CN106455738A - 头盔 - Google Patents

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P·A·凯韦
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Abstract

头盔，包括外壳，设置在外壳内以接收来自外壳的载荷的冲击力吸收衬里(10)和设置在冲击力吸收衬里(10)内部的内衬里(12)，内衬里(12)被设置成相对于冲击力吸收衬里(10)滑动。内衬里(12)限定有多个开口(16)，且每个开口内设置有导向板(14)。每个导向板(14)包括：与所述冲击力吸收衬里(12)可连接的主体(20)；能够连接到开口(16)并容纳在开口内的外部边框(18)；以及多个在主体(20)和边框(18)之间延伸的可变形的辐条(22)。

Description

头盔
技术领域
本发明涉及一种意在保护头部抵抗线性和旋转的冲击力的防护头盔。
背景技术
大部分防护头盔包括能够接收冲击力的耐用且坚硬的外壳和能量吸收衬，其用于在从外壳接收的冲击力传递到佩戴者的头部之前消散能量。这些常见的头盔对相对于颅骨的线性方向上的加速度所导致的冲击力能够提供相当好的保护，但是冲击力与佩戴者的头部的重心方向很少一致(通常以一倾斜角度撞击头盔)仍然会导致大量的旋转的颅骨加速度和随之引起的脑损伤和脑震荡。进一步地，这些冲击力可能是严重的或者适中并重复的，来源于重复的脑损伤的伤害在最初往往未被察觉，直到它们的累计效应显现严重。另外，虽然这些常见的头盔对抵抗线性冲击力提供了相当好的保护，但是它们典型地不是旨在保护头部抵抗适中(例如低速)的冲击，其引起的脑损伤来自单一或者重复的撞击。
美国专利(专利号US2012/0198604)提出了一种意在保护佩戴者抵抗线性和旋转的颅内加速度的头盔，包括相对坚硬的外壳、设置在外壳内部的外层衬里和间隔地设置在外层衬里内部的内层衬里，具有各种弹性的弹性阻尼器在内层和外层衬里之间延伸，以在两个衬里之间吸收全方位的载荷。
本发明致力于提供一种能够保护佩戴者的头部抵抗线性和旋转的冲击力的改进的头盔，包括对抵抗线性、低速冲击的改进保护。
发明内容
根据本发明提供的头盔包括：
外壳；
冲击力吸收衬里，所述冲击力吸收衬里设置在所述外壳内并以载荷传递的方式连接到所述外壳以接收来自外壳的载荷；
设置在所述冲击力吸收衬里内部的内衬里，所述内衬里被设置成相对于所述冲击力吸收衬里滑动，并且所述内衬里限定有至少一种接收形式，但优选为多个开口；和
至少一个导向板，该导向板包括：与所述冲击力吸收衬里可连接的主体；沿该导向板的至少部分的边缘的边框，该边框与内衬里的接收形式之一可连接；和至少一个延伸在主体和边框之间的可变形元件。
其中，术语“连接”意在包括能够使得冲击力吸收衬里接收来自外壳体的载荷的任何设置，并且其不局限于接触、附着、联接或者任何其他方式。
术语“开口”意在包括内衬里的能够使导向板被接收或者至少部分被接收的任何凹陷形式。
接收形式的一个或者多个(优选为全部)可以是限定在内衬里的开口，并且导向板的一个或者多个(优选为全部)可通过固定在开口内与开口连接。
可变形元件可以包括多个在主体和边框之间延伸的可变形辐条，并且这些辐条的至少一部分可以是弯曲的和/或可以以螺旋形结构在主体和边框之间延伸。
导向板的至少一部分可以由非牛顿材料构成，优选为剪切增稠材料或者胀性材料。
导向板的至少一部分可以限定有延伸在冲击力吸收衬里和内衬里之间的壳体，并且该壳体可以至少部分地可折叠并至少部分地围绕限定在导向板上的腔延伸。
导向板的至少一部分可以可释放地连接于冲击力吸收衬里和/或可以通过至少部分延伸在冲击力吸收衬里中的锚结构的方式与冲击力吸收衬里连接。
附图说明
为了更好地理解本发明并示出该发明如何实施，本发明将通过参考非限制性的实施例的方式进行描述，参考以下附图：
图1根据本发明的导向板的内视图；
图2是图1所示的导向板沿II-II方向的截面侧视图；
图3是图1所示的导向板的外部视图；
图4是冲击力吸收衬里的穿入部分，内衬里的一部分和图1所示的导向板的细节截面图；
图5是根据本发明的导向板和冲击力吸收衬里在接收来自相对的方向上的切向冲击力载荷之前和之时的部分图解截面视图和外部视图；
图6是根据本发明的冲击力吸收衬里和导向板的仰视图，其中包括隐藏在冲击力吸收衬里的部分的导向板；
图7是图6所示的冲击力吸收衬里和导向板的正视图，其中包括隐藏在冲击力吸收衬里的部分的导向板；
图8示出了图6所示的冲击力吸收衬里的侧视图，其中具有下部环形的导向板；
图9示出了根据本发明的用于在冲击力吸收衬里安装导向板的工具的爆炸视图；
图10示出了图9中所示的导向板安装在冲击力吸收衬里的截面视图；以及
图11示出了图9的工具的装配垫圈的侧视图。
具体实施方式
参考附图，根据本发明的头盔包括：由坚硬且耐用的材料(未示出)形成的外壳；通过附图标记10大致限定的冲击力吸收衬里；通过附图标记12大致限定的内衬里，该内衬里在示出的实施例中为舒适的衬里，以及多个通过附图标记14大致限定的导向板，其具有后缀以在相关的不同的导向板之间进行区分。头盔可以包括任意数量的导向板14，甚至只包括一个，但是优选地，头盔包括多个间隔设置的导向板。
冲击力吸收衬里10的材料可以为任何能够吸收冲击力能量的合适的材料，例如发泡聚苯乙烯(EPS)，并且其直接延伸进入外壳的内部。冲击力吸收衬里10可以连接在外壳上(比如可拆卸地连接)，其能够通过这些部件的互补的几何图形固定在适当的位置，或者通过任何其它方式固定在外壳内部的适当的位置，但优选通过被铸造在外壳内部的方式连接在外壳内部。外壳和冲击力吸收衬里10被设置成这样使得在冲击力传递到头盔(与传统的头盔一样多)的佩戴者的头部之前，来自外壳接收的冲击力的能量在冲击力吸收衬里中部分被消散。
舒适衬里12沿着冲击力吸收衬里10的内部延伸，优选为直接接触，但是舒适衬里12并不固定于冲击力吸收层且能相对于冲击力吸收层滑动。作为舒适衬里12的替换，在本发明的其它实施方式中，内层衬里可以为任何材料，但是舒适衬里12为柔软、可压缩的材料，例如足够柔软的以适于佩戴者头部舒适的软质泡沫。在一个优选的实施方式中，冲击力吸收衬里10和舒适衬里12之间的相对滑动运动可以通过材料的选择来进行完善，在这些部件之间设置滑动垫圈或者类似的零件。
在图示的实施方式中，舒适衬里12包括一个或者多个用于与导向板连接的接收形式，在优选的实施方式中，该接收形式为限定在舒适衬里12内的开口16的形式，每个开口具有圆形的轮廓并延伸通过舒适衬里，其具有与导向板14的外径相同的直径。在另一个实施方式中，限定在内层衬里内的开口可以为未延伸通过舒适衬里的凹陷的形式，或者舒适衬里可以包括接收形式的其他方式，比如凸起、夹紧方式、粘合或者夹紧材料或者其他类似的方式。
特别地参考图1-3，在第一个优选地实施方式中，每个导向板14大致上呈圆盘状且为非牛顿的、剪切增稠(膨胀的)材料所统一注塑成型的。
每个导向板14具有以轮毂20和围绕轮毂20的圆周延伸的形式的中心主体，具有多个以弯曲的辐条22的形式的可变形元件，该弯曲的辐条22在轮毂和边框之间螺旋式延伸。在图示的实施方式中，每个辐条22具有伸长的横截面轮廓且可以在轮毂20相对于边框18移动时相对容易地弯曲。在本发明的其他实施方式中可以包括除了辐条22以外不同设置的可变形元件作为替代，其也能够在主体和边框之间弹性延伸。
限定在轮毂20内的中心通道24，销26可以以锚结构的形式通过该中心通道。
在图示的实施方式中，轮毂20和边框18均可以设置为空心，包括部分围绕敞开的内腔体28的可折叠的壳体19、21，其允许当壳体折叠到任意程度，轮毂和边框都能够被压缩。当轮毂20和边框18被压缩时，辐条22也发生弯曲或者扭曲，从而使整个导向板14为可压缩的。构成导向板14的材料的剪力增稠特性能够允许在不接触冲击时导向板能够相对轻易的被压缩(例如在头盔的正常使用过程中)，但是如果导向板接受压缩冲击，例如来自施加在头盔的外壳上的线性冲击，导向板能够提供更多的抗压缩能力。衬里20和边框18的壳体19、21的空心轮廓(U形)允许这些部件在受到压力时倒塌且扩展到一边，其允许辐条22更自由地伸展并且在轮毂和边框之间运动。
参考图4，每个导向板14通过被冲击力吸收衬里内部的凹陷所接收的销26固定在冲击力吸收衬里10上。优选地，该凹陷在吸收衬里10内为具有篮形槽30的内衬，销26的末端可以以剪裁方式被接收在蓝形槽内，以将导向板14稳定地保持在一位置，但是在必要的时候，允许该销26被移除或者替换。在另一个实施方式中，与销26的固定形式相似的形式可以是与导向板14整体形成，或者导向板通过其他的方式固定在冲击力吸收衬里10上，例如在注塑(冲击力吸收衬里的)过程中将导向板部分地嵌入在冲击力吸收衬里上。
导向板14的边框18紧密地安装在开口16的圆周内，并且在图示的实施方式中，导向板14的厚度大体上小于舒适衬里12的厚度。在一个实施方式中，导向板14的厚度大约为5mm，并且直径大约为26mm。
在本发明的其它实施方式中，舒适衬里12和导向板14的多种设置方式也是可行的。例如，舒适衬里12可限定有用于接收导向板14的开口(如图示的实施方式所示)，在导向板暴露时，导向板可以在舒适衬里的内部涌动或者凸出(如果这样并没有带来不适)，或者舒适衬里可以在看不见的凹陷处接收导向板并覆盖头盔的内部的导向板。在本发明的另一个实施方式中，导向板14可连接到具有冲击力吸收衬里10的舒适衬里12上与；导向板可以代替舒适衬里；导向板可以集成(例如注入)在舒适衬里中；或者导向板可以嵌入(在进行注塑过程中)冲击力吸收衬里内。
图5示出了两个导向板的局部视图和外形图，附图标记为14.1、14.2和14.3，每个锚结构均位于冲击力吸收衬里10中并被接收在舒适衬里12内。在左侧的每个视图中的导向板14.1没有遭受任何外力并处于其原始的形状，但是在右侧的每个视图中的导向板14.2和导向板14.3在切向方向上遭受了力32。切向力32引起了导向板14.2和导向板14.3的边框18.2和边框18.3被相对于它们的轮毂20.2和轮毂20.3取代，并通过边框的相对位移引起它们的辐条22.2和22.3的偏移。
辐条22的导向板和边框18相对于轮毂20的相对位移的产生部分源于导向板14的几何结构(特别是辐条)，并且部分来源于导向板14.2的非牛顿材料的弹性形变。
参考图6到图8，导向板14相对于冲击力吸收衬里10的位置被示出，并包括设置在上部环形的三个导向板和下部环形的六个导向板，设置于一个类似于人的头部的轮廓的虚构的轮廓上。上部环形的导向板14包括两个前导向板14a和一个后导向板14b，下部环形的导向板包括导向板的下环形的后导向板14c，该导向板14c设置在导向板14b和冲击力吸收衬里10的基部34之间的大致中间的位置。下部环形中的其它导向板包括一个前导向板14d和设置在头盔两侧的两个侧导向板14e。导向板14的位置意在通过导向板14提供在冲击力吸收衬里10和舒适衬里12之间的旋转/切向力的传递更均匀，其将在下文中进行详细的描述。然而导向板14的这种设置只是本发明的一个示例并且在本发明的其它实施例中，可以设置更多或者更少的导向板，并且这些导向板可以被分布在不同的其它设置中。
参考图9至图11，根据本发明的上述的实施方式代替被初始制造的头盔，本发明延伸出一种用来改造头盔的工具，该工具能够通过将导向板14安装在头盔的冲击力吸收衬里10上来改造该头盔。(在大多数国家对于头盔的设计与制造有严格的安全标准，并且头盔的改造不一定是明智的和被允许的，因此在考虑对头盔进行改造时需要注意。)
该工具包括一个或多个上述的导向板14，粗制的垫圈36，用于将该垫圈固定在冲击力吸收衬里10的粘合层38和用于固定导向板的销26。粘合层38典型地应用于垫圈36上(即使在图9中示出它们是分离的)且垫圈在优选的位置固定在冲击力吸收衬里10上。垫圈36优选包括径向凹槽40，该径向凹槽40允许其适合固定于一个凹面。导向板14是通过穿过导向板的中央通道24的销26并且销26的底部恰好进入限定在垫圈36上的开口42中进行固定。
图9和图10中所示的导向板14的边框18和衬里20有与前面的附图中所示出的不同的设置，但是每个仍然限定为可折叠的壳体19,21和腔28，以使它们可以如上面描述的能够被压缩。
参考所有的附图，在使用中，如果外壳接收到剧烈的线性的冲击力，比如冲击力与佩戴者的头部以及头盔的重心一致，该冲击力由此主要导致在线性方向上的压缩，没有明显的旋转力，该冲击力在被传递到佩戴者的头部之前，通过冲击力吸收衬里的压缩(通常发生在传统的头盔)，可以将该冲击力消散在冲击力吸收衬里10中。
如果适中的线性冲击力被接收，比如该线性冲击力呈低速，来自冲击力的能量将通过冲击力吸收衬里10传递，并且舒适衬里12在没有消散较多冲击力能量的情况下即会容易地发生压缩，但是导向板14将会在冲击力吸收衬里10和佩戴者的头部之间被压缩且大部分冲击力能量将会通过导向板14的压缩被吸收。
如果冲击力非常低(可能太低而不能造成伤害)，该冲击力将会在舒适衬里12中被充分地消散。如果冲击力很严重，该冲击力将会在冲击力吸收衬里10中被充分地消散，但是本发明也能够保护佩戴者抵抗适中的冲击力，由于构成导向板14的材料的非牛顿特性，使得导向板的冲击力吸收作用随着冲击力的严重程度而变化。
如果旋转冲击力被头盔的外壳所接收，比如冲击力与佩戴者的头部以及头盔的重心不一致，如此产生旋转的力，该旋转的的力如切向方向上的力32一样通过导向板14从冲击力吸收衬里10传递到舒适衬里。
如图5所示，如果旋转/切向力32从冲击力吸收衬里10传递到舒适衬里12，辐条22偏斜并且边框18和轮毂20相互之间发生了相对移动，但是舒适衬里12相对于冲击力吸收衬里的相对位置取决于边框18的位置，以允许导向板的辐条在冲击力吸收衬里和舒适衬里之间的相对位移。
辐条22偏斜时的弹力，造成了旋转/切向力32在从冲击力吸收衬里10传递到舒适衬里12之前就被消散了一些，因此旋转的冲击力在传递到佩戴者的头部之前就被减弱。导向板的辐条22的弯曲在适中的冲击力作用下是可逆的，因此导向板14可以保护佩戴者的头部抵抗重复的、适中的、旋转的冲击力。
本发明关于冲击力吸收衬里10和舒适衬里12进行了描述，但是衬里10不必形成唯一的冲击力吸收层且同样可以形成其它冲击力吸收衬里以及类似的衬里，衬里12不必是唯一的舒适衬里且在其内部可以设置额外的衬里。
衬里10和/或衬里12因此可以完全地或者部分地取代常见的头盔结构的冲击力吸收衬里和舒适衬里。

Claims (11)

1.头盔，包括：
外壳；
冲击力吸收衬里(10)，所述冲击力吸收衬里(10)设置在所述外壳内并以载荷传递的方式连接到所述外壳以接收来自外壳的载荷；
内衬里(12)，所述内衬里(12)设置在所述冲击力吸收衬里(10)的内部，所述内衬里(12)被设置成相对于所述冲击力吸收衬里(10)滑动；
其特征在于，所述内衬里(12)限定有至少一种接收形式(16)；和
所述头盔包括至少一个导向板(14)，所述导向板(14)包括：与所述冲击力吸收衬里(12)可连接的主体(20)；沿所述导向板(14)的边缘的至少部分的边框(18)，所述边框(18)与所述内衬里(12)的所述接收形式(16)中的一个可连接；和至少一个在所述主体(20)和所述边框(18)之间延伸的可变形元件(22)。
2.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述接收形式的至少一些为限定在所述内衬里(12)上的开口(16)，并且所述导向板(14)的至少一些通过安装在所述开口(16)内的方式与所述开口(16)连接。
3.根据权利要求1或2所述的头盔，其特征在于，所述可变形元件包括多个在所述主体(20)和所述边框(18)之间延伸的可变形的辐条(22)。
4.根据权利要求3所述的头盔，其特征在于，所述辐条(22)的至少一些呈弯曲状。
5.根据权利要求3或4所述的头盔，其特征在于，所述辐条(22)的至少一些在所述主体(20)和所述边框(18)之间以螺旋形的结构延伸。
6.根据上述任意一项权利要求所述的头盔，其特征在于，所述导向板(14)的至少一些由非牛顿材料构成。
7.根据权利要求6所述的头盔，其特征在于，所述非牛顿材料为剪切增稠材料。
8.根据上述任意一项权利要求所述的头盔，其特征在于，所述导向板(14)的至少一些中的每个限定有在所述冲击力吸收衬里(10)和所述内衬里(12)之间延伸的壳体(19，21)，所述壳体(19，21)至少部分可折叠。
9.根据权利要求8所述的头盔，其特征在于，所述壳体(19，21)至少部分地围绕限定在所述导向板(14)的腔(28)延伸。
10.根据上述任意一项权利要求所述的头盔，其特征在于，所述导向板(14)的至少一些的所述主体(20)可释放地与所述冲击力吸收衬里(10)连接。
11.根据上述任意一项权利要求所述的头盔，其特征在于，所述导向板(14)的至少一些的所述主体(20)通过锚结构(26)的方式与所述冲击力吸收衬里(10)连接，所述锚结构(26)至少部分地延伸到所述冲击力吸收衬里(10)内。
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