专利名称：具有定位特征的抑制回弹并吸收能量的安全帽衬垫的制作方法
技术领域：
本公开涉及个人保护设备，特别是一种含有流体的衬垫，该衬垫适于与很多种设计形式的保护性安全帽一起使用。
背景技术：
衬垫与保护性安全帽一起使用，例如与进行各种体育运动和其他户外活动时使用 的头盔一起使用，通常情况下，主要设置在安全帽的内表面与佩戴者的头部之间。大多数衬垫是使佩戴者感觉舒适，但也有一些衬垫具有保护功能，例如通过具有垫层、软垫或其他材料来缓解或防止安全帽内部对佩戴者头部的冲击，例如当安全帽外部受到撞击或受到其他力的时候。许多头部或大脑伤害是在佩戴安全帽时产生的，但这些伤害是由所称的“回弹效应”引起或加重的在安全帽突然受到外力的时候，佩戴者的头部在最初往往会朝冲击点倾斜，然后从安全帽内部(或缓冲系统)远离冲击点产生回弹。在某些实例中，这就是与回弹效应相关的能量，有时，不论最初的撞击是否被缓冲，这都是佩戴安全帽时头部发生严重损伤的主要原因。例如在US5720051、US4566137、US4375108、US4370754、US4354284、US7774866 和US428761中可发现包括多个充有流体的垫或充有流体的室的安全帽衬垫或保护系统。在这些公开的某一些中，充有流体的垫连接在一起，使流体从一个垫流向邻近的垫，从而将安全帽受到的冲击力的能量吸收和/或分散至佩戴者头部的较大面积上。但是，这些专利中没有一个专利提及上述的回弹效应。而且，尽管采用了上述这些衬垫的安全帽可使用带或其他装置将安全帽固定到佩戴者头上，但没有一个衬垫本身包括这种功能。上述公开的全部内容通过引用结合到本文中。
发明内容
衬垫的示例实施例适于与安全帽一起使用，通常设置在安全帽的内表面与所容纳的佩戴者的头部之间，包括多个由流体不可渗透的柔性材料制成的流体单元，每个流体单元适于接收并储存流体，如空气，所述多个流体单元还包括一组联网流体单元和一组离散未联网的流体单元，每个联网流体单元通过一个流体通道与至少其他一个联网流体单元连通，所述离散未联网流体单元散布于所述联网流体单元间。在这种实施例中，当所述流体单元内的流体压力至少为预定最小值时，例如等于大气压力时，所述离散流体单元将安全帽定位在佩戴者头上并使佩戴者头部与安全帽的内表面之间保持最初的间隔关系，所述流体通道被配置对传递到联网流体单元上的力做出反应，在所述联网流体单元组内均衡流体压力，例如将力进行分配进而分散力至佩戴者头部的较大区域上，该区域与原始点或冲击位置的相应区域相比要大。在这种实施例中，所述相互连接的联网流体单元适于抑制佩戴者头部从冲击位置反弹的趋势，这通过下列方式实现从侧面将来自冲击位置或其附近(或在对应于安全帽上冲击位置的衬垫的部分处或附近)的联网流体单元的流体分散至其他联网流体单元，这些联网流体单元设置在衬垫上通常与冲击位置相对的一个或多个位置处。在一些实施例中，衬垫由两个或两个以上由流体不可渗透的柔性材料制成的叠加的层形成，所述层的相邻表面在其边缘区域在内部密封，形成流体单元和流体通道。在一些实施例中，流体单元设置在一个单层内。在这种实施例中，每个离散流体单元可在侧面被至少一个联网单元或者至少两个联网单元和连接它们的流体通道联合包围。在一些实施例中，离散流体单元的横截面高度由离散流体单元探入衬垫形成的凹陷中的长度界定，其大于联网流体单元的横截面高度，这样可以保持佩戴者头部与安全帽之间乃至佩戴者头部与联网单元之间的间隔关系。
在一些实施例中，一部分流体单元可被配置以对预定阈值流体压力做出反应以释放流体，例如通过通道或阀裂开传送流体等方式实现，所述通道或阀被配置只在达到阈值流体压力时允许流体传送。有些实施例可包括流体储存单元，所述流体储存单元在初始时是空的，但被配置接收来自对阈值流体压力做出反应的其他流体单元传送的流体。在一些实施例中，一部分流体通道可设有限制流体以预定流速流动的装置，或在某些联网单元之间建立优先流体传送的装置，例如衬垫相对区域中的单元，例如有利于衬垫的回弹抑制效果。一些衬垫中的流体单元可与环境大气完全密封分隔，而一些衬垫实施例可设置有阀门，例如包括一个或多个适于允许流体进出一个或多个流体单元的阀件。这些实施例可进一步包括增压装置，用于进出衬垫的选择的流体移动，诸如借助于一体或可移动附接的泵实现。在一些实施例中，衬垫与具有抗冲击外表面的头盔的内表面连接，并适于设置在所述内表面与佩戴者头部之间。在这种实施例中，衬垫通过多个紧固件可移动地位于头盔内，所述紧固件可选地以一种结构设置，该结构界定出预定定向以将衬垫相对于头盔固定。参考附图和以下详细说明对上面所列出的内容和元件进行阐明。
图I是根据本公开制造的安全帽衬垫示例实施例的侧视图，切除一部分以显示出衬垫的内表面和横截面。图2是图I所示安全帽衬垫内表面上的部分流体单元样式的细节图。图3是根据本公开制造的安全帽衬垫的另一个示例实施例的流体单元样式的另一种结构的细节图。图4是包括在使用者佩戴的头盔的图I所示衬垫的横截面图。图5是与图4所示相似的横截面图，但使用者头部在头盔内已经向前移动，例如在对传送至头盔前面外表面的冲击力做出反应时。
图6是根据本公开制造的安全帽衬垫的另一个示例实施例的流体单元样式的一种结构的细节图，其中，一部分流体通道适于提供流体优先流动路线。图7是根据本公开制造的安全帽衬垫的另一个示例实施例的流体单元样式的一种结构的细节图，其中，一部分流体通道包含流体限制装置。图8是根据本公开制造的安全帽衬垫的示例实施例的三维视图，其中，所述衬垫具有加压装置。
具体实施例方式本发明的保护性衬垫在多个领域具有效用，设计重点根据应用而改变。例如，衬垫通常适于和保护性安全帽一起使用，例如和头盔一起使用，设置在安全帽的内表面与安全帽佩戴者的头部之间。在这些实施例中，衬垫的形状与安全帽的内部构造相适应，例如提供 安全帽覆盖或保护的佩戴者头部的区域和/或部分的覆盖层。根据本发明构成的衬垫，在一些实施例中，可适于与其他类型或其他的个人保护装置一起使用，例如那些在体育运动或其他活动中用于保护佩戴者身体其他部分的装置。因此，打算尽管本文所述的衬垫的说明性实施例是与一特定类型的保护性头盔一起使用，或与特殊活动中的其他安全帽一起使用，但本发明可应用在其他领域，并且在不偏离本发明范围的情况下用于这些领域。首先，参考图1，图中所示为根据本公开构成的保护性安全帽衬垫的示例实施例，一般标示为10，图中所示衬垫包括多个流体单元20，每个流体单元内都适于容纳并存储流体，如空气，所述衬垫还包括多个流体通道22，流体通道将一部分流体单元20连接。流体单元20和流体通道22至少部分地由流体不可渗透的柔性材料制成，所示流体单元和流体通道设置在一个单层内，该单层一般地定义为凹形的形状，适于容纳至少一部分佩戴者头部。特别的，所示衬垫10的单元20和通道22由两个由这样一个材料制成的叠加层24,26构成，这两个层的相邻表面在其周边区域在内部密封，形成所述流体单元和通道。尽管其他构造可能具有两个或两个以上的层，但是，在衬垫10中，“内”层24形成衬垫10的内表面，该内表面形成凹陷，并且该“内”层24包括一般向凹陷突出或突起的流体单元20和通道22。“外”层26形成衬垫10的通常光滑的外表面。显然，从形状和说明可以看出，衬垫10被配置与保护性头盔一起使用，例如任意一种适于各项体育运动和其他活动的各类型头盔，其中包括橄榄球头盔、棒球头盔、摩托车或摩托车越野赛头盔、自行车头盔、滑雪和滑雪板头盔、军用头盔等等。衬垫10可以被并入头盔或其他安全帽中，通常设置在佩戴者的头部与头盔内部之间。这样，衬垫的外部和内部表面之一或两者根据应用具有适当的额外部件或特征。例如，在一些实施例中，衬垫通过一个或多个紧固系统可移去地位于头盔内或永久性地固定于头盔内，所述紧固系统将衬垫直接固定于头盔内表面和/或头盔内部上的第二缓冲系统，这些紧固系统例如是钩环紧固件、黏合剂、按扣等等。尽管衬垫的内表面(或内表面的一部分)可直接与佩戴者头部接触进行佩戴，但衬垫的内表面还可选择设有套子或织物内衬，例如使佩戴者感到舒适、吸汗并防滑等的内衬。板材可以是任意合适的流体不可渗透的柔性材料。示例衬垫10的材料为塑料，具体为聚乙烯。通常情况下，聚乙烯和其他塑料通过一个范围的材料厚度保持其柔性和不可渗透的性质，使得它们理想地用于生产过程，该生产过程可拉伸或者可相对于其起始厚度变薄材料。例如，一块用于制造衬垫样品的15密耳厚的聚乙烯板材具有与图I所示类似的流体单元构造，通过用于形成衬垫的生产过程变薄为大约6密耳厚。然而，可使用适于应用、生产方法等的各种板材或者两种或两种以上材料的组合。可在一定程度上根据衬垫的流体单元所使用的流体(或多种流体)选择材料(以及所选材料的特点，如厚度)。在本文所讨论及所示的实施例中，流体为环境空气或受压的空气，可以使用不同的气体或气体混合物、流体、或者其他流体混合物。也可以根据材料的屈服强度、生产工艺等对材料(或多种材料)进行选择。以上述例子为例，在一些实施例中，可选择材料和/或其特点(如厚度)以便一旦受到预定流体压力或其他由冲击或碰撞，尤其是灾难性的冲击或碰撞产生的力时破裂或报废。从图I明显看出，所示多个流体单元20有两种类型一种是通过流体通道22相互连接，另一部分则未相互连接。也就是说，一些流体单元20连成网络并形成一组或多组联网的流体单元，而一些流体单元20是离散的，或与其他流体单元分离而不相连接的。这样，这里将前一种类型的流体单元称为联网流体单元(或联网单元)30，将后一种类型流体单元称为离散流体单元(或离散单元)32。正如以下更为详细说明的，当流体单元至少部分 地充满流体时，或者换句话说，当流体单元内的流体压力至少为预定最小值时，离散流体单元32用于将安全帽正确地定位于和/或定向于佩戴者的头上，并且流体通道22在一组联网流体单元30之间均衡并传递流体压力，以对这些液体单元受到的力做出响应，例如，所述力由使用了该衬垫的安全帽外表面受到的冲击产生。在上述衬垫样品中，联网流体单元和离散流体单元内的空气压力的预定最小值与大气压力基本相同。为简单起见，所示示例衬垫10的联网流体单元30形成一组联网单元；也就是说，衬垫10的每个联网流体单元30通过一个或多个中间的流体通道22 (并可能通过一个或多个中间联网单元)和衬垫的每个其他联网单元相互连接。但是，其他实施例可包括两个或两个以上独立的联网单元组。离散流体单元32散布于联网流体单元30之间。在示例实施例中，衬垫10的流体单元20设置在一个单层中，“散布”是指每个离散流体单元32被至少一个联网流体单元或被两个(或两个以上)联网流体单元和一个(或多个)连接它们的流体通道的组合从侧面包围，正如图2最好示出的，展示了为衬垫10的内层24形成的一些流体单元20的详细图解。在图I和图2所示的衬垫中，所示所有流体单元20 (联网单元30和离散单元32)向内突出时，具有基本保持不变的基本为圆形的横截面；也就是说，流体单元基本为圆柱形状。而且，相同类型的联网单元和离散单元都呈现出基本相同的尺寸，联网单元的直径大于离散单元的直径。特别的，在具有与图I和图2所示相似的流体单元构造的图示实施例样品中，联网流体单元的直径约为30_，离散流体单元的直径约为12_。当然，可以认为流体单元的三维形状在某种程度上是由该单元是否含有任何流体和/或具有流体压力决定的。虽然不要求所有实施例，在本文所示和说明的图示实施例中，假设每个流体单元含有的空气的压力与大气压力大致相同或大于大气压力，通常情况下，这个压力足够使流体单元膨胀，以初始采用本文所讨论的形状。假定流体通道可为任意适合的形状和横截面尺寸。在图I和图2中，所示每个流体通道22都具有比流体单元小得多横截面，并且图中所示的流体单元之间的用于互连它们的通道描述为通常的直线形通道。但是，此处更为详细的描述了衬垫可包含不同尺寸和结构的通道，例如可便于或限制流体在某些流体单元之间流动。并不要求所有实施例中的流体单元和流体通道都具有图I和图2所示的形状、尺寸、尺寸比和其他特点。例如，替代实施例可包括多个不同尺寸的联网单元和/或离散单元、不同形状的流体单元等等。图3所示为一个替代结构，其中假定联网单元为环形，每个联网单元30都将一个离散单元32包围。在一些衬垫实施例中，流体单元可具有不同的结构，例如，衬垫具有不同面积。甚至，可根据不同活动、不同配合水平、舒适度、冲击能量吸收、生产方法等采用多种流体单元尺寸、形状、网络结构和散布方式。在示例衬垫10中，离散流体单元不仅与其他流体单元分开，而且通过其构成材料与环境大气密封隔离。在一些实施例中，尽管每组联网单元通过其流体通道相互连接，以有些类似的方式，每组联网单元还通过密封与环境大气隔离。可将这种结构视为完全密封结构。但是，尽管不要求所有实施例都这样，图I所示衬垫10包括一个阀件34，该阀件 被配置允许流体流入或流出这组联网流体单元，例如通过从大气或加压装置(如连接的泵件)(未显示)进行环境空气传送来实现。这样，由于离散单元是密封的，而该组联网单元带有阀，可将所示这种结构视为部分密封结构，或带阀的结构。当然，还可能有其他结构或这些结构的变型，例如那些包括多个联网单元组的结构，其中一些是密封的，一些是带阀的；一些离散单元是密封的，而其他离散单元是带阀的等等。而且，在每组联网单元中，一个带阀的结构可包括一个以上的阀，等等。在一个部分密封结构或完全密封结构中，预定量的流体或流体压力可在生产过程中被弓I入或包含于流体单元中。例如，在上述衬垫样品中，聚乙烯的第一层被真空压成为基本圆顶形模型，其包括多个凹陷的和凸起的区域，这些区域共同定义了各种流体单元和流体通道的形状。一旦施加被涂敷于并粘在第一层的凸起区域上的第二层材料，由流体单元和流体通道凹陷形成的体积内的环境空气被密封在衬垫样品内。当然，也可以采用其他制造方法。例如，可通过在流体加压室内执行上述制造工艺，将处于任何需要的压力的空气(或流体)密封进衬垫的流体单元内。阀件，如阀件34可按照需要进行配置。例如，即使衬垫的生产工艺将一初始数量或体积的环境空气装入或封入带阀的流体单元，如阀件34的阀可允许佩戴者增加或减少这些单元内的流体压力(或者连接这些单元的联网的组内的流体压力)，这例如通过向环境大气打开阀，通过附接加压装置(如泵)等方式来进行。某些制造工艺(诸如上述的制造工艺)生产这样的衬垫其中所有流体单元至少部分地充有流体，或者换句话说，流体单元内的流体压力至少为预定最小值；在其他情况下，需要在使用前将流体充入带阀的流体单元中。一些实施例可被配置允许佩戴者调整一些流体单元或所有流体单元内的流体压力，以获得一个需要的舒适度和/或安全水平。在一些实施例中，阀件可设计为自动响应于预定流体压力阈值，例如在使用了所述衬垫的保护安全帽的一部分受到冲击时的情况下，向环境大气释放压力。流体单元内的流体压力(在制造过程中生成的或由佩戴者设定)，通常小于一个指定单元在破裂前能够承受的最大流体压力，因此，该单元可接收来自另外一个联网单元的额外流体，对于力做出反应，产生变形等。
再次参见图I所示的图示衬垫，配置流体单元使得当流体单元至少部分充有流体和/或流体单元内的流体压力至少是预定最小值时，离散单元32的高度大于联网单元30的高度，其中所述离散单元的高度例如是如此定义的由离散单元伸入衬垫形成的凹陷中的长度(或者换一种说法，离散单元从形成衬垫内表面的内层24伸出的长度)所定义。但是，在其他的实例中，离散单元的高度小于或者基本等于联网单元的高度。在密封结构中，每个离散单元中的流体的量通过使用了衬垫而几乎保持不变，例如，除非材料规定了特定离散单元的破裂。而且，如果构成离散单元的材料没有因某个力而膨胀，则离散单元的高度也会保持不变。但是，每个联网单元中的流体的量和/或流体压力可发生变化，例如，如果一个联网单元受到某个力的作用被压缩时，在该情况下，该联网单元内的流体被传送到另一个联网单元中或同组的多个单元中，以此在该组内均衡压力。这样，每个联网单元的高度会根据该组内的流体体积、施加到一个组内一个指定联网单元的压力等选择性地发生变化。在上述的衬垫样品中，处于中性静止状态(即，当静止时不再有抵靠着佩戴者头部的环境大气压力或标称压力施加到衬垫的任意一个流体单元)时，离散流体单元的高度·约为50mm，联网流体单元的高度约为30mm。尽管各实施例中的高度可不同，但基本保持不变的较高离散单元高度有助于将佩戴者头部与联网单元分隔。这种分隔有助于最初将安全帽定位和定向于佩戴者头上并在使用过程中使安全帽保持在恰当的位置上。由离散流体单元提供的定位系统还有助于避免由于安全帽在佩戴者头上不适当定位而对联网单元产生无意中的挤压，从而确保流体在衬垫的联网单元组内的均匀的初始分布。如下面将解释的，流体的均匀的初始分布使联网单元更有效地分配和分散诸如由于安全帽的冲击引起的力。尽管各实施例中衬垫样品的联网流体单元的高度范围可变化，但所述高度在约5mm至IOOmm之间变化，例如当衬垫或衬垫的一部分处于受冲击状态时，在该状态中流体单元可能受挤压或膨胀(即当一个或多个力施加于一个或多个联网单元时，诸如对传递到使用了衬垫的安全帽外部的冲击做出反应)。作为说明这些概念的一个简单实例，图4和图5显示了根据本发明制造的衬垫10，该衬垫被并入传统头盔中，所述传统头盔在图中一般标示为40，戴在佩戴者的头上，佩戴者在图中一般标示为50。所述头盔具有一个防冲击壳式外表面和界定了适于容纳佩戴者头部的凹陷的内表面。如图所示，衬垫可移除地位于头盔内，设置在佩戴者头部与头盔内表面42之间，例如通过衬垫外表面与内表面42之间的多个紧固件44实现。所示的紧固件44为钩环式紧固件，但也可以使用任意一种适合的紧固件。而且，紧固件44的配置，诸如紧固件设置在头盔内表面上的方式，可以定义一个预定的定向，用于将衬垫相对于头盔内表面进行定位，例如通过形成与衬垫外表面上相应的紧固件样式配合的样式而实现。图4显示了衬垫处于中性静止状态，在这种状态下，示出了衬垫的离散流体单元32与佩戴者头部50直接接触，使头盔40保持正确的定向并在初始时将佩戴者头部与头盔内表面42分隔开。而图5所示为衬垫处于受冲击状态，尤其是力传递到头盔外表面46的前部时的情况，例如在头盔的前部撞到一个物体上时。如上所述，在一个突然的力传递到头盔的情况下，佩戴者的头部在最初趋于向冲击点倾斜，如图5所示,在图中，示出佩戴者的头部50已经相对于头蓝40向前移动。响应于这种移动，佩戴者头部与头盔内部之间的流体单元被压缩。具体的，处于衬垫位于佩戴者头部与头盔前部之间这部分内的离散流体单元，在佩戴者头部向头盔内表面向前移动时或者与佩戴者头相接触或者由于它们的高度被佩戴者头碰撞，这些离散流体单元初始地吸收某些冲击能量并使佩戴者头部减速。当离散流体单元被压缩，并且佩戴者头部向头盔内部进一步移动时，佩戴者头部接下来碰撞联网单元，联网单元提供了进一步缓冲与减速。根据离散单元的结构和力的性质，离散单元可在压缩的作用下膨胀、或破裂或释放出流体。但是，配置衬垫的联网流体单元30通过流体通道22将流体从被压缩的联网单元传送到组内其他联网单元，对冲击力进行分布并且从而进行分散。因此，冲击力被分布到与头蓝的冲击点对应面积相比较大的佩戴者头部的区域上。此外，图5显示了与佩戴者头部和头盔之间被压缩的联网流体单元相对的那部分衬垫的联网流体单元30 (换句话说，佩戴者头部后部的那些联网流体单元)与其中性状态相比发生膨胀(已经接收来自衬垫前部中的被压缩联网流体单元的流体)，直到膨胀的联网单元可与佩戴者头部的后部相接触这一点。在这种情况下，膨胀的单元可用于限制或甚至防止佩戴者头部从该冲击点回弹，这进而可减少或甚至消除由于回弹效应导致的头部或·大脑损伤的发生和/或严重程度。这样，最初的均匀流体分布可确保当衬垫处于受冲击状态时流体在联网单元间有效传送，例如那些由于冲击力的作用被压缩的联网单元。另一方面，例如，当衬垫不是处于受冲击状态时，如果一些单元被压缩或发生膨胀，不均匀的初始流体分布可减小一些单元传送流体的能力或从其他单元接收流体的能力。这样，通过离散流体单元实现的衬垫相对于佩戴者头部的定位(因为这种分隔可有助于避免由于中性状态下不正确定向而导致单元发生意外压缩)，有利于衬垫能够通过联网流体单元对力进行分散并且分布。如图1、4和5所示的衬垫10可认为包括几个几乎是连续的区域，这些区域被成形和配置以保护佩戴者头部相应的部位，例如顶部区域、相对的前部区域和后部区域，以及相对的右部区域和左部区域，这些区域被定位以分别保护衬垫所覆盖的佩戴者头部区域的这些部分。当然，其他的实施例也可假定不同的形状，例如包括独立的和/或不连续的区域，以保护各个头部部分，并且/或者可具有比图中所示衬垫10更大或更小的头部覆盖。可选择的，一些实施例可包括一个以上的流体单元层，以保护某些区域。可配置衬垫10，以便响应于传递到联网单元30的某些单元的力(如冲击力)，而优先引导流体从一个区域移动到另一个区域。这种优先流体传送可将流体更快或更直接地从某些指定联网单元传送到其他某些指定的联网单元，并且/或者从衬垫的一个区域中的联网单元传送到另外一个特定区域中的联网单元，例如，从前部区域传送到后部区域。更快或更直接的流体传送则可以确保即使是在受到突然冲击时，防止或限制头部从冲击点回弹的联网流体单元快速膨胀，从而抑制回弹效应。而且，在使用了该衬垫的安全帽受到一连串的冲击力的情况下，优先流体传送可有利于快速分散每一个这些冲击力，即使这些冲击力传递到安全帽的不同部位。优先流体传送可通过多种方式实现。如上所述，示例衬垫10的联网流体单元30均直接通过中间流体通道相互连接，或间接通过多个中间通道和/或其他联网单元相互连接；换句话说，示例衬垫10包括一组联网单元。其他实施例可包括数个网络连接的组,这些组彼此独立，例如，第一组联网单元被特定配置用于在衬垫前部区域与衬垫后部区域之间传送流体，独立的第二组被特定配置用于在左部区域和右部区域之间传送流体，等等。这些独立的网络连接的组可形成于这样一个衬垫内该衬垫由形成单层流体单元和流体通道的材料的两个叠加层组成，并且这些独立的网络连接的组可形成于这样一个衬垫内该衬垫由三个或更多层构成以创建一层或更多叠加层的流体单元和流体通道，等等。可实现优先流体传送的另一个方式(另外的或可选择的方式)是通过互连联网单元的各种流体通道的物理结构和/或设置来实现。举个简单的例子，当所有其他变量保持不变时，一个联网单元通过一个流体通道与第二联网单元连接，并通过两个流体通道与第三联网单元连接，所有流体通道的横截面积相等，该联网单元向第二联网单元传送流体的速度要高于向第三联网单元传送流体的速度。同样的，当所有其他变量再次保持不变时，将一个联网单元连接到第二联网单元的流体通道的横截面积大于将该联网单元连接到第三联网单元的流体通道的横截面积，则该单元向第二联网单元传送流体的速度高于向第三联网单元传送流体的速度。互连联网的流体单元的流体通道的其他结构和设置也会导致不同的相对流体传送速度，允许某些网络连接的单元间甚至是同一组内的单元间的优先流体传送。
图6以具有流体单元20和通道22的示例结构的衬垫10的局部视图来说明这一理念。在图6中，衬垫的流体单元结构与图1-5所示的流体单元结构相似，其包括许多通过流体通道22相互连接的联网流体单元30和许多散布于联网流体单元间的离散流体单元32。但是，在图6中，所示一些标示为222的流体通道与其他诸如标示为224的流体通道相比具有较大的横截面积。如上所述，所有其他的变量保持不变，与流体流过通道224相比，流体会以更高的速度流过通道222。当然，一部分流体以相对慢的速度流过横截面积较小的通道222。这样，这种结构提供了一个流体传送路线，该路线一般由较大流体通道222和它们所连接的联网流体单元所定义，该路线在图6中标示为60。流体传送路线60指明了在衬垫10的代表部分内优选的流体流过联网单元的方向。因此，在包括几个区域的衬垫中，这几个区域例如顶部区域、相对的前部区域和后部区域、相对的左部区域和右部区域，这些区域分别成形以保护佩戴者头部的顶部区域、前部区域、后部区域、左部区域和右部区域，联网流体单元可适于优先将流体从前、后、左、右区域中的一个或多个区域向相对部位进行导向，以对传递到这些区域上的力做出反应，例如，为抑制或甚至防止由对安全帽特定部分产生的突然撞击引起的回弹效应而对流体进行较快传送。当然，可使用优先流体传送装置引导流体从某些联网单元向可能不包括定义的区域的衬垫内同组中其他部分传送。相反，可以认为优先流体传送是通过有选择地限制一些流体传送实现的，例如，通过设置一些流体通道来限制流体传送的速度。所有其他变量保持不变，流体会沿着阻力最小的路线流动；因此，在具有一些流体限制装置的流体通道与不具有流体限制装置的流体通道之间，优先流体传送通过后者实现。然而，可选地，流体限制装置除了用于实现优先流体传送之外，还可以有别的用途。例如，可通过限制或另外限定流体从一个联网单元流出的速度来增强该联网单元的能量吸收能力。减慢流体从一个联网单元的流出可增加该单元吸收的能量，这是因为需要更多压缩能量和/或时间以移动流体通过流体限制装置。衬垫10的流体通道22可含有具有不同限制能力水平的多种流体限制装置，例如，挡板、弄窄的流体通道或其一部分、塞子、增大摩擦力的部分、阀(如单向阀)、迂回通道等等。图7以具有另外一种流体单元20和通道22示例结构的衬垫10的局部视图来说明这一概念。在图7中，衬垫的流体单元结构与图1-6所示的流体单元结构类似，它包括由流体通道22互连的许多联网流体单元30，和散布于联网流体单元间的许多离散流体单元32。在图7所示的结构中，联网单元30为环形，并且每个离散单元32分别被联网单元包围。然而，一些流体通道，特别是那些将标示为302的联网流体单元与相邻联网流体单元连接的通道，每一个通道都显示为迂回的S形路线，该路线位于流体单元302和相邻的联网流体单元之间；这些通道标示为226。其他的流体通道,如标示为228的流体通道描述了这些流体互连的流体单元之间的直达直线路线。比较地说，S形通道228提高了流体单元302的能量吸收能力，这是因为通过通道228将单元内包含的流体移向相邻的联网单元需要更多的力。根据所述结构，设置在衬垫内的流体限制装置可适于只响应于预定阈值压力以允许流体传送。一个这样的实例是使用压力响应阀件(如单向阀)，将压力响应阀设置在将第一流体单元连接到第二流体单元的流体通道内。可配置这种阀件以允许流体传送，例如，仅 在第一单元内流体压力达到预定阈值时从第一单元传送至第二单元。这种阀件或其他这种装置的使用是指衬垫中的流体单元可被配置以对预定阈值流体压力做出响应而释放流体的一种方法。在一些情况下，例如当对安全帽的冲击力非常突然且很大时，如果一些吸收冲击能量的流体单元内的流体不能快速传送到相邻联网单元，则会达到非常高的压力。如上所述，流体的均匀初始分配有利于流体的快速传送。但是，在一些衬垫实施例中，一些流体单元可具有用于容纳流体的装置，响应于预定阈值流体压力将流体释放，在某些情况下所述装置还进行正常的流体传送，例如从一个联网单元传送至同组中的其他单元。当然，一个简单的方法是通过使用被设计为对这样的流体压力做出响应而破裂的材料，例如，向大气释放所容纳的流体。将流体单元彼此隔开设置，例如在本文描述的图示衬垫10中，允许在佩戴者头部与头盔内部之间形成一定体积的空隙空间，在材料发生破裂时，流体被释放进入所述空隙空间。但是，在一些实施例中，衬垫被打算重复使用，最好是，使用以避免单元破裂的方式释放高流体压力的装置，例如通过合并有如上所述的阀件。可选择的，虽然附图中未显示，衬垫可包括一个或多个流体储存单元，适于接收响应于预定阈值流体压力从流体单元释放出来的流体(例如通过单向阀)。这种流体储存单元初始时可以是空的，或者与与其连通的流体单元相比含有较少的流体(或者含有压力相对较低的流体)，例如，与初始时含有较多流体(或含有压力相对较高的流体)相比，能够更快地接收流体。一些衬垫实施例可包括许多不同的泄压装置(也进行正常的流体传送，例如在一组的其他联网单元间进行传送)，诸如适于对预定阈值流体压力做出响应而产生破裂的一些单元，适于释放流体进入一个或多个储存单元的一些单元，等等。作为又一个可选结构，衬垫可包括多个单元的混合，这些单元被配置不同程度地限制流体，并且因此吸收来自不同冲击幅度的能量。例如，衬垫可包括第一组单元、第二组单元和第三组单元，其中第一组单元限制流体流向一个被连接单元的程度小于第二单元限制流体流动的程度，及第三组单元限制流体流动的程度大于第一组单元或第二级单元。在这个实例中，第一组单元可易于传送流体并吸收来自相对较小的冲击的能量，而第二组单元可在进行流体传送前要求较大的来自冲击的压缩能量。同样的，第三组单元可在进行单元间流体传送前要求甚至更大的冲击能量。上述流体限制装置的任意一种组合可用于在每组单元中不同程度地限制流体。接着前面的实例，第一组单元、第二组单元和第三组单元可通过高度进行区分，或者设置在衬垫的不同层内。例如，第一组单元可具有第一高度，第二组单元可具有小于第一高度的第二高度，及第三组单元可具有小于第二高度的第三高度。在这种结构中，第一组单元会最靠近佩戴者的头部，在受到冲击时第一个压缩。如果冲击足以将第一组单元高度压缩至小于或等于第二高度，则第二组单元会开始压缩并通过传送流体来吸收能量。最后，如果冲击足以将第一组单元高度和第二组单元高度压缩至小于或等于第三高度，则第三组单元会开始压缩并也通过传送流体来吸收能量。衬垫以这种方式以连续等级吸收能量。此外，或者可选择的，第一组单元、第二组单元和第三组单元可设置在不同层内。在一个实例中，第一组单元设置在最靠近佩戴者头部的顶层中，第二组单元设置在中间层中，及第三组单元设置在最靠近头盔的底层中。当头盔撞到一个物体时，顶层中的第一组单元第一个压缩并传送流体。当第一组单元传送选定量的流体，并且/或者一个临界冲击能 量被达到时，第二层中的第二组单元开始传送流体，并吸收能量。同样的，当第一组单元和第二组单元传送选定数量的流体，并且/或者一个临界冲击能量被达到时，内层中的第三组单元开始传送流体，并吸收能量。可选择的，一些衬垫实施例可包括设置在衬垫上的加压装置，用于有选择地使流体进出流体单元，例如通过阀件(例如图I所示的阀件34)实现。图8显示了一个图示实例衬垫10，所述衬垫包括加压装置，该加压装置通常标示为70，并且显示为泵机构72的形式，当经由致动器76 (图中显示为一个按钮)致动时，所述泵机构通过一个泵道74与一个联网流体单元30连通。所示加压装置位于佩戴者的衬垫的右侧，通常朝佩戴者的耳朵向下设置，但这种装置也可以设置在衬垫上的任意一处或多处适当的位置上。而且，在图8所示的实例中，流体可以是空气，从环境大气进入衬垫10的单元内，而且如上所述，其他实施例内的流体可以是不同的气体或气体混合物，或者是液体或液体混合物。在这些实施例中，加压装置还可以与一些储存的流体连通，例如与储存器或加压罐连通。可选择的，加压装置可适于有选择地用多种不同流体对衬垫加压，例如通过有选择地将加压装置连接到流体储存器或允许加压装置吸入环境空气作为流体来实现。在一些实施例中，加压装置包括一个泵机构，所述泵可整合到衬垫中，或者固定到衬垫上，或者可选择地附连到衬垫，例如通过和一个被并入衬垫的一体阀件可移除地连接而实现。加压装置可允许使用者调整衬垫的配合度、舒适度和/或保护能力，例如，通过将不同量的流体泵入一个或多个流体单元或联网单元组实现。例如，泵入流体单元或一组联网流体单元的流体越多，这些单元膨胀得越大。如上所述，在示例实施例中，与联网单元相t匕，离散流体单元通常伸入由衬垫形成的凹陷更深，因此，离散流体单元通常是与佩戴者头部相接触的流体单元。在带阀的结构中，某些离散流体单元设有一个阀，使用者通过调整这些离散流体单元的流体压力或水平，可拉紧或放松与衬垫一起使用的安全帽的配合度。在带阀的结构中，一组或多组联网流体单元设有一个阀，所述单元可膨胀至它们与佩戴者头部相接触这一点，因此可获得更为紧密的配合。然而如上所述，当联网流体单元组内的流体压力较高时，该组内的每一个单独的联网单元可能通过接收从其他单元传送来的流体，已经降低了吸收能量的能力。因此，根据衬垫流体单元结构，使用者可为流体压力设定一个(或多个)需要的值，以优化舒适性和保护性。而且，使用者可在活动过程中选择增加或移去流体，例如，在使用者的头部由于变化的热度和血液流动而膨胀或收缩(例如由于不同程度的体力劳动而引起)时。工业应用性本申请所描述的发明可通过各种工业过程制造，包括通过不同的工业成型方法，并且本发明可广泛应用于各种使用保护性安全帽(如头盔)的行业，其中包括制造、建筑、工程、娱乐和体育运动行业。上述发明也可根据下面的非限制性实施例进行描述在一个实施例中，保护性安全帽衬垫适于设置在安全帽内表面与所容纳的佩戴者头部之间，所述衬垫可包括但不局限于多个流体单元。所述流体单元可由流体不可渗透的柔性材料形成。每个流体单元可适于接收并储存流体。这些多个流体单元还可包括一组联 网流体单元，该组联网流体单元的每一个至少和另一个联网流体单元通过在两者间延伸的流体通道连通。这些多个流体单元可包括一组散布在所述联网流体单元间的离散的未联网流体单元。在一些实例中，当所述流体单元内的流体压力至少为预定最小值时，至少一部分离散流体单元被配置用于将安全帽定位在佩戴者头部上，并使佩戴者头部与安全帽的内表面之间保持初始隔开的关系。在另外一些实施例中，所述流体通道被配置在联网流体单元组内均衡流体压力，以对传递到该单元组上的力做出响应。所述流体单元可设置在一个单层内。在一些实例中，流体单元设置在一个单层内，形成这样的材料使得所述设置有流体单元的层具有一个外侧和一个内侧，该外侧面对安全帽内表面，该内侧形成凹陷，所述凹陷适于容纳佩戴者的头部，其中，所述内侧界定了一个表面，流体单元从所述表面探出，并且其中当流体单元内的流体压力至少是预定最小值时，离散流体单元从所述表面探进所述凹陷的程度大于联网流体单元探进所述凹陷的程度。在一些实例中，每组离散流体单元从侧面被至少一个联网单元包围，或者被至少两个联网单元和一个在所述两个联网单元之间延伸的流体通道包围。在一些实施例中，至少一部分流体单元可被配置对预定阈值流体压力做出响应以释放流体。所述流体单元可被配置对该预定阈值流体压力做出响应以发生破裂。衬垫还包括至少一个流体储存单元，该储存单元与至少一个所述流体单元连通，流体储存单元被配置以接收从流体单元释放的流体，以对预定阈值流体压力做出响应。可形成这样的流体不可渗透材料使得衬垫包括顶部区域、相对的前部区域和后部区域以及相对的左部区域和右部区域，这些部分被成形为分别保护佩戴者头部的顶部、前部、后部、左部和右部，其中，这些多个流体单元包括至少一组联网单元，该组联网单元适于通过将流体从前部区域、后部区域、左部区域和右部区域中的一个或多个区域分配到相应的一个或多个相对区域而抑制佩戴者头部从衬垫上一个位置回弹的趋势，该回弹是对传递到该位置的力的反应。在一些实例中，这些多个流体单元中的流体压力至少是预定最小值。在这些实例中，至少一部分流体单元内的流体为空气。
至少一部分流体通道可包括流体限制装置，所述流体限制装置被配置限制流体在所述流体通道内的传送速度。在一些实例中，所述材料的两个叠加板材的相邻表面在其周边区域在内部密封，形成所述多个流体单元和流体通道。在一些实例中，衬垫可包括设置在所述衬垫上的加压装置，该加压装置用于有选择地使流体进出多个流体单元。所述加压装置可包括一个一体成型的泵或被配置与泵连接的阀件。在另一个实施例中，保护性安全帽衬垫适于设置在安全帽内表面与所容纳的佩戴者头部之间，所述衬垫包括但不局限于两个不可渗透流体的柔性材料的叠加层，所述叠加层的相邻表面在其周边区域在内部密封，形成流体单元的一个单层，所述流体单元至少部分地充有流体，并且所述衬垫包括互连至少一部分流体单元的流体通道。至少一部分相互连接的流体单元可适于通过从侧面将流体从与冲击位置对应的相互连接的流体单元分配到其他设置在通常与冲击位置相对的一个或多个位置上的相互连接的流体单元，从而抑制佩戴者头部从安全帽上的冲击位置回弹的趋势，该回弹是对传递到该冲击位置的力的反应。至少一部分没有相互连接的流体单元可适于使衬垫以预定定向保持在佩戴者头部上。 至少一部分没有相互连接的流体单元可散布于相互连接的流体单元间。在一些实例中，流体为空气。在一个保护性安全帽的物件实施例中，所述保护性安全帽的物件可包括但不局限于一个头盔，所述头盔具有防冲击外表面和界定适于容纳佩戴者头部的凹陷的内表面，以及一个与所述内表面附连的衬垫，所述衬垫适于设置在所述内表面与佩戴者头部之间，所述衬垫包括多个设置在一个单层内的流体单元和多个互连至少一部分所述流体单元的流体通道，所述流体单元设置在衬垫内，这样没有相互连接的流体单元散布于相互连接的流体单元间。所述相互连接的流体单元可适于通过流体通道从侧面将传递至头盔外表面的冲击力分配并分散至其他相互连接的流体单元。至少一部分没有相互连接的流体单元可适于使头盔以预定的定位保持在佩戴者头部上。在一些实例中，衬垫通过多个紧固件可移去地位于头盔内。所述紧固件的设置可界定出一个预定定位，使所述衬垫相对于头盔的内表面固定。尽管已经参考上述可施用的原理以及图示的实例和实施例展示和描述了本发明，对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明在形式和细节上做各种改变。本发明打算包括处于所附权利要求范围内的所有替换方案、修改和变型。
权利要求
1.一种用于保护性安全帽的衬垫，适于设置在安全帽的内表面与所容纳的佩戴者头部之间，所述衬垫包括 多个由流体不可渗透的柔性材料制成的流体单元，每个流体单元适于接收并储存流体，所述多个流体单元还包括一组联网流体单元和一组未联网离散流体单元，每个联网流体单元与至少其他一个联网流体单元通过在两者间延伸的流体通道连通，所述离散流体单元散布于所述联网流体单元间； 其中，当所述流体单元内的流体压力至少为预定最小值时，至少某些所述离散流体单元被配置以将所述安全帽定位在佩戴者头上并使佩戴者头部与所述安全帽的内表面之间保持最初的隔开关系，所述流体通道被配置以在所述组的所述联网流体单元内均衡流体压力，以对传递到所述联网流体单元的力做出响应。
2.根据权利要求I所述的衬垫，其中，所述流体单元设置在一个单层内。
3.根据权利要求2所述的衬垫，其中，每组离散流体单元从侧面被至少一个联网单元，或者至少两个联网单元和在所述至少两个联网单元之间延伸的流体通道的组合所包围。
4.根据权利要求2所述的衬垫，其中，形成所述材料使得所述设置有流体单元的层具有外侧和内侧，该外侧面对所述安全帽的内表面，该内侧形成适于容纳佩戴者的头部的凹陷； 其中，所述内侧界定了一个表面，所述流体单元从该表面探出； 其中，当所述流体单元内的流体压力至少是预定最小值时，所述离散流体单元从所述表面探进所述凹陷的程度大于所述联网流体单元探进所述凹陷的程度。
5.根据权利要求I所述的衬垫，其中，至少一些所述流体单元被配置对预定阈值流体压力做出响应以释放流体。
6.根据权利要求5所述的衬垫，其中，这样的一些流体单元被配置对该预定阈值流体压力做出响应以发生破裂。
7.根据权利要求5所述的衬垫，还包括至少一个流体储存单元，所述流体储存单元与至少一个这样的流体单元连通，所述流体储存单元被配置以接收对所述预定阈值流体压力做出响应时从所述流体单元释放出的流体。
8.根据权利要求I所述的衬垫，其中，形成所述材料使得所述衬垫包括顶部区域、相对的前部区域和后部区域以及相对的左部区域和右部区域，这些区域被成形为保护佩戴者头部相应的顶部、前部、后部、左部和右部；并且 其中，所述多个流体单元包括至少一组联网单元，所述至少一组联网单元适于通过将流体从前部区域、后部区域、左部区域和右部区域中的一个或多个区域分配到相应的一个或多个相对的部位，而抑制佩戴者头部从所述衬垫上一个位置回弹的趋势，这种回弹是对传递到该位置的力的反应引起的。
9.根据权利要求I所述的衬垫，其中，所述多个流体单元中的流体压力至少是所述预定最小值。
10.根据权利要求9所述的衬垫，其中，至少一些所述流体单元内的流体为空气。
11.根据权利要求I所述的衬垫，其中，至少一些所述流体通道包括流体限制装置，所述流体限制装置被配置限制流体在所述流体通道内传送的速度。
12.根据权利要求I所述的衬垫，还包括设置在所述衬垫上的加压装置，用于有选择地使流体进出所述多个流体单元。
13.根据权利要求12所述的衬垫，其中，所述加压装置包括被一体成型的泵。
14.根据权利要求12所述的衬垫，其中，所述加压装置包括被配置附连到泵的阀件。
15.根据权利要求I所述的衬垫，其中，所述材料的两个叠加片的相邻表面在其周边区域在内部密封，以形成所述多个流体单元和流体通道。
16.一种用于保护性安全帽的衬垫，适于设置在安全帽的内表面与所容纳的佩戴者头部之间，所述衬垫包括 两个不可渗透流体的柔性材料的叠加层，所述叠加层的相邻表面在其周边区域在内部密封，以形成至少部分地充有流体的流体单元的一个单层，以及互连至少一些流体单元的流体通道； 其中，至少一些相互连接的流体单元适于通过从侧面将流体从与冲击位置对应的相互连接的流体单元分配到其他设置在通常与所述冲击位置相对的一个或多个位置处的相互连接的流体单元，从而抑制佩戴者头部从安全帽上的一个冲击位置回弹的趋势，所述回弹是对传递到所述位置的力的反应引起的； 其中，至少一些没有相互连接的流体单元适于使所述衬垫以预定的定向保持在佩戴者头部上； 其中，至少一些没有相互连接的流体单元散布于所述相互连接的流体单元间。
17.根据权利要求16所述的衬垫，其中，所述流体为空气。
18.—种保护性安全帽的物件，包括 头盔，所述头盔具有防冲击外表面和界定适于容纳佩戴者头部的凹陷的内表面；以及 与所述内表面连接的衬垫，并且所述衬垫适于设置在所述内表面与佩戴者头部之间，所述衬垫包括多个设置在一个单层内的流体单元和多个互连至少一些所述流体单元的流体通道，所述流体单元设置在衬垫内，使得没有相互连接的流体单元散布于所述相互连接的流体单元间； 其中，所述互连的流体单元适于从侧面通过所述流体通道将传递至所述头盔外表面的冲击力分配并分散至其他相互连接的流体单元； 其中，至少一些没有相互连接的流体单元适于使头盔以预定的定向保持在佩戴者头部上。
19.根据权利要求18所述的保护性安全帽的物件，其中，所述衬垫通过多个紧固件可移去地定位所述头盔内。
20.根据权利要求19所述的保护性安全帽的物件，其中，所述紧固件的配置界定出一个预定定向，用于将所述衬垫相对于所述头盔的内表面定位。
全文摘要
一种衬垫，适于设置在保护性安全帽的内表面与佩戴者头部之间，该衬垫包括多个联网流体单元，所述联网流体单元适于将对衬垫和/或使用了衬垫的安全帽的冲击力分配并分散到与冲击位置相比面积较大的佩戴者头部的区域，并且还可通过网络将流体从冲击位置的流体单元传送至相对区域的流体单元，从而抑制佩戴者头部从冲击位置回弹的趋势。散布于联网流体单元间的离散流体单元使衬垫和/或安全帽以预定的定位保持在佩戴者头部上。衬垫内流体的流动可通过设置流体通道进行限制或导向。衬垫还包括使流体进出所述流体单元的装置。
文档编号A42B3/00GK102892320SQ201180019834
公开日2013年1月23日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者帕特里克·亚伯内第 申请人:帕特里克·亚伯内第