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JP2018523760A - ヘルメット - Google Patents

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エムアイピーエス エービー
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Abstract

本発明はヘルメット(1)を提供するものである。ヘルメット(1)は相互に摺動するように構成された2つの層(2,3)を備え、層(2,3)の一方又は両方は、2つの層の摺動性を向上させる摺動促進部(4)を備え、摺動促進部(4)は(i)有機高分子、ポリシロキサン及び界面活性剤、(ii)有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体、又は(iii)ポリシロキサンと有機高分子とを架橋反応させることで得られる若しくは得ることが可能な非エラストマー架橋高分子を含む。

Description

本発明はヘルメットに関するものである。具体的には、本発明は、斜め衝撃に対する防護を向上させるために、ヘルメットの層どうしの間の摺動を容易にすることに係るものである。
ヘルメットは様々な活動で使用されることで知られる。これらの活動には、例えば兵士用の防護ヘルメットや、建設業者、鉱山労働者、又は工業機械の操作者が使用する安全帽又はヘルメットなどの、戦闘目的や工業目的が含まれる。ヘルメットはスポーツ活動にも普及している。防護ヘルメットは、例えばアイスホッケー、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、馬術、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、登山、ゴルフ、エアソフト及びペイントボールで使用されることがある。
ヘルメットの大きさは固定でもよく、様々な頭の大きさや形状に合わせられるように調節可能であってもよい。ある種のヘルメット、例えばアイスホッケーのヘルメットでは、一般的に、ヘルメットの外寸及び内寸を変更できるように、ヘルメットの可動部品による調節機能を設けることができる。これは、相互に移動可能な2つ以上の部品をヘルメットに設けることで実現できる。或いは、例えばサイクリングヘルメットの場合、一般的に、使用者の頭にヘルメットを固定する取付手段がヘルメットに設けられ、この取付手段は、ヘルメットの本体又はシェルの大きさを維持したまま、使用者の頭に合うように寸法を変更することができる。このような、使用者の頭にヘルメットを据え付ける取付手段は、ヘルメットを適当な位置に更に固定するように追加のストラップ(顎ストラップ等)と共に使用されてもよい。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、多くの場合、通常はプラスチック製又は複合材製の硬いアウターシェルと、ライナーと呼ばれる、エネルギーを吸収する層とで構成される。現代では、防護ヘルメットは、特に規定の荷重がかかった際に脳の重心に生じうる最大加速度に関する一定の法規定を満たすように設計される必要がある。典型的には、ヘルメットを装着したダミーの頭蓋骨に対して、頭に向けた径方向の打撃を与える試験を行う。そのため、現代のヘルメットは、頭蓋骨に対して径方向の打撃が与えられた場合について良好な衝撃吸収能力を有する。また、回転エネルギーを吸収する若しくは消散させる、及び/又は、回転エネルギーではなく並進運動エネルギーへと転換することによって、斜めの打撃(すなわち接線方向要素と径方向要素との組み合わせ)から伝達するエネルギーをも軽減するようなヘルメットの開発が進められている(例えば、その全体が参照によって本明細書に援用される特許文献1及び特許文献2)。
(防護が無い状態での)このような斜めの衝撃は、脳の並進加速度及び角加速度の両方を引き起こす。角加速度によって頭蓋骨内の脳が回転し、脳を頭蓋骨に連結している身体要素及び脳自体の損傷を招く。
回転による損傷の例には、脳震とう、血管破裂によって出血することによる硬膜下血腫(SDH)、及び脳組織における高せん断変形によって神経線維が伸び切ってしまうことと要約できるびまん性軸索損傷(DAI)が含まれる。
継続時間、振幅及び増加速度などの回転力の性質に応じて、SDH、DAI又はこれらの損傷の組み合わせのいずれかが起こりうる。一般的には、SDHは短時間に大きな振幅の加速があった場合に生じ、DAIは、より長くより広範囲に加速度荷重があった場合に生じると言える。
国際公開第2001/045526号 国際公開第2011/139224号
アンドレ・コラス(Andre Colas),ダウ・コーニング(Dow Corning)著,「シリコーン:調製、特性及び性能(Silicones:Preparation,Properties and Performance)」,(蘭国),ライフサイエンス(Life Science),エルゼビア(ELSEVIER),2005年,様式第01‐3077‐01
しかしながら、斜めの衝撃から防護するヘルメットの分野は未だ開発途上にある。本発明は斜めの衝撃に対する防護の向上を提供することを目的とする。
本発明によれば、相互に摺動するように構成された2つの層を備えるヘルメットが提供される。この2つの層のうちの一方又は両方の層の表面が、2つの層の間の摺動性を向上させる摺動促進部を備え、摺動促進部が、
(i)有機高分子、ポリシロキサン及び界面活性剤、
(ii)有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体、又は
(iii)ポリシロキサンと有機高分子とを架橋反応させることで得られる若しくは得ることが可能な非エラストマー架橋高分子を含む。
本発明によれば、ヘルメットを製造する方法が更に提供される。この方法は、
ヘルメットの第1の層の表面上に摺動促進部を塗布又は形成するステップと、
2つの層が相互に、この2つの層の間で摺動するように構成されるように、第1の層をヘルメットの他の層に対して配置するステップとを含む
摺動促進部は、
(i)有機高分子、ポリシロキサン及び界面活性剤、
(ii)有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体、又は
(iii)ポリシロキサンと有機高分子とを架橋反応させることで得られる若しくは得ることが可能な非エラストマー架橋高分子を含む。
本発明は、非限定の例示を用いて、添付の図面を参照しながら以下に説明される。
斜めの衝撃に対する防護を提供するヘルメットの断面。 図1のヘルメットの機能原理を示す図。 図1のヘルメットの構造の変形例。 図1のヘルメットの構造の変形例。 図1のヘルメットの構造の変形例。 他の防護ヘルメットの概略図。 図4のヘルメットの取付手段を連結する他の方法。 従来のヘルメット、及び本発明に係る摺動促進部を有するヘルメットの角加速度を測定し、それらを比較した図。
図に示すヘルメット内の様々な層の厚さの比率は、分かりやすいように図内では誇張されており、当然ながら、要求及び要件に応じて適応させることができる。
図1は、特許文献1に記載されているような、斜めの衝撃に対する防護を提供するようになっている第1のヘルメット1を示す。この種類のヘルメットは上記のどの種類のヘルメットであってもよい。
防護ヘルメット1は、アウターシェル2と、アウターシェル2の内側に配置されて着用者の頭と接するようになっているインナーシェル3とで構成される。
アウターシェル2とインナーシェル3との間には摺動層4又は摺動促進部が配置され、これにより、アウターシェル2とインナーシェル3とを変位させることが可能になる。特に、摺動層4又は摺動促進部は、後述のように、衝撃下において2つの部品の間に摺動が生じるように構成される。例えば、部品は、ヘルメット1の着用者が損傷を免れることができるように、ヘルメット1に対する衝撃に伴う力の下で摺動可能となるように構成できる。或る配置では、部品は、摩擦係数が0.001〜0.3、好適には0.01〜0.3、より好適には0.05〜0.3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。
図1での図示によれば、ヘルメット1の縁部には、アウターシェル2とインナーシェル3とを相互連結する1つ以上の連結部材5が配置できる。或る配置では、コネクタが、エネルギーを吸収することによって、アウターシェル2とインナーシェル3とが互いに変位することを妨げることがある。しかしこれは重要ではない。更に、この構成の場合でも、吸収されるエネルギーの量は、通常は、衝撃下においてインナーシェル3によって吸収されるエネルギーよりも極めて少ない。他の配置では、連結部材5は一切存在しなくてもよい。
更に、これらの連結部材5の設置場所は変更できる(例えば、縁部から離間して位置付けられて、摺動層4を介してアウターシェル2とインナーシェル3とを連結してもよい)。
アウターシェル2は、様々な種類の衝撃に耐えられるように比較的薄く丈夫であることが好ましい。アウターシェル2は、例えばポリカーボネート(PC)、ポリ塩化ビニル(PVC)又はABS樹脂(ABS)などの高分子材料から作ることができる。有利には、高分子材料は、ガラス繊維、アラミド、トワロン、炭素繊維又はケブラーなどの材料を用いて繊維強化できる。
インナーシェル3は極めて薄く、エネルギーを吸収する層として作用する。このため、インナーシェル3は頭に対する衝撃を弱めたり吸収したりすることが可能である。有利には、発泡ポリスチレン(EPS)、発泡ポリプロピレン(EPP)、発泡ポリウレタン(EPU)、そしてビニルニトリル発泡体のような発泡材料、又は、例えばハニカム状の構造を形成する他の材料、又は、ポロン(登録商標)及びD3O(登録商標)のブランド名で流通しているもののようなひずみ速度感受性を有する発泡体から作られる。この構成は、例えば、後述の異なる素材でできた幾つかの層を用いることで異なる方法に変更できる。
インナーシェル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(例えば硬いアウターシェル2、又はインナーシェル3内に設けられる所謂「コンフォートパッド」)がそのエネルギーを吸収するのには限度があるが、これらの要素にとってエネルギーを吸収することは最優先の目的ではなく、エネルギー吸収への貢献はインナーシェル3のエネルギー吸収と比較して極僅かである。実際、コンフォートパッドなどの要素を「圧縮性の」、すなわち他の状況においては「エネルギー吸収性の」とも考えられる材料から作ることができるが、ヘルメットの分野では、圧縮性材料は、衝撃下において十分な量のエネルギーを吸収してヘルメットの着用者への危害を軽減する目的という意味で、必ずしも「エネルギー吸収性」があるとは言えないとよく認識されている。
連結部材5としては、例えば、アウターシェル及びインナーシェルに適切な方法で固定される変形可能なプラスチック片又は金属片を使用することで実現できる。
図2は防護ヘルメット1の機能原理を示し、ヘルメット1及び着用者の頭蓋骨10は半円筒形状と仮定され、頭蓋骨10は縦軸線11上に置かれる。ヘルメット1が斜めの衝撃Kを受けると、ねじり力及びトルクが頭蓋骨10に伝達される。衝撃力Kは、防護ヘルメット1に対する接線方向力K及び径方向力Kの両方を引き起こす。ここでは特に、ヘルメット回転接線方向力K及びその影響のみに関する。
図から分かるように、力Kによってインナーシェル3に対するアウターシェル2の変位12が生じ、連結部材5が変形する。このような配置によって、頭蓋骨10に伝達されるねじり力の約25%を軽減することができる。これは、インナーシェル3とアウターシェル2との間の摺動動作が、径方向加速度へと変換されるエネルギーの量を軽減するためである。
図示はされていないが、摺動動作を防護ヘルメット1の周方向に生じさせることもできる。これは、アウターシェル2とインナーシェル3との間の周方向角回転の結果と言えよう(すなわち、衝撃下において、アウターシェル2はインナーシェル3に対して周方向角度で回転できる)。
防護ヘルメット1の他の配置も可能である。幾つかの可能な変形例を図3に示す。図3aでは、インナーシェル3は比較的薄い外層3’’と比較的厚い内層3’とから構成される。外層3’’は、アウターシェル2に対して摺動し易いようにインナーレイヤー3’よりも丈夫であることが好ましい。図3Bでは、インナーシェル3は図3Aと同じように構成される。しかしこの場合、2つの摺動層4とそれらの間の中間シェル6とが存在する。2つの摺動層4は、所望に応じて異なる形に具現化され、異なる材料から作ることができる。或る可能性として、例えば、内側の摺動層よりも外側の摺動層の方が摩擦が少ないことが挙げられる。図3Cでは、アウターシェル2は前述とは異なる具現化をする。この場合、より硬い外層2’’が、より柔らかい内層2’を覆う。内層2’は、例えばインナーシェル3と同じ材料でもよい。
図4は、特許文献2に記載されているような、斜めの衝撃に対する防護を提供するようになっている第2のヘルメット1を示す。この種類のヘルメットは上記のどの種類のヘルメットであってもよい。
図4では、ヘルメット1は、図1のヘルメットのインナーシェル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の外面は、エネルギー吸収層3と同じ材料から提供されてもよく(すなわち追加のアウターシェルは無くてもよい)、図1に示すヘルメットのアウターシェル2に相当する硬質シェル2(図5参照)であってもよい。その場合、硬質シェル2はエネルギー吸収層3とは異なる材料から作られてもよい。図4のヘルメット1は、エネルギー吸収層3及びアウターシェル2の両方を貫通してヘルメット1に空気の流れを通す、任意の複数の通気孔7を有する。
取付手段13が、ヘルメット1を着用者の頭に取り付けるために設けられる。上述したように、これは、エネルギー吸収層3及び硬質シェル2が大きさを調節できない場合に取付手段13の大きさを調節することで異なる大きさの頭を収容できるようにするのに望ましい場合がある。取付手段13は、PC、ABS、PVC又はPTFEなどの弾性又は半弾性の高分子材料か、綿布などの天然繊維材料から作ることができる。例えば、キャップで取付手段13を形成することができる。
取付手段13はヘッドバンド部に加えて更に前後左右から延在するストラップ部を備えるように示されるが、取付手段13の具体的な構成はヘルメットの構成に応じて変更することができる。或る場合では、取付手段は、空気流れがヘルメットを通るように、例えば通気孔7の位置に対応する穴又は隙間を有することがある、連続する(形状の)シートのようなものであってもよい。
図4は、特定の着用者のために取付手段13のヘッドバンドの直径を調節する任意の調節手段6も示す。他の配置では、ヘッドバンドは弾性のヘッドバンドであってもよく、その場合、調節手段6は省略できる。
摺動促進部4はエネルギー吸収層3の径方向内方に設けられる。摺動促進部4は、エネルギー吸収層、又はヘルメットを着用者の頭に取り付けるように設けられた取付手段13に対して摺動するようになっている。
摺動促進部4は、上記と同じ方法で、取付手段13に対して回転することでエネルギー吸収層3の摺動を助けるように設けられる。摺動促進部4は摺動促進部4のいずれかの側における層同士の間の摩擦係数を低くする。
このため、図4のヘルメットでは、摺動促進部は取付手段13に対向しながらエネルギー吸収層3の最内部に設けられてもよく、又は最内部と一体化してもよい。
しかし、エネルギー吸収層3と取付手段13との間に摺動性を提供するという同じ目的のために、摺動促進部4は取付手段13の外面に設けられてもよく、又は外面と一体化してもよいということも同様に考えられる。すなわち、特定の配置では、取付手段13自体又はその要素が摺動促進部4として作用するようになってもよく、また、取付手段13自体が低摩擦材料を含んでもよい。
換言すれば、摺動促進部4はエネルギー吸収層3の径方向内方に設けられる。摺動促進部は、取付手段13の径方向外方にも設けることができる。
取付手段13が(上述した)キャップとして形成される場合、摺動促進部4は低摩擦材料の布片として設けられてもよい。
取付手段13は、図4の4つの固定部材5a,5b,5c及び5dなどの固定部材5によってエネルギー吸収層3及び/又はアウターシェル2に固定することができる。これらは、弾性的、半弾性的又は塑性的に変形することでエネルギーを吸収するようにできる。しかしこれは重要ではない。更に、この攻勢が生じた場合でも、吸収されるエネルギーの量は、通常は、衝撃下においてエネルギー吸収層3によって吸収されるエネルギーよりも極めて少ない。
図4に示す具体例によれば、4つの固定部材5a,5b,5c及び5dは、第1部分8と第2部分9とを有する懸架部材5a,5b,5c及び5dであって、懸架部材5a,5b,5c及び5dの第1部分8は取付手段13に固定されるようになっており、懸架部材5a,5b,5c及び5dの第2部分9はエネルギー吸収層3に固定されるようになっている。
図5は、着用者の頭に置いたときの、図4のヘルメットと同様のヘルメットの具体例を示す。図5のヘルメット1は、エネルギー吸収層3とは異なる材料から作られた硬いアウターシェル2を備える。図4と比較して、図5では、取付手段13は、エネルギー及び力を弾性的、半弾性的又は塑性的に吸収するようになっている2つの固定部材5a及び5bによってエネルギー吸収層3に固定される。
ヘルメットに対する回転力を生じさせる前方からの斜めの衝撃Iを図5に示す。斜めの衝撃Iによって、エネルギー吸収層3は取付手段13に対して摺動する。取付手段13は、固定部材5a及び5bによってエネルギー吸収層3に固定される。分かりやすくするためにこのような固定部材は2つしか図示されていないが、実際にはこのような固定部材が多く存在してもよい。固定部材5は、弾性的又は半弾性的に変形することで回転力を吸収することができる。他の配置では、1つ以上の固定部材5が切断されるとしても、塑性変形してもよい。塑性変形の場合、衝撃の後、少なくとも固定部材5を交換する必要があるだろう。固定部材5に塑性と弾性とを組み合わせた変形が生じた場合、すなわち幾つかの固定部材5が断裂した場合、エネルギーが塑性的に吸収されると共に、他の固定部材が変形して力を弾性的に吸収する。
一般的に、図4及び図5のヘルメットでは、エネルギー吸収層3は、衝撃下において図1のヘルメットのインナーシェルと同様に圧縮することで衝撃吸収材として作用する。アウターシェル2を用いれば、衝撃エネルギーをエネルギー吸収層3に亘って分散させる助けになるだろう。また、摺動促進部4も取付手段とエネルギー吸収層との間の摺動を促すだろう。これによって、脳に回転エネルギーとして伝達されうるエネルギーを制御的に消散させることができる。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消散させることができる。伝達されるエネルギーが軽減されることで、脳に影響を及ぼす回転加速度が軽減されるため、頭蓋骨内の脳の回転が軽減される。こうして、硬膜下血腫、SDH、血管破裂、脳震とうやDAIなどの回転による損傷の虞が軽減される。
摺動促進部4は、
(i)有機高分子、ポリシロキサン、及び界面活性剤、
(ii)有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体、又は
(iii)ポリシロキサンと有機高分子とを架橋反応させることで得られる若しくは得ることが可能な非エラストマー架橋高分子
を含むことができる。
摺動促進部に関するこれらの3つの選択肢が、相互に摺動するように構成されるヘルメットの層同士の摩擦を低減することにおいて驚くほど有効であることが明らかとなっている。特に、これらの特定の選択肢(i)〜(iii)のそれぞれによって、極めて優れた摩擦低減特性を有するだけでなくこれらの特性がどれだけ持続するかという点でも良好な持続性をもったコーティングが提供されることが明らかとなっている。これについて、摺動促進部は、これらの有利な特性を、下方の層に適した接着力を有するという点で良好なバランスも提供しながら、同時に、相対的に軽いシロキサン分子が著しく滲んでしまうこと及び/又は幾つかのシリコーン系コーティングによる粘着性の問題を防止することが可能である。また、本開示のヘルメットに採用される摺動促進部は、既存のヘルメットに採用されるような、頭蓋骨への斜めの打撃があった場合に良好なエネルギー吸収能力を有するように設計された他のシステムよりも大量生産しやすいという点で有利となる。
本発明における摺動促進部の有利な摩擦低減特性は、特に、相互に摺動するように構成された1つ又は2つの層にシロキサン部分が存在することから生じるとみられている。これらの特性の有利な耐久性は、特に、摺動促進部の化学組成物によって生じるものとみられている。
これについて、摺動促進部は、好適には、相互に摺動するように構成された層の表面の一方又は両方(好適には一方)が、その層の外面(又は「接触」面)にシロキサン部分を含むように配置される。この接触面は、典型的には、シロキサンに基づいて、すなわち実質的にはシロキサンから構成されており、実際上シロキサンコーティング又はシロキサンの層に相当する。これについて、シロキサン部分は選択肢(i)の場合におけるポリシロキサン分子(又はその一部)でもよく、選択肢(ii)(iii)の場合における共重合体又は架橋高分子のポリシロキサン成分(又はその一部)でもよい。
このため、選択肢(i)では、摺動促進部は、好適には、相互に摺動するように構成された層の接触面の一方又は両方(好適には一方)がポリシロキサン分子に基づくように配置される。選択肢(ii)では、摺動促進部は、好適には相互に摺動するように構成された層の接触面の一方又は両方(好適には一方)が共重合体分子のポリシロキサン成分に基づくように配置される。選択肢(iii)では、摺動促進部は、好適には、相互に摺動するように構成された層の接触面の一方又は両方(好適には一方)が架橋高分子のポリシロキサン成分に基づくように配置される。
また、相互に摺動するように構成された層の接触面の一方(又は両方)がシロキサン部分を含むように配置される摺動促進部を有することに加えて、摺動促進部の反対側(すなわち層の一部又は層自体に固定されたままの「内」側)が有機高分子部分を含むことも好ましい。これについて、摺動促進部は、好適には、摺動促進部の内側が有機高分子部分を含み、この内側は、典型的には、有機高分子部分に基づいて、すなわち実質的には有機高分子部分から構成されていることから、実際上有機高分子コーティング又は有機高分子の層に相当する。有機高分子部分は選択肢(i)又は(ii)の場合における有機高分子(又はその一部)でもよく、選択肢(iii)の場合における架橋高分子の有機高分子成分(又はその一部)でもよい。
こうして、選択肢(i)では、摺動促進部は、好適には、摺動促進部の内側が有機高分子に基づくように配置される。選択肢(ii)では、摺動促進部は、好適には、摺動促進部の内側が有機高分子に基づくように配置される。選択肢(iii)では、摺動促進部は、好適には、摺動促進部の内側が架橋高分子の有機高分子成分に基づくように配置される。
好適な一具体例では、摺動促進部は、ヘルメットのシート状のプラスチック層又は発泡体層の表面などの固体表面に塗布される。こうした層はアウターシェル2及び/又はエネルギー吸収層3及び/又は取付手段13の外面であってもよい。
しかし、代わりの好適な具体例では、摺動促進部は、ヘルメットに予め形成された構成要素の予め形成された/既存の固体表面等(又はシート状のプラスチック層又は発泡体層などの、その固体表面等を作るために予め形成された層)に塗布される新たな層から全て導かれるものではない。特に、摺動促進部は、ヘルメットの構成要素の既存の表面を、摺動促進部の有機高分子成分のためのソース(選択肢(i)及び(ii))、又は架橋する有機高分子のソース(選択肢(iii))として用いることで形成することが可能である。例えば、摺動促進部が選択肢(i)に従って定義される場合、摺動促進部は、ポリシロキサン及び界面活性剤を有機高分子に基づく(例えばヘルメットの構成要素の)(既存の)固体表面に塗布することで形成されてもよい。摺動促進部が選択肢(ii)に従って定義される場合、摺動促進部は、ポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体を有機高分子に基づく(例えばヘルメットの構成要素の)(既存の)固体表面に塗布することで形成されてもよい。摺動促進部が選択肢(iii)に従って定義される場合、摺動促進部は、ポリシロキサン(典型的には官能性ポリシロキサン)を有機高分子に基づく(例えばヘルメットの構成要素の)(既存の)固体表面に塗布して、その後ポリシロキサンと有機高分子とを架橋反応させることで形成されてもよい。従って、このような場合、摺動促進部がヘルメットの固体表面に塗布されていると考えることは好ましくなく、摺動促進部は層の既存の表面部分を化学修飾することで形成される層の表面領域を表していると考える方が好ましいと言えるだろう。
例えば、有機高分子に基づく既存の表面はヘルメット内のシート状のプラスチック層又は発泡体層であってもよい。こうした層はアウターシェル2及び/又はエネルギー吸収層3及び/又は取付手段13の外面であってもよい。このため、摺動促進部は、このような場合、先の段落に記載の方法によってこれらの層の1つの表面を化学修飾することで形成されてもよい。
摺動促進部を塗布する表面(摺動促進部が形成される表面)は平滑であることが好ましい。一方、摺動促進部の摺動性が向上する反対の面は、生地の層などの粗面であってもよい。
摺動促進部は、ヘルメット内の層を形成する材料がヘルメット層へと完全に製造される前にその材料に塗布(又はその上に形成)されてもよい。例えば、摺動促進部は、例えば切断及び/又は真空成形される前のプラスチックシートに塗布(又はその上に形成)されてもよい。
摺動促進部は、これだけのための製造工程の一部として塗布(又は形成)されてもよく、既存の工程に含まれ(又は形成され)てもよい。例えば層に、例えばパターン又は表現が印刷される場合、摺動促進部がインクに加えられてもよい。このように、摺動促進部は印刷工程においてインクで塗布されることがある(例えばスクリーン印刷工程又は他の種類の印刷工程)。代わりの方法では、摺動促進部が塗布される(又はその上に形成される)表面が、それ自体も染色される(すなわち色素を含む)ポリカーボネートなどの材料である場合、摺動促進部と染料(色素)は結合されてもよい。
どの場合においても、最終的には上述された選択肢(i)〜(iii)のいずれかに係る摺動促進部を備えるヘルメットが得られるべきである。
化学修飾によってヘルメットの構成要素の表面に摺動促進部が形成される具体例では、その表面は固体であることが好ましく、当然ながら有機高分子を含み、有機高分子をその主要成分として含むことが好ましく、表面は、典型的には、本質的に有機高分子で構成されるものと言えよう。すなわち、接触面の大半を占めるシロキサン部分と内面の大半を占める有機高分子部分とによる摺動促進部の好適な配置は、シロキサン含有成分を有機高分子上に案内することで自動的に生じるものと言えよう。
摺動促進部を固体表面に塗布する具体例では、選択肢(i)及び(ii)において、例えば、(a)後の別々の工程で、(選択肢(i)/(ii)それぞれにおいて)ポリシロキサン/共重合体を塗布する前に有機高分子を塗布すること、又は(b)組成物の成分の個別の分子を移動又は流動させることが可能な状況下で、有機高分子及びポリシロキサン/共重合体の両方を同じ組成物の一部として単一工程で塗布することを含む工程によって、同じ好適な配置を実現できる。例えば組成物には溶剤が含まれてもよい。分子には、このような状況下では好適な形で自己配置されるという元来の傾向がある。選択肢(i)では、界面活性剤も、好適な具体例における分子の形成や、摺動促進部の(典型的にはその大幅を占めるポリシロキサンに基づく)接触面領域と摺動促進部の(内部の)有機高分子領域との接着を容易にする。このため、方法(a)及び(b)の両方によって、本質的に、有機高分子に基づく(例えば第1の被覆、コーティング、カバー又は表面領域として考えられる)(第1の)副層と、その第1の副層上で、ポリシロキサン及び界面活性剤を含む(例えば第2の被覆、コーティング、カバー又は表面領域として考えられる)第2の副層とを備える摺動促進部がもたらされる。すなわち、実際、第1の副層と第2の副層との間に、特に方法(b)によって、少なくとも限られた量の混合が生じるようにすることが可能である。
同様に、選択肢(iii)において、(a)後の別々の工程でポリシロキサンを塗布する前に有機高分子を塗布し、続いて有機高分子とポリシロキサンとを架橋反応させること、又は(b)組成物の成分の個別の分子を移動又は流動させることが可能な状況下で、有機高分子及びポリシロキサンの両方を同じ組成物の一部として単一工程で塗布して(例えば組成物は溶剤を含んでもよく、分子には、このような状況下では好適な形で自己配置されるという元来の傾向があり)、続いて有機高分子とポリシロキサンとを架橋反応させることを含む工程によって、同じ好適な配置を実現することができる。
摺動促進部を固体表面に塗布する具体例では、その固体表面が有機高分子に基づくことが好ましく、有機高分子は、選択肢(i)若しくは(ii)に定義されるような摺動促進部内の有機高分子と同じか、同様の有機部分と同じか、それを含む有機高分子であること、又は選択肢(iii)の架橋高分子の有機高分子成分としての有機高分子であることが好ましい。固体表面は、典型的には、本質的に有機高分子から構成される。
本発明のヘルメットの好適な具体例では、上述の2つの層の一方及び任意で両方が、発泡材料、或いは任意で発泡ポリスチレン(EPS)、発泡ポリプロピレン(EPP)、発泡ポリウレタン(EPU)、又はビニルニトリル発泡体から作られている。好適な態様では、発泡体は少なくとも10g/l、例えば少なくとも12g/l、少なくとも14g/l、少なくとも16g/l、少なくとも18g/l又は少なくとも20g/lの密度を有してもよい。或る好適な態様では、発泡体は少なくとも30g/l、例えば少なくとも40、少なくとも50又は少なくとも60g/l(例えば約65g/l以上)の密度を有してもよい。発泡体の密度は例えば130g/l、120g/l、100g/l又は90g/lまでであってもよい。
上述のように、本発明のヘルメットは、
相互に摺動するように構成された2つの層を備え、
2つの層の間の摺動性を向上させる摺動促進部を、それらの層の一方又は両方の表面が備える、ヘルメットであって、摺動促進部は、
(i)有機高分子、ポリシロキサン及び界面活性剤、
(ii)有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体、又は
(iii)ポリシロキサンと有機高分子とを架橋反応させることで得られる若しくは得ることが可能な非エラストマー架橋高分子
を含む。
続いて、摺動促進部に関するこれらの選択肢(i)〜(iii)について以下に詳述する。なお、これについて、以下に説明される摺動促進部の好適な態様は、本発明のヘルメット及びそのヘルメットを製造する(本発明の)方法の両方に関する。特に、以下に説明される好適な態様は、特定の(ポリシロキサンを含む)組成物を表面に塗布するのに用いることができるプロセスの本質に関し、ヘルメットの第1の層の表面上に摺動促進部を塗布又は形成することを含む本発明の上述した方法の工程の好適な態様を表す。例えば、選択肢(i)に関連して以下に説明される第3の好適な具体例では、摺動促進部が、特定の成分(a)〜(c)を混合することで得ることが可能な組成物を表面に塗布することを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能であることが示される。それに応じて、本発明の方法では、ヘルメットの第1の層の表面上に摺動促進部を塗布又は形成する工程は、好適には、これらの成分(a)〜(c)を混合することで得ることが可能な組成物を表面に塗布することを含む。
選択肢(i):摺動促進部が有機高分子、ポリシロキサン、及び界面活性剤を含む
この選択肢によれば、摺動促進部は、好適には、上述した層の一方又は両方の(内)面に有機高分子を含む。摺動促進部は、より好適には、この層上に(第1の)有機高分子副層(又はコーティング)を備え、(この有機高分子コーティング上に)ポリシロキサンと有機高分子とを含む第2の副層(又はコーティング)を備える(なお、実際は、有機高分子コーティング内に組み込まれる少なくとも幾つかのポリシロキサンや界面活性剤、及び/又はポリシロキサンと界面活性剤とを含む第2のコーティング内に組み込まれる有機高分子の少なくとも一部も考えられる)。そのため、摺動促進部は、好適には、この選択肢ではポリシロキサン分子に基づくことを意味する、ケイ素及び酸素に(実質的に)基づいた接触面を有する。摺動促進部の接触面は、好適には、ポリシロキサン分子を主要成分として含む。摺動促進部の接触面は、典型的には、本質的にポリシロキサンで構成される。
第1の好適な具体例では、摺動促進部は、有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を表面に塗布することを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である(この場合、この表面はヘルメットの予め形成された構造部品であってもよく、例えば、切断及び/又は真空成形される前のプラスチックシートなどの、ヘルメットの一部になるための材料であってもよい)。これについて、プロセスは、溶剤が蒸発して有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤とを含むコーティングが表面に残るように、組成物が乾燥/凝固する追加の工程を更に含んでもよい(例えば、単に、塗布した組成物を室温で例えば1〜5日間乾燥/凝固させるようにしたり、例えば加熱及び/又は減圧によって乾燥/凝固を加速させたりしてもよい)。こうして、摺動促進部は、好適には、(a)有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を表面に塗布すること、及び、任意で、(b)こうして塗布された組成物を乾燥/凝固させることを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である。
このプロセスについて、有機高分子と(上述した少なくとも1つ以上の内の)少なくとも1つの溶剤とは、好適には、組成物の少なくとも60重量%、より好適には少なくとも80重量%、そしてより好適には少なくとも90重量%を占める。有機高分子と溶剤とは組成物の98重量%又は97重量%などの、99重量%までを占めてもよい。有機高分子と溶剤とは、典型的には、組成物の約95重量%を占める。有機高分子と溶剤との相対量については、溶剤が(例えば標準的な圧力及び温度で)有機高分子を分解するのに十分な量であることが好ましい。有機高分子は組成物の少なくとも1重量%、例えば少なくとも2重量%、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%又は少なくとも20重量%を占めてもよい。
このプロセスについて、ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、好適には、特定組成物の少なくとも1重量%、より好適には少なくとも2重量%、そしてより好適には少なくとも3重量%を占める。ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、組成物の20重量%まで又は10重量%までなどの、40重量%までを占めてもよい。ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、典型的には、組成物の約5重量%を占める。ポリシロキサンと界面活性剤との重量比は好適にはX:1であり、ここでXは少なくとも10、例えば少なくとも20、少なくとも50、少なくとも100、少なくとも200、少なくとも500、少なくとも1000、少なくとも2000又は少なくとも5000である。Xは最大で1,000,000、例えば最大で500,000、最大で200,000、最大で100,000、最大で50,000、最大で20,000、又は最大で10,000であってもよい。ポリシロキサンは組成物の少なくとも0.1重量%、例えば少なくとも0.2重量%、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、又は少なくとも2重量%、を占めてもよい。
第2の好適な具体例では、摺動促進部は、ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意で溶剤とを含む組成物を(予め形成された)固体有機高分子面(又は層)に塗布することを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である(この場合、固体有機高分子はヘルメットの予め形成された構造部品であってもよく、例えば、切断及び/又は真空成形される前のプラスチックシートなどの、ヘルメットの一部になるための材料であってもよい)。これについて、プロセスは、溶剤が蒸発してポリシロキサンと界面活性剤とを含むコーティングが有機高分子面に残るように、組成物が乾燥/凝固する追加の工程を更に含んでもよい(例えば、単に、塗布した組成物を室温で例えば1〜5日間乾燥/凝固させるようにしたり、例えば加熱及び/又は減圧によって乾燥/凝固を加速させたりしてもよい)。こうして、この具体例では、摺動促進部は、好適には、ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を固体有機高分子面(又は層)に塗布すること、及び、任意で、(b)こうして塗布された組成物を乾燥/凝固させることを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である。
この第2の好適な具体例では、ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、好適には、特定組成物の少なくとも50重量%、より好適には70重量%、そしてより好適には90重量%を占める(典型的には、ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、組成物の少なくとも98重量%又は実質的にその全てを占める)。ポリシロキサンと界面活性剤との重量比は好適にはX:1であり、ここでXは少なくとも10、例えば少なくとも20、少なくとも50、少なくとも100、少なくとも200、少なくとも500、少なくとも1000、少なくとも2000、又は少なくとも5000である。Xは最大で1,000,000、例えば最大で500,000、最大で200,000、最大で100,000、最大で50,000、最大で20,000、又は最大で10,000であってもよい。ポリシロキサンは、組成物の少なくとも0.1重量%、例えば少なくとも0.2重量%、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、又は少なくとも2重量%(そして例えば10、20若しくは50重量%、又はそれ以上まで)を占めてもよい。
特に有利な第3の好適な具体例では、摺動促進部は、有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意の(好適には)少なくとも1つの溶剤の1つ以上の前駆体とを含む組成物を表面に塗布することを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である(この表面はヘルメットの予め形成された構造部品であってもよく、例えば、切断及び/又は真空成形される前のプラスチックシートなどの、ヘルメットの一部になるための材料であってもよい)。これについて、プロセスは、溶剤が蒸発して有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤とを含むコーティングが表面に残るように、組成物が乾燥/凝固する追加の工程を更に含んでもよい(例えば、単に、塗布した組成物を室温で例えば1日間又は5日間などのより長い期間乾燥/凝固させるようにしたり、例えば加熱及び/又は減圧によって乾燥/凝固を加速させたりしてもよい)。こうして、摺動促進部は、好適には、(a)有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意で(好適には)少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を表面に塗布すること、及び、任意で、(b)こうして塗布された組成物を乾燥/凝固させることを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である。
このプロセスについて、上述した有機高分子の1つ以上の前駆体は、好適には、組成物の少なくとも15重量%、より好適には少なくとも20重量%、更に好適には少なくとも25重量%、そしてより好適には30重量%を占める。この有機高分子の1つ以上の前駆体は、好適には、組成物の60重量%又は50重量%などの、70重量%までを占めてもよい。この有機高分子の1つ以上の前駆体は、典型的には、組成物の約30〜45重量%を占める。
このプロセスについて、ポリシロキサンと界面活性剤とは、好適には、特定組成物の少なくとも1重量%、より好適には少なくとも2重量%、そしてより好適には少なくとも3重量%を占める。ポリシロキサンと界面活性剤とは、好適には、組成物の最大で20重量%、例えば最大で15重量%、最大で10重量%、最大で8重量%、最大で6重量%、又は最大で5重量%を占めてもよい。ポリシロキサンと界面活性剤とは、典型的には、組成物の約3〜5重量%、例えば約3重量%、約4重量%又は約5重量%を占める。ポリシロキサンと界面活性剤との重量比は好適にはX:1であり、ここでXは少なくとも10、例えば少なくとも20、少なくとも50、少なくとも100、少なくとも200、少なくとも500、少なくとも1000、少なくとも2000又は少なくとも5000である。Xは最大で1,000,000、例えば最大で500,000、最大で200,000、最大で100,000、最大で50,000、最大で20,000、又は最大で10,000であってもよい。ポリシロキサンは組成物の少なくとも0.1重量%、例えば少なくとも0.2重量%、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、少なくとも2重量%、又は少なくとも3重量%を占めてもよい。
このプロセスについて、上述した少なくとも1つの溶剤は、好適には、組成物の少なくとも15重量%、より好適には少なくとも20重量%、更に好適には少なくとも25重量%、そしてより好適には少なくとも30重量%を占める。少なくとも1つの溶剤は、好適には、組成物の70重量%まで、例えば60重量%まで又は50重量%までを占めてもよい。少なくとも1つの溶剤は、典型的には、組成物の約30〜45重量%を占める。
このプロセスについて、組成物は、典型的には、色素及び/又はシリコーン添加剤などの1つ以上の更なる成分も含んでもよい。組成物は添加用の有機ケイ素を含んでもよい。
第4の好適な具体例では、摺動促進部は、上述した有機高分子の1つ以上の前駆体がポリウレタン樹脂などの樹脂に代わる以外は、第3の好適な具体例で概説されたのと同じプロセスによって得られる又は得ることが可能である。本明細書に記載される第3の好適な具体例の他の好適な態様は、こうした例外を有するこの第4の好適な具体例に同様に適用される。
第1の好適な具体例のプロセスでは、組成物は、典型的には、(a)有機高分子及び任意で少なくとも1つの溶剤を含む第1試薬と、(b)ポリシロキサン、界面活性剤及び任意で少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とを含む第2試薬とを混合することで得られる又は得ることが可能である。このため、組成物は2つ以上の溶剤の混合物を含むことがある。どの場合にも、溶剤は有機溶剤及び/又は水性溶剤を含んでもよい。(特に第1試薬として)好適な有機溶剤には、酢酸ブチル又は酢酸アミルなどのアルキルエステル、アセトン、メチルイソブチルケトン又はシクロヘキサノンなどのケトン、キシレンなどの芳香族炭化水素、並びにグリコールセロソルブ、アルコール、及びそれらの混合物などのエーテルが含まれる。この少なくとも1つの溶剤には、典型的には水性溶剤、好適には水が含まれる(上述した第2試薬における少なくとも1つの溶剤は好適には水である)。
第3の好適な具体例のプロセスでは、有機高分子の前駆体は、好適には、モノマー及び/又はオリゴマーの前駆体であってもよい。特に好適な具体例では、有機高分子の前駆体は1つ以上のモノマー(及び/又はそこから生じるオリゴマー)を含む。この1つ以上のモノマーは、式R‐C(=O)‐OR’を有するモノマーから選択され、ここでR及びR’は同じ又は異なり、それぞれが、10個までの炭素原子、好適には8個までの炭素原子、より好適には6個までの炭素原子、例えば5個まで又は4個までの炭素原子を有する水素又はヒドロカルビル基であり、R及びR’の少なくとも1つが、アルケン部分を含むヒドロカルビル基である必要がある(典型的には、R及びR’の一方がアルケン部分を含み、他方は含まない)。モノマーの好適な選択肢には、アクリル酸及びそのエステル、メタクリル酸及びそのエステル、並びにRがアルキル(例えばC1‐6アルキル)でR’がC2‐4アルケニル(例えばビニル)である上記の式の化合物が含まれる。具体的には、モノマー及び/又はそこから生じるオリゴマーの好適な選択肢は塩化酢酸ビニル、メタクリレート、アセテートブチレート、PVCA、及びアクリル樹脂から選択される。
第3の好適な具体例のプロセスでは、少なくとも1つの溶剤は、好適には、少なくとも1つの有機溶剤である。好適な選択肢には、エチレングリコールブチルエーテル、シクロヘキサノン、キシレン、トリメチルベンゼン(例えばメシチレン)、イソホロン及びブトキシエタノールが含まれる。
第3の好適な具体例の特に好適な態様では、摺動促進部は、(a)1つ以上の有機高分子の前駆体及び1つ以上の溶剤を含む薬剤と、(b)ポリシロキサン、界面活性剤及び任意で(好適には)少なくとも1つの溶剤を含む薬剤と、(c)少なくとも1つの更なる溶剤とを混合することで得ることが可能な組成物を表面に塗布することを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である(表面はヘルメットの予め形成された構造部品であってもよく、例えば、切断及び/又は真空成形される前のプラスチックシートなどの、ヘルメットの一部になるための材料であってもよい)。これについて、プロセスは、溶剤が蒸発して有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤とを含むコーティングが表面に残るように、組成物が乾燥/凝固する追加の工程を更に含んでもよい(例えば、単に、塗布した組成物を室温で例えば1日間又は5日間などのより長い期間乾燥/凝固させるようにしたり、例えば加熱及び/又は減圧によって乾燥/凝固を加速させたりしてもよい)。有機高分子は好適には熱可塑性高分子である。
有機高分子は好適にはラッカーである。
有機高分子は、典型的には、ニス、すなわち有機高分子が分解している溶液を表面に塗布することを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である。
有機高分子は、例えば、ポリエーテル(例えばポリ(エチレンオキシド)、ポリ(プロピレンオキシド))、ポリエステル、ポリオレフィン(例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン)、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエポキシド、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、ポリイミド、ポリ(エチレンイミン)、ポリホスファゼン、ポリビニルアセテート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ(塩化ビニリデン)、ポリイソプレン及びアルキドから1つ以上選択し含んでもよい。有機高分子は、好適には、これらの中の1つ以上の混合物を含む。有機高分子は、典型的には、例えば高分子樹脂同士の混合物である混合物を含む。適当な有機高分子は市販のものである。
なお、選択肢(i)の有機高分子は架橋高分子であるべきではない(これは、特に指示が無い限り、本明細書で言及される有機高分子、ポリシロキサン及び共重合体を含む、言及される全ての高分子に当てはまる)。
有機高分子は、好適には、1つ以上のモノマー及び/又はオリゴマーを重合することで得られる又は得ることが可能な重合体であってもよい。これには、式R‐C(=O)‐OR’を有する1つ以上のモノマー(及び/又はそこから生じるオリゴマー)が含まれ、ここでR及びR’は同じ又は異なり、それぞれが、10個までの炭素原子、好適には8個までの炭素原子、より好適には6個までの炭素原子、例えば5個まで又は4個までの炭素原子を有する水素又はヒドロカルビル基であり、R及びR’の少なくとも1つが、アルケン部分を含むヒドロカルビル基である必要がある(典型的には、R及びR’の一方がアルケン部分を含み、他方はアルケン部分を含まない、例えばアルキル基である)。モノマーの好適な選択肢には、アクリル酸及びそのエステル、メタクリル酸及びそのエステル、並びにRがアルキル(例えばC1‐6アルキル)でR’がC2‐4アルケニル(例えばビニル)である上記の式の化合物が含まれる。具体的には、モノマー及び/又はそこから生じるオリゴマーの好適な選択肢は塩化酢酸ビニル、メタクリレート、アセテートブチレート、PVCA、及びアクリル樹脂から選択される。例えば、有機高分子は、(a)塩化酢酸ビニルと、メタクリレートと、アセテートブチレートとのそれぞれを、例えば1:(0.2‐5):(0.2‐5)(好適には1:(0.5‐3):(0.5‐3))の比率、又は(b)PVCAとアクリル樹脂とのそれぞれを、例えば1:(0.2‐5)(好適には1:(0.5‐2))の比率で重合することで得ることが可能であってもよい。ポリシロキサンは、直鎖、分岐、及び/又は環状分子を含んでもよい。
直鎖ポリシロキサン分子は、好適には、式RSi[‐O‐SiR‐O‐SiRで表される。
部分nは、例えば、最大で100,000、最大で50,000又は最大で20,000などの、最大で135,000の値を有してもよい。nは、好適には少なくとも70、例えば少なくとも100、少なくとも200、少なくとも500又は少なくとも1,000である。
各Rは、典型的には、H以外である。各Rは、好適には、それぞれがヒドロカルビル基である。このヒドロカルビル基は炭素と水素とに基づくが、(摺動促進部内のポリシロキサンの役割を奪わない前提で)N、O、S、及びハロゲンなどの1つ以上の他の原子を任意で含んでもよい。この他の原子は、好適にはOである。これらの他の原子のいずれかが存在する場合、R基における炭素原子と他の原子との比率は好適にはX:1であり、ここでXは少なくとも2、好適には少なくとも4、より好適には少なくとも8である。しかし、各Rは、典型的には、それぞれが炭素と水素とのみに基づくヒドロカルビル基である。
このヒドロカルビル基は、好適には1〜30個の炭素原子、より好適には1〜20個の炭素原子、そしてより好適には、1〜6個の炭素原子などの、1〜10個の炭素原子を含む。Rは環状(例えばフェニルなどの芳香族又は非芳香族のいずれか)、直鎖又は分岐であってもよい。Rは、典型的には1〜10個の炭素原子、好適には1〜6個の炭素原子、より好適には1〜4個の炭素原子を含む直鎖アルキル基又は分岐アルキル基である。典型例にはメチル、エチル、n‐プロピル、i‐プロピル、n‐ブチル、i‐ブチル及びt‐ブチルが含まれるが、メチル及びエチルが好ましく、メチルが最も好ましい。
分岐ポリシロキサン分子は、好適には式RSi[‐O‐SiR‐O‐SiRで表され、ここで、(直鎖ポリシロキサン分子について)先に定義されたようなR及びnは、1つ以上の反復される[‐O‐SiR]ユニットにおける1つ以上のR基が、先に定義されたようなものではないが[‐O‐SiR‐O‐SiRに含まれる、という条件に基づいている(この後者の式におけるR及びnは前者の式と同じように定義されている)。これについて、当然ながら、分岐の度合いは高分子の性質に応じて変動するため、この定義は任意の上限を設けるためのものではなく、当業者が場合に応じた分岐の度合いを正しく評価することが可能であると言えよう。とは言え、この後者の式におけるR及びnは、直鎖ポリシロキサン分子について先に定義されたようなものであることが好ましい。
環状ポリシロキサン分子は、好適には、分子内に1つ以上の環状シロキサン部分を含むようになっている、先に定義されたような直鎖ポリシロキサン分子である。
ポリシロキサンは、好適にはポリジメチルシロキサン(PDMS)である。
ポリシロキサンの数平均分子量は、好適には、少なくとも5,000、より好適には少なくとも10,000、更に好適には少なくとも20,000、より好適には少なくとも50,000である。数平均分子量の上限として考えられるのは、通常、10,000,000以下、好適には5,000,000以下、より好適には2,000,000以下、典型的には1,000,000以下である。ポリシロキサンが超高分子量ポリシロキサンになること、すなわち、数平均分子量が少なくとも200,000又は少なくとも500,000などの、少なくとも100,000であることが特に好ましい。
ポリシロキサンを官能化させること、すなわち、更なる反応を促進するためにポリシロキサンが1つ以上の官能基を含むことが可能である。これについて、組み込むことができる官能基として考えられるものには、シラン、アルケニル、ヒドロキシル、カルボキシル、エポキシ、メタクリレート、アクリレート、アミノ、及びチオールが含まれる。これについて、官能基は、好適にはヒドロキシルであり、具体的にはシラノール(Si‐OH)基の構造をもつヒドロキシルである。しかし、他の具体例では、ポリシロキサンはこのように官能基に組み込まれるように官能化されることはなく、すなわち、ポリシロキサンはこうした追加の官能基を一切含まない(又は、もしも官能基が存在した場合、それはシラノール基である)。この具体例では、ポリシロキサン(典型的にはPDMS)は非反応性の構造と考えることができ、すなわち、実質的に全ての重合鎖末端が構造‐O‐Si(R)を有する(ここで、Rは先に定義したとおりで、当然ながら、PDMSの好適な場合におけるメチルである)。
ポリシロキサンは、例えば非特許文献1に記載のような既知の方法で調製されてもよい。また、(ポリシロキサンを含む)適当な物質には、例えば、上述した好適な超高分子量ポリシロキサンを含むダウコーニング(登録商標)52(DC52)添加剤製品のような市販のものを調達してもよい。
界面活性剤は、好適には非イオン性界面活性剤であり、より好適には有機非イオン性界面活性剤である。界面活性剤は、特に好適な態様では脂肪アルコールアルコキシレートであり、好適には式R’‐[O‐Q‐]OHの1つであり、ここでm、Q及びR’は以下のように定義される。
mは1〜20であり、好適には1〜10である。実際、典型的に、アルコキシレートと異なる数の[O‐Q‐]ユニットとの混合物が指定範囲内に存在しうる。
Qは、1〜10個の炭素原子(このヒドロカルビル基は、好適には炭素と水素とのみを含む)、より好適には1〜4個の炭素原子、典型的には2個の炭素原子を含む二価ヒドロカルビル部分である。Qは、好適にはアルキレンである。そのため、界面活性剤は、好適には、式R’‐[O‐CH‐CH‐]OHで表される脂肪アルコールアルコキシレートである。
R’は、6〜22個の炭素原子を含むヒドロカルビル基である(このヒドロカルビル基は、好適には炭素と水素とのみを含む)。これについて、ヒドロカルビル基は、好適には少なくとも8個の炭素原子、より好適には少なくとも10個の炭素原子、典型的には少なくとも11個の炭素原子を含む。また、これについて、ヒドロカルビル基は、好適には最高20個の炭素原子、より好適には最高18個の炭素原子、より好適には最高16個の炭素原子、典型的には最高15個の炭素原子を含む。実際、典型的に、アルコキシレートと、異なる大きさのR’基との混合物が指定範囲内に存在しうる。
ヒドロカルビル基R’は、分岐又は非分岐で飽和又は不飽和であってもよく、芳香族又は非芳香族の1つ以上の環状基を含んでもよいが、R’は好適には脂肪族である。
R’は、R’‐OHが第1級、第2級又は第3級アルコールであるように定義されてもよい。しかし、R’は、好適にはR’‐OHが第2級アルコールであるように定義される。
このため、特に好適な具体例では、脂肪アルコールエトキシレートはエトキシ化したC11〜C15第2級アルコールの混合物である。
選択肢(i)では、摺動促進部は好適にはコーティングを含み(摺動促進部はより好適にはコーティングであり)(コーティングは好適には例えばスクリーン印刷でラッカーベースの組成物を固体表面に印刷するプロセスによって得ることが可能であり)、好適には、(a)有機高分子はコーティングの少なくとも85重量%、例えば少なくとも88重量%、少なくとも90重量%又は少なくとも92重量%を占め、(b)有機高分子はコーティングの98重量%まで、例えば97重量%まで又は96重量%までを占め、(c)ポリシロキサンはコーティングの少なくとも1重量%、例えば少なくとも2重量%、少なくとも3重量%又は少なくとも4重量%を占め、(d)ポリシロキサンはコーティングの10重量%まで、例えば8重量%まで又は6重量%までを占め、(e)界面活性剤はコーティングの少なくとも0.1重量%、例えば少なくとも0.2重量%、少なくとも0.3重量%又は少なくとも0.4重量%を占め、及び/又は(f)界面活性剤はコーティングの1.5重量%まで、例えば1.2重量%まで又は1.0重量%までを占める。コーティングは、任意で、色素などの1つ以上の更なる成分も含んでもよい。
選択肢(ii):摺動促進部が有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体を含む
この選択肢によれば、摺動促進部は、好適には、上述した層の一方又は両方の(内)面に有機高分子を含む。より好適には、摺動促進部は、上述した層上の(第1の)有機高分子副層(又はコーティング)と、共重合体を含む(上述した有機高分子コーティング上の)第2の副層(又はコーティング)とを備える(なお、実際は、有機高分子コーティング内に組み込まれる少なくとも或る共重合体、及び/又は、共重合体を含む第2のコーティング内に組み込まれる有機高分子の少なくとも一部でも可能である)。そのため、摺動促進部は、好適には、この選択肢では共重合体分子のポリシロキサン成分に基づくことを意味する、ケイ素及び酸素分子に(実質的に)基づいた接触面を有する。摺動促進部の接触面は、好適にはポリシロキサン部分を主要成分として含む。摺動促進部の接触面は、典型的には、本質的にポリシロキサン部分で構成される。
第1の好適な具体例では、摺動促進部は、有機高分子と、共重合体と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を表面に塗布することを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である(この場合、この表面はヘルメットの予め形成された構造部品であってもよく、例えば、切断及び/又は真空成形される前のプラスチックシートなどの、ヘルメットの一部になるための材料であってもよい)。これについて、プロセスは、溶剤が蒸発して有機高分子と共重合体とを含むコーティングが表面に残るように、組成物が乾燥/凝固する追加の工程を更に含んでもよい(例えば、単に、塗布した組成物を室温で例えば1〜5日間乾燥/凝固させるようにしたり、例えば加熱及び/又は減圧によって乾燥/凝固を加速させたりしてもよい)。こうして、摺動促進部は、好適には、(a)有機高分子と、共重合体と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を表面に塗布すること、及び、任意で、(b)こうして塗布された組成物を乾燥/凝固させることを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である。
このプロセスについて、有機高分子と(上述した少なくとも1つ以上の内)少なくとも1つの溶剤とは、好適には、組成物の少なくとも60重量%、より好適には少なくとも80重量%、更に好適には少なくとも90重量%を占める。有機高分子と溶剤とは、組成物の99重量%まで、例えば98重量%まで又は97重量%までを占める。有機高分子と溶剤とは、典型的には、組成物の約95重量%を占める。有機高分子と溶剤との相対量については、溶剤が(例えば標準的な圧力及び温度で)有機高分子を分解するのに十分な量であることが好ましい。有機高分子は、組成物の少なくとも1重量%、例えば少なくとも2重量%、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%又は少なくとも20重量%を占めてもよい。
このプロセスについて、共重合体と任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、好適には、特定組成物の少なくとも1重量%、より好適には少なくとも2重量%、そしてより好適には少なくとも3重量%を占める。共重合体と任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、組成物の40重量%まで、例えば20重量%まで又は10重量%までを占めてもよい。共重合体と任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、典型的には、組成物の約5重量%を占める。共重合体は、組成物の少なくとも0.1重量%、例えば少なくとも0.2重量%、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%又は少なくとも2重量%を占めてもよい。
第2の好適な具体例では、摺動促進部は、共重合体と、任意で溶剤とを含む組成物を(予め形成された)固体有機高分子面(又は層)に塗布することを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である(この場合、固体有機高分子はヘルメットの予め形成された構造部品であってもよく、例えば、切断及び/又は真空成形される前のプラスチックシートなどの、ヘルメットの一部になるための材料であってもよい)。これについて、プロセスは、溶剤が蒸発して共重合体を含むコーティングが有機高分子面に残るように、組成物が乾燥/凝固する追加の工程を更に含んでもよい(例えば、単に、塗布した組成物を室温で例えば1〜5日間乾燥/凝固させるようにしたり、例えば加熱及び/又は減圧によって乾燥/凝固を加速させたりしてもよい)。こうして、この具体例では、摺動促進部は、好適には、共重合体と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を固体有機高分子面(又は層)に塗布すること、及び、任意で、(b)こうして塗布された組成物を乾燥/凝固させることを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である。
この第2の好適な具体例では、共重合体と、任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、好適には、特定組成物の少なくとも50重量%、より好適には70重量%、そしてより好適には90重量%を占める(典型的には、共重合体と、任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、組成物の少なくとも98重量%、又は実質的にその全てを占める)。共重合体は、組成物の少なくとも0.1重量%、例えば少なくとも0.2重量%、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%又は少なくとも2重量%(そして例えば10、20、50、又はむしろ100重量%まで)を占めてもよい。
第1の好適な具体例のプロセスでは、組成物は、典型的に、(a)有機高分子及び任意で少なくとも1つの溶剤を含む第1試薬と、(b)共重合体及び任意で少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤を含む第2試薬とを混合することで得られる又は得ることが可能である。このため、組成物は2つ以上の溶剤の混合物を含むことがある。どの場合にも、溶剤には有機溶剤及び/又は水性溶剤(例えば水)が含まれてもよい。溶剤には、好適には、有機溶剤が含まれる(そして好適には水は含まれない)。(特に第1試薬として)好適な有機溶剤は、酢酸ブチル又は酢酸アミルなどのアルキルエステル、アセトン、メチルイソブチルケトン又はシクロヘキサノンなどのケトン、キシレンなどの芳香族炭化水素、並びにグリコールセロソルブ、アルコール、及びそれらの混合物などのエーテルを含む。
更に、(特に第2試薬として)考えられる溶剤には水、エーテル又はエステルが含まれてもよい。エーテルの適当な例には、2‐メトキシエタノール、2‐エトキシエタノール、2‐プロポキシエタノール、2‐イソプロポキシエタノール、2‐ブトキシエタノール、2‐フェノキシエタノール、2‐ベンジルオキシエタノール、2‐(2‐メトキシエトキシ)エタノール、2‐(2‐エトキシエトキシ)エタノール、及び2‐(2‐ブトキシエトキシ)エタノールなどのグリコールエーテル、そしてジメトキシエタン、ジエトキシエタン、及びジブトキシエタンなどのジアルキルエーテルが含まれる。エステルの例には、酢酸2‐メトキシエチル、酢酸2‐エトキシエチル、酢酸2‐ブトキシエチル、及び1‐メトキシ2‐プロパノールアセテートが含まれる。好適な溶剤は、(特に、有機高分子が、カルビノール基を含むポリシロキサンポリエステル共重合体であるときの第2試薬として)2‐イソプロポキシエタノールである。
一具体例では、第2試薬は実質的に溶剤を含まない。
選択肢(ii)における摺動促進部の有機高分子成分の好適な態様は、選択肢(i)における有機高分子成分について上述したものと同じである。選択肢(ii)における摺動促進部の共重合体成分と、その選択肢(ii)の共重合体成分に基づく有機高分子とに関する好適な態様を以下に記載する。
ポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体は、好適には、別個の親水性部分(有機高分子)と疎水性部分(ポリシロキサン)とを有する。このため、共重合体は好適にはブロック共重合体であり、すなわち、共有結合によって結合した2つ以上の単独重合体サブユニットを含む。共重合体は好適には非イオン性である。
有機高分子は、ポリエーテル(例えばポリ(エチレンオキシド))、ポリ(プロピレンオキシド)、ポリエステル、ポリオレフィン(例えばポリエチレン、ポリプロピレン及びポリイソブチレン)、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエポキシド、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、ポリイミド、ポリ(エチレンイミン)、ポリホスファゼン、ポリビニルアセテート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ(塩化ビニリデン)、ポリイソプレン、アルキド、ポリテトラフルオロエチレン又はこれらの2つ以上の混合物であってもよい。
有機高分子は、好適にはポリエーテルであり、この場合、共重合体はポリシロキサンポリエーテル共重合体である。これについて、ポリシロキサンポリエーテル共重合体のポリエーテル成分は、好適には、エチレンオキシド、プロピレンオキシド又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの混合物の重合体である。
共重合体のポリシロキサン成分は(それぞれ)、この場合にはポリシロキサンの数平均分子量が、好適には少なくとも150、より好適には少なくとも500、例えば少なくとも1,000又は少なくとも2,000であること以外は、選択肢(i)に上述されるような直鎖、分岐又は環状ポリシロキサンであることが好ましい(当然ながら、この後の1つ以上の化学結合の1つ以上の有機高分子成分への形成を調整するように、その原子価の適切な構造調整が行われる)。数平均分子量の上限として考えられるのは、通常、500,000以下、好適には100,000以下、より好適には50,000以下、例えば20,000以下、10,000以下又は5,000以下である。共重合体のポリシロキサン成分は、最も好適にはPDMS(に基づいたもの)である。
ポリシロキサンポリエーテル共重合体として考えられる構造を以下に示す(簡略化のため、PDMS構造を用いている)。
式1〜3では、アルキレン部分は、好適にはそれぞれがエチレン及びプロピレンから選択される。プロピレンはイソプロピレン又はn‐プロピレンであってもよい。プロピレンは好適にはn‐プロピレンである。Xは好適には‐(CH‐(O‐CH‐CH‐)O‐Rである。
基Xにおける部分Rは、直鎖ポリシロキサンについて上述したものと同様に定義される。このため、各Rは、好適には、それぞれが炭素と水素とのみに基づくヒドロカルビル基であり、典型的には、1〜10個の炭素原子を含む直鎖又は分岐アルキル基であり、例えばメチル、エチル、n‐プロピル、i‐プロピル、n‐ブチル、i‐ブチル、及びt‐ブチル、そして好適にはメチル及びエチルである(なお、この場合最も好適なのはエチルである)。
部分m、n、及びyは、当然ながら、共重合体の所望の分子量に応じて変動することがあり、それぞれの反復されるユニットの相対的比率は以下のようになる。
‐mは、好適には少なくとも1、好適には少なくとも2、より好適には、少なくとも3、例えば少なくとも4、少なくとも5又は少なくとも6であり、mは最大で200、より好適には最大で100、例えば最大で80、最大で60、最大で40又は最大で20であってもよい。
‐nは、好適には少なくとも1、好適には少なくとも2、より好適には少なくとも3、例えば少なくとも4、少なくとも5又は少なくとも6であり、nは最大で200、より好適には最大で100、例えば最大で80、最大で60、最大で40又は最大で20であってもよい。
‐なお、式1では、‐[Si(Me)‐O‐]の全ての構造ユニットが単一ブロック内で互いに隣接したり、隣接する‐[Si(Me)(X)‐O‐]構造ユニットの他の単一ブロックに付加したりする必要はない。そのため、‐[Si(Me)‐O‐]構造ユニットと‐[Si(Me)(X)‐O‐]構造ユニットとを散在させることが可能である。
‐yは、好適には少なくとも1、好適には少なくとも2、より好適には少なくとも3、例えば少なくとも4、少なくとも5又は少なくとも6であり、mは最大で200、より好適には最大で100、例えば最大で80、最大で60、最大で40又は最大で20であってもよい。
共重合体内のポリシロキサン成分と有機高分子成分との重量比は明確に限定されるものではない。この重量比は例えばA:1であってもよく、ここでAは少なくとも0.001、好適には少なくとも0.01、例えば少なくとも0.1、少なくとも0.2又は少なくとも0.5であり、及び/又は、ここでAは1000以下、好適には100以下、例えば10以下又は5以下である。
有機高分子(好適にはポリエーテル)は、ヒドロシリル化又は凝縮過程を通じてポリシロキサン主鎖の側鎖に付加することができ、上記の式1〜3に示すポリシロキサンポリエーテル共重合体のように様々な異なる構造を形成することができる。こうして、式1は、ポリシロキサン主鎖が複数のポリエーテル側鎖を有さなくてもよいことから「熊手タイプ」と称されてもよく、式2は「ABA」タイプ、すなわち2つのポリエーテルサブユニット間にポリシロキサンサブユニットを有する構造となり、式3はポリエーテルサブユニットに付加されたトリシロキサン基となる。
これらの共重合体の設計は、既知の方法論を用いて分子量、分子構造(ペンダント/直鎖)、有機高分子鎖の組成物(例えば有機高分子がポリエーテルである場合のエチレン対プロピレン)、及びポリシロキサンと有機高分子との比率を変更することができるという点で柔軟性がある。通常、共重合体の分子量が増加するとその粘性も増加する。
共重合体の数平均分子量は、好適には少なくとも500、より好適には少なくとも1,000、更に好適には少なくとも2,000、そして或る具体例では好適には少なくとも5,000である。数平均分子量の上限として考えられるのは、通常、500,000以下、好適には200,000以下、より好適には100,000以下である。この上限は、例えば約20,000、約10,000又は約5,000など比較的低くてもよい場合もある。しかし、上限は、典型的には例えば約100,000又は50,000よりも高い。
共重合体は官能化、すなわち1つ以上の官能基を含むことが可能である。これについて、組み込むことができる官能基として考えられるものにはシラン、アルケニル、ヒドロキシル、カルボキシル、エポキシ、メタクリレート、アクリレート、アミノ又はチオールが含まれる。これについて、官能基は、好適にはヒドロキシルであり、特に、カルビノール(‐CH‐OH)基の形態をもつヒドロキシルである。しかし、他の好適な具体例では、共重合体は、このように官能基が組み込まれるように官能化されることはなく、すなわち、共重合体は、(通常のポリシロキサンと有機高分子サブユニットとの中に存在する基及びこれらが連結する部分を超えて)追加の官能基を一切含まない。この具体例では共重合体は非反応性として記載されてもよい。
共重合体は、例えば上述したように、ヒドロキシル化又は凝縮過程を通じて有機高分子基をシロキサン主鎖の側鎖に付加できるような既知の方法によって調製されてもよい。また、適当な共重合体には例えばダウコーニング(登録商標)57又はダウコーニング(登録商標)205SL添加剤製品のような市販のものを使用して、適当なポリシロキサンポリエーテル共重合体を提供してもよい。
選択肢(i)及び(ii)で使用可能な更なる成分
上述したように、摺動促進部に関する選択肢(i)〜(iii)によって、優れた摩擦低減特性を有するだけでなくこれらの特性がどれだけ持続するかという点でも良好な持続性をもったコーティングが提供されることが明らかとなっている。これについて、選択肢(i)及び(ii)では、摩擦低減特性の持続性を高める方法の1つが、その構造によって、無くなりかねないポリシロキサン部分と交換するようにポリシロキサン部分を表面に移動させることが可能であるという事実に関係すると考えられる。言い換えれば、いずれかのポリシロキサン部分(選択肢(i)のポリシロキサン分子又は選択肢(ii)の共重合体のポリシロキサン成分)が無くなった場合、選択肢(i)及び(ii)によって摩擦低減特性を継続的に補充することが可能であると言える。これについて、選択肢(i)及び(ii)の両方の特に好適な態様では、摺動促進部は、摺動促進部の構造内でのポリシロキサン/共重合体分子の移動を促進する薬剤を更に含んでもよい。この薬剤は、共重合体のミネラル状の骨格/足場を提供することでポリシロキサン/共重合体分子が移動できる経路を提供する任意の薬剤であってもよい。
このため、薬剤は任意の不活性化合物、典型的には無機化合物であってもよく、これを含むことで、ポリシロキサン部分が物質の表面に向かって移動できる経路が提供される。例えば、薬剤は非晶質SiOであってもよい。薬剤は、典型的にはフュームドシリカである。
薬剤は、好適には粒子の形態をもつ。特に、薬剤は、好適には、d50が1〜10μmなどの0.1〜100μm、典型的には約3〜7μmの粒状製品である。粒状製品は、好適には、d90が2〜20μmなどの0.2〜200μm、典型的には約7〜17μmである。これについて、d50及びd90は、例えばHORIBAレーザー回析ソフトウェアパッケージを用いたレーザー回析で測定される体積分布に基づく(d50はメディアン粒径値である)。
これについて、粒状製品は、好適にはフレーク状の粒子から構成される。このため、粒子は、好適には1よりも大きなアスペクト比、例えば2以上、5以上又は10以上のアスペクト比(最大寸法と最小寸法との比)を有する。
こうした薬剤の使用には、使われるポリシロキサン/共重合体分子の量を少なくし、及び/又は、既知の具体例に対してより高い潤滑性能を実現することを可能にできるという利点もある。
なお、摺動促進部が、有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を表面に塗布することを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能な選択肢(i)の上述した好適な具体例の全てにおいて、及び、摺動促進部が、有機高分子と、共重合体と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を表面に塗布することを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能な選択肢(ii)の上述した好適な具体例の全てにおいて、通常、この組成物は、上述したような薬剤、すなわち摺動促進部の構造内でのポリシロキサン/共重合体分子の移動を促進する薬剤も含むことが好ましい。これについて、薬剤の濃度は、これらのプロセスで使用される組成物内に存在する場合、0.0001〜5wt%であってもよい。薬剤の濃度は、好適には、少なくとも0.01wt%などの少なくとも0.001wt%である。薬剤の濃度は、好適には、最高1wt%である。
選択肢(iii):摺動促進部がポリシロキサンと有機高分子とを架橋反応させることで得られる又は得ることが可能な非エラストマー架橋高分子を含む
この選択肢では、好適には、ポリシロキサン及び/又は1つ以上の有機高分子を官能化させる。
この選択肢では、摺動促進部は、好適には、(上述した層の一方又は両方の)上述した表面に上述した架橋高分子に実質的に基づくコーティングを含む。摺動促進部は、より好適には表面に架橋高分子のコーティングを含み、コーティングの接触面にポリシロキサン部分を含む(しかし、実際、少なくとも一部のポリシロキサン部分がコーティング内に組み込まれる)。通常、上述したように、摺動促進部は、好適には、(実質的に)ケイ素と酸素とに基づく接触面を有し、これは、この選択肢では架橋高分子のポリシロキサン成分に基づくことを意味する。このため、摺動促進部の接触面は、好適には主要成分としてポリシロキサンを含む。摺動促進部の接触面は、典型的には、本質的にポリシロキサンで構成される。
特に好適な具体例では、摺動促進部は、有機(非架橋だが架橋性(すなわち硬化性))高分子と、官能化されたポリシロキサンと、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を表面に塗布し、塗布された組成物を架橋させる(すなわち硬化させる)ことを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である。これについて、プロセスは、溶剤が蒸発して架橋高分子を含むコーティングが表面に残るように、組成物が乾燥/凝固する追加の工程を更に含んでもよい(例えば、単に、塗布した組成物を室温で例えば1〜5日間乾燥/凝固させるようにしたり、例えば加熱及び/又は減圧によって乾燥/凝固を加速させたりしてもよい)。こうして、摺動促進部は、好適には、(a)有機非架橋(硬化性)高分子と、官能化したポリシロキサンと、任意で1つ以上の硬化剤と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を表面に塗布すること、(b)こうして塗布された組成物を硬化させること、及び、任意で、(c)組成物を乾燥させることを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能である。
このプロセスについて、有機高分子と(上述した少なくとも1つ以上の内)少なくとも1つの溶剤とは、好適には、組成物の少なくとも60重量%、より好適には少なくとも80重量%、更に好適には少なくとも90重量%を占める。有機高分子と溶剤とは、組成物の99重量%まで、例えば98重量%まで又は97重量%までを占める。有機高分子と溶剤とは、典型的には、組成物の約95重量%を占める。有機高分子と溶剤との相対量については、溶剤が(例えば標準的な圧力及び温度で)有機高分子を分解するのに十分な量であることが好ましい。有機高分子は、組成物の少なくとも1重量%、例えば少なくとも2重量%、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%又は少なくとも20重量%を占めてもよい。
このプロセスについて、官能化したポリシロキサンと任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、好適には組成物の少なくとも1重量%、より好適には少なくとも2重量%、そしてより好適には少なくとも3重量%を占める。官能化したポリシロキサンと任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、組成物の20重量%まで又は10重量%までなど、40重量%までを占めてもよい。官能化したポリシロキサンと任意の少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤とは、典型的には、組成物の約5重量%を占める。官能化したポリシロキサンは、組成物の少なくとも0.1重量%、例えば少なくとも0.2重量%、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、少なくとも2重量%又は少なくとも4重量%を占めてもよい。
組成物は、典型的に、(a)有機高分子及び任意で少なくとも1つの溶剤を含む第1試薬と、(b)官能化したポリシロキサン及び任意で少なくとも1つ(又はそれ以上)の溶剤を含む第2試薬とを混合することで得られる又は得ることが可能である。このため、組成物はしばしば2つ以上の溶剤の混合物を含む。どの場合にも、溶剤には有機溶剤及び/又は水性溶剤(例えば水)が含まれてもよい。溶剤には、好適には有機溶剤が含まれる(そして好適には水は含まれない)。(特に第1試薬として)好適な有機溶剤には、酢酸ブチル又は酢酸アミルなどのアルキルエステル、アセトン、メチルイソブチルケトン又はシクロヘキサノンなどのケトン、キシレンなどの芳香族炭化水素、並びにグリコールセロソルブ、アルコール及びそれらの混合物などのエーテルが含まれる。
より一般的には、ここで使用されることが考えられる溶剤には、酢酸ブチル又は酢酸アミルなどのアルキルエステル、アセトン又はメチルエチルケトンなどのケトン、トルエンなどの芳香族炭化水素、並びにグリコールセロソルブ、アルコール、及びそれらの混合物などのエーテルが含まれる。他の具体例では、ここで使用されることが考えられる溶剤には水、エーテル又はエステルが含まれてもよい。エーテルの適当な例には、2‐メトキシエタノール、2‐エトキシエタノール、2‐プロポキシエタノール、2‐イソプロポキシエタノール、2‐ブトキシエタノール、2‐フェノキシエタノール、2‐ベンジルオキシエタノール、2‐(2‐メトキシエトキシ)エタノール、2‐(2‐エトキシエトキシ)エタノール、及び2‐(2‐ブトキシエトキシ)エタノールなどのグリコールエーテル、そしてジメトキシエタン、ジエトキシエタン、及びジブトキシエタンなどのジアルキルエーテルが含まれる。エステルの例には、酢酸2‐メトキシエチル、酢酸2‐エトキシエチル、酢酸2‐ブトキシエチル、及び1‐メトキシ2‐プロパノールアセテートが含まれる。
有機高分子は、ポリエーテル(例えばポリ(エチレンオキシド))、ポリ(プロピレンオキシド)、ポリエステル、ポリエポキシド、ポリオレフィン(例えばポリエチレン、ポリプロピレン及びポリイソブチレン)、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、ポリイミド、ポリ(エチレンイミン)、ポリホスファゼン、ポリビニルアセテート、アルキド、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ(塩化ビニリデン)、ポリイソプレン、ポリテトラフルオロエチレン又はこれらの2つ以上の混合物であってもよい。有機高分子は、好適にはポリエーテル、ポリアクリレート、ポリウレタン、アルキド又はこれらの2つ以上の混合物である(これについて、ポリエーテルは、好適にはエチレンオキシド、プロピレンオキシド又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの混合物の重合体である)。有機高分子は、より好適にはアクリレート、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエポキシド、アルキド又はこれらの2つ以上の混合物である。また、有機高分子は、より好適にはアクリレート、ポリウレタン、ポリエポキシド、アルキド又はこれらの2つ以上の混合物である。有機高分子は、最も好適にはアクリレート又はアクリレートと1つ以上の更なる重合体(ポリエポキシド等)との混合物である。
有機高分子の数平均分子量は、好適には少なくとも150、より好適には、少なくとも1,000などの少なくとも500である。数平均分子量の上限として考えられるのは、通常、100,000以下、好適には、20,000以下又は10,000以下などの50,000以下である。
官能化したポリシロキサンは、この場合にはポリシロキサンの数平均分子量が、好適には少なくとも500、より好適には少なくとも1000、例えば少なくとも2,000又は少なくとも5,000であること以外は、選択肢(i)に上述されるような直鎖、分岐又は環状ポリシロキサンであることが好ましい(当然ながら官能化が行われる)。数平均分子量の上限として考えられるのは、通常、500,000以下、好適には100,000以下、より好適には50,000以下、例えば20,000以下又は10,000以下である。ポリシロキサンの数平均分子量は、好適には少なくとも5,000、より好適には少なくとも10,000である。ポリシロキサンの数平均分子量は、典型的には、約15,000などの約12,000〜18,000である。
官能化したポリシロキサンは、好適にはPDMS(に基づいたもの)、すなわち官能化したPDMSである。
官能化したポリシロキサン(及び任意の有機高分子)は架橋される1つ以上の官能基を含む。これについて、組み込むことができる官能基として考えられるものにはシラン、アルケニル、ヒドロキシル、カルボキシル、エポキシ、メタクリレート、アクリレート、アミノ又はチオールが含まれる。官能基は、好適にはヒドロシリルであり、特に、カルビノール(‐CH‐OH)基の形態をもつヒドロキシルである。これは、特に、官能化したポリシロキサンに該当する。適当な官能化したポリシロキサンは例えば製品BYK‐Silclean3700として市販されている。
本発明の好適な態様では、官能化したポリシロキサンはヒドロキシル基で官能化され、有機高分子はポリアクリレートなどのヒドロキシル架橋高分子である。本発明の特に好適な態様では、官能化したポリシロキサンはヒドロキシル基で官能化され、有機高分子はポリウレタンである。これについて、ポリウレタンは、より好適には、ジイソシアネート架橋剤と共に使用される。
架橋高分子の設計には柔軟性がある。すなわち、ポリシロキサンと有機高分子との間で考えられる架橋の範囲は、架橋反応条件の重大度、(もしある場合)存在する硬化剤の量、及び/又は反応条件が継続する時間の長さを調節することで制御してもよい。また、開始ポリシロキサン及び有機高分子は、その分子量、分子構造(ペンダント/直鎖)、有機高分子鎖の組成物(例えば有機高分子がポリエーテルである場合のエチレン対プロピレン)、及びポリシロキサンと有機高分子との比率を変更することができる。
架橋は、例えば加熱、放射、及び/又は硬化剤の使用を含む既知の手段によってもたらされてもよい。1つ以上の硬化剤が使用される場合、これらは、当然ながら、上記のプロセスにおいて架橋される高分子剤に含まれる。考えられる硬化剤には(ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン、ジアミノジフェニルメタン及びジアミノジフェニルスルホンなどの)アミン、イソシアネート、無水コハク酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、ベンゼンテトラカルボン酸無水物、ポリリン酸エステル、ギ酸:過酸化水素システム、ポリアミド、ジシアンジアミド、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、メチルナド酸無水物、第3級アミン、イミダゾール、メラミン、三フッ化ホウ素並びにそのアミン錯体などのルイス酸、第3級アミン、第4級アンモニウムハロゲン化物、及びこれらの組み合わせが含まれる。
選択肢(iii)の架橋高分子は、好適には以下のプロセスによって得られる又は得ることが可能である。
(a)官能化したポリシロキサンと有機(非架橋、硬化性)高分子と(好適には更に硬化剤と)を任意で溶剤がある状態で混合すること、及び
(b)官能化したポリシロキサンと有機高分子と(好適には更に硬化剤と)の混合物を架橋反応させること。
溶剤は、もし存在する場合、好適には水、エーテル又はエステルである。エーテルの適当な例には、2‐メトキシエタノール、2‐エトキシエタノール、2‐プロポキシエタノール、2‐イソプロポキシエタノール、2‐ブトキシエタノール、2‐フェノキシエタノール、2‐ベンジルオキシエタノール、2‐(2‐メトキシエトキシ)エタノール、2‐(2‐エトキシエトキシ)エタノール、及び2‐(2‐ブトキシエトキシ)エタノールなどのグリコールエーテル、そしてジメトキシエタン、ジエトキシエタン、及びジブトキシエタンなどのジアルキルエーテルが含まれる。エステルの例には、酢酸2‐メトキシプロピル、酢酸2‐エトキシエチル、酢酸2‐エトキシエチル、酢酸2‐ブトキシエチル、及び1‐メトキシ2‐プロパノールアセテートが含まれる。
溶剤は、典型的には有機溶剤である。溶剤は、好適にはエステルであり、より好適には酢酸2‐メトキシプロピルである。
好適な具体例の例には、上記のプロセスによって得られる又は得ることが可能な架橋高分子を含み、工程(a)は、ポリシロキサンと以下の塗装系、すなわち、2液型ポリウレタン、アルキド/メラミン、ポリエステル/メラミン、アクリレート/メラミン、アクリレート/エポキシ、2液型エポキシ系(特にビスフェノールA/ポリアミド硬化剤)、2液型ポリウレタン系(特に、脂肪族‐芳香族及び/又は純粋な脂肪族ポリイソシアネートを有するOH官能化したアクリレート)並びに酸触媒の焼付け系(アクリレート/メラミン)のいずれかと混合することを含む。
工程(b)は、好適には、ポリシロキサンとアクリレート/メラミン系、アクリレート/エポキシ系、又は脂肪族‐芳香族及び/若しくは純粋な脂肪族ポリイソシアネートを有するOH官能化したアクリレートの特色をなす塗料系とを混合することを含む。
架橋高分子は非エラストマーである。すなわち、架橋高分子はゴムであるべきではなく、好適には、ヤング係数が0.05GPaより高く、好適には少なくとも0.1GPa、例えば少なくとも0.2GPa、少なくとも0.3GPa、少なくとも0.4GPa、少なくとも0.5GPa、少なくとも0.6GPa、少なくとも0.7GPa、少なくとも0.8GPa、少なくとも0.9GPa、少なくとも1GPaであるべきである。ヤング係数は、例えばASTM E111‐04(2010)のような標準的な試験によって測定されてもよい。
上述した選択肢(i)〜(iii)の全てにおいて、表面に組成物を塗布するプロセスについて言及する場合、このプロセスは、好適には層の上に組成物を印刷すること、より好適にはスクリーン印刷することで完了する。
ヘルメットとして機能しうる層又はコーティングを開発することの可能性について調査するために試験が行われた。層は、例えば摺動シェル内の構成材料又は摺動シェルに加えられたラッカーであってもよい。添加剤にはラッカーを用いて試験した。具体的には、組成物を担体に固定して動的摩擦係数を測定することで、組成物を摺動促進部として使用することへの適性を試験した。低摩擦が有益である。添加剤が重合体構造材料内に組み込まれている場合、同様の結果は得られないだろう。
ラッカー塗布
摩擦低減添加剤をラッカーと混合し、真空成形用に作られた0.8mmのポリカーボネートシート上にはけで塗った。摩擦測定は室温で3日間乾燥させてから行われた。これは、真空成形後にラッカーを塗布した摺動シェルの場合である。ラッカー塗布後の乾いたシートを1分間160℃で熱処理して、この試料を室温で3日間放置すると、成形の前にラッカー塗布が完了しているのと似た状態になった。これは真空成形プロセスでの熱処理と同様である。
摩擦測定
試験に用いたEPS(発泡ポリスチレン)はヘルメットに用いられているものと同様のものである。これは粒子ベースのEPSであり、300KPaの環境収容力をもつ。測定におけるEPS面は、ヘルメットに用いられているものと同様になるように、まずは表面をやすって整えて、その上に薄いテフロン(登録商標)のホイルを載せて処理した。このテフロン(登録商標)面に140℃の熱いアイロンを1KPaの圧力で5秒間押し付けた。その後、2秒以内に、室温のアイロンを1KPaの圧力で10秒間押し付けた。これにより、ヘルメット内の発泡体と同様に整いシールされた平坦な表面となった。
摩擦測定は、ヘルメットに用いられているEPSの最大環境収容力よりも僅かに低い圧力で行われた。380mmの9kgの荷重が用いられ、これにより232KPaの圧力が生じた。測定時の摺動速度は秒速5cmである。動的摩擦係数はISO15359を参照して測定したものを報告する。また、上記と同じ手順を用い、且つ、摺動が開始した時点の力を読み取ることによって静的摩擦係数も測定した。
使用物質
A.水性マットフロアラッカー「Alcro golvlack halvmatt」
B.PTFEスプレー「Roccol」
C.Jotun「Hardtop AS」、溶剤ベースの2K PURラッカー
D.シリコーン「BYK‐Silclean3700」。原位置硬化シラノール終端ポリシロキサン
E.第1種溶剤ベースの、混合ポリマー樹脂製マットスクリーン印刷インク
F.第2種溶剤ベースの、混合ポリマー樹脂製マットスクリーン印刷インク
G.第2種溶剤ベースの、混合ポリマー樹脂製光沢スクリーン印刷インク
H.ダウコーニング製のシリコーンDC52。界面活性剤を含むポリシロキサン
I.ダウコーニング製のシリコーンDC57。ポリシロキサンブロックエーテル共重合体
J.ダウコーニング製のシリコーンDC205S。ポリシロキサンブロックエーテル共重合体
全てのラッカーを摩擦測定用の光沢0.8mmポリカーボネートシート上に平坦に塗布した。
結果:
脳の加速度測定
従来のヘルメットと、本発明に係る摺動促進部を含むヘルメットとの角加速度測定を行った(E 5% H(DC52))。このコーティング上の摺動摩擦係数は0.07だった。試験はヘルメットを金床に45度の角度で秒速6mで落として行われた。加速度は頭の内側で測定された。図6は摺動促進部の有利な効果を示す。

Claims (28)

  1. 相互に摺動するように構成された2つの層を備えるヘルメットにおいて、
    前記2つの層のうちの一方又は両方の層の表面が、前記2つの層の間の摺動性を向上させる摺動促進部を備え、
    前記摺動促進部が、
    (i)有機高分子、ポリシロキサン及び界面活性剤、
    (ii)有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体、又は
    (iii)ポリシロキサンと有機高分子とを架橋反応させることで得られる若しくは得ることが可能な非エラストマー架橋高分子
    を備える、ヘルメット。
  2. 前記摺動促進部が、シロキサンに基づく接触面と、有機高分子に基づく内面とを有する、請求項1に記載されたヘルメット。
  3. 前記摺動促進部が、有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤とを備え、
    前記摺動促進部が、
    (a)前記有機高分子と、前記ポリシロキサンと、前記界面活性剤と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を前記表面に塗布するステップ、及び、
    任意で、(b)塗布された前記組成物を乾燥させるステップ
    を含むプロセスによって得られる又は得ることが可能な、請求項1又は請求項2に記載されたヘルメット。
  4. 前記摺動促進部が、有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤とを含み、
    前記摺動促進部が、前記ポリシロキサンと、前記界面活性剤と、任意で更に少なくとも1つの溶剤とを、有機高分子に基づく固体表面に塗布するステップを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能な、請求項1又は請求項2に記載されたヘルメット。
  5. 前記ポリシロキサンがポリジメチルシロキサン(PDMS)である、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  6. 前記ポリシロキサンの数平均分子量が少なくとも50,000且つ2,000,000以下である、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  7. 前記界面活性剤が、式R’‐[O‐Q‐]OHの脂肪アルコールアルコキシレートであり、ここで、mは1〜20、Qは1〜10個の炭素原子を含む二価ヒドロカルビル部分、R’は6〜22個の炭素原子を含むヒドロカルビル基である、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  8. 前記摺動促進部が、有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体を含み、
    前記摺動促進部が、
    (a)前記有機高分子と、前記共重合体と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を前記表面に塗布するステップ、及び、
    任意で、(b)塗布された前記組成物を乾燥させるステップ
    を含むプロセスによって得られる又は得ることが可能な、請求項1又は請求項2に記載されたヘルメット。
  9. 前記摺動促進部が、有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体を含み、
    前記摺動促進部が、前記共重合体を有機高分子に基づく固体表面に塗布するステップを含むプロセスによって得られる又は得ることが可能な、請求項1又は請求項2に記載されたヘルメット。
  10. 前記ポリシロキサンがPDMSである、請求項8又は請求項9に記載されたヘルメット。
  11. 前記ポリシロキサンの数平均分子量が少なくとも1,000且つ50,000以下である、請求項8から請求項10までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  12. 前記共重合体の前記有機高分子成分がポリエーテルである、請求項8から請求項11までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  13. 前記摺動促進部が、前記摺動促進部の構造内での前記ポリシロキサン又は重合体分子の移動を促進する薬剤を更に含み、
    前記薬剤が特定の形態の不活性無機生成物、好適にはSiOである、請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  14. 前記摺動促進部が請求項1の選択肢(iii)に基づいて定義され、
    前記摺動促進部が、
    (a)硬化性有機高分子と、官能化したポリシロキサンと、任意で1つ以上の硬化剤と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を前記表面に塗布するステップ、
    (b)塗布された前記組成物を硬化させるステップ、及び、
    任意で、(c)前記組成物を乾燥させるステップ
    を含むプロセスによって得られる又は得ることが可能な、請求項1又は請求項2に記載されたヘルメット。
  15. 前記摺動促進部が請求項1の選択肢(iii)に基づいて定義され、
    前記摺動促進部が、
    (a)官能化したポリシロキサンを、有機高分子に基づく固体表面に塗布するステップ、
    (b)塗布された前記組成物を硬化させるステップ、及び、
    任意で、(c)前記組成物を乾燥させるステップ
    を含むプロセスによって得られる又は得ることが可能な、請求項1又は請求項2に記載されたヘルメット。
  16. 前記官能化したポリシロキサンの数平均分子量が、少なくとも5000且つ20,000以下である、請求項14又は請求項15に記載されたヘルメット。
  17. 前記ポリシロキサンがPDMSである、請求項14から請求項16までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  18. 前記官能化したポリシロキサンがヒドロキシル基で官能化され、前記有機高分子が、ポリアクリレート又はジイソシアネート架橋剤が添加されたポリウレタンなどのヒドロキシル架橋高分子である、請求項14から請求項17までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  19. 相互に摺動するように構成された前記2つの層の一方がヘルメットのアウターシェルである、請求項1から請求項18までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  20. 相互に摺動するように構成された前記2つの層が、それぞれヘルメットのアウターシェル内に位置している、請求項1から請求項19までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  21. 前記2つの層のうちの一方及び任意で両方が、発泡材料、任意で発泡ポリスチレン(EPS)、発泡ポリプロピレン(EPP)、発泡ポリウレタン(EPU)又はビニルニトリル発泡体から作られている、請求項1から請求項20までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  22. 前記摺動促進部が塗布される前記表面又は複数の表面が固体表面である、請求項1から請求項21までのいずれか一項に記載されたヘルメット。
  23. ヘルメットの第1の層の表面上に摺動促進部を塗布又は形成するステップと、
    2つの層が相互に、該2つの層の間で摺動するように構成されるように、前記第1の層を前記ヘルメットの他の層に対して配置するステップとを含む、ヘルメットを製造する方法において、
    前記摺動促進部が、
    (i)有機高分子、ポリシロキサン及び界面活性剤、
    (ii)有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体、又は
    (iii)ポリシロキサンと有機高分子とを架橋反応させることで得られる若しくは得ることが可能な非エラストマー架橋高分子
    を含む、方法。
  24. 前記ヘルメットが請求項1から請求項22までのいずれか一項に記載されたヘルメットである、請求項23に記載された方法。
  25. 前記摺動促進部が、有機高分子と、ポリシロキサンと、界面活性剤とを含み、
    前記方法が、
    (a)前記有機高分子と、前記ポリシロキサンと、前記界面活性剤と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を前記表面に塗布するステップ、及び、
    任意で、(b)塗布された前記組成物を乾燥させるステップ
    を含む、請求項23に記載された方法。
  26. 前記摺動促進部が、有機高分子、及びポリシロキサンと有機高分子とに基づく共重合体を含み、
    前記方法が、
    (a)前記有機高分子と、前記共重合体と、任意で少なくとも1つの溶剤とを含む組成物を前記表面に塗布するステップ、及び、
    任意で、(b)塗布された前記組成物を乾燥させるステップ
    を含む、請求項23に記載された方法。
  27. 前記摺動促進部が、ポリシロキサンと有機高分子とを架橋反応させることで得られる又は得ることが可能な非エラストマー架橋高分子を含み、
    前記方法が、ポリシロキサンと、有機高分子と、任意で1つ以上の硬化剤とを架橋反応させるステップを含む、請求項23に記載された方法。
  28. 前記摺動促進部が、前記物質を前記層に印刷、任意でスクリーン印刷することによる塗布される、請求項23から請求項27までのいずれか一項に記載された方法。
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