CN108471828A - 带有边界凸块和弹性体保持器的头盔 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于旋转能量管理的防护头盔，所述防护头盔可以包括具有外表面和内表面的外部保护壳体，所述内表面的一部分可以是球形的。内部保护壳体可以设置在所述外部保护壳体内，并且包括朝向所述外部保护壳体的所述内表面的球形外表面。所述内部保护壳体的所述外表面的表面积可小于所述外部保护壳体的所述内表面的表面积。第一弹性体构件可以延伸穿过第一通道，所述第一通道穿过所述外部保护壳体和所述内部保护壳体。边界凸块可包括球形形状并且在所述内部保护壳体的前下边缘处与所述内部保护壳体一体成形。

Description

带有边界凸块和弹性体保持器的头盔

相关专利申请

本申请要求于2016年1月4日提交的名称为“带有边界凸块和弹性体保持器的头盔(Helmet with Boundary Nub and Elastomer Retainers)”的美国临时专利申请62/274,491的权益，该美国临时专利申请的完整公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及包括多个层的防护头盔。

背景技术

防护头具以及头盔已在多种多样应用中并跨多个行业使用，包括在体育运动、田径运动、建筑、采矿、军事防御、以及其他领域中使用，以防损伤用户的头部和脑部。使用防止坚硬物体或尖锐物体直接接触用户的头部的头盔，可避免或减轻用户受到的损害和损伤。使用吸收、分散或以其他方式管理冲击能量的头盔，同样可避免或减轻用户受到的损害和损伤。

已经设计了多种头盔以应对线性冲击和旋转冲击力两者，诸如在名称为“防护头盔(Protective Helmet)”的美国专利6,658,671，名称为“防护头盔上的装置(Apparatusat a Protective Helmet)”的美国专利8,316,512，标题为“Helmet”(头盔)的美国专利8,578,520，以及名称为“防护头具以及防护盔甲和用于修改防护头具以及防护盔甲的方法(Protective Headgear and Protective Armour and a Method of ModifyingProtective Headgear and Protective Armour)”的美国专利8,615,817中公开的那些头盔。这些头盔描述了应对防护头盔内的旋转冲击力的各种方法，包括使用多层材料。在一些情况下，包含多层材料的头盔包括设置在外壳和能量管理材料之间的润滑剂或额外的低摩擦层或衬里，以在层之间提供相对移动、滑动或旋转。

发明内容

需要一种改进的头盔用于旋转能量管理。因此，一方面，一种头盔可包括外部保护壳体，该外部保护壳体包括外表面和与外表面相对的内表面，其中内表面的一部分是球形的。内部保护壳体可以设置在外部保护壳体内并且还包括朝向外部保护壳体的内表面的球形外表面和与外表面相对的内表面。内部保护壳体的外表面的表面积可以小于外部保护壳体的内表面的表面积。第一通道可以延伸穿过外部保护壳体和内部保护壳体。第一弹性体构件可以延伸穿过第一通道并且包括位于内部保护壳体的内表面处的第一端部。与第一端部相对的第二端部可位于外部保护壳体的外表面处。连接部分可以在第一端部和第二端部之间延伸。边界凸块可以包括球形形状并且可以在内部保护壳体的前下边缘处与内部保护壳体一体成形。

头盔还可以包括外部保护壳体的内表面的枕侧部分，该枕侧部分非球形但是包括未被内部保护壳体覆盖的凸形曲线。边界凸块可以由与内部保护壳体相同的材料形成。第一弹性体构件的第一端部可以扩大到包括比第一通道的最大横截面宽度D₂更大的最大横截面宽度D₁。第一弹性体构件的第二端部还可包括被设置成完全穿过第一弹性体构件的第二端部的开口。销轴可以穿过开口设置，该销轴可以包括大于第一弹性体构件的连接部分的最大横截面宽度的距离D₄的距离D₃。销轴可以包括设置在两个端部之间的中心部分，销轴的中心部分接触第一弹性体构件并且销轴的两个端部接触外部保护壳体。第一弹性体构件的第二端部和销轴可以位于外部保护壳体中的凹部内。第一通道和第一弹性体构件可以设置在头盔的左后部，第二通道和第二弹性体构件可以设置在头盔的右后部。保护外部盖可以设置在外部保护壳体上。

另一方面，用于旋转能量管理的防护头盔可包括外部保护壳体，该外部保护壳体包括外表面和与外表面相对的内表面。内部保护壳体可以设置在外部保护壳体内，其具有朝向外部保护壳体内表面的外表面以及与外表面相对的内表面。第一通道可以延伸穿过外部保护壳体和内部保护壳体。第一弹性体构件可以延伸穿过第一通道并且包括第一端部，与第一端部相对的第二端部以及在第一端部和第二端部之间延伸的连接部分。边界凸块可以包括球形形状。

头盔还可包括在外部保护壳体和内部保护壳体之间的接合部沿着头盔的下边缘设置的边界凸块。边界凸块可以与外部保护壳体或内部保护壳体一体成形。外部保护壳体的内表面的一部分可以是球形的。内部保护壳体的外表面可以是球形的并且具有小于外部保护壳体的内表面的表面积的表面积。外部保护壳体的内表面的枕侧部分可以是非球形的(不是球形)形状，但可以包括未被内部保护壳体覆盖的凸形曲线。第一弹性体构件的第二端还可包括被设置成完全穿过第一弹性体构件的第一端部或第二端部的开口以及穿过开口设置的销轴。销轴可以包括大于第一弹性体构件的连接部分的最大横截面宽度的距离D₄的距离D₃。销轴可以包括设置在两个端部之间的中心部分，销轴的中心部分接触第一弹性体构件并且销轴的两个端部接触外部保护壳体。第一通道和第一弹性体构件可以设置在头盔的左后部，第二通道和第二弹性体构件可以设置在头盔的右后部。

另一方面，用于旋转能量管理的防护头盔还可以包括外部保护壳体，该外部保护壳体包括外表面和与外表面相对的内表面，其中内表面的一部分是球形的。内部保护壳体可以设置在外部保护壳体内并且还可包括朝向外部保护壳体的内表面的球形外表面和与外表面相对的内表面。内部保护壳体的外表面的表面积可以小于外部保护壳体的内表面的表面积。第一通道可以延伸穿过外部保护壳体和内部保护壳体。第一弹性体构件可以延伸穿过第一通道并且包括第一端部，与第一端部相对的第二端部以及在第一端部和第二端部之间延伸的连接部分。防护头盔也可以包括边界凸块。

头盔还可以包括外部保护壳体的内表面的枕侧部分。枕侧部分可以被内部保护壳体露出(未被覆盖)并且包括凸形曲线以贴合头盔佩戴者的枕侧曲线。边界凸块可以包括沿着外部保护壳体和内部保护壳体之间的接合部设置在保护壳体下边缘处的球形形状。边界凸块可以由与内部保护壳体或外部保护壳体相同的材料形成。弹性体构件的第一端部可以扩大到包括比第一通道的最大横截面宽度D₂更大的最大横截面宽度D₁。第一弹性体构件的第二端部还可包括被设置成完全穿过第一弹性体构件的上端的开口。销轴可以穿过开口设置，销轴包括大于第一弹性体构件的连接部分的最大横截面宽度的距离D₄的距离D₃，其中销轴包括设置在两个端部之间的中心部分，销轴的中心部分接触第一弹性体构件并且销轴的两个端部接触外部保护壳体。销轴可以位于外部保护壳体的凹部内。第一通道和第一弹性体构件可以设置在头盔的左后部，第二通道和第二弹性体构件可以设置在头盔的右后部。

附图说明

图1A至图1C示出了包括保护壳体的防护头盔的实施方案的各种视图。

图2A至图2C示出了包括弹性体构件的防护头盔的各种视图。

图3A至图3B示出了与弹性体构件联接的保护壳体的各种视图。

具体实施方式

本公开、其各方面以及具体实施并不受限于本文所公开的具体头盔或材料类型或者其它系统部件示例或者方法。可设想出许多本领域已知的与头盔制造相符的附加部件、制造和组装工序，以与本公开的特定具体实施一起使用。因此，例如，虽然公开了具体的防护头盔，但此类防护头盔和实施组件可具有任何形状、尺寸、样式、类型、型号、版本、度量、浓度、材料、数量和/或如本领域已知的用于与防护头盔的预期操作一致的此类防护头盔和实施组件的类似项。

词语“示例性”、“示例”或它们的各种形式在本文用于表示充当示例、实例或举例说明。本文描述为“示例性”或“示例”的任何方面或设计未必被解释为是优选的或优于其它方面或设计。此外，提供示例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公开主题或相关部分。应当理解，本可呈现具有不同范围的大量附加或替代的示例，但出于简洁目的而省略了。

尽管本公开包括了多种不同形式的多个实施方案，但是在附图中示出并将在本文中详细描述的是具体实施方案，应当理解，本公开应视为是对所公开方法和系统的原理的举例说明，而非意图将所公开概念的广泛内容限定于所示的实施方案。

本发明公开了用于提供防护头盔的装置、设备、系统和方法，所述防护头盔可包括外壳和内部吸能层(诸如泡沫)。防护头盔可以是用于山地自行车运动或公路自行车运动的自行车头盔，并且也可用于滑雪者、溜冰者、曲棍球运动员、单板滑雪运动员、其他雪地运动员或水上运动员、橄榄球运动员、棒球运动员、长曲棍球运动员、马球运动员、登山者、汽车赛车手、摩托车骑手、越野摩托车赛车手、高空跳伞者或任何其他参加体育运动的运动员。其他行业也使用防护头具，使得受雇于其他行业或工作的个人，诸如，建筑工人、士兵、消防员、飞行员，或各类型工作或活动也可用到或需要安全头盔，其中类似的技术和方法也同样可用。上面所列出的每一种运动、职业、或活动均可使用头盔，该头盔包括单一冲击或多冲击等级的防护材料基材，通常(虽然并非总是如此)，该基材的外侧由装饰盖覆盖，并在内侧的至少一些部分上包括通常以舒适垫片的形式存在的舒适材料。

虽然头盔作为在受到冲击的情况下保护佩戴者头部的方式长期存在，并且吸收冲击的材料以及这些材料用于管理冲击力的方式多年来已得到显著改善，旋转冲击或间接冲击的问题最近才得到应对。

碰撞冲击有两种主要类型的力-线性力和旋转力。两者都与大多数脑损伤有关。当佩戴者的头部沿直线移动并突然停止或被直线移动的物体撞击时可发生线性力。当佩戴者的头部以一定角度被撞击或快速旋转并突然停止时(就像当佩戴者在碰撞期间沿道路滑行或其头部以倾斜角度(即，不是“笔直的”角度)撞击在物体上时)可发生旋转力。这可能导致大脑在佩戴者的颅骨内扭曲并受伤。

常规头盔通常形成为遵循头盔内表面的轮廓，典型地为与典型的人头部的形状匹配或紧密匹配的椭圆形形状。申请人已经观察到，对于这些常规头盔，头盔内增加了附加的“滑移”层以遵循头盔内表面的相同轮廓和形状并且在旋转冲击中管理能量。当旋转力冲击头盔的外壳时，滑移层便于相对于头盔的最内部或使用者的头部移位，以减小施加到佩戴者头部上的旋转力。申请人已经注意到，即使旋转力的轻微降低也可显著降低损伤的严重程度。

图1A示出了用于旋转能量管理30的头盔或防护头盔的透视图的非限制性示例。头盔30可包括通气孔或开口32，该通气孔或开口32形成在头盔30的一部分或全部中并且延伸穿过该头盔30的一部分或全部，包括外部盖40、外部保护壳体或外部能量管理层60以及内部保护壳体或内部能量管理层80。因此，通气孔32可以由多个通气孔或通气段组成，包括形成在外部盖40、外部保护壳体60和内部保护壳体80中的通气孔或开口。通气孔32可允许来自头盔30外部的气流和空气循环进入头盔30并且邻近使用者的头部以冷却使用者并提供通风。

头盔30还可包括可附接到头盔30并且可用于将头盔30联接或可拆卸地附接到使用者的头部的绑带或织带。任选的舒适衬里或贴合衬里也可设置在头盔30内并且联接到该头盔。舒适衬里可以设置在内部保护壳体80内以及外部保护壳体60内。舒适衬里可由纺织物、塑料、泡沫、聚酯、尼龙或其他合适的材料制成。舒适衬里46可由一个或多个材料垫片形成，所述材料垫片可连接在一起或形成为分立部件，且联接到头盔30。舒适衬里可使用粘合剂、永久性粘合剂、压敏粘合剂(PSA)、泡沫芯粘合剂、胶带、双面胶带、固定泡沫粘合剂、紧固件、夹子、夹板、切口、突片、卡扣、铆钉、卡环或钩和毛圈搭扣紧固件或其他联锁表面、特征或部分来可拆卸地或永久地附接到头盔30，诸如附接至内部保护壳体80。因此，舒适衬里可为模内成型头盔的佩戴者提供缓冲与改善的贴合性。

头盔30还可以包括可放置或设置在外部保护壳体60和内部保护壳体80上方的外部盖或壳体40。外部盖40可由比保护壳体60,80更耐用的材料形成，并且可由包括但不限于以下的材料形成：塑料、树脂、纤维或其他合适的材料，包括聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、乙烯基腈(VN)、玻璃纤维、碳纤维或其他类似材料，包括致密和耐用的材料。外部盖40可通过冲压、模内成型、注塑成型、真空成型形成，或者通过其他合适的方法形成。外部盖40可提供一种壳体，在该壳体中可设置保护壳体60,80。外部盖40还可提供光滑的空气动力学饰面、装饰性饰面或两者兼有，以改善性能、提高美观度或两者兼有。作为非限制性示例，外部盖40可包括PC壳，PC壳以真空成型片材的形式模内成型，或通过粘合剂附接到外部保护壳体60。外部盖40也可使用任何适宜的化学或机械紧固件或附接装置或物质而永久地或可拆卸地联接到外部保护壳体60，所述化学或机械紧固件或附接装置或物质包括但不限于粘合剂、永久粘合剂、压敏粘合剂(PSA)、泡沫芯粘合剂、胶带、双面胶带、固定泡沫粘合剂、紧固件、夹子、夹板、切口、突片、卡扣、铆钉、卡环或钩和毛圈搭扣紧固件。

尽管为了方便，外部盖40指“外部”覆盖物，但是在一些情况下可以在外部盖40上放置附加层或覆盖物。在任何情况下，无论头盔30可大致分类为模内成型头盔还是硬壳头盔，外部盖40可以提供一些保护，以免受在事故或道路事故中经常发生的直接线性力和摩擦冲击。如本领域中已知的，模内成型头盔可以包括薄外部壳体(例如，外部盖40)、能量吸收层或冲击衬里(例如，保护壳体60,80)以及舒适衬里或贴合衬里(例如，如上所述设置在保护壳体60,80内或附近)。硬壳头盔可以包括硬外部壳体(例如，外部盖40)、冲击衬里(例如，保护壳体60,80)和舒适衬里(例如，如上所述设置在保护壳体60,80内或附近)。硬外壳可通过注塑来形成，并可包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料或其他类似的或适当的材料。硬壳头盔的外壳通常制作得足够硬，以抵抗冲击和穿刺，并达到相关的安全测试标准，同时又足够灵活以便在受到冲击的期间产生轻微变形，通过变形来吸收能量，从而有助于能量管理。硬壳头盔可用作斗式滑冰头盔、摩托车头盔、冰雪和水上运动头盔、橄榄球头盔、棒球击球员头盔、接球手头盔、曲棍球头盔、并且可用于自行车越野(BMX)骑行竞赛。因此，本公开中呈现的各种方面和具体实施可以是诸如用于骑行或力量运动的软壳头盔、硬壳头盔或模制头盔的一部分。

头盔30还可以包括至少两层冲击能量吸收材料或保护壳体，包括外部保护壳体60和内部保护壳体80。外部保护壳体60和内部保护壳体80可以由一层或多层相同或相似的材料制成，包括冲击能量吸收材料，诸如但不限于发泡聚苯乙烯(EPS)、发泡聚丙烯(EPP)、发泡聚氨酯(EPU)、发泡聚苯乙烯聚乙烯混合体(EPO)、泡沫，或者通过变形无论是弹性变形还是非弹性变形诸如通过弯曲、挠曲、压碎或开裂吸收冲击能量的任何其他合适的合成或天然材料。为了方便起见，本公开示出了包括两个保护壳体60,80的头盔30，但是也涵盖还包括超过两个保护壳体(诸如三个、四个或任何合适数量的保护壳体)的头盔30。

图1B示出了不带有外部盖30和内部保护壳体80的外部保护壳体60。外部保护壳体60可以包括外表面62以及与外表面62相对的内表面64，内表面64的一部分66是球形的。外部保护壳体60可以部分地围绕佩戴者的头部，并且内表面64可以平滑地纹理化以便靠在内部保护壳体80的外表面82滑动，如在图1C中所示。

圆形边界凸块接纳凹部98可以沿外部保护壳体80的内前边缘86形成在外部保护壳体60中。边界凸块接纳凹部98可从外部保护壳体的内表面64延伸至前唇缘88，该前唇缘88可以在外表面82和内表面84之间延伸并且垂直于或基本上垂直于外表面82和内表面84。如本文所使用的，术语“基本上垂直”意指在垂线的1°、3°、5°、10°或20°内。边界凸块接纳凹部可以包括四分之一球形或拱点形状。

为清楚起见，图1C示出了不带有外部盖30且不带有外部保护壳体60的内部保护壳体80。内部保护壳体60可以包括外表面82和与外表面82相对的内表面84。如图1A所示，当头盔30在使用中或被使用者佩戴时，内部保护壳80可以设置在外部保护壳60内并朝向外部保护壳体60的内表面64。同可联接的外部保护壳体60的部分66一样，内部保护壳体80的外表面82可以是球形的，并且被构造用于或适于接纳内部保护壳体80。内部保护壳体60的外表面62的包括整个表面积的表面积可小于外部保护壳体80的内表面84的包括整个表面积的表面积。因此，如图1A所示，外部保护壳体60可以包括相对于内部保护壳体80暴露并且不被该内部保护壳体80覆盖的枕侧部分68。外部保护壳体60的枕侧部分68可以包括形状不是球形的凸形曲线，但通常更贴合使用者头部的枕侧曲线。因此，内部保护壳体80可以是保护材料的局部壳体，其局部围绕佩戴者头部并且相比于外部保护壳体60覆盖使用者头部的更小部分。

图1A还示出了滑动区域、旋转区域或过渡区域74，其可以形成为内部保护壳体80的背侧或后边缘89与外部保护壳体的非球形枕侧部分68之间的外部保护壳体60的内表面64的一部分或者设置在该内表面64上。滑动区域74可以与枕侧部分68相邻，由枕侧部分68限定并且与其共享后边缘或后边界。类似地，当内部保护壳体80位于外部保护壳体60内的标准、正常或静止位置时，滑动区域74可以与内部保护壳体80的背部边缘89相邻，由该背部边缘89限定并与其共享前边缘或前边界。

滑动区域74可以是外部壳体60的内表面64的球形部分66的一部分，可以包括球形形状，该球形形状允许外部保护壳体60和内部保护壳体80相对移动或滑动，直到内部保护壳体到达滑动区域74的端部并且接触或到达外部壳体的枕侧部分68，其中外部壳体80的非球形曲率增加摩擦并且减小、限制或停止内部壳体80进一步移动进入或穿过外部保护壳体60的枕侧部分68。因此，外部壳体60的球形部分66、滑动区域74和整个内表面64可包括适当光滑的纹理表面，以促进期望的外部保护壳体60的内表面64和内部壳体80的外表面82之间的滑动或相对运动。

因此，外部保护壳体60相对于内部保护壳体80的滑动或相对运动可受到许多特征或因素的限制、控制或引导，包括：(i)配对表面64和82的球形形状和轮廓，(ii)配对表面64,82的表面纹理，(iii)弹性体构件120，以及(iv)边界凸块100及其与边界凸块接纳凹部98的相互作用。

针对(i)配对表面64和82的球形形状和轮廓，以及(ii)配对表面64,82的表面纹理，内部保护壳体80的外表面82和外部保护壳体60的内表面64可在球面处直接联接在一起，以提供期望量的滑移或相对旋转运动，其中该球面与外部壳体60的内表面64的球形部分66和内部保护壳体80的外表面82的球形内表面84匹配、沿着其平行延伸或设置在其之间。根据特定头盔的需求、特定头盔目的或者特定头盔实施方案，球形接合表面64,82中的一者或两者可以被制成平滑的以在特定力的作用下增加滑移的速度，或者可以被制成粗糙、带纹理的或两者兼有，以在特定力的作用下降低滑移的速度。

虽然在本公开中使用术语“球形”表面，但本领域普通技术人员将明白，所提及的表面(包括表面64,82)不是完全完整的球形，并且球形表面的一部分可用于该部分所需要的范围。因此，在本文使用“球形表面”时，该术语可表示该表面在整个表面上并且(在一些实施方案中)至表面和层延伸到的任何地方但至少对于该表面的大部分范围具有基本一致的曲率半径。基本上一致的曲率半径意味着曲率半径介于整个球形表面的恒定曲率半径的70％至100％之间，或者在大部分球形表面的曲率半径的30％之内。在具体实施方案中，球形表面可具有完全一致的曲率半径，或者在恒定曲率半径的5％内。在其他具体实施方案中，球形表面可具有与典型头部形状类似的部分以及在整个球形表面的该部分中具有基本一致的曲率半径的其他部分。在使用时，球形表面也可以是不连续的，并且包括共同的球面内或者可在不同的球面上的球形表面的区段之间的间隙。

此外，可以在外部壳体60和内部壳体80之间设置额外的滑移层、滑移面或低摩擦接合部，并且包括球形形状。滑移层可以由本领域已知的任何合适的材料制成以减少摩擦或允许相邻表面诸如壳体60,80之间的运动，并且可以包括塑料、金属或本领域已知的任何其他合适的材料，与本文所列出的用于头盔60的其他部件或部分的材料类似或相同。在特定实施方案中，可以使用当不暴露于外力情况下保持其自身形状的刚性或半刚性滑移层，诸如但不限于铝表面、真空成型聚碳酸酯表面、碳纤维表面或允许在相邻表面之间移动的任何其他表面诸如表面64,82可以形成为滑移层或球形表面主体，并且夹在球形接合表面64,82之间，使得三个部分一起工作以便为头盔30和佩戴头盔30的使用者提供冲击能量管理。正如球形接合表面64,82本身一样，夹在球形接合表面64,82之间的滑移层的内表面或外表面的一者或两者可以具有光滑或粗糙纹理，具体取决于头盔实施方案的特定需求或目的。

为了清楚起见，虽然滑移层可以用于促进旋转运动和能量管理，但滑移层本身不是保护壳体或冲击能量吸收材料，因为本文中这个术语是相对于外部保护壳体60和内部保护壳体80使用的。相反，滑移层是一层薄层，它本身不会通过变形吸收任何显著量的冲击能量，而只是通过滑移来帮助转移冲击能量。

在一些实施方案中，滑移层或外部保护壳体60和内部保护壳体80之间的接合部可以包括模内成型头盔设计，其中外部保护壳体60的内表面64和内部保护壳体80的外表面82的一者或两者包括模内成型壳体，诸如包含聚碳酸酯或其他合适材料的壳体。通过模内成型一个或多个接合表面64,82，也可促进外部保护壳体60和内部保护壳体80之间的相对运动。

如上所述，外部保护壳体60相对于内部保护壳体80的滑动或相对运动也可以由边界凸块100及其与边界凸块接纳凹部98的相互作用来限制、控制或引导。外部保护壳体60可以包括在外部壳体60中形成为凹部、凹口、中空或开口，以及更具体地，在外部保护壳体60的前唇缘88或下边缘处形成的边界凸块接纳凹部98。凹部98可以包括球形形状、半球形状或拱点形状，凹部98的底部由外部壳体80的唇缘88限定。

类似地，内部保护壳体80可以包括边界凸块100，该边界凸块100形成为远离设置在外部保护壳体60的内前边缘69或下边缘处的壳体80的外表面82延伸的突起部。边界凸块100可以包括球形形状、半球形状或拱点形状，凸块100的底部由外部壳体80的前唇缘70限定。边界凸块100可以与内部保护壳体80一体成形，并且边界凸块100也可以由与内部保护壳体80相同的材料形成。

凸块100可以匹配合适尺寸以与凹部98可旋转地联接，使得凹部98和凸块100一起可限制、引导或控制内部保护壳体80和外部保护壳体60之间的相对旋转、滑动或运动。然而，凹部98和凸块100的相对定位也可以颠倒，使得凸块100形成在外部保护壳体60中并且凹部98形成在内部保护壳体80中。例如，凹部98可以形成为内部保护壳体80的外表面82上的向内突出的凹部，并且相应的配合凸块100可以形成在外部保护壳体60的内表面64上。在一些实施方案中，边界凸块和接纳凹部的形式可以从前边缘69,86改变或重新定位成位于包括头盔30上的其他位置。在头盔30的前下边缘34处或附近(包括在前唇缘70和前唇缘88处或附近)包括边界凸块98，保护壳体60,80可以最大化外部保护壳体60和内部保护壳体80的相对潜在旋转的可能性。例如，这样的定位可以允许在头盔30的左侧35和右侧36之间进行左右旋转，同时发生相对运动或滑动，并且由凹部98以及凸块100的球形或圆顶形状促进该运动或滑动。类似地，相对运动或滑动可以向后发生，或者随着外部壳体40移动到内部壳体80的后部而发生，该运动通过凹部98和凸块100的球形或圆顶形状来促进。另一方面，可通过接触凸块100并由凸块100抵靠的凹部98防止相对运动或沿向前方向滑动，或者外部壳体40移动到内部壳体80前部的情况。

在一些情况下，如上面关于保护壳体60,80所描述的，凹部98和凸块100还可以包括滑移层、滑移面或诸如聚碳酸酯壳体或其自身的材料。在任何情况下，本公开的防护头盔30可通过外部保护壳体60相对于内部保护壳体80的相对旋转来吸收冲击能量。通过如上所述和所示布置内部和外部保护壳体，保护壳体可以响应于施加到头盔30的点负载或力沿着期望的方向相对于彼此自由地枢转或旋转。另外，内部保护壳体80可以相对于佩戴者的头部保持固定，同时外部保护壳体60可以响应于施加到头盔30上的点负载或力相对于佩戴者头部并且相对于内部保护壳体80自由枢转或旋转。例如，内部保护壳体80的内表面84可以与佩戴者的头部定制贴合，以限制内部保护壳体80的内部定制贴合表面84与佩戴者头部之间的旋转。头盔30的定制贴合内表面84的增加的稳定性可以减小旋转，并且可通过头盔30的内表面84或舒适填料或贴合系统的内表面与佩戴者头部之间的旋转进行能量管理。相反，可通过内部保护壳体80和外部保护壳体60之间的相对运动通过分配旋转能量旋转和吸收冲击能量，所述内部保护壳体80和外部保护壳体60可以通过弹性体构件120保持在一起，并且如关于图2A至图2C更详细地示出和讨论。

图2A示出了内部保护壳体80的侧面剖视图，其中前唇缘88设置在图的右侧，并且壳体80的后边缘89设置在图的左侧，示出了内部保护壳体80的右侧90。通道或弹性体构件接纳孔110可以形成在外部保护壳体60和内部保护壳体80中并且延伸穿过该外部保护壳体60和内部保护壳体80。更具体地，通道110可以包括形成于或延伸穿过外部保护壳体60中的第一部分或通道110a，以及形成于或延伸穿过内部保护壳体80的第二部分或通道110b。通道110b可以与形成在内部保护壳体80中的凹部、陷口或碗状物92相交或通入其中，并且从内部壳体80的外表面82部分地但不完全地延伸穿过内部保护壳体80。和通道110b一样，凹部92可以被构造成或适于在弹性体构件或弹性体保持器120延伸穿过内部保护壳体80时接纳弹性体构件或弹性体保持器120。凹部92可以提供或允许弹性体构件120增加无限制运动，而无需弹性体构件120接触壳体80，否则在没有凹部92或者仅有通道110b的情况下将发生这一情况。

如图所示，至少一个(但大多数情况下至少两个)通道110可延伸穿过保护壳体60,80，并且接纳对应的至少一个弹性体构件120。更具体地，图2A示出了第二通道110b以及设置在内部保护壳体80中的头盔30的右后部处的对应弹性体构件120。如附图的各种视图所示，对应的或镜像第一通道110a和第一弹性体构件120可以设置在头盔的左后部。在其他情况下，也可以使用或存在单个通道110、通道110的不同位置和多于两个通道110。

图2A还示出了设置在通道110内并且延伸穿过通道的弹性体构件120。弹性体构件120可包括位于内部保护壳体80的内表面84处的第一端部122，以及位于外部保护壳体60的外表面62或位于与通道110a相交的外部保护壳体60中的凹部、开口或陷口72中与第一端部122相对的第二端部124。弹性体构件120还可包括在第一端部122和第二端部124之间延伸的连接部分126。弹性体构件120可以由橡胶、硅树脂或其他可拉伸或可弹性变形的材料形成，所述材料在被拉伸之后被偏压回到其原始形状。弹性体构件120可以穿过在外部保护壳体60和内部保护壳体80两者中形成并延伸穿过其中的通道110。

弹性体构件120的第一端部122可以扩大到包括比第一通道110的最大横截面宽度D₂更大的最大横截面宽度D₁。弹性体构件120的第二端部124还可包括完全穿过弹性体构件120的第二端部或上端124设置的一个或多个开口128。销轴、保持销或止动构件130可由金属、塑料或其他具有合适强度的材料形成，并且可以穿过弹性体构件120的多个开口128中的一个设置，其中开口128沿着弹性体构件120的长度L设置。多个开口128可以可选地为销轴130提供不同的位置，从而在将外部保护壳体60和内部保护壳体80联接在一起时，适应不同头盔构造和弹性体构件120所承受的张力的量，由此影响在外部保护壳体60和内部保护壳体80之间实现设定量的相对运动所需力的量。销轴130可以包括与长度L垂直的距离D₃，该距离D₃大于弹性体构件120的连接部分126的最大横截面宽度的距离D₄。销轴130可以包括设置在两个端部134,136之间的中心部分132，销轴130的中心部分132接触第一弹性体构件120，并且销轴130的两个端部134,136接触外部保护壳体60。

更具体地，销轴130和弹性体构件120的第二端部124可以设置或位于外部保护壳体中的凹部72内，以使销轴偏离外部保护壳体60的外表面62或位于其下方。凹部72可以是圆形、椭圆形、矩形、正方形或任何其他自然的、几何的或其他合适的形状，并且其尺寸可以设计成接纳销轴130。销轴130的两个端部134,136可以接触凹部72内的外部保护壳体60。弹性体构件120的连接部分126的距离D₄可小于通道110的距离D₂，弹性体构件120穿过该通道110，使得弹性体构件120可以移动、拉伸和拉长以促进碰撞期间保护壳体60,80的相对运动并且促进旋转能量管理。如图2A和2B所示，内部保护壳体80中的凹部92可以大于外部壳体60中的凹部72，以适应弹性体构件120的期望的运动。

图2B在图右侧示出了外部保护壳体60的前唇缘70，并且在图左侧示出了外部壳体60的后部71。弹性体构件120的外端124略微延伸至外部保护壳体60的外表面62上方，弹性体构件120继续向下穿过外部壳体60中的开口72,110并穿过内部保护壳体80。图2C示出了外部保护壳体60的视图，但是与图2B所示的相反，其中外部壳体的前唇缘70被示出为在图的左侧，并且外部保护壳体60的后部71被示出为在图的右侧。

在图2C中，外部壳体60被提供用于背景，并且内部壳体80被示出为放置在外部壳体60内，但是省略了覆盖或设置在内部壳体80上的外部壳体60的图案或纹理。通过不包括当内部壳体80设置在外部壳体60内时外部壳体60在内部壳体80上方的遮蔽，可以更清楚地看到内部壳体80的细节。类似地，以虚线示出的外部壳体60的特征部90和110b指示其包括在观察者和内部壳体80之间的外部壳体的外表面上。因此，可以看出，图2C不同于图2A，不同之处在于图2C中所示外部壳体60为透明层，示出了弹性体构件120从内部保护壳体6的内表面84延伸穿过头盔30到外部壳体60的外表面62或外部壳体60中的凹部72。

如图2C所示，弹性体构件120可包括在内部壳体80的内表面84处的扩大的第一端部122，以及与第一端部122相对的第二端部124中的开口128。在其他情况下，第一端部122和第二端部124的相对定位可以颠倒，使得开口128设置在内部壳体的内表面84，并且扩大或展开的第一端部122可以设置在外部壳体60的外表面62。

图3A和图3B示出了在无外部壳体40的情况下联接到内部保护壳体80的外部保护壳体60的各种视图。外部保护壳体60和内部保护壳体80联接在一起，其中边界凸块100嵌套在边界凸块接纳凹部98内，并且弹性体构件120设置在头盔36右侧上的通道110中。对比地示出了头盔30的左侧35上的通道110，并且为了说明的目的，不带有弹性体构件120，但是在使用之前，另外的弹性体构件120可以被包括在通道110内。弹性体构件120的内端122被扩大以将弹性体构件120保持在内部保护壳体80的内表面84上，当在受到张力时不会被拉动通过通道110。在放置销轴130穿过弹性体构件120中的开口128中的一个之前，弹性体构件120的外端124延伸穿过外部壳体60，使得扩大端122和销轴130一起延伸穿过孔128，将内部保护壳体80可移动地联接到外部保护壳体60。如果内部保护壳体80保持在适当的位置，诸如在佩戴者的头部上，并且外部保护壳体60受到角向力，外部保护壳体60将相对于内部保护壳体80可旋转地移动，从而减少对佩戴者头部和颈部的旋转冲击力。

如图3A和图3B所示，当内部保护壳体80被放置或位于外部保护壳体80内时，圆形边界凸块100可以从内部保护壳体80的外表面82延伸，并且配合在圆形边界凸块接纳凹部98内，该圆形边界凸块接纳凹部98形成在外部保护壳体60中并且从外部保护壳体60的内表面64延伸。内部保护壳体80的外表面82和外部保护壳体60的内表面62也可以配合并在两个保护壳体60,80之间形成接合面。在头盔34的前下边缘包括单个圆形边界凸块100和位于头盔30的后部37附近任一侧35,36上的两个相对弹性体构件120可以提供将内部保护壳体80保持在外部保护壳体60内适当位置所需的平衡，以在测试期间和最终佩戴者正常使用期间正确地操作。

在特定实施方案中，两个保护壳体60,80之间的接合面可以是完全球形的接合面，使得在两个表面64,82接合的地方(包括滑移面的对应表面，如果存在)可以是球形的，除了在边界凸块100与接纳凹部98接合的地方存在不连续性。发明人发现，在使用由冲击或能量吸收材料形成的内部和外部保护壳体的头盔进行特定冲击测试期间，并且其中配对表面是球形的并且内部保护壳体和外部保护壳体通过弹性体构件接合的情况下，内部和外部保护壳体未始终保持在适当的位置以接受冲击测试，因为在测试期间，内部或外部保护壳体的重量使它们相对于彼此旋转。另外，在这种情况下使用更紧的弹性体或弹性体构件，尽管减少了定位问题，但产生了不期望地限制外部和内部保护壳体之间的相对旋转运动的额外问题。

通过将边界凸块100放置在头盔30的前部33处，外部保护壳体60和内部保护壳体80在测试期间不会不合需要地移动，因为边界凸块100与弹性体构件120一起张紧至期望的张力以促进在冲击或撞击期间的旋转，从而在测试头盔30以及在头盔30正常使用期间充分保持头盔30的部件(诸如保护壳体60,80)的相对位置。通过为边界凸块100和对应接纳凹部98提供配对的圆形表面，外部保护壳体60和内部保护壳体80能够相对于彼此旋转和侧向(左侧和右侧)移动。通过将边界凸块100放置在内部保护壳体80的前边缘86处，外部保护壳体80能够相对于内部保护壳体60旋转并向后移动。因此，边界凸块100在某些情况下将仅限制外部保护壳体60相对于内部保护壳体80朝向头盔30的前部33的相对运动，这也限制了在测试期间发生的不期望的运动，而不牺牲安全性能。在边界凸块100由与内部保护壳体80相同的冲击能量管理材料(诸如EPS、EPP、EPU、EPO或其他泡沫)形成的实施方案中，当具有足够旋转力的冲击施加或传递到外部保护壳体60并且使外部保护壳体60以足够的力相对于内部保护壳体80向前旋转时，边界凸块100被构造或设计成断裂或剪切，而不是将旋转力传递到佩戴者头部。

换句话讲，在由于诸如戴上头盔、摔落头盔或者由于对头盔30造成小碰撞或冲击对使用者无危险和日常使用情况下导致较小冲击期间，将保持边界凸块100和内部保护壳体80之间的结构强度和连接。然而，当对头盔30的冲击和力较大并且对头盔30的使用者构成危险或潜在危险时，由于来自旋转冲击的能量使外部保护壳体60压靠边界凸块100所产生的剪切力的作用，凸块100从内部保护壳体80断裂或脱离。在特定实施方案中，可以在边界凸块100和内部保护壳体80之间的会合处或接合处形成附加凹槽、凹口或控制接口，以控制或引导凸块100和内部保护壳体80之间连接的断裂、剪切或失效部位。因此，可以更精确地控制凸块100与壳体80之间的剪切位置，并且可为剪切凸块100建立更加具体或精确的断裂力。

边界凸块100可以包括任何尺寸或直径，以允许边界凸块100以预定的旋转力从内部保护壳体剪切。基于所使用的冲击能量管理材料、头盔几何形状以及其他相关因素，边界凸块100的尺寸或直径可以变化。尽管图中所示特定实施方案示出边界凸块100形成在内部保护壳体80的前部、中心、下边缘86，后边界凸块100也可形成在内部保护壳体80的后下边缘89的中心处，其中对应的配对接纳凹部98形成或设置在外部保护壳体60中。在一些情况下，可以使用多于一个的凸块100和对应的凹部98，诸如前部和后部凸块100。当使用前部和后部凸块100并定位成使得边界凸块100和对应的接纳凹部98沿着相同曲率轴线或旋转轴线匹配时，前部和后部边界凸块100仍然可以允许外部保护壳体60和内部保护壳体80的侧向(从左到右)相对旋转，而不破坏或剪切前部或后部边界凸块100。当向超出外部保护壳体60和内部壳体80相对于旋转轴线的侧向相对旋转运动施加过量旋转力时，由于旋转运动所造成的剪切力的作用以及外部保护壳体60和内部保护壳体80之间的接触作用，前部和后部边界凸块100中的一者或两者可从保护壳体诸如壳体80断裂。因此，在头盔30吸收或减弱冲击能量时，在碰撞或冲击期间，可以促进外部保护壳体60和内部保护壳体80之间的期望的相对运动量。

在上述示例、实施方案和具体实施参考例的情况下，本领域的普通技术人员应当理解，其它头盔和制造设备及示例可与所提供的那些混用，或被所提供的那些取代。在上述说明涉及头盔以及定制方法的具体实施方案的地方，应当显而易见的是，在不脱离本发明的精神的情况下，可以进行多种修改，并且这些实施方案和具体实施也可应用于其他头盔定制技术。因此，本发明所公开的主题旨在涵盖落入本公开的实质和范围以及本领域普通技术人员知识内的所有此类更改形式、修改形式、和变型形式。

Claims (20)

1.一种用于旋转能量管理的防护头盔，包括：

外部保护壳体，所述外部保护壳体包括外表面和与所述外表面相对的内表面，其中所述内表面的一部分是球形的；

内部保护壳体，所述内部保护壳体设置在所述外部保护壳体内并且还包括朝向所述外部保护壳体的所述内表面的球形外表面和与所述外表面相对的内表面，其中所述内部保护壳体的所述外表面的表面积小于所述外部保护壳体的所述内表面的表面积；

第一通道，所述第一通道延伸穿过所述外部保护壳体和所述内部保护壳体；

第一弹性体构件，所述第一弹性体构件延伸穿过所述第一通道并且包括位于所述内部保护壳体的所述内表面处的第一端部，位于所述外部保护壳体的所述外表面处与所述第一端部相对的第二端部，以及在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的连接部分；和

边界凸块，所述边界凸块包括球形形状并且在所述内部保护壳体的前下边缘处与所述内部保护壳体一体成形。

2.根据权利要求1所述的防护头盔，其中所述外部保护壳体的所述内表面的枕侧部分非球形，但是包括未被所述内部保护壳体覆盖的凸形曲线。

3.根据权利要求1所述的防护头盔，其中所述边界凸块由与所述内部保护壳体相同的材料形成。

4.根据权利要求1所述的防护头盔，其中：

所述第一弹性体构件的所述第一端部被扩大到包括比所述第一通道的最大横截面宽度D₂更大的最大横截面宽度D₁；

所述第一弹性体构件的所述第二端部还包括被设置成完全穿过所述第一弹性体构件的所述第二端部的开口；和

销轴穿过所述开口设置，所述销轴包括大于所述第一弹性体构件的所述连接部分的最大横截面宽度的距离D₄的距离D₃，其中所述销轴包括设置在两个端部之间的中心部分，所述销轴的所述中心部分接触所述第一弹性体构件并且所述销轴的所述两个端部接触所述外部保护壳体。

5.根据权利要求4所述的防护头盔，其中所述第一弹性体构件的所述第二端部和所述销轴位于所述外部保护壳体中的凹部内。

6.根据权利要求1所述的防护头盔，还包括：

设置在所述头盔的左后部的所述第一通道和所述第一弹性体构件；和

设置在所述头盔的右后部的第二通道和第二弹性体构件。

7.根据权利要求1所述的防护头盔，还包括设置在所述外部保护壳体上的保护外部盖。

8.一种用于旋转能量管理的防护头盔，包括：

外部保护壳体，所述外部保护壳体包括外表面和与所述外表面相对的内表面；

内部保护壳体，所述内部保护壳体设置在所述外部保护壳体内，所述内部保护壳体具有朝向所述外部保护壳体的所述内表面的外表面和与所述外表面相对的内表面；

第一通道，所述第一通道延伸穿过所述外部保护壳体和所述内部保护壳体；

第一弹性体构件，所述第一弹性体构件延伸穿过所述第一通道并且包括第一端部，与所述第一端部相对的第二端部以及在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的连接部分；和

包括球形形状的边界凸块。

9.根据权利要求8所述的防护头盔，其中所述边界凸块在所述外部保护壳体和所述内部保护壳体之间的接合部沿着所述头盔的下边缘设置。

10.根据权利要求9所述的防护头盔，其中所述边界凸块与所述外部保护壳体或所述内部保护壳体一体成形。

11.根据权利要求8所述的防护头盔，还包括：

所述外部保护壳体的所述内表面的一部分是球形的；和

所述内部保护壳体的所述外表面是球形的并且包括小于所述外部保护壳体的所述内表面的表面积的表面积；

其中所述外部保护壳体的所述内表面的枕侧部分非球形，但是包括未被所述内部保护壳体覆盖的凸形曲线。

12.根据权利要求8所述的防护头盔，其中所述第一弹性体构件的所述第二端部还包括：

完全穿过所述第一弹性体构件的所述第一端部或第二端部设置的开口；和

穿过所述开口设置的销轴，所述销轴包括大于所述第一弹性体构件的所述连接部分的最大横截面宽度的距离D₄的距离D₃，其中所述销轴包括设置在两个端部之间的中心部分，所述销轴的所述中心部分接触所述第一弹性体构件并且所述销轴的所述两个端部接触所述外部保护壳体。

13.根据权利要求8所述的防护头盔，还包括：

设置在所述头盔的左后部的所述第一通道和所述第一弹性体构件；和

设置在所述头盔的右后部的第二通道和第二弹性体构件。

14.一种用于旋转能量管理的防护头盔，包括：

外部保护壳体，所述外部保护壳体包括外表面和与所述外表面相对的内表面，其中所述内表面的一部分是球形的；

内部保护壳体，所述内部保护壳体设置在所述外部保护壳体内并且还包括朝向所述外部保护壳体的所述内表面的球形外表面和与所述外表面相对的内表面，其中所述内部保护壳体的所述外表面的表面积小于所述外部保护壳体的所述内表面的表面积；

第一通道，所述第一通道延伸穿过所述外部保护壳体和所述内部保护壳体；

第一弹性体构件，所述第一弹性体构件延伸穿过所述第一通道并且包括第一端部，与所述第一端部相对的第二端部，以及在所述第一端部和所述第二端部之间延伸的连接部分；和

边界凸块。

15.根据权利要求14所述的防护头盔，还包括所述外部保护壳体的所述内表面的枕侧部分，其中所述枕侧部分未被所述内部保护壳体覆盖并且包括凸形曲线以贴合头盔佩戴者的枕侧曲线。

16.根据权利要求14所述的防护头盔，其中所述边界凸块包括沿着所述外部保护壳体和所述内部保护壳体之间的接合部设置在所述保护壳体下边缘处的球形形状。

17.根据权利要求16所述的防护头盔，其中所述边界凸块由与所述内部保护壳体或所述外部保护壳体相同的材料形成。

18.根据权利要求14所述的防护头盔，其中：

所述弹性体构件的所述第一端部被扩大到包括比所述第一通道的最大横截面宽度D₂更大的最大横截面宽度D₁；

所述第一弹性体构件的所述第二端部还包括被设置成完全穿过所述第一弹性体构件的所述上端的开口；和

销轴穿过所述开口设置，所述销轴包括大于所述第一弹性体构件的所述连接部分的最大横截面宽度的距离D₄的距离D₃，其中所述销轴包括设置在两个端部之间的中心部分，所述销轴的所述中心部分接触所述第一弹性体构件并且所述销轴的所述两个端部接触所述外部保护壳体。

19.根据权利要求18所述的防护头盔，其中所述销轴位于所述外部保护壳体的凹部内。

20.根据权利要求14所述的防护头盔，还包括：

设置在所述头盔的左后部的所述第一通道和所述第一弹性体构件；和

设置在所述头盔的右后部的第二通道和第二弹性体构件。