur de 5 mm peut être augmentée par le choix d'une plus grande longueur de fils de liaison pour la même pression de gonflage.
La structure gonflable de matelas selon l'invention, après étanchéification des parois 2, 3 et 4 a une épaisseur fortement variable en fonction de la pression de gonflage, en raison de la capacité d'allongement des fils de liaison 7.
Le comportement sous l'action d'une charge extérieure va être décrit maintenant en référence aux figures 4 et 5.
La figure 4 illustre une fraction du matelas 1 gonflé sous une pression P, dont la paroi inférieure 3 repose sur une surface d'appui rigide 13. La paroi supérieure 2 n'est soumise à aucune charge et a sensiblement une forme plane parallèle à la paroi 3. Si on considère une zone S de la paroi 2, cette zone est en équilibre sous l'action de la poussée PS exercée par le gaz sous pression contenu dans le matelas, et sous l'action inverse T exercée par les fils 7 tendus, situés dans la zone S. On a donc la relation PS = T.
Si une charge localisée C est appliquée dans la zone S, comme schématisé sur la figure 5, la paroi 2 a tendance à s'enfoncer d'une distance Δ l telle que la tension résultante des fils élastiques 7 concernée devienne T - C.
A l'équilibre sous la charge C, les fils élastiques 7, dans la zone concernée, auront diminué en moyenne d'une longueur Δ l telle que C = f(Δ l).
f est la relation existant entre la longueur des fils élastiques 7 et leur tension. En particulier, la variation de la tension d'un fil élastique 7 peut être proportionnelle à son allongement, à la manière d'un ressort.
Les fils élastiques 7 vont donc exercer une force de retenue de la paroi 2 d'autant plus réduite qu'ils se raccourcissent sous l'effet du déplacement de la paroi. La force C nécessaire pour déplacer la paroi 2 est donc progressivement croissante au fur et à mesure de la diminution de l'épaisseur du matelas, c'est-à-dire de la longueur l - Δ l des fils 7. On obtient donc une réaction élastique du système, semblable à celle obtenue avec un matelas à ressorts, lorsqu'il est soumis à un effort de compression extérieur, dû par exemple à une charge localisée. Cette réaction élastique résulte de l'effet combiné de l' élasticité de traction des fils élastiques de liaison 7 et de la pression de gonflage qui met ces fils de liaison en état de précontrainte.
Le matelas pneumatique 1 de l'invention présente un comportement élastique analogue à celui d'un matelas à ressorts, et donc fondamentalement différent de celui d'un matelas pneumatique classique qui n'est pas apte à opposer une réaction croissante en fonction de la déformation.
L'effet de membrane décrit pour le matelas pneumatique classique en cas d'action localisée existe également pour le matelas selon l'invention. Le calcul montre qu'il peut représenter une part sensible de la charge, par exemple 10 à 40 %, dans l'hypothèse d'une personne assise.
En outre, la répartition des efforts exercés sur la paroi par les fils de liaison est d'une très grande continuité par suite de la très grande densité des fils de liaison. On utilise en effet, selon les fils choisis, un nombre de fils de liaison de 1 à 20 par centimètre carré ; pour une valeur de quatre fils de liaison par cm2 (à titre d'exemple), la distance moyenne des fils de liaison est de 5 mm. Le matelas ainsi constitué est donc équivalent à un matelas à ressorts élastiques qui aurait un ressort tous les 5 mm dans les deux directions, soit quatre ressorts par centimètre carré. Un tel matelas permet une qualité exceptionnelle dans la continuité de la répartition des contraintes de contact, bien supérieure à la plupart des solutions connues actuellement.
L'invention présente enfin un autre avantage, qui est de pouvoir faire varier les caractéristiques de comportement du matelas en faisant varier la pression de gonflage.
Un changement de pression a plusieurs effets.
En premier lieu, il modifie le seuil de charge extérieure au-delà duquel les fils de liaison sont complètement détendus, c'est-à-dire à partir duquel la réaction élastique n'augmente plus avec la déformation. Ensuite, l'effet de membrane est plus grand lorsque la pression est plus élevée, la tension des parois étant proportionnelle à la pression et à la hauteur du matelas, elle-même fonction de la pression.
En troisième lieu, augmenter ou diminuer la pression permet de modifier le module de réaction (effort nécessaire pour une déformation élémentaire donnée) si la réaction des fils de liaison n'est pas linéaire, c'est-à-dire si l'on utilise des fils ou une combinaison de fils dont le module est variable en fonction de l'allongement. On arrive ainsi à un matelas qui peut être plus ou moins "dur" selon le désir de l'utilisateur, simplement en variant la pression de gonflage.
Une autre possibilité est d'utiliser des fils de liaison de longueurs différentes, ce qui permet d'obtenir un module décroissant en fonction de la déformation.

Claims (10)

  1. Matelas pneumatique comportant deux parois principales (2, 3) reliées suivant leur périphérie pour constituer une chambre fermée étanche (6), et au moins une valve pour l'introduction d'un gaz sous pression, notamment d'air comprimé, dans ladite chambre, les faces internes (2a, 3a) en regard des parois principales étant reliées par une pluralité de moyens de liaison (7) propres à travailler en traction, la pression de gonflage du matelas étant choisie pour écarter les parois principales d'une distance suffisante (l) pour faire travailler lesdits moyens de liaison (7) en tension, caractérisé par le fait que les moyens de liaison (7) sont élastiques et présentent un allongement à la rupture au moins égal à 100 %, la distance (l) étant supérieure à la longueur desdits moyens (7) à l'état non tendu.
  2. Matelas selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens élastiques de liaison (7) présentent un allongement à la rupture supérieur à 300 %.
  3. Matelas selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que, lorsque le matelas est gonflé, les moyens élastiques de liaison (7) sont sensiblement orthogonaux aux parois principales (2, 3).
  4. Matelas selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens élastiques de liaison (7) ont même longueur, à l'état non tendu.
  5. Matelas selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens élastiques de liaison (7) ont des longueurs différentes, à l'état non tendu.
  6. Matelas selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la densité superficielle des moyens élastiques de liaison (7) est au moins égale à un moyen de liaison par cm2 de paroi et inférieure ou égale à 20 moyens de liaison par cm2 de paroi.
  7. Matelas selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la distance moyenne entre les moyens de liaison est d'environ 5 mm.
  8. Matelas selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les moyens de liaison sont des fils élastiques.
  9. Matelas selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il est réalisé à l'aide d'un textile à double paroi constitué de deux nappes textiles (9, 10) reliées entre elles par une pluralité de fils élastiques (7), les deux nappes textiles (9, 10) étant rendues étanches à l'air par enduction et/ou collage ou tout autre moyen d'étanchéification, les fils de chaíne et de trame (11, 12) de chaque nappe étant des fils textiles standard ou à haute ténacité ayant des allongements à la rupture relativement faibles, tandis que les fils élastiques de liaison (7) entre les deux nappes ont un allongement à la rupture supérieur à 100 %.
  10. Procédé de fabrication d'un matelas selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait que l'on met en place les fils élastiques (7) entre les deux nappes textiles (9, 10) par la technique du tissage à fil tendu.
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