CN111565805B

CN111565805B - 冲击保护系统

Info

Publication number: CN111565805B
Application number: CN201880085152.2A
Authority: CN
Inventors: 布罗迪·威廉·罗宾逊; 罗伯特·威廉·约瑟夫
Original assignee: Anti Ordinary Private Ltd
Current assignee: Anti Ordinary Private Ltd
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: US20210315306A1; AU2018359003B2; JP2021501273A; CN111565805A; EP3703832A1; EP3703832A4; AU2018359003A1; WO2019084603A1; CA3118362A1

Abstract

提供了一种可穿戴式冲击保护系统，其包括在使用中面向穿戴者的第一剪切增稠材料的内层、第二剪切增稠材料的外层和中间可变形层。在一个示例中，以头盔的形式提供了冲击保护系统。

Description

冲击保护系统

技术领域

本发明大体上涉及一种冲击保护系统，并且在一个示例中涉及一种可穿戴的冲击保护系统，例如头盔。

背景技术

在本说明书中对任何先前出版物(或从其衍生的信息)或任何已知事物的引用，不是、也不应被视为承认或接受或以任何形式的暗示先前出版物(或从其衍生的信息)或已知事物构成本说明书所涉及的技术领域中的公知常识。

提供冲击保护系统、例如头盔是已知的。传统头盔包括覆盖可变形材料的刚性外壳。当被物体撞击时，另一个刚性壳体趋向于消散力，并防止物体穿透，同时可变形材料则起到吸收力的作用。尽管这样的系统可以提供高度的保护，但是它们趋于笨重、笨拙并且难以运输，并且对于诸如自行车、滑雪、滑板滑雪等的体育活动而言穿戴不舒服。

已经进行了许多尝试来解决这样的缺陷。例如，US8955169描述了一种安全帽的实施方式，该安全帽用于保护人的头部免受重复冲击、中度冲击和严重冲击，从而显著降低平移和旋转的脑部伤害和脑震荡的可能性，该安全帽包括外壳，布置在外壳内并与外壳连接的外衬垫，以及布置在外衬垫内并与外衬垫通过多个隔离阻尼器间隔相对地连接(以使内衬垫相对于外衬垫和外壳进行全方位运动)的内衬垫。尽管这导致比传统布置更轻的构造，但是这在制造上是复杂的并且因此是昂贵的。

US20150320134描述了一种用于非接触运动的轻型保护性帽子，其包括被设计为防止使用者的头部和面部受伤的软泡沫头盔。尽管这是轻巧且灵活的，但它提供的保护最少，因此不适用于许多应用。

还已知提供冲击保护系统以保护身体的其他部分，例如通过将泡沫垫结合到适当构造的夹克的口袋中。例如，US20080060112描述了一种摩托车夹克，该摩托车夹克包括具有后幅和分开的前幅的夹克外壳，该外壳限定了臂部开口并且适于覆盖肩膀和躯干。一对袖子从手臂开口处伸出。分开的前幅包括用于将前幅封闭起来的可释放的紧固件，例如拉链。至少袖子具有由耐磨织物形成的衬里。肘部在袖子的内部具有可移除地容纳保护泡沫垫的口袋，并且用于脊柱的保护泡沫垫可移除地设置在夹克外壳内侧上的后幅附近。脊柱垫直接或通过放置在形成于幅片上的口袋或小袋中而附接到耐磨织物的柔性幅片上，该幅片通过可释放的紧固件固定至外壳。

已经尝试使用剪切增稠材料来进一步改善这种布置。例如，US20160021947描述了一种连帽衫，其包括风帽和一对袖子，头部保护元件以及肘部、肩膀、腕部、背部和躯干保护垫。头部保护元件通过紧固系统连接至连帽衫的风帽。每个肘部保护垫通过紧固系统连接到连帽衫。保护元件是填充有具有柔韧性和悬垂性的剪切增稠(也称为膨胀)凝胶的间隔织物，从而不会降低标准服装的自然“出色”外观。

发明内容

在本发明的一个广义形式和方面中，寻求提供一种可穿戴的冲击保护系统，该系统包括：第一剪切增稠材料的内层，其在使用中面向穿戴者；第二剪切增稠材料的外层；和中间可变形层。

在一个实施方式中，内层比外层厚。

在一个实施方式中，内层的厚度为以下中的至少一个：～1mm；>3mm；<10mm；<12mm；3-10mm；4-8mm；5-7mm；～5mm；和～6mm；以及，外层的厚度为以下之中的至少一个：～1mm；>1mm；<8mm；<10mm；<12mm；1-5mm；2-4mm；～5mm；和～3mm。

在一个实施方式中，内层的密度低于外层的密度。

在一个实施方式中，至少以下一种情况：内层的密度为以下至少之一：>80kg/m³；<400kg/m³；<200kg/m³；100-400kg/m³；100-200kg/m³；120-180kg/m³；140-160kg/m³；>500kg/m³；>1000kg/m³；<1400kg/m³；<1200kg/m³；和1100-1140kg/m³；外层的密度为以下至少之一：>80kg/m³；<400kg/m³；150-400kg/m³；180-340kg/m³；200-300kg/m³；>500kg/m³；>1000kg/m³；<1400kg/m³；<1200kg/m³；和1100-1140kg/m³。

在一个实施方式中，内层和外层中的至少一个由以下至少一种材料制成：剪切增稠泡沫；剪切增稠的模制泡沫；包含剪切增稠添加剂的聚合物基质；和含有聚硼二甲基硅氧烷的聚氨酯吸能材料。

在一个实施方式中，中间层的厚度为以下至少之一：>5mm；<20mm；5-20mm；8-17mm；10-15mm；8-12mm；和～10mm。

在一个实施方式中，中间层由以下至少一种材料制成：拉胀材料；可变形的流体层；冲击吸收泡沫；可弹性变形的层；可塑性变形的层；塑料；橡胶；剪切增稠材料；凯夫拉；EPU(膨胀聚氨酯)泡沫；EPS(发泡聚苯乙烯)泡沫；和PPS(聚苯硫醚)泡沫。

在一个实施方式中，中间层的密度为以下至少之一：>100kg/m³；>200kg/m³；<1000kg/m³；<800kg/m³；和300-500kg/m³。

在一个实施方式中，内层和外层中的至少一个包括以下中的至少一种：至少一张薄片；至少一张成型片；多张薄片；和一个或多个至少部分重叠的薄片。

在一个实施方式中，内层、外层和中间层中的至少一个包括以下至少之一：蜂窝状结构；一个或多个允许气流通过其中的孔；增强局部灵活性的表面特征；至少部分地与中间层接合的表面特征；可变厚度；和，罗纹(ribbing)。

在一个实施方式中，内层和外层沿着一个或多个边缘至少部分地连接。

在一个实施方式中，中间层至少部分地连接到内层和外层中的至少一个。

在一个实施方式中，中间层连接到内层和外层，以允许内层和外层的受约束的相对运动。

在一个实施方式中，使用以下至少之一来至少部分地连接各层：机械结合；化学胶合；焊接；粘合剂；和紧固件。

在一个实施方式中，冲击保护系统包括多个单元，至少一些单元包括：在使用中面向穿着者的第一剪切增稠材料的内层；第二剪切增稠材料的外层；和中间可变形层。

在一个实施方式中，多个单元以网格化的布置方式设置。

在一个实施方式中，多个单元包括至少第一单元形状和第二单元形状。

在一个实施方式中，相邻的单元被成形为至少部分地重叠。

在一个实施方式中，相邻单元具有互补倾斜的侧壁。

在一个实施方式中，侧壁以下列角度中的至少一个倾斜：>5°；>10°；>15°；>20°；<45°；<40°；<35°；<30°；和～27°。

在一个实施方式中，多个单元被安装在衬底层上。

在一个实施方式中，多个单元可移除地安装到衬底层。

在一个实施方式中，衬底层由以下至少一种制成：弹性织物；机织织物；和无纺织物。

在一个实施方式中，衬底层连接至固定机构，以将冲击保护系统固定至使用者。

在一个实施方式中，系统包括提供刚性的内部框架。

在一个实施方式中，内部框架是以下之中的至少一个：在中间层内；在中间层与内层和外层中的至少一个之间。

在一个实施方式中，框架由以下至少一种材料制成：金属；塑料；HDPE(高密度聚乙烯)。

在一个实施方式中，冲击保护系统包括抗穿透层。

在一个实施方式中，抗穿透层由以下至少一种材料制成：热塑性聚合物；ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)；凯夫拉；和HDPE(高密度聚乙烯)。

在一个实施方式中，冲击保护系统包括指示冲击保护系统的损坏状态的视觉指示器。

在一个实施方式中，视觉指示器在冲击保护系统的冲击之后经历颜色变化。

在一个实施方式中，冲击保护系统是头盔。

在一个实施方式中，内层和外层中的至少一个是模制泡沫，其成形为至少部分地符合穿戴者的头部。

在一个实施方式中，内层和外层中的至少一个具有近似半球形的形状，具有一个或多个具有重叠边缘的径向狭缝。

在一个实施方式中，内层和外层均包括具有重叠边缘的一个或多个径向狭缝，并且其中内层和外层中的狭缝是偏移的。

在一个实施方式中，内层和外层中的至少一个由具有重叠边缘的多个三角形薄片制成。

在一个实施方式中，头盔包括调节机构，以至少部分地调节头盔的尺寸。

在一个实施方式中，调节机构包括：一个或多个张紧构件；弹性张紧系统；棘轮张紧系统；以及可调节的内部框架。

在一个实施方式中，调节机构调节内层和外层中的边缘之间的重叠程度。

在一个实施方式中，一个或多个张紧构件是以下之中的至少一种：在中间层内；在中间层与内层和外层中的至少一个之间。

在一个实施方式中，头盔包括一个或多个下颚带，以将头盔固定到穿戴者。

在一个实施方式中，下颚带附接到以下之中的至少一个：内层；外层；内部框架；调节机构；以及一个或多个张紧构件。

在一个实施方式中，头盔包括内部和外部蒙皮，内层、外层和中间层设置在内部和外部蒙皮之间。

在一个实施方式中，内部蒙皮和外部蒙皮中的至少一个由以下至少一种材料制成：机织织物；无纺织物；和弹性织物。

应当理解，本发明的广义形式及其各自的特征可以结合地、可互换地和/或独立地使用，并且对单独广义形式的参考不是为了进行限制。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的各种示例和实施方式，其中：-

图1是可穿戴冲击保护系统的一个示例的示意性截面侧视图；

图2是结合有重叠薄片的可穿戴冲击保护系统的一个示例的示意性截面侧视图；

图3A是包括蜂窝状结构的可穿戴冲击保护系统的一个示例的示意性截面侧视图；

图3B是图3A的蜂窝状结构的示意性平面图；

图4是结合了通风的可穿戴冲击保护系统的一个示例的示意性截面侧视图；

图5是结合了表面特征的可穿戴冲击保护系统层的一个示例的示意性侧视图；

图6A和图6B是结合了层接合特征的可穿戴冲击保护系统的一个示例的示意性截面侧视图；

图7是包括结合的内层和外层的可穿戴冲击保护系统的一个示例的示意性截面侧视图；

图8A是结合有内部框架的可穿戴冲击保护系统的一个示例的示意性截面侧视图；

图8B是图8A的框架的示意性交叉平面图；

图9A是头盔的一个示例的示意性主视图；

图9B是图9A的头盔的示意性截面主视图；

图10A至图10C是处于展开构造的头盔层的一个示例的示意性主视平面和截面图；

图10D至图10F是处于收缩构造的图10A至图10C的头盔层的示意性主视平面和截面图；

图10G和图10H是处于展开和收缩构造的两个头盔层的示意性平面图；

图11A是调节机构的第一示例的示意性主视图；

图11B是调节机构的第二示例的示意性主视图；

图12是头盔的另一示例的示意性截面主视图；

图13A是头盔的特定示例的示意性主视图；

图13B是图13A的头盔的示意性前顶侧透视图；

图13C是图13A的头盔的示意性侧视图；

图13D是图13A的头盔的示意性平面图；

图14A是图13A的头盔的内部结构的一个示例的示意性主视图；

图14B是图14A的内部结构的示意性前顶侧透视图；

图14C是图14A的内部结构的示意性侧视图；

图14D是图14A的内部结构的示意性平面图；

图14E是图14A的内部结构的示意性后视图；

图15A是图14A的内部结构的第一单元的示意性前顶侧透视图；

图15B是图15A的第一单元的示意性平面图；

图15C是图15A的第一单元的示意性侧视图；

图16A是图14A的内部结构的第二单元的示意性主视图；

图16B是图16A的第二单元的示意性前顶侧透视图；

图16C是图16A的第二单元的示意性平面图；

图16D是图16A的第二单元的示意性底侧视图；

图17A是图15A和16A的网格化第一单元和第二单元的示意性前顶侧透视图；

图17B是图17A的网格化的第一单元和第二单元的示意性主视图；

图17C是图17A的网格化的第一单元和第二单元的示意性平面图；

图17D是图17A的网格化的第一单元和第二单元的示意性底侧视图；

图18A是图14A的内部结构的脊单元的示意性前顶侧透视图；

图18B是图18A的脊单元的示意性主视图；

图18C是图18A的脊单元的示意性侧视图；和，

图18D是图18A的脊单元的示意性后视图。

具体实施方式

现在将参考图1描述可穿戴冲击保护系统的示例。

在该示例中，冲击保护系统包括在使用中面向穿戴者的第一剪切增稠材料的第一内层110，第二剪切增稠材料的第二外层120和中间可变形层130。

在使用中，可穿戴的冲击保护系统运行以为穿戴者提供抗冲击的保护。特别地，在受到物体的冲击时，外剪切增稠材料层120将变硬，从而使冲击力分布在比入射(incident)物体的接触区域更大的表面积上。可变形层130将起作用，以塑性或弹性变形，以吸收来自冲击的能量。最终，剪切增稠材料110的内层将起作用，以硬化并进一步分布任何剩余力，使得剩余力被分布在穿戴者的大面积上，从而减小了力的总体影响。

通过适当选择剪切增稠材料和中间可变形层，可穿戴的冲击保护系统可以具有高度的柔性，同时保持高度的冲击防护。这允许将这种布置结合到广泛的可穿戴物品中，而不会不利地影响穿戴者的灵活性或可用性。具体示例包括柔性头盔，防护服(例如摩托车骑手的夹克和裤子)中的填充物，运动服(例如足球服或头盔)，医疗设备等，但应理解，该列表并非旨在穷尽。

现在将描述许多其他特征。

在以上示例中，示出的每一层都延伸在冲击保护系统的整个主体上。但是，这不是必需的，可以使用替换布置，其中所述层中的一个或多个跨保护系统部分地延伸。例如，中间层可以是在第一层和第二层内内部地形成的离散层。附加地和/或可替代地，冲击保护系统可以包括多个单独的单元，每个单元包括各自的层，其中单元协作以提供整体的冲击保护系统，这将在下面更详细地描述。

在一个示例中，内层110比外层120厚。该特定布置用于维持高度的柔韧性，同时确保通过可变形层传递的残余力易于分布在较宽的区域上，从而减小了对穿戴者的整体影响。为了进一步促进这一点，内层通常具有比外层低的密度，使得外层提供初始的高度保护，同时内层提供更高程度的传递力的吸收。但是，这不是必需的，内层和外层可以制成相同的厚度并具有相同的密度，这在需要厚的轻质结构的情况下特别有用(例如当仅需要防护抵抗较小冲击时)。

在一个示例中，内层具有以下厚度：大于3mm，小于10mm，小于12mm，在3mm与10mm之间，在4mm与8mm之间，或在5mm与7mm之间，并且更通常为大约5mm或6mm。但是，当要提供更薄的轻量布置时，内层可以具有约1mm的厚度。外层120通常具有以下厚度：大于1mm，小于8mm，小于12mm，小于10mm，在1mm与5mm之间，或者在2mm与4mm之间，并且更通常地为大约5mm或3mm，尽管再次地，大约1mm的层厚可以用于轻量布置。

内层通常具有以下密度：大于80kg/m³，小于400kg/m³，小于200kg/m³，在100kg/m³和400kg/m³之间，在100kg/m³和200kg/m³之间，或者在120kg/m³和180kg/m³之间，更通常在140kg/m³和160kg/m³之间，而外层通常具有以下密度：大于80kg/m³，小于400kg/m³，在150kg/m³和400kg/m³之间，或者在180kg/m³和340kg/m³之间，并且更通常在200kg/m³和300kg/m³之间。然而，这不是必需的，并且例如取决于预期的应用，可以使用其他的层厚度和密度。在另一个示例中，内层和外层都具有以下密度：大于500kg/m³，大于1000kg/m³，小于1400kg/m³，小于1200kg/m³，并且更通常在1100kg/m³至1140kg/m³之间。

通常，内层和外层由诸如剪切增稠的模制泡沫的剪切增稠泡沫制成。模制泡沫的使用有利地允许将冲击保护系统预模制成至少部分地与构造冲击保护系统来保护的身体的一部分一致的形状，从而使冲击保护系统使用起来更加舒适。然而，将理解的是，这不是必需的，并且可以使用其他构造，例如提供平坦的层状形状。在另一个示例中，可以使用冲击保护系统的灵活性，以便将保护系统推入到位，从而在使用中与身体形状相符。

可以使用一系列不同的剪切增稠泡沫，但是在一个示例中，泡沫包括含有剪切增稠添加剂的聚合物基体，并且在一个特定示例中，包括含有聚硼二甲基硅氧烷的聚氨酯能量吸收材料。在一个优选的示例中，内层和外层由PORON XRD^TM制成。但是，将再次理解的是，可以根据预期应用选择不同的材料。

中间层通常具有以下厚度：至少5mm，小于20mm，在5mm与20mm之间，或在8mm与17mm之间，并且更通常地在10mm与15mm之间，在8mm与12mm之间，并且典型地大约10mm。中间层的密度可以为：小于100kg/m³，小于200kg/m³，小于1000kg/m³，小于800kg/m³或在300kg/m³和500kg/m³之间。

在一个示例中，内层和外层的厚度和密度被选择以获得期望的防护度，而中间层的性质被选择为保持冲击保护系统的总体期望的重量。

通常地，中间层由以下一种或多种材料制成：诸如拉胀泡沫的拉胀材料，诸如空气或凝胶袋或类似物的可变形的流体层，冲击吸收泡沫，可弹性变形的层，可塑性变形的层，塑料，橡胶，剪切增稠材料，凯夫拉，EPU(膨胀聚氨酯)泡沫，EPS(发泡聚苯乙烯)泡沫和PPS(聚苯硫醚)泡沫。中间层也可以由多种材料制成，例如包括多个中间层，并且可以包括变化的密度，例如从内层到外层的密度增加，反之亦然。然而，这不是必需的，并且例如取决于预期的应用，可以使用其他材料、层厚度和构造。

如上所述，所使用的材料的确切性质以及各个层的密度和厚度可以根据优选的实施而变化。然而，已经发现，上述布置倾向于为大多数场景提供足够程度的冲击保护，特别是需要满足体育或一般娱乐活动的立法认证要求，同时还保持足够程度的灵活性以使冲击保护系统使用起来更舒适。

内层和外层通常包括泡沫薄片，并且可以包括单个薄片，单个模制薄片或多个薄片。在一个示例中，在一个或多个薄片的边缘相遇的地方，它们以至少部分重叠的方式提供，其示例在图2中示出。

在该示例中，冲击保护系统再次包括内层210和外层220以及中间层230。外层220包括两个分开的薄片221.1、221.2，其重叠以提供重叠的接合部222。重叠的使用确保即使在重叠的接合部222受到冲击的情况下也能提供保护。重叠的接合部的使用在允许使用多个薄片时特别有利，这反过来又使得能够提供更大范围的薄片构造。另外，这可以提供更大程度的柔性，例如允许薄片221.1、221.2相对于彼此移动，同时保持连续的外层，这将在下面更详细地描述。

中间层也可以包括片状材料，但是可以附加地或替代地包括由内层和外层保持在适当位置的离散元件，例如多个珠、离散的泡沫部分等。

另外，尽管所述层可以是固体层，但这不是必需的，并且可以使用不同的布置。例如，这些层可以包括蜂窝状结构，并且其示例在图3A和3B中示出。在该示例中，冲击保护系统再次包括内层310和外层320以及蜂窝状中间层330，其限定了多个气袋331。由于多种原因，使用气袋可以是有益的。例如，这可以减少总重量，允许更大的柔韧性，增强隔热性能，并减少材料的使用并因此降低成本。尽管在该示例中在中间层中示出了蜂窝状结构，但这不是必需的，并且将理解的是，可以将相似的布置结合到内层和外层中。

在图4的示例中，示出了冲击保护系统的另一个示例，其中，冲击保护系统包括内层410和外层420和中间层430。在该示例中，提供开口441以允许气流通过冲击保护系统，例如允许通风。如气孔441.1所示，气孔可沿直线穿过每个层，但这不是必需的，并且如气孔441.2所示，可引入偏移或曲折，以减小入射物体直接穿过冲击保护系统的可能性。在这两种情况下，孔通常将小于某个确定的尺寸，例如0.5mm宽，以避免尖锐物体穿过保护系统并进入穿戴者。也可以使用其他技术来提供通风，例如沿着内层的内表面通过的通道，利用材料中的多孔性等。

各个层还可以包括其他特征以适应冲击保护系统的特性。例如，图5中所示的外层520包括狭缝522形式的表面特征，其增强了局部柔性。特别地，随着层的挠曲，狭缝可以打开，从而增加了冲击保护系统的柔性。

如图6A和6B的示例所示，这些层还可以包括表面特征，以便不同的层部分地接合。在这些示例中，冲击保护系统再次包括内层610和外层620以及中间层630。在图6A的示例中，外层620的内表面包括与中间层630啮合的齿623，以防止外层620和中间层630的相对运动。相反，在图6B的示例中，外层620包括在内表面上的肋624，其位于中间层630的外表面的凹部634内。这允许外层620和中间层630的受约束的相对运动，这可以帮助吸收成角度的冲击。将理解的是，可以在内层610和中间层630之间提供类似的布置。

还将理解的是，可以将其他特征结合到该布置中，例如具有可变厚度的层，这些可变厚度的层可以帮助将力分布在整个冲击保护系统中，以及利用罗纹来提供额外的和/或定向的刚性等。

在一个示例中，内层和外层沿着一个或多个边缘至少部分地连接，例如如图7所示。在这种布置中，内层710和外层720沿着边缘713结合以形成封闭系统。当冲击保护系统形成离散的垫时，这可以是有用的，离散的垫可以结合到夹克的口袋中，例如用于摩托车夹克或类似物的肩垫或肘垫。

在一个示例中，中间层至少部分地连接到内层和/或外层。这种连接可以在整个表面积上，也可以在选定的位置。在一个示例中，内层和外层在不同点处连接至中间层，以促进冲击保护装置的挠曲。取决于所使用的特定材料，可以使用多种技术来实现层之间的连接。例如，这可以包括机械结合，例如表面特征之间的过盈配合；化学胶合，例如粘合剂；焊接，例如热焊接；使用离散紧固件等。然而，这不是必需的，并且可以使用用于将层保持在适当位置的其他机构，例如将层放置在外盖中，使用外部或内部的弹性捆扎带等。

在又一示例中，系统可以包括多个单元，每个单元包括与图7的布置相似的结构，使得每个单元包括内层、外层和中间层。这些层可以在整个单元上延伸，或者可以仅在单元的一部分上延伸，使得例如中间层完全嵌入内层和外层之间，从而保护中间层。

在一个示例中，这些单元以网格化布置的方式配置，以提供覆盖，就好像这些单元是单一的层一样，从而提供与单一层相同的有效冲击保护。不管怎样，以这种方式提供多个单元可以提供许多潜在的好处。例如，这允许各个单元具有不同的形状，从而总体地使得冲击保护系统可以更容易地符合使用者的形状。

在一个特定示例中，多个单元包括至少第一单元形状和第二单元形状，其可以被配置为至少部分地重叠，例如通过具有互补倾斜的侧壁，从而确保在冲击保护系统整个范围内提供保护。在一个这样的示例中，侧壁以如下角度倾斜：大于5°，大于10°，大于15°，大于20°，小于45°，小于40°，小于35°，小于30°或大约27°。

在一个优选的示例中，这些单元被安装在衬底层上，该衬底层可以是柔性和/或弹性衬底，从而允许冲击保护系统具有更大的适应用户形状的能力，因此使得使用起来更舒适。衬底层可以由弹性织物、机织织物、无纺织物等制成。

在一个示例中，一些或全部单元被可移除地安装到衬底层。这可以允许更换单元，以替换损坏的单元或将单元变为具有不同特性的单元，例如提供增加或减少的保护。这还允许将单元替换为不同的功能元件，例如通气孔或类似元件。衬底层也可以连接至固定机构，以将冲击保护系统固定至使用者。

在图8A和8B所示的另一个示例中，冲击保护系统包括内部框架，在该示例中该内部框架被示为栅格851。内部框架可以设置在中间层830内，或者可以设置在中间层830和内层810或外层820之间。框架通常由诸如HDPE(高密度聚乙烯)之类的塑料形成，并且可以用于提供额外的刚性。

将进一步理解的是，该布置可以包括附加的层，例如以增强防护冲击的能力。这可以包括例如提供另外的中间层，例如网眼或机织或无纺织物层。它可以由任何合适的材料制成，并且可以包括碳纤维和/或凯夫拉，以提供额外的冲击保护，尤其是减少尖锐物体穿透的可能性。

在另一个示例中，冲击保护系统包括由热塑性聚合物(例如ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)或HDPE(高密度聚乙烯))或其他材料(例如凯夫拉等)制成的抗穿透层。

可穿戴式冲击保护系统还可以包括视觉指示器，该视觉指示器指示冲击保护系统的损坏状态。这可以是任何合适的形式，并且可以包括颜色改变等，例如使用封装的染料等，其在超过一定程度的冲击后释放，或者使用对由冲击产生的热量做出响应的材料。这可用于通知用户冲击保护系统是否可能被损坏，因此是否需要更换全部或部分冲击保护系统。

在一个特定的示例中，冲击保护系统为头盔的形式，该头盔适于在诸如滑雪、滑板滑雪、自行车运动等运动中使用。现在将参考图9A和9B描述示例头盔布置。

在该示例中，头盔900通常具有适于放置在使用者的头部H上的大致半球形的布置。头盔再次包括三层布置，包括内层910和外层920和中间层930。应当理解，头盔可以包括与以上概述的特征相似的特征，因此将不进行更详细的描述。

在一个示例中，头盔由内层910和外层920形成，内层910和外层920是模制泡沫，其形状至少部分地符合穿戴者的头部。泡沫层通常包括一些固有的弹性，仅通过头盔的弹性就可以将适当大小的层保持在穿戴者的头上，尽管这不是必需的，并且可以使用将头盔保持在适当位置的其他机构，这将在下面更详细地描述。然而，将理解的是，这可能需要针对不同的使用者制造不同尺寸的头盔，并且在另一个示例中，头盔可以包括调节机构，以使其能够与一定范围的不同的头部尺寸一起使用。

在一个特定示例中，内层和外层具有近似半球形的形状，并且包括一个或多个具有重叠边缘的径向狭缝，从而允许头盔的周向尺寸根据重叠的大小而变化，并且现在将参考图10A至10H对其示例进行描述。

在这方面，图10A至10C和10D至10F示出了如何使用具有重叠边缘1011、1012的径向狭缝来调整内层1010的周长。在该示例中，径向狭缝限定了在重叠的接合部1013重叠的边缘1011、1012。随着重叠程度的增加，如图10D至10F所示，内层的周长减小。将理解的是，类似的机构可以用于其他层，从而允许将其用于构造具有可调节的尺寸的头盔，但是其在重叠的接合部保持冲击保护。相应地，这允许制造出适合各种不同用户的头盔。

在使用这种重叠的接合部的情况下，将理解的是，这导致在接合部的区域中的层的厚度加倍。因此，在一个示例中，内层1010和外层1020的接合部1013、1023如图10G和10H所示偏移180°，从而避免了厚度的同时加倍。

在这种形式的布置中，中间层可以选择性地连接到内层和外层，以允许在重叠的接合部的运动，例如，使得中间层在内层重叠的接合部1013的区域中连接到外层1020，反之亦然。

还将理解的是，可以利用大范围的不同的物理构造，以实现类似于人的头部的整体形状。例如，内层和外层可以由具有重叠的接合部的多个三角形薄片形成。

在一个示例中，提供了一种调节机构以调节头盔的尺寸。可以使用任何合适的调节机构，例如以提供一个或多个张紧构件，例如沿周向围绕头盔延伸的带，例如如图11A所示。

在该示例中，提供了沿头盔的外部延伸的带1161，其中带可选地是弹性的或包括诸如棘轮张紧系统的张紧构件，以允许减小头盔的周长，直到达到舒适的贴合。然而，还将理解的是，可以在头盔内部(例如在中间层内，或者在内层或外层与中间层之间)内部地提供这种构件。

在图11B中示出了替换的布置，其中，棘轮系统附接到在头盔内安装的塑料框架1151，其中刻度盘1152用于控制框架内的张紧度，从而调节头盔直到它符合使用者的头部。

完整头盔的示例在图12中更详细地示出。在该示例中，头盔包括通过带扣1272互连的下颚带1271，从而允许将头盔固定到使用者的头部。头盔包括内蒙皮1261和外蒙皮1262，在一个示例中，内蒙皮1261和外蒙皮1262为机织织物或无纺织物以及可选地为弹性织物的形式。在一个示例中，内蒙皮和外蒙皮的织物的形式类似于“无檐小便帽”，提供了舒适的头盔布置，同时确保了适当的头部保护。下颚带可以连接到内蒙皮和外蒙皮，并且还可以可选地连接到内部框架1251，以提高强度。

现在将参考图13A至13D描述头盔的另一具体示例。

在该示例中，头盔包括经由带扣1372互连的下颚带1371，从而允许将头盔固定到使用者的头部。

头盔包括外蒙皮1362，外蒙皮1362在头盔的外表面和内表面上延伸。外蒙皮1362通常为机织织物或无纺织物以及可选的弹性织物的形式，并且更优选地是具有类似于“无檐小便帽”形式的织物，并且可以包括诸如美利奴羊毛的天然纤维或合成纤维或针织物。这允许外蒙皮充当透气衬里，在这种情况下，美利奴羊毛由于其柔软、吸湿排汗、抗菌和低气味特性而特别具有优势。

在该示例中，外蒙皮还包括折叠部分1362.1，该折叠部分可以例如使用拉链或类似物打开，从而允许访问头盔的内部结构。这允许外层蒙皮是可替换的，例如，允许外层的设计和颜色基于趋势并随季节变化。

内层和外层通常包括孔，以允许下颚带穿过其中延伸。在使用中，下颚带被附接到由柔软且透气的运动网制成的内蒙皮上，并且非弹性尼龙织带被缝合到边缘中以允许下颚带被附接到其上。内蒙皮充当头盔内部结构的结构支撑，如下所述。

另外，在该示例中，提供了通风孔1381，其允许空气流过头盔内部结构，从而防止使用者过热。

内部结构的示例在图14A至14E中示出。

在该示例中，内部结构包括多个单元1482、1483、1484、1485、1486，其附接到内蒙皮上并以网格化构造布置，以便在整个头盔结构上提供冲击保护。每个单元包括三层内部结构，包括非牛顿橡胶的内层和外层，以及中间冲击层。

在此示例中，提供了五种不同形状的单元，包括以网格化布置设置在头盔的外部弯曲半球形部分上的第一单元1482和第二单元1483，以及沿头盔中央部分延伸的脊单元1484、1485、1486，头盔中央部分在使用中与使用者头部的中心对齐。在这方面，一般而言，大多数人具有相对一致的头部外曲率，大多数人之间的差异在于头部中心的形状和宽度。因此，上述布置允许使用不同形状的脊单元来适应不同的头部尺寸和形状，而第一单元和第二单元可以在不同头盔尺寸上保持一致。

在当前示例中，将理解的是，通气孔1481也集成到网格化的第一单元和第二单元中，在该示例中，替换第一单元1482中的相应单元，尽管这不是必需的，并且在一些应用中可能不需要通风孔。

在实践中，单元通常附着在头盔的内蒙皮和/或外蒙皮上。该附着可以是永久的，例如通过使用机械结合、化学胶合或类似方式将单元结合到内蒙皮和/或外蒙皮上。在另一个示例中，单元可以例如使用可释放的钩环紧固件(例如，Velcro^TM或Dual Lock^TM可重新闭合的紧固件)或使用纽扣、其他类似的机械布置可移除地附接到蒙皮。这允许移除和/或互换单元，例如以允许移除和更换损坏的单元，或者允许通气孔1481与第一单元1482互换。

第一单元配置的示例在图15A至15C中示出。

在该示例中，第一单元1482包括以大体三角形配置提供的具有九个侧面的上表面1582.1。通道1582.2围绕中央三角形凸起部分1582.3，这可以帮助提供柔韧性并减轻整体重量，同时保持结构强度和总体冲击防护。这还可以用作损坏指示器，例如通过使凸起部分1582.3响应于大于固定的限定水平的冲击而发生变形和/或颜色变化。

第一单元1482还包括从上表面1582.1的周边向下和向内延伸的侧壁1582.4和拐角壁1582.5。在该示例中，侧壁1582.4以比拐角壁1582.5更大的角度向内倾斜，通常大约为27°，而拐角壁1582.5形状为三角形，从而形成三角形的底部1582.6，其具有比上表面1582.1的周长小的周长。底部1582.6还具有略微凹入的轮廓，这有助于附接到内蒙皮1561，同时大体上与使用者的头部的曲率相符。

第一单元1482通常由非牛顿橡胶制成，并且包括内部冲击吸收泡沫层1530，其可以完全包含在第一单元内，如图15C中的虚线所示，或者可以在整个单元上延伸。

第二单元构造的示例在图16A至16D中示出。

在此示例中，第二单元1483包括上三角形表面1683.1，并包括侧壁1683.4，侧壁1683.4从上表面1683.1的周边向下和向外延伸到三角形的底部1683.6，因此，其具有比上表面1683.1大的面积。设置了拐角切口1683.5，以避免在侧壁1683.4和底部1683.6相遇的顶点处出现尖锐拐角。同样，第二单元1483由非牛顿橡胶制成，并且包括内部冲击吸收泡沫层1630，其可以完全容纳在第一单元内，如图16A中的虚线所示，或者可以在整个单元上延伸。

所产生的网格化的布置在图17A至17D中示出。

如图所示，第一单元1482和第二单元1483定位成使得每个第二单元1483被三个第一单元1482围绕，第一单元侧壁1582.4紧靠第二单元侧壁1683.4。第二单元1483小于第一单元1482，使得第一单元拐角壁1582.5相对设置。在实践中，第二单元侧壁1683.4的倾斜角度小于第一单元侧壁1582.4，从而使网格化的单元结构具有整体凹入的下侧和凸出的上侧，从而符合使用者头部的曲率。另外，倾斜的侧壁导致第一单元1482和第二单元1483之间的重叠，从而防止了单元之间的穿透或物体，从而保持冲击保护完整性，同时允许单元的一些相对运动，这又有助于整体结构符合使用者头部的形状。

最后，脊单元的结构如图18A至18D所示。

在该示例中，脊单元包括前单元1484、中单元1485和后单元1486，每个单元具有上表面1484.1、1485.1、1486.1和向下和向内倾斜至各自的凹入的下表面1484.6、1485.6、1486.6的侧壁1484.4、1485.4、1486.4。脊单元包括被成形为与网格化的第一单元和第二单元互锁的外周，并且应当理解，所使用的特定形状将根据优选的实施而变化。

在本说明书和随后的权利要求中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”以及诸如“包含”之类的变体将被理解为暗示包括所陈述的整数或整数组或步骤，但不排除任何其他整数或整数组。如本文所用，除非另有说明，否则术语“大约”是指±20％。

必须注意，如说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式的“一个”和“该”包括复数指示物，除非上下文另外明确指出。因此，例如，提及“一个支撑物”包括多个支撑物。在本说明书和随后的权利要求书中，将引用许多术语，这些术语应被定义为具有以下含义，除非有明显的相反意图。

当然将认识到，尽管通过本发明的说明性示例给出了上述内容，但对本领域技术人员而言显而易见的是，对本发明的所有此类和其他修改和变型均视为落在本文阐述的广泛范围和本发明的范围之内。

Claims

1.一种可穿戴式冲击保护系统，包括：

a）在使用中面向穿戴者的第一剪切增稠材料的内层；

b）第二剪切增稠材料的外层；和，

c）中间可变形层；

其中内层和外层中的至少一个包括多个薄片，所述多个薄片重叠以提供一个或多个重叠的接合部，从而允许薄片相对于彼此移动同时保持连续层。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式冲击保护系统，其中内层比外层厚。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的可穿戴式冲击保护系统，其中：

a）内层的厚度至少为以下之一：

i）>3mm；和

ii）<12mm；且

b）外层的厚度至少为以下之一：

i）>1mm；和

ii）<12mm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中，内层具有比外层更小的密度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中，至少以下情况之一：

a）内层的密度至少为以下之一：

i）>80kg/m³且<400kg/m³；

ii）>500kg/m³且<1400kg/m³；

b）外层的密度至少为以下之一：

i）>80kg/m³且<400kg/m³；

ii）>500kg/m³且<1400kg/m³。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中，内层和外层中的至少一个由以下材料中的一种制成：

a）剪切增稠泡沫；

b）包含剪切增稠添加剂的聚合物基体；和，

c）包含聚硼二甲基硅氧烷的聚氨酯能量吸收材料。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中，中间层的厚度为5-20mm。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中，中间层由以下至少一种制成：

a）拉胀材料；

b）可变形的流体层；

c）可弹性变形的层；

d）可塑性变形的层。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中，中间层的密度至少为以下之一：

a）>100kg/m³；和

b）<1000kg/m³。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中内层和外层中的至少一个包括至少一个薄片。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中内层、外层和中间层中的至少一个包括以下至少之一：

a）蜂窝状结构；

b）一个或多个允许气流通过其中的孔；

c）增强局部柔性的表面特征；

d）至少部分与中间层接合的表面特征；

e）可变厚度；和，

f）罗纹。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中内层和外层沿着一个或多个边缘至少部分地连接。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中中间层至少部分地连接至内层和外层中的至少一个。

14.根据权利要求13所述的可穿戴式冲击保护系统，其中中间层连接至内层和外层，以允许内层和外层的约束的相对运动。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中使用以下至少之一来至少部分地连接各层：

a）机械结合；和

b）化学胶合。

16.根据权利要求1至15中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述冲击保护系统包括多个单元，所述单元中的至少一些单元包括：

a）在使用中面向穿戴者的第一剪切增稠材料的内层；

b）第二剪切增稠材料的外层；和，

c）中间可变形层。

17.根据权利要求16所述的可穿戴式冲击保护系统，其中，所述多个单元以网格化的布置设置。

18.根据权利要求16或权利要求17所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述多个单元包括至少第一单元形状和第二单元形状。

19.根据权利要求16至18中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中相邻的单元成形为至少部分地重叠。

20.根据权利要求19所述的可穿戴式冲击保护系统，其中相邻单元具有互补倾斜的侧壁。

21.根据权利要求20所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述侧壁以至少以下之一的角度倾斜：

a）>20°；和

b）<45°。

22.根据权利要求16至21中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述多个单元被安装在衬底层上。

23.根据权利要求22所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述多个单元可移除地安装到所述衬底层。

24.根据权利要求22或权利要求23所述的可穿戴式冲击保护系统，其中，所述衬底层由以下至少之一制成：

a）弹性织物；和

b）机织织物。

25.根据权利要求22至24中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述衬底层连接至固定机构，以将所述冲击保护系统固定至使用者。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述系统包括提供刚性的内部框架。

27.根据权利要求26所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述内部框架是以下至少之一：

a）在中间层内；和，

b）在中间层与内层和外层中的至少一个之间。

28.根据权利要求26或权利要求27所述的可穿戴式冲击保护系统，其中框架由以下至少之一制成：

a）金属；和

b）塑料。

29.根据权利要求1至28中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述冲击保护系统包括抗穿透层。

30.根据权利要求29所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述抗穿透层由以下至少之一制成：

a）热塑性聚合物；

b）ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）；和

c）凯夫拉。

31.根据权利要求1至30中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中，所述冲击保护系统包括指示所述冲击保护系统的损坏状态的视觉指示器。

32.根据权利要求31所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述视觉指示器在所述冲击保护系统受到冲击之后经历颜色变化。

33.根据权利要求1至32中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述冲击保护系统是头盔。

34.根据权利要求33所述的可穿戴式冲击保护系统，其中内层和外层中的至少一个是模制泡沫，所述模制泡沫被成形为至少部分地符合穿戴者的头部。

35.根据权利要求33或权利要求34所述的可穿戴式冲击保护系统，其中，内层和外层中的至少一个具有近似半球形的形状，所述半球形的形状包括具有重叠的边缘的一个或多个径向狭缝。

36.根据权利要求35所述的可穿戴式冲击保护系统，其中内层和外层均包括具有重叠边缘的一个或多个径向狭缝，并且其中，内层和外层中的狭缝是偏置的。

37.根据权利要求33至36中的任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中内层和外层中的至少一个由具有重叠边缘的多个三角形薄片制成。

38.根据权利要求33至37中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中头盔包括调节机构，以至少部分地调节头盔的尺寸。

39.根据权利要求38所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述调节机构包括：

a）一个或多个张紧构件；和

b）可调节的内部框架。

40.根据权利要求39所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述调节机构调节内层和外层中的边缘之间的重叠程度。

41.根据权利要求39或权利要求40所述的可穿戴式冲击保护系统，其中所述一个或多个张紧构件是以下至少之一：

a）在中间层内；和，

b）在中间层与内层和外层中的至少一个之间。

42.根据权利要求33至41中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中头盔包括一个或多个下颚带，以将头盔固定到穿戴者。

43.根据权利要求42所述的可穿戴式冲击保护系统，其中下颚带附接到以下至少之一：

a）内层；

b）外层；

c）内部框架；

d）调节机构；和，

e）一个或多个张紧构件。

44.根据权利要求33至43中任一项所述的可穿戴式冲击保护系统，其中头盔包括内蒙皮和外蒙皮，内层、外层和中间层设置在内蒙皮与外蒙皮之间。

45.根据权利要求44所述的可穿戴式冲击保护系统，其中内蒙皮和外蒙皮中的至少一个由以下至少之一制成：

a）机织织物；和

b）弹性织物。