CN104514837B - 用于保护性身体装备的减震器 - Google Patents

Abstract

用于整合到保护结构中的减震器大体呈空心的可压缩囊室的形状。该囊室外壳可以被构造用于提供两个或更多的压缩阶段。例如在各不同实施例中，该囊室外壳包括从顶壁垂下的一个或多个皱折，所述皱折在接触到底壁时有助于吸收冲击。

Description

用于保护性身体装备的减震器

相关申请的交叉引用

本申请是于2011年12月14日提交的美国专利申请号13/325,728的延续部分，该文献的全文兹被援引纳入本文。

技术领域

本申请总体涉及用在保护结构如身体装备上的减震器。

背景技术

在运动和身体动作过程中，个体通常遇到冲击力，如果未被至少部分衰减，该冲击力可能造成严重受伤。因此，他们通常穿戴上运动保护装备，例如头盔、护罩、护肘和护膝等。这样的保护性装备一般包括冲击衰减结构，其响应于冲击力而弹性变形和/或塑形变形，由此机械衰减冲击。例如许多头盔具有设置在刚性或半刚性的外罩壳和使头盔贴合穿戴者头部的内衬之间的可溃缩的泡沫材料层。

泡沫材料通常是定制的以便最佳响应于特定的冲击能量范围，但在此范围之外，其有效性显著降低。对于超过该范围上限的冲击能量，泡沫材料太软并且在完全衰减冲击之前“耗尽”，即达到最大压缩程度，导致高冲击力传递至身体。另一方面，对于低于最佳范围的冲击能量，泡沫材料太硬而不能被压缩或“压塌”以足以充分延长冲击后进行减速所持续的距离和时间，导致突然的高峰值力。通常，改善泡沫材料层的冲击衰减能力的唯一方法是减小泡沫材料密度(即，使其更软)并增大层厚，这导致不希望有的材料用量增加。使这种矛盾更恶化的是，大多数泡沫材料的最大压塌距离只为初始高度的约30-40％。因此，泡沫材料层的约60-70％计入保护结构的体积和重量，但没有冲击吸收能力。另外，许多泡沫材料的性能随着反复冲击而快速恶化。其它传统的冲击吸收层显示出相似的问题和局限性。

近年来的头盔设计的特征是多个独立的压缩囊室，代替了连续的层，所述囊室利用其侧壁和/或通过经囊室外壳的孔有阻力地排出流体来衰减冲击。这些囊室通常具有接近其高度的压塌距离，显示出出众的耐用性并且适应于大范围的冲击能量。另外，它们通过囊室设计提供了调整头盔(或其它保护结构)的冲击吸收特性的机会。但这样的定制机会几乎未被利用。

概述

本发明提供一种用于整合到保护结构例如头盔和其它保护性身体装备以及车辆、运动器械和机器中的仪表板、减震座椅和安全垫中的减震器。减震器大体呈空心的充有流体(如充气)的可压缩囊室形状，并且一般分多个阶段吸收冲击。在各不同实施例中，囊室外壳的不同的部分和特征有助于在整个冲击过程的不同时间通过响应该冲击的有阻力地屈服来减震。另外在一些实施例中，囊室外壳包括一个或多个小孔或排流结构，流体(如空气或水)通过其有阻力地排出，提供附加的冲击衰减机构，其与外壳的有阻力的屈服共同、同时或者先后依次起作用。例如在某些实施例中，囊室借助至少最初通过外壳(或壁)和流体的有阻力的压缩来衰减冲击力，并且在冲击的初始阶段之后，所述壁可能屈服以允许冲击余量通过有阻力的流体排出被衰减。在替代实施例中，在囊室外壳中的允许流体流出的开口大到不具有抗冲击效果(或没有显著的抗冲击效果)。本发明的各不同实施例的目标是通过调整该外壳的结构和形状和/或排流结构的尺寸和形状来改善减震器的能量管理特性。

压缩囊室可以包括顶壁、底壁和侧壁，并且可以(但不必一定)关于经顶壁和底壁中心点的轴线是对称的。例如囊室可以为盘状或圆柱形。侧壁可以具有一致的或变化的厚度，并且可以是、但不限于笔直的、倾斜的、弯曲的或截头锥体形的，取决于针对特定应用所期望的冲击吸收曲线。在某些实施例中，两个截头锥体形侧壁部背靠背布置，从而所述壁沿中央平面内收，在囊室压瘪时加速了内容积的减小。在其它实施例中如此布置截头锥体形部分，从而其较大末端在中央平面处相交。囊室的外形可根据整合有该囊室的保护结构被调节。例如用在头盔中的减震器可以具有圆拱状的(非平面的)顶壁以更好地装配在内衬和罩壳之间，和/或具有朝向一侧渐缩的侧壁以便更好适配沿头盔周边的窄空间。

顶壁可以包括可以在较后的压缩阶段中接触对置壁的一个或多个皱折，由此有效增加帮助冲击吸收的竖直壁的数量。这些皱折可以形成围绕顶壁中心部的多个环。在一些实施例中，中心部突出于侧壁高度之上，提供一个在侧壁屈曲之前最初帮助冲击吸收的单独机构。在各不同实施例中，顶壁中心部的压陷、侧壁的屈曲和皱折在接触底壁时的屈曲依次开始，形成三个冲击吸收阶段(其可部分重叠)。

因此在一个方面，本发明涉及一种用于衰减施加于其上的冲击力的可压缩的囊室。囊室包括空心的(如圆柱形对称的)外壳，外壳具有顶壁、(带皱折的或无皱折的)底壁和于顶壁和底壁之间延伸的侧壁，顶壁包括限定出围绕顶壁中心部的周边的一个皱折(或多个皱折)；该皱折下伸至低于侧壁一半高度的深度。所述皱折可以形成在皱折的沟槽处相交的两个环壁。顶壁的中心部可以比侧壁高。顶壁、侧壁和皱折可以合作来衰减施加于顶壁的冲击力。在一些实施例中，侧壁包括在囊室的中央平面处(如大致侧壁高度一半处)相交的两个截头锥体形壁部。两个截头锥体形壁部的内表面可以包夹出钝角。囊室还可包括在顶壁中的孔用于从囊室的内腔排出流体。

在另一方面，本发明涉及一种用于分三个阶段衰减施加于其上的冲击力的可压缩的囊室。囊室包括空心的外壳，其具有(a)顶壁，包括突起的中心部和围绕该突起的中心部的周边的一个或多个皱折，(b)底壁，和(c)于顶壁和底壁之间延伸的侧壁，所述皱折下伸到低于侧壁一半高度的深度。施加于囊室的冲击力在第一阶段中通过所述至少一个皱折的部分有阻力的屈服被衰减以允许中心部压陷(换言之，通过对这种压陷的部分阻力)被衰减，在第二阶段中通过侧壁的有阻力的屈服(即对侧壁压缩和/或屈曲的部分阻力)被衰减，并且在第三阶段中在所述至少一个皱折接触到底壁时通过所述至少一个皱折的有阻力的屈服被衰减。外壳可被构造用于造成在第一、第二和第三阶段的任何组合之间的时间重叠。在一些实施例中，侧壁包括在囊室的中央平面处(如大致一半高度处)相交的两个截头锥体形壁部。截头锥体形壁部的内表面可以包夹出钝角。囊室还可以包括在顶壁中的孔扣用于从囊室内有阻力地排出流体。外壳可以基本上是圆柱形对称的。所述皱折可以形成在所述皱折的沟槽处相交的两个环壁。

在另一方面，本发明涉及一种用于分阶段衰减施加于可压缩的囊室的冲击力的方法，该囊室包括空心的外壳，外壳具有顶壁、底壁和于顶壁和底壁之间延伸的侧壁，顶壁带有围绕顶壁的突起的中心部的周边的至少一个皱折，所述至少一个皱折延伸到低于侧壁的一半高度的深度。该方法包括通过有阻力地屈服致使顶壁中心部压陷来衰减冲击力；当中心部的高度已经到达侧壁高度时，利用侧壁通过其有阻力的屈服来衰减冲击力；并且当所述至少一个皱折接触底壁时，利用所述至少一个皱折通过其有阻力的屈服来衰减冲击力。外壳可以具有孔(如在顶壁中)，并且该方法还可以包括通过经所述孔从外壳内部有阻力地排出流体来至少部分衰减冲击力。

在另一方面，本发明涉及一种用于衰减施加于其上的冲击力的可压缩的囊室。在各不同实施例中，囊室包括限定出用于容纳流体的内腔的外壳；外壳包括侧壁，其于顶壁和底壁之间延伸并且侧壁厚度在顶壁和底壁之间变化并且响应于施加于顶壁的冲击而有阻力地屈服。侧壁的厚度可以从顶壁到底壁地增大或减小。侧壁屈服阻力可以随冲击能量增大和/或侧壁压缩增强而增大。囊室可以响应于非垂直的冲击力而剪切。在各不同实施例中，囊室还包括在外壳中的至少一个孔，用于从内腔有阻力地排出流体，以便在侧壁屈服时至少部分衰减冲击。

在另一方面，本发明涉及一种采用安全物品的方法，该安全物品包括可压缩的囊室，该囊室包括限定出内腔并具有侧壁的外壳，侧壁在顶壁和底壁之间延伸并且侧壁厚度在所述顶壁和底壁之间增大，在这里，该安全物品穿戴在身体上，此时底壁比顶壁更靠近身体。该方法的目标是保护身体免受冲击损伤，并且在各不同实施例中包括，至少部分利用侧壁通过有阻力地屈服来衰减施加于顶壁的冲击，其中屈服阻力随着侧壁压缩的增强而增大。在各不同实施例中，外壳具有孔，并且该方法还包括通过经所述孔从内腔排出流体来至少部分衰减所述冲击。

在又一方面，本发明涉及一种采用安全物品的方法，该安全物品包括可压缩的囊室，囊室包括限定出内腔的且具有侧壁的外壳，侧壁在顶壁和底壁之间延伸并且侧壁厚度在顶壁和底壁之间减小，其中该安全物品穿戴在身体上，此时底壁比顶壁更靠近身体。该方法的目标是保护身体免受冲击损伤并且在各不同实施例中包括至少部分通过剪切来衰减施加于顶壁的冲击的切向分量，并且至少部分利用侧壁通过有阻力地屈服来衰减施于顶壁的冲击的法向分量。在一些实施例中，外壳具有孔，并且该方法还包括通过经所述孔从内腔排出流体来至少部分衰减所述冲击。

在另一方面，本发明涉及一种可压缩的囊室用于衰减施加于其上冲击力。在各不同实施例中，囊室包括限定出用于容纳流体的内腔的外壳；外壳包括顶壁、底壁和侧壁，顶壁包括限定出围绕顶壁中心部的周边的一个或多个皱折，侧壁在顶壁和底壁之间延伸。侧壁和顶壁的皱折响应于施加于顶壁的冲击而有阻力地屈服以便衰减冲击力，同时允许囊室压缩。在各不同实施例中，囊室还包括在外壳中的至少一个孔，用于从内腔有阻力地排出流体以便至少部分衰减冲击。所述皱折可以在其接触底壁时增大囊室的压缩阻力。在各不同实施例中，该顶壁被构造用于允许其中心区相对于其周边横向运动。另外，侧壁的厚度可以在顶壁和底壁之间变化。

囊室可以被构造用在冲击衰减头盔的外罩壳和内衬之间，此时顶壁可以呈圆顶状以吻合外罩壳的内表面。另外，外壳可以在顶壁处是渐缩的以便在头盔周边区内装配在罩壳和内衬之间。

在另一个方面，本发明涉及一种采用安全物品的方法，安全物品包括可压缩的囊室，其包括限定出内腔的外壳、顶壁、底壁和在顶壁和底壁之间延伸的侧壁，顶壁具有一个或多个限定出围绕顶壁中心部的周边的皱折。安全物品穿戴在身体上，此时底壁比顶壁更靠近身体。该方法的目标是保护身体免受冲击损伤并且在各不同实施例中包括至少部分利用侧壁和顶壁的皱折通过其有阻力地屈服来衰减施加于顶壁的冲击。在一些实施例中，外壳具有孔并且该方法还包括通过从所述孔从内腔排出的流体来至少部分衰减冲击。

在又一个方面，本发明涉及一种用于衰减施加于其上的冲击力的可压缩的囊室，囊室在各不同实施例中包括限定出用于容纳流体的内腔的外壳；外壳包括在顶壁和底壁之间延伸的至少一个侧壁，该侧壁响应于施加于顶壁的冲击来有阻力地屈服以允许囊室压缩。所述顶壁和/或底壁包括一个或多个竖向延伸的特征，其在顶壁接近底壁时增大囊室的压缩阻力。在一些实施例中，囊室还包括在外壳中的至少一个孔用于从内腔有阻力地排出流体以至少部分衰减该冲击。所述特征可以包括限定出围绕顶壁中心部的周边的一个或多个皱折和/或在底壁上的多个同心布置的凸脊。在一些实施例中，侧壁厚度在顶壁和底壁之间变化。囊室可以被构造用在冲击衰减头盔的外罩壳和内衬之间，此时顶壁呈圆顶状以吻合外罩壳的内表面。外壳可以在顶壁处是渐缩的以便在头盔的周边区内装配在罩壳和内衬之间。

在另外一个方面，本发明涉及一种采用安全物品的方法，安全物品包括可压缩的囊室，囊室包括外壳，外壳限定出内腔、侧壁、顶壁和底壁，其中的至少一个包括一个或多个竖向延伸的特征。安全物品穿戴在身体上，此时底壁比顶壁更靠近身体。该方法的目标是保护身体免受冲击损伤并且在各不同实施例中包括响应于施加于顶壁的冲击地至少部分利用侧壁通过其有阻力地屈服来衰减冲击；并且在顶壁接近底壁时至少部分利用竖向延伸特征来衰减所述冲击。外壳可以具有孔，该方法可以还包括通过经所述孔从内腔排出流体来至少部分衰减所述冲击。

在另一个方面，本发明涉及一种用于衰减施加于其上的冲击力的可压缩的囊室，该囊室在各不同实施例中包括限定出用于容纳流体的内腔的外壳；外壳响应于冲击地压缩。囊室还包括在外壳中的至少一个孔，用于在压缩过程中从内腔有阻力地排出流体，以便至少部分衰减冲击，囊室还包括用于部分阻挡所述孔以便增大压缩阻力的阀门。在各不同实施例中，外壳包括顶壁和底壁，并且囊室的压缩阻力在顶壁接近底壁时通过部分阻挡所述孔被增大。其中一些壁或者所有壁可以响应于所述冲击而有阻力地屈服，由此部分衰减所述冲击，同时允许囊室压缩。在各不同实施例中，阀门包括与所述孔对置地从底壁突出的销，其中该销在囊室压缩状态中接合所述孔以限制流体经其排出。或者，阀门可以包括从顶壁向下延伸的且围绕所述孔的管状凸起。管状凸起因增强的流体涡旋而自节流所述孔。

本发明的另外一个方面涉及一种采用安全物品的方法，安全物品包括可压缩的囊室，其包括限定出内腔的且具有孔和在其中的阀门的外壳。该方法的目标是保护身体免受冲击损伤并且在各不同实施例中包括通过经所述孔从内腔有阻力地排出流体来至少部分衰减施加于外壳的冲击，进而外壳压缩，在外壳压缩过程中，通过用阀门部分地且渐增地阻挡所述孔来增大压缩阻力。

本发明的又一个方面涉及一种用在冲击衰减头盔的外罩壳和内衬之间的可压缩的囊室。在各不同实施例中，囊室包括外壳，外壳包括顶壁、底壁和至少一个侧壁，该侧壁至少在冲击初始阶段内响应于冲击地抵抗屈服，外壳限定出用于容纳流体的内腔；以及在外壳中的至少一个孔，用于从内腔有阻力地排出流体以便在初始阶段之后至少部分衰减所述冲击，其中该顶壁呈圆顶状以吻合外罩壳的内表面。

在另一个方面，本发明涉及一种保护头盔，包括外罩壳、安置在外罩壳内侧的内衬和安置在罩壳和内衬之间的至少一个可压缩的囊室，囊室包括(i)外壳，其限定出内腔并包括顶壁、底壁和至少在冲击初始阶段内响应于冲击地抵抗屈服的侧壁，该顶壁呈圆顶状以吻合外罩壳的内表面，和(ii)在外壳中的至少一个孔，用于从内腔有阻力地排出流体以便在初始阶段之后至少部分衰减所述冲击。

在另一方面，本发明涉及一种用在冲击衰减头盔的外罩壳和内衬之间的可压缩的囊室。在各不同实施例中，囊室包括外壳，外壳包括顶壁、底壁和至少在冲击初始阶段中响应于冲击地抵抗屈服的侧壁，外壳限定出用于容纳流体的内腔；以及在外壳中的至少一个孔，用于从内腔有阻力地排出流体以便在初始阶段之后至少部分衰减所述冲击，其中该外壳在顶壁处是渐缩的以便在头盔的周边区内装配在罩壳和内衬之间。

在另一方面，本发明涉及一种保护头盔，其包括：罩壳；安置在罩壳内侧的内衬，其中罩壳和内衬之间的距离在头盔的周边区内减小；设置在罩壳和内衬之间的至少一个可压缩的囊室，该囊室包括(i)外壳，其限定出内腔并包括顶壁、底壁和在冲击初始阶段中响应于冲击地抵抗屈服的侧壁，该外壳在顶壁处是渐缩的以便在头盔的周边区内装配在罩壳和内衬之间，和(ii)在外壳中的至少一个孔，用于从内腔有阻力地排出流体以便在初始阶段之后至少部分衰减所述冲击。

附图简介

从尤其结合附图的下文具体说明中将会更容易理解以上内容，其中：

图1A是根据一个实施例的减震器外壳的示意横剖视图，其特点是侧壁包括外钝角并且厚度朝向底板增大，

图1B是根据一个实施例的减震器外壳的示意横剖视图，其特点是侧壁包括外钝角和厚度朝向底板减小，

图1C是根据一个实施例的减震器外壳的示意横剖视图，其特点是厚度一致的侧壁具有内钝角，

图2是根据一个实施例的减震器外壳的示意横剖视图，其特点是顶壁中的皱折，

图3A和3B分别是根据不同实施例的具有深皱折的减震器外壳的侧视图和剖视图，

图4A-4E是图3A和3B的减震器的剖视图，示出了根据不同实施例的多个压缩阶段，

图5是根据一个实施例的减震器外壳的示意性剖视图，其特点是从底壁突出的套叠的柱形壁，

图6A是根据一个实施例的减震器外壳的示意性横剖视图，其特点是与穿过顶壁的孔相对地从底壁突出的销，

图6B是根据一个实施例的减震器外壳的示意性横剖视图，其特点是从顶壁伸出并围绕穿过顶壁的孔的管状凸起，

图7是根据一个实施例的具有多个分散的压缩囊室的保护头盔的视图，

图8A是根据一个实施例的减震器外壳的透视剖视图，其特点是厚度变化的侧壁、圆拱状的顶壁和沿着顶壁周边的皱折，

图8B是与图8A相似的减震器外壳的透视剖视图，其进一步朝向一侧缩小以便更好装配到保护头盔的周边空间中，和

图8C是根据另一个实施例的减震器外壳的剖视图，其特点是变化的壁厚、沿顶壁周边的皱折以及从顶壁突出的阀门。

具体说明

本发明的减震器可以由各种各样的弹性材料和半弹性材料制造，例如包括橡胶、热塑性塑料和其它可模塑聚合物。因其耐用性、回弹性和用于吹塑或注塑的可控性而尤其适用的材料是热塑性弹性体材料(TPE)，可在市场上买到的TPE包括ARNITEL牌和SANTOPRENE牌。其它可用的材料包括例如热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和低密度聚乙烯(LDPE)。通常，材料选择取决于特定应用场合并且能容易由本领域技术人员基于已知的材料性能来完成，无需过度实验。而且，减震器外壳的期望的形状和构型通常可以利用许多众所周知的制造技术中任何一种例如吹塑或注塑来制造。减震器可以呈一件形式或者由至少两个部件来制造，该至少两个部件随后被接合在一起以形成不透流体的外壳。接合例如可以利用粘合剂(粘胶)来完成，或者利用热接合工艺。机械互锁结构、夹子或类似机构可被用来保证多个部分保持相互固定在一起。

图1A示意性示出根据不同实施例的示例性的减震器囊室100。囊室包括平状底板102和固定至底板的盖子104，盖子形成该结构的顶壁106和侧壁108。穿过顶壁106的孔或排流结构110容许当囊室在冲击过程中被压缩时流体离开由囊室外壳形成的内腔112，以及当囊室在冲击后回复至其初始形状时进入该内腔。虽然只示出一个孔，但不同的实施例采用具有相同的或不同的形状和尺寸的多个孔。该孔不需要穿过顶壁，但通常可以位于囊室外壳的任何部分中。而且，代替简单的孔口或缝，所述孔可以配设有用于调节经过其中的流体的阀门结构。例如在某些实施例中，只允许流入的止回阀设置在囊室底壁处，只允许流出的止回阀被包含在顶壁中，或者反之。或者，在一些实施例中，外壳包括较大的开口，其允许空气流入和流出囊室，基本未遇到阻力；在此情况下，通过外壳变形而大量地机械吸收所述冲击。在另外一些实施例中，外壳根本不允许流体排出，从而在囊室内的流体压缩有助于囊室的整体压缩阻力。

回到图1A，侧壁108形成两个背靠背的截头锥体形部分，其窄端在位于顶壁和底壁106、102之间的水平面处相交，从而它们限定出外钝角α。于是，当囊室100塌瘪时，侧壁108向内移向囊室的中心轴线114，由此减小囊室体积并进一步压缩其中的空气。这可能导致经孔110逸出的空气的更强紊流，因而导致增大的压缩阻力。而且如图所示，侧壁108的厚度在顶壁和底壁之间增大。结果，壁108本身针对冲击所提供的阻力在整个压缩期间内稳定增大。如本领域技术人员易懂地，沿其高度的壁厚变化通常能被用于调整囊室的瞬时能量管理曲线，该曲线例如由作为时间函数的经囊室传递的残余力来表征。

图1B示出了替代的压缩囊室120，其中侧壁128厚度朝向顶壁106增大(除此之外，囊室120与图1A所示的囊室100相似)。壁128的靠近底板102的薄壁部130构成囊室外壳的“薄弱点”，其允许囊室最初响应于包括平行于顶面的分量(即切向力)的冲击力剪切，由此消耗切向力。在较后的冲击阶段，通过靠近顶壁106的较厚壁部的压缩来吸收能量。

图1C示出又一个减震器结构140，其包括厚度基本一致的壁。在此实施例中，侧壁148是倾斜的以便限定出内钝角β，因而它们向外塌瘪。因此，该囊室外壳在一定程度上提供比囊室100、120低的压瘪阻力，囊室100、120具有如图1A和1B所示的颠倒的壁。这些和其它的囊室壁设计可以与下述的附加特征相组合。

在一些实施例中，减震器的顶壁和/或底壁不是平的(如图1A-1C所示)，而是包括一个或多个皱折或竖向突出的特征。这样的特征能在较后的囊室压缩阶段中提供增大的阻力。例如图2示出了减震器囊室200，其具有在顶壁204中的“V形”皱折202，该皱折限定出围绕顶壁204的中心部的环形周边。当囊室200被压缩时，顶壁204接近底壁206，皱折202的最低点208最终接触底壁206。这有效地增大冲击力所作用的且阻止囊室200进一步压缩的侧壁数量。结果，减震器囊室200能在其耗尽之前承受较大的冲击力。另外，皱折202的弯曲帮助顶壁204的中心区响应于剪切力相对于周边的横向运动。于是，除了增大针对法向力的囊室阻力外，皱折202还帮助消耗剪切力。

顶壁中的皱折对减震器的总体冲击吸收特性的贡献可以通过皱折的数量和尺寸来调整。皱折深度尤其影响压缩过程中所述皱折因接触底面而开始显著抵抗压缩的时刻。在各不同的有利实施例中，皱折下伸到低于侧壁的一半高度，最好至低于该高度的40％。图3A示出了这种减震器的实施例(只示出了盖子300，省掉了底壁)。如图所示，减震器的顶壁302可以包括(一般是圆形的)中心部304，其突出在侧壁306高度之上；该特征也在图3B的侧视图中被示出。V形皱折308形成围绕中心部304的周边。皱折308的沟槽310(即“V”形的尖端)位置明显低于中央平面312，在该中央平面处，形成所示的减震器的侧壁306的两个截头锥体形部分相交。

图4A-4E示出了减震器盖子300的各不同压缩阶段。图4A示出了处于未压缩状态的减震器。图4B示出了第一压缩阶段，此时顶壁的中心部304因施加于其上的冲击力而被压陷。皱折的内壁500屈曲以允许这种压陷。一旦中心部304已下降到大致侧壁306的高度，则侧壁306开始屈曲(在所示实施例中向外)，如图4C所示；在该侧壁的屈服在整个第二压缩阶段中衰减所述冲击，这持续到皱折308的沟槽310接触到底面(图4D所示)。在表明第三压缩阶段开始的接触之后，外壳的侧壁306和皱折308的内壁和外壁500、502通过进一步屈曲以联合吸收冲击。实际上，压缩囊室现在具有三个大致同心的竖向壁，每个附加皱折将添加额外两个有效壁。在囊室的侧壁306包夹出内钝角的且因而向外塌瘪(如图所示)的实施例中，皱折的壁500、502也倾向于向外移动。相反，对于具有在中央平面处内收的侧壁的囊室(如图1A和1B所示)，所述皱折的壁将倾向于向内移动。

分多个阶段的冲击吸收可用于增大减震器有效针对的冲击力范围。小冲击可以通过顶壁302的中心部304的压陷和伴随的皱折的内壁500的屈曲被大部分吸收，而较大的冲击可以快速进至第二和/或第三阶段，此时侧壁306和皱折的两个壁500、502抵抗压缩。如本领域技术人员容易认识到，减震器可被设计成以超过三个的阶段来吸收冲击力，例如通过加入更多的皱折。相反，两阶段式减震器可以利用顶壁302来构造，该顶壁除了皱折外是平的，即不包含凸起部分。附加的特征和例如如上所述的减震机构可以被加入带有深皱折的减震器中。例如如图3A所示，减震器可以包括流体排出孔314。阻力式排流可以提供冲击吸收机构，其与借助外壳的结构阻力并行作用。或者，减震器可以形成不带开口的外壳，导致减震器内的压力在其被压缩时增大，或者形成带有开口的外壳，其允许流体自由流入和流出减震器，消除任何流体动力学的压缩阻力。

图5示出用于减震囊室500的另一个设计，其中，多个同心环形凸脊502布置在底壁504上。当顶壁在囊室500压缩过程中到达这些凸脊502时，凸脊502开始帮助吸收冲击，导致了较高的总减震器压缩阻力。上述的皱折和竖向突出的特征只是例子；接合至顶壁、底壁或两者的具有不同形状和构型的皱折和凸起也可以被用于获得相似效果。

图6A和6B示出减震器，其中，孔的配置和进而流体流过其中的流速根据囊室压缩状态而变。例如图6A示出了压缩囊室，其包括圆锥形的长销602，其与穿过顶壁606的孔606相对地从底壁604突出。一旦囊室600已经响应于冲击被充分压缩(如至其如图所示的原始高度的大致一半)，销602被容纳在孔606中并穿过孔606，由此减小流体可经此逸出的面积。最终，销602完全阻断所述孔，防止任何进一步的流体排出。因此，所述孔606和销602共同起到阀门作用。

图6B示出了替代实施例620，其中，通过管状凸起622产生类似阀门的性能，其从顶壁624竖直向下延伸并且包括穿过其中的管腔626。管状凸起622可以通过两种机构限制排流。如可轻易看到地，经管腔626的排流要求流体在靠近底壁630的末端628进入管622。因而，在当该末端628接触底壁时，阻止排出或至少阻碍排流。另外且通常更重要地，管622能以这样的厚度和材料制造，其允许响应于增强的流体紊流而限制和自节流所述孔，很像经开口释放空气的气囊。

如上所述的减震器可有利地被用在各种不同应用场合中，包括例如保护性身体装备、车辆仪表板和减震座椅。图7作为一个示例性应用示出了保护头盔700，其包括分布在罩壳和头盔内衬之间的多个压缩囊室702。减震器702可以包括上述特征的任意组合。而且，它们可被成形以适配罩壳和内衬之间的空间。例如图8A示出了减震器盖子800_A(省掉了底壁)，其具有突出的圆拱状的顶壁802，其弯曲形状与头盔罩壳的内表面的形状互补。而且，减震器的特点是围绕顶壁802的中心部的周边的一个或多个“V形”皱折202以及向内倾斜的侧壁805，其厚度朝向底面增大。圆拱状的顶壁和皱折合作允许囊室顶面响应于剪切力横向移位。

图8B示出了适用在回弯向头部的头盔区域如头盔背面上的枕骨锁定区和在下侧的区域中的减震器800_B。减震器800_B具有突出的圆拱状的顶壁802，其弯曲形状与头盔罩壳的内表面的形状互补。而且，减震器的特点是在顶壁802中的一个或多个“V形”皱折202以及向内倾斜的侧壁805，侧壁的厚度朝向底面增大。该减震器的外壳朝一侧倾斜，即侧壁高度在减震器直径范围内递减，从而在正确安放情况下它安置成等高地抵接罩壳。减震器800_B包括管状凸起622，其从顶壁802竖直向下延伸并包括穿过它的管腔。图8A和8B所示的径向槽是允许在冲击时空气经减震器表面移动的排流结构。

图8C示出另一个减震囊室800_C，其侧壁的总体高度在减震器直径范围内递减以吻合具有非一致高度的空间。囊室融合了沿中央平面内收的侧壁802和朝向底部的厚度增大、顶壁中的皱折202和设于底壁806上的多个同心环形凸脊502。这些特征在达到高压缩状态时合作增大囊室压缩阻力，因此共同提高可被有效吸收的能量水平，没有增大减震器结构的高度。

以上描述了本发明的某些实施例。但明确指出，本发明不局限于那些实施例，相反，针对本文明确记载内容的添加和修改也包含在本发明的范围内。还应理解，本文所述的不同实施例的特征总体上不是相互排斥的并且能存在于各种不同的组合和重新配置中，即便本文没有明确这样的组合或者重新配置，这没有脱离本发明的精神和范围。实际上，本领域普通技术人员将会想到本文所述内容的变化、修改和其它实施方式，这没有脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不应只由在前的示范性描述来限定。

Claims (17)

1.一种用于衰减施加于其上的冲击力的可压缩的囊室，该囊室包括：

空心外壳，包括顶壁、底壁和在所述顶壁和底壁之间延伸的侧壁，该顶壁包括限定出围绕该顶壁的中心部的周边的至少一个皱折，

其中，所述至少一个皱折下伸至低于该侧壁的一半高度的深度；

其中，该囊室具有在所述至少一个皱折接触该底壁之后施加于该囊室的冲击力通过所述至少一个皱折的有阻力的屈服被衰减的阶段。

2.根据权利要求1的囊室，其中，该顶壁的中心部比该侧壁高。

3.根据权利要求1的囊室，其中，该侧壁包括在该囊室的中间平面相交的两个截头锥体形壁部。

4.根据权利要求3的囊室，其中，所述两个截头锥体形壁部的内表面包夹出钝角。

5.根据权利要求3的囊室，其中，所述两个截头锥体形壁部在该侧壁的大致一半高度处相交。

6.根据权利要求1的囊室，还包括在该顶壁内的孔用于从该囊室内排出流体。

7.根据权利要求1的囊室，其中，该外壳基本上是圆柱形对称的。

8.根据权利要求7的囊室，其中，所述至少一个皱折形成两个在该皱折的沟槽处相交的环壁。

9.根据权利要求1的囊室，其中，顶壁、侧壁和至少一个皱折合作来衰减施加于该顶壁的冲击力。

10.一种用于分三个阶段衰减施加于其上的冲击力的可压缩的囊室，该囊室包括：

空心的外壳，包括

(a)顶壁，具有突起的中心部和围绕该突起的中心部的周边的至少一个皱折，

(b)底壁，和

(c)在所述顶壁和底壁之间延伸的侧壁，所述至少一个皱折下伸至低于该侧壁的一半高度的深度，

由此，施加于该囊室的冲击力在第一阶段中通过所述至少一个皱折的部分的有阻力的屈服以允许该中心部压陷被衰减，在第二阶段中通过该侧壁的有阻力的屈服被衰减，并且在第三阶段中在所述至少一个皱折接触该底壁时通过所述至少一个皱折的有阻力的屈服被衰减。

11.根据权利要求10的囊室，其中，构造所述外壳来造成在第一、第二和第三阶段之间时间重叠。

12.根据权利要求10的囊室，其中，该侧壁包括在该囊室的中间平面处相交的两个截头锥体形壁部。

13.根据权利要求12的囊室，其中，所述两个截头锥体形壁部的内表面包夹出钝角。

14.根据权利要求12的囊室，其中，所述两个截头锥体形壁部在该侧壁的大致一半高度处相交。

15.根据权利要求10的囊室，其中，它还包括在该顶壁中的孔用于从该囊室内排出流体。

16.根据权利要求10的囊室，其中，该外壳基本上是圆柱形对称的。

17.根据权利要求10的囊室，其中，所述至少一个皱折形成在该皱折的沟槽处相交的两个环壁。