KR100504211B1 - 안전헬멧 제조 방법 및 이에 의해 제조된 안전헬멧 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내충격성 및 내인장성이 향상되고, 가벼우며, 저비용으로 제조할 수 있는 안전헬멧을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 일 측면인 안전헬멧은, 라이너를 열가소성수지로 성형하는 단계; 강화섬유층을 상기 라이너의 외면에 덮는 단계; 금형을 준비하고, 상기 강화 섬유층이 덮인 상기 라이너를 거꾸로 하여 상기 금형의 오목한 성형면상에 위치시키는 단계; 상기 라이너와 상기 성형면 사이로 열경화성수지를 주입하고, 상기 열경화성수지를 경화시키는 단계; 및 상기 경화된 열경화성수지와 상기 금형을 분리시키는 단계;를 구비하여 형성된 외피(shell)와,

상기 라이너 내면에 부착되는 쿠션패드(cushion pad)를 구비한다.

바람직하게는 상기 안전헬멧은 외부 공기를 내부로 안내하기 위해, 소위 윈드플랩(wind flap)이라고도 불리는 가이드면을 구비한다.

Description

안전헬멧 제조 방법 및 이에 의해 제조된 안전헬멧{Method for manufacturing safety helmet and safety helmet manufactured with the same}

본 발명은 모터사이클용 안전헬멧이나 스포츠용 안전헬멧 등의 안전헬멧을 제조하는 방법과 이에 의해 제조된 안전헬멧에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도섬유, 고탄력섬유, 및 열경화성수지를 포함하는 섬유강화복합재료(fiber-reinforced composite material)로 된 외피(shell)를 구비하여, 가볍고, 충격에 강하며, 저비용으로 용이하게 제조할 수 있는 안전헬멧의 제조 방법 및 내부 통풍성이 탁월하게 개선된 안전헬멧에 관한 것이다.

안전헬멧은 모터사이클이나 경주용 자동차를 운전할 때, 또는 건설현장이나 특수작업현장에서 일할 때 불측의 사고로 인한 머리의 손상을 예방하기 위한 것으로, 도 1에는 종래의 모터사이클용 안전헬멧의 일 예의 단면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 종래의 안전헬멧(1)은 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 또는 스펙트라섬유 등의 고강도섬유(high-strength fiber)와 열경화성수지를 재료로 하는 섬유강화복합재료(fiber-reinforced composite material)로 된 외피(shell, 11)와, 그 내면에 부착되는 쿠션패드(cushion pad, 21)를 구비한다. 또한 상기 안전헬멧(1)은 상기 안전헬멧(1)의 내부공간에서 공기가 순환되도록 하기 위한 통풍공(31)을 갖는다.

상기 외피(11)를 제조하기 위하여 종래에 사용되는 방법의 일 예는, 상기 외피(11)의 외부 형상을 형성하기 위한 성형면을 갖는 외부 금형과, 상기 외피(11)의 내부 형상을 형성하기 위한 성형면을 갖는 내부 금형을 상기 성형면들이 서로 마주보도록 위치시키고, 상기 성형면들 사이에 섬유강화복합재료를 주입하고 경화시켜 상기 외피(11)를 형성하는 방법이다. 그러나 이 방법은 금형의 제조에 비용이 많이 들며, 상기 섬유강화복합재료의 경화를 위해 금형에 열을 가했을 때 열전달이 균일하지 않아, 상기 외피(11) 전체를 통해 강도의 차이가 심한 문제점이 있다.

상기 외피(11)를 제조하는 방법의 다른 일 예는, 상기 외피(11)의 외부 형상을 형성하기 위한 성형면을 갖는 외부 금형의 성형면에 섬유강화복합재료를 도포하고, 압축 공기와 열경화성수지를 불어넣어 상기 섬유강화복합재료를 급속 경화시켜 상기 외피(11)를 형성하는 방법이다. 그러나 이 방법은 형성된 상기 외피(11)의 두께가 고르지 못하다는 문제점이 있다.

도 1을 다시 참조하면, 상기 안전헬멧(1)는 가상선으로 도시된 바와 같이 상기 쿠션패드(21)의 내면이 대부분 착용자의 머리에 밀착되므로 상기 통풍공(31)이 실질적으로 막혀서 외부 공기가 상기 안전헬멧(1) 내부로 유입되지 않는다. 따라서 상기 안전헬멧(1)은 착용자에게 불쾌감을 야기하며, 위생상으로도 해로운 문제점을 갖는다. 또한 모터사이클을 고속으로 운전하는 경우에 상기 통풍공(31)을 통해 외부 공기가 유입될 수 있다고 하여도, 바람소리가 심하여 운전의 집중력을 분산시켜 사고를 유발할 수도 있다는 문제점이 있다.

도 1은 종래의 안전헬멧의 일 예를 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 안전헬멧 제조 방법의 일 실시예를 보인 단면도로서, 라이너 외면에 강화섬유층이 덮여진 상태를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 안전헬멧 제조 방법의 일 실시예를 보인 단면도로서, 강화섬유층이 덮여진 라이너가 금형에 거꾸로 위치한 것을 보인 도면이다.

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 안전헬멧의 일 실시예를 보인 단면도와 저면도이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 내충격성 및 내인장성이 향상되고, 가벼우며, 저비용으로 제조할 수 있는 안전헬멧을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 착용자의 머리에 땀이 차지 않도록 하여 착용자의 불쾌감을 완화시켜주며, 위생상으로도 이로운 안전헬멧을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면인 안전헬멧 제조 방법은, 머리를 넣고 뺄 수 있도록, 내부공간이 마련되고 하측에 개구(開口)를 갖는 라이너(liner)를 열가소성수지로 성형하는 단계;

고강도섬유와 고탄력섬유를 재료로 하여 직물 또는 부직포 형태로 만든 강화섬유시트를 상기 라이너의 외면에 덮는 단계;

오목한 성형면이 마련된 금형을 준비하고, 상기 성형면과 상기 라이너 사이에 상기 강화섬유시트가 놓이도록, 상기 라이너를 거꾸로 하여 상기 금형에 위치시키는 단계;

상기 라이너와 상기 성형면 사이로 열경화성수지를 주입하고, 상기 열경화성수지를 경화시키는 단계; 및

상기 경화된 열경화성수지와 상기 금형을 분리시키는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 측면인 안전헬멧은, 머리를 넣고 뺄 수 있도록, 내부공간이 마련되고 하측에 개구(開口)를 갖는 라이너를 열가소성수지로 성형하는 단계;

고강도섬유와 고탄력섬유를 재료로 하여 직물 또는 부직포 형태로 만든 강화섬유시트를 상기 라이너의 외면에 덮는 단계;

오목한 성형면이 마련된 금형을 준비하고, 상기 성형면과 상기 라이너 사이에 상기 강화섬유시트가 놓이도록, 상기 라이너를 거꾸로 하여 상기 금형에 위치시키는 단계;

상기 라이너와 상기 성형면 사이로 열경화성수지를 주입하고, 상기 열경화성수지를 경화시키는 단계; 및

상기 경화된 열경화성수지와 상기 금형을 분리시키는 단계;를 구비하여 형성된 외피(shell)와,

외부 충격으로 인해 착용자의 머리에 가해지는 충격을 완화하기 위해 상기 라이너 내면에 부착되는 쿠션패드(cushion pad)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 쿠션패드는 내측으로 돌출되어 착용자의 머리와 접촉하는 복수 개의 머리받이부를 갖도록 형성된다.

바람직하게는 상기 안전헬멧은, 착용자의 머리가 통과될 수 있도록 마련된 개구(開口) 부근의 공기의 흐름을 상기 쿠션패드 내부로 안내하기 위해 상기 개구의 후방 테두리부로부터 전방을 향해 하향 경사진 가이드면을 더 구비할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안전헬멧의 제작 방법은, 머리를 넣고 뺄 수 있도록 내부공간이 마련되고, 하측에 개구(開口)를 갖는 라이너(liner, 110)를 성형하는 단계와, 상기 라이너(110)의 외면에 강화섬유시트(113)를 덮는 단계를 구비한다.

상기 라이너(110)는 1 내지 2mm 정도의 얇은 두께로 형성되는 것이 바람직하므로, 열가소성수지를 재료로 하여 성형하여 만들며, 구체적인 방법은 당업자들에게 공지된 것이므로, 설명을 생략한다. 상기 라이너(110)의 재료가 되는 열가소성수지로는, 폴리에틸렌수지, 폴리스티렌수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트수지, 폴리비닐클로라이드(PVC)수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS)수지, 폴리카보네이트수지, 나일론수지와 같은 수지가 상업적으로 사용될 수 있다.

상기 라이너(110)의 외면에 덮여지는 강화섬유시트(113)는, 고강도섬유와 고탄력섬유를 재료로 하여 직물 형태로 만들거나 부직포 형태로 만든 것으로, 상기 라이너(110) 외면에 단층으로 덮일 수도 있으나, 외피(120; 도 4 참조)의 강도를 높이기 위해 복수 층으로 덮일 수도 있다. 상기 고강도섬유로는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 스펙트라섬유 등이 사용될 수 있으며, 상기 고탄력섬유로는 폴리우레탄섬유, 나일론섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트섬유 등이 사용될 수 있다. 상기 강화섬유시트(113)는 수지를 포함하고 있지 아니하므로 상기 라이너(110)와 밀착되지 않는다.

다음으로 상기 안전헬멧 제조 방법은 안전헬멧의 외피(120; 도 4 참조)를 성형하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 오목한 성형면(200a)이 마련된 금형(200)을 준비하고, 상기 성형면(200a)과 상기 라이너(110) 사이에 상기 강화섬유시트(113)가 놓이도록 상기 라이너(110)를 거꾸로 하여 상기 금형(200)에 위치시키는 단계를 구비한다. 상기 라이너(110)와 상기 성형면(200a) 사이의 간격은 만들어질 안전헬멧의 외피(120; 도 4 참조)의 두께에 따라 달리 설정할 수 있다. 바람직하게는 상기 금형(200)은 완성된 외피(120; 도 4 참조)를 상기 금형(200)으로부터 온전히 분리할 수 있도록, 분리 가능하게 결합된 2개 이상의 금형편으로 이루어진다.

다음으로 상기 안전헬멧 제조 방법은 상기 라이너(110)와 상기 금형(200)의 성형면 사이로 열경화성수지(117)를 주입하고, 이를 경화시키는 단계를 구비한다. 상기 열경화성수지(117)로는 불포화 폴리에스터수지, 에폭시수지, 또는 페놀수지와 같은 수지가 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 경화되지 않은 상기 열경화성수지(117)를 상기 수지(117)가 담긴 탱크(118)와 상기 금형(200)간의 낙차를 이용하여, 혹은 아주 미미한 압력을 가하여 상기 라이너(110)와 성형면(200a) 사이에 주입하면, 상기 열경화성수지(117)는 밀착되지 않은 상기 라이너(110)의 외면과 상기 강화섬유층(113) 사이, 및 상기 강화섬유층(113)과 상기 성형면(200a) 사이에 스며든다. 또한 직물 또는 부직포의 형태인 상기 강화섬유시트(113)의 조직 내에도 스며든다. 상기 열경화성수지(117)가 별도의 가압수단 없이 낙차에 의해 서서히 스며들도록 하거나, 혹은 아주 미미한 압력을 가하여 서서히 스며들도록 함으로써, 상기 라이너(110)의 외면과 상기 성형면(200a)의 사이는 빈틈없이 상기 열경화성수지(117)에 의해 충진된다. 열경화성수지는 그 성질상 상온에서도 스스로 경화될 수 있으나 열가소성수지에 비해 점성이 커, 종래에는 금형내에 고압으로 주입하고, 고온하에서 경화시키는 방법을 사용하였다. 그러나 본 발명에 있어서는 상술된 바와 같이, 상기 라이너(110)의 외면과 상기 성형면(200a) 사이가 서서히 스며든 상기 열경화성수지(117)에 의해 빈틈없이 충진되었으므로, 상기 열경화성수지(117)는 별도의 가열없이 상온에서 방치하여 경화시킨다. 결과적으로 상기 열경화성수지(117)는 상기 라이너(110)의 외면과 상기 성형면(200a) 사이에 빈틈없이 충진되고 또한 전 부분이 균일한 상온의 온도에서 경화되므로, 완성된 외피(120; 도 4 참조)의 두께 및 강도가 일정하게 유지될 수 있다.

다음으로 상기 안전헬멧 제조 방법은 경화된 상기 열경화성수지(117)를 상기 금형(200)과 분리시키는 단계를 구비한다. 상기 금형(200)을 결합되기 전 상태인 2개의 금형편으로 분리함으로써, 상기 경화된 열경화성수지(117)는 상기 금형(200)으로부터 형태의 손상없이 분리될 수 있다. 상기 경화된 열경화성수지(117)와 그 내부에 포함된 강화섬유시트(113), 및 상기 열경화성수지(117)의 오목한 내면에 결합된 라이너(110)는 안전헬멧(100)의 외피(120; 도 4 참조)가 된다.

도 4 및 도 5에는 상술한 안전헬멧 제조 방법에 의해 생산된 안전헬멧(100)의 일 실시예가 나타나 있는데, 상기 안전헬멧(100)은 상기 외피(120)와, 상기 라이너(110)의 내면에 부착되는 쿠션패드(cushion pad, 130)와, 시야 확보를 위해 마련된 전방의 개구(開口)를 덮어 바람을 차단하기 위한 윈드실드(wind shield, 140)를 구비한다. 상기 라이너(110)의 외면에 밀착 결합된 층은 상술된 바와 같이 강화섬유층(113; 도 3 참조)이 내재된 열경화성수지(117; 도 3 참조)로 구성된다. 상기한 바와 같이 강화섬유가 내재된 열경화성수지는 일반적인 열경화성수지보다 높은 강도를 갖는 등 향상된 물성을 가지므로 섬유강화복합재료(fiber-reinforced composite material)라고 불린다. 특히 상기 안전헬멧(100)의 섬유강화복합재료층(115)은 일반적인 섬유강화복합재료와 달리, 내재된 상기 고강도섬유에 의해 내충격성이 향상될 뿐만 아니라, 내재된 상기 고탄력섬유에 의해 내인장성도 향상될 수 있는 것으로, 소위 하이브리드복합재료(hybrid composite material)라고도 불린다.

상기 라이너(110)의 내면에 부착되는 쿠션패드(130)는 외부 충격으로 인해 착용자의 머리에 가해지는 충격을 완화해 주고, 착용감을 향상시키기 위하여 스티로폼과 같은 재료로 형성되는 것이 일반적이나, 반드시 이에 한하지는 않는다. 상기 쿠션패드(130)는 안전헬멧(100)의 내측으로 돌출되어 도 4에서 가상선으로 도시된 착용자의 머리와 접촉하는 복수 개의 머리받이부(131)를 구비하며, 인접하는 상기 머리받이부(131)는 상기 머리받이부(131)보다 상대적으로 오목한 그루브(groove, 135)에 의해 분리된다.

상기 안전헬멧(100)은 상기 착용자의 머리가 통과될 수 있도록 마련된 하측 개구(開口,150)의 후방 테두리부에 전방을 향해 하향 경사진 가이드면(160)을 구비한다. 상기 가이드면(160)은 소위 윈드플랩(wind flap)이라고도 불리는 것으로, 상기 개구(150) 부근의 공기의 흐름을 상기 쿠션패드(130) 내부로 안내하기 위한 것이다. 도 4에 도시된 가이드면(160)은 상기 쿠션패드(130)의 하측 후방 말단에서 하향 경사지게 돌출된 돌출부(165)의 상면에 마련되며, 상기 돌출부(165)는 도 5에 도시된 바와 같이 아래에서 보면 초승달 모양을 이룬다. 다만, 도 4 및 도 5에서 도시된 것과 달리 가이드면은 상기 외피(120)의 하측 후방 말단에서 연장되거나, 상기 개구(150)의 후방 테두리부에 부착될 수도 있다.

상기 안전헬멧(100)을 착용하고 모터사이클을 타는 경우, 공기는 안전헬멧(100)의 전방에서 후방으로 흐르고, 이는 즉 공기가 도 4의 좌측에서 우측으로 흐름을 의미한다. 상기와 같은 공기의 흐름 중에서 안전헬멧(100)의 개구(150) 부근의 공기의 흐름은 상기 가이드면(160)에 의해 상기 쿠션패드(130) 내부로 안내된다. 도 4에서 가상선으로 도시된 바와 같이 착용자의 머리와 상기 쿠션패드(130)의 머리받이부(131)는 접촉되지만, 상기 쿠션패드(130)의 그루브(135)는 착용자의 머리와 이격되어 있으므로, 상기 그루브(135)가 상기 쿠션패드(130) 내부로 안내된 공기의 통로가 된다. 결국 안전헬멧(100) 외부의 공기는 상기 가이드면(160)과 상기 그루브(135)를 통해 원활하게 상기 쿠션패드(130) 내부를 흐를 수 있다.

상기에서 설명된 본 발명의 안전헬멧 제조 방법은, 안전헬멧의 생산에 필요한 금형의 제작 비용이 절감될 수 있어 종래에 비해 저비용으로 섬유강화복합재료를 사용하는 안전헬멧을 제작할 수 있으며, 다양한 형태와 규격의 안전헬멧을 제작할 수 있다.

또한 열경화성수지의 내부에 강화섬유시트가 내재되므로 연마 등의 마무리 가공시에 상기 강화섬유시트의 절삭으로 인한 유해 분진이 발생되지 않아 안전헬멧 제조 작업장의 환경이 개선될 수 있다.

상기에서 설명된 본 발명의 안전헬멧은, 종래의 섬유강화복합재료를 사용하여 제작된 안전헬멧에 비해 가벼우며, 향상된 내충격성 및 내인장성을 갖는다.

또한 안전헬멧의 내부로 외부 공기가 원활하게 유입될 수 있어 머리에 땀이 차지 않으므로 착용자가 상쾌한 기분을 느낄 수 있으며, 위생상으로도 이롭다. 특히 모터사이클용 안전헬멧의 경우 윈드실드에도 습기가 차지 않아 모터사이클의 안전 운전에 기여할 수 있으며, 종래의 예에서 공기 유입을 위해 필요한 통풍구 등이 불필요하므로 운전 중의 정숙을 유지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따른 안전헬멧 제조 방법 및 이에 의해 제조된 안전헬멧은 예를 들어, 모터사이클이나 경주용 자동차의 운전시, 또는 격렬한 스포츠 활동 중에 발생될 수 있는 사고에 대비하여 운전자의 머리를 보호하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (4)

1. 머리를 넣고 뺄 수 있도록, 내부공간이 마련되고 하측에 개구(開口)를 갖는 라이너(liner)를 열가소성수지로 성형하는 단계;

   고강도섬유와 고탄력섬유를 재료로 하여 직물 또는 부직포 형태로 만든 강화섬유시트를 상기 라이너의 외면에 덮는 단계;

   오목한 성형면이 마련된 금형을 준비하고, 상기 성형면과 상기 라이너 사이에 상기 강화섬유시트가 놓이도록, 상기 라이너를 거꾸로 하여 상기 금형에 위치시키는 단계;

   상기 라이너와 상기 성형면 사이로 열경화성수지를 주입하고, 상기 열경화성수지를 경화시키는 단계; 및

   상기 경화된 열경화성수지와 상기 금형을 분리시키는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 안전헬멧 제조 방법.
2. 머리를 넣고 뺄 수 있도록, 내부공간이 마련되고 하측에 개구(開口)를 갖는 라이너를 열가소성수지로 성형하는 단계;

   고강도섬유와 고탄력섬유를 재료로 하여 직물 또는 부직포 형태로 만든 강화섬유시트를 상기 라이너의 외면에 덮는 단계;

   오목한 성형면이 마련된 금형을 준비하고, 상기 성형면과 상기 라이너 사이에 상기 강화섬유시트가 놓이도록, 상기 라이너를 거꾸로 하여 상기 금형에 위치시키는 단계;

   상기 라이너와 상기 성형면 사이로 열경화성수지를 주입하고, 상기 열경화성수지를 경화시키는 단계; 및

   상기 경화된 열경화성수지와 상기 금형을 분리시키는 단계;를 구비하여 형성된 외피(shell)와,

   외부 충격으로 인해 착용자의 머리에 가해지는 충격을 완화하기 위해 상기 라이너 내면에 부착되는 쿠션패드(cushion pad)를 구비하는 것을 특징으로 하는 안전헬멧.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 쿠션패드는 내측으로 돌출되어 착용자의 머리와 접촉하는 복수 개의 머리받이부를 갖는 것을 특징으로 하는 안전헬멧.
4. 제3 항에 있어서,

   착용자의 머리가 통과될 수 있도록 마련된 개구(開口) 부근의 공기의 흐름을 상기 쿠션패드 내부로 안내하기 위해 상기 개구의 후방 테두리부로부터 전방을 향해 하향 경사진 가이드면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 안전헬멧.