KR101255716B1 - 충격 보호를 위한 가압축식 라이너 - Google Patents

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Abstract

충격 보호를 위한 가압축식 라이너는 사람에 의해 착용되는 헬멧에 설치된다. 상기 가압축식 라이너는 충격 보호를 위한 맞춤식 구간을 제공할 뿐 아니라 예를 들어 베이비 캡슐, 어린이 안전 시트와 같은 다른 충격 보호 상황에도 적용될 수 있다. 상기 가압축식 라이너는 비교적 높은 밀도의 발포체 외측 레이어에 융착되는 비교적 낮은 밀도의 발포체 내측 레이어를 구비한다. 상기 내측 레이어는 외측 레이어의 연결 홈으로 돌출되는 원뿔 형상의 다수의 돌출부를 구비한다. 상기 가압축식 라이너는 인체의 원하는 부분에 대한 충격에 대한 초기의 낮은 저항성을 제공한다. 충격이 진행됨에 따라, 상기 가압축식 라이너에 의해 제공된 저항성의 수준은 제어된 방식으로 증가하여, 인체의 일부분에 대한 제어된 감속은 가압축식 라이너의 원하는 충격 보호 구간에서 충격을 통하여 발생하게 된다.

Description

충격 보호를 위한 가압축식 라이너{A Compressible Liner for Impact Protection}
본 발명은 가압축식 라이너를 사용하여 보다 향상된 충격 보호를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
출원인은 호주 교통 안전부(Australian Transport Safety Bureau:ATSB), www.atsb.gov.au, 의 "헬멧을 위한 향상된 충격 흡수 라이너"라는 제목의 연구 결과의 공동저자이다. 이 간행물에서, 고밀도 발포체에 매립되는 저밀도 발포체를 결합하는 것은 연구 주제 중 하나로 설명되었다. 그러나 그러한 연구는 본 출원에서 설명되는 구조적 요소 또는 방법의 결합을 고려하거나 논의하지 않았다.
과거의 연구는 일반적인 헬멧에 사용되는 일반적인 단일 밀도 발포체 라이너는 충격력을 효과적으로 흡수하기에는 너무 경직되어 있으며 너무 단단하다는 것을 보여주었다. 단일 밀도 발포체 라이너는 사람의 두개골에 대한 강도의 변화를 수용하는 능력에 있어서 한계도 있다. 또한, 어린이용 자전거 헬멧의 라이너는 성인 두개골에 대하여 설계된 라이너를 사용하므로, 성인에 비교하여 더 변형되기 쉬운 어린이의 두개골에 대하여서 적합하지 않았다. 어린이의 변형되기 쉬운 두개골은 뇌를 잘 보호하지 못한다. 참고자료로서, 호주, 캔버라, 도로 안전 연방 사무국, 보고서 번호 CR55, 1987, 코너 등의 공저인 "오토바이와 자전거 보호 헬멧 - 충돌 후 연구 및 실험적 연구로부터의 규제"의 간행물과, 바이오메커니컬 엔지니어링 저널, ASME의 트랜스액션, Vol 101, 1979, 모한 등의 공저인 "어린이에 대한 머리 충격 상처의 바이오메커니컬 분석"의 간행물은 본원에 편입된다.
또한, 뇌는 두개골 내부에 대하여 충격 상처를 입기 쉽다. 뇌는 척추 신경 유체의 배쓰(bath)의 단단한 두개골의 덮개 내에 매달린 젤리 같은 연한 근육이다. 뇌는 뇌 줄기(brain stem) 및 뇌의 베이스부의 척수에 의해 두개골 내에서 가요성 있게 지지가 되지만, 뇌의 일반적인 외측 주변부에 대하여 경막 세포막(dura-mater membrane)은 다양한 봉합 지점에서 두개골에 뇌를 연결한다. 이동하는 두개골에 대한 충격은 두개골이 급속하게 감속시키지만, 유연하게 지지가 되는 뇌는 계속 움직이게 되며 두개골 내부에 충격하게 된다. 두개골에 대하여 뇌가 부딪히면 뇌에 타박상 및/또는 출혈을 일으키게 된다. 따라서, 내부적 부상을 줄이기 위하여 머리를 적절히 감속시키는 것이 중요하다.
사람의 두개골에 대한 골격 테스트는 두개골의 측두엽 위치가 두개골의 다른 부분에 비교하여 현저하게 감소한 강도를 가진다는 것을 보여준다. 따라서, 두개골의 측두엽 위치는 두개골의 다른 부분에 비하여 충격 손상에 더 약하다. 그러나, 최근의 헬멧은 두개골에 대하여 충격 보호의 다른 부분을 제공하는 가압축식 라이너로써 제조되지 않는다.
승용차, 차량 실내 라이너들, 및 신체 보호용 어린이 안전시트 및 베이비 캡슐과 같은 충격 보호 장치에 대한 다른 적용 분야와 유사하게, 인체에 대한 충격 보호의 다른 분야의 규제에는 많은 부족한 부분이 있다. 본 명세서와 청구범위의 '베이비 캡슐'이라는 용어는 차량 시트를 위한 후방을 향하는 유아 또는 영아 시트, 영아 또는 유아를 위한 리클라이닝 후방향 시트, 및 약 1세까지의 어린이를 위한 시트 또는 캡슐 중 하나 이상을 포함하는 것으로 이해된다. 본 명세서와 청구범위의 '어린이 안전 시트'라는 용어는 전방을 향하는 토들러 시트, 약 4세까지의 어린이를 위한 앉히기 위한 일반적인 토들러 시트, 부스터 시트/쿠션, 백레스트가 없는 시트, 약 4세 내지 8세의 어린이를 위한 일반적인 시트 중 하나 이상을 포함하는 것으로 이해된다. 부스터 시트(booster seat)는 어린이의 착좌 위치를 높여서 기존의 성인 랩 띠 좌석 벨트의 새시가 어린이의 어깨와 가슴을 적절히 연결하게 하도록 설계된 백레스트가 없는 시트로서 설명된다. 토들러 시트는 상기 토들러 시트에 어린이를 고정하는 5개의 독립적인 포인트 작업설비를 가져서, 기존의 시트, 또는 차량의 다른 부착 포인트에 고정된다는 점에서 부스트 시트와 구별된다.
베이비 캡슐 및 어린이 안전 시트는 측면 보호 패널 또는, 베이비 캡슐이나 어린이 안전 시트의 측면상에 대퇴부, 상체, 및 헤드 부스터(또는 돌출부 또는 "날개부")를 구비한다. 이러한 측면 패널 또는 부스터는 아기 또는 어린이가 측면 충격을 받게 될 때의 측방향 운동량을 제한하는 역할을 한다. 또한, 이들은 에어백이 충돌시에 작동할 때에 측면 에어 백의 충격으로부터 아기나 어린이를 보호하는 역할을 한다. 환언하면, 측면 보호 패널은 아기나 어린이에 대한 보호 채널을 형성한다.
베이비 캡슐 및 어린이 안전 시트는 필요한 수준의 충격 보호 관점에서 아기나 어린이의 머리 및 상체 사이에서 구별되지 않는다. 후방을 향하는 차량용 베이비 캡슐은 전체적으로 아기에 대한 충격을 보호할 수 있는 수준의 충분한 단일 밀도 발포체로써 라이닝 되지만, 머리가 차량과 충격하는 경우에 아기의 뇌의 후두부의 타박상 및/또는 출혈을 방지하기에는 부족하다.
약 1세의 어린이에 사용되는 어린이 안전 시트는 성인용 헬멧에 사용되는 일반적인 단일 밀도 폴리스티렌 발포체 라이너만큼 단단하거나 그보다 더 단단한 폴리스티렌 발포체의 라이너를 가지거나 그것으로 구성되는 것이 일반적이다. 이러한 낮은 가압축성(높은 경직도)은 그 단단함으로 인하여 어린이들에게 적절한 충격 보호 기능을 제공하지 못한다. 어린이 안전 시트는 어린이에게 최소한의 충격 보호 또는 충격이 없도록 보호하기 위하여 부드럽고 휘어질 수 있는 가압축성의 쿠션 충전재나 쿠션 발포체의 라이너 또는 구조로써 강화된다. 쿠션 충전재 또는 쿠션 발포체 라이너나 구조체의 목적은 기본적으로 편안함과 외형 유지이다.
어떠한 선행 기술도 머리나 인체의 다른 부분에 대한 서로 다른 적절한 수준의 충격 보호를 만족할 만한 수준으로 제공하지 못하였으며, 압축식 라이너로써 보다 만족할 만한 충격 보호를 이룰 수 있는 용이한 제조 단계를 제공하지 못하였다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 문제점을 극복할 수 있는 압축식 충격 보호 라이너의 실시예를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예는 인체의 적어도 일부분에 대한 충격 보호를 위한 압축식 라이너를 제공한다. 상기 압축식 라이너는, 내측 레이어 및 외측 레이어를 구비하여, 상기 내측 레이어는 다수의 돌출부를 가진 제 1 결합 표면과 접촉 표면을 구비한다. 상기 외측 레이어는 제 2 결합 표면과 외측면을 구비하여, 상기 제 2 결합 표면은 상기 내측 레이어의 돌기를 수용하는 다수의 홈을 구비한다. 또한, 상기 내측 라이너는 제 1 가압축성을 가진 제 1 재료를 포함하며, 상기 외측 레이어는 제 2 가압축성을 가진 제 2 재료를 포함하며, 여기서, 제 1 가압축성은 제 2 가압축성보다 큰 것이 바람직하다. 상기 가압축성 라이너의 내측 레이어의 접촉 표면은 인체의 일부분에 인접하게 또는 그 일부분에 연결되게 된다.
상기 돌기는 원뿔 형태인 것이 바람직하다. 본 발명의 가압축식 라이너는 예를 들어, 차량 실내 라이너, 베이비 캡슐, 어린이 안전 시트, 시트, 헤드레스트 또는 호신구 내에 장착되거나 이들을 형성하는 것이 바람직하다. 어떠한 경우에도, 상기 가압축식 라이너는 제거될 수 있고 다시 부착될 수 있는 연결 형태를 가진다.
선택적으로, 상기 가압축식 라이너는 하나 이상의 내측 레이어 및 외측 레이어 요소로 형성되며, 각각의 레이어 요소들 간의 가압축성은 서로 다르다.
선택적으로, 상기 가압축식 라이너를 형성하는 하나 이상의 재료는 발포체일 수 있는데, 바람직하게는 발포 폴리스티렌(EPS: expanded polystylene)일 수도 있다. 선택적으로, 상기 재료 중 하나 또는 그 이상은 점탄성 재료일 수도 있다. 바람직하게는, 상기 EPS 발포체 재료의 밀도는 아래와 같다.
. 상기 내측 레이어가 15 내지 50 ㎏m- 3 의 밀도를 가지며,
. 상기 외측 레이어는 35 내지 90 ㎏m- 3 의 밀도를 가지며, 바람직하게는 35 내지 55 ㎏m- 3 의 밀도를 가지며,
. 상기 내측 레이어는 25 내지 35 ㎏m- 3 의 밀도를 가지고, 상기 외측 레이어는 35 내지 50 ㎏m- 3 의 밀도를 가지며,
. 상기 내측 레이어는 15 내지 25 ㎏m- 3 의 밀도를 가지며, 상기 외측 레이어는 35 내지 45 ㎏m- 3 의 밀도를 가진다.
선택적으로, 상기 내측 레이어로부터 상기 외측 레이어로의 하나 이상의 돌출부의 진입은 50 내지 100%의 범위 내에 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 돌출부의 정점 단부는 외측 표면에 인접하다.
바람직하게는, 인접한 원형 베이스들 간의 거리는 0 내지 20mm 인데, 더욱 바람직하게는, 5 내지 15mm이다.
바람직하게는, 상기 원형 베이스의 직경은 15 내지 22mm 이다.
선택적으로, 가압축식 라이너는 15 내지 45 mm의 두께를 가지며, 상기 원형 베이스로부터의 하나 이상의 돌출부는 20 내지 25mm의 높이를 가지며, 하나 이상의 돌출부의 원형 베이스로부터 상기 접촉 표면까지의 거리는 5 내지 10mm 이다.
본 발명의 다른 형태에서, 상기 내측 라이너는 외측 라이너를 통하여 보일 수 있다.
본 발명의 다른 형태에서, 본 발명은 인체의 적어도 일부분에서 충격으로부터 보호하는 방법을 제공하는데, 이러한 방법은 인체의 적어도 일부분에 대한 충격에 대한 초기의 낮은 저항을 제공하고, 충격 과정 중에, 인체의 적어도 일부분에 대한 충격에 대한 저항의 수준을 점진적으로 높인다.
다른 형태로서, 본 발명은 대상물(article)의 적어도 일부분을 충격으로부터 보호하는 장치를 제공하는데, 상기 장치는 경직성 구배(stiffness gradient)를 가진 가압축식 라이너를 포함한다. 충격 동안의 경직성 구배는 대상물에 인접한 낮은 경직성으로부터 가압축식 라이너의 두께를 통하여 높은 경직성으로 변화하는 것이 바람직하다. '대상물'은 상품, 사람, 동물, 다른 가치있는 것들을 포함한다.
본 발명의 다른 형태는 상세한 설명으로부터 명확히 나타나는 바와 같이 첨부된 청구범위에서 정해진다.
본 발명에 따르면 충격으로부터 신체나 물품을 효과적으로 보호할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 헬멧의 가압축식 라이너의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 헬멧 실시예에서 가압축식 라이너의 선택적인 실시예의 부분 사시 단면도이다.
도 4는 도 3의 전개도이다.
도 5는 가압축식 라이너의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5의 가압축식 라이너의 다른 실시예에 대한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에서, 차량 실내의 일부분에서 가압축식 라이너의 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 7의 차량 실내 라이너 가압축식 라이너의 장착된 실시예를 구비한 승용차의 내부에 대한 개략적인 절개도이다.
도 9는 베이비 캡슐에 대한 유아용 가압축식 라이너의 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 10은 어린이용 안전 시트 가압축식 라이너를 구비한 어린이 안전 시트의 개략적인 사시도이다.
도 11은 방탄복 가압축식 라이너의 인서트를 가진 보호 자켓의 개략적인 전방 정면도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에서, 이중 가압축식 라이너의 개략적인 단면도이다.
도 13은 스트립 형태의 내측 라이너의 개략도이다.
수직인 단면도인 도 1 및 도 2를 참조하면, 사람(114)에 착용된 헬멧(112)에 설치된 가압축식 라이너(110)의 제 1 실시예가 도시된다. 상기 헬멧(112)은 가압축식 라이너(110)의 외측 표면(118)에 대하여 딱딱한 외측 쉘(116)을 포함하며, 가압축식 라이너(110)의 접촉 표면(122)에 대하여 안전 라이너(120)를 포함한다. 안전 라이너(120)가 존재하면, 머리는 안전 라이너(120)를 통하여 접촉 표면(122)에 대하여 바로 인접하게 된다. 안전 라이너가 존재하지 않는다면, 접촉 표면(122)은 머리에 바로 연결된다.
가압축식 라이너(110)는 비교적 고밀도 발포체 외측 레이어(128)에 대하여 각 연결 표면(126)에서 용접되거나, 부착되거나, 다른 방식으로 접착된 비교적 저밀도 발포체 내측 레이어(124)를 구비하며, 상기 저밀도 발포체는 고밀도 발포체보다 쉽게 압축될 수 있다. 환언하면, 내측 레이어(124)를 형성하는 제 1 재료는 외측 레이어(128)를 형성하는 제 2 재료보다 압축되기 쉽다. 상기 내측 레이어(124)는 연결 표면(126)에서 외측 레이어(128)의 결합 홈(132)으로 돌출되는 돌출부(130)를 구비한다. 내측 레이어(124)는 비교적 균일한 두께 레이어로 된 제 1 구간(134)을 구비한다. 상기 제 1 구간(134)으로부터 방사상 외측방향으로 내측 레이어(124)로 일체로 형성된 다수의 돌출부(130)들이 연장된다. 상기 돌출부(130)는 인접한 돌출부(130)의 베이스(138)로부터 밀접하게 이격된 외측 주변부(140)를 가지는 베이스(138)들과 정점 단부(136)를 구비한다. 외측 주변부(140) 거리는 상기 돌출부(130)의 인접한 베이스(138)들 사이의 거리만큼 가까운 것으로 고려된다.
가압축식 라이너(110)의 일실시예에서, 발포체 재료는 발포 폴리스티렌인 발포체(EPS)인데, 여기서, 발포체의 밀도는 발포체의 가압축성 또는 경직성에 일반적으로 비례하며, 경직성은 가압축성에 반비례한다. 바람직한 실시예에서, 내측 레이어(124)는 20 내지 50 ㎏m-3 의 밀도(또는 1.25 내지 3.12의 단위 입방 피트당 파운드의 밀도)를 가진다. 상기 외측 레이어(128)는 35 내지 90 ㎏m-3 의 밀도(또는 2.18 내지 5.62의 단위 입당 피트당 파운드의 밀도)를 가지며, 더욱 바람직하게는 35 내지 55 ㎏m-3 의 밀도를 가진다. 내측 레이어(124) 및 외측 레이어(128)에 대한 각각의 발포체 밀도에 대한 어떠한 선택의 경우에도, 내측 레이어(124)의 발포체 밀도는 외측 레이어(128)의 발포체 밀도보다 작다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 상기 내측 레이어(124) 발포체 밀도는 25 내지 35 ㎏m- 3 이며, 외측 레이어(128)의 발포체 밀도는 35 내지 50 ㎏m- 3 이다. 본 발명의 교시 내용에 따르면, 채용된 발포체는 위에서 설명하였거나 아래에서 설명되는 바와 같은 EPS 발포체 실시예에서 얻어지는 원하는 가압축성 또는 경직성을 허용하는 어떠한 유형의 발포체도 사용될 수 있다. 위에서 설명하였고 아래에서 설명되는 바와 같은 어떠한 경우에도, 내측 레이어(124)를 형성하는 제 1 재료는, 제 2 가압축성을 가지는, 외측 레이어(128)를 형성하는 제 2 재료보다 높은 가압축성의 제 1 가압축성을 가진다.
142로 표시된 선은 가압축성 라이너(110)의 인접한 요소들(144, 146, 148, 150) 사이의 경계(142)를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 요소로 가압축성 라이너(110)를 분할함으로써, 충격으로부터의 보호를 위한 각각의 서로 다른 구간들이 헬멧(112)에 대하여 맞춤화될 수 있게 된다. 예를 들어, 가압축성 라이너(110)의 후방 요소(150)는 왕관형 요소(146)보다 충격으로부터의 보호 수준이 더 우수하도록 구조화된다.
도 2에서, 서로 다른 구간들이 충격으로부터의 보호를 제공하도록 다수의 요소(210, 212, 214, 216)로 가압축성 라이너(110)가 분할된 다른 실시예가 도시된다. 측두 요소(temporal segement: 210, 216)는 두개골의 측두부가 매우 약하다는 사실에 기인하여 왕관형 요소(212, 214)에 비교하여 높은 수준의 충격을 보호할 수 있도록 구성된다.
도 3은 내측 레이어(124)의 돌출부(130)를 나타내는 실시예를 구비한 가압축성 라이너(310)의 선택적인 실시예의 부분 사시 단면도이다. 명확성을 위하여, 귀를 덮고 있는 헬멧(112)의 부분은 도 3에서 생략되어 있다. 도시된 실시예에서, 돌출부(130)는 원형 베이스(138)에 대하여 원뿔형을 이룬다. 선택적인 실시예에서, 원뿔형 돌출부는 예를 들어, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등의 다각형인 베이스(138)를 구비할 수 있다. 또한, 필요하다면, 상기 돌출부(130)는 뾰족한 정점부(136)를 가진 원뿔형보다는 원뿔대 형상일 수도 있다. 다른 실시예에서, 상기 돌출부는 반구체 형상일 수 있다.
도 3에서, 가압축성 라이너(310)의 부분은 경계선(142)으로써 다시 도시된다. 그러나 이러한 실시예에서, 단지 내측 레이어(124)만이 분화되어 있고 외측 레이어는 분화되어 있지 않다. 가압축성 라이너(310)의 이러한 실시예에서, 내측 레이어의 분화는 도 4에 대하여 보다 자세히 설명된다.
도 4는 도 3의 내측 레이어(124) 및 외측 레이어(128)의 전개도이다. 상기 외측 레이어(128)는 도 1 및 2에 도시된 방식의 표면 접촉방식으로 된 돌출부(130)를 수용하도록 크기가 정해지고 구성된 다수의 원뿔형 홈(132)들을 구비하는 것으로 도시된다. 상기 내측 레이어(124)는 다수의 요소(410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426, 428)로 분할된다. 도시된 실시예에서는 10개의 요소가 주어져 있다. 그러나 선택적인 실시예에서는 1 내지 10개의 요소를 가질 수 있는데, 더욱 바람직하게는 5개의 요소를 가질 수 있다. 다수의 요소(410-418)를 사용함으로써, 내측 레이어(124)의 가압축성 또는 경직성은 두개골의 부분 또는 요소에 필요하게 맞춤화된 충격 보호 성능에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 측두 요소(414, 416)는 두개골 요소(418, 420)의 상부에 비교하여 가압축성이 더 높다. 두개골의 측두 부분은 두개골의 다른 부분보다 충격에 따른 부상에 취약한데, 골격 테스트에 따르면 두개골의 측두부는 두개골의 다른 부분의 강도의 절반 내지 삼분의 일에 불과하다. 본 발명의 다른 실시예에서, 다양한 요소들의 EPS 발포체 밀도는 다음과 같다. 전방 요소(410)의 밀도는 30 ㎏m-3 이며, 측두 요소(414, 416)의 밀도는 25 ㎏m-3 이며, 상부 요소(418, 420)의 밀도는 35 ㎏m-3 이며, 후방 요소(422, 424, 426)의 밀도는 30 ㎏m-3 이다.
전술한 바에 따라, 상기 요소들은 도 4에서 도시된 바와 같이 경계선(142)으로 그려진 것처럼 원주형상을 구비하거나, 요소들이 경계선(142)을 따라 밀착 결합하는 방식으로 연결되도록 하는 다른 원주형상의 범주를 구비한다. 가압축성 라이너(110)가 조립될 때, 가압축성 라이너(110) 내에서 연속적인 내측 레이어(124)를 형성하도록 개별 요소들의 원주 형상이 선택된다. 예를 들어, 요소들의 평평한 원주 형상은 다수의 다각형 형상으로 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 외측 레이어(128)는 분화되어(미도시), 다양한 발포체 밀도가 외측 레이어(128)에 대한 두개골 부분에 사용될 수 있다. 이러한 실시예로 인하여, 두개골에 대한 다양한 충격 보호를 위한 독립적인 재단이 가능하게 된다. 이러한 실시예는 예를 들어 어린이와 성인 간에 필요한 서로 다른 보호 수준을 제공하는데 사용될 수 있다. 외측 레이어(128)는 내측 레이어(124)에 대한 전술한 사항과 유사한 방식으로 분화될 수 있다. 외측 레이어(128)의 평평한 원주 형상은 내측 레이어의 요소들에 대응될 수도 있고 대응되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 내측 레이어(124) 및 외측 레이어(128) 요소에 대한 경계선(142)은 도 1 및 도 2에 도시된 바에 대응될 수 있고, 경계선(142)은 도 5에 대하여 자세히 설명되는 바와 같이, 내측 레이어(124) 및 외측 레이어(128) 요소들 사이에서 불연속적일 수도 있다.
다른 실시예에서, 돌출부(130) 및 결합 홈(132)의 밀도 및 치수와 전체 가압축성 라이너 치수는 상기 가압축성 라이너(110)의 압축성 및 경직성을 가변시키기 위하여 내측 레이어(124) 및/또는 외측 레이어(128)의 요소들 사이에서 가변적일 수 있다. 예를 들어, 측두 요소(414, 416)는 내측 레이어(124)의 다른 요소와 비교하여 감소한 베이스(138) 직경의 원뿔형 돌출부를 구비하지만, 상기 측두 요소(141, 416)는 내측 레이어(124)의 다른 요소와 비교하여 원뿔형 돌출부(130)보다 큰 밀도를 가진다. 도 4의 예에서, 전방 요소(410, 412)는 20mm의 베이스(138) 직경을 가진 원뿔형 돌출부(130)를 함께 구비하며, 상부 요소(418, 420)들은 역시 20mm 의 베이스(138) 직경을 가진 원뿔형 돌출부(130)를 함께 구비하며, 후방 요소들은 20mm 의 베이스(138) 직경을 가진 39개의 원뿔형 요소(130)를 함께 구비하며, 측두부 요소는 15mm 의 베이스(138) 직경을 가진 36개의 원뿔형 돌출부(130)를 구비한다. 또한, 외측 주변부(140) 거리(또는 인접한 베이스(138)들 사이의 최단거리)의 범위는 요소에 따라 0 내지 20mm, 더욱 바람직하게는 5 내지 15mm 이다. 돌출부(130)의 인접한 정점 단부(136)들 사이는 대응하여 최대 40mm로 분리되는데, 가장 바람직하게는 25 내지 35mm 로 분리된다.
제조시에, 외측 레이어(128)는 주형 기술을 이용하여 하나 또는 다수의 시편이나 요소들에 형성된다. 유사하게, 상기 내측 레이어(124)는 하나 또는 다수의 시편 또는 요소들에 분리되어 형성된다. 외측 레이어(128) 및 내측 레이어(124)의 시편들은 헬멧 또는 다른 충격 보호 장치에 적합한 가압축식 라이너(110)를 형성하도록 서로 조립되어 융착된다. 상기 돌출부(130) 및 홈(132)의 개수와 구조는 가압축식 라이너를 형성할 수 있도록 제조 기술분야의 통상의 기술자에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 원뿔형 돌출부(130) 및 정점 단부(136)의 형상의 측면 각은 특정 발포체 타입 또는 사용된 다른 재료에 따라 적절하게 주형으로부터 배출될 수 있도록 조절된다.
도 5는 가압축식 라이너(110, 310, 510)의 다양한 요소들의 치수와, 분화를 위한 불연속적인 경계선(142)을 보여주는 가압축식 라이너(510)의 다른 실시예에 대한 단면도이다. 치수는 전술하였으며 후술하게 될 다양한 실시예에 대하여 예시적으로 주어진다. 가압축식 라이너(510)는 보호되어야 하는 두개골의 적용 부분 및/또는 일부분에 따라 20 내지 45mm 의 두께(524)를 가진다. 오토바이 헬멧에 대한 바람직한 실시예에서, 상기 두께(524)는 헬멧의 측두부에서는 25mm 이며, 헬멧의 상부 또는 크라운 부분에 대해서는 42mm 이다. 균일한 두께의 가압축식 라이너의 경우, 바람직한 두께(524)는 오토바이용 헬멧의 경우 30 내지 35mm 이다. 승마와 관련된 운동에 사용되는 헬멧의 경우, 가압축식 라이너의 두께(524)는 15 내지 25mm, 더욱 바람직하게는 균일하게 20 mm 로 감소한 두께가 적용된다.
도 5에서, 베이스(138)들 사이에서 이격된 외측 주변부(140)는 2개의 내향 화살표들 사이에 있다. 외측 주변부(140)의 연결 표면(126)은 평평하거나 반경을 이룬다. 예를 들어, 곡률 반경은 0 내지 2.5 mm 또는 그 이상이 된다. 따라서, 상기 돌출부(130)는 내측 레이어(124)의 방사상 전체 외측부를 덮거나 이격되어 배치된다.
도 5에서, 상기 돌출부(130)의 정점 단부(136)는 이격부(526)에 의해 외측 레이어(128)의 외측 표면(118)으로부터 이격된다. 상기 이격부(526)는 1 내지 5mm 또는 그 이상의 두께를 가진다. 선택적인 실시예에서, 상기 내측 레이어(124)의 돌출부(130)의 정점 단부(136)는 상기 외측 레이어(128)의 외측 표면(118)에 인접하게 연장된다. 이러한 실시예에서, 상기 이격부(526) 두께는 유효하게 0 mm 일 수 있다.
상기 돌출부(130)의 정점 단부(136)는 뾰족하게(또는 날카롭게) 처리되거나 1 내지 2 mm 의 곡률 반경으로 라운드지거나, 단순히 절두상으로 될 수도 있다.
도 5는 분화된 가압축식 라이너(510)의 실시예를 도시하는데, 여기서, 상기 내측 레이어(124) 및 외측 레이어(128) 요소들 사이의 경계선들은 불연속적이다. 상기 내측 레이어(124)는 경계선(516)에 의해 두 개의 요소(512, 514)로 분할된다. 상기 외측 레이어(128)가 2개의 요소(518. 520)로 서로 다른 경계선(522)에서 분할된다.
도 6은 도 5에 대하여 선택적인 실시예를 도시한다. 도 6에서, 이격부(526)는 증가하여, 상기 돌출부(130)는 외측 레이어(128)의 두께의 거의 50%로 상기 외측 레이어(128)로 돌출된다. 상기 외측 레이어(128)로의 돌출부(130)의 진입 범위는 50 내지 100%이다. 상기 외측 레이어(128)의 2개의 요소들(518, 510) 사이의 대응하는 경계선(522)은 증가한 이격부(526)에 대응하도록 연장된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 돌출부(130)는 베이스(138)로부터 정점(136)까지 약 20 내지 25 mm 의 높이를 가진다. 상기 돌출부(130)의 베이스(138)는 약 15 내지 22 mm 의 폭 또는 직경을 가진다.
도 1, 2, 5 및 6에서, 상기 내측 레이어(124)의 제 1 영역(134)은 돌출부(130)의 베이스(138)가 연결되는 얇은 레이어를 형성한다. 제 1 영역(134)의 두께는 5 내지 10 mm 인데, 가장 바람직하게는 5 mm 이다.
상기 가압축식 라이너는 오토바이 헬멧뿐만 아니라 건설 노동자, 오토바이 탑승자, 말 탑승자, 로데오 선수, 미식 축구 선수, 야구 선수 및 크리켓 선수에 의해 사용되는 헬멧을 포함하는 원하는 헬멧에 채용될 수 있다.
다른 실시예에서, 가압축식 라이너는 충격 보호성능을 향상시키기 위하여 헬멧에 장착될 수 있다. 가압축식 라이너의 장착은 헬멧에서 기존의 라이너 전체를 교체하거나, 헬멧 라이너의 특정 부분만을 교체하여 행해질 수 있다. 부분적인 장착은 두개골의 측두부에 인접한 라이너의 부분들에 특히 유용할 수 있다.
발포체의 선택적 예
내측 레이어(124) 및/또는 외측 레이어(128)에 대하여 사용되는 선택적인 재료는 탄성을 가진 발포체를 포함한다. 가압축식 라이너가 탄성적으로 압축되게 하여 충격 이전의 충격 보호 성능 및 원래 치수는 충격 후에 회복되도록 하는 성질을 가진다. 탄성 발포체에 대한 선택적인 재료는 합성 또는 천연 고무, 또는 연속적인 고체로서, 또는 예를 들어 충격, 진동 흡수 설계 또는 제조 분야에서의 통상의 기술자에 의해 선택되는 공기 또는 직물 같은 다른 재료와의 복합 재료일 수 있다.
가압축식 라이너에 대한 발포체에 대한 다른 선택적인 재료는 점탄성을 가지거나 틱소트로픽(thixotropic) 성질을 가질 수 있다. 이러한 재료는 아무런 힘이나 응력이 가해지지 않을 때 점성 또는 액성 거동을 나타내지만, 충격과 같은 힘이 가해지는 경우, 상기 재료는 충격력에 대하여 경직성을 나타내는 탄성 방식으로 거동하게 된다. 이러한 재료의 예는 "실리 퍼티"(silly putty)로 일반적으로 알려진 어린이용 장난감이다. 내측 레이어(124) 및/또는 외측 레이어(128)는 완전히 또는 부분적으로 점탄성을 나타낸다. 점탄성 재료를 사용할 경우의 이점은 사람들에게 나타나는 다양한 형상의 두개골(또는 다른 인체 부분)의 형상에 쉽게 부합하며 충격 후에 가압축식 라이너가 쉽게 재사용될 수 있도록 충분히 복원될 수 있도록 가압축식 라이너가 구성될 수 있다는 점이다.
선택적인 자전거 또는 오토바이 헬멧
헬멧용 가압축식 라이너에 대한 선택적인 실시예에서, 외측 레이어(128)는 적절히 투명하거나 반투명한 재료로 교체될 수 있다. 예를 들어, 투명 또는 반투명 재료는 적절한 가압축성 및/또는 경직성을 가진 점탄성 젤리 또는 투명한 합성 고무 재료일 수 있다. 상기 헬멧의 외측 쉘(116)은 없어도 되며 또는 적절히 투명하거나 반투명한 재료로 형성될 수도 있다. 내측 레이어(124)는 예를 들어 흑색의 발포 폴리스티렌(EPS)인 발포체를 위한 불투명한 재료로 될 수도 있다. 이러한 헬멧은 많은 가시적인 원뿔의 현저한 외형 또는 사람의 머리로부터 돌출되는 스파이크를 구비할 수 있으며, 헬멧 착용자에게 충격 보호 기능을 제공하면서도 자전거나 오토바이 탑승자에게 심미적인 특징을 제공하게 된다.
차량 실내 라이너
도 7은 차량 실내에 탑승한 사람의 일부에 차량 실내 라이너(VCL: vehicle cabin liner)로서 가압축식 라이너(710)를 사용하는 예를 개략적으로 도시한다. VCL 가압축식 라이너(710)는 차량 실내(미도시)의 인테리어를 형성하는 차량 구조체(712)에 부착 레이어(714)를 통하여 부착된다. 차량에 있어서, 차량 구조체(712)는 도어 필러, 대시 보드, 천장 또는 차량 실내의 다른 구조체일 수 있다. 차량 실내에 VCL 가압축식 라이너(710)를 사용하는 것은 차량 실내 인테리어와 탑승객(또는 운전자)이 충돌하여 머리 손상의 대부분을 차지하게 되는 차량 탑승객의 측면 충격에 특히 유용하다.
상기 VCL 가압축식 라이너(710)는 가압축식 라이너(710)의 외측 표면(118)에 부착된 부착 레이어(714)를 통하여 차량 구조체(712)에, 예를 들어 승용차의 측면 도어 필러 및 윈드스크린 필러에 영구적으로 부착된다. 선택적으로, 상기 VCL 가압축식 라이너(710)는 기존 차량에 장착되는 제거가능하며 교체가능한 연결부일 수 있다. 예를 들어, 제거가능하며 교체가능한 연결부에 대하여, 상기 부착 레이어(714)는 벨크로와 같은 재료를 포함하거나 차량 내부 연결의 기술분야의 통상의 기술자에게 널리 알려진 다양한 고정 방법을 포함한다.
차량 내부에 VCL 가압축식 라이너(710)를 장착하는 것은 VCL 가압축식 라이너(710)의 접촉 표면(122)에 부착되는 선택적인 내부 트림 라이너(716)를 추가로 포함한다. 내부 트림 라이너(716)는 미적 특성을 방지하고, 촉각적 특성을 방지하며, 소리 특성을 방지하는 특징을 제공한다. 내부 트림 라이너(716) 또는 컴포트 라이너는 직물, 쿠션 발포체, "버블 랩" 플라스틱 및/또는 플라스틱 스커프 라이닝으로 형성될 수 있다.
VCL 가압축식 라이너(710)의 사용에 적용될 수 있는 차량의 예는, 대중 차량 및 트럭, 탱크, 비행기, 해양 선박, 우주선과 같은 군용선을 포함한다. 다른 적용 분야는 차랭의 시트와 헤드레스트이며, 특히 심한 충격이 발생하게 되는 비행기 및 우주선의 분야에도 적용될 수 있다.
도 8은 대중 승용차의 내부의 일부 절개도이다. 도 8은 차량 내부 인테리어에 대하여 충격 보호를 위한 다른 구간을 제공하도록 VCL 가압축식 라이너(710)를 적용하는 것을 도시한다. 예를 들어, 3개의 서로 다른 보호 구간, 즉, 도어 윈도우 문틀(810)을 구비한 전방 및 측면 필러, 전방 시트(812)의 후면 및 대시 보드와 중앙 콘솔(814)이 정해진다. 이러한 3개의 구간(810, 812, 814) 각각에서, VCL 가압축식 라이너(710)의 외측 레이어(128)는 동일한 경직성 또는 가압축성을 나타내며, 내측 레이어(124)는 차량의 내부 라이닝에 기대되는 매일매일의 마모 및 절개에 대한 추가적인 고려사항으로써 원하는 수준의 충격 보호를 제공하도록 구간들(810, 812, 814) 사이에서 가압축성이 변화하게 된다.
VCL 가압축식 라이너(710: 미도시)의 다른 실시예에서, 충격 보호 구간은 추가로 분할된다. 예를 들어, 전방 시트(812)의 후면은 전방 시트(812)의 후면의 하부에 대한 내측 레이어(124)보다 더 가압축성을 가지는 내측 레이어(124)를 구비한 상부를 구비한다. 이러한 구조는 전방 시트(812)의 후면의 상부에 초기 부딪히기 쉬운 고정되지 않은 뒷좌석 탑승자의 머리를 높은 충격으로부터 보호할 수 있게 된다. 전방 시트(812)의 후면의 상대적으로 낮은 가압축성을 가지는 하부로 인하여 객실의 뒷좌석에 들어오고 나가는 뒷좌석 탑승자의 다리나 발에 걸리는 것에 대한 내구성이 증대된다.
다른 적용례에서, 가압축식 라이너(110)의 실시예는 차량이나 트럭에 의해 부딪친 보행자를 충격으로부터 보호하도록 차량이나 트럭의 전방 외측면에 적용될 수 있다.
베이비 캡슐 및 어린이 안전 시트
차량 내부에 가압축식 라이너를 적용하는 다른 적용례는 차량, 트럭, 또는 비행기에 일반적으로 사용되는 베이비 캡슐 또는 어린이 안전시트의 경우를 들 수 있다.
베이비 캡슐 또는 어린이 안전 시트(CSS: child safety seat)는 유아의 신체의 일부를 적절하게 충격으로부터 보호하기 위하여 베이스 캡슐 또는 CSS 내에 유아나 어린이의 상체 및 머리를 위치시키는 것에 따라 분화된 가압축식 라이너를 포함한다. 환언하면, 베이비 캡슐 또는 CSS 내에서 충격 보호를 위한 서로 다른 구간이 제공된다. 가압축식 라이너는 완전한 가압축식 라이너를 형성하는 다수의 패널로서 베이비 캡슐 또는 CSS 내부에 부착되거나, 가압축식 라이너는 하나의 단일 라이너로서 삽입될 수 있다. 다른 실시예에서, 가압축식 라이너는 베이비 캡슐 또는 CSS를 형성할 수 있다. 또한, 가압축식 라이너는 측면 보호 패널 또는 베개 받침을 형성할 수도 있으며, 다른 실시예는 베이비 캡슐 또는 어린이 안전 시트의 기존의 측면 패널 또는 베개 받침에 추가될 수도 있다. 선택적으로, 컴포트 라이너는 베이비 캡슐 또는 CSS 에 추가될 수도 있다.
도 9는 베이비 캡슐용의 유아용 가압축식 라이너(910)의 실시예에 대한 사시도이다. 베이비 캡슐(912)은 차량 구조체 상의 적절한 지점에 고정된 후방 고정 스트랩(918)을 구비한 성인 차량 시트(914)에 베이비 캡슐 베이스(916)를 사용하여 성인 차량 시트(914)에 고정된다. 아기(미도시)는 베이비 캡슐(912)의 탈착식 요람(920) 내에 고정된다. 요람(920) 내에서, 유아용 가압축식 라이너(910)는 충격 보호를 위한 2개의 구간(아기 머리 구간(922) 및 아기 상체 구간(924))으로 분화될 수 있다. 도 9에서, 유아용 가압축식 라이너(910)는 요람(920)의 구조체 내부로 삽입된 라이너를 도시한다. 바람직한 실시예에서, 유아용 가압축식 라이너(910)에 대한 EPS 발포체의 밀도는 전술한 헬멧에 대한 밀도의 경우보다 낮은 범위에 있다. 내측 레이어(124)는 15 내지 25 kgm-3 범위의 밀도를 가지며, 외측 레이어의 밀도는 35 내지 45 kgm-3 범위의 밀도를 가진다. 유아의 머리에 대한 충격 보호성능을 증가시키도록, 유아용 가압축식 라이너(910)의 유아 머리 구간(922)을 포함하는 요소들은 유아 상체 구간(924)을 포함하는 요소들보다 낮은 EPS 밀도의 내측 레이어(124) 및 외측 레이어(128)를 구비한다.
유아용 가압축식 라이너(910)의 다른 실시예에서, 유아 머리 구간(922)은 헬멧의 부분적 형태로 형성된다. 도 4를 참조하면, 유아 머리 구간(922)은 후방 요소(422, 424, 426, 428)들 및 측두 요소들(414, 416)에 의해 외측 레이어(128)의 대응 요소들과 유사한 형태로 형성된다.
도 10은 CSS 가압축식 라이너(1010)를 구비한 CSS(1012)의 사시도이다. CSS(1012)는 성인용 차량 시트(914) 상에 안착 되는 베이스(1014)를 구비한다. 베이스(1014) 상에는 시트, 백레스트, 및 측면 베개받침을 포함하는 어린이 시트(1016)가 놓인다. CSS(1012) 는 성인용 랩 띠 시트 벨트(미도시) 및/또는 차량 고정부에 대한 추가적인 고정 스트랩(미도시)을 사용함으로써 차량 시트(914)에 고정된다. CSS 가압축식 라이너(1010)는 충격 보호를 위한 2개의 구간(CSS 머리 구간(1018) 및 CSS 상체 구간(1020))으로 분화된다. 각각의 구간(1018, 1020)들은 "채널"에 대한 측면 머리 받침(또는 날개부)(1022, 1024)를 구비하거나, 어린이를 잡아주어 보호한다. 도 10에서, CSS 가압축식 라이너(1010)는 어린이 시트(1016)의 구조체 상으로 삽입된 라이너로서 도시된다. 바람직한 실시예에서, CSS 가압축식 라이너(1010)에 대한 EPS 발포체 밀도는 유아용 가압축식 라이너(910)의 경우에 대하여 전술한 바와 같다.
호신구
가압축식 라이너(110)의 실시예의 다른 적용 사례는 보호 자켓을 포함하는 호신구에 사용하는 것이다. 오토바이 운전, 로데오 경기, 미식축구, 축구, 크리켓, 야구 등과 같은 충격을 수반하는 운동경기에서, 보호 자켓 형태의 호신구는 신체에 의해 자주 마모된다. 호신구용 가압축식 라이너는 운동경기에서 충격으로부터 보호하기 위한 실시예에 사용될 수 있다. 예를 들어, 운동경기에서, 호신구용 가압축식 라이너는 5 내지 30mm 의 범위로 두께(524)를 구비할 수 있다. 호신구용 가압축식 라이너에 대해 선택될 수 있는 재료는 많은 충격에 대해서도 가압축식 라이너가 이용될 수 있게 하도록 탄성적이거나 견고할 수 있다.
탄성의 호신구에 있어서, 호신구용 가압축식 라이너의 실시예는 탄성 호신구와 결합하여 사용될 수 있다. 호신구용 가압축식 라이너는 충격하는 포물체에 응답하여 탄성 호신구의 충격력을 흡수하게 된다.
도 11은 호신구용 가압축식 라이너(1110)를 구비한 보호 자켓(1112)의 정면도이다. 보호 자켓(1112)은 작용자가 보호 자켓(1112)을 입고 벗는 것을 도와주도록 벨크로 어깨 탭을 구비한다. 패널인 가슴부(1116) 및 복부(1118)용 가압식 라이너(1110) 요소는 보호 자켓(1112)에 삽입되는 것으로 도시되는데, 여기서 파선(1120)은 보호 자켓(1112)의 전방에 대한 각 요소(1116, 1118)의 범위를 나타낸다. 복부용 가압축식 라이너(1118) 요소는 가슴용 가압축식 라이너(1116) 요소에 비하여 충격 보호 성능이 높은데, 그 이유는 가슴의 갈비뼈는 복부에는 없는 내부 장기를 보호하기 때문이다.
고가품에 대한 보호
가압축식 라이너에 대한 다른 적용례는 물품, 전자 장치, 부서지기 쉬운 기계 장치, 동물, 식물 등과 같은 고가품을 보호하는 것이다. 가압축식 라이너의 실시예는 화물 운송에 있어서 고가품을 보호하는데 사용된다. 다른 실시예는 군용 운송수단, 비행기, 및 이러한 운송수단에 큰 충격이 가해지는 경우에 장비의 유지 가능성을 향상시키기 위한 감지 장비의 보호를 위하여 사용될 수 있다.
가압축식 라이너의 성능
전술한 실시예에서의 가압축식 라이너의 성능은 가압축식 라이너의 상대적인 성능에 대한 기술분야에서 통상의 기술자에 의해 충격 보호 장치 및 방법이 어떻게 평가되는지에 대한 하기의 설명과 관련하여 이해될 수 있다. 참고로, 호주 교통 안전부(Australian Transport Safety Bureau:ATSB), www.atsb.gov.au, 의 2001년 7월에 발간된 "헬멧을 위한 향상된 충격 흡수 라이너"라는 제목의 연구 결과는 본원에 편입된다.
가압축식 라이너는 인체의 원하는 부분, 예를 들어 오토바이 운전자가 도로면에 부딪히는 경우 오토바이 헬멧에 대한 충격에 대하여 낮은 초기 저항성을 제공한다. 충격이 진행됨에 따라, 가압축식 라이너에 의해 제공된 저항성의 수준은 제어된 방식으로 증가하여, 두개골 및 뇌의 제어된 감속(전술한 예에서 계속됨)이 충격 전 과정에서 발생하게 된다. 하기에서 설명되는 바와 같이, 오토바이 헬멧의 EPS 발포체 재료를 구비한 가압축식 라이너의 예시적인 실시예가 사용되지만, 전술하였고 후술하는 바의 가압축식 라이너의 다른 실시예에 대해서도 유사한 서술이 행해질 수 있다.
상대적 가압축성이 서로 다른 재료로 된 내측 레이어(124) 및 외측 레이어(128)를 구비한 가압축식 라이너의 특정 구조로 인하여 가압축식 라이너는 가압축식 라이너가 충격에 의해 가압 되거나 짓눌려질 때 가압축성 및/또는 경직성에서 연속적이고 점진적인 변화를 가져오게 된다.
가압축식 라이너의 특정 구조로 인하여, 특히 단일 발포체 밀도 헬멧에 비교하여, 헬멧의 감소한 전체 질량으로 가압축식 라이너는 쉽게 제조될 수 있다. 이것은 충격시에 머리와 목 부위에 대한 회전 가속의 효과를 감소시키는 장점이 있다.
충격-시간 간격 (감속 시간)
가압축식 라이너는 연장된 제어 압축 및 짓눌림을 제공하여 충격이 발생하는 전체 시간을 연장시킨다. 인간의 두개골 또는 다른 신체 부분은 안착 되기 위하여 보다 점진적으로 감속된다. 가압축식 라이너에 대하여 짓눌리는 시간 또는 변형 시간은 단일 발포체 밀도를 가진 라이너에 대한 것보다 20%까지 또는 이를 넘어서는 시간 동안 발생한다. 환언하면, 두개골에 전달되는 충격력은 감소하는데 그 이유는 두개골의 감속은 가압축식 라이너의 작용에 기인하여 느려지기 때문이다.
짓눌림( crushing )
짓눌림은 충격 동안에 두개골에 의해 가압축식 라이너로 진입되는 것을 의미한다. 가압축식 라이너의 압축은 충격 에너지를 소산 시킨다. 가압축식 라이너는 단일 발포체 밀도로 구성된 라이너보다 최대 10% 내지 그 이상으로 짓눌려지게 된다.
부서짐( cracking )
EPS 발포체 라이너의 압축시에 슬래브 및 아크 부서짐은 충격 보호의 일반적인 부분이다. 아크 부서짐은 발포체 라이너로의 두개골의 진입에 대하여 원주방향 표면 크랙의 선을 나타낸다. 슬래브 부서짐은 발포체 라이너로의 진입의 영역에서 발포체 라이너를 통한 전체 두께 크랙을 나타낸다. 슬래브 부서짐은 단일 밀도 발포체 라이너에서 일반적으로 나타나며 발포체 라이너에 의해 충격 보호가 실패하기 시작하기 때문에 회피되어야 한다.
가압축식 라이너는 충격 테스트 동안에 어떠한 슬래브 부서짐도 나타내지 않는다. 아크 부서짐은 가압축식 라이너에 대하여 상당히 감소한다. 아크 부서짐의 감소는 45 내지 90 kgm-3 의 밀도 범위의 발포체를 일반적으로 사용하는 일반적인 단일 밀도 발포체 라이너에 비하여 낮은 밀도의 발포체를 사용하는 내측 레이어(124)에 부분적으로 기인한다. 낮은 밀도의 EPS 발포체는 높은 밀도 EPS 발포체더욱더 소성적 특징 및/또는 탄성적 특징을 나타내어서, 결과적으로 낮은 밀도의 발포체 내측 레이어(124)는 아크 부서짐을 더 나타내게 된다. 또한, 내측 레이어(124)에 대하여 낮은 밀도의 발포체를 사용함으로써, 가압축식 라이너의 접촉 표면(122)은 단일 밀도 발포체 라이너보다 더 두개골에 부합하게 된다. 따라서, 충격력은 원하는 특징으로서 두개골의 보다 넓은 구간에 걸쳐서 균일하게 퍼지게 된다.
피크 감소(충격 에너지 완화 또는 충격 완화, "g-힘")
호주와 뉴질랜드 국가 표준은 충격 시뮬레이션 동안에 헬멧 내에서 경험되는 피크 감속이 300 g ("g" 는 중력 가속도 9.8 ms-1 을 의미한다)보다 작을 것을 요구한다. 유사한 표준이 북미 및 유럽에도 존재한다. 테스트된 모든 상황에서의 가압축식 라이너에 대한 피크 감속은 일반적인 단일 발포체 밀도 라이너보다 낮았으며, 호주 및 뉴질랜드의 구속력 있는 국가 표준보다도 충분히 낮았다.
회전력
헬멧 내의 가압축식 라이너의 질량은 사고시에 머리에 발생하는 회전력에 기여한다. 헬멧 및 가압축식 라이너가 경량이 되어 회전력과 관련된 부상을 감소시키는 것이 안전하다. 전술한 다른 성능 테스트와 관련하여, 가압축식 라이너에 균등하게 유사하게 거동하는 단일 밀도 발포체 라이너를 구비한 헬멧은 훨씬 크며 무겁다. 왜냐하면, 단일 밀도 발포체 라이너는 보다 두껍고 낮은 단일 밀도 발포체이어야 하며, 그로 인하여 추가적인 라이너 질량 및 헬멧에 대한 크고 무거운 외측 셀이 나타나게 된다.
상기 내측 레이어(124)는 외측 레이어(128)보다 더 가압축성 및/또는 낮은 경직성을 가지도록 요구되는 반면에, 돌출부(130) 및 홈(132)의 구조는 역으로 되어 있어서 돌출부들은 외측 레이어(128)및 내측 레이어(124)을 구비한 홈과 관련되어, 본 발명이 구현되게 된다. 다른 실시예에서, 연결 표면(126)은 대칭적이어서, 내측 레이어(124) 및 외측 레이어(128)는 내측 레이어(124)가 연결 표면(126)에서 외측 레이어(128)에 연결되게 하는 구조로 돌출부와 홈들을 구비한다. 그러나 모든 구조에서도, 전술하였고 하기에서 설명하는 바와 같이, 내측 레이어(124)의 가압축성은 외측 레이어(128)의 가압축성보다 우수하다. 경직성과 관련하여, 내측 레이어(124)의 경직성은 외측 레이어(128)의 경직성보다 약하다.
전술하였고 후술하게 될 가압축식 라이너의 치수, 성능, 재료는 설명된 실시예에 대하여 예시적으로 설명되었다. 다른 치수, 성능, 재료의 경우도 충격 보호를 위한 기술분야의 통상의 기술자에 의해 선택되어 설계될 수 있다.
도 12는 이중 가압축식 라이너(1210)의 개략적인 단면도이다. 이중 가압축식 라이너(1210)는 도 5에 도시된 가압축식 라이너(510)의 선택적인 실시예이다. 상기 이중 가압축식 라이너(1212)는 새로운 연결부(1212)를 형성하기 위하여, 외측 표면(118)에서 서로 연결된 2개의 가압축식 라이너(510)이다. 이중 가압축식 라이너(1210)는 참여자 간에 격렬한 신체 접촉이 있는 접촉성 운동경기와 같은 적용례에 있어서 유용하다. 이러한 경우에, 두 참여자가 서로 충격할 때 내측 레이어(124)의 초기의 낮은 저항성의 이익을 향유한다는 점에서 바람직하다. 다른 예는 감지 기관 또는 물체들 사이에서 이중 가압축식 라이너(1210)를 사용하여, 2개의 기관 양자가 내측 레이어(124)의 이익을 향유하는 경우이다. 이중 가압축식 라이너(1210)는 전술한 바와 같이 충격 보호를 위한 서로 다른 구간을 제공하도록 분화된다(미도시).
연속적인 라이너(미도시)는 가압축식 라이너에 유사하거나 그보다 우수한 특성이 있도록 구성된다. 연속적인 라이너는 제 1 재료로 된 원하는 형상, 예를 들어 헬멧으로 제조되는 라이너를 포함한다. 제 1 재료는 예를 들어 점탄성의 젤리와 같은 높은 가압축성 및/또는 낮은 경직성을 가진다. 헬멧의 내부로부터 헬멧의 외부의 방향으로 진행되는 상기 라이너의 두께를 통하여 가압축성을 감소(경직성을 증가)시키는 효과를 도출하는 것은 바람직하다. 이러한 경직성 구배를 증가시키기 위하여, 제 1 재료는 제 2 재료에 대하여 연속적인 특징으로 변형된다. 제 2 재료가 제 1 재료보다 낮은 가압축성을 가져서, 제 2 재료 및 제 1 재료는 원하는 경직성 구배를 얻을 수 있도록 연속 라이너를 통하여 다양한 비율로 존재하게 된다.
아래와 같은 과정들을 포함하는 다수의 과정들에 의해 제 2 재료가 제조된다.
. 제 2 재료를 형성하도록 크로스 연결의 다양한 정도로 제 1 재료의 분자를 크로스 연결하는 이온화 방출.
. 다양한 정도로 제 1 재료를 제 2 재료로 변형시키는 화학제(chemical agent).
이온화 방출 또는 화학제는 제1 재료로 된 헬멧 형상 또는 다른 형상의 외부에 적용된다. 제 1 재료로부터 제 2 재료로의 변화 수준은 연속 라이너의 두께를 통하여 깊이 완화의 수준에 의해 조심스럽게 제어된다.
유사한 방법으로, 제 1 재료로 된 헬멧 형상에 대하여 가해지는 이온화 방출 또는 화학제의 수준은 헬멧 형상에 대하여 필요한 충격 보호를 위한 다양한 충격 수준 구간으로 제어된다. 충격 보호 구간을 가진 선택적인 실시예에서, 각 구간에 대한 요소 간의 경계는 명확한 경계선은 아니지만, 제 1 재료로부터 제 2 재료로의 변화에 사용되는 특정 기술로부터 나타나는 기울기를 가진다.
다른 유형의 자전거 헬멧(미도시)은 외측 레이어(128) 없이도 제조된다. 이러한 헬멧에서, 내측 레이어(124)의 돌출부(130)의 정점(136)은 외측 쉘(116)에 연결된다. 헬멧 디자인과 제조에 관한 기술분야의 통상의 기술자는 내측 레이어(128)를 형성하는 적절한 재료 또는 적절한 재료들을 선택하여 적절한 안전 표준이 이러한 다양한 자전거 헬멧에 부합하게 된다. 예를 들어, 내측 레이어(124) EPS 발포체 밀도는 전술한 연속 라이너에 따라 2개의 재료로 전술한 바와 같이 변화된다. 다른 자전거 헬멧의 다른 실시예(미도시)에서, 외측 쉘(116)은 원뿔형 돌출부의 형상으로 단단한 외측 레이어를 형성하기 위하여 내측 레이어(124)의 외측 표면에 부합한다.
다양한 충격 보호 구간이 제공된 분화된 라이너는 분화되지 않은 구조에 비하여 라이너의 중량을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 중량 감소는 가해진 힘에 대한 높은 저항성이 필요하지 않은 감소한 밀도 재료를 사용함으로써 가능하게 된다. 분화된 헬멧 라이너의 경우, 헬멧의 중량은 착용자에게 상당히 이점이 되는 수준인 최대 20%만큼 감소한다.
본 발명의 라이너는 예를 들어 통기성 개방을 허용하여 어떠한 보호도 이루어지지 않도록 하기 위하여 천공될 수 있다. 이러한 구조는 특히 헬멧 등에 유용하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 레이어들 중 하나, 특히 내측 레이어는 다른 레이어와 구멍으로 함께 작용하도록 돌출부 또는 홈을 가지는 스트립 형태의 패널로 구성된다. 예를 들어, 스트립은 돌출부의 단일 열(single row)을 포함하여, 예를 들어 헬멧에서 요구되는 바와 같이, 다른 레이어에 적합한 곡률로써 성형된다.
몇가지 이러한 스트립은 인서트의 일부분을 형성하며 그들을 연결하는 스프루로써 주형된다. 상기 스프루는 돌출부가 돌출하는 재료의 레이어를 포함하며 단일 성형부를 이룬다. 일실시예에서, 상기 스프루는 스트립의 일반적인 방향으로 횡방향 연장된다. 이러한 실시예는 헬멧에 대하여 특히 적절한데, 그 이유는 스트립들 사이의 간격이 일반적인 통기성 개구와 정렬될 수 있기 때문이다.
비록 본 발명은 가장 효율적이며 바람직한 실시예로 인식되는 유형으로 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에서 변형이 가능하며, 균등한 조립체, 장치, 기계를 모두 포함하도록 첨부된 청구범위의 전체 범위에 따라, 상세한 설명에 한정되지 않는다.
본 발명에서, "포함"한다는 의미는 개방적인 의미로 사용되었고, "구비"한다는 의미도 "만으로 구성"되는 의미와 같은 폐쇄적인 의미로 한정되지 않는다. 대응하는 의미는 기재된 바와 같이 대응하는 "포함하다, 포함하는"의 대응 의미로 이해된다.
본원에 편입된 문헌의 선행기술은, 다른 기재가 없는 한, 이러한 선행 기술은 본 발명에 관한 기술분야의 통상의 기술자에게 일반적으로 알려진 것을 자인하는 것으로 한정되지 않는다.
110: 가압축식 라이너 112: 헬멧
116: 외측 쉘 124: 내측 레이어
128: 외측 레이어 130: 돌출부
138: 베이스

Claims (30)

  1. 인체의 적어도 일부분을 충격으로부터 보호하기 위한 충격보호장치로서,
    상기 충격보호장치는 내측 레이어(124) 및 외측 레이어(128)를 구비한 가압축식 라이너(110, 310, 510)를 구비하며,
    상기 내측 레이어(124)는 접촉 표면(122) 및 제 1 연결 표면을 구비하며,
    상기 제 1 연결 표면은 다수의 돌출부(130)를 구비하며,
    상기 외측 레이어(128)는 제 2 연결 표면과 외측 표면(118)을 구비하며,
    상기 제 2 연결 표면은 상기 내측 레이어의 돌출부(130)를 수용하게 되는 다수의 홈(132)을 포함하며,
    상기 내측 레이어(124)는 제 1 가압축성을 가진 제1 재료를 포함하며, 상기 외측 레이어(128)는 제 2 가압축성을 가진 제 2 재료를 포함하며,
    상기 제 1 가압축성은 상기 제 2 가압축성보다 크며,
    상기 가압축식 라이너(110, 310, 510)의 내측 레이어의 접촉 표면의 적어도 일부분은 인체의 일부분에 바로 인접하거나 인체의 일부분에 연결되며,
    상기 내측 레이어(124)는 하나 이상의 내측 레이어 요소(212,214)로 형성되며,
    상기 제 1 가압축성은 하나 이상의 내측 레이어 요소(212, 214)들 간에 서로 상이한 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부(130)는 원뿔형상인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 레이어(128)는 하나 이상의 외측 레이어 요소(210, 216)로 형성되는 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 가압축성은 하나 이상의 외측 레이어 요소(210, 216)들 간에 서로 상이한 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 재료 및 제 2 재료 중 하나 이상은 발포체인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 발포체는 발포 폴리스티렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 재료의 밀도는 15 내지 50 kgm- 3 인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 재료의 밀도는 25 내지 35 kgm- 3 이며, 상기 제 2 재료의 밀도는 35 내지 50 kgm- 3 인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 재료의 밀도는 15 내지 25 kgm- 3 이며, 상기 제 2 재료의 밀도는 35 내지 45 kgm- 3 인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 재료의 밀도는 35 내지 90 kgm- 3 인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 재료의 밀도는 35 내지 55 kgm- 3 인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 재료 및 상기 제 2 재료 중 하나 이상은 점탄성을 가지거나 틱소트로픽(thixotropic) 성질을 가지는 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 레이어(128)로의 하나 이상의 돌출부(130)는 50 내지 100% 만큼 진입하는 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부(130)들 중 하나 이상은 외측 표면과 연속적인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부(130)들의 인접한 베이스들간의 거리는 0 내지 20 mm 인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 돌출부(130)들의 인접한 베이스들간의 거리는 5 내지 15 mm 인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출부(130)들의 베이스의 최대 횡방향 치수는 15 내지 22 mm 인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압축식 라이너(110, 310, 510)는 15 내지 45 mm의 두께를 가지며,
    각각의 돌출부의 베이스로부터의 하나 이상의 돌출부(130)의 높이는 20 내지 25 mm 이며,
    하나 이상의 돌출부(130)들의 베이스로부터 상기 접촉 표면까지의 거리는 5 내지 10 mm 인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 레이어(124)는 외측 레이어(128)를 통하여 보일 수 있는 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압축식 라이너(110, 310, 510)는 제거가능하며 교체가능한 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 레이어(124) 및 외측 레이어(128) 중 하나는 돌출부의 선이 돌출하는 스트립 형상부를 구비하는 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 레이어는 내측 레이어(124)인 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,
    다수의 상기 스트립이 제공되고, 상기 스트립은 일편 구성요소를 형성하기 위하여 스프루에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압축식 라이너(110, 310, 510)는 차량 객실 라이너, 베이비 캡슐, 어린이 안전 시트, 시트, 헤드레스트 또는 호신구 내에 설치되거나 차량 객실 라이너, 베이비 캡슐, 어린이 안전 시트, 시트, 헤드레스트 또는 호신구를 형성하는 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  28. 제 1 항에 있어서,
    가압축식 라이너는 헬멧 내에 장착되거나 헬멧을 형성하는 것을 특징으로 하는 충격 보호 장치.
  29. 삭제
  30. 삭제
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