JP2008524065A - 形状を変えるモジュール式エネルギ吸収体及びこれを構成する方法 - Google Patents

Abstract

調整可能なモジュール式エネルギ吸収体１０が提供されている。それは、１又はそれ以上のエネルギ吸収モジュール１２を具える。エネルギ吸収モジュールは、１又はそれ以上のモジュールのエネルギ吸収ユニット１６を統合する手段を有する。この手段１４は、入射する物体とエネルギ吸収体とが相対運動する際及びその前後に、ユニットを互いに適切な位置に位置決めして支持する。上側周部２２、下側周部２４及びそれらの間を延びる中間壁２６を有する押し潰せる部材１６が設けられている。また、それは、衝撃の前に規定された所定数（ｍ個）の切れ目を有する。また、モジュール式エネルギ吸収体を構成する方法が開示されている。
【選択図】図１ｃ

Description

本出願は、参照することにより本書に盛り込まれている、２００４年１月２０日に出願された米国特許出願番号第１０／７６０，７６０号の一部継続出願で、２００１年１２月４日に出願された米国特許出願番号第１０／００４，７３９号（現在は米国特許番号第６，７５２，４５０号）の継続出願で、２００１年６月１９日に出願された米国特許出願番号第０９／８８４，８１３号（現在は米国特許番号第６，６８２，１２８号）の一部継続出願で、２０００年７月１７日に出願された米国特許出願番号第０９／６１７，６９１号（現在は、米国特許番号第６，６７９，９６７号）の継続出願で、２０００年２月７日に出願された米国特許出願番号第０９／４９９，２０５号（現在は、米国特許番号第６，２４７，７４５号）の一部継続出願である。

本発明は、全体として、衝突の際の乗員の安全に関し、特に、吸収体に衝突する入射物体によって与えられるエネルギを吸収する、「カスタマイズされた」又は「調整可能な」エネルギ吸収体、及びこの吸収体を構成する方法に関する。

米国国家道路交通安全局が、米国連邦議会よって、側面衝突時における車両の乗員、特に子供の保護を改善するよう要請されている。側面衝突は、チャイルドシートに固定された場合であっても、特に幼児にとって致命的な可能性がある。米国道路安全保険協会による１００近くの致命的な衝突事故のある分析によれば、このようなシートに固定された状態で死亡する子供の約４０％が、側面衝突によるものであった。Ｃｈｉｌｄｒｅｎ’ｓ Ｎａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒの２０００年の研究により、サイドドアパネルが横衝突時に負傷に繋がる接触の主要な原因であることが判明した。他の研究は、負傷に繋がる接触の主要な原因に与えられる側面衝突の保護の評価が、横衝突時に受けることを示唆している。他の研究は、自動車に与えられる側面衝突保護の評価が、乗員の空間を維持して横衝突時に全ての乗員をより保護する方法を意図するべきであることを示唆している。

衝突時に乗員がＡ及びＢピラー、天井部、又は何らかの堅い構造に衝突する時に、自動車の乗員又は運転者を保護する様々な方法が提案されている。具体的な方法が、２００２年９月３日に公表された、Ｇｌａｎｃｅによる共有の米国特許番号第６，２４７，７４５号；第６，１９９，９４２号；第６，６７９，９６７号；第６，６８２，１２８号；第６，７５２，４５０号；第６，４４３，５１３号に記載されている。

例えば、エネルギを吸収する発泡体よりも高性能を発揮する上部を切ったプラスチックの円錐形（コーン）を、物体の側面衝突を受ける横転硬化点（ｒｏｌｌｏｖｅｒ ｓｔｉｆｆ ｐｏｉｎｔｓ）又はドアパネルに配置することが知られている。また、このような円錐形は、作るのにあまり費用が掛からない。製造上の経済性は、原材料を再利用可能に溶かすことよって実現している。このような構造は、軽量化してより良い性能を発揮するだけではなく、１車両当たり４ドルから５ドルに達するコスト上の優位をもたらす。

要求されるエネルギ吸収特性のいくつかは、米国連邦自動車安全基準（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｍｏｔｏｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）２０１に規定されている。関連性のある基準に合わせるために、産業界は、連邦政府が義務付けた基準に適合する物理的構造を追求し続けているだけではなく、衝撃力によって受ける頭部の損傷を予測して結果を頭部損傷基準と比較する計算機モデリングプロトコルを開発し続けている。このような開発では、車両試験中に、車両の中の選んだ場所の（例えば、ダミー人形の）頭部の実際の衝撃を測定するのが望ましい。理想的には、実測値がコンピュータによる動的有限要素解析によって予測した値に近似する。

付加的に、ヨーロッパのＥｎｄ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＥＬＶ）法に適合しながらコストを減らす要求が、自動車の軟らかい内装トリムに適用する単一の材料の使用を促進している。関連する事項が自動車用のプラスチックのリサイクル性を重要視している。自動車の内装に関するＥＬＶ法の衝撃及び影響が、様々な方法：例えば、環境に優しい影響を具えた再利用技術の費用効果がある使用、で感じられるであろう。現在、大部分の内装のモジュールは、外板／発泡体／基板の組み合わせで作られている。このため、現在使用されている材料は、再利用の作業に対する課題を提示する可能性がある。このような課題は、単一の材料で作製されたエネルギ吸収モジュールのさらなる使用により、直面する可能性がある。例えば、このような材料は、外板／発泡体／基板に対する多用途の代替物として有望であるため、ポリオレフィン及び再利用可能な溶解ポリマーを有する可能性がある。

ヨーロッパが米国ＨΙＣ（ｄ）要求を導入すると予想される。これは、天井部のエネルギ吸収体に使用する材料の選択及び量に影響を与えるであろう。同様なドアトリムパネルの要求が、骨盤や胴体に当てはまる（側面衝突に適用）。このため、予想されているように、ドアトリムパネル、上部計器パネル、及び天井部といった、モジュール構造に組み込まれたエネルギ吸収体の使用が増加するであろうと思われる。

このようなコスト低減の目的に合致するように、製造工程の数を減らして内部のモジュールを製造する要求が増加している。

これら及び関連するアプローチの観点から、できるだけ短い破壊距離且つできるだけ軽量で衝撃エネルギを吸収し、好ましい経済状況の下で設計及び製造できるようにする要求が依然としてある。

例えば、吸収体を、車両の天井部、Ａピラー、Ｂピラー、又は他の場所に設けてもよい。一般に、エネルギ吸収体は、車両の乗員と入射する力との間に設けられている。それは、少なくとも一部が衝撃を吸収することによって、大きな損傷から乗員を保護する。

本発明の１つの目的は、特定の用途によって強いられる可能性のある空間的な制約の中で「カスタマイズしたり」又は「調整」して、所定のエネルギ吸収特性が生じる、より費用効果の高い効果的なエネルギ吸収体を提供することである。

本発明は、エネルギ吸収ユニットを統合する手段（例えば、基板又はロープ）を有する１又はそれ以上のエネルギ吸収モジュール（例えば、凹部アッセンブリ）を具えたモジュール式のエネルギ吸収体を有する。本書で使用する「エネルギ吸収モジュール」という用語は、エネルギユニットを統合する共通の手段によって統合されたエネルギユニットのアッセンブリを意味する。この統合する手段は、統合する手段が周囲の内側で平面、曲面、又は曲線である連続的な周囲を終端とする。この統合する手段は、様々な数（ｎ個、ｎは０以上の整数）の開口を具える平面又は曲面形状を有する。この統合する手段は、代替的に、膜、ロープ、ヒンジ、平面又は曲面、羽根部及びこれらの組み合わせからなり、入射する物体とエネルギ吸収体とが相対運動する前後及び相対運動する時に、エネルギ吸収ユニットを互いに適切な位置に位置決め及び支持する。エネルギ吸収ユニットと入射する物体との衝突によって力が生じ、車両の乗員に伝わる衝撃を吸収するように、この力の少なくとも一部が吸収される。

また、吸収体が、上側周部を規定する上端部、下側周部を規定する下端部、及びそれらの間を延びる中間部を具えた押し潰せる部材（例えば、壁）を有するエネルギ吸収ユニット（例えば、凹部）を有する。上端部又は下端部のいずれかに衝撃力を与えることができる。

エネルギ吸収ユニットの押し潰せる部材は、エネルギ吸収時に少なくとも一部が潰れて、衝突前に押し潰せる部材に規定される所定数（ｍ個、ｍは０以上の整数）の切れ目を設けることによって一部が決まる潰れた態様になる。この切れ目は、スリット（材料を動かしていない）又はスロット（材料を取り除いて開口を形成する）、又は双方で規定してよい。このため、所定のエネルギ吸収モジュールの中で、統合する手段は平坦であってもなくてもよく、所定数（ｎ個）の開口を有しても有しなくてもよい；所定のモジュールの１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットに、所定数（ｍ個）の切れ目（例えば、スリット、又はスロット、又はスリットとスロット、又はスリットもスロットも設けない）を設けてもよい；そして、統合する手段は平面又は曲面形状でよい。

少なくともいくつかのエネルギ吸収ユニットが、縁部と、基部と縁部との間を延びる第１の壁と、第１のフロアと、縁部と第１のフロアとの間を延びる第２の壁とを有する。ある実施例では、このような構成により、エネルギ吸収ユニットに火山又はクレータ状のフロアを与える。これにより、代替的な実施例では、エネルギ吸収ユニットにドーム形−又は凸形−の形状を与える。（以下に、繰り返されている）

モジュール式エネルギ吸収体を構成するために、以下のステップが取られる：すなわち、
・所定の空間的な制約と所望のエネルギ吸収基準とに従って１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットを選択するステップ；
・予め規定された形状を有するエネルギ吸収ユニットを統合する手段を設けるステップ；
・１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットが、入射する物体とエネルギ吸収体との相対運動の前後及び相対運動時に互いに適切な位置に置かれるように、エネルギ吸収ユニットを統合する手段に関する１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットを設置するステップ；
・壁が上側周部、下側周部、及びそれらの間を延びる中間部を具えるように、いくつかの１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットの中に壁を設けるステップ；
・エネルギ吸収ユニットの少なくともいくつかに、縁部又は上側周部と第１のフロアとの間を延びて火山−又はクレータ状のドームを形成する第１及び第２の壁を設けるステップ；
・壁の中に所定数（ｍ個、ｍは０，１，２，３，．．．，１０００からなる１群から選択される整数）の切れ目を規定するステップ；
・エネルギ吸収ユニットを統合する手段の中に規定される所定数（ｎ個、ｎは０，１，２，３，．．．，１０００からなる１群から選択される整数）の開口を設けるステップ；である。

初めに図１及び図２を参照すると、１又はそれ以上のエネルギ吸収モジュール１２を有するモジュール式エネルギ吸収体１０が示されている。本出願の概要部に現れる「エネルギ吸収モジュール」の定義は、参照することにより本書に盛り込まれている。

各モジュールは、基本構造として、所定のエネルギ吸収モジュールのエネルギ吸収ユニット１６を統合する手段１４（図１（ｂ））を有する。統合手段１４は、ｎが０以上の整数で規定される多く（ｎ個）の開口１８（注記：開口１８に関していえば、図面は実際の貫通孔を示していない）を含む形状を有する。モジュール式エネルギ吸収体１０は、十分な力の衝撃を受ける時に抵抗を与えて曲がるように、統合手段１４によって繋がったエネルギ吸収ユニット１６を特徴とする。ある実施例では、エネルギ吸収ユニット１６は、円錐台の形を取る。このユニットは、さらに、非線形有限要素解析ソフトウェアを用いて所望のエネルギ吸収体を形作るようカスタマイズ又は「調整」可能な、ある形状、寸法、及び肉厚を特徴とする。

当然のことながら、所定の適用例では、多くのエネルギ吸収モジュール１２を基板に固定してもよい。基板によって、「Ｂ」ピラーにわたる車両用天井材といった非限定的な例を目的とするニーズに合わせて、エネルギ吸収モジュールを位置決め及び配置し易くなる。

吸収体は、例えば、上部衝撃及び側面衝撃の双方における乗員保護アプリケーションに使用される。どちらの場合にも、１又はそれ以上のモジュール式エネルギ吸収体が、多くの場合スペースが限られる自動車の内装品と車体構造との間に取り付けられる。吸収体の特定の形状の構造は、それらが収容される幾何学的環境及び制約の中に嵌まって機能するようカスタマイズする場合によって大きく異なる。

一般に、開示されたエネルギ吸収ユニットは、力対変位及び加速度対時間応答の関係を含む計測用の人形又は試験ダミーからの出力を観測することで評価される。

本書に詳細に説明するように、開示されたエネルギ吸収体は、ポリマーで作製するのが好ましい。コスト、性能及び成形性のバランスを考えると、ポリプロピレン（ＰＰ０）及びアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）材料のグレードの選定を使用できる。特に、これらは、Ｂａｓｅｌｌ製ポリオレフィン Ｐｒｏ−ｆａｘ ＳＶ １５２、ポリプロピレン共重合体（ＳＶ１５２）、ＢＰ石油化学製ポリプロピレン共重合体３０４５、及びＧｅｎｅｒａｌ ＥｌｅｃｔｒｉｃのＣｙｃｏｌａｃＥＸ７５（ＥＸ７５）を含むものである。

エネルギ吸収ユニット１６は、入射する物体（図示せず）とエネルギ吸収体１０とが相対運動する前、最中及び後に相互に関連しながらユニットを位置決めして支持する、統合手段１４を設けることで、互いに統合している。この相対運動により、エネルギ吸収ユニット１６と入射する物体との衝撃によって発生する力が少なくとも部分的に吸収されるようになっている。この方法により、例えばモジュール式エネルギ吸収体１０が設けられている車両の乗員に伝わる衝撃力が減少する。また、負傷を減少させることができる。

図１（ｄ）及び図１（ｅ）に示すように、少なくともいくつかのエネルギ吸収ユニット１６が、上端部又は上側周部２２と、下端部又は下側周部２４と、それらの間を延びる中間部又は壁２６とを有する。

付加的に、衝撃を受ける前に所定数（ｍ個）の割れ目２８（図１（ｄ）及び図１（ｅ））が押し潰せるユニット１６の中に規定されている。図１（ｃ）に４つの割れ目が表されているが、好適には、割れ目の数は、３つであり、割れ目がスロット３１の形状で設けられている。本書に使用されているように、「割れ目」は、スリット及びスロットを含む。「スロット」いう用語は、材料が欠けていたり材料を取り除くことで向かい合うエッジを具えた開口という意味を含む。本書で用いるように、「スリット」という用語は、材料を取り除かないで形成した切れ目又は溝２９という意味を含む。好適な実施例では、押し潰せるユニット１６が熱成形した円錐形からなる場合に、スロットが所定の押し潰せるユニット１６の対称軸に対して傾いている。

図１（ｃ）に表すように、モジュール式エネルギ吸収体は、図示された実施例では、可動部３２を有するヒンジ部３０を有している。各可動部３２は、モジュール式エネルギ吸収体１０が設けられる周囲の環境が強いる空間的な制約の中に配置されるように、１又はそれ以上のエネルギ吸収モジュール１２のうちの１つから延びている。周囲の環境（図示せず）は、車両の天井部、バンパーアッセンブリ、ニー・ボルスター（ｋｎｅｅ ｂｏｌｓｔｅｒ）、車両のピラーを含む側面衝突部位、ドア、肘掛け、ヘッドレスト及び背もたれからなる群の中から選択される。

ある実施例では、エネルギ吸収ユニット１６の統合手段１４が、膜、ロープ、ヒンジ、（図示するような）平面、リング、又はこれらの組み合わせの形を取る。あるケースでは、エネルギ吸収体統合手段の中に開口が設けられていない（ｎ＝０）。

図３では、結合手段４４が、隣接するエネルギ吸収ユニット１６の変形及びエネルギ吸収特性を統合するよう設けられている。当然のことながら、結合手段は、接着剤、クリップ、振動溶接、超音波溶接、熱した杭（ｈｅａｔ ｓｔａｋｅ）、「溝の中の舌部（ｔｏｎｇｕｅ ｉｎ ｇｒｏｏｖｅ）」の配置等の形を取ってもよい。また、当然のことながら、図３に示すような積層構成を、エネルギ吸収ユニット１６を所定のユニットの山部が隣接するユニットの谷部（又はフロア）に位置するような方法で組み込むように、再構成してもよい。

図４は、対向する壁３８の面の間の少なくとも一部に延びるフロア４０を表している。ある実施例では、フロアが環状である。代替的には、フロアが壁３８の中間部２６から延びていてもよい。当然のことながら、ある実施例（例えば、図１２）では、フロアが非平面構成を有してもよい。例えば、フロア４０にエネルギ吸収ユニット１６の近接した上端部又は上側周部２２が設けられ、フロア４０を、波形にしたり、さもなければモジュール式エネルギ吸収体１０が吸収体１０が設置される環境が強いる空間的な制約に合うよう構成（上に凸又は下に凹んだ）してもよい。

図５では、フロアには、１又はそれ以上の層を具える反転したウェディングケーキに似た形状が組み込まれている。代替的に、フロア４０を、そこに規定される１又はそれ以上のクレータを含む火山型の構造のような、より曲線的な形状に構成（例えば、図１０）することができる。前に述べたように、他の実施例は、凸状又は凹状のフロア４０を有する。図５を続けて参照すると、１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニット１６のいくつかは仮想の対称軸Ａ−Ａを有し、これに対してフロア４０が０°から１８０°の間で傾斜している。

当然のことながら、エネルギ吸収体の「調整」（例えば、壁の高さの寸法制御、スリット又はスロットの設置又はこれらを設置しないこと、壁の厚さ、及び材料の選択）の結果として、衝撃後の構成を、必要に応じて、衝撃前の配置と実質的に同じような位置に設けてもよい。

引き続き主に図２（ｂ）、図４及び図５を参照すると、壁３８の厚さ（ｔ）は、壁３８の上端２２と下端２４との間で均一でも均一でなくてもよいことを理解されたい。ある構成では、特別なエネルギ吸収特性が要求され又は義務付けられている場合には、所定のエネルギ吸収ユニット１６の壁３８が平均厚さ（ｔ_２）とは異なる他のエネルギ吸収ユニット１６に関する壁の平均厚さ（ｔ_１）を有してもよい。フロア（４０）の厚さも同様である。

ある実施例（例えば、図４）では、統合手段３６を１又はそれ以上の溝部４６，４８の形にしてもよい。統合手段は壁３８の中間部２６に設けられてもよいが、壁３８の上端又は下端２２，２４に近接して統合手段を設置してもよいことを理解されたい。好適には、ある方向に剛性を持ち別の方向に柔軟性を持つように、１又はそれ以上の溝部４６，４８を設ける。これにより、所定のエネルギ吸収モジュールが曲がったりエネルギ吸収体が設置される環境が強いる空間的な制約に適合できるよう、耐衝撃性のためにある方向に剛性を与えることを望んでいるが、別の方向には柔軟性を望んでいる設計者に、付加的な自由度を提供する。

再び図１及び図２に戻ると、図示されている実施例により、設計者が所定のモジュールの中にエネルギ吸収ユニット１６を設置する最良な方法を選択できる。位置の考慮を理解し易くするために、各エネルギ吸収ユニット１６が、投影された場合にある軌跡で想像面に交差する対称軸を有するものと推測することが役立つ。エネルギ吸収ユニット１６を、隣接する軌跡に繋がる線が幾何学的図形を描くよう構成してもよい。この図形は、例えば、線分、円、長円形、楕円形、正方形、菱形、四辺形、多角形である。

図２（ａ−ｃ）及び図１２を参照すると、所定のエネルギ吸収ユニット１６の下側周部２４は、例えば、円、長円形、扁平楕円形又は楕円形を描いてよい。上側周部２２及び中間部１６も同様である。隣接するエネルギ吸収ユニット間のこのような形状の組み合わせは、本発明の範囲内であると思われる。例えば、図１２を参照されたい。

ある環境では、ＨＶＡＣダクト、コート掛け、サンバイザー、ワイヤーハーネス、又はボルトの頭部といった突起部が、車両の乗員が占める空間に侵入する可能性がある。理想的には、このような突起部の周りに強化された剛性特性を有するエネルギ吸収体を設けるのが望ましい。このような吸収体を設ける１つの方法は、エネルギ吸収ユニットを図１０に示すように構成することである。このような実施例では、変形の際に、外壁１７及び内壁４２，５２が一緒に又は連続的にエネルギ吸収を行う。これにより、外壁１７のエネルギ吸収特性とは関係なく内壁４２を設ける自由度を設計者に与える。必要に応じて、エネルギ吸収の際に内壁４２の裾のフロア５０が、より大きい変形量に対する抵抗の大きさが最深部である前の抵抗よりも大きくなるように、事実上最深部であってもよい。ある方法では、このような構成を、必要に応じて、次の防御ラインを提供する内側のエネルギ吸収構造を与えることに相当する機能として考えることができる。

当然のことながら、射出成形法が製造方法として選ばれ、スロットは、壁構造に設けられた軟化機構であるのが好ましい。熱成形が製造方法して選ばれる場合には、不要な材料の塊を取り除く必要がないため、スリットが好ましい。当然のことながら、スロットは、他の条件が同じなら、エネルギ吸収ユニットの重量を減らす一方で、エネルギ吸収構造を軟化する傾向にある。

図６から図９には、基部又は基底部接続部材１２及び基部から延びて規定された複数の第１凹部１６といった、隣接するエネルギ吸収ユニットを接続する手段を有するエネルギ吸収体の代替的な実施例が示されている。凹部１６の少なくともいくつかは、縁部２２を有し、少なくとも１の第１の壁１７が縁部から基部１２に延びている。縁部２２は、平均曲率半径（Ｒ）を有したり、又は非円形状（本書で「曲線」と称する）でもよい。好適には、縁部２２は必ずしも実質的に平らである必要はないが、縁部２２が平面又はドーム形部（凹部）１８（図１１）を有する。１又はそれ以上の第２の凹部４０が、少なくともいくつかの第１の凹部１６に延びている。第２の凹部４０は、第２の壁４２及びフロア４４を有している。フロア４４は、凹面、凸面（図１１参照）、又は、実質的に平面でよい。さらに、フロアが単に縁部２２と同じような縁部であってもよい。

当然のことながら、多くのアプリケーションで、図１から図１０のいずれかのエネルギ吸収体１０を、反転した構成で問題なく実施できる。

２．設計方法
ある好適な（しかし唯一ではない）製造方法は、熱成形によるものである。熱成形が、熱したプラスチックのシート材を工具によって一定の厚さに延ばして所望の部品形状にする工程を含むことが知られている。延ばす工程により、シート材を薄型化して、最終的にはその部品の中が非均一な厚さ分布となる。

モジュール式エネルギ吸収体を構成する方法は、所定の空間的な制約と所望のエネルギ吸収基準に従って１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットを選択するステップと、予め規定された形状を有するエネルギ吸収ユニットを統合する手段を設けるステップと、１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットが、入射する物体とエネルギ吸収体との相対運動の前後及び相対運動時に互いに適切な位置に置かれるように、エネルギ吸収ユニットを統合する手段に関する１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットを設置するステップと、壁が上側周部、下側周部、及びそれらの間を延びる中間部を具えるように、いくつかのエネルギ吸収ユニットの中に壁を設けるステップと、壁の中に所定数（ｍ個、ｍは０，１，２，３，．．．，１０００からなる１群から選択される整数）の切れ目を規定するステップと、エネルギ吸収ユニットを統合する手段の中に規定される所定数（ｎ個、ｎは０，１，２，３，．．．，１０００からなる１群から選択される整数）の開口を設けるステップと、得られた吸収構造のモジュール式エネルギ吸収特性を数値化するステップと、この特性を所望の特性と比較するステップと、必要に応じて反復するステップと、を具える。

３．製造方法
開示されたエネルギ吸収体を熱成形により比較的低コストで製造できて、費用の掛かる工程の改良をしないで、約５０ｍｍ以下の高さにおける衝撃性能を最適化できる。しかしながら、このような高さを越えると、適切な衝突抵抗のためにエネルギ吸収を引き起こすのに要するベースの材料の厚さを、インライン熱成形機械を用いて容易にしかも安価に提供できなくなる。このような事情により、射出成形した吸収体を、おそらく低コストで製造できる。

歴史的には、多数の畝部によって形成される射出成形したエネルギ吸収体の衝突抵抗又はエネルギ吸収量の最適化は、一旦成形体が作製されると改良するのが困難且つ高価である。畝部の厚さの改良は、通常、燃焼、切断、挿入等によって、成形体に材料を加えたり、又は成形体から材料を取り除くことによって実現される。

多くの場合、約１．２５ｍｍよりも薄い壁部を射出成形で製造するのが困難である。このような状況により、マルチドロップのホットランナーシステム（ｍｕｌｔｉ−ｄｒｏｐ ｈｏｔ ｒｕｎｎｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ）を使用して、材料が薄い部分で「固まる」のを防ぐ。材料のカット又は欠けを用いてこのような畝部を無くすことは、畝部が付加的な製造の結果により生じるため、あまり効果がないことが分かっている。畝部がクラスＡの表面仕上げ（外観に問題がある）の背面と一体になっている場合、畝部の変化が「読み通して」許容できない外観を有する製品を得る可能性がある。

このため、吸収体の衝突抵抗を「調整」又は「ダイアル・アップ又はダウン」して、所定の一連の衝撃状況でのエネルギー管理の最大測定又は高いレベルの乗員保護を与えることが不可欠である。発泡体のエネルギ吸収体を、密度を変えることで調整できが、金属、熱可塑性樹脂、又は複合材料からなるものよりも効果があまりないことが分かっている。金属及び複合材料の吸収体は、射出成形及び熱成形したエネルギ吸収体といったプラスチックの同等物よりも高価であることが分かっている。

好適には、開示したエネルギ吸収体は、ベースシートに凹部を具えた構造を有し、射出成形又は圧縮成形で製造される。凹部は、例えば、約１．２５ｍｍの最小肉厚を有する。テーパの付いた又は引き抜かれた小さな領域が、この厚さよりも薄い厚さを有してもよい。

凹部の壁を１．２５ｍｍよりも厚くしてもよいが、１．２５ｍｍの厚さの領域を有して所定の点の凹部の座屈を促進するようにしてもよい。

所定のエネルギ吸収ユニットの壁に対して殆ど平行なスリット（材料を取り除いていない）、又はスロット（材料を欠いた領域）を設けてもよい。このような切れ目を設けても設けなくてもよいが、設けた場合、スロットの幅を変えても変えなくてもよい。前述のように、エネルギ吸収ユニット（例えば図４）の内壁又は外壁から突出する畝部を設けても設けなくてもよい。

畝部を設ける場合、畝部５１（図４）は、凹部の壁に対して殆ど平行であり、渦巻部を有して所定の点で凹部の座屈を促進する。当然のことながら、所定のエネルギ管理特性を引き起こすために、畝部５１の高さ及び幅の双方を変えてもよい。

ある実施例では、１．２５ｍｍの最小肉厚が、最小限の数の注入ポートを具えて射出成形用に設計された型の中の材料の流れを促進する。この厚さよりも薄いと、形成された品物に、ポリマーが薄い区間に押し込まれることによって生じるより大きなせん断応力が生じる。また、薄い区間は、充填するのが難しい。これは、高い射出成形圧力、大きな設備、高い光熱費及び高いスクラップ発生率を伴う。１．２５ｍｍよりも厚い領域は、これらの問題点が少ない傾向にある。最小肉厚を１．２５ｍｍに維持することにより、吸収体を加工するコストが最小限となる。また、肉厚を厚くしたり薄くしたりすることで、吸収体の衝突抵抗を、衝撃性能を最適化するよう合わせることができる。

スリット、又はスロットといった切れ目の存在により、所定のエネルギ吸収ユニットの衝突抵抗が減少する。また、スリット２８（図１（ｃ））の数を変えて、衝撃性能を低い程度に最適化することができる。好適には、必ずしも言えないが、スリットは壁１６の全体の長さに達した方がよい（例えば、図１（ｄ）参照）。そうすることにより、ニットライン（ｋｎｉｔ ｌｉｎｅｓ、形成部材における弱点であると分かっている２つの溶けたプラスチックの最前部が一緒になる領域）が、凹部の基部又は頂部といった、エネルギ管理をあまり必要としない領域に向かって強制的に押される。

必要に応じて、凹部の壁面から各々突出する畝部５１（図４）の大きさを、大きくしたり小さくしたりして、構造の衝突抵抗を増やしたり減らしたりすることができる。また、畝部を設けた場合、畝部５１が、材料が畝部に隣接する領域に流れ易くする溝部を具えていてもよい。畝部の高さ及び幅を変えて、衝突抵抗を増やしたり減らしたりすることができる。好適な実施例では、畝部がエネルギ吸収ユニットの内部に設けられている。

射出成形金型を、固形ブロック材で作製可能であり、又は多くの鋳ぐるみ（ｉｎｓｅｒｔｓ）を具えて構成可能である。各凹部の好適な実施例は、円錐台（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ）形状である。このような構成の利点は、円錐形内部の鋳ぐるみの使用により衝撃性能を最適化する簡単且つ安価な手段に、役立つことである。これらの鋳ぐるみは、ＣＮＣ加工やＥＤＭ方といったより高価な方法よりも、むしろ主として数値制御旋盤で安価に製造される。凹部の肉厚を、元の鋳ぐるみを改良したり外形が異なるものを単に入れ替えたりすることで、容易に変えることができる。肉厚を変えることで、衝突抵抗もまた変えることができる。

要約すれば、各凹部の衝突抵抗を変えて、金型の費用への影響を最小限に抑えて衝撃性能を最適化することができる。また、優れた衝撃性能を発揮したままで、最新の競合品に対して高い製造速度且つ低コストにするのに役立つ。

４．試験観察
試験は、所定の吸収体（例えば、ポリプロピレン製の：Ｂａｓｅｌｌ Ｐｒｏ−ｆａｘ ＳＶ １５２）構成の抵抗特性を予測して、自動車の側面衝突の所定の対応策である既知の評価基準（８０ｐｓｉ以上）に適合するよう、その形状を効果的に調整又は最適化するために実施される。

以下に、試験結果の概要を示す。

試験方法： 一定速度で１つのコーン（円錐形）を（コーンの軸に対して垂直な方向に向 いた）剛体平面に衝突させた場合の短時間の有限要素シミュレーション

モデルのコーン材：Ｐｒｏ−ｆａｘ ＳＶ １５２ ＰＰ；Ｃｙｃｏｌａｃ
ＥＸ７５ ＡＢＳ，Ｃｙｃｏｌａｃ ＭＣ８８００，Ｃｙｃｏｌｏｙ ＩＰ
１０００

歪み速度依存性は、準静的な動作を反映するようモデル化していない

剛体平面に接触させてコーンを支持する

コーンの形状−１０°の抜き勾配、上部の直径は１５ｍｍ；畝部は無し

衝撃速度＝シミュレーションの実行時間を減らすため３３ ｍｐｈ（ＦＭＶ
ＳＳ２１４ 合成スピード）

圧力計算を行う領域＝衝突して１つのコーンのみに影響を及ぼすことのでき
る最大領域。−モデルの基部で仮定した領域(直径６４ｍｍ）

生データは、（他のフィルタは、平滑化し過ぎるため）ＳＡＥ１０００でフ
ィルタリングされる

変数： 衝撃角 （０°，１４°，２７°）
部品の厚さ （１．２５ｍｍ，１．６ｍｍ，２．
０ｍｍ）
コーンの壁の中の７５ｍｍ長のスリットの数（０，１，２，４）
コーンの中の畝部の高さ （０，１．２５ｍｍ，２．５ｍｍ）

列数： １０８（フル・ファクトリアル、Ｆｕｌｌ Ｆａｃｔｏｒｉａｌ）
測定： 衝突体に加えられるピーク圧力
事象全体における衝突体に加えられる平均圧力
事象全体における圧力の標準偏差
コーンの重量

温度： 室温（温度の影響は考慮しない）
結果の解析： Ａｌｔａｉｒ Ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ（登録商標）製パッケージ・ソフト ウェアを用いたＤＯＥ前後のプロセス

ＬＳ−ＤＹＮＡ３Ｄ（登録商標）の非線形有限要素法で実行するシミュレ ーション

ＪＭＰ統計ソフトウェアを使用した結果の解析−主要な効果及び相互作用
のスクリーニング効果
伝達関数の段階的な逆回帰

実験観察によって、エネルギ吸収ユニットの抵抗特性が、スリット又はスロットの数及び肉厚に最も敏感であることが、明らかになっている。また、衝撃力に応じてエネルギ吸収モジュールに加わる平均圧力を、実際の製造及び性能の制限の範囲内でエネルギ吸収ユニット間の空間を調整することで調整可能である。このため、ユニットの構成及びモジュールの中のその空間的な配向を変えることで、所定の一連の衝撃状況におけるモジュールの抵抗圧力を最適化できる。この設計手法は、最終的に、吸収体が乗員に干渉することで荷重移動又はエネルギ管理の必要性があるかどうかによって決まる。

本発明の実施例が図示され説明されているが、これらの実施例が本発明の全ての可能な形態を図示及び説明することを意図するものではない。むしろ、本明細書に記載されている用語は、制限よりもむしろ説明の用語であり、当選のことながら、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく様々な変更を行うことができる。

図１（ａ）は、１又はそれ以上の統合手段が広がるいくつかのエネルギ吸収ユニットを有するエネルギ吸収モジュールの１つを含む、本発明に従って構成されたモジュール式エネルギ吸収体の平面図である。 図１ｂは、正面図である。 図１（ｃ）は、図１（ａ）のラインＩ−Ｉに沿った断面図である。 図１（ｄ−ｅ）は、スリット及びスロットを具えた吸収体の平面図である。 図２（ａ）は、エネルギ吸収ユニットの逆側の端部の横断面図である。 図２（ｂ）は、エネルギ吸収ユニットのいくつかの特性を理解し易いよう拡大した（衝撃前の）縦断面図である。 図２（ｃ）は、エネルギ吸収ユニットの逆側の端部の横断面図である。 図３は、エネルギ吸収体の耐衝撃性を強める手段を含む、エネルギ吸収ユニットの積層構造の断面図である。 図４は、エネルギ吸収ユニットを統合する手段と中間壁との間の交点を示すエネルギ吸収ユニットの断面図である。 図５は、本発明の代替的な実施例を示しており、エネルギ吸収ユニットが反転したウェディングケーキ、又はクレータ（陥凹）を有する火山のような形をしている第１のフロアを有する。 図６は、本発明の実施例の断面図であり、一般に平坦なフロアがエネルギ吸収ユニットに近接する第２の壁の間を延びている。 図７は、本発明の代替的な実施例の断面図である。 図８は、本発明のさらなる代替的な実施例を示す。 図９は、本発明のさらなる代替的な実施例を示す。 図１０は、上方に延びる１又はそれ以上のクレータ（陥凹）を具えた火山の形をしたエネルギ吸収ユニットの断面図である。 図１１は、中間壁から延びるドーム形の表面を具えたエネルギ吸収ユニットの実施例の断面図である。 図１２は、代替的な実施例を表す。

Claims (23)

1. １又はそれ以上のエネルギ吸収モジュールを具えるモジュール式エネルギ吸収体であって、
   前記１又はそれ以上のエネルギ吸収モジュールが、
   前記１又はそれ以上のエネルギ吸収モジュールに規定された所定数（ｎ個、ｎは０以上の整数）の開口を含む構成を有する前記１又はそれ以上のモジュールのエネルギ吸収ユニットを統合する手段と、
   前記統合する手段と関連した１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットとを有し、
   前記統合する手段が、入射する物体と前記エネルギ吸収体とが相対運動する際及びその前後に、前記１またはそれ以上のユニットを互いに適切な位置に位置決めすることで、生じた衝撃力が前記エネルギ吸収ユニットによって少なくとも部分的に吸収され、
   少なくとのいくつかの前記ユニットが、上側周部（ｕｐｐｅｒ ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）と、下側周部（ｌｏｗｅｒ ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）と、これらの間に延在する中間壁と、衝撃前に前記中間壁に規定されている所定数（ｍ個、ｎは０以上の整数）の切れ目とを有し、
   前記壁が、吸収時に少なくとも一部が潰れるよう構成され、
   上壁が前記上側周部から延びており、前記中間壁及び前記上壁の一方又は双方が各壁に関する変形特性に従って少なくとも一部が潰れ、
   少なくともいくつかの前記エネルギ吸収ユニットが、それらの中間壁及び上壁が衝撃力の主要な入射成分に対して各々α及びβの角度で傾斜するよう向いており、
   少なくともいくつかの前記エネルギ吸収ユニットが結合して、衝撃力を与える物体が減速するよう相互に支持することを特徴とするモジュール式エネルギ吸収体。
2. さらに、可動部を有するヒンジ部を具え、
   各可動部が、前記吸収体を設置する環境によって強いられる空間的な制約の中に前記吸収体を構成するように、１又はそれ以上の前記統合する手段の１から延びており、
   前記環境が、車両の天井部、バンパーアッセンブリ、ニー・ボルスター（ｋｎｅｅ ｂｏｌｓｔｅｒ）、車両のピラーを含む側面衝突部位、肘掛け、及びドアからなる群の中から選択されることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
3. 前記開口の数（ｎ）がゼロに等しいことを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
4. 前記統合する手段が、膜、ロープ（ｔｅｔｈｅｒ）、ヒンジ、平面、畝部、溝部、非平面、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される構造を具えることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
5. 少なくとも１の前記１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットが、上壁の対向面の間を少なくとも部分的に延びるフロアを有することを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
6. 前記フロアが環状であることを特徴とする請求項５に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
7. 前記フロアが前記上側周部の中を延びていることを特徴とする請求項５に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
8. 前記フロアが非平面の形状を有することを特徴とする請求項５に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
9. 前記フロアが、１又はそれ以上の層を具えるウエディングケーキ形状に構成されていることを特徴とする請求項５に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
10. 前記フロアが、そこに規定された１又はそれ以上のクレータを有する火山形状に構成されていることを特徴とする請求項５に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
11. 前記１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットのいくつかが、仮想の対称軸を有し、
    前記フロアの少なくとも１区間が前記対称軸に対して傾いていることを特徴とする請求項５に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
12. 反発した後の解放構成が衝突前の非変形構成と実質的に同じ位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
13. 前記中間壁が、前記上側周部と下側周部との間に非均一の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
14. 前記上壁が、前記上側周部と前記フロアとの間に非均一の厚さを有することを特徴とする請求項５に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
15. 所定のエネルギ吸収ユニットの前記中間壁が、別のエネルギ吸収ユニットに関する壁の平均厚さ（ｔ_２）とは異なる平均厚さ（ｔ_１）を有することを特徴とする請求項１３に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
16. 所定のエネルギ吸収ユニットの前記上壁が、別のエネルギ吸収ユニットに関する上壁の平均厚さとは異なる平均厚さを有することを特徴とする請求項１４に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
17. 各対称軸が、所定の面に交差する軌跡の位置を規定しており、
    この平面において隣接する軌跡に繋がる線が、線分、円形、卵形、長円形、楕円形、正方形、菱形、四辺形、及び多角形からなる群の中から選択される幾何学的図形を描くことを特徴とする請求項１１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
18. エネルギ吸収ユニットの下側周部が、円形、卵形、長円形、扁平長円形、多角形、及び楕円形からなる群の中から選択される幾何学的図形を規定することを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
19. エネルギ吸収ユニットの上側周部が、円形、卵形、長円形、扁平長円形、多角形、及び楕円形からなる群の中から選択される幾何学的図形を規定することを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
20. 中間部が、円形、卵形、長円形、扁平長円形、多角形、及び楕円形からなる１群の中から選択される幾何学的図形を規定することを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
21. 前記エネルギ吸収モジュールの２又はそれ以上が、積層構成で配置されており、
    前記吸収体が、さらに、前記２又はそれ以上のエネルギ吸収モジュールの衝撃抵抗特性を結合する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体。
22. 空間的な制約及び所望のエネルギ吸収基準に従ってエネルギ吸収モジュールの中から１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットを選択するステップと、
    予め規定された形状を有するエネルギ吸収ユニットを統合する手段を設けるステップと、
    前記１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットが、入射する物体と前記エネルギ吸収体との相対運動の前後及び相対運動時に互いに適切な位置に置かれるように、前記エネルギ吸収ユニットを統合する手段に関する１又はそれ以上のエネルギ吸収ユニットを設置するステップと、
    前記壁の中に所定数（ｍ個、ｍは０，１，２，３，．．．，１０００からなる群から選択される整数）の切れ目を規定するステップと、
    肉厚の分布を決定するステップと、
    前記エネルギ吸収ユニットを統合する手段の中に規定される所定数（ｎ個、ｎは０，１，２，３，．．．，１０００からなる群から選択される整数）の開口を設けるステップと、
    前記モジュール式エネルギ吸収構造の理論的なエネルギ吸収特性を推測するステップと、
    前記理論的な特性を所望の特性と比較するステップと、
    必要に応じて反復するステップと、
    を具えることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式エネルギ吸収体の構成方法。
23. さらに、前記上側周部から延びる上壁によって支持されたフロアを設けるステップを具えており、
    前記上壁が、前記中間壁に関するエネルギ吸収特性を統合するエネルギ吸収特性を与えるよう選択された寸法を有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。

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