WO2019177007A1

WO2019177007A1 - ヘルメット装着用緊急避難警報装置および緊急避難警報システム

Info

Publication number: WO2019177007A1
Application number: PCT/JP2019/010226
Authority: WO
Inventors: 野沢　真; 益子　孝; 孝知新保; 宗一知高杉
Original assignee: ミドリ安全株式会社
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2019-09-19
Also published as: EP3767603A1; CN111837169A; EP3767603A4; JP7055193B2; JPWO2019177007A1

Abstract

本願は、ヘルメットが介在してもユーザの頭部へ振動を効果的に伝達可能な緊急避難警報装置、緊急避難警報システムを提供することを課題とする。作業エリアの関係者に即時避難行動を促す緊急避難警報装置であって、内蔵する振動子の運動によって振動する筐体と、前記筐体を前記関係者のヘルメットに着脱自在に固定する、該筐体から２方向へ延び出て該ヘルメットの表面沿いに該ヘルメットを取り巻く弾性の固定バンドと、前記作業エリアに迫る危険を知らせる無線の警告信号に連動して運動する前記振動子の振動により、前記ヘルメットが前記筐体と共に揺動するように前記筐体を前記ヘルメットの表面に部分的に支持する支持部と、を備える。

Description

ヘルメット装着用緊急避難警報装置および緊急避難警報システム

　本発明は、ヘルメット装着用緊急避難警報装置および緊急避難警報システムに関する。

　特許文献１、２は、ヘルメット帽体内部の側面にバイブレーターを設けた警報機能付きヘルメットである。更にヘルメット帽体内部の頭頂部にはバイブレーターを作動するための受信機能を備えている。特許文献３は、ヘルメット帽体外部の後頭部に打音発生装置を備えた情報伝達装置である。作業者の転倒を知らせる受信機能を備えている。特許文献４は、高速道路等において、ラバーコーン等の標識の転倒等の異常を監視するシステムである。特許文献５は、ヘルメットのあご紐にバイブレーターを付けた防災警報ヘルメットである。別体としてバイブレーターを作動させる受信器を持っている。これらは、いずれも作業現場において緊急事態を作業者に知らせる機能とシステムを検討したものであるが、まだ不十分であると考える。

特開２００９－１６７５８７号公報特開２００７－２４７０９７号公報特開２０１４－１５３８７６号公報特開２０１３－２３８０５８号公報実用新案登録第３２００７４７号公報

　高速道路内作業、坑道内作業、消火作業等の危険作業や火山噴火、津波等の警戒活動においては、危険情報をすばやく確実に最前線の作業者に知らせ即時避難行動を起こさせねばならない。これらの者のほとんどが着用しているヘルメットに装着して振動によって確実に危険情報を認知させるための緊急避難警報装置を作ることを課題とする。
　その中で最も重要な課題はヘルメットの帽体に装着した緊急避難警報装置の振動をヘルメットの帽体、内装を介しても確実に作業者に認知させる点であった。
　次に危険情報を確実に送信し緊急避難警報装置を確実に作動させるための送受信を含めた緊急避難警報システムを作ることを課題とした。

　本発明は、作業エリアの関係者に即時避難行動を促す緊急避難警報装置であって、内蔵する振動子の運動によって振動する筐体と、前記筐体を前記関係者のヘルメットに着脱自在に固定する、該筐体から２方向へ延び出て該ヘルメットの表面沿いに該ヘルメットを取り巻く弾性の固定バンドと、前記作業エリアに迫る危険を知らせる無線の警告信号に連動して運動する前記振動子の振動により、前記ヘルメットが前記筐体と共に揺動するように前記筐体を前記ヘルメットの表面に部分的に支持する支持部と、を備える。

　また、前記支持部は、前記固定バンドの一部によって形成される。

　また、前記支持部は、前記ヘルメットの表面と前記筐体との間に介在し、前記筐体を前記ヘルメットの表面のうちの２箇所で支持する第１支持部及び第２支持部と、からなる。

　また、前記振動子は、前記ヘルメットに固定された状態の前記筐体を、前記ヘルメットの表面に向かって見た場合に、前記第１支持部と前記第２支持部の間で、帽体と直接接合している部分に挟まれていない部位に配置されている。

　また、前記第１支持部は、前記固定バンドが前記筐体から一方へ延び出る位置に設けられ、前記第２支持部は、前記固定バンドが前記筐体から他方へ延び出る位置に設けられている。

　また、前記筐体は、前記ヘルメットの後頭部に固定される。

　また、前記警告信号の電波を受信するアンテナと、前記アンテナで前記警告信号を受信すると、前記振動子を運動させるモーターを作動させる制御部と、を更に備える。

　また、前記制御部は、前記アンテナで受信した前記警告信号に含まれる識別情報が、ペアリングによって該制御部に予め登録された識別情報と一致する場合に、前記振動子を運動させるモーターを作動させる。

　また、前記制御部に電力を供給する電源部を更に備える。

　また、前記電源部の電力を前記制御部へ給電状態にするための電源ボタンと、
　前記電源部のバッテリー残量を確認するためのバッテリーチェックボタンを更に備える。

　本発明は、緊急避難警報システムであって、上記記載の緊急避難警報装置と、前記警告信号を無線で前記緊急避難警報装置に送信する送信機と、を備える。

　また、前記送信機は、警告信号を発信する関係者が携帯する機器であり、前記警告信号を無線で発するための警告ボタンを有する。

　また、前記送信機は、危険状態の発生を検知するセンサーを有し、設置物に取り付けられる。

　また、前記送信機から前記緊急避難警報装置へ無線送信される前記警告信号を中継する中継機を更に備える。

　ヘルメット帽体に着脱自在に装着できる上記の緊急避難警報装置は、様々な悪条件下においても、確実に警告信号を伝達できる。緊急避難警報装置は、ヘルメット帽体、内装を介しても作業者の頭部に警告信号としての充分な振動を与えることができる。緊急避難警報装置を確実に作動させるために、警告信号を確実に送信し、緊急避難警報装置が受信する必要があるので、送受信に関わる信頼性のある緊急避難警報システムを作った。

図１は、緊急避難連絡の手段による評価を示した図である。図２は、実施形態に係る緊急避難警報装置の外観を示した図である。図３は、実施形態に係る緊急避難警報装置の内部構造を示した図である。図４は、実施形態に係る緊急避難警報装置のヘルメットおよび人頭模型への装着状況の外観を示した図である。図５は、振動が発生している際の緊急避難警報装置の状態を示した図である。図６は、実施形態に係る送信機の外観を示した図である。図７は、作業エリアの一例を示した図である。図８は、緊急避難警報システムによる即時避難行動の第１例の図である。図９は、緊急避難警報システムによる即時避難行動の第２例の図である。

　以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、本発明の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

＜緊急避難警報装置＞
　緊急避難警報装置は、ヘルメットに装着され、外部からの警告信号を受信し、内蔵する振動部によって振動を発生させ、ヘルメット装着者に緊急避難を促すための装置である。
　図２は、本実施形態に係る緊急避難警報装置の外観を示した図である。緊急避難警報装置１は、アンテナ１０を持ち、丸みを帯びた略直方体で、両端に固定ベルト通し孔１１，１２を持つ筐体２と、ヘルメットに固定するための固定ベルト（固定バンド）１８を有している。その外面に、電源ボタン７とバッテリーチェックボタン６からなる操作部５と、ペアリングの状態表示を行うペアリングＬＥＤ８や電源の状態表示を行う電源ＬＥＤ９が設けられている。
　図３は、操作部５に対応する部位に配置される制御回路１３、緊急避難警報装置１の電源となる電池１４，１５、モーター１６によって回転される振動子１７が内蔵されている。制御回路１３は、電波を受信するためのアンテナ１０、無線通信の信号処理やモーター１６の制御を司る集積回路、状態表示のための発光ダイオード、バッテリーチェックボタン６や電源ボタン７に対応する部位に配置される押釦スイッチを電子基板に実装したものである。

　危険な作業現場において作業者に緊急避難の連絡方法としては、音（サイレン等）、光（警告灯等）、作業者に装着させるバイブレーター等が考えられる。図１の緊急避難連絡の手段による評価を行った結果、種々の条件下においては振動による連絡が最適であると考えた。バイブレーターの装着箇所としては腰、腕、頭部等が考えられるが、作業への障害、作業者が確実に振動を認知できること等を考えて作業者の頭部であって通常作業者が着用しているヘルメット帽体に着脱可能にバイブレーターを装着することが良いと考えた。しかし、ヘルメットは、外部から受ける衝撃が頭部へ伝達されるのを抑制することを目的とするものであるから、ヘルメットの表面に入力された衝撃を緩和する構造を基本的に有している。よって、バイブレーターを、このような構造を有しているヘルメットの表面に装着する際は、バイブレーターが発する振動を作業者の頭部へ効果的に伝達させることが問題となる。

（１）振動部
　振動部は、モーター１６および振動子１７からなり、装着者の頭部にヘルメットを介して強い振動を感知させ、すぐに避難行動を起こさせるためのものである。

（ａ）人が感知する振動レベルの設定
　まず、人間が確実に感知できる振動レベルについて検討した。
　人が感じやすい振動周波数の範囲として２０～８０Ｈｚの周波数帯域で振動が人の頭部に伝播するように調整することとした。これは、JIS B 7760-1全身振動の「仰が位における頭の垂直振動」の周波数補正係数を見ると、頭部への振動周波数が８Ｈｚ以下および８０Ｈｚ以上では、マイナス補正が大きく同じ加速度でも人が感じにくくなることと、体感音響研究所の「ボディソニック（体感音響装置）における効果的な周波数帯域」である２０～１５０Ｈｚを参考にしたものである。

　次に振動加速度は５～４２．４ｍ／ｓ^２の範囲でヘルメットを介して人の頭部に振動が伝播するように調整することとした。
　下限値は、強度の振動作業中でも、その振動と区別してヘルメット装着者が緊急避難の振動を認識できるよう設定した。振動障害研究会の「全身振動の許容基準」の最大振動加速度３．４６ｍ／ｓ^２（１０分／日）の全身振動中でも認識できる振動加速度５ｍ／ｓ^２を下限値とした。なお、「全身振動の許容基準」では、１回５～１０秒程度の短時間の衝撃は除外されるため、最大振動加速度を超えても問題ないと判断した。
　上限値は、緊急避難の振動を受けてヘルメット装着者が振動障害を受けない加速度を上限とした。厚生労働省の「振動障害の予防のために」の１日当たりの振動暴露量（日振動暴露量）の対策必要値２．５ｍ／ｓ^２と、本願の緊急避難警報装置の１日当たりの想定使用時間０．０２８ｈｒ（１０秒／回×１０回）とを用い、以下日振動暴露量の式から算出した振動加速度４２．４ｍ／ｓ^２を上限値とした。

　更に上記範囲の中で、振動加速度７．９ｍ／ｓ^２、９．１ｍ／ｓ^２、１２．０ｍ／ｓ^２で８～１０名で振動の強さを１：感じない、２：弱い、３：強弱どちらともいえない、４：強いの４段階で官能試験を行った所、７．９ｍ／ｓ^２では平均２．７５、９．１ｍ／ｓ^２では平均３．１、１２．０ｍ／ｓ^２では平均３．７であり、コメントとしてはもう少し強くしても良いとのことであったので、ヘルメットを装着した人の頭部への振動加速度を１２ｍ／ｓ^２以上に範囲設定することを目指した。

（ｂ）振動部の設計
　ヘルメットを装着した人の頭部への振動加速度を上記範囲に設定するための振動部を次に検討した。振動部の振動は、人の頭部に伝播するまでに相当程度減衰していくことを考えて振動部を具体的に検証した。

　当初、試作１では、ヘルメット装着者の頭部に緊急警報として感知させる振動能力としては十分であったが、重量が重すぎると考えた。
　次に、試作２においては、実際にヘルメット装着者が感知する振動加速度としては１２ｍ／ｓ^２程度になるので使用可能ではあるが、緊急警報としては更に強い振動能力が必要と考え、振動子の重量と半径を若干増やし、重心位置を更に外側にすることによって、実際にヘルメット装着者が感知する振動加速度を２４ｍ／ｓ^２程度に強めたところ、緊急警報としてヘルメット装着者が感知する振動能力として適切であると判断した。これは、モーター１６と振動子１７のバランスにおいては、通常のバランスを崩したもので、ヘルメット装着用緊急避難警報装置に特化した仕様であり、耐用年数は若干少なくなるが非常用で使用時間が短いため問題ないと判断した。

（ｃ）振動子
　図３を見ると判るように、振動子１７は、モーター１６の回転軸に固定されている。そして、図３の上面図を見ると判るように、振動子１７がモーター１６の回転軸を中心とする円を約半分に割った半円状の形態となっているため、振動子１７は、重心から偏心した位置を通るモーター１６の回転軸に固定されていることになる。したがって、モーター１６が振動子１７を回転させると、振動子１７の重心位置がモーター１６の回転軸の周囲を回るため、筐体２が振動する。また、図３の正面図を見ると判るように、振動子１７は、筐体２の上下方向の中心よりも上寄りに配置されている。よって、振動子１７が回転すると、筐体２には、次のような振動が発生することになる。

　図５は、モーター１６が作動している時の緊急避難警報装置１の状態を示した図である。上述したように、振動子１７が筐体２の上下方向の中心よりも上寄りに配置されているから、モーター１６が作動して振動子１７の重心位置がモーター１６の回転軸の周囲を回ると、筐体２には、筐体２の中心よりも上寄りの位置で筐体２を前後左右に動かす力が発生する。しかし、筐体２は、支持部３，４を介してヘルメットの表面に固定されている。換言すると、筐体２は、実質的に筐体２の前面の右端と左端の中央部付近に挿通された固定ベルト（固定バンド）１８がヘルメットの表面２３に接触する状態で固定されており、その他の部位は支持されていない。よって、筐体２は、支持部３の固定ベルト通し孔１１や支持部４の固定ベルト通し孔１２に挿通された固定ベルト（固定バンド）１８の多少の伸縮により、支持部３，４を結ぶ線を軸にした僅かな回転が許容される状態でヘルメットの表面に固定されていると言える。したがって、筐体２は、前後方向に伸びる軸を中心とした回転方向の動きや、上下方向に伸びる軸を中心とした回転方向の動きについては支持部３，４や固定ベルト（固定バンド）１８で規制されているが、左右方向に伸びる軸を中心とした回転方向の動きについては僅かに許容されている。このため、モーター１６が作動すると、筐体２は、図５に示す「状態１」と「状態２」とを繰り返すことになる。換言すると、筐体２は、モーター１６が作動すると、左右方向に伸びる軸を中心とする回転方向の揺動を生じる。

　振動子１７の位置は、ヘルメット２１に固定された状態の筐体２をヘルメット表面２３に向かって見た場合に、支持部３と支持部４に接合された固定ベルト（固定バンド）１８で挟まれていない部位に振動子１７を配置した。すなわち、緊急避難警報装置１は、例えば、振動子１７を筐体２の上端付近に内蔵したものであってもよいし、或いは、振動子１７を筐体２の下端付近に内蔵したものであってもよい。振動子１７が筐体２内でこのような位置に配置されていれば、振動子１７の回転によって生じる筐体２の左右方向に伸びる軸を中心とした回転方向の振動が、上記実施形態の場合よりも規制されにくいため、装着者の頭部への振動を効果的に伝達できるためである。
　ただし、振動子１７を支持部３と支持部４に接合された固定ベルト（固定バンド）１８で挟まれる部位に配置してもよい。

（２）筐体
　振動部を内蔵する筐体２は、丸みを帯びた略直方体の外観を有している。そして、筐体２は、ヘルメットが対向する面となる前面の左右両端に支持部３、４を有している。支持部３、４は、筐体２がヘルメットに装着された状態において当該ヘルメットの表面と筐体２との間に介在し、前面のその他の面は当該ヘルメットの表面との間に空隙を有している。また、支持部３、４には固定ベルト通し孔１１、１２が設けられており、ヘルメットを周回し固定するための固定バンド１８を通すようになっている。支持部３、４の長さと、固定ベルト通し孔１１、１２の長さは、筐体２の上端から下端までの間で適宜設定してよいが、筐体２の前面の端部の中央部付近を中心として形成されている。筐体２の左右両端の支持部３、４は、固定ベルト通し孔１１、１２に通した固定ベルト１８を介して当該ヘルメットの表面と２箇所で支持されている。

　上記のヘルメット帽体と振動部を内蔵する筐体２の接合は、ヘルメットに装着する緊急避難警報装置１の振動を作業者の頭部に減衰させずに伝播させるために最も重要な問題であった。後掲する検証試験の実験１および２の結果、上記２箇所接合が最も振動部の振動能力を減衰させず伝播することがわかった。また、筐体２の全面がヘルメットと接触する場合を除き筐体２が部分的にヘルメットと接触する、例えば１箇所接合、３箇所接合、４箇所接合であってもよいことを確認している。

　本実施形態では緊急避難警報装置１とヘルメット帽体とを２箇所で支持（接合）している。本緊急避難警報装置１では、筐体２とヘルメットの表面との間に支持部３，４が介在する。そして、緊急避難警報装置１は、ヘルメットに弾性体（固定ベルト１８）で固定される。弾性体は、力を受けて弾性変形するものであるから、ヘルメットと緊急避難警報装置１との相対的な位置関係を定めているのは実質的に２つの支持部３，４（第１支持部及び第２支持部）となる。しかし、第１支持部と第２支持部は、ヘルメットの表面のうちの２箇所で緊急避難警報装置１を支持するものであるため、この２箇所を結ぶ線を軸にした回転方向の動きは、第１支持部と第２支持部の形態や弾性体の形態にもよるが、振動部が３箇所以上で支持される場合に比べて、僅かながらも許容されることになる。すなわち、上記の緊急避難警報装置１では、ヘルメットに対する緊急避難警報装置１の動きが僅かながらも許容されるため、振動部が振動を発すると、緊急避難警報装置１は、ヘルメットの表面の３箇所以上で支持される場合よりも大きな振幅で振動できる。緊急避難警報装置１の振幅が大きくなれば、第１支持部及び第２支持部を介して緊急避難警報装置１の振動を受けるヘルメットの振幅も大きくなる。ヘルメットの振幅が大きくなれば、ヘルメットを着用している装着者の頭部に伝わる振動部の振動も大きくなる。したがって、上記の振動発生装置であれば、ヘルメットが介在しても装着者の頭部へ振動が効果的に伝達されることになる。

（３）固定バンド
　緊急避難警報装置１は、弾性体である固定バンド１８を筐体２の支持部３、４の固定ベルト通し孔１１、１２に挿通しヘルメットに固定する。本実施例で使用している固定バンド１８は幅２５ｍｍ、厚さ２ｍｍのコンテック社製シリコンバンドで、ＩＭＡＤＡ製プッシュプルゲージで２０ｋｇｆ以上の引っ張り強度を持つことを確認したうえで使用しているが、弾性を持つ同程度のゴムバンドであれば差支えない。固定バンド１８は、固定ベルト通し孔１１、１２で折り返しＡＢＳ製バックル１９、２０で留め、ヘルメットを表面沿いに周回させ固定している。このように、緊急避難警報装置１が弾性体に固定されていれば弾性体の伸縮量が十分に確保されるため緊急避難警報装置１の振動が規制されにくく、振動部の振動が作業者の頭部に効果的に伝達できる。
　固定バンド１８は、上述したように、支持部３、４に設けられた固定ベルト通し孔１１、１２に挿通され、折り返されており、実際にはそのバンド幅が振動発生部の筐体２とヘルメット帽体表面に接合されており、左右２箇所で緊急避難警報装置１を支持している。固定バンド３、４の幅は後掲する実験５によれば１０～５０ｍｍのいずれでもよい。いずれの幅をとったとしても筐体２の支持部３、４の固定バンド通し孔１１、１２は、筐体２側面の中央を中心として固定バンド１８を挿通するために見合った幅にすることになる。

　また、本実施形態においては、緊急避難警報装置１をヘルメットの後頭部に固定する。緊急避難警報装置１の重量による荷重がヘルメットを前頭部側から後頭部側へ向かわせる方向に作用することになるため、ヘルメットが装着者の視界の妨げとなる可能性を抑制することができる。なお、後掲の実験３によれば振動加速度自体は前頭部と後頭部はほぼ同じで側頭部が若干劣る。

（４）制御部
　図３の制御部（制御回路）１３は、電子回路基板で、緊急避難警報装置１の動作を全て制御する。制御部１３は、アンテナ１０が受信した警告信号を受け、振動部を駆動させる。本実施形態においては、警告信号があったときは、振動は５秒～７秒程度継続する。送信機３１からの警告信号が継続するときは、警告信号が途絶えるまで継続して振動するように設定している。この振動は、装着者本人が止めることはできない。
　また、制御部１３は、操作部５の操作によって以下の機能を制御している。まず、混信を防ぐために特定の送信機３１の警告信号のみに対して、警報を発するようにペアリング機能を持っている。他に、電源のオンオフ、電源残量の確認を行う。

（５）操作部およびアンテナ
　図２の操作部５には、電源ボタン７とバッテリーチェックボタン６がある。さらにペアリングＬＥＤ８と電源ＬＥＤ９がある。
　電源ボタン７を２秒以上長押しすると、緊急避難警報装置１の電源がオンになる。電源ＬＥＤ９は、１日の就業時間を考え、１０時間以上使用可能な場合は緑色の点灯状態になる。残使用可能時間が少なくなるにつれて４段階で電源ＬＥＤ９の点滅およびブザーで装着者に知らせるように設定している。
　なお、緊急避難警報装置１を使用可能状態にする前に、送信機３１とのペアリングを設定するためには、バッテリーチェックボタン６と電源ボタン７を使用し、ペアリングが完了したことは橙色のペアリングＬＥＤ８を見て確認するようになっている。ペアリング終了後、再起動することによって、緊急避難警報装置１は使用可能状態となる。
　図２のアンテナ１０は、９２０ＭＨｚ帯の特定小電力無線を使用しているので、約８ｃｍの長さのワイヤーである。できるだけ感度を良くするために筐体２から約６ｃｍ突出させている。突出部分は折れないためにエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）で被覆している。

（６）電源部
　図３の電源部（電池）１４、１５は、電源として単三形ニッケル水素充電池２本を使用している。使用可能時間としては、約１５時間程度であり、緊急避難警報装置１の消費電力から考慮しても電源としては十分であると考えた。リチウムイオン充電池も使用可能ではあるが、その大きな電気容量が故、取扱いが難しく、外部からの衝撃や、充放電条件の問題や、厳しい周囲環境により、発火や爆発等の事故を起こす可能性が低くはなく、ヘルメット２１のように、外部から衝撃を受ける可能性のあるものに使用することは危険であると考え、ニッケル水素充電池を採用している。また、電源部１４、１５については、筐体２内に入れず別体にすることも考えられる。

＜緊急避難警報システム＞
　ヘルメットに装着する上記緊急避難警報装置１は、種々の悪条件下においても確実に振動によって作業者に緊急避難警報を認知させることができる。次に問題となるのは、危険が差し迫っていることを、確実に緊急避難警報装置１に送信するシステムが必要である。本実施形態の緊急避難警報システムは、急迫の危険を感知した人またはセンサーから無線によって警告信号を送る送信機３１と、これを確実に受信する緊急避難警報装置１の受信機能からなり、途中、障害がある場合は、中継機を設けるシステムである。本システムにおいては、まず、無線の選定、およびペアリングによる実際のシステムの設定が問題となる。

（１）無線
　本実施形態の緊急避難警報システムにおいては、特定小電力無線の９２０ＭＨｚ帯を使用している。特定小電力無線を使用したのは、免許を必要としないのですべての作業者が使用できるからである。また、特定小電力無線の使用周波数帯には、４種類が規格として存在するが、通信距離、機器の小型化、伝送可能データ量等を考慮して、９２０ＭＨｚ帯を使うこととした。本願システムにおいては、高速道路内作業を対象としているので９２０ＭＨｚ帯で出力１０ｍＷの無線モジュールを採用している。通信距離としては、約７ｋｍである。その他の作業で通信距離が必要な場合は、出力を２０ｍＷにすればこれより更に約１．４倍に通信距離を伸ばすことができる。但し、これは無線モジュールの周囲に何の障害物もなく、雨、雪や霧等の電波を吸収・拡散する要因がない最良の条件での仕様であると考えられる。本願システムにおいては、これらの無線モジュール本体を筐体２内に納め、且つその周辺には他の制御回路１３や機械部品、電源電池１４、１５等を配置しておりその上、アンテナ１０も樹脂で覆っているため、無線送受信到達距離は短くなる。また、本願システムにおける通信距離は、人の生死に関わることから余裕を待たせて、約３００メートルを上限としている。また、装置の小型化の観点からも、９２０ＭＨｚ帯であれば、アンテナの長さは理論上８ｃｍ程度にできる（波長の１／４）。９２０ＭＨｚ帯は、使用できる周波数帯域幅も広いため（１３．８ＭＨｚ）、伝送可能なデータ量も大きくなる。１回の通信で最大６４ビットのデータを１２５０ビット毎秒の速度で伝送可能である。本願システムにおいては、使用するデータ量は大きくはないが、マルチな機能と併用する場合に良いと考えた。

（２）ペアリング機能
　本願の緊急避難警報システムは、現場の状況に応じて具体的に緊急避難警報装置１と送信機３１を複数組合せたシステムを設計したうえで作動させることになり、これが、緊急避難警報装置１と送信機３１のペアリングになる。
　本願実施形態では、最大６４台の送信機３１で危険を感知した人またはセンサーの警告信号をヘルメットに緊急避難警報装置１を装着した個々の作業者に伝えることができる。また、同時に警告信号を受信する緊急避難警報装置１の台数（警告信号を受ける作業者の数）に制限はない。これらを組み合わせて現場の状況に応じた様々なシステムを作ることができる
　なお、本願においては、現状他のグループとの混信は確実に避けられると考えている。送信機３１にはそれぞれ１６ビットの識別番号（６５５３６通り）が割り当てられており、その識別番号を緊急避難警報装置１が記憶しており、送信機３１は自らの識別番号と共に任意の８ビットのノード番号、および警報コード（４文字）を送信する。送信機３１からの警報電波を受信した受信機は、記憶した識別番号と受信した電波の識別番号を比較し、合致した場合のみ警報として振動動作を開始する。識別番号は６５５３６通りあり、警報コードも独自であるので、混信する可能性は避けられる。
　緊急避難警報装置１と送信機３１のペアリングは使用開始前に、緊急避難警報装置１側で登録する。まず、電源が入ってない状態で、操作部５のバッテリーチェックボタン６を押しながら電源ボタン７を長押しすることでペアリング設定モードに入る。その状態で、登録したい送信機３１から緊急避難警報装置１に警告信号を送信すると、緊急避難警報装置１に送信機３１を登録することができる。登録の解除は、緊急避難警報装置１を再度ペアリングモードにし、バッテリーチェックボタン６を長押しすることで解除される。登録が終了したことはペアリングＬＥＤ８が橙色で点灯することで確認できる。
　ペアリング設定モードは、電源をオフにすることで終了し、再度電源をオンにすれば、緊急避難警報システムが使用可能状態になる。ペアリングは一度登録すれば、解除しない限り続けて使用できる。ただし、その緊急避難警報装置１がペアリングの登録が済んでいるかどうかについては表示がないので、登録した後、必ず一回は振動発生の確認は必要である。

（３）送信機
　図６の送信機３１は、非常事態が起きたときに作業者の装着した緊急避難警報装置１に向けて警告信号を送信する装置である。本実施形態では、手動ボタン式送信機について説明する。
　手動ボタン式送信機は、管理者（監視者）が緊急事態の発生を目視で認知したときに手動で警告信号を送信する装置である。外観を図６に示す。筐体の前面には操作部として非常ボタン３５とバッテリーチェックボタン３６が設けられている。筐体３２の側部には固定ベルト通し孔３３、３４が、背面にはクリップが設けられており、作業者の上腕部またはポケットに装着できるようになっている。
　非常ボタン３５を押下すると、筐体３２上部に設けられた送信用アンテナ３８から警告信号が送信される。この非常ボタン３５は短押しで作動し、警告信号を瞬時に送信することができ、非常ボタン３５を押下している間、非常ボタン上部の緑色の送信ＬＥＤ３７が点灯してブザーが鳴り、信号が発信されたことを確認できる。なお、これ以外の本システムの操作ボタンは長押しして使用する。
　電源は単三型ニッケル水素充電池２本を使用し、１回の充電で約１６８時間使用できる。電源ボタンはなく充電池のセットで自動的に作動を開始するようになっている。バッテリーの残容量は、バッテリーチェックボタンを押すことで、緑色の送信ＬＥＤ３７の表示とブザーの鳴動で確認できる。さらに残使用時間が１０時間を下回ったときは自動的に送信ＬＥＤ３７が点滅、ブザーが鳴り確実に低充電状態を認知できるようになっている。
　送信機３１は、この他にセンサーが異常を検知すると自動的に警告信号を発信する送信機であってもよい。センサーには転倒センサーや衝撃センサー（加速度センサー）などが考えられる。

（４）中継機
　中継機は、送信機３１と緊急避難警報装置１の間で警告信号を中継する。本願システムにおいては、送受信の伝送距離を３００ｍに設定しているが、これ以上の距離を確保したいときや、コンクリート壁など通信を妨害する障害物がある場合には警告信号を確実に送信するために使用する。
　中継機は、無線を受信する受信部、無線を送信する送信部、電源部を含み構成される。中継機は、無線を受信した場合に同じ仕様の電波を発生させ、送信機３１の電波をリレーする。中継機が送信する情報は送信機３１の識別番号なども含むため、送信機３１と緊急避難警報装置１のペアリング登録を解除・変更する必要はない。
　中継機は具体的な現場の作業環境に応じ、配置され、必要であれば中継機間を有線にしてもよい。中継機は、特に障害の多いビルの各階間や作業範囲が広範囲である場合に有効であると考える。

（５）緊急避難警報システムによる即時避難行動の例
　本願システムは、危険が迫る作業エリアの関係者に即時避難行動を促すことにより、作業エリアに居る作業関係者１０２の生命を守ることを目的とするシステムである。

　ここで、作業関係者１０２とは、作業エリアで作業を行っている作業者１０４、作業者を監督する監督者１０３、作業エリアに配置される警備員１０５、作業エリアを見学する見学者、その他の作業エリアに出入する人を含む概念である。また、作業エリアに居る関係者とは、工事用のバリケード等によって一般の人や車両の進入が規制された作業エリア内の人に限定されるものでなく、作業エリアの周辺に居る人を含む概念である。本願システムは、作業エリアに危険が迫った場合に、これらの関係者に対して即時避難行動を促すことにより、例えば１秒程度の一瞬の逃げ遅れによる死傷事故を可及的に抑制し、生命の安全を守るという社会的に重要な使命に貢献するシステムである。以下に高速道路における危険作業を例として緊急避難警報システムによる即時避難行動の例を説明する。

　図７は、作業エリアの一例を示した図である。例えば、道路工事の作業エリアでは、監督者１０３や作業者１０４、警備員１０５等の作業関係者が作業エリアの内外で作業を行う。通常、このような作業エリアは、パイロン１０６や矢印板１０７等によって一般の人や車両の進入が規制される。しかし、稀に、通行中の車両の運転手が運転操作を誤り、進入が規制されている作業エリアに車両が入ることがある。このような事故の発生を防ぐため、規制帯の先頭部分には、通常、工事看板や回転灯、誘導灯、規制標識を取り付けた車両等が配置されるが、濃霧による視界不良や運転手の過労による居眠り運転等の各種要因により、作業エリアへの車両の誤進入を完全に無くすことができないのが実情である。

　図８は、本願システムによって実現できる即時避難行動の第１例を示した図である。例えば、送信機３１を監視員が携帯しており、作業エリアの各作業者が緊急避難警報装置１をヘルメットに装着している状況において、作業エリアへの車両の誤進入に気が付いた監視員が送信機３１の非常ボタン３５を押すと、各作業者の緊急避難警報装置１が振動してヘルメットが揺動する。各作業者１０４は、ヘルメットの揺動により、作業エリアに迫る危険を認知すると、自ら身を守るための即時避難行動を行う。これにより、各作業者１０４は、作業エリアに誤進入する車両から身をかわし、当該車両に接触するのを防ぐことができる。

　図９は、本願システムによって実現できる即時避難行動の第２例を示した図である。警告信号を発する送信機３１として、上述した送信機３１以外に、例えば、転倒または衝撃を検知するセンサーを内蔵した送信機を本願システムのシステム構成に加え、当該センサー内蔵の送信機をパイロン１０６や矢印板１０７に取り付ければ、図９に示されるように、パイロン１０６や矢印板１０７への車両の接触をセンサーによって異常を検知した送信機が発する警告信号により、作業エリアに居る各作業者１０４の緊急避難警報装置１が振動してヘルメットが揺動する。本願システムのシステム構成にこのようなセンサ内蔵の送信機を加えれば、送信機３１を携帯している人が送信機３１の警告ボタン３５を押す前であっても、センサ内蔵の送信機が警告信号を発するようにできるため、各作業者は、即時避難行動をより早く開始することができる。

　なお、本願システムは、上述したような道路工事等の作業エリアへの適用に限定されるものではない。本願システムは、例えば、ビルディングの建築現場、工場、プラント、沿岸部、火災現場、山岳地帯、その他各種の作業エリアに適用可能である。また、前記した中継器を使用することで、障害物の存在や見通しの悪いことが想定される地震や水害や火山噴火災害等の災害復旧現場や災害監視拠点、建物の建設・解体現場などにおける新たな被害（予震や更なる災害拡大など）や二次災害に対する避難警報、建物の火災や崩壊等の発生時における避難警報にも使用できる。また、電波の伝達が難しい地下と地上各階間などの場合、中継器の配置（中継器を各階窓部に設置する等）や,中継器間に部分的に有線の伝送路を設け中継器をバックアップすることで、ビル（マンション）、トンネルや地下鉄等の工事現場や、炭鉱、地下ライフラインなどの作業現場など、多くの現場においても使用することが可能である。

＜検証試験＞
　緊急避難警報装置１をヘルメット２１の帽体のヘルメット表面２３に装着し、作業者に振動によって緊急避難警報を確実に認知させるためには、緊急避難警報装置１の振動能力ができるだけ減衰しないで人の頭部に伝わるようにするかが最大の問題であった。そのため、以下の実験を行った。実験に当たっては、まず、振動の測定点として、ヘルメット２１に装着していない状態の振動能力を筐体中央で測定（測定点Ａ）、次に、例えば図４のように人頭模型Ｍにヘルメット２１を装着したときの緊急避難警報装置１の筐体中央（測定点Ｂ）、最後に、同じく人頭模型Ｍにヘルメット２１を装着したときのハンモック脚部連結部（測定点Ｃ）の３点で計測した。ヘルメット頭頂部とハンモック脚部連結部の間には通常４０～４５ｍｍの空隙があり、ハンモックは直接頭部と接触しているので測定点Ｃの振動は直接作業者の頭部が感じる振動とみなしてよい。測定項目は、周波数と振幅と加速度とし、ヘルメット装着者に対して前後方向（Ｘ軸）、左右方向（Ｙ軸）、上下方向（Ｚ軸）を測定した。そのうえで、３軸合成加速度を算出した。測定点Ｂ、Ｃについては、実際に人頭模型にヘルメット２１の帽体、衝撃吸収ライナー、ハンモック、ヘッドバンド、耳紐、あご紐を装着させたうえで、実験を行った。以下の実験で振動発生装置とヘルメット帽体の接合方法について５種類の方法で検証しているが、全面接合はゴムシートで全面を面接触させたもので、１箇所、３箇所、４箇所接合は、間に小片を挟んだもので、２箇所接合は、筐体２の支持部３,４に取り付けた固定ベルト１８で接合させたものである。なお、使用したヘルメットはミドリ安全株式会社製の以下の４製品である。

　（１）実験１
　本実験は、緊急避難警報装置１のヘルメット帽体への接合の仕方と、振動の人体頭部への伝わり方を検証したものである。接合の仕方としては、振動発生装置をヘルメット帽体に全面的に接合した場合、４箇所で接合した場合、２箇所で接合した場合で検証した。なお、バイブレーターとしては試作２、ヘルメットはＡ：ＳＣ－１２ＰＣＬ、装着位置は後頭部、振動計測場所は測定点Ａと測定点Ｃ、固定ベルト１８幅は２５ｍｍである。
　以下実験１の結果を表３に示す。

　上記実験結果によると、緊急避難警報装置１自体の振動能力はヘルメット２１を介して人体頭部に伝わるときは、相当程度減衰していることがわかる。その中でも、全面接合の場合は最も減衰が大きい。本実験で使用している試作２の振動能力の場合、４箇所接合、２箇所接合の場合に目標とする３軸合成加速度１２ｍ／ｓ^２をぎりぎり上回っていることがわかる。これを見ると、４箇所接合・２箇所接合は３軸合成加速度で目標とする１２ｍ／ｓ^２を満たすが、全面接合においてはこれを満たさないことが分かった。

　なお、以下に上記実験を詳細に検討する。測定点Ｃのセンサで観測される３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の周波数を確認したところ、４箇所接合の周波数は、測定点Ａの周波数に比べて約－１％程度の変化率であった。また、全面接合の周波数は、測定点Ａの周波数に比べて約－１５％程度の変化率であった。これに対し、２箇所接合の周波数は、測定点Ａの周波数に比べて約－３０％程度の変化率であった。よって、２箇所接合は、４箇所接合や全面接合に比べると、周波数を低下させる傾向があると言える。

　また、測定点Ｃのセンサで観測される３軸のうちのＹ軸の振幅を確認したところ、２箇所接合と４箇所接合と全面接合の何れも、測定点Ａの振幅に比べて約－６０～－７０％程度の変化率であった。よって、２箇所接合と４箇所接合と全面接合の何れも、測定点Ａに比べると、Ｙ軸方向の振幅を大きく低下させる傾向があると言える。これは、緊急避難警報装置１がヘルメット２１の後頭部に取り付けられているため、緊急避難警報装置１で発生するＹ軸方向の振動が、人頭模型Ｍの頭部の上下方向の中心線を軸としたヘルメット２１の回転方向の動きに変換され、換言すると、ヘルメット２１を左右の回転方向に揺動させる方向の動きに変換され、ヘルメット２１自体をＹ軸方向に動かす振動にならないためと推定される。

　また、測定点Ｃのセンサで観測される３軸のうちのＸ軸の振幅を確認したところ、４箇所接合と全面接合の何れも、測定点Ａの振幅に比べて約－６０％程度の変化率であった。これに対し、上記実施形態の２箇所接合のＸ軸方向の振幅は、測定点Ａの振幅に比べて約＋７％の変化率であった。よって、４箇所接合と全面接合がＸ軸方向の振幅を減衰させる傾向があるのに対し、実施形態の２箇所接合は、Ｘ軸方向の振幅を増幅させる傾向があると言える。

　なお、測定点Ｃのセンサで観測される３軸のうちのＺ軸の振幅については、緊急避難警報装置１に内蔵されているモーター１６がＺ軸方向に沿って延在する回転軸であるため、特筆すべき傾向は確認されなかった。

　上記検証の結果より、２箇所接合は、Ｘ軸方向においては、４箇所接合及び全面接合よりも大きい振幅を人頭模型Ｍに与えることが確認された。これは、４箇所接合や、全面接合に比べると、２箇所接合の方が、振動発生装置がヘルメットに対して相対的に動きやすく、緊急避難警報装置１の振動が規制されないためである。したがって、上記検証の結果からも、２箇所接合は、ヘルメット２１が介在してもユーザの頭部へ振動を効果的に伝達できることが判る。

（２）実験２
　本実験は、実験１に引き続き緊急避難警報装置１のヘルメット帽体２３への接合の仕方と、振動の人体頭部への伝わり方を検証したものである。接合の仕方としては、緊急避難警報装置１をヘルメット帽体２３に１箇所～４箇所で接合した場合で検証した。なお、バイブレーターとしては試作２を改良して更に振動能力を大きくした試作３を用い、ヘルメットはＢ：ＳＣ－１３ＰＣＬ、装着位置は後頭部、振動計測場所は測定点Ａと測定点Ｂと測定点Ｃ、固定ベルト１８幅は２５ｍｍである。
　以下実験２の結果を表４に示す。

　上記実験結果によると、測定地点のハンモック脚部連結部の３軸合成加速度において、２箇所接合が２３ｍ／ｓ^２と最も大きく、次いで１箇所接合が１８．７ｍ／ｓ^２と大きく、３箇所接合、４箇所接合はほぼ１３ｍ／ｓ^２で最も減衰していることがわかった。ただし、いずれも本願において最低レベルとしている１２ｍ／ｓ^２以上になっていることがわかった。なお、測定点Ｂの３軸合成加速度は測定点Ｃよりも大きい。

（３）実験３
　本実験は、試作３の緊急避難警報装置１を２箇所接合でヘルメット２１に装着した場合、ヘルメットの前頭部、後頭部、側頭部に装着した場合の各々の振動能力を比較したものである。ヘルメットはＢ：ＳＣ－１３ＰＣＬ、振動計測場所は測定点Ａと測定点Ｂと測定点Ｃ、固定ベルト１８幅は２５ｍｍである。
　以下実験３の結果を表５に示す。

　上記実験結果によると、測定点Ｃの３軸合成加速度において、前頭部、後頭部に装着するとほぼ２３ｍ／ｓ^２と大きいのに対して、側頭部は１６ｍ／ｓ^２と小さくなっているのがわかった。また、いずれの場合も本願が基準とする１２ｍ／ｓ^２を上回っていることがわかった。
　ただし、振動部が取り付けられたヘルメットの取扱いや重量バランス、前頭部に取り付けた場合に振動が着用者の視野に与える影響、側頭部に取り付けた場合に振動が着用者の三半規管に与える影響等を総合的に勘案すれば、振動部は、ヘルメットの後頭部に取り付ける方が好ましいと考える。

（４）実験４
　本実験は、緊急避難が必要な環境下での作業が発生した場合にヘルメット２１に装着して使用することから、通常のヘルメットであればヘルメットの種類に関わらず使用可能かについて４種類のヘルメットについて振動能力を検証した。本実験は、試作３の振動発生装置を２箇所接合でヘルメット２１の後頭部に装着したもので、固定ベルト１８幅は２５ｍｍである。
　以下実験４の結果を表６に示す。

　上記実験結果によると、測定点Ｃの３軸合成加速度において、上記４種類のヘルメットはいずれも振動能力として充分であることがわかった。上記４種類のヘルメットは帽体形状、ハンモックの帽体との係合箇所（４点、８点）、材質（樹脂、テープ）、衝撃吸収ライナー、ヘッドバンドの形状、ヘルメット全体の重量が異なるものであるが、いずれも振動を人体頭部に伝えることができることがわかった。

（５）実験５
　本実験は、緊急避難警報装置１とヘルメット帽体２３を２箇所で接合する場合において、実際には固定ベルト１８が帽体と接合することから、固定ベルト１８の幅により振動の伝播は変わるかにつき検証した。本実験においては、試作３の緊急避難警報装置１を用い、ヘルメットＢ：ＳＣ－１３ＰＣＬの後頭部に接合し固定ベルト１８幅を１０ｍｍ～５０ｍｍで検証したものである。
　以下実験５の結果を表７に示す。

　上記実験結果によると、測定点Ｃの３軸合成加速度において、１０ｍｍが若干劣るもののいずれも振動部の振動を人体頭部に十分伝えることができることがわかった。その中で、ヘルメットへの装着のしやすさと、振動部筐体とのバランスを考え２５ｍｍ幅を好適と考えている。

１・・緊急避難警報装置
２・・筐体
３・・支持部
４・・支持部
５・・操作部
６・・バッテリーチェックボタン
７・・電源ボタン
８・・ペアリングＬＥＤ
９・・電源ＬＥＤ
１０・・アンテナ
１１・・固定ベルト通し孔
１２・・固定ベルト通し孔
１３・・制御回路
１４・・電池
１５・・電池
１６・・モーター
１７・・振動子
１８・・固定ベルト（固定バンド）
１９・・バックル
２０・・バックル
２１・・ヘルメット
２２・・つば
２３・・ヘルメット表面
３１・・送信機
３２・・筐体
３３・・固定ベルト通し孔
３４・・固定ベルト通し孔
３５・・非常ボタン
３６・・バッテリーチェックボタン
３７・・送信ＬＥＤ
３８・・アンテナ
３９・・固定ベルト（固定バンド）
１０２・・作業関係者
１０３・・監督者
１０４・・作業者
１０５・・警備員
１０６・・パイロン
１０７・・矢印板
Ｍ・・人頭模型

Claims

　作業エリアの関係者に即時避難行動を促す緊急避難警報装置であって、
　内蔵する振動子の運動によって振動する筐体と、
　前記筐体を前記関係者のヘルメットに着脱自在に固定する、該筐体から２方向へ延び出て該ヘルメットの表面沿いに該ヘルメットを取り巻く弾性の固定バンドと、
　前記作業エリアに迫る危険を知らせる無線の警告信号に連動して運動する前記振動子の振動により、前記ヘルメットが前記筐体と共に揺動するように前記筐体を前記ヘルメットの表面に部分的に支持する支持部と、を備える、
　緊急避難警報装置。
　前記支持部は、前記固定バンドの一部によって形成される、
　請求項１に記載の緊急避難警報装置。
　前記支持部は、前記ヘルメットの表面と前記筐体との間に介在し、前記筐体を前記ヘルメットの表面のうちの２箇所で支持する第１支持部及び第２支持部と、からなる、
　請求項１または２に記載の緊急避難警報装置。
　前記振動子は、前記ヘルメットに固定された状態の前記筐体を、前記ヘルメットの表面に向かって見た場合に、前記第１支持部と前記第２支持部の間で、帽体と直接接合している部分に挟まれていない部位に配置されている、
　請求項３に記載の緊急避難警報装置。
　前記第１支持部は、前記固定バンドが前記筐体から一方へ延び出る位置に設けられ、
　前記第２支持部は、前記固定バンドが前記筐体から他方へ延び出る位置に設けられている、
　請求項３または４に記載の緊急避難警報装置。
　前記筐体は、前記ヘルメットの後頭部に固定される
　請求項１から５の何れか一項に記載の緊急避難警報装置。
　前記警告信号の電波を受信するアンテナと、
　前記アンテナで前記警告信号を受信すると、前記振動子を運動させるモータを作動させる制御部と、を更に備える、
　請求項１から６の何れか一項に記載の緊急避難警報装置。
　前記制御部は、前記アンテナで受信した前記警告信号に含まれる識別情報が、ペアリングによって該制御部に予め登録された識別情報と一致する場合に、前記振動子を運動させるモーターを作動させる、
　請求項７に記載の緊急避難警報装置。
　前記制御部に電力を供給する電源部を更に備える、
　請求項７または８に記載の緊急避難警報装置。
　前記電源部の電力を前記制御部へ給電状態にするための電源ボタンと、
　前記電源部のバッテリー残量を確認するためのバッテリーチェックボタンを更に備える、
　請求項９に記載の緊急避難警報装置。
　請求項１から１０の何れか一項に記載の緊急避難警報装置と、
　前記警告信号を無線で前記緊急避難警報装置に送信する送信機と、を備える、
　緊急避難警報システム。
　前記送信機は、警告信号を発信する関係者が携帯する機器であり、前記警告信号を無線で発するための警告ボタンを有する、
　請求項１１に記載の緊急避難警報システム。
　前記送信機は、危険状態の発生を検知するセンサーを有し、設置物に取り付けられる、
　請求項１１に記載の緊急避難警報システム。
　前記送信機から前記緊急避難警報装置へ無線送信される前記警告信号を中継する中継機を更に備える、
　請求項１１から１３の何れか一項に記載の緊急避難警報システム。