JP2015004432A - 衝撃緩衝構造体および衝撃緩衝モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】人体にかかる荷重が人体耐性の最大値を上回ることのないよう、経時的に安定してエネルギーを最大限吸収することができる、衝撃負荷時の荷重−変位曲線がいわゆる矩形波を示す衝撃緩衝構造体、およびそれを用いた衝撃緩衝モジュールを提供する。【解決手段】少なくとも１つの衝撃受体と、衝撃方向に対して前記衝撃受体の上流側または下流側に配置され、衝撃受体を圧入可能な少なくとも１つの圧入孔を有する支持部材とを有する衝撃緩衝構造体であって、衝撃受体と支持部材の少なくともいずれか一方が樹脂組成物からなり、かつ、支持部材の強度および剛性が、衝撃受体の強度および剛性と同等以上であることを特徴とする衝撃緩衝構造体、およびそれを用いた衝撃緩衝モジュール。【選択図】図１

Description

本発明は、衝撃緩衝構造体および衝撃緩衝モジュール（以下、衝撃緩衝構造体等と言うこともある。）に関し、とくに、輸送機器の乗員保護用に好適な衝撃緩衝構造体等に関する。

近年、搭乗者保護の観点から、自動車内外装を中心に衝撃緩衝構造体の開発が進んでいる。シートベルト、エアバッグなどは衝突時に乗員の安全を確保する衝撃緩衝構造体として、従来から広く利用されている。シートベルトやエアバッグは、衝突時に、座席に着座した乗員の体を拘束または保護して衝撃を緩和するものである。

一方、上記のような構造体とは別に車両内に装備して乗員の安全を確保する衝撃緩衝構造体が知られており、例として、ニーボルスター等が挙げられる。ニーボルスターは、自動車の衝突時に前席に着座した乗員のひざの動きを止め、当該乗員の腰の動きを規制することによって、シートベルトやエアバッグと協働して乗員の体全体をより確実に拘束し、安全性をより高めるものである。

このような衝撃緩衝構造体を車両内に装備した場合、該衝撃緩衝構造体が人体と直接的に接触した状態で衝撃を吸収する場合がある。従来は、アルミニウムなどの金属の塑性変形を利用したものや（例えば、特許文献１）、樹脂成形品の圧潰や破壊による衝撃吸収を利用したものが主流である（例えば、特許文献２および特許文献３）。これら構造体においては、衝撃が加わった際に人体にかかる初期荷重が高く、人体と直接的に接触した状態で衝撃を吸収すると、人体に大きな負荷がかかる可能性があった。このため、これら構造体を高い衝撃エネルギーを吸収できるように設計すると、人体への過大な負荷が懸念されるため、シートベルトやエアバッグとの協働が高度に行われるよう配慮する必要があり、設計の困難性が増大する上、実際に衝撃を受けた場合に確実に乗員を保護することが困難になるおそれがあった。このような観点から、受けた衝撃を経時的に適切に分散して吸収し、人体にかかる初期荷重を低減しつつ、衝撃を吸収することが可能な、衝撃負荷時の荷重−変位曲線がいわゆる矩形波と呼ばれる特性を示す衝撃緩衝構造体が望まれている。

一方、別の分野において、建造物の免震構造などの衝撃緩衝装置として、金属製薄肉円筒と該金属製薄肉円筒の内径より大きい直径を有する金属製ピンとで構成される圧入式衝撃緩衝装置が提案されている（例えば、特許文献４）。しかしながら、このような圧入式衝撃緩衝装置においても、衝撃が加わった際に発現される初期荷重は高く、これを例えば自動車の乗員保護用の衝撃緩衝装置として人体と直接的に接触した状態で衝撃を吸収できるようにすると、やはり人体に過大な荷重がかかる可能性がある。

このように、輸送機器用の衝撃緩衝装置、とくに自動車用の衝撃緩衝装置としては、人体にかかる荷重を低減しつつ、経時的に安定して衝撃を吸収することができる、衝撃負荷時の荷重−変位曲線がいわゆる矩形波を呈する衝撃緩衝構造体が望まれている。

特開昭４９−１９７１号公報 特開平８−１７７９２１号公報 特開２００１−１２４１２７号公報 特開２００６−１７０２６４号公報

そこで本発明の課題は、上記のような背景技術に鑑み、人体にかかる荷重が人体耐性の最大値を上回ることのないよう、経時的に安定してエネルギーを最大限吸収することができる、衝撃負荷時の荷重−変位曲線がいわゆる矩形波を示す衝撃緩衝構造体、およびそれを用いた衝撃緩衝モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る衝撃緩衝構造体は、少なくとも１つの衝撃受体と、衝撃方向に対して前記衝撃受体の上流側または下流側に配置され、前記衝撃受体を圧入可能な少なくとも１つの圧入孔を有する支持部材と、を有する衝撃緩衝構造体であって、前記衝撃受体と前記支持部材の少なくともいずれか一方が樹脂組成物からなり、かつ、前記支持部材の強度および剛性が、前記衝撃受体の強度および剛性と同等以上であることを特徴とするものからなる。

このような本発明に係る衝撃緩衝構造体においては、衝撃緩衝構造体に衝撃荷重が加わった際、衝撃受体または支持部材の単独移動、あるいは衝撃受体と支持部材の相対移動により、衝撃受体が支持部材の圧入孔に圧入され、該圧入時に、圧入部に生じる摩擦抵抗により、衝撃緩衝構造体に加わった衝撃エネルギーが吸収され、緩衝される。このとき、衝撃受体と前記支持部材の少なくともいずれか一方が樹脂組成物から構成されていることにより、両部材が金属で構成されている場合における急激な圧入荷重の上昇、換言すれば、高い初期荷重の発生が回避され、樹脂組成物から構成されている部材の圧入部（とくに、圧入面）が適度に変形（変位）されていき、比較的低い荷重状態にて変位が進むいわゆる矩形波特性が実現されて、衝撃が経時的に安定して吸収される。そして、このような望ましい衝撃吸収状態が達成、維持されるためには、上記のような望ましい摩擦抵抗が発生する圧入状態が、衝撃受体のある圧入ストローク分以上持続される必要がある。そのため、支持部材の素材の強度および剛性、とくに支持部材の圧入孔形成部の強度および剛性が、衝撃受体の強度および剛性と同等以上とされ、衝撃受体が圧入孔に圧入されているときに圧入孔が過大に変形されないようにして、つまり、圧入孔の径が不必要に拡大されないようにして、望ましい摩擦抵抗の発生の持続、比較的低い荷重発生状態での衝撃の経時的安定吸収を可能としている。圧入孔の径の不必要な拡大回避の観点からは、上記強度および剛性のうち、とくに剛性の特性が重要となる。

また、上記強度および剛性としては、とくに衝撃受体と支持部材の各部材の素材の強度および剛性を考慮すればよい。すなわち、圧入部において衝撃受体よりも外側に位置する支持部材の強度および剛性が、内側に位置する衝撃受体の強度および剛性と同等以上とされることで、圧入孔の径の不必要な拡大が回避され、両部材間に適切な摩擦抵抗の発生状態を持続させて目標とする衝撃の経時的安定吸収特性を実現するのである。

上記本発明に係る衝撃緩衝構造体においては、上記衝撃受体の外形が柱状または錐台状であり、上記衝撃受体の外形の、該衝撃受体の圧入方向に垂直な方向の断面の形状が、円、楕円または多角形である構成を採用することができる。すなわち、略一定外径の柱状の衝撃受体に構成し、該衝撃受体が支持部材の圧入孔に圧入されている間、略一定の摩擦抵抗を発生させるようにすることもできるし、錐台状の衝撃受体に構成し、該衝撃受体が支持部材の圧入孔に圧入されている間、衝撃受体の外径の増大に伴って徐々に摩擦抵抗が増大するようにすることもできる。また、衝撃受体の断面形状が、円、楕円または多角形であると、衝撃受体と圧入孔との接触面積が大きくなり、より均一に摩擦抵抗が得られることから、より安定して衝撃を吸収することができる。

また、上記衝撃受体の圧入方向に垂直な方向の断面の面積が、該圧入方向に変化しており、上記衝撃受体の圧入方向に垂直な方向の断面の面積の最大値が、上記圧入孔の上記圧入方向に垂直な方向の断面の面積よりも大きい構成とすることができる。衝撃受体の断面積が圧入方向に変化していることにより、圧入孔との間で発生する摩擦抵抗の遷移特性を望ましい特性に設定することが可能になり、その断面積の最大値が、圧入孔の孔面積よりも大きい構成とすることにより、摩擦抵抗を途切れることなく安定して継続的に発生させることが可能になる。また、より安定した矩形波を得る観点からは、衝撃受体の先端をあらかじめ圧入孔に差し込んだものが好ましい。

また、上記衝撃受体は、中実構造、中空構造のいずれに構成されていてもよい。衝撃緩衝構造体全体の軽量化等の観点からは、中空構造であることが好ましい。中実構造の場合には、より所望の外形形状を保持しやすい衝撃受体を実現可能である。また、衝撃受体が中空である場合、衝撃受体の断面外周長が、圧入孔の内周長より長いことが好ましい。

また、本発明に係る衝撃緩衝構造体においては、とくに好ましい素材形態として、上記支持部材が金属からなり、衝撃受体が樹脂組成物からなる形態を挙げることができる。衝撃受体が樹脂組成物からなることにより経時的に安定して衝撃を吸収することができる。また、支持部材が金属からなることにより金属の有する強度および剛性により、衝撃受体が支持部材に圧入された際により適切な摩擦抵抗が得られ、経時的により安定して衝撃を吸収することができる。すなわち、このような形態においては、金属製の支持部材の圧入孔を、衝撃受体が圧入される際により拡大変形しにくい構造に構成でき、一方、圧入される衝撃受体は、その外面が硬くなりすぎないようにして、圧入時の過大な初期荷重の発生を回避しつつ、望ましい圧入荷重の持続、それによる望ましい摩擦抵抗の持続をはかることができる。

また、本発明において、衝撃受体と支持部材の少なくともいずれか一方を構成する樹脂組成物としては、とくに限定されないが、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂およびポリカーボネート樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種を含有するものであることが好ましい。初期荷重をより低減しつつ、経時的により安定して衝撃を吸収することができるためである。より好ましい樹脂組成物としては、少なくともポリアミド樹脂を含有するものである。ポリアミド樹脂は、靱性と強度のバランスに優れているので特に好ましい。また、ポリオレフィン樹脂としては、ポリプロピレン樹脂またはポリエチレン樹脂が好ましく、ポリエステル樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート樹脂またはポリエチレンテレフタレート樹脂が好ましい。

さらに上記樹脂組成物としては、とくに、ポリアミド樹脂と反応性官能基を有するゴム質重合体とを含有し、電子顕微鏡観察において、ポリアミド樹脂が連続相を形成し、反応性官能基を有するゴム質重合体が分散相を形成し、かつ、反応性官能基を有するゴム質重合体の分散相中に、ポリアミド樹脂と反応性官能基を有するゴム質重合体の反応により生成した化合物により形成される特定の粒子径の微粒子を含有し、分散相中における前記微粒子の占める面積が一定以上であるモルホロジーを有するものであることが好ましい。このような樹脂組成物の使用により、支持部材および／または衝撃受体の靱性のさらなる向上が可能になり、初期荷重をさらに低減しつつ、経時的にさらに安定して衝撃を吸収することが可能になる。

上記のような本発明に係る衝撃緩衝構造体は、衝撃緩衝が要求されるあらゆる用途に適用可能であり、とくに、輸送機器の乗員保護用に好適なものである。

また、本発明は、上記のような衝撃緩衝構造体から構成される第一の緩衝部と、衝撃方向に対して前記第一の緩衝部の下流側に配置され、上記のような衝撃緩衝構造体から構成される第二の緩衝部とを有し、第二の緩衝部が複数の衝撃受体および圧入孔を有する衝撃緩衝モジュールについても提供する。

このような本発明に係る衝撃緩衝モジュールにおいては、第一の緩衝部により主として高衝撃を吸収し、第二の緩衝部により主として低衝撃を吸収することができ、初期荷重をより低減しつつ、経時的により安定して衝撃を吸収することができるとともに、衝撃方向に対して衝撃緩衝モジュールの下流側に配される保護対象をより適切に保護することができる。

上記本発明に係る衝撃緩衝モジュールにおいては、上記第一の緩衝部における衝撃受体の圧入方向に垂直な方向の断面の面積の最大値が、上記第二の緩衝部における一つの衝撃受体の圧入方向に垂直な方向の断面の面積の最大値よりも大きいことが好ましい。このような構成とすることにより、より適切にかつ円滑に、第一の緩衝部により高衝撃を吸収し、第二の緩衝部により低衝撃を吸収することができるようになり、衝撃方向に対して衝撃緩衝モジュールの下流側に配された保護対象をより適切に保護することができる。

また、上記第一の緩衝部と上記第二の緩衝部の接続部に回転機構を有することも好ましい。衝撃が衝撃緩衝モジュールに加わった際、第一の緩衝部と第二の緩衝部間で衝撃荷重が伝達されることになるが、この荷重の方向は必ずしもモジュールの軸方向とは限らず、また、初期の接続状態がそのまま維持されるとは限らない。すなわち、初期荷重がモジュールの軸方向に対し少し角度的にずれた方向から加わったり、衝撃荷重伝達中に第一の緩衝部と第二の緩衝部が初期の直線的な接続状態から小さい角度だけ屈曲したような接続状態になることが考えられる。このような場合を考慮して、第一の緩衝部と第二の緩衝部の間に両者が相対回転可能な回転機構を設けておくことにより、一方の緩衝部を他方の緩衝部に対し実質的に自動的に角度微調整を行わせることが可能になり、それによって、第一の緩衝部と第二の緩衝部のそれぞれにおいて、衝撃受体の支持部材の圧入孔への適切な圧入状態の維持、圧入部に生じる摩擦抵抗による適切な衝撃エネルギーの吸収、緩衝状態の維持が可能となる。なお、この回転機構については、後述の実施の形態にも例示するように、回転を許容しようとする方向に応じて、複数の(例えば二つの) 回転機構を組み合わせて設けることもできる。

また、同様に、衝撃方向に対して上記第一の緩衝部の上流側の端部に回転機構（ここでは、第二の回転機構と称する。）を有することも好ましい。この第二の回転機構は、上述の回転機構（ここでは、第一の回転機構と称する。）に加えて設けることができる。この第二の回転機構は、衝撃緩衝モジュール全体に対し、衝撃方向に対して第一の緩衝部の上流側の端部に位置するから、この第二の回転機構による角度微調整により、衝撃緩衝モジュール全体の角度の微調整が可能になる。したがって、この第二の回転機構により、衝撃緩衝モジュール全体の角度(姿勢)を適切な角度(姿勢)に微調整しつつ、上記第一の回転機構により、衝撃緩衝モジュール内における第一の緩衝部と第二の緩衝部間の角度を適切な角度に微調整することが可能になり、モジュール全体を望ましい状態にしてより高い性能の発現が可能になる。ここで、上記のような第一、第二の回転機構においては、回転角度が大きくなりすぎて不都合を発生しないように、適当な機構や手段により角度規制を設定しておくことが好ましい。

さらに、上記第二の緩衝部の上記第一の緩衝部との接続部側に球面受けを有することも好ましい。第一の緩衝部から衝撃荷重が伝達される第二の緩衝部においては、複数の衝撃受体の複数の圧入孔への圧入により、第一の緩衝部に比べてより小さな抗力(反力)が複数の圧入部において発生することになり、それら複数の抗力の合力が第一の緩衝部へと相対的に伝達されることになるが、複数の抗力が比較的広い領域に分布してしまったり、第一の緩衝部へと伝達される際に種々の角度をもって伝達されてしまい、第一の緩衝部へと伝達される複数の抗力の合力が、効率よく集束された一つの合力となりにくい場合が想定される。このような場合にあっても、上記部位に球面受け（球面受け構造）を設けておくことで、上記複数の抗力を第一の緩衝部の中心軸方向に指向させることが可能になり、それによって、複数の抗力を効率よく集束された一つの合力として第一の緩衝部へと伝達させることが可能になる。その結果、前述の如く主として高衝撃を吸収する第一の緩衝部に、円滑にかつより確実に所望の性能を発揮させることが可能になる。また、これを通して、モジュール全体としてもより高い性能の発現が可能になる。なお、このような球面受けは、第一の緩衝部と第二の緩衝部が直列に接続されている場合には、その第二の緩衝部の第一の緩衝部との接続部側に一つ設ければよいが、例えば、第一の緩衝部に対して複数の第二の緩衝部が併設されている場合には、複数の球面受けを配置することも可能である。

上記のような衝撃緩衝モジュールについても、衝撃緩衝が要求されるあらゆる用途に適用可能であり、とくに、輸送機器の乗員保護用に好適なものである。

本発明によれば、とくに人体にかかる荷重を低減しつつ、経時的に安定して衝撃を吸収することができる、いわゆる矩形波が得られる衝撃緩衝構造体および衝撃緩衝モジュールを提供することができる。本発明に係る衝撃緩衝構造体は、自動車などの輸送機器において衝突時に乗員を保護する衝撃緩衝構造体に好ましく使用することができる。

本発明の第一の実施形態に係る衝撃緩衝構造体の概略断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る衝撃緩衝構造体の概略断面図である。 本発明の第三の実施形態に係る衝撃緩衝構造体の概略断面図である。 本発明の衝撃緩衝構造体における荷重−変位曲線の一例を示すグラフである。 本発明の第一の実施形態に係る衝撃緩衝モジュールの概略断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る回転機構を有する衝撃緩衝モジュールの概略断面図である。 本発明の第三の実施形態に係る球面受けを有する衝撃緩衝モジュールの概略断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の衝撃緩衝構造体および衝撃緩衝モジュールは下記に示す実施の形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の第一の実施形態に係る衝撃緩衝構造体を示す。図１に示す衝撃緩衝構造体１は、例えば金属からなる、例えば有底筒状の少なくとも１つの支持部材２と、樹脂組成物からなる、例えば円柱状の少なくとも１つの衝撃受体３とを有している。支持部材２は、衝撃受体３を圧入する圧入孔５を有しており、円柱状の衝撃受体３と横断面円形の圧入孔５の場合、圧入前の直径として、圧入孔５の内径ｄ１よりも衝撃受体３の外径Ｄ１の方が若干大きく設定されており、所望の圧入条件を満たすように設定されている。図示例では一つの圧入孔５を有しているが、支持部材２は、圧入孔５を２以上有していてもよい。図１は、衝撃方向４（矢印方向）に対して、支持部材２が衝撃受体３の上流側に配置される例を示しており、衝撃緩衝構造体１が衝撃を受けると、支持部材２が衝撃方向に動いて衝撃受体３が圧入孔５に圧入される。また、図示は省略するが、支持部材２は、衝撃方向４に対して、衝撃受体３の下流側に配置されてもよい。つまり、図１において、衝撃方向４の矢印方向を逆にした形態である。また、衝撃受体３は、前述したように、中実構造、中空構造のいずれの形態も採り得る。

図２に、本発明の第二の実施形態に係る衝撃緩衝構造体を示す。図２に示す衝撃緩衝構造体１１では、板体またはある構造体の板体部に構成された支持部材１２に，貫通孔からなる圧入孔１５が設けられ、該圧入孔１５に対して衝撃受体１３が圧入される。符号１４は、衝撃方向を示しており、衝撃方向１４の矢印方向を逆にした形態も可能である。

図３に、本発明の第三の実施形態に係る衝撃緩衝構造体を示す。図３に示す衝撃緩衝構造体２１では、複数の衝撃受体２３を有しており、該複数の衝撃受体２３が、支持部材２２に設けられた対応する複数の圧入孔２５に圧入される。符号２４は、衝撃方向を示しており、衝撃方向２４の矢印方向を逆にした形態も可能である。

上記のような実施形態においては、衝撃受体３、１３、２３が圧入孔５、１５、２５に圧入される際の摩擦抵抗により、衝撃が吸収される。このとき、例えば、衝撃受体３、１３、２３および／または圧入孔５、１５、２５の摩擦係数を高くすることにより衝撃受体３、１３、２３と圧入孔５、１５、２５との間の摩擦抵抗を高めたり、衝撃受体３、１３、２３の、圧入方向に垂直な方向の断面の面積の最大値を、圧入孔５、１５、２５の、上記圧入方向に垂直な方向の断面の面積よりも大きくすることにより、支持部材２、１２、２２へ衝撃受体３、１３、２３を圧入する際の衝撃吸収性能を高めることも可能である。また、前述したように、衝撃緩衝構造体１、１１、２１が、受けた衝撃を経時的により安定して吸収することを可能とするため、衝撃受体３、１３、２３と支持部材２、１２、２２の圧入孔５、１５、２５との摩擦抵抗を適正に調整できる観点からは、衝撃受体３、１３、２３の圧入方向に対して垂直方向の断面の面積の最大値を、圧入孔５、１５、２５の圧入方向に対して垂直方向の断面の面積よりも大きくすることにより、衝撃受体３、１３、２３と圧入孔５、１５、２５との摩擦抵抗を高めることが好ましい。

そして、上記衝撃緩衝構造体１、１１、２１においては、支持部材２、１２、２２の強度および剛性が、衝撃受体３、１３、２３の強度および剛性と同等以上とされる。支持部材２、１２、２２の強度および剛性が、衝撃受体３、１３、２３の強度および剛性に満たない場合には、圧入の際に適切な摩擦抵抗が得られない。そのため、初期荷重を低減しつつ、経時的に安定して衝撃を吸収するといった効果が十分に得られない。

また、前述したように、上記衝撃緩衝構造体１、１１、２１においては、支持部材２、１２、２２と衝撃受体３、１３、２３の少なくともいずれか一方が樹脂組成物からなり、とくに、支持部材２、１２、２２が金属からなり、衝撃受体３、１３、２３が樹脂組成物からなる形態が好ましい。このように構成することで、より適切に、初期荷重を低減しつつ、経時的に安定して衝撃を吸収することができる。

上記のような本発明に係る衝撃緩衝構造体を用いて得られる荷重−変位曲線の一例を図４に示す。図４において、横軸は変位、縦軸は荷重を示す。（ａ）は荷重がゼロになるまでの変位を示す。（ｂ）は立ち上がり時の荷重（初期荷重）を示し、荷重−変位曲線において最初に出現する山の最大点荷重を指す。（ａ）の値が大きいほど、経時的に安定して衝撃を吸収することができることを示す。また、（ｂ）の値が小さいほど、初期荷重を低減することができることを示す。すなわち、荷重−変位曲線は、図４に示すように、矩形波であることが、初期荷重を低減しつつ、経時的に安定して衝撃を吸収することができることを示す。

次に、図５に本発明の第一の実施形態に係る衝撃緩衝モジュールを示す。図５に示す衝撃緩衝モジュール３１は、図１に示したような衝撃緩衝構造体１が第一の緩衝部３２として、図３に示したような衝撃緩衝構造体２１（但し、図示例では、複数の衝撃受体２３が板体２６で連結または板体２６と一体的に形成されている。）が第二の緩衝部３３として設けられており、これら第一の緩衝部３２と第二の緩衝部３３を組み合わせた構造に構成されている。第二の緩衝部３３は衝撃方向３４に対して第一の緩衝部３２の下流側に配置されている。第一の緩衝部３２において、円柱状の衝撃受体３と横断面円形の支持部材２の圧入孔５の場合、前述したのと同様に、圧入前の直径として、圧入孔５の内径ｄ１よりも衝撃受体３の外径Ｄ１の方が若干大きく設定されており、所望の圧入条件を満たすように設定されている。また、第二の緩衝部３３においても、衝撃受体２３が円柱状で支持部材２２の圧入孔２５が横断面円形の場合、同様に、圧入前の直径として、各圧入孔２５の内径ｄ２よりも各衝撃受体２３の外径Ｄ２の方が若干大きく設定されており、所望の圧入条件を満たすように設定されている。そして、第一の緩衝部３２における衝撃受体３の圧入孔５への圧入方向に垂直な方向の断面積が、第二の緩衝部３３における各衝撃受体２３の各圧入孔２５への圧入方向に垂直な方向の断面積よりも大きく設定されている。すなわち、図示例では各衝撃受体および各圧入孔が断面円形の場合を想定しているので、第一の緩衝部３２における衝撃受体３の外径Ｄ１と圧入孔５の内径ｄ１が、第二の緩衝部３３における各衝撃受体２３の外径Ｄ２と各圧入孔２５の内径ｄ２よりも大きく設定されている。このような構成とすることにより、前述したように、第一の緩衝部３２により高衝撃を吸収し、第二の緩衝部３３により低衝撃を吸収することができ、より初期荷重を低減しつつ、経時的により安定して衝撃を吸収することができるとともに、衝撃方向３４に対して衝撃緩衝モジュール３１の下流側に配された保護対象をより適切に保護することができる。

また、このような衝撃緩衝モジュール３１においては、好ましい形態として前述したように、第一の緩衝部３２における衝撃受体３の圧入方向に対して垂直方向の断面の面積の最大値が、第二の緩衝部３３における一つの衝撃受体２３の圧入方向に対して垂直方向の断面の面積の最大値よりも大きい。このような構成とすることにより、より確実に、第一の緩衝部３２により高衝撃を吸収し、第二の緩衝部３３により低衝撃を吸収することができ、衝撃方向３４に対して衝撃緩衝モジュール３１の下流側に配される保護対象をより適切に保護することができる。

図６に、本発明の第二の実施形態に係る回転機構を有する衝撃緩衝モジュール６１を示す。本実施形態においては、図５に示した第一の実施形態に比べ、第一の緩衝部３２と第二の緩衝部３３の接続部に回転機構が設けられている。図示例では、この回転機構は、第二の緩衝部３３の支持部材２２側に取り付けられたブラケット３８と第一の緩衝部３２の衝撃受体３側に取り付けられたブラケット３９とをピン４０でＸ−Ｚ面内において回転方向Ｒ１に回転自在に連結した回転機構３５と、ブラケット３９に接合され衝撃受体３の一端部に回転自在に支持された軸４１を有する回転機構３６の２種の回転機構の組み合わせからなる。回転機構３６においては、軸４１、ブラケット３９、さらにはピン４０を介して連結されたブラケット３８、それに接続された第二の緩衝部３３の全体が、Ｘ−Ｙ面内において回転方向Ｒ２に回転自在に連結されている。さらに加えて、図６に示した第二の実施形態においては、衝撃方向３４に対して第一の緩衝部３２の上流側の端部にも、ブラケット４２をピン４３で回転自在に支持した回転機構３７が設けられており、この回転機構３７により、衝撃緩衝モジュール６１の全体をＸ−Ｚ面内において回転方向Ｒ３に回転自在に連結している。衝撃緩衝モジュール６１が例えばニーボルスター等の輸送機器の乗員保護手段として設けられる場合には、この回転機構３７は例えば輸送機器のボディ側に設置され、第二の緩衝部３３の衝撃受体２３を連結している板体２６が乗員に設置される。

上記のような実施形態においては、衝撃方向３４が衝撃緩衝モジュール６１の中心軸方向からずれた場合や、第二の緩衝部３３が第一の緩衝部３２に対して屈曲方向に角度的にずれたり第一の緩衝部３２に対して回動した場合等に、それぞれの回転機構３５，３６，３７が、衝撃緩衝モジュール６１の全体として効率よく衝撃エネルギーを吸収、緩衝できる方向に適切にかつ実質的に自動的に微調整されることが可能となる。その結果、衝撃緩衝モジュール６１全体をより望ましい状態にして、衝撃緩衝モジュール６１により高い性能を発現させることが可能になる。

図７は、本発明の第三の実施形態に係る、第二の緩衝部３３の第一の緩衝部３２との接続部側に球面受けを有する衝撃緩衝モジュール７１を示している。本実施形態においては、図６に示した第二の実施形態に比べ、第二の緩衝部３３の支持部材７２が、その第一の緩衝部３２との接続部側端部に球面受け５１を有し、第一の緩衝部３２の衝撃受体３側に取り付けられたブラケットの端面が上記球面受け５１に接触する球面に形成された球面ブラケット５２に形成されており、これら球面受け５１と球面ブラケット５２で球面受け構造５３が構成されている。球面受け５１と球面ブラケット５２間の球面に沿う方向の相対的な運動（相対的な摺動）を可能にするため、ブラケット３８と球面ブラケット５２を連結するピン４０は、球面ブラケット５２に対し適度な隙間をもって（相対移動量を適度に規制可能に）遊嵌されている。

このような実施形態においては、球面受け構造５３を介して第一の緩衝部３２と第二の緩衝部３３で力が伝達されるため、衝撃荷重や伝達中の荷重の方向が多少変動したとしても、両緩衝部３２、３３間の相対的な球面運動により、各緩衝部３２、３３が最も効果的に衝撃エネルギーを吸収、緩衝できる方向に微調整可能となる。したがって、斜め方向や捩れ方向を含む実質的にあらゆる方向に対して、各緩衝部３２、３３はもとより、衝撃緩衝モジュール７１全体として、より優れた衝撃緩衝性能を発揮できる。さらに、第一の緩衝部３２と第二の緩衝部３３の間に球面受け構造５３を有することにより、例えば第二の緩衝部３３側から複数の抗力ｆが第一の緩衝部３２側に伝達されようとする際、それら複数の抗力ｆが効率よく一つの合力Ｆに集束され、しかもその合力Ｆを第一の緩衝部３２の中心軸方向に指向させることが可能になる。その結果、前述の如く、主として低衝撃を吸収する第二の緩衝部３３側からの複数の抗力を、主として高衝撃を吸収する第一の緩衝部３２側に、合力Ｆとして、円滑にかつ確実に伝達することが可能になり、衝撃緩衝モジュール７１により高い所望の性能を発揮させることが可能になる。

本発明の衝撃緩衝構造体および衝撃緩衝モジュールは、衝撃緩衝が要求されるあらゆる用途に適用可能であり、とくに、輸送機器の乗員保護用に好ましく用いることができる。すなわち、本発明の衝撃緩衝構造体および衝撃緩衝モジュールを輸送機器の内部に装備した場合には、初期荷重を低減しつつ、経時的に安定して衝撃を吸収することできるため、輸送機器の乗員保護手段として極めて適切である。より具体的な用途の一例として、衝突時に乗員を保護するために衝撃エネルギーを安定して吸収することを目的に自動車などの輸送機器の内部に装備されるニーボルスター等が挙げられる。

１、１１、２１ 衝撃緩衝構造体
２、１２、２２、７２ 支持部材
３、１３、２３ 衝撃受体
４、１４、２４、３４ 衝撃方向
５、１５、２５ 圧入孔
３１、６１、７１ 衝撃緩衝モジュール
３２ 第一の緩衝部
３３ 第二の緩衝部
３５、３６、３７ 回転機構
３８、３９、４２ ブラケット
４１ 軸
４０、４３ ピン
５１ 球面受け
５２ 球面ブラケット
５３ 球面受け構造

Claims (13)

1. 少なくとも１つの衝撃受体と、
   衝撃方向に対して前記衝撃受体の上流側または下流側に配置され、前記衝撃受体を圧入可能な少なくとも１つの圧入孔を有する支持部材と、を有する衝撃緩衝構造体であって、
   前記衝撃受体と前記支持部材の少なくともいずれか一方が樹脂組成物からなり、かつ、前記支持部材の強度および剛性が、前記衝撃受体の強度および剛性と同等以上であることを特徴とする衝撃緩衝構造体。
2. 前記衝撃受体の外形が柱状または錐台状であり、前記衝撃受体の外形の、該衝撃受体の圧入方向に垂直な方向の断面の形状が、円、楕円または多角形である、請求項１に記載の衝撃緩衝構造体。
3. 前記衝撃受体の圧入方向に垂直な方向の断面の面積が、該圧入方向に変化しており、前記衝撃受体の圧入方向に垂直な方向の断面の面積の最大値が、前記圧入孔の前記圧入方向に垂直な方向の断面の面積よりも大きい、請求項１または２に記載の衝撃緩衝構造体。
4. 前記衝撃受体が、中実構造または中空構造のいずれかに構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の衝撃緩衝構造体。
5. 前記支持部材が金属からなり、衝撃受体が樹脂組成物からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の衝撃緩衝構造体。
6. 前記樹脂組成物が、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂およびポリカーボネート樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項１〜５のいずれかに記載の衝撃緩衝構造体。
7. 輸送機器の乗員保護用である、請求項１〜６のいずれかに記載の衝撃緩衝構造体。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の衝撃緩衝構造体から構成される第一の緩衝部と、衝撃方向に対して前記第一の緩衝部の下流側に配置され、請求項１〜７のいずれかに記載の衝撃緩衝構造体から構成される第二の緩衝部とを有し、第二の緩衝部が複数の衝撃受体および圧入孔を有する衝撃緩衝モジュール。
9. 前記第一の緩衝部における衝撃受体の圧入方向に垂直な方向の断面の面積の最大値が、前記第二の緩衝部における一つの衝撃受体の圧入方向に垂直な方向の断面の面積の最大値よりも大きい、請求項８に記載の衝撃緩衝モジュール。
10. 前記第一の緩衝部と前記第二の緩衝部の接続部に回転機構を有する、請求項８または９に記載の衝撃緩衝モジュール。
11. 衝撃方向に対して前記第一の緩衝部の上流側の端部に回転機構を有する、請求項８〜１０のいずれかに記載の衝撃緩衝モジュール。
12. 前記第二の緩衝部の前記第一の緩衝部との接続部側に球面受けを有する、請求項８〜１１のいずれかに記載の衝撃緩衝モジュール。
13. 輸送機器の乗員保護用である、請求項８〜１２のいずれかに記載の衝撃緩衝モジュール。

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