專利名稱：頭盔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種適應(yīng)部解剖學(xué)特征和吸收了神經(jīng)外科學(xué)知識(shí)的顱腦保護(hù)頭盔。
顱骨包括兩部分內(nèi)含大腦的腦顱和形成面部骨骼的面顱。本發(fā)明主要涉及保護(hù)腦顱的頭盔盔頂。
保護(hù)頭盔具有——兩個(gè)應(yīng)當(dāng)滿足下述生物力學(xué)安全性要求的組件1.一個(gè)外殼(下面稱作“殼體”)，在撞擊時(shí)它保證將能量分布到大于外部沖擊面的面積上。這種殼體還保證在發(fā)生事故時(shí)使穿透帽子的阻力增大，并保證頭盔在不同表面上的滑動(dòng)；2.一個(gè)中間罩(后面稱作“罩”)用于在撞擊時(shí)通過(guò)被壓碎而吸收能量；——一個(gè)內(nèi)部組件，它也稱作舒適襯墊，該組件用于改善使用者的舒服程度。
某些頭盔還有過(guò)渡殼體，在本說(shuō)明書中所用的殼體的概念既包括外殼，也包括所有其它過(guò)渡殼體。
在摩托車司機(jī)(或類似人員)用的頭盔中，通過(guò)使用強(qiáng)度越來(lái)越大的材料，將殼體分布在整個(gè)表面上，它將幾乎所有接收到的能量釋放到中間罩上，即使出現(xiàn)高度危及神經(jīng)的撞擊(IRN，impact àrisqueneurologique)也是如此。在用于騎自行車人(或類似人員)的頭盔的情況中，由于使用很軟的材料，殼體就不保證或?qū)嶋H上不能保證具備生物力學(xué)功能。不管怎樣，在中間罩吸收部分能量以后，剩余動(dòng)能會(huì)傳到顱骨，最后傳到腦部。傳遞到腦部的能量越多，由此即刻引起的神經(jīng)紊亂就越嚴(yán)重。對(duì)于IRN，我們知道，雖然戴了現(xiàn)有技術(shù)的頭盔，這種撞擊仍會(huì)使人突然發(fā)生神經(jīng)紊亂(暫時(shí)或長(zhǎng)久的)。
目前的頭盔設(shè)計(jì)碰到不少問(wèn)題
1.在不將厚度和體積增加到允許范圍以外的情況下如何增加它們的效能？除了感覺不舒服以及頸部肌肉感到疲勞之外，厚度和體積的增加本身還會(huì)因削弱對(duì)環(huán)境的識(shí)別能力(視力和聽力)而導(dǎo)致事故的發(fā)生。同時(shí)，過(guò)分增加頭盔的體積和/或重量會(huì)限制該頭盔的使用。
2.什么時(shí)候更好地保護(hù)頭部是在猛烈撞擊(少有)或是在輕度撞擊(常有)的情況下？由Corner(1987)，Mills(1991)，Smith(1993)公開的文章中指出，雖然現(xiàn)有的頭盔用于更好地緩沖猛烈的撞擊，但在中等能量撞擊的情況下，這些頭盔顯得堅(jiān)硬而效果欠佳。
3.目前頭盔的另一個(gè)問(wèn)題在于頭盔罩的硬度未適應(yīng)顱骨不同區(qū)域的強(qiáng)度。因?yàn)轱B骨厚度不同(在前顳骨區(qū)域小于2毫米，而在頂骨區(qū)域約為10毫米)，顱蓋的曲率半徑不同，以及顱骨之間存在的縫隙，所以顱骨的強(qiáng)度從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域是很不相同的。
本發(fā)明的目的在于利用顱骨強(qiáng)度最大區(qū)域的頭盔的變形或破壞在猛烈撞擊的情況下吸收大量能量，并借助于具有適應(yīng)顱蓋不同區(qū)域的強(qiáng)度的變化的硬度或密度的中間罩對(duì)顱蓋進(jìn)行更好的防護(hù)，從而減輕頭顱的損傷和后創(chuàng)傷性神經(jīng)紊亂。
本發(fā)明的頭盔罩和殼體就能夠克服這些問(wèn)題。在IRN的情況下，本發(fā)明頭盔的殼體能夠承受最好相對(duì)于顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域的變形或損壞。吸收或消耗的能量保證使傳到頭部和頸椎的能量減小。而且還減少了由頸椎損傷引起的后創(chuàng)傷性四肢麻痹癥的可能性。
變形或破壞發(fā)生在殼體的含有低強(qiáng)度層(CBR，couches de basserésistance)的區(qū)域或低機(jī)械強(qiáng)度區(qū)域(ZBR，zones de basserésistance)。在撞擊能量不大的情況下，本發(fā)明殼體的工作原理與現(xiàn)有摩托車頭盔的殼體一樣。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，ZBR和CBR的工作原理與壓力容器的安全閥相同。
為了用不同的方法分布撞擊時(shí)對(duì)顱骨產(chǎn)生的壓力，本發(fā)明的頭盔罩具有與顱蓋不同區(qū)域的強(qiáng)度相適應(yīng)的變化的密度或硬度。本發(fā)明的頭盔罩具有若干位于人的顱骨的脆弱區(qū)域的抗擠壓強(qiáng)度低的區(qū)域即柔軟區(qū)域，以及若干位于人的顱骨的最大強(qiáng)度區(qū)域的抗擠壓強(qiáng)度高的區(qū)域即堅(jiān)硬區(qū)域。通過(guò)適當(dāng)?shù)胤植颊值膱?jiān)硬區(qū)和柔軟區(qū)，則對(duì)于類似的體積和重量，頭盔的功效就遠(yuǎn)比現(xiàn)有技術(shù)的大。
殼體的變形或損壞有以下重要的生物力學(xué)結(jié)果1.撞擊時(shí)間(t)增加。
2.頭部接收的動(dòng)能(Ec3)(Ec＝mV2/2)因頭盔吸收的能量(△E1＋△E2)的增加而減少。
Ec1＝撞擊前的所有動(dòng)能△E1＝殼體吸收的能量△E2＝罩吸收的能量Ec3＝Ec1－(△E1＋△E2)。
平均加速度(a)因Ec3的減少和t的增加而減小a＝V/t＝(2Ec3/m)1/2/t用于評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)撞擊的衰減的“頭部損傷標(biāo)準(zhǔn)”(HIC，Head InjuryCriterion)用簡(jiǎn)化形式表示為HIC＝dV2.5/dt1.5＝(dV2/dt)(dV/dt)1/2它正比于動(dòng)能dV2，反比于撞擊期間的能量傳遞時(shí)間(dt)。基于已經(jīng)描述過(guò)的理由，該標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)降低，表明它會(huì)更好地減弱撞擊。
下面介紹的實(shí)施方式只是非限定的例子。也可以考慮使用這些方式的各種組合和變化。
有關(guān)頭盔的殼體，介紹兩組實(shí)施方案和一些例子A.因低強(qiáng)度區(qū)域(ZBR)的撕裂而產(chǎn)生破裂，最好離撞擊點(diǎn)有一段距離。
B.因低強(qiáng)度層(CBR)的擠壓而造成變形，最好對(duì)著撞擊點(diǎn)。
ZBR位于殼體的厚度中。CBR處于殼體的厚度外。CBR可以位于殼體的一個(gè)或兩個(gè)表面(內(nèi)表面和外表面)上。
ZBR或CBR最好集中在人顱骨的至少兩個(gè)或四個(gè)機(jī)械強(qiáng)度最大的區(qū)域。最好中線區(qū)域和前顳骨區(qū)域沒(méi)有ZBR或CBR，以分別降低上縱竇(sinus longitudinal supérieur)和腦膜中動(dòng)脈受到傷害的危險(xiǎn)性。當(dāng)附近的顱骨破裂時(shí)，這些解剖學(xué)結(jié)構(gòu)因?yàn)槠湮恢糜绕溆懈叨鹊目赡苄猿霈F(xiàn)出血，同時(shí)顱骨的這些區(qū)域又是脆弱的。


圖1作為非限定的例子顯示了與本發(fā)明的一種頭盔變型的與顱蓋相對(duì)應(yīng)的那部分的左側(cè)視圖。顱骨的脆弱區(qū)域以前顳骨區(qū)域(1)，中線和鄰近中線的區(qū)域(2)，特別是額骨區(qū)(3)和枕骨區(qū)(4)為代表。顱骨強(qiáng)度最大的區(qū)域以兩個(gè)側(cè)前柱(piliers fronto-latéraux)(5)，兩個(gè)耳后柱(piliers rétro-auriculaires)(6)和兩個(gè)頂骨區(qū)(7)為代表。
強(qiáng)度低的區(qū)域或?qū)涌烧細(xì)んw總面積的20％以下。
若干ZBR或CBR可以相互接觸，也可以相互間離開少于10mm，或具有任何形式的非連續(xù)，比如通風(fēng)孔、固定孔(固定帽帶、臉甲等)，這樣就形成一個(gè)低強(qiáng)度的空間組合(GSBR，groupement spatial de basserésistance)。ZBR或CBR可以接觸殼體的邊緣或離邊緣少于5mm，邊緣包括前緣(BFC，bord frontal de la coque)，側(cè)緣(BLC，bordlatéral de la coque)或后緣(BPC，bord postérieur de la coque)。
對(duì)于戴在頭上的頭盔來(lái)講，殼體的最高點(diǎn)相當(dāng)于該殼體的中心(CC，centre de la coque)。殼體蓋住顱蓋的大圓下面稱作“殼體的大圓”(GCC，la grande circonférence de la coque)。大圓的方向基本是水平的。不論是整體式頭盔還是其它形式的頭盔，它的前面都與殼體的前緣(BFC)重合，由過(guò)BFC的平面和殼體的外表面之間的交線限定該大圓。
低強(qiáng)度區(qū)域(ZBR)各個(gè)ZBR均可以有一個(gè)抗撕裂強(qiáng)度或抗剪強(qiáng)度最小的點(diǎn)。下面將該點(diǎn)稱作ZBR的“強(qiáng)度最小點(diǎn)”(PRM，le point de résistanceminimale)。
所有ZBR的PRM最好位于ZBR的離CC最遠(yuǎn)的三分之一處。
各個(gè)ZBR由于其形狀而具有一個(gè)最小強(qiáng)度方向，該方向?qū)?yīng)于殼體在IRN的情況下發(fā)生破裂的方向。下面將該方向稱作ZBR的“最小強(qiáng)度方向”(DRM，la direction de résistance minimale)。
DRM和GCC之間形成的角度最好為60°-120°。
ZBR的表面尺寸是不同的。表面的最大直徑即長(zhǎng)度至少可以比它們的最小直徑即寬度大20倍。ZBR的DRM通常就是它的長(zhǎng)度。這樣在ZBR的長(zhǎng)度和GCC之間限定的角度最好為60°-120°。
在一個(gè)變型中，ZBR可以通過(guò)減少殼體的厚度，并在該殼體的外表面和內(nèi)表面中的至少一個(gè)表面上開凹槽或溝槽來(lái)實(shí)現(xiàn)。它們的深度和它們的表面積可以變化或逐漸變化。在平行于殼體邊緣的剖面上，在表面測(cè)量的凹槽或溝槽的尺寸可以逐漸變化。在至少某些部位，該深度可以大于殼體在ZBR附近測(cè)量的厚度的50％，該厚度是在平行于殼體邊緣的剖面上測(cè)得的。
至少在某些部位，該深度可以是殼體厚度的100％，這樣就形成一些非連續(xù)區(qū)(SC，solution de continuité)。SC的長(zhǎng)度至少可以比其寬度大20倍。其長(zhǎng)度可以超過(guò)70mm。特別是對(duì)于與殼體的邊緣(BFC，BLC或BPC)接觸或相距小于5mm的SC或與殼體的其它非連續(xù)區(qū)(例如通風(fēng)孔或固定孔)或其它低強(qiáng)度區(qū)或?qū)酉嗑嘈∮?0mm的SC來(lái)講，沿通過(guò)殼體中心的任意方向所測(cè)到的SC的長(zhǎng)度可以小于7mm。Sc的至少一個(gè)直徑可以小于3mm。
在另一個(gè)變型中，通過(guò)將氣泡或用其它不同于或類似于殼體其余材料的材料得到的結(jié)構(gòu)包在殼體的厚度中即可獲得ZBR。在固體材料的情況下，這種包入也可以在殼體的至少一個(gè)表面上實(shí)現(xiàn)。這種情況對(duì)應(yīng)于一個(gè)溝槽或一個(gè)凹槽，也就是對(duì)應(yīng)于填有相關(guān)材料的一個(gè)SC。這樣，殼體厚度中沒(méi)有物質(zhì)的空間可以至少有一部分由金屬包入物占據(jù)，這些金屬包入物的厚度小于80％的殼體厚度的區(qū)域在殼體的兩個(gè)表面方向至少部分被殼體的主要組分覆蓋。
這些變型中的一種就是在殼體的厚度中包入一些平坦的、形狀各不相同，而且剛性、硬度以及強(qiáng)度均較大的結(jié)構(gòu)。它們可以用金屬結(jié)構(gòu)或其它材料例如樹脂、其它聚合物或復(fù)合材料構(gòu)成。與復(fù)合材料不同，當(dāng)用高強(qiáng)度纖維來(lái)提高殼體的抗撕裂強(qiáng)度時(shí)(這種情況將在下面描述)，此處所述立體結(jié)構(gòu)的采用可使得抗撕裂強(qiáng)度降低，這樣，當(dāng)猛烈撞擊時(shí)，就有利于離撞擊點(diǎn)一定距離并沿最佳方向出現(xiàn)破裂延伸。同時(shí)它們還增加了直接撞擊區(qū)域的強(qiáng)度。
這種結(jié)構(gòu)的厚度是變化的，最好為0.5-3mm。在某些部位，該厚度也可以等于殼體的厚度，但最好不超過(guò)殼體的厚度。殼體與所述結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的表面積是不同的，最好為0.3-5cm2。殼體的含有這類結(jié)構(gòu)的各區(qū)段的表面積可以少于殼體總面積的10％。
在至少兩個(gè)與最大尺度垂直的截面中這些結(jié)構(gòu)可以占據(jù)1-3mm2，這兩個(gè)截面彼此相隔10mm以上。這些結(jié)構(gòu)的截面可以是橢圓形或多邊形。這些結(jié)構(gòu)最好是金屬材料，表面為等腰三角形，其底的截面更厚，并與殼體的最大周邊平行，或與殼體的邊緣接觸或相隔少于5mm。
在另一個(gè)變型中，對(duì)于復(fù)合材料制得的殼體來(lái)講，也可以通過(guò)在將樹脂或聚合物注入模具以前改變所用纖維(玻璃纖維，碳纖維，芳香族聚酰胺(aramide)纖維和金屬纖維)的密度或取向來(lái)獲得ZBR。強(qiáng)度低的區(qū)域可以通過(guò)將纖維的密度相對(duì)于該低強(qiáng)度區(qū)域的附近區(qū)域減少至少50％來(lái)得到。在另一個(gè)變型中，低強(qiáng)度區(qū)域是這樣獲得的使非徑向長(zhǎng)纖維密度相對(duì)于與其方向平行的、位于該低強(qiáng)度區(qū)域附近區(qū)域中的纖維密度減少至少30％或50％。
非徑向纖維定義為其方向按照小于70°或大于110°的角度與GCC相交的纖維。
長(zhǎng)纖維定義為至少超出ZBR的界限10mm的纖維。
另一個(gè)變型在于切斷50％以上的與強(qiáng)度最小的方向相交成任意角度，但最好為30°-150°的角度的長(zhǎng)纖維。長(zhǎng)纖維的密度可以比平行纖維的密度至少小50％，所述平行纖維也可以是與長(zhǎng)纖維延伸方向成小于10°的角度、位于ZBR附近區(qū)域中的纖維。
在這些ZBR中，可以沒(méi)有與強(qiáng)度最小的方向相交成任意角度的長(zhǎng)纖維，或可以將這樣的長(zhǎng)纖維切斷。在另一個(gè)變型中，在注入聚合物或樹脂以前，將與ZBR的強(qiáng)度最小的方向相交的纖維的輔助薄層添加在ZBR附近的區(qū)域中。還有一個(gè)變型在于在ZBR附近的區(qū)域中包入與ZBR長(zhǎng)度方向成30°-150°角度的輔助纖維束。另一個(gè)獲得ZBR的變型在于將相應(yīng)于ZBR的表面中所含的纖維的75％以上按照平行于最小強(qiáng)度方向或平行于ZBR長(zhǎng)度方向的方向設(shè)置。
低強(qiáng)度區(qū)域也可以由若干彼此隔開少于10mm的孔構(gòu)成。
在另一個(gè)變型中，殼體可以由多個(gè)區(qū)段構(gòu)成。這些區(qū)段之間可以朝殼體的中心變成一個(gè)整體，這樣一開始就可以制成單一的多邊形構(gòu)件。需進(jìn)行組裝的區(qū)段的數(shù)量至少部分是不同的，但最好是2-5個(gè)。將這些區(qū)段組裝起來(lái)，在結(jié)合處形成ZBR。結(jié)合處的抗撕裂強(qiáng)度可以各不相同，但最好是鄰近的殼體區(qū)段的抗撕裂強(qiáng)度的30％-70％?？梢钥紤]模壓、熱粘結(jié)、使用黏合劑或用至少部分可拆卸、可調(diào)節(jié)的鉤形結(jié)構(gòu)接頭。鉤形結(jié)構(gòu)部分可拆卸，與待組裝區(qū)段連接在一起，而且是可調(diào)節(jié)的，這樣就形成“手鐲式”結(jié)構(gòu)。它們可與殼體其余部分同時(shí)制造，或在后來(lái)用任何技術(shù)方法(在部分或所有厚度上對(duì)殼體進(jìn)行模壓、粘結(jié)、貫穿)添加到殼體的其余部分上。鉤形結(jié)構(gòu)可以與兩個(gè)待組裝的區(qū)段分開，這樣就形成“橋式”結(jié)構(gòu)。這些鉤形結(jié)構(gòu)可以只設(shè)置在殼體的一個(gè)表面上，最好是內(nèi)表面上。這種變型尤其適用于各區(qū)段朝殼體的中心彼此成一個(gè)整體的情況。在另一種變型中，鉤形結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在殼體的兩個(gè)表面上。通過(guò)將它們交替嚙合(在截面上內(nèi)外交替，在表面上左右交替)，它們就能保證組裝件的牢固性。
在另一些變型中，通過(guò)對(duì)殼體的處于顱骨脆弱區(qū)域的區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化就可以得到該殼體的較低強(qiáng)度區(qū)域。
殼體在顱骨脆弱區(qū)域處的強(qiáng)化可以通過(guò)使用堅(jiān)固的剛性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其材料為金屬，塑料，復(fù)合材料或其它材料。
殼體在顱骨脆弱區(qū)域處的強(qiáng)化也可以通過(guò)使殼體的曲率半徑朝殼體強(qiáng)化區(qū)中的所有非連續(xù)區(qū)、朝強(qiáng)化區(qū)周邊漸進(jìn)地(或非漸進(jìn)地)減小，在殼體上形成在顱骨的強(qiáng)度區(qū)集中的尺度可大于5mm的凹槽而實(shí)現(xiàn)。
頭盔的殼體還可以具有其長(zhǎng)度至少是其寬度20倍的非連續(xù)區(qū)。
低強(qiáng)度層(CBR)CBR可以為緊湊結(jié)構(gòu)或蜂窩結(jié)構(gòu)，可與殼體其余部分同時(shí)制造，或在用現(xiàn)有技術(shù)制成的殼體表面后期添加。在該第二個(gè)變型中，低強(qiáng)度層可以直接粘到殼體上與其接觸，也可以包入至少一種中間能量吸收結(jié)構(gòu)。
CBR也可以通過(guò)做成“U”形或“M”形的折疊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，從截面上看，這些折疊結(jié)構(gòu)每一個(gè)均與殼體有若干接觸部位，或通過(guò)做成“T”形或“L”形的折疊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，從截面上看此時(shí)每一個(gè)結(jié)構(gòu)與殼體只有一個(gè)接觸部位。所用材料的厚度是不同的，它可以小于相對(duì)著的殼體厚度的75％。CBR的厚度可以大于5mm，甚至10mm。每個(gè)CBR覆蓋的殼體表面面積可以從0.5cm2到30cm2變化。至少三分之二的CBR的表面積可以為3cm2到15cm2。
可以使用與殼體其余部分相同、類似或不同的材料進(jìn)行制造。最好用與用于殼體其余部分的聚合物或樹脂相同的材料，因此可以在用改進(jìn)的注模方法制造殼體其余部分的同時(shí)制造所述CBR。在另一種變型中，CBR可以單獨(dú)制造。
CBR也可以具有接合在殼體中的鉤件。
CBR可以與殼體的內(nèi)表面或外表面接觸，或在中間罩的厚度中與殼體離開一定的距離。在最后一種變型中，在猛烈撞擊時(shí)，當(dāng)殼體和頭部之間的中間罩被壓碎后，CBR就與殼體接觸。
在罩的這些區(qū)域中，該殼體的包含在罩厚度中的CBR提高了抗壓強(qiáng)度，其原因在于CBR的硬度或密度大于罩的硬度或密度。
在本發(fā)明的另一種變型中，該殼體的包含在罩厚度中的CBR的作用可由罩本身得到保證，該罩在顱骨的最大強(qiáng)度區(qū)域具有堅(jiān)硬的高抗壓強(qiáng)度區(qū)，在人顱骨的脆弱區(qū)域具有柔軟的低抗壓強(qiáng)度區(qū)。
第一組技術(shù)方案在于增加罩在顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域的硬度或強(qiáng)度，并使用比罩本體材料硬度更硬的不同結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)位于罩的厚度中，也可以在在罩的厚度外，或在其外表面上，靠近頭盔殼體，或在其內(nèi)表面上，靠近頭部，這些結(jié)構(gòu)與殼體連接在一起或與殼體形成整體，或是與舒適襯墊連接在一起或形成整體。這些堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)可以因壓碎而吸收比罩本體材料更多的能量。這樣，本說(shuō)明中所用的罩一詞表示頭盔的在撞擊情況下通過(guò)壓碎而吸收能量的各結(jié)構(gòu)的總稱，而不僅僅是指通常意義上的中間罩。
作為一個(gè)非限定的實(shí)施例，在顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域的抗壓強(qiáng)度的增加可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)改變同一材料的密度或使用具有不同硬度的膨脹材料。
-這樣，處于人顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域處的罩可以在其厚度的至少外四分之一上，具有比罩其余部分的密度或硬度至少大40％的密度或硬度。
-在另一個(gè)變型中，處于人顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域處的罩在其厚度的至少外四分之一上，具有比位于顱骨脆弱區(qū)域處的罩內(nèi)部的密度或硬度至少大60％的密度或硬度。
-在另一個(gè)變型中，處于人顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域處的罩在其厚度的至少外一半上，具有比位于人顱骨脆弱區(qū)域處的罩內(nèi)部的密度或硬度至少大100％的密度或硬度。
當(dāng)罩由一些區(qū)段構(gòu)成，而這些區(qū)段又是密度不同的同一材料制成時(shí)，硬度的概念與密度的概念就是重疊的。在相反的情況下或在使用下述的包入物時(shí)，與密度的概念相比，硬度的概念則與本發(fā)明的研究結(jié)果更加一致。
包入的可在猛烈撞擊時(shí)變形的結(jié)構(gòu)由硬度大于罩本體材料的硬度的塑料、玻璃、金屬或其他材料構(gòu)成，至少部分包含在罩的厚度中。這些結(jié)構(gòu)可以有不同的形狀(球狀、穹頂狀，U形，T形，M形)，并可以具有5mm以上的尺寸。這些結(jié)構(gòu)的硬度最好比罩本體材料的硬度大50％。這些結(jié)構(gòu)集中在人顱骨的最大強(qiáng)度區(qū)域處。
-在一個(gè)變型中，在人顱骨的最大強(qiáng)度區(qū)域處的罩的外一半中的包入物的密度至少比人顱骨的脆弱區(qū)域處的罩的內(nèi)一半中的包入物的密度大兩倍。
在本發(fā)明的第二組技術(shù)方案中，本發(fā)明在于降低罩在人顱骨脆弱區(qū)域處的抗壓強(qiáng)度。作為非限定的例子，降低罩在人顱骨脆弱區(qū)域處的抗壓強(qiáng)度可以用以下方法實(shí)現(xiàn)
-在罩的至少一個(gè)表面上適當(dāng)分布一些溝槽或在罩的厚度中設(shè)置一些空腔。這樣位于人顱骨脆弱區(qū)域處的罩的至少一個(gè)表面上就有溝槽，或在其厚度中具有空腔，而在人顱骨的最大強(qiáng)度區(qū)域這些溝槽或空腔不太多，或沒(méi)有這些溝槽或空腔。這些溝槽可以在至少一個(gè)與顱骨垂直的平面中，在罩上形成波浪形。
-在一個(gè)變型中，溝槽或空腔的體積大于頭部和人顱骨脆弱區(qū)域處的頭盔外殼之間的體積的20％，并小于頭部和人顱骨的最大強(qiáng)度區(qū)域處的頭盔外殼之間的體積的20％。
-在一個(gè)變型中，罩的溝槽或空腔的體積在顱骨脆弱區(qū)域處占頭部和頭盔外殼之間的體積的50％-100％。
作為非限定的例子，本發(fā)明的頭盔罩的主要成分是發(fā)泡聚苯乙烯、發(fā)泡聚乙烯、發(fā)泡聚丙烯、聚胺脂泡沫或其它化合物，以及這些材料的任意組合。
本發(fā)明的頭盔可以是整體式或非整體式的，主要用于民用領(lǐng)域(摩托車的試驗(yàn)，比賽和日用；汽車的試驗(yàn)和比賽；自行車比賽和日用；其它運(yùn)動(dòng)如溜旱冰、滑板、冬季運(yùn)動(dòng)；工業(yè)環(huán)境)。
權(quán)利要求
1.一種顱腦保護(hù)頭盔，其特征在于其殼體包括低強(qiáng)度的一個(gè)層或若干區(qū)域，它們?cè)谖＜吧窠?jīng)的猛烈撞擊的情況下通過(guò)變形或破裂來(lái)吸收能量，并集中在人顱骨主要的強(qiáng)度柱(piliers de résistance)部位包括側(cè)前柱(5)，耳后柱(6)和頂骨區(qū)(7)，該頭盔的中間罩在下面稱作“罩”，該罩在上述六個(gè)顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域中的至少兩個(gè)區(qū)域處有一些堅(jiān)硬的抗壓強(qiáng)度大的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭盔，其特征在于，其殼體的所述低強(qiáng)度區(qū)或?qū)硬辉谥芯€(2)附近和前顳骨區(qū)(1)，其罩有一些柔軟的抗壓強(qiáng)度低的區(qū)域，這些區(qū)域?qū)χ孙B骨的脆弱區(qū)，這些脆弱區(qū)以前顳骨區(qū)(1)，中線(2)和鄰近中線的區(qū)域，特別是額骨區(qū)(3)和枕骨區(qū)(4)為代表。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的頭盔，其特征在于所述殼體的低強(qiáng)度區(qū)或?qū)痈采w其表面的20％以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的頭盔，其特征在于殼體的低強(qiáng)度區(qū)或?qū)拥闹辽僖徊糠志嗳魏畏沁B續(xù)區(qū)少于10mm，或距殼體的邊緣至多5mm，所述非連續(xù)區(qū)比如是通風(fēng)孔、固定孔、其它低強(qiáng)度區(qū)或?qū)印?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的頭盔，其特征在于改變所述殼體的內(nèi)外表面的平行性，使所述低強(qiáng)度區(qū)域處的殼體厚度變小，獲得凹槽或溝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的頭盔，其特征在于凹槽或溝槽的深度各不相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的頭盔，其特征在于殼體的凹槽或溝槽的深度至少在某些部位為低強(qiáng)度區(qū)域附近的殼體厚度的50％-100％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的頭盔，其特征在于通過(guò)殼體整個(gè)厚度的區(qū)段在經(jīng)過(guò)殼體中心的方向上延伸少于7mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8所述的頭盔，其特征在于所述殼體的凹槽或溝槽的面積各不相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的頭盔，其特征在于通過(guò)將氣泡或用其它不同于或類似于殼體其余部分所用材料的材料得到的結(jié)構(gòu)包含在殼體的厚度中而獲得所述低強(qiáng)度區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10所述的頭盔，其特征在于殼體厚度中沒(méi)有物質(zhì)的空間至少有一部分由金屬包入物占據(jù)，這些金屬包入物的厚度小于殼體厚度80％的區(qū)域至少部分用殼體的主要組分覆蓋。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的頭盔，其特征在于殼體用復(fù)合材料制成，將非徑向(按照小于700或大于110°的角度與殼體的大圓相交的方向，所謂大圓是頭盔前邊緣所在平面和殼體外表面的交線)的長(zhǎng)(長(zhǎng)度超出低強(qiáng)度區(qū)域的相對(duì)的邊界至少10mm)纖維的密度相對(duì)于殼體低強(qiáng)度區(qū)域附近區(qū)域中的與其方向平行的纖維密度減少至少30％，而實(shí)現(xiàn)所述的低強(qiáng)度區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的頭盔，其特征在于低強(qiáng)度區(qū)域通過(guò)將纖維的密度相對(duì)于低強(qiáng)度區(qū)域附近區(qū)域減少至少50％來(lái)得到。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的頭盔，其特征在于其殼體包括至少一個(gè)低強(qiáng)度區(qū)域，該區(qū)域由若干彼此隔開少于10mm的孔組成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的頭盔，其特征在于殼體的低強(qiáng)度區(qū)域?yàn)樵摎んw的各區(qū)段之間的連接部。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的頭盔，其特征在于所述連接部的至少一部分由鉤形結(jié)構(gòu)的嚙合形成的，所述鉤形結(jié)構(gòu)至少部分可拆卸、可調(diào)節(jié)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的頭盔，其特征在于殼體的低強(qiáng)度區(qū)域是通過(guò)對(duì)該殼體的位于顱骨脆弱區(qū)處的區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)化得到的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的頭盔，其特征在于對(duì)顱骨脆弱區(qū)處的殼體的強(qiáng)化是通過(guò)使用堅(jiān)硬的剛性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，其材料為金屬、塑料、復(fù)合材料或其它材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求17和18所述的頭盔，其特征在于對(duì)顱骨脆弱區(qū)處的殼體的強(qiáng)化是通過(guò)使殼體的曲率半徑朝強(qiáng)化區(qū)的周邊減小、在殼體上形成大于5mm的、集中在顱骨強(qiáng)度區(qū)的溝槽來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的頭盔，其特征在于殼體低強(qiáng)度層為U型，M型，T型，L型的折疊緊湊結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的頭盔，其特征在于殼體低強(qiáng)度層為蜂窩結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20和21所述的頭盔，其特征在于將低強(qiáng)度層包含在罩的厚度中，從而構(gòu)成罩的高抗壓強(qiáng)度區(qū)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的頭盔，其特征在于所述包入物的硬度或密度比罩本體材料的硬度或密度至少大50％，在顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域處的罩外半部中的包入物的密度比顱骨脆弱區(qū)域處的罩內(nèi)半部中的包入物的密度至少大2倍。
24.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的頭盔，其特征在于在人顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域處的罩的至少四分之一厚度上的密度或硬度比該罩剩余部分的密度或硬度至少大40％。
25.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的頭盔，其特征在于在人顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域處的罩的至少四分之一厚度上的密度或硬度比該罩位于顱骨脆弱區(qū)處的內(nèi)部的密度或硬度至少大60％。
26.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的頭盔，其特征在于在人顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域處的罩的至少二分之一厚度上的密度或硬度比該罩位于顱骨脆弱區(qū)處的內(nèi)部的密度或硬度至少大100％。
27.根據(jù)權(quán)利要求24至26所述的頭盔，其特征在于所述密度更大或硬度更大的、具有高的抗壓強(qiáng)度，并能在猛烈撞擊時(shí)吸收更多能量的結(jié)構(gòu)與頭盔的舒適襯墊連接在一起。
28.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的頭盔，其特征在于位于顱骨脆弱區(qū)處的罩的至少一個(gè)表面上具有一些溝槽，或是在其厚度中具有一些空腔，在顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域處，這種溝槽或空腔較少或沒(méi)有。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的頭盔，其特征在于罩溝槽的體積，或是空腔的體積，在顱骨脆弱區(qū)處占頭部和頭盔外殼之間限定的體積的20％以上，在顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域處占頭部和頭盔外殼之間限定的體積的20％以下。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的頭盔，其特征在于罩溝槽的體積，或是空腔的體積，在顱骨脆弱區(qū)處占頭部和頭盔外殼之間限定的體積的50％至100％。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種適應(yīng)頭部解剖學(xué)特征和吸收了神經(jīng)外科學(xué)知識(shí)的顱腦保護(hù)頭盔。本發(fā)明的目在于:在猛烈撞擊時(shí)利用顱骨最大強(qiáng)度區(qū)域處的頭盔處殼的變形或破裂來(lái)大量吸收能量,借助于具有與顱蓋不同區(qū)域的強(qiáng)度相適應(yīng)的變化的硬度或密度的中間罩對(duì)頭顱進(jìn)行更好的防護(hù),從而減輕頭顱的損傷和后創(chuàng)傷性神經(jīng)紊亂。本發(fā)明的頭盔可以是整體式的,也可以不是整體式的,主要用于民用領(lǐng)域(摩托車的試驗(yàn)、比賽和日用;汽車的試驗(yàn)和比賽;自行車的比賽和日用;其它運(yùn)動(dòng)如溜旱冰、滑板和冬季運(yùn)動(dòng);工業(yè)環(huán)境)。
文檔編號(hào)A42B3/06GK1334707SQ9981587
公開日2002年2月6日 申請(qǐng)日期1999年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月7日
發(fā)明者卡塔林·奧布雷雅 申請(qǐng)人:卡塔林·奧布雷雅