(57)【要約】保護用ヘッドギアの構成に使用するための多層シェル。該シェルは、外側層、内側層、外側層への衝撃に応じて弾性圧縮する外側層及び内側層間に配設された中間層、及び内側層の内方に配設された内側ライナーを含む。中間層は、複数の圧縮可能部材を含み、該部材は、外側層への直接の衝撃エネルギーを吸収するよう弾性圧縮し、及び外側層への接線方向への衝撃に応じて内側層に対して弾性変形する。内側層は、開口構造を含み、これは、シェルの重量を軽減し、使用者の頭部からの熱の通気を提供し、圧縮可能要素の可視化を可能にする。内側ライナーは、輪郭形成可能部材から形成され、これによりユーザの安全性を妥協することなくユーザのフィット感及び快適性が強化される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護用ヘッドギアであって、
内側表面を有する外側層と、
該外側層に面する表面を有する内側層と、
前記内側層及び前記外側層により形成される流体を収容する隙間領域内に配設された複数の圧縮可能部材を有する中間層と、
前記外側層が受けた衝撃に応じて該外側層が変形する際に前記流体が前記中間層から出ることを可能にする少なくとも１つの通路と
を含む、保護用ヘッドギア。
【請求項２】
前記少なくとも１つの通路が、衝撃に応じて流体が前記隙間領域から出ることを可能にする、前記外側層の周縁部と前記内側層の周縁部との間の隙間を含む、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３】
前記少なくとも１つの通路が前記内側層における開口を含む、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４】
前記内側層における開口を通過する流体が該保護用ヘッドギアの着用者によって感じられる、請求項３に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが熱可塑性エラストマー（TPE）材料から作成される、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項６】
前記TPE材料がTPEフォームである、請求項５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが円柱状の形状を有する、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが、一定体積の流体を保持するためのチャンバを含み、該チャンバが、その内外へ流体を通過させるためのチャンバ開口を有するチャンバ表面を含む、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９】
前記チャンバ開口が、前記外側層に加えられた衝撃力に対して速度感応性の応答を生成するよう構成される、請求項８に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１０】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが、該圧縮可能部材が衝撃力により圧縮された際に前記チャンバ開口を介して前記チャンバから流体を放出し、及び前記外側層に加えられた圧縮力が低下した際に拡張して前記チャンバ内へ流体を引き込む、請求項８に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１１】
前記内側層を介した流体の通過が可能となるように前記チャンバ開口が前記内側層の開口と位置合わせされている、請求項８に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１２】
前記内側層が内側表面を含み、該ヘッドギアが、前記内側層の前記内側表面の内側に配設された圧縮可能な内側ライナーを更に含む、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１３】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが、一定体積の流体を保持するためのチャンバを含み、該チャンバが、前記外側層及び前記内側層により形成される隙間領域の内外へ流体を通過させるための少なくとも１つのチャンバ開口を有するチャンバ表面を含む、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１４】
前記内側層に対して前記外側層を弾性的に取り付けてその向きを維持する弾性取付手段を更に含む、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１５】
前記外側層が衝撃に応じて変形した際に該外側層が前記内側層に対して回転方向に変形する、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１６】
保護用ヘッドギアの作成方法であって、
複数の別個の圧縮可能部材を形成し、
外側層及び内側層を配設し、
前記外側層への衝撃に応じて該外側層が変形しそれに応じて前記圧縮可能部材が圧縮されるように、該外側層及び前記内側層により形成される流体を収容する隙間領域内に前記圧縮可能部材が配設された、複合構造体を作成する、
という各ステップにより多層シェルを形成するステップを含む、保護用ヘッドギアの作成方法。
【請求項１７】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが熱可塑性エラストマー材料から形成される、請求項１６に記載の方法。
、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１８】
前記熱可塑性エラストマー材料内に化学発泡剤を導入して熱可塑性エラストマーフォームからなる圧縮可能部材を作成するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つを、一定体積の流体を保持するためのチャンバを含むよう形成するステップを更に含み、該チャンバが、その内外へ流体を通過させるための少なくとも１つのチャンバ開口を有するチャンバ表面を画定するものである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記外側層への衝撃に応じて該外側層が変形した際に、前記少なくとも１つのチャンバ開口を介して、前記内側層及び前記外側層により形成される前記隙間領域内へ流体を放出するステップを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのチャンバ開口を前記内側層の開口と位置あわせし、
前記外側層への衝撃に応じて該外側層が変形した際に、前記少なくとも１つのチャンバ開口を介して着用者の頭部に向かって流体を放出する、
という各ステップを更に含む、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項２２】
前記作成ステップが、衝撃に応じて前記外側層が前記内側層に対して回転方向に変形するように行われる、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記外側層が内側表面を含み、前記内側層が前記外側層に面する表面を含み、前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが、前記外側層の前記内側表面と、前記内側層の前記外側層に面する前記表面との少なくとも一方に取り付けられる、請求項１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項２４】
前記外側層が内側表面を含み、前記内側層が前記外側層に面する表面を含み、前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つを、前記外側層の前記内側表面と、前記内側層の前記外側層に面する前記表面との少なくとも一方に取り付けるステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
保護用ヘッドギアであって、
外方に面する表面を有する比較的薄い外側層と、
該外側層から離間した領域を有する比較的薄い内側層と、
前記外側層及び前記内側層により形成される領域内に配設された複数の圧縮可能部材を含む中間層とを含み、
該中間層が、前記外側層の曲げ変形に応じて弾性的に圧縮して衝撃エネルギーを吸収するよう構成されており、
前記外側層が、該外側層への衝撃の接線方向成分に応じて前記内側層に対して変形するよう構成されている、
保護用ヘッドギア。
【請求項２６】
前記衝撃の前記接線方向成分を低減させるように前記外側層の外方に面する表面が比較的平滑である、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項２７】
前記内側層の内側に配設された比較的圧縮可能な内側ライナーを更に含む、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項２８】
前記中間層が約50％以下の回復反発弾性を有する、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項２９】
前記中間層が約25％以下の回復反発弾性を有する、請求項２８に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３０】
前記複数の圧縮可能部材が、前記外側層及び前記内側層により境界が形成された流体を収容する隙間領域内に配設される、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３１】
前記外側層が内方に面する表面を含み、前記中間層の前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが、前記外側層に面する前記内側層の表面と、前記外側層の内方に面する前記表面との少なくとも一方に取り付けられる、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３２】
衝撃に応じて前記中間層からの流体を通過させるための少なくとも１つの通路を更に含む、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの通路が、前記外側層と前記内側層との間の隙間を含む、請求項３２に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３４】
前記少なくとも１つの通路が、前記内側層における少なくとも１つの開口を含む、請求項３２に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３５】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが、流体を収容する内部チャンバを画定する壁を含み、該壁が、衝撃に応じて前記内部チャンバから流体が出ることを可能にする少なくとも１つの開口を含む、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３６】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが蛇腹状の側壁構造を有する、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３７】
前記圧縮可能部材の前記壁が、衝撃に応じた該圧縮可能部材の圧縮を容易にする蛇腹状の側壁構造を有する、請求項３５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３８】
衝撃が比較的低エネルギーである場合に前記圧縮可能部材が比較的小さな抵抗で圧縮し、及び衝撃力が比較的高エネルギーである場合に前記圧縮可能部材が比較的高い抵抗で圧縮するように、前記圧縮可能部材の前記壁の前記少なくとも１つの開口が、前記外側層に加えられた衝撃力に対して速度感応性の応答を生成するよう構成される、請求項３５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項３９】
衝撃が比較的高エネルギーである場合に、前記圧縮可能部材内で衝撃エネルギーを熱に変換するのに十分な高い抵抗で該圧縮可能部材が圧縮するように、該圧縮可能部材の前記壁の前記少なくとも１つの開口が構成される、請求項３８に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４０】
前記中間層の前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが、前記外側層の曲げ変形に応じて圧縮し、及び衝撃の接線方向成分に応じて前記内側層に対して弾性変形する、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４１】
前記中間層の前記複数の圧縮可能部材が、相互接続された複数の小室からなるハニカム構造を有する、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４２】
前記中間層の前記複数の圧縮可能部材が、前記外側層と前記内側層との間に所定パターンで配置される、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４３】
前記ハニカム構造の中間層の前記相互接続された複数の小室が、前記外側層と前記内側層との間に所定パターンで配置される、請求項４１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４４】
前記圧縮可能部材が熱可塑性エラストマー（TPE）材料から作成される、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４５】
前記TPE材料がTPEフォームである、請求項４４に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４６】
前記TPE材料が約-20°F未満のガラス転移温度を有する、請求項４４に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４７】
前記ハニカム構造の中間層が熱可塑性エラストマー（TPE）材料から作成される、請求項４１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４８】
前記TPE材料がTPEフォームである、請求項４７に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項４９】
前記TPE材料が約-20°F未満のガラス転移温度を有する、請求項４７に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５０】
衝撃力が軽減された際に前記圧縮可能部材が弾性的に拡張するとき、前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つの前記少なくとも１つの開口が、該圧縮可能部材の内部チャンバに流体が入ることを可能にする、請求項３５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５１】
前記内側層が、前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つの前記少なくとも１つの開口と連絡した少なくとも１つの開口を含み、圧縮時に前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つから流体が出て前記内側層を通過することができるようになっている、請求項３５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５２】
前記内側層の内側に配設された比較的圧縮可能な内側ライナー層を更に含み、該内側層及び該内側ライナー層が、前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つの前記少なくとも１つの開口と連絡した少なくとも１つの開口を含み、圧縮時に前記圧縮可能部材から流体が出て前記内側層及び前記内側ライナー層を通過することができるようになっている、請求項３５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５３】
前記複数の圧縮可能部材が互いに独立したものである、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５４】
前記複数の圧縮可能部材が相互接続されている、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５５】
前記内側層が比較的剛性を有する熱可塑性材料からなる、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５６】
前記外側層が熱可塑性材料からなる、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５７】
前記外側層の前記熱可塑性材料の厚さが、該外側層が衝撃に応じて内側に曲がることにより弾性的に変形するよう設定される、請求項５６に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５８】
衝撃に応じた前記外側層の前記曲げ変形と前記中間層の前記圧縮可能部材の圧縮との組み合わせにより、衝撃による着用者の頭部の線形的な速度変化が低減される、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項５９】
衝撃に応じた前記外側層の前記内側層に対する変形と前記中間層の前記圧縮可能部材の変形との組み合わせにより、衝撃による着用者の頭部の回転方向の速度変化が低減される、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項６０】
前記外側層が複数の通気用の開口を含む、請求項２５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項６１】
衝撃を吸収する保護用ヘッドギアであって、
内側層と、
外側層とを含み、該内側層及び該外側層が対向する表面を有しており、及び、
複数の圧縮可能部材を含む中間層を含み、
該中間層が、前記内側層と前記外側層との間に延び、
該内側層及び該外側層が、少なくとも部分的に同一の広がりを有し、該外側層が衝撃を受けた際に該衝撃に応じて該外側層が局所的に変形するようになっており、これにより該衝撃により生じたエネルギーの少なくとも一部が吸収され、及び前記中間層の前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが圧縮し及び前記内側層に対して変形して、前記外側層により吸収されない衝撃エネルギーを吸収する、
保護用ヘッドギア。
【請求項６２】
前記中間層が、前記内側層及び前記外側層の対向する表面に対して少なくとも１つの場所で固定され、該内側層及び該外側層が、少なくとも部分的に同一の広がりを有している、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項６３】
前記外側層が、外方に面する表面を含み、該外側層の該外方に面する表面が、衝撃の接線方向成分を低減させるよう比較的平滑である、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項６４】
前記内側層の内側に配設された比較的圧縮可能な内側ライナー層を更に含む、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項６５】
前記中間層が約50％以下の回復反発弾性を有する、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項６６】
前記中間層が約25％以下の回復反発弾性を有する、請求項６５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項６７】
前記複数の圧縮可能部材が、前記外側層及び前記内側層により境界が形成された流体を収容する隙間領域内に配設される、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項６８】
前記中間層の前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが、前記内側層の前記外側層に面する表面と該外側層の内方に面する表面とに取り付けられる、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項６９】
衝撃に応じて流体が前記中間層から出ることを可能にする少なくとも１つの通路を更に含む、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７０】
前記少なくとも１つの通路が、前記外側層と前記内側層との間の隙間を含む、請求項６９に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７１】
前記少なくとも１つの通路が、前記内側層における少なくとも１つの開口を含む、請求項６９に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７２】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが、流体を収容する内部チャンバを画定する壁を含み、該壁が、衝撃に応じて前記内部チャンバから流体が出ることを可能にする少なくとも１つの開口を含む、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７３】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つが蛇腹状の側壁構造を有する、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７４】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つの前記壁が、衝撃に応じた該圧縮可能部材の圧縮を容易にする蛇腹状の側壁構造を有する、請求項７２に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７５】
衝撃が比較的低エネルギーである場合に前記圧縮可能部材が比較的小さな抵抗で圧縮し、及び衝撃力が比較的高エネルギーである場合に前記圧縮可能部材が比較的高い抵抗で圧縮するように、前記圧縮可能部材の前記壁の前記少なくとも１つの開口が、前記外側層に加えられた衝撃力に対して速度感応性の応答を生成するよう構成される、請求項７２に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７６】
衝撃が比較的高エネルギーである場合に、前記圧縮可能部材内で衝撃エネルギーを熱に変換するのに十分な高い抵抗で該圧縮可能部材が圧縮するように、該圧縮可能部材の前記壁の前記少なくとも１つの開口が構成される、請求項７５に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７７】
前記中間層が、相互接続された複数の小室からなるハニカム構造を有する、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７８】
前記中間層の前記複数の圧縮可能部材が、前記外側層と前記内側層との間に所定パターンで配置される、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項７９】
前記ハニカム構造の中間層の前記相互接続された複数の小室が、前記外側層と前記内側層との間に所定パターンで配置される、請求項７７に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８０】
前記圧縮可能部材が熱可塑性エラストマー（TPE）材料から作成される、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８１】
前記TPE材料がTPEフォームである、請求項８０に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８２】
前記TPE材料が約-20°F未満のガラス転移温度を有する、請求項８０に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８３】
前記ハニカム構造の中間層が熱可塑性エラストマー（TPE）材料から作成される、請求項７７に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８４】
前記TPE材料がTPEフォームである、請求項８３に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８５】
前記TPE材料が約-20°F未満のガラス転移温度を有する、請求項８３に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８６】
衝撃力の軽減に応じて前記圧縮可能部材が弾性的に拡張する際に、前記圧縮可能部材の前記少なくとも１つの前記少なくとも１つの開口が、該圧縮可能部材の内部チャンバ内に流体を引き込むことを可能にする、請求項７２に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８７】
前記内側層が、前記圧縮可能部材の前記少なくとも１つの開口と連絡した少なくとも１つの開口を含み、圧縮時に前記圧縮可能部材から流体が出て前記内側層を通過することができるようになっている、請求項７２に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８８】
前記外側層が、前記圧縮可能部材の前記少なくとも１つの開口と連絡した少なくとも１つの開口を含み、圧縮時に前記圧縮可能部材から流体が出て前記外側層を通過することができるようになっている、請求項７２に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項８９】
前記内側層の内側に配設された比較的圧縮可能な内側ライナー層を更に含み、該内側層及び該内側ライナー層が、前記圧縮可能部材の前記少なくとも１つの開口と連絡した少なくとも１つの開口を含み、圧縮時に前記圧縮可能部材から流体が出て前記内側層及び前記内側ライナー層を通過することができるようになっている、請求項７２に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９０】
前記複数の圧縮可能部材が互いに独立したものである、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９１】
前記複数の圧縮可能部材が相互接続されている、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９２】
前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つの第１の端部が前記外側層に取り付けられ、前記複数の圧縮可能部材のうちの少なくとも１つの第２の端部が前記内側層に取り付けられている、請求項９１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９３】
前記内側層が比較的剛性を有する熱可塑性材料からなる、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９４】
前記外側層が熱可塑性材料からなる、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９５】
前記外側層の前記熱可塑性材料の厚さが、該外側層が衝撃に応じて内側に曲がることにより弾性的に変形するよう設定される、請求項９４に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９６】
衝撃に応じた前記外側層の前記曲げ変形と前記中間層の圧縮との組み合わせにより、衝撃による着用者の頭部の線形的な速度変化が低減される、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９７】
衝撃に応じた前記外側層の前記内側層に対する変形と前記中間層の圧縮との組み合わせにより、衝撃による着用者の頭部の回転方向の速度変化が低減される、請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９８】
前記内側層が不連続的な形状を有している、請求項１、請求項２５、又は請求項６１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項９９】
前記内側層がバッキーボール状の形状を有している、請求項９８に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１００】
前記内側層が格子状の形状を有している、請求項９８に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１０１】
前記内側層がジオデシックドーム状の形状を有している、請求項９８に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１０２】
前記内側層がハニカム状の形状を有している、請求項１０１に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１０３】
前記内側ライナーが使用依存性の輪郭形成材料から作成される、請求項１２、請求項２７、又は請求項６４に記載の保護用ヘッドギア。
【請求項１０４】
前記内側ライナーが均圧輪郭形成流体を含む、請求項１２、請求項２７、又は請求項６４に記載の保護用ヘッドギア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般医保護用ヘッドギアに関するものであり、特に、重量を軽減させると共に頭部からのより大きな通気性を可能にする開口構造を有する内層と、ヘッドギアのフィット性と快適性を改善すると共に個人の頭部が負傷する危険性を一層低下させその保護を行う頭部輪郭材料からなる内側ライナーとを含む、層状構造の保護用ヘッドギアに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
関連する出願への相互参照
本出願は、「Multi-Layer Air-Cushion Shell With Energy-Absorbing Layer For Use in the Construction of Protective Headgear」と題する2005年2月16日出願の同時係属中の米国特許出願第11/059,427号の優先権を主張する一部継続出願である。該同時係属中の特許出願全体を本引用をもって本書に包含させたものとする。
【０００３】
震盪（軽度外傷性脳損傷とも呼ばれる）は、短期間又は長期間にわたり人々に悪影響を与えるものとして知られるスポーツで一般に生じる深刻な問題である。アスリートに関しては、震盪は、意識消失を伴い又は伴わない一時的で可逆性の神経学的障害である。震盪のもう１つの定義は、１）自覚又は意識の変容、及び２）一般に震盪後（post-concussion）シンドロームに伴う兆候及び症状（ほんの数例を挙げると、持続性頭痛、平衡感覚障害、及び記憶障害）が認められる、外傷により誘発される脳機能の変化である。アスリートによっては震盪によってその経歴が短縮される者がいる。その原因は、特に、多数回の震盪を発症した者は更なる震盪を発症して次第に症状が重くなっていく傾向が強いことにある。震盪は、アスリートの間では一般的なものではあるが、震盪の研究は難解なものであり、治療法の選択肢は実質的に存在せず、「試合に戻すか否か（return-to-play）」のガイドラインが思索されている。したがって、震盪に対する現時点での最善の解決策は、その発症を防止し最小限にすることである。
【０００４】
震盪は、脳に対して力が加えられた結果として生じ、通常は頭部に対して直接的な衝撃が加えられた結果として脳組織に対するせん断力が生じ、その結果として有害な神経代謝性の（neurometabolic）及び神経生理学的なカスケードが生じることになる。頭部に衝撃を受けた際に脳が経験する力として２つの主なタイプの力、すなわち、線形加速及び回転加速が存在する。その両タイプの加速は、震盪の発生において重要なものであると考えられている。このため、加速の大きさを小さくすることにより、脳に対して加えられる力が小さくなり、その結果として震盪の危険性又は重篤性が低くなる。
【０００５】
保護用ヘッドギアは、その着用者が経験する加速（又は減速）の大きさを低減させることにより該着用者を頭部の負傷から保護するのに役立つものとして周知のものである。現在市販されているヘルメットは、主に線形力に対処するものであるが、一般に脳が経験する回転力を低下させるものではない。ヘルメットは、一般に２つのカテゴリ、すなわち、単衝撃ヘルメットと多衝撃ヘルメットとに分類される。単衝撃ヘルメットは、衝撃を受けた際に永久的な変形を受けるものであり、一方、多衝撃ヘルメットは、多数回の衝撃に耐えることができるものである。単衝撃ヘルメットの用途には、例えば、自転車及びオートバイが含まれる。ホッケー又はフットボールといった接触型のスポーツの参加者は、多衝撃ヘルメットを使用する。両カテゴリのヘルメットは類似した構造を有するものである。半剛性（semi-rigid）外側シェルが、広い領域にわたる衝撃力の分散に寄与し、クラッシャブル内側層が、着用者の頭部への力を低減させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
単衝撃ヘルメットの内側層は、典型的には、溶融された発泡ポリスチレン（EPS）や、発泡剤を含浸させたポリマーから構成される。EPSは、衝撃力によって永久的に変形することにより頭部に達するエネルギーの量を低減させる。衝撃に対して効果的なものとなるように、内側層は、その厚さ全体にわたって完全につぶれることがないように十分に厚くしなければならない。しかし、内側層を厚くすると、それに対応して外側シェルのサイズも大きくする必要があり、このためヘルメットのサイズ及びかさが大きくなる。
【０００７】
多衝撃ヘルメット用に設計された内側層は、弾性及び粘弾性変形によってエネルギーを吸収する。多数の連続する打撃を吸収するために、これらのヘルメットは、その元の形状に迅速に回復する（rebound）必要がある。しかし、回復が迅速すぎる材料は、衝撃の運動エネルギーの一部が着用者の頭部へ伝達するのを許容してしまう。正（positive）回復特性を有する材料（弾性記憶材料（elastic memory）とも呼ばれる）として、発泡ポリウレタン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレン、及び発泡ビニルニトリル（vinylnitrile）が挙げられる。これらの材料の一部は望ましい回復特性を有するが、それらから構成される内側層は、その厚さ全体を強力な衝撃が突き抜けるのを防止するよう十分に厚くなければならない。厚い層の欠点は、既述のように、結果的にヘルメットがかさばることである。更に、かかる材料のエネルギー吸収特性は、温度の上昇と共に低下する傾向を有し、一方、かかる材料の正回復特性は、温度の低下と共に低下する。このため、現在のヘルメット設計の上述した欠点を伴わずに震盪の危険性及び重篤性を低下させることができる改善されたヘルメット構造が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態では、本発明は、内方に面する表面を有する外層、該外層に面する表面を有する内層、及び該内層及び前記外層により境界が形成された流体を収容する隙間領域内に配置された複数の圧縮可能部材を有する中間層を含む保護用ヘッドギアを特徴とするものである。前記圧縮可能部材の各々は、前記内層の前記表面と、前記外層の内方に面する前記表面とに対して取り付けられる。この実施形態の保護用ヘッドギアはまた、それが衝撃を受けた際に前記中間層から流体が出ることを可能にする少なくとも１つの通路を含む。
【０００９】
この発明に対応して保護用ヘッドギアの作成方法が提供される。該方法は、複数の個々に圧縮可能な部材を形成し、外層及び内層を配設し、及び前記個々に圧縮可能な部材が前記外層及び前記内層により境界が形成された隙間領域内に配設された複合構造体であって、該個々に圧縮可能な部材の各々が、前記外層の内方に面する表面に対して、及び該外層に面する前記内層の表面に対して取り付けられた、複合構造体を作成することにより、多層シェルを形成することを含む。
【００１０】
別の実施形態では、本発明は、内方に面する表面を有する外層と、該外層に面する表面を有する内層と、該内層及び前記外層により境界が形成された流体を収容する隙間領域内に配設された複数の圧縮可能部材を有する中間層と、前記内層の内方に配設された内側ライナー層とを含む、保護用ヘッドギアを特徴とするものである。前記内側ライナー層は、ユーザの安全性を低下させることなくユーザのフィット感及び快適性を向上させる輪郭（contouring）材料から形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の上述その他の利点は、添付図面に関連して以下の説明を参照することにより一層良好に理解することができよう。同図では、同様の符号は、同様の構成要素及び特徴を示している。同図は、必ずしも実際の縮尺になっておらず、本発明の原理を説明するために強調されたものがある。
【００１２】
本発明は、頭部への衝撃から着用者の脳へと達する力の量を低減させるよう設計された保護用ヘッドギアに関するものである。該ヘッドギアは、衝撃を和らげることにより着用者の頭部の速度の変化を低速化させ、それに対応して着用者が体験する加速又は減速の大きさを小さくし、及び震盪の危険性及び重篤性を低下させるための、多層構造を有するシェルを含む。以下で更に説明するように、保護用ヘッドギアは、外層、エネルギー吸収用の中間層、及び内層を含むことが可能であり、これらの層のうちの１つ又は２つ以上が、エネルギーを吸収する圧縮可能材料から構成され、内側ライナー層は、個人の頭部の形状に沿って輪郭形成された輪郭形成可能（contourable）な材料から形成される。好適な一実施形態では、該輪郭形成可能な材料は、使用依存性の輪郭形成フォーム（use-dependent contour form）である。別の好適な実施形態では、輪郭形成可能な材料は、均圧輪郭形成流体（pressure equalizing contouring fluid）である。更に別の実施形態は、これらの圧縮可能及び輪郭形成可能な材料の組み合わせを含むことが可能である。
【００１３】
シェルのエネルギー吸収層の様々な実施形態は、ヘッドギアに衝撃が加えられた際にエアクッションを提供するよう機能する。好適な一実施形態では、衝撃がエネルギー吸収層から空気を排出させる。本発明の保護用ヘッドギアは、衝撃に応じて、(1)シェルの広範な領域にわたり全体的に圧縮し、(2)衝撃を受けた部位が局所的に圧縮し、(3)シェルの外層が撓み、及び(4)内層に対して外層及びエネルギー吸収層が回転することを含む、複数の態様のうちの１つまたはそれらの組み合わせで運動する。
【００１４】
本発明の多層構造は、安全帽、オートバイ用ヘルメット、自転車用ヘルメット、スキー用ヘルメット、ラクロス用ヘルメット、ホッケー用ヘルメット、及びフットボール用ヘルメット、野球及びソフトボールのバッター用ヘルメット、ロッククライマー及び登山者用のヘッドギア、及びボクサー用ヘッドギアを含む（但しそれらには限定されない）様々なタイプの保護用ヘッドギアでの使用に適合させることができるものである。他の用途として、建築現場で、防衛及び軍事用途で、及び地下活動のために使用されるヘルメットを含むことができる。以下の説明は、主に保護用ヘッドギアに焦点を当てたものであるが、本発明の層状構造のシステムは、スポーツ活動その他の用途に使用される他のタイプの器具（例えば、フェイスマスク、肘パッド、肩パッド、及びすねパッド）にも適用可能なものである、ということが理解されよう。
【００１５】
図１は、本発明に従って構成された保護用ヘッドギア2の一実施形態の側面図である。ここで、該保護用ヘッドギア2は、サイクリストにより使用されるよう設計された空力形状を有するヘルメットである。この形状は、単なる例示であり、該ヘルメットの形状は、該ヘルメットの設計対象となる特定のスポーツイベント又は活動に応じて変更可能であることが理解されよう。更に、本発明の保護用ヘッドギアは、ホッケー用ヘルメットのケージ、フットボール用ヘルメットのフェイスマスク、オートバイ用ヘルメットのバイザー、保持ストラップ、あごストラップ、及びその類といった、更なる様々な特徴と共に構成することが可能なものである。
【００１６】
図１の保護用ヘッドギアすなわちヘルメット2は、着用者の頭部を冷却するために空気が流れることを可能にする通気口6を上部近傍に含む。ここで、該通気口6は、ディアドロップ形であり、その各先端は、視覚的なスピード感を与えるようヘルメット2の後方10に向いている。明瞭化のため、ヘルメット2の構造で用いられる様々な材料層は、通気口6内で単一の層14として示されている。通気口は、ヘルメット2が対称的なデザインである場合に、該ヘルメット2の他方の側（図示せず）にも存在することが可能である。かかる通気口6は、例示的なものであり、ヘルメットのタイプに応じて、様々な他の形状を有することが可能であり、又は完全に省略することが可能である。当業者には理解されるように、本発明に従って構成される保護用ヘッドギアは、耳穴等の他のタイプの開口を含むことが可能である。
【００１７】
図２は、図１のヘルメット2のA-A'断面図である。図示の実施形態では、ヘルメット2は、外側シェル層20、圧縮可能な中間層24、硬い内側シェル層28、及び圧縮可能な内側ライナー32を含む。外側シェル層20、中間層24、及び内側シェル層28が一緒になって、１つの衝撃吸収シェル30を提供する。本書で用いるように、１つの層は、加えられた力に応じて厚さが減少する相対的な容易さ（relative ease）に基づいて圧縮可能なものである。一般に、圧縮可能な層は、硬い層よりも、加えられた力に応じて厚さが減少しやすいものである。圧縮可能な層24,32は、加えられた力に応じて、目に見えて圧縮することができるものである。これに対し、内側シェル層28に対して同程度の力が直接加えられた場合には、該層は一時的に曲がって変形するが、容易に目に見える厚さの減少によって定義されるような容易に目に見える圧縮は生じない。数値的な硬さの値は、Shore（デュロメータ）検査等の様々な硬度検査のうちの１つに従って決定され、各層の相対的な硬度を測定するために使用することが可能である。一般に、圧縮可能な層は、硬い層よりも柔らかい値を有する。
【００１８】
以下で詳述するように、各層は軽量材料から構成することができ、これは軽量ヘルメットの作成に寄与するものとなる。実際の縮尺とは異なるが、図２は、様々な層及び被覆の相対的な厚さの一例を示している。これらの相対的な厚さもまた、本発明の原理から逸脱することなく図２に示すものとは異なる厚さとすることが可能である。例えば、バイク用ヘルメットは、（例えば発泡ポリスチレンの）厚い内側シェル層28と、該内側シェル層28よりも薄いTPEの中間層24とを有するよう作成することが可能である。また、本発明の原理から逸脱することなく、中間層24と内側シェル層28との間、又は内側ライナー32と内側シェル層28との間に、更なる層を配設することが可能である。
【００１９】
外側シェル層20は、中間層24を覆い、様々な機能を提供する。例えば、外側シェル層20は、穿刺や擦れからヘルメット2を保護することにより耐久性を提供することができる。他の機能として、接線方向の衝撃をそらすための滑らかな表面を提供すること、防水性を提供すること、及びカラーリングや製品ブランド名の表示等の装飾的特徴の呈示が挙げられる。好適な一実施形態では、この外側シェル層20は、TPE材料から形成される。
【００２０】
外側シェル層20の下方で、圧縮可能な中間層24は、内側シェル層28の外側表面を覆う。この中間層24の主な機能は、衝撃エネルギーの吸収である。好適には、中間層24は、熱可塑性エラストマー材料から形成される。
【００２１】
熱可塑性エラストマーすなわちTPEは、ポリマーブレンド又は高分子化合物であり及び熱可塑特性を呈するものであり、該特性により、それが溶融温度を越えて加熱された際に二次加工品へと成形され、その設計上の温度範囲へと冷却された際にエラストマー特性を呈することが可能となる。したがって、TPEは、プラスチックとゴムの有利な特性を組み合わせたものであり、すなわち、TPEは、加熱時に所望の形状へと成形可能及び形成可能なものであり、及び冷却時に圧縮可能及び伸張可能なものである。これに対し、熱可塑性物質や従来のゴムは、それら単体ではこの特徴の組み合わせを呈さない。
【００２２】
目的を十分に達成するために、従来のゴムは、化学的に架橋されなければならない（加硫と呼ばれることが多いプロセス）。このプロセスは低速で不可逆なものであり、通常のプロセス温度で有効な状態を維持する共有結合によって共に連結している個々のポリマー鎖が生じることになる。その結果として、加硫されたゴムは、それらの通常のプロセス温度に加熱された際に流体にならない（すなわち該ゴムは溶融しない）。通常のプロセス温度よりも十分高い温度に加熱された場合には、加硫されたゴムは最終的に分解し、その結果として実質的に全ての有用な特性が失われることになる。このため、従来の加硫されたゴムは、溶融材料の成形を伴うプロセスによって有用な物体へと形成することができないものである。かかるプロセスは、射出成形、ブロー成形、及び押出成形を含み、熱可塑性物質から有用な物品を製造するために広く使用されているものである。
【００２３】
熱可塑性物質は、一般に冷却時には弾性を有さないものであり、従来のゴムは、熱可塑性物質を扱う場合に現在使用されている（射出成形及び押出成形等の）製造プロセス及び機器を使用して成形可能なものではない。しかし、これらのプロセスは、TPEを扱う場合に適用することが可能である。
【００２４】
殆どのTPEは、共通の特徴を有するものであり、すなわち、それらは分相系（phase-separated systems）である。少なくとも１つの相が室温で硬い固体であり、もう１つの相が弾性を有する流体である。多くの場合、それらの相は、ブロック重合又はグラフト重合によって化学的に結合される。別のケースでは、それらの相の微細分散が明らかに十分である。硬い相はTPEに強度を与える。該硬い相が存在しない場合には、エラストマー相は、応力を受けた際に自由に流動することとなり、ポリマーが使用不能になる。硬い相が溶融され、又は溶剤中に溶解すると、流れが生じることが可能となり、それ故、TPEを処理することが可能となる。冷却時、又は溶剤の蒸発時に、硬い相が凝固し、TPEがその強度を取り戻す。このため、ある意味では、TPEの硬い相は、従来の加硫ゴムの場合の化学的な架橋に類似したものであり、硬い相が凝固するプロセスは、物理的な架橋と呼ばれることが多い。同様に、エラストマー相は、TPEに弾性及び可撓性を与える。
【００２５】
TPEの例は、硬い熱可塑性ブロックに化学的に結合された弾性ブロックを含むブロック共重合体、及び該ブロック共重合体と他の材料とのブレンドを含む。適当な硬い熱可塑性ブロックとして、ポリエスチレンブロック、ポリウレタンブロック、及びポリエステルブロックが挙げられる。TPEの他の例として、硬い熱可塑性物質と加硫エラストマーとのブレンドが挙げられ、この場合、加硫エラストマーは小さな粒子の分散として提供される。これらの後者のブレンドは、熱可塑性加硫物または動的（dynamic）加硫物として知られている。
【００２６】
TPEはまた、様々な硬度値（例えば柔らかいゲル又は硬い90 Shore Aまたはそれ以上）で製造することができる。TPE材料の１つの特徴は、ヘルメット2に対する力が除去された後にその元の形状に戻る能力である（すなわち、TPE材料は記憶を有すると言われている）。TPEの他の特徴には、その引き裂きに対する抵抗性、着色に対する受容性、及びその回復反発弾性（rebound resilience elasticity）が含まれる。回復反発弾性は、加えられたエネルギーに関する回復されるエネルギーの比であり、0％〜100％の範囲の百分率で表される。完全なエネルギー吸収体は0％の百分率を有し、完全弾性材料は100％の百分率を有する。一般に、低い回復反発弾性を有する材料は、衝突した物体から加えられたエネルギーの大部分を吸収し、及びその小さなエネルギーを再伝達し又は全く再伝達しない。一例として、低い回復反発弾性を有する材料上に落下した鋼球は、小さくバウンドし、又は全くバウンドせず、該材料が、落下する鋼球のエネルギーを吸収する。これに対し、高い回復反発弾性を有する材料上に鋼球が落下した場合には、該鋼球は大きくバウンドする。  これらTPEの別の利点は、それらの好ましい特徴が、広範な温度に渡って存在することである。好適には、中間層24のTPE材料は、−20°F未満のガラス転移温度を有する。該ガラス転移温度は、それ未満の温度で該材料がその柔軟性及び弾力性の特性を失うことになる温度である。ヘルメット2の特定用途に応じて中間層24のために適当なガラス転移温度を有するTPE材料を選択することが可能である（例えば、野球用ヘルメットの場合にはガラス転移温度0°Fで十分であり、一方、フットボール及びホッケー用ヘルメットの場合には-40°Fのガラス転移温度が必要となり得る）。
【００２７】
TPEはまた、様々な構造に形成することが可能である。一実施形態では、中間層24は、円柱又は他の形状（ピラミッド、球、立方体等）の複数の個々の部材へと加工され、これにより、各部材の構造が別個に運動することが可能となり、及び衝撃を受けた際に該部材の周囲に空気が自由に流れることが可能となる。好適には、以下で更に詳述するように、個々の部材は、空気で満たされたチャンバを有している。別の実施形態では、該層はハニカム構造（すなわちワッフル型）を有する。ハニカム構造の相互接続された六角形のセルは、衝撃の吸収と高い強度-重量比とを提供し、これにより、軽量ヘルメットを構成することが可能となる。相互接続されたセルは、衝撃のエネルギーをその構造全体にわたって均等に分散させる。ハニカム構造はまた、材料体積のうちの殆どが開口セルからなるため、材料コストを低減させるものとなる。この構造は、材料が相互接続された複数の壁及び開口へと形成されるあらゆる構造とすることが可能である。該セルは、本発明の原理から逸脱することなく六角形以外の形状（例えば、正方形、矩形、三角形、及び円形）とすることが可能である。
【００２８】
内側シェル層28上の中間層24の形成は、押出成形、ブロー成形、成形（casting）、又は射出成形プロセスを用いて達成することが可能である。圧縮可能な中間層24及び内側シェル層28は、別個に製造してその製造後に共に接着すること、又は製造時にそれら２つの層を互いに接着することにより１つの部品として製造することが可能である。TPEは、プラスチック等の様々な種類の基板に容易に接着するものであり、このため、TPEと基板は通常は一緒に製造される。TPE構造体の中実形態及び発泡形態に関連して、中間層24の柔軟性（又は逆に硬度）を一定範囲のデュロメータにわたって決定することもできる。好適には、これらの形態の硬度範囲は、包括的にShore A尺度で5〜90である。中間層24の厚さは、本発明の原理から逸脱することなく変更することが可能である。一実施形態では、中間層24の厚さは、約6.4mm（約1/4インチ）である。
【００２９】
内側シェル層28は、硬質熱可塑性物質、熱可塑性合金、発泡ポリスチレン、又はグラスファイバ等のファイバ強化材料、TWINTEX(R)、KEVLAR(R)、又はBP Curv(R)といった硬化材料から構成される。内側シェル層28は、ヘルメット2に対する構造、貫通耐性、及び内側ライナー層32への衝撃エネルギーの分散を提供するよう働く。一実施形態では、内側シェル層28の厚さは、約1.6mm（1/16インチ）である。内側シェル層28の厚さは、本発明の原理から逸脱することなく変更することが可能である。
【００３０】
内側シェル層28は、一片の材料から作成することが可能である。代替的に、内側シェル層28は、不連続的な形状を有することが可能であり、この場合、該層28は、線状、帯状、又は弧状の材料を含み、それら材料が、複数の頂点で接触し、及び所定パターンの構造で空間によって隔てられる。以下で更に詳述するように、内側シェル層28がとり得る不連続形状の実施形態として、バッキーボール（buckeyball）形状、講師形状、ジオデシック（geodesic）ドーム、及びハニカムが挙げられる（但し、これらには限定されない）。内側シェル層の不連続形態の利点は、とりわけ、シェルの重量が軽減されること、開口により画定される空間を介してユーザの頭部から熱が一層容易に放出されること、及び圧縮可能要素を可視化し及びそれに手で触れることが可能になることである。
【００３１】
別の衝撃エネルギー吸収層が配設される場合には、内側ライナー層32が着用者の頭部と接触する。内側ライナー32の他の機能として、サイズ設定、弾性、気流、及び快適性が挙げられる。一般に、内側ライナー32は、熱可塑性エラストマーや（例えば約12.7mm（約1/2インチ）の厚さの）発泡材料から作成することが可能である。内側ライナー32は、発泡ポリスチレンから作成することも可能である。
【００３２】
好適な一実施形態では、内側ライナー32は、使用依存性の輪郭形成フォーム（use dependent contouring foam）又は均圧輪郭形成流体（pressure equalizing contouring fluid）から構成される。本発明の範囲内のものであると考えられる使用依存性の輪郭形成フォームの一種は、ユーザの頭部に合わせて永久的に成形されるものとなるが、一定期間にわたりユーザの頭部に合わせて形成されるものとなる。別のタイプのこのフォームは、ユーザの頭部の周囲に圧縮された際に形状を成し、その形状が変化するのは何らかによってその変化が生じさせられた場合のみである。均圧輪郭形成流体は、圧縮している要素の形状を瞬時に成して回復せず、すなわち、その元の形状には戻らない。そして、該流体は、別の圧縮要素により変形させられるまで前記要素の形状を維持し、回復することはない。このため、かかる輪郭形成流体は、特注の型を繰り返し形成することが可能であり、それに当てられた最後の要素の形状を維持するものとなる。この実施形態では、該流体は袋内に留まらせることが可能である。これは、圧力を全体にわたって均一にするのが流体であるからである。
【００３３】
圧縮可能な内側ライナー32は、内側シェル層28の内側表面に取り付けられる。その取り付け方法は、（内側シェル層28及び内側ライナー32に）使用される材料の種類によって決まる。
【００３４】
本発明のヘルメットの使用にとって重要なことは、該ヘルメットが正しくフィットして、衝撃を受けた際に所定位置に留まることである。図示しない一実施形態では、ヘルメットは、耳の近傍の領域から下方へ延びて着用者の顎を覆うものとなる。この延長部分は、可撓性を有するものとすることが可能であり、及び顎ひもと共に使用した際にきつく引き締めて顎の周囲にぴったりとフィットさせることが可能である。図３は、本発明に従って構成されたヘルメット2'の別の実施形態を示している。ここで、該ヘルメット2'は、フットボール用ヘルメットである（フェイスマスクと顎ひもは図示していない）。このヘルメット2'は、耳と着用者の顎の一部とを覆う設計を示している。該ヘルメット2'は、その上部近傍と側部にある通気用の開口6'と耳穴8とを有している。この場合も、明瞭化のため、ヘルメット2'の作成に使用される様々な材料層は、各開口6'内に単一層14'として示されている。
【００３５】
図４は、例えば保護用ヘッドギアの作成に使用される、層状シェル30'の一実施形態の断面図である。この実施形態では、シェル30'は、外側層20'、内側層28'、及び該内側層28'と該外側層20'との間に配設された複数の独立した圧縮可能部材50とを有している。各部材50は、外側層20'の内方に面する表面と、内側層28'の前記外側層20'に面する表面とに固定される。個々の各部材50がそれ以外の部材50とは無関係に圧縮され又は変形する（shear）ことができるという点で、部材50は独立したものである。ここで、部材50は、弾性を有し圧縮可能な中実構造又は発泡構造を有するものである。
【００３６】
部材50は、その高さを約3.2〜25.4mm（約1/8〜１インチ）の範囲とし、及びその直径を約3.2〜12.7mm（1/8インチ〜1/2インチ）の範囲とすることができ、一様な高さ又は直径のものとする必要はない。柱状の形状を有するよう図示したが、部材50は、例えばピラミッド形、立方体、長方形、球形、ディスク形状、及び雫形状といった、様々な形状を有することができる。好適には、部材50は、TPE材料（例えば中実体や発泡体）から作成されるが、本発明の原理から逸脱することなく、他の種類の圧縮可能材料を使用して（かかる材料が、前記部材を、様々なタイプの衝撃に応じて傾斜し、伸張し、変形し、及び圧縮するよう十分な弾性を有するものとすることができる場合には）部材50を作成することが可能である。
【００３７】
一実施形態では、各部材50感に空間的な隔離が存在する。ここで、隙間領域52を参照すると、内側層28'及び外側層20'によって仕切られた部材50間の間隔は、一定体積の流体を画定するものとなる。本書で使用する場合、この流体とは、気体又は液体といった流動するあらゆる物質である。隣接する部材50間の距離は、シェル30'の体積の所望の割合（例えば＞50％）が流体からなるように設計することができる。好適な一実施形態では、隙間領域52内の流体は空気である。空気を含む隙間領域52は、軽量ヘッドギアを提供するものとなる。
【００３８】
図４において、外側層20'と内側層28'との間の距離は、中間層24'の部材50を明示するために誇張されている。（この場合、中間層24'は部材50及び隙間領域52からなる。）一般に、外側層20'及び内側層28'は、それらの層間の間隔が微小になり又は存在しなくなるように接近して互いに接触することが可能である。好適には、該外側層20'及び内側層28'は、シェル30'に沿った如何なる点においても互いに直接固着されることはない。それらの層が直接固着されないことにより、衝撃を受けた際に該外側層が頭皮のように内側層とは独立して運動することが可能となる。シェルの縁部に沿った（外側層が内側層に接近することになる）１つ又は２つ以上の点で、弾性接着剤又はその他の介在する物質又は材料を前記２つの層間の内部に付与して、それら層20',28'を互いに近接させることができる。この接着剤は、弾性ゲル（ゴム糊に類似したもの）又は各層20',28'に対して付着される接着剤ストリップとすることが可能である。この各層20',28'に対する介在する材料の接着剤による取り付けにもかかわらず、外側層は、依然として内側層に対して頭皮のように運動することができる。この接着剤にはシェルの縁部に沿った様々な場所で隙間が存在し、これにより、以下で更に詳述するように、衝撃を受けた際に中間層24'から空気が逃げることが可能となり、また衝撃がなくなった際に中間層24'に空気が入ることが可能となる。
【００３９】
図５は、保護用ヘッドギアの作成に使用するシェル30'の製造方法を示している。この方法によれば、圧縮可能部材50はTPE材料54から作成される。ステップ60で、上述のように、TPEフォーム58がTPE材料54から製造される。ステップ64で、該TPEフォーム58が所望の構造61（この場合には、例えば柱状部材）へと押出成形される。圧縮可能部材の初期の構造は、チェーン（すなわち、列車の各車両間の連結に類似した、複数の部材からなる単一の連続するストリング）という形にすることが可能である。代替的には、複数の圧縮可能部材を共に１つのより大きな単位で形成し、これは、TPE構造体61が平坦に載置されている場合にくま手と類似した外観を有し、内側層28'上に載置された際に半球形状となることが可能なものである。該部材を一緒に形成する他の技術を実施して所望の構造61を製造することが可能である。
【００４０】
TPEフォーム構造体61は、内側層28'として働く第１のシート材料62と、外側層20'として働く第２のシート材料63との間に配置され（ステップ68）固着される。圧縮可能部材は、例えば接着剤により一回につき１つの部材50を内側層28'に取り付けることが可能である。代替的に、各部材50は、ポイント、ノズル、ステムを有することが可能であり、それらを内側層28'に適当に形成された開口内に挿入して該部材を所定位置に保持することが可能である。一実施形態では、TPEフォーム構造体61は、内側層及び外側層と共通の化学成分を有しており、このため、製造プロセス中にTPEフォーム構造体と各層とを化学的に接着することが可能となる。したがって、TPEフォーム構造体をそれらの層に固定するために二次的な接着剤は不要である（但し、使用することも可能である）。結果的に得られる複合構造のシート65は、次いでシェル30'の所望の形状に切断され（ステップ72）形成される（ステップ76）（該シェルの一部のみが示されている）。
【００４１】
上述のように内側層、中間層、及び外側層を一緒に切断し成形する代わりに、シェルの該３つの層の各々の製造及び成形を別々に行い、次いで、該別々に形成された各層を互いに接着することが可能である。別の実施形態として、中間層及び内側層を一緒に成形し、外側層を別個に形成し、次いで、該外側層を該中間層に接着することが可能である。この実施形態は、ヘルメットの製造のモジュール化（modularization）に通じ得るものとなる。例えば、ヘルメットの内側構成要素、すなわち、ライナー、内側層、及び中間層は、標準化された構造（すなわち、該内側構成要素が使用されることになるスポーツ用ヘルメットのタイプにかかわらず同じ外観）を有することが可能であり、この場合には、該中間層に接着され又は該内側構成要素の周囲に射出成形されることになるスポーツ固有の外側層が、特定のスポーツに合わせたヘルメットのカスタマイズを提供する。
【００４２】
図６に示すように、次いで、圧縮可能な（例えば発泡体の）内側ライナー32'を多層シェル30'に付加する（ステップ80）。図６は、シェル30'及び内側ライナー32'の一部の断面を示している。該内側ライナー32'は、内側層28'の内方に面する表面に対して（例えば接着剤により）取り付けられる。該内側ライナー32'の形状は、シェル30'の全体的な形状と着用者の頭部の形状とに一致するものである。
【００４３】
本発明のシェル30'は、ヘッドギアの着用者の頭部が経験する線形加速及び回転加速の両者を低減させることが可能である。線形加速は、着用者の頭部の重心が線形方向に急激に変位する際に生じるものであり、これは、ヘッドギアが側方からの打撃を受けた際などに生じ得る。回転加速は、震盪の主な原因であると広く考えられており、頭部がその重心の周囲で急激に回転する際に生じ得るものであり、これは、ヘッドギアが接線方向の打撃を受けた際などに生じ得る。殆どの衝撃は、両タイプの加速を与えるものである。
【００４４】
図７Ａは、一例としてのシェル30'のシミュレートされた動作を示すものであり、この場合、中実又は発泡部材50は、物体100からの直接的な衝撃を受けている。この例では、シェル30'は、ヘッドギアの着用者の頭部104の線形加速を低減させるよう動作する。物体100が外側層20'に当たると、その衝撃を受けた場所における外側層20'の真下の部材50が圧縮される。該シェル30'の圧縮はまた、内側層28'と外側層20'とが互いに接近するシェル30'の縁部における１つ又は２つ以上の開口を介して中間層24'から空気を放出させる（矢印108）ものとなる。空気はまた、衝撃を受けた場所から離れるように隙間領域を介して移動する（矢印110）。この圧縮可能部材50と空気の放出及び移動によるエアクッション作用との組み合わせによるエネルギー吸収効果は、着用者の頭部104に到達するエネルギーの量を低減させるよう働くものとなる。衝撃力が収まると、内側層28'及び外側層20'の形状及び弾性は、シェル30'及び圧縮可能部材50をそれらの元の形状に回復させるよう働く。元の形状に戻る際に、シェル30'は事実上、前記縁部の各開口を介して空気を吸い込むことになる。
【００４５】
図７Ｂは、一例としてのシェル30'のシミュレートされた動作を示すものであり、この場合、中実又は発泡部材50は、物体100からの接線方向の衝撃を受けている。この例では、シェル30'は、着用者の頭部104の回転加速を低減させるよう動作する。物体100が接線方向に当たると、外側層20'は、矢印112で示すように、内側層28'に対して、物体の移動方向に変形する（shear）。外側層20'の平滑性は、物体100との摩擦を低減させ、それに応じてシェル30'が経験する回転力を低減させる働きをする。衝撃を受けた場所にある部材50は、幾分か圧縮され、及び外側層20'と共に変形する。図７Ａの例の場合のように、該圧縮は、空気を中間層24'から放出させ及び隙間領域内を移動させる。この外側層20'及び部材50の変形運動と、中間層24'のエネルギーを吸収する圧縮と、空気の放出及び移動との組み合わせ効果は、着用者の頭部104に到達する回転力を低下させる働きをするものとなる。衝撃力が収まった後、シェル30'及び部材50はそれらの元の形状に戻る。
【００４６】
図８Ａは、本発明によるシェル30'の中間層24'を構成するために使用する圧縮可能部材50の一実施形態を示している。本発明の実施形態は、この種の部材50'をシェル30'の縁部の開口と共に又はそれに代えて使用することができるものである。該部材50'をTPE材料から作成することにより、シェルのエネルギー吸収効果が更に改善されるようになる（但し、他の種類の圧縮可能材料を使用して部材50'を製造することも可能である）。該部材50'は、上面120、底面124、及び側壁128を有しており、それらにより中空の内部チャンバ132が画定される。上面120は、シェル74の外側層20'に取り付けられ、底面124は、内側層28'に取り付けられる。底面124には小さな開口136が形成されている。部材50'が矢印140で示す方向に圧縮されると、空気流144が、例えば小さな開口136から放出される。
【００４７】
開口136の大きさは、部材50'の圧縮を生じさせるあらゆる衝撃に対して、速度感応性（rate-sensitive）の応答を生じさせるよう設計される。例えば、部材50'への力の加え方が徐々であり又は比較的低エネルギーである場合には、開口136は、部材50'が徐々に圧縮され及び該力に対して小さな抵抗を呈するように、十分な空気が通過することを可能にする。例えば、エネルギーを吸収する中間層（実施形態によっては外側層及び内側層）が圧縮可能材料から作成されるため、人が手又は指による穏当な接触で保護用ヘッドギアのシェルを手動で圧縮させることが可能である。力の加わりが徐々であるため、着用者の頭部が大きく加速される可能性は低く、このため、震盪を経験する可能性は低くなる。更に、着用者は、更に後述するように部材50'から自身の頭部へと排出される空気を感じることができる。
【００４８】
図８Ｂに示すように、部材50'への力の加わりが瞬時に発生し又は比較的高エネルギーである場合には、その衝撃エネルギーは熱に変換され、チャンバ132内に空気の層流又は乱流が生じる。開口136の大きさは、前記力により移動される空気の体積と比較して小さく、空気の乱流又は層流がチャンバ132から放出されるのを制限し、これによりチャンバ132内に抵抗を生じさせるものとなる。最終的には、該抵抗を克服して空気が流出するが、その過程で衝撃エネルギーが熱へと変換される。この入力されるエネルギーに応じた可変応答は、速度感応性又は非線形応答と呼ばれる。この構造の利点は、部材50'が圧縮されて全容積の空気が空になった際に、一定長さのTPE材料が残存し、これがエネルギーを更に吸収することである。これは、「底づき（bottoming out）」、すなわち、部材50'の緩衝効果が失われて衝突力が着用者の頭部に直接伝わってしまう完全な圧縮の防止に資するものとなる。この速度感応性の応答を提供することに加えて、部材50'はまた、図８Ｃ及び図８Ｄに示すように、上述した部材50と同様に接線方向の衝撃を受けた際に伸張し曲がることができ、
図８Ｅは、圧縮後の圧縮可能部材50'の実施形態を示している。部材50'は、その弾性特性により、その未圧縮の形状へと戻る傾向を有する。また、該部材50'が取り付けられる内側層28'及び外側層20'は、部材50'がその未圧縮の形状へと回復するのに寄与する。この内側層28'及び外側層20'がそれらの衝撃を受ける前の形状に戻る傾向は、それらの半剛性（semi-rigidness）及び弾性によるものであり、部材50'をその未圧縮の形状へと引き戻す働きをする。したがって、シェル30'から力が除去されると、部材50'は矢印150で示す方向に拡張し、その結果、開口136を介して矢印144'で示すように空気を吸い込む。図８Ｆは、力が除去された際の、速度感応性の圧縮可能部材50'のシミュレートされた拡張シーケンスを示している。
【００４９】
図９Ａ は、全体的に矩形（すなわちストリップ状）の形状を有する速度感応性の圧縮可能部材50''の別の実施形態の断面を示している。該部材50''は、上面160、底面164、側壁168-1,168-2（包括的に168）、及び中空内部チャンバ172を有する。上面160は、シェル30''の外側層20'の内方に面する表面に取り付けられ、底面164は内側層28'の表面に取り付けられる。各側壁168には、それぞれ小さな開口176-1,176-2（包括的に176）が形成されている。（本発明の実施は、側壁のうちの１つのみが１つの開口を有していれば達成することができる。）部材50''が、矢印180で示す方向に全体的に圧縮すると、空気流184が小さな開口176から放出し、及びシェルの隙間領域を通過する。この実施形態は、様々な形状（例えば、ディスク形状、円筒形状、及びピラミッド形状）を使用して、衝撃エネルギーを乱流又は層流の空気流の熱へと変換することができる本願発明の速度感応性の圧縮可能部材を実施することができることを例証するものである。
【００５０】
図９Ｂは、外側層20'と内側層28'との間に配設された複数の速度感応性の圧縮可能部材50''を有するシェル30''の断面を示している。各圧縮可能部材50''は、流体（例えば空気）を通過させるための複数の開口176を有している。内側層には流体の通過を可能にするための開口200が形成されている。これにより、衝撃を受けている間に速度感応性の圧縮可能部材50''から放出される流体、又は衝撃を受けた後に圧縮可能部材50''へと戻る流体が、シェル30''に出入りするための道が提供される。本発明の実施形態は、シェルの縁部における開口に加えて又はその代わりに、１つ又は２つ以上のかかる開口200を有することが可能である。更に、他の実施形態は、かかる開口200を、他の種類の圧縮可能部材（例えば図４に示したようなもの）と共に使用することが可能である。
【００５１】
図１０Ａは、外側層220、内側層228、及びそれらの間に配設された複数の速度感応性の圧縮可能部材50'（図８Ａ）とを有するシェル230の一実施形態の断面を示している。各速度感応性の圧縮可能部材50'の開口136は、内側層228の表面の開口（図示せず）と位置合わせされてあらゆるライナー232を通過しており、これにより、排出され又は吸入される空気（矢印210）が保護用ヘッドギアの内部を通過することができるようになっている。同様に、かかる開口136は、圧縮可能部材50'の側部に形成することが可能であり、これにより、シェル230の隙間領域を介した空気の放出及び戻りが可能となる。図１０Ｂは、使用者の頭部234上にある、速度感応性の圧縮可能部材50'及び内側ライナー232を有するシェル230を示している。
【００５２】
図１０Ｃは、速度感応性の部材50'が物体236からの直接的な衝撃を受けている状態で、シェル230のシミュレートされた動作を示している。この例では、シェル230は、ヘッドギアの着用者の頭部234を線形加速を低減させる働きをする。物体236が外側層に当たると、その衝撃を受けた場所における外側層の真下の部材50'が圧縮される。該シェル230の圧縮はまた、空気を部材50'から放出させて（矢印238）該部材50'及び内側層の開口を介してヘッドギアの内部に入らせるものとなる。
【００５３】
図１０Ｄは、速度感応性の圧縮可能部材50'が物体236から接線方向の衝撃を受けている状態で、一例としてのシェル230のシミュレートされた動作を示している。この例では、シェル230は、着用者の頭部234の回転加速を低減させる働きをする。物体が接線方向に当たると、外側層は、矢印240で示すように、内側層に対して、物体の移動方向に変形する。衝撃を受けた場所にある部材50'は、幾分か圧縮され、及び外側層と共に変形する。図１０Ｃの例の場合のように、該圧縮は、空気を部材50'から放出させてヘッドギア内部へと入らせるものとなる。この外側層及び部材50'の変形運動と、部材50'の速度感応性のエネルギーを吸収する圧縮と、ヘッドギア内部への空気の放出との組み合わせ効果は、着用者の頭部104に到達する回転力を低下させる働きをするものとなる。
【００５４】
本発明の典型的な使用の例示として、図１１Ａは、本発明を実施した保護用ヘッドギア250の一実施形態の背面図を示している。該ヘッドギア250は、シェルの外側層と内側層との間に配設された一定のパターン254のストリップ形状の部材50''（図９Ａ）を含む。図１１Ｂは、別のパターン258のストリップ形状の部材50''を有するヘッドギア250の側面図を示している。本発明の原理から逸脱することなく他の様々なパターンを実施することが可能である。
【００５５】
図１２は、内側シェル層28の一実施形態を示しており、この場合、ライナーは、不連続の形態を有し、バッキーボール形状が与えられている。この構成では、内側ライナー層32には、六角形及び五角形の切り込み（cutout）が分散する。
【００５６】
図１３は、内側シェル層28の別の実施形態を示しており、この場合、ライナーは、不連続の形態を有し、格子形状が与えられており、この場合には、正方形の開口が主なパターンとなる。
【００５７】
図１４は、内側シェル層28の第３の実施形態を示しており、この場合、ライナーには、三角形の切り込みを有するジオデシックドーム形状が与えられる。換言すれば、この構成では、複数本の熱可塑性物質が互いに頂点で交わる三角形へと形成される。
【００５８】
図１５は、内側シェル層28の第４の実施形態を示しており、この場合、ライナーは、不連続であり、ハニカム形状が与えられており、この場合には、ライナーは六角形状を画定するものとなる。上記のパターンの組み合わせを含む更なる他の内側ライナーの構成が、当業者には理解されよう。
【００５９】
特定の好適な実施形態に関して本発明を図示し説明してきたが、特許請求の範囲で規定する本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、それら実施形態の構成及び細部に様々な変更を加えることが可能である、ということが当業者には理解されよう。例えば、２種類以上の圧縮可能部材を組み合わせて保護用ヘッドギアのシェルを作成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に従って構成された保護用ヘッドギアの一実施形態の側面図である。
【図２】圧縮可能な内層と中間層との間に配設された硬い内層を有する図１の保護用ヘッドギアの断面図である。
【図３】本発明の保護用ヘッドギアの別の実施形態を示す側面図である。
【図４】本発明を実施した保護用ヘッドギアのための層状構造の更に別の実施形態を示す断面図であり、該実施形態は外側表面と内側表面との間に配設された複数の圧縮可能部材を有する多層シェルを有している。
【図５】例えば保護用ヘッドギアの作成に使用するための多層シェルを形成するための方法を示す図である。
【図６】図５の多層シェルに内層を付与する方法の一実施形態を示す図である。
【図７Ａ】直接的な衝撃を受けた際の本発明の保護用ヘッドギアの動作を示す図である。
【図７Ｂ】接線方向の衝撃を受けた際の本発明の保護用ヘッドギアの動作を示す図である。
【図８Ａ】一定体積の流体を保持するための中空チャンバを有する圧縮可能部材の一実施形態の図である。
【図８Ｂ】図８Ａの圧縮可能部材に対する高エネルギーの衝撃による影響を模擬的に示すシーケンス図である。
【図８Ｃ】図８Ａの圧縮可能部材の伸張能力を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ａの圧縮可能部材の曲げ能力を示す図である。
【図８Ｅ】圧縮時の図８Ａの圧縮可能部材の図である。
【図９Ａ】一定体積の流体を保持するための中空チャンバを有する圧縮可能部材の別の実施形態を示す図である。
【図９Ｂ】流体の通過のために外層及び内層に形成された開口を有するシェルの一実施形態の断面図である。
【図１０Ａ】外側シェル、内層、及びそれらの間に配設された複数の圧縮可能部材を有するシェルの一実施形態の断面図である。
【図１０Ｂ】着用者の頭部上にある図１０Ａのシェルを示す図である。
【図１０Ｃ】直接的な衝撃を受けた際の図１０Ａの保護用ヘッドギアの動作を示す図である。
【図１０Ｄ】接線方向の衝撃を受けた際の図１０Ａの保護用ヘッドギアの動作を示す図である。
【図１１Ａ】図９Ａの圧縮可能部材を用いた保護用ヘッドギアの一実施形態の背面図である。
【図１１Ｂ】外側シェル、内層、及びそれらの間に配設された複数の圧縮可能部材を有するシェルの一実施形態の断面図である。
【図１２】本発明の内側シェル層の一実施形態を示している。
【図１３】本発明の内側シェル層の別の実施形態を示している。
【図１４】本発明の内側シェル層の第３の実施形態を示している。
【図１５】本発明の内側シェル層の第４の実施形態を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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