CN104219975A - 用于减少线加速度的头部保护 - Google Patents

Abstract

安全帽是在高风险活动中使用的，如：在体育及工业用途中需要保护头部免遭损伤。插入在内壳与外壳之间的组件由两部分组组成；一夹层和一泡沫或泡沫状替代物或泡沫状结构。该泡沫或泡沫状材料包含在腔体内，并且以该方式进行定位，从而再外壳表面和头部之间产生一恒定的力。该装置提供了一种控制施加在头部上的头盔中的压应力的方法，其设计用于减少撞击头盔的过程中产生的高线加速而导致的脑外伤。

Description

用于减少线加速度的头部保护

本发明涉及一保护头部免遭撞击的安全帽，该安全帽用于高风险活动中，诸如在体育或其他如在工业及工地上中需要保护头部免遭损伤的情形下。

背景技术

众所周知，在体育运动中头部会受伤，特别是在具有肢体接触的运动中，如足球，曲棍球和长曲棍球。虽然灾难性的头部和脑部损伤通常可以被有效的控制，但头盔对震荡损伤发生的作用率微乎其微。在某种程度上，在运动、娱乐活动和工业中使用头盔的设计主要是防止灾难性的头部损伤。直接产生于撞击的头部损伤的是通过头部在撞击过程中的线加速和角加速的特征。某些头部损伤，如颅骨骨折和颅内出血，是和线加速撞击有关，通过使用兼容泡沫以及泡沫替代物来控制撞击，该兼容泡沫以及泡沫替代物主要是通过改变其厚度和硬度特征在加以设计。因此其只能在非常小一部分能量吸收过程中有效的发挥作用。理想中的一能量吸收内胆，被设计为可以在整个吸收压缩过程中吸收最多的能量。而典型的泡沫在首次压缩的过程中不能提供足够的硬度，直至该泡沫变得很硬并且把力转加到头上时才开始有效。因此该能量吸收材料的能力还稍显不足。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种改善了的头盔，其可以减少穿戴者的头部上的线应力。

根据本发明的一个方面，提供了用于保护头部免遭撞击加速度的帽子，其包括：

一用于与外部对象接触的外部件，所述外部对象与穿戴者的头部接触；

一与穿戴者的头部外表面接触的内层；

多个设置在所述外部件和所述内层之间的可压缩组件，所述可压缩组件位于穿戴者的头上的间隔区域；

所述组件在头部的正交方向上受压从而吸收撞击的能量；

每个组件包括；

一具有内表面和外表面的本体，所述内表面接触内层，所述外表面接触外组件；

所述本体具有外壁，所述外壁具有压缩特性，从而当一施加在内表面和外表面之间的载荷大于预定载荷时，所述外壁可收缩；

一可压缩本体设置在外壁内并且所述可压缩本体具有可压缩的特性，从而对压缩提供一抵抗力；

从而所述组件通过结合可压缩本体和外壁的特性来响应撞击力。

优选的，所述内层包含一接触头部外表面的硬内胆，并且外部件包含一外壳，其中，所述组件设置在所述内胆和外壳之间，从而吸收施加在外壳和头部之间的力。

优选的，所述外部件在没有额外刚性外壳的区域形成一部分可压缩组件，从而所述可压缩组件在物体撞击头部时直接接触外部件。

或者可以设定不含有额外刚性外壳，从而在物体撞击该帽子时所述可压缩组件直接接触其外壁的外表面。

优选的，所述可压缩本体的外壁为一收缩材料，该材料是为了适应其压应力。所述可压缩本体优选固体，该固体由弹性材料形成，诸如一模制塑料材料。

然而，所述可压缩本体是固体，并且可以由其他具有相同或相似压缩特性的泡沫材料制成，诸如一模制塑料材料。

在某些情况下，所述可压缩本体填充在外壁内的中空结构中。

然而，更优选的，所述可压缩本体的高度低于外壁，从而间隔所述内表面和外表面两者或者间隔两者的其中之一。通过这种方式下当外壁开始凹陷时所述组件开始承受预定载荷，之后当所述材料开始受压时，所述内部固体开始抵抗凹陷。优选的，在这种设置中所述可压缩本体的形状可使它整个外围接触到所述外壁。然而它也可能变得更小。

在另一种设置中，所述可压缩本体的高度大于等于所述外壁，并且其外围距离小于外壁。

优选的，所述外壁由一塑料材料制成。然而，其他材料和制造方法也可以使用，该材料提供了所需要的凹陷特性。例如，所述外壁可以采用塑料材料来塑造。

优选但不一定的，所述外壁具有足够弹性的墙体，结合来自内核材料的弹性力来使所述外壁在撤出引起凹陷的力之后，恢复到初始的形状。这种方法在一段时间内缓慢发生，而本发明中所述组件为了持续使用在撞击后恢复到原来的状态。

为了产生凹陷，所述外壁通常是不透气的或密闭的，从而让空气在凹陷时被排出。

优选的，结合所述外壁和所述可压缩本体的特性，从而当施加在所述内表面和所述外表面之间的载荷大于预定载荷，所述受力组件的第一响应是可收缩至一压缩预定距离，随后所述可压缩本体开始抵抗进一步的压缩。

优选的，结合所述外壁和所述可压缩本体的特性来提供一力的曲线，该曲线是在一基本恒定的速率下整个撞击过程中吸收的能量。

优选的，结合所述外壁和所述可压缩本体的特性来提供一力的曲线，该曲线是在一基本恒定的速率下所述组件受压时吸收的能量。

在一种设置中，所述外壁是圆柱形，并且具有恒定的厚度。

然而，所述外壁可以是圆锥形或者锥形或者可以是其他更多在横截面上呈现的复杂形状的外型。例如，所述外壁沿着其高度方向的厚度是变化的。

优选的，所述可压缩本体设置在一柔性支撑上，其允许本体相对于内层和外层两者的其中之一进行横向移动，从而允许内层相对于外部件进行剪切运动。例如，所述柔性支撑包含一附在外壁的弹性薄膜。

根据本发明第二个方面提供了用于保护头部免遭撞击加速度的帽子，其包括：

一接触外部对象的外部件潜在的触碰到穿戴者的头部；

一接触穿戴者的头部的内层，多个设置在所述外部件和所述内层之间的可压缩组件在穿戴者的头上形成间隔区域；

设置所述组件是为了大致在头部的正交方向上受压从而吸收撞击的能量；

其中，所述可压缩组件设置在一柔性支撑上，其允许本体相对于内层和外层两者的其中之一进行横向移动，从而允许内层相对于外部件进行剪切运动。

例如,所述柔性支撑包含一附在外壁的弹性薄膜。

以下详细描述的设定涉及一保护头部免遭撞击的安全帽，该安全帽用于高风险活动中，诸如在体育和工业中需要保护头部免遭损伤。

例如，以下描述了该装置的一个特征是设置一撞击吸收装置在一头盔中，该头盔的设计是为了提供一力的曲线，该曲线是在一基本恒定的速率下整个撞击过程中吸收的能量。

该装置包含一夹层状结构用两个部分来形成所述组件，即一具有可变厚度的圆形壁或外壁和一包含在所述夹层中的泡沫或泡沫状材料或泡沫状结构，从而当外壁变得不那么有效时来控制能量冲击。该装置提供了一种一种控制施加在头上头盔中的压应力的方法，其设计是为了减少撞击头盔的过程中由高线加速产生的脑外伤。该装置设计有一内含泡沫、泡沫状材料或泡沫状结构的夹层，从而当外夹层的外壁不再有效控制力时，其设计依旧可以控制力。其产生的效果是为了减少作用于头部的力的强度，从而减少头部及脑部接触这些力所产生的风险。以下描述的设定也可以结合传统的材料及结构，或者根据该头盔自身的需要来安排。

该装置的目的是通过减少施加在头部上的线加速度来控制来自于撞击的力。具体的，以下描述的设定提供了一种控制撞击头部过程中的线应力的方法。本发明也可以采用但不局限于用于体育运动中，诸如：曲棍球、足球、曲棍球、高山滑雪、骑自行车和汽车运动的头盔，以及应用于工业和交通运输的安全帽。

图2中的例子和下列描述阐述了在头盔中的一装置的使用。在这个例子中该装置位于所述内胆和所述外壳之间。该装置用一系列柔性组件构成，该柔性组件在穿戴者的头上的间隔区域，每个柔性组件包含有外部结构或具有内部机构的外壁。该装置可以通过一种控制方式使所述头盔的外表面在穿戴者头部的正交方向上移动，从而减小头部所受的线加速度。

直接撞击头部是移动物体接触头部的结果，如运动员的肘部撞击静止运动员的头部，或者是抢球者的头盔撞击上一个静止运动员的头盔，或者是当头部正在移动并且触碰到静止物体。例如，当一个人摔向地面并且头部运动直到触碰到静止的地面。

线加速度发生在一具有质量和一定速度的物体与头部或者是具有质量和一定速度的头部相接触并且由所述撞击所产生的加速度是线性的或直线的情况下。

其中定义的保护帽包括一切设计用于头戴从而减少头部损伤风险的帽子。最常用于体育活动与工业应用中。

其中定义的头盔包括用于保护穿戴者免遭危险的保护帽，其大都由外壳、内胆和保留系统构成。

其中定义的外壳包括一头盔的外层通常含有一较为坚硬的材料并且常被设计成将应力在分散到一较大的区域内，其通常由较坚硬的材料构成，比如聚碳酸酯、聚乙烯或者复合材料。

其中定义的内胆包括主要负责控制能量的头盔部分，该头盔部分由乙烯基腈或聚苯乙烯或聚丙烯泡沫，或塑料结构，或任何上述材料的组合，从而吸收能量。

压应力或正常应力产生于垂直于材料横截面方向上的力的矢量分量。

附图说明

本发明的一实施例将连同附图来阐述的，其中：

图1是根据本发明图8C中沿着线段1-1切割所呈现第一实施例头盔中外壳和内胆之间的三个连续的可压组件中一部分头盔外壁的剖视图；

图1A是一插入头盔中的可压缩组件的等距视图。

图2是代表第二实施例中其中一个可压缩组件的剖视图；

图3是代表第三实施例中其中一个可压缩组件的剖视图；

图4是代表第四实施例中其中一个可压缩组件的剖视图；

图5是代表第五实施例中其中一个可压缩组件的剖视图；    

图6是代表第六实施例中其中一个可压缩组件的剖视图；

图7是沿着图1中7-7线段切割的剖视图；

图8是用在表示第二实施例的图1中的一囊状体的剖视图；

图8A、8B和8C分别是包含有一系列插入头盔的组件的等距视图、前视图和侧视图。

具体实施方式

用于保护头部免遭撞击的帽子包括一接触穿戴者头部外表面的内层12和外层11。两层之间设置有多个可压缩组件14，并位于穿戴者头部上的间隔区域。

因此，所述组件在头部的正交方向上压缩，为了吸收外部的撞击。

每个组件14包括一个空心体15，其具有一接触内层的内表面或边缘15A、外表面或边缘15b以及外壁15C。外壁15C具有压缩等特性，从而当施加在所述内表面和所述外表面之间的载荷大于预定载荷，它是可压缩的。

空心体的外壁内是位于组件14中的可压缩本体16，可压缩本体16具有压缩特性，从而产生一对压缩的抵抗力，从而所述组件通过结合可压缩本体和外壁的特性来响应撞击力。

组件14中相平行的顶部和底部具有圆盘的形状，用以接触内层和外层。然而，其形状不仅仅可以是圆形，也可以是诸如正方形或椭圆形。

可压缩本体16采用了一个可压缩的弹性材料是为了适应压力，如固体泡沫。

可压缩本体是由模制塑料材料形成的固体。

图2中的可压缩本体填充在中空结构中。

图3中的可压缩本体具有匹配的空心体形状的横截面，但其高度H小于中空结构的高度H1，从而由其内表面和外表面两者或者是两者之一隔开，并且如图所示的间隔在外层11中形成顶面15B。

这里描述的是，当另一种设定中夹层和外壳11的内表面之间设有泡沫，该泡沫阻挡所述头部表面。两种变化都可以使用。换言之，泡沫16可以附在底部的内层中来间隔外壁中俄内表面，并且间隔顶部的内表面。

因此，如图1A和2所示，可压缩固体其整个外表面接触外壁15C。

图5中的可压缩固体的高度等于中空结构的高度，并且其外围距离D小于外壁的外围距离D1

换言之，该泡沫块的直径小于外壁内表面的直径。

组件14具有其墙体是通过喷射造型法由塑料材料制成的。该模制墙体这样设定是为了组件14具有足够弹性的墙体，从而使组件14在引起凹陷的力撤除之后恢复到初始形状。组件14不透气，为了凹陷时空气得以排出，从而它不需要设置一气囊弹簧。

结合所述外壁和所述固体的特性，从而当施加在所述内表面和所述外表面之间的载荷大于预定载荷，所述受力组件的第一响应是可收缩至一压缩预定距离，随后所述可压缩本体16开始抵抗进一步的压缩。 特别是，结合所述中空体和所述固体的特性来提供一力的曲线，该曲线是在一基本恒定的速率下整个撞击过程中吸收的能量。另外，结合所述中空体和所述固体的特性来提供一力的曲线，该曲线是在一基本恒定的速率下所述组件受压时吸收的能量。

其中，一组件14由一个或多个间隔组成，为了可以在间隔中设置一泡沫或泡沫替代物或泡沫结构，从而控制来源于撞击的压力。

该装置的目的是通过减少施加在头部上的线加速度来控制来自于撞击的力。本发明也可以采用但不局限于用于体育运动中，诸如：曲棍球、足球、曲棍球、高山滑雪、骑自行车和汽车运动的头盔，以及应用于工业和交通运输的安全帽。

图8A 8B、8C中的例子阐述了在冰球头盔中一装置的使用。在这个例子中该装置位于所述内胆和所述外壳之间。该装置用一系列包含有泡沫、泡沫替代物或泡沫结构的柔性夹层构成，从而控制来源于撞击的压力。

本发明由一个夹层组成，该夹层设计填充有一泡沫、泡沫状材料或泡沫状结构，从而控制来源于撞击的压力。所述外壁被设计为在一限定的范围内凹陷直到不再起作用，此时所述泡沫、泡沫状材料或泡沫状结构内壁控制所述力以保持力传递的有效控制，从而将传递到头部的力的强度最小化，并且通过控制撞击过程中线加速度的速率。

本发明可用于结合现有的技术，如设计有低摩擦囊状物或柔性安装系统来降低角加速度。在操作中，一柔性安装系统位于头部周围外壳和头颅之间。本发明允许设计者具有必要的压缩特性来确保产生于撞击的线加速度可以被控制，从而降低头部损伤的危险。

本发明为一直径、厚度、硬度可变的外环或外壁，并且由聚乙烯材料组成，通过这种方式可以确保其凹陷是可预测并且恒定。外环或外壁可以具有由两端开口，其开口是没有材料或者具有一种材料或其他材料的空隙。他可以设计填充有泡沫、泡沫替代物或泡沫结构，从而根据控制设定的力，该泡沫可以比墙体更厚或者可以比墙体的高度更薄。

该结构在结构上遵循头部形状，并且位于头的前部（额头），头的侧面（脸颊），太阳穴位置，头的后部（枕部）和头的顶部（头顶）。该结构使用胶水或金属紧固件附在外壳上。

如图1、1A、 6所示，外壁为圆柱形并且具有恒定的厚度。

然而，如图3所示，外壁15C是圆锥形或锥形，其外层11具有更大的端部或者是在其内层12上具有更大的端部。

然而，如图4所示，外壁15C在沿着高度方向其厚度是可变的，如15D、15E所示。这些变化可以使用从而适应针对所需的力曲线的凹陷。较薄的墙体部分可位于泡沫上或者远离泡沫。

如图1、6所示，可压缩本体安装在一个柔性支撑层17内，其允许本体相对于内层12和外部件11两者的其中之一进行横向运动M，从而使内层相对于外部件进行剪切运动。换言之，沿着线段FS的剪切运动使所述组件的一端部沿着线段M移动，从而减少剪切作用并且因此减少响应于剪切力FS的头部角位移。

在例子所述中，柔性支撑17包括一附在外壁15C中内端15A处的弹性薄膜。这使得内端15A可以通过拉伸薄膜17来沿着线段M横向移动。然而，其他安装系统也可以使用。例如，使用一滑动囊状物的设定通过现有的代理人公开在了PCT/CA2013/050017待审申请中。公本发明可以参考该申请内进一步信息。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (21)

1.用于保护遭加速撞击的穿戴者头部的帽子，包括：

一用于与外部对象接触的外部件，所述外部对象与穿戴者的头部接触；

一与穿戴者的头部外表面接触的内层；

多个设置在所述外部件和所述内层之间的可压缩组件，所述可压缩组件位于穿戴者的头上的间隔区域；

所述组件在头部的正交方向上受压从而吸收撞击的能量；

每个组件包括；

一具有内表面和外表面的本体，所述内表面接触内层，所述外表面接触外组件；

所述本体具有外壁，所述外壁具有压缩特性，从而当一施加在内表面和外表面之间的载荷大于预定载荷时，所述外壁可收缩；

一可压缩本体设置在外壁内并且所述可压缩本体具有可压缩的特性，从而对压缩提供一抵抗力；

从而所述组件通过结合可压缩本体和外壁的特性来响应撞击力。

2.如权利要求1中所述的帽子，其特征在于，所述内层包含一接触头部外表面的硬内胆，并且外部件包含一外壳，其中，所述组件设置在所述内胆和外壳之间，从而吸收施加在外壳和头部之间的力。

3.如权利要求1或2中所述的帽子，其特征在于，所述外部件在没有额外刚性外壳的区域形成一部分可压缩组件，从而所述可压缩组件在物体撞击头部时直接接触外部件。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述可压缩本体中的所述外壁由弹性材料形成。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述外壁由模制塑料材料形成。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述可压缩本体填充在外壁内的中空结构中。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述可压缩本体具有一高度，所述可压缩本体的高度低于外壁的高度，从而所述可压缩本体由所述内表面和外表面或者所述内表面和外表面其中之一隔开。

8.如权利要求7中所述的帽子，其特征在于，所述可压缩本体的形状可使它整个外围接触到所述外壁。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述可压缩本体具有一高度，所述高度等于所述外壁的高度，以及一其外围长度，所述外围长度小于所述外壁的长度。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述外壁具有足够的弹性从而在引起凹陷的力撤除之后恢复到初始形状。

11.如权利要求1-10中任意一项所述的帽子，其特征在于，结合所述外壁和所述可压缩本体的特性，从而当施加在所述内表面和所述外表面之间的载荷大于预定载荷，所述受力组件的第一响应是可收缩至一压缩预定距离，随后所述可压缩本体开始抵抗进一步的压缩。

12.如权利要求1-11中任意一项所述的帽子，其特征在于，结合所述外壁和所述可压缩本体的特性来提供一力的曲线，该曲线是在一基本恒定的速率下，整个撞击期间吸收的能量。

13.如权利要求1-12中任意一项所述的帽子，其特征在于，结合所述外壁和所述可压缩本体的特性来提供一力的曲线，该曲线是在一基本恒定的速率下，所述组件受压时吸收的能量。

14.如权利要求1-13中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述可压缩本体被用作为独立于外壁的物件，并且包含在外壁内。

15.如权利要求1-14中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述外壁是圆柱形，并且具有恒定的厚度。

16.如权利要求1-15中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述外壁是圆锥形。

17.如权利要求1-16中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述外壁沿着其高度方向的厚度是变化的。

18.如权利要求1-17中任意一项所述的帽子，其特征在于，所述可压缩本体设置在一柔性支撑上，其允许本体相对于内层和外层两者的其中之一进行横向移动，从而允许内层相对于外部件进行剪切运动。

19.如权利要求18中所述的帽子，其特征在于，所述柔性支撑包含一附在外壁的弹性薄膜。

20.用于保护头部免遭撞击加速度的帽子，其特征在于，包括：

一与外部对象相接触的外部件间接触碰到穿戴者的头部；

一与穿戴者的头部外表面接触的内层；

多个设置在所述外部件和所述内层之间的可压缩组件，其位于穿戴者的头上的间隔区域；

所述组件大致在头部的正交方向上受压从而吸收撞击的能量；

其中，所述可压缩组件设置在一柔性支撑上，其允许本体相对于内层和外层两者之一进行横向移动，从而允许内层相对于外部件进行剪切运动。

21.如权利要求20中所述的帽子，其特征在于，所述柔性支撑包含一附在外壁的弹性薄膜。