JP2007168705A - エネルギー吸収部材、バンパー芯材及びバンパー構造 - Google Patents

エネルギー吸収部材、バンパー芯材及びバンパー構造 Download PDF

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Abstract


【課題】 本発明は、衝撃吸収効果に優れるエネルギー吸収部材を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のエネルギー吸収部材は合成樹脂発泡体からなり、衝撃受圧面に略直交する方向に形成されると共に、互いに略平行する2つのリブ3を有し、2つのリブ3の高さH(mm)と厚さT(mm)との比H/Tが3〜5であり、かつ、衝撃受圧面及び/または該衝撃受圧面の反対面において、2つのリブ3の幅方向に沿う外側の角部に切欠き6が形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、車両の衝突時等における衝撃を吸収するためのエネルギー吸収部材、該エネルギー吸収部材を用いたバンパー芯材及びバンパー構造に関する。
自動車には予期せぬ衝撃が加わることがあるので、そのような衝撃が加わった場合でも、乗員や車体をその衝撃から保護する必要がある。そのために、自動車のバンパーや天井、ドアの内部には、エネルギー吸収部材が組み込まれている。
一方、自動車には、その乗員や車体を保護するだけでなく、歩行者を保護することも要求される。特に、バンパーは、たとえ歩行者に衝突した場合であっても歩行者に大きなダメージを与えないことが求められる。即ち、バンパーは、自動車が歩行者に衝突しても大きな衝撃を与えないものであることが好ましい。具体的には、圧縮試験を行った場合に得られる歪−圧縮荷重曲線(以下、圧縮曲線ともいう。)において、圧縮が始まると急激に圧縮荷重が立ち上がり、歩行者に大きなダメージを与えないような圧縮荷重で略一定になり、この略一定の領域(フラット領域)が長く続くことが要求される。
このようなバンパーとしては、特許文献1に開示されたバンパー芯材を用いたものがある。このバンパー芯材は、特定の圧縮試験を行った場合に、20%歪時圧縮荷重(F20)と40%歪時圧縮荷重(F40)との比F20/F40が0.75〜1.30であり、60%歪時圧縮荷重(F60)と40%歪時圧縮荷重(F40)との比F60/F40が0.75〜1.30になる特性を有するものである。即ち、20%歪時から60%歪時まで、圧縮荷重が略一定で大きく上昇することがないバンパー芯材である。
特許文献1のバンパー芯材は、圧縮荷重が60%歪時まで大きく上昇することがないものであるが、圧縮荷重が略一定の領域が更に長く続くバンパーは、歩行者保護の観点から更に好ましいものである。
特開2004−82957号公報
本発明は、かかる課題の下になされたもので、衝撃吸収効果に優れるエネルギー吸収部材を提供することを目的とするものである。
本発明によれば、以下に示すエネルギー吸収部材、バンパー芯材、バンパー構造が提供される。
〔1〕 合成樹脂発泡体からなり、衝撃受圧面に略直交(直交を含む)する方向に設けられ互いに略平行(平行を含む)な2つのリブと、該2つのリブを連結する基部とにより垂直断面形状がコの字型をなすエネルギー吸収部材であって、
各々のリブの高さH(mm)と厚さT(mm)との比H/Tが3〜5であり、
かつ、前記衝撃受圧面及び/または該衝撃受圧面の反対面において、該リブの幅方向に沿う外側の角部に切欠きが形成されていることを特徴とするエネルギー吸収部材。
〔2〕 該合成樹脂発泡体が、熱可塑性樹脂発泡粒子成形体であることを特徴とする前記〔1〕に記載のエネルギー吸収部材。
〔3〕 該熱可塑性樹脂発泡粒子成形体が、ポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体であることを特徴とする前記〔2〕に記載のエネルギー吸収部材。
〔4〕 該熱可塑性樹脂発泡粒子成形体が、見掛け密度0.022〜0.13g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体であることを特徴とする前記〔2〕に記載のエネルギー吸収部材。
〔5〕 前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のエネルギー吸収部材からなるバンパー芯材であって、該2つのリブは互いに上下に略平行(平行を含む)に位置していることを特徴とするバンパー芯材。
〔6〕 該バンパー芯材の該2つのリブの自由端面において、リブの幅方向に沿う外側の角部に該切欠きが形成されていることを特徴とする前記〔5〕に記載のバンパー芯材。
〔7〕 外装材とバンパービームとの間に、前記〔5〕または〔6〕に記載のバンパー芯材が配置され、上側リブの上方及び下側リブの下方に、外力により折れ曲った各々のリブを収容可能な空間が設けられていることを特徴とするバンパー構造。
〔8〕 該バンパー芯材の該2つのリブの自由端面が外装材側に位置するように配置されていることを特徴とする前記〔7〕に記載のバンパー構造。
本発明のエネルギー吸収部材は合成樹脂発泡体からなり、所定寸法形状のリブを有し、所定の位置に切欠きが形成されていることにより、圧縮曲線において、荷重一定のフラット領域が長い特性を示すものである。
本発明のバンパー芯材は、前記エネルギー吸収部材からなるので、バンパー芯材として好適なものである。
本発明のバンパー構造は、リブの外方に衝撃を受けて折れ曲った各々のリブを収容可能な空間が設けられていることにより、衝突時における荷重一定のフラット領域が長く確保されるものである。
以下、本発明のエネルギー吸収部材、バンパー芯材、バンパー構造について図面に基づいて詳細に説明する。
図1(a)は本発明のエネルギー吸収部材の一例を示す斜視図であり、同(b)はその垂直断面図である。そして、図2(a)は本発明のエネルギー吸収部材の他の例を示す斜視図であり、同(b)はその垂直断面図である。図1、図2において、1はエネルギー吸収部材を、2は基部を、3a、3bは2つのリブを、3は2つのリブの総称を、4aはリブ3aの自由端面を、4bはリブ3bの自由端面を、4は2つのリブの自由端面の総称を、5aは基部のリブ3が設けられている面を、5bは基部のリブ3が設けられている面の反対側の面を、6aはリブ3aの自由端面4aのリブの幅方向に沿う外側の角部に形成されている切欠きを、6bはリブ3bの自由端面4bのリブの幅方向に沿う外側の角部に形成されている切欠きを、6はリブの自由端面4に形成されている切欠きの総称を、7a、7bは夫々基部2の面5bのリブの幅方向に沿う外側の角部に形成されている切欠きを、7は基部2の面5bに形成されている切欠きの総称をそれぞれ示し、矢印Aはリブの自由端面4に向かって衝撃荷重がかかる場合の力の作用方向を示し、矢印Bは基部2の面5bに向かって衝撃荷重がかかる場合の力の作用方向を示す。
本発明のエネルギー吸収部材は合成樹脂発泡体からなる。該合成樹脂発泡体を構成する合成樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、スチレン改質ポリエチレン樹脂などが挙げられる。。これらの中でも、柔軟性に富み、剛性にも優れることからポリオレフィン系樹脂が好ましい。尚、スチレン改質ポリエチレン樹脂としては、スチレン成分40〜70重量%のものが好ましく、50〜70重量%のものがより好ましい
前記ポリオレフィン系樹脂としては、例えばプロピレン−ブテンランダムコポリマー、プロピレン−ブテンブロックコポリマー、エチレン−プロピレンブロックコポリマー、エチレン−プロピレンランダムコポリマー、エチレン−プロピレン−ブテンランダムターポリマー、ホモポリプロピレンなどのポリプロピレン系樹脂、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、直鎖状超低密度ポリエチレン、スチレン改質ポリエチレン樹脂、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−メチルメタクリレートコポリマー、エチレン−メタクリル酸コポリマーの分子間を金属イオンで架橋したアイオノマー系樹脂などのポリエチレン系樹脂やポリブテン−1、ポリペンテン、エチレン−アクリル酸−無水マレイン酸ターポリマーなどが挙げられる。尚、本発明で用いられるポリオレフィン系樹脂には、プロピレン成分、ポリエチレン成分等のオレフィン成分比率が30重量%以上、好ましくは50重量%以上であるポリオレフィン系樹脂も含まれる。
前記ポリオレフィン系樹脂の中でも、本発明においては、剛性に優れるという点でプロピレン成分比率が30重量%以上のもの、好ましくは50重量%以上、更に好ましくは80重量%以上のポリプロピレン系樹脂が挙げられる。また、剛性に優れると共に軽量なエネルギー吸収材を得ることができるという点で引張弾性率が900MPa以上、更に1000MPa以上、特に1050MPa以上のポリプロピレン系樹脂が特に好ましい。尚、該引張弾性率の上限は概ね3000MPaである。
前記引張弾性率が900MPa以上の高剛性のポリプロピレン系樹脂としては、プロピレンの単独重合体が概ねそのような高剛性を示し、共重合の形態にもよるがプロピレンと他のコモノマーとの共重合体においても、そのコモノマー成分比率が少ないものはそのような高剛性を示す傾向にある。
尚、本発明のエネルギー吸収材は、複雑な形状のエネルギー吸収部材であっても容易に成形できることから、これらのポリプロピレン系樹脂を用いて形成されたポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体からなることが好ましい。
上記ポリプロピレン系樹脂の引張弾性率は、JIS K 7161(1994)に従って以下の条件にて測定して求められた値である。
試験片:JIS K 7162(1994)記載の試験片1A形(射出成形で直接成形)
試験速度:1mm/分
本発明のエネルギー吸収部材1は、衝撃受圧面に略直交(直交を含む)するると共に、互いに略平行(平行を含む)する2つのリブ3a、3bを有する。即ち、エネルギー吸収部材1はリブ3aとリブ3bと二つのリブ3を結合する基部2からなり、リブ3a、3bは基部2の面5aに対して略直角(直角を含む)に突出すことにより互いに略平行(平行を含む)に設けられ、リブ3a、3bと基部2とは、垂直断面形状がコの字型の部材を形成している。更に、基部2のリブ3が設けられている面5aと、基部2の面5aの反対側の面5bと、リブの自由端面4とは略平行(平行を含む)に形成されている。従って、基部2の面5a、面5b及びリブの自由端面4は、リブ3の高さ方向に対して略直角(直角を含む)になっている。
尚、本明細書において、二つのリブと基部とで形成されるコの字型の垂直断面において自由端面側へ向く方向がリブの高さ方向であり、リブの高さ方向に対して正方向または逆方向がエネルギー吸収部材の衝撃作用方向となる。また、コの字型の垂直断面に対する直角方向をエネルギー吸収部材の幅方向(以下、エネルギー吸収部材がバンパー芯材の場合には左右方向ともいう)いい、エネルギー吸収部材の幅方向がリブの幅方向に相当する。また、リブの高さ方向がエネルギー吸収部材の高さ方向でもあり、基部の高さ方向でもある。尚、リブおよびエネルギー吸収部材の厚さ方向は、リブおよびエネルギー吸収部材の幅方向と高さ方向とに直交する方向である。
衝撃受圧面となるのは、リブの自由端面4、または基部2のリブ3が設けられている面の反対側の面5bである。即ち、図1(a)(b)、図2(a)(b)に示すように、矢印A方向の衝撃がリブ3の先端に加わる場合には、リブの自由端面4が衝撃受圧面となる。また、矢印B方向の衝撃が基部2の面5bに加わる場合には、基部2の面5bが衝撃受圧面となる。
尚、本明細書において、衝撃受圧面に略直交(直交を含む)する方向とは、図2(b)に示すようにリブ3の突出している方向(図2(b)中に一点鎖線にて示すリブの中心線方向)とリブの自由端面4または基部2の面5bとがなす内角α及びα’が厳密に90度でなくてもよいことを意味し、具体的には、内角α及びα’が85〜105度、更に90〜100度であることが好ましい。
また、互いに略平行(平行を含む)する2つのリブとは、リブ3aとリブ3bとが厳密に平行でなくてもよいことを意味し、具体的には、内角αと内角α’との差が−20〜20度、更に−10〜10度であることが好ましい。
前記2つのリブ3a、3bの高さH(mm)と厚さT(mm)との比H/T(図1(b))は、3〜5である。比H/Tがこの範囲であれば、リブ3は衝撃を受けると座屈する(折れ曲る)ことで、衝突エネルギーを十分に吸収することができ、圧縮荷重が早期に立ち上がるのを防ぐと共に、20〜80%の歪時の圧縮荷重が極端に低下することがない。
本発明のエネルギー吸収部材が特にバンパー芯材として使用される場合、リブ3の高さH(mm)は、好ましくは30〜150mmであり、より好ましくは35〜120mmである。該高さHが30mm以上であれば、衝突エネルギーを吸収するのに十分な距離を確保することができる。該高さHが150mm以下であれば、バンパー芯材として使用された場合に、スペースをとりすぎるということがない。さらに、リブ3の厚さT(mm)は、好ましくは8〜50mmであり、より好ましくは10〜30mmである。該厚さTが8mm以上であれば、バンパー芯材としての十分な強度を有し、歩行者を保護するのに十分な衝突エネルギーを吸収することができる。該厚さTが50mm以下であれば、衝撃荷重が大きくなりすぎることがない。
なお、本発明において、リブの高さHは、リブの根元から先端までの最大長さである。また、リブの厚さTはリブの根元と先端の間で異なっていてもよく、この場合のリブの厚さTは、図1(b)に示す垂直断面の斜線(実線と破線)にて示したリブ垂直断面の面積Sより、T(mm)=S(mm)/H(mm)により求められる値をいう。
本発明のエネルギー吸収部材が特にバンパー芯材として使用される場合、本発明エネルギー吸収部材の衝撃作用方向の最大寸法(即ち、リブの高さHと基部の高さの合計の最大値)は、エネルギー吸収性能と取付け時のコンパクト性の観点から、30〜160mmが好ましく、40〜130mmがより好ましい。
本発明のエネルギー吸収部材においては、前記衝撃受圧面及び/または該衝撃受圧面の反対面において、該リブの幅方向に沿う外側の角部に切欠きが形成されている。即ち、図1(a)(b)に示すように、切欠き6aがリブ3aの自由端面4aのリブ3の幅方向に沿う外側の角部(コの字型の自由端の最上部)に設けられ、切欠き6bがリブ3bの自由端面4bのリブ3の幅方向に沿う外側の角部(コの字型の自由端の最下部)に設けられている。更に、切欠き6に換えて図2(a)(b)に示すように、または切欠き6と共に、切欠き7a、7bが、基部2の面5bにおいて、リブ3の幅方向に沿う外側の角部(コの字型の固定端の最上部と最下部)に設けられている。また、特に図示しないが、切欠きをリブ3aの自由端面4aのリブ3の幅方向に沿う外側の角部(コの字型の自由端の最上部)と基部2の面5bのリブ3の幅方向に沿う下方外側の角部(コの字型の固定端の最下部)、或いは、切欠きをリブ3bの自由端面4bのリブ3の幅方向に沿う外側の角部(コの字型の自由端の最下部)と基部2の面5bのリブ3の幅方向に沿う上方外側の角部(コの字型の固定端の最上部)に形成することもできる。
尚、本明細書において、リブの幅方向に沿う外側の角部とあるのは、リブがその幅方向に対して直線状であれば厳密な平行であるが、リブの幅方向が湾曲している場合もあることによるものである。
切欠き6または切欠き7が設けられていると、圧縮曲線において、荷重一定の領域が長くなる。即ち、エネルギー吸収部材に衝撃がかかるとリブは座屈する(折れ曲る)が、切欠き6又は切欠き7の効果により、図3(a)(b)に示すように、リブ3は外側に倒れながら折れ曲がって挫屈する。リブ3が内側に倒れながら折れ曲がると、図3(c)に示すように、折れ曲ったリブ3aと3bとが重なりあって挫屈するので、挫屈したリブ3どうしが重なり、これに基部2が更に重なるため嵩高く積み重なり、更なる圧縮変形に対して、該嵩高く積み重なったエネルギー吸収部材片が反発して荷重が大きく上昇してしまう。これに対して、リブ3が外側に倒れながら折れ曲って挫屈すると、リブ3aとリブ3bどうしと、更に基部2が重なりあって反発することによって荷重が大きく上昇するということがないので、圧縮曲線における荷重一定の領域が長くなる。この観点からリブ3の外側に基部が延長されて形成されていないことが好ましい。なお、このような位置に切欠きが設けられていることによりリブが外側に倒れながら挫屈するという現象は本発明者らが実験を積み重ねる中で見出したものである。
尚、図3(a)に示すように、衝撃がリブの自由端面4に向かってかかる場合には、切欠き6をリブの自由端面4の該リブの幅方向に沿う外側の角部に設けることが最も好ましい。ただし、基部2の面5bの該外側の角部に設けても良ければ、自由端面4と基部2の面5bとの両方に設けても良い。また、図3(b)に示すように、衝撃が基部2の面5bに向かってかかる場合には、切欠き6を基部2の面5bの該外側の角部に設けるより、リブの自由端面4の該リブの幅方向に沿う外側の角部に設けることが好ましい。ただし、基部2の面5bの該外側の角部に設けても良ければ、自由端面4と基部2の面5bとの両方に設けても良い。
尚、図3(a)は本発明のエネルギー吸収部材に、リブの自由端面に向かう衝撃が加えられてリブが折れ曲って挫屈する様子を側面から視た説明図であり、図3(b)は本発明のエネルギー吸収部材に、基部の面5bに向かう衝撃が加えられてリブが折れ曲って挫屈する様子を側面から視た説明図であり、図3(c)は本発明における切欠きが設けられていないエネルギー吸収部材に、リブの自由端面に向かう衝撃が加えられてリブが折れ曲って挫屈する様子を側面から視た説明図である。
本発明における切欠き6、7の形状に制限はないが、リブ3の幅方向に対して直角方向の断面形状が、図4(a)に示すような矩形又は正方形、又は図4(b)に示すような三角形であることが好ましい。
尚、図4(a)(b)は切欠きの垂直断面形状の説明図である。
該断面形状において、切欠き6、7のリブの厚さ方向の寸法L1は、外側に座屈させるために、リブ厚さTに対し15%未満であることが好ましい。具体的な数値としては、2〜20mmが好ましく、3〜12mmがより好ましく、3〜8mmが更に好ましい。
また、切欠き6、7のリブ3の高さ方向の寸法L2は、外側に座屈させるために、2〜50mmが好ましく、3〜30mmがより好ましく、3〜20mmが更に好ましい。
本発明の切欠き6、7は、リブ3の幅方向に連続して設けられることが好ましいが、リブ3が衝撃を受けて外側に倒れさえすれば、不連続に設けられていてもよい。
また、本発明におけるリブは、JIS K7221‐2:1999に規定される曲げ試験において、曲げたわみ量が10mm以上の発泡粒子成形体からなることが好ましい。曲げたわみ量が10mm以上の発泡粒子成形体は、曲げ破壊(折れ)が容易には生じにくく、低荷重で早期に破壊することがないので、リブを構成するには好適なものである。
尚、該曲げ試験においては、長さ120mm、幅25mm、厚さ20mmの全ての面の表皮がカットされた試験片を、支点間距離100mmの2支点上にセットし、速度10mm/分で押圧する。
本発明のエネルギー吸収部材においては、前記2つのリブ3a、3bの間に、衝撃受圧面に略直交方向(直角方向を含む)にリブ3よりも強度的に劣る補助リブ11が形成することができる。
図5にリブ3aとリブ3bの間に補助リブ11が形成されている例を示す。
なお、本発明において、補助リブ11が設けられている場合であっても、リブ3aと基部2とリブ3bで定まる部材を垂直断面から視た形状はリブと基部にて形成されるコの字型を含むため本発明におけるコの字型に包含される。
補助リブ11の高さh(mm)と厚さt(mm)との比h/tは4〜8(但し、該2つのリブ3a、3bにおける比H/Tの値を超えることが好ましい。)であることが好ましい。比h/tが上記範囲内であることにより、圧縮曲線において荷重一定領域を長くすることや荷重一定の領域の圧縮荷重を安定化させること、リブ3a、3bの強度を低く設計することもできるため、エネルギー吸収部材を構成する発泡粒子成形体の見かけ密度を小さくして軽量性を高めることもできるなどの補助リブを設ける効果がより一層確実なものになる。
補助リブ11の高さh(mm)は、衝撃がかかる際の初期強度を向上させやすくし、前記フラット領域における一定荷重を目標荷重で安定させるために効果的に微調整するために、前記2つのリブ3の高さH(mm)と略同じ(同じを含む)であることが好ましい。
補助リブとリブを構成する発泡粒子成形体の見かけ密度の関係にもよるが、補助リブ11の厚さt(mm)は、前記2つのリブ3以下の厚さT(mm)未満であることが好ましく、補助リブ11の厚さtがリブ厚さTに対して80%未満とすることが更に好ましく、十分な前記効果が期待できる。具体的な補助リブ11の厚さtとしては、好ましくは7〜25mmであり、より好ましくは8〜20mmであり、更に好ましくは10〜20mmである。
補助リブ11の厚さtは、前記リブ3の厚さTと同様に、リブの根元と先端との間で異なっていてもよく、前記リブの厚さTと同様に求められる。
本発明のエネルギー吸収部材は、前述した通り、合成樹脂からなり、複雑な形状であっても容易に製造できることから熱可塑性樹脂発泡粒子成形体からなることが好ましい。具体的には、柔軟性、緩衝性を有すると共に強度、耐久性に優れることからポリプロピレン系樹脂やポリエチレン系樹脂などのポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体からなることが好ましく、ポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体が好ましく、その中でも、柔軟性を有すると共に剛性に優れ、耐熱性にも優れることからポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体が最も好ましい。ポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体は、軽量性に富み、衝撃吸収特性に優れるのでエネルギー吸収材体積を低減することができ、バンパー芯材などの自動車用エネルギー吸収部材として好適なものである。また、スチレン改質ポリエチレン樹脂発泡粒子成形体も生産性に優れるなどの利点から使用することができる。
尚、該ポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体などの合成樹脂発泡体は、従来公知の方法により製造することができる。
前記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(以下、単にPP発泡粒子成形体ともいう。)などの合成樹脂発泡体としては、基材樹脂の物性などにもよるが、水没法から得られる見掛け密度が0.022〜0.13g/cmのものが好ましく、0.03〜0.10g/cmのものがより好ましく、0.04〜0.09g/cmのものが更に好ましい。特に、上記見掛け密度のPP発泡粒子成形体は、優れた圧縮特性を有するので好ましい。なお、見掛け密度が高すぎる合成樹脂発泡体は、用途によっては衝撃荷重が大きくなると圧縮残留歪が大きくなる虞があり、見掛け密度が低すぎるものは、用途によっては衝撃エネルギーを十分に吸収するために必要な体積が大きくなりすぎる虞がある。
本発明のエネルギー吸収部材は、二つのリブ3a、3bと基部2とを有し、所定の位置に切欠き6、7が形成されており、更に必要に応じて補助リブ11が効果的に設けられるので、圧縮曲線のフラット領域が25%歪から75%歪を超える範囲まで続く部材として、自動車のバンパー等に好適に使用される。次に、本発明のエネルギー吸収部材の衝撃吸収特性について説明する。
該エネルギー吸収部材においては、直径50mmのパイプによる動的圧縮試験(速度:20km/時間)を行った場合に、25%歪時圧縮荷重(F25)と50%歪時圧縮荷重(F50)との比(F25/F50)が0.75〜1.30であることが好ましく、75%歪時圧縮荷重(F75)と50%歪時圧縮荷重(F50)との比(F75/F50)が0.75〜1.30であることが好ましく、更に(F25/F50)と(F75/F50)が共に0.80〜1.20であることがより好ましく、0.85〜1.10が更に好ましい。
このような特性を有するエネルギー吸収部材は、上記動的圧縮試験により得られる圧縮曲線において、圧縮荷重が早期に立ち上がり、おおよそ歪25〜75%の範囲において、図6中の曲線aで示すような圧縮荷重が殆ど一定の値を示すフラット領域が存在する。従って、このフラット領域において衝突の衝撃エネルギーを吸収することができると共に、フラット領域の圧縮荷重が50%歪時圧縮荷重(F50)を大きく超えることがない。
前記比(F25/F50)が0.75以上であれば、圧縮荷重が早期に立ち上がっているので、歪が小さい領域でも衝撃エネルギーを充分に吸収することができる。一方、比(F25/F50)が1.30以下であれば、圧縮初期にピークが発生することがあっても、衝突の対象に大きなダメージを与えることがない。また、前記比(F75/F50)が0.75以上であれば、荷重低下がなく、歪が小さい領域でも衝撃エネルギーを充分に吸収することができる。一方、比(F75/F50)が1.30以下であれば、ストロークを有効に使いエネルギー吸収することが可能となる。かかる観点から、50%歪時荷重(F50)と歪時80%荷重(F80)との比(F80/F50)を1.3以下にすることがさらに好ましい。
尚、図6は、エネルギー吸収部材について前記パイプによる動的圧縮試験を行って得られた、圧縮曲線の一例を示す図面である。図6において、曲線aは本発明のエネルギー吸収部材についてのもので、曲線bは従来の切欠きが設けられていないエネルギー吸収部材についてのものである。
本発明のエネルギー吸収部材が特にバンパー芯材として使用される場合、保護すべき部位、搭載車種にもよるが、前記パイプによる圧縮曲線における50%歪時圧縮荷重(F50)は、2〜9kNであることが好ましい。50%歪時圧縮荷重(F50)が2kN以上であれば、衝撃エネルギーを良好に吸収することができ、9kN以下であれば、衝突の対象に与えるダメージを確実に小さくすることができる。また、同様の理由により、25%歪時圧縮荷重(F25)は2〜9kNであることが好ましく、75%歪時圧縮荷重(F75)は2〜9kNであることが好ましい。
本明細書におけるパイプによる動的圧縮試験は、温度23℃、相対湿度50%の条件下、圧縮治具として直径50mmの剛体パイプを用い、試験速度20km/時での動的圧縮試験を行うものとする。なお、圧縮は、落錘式で行なう。
上記圧縮試験方法について、図7に基づいて詳しく説明する。
尚、図7(a)は圧縮試験方法の正面図、同(b)は側面図であり、図7において、21は試験片、22は直径50mmのパイプ、23は剛体からなる試験片の保持台、24は圧縮装置をそれぞれ示す。
図7に示す通り、エネルギー吸収部材のリブの幅方向の試験片21の長さ:d1は25cmとし、上下方向長さ:d2はエネルギー吸収部材の高さとし、厚さ:d3はエネルギー吸収部材の厚さとする。試験片21の長さ:d1が25cmより短くなると得られる圧縮荷重が影響を受けて正しい値を示さなくなる虞がある。
圧縮試験は、図7に示すようにエネルギー吸収部材のリブの自由端面側から、又は基部のリブが設けられている面の反対側の面側からパイプ22の貫通孔の貫通方向が試験片21の厚さ方向(エネルギー吸収部材の厚さ方向)に対して平行になるようにして、エネルギー吸収部材の衝撃作用方向にパイプを落下させることにより圧縮して行う。
上記の試験片について上記パイプによる圧縮試験を行い、試験片についての圧縮曲線から25%歪時圧縮荷重(F25)、50%歪時圧縮荷重(F50)、75%歪時圧縮荷重(F75)、80%歪時圧縮荷重(F80)を測定・算出し、これらの値から比F25/F50、比F70/F50、比F80/F50を算出する。尚、該試験では減速度と変位を測定する。その際の電気的ノイズはローパスフィルターにより処理するが、元の波形に対し極端に変位や減速度が変わらないようなフィルターを選択する。荷重は、重力分を考慮した減速度とインパクター質量から算出する。
本発明のエネルギー吸収部材は、前記の通りバンパー芯材として好ましく用いられる。この場合、衝撃エネルギーを効果的に吸収するために、2つのリブ3a、3bが左右方向に亘り設けられ、かつ、該2つのリブは互いに上下に略平行(平行を含む)に位置していることが好ましい。なお、前記コの字型の垂直断面に対する直角方向がバンパー芯材の左右方向(バンパーの幅方向)であり、リブ3はバンパーの略全幅に亘って設けられることが好ましい。また、該左右方向が水平になるようにバンパーに取付けられることが好ましい。
更に、リブ3を外側に倒しながら折り曲げて挫屈させることにより、衝突の衝撃を効果的に吸収するためには、該バンパー芯材の上下に略平行(平行を含む)に位置する各々のリブの高さH(mm)と厚さT(mm)との比H/Tが3〜5であり、かつ、前記衝撃受圧面において、バンパー芯材の左右方向に沿う外側の角部に切欠き6が形成され、及び/または該衝撃受圧面の反対面において、バンパー芯材の左右方向に沿う外側の角部に切欠き7が形成されていることが必要である。特に、2つのリブの自由端面4を衝撃受圧面として、衝撃受圧面の外側の角部に切欠きとを形成する場合、上方のリブの自由端面の上辺部分と下方のリブの自由端面の下辺部分に該切欠き6を形成することになり、この態様が本発明の所期の効果を達成する上で好ましいものである。
次に、本発明のバンパー芯材が用いられるバンパー構造について説明する。
該バンパー構造としては、例えば、図8に示すように、フェイシャー(外装材)32とバンパービーム(レインフォースメント)33との間に、本発明のエネルギー吸収部材からなるバンパー芯材31が配置され、リブ3aの上方とリブ3bの下方に、衝撃を受けて折れ曲った各々のリブ3を収容可能な空間34a、34bが設けられている。このような空間34が設けられていると、衝撃を受けたリブ3が空間34側に倒れて折れ曲がりながら挫屈するので、折れ曲がったリブ3(a)、3(b)同士が重なりあって反発しあうということがなくなり、圧縮曲線のフラット領域が長く続くことになる。
また、本発明のバンパー構造としては、リブの自由端面をバンパービーム(レインフォースメント)側に向けてバンパー芯材を設置することや、基部をバンパービーム(レインフォースメント)側に向けてバンパー芯材を設置することや、切欠きを自由端面の所定位置に形成することや、切欠きを基部側の所定位置に形成することや、切欠きを基部側と自由端面側の両方の所定位置に形成することができる。但し、図8に示すように、切欠き6が所定の位置に形成されたリブ3の自由端面4を外装材32側に向け、基部2をバンパービーム33側に向けてバンパー芯材31を設置することが最も好ましい。このようにバンパー芯材31を設置すると、安定的にバンパー芯材を設置することができ、しかもエネルギー吸収機能を十分に発現させることができる。
バンパー芯材の厚さ(エネルギー吸収部材の厚さ方向の寸法)は、バンパービーム33の厚さ(バンパービームの上下方向の寸法)と同じか、それ以下にすることが好ましく、バンパービーム33の厚さと同じにすることがより好ましい。このようにすると、外側に向かって倒れながら折れ曲って挫屈したリブが、バンパービーム(レインフォースメント)とフェイシャーとに挟まれ荷重が増加することがなくなるため一層圧縮荷重のフラット領域が続くことになる。特に二本リブにおける、直径50mmのパイプによる動的圧縮試験(速度:20km/時間)を行なった場合に、50%歪時荷重(F50)と歪時80%荷重(F80)との比(F80/F50)を1.3以下にすることが容易となる。
本発明のエネルギー吸収部材は、自動車用部材としてバンパーの芯材、ドアの側面衝突用緩衝材として好適に使用される。
以下、本発明について実施例により詳細に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。
実施例1
引張弾性率1120MPaのポリプロピレン系樹脂(エチレン‐プロピレンランダムコポリマー)を使用して、見掛け密度0.16g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、二本のリブと基部とを有する垂直断面がコの字型の図1に示す形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(見掛け密度0.113g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。
上記の通り得られたエネルギー吸収部材の寸法は以下の通りである。基部の高さ8mm、リブの高さH:87mm、厚さT:20.5mm(根元21mm、先端20mm)、エネルギー吸収部材の厚さ80mm、衝撃作用方向の高さ95mmであり、リブの自由端面外側の角部に断面長方形の切欠き(L1:5mm×L2:10mm)をリブの幅方向に連続して形成した。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
実施例2
実施例1と同じ引張弾性率1120MPaのポリプロピレン系樹脂を使用して、見掛け密度0.16g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、二本のリブと基部とを有する垂直断面がコの字型の図1に示す形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(密度0.113g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。
上記の通り得られたエネルギー吸収部材の寸法は以下の通りである。基部の高さ8mm、リブの高さH:87mm、厚さT:20.5mm(根元21mm、先端20mm)、エネルギー吸収部材の厚さ80mm、衝撃作用方向の高さ95mmであり、リブの自由端面外側の角部に断面長方形の切欠き(L1:5mm×L2:15mm)をリブの幅方向に連続して形成した。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
実施例3
実施例1と同じ引張弾性率1120MPaのポリプロピレン系樹脂を使用して、見掛け密度0.12g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、二本のリブと基部とを有する垂直断面がコの字型の図1に示す形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(密度0.082g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。
上記の通り得られたエネルギー吸収部材の寸法は以下の通りである。基部の高さ12mm、リブの高さH:83mm、厚さT:19.5mm(根元20mm、先端19mm)、エネルギー吸収部材の厚さ100mm、衝撃作用方向の高さ95mmであり、リブの自由端面外側の角部に断面長方形の切欠き(L1:5mm×L2:10mm)をリブの幅方向に連続して形成した。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
実施例4
実施例1と同じ引張弾性率1120MPaのポリプロピレン系樹脂を使用して、見掛け密度0.076g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、二本のリブと二本のリブの中間に設けられた1本の補助リブと基部とを有する垂直断面がコの字型部分を有する図5に示す形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(密度0.060g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。
上記の通り得られたエネルギー吸収部材の寸法は以下の通りである。基部の高さ12mm、リブの高さH:83mm、厚さT:19.5mm(根元20mm、先端19mm)、補助リブの高さh:83mm、厚さt:15mm(根元16mm、先端14mm)、エネルギー吸収部材の厚さ100mm、衝撃作用方向の高さ95mmであり、リブの自由端面外側の角部に断面長方形の切欠き(L1:5mm×L2:10mm)をリブの幅方向に連続して形成した。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
実施例5
実施例3と同様のエネルギー吸収部材を作成した。
実施例6
実施例1と同じ引張弾性率1120MPaのポリプロピレン系樹脂を使用して、見掛け密度0.26g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、二本のリブと基部とを有する垂直断面がコの字型の図1に示す形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(見掛け密度0.18g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。
上記の通り得られたエネルギー吸収部材の寸法は以下の通りである。基部の高さ12mm、リブの高さH:83mm、厚さT:22mm(根元23mm、先端21mm)、エネルギー吸収部材の厚さ80mm、衝撃作用方向の高さ 95mmであり、リブの自由端面外側の角部に断面長方形の切欠き(L1:5mm×L2:10mm)をリブの幅方向に連続して形成した。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
実施例7
実施例1と同じ引張弾性率1120MPaのポリプロピレン系樹脂を使用して、見掛け密度0.029g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、二本のリブと基部とを有する垂直断面がコの字型の図1に示す形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(見掛け密度0.020g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。
上記の通り得られたエネルギー吸収部材の寸法は以下の通りである。基部の高さ12mm、リブの高さH:83mm、厚さT:19.5mm(根元20mm、先端19mm)、エネルギー吸収部材の厚さ80mm、衝撃作用方向の高さ95mmであり、リブの自由端面外側の角部に断面長方形の切欠き(L1:5mm×L2:10mm)をリブの幅方向に連続して形成した。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
実施例8
リブの自由端面外側の角部に切欠きを形成せずに、基部の外側の角部に切欠き(L1:5mm×L2:10mm)をリブの幅方向に連続して形成して垂直断面がコの字型の図2に示す形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体を成形した以外は実施例3と同様のエネルギー吸収部材を作製した。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
実施例9
実施例3の厚さTを20.5mm(根元21mm、先端20mm)とした以外は、実施例3と同様のエネルギー吸収部材を作成した。
実施例10
スチレン変性ポリエチレン樹脂としてポリエチレン−スチレングラフト共重合体(スチレン成分比率60重量%)を使用して、見掛け密度0.094g/cmのスチレン変性ポリエチレン樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、実施例3と同様の形状のスチレン変性ポリエチレン樹脂発泡粒子成形体(見掛け密度0.067g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
比較例1、2
実施例1と同じ引張弾性率1120MPaのポリプロピレン系樹脂を使用して、見掛け密度0.16g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、二本のリブと基部とを有する垂直断面がコの字型形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(密度0.113g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。
上記の通り得られたエネルギー吸収部材の寸法は以下の通りである。基部の高さ8mm、リブの高さH:87mm、厚さT:20.5mm(根元21mm、先端20mm)、エネルギー吸収部材の厚さ80mm、衝撃作用方向の高さ95mmである。但し、リブの自由端面外側の角部にも、基部外側の角部にも切欠きは形成しなかった。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
比較例3
実施例1と同じ引張弾性率1120MPaのポリプロピレン系樹脂を使用して、見掛け密度0.16g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、二本のリブと基部とを有する垂直断面がコの字型形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(密度0.113g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。
上記の通り得られたエネルギー吸収部材の寸法は以下の通りである。基部の高さ8mm、リブの高さH:87mm、厚さT:15.5mm(根元16mm、先端15mm)、エネルギー吸収部材の厚さ80mmである。但し、リブの自由端面外側の角部にも、基部外側の角部にも切欠きは形成しなかった。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
比較例4
実施例1と同じ引張弾性率1120MPaのポリプロピレン系樹脂を使用して、見掛け密度0.16g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、二本のリブと基部とを有する垂直断面がコの字型形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(密度0.113g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。
上記の通り得られたエネルギー吸収部材の寸法は以下の通りである。基部の高さ12mm、リブの高さH:87mm、厚さT:20.5(根元21mm、先端20mm)、エネルギー吸収部材の厚さ80mm、衝撃作用方向の高さ95mmであり、リブの自由端面内側コーナー部に断面長方形の切欠き(5mm×10mm)をリブの幅方向に連続して形成した。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
比較例5
実施例1と同じ引張弾性率1120MPaのポリプロピレン系樹脂を使用して、見掛け密度0.12g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し、該発泡粒子を金型に充填してスチーム加熱成形することにより、二本のリブと基部とを有する垂直断面がコの字型形状のポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体(密度0.082g/cm)からなるエネルギー吸収部材を作製した。
上記の通り得られたエネルギー吸収部材の寸法は以下の通りである。基部の高さ12mm、リブの高さH:83mm、厚さT:29.5(根元30mm、先端29mm)、エネルギー吸収部材の厚さ80mm、衝撃作用方向の高さ95mmであり、リブの自由端面外側コーナー部に断面長方形の切欠き(5mm×10mm)をリブの幅方向に連続して形成した。尚、得られたエネルギー吸収部材の見掛け密度、各部の寸法などを表1に示す。
実施例、比較例で得られたエネルギー吸収部材の有効部分から、試験片21の長さd1:290mm、上下方向長さd2:エネルギー吸収部材の高さ、厚さd3:エネルギー吸収部材の厚さの試験片を切り出し(図7参照)パイプによる動的圧縮試験を行い、リブの坐屈方向、25%歪時圧縮荷重(F25)、50%歪時圧縮荷重(F50)、75%歪時圧縮荷重(F75)、80%歪時圧縮荷重(F80)、比(F25/F50)、比(F75/F50)、比(F80/F50)を夫々求めた。なお、実施例および比較例の動的圧縮試験は、吉田精機株式会社製 落下衝撃試験機CST-320SD(装置仕様:最大落下高さ2m、最大錘質量64kg)、解析用デジタル(ローパス)フィルター(装置仕様:CFC180、600、1000(実施例、比較例ではCFC600とした。))を使用して測定を行った。
尚、実施例1〜7、実施例10、および比較例2〜5では、リブの自由端面を衝撃受圧面とし、実施例8、9および比較例1ではリブの自由端面の反対側の基部のリブが形成されていない面を衝撃受圧面とした。また、実施例5を除く実施例、比較例においては、保持台23の幅(バンパービームの上下方向寸法に対応)をエネルギー吸収部材の厚さd3より大きく設定し、実施例5においては保持台23の幅をエネルギー吸収部材の厚さと等しくした。その結果、実施例5では実施例3に比較して75〜80%歪時の圧縮荷重の立ち上りが小さくなった。
また、リブそのものの最大曲げ荷重、最大曲げ歪をJIS K7221−2:1999に基づき測定した。それらの結果を表2に併せて示す。
Figure 2007168705
Figure 2007168705
図1(a)は本発明のエネルギー吸収部材の一例を示す斜視図であり、図1(b)はその垂直断面図である。 図2(a)は本発明のエネルギー吸収部材の他の例を示す斜視図であり、図2(b)はその垂直断面図である。 図3(a)は本発明のエネルギー吸収部材に衝撃が加えられてリブが折れ曲る様子を側面から視た説明図であり、図3(b)は本発明の他の例のエネルギー吸収部材に衝撃が加えられてリブが折れ曲る様子を側面から視た説明図であり、図3(c)は本発明の比較例1〜4に相当するエネルギー吸収部材に衝撃が加えられてリブが折れ曲る様子を側面から視た説明図である。 図4(a)(b)は切欠きの断面形状の説明図である。 図5は二つのリブの間に補助リブが形成されている例を示す側面図である。 図6はエネルギー吸収部材についての圧縮曲線の例を示す図面である。 図7(a)は圧縮試験方法の正面図であり、図7(b)は側面図である。 図8は本発明のバンパー構造の一例を示す垂直断面図である。
符号の説明
1 エネルギー吸収部材
2 基部
3、3a、3b リブ
4、4a、4b リブの自由端面
5a 基部のリブが設けられている面
5b 基部のリブが設けられている面の反対側の面
6、6a、6b 切欠き
7、7a、7b 切欠き
11 補助リブ
21 試験片
22 直径70mmのパイプ
23 試験片の保持台
24 圧縮装置

Claims (8)

  1. 合成樹脂発泡体からなり、衝撃受圧面に略直交(直交を含む)する方向に設けられ互いに略平行(平行を含む)な2つのリブと、該2つのリブを連結する基部とにより垂直断面形状がコの字型をなすエネルギー吸収部材であって、
    各々のリブの高さH(mm)と厚さT(mm)との比H/Tが3〜5であり、
    かつ、前記衝撃受圧面及び/または該衝撃受圧面の反対面において、該リブの幅方向に沿う外側の角部に切欠きが形成されていることを特徴とするエネルギー吸収部材。
  2. 該合成樹脂発泡体が、熱可塑性樹脂発泡粒子成形体であることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー吸収部材。
  3. 該熱可塑性樹脂発泡粒子成形体が、ポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体であることを特徴とする請求項2に記載のエネルギー吸収部材。
  4. 該熱可塑性樹脂発泡粒子成形体が、見掛け密度0.022〜0.13g/cmのポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体であることを特徴とする請求項2に記載のエネルギー吸収部材。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のエネルギー吸収部材からなるバンパー芯材であって、該2つのリブは互いに上下に略平行(平行を含む)に位置していることを特徴とするバンパー芯材。
  6. 該バンパー芯材の該2つのリブの自由端面において、リブの幅方向に沿う外側の角部に該切欠きが形成されていることを特徴とする請求項5に記載のバンパー芯材。
  7. 外装材とバンパービームとの間に、請求項5または6に記載のバンパー芯材が配置され、上側リブの上方及び下側リブの下方に、外力により折れ曲った各々のリブを収容可能な空間が設けられていることを特徴とするバンパー構造。
  8. 該バンパー芯材の該2つのリブの自由端面が外装材側に位置するように配置されていることを特徴とする請求項7に記載のバンパー構造。
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