CN105636469B - 柔性多层头盔及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防护头盔,所述防护头盔可包括外壳和多层衬垫,所述多层衬垫设置在所述外壳内并且大小适于接纳穿戴者头部。所述多层衬垫可包括内层、中间层和外层。所述内层可包括具有朝用于接纳穿戴者头部的头盔内部区域取向的内表面。所述内层可包含密度在40‑70g/L范围内的中能量管理材料。所述中间层可与所述内层的外表面相邻设置,其中所述中间层包含密度在10‑20g/L范围内的低能量管理材料。所述外层可与所述中间层的外表面相邻设置,所述外层包括具有朝向所述外壳取向的外表面,其中所述外层包含密度在20‑50克/升(g/L)范围内的高能量管理材料。
Description
技术领域
本文档的方面整体涉及包括用于改善能量管理的多层设计的头盔及其制备方法。头盔可用于需要为用户头部提供保护的任何应用,例如,用于赛车运动、骑行、橄榄球、曲棍球或登山。
背景技术
图1示出了常规头盔10的横截面侧视图,所述常规头盔10包括外壳12和单层的能量吸收材料14。头盔10可为用于骑行的模内成型头盔和用于强力运动的硬外壳头盔。单层的能量吸收材料14由相对刚性的单密度或双密度整体材料16,例如,发泡聚苯乙烯(EPS)形成。头盔10的整体刚性设计在受到冲击时通过使单层的能量吸收材料14变形而不允许头盔10挠曲或移动来提供能量耗散。头盔10的内表面18的轮廓包括固定比例的通用或标准化表面,诸如平滑且对称的形貌,其不能严密契合或合乎穿戴头盔10的人员的头部20的比例和轮廓。由于头部包括不同比例、平滑度和对称度,任何给定的头部20将包括与常规头盔10的内表面18的不同之处,这就会在头盔10的内表面18与穿戴者头部20之间产生压力点和一个或多个间隙22。由于有间隙22,穿戴者可能会经历头盔10相对于其头部20的移位和移动,因而可能会在头盔10的内表面18与用户头部20之间添加附加的垫料或舒适材料,以填充间隙22并降低移动和振动。
发明内容
在一个方面当中,一种防护头盔可包括外壳和多层衬垫,所述多层衬垫设置在外壳内并且大小适于接纳穿戴者头部。多层衬垫可包括内层,所述内层包括具有朝向供穿戴者头部使用的头盔内部区域取向的内表面,其中所述内层包含密度在40-70g/L范围内的中能量管理材料。多层衬垫还可包括中间层,所述中间层与内层的外表面相邻设置,其中所述中间层包含密度在10-20g/L范围内的低能量管理材料。多层衬垫还可包括外层,所述外层与中间层的外表面相邻设置,所述外层包括具有朝向外壳取向的外表面,其中所述外层包含密度在20-50g/L范围内的高能量管理材料。
对于特定实施方式而言,中间层可具有5-7毫米(mm)范围内的厚度,并且可在无粘合剂的情况下耦接到内层和外层以促进内层、中间层和外层之间的相对移动。多层衬垫的总厚度可小于或等于48mm。防护头盔可包括强力运动头盔,并且外壳可包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的刚性层。防护头盔可包括骑行头盔,并且外壳可包括冲压成型、热成型或注塑成型聚碳酸酯壳。多层衬垫的至少一部分可为柔性衬垫,其被分段而在多层衬垫的各部分之间提供空间或间隙。多层衬垫还可包括顶部,所述顶部被构造为在穿戴者头部的顶部上方对齐,并且可在内层与外层之间没有设置中间层的情况下形成多层衬垫的顶部。
在一个方面当中,一种防护头盔可包括厚度小于或等于48mm的多层衬垫。多层衬垫可包括内层,所述内层包括具有朝向供穿戴者头部使用的头盔内部区域取向的内表面,其中所述内层包含中能量管理材料。多层衬垫可包括中间层,所述中间层与内层的外表面相邻设置,其中所述中间层包含厚度在5-7mm范围内的低能量管理材料。多层衬垫可包括外层,所述外层与中间层的外表面相邻设置,其中所述外层包含高能量管理材料。
对于特定的实施方式而言,低能量管理材料具有10-20g/L范围内的密度,并且高能量管理材料可具有20-50g/L范围内的密度。多层衬垫可在多层衬垫的各层之间的界面处提供边界条件,以使能量偏转并且管理低能量、中能量和高能量冲击的能量耗散。可定制配合内衬垫层的形貌以匹配穿戴者头部的形貌,从而减少或消除穿戴者头部与头盔的多层衬垫之间的间隙。中能量管理材料可包括密度为20-40g/L的EPS或发泡聚烯烃(EPO),或者密度为30-50g/L的发泡聚丙烯(EPP)。中间层可机械耦接到内层和外层,以允许中间层、内层和外层之间的相对移动。多层衬垫的至少一部分可包括分段的柔性衬垫,其包括多层衬垫的各部分之间的空间或间隙。
在一个方面当中,所述防护头盔可包括含有密度在20-50g/L范围内的高能量管理材料、密度在40-70g/L范围内的中能量管理材料以及密度在10-20g/L范围内的低能量管理材料的多层衬垫。
对于特定实施方式而言,高能量管理材料可包括EPS,其形成为多层衬垫的外层。中能量管理材料可包括EPP,其形成为多层衬垫的中间层。低能量管理材料可包括EPO,其形成为多层衬垫的内层。中能量管理材料可选由自聚酯、聚氨酯、D3O、微孔聚氨酯(poron)、气囊和h3lium构成的集合。可将至少一个垫料按扣可耦接至多层衬垫,以促进高能量管理材料、低能量管理材料和中能量管理材料之间的相对移动。防护头盔可包括强力运动头盔,所述强力运动头盔还包括刚性外壳。防护头盔包括骑行头盔,所述骑行头盔还包括由冲压成型、热成型或注塑成型聚碳酸酯壳形成的外壳。
从说明书和附图以及权利要求书来看,上述方面和其他方面、特征和优点对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。
附图说明
将结合附图在下文中描述本发明,其中相同的标号代表相同的元件,并且:
图1是常规头盔的剖视图;
图2A-2E示出了多层头盔的各种视图;
图3是多层头盔的实施例的剖视图;
图4A-4C示出了来自多层衬垫的层的各种视图;并且
图5是多层头盔的另一个实施例的剖视图。
具体实施方式
本公开、其各方面以及实施方式并不受限于本文所公开的具体头盔或材料类型或者其他系统部件示例或方法。可以设想许多本领域已知的与头盔制造相符的额外部件以及制造和装配过程,使之与本公开的特定实施方式结合使用。因此,例如,尽管公开了特定的实施方式,但此类实施方式和实施部件可在与预期操作一致的情况下包括任何本领域已知用于此类系统和实施部件的部件、型号、类型、材料、版本、数量等。
词语“示例性”、“例子”或它们的各种形式在本文用来意指充当例子、示例或例证。本文描述为“示例性”或“例子”的任何方面或设计未必被解释为优选的或优于其他方面或设计。此外,提供例子仅仅是出于清楚和理解的目的,并非意在以任何方式限制或约束本公开的所公开主题或相关部分。应当理解,可能已经提出不同范围的大量附加或替代例子,但出于简洁的目的而被省略。
尽管本公开包括多种不同形式的实施例,但在附图中示出并将在本文详细描述的是具体实施例,要理解的是,本公开应被视为是对所公开方法和系统的原理的举例说明,而并非意图将所公开概念的广泛内容限定于所示的实施例。
本公开提供用于为穿戴者头部定制形成防护头盔的系统和方法,例如,所述防护头盔是用于以下人员的头盔:自行车运动员、橄榄球运动员、曲棍球运动员、棒球运动员、长曲棍球运动员、马球运动员、登山运动员、汽车赛车手、摩托车骑手、摩托车越野赛赛车手、滑雪运动员、滑雪板运动员或其他雪上或水上运动员、跳伞运动员或者运动中的任何其他运动员或需要防护头套的其他人员。这些运动中的每一种均使用头盔,所述头盔包括单冲击或多冲击等级的防护材料基架,其通常(但不总是)在外部被装饰罩所覆盖,并且在内部的至少部分上包括舒适材料,通常是垫料的形式。其他行业也使用防护头具,诸如建筑工人、军人、消防人员、飞行员或其他需要安全头盔的工人,在这些行业中也可应用类似的技术和方法。
图2A示出了头盔或多层头盔50的透视图。多层头盔50可被设计并用于骑行、强力运动或赛车运动以及其他应用,以提供相对于现有技术已知的常规头盔,例如,图1中所示的头盔10而言的附加的舒适度、功能性和改善的能量吸收。如图2A中所示,头盔50可被构造为全面部头盔,其是按照自上而下的取向示出的,其中面罩52位于图2A的下边缘处。头盔50包括外壳54和多层衬垫56。
外壳54可包含柔性、半柔性或刚性材料,并且可包含塑料(包括ABS、聚碳酸酯、Kevlar)、纤维材料(包括玻璃纤维或碳纤维)或其他合适的材料。外壳54可通过冲压成型、热成型、注塑成型或其他合适的工艺形成。虽然为方便起见,外壳54在本公开中通篇称为外壳,但“外”只是用于描述在头盔50被用户穿戴时壳体相对于多层衬垫56和用户头部的相对位置。可在外壳54的外侧额外形成附加的层、衬垫、罩或壳体,因为外壳54可以是但未必一定是头盔50的最外层。此外,在一些实施例中,外壳54可为任选的,因此可从头盔50省略,例如,对于一些骑行头盔而言。
多层衬垫56可包括两层或更多层,包括三层、四层或任何数量的层。作为非限制性例子,图2A示出了包括如下三层的多层衬垫56:外层58、中间层60和内层62。也可以包括其他附加层,诸如舒适衬垫层64。图2A示出了任选的舒适衬垫层64,其设置在多层衬垫56的内侧并与内层62相邻。
头盔50的多层衬垫56内的层可各自具有不同材料特性,以响应于不同类型的冲击和不同类型的能量管理。可调整不同头盔特性,例如,密度、硬度和柔性,以适应不同类型的冲击和不同类型的能量管理。头盔可经历在强度、幅度和持续时间方面有所差异的不同类型的冲击。在一些情况下,头盔可涉及低能量冲击,而在其他情况下,头盔可涉及高能量冲击。冲击可包括属于低能量冲击与高能量冲击之间范围的任何数量的其他中等能量冲击。
具有单层衬垫的常规头盔,例如,来自图1的头盔10,包括单个能量管理层,其用于通过一种标准化的、单一的或者“一个尺寸配合所有人”的能量管理方案来减轻所有类型的冲击。通过将头盔50形成为具有多层衬垫56,可对多层衬垫56内的多个层进行专门调整以减轻特定类型的冲击,下文将对此予以更详细的描述。此外,多个衬垫层可在它们的界面处提供边界条件,所述边界条件也起着使能量偏转并有利地管理各种条件(包括低能量冲击、中能量冲击和高能量冲击)下的能量耗散的作用。在一些实施例中,多层衬垫56可形成有一个或多个狭槽、间隙、通道或凹槽66,其可在多层衬垫56与填充或占据狭槽66的空气或其他材料之间的界面处提供或形成边界条件。由狭槽66建立的边界条件可用于使能量偏转并改变通过头盔的能量传播,以有利地管理多种冲击条件的能量耗散。
在以下段落中,将针对(例如)图2A-2E中所示的外层58、中间层60和内层62描述多层衬垫56的非限制性例子。虽然外层58在下文被描述为适于高能量冲击,中间层60在下文被描述为适于低能量冲击并且内层62在下文被描述为适于中能量冲击,但在其他实施例中,可改变各个层的排序或定位。例如,外层58也可适于低能量冲击以及中能量冲击。此外,中间层60可适于高能量冲击以及中能量冲击。相似地,内层62可适于高能量冲击以及低能量冲击。另外,可有不止一层涉及相同或相似类型的能量管理。例如,多层衬垫的两层可适于相同水平的能量管理,例如,高能量冲击、中能量冲击或低能量冲击。
根据一种可能的布置方式,外层58可形成为高能量管理材料,并且可包含比多层衬垫56内的其他层更硬和/或更致密的材料。外层58的材料可包括EPS、EPP、乙烯基腈(VN)或其他合适的材料。在实施例中,外层58可包含密度在约30-90克/升(g/L),或约40-70克/升(g/L),或约50-60g/L的范围内的材料。或者,外层58可包含密度在约20-50g/L的范围内的材料。通过形成具有比其他层(包括中间层60和内层62)更致密的材料的外层58,更致密的外层58可在处于离用户头部更远的距离的同时管理高能量冲击。因此,较不致密或较低能量材料将设置在更靠近用户头部的位置,并且将在冲击期间相对于用户头部更易屈服、顺应和包容。在一个实施例中,外层58可具有约5-25mm,或约10-20mm,或约15mm,或约10-15mm的范围内的厚度。
中间层60可设置在或夹在外层58与内层62之间。中间层60在形成为低能量管理层时,可由EPO、聚酯、聚氨酯、D3O、微孔聚氨酯、气囊、h3lium、舒适衬垫材料或其他合适的材料形成。中间层60可具有约5-30g/L、约10-20g/L或约15g/L的范围内的密度。中间层60可具有小于内层62和外层58两者的厚度(分别的厚度和共同的厚度)的厚度。在实施例中,中间层60可具有约3-9mm,或约5-7mm,或约6mm,或约4mm的范围内的厚度。
内层62可形成为中等能量或中能量管理材料,并且可包含比其他层(包括外层58)的材料更软和/或致密性更低的材料。例如,内层62可由能量吸收材料,例如,EPS、EPP、VN或其他合适的材料制成。在实施例中,内层62可由密度在约20-40g/L、约25-35g/L或约30g/L的范围内的EPS制成。或者,内层62可由密度为约30-50g/L,或约35-45g/L,或约20-40g/L,或约40g/L的EPP制成。或者,内层62可包含密度在约20-50g/L范围内的材料。将密度在以上指出的范围内的内层62形成为多层衬垫56的一部分的做法在中能量冲击测试期间提供了比常规头盔及没有内层62或中能量衬垫的头盔更佳的性能。通过将内层62形成为不及外层58致密但比中间层60更致密,作为多层衬垫56一部分的内层62可有利地管理低能量冲击。在一个实施例中,内层62可具有约5-25mm、10-20mm或约10-15mm的范围内的厚度。
多层衬垫56的总体厚度或总厚度可包括小于或等于50mm、48mm、45mm或40mm的厚度。在一些实施例中,多层衬垫56的总体厚度可通过划分外壳54与头盔50内表面的预期位置之间的可用空间量来确定。可通过如下方式来考虑多层衬垫56的总体厚度的划分:首先分配中间层60的厚度,使之具有以上指出的范围内的厚度,例如,约6mm或4mm。其次,外层58的厚度和内层62的厚度可根据材料类型,例如,如上所指出的EPS或EPP以及预期厚度来确定,所述预期厚度将适应用于形成相应层的所选材料的模塑性和珠流。外层58和内层62的厚度可为相同或不同的厚度,并且可根据用户的具体需要或具有运动特异性的应用及对应于或涉及具体能量水平或范围的可能冲击类型来调整。
多层头盔50的预期性能可通过如下方式获得:专门适于具体类型的能量管理的,例如,适用于低能量、中能量和高能量的能量管理的各个层的性能,以及不止一个层的相互作用或相关性所产生的协同效应的累积。在一些情况下,外层58可如上所述那样配置,并且可解决大部分或很大一部分对高能量冲击的能量管理。在其他情况下,多层衬垫56的所有层,,例如,外衬垫58、中间层60和内层62,都显著有助于对高能量冲击的能量管理。在一些情况下,中间层60,包括由EPO形成的中间层60,可如上所述那样配置,并且可解决大部分或很大一部分对低能量冲击的能量管理。在一些情况下,内层62,包括由EPP或EPS形成的内层62,可如上所述那样配置,并且可解决大部分或很大一部分对中能量冲击的能量管理。在其他情况下,中间层60和内层62一起,分别包括EPO和EPP的层,可如上所述那样配置,并且可解决大部分或很大一部分对中能量冲击的能量管理。或换句话说,包含EPO和EPP或其他类似材料的层的组合可解决大部分或很大一部分对中能量冲击的能量管理。
在实施例中,多层衬垫56的外层58可包含高能量管理材料,所述高能量管理材料包括密度在20-50g/L范围内的EPS。多层衬垫56的中间层60可包含中能量管理材料,所述中能量管理材料包括密度在40-70g/L范围内的EPP。多层衬垫56的内层62可包含低能量管理材料,所述低能量管理材料包括密度在10-20g/L范围内的EPO。
图2B提供了多层衬垫56的实施例的附加细节,所述多层衬垫56包括外层58、中间层60和内层62。图2B提供了从下方来看外层58、中间层60和内层62的内表面的透视图,其中外层58、中间层60和内层62以并排布置方式设置。外层58、中间层60和内层62的并排布置方式是为了清楚说明的目的,并非反映在头盔50处于操作中或准备被用户穿戴时将呈现的头盔50内各层的位置或布置方式。当头盔50被穿戴或处于操作中时,外层58、中间层60和内层62是一个套一个地套叠的,如图2A所示。
在图2B的左边,示出了外层58,其具有内表面51。外层58可为基本上实心的(如图所示),或者可包括凹槽、狭槽或通道,它们部分地或完全地通过外层58延伸,如下文针对图4A更详细讨论的,以便为外层58提供更大柔性。外层58的内表面51可包括第一移动限制器55,其设置在内表面51的中央部。相似地,在图2B的右边,示出了内层62,其具有外表面53。内层62可为基本上实心的,并且可另外包括凹槽、狭槽或通道66,如之前在图2A中所示,它们可部分地或完全地通过外层58延伸。狭槽或通道66的优点将在下文针对图4A-4C中的狭槽90及衬垫88的挠曲来更详细讨论。内层62的外表面53可包括第二移动限制器57,其设置在外表面53的中央部。
第一移动限制器55和第二移动限制器57可分别形成为外层58和内层62的第一模塑轮廓和第二模塑轮廓或一体件。作为非限制性例子,第一移动限制器55可形成为凹陷部、空隙、棘爪、通道或凹槽,如图2B所示。第一移动限制器55的周界可包括周缘或外边缘59,其形成有弯曲、方形、平直、波状或齿轮形状图案,所述图案包括一系列或一个或多个侧面、突出部、突片、凸缘、隆起、延伸部或球形突块。第二移动限制器57可形成为(但不限于)突出部、突片、凸缘、隆起、延伸部或球形突块。相似地,第二移动限制器57的周界可包括周缘或外边缘61,其可形成有弯曲、方形、平直、波状或齿轮形状图案,所述图案包括一系列或一个或多个侧面、突出部、突片、凸缘、隆起、延伸部或球形突块。
第一移动限制器55和第二移动限制器57可为彼此的负像,并且可以可配合地布置成彼此联锁。如图2B中所示,第一移动限制器55被示出为凹陷部,其延伸到外层58的内表面51内,并且第二移动限制器57被示出为突出部,其背离内层62的外表面53延伸。在可供选择的实施例中,第一移动限制器55和第二移动限制器57的凹陷部与突出部构型可颠倒,使得第一移动限制器55被形成为突出部,而第二移动限制器57被形成为凹陷部或凹口。外层58与内层62之间的相对移动(不论是平移、旋转还是两者兼有)可受到第一移动限制器55与第二移动限制器57之间的直接接触或间接接触的限制。在多层衬垫56仅包括外层58和内层62的情况下,可发生直接接触。或者,当多层衬垫56还包括中间层60时,中间层60可充当设置在第一移动限制器55与第二移动限制器57之间的界面。在任一种情况下,旋转的量可受到第一移动限制器55和第二移动限制器57相对于彼此的尺寸、间距和几何形状的限制。
图2B示出了一个实施例,其中中间层60被构造为设置在第一移动限制器55与第二移动限制器57之间,并且接触第一移动限制器55和第二移动限制器57。中间层60被示出为具有第一界面表面63和第二界面表面65。第一界面表面63可为弯曲、方形、平直、波状或齿轮形状,其包括一系列或一个或多个侧面、突出部、突片、凸缘、隆起、延伸部或球形突块,以对应于第一移动限制器55或周缘59,为第一移动限制器55或周缘59的负像,或者与第一移动限制器55或周缘59可配合地布置或联锁。相似地,第二界面表面65可为弯曲、方形、平直、波状或齿轮形状,其包括一系列或一个或多个侧面、突出部、突片、凸缘、隆起、延伸部或球形突块,以对应于第二移动限制器57或周缘61,为第二移动限制器57或周缘61的负像,或者与第二移动限制器57或周缘61可配合地布置或联锁。外层58与内层62之间的移动量也可受到如下因素的控制、限制或影响:中间层60的构型和设计,包括中间层60的硬度、弹性或形变能力,以及第一界面表面63和第二界面表面65分别相对于第一旋转限制器55和第二移动限制器57的尺寸、间距和几何形状的构型和设计。虽然本文已描述了第一移动限制器55与第二移动限制器57之间的关系或相互作用的非限制性例子,但可根据多层衬垫56的构型和设计来布置任何数量或布置方式的移动限制器和层。
图2B还示出了一个非限制性例子,其中形成了中间层60,所述中间层60包括多个凹槽、狭槽或通道66,它们完全地延伸穿过中间层60并且与形成于内层62中的凹槽66对齐,如之前在图2A中所示。狭槽或通道66的优点将在下文针对图4A-4C中的狭槽90及衬垫88的挠曲来更详细讨论。中间层60中的狭槽66可将中间层分成多个镶板、翼部、突片、突出部、凸缘、隆起或延伸部67a,它们可居中耦接或连接在中间层60的中央部或顶部,例如,在第一界面表面63和第二界面表面65周围。镶板67a可为实心或中空的,并且可包括多个开口、切口或孔68。镶板67a的数量、位置、尺寸和几何形状可契合并对应于内层62中的由狭槽66形成的镶板67b的数量、位置、尺寸和几何形状。虽然图2A为可在中间层60和内层62中形成相同数量的镶板,例如6个镶板的非限制性例子,但可形成任何数量的合适镶板67a和67b,包括不同数量的镶板67a和67b。
可以设想不同的用于使多层衬垫56的各层彼此耦接的构型和布置方式。多层衬垫56的各层耦接在一起的方式可控制多层衬垫56内的各层的冲击力与相对移动之间的关系。多层衬垫56的各个层,例如,外层58、中间层60和内层62可以化学方式和/或机械方式彼此耦接或直接附接。在一些实施例中,仅以机械方式进行耦接而不用粘合剂。多层衬垫76的各个层的耦接可包括使用诸如胶粘剂的粘合剂或其他合适的材料,或采用机械装置,例如,突片、凸缘、钩环扣件或其他合适的紧固装置。多层衬垫56的各层间的相对移动的量、方向或速度可受到各层耦接方式的影响。有利的是,根据多层衬垫56的构型,可按一定方向和/或以所需程度发生相对移动。图2B和2D示出了一个非限制性实施例,其中内层62包括形成于内层62的外表面53上的突片、凸缘69。
图2C示出了来自图2A和2B的多层衬垫56的另一个透视图。多层衬垫56被示出为具有一个套一个地套叠的外层58、中间层60和内层63,以及多层衬垫56内以向上方向为取向的供用户头部使用的开口。
图2D示出了来自图2A-2C的多层衬垫56的另一个透视图,仅显示了套叠在中间层60内的内层63,而未显示外层58。多层衬垫56在侧视图中被示出为使内层63的突片69与中间层60中的开口联锁。
图2E示出了来自图2A-2D的多层衬垫56的顶部透视图。图2E示出了由塑料、泡沫、橡胶、纤维、布料或其他合适的天然或合成材料制成的绝缘材料所形成的防冻填塞物48,其可形成为一定形状,所述形状对应于多层衬垫56内的一个或多个其他层中的开口(诸如内层62的狭槽66内),为所述开口的负像,或可以与所述开口可配合地布置或联锁。防冻填塞物48可减少穿过头盔50及穿过多层衬垫56的气流,同时也为头盔50的用户提高了隔热性和保暖性。
图3示出了与图2A-2E所示的头盔50相似或相同的头盔或多层头盔70的剖视图。多层头盔70与多层头盔50一样,可被设计并用于骑行、强力运动或赛车运动、雪上运动、水上运动以及其他应用,以提供相对于现有技术已知的常规头盔,例如,图1中所示的头盔10而言的附加的舒适度、功能性及改善的能量吸收和能量管理。如图3中所示,头盔70可被构造为模内成型或部分模内成型的骑行头盔、滑冰式筒形头盔、滑雪用头盔或其他非全面部头盔。头盔70与头盔50一样,可包括与外壳54相似或相同的外壳74。相似地,多层衬垫76可与多层衬垫76相似或相同。在一些实施例中,外壳74可为任选的(例如,对于一些骑行头盔而言),因此头盔70可形成有多层衬垫76而无外壳74。
多层衬垫76可与多层衬垫56相似或相同,因此可包括两层或更多层,包括三层、四层或任何数量的层。作为非限制性例子,图3示出了包括如下三层的多层衬垫76:外层78、中间层80和内层82。外层78、中间层80和内层82可分别与上文针对图2A-2E所述的外层58、中间层60和内层62相似或相同。因此,多层衬垫76对于能量管理的性能和功能,包括多层衬垫76内所含的各层以单独、共同及各种组合的方式实施的管理,也可与多层衬垫56及其构成层的那些相似或相同。
如图3中所示,中间层80可设置在外层78与内层82之间的界面的全部之间。另外,中间层80可设置在外层78与内层82之间的界面的基本上全部之间,,例如,超过所述界面的80%或超过所述界面的90%。在其他实施例中,且如图5所示及下文所述,中间层也可设置在内层与外层之间的界面的一部分或不到全部之间。多层衬垫76的各层可彼此耦接,例如,外层78和内层82均耦接到中间层80。外层78和内层82可使用诸如胶粘剂的粘合剂或其他合适的材料,或采用机械装置,例如,突片、凸缘、钩环扣件或其他合适的紧固装置,从而以化学方式和/或机械方式耦接或直接附接到中间层80的相反的内侧和外侧。
通过在多层衬垫76的一层或多层之间(包括外层78与内层82之间)提供中间层80,例如较薄中间层80,中间层80可在头盔70吸收或衰减冲击能量的同时在碰撞或冲击期间提供或促进外层78与内层82之间的预期量的相对移动。多层衬垫76内各个层相对于头盔70的外壳74或相对于用户头部72的相对移动可提供附加且有利的能量管理。相对移动(不论其是旋转的、线性的还是平移的,例如,侧向、水平或竖直造成的移动)的量可根据衬垫层彼此耦接的方式而改变。可发生相对移动,以实现一种或多种类型的能量管理,包括低能量管理、中能量管理和高能量管理。
如上文针对来自图2A-2E的头盔50所讨论,多层衬垫的多个层之间预期量的相对移动也可通过移动限制器来提供或促进。对如图3所示的头盔70中的相对移动的控制可以按照与上文针对头盔70的第一移动限制器55和第二移动限制器57所述的相似或相同的方式进行。因此,图3示出了具有内表面71的外层78,所述内表面71还可包括第一移动限制器75,其设置在内表面71的中央部。第一移动限制器75可与第一移动限制器55相似或相同,因而上文针对第一移动限制器55陈述的细节适用于第一移动限制器75。相似地,内层82可具有外表面73,所述外表面73还可包括第二移动限制器77,其设置在外表面73的中央部。第二移动限制器77可与第二移动限制器57相似或相同,因而上文针对第二移动限制器57及其与一个或多个其他移动限制器的相互作用陈述的细节适用于第二移动限制器77和头盔70。
图3还示出了中间层80可如何设置在第一移动限制器75与第二移动限制器77之间,并且接触第一移动限制器75与第二移动限制器77。中间层80被示出为具有第一界面表面83和第二界面表面85。第一界面表面83可与上述第一界面表面63相似或相同,并且第二界面表面85可与上述第二界面表面65相似或相同。外层78与内层82之间的移动量还可受到下述因素的控制、限制或影响:中间层80的构型和设计(包括表面光洁度、摩擦水平)以及中间层80的硬度、弹性或形变能力。外层78与内层82之间的移动量也可受到下述因素的控制、限制或影响:第一界面表面83和第二界面表面85分别相对于第一旋转限制器75和第二移动限制器77的尺寸、间距和几何形状的构型和设计。
除了使用移动限制器提供多层衬垫的多个层之间预期量的相对移动之外,以及与之相结合,还可使用不同的用于使衬垫层彼此耦接的构型和布置方式。多层衬垫76的各个层可以化学方式和/或机械方式彼此耦接,包括直接附接。多层衬垫76的各个层的耦接可包括使用诸如胶粘剂的粘合剂或其他合适的材料,或采用机械装置,例如,突片、凸缘、钩环扣件或其他合适的紧固装置。多层衬垫76的各层间的相对移动的量、方向或速度可受到各层耦接方式的影响。有利的是,根据多层衬垫76的诸如中间层80的构型,可按一定方向和/或以预期程度发生相对移动。中间层80或多层衬垫76的另一层还可包括多层衬垫76内用于控制或引导相对移动的滑移面。
在一些实施例中,多层头盔70的各层可在无粘合剂的情况下彼此耦接,例如,内层82未用粘合剂粘结或胶粘到外层78和中间层80。作为举例说明而非限制,一个此类实施例是使用一个或多个垫料按扣87。垫料按扣87可由橡胶、塑料、纺织物、弹性材料或其他有弹力或弹性的材料制成。垫料按扣87可通过使它们的至少其中之一延伸穿过多层头盔70的一层或多层中的开口、孔或切口而使多层头盔70的一层或多层彼此耦接和/或耦接到防护壳74。在一些实施例中,多层头盔70的一层或多层可在没有穿过该层的开口的垫料按扣87的情况下耦接到预期位置。附接装置可通过化学附接(例如通过粘合剂)或者通过机械附接以其两端固定到防护壳和舒适层上。机械附接可包括联锁、摩擦或其他合适的方法或装置。多层头盔70的一层或多层的移动可由介于垫料按扣87的端部之间容许移动(例如弹性移动)的垫料按扣87的距离或长度产生。
在一些情况下,垫料按扣87可包括“T”形、“I”形、“Z”形或任何其他合适的形状,所述形状包括处于垫料按扣87的顶部和/或底部的加宽部分,还包括较窄中央部分。顶部加宽部分可包括头部、突片或凸缘或倒钩,其下侧在垫料按扣87可从中穿过的层的开口周围接触多层头盔70的各层。相似地,底部加宽部分可包括头部、突片、凸缘或倒钩,其接触用于接纳附接装置的防护壳开口的内侧部分。在任何情况下,垫料按扣87可以一定方式耦接多层头盔70的一层或多层,以允许头盔70的各层或部分之间的一定范围的运动或相对移动。可通过调整垫料按扣87的尺寸、弹性或其他特征,将运动的范围调整到预期层量或距离。也可通过调整垫料按扣87的数量和位置,来调整运动的范围。在实施例中,由一个或多个狭槽分隔或分段的衬垫层的每个镶板、挠曲镶板或部分可接纳垫料按扣87并与之耦接。在其他实施例中,将对头盔70使用固定数量的垫料按扣87或者根据头盔70的既定表面积使用固定数量的垫料按扣87,例如,总共3个、4个、5个、6个或任何合适数量的垫料按扣。因此,垫料按扣87可允许外层78、中间层80和内层82之间的预期量的剪切力(sheer force)、柔性和相对移动,以实现更佳的能量管理。
如图3中所示,内层82的内表面与用户头部72的表面之间可存在间隙或空间84。间隙84可沿着用户头部72与多层衬垫76之间的界面的全部或沿着界面的不到全部的一部分延伸。可由于个体穿戴者头部的形貌不匹配头盔70的标准化尺寸设定方案而存在间隙84。因此,可为头盔70添加附加界面层或舒适垫料层,以填充或占据内层82的内表面82与用户头部72的外表面或形貌之间的空间。
如上文针对多层衬垫56所指出的,且多层衬垫76也是如此的,多个衬垫层可在它们的界面处提供边界条件,所述边界条件用于使能量偏转并有利地管理各种条件(包括低能量冲击、中能量冲击和高能量冲击)下的能量耗散。在一些实施例中,多层衬垫76可形成有一个或多个狭槽、间隙、通道或凹槽86,其可在多层衬垫76与填充或占据狭槽86的空气或其他材料之间的界面处提供或形成边界条件。由狭槽86建立的边界条件可用于使能量偏转并改变通过头盔的能量传播,以有利地管理多种冲击条件的能量耗散。
图4A示出了衬垫层88的透视图,所述衬垫层88可为用于柔性多层头盔的多层衬垫(例如多层衬垫56或多层衬垫76)的一部分。衬垫层88可由以上针对层58、60、62、78、80或82所述的任何材料形成,并具以上针对所述各层描述的任何参数或密度。衬垫层88可形成为多衬垫层内的任何层,包括外层、中间层或居间层,以及形成为内层。在一些实施例中,衬垫层88将形成为内层,例如,图2A-2E中所示的内层62。因此,衬垫层88可被形成并构造为管理任何具体类型的冲击或多种类型的冲击,包括低能量冲击、中能量冲击和高能量冲击。
如图4A中所示,衬垫层88可包括多个狭槽、间隙、通道或凹槽90,它们可部分地或完全地通过衬垫层88形成。如图4A中所示,狭槽90可完全地穿过衬垫层88延伸,例如,从衬垫层88的外表面92延伸到衬垫层88的内表面94。狭槽90可与分别在图2A和3中所示的狭槽66和86相似或相同。狭槽90可形成于衬垫层88的侧部96中和/或形成于衬垫层88的顶部98中。因此,狭槽90的至少第一部分可从衬垫层88的底边缘100延伸,使得衬垫层88的连续底边缘100形成细圆齿形状,所述细圆齿形状沿着底边缘100延伸并且向上穿过衬垫层88的侧部96朝衬垫层88的中央部或顶部98延伸。在一些实施例中,衬垫层88还可包括狭槽90的第二部分,所述狭槽90的第二部分可从衬垫层88的顶部98或中心线向下朝底边缘100延伸。狭槽90的第二部分可以加号、星形或具有多个相交狭槽的其他形状的形式形成于顶部98。狭槽90的第一部分和第二部分也可交替地布置或交错。
通过包括狭槽90以建立分段的衬垫层88,衬垫层88可在有或没有柔性外壳的情况下允许挠曲,增强能量衰减并提高能量耗散,而这本来可能并不存在或不可得。有利的是,包括狭槽90的衬垫层88可在衬垫层88与填充或占据狭槽90的空气或其他材料之间的界面处提供或形成边界条件。由狭槽90建立的边界条件可用于使能量偏转并改变通过头盔的能量传播,以有利地管理各种条件(包括低能量冲击、中能量冲击和高能量冲击)下的能量耗散。此外,包括狭槽90的衬垫层88也可用于调整衬垫层88(包括底边缘100)的挠曲,以适应并适于用户头部的形状。衬垫层88和底边缘100的挠曲的调整允许调节标准尺寸衬垫层88变得,使之更适于、匹配以及配合个体用户头部72的不适应上文相对于图1所述的常规头盔10的特质。
图4B示出了被具有宽短头部89a的人穿戴的衬垫层88的俯视平面图。由于宽短头部89a的特质的原因,头部89a与衬垫层88之间可存在间隙或偏移91。然而,衬垫层88的挠曲可允许衬垫层88(包括底边缘100)移动,从而能够调节具有标准尺寸的标准尺寸衬垫层88,使之更适于、匹配以及配合头部89a的特质,包括在冲击期间。
图4C示出了被具有狭长头部89b的人穿戴的衬垫层88的俯视平面图。由于狭长头部89b的特质,头部89b与衬垫层88之间可存在间隙或偏移91。然而,衬垫层88的挠曲可允许衬垫层88(包括底边缘100)移动,从而能够调节标准尺寸衬垫层88,使之更适于、匹配以及配合头部89b的特质,包括在冲击期间。
图5示出了与图3中所示的头盔70的横截面侧视图相似的头盔110的横截面侧视图。因此,对应于头盔70中的相似特征的头盔110的特征或元件可与对应元件相似或相同,因而除非另外明确指出,否则上文针对头盔70提出的所有公开内容和讨论均适用于头盔110。为简洁起见,上文针对头盔50和70讨论的细节此处不再赘述,但除非另有说明,否则可适用于或同等适用于头盔110。因此,外壳74以及包括外层78、中间层80和内层82的多层衬垫76分别类似于外壳114以及包括外层118、中间层120和内层122的多层衬垫116。相似地,狭槽、间隙、通道或凹槽86类似于狭槽、间隙、通道或凹槽126。
鉴于上述内容,图5在至少两方面当中与图3不同。第一,头盔70所出现的用户头部72与内层82之间的间隙84在头盔110中可最小化或消除,使得内层122的内表面122a可在不存在间隙的情况下接触用户头部112。第二,头盔110中的内层122包括直接附接到中间层120的第一部分以及直接附接到外层118的第二部分,这与图3的中间层80的图示截然不同,所述中间层80不直接附接到外层78。
就头盔110不包括内层122的内表面与用户头部112之间的间隙这个第一差异而言,可通过将内层122的内表面的形貌形成为定制形成的形貌来避免或不产生间隙,所述定制形成的形貌经专门配合以匹配用户头部112的形貌。因此,图4A-图4C的经定制配合的多层头盔除了提供上述优点之外,还可提供定制配合,与没有用以匹配用户头部112的形貌的定制形成的内部形貌的标准头盔相比,所述定制配合产生了更佳舒适度和更佳稳定性。
就头盔110中的内层122包括直接附接到中间层120和外层118两者的部分这个第二差异而言,多层衬垫116内的各层的耦接或附接可与多层衬垫76内的各层的耦接相似地发生。例如,多层衬垫116内的各层可使用诸如胶粘剂的粘合剂或其他合适的材料,或采用机械装置,例如,突片、凸缘、钩环扣件或其他合适的紧固装置,从而以化学方式和/或机械方式耦接或直接附接。如图5中所示,中间层120也可设置在内层122与外层118之间的界面的一部分或不到全部之间。在一个实施例中,轴衬(包括脱落式轴衬)可用于在头盔110的顶部128附近将内层122耦接到外层118,所述头盔110的顶部128在被穿戴时将配合在用户头部112的顶部上方。内层122与外层118的耦接可在头盔1100吸收或衰减冲击能量的同时在碰撞或冲击期间提供或促进外层118与内层122之间的预期量的相对移动。多层衬垫1166内各个层相对于头盔110的外壳114或相对于用户头部112的相对移动可提供附加且有利的能量管理。相对移动(不论其是旋转的、线性的还是平移的,例如,侧向、水平或竖直造成的移动)的量可根据衬垫层彼此耦接的方式而改变。可发生相对移动,以实现一种或多种类型的能量管理,包括低能量管理、中能量管理和高能量管理。
可以设想不同的用于使衬垫层彼此耦接的构型和布置方式,以便控制冲击力与多个衬垫层的相对移动之间的关系,所述关系可随应用而改变。多层衬垫116的各个层可以化学方式和/或机械方式彼此耦接,包括直接附接。多层衬垫116的各个层的耦接可包括使用诸如胶粘剂的粘合剂或其他合适的材料,或采用机械装置,例如,突片、凸缘、钩环扣件或其他合适的紧固装置。多层衬垫116的各层间的相对移动的量、方向或速度可受到各层耦接方式的影响。有利的是,根据多层衬垫116的诸如中间层120的构型,可按一定方向和/或以预期程度发生相对移动。中间层120或多层衬垫116的另一层还可包括多层衬垫116内用于控制或引导相对移动的滑移面。
在一些实施例中,多层衬垫116的各个层可在不使用粘合剂的情况下彼此耦接。如上文针对图3和头盔70所述,多层衬垫的各个层也可与垫料按扣耦接。上文对于头盔70和垫料按扣87的讨论也适用于头盔110和多层衬垫116。
可依赖上述特征的任何组合来提供预期的头盔性能量度,包括低能量、中能量和高能量吸收。待调整的特征包括材料特性,例如,挠曲、变形、相对移动(旋转、平移或两者兼有),以及各种操作条件,例如,温度或任何其他条件。本领域普通技术人员应当理解,可根据预期功能性和各种应用的需要,建立任何数量的各种构型,并将其有利地运用于不同应用。所述各种构型可包括如上文所讨论的下列一个或多个特征:(i)按比例调节的配合、(ii)定制配合、(iii)旋转保护、(iv)平移管理、(v)低能量管理、(vi)中能量管理、(vii)高能量管理、(viii)因边界条件改变而发生的能量偏转以及(ix)因配对的高密度材料与低密度材料而提高的性能。在一些实施例中,利用挠曲进行的能量吸收可通过着重或优先考虑较软内层来达成,其中可实现一些低能量有益效果,同时还有一些旋转优点。在其他实施例中,可在有更大旋转优点的情况下达成对低能量管理的着重或优先考虑。可变的是,可能根据客户或用户的最终用途产生具体优点。
在上述实例、实施例和实施方式参照实例的情况下,本领域普通技术人员应当理解,其他头盔和制造装置及实例可与所提供的那些相混和,或被所提供的那些替代。在上述说明涉及头盔和定制方法的特定实施例的地方,应当显而易见的是,在不脱离本发明精神的情况下可以进行多种修改,并且这些实施例和实施方式也可应用于其他头盔定制技术。因此,所公开的主题旨在涵盖落入本公开的精神和范围及本领域普通技术人员的知识内的所有此类更改形式、修改形式和变型形式。
Claims (20)
1.一种防护头盔,所述防护头盔包括:
外壳;以及
多层衬垫组件,所述多层衬垫组件设置在所述外壳内并且大小适于接纳穿戴者头部,多层衬垫组件包括内层、中间层和外层,所述多层衬垫包括:
内层,所述内层包括具有朝向供穿戴者头部使用的头盔内部区域取向的内表面,其中,所述内层具有多个通道,所述多个通道中的每个通道从内层的最下边缘向上延伸,并完全穿过内层而形成,由此,内层是分段的,其中,所述内层包括第二移动限制器,
中间层,所述中间层与所述内层的外表面相邻设置,其中,中间层包括能量管理材料,其(i)具有小于所述内层和所述外层中的每一个的密度的密度;(ii)具有小于(a)内层的厚度和(b)外层的厚度的厚度,所述中间层具有完全穿过中间层而形成的多个通道,以及
外层,所述外层与所述中间层的外表面相邻设置,所述外层包括具有朝向所述外壳取向的外表面,其中,所述外层的厚度从外层的前区域向外层的冠区域减小,所述外层包括第一移动限制器,
其中,所述外层和所述内层之间的相对移动被限制在第一移动限制器和第二移动限制器之间。
2.根据权利要求1所述的防护头盔,其中,(i)所述中间层的厚度在3-9毫米之间并且(ii)在无粘合剂的情况下所述中间层耦接到所述内层和所述外层以促进所述内层、所述中间层和所述外层之间的相对移动。
3.根据权利要求2所述的防护头盔,其中所述多层衬垫的总厚度小于或等于48mm。
4.根据权利要求1所述的防护头盔,其中:
所述防护头盔包括强力运动头盔;并且
所述外壳包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的刚性层。
5.根据权利要求1所述的防护头盔,其中:
所述防护头盔包括骑行头盔;并且
所述外壳包括冲压成型、热成型或注塑成型的聚碳酸酯壳。
6.根据权利要求1所述的防护头盔,其中内层配置成吸收第一冲击类型,而所述外层配置成吸收第二冲击类型,并且其中,所述第一冲击类型的能量小于所述第二冲击类型的能量。
7.根据权利要求1所述的防护头盔,其中所述中间层的前区域具有开口,其不会在所述中间层中形成通道之一。
8.一种防护头盔,所述防护头盔包括:
柔性外壳;
多层衬垫,定位在柔性外壳内,所述多层衬垫还包括:
内层,所述内层包括具有朝向供穿戴者头部使用的头盔内部区域取向的内表面,其中,内层具有多个通道,内层的多个通道中的每个通道完全延伸穿过所述内层并从内层的最下边缘向上延伸,其中,所述内层包括第二移动限制器;
中间层,所述中间层与所述内层的外表面相邻设置,其中,中间层具有多个通道,中间层的多个通道中的每个通道完全延伸穿过所述中间层,其中所述中间层的密度大于内层和外层两者的密度;以及
外层,所述外层与所述中间层的外表面相邻设置,并且其中,所述外层包括能量管理材料,能量管理材料的厚度(i)在外层的前区域和外层的冠区域之间变化,并且(ii)大于内层和中间层两者的厚度,所述外层包括第一移动限制器,
其中,所述外层和所述内层之间的相对移动被限制在第一移动限制器和第二移动限制器之间。
9.根据权利要求8所述的防护头盔,其中,在无粘合剂的情况下所述中间层机械耦接到所述内层,这允许中间层和内层之间的相对移动。
10.根据权利要求8所述的防护头盔,其中所述多层衬垫在所述多层衬垫的各层之间的界面处提供边界条件,以使能量偏转并且管理低能量、中能量和高能量冲击的能量耗散。
11.根据权利要求8所述的防护头盔,其中所述内层的内表面的形貌被定制配合以匹配所述穿戴者头部的形貌,从而减少或消除所述穿戴者头部与所述头盔的所述多层衬垫之间的间隙。
12.根据权利要求8所述的防护头盔,其中所述内层包括发泡聚苯乙烯或发泡聚烯烃或发泡聚丙烯。
13.根据权利要求8所述的防护头盔,其中在无粘合剂的情况下所述中间层机械耦接到所述内层和所述外层,以允许所述中间层、所述内层和所述外层之间的相对移动。
14.根据权利要求8所述的防护头盔,其中所述内层和所述中间层通过多个凸缘联锁在一起,其中,所述凸缘从所述内层的外表面向外延伸,并停留在形成于中间层的开口内。
15.一种防护头盔,所述防护头盔包括:
多层衬垫,所述多层衬垫包含:
外壳;
多层衬垫组件,设置在所述外壳内,多层衬垫组件包括内层、中间层和外层,所述多层衬垫组件允许各层之间的相对旋转移动,所述旋转移动源自当运动员戴着头盔时头盔受到的撞击;
外层定位在(i)中间层的外表面和(ii)外壳的内表面之间,其中,所述外层包括第一移动限制器,
中间层定位在(i)内层的外表面和(ii)外层的内表面之间,所述中间层的密度大于内层和外层中的每一个的密度,
当保护头盔由运动员佩戴时,内层定位在(i)中间层的内表面和(ii)运动员的头部之间,并且其中,内层包括第二移动限制器,以及
其中,外层和内层之间的相对移动被限制在第一移动限制器和第二移动限制器之间。
16.根据权利要求15所述的防护头盔,其中所述多层衬垫还包括:
所述外层包括发泡聚苯乙烯(EPS);
所述中间层包括发泡聚丙烯(EPP);并且
所述内层包括发泡聚烯烃(EPO)。
17.根据权利要求15所述的防护头盔,所述防护头盔还包含选自由聚酯、聚氨酯、D3O、微孔聚氨酯、气囊和helium构成的集合的中间层。
18.根据权利要求16所述的防护头盔,所述防护头盔还包括至少一个垫料按扣,所述至少一个垫料按扣耦接到所述多层衬垫,以促进所述外层和内层之间的相对移动。
19.根据权利要求15所述的防护头盔,其中所述防护头盔包括强力运动头盔,所述强力运动头盔还包括刚性外壳。
20.根据权利要求15所述的防护头盔,其中所述防护头盔包括骑行头盔,所述骑行头盔还包括由冲压成型、热成型或注塑成型的聚碳酸酯壳形成的外壳。
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