JP2024036678A - ヘルメット・パッド - Google Patents
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Abstract
【課題】斜めの衝撃の事態においてヘルメットの性能を少なくともある程度向上させることができる、ヘルメットに装着することができるパッドを提供すること。
【解決手段】本発明によれば、ヘルメット1に装着するためのパッド50が、支持部材51と、支持部材の第1の側を覆うように配置される第1の材料の層52と、第1の材料の層を覆うように配置される第2の材料の層53とを有し、低摩擦境界面57が、第2の材料の層に対する第1の材料の層の滑りを可能とするために第1の材料の層と第2の材料の層との間に配置され、各々の材料の層は、テキスタイル、布、ファブリック、及びフェルトのうちの少なくとも1つから形成される。
【選択図】図6
【解決手段】本発明によれば、ヘルメット1に装着するためのパッド50が、支持部材51と、支持部材の第1の側を覆うように配置される第1の材料の層52と、第1の材料の層を覆うように配置される第2の材料の層53とを有し、低摩擦境界面57が、第2の材料の層に対する第1の材料の層の滑りを可能とするために第1の材料の層と第2の材料の層との間に配置され、各々の材料の層は、テキスタイル、布、ファブリック、及びフェルトのうちの少なくとも1つから形成される。
【選択図】図6
Description
本発明は、ヘルメット内に装着され得るパッドに関する。
ヘルメットは、様々な活動に使用されることが知られている。これらの活動は、兵士のための保護ヘルメット、及び、例えば建築者、鉱山労働者、又は産業用機械の操作者によって使用される硬い帽子又はヘルメットなど、戦闘及び産業の目的を含む。ヘルメットはスポーツ活動においても一般的である。例えば、保護ヘルメットは、アイス・ホッケー、サイクリング、オートバイ、自動車レース、スキー、スノーボード、スケート、スケートボード、乗馬活動、アメリカン・フットボール、野球、ラグビー、サッカー、クリケット、ラクロス、登山、エアソフト、及びペイントボールで使用される。
ヘルメットは、固定された大きさのもの、又は異なる大きさ及び形の頭に適合するために調節可能なものであり得る。例えばアイス・ホッケーのヘルメットにおいて一般的な、一部の種類のヘルメットでは、ヘルメットの外側寸法及び内側寸法を変えるために、調節能力がヘルメットの移動部品によって提供され得る。これは、互いに対して移動することができる2つ以上の部品を伴うヘルメットを有することで達成され得る。例えばサイクリングのヘルメットにおいて一般的な別の場合では、ヘルメットには、ヘルメットを使用者の頭に固定するためのアタッチメント・デバイスが設けられており、このアタッチメント・デバイスは、ヘルメットの主本体又はシェルが同じ大きさのまま使用者の頭に適合するために、寸法が変化することができるアタッチメント・デバイスである。使用者の頭にヘルメットを据え付けるためのこのようなアタッチメント・デバイスは、ヘルメットを所定位置でさらに固定するために、追加のストラップ(顎ストラップなど)と一緒に使用され得る。これらの調節機構の組み合わせも可能である。
ヘルメットは、通常は硬く、プラスチック又は複合材料から作られる外側シェルと、ライナと呼ばれるエネルギー吸収層とからしばしば作られる。そうは言ったものの、例えばラグビーのスクラム・キャップなど、一部のヘルメットは硬い外側シェルを有していない。いずれの場合でも、現在、保護ヘルメットは、とりわけ、特定の荷重において脳の重心に起こり得る最大加速に関する特定の法的必要条件を満たすように設計される必要がある。典型的には、ヘルメットが装着されたいわゆるダミーの頭蓋骨が、頭に向かう径方向の強打を受ける試験が実施される。この結果、現代のヘルメットは、頭蓋骨に対して径方向での強打の場合に良好なエネルギー吸収能力を有するようになっている。回転エネルギーを吸収若しくは消散させることで、及び/又は、回転エネルギーを再方向付けて、回転エネルギーではなく並進エネルギーにすることで、斜めの強打(つまり、接線方向成分と径方向成分との両方を組み合わせている)から伝えられるエネルギーを軽減するためにヘルメットを開発する点においても、進歩がなされた(例えば、国際公開第2001/045526号及び国際公開第2011/139224号の両方が本明細書において参照によりそれらの全体において組み込まれている)。
このような斜めの衝撃は(保護のない場合)、脳の並進加速と角加速との両方をもたらす。角加速は、脳を頭蓋骨の内部で回転させ、脳を頭蓋骨に繋げる身体的要素に損傷をもたらし、脳自体にも損傷をもたらす。
回転による損傷の実例には、脳震盪などの軽度外傷性脳損傷(MTBI:Mild Traumatic Brain Injury)、並びに、硬膜下血腫(SDH:Subdural Haematomas)、血管破裂の結果としての出血、及びびまん性軸索損傷(DAI:Diffuse Axonal Injury)などのより重度の外傷性脳損傷があり、これらは、脳組織における大きなせん断変形の結果として神経線維が過度に引き伸ばされることとして要約することができる。
持続時間、振幅、及び増加率などの回転力の特性に依存して、脳震盪、SDH、DAI、又はこれらの損傷の組み合わせのいずれかを被る可能性がある。大まかに言って、SDHは、短い持続時間及び大きい振幅の加速の場合に起こり、DAIは、より長くより幅広い加速の荷重の場合に起こる。
そのため、斜めの衝撃の事態においてヘルメットの性能を少なくともある程度向上させることができる、ヘルメットに装着することができるパッドを提供することが望ましい。
本発明の態様によれば、ヘルメットに装着するためのパッドであって、支持部材と、支持部材の第1の側を覆うように配置される第1の材料の層と、第1の材料の層を覆うように配置される第2の材料の層とのうち1つ又は複数を有し、第2の材料の層に対する第1の材料の層の滑りを可能とするために、低摩擦境界面が第1の材料の層と第2の材料の層との間に配置され、各々の材料の層は、テキスタイル(textile)、布、ファブリック、及びフェルトのうちの少なくとも1つから形成される、パッドが提供される。
任意選択で、支持部材はエネルギー吸収層である。
任意選択で、第1の材料の層と第2の材料の層とは、第1の材料の層の布目と第2の材料の層の布目とが直角になるように配置される。
任意選択で、パッドは、支持部材の第2の側を覆うように配置される第3の材料の層であって、第2の側は支持部材の第1の側の反対側である、第3の材料の層をさらに有し、
第1の材料の層の周囲領域が第3の材料の層に取り付けられる。
第1の材料の層の周囲領域が第3の材料の層に取り付けられる。
任意選択で、パッドは、支持部材の第2の側を覆うように配置される第3の材料の層であって、第2の側は支持部材の第1の側の反対側である、第3の材料の層をさらに有し、
第2の材料の層の周囲領域が第3の材料の層に取り付けられる。
第2の材料の層の周囲領域が第3の材料の層に取り付けられる。
任意選択で、第1の材料の層と第2の材料の層との両方の周囲領域が第3の材料の層に取り付けられる。
任意選択で、パッドは、支持部材と第1の材料の層との間に配置される詰め物の層をさらに有する。
任意選択で、支持部材は剛体(rigid)である。
本発明の第2の態様によれば、本発明の第1の態様による第1のパッドが装着されたヘルメットが提供される。
任意選択で、第1のパッドは、ヘルメットが支持部材の第2の側に配置されるように、ヘルメットの内側に装着される。
任意選択で、ヘルメットはシェルをさらに有し、第1のパッドは、シェルが支持部材の第2の側に配置されるように、シェルの内側に装着される。
任意選択で、ヘルメットはシェルの内側に装着されるエネルギー吸収層をさらに有し、第1のパッドは、エネルギー吸収層が支持部材の第2の側に配置されるように、エネルギー吸収層の内側に装着される。
任意選択で、第1のパッドは、ヘルメットの内部が支持部材の第2の側にあるように配置される。
任意選択で、ヘルメットはエネルギー吸収層をさらに有し、
第1のパッドは、エネルギー吸収層が支持部材の第2の側に配置されるように、エネルギー吸収層の外側に装着される。
第1のパッドは、エネルギー吸収層が支持部材の第2の側に配置されるように、エネルギー吸収層の外側に装着される。
任意選択で、ヘルメットは、ヘルメットに装着される本発明の第1の態様による第2のパッドをさらに有し、第1のパッドは第2のパッドとは分離されている。
本発明の第3の態様によれば、ヘルメットの内側に装着するためにパッドを組み立てる方法であって、支持部材の第1の側を覆うように第1の材料の層を配置するステップ、及び、第1の材料の層を覆うように第2の材料の層を配置するステップの1つ又は複数を有し、低摩擦境界面が、第2の材料の層に対する第1の材料の層の滑りを可能とするために第1の材料の層と第2の材料の層との間に存在する、方法が提供される。
本発明の第4の態様によれば、ヘルメットを製造する方法であって、本発明の第3の態様によりパッドを製造するステップ、及び、組み立てられたパッドをヘルメットに装着するステップの1つ又は複数を有する方法が提供される。
本発明は、添付の図面を参照して、非限定的な実例を用いて以下に記載されている。
図に描写されたヘルメット内の様々な層の厚さ及び層同士の間の空間の比率は、明確性のために図面において誇張されており、当然ながら、必要性及び要件に応じて適応させることができる。
図1は、斜めの衝撃に対して保護を提供するように意図されている、国際公開第01/45526号において検討されている種類の第1のヘルメット1を描写している。この種類のヘルメットは、先に検討されているヘルメットの種類のうちのいずれであってもよい。
保護ヘルメット1は、外側シェル2と、外側シェル2の内側に配置された内側シェル3とで構築されている。着用者の頭との接触のために意図されている追加のアタッチメント・デバイスが提供され得る。
外側シェル2と内側シェル3との間に配置されているのは中間層4又は滑り促進材(sliding facilitator)であり、したがって、外側シェル2と内側シェル3との間の変位を可能にする。具体的には、後に検討されるように、中間層4又は滑り促進材は、衝撃の間に2つの部品の間で滑りが起こることができるように構成され得る。例えば、中間層4又は滑り促進材は、ヘルメット1の着用者にとって耐えることが可能であると予想されるヘルメット1への衝撃と関連付けられた力の下で、滑りを可能にするように構成され得る。一部の配置では、摩擦係数が0.001から0.3の間となるように、及び/又は、0.15未満となるように、滑り層又は滑り促進材を構成することが望ましい可能性がある。
図1の描写において、ヘルメット1の縁部分に配置されているのは、外側シェル2と内側シェル3とを相互連結する1つ又は複数の連結部材5であり得る。いくつかの配置では、連結部材5は、エネルギーを吸収することで、外側シェル2と内側シェル3との間の相互変位に対抗する(逆らう)ことができる。しかしながら、これは必須ではない。さらに、この構成(特徴)が存在する場合であっても、吸収されるエネルギーの大きさは、衝撃の間に内側シェル3によって吸収されるエネルギーと比較して通常は最小限(微少)である。他の配置では、連結部材5は全く存在しない可能性もある。
さらに、これらの連結部材5の場所は変えられてもよい。例えば、連結部材は、縁部分から離して位置決めされ、中間層4を通じて外側シェル2と内側シェル3とを連結してもよい。
外側シェル2は、様々な種類の衝撃に耐えるように、比較的薄くて強くされ得る。外側シェル2は、例えば、ポリカーボネート(PC:PolyCarbonate)、ポリ塩化ビニル(PVC:PolyVinylChloride)、又はアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS:Acrylonitrile Butadiene Styrene)などの高分子材料から作られ得る。有利には、高分子材料は、ガラス繊維、アラミド、トワロン(登録商標)、炭素繊維、ケブラ、又は超高分子量ポリエチレン(UHMWPE:UltraHigh Molecular Weight PolyEthylene)などの材料を使用して繊維強化され得る。
内側シェル3は、相当により厚くなっており、エネルギー吸収層として作用する。それによって、内側シェル3は頭に対する衝撃を減衰又は吸収することができる。内側シェル3は、発泡スチロール(EPS:Expanded PolyStyrene)、発泡ポリプロピレン(EPP:Expanded PolyPropylene)、発泡ポリウレタン(EPU:Expanded PolyUrethane)、ビニル・ニトリル・フォームなどの発泡材料、例えばハニカム状の構造を形成する他の材料、又は、Poron(商標)及びD3O(商標)のブランド名の下で市販されているものなどの歪み速さ感知発泡体から有利に作られ得る。構造は、例えば、異なる材料の層の数で、後で明らかになる異なる方法で変化させることができる。
内側シェル3は、衝撃のエネルギーを吸収するように設計されている。ヘルメット1の他の要素は、そのエネルギーを限られた範囲まで吸収するが(例えば、硬い外側シェル2又は内側シェル3の内部に設けられるいわゆる「快適な詰め物(パッド)」)、これはそれらの最重要な目的ではなく、エネルギー吸収へのそれらの寄与は、内側シェル3のエネルギー吸収と比較して最小限である。実際、快適詰め物などの一部の他の要素は、「圧縮可能な」材料から作ることができ、そのため、他の状況においては「エネルギーを吸収する」と見なすことができるが、圧縮可能な材料が、ヘルメットの着用者への害を低減する目的のために、衝撃の間に有意な大きさのエネルギーを吸収する意味において「エネルギーを吸収する」のでは必ずしもないことは、ヘルメットの分野においてよく認識されている。
例えば油、ゲル、テフロン(登録商標)、微粒子、空気、ゴム、ポリカーボネート(PC)、フェルトなどのファブリック材料といった、多くの異なる材料及び実施例が中間層4又は滑り促進材として使用できる。このような層は大まかに0.1~5mmの厚さを有し得るが、選択される材料及び望まれる性能に応じて、他の厚さが使用されてもよい。PCなどの低摩擦プラスチック材料の層が中間層4にとって好ましい。この層は、外側シェル2の内側面(又は、より大まかには、径方向内側に直にある何らかの層の内側面)にぴったりと付けられ得る、又は、内側シェル3の外面(又は、より大まかには、径方向外側に直にある何らかの層の外側面)にぴったりと付けられ得る。中間層の数及びそれらの層の位置決めは変えられてもよく、これについての実例は以下で(図3Bを参照して)検討される。
連結部材5として、例えば、ゴム、プラスチック、又は金属の変形可能な帯片が使用できる。これらは、適切な手法で外側シェル及び内側シェルに固定され得る。
図2は保護ヘルメット1の機能的原理を示しており、ここでは、ヘルメット1及び着用者の頭蓋骨10は、頭蓋骨10が長手方向軸11上に装着された状態で、半円筒形であると仮定されている。ヘルメット1が斜めの衝撃Kを受けると、捩じり力及びトルクが頭蓋骨10に伝えられる。衝撃力Kは、保護ヘルメット1に対する接線方向の力KTと径方向の力KRとの両方を生じさせる。この特定の状況では、ヘルメットを回転させる接線方向の力KT及びその影響だけが関心対象である。
見て取れるように、力Kは、内側シェル3に対する外側シェル2の変位12を生じさせ、連結部材5が変形させられる。最大で約75%で、平均で大まかには25%の、頭蓋骨10に伝えられる捩じり力の低減が、このような構成によって得られる。これは、そうでない場合に脳に伝えられることになる回転エネルギーの大きさを低減する、内側シェル3と外側シェル2との間の滑り運動の結果である。
滑り運動は、描写されていないが、保護ヘルメット1の周方向にも起こり得る。これは、外側シェル2と内側シェル3との間の周方向の角回転の結果であり得る(つまり、衝撃の間、外側シェル2が内側シェル3に対して周方向の角度で回転させられ得る)。図2は、外側シェルが滑る間に内側シェル3に対して固定されたままである中間層4を示しているが、代替で、内側シェル3が中間層4に対して滑る間に中間層4が外側シェル2に対して固定されたままであってもよい。なおも代替で、外側シェル2と内側シェル3との両方が中間層4に対して滑ることができる。
保護ヘルメット1の他の配置も可能である。いくつかの可能な変形が図3に示されている。図3aでは、内側シェル3は、比較的薄い外側層3’’と比較的厚い内側層3’とから構築されている。外側層3’’は、外側シェル2に対する滑りを容易にするのを助けるために、内側層3’より硬くできる。図3bでは、内側シェル3は図3aの場合と同じ手法で構築される。しかしながら、この場合、中間シェル6が間にある2つの中間層4がある。2つの中間層4は、そのように望まれる場合、異なるように具現化され、異なる材料から作られ得る。例えば、1つの可能性は、内側の中間層においてより外側の中間層において、より低い摩擦を有するようにすることである。図3cでは、外側シェル2は先と異なるように具現化される。この場合、より硬い外側層2’’がより柔らかい内側層2’を覆っている。例えば、内側層2’は内側シェル3と同じ材料であり得る。図1~図3は、径方向において層同士の間に分離がないことを示しているが、具体的には互いに対して滑るように構成された層同士の間に、空間が提供されるように、層同士の間にいくらかの分離があってもよい。
図4は、斜めの衝撃に対して同じく保護を提供するように意図されている、国際公開第2011/139224号において検討されている種類の第2のヘルメット1を描写している。この種類のヘルメットも、先に検討されているヘルメットの種類のうちのいずれであってもよい。
図4では、ヘルメット1は、図1のヘルメットの内側シェル3と同様のエネルギー吸収層3を有している。エネルギー吸収層3の外面はエネルギー吸収層3と同じ材料から提供できる(つまり、追加の外側シェルがなくてもよい)、又は、外面は、図1に示されたヘルメットの外側シェル2と同等の剛体のシェル2(図5参照)とできる。その場合、剛体のシェル2は、エネルギー吸収層3と異なる材料から作ることができる。図4のヘルメット1は、エネルギー吸収層3と外側シェル2との両方を貫いて延び、それによってヘルメット1を通る空気流を可能にする、任意選択の複数の通気口7を有する。
着用者の頭へのヘルメット1の取り付けのために、アタッチメント・デバイス13が設けられている。先に検討したように、これは、アタッチメント・デバイス13の大きさを調節することで異なる大きさの頭を収容させることができるため、エネルギー吸収層3及び剛体のシェル2が大きさにおいて調節できないときに望ましい可能性がある。アタッチメント・デバイス13は、PC、ABS、PVC、若しくはPTFEなどの弾性若しくは半弾性の高分子材料、又は、綿布などの天然の繊維材料から作ることができる。例えば、テキスタイル又は網の帽子がアタッチメント・デバイス13を形成してもよい。
アタッチメント・デバイス13は、前、後、左、及び右側から延びるさらなるストラップ部分を伴うヘッド・バンド部分を有するとして示されているが、アタッチメント・デバイス13の具体的な構成はヘルメットの構成に応じて変化してもよい。一部の場合では、アタッチメント・デバイスは、ヘルメットを通る空気流を可能とするために、例えば通気口7の位置に対応する、おそらくは孔又は隙間を伴って、連続(成形された)シートのようにされてもよい。
図4は、具体的な着用者についてアタッチメント・デバイス13のヘッド・バンドの直径を調節するための任意選択の調節デバイス6も描写している。他の構成において、ヘッド・バンドは弾性のヘッド・バンドであってもよく、その場合、調節デバイス6は排除されてもよい。
滑り促進材4がエネルギー吸収層3の径方向内側に設けられている。滑り促進材4は、エネルギー吸収層に対して、又は、ヘルメットを着用者の頭に取り付けるために設けられているアタッチメント・デバイス13に対して、滑るように適合させられている。
滑り促進材4は、先に検討されているのと同じ手法で、アタッチメント・デバイス13に対するエネルギー吸収層3の滑りを支援するために設けられている。滑り促進材4は、小さい摩擦係数を有する材料であり得る、又は、このような材料で被覆され得る。
そのようにして、図4のヘルメットでは、滑り促進材が、アタッチメント・デバイス13を向くエネルギー吸収層3の最も内側に設けられ得る、又は、その内側と一体にされ得る。
しかしながら、エネルギー吸収層3とアタッチメント・デバイス13との間に滑り能力を提供する同じ目的のために、滑り促進材4がアタッチメント・デバイス13の外面に設けられ得ること、又は、その外面と一体にされ得ることも、同等に想定可能である。つまり、具体的な構成では、アタッチメント・デバイス13自体が、滑り促進材5として作用するように適合させられてもよく、低摩擦材料を有してもよい。
別の言い方をすれば、滑り促進材4がエネルギー吸収層3の径方向内側に設けられている。滑り促進材は、アタッチメント・デバイス13の径方向外側に設けられてもよい。
アタッチメント・デバイス13が(先に検討されているように)帽子又は網として形成される場合、滑り促進材4は低摩擦材料のパッチとして設けられてもよい。
低摩擦材料は、PTFE、ABS、PVC、PC、ナイロン、PFA、EEP、PE、及びUHMWPEなどの蝋状のポリマ、又は、潤滑剤に浸漬され得る粉末材料であり得る。低摩擦材料はファブリック材料であり得る。検討したように、この低摩擦材料は、滑り促進材及びエネルギー吸収層のいずれか1つに、又は両方に適用され得る。
アタッチメント・デバイス13は、図4における4つの固定部材5a、5b、5c、及び5dなど固定部材5を用いて、エネルギー吸収層3及び/又は外側シェル2に固定され得る。これらは、弾性、半弾性、又は塑性の方法で変形することでエネルギーを吸収するように適合され得る。しかしながら、これは必須ではない。さらに、この特徴が存在する場合であっても、吸収されるエネルギーの大きさは、衝撃の間にエネルギー吸収層3によって吸収されるエネルギーと比較して通常は最小限である。
図4に示された実施例によれば、4つの固定部材5a、5b、5c、及び5dは、第1及び第2の部分8、9を有する懸架部材5a、5b、5c、及び5dであり、懸架部材5a、5b、5c、及び5dの第1の部分8はアタッチメント・デバイス13に固定されるように適合されており、懸架(サスペンション)部材5a、5b、5c、及び5dの第2の部分9はエネルギー吸収層3に固定されるように適合されている。
図5は、着用者の頭に置かれているときの、図4におけるヘルメットと同様のヘルメットの実施例を示している。図5のヘルメット1は、エネルギー吸収層3と異なる材料から作られる硬い外側シェル2を有する。図4と対照的に、図5では、アタッチメント・デバイス13は、2つの固定部材5a、5bを用いてエネルギー吸収層3に固定され、固定部材5a、5bは、エネルギー及び力を弾性的、半弾性的、又は塑性的に吸収するように適合されている。
ヘルメットに回転力を作り出す前方からの斜めの衝撃Iが図5に示されている。斜めの衝撃Iは、エネルギー吸収層3をアタッチメント・デバイス13に対して滑らせる。アタッチメント・デバイス13は、固定部材5a、5bを用いてエネルギー吸収層3に固定されている。明確性のために、2つだけのこのような固定部材が示されているが、実際には、多くのこのような固定部材が存在する可能性がある。固定部材5は、弾性的又は半弾性的に変形することで回転力を吸収することができる。他の構成では、変形は塑性的であってもよく、固定部材5のうちの1つ又は複数の切断すら生じさせる。塑性変形の場合、少なくとも固定部材5は衝撃の後に交換される必要がある。一部の場合では、固定部材5における塑性変形及び弾性変形の組み合わせが起こる可能性があり、つまり、一部の固定部材5は破断してエネルギーを塑性的に吸収するが、他の固定部材5は変形して力を弾性的に吸収する。
概して、図4及び図5のヘルメットでは、衝撃の間、エネルギー吸収層3は、図1のヘルメットの内側シェルと同じようにして圧縮することで、衝撃吸収体として作用する。外側シェル2は、使用される場合、衝撃エネルギーをエネルギー吸収層3に渡って拡げることを助ける。滑り促進材4は、アタッチメント・デバイスとエネルギー吸収層との間の滑りを許容もする。これは、そうでない場合に回転エネルギーとして脳に伝えられることになるエネルギーを消散させることができる制御された方法を可能にする。エネルギーは、摩擦熱、エネルギー吸収層の変形、又は、固定部材の変形若しくは変位によって消散させることができる。低減されたエネルギーの伝達は、脳に影響する回転の加速の低減をもたらし、したがって頭蓋骨の内部での脳の回転を低減する。それによって、MTBI、並びに、硬膜下血腫、SDH、血管破裂、脳震盪、及びDAIなどのより重度の外傷性の脳の損傷を含む回転の損傷の危険性が低減される。
後でさらに詳細に検討される本発明による構成では、パッドがヘルメットに装着され得る。ヘルメットは、エネルギー吸収層、及び、エネルギー吸収層の外側に形成される比較的硬い層の少なくとも一方を有し得る。このようなパッドが先に検討された構成のいずれかに従ってヘルメットに追加され、つまり、ヘルメットの層のうちの少なくとも2つの間に滑り境界面を有することは、理解されるべきである。しかしながら、先に検討されたものなどのヘルメットの特徴は、本発明にとって必須ではない。パッドは、スポーツ器具のための身体防具又は詰め物など、衝撃保護を提供する他のデバイスで使用されてもよい。
図6は、本発明によるパッド50を示している。パッド50は、支持部材51と、支持部材51の第1の側を覆う第1の材料の層52と、第1の材料の層52を覆う第2の材料の層53とを有する。低摩擦境界面(インターフェイス)57が、第2の材料の層52に対する第1の材料の層の滑りを可能とするために第1の材料の層52と第2の材料の層53との間に配置されている。パッド50の構成要素は後でより詳細に記載される。
使用中、パッド50はヘルメット1に装着され得る。図1に示された実例では、支持部材51はヘルメット1の表面に直接的に取り付けられている。表面はヘルメット1の内側面又は外側面であり得る。ヘルメット1はパッド50を有し得る。ヘルメット1のさらなる詳細は、後でより詳細に検討される。
使用者がヘルメット1を着用しているとき、パッド50がヘルメット1の内側に装着されている場合、第2の材料の層53は使用者の頭と接触することができる。ヘルメット1の大きさ又は形は、第2の材料の層53を使用者の頭に押し付けさせ、それによって、パッド50、延いてはヘルメット1を使用者の頭に対して固定させることができる。
ヘルメット1への斜めの衝撃の間、ヘルメット1における回転力が作り出され得る。第1の材料の層52と第2の材料の層53との間の低摩擦境界面57は、第1の材料の層52と第2の材料の層53との間に滑りを発生させ、したがってヘルメット1と使用者の頭との間の相対運動が行われる。これは、そうでない場合に回転エネルギーとして脳に伝えられることになるエネルギーを消散させることができる制御された方法を可能にする。
パッド50がヘルメット1の外側に装着される場合、パッド50への斜めの衝撃の間、第2の材料の層53における回転力が作り出され得る。第1の材料の層52と第2の材料の層53との間の低摩擦境界面57は、第1の材料の層52と第2の材料の層53との間に滑りを発生させ、したがって第1の材料の層52と第2の材料の層53との間の相対運動が行われる。これは、そうでない場合に回転エネルギーとして脳に伝えられることになるエネルギーを消散させることができる制御された方法を可能にする。
先に検討されている低減されたエネルギーの伝達は、脳に影響する回転の加速の低減をもたらし、したがって頭蓋骨の内部での脳の回転を低減する。それによって、MTBI、並びに、硬膜下血腫、SDH、血管破裂、脳震盪、及びDAIなどのSTBIを含む回転の損傷の危険性が低減される。
支持部材51はパッド50の本体を形成している。支持部材51は、第1の材料の層52を、パッド50が装着される表面から分離している。
支持部材51はエネルギー吸収層として作用することができる。この場合、支持部材は頭に対する衝撃を減衰又は吸収することができる。支持部材は、発泡スチロール(EPS)、発泡ポリプロピレン(EPP)、発泡ポリウレタン(EPU)、ビニル・ニトリル・フォームなどの発泡材料、例えばハニカム状の構造を形成する他の材料、又は、Poron(商標)及びD3O(商標)のブランド名の下で市販されているものなどの歪み速さ感知発泡体から有利に作られ得る。
支持部材51は快適詰め物として作用することができる。この場合、支持部材51は、衝撃においていくらかのエネルギーを吸収できるが、支持部材51がエネルギー吸収層として作用する場合と比較して、衝撃のエネルギーの相当の部分を吸収することはできない可能性がある。支持部材51は、柔らかい発泡体、フェルト、又は他の緩衝材料を有し得る。
支持部材51は、連続的又は途切れのない内部構造を有し得る点において、堅牢とすることができる。代替で、支持部材51は少なくとも1つの中空部分を有してもよい。中空部分は空気又は任意の他の適切な気体で満たすことができる。
支持部材51は、使用者がヘルメット1を着用するとき、及び/又は、ヘルメット1への衝撃の間、実質的に変形しない点において、剛体であり得る。支持部材51は複数の層を有してもよく、複数の層は異なる機能を提供することができる。例えば、支持部材51は、支持層、エネルギー吸収層、及び快適詰め物層のうちの1つ又は複数を有し得る。これらの層の各々は、先に検討されているように適切な材料から形成され得る。
図に示されている実例では、支持部材51の断面は長方形となるように示されている。しかしながら、支持部材51は、低摩擦境界面57を第1の材料の層52と第2の材料の層53との間に形成させることができる任意の形又は断面のものとできる。例えば、支持部材51は円板又は正方形として成形されてもよい。支持部材51の縁は傾斜が付けられてもよい。
支持部材51は、接着剤、又は永久的な取り付けの他の方法を用いて、ヘルメット1の表面に永久的に取り付けることができる。代替で、支持部材51は、ベルクロ(登録商標)、機械的なスナップ留め、又はクリップの1つ又は複数のような取り外し可能な取付方法を用いて、ヘルメットの表面に取り付けられてもよい。第1の材料の層52及び第2の材料の層53も、接着剤、若しくは永久的な取り付けの他の方法を用いて、又は、ベルクロ(登録商標)などの取り外し可能な方法によって、ヘルメットの表面に取り付けることができる。
代替で、支持部材51はヘルメット1の表面に取り付けられなくてもよい。この場合、支持部材51は、ヘルメット1の表面及び第1の材料の層52によって定められる空間内で浮遊するか又は自由に移動する。低摩擦境界面もヘルメット1の表面と支持部材51との間に形成され得る。
第1の材料の層52及び第2の材料の層53の少なくとも一方は、テキスタイル、布、ファブリック、及びフェルトのうちの少なくとも1つから形成され得る。層は織られた材料から形成され得る。第1の材料の層52及び第2の材料の層53は、両方とも同じ材料から形成され得る、又は、異なる材料から形成され得る。第1の材料の層52及び第2の材料の層53の各々を形成する材料は、材料の層を形成する繊維の配向及び/又は織り方によって定められる布目(grain)を有し得る。
パッド50が装着され得るか又は組み込まれ得るヘルメット1が使用者によって着用されるとき、第2の材料の層53はパッドの構造によって使用者の頭に保持され得る。第2の材料の層53の外面と使用者の頭との間の摩擦力は、通常の使用の間、ヘルメットを所定位置で保持することができる。衝撃の間、第2の材料の層53の外面と使用者の頭との間の摩擦力は、第2の材料の層53の外面と使用者の頭との間の相対運動を防止することができる。第1の材料の層52は第2の材料の層53に対して水平に移動することができる。各々の材料の層は、第1の材料の層52又は第2の材料の層53のいずれかがパッド50の他の部分及び/又はヘルメットに取り付けられるとき、第2の材料の層53に対する第1の材料の層52の水平の運動を許容するために、弾性であり得る。第1の材料の層52又は第2の材料の層53のいずれか又は両方の弾性は、第1の層52と第2の層53との間に所望の大きさの相対的な水平の移動を提供するように選択され得る。
低摩擦境界面57は、第1の材料の層52及び第2の材料の層53の相対する表面の間に設けられ得る。この状況において、低摩擦境界面は、使用中に予期され得る荷重の下であっても滑り接触がなおも可能であるように構成され得る。例えば、ヘルメットの状況において、ヘルメットの着用者にとって耐えることが可能と予想される衝撃の事態において、滑りが維持されることが望まれ得る。これは、例えば、摩擦係数が0.001から0.3の間となる、及び/又は、0.15未満となる、2つの表面の間の境界面の提供によって提供され得る。
低摩擦境界面57を形成する1つの方法の実例では、第1の材料の層52と第2の材料の層53とは、第1の材料の層52の布目と第2の材料の層52の布目とが直角になるように配置され得る。布目が互いに対して90度で配置されるときの材料の層の表面同士の間の相互作用は、布目が互いと平行に配置されるときより小さい摩擦係数をもたらすことができる。
低摩擦境界面57を形成するために第1の材料の層52及び第2の材料の層53として使用できるある適切な種類の材料は、トリコット・ファブリックである。例えば、85%の40デニールのセミダルのナイロン及び/又は15%の140デニールのスパンデックスから成る3バーのトリコット・ファブリックが、第1の材料の層52及び第2の材料の層53の一方として、又は任意選択でそれらの両方として使用され得る。トリコット・ニット・ファブリックは、綿、ウール、絹、レーヨン、ナイロン、及びそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを含む材料から作られ得る。トリコット・ファブリックは、インター・ループ糸パターンを用いつつ繊維が長手方向に延びる密に編む設計である平経編のファブリック(ナイロン、ウール、レーヨン、絹、又は綿など)を意味し得る。密に編む設計は実質的に非弾性であり得る。糸は、編みの単一の列又は畝に続いて、鉛直にジグザグとできる。トリコット・ファブリックの一方の側は、長さ方向において延びる細かいリブを特徴とでき、他方の側は横断方向に延びるリブを特徴とする。
トリコット・ファブリックは、光沢のある側と、より光沢のない反対側とを有するように見える。2枚のトリコット・ファブリックの光沢のある側同士が向かい合うように置かれ、各々のファブリックの製造の縦方向が他方のファブリックの製造の縦方向に対して実質的に直角となるように配置されるように2枚のファブリックが配向されるとき、2枚のファブリックの間の境界面は非常に小さい摩擦係数を示す。縦方向は、ファブリックが作られるときに編み機械を通じて順方向に移動する方向として定義され得る。機械配向はファブリックの布目として定義され得る。ファブリックの縦方向の実質的に直角の配向は、縦方向が実質的に平行となるようにファブリックが位置決めされる場合より小さい摩擦係数を有する境界面を作り出す。そのため、低摩擦境界面57は、先に検討されているように、第1の材料の層52及び第2の材料の層53として配置される2層のトリコット材料を用いて形成され得る。この方法で形成された層を伴うパッド50を含むヘルメット1を使用者が着用しているとき、ヘルメット1が着用されている間、並びに/又は、ヘルメット1及び/若しくはパッド50への衝撃の間、層同士は直角の関係から外れて滑ることができる。低摩擦境界面57は、層同士が互いに対して正確に直角に配向されないときに維持され得る。しかしながら、配向がより直角であれば、境界面の摩擦係数はより小さくなることができる。
代替又は追加で、材料のさらなる層が第1の材料の層52と第2の材料の層53との間に提供されて、さらなる層と第1の材料の層52との間、及び/又は、さらなる層と第2の材料の層53との間に低摩擦境界面57を形成してもよい。例えば、中間層又は滑り促進材4を形成するために適切として先に検討されている材料又は技術のいずれかが使用されてもよい。代替又は追加で、低摩擦境界面57は、例えば、第1の材料の層52及び第2の材料の層53の相対する表面の少なくとも一方を、2つの材料の層の間の摩擦を低下させる材料で被覆することで提供されてもよい。
パッド50は、支持部材51の第2の側を覆うように配置される第3の材料の層54をさらに有してもよく、第2の側は支持部材51の第1の側の反対側である。第3の材料の層54を含むパッド50の実例は図7に示されている。記載されていないパッド50の特徴はいずれも、先に記載されたパッド50の特徴と同じであると仮定され得る。第3の材料の層54は、テキスタイル、布、ファブリック、及びフェルトのうちの少なくとも1つから形成され得る。第3の材料の層54は第1の材料の層52及び/若しくは第2の材料の層53と同じ材料から形成され得る、又は、第3の材料の層54は異なる材料から形成され得る。
第3の材料の層54は、接着剤、又は任意の他の永久的な取り付けの方法を用いて、ヘルメット1の表面に取り付けることができる。代替で、第3の材料の層54は、ベルクロ(登録商標)などの取り外し可能な方法によって、ヘルメット11の表面に取り付けることができる。ヘルメット1は第3の材料の層54を有し得る。
第1の材料の層52の周囲領域及び/又は第2の材料の層53の周囲領域の周囲領域は第3の材料の層24に取り付けられ得る。第1の材料の層52及び/又は第2の材料の層53が第3の材料の層54に取り付けられる領域は、第1の材料の層52及び/又は第2の材料の層53の周囲領域であり得る。第1の材料の層52は周囲領域において第2の材料の層53に取り付けられ得る。材料の層のいずれの取り付けも支持部材51の第2の側の下で行われ得る。この配置の実例が図8に示されている。パッド50をこの方法で配置することは、パッド50の製作を単純化する。
材料の層は、縫合又は接着剤など、ファブリックの層を一体に取り付けるために典型的に使用される方法を使用して取り付けることができる。材料の層は、材料の層同士を一体に熱融着又は溶接するために、プラスチックの層の使用によっても取り付けられ得る。
支持部材51は第3の材料の層54に取り付けることができる、又は、支持部材51は、第1の材料の層51及び第3の材料の層54によって定められるポケット又は空間の内部で自由に移動することができる。支持部材51が第3の材料の層54から取り外される場合、低摩擦境界面が、第3の材料の層54に対する支持部材51の滑りを可能とするために、支持部材51と第3の材料の層54との間に配置され得る。低摩擦境界面は、先の検討されている第1の材料の層52と第2の材料の層53との間に低摩擦境界面57を形成する方法のいずれかで形成できる。支持部材51と第3の材料の層54との間に配置される低摩擦境界面は、先に検討されているように、そうでない場合に回転エネルギーとして脳へ伝えられることになるエネルギーの制御された消散を支援することができる。
パッド50は、支持部材51と第1の材料の層52との間に配置される詰め物55の層をさらに有し得る。詰め物55の層を含むパッドの実例は図9に示されている。詰め物55は、支持部材51の第1の側及び/又は第1の材料の層52に取り付けられ得る。詰め物55は、パッド50がヘルメット1の内側に装着される場合にパッド50が使用者の頭に押し付けられるとき、パッド50を含むヘルメットを詰め物55の圧縮によって着用するのをより快適にさせるために、快適詰め物として作用できる。
先に記載されたパッド50はヘルメット1に装着され得る。パッド50はヘルメット1の内側又は外側に装着され得る。ヘルメット1は少なくとも1つの硬い層を有し、そのため剛体であり得る。このようなヘルメットの実例には、軍事用ヘルメット、又は、建築現場での使用のための保護ヘルメットがある。代替で、ヘルメット1は、柔らかい層だけを有し、そのため柔軟であってもよい。このようなヘルメットの実例には、ラグビー、サッカー、又はボクシングなどのスポーツに参加する間に着用される保護キャップがあり、スクラム・キャップを含む。
図10は、パッド50がヘルメット1の内側に装着される本発明によるヘルメット1の実例を示している。ヘルメット1は、外側シェル2と、外側シェル2の内側に装着されたパッド50とを有する。パッド50は、ヘルメット1がパッド50の支持部材51の第2の側に配置されるように、ヘルメット1に装着され得る。この配置は、ヘルメット1と反対側の支持部材51の側に配置される第1の材料の層52と第2の材料の層53との間に低摩擦境界面57をもたらすことができる。この配置は、外側シェル2と反対側の支持部材51の側に配置される低摩擦境界面57をさらにもたらすことができる。パッド50は外側シェル2に直接的に装着することができる、又は、パッドは、外側シェル2の内側に配置されるヘルメット1のさらなる層又は構成要素に直接的に装着することができる。例えば、パッド50は、ヘルメット1の内部のエネルギー吸収層又はライナに取り付けられ得る。
さらなるパッド50がヘルメット1に装着されてもよく、さらなるパッド50は第1のパッド50とは別に(分離して)配置されてもよい。パッド50が互いと別に配置されるとは、先に検討されているパッド50の構成要素のいずれも別のパッド50との間で共用されないことを意味し得る。パッド50が別であるとは、パッド同士が直接的に一体に取り付けられないことを意味し得る。パッド50が別に配置されるとは、パッド50のうちの1つを形成する構成要素が他のパッド50を形成する構成要素と重ならないことを意味し得る。さらなるパッド50がヘルメット1に装着され得る。複数のパッド50がヘルメット1の内側に装着されるとき、パッド50は、ヘルメット1の使用者に快適なフィットを提供するために、ヘルメット1の外側全体に配置及び/又は離間されてもよい。パッド50は、ヘルメット1の内側の周りにおいて規則正しい間隔で離間されてもよい。
図11は、パッド50がヘルメット1の外側に装着される本発明によるヘルメット1の実例を示している。この実例でのヘルメット1は外側シェル2を含んでいない。この実例でのヘルメット1は、例えば、エネルギー吸収層又は内側シェル3を有する。しかしながら、ヘルメット1は柔らかい層又は柔軟な層を有するだけであってもよい。この配置では、パッド50は、ヘルメット1の内部がパッド50の支持部材51の第2の側にあるように配置され得る。この配置は、第1の材料の層52と、ヘルメット1の使用者の頭と反対側の支持部材51の側に配置される第2の材料の層53との間に低摩擦境界面57をもたらすことができる。これは、低摩擦境界面57が頭と同じ支持部材51の側に配置されるときほど低摩擦境界面57が使用者の頭に近くないため、ヘルメット1に使用者の頭へのよりしっかりとした感覚を作り出す。この配置は、存在する場合、低摩擦境界面57がエネルギー吸収層又は内側シェル3の外側に装着されることになり得る。複数のパッド50はヘルメット1に装着され得る。複数のパッド50がヘルメット1の内側に装着されるとき、パッド50は、様々な方向からのヘルメット1の使用者への衝撃に対して保護を提供するために、ヘルメット1の外側において配置及び/又は離間され得る。複数のパッド50はヘルメット1の外面の大部分を覆ってもよい。ヘルメット1がパッド50を有する場合、ヘルメット1は、ヘルメット1の表面及び/又は本体の大部分がパッド50によって形成される点において、複数のパッドから実質的に形成されてもよい。
パッド50がヘルメット1の外側に装着され得るヘルメット1の実例には、ラグビー及びサッカーなどのスポーツでの使用のための保護ヘルメット、又はスクラム・キャップがある。
ヘルメット1の内側に装着するために、先に検討したようなパッド50を組み立てる方法が、支持部材51の第1の側を覆うように第1の材料の層52を配置することと、第1の材料の層52を覆うように第2の材料の層53を配置することとを有し、低摩擦境界面57が、第2の材料の層53に対する第1の材料の層52の滑りを可能とするために第1の材料の層52と第2の材料の層53との間に存在する。前述した構成要素は任意の順番で組み立てられ得る。例えば、第1の材料の層52及び第2の材料の層53が支持部材51の上に配置される前に、第1の材料の層52が第2の材料の層53に取り付けられてもよい。パッド50はヘルメット1の中で組み立てられてもよい。例えば、支持部材51はヘルメット1の表面に取り付けられ、続いて他の材料の層が支持部材51の上に配置され、ヘルメット1に取り付けられてもよい。代替で、パッド50は完全に組み立てられ、続いてヘルメットに装着されてもよい。
パッド50が第3の材料の層54を含むとき、第1の材料の層52と第2の材料の層53とは第3の材料の層54に最初に取り付けられてもよい。次に、支持部材51と、パッド50のさらなる構成要素とが、第1の材料の層52及び第3の材料の層54によって形成されるポケットへと挿入され得る。代替で、支持部材51は第3の材料の層54に取り付けられ、第1の材料の層52及び第2の材料の層53は支持部材21に配置され、第3の材料の層54に取り付けられ得る。
先に記載されているように、パッド50の構成要素は、縫合、接着剤、又は熱融着などの適切な取り付け方法を用いて一体的に取り付けられ得る。方法は、先に検討されているパッド50のさらなる構成要素のいずれかをパッド50へ組み込むことを追加的に有し得る。
パッド50は、ヘルメット1が製作された後にヘルメット1に装着されてもよい。代替で、パッド50はヘルメット1の層に装着され、その層に、後に続く層がヘルメット1を形成するために取り付け又は置かれてもよい。
パッド50はヘルメット製作工程の一部として形成され得る。例えば、複合シートがヘルメット1を形成するために使用され得る。複合シートは、複数の材料の層から形成されたシートであってもよい。複合シートは、第1の材料の層52を形成するのに適した材料から作られた層、第2の材料の層53を形成するのに適した材料から作られた層、支持部材51を形成するのに適した材料から作られた層、及び第3の材料の層54を形成するのに適した材料から作られた層のうちの少なくとも1つを有し得る。次に、複合シートは、先に記載されているような複数のパッド50をシートに形成するために、型において圧縮及び/又は加熱され得る。複合シートを形成する材料の層は、パッド50を形成するために圧縮及び/又は加熱される前に、任意の方法で連結される必要がない。複数のパッド50を含む型成形されたシートの部分は、パッド50が装着されるヘルメット1を製作するために切断され得る。この実例では、ヘルメット1はパッド50を有する。
Claims (11)
- ヘルメットであって、前記ヘルメットに装着されるパッドを有し、前記パッドは、
前記パッドの本体を形成する支持部材と、
前記支持部材の第1の側を覆うように配置される第1の材料の層と、
前記第1の材料の層を覆うように配置される第2の材料の層であって、前記第1の材料の層と接触する第2の材料の層と
を有し、
低摩擦境界面が、前記第2の材料の層に対する前記第1の材料の層の滑りを可能にするように前記第1の材料の層と前記第2の材料の層との間に配置され、
各々の材料の層は、テキスタイル、布、及びファブリックのうちの少なくとも1つから形成され、
前記低摩擦境界面は、前記第1の材料の層の布目と前記第2の材料の層の布目とが直角になるように配置された前記第1の材料の層と前記第2の材料の層とによって形成され、
前記パッドは、前記ヘルメットが前記支持部材の前記第1の側とは反対の前記支持部材の第2の側に配置されるように、前記ヘルメットの内側に装着される、ヘルメット。 - 前記支持部材はエネルギー吸収層である、請求項1に記載のヘルメット。
- 前記支持部材は剛体であり、それにより前記支持部材は、使用者が前記ヘルメットを着用したとき、及び/又は前記ヘルメットへの衝撃の間、実質的に変形しない、請求項1に記載のヘルメット。
- 前記パッドは、前記支持部材の第2の側を覆うように配置される第3の材料の層であって、前記第2の側は前記支持部材の前記第1の側の反対側である、第3の材料の層をさらに有し、
前記第1の材料の層の周囲領域が前記第3の材料の層に取り付けられる、請求項1から3までのいずれか一項に記載のヘルメット。 - 前記パッドは、前記支持部材の第2の側を覆うように配置される第3の材料の層であって、前記第2の側は前記支持部材の前記第1の側の反対側である、第3の材料の層をさらに有し、
前記第2の材料の層の周囲領域が前記第3の材料の層に取り付けられる、請求項1から3までのいずれか一項に記載のヘルメット。 - 前記第1の材料の層と前記第2の材料の層との両方の周囲領域が前記第3の材料の層に取り付けられる、請求項4又は5に記載のヘルメット。
- 前記パッドは、前記支持部材と前記第1の材料の層との間に配置される詰め物の層をさらに有する、請求項1から6までのいずれか一項に記載のヘルメット。
- 前記ヘルメットはシェルをさらに有し、
前記パッドは、前記シェルが前記支持部材の前記第2の側に配置されるように前記シェルの内側に装着される、請求項1から7までのいずれか一項に記載のヘルメット。 - 前記ヘルメットは、シェルと、前記シェルの内側に装着されるエネルギー吸収層とをさらに有し、
前記第1のパッドは、前記エネルギー吸収層が前記支持部材の前記第2の側に配置されるように前記エネルギー吸収層の内側に装着される、請求項1から7までのいずれか一項に記載のヘルメット。 - 前記ヘルメットは、前記ヘルメットに装着された第1のパッド及び第2のパッドをさらに有し、
前記第1のパッドは前記第2のパッドとは分離されている、請求項1から9までのいずれか一項に記載のヘルメット。 - ヘルメットを製造する方法であって、
パッドを製造するステップと、
前記ヘルメットの内側に、前記組み立てられたパッドを装着するステップと
を含み、
前記パッドを製造するステップが、
前記パッドの本体を形成する支持部材の第1の側を覆うように第1の材料の層を配置するステップと、
前記第1の材料の層を覆うように第2の材料の層を配置するステップであって、前記第2の材料の層は前記第1の材料の層と接触している、ステップと
を含み、
低摩擦境界面が、前記第2の材料の層に対する前記第1の材料の層の滑りを可能とするように前記第1の材料の層と前記第2の材料の層との間に存在し、
各々の材料の層は、テキスタイル、布、及びファブリックのうちの少なくとも1つから形成され、
前記低摩擦境界面は、前記第1の材料の層の布目と前記第2の材料の層の布目とが直角になるように配置された前記第1の材料の層と前記第2の材料の層とによって形成され、
前記パッドは、前記ヘルメットが前記支持部材の前記第1の側とは反対の前記支持部材の第2の側に配置されるように、前記ヘルメットの内側に装着される、方法。
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