KR20120080538A - 에너지 흡수 및 전달 재료 - Google Patents

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KR20120080538A
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브라이언 씨. 제이미손
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에스피원케이이 아이엔씨.
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Abstract

본 발명은 연결유닛의 프레임워크(a framework of interconnected units)를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에 관한 것으로,
베이스와, 축을 따라 베이스로부터 연장하는 돌기를 갖는 적어도 하나의 유닛과, 적어도 하나의 근접한 유닛에 적어도 하나의 유닛을 연결하는 적어도 하나의 연결부재를 포함하고,
상기 적어도 하나의 근접한 유닛은 상기 베이스에 근접한 적어도 하나의 유닛으로부터 축에 수직으로 연장하고,
상기 프레임워크는 단일 신축재료로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 흡수 및 전달 재료 {ENERGY ABSORPTION AND DISTRIBUTION MATERIAL}
본 발명은 베어링 로드(bearing loads) 또는 흡수 충격(absorbing impacts) 또는 진동(vibrations)에 이용하는 흡수 및 분배 운동에너지(absorbing and distributing kinetic energy)에 대한 재료에 관한 것이다.
다양한 재료가 기본 구조 또는 기관에 전달될 충격, 진동 하중으로부터 에너지를 흡수하거나 분산하는 데 사용할 수 있다. 이러한 재료는 예를 들어, 재료, 사운드 검사 재료, 좌석 방석이나 자동차를 구축, 접촉 스포츠에서 흡수 또는 소산을위해 바람직하게 응용 프로그램의 다양하게 사용된다.
일반 충격 흡수 장치는 탄성 폼이나 고무로 만들어진 균일한 두께를 가지고 물질의 시트이다. 플라스틱 폼의 시트 재료의 압축에 의한 하중이나 충격으로부터 에너지를 흡수 쿠션 역할을 수 있기 때문에 적은 에너지 기본 구조에 대한 재료를 통해 전달된다.
이러한 충격 흡수 장치에 대한 단점은 여러 가지가 있을 수 있다. 특히, 이러한 장치는 일반적으로 모든 기본 구조에 미치는 영향이나 하중에서 무력의 전송을 줄이기 위해 가장 중요한 메커니즘으로 압축에 의존한다. 따라서, 충격이나 하중에서 에너지를 흡수 그들의 효과는 크게 충격 흡수 물질과 탄력과 밀도의 두께에 의해 결정된다.
성형 조각 장치의 충격 흡수 소재의 필요한 두께는 원하지 않는 속성의 수를 증가를 가져온다. 충격 흡수 효과에 필요한 재료의 두께가 장치의 유연성을 감소하기 때문에 이러한 장치를 착용하면 운동의 착용자의 범위가 제한될 수 있다. 일반적으로 사용되는 재료는 일반적으로 더 유연성을 감소 탄성에 제한된다. 또한, 몰드 조각 장치의 두께와 범위는 체온은 몰드 조각 장치와 본체 사이의 공기 흐름을 제한하기 때문에 바람직하지 않은 상태로 유지한다. 이러한 장치 경량을 할 수 있는 능력 또한 재료의 두께에 의존에 의해 제한된다.
이러한 장치는 재료 그 범위 밖의 적절한 저항을 제공하지 않는다. 충격 세력의 비교적 작은 범위에 대한 일반적으로 적합하다. 얇은 저밀도 재료는 일반적으로 높은 에너지에 미치는 영향이 예상되는 응용 프로그램에 충분한 에너지 흡수를 제공하지 않는다.
그들은 너무 밀도 또는 딱딱하다면 반면에 고밀도 소재 때문에 부상을 입거나 기본 재료 손상의 가능성을 신중하게 사용해야한다.
따라서 많은 응용 프로그램에서 이러한 장치 때문에 영향의 경우 충분한 저항을 제공하는 낮은 밀도 재료에 필요한 두께의 바람직한 것도 보다 유연하거나 무거운 경향이 있다.
구조적 기능과 에너지를 흡수 복합 재료의 사용을 포함 장치가 있다. 예를 들어, 물리적 의미, 접착제 또는 용접에 의해 계층과 함께 개최되는 다양한 밀도의 물질을 흡수이 영향을 구성하는 재료가 없다. 밀도, 더 물질 층은 두께 감소에 더 많은 저항을 제공하는 반면 부드럽고, 낮은 밀도 소재 계층, 신체 접촉에 대한보다 관대한 표면을 제시하고 있다. 다른 재료의 반 단단한 또는 딱딱한 기판에 부착된 원뿔의 복수가 발생 복합 구조를 구성하는 재료도 있다. 이러한 장치는 플라스틱 폼의 몇가지 이상의 몇 가지 장점을 제공하지만,이 장치는 충격에서 힘을 줄이기 위한 가장 중요한 메커니즘으로 압축에 의존한다. 따라서, 이러한 장치의 효과는 주로 재료의 두께에 의해 결정된다. 장치의 효과는 일반적으로 장치에 물질 존재의 크기와 밀도에 따라 있기 때문에, 가볍고 유연한 장치를 달성하는 능력이 제한된다.
본 발명의 목적은 적용분야에 따라 다르게 적용되는 신축적이고 가볍고 크지 않는 충격흡수장치를 제공할 수 있는 에너지 흡수 및 전달 재료를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크(a framework of interconnected units)를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료는, 베이스와, 축을 따라 베이스로부터 연장하는 돌기를 갖는 적어도 하나의 유닛과, 적어도 하나의 근접한 유닛에 적어도 하나의 유닛을 연결하는 적어도 하나의 연결부재를 포함하고,
상기 적어도 하나의 근접한 유닛은 상기 베이스에 근접한 적어도 하나의 유닛으로부터 축에 수직으로 연장하고, 상기 프레임워크는 단일 신축재료로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크(a framework of interconnected units)를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료는, 베이스와, 축을 따라 베이스로부터 연장하는 돌기를 갖는 적어도 하나의 유닛과, 제2 베이스와, 제2 축을 따라 제2 베이스로부터 연장하는 제2 돌기를 갖는 적어도 하나의 유닛에 근접한 적어도 하나의 근접한 유닛을 포함하며, 상기 제2 축은 프레임 워크가 레스트(rest)일 때 축에 평행하고, 적어도 하나의 연결부재는 제2 베이스에 근접한 인접유닛에 베이스에 근접하는 적어도 하나의 유닛에 연결되고, 상기 제2 베이스는 프레임 워크가 레스트 일 때, 유닛 사이에서 제2 축과 축 사이에 수직으로 연장하고, 적어도 하나의 연결부재는 신축적이고, 프레임 워크는, 적어도 하나의 유닛이 0도 보다 크고 90도 보다 작은 각에서 축으로부터 돌기 오프셋(the protrusion offset)에 적용되는 힘에 의해 인접 유닛 방향으로 틸트되고 상기 인접 유닛은 유닛방향으로 틸트되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크(a framework of interconnected units)를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 돌기는 상기 축을 따라 돌기로부터 연장하는 팁을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크(a framework of interconnected units)를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 축으로부터 편차각을 갖는 팁의 외면은 대응돌기의 외면이 편차각과 다른 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 적어도 하나의 유닛의 팁은 적어도 하나의 인접한 유닛의 팁 보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 돌기는 원뿔형이고 대응팁은 실리더 또는 원뿔을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 돌기 및/또는 베이스는 원뿔형, 원추형(frusto-conical), 타원형(ovoid), 반구형(hemispherical), 다면형(polyhedral shapes)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 연결부재는 그들의 길이를 따라 토션(torsion)을 전달하는 유닛에 인접하는 유닛에 연결하는 로드(rod)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 돌기는 적어도 하나의 유닛에 대응하는 베이스와 동일한 베이스에서 라디우스(a radius)를 갖는 원뿔형인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 적어도 하나의 유닛은 베이스로부터 연장하는 적어도 하나의 베이스 돌기(at least one base projection)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 적어도 하나의 유닛은 베이스와, 상기 베이스에 구비되고 이격되는 부분으로부터 연장하는 두 개 또는 그 이상의 베이스 돌기(two or more base projections)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 제1 인접유닛에 연결되는 제1 연결부재와, 제2 인접유닛에 연결되는 제2 연결부재를 포함하고, 상기 제1과 제2 연결부재는 프레임 워크가 레스트일 때, 평행한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 각 기초구조유닛은 적어도 하나 또는 그 이상의 축을 따라 구조유닛에 인접하여 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 각 기초구조유닛은 두 개 또는 그 이상의 종축을 따라 구조유닛에 인접하여 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 각 기초구조유닛은 세 개 또는 그 이상의 종축을 따라 구조유닛에 인접하여 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 적어도 하나의 인접한 유닛은 적어도 하나의 유닛의 폭 보다 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 적어도 하나의 인접한 유닛과 적어도 하나의 인접한 유닛은 서로 다른 밀도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 적어도 하나의 유닛과 적어도 하나의 인접한 유닛은 서로 다른 볼륨을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 돌기는 베이스로부터 팁을 지지하기 위하여 연장하는 다수의 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 베이스는 환형인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 적어도 하나의 연결부재는 상기 적어도 하나의 유닛과 적어도 하나의 인접유닛과 일체로 되고, 적어도 하나의 유닛과 적어도 하나의 인접한 유닛을 직접 접촉하도록 허용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 재료는 신축성 폼(an elastic foam), 폴리머 또는 엘라스토머( a polymer or elastomer) 또는 천연고무(a natural rubber)로 제조되는 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 재료는 하이드로포빅 클로즈-셀 폼(hydrophobic closed-cell foam)으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 유닛은 평면으로 교차되고 상기 평면은 플랫 또는 커브인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 유닛은 상기 평면에 규칙적으로 공간이되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 프레임 워크의 유닛은 사각 또는 삼각 그리드로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에서, 상기 유닛에 근접하는 적어도 하나의 부가적인 유닛과, 상기 유닛과 인접한 유닛과는 다른 크기, 모양 또는 밀도로 이루어진 프레임 워크 내의 인접한 유닛을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 한다.
도1은 본 발명에 의한 연결유닛의 프레임워크를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료의 제1 실시예에서 단면도이고,
도2는 도1의 평면도이고,
도3은 도2의 프레임 워크의 저면도이고,
도4는 도2의 프레임 워크의 평면사시도이고,
도5는 도2의 프레임 워크의 저면 사시도이고,
도6a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 연결유닛의 단면도이고,
도6b는 도6a의 프레임 워크의 평면도이고,
도7은 본 발명에 의한 또 다른 실시예의 프레임 워크의 평면도이고,
도8a는 본 발명에 의한 유닛의 단면도이고,
도8b는 도8a의 프레임 워크의 사시도이고,
도8c는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 도8a의 프레임 워크 유닛의 평면도이고,
도8d는 본 발명의 다른 구체적인 실시예에 의한 도8a의 프레임 워크 유닛의 평면도이고,
도9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 유닛의 측면도이고,
도10은 본 발명에 의한 다른 실시예에 의한 사시도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 작동상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
도1은 본 발명에 의한 실시예의 단면도를 도시한 것이다.
유닛(1,2)은 베이스(4,5)와 상기 베이스(4,5)로부터 상부로 연장하는 돌기(6,7)을 포함한다. 인접유닛(1,2)는 프레임 워크를 형성하는 각 유닛(1,2)의 베이스(4,5) 가까이에 적어도 하나의 연결부재(3)에 의해 서로 결합된다.
바람직한 실시예에서, 각 유닛(1,2)은 돌기의 상부에 구비되는 팁(8,9)과, 각 베이스(4,5)로부터 하방으로 연장하는 적어도 하나의 베이스 돌기(10,11)를 포함한다.
바람직한 실시예에서 팁, 베이스 돌기 또는 그 두 개는 생략될 수 있다.
돌기(6,7)는 종축을 따라 베이스(4,5)로부터 상방으로 연장한다. 상기 돌기(6,7)는 로드 하부에서 누룰 수 있고 로드 하부일 때 종방향으로부터 이격될 수 있다.
도시된 바와 같이 바람직한 실시예에서 돌기(6,7)은 원뿔형이다.
바람직한 실시예에서 베이스(4,5)는 반구형(hemispherical)으로 라운드된다. 적어도 하나의 베이스 돌기(10,11)는 유닛과 언더라인 표면 사이에서의 접촉을 감소하기 위해 각 베이스(4,5)로부터 하방으로 연장할 수 있다.
상기 베이스(4,5)의 형상과 베이스 돌기의 형상과 위치는 인접유닛에 대하여 틸트하도록 소정 유닛의 텐더시(the tendency of certain units)를 증가하도록 선택될 수 있다.
충격에서 상기 유닛(1,2)는 서로 압축되고 서로 비틀려서, 연결부재(3)을 따라 에너지를 방출한다.
로드하에서 유닛은 다른 인접유닛에 대하여 방향을 바꾸거나 틸트하려는 성향이 있을 것이다.
소정 특정 유닛(1,2)의 방향전환(deflection)은 연결부재(3)와 상기 유닛(1,2)에 인접되지 않은 다른 유닛을 벤딩(bending)과 풀링(pulling )에 의해 프레임워크에서 다른 구조유닛에 에너지를 전달하도록 할 것이다. 상기 연결부재(3)는 충격에서 발생하는 유닛의 방향전환을 가능하게 하는 유닛(1,2)에 바람직하게 결합될 수 있다.
바람직하게 연결부재(3)는 유닛(1,2)에 결합되거나 베이스(4,5) 가까이에 결합될 수 있고 베이스(4,5)와 돌기(6,7)이 만나는 위치에 구비될 수 있고, 하나가 방향전환되거나 틸트될 때 유닛과 인접유닛을 서로 틸트하도록 한다.
각 유닛(1,2)는 돌기(6,7)의 상부에 구비되는 팁(8,9)를 포함할 수 있다. 표면과 마찰접촉에 의해, 팁(8,9)는, 진동을 흡수하는 충격과 낮은 에너지의 컨커시브 힘(concussive forces)으로 나타날 때, 편향하려는 경향이 있다.
상기 팁(8,9)은 보다 높은 충격력에서 돌기(6,7)의 방향전환에 도움을 줄 수 있다. 돌기(6,7)의 높이는 동일하지 않더라고 충격의 영역에서 그룹되는 모든 팁이 충격에서 방향전환을 경험할 것이다.상기 팁(8,9)는 서로 다른 형상으로 이루어지거나 언더라인 돌기(the underlying protrusions 6,7)와 다른 밀도를 가지며, 상기 팁(8,9)은 언더라인 돌기(6,7) 보다 로드 하부에서 상대적으로 변형할 것이다.
예를 들어 도면에서 도시된 바와 같이 팁(8,9)는 실린더형이고 원뿔형 돌기가 될 수 있다.
상기 팁(8,9)는, 팁(8,9) 하부방향으로 직선이지 않은 부하를 경험하면 원뿔형 돌기(6,7) 보다 변형하기 쉽고, 부하 하부에서 일반적으로 벤드한다.
도2에서 유닛(1,2)는 서로 결합하고 프레임 워크를 만들도록 연결된 유닛의 웹을 만들도록 적어도 하나의 연결부재(3)에 의해 다른 유닛과 결합한다. 상기 돌기(6,7)의 베이스는 환형이고 돌기(7)의 베이스는 돌기(6)의 베이스 보다 직경이 크게 된다.
바람직한 실시예에서 좁은 유닛(1)과 넓은 인접유닛(2)이 프레임 워크(12)에서 서로 교차되게 구비된다.
상기 유닛과 인접유닛은 크기, 형상 밀도에서 동일할 수 있다. 또는 어느 하나 다를 수 있고 모든 성질이 다를 수 있다.
바람직한 실시예에서 프레임 워크에서 다른 크기, 형상 또는 밀도가 다른 세 개 또는 그 이상의 유닛이 있다.
이러한 바람직한 실시예에서 유닛의 크기, 형상 및 밀도는 프레임 워크의 다양한 영역에서 예상되는 로드에서 다른 점을 수용하는 프레임 워크에 대하여 변화될 수 있다.
예를 들어 어플리케이션에서 언더라인 구조(an underlying structure)는 섬세하거나 민감한 영역(a delicate or sensitive area)을가지면 보다 강인한 섬세한 영역을 에워싸는 하나 또는 그 이상의 포인트를 가지며, 프레임 워크는 민감한 영역 그 이상에서 작거나 적은 밀도로 채용될 수 있고 강인한 영역 그 이상에서 크거나 보다 큰 밀도로 채용될 수 있다.
이것은 강인한 포인트에서 그리고 섬세한 부분에서 비교적 적은 포인트에서 전체 프레임 워크에 적용되는 로드를 포커스하도록 제공할 수 있다.
또 다른 예는 보다 포커스되는 충격을 방향 전환하는 다른 크기 또는 다른 형상의 유닛을 이용하도록 한 것으로, 프레임 워크의 보다 작은 부분 그 이상의 프레임 워크게 힘을 가하는 것이다.
보다 작은 유닛은 보다 포커스되는 충격 또는 부하가 기대되는 영역에 이용될 수 있다. 상기 유닛과 인접한 유닛 사이에서의 압축과 방향전환 성질에서의 차이점은 힘의 레벨을 변화하는 보다 응답적으로 적항하는 프레임 워크로 나타난다.
상기 좁은유닛(1)은 넓은 인접유닛(2) 보다 용이하게 팁하거나 틸트할 수 있다. 상기 팁(8,9)는 에너지를 방출하는 프레임 워크(12)의 부가적인 용량을 더하하는 것으로, 팁(8,9)의 변형은 약간의 에너지를 흡수하고 프레임 워크(12)를 통해 유닛(1,2)의 틸팅을 증가하는 것과 같고, 부가적인 에너지를 방출한다.
상기 유닛(1)과 인접유닛(2)이 로드 하부에서 서로 틸트될 때, 로드량이 증가할 때, 유닛은 소정 각도로 방향전환하고 점차적으로 압축할 것이다.
큰 지속적인 로드 하에서 유닛은 완전하게 방향전환하고 연결부재에서 서로 지지하거나 언더라인 구조에서 서로 지지한다. 이러한 환경에서 상기 재료는 폼의 유니폼 시트와 같이 활용하고 지지되는 로드 하에서 압축이 계속된다. 바람직하게 상기 재료는 신축적이고 로드가 제거될 때, 상기 유닛은 프레임 워크에 대하여 원위치를 되찾는다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 다른 크기의 유닛이 프레임 워크 내의 다른 규칙적인 구조로 형성된다.
예를 들어 하나의 크거나 넓은 유닛이 매 3번째, 4번째, 5번째로 각 행에서 보다 작거나 좁은 유닛이 되는 다른 모든 유닛들과 구비될 수 있다.
다른 구체적인 실시예에서 다른 크기의 유닛이 프레임 워크의 소정 위치에서 나타나는 기대되는 로드를 수용하도록 불규칙하게 구비될 수 있거나 프레임 워크를 통해 전체적으로 랜덤하게 구비될 수 있다.
바람직한 실시예에서 돌기(6,7)의 하나 또는 모든 것, 베이스(4,5), 연결부재(3), 팁(8,9) 그리고 베이스 돌기(10,11)가 동일하거나 다른 크기, 형상 밀도 또는 재료가 될 수 있다
바람직하게, 동일한 재료가 프레임워크를 통해 바람직하게 이용될 수 있다.
동일한 재료를 이용하는 것은, 재료가 용이하게 몰드될 수 있고 단일의 연속시트로 형성될 수 있어서 바람직하고, 제조할 때 보다 용이하다.
구체적인 실시예에서 상기 재료는 인젝션 또는 압축몰드로 몰드될 수 있다.
또한 동일한 재료가 프레임 워크(12)를 통해 바람직하게 이용될 때 다양한 구조 유닛의 재료의 밀도는 충격-저항 프로파일(impact-resistance profile)을 변화하도록 서로 제어가능하게 변화될 수 있다.
크기에서, 프레임 워크(12)에서 밀도의 치환은 압축과 방향전환 성질 사이에서 차이로 인해 힘을 적용하는 응답의 넓은 범위를 가져온다.
다른 바람직한 실시예에서 돌기(6)는 돌기(7) 보다 높거나 낮은 밀도가 되 수 있으며, 팁(8)은 돌기(6) 보다 높은 밀도 또는 낮은 밀도가 될 수 있고 및/또는 팁(8)은 팁(9) 보다 높거나 낮은 밀도가 될 수 있다.
구체적인 실시예에서 높은 밀도가 바람직한 포인트에서 몰드로 보다 많은 재료를 인젝팅하여 프레임 워크의 소정 요소의 밀도를 다양하게 하는 것이 가능하다.
예를 들어 인접유닛 보다 큰 밀도를 갖는 대응 팁과 유닛을 갖는 바람직한 실시예에서, 높은 밀도유닛은 보다 비교적 견고하고 초기 로드 하에서 보다 용이하게 틸트 가능하다.
로드 증가로 인해 부드러운 유닛은, 완전하게 방향전환될 때 까지, 비교적 밀도가 높은 유닛 팁과 같이 압축에서 로드를 드러나게 한다(bear).
완전하게 방향전환되면 비교적 밀도가 높은 유닛은 압축으로 부하를 드러나게 하고, 증가된 로드에 부가적인 저항을 제공한다.
예를 들어, 밀도를 달리하는 기능과 유닛의 프레임 워크의 소정 구조와 같이 상기 재료는 로드 범위에 비선형적으로 반응하는 것과 로드 변환을 가능하게 한다.
유닛의 크기, 형상 그리고 밀도는 다른 효과적인 로드 커브의 변화를 적합하게 하는 맞춤식(tailored)이 될 수 있다.
도3은 저면으로부터 보이는 프레임 워크(12) 내의 구조유닛의 구조를 도시한 것이다.
각 유닛은 하나 또는 다중의 베이스 돌기(10,11)를 독립적으로 갖는다. 또한 상기 베이스 도릭(10,11)는 크기면에서 다양할 수 있다. 상기 베이스 돌기(10,11)는, 유닛이 인접유닛에 대하여 틸트하거나 방향전환 하도록 비교적 용이하게 구비될 수 있다.
이것은 유닛에 그리고 불안한 플랫폼을 제공하는 인접한 유닛의 베이스 돌기의 단일 또는 비규칙적인 구조에 비교적 안정적인 프랫폼을 제공하는 사각형, 삼각형 또는 다른 규칙적인 다각형 구조의 베이스 주변에 에워싸는 다수의 베이스 돌기를 구비하여 달성될 수 있다.
도2와 도3은 사각형 그리드에서 구조화되는 프레임 워크에서 이루어지는 유닛(1,2) 주변의 90 각도로 형성되는 4개의 연결부재(3)를 도시한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 유닛들은 연결부재의 수를 다양하게 하여 결합될 수 있고 소정 구조유닛에 연결되는 연결부재는 다른 각도로 서로 오프셋될 수 있다. 상기 프레임 워크는 삼각형 또는 육각형 그리드와 같이 기하학적으로 이루어질 수 있다.
동일한 실시예의 프레임 워크의 상부 구조가 도4에 도시된다.
충격에서 팁(8,9)는 충격을 조절하고 프레임 워크가 충격의 힘으로 일치되게 이동하도록 한다.
보다 큰 힘에서 하나 또는 유닛 그룹(1,2)은 연결부재(3)에 대하여 벤드(bend)하고, 에너지가 연결부재를 따라 굴절되고 방출되도록 한다.
도5에 도시된 바와 같이, 베이스(4,5)는 프레임 워크 하부 언라라인 접촉면(he underlying contact surface (미도시)) 최소 접촉하도록 반구형 구조를 형성하도록 바람직하게 라운드될 수 있다.
베이스(4,5)의 반구형 구조는 공기가 최대가 되도록 프레임 워크를 통해 흐르게 하고 서로에 대하여 팁과 롤에 유닛(1,2)의 능력을 확장하도록 한다.
베이스 돌기(10,11)는 프레임 워크(12)와 접촉면 사이세 접촉을 최소화하도록 한다.
이러한 방법으로 구조화되었을 때, 베이스(4,5)는 수직의 하방의 힘으로부터 연결부재의 벤딩을 가능하게 하도록 압축하여 충격을 흡수하도록 한다. 이것은 프레임 워크를 통해 에너지를 흡수하고 스프레드하게 한다.
상기 돌기는 로드를 베어링(bearing) 할 수 있는 구조가 될 수 있다. 다른 실시예에서 돌기는 압축에서 로드를 베어링하는 적절한 형상 도는 구조로 형성될 수 있다. 예컨대 원추형(frusto-conical), 타원형(ovoid), 반구형(hemispherical), 다면형(polyhedral shapes)가 될 수 있다.
예를 들어, 6a는 돌기가 다른 형상인 다른 바람직한 실시예를 도시한 것이다. 상기 유닛(101)은 저면(106)으로부터 개방되는 원뿔형 돌기에 연결하는 변환 환형 트라우형 베이스(an inverted annular trough shaped base,104)를 포함한다.
힘이 돌기(106)에 적용되면, 상기 유닛(101)은 비대칭적으로 압축한다. 베이스(104)를 통한 유닛(101)의 벤딩과 풀링 모션은 다른 유닛에 연결부재(103)를 통해 충격으로부터 에너지를 전달한다.
도6b는 도6a의 유닛을 어떻게 프레임 워크(112)에 결합하는지를 도시한 것이다.
도6b에서 각각의 연결부재(113)은 90도로 분리되는 4개의 유닛에 연결되며, 유닛은 교차된다.
도7은 연결부재(203)가 각 유닛에서 60도로 분리되는 프레임 워크(212)에서 서로 결합될 수 있다.
결과적으로 상기 연결부재(203)는 3개의 축(150,160,170)으로 정렬된다. 다른 바람직한 실시예에서 각 유닛에 연결되는 다른 수의 연결부재가 될 수 있고, 구조유닛에 연결되는 연결부재는 ㄷ른 각도로 서로 오프셋될 수 있다.
도7에서 연결부재(203)는 유닛과 연결에서 테이퍼(tapered)될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서 연결부재의 면적은 바람직한 분야와 성질에 따라 다른 방법으로 변화될 수 있다.
예를 들면 연결부재의 길이 및/또는 직경 또는 두께는 바람직한 성질에 따랄 변화될 수 있다.
티커(thicker)동안, 짧은 연결부재는 효과적으로 에너지를 전달하는데 이용될 수 있고 높은 충격에 저항할 수 있고 좁은 연결부재은 보다 탄력적으로 제공할 수 있고 결과적으로 프레임 워크는 보다 가벼워지고 공기를 흐르게 하는 것이 가능하다.
연결부재는 양단이 만곡되거나 테이퍼될 수 있다.
또한 다른 밀도가 가능하다. 부가적으로 다른 연결부재의 혼용은 프레임 워크의 소정 영역에 힘을 전하도록 소정 프레임 워크에서 이용될 수 있다.
도8a는 본 발명에 의한 유닛의 다른 바람직한 실시예을 도시한 것이다.
유닛(301)은, 돌기(306)이 베이스(305)로부터 돌기하는 다중 지지부(316)을 포함한다. 상기 팁(308)은, 다중 지지부(316)가베이스(305)에 의해 당겨지는 링 내에서 교차하는 교차점이다.
도8b에서 유닛(301)의 다중 지지부(316)는 베이스(305)에서 반구형 돌기(306)를 형성한다. 팁(308)은 돌기(306)의 상부에서 지지되며, 다중 지지부(316)가 교차한다. 도8c는 유닛(8a)가 어떻게 프레임 워크(312)를 형성하도록 결합하는지를 도시한 것이다.
보다 연결부재에 의해 결합될 수 있다. 유닛(301)은 베이스(305) 사이에서 직접 접촉하여 연결된다.
구체적인 실시예에서 유닛(301)은 프레임 워크(312)에서 서로(250,260,270)으로부터 60도로 3축을 따라 구비될 수 있다.
상기 유닛은 연결부재(323,333)가 직접 접촉하여 연결될 수 있다.
다중유닛을 연결하는 제1 연결부재(323)가 될 수 있고 만곡하는 제2 연결부재가 될 수 있다.
도9는 다른 가능한 유닛 형상을 도시한 것이다.
상기 유닛(401)에서 돌기(406)은 환형 베이스(405)로부터 돌기하는 두 개의 지지부재(416)을 포함한다. 팁(408)은 두 개의 지지부재(416)이 만나는 돌기(406)의 꼭지점(the apex)에 구비한다.
본 발명은 헬멧, 가슴보호대, 정강이 보호대 및 패드와 같은 스포츠장비로 이용되는 것이 특히 적합하며 이것은 신축적이고 가볍고, 위생적이고, 충겹-저항 프로파일을 내장하고 공기 흐름을 최대화 하기 때문이다.
이러한 응용분야에서 구조유닛의 프레임 워크는 3차원 구조롤 제작될 수 있고 및/또는 관통력에 대하여 보호할 수 있는 쉘(shell) 이상의 레이러로 양면 도는 한면을 커버한다.
도10에 도시된 바와 같이 프레임 워크에서 하나 또는 그 이상의 유닛(501)은 다른 재료층에 고정되거나 결합될 수 있는 부가적인 돌기(projection,513)을 갖는다. 다른 분야에서 견고하거나 반견고한 플레이트(514)는 부가적인 돌기(513)에 결합될 수 있다.
바람직한 실시예에서 도시된 바와 같이 유닛(501)은 이러한 방법으로 결합될 수 있고 상술한 바와 같이, 플레이트(513)가 프레임 워크에 대하여 로드될 때, 유닛이 프레임 워크(512)에서 틸트하고 방향전환하는 것을 허용한다.
상기 부가적인 돌기(513)은 플레이트가 프레임 워크에 슬라이드 하도록 한다. 상기 플레이트는 제거가능하거나 영구적으로 고정할 수 있다.
도시되지는 않았지만 바람직한 실시예에서 프레임 워크의 유닛의 부가적인 돌기 또는 팁은 직물과 같은 신축적인 재료로 고정된다.
로드 하에서 직물은 그것에 고정되는 유닛을 풀(pull)하고, 상기 유닛과 다른 인접한 유닛을 틸팅하고 방향전환하며, 유닛은, 로드가 적용될 때, 포인트로부터 이격된다.
다른 바람직한 실시예에서 프레임 워크는 부분에서 언더라인 표면(underlying surface)에 고정되거나 결합되 수 있다. 그래서 유닛의 적어도 일부가 로드 하에서 틸트하고 방향전환하도록 한다.
전체 프레임 워크는 단일재료로 제작되는 것이 바람직하다.
적절한 재료는 압축적인 것, 바람직하게는 신축적인 것이다. 밀도 또는 압축적인 성질은 신축성을 현저하게 잃지 않게 변화되는 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 적합한 재료는 상기 재료는 신축성 폼(an elastic foam), 폴리머 또는 엘라스토머(a polymer or elastomer) 또는 유기 및 합성고무(organic and synthetic rubbers)가 될 수 있다.
본 발명에서 바람직한 재료는 엘라스틱 클로즈 셀(an elastic closed cell EVA (ethylene vinyl acetate)) 폼이다. 그러나 프레임 워크는 두 개 또는 그 이상의 재료가 조합되면 작동하며, 연결부재의 제1 재료와 유닛의 다른 재료가 조합되면 작동되며, 유닛은 로드 하에서 인접유닛이 틸트하고 방향전한 하도록 한다.
본 발명은 밀링 또는 다른 적절한 기계로 바람직하게 몰드로 제작될 수 있다. 본 발명에 의한 프레임 워크는 하나의 공정으로 전체적으로 제작될 수 있다. 그러나 여러 단계를 이용하여 제작되는 것이 가능하다.
예를 들어 연결부재와 돌기는 서로 분리되게 몰드될 수 있거나 프레임 워크의 상부와 하부의 반은 프리 프로몰드(pre-molded)될 수 있고 고정되거나 서로 몰드될 수 있다(affixed or molded together).
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 프레임 워크는 형상, 크기, 밀도 그리고 유닛의 구조, 연결부재의 밀도 그리고 프레임 워크 내의 유닛의 구조와 배열를 포함하는 많은 방법으로 변화될 수 있다. 이러한 변화 가능한 상태에서 선택하여 본 발명에 의한 프레임 워크는 충격과 진동으로 부터 에너지를 흡수하는 일반적인 수단 뿐만 다른 분야에도 용이하게 적용할 수 있다.
예를 들면 프레임 워크는 소정 영역에서 에너지를 흡수하도록 설계되고 및/또는 소정 축을 따라 또는 소정 영역에서 많은 에너지와 힘의 방향을 바꾼다.
이러한 프레임은, 모든 유닛이 평면 플레인에 의해 교차하도록 형성되고, 둥글게 만곡되거나 3차원 구조에 대하여 적절하도록 만곡된다. 프레임 워크의 부분은 3차원 형상을 수용하거나 부가적인 조절힘을 제공하도록 고수하거나 결합될 수 있다.
참고로 본 발명의 구체적인 실시예는 여러가지 실시 가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
1,2 ... 유닛 4,5 ... 베이스
8,9 ... 팁 10,11 ... 돌기
12 ... 프레임 워크

Claims (27)

  1. 연결유닛의 프레임워크(a framework of interconnected units)를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에 있어서,
    베이스와, 축을 따라 베이스로부터 연장하는 돌기를 갖는 적어도 하나의 유닛과,
    적어도 하나의 근접한 유닛에 적어도 하나의 유닛을 연결하는 적어도 하나의 연결부재를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 근접한 유닛은 상기 베이스에 근접한 적어도 하나의 유닛으로부터 축에 수직으로 연장하고,
    상기 프레임워크는 단일 신축재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  2. 연결유닛의 프레임워크(a framework of interconnected units)를 포함하는 에너지 흡수 및 전달 재료에 있어서,
    베이스와, 축을 따라 베이스로부터 연장하는 돌기를 갖는 적어도 하나의 유닛과,
    제2 베이스와, 제2 축을 따라 제2 베이스로부터 연장하는 제2 돌기를 갖는 적어도 하나의 유닛에 근접한 적어도 하나의 근접한 유닛을 포함하며,
    상기 제2 축은
    프레임 워크가 레스트(rest)일 때 축에 평행하고,
    적어도 하나의 연결부재는 제2 베이스에 근접한 인접유닛에 베이스에 근접하는 적어도 하나의 유닛에 연결되고,
    상기 제2 베이스는 프레임 워크가 레스트 일 때, 유닛 사이에서 제2 축과 축 사이에 수직으로 연장하고,
    적어도 하나의 연결부재는 신축적이고,
    프레임 워크는, 적어도 하나의 유닛이 0도 보다 크고 90도 보다 작은 각에서 축으로부터 돌기 오프셋(the protrusion offset)에 적용되는 힘에 의해 인접 유닛 방향으로 틸트되고 상기 인접 유닛은 유닛방향으로 틸트되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 축을 따라 돌기로부터 연장하는 팁을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 축으로부터 편차각을 갖는 팁의 외면은 대응돌기의 외며느이 편차각과 다른 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유닛의 팁은 적어도 하나의 인접한 유닛의 팁 보다 큰 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 돌기는 원뿔형이고 대응팁은 실리더 또는 원뿔을 포함하는 것을 에너지 흡수 및 전달 재료.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌기 및/또는 베이스는 원뿔형, 원추형(frusto-conical), 타원형(ovoid), 반구형(hemispherical), 다면형(polyhedral shapes)인 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연결부재는 그들의 길이를 따라 토션(torsion)을 전달하는 유닛에 인접하는 유닛에 연결하는 로드(rod)인 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌기는 적어도 하나의 유닛에 대응하는 베이스와 동일한 베이스에서 라디우스(a radius)를 갖는 원뿔형인 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유닛은 베이스로부터 연장하는 적어도 하나의 베이스 돌기(at least one base projection)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  11. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 유닛은 베이스와, 상기 베이스에 구비되고 이격되는 부분으로부터 연장하는 두 개 또는 그 이상의 베이스 돌기(two or more base projections)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 인접유닛에 연결되는 제1 연결부재와, 제2 인접유닛에 연결되는 제2 연결부재를 포함하고, 상기 제1과 제2 연결부재는 프레임 워크가 레스트일 때, 평행한 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 기초구조유닛은 적어도 하나 또는 그 이상의 축을 따라 구조유닛에 인접하여 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 기초구조유닛은 두 개 또는 그 이상의 종축을 따라 구조유닛에 인접하여 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  15. 제14항에 있어서,
    각 기초구조유닛은 세 개 또는 그 이상의 종축을 따라 구조유닛에 인접하여 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 인접한 유닛은 적어도 하나의 유닛의 폭 보다 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 인접한 유닛과 적어도 하나의 인접한 유닛은 서로 다른 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 유닛과 적어도 하나의 인접한 유닛은 서로 다른 볼륨을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  19. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌기는 베이스로부터 팁을 지지하기 위하여 연장하는 다수의 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스는 환형인 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연결부재는 상기 적어도 하나의 유닛과 적어도 하나의 인접유닛과 일체로 되고, 적어도 하나의 유닛과 적어도 하나의 인접한 유닛을 직접 접촉하도록 허용하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  22. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 재료는 신축성 폼(an elastic foam), 폴리머 또는 엘라스토머( a polymer or elastomer) 또는 천연고무(a natural rubber)로 제조되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 재료는 하이드로포빅 클로즈-셀 폼(hydrophobic closed-cell foam)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  24. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유닛은 평면으로 교차되고 상기 평면은 플랫 또는 커브인 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  25. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유닛은 상기 평면에 규칙적으로 공간이되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 프레임 워크의 유닛은 사각 또는 삼각 그리드로 구비되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
  27. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유닛에 근접하는 적어도 하나의 부가적인 유닛과, 상기 유닛과 인접한 유닛과는 다른 크기, 모양 또는 밀도로 이루어진 프레임 워크 내의 인접한 유닛을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 및 전달 재료.
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