Brevet FR2707873A1 — publié le 19950127

Perfectionnements aux coussins ou matelas à cellules dites télescopiques. DESCRIPTION La présente invention a pour objet des perfectionnements aux coussins ou matelas à cellules dites télescopiques. Le secteur technique de l'invention est celui de la réalisation de coussins et de matelas pour recevoir des personnes assises ou couchées. Une des applications principales de l'invention est la fabrication de tels coussins ou matelas à usage médical pour aider à prévenir des escarres. On connaît en effet de tels coussins ou matelas réalisés par la juxtaposition de cellules gonflables, à partir d'un orifice inférieur qui est ensuite obturé, fixés et communiquant les unes avec les autres par un support faisant semelle et appui pour l'ensemble du coussin ou matelas; lesdites cellules sont de forme allongée, verticales, perpendiculaires à ladite semelle support, disposées les unes à côté des autres, réalisées en matériau flexible et étanche, et leur forme extérieure est de type mandrin, de préférence à quatre faces, qui forment chacune un creux même prégonflées en position repos, soit en l'absence d'appui sur ledit coussin ou matelas. Quand une personne s'assied ou s'allonge sur ledit coussin ou matelas lesdites cellules s'écrasent et leurs côtés latéraux initialement en creux se déforment sous cette pression, et viennent en contact avec ceux des cellules adjacentes, jusqu'à former une surface quasi continue supérieure recevant en appui l'ensemble du corps de la personne, et épousant la forme de celui-ci, l'ensemble des cellules étant à la même pression interne et se compensant les unes les autres. De telles structures dites multicellulaires ou à cellules télescopiques, sont connues et développées par de nombreux fabricants, dont un des plus anciens Monsieur Robert H. GRAEBE, a déposé une demande de brevet le 16 Mai 1973 aux ETATS UNIS, délivrée le 11 Mars 1975 sous le No. 3.870.450; puis par la suite différents brevets de perfectionnements à partir de ce brevet de base, tel que le brevet u.s. 4.541.136 du 17 Septembre 1985 portant sur la forme des cellules à quatre côtés à surface en creux; puis le brevet U.S. 4.698.864 du 13 Octobre 1987 portant essentiellement sur les possibilités de hauteurs différentes de certaines cellules les unes par rapport aux autres, en fonction de la position de l'assise; puis le brevet U.S. 5.052.068 du ler Octobre 1991 portant sur un perfectionnement équivalent au précédent, mais avec des cellules de formes différentes, mais toujours à quatre faces; et enfin le brevet P.C.T. WO 92/07.492 publié le 14 Mai 1992 et portant sur une distribution de l'air ou du gaz pouvant gonfler lesdites cellules, à travers un manifold pouvant distribuer cet air ou gaz dans certaines cellules pour permettre des pressions différentes, suivant les zones du coussin ou dudit matelas. De tels matelas ont fait l'objet d'un certain nombre de réalisations, dans le cadre effectivement des premiers brevets cités ci-dessus, mais qui ne protégeaient d'une part initialement et uniquement le territoire américain, et qui, d'autre part pour le premier au moins est dans le domaine public depuis, même sur ce territoire. Différentes normes existent du reste dans certains pays, pour définir les caractéristiques minimum de tels coussins ou matelas, telles que celles en FRANCE établies par la Direction Régionale de la Santé, avec en particulier des impératifs d'écrasement minimum imposant par exemple : une épaisseur supérieure ou égale à 2 cm au niveau du corps du sujet, et de 3 cm au niveau des cuisses pour quelqu'un couché sur ledit matelas; une possibilité de réparation aisée et rapide en cas de déchirure, car toute fuite empêche un prégonflage minimum du matelas pour assurer un effet de soutien par un degré de gonflage minimum en fonction du poids de la personne; une épaisseur comprise entre 600 et 1.500 p pour le matériau constituant la paroi des cellules dudit coussin, avec une résistance à la rupture dans les deux sens supérieures à 150 MPa et un allongement, à la rupture également dans les deux sens, supérieur à 700%; une tenue à la pression de 50 millibars pendant plus de 25 heures, et permettant, après 24 heures d'écrasement par une masse de 90 kg répartis sur une planche de bois de 35 cm x 35 cm pour un coussin de dimensions équivalentes, de maintenir plus de 2 cm d'épaisseur de celui-ci. Ainsi, pour satisfaire ces normes, tout en apportant un confort maximum et une fabrication optimum afin d'obtenir le prix de revient le plus faible possible, surtout dans les pays où les organismes sociaux permettent une prise en charge et un remboursement plafonné de tels coussins ou matelas, divers fabricants ont développé différentes méthodologies de fabrication avec différentes compositions de matériaux, avec quelques perfectionnements pour améliorer et se distinguer ainsi des coussins des concurrents. Dans la présente invention, le problème posé est de pouvoir fabriquer un coussin, à cellules dites télescopiques, réalisé dans un matériau constituant la peau de ces cellules le plus souple possible, et dont la souplesse est insensible à la température, permettant ainsi un gonflage toujours uniforme et une répartition des pressions correctes, tout en permettant un déplacement d'air d'une cellule à l'autre lors des mouvements de la personne appuyée sur le coussin ou le matelas, avec une meilleure stabilité de cellules possible, pour éviter des déformations de celles-ci trop importantes et donc un certain inconfort, tout en minimisant et optimisant la fabrication pour obtenir un coût minimum. Une solution au problème posé est un élément de coussin et de matelas, constitué d'une semelle offrant une surface plane d'appui inférieure et de cellules télescopiques allongées perpendiculairement et fixées à ladite semelle, disposées parallèle les unes aux autres en matrice recouvrant la surface de l'élément et réalisées en matériau souple formant une peau externe étanche renfermant un volume interne dans chaque cellule, communiquant chacun avec au moins le volume interne d'une cellule adjacente; lesquelles cellules sont en forme de mandrin, de préférence à quatre faces, dont les surfaces latérales sont en position repos en creux, et lorsqu'une charge est appliquée sur ledit élément par appui sur l'extrémité des cellules qui s'écrasent alors verticalement, lesdites surfaces se déforment jusqu'à venir en contact et s'appuyer sur celles des cellules adjacentes suivant l'invention, les dimensions desdites cellules ont un ratio entre leur base et leur hauteur suivant l'épaisseur du coussin voulue, compris soit entre 37 et 45% pour une hauteur moyenne entre 95 et 105 mm, soit entre 57 et 65% pour une hauteur comprise entre 60 et 70 mm, et une distance entre leur base d'au moins 8 mm, avec une densité de cellules au m2 comprise entre 350 et 450. De préférence, ledit matériau constituant la peau des cellules est d'épaisseur de 6/10ème de mm plus ou moins 1/10sème et réalisée à partir de latex de polychloroprène chargé à moins de 25% de matière minérale, ce qui assure un degré de cristallisation minimum, qui garantit une grande souplesse au produit fini. Il est connu par ailleurs que la communication des volumes internes des cellules est réalisée par un canal d'équilibrage situé au niveau de la semelle, celui pouvant être obtenu par absence de collage de la peau des cellules sur celle-ci à des endroits donnés de leur jonction; dans la présente invention, afin d'obtenir un déplacement d'air le plus lent et progressif possible lors de mouvements d'une personne sur ledit coussin ou matelas, et d'éviter ainsi une instabilité comme dans certains coussins actuels, ledit canal, au moins dans la direction d'une dimension du coussin ou dudit matelas est tel qu'il ne relie au maximum que trois cellules adjacentes en ligne droite, et que toute partie de ce canal rejoignant deux cellules situées sur deux côtés opposés par rapport à ladite dimension de l'élément passe au moins par 3n/2 cellules, n étant le nombre de cellules occupant cette dimension du coussin ou matelas. Dans un mode de réalisation préférentiel, pour un élément de coussin par exemple de dimension de 400 x 450 mm, il peut comporter 72 cellules au plus, disposées en matrices de 8 x 9 par exemple, et dont la forme en mandrin est à quatre faces. Le résultat est de nouveaux types d'éléments de coussin et de matelas à cellules dites télescopiques, comportant un certain nombre de perfectionnements répondant au problème posé. En effet, le choix du matériau en polychloroprène ci-dessus permet d'obtenir une meilleure tenue à la trempe, lors de la mise en oeuvre et du moulage de ladite peau pour réaliser lesdites cellules, ce qui permet de conserver une souplesse au matériau, alors que pour beaucoup de coussins actuels, la peau est assez raide après la fabrication; dans la présente invention, cette souplesse est en particulier obtenue grâce à la charge minérale minimum dans le polychloroprène retenu; de plus, cette caractéristique de souplesse, ainsi que la résistance à la rupture du matériau, sont conservées, même après un vieillissement par exemple pendant sept jours à 70 , avec un allongement à la rupture de plus de 650%, une résistance à la rupture supérieure à 150 MPa, alors que dans les mêmes conditions, beaucoup d'autres matériaux durcissent, ce qui est gênant, d'une part pour l'utilisateur et, d'autre part1 lors de la fabrication pour coller ladite peau constituant lesdites cellules sur la semelle support. Par ailleurs, grâce au ratio de dimensions des cellules et de leur densité au m2, on obtient une stabilité de ces dites cellules beaucoup plus importante que dans les coussins ou matelas actuels, ce qui assure une bonne stabilité de la charge, et donc de la personne qui peut s'appuyer dessus1 tout en respectant les normes imposées dans ce domaine; dans les coussins actuels, ces ratios sont dans des pourcentages différents, ce qui représente des cellules beaucoup plus allongées verticalement, donc de densité supérieure au m2, et ainsi provoquant une certaine instabilité; de plus, l'espace minimum retenu dans la présente invention entre lesdites cellules, qui est de 8 mm au moins et au mieux de 10 mm, est possible grâce aux choix de ratios dimensionnels tel qu'indiqués ci-dessus : cet espace minimum étant alors suffisamment large, permet d'une part, un bon nettoyage, et une meilleure possibilité de fabrication par trempage et coulage du produit dans des moules. La réalisation particulière également de la communication et liaison des volumes internes des cellules entre elles, grâce à un allongement des circuits de communication entre celles-ci, permet de répartir la pression d'une façon plus lente par déplacement d'air d'une cellule à l'autre, en particulier en cas de mouvement des personnes dessus, ce qui conforte la qualité de stabilité indiquée précédemment. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt. La description et les figures ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention. La figure 1 est une vue en perspective d'un élément de cousin suivant l'invention en situation prégonflée. Les figures 2 et 3 sont des vues de profil et en coupe de deux cellules d'un élément de coussin suivant l'invention. La figure 4 est une vue partielle du coussin de la figure 1 en position repos dégonflée. La figure 5 est une vue de dessus de la partie du coussin de la figure 4. La figure 6 est une vue de dessous de la semelle du coussin suivant l'invention. Les différentes figures ci-jointes représentent des éléments complets de coussins ou de matelas ou des parties seulement de ces éléments, sachant que, tel que représenté sur les figures 1 ou 6, il s'agit de coussins qui peuvent être de dimensions de l'ordre de 400 à 450 mm environ, et donc utilisables isolément pour constituer un coussin posé sur tout siège ; en reliant différents de ces éléments par tout système de liaison, on peut former des surfaces beaucoup plus importantes, pouvant constituer un matelas sur lequel une personne puisse se coucher. Un tel élément de coussin ou de matelas est donc constitué d'une manière connue, d'une semelle 3, offrant une surface plane d'appui inférieur, et de cellules télescopiques 2, allongées perpendiculairement, et fixées à ladite semelle, disposées parallèles les unes aux autres en matrice, recouvrant la surface de l'élément 1, et réalisées en matériau souple, formant une peau externe 9 étanche, renfermant un volume interne 4 dans chaque cellule ; ces différents volumes internes 4 communiquent chacun avec au moins le volume interne d'une cellule adjacente, et lesdites cellules 2 sont en forme de mandrin, dont les surfaces latérales 5 sont en position repos, tel que représenté sur la figure 4, en creux : lorsqu'une charge est appliquée sur ledit élément 1 par appui sur les extrémités 10 des cellules 1, qui s'écrasent alors verticalement, lesdites surfaces se déforment jusqu a venir en contact 6, tel que représenté sur la figure 1, bien que sur cette figure, ladite charge n'étant pas représentée, cette déformation est obtenue par un prégonflage ; au delà de leur contact, lesdites surfaces 6 s'appuient alors sur celles des cellules adjacentes. Sur cette figure 1, il a été représenté donc lesdites cellules prégonflées grâce à un embout de gonflage 7 à une pression donnée : ce prégonflage est pour une utilisation normale, déterminé en fonction du poids de la charge que devra supporter ledit élément de coussin ou de matelas, afin de respecter par exemple une hauteur minimum de 3 cm comme spécifiée dans les normes françaises, quand lesdites cellules sont déformées au maximum ; la pression interne dans celles-ci compense alors le poids qu'elles doivent supporter ; de plus, lesdites cellules, grâce à leurs surfaces qui viennent en contact, ont une bonne stabilité, alors que les cellules qui ne seraient pas assez gonflées, ne viendraient pas en contact les unes contre les autres, ce qui provoquerait des déviations de leur axe vertical, donc une instabilité et un mauvais confort, et un risque de création d'escarres. Le choix de ces pressions en fonction du poids de la charge est connu et déterminable par ailleurs, sans qu'il soit besoin d'en décrire plus dans la présente description. Suivant l'invention, afin de garantir d'autant mieux une stabilité optimum des différentes cellules les unes par rapport aux autres, et un meilleur appui entre elles pour répartir la charge, lesdites dimensions des cellules 2 ont un ratio entre leur base B et leur hauteur H compris entre 57 et 65% pour des éléments de coussins de type à épaisseur faible, soit entre 60 et 70 mm en position repos, et une distance "d" entre leur base d'au moins 8 mm, avec une densité de cellules au m2 comprise entre 350 et 450 ; quand on souhaite avoir des épaisseurs de coussins importantes, soit entre 95 et 105 mm et donc avoir des hauteurs de cellules plus élevées, le ratio ci-dessus est compris dans la présente invention entre 37 et 45%. Ainsi à titre d'exemple, la base B des cellules 2 peut être un carré de 38 à 42 mm de côté, et leur hauteur pour des éléments de coussin d'épaisseur faible de 65 mm, et pour des épaisseurs importantes de 100 mm environ. Les figures 2 et 3 sont des vues de profil et en coupe de deux cellules 2 d'un élément de coussin, tel que représenté sur la figure 1, mais en situation dégonflée, comme sur les figures 4 et 5. Lesdites cellules 2 ainsi en position repos sans prégonflage, ont donc leur surface latérale 5 en creux, et qui, étant en nombre de quatre, forment des mandrins à quatre faces, lesdits volumes internes 4 étant en position de dimension minimum. Sur la figure 3, on comprend aisément qu'en gonflant ce volume interne 4, grâce à un canal d'amenée et d'équilibrage 8 situé dans l'épaisseur de la semelle 3, qui transmet de l'air soit insufflé par l'embout 7, soit en provenance de cellules voisines lors de la prise en charge d'une pression ou d'un poids P sur les extrémités 10 desdites cellules, les parois 5 de celles-ci s 'écartent de l'axe de chaque cellule jusqu a se rapprocher des surfaces 5 des cellules adjacentes : à l'équilibre de la pression extérieure P de la charge à supporter, et de la pression intérieure des cellules, l'ensemble de ces surfaces 5 sont en contact et s' appuient les unes avec les autres les hauteurs finales de chaque cellule correspondent à la forme extérieure de la charge appuyée sur ledit élément de coussin, qui épouse ainsi son profil sans surpression locale et surcharge ponctuelle, ce qui permet d'éviter les escarres. La figure 4 est une vue partielle du coussin de la figure 1, mais en position repos dégonflée, telles que les cellules représentées sur les figures 2 et 3, et la figure 5 est une vue de dessus de cette même partie de coussin de la figure 4 sur lequel est représenté de plus, en pointillés, le canal d'équilibrage entre lesdites cellules 2, qui peut être réalisé d'une manière connue par une grille empêchant le collage de la semelle 3, avec la peau 9 des cellules au niveau de leur jonction 11. Une extrémité dudit canal 8 est relié à l'embout de gonflage 7. Comme indiqué précédemment, afin de ralentir l'effet d'équilibrage des cellules les unes par rapport aux autres par transmission d'air entre elles et donc d'avoir une meilleure stabilité en cas de mouvement des personnes assises ou couchées sur lesdits éléments de coussin ou de matelas, ledit canal 8, tel que représenté sur la figure 6, au moins dans la direction des dimensions générales du coussin ou dudit matelas, est tel qu'il ne relie au maximum que trois cellules 2 adjacentes en ligne droite ; de plus toute partie de ce canal 8 rejoignant deux cellules 2 situées sur les deux côtés opposés par rapport à ladite dimension de l'élément 1, passent au moins par 3n/2 cellules, n étant le nombre de cellules occupant cette dimension. Dans le cas d'un coussin rectangulaire tel que représenté dans les exemples des figures ci-jointes, lesdites dimensions sont donc sa largeur et sa longueur, et la matrice correspondante formée par les cellules peut être de type 8 x 9, soit 72 cellules 2, dont la forme est un mandrin à quatre faces, tel que représenté sur les figures 1 à 5. Ainsi, dans le sens de la longueur comportant donc 9 cellules, le rapport (3n/2 = 27) : 2 = 13,5, soit en fait au moins 14 cellules, ce que l'on peut verifier sur l'une quelconque des quatre liaisons allant, sur la figure 6, de la gauche vers la droite, dont les deux liaisons supérieure et inférieure relient 15 cellules entre elles et les deux liaisons médianes relient bien 14 cellules. Dans le sens de la largeur, soit verticalement sur la figure 6, il y a 8 cellules, et le rapport 3n/2 = 12, ce que comportent bien les deux liaisons d'extrémités gauche et droite de cette figure 6 entre la partie inférieure représentée sur cette figure et la partie supérieure dans le sens de la largeur de l'élément 1. Comme indiqué précédemment, le matériau constituant la peau 9 des cellules est de préférence de 5 à 7/10ème mm, soit au mieux de 6/10ème mm, d'épaisseur et réalisée à partir de latex de polychloroprène de type "néoprène" chargé à moins de 25% de matière minérale, ce qui assure un degré de cristallisation minimum : ces différentes caractéristiques permettent d'obtenir le plus de souplesse possible dans le produit final, et une meilleure tenue à la trempe lors de la fabrication par moulage de ladite peau pour obtenir la forme particulière des cellules 2 définies précédemment. Des tests ont été réalisés suivant différentes normes sur un tel matériau, et ont permis d'obtenir une résistance à la rupture supérieure égale à 150N/cm2, avec un allongement à la rupture supérieure à 700%, et en température après un vieillissement pendant 7 jours à 70 C, une résistance à la rupture supérieure ou égale à 170N/cm2, et un allongement à la rupture encore supérieur ou égal à 650%. Les coefficients de perméabilité, au gaz, du néoprène ainsi défini est à 25 C pour l'hydrogène de 10,8 x 10-8 cm2/seconde x atmosphère, pour l'oxygène de 3 x 10-8 cm2/seconde x atmosphère, pour l'azote 0,89 x 10-8 cm2/seconde x atmosphère, et pour le gaz carbonique 19,4 cm2/seconde x atmosphère ; et à 50"C, les mêmes gaz avec les mêmes unités, permettent d'obtenir des coefficients de perméabilité respectifs de 28,5, 10,1, 3,5, et 56,5 cm2/seconde x atmosphère. REVENDICATIONS 1. Eléments de coussin et de matelas (1) constitués d'une semelle (3), offrant une surface plane d'appui inférieure, et de cellules télescopiques (2) allongées perpendiculairement et fixées à ladite semelle, disposées parallèles les unes aux autres en matrice recouvrant la surface de l'élément (1) et réalisées en matériau souple formant une peau externe (9) étanche renfermant un volume interne (4) dans chaque cellule, communiquant chacun avec au moins le volume interne d'une cellule adjacente, lesquelles cellules (2) sont en forme de mandrin dont les surfaces latérales (5) sont en position repos en creux, et lorsqu'une charge est appliquée sur ledit élément (1) par appui sur l'extrémité (10) des cellules (1) qui s 'écrasent alors verticalement, lesdites surfaces se déforment jusqu a venir en contact et s'appuyer sur celles des cellules adjacentes, caractérisés en ce que les dimensions desdites cellules (2) ont un ratio entre leur base (B) et leur hauteur (H) compris entre 37 et 45%, pour une hauteur (H) comprise entre 95 et 105 mm et une distance (d) entre leur base d'au moins 8 mm, avec une densité de cellules au m2 comprise entre 350 et 450. 2. Eléments de coussin et de matelas (1) constitués d'une semelle (3), offrant une surface plane d'appui inférieure, et de cellules télescopiques (2) allongées perpendiculairement et fixées à ladite semelle, disposées parallèles les unes aux autres en matrice recouvrant la surface de l'élément (1) et réalisées en matériau souple formant une peau externe (9) étanche renfermant un volume interne (4) dans chaque cellule, communiquant chacun avec au moins le volume interne d'une cellule adjacente, lesquelles cellules (2) sont en forme de mandrin dont les surfaces latérales (5) sont en position repos en creux, et lorsqu'une charge est appliquée sur ledit élément (1) par appui sur l'extrémité (10) des cellules (1) qui s'écrasent alors verticalement, lesdites surfaces se déforment jusqu a venir en contact et s'appuyer sur celles des cellules adjacentes, caractérisés en ce que les dimensions desdites cellules (2) ont un ratio entre leur base (B) et leur hauteur (H) compris entre 57 et 65%, pour une hauteur (H) comprise entre 60 et 70 mm, et une distance (d) entre leur base d'au moins 8 mm, avec une densité de cellules au m2 comprise entre 350 et 450. 3. Eléments de coussin et de matelas(1) suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisés en ce que le matériau constituant la peau (9) des cellules est de 5 à 7/10ème de mm d'épaisseur et réalisée à partir de latex de polychloroprène chargé à moins de 25% de matière minérale. 4. Eléments de coussin et de matelas (1) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lesquels la communication des volumes intérieurs (4) des cellules (2) est réalisée par un canal d'équilibrage (8) situé au niveau de la semelle (3), caractérisés en ce que ledit canal (8), au moins dans la direction d'une dimension du coussin ou dudit matelas, est tel qu'il ne relie au maximum que trois cellules (2) adjacentes en ligne droite, et que toute partie de ce canal (8) rejoignant deux cellules (2) situées sur deux côtés opposés par rapport à ladite dimension de l'élément (1) passe au moins par 3n/2 cellules, n étant le nombre de cellules occupant cette dimension. 5. Eléments de coussin ou de matelas suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, et de dimensions 400 x 450 mm environ au plus, caractérisés en ce que ledit élément (1) comporte 72 cellules (2) au plus, disposées en matrices de 8 x 9 et dont la forme en mandrin est à quatre faces.