(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘルメットであって、
硬質の外殻と、
前記硬質の外殻の内面と接触する圧縮性ライナーと、
前記圧縮性ライナーの内面と接触するコンフォートライナーであって、少なくとも前記圧縮性ライナーを通って画定される少なくとも１つの緩衝穴が、長軸を中心として第１の端部から第２の端部まで延在し、長軸が前記硬質の外殻、前記圧縮性ライナーおよび前記コンフォートライナーを通って延びている、コンフォートライナーと、
対応する緩衝穴に配置される少なくとも１つのエネルギー緩衝装置であって、第１の端部から第２の端部まで長軸と共軸に延び、前記硬質の外殻から内側に間隔をおいて配置されかつ対応する緩衝穴内で横方向に変位可能であるつり下げられた振子塊と、振子塊に弾性的に結合されると共に振子塊から内側に間隔をおいて配置された頭部安定手段とを有し、頭部安定手段はヘルメットの着用者の頭部と係合するように構成されている、少なくとも１つのエネルギー緩衝装置と、を備え、
前記硬質の外殻に対して外側から第１の方向に加えられた斜めの力に応じて、前記硬質の外殻、前記圧縮性ライナー、前記コンフォートライナーおよび前記対応する緩衝穴が、それらの間で相互に横変位することなく第１の方向に共に変位するように構成されており、前記緩衝穴の中心は前記振子塊から離れて第１の方向に横変位するが、前記頭部安定手段は静止状態を保つ、ヘルメット。
【請求項２】
前記少なくとも１つのエネルギー緩衝装置がさらに、
前記対応する緩衝穴に対して固着される外側固定具と、
前記外側固定具を前記振子塊に弾性的に結合する外側可撓首部と、
前記振子塊に接続される内側可撓首部と、
前記内側可撓首部において前記振子塊に弾性的に結合され、該内側可撓首部と前記頭部安定手段との間に延在する弾性部材と、を含む、請求項１に記載のヘルメット。
【請求項３】
前記弾性部材が、長手方向および横方向において長軸と位置合わせされる中立位置を有し、長軸に沿ってその長さを減少させるように中立位置から長手方向に圧縮可能であり、長軸に沿ってその長さを増加させるように長手方向に拡張可能であり、その両端を互いに横方向に変位させるように長軸の周りで可撓である、請求項２に記載のヘルメット。
【請求項４】
前記外側固定具、前記振子塊、前記頭部安定手段、前記弾性部材のそれぞれが各自の剛性を有し、前記外側固定具が前記振子塊、前記弾性部材、前記頭部安定手段よりも高い剛性を有する、請求項３に記載のヘルメット。
【請求項５】
前記少なくとも１つのエネルギー緩衝装置が、ゴム、ポリウレタン、ウレタンフォーム、膨張性非ニュートン流体、および粘弾性非ニュートンシリコーンのうちの少なくとも１つから成る、請求項１に記載のヘルメット。
【請求項６】
前記外側固定具が該外側固定具を通る少なくとも１つの通気穴を画定し、前記対応する緩衝穴に空気を通過させる、請求項２に記載のヘルメット。
【請求項７】
衝撃時に前記外殻に対して外側から加えられた前記斜めの力に応じて、前記振子塊が前記緩衝穴に対して横方向に変位して、前記弾性部材が長軸に対して斜めに偏向する、請求項３に記載のヘルメット。
【請求項８】
前記外殻に外側から加えられた前記斜めの力に応じて、前記振子塊が前記ヘルメットの着用者の頭部と係合する前記頭部安定手段に対して横方向に変位する、請求項７に記載のヘルメット。
【請求項９】
前記加えられた斜めの力に応じて、前記振子塊が前記緩衝穴内で横方向に振動して、衝撃のエネルギーの放散を促進する、請求項８に記載のヘルメット。
【請求項１０】
前記加えられた斜めの力に応じて、前記振子塊が前記緩衝穴の内面に接触する、請求項８に記載のヘルメット。
【請求項１１】
前記振子塊が前記圧縮性ライナーと接する、請求項１０に記載のヘルメット。
【請求項１２】
前記弾性部材の角変位が、衝撃のエネルギーを部分的に放散させる、請求項７に記載のヘルメット。
【請求項１３】
停止状態において、前記振子塊が前記緩衝穴から横方向に離して配置される、請求項１に記載のヘルメット。
【請求項１４】
複数の緩衝穴にそれぞれ配置される複数の緩衝装置と、
前記複数の緩衝装置を共に連結する複数の可撓ストラップと、
をさらに備える、請求項２に記載のヘルメット。
【請求項１５】
各ストラップの各端が、前記頭部安定手段の一つにそれぞれ連結される、請求項１４に記載のヘルメット。
【請求項１６】
複数の緩衝穴にそれぞれ配置される複数の緩衝装置と、
前記複数の緩衝装置を共に連結する複数の非弾性ストラップと、
をさらに備える、請求項２に記載のヘルメット。
【請求項１７】
前記複数の緩衝装置が少なくとも５つの緩衝装置を含み、１つの緩衝装置が前記ヘルメットの冠部に配置され、４つの緩衝装置が前記冠部の周囲に正方形パターンで配置される、請求項１４に記載のヘルメット。
【請求項１８】
前記弾性部材が管状である、請求項２に記載のヘルメット。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのエネルギー緩衝装置が、前記硬質の外殻に接触した状態で前記第１の端部から前記コンフォートライナーにおける前記第２の端部まで長手方向に延び、前記振子塊が該第１の端部と第２の端部の中間に位置する、請求項１に記載のヘルメット。
【請求項２０】
前記振子塊が、前記長軸を中心とする円形ディスクであり、前記対応する緩衝穴内で前記外側可撓首部から外側に延びる、請求項２に記載のヘルメット。
【請求項２１】
ヘルメットであって、
硬質の外殻と、
前記硬質の外殻の内面と接触する圧縮性ライナーと、
前記圧縮性ライナーの内面と接触するコンフォートライナーであって、緩衝穴が長軸に沿って長手方向に前記硬質の外殻、前記圧縮性ライナー、前記コンフォートライナーを通って画定される、コンフォートライナーと、
前記緩衝穴に配置され、前記外殻から前記コンフォートライナーまで長手方向に延在する振子型緩衝システムと、を備え、
前記振子型緩衝システムが、
前記外殻に装着される外側圧縮性ディスクと、
前記外側圧縮性ディスクに結合されるシャフトまたはロッドであって、シャフトまたはロッドに結合される内側圧縮性ディスクまで長手方向内方に延在するシャフトまたはロッドと、
前記圧縮性ライナーに装着される前記内側圧縮性ディスクと、
前記内側圧縮性ディスクに弾性的に結合され、前記内側圧縮性ディスクから長手方向かつ内側に間隔をおいて配置され、前記ヘルメットの着用者の頭部と係合するように構成される頭部安定手段と、を備える、ヘルメット。
【請求項２２】
前記シャフトまたはロッドが剛体であるまたは圧縮性を有する、請求項２１に記載のヘルメット。
【請求項２３】
前記外側圧縮性ディスクと前記内側圧縮性ディスクが、前記緩衝穴の内面に装着される、請求項２１に記載のヘルメット。
【請求項２４】
前記内側圧縮性ディスクと前記頭部安定手段との間に延在する弾性部材をさらに備え、前記弾性部材が前記コンフォートライナー内の空間に埋め込まれる、請求項２１に記載のヘルメット。
【請求項２５】
前記弾性部材が、長手方向および横方向において長軸と位置合わせされる中立位置を有し、長軸に沿ってその長さを減少させるように中立位置から長手方向に圧縮可能であり、長軸に沿ってその長さを増加させるように長手方向に拡張可能であり、その両端を互いに横方向に変位させるように長軸の周りで可撓である、請求項２４に記載のヘルメット。
【請求項２６】
前記振子型緩衝システムが、ゴム、ポリウレタン、ウレタンフォーム、膨張性非ニュートン流体、および粘弾性非ニュートンシリコーンのうちの少なくとも１つから成る、請求項２１に記載のヘルメット。
【請求項２７】
前記シャフトまたはロッド、前記内側圧縮性ディスク、および前記外側圧縮性ディスクが、共軸に配列される、請求項２２に記載のヘルメット。
【請求項２８】
停止状態において、前記内側圧縮性ディスクが、前記緩衝穴と共軸に配列され、かつ、該緩衝穴内で非圧縮状態である、請求項２１に記載のヘルメット。
【請求項２９】
複数の緩衝穴にそれぞれ配置される複数の振子型緩衝システムと、
前記複数の振子型緩衝システムを共に連結する複数の可撓ストラップと、
複数の頭部安定手段と、
をさらに備える、請求項２１に記載のヘルメット。
【請求項３０】
各可撓ストラップのそれぞれの端部が、前記複数の頭部安定手段の１つに接続される、請求項２９に記載のヘルメット。
【請求項３１】
前記硬質の外殻に対して外側から第１の方向に加えられた斜めの力に応じて、前記硬質の外殻、前記圧縮性ライナー、前記コンフォートライナーおよび前記緩衝穴が、それらの間で相互に横変位することなく第１の方向に共に変位するように構成されており、前記内側圧縮性ディスクは第１の方向とは反対の第２の方向に圧縮されるが、前記頭部安定手段は静止状態を保つ、請求項２１に記載のヘルメット。
【請求項３２】
前記加えられた斜めの力に応じて、前記シャフトまたはロッドが前記第２の方向に横変位し、前記内側および外側圧縮性ディスクが該第２の方向において横方向に圧縮される、請求項３１に記載のヘルメット。
【請求項３３】
前記加えられた斜めの力に応じて、圧縮された前記内側圧縮性ディスクが前記緩衝穴内で横方向に振動して、衝撃のエネルギーの放散を促進する、請求項３１に記載のヘルメット。
【請求項３４】
ヘルメットであって、
外殻と、
前記外殻の内面と接触する圧縮性ライナーと、
前記圧縮性ライナーの内面と接触するコンフォートライナーであって、前記圧縮性ライナーおよびコンフォートライナーの少なくとも一方を通って画定される少なくとも１つの緩衝穴が、前記圧縮性ライナーを貫通する長手方向に延びる中央軸を有しかつ該中央軸を中心に延在する、コンフォートライナーと、
対応する緩衝穴に配置される少なくとも１つのエネルギー緩衝装置であって、第１の端部と第１の端部から長手方向に離間した第２の端部とを有し、第１の端部と第２の端部との間で対応する緩衝穴と共軸に長手方向に延び、第１の端部と第２の端部との間に位置する振子塊を有し、振子塊は長手方向に延びる前記中央軸を横断する方向において対応する緩衝穴内で変位可能である、少なくとも１つのエネルギー緩衝装置と、を備え、
前記少なくとも１つのエネルギー緩衝装置が、
前記対応する緩衝穴に対して固着される外側固定具と、
前記外側固定具を前記振子塊に弾性的に結合する外側可撓首部と、
前記振子塊に結合され、前記振子塊から長手方向かつ内側に間隔をおいて配置され、前記ヘルメットの着用者の頭部と係合するように構成される頭部安定手段と、
前記振子塊を前記頭部安定手段に弾性的に結合する内側可撓首部と、を備え、
前記外殻に対して外側から第１の方向に加えられた斜めの力に応じて、前記外殻、前記圧縮性ライナー、前記コンフォートライナーおよび前記対応する緩衝穴が、それらの間で相互に横変位することなく第１の方向に共に変位するように構成されており、前記緩衝穴の中心は前記振子塊から離れて第１の方向に横変位するが、前記頭部安定手段は静止状態を保つ、ヘルメット。
【請求項３５】
前記少なくとも１つのエネルギー緩衝装置がさらに、
前記外側可撓首部と振子塊との間で弾性的に結合されるシャフトまたはロッドであって、中立位置において、シャフトまたはロッドが結合される前記振子塊に対して、長手方向内側および前記中央軸と共軸に延在するシャフトまたはロッドをさらに含む、請求項３４に記載のヘルメット。
【請求項３６】
前記振子塊が、前記中央軸を中心に位置し、かつ、前記対応する緩衝穴内で前記シャフトまたはロッドから外側に延びる、請求項３５に記載のヘルメット。
【請求項３７】
弾性部材が、前記内側可撓首部と頭部安定手段との間に延び、長手方向および横方向において長手方向に延びる前記中央軸と位置合わせされる中立位置を有し、前記中央軸に沿ってその長さを減少させるように中立位置から長手方向に圧縮可能であり、前記中央軸に沿ってその長さを増加させるように長手方向に拡張可能であり、その両端を互いに横方向に変位させるように前記中央軸の周りで可撓である、請求項３４に記載のヘルメット。
【請求項３８】
ヘルメットであって、
外殻と、
前記外殻の内面と接触する圧縮性ライナーと、
前記圧縮性ライナーの内面と接触するコンフォートライナーであって、少なくとも前記圧縮性ライナーを通って画定される少なくとも１つの緩衝穴が、長軸を中心として第１の端部から第２の端部まで延在し、長軸が前記外殻、前記圧縮性ライナーおよび前記コンフォートライナーを通って延びている、コンフォートライナーと、
対応する緩衝穴に配置される少なくとも１つのエネルギー緩衝装置であって、前記外殻から内側に間隔をおいて配置されたつり下げられた振子塊を有し、振子塊は中立位置にあるときに前記緩衝穴の内面と接触し、中立位置において前記振子塊の中心は長軸と共軸にあり、前記振子塊の中心は、対応する緩衝穴の長軸に対して横方向に変位可能である、少なくとも１つのエネルギー緩衝装置と、
前記振子塊に弾性的に結合され、前記振子塊から内側に間隔をおいて配置され、前記ヘルメットの着用者の頭部と係合するように構成される頭部安定手段と、を備え、
前記外殻に対して外側から第１の方向に加えられた斜めの力に応じて、前記外殻、前記圧縮性ライナー、前記コンフォートライナーおよび前記対応する緩衝穴は、それらの間で相互に横変位することなく第１の方向に共に横変位するように構成されており、前記緩衝穴の中心は前記振子塊の中心から離れて第１の方向に横変位するが、前記頭部安定手段は静止状態を保つ、ヘルメット。
【請求項３９】
前記中立位置において前記振子塊が前記圧縮性ライナーと係合する、請求項３８に記載のヘルメット。
【請求項４０】
前記振子塊が、前記斜めの力に応じて、前記第１の方向とは反対の第２の方向に前記圧縮性ライナーに当たって圧縮するように構成された圧縮性材料から形成される、請求項３９に記載のヘルメット。
【請求項４１】
前記少なくとも１つのエネルギー緩衝装置が、
前記対応する緩衝穴に対して固着される外側固定具と、
前記外側固定具を前記振子塊に弾性的に結合する外側可撓首部と、
前記振子塊に接続される内側可撓首部と、
前記内側可撓首部において前記振子塊に弾性的に結合され、該内側可撓首部と前記頭部安定手段との間に延在する弾性部材と、を含む、請求項３８に記載のヘルメット。
【請求項４２】
前記弾性部材が、長手方向および横方向において長軸と位置合わせされる中立位置を有し、長軸に沿ってその長さを減少させるように中立位置から長手方向に圧縮可能であり、長軸に沿ってその長さを増加させるように長手方向に拡張可能であり、その両端を互いに横方向に変位させるように長軸の周りで可撓である、請求項４１に記載のヘルメット。
【請求項４３】
前記加えられた斜めの力に応じて、前記弾性部材が前記内側可撓首部の周りで偏向して、長軸に対して斜めに偏向する、請求項４１に記載のヘルメット。
【請求項４４】
前記加えられた斜めの力に応じて、前記振子塊の中心が、前記ヘルメットの着用者の頭部と係合する前記頭部安定手段に対して横方向に変位する、請求項３８に記載のヘルメット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は衝撃の保護に関し、より具体的には、頭部の衝撃の保護に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動する頭部への衝撃が頭部を迅速に減速させる可能性がある一方で、慣性が脳を前方へ移動させ続けて、頭蓋骨の内面に衝撃を与える。このような頭蓋骨に対する脳への衝撃は、脳への打撲傷（挫傷）および／または出血（大量出血）を引き起こす場合がある。したがって、頭部の減速は、頭部への衝撃によって引き起こされる脳損傷の重症度を判定する際に検討すべき重要な要因である。
【０００３】
頭部に対するあらゆる種類の衝撃では、頭部は線形加速と回転加速の組み合わせを受ける。線形加速は局所性脳損傷の原因となると考えられ、回転加速は局所性および広汎性脳損傷の両方の原因となると考えられる。
【０００４】
ヘルメットは、衝撃から頭部を保護するために使用することができる。しかしながら、すべてのヘルメットは、少なくともいくらかの質量を着用者の頭部に追加する。後で詳述するように、ヘルメットに質量を追加すると、より小さな質量のヘルメットと比較して、頭部および脳への回転加速および減速作用を増大する可能性がある。
【０００５】
線形および／または回転加速に対応するためにヘルメットで使用される様々な衝撃保護技術が提案されている。上記技術は、Ｏｍｉｎｉ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ（商標）（ＯＤＳ（商標））、複数衝撃保護システム（ＭＩＰＳ（登録商標））、ＳｕｐｅｒＳｋｉｎ（登録商標）、３６０度タービン技術を含む。
【０００６】
Ｏｍｉｎｉ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ（商標）（ＯＤＳ（商標））ヘルメットでは、外殻とライナーがＯＤＳ（商標）部品によって分離される。しかしながら、ＯＤＳ（商標）部品は、ヘルメットに質量と体積を追加する。また、ＯＤＳ（商標）部品は、外殻の内部に固着される硬質の部品を含む。その結果、ＯＤＳ（商標）システムは、硬質の部品を収容する硬質の頑丈なライナーを使用する必要がある。さらに、摩耗と破損のために、個々のＯＤＳ（商標）部品を取り外す可能性がある。
【０００７】
ＭＩＰＳ（登録商標）を組み込んだヘルメットでは、ヘルメットが外殻、内側ライナー、低摩擦層を含む。低摩擦層が頭部に接する発泡ライナーの内側に配置されるため、緩衝発泡ライナーは頭部に直接接触しない。しかしながら、摩擦層とその付属物の使用によって、ヘルメットの衝撃力を有効に吸収する能力が低下する。さらに、ＭＩＰＳ（登録商標）技術はヘルメットに質量と体積を追加する。
【０００８】
ＳｕｐｅｒＳｋｉｎ（登録商標）ヘルメットでは、膜と潤滑剤との層がヘルメットの外殻に貼付される。該層は外殻と衝撃面との間の摩擦を低減することによって、頭部および脳への角（回転）作用を低下させる。
【０００９】
３６０度タービン技術を備えたヘルメットでは、複数の円形タービンが、頭部に接する発泡ライナーの内側に配置される。この技術はヘルメットに最小限の質量を追加する一方で、タービン部分を摩耗および破損から守るが、衝撃時にヘルメットの着用者を保護することはできない。
【００１０】
ＳｕｐｅｒＳｋｉｎ（登録商標）技術を例外とすると、上記のヘルメット技術は、減速を制限する要因として、ヘルメットの全厚と質量を考慮に入れていない。また、上述のヘルメット技術は、より硬質で頑丈なライナー（発泡ポリスチレンまたはその他の発泡体）の導入を奨励している。しかしながら、より硬質で頑丈なライナーは、並進および角衝撃力を吸収するヘルメットの有効性に悪影響を及ぼす場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、上記したヘルメットをより向上させたヘルメットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
高および低衝撃に関する並進力または角力を吸収するヘルメットの能力を損なわずに、頭部および脳への角加速および減速作用を低減することによってヘルメットを改良する振子型緩衝システムについて記載する。本開示は、頭部への回転および角加速および減速作用に対する保護用のすべてのヘルメットに関する。
【００１３】
一実施形態によると、振子型緩衝システムは、斜めからの衝撃の保護のためにヘルメット厚内に設けられて、ヘルメットの着用者の脳への角加速および減速作用を低減する。
振子型緩衝システムは、外側からヘルメットの外殻面だけでなくヘルメットの内部にも印加されるトルクに反応する。斜めからの衝撃時、緩衝システムは、トルクが最初にヘルメットの外殻に印加されたとき、ヘルメット内にトルクが伝播するのを待つ代わりに即座に反応する。対照的に、既存のシステムは、ヘルメットの内部に遅れて印加されるトルクにのみ反応する。
【００１４】
一実施形態によると、ヘルメットは、硬質の外殻と、硬質の外殻の内面と接触する圧縮性ライナーと、圧縮性ライナーの内面と接触するコンフォートライナーとを備える。緩衝穴は、長軸に沿って長手方向に硬質の外殻、圧縮性ライナー、コンフォートライナーを通って画定される。ヘルメットは、緩衝穴に配置され、外殻からコンフォートライナーまで長手方向に延在する振子型緩衝システムをさらに含む。振子型緩衝システムは、緩衝穴内を横方向に変位可能な振子塊を有する。
【００１５】
振子型緩衝システムは、硬質の外殻に装着される外側固定具と、外側固定具に弾性的に結合されるロッドであって、ロッドに結合される振子塊まで長手方向内方に延在するロッドと、振子塊に弾性的に結合され、前記振子塊から長手方向かつ内側に間隔をおいて配置される頭部安定手段とを含むことができる。頭部安定手段は、ヘルメットの着用者の頭部と直接係合し、振子塊を着用者の頭部に結合するように構成される。振子型緩衝システムは、振子塊と頭部安定手段との間に延在する弾性部材も含むことができる。衝撃中に外殻に外側から印加されるトルクに応じて、振子塊は緩衝穴で横方向および／または長手方向に振動して、衝撃のエネルギーの放散を促進する。
【００１６】
別の実施形態によると、ヘルメットは、硬質の外殻と、硬質の外殻の内面と接触する圧縮性ライナーと、圧縮性ライナーの内面と接触するコンフォートライナーと、を備える。緩衝穴は、長軸に沿って長手方向に硬質の外殻、圧縮性ライナー、コンフォートライナーを通って画定される。ヘルメットは、緩衝穴に配置され、外殻からコンフォートライナーまで長手方向に延在する振子型緩衝システムをさらに含む。緩衝システムは、外殻に装着される外側圧縮性ディスクと、外側ディスクに結合されるロッドであって、ロッドに結合される内側圧縮性ディスクまで長手方向内方に延在するロッドと、圧縮性ライナーに装着される内側圧縮性ディスクと、内側圧縮性ディスクに弾性的に結合され、内側圧縮性ディスクから長手方向かつ内側に間隔をおいて配置される頭部安定手段とを含む。頭部安定手段は、ヘルメットの着用者の頭部と係合するように構成される。ロッドは剛体であっても、あるいは圧縮性を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ユーザが着用するヘルメットと地面との衝撃に伴う力を示す図である。
【図２】斜めからの衝撃の結果、ヘルメットに印加されるトルクを示す図である。
【図３】斜めからの衝撃中の図２のヘルメットの着用者の脳を示す概略断面図である。
【図４】図２のヘルメット内の頭部の角加速および減速中心を示す図である。
【図５】２つのレベルの衝撃慣性に関して、死体頭部に加えられる質量が死体の回転加速に及ぼす影響を示すグラフである。
【図６ａ】本開示に係る振子型衝撃緩衝システムの一実施形態の概略断面図である。
【図６ｂ】図６ａに示す振子型衝撃緩衝システムの上部の分解概略断面図である。
【図６ｃ】図６ａの緩衝装置の実施例を示す等角図である。
【図６ｄ】図６ｃの６−６に沿った図６ｃの緩衝装置の断面図である。
【図７ａ】複数の緩衝装置とストラップを採用するシステムの一実施形態を示す図である。
【図７ｂ】図７ａに示すストラップの一部を示す図である。
【図８ａ】斜めからの衝撃によって生成される第１の段階（加速「スピンアップ」）中の反応を示す、図６ａの振子型衝撃緩衝システムの概略断面図である。
【図８ｂ】図８ａの振子型衝撃緩衝システムの上部の分解概略断面図である。
【図９ａ】第１の段階後の第２の段階（加速「スピンダウン」）中の反応を示す、図８ａの振子型衝撃緩衝システムの概略断面図である。
【図９ｂ】図９ａの振子型衝撃緩衝システムの上部の分解概略断面図である。
【図１０ａ】本開示に係る振子型緩衝システムの第２の実施形態の概略断面図である。
【図１０ｂ】図１０ａに示す振子型衝撃緩衝システムの上部の分解概略断面図である。
【図１１ａ】本開示に係る緩衝システムの第３の実施形態の概略断面図である。
【図１１ｂ】斜めからの衝撃によって生成される第１の段階（加速「スピンアップ」）中の反応を示す、図１０ａの緩衝システムの概略断面図である。
【図１１ｃ】第２の段階（加速「スピンダウン」）中の反応を示す、図１０ａの緩衝システムの概略断面図である。
【図１２】拘束システムの別の実施形態を含むヘルメットの一実施形態の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
衝撃の種類は、並進（線形）力を伴う衝撃と回転力を伴う衝撃として分類することができ、それらは共にまたは別々に発生する場合がある。純並進力を伴う衝撃の場合、ヘルメットをかぶったライダーの頭部は、脳の松果体領域に位置する脳の重心を中心とした回転ではなく、直線状の急速な加速または減速運動を受ける。純回転力を伴う衝撃の場合、ヘルメットをかぶった頭部は、脳の重心を中心とした急速な回転加速または減速を受ける。
【００１９】
図４は、頸椎下部の第六頸椎辺りの角加速（および減速）の中心を示す。純角加速を伴う衝撃の場合、脳の重心は、角加速の中心から前方、後方、または側方に急激に傾く。頸椎の上部または頭蓋骨の基部に位置する角加速の中心を巻き込む衝撃の場合、頭部は脳により大きな回転加速および減速作用を受ける。後で詳述するように、ヘルメットをかぶった頭部が受ける回転加速度が大きくなるほど、脳が受ける剪断損傷が大きくなる。後で詳述するように、角加速および減速の大きさと継続期間が、受けた脳損傷の重篤度を決定する。
【００２０】
多くの衝撃は並進力と回転力の組み合わせを伴う。衝撃に関する力を図１に示す。これらは、ヘルメットをかぶった頭部（＋身体）の重量である重力による下向き力＋Ｆｇと、ヘルメットをかぶった頭部に作用する衝撃面による反力である上向き力−Ｆｇ（ニュートンの運動の第三法則：すべての作用には、等しく逆向きの反作用が生じる）と、ヘルメットをかぶったライダーの頭部に作用する合成力の並進成分であり、常に前方に作用する水平印加力Ｆａｐｐｌｉｅｄと、ヘルメットの外殻に作用する道路面により、常に水平印加力の反対に作用する水平摩擦力Ｆｆｒｉｃｔｉｏｎとを含む。
【００２１】
図２を参照すると、ヘルメットの右側でバイザーの上に示される斜めからの衝撃の結果、ライダーの頭部（および身体）は、回転点を中心に作用する合成力の回転成分である激しい捻れ力を受ける。ヘルメットの外殻と道路面との間で生成される摩擦によって、ヘルメットに瞬間的な把持作用が生成される結果、ヘルメットをかぶったライダーの頭部がトルクを受けて脳に減速または加速作用が生じる。（たとえば、オートバイのライダーやサイクリストが経験する）多くの外傷性頭部損傷は一般的に、ヘルメットをかぶった頭部が硬い道路面または他の固定物による斜めからの衝撃を受ける結果として生成される回転力が原因である。
【００２２】
図３は、図２のヘルメットの着用者の脳の概略図であり、説明の明瞭化のために頭蓋骨の頂部を除いている。脳は頭蓋骨内で脳脊髄液に浮遊しているゼリー状の軟組織である。脳は３つの膜層で覆われ、硬膜と呼ばれる最外層が、頭蓋骨内で脳を浮遊させる役目を果たす様々な縫合点で頭蓋骨の内部に接続される。急速な回転加速または減速が生じると、剪断力が様々な縫合点および脳の異なる塊に影響を及ぼして、神経軸索線維を伸張し引裂き、架橋血管を破断させる。回転加速の２つの許容限度が、脳震盪では１８００ｒａｄ／ｓ２、架橋血管の破断では５０００ｒａｄ／ｓ２と報告されている。剪断力は、異なる密度の脳組織間の接合部で主に発生する。たとえば、灰白質は白質よりも密度が高いため、脳の各部は頭蓋骨内で異なる速度で移動する。たとえば、脳の内部は脳の外部よりも遅れる。脳組織は許容限度を超えて加速または減速されるときに損傷を受ける可能性がある。
【００２３】
さらに、角加速および減速の大きさと継続時間は、受けた脳損傷の重症度に影響を及ぼす可能性のある要因である。概して、ヘルメットの衝撃力の印加時間が長いほど、ヘルメットが衝撃力を吸収するために行わなければならない仕事量は少なくなる。これは以下の力積の式に基づく。
【００２４】
Ｆ×ｔ＝ｍ×Δｖ      （１）
ここで、Ｆは衝撃力、ｔは力の印加時間（衝撃相互作用時間）、ｍはヘルメットの質量、Δｖは速度変化を表す。言い換えると、ヘルメットは衝撃の相互作用時間全体にわたって衝撃力を吸収するために機能する。
【００２５】
一部の発泡ヘルメットは単密度硬質発泡体から成る（たとえば、自転車のヘルメットに使用される発泡体と同様）。このような硬質の発泡ヘルメットでは、衝撃を受けたときに短い衝撃時間と大きな減速が頭部にかかるため、ヘルメットは衝撃力を吸収するのに比較的大きな仕事量を実行しなければならない。通常、硬質の発泡ヘルメットは衝撃力を吸収できず、ヘルメットを通じて頭部に伝わる力をほとんど低減しない。
【００２６】
また、一部のヘルメットは、圧縮性発泡材料を含み、発泡体の圧縮により、漸次的な減速を提供する。このような材料の圧縮は頭部の減速を低下させることができるため、衝撃の相互作用時間が長くなる。衝撃時間が長引く結果として、ヘルメットを通じて頭部に伝わる力が（ヘルメットに硬質発泡ライナーが使用された場合の頭部衝撃と比較して）低減される。
【００２７】
上述したように、脳の回転加速は、衝撃の大部分で単独では発生しない。しかしながら、頭部と首部間の相互作用は、衝撃時に角加速を生成する方を可とする。並進と回転加速の組み合わせの場合、角加速は頭部の慣性損傷の最も一般的な形である。図４は、頸椎下部の第六頸椎辺りの角加速（および減速）中心を示す。角加速を含む衝撃の場合、脳の重心は、首部の角中心を中心として前方、後方、または側方に急激に傾く。頸椎の上部または頭蓋骨の基部での角加速中心を巻き込む衝撃の場合、頭部は脳にさらに大きな回転加速および減速作用を受ける。
【００２８】
ライダーの頭部上のヘルメット１の質量が大きいほど、大きな回転加速または減速作用が脳に作用する。図５は、２つのレベルの衝撃慣性に関して、死体の頭部に追加される質量が死体の回転加速に及ぼす影響を示す。平均的なヒトの頭部の重量は約１．５キログラムである。図５に示すように、ヘルメットに加えられる質量の回転加速への影響は緩やかに１０００グラムまで増大するが、その後、１０００グラムを超えるとより高い割合で増大する。また、ヘルメットに追加される質量が回転加速に及ぼす影響は、高い衝撃慣性レベルよりも低い衝撃慣性レベルで顕著である。したがって、ヘルメットに加えられる質量を最小限に抑えることは、脳への回転加速および減速作用を低減するのに有効である。
【００２９】
図６ａおよび６ｂは、着用者の頭部２に装着され、１以上の振子型衝撃緩衝装置３の一実施形態に組み込むように構成されるヘルメット１の概略断面図である。まず、振子型衝撃緩衝装置３の断面図である図６ａを参照すると、振子型衝撃緩衝装置３は、ヘルメット１の厚さを貫通して画定される円形緩衝穴４内に少なくとも部分的に配置される。一実施形態では、穴４はヘルメット１の外側からヘルメット１の内側まで長軸Ａ−Ａを中心にして長手方向に延在する。図６ａでは、振子型緩衝装置３は、長軸Ａ−Ａに略平行に延在する中立の非変形位置で示されている。緩衝装置３は外側端３ａから内側端３ｂまで延在する。
【００３０】
本明細書で使用するとき、「内側」、「内方」、「内方に」という文言は、ヘルメットの外側から着用者の頭部２に向かう方向を指し、「外側」、「外方」、「外方に」という文言は、ヘルメットの内側から着用者の頭部２から離れてヘルメットの外側に向かう方向を指す。また、本明細書で使用するとき、長手方向と横方向という文言はそれぞれ、緩衝穴４の長軸Ａ−Ａに平行な方向と緩衝穴の軸を横断する方向とを指す。
【００３１】
ヘルメット１は、硬質の外殻５と、外殻５の内側接触面に接して延在する緩衝ライナー６とをさらに含むことができる。緩衝ライナー６は、たとえば、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）などの発泡体から作製することができる。もしくは、緩衝ライナー６は粘弾性材料で作製することができる。緩衝装置３の外側端３ａは外殻５に装着される。緩衝装置３は、オートバイ、自転車、スキー、スケート、フットボール、乗馬を含む所望のヘルメットだけでなく、建設労働者、救急救命士、軍人らが使用するヘルメットと共に利用することができる。
【００３２】
ヘルメット１は、緩衝ライナー６の内側接触面６ａに接して延在するコンフォートライナー７も含む。コンフォートライナーは、椅子用パッドに似た緩衝性発泡体で作製してもよい。コンフォートライナー７の内側は、緩衝装置３の内側端３ｂに装着される頭部安定手段１２から離して配置される。
【００３３】
緩衝穴４は、長軸Ａ−Ａを中心に共軸に配列された、第１の長手方向に延在する部分４ａと第２の長手方向に延在する部分４ｂによって画定される。図６ａに示す実施形態では、２つの部分４ａ、４ｂは異なる直径を有する。すなわち、第２の部分４ｂは、第１の部分４ａよりも大きな直径を有する。一実施形態では、第１の部分４ａは、硬質の外殻５の外側から緩衝ライナー６内に位置する遷移点４ｃまで内方に延在する。別の実施形態では、緩衝穴４は硬質の外殻５を貫通して延在することができない。遷移点４ｃは、緩衝穴４の２つの部分４ａ、４ｂの直径が変動する点である。第２の部分４ｂは、遷移点４ｃからコンフォートライナー７の内側７ａまで延在する。
【００３４】
緩衝装置３は概念上、以下の部分：１）外側固定具８、２）外側首部１４、３）シャフト９、４）振子塊１０、５）弾性部材１１、６）頭部安定手段１２に分割することができる。
【００３５】
外側固定具８は、ヘルメット１の外殻５および／または緩衝ライナー６に装着（たとえば、粘着、融合、接着など）することができる。図６ａに示す実施形態では、外側固定具８の側面８ａは、緩衝ライナー６の外側厚内の穴４の第１の部分４ａの補完接触面に装着することができる。一実施形態では、固定具８の外側端８ｂは、硬質の殻５の外面５ａと面一にする、あるいは外面５ａから突出させることができる。もしくは、穴４が硬質の外殻５を貫通して延在しない場合、固定具の外側端は硬質の外殻５の内面５ｂと接触することができる。
【００３６】
可撓首部１４は外側固定具８から内方に延在する。可撓首部１４は少なくとも１つの狭部または先細部を含み、図６ａに示すように略砂時計の形状で形成することができる。外側首部１４はシャフト９の外側端９ａにも連結される。シャフト９および可撓首部１４は穴４の内面から離して配置され、接触しない。首部１４はシャフト９と外側固定具８との間に弾性の可撓接続部を提供し、後で詳述するように、シャフト９が少なくとも１つの構成において長軸Ａ−Ａに対して斜めに偏向するように首部１４を中心に旋回することができる。図６ａに示す中立の非変形位置では、シャフト９は円形緩衝穴４内で長軸Ａ−Ａと平行に可撓首部１４からだらりと垂れ下がる。また、図６ａに示す中立位置では、外側固定具８、首部１４、シャフト９が長軸Ａ−Ａに沿って共軸に延在する。
【００３７】
シャフト９の内側端９ｂは振子塊１０に連結される。図６ａに示す実施形態では、振子塊１０の直径は、固定具８とシャフト９の直径よりも大きいが、緩衝穴４の第２の部分４ｂの直径よりも小さい。よって、図６ａに示す中立位置では、振子塊１０は緩衝穴４の第２の部分４ｂから横方向に間隔をおいて、緩衝穴４の第２の部分４ｂから遷移点４ｃのちょうど内側に緩く垂れ下がる。
【００３８】
振子塊１０は弾性部材１１の外側端１１ａに連結される。振子塊１０と弾性部材１１との間の接続部は可撓であり、弾性を有する。弾性部材１１は拡張可能であり、圧縮可能であり、長軸Ａ−Ａを中心に旋回可能であり、振子塊１０が穴４の第２の部分４ｂ内を長手方向および横方向に移動することができる。弾性部材１１は、緩衝装置３が中立位置から偏向するとき、たとえば、後で詳述するように衝撃時に振子塊１０が長軸Ａ−Ａに対して横方向に移動するとき、剪断、回転滑り、圧縮のうちの１つ以上の形で弾性変形するように構成される。弾性部材１１は、本明細書において後で詳述するように、長軸Ａ−Ａに対して斜めに偏向してから、図６ａに示す非偏向位置に戻る。弾性部材１１は中実とすることができる、あるいは管状および中空として、長手方向の圧縮を促進することができる。
【００３９】
弾性部材１１の内側端１１ｂが頭部安定手段１２に接続される。頭部安定手段１２と弾性部材１１との間の接続部は可撓であり弾性を有するため、弾性部材１１は、頭部安定手段１２に対して横方向斜めに偏向し、頭部安定手段１２に対して長手方向に延在し圧縮させることができる。頭部安定手段１２の内面は、頭部の冠部などの頭部２の所定位置またはその近傍で頭部２と接触する、あるいはその以外の形で頭部２と係合するように構成される。頭部安定手段１２は、コンフォートライナー７の緩衝作用を向上させ、ヘルメット１内に頭部２を保持するための安定性も追加することができる。間隙２２は、頭部安定手段１２とコンフォートライナー７の内面７ａとの間で画定される。間隙２２は、気流が穴４を出入りするアクセスを提供する。使用中のヘルメット１と頭部２との間の相対移動により、間隙２２は寸法を変更する、あるいは一時的に閉鎖することさえできる。
【００４０】
図６ｂは、図６ａの上部の分解図である。図６ｂに示すように、外側固定具８は２つの通気孔１３を画定することができる。通気孔１３は、外側固定具８を通って長手方向に延在する円柱状貫通孔として形成することができる。通気孔１３は、外殻５に形成される穴と並べることができる。通気孔１３を使用して、ヘルメット１の外部とヘルメット１の内部との間で空気を通す。これに関連し、通気孔１３は、空気が通気孔１３と間隙２２との間の穴４を流れるように間隙２２と連通する。
【００４１】
一実施形態では、緩衝穴４の第１の部分４ａの直径は１０ｍｍ〜３０ｍｍとし、緩衝穴４の第２の部分４ｂの直径は２０ｍｍ〜４０ｍｍとすることができる。また、円柱状シャフト９と緩衝穴４の第１の部分の間の横方向距離は２ｍｍ〜１０ｍｍとし、振子塊１０の外周と緩衝穴４の第２の部分との間の距離は最大１０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍとすることができる。一実施形態では、第１の部分４ａの長は２５ｍｍ〜６０ｍｍとすることができる。
【００４２】
図６ｃは緩衝装置３の一実施形態の等角図であり、図６ｄは図６ｃの線６−６に沿った緩衝装置３の断面図である。図示する実施形態では、首部１４の外面間に含まれる角度αは約１２７±１０度であり、弾性部材１１の外面間に含まれる角度βは約１１０±１０度である。また、図６ｃでは、頭部安定手段１２は６０ｍｍの直径を有し、振子塊１０は３０ｍｍの直径を有し、円柱状外側固定具８は３０ｍｍの直径を有する。振子塊１０は頭部安定手段１２から長手方向に約１５ｍｍ離して配置され、円柱状部８から長手方向に約２０ｍｍ離して配置される。
【００４３】
緩衝装置３は、緩衝装置３の部分全体を通じて均一な密度のゴムまたはポリウレタン（ＰＵ）で一部または全部を作製することができる。また、緩衝装置３は、ウレタンフォーム（ｐｏｒｏｎ（登録商標））、粘弾性非ニュートンシリコーン（ａｒｍｏｕｒｇｅｌ）、膨張性非ニュートン流体（Ｄ３０（登録商標））、またはその他の適切な材料のうちの少なくとも１つで一部または全部を作製することができる。緩衝装置３は、一体化部材、あるいは外側固定具８、外側首部１４、シャフト９、振子塊１０、弾性部材１１、頭部安定手段１２のうちの１つ以上のアセンブリとして構築することができる。一実施形態では、振子型緩衝装置３の上記部分はそれぞれ同一または異なる圧縮性または剛性を有することができ、剛性は圧縮性に反比例する関係を有する。一実施形態では、外側固定具８とシャフト９が最も高い剛性を有し、振子塊１０、弾性部材１１、頭部安定手段１２が比較的低い剛性を有することができる。本開示の教示によると、緩衝装置３の各部の圧縮性または剛性に合わせて採用される材料と選択される値により、緩衝装置３は斜めからの衝撃または並進衝撃時の角加速および減速を吸収する際に所望の効果を実現することができる。
【００４４】
図７ａは、複数の緩衝装置１０３がヘルメット１などのヘルメットの搭載パターンで配列される構造例を示す平面図である。図７ａの実施例では、ヘルメットは説明の明瞭化のために図示しない。緩衝装置１０３は緩衝装置３と同じであるが、頭部安定手段１１２が穴１８ａの複数セット１８を画定することで頭部安定手段１２から変更されている点で異なる。穴１８ａの機能は後で詳述する。穴１８ａの各セット１８は相互に放射方向に間隔をおいて配置される。また、各セット１８は、隣接セット１８から周方向に均等に間隔をおいて配置される。図７ａに示す実施形態では、穴１８ａの隣接セット１８は約４５度間隔をおいて配置される。
【００４５】
緩衝装置１０３は複数の可撓連結手段１７によって接続される。本実施例では、図示される５つの緩衝装置１０３は、搭載パターンで異なる位置に搭載される。緩衝装置１０３は、１つの中央安定手段１１２ａがヘルメットに配置されて頭部の冠部と接触し、２つの頭部安定手段１１２ｂ、１１２ｃが頭部の右前部および左前部に接触し、２つの頭部安定手段１１２ｄ、１１２ｅが頭部の右後部および左後部に接触するように位置決めされる。図７ａに示すように、４つの頭部安定手段１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅは、中央安定手段１１２ａを中心に正方形パターンで配列される。
【００４６】
５つの頭部安定手段１１２ａ〜１１２ｅは可撓連結手段（たとえば、バンドまたはストラップ）１７によってまとめて連結され、そのうちの１つを図７ｂでさらに詳細に示す。具体的には、中央安定手段１１２ａを囲む４つの安定手段１１２ｂ〜１１２ｅが連結手段１７によって正方形パターンで連結され、これら４つの安定手段１１２ｂ〜１１２ｅはそれぞれ、ｘパターンで他の連結手段１７によって中央安定手段に連結される。可撓連結手段１７は、対応する穴（たとえば、ヘルメット１の穴４）への各緩衝装置１０３の振子塊１１０の位置決めを簡易化することによって、頭部に対して各頭部安定手段１１２ａ〜１１２ｅを正確に位置決めする。各連結手段１７は、両端部で一対の安定手段１１２に連結される。
【００４７】
図７ｂにさらに詳細に示すように、各連結手段１７は、連結手段１７の内側対向面２０から内方に延在する突起１９ａの複数セット１９を有する。突起１９ａの各セット１９は、連結手段１７の穴１８ａの対応するセット１８に収容されるように構成される。一実施形態では、連結手段１７は可撓プラスチックから成り、野球帽の跳ね返りストラップのように構成することができる。各連結手段１７は、連結手段１７の端部間の中心に貫通孔２１（図７ａ）も有する。頭部安定手段１１２ａ〜１１２ｅは、連結手段１７を通じて保持システム（図示せず）に結合されて、ヘルメットをユーザの頭部または顎に装着する。たとえば、一実施形態では、図１２に示すような顎ストラップを頭部安定手段１１２ａ〜１１２ｅに連結される連結手段１７の穴２１に連結することができる。
【００４８】
様々な寸法の頭部に適合するヘルメットの寸法差によって、頭部安定手段１１２間の間隔が変動する可能性がある。したがって、このような寸法差を調整するため、連結手段１７は、連結手段１７が結合されるヘルメットの寸法に基づいて長さを調節できるように製造することができる。一実施形態では、たとえば、連結手段１７は、均等に間隔をおいて配置された突起のセット１９が延在する連持続ストリップ材で作製することができ、そのストリップ材を、ヘルメットの寸法に合わせて頭部安定手段１１２の間隔に基づく長さに切断することができる。もしくは、別の実施形態では、連結手段１７は、たとえば、上述した２ピース型の調節可能な跳ね返り式野球帽と同様に、突起１９ａの一連のセット１９を有する１ピースと、突起１９ａを収容することができる貫通孔１８ａの一連のセット１８を有する別の嵌合ピースとで２ピースのアセンブリとして作製することによって、切断することなく調節可能に構成することができる。
【００４９】
ヘルメット１に対して衝撃がかかる場合、緩衝装置３と上述するヘルメット１との間で相対運動が生じ、緩衝装置３は６ａに示す中立位置から偏向する。図２に示すようにヘルメット１に斜めからの衝撃がかかる場合、衝撃は２段階の事象、すなわち、第１のスピンアップ段階と、第１のスピンアップ段階後の第２のスピンダウン段階とみなすことができる。
【００５０】
図８ａは、第１のスピンアップ段階中、中立位置から偏向した後の図６ａの緩衝装置３の状態を示す。ヘルメット１は、斜めからの衝撃を受けると、ヘルメット１の外殻５に印加される外部トルクにより角加速（「スピンアップ」と称する）を受ける。外部トルクは、図８ａで左方に向く矢印で表される。印加された外部トルクに応じて、印加トルクに対抗する緩衝装置３の慣性反応が生じ、この反応は図８ａで右方に向く矢印で表される。これに関連し、緩やかに垂れ下がる振子塊１０は同じ運動状態（停止）を維持する一方、外殻５、ライナー６、コンフォートライナー７は左方に移動することによって、シャフト９の狭い首部１４、弾性部材１１、シャフト９と振子塊１０との間、振子塊１０と弾性部材１１との間で屈曲／撓み／剪断が生じる。トルクが十分に大きい場合、振子塊１０は、図８ａに示すように、穴４の第２の部分４ｂを囲むライナー６の内面と接触することができる。緩衝装置３の慣性作用の結果、頭部安定手段１２は頭部２と係合するため、頭部２がヘルメット１内で静止し続けることによって、脳にかかる角加速作用が低減される。図８ｂは、図８ａに示すヘルメット１の上部の分解図であって、通気穴１３と首部１４の撓みを示す。
【００５１】
スピンアップ段階後、「スピンダウン」段階が開始され、その間、ヘルメット１は角（回転）減速を受け、スピンアップ段階中とは反対方向のトルク（図９ａで右方に向く矢印で表される）を受ける。外殻５、ライナー６、コンフォートライナー７が右方に移動することによって、シャフト９の狭い首部１４、弾性部材１１、シャフト９と振子塊１０との間、振子塊１０と弾性部材１１との間で屈曲／撓み／剪断が生じる。スピンダウン段階中、塊１０はスピンアップ段階中と反対の長軸Ａ−Ａの側に移動する。緩衝装置３、特に振子塊１０の慣性反応により、頭部安定手段１２は、ヘルメット１内で静止状態を保つことによって脳への角減速作用を低減するように頭部２と係合する。図９ｂは、図９ａに示すヘルメット１の上部の分解図であり、通気穴１３を示す。スピンダウン段階後、振子塊１０は図６ａに示すように長軸Ａ−Ａに沿って中立位置に戻るため、振子塊は斜めからの衝撃を受けた後の長軸Ａ−Ａを中心とした最大限の揺れを既に完了している。
【００５２】
ヘルメット１は、純粋な斜めからの衝撃ではない外部からの力を受ける場合もある。たとえば、ヘルメット１は、長手方向に向けられる分解成分を備える外部からの力を受ける場合もある。上述したように、緩衝装置３の少なくとも弾性部材１１は圧縮性を有し、長手方向に拡張可能であるため、ヘルメットが長手方向の外部からの力を受ける場合、外殻５とコンフォートライナー７との間の相対運動によって、緩衝装置３がばねの様に圧縮して、発泡ライナー６と共に衝撃力の一部を吸収する。
【００５３】
図１０ａは、振子型衝撃緩衝装置２０３の別の実施形態を示す断面図であり、この緩衝装置２０３は緩衝装置３と構造上類似するが、類似の構成要素には「２００」を追加する。弾性部材２１１は、撓み、屈曲し、剪断変形するように構成される。緩衝装置２０３と緩衝装置３との主な差異は、緩衝装置２０３の振子塊２１０の直径が塊１０の直径より大きいために、図１０ａに示す中立位置では、塊２１０が緩衝穴２０４の第２の部分２０４ａの内面と接触することである。塊２１０はゴムなどの圧縮性材料で形成することができる。中立位置で塊２１０が第２の部分２０４ａの内面と接触することを鑑みると、塊１０が緩衝装置３で首部１４を中心に揺動するよりも塊２１０は首部２１４を中心に小さく揺動する。その代わり、図８ａ〜９ｂを参照して上述したように、斜めからの衝撃事象中、シャフト２０９が長軸Ａ−Ａに対して斜めに偏向し、塊２１０は発泡ライナー２０５に当たって横方向に圧縮し易くなり、エネルギーを吸収するように働く。塊２１０の材料特性は、スピンアップおよびスピンダウン段階中に所望の慣性を達成するように選択することができる。たとえば、より長いスピンアップ時間を達成するには、塊２１０に圧縮性が高い材料を選択し、より短いスピンアップ時間を達成するには、塊２１０に圧縮性が低い材料を選択することができる。
【００５４】
図１０ｂは、円柱状上部２０８の対向側に２つの縦型円柱状通気孔２１３を任意で組み込んだ図１０ａの上部の分解断面図である。通気孔２１３は円柱状貫通孔として形成することができる。円柱状通気孔２１３を使用して、緩衝穴２０４を介してヘルメットの外側とヘルメットの内側との間で空気を通すことができる。
【００５５】
図１１ａは、ヘルメット５０１の厚さを貫通する円形緩衝穴５０４に少なくとも部分的に配置される振子型衝撃緩衝装置５０３のさらに別の実施形態の断面図である。穴５０４は、ヘルメット５０１の外部からヘルメット５０１の内部まで長手方向に延在する。
【００５６】
ヘルメット５０１は、硬質の外殻５０５と、外殻５０５の内側接触面と接して延在する緩衝ライナー５０６とを含む。緩衝ライナー５０６は、たとえば、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）などの発泡体で作製することができる。もしくは、緩衝ライナー５０６は粘弾性材料で作製することができる。緩衝装置５０３の外側端５０３ａは外殻５０５に連結することができる。ヘルメット５０１は、緩衝ライナー５０６の内側接触面に接して延在するコンフォートライナー５０７をさらに含む。コンフォートライナー５０７は、緩衝装置５０３の内側端５０３ｂに連結される頭部安定手段５１２から離して配置される。図１１ａに示す実施形態はコンフォートライナー５０７と直接接触する弾性部材５１１を示しているが、弾性部材５１１はコンフォートライナー５０７から横方向に離して、弾性部材５１１の横幅よりもわずかに大きい掘削穴５０４ｂに配置することもできる。
【００５７】
長手方向に延在する穴５０４は、図１１ａおよび１１ｂに示すように、直径が同一であっても異なっていてもよい第１の部分５０４ａと第２の部分５０４ｂから成る２つの部分によって画定される。図１１ａでは、第１の部分５０４ａは硬質の外殻５０５の外側から、緩衝ライナー５０６とコンフォートライナー５０７との界面に位置する遷移点５０４ｃまで内方に延在する。第２の部分５０４ｂは、遷移点５０４ｃからコンフォートライナーを通って、コンフォートライナー５０７の内側５０７ａまで延在する。遷移点５０４ｃは、穴５０４の２つの部分５０４ａおよび５０４ｂの直径が変動する点である。これに関連し、第２の部分５０４ｂは第１の直径５０４ａよりも小さな直径を有する。
【００５８】
緩衝システム５０３は概念上、１）外側ディスク５０８、２）シャフト５０９、３）内側ディスク５１０、４）弾性部材５１１、５）頭部安定手段５１２に分割することができる。
【００５９】
外側ディスク５０８はヘルメット５０１の外殻５０５に装着される（たとえば、粘着、融合、接着など）。図１１ａに示すように、縁部またはフランジ５０８ａは外殻５０５の外面と係合する外側ディスク５０８の周囲から延在することができる。外側ディスク５０８はゴムなどの圧縮性材料で作製される。外側ディスク５０８は、緩衝穴５０４に部分的に埋め込まれるように、緩衝穴５０４の第１の部分５０４ａと略同じ直径を有する。外側ディスク５０８は外殻５０５および／または発泡ライナー５０６に装着することができる。外側ディスク５０８は、外側ディスク５０８の長手方向中央に形成される穴５０８ｂを有する。中央穴５０８ｂは、シャフト５０９の上端５０９ａを収容し固定する。少なくとも１つの実施形態では、緩衝システム５０３全体がアセンブリではなく一体ピースとして形成することができる。
【００６０】
シャフト５０９は、外側ディスク５０８から、内側ディスク５１０に形成される中央開口部５１０ａに収容され固定される内側端５０９ｂまで内方に延在する。シャフト５０９は、硬質ゴムで作製することができる剛体ロッドであってもよい。シャフト５０９は穴５０４の内面から間隔をおいて配置され、内面とは接触しない。図１１ａに示す中立の非変形位置で、外側ディスク５０８、シャフト５０９、内側ディスク５１０は長軸Ａ−Ａに沿って共軸で延在する。
【００６１】
縁部またはフランジ５１０ｂは、内側ディスク５１０の周囲から延在して、発泡ライナー５０６の内面に係合することができる。内側ディスク５１０はゴムなどの圧縮性材料で作製することができる。内側ディスク５１０は、緩衝穴５０４の第１の部分５０４ａと略同一の直径を有するため、外側ディスク５１０は緩衝穴５０４の内面と接触する。内側ディスク５１０は発泡ライナー５０６に装着することができる。
【００６２】
弾性部材５１１は緩衝穴５０４の第２の部分５０４ｂを通って延在する。ロッド５０９の内側端５０９ｂは、弾性部材５１１の外側端５１１ａに連結することができる。弾性部材５１１は、長手方向に圧縮し、長軸Ａ−Ａに対して旋回するように構成される。弾性部材５１１は、ゴム、ウレタンフォーム（ｐｏｒｏｎ（登録商標））、粘弾性非ニュートンシリコーン（ａｒｍｏｕｒｇｅｌ）、膨張性非ニュートン流体（Ｄ３０（登録商標））、またはその他の適切な圧縮性材料のうちの少なくとも１つで形成することができる。少なくとも１つの実施形態では、部材５０８、５０９、５１０、５１１、５１２は、ＰＵ、ゴム、ウレタンフォーム（ｐｏｒｏｎ（登録商標））、粘弾性非ニュートンシリコーン（ａｒｍｏｕｒｇｅｌ）、膨張性非ニュートン流体（Ｄ３０（登録商標））、またはその他の適切な圧縮性材料のうちの１つから成る一体ピースとしてまとめて形成することができる。
【００６３】
頭部安定手段５１２は弾性部材５１１の内側端５１１ｂに連結される。頭部安定手段５１２は、コンフォートライナー５０７の内面５０７ｂから離して配置される。頭部安定手段５１２の内面は、頭部５０２の所定位置またはその近傍で頭部５０２と接触する、あるいはそれ以外の形で係合するように構成される。一実施形態では、ヘルメット５０１は、図７ａに示すパターンのようなパターンでヘルメット５０１内に配置される複数の緩衝装置５０３を含むことができる。
【００６４】
図１１ｂは、斜めからの衝撃のスピンアップ段階後の緩衝装置５０３の位置決めを示す。図１１ｂに示すように、斜めからの衝撃は、右方への矢印で示されるトルクを印加して、ロッド５０９を除くヘルメット５０１の構成要素を右方に移動させる。ロッド５０９は静止状態を保ち、頭部安定手段５１２を介して頭部５０２に結合される。相対運動および頭部安定手段５１２と頭部５０２との係合の結果、外側ディスク５０８と内側ディスク５１０は、剛体ロッド５０９によって穴５０４内で横方向に圧縮され、弾性部材５１１は長軸Ａ−Ａに対して屈曲／撓み／剪断のうち少なくとも１つが生じる。圧縮性ディスク５０８および５１０と弾性部材５１１によって吸収されたエネルギーは、頭部５０２に伝達されるトルクを低減する。
【００６５】
図１１ｃは、斜めからの衝撃のスピンダウン段階の緩衝装置５０３の位置決めを示す。「スピンダウン」段階中、ヘルメット５０１は角（回転）減速を受け、図１１ｃで左方を向く矢印によって示される（すなわち、スピンアップ段階中と反対方向の）トルクを受ける。外殻５０５、ライナー５０６、コンフォートライナー５０７が左方に移動する一方、ロッド５０９は静止状態を保ち、頭部安定手段５１２を介して頭部５０２に結合される。相対運動および頭部安定手段５１２と頭部５０２との係合の結果、外側ディスク５０８と内側ディスク５１が剛体ロッド５０９によって穴５０４内で横方向に圧縮される一方、弾性部材５１１は長軸Ａ−Ａに対して屈曲／撓み／剪断のうちの少なくとも１つを受ける。よって、スピンダウン段階中、ロッド５０９はスピンアップ段階中と反対の長軸Ａ−Ａの側に移動する。圧縮性ディスク５０８および５１０と弾性部材５１１によって吸収されたエネルギーは、頭部５０２に伝達されるトルクを低減する。
【００６６】
スピンダウン段階後、ディスク５０８および５１０は弾性的に拡張し、ロッド５０９は図１１ａに示すように長軸Ａ−Ａに沿った中立位置に戻るため、ロッド５０９は斜めからの衝撃を受けた後、長軸Ａ−Ａを中心にした最大限の揺れを既に完了している。
【００６７】
ロッド５０９は、比較的剛体である代わりに長手方向に圧縮性を有してもよいため、ロッド５０９と弾性部材５１１の両方とも長手方向に偏向することができる。ロッド５０９を圧縮性材料に変更することで、たとえば長手方向衝撃の際の緩衝システム５０３によるエネルギーの吸収を提供することができる。弾性部材５１１は、長手方向／並進衝撃中のエネルギー吸収も行う。
【００６８】
図１２は、着用者の頭部６０２に着用されたヘルメット６０１の別の実施形態を示す。ヘルメット６０１は、図６ａ〜６ｄのヘルメット１とほぼ同じように構成されるが、緩衝装置６０３がヘルメット６０１に搭載される点で異なる。緩衝装置６０３は緩衝装置３と同じ構造を共有し、類似の構成要素に「６００」が追加される。しかしながら、緩衝装置６０３は、図７ａに示すように構成される複数の緩衝装置のうちの１つに代えて、ヘルメット６０１で単独で使用できるように緩衝装置３よりも大きい寸法を有する。具体的には、このように大きな緩衝装置３は、図７ａに示すようにヘルメットで複数の構成要素を使用することの代替として、ヘルメットの冠部に配置することができる。緩衝装置６０３は頭部安定手段６１２を有し、該手段は、顎ストラップ６１５とユーザの顎の周囲に巻くことができる顎パッド６１６とに装着されて、頭部６０２にヘルメット６０１を保持し、頭部６０２に対する緩衝装置６０３の位置決めを簡易化する。頭部安定手段６１２は緩衝装置３の頭部安定手段１２よりもかなり大きく、頭蓋帽として形成することができる。頭蓋帽は額（生え際）の頂部と耳の上まで延在させることができる。顎ストラップ６１５は弾性を有し、ユーザの顎の下への顎パッド６１６の位置決めを簡易化することができる。顎ストラップ６１５を使用して、頭部６０２に対してヘルメット６０１を位置決めすることができるが、顎ストラップ６１５は、ヘルメット６０１を頭部６０２により確実に固定するために主顎ストラップ（図示せず）と併せて使用される副顎ストラップであってもよい。上記主顎ストラップは、外殻６０１の内面の両側（たとえば、頭部６０２の耳の下）に粘着させることができる。
【００６９】
振子型衝撃緩衝システムのいくつかの実施形態を説明および図示した。本発明の特定の実施形態を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものではなく、本発明は当該技術が許容する範囲の広さを有し、明細書も同様に解釈すべきであることが意図される。よって、特定の材料および構成を開示したが、他の材料および構成も利用することができると認識される。したがって、当業者であれば、請求されている発明の趣旨と範囲を逸脱せずに提供されている発明に対してさらに他の変更も行うことができると認識するであろう。
【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６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２】
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