对枕头的人机工程学分析

《人机工程学》

期末论文

对枕头的人机工程学分析

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二〇一四年十二月

对枕头的人机工程学分析

[摘要]：分析枕头的设计、材料、形状等实际上包含的人机工程学原理，从枕高、枕长、枕宽、枕芯材料及枕头形状5个方面进行研究，得出枕头性能对人体睡眠舒适性的影响及最佳使用范围，并根据实验结果设计一款人机工程学枕头，将有利于最大限度地缓解由枕头所引起的睡眠疲劳。

[关键词]：枕头；人机工程学；睡眠舒适性

枕头是我们日常生活中最常见的物品之一。它看似平常无奇，没有什么值得研究的。然而作为我们的必需品之一，枕头的设计、材料、形状等实际上包含了许多人机工程学的原理，值得我们好好研究一下，从而加深对枕头的认识，同时加深对人机工程学的认识。

一般认为，枕头就是人们为睡眠的舒适而采用的填充物，而从现代医学研究上认识，人体的脊柱，从正面看是一条直线，但侧面看是具有四个生理弯曲的曲线，为了保护颈部的正常生理弯曲，维持人们睡眠时正常的生理活动，人们睡眠时必须采用枕头。

1．枕头与人机工程学

颈部是人体最狭窄的部位，其上撑头颅，下连躯干，在最小的范围内集中通过了人体最重要的主干神经和血管。而枕头的功用在于支撑、保护人体颈椎的正常生理曲线，促进人体睡眠，其设计合理与否直接影响着人体健康。舒适的枕头可使颈部保持正常的生理自然弯曲，见图 1a，过大或过高的枕头会使

颈骨的自然弯曲消失而向

前倾，见图1b，而过低

的枕头会使颈部向后弯曲，

见图1c。如果枕头不合

适，长期下来必然会引发

颈肌和韧带损伤、椎间盘蜕

变、关节功能混乱以及形成骨质增生等问题。这些病变使神经根系、骨髓、血管等。

1．1枕头的合理高度

睡觉时维持颈椎的正常生理状态，才能使颈项部皮肤、肌肉、韧带、椎间关节及穿过颈部的气管、食道和神经等组织与整个人体一起放松、休息。正常人睡高枕，无论是仰卧还是侧卧，都会使颈椎生理状态改变，使颈部某些局部肌肉过度紧张。久而久之，颈部肌肉就会发生劳损、挛缩，促使颈椎位置发生微小变化，引起颈部神经根和血管受刺激或压迫，出现反射性痉挛，甚至造成脑部供血不足，产生颈、肩、背、臂麻痛或头晕、头痛、视力下降、耳鸣、恶心、听力减退等症状。高枕是引起落枕、颈椎病的常见原因之一。此外，高枕会增大颈部与胸部角度，使气管通气受阻，易导致咽干、咽痛和鼻鼾。高枕还能使胸背肌肉长期紧张，胸部受压，妨碍正常呼吸，长此下去必定给身体带来不良影响。正常人去枕长期睡低枕，同样也会改变颈椎生理状态。因头部的静脉无瓣膜，重力可使脑内静脉回流变慢，动脉供血相对增加，从而出现头涨、烦躁、失眠等不适，低枕对于高血压和动脉粥样硬化病人尤其有不良影响。

一般来说，患有高血压、心脏病、哮喘的人需要睡高枕；患低血压、贫血的人则需要睡低枕。枕头过高或过低都对人体健康不利。那么对正常人而言，枕头的高度究竟多高才合适呢？一般的认识是：习惯仰卧的人枕高一拳，习惯侧睡的人枕高一拳半较为合适。但最近据医学调查，健康人在8小时睡眠中，姿势变换约20-45次，而且有一半的姿势在不到5分钟就变换一次，其中60%是仰卧，35%是侧卧，5%是俯卧。所以虽然说人们所需要的枕高度往往因人而异，与每个人高矮，胖瘦、肩宽窄、头围、脖子的长短颈部弧度有关，并无一定的标准，但是一般人睡眠由于使用仰卧姿势时间较多，一般医生会建议使用一拳多一点的高度为宜，不宜达到一拳半的高度。

1.2枕头的合理硬度

一般来讲，较硬些的枕头有益于人体健康，但过硬的枕头使头部与枕头接触面过少，局部压力过大，使人感到不舒服，而且这样很可能造成对局部神经的压迫过大，在第二天早上产生头、颈、背、臂、手等处的麻木或者痛疼等症状；过软的枕头难以保持枕头的高度，因为过于松软对头皮压迫面积大，不利于血液循环，同时也存在透气性能差的问题，不能保证睡眠时充分的呼吸，也可能存在安全隐患。

1.3枕头的透气性和弹性

枕头的透气性和弹性主要对于软体枕芯材料的枕头而言，因为其他填充材料如决明子、蚕砂、谷物等大都枕头可以保证枕头的透气性良好，没有弹性也不会塌陷。但是软体材料如真空棉、棉花、海绵等一般就可能存在透气性差、弹性差的问题。依据医学调查，俯卧姿势在每人的睡眠过程中都占有一定的比例，透气性能不好的枕头会使睡眠中的人们呼吸不畅，从而严重影响到人的身体健康甚至可能会造成安全问题，目前市场上的枕头商家多数已经考虑到这一问题，多采用多孔纤维来解决这一问题。弹性好主要是指软体枕芯材料可以避免枕头的塌陷，保证枕头长时间的舒适使用，增加对颈部弯曲的承托力，但是弹性好的枕头也存在睡眠姿势不稳定的缺点。最好的枕头需要弹性适中，承托力适中。

1.4枕头形状

仰卧时， S形枕评价最高，其次是凸形枕和扁平形枕；侧卧时，凸形枕和S形枕在使用时压力分布均匀，最大压强集中在臂部，颈部得到有力支撑，脊柱变形相对较小，整体舒适性较高；在不同睡姿下，凹形枕压力多集中在颈部，立方枕压力多集中在头部，压力较为集中，舒适度评价最低。

2．枕头的设计

以人机工程学为设计指导原则，枕头的各项尺寸、枕芯材料及枕头形状以实验结果为参考数据，考虑人体常用的睡姿状态，设计一款人机工程学枕头，该枕头可最大限度地缓解由枕头所引起的睡眠疲劳。

2.1枕长、宽度

单人枕的长度以超过自己的肩宽15厘米为宜，而婴儿则与其肩部同宽最为适宜。枕宽：仰卧、侧卧及俯卧睡姿时枕宽均需大于头的高度加上脖子的长度。

2.2枕高度

古语里“高枕无忧”的说法，其实并不科学。枕头太高，无论以什么姿势睡觉，都不能保持颈椎正常的前凸弧度，会加重颈椎负担，使人的颈椎部处于前屈位机械性扭曲，随之增加背部肌肉紧张，造成睡觉睡到一半感到手麻脚麻，肩部酸痛, 头痛、头晕、耳鸣及失眠等脑神经衰弱等，时间长了还会变成“双下巴”，也极易造成颈椎病。枕头过低同样会导致胸锁乳突肌紧张，还会使头部充血，造成眼睑和颜面浮肿；并且下颚会因此向上抬，容易张口呼吸，出现打鼾的情况。如果颈部与肩部在一觉醒来后出现酸痛的现象，那就是枕头太低、不用枕头或枕