JP2006009181A - 温度調整機能付きヘルメット - Google Patents

Abstract

【課題】走行時と停車時の空気流路を最適化することで空調ユニットの消費電力を抑え、電源の消耗の抑制を実現すること。
【解決手段】第２の空気流路９中に送風ファン２４を設けるとともに、第２の外気導入口１５に開閉装置２３を備えることで、走行中は送風ファン２４を停止し、ヘルメット１前部と後部の圧力差によって生じる風によって温度調整された空気をヘルメット内部空間２２へ供給する一方、停車中は第２の外気導入口１５を閉じ送風ファン２４によってヘルメット内部で空気を循環させて第２の熱交換器１１によって温度調整することができるため、走行中の送風ファン２４の運転時間抑制と停車中の循環流による空調効率の向上によって空調ユニット２５の消費電力を低減することが可能である。
【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。

また、自動二輪車に搭乗し走行している間はヘルメット前面部と後面部との間に走行風による差圧が生じるため、外気をヘルメット内部へ導入し熱電素子にて温度調整を行った後にヘルメット内部へ送風することは容易であるが、信号待ち等の停車時にはヘルメット内部への空気流が発生しないため温度調整を行うことが困難である。

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とブロアファン１０５とで構成される空調ユニット１０６をヘルメット１０７に一体的に取付けることによって、空気流の圧力損失や熱損失を極小化するとともに停車時の温度調整を可能にしている。
特開２０００−２３４２１３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ヘルメット内部へ強制的に送風させるためのファンの動力が必要であり、消費電力が増加してしまうためバッテリーを電源とした場合には運転可能時間が短くなるという問題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、空気流路中に送風ファンを設けるとともに、空気流路の外気導入口に開閉装置を備えることにより、走行中は送風ファンを停止し、ヘルメット前部と後部の圧力差によって生じる風によって温度調整された空気をヘルメット内部へ供給する一方、停車中は外気導入口を閉じ送風ファンを運転させることで、ヘルメット内部で空気を循環させて第２の熱交換器によって温度調整することができるため
、走行中の送風ファンの運転時間抑制と停車中の循環流による空調効率の向上によって空調ユニットの消費電力を低減することが可能な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、空気流路中に送風ファンを設けるとともに、空気流路の外気導入口に開閉装置を備えた構成としたものである。

これによって、走行中は送風ファンを停止し、ヘルメット前部と後部の圧力差によって生じる風によって温度調整された空気をヘルメット内部へ供給する一方、停車中は外気導入口を閉じ送風ファンを運転させることで、ヘルメット内部で空気を循環させて第２の熱交換器によって温度調整することができるため、走行中の送風ファンの運転時間抑制と停車中の循環流による空調効率の向上によって空調ユニットの消費電力を低減することが可能である。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。

本発明の温度調整機能付きヘルメットは、走行時と停車時の空気流路を最適化することで空調ユニットの消費電力を抑え、電源の消耗の抑制を実現することが可能である。

第１の発明は、空気流路中に送風ファンを設けるとともに、空気流路の外気導入口に開閉装置を備えることにより、走行中は送風ファンを停止し、ヘルメット前部と後部の圧力差によって生じる風によって温度調整された空気をヘルメット内部へ供給する一方、停車中は外気導入口を閉じ送風ファンを運転させることで、ヘルメット内部で空気を循環させて第２の熱交換器によって温度調整することができるため、送風ファンの運転時間を抑制することで空調ユニットの消費電力を低減することが可能である。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、長時間駆動を実現することができる。

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、空気流路のヘルメット内部への出口が複数個設けられ、複数の空気流路が形成されるとともに、空気流路の流れの向きと送風ファンの送風の向きとが対向し、かつ、送風ファンのモータに蓄電器を電気的に接続することにより、走行時のヘルメット内部への導入風によって送風ファンを逆回転させて送風ファンのモータによって発電し、その電力を蓄電器に蓄電することができるため、空調ユニットの消費電力を抑制することが可能である。

走行中には上記のように送風ファンにて発電を行い、停車中には外気導入口の開閉装置を閉じてヘルメット内部で空気を循環させる。

このときの開閉装置の開閉は車速等を感知してアクチュエータによって制御的に開閉させてもよいし、手動で開閉させてもよい。

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、外気導入口の開閉装置に空気流路の流れの向きを正方向とする逆止弁機能を持たせることにより、開閉装置を積極的に制御する必要がなく、走行時と停車時の流路モードを自動的に切り替えることができるため、アクチュエータ等の部品削減によるコストダウンや着用者の利便性を向上させることが可能となる。

第４の発明は、特に、第３の発明の温度調整機能付きヘルメットにおいて、蝶番を介して板状の弁を外気導入口に設置して逆止弁を構成することにより、簡単な機構によって逆止弁機能を実現することができ、コストアップを抑制することが可能である。

第５の発明は、特に、第４の発明の温度調整機能付きヘルメットにおいて、板状の弁の断面形状を翼形状とすることにより、停車時に送風ファンが運転を開始し板状の弁を押し戻して外気導入口に密着させて開閉装置を閉塞させるときの押し戻し力に、翼形状による揚力を付加させることができるため、開閉装置の開口状態から閉塞状態へ移行するときの応答性が向上し、停車後即座にヘルメット内へ温度調整された空気を送り込むことで快適性を向上させることが可能となるとともに、板状の弁に対する押し戻し力を確保するために過剰に送風ファンの風量を上げる必要がなく、空調ユニットの消費電力を抑制可能である。

第６の発明は、特に、第２〜５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、開閉装置に複数個の空気流路のうちの少なくとも一つの空気流路の開閉機能を具備させることにより、停車時の外気導入口の遮断と走行時の不要な空気流路の遮断を一つの開閉装置によって行うことができる。その結果、第２の熱交換器を通らず温度調整されないままの空気がヘルメット内部へ送風されるのを防止でき、空調ユニットの高効率化による消費電力の抑制が可能である。

また、複数の開閉装置を用いる必要がないため、部品点数削減によるコストダウンも期待できる。

第７の発明は、特に、第１〜６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２の熱交換器と送風ファンの圧縮機構部とを熱的に接続することにより、送風ファンによっても熱交換が可能となり、熱交換面積を増加させることによって空調ユニットの効率を向上させることができる。

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が、暖房運転においても同様の動作および効果が得られる。

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、第２の空気流路９は走行時と停車時とで異なる流れとなる。

図２に走行時の第２の空気流路９の空気の流れ状態を矢印で示し、図４に停車時の第２の空気流路９の空気の流れ状態を矢印で示す。

走行時には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。

このとき、第２の外気導入口１５付近の外殻５に蝶番を介して取り付けられた翼断面形状の開閉装置２３が導入風による抗力で下側に張り付き、前面送風口１７への空気の流れは遮断されている。

なお、開閉装置２３は必ずしも蝶番によって外殻５に取り付ける必要はなく、開閉装置２３の開閉動作と外殻５への固定がなされていればよい。

第２の熱交換器１１の手前に設けられた送風ファン２４は熱電素子１２と同様に電源ケーブル３を介して電源４と電気的に接続されており、電源を投入すると図２に示す空気の流れの上流側へ送風を行うように取り付けられている。図２に示すような走行時の空気の流れにおいては逆回転により発電効果が発揮され、電源４またはコンデンサー等の蓄電装置に蓄電されるため、熱電ユニット２と送風ファン２４とで構成される空調ユニット２５の消費電力を抑制することが可能であり、特に電源４に電池を使用した場合には長時間駆動が可能になる。
なお、前面送風口１７への空気の流れは完全に遮断する必要はなく、装着者の頭部前面から送風ができるという利点はあるが、送風ファン２４の発電効果と第２の熱交換器１１による冷却効果は落ちる。

また、送風ファン２４と第２の熱交換器１１とを熱的に接続することによって送風ファン２４でも外気を冷却することができるため、熱交換面積の拡大による熱電ユニット２の高効率化が可能である。もしくは、第２の熱交換器１１の熱交換面積を縮小させても送風ファン２４と組み合わせて同等の熱交換面積を維持でき、第２の熱交換器１１の小型化およびコストダウンが可能でもある。

一方、停車時には図４に示すような空気の流れが生じる。

走行状態から停車すると、車に装備された速度計やヘルメット１に別途取り付けられた速度計、風速計、送風ファン２４に設けられた電圧計等、走行状態と停止状態を判別可能なセンサーによって停止状態を感知し、送風ファン２４に電源が投入され送風ファン２４が駆動して第２の空気流路９の前方向きの流れが生じる。

開閉装置２３は翼断面の形状であるため、この空気の流れによって揚力が発生し第２の外気導入口１５を閉塞する向きへ開閉装置２３が移動後、流れによる抗力によって外気導入口１５を遮断する。

このようにして形成された停止時の第２の空気流路９において、送風ファン２４によってヘルメット内部空間２２内の空気が頭部送風口１８から第２の空気流路９へ引き込まれ、第２の熱交換器１１にて冷却された後、風向調整機能の付加された流量調節弁１９の設けられた前面送風口１７から再び内部空間２２内へ送風されて循環する。

したがって、停止時においても冷却された空気を送風することができ、循環流を形成することで温度の高い外気を冷却する必要がないため冷却効率の向上が可能となる。また、流量調節弁１９には風向調整機能が付加されているため、夏場の冷房時には装着者顔面へ向けて送風することで快適性を向上させることができ、冬場の暖房時にはウィンドシールド７へ向けて送風することで装着者の呼気によるウィンドシールド７の結露を防止し、視界確保による安全性を向上させることが可能である。

このとき、第１の熱交換器１０には送風されないため、放熱効率は低下する可能性があるが、第１の熱交換器１０を外殻５の外側へ露出させたり、第１の熱交換器１０と外殻５とを熱的に接続することで外殻５前面によって放熱を促進させることで放熱効率の低下を抑制することができるし、第２の空気流路９と同様に第１の熱交換器１０用の送風ファンを設けてもよい。

なお、本実施例では前面送風口１７に流量調節弁１９を設けているが、第２の空気流路９の位置や長さを最適化することによって開閉装置２３と流量調節弁１９とを一体化構成とすることもできる。

また、停車時の第２の外気導入口１５の開閉装置２３による閉塞性は完全であることが理想的であることから、開閉装置２３にバネ体を付加させて外気導入口１５への押し付け力を増加させるとより効果的である。

以上のように走行時と停車時とで第２の空気流路９の構成を変化させることによって、走行時には不要な送風ファン２４を発電機に用い、停車時にその発電された電力を使用することができるため、空調ユニット２５の消費電力を低減させ、電源４に電池を用いた場合には長時間駆動可能という利点がある。

また、車両用ヘルメット等のように走行時の導入風というものが無いような用途でも、通常は停車時と同様に送風ファン２４による冷風の送風を行い、自然風が生じたときや扇風機の前に立つことによって送風ファン２４による発電を行うことができるため、電源４の充電頻度を低減させることが可能である。

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、ヘルメット内部へ温度調整された空気を送り込む送風ファンを発電機にも利用することにより、空調ユニットの消費電力を抑え、電源の消耗の抑制を実現す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走行状態での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停車状態での温度調整機能付きヘルメットの拡大図 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
２３ 開閉装置
２４ 送風ファン
２５ 空調ユニット
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 ブロアファン
１０６ 空調ユニット
１０７ ヘルメット

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、前記空気流路中に送風ファンを設けるとともに、前記空気流路の外気導入口に開閉装置を備えたことを特徴とする温度調整機能付きヘルメット。
2. 空気流路のヘルメット内部への出口が複数個設けられ、複数の空気流路が形成されるとともに、空気流路の流れの向きと送風ファンの送風の向きとが対向し、かつ、送風ファンのモータに蓄電器を電気的に接続した請求項１記載の温度調整機能付きヘルメット。
3. 外気導入口の開閉装置に空気流路の流れの向きを正方向とする逆止弁機能を具備させた請求項１または２記載の温度調整機能付きヘルメット。
4. 蝶番を介して板状弁を外気導入口に設置することで逆止弁を構成した請求項３記載の温度調整機能付きヘルメット。
5. 板状弁の断面形状を翼形状とした請求項４記載の温度調整機能付きヘルメット。
6. 開閉装置に複数個の空気流路のうちの少なくとも一つの空気流路の開閉機能を具備させた請求項２〜５いずれかに記載の温度調整機能付きヘルメット。
7. 第２の熱交換器と送風ファンの圧縮機構部とを熱的に接続した請求項１〜６いずれかに記載の温度調整機能付きヘルメット。