Стул-качалка для совместных труда и отдыха в позе сидя
ROCKING CHAIR FOR JOINT WORK AND RELAXATION IN A SITTING POSITION

Изобретение имеет целью усовершенствование стула (самого распространенного и массового вида бытовой, офисной и производственной мебели), предназначенного для труда и отдыха в позе сидя и выполняющего задачи профилактической медицины по повышению работоспособности и сохранению здоровья на рабочем месте.
Широко известен классический стул (в дальнейшем стул), например, идентифицируемый как стул офисный ИЗО 540×610×790 мм ткань/металл [1], содержащий трубчатый металлический каркас с двумя передними и задними ножками, в верней части попарно соединенными поперечинами, на которых закреплено сиденье со слегка наклоненной назад и выше расположенной от него спинкой.
Другие многочисленные варианты изготовления стула, вызванные необходимостью улучшения его эксплуатационных и эстетических качеств, характеризующих легкость перемещения этого полезного для работы и отдыха вида мебели, сводятся к изготовлению деталей из различных материалов (дерево, металл, пластик, кожа, тканный материал и пр.). В стремлении к расширению функциональности стула разработчики добавляют в его конструкцию подставку для ног (например, Патент 2628727 [2]), делают спинку наклоняемой (Патент 2311102 [3], Патент 2376920 [4]). Однако и с внедрением указанных дополнительных деталей и характеристик в конструкцию стула не исчерпываются функциональные возможности его конструкции к повышению производительности труда в сочетании с сохранением здоровья на рабочем месте. Работник, применяющий при труде стул с вышеотмеченными к нему дополнительными деталями и характеристиками, как и без них, вынужден предупреждать вызываемое трудом переутомление применением других, более комфортабельных видов сидений, - в креслах различных конструкций (в том числе, с функцией качения-качания), располагающихся, как правило, вне рабочих мест (в комнатах для отдыха, психофизиологической разгрузки и в других непроизводственных помещениях).
В отличие от стула кресло характеризуется значительно большей комфортностью, обеспечиваемой внедрением в конструкцию этого рода стула подлокотников, колес для опоры на пол и перемещения по нему, удлинением спинки, применением мягкой обивки поверхностей и др. деталей, что обусловливает его значительно большую массу, меньшую мобильность и большее назначение для отдыха, чем работы.
В стремлении объединить достоинства стула и кресла и минимизировать их недостатки в едином устройстве для работы и отдыха разработчики конструируют различные модели так называемых офисных кресел (например, Патент 2189771 [5], Патент RU 151698 [6]), предназначенных не только для отдыха, но и труда в рабочей позе сидя. Однако эти модели кресел не позволяют сидящему на них оператору переводить свое тело из состояния производственного труда в состояние отдыха, обеспечиваемое эффективными для уменьшения мышечного и нервно-эмоционального напряжения равномерными маятниковыми движениями, перемещающими его одновременно вперед-назад и вверх-вниз. Известны научные исследования [7], в которых доказана эффективность таких маятниковых движений для отдыха, воспроизводимых, например, в кресле-качалке, для восстановления ресурсов организма в сравнении с пребыванием в том же кресле без его движения. Известно, что при отдыхе в кресле-качалке, выполняющем маятниковые движения (перемещающие оператора одновременно вперед-назад и вверх-вниз) в большей мере, чем при сопоставимом отдыхе без таких движений, снижается нагрузка на центральную нервную систему (ЦНС) и опорно-двигательный аппарат, массируются внутренние органы, повышается эластичность кровеносных сосудов, улучшается кровообращение, уменьшаются отеки ног, улучшается работа головного мозга [7]. Поэтому такой род стула, как кресло-качалка, можно отнести к средствам восстановительного самомассажа, который достигается посредством воспроизводства и моделирования плавно изменяющейся (переменной) гравитационной нагрузки на организм, вызываемой циклическими вверх-вниз пассивными колебательными движениями тела оператора. Гравитационной нагрузки, которая формируется не вперед-назад движениями, поскольку при них она не изменяется, а другим, свойственным маятниковому движению кинематическим его компонентом, - движениями вверх-вниз. Такая, воспроизводимая с помощью кресла-качалки, переменная гравитационная нагрузка действует не на отдельные, а на все органы и системы организма в одинаковой мере и ответной реакцией на нагрузку гармонизирует взаимодействие их функций между собой, тем самым наиболее эффективно (по отношению к колебательным движениям вперед-назад) ускоряет восстановление утомленных рабочих структур, повышает работоспособность и сохраняет здоровье. Указанные благоприятные эффекты качания, например, в положении полулежа, можно объяснить тем, что оно вызывает в организме небольшую, упругую, синхронно происходящую в соединительной ткани и паренхиме внутренних органов деформацию в близком к поперечному продольной оси туловища направлении, а также некоторую флуктуацию парциального давления метаболических газов в кровеносной системе, принудительные приток/отток крови, лимфы и ускорение обновления воды в тканевой жидкости (устраняющие застойные явления в организме), переменное расслабление мышц и адекватную ему проприоцептивную афферентацию в нейроны ЦНС, уменьшающую вредное влияние производственной и другой психоэмоциональной нагрузки. Такого благоприятного (мягкого, переменного) воздействия гравитационных нагрузок на организм другими традиционными способами можно достичь, вероятно, лишь воздействием качания на волнах, формируемых амплитудой синхронного движения молекул воды вверх-вниз в больших или специальных водоемах.
Известно кресло-качалка, предназначенное как для отдыха качанием, так и для выполнения работы путем регулировки угла наклона сидения и спинки изменением мест их крепления в отверстиях опор (Патент RU 114594 U1 [8]). Оно обеспечивает смену режима отдыха на режим работы и наоборот. Недостатком данного устройства является необходимость выполнения ряда ручных операций по переводу его из одного режима в другой вставанием и изменением мест крепления сидения, спинки в отверстиях опор, что не исключает потерю времени работы и отдыха, и тем не способствует повышению производительности труда, комфортности и эффективности отдыха.
Известно универсальное кресло-качалка для работы и отдыха (Патент 74048 [9]), содержащее кресло, опорную конструкцию, подвески, связывающие кресло с опорной конструкцией через подшипники качения. Кроме функции легкого свободного маятникового движения, возбуждаемого и затухающего действием и бездействием внешней силы (например, рук или ног, или за счет смещения центра тяжести тела оператора), универсальное кресло-качалка имеет механизм фиксации своей подвижной части в нескольких положениях относительно опорной конструкции и съемный предметный столик для использования не только для отдыха, но и в качестве рабочего места, что придает ему универсальность. Фиксация угла наклона подвижной части выбирается сидящим исходя из требований к уровню комфорта: от горизонтального (параллельно полу) расположения сидения, что удобно для работы за письменным столом, до максимального отклонения продольной оси туловища от вертикали, являющегося положением полулежа. Но, несмотря на указанное несомненное достоинство этого аналога, он ограничивает потребление эффективных для отдыха качательных движений лишь вариантом, при котором движения качения вперед-назад задаются одновременно с движениями качания вверх-вниз, и не обеспечивает возможность их раздельного применения для восстановления работоспособности и профилактики заболеваний органов и систем организма. Кроме того, в сравнении со стулом, он имеет значительно большую массу, что ограничивает его мобильность и область применения на рабочих местах промышленных предприятий. Этот аналог недостаточно приспособлен к вариации рабочей позы без истирающего одежду скольжения ее по поверхности сидения вперед-назад для приближения и удаления к другой, применяемой вместо своего съемного предметного столика, столешнице.
Таким образом, наиболее близкими аналогом (прототипом) заявляемого устройства по конструкции для совместной работы и отдыха в позе сидя, является вышеописанный стул (стул офисный ИЗО 540×610×790 мм ткань/металл [1]).
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание нового устройства (стула-качалки для совместных труда и отдыха в позе сидя), сочетающего в себе легкость, мобильность, простоту конструкции стула и приспособленность его к обеспечению выполнения работы, сидящему на нем оператору, с достоинством кресла-качалки обеспечивать отдых качанием не только с одновременным движением тела вперед-назад, вверх-вниз, но и отдельно вверх-вниз для повышения комфорта и эффективности отдыха в отведенное ему время трудовой смены, более полного восстановления работоспособности трудящихся на рабочих местах, и своевременной (выполняемой на рабочем месте, в процессе труда) профилактики у них заболеваний органов и систем организма.
Указанная задача решается в заявляемом устройстве, имеющем, по сравнению с прототипом и другими вышеуказанными аналогами стула и кресла-качалки, следующую техническую возможность совершать сидящему на нем оператору эффективные работу и отдых в позе сидя на рабочем месте. Произвольным, некоторым смещением центра тяжести туловища вперед от спинки устройства и подголовника сгибанием в тазобедренных суставах сидение приобретает горизонтальную ориентацию, удобную для выполнения ручной работы, в том числе, на поверхности какого-либо стационарного стола, к которому может приставляться заявляемое устройство. Горизонтальная ориентация сидения может произвольно изменяться оператором на ±5° для приближения или отдаления от рабочей поверхности стола (без отрыва от сидения и скольжения по нему одежды) смещением центра тяжести туловища вперед-назад при помощи незначительного перемещения стоп по отношению к передним ножкам устройства, что вызывает некоторое откатывание/подкатывание его к отдельно от устройства расположенному столу. Такое, предназначенное для выполнения ручной работы, состояние системы заявляемого устройства можно назвать стационарным. Смещением центра тяжести туловища назад разгибанием в тазобедренных суставах до опоры на спинку и подголовник оператор произвольно переводит устройство из стационарного, предназначенного для выполнения ручной работы состояния, в динамическое, при котором сидение автоматически наклоняется назад и становится удобным для осуществления отдыха, обдумывания и принятия управленческих решений в состоянии свободно затухающих колебаний устройства, одновременно перемещающих оператора вперед-назад, вверх-вниз, и им поддерживаемых, либо не поддерживаемых изменением давления стоп на поверхность пола. Такое, предназначенное для осуществления «первичного - поверхностного» отдыха, состояние колебательной системы заявляемого устройства можно назвать динамическим №1, которое также автоматически может переходить в динамическое №2 состояние системы, предназначенное для «вторичного - глубокого» отдыха, при сочетании опоры на спинку устройства и подголовник с некоторым однократным отталкиванием пальцев стоп от поверхности пола, которое, еще более увеличивает угол наклона сидения назад и включает в работу упругие элементы устройства, позволяющие ему совершать свободные, постепенно затухающие упругие колебательные движения, перемещающие оператора вверх-вниз. Указанные колебательные движения вверх-вниз могут поддерживаться небольшим, в такт колебания, сгибанием-разгибанием в коленных суставах ног, стопы которых при этом вынужденно находятся в свободном, безопорном (подвешенном над полом) состоянии. Возврат от динамического №2 к динамическому №1 и стационарному состояниям устройства обеспечивается оператором произвольным разгибанием в локтях рук перед собой в сочетании с одновременным произвольным ослаблением опоры на спинку устройства и подголовник напряжением скелетных мышц, смещающих центр тяжести туловища вперед.
Задача решается тем, что в предлагаемом устройстве, состоящем из трубчатого металлического каркаса с двумя передними и задними ножками (1), в верхней части попарно соединенными поперечинами (2), на которых закреплено сиденье (3) со слегка наклоненной и выше расположенной от него спинкой (4), причем, согласно изобретению, спинка 4 содержит подголовник (5), а левые и правые ножки в нижней своей части шарнирно соединены с левой и правой упругими металлическими полосами (6), выпуклой стороной своего изгиба опирающимися на пол вместо ножек при всех рабочих углах наклона устройства. Упругие полосы спереди выступают несколько вперед, за пределы передних ножек, между передними и задними ножками упругие полосы имеют больший, а сзади последних меньший изгиб, в конце полос меняющий направление на противоположное. Задние концы упругих полос имеют резьбовое соединение с удлинителями (7), позволяющими регулировать длину упругих полос сзади под рост сидящего для предотвращения опрокидывания устройства назад. Обе упругие полосы на равноудаленном от задних ножек вперед и назад расстоянии, в целом близком расстоянию между передними и задними ножками, характеризуются большей упругостью к изгибу, достигаемой правым и левым упругими коромыслами (8) и пружинами растяжения (9), в области задних ножек одним концом закрепленных на вогнутой поверхности упругих полос, а другим - в центре вогнутой поверхности упругих коромысел, концы которых шарнирно соединены с упругими полосами.
Сущность заявляемого устройства поясняется с помощью чертежей (см. фиг. 1-4). На фиг. 1-4 схематично представлены основные 4 момента в работе устройства, объясняющие применение его для труда, различных вариантов отдыха и их сочетания. На фиг. 1 объясняется применение устройства для работы, обеспечиваемое горизонтальной ориентацией сидения 3 с возможностью, согласно дизайну производственного процесса, оперативного регулирования расстояния от устройства до рабочей поверхности стола некоторым наклоном вперед и назад сидения соответственно уменьшением и увеличением угла сгибания опирающихся ступнями на пол ног в коленных суставах. На фиг. 2 объясняется применение устройства для отдыха, обеспечиваемого качанием, возбуждаемым опорой оператора на спинку 4 и подголовник 5 устройства и периодически произвольно поддерживаемым изменением реакции опоры стоп на пол, передаваемым на указанные спинку и подголовник. Это качание сопровождается качением упругих полос вперед-назад по полу в пределах контакта с ним на расстоянии между ножками, что вызывает одновременно происходящие возвратно-поступательные перемещения оператора вперед-назад, вверх-вниз и сопровождается изменением углов туловища по отношению к горизонтальной поверхности пола в диапазоне от 100 до 130°. На фиг. 3а и 3б объясняется применение устройства для отдыха, к которому оператор самостоятельно переходит из положения опоры на спинку 4 и подголовник 5 в сочетании с однократным отталкиванием пальцами стоп от пола, что приводит к еще большему наклону конструкции устройства назад и касанию его удлинителей 7 поверхности пола, включающих упругие элементы 6, 8, 9 в работу по перемещению оператора вверх-вниз свободно затухающими колебаниями устройства (фиг. 3а), которые, как выше указано, могут поддерживаться некоторым (в такт колебания устройства) сгибанием-разгибанием в коленных суставах вынужденно подвешенных над полом голеней и стоп (фиг. 3б). При №1 и 2 динамических состояниях устройства, представленных на фиг. 3а и 3б, продольная ось туловища оператора наклоняется назад до 150° к горизонтали поверхности пола и совершает свободно затухающие упругие колебания с изменением углов в диапазоне от 140 до 160° и разновеликим перемещением точек на ней вверх-вниз. На фиг. 4 объясняется применение устройства к прекращению отдыха, умственного труда и возвращению к ручной работе, которое достигается смещением центра тяжести туловища вперед посредством одновременных вытягивания рук перед собой с напряжением мышц, способствующих отодвиганию вперед туловища от спинки 4 и головы от подголовника 5.
Заявляемое устройство работает следующим образом (см. фиг. 1-4). Для выполнения ручной работы сидя за стационарным (отдельно стоящим от заявляемого устройства) столом (фиг. 1) оператор усаживается на сиденье 3 без опоры на спинку 4, подголовник 5, и, расположением опирающихся на пол стоп по отношению к передним ножкам 1, выбирает необходимое ему расстояние до рабочей поверхности стола, которое, в последующем, регулирует перестановкой вперед-назад опирающихся на пол стоп. При отодвигании стоп назад устройство слегка наклоняется вперед и приближает оператора к рабочей поверхности стола, а перемещением стоп вперед устройство слегка наклоняется назад и отодвигает оператора от указанной рабочей поверхности стола. Применение с помощью заявляемого устройства ненагруженных весом тела ног для регулирования расстояния до рабочей поверхности стола обеспечивает мобильность к вариации рабочей позы без истирающего одежду скольжения ее по поверхности сидения вперед-назад, способствует ускорению кровообращения в ногах и тем препятствует вредному влиянию гипокинезии при сидячей работе. Для осуществления оператором отдыха и умственной работы (фиг. 2) с одновременным перемещением тела вперед-назад, вверх-вниз, он, сидя на сиденье 3 с отодвинутыми вперед от передних ножек 1 стопами, при опоре на спинку 4 и подголовник 5, автоматически переводит устройство в состояние возвратно-поступательного качения по полу, которое может оставить затухающим (вариант пассивного отдыха) или поддерживать легким отталкиванием стоп от пола (вариант активного отдыха). Для осуществления оператором отдыха и умственной работы с перемещением тела вверх-вниз (фиг. 3а, 3б), он, сидя на сиденье 3 с опорой на спинку 4 и подголовник 5, однократным отталкиванием пальцами стоп от пола автоматически переводит заявляемое устройство в состояние, при котором пространственная ориентация спинки сидения 4 по отношению к горизонтали отклоняется на угол более 100° (фиг. 3а) после чего, в результате опоры задних концов упругих полос 6 посредством удлинителей 7 на поверхность пола, начинает работать система упругих элементов 6, 8, 9 выполнением упругого качания устройства вверх-вниз (фиг. 3б), которое оператор может остановить, сделав затухающим лежа в покое (вариант пассивного отдыха), или поддерживать и регулировать амплитуду колебаний своего тела незначительным (в такт колебаниям устройства) сгибанием-разгибанием свободно подвешенных над полом ног в коленных суставах (вариант активного отдыха). Как отмечено выше, обеспеченные заявляемым устройством указанные формы активно-пассивного отдыха способствуют восстановлению работоспособности ЦНС, прочих функциональных систем, и предупреждают заболевания ног, спины и других органов, массируя их изменяющейся гравитационной нагрузкой. Массаж этот достигается (в естественных условиях трудно доступным) плавным изменением скорости высокоамплитудного движения одновременно всех структур и сред организма вверх-вниз в близком к лежачему положении. Прекращение активно-пассивного отдыха в заявляемом устройстве и возвращение оператора к работе за столом достигается произвольным смещением своего центра тяжести вперед посредством одновременного разгибания рук перед собой вперед с напряжением мышц, способствующих отодвиганию туловища от спики 4 и головы от подголовника 5 вперед. При этом происходит постепенное уменьшение угла наклона назад сидения 3 до горизонтальной его ориентации (фиг. 4).
Таким образом, решена задача изобретения по созданию нового устройства (стула-качалки для совместных труда и отдыха в позе сидя), сочетающего в себе легкость, мобильность, простоту конструкции стула с улучшенной приспособленностью его к выполнению работы и отдыха на рабочем месте, обеспечиваемых расширением возможности как оперативного регулирования расстояния устройства до рабочей поверхности стола, так и внедрением механизма качания устройства не только с одновременно задаваемыми движениями вперед-назад, вверх-вниз, но и раздельного их осуществления для более полного восстановления работоспособности на рабочих местах, своевременной профилактики переутомления опорно-двигательного аппарата и ЦНС, заболеваний органов и систем организма.
Сопоставительный анализ с прототипом и аналогами показывает, что заявляемое устройство, состоящее из трубчатого металлического каркаса с двумя передними и задними ножками, в верней части попарно соединенными поперечинами, на которых закреплено сиденье со слегка наклоненной назад и выше расположенной от него спинкой отличается тем, что спинка содержит подголовник, а левые и правые ножки в нижней своей части шарнирно соединены с левой и правой упругими металлическими полосами, выпуклой стороной своего изгиба опирающимися на пол вместо ножек; упругие металлические полосы спереди выступают несколько вперед, за пределы передних ножек, между передними и задними ножками они имеют больший, а сзади последних меньший изгиб, в конце полос меняющий направление на противоположное; упругие полосы сзади имеют резьбовое соединение с их удлинителями, причем каждая упругая полоса на равноудаленном от задних ножек вперед и назад расстоянии, в целом близком расстоянию между передними и задними ножками, характеризуется большей упругостью к изгибу, достигаемой левым и правым упругими коромыслами и соответствующими им пружинами растяжения, одним концом закрепленными на вогнутой поверхности упругих полос в области задних ножек, а другим - в центре вогнутой поверхности упругих коромысел, концы которых шарнирно соединены с им соответствующими упругими полосами.
Таким образом, заявляемое устройство соответствует критериям изобретения «новизна» и «существенные отличия».
Литература
1. Стул офисный ИЗО 540×610×790 мм ткань/металл.
2. Стул с подставкой для ног. Патент РФ на изобретение №2628727.
3. Обеденный стул с отклоняющим механизмом. Патент РФ на изобретение №2311102.
4. Стул. Патент РФ на изобретение №2376920.
5. Кресло. Патент РФ на изобретение №2189771.
6. Компьютерное кресло. Патент на полезную модель RU 151698.
7. Hanninen Osmo. Физиология и патофизиология процесса сидения. Медицина XXI век, №8 (9), 2007.
8. Консольное кресло. Патент RU 114594 U1.
9. Универсальное кресло-качалка для работы и отдыха. Патент на полезную модель №74048.