本申请要求2015年8月11日提交的名称为“shockabsorbersforprotectivebodygear(用于保护性身体装备的吸震器)”的美国临时申请no.62/203,755的优先权，该申请通过引用而结合在本文中。
本申请大体涉及吸震器。更特别地，本申请涉及用于在诸如身体装备的保护性结构中使用的吸震器。
背景技术：
在运动和其它体育活动期间，个人往往暴露于冲击力，如果不至少部分地减弱冲击力，则冲击力可导致严重损伤。因此，他们通常佩戴保护性运动装备，诸如头盔、护甲、肘垫和膝垫等。这种保护性装备典型地包括冲击减弱结构，它响应于冲击力而弹性地和/或塑性性变形，从而以机械的方式减弱冲击。例如，许多已知头盔具有可压泡沫层，它设置在刚性或半刚性外壳和使头盔符合佩戴者的头的内部衬垫之间。
泡沫一般定制成最佳地响应于具体范围的冲击能，但在此范围之外，它们的有效性显著降低。对于超过范围的上限的冲击能，泡沫太软了且在冲击完全减弱之前“降至最低点”，即，达到最大压缩，从而导致大冲击力传递到身体。另一方面，对于低于最佳范围的冲击能，泡沫太硬了而无法足够压缩，或者“凹陷”，以充分地延长在冲击之后发生减速的距离和时间，从而引起突然的高峰值力。改进泡沫层的冲击减弱能力的一种方式典型地是降低泡沫的密度(即，使它更软)，并且增加层的厚度，这会不合需要地增加所使用的材料量。使这个折衷办法恶化的是，大多数泡沫的最大凹陷距离仅仅是原始高度的大约30-40%。因而，大约60-70%的泡沫层会增加体积和重量，但不提高保护性结构的冲击吸收能力。另外，许多泡沫的性能随着冲击的重复而快速降低。其它传统的冲击吸收层展现了类似的问题和限制。
代替连续层，最近的头盔设计特征在于离散压缩基元，其用它们的侧壁和/或者通过使流体抵抗性地通过基元封壳的孔来减弱冲击。这些基元大体具有接近它们的高度的凹陷距离，展现优异的耐用性，并且适合大范围的冲击能。此外，它们经由基元设计而提供修整头盔(或其它保护性结构)的冲击吸收特性的机会。但是，这种定制机会很少得到利用。
技术实现要素：
本申请提供一种用于结合到保护性结构中的吸震器，保护性结构为诸如例如头盔和其它保护性身体装备，以及挡泥板、吸震座位和车辆、运动装备和机器中的安全垫。吸震器在具有不同减弱水平的多个阶段中吸收冲击。在一些实施例中，吸震器包括侧壁，侧壁比形成皱折的壁更薄。随着首先施加力，在第一阶段中，侧壁变形而提供第一减弱水平。在第二阶段中，皱折的至少一部分变形而提供第二减弱水平。在第三阶段中，皱折接触表面，并且从而响应于力而提供第三减弱水平。
一方面，一种用于在不同的减弱阶段中减弱对其施加的冲击力的吸震器包括：顶壁，其包括隆起中心部分和顶部缘边；底部缘边；在顶部缘边和底部缘边之间延伸的侧壁，其中，底部缘边具有大于或等于侧壁的任何部分的直径的直径；以及皱折，其包围隆起中心部分的外缘，(i)皱折将隆起中心部分连接到顶部缘边上，(ii)皱折下降到低于侧壁的一半高度的深度，和(iii)皱折与表面分开一距离。在第一阶段中通过侧壁的抵抗性屈服而使在吸震器上施加的冲击力减弱第一量，在第二阶段中通过中心部分的下陷和与其相关联的皱折的抵抗性屈服来使冲击力减弱第二量，以及在第三阶段中通过皱折的抵抗性屈服来使冲击力减弱第三量。在一个实施例中，皱折构造成当顶部缘边接触表面时响应于对吸震器施加的力而屈服。
在一些实施例中，第一量可小于第二量，并且第二量可小于第三量。侧壁可包括相对于竖直基准线具有第一锐角的第一区域和相对于竖直基准线具有第二锐角的第二区域；第一锐角可比第二锐角具有更小的值，第一区域可比第二区域更接近吸震器的底部缘边，并且第一区域和第二区域可在设置的侧壁的大约一半高度处的点处会合。吸震器可构造成使第一阶段、第二阶段和第三阶段之间有时间重叠。吸震器可基本为圆柱形对称的。
另一方面，一种用于在三个不同减弱阶段中减弱对吸震器施加的冲击力的方法包括：1)在第一阶段中通过吸震器的侧壁的抵抗性屈服来使冲击力减弱第一量，其中，侧壁在吸震器的顶部缘边和底部缘边之间延伸，并且吸震器的底部缘边具有等于或大于侧壁的任何部分的直径的直径；2)在第二阶段中通过吸震器的隆起中心部分的下陷和与其相关联的吸震器的皱折的抵抗性屈服来使冲击力减弱第二量，其中，皱折包围隆起中心部分的外缘且将隆起中心部分连接到顶部缘边上；以及3)在第三阶段中通过皱折在接触最初与皱折分开一距离的表面时响应于对顶部缘边施加的力的抵抗性屈服，来使冲击力减弱第三量。皱折可下降到低于侧壁的一半高度的深度。
第一量可小于第二量，并且第二量可小于第三量。侧壁可包括相对于竖直基准线具有第一锐角的第一区域和相对于竖直基准线具有第二锐角的第二区域；第一锐角可比第二锐角具有更小的值，第一区域可比第二区域更接近吸震器的底部缘边，并且第一区域和第二区域可在设置在侧壁的大约一半高度处的点处会合。第一阶段、第二阶段和第三阶段中的至少一个的发生可与吸震器的第一阶段、第二阶段和第三阶段中的另一个的发生有重叠。吸震器可基本为圆柱形对称的。
通过参照以下描述、附图和权利要求，本文公开的本申请的这些和其它目标以及优点和特征将变得更加明显。此外，要理解的是，本文描述的各种实施例的特征不是相互排斥的，而是可按各种组合和排列存在。
附图说明
由于结合附图得到的本申请的各方面的以下详细描述，将更清楚地理解本申请的前述实现和额外的实现。但应当理解的是，本发明不局限于所显示的确切布置和手段。
图1示出根据本发明的一个实施例的吸震器的侧视图。
图2示出根据本发明的一个实施例的吸震器的俯视透视图。
图3示出根据本发明的一个实施例的吸震器的俯视图。
图4示出根据本发明的一个实施例的吸震器的俯视透视截面图。
图5示出根据本发明的一个实施例的吸震器的侧视截面图。
图6示出根据本发明的一个实施例的具有吸震器的头盔。
图7示出根据本发明的一个实施例的处于第一压缩阶段的吸震器的侧视截面图。
图8示出根据本发明的一个实施例的处于第二压缩阶段的吸震器的侧视截面图。
图9示出根据本发明的一个实施例，处于第三压缩阶段的吸震器的侧视截面图。
图10示出根据本发明的一个实施例的吸震器的侧视图。
具体实施方式
根据本发明的吸震器可用各种各样的弹性和半弹性材料制成，包括例如橡胶、热塑性材料和其它可模压聚合物。在一个实施例中，使用热塑性弹性体(tpe)。可在市场上获得的tpe包括arnitel和santoprene品牌。可使用的其它材料包括，例如热塑性聚氨酯弹性体(tpu)和低密度聚乙烯(ldpe)。大体上，材料选择取决于特定应用，而且本领域技术人员基于已知材料属性可容易地选择材料，而无需过度实验。另外，大体可使用许多熟知制造技术(诸如例如吹塑成形或注塑成形)中的任一个来创造期望形状和构造的吸震器。吸震器可制造成一件或多件。例如可用粘合剂(诸如胶水)，或者使用热结合工艺来实现结合。可使用机械互锁特征、夹子或类似的装置来保证多个部件保持彼此固定。在说明书中可使用类似或相同的参考标号来引用类似元件。
图1示出根据本发明的一个实施例的吸震器100的侧视图。如显示的那样，吸震器100的顶壁102可包括中心部分104，它隆起超过侧壁106的高度；高度差(高度108)可为例如5mm或10mm。在其它实施例中，中心部分104的高度可与侧壁106基本相同，并且高度108基本为零。中心部分104在形状上可为圆柱形，但本申请不局限于中心部分104的任何特定形状。
在一些实施例中，侧壁106的第一部分110设置成相对于竖直基准线114成第一角度112。侧壁106的第二部分116设置成相对于竖直基准线114成第二角度118。如图1中显示的那样，角度112、118中的各个可为锐角，并且第一部分110可比第二部分116更接近吸震器100的底部。在一些实施例中，第二角度118大于第一角度112。在其它实施例中，第一角度112大于或等于第二角度118。第一角度112可为例如1-3度，并且第二角度118可为例如2-5度。任何值的角度112、118或者侧壁106的任何轮廓构造都在本申请的范围内。在一个实施例中，侧壁106的底部缘边120表示侧壁106的最宽部分；两个角度112、118在相同方向上偏离竖线114，并且侧壁106的各个其它部分的直径比底部缘边120处的直径更小。因为底部缘边120可具有等于或大于侧壁106的最宽部分的直径，所以可使用仅仅需要例如tpu的单个注射步骤的过程来制造吸震器100。在其中底部缘边120不是侧壁106的最宽部分的其它实施例中，第二注射步骤对于确保底部缘边120附近存在足够的材料可为必要的。
图2示出根据本发明的另一个实施例的吸震器200的透视图。吸震器200可包括中心部分104、侧壁106和基部120(例如，底部缘边)。皱折202分开中心部分104与顶部缘边204。在一些实施例中，中心部分104和顶部缘边204形成吸震器200的顶壁(例如，图1中的吸震器100的顶壁102)。侧壁106在顶部缘边204和底部缘边120之间延伸。此外，皱折202可包围中心部分104的外缘且连接中心部分104和顶部缘边204。图3示出根据本发明的另一个实施例的吸震器300的俯视图，吸震器300可包括中心部分104、皱折202、顶部缘边204、侧壁106和底部缘边120。皱折202可为连续元件，它自始至终围绕中心部分104延伸，或者可仅仅部分地围绕中心部分延伸，或者间歇地围绕中心部分延伸。
现在转到图4，显示了吸震器400，它可包括中心部分104、皱折202、顶部缘边204、侧壁106和底部缘边120。图4是根据本发明的另一个实施例的吸震器400的透视截面图。如图4中显示的那样，皱折以“v”形将顶部缘边204连接到隆起中心部分104上，v形具有最低部分402。虽然显示了单个“v”形，但皱折可包括任何数量的连接的“v”形。在一个实施例中，当使用多个“v”形时，“v”的顶部或底部部分可一路延伸到顶部缘边204或最低部分402的高度。在其它实施例中，多个“v”形皱折的顶部和底部部分不延伸到顶部缘边204或最低部分402的全部高度，而是可在它们之间的某处停止。在一个实施例中，皱折202的最低部分402设置在侧壁106的高度的中点404下方。在另一个实施例中，皱折202的最低部分402设置在中点404处或其上方。吸震器400可包括底壁或“底板”(未显示)。在一个实施例中，吸震器400不包括底板而是直接固定到表面上，诸如头盔的内部，并且底部部分402在压缩期间(在下面更详细地解释)接触的表面是头盔的内表面。在其它实施例中，吸震器400包括底壁或底板，其表面在压缩期间接触底部部分402。底壁可制造成吸震器400的一部分，或者单独制造且在制造之后固定到吸震器上。在一个实施例中，底壁是容纳吸震器400的封壳的一部分；封壳与其内部的吸震器400之后固定到头盔或其它制品上。
图5是吸震器500的侧视透视图，吸震器500包括皱折202的底部部分，它与底壁504(如上面陈述的那样，底壁504可附连吸震器500上或结合到吸震器500中，或者可为独立于吸震器500的构件，诸如头盔的内表面)分开距离502。距离502可为任何值，诸如例如，5mm、10mm或15mm；但是任何值都在本申请的范围内。在一个实施例中，距离502与高度108相同(图1)。在另一个实施例中，距离502大于高度108。在又一个实施例中，距离502小于高度108。侧壁106的厚度可小于皱折202的厚度。例如，侧壁106可为0.8–1.0mm厚，并且皱折202可为1.5mm厚。如下面进一步解释的那样，由于侧壁相当薄，较薄的侧壁106可对于冲击力在皱折202屈服之前进行抵抗性屈服(即，变形)。在其它实施例中，侧壁106可具有与皱折202相同的厚度或比皱折202更大的厚度，但由于其组成仍然可首先对冲击力作出响应。例如，该组成可为不同于皱折202的材料或材料混合物，或者包括使其与皱折202相比变弱的杂质、穿孔等。在其它实施例中，侧壁106的形状或轮廓可使其比皱折202更弱。侧壁106可沿着它们的高度具有均匀厚度，或者可具有较薄的区段，以产生变形区。
图6是根据本发明的另一个实施例的具有吸震器602的头盔604的示意图。特别地，图6示出系统600具有多个吸震器602，它们固定到头盔604的内表面上。如所示出的那样，吸震器602设置在封壳中，但如上面解释的那样，吸震器602可直接置于头盔604的内表面上。但是，本申请不局限于仅仅头盔，而是吸震器602可置于任何保护性身体装备或任何其它制品上。
图7、8和9示出吸震器700在各种压缩阶段中对冲击力作出响应时的侧视截面图。在图7中，吸震器700处于第一压缩阶段，其中，吸震器700的隆起中心部分104遭受冲击力702。随着中心部分104朝下表面移动，侧壁106通过对力进行抵抗性屈服而作出响应，从而使力减弱第一量。侧壁106可响应于力从原始位置704向外弯曲。侧壁106的任何移动或变形都在本申请的范围内，但是；侧壁106中的一些或全部可向内弯曲。在这个阶段中，皱折202可变形较小或没有变形。
图8中示出了第二压缩阶段。在这个阶段中，侧壁106可继续从它们的默认位置704变形；变形量在第二压缩阶段期间可增加、减少，或者保持相同。对隆起中心部分104施加的力802使中心部分压缩，使得皱折202的下部部分804接触表面806。随着隆起中心部分104压缩，皱折202的至少一部分变形离开其默认位置。在一个实施例中，皱折202的内部部分808移动远离其默认位置810。在另一个实施例中，代替内部部分808，或者除了内部部分808之外，皱折202的外部部分812移动远离其默认位置。由于至少通过皱折202的变形和/或移动所提供的吸震器的阻力的原因，力802可减弱第二量。
在第三压缩阶段中，如图9中示出的那样，皱折202的底部部分804可接触表面806，并且力902使侧壁106、皱折202的内部部分808和/或皱折202的外部部分812进一步变形离开它们的默认位置。在这个阶段中，可对隆起中心部分104和顶部缘边204施加力902；即，隆起中心部分104和顶部缘边204的高度可设计成使得当皱折202的底部部分804接触表面806时，高度大约相同。在其它实施例中，即使当皱折202的底部部分804接触表面806时，隆起中心部分104的高度也可大于顶部缘边204的高度。在这样的实施例中，第三压缩阶段包括两个子阶段：当皱折202的底部部分804首先接触表面806时的第一子阶段和当隆起中心部分104的高度落到顶部缘边204的高度且提供力902的物体接触顶部缘边204时的第二子阶段。在另外的其它实施例中，在皱折202的底部部分804接触表面806之前，提供力902的物体接触顶部缘边204。由于至少通过皱折202的变形和/或移动所提供的吸震器的阻力的原因，力902可减弱第三量。
力702、802、902可由任何物体供应，诸如，身体部分、头盔或垫、球或地面，而且可为直接力、剪切力、倾斜力、旋转力或任何其它类型的力或力的组合。力702、802、902在量级上可为相等的；在这种情况下，三个压缩阶段随着时间的推移对相等的力逐渐作出响应。在其它实施例中，力702、802、902在量级上可为不同的。在一些实施例中，吸震器700可通过使其侧壁106变形来响应于第一力702，并且从而完全减弱力702；在这种情况下，不需要第二和第三阶段。当出现第二力802和第三力902且如果出现第二力802和第三力902，吸震器700可通过进入第二和第三压缩阶段而作出响应。在一些实施例中，第一量可小于第二量，并且第二量可小于第三量。在一些实施例中，吸震器可构造成使第一、第二和第三阶段之间有时间重叠。
图10示出根据本发明的另一个实施例的吸震器1000的侧视图。如显示的那样，吸震器1000的顶壁可包括中心部分1004，它隆起超过最上部侧壁1008的高度。在其它实施例中，中心部分1004可具有与最上部侧壁1008相同的高度。中心部分1004在形状上可为圆柱形，但本申请不局限于中心部分1004的任何特定形状。随着隆起中心部分1004压缩，皱折1002的至少一部分变形离开其默认位置。在一些实施例中，隆起中心部分1004可下陷，直到皱折1002到达底壁1006(底壁1006可附连或结合到吸震器1000中，或者可与吸震器1000分开，诸如头盔的内表面)。在一些实施例中，最上部侧壁1008沿朝向中心部分1004的方向向内成角度，而最底部侧壁1010则沿远离中心部分1004的方向向外成角度。向内成角度的最上部侧壁1008和向外成角度的最底部侧壁1010在它们的相交点处产生相交角度1012，相交角度大于零(0)度，并且优选在90至170度的范围中。相交角度1012的任何值或侧壁1008、1010的任何轮廓构造都在本申请的范围内。
在一些实施例中，侧壁1008、1010的厚度小于皱折1002的厚度；侧壁1008、1010可为0.8mm–1.0mm厚，例如，皱折1002可为1.5mm厚。内部侧壁1008、1010可由于它们相当薄而在皱折1002之前对冲击力进行抵抗性屈服(即，变形)。在其它实施例中，侧壁1008、1010具有与皱折1002相同或比皱折1002更大的厚度，但由于它们的组成仍然首先对冲击力作出响应。例如，侧壁1008、1010的组成可为不同于皱折1002的材料或材料混合物，或者包括使其比皱折1002更弱的杂质。在其它实施例中，侧壁1008、1010的形状或轮廓可使得它们比皱折1002更弱。
在上面描述了本申请的某些实施例。但是，清楚地指明了本申请不局限于那些实施例；而是对本文清楚描述的内容的添加和修改也包括在本申请的范围内。此外，要理解的是，本文描述的各种实施例的特征一般不是相互排斥的，而且可按各种组合和排列存在而不偏离本申请的精神和范围，即使在本文没有清楚地形成这样的组合或排列。实际上，本领域普通技术人员将想到关于本文描述的内容的变型、修改和其它实现，而不偏离本申请的精神和范围。因而，本申请不是仅仅由前面的示例性描述限定。除非本文特别地阐述，否则用语“一”、“一种”和“该”不局限于一个元件，而是应当解读为表示“至少一个”。
要理解的是，已经简化了本发明的至少一些图和描述，以集中在与清楚地理解本发明有关的元件上，同时为了清楚，删除了本领域普通技术人员将理解的也可包括本发明的一部分的其它元件。但是，因为这样的元件在本领域中是众所周知的，而且因为它们不一定有利于更好地理解本发明，所以本文不提供对这样的元件的描述。
另外，本发明的方法不依赖于本文阐述的步骤的特定顺序，步骤的特定顺序不应理解为对权利要求的限制。涉及本发明的方法的任何权利要求不应局限于以所书写的顺序执行它们的步骤，而且本领域技术人员可容易地理解，步骤可有改变且仍然保持在本发明的精神和范围之内。