УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ПОДЛОКОТНИКА К ОПОРНОЙ СТОЙКЕ СТУЛА

Полезная модель относится к устройствам для крепления подлокотников к опорной стойке стула, которые используются для опоры рук при выполнении работ, требующих высокой точности, например, в медицине, в частности стоматологии.
Из уровня техники известны следующие решения.
Так, из описания к патенту США №6053577 (опубл. 25.04.2000) известен стул с регулируемым подлокотником, включающий основание стула, сиденье, установленное на основание, и подлокотник. При этом подлокотник содержит средство крепления к стулу, выполненное в виде установленного на основании стула под сиденьем L-образного опорного рычага с возможностью вращения на 360° посредством подшипника.
Недостатками известного средства крепления с подлокотниками являются сложность его монтажа на стойке основания стула, для того чтобы закрепить подлокотники необходимо осуществить демонтаж стула, отсутствие возможности установки известного устройства на другие стулья и кресла из-за неразборной конструкции центрального подшипника и необходимости наличия плоскости для крепления подшипника на стуле, а также отсутствие возможности регулирования расстояния между подлокотниками. Еще одним недостатком является расположение центра вращения подлокотника по центру стула за счет расположения подшипника на стойке основании стула, при этом траектория движения - окружность с центром вращения, совпадающим с центром стула, не соответствует траектории движений руки стоматолога при выполнении им работы с пациентом и захвата рабочих инструментов из прилегающих зон, требуется снимать руку с подлокотника, таким образом, не обеспечивается следование подлокотника за моторикой локтя при движении руки стоматолога.
Также из уровня техники известен узел крепления подлокотника к стулу, содержащий опорную плиту, располагаемую под сиденьем стула, с приваренными к ней U-образными опорными узлами, крепежные элементы для крепления опорной плиты к сиденью кресла, подлокотники закреплены с возможностью вращения за счет наличия поворотного шарнира (см. патент США №5407249, опубл. 18.04.1995).
Недостатками известного узла крепления подлокотника к стулу являются сложность конструкции, трудность его монтажа и демонтажа из-за наличия большого количества соединительных элементов, отсутствие возможности крепления к любому стулу, не компенсируются силы от опоры оператора вперед, движение руки ограничено плоскостью опорной части, нет защиты пациента от удара по голове подлокотником, регулирование по высоте осуществляется за счет изменения длины подлокотников и никак не регулируется узлом крепления, отсутствие возможности регулирования вылета подлокотника, а следовательно, и радиуса его вращения, кроме того, невозможна установка на другие типы стульев и не предусмотрена регулировка наклона сиденья стула, так как подлокотники расположены на самом сиденье.
Из описания к патенту США №5281001 (опубл. 25.01.1994) известно кресло с закрепленными на нем эргономичными подлокотниками. Подлокотник включает подставку для руки, выполненную с возможностью регулирования угла наклона, закрепленную на ползуне, а ползун выполнен с возможностью скольжения в корпусе для изменения длины вылета и с возможностью поворота относительно точки вращения опоры для руки. Крепление подлокотника к ножке кресла осуществляется с помощью крепления L-образных стержней посредством U-образных болтов к ножке кресла, длина вылета L-образных стержней регулируется посредством наличия множества отверстий под болты.
Недостатками известного средства крепления подлокотников к стойке стула являются сложность конструкции из-за наличия большого количества соединительных элементов, дискретность регулирования вылета L-образных стержней, кроме того, вращение подлокотников осуществляется за счет конструкции применяемых подлокотников, а не за счет узла крепления, таким образом, чтобы обеспечить вращательное движение подлокотника, необходимо подбирать подлокотники, выполняющие указанную функцию, а расположение точек вращения по бокам стула, приводит к несовпадению траектории движения подлокотника с траекторией движения локтя стоматолога при выполнении им стандартных операций. Еще одним недостатком указанного устройства является недостаточная его надежность, а именно недостаточная нагрузочная способность L-образных стержней, которые в известном устройстве воспринимают лишь нагрузку от руки пользователя и не рассчитаны на восприятие нагрузки от всего корпуса при опоре локтями на подлокотники, что характерно для работы стоматолога, отсутствует компенсация радиальных и продольных сил от руки оператора.
За наиболее близкий аналог к патентуемому решению принят соединительный узел крепления подлокотника к креслу, включающий монтажное основание для соединения с рычагом подлокотника посредством шарнира, соединительную планку, первый конец которой присоединен к креслу, а второй конец - к направляющему элементу. Монтажное основание выполнено с возможностью фиксации к любому стула, как вариант крепления, а также предусмотрено следование за рукой оператора, при этом голова пациента защищена от удара (см. патент США №6520587, опубл. 18.02.2003).
Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции из-за наличия большого количества соединительных элементов, отсутствие возможности крепления к стулу без его разбора и регулирования вылета подлокотников, также отсутствует компенсация сил вперед и вбок от рук оператора, что приводит к напряжению мышечной системы оператора. Невозможно компенсировать все силы при работе врача, поэтому данная конструкция не является физиологичной. Кроме того, расположение точек вращения спереди относительно центра стула так же, как и в предыдущих технических решениях, приводит к несовпадению траектории движения подлокотника с траекторией движения локтя стоматолога при выполнении им стандартных операций.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение конструкции крепления подлокотников к любому стулу с сохранением и увеличением функциональных возможностей, а именно обеспечением движения локтя на подлокотнике, соответствующего анатомическому движению руки оператора, охвата всего диапазона положения руки при лечении с сохранением устойчивой опоры на подлокотник, полное следование за моторикой локтя при движении руки врача, компенсация действующих сил на подлокотник при любом положении руки оператора, исключение возможности травмирования пациента подлокотником при повороте оператора со стулом, создание компактной конструкции и обеспечение возможности быстрого ее крепления к любому медицинскому стулу, возможности индивидуализации всех необходимых параметров под конкретного пользователя (высота подлокотников, расстояние между подлокотниками, наклон подлокотников), включая положение опорной части локтя, повышение надежности, уменьшение габаритов, обеспечение устойчивой опоры на подлокотник, повышение точности работы за счет фиксации плеча и предплечья и компенсации прикладываемых сил от рук оператора, отсутствие необходимости компенсации собственной мускулатурой, что позволит снизить напряжение и усталость мышц плеча и спины, сохранение правильной осанки и обеспечение профилактики профессиональных заболеваний суставов, мышц и связок рук и позвоночника у стоматологов.
Техническим результатом патентуемого решения является увеличение функциональных возможностей узла крепления подлокотника к опорной стойке стула, за счет возможности регулирования подлокотников посредством упомянутого узла по высоте, изменения расстояния между подлокотниками и угла наклона подлокотника и его поворота, а также упрощение конструкции узла крепления.
Технический результат достигается за счет использования узла крепления подлокотника к опорной стойке стула, выполненного в виде углового элемента с центральным отверстием для крепления к опорной стойке стула с возможностью фиксации и регулирования по высоте, при этом на концах углового элемента расположены средства крепления L-образных стоек подлокотников, выполненные с возможностью изменения расстояния между подлокотниками, угла наклона подлокотника и его поворота. Обеспечивает следование за рукой оператора при любых движениях, используемых при лечении.
Центральное отверстие углового элемента выполнено с возможностью регулирования по высоте и служит для фиксации узла крепления на опорной стойке стула посредством затяжных элементов.
Угловая форма выполнения элемента узла крепления подлокотника к опорной стойке стула с расположенными на его концах средствами крепления L-образных стоек является оптимальной для обеспечения простоты конструкции, выбрана на основе анатомических особенностей человека с обеспечением распределения усилий и компенсации всех сил, действующих на подлокотник, наилучшей поддержки и жесткости конструкции, также происходит смещение центров вращения подлокотников от центра стула, что позволяет приблизиться к естественной траектории движения руки пользователя.
Средства крепления L-образных стоек подлокотников к угловому элементу позволяют регулировать расстояние между подлокотниками, угол наклона подлокотника с неподвижной фиксацией подлокотников в настроенном под конкретного пользователя положении и обеспечивают следование за рукой пользователя посредством поворота подлокотника.
Снабжение углового элемента средствами, позволяющими регулировать высоту расположения подлокотников, расстояние между ними, изменять их наклон и обеспечивать следование за рукой пользователя за счет обеспечения возможности вращения подлокотников, их взаиморасположение и взаимосвязь приводит к упрощению конструкции узла крепления подлокотников к опорной стойке стула с увеличением функционала по сравнению с известными устройствами.
В частном случае реализации средство крепления L-образных стоек подлокотников может быть выполнено в виде зажима, например, хомутового типа или распорных фиксирующих зажимов.
В частном случае реализации поворот подлокотника возможен за счет снабжения средств крепления подлокотников шариковыми или роликовыми подшипниками и шарнирами. Возможно использование подшипников скольжения любого типа.
В частном случае реализации в теле углового элемента могут быть выполнены сквозные отверстия для облегчения узла и с целью упрощения технологических операций для нарезания резьбы, а также для установки демпферов и блокираторов вращения L-образных стоек (стержней) подлокотников.
Угловой элемент может быть выполнен из металла или пластика.
Средство крепления подлокотников может быть закреплено к нижней части подшипника, что позволит поднять угловой элемент как можно выше к сидению стула, чтобы сохранить экскурсию по высоте стула, также служит для обхода L-образными рычагами регулировочных ручек стула для свободной работы всех устройств как стула, так и подлокотников.
Далее решение поясняется ссылками на фиг. 1-3, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 - общий вид узла крепления L-образных стоек подлокотников к опорной стойке стула.
На фиг. 2 - общий вид узла крепления L-образных стоек подлокотников к опорной стойке стула с закрепленными на нем подлокотниками.
На фиг. 3 - стул с закрепленными на нем подлокотниками посредством узла крепления подлокотника к опорной стойке стула.
Согласно фиг. 1 узел крепления подлокотника к опорной стойке стула выполнен в виде углового элемента 1 с центральным отверстием 2, на концах углового элемента расположены средства крепления подлокотников 3.
Угловой элемент 1 состоит из двух частей хомутового типа 7 и 8 (полухомутов), стянутых винтовыми элементами 10 между собой, причем на соприкасающихся сторонах выполнены полукруглые вырезы, образующие при плотном контакте двух частей 7 и 8 центральное круглое отверстие 2. Таким образом, путем завинчивания и отвинчивания винтовых элементов 10 возможна установка узла крепления на стойку 12 стула без ее разбора.
Возможно использование эксцентриков (на фигурах не показаны) для быстрой регулировки величины зажима углового элемента к стойке стула.
На концах углового элемента закреплены средства крепления 3 L-образных стоек подлокотников. Средство крепления 3 L-образной стойки подлокотника состоит из элемента, обеспечивающего вращение подлокотника (на фигурах в качестве примера представлен подшипник 4, ось вращения которого параллельна оси центрального отверстия 2), и элемента фиксации стойки подлокотника (на фигурах в качестве примера представлены хомуты 5). Элемент, обеспечивающий вращение подлокотника, жестко соединен, например, посредством сварки или фрезерованных деталей хомутового типа, со средством фиксации стойки подлокотника, также возможно использование стеклопластикового элемента целиком из армированных материалов, или отливка, или фрезеровка единого элемента.
В частном случае реализации средство фиксации стойки подлокотника может быть выполнено в виде U-образного элемента с охватыванием выступающей части подшипника 4 по окружности, при этом концы U-образного элемента выполнены в виде хомутов 5. Каждый хомут 5 имеет два расположенных на расстоянии зажимных ушка (проушины) 6, выполненных с возможностью сближения друг с другом для затягивания хомута посредством винта.
Изменение степени сжатия (сближения) зажимных ушек 6 позволяет регулировать вылет подлокотника, его наклон и фиксировать подлокотник в настроенном под конкретного пользователя положении.
Использование подшипника в качестве элемента, обеспечивающего вращение подлокотника, повысит плавность хода подлокотника, позволит исключить возможности травмирования пациента подлокотником при повороте оператора со стулом.
Заявленная конструкция компактна и требует всего 40 мм свободной поверхности подседельного штыря (опорной стойки стула) для установки.
Выполнение углового элемента с углом раскрытия α, находящимся в интервале от 50 до 179°, и расстоянием между осью вращения элементов, обеспечивающих вращение подлокотников, и центральной осью центрального отверстия b в диапазоне от 40 до 150 мм позволяет соответствовать движению локтя на подлокотнике анатомическому движению руки стоматолога при выполнении стандартных для стоматолога операций с сохранением опоры на подлокотник. Наилучший эффект достигается при угле раскрытия α от 100 до 115° и расстоянии от центрального отверстия до центра вращения b от 70 до 100 мм, что подтверждено экспериментально.
В частном случае реализации монтаж устройства осуществляется следующим образом.
L-образные стойки подлокотников 11 закрепляют на угловом элементе 1 путем их зажима в хомутах 5. Затем узел крепления с подлокотниками 11 крепят на опорной стойке стула 12, для этого отвинчивают винтовые элементы 10, устанавливают часть 7 углового элемента 1 на необходимой высоте с совпадением полукруглого отверстия с опорной стойкой стула 12, прислоняют часть 8 углового элемента 1 таким образом, чтобы опорная ножка стула 12 оказалась размещенной в полукруглом вырезе части 8 углового элемента 1, и затягивают винтовые элементы до полной фиксации углового элемента 1 на опорной стойке стула. Крепление углового элемента 1 к опорной стойке стула 12 осуществляют таким образом, чтобы концы углового элемента были направлены назад, к спинке стула (при ее наличии) и расположены симметрично относительно плоскости симметрии стула. Указанная конструкция узла крепления является универсальной, так как возможна настройка высоты крепления подлокотников и нет необходимости разбирать стул. Диаметр опорной стойки стульев является стандартным и равен 28 мм, диаметр центрального отверстия 2 равен диаметру стойки стула 12. После осуществляют регулировку расстояния между подлокотниками и наклон подлокотников, для этого расслабляют хомут 5 путем отвинчивания винтового элемента, перемещают горизонтальную стойку L-образного подлокотника 11 внутри хомута 5, осуществляют регулирование наклона подлокотника путем его поворота внутри хомута 5 и фиксируют посредством затягивания хомута 5. Таким образом, универсальность узла крепления обеспечивается также возможностью настройки расстояния между подлокотниками в соответствии с комплекцией и анатомическим строением оператора и наклона подлокотников для настройки под работу конкретного пользователя, большего схождения в верхней части при повороте, а также при наклоне стойки подлокотников меньше мешают ногам.
Для обоснования данной конструкции были проведены анатомические и физиологические исследования движения рук и тела оператора при лечении, характерные для большинства докторов при здоровой осанке. Были оценены нагрузки и их направления при опоре на подлокотники, положение тела относительно центра стула, положение суставов плеча и локтя, положение рук оператора для физиологичной работы. Выяснилось, что наиболее физиологичное положение локтевого сустава относительно плечевого находится в 10-12 см наружу от плечевого сустава. Приблизительно на такое же расстояние локтевой сустав уходил вперед от плечевого сустава и находился на одной оси с центром стула. Внутренняя сторона предплечья была обращена вверх и находилась в горизонтальной плоскости при возможном небольшом отклонении кисти. Наружная сторона предплечья образовывала при этом угол опорной части в 15° от горизонтали. Угол между предплечьями оператора был от 80 до 100°, в зависимости от угла наклона туловища и типа стула. Точкой опоры был выбран локоть, так как предплечье должно оставаться подвижным, локоть же может выполнять поддерживающую функцию для позвоночника и опорную для предплечья, разделяя нагрузку от кисти через руку к плечевому поясу и позвоночнику. Это, с одной стороны, позволяет производить более точные манипуляции оператору, так как рычаг руки разделен, так и меньше уставать, разгружая плечевой пояс и позвоночник, что снимает нагрузку с мышц спины, предупреждая их спазм. При анализе сил, производимых локтем оператора в зоне физиологичной нагрузки на подлокотник, было выявлено три вектора силы, направление и величина которых могли несколько изменяться с изменением рабочего положения рук: 1) вертикальная составляющая обусловлена давлением локтя на подлокотник, 2) горизонтальная составляющая, направленная наружу по радиусу от плечевого сустава по плечевой кости, и 3) горизонтальная с вектором, направленным вперед, величина которого зависит от положения туловища оператора в связи с типом стула и особенностью посадки при использовании или отсутствии спинки.
Для компенсации горизонтальных составляющих сил необходимо использование подлокотников со стойками постоянной длины и определенное расположение точек вращения. Расчет точек вращения показал, что при угле раскрытия α от 100 до 115° углового элемента и расстоянии от центрального отверстия до центров вращения b от 70 до 100 мм достигается наилучший эффект по компенсации векторов сил во всех направлениях, возникающих при работе стоматолога при любом физиологичном положении тела и рук, что опробовано и подтверждено экспериментально.
Таким образом, использование заявленного универсального узла крепления позволит расширить функциональные возможностей упомянутого узла за счет возможности регулирования подлокотников посредством упомянутого узла по высоте, изменения расстояния между подлокотниками и угла наклона подлокотника и его поворота, кроме того, обеспечивается упрощение конструкции узла крепления.