JP2006077934A - 衝撃吸収部材及びこれを用いたヘルメット並びに車両用バンパー - Google Patents

Abstract

【目的】ハニカム構造等のリブで格子状に構成された衝撃吸収部材において、リブの座屈変形における全範囲で発生荷重をほぼ一定に維持する。
【構成】成形型によって縦横に交差したリブ２からなる格子状に形成された衝撃吸収部材１において、リブ２の交差部を凹部状に切り欠いて切り欠き５とする。この切り欠き５は深さを異にする複数の組合せとする。また、リブ２の肉厚を先端７に向かって先細り状に変化させるとともに、衝撃荷重の入力部との間に摩擦増大構造を設ける。
【選択図】図３

Description

この発明は、格子構造を有する衝撃吸収部材及びこれを用いたヘルメット並びに車両用バンパーに関する。

ハニカム構造等の格子構造を有する衝撃吸収部材を車両のピラーガーニッシュに用いたものは公知であり、格子構造を形成するリブの交差部に凹状の切り欠き部を形成して衝撃吸収能力を向上させることが開示されている（特許文献１参照）。また、このような格子構造の衝撃吸収部材をヘルメット用ライナーに用いることも知られている。
特許第２９７８０８３号公報

衝撃吸収部材の外部側へ加えられた衝撃荷重により、衝撃吸収部材側から人体側へ与えられる荷重（以下、発生荷重という）形成衝撃荷重は、リブの交差部に凹状の切り欠き部を設けることによりある程度低減される。この衝撃吸収はリブの座屈によって行われるので、リブの座屈過程における全範囲でできる限り一定にして、良好な衝撃吸収を維持することが望まれる。

図１６は上記の公知例における切り欠きの数と深さを変化させた場合の影響を検討した図であり、図中の表に示したように、切り欠きの穴径と深さを徐々に変化させた試験品１〜３の３仕様を作製し、座屈変形量と発生荷重との関係を測定し、切り欠き部を設けない比較品と比較したグラフである。

この図に明らかなように、穴径を大きくし、かつ深さを深くすると、変形量に対する発生荷重を下げることができる。したがって、切り欠き部により座屈変形途中の荷重を落とせる。しかし、いずれのケースも、概ね右肩上がりの変化を示ため、全座屈範囲で発生荷重を一定に近付けるまでには至らない。

図１７は衝撃時におけるリブ先端の挙動を示す図であり、座屈開始時（Ａ）におけるリブ１０２の端１０７と衝撃入力側部材である外殻部材１０８との接触摩擦が低いとき、衝突速度が速いと先端１０７の初期変形がそのままで外殻部材１０８の上を滑り、やがてリブ１０２の交差部が切断される場合がある。そうなると座屈変形が起こらず衝撃吸収能が低くなり、衝突を止めきれないため、衝突終了直前の発生荷重が高くなる。図１８及び１９はこのときの発生荷重を示すグラフであり、図１８は変形量との関係、図１９は経過時間との関係を示す。これらの図に明らかなように、衝突終了時に発生荷重が急上昇する。

そこで本願発明は、リブの座屈をコントロールすることにより、全座屈範囲で発生荷重をほぼ一定にすることができる衝撃吸収部材の提供を目的とし、併せてこの衝撃吸収部材を用いたヘルメット並びに車両用バンパーを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１の発明に係る衝撃吸収材は、成形型を用いて板状のリブを交差させて格子構造にするとともに、リブの交差部に凹状の切り欠き部を形成した衝撃吸収材において、
前記凹状の切り欠き部は、穴径又は深さが異なる複数の種類からなることを特徴とする。

請求項２の発明は、上記請求項１の衝撃吸収部材をヘルメットのライナーに用いたことを特徴とする。

請求項３の発明は、上記請求項１の衝撃吸収部材を用いて車両用バンパーを構成したことを特徴とする。

請求項１の衝撃吸収部材によれば、リブの全座屈範囲において、発生荷重をほぼ一定に近付けることが可能になる。

請求項２によれば、上記の衝撃吸収部材をヘルメットのライナーに用いたので、ヘルメットの衝撃吸収性能が向上する。

請求項３によれば、上記の衝撃吸収部材を用いて車両のバンパーを構成したので、車両のバンパーの衝撃吸収性能を向上できる。

以下、図面に基づいて一実施形態を説明する。図１は、本願発明に係る衝撃吸収部材１の一部を示し、図２はその一部拡大断面を示す。この衝撃吸収部材１は、板状をなすリブ２が縦横に略直交する格子状をなし、リブ２の交差部３には底版４側から切り込まれた切り欠き５が形成されている。

このリブ２は底板４と一体に適当な樹脂等を用いて成形型により成形され、切り欠き５は底板４に円形の穴として形成されている。この穴径をＤ，深さをＬとする。この例では切り欠き５の切り込み深さは後述するように、一様ではなく複数種類の組合せになっている。

リブ２の肉厚は、成形時の型抜き工程で、底板４側の基部６が厚く、先端７側が薄くなり、基部６から先端７に向かって次第に先細りするように徐々に変化している。このため、衝撃荷重が入力されると、強度が弱い先端部側から座屈変形が起こり、荷重は徐々に上昇するようになっている。

ここで、先端側とは衝撃入力側となる外殻体８に近接する側の端部をいう。これに対して基部６側は底版４側であり、肉厚になっている。但し、底版４は必須のものではない。

図３は底板４付きの衝撃吸収部材の例を示す断面であり、切り欠き５の深さがＬ１，Ｌ２及びＬ３（Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３）と複数に変化している。図４は底板４を省略した例であり、この例でも切り欠き５の深さがＬ１，Ｌ２及びＬ３（Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３）と複数に変化している。なお、深さの種類は２種以上の複数であればその種類数は問わない。

図５は、このように構成した衝撃吸収部材１の効果を示すグラフであり、衝撃吸収部材１の座屈変形量を横軸，発生荷重を縦軸に示す。なお、併せて示した比較例１は切り欠き５を設けないもの、比較例２は切り欠き５を全て一定の深さにしたものである。

また、いずれの例も、交差部３の数を９とし、比較例２はこの全てに深さ１０ｍｍの切り欠き５を設けてある。一方、実施例では、９個の交差部３のうち、３個のみに切り欠き５を設け、かつそのうちの一つを２０ｍｍの深さとし、残りの２つを１０ｍｍの深さとしてある。

このようにすると、衝撃荷重を受けたとき、比較例１は全リブが薄い側から厚い側へ向かって座屈するので、変形量の増大にしたがって発生荷重も右肩上がりに上昇する。
比較例２は座屈工程が一遍に全切り欠きへ同時に及ぶので、発生荷重が途中で下がってしまう。
実施例は座屈工程が最初に深い１つの切り欠き５、次に浅い２つの切り欠き５と段階的に及ぶので、発生荷重は全座屈範囲で一定値に近付けられる。

衝撃エネルギーを吸収する場合、発生荷重は変形量に対し一定値になっていること、つまり発生荷重の特性曲線が実施例のような矩形波的特性となっているほど発生荷重の最大値を最も少なくできて衝撃吸収効果を高くできる。したがって、座屈位置によってリブの厚さが変化している構造体をなす樹脂のリブ構造をこのように構成すると、衝撃吸収能の高い衝撃吸収部材１を得ることができる。

図６〜１１はリブ２の先端７側に対する摩擦構造を示す。図１４にて説明したように、発生荷重を一定にするためには、リブ２の先端７側における初期変形を止めて座屈を生じ易くすることも望まれる。このための条件として、以下のａ，ｂが必要となる。
ａ：変形しようとするリブ２の反対側へ曲げるような反発力を発生する摩擦構造を有すること。
ｂ：衝撃時にリブ２先端７が切断されないこと。

図６〜８に示す構造はこれらの条件に適合するものである。図６は、リブ２の先端７が接する外殻体８の間に柔軟性部材１０を介在させた例であり、リブ２の先端７はこの柔軟性部材１０上を移動するとき、大きな摩擦力を生じる。柔軟性部材１０はゴムや塩化ビニール等、柔軟で適度な弾性を有するものが好ましい。

図７は外殻体８の表面を、例えばやすり状等をなす粗面１１にしたものであり、リブ２の先端７はこの粗面１１上を移動するとき、大きな摩擦力を生じる。

図８は、外殻体８の表面に凹部１２を形成し、この中にリブ２の先端７を収容したのであり、リブ２の先端７を変形開始時に凹部１２により滑りを阻止され、リブ２の座屈を容易にするが、所定の大きさの力が加わると、切断される前に先端７が凹部１２から脱出するようになっている。

図９は図６の例におけるリブ２が座屈変形するときの挙動を説明する図である。リブ２の先端７は、接触する柔軟性部材１０によって摩擦が増やされているので（Ａ）、リブ２の初期変形である先端７の滑りは柔軟性部材１０の摩擦力で止められ（Ｂ）、反対側に変形を開始して、リブ２の座屈現象が起きやすくなる（Ｃ，Ｄ）。

このため、図１０及び１１に示すように、衝撃吸収エネルギーは衝突が終了するまで安定する。図１０は図１５、図１１は図１６にそれぞれ対応するしており、図１５及び１６と比較すれば明らかなように、変形量及び時間のいずれに対しても終了まで発生荷重がほぼ一定になっている。

図１２は、本願発明の適用されたヘルメット２０の断面を示し、シェル２１の内側に本願発明の衝撃吸収部材１からなるライナー２２が嵌合されている。シェル２１は繊維強化樹脂等からなる剛性のある外殻体であり、この外表面へ加えられる衝撃荷重をライナー２２が吸収して、その内側へ収容された人頭２３を保護している。このようにすると、衝撃吸収能に優れたしかも軽量なヘルメットが得られる。
なお、ライナー２２を構成する衝撃吸収部材１の構造は、これまでのものと同様であるから、図中に共通部の符号を用いて説明を省略する。

図１３〜１５は、本願発明をバンパへ適用した例を示す。図１３は本願発明に係るバンパ３０を装着したスクータ型自動２輪車の側面図を示し、このバンパ３０はフロントフェンダ３１の上方に設けられ、車体前部に衝突の衝撃を吸収するようになっている。図中の符号３２は車体フロントカバー、３３はフロントフォーク、３４は前輪、３５はハンドル、３６はシート、３７は後輪である。但し、このようなバンパ３０を使用する車両は、図示のものに限定されず、バギー車などの各種車両に適用できる。

図１４はバンパ３０の内部構造を示し、樹脂等の剛性を有する適宜材料製の外殻体である外皮４０の内側に本願発明に係る衝撃吸収部材１からなる衝撃吸収ブロック４１が複数個積み重ねられている。この積み重ね方向は車体の前後方向であり、各衝撃吸収ブロック４１の底板４を衝撃入力方向、すなわち車体前方へ向けて車体の前後方向へ並ぶようにする。但し、積み重ね方向は対象とする衝撃の入力方向により変化させることができる。なお、この例ではこれまで述べた実施形態（図１〜１２）のものと異なり、リブ２の先端側を車体後方へ向けて配置している。これは複数の衝撃吸収ブロック４１を多段に積み重ねる、全体で衝撃を分散して吸収する構成にするので、この目的ではこのような配置の方が有利になるためである。

各衝撃吸収ブロック４１は、これまで述べたような本願発明の衝撃吸収部材を用いて底板４が矩形の略箱状等をなす容器状に形成され、この例では、車体後方側が開放されている。また、切り欠きも同様に形成されるが、この例では深さ及び穴径の大きさが異なるものを複数種類を備えている。ここでは特に、深くかつ穴径が大きいものを５Ａ、中程度を５Ｂ、浅くかつ小さいものを５Ｃとする。なお、各衝撃吸収ブロック４１を構成する衝撃吸収部材１の構造は、これまでのものと同様であるから、図中に共通部の符号を用いて説明を省略する。

図１５は底板４を衝撃入力方向（車体前方）から示した図であり、この図から明らかなように、穴径の大きい切り欠き５Ａ、中程度の切り欠き５Ｂ並びに小さい切り欠き５Ｃが混在している。なお、この例では切り欠きの種類が３種類だけであるが、さらに多くしても逆に少なくしてもよい。さらにこれらの切り欠きの配置も自由であり、規則的に配置しても、ランダムに配置してもよい。また、切り欠きの間に切り欠きのない部分、すなわち非切り欠き部を配置してもよい。これらの配置にによって衝撃吸収能力を自由にコントロールできる。

このようにすると、図１４において、衝撃Ｆが車体前方からバンパ３０へ入力すると、まず最前方の衝撃吸収ブロック４１は、次の段の衝撃吸収ブロック４１に接触するリブ２の先端側から塑性変形を開始し、やがて底板４側まで塑性変形が広がることにより衝撃Ｆの一部を吸収する。

このとき、切り欠き５Ａ、５Ｂ及び５Ｃの存在により良好な衝撃吸収性を示すことはこれまで述べた通りである。また、最前方の衝撃吸収ブロック４１で吸収しなかった衝撃は次の衝撃吸収ブロック４１にて同様の塑性変形により吸収され、ここで吸収しなかった分はさらに次の衝撃吸収ブロック４１で吸収される。以下同様にして後方の衝撃吸収ブロック４１へ伝えられる。

したがって、衝撃が各段の衝撃吸収ブロック４１によって分散して吸収されるから、効率的に衝撃吸収することができ、衝撃吸収性能に優れ、しかも軽量で比較的コンパクトかつ比較的安価なバンパ３０を得ることができる。また、衝撃吸収ブロック４１の使用段数は目的に応じて増減調節自在であるから、自由度の高いものになる。

なお、本願発明は上記実施形態に限定されず種々に変形や応用が可能であり、例えば、上記以外の車両用品や車両の内外装材等に適用しても好適である。
また、衝撃吸収部材の衝撃荷重入力方向から見たリブによる形状は、六角形のハニカム状の他、四角形や三角形その他の多角形構造、さらには円形や楕円形等、種々可能である。使用される材料も適宜樹脂を使用できる。

そのうえ、切り欠きの深さＬに代えて、穴径Ｄを複数種類からなるように組み合わせても良い。また、深さＬと穴径Ｄの両方を異ならせたものの組合せにしても良い。さらに、上記図１４及び１５に示したように、深さと穴径の異なる複数種類の切り欠きを設ける場合、深く大きいもの並びに浅く小さいもののような組合せばかりではなく、深く小さいものや浅く大きいもの等の組合せも可能である。

実施形態に係る衝撃吸収部材の部分斜視図 同上の一部拡大断面図 切り欠き５を示す断面図 同上 作用を示すグラフ リブ先端に対する摩擦構造を示す図 同上 同上 図６における実施例の作用を示す図 同上の作用を示すグラフ 同上 上記衝撃吸収部材が適用されたヘルメットの断面図 本願発明に係るバンパを使用した自動２輪車の側面図 上記バンパの詳細構造を示す図 上記バンパにおける衝撃吸収ブロックの一部を示す図 従来例における発生荷重の変化を示すグラフ 従来例におけるリブ先端の作用を示す図（図９相当） 同上の作用を示すグラフ（図１０相当） 同上（図１１相当）

符号の説明

１：衝撃吸収部材、２：リブ、３：交差部、４：底板、５：切り欠き、６：基部、７：先端、８：外殻体、１０：柔軟部材、１１：粗面、１２：凹凸、２０：ヘルメット、２１：シェル、２２：ライナー、３０：バンパ、４０：衝撃吸収ブロック

Claims (3)

1. 成形型を用いて板状のリブを交差させ格子構造にするとともに、リブの交差部に凹状の切り欠き部を形成した衝撃吸収材において、
   前記凹状の切り欠き部は、穴径又は深さが異なる複数の種類からなることを特徴とする衝撃吸収材。
2. 上記請求項１の衝撃吸収部材をライナーに用いたことを特徴とするヘルメット。
3. 上記請求項１の衝撃吸収部材を用いて構成したことを特徴とする車両用バンパー。
   
   
   

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