JP4416567B2 - ティビアパッド - Google Patents

Description

本発明は、乗用自動車のフロア面において、前席乗員足下から前方にかけて、敷設されるフロアカーペットとフロアパネルとの間に介在する衝撃吸収用のティビアパッドに関する。

従来から、乗用自動車のフロア面にはフロアカーペットを敷設して、室内を装飾するようにしている。この場合、フロアカーペットは、フロア面に合わせ成形して敷設することが一般的である。すなわち、乗用自動車のフロア面には、車両構造上の要求から凹凸形状を含むので、これに略沿う形状に付形する必要がある。
成形したフロアカーペットをフロアパネル上に敷設する際には、乗員足下の足溜まり部などに部分的にフェルト製の嵩上材を介在させることがある。フェルト性の嵩上材は、フロアパネルの細かな凹凸を埋めてフロアを平坦化するとともに、吸音性の向上にも寄与するものである。

また、昨今、フロアカーペットの乗員足下部から前方にかけては、フロアカーペットとフロアパネルとの間に衝撃吸収用のティビアパッドを介在させる例が多くなっている。これは、自動車の衝突事故の際に衝撃を吸収緩和して乗員の脛から下方への損傷を低減するように研究されているものである。
典型的な例は、特開２００２−３３１８９５号（特願２００１−１４０３８０号、図５）に開示されており、「ダッシュボードにおけるトーボードとの連結部近傍にエネルギ吸収体（ティビアパッド）を設けたことを特徴とする自動車の車体構造」が開示されている。
また、ティビアパッドのエネルギー吸収性能を高める提案としては、特開２００３−１２７７９６号（特願２００１−３２８９１０号）があり「自動車の乗員座席の足元を形成する床面又は床面と足元前方に敷設される硬質発泡プラスチック製で室内側は平面を形成し、床面側はハニカム構造、スリット構造、又は突起構造の硬質発泡プラスチック成形品であって、敷設した際の床面への接触面積が、１０％以上６０％以下である衝撃吸収性自動車フロアスペーサ」が開示されている。
特開２００２−３３１８９５号（特願２００１−１４０３８０） 特開２００３−１２７７９６号（特願２００１−３２８９１０）

上記従来技術のうち、特開２００３−１２７７９６号（特願２００１−３２８９１０、図５）には、ティビアパッド（フロアスペーサ）のフロアパネル（床面）への接触を（投影面積の）１０％以上、６０％以下にすることで衝撃吸収性を高めるとしており、具体例としては、ハニカム構造の例、スリット構造の例、突起構造の例の３つが示されている。

図４に示すように、ティビアパッドの衝撃吸収性能を、横軸に変形（変位）長、縦軸に応答荷重をとったグラフに示した場合、衝撃吸収性能のすぐれるティビアパッドは、変形長が大きくなっても、応答荷重が上昇しないフラットな領域が長く続くものである。したがって、このような性能が発揮されるティビアパッドの形状を設計する必要がある。
本発明者らが従来技術を検証した結果、この性能を確保するためには、従来技術に記載されたような接触面積は一要因にはなる可能性があるものの、これだけで衝撃吸収性能が定まるものではないことがわかった。特開２００３−１２７７９６号の実施例にある、ハニカム構造、スリット構造、突起構造のティビアパッドでは、突起物の巾がティビアパッド厚みの２０％以下で形成し、突起物の変形を利用して良好な衝撃吸収性能を得ようというものであるが、非常に薄い突起物で衝撃を吸収することになる。このため衝撃時に前記構造の壁や柱が座屈して折れやすく、応答荷重が急激に落ちるなど、安定した衝撃吸収性能は望めない。また日常的な負荷においても不測の事態により折れが生じ、衝撃吸収体として機能を果たせない可能性もある。

座屈・折れの防止のため（また、通常時にはティビアパッドが乗員の足下で押圧されても、これが座屈して、ティビアパッドがへこむようなことがない構造が要求されるため）、前記構造の壁や柱を太く構成すると、突起物の変形が不十分となり、衝撃吸収性能は低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するものである。

課題を解決するための本発明の手段は、
乗用自動車のフロア面において、前席乗員足下から前方にかけて、敷設されるフロアカーペットとフロアパネルとの間に介在する衝撃吸収用のティビアパッドであって、複数のＶ字折曲形状に形成された支持脚からなる荷重支持部を、平板状の橋掛部で連結して構成され、
前記支持脚の肉厚が、６〜１５ｍｍの範囲にあり、前記架橋部の肉厚が３〜１５ｍｍの範囲にあり、前記架橋部のスパンが２０〜５０ｍｍであり、前記V字折曲形状の挟角が５〜６０度の範囲にあることを特徴とするティビアパッド。

本発明のティビアパッドでは、複数のＶ字折曲形状に形成された支持脚からなる荷重支持部を、平板状の橋掛部で連結して構成され、
衝撃的な変形（変位）を受けたＶ字状の折曲脚は、それが鉛直方向より少し偏った方向からの変位であっても、応答荷重を左右の脚に均一に分散して保形する作用が強く、Ｖ字支持脚の一方側のみに荷重が集中することがなく、安定した緩衝特性を発現できるものである。また、平板状の橋掛部は、Ｖ字支持脚のみで構成するのと比較して、Ｖ字支持脚を固定できるため、衝撃吸収性能・応答荷重の安定化に作用がある。

実験の結果、自動車のティビアパッドとして好ましい形状としては、支持脚の肉厚が６〜１５ｍｍの範囲にあり、橋掛部の肉厚が３〜１５ｍｍの範囲にあることが好ましく、橋掛部のスパンは２０〜５０ｍｍであり、またＶ字脚の挟角は５〜６０度の範囲、特に好ましくは２０〜４０度の範囲の角度にあることが好ましい。これらの数値は、衝突事故を模擬する試験を繰り返すことにより得られたものである。

以下、図面をもとに本発明の好適の実施形態を説明する。
図１は、本発明のティビアパッド１０を、自動車のフロアパネル２０（運転席足下２０ａ〜運転席前方２０ｂ）上に配設した状態に示す。
運転席と助手席を仕切るセンターコンソール２１の側壁に沿って、所要の形状に成形されたティビアパッド１０が運転席のフロアパネル２０上の足下２０ａから前方２０ｂに配設されており、ティビアパッド１０の上方からは所要の形状に付形されたフロアカーペット３０が敷設される。

ティビアパッド１０は乗員の足下部に水平敷設される水平部１１と、水平部１１の前方側にエンジンルームとの境界にかけて立ち上がり傾斜するダッシュパネルに沿って、水平部１１に対して所定の角度を傾斜配設される傾斜部１２とを、一体的に成形して形成されるものである。ティビアパッド１０はフロアパネル２０にクリップで固定されるか、フロアカーペット３０の裏面に貼着しても良い。

ティビアパッド１０の素材として好ましいのは、ポリプロピレン樹脂やポリスチレン樹脂粒に発泡剤を配合して、加熱成形してなるビーズ法発泡成形体である。相当する商品名としては、株式会社ＪＳＰ製の商品名ピーブロック（ＥＰＰ）、スチロダイア（ＥＰＳ）などがある。中でも割れ難さ、形状の復元性、耐熱性という点でポリプロピレン樹脂が最も適する。
成形体の密度（発泡倍率）は、０.０２〜０.０９g／ｃｍ^３の範囲にあるものが適し、機械的性質としては５０％圧縮強度が０.１〜０.５ＭＰａの範囲にあるものが適する。ティビアパッドのサイズとしては、厚さ×幅×奥行き（面沿い）が、それぞれ 約３０ｍｍ、約４００ｍｍ、約３００ｍｍである。

図２によって図１のＡ−Ａ線断面図を示すと、本発明のティビアパッド１０の断面形状は、複数のＶ字折曲形状に形成された支持脚１３からなる荷重支持部を、平板状の橋掛部１４で連結して構成されるものである。
支持脚１３の肉厚（ｄ_１）は６〜１５ｍｍの範囲にあり、橋掛部１４の肉厚（ｄ_３）は８〜１５ｍｍの範囲にあり、橋掛部１４のスパン（ｄ_２）は２０〜５０ｍｍあることが適する。またＶ字支持脚１３の挟角（θ）は５〜６０度の範囲にあることが適し、特に好ましくは２０〜４０度の範囲にあることが適する。
これらティビアパッドのディメンジョンは、実際にティビアパッドに衝撃的な変位を与えた場合の応答荷重の測定によって決定されたものである。具体的な試験方法としては、断面積約９０ｃｍ^２の下肢底部（かかと）模擬型を３.０ｍ／ｓ 以上の高速度でティビアパッドの厚さ方向に衝突させ、下肢底部（かかと）模擬型側からの応答荷重を測定して図４のようなグラフに記録し、またティビアパッドの変形態様の観察をおこなうものである。

結果、図４のグラフにおいて、ティビアパッドとして好ましい軌跡は経験的に得られており、変位が０から大きくなっていく過程で、応答荷重３.０ｋＮ未満でフラットな軌跡が長く（好ましくはティビアパッドの吸収エネルギー（図の横軸と軌跡曲線の間に囲まれた面積に相関がある量）が３０Ｊになるまで）続くことが好ましく、応答荷重がこれより早く３.０ｋＮを超えたり、逆に大きく低下してしまうのは衝撃吸収性の低下を意味し好ましくない。
図４の好ましい軌跡では、変位の進行に対して、軌跡がフラットで、応答荷重が３．０ｋＮを超えるのも相対的に遅いために、応答荷重が３．０ｋＮを超えた時点で３０Ｊ以上のエネルギーを吸収することが可能である。対して好ましくない軌跡では、変位の進行に対して、軌跡が右肩上がりに単調に増加して、応答荷重が３．０ｋＮを超えるのも相対的に早いために、応答荷重が３．０ｋＮを超えた時点で３０Ｊ以上のエネルギーを吸収することが不可能である。

支持脚１３の肉厚（ｄ_１）は、応答荷重を定める機能が強く、脚の肉厚が大きすぎると応答荷重が３.０ｋＮを超えやすく、肉厚が薄すぎると、脚が折れやすく、安定しなくなる。
橋掛部１４の肉厚（ｄ_３）は大きすぎると支持脚の変形が過剰に抑制され、圧縮作用のみの衝撃吸収となり、応答荷重が大きくなりやすい。肉厚が薄すぎると橋掛部が折れやすくなり、支持脚の固定が悪くなり、衝撃吸収性能の安定性に問題がある。また、橋掛部のスパン（ｄ_２）は、やや長めのほうが、Ｖ字支持脚の変形を抑制しないので、好ましく、実験の結果、２０〜５０ｍｍで好ましい場合が多いことがわかった。
Ｖ字支持脚の挟角（θ）は５〜６０度の範囲、特に好ましくは２０〜４０度の範囲にあることが適し、挟角が大きすぎると、支持脚の圧縮・変形に至らない前に座屈しやすくなり、挟角が小さすぎると支持脚の変形の自由度が低下しすぎるため適さない。

また、目視で観察されるティビアパッドの変形態様としては、脚部の座屈や倒潰が生じ難く、かつ複数回の試験をおこなっても、いつも同じような変形態様をおこすものが好ましい。
目視による観察の結果、本発明のティビアパッドは、吸収エネルギー３０Ｊに到達するまでのまでの圧縮変位に対して、図３の（１）〜（４）のように順に変形していく様子が観測された。すなわち、圧縮変位によって、ティビアパッドの支持脚が折れない範囲で曲げ変形をしていく。これは安定的なエネルギー吸収のために有利であり、多数回の試験を繰り返しても、安定的に同種の変形態様が観測されるものである。

Ｖ字脚１３の向きとしては、図１のように車両の前後方向に向けて形成されるのが、車両の左右方向に向けて形成されるよりも好ましい。これは機械的な特性に加えて、Ｖ字脚の向きを前後方向にするとカーペットを介して乗員の靴、特には先の細い踵等で押圧された場合に、凹凸が生じ難いこともある。

特にはティビアパッドの水平敷設される乗員足下部から傾斜配設される乗員前方部にかけて、所定角度をもって一体成形されたティビアパッドでは、Ｖ字脚は、乗員足下部から前方部に跨って連続的に長尺に形成されていることが好ましい。これにより、成形時の脱型が容易になるほか、角度をもって一体成形されたティビアパッドが車両組み付け前の搬送時に折れたりする惧れがなくなる。

ティビアパッドの配設部位は、自動車の路面方向からのロードノイズや、エンジンルームからのエンジンノイズが侵入しやすい部位にあたるため、橋掛部に直径５〜１０ｍｍの吸音孔（不図示）を複数貫通形成することで吸音性を高める場合がある。
この種の貫通孔（吸音孔）を形成することにより、吸音性が向上する理論としては、侵入したロードノイズやエンジンノイズをカーペットの裏面方向まで導入して、共鳴減衰させる作用によるものである。

本発明のティビアパッドを、自動車のフロアパネル上に配設した状態に示す。 図１のＡ−Ａ線断面図を示す。 本発明のティビアパッドの圧縮変位に対する変形の進行状態を示す。 下肢底部（かかと）模擬型による圧縮変位に対する応答荷重の測定結果を示す。 下肢底部（かかと）模擬型による圧縮変位に対する応答荷重の測定結果を示す。

符号の説明

１０ ティビアパッド
１１ 水平部
１２ 傾斜部
１３ （Ｖ字）支持脚
１４ 橋掛部
２０ フロアパネル
２０ａ 運転席足下
２０ｂ 運転席前方
２１ センターコンソール
３０ フロアカーペット

Claims (4)

1. 乗用自動車のフロア面において、前席乗員足下から前方にかけて、敷設されるフロアカーペットとフロアパネルとの間に介在する衝撃吸収用のティビアパッドであって、複数のＶ字折曲形状に形成された支持脚からなる荷重支持部を、平板状の橋掛部で連結して構成され、
   前記支持脚の肉厚が、６〜１５ｍｍの範囲にあり、前記架橋部の肉厚が３〜１５ｍｍの範囲にあり、前記架橋部のスパンが２０〜５０ｍｍであり、前記V字折曲形状の挟角が５〜６０度の範囲にあることを特徴とするティビアパッド。
   
2. 前記ティビアパッドは、水平敷設される乗員足下部から傾斜配設される乗員前方部にかけて、所定角度をもって一体成形されてなるものであり、前記Ｖ字状折曲形状は、乗員足下部から乗員前方部に跨って、連続的に長尺に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のティビアパッド。
   
3. 厚さ方向圧縮時の吸収エネルギーが３０Ｊの時に発生する応答荷重が、３．０ｋＮ未満であることを特徴とする、請求項１または２に記載のティビアパッド。
   
4. 前記橋掛部には、直径が５〜１０ｍｍ程度の吸音孔が複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載のティビアパッド。

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