專(zhuān)利名稱(chēng)：保護(hù)性帽子和保護(hù)性盔甲及修改保護(hù)性帽子和保護(hù)性盔甲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及保護(hù)性的帽子，例如，騎摩托車(chē)或自行車(chē)時(shí)，或參加諸如爬山、騎馬或坐筏激流的有危險(xiǎn)的體育運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用的安全頭盔。本發(fā)明還涉及用于建筑工地、工廠和軍事用途的安全頭盔的工業(yè)領(lǐng)域。的確，本發(fā)明可應(yīng)用于任何需要保護(hù)性形式的帽子的環(huán)境，該帽子重量輕又不妨礙使用者，同時(shí)能有效地防止或最大程度地減輕對(duì)頭部的沖擊作用。本發(fā)明的一特殊的特征是仿制人頭特征的能力，以提供防止受傷的保護(hù)。
本發(fā)明還涉及諸如防暴警察和武裝人員使用的身體盔甲之類(lèi)的保護(hù)性盔甲。
背景技術(shù)：
在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知有許多形式的頭部保護(hù)，這種形式的頭部保護(hù)通過(guò)構(gòu)造硬質(zhì)材料的保護(hù)頭盔來(lái)尋求擴(kuò)散和傳播開(kāi)跌落物或敲擊引起的沖擊。為了吸收能量和保持舒適，通常在這種頭盔內(nèi)提供聚苯乙烯或類(lèi)似的泡沫襯墊或帶子的支承。然而，許多這樣的“硬帽”吸收能量的能力有限，它們只是將沖擊力傳遞到使用者的頭部，盡管在一較寬的區(qū)域上。更有甚者，特別在嚴(yán)重的沖擊情形中，一旦硬質(zhì)材料被損壞或打碎，某些頭盔允許沖擊源直接地接觸到使用者的頭部。例如，在US-A-3946441中公開(kāi)了一種安全頭盔，它包括一具有堅(jiān)韌的抗沖擊性能的主殼體，以及一由脆性材料形成的第二外殼體，其設(shè)計(jì)成即使在輕度的沖擊下也會(huì)碎裂。
保護(hù)性的盔甲也是在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的，在過(guò)去這樣的盔甲的一個(gè)特殊的用途是在進(jìn)行危險(xiǎn)的或接觸的運(yùn)動(dòng)時(shí)用來(lái)保護(hù)身體。在US-A-3500472中公開(kāi)了一種保護(hù)性的外衣，它具有插入在保護(hù)性外衣的衣袋中并膨脹起來(lái)的軟墊裝置。在使用中，外衣設(shè)計(jì)成當(dāng)外衣承受沖擊時(shí)限制軟墊裝置和衣袋裝置之間的任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明注意到并包括人頭的某些保護(hù)特征，其本身能吸收和耗散相當(dāng)?shù)哪芰?，由此，保護(hù)免遭沖擊。包含這些特征的保護(hù)性帽子和保護(hù)性盔甲公開(kāi)在本申請(qǐng)人的EP 0790787專(zhuān)利中。本發(fā)明涉及對(duì)公開(kāi)在EP 0790787中的裝置和方法的改進(jìn)。
在第一方面，本發(fā)明提供保護(hù)性帽子，其包括一殼體，它具有在使用中面向帽子使用者頭部的向內(nèi)的表面，以及在使用中面離使用者頭部的向外的表面；一重疊在殼體面向外的表面的至少一部分的外層；以及一破碎裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到帽子的其余部分上，其中破碎裝置構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在帽子的外表面上時(shí)，力沿至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)帽子和使用者的頭部，此時(shí)，破碎裝置失效，以及一旦破碎裝置在一個(gè)或多個(gè)部位處失效，施加的力致使至少部分的接受力的外層相對(duì)于殼體移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
在第二方面，本發(fā)明提供保護(hù)性帽子，其包括一殼體，它具有在使用中面向帽子使用者頭部的向內(nèi)的表面，以及在使用中面離使用者頭部的向外的表面；一重疊在殼體面向外的表面的至少一部分的外層；以及一裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到帽子的其余部分上，其中外層構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在帽子的外表面上時(shí)，力沿對(duì)于帽子的外表面的至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)帽子和使用者的頭部，此時(shí)，外層屈服，以及一旦外層屈服，施加的力致使至少部分的接受力的外層相對(duì)于殼體移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
在第三方面，本發(fā)明提供保護(hù)性盔甲，其包括一底層，它具有在使用中面向盔甲使用者身體的向內(nèi)的表面，以及在使用中面離使用者身體的向外的表面；一重疊在底層面向外的表面的至少一部分的外層；以及一破碎裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到盔甲的其余部分上，其中破碎裝置構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在盔甲的外表面上時(shí)，力沿至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)盔甲和使用者的身體，此時(shí)，破碎裝置失效，以及一旦破碎裝置在一個(gè)或多個(gè)部位處失效，施加的力致使至少部分的接受力的外層相對(duì)于底層移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
在第四方面，本發(fā)明提供保護(hù)性盔甲，其包括一底層，它具有在使用中面向盔甲使用者身體的向內(nèi)的表面，以及在使用中面離使用者身體的向外的表面；一重疊在底層面向外的表面的至少一部分的外層；以及一裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到盔甲的其余部分上，其中外層構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在盔甲的外表面上時(shí)，力沿對(duì)于盔甲的外表面的至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)盔甲和使用者的身體，此時(shí)，外層失效，以及一旦外層失效，施加的力致使至少部分的接受力的外層相對(duì)于底層移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
在第五方面，本發(fā)明提供一修改現(xiàn)有的保護(hù)性帽子的方法，其中設(shè)置一重疊在現(xiàn)有保護(hù)性帽子的面向外的表面的至少一部分的外層；以及設(shè)置一破碎裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到現(xiàn)有的保護(hù)性帽子的其余部分上，破碎裝置構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在修改的帽子的外表面上時(shí)，力沿至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)修改的帽子和使用者的頭部，此時(shí)，破碎裝置失效，以及一旦破碎裝置在一個(gè)或多個(gè)部位處失效，施加的力致使至少部分的接受力的外層相對(duì)于現(xiàn)有的保護(hù)性帽子的面向外的表面移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
在第六方面，本發(fā)明提供一修改現(xiàn)有的保護(hù)性帽子的方法，其中設(shè)置一重疊在現(xiàn)有保護(hù)性帽子的面向外的表面的至少一部分的外層；以及設(shè)置一裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到現(xiàn)有的保護(hù)性帽子的其余部分上，外層構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在修改的帽子的外表面上時(shí)，力沿對(duì)于修改的帽子的外表面的至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)修改的帽子和使用者的頭部，此時(shí)，外層失效，以及一旦外層失效，施加的力致使至少部分的接受力的外層相對(duì)于現(xiàn)有的保護(hù)性帽子的面向外的表面移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
在第七方面，本發(fā)明提供一修改現(xiàn)有的保護(hù)性盔甲的方法，其中
設(shè)置一重疊在現(xiàn)有保護(hù)性盔甲的面向外的表面的至少一部分的外層；以及設(shè)置一破碎裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到現(xiàn)有的保護(hù)性盔甲的其余部分上，破碎裝置構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在修改的盔甲的外表面上時(shí)，力沿至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)修改的盔甲和使用者的身體，此時(shí)，破碎裝置失效，以及一旦破碎裝置在一個(gè)或多個(gè)部位處失效，施加的力致使至少部分的接受力的外層相對(duì)于現(xiàn)有的保護(hù)性盔甲的面向外的表面移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
在第八方面，本發(fā)明提供一修改現(xiàn)有的保護(hù)性盔甲的方法，其中設(shè)置一重疊在現(xiàn)有保護(hù)性盔甲的面向外的表面的至少一部分的外層；以及設(shè)置一裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到現(xiàn)有的保護(hù)性盔甲的其余部分上，外層構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在修改的盔甲的外表面上時(shí)，力沿對(duì)于修改的盔甲外表面的至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)修改的盔甲和使用者的身體，此時(shí)，外層失效，以及一旦外層失效，施加的力致使至少部分的接受力的外層相對(duì)于現(xiàn)有的保護(hù)性盔甲的面向外的表面移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明現(xiàn)參照諸附圖借助于實(shí)例來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，諸附圖中

圖1是頭冠截面的人頭的示意圖；圖2是圖1的頭冠截面的放大的詳圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的使用中的保護(hù)性帽子的典型的形式；圖4是根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)性帽子的第一實(shí)施例的截面圖；圖5是一放大的詳圖，示出將一外層連接到圖4的保護(hù)性帽子的下周緣上的方法；圖6a、6b和6c是詳細(xì)的截面圖，示出將一外層連接到根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)性帽子的下周緣上的其它的方法；圖7a、7b和7c是立體圖(從上俯視)，分別示出外層連接到圖6a、6b和6c的保護(hù)性帽子上的典型分布的連接部位；
圖8a和8b是根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)性帽子的另一實(shí)施例的下周緣的詳圖，示出位于第一和第二位置的外層(沖擊前和中/后)；圖9a、9b和9c是根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)性帽子的另一實(shí)施例的下周緣的詳圖，示出外層的連續(xù)的位置(沖擊前、中和后)；圖10a和10b是根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)性帽子的又另一實(shí)施例的下周緣的詳圖，示出外層的第一和第二位置(沖擊前和中/后)；圖11是示出圖4和5的保護(hù)性帽子的外層的較佳的應(yīng)力/應(yīng)變特征的示意圖；圖12是示出圖8a和8b的保護(hù)性帽子的外層的較佳的應(yīng)力/應(yīng)變特征的示意圖；圖13是示出圖9a、9b和9c以及圖10a和10b的保護(hù)性帽子的外層的較佳的應(yīng)力/應(yīng)變特征的示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的身體盔甲的示意圖；圖15是通過(guò)圖14的身體盔甲的截面圖；以及圖16a、16b、16c、16d和16e是詳細(xì)的截面圖，示出將外層連接到根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)性盔甲的基底層上的其它的方法。
具體實(shí)施例方式
首先參照?qǐng)D1，圖中可見(jiàn)呈頭冠截面的人頭10的示意圖。腦部12被腦脊髓流體14包圍，兩者包含在頭骨16內(nèi)。在頭骨16外面的是頭皮18。圖1的頭冠截面的放大的詳圖示于圖2中。
人頭10的保護(hù)性特征如下頭皮頭皮18是一結(jié)實(shí)的纖維性層，其基本上無(wú)剪切彈性，但當(dāng)承受法向載荷時(shí)顯現(xiàn)彈性。其特別的重要之處在于，頭皮18不是牢固地連接在頭骨16上，但在開(kāi)始撕裂之前，相反地，其相對(duì)于頭骨16自由地移動(dòng)有限的距離。頭皮18相對(duì)于頭骨16移動(dòng)的能力是重要的，因?yàn)檎沁@種機(jī)理幫助對(duì)抗沖擊力的切向分量作用，腦部12特別敏感于相對(duì)于頭骨16的突然的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而損傷。頭皮18沿法向方向的彈性允許其壓縮，這起到從具有法向分量的力的沖擊中吸收能量。
頭骨頭骨16由兩層厚重致密的骨頭15組成，“中間夾心”一層海綿狀網(wǎng)狀骨質(zhì)的骨頭17。這種結(jié)構(gòu)提供一硬質(zhì)表面15用來(lái)耗散能量，并允許網(wǎng)狀骨質(zhì)的骨頭17一定程度的壓縮或碾壓，以便吸收能量，還能擴(kuò)散沖擊作用的區(qū)域。網(wǎng)狀骨質(zhì)的骨頭17還可允許頭骨16在發(fā)生任何碎裂之前一定程度的變形。
腦脊髓流體包圍腦部12的腦脊髓流體14起作又一個(gè)能量吸收元件的作用，并襯墊腦部12以免在頭蓋骨內(nèi)移動(dòng)。對(duì)頭部10的猛擊或沖擊使腦部12突向頭蓋骨，不可壓縮的腦脊髓流體14的合成位移起作為一減速介質(zhì)，并吸收能量。
通過(guò)模仿某些人頭10的上述的保護(hù)性特征，本發(fā)明的保護(hù)性帽子和保護(hù)性盔甲可有效地減緩，甚至在某些情形中還可中和沖擊過(guò)程中持續(xù)的力的法向和切向分量。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)性帽子的第一實(shí)施例，其呈一自行車(chē)頭盔20的形式，通過(guò)一下顎系帶21固定到使用者的頭部10上。可以認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的保護(hù)性帽子還可呈諸如傳統(tǒng)的“硬帽”或摩托車(chē)頭盔之類(lèi)的其它實(shí)施例的形式，后者更完全地包圍使用者的頭部10。用來(lái)將保護(hù)性帽子固定到使用者頭部的其它已知的裝置也可用于本發(fā)明。頭盔20的外表面上受到的沖擊可具有切向力分量α和法向力分量β。
圖4和5示出圖3的頭盔20的截面圖，從圖中可見(jiàn)，其包括一外層28，一殼體26，以及一內(nèi)襯墊24。
盡管內(nèi)襯墊24不是根本性的，但在殼體26內(nèi)部可設(shè)置內(nèi)襯墊24來(lái)與使用者的頭部10接界。襯墊24可以用來(lái)模仿由腦脊髓流體14提供的流體懸置作用，和/或確保更舒適和更安全地將頭盔20佩戴在使用者的頭部10上。較佳地，內(nèi)襯墊24包括一充以合適的粘滯液體(未示出)的柔性的液囊，利用任何的傳統(tǒng)的固定方法(例如，利用粘結(jié)劑粘結(jié)或機(jī)械緊固件)，將液囊附連到殼體26的內(nèi)表面上。由于在單腔液囊中的流體將被吸引到頭盔20的下周緣，所以，分成諸隔間是必要的，以便在沖擊作用下允許流體位移采取合適的模式?？稍谥T隔間之間包括流動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，以便控制隔間之間的流動(dòng)。流動(dòng)控制機(jī)構(gòu)阻止正常使用中隔間之間的流體流動(dòng)，但當(dāng)頭盔20承受沖擊時(shí)，允許隔間之間流體的流動(dòng)。隔間的互連將幫助在所有的隔間內(nèi)形成一均勻的壓力，由此，在一大的區(qū)域上傳播沖擊的效應(yīng)。內(nèi)襯墊24內(nèi)的流體可以是粘滯的或水成的流體，并在頭盔20承受一沖擊時(shí)起作阻尼使用者頭部10相對(duì)于頭盔20的運(yùn)動(dòng)。流動(dòng)控制裝置可包括細(xì)分隔間的壁上的薄弱線，在正常使用中，壁保持完好無(wú)損以密封諸隔間，但在受沖擊的情況下，薄弱線破裂而在壁上形成小孔(從而允許流體的流動(dòng))。在另一實(shí)施例中，一“氣泡包裝”型的內(nèi)襯墊可設(shè)置有液體填充，液體和氣體組合填充，或單純的氣體填充。
此外，可使用一用粘結(jié)或其它方法附連在柔性液囊內(nèi)襯墊24的內(nèi)表面上的薄的聚苯乙烯或類(lèi)似的襯墊(未示出)，來(lái)保持液囊的形狀，以及液囊內(nèi)的流體的分布，在這種情形中，使用液囊的隔間將不再顯得必要。薄的聚苯乙烯或類(lèi)似的襯墊可設(shè)計(jì)來(lái)全部地包圍柔性液囊。
再者，一附加層或多附加層(未示出)可插在殼體26和柔性液囊內(nèi)襯墊24之間。確實(shí)，一附加層或多附加層可以或交替地設(shè)置在柔性液囊內(nèi)襯墊24的內(nèi)表面上。附加層或多附加層可采取用于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的保護(hù)性帽子的任何傳統(tǒng)的內(nèi)襯材料的形式。例如，低密度的泡沫，或低和高密度泡沫的組合。
或者，內(nèi)襯墊24可代之以呈用于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的保護(hù)性帽子的任何傳統(tǒng)的能量吸收襯墊材料的形式，并略去全部的柔性液囊。該內(nèi)襯墊24可以是具有固有的柔順性的泡沫材料，或者，是普通用于建筑業(yè)的硬質(zhì)帽子的網(wǎng)狀材料。的確，內(nèi)襯墊24可包括多個(gè)分離層，或可形成為一層疊的材料。例如，一種這樣的改型包括提供兩層塑料泡沫，組合一聚苯乙烯襯墊，或者兩個(gè)外層的聚苯乙烯襯墊，或者一外層和另一內(nèi)層的聚苯乙烯。這些泡沫層可以是低密度的，或是低密度和高密度泡沫的組合。從上述中可以認(rèn)識(shí)到，內(nèi)襯墊24的許多不同的變體和組合可設(shè)想用于本發(fā)明。
殼體26模仿頭骨16，因此，對(duì)能量耗散提供一硬的表面(類(lèi)似于頭骨16的致密濃重的骨頭15)，而允許一定程度的壓縮或碾壓，以便于增加能量的吸收(類(lèi)似于頭骨16的網(wǎng)狀骨質(zhì)的骨頭17)。使用傳統(tǒng)的制造技術(shù)，可在一單一材料，或一復(fù)合的或?qū)盈B的結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)這種特性。在試驗(yàn)中，用于殼體26的合適的材料已發(fā)現(xiàn)包括有聚丙烯、聚碳酸酯、ABS、聚碳酸酯/ABS混合物、高密度聚乙烯(HDPE)、碳纖維復(fù)合物、玻璃加強(qiáng)塑料、Zytel(由杜邦公司制造的一種尼龍)、Celstran(長(zhǎng)股線的玻璃，諸如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、ABS、TPU或尼龍的模量載體內(nèi)的碳或芳香尼龍纖維材料)、Twintex(由Vetrotex公司制造的玻璃纖維加強(qiáng)的聚丙烯)、Curv PP(由BP公司制造的聚丙烯纖維加強(qiáng)材料)，以及Kevlar復(fù)合物(在樹(shù)脂載體中的芳香尼龍纖維)。
外層28設(shè)計(jì)成模仿頭皮18。因此，在第一實(shí)施例中，設(shè)置一外層28，其基本上無(wú)剪切彈性，但當(dāng)承受法向力時(shí)顯現(xiàn)彈性可壓縮(類(lèi)似于頭皮18)。然而，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，第二實(shí)施例包括一外層28，其不但在剪切時(shí)基本上呈彈性而且在承受法向力時(shí)也是有效的。因此，當(dāng)為外層28選擇合適的材料時(shí)，需考慮采用材料的要求的機(jī)械性能，以及保護(hù)性帽子要求的操作模式。在試驗(yàn)中，用于外層28的合適的材料已發(fā)現(xiàn)包括有諸如Santoprene(由Advanced Elastomer Systems公司制造，在分級(jí)范圍內(nèi))的熱塑性彈性體、呈固體或泡沫形式的Hytrel、諸如聚亞安酯彈性體的熱固性彈性體(通常硬度范圍在肖氏A50至肖氏D70)、高Q(一由Astron公司制造的橡膠)、sorbothane、天然或合成橡膠或塑料化的泡沫、低密度或高密度聚乙烯(LDPE或HDPE)，以及本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的傳統(tǒng)的熱塑性和熱固性塑料。外層28也可選擇用高剛度的、諸如玻璃、碳或芳香尼龍(Kevlar)纖維之類(lèi)的低細(xì)長(zhǎng)纖維進(jìn)行加強(qiáng)，以減小該外層的總體彈性。這樣的纖維加強(qiáng)可采取隨機(jī)的或單向的纖維、紡織的或編結(jié)的纖維、平紋棉麻織物的形式，然后，它們模制成外層。
可以設(shè)想到的是，可有利地采用定制的復(fù)合或?qū)盈B的結(jié)構(gòu)，以便獲得保護(hù)性帽子的最佳的機(jī)械性能和操作特征。例如，在實(shí)現(xiàn)沿法向方向可壓縮的非彈性的外層28中，一基本上無(wú)彈性的層(沿剪切和法向方向)可與一彈性層組合，這樣，合成的結(jié)構(gòu)沿剪切方向基本上無(wú)彈性，但沿法向方向能夠彈性壓縮。合適的復(fù)合或?qū)盈B結(jié)構(gòu)可采用本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行制造，例如，注模(in-mould)，共模(co-moulding)(或復(fù)模bi-moulding)，玻璃平紋織物和共擠壓技術(shù)。
由于外層28可以是多孔的材料，所以，可能要求防水來(lái)防止水的吸收，以及有害地影響頭盔20的要求的機(jī)械性能。這可采用的傳統(tǒng)的防水技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，在合成物上進(jìn)行噴涂，或疊加(未示出)一不透水的薄而耐用的薄層，或兩種方法兼而有之。此外，在要求減小外層28的摩擦系數(shù)的情況下，選擇的防水處理也可起作該目的。或者，在不要求或不希望防水的情況下，可在外層28上僅疊加一低摩擦系數(shù)材料或?qū)印?br> 為了復(fù)制人頭10的有利的保護(hù)性的特征，將外層28附連到硬殼體26上是關(guān)鍵的。將外層28附連到硬殼體26上可設(shè)想出若干種模式，現(xiàn)將依次予以介紹。
在圖4和5所示的實(shí)施例中，外層28用粘結(jié)帶30簡(jiǎn)單地粘結(jié)到殼體26的下周緣上。合適的粘結(jié)劑包括，例如，3M雙面VHB帶、3M粘結(jié)劑型10/99、Loctite氰基丙烯酸鹽粘合劑和環(huán)氧樹(shù)脂。或者，可使用傳統(tǒng)的機(jī)械固定裝置。外層28其它部分不進(jìn)行附連，因此，相對(duì)于殼體26可自由移動(dòng)，以模仿頭皮18的保護(hù)性運(yùn)動(dòng)。諸如油或油脂(帶有或不帶有諸如二硫化鉬的添加劑)之類(lèi)的潤(rùn)滑劑，或諸如PTFE層的其它低摩擦元件，可涂復(fù)到一個(gè)表面，或兩個(gè)相對(duì)的表面，或插在(未示出)外層28和殼體26之間，以減小摩擦和幫助其間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
在沖擊之下，垂直于頭盔20的力的分量β導(dǎo)致外層28沿法向方向的彈性壓縮，因此，吸收和耗散能量。切向力的分量α包括在外層28內(nèi)的剪力。
假定剪切力的大小不超過(guò)粘結(jié)劑30的剪切強(qiáng)度，或不超過(guò)致使外層28的材料屈服和/或撕開(kāi)的力，利用沿剪切方向基本上無(wú)彈性的外層28，則這些剪切力通過(guò)粘結(jié)帶30直接地傳輸?shù)接矚んw26上。然而，如果沖擊力的大小使在外層28內(nèi)引起的剪切應(yīng)力，超過(guò)粘結(jié)帶30的剪切強(qiáng)度或屈服，和/或外層28材料的撕開(kāi)強(qiáng)度，則將會(huì)發(fā)生粘結(jié)帶30的失效或外層28的屈服或撕開(kāi)(或可能所有三者都發(fā)生)。在此情形中，外層28相對(duì)于硬殼體26自由移動(dòng)，并在沖擊源和硬殼體26之間提供一低摩擦的表面，其允許其間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種所謂的“失效”模式是有意的，且在對(duì)抗切向力分量α，限制或阻止合成的轉(zhuǎn)動(dòng)力施加到附連在使用者頭10上的安全頭盔20的其余部分上，這種“失效”模式是有效的。這對(duì)于減小或消除通過(guò)頭盔20將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳輸?shù)侥X部12是重要的。
或者，假定剪切力的大小不超過(guò)粘結(jié)劑30的剪切強(qiáng)度，或不超過(guò)致使外層28的材料屈服或撕開(kāi)的力，利用沿剪切方向基本上彈性的外層28，則這些剪切力通過(guò)粘結(jié)帶30傳輸?shù)綒んw26上，但通常程度小于實(shí)際施加的力。從外層28到殼體26的剪切力的傳輸水平的變化，取決于在彈性延伸中能量的耗散和外層28的松弛。如果外層28對(duì)于沖擊(例如，路的表面)而伸展，但在頭盔20不再接觸沖擊源或其它物體時(shí)發(fā)生松弛，則除了在外層28內(nèi)將沒(méi)有反作用力，因此，頭盔20沒(méi)有后座力，并發(fā)生能量的耗散。這是因?yàn)橥鈱?8相對(duì)于殼體26可自由移動(dòng)，并在沖擊源和硬殼體26之間提供一低摩擦表面，其允許其間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。然而，如果沖擊力的大小使在外層28內(nèi)引起的剪切應(yīng)力，超過(guò)粘結(jié)帶30的剪切強(qiáng)度或屈服，和/或外層28材料的撕開(kāi)強(qiáng)度，則將會(huì)發(fā)生粘結(jié)帶30的失效或外層28的屈服和/或撕開(kāi)(或可能所有三者都發(fā)生)。在此情形中，外層28相對(duì)于硬殼體26自由移動(dòng)，并在沖擊源和殼體26之間提供一低摩擦的表面，其允許其間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
在對(duì)抗切向力分量α，限制或阻止合成的轉(zhuǎn)動(dòng)力施加到附連在使用者頭10上的安全頭盔20的其余部分上，這種“失效”(操作)模式是有效的。這對(duì)于減小或消除通過(guò)頭盔20將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳輸?shù)侥X部12是重要的。研究表明，導(dǎo)致腦部的應(yīng)力水平超過(guò)20Kpa的轉(zhuǎn)動(dòng)力可造成人腦的損傷。因此，對(duì)于本發(fā)明的目的來(lái)說(shuō)，20Kpa的腦部的應(yīng)力數(shù)值代表一臨界的閾值。因此，選擇粘結(jié)帶30的剪切強(qiáng)度和/或選作外層28的材料，應(yīng)慎重地將此記在心中(即，不能低于會(huì)產(chǎn)生20Kpa的腦部應(yīng)力的臨界的閾值)，由于在沖擊中防止發(fā)生腦損傷，這明顯是非常重要的因素。
圖11是示出上述失效模式的較佳的應(yīng)力/應(yīng)變特性的示意圖。首先參照具有一無(wú)彈性的外層28的實(shí)施例，圖中可見(jiàn)，應(yīng)力(y軸)隨應(yīng)變(x軸)的邊際增加而增加，直到點(diǎn)A，其代表粘結(jié)帶30失效或外層28的屈服和/或撕開(kāi)。超過(guò)該點(diǎn)，應(yīng)變的“延伸”分量趨于無(wú)窮大。其次，參照具有一彈性的外層28的實(shí)施例，圖中可見(jiàn)，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣黾?，直到點(diǎn)B，其代表粘結(jié)帶30失效或外層28的屈服和/或撕開(kāi)。超過(guò)該點(diǎn)，應(yīng)變的“延伸”分量趨于無(wú)窮大。
必須強(qiáng)調(diào)的是，圖11的示意圖(以及下面參照的圖12和13)是僅為說(shuō)明之目的的示意圖。它不反映確實(shí)的性能特征，當(dāng)然，性能特征的變化取決于對(duì)頭盔20所選材料的具體的組合。
將外層28附連到硬殼體26上的其它的方法示于圖6a、6b和6c中，其中，為了簡(jiǎn)潔明了起見(jiàn)，殼體26內(nèi)的內(nèi)襯墊24未予示出。首先參照?qǐng)D6a，從圖中可見(jiàn)，外層28包括終止在突緣頭32的突出31，所述突緣頭32通過(guò)設(shè)置在殼體26內(nèi)的匹配的小孔。突緣頭32位于殼體26的內(nèi)表面的附近，將外層28保持到位。突緣頭32與突出31一起將外層28保持在一定的位置上，直到在指定的剪切強(qiáng)度上發(fā)生失效為止，例如，引起20Kpa或不到的腦應(yīng)力的水平。這種結(jié)構(gòu)不需使用粘結(jié)劑(但在某些情形中當(dāng)然可在連接這種接頭中使用粘結(jié)劑)。
一類(lèi)似的結(jié)構(gòu)示于圖6b中。然而，代替突緣頭32，設(shè)置一完全的內(nèi)層33，以在硬殼體26上將外層28保持到位。突出31和內(nèi)層33設(shè)計(jì)成突出31的失效發(fā)生在指定的剪切強(qiáng)度上。例如，引起20Kpa或不到的腦應(yīng)力的水平。再者，這種結(jié)構(gòu)不需使用粘結(jié)劑。此外，完全的內(nèi)層33的存在可有利地用作一內(nèi)襯墊24，因此，不需單獨(dú)附加的內(nèi)襯墊。
還有一結(jié)構(gòu)示于圖6c中。在此結(jié)構(gòu)中，殼體26形成有燕尾榫34，它們?cè)O(shè)計(jì)來(lái)與形成在外層28內(nèi)的匹配的燕尾榫對(duì)接。這些接口的失效設(shè)計(jì)成在指定的剪切強(qiáng)度上發(fā)生，例如，引起20Kpa或不到的腦應(yīng)力的水平。再者，這種結(jié)構(gòu)不需使用粘結(jié)劑。
在圖6a、6b和6c中所示的各結(jié)構(gòu)中，外層28較佳地使用注模(in-mould)，共模(co-moulding)或復(fù)模(two-shot)制造方法直接地形成在殼體26上。這些在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的傳統(tǒng)的方法確保精確的公差可靠地和一致地得到滿足，以確保所要求的失效模式(例如，如上所述的)。在各實(shí)例中外層28與殼體26的附連可只發(fā)生在殼體26的下周緣處(如圖7a和7b所示)，或發(fā)生在殼體26的所有表面的區(qū)域內(nèi)(如圖7c所示)。示于圖7c的結(jié)構(gòu)有效地將外層28“點(diǎn)焊”在殼體26上。這樣的結(jié)構(gòu)當(dāng)然可在上述圖4的實(shí)施例中通過(guò)在各要求連接的部位使用粘結(jié)劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。
盡管20Kpa閾值的腦部應(yīng)力水平是臨界的數(shù)值，在此值以上則發(fā)現(xiàn)發(fā)生腦損傷，但當(dāng)然可要求(的確是較佳的)設(shè)計(jì)一特定失效模式發(fā)生的遠(yuǎn)小得多的數(shù)值(例如，引起腦部應(yīng)力為5、10，或15Kpa的水平)。此外，較佳地是，在某些應(yīng)用中提供一連接的方法，其不是漸進(jìn)地處于與5、10、15和20Kpa的腦部應(yīng)力水平相當(dāng)?shù)乃剑刂鴱念^盔20的頂點(diǎn)到朝向頭盔20的下周緣的方向，或其它方式。這樣一結(jié)構(gòu)示于圖7a中，其中，在硬殼體26內(nèi)的較小直徑的孔容納外層28的突出31的對(duì)應(yīng)尺寸的直徑。在朝向頭盔20的下周緣的直徑上，增加這些孔/突出的組合，以在沖擊中達(dá)到要求的增量失效的模式。
圖8a和8b是示出外層28的另一實(shí)施例的詳圖，該外層用來(lái)在失效前獲得其和殼體26之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特定的特征，現(xiàn)將參照?qǐng)D12進(jìn)行描述。
如圖4和5所示，外層28以類(lèi)似于上述的方式圍繞其下周緣附連到殼體26上，即，通過(guò)粘結(jié)帶30的粘結(jié)(但其它的如上所述的機(jī)械連接方法也同樣可用)。然而，外層28附加地設(shè)置有一折疊式的中間帶40。中間帶40可形成為外層28的一體的部分，或形成為可附連在其上的獨(dú)立的部分。中間帶40構(gòu)造成靠近頭盔20的下周緣。在基本上無(wú)彈性的外層28的情形中，如圖8a所示，中間帶40將外層28保持在殼體26上。在沖擊中，中間帶40經(jīng)受塑性變形，并如圖8b所示地延伸，在發(fā)生最終失效之前，允許外層28以上述的通常的方式(一旦中間帶40達(dá)到其完全的延伸)相對(duì)于硬殼體26作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在基本上彈性的外層28的情形中，中間帶40自然地偏置，如圖8a所示，將外層28保持在殼體26上。在沖擊中，中間帶40經(jīng)受彈性變形，并如圖8b所示地延伸，在發(fā)生最終失效之前，允許外層28以上述的通常的方式(一旦中間帶40達(dá)到其完全的延伸)相對(duì)于硬殼體26作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
這些失效模式示于圖12中，該示意圖示出較佳的應(yīng)力/應(yīng)變特征。首先，參照具有一無(wú)彈性的外層28的實(shí)施例，圖中可見(jiàn)，應(yīng)變(x軸)隨應(yīng)力(y軸)的邊際增加而增加，直到中間帶40在點(diǎn)A達(dá)到完全延伸。在該點(diǎn)之后，可見(jiàn)應(yīng)力隨應(yīng)變的邊際增加而增加，直到點(diǎn)B，其代表粘結(jié)帶30失效或外層28的屈服和/或撕開(kāi)。超過(guò)該點(diǎn)，應(yīng)變的“延伸”分量趨于無(wú)窮大。其次，參照具有一彈性的外層28的實(shí)施例，圖中可見(jiàn)，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣黾樱钡近c(diǎn)C，其代表粘結(jié)帶30失效或外層28的屈服和/或撕開(kāi)。超過(guò)該點(diǎn)，應(yīng)變的“延伸”分量趨于無(wú)窮大。
中間帶40可包括與外層28相同的材料，或可由具有比外層28或多或少柔順性的材料形成。外層28僅通過(guò)中間帶40附連到殼體26上，因此，外層28的其余部分相對(duì)于下面的殼體26可自由地移動(dòng)。中間帶40不需是折疊式，而代之以可采取任何的形式，其在沖擊中對(duì)外層28的塑性或彈性變形提供一規(guī)定的區(qū)域。
一層潤(rùn)滑劑凝膠或其它的減小摩擦的材料可設(shè)置在外層28和殼體26之間，這便于外層28和殼體26之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。合適的潤(rùn)滑劑和減小摩擦的材料包括(但不限于)硅樹(shù)脂、PTFE上的Kluber涂料、鉬油脂，以及Kluber食品級(jí)油脂。
頭盔20的另一實(shí)施例示于圖9a、9b和9c中。在該實(shí)施例中，外層28也設(shè)置有一中間帶40，其以類(lèi)似于上述的圖示于圖8a和8b的方式附連到殼體26上。然而，一附加的周緣的粘結(jié)帶32或其它的固定裝置設(shè)置在大致的靠近的部位，但比中間帶40遠(yuǎn)(如圖9a充分地所示)。外層28僅通過(guò)粘結(jié)帶30、32附連到殼體26上，否則外層28相對(duì)于殼體26自由地移動(dòng)。較佳地，然而，附加的粘結(jié)帶32設(shè)計(jì)成具有相當(dāng)于10Kpa的腦部應(yīng)力水平的低的剪切強(qiáng)度，外層28的操作模式類(lèi)似于圖4和5所示實(shí)施例的模式。然而，如果外層28達(dá)到的剪切應(yīng)力水平超過(guò)與10Kpa的腦部應(yīng)力水平相當(dāng)?shù)乃?，則粘結(jié)帶32將受剪，導(dǎo)致類(lèi)似于圖8a和8b實(shí)施例中圖示和描述的模式的外層28其后的操作模式。再者，通過(guò)插入一低摩擦表面(例如，PTFE)，或在外層28和殼體26之間插入其它的潤(rùn)滑層，可有助于相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
這些失效模式示于圖13中，該示意圖示出較佳的應(yīng)力/應(yīng)變特征。首先，參照具有一無(wú)彈性的外層28的實(shí)施例，圖中可見(jiàn)，應(yīng)力(y軸)隨應(yīng)變(x軸)的邊際增加而增加，直到點(diǎn)A，其代表粘結(jié)帶32失效，此后，可見(jiàn)應(yīng)變隨應(yīng)力的邊際增加而增加，直到中間帶40在點(diǎn)C達(dá)到完全的延伸。在該點(diǎn)之后，可見(jiàn)應(yīng)力隨應(yīng)變的邊際增加而增加，直到點(diǎn)D，其代表粘結(jié)帶30失效或外層28的屈服和/或撕開(kāi)。超過(guò)該點(diǎn)，應(yīng)變的“延伸”分量趨于無(wú)窮大。其次，參照具有一彈性的外層28的實(shí)施例，圖中可見(jiàn)，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣黾樱钡近c(diǎn)B，其代表粘結(jié)帶32失效，此后，可見(jiàn)應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而增加，直到中間帶40在點(diǎn)C達(dá)到完全的延伸。在該點(diǎn)之后，可見(jiàn)應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而增加，直到某一點(diǎn)，其代表粘結(jié)帶30失效或外層28的屈服和/或撕開(kāi)。超過(guò)該點(diǎn)，應(yīng)變的“延伸”分量趨于無(wú)窮大。
頭盔20的另一實(shí)施例示于圖10a和10b中。在該實(shí)施例中，外層28也設(shè)置有一中間帶40，其以類(lèi)似于上述的圖示于圖8a和8b的方式附連到殼體26上。然而，代替如圖9a、9b和9c所示的提供一附加的粘結(jié)帶32，一可剪切的帶29平行于中間帶40設(shè)置。類(lèi)似于粘結(jié)帶32，可剪切的帶29設(shè)計(jì)成具有相當(dāng)于10Kpa的腦部應(yīng)力水平的剪切強(qiáng)度。因此，在沖擊對(duì)頭盔20的作用下，其產(chǎn)生高達(dá)10Kpa腦部應(yīng)力水平，外層28的操作模式類(lèi)似于圖4和5所示實(shí)施例的模式。然而，如果外層28達(dá)到的剪切應(yīng)力水平達(dá)到或超過(guò)與10Kpa的腦部應(yīng)力水平相當(dāng)?shù)乃剑瑒t該剪切帶29將受剪，導(dǎo)致類(lèi)似于圖8a和8b實(shí)施例中圖示和描述的模式的外層28的操作模式。
這些失效模式也示于圖13中。首先，參照具有一無(wú)彈性的外層28的實(shí)施例，圖中可見(jiàn)，應(yīng)力(y軸)隨應(yīng)變(x軸)的邊際增加而增加，直到點(diǎn)A，其代表可剪切帶29失效，此后，可見(jiàn)應(yīng)變隨應(yīng)力的邊際增加而增加，直到中間帶40在點(diǎn)C達(dá)到完全的延伸。在該點(diǎn)之后，可見(jiàn)應(yīng)力隨應(yīng)變的邊際增加而增加，直到點(diǎn)D，其代表粘結(jié)帶30失效或外層28的屈服和/或撕開(kāi)。超過(guò)該點(diǎn)，應(yīng)變的“延伸”分量趨于無(wú)窮大。其次，參照具有一彈性的外層28的實(shí)施例，圖中可見(jiàn)，應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣黾?，直到點(diǎn)B，其代表可剪切帶29失效，此后，可見(jiàn)應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而增加，直到中間帶40在點(diǎn)C達(dá)到完全的延伸。在該點(diǎn)之后，可見(jiàn)應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而增加，直到某一點(diǎn)，其代表粘結(jié)帶30失效或外層28的屈服和/或撕開(kāi)。超過(guò)該點(diǎn)，應(yīng)變的“延伸”分量趨于無(wú)窮大。
應(yīng)該指出的是，以上列出適合于外層28和殼體26的材料是示范的不是限制的，因?yàn)楦鞣N情形中的主要的標(biāo)準(zhǔn)在于，材料的特定的安排，以及到達(dá)模仿人頭10的保護(hù)性特征的頭盔20的各機(jī)械特性的相互作用。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，材料科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)正在進(jìn)行的工作將研制出新材料或現(xiàn)有材料的新的組合(沒(méi)有提及制造技術(shù))，它們同樣適用于本發(fā)明。
在所有上述的實(shí)施例中，外層28的面向內(nèi)的表面和殼體26的面向外的表面可包括一潤(rùn)滑劑或摩擦減小的材料，以省卻諸如潤(rùn)滑劑凝膠或摩擦減小層之類(lèi)的中間層。
對(duì)于本發(fā)明頭盔的實(shí)施例實(shí)施了大量的試驗(yàn)，通過(guò)安全頭盔20傳輸?shù)绞褂谜哳^部10的最大的切向力得到非常顯著的減小。再者，最大線性加速度力也達(dá)到適度的下降。
選擇用于帽子的材料的組合，應(yīng)記住材料組合的聲音隔絕品質(zhì)在摩托車(chē)或自行車(chē)的應(yīng)用中，可表現(xiàn)出一種危害性。在保護(hù)性帽子的耳朵區(qū)域總是提供有穿孔。
在軍事/航空應(yīng)用中，附加材料或耳套將提供噪聲保護(hù)，以及防止趨于造成頭骨底部粉碎的橫向打擊的額外保護(hù)。包括在頭盔中的還有視力保護(hù)和提高裝置，以及諸如防毒面具和空氣凈化器之類(lèi)的呼吸裝置。
由于如果選擇一定的材料組合則所述頭盔的絕熱品質(zhì)可以很高，所以，在合適的氣候條件下必須考慮通氣。設(shè)置帶有變化控制的空氣進(jìn)入的入口端口和出口端口，并考慮在沒(méi)有產(chǎn)生空氣流的應(yīng)用中，在頂端設(shè)置通風(fēng)端口。
在許多事故中，尤其在包括跌落物的工業(yè)事故中，頭盔會(huì)被甩掉。因此，保持力系統(tǒng)是頭部保護(hù)的重要元件。在頭盔20的每一側(cè)，較佳地有一兩點(diǎn)的連接，一點(diǎn)在前面，另一點(diǎn)在中心的橫向垂直平面的后面。通常地，設(shè)置一連接的雙帶，以形成一顎部帶或套，或一從各連接點(diǎn)引出的單帶，前面的帶提供一顎部的約束，而后面的帶提供一枕骨的約束。保持力系統(tǒng)不可避免地將取決于頭盔的形狀和其特殊的用途。
本發(fā)明的另一方面是將現(xiàn)有的“硬帽”轉(zhuǎn)換為根據(jù)本發(fā)明的帶有“軟”的外裙的帽子，較佳地帶有有效保持力系統(tǒng)的設(shè)置。對(duì)現(xiàn)有帽子的連接設(shè)計(jì)的軟蓋和新的保持力系統(tǒng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，可以設(shè)想，對(duì)用于本發(fā)明的不同實(shí)施例，可生產(chǎn)出可互換或可更換的外層?；旧蟻?lái)說(shuō)，外層可生產(chǎn)成不同的顏色，以及不同的圖形設(shè)計(jì)，頗象更換移動(dòng)電話的蓋板。不建議這些外層用來(lái)更換“損壞”的外層，因?yàn)榧词惯@種損壞不易被肉眼看清，但頭盔20其余部分的結(jié)構(gòu)完整性已經(jīng)受到危害。
盡管以上本發(fā)明的描述參照保護(hù)性頭盔的用途，但本發(fā)明也可用于諸如身體盔甲的保護(hù)性的盔甲?？墒褂门c應(yīng)用一重疊的外層相同的原理，以及連接到盔甲的底板上的方法和上述的各種“失效”模式。
參照?qǐng)D14，示出一呈胸部板100的形式的保護(hù)性盔甲，其可穿在使用者的前面，并用帶子101固定。圖15示出通過(guò)圖14的保護(hù)性盔甲的一截面圖，胸部板100包括一底層102，其具有一在使用中用來(lái)接受沖擊襲擊的第一表面?？走€包括一重疊在底層102的第一表面上的外層104。外層104設(shè)計(jì)成類(lèi)似于頭皮18。因此，在第一實(shí)施例中，設(shè)置有一外層104，其沿剪切方向基本上無(wú)彈性，但當(dāng)承受沿法向方向的力時(shí)呈現(xiàn)彈性可壓縮(類(lèi)似于頭皮18)。然而，在試驗(yàn)中業(yè)已發(fā)現(xiàn)，一第二實(shí)施例包括的外層104不但在剪切上基本是彈性的而且在承受法向方向力時(shí)也基本上是彈性的，這樣的實(shí)施例也可以是有效的。底層102模仿頭骨16，因此，提供一用于耗散能量的硬表面，同時(shí)允許一定程度的壓縮或碾壓，以便增加能量的吸收。用于外層104和底層102的合適的材料包括那些用于保護(hù)性帽子所羅列的和描述的材料。
外層104與底層102的附連可用類(lèi)似的方式，或采用用于保護(hù)性帽子的上述的任何機(jī)構(gòu)。這些實(shí)施例示于圖16a、16b、16c、16d和16e。
一潤(rùn)滑劑凝膠的中間層可有利地包括在外層104和底層102之間，并便于它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種層不是關(guān)鍵的，可以用低摩擦系數(shù)(例如，PTFE層)材料的固體層替代?；蛘撸瑢⒁粷?rùn)滑劑包含在外層104和底層102的一個(gè)內(nèi)表面或另一個(gè)內(nèi)表面上，或兩個(gè)內(nèi)表面上。
保護(hù)性盔甲構(gòu)造成當(dāng)一沖擊力的分量被外層104的面向外的表面接受時(shí)，耗散和吸收能量的模式雷同于上述保護(hù)性帽子的模式。
本發(fā)明還提供一修改保護(hù)性盔甲的方法，其包括提供一“軟”的外層來(lái)覆蓋現(xiàn)有的底板。
權(quán)利要求
1.一保護(hù)性帽子，包括一殼體，它具有在使用中面向帽子使用者頭部的向內(nèi)的表面，以及在使用中面離使用者頭部的向外的表面；一重疊在殼體面向外的表面的至少一部分的外層；以及一破碎裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到帽子的其余部分上，其中破碎裝置構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在帽子的外表面上時(shí)，力沿至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)帽子和使用者的頭部，此時(shí)，破碎裝置失效，以及一旦破碎裝置在一個(gè)或多個(gè)部位處失效，施加的力致使至少部分的接受力的外層相對(duì)于殼體移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，破碎裝置是插在殼體和外層之間的一預(yù)計(jì)物項(xiàng)。
3.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，破碎裝置是外層的一體的部分。
4.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，破碎裝置是殼體的一體的部分。
5.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，破碎裝置包括一粘結(jié)劑。
6.如權(quán)利要求5所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，粘結(jié)劑包括下列粘結(jié)劑中任何一個(gè)或其組合3M雙面VHB帶、3M粘結(jié)劑型10/99、Loctite氰基丙烯酸鹽粘合劑或環(huán)氧樹(shù)脂。
7.如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，破碎裝置包括機(jī)械緊固裝置。
8.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，破碎裝置是逐漸地遞增失效，破碎裝置的部分失效發(fā)生在小于選擇的閾值的力，部分失效隨著力的增加而繼續(xù)，直到破碎裝置在選擇的閾值處完全失效為止。
9.如權(quán)利要求8所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，通過(guò)變化破碎裝置在一個(gè)或多個(gè)固定部位處的強(qiáng)度或界面特征，實(shí)現(xiàn)破碎裝置的漸進(jìn)過(guò)程。
10.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層沿剪切方向基本上無(wú)彈性。
11.如權(quán)利要求10所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，當(dāng)一小于選擇的閾值的力作用在帽子的外表面上時(shí)，在破碎裝置失效之前，外層經(jīng)受塑性變形。
12.如權(quán)利要求11所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層設(shè)置有用于局部塑性變形的區(qū)域，在受到小于致使破碎裝置失效所要求的力的力之后，發(fā)生局部塑性變形。
13.如權(quán)利要求12所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，還包括附加的破碎裝置，其構(gòu)造成在選擇的閾值小于為破碎裝置選擇的力時(shí)失效。
14.如權(quán)利要求13所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，附加的破碎裝置防止外層的塑性變形，直到附加的破碎裝置失效。
15.如權(quán)利要求1-9中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層沿剪切方向基本上是彈性的。
16.如權(quán)利要求15所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，當(dāng)一小于選擇的閾值的力作用在帽子的外表面上時(shí)，在破碎裝置失效之前，外層經(jīng)受塑性變形，接受小于選擇的閾值的力的外層相對(duì)于殼體移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
17.如權(quán)利要求16所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層設(shè)置有用于局部彈性變形的區(qū)域，在受到小于致使外層的其余部分發(fā)生彈性變形所要求的力的力時(shí)，發(fā)生局部彈性變形，該受力是小于致使破碎裝置失效所要求的力的—力。
18.如權(quán)利要求17所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，還包括附加的破碎裝置，其構(gòu)造成在選擇的閾值小于為破碎裝置選擇的力時(shí)失效。
19.如權(quán)利要求18所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，附加的破碎裝置防止在局部彈性變形的區(qū)域內(nèi)的外層的彈性變形，直到附加的破碎裝置失效。
20.如權(quán)利要求13、14、18或19中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，附加的破碎裝置包括一粘結(jié)劑。
21.如權(quán)利要求13、14、18或19中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，附加的破碎裝置包括一可剪切的帶。
22.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，殼體包括一復(fù)合材料。
23.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，殼體包括一層疊結(jié)構(gòu)。
24.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，殼體包括下列材料中的任何一個(gè)或多個(gè)聚丙烯、聚碳酸酯、ABS、聚碳酸酯/ABS混合物、高密度聚乙烯(HDPE)、碳纖維復(fù)合物、玻璃加強(qiáng)塑料、Zytel(由杜邦公司制造的一種尼龍)、Celstran(在諸如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、ABS、TPU或尼龍的模量載體內(nèi)的長(zhǎng)股線的玻璃、碳或芳香尼龍纖維材料)、Twintex(由Vetrotex公司制造的玻璃纖維加強(qiáng)的聚丙烯)、Curv PP(由BP公司制造的聚丙烯纖維加強(qiáng)材料)，或Kevlar復(fù)合物(在樹(shù)脂載體中的芳香尼龍纖維)。
25.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層包括一復(fù)合材料。
26.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層是一層疊結(jié)構(gòu)。
27.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層包括下列材料中的任何一個(gè)或多個(gè)諸如Santoprene(由Advanced Elastomer Systems公司制造，在分級(jí)范圍內(nèi))的熱塑性彈性體、呈固體或泡沫形式的Hytrel、諸如聚亞安酯彈性體的熱固性彈性體(通常硬度范圍在肖氏A50至肖氏D70)、高Q(一由Astron公司制造的橡膠)、sorbothane、天然或合成橡膠或塑料化的泡沫、低密度或高密度聚乙烯(LDPE或HDPE)，或傳統(tǒng)的熱塑性或熱固性塑料。
28.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層用諸如玻璃、碳或芳香尼龍(Kevlar)纖維之類(lèi)的高剛度的、低細(xì)長(zhǎng)纖維進(jìn)行加強(qiáng)，以減小外層的總體彈性。
29.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，還包括一層位于殼體和使用者頭部之間的低密度泡沫。
30.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，還包括一層位于殼體和使用者頭部之間的不可壓縮的流體，并封裝在柔性的液囊內(nèi)。
31.如權(quán)利要求30所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，包含不可壓縮流體的柔性液囊被分隔成多個(gè)隔間，柔性液囊包括將各隔間連接到至少另一隔間的連接裝置，操作連接裝置，防止流體從一個(gè)隔間流到另一隔間，直到作用在帽子外表面上的沖擊超過(guò)閾值，在此點(diǎn)上，連接裝置才允許流體在隔間之間流動(dòng)。
32.如權(quán)利要求31所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，不可壓縮流體是抵抗隔間之間流動(dòng)以阻尼殼體運(yùn)動(dòng)的流體。
33.一保護(hù)性帽子，包括一殼體，它具有在使用中面向帽子使用者頭部的向內(nèi)的表面，以及在使用中面離使用者頭部的向外的表面；一重疊在殼體面向外的表面的至少一部分的外層；以及一裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到帽子的其余部分上，其中外層構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在帽子的外表面上時(shí)，力沿對(duì)于帽子的外表面的至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)帽子和使用者的頭部，此時(shí)，外層屈服，以及一旦外層屈服，施加的力致使接受力的外層的至少部分相對(duì)于殼體移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
34.如權(quán)利要求33所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到帽子的其余部分上的裝置包括一粘結(jié)劑。
35.如權(quán)利要求34所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，粘結(jié)劑包括下列粘結(jié)劑中任何一個(gè)或其組合3M雙面VHB帶、3M粘結(jié)劑型10/99、Loctite氰基丙烯酸鹽粘合劑或環(huán)氧樹(shù)脂。
36.如權(quán)利要求33所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到帽子的其余部分上的裝置包括機(jī)械緊固裝置。
37.如權(quán)利要求33-36中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層沿剪切方向基本上無(wú)彈性。
38.如權(quán)利要求37所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，在用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到帽子的其余部分上的裝置失效之前，外層經(jīng)受塑性變形。
39.如權(quán)利要求37或38所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層設(shè)置有用于局部塑性變形的區(qū)域，在受到的力小于致使用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到帽子的其余部分上的裝置發(fā)生失效所要求的力時(shí)，發(fā)生局部塑性變形。
40.如權(quán)利要求33-36中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層沿剪切方向基本上呈彈性。
41.如權(quán)利要求40所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，當(dāng)一小于選擇的閾值的力作用在帽子的外表面上時(shí)，在用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到帽子的其余部分上的裝置失效之前，外層經(jīng)受彈性變形，外層相對(duì)于殼體移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
42.如權(quán)利要求40或41所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層設(shè)置有用于局部彈性變形的區(qū)域，在受到小于致使外層的其余部分發(fā)生彈性變形所要求的力的力時(shí)，該區(qū)域發(fā)生彈性變形，該受力是小于致使用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到帽子的其余部分上的裝置失效所要求的力的力。
43.如權(quán)利要求33-42中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，殼體包括一復(fù)合材料。
44.如權(quán)利要求33-43中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，殼體包括一層疊結(jié)構(gòu)。
45.如權(quán)利要求33-44中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，殼體包括下列材料中的任何一個(gè)或多個(gè)聚丙烯、聚碳酸酯、ABS、聚碳酸酯/ABS混合物、高密度聚乙烯(HDPE)、碳纖維復(fù)合物、玻璃加強(qiáng)塑料、Zytel(由杜邦公司制造的一種尼龍)、Celstran(在諸如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、ABS、TPU或尼龍的模量載體內(nèi)的長(zhǎng)股線的玻璃、碳或芳香尼龍纖維材料)、Twintex(由Vetrotex公司制造的玻璃纖維加強(qiáng)的聚丙烯)、Curv PP(由BP公司制造的聚丙烯纖維加強(qiáng)材料)，或Kevlar復(fù)合物(在樹(shù)脂載體中的芳香尼龍纖維)。
46.如權(quán)利要求33-45中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層包括一復(fù)合材料。
47.如權(quán)利要求33-46中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層是一層疊結(jié)構(gòu)。
48.如權(quán)利要求33-47中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層包括下列材料中的任何一個(gè)或多個(gè)諸如Santoprene(由Advanced Elastomer Systems公司制造，在分級(jí)范圍內(nèi))的熱塑性彈性體、呈固體或泡沫形式的Hytrel、諸如聚亞安酯彈性體的熱固性彈性體(通常硬度范圍在肖氏A50至肖氏D70)、高Q(一由Astron公司制造的橡膠)、sorbothane、天然或合成橡膠或塑料化的泡沫、低密度或高密度聚乙烯(LDPE或HDPE)，或傳統(tǒng)的熱塑性或熱固性塑料。
49.如權(quán)利要求33-48中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，外層用諸如玻璃、碳或芳香尼龍(Kevlar)纖維之類(lèi)的高剛度的、低細(xì)長(zhǎng)纖維進(jìn)行加強(qiáng)，以減小外層的總體彈性。
50.如權(quán)利要求33-49中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，還包括一層位于殼體和使用者頭部之間的低密度泡沫。
51.如權(quán)利要求33-50中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，還包括一層位于殼體和使用者頭部之間的不可壓縮的流體，并封裝在柔性的液囊內(nèi)。
52.如權(quán)利要求33-51中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，包含不可壓縮流體的柔性液囊被分隔成多個(gè)隔間，柔性液囊包括將各隔間連接到至少另一隔間的連接裝置，操作連接裝置，防止流體從一個(gè)隔間流到另一隔間，直到作用在帽子外表面上的沖擊超過(guò)閾值，在此點(diǎn)上，連接裝置才允許流體在隔間之間流動(dòng)。
53.如權(quán)利要求52所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，不可壓縮流體是抵抗隔間之間流動(dòng)以阻尼殼體運(yùn)動(dòng)的流體。
54.如權(quán)利要求33-53中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，一旦外層失效，帽子維持腦部?jī)?nèi)的應(yīng)力水平低于20Kpa。
55.如權(quán)利要求1-32中任何一項(xiàng)所述的保護(hù)性帽子，其特征在于，一旦破碎裝置失效，帽子維持腦部?jī)?nèi)的應(yīng)力水平低于20Kpa。
56.一保護(hù)性盔甲，包括一底層，它具有在使用中面向盔甲使用者身體的向內(nèi)的表面，以及在使用中面離使用者身體的向外的表面；一重疊在底層面向外的表面的至少一部分的外層；以及一破碎裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到盔甲的其余部分上，其中破碎裝置構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在盔甲的外表面上時(shí)，力沿至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)盔甲和使用者的身體，此時(shí)，破碎裝置失效，以及一旦破碎裝置在一個(gè)或多個(gè)部位處失效，施加的力致使接受力的外層的至少部分相對(duì)于底層移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
57.一保護(hù)性盔甲，包括一底層，它具有在使用中面向盔甲使用者身體的向內(nèi)的表面，以及在使用中面離使用者身體的向外的表面；一重疊在底層面向外的表面的至少一部分的外層；以及一裝置，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層固定地連接到盔甲的其余部分上，其中外層構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在盔甲的外表面上時(shí)，力沿對(duì)于盔甲的外表面的至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)盔甲和使用者的身體，此時(shí)，外層失效，以及一旦外層失效，施加的力致使接受力的外層的至少部分相對(duì)于底層移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。
58.一修改現(xiàn)有保護(hù)性帽子的方法，其中設(shè)置一外層來(lái)重疊在現(xiàn)有保護(hù)性帽子的面向外的表面的至少一部分上；以及設(shè)置破碎裝置來(lái)將外層在一個(gè)或多個(gè)部位處固定地附連到現(xiàn)有保護(hù)性帽子的其余部分上，破碎裝置構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在修改的帽子的外表面時(shí)，該力沿至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)修改的帽子和使用者的頭部，此時(shí)，破碎裝置失效，以及一旦破碎裝置在一個(gè)或多個(gè)部位處失效，施加的力致使接受力的外層的至少部分相對(duì)于現(xiàn)有保護(hù)性帽子的面向外的表面移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性運(yùn)動(dòng)。
59.一修改現(xiàn)有保護(hù)性帽子的方法，其中設(shè)置一外層來(lái)重疊在現(xiàn)有保護(hù)性帽子的面向外的表面的至少一部分上；以及設(shè)置裝置來(lái)將外層在一個(gè)或多個(gè)部位處固定地附連到現(xiàn)有保護(hù)性帽子的其余部分上，外層構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在修改的帽子的外表面時(shí)，該力沿對(duì)于修改的帽子外表面的至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)修改的帽子和使用者的頭部，此時(shí)，外層失效，以及一旦外層失效，施加的力致使接受力的外層的至少部分相對(duì)于現(xiàn)有保護(hù)性帽子的面向外的表面移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性運(yùn)動(dòng)。
60.一修改現(xiàn)有保護(hù)性盔甲的方法，其中設(shè)置一外層來(lái)重疊在現(xiàn)有保護(hù)性盔甲的面向外的表面的至少一部分上；以及設(shè)置破碎裝置來(lái)將外層在一個(gè)或多個(gè)部位處固定地附連到現(xiàn)有保護(hù)性盔甲的其余部分上，破碎裝置構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在修改的盔甲的外表面時(shí)，該力沿至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)修改的盔甲和使用者的身體，此時(shí)，破碎裝置失效，以及一旦破碎裝置在一個(gè)或多個(gè)部位處失效，施加的力致使接受力的外層的至少部分相對(duì)于現(xiàn)有保護(hù)性盔甲的面向外的表面移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性運(yùn)動(dòng)。
61.一修改現(xiàn)有保護(hù)性盔甲的方法，其特征在于設(shè)置一外層來(lái)重疊在現(xiàn)有保護(hù)性盔甲的面向外的表面的至少一部分上；以及設(shè)置裝置來(lái)將外層在一個(gè)或多個(gè)部位處固定地附連到現(xiàn)有保護(hù)性盔甲的其余部分上，外層構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在修改的盔甲的外表面時(shí)，該力沿對(duì)于修改的盔甲外表面的至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)修改的盔甲和使用者的身體，此時(shí)，外層失效，以及一旦外層失效，施加的力致使接受力的外層的至少部分相對(duì)于現(xiàn)有保護(hù)性盔甲的面向外的表面移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮相對(duì)于頭骨的保護(hù)性運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供保護(hù)性帽子，其包括一殼體(26)，它具有在使用中面向帽子使用者頭部(10)的向內(nèi)的表面，以及在使用中面離使用者頭部(10)的向外的表面。一重疊在殼體(26)面向外的表面的至少一部分的外層(28)，以及設(shè)置一破碎裝置(30)，它用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)部位處將外層(28)固定地連接到帽子的其余部分上。破碎裝置(30)構(gòu)造成當(dāng)一大于選定閾值的力施加在帽子的外表面(28)上時(shí)，力沿至少部分的切向方向作用，轉(zhuǎn)動(dòng)帽子和使用者的頭部(10)，此時(shí)，破碎裝置失效。一旦破碎裝置(30)在一個(gè)或多個(gè)部位處失效，施加的力致使接受力的外層(28)的至少部分相對(duì)于殼體(26)移動(dòng)，其方式類(lèi)似于人頭皮(18)相對(duì)于頭骨(16)的保護(hù)性的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明還涉及保護(hù)性盔甲(100)以及修改保護(hù)性帽子和保護(hù)性盔甲的方法。
文檔編號(hào)A42B3/06GK1543318SQ02815989
公開(kāi)日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2002年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月9日
發(fā)明者K·D·菲利普斯, K D 菲利普斯 申請(qǐng)人:菲利普斯頭盔有限公司