JP2013096020A

JP2013096020A - ヘルメット

Info

Publication number: JP2013096020A
Application number: JP2011237738A
Authority: JP
Inventors: Toru Terajima; 徹寺嶋
Original assignee: Sumita Optical Glass Inc
Current assignee: Sumita Optical Glass Inc
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】省スペースで、ヘルメット使用時における作業を阻害することなく、優れた配光特性及び耐久性を有する照明手段を装着したヘルメットを提供する。
【解決手段】前方へ光を照射する照明手段１０を装着したヘルメット１であって、ＬＥＤチップ１２をガラス部材１３で封止したＬＥＤパッケージ１１からなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘルメット、特に、省スペースで、ヘルメット使用時における作業を阻害することなく、配光特性及び耐久性に優れる照明手段を装着したヘルメットに関する。

夜間の作業や、暗所での作業では、照明手段を配したヘルメットが用いられる。その場合、ヘルメットにバンドで固定するタイプの懐中電灯（ヘッドランプ）等を装着した形で用いられることが一般的である。

ただし、従来のヘッドランプを装着したヘルメットについては、装着したヘッドランプが外れるという問題や、ヘッドランプが大きいため作業に支障をきたすという問題があった。

そのため、近年では、ＬＥＤを用いることによって、省スペース化が図られた照明手段が開発されている。
例えば特許文献１には、扇状に配列した複数のＬＥＤを収納したＬＥＤケースと、ＬＥＤケースのＬＥＤ配列壁の外面に設けられたヒンジと、前記ヒンジにて連結される帽子のつばを狭持するためのクリップとからなるつば付帽子装着用ライトが開示されている。
また、特許文献２には、ＬＥＤと、該ＬＥＤを略人間の目の高さ付近に、頭部の移動に伴って光軸を変化させるよう人間の頭部に装着するための手段とを有することを特徴とする人間の頭部に装着する照明装置が開示されている。

さらに、省スペース化が図られた照明手段を組み込んだヘルメットについても開発が行われている。
例えば特許文献３には、ヘルメット本体の前部にＬＥＤ光源を一体に組み込み、前記ヘルメット本体の前部を除く部分に前記ＬＥＤ光源を点灯させる電池を一体に組み込むと共に、前記ＬＥＤ光源と電池を配線部で電気的に接続したことを特徴とするヘルメットが開示されている。

特開２００９−１７９８９７号公報実用新案登録第３０８４０６１号公報特開２００６−９７１５６号公報

しかしながら、特許文献１〜３の技術については、それらの図面（例えば、引用文献１の図１、引用文献２の図１、引用文献３の図４）より、用いられているＬＥＤは、全て正面方向への光の照射を目的とした、いわゆる砲弾型タイプのＬＥＤであり、光軸上の狭い範囲を照明するには適しているものの、広範囲に渡って光を照射する点（配光特性）について、必ずしも十分とは言えなかった。
そのため既存のＬＥＤを用いた場合、樹脂流れを抑制するために所定の樹脂枠を設ける事が一般的で有り、この樹脂枠が小型化の妨げになるばかりでなく、光が遮られ十分な配光特性が得られないという問題があった。
さらに、消防用のヘルメット等の高温環境下で使用される場合、十分な耐久性が得られないおそれがあった。

上記課題を鑑みて、本発明は、省スペースで、ヘルメット使用時における作業を阻害することなく、優れた配光特性及び耐久性を有する照明手段を装着したヘルメットを提供することを目的とする。

本発明者らは、照明手段を装着したヘルメットについて、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、照明手段として、ＬＥＤチップを従来の有機樹脂ではなく、ガラス部材で封止したＬＥＤパッケージを用いることで、省スペース化を図れるとともに、従来のＬＥＤ光源を用いた場合に比べて、耐久性のみならず、配光特性を格段に向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下の通りである。
（１）前方へ光を照射する照明手段を装着したヘルメットであって、前記照明手段は、ＬＥＤチップをガラス部材で封止したＬＥＤパッケージからなることを特徴とするヘルメット。

（２）前記照明手段は、２つ以上設けられることを特徴とする上記（１）に記載のヘルメット。

（３）前記照明手段は、ヘルメット本体と一体化されるか、又は、着脱可能な状態で装着されることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のヘルメット。

（４）前記ヘルメット本体がつばを有し、前記照明手段は、該つばの先端部に設けられることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のヘルメット。

（５）前記ＬＥＤパッケージは、ガラス部材に無機蛍光体を含有する事を特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のヘルメット。

（６）前記ＬＥＤパッケージの配線基板は、アルミナからなることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載のヘルメット。

本発明によれば、省スペースで、ヘルメット使用時における作業を阻害することなく、優れた配光特性及び耐久性を有する照明手段を装着したヘルメットを提供することが可能となる。

本発明に従うヘルメットの一実施形態について模式的に示した斜視図である。本発明に従うヘルメットに用いられるＬＥＤパッケージの一部を模式的に示した断面図である。従来の照明手段を装着したヘルメットの実施形態について模式的に示した斜視図である。本発明に従うヘルメットの別の実施形態について模式的に示した斜視図である。実施例のヘルメットの配光性を表した図である。比較例のヘルメットの配光性を表した図である。実施例のヘルメットを暗所で使用した際の状況を示した写真である。比較例のヘルメットを暗所で使用した際の状況を示した写真である。

以下、図面を用いて本発明を説明する。
図１は、本発明に従うヘルメットの一実施形態について、斜め上方から見た状態を模式的に示した図である。また、図２は、本発明に従うヘルメットに用いられるＬＥＤパッケージの断面の一部を模式的に示した図である。

本発明によるヘルメットは、図１に示すように、前方へ光を照射する照明手段１０を装着したヘルメット１である。
そして、前記照明手段１０は、図２に示すように、ＬＥＤチップ１２をガラス部材１３で封止したＬＥＤパッケージ１１からなることを特徴とする。
前記ＬＥＤパッケージ１１は、複数のＬＥＤチップ１２を搭載した配線基板１４を、軟化した板状のガラス部材１３で一括封止した後、素子ごとに切断する事によって製造される。

前記照明手段１０として、上述のＬＥＤパッケージ１１を用いることで、従来のＬＥＤパッケージを用いた場合よりも照明手段１０の省スペース化に寄与することができ、さらに、ガラス部材１３によってＬＥＤチップ１２を封止しているため、所定樹脂を用いて封止を行ったＬＥＤチップの場合に比べて、広範囲に渡って光を照射することが可能になるとともに、全て無機部材で構成されているため、高温環境下における耐久性の向上が可能となる。

一方、従来の照明手段付きヘルメットは、図３に示すように、市販のヘッドライト（照明手段３００）をヘルメット本体２００に装着したものである。そのため、装着手段３００の省スペース化は図られておらず、ヘルメット本体２００に固定もされていないため、作業の妨げとなるおそれがある。
また、照明手段３００としてＬＥＤパッケージを用いた場合には、省スペース化は図られるものの、ＬＥＤチップ１２を樹脂部材によって封止しているため、所望の配光特性が得られず、高温環境下での耐久性に劣る。すなわち、ＬＥＤチップの封止を行う樹脂部材は、本発明に用いられるガラス部材に比べて耐久性が低く、高エネルギーのＬＥＤチップを用いることに適さないことに加え、樹脂部材によるＬＥＤチップの封止では樹脂流れを抑制するために所定の樹脂枠を設けることが一般的であり、この樹脂枠が小型化の妨げになるばかりでなく、光が遮られ、配向特性の低下を招く。

また、前記照明手段１０については、図１に示すように、２つ以上設けることが好ましい（図１では、２つの照明手段１０ａ、１０ｂが設けられている。）。一定の間隔を空けて複数の照明手段１０ａ、１０ｂを設けることで、より優れた配光特性が得られるからである。さらに、優れた配光特性と製造コストとのバランスの点から、前記照明手段１０の数は、２〜４個設けられることがより好ましい。

例えば、前記照明手段１０が、図１に示すように、２つ設けられる場合には、各照明手段１０ａ、１０ｂは、作業員の両眼とほぼ同じ間隔で設けられることが好ましく、具体的には、５０〜１００ｍｍの範囲であることが好ましい。間隔が５０ｍｍ未満の場合、間隔が狭すぎるため、複数設けることによる配光特性の向上効果が低くなるおそれがあり、一方、間隔が１００ｍｍを超えると、間隔が空き過ぎるため所望の配光特性を得ることができなくおそれがあるからである。

また、前記照明手段１０については、ヘルメット本体２０と一体化されるか、又は、着脱可能な状態で装着される。
ここで、前記ヘルメット本体２０と一体化するとは、例えば図１に示すように、前記照明手段１０がヘルメット本体２０の中に組み込まれた状態で一体化している状態が挙げられる。また、前記ヘルメット本体２０と着脱可能とは、例えば図４に示すように、前記照明手段１０が支持部材１７とともに固定手段１６によってヘルメット本体２０へと着脱可能に装着される状態が挙げられる。なお、固定手段１６としては、クリップバネ、両面テープ等を用いることが好ましい。
前記照明手段１０がヘルメット本体２０と一体化される場合には、照明手段１０の省スペース化の点でより高い効果が得られるという利点があり、前記照明手段１０が支持部材１７とともに固定手段１６によってヘルメット本体２０へと着脱可能に装着される場合には、種々のヘルメット本体２０に対して、同じ照明手段１０を装着することができるという利点がある。

さらに、図１及び図４に示すように、前記ヘルメット本体２０がつば２１を有し、前記照明手段１０は、つばの先端部２１ａに設けられることが好ましい。つばの先端部２１ａに前記照明手段１０が位置することで、光の照射の障害がなく、より優れた配光特性を得ることができるためである。ここで、前記つばの先端部とは、図１のように前記照明手段１０がヘルメット本体２０と一体化される場合には、つばの先端位置のことをいい、図４のように前記照明手段１０がヘルメット本体２０と着脱可能な状態で装着される場合には、ヘルメット本体２０のつばの先端２１ａと同程度に前方へ突出した位置のことをいう。

なお、前記ヘルメット本体２０の構成については、特に限定はされない。用途に基づいて、素材や形状等が適宜選択される。例えば、ヘルメット本体の材質については、FRP（繊維強化プラスチック）の他、種々の材質を用いることが可能である。また、形状については、つば付のヘルメットの他、つばのないヘルメット本体も用いることも可能である。

本発明の照明手段１０を構成するＬＥＤパッケージ１１については、図２に示すように、ＬＥＤチップ１２と、該ＬＥＤチップ１２を搭載する配線基板１４と、該配線基板１４に形成された配線１５と、前記ＬＥＤチップ１２を封止するガラス部材１３とを備える。各部材の具体的な構成については、特に限定されず、例えば後述するような構成を有する。

前記ＬＥＤチップ１２については、例えば、結晶成長基板の表面に、窒化ガリウム系化合物半導体からなるバッファ層と、ｎ型層と、発光層と、ｐ型層とを有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により順次積層して形成したものが挙げられる。
また、ＬＥＤチップ１２の電極として、ｐ型層の表面のほぼ全面に設けられるｐ側電極及びｐ側電極上の一部に設けられたｐ側パッド電極が形成されており、ＬＥＤチップの特定の領域をｐ型層からｎ型層までドライエッチングして露出させ、その底面のｎ型層にｎ側電極が形成されることが好ましい。

なお、前記結晶成長基板については、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）等が挙げられる。
また、前記ｐ側電極は、ｐ型層と同等の熱膨張率を有するＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）からなることが好ましい。ＩＴＯは、窒化ガリウム半導体同等の熱膨張率（５×１０^−６／℃）と同等の熱膨張率であるため、ＬＥＤチップ１２との熱膨張率差により生じるｐ側電極のＬＥＤチップ１２からの剥がれを抑制することができる。
さらに、前記ｎ側電極は、バナジウム（Ｖ）／アルミニウム（Ａｌ）／金（Ａｕ）によって形成されることが好ましい。

前記配線基板１４は、膨張係数の点から、アルミナからなることが好ましい。

前記配線基板１４の配線１５は、基板表面に形成されてＬＥＤチップ１２と電気的に接続される表面配線と、基板裏面に形成されて外部端子と接続可能な裏面配線とを有している。表面配線及び裏面配線は、ＬＥＤチップ１２の電極形状に応じてパターン形成されたタングステン（Ｗ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）を備えている。表面配線と裏面配線は、配線基板１４を厚さ方向に貫通してＷからなるビアにより電気的に接続されている。

前記ガラス部材１３については、無機蛍光体を含有させる事が好ましい。また、LEDチップ１２の発光と蛍光体の変換光によって白色光となることが好ましい。
前記ガラス部材１３は、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ−Ｎａ_２Ｏ−ＺｎＯ−Ｎｂ_２Ｏ_５系のガラスとすることが好ましく、熱膨張係数が７．０×１０^−６／℃以下であることがより好ましい。

以下に、実施例、比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例）
図４に示すように、ＬＥＤチップをガラス部材で封止したＬＥＤパッケージからなる照明手段１０ａ、１０ｂを、ヘルメット本体２０のつば２１の先端２１ａに着脱可能に接続したヘルメット１のサンプルを作製した。
なお、前記ＬＥＤパッケージの詳細な条件については、図２に示すように、結晶成長基板の表面に、窒化ガリウム系化合物半導体からなるバッファ層と、ｎ型層と、発光層と、ｐ型層とを有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により順次積層して形成したＬＥＤチップ１２を、ガラス部材１３によって封止している。ガラス部材１３にはＹＡＧ：Ｃｅ^３＋蛍光体が均一に分散され、ＬＥＤチップ１２の青色発光と変換光によって白色光となる。また、配線基板１４については、アルミナからなる。

（比較例）
図３に示すように、照明手段３００として、市販のヘッドライト（ペリカン社製、「ＰＥＬＩＣＡＮ２６６０ＨｅａｄｓＵｐＬｉｔｅ」）をヘルメット本体２００に装着したこと以外は、実施例と同様の条件によって、ヘルメット１００のサンプルを作製した。

（評価）
その後、実施例及び比較例の各サンプルについて、実際に使用し、以下の評価を行った。

配光性の評価として、実施例及び比較例の各サンプルについて、暗室で使用した際の、ヘルメットの水平面及び垂直面の、それぞれの角度（°）に対する明るさ（ルックス）を市販の照度計を用いて測定した。
実施例及び比較例の各サンプルについての測定結果を、それぞれ図５及び図６に示す。

各サンプルを暗所で使用したときの状況を観察した。具体的には、各サンプルをマネキンに被せたときの状態、暗所で正面を向いて光を照射した時の、目線高さ、足元、正面から見た状態をそれぞれ観察した。
実施例及び比較例の各サンプルについての観察結果を、それぞれ図７及び図８に示す。

図５及び６から明らかなように、本発明のサンプルは比較例のサンプルに比べて、配光特性が大幅に優れることがわかる。
また、図７及び８に示した通り、実際に暗所で使用した場合、本発明のサンプルを使用したほうが目線の先及び足元の状況をより明るく照らしていることから、配光特性に優れることがわかる。
さらに、従来の照明手段では、死角となって十分な配光特性を得られなかった位置（横方向位置：９０°、縦方向位置：９０°）についても、本発明による照射手段では十分に光を照射できており、光の届かない火災現場や事故現場において作業を行う際、本発明によるヘルメットは従来のヘルメットに比べてより優れた効果を発揮できることがわかる。

本発明によれば、省スペースで、ヘルメット使用時における作業を阻害することなく、優れた配光特性及び耐久性を有する照明手段を装着したヘルメットを提供できる。

１、１００ヘルメット
１０、３００照明手段
１１ＬＥＤパッケージ
１２ＬＥＤチップ
１３ガラス部材
１４配線基板
１５配線
１６固定手段
１７支持部材
２０、２００ヘルメット本体
２１つば

Claims

前方へ光を照射する照明手段を装着したヘルメットであって、
前記照明手段は、ＬＥＤチップをガラス部材で封止したＬＥＤパッケージからなることを特徴とするヘルメット。
前記照明手段を、２箇所以上に設けたことを特徴とする請求項１に記載のヘルメット。
前記照明手段は、ヘルメット本体と一体化されるか、又は、着脱可能な状態で装着されることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘルメット。
前記ヘルメット本体がつばを有し、前記照明手段は、該つばの先端部に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヘルメット。
前記ガラス部材中に無機蛍光体を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヘルメット。
前記ＬＥＤパッケージの配線基板が、アルミナからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヘルメット。