KR20000076200A

KR20000076200A - 에너지 흡수용 삽입물을 가진 유연성 경량 보호용 패드

Info

Publication number: KR20000076200A
Application number: KR1019997008294A
Authority: KR
Inventors: 톰스더글라스; 우눅앤드류줄리언; 콜리아스디미트리스아이오아니스
Original assignee: 데이비드 엠 모이어; 더 프록터 앤드 갬블 캄파니
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2000-12-26
Also published as: EP1024716A1; CZ290894B6; BR9808230A; JP2001515548A; IL131587A; CN1250354A; WO1998041118A1; HUP0001472A2; HUP0001472A3; CA2282471C; NO994264L; NZ503933A; US6093468A; CZ306699A3; KR100368782B1; CA2282471A1; IL131587A0; NO994264D0

Abstract

충격력으로부터 인간 신체를 보호하기 위한 향상된 보호용 패드가 개시된다. 패드 (10) 는 고밀도 독립기포 폴리머 발포재 및 저밀도 독립기포 폴리머 발포재로 이루어진 층들 및 탄성 또는 비탄성 에너지 흡수용 삽입물을 사용하여 형성된다. 고밀도 층 (16) 은 충격력을 흡수하여 소산시키며, 저밀도층 (18) 은 인간신체에 대한 완충 작용을 하며 안락감을 제공한다. 패드에는, 인간 신체로부터의 열의 방출 및 통풍성을 제공하기 위해, 그 두께방향으로 관통하는 다수의 홀 (12) 이 형성될 수 있는데, 홀들의 표면적은 충분한 통풍을 가능토록 할 정도로 커야하지만 패드에 의해 제공되는 보호를 현저하게 감소시킬 정도로 커서는 안된다. 패드에는, 보호되는 인간 신체 부분에의 일치성 및 유연성을 제공하기 위해, 그 표면에 걸쳐 두께방향으로 부분적으로 파진 다수의 스코어선들이 형성될 수도 있다. 본 발명에 의하면, 홀들에는 적어도 하나의 탄성 에너지 흡수용 삽입물이 제공될 수 있다.

Description

에너지 흡수용 삽입물을 가진 유연성 경량 보호용 패드{FLEXIBLE LIGHTWEIGHT PROTECTIVE PAD WITH ENERGY ABSORBING INSERTS}

추락, 사고, 스포츠 및 다른 관련된 사건으로부터의 충격으로 인한 손상으로부터 인간의 신체를 보호하기 위해, 히프 (Hip) 패드 및 다른 보호용 패딩이 사용되어 왔다. 특히, 노인, 골다공증을 가진 사람, 및 서있는 자세가 불안정하고 걷는데 어려움이 있는 사람들에 있어서는, 우발적인 추락의 결과로서의 골절은 일반적으로 발생하는 사고이다. 노인들, 특히 골다공증을 가진 노인들에 있어서 골절은 매우 치료하기 어려우며, 이러한 사고가 처음부터 일어나지 않도록 예방하는 것이 매우 바람직하다.

다양한 보호용 패딩 및 의복이 예전부터 이미 사용가능하였지만, 이들은 모두 어느 정도의 단점을 가진다. 패드가 신체의 손상받기 쉬운 부분상에 위치하도록, 의복에 영구적으로 고정되거나, 의복의 주머니내에 넣어지거나, 끈 또는 피부에 안전한 접착제로 고정된 패드가 전형적인 보호용 착용물의 하나이다. 이러한 손상받기 쉬운 부분은, 특히 노인들에 있어서, 히프 부분이다. 히프 골절은, 나이 많은 추락자가 연관된 사건의 2 내지 3%에서 발생하는데, 일반적으로 대퇴골의 기부단 (proximal end) 의 골절과 관계된다. 대퇴골의 이 부분은 골두 (head), 골경 (neck), 대전자 (greater trochanter) 및 소전자 (lesser trochanter) 로 구성된다. 대전자는 히프 영역의 가장 측부에서 바깥쪽으로 돌출하며, 이렇게 위치하고 있기 때문에, 히프로 떨어지는 추락, 특히 측면으로의 추락으로부터 발생하는 충격력의 예봉을 받게 된다.

히프 부분을 보호하기 위해, 일반적으로, 패드가 히프를 덮는 부분의 의복의 안쪽에 고정되거나 히프 부분의 의복에 달린 주머니내에 넣어진다. 좀더 자세히 설명하면, 일반적으로 패드는 대전자를 덮도록 또는, 어떤 종류의 힘 또는 에너지 소산 (shunting) 패드의 경우에는, 대전자를 실제로 덮지 않고 둘러싸도록 배치된다.

패드가 추락중의 충격력을 감쇄시켜야 하는 정도에 대해서는 많은 논란이 있어 왔다. 이것은 가상 추락 하중 구성에서 노인의 사체의 대퇴골을 골절시키는데 필요한 힘의 측정값의 범위가 매우 넓기 때문이다. 이러한 측정값은 적재 속도에 따라 2110 뉴튼 (J.C.Lotz ＆ W.C.Hayes, J. Bone Joint Surg.[Am], Vol.72,pp689-700,1990) 에서 6020 뉴튼 (T.G.Weber, K.H.Yang, R.Woo, R.H.Fitzgerald, ASME Adv.Bioeng.BED22:pp111-114) 의 범위를 갖는다. 또한, 추락하는 인간 토르소 (Torso) 가 타일 바닥과 같은 단단한 표면에 충돌하는 속도가 약 2.0 내지 약 4.5 m/s 의 범위를 가질 수 있다. 히프로 추락하는 인간 지원자의 속도를 측정한 연구자들 (S.N. Robinovitch, J.Biomech. Eng. Vol.9, pp1391-1396,1994) 은 약 2.6 m/s의 평균속도를 인용하였다. 추락시에 패드를 대지 않은 대전자에 전달되는 힘의 측정값은 약 5700 뉴튼 내지 10400 뉴튼 (J.Parkkari et al., J.Bone 및 Mineral Res., Vol.10, No.10, pp1437-1442, 1995) 의 넓은 범위를 가진다.

패드의 효용성의 가장 좋은 증거는 살아있는 사람에 대한 임상 연구로부터 얻어진다. 이러한 연구는 Lauritzen 등 (Lancet, Vol.341, pp11-13,1993) 에 의해 경질 셸형 (shell-type) 패드를 사용하여 수행되었다. 이 패드는 연구대상 집단에서 히프 골절의 발생을 약 50% 정도 감소시키는 것으로 알려 졌다. 이러한 유력한 임상 결과에도 불구하고, 라우리첸 (Lauritzen) 패드는, 대용 (surrogate) 히프상에 탑재되어 2.6 m/s의 속도로 움직이는 무거운 (34kg) 진자에 의해 충격이 가해졌을 때, 비교적 낮은 힘 감쇄를 제공하는 것으로 나타났다 (S.N.Robinovitch, et al., J. Biomechanical Engineering, Vol.117, pp409-413,1995). 이러한 생체외 실험 조건하에서, 라우리첸 패드는 대퇴골에 가해지는 최고 힘을 약 5770 뉴튼에서 약 4800 뉴튼으로 또는 약 17% 만큼만 감소시켰다. 라우리첸 패드에 기초한 히프 보호대는 덴마크의 Sahvatex (Sahva A/S 및 Tytex A/S 사이의 공동 벤처기업) 사에 의해 SAFEHIP^TM이라는 상표하에 상용화되었다. 플라스틱 경질 셸을 함유하는 타원모양의 구조체인 히프 보호대는 한 벌의 면 내의에 꿰매어 붙여진다.

이러한 임상학적 발견들은 2개의 가설을 제시한다. 첫번째는 다른 연구자들에 의해 사용된 진자 충격 실험은, 여러가지 패딩 시스템의 힘 감소 능력을 상대적으로 측정하는데 유용할 수는 있지만, 패드의 생체내 성능과 잘 들어맞지 않을 수도 있다는 것이다. 이러한 실험에서, 패드는 일정한 위치에 고정된 대용 히프상에 탑재되고 35kg 이상의 무게를 갖는 진동하는 물체에 의해 측면으로 충돌된다. 실체 추락에 있어서는, 그 동역학이 좀 다르다. 추락에서는, 패드 및 인체 모두가 아래쪽으로 움직이며, 실제로는, 중력에 의해 아래쪽으로 가속되며, 지면 또는 단단한 바닥과 같이 충돌에 대한 반응으로 크게 움직이지 않는 고정된 물체에 충돌한다. 추락의 동역학을 보다 잘 모사하기 위해, 계기를 갖춘 대용 히프를 단단한 표면상에 떨어뜨린다면, 여러가지 패딩 시스템의 순위는 유사하겠지만 조금 다른 힘 감쇄율 결과가 얻어질 것이라고 생각할 수 있다. 두번째 가설은 진자 실험이 생체내 패드 성능과 잘 들어맞으며, 생체외에서 비교적 낮은 레벨의 최대 힘 감소 (약 20% 정도) 를 제공하는 패드라도, 쉽게 넘어지는 나이 든 집단의 일 부분에 있어서 히프 골절을 감소시키는데 효과적일 수 있다고 가정한다. 어떤 경우든, 실험 방법에 상관없이, 임상적으로 입증된 Lauritzen/Sahvatex 패드보다 최대 힘을 더 감소시키는 패드는 히프 골절을 방지하는데 더 효과적일 것이며 나이 든 집단의 더 넓은 부분을 보호할 수 있을 것이다.

분명히, 패드로부터 더 많은 힘 감소를 얻을 수록, 히프 골절 발생이 감소될 가능성이 더 커진다. 그러나, 소비자 조사에 의하면, 추락시의 대전자상에 가해지는 충격력을 감소시키는 것 외에, 패드는 착용자 컴플라이언스 (compliance) 를 강화하는 다른 이점들을 제공해야 하는 것으로 나타났다. 이들은 외관 및 착용자 안락감에 연관되며 최대 두께, 두께 분포, 무게, 통풍성, 유연성, 및 신체에의 일치성과 같은 특징들을 포함하는데, 종전의 패드들은 이러한 분야에서 많은 단점들을 가진다.

어떤 종전의 패딩은 충격으로부터의 충분한 보호를 제공하려 시도하다 보니 부피가 커지고 거추장스럽게 되었다. 즉, 효과적인 내충격성을 제공하도록 의도된 많은 전형적인 종전의 패드들은 25.4㎜ (1 인치) 보다 큰 두께를 가진다. 얇은 종전의 패드들은, 낙하되거나 무거운 진자에 의해 충돌된 대용 히프상에서 측정하여 약 30% 미만의 최대 힘 감소를 보여 일반적으로 낮은 내충격성을 제공한다. 다른 패딩은 통풍성이 없어 패드에 의해 덮혀지는 피부상에 열이 축적되도록 한다. 또한, 다른 패딩은 유연성이 없고 경질이어서 보호되는 신체 부위에 일치되지 않는다. 또한, 경질 셸 패드는 착용한 후에 착석하거나 수면을 취하는데 불편한 경향이 있다. 부드러운 발포 패드는 충격력을 흡수하는데 더 큰 두께를 요한다; 두께가 더 커지면 부피가 더 커지고 더 불편한 패드가 되며, 패드 밑에 축적되는 열도 증가한다. 이 모든 것들은 사용자에 상대적으로 불편을 준다.

소비자 조사에 의하면, 잠재 착용자들은, 나이 또는 신체적 조건에 관계없이, 그들의 용모에 관심이 있는 것으로 나타났다. 히프 패드는 약 25.4㎜ (1 인치) 보다 두껍지 않은 것이 바람직하며, 최대 두께가 약 19㎜ (3/4 인치) 이하인 것이 더 바람직하다. 두께 분포도 중요하다. 패드 및 패드 둘레가 통상적인 의복하에서 드러나지 않도록, 패드는 최대 두께 부분으로부터 주변으로 차츰 얇아지도록 된 것이 바람직하다. 패드 둘레의 두께 범위가 12.77㎜ (1/2 인치) 이하인 것이 바람직하다. 둘레의 두께 범위는 6.35㎜ (1/4 인치) 이하인 것이 더 바람직하다. 둘레의 두께 범위는 3.18㎜ (1/8 인치) 이하인 것이 더욱 바람직하다.

대부분의 잠재 착용자는 날씬한 체형 및 낮은 체중의 나이 든 여성이기 때문에, 패드 무게가 관심사이다. 개당 약 300g (한 벌당 600g) 미만의 패드가 바람직하다. 개당 약 200g (한 벌당 400g) 미만의 무게를 가진 패드가 더 바람직하다. 개당 약 100g (한 벌당 200g) 미만의 무게를 가진 패드가 가장 바람직하다.

매우 짧은 시간동안 착용되는 스포츠 패드와는 달리, 노인들을 위한 보호용 히프 패드는 하루 종일, 실내외, 덥거나 추운 모든 기후조건 및 모든 습도 조건하에서 착용되도록 의도된다. 전형적인 발포 패드는 습기 또는 신체로부터의 땀을 통과시키지 않는 독립 기포 발포재 (closed-cell foam) 로부터 만들어진다. 또한, 이러한 패드들은 단열재이어서, 신체의 열을 효과적으로 방출시키지 못한다. 이것은 패드 밑에 더 많은 땀과 습기가 축적되도록 하며, 이는 나이 든 착용자의 피부에 손상을 줄 수 있다. 땀의 증발을 가능토록 하고 신체 열을 배출시키기 위해, 패드는 바람직하게는 적어도 약 5% 이상, 더욱 바람직하게는 약 10% 이상의 상당한 개방 면적을 가지는 것이 바람직하다.

여기에 개시된 것은 비교적 얇고 경량인 패드로 높은 내충격성을 제공하는 새롭고 개선된 보호용 패딩이다. 열 축적과 이와 관련된 불편함을 방지하기 위해 통풍성을 제공하면서도 높은 내충격성이 유지된다. 또한, 이 새로운 패드는 그 보호성능에 악영향을 주지 않으면서도 유연성을 제공하며, 보호되는 신체의 부분에 들어맞도록 할 수 있다.

발명의 개요

본 발명에 의하면, 인간 신체의 소정 부분을 충격으로부터 보호하기 위한 보호용 패드가 제공되는데, 이 패드는 표면 및 두께를 가지며, 착용자의 신체로부터 먼쪽의 패드의 외부표면상에 고밀도 독립기포 발포 폴리머층 및 착용자의 신체에 접하는 패드의 내부 표면상에 저밀도 독립기포 발포 폴리머층을 구비한다. 일반적으로, 고밀도 발포재는 약 128 내지 약 192kg/㎥ (약 8 내지 12 파운드/피트³) 의 밀도를 가지며, 약 160kg/㎥ (약 10 파운드/피트³) 인 것이 바람직하다. 고밀도 발포재는 일반적으로 약 72 내지 약 95 의 쇼어 00 경도계 경도를 가진다. 일반적으로, 저밀도 발포재는 약 32 내지 약 80kg/㎥ (약 2 내지 5 파운드/피트³) 의 밀도를 가지며, 약 64kg/㎥ (약 4 파운드/피트³) 인 것이 바람직하다. 저밀도 발포재는 일반적으로 약 40 내지 약 70 의 쇼어 00 경도계 경도를 가진다. 상기 층들을 서로 부착시켜 충격력에 대한 비교적 높은 내성 및 사용자에 비교적 안락감을 제공하는 비교적 경량인 패드를 형성한다.

본 발명의 패드는 플러그 또는 삽입물 형태의 추가적인 에너지 흡수용 재료를 수용하는 1 개 이상의 리세스를 가진다. 리세스는 패드의 외부로부터 패드 두께방향으로 어느 정도의 깊이로 패드를 깎아 형성되거나, 패드의 내부 구조내에 위치하여 내부 및 외부 발포재층에 의해 덮여질 수도 있다. 이러한 리세스들은 일반적으로 패드의 중앙 부분 또는 그 주위에 위치한다. 추가적인 에너지 흡수용 삽입 재료 또는 재료들은 고밀도 발포재보다 낮은 경도, 또는 낮은 강성, 또는 낮은 압축 강도, 또는 높은 댐핑 (damping) 이 되도록 선택된다. 여기서, 댐핑은 재료가 충격 에너지를 내부적으로 소산시키는 능력을 의미하는데, 재료를 변형시키는데 사용되는 많은 에너지가 직접 열로 소산된다. 추가적인 에너지 흡수용 삽입 재료 또는 재료들은 폴리올레핀 또는 다른 중합 발포재, 탄성 고무 발포재, 고댐핑 탄성중합체, 고댐핑 폴리우레탄 조성물, 경화성 폴리우레탄 겔, 염화폴리비닐 플라스틱졸 겔, 점탄성 발포재 및 관련 재료를 구비하는 그룹에서 선택된다. 이러한 추가적인 에너지 흡수용 재료를 포함함으로써, 다수의 충격후에도 재사용이 가능한 패드를 얻을 수 있게 된다.

사용후 폐기처분할 수 있는 1회용 패드도 본 발명에 따라 제조될 수 있다. 이러한 경우, 리세스 또는 리세스들은 팽창폴리스티렌 발포재 또는 추락의 충격력하에서 비가역적으로 좌굴 (crush) 될 수 있는 다른 플라스틱 발포재와 같은 좌굴성, 비탄력성 재료로 채워진다.

충격력에 대한 내성을 크게 악화시키지 않고도 현저한 유연성 및 패드에 의해 보호되는 신체부분에의 일치성을 제공하기 위해, 패드는 외부 표면에 걸쳐 두께방향으로 부분적으로 파인 다수의 스코어선 (scoreline) 들을 가질 수도 있다. 스코어선들은 삽입 재료 또는 재료들을 지나가도록 형성되거나, 삽입 재료 또는 재료들을 지나가지 않도록 배치될 수도 있다. 충격력에 대한 현저한 내성을 유지하면서도 패드에 의해 보호되는 신체 부분으로부터의 열의 방출 및 통풍성을 제공하도록, 두께를 완전히 관통하는 다수의 개방 영역이 패드의 표면상에 형성될 수도 있다.

일반적으로, 패드의 무게는 약 100g 미만이고 약 25.4㎜ 미만의 바람직한 최대 두께를 가진다. 패드의 전체 크기 또는 패드에 의해 덮여지는 면적은 약 96.7 내지 약 387.0 ㎠ (약 15 내지 약 60 평방 인치) 의 범위를 가질 수도 있다. 개방 영역의 비율은 패드의 전체 크기에 따라 약 5% 내지 약 50% 의 범위를 가질 수 있다. 일반적으로, 패드의 개방 영역 비율은 대용 히프 낙하 충격 실험에서 측정하여 약 40% 이상의 최대 힘 감소를 제공하면서도 최대 통풍을 제공할 수 있도록 선택된다. 본 발명의 바람직한 패드는 100g 이하의 패드 무게로 40% 최대 힘 감소 목표를 만족시키거나 이를 능가한다. 즉, 본 발명에 대한 핵심은 최소 40% 의 힘 감소이다. 따라서, 그램으로 표현된 패드 무게에 대한 % 최대 힘 감소의 비가, 대용 히프 낙하 충격 실험에서 측정되어, 약 0.4 %/g 이다. 더욱 바람직한 패드는 50g 이하의 패드 무게로 40% 목표를 달성하거나 능가하는 것으로서 이에 의해 적어도 그램당 0.8 % 힘 감소를 제공할 수 있는 것이다. 가장 바람직한 패드는 30g 이하의 패드 무게로 40% 목표를 달성하는 것으로서 이에 의해 적어도 그램당 1.33 % 힘 감소를 제공할 수 있는 것이다. 전체적으로, 패드 무게 그램당 % 힘 감소의 비가 약 0.25%/g 내지 약 8.00%/g의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 이 비는 약 0.40%/g 내지 약 6.00%/g 인 것이 더 바람직하다.

이러한 패드는 영구적으로 또는 탈착가능하도록 의복에 부착될 수 있다. 의복은 축적된 땀의 신체로부터의 배출을 촉진할 수 있는 직물로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은 인간 신체용 보호 패딩에 대한 것이다. 특히, 본 발명은 경량, 충격흡수성, 유연성 및 통풍성인 보호 패딩에 대한 것이다.

본 명세서는 본 발명의 주요 내용을 특정하여 주장하는 특허청구범위로 끝나지만, 첨부도면과 연결지어 기재된 이하의 설명으로부터 보다 상세히 이해할 수 있을 것이라 생각된다.

도 1 은 본 발명의 보호용 패드의 평면도.

도 2 는 도 1 의 선 (2-2) 를 따라 자른 부분 단면도.

도 3 은 본 발명의 보호용 패드의 변형예의 평면도.

도 4 는 도 1 의 히프 패드의 구부러진 상태를 도시하는 사시도.

도 5 는 본 발명의 보호용 패드의 다른 변형예의 평면도.

도 6 은 도 5 의 선 (6-6) 을 따라 자른 부분 단면도.

도 7 은 삽입물이 고밀도 발포층과 저밀도 발포층으로 완전히 감싸인, 본 발명의 보호용 패드의 또 다른 변형예의 평면도.

도 8 은 도 7 의 선 (8-8) 을 따라 자른 부분 단면도.

발명의 상세한 설명

도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일한 부품을 나타내며, 도 1 에는 본 발명의 일 실시예, 즉 보호용 패드 (10) 가 도시된다. 보호용 패드 (10) 는 비교적 경량이며, 비교적 얇다 (25㎜ 미만의 두께, 가장 바람직하게는 19㎜ 미만의 두께). 그것은 또한, 이후에 더 자세히 설명되듯이, 비교적 유연성을 가지며 특정한 사용처에 따라 요구되는 대로의 형상들로 형성될 수 있다. 현저한 내충격성을 유지하면서 통풍성을 제공하기 위해, 홀 (12) 에 의해 도시되는 바와 같이, 패드의 두께방향으로 관통하는 많은 개방 영역을 가진다. 본 패드 (10) 는 충격력을, 계기를 갖춘 대용 히프 낙하 실험으로 측정하여, 보호대가 없을 때 경험하게 되는 충격력의 적어도 40%를 효과적으로 감소시킨다. 도 1 은 또한 에너지 흡수용 삽입물의 배치를 도시하는데, 스코어선 (14) 에 의해 4 개의 섹션 (A, B, C 및 D) 으로 나누어지며, 패드의 중심부위에 위치한 정방형 삽입물을 형성한다. 정방형 외에, 삽입물의 모양은 원형, 타원형, 직사각형, 삼각형, 오각형, 육각형 또는 임의의 다른 모양일 수 있다. 고밀도층 (16) 은 패드의 바깥쪽 표면을 형성하며, 저밀도층 (18) 은 패드의 안쪽 표면을 형성한다.

패드 (10) 는, 특정된 원하는 스타일 및 응용처에 따라, 직사각형 (도 3 에 도시된 바와 같음), 정사각형, 원형, 타원형 등과 같은 다양한 모양으로 제조될 수도 있다. 다수의 삽입물 (E, F, G 및 H) 이 패드의 중심 주변에 위치하는 것으로 도시된다; 당업자는 이들 삽입물의 다양한 다른 위치 및 구성을 생각해낼 수 있을 것이다. 도 3 에서, 홀 (12) 은 통풍성을 제공하며, 스코어선 (14) 들은 유연성 및 인간 신체의 보호되는 부위에의 일치성을 제공한다.

패드 밑의 신체 열의 방출 및 통풍을 위해, 홀들 (12) 은 원하는 통풍성 및 내충격성의 정도에 따라 약 3.18㎜ 내지 약 25.4㎜ 범위의 지름을 가질 수 있다. 타원형, 정방형 등과 같은 다른 형태의 홀들이 사용될 수도 있다. 홀들 (12) 에 할당된 표면적은 충분한 통풍을 제공할 수 있을 정도로 커야 하지만, 패드 (10) 의 최대 힘 감소 능력을 약 40% 미만으로 감소시킬 정도로 커서는 안된다; 홀들 (12) 에 할당된 면적은, 상당한 내충격성을 유지하면서, 전체 표면적의 5 내지 50% 의 범위를 가질 수 있다. 패드 (10) 를 그 두께 방향으로 부분적으로 깎아냄으로서 그물 모양의 스코어선들 (14) 을 형성할 수도 있다. 스코어선들 (14) 은, 도 1 및 3 에 도시된 바와 같이, 표면 전체에 걸쳐 전체 패드 두께의 약 1/4 내지 3/4 의 깊이로 깎아내지는 것이 바람직하다. 스코어선들 (14) 은 패드의 외부 표면 또는 고밀도 발포재측에서부터 패드 안쪽으로 깎여지거나 몰딩되어 형성된다. 이것은 패드를 매우 유연하도록 하며 다양한 모양 및 크기에 일치될 수 있도록 해준다. 스코어선들 (14) 에 의해 부여되는 유연성은 도 4 에 도시된다.

스코어선들이 형성되는 패턴과 간격은 다양할 수 있다. 예시의 목적상, 도 1, 3 및 4 는 패드의 직선인 둘레에 대해 ±45°로 형성되었으며 패드내의 홀들의 중심을 통과하는 스코어선들 (14) 을 도시한다. 스코어선들은 패드의 직선인 둘레에 대해 90°의 각도로 형성되거나 둘레에 대해 ±45°및 90°사이의 임의의 각도로 형성될 수도 있다. 스코어선들은 홀을 통과하거나, 홀들 사이를 통과하거나, 홀을 통과하면서 동시에 홀들 사이를 통과하도록 형성될 수 있다. 스코어선들은, 도 1, 3 및 4 에 도시된 바와 같이, 서로 평행하거나 직각인 직선들로 형성될 필요는 없다. 이들은 패드의 일측에서부터 부채 모양의 어레이로 형성될 수도 있다. 이들은 패드에 걸쳐 사인 (sinusoidal) 곡선 또는 지그재그 모양으로 형성될 수 있다. 스코어선들 사이의 간격은 약 6.53㎜ 및 약 50.8㎜ 사이의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 스코어선들 사이의 간격은 약 12.77㎜ 및 약 25.4㎜ 사이의 범위를 가지는 것이 더욱 바람직하다.

도 5 는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데, 여기서 패드는 하나의 원형 삽입물 (J) 을 함유하며 스코어선들을 가지지 않는다.

패드는 적어도 두가지 다른 종류의 발포 재료 및 패드 내의 리세스 또는 리세스들내에 위치하는 하나 이상의 삽입 재료로 이루어진다. 외부 충격층 (16) 은 구부러지지 않는 고밀도 재료인데, 독립기포 발포 폴리머, 예를 들어 Voltek L1000 폴리에틸렌 발포재 (Voltek, Lawrence, Massachusetts 01843) 인 것이 바람직하다. 제조업자에 의하면, 본 재료는 약 160㎏/㎥ (10파운드/피트³) 의 밀도, 약 75의 쇼어 00 경도계 경도, 25% 변형에서 약 64 psi의 압축강도, 및 50% 변형에서 약 97 psi 의 압축강도를 가진다. 내부층 (18) 은 부드러운 저밀도 완충 재료인데, 독립기포 발포 폴리머, 예를 들어, Sentinel MC3800 폴리에틸렌 발포재 (Sentinel Products Corporation, Hyannis, Massachusetts 02691) 인 것이 바람직하다. 제조업자에 의하면, MC3800 발포재는 약 64㎏/㎥ (4파운드/피트³) 의 밀도, 약 70.5의 쇼어 00 경도계 경도, 25% 변형에서 약 25 psi의 압축강도, 및 50% 변형에서 약 42.8 psi 의 압축강도를 가진다. 외부층 (16) 은 압축을 통해 충격력을 흡수하여 충격력을 패드의 둘레로 분산시키고, 패드가 충격하에서 밑바닥에 닿는 것을 방지할 정도의 경도를 가지며, 내부층 (18) 은 신체의 다양한 부분에 일치되는데 필요한 정도의 유연성 및 안락감을 제공한다. 최종 결과는 높은 힘 감소, 효용성 및 편안함의 조합이다. 적층 패드 (10) 는 2개의 층을 서로 적층한 후 기계적으로 연마하거나 성형 롤 및 스카이빙 (skiving) 날을 사용하여 성형할 수 있다. 또는, 패드는 두 층을 가열하고 이들을 열과 압력하에서 함께 압착시켜 형성할 수 있다. 이러한 제조 방법은 당업자에 공지되어 있다.

발포재층은 독립기포 발포재인데, 폴리올레핀 독립기포 발포재인 것이 바람직하나 유사한 성질을 가진 다른 재료들도 사용될 수 있다. 적절한 폴리올레핀 독립기포 발포재는 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌 (Linear LDPE), 중밀도 폴리에틸렌 (MDPE), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 (Ethylene-vinyl acetate copolymer), 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체 (EMA), 에틸렌 이오노머 (Ethylene ionomer), 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 공중합체로부터 유도된다. 이들 폴리올레핀 재료는 수분 또는 땀을 흡수하지 않으며 미생물 성장을 지지하지 않으며, 일반적으로 피부에 염증을 일으키거나 자극을 주지 않기 때문에 바람직하다. 다른 적절한 재료로는 천연 고무, 부틸 고무, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리노르보르넨 (polynorbornene), 스티렌-부타디엔, 네오프렌, 니트릴 고무, 및 관련된 고무 재료로부터 유도된 발포 고무, 발포 폴리우레탄, 및 가소성화된 발포 염화폴리비닐 (PVC) 이 포함될 수 있다. 발포 폴리우레탄이나 발포 고무와 같은 다른 재료는 원하는 내충격성 레벨에서 기능할 수 있으나, 이러한 재료들을 인간의 피부와 직접 또는 간접 접촉하여 사용되는 패드를 위한 재료로 선택함에 있어서는 주의를 요한다. 사용자의 불편 또는 사용자의 건강에 해를 끼치게 되는 수분 또는 땀의 흡수, 미생물의 성장, 피부 염증 및 자극을 방지하기 위해, 당업자에게 공지된 각각의 특별한 등급이 제조될 수 있다.

외부층 (16) 은 약 128 내지 약 192 ㎏/㎥ (약 8 내지 12 파운드/피트³) 의 밀도를 가지는데, 약 160㎏/㎥ (약 10파운드/피트³) 의 밀도가 더욱 바람직하며, 내부층 (18) 은 약 32 내지 약 80 ㎏/㎥ (약 2 내지 5 파운드/피트³) 의 밀도를 가지는데, 약 64㎏/㎥ (약 4파운드/피트³) 의 밀도가 더욱 바람직하다. 바람직한 값들을 가지게 함으로써 하나의 패드로 현저한 편안함과 내충격성을 동시에 제공할 수 있게 된다. 또한, 전체 패드 두께의 적어도 50%의 두께를 가진 상부 또는 외부 고밀도층을 형성함으로써 패드의 성능을 극대화시킨다.

패드 구조내의 리세스들내에 배치된 추가적인 에너지 흡수용 재료는 ⑴ 폴리올레핀 또는 다른 플라스틱 발포재, ⑵ 탄성 발포 고무, ⑶ 고댐핑 고무, ⑷ 고댐핑 폴리우레탄 조성물, ⑸ 경화성 폴리우레탄 겔, ⑹ 고댐핑 염화폴리비닐 플라스틱졸 겔, ⑺ 점탄성 발포재, 또는 ⑻ 탄성 열가소성 하니콤 (honeycomb) 적층재 등을 포함하는 다양한 재료로부터 선택되어 질 수 있다.

⑴ 바람직한 폴리올레핀 또는 다른 플라스틱 발포재는 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌 (MDPE), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 (EVA), 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체 (EMA), 에틸렌 이오노머, 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 공중합체를 포함하는 그룹에서 선택된 독립기포 발포재이다. 이들 폴리올레핀 재료는 수분 또는 땀을 흡수하지 않으며, 미생물 성장을 돕지 않으며, 인간의 피부에 염증을 일으키거나 자극성이지 않기 때문에 바람직하다. 폴리올레핀 또는 다른 플라스틱 발포재 삽입물 또는 삽입물들의 압축 강도 또는 경도는 패드의 고밀도 외부 발포재층의 그것보다 작아, 쇼어 00 경도계로 측정하여 약 72 보다 작은 것이 바람직하다.

⑵ 탄성 발포 고무 삽입물은 천연 고무, 부틸 고무, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리노르보르넨, 스티렌-부타디엔, 네오프렌, 니트릴 고무, 및 관련된 고무 재료로부터 유도되거나, 발포 폴리우레탄, 및 가소화된 발포 염화폴리비닐 (PVC) 일 수 있다. 탄성 발포 고무 삽입물이 패드의 외부측에 보이도록 드러난 경우, 세탁중에 수분 흡수를 방지하기 위해 독립기포 발포재를 선택하는 것이 일반적으로 바람직하다. 발포 고무 삽입물의 경도가 패드의 고밀도 외부 발포재층의 그것보다 작은 것이, 쇼어 00 경도계로 측정하여 약 72 보다 작은 것이 바람직하다.

⑶ 고댐핑 고무는 고체 고무 재료군중 기름, 가소제, 및 카본 블랙과 같은 충전재를 많이 함유한 것들을 포함한다. 고무 자체는 합성 또는 천연 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 부틸 고무, 폴리노르보르넨, 에틸렌-프로필렌 디엔 모노머 (EPDM) 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 및 고무 제조분야의 당업자에 공지된 다른 고무에 기초할 수 있다. 고댐핑 성질은 오일, 가소제, 및 카본 블랙과 같은 충전재를 많이 함유함으로써 부여된다. 폴리노르보르넨에 기초한 고댐핑 고무의 조성은 "A New Synthetic Rubber Norsorex^ⓡPolynorbornene" (1977년 10월 4일부터 7일까지 오하이오주 클리블랜드에서 열린 미국 화학학회의 고무 분과 회의에서 R.F.Ohm 및 T.M.Vial 이 발표함) 및 "Polynorbornene: The Porous Polymer" (R.F.Ohm, Chemtec, March, 1980) 에 설명되어 있으며, 이들을 모두 여기에 참조에 의해 삽입된다. 실온 및 인간이 땅에 넘어지는 것을 경험하는 빈도에 필적할 수 있는 정도의 변형 빈도에서 충격력의 높은 댐핑을 보여주는 그러한 조성물이 바람직하다. 폴리노르보르넨 및 부틸 고무로부터 유도된 그러한 재료의 예로는 쇼어 A 경도계로 70 내지 약 30 의 경도 범위를 가지는 Rubber Associates, Inc.(Barberton, Ohio 44203) 사에서 제조한 것이 있다. 본 발명에 있어서는, 쇼어 A 경도계로 50 이하의 경도를 가지는 고댐핑 고무가 바람직하다. 쇼어 A 경도계로 40 이하의 경도를 가지는 고댐핑 고무가 더욱 바람직하다.

⑷ 히드록실 말단기를 가지며 평균 분자량의 범위가 600 내지 1200 g/몰이며 약간의 측쇄를 가졌으나 거의 선형인 폴리올 (Polyol) 과 화학양론적 양보다 적은 방향족 디이소시아네이트 (di-isocyanate)를 반응시켜, 고댐핑 폴리우레탄 조성물이 형성된다. 이러한 종류의 조성물은 미국 특허 4,346,205내에 개시되며, 여기에 참조에 의해 삽입된다. 유사한 재료가 Sorbothane, Inc. (Kent, Ohio 44240) 에서 제조된 Sorbothane^ⓡ이라는 상표명하에서 상용화되어 있다. 고체이긴 하지만, Sorbothane^ⓡ은 높은 기계적 댐핑 및 에너지 흡수를 나타내도록 해주는 준액체 성질을 가진다. 그것은 쇼어 00 경도계로 약 70 내지 약 30 의 경도 범위를 가질 수 있다. Sorbothane^ⓡ은 그 자체로서 신체에 가해지는 충격력을 감소시키는 효과적인 패드로서 기능할 수 있지만, 1280㎏/㎥ (약 80파운드/피트³) 의 높은 밀도때문에 착용하기에 불편한 매우 무거운 패드를 만든다. Sorbothane^ⓡ및 유사한 고댐핑 폴리우레탄 조성물을 본 발명의 경량 발포재 적층물내에 삽입물 또는 삽입물들로서 사용함으로써, 비교적 경량인 패드를 유지하면서도 높은 기계적 댐핑을 얻을 수 있다.

⑸ 경화성 폴리우레탄 겔은 신체 조직 및 피부의 성질을 모사하기 위해 주로 사용된다. 이들은 우수한 에너지 댐핑 성질 및 탄성을 가진다. 경화성 폴리우레탄 겔의 한 계통은 방향족 디이소시아네이트로 종결된 글리콜 용액으로 표현된 "A" 성분, 폴리부타디엔 폴리올 용액으로 표현되는 "B" 성분, 및 디알킬 및 알킬 카르복실레이트의 혼합물로 표현된 "C" 가소제 성분을 구비하는 3 성분 액체 물질 시스템으로부터 유도된다. 일반적인 조성은 50 중량부 (part by weight) 의 A 성분, 100 중량부의 B 성분, 및 무게 백분율이 A/B 혼합물 전체 중량의 0% 내지 200% 까지 변할 수 있는 C성분으로 구성된다. 이러한 겔은 Flabbercast^TM이라는 상표명하에서 BJB Enterprises, Inc.(Garden Grove, California 92643) 에 의해 제조된다. 경화성 폴리우레탄 겔의 다른 계통은 다른 3 액체 성분 시스템으로부터 유도될 수 있다. 그 한 예가, 역시 BJB Enterprises 로부터 입수할 수 있는 Skinflex Ⅲ^TM이다. Skinflex Ⅲ^TM에서, A 성분은 방향족 디이소시아네이트로 종결된 폴리옥시프로필렌 글리콜 혼합물이고, B 경화제 성분은 폴리올-디아민 혼합물로 표현되며, C 가소제 성분은 디알킬카르복실레이트이다. 혼합비는 50 중량부의 A 및 100 중량부의 B 이며, 가소제 C 는 A 및 B의 전체 중량의 0 내지 50% 의 범위를 가질 수 있다.

경화성 폴리우레탄 겔은 비교적 높은 밀도를 가지며, 이들로부터 만들어진 삽입물은 무거워 패드의 무게를 증가시킬 수 있다. 겔을 경화시키기 전에, 속이 빈 유기 또는 무기 충전재, 예를 들어 속이 빈 유리 마이크로스피어 (microsphere) 를 겔에 첨가함으로써 50% 이상까지 삽입물의 무게를 줄일 수 있다. Sotchlite^TMGlass Bubbles (3M Co., St.Paul, Minnesota 55144) 가 적당한 경량 충전재의 예이다.

가소제가 가소성 폴리우레탄 겔밖으로 빠져나올 수 있기 때문에, 겔 삽입물을 도 8 에 도시된 바와 같이 저밀도 및 고밀도 발포재층으로 완전히 감싸는 것이 일반적으로 바람직하다.

⑹ 고댐핑 염화폴리비닐 (PVC) 플라스틱졸 겔은 주요 부분인 가소제 및 보조 부분인 PVC 수지로부터 제조된다. 이러한 플라스틱졸은 가소성 액체내에 분산된 특별한 미세한 입자 크기의 PVC 수지의 분산액이다. 열안정제, 착색제, 및 플라스틱졸 분야의 당업자에 공지된 다른 첨가제와 같은 추가적 성분들이 포함될 수도 있다. 일반적으로, 플라스틱졸은 실온에서 액체이다. 적절한 고온까지 가열하면 플라스틱졸은 용융되어 우수한 내충격성을 가진 강한 균일체로 전환된다. 이러한 재료의 예 및 충격 흡수용 자전거 안장에서의 응용이 미국 특허 5,252,373 에 개시되어 있으며, 여기에 참조에 의해 삽입된다. 적당한 플라스틱졸로는 "Plastomeric Plastisol M1430 Clear base" 가 있으며, 적당한 가소제로는 "Plastomeric Type B Plasticizer" 가 있다. 이 두 제품은 모두 위스콘신주 워케샤 (Waukesha) 의 Plasmtomeric사로부터 입수할 수 있으며, 그에 의하면, M1430 Clear Base는 53%의 PVC 공중합체 수지, 27%의 디-옥틸 테레팔레이트 (di-octyl terephalate), 2.5%의 에폭시화된 대두유 (epoxidized soybean oil), 3%의 칼슘-아연 안정화제, 7%의 PVC-기재 틱소프로피 (thixotrope), 및 7.5%의 아디프산염 가소제-기재 틱소트로피 (Adipate plasticizer-based thixotrope) 를 함유한다.

이러한 플라스틱졸의 용융온도 범위는 본 발명의 적층 패드에 사용되는 바람직한 폴리올레핀 발포재의 연화점보다 높을 수 있는 275℉ 및 400℉ 사이에 존재한다. 패드의 리세스 또는 리세스들내에서 액체 플라스틱졸을 용융시키기보다, 적당한 금속 또는 플라스틱 주형내에서 액체 플라스틱졸을 부어 플라스틱졸이 겔로 용융되는 용융 온도까지 가열한 후, 강한 고무성 생성물을 패드 리세스 또는 리세스들내에 주입한다. 가소제가 용융된 겔밖으로 이동할 수도 있기 때문에, 겔 삽입물을 저밀도 및 고밀도 발포재층사이에, 도 8 에 도시된 바와 같이, 완전히 감싸는 것이 일반적으로 바람직하다.

PVC 플라스틱졸 겔은 비교적 높은 밀도를 가지며, 이로부터 만들어진 패드 삽입물은 무거워서 패드의 무게를 증가시킨다. 겔을 경화시키기 전에, 속이 빈 유기 도는 무기 충전재를, 예를 들어 속이 빈 유리 마이크로스피어를 겔에 첨가시킴으로써 50% 이상까지 삽입물의 무게를 낮출 수 있다. 적당한 경량 충전제의 예로서 Scotchlite^TMGlass Bubbles (미네소타주, 세인트 폴, 3M 사) 가 있다.

⑺ 점탄성 발포재는 고댐핑 성질 및 높은 충격흡수 능력을 제공하는 연속기포 폴리우레탄계 재료이다. 가공에 의해 이러한 재료에 부여된 고댐핑 성질은 기계적 스트레스에 대한 발포재의 반응이 변형 속도에 매우 민감하도록 만든다. 낮은 적재 속도에서는, 발포재는 느리게 변형되어 마치 높은 점성의 액체와 같이 행동한다. 충격의 경우에서와 같이 변형 속도가 높은 경우에는, 발포재는 더 단단한 재료와 같이 행동한다. 이러한 재료의 예로서 AeroE.A.R. Specialty Composites (Indianapolis, Indiana 46268) 에서 입수 가능한 점탄성 발포재인 CONFOR^TM계열을 포함한다. 이들 발포재는 약 92.8 내지 약 102.4 ㎏/㎥ ( 약 5.8 내지 6.4 파운드/피트³) 의 범위의 밀도를 가지며, 약 20 이하의 실온 쇼어 00 경도계 경도를 가진다.

점탄성 발포재 자체만으로도 효과적인 충격 흡수 패드를 제조할 수 있지만, 이들은 연속기포이다. 이러한 연속기포 구조는 세척시 많은 양의 물을 흡수하도록 하여 후에 건조하기 매우 어렵도록 만든다. 본 발명의 패드에 있어서는, 점탄성 발포재 삽입물을, 도 8 에 도시된 바와 같이, 저밀도 및 고밀도 독립기포 발포재층 사이에 완전히 감싸는 것이 바람직하다. 점탄성 발포재 삽입물의 두께는 약 6.35㎜ 내지 약 19.0㎜ 의 범위를 가지는 것이 바람직하다.

⑻ 탄성 열가소성 하니콤 적층재는 열, 접착제 또는 양자를 사용해 두 플라스틱 필름 사이에 적층된 열가소성 하니콤 코아 재료로 구성된다. 이러한 하니콤 재료의 예로는 Hexcel사 (Pleasanton, California 94588) 에서 입수 가능한 Cecore^TM이라는 상표명의 폴리프로필렌 및 폴리에스터 열가소성 하니콤, Cecore^TMCush'n Form 이라는 폴리프로필렌 열가소성 하니콤, 및 TPU^TM이라는 열가소성 폴리우레탄 하니콤 샌드위치가 있다. TPU^TM열가소성 폴리우레탄 하니콤 샌드위치는 6.35㎜ 의 기포 크기를 가지며 접합필름의 두께가 약 0.127㎜ 내지 0.508㎜ 인 것이 입수가능하다. 본 발명의 패드에 있어서는, 에너지 흡수용 삽입물로 사용되는 하니콤 샌드위치는 약 12.77㎜ 두께의 하나의 층 또는 각각이 약 6.35㎜ 의 두께를 가진 두개의 층으로 구성될 수도 있다.

히프 패드의 착용감은 의복 디자인에 의해 향상될 수 있다. 의복 직물은 , 특히 통풍용 개구들을 가진 패드와 조합된 경우에, 통풍성을 증가시킬 수 있다. 자연적인 수분의 피부로부터의 방산을 촉진시키는 직물은 온도 조절 및 안락감을 증가시킨다. 북캐롤라이나주 윈스톤 살렘의 Colville 사에 의해 제조된 "Cottonwick" 은 이러한 목적에 특히 효과적인 직물이다. 이 직물은 수분을 직물내로 흡수하는 중합화된 실리콘 코팅을 가진 독특한 편환 (knit loop) 을 가진다. 편환은 원뿔 모양의 모세관을 형성하며, 실리콘 코팅은 수분을 직물 표면으로부터 원뿔로 향하게 한다.

본 발명의 패드는, 패드가 제거될 수 없도록, 예를 들어 패드를 주머니내에 꿰매어 붙임으로써 의복에 영구적으로 고정시킬 수도 있다. 따라서, 이러한 의복에 사용되는 패드는 적어도 의복과 함께 손빨래가 가능할 필요가 있으며, 기계 세탁이 가능할 수 있는 것이 바람직하다. 세탁후에, 의복 및 패드는 건조되어야 한다. 실온공기에서의 줄건조 (line drying) 및 고온의 공기를 사용하는 기계 건조는 의복 직물 및 패드 양자를 통한 공기흐름을 촉진시키는 패드의 개방 영역에 의해 촉진된다. 또는, 의복은 지퍼, 스냅, 훅 및 파일 고정기 (pile fastener) 등의 수단에 의해 열고 다시 닫을 수 있는 주머니를 가질 수도 있다. 이것은, 원한다면 의복을 따로 세척할 수 있도록, 패드가 의복으로부터 분리가능하도록 해준다.

이하의 예들은 본 발명을 예시할 뿐이며 한정하는 것이 아니다.

예 1. 리세스는 가지지만 삽입물은 가지지 않는 가공된 발포재 적층 패드

다층 패드가 6.35㎜ 두께의 시트로부터 64㎏/㎥ 의 밀도를 가진 MC3800 폴리에틸렌 발포재 (Seninel Products Corporation, Hyannis, Massachusetts 02601) 조각을 우선, 도 7 에 도시된 바와 같이, 상기 조각이 서로 대향하며 평행인 두 개의 곧은 측면과 서로 대향하는 두개의 휘어진 측면을 가지도록, 다이 절단함으로써 제조된다. 상기 조각 주위에 배치된 8개의 12.7㎜의 지름을 가진 홀들이 동시에 다이 절단된다. 곧은 측면들 사이의 거리는 약 127㎜ 이고, 조각의 중심을 지나도록 측정된 휘어진 측면들 사이의 거리는 약 139.7㎜ 이다. 이러한 제 1 조각은 패드의 피부 또는 착용자측이 된다.

지름이 약 114.3㎜ 이며 원형인 발포재의 제 2 조각이 약 160㎏/㎥ 의 밀도를 가지는 약 12.7㎜ 두께의 Minicell L1000 폴리에틸렌 발포재 (Voltek, Lawrence, Massachusetts 01843) 로부터 다이 절단된다. 이 조각도, 동시에 다이 절단되며 제 1 발포재 조각에서와 동일한 공간 배열을 가지는 8개의 12.7㎜ 지름의 홀들을 가진다. 지름이 약 76.2㎜ (3 인치) 이고 그 중심이 제 2 조각의 중심과 일치하는 훨씬 큰 홀이 역시 동시에 다이 절단된다. 이 제 2 조각은 착용자의 신체로부터 떨어진 패드의 바깥쪽이다.

두개의 발포재 조각을, 각 조각의 8개의 12.7㎜ 홀들이 서로 정렬하도록, 3M #343 양면 접착제 테이프 (3M 사, 세인트 폴, 미네소타 55144) 로 서로 적층된다. 이 적층된 조합체를 컵 모양의 연마 휠을 사용하여 기계적으로 연마하여, 패드가 모든 방향으로 완만하게 테이퍼링된 측면을 갖도록 하며, L1000 발포재를 패드의 최외측 또는 볼록한 측상에 배치하여 적층재가 돔형 또는 곡선인 단면을 가지도록 한다. 완성된 패드는 약 12g 의 무게를 가진다. 이로써, 패드의 중심에 위치하며 지름이 약 76.4㎜ 이고 깊이가 약 12.7㎜ 인 리세스를 가진 적층 패드가 만들어진다. 고밀도 발포재가 리세스를 완전히 둘러싸며 저밀도 발포재는 리세스의 바닥을 형성한다. 최대 두께는 리세스 바로 주위의 패드 영역에서 19㎜이며, 패드 둘레를 따라 약 3.18㎜ 이하까지 테이퍼링된다.

단단한 표면에 대한 충격에 대한 패드의 완충 능력은, 다른 성분들뿐만 아니라 폴리올레핀 및 네오프렌 독립기포 발포재로부터 제조되며 추락시의 인간의 히프의 연조직 반응 및 골반 반응을 모사하도록 디자인된 대용 히프상에서 측정된다. 대용 히프는 수평 강판과의 충돌시의 속력이 약 2.7m/s 가 되도록 약 37.5㎝ 의 높이에서 낙하된다. 대용 히프는 약 35㎏ 의 무게를 가지며 대용 대퇴골 및 대용 대전자를 포함한다. 5000 파운드 하중계 (제품번호 8496-01, GRC Instruments, Santa Barbara, California) 로, 대용 히프가 강판상에 낙하될 때 대용 대전자에 전달되는 힘을 측정한다. 패드를 대지 않는 대용 히프가 낙하되어 강판에 부딪힐 때, 대용 전자상에서 측정된 힘은 약 6000 뉴튼이다.

본 발명의 패드와의 비교를 위해, 히프 보호대를 SAFEHIP^TM제품 (Sahvatex, Denmark) 으로부터 제거하여 대용 히프상에 탑재하고 대용 대전자의 영역 위쪽에, 히프의 외부 표피를 덮는 신축 직물로, 고정시킨다. 패드를 댄 대용 히프가 낙하되어 2.7m/s로 강판에 충돌하였을 때, 대용 전자상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프로 측정된 것보다 30% 정도가 작다. SAFEHIP^TM패드는 약 31g 의 무게를 가지며, 이는 패드의 그램 무게당 % 힘 감소가 약 1%/g 에 해당됨을 의미한다. 그러나, 이러한 정도의 힘 감소는 본 발명의 패드의 최소 40% 힘 감소라는 목표를 훨씬 하회한다.

본 예의 패드를 대용 히프상에 탑재하고 대용 대전자의 영역 위쪽에, 히프의 외부 표피를 덮는 신축 직물로, 고정시킨다. 패드 리세스는 대용 전자 위쪽에 중심이 온다. 패드를 댄 대용 히프가 낙하되어 2.7m/s로 강판에 충돌하였을 때, 대용 전자상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프로 측정된 것보다 약 67% 작다. 따라서, 패드 그램 무게당 힘 감소는 약 5.58%/g 이다.

본 예의 패드는 충격력의 대부분을 대용 전자 주위의 영역으로 소산시킨다. 리세스를 둘러싸는 단단한 고밀도 발포재는 패드가 바닥에 닿는 것을 방지하며, 또한, 전자 위쪽에 위치한 대용 표피 및 연조직이 충격시에 강판과 직접 접촉하는 것을 방지한다. 그러나, 이러한 구조의 패드를 내의의 주머니내에 넣고 사람이 통상복밑에 착용하였을 때, 패드/의복 제품의 현저하게 오목한 형상을 형성하여 리세스의 외곽선이 쉽게 드러난다.

예 2. 폴리올레핀 발포재 삽입물을 가진 발포재 적층 패드

예 1 에 설명된 것과 동일한 패드가 제조된다. 패드의 중심에 위치한 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 깊이의 리세스내에, 역시 약 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 의 두께를 가진 Plasazote^ⓡLD60 저밀도 (3.8 파운드/피트³) 폴리에틸렌 발포재 (Zotefoams사, Hackettstown, New Jersey 07840) 조각을 발포재층을 적층하는데 사용된 것과 동일한 3M #343 양면 접착제 테이프 (3M 사, 세인트 폴, 미네소타 55144) 를 사용하여 부착한다. 완성된 패드의 무게는 14g 이다. 삽입물이 대용 전자 위쪽에 중심이 오도록 하여 대용 히프 낙하 실험기상에서 평가한 결과, 대용 전자 상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프상에서 측정된 것보다 66% 정도 작았다. 따라서, 패드의 그램 무게당 힘 감소는 약 4.71%/g 이다.

예 3. Sorbothane^ⓡ삽입물을 가진 발포재 적층 패드

예 1 에 설명된 것과 동일한 패드가 제조된다. 패드의 중심에 위치한 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 깊이의 리세스내에, 역시 약 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 의 두께를 가지며 쇼어 00 경도계로 50 의 경도를 가진 Sorbothane^ⓡ(Sorbathane사, 켄트, 오하이오주 44240) 고댐핑 폴리우레탄 조각을 발포재층을 적층하는데 사용된 것과 동일한 3M #343 양면 접착제 테이프 (3M 사, 세인트 폴, 미네소타 55144) 를 사용하여 부착한다. 완성된 패드의 무게는 95g 이다. 삽입물이 대용 전자 위쪽에 중심이 오도록 하여 대용 히프 낙하 실험기상에서 평가한 결과, 대용 전자 상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프상에서 측정된 것보다 57% 정도 작았다. 따라서, 패드의 그램 무게당 힘 감소는 약 0.60 %/g 이다.

예 4. Flabbercast^TM삽입물을 가진 발포 적층 패드

예 1 에 설명된 것과 동일한 패드가 제조된다. 패드의 중심에 위치한 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 깊이의 리세스내에, 50 중량부의 "A" 성분, 100 중량부의 "B" 성분, 및 전체 A/B 혼합물에 대한 무게 백분율로 100%가 될 정도의 "C" 가소제를 구비하는 액체 Flabbercast^TM조성물 (Garden Grove, California 92643) 이 부어진다. 패드를 따로 놓아두어 겔이 경화 및 고화되도록 한다. 경화 사이클이 완료된 때에, 완성된 패드의 무게는 59g 이다. 삽입물이 대용 전자 위쪽에 중심이 오도록 하여 대용 히프 낙하 실험기상에서 평가한 결과, 대용 전자 상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프상에서 측정된 것보다 69% 정도 작았다. 따라서, 패드의 그램 무게당 힘 감소는 약 1.17%/g 이다.

예 5. 경량 Flabbercast^TM삽입물을 가진 발포 적층 패드

예 1 에 설명된 것과 동일한 패드가 제조된다. 패드의 중심에 위치한 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 깊이의 리세스내에, 50 중량부의 "A" 성분, 100 중량부의 "B" 성분, 및 전체 A/B 혼합물 무게에 대한 100% 무게 백분율과 동등할 정도의 "C" 가소제 및 A/B/C 혼합물의 전체 무게에 대한 15% 무게 백분율의 Scotchlite^TMGlass Bubbles (제품번호 K15, 3M 사, 세인트 폴, 미네소타 55144) 를 구비하는 액체 Flabbercast^TM조성물 (Garden Grove, California 92643) 이 부어진다. 패드를 따로 놓아두어 겔이 경화 및 고화되도록 한다. 경화 사이클이 완료된 때에, 완성된 패드의 무게는 약 38g 이다. 삽입물이 대용 전자 위쪽에 중심이 오도록 하여 대용 히프 낙하 실험기상에서 평가한 결과, 대용 전자 상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프상에서 측정된 것보다 66% 정도 작았다. 따라서, 패드의 그램 무게당 힘 감소는 약 1.74 %/g 이다.

예 6. 폴리노르보르넨 고댐핑 고무 삽입물을 가진 발포 적층 패드

예 1 에 설명된 것과 동일한 패드가 제조된다. 패드의 중심에 위치한 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 깊이의 리세스내에, 역시 약 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 의 두께를 가지며 쇼어 A 경도계로 40 의 경도를 가진 폴리노르보르넨 고댐핑 고무 (Rubber Associates 사, Barberton, Ohio) 조각을 발포재층을 적층하는데 사용된 것과 동일한 3M #343 양면 접착제 테이프 (3M 사, 세인트 폴, 미네소타 55144) 를 사용하여 부착한다. 완성된 패드의 무게는 80g 이다. 삽입물이 대용 전자 위쪽에 중심이 오도록 하여 대용 히프 낙하 실험기상에서 평가한 결과, 대용 전자 상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프상에서 측정된 것보다 42% 정도 작았다. 따라서, 패드의 그램 무게당 힘 감소는 약 0.52 %/g 이다.

예 7. 고댐핑 부틸 고무 삽입물을 가진 발포 적층 패드

예 1 에 설명된 것과 동일한 패드가 제조된다. 패드의 중심에 위치한 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 깊이의 리세스내에, 역시 약 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 의 두께를 가지며 쇼어 A 경도계로 40 의 경도를 가진 고댐핑 부틸 고무 (Rubber Associates 사, Barberton, Ohio) 조각을 발포재층을 적층하는데 사용된 것과 동일한 3M #343 양면 접착제 테이프 (3M 사, 세인트 폴, 미네소타 55144) 를 사용하여 부착한다. 완성된 패드의 무게는 80g 이다. 삽입물이 대용 전자 위쪽에 중심이 오도록 하여 대용 히프 낙하 실험기상에서 평가한 결과, 대용 전자 상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프상에서 측정된 것보다 40% 정도 작았다. 따라서, 패드의 그램 무게당 힘 감소는 약 0.50 %/g 이다.

예 8. 열가소성 폴리우레탄 하니콤 샌드위치 삽입물을 가진 발포 적층 패드

예 1 에 설명된 것과 동일한 패드가 제조된다. 패드의 중심에 위치한 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 깊이의 리세스내에, 각각이 약 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 의 두께, 약 6.35㎜ 의 기포 크기 및 8 파운드/피트³의 공칭 밀도 (nominal density) 를 가진 2 조각의 6.35㎜ 두께의 TPU^TM열가소성 폴리우레탄 하니콤 샌드위치 (Hexcel Corportion, Plesanton, California 94588) 를 서로 적층하며, 발포재층을 적층하는데 사용된 것과 동일한 3M #343 양면 접착제 테이프 (3M 사, 세인트 폴, 미네소타 55144) 를 사용하여 패드에 부착한다. 완성된 패드의 무게는 26g 이다. 삽입물이 대용 전자 위쪽에 중심이 오도록 하여 대용 히프 낙하 실험기상에서 평가한 결과, 대용 전자 상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프상에서 측정된 것보다 56% 정도 작았다. 따라서, 패드의 그램 무게당 힘 감소는 약 2.15 %/g 이다.

예 9. 점탄성 발포 삽입물을 가진 발포 적층 패드

예 1 에 설명된 것과 동일한 패드가 제조된다. 패드의 중심에 위치한 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 깊이의 리세스내에, 역시 약 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 의 두께를 가진 CONFOR^TMCF-47 폴리우레탄 발포재 (약 5.8 파운드/피트³및 약 20 의 쇼어 00 경도계 경도) (AeroE.A.R Specialty Composites, Indianapolis, Indiana 46268) 조각을 발포재층을 적층하는데 사용된 것과 동일한 3M #343 양면 접착제 테이프 (3M 사, 세인트 폴, 미네소타 55144) 를 사용하여 부착한다. 완성된 패드의 무게는 17g 이다. 삽입물이 대용 전자 위쪽에 중심이 오도록 하여 대용 히프 낙하 실험기상에서 평가한 결과, 대용 전자 상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프상에서 측정된 것보다 66% 정도 작았다. 따라서, 패드의 그램 무게당 힘 감소는 약 3.88%/g 이다.

예 10. PVC 플라스틱졸 겔 삽입물을 사용한 발포 적층 패드

예 1 에 설명된 것과 동일한 패드가 제조된다. PVC 플라스틱졸 겔의 시편이 Sports Med (버밍햄, 알라바마) 로부터 입수할 수 있는 미국 특허 5,252,373 표시가 되어 있는 Model A 10305 시트 쿠션으로부터 절단된다. 패드 삽입물은 우선 겔을 비이커내에서, 용융될 때까지, 약 350℉ 의 온도까지 가열한 후에 고온의 액체를 원형의 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 깊이를 가진 금속 주형에 붇고나서, 실온까지 겔이 냉각되도록 함으로써 제조되는데, 그러면 이것은 원래의 부드러운 겔 상태로 되돌아 간다. 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 두께를 가진 냉각된 겔은 주형에서 제거된 뒤, 패드의 중심에 위치한 76.4㎜ 지름 및 약 12.7㎜ 깊이를 가진 리세스의 바닥에 발포재층을 적층하는데 사용된 것과 동일한 3M #343 양면 접착제 테이프 (3M 사, 세인트 폴, 미네소타 55144) 를 사용하여 부착된다. 완성된 패드의 무게는 61g 이다. 삽입물이 대용 전자 위쪽에 중심이 오도록 하여 대용 히프 낙하 실험기상에서 평가한 결과, 대용 전자 상에서 측정된 최대 힘은 패드를 대지 않은 대용 히프상에서 측정된 것보다 71% 정도 작았다. 따라서, 패드의 그램 무게당 힘 감소는 약 1.16%/g 이다.

Claims

충격력으로부터 인간 신체의 소정 부분을 보호하기 위한 보호용 패드로서,

내부 표면, 외부 표면, 및 두께를 가지고,

비교적 고밀도인 독립기포 폴리머 발포재로 이루어진 제 1 층, 비교적 저밀도인 독립기포 폴리머 발포재로 이루어진 제 2 층을 구비하며,

적어도 하나의 탄성 에너지 흡수용 삽입물을 가지며,

상기 층들과 상기 삽입물이 서로 고정되어, 비교적 경량이고 충격력에 대한 비교적 높은 내성을 가지며 인간의 신체의 상기 부분에 착용되었을 때 비교적 안락감을 제공하는 보호용 패드.
충격력으로부터 인간 신체의 소정의 부분을 보호하고 적어도 40%의 힘 감소를 제공하기 위한, 두께 및 무게를 가진 보호용 패드로서,

상기 패드가 20㎜ 미만의 두께 및 100g 미만의 무게를 가지며,

대용 히프 낙하 충격 실험에서 측정하여, 바람직하게는 0.25 %/g 내지 8.00 %/g, 더욱 바람직하게는 0.40 %/g 내지 6.00 %/g, 가장 바람직하게는 0.50 %/g 내지 6.00 %/g 의 패드 그램 무게당 백분율 힘 감소의 비를 가지는 것을 특징으로 하는 보호용 패드.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 패드가 하나 이상의 힘 댐핑 (damping) 삽입물을 구비하는 것을 특징으로 하는 보호용 패드.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 삽입물이

⒜ 폴리올레핀 발포재, 플라스틱 발포재, 탄성 고무 발포재, 고댐핑 고무, 고댐핑 폴리우레탄, 경화성 폴리우레탄 겔, 고댐핑 염화폴리비닐 플라스틱졸 겔, 점탄성 발포재, 또는 탄성 열가소성 하니콤 적층재 (resilient thermoplastic honeycomb laminate);

⒝ 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌 이오노머 (ethylene ionomer), 폴리프로필렌, 또는 폴리프로필렌 공중합체;

⒞ 천연 고무, 부틸 고무, 합성 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리노르보르넨 (polynorbornene), 스티렌-부타디엔, 네오프렌, 니트릴 고무, 폴리우레탄, 또는 가소성화된 염화폴리비닐로 이루어진 발포재;

⒟ 많은 기름, 가소제, 또는 카본 블랙과 같은 충전재와 조합된 합성 폴리이소프렌, 천연 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 부틸 고무, 폴리노르보르넨, 에틸렌-프로필렌 디엔 모노머 고무, 또는 스티렌-부타디엔 고무로 이루어지는 고댐핑 재료;

⒠ 약간의 측쇄를 가지며 실질적으로 선형이고 히드록실 말단기를 가지며, 600g/몰 내지 1200g/몰의 범위의 평균 분자량을 가지는 폴리올과 화학양론적 양보다 적은 양의 방향족 디-이소시아네이트 (di-isocyanate) 를 반응시켜 형성된 고댐핑 폴리우레탄 조성물;

⒡ 소르보탄 (Sorbothane^ⓡ)

⒢ 방향족 디이소시아네이트로 종단된 글리콜 용액 성분, 폴리부타디엔 폴리올 용액 성분, 및 카르복실산 디알킬 및 카르복실산 알킬의 혼합물을 구비하는 가소제 성분을 가지는 3 성분의 액체 물질 시스템으로부터 유도되는 경화성 폴리우레탄 겔;

⒣ 가소성 액체내에 분산된 특별한 미세 입자 크기의 염화폴리비닐 수지로부터 제조되며, 주요부분인 가소제 및 보조 부분인 염화폴리비닐 수지를 더 구비하는 고댐핑 염화폴리비닐 플라스틱졸 겔;

⒤ 연속기포 폴리우레탄계 재료를 더 구비하는 점탄성 발포재; 또는

⒥ 열, 접착제, 또는 양자를 사용하여 두 플라스틱 필름 사이에 적층시킨 열가소성 하니콤 코아 재료

인 것을 특징으로 하는 보호용 패드.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 층이 128 내지 192 ㎏/㎥의 밀도를 가지며, 상기 제 2 층이 32 내지 80㎏/㎥ 의 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 보호용 패드.
제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 충격력에 대한 현저한 내성을 유지하면서, 상기 패드에 의해 보호되는 인간 신체의 상기 부분에의 일치성 및 상당한 유연성을 제공하기 위해, 외부 표면에 걸쳐 두께방향으로 부분적으로 파진 다수의 스코어선들을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보호용 패드.
제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 충격력에 대한 현저한 내성을 유지하면서, 상기 패드에 의해 보호되는 인간 신체의 상기 부분으로부터의 열의 방출 및 통풍성을 제공하기 위해, 두께 방향으로 관통하는 다수의 개방 영역을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보호용 패드.
제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 패드에 부착된 의복을 더 구비하며, 상기 의복이 신체로부터 땀을 방산하는 것을 촉진하는 직물을 구비하는 것을 특징으로 하는 보호용 패드.
제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 삽입물이 폴리스티렌 발포재와 같은 비탄성 댐핑 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 보호용 패드.