TWI494066B

TWI494066B - 用於衝擊保護的可壓縮襯裡

Info

Publication number: TWI494066B
Application number: TW098143645A
Authority: TW
Inventors: Donald Edward Morgan
Original assignee: Donald Edward Morgan; Strategic Sports Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2015-08-01
Also published as: TW201121442A

Description

用於衝擊保護的可壓縮襯裡

發明領域

本發明涉及一種使用可壓縮襯裡來改善衝擊保護的設備和方法。

發明背景

申請人是2001年7月在www.atsb.gov.au上，Australian Transport Safety Bureau(ATSB)公開的，標題為“Improved Shock Absorbing Liner for Helmets”的學術研究的合著者。在該公開內容中，低密度泡沫嵌入在高密度泡沫中的組合被公開，作為一種學術研究的主題。但是，該學術研究沒有考慮或討論結構元件或其公開的方法的組合。

過去的研究已經顯示了用在當前頭盔中的常見的單一密度泡沫襯裡太硬且太剛性，以至於不能有效地吸收衝擊力。單一密度的泡沫襯裡還在其適應與人顱骨有關的強度變化的能力方面有限。此外，用於兒童自行車頭盔中的襯裡使用針對成人顱骨所設計的襯裡，它們沒有考慮到與成人顱骨相比兒童的更易變形的顱骨。兒童的更易變形的顱骨對大腦有較小的保護。通過參考引入本文的是：Corner等人的“Motorcycle and Bicycle Protective Helmets-Requirement Resulting from a Post Crash Study and Experimental Research”，Report No. CR 55,1987,Federal Office of Road Safety,Canberra,Australia和Mohan等人的“A Biomechanical Analysis of Head Impact Injuries to Children”Vol. 101,1979,Transactions of the ASME,Journal of Biomechanical Engineering。

此外，大腦還易於受到頂靠顱骨內側時的衝擊傷害。大腦是果凍狀的軟組織，懸在堅硬顱骨的包封中，由大腦脊髓液包圍。此外，大腦被腦基部處的腦幹和脊髓柔性地支撐在顱骨中，而在大腦的大致外周周圍，硬腦膜隔膜(dura-mater membrane)在各個結構點處將大腦連接到顱骨。對移動顱骨的衝擊使得顱骨快速地減速，而被柔性地支撐的大腦繼續移動且衝擊到顱骨的內側。大腦頂靠顱骨的衝擊會導致大腦撞傷和/或出血。由此，重要的是使頭部減速，以適當地使得內部損傷最小化。

人顱骨的剛性試驗(bone test)已經表明，顱骨的太陽穴部分與顱骨的其他部分相比具有顯著下降的骨強度。因此，顱骨的太陽穴部分與顱骨的其他部分相比更易受到衝擊損傷。但是，目前的頭盔沒有製造有在顱骨周圍提供不同的衝擊保護區域的可壓縮襯裡。

類似地對於諸如嬰兒艙(baby capsule)和用於客車的兒童安全座椅、車廂襯裡和身體盔甲這樣的其他用於衝擊保護的應用領域，在人體周圍提供不同的衝擊保護區域是非常有利的。詞語“嬰兒艙”在本說明書中和申請專利範圍中是要包括用於轎車座椅的一個或多個面向後的初生兒或嬰兒座椅、用於初生兒或嬰兒的躺靠的面向後座椅和用於約1歲大的兒童的座椅或艙室。詞語“兒童安全座椅”在本說明書中和申請專利範圍中應包括一個或多個面向前的初學走路孩子的座椅、普通初學走路孩子座椅、約4歲大兒童的座椅、輔助座椅/坐墊、沒有靠背的座椅和通常用於約4歲到8歲兒童的座椅。輔助座椅可以被描述為是沒有靠背的座椅，其被設計為能提升兒童的就坐位置，以使得存在的成人搭接帶座位帶(lap-sash seatbelt)的帶子適當地接合兒童的肩部和胸部。初學走路孩子座椅不同於輔助座椅之處在於，它們可以具有獨立的五點挽具，以將兒童固定到初學走路孩子座椅，初學走路孩子座椅然後被固定到轎車或其他車輛中存在的座椅或其他附接點。

嬰兒艙和兒童安全座椅可以在嬰兒艙或兒童安全座椅的側面具有保護側板或大腿、軀幹和頭部護墊(或突出部或“護翼”)。這些側板或護墊用於限制嬰兒或兒童經歷側面衝擊時的側向移動量。它們還用於在撞擊中氣囊被激發的情況下保護嬰兒或兒童不受到側氣囊衝擊的影響。在其他術語中，保護側板可形成嬰兒或兒童周圍的保護性“槽道”。

在所需的衝擊保護水準方面，嬰兒艙和兒童安全座椅通常不在嬰兒或兒童頭部和軀幹之間有所差別。用於轎車的面向後的嬰兒艙可以被襯有單一密度的泡沫襯裡，該襯裡足以在外部作為一個整體為嬰兒提供衝擊保護，但是在頭部被車撞擊的情況下不足以防止嬰兒大腦後部的撞傷和/或出血。

通常用於超過約一歲兒童的兒童安全座椅通常構造有或具有聚苯乙烯泡沫襯裡，該襯裡可以與典型的用在成人頭盔中的單一密度聚苯乙烯泡沫襯裡一樣硬或比其更硬。這種低壓縮性(高剛性)的聚苯乙烯泡沫不能為兒童提供足夠的衝擊保護，因為它們太硬。兒童安全座椅還可用非常能壓縮的傢俱裝潢或減震泡沫的厚襯裡或結構來加大，該泡沫很軟且柔韌，以至於能為兒童提供很小或幾乎為零的衝擊保護。這種傢俱裝潢或減震泡沫襯裡或結構主要用於提供舒適性和美觀性。

沒有一種現有技術中能提供完全令人滿意的解決方案來解決對頭部或其他身體部分提供不同的適當衝擊保護水準這一問題，也不能解決易於製造以用可壓縮襯裡來獲得更令人滿意的衝擊保護這一問題。

發明概要

本發明的目的是提供用於衝擊保護的可壓縮襯裡的實施例，其克服或消減已有技術的缺點。

一種形式中，本發明提供一種用於為人體至少一部分提供衝擊保護的可壓縮襯裡。可壓縮襯裡包括：內層和外層；其中，內層具有接觸表面和第一連結表面，該第一連結表面包括多個凸起。外層具有第二連結表面和外表面，其中，第二連結表面包括適於接收內層的凸起的多個凹部。此外，內層包括具有第一可壓縮性的第一材料，且外層包括具有第二可壓縮性的第二材料；優選地，第一可壓縮性大於第二可壓縮性。可壓縮襯裡的內層的接觸表面適於緊鄰或接合到人體的一部分。

優選地，凸起是圓錐形的。本發明的可壓縮襯裡可安裝於或形成例如：車廂襯裡、嬰兒艙、兒童安全座椅、座椅、頭枕或身體盔甲。優選地，在所有應用中，可壓縮襯裡可以是可拆除且可更換地裝配。

可選地，可壓縮襯裡用一個或多個內層或外層區段形成，且各個層區段之間的可壓縮性不同。

可宣帝，形成可壓縮襯裡的一種或多種材料可以是泡沫，例如發泡聚苯乙烯(EPS)。替換地，一種或多種材料可以是黏彈性的材料。優選地，EPS泡沫材料的密度可以是：

‧內層可具有15到50kgm^-3 範圍的密度。

‧外層可以具有35到90kgm^-3 範圍的密度，或更優選地具有35到55kgm^-3 範圍的密度。

‧內層可具有25到35kgm^-3 範圍的密度，且外層具有35到50kgm^-3 範圍的密度。

‧內層可具有15到25kgm^-3 範圍的密度，且外層可具有35到45kgm^-3 範圍的密度。

可選地，一個或多個凸起從內層穿入到外層中的範圍是50到100%。優選地，一個或多個凸起的頂端與外表面毗鄰。

優選地，鄰近圓形基部之間的距離的範圍是0到20mm，且更優選地範圍是5到15mm。

優選地，圓形基部的直徑是15到22mm的範圍。

可選地，可壓縮襯裡具有15到45mm範圍的厚度；一個或多個凸起的、自圓形基部的高度的範圍可以是20到25mm；和從一個或多個凸起的圓形基部到接觸表面的距離的範圍是5到10mm。

在本發明的進一步形式中，可透過外層看到內層。

在本發明的進一步形式中，提供一種對人體的至少一部分提供衝擊保護的方法，其中，該方法提供對施加到人體至少一部分的衝擊的最初低抵抗；和，然後隨著衝擊進行逐漸增加對施加到人體至少一部分的衝擊的抵抗程度。

在又一形式中，本發明提供一種用於對物品的至少一部分提供衝擊保護的設備，其中，該設備包括具有剛性梯度的可壓縮襯裡。在衝擊過程中該剛性梯度優選地在可壓縮襯裡的厚度上從鄰近該物品的低剛性變化到較高剛性。

“物品”包括貨物、人、動物或任何有價物。

本發明的進一步形式描述於所附申請專利範圍中，且從本說明中可以理解。

圖式簡單說明

將參考所附附圖描述本發明的進一步優選實施例，其中：

第1圖是本發明實施例的頭盔中可壓縮襯裡的示意性截面圖。

第2圖是第1圖的沿2-2線截取的截面圖。

第3圖是頭盔實施例中可壓縮襯裡的替換實施例的示意性透視部分截面圖。

第4圖是第3圖的分解圖。

第5圖是可壓縮襯裡的示意性截面圖。

第6圖是第5圖中可壓縮襯裡的替換實施例。

第7圖是本發明的實施例中車廂一部分中的可壓縮襯裡的示意性截面圖。

第8圖是帶有第7圖的車廂襯裡可壓縮襯裡的已安裝實施例的客車內部示意性剖開視圖。

第9圖是用於嬰兒艙的嬰兒可壓縮襯裡實施例的示意性透視例子。

第10圖是帶有兒童安全座椅可壓縮襯裡的兒童安全座椅的示意性透視圖。

第11圖是帶有身體盔甲可壓縮襯裡的插入件的保護性背心的示意性正視圖。

第12圖是本發明實施例中雙可壓縮襯裡的示意性截面圖。

第13圖是條帶形式的內層的示意圖。

較佳實施例之詳細說明

首先參見第1和2圖，它們是垂直截面視圖，示意性地顯示了安裝在被人114穿戴的頭盔112中的可壓縮襯裡110的第一實施例。頭盔112可以包括與可壓縮襯裡110的外表面118抵靠的硬質外殼116，且還可包括與可壓縮襯裡110的接觸表面122抵靠的舒適襯裡120。如果舒適襯裡120存在，則應理解，頭部經由舒適襯裡120緊鄰接觸表面122。如果舒適襯裡不存在，則接觸表面122直接接合頭部。

可壓縮襯裡110可具有相對低密度的泡沫內層124，在各個連結表面126處該內層熔接、黏接或以其他方式附接到相對高密度的泡沫外層128，其中較低密度泡沫是比較高密度泡沫更易壓縮的泡沫。即，形成內層124的第一材料比形成外層128的第二材料更易於壓縮。內層124具有許多凸起130，所述凸起在連結表面126處突出到外層128的匹配凹部132中。內層124包括具有相對一致厚度層的第一區域134。多個凸起130與內層124整體地形成並從第一區域134徑向向外延伸。凸起134具有頂端136以及基部138，該基部具有近距地與相鄰的凸起130的基部138間隔開的外周邊140。這些外周邊140的距離也可以被認為是這些凸起130的相鄰基部138之間的最近距離。

在可壓縮襯裡110的實施例中，泡沫材料可以是發泡聚苯乙烯泡沫(EPS)，其中，該泡沫密度通常與泡沫的可壓縮性或剛性成比例，其中，剛性與可壓縮性成反比例關係。在優選實施例中，內層124可具有20到50kgm^-3 (或1.25到3.12磅每立方英尺)範圍的密度。外層128可具有35到90kgm^-3 (或2.18到5.62磅每立方英尺)範圍的密度，且更優選地是35到55kgm^-3 。在內層124和外層128的各種泡沫密度的所有選擇中，內層124的泡沫密度小於外層128的泡沫密度。在更優選的實施例中，內層124泡沫密度可以是25到25kgm^-3 的範圍，且外層128泡沫密度可以是35到50kgm^-3 的範圍。根據本發明的教導，所採用的泡沫可以是任何合適的類型且允許實現如以上和以下所給出的EPS泡沫實施例那樣的所需可壓縮性或剛性。在所有上述和下述情況下，應注意，形成內層124的第一材料具有第一可壓縮性，該第一可壓縮性比形成外層128的第二材料更大，該第二材料具有第二可壓縮性。

線142代表可壓縮襯裡110的相鄰區段144、146、148、150之間的邊界142。可壓縮襯裡110區分成如第1圖所述的多個區段允許對頭盔112制定不同的衝擊保護區域。例如，可壓縮襯裡110的後區段150可以構造和構建為比冠部區段146提供更高水準的衝擊保護。

在第2圖中，將可壓縮襯裡110區分為多個區段210、212、214、216能提供如圖所示的不同衝擊保護區域。太陽穴區段210、216可以構造和構建為比冠部區段212、214提供更高水準的衝擊保護，因為顱骨的太陽穴部分的脆弱性程度更高。

第3圖是可壓縮襯裡310的替換實施例的透視、部分截面視圖，著重顯示了內層124的凸起130。為了清楚，頭盔112覆蓋耳朵的部分從第3圖中省略。在所示實施例中，凸起130是帶有圓形基部138的圓錐形。在替換實施例中，錐形凸起可以具有多邊形構造的基部138，例如三角形、方形、五邊形、六邊形、八邊形等。還有，如果需要，凸起130可以被製造為截頭圓錐體，而不是帶有尖端頂部136的圓錐形。在另一實施例中，凸起可以是半球形的。

在第3圖中，可壓縮襯裡310的區段再次被顯示有邊界線142。但是，在該實施例中，僅內層124是帶區段的，而外層不帶區段。對於可壓縮襯裡310這一實施例，內層124詳細地顯示於第4圖。

第4圖是第3圖的內層124和外層128的分解視圖。可以看到，外層128包括多個圓錐形凹部132，所述凹部尺寸和構造為能以如第1和2圖所示的表面接觸的方式來容納凸起130。內層124可以分為多個區段410、412、414、416、418、420、422、424、426、428。在所示實施例中，給出10個區段。但是，替換實施例可以具有從一個到十個區段的數量範圍，最有選的數量是五個區段。使用多個區段410-428允許內層124的可壓縮性或剛性能根據顱骨的一部分或區域所需的制定衝擊保護水準來調整。例如，太陽穴區段414、416可與顱骨頂部區段418、420相比更可壓縮。顱骨的太陽穴部分比顱骨的其他部分相比更易受到衝擊傷害的影響，剛性實驗已經表明，顱骨的太陽穴區域是顱骨其他部分強度的一半或三分之一。在本發明的另一實施例中，各個區段的EPS泡沫的密度如下：前區段410、412的密度為30kgm^-3 ，太陽穴區段414、416的密度為25kgm^-3 ，頂部區段418、420的密度為35kgm^-3 ，且後區段422、424、426、428的密度為30kgm^-3 。

根據以上內容，這些區段可以是如第4圖所示的通過邊界線142所限定的周邊形狀或允許鄰接的區段以緊貼配合的方式沿邊界142接合的其他種類的周邊形狀。各個區段的周邊形狀的選擇使得當可壓縮襯裡110組裝時這些區段在可壓縮襯裡110中形成連續的內層124。例如，區段的平面周邊形狀可以是任何數量的多邊的形狀。

在又一實施例中，外層128也可以是帶區段的(未示出)，以使得不同的泡沫密度可以在顱骨周圍用於外層128。該實施例可以允許在顱骨周圍進一步獨立地剪裁衝擊保護區域。該實施例還可以用於例如在兒童和成人之間提供所需的不同程度的保護。外層128可以是帶區段的，其方式類似於對內層124的所作的上述描述。外層128區段的平面周邊形狀可以是也可以不是對應於內層的區段。例如，內層124和外層128區段的邊界線142可以如第1和2圖所示地相對應，或邊界線142可以在內層124和外層128區段之間不連續，如針對第5圖詳細所述的。

在再一實施例中，凸起130和匹配凹部132的密度和尺寸以及整個可壓縮襯裡的尺寸可以在內層124和/或外層128的區段之間變化，以便改變可壓縮襯裡110的壓縮性或剛性性能。例如，與內層124的其他區段相比，太陽穴區段414、416可包括具有減小的基部138直徑的圓錐形凸起130，但是，太陽穴區段414、416與內層124的其他區段相比圓錐形凸起130可具有更大的面密度(areal density)。例如，對於第4圖，前區段410、412可一起具有23個帶有20mm直徑基部138的圓錐形凸起130，頂部區段418、420可一起具有47個也是帶20mm直徑基部138的圓錐形凸起130，後區段一起可具有39個也是帶20mm直徑基部138的圓錐形凸起130，而太陽穴區段可一起具有36個帶有15mm直徑基部138的圓錐形凸起130。此外，這些外周邊140的距離(或相鄰基部138之間的最近距離)可以是從0到20mm，且優選地是5到15mm，取決於區段。凸起130的相鄰頂端136之間的相應間隔可以高達40mm，大多數在25到35mm。

在製造中，通常外層128可以使用模制技術形成在一個或多個片段或區段中。類似地，內層124可以分開地形成在一個或多個片段或區段中。外層128和內層124的片段可以組裝和熔接在一起，以形成適於頭盔或其他衝擊保護應用的可壓縮襯層110。凸起130和凹部132的尺寸、數量和構造可以由製造技術領域技術人員調整，以便能形成可壓縮襯裡。例如，圓錐形凸起130的側面的角度以及頂端136的形狀可以被調整，以取決於特定泡沫類型或所用的其他材料來實現合適的脫模性能。

第5圖是可壓縮襯裡510的另一實施例的截面圖，其示意性地顯示了可壓縮襯裡110、310、510的各個元件的尺寸，以及顯示了用於區段劃分的不連續邊界線142。所給的尺寸可以是示例性的用於上述和下述的各種實施例。可壓縮襯裡510可以具有範圍從20到45mm的厚度524，這取決於應用區域和/或要被保護的顱骨部分。在用於摩托車頭盔的優選實施例中，厚度524在頭盔的太陽穴中是25mm和在頭盔的頂部或冠狀部是42mm厚。對於具有一致厚度的可壓縮襯裡，對於摩托車頭盔來說優選的厚度524可以是30到35mm的範圍。對於用在與馬匹有關的運動中的頭盔，可壓縮襯裡的厚度524可以下降到15到25mm或更優選地具有20mm的一致厚度524。

在第5圖中，外周邊140間隔(在基部138之間)在兩個向內指向的箭頭之間。外周邊140的連結表面126可以是平的或圓弧形的。例如，曲率半徑在0到2.5mm或更大的範圍。因而，凸起130可以覆蓋全部內層124的徑向向外部分，或者間隔開。

在第5圖中，凸起130的頂端136可以通過間隔區域526與外層128的外表面118間隔開。間隔區域526可以具有1到5mm或更大的厚度。在替換實施例中，內層124的凸起130的頂端136可以延伸以與外層128的外表面118毗鄰。對於該實施例，將不再有間隔區域526。

凸起130的頂端136可以是帶頂點的(或尖銳的)、帶有1到2mm範圍曲率半徑的圓角的或簡單地是截頭形的。

第5圖還顯示了被劃分區段的可壓縮襯裡510的實施例，其中內層124和外層128區段之間的邊界線是不連續的。內層124可被邊界線516分成兩個區段512、514。而外層128可在不同的邊界線522處分成兩個區段518、520。

第6圖顯示了第5圖的示例性替換實施例。在第6圖中，間隔區域526被增加，以使得凸起138突出到外層128中達到外層128厚度的大約50%。凸起130穿入到外層128中的範圍可以是從50到100%。外層128的兩個區段518、520之間的相應的邊界線522延伸到對應於增加的間隔區域526。

參見第5和6圖，凸起130可以具有從基部138到頂端136的範圍在約20到25mm的高度。凸起130的基部138可以具有範圍為約15到22mm的直徑或寬度。

在第1、2、5和6圖中，內層124的第一區域134形成薄層，在該薄層上凸起130的基部138聯接起來。第一區域134的厚度可是從5到10mm範圍和或更大，最有選是5mm厚度。

可壓縮襯裡可以用於任何所需的頭盔，包括摩托車頭盔以及建築人員、騎自行車的人、騎馬的人、牛仔表演人、足球運動員、棒球運動員和板球運動員所使用的頭盔。

在再一實施例中，可壓縮襯裡可以是翻新(retro-fitted)到頭盔中，以便改善衝擊保護性。可壓縮襯裡的翻新可以是將頭盔中的所有已有襯裡更換或僅更換頭盔襯裡的特定部分。部分翻新可對於鄰近顱骨太陽穴部分的那些襯裡部分來說特別有用。

泡沫替換例

可用於內層124和/或外層128的替換材料包括彈性的泡沫。彈性泡沫具有的特點是，能使得可壓縮襯裡彈性地壓縮，從而在衝擊之後能回復衝擊前的原始尺寸和衝擊保護性能。彈性泡沫的替換材料可以是合成或天然橡膠，可以是連續的固體或是與例如是空氣、纖維這樣的其他材料的複合體，或是震盪、振動或衝擊吸收設計或製造領域的技術人員所設計或選擇的。

用於可壓縮襯裡的泡沫的其他替換材料可以是黏彈性或觸變性的。這種材料在沒有力或應力施加於其時具有黏性或液體行為，但是，當力施加時，如衝擊時，該材料以彈性的方式起作用，對衝擊力展現出剛性。這種材料的例子是通常被稱為“silly putty”的兒童玩具。使用黏彈性材料的優點是，可壓縮襯裡可以被構造為易於符合人類所具有的各種顱骨(或任何其他身體部分)的形狀，且在衝擊之後充分地回復，以易於重新使用該可壓縮襯裡。

替換的自行車或摩托車頭盔

在用於頭盔可壓縮襯裡的替換實施例中，外層128可以用適當地透明或半透明材料替代。例如，透明或半透明材料可以是黏彈性膠體或半透明合成橡膠材料，其具有適當的可壓縮性和/或剛性。頭盔的外殼116要麼不存在要麼是合適的透明或半透明材料。內層124可以是具有例如黑色發泡聚苯乙烯(EPS)泡沫的不透明材料。這種頭盔可以具有從人頭部突出的許多可見的錐形或矛形物的顯著視覺外觀，即對某些自行車或摩托車騎乘者有美學吸引力的特徵，其仍能對頭盔的穿戴者提供衝擊保護。

車廂襯裡

第7圖示意性地顯示了可壓縮襯裡710用作在承載人的車廂一部分中的車廂襯裡(VCL)。VCL可壓縮襯裡710可以經由附接層714附接到車輛結構712，該結構形成車廂(未示出)的內部。對於轎車來說，車輛結構712可以是車門柱(door pillar)、儀錶板、頂棚或轎車車廂中的任何結構。在車輛車廂中使用VCL可壓縮襯裡710對於客車的側向衝擊撞擊來說具有特別的益處，在這種撞擊下，乘客(或司機)頭部與車輛車廂內部撞擊而頭部受傷存在較高的比例。

VCL可壓縮襯裡710可以經由附接層714永久地固定到車輛結構712，該附接層黏接到可壓縮襯裡710的外表面118。例如，在客車中，附接到側門柱和風擋柱。替換地，VCL可壓縮襯裡710可以可拆卸地且可更換地裝配，這可以對現存的車輛進行翻新。對於可拆卸且可更換的裝配來說，附接層714可以包括諸如Velcro這樣的材料或採用車輛內部裝配領域的技術人員所公知的許多緊固方法中的任何一種。

將VCL可壓縮襯裡710安裝在車輛中可以進一步採用可選的內部裝飾襯裡716，該襯裡附接到VCL可壓縮襯裡710的接觸表面122。內部裝飾層716可以提供美觀的、有觸感的和/或隔音的特性。內部裝飾層716、或舒適襯裡可以用纖維、緩衝泡沫、“包裹氣泡”的塑膠(“bubble wrap”plastic)和/或塑膠打磨襯裡(plastic scuff lining)製造。

可以使用VCL可壓縮襯裡710的車輛的例子包括：民用轎車和卡車、如坦克、飛機等的軍用裝備、航海裝備和空間裝備。另一應用領域是車輛的座椅和頭枕，且應用到特別是飛機和空間裝備可能遇到的嚴重衝擊情況下的這些飛機和空間裝配中。

第8圖是民用客車的內部的剖切視圖。第8圖示意性地顯示了VCL可壓縮襯裡710的應用，其在車廂內部周圍提供了不同的衝擊保護區域。例如，顯示了三個不同的保護區域，具有門窗框810的前立柱和側立柱，前座椅812的後部和儀錶板和中心控制臺814。對於三個區域810、812、814中的每一個，VCL可壓縮襯裡710的外層128可以具有相同的剛性和可壓縮性，而內層124在可壓縮性方面在區域810、812、814之間可不同，以根據轎車的內部車廂襯裡可預見到的每日磨損和撕扯的額外考慮而提供所需程度的衝擊保護。

在VCL可壓縮襯裡710的又一實施例(未示出)中，衝擊保護區域可以進一步劃分。例如，前座椅812的後部可以具有帶內層124區段的較高部分，該部分比用於前座椅812的後部的較低部分的內層124區段相比具有更大的可壓縮性。這種設置可以為未固定的後方乘客的頭部提供更高程度的衝擊保護區域，其中該乘客最易受到前座椅812後部的上部的最初衝擊。前座椅812的後部的較小可壓縮性下部允許增加對於進入和離開乘客車廂後方的後方乘客的腳和腿所磨損的耐久性。

在另一示例性應用中，可壓縮襯裡110的實施例可應用到轎車和卡車的外部前表面，以有助於可能被轎車或卡車撞擊的步行者的衝擊保護。

嬰兒艙和兒童安全座椅

車輛中的可壓縮襯裡的又一實施例是用於通常在轎車、卡車或飛機中使用的嬰兒艙和兒童安全座椅。

嬰兒艙或兒童安全座椅(CSS)可以根據嬰兒或兒童在嬰兒艙或CSS中的軀幹和頭部的位置來併入劃分區段的可壓縮襯裡，以便對嬰兒身體的這些部分提供合適的衝擊保護。換句話說，嬰兒艙或CSS中設置不同衝擊保護區域。通常，可壓縮襯裡可以加到嬰兒艙或CSS的內部，或者是形成完整可壓縮襯裡的多個板件的形式，或者是作為一個單獨襯裡而插入的可壓縮襯裡形式。在另一實施例中，可壓縮襯裡可以形成嬰兒艙或CSS。此外，可壓縮襯裡還可形成保護性側板或護墊，或在另一實施例中可以增加到嬰兒艙或兒童安全座椅的已存在側板或護墊。可選地，可以對嬰兒艙或CSS增加舒適襯裡。

第9圖以透視圖示意性地顯示了用於嬰兒艙的嬰兒可壓縮襯裡910的實施例的例子。嬰兒艙912通過使用嬰兒艙基部916而被固定到成人轎車座椅914，該基部位於成人轎車座椅914中，向後固定的帶子918錨固到車輛結構的適當點。嬰兒(未示出)固定在嬰兒艙912的可拆卸籃子920中。在籃子920中，嬰兒可壓縮襯裡可以被劃分成兩個衝擊保護區域，嬰兒頭部區域922和嬰兒軀幹區域924。在第9圖中，嬰兒可壓縮襯裡910被顯示為是插入到籃子920的結構中的插入襯裡。在優選實施例中，用於嬰兒可壓縮襯裡910的EPS泡沫密度可以是對於上述用於頭盔的密度來說的較低範圍。內層124可以具有15到25kgm^-3 範圍的密度，外層128具有35到45kgm^-3 範圍的密度。為了增加嬰兒頭部的衝擊保護，包括嬰兒可壓縮襯裡910的嬰兒頭部區域922的區段具有的用於內層和外層124、128的EPS密度低於包括嬰兒軀幹區域924的區段。

在嬰兒可壓縮襯裡910的另一實施例中，嬰兒頭部區域922可以是部分頭盔的形式。參見第4圖，嬰兒頭部區域922的形狀可以是近似後區段422、424、426、428和太陽穴414、416所形成的形式，具有相應的外層128的區段。

第10圖是帶有CSS可壓縮襯裡1010的CSS 1012的透視圖。典型地，CSS 1012可以具有基部1014，該基部放置在成人轎車座椅914上。兒童座椅1016在基部1014上，該兒童座椅典型地包括座位、靠背和側護墊。CSS 1012通過使用成人搭接帶座位帶(未示出)和/或到車輛錨固點的額外的固定條帶(未示出)固定到轎車座椅914。CSS可壓縮襯裡1010可以被劃分區段成兩個用於衝擊保護的區域；CSS頭部區域1018和CSS軀幹區域1020。每個區域1018、1020還可以以側護墊(護翼) 1022、1024維爾特點，以將兒童“卡在槽內”或進一步拘束和保護兒童。在第10圖中，CSS可壓縮襯裡1010被顯示為是在兒童座椅1016的結構上的插入襯裡。在優選實施例中，用於CSS可壓縮襯裡1010的EPS泡沫的密度可以是如上所述的嬰兒可壓縮襯裡910。

身體盔甲

可壓縮襯裡110的實施例的另一應用區域是其用在身體盔甲中，包括保護背心。對於諸如摩托車駕駛、牛仔表演、足球、橄欖球、板球、棒球這樣的涉及衝擊的運動中，保護背心和襯墊形式的身體盔甲通常穿在身體周圍。身體盔甲可壓縮襯裡具有適於在運動中實現衝擊保護的實施例。例如，身體盔甲可壓縮襯裡可以具有合適於運動的減小的厚度524，在5到30mm的範圍。選擇用於身體盔甲可壓縮襯裡的材料可以是彈性的且強韌的，使得可壓縮襯裡能在許多次衝擊中耐用。

對於防彈身體盔甲(ballistic body armour)，身體盔甲可壓縮襯裡可以與防彈盔甲結合使用。身體盔甲可壓縮襯裡在防彈盔甲對衝擊飛行物的反作用中吸收防彈盔甲的衝擊力。

第11圖是帶有身體盔甲可壓縮襯裡1110插入物的保護背心1112的前正視圖。保護背心1112可以具有Velcro肩部凸片1114，以輔助穿戴者穿上和脫下保護背心1112衣服。胸部1116和腹部1118可壓縮襯裡1110區段作為板狀件顯示為插入到保護背心1112中，其中虛線1120表示用於保護背心1112衣服前部的每個區段1116、1118的延長部。腹部可壓縮襯裡1118區段與胸部可壓縮襯裡1116區段相比可以提供更高程度的衝擊保護，因為腹部所不具有的、胸部中的胸廓(rib cage)能對內部器官提供一定程度的保護。

高價值物品的保護

可壓縮襯裡的另一應用領域可以是諸如貨物、電子裝置、易碎結構、動物、植物等高價值物品的保護。可壓縮襯裡的實施例可以在貨物運輸中用於保護高價值物品。其他的實施例可以併入到軍用裝備、飛機和航太飛行器，用於保護敏感設備，以在這種裝備面臨災難性衝擊的情況下改善設備的耐受性。

可壓縮襯裡的性能

上述實施例中的可壓縮襯裡的性能可以在以下的描述中得到進一步理解，以下描述涉及本領域技術人員如何與可壓縮襯裡的相對性能一起評估衝擊保護設備和方法的性能。通過參考和示例，在下文中併入：在www.atsb.gov.au上，於2007年7月公佈的，Australian Transport Safety Bureau(ATSB)的“Improved Shock Absorbing Liner For Helmets”。

可壓縮襯裡提供了對人體所需部分的衝擊的最初低等級抵抗，例如當摩托車騎乘人頭盔衝擊地面時摩托車頭盔的顱骨部分。隨著衝擊進行，可壓縮襯裡提供的抵抗程度以受控的方式增加，以使得在整個衝擊過程中發生顱骨和大腦(繼續前面的例子)的受控減速。在以下的描述中，將使用摩托車頭盔中帶有EPS泡沫材料的可壓縮襯裡的示例性實施例，但是應理解類似的描述可適用於以上和以下描述的可壓縮襯裡的其他實施例。

具有相對可壓縮性不同的材料的內層124和外層128的可壓縮襯裡的特定結構使得在衝擊中可壓縮襯裡被壓縮或擠壓時可壓縮襯裡提供連續且逐漸的可壓縮性和/或剛性變化。

可壓縮襯裡的特定結構還使得其能以減小的頭盔總品質而容易地製造，特別是，與單一泡沫密度的頭盔相比。這是在衝擊過程中降低頭部和頸部旋轉加速效果方面的優點。

衝擊-持續時間(減速時間)

可壓縮襯裡提供延長的受控壓縮和擠壓，以便延長衝擊發生的時間段。人顱骨或任何其他身體部分可以隨後更逐漸地減速至停止。可壓縮襯裡的擠壓、或變形時間可以按照高達或超過比單一泡沫密度襯裡時間多20%的時間來發生。在其他術語中：因為因可壓縮襯裡的作用顱骨的減速較慢所以轉移到顱骨的衝擊力降低。

擠壓

擠壓使之在衝擊過程中於顱骨伸入到可壓縮襯裡。可壓縮襯裡的壓縮消散了衝擊的能量。可壓縮襯裡可以擠壓高達或超過單一密泡沫密度構造的襯裡的10%。

破碎

EPS泡沫襯裡的壓縮過程中板狀破碎(slab cracking)或弧形破碎(arc cracking)是衝擊保護的一個常見部分。弧形破碎是與顱骨進入到泡沫襯裡有關的周邊表面裂縫線。板狀破碎是在進入泡沫襯裡的伸入區域中穿過泡沫襯裡的整個厚度方向的裂縫。板狀破碎在單一密度泡沫襯裡中很常見且應是被避免的，因為泡沫襯裡提供的衝擊保護此時已經開始失效。

可壓縮襯裡不會在衝擊測試中展現出板狀破碎。對於可壓縮襯裡來說，弧形破碎顯著降低。弧形破碎的降低可以部分地因為與通常所使用的泡沫密度範圍在45到90kgm^-3 的單一密度泡沫襯裡相比內層124使用了較低密度的泡沫。較低密度EPS泡沫比較高密度EPS泡沫會以塑性和/或彈性方式而更易屈服，因此較低密度泡沫內層124不太容易呈現弧形破碎。此外，使用較低密度泡沫用於內層124允許可壓縮襯裡的接觸表面122比單一密度泡沫襯裡更好地符合顱骨。因而，衝擊力在顱骨的更大區域上更加均勻地分佈，這是一種有利的特徵。

峰值減速(衝擊能量衰減或震盪衰減，“g-力”)

澳大利亞和新西蘭國家標準要求，在一類模擬衝擊中頭盔內經歷的峰值減速必須小於300g(“g”是9.8ms^-2 的重力加速度)。類似的標準存在於北美和歐洲。可壓縮襯裡的峰值減速在所有被測試情況下比傳統單一泡沫密度襯裡更低，且低於澳大利亞和新西蘭的指令性國家標準要求。

旋轉力

頭盔中的可壓縮襯裡質量對事故中頭部受到的旋轉力有貢獻。對於頭盔和可壓縮襯裡來說輕質是安全方面的優點，以便降低與旋轉力有關的傷害。帶有單一密度泡沫襯裡的頭盔－－在上述其他性能測試方面其會與可壓縮襯裡的等效例類似地發揮功能－－顯著地較大且較重。這是因為單一密度泡沫襯裡必須較厚且具有較低的單一密度泡沫，導致形成額外的襯裡品質以及頭盔的較大且較重的外殼。

對於上述描述應理解，儘管內層124與外層128相比需要更可壓縮和/或具有較低的剛性，但是凸起130和凹部132的構造可以顛倒，以使得凸起與外層128關聯且凹部與內層124關聯，以使得本發明仍能實現。在另一實施例中，連結表面126可以是對稱的，以使得內層124和外層128都具有凸起和凹部且處於使得內層124在連結表面126處與外層128接合的結構。但是，在所有構造中，如上所述和如下所述的，內層124的可壓縮性比外層128的可壓縮性更大。或者，在剛性方面，內層124的剛性比外層128的剛性更小。

應理解，上面給出的和後面給出的可壓縮襯裡的尺寸、容量和材料僅是所述實施例的例子。它們所給出的尺寸、容量和材料還可經本領域技術人員選擇或設計，例如用於其他的衝擊保護應用。

第12圖示意性地顯示了雙可壓縮襯裡1210的截面圖。雙可壓縮襯裡1210是第5圖所示的可壓縮襯裡510的替換實施例。雙可壓縮襯裡1212是在外表面118處連結在一起的兩個可壓縮襯裡510，以形成新的連結部1212。雙可壓縮襯裡1210可以在諸如接觸運動這樣的應用中使用，該運動中在參與者之間常見地會有強烈的身體衝撞。在這種情況下，需要的是，當兩個參與者彼此衝擊時，兩個參與者獲得內層124的最初低抵抗的益處。另一例子是在敏感結構、或物品之間使用雙可壓縮襯裡1210，以使得兩個結構都獲得內層124的益處。雙可壓縮襯裡1210還可以是帶區段的(未示出)，以如上所述提供不同的衝擊保護區域。

連續的襯裡(continuum liner)(未示出)可以構造有與可壓縮襯裡類似或比之更優越的性能。連續襯裡可以包括以第一材料的所需形狀(例如頭盔)製造的襯裡。第一材料可以是高度可壓縮的和/或具有低的剛性，例如黏彈性膠體。然後需要的是，在襯裡的厚度上、沿從頭盔的內側到頭盔外側的方向產生降低可壓縮性(增加剛性)的效果。為了應用這種增加的剛性梯度，第一材料可以以連續的方式轉變為第二材料。在第二材料具有比第一材料更低的可壓縮性(更大的剛性)的情況下，第二材料和第一材料在整個連續襯裡上存在各種比例，以便產生所需的剛性梯度。

第二材料可以通過多種過程來製造，包括：

‧電離輻射(ionising radiation)以便將第一材料的分子交聯到各種交聯程度，以形成第二材料。

‧化學試劑，按各種程度將第一材料轉變為第二材料。

電離輻射或化學試劑可以應用到由第一材料製造的頭盔形體或其他形體的外部。從第一材料轉變為第二材料的程度通過跨過連續襯裡厚度的深度變薄(depth attenuation)的程度來仔細地控制。

以類似地方式，針對第一材料的頭盔形體施加的電離輻射或化學試劑的程度可以被控制，以賦予頭盔形體所需的不同程度的衝擊保護區域。對於帶有一些衝擊保護區域的替換實施例來說，每個區域的各個區段之間的邊界可以不是不連續的邊界線而是因用於將第一材料轉變為第二材料的特定技術造成的梯度部分。

不同類型的自行車頭盔(未示出)可以製造為沒有外層128的存在。對於這種頭盔，內層124的凸起130的頂點136連接到外殼116。頭盔設計和製造領域的技術人員可以選擇合適的一種或多種材料來形成內層128，以使得讓這種不同的自行車頭盔滿足合適的安全標準。例如，內層124的EPS泡沫密度可以是如上所述的或是按照如上所述的連續襯裡轉變為兩種材料。在不同的自行車頭盔的另一實施例(未示出)中，外殼116可以與內層124的外表面符合，以便以圓錐形凸起的形狀形成硬的外層。

使用設置了不同衝擊保護區域的劃區段的襯裡與不劃區段的構造相比可以顯著降低襯裡的重量。在不需要對所施加的力有很高抵抗的情況下，通過使用降低密度的材料可以實現重量節省。在劃區段頭盔襯裡的情況下，頭盔的重量可降低高達20%，這對於穿戴者來說有顯著的益處。

本發明的襯裡可以是穿通的或帶孔的，以提供非保護區域，例如允許透氣的開口。這種結構對於頭盔等來說特別有用。

在本發明的實施例中，多個層中的一個－－特別是內層－－以條帶的形式通過板件構成，該條帶在其上具有凸起或凹部，用於與另一層協作插入到孔中。條帶例如可以包括單行的凸起，且模制有彎曲部，以適應另一層，例如在頭盔中需要。

多個這種條帶可以形成插入件的一部分且模制有鑄道(sprue)以連接它們。鑄道可包括凸起所突出的材料層，且典型地是一個模制部。在一個實施例中，鑄道橫向於條帶的一般方向延伸。該實施例特別適用於頭盔，因為條帶之間的間隙可以與常用的透氣開口對準。

儘管本發明已經在被認為是較特別且優選的實施例中進行了顯示和描述，但是應理解，在本發明的範圍內可作出改變，這些改變不應限制在本文所述的細節，而是應根據所附申請專利範圍的所有範圍來包含任何和所有等效的元件、裝置和設備。

在本說明書中，詞語“包括”應理解為是“開放”的含義，即“包含”，且不應理解成是“僅由......構成”這樣的“封閉”的含義。在相應的詞語“包括”出現之處也屬於相應的含義。應進一步理解，本文中對已有技術的引用除了有相反的描述外不構成對這種本發明有關的且本領域技術人員公知的已有技術的任何承認。

110、310、510．．．可壓縮襯裡

112．．．頭盔

114．．．人

116．．．硬質外殼

118．．．外表面

120．．．舒適襯裡

122．．．接觸表面

124．．．內層

126．．．連結表面

128．．．外層

130．．．凸起

132．．．凹部

134．．．第一區域、凸起

136．．．頂端

138．．．基部

140．．．外周邊

142．．．線、邊界

144、146、148、150、210、212、214、216、410、412、414、416、418、420、422、424、426、428、512、514、518、520、810、812、814、1018、1020．．．區段

414、416．．．太陽穴

524．．．厚度

526．．．間隔區域

516、522．．．邊界線

710．．．VCL可壓縮襯裡

712．．．車輛結構

714．．．附接層

716．．．內部裝飾襯裡

810．．．門窗框

812．．．前座椅

814．．．中心控制臺

910．．．嬰兒可壓縮襯裡

912．．．嬰兒艙

916．．．嬰兒艙基部

914．．．轎車座椅

918．．．帶子

920．．．籃子中

922．．．嬰兒頭部區域

924．．．嬰兒軀幹區域

1010．．．CSS可壓縮襯裡

1012．．．CSS

1014．．．基部

1016．．．兒童座椅

1022、1024．．．側護墊(護翼)

1110．．．可壓縮襯裡

1112．．．保護背心

1114．．．凸片

1116．．．胸部

1118．．．腹部

1120．．．虛線

1210．．．雙可壓縮襯裡

1212．．．連結部