用于冲击保护的可压缩衬里的制作方法

专利名称：用于冲击保护的可压缩衬里的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用可压缩衬里来改善冲击保护的设备和方法。
背景技术：
申请人:是 2001 年 7 月在 www, atsb. gov, au 上，Australian Transport SafetyBureau (ATSB) 7AJf^i, feU^J“ Improved Shock Absorbing Liner for Helmets，，的 学术研究的合著者。在该公开内容中，低密度泡沫嵌入在高密度泡沫中的组合被公开，作为 一种学术研究的主题。但是，该学术研究没有考虑或讨论结构元件或其公开的方法的组合。过去的研究已经显示了用在当前头盔中的常见的单一密度泡沫衬里太硬且太 刚性，以至于不能有效地吸收冲击力。单一密度的泡沫衬里还在其适应与人颅骨有关的 强度变化的能力方面有限。此外，用于儿童自行车头盔中的衬里使用针对成人颅骨所设 计的衬里，它们没有考虑到与成人颅骨相比儿童的更易变形的颅骨。儿童的更易变形的 颅骨对大脑有较小的保护。通过参考引入本文的是Corner等人的“Motorcycle and Bicycle Protective Helmets-Requirement Resulting from a Post Crash Study and Experimental Research，，，Report No. CR 55,1987, Federal Office of Road Safety, Canberra, Australia 禾口 Mohan 等人的"A Biomechanical Analysis of Head Impact Injuries to Children" Vol. 101,1979, Transactions of the ASME, Journal of BiomechanicalEngineering0此外，大脑还易于受到顶靠颅骨内侧时的冲击伤害。大脑是果冻状的软组织，悬在 坚硬颅骨的包封中，由大脑脊髓液包围。此外，大脑被脑基部处的脑干和脊髓柔性地支撑在 颅骨中，而在大脑的大致外周周围，硬脑膜隔膜(dura-mater membrane)在各个结构点处将 大脑连接到颅骨。对移动颅骨的冲击使得颅骨快速地减速，而被柔性地支撑的大脑继续移 动且冲击到颅骨的内侧。大脑顶靠颅骨的冲击会导致大脑撞伤和/或出血。由此，重要的 是使头部减速，以适当地使得内部损伤最小化。人颅骨的刚性试验(bone test)已经表明，颅骨的太阳穴部分与颅骨的其他部分 相比具有显著下降的骨强度。因此，颅骨的太阳穴部分与颅骨的其他部分相比更易受到冲 击损伤。但是，目前的头盔没有制造有在颅骨周围提供不同的冲击保护区域的可压缩衬里。类似地对于诸如婴儿舱(baby capsule)和用于客车的儿童安全座椅、车厢衬里和身体盔甲这样的其他用于冲击保护的应用领域，在人体周围提供不同的冲击保护区域是非 常有利的。词语“婴儿舱”在本说明书中和权利要求中是要包括用于轿车座椅的一个或多个 面向后的初生儿或婴儿座椅、用于初生儿或婴儿的躺靠的面向后座椅和用于约1岁大的儿 童的座椅或舱室。词语“儿童安全座椅”在本说明书中和权利要求中应包括一个或多个面 向前的初学走路孩子的座椅、普通初学走路孩子座椅、约4岁大儿童的座椅、辅助座椅/坐 垫、没有靠背的座椅和通常用于约4岁到8岁儿童的座椅。辅助座椅可以被描述为是没有靠 背的座椅，其被设计为能提升儿童的就坐位置，以使得存在的成人搭接带座位带(lap-sash seatbelt)的带子适当地接合儿童的肩部和胸部。初学走路孩子座椅不同于辅助座椅之处在于，它们可以具有独立的五点挽具，以将儿童固定到初学走路孩子座椅，初学走路孩子座 椅然后被固定到轿车或其他车辆中存在的座椅或其他附接点。婴儿舱和儿童安全座椅可以在婴儿舱或儿童安全座椅的侧面具有保护侧板或大 腿、躯干和头部护垫(或突出部或“护翼”)。这些侧板或护垫用于限制婴儿或儿童经历侧 面冲击时的侧向移动量。它们还用于在撞击中气囊被激发的情况下保护婴儿或儿童不受到 侧气囊冲击的影响。在其他术语中，保护侧板可形成婴儿或儿童周围的保护性“槽道”。
在所需的冲击保护水平方面，婴儿舱和儿童安全座椅通常不在婴儿或儿童头部和 躯干之间有所差别。用于轿车的面向后的婴儿舱可以被衬有单一密度的泡沫衬里，该衬里 足以在外部作为一个整体为婴儿提供冲击保护，但是在头部被车撞击的情况下不足以防止 婴儿大脑后部的撞伤和/或出血。通常用于超过约一岁儿童的儿童安全座椅通常构造有或具有聚苯乙烯泡沫衬里， 该衬里可以与典型的用在成人头盔中的单一密度聚苯乙烯泡沫衬里一样硬或比其更硬。这 种低压缩性(高刚性)的聚苯乙烯泡沫不能为儿重提供足够的冲击保护，因为它们太硬。儿 童安全座椅还可用非常能压缩的家具装潢或减震泡沫的厚衬里或结构来加大，该泡沫很软 且柔韧，以至于能为儿童提供很小或几乎为零的冲击保护。这种家具装潢或减震泡沫衬里 或结构主要用于提供舒适性和美观性。没有一种现有技术中能提供完全令人满意的解决方案来解决对头部或其他身体 部分提供不同的适当冲击保护水平这一问题，也不能解决易于制造以用可压缩衬里来获得 更令人满意的冲击保护这一问题。

发明内容
本发明的目的是提供用于冲击保护的可压缩衬里的实施例，其克服或消减已有技 术的缺点。一种形式中，本发明提供一种用于为人体至少一部分提供冲击保护的可压缩衬 里。可压缩衬里包括内层和外层；其中，内层具有接触表面和第一连结表面，该第一连结 表面包括多个凸起。外层具有第二连结表面和外表面，其中，第二连结表面包括适于接收内 层的凸起的多个凹部。此外，内层包括具有第一可压缩性的第一材料，且外层包括具有第二 可压缩性的第二材料；优选地，第一可压缩性大于第二可压缩性。可压缩衬里的内层的接触 表面适于紧邻或接合到人体的一部分。优选地，凸起是圆锥形的。本发明的可压缩衬里可安装于或形成例如车厢衬里、 婴儿舱、儿童安全座椅、座椅、头枕或身体盔甲。优选地，在所有应用中，可压缩衬里可以是 可拆除且可更换地装配。可选地，可压缩衬里用一个或多个内层或外层区段形成，且各个层区段之间的可 压缩性不同。可宣帝，形成可压缩衬里的一种或多种材料可以是泡沫，例如发泡聚苯乙烯(EPS)。 替换地，一种或多种材料可以是粘弹性的材料。优选地，EPS泡沫材料的密度可以是·内层可具有15到50kgm_3范围的密度。·外层可以具有35到90kgnT3范围的密度，或更优选地具有35到55kgnT3范围的
也/又。
·内层可具有25到35kgnT3范围的密度，且外层具有35到50kgnT3范围的密度。·内层可具有15到25kgm_3范围的密度，且外层可具有35到45kgm_3范围的密度。可选地，一个或多个凸起从内层穿入到外层中的范围是50到100%。优选地，一个或多个凸起的顶端与外表面毗邻。优选地，邻近圆形基部之间的距离的范围是0到20mm，且更优选地范围是5到 15mm。优选地，圆形基部的直径是15到22mm的范围。可选地，可压缩衬里具有15到45mm范围的厚度；一个或多个凸起的、自圆形基部 的高度的范围可以是20到25mm ；和从一个或多个凸起的圆形基部到接触表面的距离的范 围是5到IOmm0在本发明的进一步形式中，可透过外层看到内层。在本发明的进一步形式中，提供一种对人体的至少一部分提供冲击保护的方法， 其中，该方法提供对施加到人体至少一部分的冲击的最初低抵抗；和，然后随着冲击进行逐 渐增加对施加到人体至少一部分的冲击的抵抗程度。在又一形式中，本发明提供一种用于对物品的至少一部分提供冲击保护的设备， 其中，该设备包括具有刚性梯度的可压缩衬里。在冲击过程中该刚性梯度优选地在可压缩 衬里的厚度上从邻近该物品的低刚性变化到较高刚性。“物品“包括货物、人、动物或任何有 价物。本发明的进一步形式描述于所附权利要求中，且从本说明中可以理解。


将参考所附附图描述本发明的进一步优选实施例，其中图1是本发明实施例的头盔中可压缩衬里的示意性截面图。图2是图1的沿2-2线截取的截面图。图3是头盔实施例中可压缩衬里的替换实施例的示意性透视部分截面图。图4是图3的分解图。图5是可压缩衬里的示意性截面图。图6是图5中可压缩衬里的替换实施例。图7是本发明的实施例中车厢一部分中的可压缩衬里的示意性截面图。图8是带有图7的车厢衬里可压缩衬里的已安装实施例的客车内部示意性剖开视 图。图9是用于婴儿舱的婴儿可压缩衬里实施例的示意性透视例子。图10是带有儿童安全座椅可压缩衬里的儿童安全座椅的示意性透视图。图11是带有身体盔甲可压缩衬里的插入件的保护性背心的示意性正视图。图12是本发明实施例中双可压缩衬里的示意性截面图。图13是条带形式的内层的示意图。
具体实施例方式首先参见图1和2，它们是垂直截面视图，示意性地显示了安装在被人114穿戴的头盔112中的可压缩衬里110的第一实施例。头盔112可以包括与可压缩衬里110的外表 面118抵靠的硬质外壳116，且还可包括与可压缩衬里110的接触表面122抵靠的舒适衬 里120。如果舒适衬里120存在，则应理解，头部经由舒适衬里120紧邻接触表面122。如 果舒适衬里不存在，则接触表面122直接接合头部。可压缩衬里110可具有相对低密度的泡沫内层124，在各个连结表面126处该内层熔接、粘接或以其他方式附接到相对高密度的泡沫外层128，其中较低密度泡沫是比较高密 度泡沫更易压缩的泡沫。即，形成内层124的第一材料比形成外层128的第二材料更易于 压缩。内层124具有许多凸起130，所述凸起在连结表面126处突出到外层128的匹配凹部 132中。内层124包括具有相对一致厚度层的第一区域134。多个凸起130与内层124整 体地形成并从第一区域134径向向外延伸。凸起134具有顶端136以及基部138，该基部具 有近距地与相邻的凸起130的基部138间隔开的外周边140。这些外周边140的距离也可 以被认为是这些凸起130的相邻基部138之间的最近距离。在可压缩衬里110的实施例中，泡沫材料可以是发泡聚苯乙烯泡沫(EPS)，其中， 该泡沫密度通常与泡沫的可压缩性或刚性成比例，其中，刚性与可压缩性成反比例关系。在 优选实施例中，内层124可具有20到50kgnT3 (或1. 25到3. 12磅每立方英尺)范围的密度。 外层128可具有35到90kgm_3 (或2. 18到5. 62磅每立方英尺)范围的密度，且更优选地是 35到55kgm_3。在内层124和外层128的各种泡沫密度的所有选择中，内层124的泡沫密度 小于外层128的泡沫密度。在更优选的实施例中，内层124泡沫密度可以是25到25kgm_3 的范围，且外层128泡沫密度可以是35到50kgm_3的范围。根据本发明的教导，所采用的泡 沫可以是任何合适的类型且允许实现如以上和以下所给出的EPS泡沫实施例那样的所需 可压缩性或刚性。在所有上述和下述情况下，应注意，形成内层124的第一材料具有第一可 压缩性，该第一可压缩性比形成外层128的第二材料更大，该第二材料具有第二可压缩性。线142代表可压缩衬里110的相邻区段144、146、148、150之间的边界142。可压 缩衬里110区分成如图1所述的多个区段允许对头盔112制定不同的冲击保护区域。例 如，可压缩衬里110的后区段150可以构造和构建为比冠部区段146提供更高水平的冲击 保护。在图2中，将可压缩衬里110区分为多个区段210、212、214、216能提供如图所示 的不同冲击保护区域。太阳穴区段210、216可以构造和构建为比冠部区段212、214提供更 高水平的冲击保护，因为颅骨的太阳穴部分的脆弱性程度更高。图3是可压缩衬里310的替换实施例的透视、部分截面视图，着重显示了内层124 的凸起130。为了清楚，头盔112覆盖耳朵的部分从图3中省略。在所示实施例中，凸起 130是带有圆形基部138的圆锥形。在替换实施例中，锥形凸起可以具有多边形构造的基部 138，例如三角形、方形、五边形、六边形、八边形等。还有，如果需要，凸起130可以被制造为 截头圆锥体，而不是带有尖端顶部136的圆锥形。在另一实施例中，凸起可以是半球形的。在图3中，可压缩衬里310的区段再次被显示有边界线142。但是，在该实施例中， 仅内层124是带区段的，而外层不带区段。对于可压缩衬里310这一实施例，内层124详细 地显示于图4。图4是图3的内层124和外层128的分解视图。可以看到，外层128包括多个圆 锥形凹部132，所述凹部尺寸和构造为能以如图1和2所示的表面接触的方式来容纳凸起130。内层 124 可以分为多个区段 410、412、414、416、418、420、422、424、426、428。在所示 实施例中，给出10个区段。但是，替换实施例可以具有从一个到十个区段的数量范围，最有 选的数量是五个区段。使用多个区段410-428允许内层124的可压缩性或刚性能根据颅骨 的一部分或区域所需的制定冲击保护水平来调整。例如，太阳穴区段414、416可与颅骨顶 部区段418、420相比更可压缩。颅骨的太阳穴部分比颅骨的其他部分相比更易受到冲击 伤害的影响，刚性实验已经表明，颅骨的太阳穴区域是颅骨其他部分强度的一半或三分之 一。在本发明的另一实施例中，各个区段的EPS泡沫的密度如下前区段410、412的密度为 30kgnT3，太阳穴区段414、416的密度为25kgnT3，顶部区段418、420的密度为35kgnT3，且后区 段 422、424、426、428 的密度为 30kgnT3。
根据以上内容，这些区段可以是如图4所示的通过边界线142所限定的周边形状 或允许邻接的区段以紧贴配合的方式沿边界142接合的其他种类的周边形状。各个区段的 周边形状的选择使得当可压缩衬里110组装时这些区段在可压缩衬里110中形成连续的内 层124。例如，区段的平面周边形状可以是任何数量的多边的形状。在又一实施例中，外层128也可以是带区段的(未示出)，以使得不同的泡沫密度 可以在颅骨周围用于外层128。该实施例可以允许在颅骨周围进一步独立地剪裁冲击保护 区域。该实施例还可以用于例如在儿童和成人之间提供所需的不同程度的保护。外层128 可以是带区段的，其方式类似于对内层124的所作的上述描述。外层128区段的平面周边 形状可以是也可以不是对应于内层的区段。例如，内层124和外层128区段的边界线142 可以如图1和2所示地相对应，或边界线142可以在内层124和外层128区段之间不连续， 如针对图5详细所述的。在再一实施例中，凸起130和匹配凹部132的密度和尺寸以及整个可压缩衬里的 尺寸可以在内层124和/或外层128的区段之间变化，以便改变可压缩衬里110的压缩性 或刚性性能。例如，与内层124的其他区段相比，太阳穴区段414、416可包括具有减小的基 部138直径的圆锥形凸起130，但是，太阳穴区段414、416与内层124的其他区段相比圆锥 形凸起130可具有更大的面密度(areal density)。例如，对于图4，前区段410、412可一 起具有23个带有20mm直径基部138的圆锥形凸起130，顶部区段418、420可一起具有47 个也是带20mm直径基部138的圆锥形凸起130，后区段一起可具有39个也是带20mm直径 基部138的圆锥形凸起130，而太阳穴区段可一起具有36个带有15mm直径基部138的圆锥 形凸起130。此外，这些外周边140的距离(或相邻基部138之间的最近距离)可以是从0 到20mm，且优选地是5到15mm，取决于区段。凸起130的相邻顶端136之间的相应间隔可 以高达40mm，大多数在25到35mm。在制造中，通常外层128可以使用模制技术形成在一个或多个片段或区段中。类 似地，内层124可以分开地形成在一个或多个片段或区段中。外层128和内层124的片段可 以组装和熔接在一起，以形成适于头盔或其他冲击保护应用的可压缩衬层110。凸起130和 凹部132的尺寸、数量和构造可以由制造技术领域技术人员调整，以便能形成可压缩衬里。 例如，圆锥形凸起130的侧面的角度以及顶端136的形状可以被调整，以取决于特定泡沫类 型或所用的其他材料来实现合适的脱模性能。图5是可压缩衬里510的另一实施例的截面图，其示意性地显示了可压缩衬里 110,310,510的各个元件的尺寸，以及显示了用于区段划分的不连续边界线142。所给的尺寸可以是示例性的用于上述和下述的各种实施例。可压缩衬里510可以具有范围从20到45mm的厚度524，这取决于应用区域和/或要被保护的颅骨部分。在用于摩托车头盔的优 选实施例中，厚度524在头盔的太阳穴中是25mm和在头盔的顶部或冠状部是42mm厚。对 于具有一致厚度的可压缩衬里，对于摩托车头盔来说优选的厚度524可以是30到35mm的 范围。对于用在与马匹有关的运动中的头盔，可压缩衬里的厚度524可以下降到15到25mm 或更优选地具有20mm的一致厚度524。在图5中，外周边140间隔(在基部138之间)在两个向内指向的箭头之间。夕卜 周边140的连结表面126可以是平的或圆弧形的。例如，曲率半径在0到2. 5mm或更大的 范围。因而，凸起130可以覆盖全部内层124的径向向外部分，或者间隔开。在图5中，凸起130的顶端136可以通过间隔区域526与外层128的外表面118 间隔开。间隔区域526可以具有1到5mm或更大的厚度。在替换实施例中，内层124的凸 起130的顶端136可以延伸以与外层128的外表面118毗邻。对于该实施例，间隔区域526 的厚度可以有效地是0mm。凸起130的顶端136可以是带顶点的(或尖锐的)、带有1到2mm范围曲率半径的 圆角的或简单地是截头形的。图5还显示了被划分区段的可压缩衬里510的实施例，其中内层124和外层128 区段之间的边界线是不连续的。内层124可被边界线516分成两个区段512、514。而外层 128可在不同的边界线522处分成两个区段518、520。图6显示了图5的示例性替换实施例。在图6中，间隔区域526被增加，以使得凸 起138突出到外层128中达到外层128厚度的大约50%。凸起130穿入到外层128中的范 围可以是从50到100%。外层128的两个区段518、520之间的相应的边界线522延伸到对 应于增加的间隔区域526。参见图5和6，凸起130可以具有从基部138到顶端136的范围在约20到25mm的 高度。凸起130的基部138可以具有范围为约15到22mm的直径或宽度。在图1、2、5和6中，内层124的第一区域134形成薄层，在该薄层上凸起130的基 部138联接起来。第一区域134的厚度可是从5到IOmm范围和或更大，最有选是5mm厚度。可压缩衬里可以用于任何所需的头盔，包括摩托车头盔以及建筑人员、骑自行车 的人、骑马的人、牛仔表演人、足球运动员、棒球运动员和板球运动员所使用的头盔。在再一实施例中，可压缩衬里可以是翻新(retro-fitted)到头盔中，以便改善冲 击保护性。可压缩衬里的翻新可以是将头盔中的所有已有衬里更换或仅更换头盔衬里的特 定部分。部分翻新可对于邻近颅骨太阳穴部分的那些衬里部分来说特别有用。泡沬替换例可用于内层124和/或外层128的替换材料包括弹性的泡沫。弹性泡沫具有的特 点是，能使得可压缩衬里弹性地压缩，从而在冲击之后能回复冲击前的原始尺寸和冲击保 护性能。弹性泡沫的替换材料可以是合成或天然橡胶，可以是连续的固体或是与例如是空 气、纤维这样的其他材料的复合体，或是震荡、振动或冲击吸收设计或制造领域的技术人员 所设计或选择的。用于可压缩衬里的泡沫的其他替换材料可以是粘弹性或触变性的。这种材料在没 有力或应力施加于其时具有粘性或液体行为，但是，当力施加时，如冲击时，该材料以弹性的方式起作用，对冲击力展现出刚性。这种材料的例子是通常被称为“silly putty”的儿 童玩具。使用粘弹性材料的优点是，可压缩衬里可以被构造为易于符合人类所具有的各种 颅骨(或任何其他身体部分)的形状，且在冲击之后充分地回复，以易于重新使用该可压缩 衬里。在用于头盔可压缩衬里的替换实施例中，外层128可以用适当地透明或半透明材 料替代。例如，透明或半透明材料可以是粘弹性胶体或半透明合成橡胶材料，其具有适当的 可压缩性和/或刚性。头盔的外壳116要么不存在要么是合适的透明或半透明材料。内层 124可以是具有例如黑色发泡聚苯乙烯(EPS)泡沫的不透明材料。这种头盔可以具有从人 头部突出的许多可见的锥形或矛形物的显著视觉外观，即对某些自行车或摩托车骑乘者有 美学吸引力的特征，其仍能对头盔的穿戴者提供冲击保护。车厢衬里图7示意性地显示了可压缩衬里710用作在承载人的车厢一部分中的车厢衬里 (VCL)。VCL可压缩衬里710可以经由附接层714附接到车辆结构712，该结构形成车厢(未 示出)的内部。对于轿车来说，车辆结构712可以是车门柱(door pillar)、仪表板、顶棚或 轿车车厢中的任何结构。在车辆车厢中使用VCL可压缩衬里710对于客车的侧向冲击撞击 来说具有特别的益处，在这种撞击下，乘客(或司机)头部与车辆车厢内部撞击而头部受伤 存在较高的比例。VCL可压缩衬里710可以经由附接层714永久地固定到车辆结构712，该附接层粘 接到可压缩衬里710的外表面118。例如，在客车中，附接到侧门柱和风挡柱。替换地，VCL 可压缩衬里710可以可拆卸地且可更换地装配，这可以对现存的车辆进行翻新。对于可拆 卸且可更换的装配来说，附接层714可以包括诸如Velcro这样的材料或采用车辆内部装配 领域的技术人员所公知的许多紧固方法中的任何一种。将VCL可压缩衬里710安装在车辆中可以进一步采用可选的内部装饰衬里716，该 衬里附接到VCL可压缩衬里710的接触表面122。内部装饰层716可以提供美观的、有触感 的和/或隔音的特性。内部装饰层716、或舒适衬里可以用纤维、缓冲泡沫、“包裹气泡”的 塑料("bubble wrap" plastic)和 / 或塑料打磨衬里(plastic scuff lining)制造。可以使用VCL可压缩衬里710的车辆的例子包括民用轿车和卡车、如坦克、飞机 等的军用装备、航海装备和空间装备。另一应用领域是车辆的座椅和头枕，且应用到特别是 飞机和空间装备可能遇到的严重冲击情况下的这些飞机和空间装配中。图8是民用客车的内部的剖切视图。图8示意性地显示了 VCL可压缩衬里710的 应用，其在车厢内部周围提供了不同的冲击保护区域。例如，显示了三个不同的保护区域， 具有门窗框810的前立柱和侧立柱，前座椅812的后部和仪表板和中心控制台814。对于三 个区域810、812、814中的每一个，VCL可压缩衬里710的外层128可以具有相同的刚性和 可压缩性，而内层124在可压缩性方面在区域810、812、814之间可不同，以根据轿车的内部 车厢衬里可预见到的每日磨损和撕扯的额外考虑而提供所需程度的冲击保护。在VCL可压缩衬里710的又一实施例(未示出)中，冲击保护区域可以进一步划 分。例如，前座椅812的后部可以具有带内层124区段的较高部分，该部分比用于前座椅 812的后部的较低部分的内层124区段相比具有更大的可压缩性。这种设置可以为未固定的后方乘客的头部提供更高程度的冲击保护区域，其中该乘客最易受到前座椅812后部的上部的最初冲击。前座椅812的后部的较小可压缩性下部允许增加对于进入和离开乘客车 厢后方的后方乘客的脚和腿所磨损的耐久性。在另一示例性应用中，可压缩衬里110的实施例可应用到轿车和卡车的外部前表 面，以有助于可能被轿车或卡车撞击的步行者的冲击保护。婴儿舱和儿童安全座椅车辆中的可压缩衬里的又一实施例是用于通常在轿车、卡车或飞机中使用的婴儿 舱和儿童安全座椅。婴儿舱或儿童安全座椅(CSS)可以根据婴儿或儿童在婴儿舱或CSS中的躯干和 头部的位置来并入划分区段的可压缩衬里，以便对婴儿身体的这些部分提供合适的冲击保 护。换句话说，婴儿舱或CSS中设置不同冲击保护区域。通常，可压缩衬里可以加到婴儿舱 或CSS的内部，或者是形成完整可压缩衬里的多个板件的形式，或者是作为一个单独衬里 而插入的可压缩衬里形式。在另一实施例中，可压缩衬里可以形成婴儿舱或CSS。此外，可 压缩衬里还可形成保护性侧板或护垫，或在另一实施例中可以增加到婴儿舱或儿童安全座 椅的已存在侧板或护垫。可选地，可以对婴儿舱或CSS增加舒适衬里。图9以透视图示意性地显示了用于婴儿舱的婴儿可压缩衬里910的实施例的例 子。婴儿舱912通过使用婴儿舱基部916而被固定到成人轿车座椅914，该基部位于成人 轿车座椅914中，向后固定的带子918锚固到车辆结构的适当点。婴儿(未示出)固定在 婴儿舱912的可拆卸篮子920中。在篮子920中，婴儿可压缩衬里可以被划分成两个冲击 保护区域，婴儿头部区域922和婴儿躯干区域924。在图9中，婴儿可压缩衬里910被显示 为是插入到篮子920的结构中的插入衬里。在优选实施例中，用于婴儿可压缩衬里910的 EPS泡沫密度可以是对于上述用于头盔的密度来说的较低范围。内层124可以具有15到 25kgnT3范围的密度，外层128具有35到45kgnT3范围的密度。为了增加婴儿头部的冲击保 护，包括婴儿可压缩衬里910的婴儿头部区域922的区段具有的用于内层和外层124、128 的EPS密度低于包括婴儿躯干区域924的区段。在婴儿可压缩衬里910的另一实施例中，婴儿头部区域922可以是部分头盔的形 式。参见图4，婴儿头部区域922的形状可以是近似后区段422、424、426、428和太阳穴414、 416所形成的形式，具有相应的外层128的区段。图10是带有CSS可压缩衬里1010的CSS 1012的透视图。典型地，CSS1012可以 具有基部1014，该基部放置在成人轿车座椅914上。儿童座椅1016在基部1014上，该儿童 座椅典型地包括座位、靠背和侧护垫。CSS 1012通过使用成人搭接带座位带(未示出)和/ 或到车辆锚固点的额外的固定条带(未示出)固定到轿车座椅914。CSS可压缩衬里1010 可以被划分区段成两个用于冲击保护的区域；CSS头部区域1018和CSS躯干区域1020。每 个区域1018、1020还可以以侧护垫(护翼)1022、1024维尔特点，以将儿童“卡在槽内”或 进一步拘束和保护儿童。在图10中，CSS可压缩衬里1010被显示为是在儿童座椅1016的 结构上的插入衬里。在优选实施例中，用于CSS可压缩衬里1010的EPS泡沫的密度可以是 如上所述的婴儿可压缩衬里910。身体盔甲可压缩衬里110的实施例的另一应用区域是其用在身体盔甲中，包括保护背心。对于诸如摩托车驾驶、牛仔表演、足球、橄榄球、板球、棒球这样的涉及冲击的运动中，保护 背心和衬垫形式的身体盔甲通常穿在身体周围。身体盔甲可压缩衬里具有适于在运动中实 现冲击保护的实施例。例如，身体盔甲可压缩衬里可以具有合适于运动的减小的厚度524， 在5到30mm的范围。选择用于身体盔甲可压缩衬里的材料可以是弹性的且强韧的，使得可 压缩衬里能在许多次冲击中耐用。对于防弹身体盔甲(ballistic body armour)，身体盔甲可压缩衬里可以与防弹 盔甲结合使用。身体盔甲可压缩衬里在防弹盔甲对冲击飞行物的反作用中吸收防弹盔甲的 冲击力。图11是带有身体盔甲可压缩衬里1110插入物的保护背心1112的前正视图。保 护背心1112可以具有Velcro肩部凸片1114，以辅助穿戴者穿上和脱下保护背心1112衣 月艮。胸部1116和腹部1118可压缩衬里1110区段作为板状件显示为插入到保护背心1112 中，其中虚线1120表示用于保护背心1112衣服前部的每个区段1116、1118的延长部。腹 部可压缩衬里1118区段与胸部可压缩衬里1116区段相比可以提供更高程度的冲击保护， 因为腹部所不具有的、胸部中的胸廓(rib cage)能对内部器官提供一定程度的保护。高价倌物品的保护可压缩衬里的另一应用领域可以是诸如货物、电子装置、易碎结构、动物、植物等 高价值物品的保护。可压缩衬里的实施例可以在货物运输中用于保护高价值物品。其他的 实施例可以并入到军用装备、飞机和航天飞行器，用于保护敏感设备，以在这种装备面临灾 难性冲击的情况下改善设备的耐受性。可压缩衬里的性能上述实施例中的可压缩衬里的性能可以在以下的描述中得到进一步理解，以下 描述涉及本领域技术人员如何与可压缩衬里的相对性能一起评估冲击保护设备和方法的 性能。通过参考和示例，在下文中并入在w驟.atsb. Roy, au上，于2007年7月公布的， Australian Transport Safety Bureau(ATSB)的"Improved Shock Absorbing Liner For Helmets”。可压缩衬里提供了对人体所需部分的冲击的最初低等级抵抗，例如当摩托车骑乘 人头盔冲击地面时摩托车头盔的颅骨部分。随着冲击进行，可压缩衬里提供的抵抗程度以 受控的方式增加，以使得在整个冲击过程中发生颅骨和大脑(继续前面的例子)的受控减 速。在以下的描述中，将使用摩托车头盔中带有EPS泡沫材料的可压缩衬里的示例性实施 例，但是应理解类似的描述可适用于以上和以下描述的可压缩衬里的其他实施例。具有相对可压缩性不同的材料的内层124和外层128的可压缩衬里的特定结构使 得在冲击中可压缩衬里被压缩或挤压时可压缩衬里提供连续且逐渐的可压缩性和/或刚 性变化。可压缩衬里的特定结构还使得其能以减小的头盔总质量而容易地制造，特别是，与单一泡沫密度的头盔相比。这是在冲击过程中降低头部和颈部旋转加速效果方面的优
点ο冲击-持续时间(减速时间)可压缩衬里提供延长的受控压缩和挤压，以便延长冲击发生的时间段。人颅骨或 任何其他身体部分可以随后更逐渐地减速至停止。可压缩衬里的挤压、或变形时间可以按照高达或超过比单一泡沫密度衬里时间多20%的时间来发生。在其他术语中因为因可压 缩衬里的作用颅骨的减速较慢所以转移到颅骨的冲击力降低。挤压挤压使之在冲击过程中于颅骨伸入到可压缩衬里。可压缩衬里的压缩消散了冲击 的能量。可压缩衬里可以挤压高达或超过单一密泡沫密度构造的衬里的10%。
破碎EPS泡沫衬里的压缩过程中板状破碎(slab cracking)或弧形破碎 (arccracking)是冲击保护的一个常见部分。弧形破碎是与颅骨进入到泡沫衬里有关的周 边表面裂缝线。板状破碎是在进入泡沫衬里的伸入区域中穿过泡沫衬里的整个厚度方向的 裂缝。板状破碎在单一密度泡沫衬里中很常见且应是被避免的，因为泡沫衬里提供的冲击 保护此时已经开始失效。可压缩衬里不会在冲击测试中展现出板状破碎。对于可压缩衬里来说，弧形破碎 显著降低。弧形破碎的降低可以部分地因为与通常所使用的泡沫密度范围在45到90kgm_3 的单一密度泡沫衬里相比内层124使用了较低密度的泡沫。较低密度EPS泡沫比较高密度 EPS泡沫会以塑性和/或弹性方式而更易屈服，因此较低密度泡沫内层124不太容易呈现弧 形破碎。此外，使用较低密度泡沫用于内层124允许可压缩衬里的接触表面122比单一密 度泡沫衬里更好地符合颅骨。因而，冲击力在颅骨的更大区域上更加均勻地分布，这是一种 有利的特征。峰值减速(冲击能量衰减或震荡衰减，“g-力”)澳大利亚和新西兰国家标准要求，在一类模拟冲击中头盔内经历的峰值减速必须 小于300g( “g”是9.8ms_2的重力加速度)。类似的标准存在于北美和欧洲。可压缩衬里 的峰值减速在所有被测试情况下比传统单一泡沫密度衬里更低，且低于澳大利亚和新西兰 的指令性国家标准要求。旋转力头盔中的可压缩衬里质量对事故中头部受到的旋转力有贡献。对于头盔和可压缩 衬里来说轻质是安全方面的优点，以便降低与旋转力有关的伤害。带有单一密度泡沫衬里 的头盔——在上述其他性能测试方面其会与可压缩衬里的等效例类似地发挥功能——显 著地较大且较重。这是因为单一密度泡沫衬里必须较厚且具有较低的单一密度泡沫，导致 形成额外的衬里质量以及头盔的较大且较重的外壳。对于上述描述应理解，尽管内层124与外层128相比需要更可压缩和/或具有较 低的刚性，但是凸起130和凹部132的构造可以颠倒，以使得凸起与外层128关联且凹部与 内层124关联，以使得本发明仍能实现。在另一实施例中，连结表面126可以是对称的，以 使得内层124和外层128都具有凸起和凹部且处于使得内层124在连结表面126处与外层 128接合的结构。但是，在所有构造中，如上所述和如下所述的，内层124的可压缩性比外层 128的可压缩性更大。或者，在刚性方面，内层124的刚性比外层128的刚性更小。应理解，上面给出的和后面给出的可压缩衬里的尺寸、容量和材料仅是所述实施 例的例子。它们所给出的尺寸、容量和材料还可经本领域技术人员选择或设计，例如用于其 它的冲击保护应用。图12示意性地显示了双可压缩衬里1210的截面图。双可压缩衬里1210是图5所示的可压缩衬里510的替换实施例。双可压缩衬里1212是在外表面118处连结在一起的两个可压缩衬里510，以形成新的连结部1212。双可压缩衬里1210可以在诸如接触运动 这样的应用中使用，该运动中在参与者之间常见地会有强烈的身体冲撞。在这种情况下，需 要的是，当两个参与者彼此冲击时，两个参与者获得内层124的最初低抵抗的益处。另一例 子是在敏感结构、或物品之间使用双可压缩衬里1210，以使得两个结构都获得内层124的 益处。双可压缩衬里1210还可以是带区段的(未示出)，以如上所述提供不同的冲击保护 区域。连续的衬里(continuum liner)(未示出)可以构造有与可压缩衬里类似或比之 更优越的性能。连续衬里可以包括以第一材料的所需形状(例如头盔)制造的衬里。第一 材料可以是高度可压缩的和/或具有低的刚性，例如粘弹性胶体。然后需要的是，在衬里的 厚度上、沿从头盔的内侧到头盔外侧的方向产生降低可压缩性(增加刚性)的效果。为了 应用这种增加的刚性梯度，第一材料可以以连续的方式转变为第二材料。在第二材料具有 比第一材料更低的可压缩性(更大的刚性)的情况下，第二材料和第一材料在整个连续衬 里上存在各种比例，以便产生所需的刚性梯度。第二材料可以通过多种过程来制造，包括·电离辐射(ionising radiation)以便将第一材料的分子交联到各种交联程度， 以形成第二材料。·化学试剂，按各种程度将第一材料转变为第二材料。电离辐射或化学试剂可以应用到由第一材料制造的头盔形体或其他形体的 外部。从第一材料转变为第二材料的程度通过跨过连续衬里厚度的深度变薄(depth attenuation)的程度来仔细地控制。以类似地方式，针对第一材料的头盔形体施加的电离辐射或化学试剂的程度可以 被控制，以赋予头盔形体所需的不同程度的冲击保护区域。对于带有一些冲击保护区域的 替换实施例来说，每个区域的各个区段之间的边界可以不是不连续的边界线而是因用于将 第一材料转变为第二材料的特定技术造成的梯度部分。不同类型的自行车头盔(未示出)可以制造为没有外层128的存在。对于这种头 盔，内层124的凸起130的顶点136连接到外壳116。头盔设计和制造领域的技术人员可以 选择合适的一种或多种材料来形成内层128，以使得让这种不同的自行车头盔满足合适的 安全标准。例如，内层124的EPS泡沫密度可以是如上所述的或是按照如上所述的连续衬 里转变为两种材料。在不同的自行车头盔的另一实施例(未示出)中，外壳116可以与内 层124的外表面符合，以便以圆锥形凸起的形状形成硬的外层。使用设置了不同冲击保护区域的划区段的衬里与不划区段的构造相比可以显著 降低衬里的重量。在不需要对所施加的力有很高抵抗的情况下，通过使用降低密度的材料 可以实现重量节省。在划区段头盔衬里的情况下，头盔的重量可降低高达20%，这对于穿戴 者来说有显著的益处。本发明的衬里可以是穿通的或带孔的，以提供非保护区域，例如允许透气的开口。 这种结构对于头盔等来说特别有用。在本发明的实施例中，多个层中的一个——特别是内层——以条带的形式通过板 件构成，该条带在其上具有凸起或凹部，用于与另一层协作插入到孔中。条带例如可以包括单行的凸起，且模制有弯曲部，以适应另一层，例如在头盔中需要。多个这种条带可以形成插入件的一部分且模制有铸道(sprue)以连接它们。铸道可包括凸起所突出的材料层，且典型地是一个模制部。在一个实施例中，铸道横向于条带的 一般方向延伸。该实施例特别适用于头盔，因为条带之间的间隙可以与常用的透气开口对 准。尽管本发明已经在被认为是较特别且优选的实施例中进行了显示和描述，但是应 理解，在本发明的范围内可作出改变，这些改变不应限制在本文所述的细节，而是应根据所 附权利要求的所有范围来包含任何和所有等效的组件、装置和设备。在本说明书中，词语“包括”应理解为是“开放”的含义，即“包含”，且不应理解成
是“仅由......构成”这样的“封闭”的含义。在相应的词语“包括”出现之处也属于相应
的含义。应进一步理解，本文中对已有技术的引用除了有相反的描述外不构成对这种本发 明有关的且本领域技术人员公知的已有技术的任何承认。
权利要求
一种用于为人体至少一部分提供冲击保护的设备，包括可压缩衬里(110、310、510)，带有内层(124)和外层(128)；其中，内层(124)具有接触表面(122)和第一连结表面，其中，第一连结表面包括多个凸起(130)；其中，外层(128)具有第二连结表面和外表面(118)，其中，第二连结表面包括适于接收内层的凸起(130)的多个凹部(132)；其中，内层(124)包括具有第一可压缩的第一材料，且外层(128)包括具有第二可压缩性的第二材料；和其中，第一可压缩性大于第二可压缩性。
2.如权利要求1所述的设备，其中，可压缩衬里(110、310、510)的内层的接触表面的至 少一部分适于紧邻或接合到人体的一部分。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中，凸起(130)是圆锥形的。
4.如前述任一权利要求所述的设备，其中，所述内层(124)用一个或多个内层区段 (212,214)形成。
5.如权利要求4所述的设备，其中，第一可压缩性在一个或多个内层区段(212、214)之 间是不同的。
6.如前述任一权利要求所述的设备，其中，所述外层(128)用一个或多个外层区段 (210,216)形成。
7.如权利要求6所述的设备，其中，第二可压缩性在一个或多个外层区段(210、216)之 间是不同的。
8.如前述任一权利要求所述的设备，其中，一个或多个第一材料和第二材料是泡沫材料。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述泡沫材料包括发泡聚苯乙烯。
10.如权利要求9所述的设备，其中，第一材料具有15到50kgm_3范围的密度。
11.如权利要求10所述的设备，其中，第一材料具有25到35kgm_3范围的密度，且第二 材料具有35到50kgm_3范围的密度。
12.如权利要求10所述的设备，其中，第一材料具有15到25kgm_3范围的密度，且第二 材料具有35到45kgm_3范围的密度。
13.如权利要求9所述的设备，其中，第二材料具有35到90kgnT3范围的密度。
14.如权利要求13所述的设备，其中，第二材料具有35到55kgnT3范围的密度。
15.如权利要求1-7中任一项所述的设备，其中，一或多种第一材料和第二材料是粘弹 性的或触变性的材料。
16.如前述任一权利要求所述的设备，其中，一个或多个凸起(130)穿入到外层(128) 中的范围是50到100%。
17.如权利要求1-15中任一项所述的设备，其中，一个或多个凸起(130)的顶点与外表 面毗邻。
18.如前述任一权利要求所述的设备，其中，凸起(130)的邻近基部之间的距离的范围 是 0 至Ij 20mm。
19.如权利要求18所述的设备，其中，凸起(130)的邻近基部之间的距离的范围是5到15mm。
20.如前述任一权利要求所述的设备，其中，凸起(130)的基部的最大横向尺寸的范围 是 15 到 22mm。
21.如前述任一权利要求所述的设备，其中可压缩衬里(110,310,510)具有15到45mm范围的厚度；一个或多个凸起(130)的、自各个凸起基部的高度的范围是20到25mm ；和从一个或多个凸起(130)的基部到接触表面(122)的距离的范围是5到10mm。
22.如前述任一权利要求所述的设备，其中，可透过外层(128)看到内层(124)。
23.如前述任一权利要求所述的设备，其中，可压缩衬里(110、310、510)具有可拆卸且 可更换的装配。
24.如前述任一权利要求所述的设备，其中，内层和外层(124、128)中的一个包括条 带，一行凸起从该条带突出。
25.如权利要求24所述的设备，其中，所述层是内层(124)。
26.如权利要求24或25所述的设备，其中，设置多个所述条带，且多个所述条带通过铸 道连结以便形成单件部件。
27.如前述任一权利要求所述的设备，其中，可压缩衬里(110、310、510)安装于或形 成车厢衬里、婴儿舱、儿童安全座椅、座椅、头枕或身体盔甲。
28.如权利要求1-26中任一项所述的设备，其中，可压缩衬里安装于或形成头盔。
29.一种通过提供设备来对人体的至少一部分提供冲击保护的方法，包括对施加到人体至少一部分的冲击的最初低抵抗；和，然后随着冲击进行逐渐增加对施 加到人体至少一部分的冲击的抵抗程度。
30.一种用于对物品的至少一部分提供冲击保护的设备，包括具有刚性梯度的可压缩 衬里；其中，在冲击过程中该刚性梯度在可压缩衬里的厚度上从邻近该物品的低刚性变化到 较高刚性。
全文摘要
一种用于冲击保护的可压缩衬里，其可以被安装在由人穿戴的头盔中。可压缩衬里还可以应用到其他冲击保护情况，例如用于婴儿舱和儿童安全座椅，以及提供定制的冲击保护区域。可压缩衬里可具有相对较低密度的泡沫内层，该内层熔接到相对较高密度的泡沫外层。内层可具有许多圆锥形凸起，该凸起突入到外层的匹配凹部中。可压缩衬里为人体的所需部分提供针对冲击的最初低抵抗。随着冲击进行，通过可压缩衬里提供的抵抗程度以受控的方式增加，以使得在可压缩衬里的所需冲击保护区域的冲击过程中发生身体一部分的受控减速。
文档编号A41D27/04GK101827537SQ200980000530
公开日2010年9月8日 申请日期2009年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者唐纳德·E·摩根 申请人:唐纳德·E·摩根