JPH04505348A - ヘルメット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称：　ヘルメット 技術分野 本発明は、自転車、自動二輪車、パラシュート降下、工場作業等の者たちの着用 する種類のヘルメットで、偶発的な頭部の損傷を防御するためのヘルメットに関 するものである。

背景 ヘルメットは、広い領域に衝撃負荷を分散することが可能であることが望まれて いる。頭蓋骨の破壊機構における研究では、もし力が骨の一部の領域に適用され たならば、頭蓋骨の局所的な陥没破壊が、より広い領域に力が分散された場合よ りもかなり小さな負荷で生じることが示されている。

死体における実験では、もし骨の領域が１３ｃｍ２以下であれば陥没破壊が生じ ることが示されている（ＳＡＥ、１９８０）。陥没破壊を引き起こすのに必要な 力は、かなり様々なものが示されているが、破壊の限界は約２キロニユートンで あることが示されている。

ヘルメットはまた鋭い物体による貫通に対する耐性があり、また背骨を痛めない ように軽いことが望まれている。

従来のヘルメットは２つの主要部分である外殻及び内部裏打ちからなっている。

外層は通常３〜５ｍｍ厚の強化樹脂であるポリカーボネート、ＡＢＳ、あるいは ファイバーグラスである。外殻は、内部裏打ちに対し機構的な支持を与えるのと 同様に、貫通耐性、形状、滑らかで低い空力抵抗の外観の機能をなす。内部裏打 ちは殻に対しきちんと合ってフィツトする１５〜４０ｍｍ厚に形成された分離ポ リスチレンフオームである。裏打ちは、負荷かかかるとポリスチレンフオームが 潰れるように通常４０〜６０グレードのポリスチレンフオームが用いられ、それ ゆえ、衝撃エネルギーを吸収し、衝撃耐性を提供することになる。グレードナン バーはポリスチレンフオーム密度が測定され、グレードナンバーが増加すればそ の密度が増加することになる。グレードナンバーは密度を示すグラム／リットル に対応する。

更に、従来のへルメソトは裏打ちの内側にコンフォートパッディングが備えられ ていることもあり、また保持用ストラップ、あるいは外殻に固着するためのリベ ットのような一般的なものが備えられていることもある。

上記の様な安全ヘルメットは一般的に申し分ないものであるけれども、ヘルメッ トの重量はしばしば快適さを阻害し、また背骨を痛める可能性が増すと考えられ ている。ヘルメットが子供によってかぶられたときには特にこの重量の点が問題 となる。いくつかの場合、ヘルメットは保持用ストラップの支持点で破損するこ とがある。

一点に集中した負荷を含む衝撃の間に従来のヘルメットの外殻は弾力的に変形す る事が試験によって示されている。殻は当たった物体の断面よりもより大きな表 面領域に負荷を分散することになる。

しかし、ある状況下では、例えば衝突時には、頭骨かポリスチレン層に吸収する 負荷を圧され、脳が頭骨の頂上に向けて動かされるように、外殻が骨に向かって 弾力的に変形する。最大圧縮モーメントにおいて殻に蓄えられた変形エネルギー は、放出されるエネルギーが脳に損傷を与えるリスクを伴って、その非変形状態 に外殻が急反発するように放出される。

自転車用ヘルメットは完全にポリスチレンフオームで成形されており、それゆえ 硬質の外殻を有するものよりも軽量である。しかし、フオームヘルメットは貫通 耐性において著しく劣っている。更に、それらは集中負荷に対する衝撃耐性劣化 、衝撃負荷が約２０ｃｍ２よりも小さい領域に集中した場合の負荷分散能力の欠 如がある。従来の硬質殻ヘルメットと比較して、ポリスチレンフオームヘルメッ トは非集中型負荷に対する衝撃特性は同等あるいはより優れているが、貫通耐性 及び集中衝撃負荷の分散特性において劣っている。

一般的に貫通及び衝撃耐性に関しては、最も効果的な従来の硬質外殻ヘルメット は最も重たい最大厚さを有する外殻を持つものであるが、背骨を損傷する可能性 が最も高い。最も効果的なポリスチレン性自転車用ヘルメットはフオームを最も 厚くすればよいが、それでは嵩ぼり過ぎることになる。万一偶発事故時には、て この作用あるいは回転を導くことになるので、嵩高さは不利である。これらのヘ ルメットは貫通耐性に劣り、また集中する負荷を分散することができない。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点のいくつかが解決されたあるいは少なくと も改善されたヘルメットを提供することにある。

またもう一つの好ましい態様としては、望ましい貫通耐性と軽量化がなされ集中 型あるいは非集中型の衝撃から伝わる力を吸収する構成のヘルメットを提供する ことにある。

発明の開示 一つの形態によって、本発明は実質的に積層体から形成されるヘルメットからな り、該積層体が耐貫通膜と変形吸収層からなっている。

本発明の好ましい態様においては、貫通耐性積層膜は強化樹脂、例えばエポキシ 樹脂の様なもので補強されたファイバーグラスの様なもので補強された繊維質で あり、吸収層は密度グレードが５７以上、好ましくは８５以上の高密度ポリスチ レンフオームである。

自転車用等に使用される軽量ヘルメットに対しては、耐貫通膜と吸収層のみから なる積層体で構成されており、この場合膜は好ましくは最外層である。自動二輪 車用等の激務に耐え得るようなヘルメットの場合、好ましくはクッション層が積 層体中に含まれており、この場合、吸収層は膜の外側が望ましく、またクッショ ン層は膜の内側が好ましい。

図面の簡単な記述 本発明の態様は以下の図面に参照される例によっても記述される。

第１図は、本発明による第１のヘルメットの部分断面図である。

第２図は、本発明の第二の実施態様を示す断面図である。

第３図は、第１の対照標準のヘルメットでの落下テストから得られた衝撃加速度 対時間で示されるグラフ図である。

第４図は、第２の対照標準のヘルメットのテストから得られた図３と同様のグラ フ図である。

第５図は、本発明の実施態様から得られた図３および４と同様のグラフ図である 。

図示された実施例の詳細な記述 記載された第１の実施態様は完成されたヘルメットに関し外側２と内側３を有す る積層体１（第１図の断面参照）からなるヘルメットである。このヘルメットは 、耐貫通膜４、護膜の内側に位置するクッション層５、及び護膜の外側に位置す る変形吸収層６を含んでなるものである。

クッション層は、ポリスチレンフオーム、例えば６〜２０ｍｍの厚さで３５〜８ ５の密度グレードであり、好ましくは６〜１５ｍｍ厚で３５〜６０グレードのも のであり、従来の方法で衝撃エネルギーを吸収する様に選択される。

変形吸収層６は、グレード５７以上、好ましくは７０以上、更に好ましくはグレ ード９０以上の高密度ポリスチレンフオームが好ましく、公称厚みは約６〜２０ ｍｍである。

好ましい態様において、膜４はファイバーグラス織布であり、例えばプラスチッ ク化されたエポキシ樹脂（例えば３Ｍ社製樹脂２２１６Ｂ／Ａが利用できる）を 含浸したＣ０ＬＯＮ　４０２　Ｓ　クラス３６９−６８．５標準織−４オンス等 があげられる。その布は吸収層６とクッション層５の両方に含浸樹脂（図には示 さず）によって固着される。

ヘルメットは、任意に内側２にコンフォートパッド７を備えることもできる。

樹脂、あるいは織布、あるいは塗装フィルムあるいは軽量Ａ、Ｂ、Ｓ、の最外被 膜８は任意に低空力抵抗、耐久性、美観の様な表面特性を提供するようヘルメッ トの外表面に備えることができる。取り付は部材（図示せｎは負荷分散膜と一体 にあるいは、膜織布に対して例えば縫いつけあるいは樹脂接着等で、あるいはへ ルメットに通常の方法によって固着される。

ポリスチレンフオーム単独で構成されたヘルメットと比較して、本発明による積 層体は貫通耐性において大きく改良がなされている。例えば、２ｍｍＸ２５ｍｍ 厚Ｘ１５０ｍｍ’で３５　Ｋｇ／＋＋＋ｍ”のポリスチレンを用いたヘルメット のサンプルをオーストラリア標準２５１２．４　（貫通耐性の決定方法パート３ ）によって４ｋｇのダーツを落とした時に、５００ｍｍの落下高さで貫通した（ 衝撃エネルギーは１４．７ジユール）。一方、２　Ｃ０ＬＯＮ　４０２　ＳＸ２ ５ｍｍ厚で、ファイバーグラス織布を前述のエポキシ樹脂２２１６Ｂ／Ａを用い てその間を固着しサンドイッチした同上のポリスチレンを用いた本発明によるも のでは、８００ｍｍの落下高さまで貫通しなかった（衝撃エネルギーは２３．５ ジユール）。これは衝撃エネルギー耐性では約６０％の上昇である。

本発明によるヘルメットは、ポリスチレンフオーム吸収裏打ち６とポリスチレン フオームクッション裏打ち５の各々を形成することによって製造することが可能 であり、後者は吸収層に圧せられるか適切に合せられる。吸収層６の内側表面は それから樹脂で被覆され、吸収層はそれからファイバーグラス膜織布の裏打ちが なされ、さらに膜４を完成するために樹脂で被膜される。望ましくは、保持用ス トラップはこの段階で膜層に樹脂で固着することができる。内側裏打ち（クッシ ョン層５）はそれから吸収層６に押し当てられる。

図２によれば、本発明の第２の実施態様による自転車用ヘルメットに用いられる 軽量積層体が示されている。該積層体は完成ヘルメットに関し内側２と外側３を 有し、記載されているようにエポキシ樹脂で補強されたファイバーグラス織布の 耐貫通膜４を有している。変形吸収層６は密度グレード６０以上、好ましくは８ ５以上のポリスチレンフオームを含んでなり、その厚みは１０〜３０ｍｍ、好ま しくは１５〜４０ｍｍである。外側の樹脂層は完成したヘルメットの色になる代 りの光沢を供するよう色付けされていてもよい。また塗装前にヘルメットの形状 に成形されているフオーム層上に直接ブラシで、あるいはスプレーで塗装するこ ともできる。

他のポリマー例えば、ポリウレタン、ＰＶＡの様なもので適切な密度にフオーム されたものも、好ましい実施態様においてポリスチレンに対し置き換えることが できる。

本発明の積層体は従来技術によるヘルメットにおけるものとほぼ同等あるいはそ れ以上の貫通耐性を、実質的に軽量化されまた要求される衝撃エネルギーの吸収 の損失なしに提供することが可能である。本発明による好ましい実施態様の重量 は、従来のヘルメットと比べ２５％程度減量されたものである。更に、耐貫通膜 がより薄く、またその内側あるいは外側あるいは好ましくは護膜の両側に固着す ることによって弾性変形に反して吸収することによって、護膜は従来技術よりも 弾性変形中のエネルギー蓄積及びその放出がより少なくなり、それにより脳への 衝撃がより少なくなる。

更に、本発明のヘルメットは集中型あるいは分散型の負荷を含む広い範囲に渡る 負荷分散をこえた衝撃耐性を提供するものである。

クッション層に異なった密度のフオームが使用された時には、その構造は領域と 同様に時間に関しても衝撃吸収を拡げる。なぜならば、衝撃下で異なった割合に おいてフオームは崩壊し、それゆえ力を伝えるピークを減するのである。

従来のクッション層、４オンスのファイバーグラス耐貫通膜および１０ｍｍの外 層からなる本発明によるヘルメットで実質的に使用者にかかるピーク力が減少さ れることが試験によって示されている。これは、使用者に長い時間でより減少さ れた力を導いているヘルメットの組成の働きによって成し遂げられている。

図３から６に関しては、一定の形状の鉄敷を一定の高さから落下させた時の、ヘ ルメットを通ってそのしたにある頭に伝達される加速度が測定されている。

グラフは横軸に時間した時の加速度が示されている。

図３は第１の対照標準として硬質外殻でフオーム裏打ちに標準発泡体の従来のヘ ルメットのテスト結果を示している。

図４は第２の対照標準として硬質外殻の無い通常ヘルメット裏打ちに対するテス トの結果を示している。

図５は外層としてポリスチレンフオーム（グレード７０）の１０ｍｍ吸収層にエ ポキシ樹脂で固着された４オンスフアイバーグラス膜を含む本発明によるヘルメ ットに対し同様の試験を行った結果を示している。

図３の従来のヘルメットにおいては第１の加速度か衝撃の後に、またその後に補 正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　３年１１月２１日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．実質的に積層体から形成されるヘルメットにおいて、該積層体が耐貫通膜及 び変形吸収層からなることを特徴とするヘルメット。 ２．該変形吸収層が５７以上の密度グレードを有するポリスチレンフォームであ ることを特徴とする請求の範囲１に記載のヘルメット。 ３．該変形吸収層が８５以上の密度グレードを有するポリスチレンフォームであ ることを特徴とする請求の範囲１あるいは２に記載のヘルメット。 ４．該耐貫通膜が樹脂で補強された繊維質を含むことを特徴とする前記請求の範 囲の何れかに記載のヘルメット。 ５．該強化繊維がファイバーグラス、ケブラー、カーボンファイバーからなる群 より選択されることを特徴とする請求の範囲４に記載のヘルメット。 ６．該樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求の範囲２あるいは３の何 れかに記載のヘルメット。 ７．ヘルメットの内側及びヘルメットの外側を有し、そこにおいて耐貫通膜が変 形吸収層の外側上にあることを特徴とする前記の請求の範囲の何れかに記載のヘ ルメット。 ８．さらにクッション層を有してなることを特徴とする請求の範囲１から７の何 れかに記載のヘルメット。 ９．該クッション層がグレード３５から５７の範囲のポリスチレンフォームであ ることを特徴とする請求の範囲８に記載のヘルメット。 １０．該吸収層が該耐貫通膜の外側上にあり、そしてクッション層が内側にある ことを特徴とする請求の範囲８及び９に記載のヘルメット。 １１．該変形吸収層が６から４０ｍｍの範囲の厚みを有していることを特徴とす る前記の請求の範囲の何れかに記載のヘルメット。 １２．該クッション層が６から２０ｍｍの範囲の厚みを有していることを特徴と する請求の範囲８から１１の何れかに記載のヘルメット。 １３．該ヘルメットを使用者に固定するための保持取り付け部材を含んでなるこ とを特徴とする前記の請求の範囲の何れかに記載のヘルメット。 １５．自転車用に用いられ、エポキシ樹脂で補強され、密度グレードが８５以上 のポリスチレンフォームの変形吸収層でラミネートされているファイバーグラス 織布の耐貫通膜を含んでなり、該吸収層が１５から４０ｍｍの厚みであることを 特徴とする請求の範囲１に記載のヘルメット。 １６．実質的に同時提出の図面に記載されていることを特徴とする前記の請求の 範囲の何れかに記載のヘルメット。