CN107223027A - 可耦合到头盔内表面的保护衬垫、包括所述衬垫的头盔和其用途以降低传递给使用者的旋转加速度 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够联接到头盔内表面的保护衬里，所述衬里包括内面和朝向头盔内面定向的外面。衬里的面通过多个通过用于分配加压空气的通道连接的水蒸气可渗透的可充气室连接。室和通道形成单一的本体，其至少在法兰克福平面上方的头盔的内表面上延伸。外面包括刚性材料层，而内面包括当室充满空气时在表面区域上扩展的弹性材料层，使得体积膨胀主要由弹性层的变形产生。

Description

可耦合到头盔内表面的保护衬垫、包括所述衬垫的头盔和其 用途以降低传递给使用者的旋转加速度

技术领域

本发明涉及一种可附接到头盔内表面的保护衬垫，保护衬垫包括打算用于与使用者头部接触的内面和朝向头盔的内表面定向的外面。内面和外面的接合形成多个通过通道互连的可充气室，通过通道空气例如由通过各种阀的泵供应。

本发明还涉及一种头盔，例如摩托车头盔、运动头盔(滑雪、滑雪板等)或专业头盔(个人保护装备)，头盔包括所述保护衬垫。

背景技术

众所周知，头盔通常由壳体组成，壳体是从外面可以看到的刚性外部结构，并且负责为头盔提供刚性并在坠落或与接触面碰撞和磨损的情况下吸收第一撞击。壳体可以(在具有更简单设计的头盔中)使用热塑性材料和诸如玻璃纤维、碳纤维和等的纤维增强复合材料制造，以更好地吸收撞击并且还实现良好的耐受-轻量化比(resistance-lightness ratio)。

设置在壳体内表面上的头盔的内部是非常重要的部分，因为头盔的内部负责在事故时吸收撞击，由此头盔的内部必须以最佳方式适应头盔使用者的头部。为此，由撞击吸收材料制成的诸如垫或聚苯乙烯泡沫元件的填充物通常设置在壳体和头盔的内部衬垫之间。内部元件的构造必须适应于撞击吸收材料的模具和适应于内部元件被安置的头部区域的解剖结构，并且可以根据该区域具有不同的密度。

最后，所有的头盔都具有内部衬垫，取决于型号，内部衬垫可以是可拆卸的，以便独立于头盔进行清洗。衬垫材料通常是透气的，以便排出在头盔内部中产生的汗液。还应该提到脸颊垫，其在一些头盔中也是可拆卸的，并且可以具有不同的尺寸和厚度以便适应使用者。

此外，还知道不是每个人都具有相同的头部尺寸，并且有多种头部类型可以通过形状分类成圆形、扁平(或球形)、椭圆形(高大于宽)、蛋形或倒置蛋形。事实上，也已观察到，同一种族的人根据他们所属的人种组，具有一些关于他们的头部形状的共同的特征。因此，例如，已经观察到高加索人的使用者往往具有与亚洲使用者不同的头部形状。尽管如此，即使在相同的人种组中，在尺寸(尺寸XL、L、M、S、XS)和形状方面也有差异。

尽管事实上，在头部尺寸和形状方面的该变化是已知的，头盔品牌制造商并不总是提供适应于每个使用者的壳体，而是例如在最好的情况下，根据国家分类制造模型；例如，针对欧洲、澳大利亚和南美洲的一种头盔，针对美国、墨西哥和加拿大的另一种头盔，以及针对亚洲的第三种头盔。在所述地理区域内，一些制造商提供不同尺寸的壳体(XL、L、M、S、XS)以及随之而来的成本，而其他制造商试图减少头盔尺寸或形状的不同，制造两个或更多不同尺寸的壳体或单一壳体，但与两种或多种类型的内部泡沫元件组合。此外，一般来说，每个品牌制造商都有自己的壳体模具样式，如果使用者的头部形状与模具不匹配，那么他或她将不得不选择不同的品牌或接受不太完美的人体工程学适应。

除了上述之外，还应该考虑到，与夏季相反，在冬季，摩托车骑行者通常将头盔放在巴拉克拉法帽上，由此，如果他或她买了紧紧适合在他的或她的裸露的头部上的头盔，那么使用者在冬季可能会感到不舒服。相反的情况也是不利的，这是因为如果他或她买了头盔试图戴在巴拉克拉法帽上，在夏季，头盔将不会紧紧适合。

因此，这突出了由头盔对使用者头部尺寸和形态的适应性的不同引起的问题，导致由于缺乏符合人体工程学的适合而对使用者不适，从而对主动安全性产生不利影响。

最近，已经开发了旨在放置在头盔内部的保护衬垫，保护衬垫由一个或多个小室或室形成，小室或室可以通过加压空气充气，借助于通道相互连接或不连接。这些保护衬垫由使用者通过致动设置在头盔中的小型充气泵来充气，例如通过按压按钮，并且充气级别可以由也设置在头盔中的阀来调节。保护衬垫具有适于覆盖头部的一个或多个区域的形状，并且其充气级别将导致头盔和使用者头部之间的空间被充气衬垫占据。以前由申请人和/或发明人自身开发的保护衬垫是当前制造和销售的产品之一。其他示例是专利文献FR2888728-A1、FR2918849-A1、US6817039-B1以及US8544117-B2中描述的那些示例。

充气衬垫应使头盔品牌制造商能够在尺寸方面提供较少的产品参考，在制造和分销成本上节省，同时，无论他的或她的头部形状如何，为任何使用者提供有使用任何头盔的最佳舒适度和安全性。

尽管这些衬垫中的一些表示的改进，但应该考虑到使用者采用充气衬垫应该不仅被保护而且是舒适的。另外，一些衬垫在充气时不实现最佳的充气，并且在使用操作条件下它们的原始形状会变形，从而损失效率。

同时，这些衬垫还应该有助于头盔使用者的头部出汗，并且相当程度上比常规的泡沫衬垫更加耐用，泡沫衬垫随着时间的推移而变形，损失体积并在头盔的内部留下更大的空的空间，仿佛头盔的尺寸比原始的头盔更大。

除了对使用者的舒适度和减少制造厂参考数量外，当前头盔中要改进的另一个方面是被动安全级别。

事实上，众所周知，常规上分配给头盔的基本功能是限制由在头骨上的撞击产生的最大表面压力，这是借助于通过壳体在较大区域上的径向力以及通过壳体的和撞击吸收材料的全部在径向方向上的可控变形吸收所述撞击的能量。撞击的“径向方向”被理解为从头盔的外部开始在头部中间同时发生的所有这些撞击。在当前的实践中，所有认证标准和测试方法都适用于所述径向撞击类型。

在过去二十年中，在事故学领域的生物力学研究领域，显而易见的是：

a)在大量事故(摩托车、还有自行车、滑雪、骑马和通常使用头盔的大多数运动中)中，头盔的撞击方向相对于接触面不完全垂直(这会产生诸如之前所描述的那些撞击和在大多数标准中应用的纯径向撞击)，而是所述撞击基本上是倾斜的(相对于表面的撞击方向发生在90°>α>0°的角度α处，优选地，在60°>α>15°的角度α处)，因此涉及径向和切向分量的接触力。

b)已经观察到，带有切向部件的所述接触力在产生所有最常见的头部事故伤害的模式和类型中是特别相关的。因此，由头部的惯性放大的所述切向力分量头部中产生非常短暂的脉冲和持续时间但具有高水平强度的旋转加速度。当脑组织并且脑/脑脊液/颅骨作为一个整体时，遭受所述加速度场，产生应力和张力的分布(主要是如机械工程中理解的剪切类型)，如果超过某些限度，应力和张力的分布可导致科学文献中通常描述的关于颅脑事故的大部分损伤。

c)因此，当前科学界更加接受的是，撞击方向上的径向和切向分量两者都存在于几乎所有的事故中，并且该两者都促成假设伤害的概率和严重性，这是由于分别产生直线和旋转加速度。此外，应当认识到，虽然当前的头盔使直线加速度显著地衰减，但头盔如果不是不存在的话对减小旋转加速度的贡献是最小的。

关于事故领域中生物力学领域的研究，由Dr.Peter Halldin发表的论文在本文被引用(http://www.researchgate.net/profile/Peter_Halldin/publications)。

迄今为止，事故研究中的这些进展已经产生了旨在限制所述旋转加速度的不同的产品解决方案或实施方案。这些解决方案的示例是专利文献US8578520-B2、EP2523572-A1、EP2114180-B1以及EP1404189-B1中所述的那些示例。

专利US8578520-B2公开了一种头盔，其包括能量吸收层和用于将头盔固定到使用者头部的附接装置，其中滑动辅助器设置在能量吸收层的内部，所述辅助器被固定到附接装置和/或固定到能量吸收层和附接装置的内部，以在能量吸收层和附着装置之间提供滑动。头盔还包括设置在能量吸收层外部的外壳或壳体。滑动辅助器是低摩擦材料，低摩擦材料在朝着能量吸收层定向的表面上连接附接装置或与附接装置一体和/或设置在朝向附接装置定向的能量吸收层的内表面上或集成在朝向附接装置定向的能量吸收层的内表面中。

专利申请EP2523572-A1公开了设置在两层之间的摩擦减小材料的中间层。该中间层适于在施加力以及切向力分量剪切该层时产生两层之间的滑动运动。摩擦减小材料包括纤维，纤维的全部或部分可以是天然纤维和/或聚合物纤维。

专利EP2114180-B1涉及一种用于将外层相对于内层的位置固定在保护头盔中的锁定装置，其中保护头盔具有设置在外层和内层之间的滑动层，以在朝向保护头盔的倾斜撞击期间有利于外层相对于内层的运动。锁定装置包括层的引导构件，引导构件具有旨在设置在外层的开口处的上部以及从上部延伸的弹性下部，并且引导构件在其自由端处设置为与内层相连。

专利EP1404189-B1公开了一种保护头套，其包括具有面向内的表面以及面向外的表面的壳体，面向内的表面在使用中面向使用者的头部，面向外的表面在使用中面向远离使用者的头部。外层覆盖面向外的壳体的面向外的表面的一部分，并且提供破裂装置用于在一个或多个位置处将外层固定地附接到头套的其余部分。破裂装置被构造成使得当在头套的外表面上接收到大于所选择的阈值的力时失效，所述头套的外表面以至少部分切向方向作用，以旋转使用者的头套和头部。当在一个或多个位置处破裂装置失效时，接收的力使得接收力的外层的至少一部分来以类似于人头皮相对于头骨的保护运动的方式相对于壳体移动。

尽管在上述头盔中实现了增强，但是提供一种能够最小化或降低使用者头部在事故发生时所遭受的旋转加速的替代方案，从而不意味着增加或显著改变头盔的组件地降低伤害的风险和严重性的需要是明显的。

发明内容

随着给提出的缺陷提供解决方案的目的，本发明公开了一种可附接在头盔内表面的保护衬垫，其包括旨在与使用者头部达成接触的内面和朝向头盔的内表面定向的外面，所述面的接合形成多个可充气室，可充气室借助于通道相互连接，空气通过通道被分配。

本质上，保护衬垫的特征在于，多个室和通道形成沿着头盔的内表面至少在法兰克福平面或耳屏-眼眶最下点水平线上方延伸的单体，其中室对水蒸汽是可渗透，并且其中外面包括刚性材料层，而内面包括弹性材料层，当室充满空气时，弹性材料层区域充气，使得体积膨胀主要借助于弹性层的变形而发生。

因此，借助于这些材料的组合，实现了衬垫的最大效率，有利于沿径向方向(相对于头部的中间)的单向充气，避免了室充气时的侧向收缩，从而在衬垫的外面和头盔的内部之间保持完美的结合。此外，因为多个室和通道由单体形成，所以更容易安装在头盔的内部。

根据本发明的特征，外面和内面包括在形成室和通道的轮廓的截面中焊接在一起的相应的亲水性热塑性聚氨酯层。以这种方式，通过使用他的或她的头盔中的保护衬垫，保护衬垫的使用者的感觉舒适度不会减少，这是因为保护衬垫是透气的，由于调节膜系统通过在亲水性热塑性聚氨酯膜的内面和外面之间蒸气压的扩散被激活。

根据本发明的特征，刚性材料层和弹性材料层分别与由外面包含的亲水性热塑性聚氨酯层和由内面包含的亲水性热塑性聚氨酯层共同层压。

根据本发明的优选实施例，刚性材料层是具有70和300分特之间的线重量的聚酰胺织物。

还根据优选实施例，内面的弹性材料层具有相对于其未加载的初始长度20％至150％之间的直线伸长率，以及大于95％的弹性回弹率。

内面的弹性材料层可以是网型弹力织物或机织弹性纤维织物。作为澄清，网型织物也称为“针织物”，而机织弹性纤维织物称为“机织织物”。

根据本发明的另一个可选特征，内面具有覆盖的热焊接接缝结构(以防止空气泄漏)，适于在充气时产生不均匀的三维形状。

根据本发明的另一个特征，多个室和通道可以延伸到对应于脸颊区域的甚至直到对应于颈背区域的头盔的内表面。

根据本发明的另一方面，也公开了头盔，特征在于头盔的内表面由诸如如上所述的保护衬垫的保护衬垫形成。头盔可以是摩托车头盔或其他类型的运动或专业头盔。

根据本发明的另一方面，公开了在事故发生的情况下使用前述的用于降低传递到衬垫使用者头部的旋转加速度的保护衬垫。旋转加速度的降低借助于在刚性材料的外面和弹性衬垫材料的内面之间产生的室中的空气层来实现，如已经证明的是，设置在因此形成的室中的空气是几乎不能传递切向/剪切应力。本发明的保护衬垫对象使得与其联接的头盔对使用者具有好像头盔浮在使用者的头上的效果。当保护衬垫的室充满空气时，外面和内面之间的接合形成类似于径向壁的部分，由此接合不会与使用者的头部达成接触。通过这些接合壁可能产生的唯一切向阻力将是在撞击之前的情况下，在使用者的头部先前已经相对于头盔显著移动的情况下产生的切向阻力，其中壁将具有将在衬垫和头部之间产生一定的摩擦的倾斜的定向，但是如果放置在头盔内部的保护衬垫被正确地充气，那么室的接合壁将具有使得可以在发生事故的情况下最小化使用者所遭受的旋转加速度的径向定向。

附图说明

附图通过非限制性示例的方式示出了本发明的保护衬垫对象的优选实施例。在所述图中：

图1示出了从本发明的保护衬垫对象的旨在与使用者头部达成接触的内面观察、本发明的保护衬垫对象的平面图；和

图2示出了图1的保护衬垫的一个室的层的示意性剖面图。

具体实施方式

图1示出了处于延伸位置的可附接到头盔(未示出)的内表面的保护衬垫1。衬垫1由通过通道5互连的多个可充气室4形成，通过通道5空气例如由泵通过各种阀(例如图1的阀9)被分配、供应。特别地，可以观察到，根据表示的衬垫1，衬垫1的内部空间由拉长的/椭圆形(oblong)分隔件10分隔开，拉长的/椭圆形分隔件10的端部自衬垫1的周边轮廓或自限定室4本身的轮廓的内部轮廓分离一小段距离。该分离空间是限定空气从一个室4到另一个室的通道，即分离空间是形成通道5的空间。两个连续分隔件10之间的距离被设计成适应要保护的头部的特定形状。因此，可充气室4的体积根据引入的空气量是可变化的。使用者通过控制充气阀9来调节空气的量，直到他的或她的头部与衬垫1的内面2达成接触为止(外面3是朝向头盔的内表面定向的相反面)。使用者将室4充气达到加压的空气已经以均匀的压力占据由通道5相互连接的所有室4的级别，感觉到从室4刚与他的或她的头部建立接触但没有衬垫1过度压迫的方面的牢固度。空气根据头部和头盔之间的可用空间以在所有室中的均匀压力分布在室4中，但是所述压力根据头部的形态以及在头盔和头部之间的所述室的区域中的相对空间产生可变室体积(或厚度)。在操作保护位置，不应有允许在头盔和头部之间的运动的空的空间，即空间必须由衬垫1占据。如果使用者观察到衬垫过度充气，那么他或她使用阀9将衬垫放气至其中使用者感觉舒适但安全的适当程度。证明了阀9可以从头盔拆卸以便将阀清洗。

从图1可以看出，衬垫1的多个室4和通道5形成单体，其至少在法兰克福平面或耳屏-眼眶最下点水平线上方延伸遍及头盔的内表面。法兰克福平面是由从眼眶下端(眼睛眼眶下缘)到外耳道(耳朵耳屏或软骨)上缘绘制的假想线形成的。衬垫1可以比法兰克福平面进一步延伸，甚至可以到达对应于脸颊区域的或者甚至对应于颈背区域的头盔的内表面。保护衬垫1在外面3上被放置联接在头盔外部。衬垫1可借助于适当的固定装置(未示出)联接到头盔壳体，固定装置可设置在衬垫的边缘的区域中或在特定的平坦区域中。例如，衬垫1的周边边缘的一些部分可以接合到具有用于以牢固的方式将衬垫1接合到头盔的内表面的固定装置的织物或带的部分，织物或带的部分可移除(以便使得能够拆卸)或者甚至允许衬垫1和撞击吸收元件之间的某种相对运动。

在图2所示的横截面中，可以看出，外面3和内面2包括在形成室4和通道5的轮廓的那些截面中焊接在一起的亲水性热塑性聚氨酯层8的相应层，因此，室4对水蒸气是可渗透的，由此，衬垫1由于透气而不是不舒服或者不是热和湿气源。其中设置保护衬垫1的头盔可以具有其本身的充气系统，在头盔的内部的空气可以通过充气系统与外部空气连通。可以使用具有相对于其对水蒸气的渗透性相当的性质的另一种可焊接材料代替亲水性热塑性聚氨酯。

除了亲水性热塑性聚氨酯层8之外，外面3还包括刚性材料层6，优选具有线重量在70和300分特之间的聚酰胺织物。

此外，除了内面的亲水性热塑性聚氨酯8的相应层之外，内面2还包括弹性材料层7，在室4被加压空气填充时弹性材料层区域膨胀，使得衬垫1的体积方面的膨胀主要借助于弹性材料层7的变形发生。优选地，该弹性材料层7具有相对于其初始未加载长度包含在20％至150％之间的线伸长率和大于95％的弹性回弹率。可能的弹性材料包括网型弹力织物(英文中的“针织物”)和机织弹性纤维织物(英文中的“机织织物”)。有利地，内面2具有覆盖的热焊缝构造，热焊缝构造适于在衬垫1充气时产生不均匀的三维形状。覆盖接缝技术也称为热焊缝，涉及将粘性带或焊带放置在接缝上，并提供高度的保护，这是因为覆盖接缝技术不会留下孔。图2示出了内面2是从亲水性热塑性聚氨酯层8之间的焊接线分离更多的内面2，即当室4充气时，大部分室体积朝向内面2移动，将与头部达成接触。这种体积分布使得衬垫1能够通过将衬垫1充气至较大或较小程度来最好地适应于不同类型的头部(圆形、扁平形、椭圆形、蛋形或倒置的蛋形头等)。

如图2中所示，刚性材料层6和弹性材料层7分别与由外面3包含的亲水性热塑性聚氨酯层8和由内面2包含的亲水性热塑性层8共同层压。

刚性材料层6和弹性材料层7之间的不同结构表现有利于室4的单向充气，使得当室被充气时，室不会横向收缩，由此充气的室4采用并保持充气过程中它们预期的体积形状，主要是由内面2赋予的形状，而同时保持衬垫1的外面3与头盔的内部之间的完美的结合。

室的这种单向充气有助于降低旋转加速度，其借助于在刚性材料的外面3和衬垫1的弹性材料的内面2之间形成的室4的空气层来实现，这是因为已经证明，设置在因此形成的室4中的空气实际上不能传递切向/剪切应力。保护衬垫1使得与其联接的头盔对使用者具有类似于浮动在他的或她的头部上的头盔的效果。当保护衬垫1的室4充满空气时，外面3和内面2之间的接合形成类似于径向壁的部分，由此接合不会与使用者的头部达成接触。由于没有接触，在衬垫1与使用者的头部之间没有摩擦，因此在发生事故的情况下，产生的旋转加速度不会转移到使用者的头部，从而保护使用者的头部免受的脑部的损伤。

此外，应当注意，衬垫1允许舒适地调节使用者的头部，容易地将头部从其内部具有衬垫1的头盔引入和移除。室4的和通道5的构造为不同类型的头部提供均匀的压力和良好的适应性。衬垫1是安全、持久、可洗、透气和易于使用的。为了使用衬垫1，使用者必须戴上头盔，调整头盔的保持系统，并尤其激活通过充气泵和阀9形成的充气系统，充气泵和阀优选地设置在头盔的内部并且例如借助于由使用者容易接近的按钮可被激活，直到他或她感觉到已经达到提供最佳舒适度的压力程度。在执行与头盔相关联的例如骑摩托车或参加比赛或运动活动的活动之后，在移除头盔之前，使用者可以选择激活阀9按钮以部分地排空衬垫1，然后从他的或她的头部方便地进行移除头盔。

此外，从制造的角度来看，具有衬垫1的头盔使得可以实现良好的质量成本比，这是因为一旦充气，衬垫1的尺寸的适应性使得单一头盔能够以某一壳体适于具有不同类型头部的使用者。

Claims (12)

1.一种能够附接到头盔内表面的保护衬垫(1)，保护衬垫包括旨在与使用者的头部达成接触的内面(2)以及朝向头盔的内表面定向的外面(3)，其中，所述面的联合形成多个通过通道(5)互连的能够充气的室(4)，通过通道空气被分配，其特征在于，多个室和通道形成单体，单体沿着头盔的内表面至少在法兰克福平面或耳道-眼眶最下点水平线上方延伸，其中，室对水蒸汽是能够渗透的，并且外面包括刚性材料层(6)，而内面包括弹性材料层(7)，当室充满空气时，弹性材料层区域膨胀，使得在体积方面的膨胀主要借助于弹性层的变形而发生。

2.根据权利要求1所述的衬垫(1)，其中，所述外面(3)和所述内面(2)包括在形成室(4)和通道(5)的轮廓的截面中焊接在一起的相应的亲水性热塑性聚氨酯层(8)。

3.根据权利要求2所述的衬垫(1)，其中，刚性材料层(6)和弹性材料层(7)分别与由外面(3)包含的亲水性热塑性聚氨酯层(8)和由内面(2)包含的亲水性热塑性聚氨酯层(8)共同层压。

4.根据权利要求3所述的衬垫(1)，其中，刚性材料层(6)是具有70至300分特之间的线重量的聚酰胺织物。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的衬垫(1)，其中，内面(2)的弹性材料层(7)具有相对于其初始未加载长度在20％至150％之间的线伸长率，以及大于95％的弹性回弹率。

6.根据权利要求5所述的衬垫(1)，其中，内面(2)的弹性材料层(7)是网型弹力织物或机织弹性纤维织物。

7.根据前述权利要求中任一项所述的衬垫(1)，其中，内面(2)具有适于在充气时产生不均匀的三维形状的覆盖接缝构造。

8.根据前述权利要求中任一项所述的衬垫(1)，其中，多个室(4)和通道(5)向上延伸到对应于脸颊区域的头盔的内表面。

9.根据前述权利要求中任一项所述的衬垫(1)，其中，多个室(4)和通道(5)向上延伸到对应于颈背区域的头盔的内表面。

10.一种用于两轮车辆的使用者或爱运动的人的头盔，其特征在于，头盔的内表面由根据前述权利要求中任一项所述的保护衬垫(1)形成。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的保护衬垫(1)的用途，以降低在发生事故的情况下传递到衬垫(1)使用者的头部的旋转加速度。

12.根据权利要求10所述的头盔的用途，以降低在发生事故的情况下传递到头盔使用者的头部的旋转加速度。