頭盔全向能量管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于保護人類頭部免受重復(fù)性沖擊、中度沖擊及嚴重沖擊以便顯著減小平移及旋轉(zhuǎn)腦損傷及震蕩兩者的可能性的安全頭盔(100)的實施例，其包含：外殼體(106)；外襯里(102)，其安置于所述外殼體內(nèi)且耦合到所述外殼體；及內(nèi)襯里(104)，其安置于所述外襯里內(nèi)且通過多個隔離阻尼器(108)相隔相對地耦合到所述外襯里以使所述內(nèi)襯里相對于所述外襯里及所述外殼體全向移動。
【專利說明】頭盔全向能量管理系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請案交叉參考
[0002]本專利申請案主張2011年2月9日提出申請的第61/462，914號及2011年11月1日提出申請的第61/554，351號美國臨時專利申請案的權(quán)益及優(yōu)先權(quán)，所述兩個臨時專利申請案以全文引用的方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的一個或一個以上實施例一股來說涉及安全設(shè)備，且更明確地說涉及保護人類頭部免受重復(fù)性沖擊、中度沖擊及嚴重沖擊以便顯著減小平移及旋轉(zhuǎn)腦損傷及震蕩兩者的可能性的保護性頭盔。
【背景技術(shù)】
[0004]極限遠動(例如，滑板、滑板滑雪、自行車越野(BMX)、滑坡山地自行車等等)，賽車運動(例如，越野及道路摩托車騎行及競賽)及傳統(tǒng)接觸運動(例如，足球及曲棍球)隨著這些運動中的每一者擴展到更廣泛的參與人口而遍及全世界以重大步伐不斷成長。盡管技術(shù)及精細訓(xùn)練制度不斷改進此些運動員/參與者的性能能力，但伴隨這些活動的損傷風(fēng)險還增加。至今，除一股利用較軟泡沫由較大厚度制成的雙密度泡沫襯里的出現(xiàn)之外，頭盔型頭部保護裝置尚未經(jīng)歷在沖擊事故的事件中改進對運動員的頭部及腦的保護的任何重大新技術(shù)。當前“現(xiàn)有技術(shù)”頭盔跟不上運動的演進及運動員的能力的步伐。同時，科學(xué)正提供與對頭部的重復(fù)性但中度沖擊及嚴重沖擊兩者的創(chuàng)傷性效應(yīng)相關(guān)的令人驚恐的數(shù)據(jù)。盡管震蕩當前最受關(guān)注，但來自相同震蕩性沖擊的旋轉(zhuǎn)腦損傷并未少受關(guān)注且事實上潛在地更麻煩。
[0005]頭部損傷由兩種類型的機械力-接觸及非接觸造成。當頭部打擊另一物件或被另一物件打擊時，產(chǎn)生接觸損傷。非接觸損傷由除經(jīng)由與另一物件接觸之外作用于頭部上的力(例如鞭擊誘發(fā)的力)導(dǎo)致的顱加速度或減速度引起。識別可單獨或彼此組合地作用的兩種類型的顱加速度。當大致位于松果體處的腦的重心(CG)沿大體直線移動時，發(fā)生“平移”加速度。當頭部在不具有CG的線性移動的情況下翻轉(zhuǎn)其CG時，發(fā)生“旋轉(zhuǎn)”或角加速度。
[0006]平移加速度/減速度可導(dǎo)致分別在與物件的沖擊部位的正下方及頭部的與被沖擊的區(qū)域相對的側(cè)上發(fā)生的所謂的“沖擊點”及“對沖性”頭部損傷。相比來說，腦損傷的生物力學(xué)的研究己確立，導(dǎo)致腦繞其CG旋轉(zhuǎn)的施加到頭部的力致使彌漫性腦損傷。此類型的移動造成硬腦膜下血腫及彌漫性軸突損傷(DAI)(最毀滅性類型的創(chuàng)傷性腦損傷中的一者)。
[0007]參考圖1，當從傾斜角度(即，大于或小于90。(相對于穿過腦的CG16繪制的垂直平面14))向佩戴者的頭部或頭盔12施加沖擊力10時，旋轉(zhuǎn)腦損傷的風(fēng)險最大。此些沖擊致使腦圍繞CG的旋轉(zhuǎn)加速度18，從而潛在地剪切腦組織且致使DAI。然而，鑒于腦物質(zhì)的分布，甚至直接線性或平移沖擊可在腦內(nèi)產(chǎn)生足以致使旋轉(zhuǎn)腦損傷的剪切力。取決于沖擊的嚴重性(即，力)、沖擊力10與90。(相對于垂直平面14)分離的度數(shù)及受傷的個體正佩戴的保護性裝置的類型(如果存在)，角加速度力可變大。旋轉(zhuǎn)腦損傷可為嚴重的、持久的且潛在地對生命具有威脅。
[0008]安全頭盔通常使用相對硬外部殼體及相對軟、柔性、可壓縮內(nèi)部填料(例如，裝配填料、泡沫填料、空氣填充的囊狀物或其它結(jié)構(gòu))來管理沖擊力。當施加到頭盔的力超出頭盔的經(jīng)組合資源減小沖擊的能力時，能量就被轉(zhuǎn)移到用戶的頭部及腦。取決于沖擊能量的量值，此可導(dǎo)致中度震蕩或嚴重腦損傷，包含旋轉(zhuǎn)腦損傷。
[0009]安全頭盔經(jīng)設(shè)計以在最大可能時間量內(nèi)吸收且耗散盡可能多的能量。無論沖擊致使直接線性或平移加速度/減速度力還是角加速度/減速度力，頭盔均應(yīng)消除或?qū)嵸|(zhì)上減小傳輸?shù)接脩舻念^部及腦的能量的量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例，提供用于保護性頭盔的全向沖擊能量管理系統(tǒng)，所述全向沖擊能量管理系統(tǒng)可顯著減小在寬廣能級譜內(nèi)的由對頭盔的沖擊產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)及線性力兩者。
[0011]一個或一個以上實施例的新穎技術(shù)使得能夠制作可提供其內(nèi)部組件之間的受控的內(nèi)部全向相對位移能力(包含相對旋轉(zhuǎn)及平移)的硬殼體的安全頭盔。所述系統(tǒng)針對以下各項增強現(xiàn)代頭盔設(shè)計:在對佩戴者的頭部的任何類型的沖擊的事件中改進的安全性以及運動員及運動活動中的休閑參與者的健康。這些設(shè)計具體解決角加速度力的管理、控制及減小，同時在此些沖擊期間減小作用于佩戴者的頭部上的線性沖擊力等等。
[0012]根據(jù)一實施例，一種安全頭藍包括:外殼體；外襯里，其安置于所述外殼體內(nèi)且率禹合到所述外殼體；及內(nèi)襯里，其安置于所述外襯里內(nèi)且通過多個隔離阻尼器相隔相對地耦合到所述外襯里以便相對于所述外襯里及所述殼體全向移動。
[0013]根據(jù)一實施例，一種用于制作頭藍的方法包括:將外襯里固定到外殼體且固定于其內(nèi)側(cè)；及將內(nèi)襯里相隔相對地耦合到所述外襯里且耦合于其內(nèi)側(cè)以使所述內(nèi)襯里相對于所述外襯里及所述外殼體全向移動。
[0014]本發(fā)明的范圍由以引用的方式并入到本章節(jié)中的技術(shù)方案定義。通過考慮對一個或一個以上實施例的以下詳細描述，將給所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員提供對本發(fā)明的實施例的更完全理解以及本發(fā)明額外優(yōu)點的認識。將參考將首先簡要描述的所附若干張圖式，且在所述圖式內(nèi)使用相同元件符號來識別其圖中的一者或一者以上中所圖解說明的相同元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是作用于佩戴者的頭部或頭盔上以致使佩戴者的腦圍繞腦的重心的旋轉(zhuǎn)加速度的沖擊力的圖式；
[0016]圖2是根據(jù)一實施例的頭盔在其冠狀平面處截取的實例的截面圖；
[0017]圖3是根據(jù)一實施例的另一實例性頭盔在冠狀平面處截取的截面圖，其展示安置于其中的佩戴者的頭部；
[0018]圖4是根據(jù)一實施例的另一實例性頭盔在冠狀平面處截取的截面圖，其展示安置于其中的佩戴者的頭部；[0019]圖5是根據(jù)一實施例的另一實例性頭盔的經(jīng)放大部分截面圖，其展示頭盔的內(nèi)襯里上的嚙合于頭盔的外襯里中的凹部中的凸耳；
[0020]圖6是根據(jù)一實施例的圖5的頭盔的經(jīng)放大部分截面圖，其展示響應(yīng)于內(nèi)襯里相對于外襯里的旋轉(zhuǎn)的凹部內(nèi)的凸耳的位移；
[0021]圖7是根據(jù)一實施例的根據(jù)本發(fā)明的隔離阻尼器的實例的側(cè)視立面圖；
[0022]圖8是根據(jù)一實施例的圖7的隔離阻尼器的側(cè)面與頂部端透視圖；
[0023]圖9是展示根據(jù)一實施例的耦合于頭盔的內(nèi)襯里與外襯里之間的圖7的隔離阻尼器的部分截面圖；
[0024]圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的隔離阻尼器的另一實例的側(cè)視立面圖；
[0025]圖11是根據(jù)一實施例的圖10的隔離阻尼器的側(cè)面與頂部端透視圖；
[0026]圖12是根據(jù)一實施例的隔離阻尼器的另一實例的立面圖；
[0027]圖13是根據(jù)一實施例的穿過具有內(nèi)襯里及外襯里的另一實例性頭盔的部分截面圖，其展示分別安置于所述襯里中的插入件及保持于所述插入件中的隔離阻尼器；
[0028]圖14是根據(jù)一實施例的頭盔襯里的部分截面圖，其展示用于保持模制于其中的隔離阻尼器的一端的插入件的另一實例；
[0029]圖15A是根據(jù)一實施例的隔離阻尼器端保持插入件的另一實例的頂部與側(cè)面透視圖；
[0030]圖15B是根據(jù)一實施例的其中模制有圖15A的插入件的頭盔襯里的部分截面圖；
[0031]圖16是根據(jù)一實施例的穿過具有內(nèi)襯里及外襯里的另一實例性頭盔的部分截面圖，其展示耦合于襯里之間的隔離阻尼器及延伸穿過外襯里中的凹部且分別耦合到隔離阻尼器的配件；
[0032]圖17是根據(jù)一實施例的裝配有插入件的內(nèi)襯里的實例的頂部與左側(cè)透視圖，其展示分別裝配到插入件中的隔離阻尼器及互連插入件的加強線；
[0033]圖18是根據(jù)一實施例的頭盔外襯里組合件的頂部與右側(cè)透視圖；且
[0034]圖19是根據(jù)一實施例的頭盔內(nèi)襯里及外襯里的部分透視圖，其展示隔離阻尼器的另一實例。
【具體實施方式】
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例，提供可顯著減小由賦予頭盔的沖擊產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)及線性力兩者的用于頭盔的全向沖擊能量管理系統(tǒng)。所述系統(tǒng)在具有硬殼體的安全頭盔的內(nèi)部組件之間實現(xiàn)受控的內(nèi)部全向相對位移能力，包含相對旋轉(zhuǎn)及平移移動。
[0036]本文中所揭示的一個或一個以上實施例特別適于可提供改進的保護以免受潛在地災(zāi)難性沖擊及變化的力的重復(fù)性沖擊(盡管不致使嚴重腦損傷，但可致使積累的傷害)兩者的頭盔。積累的腦損傷問題(即，二次沖擊綜合癥(SIS))越來越被識別為其中非災(zāi)難性接觸的許多力被轉(zhuǎn)移到佩戴者的頭部的特定運動(例如美式足球)中的嚴重問題。在各種實例性實施例中，隔離阻尼器經(jīng)配置以具有特定彎曲及壓縮特性以管理來自所有方向的寬廣范圍的重復(fù)性及嚴重沖擊，因此解決與多種運動(例如足球、棒球、自行車騎行、摩托車騎行、滑板、攀巖、曲棍球、滑板滑雪、滑雪、賽車等等)相關(guān)聯(lián)的許多不同風(fēng)險。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實例性實施例，安全頭盔可包括至少兩層。這些層中的一者(內(nèi)襯里)經(jīng)安置而與佩戴者的頭部直接地接觸或者經(jīng)由配件或所謂的“舒適襯里”接觸。另一層可包括固定到頭盔的相對硬外殼體的外襯里。在一些實施例中，一個或一個以上中間襯里可安置于內(nèi)襯里與外襯里之間。這些層可由任何適合材料形成，包含工業(yè)中常用的類型的能量吸收材料，例如發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)或發(fā)泡聚丙烯(EPP)。
[0038]在實例性實施例中，內(nèi)襯里的外表面f禹合到外襯里的內(nèi)表面，所述外襯里可具有固定到頭盔的硬外殼體的內(nèi)表面的外表面，所述頭盔具有使得能夠在所述內(nèi)襯里與所述外襯里之間發(fā)生受控的全向相對旋轉(zhuǎn)及平移位移的震動吸收與阻尼組件。因此，所述兩個襯里以一方式彼此耦合，使得其可響應(yīng)于來自對頭盔的硬外殼體的偏斜或直接擊打的角向力及平移力兩者而相對于彼此全向地位移。所述內(nèi)襯里與所述外襯里之間的嚙合實現(xiàn)所述兩個襯里之間的受控的全向相對移動，從而減小起源于頭盔的硬外殼體的力及所產(chǎn)生加速度到佩戴者的頭部及腦的轉(zhuǎn)移。
[0039]內(nèi)層或內(nèi)襯里與外層或外襯里的相對移動可經(jīng)由安置于所述襯里之間且將其耦合在一起以便相對移動的各種懸吊、阻尼及運動控制組件控制。在一些實施例中，額外襯里或部分襯里可插入于內(nèi)襯里與外襯里之間。因此，能量吸收結(jié)構(gòu)可包括實現(xiàn)所述襯里中的一者或一者以上之間的此受控的全向相對位移的在其間具有或不具有氣隙的各種襯里組件。襯里及其它層可包括多密度或單密度EPS、EPP或任何其它適合材料，例如發(fā)泡聚氨基甲酸酯(ETO)?？赏ㄟ^(舉例來說)下巴帶及/或常規(guī)頭盔上常用的類型的頸部安全裝置管理佩戴者的頭部上的適度束縛。
[0040]圖2是頭盔100的實例性實施例的在冠狀平面處截取的部分截面圖，所述頭盔包含空心半球形外襯里102，所述空心半球形外襯里圍繞類似形狀的內(nèi)襯里104圓周地安置且安置于對應(yīng)形狀的相對硬頭盔外殼體106內(nèi)側(cè)。在所圖解說明的特定實例性實施例中，外襯里102直接附接到頭盔殼體106的內(nèi)側(cè)表面，如在常規(guī)頭盔設(shè)計中為典型的。取決于頭盔100打算供其使用的特定應(yīng)用，相對硬外殼體106可由常規(guī)材料制造，例如纖維-樹脂鋪疊型材料、聚碳酸酯塑料、聚氨基甲酸酯或任何其它適當材料。
[0041]內(nèi)襯里104與外襯里102通過使用本文中稱為“隔離阻尼器”的多個有彈力(例如，彈性)結(jié)構(gòu)而彼此耦合以便形成內(nèi)部子組合件。如圖2中所圖解說明，隔離阻尼器108可包括具有安置于其下部表面中的凹狀(例如，大體球形)凹部110、從其上部表面延伸的對應(yīng)形狀的凸狀突出部及圍繞其圓周延伸的凸緣112的大體圓形盤狀物。內(nèi)襯里104可包含多個凸狀(例如，大體球形)突出部116，所述凸狀突出部各自與安置于外襯里102中的多個對應(yīng)形狀的凹狀凹部114中的對應(yīng)一者相隔相對安置。
[0042]在一實施例中，隔離阻尼器108的所述凹狀及凸狀特征中的一者或兩者可在形狀上分別與內(nèi)襯里104及外襯里102的凹狀及凸狀特征的形狀中的一者或兩者互補。隔離阻尼器108安置于內(nèi)襯里104與外襯里102之間，使得其凹狀凹部110分別安置于內(nèi)襯里104上的凸狀突出部116中的對應(yīng)一者上方，且隔離阻尼器108上的凸狀突出部分別安置于外襯里102中的凹狀凹部114中的對應(yīng)者內(nèi)。
[0043]圖3是類似于圖2的頭盔的頭盔150的另一實例性實施例的截面圖，其展示安置于其中的佩戴者的頭部。圖2的頭盔150包含圍繞內(nèi)襯里104圓周地安置的外襯里102，且襯里104、102兩者均安置于對應(yīng)形狀的相對硬頭盔殼體106內(nèi)側(cè)。如在圖2的頭盔100中，外襯里102直接固定到外殼體106的內(nèi)側(cè)表面，且內(nèi)襯里104通過多個隔離阻尼器108耦合到外襯里104以便相對其全向移動。然而，如圖3中所圖解說明，在一些實施例中，隔離阻尼器108可包括具有分別保持于隔離阻尼器保持器杯或分別附接到內(nèi)襯里104及外襯里102中的對應(yīng)者的插入件308內(nèi)的相對端的伸長的圓柱形部件。如下文更詳細地論述，插入件308可包括多種不同材料及配置且可通過多種附接技術(shù)附接到對應(yīng)襯里102、104。
[0044]如圖2及3中所圖解說明，可在圍繞頭盔100或150的圓周的選定點處提供多個隔離阻尼器108。不同隔離阻尼器108可針對特定應(yīng)用設(shè)計且有效地“經(jīng)調(diào)諧”以管理施加到其的所預(yù)期旋轉(zhuǎn)及平移力。隔離阻尼器108可經(jīng)不同配置以控制將致使頭盔100的各種襯里的位移的旋轉(zhuǎn)力的量，且(如下文更詳細地論述)可經(jīng)配置使得其將易于在從頭盔100或150移除沖擊力之后致使內(nèi)襯里104返回到其相對于外襯里102的原始位置。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)容易地明了，隔離阻尼器108可以與實例性實施例中所展示及描述的配置及材料不同的寬廣范圍的配置及材料配置，且可在不背離本發(fā)明的精神及范圍的情況下應(yīng)用本文中所描述的一股原理。
[0045]在一些實施例中，可在襯里中及之間設(shè)計極限或“停止點”以防止在沖擊事故期間層之間的過度旋轉(zhuǎn)或過度位移。再次參考圖2，在一個實施例中，內(nèi)襯里104可具備從內(nèi)襯里104向外延伸的多個凸緣118以通過在最大位移處與外襯里102中的對應(yīng)凹部的邊緣沖擊而充當旋轉(zhuǎn)停止點。其它實施例可使用頭盔的外部殼體106、“舒適”襯里(未圖解說明)或外圍模制件(未圖解說明)的特征來充當停止點。
[0046]在其它實施例中，一個或一個以上額外層或襯里可插入于內(nèi)襯里與外襯里之間。此些“中間”襯里可由(舉例來說)EPS、EPP、EPU或任何其它適合材料形成。舉例來說，如圖4中所圖解說明，在實例性實施例中，多個凸耳120可從內(nèi)襯里122的外表面延伸以嚙合于安置于中間襯里126中的對應(yīng)凹部124中，而類似凸耳120可從中間層126延伸以嚙合于外襯里128中的對應(yīng)凹部124中。這些凸耳120及對應(yīng)凹部124可經(jīng)配置以允許中間襯里126及內(nèi)襯里122以及外襯里128之間的受控的旋轉(zhuǎn)移動量。任選地，在一些實施例中，各種配置的隔離阻尼器130也可安置于(例如)內(nèi)襯里122及外襯里128及/或中間襯里126之間以進一步耗散沖擊能量。另外，如圖4中所圖解說明，在一些實施例中，經(jīng)配置以緊密地環(huán)繞佩戴者的頭部的“舒適”襯里123可附接或以其它方式耦合到內(nèi)襯里122的內(nèi)表面。
[0047]如圖4中所進一步圖解說明，在一些實施例中，隔離阻尼器130可在形狀上為圓柱形的，且經(jīng)配置使得其嚙合于內(nèi)襯里122、中間襯里126及外襯里128的鄰近表面中的對應(yīng)凹部132內(nèi)以便在其相應(yīng)相對表面之間形成空間或氣隙134。隔離阻尼器130可經(jīng)配置以彎曲、彎折及/或壓縮以吸收從所有方向到頭盔的沖擊能量，且借此使得內(nèi)襯里122與中間襯里126能夠相對于彼此及/或外襯里128移動。
[0048]如圖5及6中所圖解說明，在另一實施例中，一個或一個以上凸耳136可安置于內(nèi)襯里138的外表面上以便分別嚙合于在內(nèi)部附接到頭盔外殼體144的外襯里142中的對應(yīng)凹部140內(nèi)。一個或一個以上凹部140可經(jīng)配置以允許內(nèi)襯里138的受控的橫向或旋轉(zhuǎn)位移，使得一旦內(nèi)襯里138相對于外襯里142移動預(yù)定距離(如圖5中的箭頭所指示)，凸耳136便將鄰接或嚙合對應(yīng)凹部140的壁中的一者或一者以上，借此停止內(nèi)襯里138相對于外襯里142沿所述方向的移動。還可在不使用互鎖凸耳136的情況下(舉例來說)通過將兩個襯里之間的間隙配置為除球形之外的形狀(例如，通過使其保形于如佩戴者的頭部的形狀的長橢圓形形狀)而控制襯里之間的旋轉(zhuǎn)量。此非球形形狀將在旋轉(zhuǎn)期間由于結(jié)構(gòu)內(nèi)的沖擊點的接觸而在幾何學(xué)上有約束力且借此限制旋轉(zhuǎn)。
[0049]在其它實施例中，可使用僅兩個層或襯里138、142或者替代地，使用三個或三個以上襯里實施凸耳136及隔離阻尼器130的類似系統(tǒng)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)容易地理解，可針對本文中所描述的凸耳136及隔離阻尼器130設(shè)想寬廣范圍的不同配置。實際上，凸耳136及隔離阻尼器130可采取寬廣范圍的形狀、大小、材料及特定物理性質(zhì)。其還可經(jīng)配置以嚙合不同于如本文中所圖解說明及描述的不同層。
[0050]在一些實施例中，隔離阻尼器130可經(jīng)配置以具有使得其能夠耦合內(nèi)襯里138與外層142且維持其間的預(yù)定間隙，或以其它方式控制兩個襯里138、142之間的空間關(guān)系的特定物理性質(zhì)。在維持不同層之間的空間的情況下，所述空間可包括氣隙或者可完全或部分地填充有呈任何形式(包含但不限于液體、凝膠、泡沫或氣墊)的任何適合材料。
[0051]如(例如)圖3中所圖解說明，在一些實施例中，隔離阻尼器108可包括具有裝配到內(nèi)襯里104及外襯里102中的對應(yīng)凹部或通道中的相對端的伸長的圓柱形特征。隔離阻尼器108可由(舉例來說)橡膠、EPU泡沫或具有特定應(yīng)用中所期望的特定設(shè)計特性的任何其它適合材料制成。隔離阻尼器108可通過摩擦裝配或?qū)拸V范圍的粘合劑固持在適當位置中，或者替代地，取決于手邊的特定應(yīng)用，可使用其它附接方法。隔離阻尼器10使得內(nèi)層、外層及一個或一個以上中間層(如果存在)能夠相對于彼此(包含最通常經(jīng)由舒適襯里與佩戴者的頭部貼緊直接接觸的內(nèi)襯里104)全向地移動。
[0052]如上文所描述，在一些實施例中，隔離阻尼器108經(jīng)配置以便使內(nèi)襯里104及外襯里102 —旦從其移除沖擊的旋轉(zhuǎn)或平移力便返回其相對于彼此的相應(yīng)初始或“中性”擱置位置。因此，并入此布置的頭盔的外殼體144與內(nèi)部襯里將在沖擊之后使自身迅速且自動地相對于彼此重新對準。在此方面，應(yīng)理解，可按手邊的特定應(yīng)用使隔離阻尼器130的尺寸、形狀、定位、對準及材料在廣泛地變化以調(diào)諧頭盔。
[0053]圖7到9中圖解說明隔離阻尼器200及其相對于安置于頭盔組合件內(nèi)的內(nèi)襯里202及外襯里204的定位的實例性實施例。如圖9中所圖解說明，隔離阻尼器200可經(jīng)配置以維持內(nèi)襯里202與外襯里204之間的間隙206。隔離阻尼器200的下部或內(nèi)端部分208可插入到內(nèi)襯里202中的具有互補形狀的凹部或孔口 210中，且隔離阻尼器200的上部或外端部分212可插入到外襯里204中的互補凹部或孔口 214中。隔離阻尼器200的中間區(qū)段216將接著定位于內(nèi)襯里202與外襯里204之間且可用以維持其間的間隙206。
[0054]如圖7及8中所圖解說明，在一些實施例中，實例性隔離阻尼器200的下部端部分208經(jīng)配置以具有截頭圓錐形形狀218以幫助確保其牢固地耦合到內(nèi)襯里202。隔離阻尼器200的中間區(qū)段216可配置成(舉例來說)沙漏的形狀以提供特定彎曲、返回及力分散特性。明確地說，此沙漏形狀可增強隔離阻尼器200的能力以在不損壞內(nèi)襯里202及外襯里204的情況下吸收輕到中度沖擊的許多能量，且如上文所論述，在此后使襯里202、204返回到其原始相對位置。
[0055]在一些實施例中，對應(yīng)內(nèi)襯里202及外襯里204中的分別用以保持隔離阻尼器200的相對端208及212的孔口或凹部210、214可包含特定幾何形狀以管理隔離阻尼器200與襯里202及204之間的相互作用。舉例來說，如圖9中所圖解說明，在一個實施例中，相對截頭圓錐形凹部220可安置于襯里202與204的相對表面中以允許隔離阻尼器200在更大范圍的移動的情況下移動且改進其穩(wěn)定性。具體來說，相對截頭圓錐形凹部220在由(舉例來說)剪切類型的沖擊導(dǎo)致的變形期間提供隔離阻尼器200占據(jù)的空間。凹部220的相應(yīng)幾何形狀因此幫助控制變形、管理彈簧率且約束對應(yīng)隔離阻尼器200的形狀。
[0056]如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，隔離阻尼器200的特定形狀及材料性質(zhì)為影響其彈簧率的主要控制元素。當隔離阻尼器200的幾何形狀及/或材料規(guī)格被改變時，遵循基本物理性質(zhì)關(guān)系，相關(guān)聯(lián)的彈簧率將相應(yīng)地改變。舉例來說，如果僅增加了長度，那么彈簧率將降低，且隔離阻尼器200將變得在特定值范圍內(nèi)在力/位移上具有較少抵抗。此外，如果隔離阻尼器的幾何形狀從一個形狀改變?yōu)榱硪恍螤?舉例來說，從圓柱形改變?yōu)樯陈┬螤?，那么隔離阻尼器200沿軸向壓縮的彈簧率對其沿正交于所述軸向壓縮的方向的方向的彈簧率可被更改且顯著改變以影響所要性能需要。
[0057]除隔離阻尼器200的物理形狀及其材料性質(zhì)之外，通過其約束隔離阻尼器200且允許其變形或防止其變形的方法為可用以控制作用于頭盔上的沖擊力的動態(tài)相互作用及所述沖擊力如何從一個襯里轉(zhuǎn)移到另一襯里的另一設(shè)計技術(shù)。上文所描述的襯里202及/或204的相對面中的相對截頭圓錐形凹部220僅為可通過其管理隔離阻尼器200的動態(tài)移動特性以控制且修改外襯里204相對于內(nèi)層202沿壓縮及剪切方向兩者以所要方式移動的能力的一種技術(shù)。
[0058]如果無法將隔離阻尼器200的體積減小到零，那么必須在其被壓縮時將其位移成另一體積中。如果隔離阻尼器200的彈簧率隨其材料性質(zhì)及向自身中的壓縮比而變，那么其彈簧率將為非線性的且將以增加的速率增加。此增加的彈簧率將在隔離阻尼器200被壓縮且變形時增長直到其無法再自由變形，此時，隔離阻尼器200的彈簧率將迅速增加使得其變得實際上不能壓縮且展現(xiàn)對其的幾乎無限阻力。每一襯里202、204中的在隔離阻尼器200的相應(yīng)附接點處的截頭圓錐形凹部200可用以通過其與相關(guān)聯(lián)隔離阻尼器200的凹部的幾何關(guān)系而使這些所要移動功能在線性壓縮、剪切移動及一個襯里與另一襯里接觸時最優(yōu)化，且還減小原本由阻尼器作為額外控制元件強加到外襯里及內(nèi)襯里上的對其的損壞。
[0059]隔離阻尼器200的特定配置、間距及數(shù)量還可經(jīng)修改以獲得適合于手邊的特定應(yīng)用的特定頭盔沖擊吸收特性。圖10及11中圖解說明經(jīng)配置以具有更圓形輪廓的隔離阻尼器200的另一實例性實施例，且圖12圖解說明具有稍微不同幾何形狀的又一實例性隔離阻尼器200。
[0060]圖13是穿過另一實例性頭盔300的內(nèi)襯里304及外襯里306的部分截面圖。如上文連同上文圖3的實例性頭盔實施例一起論述及圖13中所圖解說明，在一些實施例中，頭盔300的內(nèi)襯里304及外襯里306中的其內(nèi)分別接納隔離阻尼器310的相對端的凹部或孔口可分別裝配有定位隔離阻尼器310并將所述隔離阻尼器保持于適當位置、提供襯里304、306內(nèi)的隔離阻尼器310的額外支撐且?guī)椭芾聿⒎峙渥饔糜陬^盔300上的沖擊力的插入件或杯狀插入件308。插入件308可經(jīng)配置以具有任何適合幾何形狀且可包含適當大小及/或形狀的凸緣312以將力分布于襯里304、306中的對應(yīng)一者的大區(qū)域上。
[0061]如圖14中所圖解說明，在一些實施例中，分別安置于內(nèi)襯里304及/或外襯里306上的插入件308可出于附接目的而包覆模制到相關(guān)聯(lián)襯里304或306中，且(如圖15A及15B的實例性實施例中所圖解說明)可利用呈各種大小及配置的圓周凸緣312來幫助將力保持并分布于相關(guān)聯(lián)襯里304或306的材料內(nèi)。[0062]插入件308可通過(舉例來說)摩擦或(替代地)通過包含粘合劑、熱接合及/或焊接的任何其它適合方式固持于相關(guān)聯(lián)襯里304或306中，且類似地，隔離阻尼器310的相應(yīng)端可通過摩擦固持于對應(yīng)插入件308中，或者替代地，通過任何適合方法或方式固定于插入件308中。插入件308可由任何適合材料制成，包含熱固性或熱成型塑料(例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS))、聚氯乙烯(PVC)、聚氨基甲酸酯(TO)、聚碳酸酯、尼龍、各種金屬
口 寸寸ο
[0063]類似地，隔離阻尼器200可由多種多樣的彈性材料形成，包含MCU(微蜂窩式氨基甲酸乙酯)、EPU、天然橡膠、合成橡膠、各種化學(xué)成分的發(fā)泡彈性體、各種化學(xué)成分的固體澆鑄彈性體、包裝液體、提供柔性結(jié)構(gòu)的凝膠或氣體及將提供所要程度的全向移動的任何其它種類的任何柔性組合件。
[0064]取決于頭盔的特定應(yīng)用，各種襯里及其間的間隙(如果存在)的特定厚度可在寬廣范圍內(nèi)變化。還可使各種襯里及其間的任何間隙的幾何形狀及相對布置變化以響應(yīng)于來自各種不同方向及量值的沖擊而管理頭盔的特性。舉例來說，在一個特定實例性實施例中，具有約二十(20)毫米及十二(12)毫米的相應(yīng)厚度的內(nèi)EPS襯里及外EPS襯里可與其間的約六(6)毫米的氣隙一起使用。
[0065]圖16是頭盔400的另一實例性實施例的截面圖，其中隔離阻尼器402固定(例如，借助粘合劑)到內(nèi)襯里412的外表面及相關(guān)聯(lián)凸耳404，所述相關(guān)聯(lián)凸耳延伸穿過安置于外襯里408中的對應(yīng)凹部406以填充所述凹部以在隔離阻尼器402上建立所要“預(yù)負載”。隔離阻尼器402跨越頭盔400的幾何形狀選擇性地分布。如上文所論述，隔離阻尼器402可維持內(nèi)襯里412與外襯里408之間的選定間距或間隙410。此外，應(yīng)理解，如在上文實施例中，隔離阻尼器402可以所期望的任何布置分布以調(diào)諧頭盔400的特定能量管理特性。隔離阻尼器402的布置可為規(guī)則或不規(guī)則的，且可允許不同襯里之間的完全分離或部分接觸。
[0066]圖17是頭盔500實施例的具有裝配有插入件504的外表面的實例性內(nèi)襯里502的頂部與左側(cè)透視圖，其展示分別裝配到插入件504中的隔離阻尼器506及互連插入件504中的一些或所有插入件以便形成跨越襯里502的表面分布力的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的加強網(wǎng)或繩508。如上文所描述，隔離阻尼器506可裝配到插入件504中并通過(例如)摩擦裝配及/或借助粘合劑固持于其中。互連繩508可使用任何適合材料形成且可通過(舉例來說)其中將互連繩結(jié)構(gòu)508模制到EPS襯里的表面上的包覆模制工藝形成于襯里502的內(nèi)表面及/或外表面中的一者或兩者上。替代地，插入件504及互連繩508可組合成整體模制(例如，注射模制)組合件且接著接合到相關(guān)聯(lián)襯里。
[0067]如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，互連插入件504中的一些或所有插入件可用以跨越襯里502管理來自隔離阻尼器506的負載分布。當然，相同技術(shù)可用于外襯里及/或中間層(未圖解說明)中以起到良好效應(yīng)。可在插入件504的群組當中提供具有各種幾何形狀的互連件508以增加襯里及/或?qū)拥南鄳?yīng)負載分布面積。插入件504的互連還可作為整體給襯里或?qū)犹砑又卮罄鞆姸取；ミB件508還可幫助將隔離阻尼器506的彈性變形及彈簧率與相關(guān)聯(lián)襯里或?qū)幼陨淼膹椥宰冃渭皬椈陕史蛛x，從而提供對頭盔500對不同類型的沖擊力的響應(yīng)的更大控制。
[0068]舉例來說，當與EPS襯里502 —起使用時，經(jīng)互連網(wǎng)結(jié)構(gòu)508可降低分別由隔離阻尼器508施加于襯里502上的剪切及壓縮力的每單位面積的力。此通過減小襯里502的EPS泡沫材料的彈性變形及最小化可取決于EPS泡沫密度等級在特定沖擊力水平下破裂的EPS氣胞的故障而形成較大、較不敏感范圍的彈性體壓縮。由于EPS中的氣胞的破裂有害于其沖擊吸收性能，因此插入件504及互連件508可消除或?qū)嵸|(zhì)上減小由小及中等力沖擊造成的損壞且保存EPS吸收較大沖擊的力的能力。
[0069]使用插入件504及互連件508控制且分離不同組件的彈簧率的能力增加調(diào)諧頭盔500的保護性特性的能力且提供優(yōu)越保護質(zhì)量。舉例來說，隔離阻尼器506可使用不同材料及幾何形狀配置以不僅允許旋轉(zhuǎn)變形，而且還增加其在一個EPS襯里與另一 EPS襯里之間接觸時的有效彈簧率以便防止兩個襯里之間的硬沖擊或迅速加速度。
[0070]圖18的透視圖中圖解說明根據(jù)本發(fā)明的頭盔外襯里組合件600的實施例。在圖18的實施例中，外襯里組合件600包括一完整襯里的兩個襯里半部602及604，所述襯里半部以之字形圖案606從前部到后部關(guān)于中心線分裂且通過各種接合劑或機械構(gòu)件組裝在一起且接著通過添加經(jīng)設(shè)計以保持組合件且添加強度以免受對襯里600安置于其內(nèi)的頭盔的沖擊力的骨骼式結(jié)構(gòu)608而加強。外襯里600的分裂是為了提供借助所安裝的隔離阻尼器(未圖解說明)將外襯里600組裝到內(nèi)襯里(未圖解說明)的制造方法作為將內(nèi)襯里插入到外襯里600中的替代方法及在此兩個過程期間將阻尼器附接到兩個襯里。分裂襯里600提供允許將凹部杯包覆模制到EPS或其它泡沫襯里材料中以增加系統(tǒng)的強度且使制造工藝平穩(wěn)的添加的選項。
[0071]圖19圖解說明其中通過任選隔離阻尼方法間隔開外襯里702與內(nèi)襯里704的頭盔襯里組合件700的實施例，所述頭盔襯里組合件通過各種接合劑或機械構(gòu)件保持。此實施例由外襯里702及內(nèi)襯里704組成，所述外襯里與所述內(nèi)襯里由通過機械構(gòu)件或接合附接到兩個襯里的小直徑的柔性柱706(如毛刷或“豪豬”)的高密度陣列間隔開，所述兩個襯里在沖擊下沿任何方向位移，從而提供沿線性沖擊及剪切力的全向移動。彈性“豪豬”材料706可制作為個別組件或經(jīng)模制組合件且以各種陣列圖案施加于兩個襯里702、704之間或者作為替代方法經(jīng)設(shè)計以包覆模制到襯里材料中。作為小的圓柱形形狀的柱706，此實施例將在沖擊負載下壓縮并壓曲以及在柱在負載下彎折并壓縮時提供沿旋轉(zhuǎn)剪切的移動。此方法的負面影響為在阻尼器706中存在將壓縮到自身上的許多材料，這是因為所述材料不具有特定體積來在其壓縮時退縮到其中(如在所描述的先前實施例中)以獲得其可占用兩個襯里之間的大得多的間隙以實現(xiàn)所要性能的良好結(jié)果。
[0072]使用本發(fā)明的全向沖擊能量管理系統(tǒng)的原型頭盔的初始實驗室測試指示其在管理平移及旋轉(zhuǎn)沖擊力兩者上為高效的。測試指示原型頭盔超出D0T、ECE及斯奈爾(Snell)測試標準，同時特別是在小于約120G力峰值加速度的較低閾值沖擊速度的范圍內(nèi)提供免受腦損傷的可能性的顯著較好的總體保護。通常理解，成年男性中的震蕩損傷通常發(fā)生在約80G到約100G力峰值加速度的范圍內(nèi)。在時間衰減(即，在沖擊期間減緩能量的轉(zhuǎn)移)方面，所述原型也表現(xiàn)地顯著更好。以下圖表(表1)針對峰值加速度(以g力為單位測量)及頭部沖擊準則(“HIC”)值(其包含百分比增加或減少)比較至今表現(xiàn)最好的原型頭盔測試(“原型6”)與具有常規(guī)襯里的同一模型的控制頭盔。
[0073]表1
[0074]跌落測試控制頭盔原型頭盜%+/-
峰值加速度 G#146,531.6-32.0%
峰值加速度 G #2121.2104.9-13.4%
峰值加速度 G#3209.9179.2-14.6%
HIC#15730-47.4%
HIC #2516348-32.6%
HIC #31545丄 230-20.4%
[0075]通過使用不同材料及配置，可能調(diào)整或調(diào)諧由使用本發(fā)明的系統(tǒng)的頭盔提供的保護，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解。襯里及任何其它層可由具有不同柔性、壓縮及壓碎特性的材料形成，且隔離阻尼器可由各種類型的彈性體或其它適當能量吸收材料(例如MCU)形成。因此，通過控制隔離阻尼器及相關(guān)內(nèi)部構(gòu)造材料的密度及堅硬度，安全頭盔可經(jīng)配置以基于預(yù)期存在于任何給定頭盔中的常見頭部重量的己知范圍且依據(jù)頭盔大小且依據(jù)任何給定運動活動策略性地管理沖擊能量。
[0076]呈現(xiàn)前述說明以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作及使用本發(fā)明。出于解釋的目的，己陳述特定命名以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，應(yīng)理解，本文中所提供的特定實施例或應(yīng)用的說明僅通過本發(fā)明的一些實例性實施例的方式而非通過對本發(fā)明的任何限制的方式提供。實際上，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)容易地明了對實施例的各種修改，且可在不背離本發(fā)明的精神及范圍的情況下將本文中所定義的一股原理應(yīng)用于其它實施例及應(yīng)用。因此，本發(fā)明不應(yīng)限于本文中所圖解說明及描述的特定實施例，而是應(yīng)賦予與本文中所揭示的原理及特征一致的最寬廣的 可能范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種頭盔，其包括:外殼體；外襯里，其安置于所述外殼體內(nèi)且耦合到所述外殼體；及內(nèi)襯里，其安置于所述外襯里內(nèi)且借助至少一個隔離阻尼器耦合到所述外襯里以使所述內(nèi)襯里相對于所述外襯里及所述外殼體全向移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭盔，其進一步包括安置于所述內(nèi)襯里與所述外襯里之間的至少一個中間襯里。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頭盔，其中:所述中間襯里通過至少一個其它隔離阻尼器耦合到所述外襯里；且所述內(nèi)襯里通過所述至少一個隔離阻尼器、所述中間襯里及所述至少一個其它隔離阻尼器耦合到所述外襯里。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭盔，其中所述外襯里的外表面固定到所述外殼體的內(nèi)表面，且其中所述至少一個隔離阻尼器為伸長的且具有相對端并齊平地擱置于所述外襯里及所述內(nèi)襯里中的任一者或兩者的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭盔，其中:所述至少一個隔離阻尼器包 括盤狀物，所述盤狀物具有安置于其下部表面中的凹狀凹部、從其上部表面延伸的凸狀突出部及圍繞其圓周延伸的凸緣；所述內(nèi)襯里包含與安置于所述外襯里中的至少一個凹狀凹部相隔相對安置的至少一個凸狀關(guān)出部；且所述至少一個隔離阻尼器安置于所述內(nèi)襯里與所述外襯里之間，使得所述至少一個隔離阻尼器的所述凹狀凹部安置于所述內(nèi)襯里上的所述至少一個凸狀突出部上方，且所述至少一個隔離阻尼器的所述突出部嵌套于所述外襯里中的所述至少一個凹狀凹部內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭盔，其進一步包括用于防止所述內(nèi)襯里相對于所述外襯里過度旋轉(zhuǎn)及/或過度平移中的至少一者的機構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的頭盔，其中所述機構(gòu)包括從所述內(nèi)襯里的外表面延伸且與所述外襯里中的對應(yīng)凹部嚙合安置的至少一個凸耳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭盔，其中:所述至少一個隔離阻尼器為伸長的且具有相對端；所述內(nèi)襯里包含與所述外襯里中的至少一個凹部相隔相對安置的至少一個凹部；且所述至少一個隔離阻尼器的所述相對端分別嚙合于所述凹部中的對應(yīng)者中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的頭盔，其中所述凹部中的至少一者包含位于所述襯里中的對應(yīng)一者的表面處的截頭圓錐形部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的頭盔，其中:所述凹部中的至少一者包含截頭圓錐形部分；且所述至少一個隔離阻尼器的嚙合于所述至少一個凹部中的所述端在形狀上與所述至少一個凹部的所述截頭圓錐形部分互補。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的頭盔，其中所述至少一個隔離阻尼器的所述相對端中的至少一者通過簡單定位、摩擦、粘合劑接合及/或焊接保持于所述對應(yīng)凹部中。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的頭盔，其進一步包括安置于所述凹部中的至少一者中的至少一個插入件，且其中所述至少一個隔離阻尼器的所述相對端中的至少一者嚙合于所述插入件中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的頭盔，其中所述至少一個隔離阻尼器的所述至少一端通過簡單定位、摩擦、粘合劑接合及/或焊接保持于所述至少一個插入件中。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的頭盔，其進一步包括將所述至少一個插入件互連到所述襯里中的對應(yīng)一者中的至少一個其它插入件的至少一個加強網(wǎng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的頭盔，其中所述至少一個隔離阻尼器為大體圓柱形的。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的頭盔，其中所述至少一個隔離阻尼器具有安置于所述相對端中間的沙漏形狀的部分。
17.一種用于制作頭盔的方法，所述方法包括:將外襯里固定到外殼體且固定于其內(nèi)側(cè)；及將內(nèi)襯里相隔相對地耦合到所述外襯里且耦合于其內(nèi)側(cè)以使所述內(nèi)襯里相對于所述外襯里及所述外殼體全向移動。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進一步包括提供分離成兩個或兩個以上件的外殼體，所述兩個或兩個以上件被重新組裝到所述內(nèi)襯里及隔離阻尼器上以制作組合件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進一步包括提供用以保持所述外襯里的部分的組合件的外骨骼式結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進一步包括在所述內(nèi)襯里與所述外襯里之間插置中間襯里。`
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述耦合包括將至少一個伸長的隔離阻尼器的相對端中的相應(yīng)者耦合到所述襯里中的對應(yīng)者。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述耦合包括:提供至少一個隔離阻尼器，其包括盤狀物，所述盤狀物具有安置于其下部表面中的凹狀凹部、從其上部表面延伸的凸狀突出部及圍繞其圓周延伸的凸緣；在所述內(nèi)襯里上形成至少一個凸狀突出部，所述至少一個凸狀突出部與安置于所述外襯里中的至少一個凹狀凹部相隔相對安置；及將所述至少一個隔離阻尼器安置于所述內(nèi)襯里與所述外襯里之間，使得所述隔離阻尼器中的所述凹狀凹部安置于所述內(nèi)襯里上的所述至少一個凸狀突出部上方，且所述隔離阻尼器上的所述凸狀突出部嵌套于所述外襯里中的所述凹狀凹部內(nèi)。
【文檔編號】A42B3/06GK103635112SQ201280017579
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月9日
【發(fā)明者】羅伯特·韋伯, 羅伯特·丹尼爾·賴辛格 申請人:6D頭盔有限責任公司