JP2008025064A - 衝撃保護材 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より優れた緩衝作用を有し、非常に強い衝撃からも人体を有効に保護することが可能な衝撃保護材を提供する。
【解決手段】硬質材料で構成された外殻層２と、外殻層２の内面に配置された軟質の衝撃吸収部材によって構成された第１の緩衝層３と、第１の緩衝層３の内面に配置され、軟質の衝撃吸収部材よりも硬質の衝撃吸収部材４ａ中に、硬脆性の素材で構成された中空殻状の硬脆性粒体４ｂを複数個、面的に配置した状態で封入されてなる第２の緩衝層４とを備えた。これにより、強い衝撃力に対しては硬脆性粒体４ｂの破壊により衝撃吸収がされ、衝撃からも人体を有効に保護することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、野球やソフトボール等のスポーツに使用するプロテクタ、各種用途のヘルメット等において、人体を強い衝撃から保護するために使用される衝撃保護材に関する。

野球やソフトボール等のスポーツにおいては、競技中に球が当たるなどによって競技者の体に強い衝撃が加わった場合に人体を保護するため、プロテクタやヘルメットに用いる衝撃保護材が各種開発されている。また、オートバイや作業用のヘルメット等においても、事故などにおいて強い衝撃が加わった場合に頭を保護するため、ヘルメットに用いる衝撃保護材が各種開発されている。このような衝撃保護材としては、例えば、特許文献１〜８に記載のものが公知である。

特許文献１には、サッカーをはじめとする各種のスポーツを行う際に脚部等を保護するためのプロテクタとして、外側緩衝層の内側に内側緩衝層を重合接着し、さらにその内側緩衝 層の内側に内側吸湿層を重合接着してなるプロテクタが記載されている。

特許文献２には、人体の各部位に装着されその各部位を保護するプロテクタとして、外面層と、該外面層の内側に配置された中間層と、該中間層の内側に配置された内面層とを備え、前記外面層、中間層及び内面層はいずれも合成樹脂の発泡体よりなるとともに、これらの各層を、内側に配置されたものほど硬度が低くなるように構成したプロテクタが記載されている。

特許文献３には、種々のスポーツに適用出来るスポーツ用プロテクタとして、樹脂製の外郭部材と、外郭部材の内面側に配設した緩衝材とから成り、前記外郭部材を、熱可塑性樹脂材料を連続層とし、ゴム組成物を分散層とした熱可塑性エラストマー組成物により構成したことを特徴とするスポーツ用プロテクタが記載されている。

特許文献４には、防護材が少なくとも胸部に取り付けられたプロテクタであって、該防護材が、高強力繊維からなる織物積層体、高強力繊維からなる織物に合成樹脂を含浸させた織物積層成型体、プラスチック成型体および金属成型体の４種から選ばれた少なくとも一種からなり、かつ、次のａ）〜ｄ）の要件を同時に満足するプロテクタが記載されている。
ａ）厚さ(mm) Ｔ １≦Ｔ≦１０
ｂ）面密度(kg/ｍ2) Ｗ １≦Ｗ≦１０
ｃ）エネルギー吸収量(kg・m) Ｅ ５≦Ｅ
ｄ）貫通長さ(mm) Ｌ ５≧Ｌ

また、特許文献５には、ヘルメットを構成するシェルに内嵌する衝撃吸収ライナの内面に設けられ、使用時に人体頭部に当接するヘルメットの内装材として、前記衝撃吸収ライナの内面に着脱可能に嵌合するとともに、弾性を有する屈曲自在な複数の内装パッドからなるヘルメットの内装材が記載されている。

特許文献６には、オートバイに乗車する際等に用いるヘルメットとして、外殻帽体内面に内装被体が設けられたヘルメットにおいて、内装被体の一部域又は全域が緩衝材によって形成されており、該緩衝材は、細帯材をコイルスプリング状に巻回形成した棒状弾力材が多数本並設されて成る盤材を単層又は複数層にして形成されているヘルメットが記載されている。

特許文献７には、ヘルメットの外皮の内側に装着される緩衝体の構造として、前記緩衝体を多数の部屋で構成し、且つ、少なくとも一つの壁に接して隣接する一方の部屋に変形体を充填するとともに、他方の部屋に気体を充填したヘルメットの緩衝構造が記載されている。

特許文献８には、外帽体の内側に衝撃吸収作用を有する内帽体を装備したヘルメットにおいて、上記内帽体は同一の径又は異なる径の発泡スチロールの如き衝撃吸収作用を有する球状体群で構成した耐衝撃用ヘルメットが記載されている。
特開２００６−０６３４８３号公報 特開２００５−２３７５８０号公報 特開２００５−１９４６３７号公報 特開２００２−３７１４０８号公報 特開平１１−２５６４１７号公報 特開平０９−１０５０１４号公報 特開平１１−２８６８２２号公報 特開平８−７４１１４号公報

野球などの競技において、高速で飛来するボールが競技者に当たった場合、競技者の体に極めて大きな衝撃力が加わることがある。このような場合、上記従来の衝撃保護材は、ゴム組成物や高強力繊維、発泡スチロール等のような緩衝層を備えており、この緩衝層で衝撃力を吸収するとともに分散させる。そして、人体への衝撃力を和らげ、人体の損傷を最小限に抑える。

しかしながら、上記従来の衝撃保護材は、緩衝層の弾性体により衝撃を緩衝・分散させるものである。そのため、非常に高速でボールが競技者に当たった場合には、緩衝層からの強い弾性力（反力）が人体に伝わることは避けられない。従って、人体に加わる衝撃力を和らげるのには一定の限界がある。

また、非常に強い衝撃力が瞬間的に加わった場合、衝撃保護材の外部は破損しなくても、衝撃保護材の内部層が破損する場合がある。かかる場合に、衝撃保護材内部が破損したことに気づかず同じ衝撃保護材を使用し続けた場合、破損した部分に再び強い衝撃が加わると、十分な衝撃吸収がなされず、人体に加わる衝撃力が大きくなるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記従来の衝撃保護材よりもより優れた緩衝作用を有し、非常に強い衝撃からも人体を有効に保護することが可能な衝撃保護材を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、衝撃保護材の内部が破損した場合に、外部から破損が生じたことを認識することができる衝撃保護材を提供することにある。

本発明に係る衝撃保護材の第１の構成は、硬質材料で構成された外殻層と、前記外殻層の内面に配置された軟質の衝撃吸収部材によって構成された第１の緩衝層と、前記第１の緩衝層の内面に配置され、前記軟質の衝撃吸収部材よりも硬質の衝撃吸収部材中に、硬脆性の素材で構成された中空殻状の硬脆性粒体を複数個、面的に配置した状態で封入されてなる第２の緩衝層と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、外殻層に飛来したボールが衝突するなどによって部分的に衝撃が加わると、硬質材料で構成された外殻層が衝撃力を周辺に分散する。外殻層から内部に伝達する衝撃力は、軟質の衝撃吸収部材で構成された第１の緩衝層において吸収される。衝撃力が弱い場合には、第１の緩衝層で衝撃力の大部分が吸収される。更に、第１の緩衝層で緩衝された衝撃力は、第２の緩衝層に伝達され緩衝される。第２の緩衝層は、第１の緩衝層よりも硬質の衝撃吸収部材が用いられているが、衝撃力は第１の緩衝層で緩衝されているため、第２の緩衝層から人体に伝達する衝撃力は弱いものとなる。従って、人体が衝撃から有効に保護される。

一方、衝撃力が非常に大きく、第１の緩衝層から第２の緩衝層に大きな衝撃力が伝達された場合、第２の緩衝層の内部においては、面的に配置された中空殻状の硬脆性粒体が割れることにより、衝撃力が吸収される。硬脆性粒体による衝撃吸収は、破壊による衝撃吸収であるため、弾性体による衝撃吸収とは異なり反力が殆ど生じない。従って、第２の緩衝層から人体に伝達する衝撃力は弱いものとなり、人体が衝撃から有効に保護される。

ここで、第１の緩衝層に使用される「軟質の衝撃吸収部材」としては、衝撃吸収低反発の部材が使用される。例えば、軟質ウレタン、低反発スポンジ等を使用することができる。また、第２の緩衝層に使用される「衝撃吸収部材」としては、硬質発砲ウレタン、発泡スチロール等を使用することができる。

「硬脆性粒体」としては、硬脆性の素材で構成されたものであればよい。例えば、セラミックス、硬質プラスチック等を使用することができる。尚、硬脆性粒体の殻厚は、第２の緩衝層において緩衝すべき衝撃力の大きさに応じて、適宜設計される。

硬脆性粒体を「面的に配置」するとは、第２の緩衝層の面に沿って、硬脆性粒体を面状に詰めて配置することをいう。硬脆性粒体の配置密度は、必ずしも稠密でなくてもよいが、高い衝撃緩衝性を得るためには、できる限り稠密に配置することが好ましい。

本発明に係る衝撃保護材の第２の構成は、前記第１の構成において、前記硬脆性粒体は、中空殻状のセラミック製球状粒体であることを特徴とする。

硬脆性粒体として中空殻状のセラミック製球状粒体を使用することで、硬脆性粒体がある程度の強度を有するとともに、加わる衝撃力が所定の破壊靭性値を越えると急激に破壊し、衝撃力を有効に吸収することができる。

本発明に係る衝撃保護材の第３の構成は、前記第１又は２の構成において、前記硬脆性粒体は、内部に色素が封入され又は色素が含浸されていることを特徴とする。

この構成によれば、衝撃力により硬脆性粒体が破壊されると、色素が破壊された硬脆性粒体の外部に飛び出し、衝撃保護材の内面に滲出する。これにより、衝撃保護材の内部が破損したことを外部から認識することができる。これにより破損した衝撃保護材をそのまま知らずに使用し続けることを有効に防止できる。

ここで、第２の緩衝層の衝撃吸収部材としては、色素が容易に表面に滲出するように、色素に対する浸透性がある部材を使用することが好ましい。

本発明に係る衝撃保護材の第４の構成は、前記第１の構成において、前記硬脆性粒体は、内部に色素が封入され又は色素が含浸された中空殻状の浸透性を有するセラミック製球状粒体の外面を不浸透性の不透液層でコーティングしてなることを特徴とする。

この構成によれば、上記第４の構成と同様、衝撃保護材の内部が破損したことを外部から認識することができ、これにより破損した衝撃保護材をそのまま知らずに使用し続けることを有効に防止できる。

本発明に係る衝撃保護材の第５の構成は、前記第１の構成において、前記第２の緩衝層は、中空殻状の前記硬脆性粒体と、硬脆性の素材で構成された色素が封入又は含浸された色素含有硬脆性粒体とが、複数個、面的に配置した状態で封入されてなることを特徴とする。

この構成によれば、上記第４の構成と同様、衝撃保護材の内部が破損したことを外部から認識することができ、これにより破損した衝撃保護材をそのまま知らずに使用し続けることを有効に防止できる。

以上のように、本発明に係る衝撃保護材によれば、弱い衝撃力は外殻層で分散するとともに第１の緩衝層及び第２の緩衝層の衝撃吸収部材によって緩衝される。また、所定の大きさ以上の衝撃力は、第２の緩衝層内の中空殻状の硬脆性粒体が破壊することにより緩衝される。従って、弱い衝撃力から非常に強い衝撃力まで効果的に緩衝し、非常に強い衝撃からも人体を有効に保護することが可能となる。

また、第２の緩衝層内の中空殻状の硬脆性粒体を封入することで、硬脆性粒体全体の重量を軽量化することもできる。

また、硬脆性粒体の内部に色素が封入し又は硬脆性粒体に色素を含浸させておくことで、衝撃保護材の内部が破損したことを外部から認識することができる。これにより、破損した衝撃保護材をそのまま知らずに使用し続けることを有効に防止でき、安全性を高めることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る衝撃保護材の模式断面図である。実施例１に係る衝撃保護材１は、外殻層２，第１の緩衝層３，及び第２の緩衝層４を備えている。

外殻層２は、アクリル樹脂で構成され、硬質の外殻をなしている。第１の緩衝層３は、軟質ウレタンにより構成されており、大きな緩衝性と低反発性を有している。第２の緩衝層４は、櫛津ウレタンからなる硬質衝撃吸収部材４ａと、硬質衝撃吸収部材４ａ内に封入された複数の硬脆性粒体４ｂを備えている。硬脆性粒体４ｂは、第２の緩衝層４の内外面に沿って、面的に一層に充填されている。硬脆性粒体４ｂは、セラミックの中空殻状であり、硬脆性を有する。

以上のように構成された本実施例１に係る衝撃保護材１において、以下その作用効果を説明する。

まず、衝撃保護材１の外殻層２の表面に弱い衝撃力が加わった場合、図２に示すように、外殻層２が凹み、第１の緩衝層３に衝撃力が伝達される。このとき、外殻層２の剛性により、衝撃力は四方に分散されて伝達される。

第１の緩衝層３に伝達された衝撃力は、第１の緩衝層３内で吸収されて弱められ、第２の緩衝層４に伝達される。そして、第２の緩衝層４において更に衝撃力は弱められる。これにより、第２の緩衝層４の内面に伝わる襲撃力は弱くなり、第２の緩衝層４の内面は衝撃から保護される。

第２の緩衝層４において、衝撃力が硬脆性粒体４ｂの破壊靭性値よりも弱い場合には、硬脆性粒体４ｂは破壊されることはない。

一方、衝撃保護材１の外殻層２の表面に強い衝撃力が加わった場合、図３に示すように、第２の緩衝層４には第１の緩衝層３から大きな衝撃力が伝達される。この衝撃力が、硬脆性粒体４ｂの破壊靭性値よりも大きくなると、硬脆性粒体４ｂは破壊される。この破壊により、第２の緩衝層４の伝わる衝撃力が破壊により生じる空隙で減衰され、第２の緩衝層４の内面に伝わる襲撃力は弱くなり、第２の緩衝層４の内面は衝撃から保護される。

以上のように、本実施例によれば、弱い衝撃力は外殻層２で分散するとともに第１の緩衝層３及び第２の緩衝層４の衝撃吸収部材によって緩衝され、また、所定の大きさ以上の衝撃力は、硬脆性粒体４ｂが破壊することにより緩衝される。従って、弱い衝撃力から非常に強い衝撃力まで効果的に緩衝し、非常に強い衝撃からも第２の緩衝層４の内面を有効に保護することが可能となる。

図４は、本発明の実施例２に係る衝撃保護材の模式断面図である。実施例２の衝撃保護材１においては、中空の硬脆性粒体４ｂの中に色素封入硬脆性粒体４ｃを所定の割合で混ぜて第２の緩衝層４内に封入したことを特徴としている。色素封入硬脆性粒体４ｃは、図５に示すように、陶器状のセラミックで構成された中空殻６の内部に色素５が封入されている。また、中空殻６を浸透して色素５が漏出するのを防止すべく、中空殻６の外側表面に、薄い不透液層７がコーティングされている。不透液層７は樹脂などにより構成されている。

このように、中空の硬脆性粒体４ｂの中に色素封入硬脆性粒体４ｃを混入させておくことで、強い衝撃力によって色素封入硬脆性粒体４ｃが破壊されると、色素５が飛び出す。そして、飛び出した色素５は、硬質発泡ウレタンからなる第２の緩衝層４の内面に滲出する。この滲出した色素を見て、衝撃保護材１の内部が破損したことを外部から認識することができる。これにより、破損した衝撃保護材をそのまま知らずに使用し続けることを有効に防止でき、安全性を高めることができる。

尚、色素封入硬脆性粒体４ｃは、例えば、次のようにして製造することができる。まず、水性ペイントなどの色素を水等の溶媒で希釈し、粘性の低い色素流体を作る。この色素粒体中に、陶器状のセラミックで構成された中空殻６を浸漬する。尚、中空殻６内へ色素が浸入しやすくするために、中空殻６に１乃至複数の小孔を設けておいてもよい。これにより、中空殻６に色素が含浸される。最後に、中空殻６を色素流体から引き上げて、樹脂に浸漬し、不透液層７のコーティングを行う。これにより、中空殻６内に色素が含浸された状態で、不透液層７内に封入された状態とすることができる。

本発明の実施例１に係る衝撃保護材の模式断面図である。 衝撃保護材に弱い衝撃力が加わった状態を表す図である。 衝撃保護材に強い衝撃力が加わった状態を表す図である。 本発明の実施例２に係る衝撃保護材の模式断面図である。 色素が封入された硬脆性粒体を表す模式断面図である。

符号の説明

１ 衝撃保護材
２ 外殻層
３ 第１の緩衝層
４ 第２の緩衝層
４ａ 硬質衝撃吸収部材
４ｂ 硬脆性粒体
４ｃ 色素封入硬脆性粒体
５ 色素
６ 中空殻
７ 不透液層

Claims (5)

1. 硬質材料で構成された外殻層と、
   前記外殻層の内面に配置された軟質の衝撃吸収部材によって構成された第１の緩衝層と、
   前記第１の緩衝層の内面に配置され、前記軟質の衝撃吸収部材よりも硬質の衝撃吸収部材中に、硬脆性の素材で構成された中空殻状の硬脆性粒体を複数個、面的に配置した状態で封入されてなる第２の緩衝層と、
   を備えた衝撃保護材。
2. 前記硬脆性粒体は、中空殻状のセラミック製球状粒体であることを特徴とする請求項１記載の衝撃保護材。
3. 前記硬脆性粒体は、内部に色素が封入され又は色素が含浸されていることを特徴とする請求項１又は２記載の衝撃保護材。
4. 前記硬脆性粒体は、内部に色素が封入され又は色素が含浸された中空殻状の浸透性を有するセラミック製球状粒体の外面を不浸透性の不透液層でコーティングしてなることを特徴とする請求項１記載の衝撃保護材。
5. 前記第２の緩衝層は、中空殻状の前記硬脆性粒体と、硬脆性の素材で構成された色素が封入又は含浸された色素含有硬脆性粒体とが、複数個、面的に配置した状態で封入されてなることを特徴とする請求項１記載の衝撃保護材。
   
   
   
   

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