JP2006009170A - 温度調整機能付きヘルメット - Google Patents

Abstract

【課題】ヘルメット内部へ導入される空気流路を最適化することにより、優れた快適性と電源の消耗の抑制、および安全性の確保を高次元で両立させること。
【解決手段】第２の空気流路９が衝撃吸収部材６の外側面の一部を内側にオフセットさせた空間と外殻５およびまたは断熱材１３とで形成され、第２の空気流路９の入口は第２の外気導入口１５と連通し、出口は内部空間２２に開口するとともに、第２の熱交換器１１が衝撃吸収部材６の内側にほとんどまたは全く露出しない構成とすることにより、優れた快適性と消費電力の抑制、ヘルメット本来の安全性機能の維持が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に自動二輪車や四輪車などの車両用の頭部保護用ヘルメットに関するものである。

頭部を保護することが目的のヘルメットは、真夏の炎天下等の環境で着用した場合、太陽光から受けた輻射熱がヘルメット内部に伝導し頭部が非常に高温になるとともに、頭部がヘルメットと密着しているために発汗による頭部の冷却が十分に行われず、安全性は高いものの快適性は非常に低い。

また、ウィンドシールド付きヘルメットでは、外気温の低い冬季の場合、呼気によってウィンドシールドが結露しやすく視界が悪化するため、逆に安全性が低下する。

これらの対策として、従来、ヘルメットに外気導入口や気導出口等を設け、頭部やウィンドシールドに風を流すという方策を採ってきた。

一方で、ヘルメットに熱電素子等による冷却、加熱手段を設け、ヘルメット内部温度を積極的に制御することによって更に快適性と安全性を向上させる方法が考案されている。

しかし、熱電素子を用いた温度調整機能を付加させた場合、ヘルメットが大型化、重量化するとともに、適切な空気流路を設けないと熱電素子の効率が低下し、十分な温度制御ができないばかりか、電池にて駆動させている場合には電池の消耗が激しくなってしまうという問題点を有している。

これらの問題に対する対策として特許文献１に開示されているように、図５において熱電素子１０１を挟み込んだ第１の熱交換器１０２と第２の熱交換器１０３からなる熱電ユニット１０４をヘルメット外殻１０５内部に設置し、外殻１０５と衝撃吸収部材１０６とで形成される空気流路１０７に第１の熱交換器１０２を配置することによって温度調整機能付きヘルメットを小型、軽量化するとともに、第１の熱交換器１０２を外殻１０５の外に露出させないことによって安全性を向上させながら第１の熱交換器１０２の熱交換を効率化させている。
特開２００１−３０３３５３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、熱交換器等を頭部に直接接触させることによってヘルメット装着者頭部の温度調整を行っているため局部的な快適感しか得られず、頭部付近の温度調整という面では効率的とはいえない。

また、頭部接触部を保冷材等の柔軟な部材を用いたとしても第２の熱交換器の頭部からの距離を十分に確保することができず、安全性にも問題が残る。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、第２の熱交換器にて温度調整された空気を頭部付近に当てるための空気流路がヘルメットの衝撃吸収部材の外側面の一部を内側にオフセットさせた空間と外殻およびまたは断熱材とで形成され、空気流路の入口はヘルメット前面の外殻に設けられた外気導入口と連通し、空気流路の出口は衝撃吸収部材の内側に開口するとともに、第２の熱交換器が衝撃吸収部材の内側にほとんどまたは全く露出し
ない構成とすることにより、送風ファンを使用せず、走行時のヘルメット前部と後部の圧力差によって生じる風のみで頭部および顔面付近の温度を効率的にかつ自由自在に調整することができるため、より優れた快適性を確保可能であるとともに、第２の熱交換器と頭部との間に衝撃吸収部材が十分に設けられているため、ヘルメット本来の機能である安全性の悪化を最小限に抑えることができる温度調整機能付きヘルメットを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の温度調整機能付きヘルメットは、請求項１記載のとおり、空気流路がヘルメットの衝撃吸収部材の外側面の一部を内側にオフセットさせた空間と外殻およびまたは断熱材とで形成され、空気流路の入口はヘルメット前面の外殻に設けられた外気導入口と連通し、空気流路の出口は衝撃吸収部材の内側に開口するとともに、第２の熱交換器が衝撃吸収部材の内側にほとんどまたは全く露出しない構成としたものである。

これによって、外気導入口から入った空気が第２の熱交換器を通り冷却または加熱された後、適切な位置からヘルメット内部へ流入することで頭部または顔面を温度調整された空気で広範囲にわたって冷却または加熱されるため、熱交換器の頭部接触方式よりもさらに優れた快適性を得ることが可能であり、過剰な冷却または加熱をする必要がないため消費電力を抑えることができる。特に、電源として電池を使用した場合では電池の持続時間をさらに延長させることができ、長時間駆動が可能である。

また、上記の第２の熱交換器を通る空気流路はヘルメットの衝撃吸収部材と外殻によって構成されており頭部周りの衝撃吸収部材の厚みは十分確保されるとともに、万が一衝撃吸収部材が圧縮される力が加わったとしても第２の熱交換器と頭部との距離が十分確保されているため、ヘルメット本来の安全性機能の悪化を最小限に抑えることが可能である。

本発明の温度調整機能付きヘルメットは、ヘルメット内部へ導入される空気流路を最適化することにより、優れた快適性と電源の消耗の抑制、および安全性の確保を高次元で両立させることが可能である。

第１の発明は、空気流路がヘルメットの衝撃吸収部材の外側面の一部を内側にオフセットさせた空間と外殻およびまたは断熱材とで形成され、空気流路の入口はヘルメット前面の外殻に設けられた外気導入口と連通し、空気流路の出口は衝撃吸収部材の内側に開口するとともに、第２の熱交換器が衝撃吸収部材の内側にほとんどまたは全く露出しない構成とすることにより、外気導入口から入った空気が第２の熱交換器を通り、ペルチェ素子等に代表される熱電素子によって冷却または加熱された後、適切な位置からヘルメット内部へ流入することで頭部または顔面を温度調整された空気で広範囲にわたって冷却または加熱されるため、優れた快適性を得ることが可能であり、過剰な冷却または加熱をする必要がないため消費電力を抑えることができる。特に、電源として電池を使用した場合では電池の持続時間をさらに延長させることができ、長時間駆動が可能である。

また、上記の第２の熱交換器を通る空気流路はヘルメットの衝撃吸収部材と外殻によって構成されており頭部周りの衝撃吸収部材の厚みは十分確保されるとともに、万が一衝撃吸収部材が圧縮される力が加わったとしても第２の熱交換器と頭部との距離が十分確保されているため、ヘルメット本来の安全性機能の悪化を最小限に抑えることが可能である。

なお、上述の空気流路の構成は衝撃吸収部材と外殻、衝撃吸収部材と断熱材、衝撃吸収
部材と外殻と断熱材のいずれかの組み合わせで説明したが、外殻と断熱材とで構成してもよいし、外気導入口から入った空気が第１の熱交換器を通りヘルメット後部外殻から出るもうひとつ別の空気流路を衝撃吸収部材、外殻、断熱材で同時に設けてもよい。

また、自動二輪車等の走行時にはヘルメット前部と後部との間で生じる圧力差によって外気導入口から空気が流入するため送風ファンが不要であり、小型、軽量化および消費電力の抑制が可能であるが、無風時の送風用に送風ファンを設けてもよい。

第２の発明は、特に、第１の発明の温度調整機能付きヘルメットにおいて、空気流路を形成する衝撃吸収部材を一体構造とすることにより、衝撃吸収部材の量産性を向上させることができるため安価に製造することが可能である。

また、一体構造の衝撃吸収部材は、別体構造としたときの接続部および空隙が無いため、強度を維持することができ、十分な安全性を確保することが可能である。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の温度調整機能付きヘルメットにおいて、空気流路の出口を複数個設けることにより、ヘルメット装着者の頭の複数箇所、例えば顔面と後頭部、耳等に同時に温度調整された空気が送風され、左右にも送風空気を振り分けることができるため、より効率的にまんべんなく頭部を快適状態にさせることが可能である。

なお、空気流路の出口形状は必ずしも円でなくてもよく、スリット状やメッシュ状とすることでさらに広範囲に適正温度の空気を行き渡らせることができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の温度調整機能付きヘルメットにおいて、空気流路の出口に流量および風向を調節する調節弁装置を設けることにより、ヘルメット内部へ流入する空気の温度だけでなく風量をも調節することができ、不要な空気出口からのヘルメット内部への流入をシャットアウトすることもできるため、頭部の快適性をさらに向上させると同時に、風量を調節することでヘルメット内部へ流入する空気の温度と外気の温度との温度差を縮小させ、消費電力を抑制させることが可能である。

また、調節弁装置の開閉による空気流路の出口位置の変更または送風方向の調節によって、夏季には特に暑熱感の強い顔面や頭部に冷却された空気を流し、冬季には冷えやすい耳や鼻、顎、呼気によって曇りやすいウィンドシールドに加熱された空気を流すことができるため、一年を通じて快適感を得ることができると同時に、ウィンドシールドの視界悪化防止による安全性の確保も可能である。

なお、調節弁装置は単なる開閉装置でもほぼ同様の効果を得ることができるし、送風ファンを使用することで代替とすることもできる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の温度調整機能付きヘルメットにおいて、外気導入口から導入された空気の第２の熱交換器に流入直後の流線方向が、第２の熱交換器の熱電素子と接触する面に対して平行ではない構成とするものである。

熱電素子を第１の熱交換器と第２の熱交換器で挟み込んだ熱電ユニットを曲面形状のヘルメットに設置する場合、コンパクトで効率的な設置方法はヘルメット外殻にできるだけ平行に熱電素子の冷却および加熱面を沿わせることである。また、外気導入口はできるだけ熱電ユニットに近く、かつヘルメット前面に走行風と平行に、すなわちヘルメット外殻の走行風のよどみ点から外殻に垂直に設けたほうがよい。 その結果、外気導入口から導入された空気は直角に折れ曲がってから第２の熱交換器内部を流れることになる。

上記第５の発明の構成では、外気導入口から導入された空気が直角に折れ曲がる前から第２の熱交換器内部を通っており、外気が導入された直後から熱交換することができるため、小型化が可能であると同時に、熱交換される前の空気の無駄な助走区間の極小化による圧力損失低減および熱交換長拡大による熱交換効率向上が可能であり、熱電ユニットの高効率化が実現できる。

また、ヘルメット前面に設けられた外気導入口から最短距離でヘルメット内部へ温度調整された空気を送り込めるため、いびつな空気流路を設けることなく顔面やウィンドシールドに送風が可能である。

なお、第１の熱交換器に上記構成を用いても同様の効果が得られる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の温度調整機能付きヘルメットにおいて、第１の熱交換器と第２の熱交換器を断熱させる断熱材に真空処理を施した真空断熱材を用いることにより、同一の断熱性を発揮する従来の発泡スチロール等の断熱材と比較して薄型化することができるため熱電ユニットを小型化することが可能である。

なお、第１の熱交換器を通る空気流路と第２の熱交換器を通る空気流路の間や第１の熱交換器の入口側空気流路と出口側空気流路の間等の断熱に真空断熱材を用いることで空気流路間の距離を縮小させることができるため、空気流路のコンパクト化や設計自由度向上によるさらに高い快適性を実現させることも可能である。

第７の発明は、特に、第６の発明の温度調整機能付きヘルメットにおいて、断熱材の厚みを熱電素子の厚み以下とすることにより、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間の距離を大きく確保する必要がなくなるため第１の熱交換器または第２の熱交換器の熱電素子が接触する部分のみをかさ上げして熱電素子の接触部における第１の熱交換器と第２の熱交換器との距離を熱電素子の厚みになるようにする必要がなく、熱電ユニットを小型化することができると同時に、第１の熱交換器または第２の熱交換器の材料費および加工費を削減でき、熱交換器のコストダウンも可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における温度調整機能付きヘルメットの縦断面図である。

図１において、温度調整機能付きヘルメットは概略においてヘルメット１と熱電ユニット２、電源ケーブル３、制御装置付き電源４によって構成されている。

ヘルメット１は、外殻５の内面に衝撃吸収部材６を接着して頭部を保護し、ヘルメット１の前面に透明な樹脂製のウィンドシールド７を取り付けて構成されている。衝撃吸収部材６には通常発泡スチロールが用いられることが多い。また、衝撃吸収部材６の内側面には図示されていない内装材が設けられ、事故時の脱帽防止のための顎ひもも取り付けられている。

衝撃吸収部材６には段差および穴が設けられ、外殻５と衝撃吸収部材６によってそれぞれ独立した第１の空気流路８および第２の空気流路９が形成されている。

図２は図１における熱電ユニット２付近の拡大図であり、図３は図１に示す線Ａ−Ａで
の横断面図である。

熱電ユニット２はヒートシンク形状の第１の熱交換器１０と第２の熱交換器１１とで熱電素子１２を挟み込んで熱的に接続し、第１の熱交換器１０と第２の熱交換器１１との間の空隙を断熱材１３を用いて熱的に遮断している。熱電素子１２には一般的なペルチェ素子を用いることで安価に製造が可能である。

熱電素子１２への電力は図１に示す電源４から電源ケーブル３を介して供給される。冷房運転が行われるように熱電素子１２に直流電源を供給すると、第２の熱交換器１１側の接触面が吸熱作用を生じ、第１の熱交換器１０側の接触面が放熱作用を生じる。その結果、第２の熱交換器１１が冷却され、第１の熱交換器１０が加熱されることになり、第１の熱交換器１０と第２の熱交換器１１との間に温度差が発生するため、断熱材１３によって熱的に遮断し、熱電ユニット２の効率低下を抑制している。

以後、本実施の形態では特に言及のない限り冷房運転における動作について説明する。

外殻５の前面にはそれぞれ独立した第１の空気流路８の第１の外気導入口１４と第２の空気流路９の第２の外気導入口１５とが穿設され、外殻５の後面には図１に示す第１の空気流路８の外部排出口１６が穿設されている。衝撃吸収部材６の前方には第２の空気流路９の出口である前面送風口１７と頭部送風口１８が設けられ、前面送風口１７には流量調節弁１９が取り付けられている。

本実施の形態では流量調節弁１９にバタフライバルブを用いているが、空気の流量および開閉機能、風向調節機能の備えられたものが快適性の観点からは理想的である。

走行時のヘルメット前部と後部との間の圧力差によって第１の外気導入口１４から取り入れられた空気は図３に示す第１の熱交換器１０のフィン２０と外殻５とで形成される空間を通ることで加熱され、外殻５と衝撃吸収部材６とで形成された通路を通って外部排出口１６からヘルメット１外部へ排出され、第１の空気流路８を構成する。

なお、外殻５と衝撃吸収部材６とで形成された通路は必ずしも必要ではなく、第１の熱交換器１０のフィン２０を外殻５の外側に配置し、走行風に露出させることによって熱交換を行ってもよいし、外殻５を熱伝導性の高い材質として第１の熱交換器と外殻５を熱的に接続することで外殻５によって熱交換を行ってもよい。

一方、走行時のヘルメット前部と後部との間の圧力差によって第２の外気導入口１５から取り入れられた空気は図３に示す第２の熱交換器１１のフィン２１と衝撃吸収部材６とで形成される空間を通ることで冷却され、頭部送風口１８からヘルメット１の内部空間２２へ放出される。また、第２の熱交換器１１での熱交換の途中で分岐して前面送風口１７から流量調節弁１９を通りヘルメット１の内部空間２２へ放出される。第２の空気流路９は頭部送風口１８と前面送風口１７の二つの出口を持つ流路で構成されている。

頭部と第２の熱交換器１１との間には衝撃吸収部材６によって距離が取られているため、事故時の第２の熱交換器１１による頭部へのダメージを抑えることができ、安全性が十分に確保可能である。

また、流量調節弁１９は風向調節機能により送風方向を顔面に向けることができ、前面送風口１７から放出された冷風によって顔面も同時に冷却することができるため、さらに快適性が向上する。冷風の温度が装着者にとって適正でない場合は制御装置付き電源４の電圧を変更させることによって冷風の温度制御が可能であり、また、流量調節弁１９で冷
風の流量、送風方向および送風位置を調整させることもできるため、温度、流量および経路が最適化され、極めて高い快適性を実現可能である。

なお、冬場には、制御装置付き電源４の極性を入れ替えて第２の熱交換器１１が加熱されるようにすることで、ヘルメット内部空間２２の暖房も可能であり、冷房時と同様、温風の温度や流量、経路を最適化することで極めて高い快適性を実現できる。このとき、流量調節弁１９の送風方向をウィンドシールド７の方へ向けることで、外気温が低いときに装着者の呼気によって発生するウィンドシールド７の曇りを解消することができ、視界確保による安全性の向上も可能である。

夏場と冬場のいずれの場合でも、送風を最適化することによって無駄な電力を使用する必要がなくなるため、消費電力を抑えることができ、特に容量に限界のある電池を使用したときには長時間駆動によって快適な状態をより長時間維持させることが可能である。

第２の熱交換器１１は図４に示す斜視図のような形状によって、第２の外気導入口１５から導入された空気がすぐに熱交換される構成となっているため熱交換長を十分確保することができ、熱電ユニット２の高効率化が可能である。また、第２の熱交換器１１で熱交換された空気をヘルメット１の前面に設けられた前面送風口１７から放出させる流路を容易に構成でき、いびつな空気通路や送風機を設けなくてもヘルメット内部空間２２の前方に温度調整された空気を送風できるため快適性と高効率化、低コスト化を両立させることが可能である。なお、本実施の形態では第２の熱交換器１１を図４に示すような形状としたが、第２の外気導入口１５から導入された空気の第２の熱交換器１１に流入直後の流線方向が第２の熱交換器１１の熱電素子１２と接触する面に対して平行でなければ、上記効果はそれ以外の様々な形状によって実現可能である。

断熱材１３は真空断熱材を採用することにより、断熱材としての発泡スチロール等よりも熱抵抗が大きいため厚みを縮小することができるため、熱電ユニット２の小型化が可能である。また、断熱性確保のために第１の熱交換器１０と第２の熱交換器１１の距離を大きく設けることのできる第１の熱交換器１０およびまたは第２の熱交換器１１の形状とする必要がなく、熱電素子１２の厚み以下で構成することが容易になるため、第１の熱交換器１０およびまたは第２の熱交換器１１の製造コストを抑制することが可能である。

衝撃吸収部材６は熱電ユニット２、第１の空気流路８および第２の空気流路９を設けるために外殻５の内側面に対して一部オフセットさせた一体構造とすることにより、衝撃吸収部材６の加工コストおよび組み立てコストを抑制することができる。また、別体構造と比較して強度が高いため、ヘルメット本来の安全性機能を悪化させることもない。

以上のように、本発明にかかる温度調整機能付きヘルメットは、ヘルメット内部へ導入される空気流路を最適化することにより、優れた快適性と電源の消耗の抑制、および安全性の確保を高次元で両立させることが可能であり、自動二輪車や四輪車などの車両用の頭部保護用ヘルメットのほかに、作業用安全帽やスポーツ用ヘルメット、宇宙服用ヘルメット、潜水用ヘルメット等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態における温度調整機能付きヘルメットの縦断面図 本発明の実施の形態における温度調整機能付きヘルメットの拡大図 本発明の実施の形態における温度調整機能付きヘルメットの横断面図 本発明の実施の形態における第２の熱交換器の斜視図 従来の温度調整機能付きヘルメットの縦断面図

符号の説明

１ ヘルメット
２ 熱電ユニット
３ 電源ケーブル
４ 制御装置付き電源
５ 外殻
６ 衝撃吸収部材
７ ウィンドシールド
８ 第１の空気流路
９ 第２の空気流路
１０ 第１の熱交換器
１１ 第２の熱交換器
１２ 熱電素子
１３ 断熱材
１４ 第１の外気導入口
１５ 第２の外気導入口
１６ 外部排出口
１７ 前面送風口
１８ 頭部送風口
１９ 流量調節弁
２０ 第１の熱交換器フィン
２１ 第２の熱交換器フィン
２２ 内部空間
１０１ 熱電素子
１０２ 第１の熱交換器
１０３ 第２の熱交換器
１０４ 熱電ユニット
１０５ 外殻
１０６ 衝撃吸収部材
１０７ 空気流路

Claims (7)

1. 熱電素子を第１の熱交換器と第２の熱交換器で挟み込み、熱的に接続するとともに、前記第１の熱交換器と第２の熱交換器の間の空隙を断熱材によって断熱させ、前記熱電素子に直流電源を電気的に接続させた熱電ユニットを、外気を内部に導入させる空気流路を備えたヘルメットに取り付け、前記空気流路内に前記第２の熱交換器を配置させることによって前記ヘルメット内部の空気温度を調整可能にした温度調整機能付きヘルメットであって、前記空気流路が前記ヘルメットの衝撃吸収部材の外側面の一部を内側にオフセットさせた空間と外殻およびまたは前記断熱材とで形成され、前記空気流路の入口は前記ヘルメット前面の前記外殻に設けられた外気導入口と連通し、前記空気流路の出口は前記衝撃吸収部材の内側に開口するとともに、前記第２の熱交換器が前記衝撃吸収部材の内側にほとんどまたは全く露出しないことを特徴とする温度調整機能付きヘルメット。
2. 空気流路を形成する前記衝撃吸収部材を一体構造とした請求項１記載の温度調整機能付きヘルメット。
3. 空気流路の出口を複数個設けた請求項１または２記載の温度調整機能付きヘルメット。
4. 空気流路の出口に流量および風向を調節する調節弁装置を設けた請求項１〜３いずれかに記載の温度調整機能付きヘルメット。
5. 外気導入口から導入された空気の第２の熱交換器に流入直後の流線方向が、第２の熱交換器の熱電素子と接触する面に対して平行ではない請求項１〜４いずれかに記載の温度調整機能付きヘルメット。
6. 第１の熱交換器と第２の熱交換器を断熱させる断熱材に真空処理を施した真空断熱材を用いた請求項１〜５いずれかに記載の温度調整機能付きヘルメット。
7. 断熱材の厚みを熱電素子の厚み以下とした請求項６記載の温度調整機能付きヘルメット。