彈簧床墊的分區化設計研究

侯建軍　毛軼超

中圖分類號：TS941.75 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）09-0153-02

近年來，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、良好的軟硬度、抗沖擊性及舒適的臥感等優異性能一直占據著床墊市場的較大份額。目前對于彈簧床墊的研發多集中在結構設計上，分區化設計是彈簧床墊技術的新興方向，引起人們的廣泛關注。H.J.KINK（1970）通過對彈簧床墊與棕床墊對比研究發現，彈簧床墊和棕床墊相比，會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）研究六種床墊對睡眠的影響并發現，彈簧床墊在六種床墊中舒適性較高;Park等（2006）通過脊柱形狀、體壓分布、主觀評價等方法研究床墊的舒適性，結果發現優化床墊結構是人體獲得自然脊椎形狀和科學合理界面體壓分布的物質基礎。通過以上研究發現，國內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睡眠質量的影響，而對于床墊結構尤其是分區彈簧床墊的研究較少。

1 彈簧床墊的基本結構

目前市場上彈簧床墊具有彈性好、承托性較佳、透氣性較強、耐用等優點。就結構而言，彈簧床墊大致可分為連結式、袋裝獨立筒、線狀直立式、線狀整體式及袋裝線狀整體式彈簧等。但是不管內部結構如何變化，彈簧床墊基本可劃分為三層結構，分別是：面料復合層、填充物及墊層、彈簧床芯層，如圖1所示。

1.1 面料復合層

面料復合層又稱絎縫層，是包裹在彈簧床墊外部的織物，也是距離人體最近的結構層，一般是將面料、海綿等鋪墊料絎縫在一起的結構層。該結構主要起到床墊的裝飾、保護作用，同時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合層及彈簧芯層之間的結構層，功能是填補身體曲線的空隙，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，并能在受到沖擊時起緩沖作用。根據彈簧結構和連接方式的不同，彈簧床芯分為普通獨立彈簧、連鎖彈簧、開放式彈簧、布袋桶裝彈簧、雙層復合彈簧、分區彈簧等數種。分區彈簧是目前市場比較流行的彈簧床芯，是按彈簧不同的彈性合理分區，每個區域的彈性依據身體各個部位重量進行計算，使人體不同重量的各個部位都能得到最科學的呵護。

2 彈簧床墊的分區概述

2.1 彈簧床墊的分區概念

分區彈簧床墊是目前市場上非常熱門的床墊結構，其主要是從人機工程學角度把床墊劃分為不同的區域，根據人臥姿時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。目前隨著分區床墊研究的不斷深入，分區彈簧床墊在結構上也越分越細，從三分區、五分區到七分區，甚至九分區床墊也進入了市場。

2.2 彈簧床墊的分區方式

分域設計是指床墊分區時考慮的人體部位及尺寸的劃分原則。經研究，三分區床墊對應人體的頭肩背部、腰臀部、腿部三個區域;五分區床墊對應人體的頭部、肩背部、腰部、臀部、腿部五個區域;七分區床墊對應人體的頭部、肩部、背部、腰部、臀部、腿部、腳部七個區域，而九分區床墊把人體劃分為頭部、頸部、肩部、肋部、腰部、椎尾部、臀部、腿部和腳部九個區域，如圖2 所示。

2.3 不同分區方式的特點分析

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

相比之下，五分區床墊是對三分區床墊的細化，又避免了七分區和九分區床墊劃分過細，導致不能滿足所有人群舒適支撐的問題，同時又控制了床墊的成本，使用較為廣泛。

3 彈簧床墊的分區化設計思路

根據以上的理論研究，針對五分區彈簧床墊探討設計的思路，以期提高使用者的睡眠舒適性。

3.1 分區方式和尺寸設計

依照我國中國成年人體尺寸標準（GB10000-88），以及市場上常用的五分區劃分方式，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 袋裝彈簧的排數及型號選擇

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

依據醫學測量數據：人體平躺時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，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 彈簧床墊分區化結構設計

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

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

4 結語

分區床墊是一個新興理念，我國對于分區彈簧床墊的設計和研究仍處于初級階段，仍需要從人機工程學角度進行大量的實驗研究，比如分區床墊究竟應該如何分區、各個分區中彈簧應如何選擇，以及如何針對不同性別、身高、體型、年齡人群如何進行個性化分區床墊設計等。以期通過此次的研究，設計出更符合人體睡眠的床墊結構。