JP3629718B2

JP3629718B2 - 樹脂製衝撃吸収ブロック

Info

Publication number: JP3629718B2
Application number: JP06134294A
Authority: JP
Inventors: 外喜雄国分; 弘信古澤; 賢鎌田
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: KR950031494A; US5551673A; JPH07269622A; KR100384571B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、衝撃の吸収や緩和を必要とする部分、例えば道路または岸壁の側壁、建物の床や壁、及び車両の衝撃緩衝部に適用することができる樹脂製衝撃吸収ブロックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、衝撃吸収手段としては、金属バネ、摩擦式緩衝器、油圧式緩衝器、ゴム成形体等が利用されており、また、これらのうちのいずれかを組み合わせて使用する場合もある。上記金属バネは、緩衝性能に優れるものの衝突エネルギーの吸収能力はほとんどない。また、上記摩擦式緩衝器や油圧式緩衝器は、一般にその構造が複雑であり、バネ定数における変形速度依存性が極めて大きく、復元性がない。しかもこれら金属バネ、摩擦式緩衝器、油圧式緩衝器はいずれも水中では使用することができず使用環境が制約される。また水中で使用する場合には防錆及び防水等のメンテナンスが不可欠となる。
【０００３】
一方、ゴム成形品は復元性に優れる反面、材料の弾性率が低いため、衝撃吸収量を大きくするためには、材料の使用量を大幅に増加させる必要があり、この場合、全体の重量が重くなり大型化してしまうという欠点がある。さらにこれらの衝撃吸収手段は、いずれも狭い受圧部における衝撃緩和には有効であるが、道路側壁や建築物の床面等のように広範囲に亘って均一な緩衝性能を呈するものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した状況の下で、本発明者らは軽量で反力に比較し大きなエネルギー吸収効率を有し、復元性にも優れ、メンテナンスフリーで地上，海中を問わず使用することができ、さらに拡張組立性があり広範囲で均一な緩衝性を持つような樹脂製衝撃吸収部材の開発を進めた結果、有孔もしくは無孔の平板上にアーチ状、ドーム状もしくはハニカム状の圧縮変形部を複数個立設させた構成の衝撃吸収部材を開発し、さらにその性能向上を目的として、上記衝撃吸収ブロックに可撓性プレートを併用した衝撃吸収部材も開発している。
【０００５】
しかしながら、このような樹脂製衝撃吸収部材においてもその重量当たりの吸収エネルギーはいまだに十分なものではなかった。また、樹脂製衝撃吸収部材を積層して体積１ｍ³ 以上に構築して衝撃吸収ブロックを構築するとなると、各樹脂製衝撃吸収部材同士を連結するための連結具の点数が多くなり組立作業性が低下すること、衝撃吸収に寄与しない平板を複数枚重ね合わせる必要があるため軽量化が図れず施工が容易でないこと、さらには、成形品である樹脂製衝撃吸収部材を大きくしようとしても、実質的に成形機の可塑化能力によって制限を受けること等の問題があった。
【０００６】
本発明は以上のような従来の衝撃吸収手段の課題を考慮してなされたものであり、その目的は、反力に比較して大きなエネルギー吸収効率を有し、復元性に優れ、しかも防錆，耐水，耐候性を備えて地上，海中を問わずメンテナンスフリーで使用することができ、必要に応じて簡便に拡張組立ができ、組み立てた場合には広範囲で均一な緩衝性を発揮し得る樹脂製衝撃吸収体を、軽量かつ簡単な構造で実現した樹脂製衝撃吸収ブロックを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、山部と谷部がそれらの斜面部を介し角波状に連続する所定幅からなる樹脂製帯状衝撃吸収片が、衝撃作用方向から見て山部同士、谷部同士が千鳥状となるように複数列連接されるとともに、その連接接触部である斜面部の中間部位同士で一体化されて樹脂製衝撃吸収部材が構成され、この樹脂製衝撃吸収部材が衝撃作用方向に２以上積層され、該積層は、隣接する一方の樹脂製衝撃吸収部材の山部と他方の樹脂製衝撃吸収部材の谷部とが連結されることにより、積層された両樹脂製衝撃吸収部材に跨がって６辺形のセル構造が形成され、この６辺形のセル構造が樹脂製帯状衝撃吸収片の連接方向において千鳥状に配置されている樹脂製衝撃吸収ブロックである。
【０００８】
本発明において、樹脂製衝撃吸収部材における最外側の帯状衝撃吸収片の外側側面の略中間位置に、帯状補強枠を一体的に添設することが好ましい。
【０００９】
本発明において、樹脂製衝撃吸収部材に使用する樹脂の曲げ弾性率は1,000 〜20,000kg/cm²であり、引張り破壊伸度は100 ％以上であることが好ましい。
【００１０】
本発明において、樹脂製衝撃吸収部材は発泡成形法により成形することができる。
【００１１】
【作用】
本発明の樹脂製衝撃吸収ブロックに従えば、衝撃吸収ブロックに衝撃力が加わると、樹脂製帯状衝撃吸収片にちどり配置された多数の山部に衝撃力が分散して作用し、複数積層されている樹脂製衝撃吸収部材において隣接する樹脂製衝撃吸収部材に跨がって形成されている多数の６辺形のセル構造が積層方向に圧縮されて変形していくことにより作用した衝撃力が吸収され、それにより衝撃力が緩和されるように作用する。
【００１２】
【実施例】
以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の衝撃吸収ブロックを構成している樹脂製衝撃吸収部材の一実施例を示したものである。同図において樹脂製衝撃吸収部材１は、被衝突体２のフラットな表面に固定され所定の間隔を空けて配列される複数の固定部３と、その固定部３と平行して衝突側に配列される複数の受圧部４と、固定部３と受圧部４とを傾斜状態に連絡する衝撃吸収部５とを備えている。そしてこの正方形状の固定部３と正方形状の受圧部４と長方形状の衝撃吸収部５とが連絡されることにより形成される波状（角波状）の帯状衝撃吸収片を、衝撃作用方向から見て山部同士、谷部同士が千鳥配置されるように矢印Ａ方向に複数列連接し、その連接接触部である斜面部中間部位（図５の符号７参照）同士で一体化することにより、多辺セル構造（図３の符号８参照）の樹脂製衝撃吸収部材１が完成される。本発明は基本的に上記構成からなり、図１に示す帯状補強枠６は選択的に添設されるものである。なお、固定部３及び受圧部４には、連結時にボルト等を貫通させるための連結用孔３ａ，４ａがそれぞれ設けられている。
【００１４】
図２は樹脂製衝撃吸収部材１の平面図、図３は同じく正面図、図４は図２の右側面図を示したものである。図３において、多辺セル構造８は、衝撃作用方向（以下圧縮方向と呼ぶ）に７０％以上変形でき、且つ曲げ剛性の高い樹脂材であればよいが、形状の簡単さ、曲げ剛性の高め易さを考慮した場合、図３に示す６辺または８辺（図示しない）であることが好ましい。
【００１５】
また、多辺セル構造８の中央部の厚みを、固定部３，受圧部４の厚みよりも厚く形成することが好ましく、さらに、樹脂製衝撃吸収部材１の圧縮方向における略中間位置（最外周側面の略中間位置）に、帯状補強枠６を添設することが好ましい。特に、帯状補強枠６で補強したものは、多辺セル構造８の中央部位を拘束するものであり、外周側の帯状衝撃吸収片の接続部材としても機能し、加えて樹脂製衝撃吸収部材１の重量を増加させることなく衝撃吸収エネルギーを高めることができるようになり、さらには基板を必要としないため、部材を大幅に節約することができ、それによりコストダウンも図れる。なお、図３及び図４に示すように、帯状補強枠６及び樹脂製衝撃吸収体１の側面におけるセル構造の中心部には、連結時のボルト等を貫通させるための連結用孔６ａ，６ａ´がそれぞれ設けられている。なお、図４に示す凸状片９は、連結用孔６ａ´部の強度を補強するためのものである。
【００１６】
また、多辺セル構造８の大きさを定めることになる山部または谷部の配列数は、セル構造８の大きさと衝突物との大きさの関係、及び曲げ剛性との関係から決められる。すなわち、衝突物が１つのセル構造８の受圧部４に衝突せず、複数の受圧部４と衝突して衝突力が均一に分散されるような範囲において少ない個数に設定することが好ましい。少ない個数に設定することは、組立が容易になるだけでなく、使用環境においてゴミ、異物がセル構造間に停滞せず容易に除去されることになる。
【００１７】
上記樹脂製衝撃吸収部材１を構成する樹脂の種類は特に限定されないが、好ましいものとしては熱可塑性のポリエステルエラストマー、ポリオレフィンエラストマー、ポリアミドエラストマーやポリウレタンエラストマー、あるいはそれらのブレンド物や充填型ポリウレタン等の硬化性樹脂等が例示される。これらの中で特に好ましいものは、耐候性や耐水性に優れた熱可塑性ポリエステルエラストマーやポリオレフィンエラストマー、または両者の特長を生かしたアロイである。
【００１８】
なお、これら樹脂の選択に当たり、衝撃緩和効果を一層高め、且つ除荷重時の復元性を高める意味から、曲げ弾性率が1,000 〜20,000kg/cm²であり、引張り破壊伸度が100 ％以上の樹脂を選択することがさらに好ましい。曲げ弾性率が1,000kg/cm² 未満の樹脂では、得られる樹脂製衝撃吸収部材のバネ定数が不足するため、満足のいくエネルギー吸収性能を確保するためには、セル構造の肉厚を大きくしなければならず、それにより樹脂製衝撃吸収部材全体が大きくかつ重いものとなるため好ましくない。一方、曲げ弾性率が20,000kg/cm²を越えると、得られる樹脂製衝撃吸収部材１に柔軟性がなくなり撓みにくくなるため、圧縮力を受けた際に部分的に応力集中を起こして破壊しやすくなる。
【００１９】
これに対して曲げ弾性率が1,000 〜20,000kg/cm²の範囲にある樹脂を素材として樹脂製衝撃吸収部材１を成形すると、セル構造８における辺数や衝撃吸収部５の立ち上がり角度αや厚みｔ等を必要に応じて比較的任意に変更することができ、それにより樹脂製衝撃吸収部材１の反力の立ち上がりをはやくしたり、降伏応力を高くすることができる。従って所望の衝撃吸収エネルギーを得るために望ましい応力−歪カーブを得ることができる。加えて衝突体と被衝突体の双方が許容できる範囲内で圧縮応力を収めることができる。使用する樹脂は、圧縮応力を受けた時に樹脂製衝撃吸収部材１の一部が応力集中を起こさず、均一に分散するようにするためには、引張り破壊伸度が１００％以上のものを使用することが好ましい。
【００２０】
上述した樹脂には、さらに用途に応じて他の配合剤、例えば熱酸化防止剤や紫外線吸収剤等の各種安定剤、染料や顔料、カーボンブラック，タルク，ガラスビーズ等の充填材、金属繊維，ガラス繊維，カーボン繊維等の繊維補強材、帯電防止剤、可塑剤、難燃剤、発泡剤、黴防止剤及び離型剤等の添加剤を配合することができる。
【００２１】
また、樹脂製衝撃吸収部材中に樹脂製やガラス繊維製のベルトやネットをインサートして樹脂製衝撃吸収部材を補強しても良い。また、樹脂製衝撃吸収部材を積層して樹脂製衝撃吸収ブロックに組み立てる際に、樹脂製またはガラス繊維製のベルトやネットを挟み込んでその衝撃吸収ブロックを補強しても良い。
【００２２】
このように、樹脂製衝撃吸収部材のセル構造を特定し、衝撃吸収体としてふさわしい特性の樹脂を選択することにより、高さ方向に圧縮された際に５０％以上圧縮し、除荷されると元の高さの９０％以上復元するような性能を発揮させることができる。
【００２３】
上記した樹脂製衝撃吸収部材の成形方法は一切制限がなく、射出成形、圧縮成形、あるいは注型成形プレート状素材から２次成形によって成形することも可能である。ただし、樹脂製衝撃吸収部材の成形厚みが１０mm以上に厚くなり、また１枚当たりの重量が１０kgを越えると、製造コストが高くなるため発泡成形することが好ましくなる。発泡成形の場合、成形品内部に細かな気泡が存在することになるが、本発明の目的を達成する上で問題にはならない。
【００２４】
上記発泡成形の方法としては、化学発泡剤を予め樹脂中に配合コンパウンドで練り込んでおき成形時に発泡させる成形方法を利用することができる。また、成形時においてＮ₂ ガスと樹脂、またはＮ₂ ガスと化学発泡剤と樹脂の溶融混合物を押出機から押し出し、加圧状態で一旦貯留室に蓄え、金型内に注入する成形方法を利用することもできる。この成形方法の場合、金型内に注入された溶融樹脂は圧力降下を生じ、それにより貯留室内の溶融樹脂中に存在していた微細Ｎ₂ ガス泡は金型内で膨張し、それにより発泡成形されることになる。
【００２５】
ただし、注意すべき点は、成形体内部に大きな空洞ができないよう肉厚が変化する部分についてはゆるやかに変化させて溶融樹脂の流れをスムーズにする必要があり、図２に示すように、切欠きとなる部分についてはアールＲを付けて応力集中を防ぐ必要がある。
【００２６】
次に、樹脂製衝撃吸収部材を連結して衝撃吸収ブロックを構築する方法について説明する。
【００２７】
樹脂製衝撃吸収部材１を積層方向（図１の矢印Ｃ方向参照），縦方向（矢印Ａ方向）、横方向（矢印Ｂ方向）連結する手段としては、連結部分に接着剤を塗布して固定する方法、接続部分を熱融着させて固定する方法、金属製リベットやプラスチック製リベットを用いて固定する方法、ボルト・ナットを用いて固定する方法、連結部分に予め連結用孔と嵌合突起，セルフスナップ用の凹凸等を設けておき、樹脂製衝撃吸収部材１を積層方向、縦方向、横方向にワンタッチで組み合わせる方法、さらに、ベルトを用いて固定する方法等が挙げられる。
【００２８】
これらの連結手段のうち、最も確実に連結することができるものとしてボルト・ナットを使用することが好ましい。このボルト・ナットを用い、予め穿設されている連結用孔を介して樹脂製衝撃吸収部材１同士を連結する場合、締結箇所の樹脂が損傷しないよう配慮する必要がある。具体的には、樹脂被覆され且つゆるみ止め機能を有するボルト・ナットを使用して締結部分が損傷することを防止することが好ましい。また、金属をインサートしたものであってゆるみ止め機能を有する樹脂ボルト・ナットを使用することも好ましい。さらにはワッシャを使用することが好ましく、そのワッシャは上記ボルトまたはナットと一体部品であることが組立の手間が少なくなるため好ましい。
【００２９】
また、樹脂製衝撃吸収部材１を積層する場合、まず１層目の樹脂製衝撃吸収部材を平面方向に連結し、それらの樹脂製衝撃吸収部材を跨るようにして２層目の樹脂製衝撃吸収部材を積層方向に連結すれば、平面方向の連結を必要とせず樹脂製衝撃吸収部材を平面方向及び積層方向に連結することができる。なお、その場合、２層目の樹脂製衝撃吸収部材をずらせて配置したために生じた空間には寸法の短い樹脂製衝撃吸収部材を組み込むことにより、強度を維持し、外観を整えることが好ましい。また、樹脂製衝撃吸収部材を平面方向に複数枚配置し、移動可能なフレームに仮止めして搬入すれば組立作業が効率良く行える。
【００３０】
また、帯状補強枠６を備えていない樹脂製衝撃吸収体１を用いても上記と同様に衝撃吸収ブロックを構築することができる。この場合、必要に応じて一方の受圧部列と他方の受圧部列とに樹脂製帯状ベルトを掛け渡し、矢印Ａ方向の連結を補強することが好ましい。
【００３１】
［実施例１］
東洋紡績（株）製のポリエステルエラストマー「ペルプレンＰ−１５０Ｂ」（ブラック色）を用いて、断面形状が台形であり正面から見て６辺からなるセル構造をなし、セル構造の上面が受圧面となり下面が固定面となり、受圧面と固定面とが衝撃吸収部によって連結され、固定面または受圧面同士が衝突方向から見てちどり配置された樹脂製衝撃吸収部材（帯状補強枠６を備えていない樹脂製衝撃吸収体に相当する）を成形した。なお、この樹脂製衝撃吸収部材は、Ｎ₂ ガス低圧発泡成形により縦１m ×横１m ×高さ２０cm×平均リブ厚み１０mmに成形した。次に、このようにして得られた樹脂製衝撃吸収部材を高さ方向に５段積層し、金属インサート樹脂ボルト・ナット（ワッシャ付き）を用いて連結固定し、縦１m ×横１m ×高さ１m の衝撃吸収ブロックを製作した。
【００３２】
［実施例２］
実施例１の樹脂製衝撃吸収部材の衝突方向における略中間位置に、帯状補強枠６を添設したもの（図１に示す樹脂製衝撃吸収体に相当する）を上記と同様に５段積層し、衝撃吸収ブロックを製作した。
【００３３】
［比較例］
次に、比較例として、図８に示す台形状のセル構造を基板上に複数立設した構成の樹脂製衝撃吸収部材１１を、一般の射出成形法により縦５２cm×横５２cm×高さ８. ３cm×平均リブ厚み５mmの形状に成形し、次にその成形品を４枚敷き詰めて縦１m ×横１m とし接続具を用いて固定し、さらにこのようにして得られた成形品を高さ方向に積層し、接続具１２を用いて固定することにより、縦１m ×横１m ×高さ１m の衝撃吸収ブロックを製作した。
【００３４】
上記実施例と比較例との比較結果を表１に示す。なお、表１中における評価項目の内容は以下の通りである。
単位体積重量：衝撃吸収ブロックの重量(kg)をその衝撃吸収ブロックの各辺の最大長となる縦・横・高さを掛け合わせた体積で割った値。
重量に占める反力の要素重量比率：反力に寄与している要素部の重量を成形品重量で割った百分率。セル構造の下面と上面を除いた部分を反力に寄与している要素部とみなし、換言すれば大変形可能部を反力に寄与している要素部とみなす。
接合具点数：縦・横・高さ各１m の衝撃吸収ブロックを構築するのに必要な接合具のセット点数。
樹脂素材の曲げ弾性率：ASTM-D790 に準じて測定。
樹脂素材の引張り破壊伸度：ASTM-D638 に準じて測定。
単位面積当たり吸収エネルギー量：所定の圧縮反力（この実施例では２０T/m²）になるまでに吸収したエネルギー量を衝撃吸収ブロックの体積で割った値。
単位重量当たり吸収エネルギー量：所定の圧縮反力（この実施例では２０T/m²）になるまでに吸収したエネルギー量を衝撃吸収ブロックの重量で割った値。
回復率（％）：衝撃吸収ブロックを８０％圧縮し、除荷した後に測定した復元高さを荷重作用前の高さで割った百分率。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１からわかるように、従来の衝撃吸収ブロックと比較し、本発明の衝撃吸収ブロックはさらに軽量で組立易くなっており、しかも高い衝撃吸収性能が得られた。さらに実施例２に示したように、帯状補強枠を備えたものは、従来のものの約２倍の衝撃エネルギー吸収性能が得られた。
【００３７】
図６は実施例１，２及び比較例の圧縮特性を示したものである。同図からわかるように、実施例１及び２は、リニアに応力が増加せず衝撃を吸収するのに適した曲線が描かれ、特に実施例２のものは応力の立ち上がりがはやく比較的大きな衝撃の吸収に適する。
【００３８】
上記実施例１の衝撃吸収ブロックをコンクリート壁に取り付け、その衝撃吸収ブロックに対し、車重１トンの自動車を入射角度１０゜，時速１０kmで衝突させ、衝撃吸収ブロックから離脱させたところ、自動車のバンパーに若干の損傷がみられたが、衝撃吸収ブロックは復元し、損傷は認められなかった。
【００３９】
また、図７は、実施例２の帯状補強枠を有する樹脂製衝撃吸収部材を、平面方向に４枚敷設して連結し、さらに高さ方向に６段積層して合計２４枚からなる衝撃吸収ブロックを構築した例である。図中１０は補強または連結部分の補強のために装着される樹脂製ベルトである。なお、同図においては接続具のボルト・ナットの図示を省略している。
【００４０】
なお、本発明において、衝撃吸収ブロックは、上記実施例においては被衝突体が平面であるため、固定部と受圧部とが平行に配置されているが、被衝突体が湾曲面の場合は、それと対応して固定部と受圧部が湾曲しても良い。
【００４１】
また、本発明の衝撃吸収ブロックは、衝突から保護する被衝突体の表面に直接固定することができる。また、衝撃吸収ブロックを一旦、耐候処理を施した基板上に取り付けその衝撃吸収ブロックを固定した基板を、予め被衝突体の表面部分に固定されているガイド部材に取り付けることにより衝撃吸収ブロックを間接的に被衝突体に固定することもできる。
【００４２】
また、本発明の帯状衝撃吸収片の波状とは、上記実施例では角波状であったが、これに限らず、衝撃吸収部が歯車の歯先形状のように円弧まがりを有するものでもよい。また、本発明は、衝撃の吸収や緩和を必要とする部分、例えば道路または岸壁の側壁、建物の床や壁、及び車両の衝撃緩衝部に適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば反力に比較して大きなエネルギー吸収効率を有し、復元性に優れ、しかも防錆，耐水，耐候性を備えて地上，海中を問わずメンテナンスフリーで使用することができる。また、本発明によれば、必要に応じて簡便に拡張組立ができ、組み立てた場合には広範囲で均一な緩衝性を発揮し得る樹脂製衝撃吸収体を、軽量かつ簡単な構造で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂製衝撃吸収体の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の正面図である。
【図４】図１の右側面図である。
【図５】樹脂製衝撃吸収体の斜面部中間部位の要部拡大図である。
【図６】実施例に係る圧縮特性比較図である。
【図７】実施例に係る衝撃吸収ブロックの構築例を示す説明図である。
【図８】従来例の樹脂製衝撃吸収体の積層構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１樹脂製衝撃吸収部材
２被衝突体
３固定部
４受圧部
５衝撃吸収部
６帯状補強枠
７斜面部中間部位

Claims

山部と谷部がそれらの斜面部を介し角波状に連続する所定幅からなる樹脂製帯状衝撃吸収片が、衝撃作用方向から見て前記山部同士、谷部同士が千鳥状となるように複数列連接されるとともに、その連接接触部である前記斜面部の中間部位同士で一体化されて樹脂製衝撃吸収部材が構成され、この樹脂製衝撃吸収部材が衝撃作用方向に２以上積層され、該積層は、隣接する一方の前記樹脂製衝撃吸収部材の山部と他方の前記樹脂製衝撃吸収部材の谷部とが連結されることにより、積層された両樹脂製衝撃吸収部材に跨がって６辺形のセル構造が形成され、この６辺形のセル構造が前記樹脂製帯状衝撃吸収片の連接方向において千鳥状に配置されていることを特徴とする樹脂製衝撃吸収ブロック。
前記樹脂製衝撃吸収部材における最外側の帯状衝撃吸収片の外側側面の略中間位置に、帯状補強枠が一体的に添設されている請求項１記載の樹脂製衝撃吸収ブロック。
前記樹脂製衝撃吸収部材に使用する樹脂の曲げ弾性率が1,000 〜20,000kg/cm²であり、引張り破壊伸度が100 ％以上である請求項１記載の樹脂製衝撃吸収ブロック。
前記樹脂製衝撃吸収部材が発泡成形法により成形されたものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂製衝撃吸収ブロック。