CN109984417B - 头盔的防护结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头盔的防护结构，所述头盔内衬的内侧设有在头盔受到旋转冲击时使内衬相对于头盔使用者头部转动的滑片，所述的滑片为多层结构，滑片包括靠近所述内衬的外层及靠近头盔使用者头部的内层，所述滑片还包括一层设置在所述外层与内层之间且在头盔受到旋转冲击时使外层相对于内层滑动的中间层。当头盔受到外力冲击时，滑片的外层相对于内层可滑动一定的距离，即整个头盔相对于头部可以转动一定的角度，从而大幅度消减外力对使用者的冲击，起到保护使用者头部的作用。

Description

头盔的防护结构

技术领域

本发明涉及安全防护技术领域，尤其是涉及一种对头盔遭受旋转冲击时具有缓冲防护作用的头盔的防护结构。

背景技术

头盔是常用的安全防护用品，现有技术的头盔通常包括一个外壳及设置在外壳内侧的内衬，其中外壳的外层为一个避免穿透的刚性壳体，壳体的内层为用于吸收冲击能量、分散冲击载荷的衬里，在衬里的内侧，距离衬里一定的间隔设置用于将头盔穿戴在使用者头部的内衬。现有技术的头盔可以有效地降低头盔在受到径向（即头盔外表面的法向）冲击时对使用者头部的伤害，但实际上当撞击事故发生时，头盔承受单纯径向冲击力的概率较小，更多的时候除了头盔径向的冲击力外，还存在头盔切向上的冲击力，在这种切向冲击力的作用下，头盔容易出现一定角度的旋转，从而导致使用者头部易受挫伤。最近在脑外伤领域的研究表明，旋转冲击对大脑产生的剪切力对脑细胞的损伤要比径向力大得多。一些研究表明，人类大脑组织对剪切力的敏感度大大高于撞击过程中施加的径向压缩力，头部在受到旋转冲击后容易引起弥散性轴索损伤（Diffuse Axonal Injury）或硬脑膜下血肿（Subdural Hematoma）等多种轻型脑外伤（Mild Traumatic Brain Injury）。另一方面，现有技术的头盔防旋转冲击结构通常具有较大的径向长度，因此很难和众多的头盔相适配，其兼容性不强或者影响头盔佩戴的舒适性。公开日为2019年1月15日，公开号为CN109198767 A的中国专利文献公开了一种带有集成旋转限制器的防护头盔，所述头盔包括外衬和通过至少一个回位弹簧可滑动地联接到所述外衬的内表面的内衬。所述外衬包括带有向内延伸的搁架的内表面。所述搁架包括止动表面。所述内衬具有外表面、内表面以及将所述外表面连接至所述内表面的边缘。所述边缘面向所述搁架的所述止动表面。所述内衬能够相对于所述外衬滑动地在第一位置和止动位置之间移动，在所述第一位置，所述内衬的所述边缘通过间隙与所述搁架的所述止动表面分隔，在所述止动位置，所述内衬的所述边缘的一部分与所述搁架的所述止动表面的一部分接触。该头盔的内衬通过回位弹簧可滑动联接外衬的内表面，使其能够相对于外衬滑动地在第一位置和止动位置之间移动来实现对外部旋转冲击力缓冲。但这种缓冲头盔结构过于复杂，因此，设计一种对外部旋转冲击力具有较好缓冲作用，受到外力旋转冲击时头部不会挫伤的头盔的防护结构，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前的头盔存在承受外力旋转冲击能力较差，受到外力旋转冲击时头部易受挫伤的不足，提供一种头盔的防护结构，该头盔对外部旋转冲击力具有很好缓冲作用，在受到外力旋转冲击时使用者头部不易挫伤，同时本发明的头盔防护结构可以在现有的头盔上使用，兼容性很强，不会对头盔佩戴的舒适性产生影响。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种头盔的防护结构，所述的头盔包括外壳，还包括设置在外壳内的内衬，所述内衬的内侧设有在头盔受到旋转冲击时使内衬相对于头盔使用者头部转动的滑片，所述的滑片为多层结构，滑片包括靠近所述内衬的外层及靠近头盔使用者头部的内层，所述滑片还包括一层设置在所述外层与内层之间且在头盔受到旋转冲击时使外层相对于内层滑动的中间层。本发明的头盔在头盔的内衬内侧设有抗旋转冲击的缓冲滑片，滑片具有头盔切向上的形变功能，当头盔受到外力冲击时，外力中作用于外壳切向上的分力使内衬具有相对于头盔使用者头部转动的趋势，而本发明通过滑片内、外层之间的横向相对滑动，在滑片的内层相对不动的前提下，滑片的外层相对于内层可滑动一定的距离，即整个头盔相对于头部转动一定的角度，从而起到对旋转（即头盔外表面的切向）冲击缓冲的作用，这样就大幅度的消减了外力对使用者头部的冲击。同时，片状结构的滑片在头盔径向（即头盔外表面的法向）上占据的空间较少（即滑片的厚度较小），基本不会对头盔的内型尺寸大小产生影响，因此可以在多种类型的头盔上使用，其兼容性很强，不会影响头盔佩戴的舒适性。这里的内衬可以是与外壳一体的外壳内壁层，也可以是设置在外壳内且与外壳之间具有一定间隙独立内衬层。此外片状结构的滑片可以增加滑片与头盔即使用者头部的有效接触面积，增加滑片在受到切向力作用下的结构稳定性，同时增加缓冲幅度，有利于提高滑片在受到切向力作用下的缓冲性能。这样，本发明解决了目前的头盔存在承受外力旋转冲击能力较差，头盔使用者头部在受到旋转冲击后容易引起弥散性轴索损伤（Diffuse Axonal Injury）或硬脑膜下血肿（Subdural Hematoma）等多种轻型脑外伤（Mild Traumatic Brain Injury）的问题，大幅提高了头盔对使用者的保护作用。

作为优选，中间层为阻尼层，所述阻尼层用于减少外层与内层之间的干摩擦力，使外层与内层之间具有滑动性与回弹性；所述阻尼层内用于阻尼的介质为半流体状结构，所述的介质由液体、胶体、铁流体或由气体、液体、固体、胶体、铁流体中至少两种组合的混合物构成。虽然将滑片的外层与内层直接贴合也可以产生横向滑动，但头盔发生碰撞的几率相对较小，外层与内层长时间贴合容易出现粘连，同时外层与内层之间的干摩擦其摩擦系数变动范围较大，在其受到切向冲击时各个滑片上不同位置的滑动缓冲幅度容易大小不一，从而影响缓冲效果；而在外层与内层之间采用阻尼层可以使受力滑片各处的缓冲幅度大小均衡，有效发挥抗切向冲击的缓冲作用。此外，外层与内层之间的摩擦力也并非越小越好，外层与内层之间过小的摩擦力会导致头盔受到切向冲击时其冲击力难以消减，导致外壳相对与头部的旋转过快，同样会对使用者的产生伤害，采用既具有一定滑动性、又具有一定回弹性（粘稠性）的半流体介质可以控制滑片外层相对与内层的滑动速度，使冲击力有序消减，确保使用者的安全。这里所述的滑动性，是指受到切向力时，滑片的内外层之间会出现相对滑动；这里所述的回弹性，是指当该切向力消失时，已经出现相对滑动的滑片内外层之间在一定的幅度范围内具有恢复原状的功能。

作为优选，滑片外层靠近内衬的一面通过粘合剂、粘贴膜、钩接、热熔合或一体成型的方式与所述的内衬固定；所述滑片内层上靠近头盔使用者头部的一面设有衬垫，所述衬垫由织物、泡沫、纤维或热塑性塑料的材料构成。在滑片内层上设置衬垫，可以改变头盔使用者佩戴头盔时头部对头盔的触感及有利于增加透气性，提高头盔佩戴的舒适性。

作为优选，外层与内层在头盔径向上的投影大小相同，所述中间层的外周设有弹性薄膜，所述弹性薄膜封闭外层与内层之间的中间层外周；所述弹性薄膜靠近外层的一端延伸至外层的外周且至少覆盖外层的部分外周面，弹性薄膜靠近内层的一端延伸至内层的外周且至少覆盖内层的部分外周面。滑片外层与内层在头盔径向上的投影大小相同是指滑片外层与内层的大小相同，在中间层的外周设置弹性薄膜，在滑片出现小幅度滑动时该弹性薄膜可以拉伸并始终包覆半流体状的中间层，从而对半流体状的中间层起到有效的保护，尤其是在滑片采用长条状结构的时候，此时在滑片宽度方向的尺寸较小，滑片两侧与外界环境的接触面相对较大而容易受外界环境影响。这样在头盔长时间的使用过程中可以使中间层的阻尼介质始终保持其有效性，避免外部灰尘等进入中间层而影响中间层的性能；同时在头盔受到轻微的切向力、滑片出现小幅度滑动时弹性薄膜的附加拉力使滑片更容易复位，从而维持滑片整体结构的完整性。

作为优选，位于中间层外周的弹性薄膜上设有环绕中间层的沟槽，所述沟槽设于弹性薄膜的外壁或/和内壁上。而当头盔受到较强的切向冲击力时，弹性薄膜上环绕滑片的沟槽则可以轻易撕裂，不会影响滑片内、外层之间的相对滑动，因此不会影响滑片的抗切向冲击缓冲功能。

作为优选，内层为弹性体，所述内层靠近中间层一面设有内层弹性支柱，内层弹性支柱的一端与内层一体连接，内层弹性支柱的另一端穿过所述的中间层，其端部与外层抵接。对于中间层厚度相对较大的滑片，在弹性体的内层上向中间层延伸设置内层弹性支柱，可以使得滑片内层与外层的距离保持稳定，避免在头盔使用后滑片的中间层受到长时间挤压产生永久性压缩变形而影响其内外层之间的相对滑动性能，避免滑片的抗冲击性能下降；同时还可以使滑片具有头盔径向上的弹性形变功能，进一步减缓头盔径向冲击力对使用者头部的冲击，另外，弹性支柱的设置可以增加滑片的回弹性。由于内层弹性支柱仅与外层抵接，弹性支柱可以相对于外层移动，因此不会影响滑片抗切向冲击的缓冲功能。

作为优选，所述的外层为弹性体，所述外层靠近中间层一面设有外层弹性支柱，外层弹性支柱的一端与外层一体连接，外层弹性支柱的另一端穿过所述的中间层，其端部与内层抵接。与内层设置弹性支柱对应，外层也可以设置弹性支柱。

作为优选，内层靠近中间层一面设有内层弹性支柱，外层靠近中间层一面设有外层弹性支柱，外层弹性支柱与内层弹性支柱在中间层内错位设置。弹性支柱可以单独设置在内层上，也可以单独设置在外层上，也可以内、外层均设置弹性支柱，当内、外层均设置弹性支柱时，外层弹性支柱与内层弹性支柱在中间层内错位设置。

作为优选，外层弹性支柱与内层弹性支柱的结构相同，均为圆柱形、棱柱形、圆锥形、棱锥形、圆台形、棱台形的一种或其组合。

作为优选，外壳与内衬之间设有间隙，外壳和内衬之间的间隙处设有若干个缓冲柱，所述内衬为两片衬带的连接结构，包括位于头顶部的U形内衬带及环抱于头侧围部的环形内衬带，所述的滑片形状与所述的内衬带相适配。虽然本发明的滑片可以直接应用于外壳的内壁，但当内衬与外壳之间设有间隙时，由于悬空设置的内衬与外壳之间也具有抗旋转冲击的缓冲效果，因此这种结构具有更好的抗旋转冲击效果。这里的滑片形状与内衬带相适配，是指滑片的形状与内衬带的形状相同，这样便于将滑片设置在内衬带上。

作为优选，滑片的长度与内衬带的长度相适配，滑片的宽度是内衬带宽度的80%-120%。在大多数情况下，滑片的形状及大小与内衬带相同，即滑片的长度与内衬带的长度相当，滑片的宽度与内衬带的宽度相当，这样滑片采用热切割后可以方便地固定在内衬带上；但滑片也可以大于内衬带或小于内衬带，比如选用滑片的长度与内衬带的长度相当，滑片的宽度可以在一定程度上小于内衬带的宽度或大于内衬带的宽度。

作为优选，头盔的防护结构还包括U形缓冲条，U形缓冲条的一端与内衬连接， U形缓冲条的另一端与连接条的一端连接，连接条的另一端设有卡扣头，外壳内侧设有与卡扣头适配的卡扣孔，卡扣头与卡扣孔对应卡接；所述的U形缓冲条为两条，分别设置在头盔后部的左右两侧的环形内衬带上，U形缓冲条与内衬的连接处还对应设有两个束条，所述束条的另一端连接头锁。内衬通过U形缓冲条和连接条与外壳连成一体，用于限制内衬与外壳之间的过度滑移，避免外壳收到旋转冲击时相对与内衬的过度旋转，使外壳相对于内衬转动控制在一定的范围内；另一方面U形缓冲条可以构成内衬与外壳之间的缓冲机构，在受到切向力起到缓冲作用，进一步提升头盔受到旋转力冲击时的缓冲效果，而卡扣头与卡扣孔适配的固定方式，可以方便拆装。本发明的U形缓冲条设置在头盔后部左右两侧，U形缓冲条与内衬的连接处及束条和内衬的连接处在同一位置上，头锁的作用是调整束条的松紧，束条与头部松紧配合适当利于受到外力旋转冲击时头部的保护。

本发明的有益效果是：通过在头盔的内衬内侧设置滑片，利用滑片内、外层之间的相对滑动，可以大幅度消减头盔在受到外力冲击时的切向分力，大幅度地减少了外力对使用者造成的冲击，解决了目前的头盔存在承受外力旋转冲击能力较差，受到外力旋转冲击时头部易受挫伤的不足，本发明的头盔防护结构可以在现有的头盔上使用，兼容性很强，不会对头盔佩戴的舒适性产生影响，大幅提高了头盔对使用者的保护作用。

附图说明

图1是本发明头盔的一种结构示意图；

图2是本发明实施例1滑片的一种横截面结构示意图；

图3是本发明实施例2滑片的一种横截面结构示意图；

图4是本发明实施例3滑片的一种横截面结构示意图；

图5是本发明实施例4滑片的一种横截面结构示意图；

图6是本发明头盔的一种仰视结构示意图。

图中：1.外壳，2.内衬，3.滑片，4.外层，5.内层，6.中间层，7.衬垫，8.弹性薄膜，9.内层弹性支柱，10. 外层弹性支柱，11.缓冲柱，12.U形内衬带，13.环形内衬带，14.U形缓冲条，15.连接条，16.卡扣头，17.卡扣孔，18.束条，19.头锁，20.沟槽。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

实施例1

在如图1、图2所示的实施例1中，一种头盔的防护结构，所述的头盔包括外壳1，还包括设置在外壳内的内衬2，所述内衬的内侧设有在头盔受到旋转冲击时使内衬相对于头盔使用者头部转动的滑片3，所述的滑片为多层结构，滑片包括靠近所述内衬的外层4及靠近头盔使用者头部的内层5，所述滑片还包括一层设置在所述外层与内层之间且在头盔受到旋转冲击时使外层相对于内层滑动的中间层6。

本实施例的中间层为阻尼层，所述阻尼层用于减少外层与内层之间的干摩擦力，使外层与内层之间具有滑动性与回弹性，阻尼层内用于阻尼的介质为半流体状的胶液，在具有流动性的前提下具有一定的回弹性，中间层的厚度为0.3毫米。阻尼层内的介质也可以由液体、胶体、铁流体等构成，或由气体、液体、固体、胶体、铁流体中至少两种组合的混合物构成。

本实施例的滑片外层与内层在头盔径向上的投影大小相同，滑片外层靠近内衬的一面通过粘合剂的方式与所述的内衬固定；滑片与内衬也可以通过粘贴膜、钩接、热熔合等方式固定，也可以是内衬上一体成型形成的结构。

本实施例的外壳与内衬之间设有间隙，外壳和内衬之间的间隙处设有若干个缓冲柱11，所述内衬为两片衬带的连接结构，包括位于头顶部的U形内衬带12及环抱于头侧围部的环形内衬带13（见图6，环形内衬带未画全），所述的滑片形状及大小与所述的内衬带相同（图中滑片以虚线表示且为了标记需要将滑片画成比内衬带小），U形内衬带及环形内衬带与头盔外壳之间设有连接结构。

本实施例的头盔的防护结构还包括U形缓冲条14，U形缓冲条的一端与内衬连接，U形缓冲条的另一端与连接条15的一端连接，连接条的另一端设有卡扣头16，外壳内侧设有与卡扣头适配的卡扣孔17，卡扣头与卡扣孔对应卡接；所述的U形缓冲条为两条，分别设置在头盔后部的左右两侧的环形内衬带上，U形缓冲条与内衬的连接处还对应设有两个束条18，所述束条的另一端连接头锁19。

实施例2

实施例2的滑片内层上靠近头盔使用者头部的一面设有衬垫7（见图3），所述衬垫由织物构成，衬垫也可以由泡沫、纤维或热塑性塑料的材料构成，中间层的厚度为0.5毫米，其余和实施例1相同。

实施例3

实施例3的内层为乳胶制作的弹性体，中间层的厚度为0.8毫米，所述内层靠近中间层一面设有内层弹性支柱9，所述内层弹性支柱呈圆台形，内层弹性支柱的一端与内层一体连接，内层弹性支柱的另一端穿过所述的中间层，其端部与外层抵接（见图4），弹性支柱也可以采用圆柱形、棱柱形、圆锥形、棱锥形、棱台形的一种或其组合结构，其余和实施例1或实施例2相同。

实施例4

实施例4的外层与内层在头盔径向上的投影大小相同，所述中间层的厚度为1.2毫米，中间层的外周设有乳胶制作的弹性薄膜8（见图5），所述弹性薄膜封闭外层与内层之间的中间层外周；所述弹性薄膜靠近外层的一端延伸至外层的外周且覆盖外层的外周面，弹性薄膜靠近内层的一端延伸至内层的外周且覆盖内层的外周面。本实施例的外层为乳胶制作弹性体，所述外层靠近中间层一面设有外层弹性支柱10，所述外层弹性支柱呈圆锥形，外层弹性支柱的一端与外层一体连接，外层弹性支柱的另一端穿过所述的中间层，其端部与内层抵接；位于中间层外周的弹性薄膜上设有环绕中间层的沟槽20，所述沟槽设于弹性薄膜的外壁上，其余和实施例1或实施例2或实施例3相同。

实施例5

实施例5的中间层的厚度为1.5毫米，外层与内层上均设有弹性支柱，其中外层弹性支柱与内层弹性支柱在中间层内错位设置。外层弹性支柱与内层弹性支柱的结构相同，均为圆柱形，滑片的长度与内衬带的长度相适配，滑片的宽度是内衬带宽度的85%，其余和实施例1或实施例2或实施例3相同。

本发明的头盔在头盔的内衬内侧设有抗旋转冲击的缓冲滑片，滑片具有头盔切向上的形变功能，当头盔受到外力冲击时，外力中作用于外壳切向上的分力使内衬具有相对于头盔使用者头部转动的趋势，而本发明通过滑片的内、外层之间的横向相对滑动，在滑片的内层相对不动的前提下，滑片的外层相对于内层可滑动一定的距离，即整个头盔相对于头部转动一定的角度，从而起到对旋转冲击缓冲的作用，这样就大幅度的消减了外力对使用者头部的冲击。同时，片状结构的滑片在头盔径向上占据的空间较少，基本不会对头盔的内型尺寸大小产生影响，因此可以在多种类型的头盔上使用，其兼容性很强，不会影响头盔佩戴的舒适性。这样，本发明解决了目前的头盔存在承受外力旋转冲击能力较差，头盔使用者头部在受到旋转冲击后容易受到伤害的问题，大幅提高了头盔对使用者的保护作用。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种头盔的防护结构，所述的头盔包括外壳（1），其特征是：所述头盔还包括设置在外壳内的内衬（2），所述内衬的内侧设有在头盔受到旋转冲击时使内衬相对于头盔使用者头部转动的滑片（3），所述的滑片为多层结构，滑片包括靠近所述内衬的外层（4）及靠近头盔使用者头部的内层（5），所述滑片还包括一层设置在所述外层与内层之间且在头盔受到旋转冲击时使外层相对于内层滑动的中间层（6）；所述的中间层为阻尼层，所述阻尼层用于减少外层与内层之间的干摩擦力，使外层与内层之间具有滑动性与回弹性；所述阻尼层内用于阻尼的介质为半流体状结构，所述的介质由液体、胶体、铁流体或由气体、液体、固体、胶体、铁流体中至少两种组合的混合物构成；所述外层与内层在头盔径向上的投影大小相同，所述中间层的外周设有弹性薄膜（8），所述弹性薄膜封闭外层与内层之间的中间层外周；所述弹性薄膜靠近外层的一端延伸至外层的外周且至少覆盖外层的部分外周面，弹性薄膜靠近内层的一端延伸至内层的外周且至少覆盖内层的部分外周面；位于中间层外周的弹性薄膜上设有环绕中间层的沟槽，所述沟槽设于弹性薄膜的外壁或/和内壁上。

2.根据权利要求1所述的头盔的防护结构，其特征是：所述滑片外层靠近内衬的一面通过粘合剂、粘贴膜、钩接、热熔合或一体成型的方式与所述的内衬固定；所述滑片内层上靠近头盔使用者头部的一面设有衬垫（7），所述衬垫由织物、泡沫、纤维或热塑性塑料的材料构成。

3.根据权利要求1所述的头盔的防护结构，其特征是：所述的内层为弹性体，所述内层靠近中间层一面设有内层弹性支柱（9），内层弹性支柱的一端与内层一体连接，内层弹性支柱的另一端穿过所述的中间层，其端部与外层抵接。

4.根据权利要求1所述的头盔的防护结构，其特征是：所述的外层为弹性体，所述外层靠近中间层一面设有外层弹性支柱（10），外层弹性支柱的一端与外层一体连接，外层弹性支柱的另一端穿过所述的中间层，其端部与内层抵接。

5.根据权利要求1所述的头盔的防护结构，其特征是：所述内层靠近中间层一面设有内层弹性支柱，外层靠近中间层一面设有外层弹性支柱，外层弹性支柱与内层弹性支柱在中间层内错位设置；所述外层弹性支柱与内层弹性支柱的结构相同，均为圆柱形、棱柱形、圆锥形、棱锥形、圆台形、棱台形的一种或其组合。

6.根据权利要求1-5任一项所述的头盔的防护结构，其特征是：内衬为两片衬带的连接结构，包括位于头顶部的U形内衬带（12）及环抱于头侧围部的环形内衬带（13），所述的滑片形状与所述的内衬带相适配。

7. 根据权利要求6所述的头盔的防护结构，其特征是：头盔的防护结构还包括U形缓冲条（14），U形缓冲条的一端与内衬连接， U形缓冲条的另一端与连接条（15）的一端连接，连接条的另一端设有卡扣头（16），外壳内侧设有与卡扣头适配的卡扣孔（17），卡扣头与卡扣孔对应卡接；所述的U形缓冲条为两条，分别设置在头盔后部的左右两侧的环形内衬带上，U形缓冲条与内衬的连接处还对应设有两个束条（18），所述束条的另一端连接头锁（19）。

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