JP2006183773A - 衝撃吸収部材並びにこれを用いたヘルメット、車両用バンパー及び自動車用内装材 - 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、入力する衝撃力の大きさに応じて発生荷重を多段階に変化させる。
【構成】成形型によって縦リブ２及び横リブ３を縦横に交差させて格子状に形成された格子部４と、その一面を覆う基板５とを一体に形成した衝撃吸収部材１において、縦リブ２の壁面高さを高低に変化させ、これに対応して 横リブ３には切り欠き７を設けて高低を部分的に変化させる。これにより交差部６も高低が生じ、衝撃の大きさによって、座屈変形に関与するリブ及び交差部６の数を変化させる。これにより、低衝撃では衝撃吸収のＧを小さくし、高衝撃ではＧを大きくする。
【選択図】図２

Description

この発明は、格子構造を有する衝撃吸収部材並びにこれを用いたヘルメット、車両用バンパー及び自動車用内装材に関する。

ハニカム構造等の格子構造を有する衝撃吸収部材をヘルメットのライナーにに用いたものは公知である（特許文献１参照）。
特開平９−１０５０１５号公報

ハニカム等の格子構造を有する衝撃吸収部材は、軽量で型くずれが生じにくく、そのうえ衝撃初期の衝撃吸収性能を高めることを可能にしている。しかし、座屈荷重を高衝撃時の吸収に合わせると、低衝撃では座屈変形がしにくくなって、衝撃時の加速度（厳密には減速度、以下この減速度の絶対値を重力加速度で割った無名数をＧという）が高い傾向にある。また、低衝撃時に座屈変形を開始させると高衝撃の衝撃吸収量を確保するために衝撃吸収部材の容量を大きくしなければならない。したがって、低衝撃では低いＧが、高衝撃では高いＧが発生するような特性を有する衝撃吸収材が望ましい。さらに、座屈変形における荷重を一定に維持できれば、より性能のよい衝撃吸収部材となる。そこで本願発明はこのような特性を満足できる衝撃吸収部材の提供を主たる目的とする。

上記課題を解決するため本願の衝撃吸収部材に係る請求項１の発明は、板状のリブを交差させて格子構造とし、その格子面を衝撃入力方向へ向けて配置する格子部を有する衝撃吸収部材において、
前記リブは衝撃入力方向における壁面高さが高低に異なる複数種類を組合せることにより、壁面高さを多段に変化させたことを特徴とする。

請求項２は上記請求項１において、前記格子部とその格子面の一方を覆う基板を有するとともに、これら格子部と基板を成形型を用いて一体に形成したことを特徴とする。

請求項３はヘルメットに係り、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。

請求項４は車両用バンパーに係り、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。

請求項５は自動車用内装材に係り、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。

請求項１によれば、衝撃入力方向における壁面高さが高低に異なる複数種類のリブを組合せることにより、リブの壁面高さを多段に変化させたので、衝撃による座屈変形は、壁面高さの高いリブから順に開始され、座屈変形に関与するリブの数が衝撃程度に応じて変化する。また、座屈変形に伴って衝撃吸収部材にて二次的に発生する発生荷重は、縦横のリブが交差して形成される交差部の座屈で発生するが、この交差部の数も衝撃程度に応じて変化する。

したがって、低衝撃では壁面高さが高い一部のリブにおいてしかも比較的少ない交差部を含む部分が座屈変形するため、低いＧが発生する。また、高衝撃では壁面高さがより低いリブまでもが座屈変形に関与し、交差部の数も増大するため、座屈変形荷重が増大し、より高いＧが発生する。その結果、低衝撃では低いＧが、高衝撃では高いＧが発生するような衝撃吸収材として好ましい特性を実現できる。そのうえ、リブの壁面高さ毎に座屈変形における荷重をほぼ一定に維持できるので、より性能のよい衝撃吸収部材となる。

請求項２によれば、格子部とその格子面の一方を覆う基板を有するとともに、これら格子部と基板を成形型を用いて一体に形成したので、格子部と一体化した基板の存在により対衝撃荷重が良好になるとともに、基板の肉厚変化等により対衝撃荷重を自在に調整できるから、衝撃時に設定する変形荷重の選択肢が増える。そのうえ、成形型を用いて全体を一体に形成したので、衝撃吸収部材の形成が容易になる。

請求項３によれば、上記衝撃吸収部材をヘルメットの衝撃吸収用のライナーに用いたので、ヘルメットに加わる衝撃を広範囲の大きさで吸収できるようになり、衝撃吸収性が向上する。

請求項４によれば、上記衝撃吸収部材を用いて車両用バンパーとしたので、
広範囲の大きさの衝撃を吸収できるようになり、車両用バンパーの衝撃吸収性能を向上できる。

請求項５によれば、上記衝撃吸収部材を用いて自動車用内装材を構成したので、衝撃吸収性能の優れた自動車用内装材を得ることができる。

以下、図面に基づいて一実施形態を説明する。図１はこの衝撃吸収部材１の使用状態を模式的に示す図であり、衝撃吸収部材１は格子部４と基板５を一体に備え、衝撃力Ｆを直接受ける外皮等の外殻体８と、衝撃吸収部材１によって保護される衝撃受け側９との間に介在され、２つの格子面のうち基板５で覆われた側を衝撃受け側９へ向け、基板の無い側を衝撃入力側へ向けている。以下、衝撃吸収部材１の外殻体８側を前面側、衝撃受け側９側を背面側ということにする。また、基板５を設けずに格子構造を露出する前面側を開放側ともいうことにする。

図２は本願発明に係る衝撃吸収部材の一部を立体的に示した図である。この図に示すように、衝撃吸収部材１は、縦リブ２と横リブ３を縦横に組み合わせて格子状にした格子部４と、その一面を覆う基板５とで構成されている。

横リブ３には所定間隔で横方向へ切り欠き７が形成され、縦リブ２と横リブ３の交差部は、切り欠き７のない部分に形成された高い交差部６Ａと、切り欠き７内に形成された低い交差部６Ｂの２種類が存在している。図示の例では、高い交差部６Ａと低い交差部６Ｂが交互に生じるように切り欠き７が形成されている。

この例における格子部４のリブ構造は２段に壁面高さが変化する例である。縦リブ２は壁面高さが高低に異なる２種類の組合せからなり、壁面高さがＨ１と高いものを２Ａ、壁面高さがＨ２と低いものを２Ｂとして区別する。なお、横リブ３は切り欠き７の有無により高低が変化し、切り欠き７の無い部分で壁面高さが高い部分を３Ａ、切り欠き７によって低くなった部分を３Ｂとする。

切り欠き７は横リブ３の前面側から衝撃受け側９側へ切り込まれて形成されている。なお、壁面高さＨ１及びＨ２は基板５側から計った寸法であり、
Ｈ１＝Ｄ＋Ｈ２
となっている。また、隣り合う縦リブ２、２間における横リブ３の長さのうち、高い部分３Ａの長さａと低い部分３Ｂの長さｂは略同程度になっている（図１参照）。

衝撃吸収部材１は格子部４と基板５を一体にして、適当な樹脂やアルミ合金等の軽金属等を用いて成形型により形成することができ、この際に切り欠き７も同時に形成される。但し、各部材を別々に形成し、これらを組立て一体化するものであってもよい。

図１に示すように、縦リブ２及び横リブ３の肉厚は、それぞれ型抜き時の抜き勾配を設ける必要から、前面側へ向かって先細りする略くさび状断面をなしている。縦リブ２及び横リブ３の各前面側端部を先端１２として表す。なお、格子部４のうち、前面側から深さＤまでの部分を低吸収部１０、Ｄよりさらに深い基板５から高さＨ２までの部分を高吸収部１１と呼ぶことにする。

図３は衝撃力の入力時における衝撃吸収部材１の変形を模式的に示す図である。なお、図中のＡ〜Ｃはそれぞれ図１における図示状態を直角に回転させた状態で示してある。まず、衝撃前のＡにおいて、衝撃吸収部材１の前面側へ衝撃力Ｆが入力すると、Ｂに示すように、壁面高さの高い縦リブ２Ａ及び横リブ３の３Ａ部分にて肉厚の最も薄い先端１２部分から座屈が開始され、やがて低吸収部１０部分全体が座屈する。

このとき、壁面高さの高い部分２Ａ及び３Ａの交差部６Ａの座屈により発生荷重を生じるが、図示するこの段階における状態では、交差部６Ａは全３個の交差部のうち２個の６Ａだけである。したがって、座屈変形に関与する交差部６Ａの数が少なく、かつ壁面高さの高い部分２Ａ及び３Ａの各肉厚も薄いので、低吸収部１０は比較的容易に座屈変形することになり、低衝撃を吸収できる。

さらに、衝撃力Ｆの入力が増大し、壁面高さの高い部分２Ａ及び３Ａの座屈が切り欠き７の底部まで達すると、低吸収部１０の座屈が終了し、Ｃに示すように、高吸収部１１の座屈が開始される。このときの座屈変形には、これまで関与しなかった、壁面高さの低い部分２Ｂ及び３Ｂが加わり、さらに低い交差部６Ｂにても座屈変形が開始され、関与する交差部の数は、図示状態では全ての計３個となる。したがって、より大きな衝撃力による高衝撃時にも、高吸収部１１全体による大きな座屈変形荷重で吸収する。

しかも、格子部４とその格子面の一方を覆う基板５を有するとともに、これら格子部４と基板５を成形型を用いて一体に形成すると、格子部４と一体化した基板５の存在により対衝撃荷重が良好になるとともに、基板５の肉厚変化等により対衝撃荷重を自在に調整できるから、衝撃時に設定する変形荷重の選択肢が増える。そのうえ、成形型を用いて全体を一体に形成したので、衝撃吸収部材の形成が容易になる。

図４は作用を示すグラフであり、横軸に衝撃吸収部材１の変位量（ｍｍ）、すなわち衝撃吸収部材１の座屈変形量をとり、縦軸に発生荷重（ｋｇ・Ｎ）をとってある。衝撃Ｆが入力することにより、衝撃吸収部材１が変形すると、実線で示すように、衝撃吸収部材１はまず低吸収部１０が比較的小さな力で座屈するため、ほぼ一定の発生荷重を維持したまま座屈変形する。この範囲を低衝撃領域Ｂで示す（図３のＢにおける衝撃吸収がおこなわれる領域に相当する）。

やがて低吸収部１０の座屈が終了すると、高吸収部１１の座屈が開始され、発生荷重が変位量に対して一段大きくなった高衝撃領域Ｃとなる（図３のＣにおける衝撃吸収がおこなわれる領域に相当する）。すなわち、衝撃吸収特性は、低衝撃領域Ｂと高衝撃領域Ｃの２段階からなる明瞭な階段状の変化を示す。

図中の破線は比較例であり、このような壁面高さの変化がない単純な格子構造の衝撃吸収部材を用いた場合（すなわちリブが１段構造）を示す。この比較例では、変位量の増大に対して発生荷重が略一定であり、低衝撃領域Ｂと高衝撃領域Ｃ１の間にあまり変化がない。したがって、発生荷重を低くすると、低衝撃は吸収できても高衝撃は吸収できず、高Ｇを発生してしまう。反対に発生荷重を高くすると、高衝撃は十分に吸収できるが、低衝撃でも高Ｇを発生する状態になる。

一方、本願発明によれば、特にＢ，Ｃ領域に示すように、２段階の非線形的に変化する衝撃吸収特性を発揮するので、比較的小さな衝撃力Ｆに対しては発生荷重をできるだけ低くしてＧを小さくし、かつ各段階毎に発生荷重を一定に抑えて衝撃受け側９へのショックを小さくできる。また、高衝撃領域Ｃに示すように、比較的大きな衝撃力Ｆに対しては発生荷重を入力の大きさに応じて大きくさせてＧも大きくし、かつ変位量を相対的に小さくして大きく衝撃吸収することができる。

したがって、低衝撃では低いＧが、高衝撃では高いＧが発生するような衝撃吸収材として好ましい特性を実現できる。そのうえ、各領域Ｂ、Ｃ内においてはリブの壁面高さ毎に座屈変形における荷重をほぼ一定に維持できるので、より性能のよい衝撃吸収部材となる。

図５は、この衝撃吸収部材１をヘルメットに用いた実施例を示す。この例では、ヘルメット２０は繊維強化樹脂（ＦＲＰ）などの樹脂や金属等の適宜材料で構成された剛性を有する外殻体であるシェル２１と、スポンジ材料等の肌当たりが良好な柔軟材料からなる内装体２２の間に図２に示したものと同様の衝撃吸収部材１からなるライナー２３が嵌合されている。このヘルメットに外部から衝撃が加えられると、シェル２１の外表面へ加えられる衝撃荷重をライナー２３が吸収して、その内側へ収容された人頭２４に対する衝撃を吸収する。

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。しかも、低衝撃から高衝撃までの広範囲な大きさの衝撃力に対応でき、衝撃吸収性が向上する。なお、ライナー２３を構成する衝撃吸収部材１の構造は、図２のものと同様であるが、この例では、切り欠き７が縦リブ２側に設けられて縦リブ２に壁面高さが高低に異なる２Ａと２Ｂを形成したものとして例示してある。図２と共通部分は共通符号を使用数るものとし、図中に共通部の符号を用いて説明を省略する。但し、図示符号は煩雑を避けるため図中の一部についてのみ符号２Ａ，２Ｂ、３Ａ、３Ｂ及び７のみを例示し、他は省略する（以下の例でも同様）。

図６は、本願発明を適用したバンパー３０を有するスクータ型自動２輪車の側面図を示し、このバンパー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、このようなバンパー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。

図中の拡大部にバンパー３０の内部構造を示すように、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４２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。

各衝撃吸収ブロック４１の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図１〜５に示すものと異なり、縦横のリブの各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、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の内部構造は、図５において使用されている衝撃吸収部材１と同様のものを用いた構造であり、横リブ３が壁面高さの高低に異なる３Ａと３Ｂの組合せからなり、縦リブ２は切り欠き７が設けられて２Ａと２Ｂの高低に変化するものとして例示してある。

このバンパー３０に衝撃力が加わると、各衝撃吸収ブロック４１が前方から後方へ順次座屈変形することにより、衝撃力の大きさに応じて良好な衝撃吸収をおこなう。しかも、各衝撃吸収ブロック４１を構成する衝撃吸収部材１は前記したものであり、低衝撃から高衝撃まで、衝撃の大きさに応じたＧを発生して吸収できる。したがって、広範囲の大きさの衝撃を吸収できるようになり、車両用バンパーの衝撃吸収性能を向上できる。

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、リブの壁面高さをより多段に変化させれば、衝撃吸収を２段階のみならず、それ以上の多段階にすることができ、しかもその段数設定や各段階におけるＧの設定も自在におこなうことができる。

また、切り欠き７の位置・数及び寸法は自由であり、各交差部６毎に形成することもでき、また、横リブ３側ではなく縦リブ２側のみに形成したり、縦リブ２及び横リブ３の双方又は交互に形成することもできる。縦リブ２と横リブ３の双方に形成する場合には、縦リブ２と横リブ３側の切り欠き７の形状や寸法等を異ならせてもよい。

図７は図２のリブパターンに関する第１の変形例であり、隣り合う交差部が一つおきに高低に変化するように縦リブ２及び横リブ３の高さを各高低２段に変化させたものである。縦リブ２、横リブ３の各高い部分による交差部を６Ａ、低い部分による交差部を６Ｂとすれば、６Ａと６Ｂが千鳥に配置される。なお、煩雑を避けるため符号は主要な一部のみを示すが、リブパターン以外の部分に関する切り欠き７によるリブの高低変化構造や基板等の構造は図２と同様である（次図も同様）。

図８はリブパターンに関する第２の変形例であり、高い交差部６Ａ、中間高さの交差部６Ｂ及び低い交差部６Ｃの３種類からなる高中低の高さ変化をなす交差部を千鳥状に配置したものである。なお、図７及び８の各例において、リブの高さ変化を縦リブ２又は横リブ３のいずれか一方側のみに形成してもよいことや、これらの高低変化部分の配置を非千鳥状の任意に配置できることは上述の通りである。

さらに、本願発明の衝撃吸収部材は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。図９は自動車のドア用内装パネル５０に図５や６に示した衝撃吸収部材１を適用した実施例を示す概略断面図である。図中の符号５１は自動車用ドア、５２はアウターパネル、５３はインナーパネル、５４はウインドガラスである。

このように、本願発明の衝撃吸収部材１をドア用内装パネル５０に用いれば、軽量かつ衝撃吸収性能に優れたドア用内装パネルが得られる。なお、自動車用内装材としては、ドア用内装パネルに限らず、インスツルメントパネルやピラーガーニッシュなど、衝撃吸収性能を要求されるものが可能である。

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。

実施形態に係る衝撃吸収部材の一部拡大断面図 上記衝撃吸収部材の部分斜視図 作用説明図 作用を示すグラフ 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ーを使用した自動２輪車の側面図 衝撃吸収部材のリブパターンに関する変形例を示す図 衝撃吸収部材のリブパターンに関する他の変形例を示す図 本願の衝撃吸収部材が適用された自動車用ドアの概略断面図

符号の説明

１：衝撃吸収部材、２：縦リブ、３：横リブ、４：格子部、５：基板、６：交差部、７：切り欠き、８：外殻体、９：衝撃受け側、１０：低吸収部、１１：高吸収部、１２：先端、２０：ヘルメット、２１：シェル、２３：ライナー、３０：バンパー、４０：衝撃吸収ブロック、５０：ドア用内装パネル

Claims (5)

1. 板状のリブを交差させて格子構造とし、その格子面を衝撃入力方向へ向けて配置する格子部を有する衝撃吸収部材において、
   前記リブは衝撃入力方向における壁面高さが高低に異なる複数種類を組合せることにより、壁面高さを多段に変化させたことを特徴とする衝撃吸収部材。
2. 前記格子部とその格子面の一方を覆う基板を有するとともに、これら格子部と基板を成形型を用いて一体に形成したことを特徴とする請求項１に記載した衝撃吸収部材。
3. 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。
4. 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。
5. 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自動車用内装材。
   
   
   

Images