JP2014181758A - 衝撃吸収体 - Google Patents

Abstract

【課題】一般的に、樹脂材料からなる中空構造体は、同じ樹脂材料からなりかつ同じ厚みを有する中実構造体に比べて、剛性が高いことが特長である。しかし、その半面、外から衝突による力が加わると、変形が起こり難く、衝撃吸収特性が低いという問題があった。剛性を維持しつつ衝撃吸収特性に優れた衝撃吸収体を提供する。
【解決手段】一対の表層部と、その表層部を離間支持する柱状部と、からなり、前記一対の表層部の少なくとも一方に複数のスリットまたは孔部を有する、外力に対して連続変形する特性に優れた衝撃吸収体。
【選択図】なし

Description

本発明は衝撃吸収体に関する。さらに詳細には、剛性を維持しつつ衝撃吸収特性に優れた衝撃吸収体に関する。

一般的に、樹脂材料からなる中空構造体は、同じ樹脂材料からなりかつ同じ厚みを有する中実構造体に比べて、剛性が高いことが特長である。しかし、その半面、外から衝突による力が加わると、変形が起こり難く、衝撃吸収特性が低いという問題があった。そのため、衝撃吸収特性を高める試みが、種々行われている。

特許文献１では、隣接する中空金属球が接着または接合した複数の中空金属球の集合体の周囲を、複数のスリットまたは孔部を有する金属や樹脂の薄板で覆った衝撃エネルギー吸収体が開示されている。外部からこの衝撃エネルギー吸収体に荷重が加わると、ストロークに対して比較的プラトーな荷重が発生している領域（プラトー領域）でのストロークをより大きくすることができ、衝撃吸収エネルギーが高まるというものである。この衝撃エネルギー吸収体における衝撃吸収特性は、主として中空金属球の変形が担っており、覆いとなる金属や樹脂の薄板は中空金属が変形するための支えとしての役割を果たしている。

特許第４９１８４６４号公報

特許文献１に記載の衝撃エネルギー吸収体は、中空金属球と覆いとなる筒とから構成されており、それらが同じ材料であっても、中空金属球同士または中空金属球と覆いとなる筒との接着または接合が多くの箇所で必要となる。これら多くの接着点や接合点は、外力に対して破壊の起点になることから、同じ材料で同じ厚みで作製した中実構造体と比較した場合、剛性が劣るという問題があった。

さらに、この特許文献１の衝撃エネルギー吸収体は、エネルギー吸収を中空金属球が主として担っており、中空金属球では、軽量性が重要とされる自動車内外装の樹脂部品の代替には適さないという問題があった。

そこで、本発明は、剛性を維持しつつ衝撃吸収特性に優れた衝撃吸収体を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を積み重ねた。その結果、一対の表層部と、その表層部を離間支持する柱状部と、からなり、前記一対の表層部の少なくとも一方に複数のスリットまたは孔部を有する衝撃吸収体により、上記課題を解決できることを見出した。

一対の表層部のうち、少なくとも一方の表層部にスリットまたは孔部を設けることにより、外力を受けた際の破壊の方向を誘導することができる。これにより、局所的に外力を受けるのではなく、構造体全体の変形で外力を受けることができ、衝撃吸収エネルギーを増加させることができる。

中空構造体の構造の一例を示す模式図である。 中空構造体の構造の他の一例を示す模式図である。 中空構造体の構造のさらに他の一例を示す模式図である。 スリットの設置の仕方の一例を示す模式図である。 スリットの設置の仕方の他の一例を示す模式図である。 スリットと柱状部との位置の関係の一例を示す模式図である。 スリットの先端の形状の一例を示す模式図である。 スリットの設置の仕方のさらに他の一例を示す模式図である。 実施例１６および実施例１７の荷重の方向を示す模式図である。

以下、衝撃吸収体の構成について、さらに詳細に説明する。

前記衝撃吸収体は、一対の表層部と、前記表層部を離間支持する柱状部と、からなり、前記表層部の少なくとも一方に複数のスリットまたは孔部を有する。なお、以下では、一対の表層部と前記表層部を離間支持する柱状部とからなる構造体を、「中空構造体」と称する。

表層部にスリットまたは孔部がない中空構造体は、外力が当たる部位から局所的に柱状部の変形が起こり、早期に樹脂材料からなる中空構造体の後ろにある部材へ、外力からの衝撃エネルギーへの伝達（突き当たり）が発生する。よって、エネルギーを吸収しない剛体として振る舞うため、衝撃吸収エネルギーが増加せず、衝撃吸収体として用いることが難しい。

一方、表層部にスリットまたは孔部を有する中空構造体からなる上記衝撃吸収体は、外力が加わると、まず局所的に柱状部の変形が起こる。しかしながら、いわゆる突き当たりが起こる前にスリットを起点に反りや破断が発生し、スリットの後ろの柱状部へ外力が連続的に伝わり、衝撃吸収体は連続的に変形していく。そのため、衝撃吸収体全体の変形で外力を受けることができ、追加の材料を用いずとも衝撃吸収エネルギーを増加させることができる。

［中空構造体の材料］
中空構造体の材料としては特に制限されず、例えば樹脂材料、金属材料などが挙げられる。

樹脂材料の具体的な例としては、例えば、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、スチレン樹脂、（メタ）アクリル樹脂、有機酸ビニルエステル樹脂またはその誘導体、ビニルエーテル樹脂、ハロゲン含有樹脂、オレフィン樹脂（ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状オレフィン樹脂など）、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂（飽和ポリエステル樹脂など）、ポリアミド樹脂、熱可塑性ポリウレタン樹脂、ポリスルホン樹脂（ポリエーテルスルホン、ポリスルホンなど）、ポリフェニレンエーテル樹脂（２，６−キシレノールの重合体など）、セルロース誘導体（セルロースエステル類、セルロースカーバメート類、セルロースエーテル類など）、シリコーン樹脂（ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサンなど）等が挙げられる。これら樹脂材料は、単独でもまたは２種以上組み合わせても使用することができる。

金属材料の例としては、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、チタン、マグネシウム等が挙げられる。これら金属材料は、単独でもまたは２種以上組み合わせても使用することができる。

これらの樹脂のうち、軽量化の観点から、樹脂材料が好ましく、オレフィン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂がより好ましい。

前記中空構造体は、一対の表層部と、前記一対の表層部を離間支持する柱状物と、からなる構造を有する。このような構造の例としては、例えば、柱状物が円柱状の構造を有するエアキャップ中空構造体（図１参照）、柱状物が直線状またはコルゲート状の構造を有するダンボール中空構造体（図２参照）、柱状物が六角柱状の構造を有するハニカム中空構造体（図３参照）等が挙げられる。これらの中空構造体は、同じ材料で作製され、かつ同じ厚みを有する中実構造体と比較した場合、より軽量になり、剛性が高くなる。

該中空構造体としては、押出成形法、射出成形法等の各種成形法により作製したものを用いてもよいし、市販品を用いてもよい。市販品の例としては、例えば、川上産業株式会社製のプラパール（登録商標）、宇部日東化成株式会社製のダンプレート（商品名）、岐阜プラスチック工業株式会社製のテクセル（登録商標）等が挙げられる。

スリットまたは孔部は、一対の表層体の少なくとも一方に設けられていればよいが、前記一対の表層体の両方に設けられていることが好ましい。かような構成とすることにより、上記効果がより効率的に得られる。表層部がスリットまたは孔部を有さない場合、衝撃吸収エネルギーが向上しない。前記スリットまたは前記孔部の本数は、用いる中空構造体の大きさや、適用する部品に要求される衝撃吸収特性等に応じて任意に設定することができる。また、１つの表層部に設けられる複数のスリットまたは孔部は、スリットのみでもよいし、孔部のみでもよいし、スリットおよび孔部の組み合わせであってもよい。

スリットまたは孔部の形状は特に制限されない。例えば、スリットの形状は、単なる切り込みだけではなく、三角形状、くさび形状等とすることもできる。また、孔部の形状は、略円形、略楕円形、四角形や六角形等の多角形、星形など様々な形状に形成することができる。なお、複数のスリットまたは孔部の形状は、同じでもよいし異なっていてもよい。

前記スリットまたは前記孔部の深さは、表層部の厚み以下であることが好ましい。前記中空構造体は一対の表層部と、前記一対の表層部を離間支持する柱状物とが一体となって、バランスを保ちながら全体で外力を分散する。よって、表層部を貫通し、離間支持する柱状物まで達するようなスリットまたは孔部がある場合、そのバランスを失い、著しく剛性が低下してしまう虞がある。

前記スリットまたは前記孔部の先端の鋭利さを示すＲ値（曲率半径）は、５以上であることが好ましい。Ｒ値が５未満であると、スリットまたは孔部から顕著に破壊が進行し、衝撃吸収特性が低下する虞がある。

前記スリットまたは前記孔部の設置方向は、規則的であってもよいし不規則であってもよいが、外力の方向に対し直交する方向で設けられることが好ましい。外力の方向に対して平行であると衝撃吸収特性が発現しにくく、外力の方向に対し直交する方向が最も衝撃吸収特性が向上するからである。なお、孔部が「外力の方向に対し直交する方向で設けられる」とは、複数の孔部が、外力の方向に対し直交する方向に並ぶように設けられることを意味する。ただし、通常の使用において、外力は様々な方向から加えられると想定されるため、衝撃吸収体には、種々の方向のスリットまたは孔部を入れておくことがより好ましい。

［衝撃吸収体の製造方法］
上記衝撃吸収体の製造方法は、特に制限されないが、例えば、各種成形法により作製した中空構造体または市販の中空構造体に対して、金型を用いてスリットまたは孔部を設ける方法が挙げられる。

さらに具体的には、例えば、２００ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ３ｍｍのステンレス製の平板を２枚用意し、このステンレス製平板に、高さ０．１ｍｍであり、先端のＲ値が５となるような突起を、切削加工した金型を準備する。そして、この金型２枚と、あらかじめ予備加熱しておいた２００ｍｍ×２００ｍｍの樹脂材料からなる中空構造体を挟みこみ、熱プレスすることでスリットの入った衝撃吸収体を得ることができる。樹脂材料からなる中空構造体を用いる場合、熱プレスの温度は樹脂の融点付近であればよく、例えばポリプロピレン樹脂からなる中空構造体の場合は、１６５〜１７５℃の間で行うことが好ましい。

上記衝撃吸収体は、既存の一般的なエネルギー吸収体の代替として用いることができる。特に、上記衝撃吸収体は、軽量、剛性、さらに衝撃吸収エネルギー特性を兼ね備えていることから、自動車用内装部品や自動車用外装部品等の自動車部品と組み合わせた用い方が好適である。自動車部品としては、例えば、バンパーフェイシア、フロントフェンダー、ドアパネル、リアフェンダー、トランクリッド、ルーフ、シルスポイラー、リアスポイラー、リップスポイラー、アンダーデヒューザー、エンジンアンダーカバー、インナーフェンダー、オーバーフェンダー、マッドガードなどの自動車用外装部品；インストルメントパネル、クラスタリッド、グローブボックスリッド、ニーボルスター、センターコンソール、ヘッドライニング、アシストグリップ、ドアトリム、ピラートリム、テイルゲートパネル、乗員シート、バッテリーハウジングなどの自動車用内装部品が挙げられる。

これらの中でも、軽量化のための代替手段が少ない、エンジンアンダーカバー、グローブボックスリッド、ヘッドライニング、グローブボックスリッドがより好ましい。

以下、上記衝撃吸収体を、実施例を通じてさらに詳細に説明するが、下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（曲げ弾性率の測定方法）
ＪＩＳ Ｋ７０１７：１９９９ 繊維強化プラスチック 曲げ特性の求め方に従い測定し、算出した。

試験方法：４点曲げ
試験片：試験片長さ８０ｍｍ、外側支点間距離６６ｍｍ、内側圧子間距離２２ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み５ｍｍ
試験条件：試験温度２３℃
試験速度：２ｍｍ／ｍｉｎ。

（衝撃吸収エネルギーの測定方法）
インストロン社製万能試験機を用いて、静的圧縮試験のＦ（荷重）−Ｓ（ストローク量）のカーブを得る。カーブの変曲点を参考に、試験片が底つきするストローク量（変形が終了する位置）を決め、試験開始から、底付きするストロークまでの荷重の積算を衝撃吸収エネルギー（Ｊ）とした。

試験方法：圧縮試験
試験条件：圧子径１５０ｍｍ、測定温度２３℃
試験速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ
試験片：６０ｍｍ×６０ｍｍ×厚み５ｍｍ。

（実施例１〜５、比較例１）
樹脂材料からなる中空構造体として、川上産業株式会社製のプラパール（登録商標）（品番：ＥＤ−ＰＰＺ）を準備した。この中空構造体は、ポリプロピレン樹脂製の柱状部（円柱状）の上下に、ポリプロピレン製のシートを表層部として配置した構造体である（図１参照）。中空構造体の厚みは５ｍｍであり、この構造は一般的にエアキャップ構造体と呼ばれている。

この中空構造体に対し、１〜２４本のスリットを一対の表層部の両方に入れた（図４および図５参照）。スリットは柱状部の上に重ならないようにし（図６参照）、スリットの先端のＲ値を５、深さを０．１ｍｍとした（図７参照）。また、この中空構造体にスリットをいれなかったものを比較例１とした。

実施例１〜５の衝撃吸収体、および比較例１の構造体に関し、衝撃吸収エネルギーおよび曲げ弾性率を測定した結果を下記表１に示す。なお、測定値は、衝撃吸収エネルギーおよび曲げ弾性率ともに、比較例１における測定値を１とした相対値である。

上記表１から明らかなように、スリットを有する実施例１〜５の衝撃吸収体は、曲げ弾性率が低下することなく、衝撃吸収エネルギーが向上した。一方、比較例１の構造体はスリットが無いために、衝撃吸収エネルギーは向上しない。

（実施例６〜１０、比較例２）
樹脂材料からなる中空構造体として、宇部日東化成株式会社製のダンプレート（商品名）（品番：Ａ−５−１００）を準備した。この中空構造体は、ポリプロピレン樹脂製の直線的な柱状部の上下に、ポリプロピレン樹脂製シートを表層部として配置した構造体である（図２参照）。中空構造体の厚みは５ｍｍであり、この構造は一般的にダンボール構造体と呼ばれている。

この中空構造体に対し、１〜２４本のスリットを一対の表層部の両方に入れた（図４および図５参照）。スリットは柱状部の上に重ならないようにし（図６参照）、スリットの先端のＲ値を５、深さを０．１ｍｍとした（図７参照）。また、この中空構造体にスリットをいれなかったものを比較例２とした。

実施例６〜１０の衝撃吸収体、および比較例２の構造体に対し、曲げ弾性率および衝撃吸収エネルギーを測定した結果を下記表２に示す。なお、測定値は、曲げ弾性率および衝撃吸収エネルギーともに、比較例１の測定値を１とした相対値である。

上記表２から明らかなように、スリットを有する実施例６〜１０の衝撃吸収体は、曲げ弾性率が低下することなく、衝撃吸収エネルギーが向上した。一方、比較例２の構造体はスリットが無いために、衝撃吸収エネルギーは向上しない。

（実施例１１〜１５、比較例３）
樹脂材料からなる中空構造体として、岐阜プラスチック工業株式会社製のテクセル（登録商標）（品番：Ｔ５−１３００）を準備した。この中空構造体は、ポリプロピレン樹脂製の六角形状の柱状体の上下に、ポリプロピレン樹脂製のシートを表層部に配置した構造体である（図３参照）。中空構造体の厚みは５ｍｍであり、この構造は一般的にハニカム構造体と呼ばれている。

この構造体に対し、１〜２４本のスリットを一対の表層部の両方に入れた（図４および図５参照）。スリットは柱状部の上に重ならないようにし（図６参照）、スリットの先端のＲ値を５、深さを０．１ｍｍとした（図７参照）。また、この中空構造体にスリットをいれなかったものを比較例３とした。

実施例１１〜１５、および比較例３の構造体に対し、曲げ弾性率および衝撃吸収エネルギーを測定した結果を下記表３に示す。なお、測定値は、曲げ弾性率および衝撃吸収エネルギーともに比較例１の測定値を１とした相対値である。

上記表３から明らかなように、スリットを有する実施例１１〜１５の衝撃吸収体は、曲げ弾性率が低下することなく、衝撃吸収エネルギーが向上した。一方、比較例３の構造体はスリットが無いために、衝撃吸収エネルギーは向上しない。

（実施例１６〜１７）
樹脂材料からなる中空構造体として、川上産業株式会社製のプラパール（登録商標）（ＥＤ−ＰＰＺ）を準備した。この中空構造体に対し、８本のスリットを十字に切るように、一対の表層部の両方に設けた（図８参照）。スリットの先端のＲ値を５、深さを０．１ｍｍとした。実施例１６と実施例１７とでは荷重の方向を変えた（図９参照）
実施例１６〜１７の構造体に対し、曲げ弾性率および衝撃吸収エネルギーを測定した結果を下記表４に示す。なお、測定値は、曲げ弾性率および衝撃吸収エネルギーともに、比較例１の測定値を１とした相対値である。

表４から明らかなように、スリットを表層部に十字に切るように設けることにより、２方向からの力に対しての衝撃吸収エネルギーが向上した。

（実施例１８〜２０）
樹脂材料からなる中空構造体として、川上産業株式会社製のプラパール（登録商標）（品番：ＥＤ−ＰＰＺ）を準備した。この構造体に対し、２、８、１６本のスリットを一対の表層部の片方のみに入れた。スリットは柱状部の上に重ならないようにし（図６参照）、スリットの先端のＲ値を５、深さを０．１ｍｍとした（図７参照）。

実施例１８〜２０の構造体に対し、曲げ弾性率および衝撃吸収エネルギーを測定した結果を下記表５に示す。なお、測定値は、曲げ弾性率および衝撃吸収エネルギーともに、比較例１の測定値を１とした相対値である。

上記表５から明らかなように、スリットを片側の表層体のみに有する実施例１８〜２０の衝撃吸収体は、曲げ弾性率が低下することなく、衝撃吸収エネルギーが向上した。

Claims (5)

1. 一対の表層部と、その表層部を離間支持する柱状部と、からなり、前記一対の表層部の少なくとも一方に複数のスリットまたは孔部を有する、外力に対して連続変形する特性に優れた衝撃吸収体。
2. 前記スリットまたは前記孔部は、前記一対の表層部の両方に設けられている、請求項１記載の衝撃吸収体。
3. 前記スリットまたは前記孔部は、深さが前記表層部の厚み以下である、請求項１または２のいずれかに記載の衝撃吸収体。
4. 前記スリットまたは前記孔部は、外力の方向に対し直交する方向で設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の衝撃吸収体。
5. 自動車用内装部品または自動車用外装部品に用いられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の衝撃吸収体。

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