用于减振的材料和包含这种材料的可穿戴衣物

技术领域

本发明总体涉及一种适于用在可穿戴衣物中的振动阻尼材料和包含这种材料的衣物。

背景技术

人体暴露于重复的振动是已知的问题。这种暴露可能发生在各种环境中：职业和娱乐。例如，已知的是，人体长期暴露于振动可能导致血管、神经和肌肉骨骼疾病。不同的两种类型的振动暴露：手臂振动(HAV)和全身振动(WBV)，它们之间存在不同之处。

与手臂振动暴露相关的振动源通常是某些类型的机械装置，诸如手持式振动工具。在手臂振动的情况下，导致的疾病通常表现在身体的上肢中，诸如以下形式：振动发白的手指(血管效应)、麻木、降低的触觉敏感性和/或手部灵活性(神经障碍)、对运动系统(肌肉、骨骼、关节、肌腱)的影响，以及对患者舒适度和表现的影响。

全身振动暴露，顾名思义，源于影响整个身体的振动，诸如可能通过工业车辆的座椅传递的振动。多种车辆可能传递这种振动：例如，从大型户外土方设备到公共汽车和卡车，再到常用的叉车和牵引电动机。然而，全身振动暴露并不是对一个或多个特定的肢体造成问题，其通常会导致一些健康障碍，诸如循环、肠道、呼吸、肌肉和脊柱系统障碍。

已经生产了各种类型的保护设备以努力解决上述问题。特别令人感兴趣的是，手套被设计成当使用诸如手持动力(振动)工具的装置，或者当使用手作为冲击工具时，减少传递到手的振动力。在这一过程中，还开发了其他物品，例如包括鞋底和鞋垫。这些制品可使用不同的材料组合物、多个气囊和/或各种其它设计和技术来实现振动传递的减少。

例如，US 2006/0206977公开了多层振动吸收材料，其中每一层包含相对于相邻层中的孔偏离的多个孔。

US 2010/0083420公开了一种手套，其包括应用于握持区域中的基部结构的包覆层，该包覆层在可变形材料中呈现多个微凹坑，其增加摩擦并且部分地阻尼任何冲击或振动。

然而，上文描述的材料制造复杂，这导致成本增加和/或仍将相当大小的振动传递到穿戴者的身体。因此，需要一种改进的材料，其减少传递到穿戴者身体的冲击和振动的大小。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善的材料，其减少传递到穿戴者身体的冲击和振动的大小。本发明的第一个方面实现了这一目的，其中提供了一种适于用在可穿戴衣物中的振动阻尼材料，其包括：柔性材料的片材，其具有第一侧和第二侧，该第一侧和第二侧两者都包括以预定图案布置的多个突起，其中，在片材的第一侧和/或第二侧上的突起布置成与相邻的突起等距，其中，突起以基本均匀的图案分布于整个柔性材料的片材的第一侧和/或第二侧，其中，在片材的第一侧上的突起设置成相对于柔性材料片材的第二侧上的突起偏离。

通过在柔性材料片材的两侧设有这样的突起，其布置成与相邻突起等距，以基本均匀的图案分布在整个片材的第一侧和/或第二侧，并且布置成成彼此偏离，则与已知结构和材料相比，冲击和振动的影响大大减小。突起的等距/均匀图案有利于制造，并且确保它们的偏离位置以实现最佳的振动消除。突起的偏离图案能够使得片材沿相反方向的局部移动抵消振动，使得显著减少传递到使用者的振动大小。片材和突起可以通过模制整体地形成，以有利于制造工艺和降低成本。

在另一优选的实施例中，柔性材料的片材具有厚度，该厚度在0.5mm–2mm范围内，优选地0.8mm–1.5mm。片材的厚度可适合于振动阻尼材料的预期用途和应用，其中，例如当预期高振幅和/或力的振动时，可选择较厚的材料。对应地，当预期高频率和/或低至中挡的力的振动时，可选择较薄的材料。

在有利的实施例中，突起是实心的。替代地，突起是中空的。优选地，突起在片材的第一侧上是实心的，并且在片材的第二侧上是空心的，或者亦然。在本发明中还预见到在片材的第一侧和/或第二侧上的实心和中空的突起的任何组合。中空的突起比实心的突起的变形程度更高，并且因此可以吸收更多的冲击和振动。另一方面，实心的突起的直径可以制造得更小，并且因此单位面积的密度可以更高。

在一个替代实施例中，通孔布置在处于片材的第一侧和/或第二侧上的每个突起的中心处。通孔进一步增加突起的可变形性并且增加片材的整体柔韧性。此外，柔性材料片材的重量减小。

在另一优选的实施例中，突起具有这样的壁厚，该壁厚在柔性材料的片材的厚度的1倍-2倍的范围内。该突起的壁厚影响可变形性，并且因此也影响突起吸收冲击和振动的能力。

在一个有利实施例中，突起是基本圆柱形的。在一个替代实施例中，突起是基本截头圆锥形的。在又一个替代实施例中，突起是基本六边形的，并且形成蜂窝状结构。突起的形状提供不同的有利变形特性，以实现冲击和振动的最佳吸收。

在优选的实施例中，突起具有这样的高度，该高度为柔性材料的片材的厚度的约1倍-3倍。优选地，突起具有这样的直径，该直径在突起的高度的1倍-5倍的范围内。取决于具体应用和状况(例如，预期的冲击的力和/或频率和振幅以及预期的振动的持续时间)，突起的高度和直径可以改变以实现冲击和振动的最佳吸收。

在一个替代实施例中，柔性材料选自如下的组，该组包括弹性体、天然橡胶和/或合成橡胶。材料的选择可以适合于特定的应用和情况(例如，可穿戴衣物的类型、预期使用的环境、使用者的偏好等)。

在本发明的第二方面中，提供了一种包含根据第一方面的振动阻尼材料的可穿戴衣物。优选地，该可穿戴衣物是手套、鞋、鞋垫、保护垫或头盔。

附图说明

现在参考附图并且借助于示例来描述本发明，附图中：

图1示出了根据本发明的振动阻尼材料的实施例的立体图；

图2A和图2B示出了沿两条不同的截线截取的图1的振动阻尼材料的截面视图；

图3A-图3E示出了根据本发明的振动阻尼材料的另一些实施例的截面视图；

图4示出了根据本发明的振动阻尼材料的替代实施例的立体图；

图5示出了图4中振动阻尼材料的替代实施例的截面视图；

图6示出了处于保护手套中的根据本发明的减振材料的实施例；以及

图7示出了当处理振动目标/工具时，穿戴具有根据本发明的振动阻尼材料的防护手套的使用者。

具体实施方式

在下文中，对本发明的振动阻尼材料进行详细说明。在附图中，相似的附图标记在多个附图中表示相同或对应的元件。可以理解，这些附图仅用于说明，并且不以任何方式限制本发明的范围。

在图1中，示出了柔性振动阻尼材料片材10。片材10的面朝向上的第一侧11被示出为表示突起20。突起20在片材10的第一侧11上以预定图案分配。在片材10的面朝向下的相对的第二侧12上，相对于第一侧11上的突起20偏离地布置类似或相同图案的突起20。突起20的偏离布置使得在片材10的第一侧11上的每个突起20的相邻处，通常有四个未被突起20占据的、围绕突起20的、平坦或空置的空间25。突起20与未占据的空间25的交替图案在整个柔性材料片材10上重复，以产生基本均匀的分配。

取决于片材10的边缘的切割方向和片材10上的突起20的位置(在中间、沿着边缘、在角部)，围绕突起20的未占据的空间25的数量可以从1到4变化。

在对应于片材10的相对的第二侧上的这些未占据的空间25的位置中，在片材10的第一侧11上布置有与突起20类似或相同的突起20。因此，在材料片材10的相对两侧上的突起20相对于彼此偏离地布置。

图1示出了振动阻尼材料片材10的一个实施例，其中突起20包括如下文进一步讨论的图2C和图2F中进一步所示的中心通孔21。由于在片材10的相对两侧11、12上的突起20的偏离布置，在第一侧11上的每个突起20的孔21定位在片材10的相对的第二侧12上的未占据的空间25中，并且反之亦然。

本发明的振动阻尼材料包括柔性材料，优选地包括弹性体，例如天然橡胶、合成橡胶或这些的组合。由于材料片材10的柔性性质以及突起20的可变形性，施加到根据本发明的振动阻尼材料的冲击和振动被高度地吸收，由此减少传递到穿着含有这种材料的衣服的使用者的冲击和振动的大小(量)。

本发明的材料的振动吸收能力被认为是通过片材10的第一侧11和第二侧12上的突起20的偏离图案而得到改善，这允许增加材料偏转。更具体地，当本发明的材料受到振动力时，突起20及其偏离布置的存在为冲击区域周围的材料提供额外的偏转尺寸(方向)。例如，当本发明的材料受到振动力时，该力不仅可以通过材料片材10的普通变形或偏转来吸收/消散，而且还可以通过分别位于其第一侧11和第二侧12上的突起20的相反方向的变形来吸收/消散。突起20和未占据的空间25的偏离图案提供了空隙，片材10的材料可以偏转到该空隙中，由此允许沿基本上垂直于材料片材10的表面的方向增加吸收特性。突起20还允许吸收/消散侧向方向的力，因为突起20可以沿基本平行于材料片材10的表面的方向变形和偏转。取决于振动的特性(振幅、频率、波长、空间方向)和强度(力、幅度)，单个突起20可以允许整个材料片材10上的不同程度的垂直变形和/或侧向变形。

图2A以平行于片材10的长边的、沿着图1中的线A-A截取的截面视图中示出了片材10上的突起20和未占据的空间25的布置。在该视图中，截线中心地穿过突起20和片材10的相应两侧11、12上的未占据的空间25。

类似地，图2B以沿着图1中的线B-B截取的截面视图来示出片材10上的突起20的布置，该截线定向成与片材10的长边缘成约45°。在该视图中，截线中心地穿过相邻的突起20，但是不穿过片材10的相应两侧11、12上的未占据的空间25。

突起20的高度可以取决于材料的期望减振特性来选择。在图2A和图2B所示的实施例中，突起20的高度B是材料片材10的厚度C的约2倍。可以预见，突起20的高度B可以在片材10的厚度C的1倍-3倍的范围内。例如，片材10可以具有厚度C，其在0.5mm到2mm之间，优选地在0.8mm到1.5mm之间，并且突起20的高度B可以在0.5mm到6mm的范围内，优选地在0.8mm到4.5mm的范围内。

中空突起20可以具有壁厚E，其在片材10的厚度C的1倍-2倍的范围内，即在0.5mm和4mm之间，优选地从0.8mm到3mm。通孔21可以具有直径D，其在片材10的厚度C的1倍-3倍的范围内，即在0.5mm到6mm之间，优选地从0.8mm到4.5mm。另外，突起20的直径A可落在片材10的厚度C的1倍-5倍的范围内，即在0.5mm到10mm之间，优选地从0.8mm到7.5mm。

在图3D和图3E所示的实施例中，突起20被示出为是实心的，并且具有高度B，其与中空突起20的高度B相当，但是具有较小的直径A，其大致等于或略大于片材10的厚度C。当然，突起20的高度B和直径A可以在上文限定的间隔内变化。

仅在图2B中示出了沿图1中的截线A-A方向的邻近或相邻突起20之间的距离F。根据一个实施例，突起20布置成与相邻的突起20等距。在本发明的上下文中，术语“相邻的突起”应当理解为定位成最靠近所述突起20的任何周围的突起20。例如，距离F可以对应于这样的圆的最小半径，即，该圆以突起20为中心并且在该圆的圆周上具有相邻的突起20。在图1所示的图案中，四个突起20定位成相邻于每个中心突起20，均匀地分布在圆的圆周周围。在一个实施例中，距离F可落在突起的直径的3倍-5倍的范围内，从1.5mm到50mm的范围内，优选地从2.4mm到37.5mm。

现在转到图3A-图3E，其示出了根据本发明的振动阻尼材料的若干实施例的截面视图，它们沿着类似于图1中的线B-B的截线截取，即，与片材10的长边成大约45°。

在图3A-图3C所示的实施例中，突起20是中空的，并且还可以包括如图3C以及图2A和图2B所示的穿过片材10的中心地定位的通孔21。突起20可以是基本圆柱形的(图3B和图3C)或者具有截头圆锥形(图3A)。在图3D和图3E所示的替代实施例中，突起20是实心的，具有截头圆锥形(图3D)或圆柱形(图3E)。

图4示出了根据本发明的振动阻尼材料的替代实施例。突起30的图案在此由多个基本上六边形的空间或单元构成，它们一起形成了蜂窝状结构。突起30的图案形成为使得，相邻于每个六边形突起30存在至少三个未占据的空间35、35。在本实施例中，六边形突起30应当理解为这样的六边形单元，其中该六边形的所有六个侧边包括从片材10表面突出的脊31。相反地，未占据的空间35应当理解为这样的六边形单元，其中该六边形的六个侧边中的至少一个与材料片材10的表面平齐，即其不包括从片材10的表面突出的脊31。

在图4所示的蜂窝状结构或图案中，可以划分两类型的六边形突起30和两类型的未占据的空间35。第一类型的六边形突起30a在其六个侧边中的一个上确切地邻接另一个六边形突起30，由此与邻接的六边形突起30共用一个突出脊31。第二类型的六边形突起30b在其六个侧边中的三个侧边上确切地邻接另外三个六边形突起30，因此与邻接的六边形突起30共用三个突出脊31。三个邻接的六边形突起30围绕中心的第二类型的六边形突起30b的外周而均匀地分布。如图4可见，所有第一类型的六边形突起30a都各自邻接一个第二类型的六边形突起30b，而第二类型的六边形突起30b都邻接一个第一类型的六边形突起30a和两个第二类型的六边形突起30b。

第一类型的未占据的空间35a包括由五个连续的六边形突起30围绕的六边形单元，即六边形的一侧与材料片材10的表面齐平。第二类型的未占据的空间35b包括由三个不连续的六边形突起30围绕的六边形单元，即六边形的围绕其外周均匀地分布的其余三个侧与材料片材10的表面齐平。如图4可见，所有第一类型的未占据的空间35a都各自邻接一个第二类型的未占据的空间35b，而第二类型的未占据的空间35b都邻接一个第一类型的未占据的空间35a和两个第二类型的未占据的空间35b。

蜂窝状结构的六边形单元(六边形突起30和未占据的空间35)中的每一个可以包括中心地定位的通孔32。孔32可以是总体上圆形或六边形的，以适形于六边形单元的形状。孔的直径范围可以从1.5mm至3mm，约为片材10厚度的2倍–4倍。

图5示出了沿着图4中所示的片材10的截面B-B截取的截面视图。如上文解释的，六边形突起30和未占据的空间35的偏离图案为围绕冲击区域的材料提供额外的偏转尺寸(方向)，冲击即垂直和横向施加到振动阻尼材料片材10的力。

现在转到图6，其示出了结合在防护手套40中的根据本发明的振动阻尼材料的片材10。当然，振动阻尼材料可以结合在任何类型的合适的被穿戴在身体不同部位上的防护衣物中，例如手套、鞋、鞋垫、防护垫(肘部、膝盖、胫骨、手腕、肩膀等)、头盔、服装(裤子、衬衫、毛衣等)。振动阻尼材料片材10包括根据上文示出的实施例中的任一项的突起20、30和未占据的空间25、35，该振动阻尼材料片材10可以作为一个层结合到部分地或全部地覆盖暴露于振动的区域的防护衣物中。在保护手套40的示例中，振动阻尼材料可以布置在手的手掌中、一个或多个手指上或者这些的组合的一些部分上。

图7示出了一个示例，使用者操作振动工具50同时穿戴着包括根据本发明的振动阻尼材料片材10的防护手套40，该片材10包括在两侧上呈偏离图案的突起20和未占据的空间25。在图7右手侧的放大视图中，振动工具50借助于箭头示出振动。这些振动被振动阻尼材料片材10吸收/阻尼，更具体地，通过垂直于和平行于振动阻尼材料片材10表面的突起20的变形和偏转来吸收/阻尼。

已经描述了根据本发明的振动阻尼材料的优选实施例。然而，本领域技术人员可以知道，其可以在所附权利要求的范围内改变而不脱离本发明的构思。

上文的所有描述的替代实施例或实施例的一些部分可以彼此自由地组合或分开使用而不脱离本发明的构思，只要该组合不是矛盾的。