(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユニットを相互に連結した構造体を備えたエネルギー吸収・伝達部材であって、
基礎部と、該基礎部から軸に沿って延在する突出部とを有する少なくとも一つのユニットと、
前記少なくとも一つのユニットを少なくとも一つの隣接ユニットへと連結し、且つ前記少なくとも一つのユニットの該基礎部近傍から、該軸に実質的に垂直に延在している少なくとも一つの連結部材とを備え、かつ、該基礎部は該連結部材よりも下方向に延在し、該突出部は該連結部材よりも上方向に延在しており、
該構造体は、全て単一の弾性素材から成っており、
さらに、該基礎部は、該基礎部に接触する下側の面に対し、当該ユニットを傾き又はたわみ易くするような形に整えられていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項２】
複数のユニットを相互に連結した構造体を備えたエネルギー吸収・伝達部材であって、
基礎部と、該基礎部から軸に沿って延在する突出部とを有する少なくとも一つのユニットと、
第二の基礎部と、該構造体が停止中には実質的に該軸と並行になる第二の軸に沿って該第二の基礎部から延在する第二の突出部とを有する、前記少なくとも一つのユニットに隣接する少なくとも一つの隣接ユニットと、
前記少なくとも一つのユニットの該基礎部近傍と、該隣接ユニットの該第二の基礎部近傍とを連結し、且つ該構造体が停止中には該ユニットの間で該軸と該第二の軸の双方に実質的に垂直に延在する少なくとも一つの連結部材とを備え、
前記少なくとも一つの連結部材は弾性があり、
該軸から０度より大きく９０度未満の角度で外れて該突出部に加えられる荷重によって、前記少なくとも一つのユニットが該隣接ユニットに向けて傾くように該構造体が摂動された時に、該隣接ユニットが該ユニットに向けて傾くことができるように、前記少なくとも一つのユニットは傾き可能であり、
該基礎部は該連結部材よりも下方向に延在し、該突出部は該連結部材よりも上方向に延在しており、
さらに、該基礎部は、該基礎部に接触する下側の面に対し、当該ユニットを傾き又はたわみ易くするような形に整えられていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項３】
請求項２に記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該エネルギー吸収・伝達部材は複数のユニットと連結部材とを有し、該荷重が取り除かれた時に、該ユニットが元の位置に戻ることができるように、該ユニットは弾性体又は剛体であり、該連結部材は、弾性体であることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材であって、該突出部のそれぞれは、該突出部から該軸に沿って延在する先端部を有し、該先端部と該突出部は、円錐台形状を備え、該先端部の縦方向の幅は、該突起部のいずれの場所の縦方向の幅よりも狭いことを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項５】
請求項４に記載のエネルギー吸収・伝達部材であって、該先端部の外面の該軸からの偏差角は、対応する該突出部の外面の偏差角と異なることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項６】
請求項４に記載のエネルギー吸収・伝達部材であって、前記少なくとも一つのユニットの該先端部は、前記少なくとも一つの隣接ユニットの該先端部よりも体積が大きいことを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該突出部は円錐状であり、対応する該先端部は、円柱状又は円錐状であることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項８】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該突出部及び／又は該基礎部は円錐状、円錐台状、シリンダー状、卵形、半球形又は多面体形状のいずれかであることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該連結部材は、ユニットと隣接ユニットとを連結する棒であり、該棒は、その長手方向に沿ってねじれを伝達することを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項１０】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該突出部は、その根元において、対応する前記少なくとも一つのユニットの該基礎部の半径と実質的に等しい半径を有する円錐形であることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項１１】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、前記少なくとも一つのユニットは、該基礎部から、該突出部と反対方向に延在する少なくとも一つの底部突起をさらに有することを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項１２】
請求項１０に記載のエネルギー吸収・伝達部材において、前記少なくとも一つのユニットは、該基礎部から、該突出部と反対方向に延在し、かつ該基礎部上に、間隔を置いて配置されている２またはそれ以上の底部突起をさらに有することを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項１３】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、前記少なくとも一つのユニットと第一の隣接ユニットとを連結する第一の連結部材と、前記少なくとも一つのユニットと第二の隣接ユニットとを連結する第二の連結部材とをさらに有し、前記第一及び第二の連結部材は、該構造体が停止している時には並行であることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項１４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、前記少なくとも一つのユニットは、二本の互いに平行でない連結部材で、二つの隣接ユニットに接続されていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項１５】
請求項１４に記載のエネルギー吸収・伝達部材において、前記少なくとも一つのユニットは、三本の連結部材であり、いずれの二本の連結部材も互いに並行でない連結部材で、三つの隣接ユニットに接続されていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項１６】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、前記少なくとも一つの隣接ユニットは、前記少なくとも一つのユニットよりも狭い幅を有していることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項１７】
請求項２又は３に記載のエネルギー吸収・伝達部材において、前記少なくとも一つのユニットと、前記少なくとも一つの隣接ユニットは、異なる密度を有していることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項１８】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、前記少なくとも一つのユニットと、前記少なくとも一つの隣接ユニットは、異なる体積を有していることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項１９】
請求項４乃至７のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該突出部の各々は、該先端部を支持するために該基礎部から延在する複数の支持部材で構成されていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項２０】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該基礎部は環状であることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項２１】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、前記少なくとも一つの連結部材が欠けており、それによって、前記少なくとも一つのユニットと、前記少なくとも一つの隣接ユニットとが直接接触することが可能になっていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項２２】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該エネルギー吸収・伝達部材は、弾性発泡体、ポリマー、エラストマー、又は天然ゴムのいずれかで形成されていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項２３】
請求項２２に記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該エネルギー吸収・伝達部材は、疎水性を有する、独立気泡発泡体で形成されていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項２４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該ユニットは、平坦か、又は湾曲している基準面に対して交差するように配置されていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項２５】
請求項２４に記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該ユニットは、該基準面上に規則的に配置されていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項２６】
請求項２５に記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該構造体の該ユニットは、四角形又は三角形の格子状に配置されていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【請求項２７】
請求項１乃至３のいずれかに記載のエネルギー吸収・伝達部材において、該ユニット及び該隣接ユニットに隣接する少なくとも一つの追加ユニットを該構造体内にさらに有し、前記少なくとも一つの追加ユニットは、該ユニット及び該隣接ユニットと異なったサイズ、形状、又は密度を有することを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重を支えるか、又は衝撃若しくは振動を吸収する際に用いる、運動エネルギーを吸収し、分散させる部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の部材が、そうしなければ構造又は体の内部に伝達されてしまう衝撃、振動又は荷重からのエネルギーを吸収するため、又は消散させるために用いられている。このような部材は、たとえばコンタクトスポーツ用の運動用品、建築資材、防音資材、シートのクッションや自動車等、そのような吸収や消散が望まれるところで、幅広く利用されている。
【０００３】
良く知られた衝撃吸収器具としては、弾性素材やゴムで作られた一定の厚さを有するシート状の部材がある。発泡プラスチック製のシートはクッションとして働き、その部材の圧縮により、荷重や衝撃からのエネルギーを吸収する。従って、その部材を通じてより小さい力が構造内部に伝達される。
【０００４】
これらの衝撃吸収器具には、多くの難点がある。特に、これらの器具は大体は、圧縮を、構造内部への、荷重又は衝撃による力の伝達を減少させる最も重要なメカニズムとしている。その結果として、それらの衝撃又は荷重からのエネルギーを吸収する有効性は、その衝撃吸収部材の厚さと、その弾性及び密度によって必然的に定まる。
【０００５】
成形品において要求される、衝撃吸収部材の厚さは、好ましくない性質の増加をもたらす。そのような器具を着用している時、有効な衝撃吸収のために要求される部材の厚さは器具の柔軟性を減少させるため、着用者の可動域は、制限されてしまう。良く使用される部材は、また弾性に関しても大体制限され、柔軟性が減少する。さらに、成形品の厚さ及び範囲は、成形品と体との間の空気の流れを制限し、体の熱の、好ましくない保持を引き起こす。そのような器具を軽量化する能力は、部材の厚さへの依存性によってまた制限されている。
【０００６】
このような器具は、衝撃の力の範囲が比較的小さいような場合にのみ適している。その部材は、その範囲外では適切な抵抗力を備えていないからである。薄くて低密度の部材は一般的に、高いエネルギーの衝撃が予期される場面での利用において、効果的なエネルギー吸収力を備えていない。
【０００７】
一方、高密度の部材は慎重に用いられるべきである。もしそれらが高密度過ぎたり硬すぎたりする場合には、その下にある部材が損傷したり、損害を被る可能性があるからである。このように、多くの用途においてこれらの器具は、密度の十分低い部材が、衝撃の際に十分な抵抗力を備えるために要求される厚さによって、要求より柔軟でなかったり、重くなりがちである。
【０００８】
構造的な特徴を有したり、エネルギーを吸収する複合材料を用いて使用する器具がある。たとえば、接着剤や溶接という物理的手段によって層状に重ねられ、保持された密度の異なる二つの衝撃吸収部材から成る部材がある。より柔らかく、低密度の部材の層は、体に触れるのにより適した表面を提供し、一方より硬く、密度の高い部材の層は薄くなった厚さで、より大きい抵抗力を備える。また、異なる部材で形成された、剛体又は半剛体の基板上に装着された複数の円錐を有する合成物の構造からなる部材もある。
【０００９】
これらの器具は、発砲プラスチックのシートにおいては利点を有するが、これらの器具は、圧縮を、衝撃力を減少させる最も重要なメカニズムとしている。その結果として、これらの器具の有効性は、主にその部材の厚さによって定まる。器具の有効性は、一般的にその器具内の部材の量と密度に依存しているため、軽くて柔らかい器具を実現できる能力は制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
柔軟で軽く、また大きくはなく、そして加えられる力のレベルによって異なって反応する衝撃吸収構造に対する需要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、複数のユニットを相互に連結した構造体を備えたエネルギー吸収・伝達部材であって、基礎部と、該基礎部から軸に沿って延在する突出部とを有する少なくとも一つのユニットと、前記少なくとも一つのユニットを少なくとも一つの隣接ユニットへと連結し、且つ前記少なくとも一つのユニットの該基礎部近傍から、該軸に実質的に垂直に延在している少なくとも一つの連結部材とを備え、かつ、該基礎部は該連結部材よりも下方向に延在し、該突出部は該連結部材よりも上方向に延在しており、該構造体は、全て単一の弾性素材から成っており、さらに、該基礎部は、該基礎部に接触する下側の面に対し、当該ユニットを傾き又はたわみ易くするような形に整えられていることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材に関する。
【００１２】
本発明はまた、複数のユニットを相互に連結した構造体を備えたエネルギー吸収・伝達部材であって、基礎部と、該基礎部から軸に沿って延在する突出部とを有する少なくとも一つのユニットと、第二の基礎部と、該構造体が停止中には実質的に該軸と並行になる第二の軸に沿って該第二の基礎部から延在する第二の突出部とを有する、前記少なくとも一つのユニットに隣接する少なくとも一つの隣接ユニットと、前記少なくとも一つのユニットの該基礎部近傍と、該隣接ユニットの該第二の基礎部近傍とを連結し、且つ該構造体が停止中には該ユニットの間で該軸と該第二の軸の双方に実質的に垂直に延在する少なくとも一つの連結部材とを備え、前記少なくとも一つの連結部材は弾性があり、該軸から０度より大きく９０度未満の角度で外れて該突出部に加えられる力によって、前記少なくとも一つのユニットが該隣接ユニットに向けて傾くように該構造体が摂動された時に、該隣接ユニットが該ユニットに向けて傾くことができるように、前記少なくとも一つのユニットは傾き可能であり、該基礎部は該連結部材よりも下方向に延在し、該突出部は該連結部材よりも上方向に延在しており、さらに、該基礎部は、該基礎部に接触する下側の面に対し、当該ユニットを傾き又はたわみ易くするような形に整えられていることを特徴とする、エネルギー吸収・伝達部材に関する。
【００１３】
本発明はさらに、上記のエネルギー吸収・伝達部材において、突出部がそれぞれ軸に沿って突出部から延在する先端部（チップ）を有し、先端部は、同じか、又は異なったサイズ又は形状であることを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材に関する。
【００１４】
本発明はまた、上記のエネルギー吸収・伝達部材において、少なくとも一つのユニットは、該突出部と反対方向に延在し、かつ該基礎部上に離れて配置されている２以上の底部突起をさらに有することを特徴とするエネルギー吸収・伝達部材に関する。
【００１５】
本発明は、上記のエネルギー吸収・伝達部材において、少なくとも一つのユニットと、少なくとも一つの隣接ユニットは、異なった密度と、異なった形状とを有するか又は、ユニット及び隣接ユニットよりも、異なったサイズ、形状、又は密度を有し、且つユニット及び隣接ユニットに隣接する追加ユニットを、少なくとも一つさらに有するエネルギー吸収・伝達部材に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の実施態様は、以下の図面及び実施例を参照しながら説明される。
【図１】本発明の一実施態様におけるユニットの断面図である。
【図２】図１のユニットの構造体の平面図である。
【図３】図２に示された構造体の底面図である。
【図４】図２の構造体の上面斜視図である。
【図５】図２の構造体の底面斜視図である。
【図６ａ】本発明の別の実施態様における連結部材の断面図である。
【図６ｂ】図６ａのユニットの構造体の上面図である。
【図７】本発明の別の実施態様における構造体の上面図である。
【図８ａ】本発明のユニットの断面図である。
【図８ｂ】図８ａのユニットの構造体の斜視図である。
【図８ｃ】本発明の別の実施態様における図８ａのユニットの構造体の上面図である。
【図８ｄ】本発明の別の実施態様における図８ａのユニットの構造体の上面図である。
【図９】本発明の別の実施態様におけるユニットの側面図である。
【図１０】本発明の別の実施態様における斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施態様における断面図である。ユニット（１又は２）は、基礎部（４又は５）と、基礎部（４又は５）から上方に延在する突出部（６又は７）と、から形成される。隣接するユニット１、２は、少なくとも一つの連結部材３によって、ユニット１、２のそれぞれの基礎部４、５において、又その付近で、構造体を形成するために連結される。
【００１８】
本実施態様において、それぞれのユニット１、２は、突出部の最も上部に位置する先端部（チップ）８、９と、それぞれの基礎部４、５から下方に延在する底部突起１０、１１とを有する。他の実施態様においては、先端部、底部突起、又はこれらの双方は省略される。
【００１９】
突出部６、７は、基礎部４、５から、垂直軸に沿って上方に延在する。突出部６、７は、荷重がかかると圧縮する。これらはまた、荷重がかかると垂直方向に歪む傾向を有する。本実施態様においては、突出部６、７は円錐状である。
【００２０】
本実施態様において、基礎部４、５は半球状に丸みを帯びている。少なくとも一つの底部突起１０、１１は、ユニットと、あらゆる下部の表面との接触を減らすために、それぞれの基礎部４、５から下方に延在している。基礎部４、５の形状と底部突起の形状及び位置は、あるユニットが、隣接ユニットに相対的に傾く傾向を増加させるように選択される。
【００２１】
ある衝撃の際に、ユニット１、２は圧縮し、また歪む。それによって、エネルギーは連結部材３に沿って消散する。荷重がかかると、いくつかのユニットは歪むか、又は他の隣接ユニットに対して相対的に傾く傾向がある。
【００２２】
特定のユニット１、２のたわみは、曲がり、引く動作によって、連結部材３と、ユニット１、２には直接は隣接していない他のユニットを通じて、構造体内の他のユニットに伝達されるエネルギーを引き起こす。連結部材３は、好ましくは、ユニットのたわみが、衝撃によって引き起こされるように、ユニット１，２に連結される。好ましくは、連結部材３は基礎部４、５において、または付近で、ユニット１，２に接続され、基礎部４，５と突出部６，７とが接触する位置に配置される。それによって、あるユニットがたわむか、又は傾いた時に、ユニットと、隣接ユニットとがお互いの方向に向かって傾く。
【００２３】
それぞれのユニット１、２は、突出部６、７の最上部に位置する先端部８、９をまた有する。表面との摩擦接触によって、先端部８、９は衝撃の際に、より低いエネルギーの、振動と、激しい揺れの力を効果的に吸収する傾向を有する。先端部８、９はまた、突出部６、７の、より高い衝撃力に対するたわみの助けとなる。突出部６、７の高さは同一である必要はないが、衝撃のかかる領域にある全ての先端部が、衝撃によってたわむことが好ましい。
【００２４】
先端部８、９は、下部の突出部６，７とは異なった形状を有するか又は異なった密度を有する。そして、先端部８、９は、荷重がかかると突出部６，７よりも変形しやすい。例えば、図に示されているように、先端部８、９はシリンダー状で、円錐状の突出部６，７上に配置されている。先端部８、９は、先端部８、９上に対して真っ直ぐでないいかなる荷重がかかった際には、円錐状の突出部６、７よりも変形しやすく、また一般的にそのような荷重がかかると曲がる。
【００２５】
図２において、ユニット１、２は、連結されたユニット１２の構造体や網を形成するために、少なくとも一つの連結部材３によってお互いに、及び他のユニットと連結されている。突出部６、７の底部は円形であり、突出部７の底部は突出部６の底部よりも大きな半径を有する。
【００２６】
さらに好ましい実施態様においては、より狭いユニット１と、より広い隣接ユニット２とが、構造体１２内においてお互いに交互に配置されている。ユニットと隣接ユニットとは、サイズ、形状、密度において同一でも良いし、それらのうち一つ、又は全ての性質において異なっていても良い。
【００２７】
他のとりうる実施態様においては、構造体において、三つかそれ以上の異なったサイズ、形状、又は密度を有するユニットがある。この実施態様では、構造体内の種々の領域によって予測される荷重の違いに対応するために、構造体によってサイズ、形状、又は密度が変わりうる。例えば、下に横たわる構造が繊細又は傷つきやすい領域を有し、一つかそれ以上の、繊細な領域を取り囲むより頑丈な領域を有する場合の使用では、構造体は、繊細な領域ではより小さいかまたは密度の低いユニットを採用し、より頑丈な領域ではより大きいかまたは密度の高いユニットを採用することができる。これは、構造体全体に加えられる力を、より多く頑丈な領域に集中させ、繊細な領域に集中するのを比較的少なくする役目を果たす。
【００２８】
他の実施例は、力が、構造体のより小さい範囲に加えられるという点で、より集中的な衝撃をより逸らすために、異なったサイズ又は形状のユニットが用いられる。より小さいユニットは、より集中的な荷重や衝撃が予期される領域において採用されうる。
【００２９】
ユニットと隣接ユニットの、圧縮とたわみの性質の違いは、変化する力のレベルに、より対応して抵抗する構造体をもたらす。より狭いユニット１は、より広いユニット２よりも敏感に倒れたり傾いたりする。先端部８、９の変形はある程度のエネルギーを吸収するため、先端部８、９の追加は、構造体１２の、エネルギーを消散する能力を増加させる。そして、構造体１２全体においてユニット１，２の傾きを増加させ、それによってさらにエネルギーを消散させる。
【００３０】
ユニット１と隣接ユニット２とが、荷重がかかってお互いの方向に傾いた時、荷重が増加した場合は、ユニットはある角度までさらにたわむが、ますます圧縮する。継続的により大きい荷重がかかると、ユニットは完全にたわみきって、お互いの上で、連結部材の上で、又は下に横たわる構造の上で停止してしまう。このような状況下では、物質は均一の発泡体のシートのように振る舞い、継続する荷重に対して圧縮を続ける。荷重が取り除かれた時に、ユニットが機構に対してもとの位置に戻るように、部材は弾性体であることが好ましい。
【００３１】
本発明の別の実施態様では、異なるサイズのユニットが、構造体内において別の規則的な配置がなされる。例えば、一つの、大きい又は広いユニットが、二つおき、三つおき、四つおき、五つおき、等々の間隔で配置される。小さい又は狭い他の全てのユニットがそれぞれの列に配置されている。他の実施態様では、構造体内の特定の領域に現れるか、又は構造体を通じて完全にランダムに現れると予期される荷重に対応するために、異なったサイズのユニットが非規則的に配置される。
【００３２】
別のとりうる実施態様では、突出部６，７、基礎部４，５、連結部材３、もしあれば先端部８、９、もしあれば底部突起１０、１１のうちいずれか一つ又はこれら全ては同じか又は異なるサイズ、形状、密度、又は物質を有する。
【００３３】
構造体全体を通しては同じ物質が用いられることが好ましい。全体を通して同じ物質を用いることが望ましい、なぜなら物質を容易に一つの連続するシート状に型で作るか、又は成形し、それによって製造が容易になるからである。一実施例においては、部材は射出成形又は圧縮成形される。
【００３４】
また、構造体１２を全体で同じ物質が用いられるが、種々のユニットそれぞれの物質の密度は、衝突抵抗性能を異ならせるために、調整可能にそれぞれ異なっていることが望ましい。サイズに関しては、構造体１２内でサイズを異ならせることは、圧縮とたわみ性能の違いのため、加えられた力に対する反応性の広範囲化をもたらす。他の実施例においては、突出部６は、突出部７よりも高いか又は低い密度を有し、先端部８は、突出部６より高いか又は低い密度を有し、かつ／又は先端部８は先端部９より高いか又は低い密度を有する。この実施例において、より高密度が望まれる箇所において、より多くの物質を射出することにより、機構の、ある要素の密度を変化させることが可能である。
【００３５】
例えば、対応する先端部を有し、隣接ユニットよりも高い密度のユニットを有する実施態様において、高い密度のユニットは比較的剛性を有し、初めの荷重に対してより傾きやすい傾向を有する。荷重が増加するにつれて、比較的高密度のユニットは完全にたわみきるまで倒れるまで、より柔らかいユニットは圧縮して荷重に耐える。一度完全にたわみきると、比較的高密度のユニットもまた圧縮して荷重に耐え、それにより増加した荷重に対して追加的な抵抗力を備える。この例において、ユニットの特定の構造又は異なる密度の働きによって、部材は、様々な範囲の荷重又は変化する荷重に対して対応することができる。ユニットのサイズ、形状又は密度は、いろいろな、潜在的な荷重曲線に合うように調整される。
【００３６】
図３は、構造体１２内のユニットの配置の、底面から見た図である。それぞれのユニットは、独立して一つ又は複数の底部突起１０、１１を有する。さらに、底部突起１０、１１は、サイズが変更しうる。底部突起１０、１１は、ユニットが隣接ユニットに対して比較的たわむか、又は傾きやすくなるように配置される。これは、ユニットに比較的安定的な基盤を形成するために基礎部の底面に三角形状、四角形状又は他の規則的な多角形状に配置し、隣接ユニットに不安定な基板を形成するために一つか、又は不規則に底部突起を形成することで達成される。
【００３７】
図２と図３はまた、それぞれのユニットの周囲に９０度の角度で配置された４つの連結部材を描いており、その結果として四角形の格子状に形成された機構をもたらしている。本発明の別の実施態様では、ユニットは異なった数の連結部材と連結されており、特定のユニットに連結された連結部材はお互いに異なった角度でずれている。そのような実施例における構造体は、異なった幾何学的な配置になっている、例えば、三角形や、六角形の格子状である。
【００３８】
同じ実施態様における構造体の最上部の構造が図４に示されている。衝撃の際に、先端部８、９は振動を抑えて、構造体が、衝撃の力と共に適切に動くようにする。より大きな力がかかった時、一つか、又はグループのユニット１、２は、連結部材３に対して曲がり、それが、エネルギーをこれらの連結部材を通じて分散させ、消散させる。
【００３９】
図５に描かれているように、基礎部４、５は、構造体の下側で下に横たわる接触表面（図示せず）と接触を最小限に抑えるために、半球状の構造に形成することが好ましい。基礎部４、５の半球状の形状によって、構造体内の空気流がもたらされ、ユニット１，２のお互いに倒れ、転がる能力が最大化され、増幅される。
【００４０】
底部突起１０、１１はさらに構造体１２と接触表面との間の接触を最小化する。このように構成される時、基礎部４，５はまた圧縮して衝撃を吸収する助けとなり、鉛直下方の力に対して連結部材が曲がるようにする。この曲がりは、構造体全体でエネルギーを吸収して、かつ拡散させる。
【００４１】
突出部は、荷重に耐えられる形状であればどのような形状でもよい。他の実施態様においては、突出部の形状は、適切な形状、又は圧縮することによって荷重に耐えられる、円錐台、半球、卵形、シリンダー形、任意の多面体、又は先端に向かって細くなる形状のような形状に形成される。
【００４２】
例えば、図６ａは、突出部の形状が異なって形成されている他の実施態様を示している。ユニット１０１は、底部が開いている突出部１０６に接続される、反転した環状の溝の形状に形成された基礎部１０４を含む。力が突出部１０６に加えられると、ユニット１０１は非対称的にたわむ。基礎部１０４を通じた、ユニット１０１の、曲がり動作及び引き動作は、衝撃からのエネルギーを、連結部材１０３を通して他のユニットへ伝達する。
【００４３】
図６ｂは、図６ａに示すユニットがどのようにして構造体１１２内で連結されるかを示している。ユニットに接続されるための連結部材の形状は数多くあることに注意する。図６ｂにおいては、それぞれの連結部材１１３は、９０度の角度で離れて、４つのユニットに接続され、一つの連結部材が、他の連結部材と「交差」しているように見える。
【００４４】
図７は、連結部材２０３が、ぞれぞれのユニットに６０度の角度で接続されている構造体２１２に、ユニットが接続されている様子を示している。その結果、連結部材２０３は、３本の軸１５０、１６０、１７０に沿っている。他の実施態様においては、それぞれのユニットに接続される連結部材の数は異なり、特定の構造のユニットに接続されている連結部材は、お互いに異なる角度でずれている。
【００４５】
再び図７を見ると、連結部材２０３は、ユニットとの接続位置において細くなっている。他の実施態様においては、連結部材の寸法は、用途や、所望の性能によって他の形に変わる。例えば、連結部材の長さ及び／又は厚さ、又は直径は、所望の性質によって変わる。厚く、短い連結部材は、エネルギーをより効率的に伝達し、より強い衝撃に抵抗するために用いられ、狭い連結部材は、より多くの伸びと柔軟性を備え、その結果構造体はより軽くなり、多くの空気流をもたらす。連結部材はまた曲げられ、一方の先端において細くすることが可能である。異なった密度にすることもできる。さらに、力を構造体内の特定の領域へと伝達するために、構造体内において異なった連結部材の混合したものを用いることもできる。
【００４６】
図８ａは、本発明のユニットの他の実施態様を示す図である。ユニット３０１は、環状の基礎部３０５を含み、突出部３０６は、該基礎部３０５から突起する複数の支持部材３１６で形成される。先端部３０８は、基礎部３０５によって描かれる円内で、複数の支持物３１６が交差する位置に配置される。
【００４７】
図８ｂにおいて、ユニット３０１の複数の支持部材３１６は、基礎部３０５の上方に、半球状の突出部３０６を形成する。先端部３０８は、突出部３０６の上、つまり複数の支持部材３１６が交差する位置に止まっている。
【００４８】
図８ｃは、図８ａのユニットがどのように構造体３１２を形成するかを示している。連結部材で接続されているというよりもむしろ、ユニット３０１は基礎部３０５同士の直接の接触によって接続されている。本実施態様において、ユニット３０１は構造体内の３本の軸２５０、２６０、２７０に沿って６０度の角度で配置されている。
【００４９】
ユニットはまた、直接接触及び連結部材３２３、３３３の双方によっても接続される。複数のユニットを接続する最初の連結部材３２３があり、湾曲する第二の連結部材３３３がある。
【００５０】
図９は、他にとりうるユニットの形状を示している。このユニット４０１内の突出部４０６は、環状の基礎部４０５から突起する２つの支持部材４１６を有する。先端部４０８は、２つの支持部材が接触する位置である、突出部４０６の先端に配置されている。
【００５１】
本発明は、ヘルメット、胸当て、すね当て、又はパッドのようなスポーツ用品に特に適している。なぜなら本発明は柔軟で、軽く、衛生的で、調節可能で、継続的な衝撃吸収性能を備え、空気流を最大化するからである。これらの用途において、構造的なユニットの構造体は、特定の三次元構造を満たすように形成され、かつ／また、片端、又は両端が、貫通性の力を防御するための外殻で覆われる。
【００５２】
図１０に示されるように、構造体５１２内の一つか、それ以上のユニット５０１は、用途に依存する、他の部材の層に係合する、又は装着された追加的な突起５１３をさらに有する。ある用途においては、剛体又は半剛体のプレート５１４がこれらの追加的突起５１３に装着される。示された実施態様においては、全てではないがいくつかのユニット５０１はこのように装着され、プレート５１４に、構造体５１２に対する方向に荷重がかかっている時は、構造体５１２内のいくつかのユニットが、上述したように傾くか、たわむかできるようにする。このような追加的突起５１３は、プレートが、構造体に対して相対的に滑ることができるようにする。プレートは、移動可能か、又は取り外せないように装着されている。
【００５３】
示されてはいない他の実施態様においては、先端部、又は構造体内のいくつかのユニットの追加的な突起は、布のような柔らかい素材に装着されている。荷重がかかると、布が、それに装着されているユニットを引っ張り、ユニットが、荷重がかけられている位置から比較的離れた位置にある場合でも、ユニット及び他の隣接ユニットを曲げ、たわませる。
【００５４】
他の実施態様においては、構造体は、ある部分において、内部表面に装着されているか、取り付けられている。それにより、いくつかのユニットが、荷重に対して傾くか、たわむかすることができる。
【００５５】
構造体全体は、一つの素材で形成されていることが望ましい。圧縮可能な素材が適しており、弾性体であることが好ましい。また、その弾性性能を大きく損なうことなく圧縮性と密度を変えられるように用いることが好ましい。適した素材の例としては、エラストマー、一般的なプラスチック、天然、あるいは人工のゴム、又は発泡体が含まれる。本発明に好ましい素材としては弾性を有し独立気泡を備えたＥＶＡ（エチレン酢酸ビニール）発泡体がある。しかしながら、第一の素材を連結部材に用い、別の素材をユニットに用いる、というように、二つかそれ以上の素材を組み合わせても構造体は機能する、それでもやはり荷重がかかると隣接ユニットは傾き、たわむことができる。
【００５６】
本発明は、機械、又はフライス加工によって作ることができるが、型を用いて作ることが好ましい。また、本発明の構造体は、一工程で作ることが好ましい。しかしながら、いくつかの工程を用いて作ることも可能である。例えば、連結部材と突出部とをお互いに分離して成形することができ、また構造体の上部半分と下部半分とを前もって成形しておき、一緒に取り付けたり、成形することができる。
【００５７】
上述したように、本発明によって製造される構造体は、形状、サイズ、密度、素材、連結部材の寸法、そして構造体内のユニットの形状及び配置等において変化する。そして、これらの種類の中から選択することで、本発明の構造体は、衝撃や振動からのエネルギーを吸収する一般的な用途だけでなく、特定の用途にも容易にカスタマイズできる。例えば、ある領域ではより多くのエネルギーを吸収するように設計され、かつ／または、より多くのエネルギー又は力を特定の領域、又は特定の軸に沿って逸らす。
【００５８】
構造体はまた、全てのユニットが平坦か、又は三次元の物体に対して、若しくはその周りに沿って適合するように湾曲した面と交差するように形成することもできる。構造体のある部分は、三次元形状に適合するように、又は重ねられた時に追加的に力を消散させるように接着され、又は連結される。
【００５９】
本発明はその特性により、耐荷重性、振動抑制、衝撃力の緩和が要求される多くの用途に適している。
【００６０】
当然のことながら、上記記載は、実施例のみに基づく好ましい実施態様に関する。本分野における知識を有している者であれば、本発明の要旨から逸脱しない範囲で、本発明を提供するためのシステム及び方法における種々の変化が明らかであり、そのような変化は、明確に記載されていようといまいと、本発明の範囲内で含まれている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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