用于减轻脊髓损伤的设备的制作方法

专利名称：用于减轻脊髓损伤的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于减轻脊髓损伤的设备。本发明的具体实施例提供了用于 减轻脊髓损伤的保护性头戴设备。
背景技术：
脊髓损伤在医学上是破坏性的事件，其会使得病患在损伤部位以下部分 地或完全地瘫痪。许多脊髓损伤目前是不可逆的。
轴向挤压类型的颈部损伤是典型破坏性脊髓损伤的例子。轴向挤压损伤 的替换术语包括推骨挤压骨折、轴向挤压骨折、轴向挤压爆裂性骨折(burst fracture)或者轴向载荷损伤。在Cl或C2推骨处的该类型的颈推损伤通常 是致命的，且在C3-C7推骨处的损伤通常会导致瘫痪。
轴向挤压类型的颈部损伤可能是来自于人头部的反向跌落，或者例如与 其他人或其他物体的头部首先撞击，这样的其他物体例如是墙壁、泳池地面 或汽车顶棚。这种类型的损伤发生在各种类型活动的事故、跌落和/或碰撞中， 包括但不限于涉及诸如自行车、机动车、摩托车等车辆的事故、跌落和/或碰 撞，发生在诸如滑板、溜水、滑雪、滑雪板运动、曲棍球、足球、骑马、游 泳、潜水这样的运动中的事故、跌落和/或碰撞。这类损伤也可来自于从高处 等的意外掉落。许多这种活动已经涉及使用位于头部和接触表面之间的工程 界面(engineered interface )，如头盔或机动车顶棚。这种工程界面的当前设 计在防止颈部损伤方面用途有限。
头盔或其他保护性头戴装置的大多数当前设计主要被设计为保护头部 (例如针对撞击)。这些已有技术的头戴装置的设计对颈部提供了有限(如 果有的话)的保护。目前的头盔设计在保护由于直线加速和物体穿透造成的头部损伤方面是有效的，但是在对颈推提供保护方面非常有限。典型的头盔 设计包括外壳罩，其可用各种材料制造。这样的材料可包括合成物，如
Kevlar (芳族聚酰胺纤维)、碳纤维增强塑料、玻璃增强塑料、ABS (丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯)塑料、聚碳酸脂塑料等。已有技术的头盔通常在它们的
外壳罩中包括两层内填充物。与头皮最近的通常被称为舒适村垫且通常用低 密度泡沫制成。中间的填充层(在外壳罩和舒适衬垫之间)通常包括能量吸 收材料，如发泡(expanded)聚苯乙烯等。摩托车头盛中的中间填充层通常 具有50-60g/L的密度。
修改的头盔设计的一些例子在已有技术中也是已知的。这种修改的头盔 设计包括
美国专利乂>开No. 2004/0168246 ( Phillips ); 美国专利No. 5287862 ( Rush, III); 美国专利No. 5553330 (Carveth);和 美国专利/>开No. 2004/1904194。
存在对用于减轻脊髓损伤的保护性头戴装置和/或相关设备的普遍需要。 通过非限制性的例子，这种脊髓损伤可以包括与脊推的轴向挤压和骨折相关 的类型，其会导致脊髓的变形和损伤。

发明内容
本发明的一个方面提供一种可穿戴在使用者头部上的头盔，用于减轻颈 部损伤，该头盔并入有外部构件，限定出一凹处；内部构件，至少一部分 位于该凹处中；和路径运动引导机构，将内部构件联接到外部构件。该5^径 运动引导机构允许响应于撞击力而在内部构件和外部构件之间作被引导的 相对运动。被引导的相对运动被限制于一个或多个预定路径，且对于该一个 或多个运动路径的每一个来说，被引导的相对运动包括内部构件和外部构件 之间的相对平移和/或旋转。
本发明的另一方面提供一种用于减轻颈部损伤的方法。该方法包括提 供可穿戴在使用者头部上的头盔，该头盔包括限定出一凹处的外部构件； 和至少一部分在该凹处中的内部构件。该方法还涉及响应撞击力而辅助在内 部构件和外部构件之间的被引导的相对运动。辅助在内部构件和外部构件之
间的被引导的相对运动包括将该相对运动限制于一个或多个预定路径，其中，该一个或多个预定路径的每一个都涉及内部构件和外部构件之间的相对 平移和/或旋转。
本发明的具体实施例的其他方面和特征将在后文详细描述。


在描述了本发明非限制性实施例的附图中
图1为人和物体之间的对头部造成撞击力的碰撞的示意图2为被引导的运动的示意图，其能通过使得颈部伸展或弯曲而减轻由
对头部的撞击力造成的脊髓损伤；
图3A和3B显示了根据本发明具体实施例的保护性头戴装置；
图4A和4B显示了当突出部已经沿槽的前分支部运动时的图3A、 3B
的保护性头戴装置；
图5A和5B显示了当突出部已经沿槽的后分支部运动时的图3A、 3B
的保护性头戴装置；
图6A和6B分别示意性地显示了期望突出部沿槽的前分支部和后分支
部运动的情况；
图7A-7C示意性地显示了根据本发明具体实施例的路径运动引导机构 的特征，其对于在槽的后分支部和前分支部之间进行选择很有用； 图8A-8C显示了根据本发明具体实施例的展开机构的各种部件； 图9和IO显示了根据本发明其他实施例的展开机构； 图11显示了根据本发明另一实施例的保护性头戴装置； 图12显示了根据本发明另一实施例的路径运动引导机构的槽； 图13显示了根据本发明另一实施例的路径运动引导机构的槽；和 图14显示了并入有根据本发明另一实施例的路径运动引导机构的结构 的截面图。
具体实施例方式
为了提供对本发明的更全面的理解，在后文的描述中阐述了具体的细 节。但是，本发明可以不用这些特例来施行。在其他情况下，公知的元件将 不详细显示或描述以避免不必要地使本发明不分明。相应地，说明书和附图 应视为是示例性的，而不是限制性的。
12本发明的 一些方面提供了用于减轻颈部损伤的方法和设备。可穿戴在使
用者头部上的头盔包括外部构件，其限定了凹处；内部构件，其至少一部 分位于该凹处内；和路径运动引导机构，其将内部构件联接到外部构件。该 路径运动引导机构允许响应撞击力而在内部构件和外部构件之间进行被引 导的相对运动。被引导的相对运动限制于一个或多个预定路径，且对于该一 个或多个预定路径的每一个来说，被引导的相对运动包括内部构件和外部构 件之间的相对平移和/或旋转。
轴向挤压类型的脊稚和脊髓损伤的动力学已经被研究且示意性地显示 于图1中。轴向挤压损伤的一般原因是施加到头部(通常是施加到被称为头 顶的头部部分)的撞击力，其中，所施加的力具有至少部分地与脊推对准的 分量。脊髓损伤在骨质脊推的部件通过骨折或脱臼而强制进入脊髓时发生。 这种情况显示于图1中，其中， 一个人的头部10与物体12撞击，使得撞击 力14通过物体12施加到头部10且力14通常与脊推18的轴线16对准。因 为力14至少具有与脊推18的轴线16大致对准的分量，所以撞击力14被称 为轴向头顶力。如后文详细描述的，力14可从头部IO传递到脊推18。
通常，力14不需要与脊骨18的轴线16直接对准。许多研究人员已经 证实，在一定锥面内的力趋于造成轴向挤压类型的损伤，该锥面具有脊推轴 线16的大约15。以内的角度e。但是，可以预期的是，施加的力在该15。角
锥面e范围以外时也会发生轴向挤压脊髓损伤。本发明并不限于在该角度范 围e内的力，且本发明也不具体地限制于轴向挤压类型的损伤。本发明通常
应用于脊推18经历具有轴线16方向分量的撞击力的情况。这种力在本文中
都被称为轴向头顶力。
在图1的示意性显示中，假设，人的身体(未示出)运动，以使得其运
动的头部10与静止的物体12碰撞，从而产生力14。根据一些目前倡导的理 论，在头部10与物体12撞击时，头部10几乎立即停止，且在随后的数个 毫秒内，随着人的躯干(未示出)和颈推继续运动到推间盘能顺应的程度 (compliance),人的颈部18上存在非常小的载荷。如果头部10不能移动， 例如不能通过弯曲和伸展移动，颈推将继续被躯干挤压。力14随后通过不 动的头部18传递到脊推18,导致脊推18中的应变能超过其可容忍水平。该 应变能会导致一个或多个推骨的挤压类型损伤和相关联组织的损伤。
运动的头部10与静止的物体12碰撞而产生力14的假设不是必须的。在一些情况下，力14会通过物体12相对于头部10运动和/或头部IO与物体 12二者的运动而产生。
轴向挤压颈部脊推损伤的机制表明，可以延伸头盔和其他保护性头戴装 置的传统作用，以防止在中度能量的撞击中发生颈部挤压损伤，而基本不会 危害头戴装置在头部保护中的效力。本文描述的本发明具体实施例提供了一 种保护性头戴装置，用于降低头部10的初期减速中的有效大小和/或增加有 效持续时间。这会延迟载荷(即，力14)立即作用在颈部脊推18上。在头 部10的该延长的减速和/或减小大小的减速过程中，头部IO会被引导沿一个 或多个路径运动，以使得头部和脊推18之间的对准被修改，以减少颈部脊 推18所受到的载荷(例如，由于躯干的输入动量(incoming momentum )和 /或物体12的输入动量)。
在一些实施例中，头部10受到运动的沿物体12的撞击表面12A的一些 运动分量的引导。撞击表面12A可沿至少具有与脊推轴线16正交的分量的 方向延伸。头部10和物体12之间的相对撞击速度的分量垂直于撞击表面 12A。这种情况示意性地显示在图2中。通过非限制性的例子，头部10的被 引导运动可以沿箭头20A、 20B所示的方向中的一个。头部10沿撞击表面 12A的方向的运动为头部IO提供了沿该方向的惯性，且随着在颈部18中形 成加载，该惯性会沿撞击表面12A "推动"头部10,保持头部IO运动。这 与头部IO在颈部18形成加载之前就在撞击时停止的情况形成鲜明对比。在 颈部18形成加载时保持头部IO运动有助于减轻颈部18所受到的载荷。
图3A显示了根据本发明具体实施例的保护性头戴装置99的示意性截面 图。在所示实施例中，头戴装置99被戴在(即，附加到)使用者的头部IO 上。在所示实施例中，保护性头戴装置99以头盔99A的形式提供，其被戴 在(即，附加到)使用者的头部10上。响应于具有沿轴向方向16的分量的 力，头盔99A引起具有头部的向前(方向22)平移运动的颈部弯曲或具有 头部的向后(方向24)平移运动的颈部伸展。
头盔99A包括内部构件100和通过3各径运动引导机构106可移动地连 接到内部构件100的外部构件101。在所示实施例中，内部构件100和外部 构件101以壳罩的形式设置且可以被称为内壳罩100和外壳罩101。壳罩100、 101可具有相对较薄的横截面厚度(例如，25mm的量级或更小)且可以相 对于头盔99A的其他部件相对较刚硬(即，不可变形)。内壳罩100和外壳罩101可具有相同的横截面厚度或不同的横截面厚度。内壳罩ioo和外壳罩
101可以与使用者头部10的形状大致适形，如现有技术的头盔惯常的那样。 壳罩100、 101可用与用于已有技术的头盔外壳罩的材料类似的材料来制造。 壳罩100、 101可用相同或不同的材料制造。
头盔99A可包括填充材料108。在所示实施例中，填充材料108位于内 部构件100的内部。填充材料108类似于在已有技术的头盔上设置的填充物， 且可包括与已有技术的头盔中间填充层类似的层和与已有技术的头盔的舒 适衬垫类似的层。填充材料108可例如包括泡沫材料且可以具有可变的密度。 填充材料108可用与已有技术的头蓬的填充层类似的材料( 一种或多种)制 造。内部构件100和/或填充材料108可以成形为提供用于接收人的头部的空 腔IIO。头盔99A还可包括保持带、下颚带或用于将头盔99A固定到人头部 的其他合适装置(未示出)。
头盔99A包括路径运动引导机构106。在所示实施例中，路径运动引导 机构106包括槽102和突出部103,该槽朝向外部构件101的内表面开放， 该突出部从内部构件100的外表面向外突出并接收在槽102中。槽102可与 外部构件ioi整体地形成。类似地，突出部103可与内部构件100整体地形 成。这并非是必须的。槽102和突出部103可设置为分体的材料部件(一件 或多件)，其可位于内部构件IOO和外部构件101之间且可分别联接到外部 构件101和内部构件100。
槽102引导突出部103的运动，允许突出部103在槽102内运动并将突 出部103的运动限制在槽102中。将突出部103的运动限制在槽102中允许 相应的在内部构件IOO和外部构件101之间的相对运动，同时将限制内部构 件100和外部构件101之间的相对运动。
图3A的截面图显示了仅一个路径运动引导机构106,该机构在内部构 件100和外部构件101之间大致位于头盔99A的左侧。头盔99A可在内部 构件IOO和外部构件101之间包括位于头盔99A右手侧的相应路径运动引导 机构106，(未详细示出)。右手侧的引导机构106，与左手侧的引导机构106 互补且基板类似。
图3B示意性地更详细示出了if各径运动引导机构106。显示在图3B中的 引导机构106展现了本发明的一个具体实施例。在图3B所示的视图中，引 导机构106处于其原始(即，未展开)的结构，其中，突出部103位于槽102
15的基部部分105内。除了基部部分105,在所示的实施例中，槽102还包括 一对分支部，包括至少部分地沿向后方向24延伸的后分支部102A和至少部 分地沿向前方向22延伸的前分支部102B。在所示实施例中，分支部102A、 102B还延伸离开基部105 (即，当头盔99A处于常规方位时向上)。基部部 分105与分支部102A、 102B —起使槽102设置有大致Y形的结构。槽102的基部部分105可具有变化的形状，其取决于突出部103的尺寸。 例如，槽102具有的深度可以大约为突出部103长度的75%-90%。在所示实 施例中，突出部103具有大致圓柱形的形状。在截面中，突出部103包括平 坦的侧壁103A、 103B和弯曲的侧壁103C、 130D。优选地，弯曲侧壁103C、 103D之间的尺寸大于平坦侧^！ 103A、 103B之间的正交尺寸。突出部103 的这种形状趋于防止突出部103在槽102中旋转(即，绕从图3B的纸面出 来的轴线)。如在后文详述的，突出部103可以设置有其他的横截面形状。 在图3B所示的实施例中，槽102的基部部分105具有的宽度在平坦侧壁 103A、 130B之间的突出部103宽度的大约100%-125%范围内。槽102的分支部102A、 102B可以具有大致等同的长度和形状，尽管这 并不是必须的。分支部102A、 102B的具体形状和长度可以根据内部构件100 和外部构件ioi之间所需的相对运动的范围而变化。较长的分支部102A、 102B可在内部构件100和外部构件101之间赋予更大范围的相对运动；类 似地，较短的分支部102A、 102B可在内部构件IOO和外部构件102之间赋 予范围更有限的相对运动。槽的后分支部102A和前分支部102B的形状可 以通过实验确定且可设计为适合头盔99A的具体应用、使用、个人的喜好等。 分支部102A、 102B的宽度可以在平坦侧壁103A、 103B之间的突出部103 宽度的大约100%-115%的范围内。在所示例子中，槽102的尺寸为相对贴合 地抵靠突出部103配合，且突出部103可抵靠槽102的壁滑动。会妨碍突出 部103在槽102中滑动的摩擦可通过选择合适的材料和表面精加工而最小 化。在一些实施例中，槽102的一些部分可以包含可在足够外力作用下变形 的能量吸收材料112,外力例如是在轴向力14的情况下通过突出部103施加 的。在这种变形过程中，能量吸收材料112吸收来自突出部103的一些机械 能。能量吸收材料112可在足够的外力(例如，响应足够大小的轴向头顶力 而在突出部103通过槽102运动时由突出部103施加的外力)作用下呈现出材料112可额外地或替换地包括允"i午其在变形的同时吸收能量的结构特点。通过非限制性的例子，能量吸收材料112可包括具有可 变密度和/或易碎部件的格状结构。能量吸收材料112可被选择为具有在变形 之前的临界屈服点力。能量吸收材料112例如可包括可压碎的材料。能量吸收材料112可用在基部部分105以外的槽102的一些部分中。因 为能量吸收材料112在变形前具有临界力，所以能量吸收材料112可对头盔 99A才是供额外的才几械支承且可防止内部构件100相对于外部构件101作出不 希望的运动。通过非限制性的例子，能量吸收材料112可减少突出部103在 槽102中的不希望的运动或振动且可减少使用者耳朵附近的^嗒声或其他噪 声。这种合适的能量吸收材料的例子可包括发泡聚苯乙烯、铝蜂窝结构、多 孔(cellular)纸板或用ABS或聚碳酸酯塑料制造的易碎结构等。头盔99A可设置有在内部构件100和外部结构IOI之间的中间空间114。 该中间空间114可包含有填充物(在图3A中未具体示出)。这种中间填充物 可以与已有技术头盔的中间填充层类似地方式作用且可包括任何合适的材 料。通过非限制性的例子，这种中间填充物可包括能量吸收材料。中间填充 物可包括具有定向刚度(directional stiffness )的复合材料，如玻璃纤维增强 或碳纤维增强的复合材料、磁流体动力胶(magnetohydrodynamic gel)、低密 度丁基橡胶等。优选地，中间填充物形状和/或位置被设置为避免干扰内部构 件100和外部构件101之间的相对运动，如在后文中详述。中间空间114可有助于内部构件IOO和外部构件101之间的相对运动。 内部构件100和外部构件101之间的相对运动可^皮突出部103在槽102中的 运动限制。在图3A和3B所示的实施例中，其中，槽102包括所示的一对 分支部102A、 102B,内部构件100和外部构件101之间的相对运动可包括 内部构件100相对于外部构件101的沿使内部构件IOO和外部构件彼此靠近 的方向的平移，且也可包括取决于突出部103是沿槽102的分支部102B还 是沿分支部102A^亍进下去的内部构件IOO和外部构件101之间沿向前方向 22或向后方向24的相对运动。在一些实施例中，向前平移或向后平移的最 大范围可以为大约25mm且内部构件IOO和外部构件101朝向彼此的最大范 围可为大约20mm。在其他实施例中，这些最大平移范围可以更大。除了内部构件100和外部构件101之间的相对平移，随着突出部103在 槽102内运动，内部构件100和外部构件101可以存在相对旋转。在图3A和3B所示的实施例中，这种相对旋转可以是围绕突出到附图纸面内或突出 到附图纸面外的一个或多个轴线，即，随着突出部103沿槽102运动，相对旋转的轴线沿附图纸面的平面运动。在一些实施例中，这种相对:旋转被突出部103在槽102中的运动引导。例如，在图3B所示实施例中，与突出部在 平坦侧壁103A、 103B之间相比，突出部103在弯曲侧壁103C、 103D之间 更宽，以使得当平坦侧壁103A、 103B靠近各个限定槽的边缘116A、 116B 时突出部103 ^f又装配在分支部102A、 102B的限定槽的边缘116A、 116B中。 在这种实施例中，除了被限定槽的边缘116A、 116B引导之外，分支部102A、 102B的限定槽的边缘116A、 116B防止突出部103在分支部102A、 120B内 旋转。因为槽102的分支部102A、 102B弯曲，所以当突出部103沿分支部 102A、 120B运动时，突出部'103的方位绕突出到图3B纸面内和突出到纸 面外的轴线旋转。突出部103的方位的这种改变伴随有内部构件100和外部 构件101的相应相对旋转。图4A和4B示意性地显示了头盔99A对轴向头顶力的具体响应，其中， 突出部103被引导为沿槽102的前分支部102B运动。可以从图4B看出， 在前分支部102B中的能量吸收材料112已经由于突出部103在分支部102B 中的运动挤压，以形成被挤压的材料112A。通过突出部103的这种被引导 的运动，内部构件100沿向前方向22相对于外部构件101运动，在所示附 图中，内部构件IOO相对于外部构件101沿顺时针方向4^转。内部构件100 相对于外部构件101沿向前方向22的运动以及内部构件100相对于外部构 件101的顺时针旋转导致使用者头部(位于头部接收空腔110中)沿向前方 向22的平移和使用者颈部的弯曲。图5A和5B示意性地显示了头盔99A对轴向头顶力的具体响应，其中， 突出部103被引导为沿槽102的后分支部102A运动。可以从图5B中看到， 在后分支部102A中的能量吸收材料112已经被突出部103在分支部102A 中的运动冲齐压，以形成4皮挤压的材料112A。通过突出部103的这种4皮引导 的运动，内部构件IOO相对于外部构件101沿向后方向24运动，在所示视 图中，内部构件100相对于外部构件101沿逆时针方向4t转。内部构件100 相对于外部构件101沿向后方向24的运动以及内部构件100相对于外部构 件101的逆时针旋转导致使用者头部(位于头部接收空腔110中)沿向后方 向24的平移和使用者颈部的伸展。在图4A、 4B、 5A和5B所示的实施例中，路径运动引导才几构106可有 助于突出部103在槽102中响应轴向头顶力而沿分支部102A、 102B中的任 一个的引导运动。图6A显示了轴向头顶力14施加到使用者穿戴的头盔99A的一种情形。 在图6A的显示中，轴向头顶力14沿箭头14显示的方向施加。轴向头顶力 14包括沿表面12的法线方向的分量14A和沿表面12的切线方向的分量 14B。通过非限制性的例子，这种情况会因为在使用者的身体撞击表面12时 使用者身体沿与轴向头顶力14相反的方向移动而产生。在图6A的显示中， 轴向头顶力14施加在头部IO的头顶118之后的位置。通过非限制性的例子， 这种情况会因为头盔99A接触物体12时使用者身体的方位而产生。假设轴 向头顶力14的大小足够，在图6A的情况下，期望的是内部构件100以图 4A和4B所示的方式相对于外部构件101运动。即，期望的是突出部103沿 前分支部102B运动。图6A的情况仅代表期望突出部103沿前分支部102B运动的一种情况。 可以有期望突出部103沿前分支部102B运动的其他情况，这例如取决于轴 向头顶力14相对于使用者头部10、脊推18和脊推轴线16的方向和位置。 在脊推18的弯曲和/或头部10的向前运动的任意组合通过保持使用者颈部所 受的力低于使用者颈部受伤所容许范围而防止或减轻颈部损伤的任何情况 下，都期望突出部103沿前分支部102B运动。通过非限制性的例子，在脊 推18在撞击时部分地弯曲的情况下，也期望突出部103沿前分支部102B运 动。图6A所示的在轴向头顶力14和表面12的法线14A之间的角度ej列如 在大约0-80。范围。图6B显示了轴向头顶力14施加到使用者穿戴的头盔99A的一种情形。 在图6B的显示中，轴向头顶力14沿箭头14显示的方向施加在头部10的头 顶118之前的位置处。轴向头顶力14包括沿表面12的法线方向的分量14A 和沿表面12的切线方向的分量14B。假设轴向头顶力14的大小足够，则在 图6B的情况下，期望的是内部构件100以图5A和5B所示的方式相对于外 部构件101运动。即，期望的是突出部103沿后分支部102A运动。图6B的情况仅代表期望突出部103沿后分支部102A运动的一种情况。 可以有期望突出部103沿后分支部102A运动的其他情况，这例如取决于轴 向头顶力14相对于使用者头部10、脊推18和脊推轴线16的方向和位置。19在脊推18的伸展和/或头部10的向后运动的任意组合通过保持使用者颈部所受的力低于使用者颈部受伤所容许范围而防止或减轻颈部损伤的任何情况下，都期望突出部103沿后分支部102A运动。通过非限制性的例子，在脊 推18在撞击时部分地伸展的情况下，也期望突出部103沿后分支部102A运 动。图6B所示的在力14与表面12的法线14A之间的角度02例如可在O-80。 的范围。路径运动引导机构106可并入一些结构特征，以有助于基于轴向头顶力 14相对于使用者头部10、脊推16和脊推轴线18的方向、大小和位置而在 沿前分支部102B或后分支部102A运动下去之间进行选择。图7A、 7B和 7C为根据本发明具体实施例的槽102和突出部103的一部分的视图，其显 示了可用于在路径102A、102B之间选择的突出部103和槽102的结构特征。图7A显示了一实施例，其中，突出部103的弯曲侧壁103C相对地寿交 尖锐(与其他侧壁103A、 103B和103C相比)并达到103E处的顶点。在所 示实施例中，弯曲侧壁103C在顶点103E的区域中具有相对较小的曲率半径 并在与顶点103E隔开的区域中具有相对较大的曲率半径。在一些实施例中， 侧壁103C可成角度地尖锐(即，并非弯曲)。在图7A的实施例中，限定槽的边缘116形状为沿与突出部103的顶点 103E相对的方向提供相对较尖锐的顶点122。顶点122形状为使得限定槽的 边缘116在顶点122的区域中具有相对较小的曲率半径并在与顶点122隔开 的区域中具有相对较大的曲率半径。在一些实施例中，限定槽的边缘116可 以成角度地尖锐(即，并非弯曲)。还在图7A的实施例中，可以看到，槽102的基部部分105形状为基部 部分105提供比突出部103的宽度(在侧壁103A、 103B之间)大的宽度。 在一些实施例中，槽102的基部部分105具有的宽度在突出部103的在平坦 侧壁103A、 103B之间的宽度的大约101-125%范围内。在突出部103运动 之前，突出部103可以在基部部分105中大致位于中心，以在突出部103的 后侧和前侧上4是供在槽102的基部部分105中的区域124、 126。区域124、 126可包含与上述类似的能量吸收材料112。在一些情况下，轴向头顶力14相对于使用者头部10、脊推16和脊稚轴 线18的方向和位置使得头部IO和物体12之间存在使头部IO相对于物体12 沿向后方向24运动的相对速度的分量。头部10与物体12的这种相对速度可以导致在突出部103 (通过内部构件100附接到头部10)和槽102 (附才妄 到外部构件101 (或为其一部分)，该构件在与物体12撞击时停止)之间沿 向后方向24的相应相对速度。这种情况显示于图7B中。在该情况下，突出 部103相对于槽102沿向后方向24的速度的分量使得突出部103在突出部 103仍(至少部分地)位于基部部分105中时沿向后方向24运动。通常，突 出部103还相对于槽102运动，其方式是，将内部构件IOO和外部构件101 移动为靠近到一起。突出部103和槽102的这种组合的相对运动显示于图7B 中的虚线中。当突出部103运动到图7B中虚线所示的位置时，突出部103的顶点103E 相对于限定槽的边缘116的顶点122位于后方。通过突出部103的顶点103E 与限定槽的边缘116的顶点122的这种相对位置，随着突出部103继续沿该 方向运动，突出部103将#1侧壁103C与限定^f曹的边^彖116的相互作用而引 导，以沿槽102的后分支部102A运动。突出部103沿后分支部102A的运 动显示于图7B的点划线中。在一些情况下，轴向头顶力14相对于使用者头部10、脊推16和脊推轴 线18的方向和位置使得头部IO和物体12之间存在使头部IO相对于物体12 沿向前方向22运动的相对速度的分量。头部10和物体12的这种相对速度 会导致突出部103和槽102之间沿向前方向22的相应相对速度。这种情况 显示于图7C中。这种情况下，突出部103相对于槽102沿向前方向22的速 度的分量使得突出部103在突出部103仍(至少部分地)位于基部部分105 中时沿向前方向22运动。通常，突出部103还相对于槽102运动，其方式 是将内部构件IOO和外部构件101移动为靠近到一起。突出部103和槽102 的这种组合的相对运动显示于图7C中的虚线中。当突出部103运动到图7C中虚线所示的位置时，突出部103的顶点103E 相对于限定槽的边缘116的顶点122位于前方。通过突出部103的顶点103E 和限定槽的边缘116的顶点122的这种相对位置，随着突出部103继续相对 于槽102运动，突出部103将被侧壁103C和限定槽的边缘116的相互作用 引导，以沿槽102的前分支部102B运动。突出部103沿前分支部102B的 运动显示于图7C的点划线中。在上述例子中，槽102包含能量吸收材料112。能量吸收材料112是可 选的。如上所述，当存在时，能量吸收材料112用于通过防止内部构件100相对于外部构件101作不期望的运动而对头盔99A提供额外的机械支承。通 过非限制性的例子，能量吸收材料112可防止突出部103在槽102中的不期 望的运动。例如，突出部103在槽102中运动就是不期望有的，除非有足够 的(即，临界)轴向头顶力14。除了能量吸收材料112或作为能量吸收材料112的替换例，防止突出部 103相对于槽102作不期望的运动的功能可由可选的展开机构来提供。图8A、 8B和8C显示了根据本发明具体实施例的展开机构130的各种部件。在图 8A-8C的实施例中，展开机构130包括活塞132和偏置机构134。活塞132 可包括活塞帽136。活塞帽136可具有与突出部103的顶点130E相对的顶 点138，且顶点138可与突出部103的顶点103E相互作用，其方式类似于 上述顶点122。在图8A-8C的所示实施例中，偏置机构134包括弹簧134A。 通过非限制性的例子，弹簧134A可用可变形材料制造，如金属、弹性聚合 物等。展开机构130还可包括一个或多个可选的可破坏(breakaway)构件 140。如图8A所示，活塞帽136可邻靠突出部103的侧壁103C。偏置机构 134使得活塞132和活塞帽136在突出部103上施加保持力，该保持力趋于 将突出部103限制在槽102的基部部分105中。在图8A-8C的实施例中，偏 置机构134的弹簧134A设置在活塞帽136的肩部142和活塞腔146的肩部 144之间。在其他实施例中，弹簧134A可设置在其他位置，如在活塞腔146 中。通过弹簧134A施加的保持力的量可通过预加载弹簧134A来控制。增 加弹簧134A的预加载荷使得作用在突出部103上的保持力相应增加且还增 加展开(即，突出部103运动出基部部分105并进入其中一个分支部102A、 102B的运动)所需的临界力。如果存在可破坏构件的话，则可破坏构件(一个或多个)140还有助于 将突出部103保持在基部部分105中。在图8A-8C所示的实施例中，展开机 构130包括附接在活塞132的轴和活塞腔146的壁之间的多个可破坏构件 140。当可破坏构件140以这种方式附接时，它们防止活塞132运动到活塞 腔146中且由此用于将突出部103保持在基部部分105中。在轴向头顶力14 高于可破坏临界值时，可破坏构件140破坏，允许活塞132抵抗偏置机构134 的保持力而移位到活塞腔146中。在具有可破坏构件(一个或多个)140的 实施例中，偏置机构134的预加载可与不具有可破坏构件140的实施例中的不同。
图8B显示了根据本发明具体实施例的多个可破坏构件140的平面图。 在图8B的实施例中，活塞腔146位于外部构件101中，尽管这不是必须的。 可破坏构件140附接到活塞腔146的内表面并附接到活塞132的外表面。所 示实施例包括四个可^5皮坏构件140，尽管通常可以使用^f壬何数量的可破坏构 件140。可破坏构件140对于展开(即，突出部103沿其中一个分支部102A、 102B运动下去)所需的临界力有贡献(与偏置才几构134—起)。可破坏构件 140对该临界力的贡献通常取决于它们的数量、布置、尺寸和材料。在具体 实施例中，可破坏构件140可包括各种材料中的任意种，通过非限制性的例 子，这些材料包括塑料、高密度聚乙烯、铝、中碳钢和其他材料或材料的组 合。如上所述，可破坏构件140是可选的。
图8C显示了在轴向头顶力14施加到头盔99A而导致展开之后的图8A 的路径运动引导机构106和展开机构130。在图8C的显示中，所施加的轴 向头顶力14足够高以能克服展开机构130所提供的临界展开力。在所示实 施例中，展开机构130的临界展开力通过偏置机构134和可破坏构件140的 组合来提供。如上所述，在一些实施例中，槽102可包含能量吸收材料112， 其也对临界展开力有贡献。
当所施加的轴向头顶力14足够高以克服临界展开力时，突出部103开 始运动，破坏可破坏构件140并抵抗偏置机构134使活塞132运动到活塞腔 146中。在图8C的实施例中，突出部103的这种运动涉及挤压弹簧134A。 如上所述，在施加轴向头顶力14时，突出部103可具有相对于槽102沿向 前方向22或向后方向24的速度分量。该速度分量与活塞帽136和侧壁103C 的形状一起将指定支配突出部103沿分支部102A还是102B运动下去。在 图8C中，突出部103具有沿向后方向24的相对速度分量，这使得侧壁103C 的顶点103E相对于活塞帽136的顶点138位于后方。当顶点103E在顶点 138之后时，侧壁103C和活塞帽136的相互作用使得突出部沿后分支部102A 运动下去。应理解，如果突出部103在施加轴向头顶力时具有沿向前方向22 的相对速度分量，则突出部103将沿前分支部102B行进下去。
^各径运动引导4几构206和相应的展开机构230的另一实施例显示于图9 中。路径运动引导件206的许多结构特征与上述路径运动引导件106类似并 提供类似的附图标记。展开机构230与展开机构130不同。展开机构230包括臂250A、 250B (—起作为臂250)形式的一对可破坏构件140，其用于将 突出部103限制在槽102的基部部分105中并提供临界展开力。可破坏臂250 例如用热塑性或热固性塑料、铝、钢或其他合适材料制造。槽102可被修改 为允许凹入区域252用于在展开时接收可破坏臂250。
路径运动引导机构306和相应的展开引导机构330的另 一实施例显示于 图10中。路径运动引导件306的许多结构特征与上述路径运动引导件106 的类似并提供类似的附图标记。展开机构306类似于展开机构206并包括臂 250和用于接收臂250的凹入区域252。展开机构306的臂250铰接在枢转 关节354A、 354B (—起作为枢转关节354)处，且每个臂250A、 250B被相 应的偏置机构356A、 356B支承( 一起作为偏置机构356 )。在所示实施例中， 偏置机构356包括弹簧358,尽管可以使用其他的偏置机构代替弹簧358。
臂250、偏置机构356和铰链354相互协作以将突出部103保持在槽102 的基部部分105中并提供临界展开力。在轴向头顶力大小足够的情况下，突 出部103将沿向前方向22或向后方向24提供一定动量。该动量将使得偏置 机构356A、 356B中的一个允许其相应的臂250A、 250B比臂250A、 250B 中的另一个打开得更宽。突出部103将被臂250A、 250B导向到与打开得更 宽的臂250A、 250B对应的分支部102A、 102B中。以这种方式，展开机构 330可用于帮助选择突出部103在轴向头顶力14下沿分支部102A、 102B的 哪一个运动。
在其他实施例中，偏置机构356可包括其他力提供装置。在一些实施例 中，偏置机构356可包括一个或多个适当结构的作动器。这种作动器例如可 被电子地控制。
图11显示了根据另一实施例的保护性头戴装置499。在图11的实施例 中，头戴装置499包括头盔499A。头盔499A并入了与上述头盔99A类似 的结构特征。头盔499A的与头盔99A类似的结构特征^皮设置有类似的附图 标记。尽管在图11中没有具体显示，但是头盔499A并入了与路径运动引导 机构306 (图10)的许多方面类似的路径引导机构406，除了偏置机构456 包括电子地可控的作动器。这种作动器通常可包括任何合适类型的作动器， 如电动机械的作动器或极胀(explosive)作动器(例如，气嚢)。
头盔499A包括传感器460,其可对力和/或压力检测。在所示实施例中， 传感器460包括压电传感器阵列，但是也可以使用一个或多个其他的合适传
24感器代替压电传感器阵列。传感器460可以位于内部构件IOO和外部构件IOI 之间，但是传感器460也可放置在其他位置。传感器460检测头盔499A受 到的力和/或压力的位置和方位。
头盔499A还可包括用于容纳电源和/或控制电子部件466的壳体462。 在所示实施例中，壳体462位于内部构件100的内部，但是壳体462也可设 置在其他合适的位置。合适的电连接部464可设置在传感器460、壳体462 和偏置机构356的作动器之间。
控制电子部件466可接收来自传感器460的传感数据且可被编程或被构 造为解释(interpret)传感数据以确定头盔499A受到的力(或压力)的位置 和方位。控制电子部件466可随后将合适的信号发送到偏置机构356的作动 器的一个或两个。控制电子部件466可作动偏置机构356A、 356B中的一个， 以使得臂250A、 250B中的一个比臂250A、 250B中的另 一个打开得更大。 以这种方式，控制电子部件466可选择突出部103沿哪一个分支部102A、 120B运动。
在一些实施例中，本文所述的路径运动引导机构是可以重新设定的。例 如，并入有铰接臂250 (例如，图10的展开机构330 )的路径运动引导机构 可通过将臂250和偏置机构356重新设定而被重新设定。在并入有基于活塞 的展开机构(类似于图8A-8C的展开机构130)的路径运动引导件机构中， 如果展开机构不包括可破坏构件140,则偏置机构134可被重新设定。
在一些实施例中，本文所述的路径运动引导机构可从它们的头盔上拆 卸，用于用新的路径运动引导机构来更换或用于重新设定路径运动引导件 (例如，用于头盔针对多次撞击而被设计的运动，如曲棍球或橄榄球)。突 出部103可经由一个或多个合适的紧固件(未示出)附接到内部构件100。 在展开之后，填充材料108可被去除，允许突出部103的去除以及内部构件 100和外部构件101的分开。通过将内部构件100与外部构件101分开，展 开机构可被如上地重新设定。在一些实施例中，被挤压的材料112A可从槽 102去除且新的能量吸收材料112可被添加到槽102。在一些实施例中，其 中路径运动引导机构的部件与内部构件IOO和外部构件101分开地制造，路 径运动引导机构的这些部件可被更换。
鉴于上述公开内容，本领域技术人员应理解，可在本发明的教导下作出 许多替换和修改，而不脱离本发明的精神和范围。例如 在上述实施例中，路径运动引导机构通过从保护性头戴装置的内部构 件向外突出的突出部和从保护性头戴装置的外部构件向内敞开的槽来提供。 在替换实施例中，突出部可从保护性头戴装置的外部构件向内突出，而槽可 从保护性头戴装置的内部构件向外敞开，即，路径运动引导机构的阳部件和 阴部件的方位可以颠倒。
在上述一些实施例中，路径运动引导机构106包括展开机构130，该 展开机构并入有活塞132、偏置机构134和可选的可破坏构件( 一个或多个) 140。在其他实施例中，展开机构130可由可破坏构件140提供，而不用活 塞132和偏置才几构134。
-在上述实施例中，偏置机构134由弹簧134A提供。在其他实施例中， 活塞132可包括液压或气动活塞。通过非限制性的例子，活塞腔146中的空 间可被可压缩或可变形的材料填充，如气体、或泡沫、或弹性聚合物。可压 缩或可变形的材料可被调整，以使得展开所需的力可被修改以用于特定的佳: 用者、使用者群体或特别的活动。例如，如果气体被用于填充活塞引导件上 方的空间，则用于增加或减少空间中气压的一系列阀门等可被采用，以调整 用于展开所需的力，如上所述。
-在其他实施例中，偏置机构134可由一个或多个适当构造的作动器提供。
.在上述一些实施例中，填充材料108位于内部构件100的内侧上。在 一些实施例中，填充材料108的一部分可位于内部构件IOO和外部构件101之间。
-在其他实施例中，突出部103可具有其他的横截面形状。例如，突出 部103可具有圓形、六边形、椭圓形、卯形或多边形的^f黄截面形状。
-在上述实施例中，突出部可响应超过展开临界值的轴向头顶力而沿槽 102的后分支部102A或前分支部102B运动。在一些实施例中，槽102可包 括仅一个路径。这种实施例显示于图12中。在图12的实施例中，槽102形 状类似于上述槽的前分支部102B。随着突出部103沿图12实施例的槽102 运动，内部构件100被引导，以相对于外部构件101沿向前方向且沿能减少 内部构件100和外部构件101之间分隔的方向运动。内部构件100还可被引 导，以相对于外部构件101做顺时针旋转并造成头部和颈部的相应弯曲。在 图13的实施例中，路径运动引导机构包括展开机构130，该展开机构包括多
26个可破坏构件140。可破坏构件140将突出部103保持在基部部分105中， 除非头盔99A受到超过临界水平的轴向头顶力。图12代表单路径槽的示例 性实施例。应理解，单路径槽102可被设置有其他形状，具体包括与上述槽 的后分支部102A类似的形状。
-在一些实施例中，槽102可包括多于两个的分支部。这种实施例显示 于图13中。图13的槽102包括横向分支部102C、 102D。在固13的槽102 中，突出部103可沿分支部102A、 102B中的任一个运动，其方式与上述类 似。突出部103也可沿分支部102C运动，这将使得使用者头部沿一个侧向 方向作相应旋转，突出部也可以沿分支部102D运动，这将使得^使用者头部 沿相反的侧向方向做相应旋转。突出部103沿分支部102C、 102D中的一小 的运动将造成头盔99A相对侧上的突出部103沿互补的分支部102D、 102C 作相应运动。例如，如果突出部103在图13的显示中沿分支部102C运动， 则头盔99A相对侧上的相应突出部103将沿互补分支部102D运动，且如果 突出部103在图13的显示中沿分支部102D运动，则头盔99A相对侧上的 相应突出部103将沿互补的分支部102C运动。应理解，分支部102C、 102D 显示为具有图13中的具体形状，但是该分支部102C、 120D也可具有沿向 前方向22或向后方向24的曲率，以使得使用者的头部根据这种曲率平移和 /或旋转。在图13的实施例中，路径运动引导机构包括展开机构130，该展 开机构包括多个可破坏构件140。可破坏构件140将突出部103保持在基部 部分105中，除非头盔99A受到超过临界水平的轴向头顶力。图13仅代表 一个具有多于两个分支部的多分支部实施例。其他构造可用于提供多于两个 的分支部。
-在所示实施例中，槽102的分支部102A、 102B是对称的。这并非必 须的。可存在各分支部不对称的情况。
在附图所示的一些实施例中，为了清楚没有在附图中显示某些细节。 具体地，在一些附图中，能量吸收材料112没有显示。尽管是可选的，但是 能量吸收材料112可以设置在上述任意路径运动引导机构中。
在一些实施例中，路径引导机构可被设计为有助于内部构件和外部构 件之间的绕大致与脊推对准的轴线的相对旋转。这种路径引导机构可用槽 102的弯曲分支部来提供和/或通过允许突出部103在槽102内旋转来提供。
图14示意性地显示了本发明的另一实施例，其中，路径运动引导件306在结构310中展开。结构310可以是偶尔受到来自人头部的撞击的结构。 通过示例性的例子，结构310例如可包括车辆内部的蓬顶或泳池的底部。结 构310可包括第一层300和间隔开的第二层301。 ^"径运动引导件306包括 被限制为在槽302中运动的突出部303。在所示实施例中，突出部303经由 支架元件309连接到或形成有层300。槽302例如可形成在结构310的侧壁 308中。在撞击时，层300、支架元件309和突出部303可在槽302中运动。 在所示实施例中，槽302包括一对分支部302A、 302B，突出部303可沿所 述分支部^t引导下去。槽302和/或层300、 301之间的空间314可包含能量 吸收材料。结构310和路径运动引导件310的其他结构特征可与上述的头盔 99A和^各径运动引导件106类似。
权利要求
1、一种头盔，可穿戴在使用者头部上用于减轻颈部损伤，该头盔包括外部构件，限定出一凹处；内部构件，该内部构件的至少一部分位于该凹处中；路径运动引导机构，将内部构件联接到外部构件，该路径运动引导机构允许响应于撞击力在内部构件和外部构件之间作被引导的相对运动，被引导的相对运动被限制于一个或多个预定路径；其中，对于该一个或多个预定路径的每一个来说，被引导的相对运动包括内部构件和外部构件之间的相对平移。
2、 如权利要求1所述的头盔，其中，内部构件限定出用于接收使用者 头部的头部接收区域，该头部接收区域可联接到使用者的头部，以使得头部 随内部构件相对于外部构件运动。
3、 如权利要求1和2中的任一项所述的头盔，其中，被限制于所述一 个或多个预定路径的被引导的相对运动，对于所述一个或多个预定路径的每 一个来说，包括内部构件和外部构件之间的相对旋转，并且其中，相对旋转 的轴线随内部构件和外部构件之间的相对平移运动。
4、 如权利要求1到3中的任一项所述的头盔，其中，内部构件和外部 构件之间的相对平移包括使内部构件和外部构件靠近彼此运动的平移。
5、 如权利要求1到4中的任一项所述的头盔，其中，所述一个或多个 预定路径包括有限多个预定路径。
6、 如权利要求2所述的头盔，其中，所述一个或多个预定路径包括有 限多个预定路径，并且其中，被引导的相对运动在被限制于该有限多个预定 路径中的第一个时，包括内部构件相对于外部构件沿向前方向的平移，且在 被限制于该有限多个预定路径中的第二个时，包括内部构件相对于外部构件 沿向后方向的平移。
7、 如权利要求6所述的头盔，其中，被引导的相对运动在被限制于该 有限多个预定路径中的第 一个时，包括内部构件相对于外部构件沿第一旋转 方向的旋转，其中，头部相对于外部构件沿第一旋转方向的相应旋转导致使 用者颈部的弯曲，且被引导的相对运动在被限制于该有限多个预定路径中的 第二个时，包括内部构件相对于外部构件沿第二旋转方向的旋转，其中，头部相对于外部构件沿第二旋转方向的相应旋转导致使用者颈部的伸展。
8、 如权利要求6和7中的任一项所述的头盔，其中，被引导的相对运动在被限制于该有限多个预定路径的第一个和第二个中的任一个时，包括内部构件和外部构件之间的以将内部构件和外部构件靠近彼此运动的方式进行的相对平移。
9、 如权利要求1到8中的任一项所述的头盔，其中，路径运动引导机 构包括突出部，该突出部的至少一部分接收在相应的槽中，该槽的尺寸为将 该突出部的运动限制在其中且由此将内部构件和外部构件之间的被引导的 相对运动限制于所述一个或多个预定路径。
10、 如权利要求9所述的头盔，其中，突出部从内部构件和外部构件中 的一个延伸，且槽设置在内部构件和外部构件中的另 一个中。
11、 如权利要求9和10中的任一项所述的头盔，其中，槽包括基部部 分，在内部构件和外部构件之间的被引导的相对运动之前，该突出部位于该 基部部分中。
12、 如权利要求11所述的头盔，其中，槽包括有限多个分支部，这些 分支部延伸离开基部部分，并且其中，突出部从基部部分沿每个分支部的运 动有助于内部构件和外部构件之间的沿所述一个或多个预定路径中的相应 一个进行的被引导的相对运动。
13、 如权利要求12所述的头盔，其中，突出部沿有限多个分支部的第 一个的运动伴随有内部构件相对于外部构件沿向前方向的平移，并且其中， 突出部沿有限多个分支部的第二个的运动伴随有内部构件相对于外部构件 沿向后方向的平移。
14、 如权利要求13所述的头盔，其中，突出部沿有限多个分支部的第 一个和第二个中的任一个的运动都伴随有内部构件和外部构件之间的以内部构件和外部构件靠近彼此运动的方式进行的相对平移。
15、 如权利要求13和14中的任一项所述的头盔，其中，突出部沿有限 多个分支部的第一个的运动伴随有内部构件相对于外部构件沿第一旋转方 向的相对旋转，并且其中，突出部沿有限多个分支部的笫二个的运动伴随有 内部构件相对于外部构件沿第二旋转方向的相对旋转，该第二旋转方向与第 一旋转方向大致相反。
16、 如权利要求13到15中的任一项所述的头盔，其中，多个分支部中的第 一个和第二个是弯曲的。
17、 如权利要求9到16中的任一项所述的头盔，其中，突出部具有第一横截面尺寸和第二横截面尺寸，该第一横截面尺寸小于或等于槽的宽度， 该第二横截面尺寸正交于第一横截面尺寸且第二横截面尺寸大于槽的宽度。
18、 如权利要求13到17中的任一项所述的头盔，其中，突出部包括导 引表面，该导引表面在突出部沿有限多个分支部中的任一个运动离开基部部 分时导引该突出部，并且其中，该导引表面为凸起的且包括突出部顶点。
19、 如权利要求18所述的头盔，其中，槽通过一个或多个限定槽的壁 来限定，且与基部部分相对的限定槽的壁的至少一部分是凸起的且包括槽顶 点。
20、 如权利要求19所述的头盔，其中，响应于撞击力，突出部的凸起 导引表面和凸起的限定槽的壁部分的相互作用确定突出部将沿多个分支部 中的第 一个运动还是沿多个分支部中的第二个运动。
21、 如权利要求20所述的头盔，其中，突出部的凸起导引表面和凸起 的限定槽的壁部分之间使得突出部顶点在槽顶点之前的接触导致突出部沿 多个分支部中的第一个运动，而突出部的凸起导引表面与凸起的限定槽的壁 部分之间使得突出部顶点在槽顶点之后的接触导致突出部沿多个分支部中 的第二个运动。
22、 如权利要求11到21中的任一项所述的头盔，其中，槽包含有能量 吸收材料，随着突出部在槽中运动，该材料吸收来自突出部的机械能量。
23、 如权利要求22所述的头盔，其中，能量吸收材料可在超过临界值 的载荷力下变形，并且其中，能量吸收材料位于槽的基部部分以外的区域中， 用于在突出部经历低于临界值的载荷力时辅助将突出部保持在基部部分中。
24、 如权利要求22和23中的任一项所述的头盔，其中，能量吸收材料 包括一个或多个易碎元件。
25、 如权利要求11到24中的任一项所述的头盔，其中，路径运动引导 机构包括展开机构，用于在突出部经历低于展开临界值的载荷力时将突出部 保持在基部部分中。
26、 如权利要求25所述的头盔，其中，展开机构包括活塞和偏置机构， 该偏置机构构造为当突出部在基部部分中时将活塞偏置抵靠突出部。
27、 如权利要求26所述的头盔，其中，偏置机构包括弹簧、反弹可变形材料和加压流体中的 一种或多种。
28、 如权利要求25到27中的任一项所述的头盔，其中，展开机构包括 一个或多个可破坏构件，该构件在突出部和限定了槽的一个或多个限定槽的 壁之间延伸，该可破坏构件在超过展开临界值的载荷力下破坏。
29、 如权利要求25到28中的任一项所述的头盔，其中，展开机构包括 一个或多个铰接构件和一个或多个铰接偏置机构，每个铰接偏置机构构造为 偏置4吏接构件中相应的一个，其方式是辅助将突出部保持在基部部分中。
30、 如权利要求25所述的头盔，其中，展开机构包括 传感器，用于检测力和压力中的至少一个； 一个或多个可作动元件，用于将突出部保持在基部部分中；和界值时允许将该突出部移出基部部分。
31、 如权利要求12到17中的任一项所述的头盔，其中，有限多个分支 部包括第三分支部和第四分支部，并且其中，突出部沿第三分支部的运动伴 随有内部构件相对于外部构件沿第一横向旋转方向的相对旋转，且突出部沿 第四分支部的运动伴随有内部构件相对于外部构件沿第二横向旋转方向的 相对旋转，该第二横向旋转方向与第 一横向旋转方向大致相反。
32、 如权利要求1到31中的任一项所述的头盔，其中，头盔包括在外 部构件的凹处和内部构件的位于该凹处中的部分之间的能量吸收材料。
33、 一种用于减轻颈部损伤的方法，该方法包括 提供可穿戴在使用者头部上的头盔，该头盔包括限定出一凹处的外部构件；和至少一部分在该凹处中的内部构件；响应于撞击力，辅助内部构件和外部构件之间的被引导的相对运动； 其中，辅助内部构件和外部构件之间的被引导的相对运动包括将该被引导的相对运动限制于一个或多个预定路径，该一个或多个预定路径中的每一个涉及内部构件和外部构件之间的相对平移。
34、 如权利要求33所述的方法，包括将使用者的头部配合到内部构件 的头部接收区域中，以使得头部随内部构件相对于外部构件运动。
35、 如权利要求33和34中的任一项所述的方法，其中，将被引导的相 对运动限制于一个和多个预定路径包括，对于所述一个或多个预定路径的每一个来说，引入内部构件和外部构件之间的相对旋转，并且其中，相对旋转 的轴线随内部构件和外部构件之间的相对平移运动。
36、 如权利要求33到35中的任一项所述的方法，其中，内部构件和外 部构件之间的相对平移包括使内部构件和外部构件靠近;f皮此运动的平移。
37、 如权利要求33到36中的任一项所述的方法，其中，所述一个或多 个预定路径包括有限多个预定路径。
38、 如权利要求34所述的方法，其中，所述一个或多个预定路径包括 有限多个预定路径，并且其中，将被引导的相对运动限制于有限多个预定路 径中的第一个包括使内部构件沿向前方向相对于外部构件平移，并且其中， 将被引导的相对运动限制于有限多个预定路径中的第二个包括使内部构件 沿向后方向相对于外部构件平移。
39、 如权利要求38所述的方法，其中，将被引导的相对运动限制于有 限多个预定路径中的第 一个包括使内部构件相对于外部构件沿第一旋转方 向旋转，其中，头部相对于外部构件沿第一旋转方向的相应旋转导致使用者 颈部弯曲，并且其中，将^f皮引导的相对运动限制于有限多个预定路径中的第 二个包括使内部构件相对于外部构件沿第二旋转方向旋转，其中，头部相对 于外部构件沿第二旋转方向的相应旋转使得使用者的颈部伸展。
40、 如权利要求38和39中的任一项所述的方法，其中，将被引导的相 对运动限制于有限多个预定路径的第一个和第二个的任一个包括使构件相 对于外部构件平移，其方式是使内部构件和外部构件靠近彼此运动。
41、 如权利要求33到40中的任一项所述的方法，其中，将被引导的相 对运动限制于一个或多个预定路径包括使突出部的至少 一部分突出到相应 的槽中，该槽的尺寸为将突出部的运动限制在其中。
42、 如权利要求41所述的方法，其中，包括从内部构件和外部构件中 的一个延伸突出部，并在内部构件和外部构件中的另一个中设置槽。
43、 如权利要求41到42中的任一项所述的方法，其中，槽包括基部部 分，在辅助内部构件和外部构件之间的被引导的相对运动之前，将该突出部 定位在基部部分中。
44、 如权利要求43所述的方法，其中，槽包括有限多个分支部，所述 分支部延伸离开基部部分，并且其中，将被引导的相对运动限制于一个或多 个预定路径包括，对于所述一个或多个预定路径的每一个来说，使突出部沿有限多个分支部中的相应一个运动。
45、 如权利要求44所述的方法，其中，使突出部沿有限多个分支部中 的第一个运动伴随有内部构件沿向前方向相对于外部构件的平移，并且其 中，使突出部沿有限多个分支部中的第二个运动伴随有内部构件沿向后方向 相对于外部构件的平移。
46、 如权利要求45所述的方法，其中，突出部沿有限多个分支部中的 第一个和第二个的任一个运动伴随有内部构件和外部构件之间的以使内部 构件和外部构件靠近彼此运动的方式进行的相对平移。
47、 如权利要求45和46中的任一项所述的方法，其中，使突出部沿有 限多个分支部中的第一个运动伴随有内部构件相对于外部构件沿第一旋转 方向的相对旋转，并且其中，使突出部沿有限多个分支部中的第二个运动伴 随有内部构件相对于外部构件沿第二旋转方向的相对旋转，该第二旋转方向 与第一旋转方向大致相反。
48、 如权利要求45到47中的任一项所述的方法，其中，多个分支部中 的第一个和第二个是弯曲的。
49、 如权利要求41到48中的任一项所述的方法，其中，突出部具有第一横截面尺寸和第二横截面尺寸，该第一横截面尺寸小于或等于槽的宽度， 该第二横截面尺寸正交于该第一横截面尺寸且第二横截面尺寸大于槽的宽度。
50、 如权利要求45到49中的任一项所述的方法，其中，突出部包括导 引表面，该导引表面在突出部沿有限多个分支部中的任一个运动离开基部部 分时导引该突出部，并且其中，导引表面为凸起的且包括突出部顶点。
51、 如权利要求50所述的方法，其中，槽通过一个或多个限定槽的壁 来限定，且与基部部分相对的限定槽的壁的至少一部分为凸起的且包括槽顶 点。
52、 如权利要求51所述的方法，包括，响应于撞击力，基于突出部的 凸起导引表面和凸起的限定槽的壁部分的相互作用来判断突出部将沿多个 分支部中的第 一个运动还是沿多个分支部中的第二个运动。
53、 如权利要求52所述的方法，包括当突出部的凸起导引表面与凸起的限定槽的壁部分之间的接触使得突 出部顶点在槽顶点之前时，使突出部沿多个分支部中的第一个运动；和当突出部的凸起导引表面与凸起的限定槽的壁部分之间的接触使得突 出部顶点在槽顶点之后时，使突出部沿多个分支部中的第二个运动。
54、 如权利要求43到53中的任一项所述的方法，包括在槽中设置能量 吸收材料，以随着突出部在槽中运动来吸收来自突出部的能量。
55、 如权利要求54所述的方法，其中，能量吸收材料可在超过临界值 的载荷力下变形，并且其中，在槽中设置能量吸收材料包括将能量吸收材料 定位在槽的基部部分以外的区域中，用于在突出部受到低于临界值的载荷力 时辅助将突出部保持在基部部分中。
56、 如权利要求54到55中的任一项所述的方法，其中，能量吸收材料 包括一个或多个易碎元件。
57、 如权利要求43到56中的任一项所述的方法，包括当突出部受到小 于展开临界值的载荷力时将突出部保持在基部部分中。
58、 如权利要求57所述的方法，其中，将突出部保持在基部部分中包 括设置活塞和偏置机构，该偏置机构构造为当突出部在基部部分中时将活塞 偏置抵靠突出部。
59、 如权利要求58所述的方法，其中，偏置机构包括弹簧、反弹可变 形材料和加压流体中的 一种或多种。
60、 如权利要求57到59中的任一项所述的方法，其中，将突出部保持 在基部部分中包括设置一个或多个可破坏构件，该构件在突出部和限定了槽 的一个或多个限定槽的壁之间延伸，该可破坏构件在超过展开临界值的载荷 力下破坏。
61、 如权利要求57到60中的任一项所述的方法，其中，将突出部保持 在基部部分中包括设置一个或多个铰接构件和一个或多个铰接偏置机构，每 个铰接偏置机构构造为偏置铰接构件中相应的 一个，其方式是辅助将突出部 保持在基部部分中。
62、 如权利要求57所述的方法，其中，将突出部保持在基部部分中包括设置用于检测力和压力中的至少一个的传感器和用于将突出部保持在 基部部分中的一个或多个可作动元件；和连接控制器，以接收来自传感器的输出，并将控制器构造为作动可作动元件，其方式是在控制器判断出传感器的输出表示突出部上的载荷力超过展开临界值时将突出部移出基部部分。
63、如权利要求44到49中的任一项所述的方法，其中，有限多个分支部包括第三分支部和第四分支部，并且其中，使突出部沿第三分支部运动伴 随有将内部构件相对于外部构件沿第一横向旋转方向的相对旋转，且使突出部沿第四分支部运动伴随有内部构件相对于外部构件沿第二横向旋转方向 的相对旋转，该第二横向旋转方向与第一横向旋转方向大致相反。
64、 如权利要求33到63中的任一项所述的方法，包括在外部构件的凹 处和内部构件的位于该凹处内的部分之间设置能量吸收材料。
65、 根据本文披露的任何特征、特征的组合或特征的子组合的设备。
66、 根据本文披露的任何特征、特征的组合或特征的子组合的方法。
全文摘要
一种可穿戴在使用者头部上的头盔，用于减轻颈部损伤。该头盔并入有外部构件，限定出一凹处；内部构件，该内部构件的至少一部分位于该凹处中；和路径运动引导机构，将内部构件联接到外部构件。该路径运动引导机构允许响应于撞击力在内部构件和外部构件之间作被引导的相对运动。被引导的相对运动被限制于一个或多个预定路径，且对于该一个或多个运动路径的每一个来说，被引导的相对运动包括内部构件和外部构件之间的相对平移和/或旋转。
文档编号A41D13/015GK101557731SQ200780045729
公开日2009年10月14日 申请日期2007年10月12日 优先权日2006年10月13日
发明者彼得·A·克里普顿, 蒂莫西·S·尼尔森 申请人:英属哥伦比亚大学