JP4296934B2

JP4296934B2 - 衝撃吸収材

Info

Publication number: JP4296934B2
Application number: JP2003539939A
Authority: JP
Inventors: 利行堀松
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2022-10-28
Also published as: ATE475535T1; EP1449647B1; WO2003037625A1; CA2446649A1; JPWO2003037625A1; EP1449647A4; EP1449647A1; DE60237164D1; US20040140691A1

Description

発明の分野
本発明は衝撃吸収材に関する。
発明の背景
自動車の衝突事故発生時などにおいて、乗員の頭部等が車室の天井等の内装材に衝突した際の衝撃を吸収して乗員の頭部等を保護するために、衝撃吸収材が設けられている。
従来の衝撃吸収材としては、硬質ポリウレタンフォーム、ポリオレフィン発泡体、一方の面にリブが形成された樹脂成形体、鉄板等のプレス成形品などがある。硬質ポリウレタンフォーム製の衝撃吸収材は、衝撃吸収特性に優れる；衝撃吸収特性の温度依存性が少ない；頭部ダミー（ＦＭＨ）の進入角度の変化に対して、衝撃吸収特性が比較的安定している；衝撃吸収特性の調整が容易である；そして、比較的安価で経済性に優れる。
衝撃吸収材の理想的な衝撃吸収特性は、圧縮の初期段階で一定の荷重（一定の加速度）に達し、その後その一定の荷重（一定の加速度）を維持するもの、即ち、Ｆ−Ｓ波形（荷重−ストローク波形）において、ストローク（Ｓ）に対して荷重（Ｆ）が早期に立ち上がり、その後荷重（Ｆ）がほぼ一定でストローク（Ｓ）が推移するものである。
硬質ポリウレタンフォーム製の衝撃吸収材は、２枚の平板の間で圧縮されるような、全面に均等な衝撃力が加えられる場合には、理想的なＦ−Ｓ波形に近い衝撃吸収特性を有する。
硬質ポリウレタンフォームは、座屈性（脆性）材料であるために、図２ａ，２ｂに示す如く、頭部ダミー（ＦＭＨ）１のような球体が衝突して圧縮された場合には、硬質ポリウレタンフォーム製衝撃吸収材２に局部的に応力が集中し、ＦＭＨ１がめり込み、吸収される衝撃エネルギーが少ない。即ち、図２ｂに示す如く、従来の硬質ポリウレタンフォーム製頭部保護材２は、ＦＭＨ１によって破線２Ａで示されるような小さな面積で押圧されたときには、この破線部分２Ａとその直近部分しか衝撃の吸収に寄与しない。
硬質ポリウレタンフォーム全体の硬度を上げることは、衝突初期の荷重を高くするが圧縮後半の荷重を過度に高くする。
発明の概要
本発明の衝撃吸収材は、硬質ポリウレタンフォームで構成された本体部と、該本体部の衝撃受け止め面に設けられた、該本体部よりも高剛性の表面材とを備える。
詳細な説明
図１ａは本発明の一態様に係る衝撃吸収材１０を示している。この衝撃吸収材１０は、硬質ポリウレタンフォームよりなる本体部１１と、本体部１１の一方の面に設けられた本体部よりも高剛性の表面材１２を有する。ＦＭＨ１が衝突した際の初期の荷重は、表面材１２により広い範囲に分散され、それにより、図１ｂの通り、初期の圧縮荷重は、より広い適用面積をもって本体部１１に作用する。
即ち、表面材１２が高剛性を有するものであるため、本体部１１は、ＦＭＨ１が当たった箇所だけでなく、その周辺の広い範囲（破線部分１１Ａ）も一緒に潰れ、それ故に、短いストロークであっても大きな衝撃が吸収される。表面材の剛性と面積とを適正に選定することは、衝撃吸収材に対し、所望の荷重−ストローク曲線を付与する。
本体部１１は板であることが好ましく、平坦な板、曲った板が包含される。本体部１１を構成する硬質ポリウレタンフォームは、好ましくは、約０．２５ＭＰａ以上、特に約０．２５〜２ＭＰａ、とりわけ約０．２５〜１．６ＭＰａの５０％圧縮応力を有する。硬質ポリウレタンフォームは、好ましくは４０〜２００ｋｇ／ｍ^３、特に４０〜１４０ｋｇ／ｍ^３の密度を有する。
表面材１２は、本体部１１の硬質ポリウレタンフォームよりも高い剛性を有し、好ましくは２〜１５００ＭＰａの曲げ弾性率を有する。表面材１２は、合成樹脂、金属、合金、ガラス、セラミック等で構成されることが好ましい。合成樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートを包含し、金属は鉄、アルミニウム、銅を包含する。合金は鉄基合金、アルミニウム基合金、銅基合金を包含する。表面材は、ダンボール等の紙材や木材等で構成されてもよいが、これらは大きな厚さを必要とするであろう。
衝撃吸収材が頭部保護材である場合、本体部は１０〜８０ｍｍ、特に１０〜４０ｍｍ、とりわけ２０〜３０ｍｍの厚さを有することが好ましい。本体部の厚さが１０ｍｍ未満ではストロークが短すぎ十分な衝撃吸収性能を得ることができず、８０ｍｍを超えると衝撃吸収材が嵩高くなる。１０〜２５ｍｍ程度の薄い本体部を有する衝撃吸収材でも良好な衝撃吸収性能を有し得る。
表面材は、好ましくは、０．５〜５ｍｍ程度の厚さの板である。０．５ｍｍ未満の厚さの表面材を有する衝撃吸収材は、表面材が、セラミックのような高剛性材料製であっても、衝撃吸収特性が不十分である。５ｍｍを超える厚さを有する表面材は、衝撃吸収材の剛性を過大にする。
表面材１２と本体部１１とは一体化されていてもよい。表面材１２は、本体部１１に接着剤又は粘着剤で一体化されてもよい。本体部を成形するためのモールド中に表面材１２が配置され、インサート成形により表面材と本体部とが一体化されてもよい。この表面材は、本体部と接合されていなくてもよい。
表面材は、好ましくは、本体部の衝撃受け止め面のほぼ全面を覆う。１枚の表面材が本体部１１のほぼ全面を覆ってもよく、複数の小表面材が覆ってもよい。この小表面材は２５ｍｍ以上の直径の円形であってもよく、一辺が２５ｍｍ以上の方形であってもよい。最小の大きさは２５ｍｍφ以上であることが好ましい。
本体部を構成する硬質ポリウレタンフォームの物性や本体部の寸法（厚さ）と、表面材の材料及び物性や寸法（厚さ）とを適宜組み合わせて設計することにより、用途に応じて所望の優れた衝撃吸収性能を有する衝撃吸収材が提供される。
本発明の衝撃吸収材は、車体又はヘッドライナー、ガーニッシュなどの内装部品に装着されて使用される頭部保護材として好適であるが、何ら頭部保護材に限定されるものではない。
実施例及び比較例
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、以下の実施例は本発明を例示するだけであり、本発明はこれらによって限定されない。
実施例１
下記物性及び寸法の硬質ポリウレタンフォーム製本体部の一方の板面に、下記物性及び寸法のポリプロピレン製表面材を粘着剤により接着して一体化することにより、本発明の衝撃吸収材を製造した。
本体部：５０％圧縮応力８ｋｇｆ／ｃｍ^２，密度１００ｋｇ／ｍ^３の硬質ポ
リウレタンフォーム
１５０ｍｍ×８０ｍｍ×３０ｍｍ厚さ
表面材：曲げ弾性率４５ＭＰａのＰＰ板
１００ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍ厚さ
この衝撃吸収材について、ＦＭＨを速度６．７ｍ／ｓｅｃで表面材側の中央に衝突させたときのＦ−Ｓ波形を調べ、結果を図３に示した。
また、ＦＭＨを用いた動的評価試験でそのダミーが受ける衝撃を加速度で測定し、その加速度から頭部傷害値（ｈｅａｄｉｎｊｕｒｙｃｒｉｔｅｒｉａ（ｄ））（ＨＩＣ（ｄ））を算出したところ７７０であった。一般にＨＩＣ（ｄ）が１０００以下であれば衝撃吸収性能に優れるとされており、自動車メーカーでは確実性を高めるために８００以下となるように開発が行われている。
比較例１
実施例１において、表面材を設けず、実施例１の本体部を構成する硬質ポリウレタンフォームよりなり、寸法が１５０ｃｍ×８０ｃｍ×３０ｃｍ厚さの衝撃吸収材について、同様にＦ−Ｓ波形を測定し、結果を図３に示した。頭部傷害値は８６０であった。
これらより、本発明の衝撃吸収材は、著しく良好な衝撃吸収性能を示すことが明らかである。
以上詳述した通り、本発明によれば、衝撃吸収性能が著しく良好で、頭部保護材として自動車の衝突時などに車室内の乗員の頭部に加えられる衝撃エネルギーを吸収し、頭部傷害値を低減するのに好適な衝撃吸収材が提供される。
【図面の簡単な説明】
図１ａ，１ｂは本発明の実施の形態に係る衝撃吸収材にＦＭＨが衝突する状態を示す模式的な平面図である。
図２ａ，２ｂは従来の衝撃吸収材にＦＭＨが衝突する状態を示す模式的な平面図である。
図３は実施例１及び比較例１の衝撃吸収材のＦ−Ｓ波形を示すグラフである。

Claims

硬質ポリウレタンフォームで構成された本体部と、該本体部の衝撃受け止め面である一方の面のみに設けられた、該本体部よりも高剛性の表面材とを有する衝撃吸収材であって、車輌用頭部保護材として、車輌内装部品に装着されて使用されることを特徴とする衝撃吸収材。
請求項１において、該本体部と該表面材とが一体化されていることを特徴とする衝撃吸収材。
請求項１又は２において、該硬質ポリウレタンフォームは０．２５〜２ＭＰａの５０％圧縮応力を有することを特徴とする衝撃吸収材。
請求項１ないし３のいずれか１項において、該硬質ポリウレタンフォームは４０〜２００ｋｇ／ｍ^３の密度を有することを特徴とする衝撃吸収材。
請求項１ないし４のいずれか１項において、該表面材の曲げ弾性率が２〜１５００ＭＰａであることを特徴とする衝撃吸収材。
請求項１ないし５のいずれか１項において、該表面材は、該本体部の衝撃受け止め面のほぼ全面を覆うように設けられた板状体であることを特徴とする衝撃吸収材。
請求項１ないし６のいずれか１項において、該表面材の厚さが０．５〜５ｍｍであることを特徴とする衝撃吸収材。
請求項１ないし７のいずれか１項において、該本体部の厚さが１０〜８０ｍｍであることを特徴とする衝撃吸収材。
請求項１ないし８のいずれか１項において、１枚の表面材が本体部の衝撃受け止め面のほぼ全面を覆っていることを特徴とする衝撃吸収材。
請求項１ないし８のいずれか１項において、複数枚の小表面材によって本体部の衝撃受け止め面のほぼ全面が覆われていることを特徴とする衝撃吸収材。