JP6967088B2 - ヘルメット - Google Patents
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Description
本発明は、ヘルメットに関する。
ヘルメットは、様々な活動に使用されることで知られている。これらの活動としては、例えば、兵士用の保護ヘルメットや、建設業者、炭鉱労働者、産業機械の運転者により使用される安全帽又はヘルメット等の戦闘・産業目的が挙げられる。また、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、アイスホッケーやサイクリング、モーターサイクリング、モーターカーレース、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、クリケット、ラクロス、クライミング、エアソフト、ペイントボールにおいて使用される。
ヘルメットには、異なるサイズ・形状の頭部に適合するように、サイズの固定されたものや調節可能なものがある。ある種のヘルメット、例えばアイスホッケーヘルメットにおいて典型的であるが、その調節可能性は、ヘルメットの部品を移動させることによりヘルメットの外径及び内径を変更することによって提供できる。これは、互いに対して移動できる２つ以上の部品をもつヘルメットによって実現できる。他の場合、例えばサイクリングヘルメットにおいて典型的であるが、あるヘルメットには、使用者の頭部に固定するための取付装置が設けられ、その取付装置が、ヘルメットの本体又はシェルが同じサイズを維持した状態で、使用者の頭部に適合するように寸法を変化させることができる。そのようなヘルメットを使用者の頭部に着座させるための取付装置は、追加のストラッピング（顎ストラップ等）と共に使用してヘルメットを定位置に更に固定させるようにしてもよい。これらの調節機構を組み合わせることも可能である。
ヘルメットは、通常硬くプラスチック又は複合材料で作られた外側シェルと、ライナーと呼ばれるエネルギー吸収層とから作られることが多い。近年、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生じうる最大加速に関連する所定の法的要件を満たすように設計されていなければならない。典型的に、ヘルメットを装着したダミースカルと呼ばれるものに頭部に向かう径方向の打撃を与える試験が行われる。これにより、頭蓋骨に対して径方向に打撃がかかる場合に良好なエネルギー吸収能力を有する現代のヘルメットが得られている。進歩は、回転エネルギーを吸収又は消散させること及び／又はそれを回転エネルギーではなく並進エネルギーに向けることによって、斜めの打撃（すなわち、接線成分及び径方向成分の組み合わせ）から伝達されるエネルギーを低減するヘルメットの開発においてもなされている（例えば、参照によりその全体が本願に組み込まれる特許文献１及び特許文献２）。
そのような斜めの衝撃（保護のない場合）は、脳の並進加速及び角加速の両方に繋がる。角加速は、頭蓋骨内において脳を回転させ、脳を頭蓋骨に接続している体要素及び脳自体に損傷を生じさせる。
回転損傷の例としては、脳震盪等の軽度外傷性脳損傷（ＭＴＢＩ）や硬膜下血腫（ＳＤＨ）等のより重篤な外傷性脳損傷、血管破裂の結果としての出血、脳組織の高い剪断変形により神経線維が引っ張られるものとして要約できるびまん性軸索損傷（ＤＡＩ）が挙げられる。
期間、振幅及び増大率といった回転力の特性に応じて、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。概して言えば、ＳＤＨは短期間の大きな振幅での加速の場合に起こり、ＤＡＩはより長くより広がる加速荷重の場合に起こる。
本発明は、斜めの衝撃の事象におけるヘルメットの性能を向上させることを少なくとも部分的に実現することを目的とする。
本発明の一態様は、エネルギー吸収層と、エネルギー吸収層の外側に形成されエネルギー吸収層よりも硬い比較的硬い層と、比較的硬い層の外側表面に載置された複数の外側プレートとを備え、外側プレートが、ある外側プレートに対する衝撃下でその外側プレートが比較的硬い層に亘って摺動し他の外側プレートに対して相対的に移動できるように、比較的硬い層上に載置され、比較的硬い層の外側表面と外側プレートの表面の少なくとも一部との間に、ある外側プレートに対する衝撃下で比較的硬い層の外側表面と接触する低摩擦接触部が設けられた、ヘルメットを提供する。
以下、本発明を、添付の図面を参照し、非限定の例を用いて説明する。
図に示すヘルメットにおける様々な層の厚さや層間の間隔の比率は、明確性のために図面において誇張されており、もちろんニーズ及び要件に応じて適応させることができる。
図１は、斜めの衝撃に対する保護を提供することを意図した特許文献１に記載されている種類の第１のヘルメット１を示す。このヘルメットの種類は、上述のヘルメットの種類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とで構築される。装着者の頭部に接触するようになっている追加の取付装置を設けてもよい。
外側シェル２と内側シェル３との間には、中間層４又は摺動促進部が配置され、これにより外側シェル２と内側シェル３との間の変位を可能とする。特に、以下に説明するように、中間層４又は摺動促進部は、衝撃中、２つの部品の間に摺動が生じるように構成することができる。例えば、ヘルメット１の装着者が生存できることが期待されるヘルメット１に対する衝撃に伴う力の存在下で摺動を可能とするように構成することができる。幾つかの配置構成において、摩擦係数が０．００１〜０．３及び／又は０．１５未満となるように摺動層又は摺動促進部を構成することが望ましい場合もある。
ヘルメット１の縁部には、図１に示すように、外側シェル２と内側シェル３とを互いに接続する１つ以上の接続部材５が配置されてもよい。幾つかの配置構成において、接続部材５は、エネルギーを吸収することによって、外側シェル２と内側シェル３との間の相互の変位を弱めるようにしてもよい。しかしながら、これは必須ではない。更に、この特徴が存在する場合でも、吸収されるエネルギー量は通常、衝撃中に内側シェル３により吸収されるエネルギーと比較して最少である。他の配置構成において、接続部材５は、全く存在しなくてもよい。
更に、これらの接続部材５の位置は変更できる。例えば、接続部材は、縁部から離間して位置決めされて、中間層４を介して外側シェル２と内側シェル３とを接続するようにしてもよい。
外側シェル２は、様々な種類の衝撃に耐えられるように強く且つ比較的薄くできる。外側シェル２は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）やポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）等のポリマー材料で作ることができる。有利には、このポリマー材料は、ガラス繊維やアラミド、トワロン、炭素繊維、ケブラー、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）等の材料を用いて繊維強化することができる。
内側シェル３は、極めて厚く、エネルギー吸収層として働く。それにより、これは、頭部に対する衝撃を減衰又は吸収することが可能である。有利には、発泡スチロール（ＥＰＳ）や発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）、発泡ポリウレタン（ＥＰＵ）、ビニルニトリル発泡体等の発泡材料、例えばハニカム状構造を形成する他の材料、あるいは、Ｐｏｒｏｎ（登録商標）やＤ３Ｏ（登録商標）のブランド名で販売されているようなひずみ速度感受性発泡体で作ることができる。構造は、以下に示すように、例えば多くの異なる材料の多くの層を用いて様々な形で変更できる。
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る。ヘルメット１の他の要素は、限られた範囲内でエネルギーを吸収する（例えば、硬質の外側シェル２や、内側シェル３内部に設けられるいわゆる「安全パディング」）が、これはそれらの最大の目的ではなく、エネルギー吸収に対する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、他の文脈において、安全パディング等の幾つかの他の要素は、「エネルギーを吸収する」と考えられる「圧縮可能」材料で作られてもいいが、ヘルメットの装着者に対する害を低減する目的のために、衝撃中に意味のある量のエネルギーを吸収するという意味において圧縮可能材料が必ずしも「エネルギーを吸収する」ものではないことは、ヘルメットの分野においてよく理解されている。
多くの異なる材料及び実施形態を中間層４又は摺動促進部として使用でき、例えば油やゲル、テフロン（登録商標）、ミクロスフェア、空気、ゴム、ポリカーボネート（ＰＣ）、フェルトといった織物材料等がある。そのような層は、概ね０．１〜５ｍｍの厚さを有してもよいが、選択される材料や所望の性能に応じて他の厚さを使用することができる。中間層４には、ＰＣ等の低摩擦プラスチック材料の層が好ましい。これは、外側シェル２の内側表面（より大まかには、その層が径方向のすぐ内側にくることになるいずれかの層の内側表面）に載置されるか、内側シェル３の外側表面（より大まかには、その層が径方向のすぐ外側にくることになるいずれかの層の外側表面）に載置することができる。中間層の数及びそれらの位置決めも変更することができ、この一例を以下説明する（図３ｂを参照する）。
接続部材５としては、例えばゴムやプラスチック、金属の変形可能なストリップで作られたものを使用できる。これらは、適切なやり方で外側シェル及び内側シェルに掛止される。
図２は、保護ヘルメット１の機能原理を示し、ここで、ヘルメット１及び装着者の頭蓋骨１０が半円筒形状であると想定し、頭蓋骨１０が長手軸線１１上に載置されるものとする。ヘルメット１に斜めの衝撃Ｋがかかると、ねじれ力及びトルクが頭蓋骨１０に伝達される。衝撃力Ｋは、保護ヘルメット１に対して接線力ＫＴ及び径方向力ＫＲの両方を生じさせる。この特定の文脈において、ヘルメットを回転させる接線力ＫＴ及びその影響のみを考慮する。
図から分かるように、力Ｋは、内側シェル３に対する外側シェル２の相対的な変位１２を生じさせ、接続部材５を変形させる。このような配置構成により、頭蓋骨１０に伝達されるねじれ力の約７５％までの、そして平均で概ね２５％の低減が得られる。これは、内側シェル３と外側シェル２との間の摺動運動が脳に伝達されるはずの回転エネルギー量を低減する結果である。
摺動運動は、保護ヘルメット１の周方向にも生じうるが、これは図示していない。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と考えられる（すなわち、衝撃中、外側シェル２は、内側シェル３に対して相対的に周方向の角度だけ回転しうる）。図２は、中間層４が内側シェル３に対して固定された状態を維持し外側シェルが摺動するように示しているが、代わりに中間層４が外側シェル２に対して固定された状態を維持し内側シェル３が中間層４に対して相対的に摺動してもよい。更に代わりに、外側シェル２及び内側シェル３の両方が中間層４に対して相対的に摺動してもよい。
保護ヘルメット１の他の配置構成も可能である。幾つかの可能な変形例を図３に示す。図３ａにおいて、内側シェル３は、比較的薄い外側層３’’及び比較的厚い内側層３’で構築されている。外側層３’’は、外側シェル２に対する摺動を促進するのを補助するように、内側層３’よりも硬くてもよい。図３ｂにおいて、内側シェル３は、図３ａと同様に構築されている。しかしながらこの場合、中間シェル６が間に挟まれる２つの中間層４が存在する。２つの中間層４は、所望される場合、異なるように具現化されてもよいし、異なる材料を用いて作られてもよい。１つの可能性として、例えば、内側の中間層よりも外側の中間層において低摩擦をもつようにできる。図３ｃでは、外側シェル２が前のものとは異なるように具現化されている。この場合、より硬い外側層２’’が、より柔らかい内側層２’を被覆している。内側層２’は、例えば、内側シェル３と同じ材料であってもよい。図１〜３では層の間に径方向の離間を示していないが、特に互いに対して相対的に摺動するように構成された層の間に空間が設けられるようにある程度離間していてもよい。
図４は、斜めの衝撃に対する保護を提供することを意図した特許文献２に記載されている種類の第２のヘルメット１を示す。このヘルメットの種類は、上述のヘルメットの種類のいずれであってもよい。
図４において、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を備える。エネルギー吸収層３の外側表面は、そのエネルギー吸収層３と同じ材料から設けられてもよく（すなわち、追加の外側シェルがなくてもよい）、あるいは外側表面は、図１に示すヘルメットの外側シェル２と同等の剛性シェル２（図５を参照）であってもよい。その場合、剛性シェル２は、エネルギー吸収層３とは異なる材料で作られてもよい。図４のヘルメット１は、エネルギー吸収層３及び外側シェル２の両方を通って延在してヘルメット１内において空気を流通させる、任意の複数のベント７を有する。
ヘルメット１を装着者の頭部に取り付けるための取付装置１３が設けられている。すでに述べたように、これは、取付装置１３のサイズを調節することによって異なるサイズの頭部を収容できるようになるため、エネルギー吸収層３及び剛性シェル２がサイズを調節できない場合に望ましい。取付装置１３は、ＰＣ、ＡＢＳ、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ等の弾性又は半弾性ポリマー材料や、コットン布等の天然繊維材料で作ることができる。例えば、テキスタイル又はネットのキャップで取付装置１３を形成できる。
取付装置１３は、前後左右側に延在する更なるストラップ部をもつヘッドバンド部を備えるものとして示されているが、この取付装置１３の特定の構成は、ヘルメットの構成に応じて変更できる。幾つかの場合において、取付装置はむしろ、例えばベント７の位置に対応してヘルメット内の空気の流通を可能とするおそらく穴又は隙間をもつ連続する（形状の）シートのようなものであってよい。
図４は、特定の装着者のために取付装置１３のヘッドバンドの直径を調節するための任意の調整装置６も図示する。他の配置構成において、ヘッドバンドは、弾性ヘッドバンドとすることができ、この場合調整装置６は排除できる。
エネルギー吸収層３の径方向内側には、摺動促進部４が設けられる。摺動促進部４は、エネルギー吸収層に対して、又はヘルメットを装着者の頭部に取り付けるために設けられた取付装置１３に対して、摺動するようになっている。
摺動促進部４は、上述したものと同様に、取付装置１３に対するエネルギー吸収層３の摺動を補助するために設けられる。摺動促進部４は、低摩擦係数を有する材料であってもよいし、そのような材料で被覆されていてもよい。
このように、図４のヘルメットにおいて、摺動促進部は、取付装置１３に対向するようにエネルギー吸収層３の最も内側に設けられても、又はそれと一体化されてもよい。
しかしながら、摺動促進部４は、エネルギー吸収層３と取付装置１３との間に摺動性を提供するという同じ目的で、取付装置１３の外側表面に設けられても、又はそれと一体化されてもよいことも同等に考えられる。つまり、特定の配置構成において、取付装置１３自体が摺動促進部５として働くようにしてもよいし、低摩擦材料を備えてもよい。
言い換えると、摺動促進部４は、エネルギー吸収層３の径方向内側に設けられる。摺動促進部は、取付装置１３の径方向外側に設けられてもよい。
取付装置１３が（上述のように）キャップ又はネットとして形成される場合、摺動促進部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やＡＢＳ、ＰＶＣ、ＰＣ、ナイロン、ＰＦＡ、ＥＥＰ、ＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ等のろう質のポリマーや、潤滑剤に注入しうるパウダー材料とすることができる。低摩擦材料は、織物材料であってもよい。すでに述べたように、この低摩擦材料は、摺動促進部及びエネルギー吸収層のいずれか一方又は両方に適用できる。
取付装置１３は、図４における４つの固定部材５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄのような固定部材５を用いてエネルギー吸収層３及び／又は外側シェル２に固定できる。これらは、弾性的、半弾性的又は可塑性的形態で変形することによりエネルギーを吸収するようにしてもよい。しかしながら、これは必須ではない。更に、この特性が存在する場合でも、吸収されるエネルギー量は、衝撃中にエネルギー吸収層３により吸収されるエネルギーと比較して最小限である。
図４に示す実施形態によれば、４つの固定部材５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄは、第１部８及び第２部９を有する懸架部材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄであり、懸架部材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの第１部８が、取付装置１３に固定されるようになっており、懸架部材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの第２部９が、エネルギー吸収層３に固定されるようになっている。
図５は、装着者の頭部に載置したときの、図４のヘルメットと同様のヘルメットの実施形態を示す。図５のヘルメット１は、エネルギー吸収層３とは異なる材料で作られた硬質の外側シェル２を備える。図４とは対照的に、図５において、取付装置１３は、弾性的に、半弾性的に又は可塑的にエネルギー及び力を吸収するようになっている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を図５に示す。斜めの衝撃Ｉは、取付装置１３に対して相対的にエネルギー吸収層３を摺動させる。取付装置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２つの固定部材のみ示しているが、実際には多くのこのような固定部材が存在してもよい。固定部材５は、弾性的に又は半弾性的に変形することによって回転力を吸収できる。他の配置構成において、その変形は、固定部材５の１つ以上が切断されることになるが可塑的であってもよい。可塑的な変形の場合、少なくとも固定部材５を、衝撃後に交換する必要がある。一部の場合において、固定部材５に可塑的な変形及び弾性的な変形を組み合わせることもある。すなわち、幾つかの固定部材５が断裂してエネルギーを可塑的に吸収し、他の固定部材５が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、衝撃中、エネルギー吸収層３が、図１のヘルメットの内側シェルと同じように圧縮することによって衝撃吸収部として働く。外側シェル２を使用すると、衝撃エネルギーをエネルギー吸収層３全体に拡散させる補助となる。摺動促進部４は、取付装置とエネルギー吸収層との間の摺動も許容する。これにより、回転エネルギーとして脳に伝達されるはずのエネルギーを発散させる制御されたやり方を可能とする。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発散させることができる。伝達されるエネルギーが低減されることによって、脳に影響を及ぼす回転加速が低減され、ひいては頭蓋骨内での脳の回転が低減される。これにより、ＭＴＢＩや、硬膜下血腫やＳＤＨ等のより重篤な外傷性脳損傷、血管破裂、脳震盪、ＤＡＩといった回転損傷のリスクが低減される。
以下さらに詳細に説明する本発明に係る配置構成において、複数の外側プレートを、少なくともエネルギー吸収層とそのエネルギー吸収層の外側に形成された比較的硬い層とを有するヘルメットに載置してもよい。外側プレートのそのような配置構成は、上述の配置構成のいずれかに係る任意のヘルメット、すなわちヘルメットの層の少なくとも２つの間に摺動接触部を有するヘルメットに追加してもよいことは理解されたい。しかしながら、上述のようなヘルメットの特徴は、本発明にとって必須ではない。
外側プレートは、少なくとも外側プレートに対する衝撃の下で、比較的硬い層の外側表面と、比較的硬い層の外側表面と接触する外側プレートの表面の少なくとも一部との間に低摩擦接触部を提供するように、比較的硬い層に載置されてもよい。
また、外側プレートの載置の仕方は、外側プレートに対する衝撃の下で、外側プレートが他の外側プレートに対して相対的に比較的硬い層に亘って摺動・移動できるようにできる。そのような配置構成において、ヘルメットに衝撃が加わった場合、その衝撃は、１つ又は限定された数の外側プレートに入射することが予想される。従って、１つ以上の外側プレートが、比較的硬い層及び衝撃を受けていない外側プレートに対して相対的に移動できるようにヘルメットを構成することによって、衝撃を受けた表面、すなわち１つ又は限定された数の外側プレートがヘルメットの残りの部分に対して相対的に移動できる。斜めの衝撃又は接線方向の衝撃の場合、これは、ヘルメットの残りの部分への回転力の伝達を低減しうる。ひいては、これは、ヘルメットの装着者の脳に加えられる回転加速を低減し且つ／又は脳損傷を低減しうる。
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は、対応する目的のために上述の材料のいずれかで形成できる。
例えば、比較的硬い層は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）やポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）等の様々な種類のポリマー材料で形成できる。有利には、このポリマー材料は、ガラス繊維やアラミド、トワロン、炭素繊維、ケブラー、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）等の材料を用いて繊維強化することができる。
エネルギー吸収層は、例えば、発泡スチロール（ＥＰＳ）や発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）、発泡ポリウレタン（ＥＰＵ）、ビニルニトリル発泡体等の発泡材料、例えばハニカム状構造を形成する他の材料、あるいはＰｏｒｏｎ（登録商標）やＤ３Ｏ（登録商標）のブランド名で販売されているようなひずみ速度感受性発泡体で作ることができる。
外側プレートは、比較的硬い層の形成のための上述の材料のいずれか一つで作られてもよい。比較的硬い層及び複数の外側プレートを有するヘルメットの場合、比較的硬い層及び外側プレートが異なる材料で形成されてもよいし同じ材料で形成されてもよいことは理解されたい。
比較的硬い層の外側表面と外側プレートの内側表面との間に低摩擦接触部を提供するために、摺動接触部又は摺動促進部を設けるための上述の配置構成のいずれかを使用しうる。例えば、低摩擦接触部は、ヘルメットが耐えられるように設計される衝撃に伴う力の下で摩擦が十分に低くなり外側プレートが比較的硬い層に対して相対的に摺動できることを確実にするように比較的硬い層及び外側プレートの材料の選択によって設けてもよい。
代えて又は加えて、低摩擦層を表面の一方又は両方に一体化させてもよく且つ／又はコーティングを低摩擦材料で形成された表面の１つ以上に適用してもよく且つ／又は低摩擦材料で形成された中間層をこれらの表面の間に設けてもよい。
適切な低摩擦材料としては、ＰＴＦＥやＡＢＳ、ＰＶＣ、ＰＣ、ナイロン、ＰＦＡ、ＥＥＰ、ＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ等のろう質のポリマーや、潤滑剤に注入しうるパウダー材料がある。低摩擦材料は、織物材料であってもよい。
幾つかの配置構成において、摩擦係数が０．００１〜０．３及び／又は０．１５未満となるように摩擦接触部を構成することが望ましい場合もある。
一配置構成において、複数の外側プレートがヘルメットの最外層を形成する。外側プレートは機能的な意味でヘルメットの最外層を形成しうるが、審美的な理由でヘルメットの外側に更なる層を設けてもよいことは理解されたい。よって、製品の外観的に望ましい場合、外側プレートの外側に薄い層又は膜を形成してもよい。そのような外側膜は、ヘルメット自体の性能には大きく影響を及ぼすことはない。代えて、外側プレートは、衝撃がヘルメットを打った時に、それが外側プレートの外側表面に直接加わるような形で被覆されてもよい。
各外側プレートは、衝撃がないときにその外側プレートをヘルメットの残りの部分に固定するように配置された、外側プレートと組み合わせられた１つ以上のコネクターを有してもよい。特に、コネクターは、外側プレートに対して衝撃がないときには外側プレートが比較的硬い層に対して相対的に移動しないが、外側プレートに対する衝撃下では外側プレートが比較的硬い層に対して相対的に移動できるように構成することができる。
一配置構成において、コネクターは、外側プレートとヘルメットの残りの部分との間に接続された別個の部品であってもよい。以下、外側プレートをヘルメットの残りの部分に接続する様々な配置構成の例を説明する。しかしながら、概して、例えばねじ等の従来の固定具を含む任意の機械的固定具を使用できることは理解されたい。
一配置構成において、外側プレートをヘルメットの残りの部分に接続する少なくとも１つのコネクターは、外側プレート及びヘルメットの残りの部分の一部の少なくとも一方と一体的に形成されてもよい。
図６に示すように、コネクター２１を、外側プレート２０の中央領域に設けてもいいしその中央領域に接続してもよい。以下に説明する他の配置構成において、コネクターは、外側プレート２０の縁部に設けられる。幾つかの配置構成において、組み合わせを使用してもよいことは理解されたい。そのような配置構成は、外側プレート２０の中央領域に少なくとも１つのコネクター２１と、外側プレート２０の縁部に設けられた少なくとも１つのコネクターとを含んでもよい。
コネクターが外側プレート２０の縁部に設けられる場合、それらは、外側プレート２０とヘルメットの残りの部分との間に設けてもよいし且つ／又は隣接する外側プレート２０間に設けてもよい。
外側プレート２０をヘルメットの残りの部分に接続するように配置されたコネクターは、図６に図示するように、比較的硬い層２に接続するように配置されてもよい。代えて又は加えて、１つ以上のコネクターが外側プレート２０をエネルギー吸収層３に接続するように構成されてもよい。
少なくとも１つのコネクターは、外側プレートに対する衝撃下で、そのコネクターが変形して、衝撃がないときに固定されている位置から外側プレート２０が移動するのを許容するように構成されてもよい。コネクターは、その変形が弾性変形となるように、例えば、衝撃後、外側プレートが比較的硬い層に対して相対的にその元の位置に戻るように構成されてもよい。例えば、コネクターは、ゴム材料等のエラストマーで形成されてもよい。
図６に図示するコネクター２１のようなコネクターは、衝撃下で伸長する、すなわち長くなって外側プレート２０の比較的硬い層２に対する相対的な移動を許容する伸長形状を有してもよい。
一配置構成において、少なくとも１つのコネクターは、外側プレートの一部をヘルメットの残りの部分に接続する弾性織物の断片で形成して、外側プレートの移動が弾性織物の断片の一方側を伸長することによって起こるようにしてもよい。特定の配置構成において、外側プレートをヘルメットの残りの部分に接続するのに使用される弾性織物は、外側プレートと比較的硬い層との間に配置され、低摩擦接触部の少なくとも一部として機能する。
一配置構成において、少なくとも１つのコネクターは、外側プレートに対する斜めの衝撃下でせん断して外側プレートの比較的硬い層に対する相対的な移動を許容するせん断に弱い材料で形成されてもよい。
一配置構成において、少なくとも１つのコネクターは、外側プレースに対する衝撃下で断裂、すなわち外側プレートとヘルメットの残りの部分との接続を破断するように構成されてもよい。例えば、図７に示すように、一配置構成において、外側プレート２０は、接着剤２５の断片によって比較的硬い層２に接続されてもよい。接着剤２５の断片は、閾値力を超える衝撃下でその接着剤が断裂して外側プレート２０を解放するように構成されてもよい。
断裂するコネクターの他の配置構成を使用してもよい。例えば、外側プレートに対する閾値を超える衝撃下で、例えば張力又はせん断によりその伸長接続に破断ひずみがかかるように構成された図６に図示したものと外観上類似した伸長コネクターや他の機械的固定具を使用してもよい。所望の断裂挙動を確実にするために、構造的な弱さをコネクターに意図的に導入してもよい。
断裂コネクターの更なる例を図示する図８に示すように、１つ以上のピン２６を設けて外側プレート２０を比較的硬い外側層に接続してもよい。所定の閾値を超える衝撃下で、１つ以上のピン２６が、破壊且つ／又は外側プレート２０から破断且つ／又は比較的硬い層２から破断するように構成してもよい。
幾つかの配置構成において、コネクター２５の断裂によって、外側プレート２０を完全に解放してそれがヘルメットのリマインダーにもはや接続されないようにしてもよい。他の配置構成において、外側プレート２０は、衝撃下で断裂する第１の種類のコネクター２５と、衝撃がないときに外側プレートをヘルメットの残りの部分に完全に固定するのに単独では不十分な第２の種類のコネクターとによって接続されてもよい。そのような配置構成では、第１の種類のコネクターが断裂した後、第２の種類のコネクターが、外側プレートがヘルメットの残りの部分から完全に破断して外れるのを防止しうる。
一配置構成において、少なくとも１つのコネクターは、取り外し可能に外側プレートを接続するように構成されてもよい。例えば、コネクターは、複数回着脱できるように構成されてもよい。そのようなコネクターは、所定の閾値を超える衝撃下でコネクターが外れるように構成されてもよい。
例えば、図９は、スナップフィットコネクター３０を介して接続された外側プレート２０を図示する。図１０は、スナップフィット接続の更なる例、特にいわゆるスプリングスナップピン構成を図示する。図１０に図示するように、スプリングスナップピンコネクターは、一端において外側プレート２０に接続された１つ以上のピン３１を含んでもよい。ピン３１の他端は、比較的硬い層２の一部内の対応する凹部３３に嵌入する突起３２を含む。このコネクターは、突起３２がその対応する凹部３３から抜けるようにピン３１の少なくとも１つを曲げることによって解放される。ピン３１の曲げは弾性変形であってよい。
ピン３１の少なくとも１つの図１０に図示した配置構成を反転させて、ピン３１が比較的硬い層２に接続され、外側プレート２０の一部内の対応する凹部内に収容される突起３２を有するようにもよいことは理解されたい。
他の解放可能な接続を使用して外側プレート２０を比較的硬い層に接続してもよい。例えば、摩擦嵌合コネクター及び／又は磁石接続を使用してもよい。
一配置構成において、少なくとも１つのコネクターを使用して、外側プレートの縁部をヘルメットの残りの部分に接続してもよい。例えば、図１１に図示するように、１つの外側プレートの縁部を隣接する外側プレートの縁部に弾力的に接続すると共にそれらの両方を比較的硬い層に接続するコネクター４０を設けてもよい。コネクター４０は、それが接続される外側プレート２０の１つ又は両方に対する衝撃下で、上述した形で例えば弾性的に変形する又は破裂するように構成されてもよい。一配置構成において、コネクター４０は、外側プレート２０に共に載置されてもよい。
幾つかの配置構成において、図１２に示すように、各外側プレート２０の周縁部を比較的硬い層２に接続する１つ以上のコネクター４５を設けてもよい。そのような接続４５は、衝撃下で、上述した形で例えば弾性的に変形する又は破裂するように構成されてもよい。図１２に示すように、接続４５は、比較的硬い層２と、外側プレート２０の延長部２２との間に位置するように配置されてもよい。そのような一配置構成は、コネクター４５が不可視となるように且つ／又はコネクター４５が損傷する可能性を低減するように設けることができる。
上述の配置構成のいずれかと組み合わせうる一配置構成において、少なくとも１つの外側プレートは、外側プレートに対する衝撃がないときに、ヘルメットの外部から見て凸形状を有するように構成されてもよい。そのような一配置構成を、図１３に図示する。図１４に示すように、外側プレート２０は、衝撃Ｉの結果、その外側プレート２０がヘルメットの外部から見て凹形状に変化するように更に構成されてもよい。そのような一配置構成によって、外側プレート２０がコネクターから外れる図１４に図示する一配置構成のように、外側プレート２０を固定するコネクターからのその外側プレート２０の開放を促進しうる。
しかしながら、衝撃がないときに凸形状を有する外側プレート２０のそのような一配置構成を、少なくとも１つのコネクターが外側プレート２０がコネクターに接続された状態を維持するように変形する一配置構成に代えて、又は加えて、使用できることは理解されたい。例えば、図１５及び図１６はそれぞれ、衝撃がないとき及び外側プレート２０に対する衝撃Ｉ下でのそのような一配置構成を図示する。この例に示すように、コネクター５０は、外側プレート２０の縁部を比較的硬い層に接続するように配置されるが、それらが変形して１つの外側プレート２０の縁部が隣接する外側プレート２０の縁部に対して相対的に移動して隣接する外側プレート２０の縁部に対して相対的に移動するのを許容するように構成されている。
図１５及び１６に図示する配置構成において、一対の磁石５１、５２が設けられてもよい。磁石５１、５２は、一方が外側プレート２０に載置され他方が比較的硬い層２に載置され、且つ、それらが互いに対して反発するように配置されうる。そのような一配置構成は、外側プレート２０に対する衝撃がないときの外側プレート２０の凸形状を促進しうる。
概して、衝撃下で凸形状から凹形状に変化するように構成された外側プレートは、それらの形状間で弾性的に変形して一方の形状から他方に繰り返し切り替えることができるように構成させてもよい。一配置構成において、外側プレートが凸形状にあるとき、その応力がかかっていない状態に対して弾性的に変形してもよい。例えば、外側プレートは、１つ以上のコネクターが固定されている間、それらによって強制的に凸形状となってもよい。そのような一配置構成は、解放されたときに外側プレートが凹形状に切り替わるのを促進しうる。
図１７及び１８は、外側プレート２０に対する衝撃がないとき及び衝撃Ｉ後における外側プレート２０の更なる配置構成をそれぞれ図示する。この配置構成では、外側プレート２０の中央領域を比較的硬い層に固定するコネクター６０が設けられる。コネクター６０は、外側プレート２０の表面から内側プレート６２まで延在するセクション６１を含む。外側プレース２０がその凸形状にあるとき、それは内側プレート６２を比較的硬い層２内の対応する凹部６３内に保持する。内側プレート６２が凹部６３内にある間、外側プレート２０が比較的硬い層２の表面に亘って摺動するのが防止されうる。図１８に示すように、衝撃Ｉ後、外側プレート２０はその凹形状に切り替わって内側プレート６２を凹部６３から解放し、外側プレート２０が比較的硬い層２に対して相対的に摺動するのを許容する。
図１９は、外側プレート２０の更なる配置構成を図示する。図示のように、そのような一配置構成において、外側プレート２０は、比較的硬い層２上に自由に載置されている。変形可能材料外側層６５が、外側プレート２０の外部に設けられている。材料外側層６５は、織物やテキスタイル又は他の材料の可撓性薄シートで形成できる。外側プレート２０は、各位置において材料外側層６５に接続される。そのような一配置構成において、材料外側層は、外側プレート２０をヘルメットの残りの部分に接続し且つそれらの互いに対する初期位置及び比較的硬い層２に対する初期位置を維持するコネクターとして機能しうる。外側プレート２０に対する衝撃下で、材料外側層６５が変形して、外側プレート２０の比較的硬い層２及び他の外側プレート２０に対する相対的な摺動を可能とする。
一配置構成において、ヘルメットの外側表面は、ヘルメットの外側表面の被覆を提供するように成形された多数の外側プレートに分割されてもよい。例えば、図２０は、外側表面が前方外側プレート７０、後方外側プレート７１、左方外側プレート７２及び右方外側プレート７３に分割されたヘルメットを図示する。
他の配置構成において、外側プレートは、基準の外側プレート形状の繰り返しパターンを含みうる。例えば、外側プレートは、複数の三角形、正方形、長方形、ひし形、五角形、六角形、円形、楕円形及び涙形のいずれかであってよい。幾つかの配置構成において、隣接する外側プレートの縁部間には隙間があってもよい。そのような隙間は、上述のように１つ以上のコネクターが設けられる空間を提供しうる。代えて又は加えて、幾つかの配置構成において、少なくとも１つの外側プレートの縁部は、隣接する外側プレートの縁部と重なっていてもよい。更に、幾つかの配置構成において、２つの基準の外側プレート形状の繰り返しパターンを、ヘルメットの外側表面の形状に一致するように使用してもよい。
幾つかの配置構成において、外側プレートは、ヘルメットの外側表面の全てに亘って配置されてもよい。代えて、１つ以上の外側プレートを、ヘルメットの外側表面の１つ以上の領域に載置し、ヘルメットの外側表面の１つ以上の他の領域にはそのような外側プレートを設けないようにしてもよい。このような一配置構成は、使用時に特定の領域において大きな斜めの衝撃を被る傾向のあるヘルメットにおいて適切である。
使用時、ヘルメットは、略あらゆる方向から衝撃を受ける可能性がある。しかしながら、ヘルメットの使用に応じて、幾つかの方向からの衝撃が他の方向のものよりもより一般的であることがある。また、所定の力の衝撃に関して、ある方向のヘルメットに対する衝撃が他の方向からの衝撃よりも大きな損害をヘルメットの装着者に対して生じさせることがある。従って、一配置構成において、外側プレート及び／又は外側プレートの接続は、異なる方向の衝撃に対して異なる反応を提供するように構成してもよい。特に、外側プレートは、それを解放するのに必要な力、すなわち、それを比較的硬い層に対して相対的に移動させる力が、ある角度からの衝撃では、他の角度からの衝撃とは異なるように比較的硬い層に載置させることができる。例えば、ヘルメットの前方に載置される外側プレートにおいて、頭部の側方からの衝撃の場合よりも前方からの衝撃の場合においてより容易に解放されるように構成できる。外側プレートが解放される条件のこのような最適化は、ヘルメットの異なる領域に関して異なりうる。
上述の教示に関して、上述の実施形態の変形例が可能である。しかしながら、本発明が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく本明細書に具体的に記載したものとは異なる形で実施しうることは理解されたい。
Claims (24)
- エネルギー吸収層と、
前記エネルギー吸収層の外側に形成され前記エネルギー吸収層よりも硬い比較的硬い層と、
前記比較的硬い層の外側表面に載置された複数の外側プレートとを備え、
前記外側プレートが、ある外側プレートに対する衝撃下でその外側プレートが前記比較的硬い層に亘って摺動し且つ他の外側プレートに対して相対的に移動できるように、前記比較的硬い層に載置され、
前記比較的硬い層の前記外側表面と前記外側プレートの表面の少なくとも一部との間に、ある外側プレートに対する衝撃下で前記比較的硬い層の前記外側表面と接触する低摩擦接触部が設けられた、ヘルメット。 - 前記複数の外側プレートが、前記ヘルメットの最外層を形成する、請求項１に記載のヘルメット。
- 各外側プレートと組み合わせられ、衝撃がないときに前記エネルギー吸収層及び前記比較的硬い層のうち少なくとも１つに対して前記外側プレートを固定するように構成された、少なくとも１つのコネクターを更に備える、請求項１又は２に記載のヘルメット。
- 前記コネクターの少なくとも１つが、前記外側プレートの中央領域に設けられた、請求項３に記載のヘルメット。
- 前記コネクターの少なくとも１つが、前記外側プレートの縁部に設けられた、請求項３又は４に記載のヘルメット。
- 少なくとも１つの外側プレートと組み合わせられ、衝撃がないときに前記外側プレートを隣接する外側プレートに固定するように構成された少なくとも１つのコネクターを更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヘルメット。
- 少なくとも１つのコネクターが、前記コネクターと組み合わせられた外側プレートに対する衝撃下で変形するように構成された、請求項３〜５のいずれか一項に記載のヘルメット。
- 前記コネクターが、前記コネクターと組み合わせられた前記外側プレートに対する衝撃下で弾性的に変形するように構成された、請求項７に記載のヘルメット。
- 前記コネクターが弾性織物で形成された、請求項７又は８に記載のヘルメット。
- 少なくとも１つのコネクターが、前記コネクターと組み合わせられた前記外側プレートに対する衝撃下で断裂するように構成された、請求項３〜９のいずれか一項に記載のヘルメット。
- 前記コネクターが接着剤である、請求項１０に記載のヘルメット。
- 少なくとも１つのコネクターが、前記コネクターと組み合わせられた前記外側プレートに対する衝撃がないときに、前記外側プレートを、スナップフィット、ねじ、機械的固定具、磁石又は摩擦嵌合要素の少なくとも１つにより初期位置に固定するように構成され、
前記スナップフィット、ねじ、機械的固定具、磁石又は摩擦嵌合要素の少なくとも１つが、前記外側プレートに対する衝撃下で前記外側プレートを解放するように構成された、請求項３〜１１のいずれか一項に記載のヘルメット。 - 少なくとも１つの外側プレートが、前記外側プレートに対する衝撃がないときに前記ヘルメットの外部から見て凸形状を有し、前記外側プレートに対する衝撃下で、前記ヘルメットの外部から見て凹形状に変化するように構成された、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のヘルメット。
- 前記コネクターが、前記外側プレートの形状の変化によって前記外側プレートが解放されて前記比較的硬い層に対して相対的に摺動するように構成された、請求項３若しくは６又はそれに従属する請求項に従属する請求項１３に記載のヘルメット。
- 前記少なくとも１つの外側プレートが、前記比較的硬い層の内側表面に設けられた対応する内側プレートに接続され、
前記外側プレートが凸形状にあるとき前記内側プレートが前記比較的硬い層の前記内側表面に対して押し当てられて、前記外側プレートに対する衝撃がないときに前記外側プレートを前記比較的硬い層に少なくとも部分的に固定する、請求項１３又は１４に記載のヘルメット。 - 前記比較的硬い層の前記内側表面に形成され、前記外側プレートに対する衝撃がないときに前記比較的硬い層に対する前記内側プレートの位置を受容且つ固定するように構成された凹部を更に備える、請求項１５に記載のヘルメット。
- 前記外側プレートが、前記凸形状と前記凹形状との間で弾性的に変形する、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のヘルメット。
- 前記外側プレートが、前記凸形状にあるとき、応力がかかっていない状態に対して相対的に弾性的に変形されている、請求項１３〜１７のいずれか一項に記載のヘルメット。
- 前記複数の外側プレートの外側に設けられた材料外側層を更に備え、
前記外側プレートが、それぞれの位置において前記材料外側層に接続され、
前記材料外側層が、外側プレートに対する衝撃下で変形して、前記外側プレートの互いに対する相対的な移動及び前記比較的硬い層に対する相対的な移動を可能とするように構成されている、請求項１に記載のヘルメット。 - 前記外側プレートが、１つ又は２つの基準の外側プレート形状の繰り返しパターンを含む、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のヘルメット。
- 少なくとも１つの基準の外側プレート形状が、三角形、正方形、長方形、ひし形、五角形、六角形、円形、楕円形及び涙形である、請求項２０に記載のヘルメット。
- 前記外側プレートが、前記エネルギー吸収層よりも硬い比較的硬い材料で形成された、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のヘルメット。
- 前記外側プレートが、外側プレートに対する接線方向又は斜めの衝撃に応答して外側プレートが前記比較的硬い層に亘って摺動するように載置された、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のヘルメット。
- 少なくとも１つの外側プレートが、斜めの衝撃に応答して前記外側プレートを解放して前記比較的硬い層に亘って摺動させるために、前記外側プレートの表面の接線方向における前記外側プレートに対する斜めの衝撃の必要な力成分が、斜めの衝撃の第２の方向よりも斜めの衝撃の第１の方向に関して大きくなるように、比較的硬い層に載置され、前記第１及び第２の方向が、前記外側プレートの前記表面に投影したときに前記外側プレートの前記表面に対して垂直な軸線周りにおいて異なる角度を有する、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のヘルメット。
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