JP4163615B2 - エネルギ吸収ユニット - Google Patents

Description

本発明は熱可塑性プラスチックフォームで作られた製品、詳しくは、二つの物体間の衝突時において、伝達されたエネルギを吸収するために使用するのに適切なエネルギ吸収ユニット、特に自動車のエネルギ吸収ユニット例えば自動車のバンパに関する。

身体との衝突時における物品への損傷を低減する手段を提供するために、あるいは時に身体への損傷を低減するためにも、エネルギ吸収ユニット（ＥＡＵ）は、通常物品の一部を構成するか、又は物品に取りつけられている。ＥＡＵが、自動車のバンパとして使用される場合、衝突の際に自動車及び身体の両方に対する損傷を低減するべく適切に作用する。

近年、低エネルギ（低速）衝撃を吸収するために、プラスチック自動車用ＥＡＵが、従来の金属製バンパと共に使用されてきた。自動車のバンパとして使用されるエネルギ吸収ユニットは、通常一側面に成形されたバンパ帯状面を有していて、そのバンパ帯状面は、プラスチックフォームのコアー材料とコアー材料を包んでいる合成樹脂材料の表面とから構成されており、さらにそのエネルギ吸収ユニットは通常剛な断面ビームの前面に取りつけられている。フォームコアー材料は、自動車のＥＡＵの性能に影響する重要なコンポネント部品であり、さらにすぐれたエネルギ吸収特性を有することが必要とされ、かつ寸法の復元が必要とされている。さらに、自動車の重量を軽量化するために、ＥＡＵのコアー材料は低密度であるべきである。

フォームコアー材料として提案されてきたプラスチック材料は、ポリウレタン、ポリエチレンビード、ポリスチレン及びポリプロピレンビードフォームを含んでいる。従来の発泡オレフィンポリマ製ＥＡＵコアーは、ポリプロピレンタイプの樹脂の膨張可能なビードを粒子を包み込むことができガスを抜くことのできる金型に供給し、ビードが膨張し柔軟になりお互いに融着して一体となる温度にビードを加熱する。従って、金型キャビティと同一形状で同一サイズに膨張した発泡成形物品が成形される。ポリプロピレンタイプの樹脂フォームのビードで作られた自動車のＥＡＵコアーは１６kg／ｍ³〜１６０kg／ｍ³のフォーム密度を有していて、２５％圧縮において約５０kPa〜１０００kPaの平均圧縮応力を達成している。

吸収特性の異なる多数の区画を有している自動車のバンパが長年にわたって公知なものとされてきた。例えば１９８３年に公開された特許文献１は三つの異なる弾性区画を有しているバンパを開示している。特許文献２は異なるエネルギ吸収特性を備えた二つの平行層を有しているエネルギ吸収フォームを開示している。装置はバンパに使用することができて、ポリプロピレンとポリスチレンとポリウレタンとのフォームが引用されている。

しかしながら現在における自動車のバンパ装置は、自動車に影きょうを及ぼすかも知れない他のタイプの衝撃との兼用で歩行者の襲撃を特に考りょするようにはなっていない。例えば、自動車のバンパは蒸気成形されたビード形状の膨脹されたポリプロピレンフォームで製作されていて、あるタイプの衝撃には正しく対応できるが、他のタイプの衝撃には剛すぎるか柔軟すぎて、種々のタイプの衝撃の全範囲に最適な性能を提供することはできない。

独国特許出願公開第３２２４９７９号明細書 欧州特許出願公開第９４７７２７号明細書 国際公開第９９／００２３６号パンフレット

自動車の衝突にもとずく死亡事故や重傷事故を低減することにより歩行者及び他の道路使用者の安全を改善する必要性がある。歩行者の安全を改善することを目的とする一方で、低速衝撃に対する自動車の改善された防護、及び自動車のシャーシあるいは他の構造パーツを保護することにより、自動車構造体への損傷を低減望ましくは最小化すること、いわゆる衝撃防護への保険を提供することは望ましいことである。

出願人は、低速衝撃防護及び“保険”としての衝撃防護との兼用で、歩行者の特に膝及び下脚への衝撃に対するすぐれた衝撃防護を提供する、組合わせたエネルギ吸収特性を有するエネルギ吸収ユニットが、特別な方法で配列された異なるエネルギ吸収特性を備えた複数の区画を有する、熱可塑性フォーム材料で形成されたユニットにより提供できることを発見した。

従って本発明は、熱可塑性材料から構成されている、自動車のバンパとして使用されるエネルギ吸収ユニットを提供していて、少なくとも一つの上部区画と下部区画とを具備するエネルギ吸収ユニットにおいて：該上部区画が、比較的高密度のフォーム材料の内部と、比較的低密度のフォーム材料の外部とを備えていて、該内部は、自動車のほぼ長手方向における衝突時に、エネルギを吸収することにより自動車の構造体部品を保護するためのものであり、該外部は、衝突時にエネルギを吸収することにより人間あるいは動物の身体への衝撃に対して保護するためのものであり；該下部区画は、該上部区画における該内部と該外部との該フォーム材料における中間の密度を有しているフォーム材料を備えている。

下部区画は、歩行者や他の道路使用者における膝及び下脚への防護を提供するフォーム材料で作られている。その中間的密度は、脚の下部分を前方に押すことを可能にしていて、膝関節に与える曲げの量を最小にするために上部区画の低密度部分と組合わせて作用しており、衝突時における歩行者に対する防護を強化するようになっている。

従って、ＥＡＵは、異なる密度の材料により提供される吸収特性の組合せを有していて、その異なる密度の材料は、種々のタイプの衝撃に対して最適な衝撃防護特性を提供する特定の区画に設置されている。

本発明におけるＥＡＵの特性は、自動車との衝突に対する歩行者へのすぐれた防護と、低速衝撃下での自動車に対する防護とを提供し、さらに“保険”としての衝撃防護を提供する自動車の生産を可能にしている。本発明のさらなる実施態様は、本発明によるエネルギ吸収ユニットを具備する自動車を提供している。

好適な実施態様において、該上部区画の該内部若しくは該外部に、又は該下部区画に使用されているフォーム材料の少なくとも一方が、異方性の熱可塑性フォームで構成されている。該上部区画の該内部若しくは該外部に、又は該下部区画に使用されているフォーム材料のすべてが、該自動車のほぼ長手方向と整列している異方性の熱可塑性フォームで構成されている。ＥＡＵ例えば自動車のバンパは、異方性のフォームが、好ましくは予想される衝突の方向、すなわち通常は自動車の長手軸に平行あるいはほぼ平行に整列するように形成されていて、従って衝撃防護を提供するようになっている。

異方性の熱可塑性サーモプラスチックを製作するための配向は、公知の技術、例えば発泡性熱可塑性プラスチックを押出し加工することにより製作されてもよい。好ましくは、上部区画における内部と外部、及び下部区画とが成形される材料、並びにそれらを製作するためのプロセスパラメータ、例えば温度及び押出速度は、熱可塑性プラスチックが３２０kg／ｍ³より小さな、好ましくは１６kg／ｍ³〜１９２kg／ｍ³の、より好ましくは１６kg／ｍ³〜１６０kg／ｍ³の最も好ましくは１６kg／ｍ³〜１２８kg／ｍ³の密度を有する熱可塑性フォームとなるように選択される。押出し結果は、ＡＳＴＭ規格Ｄ３５７５−９３（Suffix D）にもとずいて測定する場合、２５％圧縮において少なくとも約１７０kPaの押出し方向における最大圧縮応力の異方性圧縮特性を示めしている。

上部区画における内部及び外部と、下部区画とが成形される材料の密度は、ＥＡＵが使用される自動車のタイプに依存しているＥＡＵの構造にもとずくものであって、そのＥＡＵの構造は、下部区画の熱可塑性プラスチックフォームの密度が、上部区画における外部の熱可塑性プラスチックフォームの密度より大きくて、かつ上部区画における内部の熱可塑性プラスチックフォームの密度より小さくなっている。好適な実施態様において、上部区画の外部は１６〜４０kg／ｍ³の密度を有する熱可塑性プラスチックフォームを備えていて、上部区画の内部は４０〜１２８kg／ｍ³の密度を有する熱可塑性プラスチックフォームを備えており、下部区画は１６〜１２８kg／ｍ³の密度を有する熱可塑性プラスチックフォームを備えていて、下部区画の熱可塑性プラスチックフォームの密度が上部区画における外部の熱可塑性プラスチックフォームの密度より大きく、かつ上部区画における内部の熱可塑性プラスチックフォームの密度より小さくなっている。

本発明によるＥＡＵの構造に使用する特に好適な材料は、特許文献３に開示されている異方性の熱可塑性プラスチックフォームであって、参考としてここに包含するものである。

本発明に使用するための適切な発泡性熱可塑性プラスチックフォームは、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン及びエチレン又はプロピレンとそれと共重合可能なモノエチレン不飽和モノマーとのコポリマーを含んでいる。下部区画と、上部区画における内部と、上部区画における外部との熱可塑性プラスチックは、同一クラスあるいは異なるクラスの材料であってもよいし、かつ独立的に適切に選択されている。例としては、エチレンとアクリル酸又はメタクリル酸のコポリマー、及びそれらのＣ_1-4アルキルエステル又はイオノマー誘導体；エチレン−ビニルアセテートコポリマー；エチレン／一酸化炭素コポリマー；ジエンの酸無水物含有オレフィンコポリマー；エチレンとα−オレフィンとの非常に小さな分子量（すなわち０．９２ｇ／ccより小さい密度）を有するコポリマー；これらの材料の配合物である。本発明における好適な実施態様において、内部又は外部又は下部区画における少なくとも一つに使用されている異方性フォームがポリプロピレンを含んでいる。内部と外部と下部区画とに使用されているより好適な異方性フォームはポリプロピレンを含んでいる。

所望するなら、一つ以上のいずれかの区画に使用される異方性材料は、等方性材料、例えば膨脹したポリプロピレンビードフォーム及びポリウレタンフォームと組合わせてもよい。

異方性熱可塑性プラスチックは、特に予想される衝撃力の方向と整列あるいは近接される場合、すぐれたエネルギ吸収特性を提供する。熱可塑性プラスチック材料、好ましくは異方性熱可塑性プラスチック材料は、粉砕、バックリング及び／又は剪断により衝撃エネルギを適切に吸収する。特に、ＥＡＵにおける異方性フォームの構造とアライメントとが、ＥＡＵにおける、低密度と高密度と中間密度との熱可塑性プラスチックの組合せ、及びそれらの相対位置のために、公知のＥＡＵのと比較して高水準のエネルギ吸収を提供している。

本発明において使用するのに適切な、押出し加工した異方性熱可塑性プラスチック材料は、所望するＥＡＵの形状に切断又は熱成形又は他の機械加工されてもよい。代りに、複合材料のエネルギ吸収物品を成形するために、エネルギ吸収物品が、高温空気融着、蒸気融着、高周波融着、接着剤、機械式留め具等により、接合された複数のコポーネントで構成されていてもよい。熱可塑性プラスチックフォーム以外の材料を含んでいる複合材料の物品が準備されてもよい。

本発明の好適なＥＡＵ製作方法において、上部区画における内部と、外部と、下部区画とを構成している熱可塑性フォームは、所望する形状に適切に熱成形又は切断される。本発明によるＥＡＵを作るために、ＥＡＵを異なる密度の材料と共に熱成形により所望する配列に成形することは好適である。

好ましくは、エネルギ吸収ユニット製作方法が：比較的低密度の予備成形物、比較的高密度の予備成形物及び低密度と高密度との中間の密度の予備成形物の熱可塑性プラスチック予備成形物を成形する段階と；該熱可塑性プラスチック予備成形物を所定の形状に切断又は形削りする段階と；該熱可塑性プラスチック予備成形物を加熱する段階と；該エネルギ吸収ユニットに必要とされる形状に対応している形状の熱成形工具に、該熱可塑性プラスチック予備成形物を組立てる段階と；該熱可塑性プラスチック予備成形物を圧縮する段階、従って該熱可塑性プラスチック予備成形物を一体に接続し該エネルギ吸収装置を成形する段階と；を含んでいる。本発明に使用されている熱可塑性材料は、好ましくは特許文献３に開示されたような方法で準備される。

特に好適な実施態様において、押出し加工された異方性フォームの厚板が、所望する密度を有している。続いて厚板は、ＥＡＵの構造による、かつ製作するＥＡＵの水平断面に対応している所望するサイズ及び形状と、に切断される。自動車のバンパにおけるＥＡＵとして使用される物品を形成するために、好ましくは熱可塑性プラスチックの切断した厚板は、一体に接合するために積層されかつ熱成形される。

熱成形用の詳細な条件が例えば特許文献３の教示により選択されていて、予備成形物のあるいは形削りされた厚板の構造及び厚さと、使用する熱可塑性プラスチックの種類とが含まれている。説明によると、ポリプロピレンからなる、予備成形物あるいは形削りされた厚板は、ＥＡＵを製作するために、例えば輻射炉において柔軟になるまで温度１３０〜１６０℃に加熱され、続いて周囲温度における熱成形工具に載置され、低圧力例えば１〜４barで圧縮される。

本発明によるＥＡＵ（１）は、上部区画（２）と下部区画（３）とを備えている。上部区画（２）は二つの部分である内部（４）と外部（５）とを備えている。内部（４）は比較的高密度の熱可塑性プラスチックフォーム（thermoplastic foam）を含んでいて、例えば自動車のシャーシのような構造体部分（６）を保護するようになっている。外部（５）は比較的低密度の熱可塑性プラスチックフォームを含んでいて、低速衝撃防護を提供するようになっている。下部区画（３）は、内部（４）と外部（５）との中間の密度の熱可塑性フォームから適切に構成されている。

上部区画（２）と下部区画（３）とは、それぞれ自動車のバンパビーム（７）と下部レール（８）とに従来の方法により取りつけられている。

好ましくは、上部区画（２）及び下部区画（３）は、異方性の性質を備えるように、熱可塑性プラスチック好ましくはプロピレンを押出し加工することにより製作されていて、押し出し加工されたシートはＥＡＵ（１）の水平断面を提供する形状に切断され、押出し加工方向は、ＥＡＵ（１）が取りつけられる場合に自動車の長手軸と平行になるようになっている。

本発明のさらなる好適な実施態様において、外部（５）の熱可塑性プラスチックフォームがほぼＣ字形の縦断面であって、内部（４）を形成する熱可塑性プラスチックフォームはほぼ正方形あるいは長方形断面である。ＥＡＵ（１）の下部区画（３）を形成する熱可塑性プラスチックフォームは、下部区画の面がフロントすなわち好ましくは下部レール（８）の最下面あるいは最上面に接触するように形成されている。下部区画（３）及び上部区画（２）は、相補的表面を形成していて、かつ好ましくはほぼ水平面に沿って接続されている。

図１は本発明におけるＥＡＵの概略断面図を示めしている。

Claims (12)

1. 熱可塑性材料から構成されている、自動車のバンパとして使用されるエネルギ吸収ユニットであって、少なくとも一つの上部区画と、下部区画とを具備するエネルギ吸収ユニットにおいて：
   該上部区画が、高密度のフォーム材料の内部と、低密度のフォーム材料の外部とを備えていて、該内部は、自動車のほぼ長手方向における衝突時に、エネルギを吸収することにより自動車の構造体部分を保護するためのものであり、該外部は、衝突時にエネルギを吸収することにより人間あるいは動物の身体への衝撃に対して保護するためのものであり、該内部のフォーム材料は該外部のフォーム材料の密度より大きな密度を有しており；
   該下部区画は、該上部区画における該内部と該外部との該フォーム材料における中間の密度を有しているフォーム材料を備えている；エネルギ吸収ユニット。
2. 該上部区画の該内部若しくは該外部に、又は該下部区画に使用されているフォーム材料の少なくとも一方が、異方性の熱可塑性プラスチックフォームを備えている、請求項１に記載のエネルギ吸収ユニット。
3. 該上部区画の該内部若しくは該外部に、又は該下部区画に使用されているフォーム材料のすべてが、該自動車のほぼ長手方向と整列している異方性の熱可塑性フォームで構成されている、請求項１又は２に記載のエネルギ吸収ユニット。
4. 該上部区画の該内部及び該外部、並びに該下部区画における該熱可塑性プラスチックフォーム各々が、３２０kg／ｍ³より小さな密度を有している、請求項１−３のいずれか一項に記載のエネルギ吸収ユニット。
5. 該熱可塑性プラスチックフォームが、１６kg／ｍ³〜１９２kg／ｍ³の密度を有している、請求項４に記載のエネルギ吸収ユニット。
6. 該上部区画の該内部における熱可塑性プラスチックフォーム材料が、ＡＳＴＭ規格Ｄ３５７５−９３（Suffix D）にもとづいて測定する場合、２５％圧縮において少なくとも１７０kPaの圧縮応力を有している、請求項１−５のいずれか一項に記載のエネルギ吸収ユニット。
7. 該熱可塑性プラスチックフォーム材料が、該下部区画と、該上部区画の該内部と、該上部区画の該外部とは無関係に、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン及びエチレン又はプロピレンとそれと共重合可能なモノエチレン不飽和モノマーとのコポリマーから選択されている、請求項１−６のいずれか一項に記載のエネルギ吸収ユニット。
8. 該内部又は該外部又は該下部区画の少なくとも一つに使用されている熱可塑性プラスチックフォーム材料が、ポリプロピレンを含んでいる、請求項７に記載のエネルギ吸収ユニット。
9. 該内部と、該外部と、該下部区画とに使用されている熱可塑性プラスチックフォーム材料が、ポリプロピレンを含んでいる、請求項８に記載のエネルギ吸収ユニット。
10. 請求項１−９のいずれか一項に記載のエネルギ吸収ユニットを具備する自動車。
11. 該上部区画における該内部の該フォーム材料の密度は４０〜１２８ｋｇ／ｍ ³ であって、該外部の該フォーム材料の密度は１６〜４０ｋｇ／ｍ ³ である、請求項１に記載のエネルギ吸収ユニット。
12. 該上部区画は、該エネルギ吸収ユニットの該下部区画と比較して、該自動車からより突出している、請求項９に記載のエネルギ吸収ユニット。

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