JP4708441B2 - 車両用下肢部衝撃吸収パッドを備えた車両構造 - Google Patents

Description

本発明は車両用下肢部衝撃吸収パッドを備えた車両構造、特に、車両用衝撃吸収パッドの厚みを増やすことなく、衝撃をより有効に吸収するとともに、足の置き場によってその衝撃吸収性がばらつかないようにした車両用下肢部衝撃吸収パッドを備えた車両構造に関する。

車両衝突時に乗員の下肢部を保護するための構造に関して、例えば特許文献１や特許文献２には、車両の構造自体に所望の衝撃吸収特性を付与する発明が開示されている。しかしながら、車両自体に衝撃を緩衝する機能を持たせることは、車体構造の設計変更を伴うものであり、さらに当該緩衝機能のための特別の素材や部品を必要とする場合もあり、コストが嵩んでしまうことが予測される。

一方、特許文献３には、エネルギを吸収する無垢の発泡体を車両室内足元部に配置し、衝突時に発生する衝撃に対して発泡体を塑性変形させてドライバの足をその中に埋没させることにより、乗員の下肢部を保護するようにした発明が開示されている。この発明では車体構造の大きな設計変更などを伴うことなく、乗員の下肢部の保護を行うことができるものと考えられる。

特開２０００−３２６８７０号公報 特開２０００−１０３３６７号公報 特公平６−１７０９７号公報

上記のように、発泡体を用いることにより、衝突時に発生する運動エネルギを発泡体の歪み（塑性変形）により吸収することが可能となり、それによって乗員の下肢部に対する衝撃は緩和される。ところで、無垢の発泡体を圧縮した場合、その塑性変形による衝撃吸収特性が一定であることから、運動エネルギを効果的に吸収できないことが起こり得る。

すなわち、一般的に、塑性変形を伴う物品での荷重−歪み曲線は右上がりの曲線となるとともに、無垢の発泡体の場合、運動エネルギの吸収態様（荷重と歪みとの相関）を調整しようとすると、それは発泡倍率にもっぱら依存する。硬い（発泡倍率の低い）素材の場合、図７（ａ）でＡとして示すように、荷重−歪み曲線は右上がりの直線となり、衝突直後のエネルギ吸収量は大きく有効である。しかし、必要エネルギ吸収量ａ（衝突時の運動エネルギを乗員の下肢部に障害を与えないだけの運動エネルギまでに低減するためのエネルギ吸収量）（斜線で示す）を発泡体の歪みにより吸収した時点で、荷重が障害値限界線Ｋ（乗員の下肢部に障害を与える限界値）を超えてしまうことが起こり得る。

逆に、高発泡倍率にして強度を弱くした場合には、衝撃の緩和には有効であるが、有効に衝撃を緩和するためには、それ相当の厚みを必要とする。しかし、車両用下肢部衝撃吸収パッドの場合、車内スペースとの関係で厚みは自ずと制限を受け、通常許容される厚さでの荷重−歪み曲線は、図７（ａ）でＢとして示すように、発泡材の歪みにより前記した必要エネルギ吸収量ａを吸収する前に、いわゆる底づき状態（踵が車体からの衝撃を直接受ける状態）となってしまい、下肢部へかかる荷重が急激に上昇して、やはり荷重が障害値限界線を超えてしまう。そのために、発泡体の発泡倍率にも制限がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、図７（ａ）でＣとして示すように、衝突初期には低発泡倍率の発泡体の荷重−歪み曲線と同様に短時間で多くのエネルギを吸収できるようにし、障害値限界線Ｋよりも低い荷重値Ｐからは、荷重を大きく上げることなく歪みを進行させることにより、前記必要エネルギ吸収量ａを障害値限界線Ｋに到達する以前に吸収してしまうことを可能とし、それにより、厚みを必要以上に厚くすることなく、乗員の下肢部にかかる衝撃力を効果的に緩和して下肢部に生じる障害を低減できるようにした、より改良された車両用下肢部衝撃吸収パッドを備えた、車両構造を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、乗員の踵が衝撃吸収パッドのどの位置にあってもほぼ等しい衝撃緩和効果がその下肢部に与えられるようにした車両用下肢部衝撃吸収パッドを備えた車両構造を提供することにある。

本発明による車両構造は、車体に乗員の足が載置される車両用下肢部衝撃吸収パッドが留め具により取り付けられ、その上に適宜のフロアカーペットが積層されている車両構造であって、前記車両用下肢部衝撃吸収パッドは、熱可塑性樹脂ビーズの発泡成形品からなるとともに、車両に設置したときに車体側となる面には、当該車両の前後方向と同方向となるようにして複数の縦長状凹溝がほぼ等間隔に平行に形成されており、前記車両用下肢部衝撃吸収パッドが前記縦長状凹溝が当該車両の前後方向と同方向となるようにして車体に取り付けられていることを特徴とする。

本発明による車体構造では、車体に取り付ける車両用下肢部衝撃吸収パッドが、車両に設置したときに車体側となる面に車両の前後方向と同方向となるようにして複数の縦長状凹溝がほぼ等間隔に平行に形成されている。本発明者らの実験では、このような複数の縦長状凹溝を成形することにより図７（ａ）でＣとして示すように、衝突初期には短時間で多くのエネルギを吸収する荷重−歪み曲線が得られ、ある荷重値（障害値限界線よりも低い荷重値）からは、荷重を大きく上げることなく、歪みを進行させながらエネルギを吸収することが可能となることが確認された。それにより、厚みを厚くすることなく、必要エネルギ吸収を障害値限界線の範囲内で吸収することが可能となり、乗員の下肢部にかかる衝撃力を効果的に緩和して下肢部に生じる障害を低減することができる。

また、縦長状凹溝が車両の前後方向と同方向にほぼ等間隔に平行に形成されており、前記縦長状凹溝が当該車両の前後方向と同方向となるようにして車体に取り付けられていることにより、運転席あるいは補助席にいる乗員の踵が、車両用下肢部衝撃吸収パッドのどの位置にあっても、衝撃吸収特性がばらつくことがない。図８は、凹溝が縦長状凹溝の場合（図８（ａ））と、横長状凹溝の場合（図８（ｂ１），（ｂ２））と、格子状に縦横に形成した凹溝（図８（ｃ））の場合での、衝撃吸収性能の安定性の差異を説明しており、本発明のように縦長状凹溝が当該車両の前後方向と同方向となるようにして車体に取り付けられている場合には、踵の位置がどの位置にあっても、等しい衝撃吸収性が得られるのに対し、横長状凹溝の場合は、図８（ｂ１）に示すように、踵の位置が凹溝上にあるか（仮想線位置）、凹溝でないところにあるか（実線位置）で、衝撃吸収性能が違ってくるのがわかる。また、凹溝が車両の進行方向に対して横向きの場合には、図８（ｂ２）に示すように、衝撃により全体にたわみが生じ、衝撃吸収性能に影響がでる。格子状に縦横に形成した凹溝の場合も、横長状凹溝の場合と同様に安定性に欠けるのがわかる。

車両用下肢部衝撃吸収パッドの全体の形状や大きさは任意であり、衝撃吸収パッドを取り付ける車両の車体形状に合わせて最適のものとすればよい。好ましくは、水平部と傾斜部とを有し、その双方に縦長状凹溝を形成する。この形状では、乗員の踵の置き場所の自由度がさらに大きくなるとともに、踵と足裏の他の部分とを車両用下肢部衝撃吸収パッドの衝撃吸収性能で保護することができ、より高い安全性を確保することができる。

縦長状凹溝の幅や縦長状凹溝間の幅、あるいはその溝深さなどは、当該車両に求められる必要エネルギ吸収量に応じて、適宜設定する。本発明者らの実験では通常の乗用車の場合に、縦長状凹溝の幅が５〜１５ｍｍ、縦長状凹溝間の幅が８〜２０ｍｍであれば、実用上十分に安全なエネルギ吸収量が得られた。凹溝の幅が１５ｍｍよりも大きく、縦長状凹溝間の幅が２０ｍｍよりも大きい場合には、踵の位置により衝撃吸収の効果に差がでる場合があった。また、凹溝の幅が５ｍｍよりも小さく、縦長状凹溝間の幅が８ｍｍよりも小さい場合には、前記図７（ａ）で示した変曲点としての荷重地点Ｐが障害値限界線Ｋに近接した位置になってしまい、安全性が低下する傾向があった。

本発明の車両構造で使用する車両用下肢部衝撃吸収パッドを形成する熱可塑性樹脂には多くのものを用いうるが、スチレン改質ポリエチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂などは好ましい。なかでも、ポリエチレン系樹脂粒子にスチレン系単量体を含浸重合させて得られるスチレン改質ポリエチレン系樹脂のビーズ発泡成形品は、ポリエチレン系樹脂ビーズの発泡成形品やポリプロピレン系樹脂ビーズの発泡成形品に比べて寸法安定性と形状保持性に優れていること、ポリスチレン系樹脂ビーズの発泡成形品に比べてこすれによる粉が出にくいことの理由から、特に好ましい。スチレン改質ポリエチレン系樹脂におけるスチレン成分の割合は４０〜９０重量％、好ましくは５０〜８５重量％、さらに好ましくは５５〜７５重量％である。

成形に当たっては、スチレン改質ポリエチレン系樹脂に、乾式あるいは湿式で発泡剤を含浸させ発泡性スチレン改質ポリエチレン系樹脂とし、該発泡性スチレン改質ポリエチレン系樹脂を加熱水蒸気等で予備発泡させる。次いで、前記発泡性スチレン改質ポリエチレン系樹脂の予備発泡粒子を成形金型に充填し、定法により発泡成形を行えばよい。車両用下肢部衝撃吸収パッドの発泡倍率は１０〜５０倍、好ましくは２０〜４０倍である。発泡倍率が１０倍未満のものは、非常に硬くなるため、図７（ａ）における荷重Ｐが障害値限界線Ｋに近接もしくは超えてしまい、衝突による衝撃を効果的に吸収することができないことが起こり得る。５０倍を超えるものは、非常に柔らかくなるため、図７（ａ）における荷重Ｐが障害値限界線Ｋよりも著しく低くなり、下肢部に障害を与えないだけの運動エネルギ量まで低減するのに必要なエネルギ量を吸収する前に、底づき状態となってしまう恐れがある。このため、下肢部にかかる荷重が急激に上昇して、荷重が障害値限界線Ｋを超えてしまい、衝突による衝撃を効果的に吸収することができないので好ましくない。

本発明によれば、厚みを増やすことなく、衝撃をより有効に吸収することができ、かつ、足の置き場によってその衝撃吸収性がばらつかない車両用下肢部衝撃吸収パッドを備えた車両構造を得ることができる。それにより、車両衝突時における乗員の下肢部を一層効果的に保護することができる。

以下、本発明を実施の形態により説明する。図１は本発明の車両構造で用いる車両用下肢部衝撃吸収パッドの１つの実施の形態を裏側から見た図であり、図２はその車両用下肢部衝撃吸収パッドを車両に取り付けた場合での図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。

この例において、車両用下肢部衝撃吸収パッド１０は、スチレン改質ポリエチレン系樹脂の予備発泡粒子（ビーズ）を成形金型に充填し、蒸気加熱して得た発泡倍率３０倍の発泡成形品であり、水平部１１と傾斜部１２とを有し、双方の厚みはほぼ３５ｍｍと等しい。双方の裏面、すなわち、車両に設置したときに車体側となる面のほぼ全面には、当該車両の前後方向と同方向となるようにして複数の縦長状凹溝１３がほぼ等間隔に平行に形成されており、この例において、縦長状凹溝１３の幅は９ｍｍ、縦長状凹溝１３間の幅は９ｍｍであり、深さは共に２３ｍｍである。

図２に示すように、本発明による車両構造の一例では、上記の車両用下肢部衝撃吸収パッド１０は車両の車体２１の助手席側に適宜の留め具により取り付けられ、その上に適宜のフロアカーペット２２が積層される。そして、助手席側に座した乗員の足２３の踵がその水平部１１の上に乗り、つま先側が傾斜部１２に乗る姿勢で、当該車両（自動車）が運転される。図示しないが、同じような車両用下肢部衝撃吸収パッドが運転席側の床面にも取り付けられる。その場合、運転席側にはアクセルペダルのような操作具が存在するので、傾斜部１２はより限られた面積のものとなるか、場合によっては、水平部１１のみのものとなる。

運転中に衝突が起こったとする。衝突により生じる運動エネルギは車両用下肢部衝撃吸収パッド１０により効果的に吸収され、乗員の下肢部に障害を与えるのを相当な確率で回避することができる。すなわち、本発明による車両用下肢部衝撃吸収パッド１０のエネルギ吸収の挙動は、図７（ａ）に模式的に示し、また、図５に実験例の結果を示すように、衝突直後は無垢の発泡体パッドと同様に短時間で多くのエネルギを吸収し、障害値限界線Ｋよりも低い所要の荷重Ｐからは、荷重を大きく上げることなく、歪みを進行させながらエネルギを吸収する。そのために、厚みを厚くすることなく、衝突時の運動エネルギ量を乗員の下肢部に障害を与えないだけの運動エネルギ量までに低減するに必要な前記必要エネルギ吸収量ａを障害値限界線Ｋの範囲内で吸収することが可能となり、乗員の下肢部にかかる衝撃力を効果的に緩和して下肢部に生じる障害を低減することができる。なお、図７（ｂ）は、凹溝１３の裏面全体に占める割合が異なる場合での、前記「障害値限界線よりも低い所要の荷重値Ｐ」の変動を模式的に示すものであり、割合が少なくなれば荷重値Ｐ１は高くなり、割合が大きくなれば荷重値Ｐ２は低くなる。実際の車両に応じて、最適値を選定すればよい。

次に、本発明の車両構造で用いる車両用下肢部衝撃吸収パッド１０の有効性を実験例により説明する。テストピース１として、スチレン改質ポリスチレン系樹脂の予備発泡粒子（ビーズ）を型内発泡成形して、図３に示す形状の衝撃吸収パッドを作った。発泡倍率は３０倍であり、寸法は、横幅１００ｍｍ×縦幅１００ｍｍ×厚さ３５ｍｍである。凹溝１３の溝幅９ｍｍ、深さ２３ｍｍとし、底面の全面積に対する凹溝１３の面積が占める割合を５０％とした。

図４に示すように、圧縮試験機に踵に類似した合成樹脂加工品２を取り付け、固定治具３にて車両において実際に想定される角度（３７°）にテストピース１を傾けて取り付けて圧縮試験を行い、荷重−歪み曲線を得た。荷重は１０ｍｍ／分の速度で加えた。また、テストピース１は凹溝の方向が斜面方向（図４で紙面に平行な方向）となるようにした。その結果を図５に曲線Ｓ１として示す。比較例として、凹溝を有しないだけで他の条件はテストピース１と同じ形状のものを同じ成形条件で成形した。それについて、テストピース１と同様にして圧縮試験を行い、荷重−歪み曲線を得た。その結果を図５に曲線Ｓ２として示す。

図５に示すように、比較例品（凹溝を有しないもの）は荷重の増加と歪みの大きさはほぼ一定の右上がり曲線となっているのに対して、テストピース１では途中で傾斜が緩やかになる変曲点を有しており、それ以降は荷重増加に対する歪み量はそれ以前よりも大きくなっている。このことは、テストピース１では、その凹溝１３の大きさや底面積に占める割合を適宜調整することにより、変曲点の位置およびそれ以降の荷重増加に対する歪み変化量を変化させ得ることを示している。すなわち、本発明による車両用下肢部衝撃吸収パッド１０は凹溝１３を有していることにより、厚みを厚くすることなく、衝突時の運動エネルギを乗員の下肢部に障害を与えないだけの運動エネルギ量までに低減するのに必要なエネルギ量（図７（ａ）での斜線で示すエネルギ量ａ）を、所定の荷重値（障害値限界線Ｋ）を超えることなく吸収できることが可能となることを示しており、乗員の下肢部にかかる衝撃力を効果的に緩和することが可能であることがわかる。

次に、図６（ａ）に示すように、合成樹脂加工品（踵）２のテストピース１に対する衝接位置を（１）〜（３）のように変化させて、同様な圧縮試験を行い荷重−歪み曲線を得た。その結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示すように荷重−歪み曲線の変化は極小さい。これは、凹溝１３の方向が車両の前後方向と同方向となるようにしてほぼ等間隔に平行に形成されていることによると推測され、本発明の有効性が裏付けられている。

本発明の車両構造で用いる車両用下肢部衝撃吸収パッドの１つの実施の形態を裏側から見た図。 図１に示す車両用下肢部衝撃吸収パッドを車両に取り付けた本発明による車両構造での図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図。 実験例で用いたテストピースを説明する図。 実験例での圧縮試験の状態を説明する図。 実験例と比較例での荷重−歪み曲線を示す図。 踵の位置を異ならせて図４と同様に圧縮試験を行った例を説明する図であり、図６（ａ）は異なった踵の位置を説明しており、図６（ｂ）はそれぞれでの荷重−歪み曲線を示している。 本発明の車両構造で用いる車両用下肢部衝撃吸収パッドによる荷重−歪み曲線を従来の無垢の弾性体の場合の荷重−歪み曲線と比較して説明する模式的な図。 凹溝の方向性違いによる衝撃吸収性能の違いを説明するための概念図。

符号の説明

１０…車両用下肢部衝撃吸収パッド、１１…水平部、１２…傾斜部、１３…縦長状凹溝、２１…車体、２３…乗員の足、１…テストピース、２…踵に類似した合成樹脂加工品、３…固定治具

Claims (3)

1. 車体に乗員の足が載置される車両用下肢部衝撃吸収パッドが留め具により取り付けられ、その上に適宜のフロアカーペットが積層されている車両構造であって、
   前記車両用下肢部衝撃吸収パッドは、熱可塑性樹脂ビーズの発泡成形品からなるとともに、車両に設置したときに車体側となる面には、当該車両の前後方向と同方向となるようにして複数の縦長状凹溝がほぼ等間隔に平行に形成されており、前記車両用下肢部衝撃吸収パッドが前記縦長状凹溝が当該車両の前後方向と同方向となるようにして車体に取り付けられていることを特徴とする車両構造。
2. 前記取り付けられている車両用下肢部衝撃吸収パッドは、水平部と傾斜部とを有し、水平部と傾斜部にはそれぞれ縦長状凹溝が形成されている車両用下肢部衝撃吸収パッドであることを特徴とする請求項１に記載の車両構造。
3. 前記取り付けられている車両用下肢部衝撃吸収パッドは、熱可塑性樹脂がスチレン改質ポリエチレン系樹脂の発泡成形品である車両用下肢部衝撃吸収パッドであることを特徴とする請求項１または２に記載の車両構造。

Images