[发明专利]具有多个保护区的头盔

说明书

技术领域

本发明涉及保护头具，更特别地，涉及运动或工作现场保护头具，尤其涉及被设计为防止或减少由线性力或旋转力导致的头部伤害的保护头具。

背景技术

人脑是极为精细的结构，其被一系列封闭物保护以屏蔽其不受到伤害。最内层，即软脑膜，覆盖脑部的表面。软脑膜之后是蛛网膜，即蛛网状膜，它起到防水膜的作用。最后，是硬脑膜，即坚硬的皮革状层，它覆盖蛛网膜并附着到颅骨骨骼。

虽然此结构由于颅骨骨骼防护了穿透创伤，但在力传递到脑部之前，较软的内层吸收了太少的能量。另外，虽然颅骨可以衰减被施加到头部的一部分线性力，但颅骨并未减轻角向力的影响，角向力对头部施加旋转回旋。本领域中的许多外科医生认为，施加到脑部的角向力或旋转力比线性力更具有危害性，这是因为角向力或旋转力将扭曲力或剪切力施加到白质纤维束和脑干自身。另外，由于人员的头部和碰撞物(包括另一个人员的头部)独立地移动且以不同的角度移动，所以，在头部伤害中几乎总是涉及角向力和线性力。

轻度创伤性脑损伤(MTBI)，更通常地称为“脑震荡”，是脑部损伤的类型，其频繁地发生在许多情况中，例如建筑工地，制造现场，和体育活动中，特别地在接触类体育中成问题。虽然一方面脑震荡被视作轻微且可逆的脑部损伤，但变得显见的是，重复性脑震荡即使不失去意识也是严重的有害情况，其有助于造成疾病过程，例如痴呆症和神经损害疾病，例如帕金森症、慢性创伤性脑伤(CTE)和拳击痴呆症。

Calonge的美国专利No.5,815,846描述了带有流体填充腔室的头盔，所述腔室在施加外力时通过将流体挤压到相邻的平衡袋内来吸收力。在此情况中，当流体受限制地从一个袋转移到另一个袋时，能量仅通过粘性流体耗散。在此情况中，能量耗散与满袋和空袋之间的孔的尺寸成反比。也就是说，孔越小，能量的降低越大。此设计的问题是：当孔的尺寸降低且能量耗散增加时，能量耗散的时间也增加。因为流体填充的室以液压方式进行反应，所以，能量传递本质是瞬时的，因此，在Cologne的设计中，在粘性流体可位移前，大量的能量被传递到脑部，从而消除了由流体填充的室所提供的保护功能的大部分。粘性摩擦是过于缓慢的能量耗散变动，而不能充分地减缓震荡力。如果使水从挤压瓶中移位，则可以得到关于在出口孔的尺寸改变时使任何流体移位所需要的时间和力的函数的概念。传递孔越小，则使流体移位所需的力越大，且对于给定的力所需的时间越长。

授予Holst的美国专利No.6,658,671公开了带有内壳和外壳的头盔，在所述内壳和外壳之间具有滑动层。该滑动层允许外侧相对于内侧移位，以有助于使碰撞期间施加到头盔的一部分角向力耗散。然而，力的耗散局限于头盔的外壳。另外，Holst的头盔未提供使两个壳返回到相互静止的位置的机构。在授予Popovich的美国专利No.5,956,777和授予Kalman等人的欧洲专利EP0048442中公开的头盔中也可看到类似的缺点。

授予Zhan的德国专利DE19544375公开了一种建筑头盔，其包括在硬外壳内的开孔，所述开孔允许泡沫内衬的材料通过开孔膨胀，以驱散一部分碰撞力。然而，因为内衬靠着使用者的头部安放，所以，一部分力将被朝着头部引导，而非从头部引导开。另外，不存在使膨胀的泡沫内衬返回到头盔内侧的机构。

授予Weber等人的美国专利申请公开No.2012/0198604公开了一种安全头盔，其用于保护人类头部不受重复撞击以及中等和严重撞击，以降低由于线性力和旋转力导致的脑部损伤的可能性。头盔包括隔离减震部，该隔离减震部起到将外衬与内衬分离的作用。在外衬的端部和内衬的端部之间设有间隙以提供一定空间，以便使得在撞击时、外衬能够移动而不接触内衬。然而，可见需要数层隔离减震部和外衬，且未提供用于保护脑部不受平移打击的有效保护。

显而易见，为了防止创伤性脑损伤，不仅必须停止穿透性物体，而且必须防止任何力(即角向力或线性力)被传递到封闭的颅骨和脑部。也就是说，头盔必须不仅在缓冲此外力时起到被动作用，而且在耗散由所述力施加的线性动量和角向动量中起到主动作用，使得线性动量和角向动量对于精细的脑部具有很少的有害影响或无有害影响。

为了实现这些目的，必须构思该头盔，如同生物演化构思了颅骨和脑部。即，为了提供对于线性力和角向力的最大保护，颅骨和脑部必须可相互独立地移动，且具有耗散所施加的动能的机制，而与动能被施加的矢量或多个矢量无关。