CN107404961A - 具有多个保护区域的头盔 - Google Patents

Abstract

一种适于在建筑工程、体育活动和类似活动中使用的具有多个保护区域的保护头盔。头盔包括硬的外部保护壳体，内壳体与弹性区域，使得外壳体悬置在内壳体上方。多个正弦弹簧定位在弹性区域内。在一个实施方式中，力指示器可以显示为指示撞击头盔的力的量。力指示器可以指示来自直接与旋转方向的冲击力。

Description

具有多个保护区域的头盔

相关申请的交叉引用

本申请要求根据用于工业产权保护的巴黎公约的斯德哥尔摩条约的第4条和第8条的权益以及根据35U.S.C.§120在2015年2月5日提交的美国非临时专利申请No.14/615,011的权益，该美国非临时专利申请是2013年3月15日提交的美国非临时专利申请No.13/841,076的美国非临时部分继续专利申请，该美国非临时专利申请是2012年3月6日提交的美国非临时专利申请No.13/412,782的美国非临时部分继续专利申请，这三件申请通过它们整体引用方式包含于此。

技术领域

本发明涉及保护头盔，更具体地说，涉及运动或工作场所保护头盔，并且进一步更具体地说，涉及一种设计为防止或减少由线性力或旋转力造成的头部损伤的保护头盔。

背景技术

人脑是通过一系列包层保护以防止其受损伤的极其精密的结构。最内层是软脑膜，覆盖大脑的表面。靠近软脑膜的是蛛网膜层，像防水隔膜一样起作用的蛛网状隔膜。最后，硬脑膜是坚硬皮革状层，覆盖蛛网膜层并且粘附到颅骨。

尽管此结构由于颅骨防止了穿透性创伤，但较软的内层在力传递到大脑自身之前吸收太少能量。此外，尽管头颅可以缓冲施加到头部的一部分线性力，但是其对于缓解将旋转施加到头部的角向力的影响不起任何作用。本领域中的许多外科医生认为，施加到大脑的角向力或旋转力由于它们施加到白质纤维束与脑干自身的扭曲或剪切力，比直接的线性力更有危害。此外，由于人的头部与碰撞物体(包括另一个人的头部)独立地且以不同角度移动，因此角向力以及线性力几乎总是涉及在头部损伤中。

轻度创伤性脑损伤(MTBI)，更通常地称作为“脑震荡”，是一类频繁地发生在诸如建筑工地、制造工厂、以及体育活动的多种情形中的脑损伤并且尤其在接触运动中会出现问题。尽管脑震荡曾经被视为无关紧要且可逆的脑损伤，但已经变得显而易见的是，即使在不丧失意识的情况下，重复性的脑震荡也是严重的有害事件，这会使疾病处理过程衰弱，诸如痴呆症和例如帕金森病的神经退行性疾病，慢性创伤性脑病(CTE)、以及拳击痴呆症。

Calonge的美国专利No.5,815,846描述了具有流体填充室的头盔，当施加外力时，所述流体填充室通过将流体挤压到相邻的均衡袋中来消散力。在此情形中，当流体限制性地从一个袋传送到另一个袋时，仅通过粘性摩擦来消散能量。在此情形中，能量消散和介于满袋与空袋之间的孔的尺寸成反比。也就是说，孔越小，能量下降越大。此设计的问题在于，当孔的尺寸减小并且能量消散增加时，用于消散能量的时间也增加。由于流体填充室在液压下起作用，因此能量传送本质上是瞬时的，由此，在Calonge的设计中，在粘性流体可以移动之前大量能量被传送到大脑，从而使由流体填充室提供的大部分保护功能取消。粘性摩擦使能量消散改变太慢而不能充分缓解震荡力。如果一个人想从挤压瓶移动水，当出口孔的尺寸变化时，此人可以得到关于移动任何流体所需的时间与力的函数的构思。传送孔越小，需要的力越大并且所需以任意给定力来移动流体的时间越长。

Nichols的美国专利No.3,872,511公开了具有硬的内壳体与外壳体的头盔，其中在两个壳体之间具有中间区域。此区域包含通过阀保持到外壳的内表面的多个流体填充囊状物。当发生撞击时，外壳体被迫进入到该区域中从而挤压囊状物。当撞击时，阀闭合，从而致使空气保持在囊状物中以缓冲来自使用者头部的撞击。然而，由于囊状物的移动在撞击处受限，因此撞击力尽管减小但仍被引导到头部中。此外，‘511专利未提供针对击打头盔的旋转力的缓解。

Holst的美国专利No.6,658,671公开了具有内壳体与外壳体的头盔，其中，内壳体与外壳体之间设有滑动层。滑动层允许外壳体相对内壳体移动以在施加到头盔的碰撞过程中协助消散一部分角向力。然而，力的消散限于头盔的外壳体。此外，Holst的头盔未提供使两个壳体相对于彼此返回到静止位置的机构。类似缺点在Popovich的美国专利No.5,596,777中以及在Kalman等人的欧洲专利公开EP 0048442中公开的头盔中可见。

Zhan的德国专利DE 19544375公开了一种施工头盔，其包括在硬外壳体中的穿孔，其允许呈现为泡沫内衬的东西膨胀通过穿孔以消除一部分碰撞力。然而，由于内衬显示为抵靠使用者的头部放置，因此一部分力将被朝向头部而不是远离头部引导。此外，不存在使膨胀的泡沫内衬返回到头盔内部的机构。

Weber等人的美国专利申请公开No.2012/0198604公开了一种安全头盔，其用于保护人的头部免受反复撞击以及温和和剧烈撞击，以降低由平移力与旋转力造成的脑损伤的可能性。头盔包括作用为使外衬垫与内衬垫分开的隔离减振器。在外衬垫与内衬垫的端部之间设有间隙以提供空间，从而在撞击时使外衬垫能够在不与内衬垫接触的情况下进行移动。然而，看起来几层隔离减振器与外衬垫是必要的，并且未提供用于保护大脑免受直接平移打击的有效防护。

显然，为了防止创伤性脑损伤，不仅必须停止刺穿物体，而且施加到头盔外部的任何角向力或线性力也必须被防止简单地传递到被包围的头颅与大脑。也就是说，头盔必须不仅在缓冲此外力中起到被动作用，而且必须在消散或错误引导由所述力施加的线动量与角动量中起到积极作用，使得它们对精密大脑具有很小或没有有害作用。

为实现这些目的，人们必须尽可能像头颅与大脑的生物进化一样设想头盔。也就是说，为了提供最大保护以免受线性力与角向力，头颅与大脑必须能够彼此独立地移动，并且具有消散所施加的动能的机构，而不考虑所施加的向量或多个向量如何。

为获得头盔设计中的这些目的，内部部件(壳体)与外部部件(壳体或多个壳体)必须具有能够独立于彼此可感知的移动程度。此外，施加到外壳体的动量应该远离和/或围绕下面的内壳体与大脑被引导并且充分地消散以使有害作用无效。

保护头盔的另一个困难是头盔抵靠使用者头部的紧密适配。为了适当地适配，传统头盔的狭窄开口必须被拉过使用者头部的最宽部分。通常适配是如此卡合，使得将头盔拉过使用者头部与突出耳部可能是痛苦的。因此，使用者可能使用较大的头盔，这尽管更舒适且更容易佩戴，但是不能提供通过正确适配的头盔可获得的保护水平。

显然，在本领域以及保护头盔设计的科学中需要缓解反复的创伤性脑损伤的这些有害结果。在本领域中还需要这样一种头盔，其能够提供通过适当适配实现的保护并且仍然相对容易拉过使用者头部。

发明内容

本发明广义地包括保护头盔，其具有：硬外壳体，所述硬外壳体包括多个穿孔；硬内壳体；功能性地附接到硬内壳体的填塞内衬；定位在外壳体与填塞内衬之间的多个流体填充囊状物；以及连接外壳体与内衬的多股弹性绳。

在另选实施方式中，本发明包括：硬外壳体，此硬外壳体包括多个穿孔；硬内壳体；功能性地附接到硬内壳体的填塞内衬；中间壳体，其与填塞内衬接触并且封闭一定量的缓冲件；多个流体填充囊状物，其定位在外壳体与填塞内衬之间；以及多股弹性绳，其连接外壳体与内衬并且穿过中间壳体。弹性绳中的一股或多股可以具有细部与粗部，同时一股或多股绳可以具有均匀粗细。

在第二另选实施方式中，本发明包括具有多个保护区域的保护头盔，此保护头盔包括由硬外壳体形成的不可穿过的外部保护区域，其中，此外壳体包括多个穿孔；通过硬内壳体形成的锚定区域；通过功能性地附接到硬内壳体的填塞内衬形成的内部区域；以及通过定位在外壳体与内壳体之间的多个板簧形成的弹性区域。多个板簧中的每个包括至少一个弹性构件与锚定点。此外，此头盔可以包括与填塞内衬接触并且封闭一定量的缓冲件的中间壳体。此外，可以存在多股弹性绳，所述多股弹性绳将内壳体与外壳体连接在一起并且穿过任意中间结构。弹性绳可以具有均匀粗细和/或在相同单个绳中具有粗部与细部。

在附加的另选实施方式中，本发明包括铰接保护头盔，其包括：具有至少两个部分的硬外壳体，所述至少两个部分中的每个通过铰接装置接合；在至少两个部分的两个中的耳穿孔；附接到硬外壳体的内表面的多个保护填塞物；以及用于将铰接头盔可释放地锁定在闭合位置中的锁定装置。

在此外其它实施方式中，本发明包括具有多个保护区域的保护头盔，包括：内壳体，其具有第一内表面与第一外表面；填塞内衬，其附接到所述第一内表面；硬外壳体，其具有第二内表面与第二外表面，所述硬外壳体功能性地附接到所述内壳体；位于所述第一外表面与所述第二内表面之间的弹性区域；以及定位在所述弹性区域中的多个正弦弹簧。

本发明的一个目的是提供一种将线性力与旋转力引导远离脑壳的头盔。

本发明的第二目的是提供一种包括在内壳体上方浮动或悬置的外壳体的头盔。

本发明的第三目的是提供一种在内壳体与外壳体之间具有滑动连接部的头盔。

本发明的另一个目的是提供一种包括撞击缓冲区域以在力到达使用者的脑壳之前将力吸收的头盔。

本发明的另一个目的是提供一种具有测量通过头盔接收到的打击的力的能力的头盔。

本发明的进一步目的是提供一种头盔，其佩戴舒适同时通过卡合适配提供了头盔的保护。

附图说明

现在结合附图将在本发明的下面的详细描述中更加充分地描述本发明的操作性质与模式，在附图中：

图1是本发明的双壳体头盔(“头盔”)的前视图；

图2是头盔的侧视图，示出了在头盔的一个侧面上的两个面部保护装置附接件；

图3A是示出内壳体与连接两个壳体的弹性绳的头盔的横截面视图；

图3B是与图3类似的横截面视图，其描绘了包括封闭缓冲件的中间壳体的头盔的另选实施方式；

图3C是与图3A类似的横截面视图，其描绘了其中一些弹性绳具有细部与粗部的弹性绳的另选实施方式；

图4是用大于法向力的力击打头盔时处于中立位置与处于最大展开中的两种类型的绳的示意图；

图5A是头盔外壳体的一部分的俯视立体图，示出了包括对覆盖在头盔外壳体中的穿孔进行保护的隔膜的可升降盖子的另选实施方式；

图5B是与图5A相同的视图，其描绘了保护膨胀的流体填充囊状物的可升降盖子；

图6A是示出绳附接到内壳体与外壳体以使外壳体能够围绕内壳体浮动的分解视图；以及

图6B是完全附接适配的横截面，其中弹性绳附接到两个柱塞并且在头盔的外壳体与内壳体之间延伸；

图7是本发明的头盔的另选实施方式的横截面视图，其中流体填充囊状物由抛物线板簧替代作为力吸收器/偏转器；

图7A是本发明的头盔的另选实施方式的横截面视图，其中流体填充囊状物由椭圆形板簧替代作为力吸收器/偏转器；

图8是图7中示出的保护头盔的另选实施方式的横截面，示出了板簧以及两种类型弹性绳的使用；

图9是头盔的横截面视图，示出了锚定在头盔的外壳体上的板簧；

图10A示意性描述了在头盔被力击打之前处于中立状态时的抛物线板簧；

图10B示意性地描述了当吸收击打头盔的力时抛物线板簧如何暂时地改变它们的形状。

图11是板簧为力吸收器/偏转器的头盔中的撞击缓冲区域的放大示意性横截面；

图12是撞击缓冲区域的俯视图，其示出了在粘弹性材料的锥体之间延伸的多个弹性绳；

图13A和图13B是铰接头盔的前视图，其中，铰接头盔被分成至少两个部分，所述至少两个部分通过诸如铰接件或枢转件的铰接装置附接；

图14A和图14B描述了具有三个铰接部分的本发明的铰接头盔的另选实施方式的前视图；

图15是增加有通风口的铰接头盔的两个部分实施方式的侧视图；

图16是示出用于铰接装置的两个铰接件的铰接头盔的三个部分实施方式的侧视图；

图17是铰接头盔100的附加另选实施方式的前视图，其中填塞物或缓冲垫附接到头盔的内表面；

图17A是在横截面视图中佩戴铰接头盔的使用者的前视图，其展示头盔适配在使用者上；

图18和图18A是铰接头盔的前视图，其展示头盔的一部分可以嵌套在另一部分内部的实施方式；

图19A描绘了旋转件的一个实施方式的放大横截面视图，该旋转件使得铰接头盔的两个铰接部分能够彼此之间旋转嵌套；

图19B描绘了示出铰接头盔的两个铰接部分在旋转到嵌套位置之前被拉开的放大横截面视图；

图19C描绘了位于嵌套位置中的两个铰接部分的放大横截面视图；

图20是本发明的头盔的附加实施方式的侧视立体图；

图20A描述了图20中显示的头盔的另选实施方式，其中，外表面包括在头盔上延伸并且聚在一起形成弹性区域的外壁的叠置板；

图21是通过正弦弹簧中的一个的头盔的横截面；

图22示出了如在图21中看到的头盔的相同视图，其示出诸如来自打击或击打的力施加到头盔；

图23描述了在外壳体与正弦弹簧已经返回到中立位置之后的在图21和图22中看到的相同视图；

图24是图20A中看到的头盔的另选实施方式的横截面，其描绘了叠置板如何彼此连接并且保持响应于施加到头盔的力而移动的能力；

图25示出了如在图24中看到的头盔的相同视图，其示出施加到头盔时的诸如来自打击或击打的力；

图26描绘了在外壳体与正弦弹簧已经返回到中立位置之后的在图24和图25中看到的相同视图；

图27是示出包括用于测量击打头盔的至少半定量旋转力的凸片指示器的头盔的另一个另选实施方式的横向横截面；

图28是在图27中看到的横向横截面，其描绘在通过由箭头表示的旋转力(即相对于头盔从一定角度击打的力)击打时外壳体移动到弹性区域中；以及

图29是在图27中看到的横向横截面，其描述了在被旋转力击打并伴随凸片指示器件显示在窗口中之后返回到中立位置之后的外壳体。

具体实施方式

开始，应该理解的是，在不同附图上的相同附图标记指示本发明的相同结构元件。还应该理解的是，附图比例与角度通常不成比例以便清晰地描绘本发明的特征。

尽管参照当前视为优选的实施方式描述了本发明，应该理解的是本发明不限于公开的实施方式。本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种修改与等同布置。

此外，应该理解的是本发明不限于描述的特定的方法、材料与修改并且如此当然可以改变。还应该理解的，这里使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并且不旨在限制被限定的本发明的范围。

除非另外地限定，这里使用的全部技术与科学术语都具有如本发明所述本领域中的普通技术人员中的一个通常理解的相同含义。应该理解的是，术语“基本上”与术语诸如“接近”、“非常接近”、“大约”、“近似地”、“周围”、“近乎”、“靠近”、“基本”、“在附近”、“邻近”等同义，并且此术语当出现在说明书与权利要求中时可以可互换地使用。尽管在本发明的实践或测试中可以使用与这里描述的这些方法、装置或材料类似或等效的任意方法、装置或材料，现在描述了优选的方法、装置与材料。应该理解的是，术语“近似”与诸如“附近”、“接近”、“邻近”、“紧邻”、“最接近”“相邻”等术语同义，并且当在说明书与权利要求书中出现时此术语可以可互换地使用。

在本发明中，提出了一种头盔，其包括在使用者的头颅或脑壳上以层形成的多个保护区域。外部保护区域通过外壳体形成，所述外壳体“浮动”或悬置在内壳体上，以使得施加到外壳体的旋转力致使其旋转，或者在内壳体周围平移而不是将此旋转力或平移力立即传送到头颅与大脑。

在一个实施方式中，内壳体与外壳体通过弹性绳彼此连接，此弹性绳用于限制外壳体在内壳上的旋转并且凭借弹性变形而不是如现有头盔那样将旋转力被动地传送到大脑来消散能量。事实上，这些弹性绳像迷你蹦极绳那样起作用，其通过称为滞后阻尼的机构来消散角向力与线性力，即当弹性绳变形时，内摩擦致使高的能量损失发生。这些弹性绳在防止所谓的对侧外伤脑损伤具有特定价值。

外壳体，继而凭借定位在内壳体与外壳体之间的一个或多个力吸收器或偏转器(比如例如流体填充囊状物、板簧或正弦弹簧)在内壳体上浮动。为使施加到外壳体的线性力和/或角向力的瞬时减小或消散最大化，介于硬的内壳体与外壳体之间的流体填充囊状物可以与外壳中的一个或多个穿孔紧密地关联，也就是说，介于硬的内壳体与外壳体之间的流体填充囊状物可以定位在外壳体中的一个或多个穿孔下方，使得穿孔优选地被弹性隔膜覆盖并且用于每当外壳体通过任何力向量朝向内壳体加速时通过抵靠弹性隔膜向外膨胀来消散能量。另选地，如果必须在外壳体中保持表面连续性，那么隔膜可以内部地定位在内壳体与外壳体之间，或者定位在内壳体与外壳体的下边界处。这种反复(iteration)使相邻囊状物之间的分离成为必要以允许关联隔膜的充分移动。

在现有的流体填充设计中，当头盔的外壳体接收使其朝向内壳体加速的线性力时，间置的气体或流体被压缩与移位。由于气体且尤其流体不容易压缩，因此其将力被动地传送到内壳体并且由此传送到头颅与大脑。这实际上恰恰就是现有流体填充头盔失败的机构。力的传送是液压的并且基本上是瞬时的，从而使得作为消散震荡力的方式的粘性流体传送的效果无效。

由于在本发明中的弹性隔膜，因此施加到外壳体的任何力将传送到囊状物中的气体或液体，这继而瞬时地将力传送到覆盖外壳体中的穿孔的外部弹性隔膜。弹性隔膜继而通过外壳体中的穿孔向外膨胀，或在内壳体与外壳体之间的下接合部处向外膨胀，从而通过在隔膜的位置处的弹性变形消散施加的力，而不是被动地将力传送到内壳体的填塞内衬。此过程引导能量远离大脑并且经由弹性变形与鼓膜共振或振荡的结合将能量消散。通过振荡，弹性隔膜反复利用滞后阻尼的原理，从而使动能最大地转化成低水平热量，其继而被无害地消散到周围空气中。

此外，桥接容纳流体填充囊状物(类似大脑中的蛛网状薄膜)的空间的弹性弹簧或弹性绳用于稳定内壳体与外壳体的空间关系，并且经由弹性绳的伸展、扭曲以及甚至压缩的机制、以相同的弹性变形原理来提供震荡力的另外消散。

通过结合弹性弹簧或弹性绳的桥接效果以及策略性地布置在外穿孔处的弹性隔膜，可以有效地消散线性力与旋转力。

在另选实施方式中，板簧可以替代流体填充囊状物作为力吸收器/偏转器。板簧可以构造为完全椭圆形的弹簧，或者优选地形成为抛物线形状。在两种形式中，板簧在单个点处锚定于外壳体或优选地硬的内壳体并且延伸到外壳体与内壳体之间的区域中。此弹簧可以具有单叶(或臂)或包括围绕公共锚定点径向布置的多个臂。优选地，每个臂从较厚中心朝向臂的各端逐渐缩小到较薄外部。此外，每个臂的端部可以包括允许端部更容易地在与锚定壳体相对的壳体上滑动的曲线。与车辆中使用的板簧相比，弹簧臂的远端不附接到未锚定壳体或相对壳体。这使得在头盔被旋转力击打时允许端部在壳体上滑动以允许各壳体的独立移动。这还使得能量能够摩擦消散。优选地，在中立条件下，即在头盔不被击打的过程中，远端与相对壳体相接触。

当弹性绳与板簧结合使用时，绳的取向将类似于它们与流体填充囊状物/隔膜的实施方式一起使用，但是由于板簧将更直接地操作线性力，因此绳将用于吸收旋转力。

此后，我的设计，通过利用弹性绳与隔膜，可以防止脑震荡以及所谓的冲击和对侧外伤脑损伤以及扭转脑损伤，而这些可能通过撕裂桥静脉造成硬脑膜下血肿或者通过脑干围绕其中心轴线的扭曲造成对脑干的损伤。

涉及到附图，图1是多保护区域头盔10(“头盔10”)的前视图。外部保护区域由外壳体12形成并且优选地由刚性、耐撞击材料制造，比如金属、诸如聚碳酸酯的塑料、陶瓷、复合材料以及本领域技术人员公知的类似材料。外壳体12限定至少一个并且优选地多个穿孔14。穿孔14可以是敞开的但优选地通过以隔膜16形式的柔性弹性材料覆盖。在优选实施方式中，头盔10还包括几个面部保护装置附接件18。在更加优选的实施方式中，面部保护装置附接件18由柔性弹性材料制造以对此附接件提供柔性。如果拉动所附接的面部保护装置(在图1中不可见)，此弹性材料减小在头盔10上的旋转拉动。弹性意味着在诸如弹性与柔性的特性上与橡胶类似的各种物质中的任一种。此弹性材料对于本领域中的技术人员来说是公知的。图2是头盔10的侧视图，其示出在头盔的一个侧面上的两个面部保护装置附接件18a和18b。面部保护装置的实例是护面与面罩。此附接件还可以用于以已知方式可释放地附接到头盔的颏带。

图3A是头盔10的横截面视图，其示出了硬的内壳体20以及延伸通过连接两个壳体的弹性区域的弹性弹簧或弹性绳30(“绳30”)。内壳体20形成锚定区域并且优选地由刚性、耐撞击材料制造，比如金属、诸如聚碳酸酯的塑料、陶瓷、复合材料以及本领域中技术人员公知的类似材料。内壳体20与外壳体12滑动地连接在滑动连接部22处。滑动地连接意味着内壳体20的边缘与外壳体12的边缘相应地在连接部22处彼此相对或跨越滑动。在另选实施方式中，外壳体12与内壳体20通过弹性元件、例如u状弹性连接件22a(“连接件22a”)连接。滑动连接部22与连接件22a每个都用于消散能量以及保持外壳体12与内壳体20之间的空间关系。

绳30是柔性绳，比如蹦极绳或弹性“固定”绳或用于将物件保持在汽车或自行车车架上的它们的等效物。此柔性允许外壳体12相对于内壳体20移动或“浮动”并且仍保持连接到内壳体20。还通过外壳体12与内壳体20之间的滑动连接部22使此浮动能力成为可能。在另选实施方式中，滑动连接部22还可以包括位于外壳体12与内壳体20之间的弹性连接件22a。填塞物24形成内部区域并且形成内壳体20的内表面的衬垫以提供用于将头盔10支撑在使用者头部上的舒适材料。在一个实施方式中，填塞物24可以封闭松散缓冲件，比如珠状物24a或“花生”或松散燕麦片。

此外在图3A中看到的是定位在外壳体12与内壳体20之间的弹性区域中的囊状物40的横截面视图。头盔10包括至少一个并且优选地多个囊状物40。囊状物40被填充以流体，诸如水的液体或者诸如氦气或空气的气体。在一个优选实施方式中，流体是氦气，因为其轻并且其使用可以减轻头盔10的总重量。在另选实施方式中，囊状物40还可以包括诸如珠状物的可压缩珠状物或可压缩件。囊状物40优选地定位在外壳体12的穿孔14下方并且与内壳体20和外壳体12接触。由此，如果在碰撞过程中外壳体12朝向内壳体20与使用者头颅被按压，那么在一个或多个囊状物40中的流体将压缩与挤压囊状物，类似于挤压气球。囊状物40将朝向穿孔14膨胀并且使弹性隔膜16移位。此膨胀-移位动作使来自使用者头颅与大脑的打击的力转向为向上朝向穿孔，从而为力向量提供新的方向。囊状物40还可以通过囊状物壁41内部地分成隔室40a，以使得如果一个隔室的完整性被破坏，则另一隔室仍然起作用以消散线性力与旋转力。阀42也可以包括在隔室之间以控制流体移动。

图3B是与上面说明的图3类似的横截面视图，其描述了头盔10的另选实施方式。在图3B中的头盔10包括由定位在外壳体12与内壳体20之间的中间壳体50形成的撞击缓冲区域。在示出的实施方式中，中间壳体50靠近或者邻接内壳体20。如在图3B中看到的，中间壳体50封闭填料52。优选地，填料52是可压缩材料，其包装为使打击的能量偏转以保护头颅，类似于汽车中的“撞击缓冲区域”。填料设计为起皱或变形，由此在碰撞力到达内填塞物24与脑壳以前吸收碰撞力。在此实施方式中，可以看到绳30从内壳体20通过中间壳体50延伸到外壳体12。一种适当的填料52是珠状物或“花生”或者诸如在包装物体中使用的等同材料。由于其“缓冲”功能，中间壳体50优选地以比外壳体12或内壳体20更柔软或更加可变形的材料构造。用于中间壳体50的典型的制造材料是可伸缩材料，诸如乳胶或氨纶或优选地封闭填料52的其它类似弹性织物。

图3C是与图3A类似的横截面视图，其描述了头盔10的另选实施方式，其中弹性绳31(“绳”31)具有细部与粗部。在示出的实施方式中，粗的弹性部分可以锚定在外壳体12的内表面上或内壳体20的外表面上。类似地，绳31的细的非弹性部分可以附接到外壳体12的内表面或者内壳体20的外表面。细的弹性部分可以是单股或多股绳。

图4是在以大于法向力的力击打头盔10时处于中立位置以及最大展开中的绳31的示意图。还观察到，绳30具有贯穿它们长度的均匀粗细。在图4的左侧上的中立位置中，绳30处于略微张紧状态而绳31处于未张紧状态。如在图4的右侧上看到的，在外壳体12相对于内壳体20的最大移位情况下，绳30可以伸展接近或达到其弹性极限，但绳31的细部此时与较粗部分接合以缓解击打头盔10的大的力并且防止绳30中的弹性的任何损失。通过将绳31用作通过猛烈的力打击的击打的补充，即使在绳30达到其弹性极限之后并且不与吸收击打头盔10的任何旋转力冲突，也可以实现更大保护。为此原因，绳31将用于保持头盔10的绳系统的完整性。

图5A是头盔10的外壳体12的一部分的俯视图，其示出了可升降盖子60(“盖子60”)被用于覆盖穿孔14以防护隔膜16和/或囊状物40免受刺穿、撕裂或可能损坏它们完整性的类似事件的另选实施方式。盖子60通过盖子连接件62(“连接件62”)附接到外壳体12，以此种方式使得：如果特定的隔膜16由于一个或多个囊状物40的膨胀而膨胀到穿孔14的外部，盖子60将会提升或抬高，从而使隔膜暴露于其它碰撞。由于其是可升降的，因此盖子60允许隔膜16在外壳体12的表面上方自由地弹性地膨胀通过穿孔14以吸收碰撞力，但是仍免受由外力造成的损伤。在另选实施方式中，不使用隔膜16并且盖子60直接地防护与保护囊状物40。在一个实施方式中，利用铰接件62将盖子60附接到外壳体12。在另选实施方式中，利用柔性塑料附接件62附接盖子60。图5B描述了在囊状物40在外壳体12上方膨胀时来保护它的可升降盖子60。

图6A是示出一个方法绳30附接到头盔10以使外壳体12能够在内壳体20上方浮动的分解图。腔体36，优选地具有凹形侧面36a，被钻取或以其他方式布置在外壳体12与内壳体20中以使得孔对准。绳30的各端都附接到柱塞32，柱塞然后被布置在对准孔中。在一个实施方式中，利用本领域中技术人员已知的适当粘结剂将柱塞32保持在腔体36中。在另选实施方式中，柱塞32通过摩擦配合或卡合适配保持在腔体36中。

图6B是完全适配的横截面，其中绳30附接到两个柱塞32并且在外壳体12与内壳体20之间延伸。还看到的是封闭填料52的中间壳体50。未看到将定位在中间壳体50(或内壳体20)与外壳体12之间的囊状物40。本领域中的技术人员将会认识到，绳31可以以类似方式附接在外壳体12与内壳体20之间。

图7是头盔10的另选实施方式的横截面视图，其中以抛物线板簧41(“弹簧41”)替换囊状物40作为力吸收器/偏转器。在示出的实施方式中，弹簧41在锚定点42处锚定到内壳体20上。弹簧41包括具有两个端部43a的至少一个臂43，两个端部优选地成形为如示出的弯曲部。臂43优选地呈锥形，其在锚定点42附近具有较厚的中间部分并且朝向端部43a在宽度和/或厚度上逐渐变薄。此外，臂43可以层叠有越远离锚定点42施加的逐渐减少的弹性层。多个臂43可以径向地布置在单个锚定点42周围并附接到单个锚定点42。如在图7中看到的，臂43延伸通过撞击缓冲区域50(如果存在的话)。板簧41还可以与弹性绳30一起使用。图7A是另选实施方式，其中同样附接在单个锚定点42处的椭圆形板簧41a(“弹簧41a”)替换抛物线板簧41来使用。

图8是图7中示出的头盔10的另选实施方式的横截面，其示出了板簧41与弹性绳30和弹性绳31一起使用。如上所述，其粗部比均匀绳30更粗的绳31，用作补充以防止绳30伸展超过它们的弹性极限。如图8中所示，粗部可以附接到外壳体12或内壳体20。

图9是头盔10的横截面视图，其示出了锚定在外壳体12上的板簧41以及绳30。应该理解的是绳31也可以用于本实施方式。

图10A和图10B示意性地描述了当头盔10被力击打时板簧41的动作。在图10A中，头盔10处于中立状态中。弹簧41示出为在头盔10的全部侧面上相对地略微张紧。在图10B中，力F从右手侧撞击头盔10。当臂43被朝向内壳体20推动时端部43a进一步彼此分开以吸收由力F产生的平移力向量。同时，当外壳体12的左侧临时地移动远离内壳体20而使臂43’上的张力减小时，定位在头盔10的相对侧上的弹簧41’的臂43’的端部43a’移动得更靠近在一起。在力F耗尽以后，在头盔10的右手侧或接触侧上的臂43上产生的增加的张力用于朝向中立位置推动外壳体12。这通过在头盔10的非接触侧上的臂43’的释放张力来协助，这能够使得外壳体12的这一侧移动到更靠近内壳体20的中立位置。尽管在图10A和图10B中未示出，应该理解的是，绳30和/或绳31将用于吸收由力F在头盔10上产生的任何旋转力。

图11是其中板簧41作为力吸收器/偏转器的头盔10中的撞击缓冲区域50的放大示意性横截面。弹性绳30从内壳体20延伸到外壳体12。观察到撞击缓冲区域50位于绳30之间并且优选地包括或其它粘弹性材料52。在示出的实施方式中，是锥体的形状。粘弹性材料提供行为类似准液体那样的优点，其通过施加的力容易变形并且缓慢恢复，即使在没有此力的情形下，其也会采用限定的形状与体积。来自落在上的物体的异常高量的能量被吸收。观察到板簧41锚定到内壳体20并且向上延伸通过撞击缓冲区域50并与外壳体12接触。在此实施方式中，在撞击缓冲区域50中的锥体52用于吸收具有远大于法向力的打击，因此弹簧41偏置到使外壳体到达撞击缓冲区域50的程度。图12是撞击缓冲区域50的俯视图，其示出了在粘弹性材料的锥体52之间延伸的多个绳30。应该理解的是，使用流体填充囊状物40的头盔10可以包括具有诸如的粘弹性材料52的撞击缓冲区域50。

图13A和图13B是铰接头盔100(“头盔100”)的前视图，其被分成至少两个部分，所述至少两个部分通过铰接装置附接。铰接意味着头盔具有通过铰接装置(比如铰接件或枢转连接件、旋转件、或可以允许头盔的独立部分打开与闭合在一起的其它装置)接合在一起的部件或部分。每个部分都包括硬的外壳体101。

图13A示出了处于闭合与锁定取向中的头盔100。部分102a和102b通过铰接装置104接合在一起。在此实施方式中，铰接装置104是铰接件104。应该认识到，可以使用一个以上的铰接件104或其它铰接装置打开与闭合头盔100。优选地，头盔100包括用于将头盔100保持在闭合位置中的至少一个锁定件106。耳穿孔108也与内表面103一起被示出。

图13B示出了处于打开取向中的头盔100。锁定件106解锁以允许铰接件104打开独立部分102a和102b。

图14A和图14B描绘了具有三个部分103a、103b、和103c的头盔100的另选实施方式的前视图。在此实施方式中，头盔100还包括通风口110，其是从外表面101延伸通过到头盔100的内表面103并且被头盔100限定的开口。铰接件104枢转以使部分103b和103c与部分103a一起闭合。一个或多个锁定件106将这些部分保持在闭合位置中。应该认识到，通风口110可以存在于具有如在图13A和图13B中看到的两个或三个以上部分的头盔中。图14B示出了处于打开位置中的头盔100，其中两个铰接件104打开以使部分103b和103c与部分103a分开。

图15是具有附加通风口110的头盔100的两个部分实施方式的侧视图。此外观察到两个铰接件104。类似地，图16是示出用于部分102c的两个铰接件104的头盔100的三个部分实施方式的侧视图。

图17是铰接头盔100的另一个另选实施方式的前视图，其中，填塞物或缓冲垫112附接到头盔100的内表面101a。填塞物112可以通过适当的附接装置(比如铆钉或螺钉或者通过粘结剂)永久地附接到内表面103(在图17中不可见)。填塞物可以由本领域中公知的泡沫材料制成。

另选地，填塞物112可以通过利用诸如的钩与环材料可释放地附接到内表面103。这提供了使得使用者能够获得并且布置缓冲垫112的优点，在佩戴头盔110时缓冲垫112将提供卡合适配。在两个实施方式中，填塞物112附接到位于通风口110之间的内表面101a以确保尽可能多的空气到达使用者。

图17A是示出在横截面中看到的铰接头盔100的使用者的前视图。观察到填塞物112与使用者U的头部的顶部接触以提供卡合适配。应该指出的是，填塞物112附接到内表面101a，以此种方式使得保持通风口110打开从而提供至头部的空气流动。在此实施方式中，耳穿孔108覆盖有膜或隔膜108a。在一个实施方式中，由织物制造隔膜108a。

图18和图18A是铰接头盔100的前视图，其显示头盔100的一个部分可以嵌套在另一个部分内的实施方式。在图18A中，部分102b嵌套在部分102a内。铰接装置104a是旋转件，其不仅将两个部分保持在一起，而且构造为允许部分102a和102b打开与旋转，使得一个部分的外壳体101的外表面面向另一部分的内表面101a。此实施方式提供了在打开位置处减小头盔100的整体体积以使得更容易存储的优点。

图19A描绘了旋转件装置104a的一个实施方式的放大横截面视图，该旋转件装置使得部分102a和102b能够旋转嵌套在彼此内。缆线105附接到部分102b与通用接头107。通用接头107通过弹簧109附接到部分102b并且嵌入到部分102a中。弹簧109用于朝向部分102a拉动缆线105加上所附接的部分102b。通用接头107允许缆线105旋转。图19B示出了通过将两个部分保持在一起的伸展弹簧105拉开的两个部分102a和102b。此外观察到凸叉或管子120，当部分102a与102b接合在一起时，该凸叉或管子滑动到端口122中以使头盔稳定。

如在图19C中看到的，通用接头107能够使部分102b相对于部分102a旋转，在此之后部分102b被朝向部分102a向回拉动。由于部分102b旋转，因此其抵靠部分102a的内表面101a嵌套。

图20是外壳体202被移除的本发明的头盔的其它附加实施方式的侧视立体图。头盔200包括功能性地连接在一起的一体的或连续的外壳体202(在图20中未示出)与内壳体204。一体的或连续的意味着壳体202形成为单个单元。功能性地连接意味着，外壳体202与内壳体204连接，使得外壳体202可以通过诸如例如上述的滑动连接部22相对于内壳体204移动，比如旋转。弹性区域203(“区域203”)位于外壳体202与内壳体204之间。至少一个正弦弹簧208(弹簧208”)定位在区域203中。图20描绘了多个弹簧208定位在区域206中的优选实施方式。在这里示出的更优选的实施方式中，弹簧208是具有与一系列正弦波类似或相同形状的正弦弹簧208，并且可以如在Guthrie的美国专利申请公开No.2012/00773884和美国专利No.4,708,757中描述地那样制造，两个专利公开通过它们整体引用方式包含于此。

尽管对于头盔200的保护功能来说不是必要的，在进一步实施方式中，弹簧208中的至少一个的远端与力指示器凸片216(“凸片216”)可操作地接触。可操作地接触意味着，部件或装置接触但不连接到第二部件并且致使第二部件起作用。例如，如下所述，弹簧208的可操作接触端与凸片216的近端边缘接触，从而当弹簧208伸展时，其将凸片216朝向头盔200的外周边推动到外部位置。当弹簧208缩回时，凸片216保持在其外部位置中。凸片216优选地是如在图20中看到的、通过凸片216的表面上的不同交叉阴影图案表示的多颜色面板。

凸片216定位在通道212内，此通道定位在内壳体204的外表面205上。通道212包括平行轨道214，使得凸片216定位在轨道214之间。通过此种方式，当弹簧206伸展时凸片216总是在相同方向被推动。外壳体202限定至少一个窗口210，在阴影中观察到，窗口定位为使得如果弹簧208充分地伸展以将凸片216推入到通道212中，则可以通过窗口210观察到凸片216。在示出的实施方式中，铆钉218形成为将多个弹簧206附接到外壳体202以形成弹簧208的径向或“蜘蛛状”阵列。

图20A描绘了标记头盔200A的头盔的另选实施方式，其中，外壳体202包括在头盔200上延伸并形成弹性区域203的外壁或覆盖件的叠置板202a(“板202a”)。板202a可以成行布置。图20A还描绘了正弦弹簧208的优选布置，其中三个弹簧208沿着内壳体204延伸，使得至少一个弹簧208的至少一端与凸片216可操作地接触。如示出的，弹簧208可以单独地布置在成行的板202a的下方。尽管在图20A中未示出，弹簧208中每个的相对端也可以与凸片216可操作地接触。此外如图20中看到的，凸片216定位在通道212的轨道214内。外壳体202在板202a的一个中限定至少一个窗口210，该至少一个窗口定位为使得如果弹簧208充分地延伸通过通道212，则可以通过窗口210观察到凸片216。

图21是通过正弦弹簧208的头盔200的横截面。弹簧208定位在弹性区域203中、抵靠表面205。弹簧208的一端与定位在轨道214之间的凸片216接近或者接触。在示出的静止或中立位置中，凸片216在外壳体202下方并且未暴露在窗口210之下。弹簧208可以附接到外壳体202或内壳体204。

图22示出了如在图21中看到的头盔200的相同视图，其中由箭头A表示的力A施加到头盔200。此力可以是撞击头盔200的打击。外壳体202与弹簧208的虚线视图示出了处于中立状态的这些部件。实线图示出了通过力A被按压到弹性区域203中的外壳体202。当力A击打壳体202时，弹簧208中的一个或多个被推入到压缩模式中，如通过形成在正弦弹簧208中的正弦波的减小幅度以及弹簧208的扩张长度所看到的。当弹簧208延长时，如通过箭头B表示，该弹簧朝向窗口210推动凸片216和/或将凸片216推入到窗口210中。本领域中的技术人员将会认识到，弹簧208的长度的增加是击打头盔200的力的大小的函数。由此，凸片216暴露于窗口210中的量取决于击打头盔200的力的大小。优选地，凸片216包括不同颜色(比如绿色、黄色、和红色)或者其它指示器，其中每个都可以根据打击的力显示在窗口210中。应该认识到，当头盔200被击打时一个以上弹簧208可以伸展。

图23描绘了在外壳体202与正弦弹簧208返回到中立位置之后的与图21和图22中观察到的相同视图。通过箭头C示出了外壳体202的返回移动，而通过箭头D示出了弹簧208的返回。凸片216被观察到在弹簧208缩回之后保持在窗口210之下。

图24是图20A中看到的头盔200a的横截面，其描绘了叠置板202a如何彼此连接并且仍保持响应于施加到头盔200a的力而移动的能力。正弦弹簧208被观察到限定在板202a与内壳体204的外表面205之间。还看到的是弹簧208的远端与力指示器凸片216可操作地接触。窗口210被观察到通过头盔200a的边缘部分211限定。其还可以通过板202a中的一个限定。在一个实施方式中，利用圆形销钉220插入到圆形插口222中的凸凹连接方式来附接铰接板202a。此连接方式能够使各个板在销钉220上横向地或从一边到另一边地以及上下地枢转，从而使力的一部分偏转远离使用者头部，同时仍保持整个外壳体的整体性。此外看到可以覆盖铰接板202a的覆盖件207。优选地，覆盖件207由诸如的织物制成，其提供了在各个板202a上方的一体覆盖件但允许各个板移动。本领域中的技术人员将会认识到，可以通过如上面图20中看到的一体的硬外壳体202替换铰接板202a。

图25和图26与图22和图23类似，分别示出了通过力A被按压的外壳体202a以及通过箭头C表示的返回到中立状态的外壳体202a。与上述的头盔200一样，在弹簧208缩回(箭头D)之后，凸片216保持显示在窗口210中，指示出至少半定量地击打头盔202a的力的大小。半定量地意味着，即使没有获得每次撞击的精确测量，凸片216暴露于窗口210之下的程度指示了一次撞击是否以大于第二撞击的力击打头盔200。

显示在窗口210中的凸片216上的指示器可以用于示出弹簧208伸展多远以及由此击打头盔200和200a的力的大小。可以利用已知的方法以适当的校准或测量张力来制造弹簧208以延伸到适当长度，这取决于以至少半定量方式指示击打头盔200(或头盔200a)的力的大小的撞击力以及由此可能对使用者的影响。可以利用螺丝刀或其它工具使凸片216返回到其中立位置，以使其向后移动为与弹簧208可操作地接触。在一些实施方式中，可能需要最小或足够大小的力将凸片216移动到窗口210中。如果击打力低于此最小值，则弹簧不会充分延伸以将凸片216移动到窗口210中，从而指示击打力不足以对使用者造成损伤。

图27是示出头盔200的另一个另选实施方式的横向横截面，该头盔包括用于测量击打头盔200的至少半定量旋转力的凸片指示器。在此视图中，为清楚起见移除正弦弹簧208，但是本领域技术人员应该认识到，此实施方式至少一个弹簧208可以用在头盔200和200a中。支撑件230在表面205上固定地附接到内壳体204。支撑件230跨越区域203延伸并且与外壳体202的内表面213接触。臂230a从支撑件230沿着外壳体202的内表面213大体上横向地延伸。臂230a与定位在轨道214(未示出)中的凸片指示器216a可操作地接触。

在附图28中，双箭头E代表旋转力，即相对于头盔200(或头盔200a)从一定角度击打的力。由于内壳体204相对于通过弹簧208悬置在内壳体204上的外壳体202的旋转运动是静止的，因此支撑件230与附接臂230a相对于外壳体202保持静止。凸片指示器216a与外壳体202一起旋转而抵靠静止臂230a，这迫使凸片指示器沿着轨道214移动。如在图29中看到的，当外壳体202在被撞击之后返回到中立位置时，凸片指示器216a保持在它们被推入的轨道214中。如果旋转力足够，则凸片指示器216a将显示在窗口210中，指示了头盔200被以足够旋转力撞击来显示指示器216a，由此指示对使用者可能的损伤。

由此看到有效地获得了本发明的目的，尽管对于本领域中的普通技术人员来说对本发明的改变与修改应该是显而易见的，此改变将不偏离如所要求的本发明的精神与范围。

Claims (21)

1.一种具有多个保护区域的保护头盔，其包括：

内壳体，其具有第一内表面与第一外表面；

填塞内衬，其附接到所述第一内表面；

硬外壳体，其具有第二内表面与第二外表面，所述硬外壳体功能性地附接到所述内壳体；

位于所述第一外表面与所述第二内表面之间的弹性区域；以及

定位在所述弹性区域中的多个正弦弹簧。

2.根据权利要求1所述的保护头盔，其中所述第二外表面是连续的外表面。

3.根据权利要求1所述的保护头盔，其中所述硬外壳体包括多个叠置板。

4.根据权利要求3所述的保护头盔，还包括定位在所述多个叠置板上方的覆盖件。

5.根据权利要求3所述的保护头盔，其中所述多个叠置板布置成至少两行。

6.根据权利要求5所述的保护头盔，其中所述多个正弦弹簧中的至少一个定位在所述至少一行叠置板下面。

7.根据权利要求6所述的保护头盔，其中所述多个正弦弹簧中的至少两个定位在所述至少一行叠置板下面。

8.根据权利要求1所述的保护头盔，其中所述多个正弦弹簧中的至少一个附接到所述第一外表面。

9.根据权利要求1所述的保护头盔，其中所述多个正弦弹簧中的至少一个附接到所述第二内表面。

10.根据权利要求3所述的保护头盔，其中所述多个叠置板中的每个附接到至少一个其它叠置板。

11.根据权利要求1所述的保护头盔，其中所述外壳体具有通过所述硬外壳体限定的至少一个窗口。

12.根据权利要求11所述的保护头盔，还包括与所述多个正弦弹簧中的至少一个的至少一端可操作地接触的力指示器凸片，其中当以足够力撞击所述头盔时，所述力指示器凸片通过所述多个正弦弹簧中的所述至少一个的所述至少一端移动到所述至少一个窗口。

13.根据权利要求11所述的保护头盔，其中所述至少一个窗口中的所述至少一个沿着大体上矢状方向延伸。

14.根据权利要求12所述的保护头盔，其中所述力指示器凸片定位在狭槽中或者两个轨道之间。

15.根据权利要求1所述的保护头盔，其中所述功能性附接部包括所述内壳体的在所述硬外壳体的边缘周围的一部分。

16.根据权利要求1所述的保护头盔，其中所述多个正弦弹簧中的每个附接在公共点处。

17.根据权利要求15所述的保护头盔，其中所述附接点在所述内壳体上。

18.根据权利要求15所述的保护头盔，其中所述附接点在所述外壳体上。

19.根据权利要求1所述的保护头盔，还包括固定地附接到所述第一外表面并且与所述第二内表面接触的柔性臂。

20.根据权利要求19所述的保护头盔，还包括附接到所述柔性臂的一对横向臂，该对横向臂沿所述第二内表面相对地且横向地延伸。

21.根据权利要求20所述的保护头盔，还包括与该对横向臂中的至少一个的至少一端可操作地接触的力指示器凸片，其中当以足够力撞击所述头盔时，所述力指示器凸片通过该对横向臂中的所述至少一个的所述至少一端朝向至少一个窗口移动；并且

其中所述至少一个窗口的至少一个沿着大体上横向方向延伸。