专利名称：头盔的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种头盔，其包括能量吸收层和设置在能量吸收层内侧的滑动促进器，可有、可无任何外壳。
背景技术：
为了防止或减小颅骨和脑部损伤，很多活动需要头盔。大多数头盔包括通常由塑料或合成材料制成的硬质外壳、和称为衬里的能量吸收层。现今，防护头盔必须设计得符合一定的法定要求，这特别涉及在特定负载下脑部重心可能出现的最大加速度。典型地，进行测试，其中称为仿制颅骨带有头盔，对着头部遭受径向打击。这产生了打击径向迎向颅骨时具有良好的能量吸收能力的新式头盔，而对其它负载方向的能量吸收效果不佳。在径向冲击的情况下，头部将以产生线性加速度的平移运动加速。该平移加速度能够导致颅骨折裂和/或脑组织压迫或磨损损伤。然而，根据损伤统计，单纯的径向冲击是很少。另一方面，使头部产生单纯的角加速度的单纯的切线撞击也罕见。最常见的撞击类型是联合同时作用于的头部的径向和切线力的斜撞。斜撞对脑部产生切向加速度和径向加速度两种。转动加速度使得脑部在颅骨内转动而对连接脑部与颅骨以及脑部本身的人体组织造成损伤。转动损伤的示例一方面是由于血管破裂而导致的硬模下血肿、SH、出血，另一方面是由于脑组织中高度剪切形变而导致的弥散性轴索损伤、DAL，概述为神经元过度拉伸。根据转动力的特性，诸如，持续时间、增大幅度和速率，出现SH或DAL，或者遭受其组合。一般来说，在持续时间短并且幅度大的情况下出现SH，而在持续时间较长和加速度负载分布更广的情况下出现DAL。考虑这些现象以使得为颅骨和脑部提供良好的保护成为可能是重要的。头部具有自然保护系统，利用头皮、坚硬的颅骨和其下脑脊髓液减缓这些力。在撞击期间，头皮和脑脊髓液通过压缩并滑过颅骨而起旋转震动吸收器的作用。现今使用的大多数头盔没有提供抗转动损伤的防护。例如，自行车、骑马者和滑雪头盔的重要特征是它们通风良好并且具有空气动力形状。新式的自行车头盔通常具有通过在注模工艺期间结合薄的坚硬壳体而制成的模内型外壳。这一技术允许制造比硬壳头盔更加复杂的形状，也制作更大的通风孔。
实用新型内容
公开了一种头盔，其包括能量吸收层和设置在所述能量吸收层内侧的滑动促进
ο根据一个实施例，所述头盔包括用于将头盔连接至佩戴者头部的连接装置。所述滑动促进器能够被固定至所述连接装置或所述能量吸收层的内侧用于提供所述能量吸收层和所述连接装置之间的滑动性。[0011]优选地，外壳设置在所述能量吸收层外侧。因而所述设计的头盔能够利用模内技术制造，尽管将该公开的想法用在所有类型的头盔中是可能的。根据另一实施例，所述连接装置通过至少一个固定件被固定至所述能量吸收层和 /或所述外壳，其通过以弹性、半弹性或塑性方式变形能够适于吸收能量和力。在撞击期间， 通过压缩能量吸收层该能量吸收层用作撞击吸收体，并且如果使用外壳，撞击能量将遍布整个壳体。该滑动促进器将允许以受控的方式在连接装置与能量吸收层之间滑动，以吸收否则会传给脑 部的转动能量。该转动能量能够被摩擦热、能量吸收层的形变或至少一个固定件的移位吸收。被吸收的转动能量将减小作用于脑部的转动加速度的量，因此减弱脑部在颅骨内的转动。固定件可包括至少一个具有第一部分和第二部分的悬垂件。所述悬垂件的第一部分可适于被固定至所述连接装置，并且所述悬垂件的第二部分适于被固定至所述能量吸收层。滑动促进器赋予头盔功能(滑动性)并能够以多种不同的方式提供。例如，所述滑动促进器可以是低摩擦材料，设置于或一体成形于所述连接装置的面向所述能量吸收层的表面、和/或设置于或一体成形于所述能量吸收层的面向所述连接装置的内表面。还提供一种用于制造包括滑动促进器的头盔的方法。该方法包括以下步骤提供模型；在模型中提供能量吸收层；以及提供接触所述能量吸收层的滑动促进器。根据一个实施例，所述方法还包括利用至少一个固定件将连接装置固定至所述能量吸收层和所述滑动促进器两者中至少之一的步骤。滑动促进器提供任何方向的滑动运动的可能性。不限于特定轴周围的运动。请注意任何实施例或实施例的一部分以及然和方法以及方法的一部分能够以任何方式组合。
现在通过举例的方式参照如图描述本发明，其中图1示出了根据一个实施例的头盔的剖视图；图2示出了根据一个实施例的置于佩戴者头部时头盔的剖视图；图3示出了置于佩戴者头部的受到正面撞击时的头盔；图4示出了置于佩戴者头部的受到正面撞击时的头盔；图5a是更详细地示出了连接装置的左视图；图5b是图5a中所示的连接装置的俯视图；图6示出了固定件的替代实施例；图7示出了固定件的替代实施例；图8示出了固定件的替代实施例；图9a示出了固定件的替代实施例；图9b示出了沿图9a中的A-A面的剖视图；图10示出了固定件的替代实施例；图11示出了固定件的替代实施例；图12示出了固定件的替代实施例；[0033]图13示出了固定件的替代实施例；图14示出了固定件的替代实施例；图15示出了固定件的替代实施例；图16示出了测试结果表格；
图17示出了测试结果图表；以及图18示出了测试结果图表。
具体实施方式
下面将给出详细实施例的说明。应明白附图仅出于举例的目的而不以任何方式限制范围。因此，诸如“上”或“下”有关方向的任何称谓仅指图中所示的方向。一个实施例的防护头盔包括能量吸收层和设置在该能量吸收层内侧的滑动促进器。根据一个实施例，提供一种适用于骑自行车的模内头盔。该头盔包括优选薄且硬的外壳，该外壳由聚合物材料制成，例如，聚碳酸酯、ABS、PVC、玻璃纤维、芳族聚酰胺(Aramid)、 对位芳族聚酰胺(Twaron)或碳纤维。也可以理解省去外壳。在外壳内侧设有能量吸收层， 该能量吸收层可以是聚合泡沫材料，例如，诸如EPS(发泡聚苯乙烯)、EPP(发泡聚丙烯)、 EPU(发泡聚亚安酯)或其它类似蜂巢的结构。滑动促进器设置在能量吸收层内侧，并适应于沿所述能量吸收层或连接装置滑动，该连接装置用于将头盔连接到佩戴者头部。该连接装置通过适于吸收撞击能量和力的固定件被固定到能量吸收层和/或外壳。滑动促进器可以是摩擦系数小或者涂有低摩擦材料的材料可想而知的材料的例子是PTFE、ABS、PVC、PC、织物材料。还可想而知这种滑动通过材料(例如，具有织物结构的材料)的结构实现使得织物相对彼此滑动。在撞击期间，通过压缩能量吸收层该能量吸收层用作撞击吸收体，并且如果使用外壳，撞击能量将遍布整个壳体。该滑动促进器将允许以受控的方式在连接装置与能量吸收层之间滑动，以吸收否则会传给脑部的转动能量。该转动能量能够被摩擦热、能量吸收层的形变或至少一个固定件的移位吸收。被吸收的转动能量将减小作用于脑部的转动加速度的量，因此减弱脑部在颅骨内的转动。由此降低诸如硬模下血肿、血管破裂和DAL的转动损伤的风险。图1示出了根据一个实施例的头盔，其中该头盔包括能量吸收层2。该能量吸收层2的外表面1可以由与能量吸收层2相同的材料制成，或者还可想而知该外表面1能够是由不同于能量吸收层2的材料制成的坚硬的壳体。与用于将头盔连接到佩戴者头部的连接装置3关联，滑动促进器5设置在能量吸收层2内侧。根据图1所示的实施例，该滑动促进器5固定至或一体成形于能量吸收层2中，然而，同样可以想到该滑动促进器5设置于或一体成形于连接装置3上，用于同样目的，即，在能量吸收层2和连接装置3之间提供可滑动性。图1的头盔具有允许气流除过头盔的多个通气孔17。连接装置3通过四个固定件4a、4b、4c和4d固定至能量吸收层2和/或外壳，所述四个固定件通过以弹性、半弹性或塑性方式变形而适于吸收能量。能量也能够通过摩擦生热、和/或连接装置或头盔的任何其它部件变形而被吸收。根据图1所述的实施例，四个固定件4a、4b、4c和4d是具有第一和第二部分8、9的悬垂件4a、4b、4c、4d，其中悬垂件4a、 4b、4c、4d的第一部分8适于被固定至连接装置3悬垂件4a、4b、4c、4d的第二部分9适于被固定至能量吸收层2。滑动促进器5可以是低摩擦材料，在所示的实施例中其设置在连接装置3的面向能量吸收层2的外侧，然而，在其它实施例中，同样可以想到该滑动促进器5设置在能量吸收层2内侧。低摩擦材料能够是诸如PTFE、PFA、FEP、PE和UHMWPE的蜡状聚合物，或者可灌输润滑剂的粉末材料。该底摩擦材料能够涂覆于滑动促进器和能量吸收层两种中的一种或两种，在一些实施例中，该能量吸收层本身适于用作滑动促进器，并可以包括低摩擦材料。连接装置可由诸如PC、ABS、PVC或PTFE的弹性或半弹性聚合材料、或者由诸如棉布的天然纤维材料制成。图1进一步公开了调节装置6，其用于调节适于特定佩戴者的头带的直径。在其它实施例中，该头带可以是弹性头带，这种情况下可以不包括调节装置 6。 图2示出了类似于图1中的头盔的头盔放置在佩戴者头上的实施例。然而，图2中连接装置3仅通过两个固定件4a、4b被固定至能量吸收层2，该固定件适于弹性、半弹性或塑性地吸收能量和力。图2的实施例包括由不同于能量吸收层2的材料制成硬质外壳1。图3示出了根据图2实施例的头盔，此时其受到对头盔形成转动力的正面斜撞I 造成能量吸收层2相对于连接装置3滑动。连接装置3通过固定件4a、4b被固定至能量吸收层2。所述固定件通过弹性或半弹性变形吸收转动力。图4示出了根据图2实施例的头盔，此时其受到对头盔形成转动力的正面斜撞I 造成能量吸收层2相对于连接装置3滑动。连接装置3通过断裂固定件4a、4b被固定至能量吸收层2，所述固定件通过弹性变形吸收转动能并且撞击后需要更换。图3和图4实施例的组合完全可想象，即，一部分固定件断裂，塑性吸收能量，同时另一部分变形并弹性吸收力。在组合实施例中，可想而知仅仅塑性形变部分需要在撞击后更换。图5a示出了一实施例的连接装置3的外部，其中该连接装置3包括适于环绕佩戴者头部的头带3a，从佩戴者的前额伸到佩戴者头部的背面的腹背带3b，以及从佩戴者头部的左横侧伸到佩戴者头部的右横侧的横侧带(latro-lateral band) 3c，所述腹背带连接到头带3a，所述横侧带3c连接到头带3a。连接装置3的部件或部分可以设有滑动促进器。在所示实施例中，连接装置的材料可以完全用作滑动促进器。也可想到为连接装置3提供添加的低摩擦材料。图5a和5b还示出了固定至连接装置3的四个固定件4a、4b、4c和4d。在其他实施例中，连接装置3可以仅仅是头带3a、或者适于完全覆盖佩戴者头部的上部的整个帽、或者起装到佩戴者头部的连接装置的作用的任何其它设计。图5b示出了连接装置3的内侧，显露出了用于调节适于特定佩戴者的头带3a的直径的调节装置6。在其它实施例中，头带3a可以是弹性头带，这种情况下可以没有调节装置6。图6示出了固定装置4的替代实施例，其中固定装置4的第一部分8固定至连接装置3，而固定装置4的第二部分9通过粘合剂固定至能量吸收层2。该固定装置4适于通过以弹性、半弹性或塑性方式变形吸收撞击能和力。图7示出了固定装置4的替代实施例，其中固定装置4的第一部分8固定至连接装置3，而固定装置4的第二部分9通过进入能量吸收层2的材料中的机械固定件10固定至能量吸收层2。图8示出了固定装置4的替代实施例，其中固定装置4的第一部分8固定至连接装置3，而固定装置4的第二部分9固定至能量吸收层2内侧，例如通过将固定装置注模到能量吸收层2材料中。图9a和9b示出了固定装置4的剖视图和A-A视图。该实施例的连接装置3通过固定装置4连接到能量吸收层2，其中固定装置4的第二部分9置于凹形部件12中适于弹性、半弹性或塑性形变，而第一部分8连接至连接装置3。凹形部件12包括凸缘13，所述凸缘13在被固定装置4置于足够大的张力状态下时适于弹性、半弹性或塑性弯曲或变形，使得第二部分9可以 离开凹形部件12。图10示出了固定装置4的替代实施例，其中固定装置4的第一部分8固定至连接装置3，而固定装置4的第二部分9 一直穿过能量吸收层2固定至外壳1的内侧。这能够例如通过将固定装置4注模到能量吸收层2内侧而实现。也可以想到将固定装置4从头盔外侧穿过孔置于壳体中(未示出)。图11示出了一实施例，其中连接装置3通过可为弹性的或适于塑性变形的薄膜或密封泡沫材料24被固定至能量吸收层2外围。图12示出一实施例，其中连接装置3通过机械固定件连接至能量吸收层2，该机械固定件包括机械啮合件29，具有自锁功能，类似于带扣(tie Strap)4的。图13示出一实施例，其中固定件是互连夹层27，诸如夹层布，其可包括弹性、半弹性或塑性形变纤维，将连接装置3连接至能量吸收层2、并在受到剪切力时适于切变而因此吸收转动能或力。图14示出一实施例，其中固定件包括磁性固定件30，该磁性固定件可包括两个具有吸引力的磁体，诸如，高导磁率磁体，或者一部分包括磁体，一部分包括磁力吸引的材料， 诸如铁。图15示出一实施例，其中固定件通过弹性凸形部件28和/或弹性凹形部件12可反复连接，所述弹性凸形部件28和/或弹性凹形部件12可分离式连接(因此称为卡扣固定)，使得在发生撞击足够大的张力施于头盔上时凸形部件28与凹形部件12分离，而凸形部件28可重新插入凹形部件12中而恢复功能。在此文所公开的实施例中，能量吸收层和连接装置之间的距离从几乎无间距到有实质间距而变化，不脱离本发明的主旨。在此文所公开的实施例中，还可想到固定件是超弹性的，使得该材料弹性吸收能量但同时局部塑性变形，不完全失效。包括数个固定件的实施例中，还更可想到所述固定件中之一是主固定件，在受到足够大的张力下其适于塑性变形，而辅助固定件适于单纯的弹性变形。图16是用具有滑动促进器的头盔(MIPS)和连接装置与能量吸收层之间没有滑动层的普通头盔(Original)进行测试得到的表格。该测试用自由落体仪控仿真头(free falling instrumented dummy head)进行，其撞击水平移动的钢板。斜撞产生比普通测试方法更实际的平动和转动加速度的组合，普通测试方法中头盔是在单纯的垂向撞击下坠落到水平撞击表面上的。在水平和垂直方向上均可获得高达10m/s(36m/s)的速度。在仿真头中，有安装了九个加速计的系统，以测试所有轴周围的平动加速度和转动加速度。在当前测试中，头盔坠落0.7米。得到3.7m/s的垂直速度。水平速度选择为6. 7m/s，得到7. 7m/ s (27. 7km/h)的撞击速度和29度的撞击角。[0065]该测试揭露了传递给头部的平动加速度减小，传递给头部的转动加速度和转动速度大大减小。图17示出了具有滑动促进器的头盔(MIPS 350 ；MIPS 352)和连接装置与仿真头之间没有滑动层的普通头盔(Org 349 ；Org 351)的转动加速度-时间图。 图18示出了具有滑动促进器的头盔(MIPS_350 ；MIPS_352)和连接装置与仿真头之间没有滑动层的普通头盔(0rg_349 ;0rg_351)的平动加速度-时间图。请注意任何实施例或实施例的一部分以及方法或方法的一部分能够以任何方式组合。此处所有的实例应该被看作一般说明的一部分，并因此可能概括地以任何方式组合。
权利要求1.一种头盔，其特征在于其包括能量吸收层(2)和滑动促进器(5)，所述滑动促进器设置在所述能量吸收层(2)的内侧。
2.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于设置有用于将所述头盔连接至佩戴者头部的连接装置(3)。
3.根据权利要求2所述的头盔，其特征在于用于提供所述能量吸收层(2)和所述连接装置(3)之间的滑动性的所述滑动促进器(5)被固定至所述连接装置(3)和/或所述能量吸收层(2)的内侧。
4.根据权利要求1、2或3所述的头盔，其特征在于外壳(1)设置在所述能量吸收层 (2)外侧。
5.根据权利要求3所述的头盔，其特征在于所述连接装置通过至少一个固定件(4) 被固定至所述能量吸收层(2)和/或所述外壳(1)。
6.根据权利要求5所述的头盔，其特征在于所述固定件(4)是一种通过以弹性、半弹性或塑性方式变形能够吸收能量和力的构件。
7.根据权利要求5所述的头盔，其特征在于所述固定件(4)包括至少一个具有第一部分(8)和第二部分(9)的悬垂件(4)，其中所述悬垂件(4)的第一部分(8)适于被固定至所述连接装置(3)，并且所述悬垂件(4)的第二部分(9)适于被固定至所述能量吸收层 ⑵。
8.根据权利要求2所述的头盔，其特征在于所述滑动促进器(5)是低摩擦材料，被连接至或一体成形于所述连接装置(3)的面向所述能量吸收层(2)的表面、和/或设置于或一体成形于所述能量吸收层(2)的面向所述连接装置(3)的内表面。
专利摘要提供一种包括能量吸收层(2)和滑动促进器(5)的头盔。滑动促进器设置在能量吸收层(2)的内侧。
文档编号A42B3/00GK202019831SQ20102058620
公开日2011年11月2日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年5月7日
发明者彼得·哈尔丁 申请人:米帕斯公司