CN107529847A - 保护头盔 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于运动头盔的独特结构，以及保护运动选手的头部不受脑损伤的新颖途径。本发明的头盔包括：包括柔性材料的外层、包括柔性材料的内层，其中，外层和内层限定空间层，其中，空间层包含气体、凝胶或液体，且其中，头盔的内层构造成适合人的头部。

Description

保护头盔

技术领域

本发明在用于运动、军事等的保护头盔的领域中。

背景技术

运动头盔是众所周知的。早期的运动头盔由皮革制成。现代运动头盔典型地具有由刚性注塑树脂制成的外壳，它具有用以保护选手的头部的垫料内层。这些传统运动头盔中的一些包括可膨胀囊。参见例如USP 8881315。对于其它头盔结构，参见USP 8938818、USP8947195、USP 8713716和USP 8719967。前述美国专利的公开内容通过引用而结合在本文中。

实际上所有运动和军用头盔都包括由各种材料制成的刚性抗冲击壳。例如，现代足球头盔通常具有由聚碳酸酯合金塑料制成的结实的刚性抗冲击外壳。在保护头部的装置中广泛使用的另一种材料是ABS聚合物(丙烯腈丁二烯苯乙烯)。自行车头盔具有由吸收冲击的模塑式膨胀聚苯乙烯泡沫制成的外壳。现代军用头盔具有包含凯夫拉尔的刚性抗冲击外壳。组成这样的头盔的刚性外壳的所有材料是重量轻、耐用、结实且刚性的。材料具有良好的吸震性和抗冲击性。

发明内容

本发明提供一种用于运动头盔的独特结构，以及用以保护运动选手或军事人员的头部免受脑损伤的新颖途径。本发明的保护头盔不包含任何诸如几乎在当前已知的所有头盔中发现的刚性抗冲击层。本发明的头盔的基本结构包括：包括柔性材料的外层，包括柔性材料的内层，以及由外层和内层限定且设置在它们之间的空间层。空间层是密封的，使得它能够包含气体、凝胶或液体。头盔的内层构造成适合人的头部。在下文详细地描述利用这种基本结构的本发明的许多实施例。

附图说明

图1是本发明的保护头盔1的实施例的左侧透视图。

图2是图1中显示的头盔1沿着线A-A的前视截面图。头盔1包括外层2和内层3，其中，外层2和内层3限定空间层4。

图3是图1中显示的头盔1的前视正视图。

图4是图3中显示的头盔1沿着线B-B的右侧截面图。头盔1包括外层2和内层3，其中，外层2和内层3限定空间层4。比图2中更详细地显示了头盔的层。

图5是根据本发明的头盔1的另一个实施例的右侧截面图。头盔1包括高强度纤维外层5、外层2和内层3，其中，外层2和内层3限定空间层4。还提供了多个壁8，其连接外层2和内层3以在空间层4中形成隔断。

图6是根据本发明的头盔1的另一个实施例的右侧截面图。头盔1包括高强度纤维外层5、外层2和内层3，其中，外层2和内层3限定第一空间层4。还提供了另一个内层7，其中，内层3和内层7限定第二空间层6。

图7示出由密封弹性管9形成的空间层的备选实施例，密封弹性管9盘卷到头盔的内部，以包围佩戴者的头部。未显示覆盖盘卷式弹性管层9的外层。

具体实施方式

本发明的头盔包括：包括柔性材料的外层、包括柔性材料的内层，以及由外层和内层限定且设置在它们之间的空间层。空间层是密封腔体，使得它能够包含气体、凝胶或液体。空间层是密封的，使得它可包含压力下的气体、凝胶或液体。空间层可以可选地包括阀、端口或其它关闭装置，以填充或释放其中的气体、凝胶或液体内容物。例如，用于填充气体、凝胶或液体和从空间层中释放气体、凝胶或液体的装置可为传统的关闭装置，已知它允许包含气体、凝胶或液体的容器打开和关闭，例如自行车胎阀、可膨胀游泳池中发现的关闭装置等。备选地，可在构造空间层期间对空间层填充气体、凝胶或液体，使得内容物永久地包含在空间层中。头盔的内层可构造成适合人的头部。

本发明的头盔可具有任何数量的额外的层，例如3层至10层材料。头盔的各个层可为相同或不同的。限定空间层的外层和内层可为头盔的任何层，只要内层比外层更接近佩戴者的头部即可，而且外层设置在内层的与佩戴者的头部相对的侧部上。各个层可为单个均匀的材料片材，或者多个材料片材，或者各个层可独立地由连结在一起以形成层的多个节段构成。头盔可包括不止一个空间层。

除了空间层，头盔的各个层可包括任何适当的柔性材料，例如天然材料或合成纤维材料，诸如棉、羊毛、尼龙、丝、乙烯基、聚脂、聚亚安酯、人造丝、丙烯酸、橡胶、塑料、树脂、泡沫、其它天然材料或合成聚合物材料，以及它们的混合物。优选地，材料是有弹性的。头盔的所有层的组合厚度不受限制，但优选2英寸至7英寸厚。头盔的各个层的厚度不受限制，但内层和外层优选为0.01英寸至0.5英寸厚，包含空气或液体的空间层优选为¾英寸至1½英寸，而包含凝胶的空间层则优选为½英寸。

头盔的各个层可在一侧或两侧涂有颜料、染色剂、防水剂、耐磨剂、抗水剂等。优选地，头盔的最外层构造成使得它可装饰有预先选好的颜色、团队标识、设计等。

由外层和内层限定的空间层可包含气体，诸如O₂或N₂，或者诸如空气的气体混合物。空间层备选地可包含诸如水的液体、水溶液、凝胶、柔软泡沫等。可对气体加压。优选地，空间层包含加压空气。气体的压力可在1 atm至100 atm之间，优选2 atm至35 atm。

头盔可适合于任何运动，例如足球、长曲棍球、曲棍球、赛马、摩托车赛车、自行车赛车等。头盔还可适合于军事目的、汽车赛车等。头盔可包括隔热垫或冷却器，以将佩戴者的头部保持在舒适的温度。头盔可包括面材、颏带、护面罩、蜂窝式电话构件、扬声器、麦克风、无线互联网构件和/或收音机。头盔可包含其本身的功率源，诸如电池，或者可具有连接到功率源上的电线，功率源可由佩戴者携带或者在佩戴者附近可获得，诸如在佩戴者的车辆中。这些附件可通过任何传统的手段附连到本发明的头盔的一个或多个层上，例如通过胶水、缝合、尼龙搭扣等。

头盔的形成空间层的层可通过任何适当的手段在外周边缘处连结，例如通过机械手段、热手段或化学手段，诸如缝合、胶水、熔合、模制等。层可以可选地在远离外周边缘的其它位置处彼此连结，例如通过图5中显示的壁8。壁8可连接内层3和外层2，以在空间层4中形成隔断。隔断可防止空间层的内容物在形成空间层的一个隔断区段的内层或外层存在刺穿或破裂的情况下完全泄漏。头盔的不形成空间层且彼此相邻的层可通过胶水、泡沫、尼龙搭扣来彼此粘结或连接，或者层可只是彼此接触但彼此不粘结。

外层和内层可通过任何手段限定空间层，以对气体、凝胶或液体提供安全的容器。备选地，外层和内层可限定空间层，并且空间层可包含可膨胀囊，以包含空气或液体。在上面论述的美国专利中描述了可膨胀囊。本发明的头盔使用内部空气或液体层来减小冲击。优选地，本发明的头盔不包括碳纤维或碳纳米管层在外层和内层之间的有弹性的弹性压印，如USP 8713716的图15-17教导的那样，该美国专利公开通过引用而结合在本文中。

根据本发明，头盔没有刚性抗冲击层。头盔的所有层都是柔性的。用语“刚性”层表示层在正常对层施加力时不弯曲。换句话说，刚性层不会被迫变形，而且不是柔性的。刚性层是传统保护头盔的特性，它具有坚硬、牢固、结实、无弹性且不可弯曲的外壳。

例如，在本发明的足球头盔中，本发明的头盔没有刚性的且在选手在头盔上被另一个选手的头盔或身体撞到时不弯曲的层。头盔的每一层都是柔性的。用语“柔性”层指的是层弯曲但不破裂且在正常对层施加力时被迫变形。头盔的冲击吸收构件是包含气体、凝胶或液体的空间层。

头盔的一个或多个层可包含高强度合成纤维，诸如凯夫拉尔。当凯夫拉尔纺成的，产生的纤维具有大约3620 Mpa的拉伸强度和1.44的相对密度。凯夫拉尔和类似的纤维是许多产品的普通构件，诸如防弹衣和轮胎。这种高强度材料可作为纤维或片材结合到层中。层可完全包括高强度材料，或者是复合材料中的层的组分。类似于凯夫拉尔的任何高强度纤维都适合于在头盔的一个或多个层中使用。优选地，外层包括高强度合成纤维材料。

本发明的头盔优选地构造成覆盖佩戴者的头部，除了面部部分。这个结构在运动头盔中是普遍的，而且基本从前额越过耳朵和脖子顶部覆盖佩戴者的头部。头盔可在一些使用(诸如军事使用和赛车驾驶)中可选地较大以覆盖脖子和/或面部(当这些区域需要被保护时)。头盔可包括开口，诸如在眼睛、鼻子、耳朵或其它位置上，该开口构造成穿过头盔的所有层，以允许看、听、冷却、呼吸、散热等。

空间层不局限于由外层和内层形成。空间层的任何结构都可在本发明中使用，只要它能够包含气体、凝胶或液体即可。本发明的用于形成空间层的备选实施例使用弹性管。弹性管在两端处密封，使得它可包含气体、凝胶或液体。优选地，弹性管填充有压缩空气作为保护空气层。弹性管在大小和成分上可类似于典型的一英寸自行车胎内管。优选地，管具有用于形成密封腔体的封闭端，以对密封腔体填充气体、凝胶或液体。管可包括阀或其它关闭装置，以用于对腔体填充气体、凝胶或液体以及排空腔体中的气体、凝胶或液体。管可折叠或插入到头盔的任何构造中。管应当能够在5至150 psi的压缩空气的压力下膨胀。管可设有用于利用压缩空气使管膨胀或使其收缩的手段，诸如自行车阀或任何已知的阀机构。弹性管优选地盘卷以适合佩戴者的头部，并且设置在头盔的外层的内部。参见图7。例如，内部管可盘卷成“蛇圈的”形状。盘卷管吸收冲击的震动，并且使冲击力在头部的整个表面上扩散，而不只是集中在冲击点处。

本发明的用于形成空间层的另一个优选实施例使用两个弹性层，类似于弹性浴帽或泳帽，其中，第一帽插入第二帽的内部，并且第一和第二帽边缘在边缘处密封以形成空间层。空间层优选地包含压缩空气或凝胶。当密封层保持空气时，密封层能够在5至150 psi的压缩空气的压力下膨胀。密封层可设有用于利用压缩空气使管膨胀或使其收缩的手段，诸如自行车阀或任何已知的阀机构。如果密封层填充有凝胶，可使用类似的阀装置。可选择凝胶，使得它能够被加热或冷却且保持这样的温度。因而佩戴者可加热包含凝胶的空间层或头盔本身，而且在冬天使用头盔来对头部提供保暖。另外，佩戴者可使凝胶变冷，并且在夏天使用头盔来对头部提供冷却。

本发明的优选实施例由以下构造：由凯夫拉尔制成的外层，以及设置在凯夫拉尔层的内部且由填充有压缩空气的盘卷弹性管制成的空间层。

本发明的另一个优选实施例由以下构造：由凯夫拉尔制成的外层，设置在凯夫拉尔层的内部且由填充有压缩空气作为第一空气保护层的盘卷弹性管制成的第一空间层，以及设置在第一空间层的内部的第二空间层，其中，第二空间层由形成第二空气保护层的填充有压缩空气的两个密封弹性层形成。

本发明的另一个优选实施例由以下构造：由凯夫拉尔制成的外层，在凯夫拉尔层的内部且由填充有压缩空气作为外部空气保护层的盘卷弹性管制成的第一空间层，设置在第一空间层内部的第二空间层，其中，第二空间层由填充有凝胶以形成内部凝胶保护层的两个密封弹性层形成。

本发明的另一个优选实施例由以下构造：由凯夫拉尔制成的外层；在凯夫拉尔层的内部且由填充有压缩空气作为外部空气保护层的盘卷弹性管制成的第一空间层；设置在第一空间层内部的第二空间层，其中，第二空间层由填充有凝胶以形成内部凝胶保护层的两个密封弹性层形成；以及设置在第二空间层内部的最内层，它是可移除且可洗的吸收性织物衬里。

本发明的另一个优选实施例由以下构造：由凯夫拉尔制成的外层；在凯夫拉尔层的内部且由填充有压缩空气作为外部空气保护层的盘卷弹性管制成的第一空间层；设置在第一空间层内部的第二空间层，其中，第二空间层由形成第二空气保护层的填充有压缩空气的两个密封弹性层形成；设置在第二空间层内部的第三空间层，其中，第三空间层由填充有凝胶以形成内部凝胶保护层的两个密封弹性层形成；以及设置在第三空间层内部的最内层，它是可移除和可洗的吸收性织物衬里。

本发明的一个主要优点在于本发明的头盔非常轻。例如，NFL头盔的重量为17-20磅。相比之下，本发明的头盔可设计成重量为大约1-10磅，优选2-6磅，更优选2-3磅。由于其重量较重，NFL头盔在碰撞时的质量大，这在冲击时对人的头骨产生较大的力。NFL头盔重量本身就在很大程度上造成了脑震荡的风险。因而基于其重量减轻，本发明的头盔大大减小了脑震荡的风险。由于所有传统头盔都基于与NFL头盔相似的结构，使用较重的刚性层或外壳，所以所有传统头盔都遭受这种在冲击时发生脑震荡的相同风险。本发明的头盔是用于保护佩戴者的头部的革命性设计，使用空气压力填充层来吸收冲击，同时减轻了头盔的重量。

Claims (11)

1.一种头盔，包括：

包括柔性材料的外层，

包括柔性材料的内层，

其中，所述外层和所述内层限定空间层，

其中，所述空间层是能够包含气体、凝胶或液体的密封腔体，且

其中，所述头盔的所述内层构造成适合人的头部。

2.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述外层的柔性材料包括高强度合成纤维材料。

3.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述空间层包含凝胶。

4.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述空间层包含加压空气。

5.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述头盔是足球头盔、自行车头盔、摩托车头盔、汽车驾驶头盔或军用头盔。

6.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述头盔包括隔热垫或冷却器。

7.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述头盔包括面材、颏带、护面罩、蜂窝式电话构件、扬声器、麦克风、无线互联网构件和/或收音机。

8.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述头盔没有刚性抗冲击层。

9.一种头盔，包括：

层，所述层是能够包含气体、凝胶或液体的密封腔体，

其中所述头盔的所述层构造成适合人的头部，且

其中，所述头盔没有刚性抗冲击层。

10.根据权利要求9所述的头盔，其特征在于，所述层由弹性管形成。

11.根据权利要求9所述的头盔，其特征在于，所述层由相同或不同柔性材料制成的外层和内层形成。