JP2013538950A - 独立素子を有する衝撃吸収層 - Google Patents

Abstract

本発明ヘルメット用の衝撃吸収層は、ベースプレートと、ベースプレート上に互いに離して配置し、独立してまた弾性的に圧潰可能な複数個の衝撃吸収部材とを有する。これら中空の衝撃吸収部材は、ベースプレートから開放した頂端部まで上方に突出する閉じた周壁を画定し、頂端部は、衝撃吸収部材から流出する流体流の減少をごく僅かにしか生じさせないようにする寸法にする。閉じた周壁は、互いに対向する内面及び外面を有し、これら内面及び外面が截頭錐体の形状を有する第１部分と、互いに対向する内面及び外面を有し、これら内面及び外面が截頭錐体の形状を有する第２部分とを有する。これら内面は、それぞれに対応する截頭錐体の半径方向に比較的広い側の端部で相互連結し、第１部分及び第２部分における内面相互がなす内側角度が１８０゜より小さい角度を画定する。これら外面は、それぞれに対応する截頭錐体の半径方向に比較的広い側の端部で相互連結し、第１部分及び第２部分における外面相互がなす外側角度が１８０゜より大きい角度を画定する。
【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照
本発明は、２０１０年１０月６日出願の米国仮出願第６１／３９０，２４４号の優先権を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に組み込むものとする。

本発明は、概して、保護ヘルメット用の衝撃吸収層に関し、とくに、多重衝撃吸収造形部であって、衝撃エネルギーを減衰し、またこのような衝撃を受ける最中に生ずる線形加速度及び角加速度によるダメージからヘルメット装着者を保護するよう構成した、該多重衝撃吸収造形部を有する衝撃吸収層に関する。

ヘルメットは、スポーツ又は他の身体的活動中によく装着され、衝撃力及び／又は衝撃加速で脳に与える損傷から保護する。ヘルメットは、おおまかに異なる衝撃減衰テクノロジーを使用する２つのカテゴリーに分類され、すなわち単一衝撃ヘルメット及び多重衝撃ヘルメットがある。あらゆるヘルメットに対するデザイン上の制約としては、一般的に全体寸法、重量、ヘルメット概念における審美的な市場訴求能力、及びヘルメットの特別なカテゴリーに関連するすべての適正な規制衝撃標準に対する法令遵守がある。

単一衝撃ヘルメット、例えば、代表的には自転車用、山岳登山用及びオートバイ用のヘルメットにおいて、衝撃吸収素子は、衝撃の下に永久変形を受けるのが普通である。多重衝撃ヘルメット、例えば、代表的にはホッケー用、ラクロス用及びフットボール用のヘルメットにおいて、衝撃吸収素子は、多重衝撃に耐えて永久変形がほとんどないよう設計する。

若干の多重衝撃ヘルメットは、ビニルニトリル（ＶＮ）又は膨張ポリプロピレン（ＥＰＰ）のいずれかの材料を使用する。これら材料は、多重衝撃を受けた後、各衝撃による僅かな塑性変形に起因して性能低下を生ずることがあり、衝撃ゾーンにおける材料厚さの減少、ひいては材料密度の増大を引き起し、このことは材料をより硬化させ、またエネルギー管理能力が低下することとなる。

他の既知の多重衝撃ヘルメットは、流体、例えば空気を含む圧縮可能なセルによる衝撃吸収層を設け、これらセルは、セルが圧縮されたときに流体を逃がすことができる小さい通路を除いて閉鎖する。セルの構造は、一般的に衝撃の初期段階で圧縮に抵抗しようとする、すなわち通路は高速で移動する流体に対する衝撃作用を有し、つぎに流体が通路から緩慢に通気されるにつれて、セルが徐々に圧縮される。このようなメカニズムは、比較的大きなサイズ、すなわち、内部に含まれる流体量がセル衝撃耐性を有する程度となる、個別のセルを必要とする。大きなセルを使用することは、ヘルメット内における衝撃吸収層の最適化した保護範囲を損ない、適正な全般的保護を行うことができなくなる。

当時の不十分な測定技術により、以前の研究では、線形加速度及び角加速度は衝撃中の頭部損傷基準に強く相関するという共通見解があり、このことが、科学者達をして頭部損傷閾値の決定する上で線形加速度にのみ絞り込ませることとなった。すなわち、２つの加速度のうち線形加速度は測定がより簡単であるからであった。このようにして、現在にいたるまでヘルメット標準は、合否基準として線形加速度のみを測定し、角加速度については何ら言及していない。

最新の研究症例では、角加速度が所定衝撃条件の下で線形角加速度とは大きく異なり、潜在的により大きな力を誘発しさえすることがあり、適切に管理しないと、より大きなダメージ及び損傷を発生することを示しているように見える。例えば、角加速度は、重要な意味を持ち、圧倒的要因でさえもあり得るものであり、これは、質量中心から外れて衝撃を受けるときであり、これにより、質量体の回転角度をより大きくするからであり、このシナリオは、ヘルメットを保護用に必要とするすべてのスポーツ活動で起こりうるものである。

一般的に言えば、衝撃吸収素子の密度、剛性、太さ又は高さを変化させると、比例的な線形衝撃管理特性が得られる。しかし、一般的な既知の衝撃吸収素子は、角加速度衝撃をほとんど減衰しない。

例えば、ある１つのタイプの既知である衝撃テクノロジーは、網目状に相互連結した複数個の衝撃吸収部材を使用する。網目状連結は、一般的に、荷重を部材間で伝達し、相互連結した部材の圧潰中に側方変位を制限する。網目状連結は、管状部材の曲げに対する抵抗を増大させ、また適切な角加速度衝撃吸収を阻害する場合がある。

したがって、改善することが望ましい。

したがって、本発明の目的は、改善した衝撃吸収層を得るにあり、とくに、多重衝撃ヘルメットの使用に適しており、しかも他のヘルメット及び／又は他のタイプのスポーツ用具における使用に適した衝撃吸収層を得るにある。

したがって、本発明によれば、ヘルメット用の衝撃吸収層を提供し、この衝撃吸収層は、ベースプレートと、及び前記ベースプレート上に互いに離して配置し、また前記ベースプレートのみを介して相互連結される複数個の衝撃吸収部材であって、各衝撃吸収部材は、少なくとも部分的にヘルメットに対する衝撃荷重を吸収するよう独立してまた弾性的に圧潰可能とし、また中空であり、前記ベースプレートから開放した頂端部まで上方に突出する、閉じた周壁を画定し、前記開放した頂端部は、衝撃吸収部材から流出する流体流の減少をごく僅かしか生じさせない寸法とし、各前記衝撃吸収部材の前記閉じた周壁は、少なくとも１つの壁区域を有するものとした、該衝撃吸収部材とを備え、前記壁区域は、互いに対向する内面及び外面を有し、これら内面及び外面は截頭錐体形状を有するものとした第１部分と、前記第１部分から上方に突出するとともに、前記第１部分に一体に形成した第２部分であって、互いに対向する内面及び外面を有し、これら内面及び外面は截頭錐体形状を有するものとした、該第２部分とを有し、前記第１部分及び第２部分における前記内面は、それぞれに対応する截頭錐体の半径方向に比較的広い側の端部で相互連結し、前記第１部分及び前記第２部分における前記内面相互がなす内側角度が１８０゜より小さい角度を画定し、また前記第１部分及び第２部分における前記外面は、それぞれに対応する截頭錐体の半径方向に比較的広い側の端部で相互連結し、前記第１部分及び前記第２部分における前記外面相互がなす外側角度が１８０゜より大きい角度を画定する構成とする。

さらに、本発明によれば、ヘルメット用の衝撃吸収層を提供し、この衝撃吸収層は、ベースプレートと、及び前記ベースプレート上に互いに離して配置し、また独立して圧潰可能な中空である複数個の一次衝撃吸収部材であって、前記ベースプレートから開放した頂端部まで延在する、閉じた周壁を有し、前記周壁は、半径方向外方に曲がった形状を有して半径方向に狭い上端部及び下端部並びに半径方向に広がった中央部分を画定する、拡開−収束壁輪郭を形成する少なくとも１個の壁区域を画定し、前記壁区域の前記半径方向に広がった中央部分が、前記開放した頂端部と前記ベースプレートとの間に位置して、前記一次衝撃吸収部材の最大幅を形成する、該一次衝撃吸収部材と、前記一次衝撃吸収部材のそれぞれにおける前記閉じた周壁内で前記ベースプレートから突出し、かつ前記一次衝撃吸収部材から独立して作用する、二次衝撃吸収部材とを備える。

さらにまた、本発明によれば、スポーツ用のヘルメットを提供し、このスポーツ用のヘルメットは、外側シェルと、及びベースプレート、及び互いに離間しかつ独立して作用する中空である複数個の衝撃吸収部材を有する衝撃吸収層とを備え、前記衝撃吸収部材は、前記ヘルメットに対する衝撃荷重を少なくとも部分的に吸収するよう弾性的に圧潰可能とし、また前記ベースプレートの外面から突出し、それぞれ前記ベースプレートのみを介して前記衝撃吸収部材が相互連結されるものとし、前記衝撃吸収部材は、前記外側シェルの内面に隣接する開放した頂端部を有し、前記頂端部は、前記中間の部材から流出する流体流の減少をごく僅かしか生じさせないようにする寸法とし、前記衝撃吸収部材は、少なくとも１個の壁区域を有する、閉じた周壁を含み、前記壁区域のそれぞれは、互いに対向し、それぞれ截頭錐体の形状を有する内面及び外面を持つ第１部分と、前記第１部分から上方に突出する第２部分であって、互いに対向し、それぞれ截頭錐体の形状を有する内面及び外面を持つ、該第２部分と、を有するものとし、前記第１部分及び第２部分の前記内面は、それぞれに対応する截頭錐体の比較的大きい方の端部で相互連結し、また前記第１部分及び第２部分の前記外面は、それぞれに対応する截頭錐体の比較的大きい方の端部で相互連結する。

以下に、添付図面につき本発明の特別な実施形態を説明する。

特別な実施形態による衝撃吸収層の斜視図である。 図１に示す衝撃吸収層における衝撃吸収素子の斜視図である。 図２に示す衝撃吸収素子の縦断面図である。 他の実施形態による衝撃吸収素子の斜視図である。 図４に示す衝撃吸収素子の５−５線上の縦断面図である。 図４に示す衝撃吸収素子の６−６線上の縦断面図である。 図４に示す衝撃吸収素子の頂部の概略的横断面図である。 異なる実施形態による衝撃吸収素子の頂部の概略的横断面図である。 異なる実施形態による衝撃吸収素子の頂部の概略的横断面図である。 さらに他の実施形態による衝撃吸収素子の縦断面図である。 図１の衝撃吸収層を組み込んだヘルメットの略図的縦断面図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による衝撃吸収層１０を示す。図９に線図的に示すように、衝撃吸収層１０は、保護用のヘルメット８における内部構造の一部として使用するよう構成し、このヘルメット８は、例えば、ホッケー、ラクロス、フットボール、モータースポーツ、スノースポーツなどのスポーツ用、オートバイ及び／又は自転車用に使用するものとする。ヘルメット８は、多重衝撃ヘルメット又は単一衝撃ヘルメットとすることができる。しかし、代案として、衝撃吸収層１０を有するヘルメット８は、他のスポーツカテゴリー用に、又は非スポーツ用途、例えば建設に使用される保護ヘルメット又は「硬質ハット」用に使用することができる。

ヘルメット８の衝撃吸収層１０は、例えば発泡材料で形成した内側のクッション層１１と、硬質プラスチックで形成することができる堅固な外側シェル１３との間に挟み込むことができ、しかし、多くの他の保護的、装飾的、若しくは被り心地を向上させる、層又は素子を付加的に設けることができる。クッション層１１は連続的なものとして示すが、代案として、互いに突き合わせた、又は互いに離して配置した、又は互いにオーバーラップさせた、又はこれらの組合せによる複数個のピースで設けることができる。外側シェル１３は連続的なものとして示すが、代案として、２個以上のピースで設けることができ、例えば、前側シェル及び後側シェルを互いに摺動自在に係合させ、サイズ調整できるようにすることができる。衝撃吸収層１０は、さらに、複数個の協調動作ピースで設けることもでき、このことを以下に詳細に説明する。他のヘルメット形態も可能である。

図１につき説明すると、衝撃吸収層１０は、ベースプレート１２と、このベースプレートから突出する、独立した、又は独立して圧潰可能な複数個の衝撃吸収素子１４を有する。図示しないが、ベースプレート１２は、孔、開口、スロット等を、重量軽減化目的のため、重要でない領域、例えば、隣接する衝撃吸収素子間に設けることができる。衝撃吸収素子によればヘルメットの衝撃減衰管理を行うことができ、この衝撃減衰管理は、以下に詳細に説明するように線形加速度及び角加速度の双方を減衰することにより行う。

特別の実施形態において、衝撃吸収素子１４はベースプレート１２上に直接射出成形する。代案として、素子１４は、ベースプレート１２とは別個に成形し、任意の適切なプロセス、例えば溶着又は接着剤を使用して、ベースプレート１２に取り付けることができる。特別な実施形態において、ベースプレート１２及び衝撃吸収素子１４は、適切なタイプの熱塑性エラストマー（ＴＰＥ）、例えば以下に限定しないが、ポリウレタン・エラストマー（ＴＰＵ）、コポリアミド（ＴＰＡ）、コポリエステル（ＴＰＣ）、ポリオレフィン・エラストマー（ＴＰＯ）、又はポリスチレン熱塑性エラストマー（ＴＰＳ）で形成することができる。好適に使用できる適切な材料によれば、低温でも優れた可撓性、良好な耐久性、十分な機械的強度を有する高い弾性を付与するものであり、好ましくは射出成形可能なものである。

ベースプレート１２は、複数個の衝撃吸収素子１４のための定着ポイントとして機能する。ベースプレート１２は、さらに、ヘルメット内部構造の一部でもある。ヘルメットの完全なシステムは、特定用途向けに設計、整形及び最適化した複数個の成形ベースプレート１２を有する。図１の衝撃吸収層１０は、例示として示し、ベースプレートの幾何学的形状、並びに各ベースプレートにおける衝撃吸収素子の数及び位置は、用途に依存する。図示の実施形態において、素子１４は、同一行、行に直交する同一列内で整列させる。代替的な配列も可能であり、例えば、行及び／又は列内で互いに異なる数の素子を配置する、行を列に対して直角以外の角度をなすよう延在させる、不規則に分布させる、又は互いにオフセットさせる等で配列することができる。例えば、図示しない特別な実施形態において、衝撃吸収層は、３個の素子を有する行を、２個の素子を有する行と交互に配列する。

図２〜３につき説明すると、衝撃吸収素子１４は互いに独立しており、すなわち、素子はベースプレート１２を介してのみ相互連結されている。各衝撃吸収素子１４は、中空の一次衝撃吸収部材（以下、「一次部材」又は「部材」と略称する場合もある）１６を有し、この一次衝撃吸収部材１６は十分な荷重が加わったときに弾性的にたわむ。中空の一次衝撃吸収部材１６は、ベースプレートから開放した頂端部まで上方に突出する閉じた周壁を有し、頂端部は、衝撃吸収部材から流出する流体流の減少をごく僅か（無視できる程度）しか生じさせない寸法とする。各衝撃吸収部材の閉じた周壁は、少なくとも１個の壁区域を有し、各壁区域は半径方向外方に曲がった形状をしており、したがって、「ダイヤモンド」形状又はバレル形状の外周を画定する、すなわち、例えば、図３に示すように、拡開−収束して、壁区域における半径方向に狭まった上方端部及び下方端部と、半径方向により広がった中心部分を画定する。このような区域の幾つかを一体に形成し、垂直方向に積層し、例えば、図８に示すようにベローズ（蛇腹）状の構造にすることができ、このことは後に詳細に説明する。図３の中空の一次衝撃吸収部材１６は、ベースプレート１２から延びる底部部分１８と、この底部部分１８から延びる頂部部分２０とを有する。各部分１８，２０は、１個以上の壁２２で形成した、閉じた外周を有する。底部部分１８及び頂部部分２０は、それぞれ内面２４，２６及び外面２８，３０を有する直角截頭錐体、すなわち、軸線に直交する２つの平行平面間に円錐又は角錐の部分を有する形状をしている。図示の実施形態では、底部部分１８及び頂部部分２０双方の内面２４，２６及び外面２８，３０は、截頭円錐形状である、すなわち、円形断面を有し、したがって、底部部分及び頂部部分それぞれは、閉じた外周を画定する単一壁を有する。他の截頭錐体とすることもでき、非円形の断面形状にすることもできる。

頂部部分２０の内面２６における截頭錐体の比較的大きい（半径方向により広がった）端部を底部部分１８の内面２４における截頭錐体の比較的大きい（半径方向により広がった）端部に連結する。同様に、頂部部分２０の外面３０における截頭錐体の比較的大きい（半径方向により広がった）端部を底部部分１８の外面２８における截頭錐体の比較的大きい（半径方向により広がった）端部に連結する。このように、一次部材１６の壁２２は、半径方向外方に広がった又は曲がった形状を有し、ダイヤモンド形状の輪郭をなす。図示の実施形態において、一次部材１６の壁２２は、一定の厚さを有し、２つの部分１８，２０における内面２４，２６間の角度θ_ｉ、及び２つの部分１８，２０における外面２８，３０間の角度θ_ｏ が共役角度、すなわち、その合計が３６０゜であり、θ_ｉ＜１８０゜かつθ_ｏ＞１８０゜である。代案として、壁２２の厚さを、一次部材１６の高さに沿って変化させ、２つの角度θ_ｉ，θ_ｏが共役角度ではなく、ただし、依然としてθ_ｉ＜１８０゜かつθ_ｏ＞１８０゜であるようにすることができる。底部部分１８及び頂部部分２０の高さをほぼ同一にして示すが、高さを異ならせることもでき、これにより、截頭錐体相互間の連結は、一次部材１６の高さの等距離ポイントに位置しない。

ベースプレート１２は一次部材１６に対して、閉じた底端部３４を付与し、頂部部分２０は開放した頂端部３２を画定し、この頂端部３２は、圧縮の際に一次衝撃吸収部材１６から流出する流体（空気）の流れにおける減少をごく僅かしか生じさせない寸法とする。本明細書及び特許請求の範囲における「流れにおける減少をごく僅かしか生じさせない」とは、流れにおける減少が全く存在しない形態も含むものである。したがって、流体は、圧縮されるとき、一次部材１６から自由に、又はほぼ自由に流出する。衝撃吸収素子１４は、したがって、衝撃管理に関して内部に含まれる流体には依存しないものである。

特別な実施形態において、一次部材１６の高さＨとその最大幅Ｗ（底部部分１８と頂部部分２０との間の連結部で画定される）との間の比は、少なくとも１であり、すなわち、高さＨは、少なくとも最大幅Ｗに等しい。図示の実施形態において、高さ−幅（又は底部部分１８及び頂部部分２０は截頭円錐形であるため、最大直径）間の比Ｈ／Ｗは、約１．２８である。

軸線方向荷重下では、一次部材１６の閉じた外周を画定する壁２２の半径方向外方に曲がった形状により、臨界荷重を越えた後に制御された様式で圧潰することができる。制御不能な座屈シナリオにおいては、円筒体に軸線方向荷重が加わり、衝撃の下で破損しない弾性材料を使用したとして、一般的に材料は強制的に材料自体上に圧潰し、制御不能な圧潰は、効果的な衝撃減衰剛性を喪失させ、また円筒体に望ましくない永久変形を生ずることがある。一次部材１６は、衝撃中それ自体上に圧潰するのではなく、材料圧縮を回避するよう半径方向外方に拡開する。この拡開は、衝撃管理減衰制御を最適化し、この最適化は、一次部材のより高い衝撃管理一貫性並びに増大した圧潰性能によるものである。壁２２の厚さは、線形荷重に対する望ましい耐性レベルを生ずるよう選択する。したがって、ベースプレート１２における隣接する衝撃吸収素子１４間の距離は、衝撃により生ずるこの半径方向拡開中における相互作用又は干渉を回避するよう選択する。

角加速度で生ずるような接線方向荷重下では、各一次部材１６は自由に独立して変形し、これはなぜなら、素子１４がベースプレート１２以外では相互連結されていないからである。角加速度は、一般的に、部材１６の頂部に接線方向荷重を生じ、部材１６それぞれは、片持ち梁に類似又はほぼ類似してたわみ、この梁において、ベースプレート１２に対応する梁定着ポイントから最大距離に荷重がかかる。

片持ち梁のたわみは、以下のように表すことができる。すなわち、
ｙ＝Ｆｌ³／３ＥＩ
ただし、Ｆは加わった接線方向荷重、ｌは片持ち梁の長さ、Ｅは材料の弾性率、及びＩは慣性（二次）モーメントである。このように、梁のたわみ又は曲げに影響する変数は、部材１６の場合高さＨに対応する長さｌ及び慣性二次モーメントＩである。通常、部材１６の高さＨは、標準化した衝撃テストに合格するヘルメットの能力、並びにヘルメットの市場訴求力によって決まり、なぜなら、より大きいサイズのヘルメットは、審美的理由から市場的に成功しないおそれがあるからである。このように、部材１６の高さＨは、接線方向衝撃を吸収するよう望ましいたわみを得る上で変動するとともに、多くの場合、接線方向衝撃吸収の一次変数となる部材１６の特性は、慣性モーメントＩである。したがって、部材１６の形状、壁厚、及び高さ−最大幅比Ｈ／Ｗを選択して、望ましいレベルの接線方向荷重耐性を生ずる慣性モーメントＩを得るようにする。ベースプレート１２における隣接する衝撃吸収素子１４間の距離も選択して、接線方向荷重により生ずるたわみ中に相互作用又は干渉を回避するようにする。

衝撃吸収素子１４によれば、一次部材の高さ−最大幅比Ｈ／Ｗ及び壁厚を最適化することによる角加速度管理、並びに一次部材１６の壁厚及び壁角度を最適化することによる線形加速度管理を可能にする。

図示の実施形態において、底部部分１８及び頂部部分２０における表面２４，２６間及び表面２８，３０間の角度θ_ｉ，θ_ｏの選択は、一次部材１６の壁２２が、図３に参照符号３８でまた略図的に示す、少なくとも一次部材１６が未圧縮状態（すなわち、自然状態又は休止状態）であるときの一次部材１６の高さ全体にわたって延在する材料の連続管状部分を含むようにして行う。材料のこの管状部分３８（壁２２の残りの部分からはっきりと区別されるものではない）は、軸線方向荷重下で薄壁コラムのように挙動し、また薄壁コラムのような初期衝撃荷重管理を、このコラムにおける臨界座屈荷重に達するまで行う。しかし、材料のこの管状部分３８は存在しなくともよい、すなわち、若干のケースではより大きい角度θ_ｏ及びより小さい角度θ_ｉを使用することができる。このケースとしては、以下に限定しないが、衝撃吸収層１０に必要な耐性が十分低い場合、及び／又は一次部材１６に使用される材料の耐性が十分高い場合が含まれる。

図示の実施形態において、衝撃吸収素子１４は、さらに、一次部材１６の開放端部３２の周りに位置する鍔縁３６を有し、この鍔縁３６は、軸線方向及び／又は接線方向の荷重が素子１４に加わるとき、壁２２が半径方向内方に圧潰するのを防止する補助を行う剛性化造作部として作用する。この剛性化造作部によれば、設計最適化及び軽量化を目的とした薄壁構造を使用できるようになる。一次部材１６の壁２２の厚さが制御された圧潰を確実にするほど十分である場合には、この鍔縁３６は省略することができる。図示の実施形態において、鍔縁３６は丸みを付け、また一次部材１６の壁２２から半径方向外方にのみ突出する。代案として、鍔縁は、壁から半径方向内方にのみ突出させる、又は半径方向内方及び半径方向外方の双方に突出させることができ、また異なる形状、例えば、壁２２の頂部をテーパ付き断面で画定することができる。鍔縁３６は開放した端部３２の周りに連続的に設けたものとして示すが、代案として、角度的に離間した区域に複数個形成することもできる。鍔縁が半径方向内方に突出する実施形態では、鍔縁の寸法は、圧縮される際に開放した頂端部３２を経て一部部材１６から流出する流体流の減少をごく僅かしか生じさせないよう（減少が無視できる程度）にする寸法にする。

図３につき説明すると、向上した衝撃耐性及び多重衝撃レベル管理が必要なとき、衝撃吸収素子１４には、さらに、二次衝撃吸収部材（以下「二次部材」と略称する場合がある）４０を設け、この二次衝撃吸収部材４０は、ベースプレート１２から各一次部材１６内にまた一次部材１６の中心で突出させる。特別な実施形態において、二次部材４０は中空とし、一次衝撃吸収部材１６の成形と同時にベースプレート１２上に直接射出成形し、これにより、層１０をモノリシック体とする。図示の実施形態において、二次部材４０は管状部材であり、円筒形構造及び開放した頂端部４２を有する。代替的実施形態において、二次衝撃吸収部材４０も２個の截頭錐体状部分、例えば、截頭円錐部分を有し、比較的大きい側の端部相互を連結する。この場合、二次部材４０の輪郭は、一次部材１６に類似する（類似した角度θ_ｉ，θ_ｏを有する）。他の代替的実施形態において、二次衝撃吸収部材４０は、単独の截頭錐体状部分、例えば、単独截頭円錐状部分を有するものとし、比較的小さい側の端部をベースプレート１２に連結する。他の代替的実施形態において、二次衝撃吸収部材４０は、截頭円錐状の底部部分を有し、比較的大きい側の端部を円筒形頂部部分に連結する。円形以外の断面を有する二次部材４０も可能である。二次部材４０は必ずしも中空にする必要はなく、例えば、二次部材４０は、適切な衝撃等級の発泡体、例えば、ビニルニトリル（ＶＮ）又は膨張ポリプロピレン（ＥＰＰ）で中実に形成することができる。一次部材１６及び二次部材４０は互いに独立とし、すなわち、これらはベースプレート１２を介してのみ相互連結する。図示しない代替的実施形態において、一次部材１６及び二次部材４０はベースプレート１２から同心状ではなく、互いに並置させる。

二次部材４０の高さは、好適には、少なくとも２ｍｍとし、図示の実施形態においては、一次部材１６の高さに対する半分の位置まで突設する。二次部材４０によれば、一次部材１６の壁２２が機能しなくなり始めた後の高エネルギー衝撃の管理を行い、より高いピーク加速度を招く衝撃吸収素子１４の底打ちを回避する。

図４〜６及び図７Ａにつき説明すると、代替的実施形態による衝撃吸収素子１１４を示す。この実施形態は、上述した実施形態に対して、角加速度管理及び線形加速度管理に対する独立調整がより改善されている。この独立した衝撃吸収素子１１４は、図１につき上述したのと同様に、ベースプレート１２に設ける。

上述の実施形態のように、素子１１４は、中空の一次衝撃吸収部材１１６を有し、この一次衝撃吸収部材１１６は、ベースプレート１２から突出する底部部分１１８及びこの底部部分１１８。ら突出する頂部部分１２０を有し、頂部部分１１６は開放した頂端部１３２を有し、この頂端部１３２は、圧縮された際に、一次部材１１６から流出する流体流の減少をごく僅かしか生じさせないよう（減少が無視できる程度）にする寸法とする。各部分１１８，１２０は、１つ以上の壁１２２によって形成した、閉じた外周を有する。底部部分及び頂部部分における内面１２４、１２６における截頭錐体の比較的大きい側の端部相互を直接連結し、また底部部分及び頂部部分における外面１２８，１３０における截頭錐体の比較的大きい側の端部相互を、外周に沿って延在する環状リブ１４４を介して連結する。代替的実施形態において、環状リブ１４４は省略することができる。素子１１４には、さらに上述の二次部材４０に類似した二次衝撃吸収部材１４０を設ける。代案として、二次衝撃吸収部材１４０は省略することができる。

この実施形態において、衝撃吸収素子１１４には、一次部材１１６の壁１２２から半径方向外方にのみ突出する、垂直方向に指向する複数個のリブ１４６を設け、このリブ１４６はベースプレート１２から開放した頂端部１３２まで延在する。４個のリブ１４６を示すが、代替的実施形態においては４個より多い又は少ないリブを設けることができる。図示の実施形態において、リブ１４６は、壁１２２の輪郭に追随する、すなわち、素子１１４の断面図（例えば、図５）で見るとき、半径方向外方に曲がった形状を有する。代案として、リブ１４６は、壁１２２に追随しない、すなわち、角度θ_ｏ，θ_ｉ とは異なる角度で延在する２つの部分で形成することができる。

環状リブ１４４によれば、垂直方向に指向するリブ１４６の支持を行い、開放した端部１３２を包囲する鍔縁１３６は、リブ１４６の位置で分断される。代案として、リブ１４６の頂端部は、連続鍔縁に一体化される形状にすることができる。

図７Ｂに略図的に示す代替的実施形態において、リブ１４６′は壁１２２′から半径方向内方にのみ突出する。図７Ｃに略図的に示す他の代替的実施形態においてリブ１４６″は壁１２２″から半径方向内方及び外方の双方に突出する。リブ１４６，１４６′，１４６″は、一次部材１１６が圧縮を受ける際に、壁１２２，１２２′，１２２″の制御された外方拡開を行うよう設計する。リブ１４６，１４６′，１４６″の断面は、任意の形状にすることができ、ただし、曲げモーメントを生ずる荷重方向に対するその断面の有効二次慣性モーメントに差がある限りにおいてである。図７Ａに略図的に示すように、接線方向の力Ｆを考慮するとき、リブ１４６ａ，１４６ｃは同一の二次慣性モーメントを有し、またリブ１４６ｂ，１４６ｄは、リブ１４６ａ，１４６ｃの二次慣性モーメントよりも小さい、同一の二次慣性モーメントを有する。リブ１４６ａ，１４６ｃは、より大きい二次慣性モーメントに起因する力Ｆの下における部材の曲げ又はたわみを管理する一次リブ貢献子である。リブ１４６，１４６′，１４６″の変動する有効慣性モーメントによれば、部材に対する曲げモーメントの相互作用及び管理を可変にすることができる。梁として作用するリブ１４６，１４６′，１４６″は、その二次慣性モーメントが最大となるよう指向するとき曲げに対する耐性がより強くなる。

リブ１４６，１４６′，１４６″の存在によれば、角加速度管理を向上するとともに、線形加速度の最適化管理を維持することができる。角加速度管理は、主にリブ１４６，１４６′，１４６″の寸法決めによって行うとともに、線形加速度管理は、一次部材１１６の壁１２２，１２２′，１２２″の厚さ、及びリブ１４６，１４６′，１４６″の半径方向厚さによって行い、このようにして、軸線方向荷重及び曲げモーメントは、ほぼ独立して管理することができ、したがって、一方の特別なタイプの荷重（接線方向の又は線形の荷重）を管理するための衝撃吸収素子１１４の最適化は、他方のタイプの荷重を管理するようとのように素子１１４を最適化するかに対しては限定された影響しか持たない。

図８につき説明すると、代替的実施形態による衝撃吸収素子２１４を示す。この独立した衝撃吸収素子２１４も、図１で上述したのと同様に、ベースプレート１２に設ける。各素子２１４は、中空の一次衝撃吸収部材２１６を有し、また上述した二次部材４０と同様の二次衝撃吸収部材２４０を有するものとして示す。他の実施形態において、二次衝撃吸収部材２４０は省略することができる。

一次衝撃吸収部材２１６は、ベースプレート１２から突出する底部部分２１８、この底部部分２１８から突出する第１中間部分２１７、この第１中間部分２１７から突出する第２中間部分２１９、及びこの第２中間部分２１９から突出する頂部部分２２０を有する。頂部部分は、鍔縁２３６によって包囲される開放した頂端部２３２を画定し、この頂端部２３２の寸法は、やはり、圧縮を受けた際に一部部材３１６から流出する流体流における減少をごく僅かしか生じさせないよう（減少が無視できる程度）にする寸法とする。各部分２１７，２１８，２１９，２２０は、１つ以上の壁２２２によって形成される、閉じた外周を有する。各部分２１７，２１８，２１９，２２０は、直角截頭錐体の形状、好適には、截頭円錐形状の内面１２３，１２４，１２５，２２６及び外面１２７，１２８，１２９，１３０を有するが、他の截頭錐体形状も可能であり、すなわち、非円形断面のものとすることもできる。

底部部分２１８及び第１中間部分２１７は、截頭錐体の比較的大きい側の端部で内面１２４，１２３相互を、また外面１２８，１２７相互を連結する。第１中間部分２１７及び第２中間部分２１９は、截頭錐体の比較的小さい（すなわち、半径方向に狭い）側の端部で内面１２３，１２５相互を、また外面１２７，１２９相互を連結する。第２中間部分２１９及び頂部部分２２０は、截頭錐体の比較的大きい側の端部で内面１２５，１２６相互を、また外面１２９，１３０相互を連結する。このようにして、一次部材２１６の壁２２２は「ベローズ」形状を有し、この形状は、頂部及び底部で半径方向外方に曲がった２つの区域と、これら２つの区域の中間で半径方向内方に曲がった部分とを有する。図示の実施形態において、一次部材２１６の壁２２２は一定の厚さを有し、また、２つのベローズ区域、すなわち、底部部分２１８及び第１中間部分２１７によって画定される区域、並びに第２中間部分２１９及び頂部部分２２０によって画定される区域は、類似の幾何学的形状（ジオメトリ）を有する。このようにして、使用にあたり、２つのベローズ区域は、同様の割合で圧潰するが、図１の部材１６と同一寸法でありながら、より小さい半径方向圧潰痕跡、すなわち、より小さい半径方向圧潰空間で済む。

代案として、壁２２２の厚さは、一次部材２１６の高さにわたって変化させることができる。部分２１７，２１８，２１９，２２０は、類似の高さを有するものとして示すが、代案として、高さを異ならせることができる。第２中間部分２１９と頂部部分２２０との間における接合部も、底部部分２１８と第１中間部分２１７との間における接合部の幅とは異なる幅を画定するようにすることができる。このようにして、２つのベローズ区域が異なる幾何学的形状（ジオメトリ）の設計にする場合、異なる割合で圧潰するようにできる。このことによれば、１つの設計内で、低エネルギーから高エネルギーまでより良好なエネルギー管理を行うことができるようになる。このタイプの設計において、例えば、中間部分２１７，２１９間における接合部よりも下方まで起立する第２部材２４０は、第３エネルギー管理部材として作用する。

このようにして、衝撃吸収素子１４，１１４，２１４によれば、線形加速度及び角加速度双方の管理を行うことができ、また二次部材４０，１４０，２４０の存在により多重衝撃レベルの管理を可能にする。衝撃吸収素子１４，１１４，２１４のジオメトリは制御された圧潰を生ずる。一体成形した衝撃吸収素子１４，１１４，２１４及びベースプレート１２は、製造作業を容易にすることができる。衝撃吸収層１０は特定用途向けに最適化することができ、この最適化は、ベースプレート１２における衝撃吸収素子１４，１１４，２１４の分布、及び個別の衝撃吸収素子１４，１１４，２１４を同一サイズにする又はしないようにする、また同一形態にする又はしないようにする寸法決めによって行う。

本発明の上述した実施形態は例示を意図するものである。当業者であれば、上述の記載は単に例示的なものであり、種々の代替形態及び変更も本発明の精神を逸脱することなく実施できることは理解できるであろう。したがって、本発明は、このような代替的形態、変更、改変もすべて包含し、これらは特許請求の範囲内に納まるものであることを意図する。

Claims (36)

1. ヘルメット用の衝撃吸収層において、
   ベースプレートと、及び
   前記ベースプレート上に互いに離して配置し、また前記ベースプレートのみを介して相互連結される複数個の衝撃吸収部材であって、各衝撃吸収部材は、少なくとも部分的にヘルメットに対する衝撃荷重を吸収するよう独立してまた弾性的に圧潰可能とし、また中空であり、前記ベースプレートから開放した頂端部まで上方に突出する、閉じた周壁を画定し、前記開放した頂端部は、衝撃吸収部材から流出する流体流の減少をごく僅かしか生じさせない寸法とし、各前記衝撃吸収部材の前記閉じた周壁は、少なくとも１つの壁区域を有するものとした、該衝撃吸収部材と
   を備え、前記壁区域は、
   互いに対向する内面及び外面を有し、これら内面及び外面は截頭錐体形状を有するものとした第１部分と、
   前記第１部分から上方に突出するとともに、前記第１部分に一体に形成した第２部分であって、互いに対向する内面及び外面を有し、これら内面及び外面は截頭錐体形状を有するものとした、該第２部分と
   を有し、
   前記第１部分及び第２部分における前記内面は、それぞれに対応する截頭錐体の半径方向に比較的広い側の端部で相互連結し、前記第１部分及び前記第２部分における前記内面相互がなす内側角度が１８０゜より小さい角度を画定し、また前記第１部分及び第２部分における前記外面は、それぞれに対応する截頭錐体の半径方向に比較的広い側の端部で相互連結し、前記第１部分及び前記第２部分における前記外面相互がなす外側角度が１８０゜より大きい角度を画定する構成とした、
   衝撃吸収層。
2. 請求項１記載の衝撃吸収層において、各衝撃吸収部材は一次衝撃吸収部材とし、前記衝撃吸収層は、さらに、前記ベースプレートから上方に独立して突出し、かつ前記一次衝撃吸収部材の各々における前記閉じた周壁内に配置した第２衝撃吸収部材を備え、前記第２衝撃吸収部材は独立して圧潰可能とした、衝撃吸収層。
3. 請求項２記載の衝撃吸収層において、前記第２衝撃吸収部材は、中空であり、また円形断面形状を有する構成とした、衝撃吸収層。
4. 請求項２記載の衝撃吸収層において、前記第２衝撃吸収部材は、前記ベースプレートからの高さが一次衝撃吸収部材よりも低い構成とした、衝撃吸収層。
5. 請求項１記載の衝撃吸収層において、前記第１部分及び第２部分の前記外面、並びに前記第１部分及び第２部分の前記内面は、前記衝撃吸収部材が未圧縮状態であるとき、前記衝撃吸収部材が前記ベースプレートから前記開放した頂端部まで材料による連続した管状部分を含むよう、相対的な指向性を有する構成とした、衝撃吸収層。
6. 請求項１記載の衝撃吸収層において、前記衝撃吸収部材は、前記閉じた周壁の前記開放した頂端部を包囲し、また半径方向に突出する鍔縁を有する構成とした、衝撃吸収層。
7. 請求項１記載の衝撃吸収層において、前記衝撃吸収部材のそれぞれは、前記閉じた周壁から半径方向外方及び半径方向内方の少なくとも一方に突出する複数個のリブを有し、前記リブは、前記ベースプレートから前記開放した頂端部まで延在する構成とした、衝撃吸収層。
8. 請求項１記載の衝撃吸収層において、前記衝撃吸収部材のそれぞれは、単一の前記壁区域を有し、前記壁区域の前記第１部分は、前記ベースプレートから上方に突出し、また前記壁区域の前記第２部分は、前記衝撃吸収部材の前記開放した頂端部を画定する構成とした、衝撃吸収層。
9. 請求項１記載の衝撃吸収層において、前記衝撃吸収部材のそれぞれは、少なくとも２個の前記壁区域を有し、一方の第１壁区域は、前記ベースプレートから上方に突出し、また他方の第２壁区域は、前記第１壁区域から上方に突出しかつ前記開放した頂端部を画定し、前記第１区域及び第２区域における内面相互を、それぞれに対応する截頭錐体における半径方向に狭い側の端部で連結し、また前記第１区域及び第２区域における外面相互を、それぞれに対応する截頭錐体における半径方向に狭い側の端部で連結した、衝撃吸収層。
10. 請求項１記載の衝撃吸収層において、前記衝撃吸収部材のそれぞれは、前記ベースプレートから前記開放した頂端部までで画定される高さと、前記壁区域における前記第１部分と第２部分との間における接合部で画定される最大幅を有し、前記高さは少なくとも前記最大幅に等しい、衝撃吸収層。
11. 請求項１記載の衝撃吸収層において、前記内面及び外面は、それぞれ截頭円錐形状とした、衝撃吸収層。
12. ヘルメット用の衝撃吸収層において、
    ベースプレートと、及び
    前記ベースプレート上に互いに離して配置し、また独立して圧潰可能な中空である複数個の一次衝撃吸収部材であって、前記ベースプレートから開放した頂端部まで延在する、閉じた周壁を有し、前記周壁は、半径方向外方に曲がった形状を有して半径方向に狭い上端部及び下端部並びに半径方向に広がった中央部分を画定する、拡開−収束壁輪郭を形成する少なくとも１個の壁区域を画定し、前記壁区域の前記半径方向に広がった中央部分が、前記開放した頂端部と前記ベースプレートとの間に位置して、前記一次衝撃吸収部材の最大幅を形成する、該一次衝撃吸収部材と、
    前記一次衝撃吸収部材のそれぞれにおける前記閉じた周壁内で前記ベースプレートから突出し、かつ前記一次衝撃吸収部材から独立して作用する、二次衝撃吸収部材と
    を備えた、衝撃吸収層。
13. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記二次衝撃吸収部材は、前記一次衝撃吸収部材よりも低い高さを有する構成とした、衝撃吸収層。
14. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記二次衝撃吸収部材は、中空とし、また前記一次衝撃吸収部材とは異なる形状の閉じた周壁を画定する構成とした、衝撃吸収層。
15. 請求項１４記載の衝撃吸収層において、前記二次衝撃吸収部材は、管状であり、また円形断面を有する構成とした、衝撃吸収層。
16. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記閉じた周壁の前記開放した頂端部は、前記一次衝撃吸収部材から流出する流体流をごく僅かしか抑制しないようにする寸法とした、衝撃吸収層。
17. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記一次衝撃吸収部材は、弾性的にたわむことができるものとした、衝撃吸収層。
18. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記一次衝撃吸収部材の前記閉じた周壁の少なくとも１個の壁区域は、
    互いに対向する内面及び外面を有し、これら内面及び外面はそれぞれ截頭錐体の形状を有する第１部分と、及び
    前記第１部分から上方に突出しかつ前記第１部分に対して一体に形成し、また互いに対向する内面及び外面を有し、これら内面及び外面はそれぞれ截頭錐体の形状を有する第２部分と
    を有する構成とし、
    前記第１部分及び第２部分の前記内面は、それぞれに対応する截頭錐体の半径方向により広い端部で相互連結し、前記第１部分及び第２部分の前記内面がなす内角が１８０゜より小さい角度を画定するようにし、また前記第１部分及び第２部分の前記外面は、それぞれに対応する截頭錐体の半径方向により広い端部で相互連結し、前記第１部分及び第２部分の前記外面がなす外角が１８０゜より大きい角度を画定するようにした、
    衝撃吸収層。
19. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記少なくとも１個の壁区域は、２個の壁区域とし、各壁区域はそれぞれ、半径方向外方に折り曲げた形状かつ一体に形成するとともに、順次頂部に重ね合わせた構成とし、前記少なくとも１個の壁部分は、これら２個の壁区域間に半径方向内方に折り曲げた形状を画定するものとした、衝撃吸収層。
20. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記ベースプレート、一次衝撃吸収部材及び二次衝撃吸収部材は、前記衝撃吸収層がモノリシック体となるよう一体に形成した、衝撃吸収層。
21. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記一次衝撃吸収部材の各壁区域は、前記半径方向に広がった中央部分の互いに背反する側に配置した、底部部分及び頂部部分を有し、前記底部部分及び頂部部分の内壁面は互いに１８０゜より小さい角度で延在する、衝撃吸収層。
22. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記閉じた周壁は、材料の連続した管状部分であって、前記衝撃吸収部材が未圧縮状態で前記ベースプレートから開放した端部まで延在する、該管状部分を有する、衝撃吸収層。
23. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記一次衝撃吸収部材は、前記閉じた周壁の開放した端部を包囲しかつ前記閉じた周壁から一体に半径方向に突出する鍔縁を有する、衝撃吸収層。
24. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記一次衝撃吸収部材は、前記ベースプレートから前記開放した頂端部まで延在する複数個のリブを有し、各リブは、半径方向外方及び半径方向内方のうち少なくとも一方の方向に前記閉じた周壁から突出するものとした、衝撃吸収層。
25. 請求項１２記載の衝撃吸収層において、前記一次衝撃吸収部材はそれぞれ、前記ベースプレートから前記開放した端部までの高さを画定し、前記高さは前記一次衝撃吸収部材の最大幅より大きい又は等しいものとした、衝撃吸収層。
26. 外側シェルと、請求項１〜２５のうちいずれか一項に記載の衝撃吸収層とを備えた、保護ヘルメット。
27. スポーツ用のヘルメットにおいて、
    外側シェルと、及び
    ベースプレート、及び互いに離間しかつ独立して作用する中空である複数個の衝撃吸収部材を有する衝撃吸収層と
    を備え、前記衝撃吸収部材は、前記ヘルメットに対する衝撃荷重を少なくとも部分的に吸収するよう弾性的に圧潰可能とし、また前記ベースプレートの外面から突出し、それぞれ前記ベースプレートのみを介して前記衝撃吸収部材が相互連結されるものとし、前記衝撃吸収部材は、前記外側シェルの内面に隣接する開放した頂端部を有し、前記頂端部は、前記中間の部材から流出する流体流の減少をごく僅かしか生じさせないようにする寸法とし、前記衝撃吸収部材は、少なくとも１個の壁区域を有する、閉じた周壁を含み、前記壁区域のそれぞれは、互いに対向し、それぞれ截頭錐体の形状を有する内面及び外面を持つ第１部分と、前記第１部分から上方に突出する第２部分であって、互いに対向し、それぞれ截頭錐体の形状を有する内面及び外面を持つ、該第２部分と、を有するものとし、前記第１部分及び第２部分の前記内面は、それぞれに対応する截頭錐体の比較的大きい方の端部で相互連結し、また前記第１部分及び第２部分の前記外面は、それぞれに対応する截頭錐体の比較的大きい方の端部で相互連結した、スポーツ用のヘルメット。
28. 請求項２７記載のスポーツ用のヘルメットにおいて、前記第１部分及び第２部分の前記内面は、前記第１部分と第２部分との間における内角が１８０゜より小さい角度を画定し、また前記第１部分及び第２部分の前記外面は、前記第１部分と第２部分との間における外角が１８０゜より大きい角度を画定する、スポーツ用のヘルメット。
29. 請求項２７記載のスポーツ用のヘルメットにおいて、さらに、前記ベースプレートの内面に隣接して配置したクッション層を備えた、スポーツ用のヘルメット。
30. 請求項２７記載のスポーツ用のヘルメットにおいて、前記衝撃吸収部材のそれぞれは、前記ベースプレートから突出する第１部分及び開放した頂端部を画定する第２部分を有する、単一区域を持つものとして構成した、スポーツ用のヘルメット。
31. 請求項２７記載のスポーツ用のヘルメットにおいて、各衝撃吸収部材は、少なくとも２個の区域をゆうじ、一方の区域は、前記ベースプレートから突出する第１区域とし、他方の区域は、前記第１区域から上方に突出して開放した頂端部を画定する第２区域とし、前記第１区域及び第２区域の互いに隣接する内面は、それぞれに対応する截頭錐体における小さい方の端部で相互連結し、前記第１区域及び第２区域の互いに隣接する外面は、それぞれに対応する截頭錐体における小さい方の端部で相互連結した、スポーツ用のヘルメット。
32. 請求項２７記載のスポーツ用のヘルメットにおいて、前記衝撃吸収部材の前記壁区域における前記内面及び外面は、截頭円錐体の形状とした、スポーツ用のヘルメット。
33. 請求項２７記載のスポーツ用のヘルメットにおいて、前記衝撃吸収部材のそれぞれは一次衝撃吸収部材とし、また二次衝撃吸収部材は、前記ベースプレートから独立して上方に突出させ、かつ前記一次衝撃吸収部材のそれぞれにおける閉じた周壁内に配置し、前記二次衝撃吸収部材は、前記一次衝撃吸収部材とは独立して作用するものとした、スポーツ用のヘルメット。
34. 請求項３３記載のスポーツ用のヘルメットにおいて、前記二次衝撃吸収部材は、中空であり、また円形断面を有するものとした、スポーツ用のヘルメット。
35. 請求項３３記載のスポーツ用のヘルメットにおいて、前記二次衝撃吸収部材は、前記一次衝撃吸収部材がベースプレートから離れる距離よりも小さい距離離れる高さを有する、スポーツ用のヘルメット。
36. 請求項２７記載のスポーツ用のヘルメットにおいて、前記第１部分及び第２部分の外面、及び前記第１部分及び第２部分の内面は、前記衝撃吸収部材が未圧縮状態であるとき、前記衝撃吸収部材が前記ベースプレートから前記開放した頂端部まで材料による連続した管状部分を含むよう、相対的な指向性を有する構成とした、スポーツ用のヘルメット。

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