JP2011530054A - エネルギー吸収用構造物 - Google Patents

Abstract

本発明は、加わる衝撃エネルギーの吸収用の構造物(1)であって、衝撃によりこの構造物が可塑的に変形可能で、場合によれば少なくともある程度破壊される可能性があり、以下の特徴：
a)構造物(1)が、複数の補強用リブ(7)を有し、これらリブ(7)が、一つのリブ(7)が壊れると構造物(1)に加わる力が直ちに軸方向に他のリブ(7)により吸収されるように、相互に軸方向に対して角度(α)で設けられている；
b)構造物(1)が、軸方向に伸びる複数のリブ(13)を有し、これらのリブ(13)が、本質的に波状またはジグザク状の形状である；
c)構造物(1)が、軸方向に第一の面内を延びる少なくとも一枚のリブ(15)と、これに連列され軸方向に第一の面に対して回転した第二の面内を延びる少なくとも二枚のリブ(11)とを有している；
d)構造物(1)が、衝撃の方向に少なくとも二層(23、27及び33)を有し、そのそれぞれが異なる圧縮特性と異なる破壊特性とを有する；の少なくとも一つを有するエネルギー吸収用構造物に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加わる衝撃エネルギーの吸収用構造物であって、衝撃によりこの構造物が可塑的に変形可能で、場合によっては少なくともある程度破壊される可能性がある構造物に関する。

衝撃エネルギー吸収用構造物は、例えばいわゆる自動車用衝撃吸収材として用いられている。これらが取り付けられる位置は、通常車両のバンパーフレームとバンパー横材との間である。衝撃の際に衝撃吸収材が変形し、このため不可逆にエネルギーを吸収する。吸収されるエネルギー量が比較的少ない限り、衝撃吸収材の構造崩壊によるエネルギー吸収により、車両の構造的に重要な部品の高コストな修理を避けることができる。

通常衝撃吸収材としてエネルギー吸収のために車両中で用いられる構造物は、スチール製のクラッシュボックスである。このような構造物は、例えばEP-A1477371に記載され、衝撃により変形する。

しかしながら燃費の向上のため、車両部品を軽量に設計することが望ましい。このため、クラッシュボックスにも、スチールより軽い代替材料が望まれる。例えばWO-A2007/147996には、衝撃吸収材がプラスチックで製造可能であることが開示されている。通常の方法では繊維強化プラスチックが用いられる。ここに開示される吸収構造物は、リブで強化され板で連結された二個の部品からなる。ここでの補強は、部品内部の横リブによりなされ、それぞれ二個の横リブ間にはリブ連結構造物がある。

しかしながら、この種の構造物の欠点は、軸方向の衝撃が段階的に吸収され、いずれの場合も、入力エネルギーが、次の横リブに至る前に損傷を引き起こし、十分なエネルギーが導入されて次の横リブまで構造部を破壊するためには、もう一度にはエネルギー入力が必要であることである。したがって、この方法は、部品の制御されたあるいは制御可能な破壊をさせることができない。

比較的に多量のエネルギーの吸収に特に好適な部品は、長繊維強化の部品であるが、これらは製造には費用がかさむ。

これに対して、ガラス短繊維強化プラスチックは、一般的には比較的に設置長の小さな第二成分として用いられている。これらは、通常ドーム状構造物または類似のリブ状の形で設計され、座屈のリスクのため比較的小さな設置長で設計される。

ＥＰ−Ａ１４７７３７１ ＷＯ−Ａ２００７／１４７９９６

本発明の目的は、衝撃エネルギーを吸収できるポリマー材料製の構造物であって、この構造物が制御可能なあるいは制御された破壊プロセスにより、一定比率で力の吸収を示すように設計されている構造物を提供することである。

本目的は、加わる衝撃エネルギーの吸収用の構造物(1)であって、衝撃によりこの構造物が可塑的に変形可能で、場合によれば少なくともある程度破壊される可能性があり、以下の特徴の少なくとも一つを有するものにより達成される。

a)構造物が、複数の補強用リブを有し、これらリブが、一つのリブが壊れると構造物(1)に加わる力が直ちに軸方向に他のリブにより吸収されるように、相互に軸方向に対して角度(α)で設けられている；
b)構造物が、軸方向に伸びる複数のリブを有し、これらのリブが、本質的に波状またはジグザク状の形状である；
c)構造物(1)が、軸方向に第一の面内を延びる少なくとも一枚のリブと、これに連列され軸方向に第一の面に対して回転した第二の面内を延びる少なくとも二枚のリブとを有している；
d)構造物が、衝撃の方向に少なくとも二層を有し、そのそれぞれが異なる圧縮特性と異なる破壊特性とを有する。

本発明の目的においては、軸方向とは、無変形のエネルギー吸収用構造物の場合、その構造物に影響を与える衝撃作用の方向をいう。この方向は、通常この構造物の最大の縦方向に一致する。

もしこの構造物が、リブが破壊されると構造物に加わる力が軸方向に他のリブで直ちに吸着されるように軸方向に対して角度（α）で配列されたリブを持つ場合は、これらのリブは、軸方向に対して10〜80°の範囲の角度で、好ましくは45〜75°の範囲で回転されていることが好ましい。これにより、力が構造物に軸方向に作用するとき、1枚のリブがまず、例えば割れて破壊されるまでに力の一部を吸収し、リブの破壊が起こる点では構造物に加わる力が直ちに次のリブにより吸収されるようにすることができる。このリブの配列は、軸方向に垂直ないずれの断面もが、常に少なくとも2枚のリブに交叉するようになっている。

軸方向に対してある角度で回転されたリブに加えて、軸方向に延びる縦リブがあってもよい。このような縦リブが、通常縦方向で少なくとも外側に設けられている。

構造物に加わる力が、すでに、前のつぶれかかったリブがまだ少なくともある程度存在しているうちに次のリブに作用しているという事実は、構造物に加わる力に極大が無いと言うことを意味する。この結果、構造物に加わる力が一定比率で吸収されることとなる。

したがって、軸方向に延びる波状またはジグザク状のリブも、構造物の一定比率での破壊に導く。軸方向に延びる、したがって衝撃の方向に伸びるリブは、一般的には純粋に軸方向の負荷に当てられる。これらのリブの破壊挙動は、臨界荷重を超えた際に横破壊が起こるオイラー座屈に相当する。このようなデザインが力曲線に望まざる急変化を引き起こすこともある。このような性質は、波状形状で防ぐことができる。これは、それぞれの波状リブがそれぞれの波形の頂点で変形し、最終的には波形の頂点で破壊するという事実によるものである。波形の頂点でリブが破壊すると、力は直ちに次の波状リブの傾斜部に作用する。方向変化のある曲がりかどである半径を持つようにこの波状リブを設計することが特に好ましい。これらのリブは、制御された破壊の前にこの半径で変形する。ジグザク状リブは、常に角で破壊される。リブに加わる力は、ある半径をもってデザインされた形の場合より小さい。

この半径のため、低レベルの力でも、制御された曲げ荷重をリブに引き起こす。これは、破壊前にリブが吸収できる最大の力が低下させる、時間に対してプロットした力曲線における大きな変動も低下させる。

エネルギー吸収用構造物が軸方向の衝撃にさらされると、例えば軸方向の自動車の衝突の場合には、特徴的なのは、誘起される力の非対称のため、大きな軸方向の力に加えて、横方向の力も発生することである。このため、本質的に軸方向にエネルギーを吸収する構造物は、非理想的な応力に曝されても信頼できる機能を発揮するためには、横方向の力に対して一定の強度をもつ必要がある。

このような非理想的な応力は、特に自動車内で、例えば衝突が直接軸方向でなく、例えば少し傾いてあるいは小さな角度を持って起こる場合に発生する。

構造物に加わる横方向の力に対する強度を上げる方法の一例は、少なくとも一枚の軸方向に第一の面内で延びるリブを有し、これに連結する、第一の面に対して回転した第二の面内を軸方向に延びる少なくとも2枚のリブを有する構造物を与えることであり、例えばその構造物は、ダブルT型の部品の形をとる。第一の面内で延びるリブと、第一の面に対して回転した第二の面内を延びるリブは、この構造物をこのような横方向の力に対して特に大きく補強する。

例えば、ダブル-T型の部品の場合のような一枚の第一の面内を軸方向に延びるリブと第一の面に対して回転した二枚の第二の面内を軸方向に延びるリブに加えて、第一の面に設けられた二枚の平行なリブで、それぞれが第一の面に対して回転した二枚の第二の面内を軸方向に延びるリブに連結しているものがあってもよい。他の形のいずれもまた可能である。例えば、各方向に三枚以上のリブを用いることもできる。

衝撃の方向に少なくとも2枚の層をもつ構造物で、各層が異なる圧縮特性と異なる破壊特性を持つものにより、例えば一層がまず比較的に低い力レベルで損傷し、次いでもう一つの層が少し高い力レベルで損傷することが可能となる。二層を超える場合、各層が、前の層より少し高い力レベルで損傷することが好ましい。これにより、衝撃の結果構造物に加わる力の制御された吸収が可能となり、層の破壊を引き起こすのに必要な力がより大きくなり、この結果、破壊により長さがより短くなるって、破壊の結果として構造物が圧縮される比率が減少する。この結果、例えば自動車の衝突の場合に、自動車の移動速度が連続的に減少する。

図1は、第一の実施様態の衝撃吸収用構造物の図の平面図である。 図2は、第二の実施様態の衝撃吸収用構造物の図の平面図である。 図3は、相互に回転した面内を延びるリブをもつ、第一の実施様態の衝撃吸収用構造物の三次元的表示である。 図4は、相互に回転した面内を延びるリブをもち、リブの高さが増加する衝撃吸収用構造物の三次元的表示である。 図5は、相互に回転した面内を延びるリブをもつ、リブの幅が増加する衝撃吸収用構造物の三次元的表示である。 図6.1〜6.4は、相互に回転した面内を延びるリブをもついろいろな実施様態の断面を示す。 図7は、異なる圧縮特性の三層を持つ構造物の図の平面図である。 図8は、ピストンを有する本発明の構造物の側面図である。

ある好ましい実施様態においては、リブが、軸方向に高さが増加するように設計される。結合点の方向に、即ち軸方向に作用する衝撃の場合は衝撃の方向に、リブの高さが増加することが好ましい。このリブの高さの増加は、横方向の力に起因する曲げモーメントの分布に対応するものである。例えば、衝撃が加わる側とは反対側の曲げモーメントは、直接的に衝撃が加わる点より大きい。あるいはこれに代えて、リブの高さを一定として形状の幅を大きくすることもできる。これもまた、横方向の力が存在するときの曲げモーメントの分布に対応するものである。あるいは、構造物の大きさを軸方向に大きくしてもよい。構造物の大きさが軸方向に増加する場合、その大きさは、高さだけでなく幅も増加する。他の可能性としては、リブの厚みが軸方向に増加することで、衝撃の加わる点に面する側のリブが最も小さな壁厚をもつ。上述の構造変化の、即ちリブの高さの増加、形状の幅の増加、構造物の軸方向の大きさの増加、リブの厚みの増加のいずれか所望の組み合わせを実施することもできる。

この構造物が、少なくとも一枚の第一の面内を軸方向に延びるリブと、これに連結した少なくとも2枚の、第一の面に対して回転した第二の面内を軸方向に延びるリブとを持つ場合、ダブル-T部品型のデザイン以外のもう一つ可能なデザインは、例えば、構造物が、相互に平行な面で軸方向に延びる少なくとも2種のリブで、それぞれそれに対して回転した面内を延びる二枚のリブに連結したものを有しているデザインである。この二枚の平行な面で延びるリブは、直接的に平行であっても、あるいはこれらの相互に平行な面で延びるリブがそれに対して回転した面内を延びるリブとは異なる側で連結されるように変化していてもよい。例えば、二枚の隣接するリブが上辺で、また二枚の他の隣接するリブが底辺で、平行なリブで連結されていてもよい。例えば、3枚の平行リブの場合、二枚のリブが上端においてそれに直行する面内を延びるリブで連結し、三枚の平行リブの中間リブと他の外側リブが、回転した面内を延びるリブで底辺で連結されていてもよい。二枚が上辺で、二枚が底辺で、それに対して回転した面内を延びるリブで連結している四枚の平行なリブの場合、例えば二枚の中間リブが、上面と底面の間に位置するもう一つの平行面内を延びるリブで相互に連結されていてもよい。さらに、例えば、これらのリブからこれとは垂直に延びる他のリブがあってもよい。

回転した面内を延びるリブにより連結された平行リブに加えて、もう一つの可能性は、平行な面内を延びるリブに連結されたリブが、例えば傾斜した面で延びることである。第一の面内を延びるリブとそれに対して回転した第二の面内を延びるリブの角度は、例えば90°を超えるか、下回る。

相互に対して軸方向に回転した少なくとも2枚の面内にリブが延びているこれらの断面形状は、いずれの場合も横方向の力の吸収における改良である。

エネルギー吸収用構造物の製造のための材料は、ポリマー材料を含むことが好ましい。このポリマー材料は、例えば熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂である。これらは、非充填物の形で用いても、充填物の形で用いてもよい。しかしながら、充填ポリマーを使うことが好ましい。

好適なポリマーの例としては、天然ポリマーや合成ポリマーまたはこれらの誘導体、天然樹脂や合成樹脂またはこれらの誘導体、タンパク質、セルロース誘導体などが挙げられる。これらは、化学的または物理的に硬化可能な材料、例えば大気中で硬化する、放射により硬化する、熱により硬化する材料であってもよく、なくてもよい。

ホモポリマーのみを使用することもできるし、コポリマーまたはポリマー混合物を使用することもできる。

好ましいポリマーとしては、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン);ASA(アクリロニトリル-スチレン-アクリレート);アクリル化アクリレート;アルキド樹脂;アルキレン-酢酸ビニル;アルキレン-酢酸ビニルコポリマー(特に、メチレン-酢酸ビニル、エチレン-ビニルアセテート、ブチレン-酢酸ビニル);アルキレン-塩化ビニルコポリマー;アミノ樹脂;アルデヒド樹脂とケトン樹脂類;セルロースおよびセルロース誘導体(特にヒドロキシアルキルセルロース、酢酸セルロースやプロピオン酸セルロースや酪酸セルロースなどのセルロースエテル)、カルボキシアルキルセルロース、硝酸セルロース;エポキシアクリレート;エポキシド樹脂;変性エポキシ樹脂(例えば二官能性のまたは多官能性のビスフェノールAまたはビスフェノールF樹脂)、エポキシ-ノボラック樹脂類、臭素化エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂;脂肪族エポキシ樹脂、グリシドエーテル、ビニルエーテル、エチレン-アクリル酸コポリマー;炭化水素樹脂;MABS(アクリレート単位を含む透明ABS);メラミン樹脂;無水マレイン酸コポリマー；(メタ)アクリレート;天然樹脂;ロジン;セラック;フェノール樹脂;ポリエステル;ポリエステル系樹脂(例えば、フェニルエステル樹脂);ポリスルホン(PSU);ポリエーテルスルフォン(PESU);ポリフェニレンスルホン(PPSU);ポリアミド;ポリイミド;ポリアニリン;ポリピロール;ポリブチレンテレフタレート(PBT);ポリカーボネート(例えばバイエル社のマクロロン(R));ポリエステルアクリレート;ポリエーテルアクリレート;ポリエチレン;ポリエチレンチオフェン;ポリエチレンナフタレート;ポリエチレンテレフタレート(PET);ポリエチレンテレフタレートグリコール(PETG);ポリプロピレン;ポリメタクリル酸メチル(PMMA);ポリフェニレンオキシド(PPO);ポリオキシメチレン(POM);ポリスチレン(PS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE);ポリテトラヒドロフラン;ポリエーテル(例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール);ポリビニル化合物(特にポリ塩化ビニル(PVC)、PVCコポリマー、PVdC、ポリ酢酸ビニル、およびこれらのコポリマー)、適当なら部分加水分解ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、ポリビニルアクリレート、および溶液状および分散液状ポリビニルメタクリレートおよびこれらのコポリマー、ポリアクリレートとポリスチレンコポリマー;ポリスチレン(耐衝撃性または非耐衝撃性);イソシアネートで非架橋または架橋のポリウレタン;ポリウレタンアクリレート;スチレン-アクリロニトリル(SAN)、スチレン-アクリル系コポリマー;スチレン-ブタジエンブロックコポリマー(例えば、BASF社のスチロフレックス(R)またはスチロラックス、TPC社のK-樹脂);タンパク質(例えば、カゼイン);SIS;トリアシン樹脂、ビスマレイミド-トリアシン樹脂(BT)、シアネートエステル樹脂(CE)、アリル化ポリフェニレンエーテル(APPE)があげられる。2種以上のポリマーの混合物を使用することもできる。

特に好ましいポリマーは、アクリレート、アクリレート樹脂、セルロース誘導体、メタクリレート、メタアクリル酸樹脂、メラミンやアミノ樹脂、ポリアルキレン、ポリイミド、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、例えば二官能性のまたは多官能性のビスフェノールA樹脂または二官能性のまたは多官能性のビスフェノールF樹脂、エポキシ-ノボラック型樹脂、臭素化エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、グリジジックエーテル、シアネートエステル、ビニルエーテル、フェノール樹脂、ポリイミド、メラミン樹脂やアミノ樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、ポリスチレンコポリマー、ポリスチレン-アクリレート、スチレン-ブタジエンブロックコポリマー、スチレン-アクリロニトリルコポリマー、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン、アクリロニトリル-スチレン-アクリレート、ポリオキシメチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルホン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、アルキレン-酢酸ビニルや塩化ビニルコポリマー、ポリアミド、セルロース誘導体やこれらのコポリマー、これらのポリマーの二種以上の混合物である。

特に好ましいポリマーは、ナイロン-4,6やナイロン6、ナイロン-11、ナイロン6,6、ナイロン6/6、ナイロン6/10、またはナイロン6/12などのポリアミド；ポリプロピレン、ポリエチレン、スチレン-アクリロニトリルコポリマー、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン、アクリロニトリル-スチレン-アクリレート、ポリオキシメチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルホン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、およびこれらの混合物である。

このポリマー材料は、好ましくは強化材料である。特にこのポリマー材料は、繊維強化物である。従来より補強のために用いられ当業界の熟練者には公知の何れの繊維を、この補強に用いてもよい。好適な繊維の例としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ホウ素繊維、金属繊維、チタン酸カリウム繊維があげられる。これらの繊維は、短繊維の形で使用しても、長繊維の形で使用してもよい。これらの繊維は、ポリマー材料中で規則的な形で存在しても、不規則的な形で存在してもよい。しかし、特に長繊維を用いる場合は、不規則配列が通常である。この繊維は、例えば個々の繊維の形で使用しても、繊維ストランド、マット、織布、編布、またはロービングの形で使用してもよい。繊維を長繊維、またはロービング、または繊維マットの形で使用する場合は、通常、繊維を金型に入れ、その周りにポリマー材料を注ぐ。得られる構造物が一層以上の層を有していてもよい。二層以上の層をもつ構造物の場合、各層の繊維は同方向に配向していてもよいし、個々の層の繊維が相互に-90°〜+90°の角度となっていてもよい。

しかしながら、短繊維の使用が好ましい。短繊維を用いる場合、これらは通常、硬化前のポリマー組成物と混合される。構造物の本体は、例えば押出成型、射出成型、または流延により製造できる。構造物本体は、射出成型または流延により製造されることが好ましい。短繊維は、構造物中では無配向である。しかしながら、構造物が射出成型法で製造される場合、繊維を含むポリマー組成物がノズルから金型内に挿入される際に短繊維の配向が起こる。

好適な補強材は繊維に限られず、当業界の熟練者には公知で、剛性及び／又は強度を増加させる作用を持つものなら、いかなる他の充填材も含まれる。これらの中では、特に配向性のない粒子が好ましい。このような粒子は、一般的には球状、板状または円柱状である。なお、粒子の実際の形状は、理想的な形状からずれている場合がある。したがって、特に球状粒子は、実際には例えば液滴状であったり、平らな形状であったりする。

繊維以外に用いられる強化材の例としては、グラファイト、チョーク、タルク、ナノ充填材があげられる。

しかしながら、補強にはガラス繊維を使うことが特に好ましい。エネルギー吸収用構造物の製造用の材料としては、ガラス繊維強化ポリアミドが特に好ましい。

エネルギー吸収用構造物の製造には、ポリマー材料だけでなく金属も使用可能であり、これは、流延工程を経て成型される。したがって、適当な材料は、例えばダイカスト法で加工可能な低密度金属、例えばアルミニウムやマグネシウムである。しかしながら、金属鉄、例えばスチールや鋳鉄を用いることができ、その場合、これらは流延工程を経て加工可能である。

構造物に加わる衝撃が一定の比率で加わるように、衝撃の加わる辺の上に構造物の断面を少なくとも覆うピストンがあることが好ましい。しかしながら、ピストンの断面が、例えば構造物の断面より大きくてもよい。このピストンは、好ましくは硬い材料で作り、ピストンのいかなる位置に力が加わっても、エネルギー吸収用構造物の上に力が均一に分布するようにする。ピストンの製造に好適な材料の例は、エネルギー吸収用構造物の製造に好適な材料と同じである。このピストンは、構造物に用いられるものと同地の材料から製造可能であり、また構造物の材料とは異なる材料から製造可能である。

エネルギー吸収用構造物の断面に応じて、このピストンは、どのような断面をとってもよい。しかしながら、ピストンが、いずれか所望の断面をもつ平行六面体、円柱、またはプリズム状であることが好ましい。しかしながら、断面が軸方向に一定であってもよいし、ピストンの断面積が軸方向に、例えば増加または減少してもよい。したがって、例えば、ピストンが円錐台形の形またはピラミッドの形をとってもよい。

特に、ピストンの製造に用いる材料は、エネルギー吸収用構造物の製造に用いるものと同じである。

この部品のいろいろな位置にピストンを置くことができる。したがって、一定の荷重がかかるまでピストンがピストンとして作用しないような配置であってもよい。このために、例えば、軸方向でピストンの前部だけでなく、ピストンの後部に変形可能な構造物の領域があってもよい。しかしながら、通常は、エネルギーを吸収する構造物が衝撃が加わる辺とは反対側にのみに配置される。ピストンとエネルギー吸収用構造物は二つの別の成分であるが、もしこれら両方の部品に特に同じ材料が使われている場合は、射出成型法で単一ショットで共に生産されてもよい。

本発明の実施様態を、以下の図面をもってより詳細に説明する。

図1には衝撃吸収用構造物の第一の実施様態の図の平面図を示す。

本発明の衝撃エネルギー吸収用の構造物1は、縦リブ3を有している。これらの縦リブ3は、軸方向に配列している。なお、この軸方向は衝撃作用の主方向に相当する。矢印5は、構造物1に働く衝撃の方向を示す。衝撃から一定比率でエネルギーを吸収するために、縦リブ3は横リブ7に結合している。これらの横リブ7は、縦リブ3に対してある角度で形成されており、その角度は90°未満である。この角度は、好ましくは衝撃方向5に垂直な面が、少なくとも2本の横リブ7と交わるように選択される。一本のリブが壊れると、このためこの上に働く力が、また衝撃5のために、壊れるリブに続くリブに直ちに作用する。このようにして一定の比率でのエネルギーの吸収が行われる。

衝撃5が働く辺とは反対側の辺には、通常基板9が設けられ、ここにこの構造物が取り付けられている。この基板9は、通常衝撃方向5に垂直な面上に延びている。しかしながら、この基板は、衝撃方向5に延びていても、これに対して任意の角度で延びていてもよい。

図2は、第2の実施形態の衝撃吸収用構造物の平面図である。図2に示される実施様態は、図1に示される実施様態とは、横リブ7が衝撃方向5に対し横方向の面上に延びて基板9に平行に配列していることが異なる。二本の縦リブ11がそれぞれ構造物1の外側から衝撃方向5に延びている。図2に示される構造物1は、また、軸方向に配列した波状リブ13を有している。これらリブ13の波状構造のため、制御された破壊に導く形状となる。衝撃5の結果、これらの波状リブ13が、当初衝撃が働く側で変形する。この波状リブ13は、当初波形の極大15領域(通常、横リブ7の通るところ)において曲がり、曲げにより波状リブが損傷するまでこれが繰り返される。損傷が起こると、衝撃エネルギー5が、直ちに波状リブ13の次の領域に作用し、次の極大15まで作用する。この方法もまた、一定比率での軸方向の圧縮により一定比率での構造の破壊を可能とする。

図3は、構造物1に働く横方向の力も吸収する第一の実施様態の構造物1を示す。この場合、この構造物1を三次元的に示している。図1と図2の構造物とは異なり、図3に示される構造物1は、軸方向に第一の面上を延びる二枚の外側縦リブ11を有している。この場合の軸方向はまた、衝撃の主方向5を意味する。図3に示すように、構造物1は、第一の面上を軸方向に延びる縦リブに加えて、第一の面に対して回転した第二の面を軸方向に延びるリブ15を有している。このデザインでは、これらのリブと平面15が、ダブルT型の断面を与える。相互に回転した面内を延びるリブのため、この部品は、横方向の力でもたらされる曲げ応力に対して安定となる。

図4に示される実施様態は、図3に示される実施様態とは、構造物1の側面の境界を定める縦リブの高さhが衝撃の働く側5から基板9に向かって増加する点で異なっている。高さの増加は、横方向の力による曲げモーメント曲線に対応している。

図4に示される実施様態に代わるものとしては、第二の面内を延びるリブ15の縦リブの高さを一定としたまま幅を増加させるデザインとすることである。したがって、構造物1の幅が、衝撃作作用の側から基板9に向かって増加する。もう一つの可能性は、図5に示すように構造物1の幅を増加させるだけでなく、さらに図4に示すように縦リブ11の高さを増加させることである。このようなデザインにより、上下からまたは側面から構造物1に加わる横方向の力に対する安定性がでる。

図6.1〜図6.4に相互に回転した面内を延びるリブをもついろいろな実施様態の断面を示す。図6.1は、図3〜図5に示される実施様態に対応する断面を示す。これは、二枚の縦リブと、これらの縦リブ11が延びる面に対して回転した第二の面内に延びるリブ15とを有している。第二の面内に延びるリブ15は、縦リブの中央に繋がっており、これらは、したがってこれら縦リブはリブ15の上下に突き出ている。

図6.2に示される実施様態は、図6.1に示される実施様態とは異なり、外側の縦リブ11に加えて、他の縦リブが存在し、これらがそれぞれ第二の面内を延びるリブ15から突き出しており、外側の縦リブと平行となっている。図4に示すように縦リブの高さhが増加する場合は、図6.2に示される実施様態においても、外側の縦リブ11の間の縦リブ3の高さｈが増加することが好ましい。図5に示すように構造物の幅が増加する場合、外側の縦リブの間に配置される縦リブ3の配列は、個々の縦リブ3と11の距離が衝撃5の作用する領域から基板9に向かって一定の比率で増加するようになることが好ましい。

もう一つの可能性は、図6.3に示すように、連続リブ15に加えて縦リブ3を設け、縦リブの3と11に対して回転した面内を延びるリブ15と17と19に連結することである。なお、その際のリブ15と17と19と縦リブ3と11との連結は、それぞれ異なる高さとなっている。図6.3に示される実施様態においては、したがって、第二の面内を延びる第一のリブ17は、外側の縦リブを縦リブ3に、リブ3の下面に沿って連結し、第二の面内を延びるリブ15は、二枚の縦リブ3を相互に連結し、第三のリブ19が、縦リブ3を第二の外側縦リブにリブ3と11の上面の沿って連結する。

図6.4は、図6.3に示される実施様態の変更例を示す。この実施様態においては、外側の縦リブ11は、リブ15と17と19に対して90°回転した面を延びるのでなく、90°を超える角度で延びて、その結果台形の形状となっている。台形形状の効果の一つは、射出成型金型からこの構造物1の取り外しが容易となることである。中央の面内に延びるリブ15の上下に延びる他の縦リブ3が、さらなる補強をもたらす。

図6.1〜図6.4に示される断面形状に加えて、いかなる他の、リブの3と15と17と19が相互に回転した面内に延びるリブ構造物を用いることもできる。

図7は、例えば3つの異なる圧縮特性の層をもつ構造物の図の平面図を示す。圧縮特性が異なるため、個々の層に破壊を起こすのに個々の層にかける必要のある力が異なる。この構造物は、その構造物を固定する基板9と衝撃5が加わる面21とを含んでいる。この実施様態においては、構造物1は、3つの層からなる。第1の層23においては、衝撃方向5に対して直交する面に対して角度αをもつ第一のリブ25が存在する。衝撃が面21に加わると、この面が基板9の方向に動く。この結果、リブ25が、その向きが面21に平行となるまで変形する。リブ25が例えば面21への連結箇所または第2の層27への連結箇所で破損する可能性がある。もう一つの可能性は、リブ25がこれらの間の任意の場所で破損することである。この実施様態においては、第2の層27が、曲面で、この場合は環状形状で設計されている。第1の層23が破損すると、力が面21を通して第2の層27に加わる。この第2層27、この場合は環状形状29は、圧縮されて変形し、最終的には損傷してつぶれる。第2の層27の環状形状29は、第3の層33のリブ31に接触している。これらのリブ31は、リブ31の破壊に必要な力が、リブ25または構造物29の破壊に必要な力より大きくなるように設計されている。これは、例えば図7に示すように、リブ31がある角度で接触するようにして達成されている。衝撃方向5での衝撃作用の間はこれらのリブ31が相互を支えあう。

しかしながら、図7に示す構造物以外に、いずれの他の所望の、層23と27と33とからなる構造物で、個々の層23と27と33が異なる圧縮特性を持つものも可能である。もう一つの可能性は、したがって、リブをより近くよりたくさん配置することにより、異なる圧縮特性をもたらすことである。これらのリブは、例えば図1または2に示される実施様態または図3〜6.4の実施様態のように延びている。

図8は、ピストンを持つ構造物1の側面図を示す。図8に示される構造物は、図4の実施様態と同様に、高さが増加するようにデザインされた側面外側の縦リブ11を有している。しかしながら、図1〜7の実施様態に相当するいかなる他の構造物も可能である。この構造物1は基板9に固定されている。ピストン35は、衝撃5が構造物1に加わる側に取り付けられている。ピストン35は、衝撃エネルギー5を一定比率で構造物1中に移動させる。このピストン35は、例えば平行六面体、または筒状、またはプリズム状であり、その断面はいずれであってもよい。あるいは、例えば円錐台形やピラミッド形がピストン35として用いられる。このピストン35は、衝撃5の作用で変形しない材料で製造されている。衝撃からのエネルギーの吸収は、すべての構造物1の内部で起こる。ピストン35の材料は、例えば構造物1の材料と同じである。

あるいは、ピストン35が、例えば構造物1とは異なる材料で製造される。構造物1がプラスチック製の場合は、例えばピストン35を金属またはセラミックスから形成することもできる。しかしながら、ピストン35と構造物1とを同じ材料で製造することが好ましい。

Claims (14)

1. 加わる衝撃エネルギーの吸収用の構造物(1)であって、衝撃によりこの構造物が可塑的に変形可能で、場合によれば少なくともある程度破壊される可能性があり、以下の特徴：
   a)構造物(1)が、複数の補強用リブ(7)を有し、これらリブ(7)が、一つのリブ(7)が壊れると構造物(1)に加わる力が直ちに軸方向に他のリブ(7)により吸収されるように、相互に軸方向に対して角度(α)で設けられている；
   b)構造物(1)が、軸方向に伸びる複数のリブ(13)を有し、これらのリブ(13)が、本質的に波状またはジグザク状の形状である；
   c)構造物(1)が、軸方向に第一の面内を延びる少なくとも一枚のリブ(15)と、これに連列され軸方向に第一の面に対して回転した第二の面内を延びる少なくとも二枚のリブ(11)とを有している；
   d)構造物(1)が、衝撃の方向に少なくとも二層(23、27及び33)を有し、そのそれぞれが異なる圧縮特性と異なる破壊特性とを有する；
   の少なくとも一つを有するエネルギー吸収用構造物。
2. 上記リブ(11)の高さ(h)が軸方向に増加するように設計されている請求項1に記載の構造物。
3. その大きさが軸方向に増加する請求項1または2に記載の構造物。
4. 軸方向に第一の面内を延びるリブ(15)が、少なくとも2枚の軸方向に第二の面内を延びるリブ(3、11)に、軸方向に第二の面内を延びるリブ(3、11)が軸方向に第一の面内を延びるリブ(15)の上下に突き出るように連結されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の構造物。
5. 軸方向に相互に平行な面で延びる少なくとも2枚のリブ(15、17及び19)を有し、これらの相互に平行な面で延びる少なくとも2枚のリブ(15、17及び19)が、それぞれ上記の面に対して回転した面を延びる二枚のリブ(3、11)に連結している請求項1〜4のいずれか一項に記載の構造物。
6. 相互に平行な面で延びる二枚のリブ(15、17及び19)がそれぞれ上記の面に対して回転した面を延びるリブ(3、11)に異なる側から連結している請求項5に記載の構造物。
7. ポリマー材料で製造された請求項1〜6のいずれか一項に記載の構造物。
8. 上記ポリマー材料が強化されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の構造物。
9. 上記ポリマー材料が補強用の短繊維を含む請求項8に記載の構造物。
10. 上記短繊維が、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ホウ素繊維、金属繊維、またはチタン酸カリウム繊維である請求項9に記載の構造物。
11. 構造物に衝撃が加わる側に、構造物(1)の断面を少なくとも覆うピストン(35)が設けられている請求項1〜10のいずれか一項に記載の構造物。
12. 上記ピストン(35)が、ポリマー材料または金属から製造されている請求項11に記載の構造物。
13. 上記ピストン(35)と構造物(1)が同一材料で製造されている請求項12に記載の構造物。
14. 上記ピストン(35)が、平行六面体、または筒状、またはプリズム状であり、その断面はいずれであってもよい請求項11〜13のいずれか一項に記載の構造物。

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