CN219962055U - 一种头盔缓冲中垫及头盔 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于头盔设计与制造技术领域，具体涉及一种头盔缓冲中垫及头盔。本实用新型提供的头盔缓冲中垫具有一体连接的镂空骨架主体结构，主体结构通过3D打印一体成型，内部具有开放多孔的晶胞网络以供气体自由流通；靠近头部一侧的晶胞网络柔性大，远离头部一侧的晶胞网络支撑性强。该缓冲中垫具有优良的防护性，受压时发生适应性形变，显著降低对头部的冲击；该缓冲中垫还具有优异的通风性能和排湿排汗性能，通过加速内外气体交换保持用户头部干爽透气，避免头部热量和湿气在头顶聚集而产生闷热感；该缓冲中垫还具有优异的适应性和触感，在保证安全的前提下可以较好地适应不同头型的用户。

Description

一种头盔缓冲中垫及头盔

技术领域

本实用新型属于头盔设计与制造技术领域，具体涉及一种头盔缓冲中垫及头盔。

背景技术

随着交通安全教育的普及和道路交通安全法的严格执行，安全头盔成为机动车和非机动车驾乘人员日常出行的必要装备。

安全头盔由外向内依次包括外壳、缓冲中垫和内衬，还包括护目镜、系带等结构件。其中，外壳是头盔的外层结构，呈现头盔的基本形状，主要起防护作用。外壳的材质最常见的是ABS工程塑料，高端的头盔也有采用玻璃复合纤维甚至碳纤维作为主体结构材料的。内衬是与人体头部直接接触内层，一般由柔软的亲肤材料制成，使头部具有良好的触感。缓冲中垫是位于外壳和内衬之间具有较大厚度的保护层，其用于吸收冲击能量，是头盔起到保护的关键一层。头盔保护性能强弱的关键在于头盔对头部冲击能量的吸收程度，头盔可以吸收的能量越多，对保护驾乘人员的保护效果也就越好。

目前，缓冲中垫主要由一体式多密度发泡聚苯乙烯（EPS）或发泡聚丙烯（EPP）制成，此类材料具有良好的缓冲性能，但此类材料制成的缓冲中垫也存在透气性和适应性不佳的缺陷。具体来讲， EPS、EPP等材料的缓冲中垫通过一体成型制备得到，缓冲中垫内外不能透气，罩扣在驾乘人员头部导致头皮表层散发的热量和湿气无法向四周散逸，引起头部湿热不适。虽然此类缓冲中垫也有采用局部开孔设计的方案，但由于受到安全性的限制，开孔区域的面积仅占整个缓冲中垫较小的比例，无法做到整个头部区域都处于透风透气的状态。

另一方面，头盔是由生产流水线批量制造的工业产品，无法经济地根据不同用户的头型进行定制化设计，因此头盔缓冲中垫的造型设计是以多数用户的头型尺寸参数为依据设计的，这意味着还有大量用户的头型并不能与头盔内壁完美贴合，导致舒适性和体验感不佳。而且，采用EPS、EPP一体成型制备得到的缓冲中垫各处性状均一，即缓冲中垫不同区域的弹性基本一致，考虑到吸能缓冲的基本要求，此类缓冲中垫必须具有一定的刚度，因此无法在保证安全性的前提下实现优良的柔软性，这进一步影响了头盔的触感，也不利于匹配不同头型的用户。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种头盔缓冲中垫及头盔。

本实用新型的目的是要在保证安全的前提下提高头盔的透气性和适应性，提高驾乘人员佩戴头盔的舒适性。

本实用新型第一方面是提供一种头盔缓冲中垫，具有一体连接的镂空骨架主体结构，主体结构通过3D打印一体成型，内部具有开放多孔的晶胞网络以供气体自由流通；开放多孔的晶胞网络是指晶格网络内部形成的空腔是非封闭的，是可以彼此连通的，这样的内部空腔可供气体自由流动；主体结构包括保护头两侧的侧壁、保护头顶的顶壁和保护后脑部位的后壁，侧壁、顶壁和后壁彼此圆弧过渡地一体连接，构成一半包络头部的整体；晶胞网络由多个晶胞单元相互连接形成，设置主体结构内靠近头部一侧的晶胞单元的晶胞结构参数不同于远离头部一侧的晶胞单元的晶胞结构参数，使靠近头部一侧的晶胞网络相较于远离头部一侧的晶胞网络具有更大的柔性，使远离头部一侧的晶胞网络相较于靠近头部一侧的晶胞网络具有更大的支撑性。

进一步地，上述头盔缓冲中垫中，晶胞单元呈笼状结构，由若干节点和若干连接杆构成，每一连接杆两端各连接一节点，每一节点处引出多个连接杆。

进一步地，上述头盔缓冲中垫中，晶胞单元的重量与晶胞单元的体积的比值记为该晶胞单元的体积密度；主体结构内远离头部一侧的晶胞单元相较于靠近头部一侧的晶胞单元具有更大的体积密度，从而使靠近头部一侧的晶胞网络相较于远离头部一侧的晶胞网络具有更大的柔性，使远离头部一侧的晶胞网络相较于靠近头部一侧的晶胞网络具有更大的支撑性。

进一步地，上述头盔缓冲中垫中，每一节点引出的连接杆的数量记为该节点的价数，晶胞单元中所有节点的价数的算数平均值记为该晶胞单元的平均价数；主体结构内远离头部一侧的晶胞单元相较于靠近头部一侧的晶胞单元具有更大平均价数，从而使靠近头部一侧的晶胞网络相较于远离头部一侧的晶胞网络具有更大的柔性，使远离头部一侧的晶胞网络相较于靠近头部一侧的晶胞网络具有更大的支撑性。

进一步地，上述头盔缓冲中垫中，构成晶胞单元的连接杆的长度与特征直径的比值记为该连接杆的长径比；主体结构内远离头部一侧的晶胞单元相较于靠近头部一侧的晶胞单元具有更小长径比的连接杆，从而使靠近头部一侧的晶胞网络相较于远离头部一侧的晶胞网络具有更大的柔性，使远离头部一侧的晶胞网络相较于靠近头部一侧的晶胞网络具有更大的支撑性。

进一步地，上述头盔缓冲中垫中，连接杆的特征直径为：2×（S/π）^0.5，其中S为连接杆的横截面积。

进一步地，上述头盔缓冲中垫中，头盔缓冲中垫上开设有若干镂空窗口，以供头盔缓冲中垫内部的气体与外界气体交换。

进一步地，上述头盔缓冲中垫的两侧均开设有侧窗口；头盔缓冲中垫的顶部左右对称开设一对侧顶窗口，每一侧顶窗口均对应设于该侧的侧窗口向上延伸的区域；头盔缓冲中垫的顶部中央靠前部位开设有前顶窗口；头盔缓冲中垫的后侧且位于侧窗口向后延伸的部位开设有侧后窗口，侧后窗口左右各设一个呈对称布置；头盔缓冲中垫的后侧靠下部位设有后窗口，且后窗口位于侧后窗口所在位置向下延伸处。

进一步地，上述头盔缓冲中垫外表面还设由若干弹性粘接垫，弹性粘接垫为两侧带有胶黏层的弹性泡棉，用以缓冲粘结头盔外壳。

本实用新型的第二方面是提供一种安全头盔，包括外壳，内衬，以及连接在在外壳和内衬之间的缓冲中垫，缓冲中垫为上述介绍的头盔缓冲中垫。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型提供的头盔缓冲中垫具有优良的防护性，缓冲中垫在受压时发生适应性形变，显著降低对头部的冲击，减降低头部受撞击时发生昏厥的风险；本实用新型提供的缓冲中垫还具有优异的通风性能和排湿排汗性能，通过加速内外气体交换保持用户头部干爽透气，避免头部热量和湿气在头顶聚集而产生闷热感；本实用新型提供的缓冲中垫还具有优异的适应性和触感，通过内外侧不同晶胞结构参数的设计，使之具有内侧柔软易于变形外侧弹性大支撑力强的特点，从而在保证安全的前提下给用户带来舒适的触感，并且能够较好地适应不同头型的用户。

附图说明

图1为头盔缓冲中垫的立体图。

图2为头盔缓冲中垫的侧视图。

图3为头盔缓冲中垫的俯视图。

图4为头盔缓冲中垫的前视图。

图5为晶胞结构单元的示意图。

图6为头盔缓冲中垫简化模型的立体图。

图7为头盔缓冲中垫简化模型的侧视图。

图8为头盔缓冲中垫简化模型的俯视图。

图9为头盔缓冲中垫简化模型的前视图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步阐明本实用新型，旨在更清楚地说明本实用新型的技术方案，而不应理解为是一种限制。

一种头盔缓冲中垫，如图1至4所示，其主体结构为3D打印一体形成的内部具有镂空的开放多孔晶格结构体，这样使整个缓冲中垫内部以及各个表面都是相互连通的，缓冲中垫内部形成四通八达的气流通道，内部气体可以自由流动，同时缓冲中垫内部和外部的气体也可以通过缓冲中垫表面的孔洞实现自由交换。在骑行时，不同部位处的空气流速及迎风角不同，头盔周围不同部位的空气存在较大气压差，在气压差驱动下缓冲中垫内外的气体形成快速交换，因此具有良好的透气性，显著提高了排湿排汗效果，使用户头部保持干爽和清凉。

制造该头盔缓冲中垫的材料为可打印的弹性材料，优选但不限于热塑性聚氨酯弹性体，该类材质弹性好、承载能力强、耐油、耐水、耐霉菌，且热塑性好、便于3D打印加工。因此，采用热塑性聚氨酯弹性体3D打印制造的镂空多孔头盔缓冲中垫具有优异的环境适应性，可以很好地应用于各类使用场景，例如用于骑行运动头盔。

该头盔缓冲中垫采用人体工学设计，根据多数人的头型设计内壁曲面造型，使缓冲中垫较好地适应多数用户的头型。头盔缓冲中垫由晶胞单元9在空间上连接延伸构成，例如但不限于图5所示结构的晶胞单元9。每一晶胞单元9呈笼状结构，由若干节点91和若干连接杆92形成，连杆之间通过节点91相连，形成具有良好弹性和支撑性的笼状晶胞单元9。为表述方便，将每一节点91引出的连接杆92的数量记为该节点91的价数，将晶胞单元9中所有节点91的平均价数记为该晶胞单元9的平均价数。

在头盔缓冲中垫靠近内侧的部分，即靠近用户头皮的部分，通过调控晶胞单元9的结构参数使之具有较高的柔性，例如采用具有更大内部空间的晶胞单元9或使用具有更大长径比的连接杆92的晶胞单元9或使用具有更小平均价数的晶胞单元9，使之具有较低的支撑力，即在同样受力情况下具有更大的变形量，从而具使缓冲中垫具有优异的舒适性，同时也能够更好地适应不同头型的用户。

在头盔缓冲中垫靠近外侧的部分，即远离用户头皮的部分，通过调控晶胞单元9的结构参数使之具有较高的支撑性，例如采用具有更小内部空间的晶胞单元9或使用具有更小长径比的连接杆92的晶胞单元9或使用具有更大平均价数的晶胞单元9，使之在同样受力情况下变形量更小，这也意味着在同样变形量的情况下能够提供更大的支撑力以及吸收更多的冲击能量，从而使缓冲中垫具有更强的防护性和安全性。

总之，通过调控不同部位晶胞单元9的结构参数，使缓冲中垫内侧具有良好的柔性和适应性，使缓冲中垫外侧具有优异的支撑性和吸能性，这样既能保证安全，又能使用户头部获得良好舒适的触感，而且还能适应更广泛的不同用户的头型。

作为头盔缓冲中垫的优选结构，其并非为对用户头顶、后侧及两侧的全覆盖结构形式，而是在缓冲中垫上形成有若干镂空窗口，使头盔缓冲中垫呈一具有多窗口的整体框架结构。

图6至图9为头盔缓冲中垫的简化模型，为了清除地示意各个镂空窗口的位置和构型设计，图中仅显示了头盔缓冲中垫的轮廓结构，而未显示具体的多孔晶格结构，但应理解多孔晶格结构实际仍然存在。

如图6至图9所示，头盔缓冲中垫的两侧均开设有侧窗口11，侧窗口11对应用户的耳部，且窗口大小大于用户耳部的大小，用户佩戴时两侧的耳朵能够从侧窗口11露出，以便于直接辨听周围环境的声音，提高安全性。

如图6至图9所示，头盔缓冲中垫的顶部具有左右对称开设的一对侧顶窗口12，每一侧的侧顶窗口12均对应设于该侧的侧窗口11向上延伸的区域，每一侧的侧顶窗口12的开口形状均呈椭圆形，其长轴沿前后方向设置。侧顶窗口12对应用户的头顶部位。

如图6至图9所示，头盔缓冲中垫的顶部中央靠前部位开设有前顶窗口13，该前顶窗口13的开口形状均呈椭圆形，其长轴沿着头盔缓冲中垫顶部中轴线方向设置。前顶窗口13对应用户的头顶靠前的部位。

如图6至图9所示，在头盔缓冲中垫的后侧且位于侧窗口11向后延伸的部位开设有侧后窗口14，侧后窗口14左右各设一个呈对称布置，侧后窗口14的开口形状呈弧形，弧形开口向前指向侧窗口11。侧后窗口14对应用户后脑勺的部位。

如图6至图9所示，在头盔缓冲中垫的后侧靠下部位还开设有后窗口15，后窗口15设于头盔前后方向的轴线上，且后窗口15位于轴线左右两侧的部分呈对称布置，后窗口15位于侧后窗口14所在位置向下延伸处。后窗口15对应用户后脑勺靠下部位。

上述镂空窗口合理分布于头盔缓冲中垫中，既保证缓冲中垫具有良好的整体性和结构强度，同时也使缓冲中垫具有优异的透气性能。其针对头部热量汇集散热需求较高的区域进行部分开窗，同时配合头部两侧、后脑勺等区域的开窗设计，另外在制造头盔时，头盔外壳在缓冲中垫开窗部位也可对应开窗，并且头盔外壳不完全封闭缓冲中垫开窗部位的内边缘，这样的头盔可以有效提高了气体的流通效率，提高了整体的透气排汗性能，同时也提高穿戴的舒适度。

作为进一步的优选方案，头盔缓冲中垫上还可设置若干具有弹性和粘接性的垫材，优选为两侧带有胶黏层的弹性泡棉，用于在制造头盔时将3D打印的网络结构体牢固地粘贴于头盔外壳内，并且在两者之间还形成一定的缓冲效果。

弹性粘接垫的分布如图1至图4所示，在缓冲中垫顶部且位于侧顶窗口12之间对称设有一对第一弹性粘接垫21；在第一弹性粘接垫21向后延伸的部位左右对称设置一对第二弹性粘接垫22，每一第二弹性粘接垫22呈半圆形；在侧顶窗口12向前延伸的部位设置有第三弹性粘接垫23，第三弹性粘接垫23呈圆环形；在缓冲中垫的两侧靠前下部位各设置有第四弹性粘接垫24，第四弹性粘接垫24呈圆环形；在侧窗口11和侧后窗口14之间的区域设有第五弹性粘接垫25，第五弹性粘接垫25为适应该区域形状呈不规则环状；在后窗口15与侧后窗口14之间设有第六弹性粘接垫26，第六弹性粘接垫26呈长条状；在后窗口15下方沿着后窗口15设有第七弹性粘接垫27。上述多个弹性粘接垫在缓冲中垫顶部、两侧及后部形成多点分布的立体空间锚点，与头盔外壳形成可靠粘合在一起，同时弹性粘接垫自身具有的弹性也起到一定的减振降噪作用。

以上实施方式是示例性的，其目的是说明本实用新型的技术构思及特点，以便熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种头盔缓冲中垫，其特征在于：具有一体连接的镂空骨架主体结构，所述主体结构通过3D打印一体成型，内部具有开放多孔的晶胞网络以供气体自由流通；所述主体结构包括保护头两侧的侧壁、保护头顶的顶壁和保护后脑部位的后壁，所述侧壁、顶壁和后壁彼此圆弧过渡地一体连接，构成一半包络头部的整体；所述晶胞网络由多个晶胞单元相互连接形成，设置所述主体结构内靠近头部一侧的晶胞单元的晶胞结构参数不同于远离头部一侧的晶胞单元的晶胞结构参数，使靠近头部一侧的晶胞网络相较于远离头部一侧的晶胞网络具有更大的柔性，使远离头部一侧的晶胞网络相较于靠近头部一侧的晶胞网络具有更大的支撑性。

2.根据权利要求1所述的头盔缓冲中垫，其特征在于：所述晶胞单元呈笼状结构，由若干节点和若干连接杆构成，每一连接杆两端各连接一节点，每一节点处引出多个连接杆。

3.根据权利要求2所述的头盔缓冲中垫，其特征在于：将晶胞单元的重量与晶胞单元的体积的比值记为该晶胞单元的体积密度；所述主体结构内远离头部一侧的晶胞单元相较于靠近头部一侧的晶胞单元具有更大的体积密度，从而使靠近头部一侧的晶胞网络相较于远离头部一侧的晶胞网络具有更大的柔性，使远离头部一侧的晶胞网络相较于靠近头部一侧的晶胞网络具有更大的支撑性。

4.根据权利要求2所述的头盔缓冲中垫，其特征在于：每一所述节点引出的连接杆的数量记为该节点的价数，所述晶胞单元中所有节点的价数的算数平均值记为该晶胞单元的平均价数；所述主体结构内远离头部一侧的晶胞单元相较于靠近头部一侧的晶胞单元具有更大平均价数，从而使靠近头部一侧的晶胞网络相较于远离头部一侧的晶胞网络具有更大的柔性，使远离头部一侧的晶胞网络相较于靠近头部一侧的晶胞网络具有更大的支撑性。

5.根据权利要求2所述的头盔缓冲中垫，其特征在于：构成所述晶胞单元的连接杆的长度与特征直径的比值记为该连接杆的长径比；所述主体结构内远离头部一侧的晶胞单元相较于靠近头部一侧的晶胞单元具有更小长径比的连接杆，从而使靠近头部一侧的晶胞网络相较于远离头部一侧的晶胞网络具有更大的柔性，使远离头部一侧的晶胞网络相较于靠近头部一侧的晶胞网络具有更大的支撑性。

6.根据权利要求5所述的头盔缓冲中垫，其特征在于：连接杆的特征直径为：2×（S/π）^0.5，其中S为连接杆的横截面积。

7.根据权利要求1至6任一项所述的头盔缓冲中垫，其特征在于：所述头盔缓冲中垫上开设有若干镂空窗口，以供头盔缓冲中垫内部的气体与外界气体交换。

8.根据权利要求7所述的头盔缓冲中垫，其特征在于：所述头盔缓冲中垫的两侧均开设有侧窗口；所述头盔缓冲中垫的顶部左右对称开设一对侧顶窗口，每一侧顶窗口均对应设于该侧的侧窗口向上延伸的区域；所述头盔缓冲中垫的顶部中央靠前部位开设有前顶窗口；所述头盔缓冲中垫的后侧且位于侧窗口向后延伸的部位开设有侧后窗口，所述侧后窗口左右各设一个呈对称布置；所述头盔缓冲中垫的后侧靠下部位设有后窗口，且所述后窗口位于侧后窗口所在位置向下延伸处。

9.根据权利要求7所述的头盔缓冲中垫，其特征在于：所述头盔缓冲中垫外表面还设由若干弹性粘接垫，所述弹性粘接垫为两侧带有胶黏层的弹性泡棉，用以缓冲粘结头盔外壳。

10.一种头盔，其特征在于：包括外壳，内衬，以及连接在外壳和内衬之间的缓冲中垫，所述缓冲中垫为权利要求1至9任一项所述的头盔缓冲中垫。