JP2018159169A - シールド及びヘルメット - Google Patents

Abstract

【課題】耳元における騒音や、ヘルメットに加わる空気抵抗を低減させることにより、空気抵抗と騒音を抑制することが可能なシールド及びヘルメットを得る。【解決手段】顔面を覆うシールドの両側面の、シールドの左右方向の幅が最大となる位置の近傍に、シールドの外表面から突出する形状の部材が装着されている、又は、シールドの外表面から陥没する形状の窪みが掘削されている。【選択図】図３

Description

本発明は、シールド及びヘルメットに関する。

本発明は、自動二輪車の乗員が装着するヘルメットのシールド及び当該シールドが装着されたヘルメットに関するものである。

自動二輪車の乗員には、万一の事故発生の際に頭部を保護するためのヘルメットの着用が義務付けられている。このヘルメットは、エンジン音、排気音、風切音等、自動二輪車の走行時に発生する耳障りな各種の騒音をある程度遮断する機能も果たしている。

これ等の騒音のうち、エンジン音や排気音は比較的高い周波数成分を含むため、ヘルメットを通過する際にかなり低減される。これに対して、風切音は、自動二輪車や乗員の身体と空気との摩擦によって発生する音であり、比較的低い周波数成分を含んでいる。そのため、ヘルメットを通過しても低減し難く、乗員にとっては大きな悩みの種になっている。なお、この風切音は、帽体表面に沿って流れる空気の層が帽体後部で帽体から離間して渦となることに起因して発生することが知られている。

近年、フルフェイス型ヘルメットの外殻シェルに取り付けられる吸気用、排気用のベンチレータや、空気整流用等のスタビライザーの構造が、複雑化したり、大型化したりしている。このため、走行風がこれ等ベンチレータ及びスタビライザーに巻き込まれて発生する風切音の音量が、特に大きくなっている。したがって、フルフェイス型ヘルメットを頭部に装着する乗員にも、このような風切音が大きな騒音となって聞こえる。

他方、この騒音と共に課題となるのがヘルメットの空力特性である。すなわち、走行風を受けることによって発生する、空気の流れに対して直角方向に働き、ヘルメットを持ち上げようとする力である揚力、空気の流れに対して平行方向に働き、ヘルメットを進行方向と逆方向に押し込もうとする抗力、及び、ヘルメットを横方向に引っ張ろうとする横力が働く。これ等揚力、抗力、及び横力といった空力特性を改善することも求められている。

特許文献１には、高速走行時にヘルメットに顕著な空気抵抗が生じ、ヘルメット着用者が受ける流体抵抗を減少させるために、ヘルメットの表面に凹凸部を設けたことが記載されている。すなわち、ゴルフボールのように、ヘルメットの全表面に凹凸（ディンプル）を設けることにより、空気抵抗を減少させている。

特許文献２には、耳元の騒音を低く抑えるため、帽体外面に凹凸を設けたことが記載されている。これは、ヘルメットの全表面の半分を加工することにより、特許文献１と同様に、空気抵抗を減少させる効果を得ようとするものである。

特許文献３には、シールドの上部にディンプル加工を施したヘルメットが記載されている。これは、高速度になるに連れて、乗員は前傾姿勢で乗車することになるので、その場合、走行風が当たる場所は、ヘルメット着用者の額の位置、すなわち、シールドの上部とヘルメットの上部（着用者の前額部付近）となる。そこで、シールドとヘルメット上部の境界付近に構造物を配置することにより、その付近の乱気流をいくつかに分散させることで空気抵抗を減じようとするものである。

特開昭６０−００９９０６号公報 特開平０８−１５８１３６号公報 独国特許発明第１０２００５００６０８７号明細書

近年のヘルメットは、空力抵抗が少ない形状に設計されており、ヘルメットの側面に部品が突出していない限り、ヘルメットの側面を前方から後方へ流れる風に対して、ほとんど抵抗が発生しない。しかしながら、このようなヘルメットであっても、ヘルメット底部、すなわち、ヘルメット下方から上方へヘルメットを伝って風が巻き上がることがあり、これが耳元に騒音を起こしたり、酷い場合は、ヘルメットの空気抵抗となったりするという問題がある。

また、ヘルメットはゴルフボールと異なり回転しないので、走行風を受けるのは前面、すなわち、ヘルメットを横から見て中央よりも前の部分となる。そうであるならば、特許文献１に開示されたヘルメットのように外表面の全面でなく、ヘルメット着用者が受ける流体抵抗を減少させるために最も効果が得られるヘルメットの前面、極論すれば、シールドにのみディンプル加工を施せば良いということになる。

さらに、特許文献２に開示されているヘルメットでは、帽体前部の外表面に形成された凹凸が、ヘルメットの表面に一様でないので、ヘルメット着用者が少し横を向いた場合、却って空気抵抗が生ずるおそれがある。また、ヘルメット着用者の耳元の騒音を低く抑えるには、かなり大袈裟な機構であるとも言える。

また、特許文献３に記載されたヘルメットでは、シールドの上部にディンプル加工を施しているが、最初から当該部分の形状を流線型に設計すれば、このような構造物（ディンプル加工）は不要となる。このような構造物は、例えば、レーシングカーの後部の翼部分となるスポイラーエッジの上に設けるように、空気抵抗を大きくするように設計された部分に設けると効果的となる。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ヘルメット底部、すなわち、ヘルメット下方から上方へヘルメットを伝って風が巻き上がることで発生する耳元における騒音や、ヘルメットに加わる空気抵抗を低減することが可能なシールド及びヘルメットを提供することを目的とする。

本発明は、ヘルメットの側面に小さな乱流を発生させる凹凸を設け、ヘルメット側面の気流を乱すことにより、気流がヘルメットから剥離する位置を後方へ移動させるものである。それは、ヘルメット側面の気流がヘルメット外表面から剥離する位置において空気抵抗が発生すると考えられるからである。また、気流の剥離する位置が、着用者の耳の位置から遠くなるに連れ、騒音も低減されることになる。

この凹凸は、ヘルメット側面を流れる気流が密集する位置よりも前方にあり、また、気流を乱すのに十分な大きさで有る必要がある。また、騒音の低減を考慮し、この凹凸は、着用者の耳の近くに配置される必要がある。さらに、この凹凸は、工業上の簡便性を考慮し、突出形状部材をヘルメット外表面に取り付ける、又はヘルメット外表面を削って窪み形状を作ることが適当である。上記理由から、ヘルメットの左右幅が最大となる位置の近傍に、突出形状部材、又は窪み形状を配置し、上記課題を解決することとした。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明におけるシールドは、顔面を覆うシールドの両側面の、前記シールドの左右方向の幅が最大となる位置の近傍に、前記シールドの外表面から突出する形状の部材が複数配置されている、又は、前記シールドの外表面から陥没する形状の窪みが複数掘削されていて、前記突出する形状の部材、又は、前記窪みの形状が、ヘルメットの前後方向に対して、丸みを持つ前端と後方側へ向かうにつれて徐々に狭まる後端を持つ涙滴形状であることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、請求項２に記載の本発明におけるヘルメットは、ヘルメットの両側面の、前記ヘルメットの左右方向の幅が最大となる位置の近傍に、前記ヘルメットの外表面から突出する形状の部材が複数配置されている、又は、前記ヘルメットの外表面から陥没する形状の窪みが複数掘削されていて、前記突出する形状の部材、又は、前記窪みの形状が、ヘルメットの前後方向に対して、丸みを持つ前端と後方側へ向かうにつれて徐々に狭まる後端を持つ涙滴形状であることを特徴とする。

本発明によれば、突出形状部材、又は、窪み形状によって形成されたヘルメット側面の外表面上の凹凸形状により、空気抵抗と騒音を低減することが可能なシールド及びヘルメットを得ることができる。

シールドが装着されたヘルメット全体の斜視図である。 シールド全体の斜視図である。 本実施形態に係るシールドに部材が取り付けられた状態を示す要部拡大図である。 自動二輪車に乗車したときのダミーヘッドの人頭角度を説明する図である。 走行状態において前方から走行風を受けたときにヘルメットに加わる力関係を説明する図である。 本実施形態に係る突出形状部材が取り付けられたシールドが装着された状態で人頭角度を変化させた状態を説明する図である。 本実施形態に係る部材を有するシールドが取り付けられた状態で走行風を受けたときの人頭角度とヘルメットに加わる力との関係を従来品と比較した実験結果を表す図である。 本実施形態に係る部材を有するシールドが取り付けられた状態で走行風を受けたときの着用者の耳に達する騒音を測定した実験結果を表す図である。

本発明は、上記従来のヘルメットにおける空力特性及び風切音の問題を解消したものである。すなわち、ヘルメットに装着されるシールドの側部に突出形状部材を取り付ける、又は、ヘルメット外表面を削って窪み形状を作ることにより、ヘルメットに対する抵抗力を低減すると共に、騒音を抑えることとしている。なお、以下説明する本実施形態として、突出形状部材を取り付けた場合について説明するが、窪み形状を設けた場合も概略同様の効果が得られることは明白である。

まず、本発明の実施形態に係るシールド及びヘルメットの全体形状について説明する。図１は、シールドが装着されたヘルメット全体の斜視図である。また、図２は、シールド全体の斜視図である。

図１に示すように、自動二輪車に乗車した乗員のヘルメット１には、図２に示すように、乗員の視界である前面窓２を覆うシールド３が着脱可能に装備されている。このシールド３は、透光性を有し、かつ硬質の合成樹脂（例えば、ポリカーボネイト）で成形されている。そして、本発明の実施形態に係る複数の突出形状部材は、進行方向に対向する面であって、図２における略楕円形のシールド３の左右の側面端の部分であるＡの部分に設けられる。当然のことながら、窪み形状を設置する場合も同様の位置である。

次に、本実施形態に係るシールドと突出形状部材について説明する。図３は、本実施形態に係るシールドに突出形状部材が取り付けられた状態を示す要部拡大図である。

図３（ａ）に示すように、シールド３の左側面端の周縁部分３０Ｌには、複数の突出形状部材３００が設けられている。また、図示しないが同様に、右側面端の周縁部分にも複数の部材が設けられる。なお、図４において、自動二輪車にはカウルが装着されている。

次に、自動二輪車に乗車したときのダミーヘッドの人頭ポジションについて説明する。図６は、本実施形態に係る部材が取り付けられたシールドが装着された状態で人頭角度を変化させた状態を説明する図である。

図６に示すように、自動二輪車に乗員が乗車したときの、水平面に対してダミーヘッド４が前傾姿勢になったときの傾きの角度を人頭角度θとする。乗員は、後述するように自動二輪車の速度が高速になるに連れて前傾姿勢で乗車することになるため、人頭角度θは、自動二輪車の速度が高速になるほど大きい角度となる。

次に、自動二輪車に装着されるカウリング（カウル）について説明する。図４は、自動二輪車にカウルが装着された状態を示す図である。

カウリング（カウル）６は、図４に示すように、自動二輪車の前面上部に設けられた風よけ部分６Ａと、自動二輪車５の車体前側のボディーカバー部分６Ｂとを合わせた全体のことを指す。カウリング（カウル）６を設けることにより、走行風が乗員に直接当たるのを避けることが可能となる。

次に、走行中において、前方から走行風を受けたときにヘルメットに加わる力関係について説明する。図５は、走行状態において前方から走行風を受けたときにヘルメットに加わる力関係を説明する図である。

図５に示すように、自動二輪車に乗車した乗員のヘルメット１が風圧によって受ける力は３つある。１つは、抗力であり、これは、ヘルメット１が真後ろ方向に引っ張られる力である。２つ目は、揚力であり、これは、ヘルメット１が真上に引っ張られる力である。３つ目は、横力であり、これは、ヘルメット１が真横に引っ張られる力である。本発明の実施形態に係る部材を有するシールド３が装備されたヘルメット１を装着した乗員に見立てたダミー人形が、走行時に受ける抗力、揚力、及び横力に関して、人頭角度θを変化させたとき、従来品に対してどれくらい変化したかについての実験を行った。

図７は、本実施形態に係る部材を有するシールドが取り付けられた状態で走行風を受けたときの人頭角度とヘルメットに加わる力との関係を従来品と比較した実験結果を表す図である。本実験では両側面端に流線型の突出形状の部材を８個ずつ、尖頭部分が後方を向くように設けて実施した。また、実験は、風速１６０ｋｍ／ｈで３つの人頭ポジションを設定し、約３００秒の計測３０００ログを取り平均値を算出し計測した。

人頭角度θとしては、実際の乗車姿勢の中から、図６（ａ）に示すθ＝２０度、図６（ｂ）に示すθ＝３０度、及び図６（ｃ）に示すθ＝３５度の３種類の角度について実験を行った。図６は、本実施形態に係る突出形状部材が取り付けられたシールドが装着された状態で人頭角度を変化させた状態を説明する図である。なお、本実験は、全てカウリング（カウル）６を設けた状態で実施した。

実験の結果、図７に示すように、人頭角度２０度では、抗力は９％減少し、揚力は４％減少し、横力は１０％減少した。また、人頭角度３０度では、抗力が６％減少し、揚力は２％減少し、横力は３２％減少した。

図８は、走行風を受けたときにヘルメット着用者の耳に達する騒音を計測した結果のグラフである。実線が本実施形態に係る部材を有するシールドが取り付けられたヘルメットであり、破線が従来品である。グラフの横軸が音の周波数帯であり、縦軸が音圧レベルである。実験の結果、ほとんどの周波数帯において、本実施形態に係る部材を有するシールドが取り付けられたヘルメットの方が従来品よりも低い音圧レベルである。

なお、図７及び図８に示した実験では、シールドに取り付ける突出形状部材を、シールドの左右の側面端の部分に８個ずつ設けた場合について説明しているが、シールドに取り付けられる突出形状部材の数は、任意の数とすることも可能である。

さらに、突出形状部材の向きも、ヘルメット底部に略平行である必要は無く、又は、突出形状部材同士の間隔も等間隔である必要は無い。これらの条件は、どの空気の流れをどの位置から剥離させるかによって、自由に設定することができる。すなわち、ヘルメット側面の空気の流れを観察して、最も効果的な突出形状部材の数量、位置、及び間隔を設計することができる。

また、上記実施形態においては、代表的な部品である自動二輪車用ヘルメットのシールドを取り上げて解説しているが、本発明は、自動二輪車用ヘルメットのシールド以外の部品にも応用可能である。

本発明によれば、ヘルメット底部、すなわち、ヘルメット着用者の喉から項を流れる風により、下方から上方へヘルメットを伝って巻き上がることで発生する耳元における騒音や、ヘルメットに加わる空気抵抗を低減させることにより、空気抵抗と騒音を抑制することが可能なシールド及びヘルメットが得られる。

以上、本発明の好適な実施形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範囲な趣旨及び範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正及び変更が可能である。

１ ヘルメット
２ 前面窓
３ シールド
４ ダミーヘッド
６ カウリング（カウル）
６Ａ 風よけ部分
６Ｂ ボディーカバー部分
３０Ｌ、３０Ｒ 周縁部分
３００ 突出形状部材

Claims (2)

1. 顔面を覆うシールドの両側面の、前記シールドの左右方向の幅が最大となる位置の近傍に、前記シールドの外表面から突出する形状の部材が複数配置されている、又は、前記シールドの外表面から陥没する形状の窪みが複数掘削されていて、
   前記突出する形状の部材、又は、前記窪みの形状が、ヘルメットの前後方向に対して、丸みを持つ前端と後方側へ向かうにつれて徐々に狭まる後端を持つ涙滴形状である
   ことを特徴とするシールド。
2. ヘルメットの両側面の、前記ヘルメットの左右方向の幅が最大となる位置の近傍に、前記ヘルメットの外表面から突出する形状の部材が複数配置されている、又は、前記ヘルメットの外表面から陥没する形状の窪みが複数掘削されていて、
   前記突出する形状の部材、又は、前記窪みの形状が、ヘルメットの前後方向に対して、丸みを持つ前端と後方側へ向かうにつれて徐々に狭まる後端を持つ涙滴形状である
   ことを特徴とするヘルメット。