头盔制造技术

本发明专利技术涉及头盔，包括壳体；和当头盔被穿戴时设置在壳体和头部之间的力重定向构件，该构件构造为将撞击壳体的力重定向到与壳体上的撞击的原始方向不同的方向。本发明专利技术还涉及一种降低戴头盔的人受伤风险的方法，当头盔受到具有第一矢量的特定方向的特征的力的撞击时，其由旋转力引起，该方法包括将力重定向到具有第二矢量的不同方向，其中选择第二矢量的方向以降低与头部在第一矢量方向上的加速相关的特定损伤的风险。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】头盔相关申请的交叉引用本申请要求2016年2月2日提交的美国临时申请号62/290,251的优先权，其通过引用全部并入本文。领域本专利技术涉及用于保护头部免受撞击的头盔和减少由撞击引起的头部损伤的方法。专利技术背景头盔的主要目的是保护使用者的头部和大脑免受伤害。头盔通常包括坚硬的外部壳体和能量吸收衬垫或内层。外部壳体设计成分配力的载荷，以便接合更大体积的能量吸收衬垫。能量吸收衬垫通常包括柔顺材料，该柔顺材料通过使用材料的弹性和/或可压缩特性扭曲和吸收冲击或通过材料破裂粉碎和吸收能量来吸收冲击能量。头部受伤通常是由作用在头部上的线性和/或旋转力引起的。某些类型的头部损伤，如颅骨骨折和颅内出血，通常与线性加速度有关。如脑震荡和硬膜下血肿等损伤被认为与角加速度更密切相关。常规头盔主要设计用于管理线性力并且在管理剪切力或旋转力方面效果较差。这成功地减轻了如颅骨骨折和颅内出血等与线性力相关的损伤，但在减少与旋转或剪切力更密切相关的脑震荡等伤害方面成功率较低。已经开发并提出了旨在管理旋转运动的解决方案，例如，在头盔上覆盖光滑的表面材料，从而减小头盔表面和撞击物体之间的摩擦。其他解决方案包括在头部和头盔之间采用低摩擦材料的悬挂系统，或在壳体和衬垫之间或其他材料层之间提供由凝胶、液体或其他软材料组成的隔间，以使外部壳体独立于衬垫或使用者的头部旋转和/或水平滑动。然而，这些类型的传统解决方案可能不足以防止在某些方向受到冲击的情况下的脑损伤，例如，在撞击点处直接垂直于头盔表面的撞击-在这种情况下，撞击力将传递到头部而不会改变力的方向。虽然线性力和旋转力通常一起发生，但每个力的大小和方向取决于相对于头部几何形状的冲击的能量、位置和方向。头部的线性和旋转加速度的方向在脑组织上产生的力可导致脑损伤，包括脑震荡、硬脑膜下和颅内出血。力的方向和与伤害相关的合成加速度特定于撞击头部的位置。人体头部形状是不规则的。作为参考，可以使用在公共点处相交的一系列解剖平面来划分头部。图1a和1b所示为人头部的前平面(正面)、矢状面和水平面的示意图。前平面被定义为在头部的左侧和右侧(顶叶)之间横向延伸的垂直平面。矢状面定义为从头部(前额)的前部纵向延伸到头部的后部(枕骨)的垂直平面。水平面定义为垂直于头部垂直轴的平面。三个轴被定义为垂直轴V、横向轴T和纵向轴L，其中各个轴在相应平面的相同交叉点处相交。人脑是由多种个体结构组成的复杂器官，包括大脑皮质、小脑、胼胝体、丘脑、脑干、白质、灰质、血管系统、结缔组织和脑脊髓液。个体结构有助于复杂和交互的大脑功能。这些结构会造成不均匀的物质分布，从而改变大脑对受伤的脆弱性。脑组织上力的方向和大小可能会导致大脑特定部位受伤的风险程度不同。因此，大脑对所施加的加速度的方向是敏感的。有效管理已知会产生高水平脑损伤的加速度是有利的。这方面的一个例子是大脑在前平面加速过程中的震荡性损伤以及在矢状面加速期间大脑对硬膜下血肿的脆弱性。图2a和2b所示为动态响应曲线，分别描述了在撞击头部(使用混合III头型建模)的左前凸起(太阳穴)之后的头部的线性和旋转加速度。x，y和z分量反映特定方向的线性或角加速度，如下所示：x)x分量表示沿头部前平面的加速度。这种运动是由于对头部的侧向冲击而产生的，并且倾向于引起横向(侧面)运动和/或围绕纵向轴线L旋转。y)y分量表示沿头部矢状面的加速度。这种运动是由于对头部前部或后部的冲击而导致围绕横向轴线T的纵向移动和/或旋转。z)z分量表示沿头部水平面的加速度。这种运动是由于对头部的水平冲击而产生的，并且倾向于引起绕垂直轴线V的旋转。如这些曲线图所示，头部的动态响应是撞击发生的具体位置、力的方向以及头部在该特定位置的几何形状和整体形状的函数。如所示，撞击事件的持续时间可以跨越大约4毫秒的相对时间。在某种程度上，头部的不同损伤是相对于头部的撞击位置和方向的函数。如果围绕轴T进行高旋转加速度，则存在更大的硬膜下血肿风险。如果绕轴L进行旋转加速度，则出现脑震荡的风险较高。在每个平面(前平面、矢状面或水平面)中发生的加速度(即，分量)的比例取决于撞击的位置和方向。当具有大小和方向的冲击力施加到壳体时，头部将在与入射力方向一致的方向上经历线性加速。头部还将经历围绕轴L、T和V中的一个或多个的旋转加速度，其中每个平面中的加速度的比例将取决于撞击的位置和方向。图3a-c所示的是撞击传统头盔(由外部壳体和泡沫插件制成)的力以及佩戴传统头盔的头部所经历的线性和旋转加速度。在图3a-b中，示出的力在头部侧面撞击传统头盔，然后使头部在平行于前平面的平面内线性加速，并沿前平面和绕轴线L旋转。在图3c中，省略了图3a-b中的头部以更清楚地显示由力对冲击头部侧面产生的线性和旋转力。在图3a-c中，撞击力导致头部围绕轴线L的旋转加速度，这导致更高的脑震荡风险。概要在一个方面，本专利技术公开了一种头盔，其可以通过独立地管理与头部的每个位置处的损伤相关联的力来降低诸如脑震荡和硬膜下血肿的损伤风险。头盔及其部件可响应于撞击的大小、方向、位置和/或持续时间而降低受伤风险。由于头部的每个位置都具有特定的响应特性，这些特性需要为该特定位置设计的保护装置的独特特征，以便更好的管理相互作用的力，尤其是由于撞击头部而产生的旋转力，头盔根据头部位置和力，特别是旋转力的方向来区分撞击。提高在一个或多个方向上管理头部加速度的有效性预计会降低某些特定伤害的风险。在一个方面，本专利技术公开了一种头盔，其具有位于壳体和使用者头部之间的更多或更多个力重定向构件，其重定向冲击力以降低某些头部受伤的风险。力重定向构件被构造为重定向撞击头盔壳体的撞击，使得头部受到相对于撞击方向的不同方向的力。在一些方面，力的重定向通过各种手段实现，包括使用特定材料、构造、几何形状和力重定向构件在头盔上的定位。在一个方面，本专利技术公开了一种头盔，包括：壳体；和力重定向构件，设置在壳体和头部之间，当头盔被穿戴时，该构件构造为将撞击壳体的力重定向到与壳体上的撞击的原始方向不同的方向。根据一个方面，力重定向构件包括具有入射表面的主体，该入射表面相对于覆盖力重定向构件的头盔表面的切线成锐角设置。根据一个方面，主体包括楔形物。根据一个方面，主体包括具有第一特性的第一材料和与第一材料不同的第二材料的复合结构。根据一个方面，第一和第二材料在弹性、可压缩性和刚度中的任何一个方面都是不同的。根据一个方面，该构件关于两个正交对称平面基本对称。根据一个方面，头盔包括分布在头盔周围的多个位置处的多个力重定向构件。根据一个方面，多个力重定向构件沿着头盔的区域分布，当头盔被佩戴时，该区域基本上与头部的矢状面对齐。根据一个方面，力重定向构件重定向力，使得合力包括戴头盔时与水平面平行的第一方向矢量分量以及与头部正面平行的第二方向矢量分量。根据一个方面，多个力重定向构件沿头盔的区域分布，当头盔被佩戴时，该区域基本上与头部的前平面对齐。根据一个方面，力重定向构件重定向力，使得合力包括戴头盔时与水平面平行的第一方向矢量分量和与头部矢状平面平行的第二方向分量。根据一个方面，力重定向构件设置在壳体和头盔衬垫之间。根据一个方面，力重定向构件保持在充满流体的囊内。根据一个方面，力重定向构件包括可压缩构件，其在壳体和使用者的头部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种头盔，包括：壳体；和至少一个力重定向构件，当头盔被佩戴时设置在所述壳体和头部之间，该构件构造为将撞击所述壳体的力重定向到与所述壳体上的撞击的原始方向不同的方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.02 US 62/290,2511.一种头盔，包括：壳体；和至少一个力重定向构件，当头盔被佩戴时设置在所述壳体和头部之间，该构件构造为将撞击所述壳体的力重定向到与所述壳体上的撞击的原始方向不同的方向。2.如权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述力重定向构件包括具有入射表面的主体，所述入射表面相对于覆盖所述力重定向构件的头盔表面的切线成锐角。3.如权利要求2所述的头盔，其特征在于，所述主体包括楔形物。4.如权利要求2或3所述的头盔，其特征在于，所述主体包括第一材料和不同于所述第一材料的第二材料的复合结构。5.如权利要求4所述的头盔，其特征在于，所述力重定向构件关于两个正交对称平面基本对称。6.如权利要求1至5中任一项所述的头盔，包括分布在所述头盔周围的多个位置处的多个所述力重定向构件。7.如权利要求6所述的头盔，其特征在于，所述多个力重定向构件沿着头盔的区域分布，当头盔被佩戴时，所述区域基本上与所述头部的矢状面对齐。8.如权利要求7所述的头盔，其特征在于，所述力重定向构件重定向力，使得当佩戴头盔时不同的方向由平行于水平面的第一方向矢量分量和平行于头部的前平面的第二方向矢量分量组成。9.如权利要求6所述的头盔，其特征在于，所述多个力重定向构件沿着所述头盔的区域分布，当所述头盔被佩戴时，所述区域基本上与所述头部的前平面对齐。10.如权利要求9所述的头盔，其特征在于，所述力重定向构件重定向力，使得当佩戴头盔时不同的方向由平行于水平面的第一方向矢量分量和平行于头部的矢状平面的第二方向分量组成。11.如权利要求1至10中任一项所述的头盔，其特征在于，所述力重定向构件设置在所述壳体和头盔衬垫之间。12.如权利要求1至11中...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·B·星崎，
申请(专利权)人：T·B·星崎，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA