带独立单元的吸震层制造技术

本发明专利技术的头盔吸震层包括一个底板和多个间隔设置的独立且可弹性收缩的吸震组件。这些中空的吸震组件限定了一个封闭围墙，该封闭围墙由底板向上延伸至一开口顶端，顶端的尺寸大小设计成可使从吸震组件流出的流体轻微地减少。封闭围墙包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有相互背对的形状均为平截头体的内表面和外表面，所述第二部分也具有相互背对的形状均为平截头体的内表面和外表面。这些内表面通过各自的平截头体的径向较宽端相互连接，两个内表面之间形成一个小于180度的内角。这些外表面通过各自的平截头体的径向较宽端相互连接，两个外表面之间形成一个大于180度的外角。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术公开了一种防护头盔的吸震层，更具体的说，涉及一种包括多种吸震特征的吸震层，用于减少冲击能量并保护头盔佩戴者免于受冲击时由线加速度和角加速度带来的伤害。
技术介绍
在运动或其它体育活动时，人们常佩戴头盔用于保护大脑免受冲击力和/或加速度的伤害。以冲击力裳减技术的不同来划分，头蓝一般分为两种:单次冲击头蓝和多次冲击头盔。任何头盔在设计上的限制一般包括整体的尺寸、重量、设计理念的美学商业能力，以及符合特殊种类头盔相关的所有适当冲击力控制标准。用于例如自行车运动、高山运动和摩托车运动的单次冲击头盔，其吸震单元常常在冲击力作用下永久变形。用于例如曲棍球、长曲棍球和足球运动的多次冲击头盔，其吸震单元设计成可承受多次冲击却只有很小甚至不出现任何永久变形。一些多次冲击头盔使用乙烯基腈(VN)或发泡聚丙烯(EPP)。这些材料呈现出受多次冲击后性能减退的性能，这是因为每次受冲击后会引起轻微的塑料变形，这种变形可能会导致被冲击区材料的厚 度减小而材料密度增大，进而使材料变得更硬，可能最终导致能量消耗监控能力下降。其它已知的多次冲击头盔包括一带有可压缩元件的吸震层，这些可压缩元件内容纳一种流体，例如空气，除了当元件被压缩时，会有一条允许流体逸出的小通道之外，这些元件都是封闭的。元件的结构通常是这样，在冲击的开始阶段可以抵抗压力，其通道对流体的高速运动起堵塞作用；然后，流体慢慢从通道排空，元件进一步地被压缩。然而，要适用此原理，还需要每个元件具有相对大的尺寸，这样元件内的流体量可产生对抗冲击力的阻力。但使用大的元件可能会阻止吸震层在头盔中的最优化分布，进而妨碍其达到适当的全面保护。由于当时测量技术的不足，在之前的研究中常常可以看到，线加速度和角加速度与冲击力下头部损伤标准紧密相关；这使得科学家们仅仅关注线加速度以确定头部损伤阈值，因为它是两种加速度中较为容易测得的。这样，至今头盔的标准仅仅是测量线加速度作为它们的合格/不合格标准，而不提及角加速度。新的研究似乎表明，在一定的冲击力情况下，角加速度可能与线加速度差别很大，且如果控制不当，它将潜在地甚至吸引更大的冲击力而导致更大的损伤。例如，当一个物体受到冲击力，而其中心不受冲击力，角加速度可能会非常大甚至占据主导地位，这样会造成更大角度地旋转，这是在所有需使用头盔保护的体育运动中非常可能发生的情景。一般来说，当吸震单元的密度、硬度和厚度或高度发生变化，就能得到成比例的线性冲击力控制特性。然而，已知的典型吸震单元几乎没有角加速度冲击力的衰减。例如，一种已知的冲击技术使用多个通过带子相连的吸震组件。带子通常允许在组件之间传递负荷，因此当相互连接的组件收缩时，横向替换就受到限制。带子也增大了弯曲管状组件的阻力，这样可能就阻止了角加速度冲击力的适当衰减。因此，需要进行一些改进。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种改进的吸震层，尤其适用于多次冲击头盔，而且也适用于其它头盔和/或其它种类的运动器械。因此，本专利技术提供了一种头盔的吸震层，该吸震层包括:一个底板；和多个彼此分离设置于底板上并与之相连的吸震组件，每个吸震组件是独立的且可弹性收缩的，以便至少能部分地吸收作用于头盔的冲击力负荷，吸震组件是中空的且限定了一个封闭围墙，该封闭围墙由底板向上延伸至一开口顶端，开口顶端的尺寸大小设计成可使从吸震组件流出的流体流量轻微地减少，每 个所述吸震组件的封闭围墙包括至少一个墙体部件，每个墙体部件都具有:一个第一部分，它具有形状均为平截头体的背对设置的内表面和外表面；和一个第二部分，它从第一部分向上延伸且与之一体成型，第二部分具有形状均为平截头体的背对设置的内表面和外表面，其中第一部分和第二部分的内表面通过它们各自的平截头体的径向较宽端相互连接，在第一部分和第二部分的内表面之间限定了一小于180度的内角，且第一部分和第二部分的外表面通过它们各自的平截头体的径向较宽端相互连接，在第一部分和第二部分的外表面之间限定了一大于180度的外角。本专利技术还提供了一种头盔的吸震层，该吸震层包括:一个底板；多个彼此分离设置的且独立可收缩的第一吸震组件，该第一吸震组件是中空的且具有从底板延伸至一开口顶端的封闭围墙，该封闭围墙限定了至少一个墙体部件，该墙体部件具有一径向向外弯曲的形状，它形成一个发散-收敛式的墙体外形，限定出径向较窄的上端和下端以及径向较宽的中间部分，形成第一吸震组件最大宽度的墙体部件的径向较宽中间部分，位于开口顶端和底板之间；和一个第二吸震组件，该第二吸震组件从每个所述第一吸震组件的封闭围墙内部的底板上延伸而来，且与第一吸震组件相互独立。进一步地，本专利技术提供一种运动头盔，包含:一外壳；和一吸震层，该吸震层包括一个底板和多个彼此分离设置的独立作用的中空吸震组件，这些吸震组件是弹性可收缩的，以便至少能部分地吸收头盔上的冲击力负荷，吸震组件从底板的外表面延伸而来且仅穿过底板与之相互连接，所述吸震组件带有一开口顶端，该开口顶端与外壳的内表面相连，且其尺寸大小设计成可使从中空组件流出的流体流量轻微地减少，吸震组件包括一具有至少一个墙体部件的封闭围墙，每个所述墙体部件都有第一部分和第二部分，该第一部分包括背对设置的且均为平截头体形状的内表面和外表面，该第二部分是由第一部分向上延伸而来，具有背对设置的且均为平截头体形状的内表面和外表面，其中第一部分和第二部分的内表面通过各自平截头体的较大端相互连接，且第一部分和第二部分的外表面通过各自平截头体的较大端相互连接。附图说明以下是附图的说明，通过本专利技术的典型实施例来加以阐述，其中:图1是某一实施例的吸震层立体图；图2是图1的吸震层的一个吸震单元立体图；图3是图2的吸震单元的侧剖视图；图4是另一实施例的一个吸震单元立体图；图5是图4的吸震单元沿5-5线的侧剖视图；图6是图4的吸震单元沿6-6线的侧剖视图；图7A图4的吸震单元顶部截面示意图；图7B-7C是不同实施例的吸震单元的顶部截面示意图；图8是另一实施例的吸震单元的侧剖视图；图9是带有图1的吸震层的头盔侧剖视示意图。具体实施方式图1是本专利技术的一个实施例的吸震层10。如图9所示，吸震层10作为防护头盔8的内部结构的一部分来使用，例如用于运动，如曲棍球、长曲棍球、足球、摩托车运动、雪上运动、摩托车运动和/或自行车运动。头盔8可以是多次冲击头盔，或单次冲击头盔。然而，作为一种替换方式，带有吸震层10的头盔8也可用于其它类型的运动或非运动的应用中，例如在建筑业中的防护头盔或“安全帽”。头盔8的吸震层10可以被夹于内部缓冲层11和头盔的坚硬外壳13之间，内部缓冲层11可由泡沫材料制成，头盔的坚硬外壳13可由硬质塑料制成，尽管可以另外附加一些其它的防护型、装饰型或提高舒适度的层或单元。虽然图示的缓冲层11是连续的，但它也可以由多个分开的部件组成，这些分开的部件之间可以是相互邻接、相互间隔、部分重叠或前述情况的任意组合。虽然图示的外壳13是连续的，但它也可以由两个或多个分开的部件组成，例如，它具有一个前外壳部分和一个后外壳部分，通过其中一个滑入另一个来调节尺寸。吸震层10也可以由多个共同作用的分开的部件组成，这将在下面进一步地说明。头盔也可能具有其它的形状。再参照图1，吸震层10包括一底板12，和从底板12上延伸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.06 US 61/390,244书中，“流量轻微地减少”也包括即使流量不减少时的情况。因此，受压时流出第一组件16的流体是自由的，或实质自由的。因此吸震单元14并不依赖其中容纳的流体进行冲击力控制。在某实施例中，第一组件16的高度H和它的最大宽度W (由底部部分和顶部部分18、20之间的连接部位限定出)之比，最小为1，即高度H最小与最大宽度W相等。在所示的实施例中，高度与最大宽度(由于底部和顶部18、20是截锥形，或称最大直径)之比H/W大约1.28。[0037]在轴向负荷作用下，由于墙体22的径向向外弯曲的形状限定了第一组件16的封闭围墙，当超过它的临界负荷时，其以一种可控的方式收缩。在不可控的压弯情况下，轴向负荷施加于圆柱体上，并利用一种可抗冲击力的弹性材料，该材料通常会向其自身收缩；不可控的收缩常常会导致丧失对冲击力的有效衰减度，且可能造成非期望的圆柱体永久变形。为避免材料的压力，第一组件16径向向外延伸，而不是在冲击力下向其本身收缩。这种延伸通过使冲击力控制一致性的提高和第一组件收缩性的提高，使得冲击力衰减控制最优化。墙体22的厚度为其达到抵抗线性负荷的期望值作好准备。因此底板12上的相邻吸震单元14之间的距离选定为可使得由冲击力带来的径向延伸不相互影响。在切向负荷例如由角加速度导致的负荷作用下，每个第一组件16可自由地独立发生形变，因为单元14之间除通过底板12连接之外相互不连接。角加速度通常会造成组件16顶部的切向负荷，且每个组件16都近似或实质近似于悬臂梁那样发生偏斜，即在距离悬臂梁锚点最远端的位置承受负载。悬臂梁的偏斜度可以表达为:y=Fl3/3EI其中F是作用的切向负荷，I是悬臂长度，E是材料的弹性模量，I是二次惯性矩。这样，影响梁的偏斜或弯曲的变量是长度1，对于组件16而言相当于高度H，和二次惯性矩I。一般情况下，组件16的高度H由头盔可通过标准冲击力测试的能力和头盔的市场能力来决定，这是因为更大尺寸的·头盔可能会由于美观方面的原因在商业上并不成功。这样，当组件16的高度H为了达到可吸收切向冲击力时所期望的偏斜，在大部分情况下，组件16的特性中成为吸收切向冲击力的主要变量的是惯性矩I。因此，组件16的形状、墙体的厚度以及高度对最大宽度的比H/W的选择可以得到能提供对切向负荷抵抗力期望值的惯性矩I。底板12上的相邻吸震单元14之间的距离也经过选择，使得它们在受到切向负荷时引起的偏斜下不相互影响。因此吸震单元14允许通过第一组件16的高度与最大宽度之比H/W的最优化，以及第一组件16的墙体厚度来控制角加速度，通过第一组件16的墙体厚度和墙体角度的最优化来控制线加速度。图示的实施例中，底部部分和顶部部分18、20的表面24、26、28、30之间的角Θ ^的选择可使至少在当第一组件18不受压时(例如处于自然状态或静止状态)，第一组件16的墙体22包括延伸贯穿于第一组件16的整个高度的管状部分材料，如图3的标号38所示。管状部分材料38的(与墙体22的其余部分并无区别)在轴向负荷下的行为像一个薄壁柱，而且这样可以一直提供初始冲击负荷控制，直至达到这个柱子的临界屈曲负荷。然而，这一连续的管状部分材料38可能并不出现，即在特定情况下，角Qtl更大且角01更小时。可能包括，但不限于，吸震层10所需的抵抗力足够低和/或第一组件16使用的材料的抵抗力足够闻的情况。图示的实施例中，吸震单元14还包括环绕第一组件16的开口端32的边沿36，当轴向和/或切向负荷作用于单元14时，它具有硬化特性，阻止墙体22径向向内收缩。该硬化特性使得以设计最优化和重量降低为目的而使用薄壁结构得到准许；在第一组件16的墙体22的厚度足以保证收缩受控的情况下，边沿36可省略。图示的实施例中，边沿36环绕第一组件16的墙体22且仅由其径向向外延伸而来。作为一种替换方式，该边沿也可以仅由墙体径向向内延伸而来或由其径向既向内延伸又向外延伸而来，且可以是其它的形状，例如在墙体22的顶部限定一个锥形截面。图示的边沿36是连续地环绕开口端32，但也可以由多个等角度间隔的部分组成。在边沿径向向内延伸的结构中，边沿的尺寸大小设计成可使得在压力下通过开口端32流出第一组件16的流体流量轻微地减少。如图3，当冲击力的抵抗力和多次冲击力的控制水平需要提高时，吸震单元14还包括第二吸震组件40，它从位于每个第一组件16的中心的底板12延伸而来。在某实施例中，第二组件40是中空的且是直接注塑于底板12上，第一吸震组件16也同样如此，这样，层10成为一体。所示的实施例中，第二组件40是一具有圆柱形状和开口顶端42的管状组件。在另一实施例中，第二吸震组件40也可以有两个平截头体状的部分，例如两个截锥形部分，它们的相对最大端相互连接。这种情况下，第二组件40的轮廓可能与第一组件16的轮廓相似(如相似角91和GtlX在另一实施例中，第二吸震组件40具有单个平截头体状的部分，例如单个截锥形部分，具有与底板12相连的相对最小端。在另一实施例中，第二吸震组件40具有一截锥形的底部部分，且其相对最大端连接于一圆柱形顶部。第二组件40也可能具有除圆形之外的截面。第二组件40不必是中空的；例如，第二组件可能是实心的且由适当类型的抗冲级别泡沫制成，如乙烯基腈(VN)或发泡聚丙烯(EPP)。第一组件和第二组件16、40相互独立，即它们仅通过底板12相互连接。在未图示的另一替代性的实施例中，第一组件和第二组件16、40是并排地，而不是同轴地，从底板延伸而来。第二组件40的高度最好至少为2mm，且在图示的实施例中延伸至第一组件16的一半高度。第二组件40在第一组件16的墙体22开始收缩之后提供对高能量冲击力的控制，例如阻止吸震单元14从底部滑出的情况发生，而这一情况可能导致更高的峰值加速度。如图4 6和7A所示的是另一实施例的吸震单元114。该实施例与前述实施例相t匕，可能对角加速度和线加速度控制具有分别独立的改进性调整。独立吸震单元114位于底板12上，与图1和上述描述相似。如前述实施例所述，单元114包括一具有底部部分118和顶部部分120的中空的吸震组件116，底部部分118从底板延伸而来，顶部部分120从底部部分118延伸而来且限定一个开口顶端132，该开口顶 端132的尺寸大小也设计成可使在一定压力下从第一组件216流出的流体流量(如空气)轻微地减少。每个部分118、120都有由一个或多个墙体122构成的封闭围墙。底部部分和顶部部分的内表面124、126的平截头体的相对较大端直接相互连接，底部部分和顶部部分的外表面128、130的平截头体的相对较大端通过一环绕围墙延伸的环形肋条144相互连接。在另一实施例中，环形肋条144可以取消。单元114也包括与前述的第二组件40相似的第二组件140。在另一实施例中，第二吸震组件140也可以取消。本实施例中，吸震单元114还包括多个垂直走向的肋条146，它仅仅从第一组件116的墙体122径向向外延伸，从底板12至开口顶端132。尽管图示有四根肋条116，其他的实施例中可以包括更多或更少的肋条。图示的实施例中，肋条146沿墙体122的轮廓设置，即，当以单元114的侧面剖视图(如图5)来看，它们具有一径向向外弯曲的形状。肋条146也可以不沿墙体122设置，即它们可以以不同于角01和Qtl的角度延伸的两部分构成。环形肋条144对垂直走向的肋条146提供支撑作用，包围着开口端132的边缘136包括肋条146位置处的裂痕。肋条146的顶端也可以具有一体化为一连续边缘的形状。[0051]在图7B所示的另一实施例中，肋条146’仅从墙体122’处径向向内延伸。在图7C所示的另一实施例中，肋条146’’从墙体122’’处径向既向内又向外延伸。肋条146、146’、146’’设计成在第一组件116的压力下，可允许墙体122、122’、122’’可控地向外延伸。只要与引起弯矩的负荷方向相比，剖面的有效二次惯性矩不同，肋条146、146’、146’’的剖面就可以是任意形状。如图7A所示，当考虑切向力F，肋条146a和146c的二次惯性矩相同，肋条146b和146d的二次惯性矩也相同，但肋条146b和146d比肋条146a和146c的二次惯性矩要小。因此肋条146a和146c是力F下组件弯曲或变形控制的主要贡献肋条，因为它们的二次惯性矩更大。肋条146、146’、146’’的有效惯性矩的不同使得肋条间的相互影响和在组件上的弯矩控制发生变化。肋条146、146’、146’’，作为梁，当它们的二次惯性矩最大时，对弯曲的抵抗力更大。肋条146、146’、146’’的存在可以使得当线加速度仍然保持最优化的控制时，角加速度的控制得到改进。角加速度的控制主要会被肋条146、146’、146’’的尺寸影响，而线加速度的控制受到第一组件116的墙体122、122’、122’’的厚度和肋条146、146’、146’’的径向厚度影响；这样，轴向负荷和弯矩可以被实质控制，这样的话，用于控制某一类型的(切向的或线性的)负荷的吸震单元114的最优化，对如何将单元114优化为可控制另一类型负荷产生有限的影响。如图8所示的是另一实施例的吸震单元214。独立的吸震单元214也位于底板12上，与图1和上述描述的相类似。每个单元214包括的一中空的第一吸震组件216和图示的与前述第二组件40相似的第二吸震组件240。在另一实施例中，第二吸震组件240也可以取消。第一吸震组件216具有一从底板12延伸的底部部分218，一从底部部分218延伸的第一中间部分217，一从第一中间部分217延伸的第二中间部分219，和一从第二中间部分219延伸的顶部部分220。顶 部部分限定了由一边缘236包围的一开口顶端232，其尺寸大小也设计成可使在一定压力下从第一组件316流出的流体流量轻微地减少。每个部分217、218、219、220都有一内表面 223、224、225、226 和一外表面 127、128、129、130，它们都具有正平截头体形状，虽然也可能是其它的平截头体形状，即截面为非圆形，但最好是截锥形状。底部部分218和第一中间部分217的内表面124、123和外表面128、127在它们各自的平截头体的相对较大端相互连接。第一中间部分和第二中间部分217、219的内表面123、125和外表面127、129在它们各自的平截头体的相对较小(即径向较窄)端相互连接。第二中间部分219和顶部部分120的内表面125、126和外表面129、130在它们各自的平截头体的较大端相互连接。这样，第一组...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·玛耶兹，杰弗里·达尔泽尔，
申请(专利权)人：科迪斯阿玛公司，
类型：
国别省市：