JP7083667B2 - 衝撃吸収体、及び衝撃吸収体の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、及び衝撃吸収体の製造方法衝撃吸収体に関する。

従来、外力による衝撃を吸収する緩衝体として用いられる種々の衝撃吸収体が知られている。例えば、特許文献１には、三次元空間に配置される複数の頂点と、これらの頂点同士を連結する連結部材とによって形成される多面体フレームを複数並べた、三次元の網状となるネットワーク構造体（所謂ラティス構造体の一種）が開示されている。

国際公開第２０１７／１４５４７２号公報

一般に、ラティス構造体を用いた緩衝体は空隙率が高く軽量であり、且つ、衝撃力（外力）に対する応力ひずみ線図においては塑性変形領域の機械的特性が良好であるとされる。すなわち、降伏点を過ぎて応力一定のままひずみが増加し、緻密化が開始するまでの所謂プラトー領域の応力が大きい。一方、材料強度の高い高強度材を用いたラティス緩衝体においては、プラトー領域において応力が大幅に低下するため、全体として外力に対するエネルギ吸収量を増加させることが困難であるという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、衝撃吸収体における衝撃吸収性能の向上を図ることを目的とする。

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る衝撃吸収体は、
周期的に繰り返す格子構造を含むラティス構造体と、
前記ラティス構造体の各々の前記格子構造の少なくとも一部に接するように設けられた第１樹脂と、を備える。
一般に、ラティス構造体は、内部の空隙率が高く軽量であり、且つ、衝撃力（外力）に対する応力ひずみ線図においては塑性変形領域の機械的特性が良好であるとされる。一方、材料強度の高い高強度材を用いたラティス緩衝体においては、外力の増加に伴い一度降伏点を過ぎて座屈すると、応力一定で歪が増大する所謂プラトー領域において応力が大幅に減少するため、全体的なエネルギ吸収量を向上させることが困難であった。
この点、上記（１）の構成によれば、ラティス構造体の各々の格子構造の少なくとも一部に接するように設けられた第１樹脂がラティス構造体自体の機械的強度を補強することにより、外力が加わった際におけるラティス構造体の局所的な破壊を抑制して脆性破壊を防止し、圧縮強度特性を向上させることができる。これにより、プラトー領域における応力を向上させることができるので、エネルギ吸収量を向上させて衝撃吸収体における衝撃吸収性能を大幅に向上させることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記ラティス構造体の各々の前記格子構造を構成する柱、梁及び筋交の外表面に前記第１樹脂の樹脂層が形成される。
上記（２）の構成によれば、ラティス構造体の各々の格子構造を構成する柱、梁、筋交の外表面に形成された第１樹脂の樹脂層により、ラティス構造体に含まれ得る薄肉部等の表面欠陥や不完全結合等の初期不整を覆うように補強することができるから、外力に対するラティス構造体の局所的な破壊を効果的に防止してプラトー領域における応力を向上させることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の構成において、
前記ラティス構造体の各々の前記格子構造の内部に前記第１樹脂が充填される。
ラティス構造体は、プラトー領域では上記（１）で述べたように応力が低く、該ラティス構造体単体でのエネルギ吸収量を増加させることは困難であるが、降伏点未満の応力に対しては良好な弾性特性を示す。一方、第１樹脂は、必ずしも耐力が高いとは限らず、繰り返し荷重を受けることでエネルギ吸収特性が低下する虞があるが、緩衝体として良好なエネルギ吸収特性を持ち得る。
よって、上記（３）の構成によれば、ラティス構造体の降伏応力以下の繰り返し荷重は主に上記ラティス構造体がその弾性変形領域で受け持ち、ラティス構造体の降伏応力以上の荷重は緩衝体としての第１樹脂が主に受け持つというハイブリッドな構造により、例えば内部に第１樹脂が充填されていないラティス構造体よりも、外力に対してラティス構造体が受け持つ降伏応力を向上させることができ、且つ、プラトー領域における応力が向上したエネルギ吸収構造体を提供することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の構成において、
前記ラティス構造体の内部に充填される前記第１樹脂は、シンタクチックフォームを含む。
上記（４）の構成によれば、シンタクチックフォームに包含されるマイクロバルーンの含有率を任意に設定することにより、充填材としての第１樹脂の圧縮特性を調整することができる。これにより、上記（１）で述べたプラトー領域における応力を任意に設定することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）～（４）の何れか一つに記載の構成において、
前記ラティス構造体の外表面を覆うように設けられた第２樹脂を備える。
上記（５）の構成によれば、内部に第１樹脂が充填されたラティス構造体の外表面がさらに第２樹脂でコーティングされるから、ラティス構造体の内側と外側の両方を樹脂で補強することができる。これにより、内部に充填された第１樹脂の、ラティス構造体の外側への変形を抑制することができるから、プラトー領域の応力が向上してより大きなエネルギ吸収特性を有する衝撃吸収体を得ることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）～（５）の何れか一つに記載の構成において、
前記第１樹脂は、引張強度が１０ＭＰａ以上であることが望ましい。
上記（６）の構成によれば、引張強度が１０ＭＰａ以上である引張強度に優れた第１樹脂を用いることにより、この第１樹脂がラティス構造体にコーティング又は充填された衝撃吸収体の圧縮強度を大幅に向上させることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）～（６）の何れか一つに記載の構成において、
前記第１樹脂は、伸び率が１００％以上であることが望ましい。
上記（７）の構成によれば、伸び率が１００％以上である延性に優れた第１樹脂を用いることにより、該第１樹脂がラティス構造体の各々の格子構造の少なくとも一部に接するように設けられた衝撃吸収体の圧縮強度を大幅に向上させることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）～（７）の何れか一つに記載の構成において、
前記第１樹脂は、剥離強度が５ＭＰａ以上であることが望ましい。
上記（８）の構成によれば、剥離強度が５ＭＰａ以上である吸着性に優れた第１樹脂を用いることにより、ラティス構造体に対する第１樹脂のコーティングを容易に行うことができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）～（８）の何れか一つに記載の構成において、
前記ラティス構造体は、ＢＣＣ、Ｐｙｒａｍｉｄａｌ、Ｋａｇｏｍｅ又はＯｃｔｅの格子構造を含む。
上記（９）の構成によれば、ＢＣＣ、Ｐｙｒａｍｉｄａｌ、Ｋａｇｏｍｅ又はＯｃｔｅの格子構造を含むラティス構造体において、上記（１）～（８）の何れか一つで述べた効果を享受することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）～（９）の何れか一つに記載の構成において、
前記ラティス構造体は、チタン、ＳＵＳ６３０又はマルエージング鋼を含む金属ラティス構造体である。
上記（１０）の構成によれば、軽量且つ機械的強度に優れたチタン、ＳＵＳ６３０又はマルエージング鋼等の比較的高硬度かつ低靭性の金属で形成された金属ラティス構造体を備えた衝撃吸収体において、上記（１）～（９）の何れか一つで述べた効果を享受することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）～（１０）の何れか一つに記載の構成において、
前記ラティス構造体は、防護対象物への取付面を含み、
前記取付面から遠い遠位側部分が、前記取付面に近い近位側部分よりも高密度に形成される。
外力である衝撃力の作用する方向が定まっている場合、ラティス構造体における作用側の密度を高くすることで、慣性力によって大きな荷重を吸収し、防護対象物に作用する荷重を低減し得る。従って、上記（１１）の構成によれば、防護対象物への取付面から遠い遠位側部分が、取付面に近い近位側部分よりも高密度に形成されるから、上記遠位側部分で大きな荷重を吸収して防護対象物に作用する荷重をより効果的に低減することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の構成において、
前記ラティス構造体に充填された前記第１樹脂は、前記近位側部分の空隙率が前記遠位側部分の空隙率よりも高い。
上記（１２）の構成によれば、ラティス構造体に充填された第１樹脂内における空隙の分布を調整することにより、充填材としての第１樹脂内に粗密を形成することができる。そして、防護対象物への取付面に近い近位側部分の空隙率を遠位側部分よりも高くすることで、相対的に遠位側部分の密度を高くして上記（１１）で述べた効果を享受することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の構成において、
前記第１樹脂は、前記ラティス構造体内において前記取付面から遠い前記遠位側部分にのみ充填される。
上記（１３）の構成によれば、取付面から遠い遠位側部分にのみ第１樹脂が充填された衝撃吸収体において、上記（１１）で述べた効果を享受することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１１）～（１３）の何れか一つに記載の構成において、
前記ラティス構造体のうち、前記取付面から遠い遠位端を覆う鋼板をさらに備える。
上記（１４）の構成によれば、取付面から遠い遠位端を覆う鋼板を備えた衝撃吸収体において、上記（１１）～（１３）の何れか一つで述べた効果を享受することができる。

（１５）本開示の少なくとも一実施形態に係る衝撃吸収体の製造方法は、
周期的に繰り返す格子構造を含むラティス構造体を形成するステップと、
第１樹脂を構成する主剤及び硬化剤を、前記ラティス構造体の各々の格子構造の少なくとも一部に接するように噴射して前記第１樹脂を設けるステップと、を備える。
上記（１５）の方法によれば、ラティス構造体の各々の格子構造の少なくとも一部に接するように主剤及び硬化剤を噴射して第１樹脂を設けることにより、外力が加わった際におけるラティス構造体の局所的な破壊を防止してプラトー領域における応力を向上させ、エネルギ吸収量を大幅に向上させた衝撃吸収体を容易に製造することができる。

本発明の幾つかの実施形態によれば、衝撃吸収体における衝撃吸収性能の向上を図ることができる。

一実施形態に係る衝撃吸収体の構成例を示す概略図であり、（ａ）は単位格子、（ｂ）はラティス構造体、（ｃ）はラティス構造体の一部に樹脂を設けた様子を示す。 一実施形態に係る衝撃吸収体において樹脂によりラティス構造体の初期不整を補強した様子を簡易的に示す概略図であり、（ａ）は薄肉部、（ｂ）は結合不良の補強を示す。 一実施形態におけるラティス構造体と、ラティス構造体を樹脂で補強した場合との応力ひずみ線図を比較して示した図である。 一実施形態に係るラティス構造体の例（ＢＢＣ構造）を示す図であり、（ａ）はラティス構造全体、（ｂ）は単位格子をそれぞれ示す。 一実施形態に係るラティス構造体の例（Ｐｙｒａｍｉｄａｌ構造）を示す図であり、（ａ）はラティス構造全体、（ｂ）は単位格子をそれぞれ示す。 一実施形態に係るラティス構造体の例（Ｋａｇｏｍｅ構造）を示す図であり、（ａ）はラティス構造全体、（ｂ）は単位格子をそれぞれ示す。 一実施形態に係るラティス構造体の例（Ｏｃｔｅ構造）を示す図であり、（ａ）はラティス構造全体、（ｂ）は単位格子をそれぞれ示す。 他の実施形態に係る衝撃吸収体を示す斜視図であり、（ａ）はラティス構造体、（ｂ）はラティス構造体の内部に樹脂を充填した様子、（ｃ）はラティス構造体の内部に樹脂を充填し且つ外表面を樹脂でコーティングした様子を示す。 他の実施形態におけるラティス構造体と、ラティス構造体を樹脂で補強した場合との応力ひずみ線図を比較して示した図である。 他の実施形態に係る衝撃吸収体を示す図であり、（ａ）はラティス構造体（単位格子）、（ｂ）は充填材としての樹脂、（ｃ）はラティス構造体の内部に樹脂を充填した状態をそれぞれ示す。 他の実施形態に係る衝撃吸収体に関する応力ひずみ線図であり、（ａ）はラティス構造体のみの場合、（ｂ）は充填材としての樹脂のみの場合、（ｃ）はラティス構造体の内部に樹脂を充填した場合のエネルギ吸収特性をそれぞれ示す。 他の実施形態における充填材としての樹脂に関する図であり、（ａ）は空隙率が高い場合のイメージ図、（ｂ）はその場合の応力ひずみ線図をそれぞれ示す。 他の実施形態における充填材としての樹脂に関する図であり、（ａ）は空隙率が低い場合のイメージ図、（ｂ）はその場合の応力ひずみ線図をそれぞれ示す。 他の実施形態に係る衝撃吸収体を示す概略図であり、（ａ）は樹脂の内部に空隙率の高低により密度差を設けた様子、（ｂ）はラティス構造体の一部にのみ樹脂を充填することで密度差を設けた様子、（ｃ）は外力が作用する側に鋼板を設けることで密度差を設けた様子をそれぞれ示す。 一実施形態に係る衝撃吸収体の製造方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係る衝撃吸収体の製造方法において、ラティス構造体に樹脂を設ける工程を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本開示の一実施形態に係る衝撃吸収体の構成例を示す概略図であり、（ａ）は単位格子、（ｂ）はラティス構造体、（ｃ）はラティス構造体の一部に樹脂を設けた様子を示す。図２は、一実施形態に係る衝撃吸収体において樹脂によりラティス構造体の初期不整を補強した様子を簡易的に示す概略図であり、（ａ）は薄肉部の補強、（ｂ）は結合不良の補強をそれぞれ示す。図３は、一実施形態におけるラティス構造体と、ラティス構造体を樹脂で補強した場合の各応力ひずみ曲線を比較して示した図である。

図１に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係る衝撃吸収体１は、周期的に繰り返す格子構造３（単位格子：図１（ａ）参照）を含むラティス構造体２（図１（ｂ）参照）と、該ラティス構造体２の各々の格子構造３の少なくとも一部に接するように設けられた第１樹脂２０（図１（ｃ）参照）と、を備えている。

図１（ａ）に非限定的に例示する格子構造３は、例えば立方体の各辺を構成する柱４及び梁５と、各辺の交点を結ぶ筋交６とを含み得る。なお、本開示では格子構造３のうち図中の縦方向に延在する辺を便宜的に柱４と称し、同横方向に延在する辺を梁５と称するが、必ずしも両者を互いに明確に区別するものではない。また、図１（ａ）では筋交６が３次元的に（即ち立体的に）各辺の頂部を結ぶ構成を示しているが、例えば各辺を２次元的に（平面的に）結ぶ対角線に沿って筋交６が設けられていてもよい。

ラティス構造体２は、耐衝撃性に優れ、且つ軽量な構造体であって、外力に対する緩衝体としての衝撃吸収体１の骨格として機能し得る。このラティス構造体２は、例えば図１（ｂ）に非限定的に例示するように、細長い柱４又は梁５等を含む周期セル構造体であり、柱４又は梁５の太さ（又は径）、セルの幾何学形状、或いは、材料を任意に設定することにより、機械的特性を任意に設定し得る。また、ラティス構造体２を構成する格子構造３の高さ方向Ｚ、幅方向Ｘ、奥行き方向Ｙ各々への数（繰り返し数）や配置は、必要に応じて任意に設定し得る。

第１樹脂２０は、例えば図１（ｃ）に非限定的に例示するように、ラティス構造体２を構成する各々の格子構造３の少なくとも一部に接するようにして設けられることで、例えば、ラティス構造体２における当該第１樹脂２０との接触部分に表面欠陥（図２（ａ）参照）や結合不良（図２（ｂ）参照）等の欠陥が存在する場合に、その欠陥を補強してラティス構造体２の局所的な破壊を防ぐために機能し得る。この第１樹脂２０には、例えば延性及び／又は吸着性に優れた樹脂を採用してもよい。延性に優れた樹脂として、例えばポリウレア樹脂やシンタクチックフォーム等を適用してもよい。ポリウレア樹脂は、ウレア結合が主体となった樹脂化合物の一種であり、イソシアネート（―ＮＣＯ）とポリアミン（―ＮＨ_２）との化学反応によって形成され得る。上記ウレア結合は、ウレタン結合と比べて結合力が比較的強い上に硬化時間が数秒～数十秒と極めて早く、防水性・耐久性・耐摩耗性及び耐熱性等に優れ、様々な変状要因から基材を保護するライニング材として機能し得る。

ここで、一般に、ラティス構造体２は、内部の空隙率が高く軽量であり、例えば図３に示す応力ひずみ線図の弾性変形領域３０では良好な機械的特性（降伏点が高い）を示す。一方で、ラティス構造体２は、外力の増加に伴い一度降伏点３１を過ぎて座屈すると、応力一定で歪が増大する所謂プラトー領域３２において応力が大幅に減少するため、全体的なエネルギ吸収量を向上させることが困難である（図３の線Ａ参照）。
この点、本開示の上記構成によれば、ラティス構造体２の各々の格子構造３の少なくとも一部に接するように設けられた第１樹脂２０がラティス構造体２自体の機械的強度を補強することにより、外力が加わった際におけるラティス構造体２の局所的な破壊を抑制して脆性破壊を防止し、圧縮強度特性を向上させることができる。これにより、プラトー領域３２における応力を向上させることができるので、エネルギ吸収量を向上させて衝撃吸収体１の衝撃吸収性能を大幅に向上させることができるのである（図３の線Ｂ参照）。
なお、図３等に示す応力ひずみ線図において、各応力ひずみ曲線と応力ゼロの横軸とで囲まれた領域の面積が外力に対するエネルギ吸収量を示し、プラトー領域３２における応力の値を増大させることで総エネルギ吸収量の増大を図ることができ、緩衝体として優れたエネルギ吸収特性を有する衝撃吸収体１を得ることができる。

図４～図７は、各々一実施形態に係るラティス構造体の例を非限定的に例示する図であり、各図の（ａ）はラティス構造全体、（ｂ）は単位格子をそれぞれ示す。
幾つかの実施形態において、ラティス構造体２は、例えば図４に例示する体心立方格子（ｂｏｄｙ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ：ＢＣＣ；立方晶系）、図５に例示する直方格子（Ｐｙｒａｍｉｄａｌ；直方晶系）、図６に例示するカゴメ格子（Ｋａｇｏｍｅ）、又は図７に例示するＯｃｔｅ等の格子構造３を含んでもよい。このように、ＢＣＣ、Ｐｙｒａｍｉｄａｌ、Ｋａｇｏｍｅ又はＯｃｔｅ等の格子構造３を含むラティス構造体２を備えた衝撃吸収体１において、本開示の何れかの実施形態で述べる作用及び効果を享受することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ラティス構造体２の各々の格子構造３を構成する柱４、梁５及び筋交６の外表面に第１樹脂２０の樹脂層２１が形成されてもよい。つまり、ラティス構造体２を構成する各々の格子構造３の少なくとも一部（例えば図１（ｃ）参照）のみならず、ラティス構造体２の構成要素である格子構造３の柱４、梁５及び筋交６の全ての外表面に第１樹脂２０が設けられていてもよい。
このような構成によれば、ラティス構造体２の各々の格子構造３を構成する柱４、梁５、筋交６の外表面９に形成された第１樹脂２０の樹脂層２１により、ラティス構造体２に含まれ得る薄肉部４１等の表面欠陥や結合不良部４３（不完全結合部）等の初期不整を覆うようにして補強することができるから、外力に対するラティス構造体２の局所的な破壊を効果的に防止して、プラトー領域３２における応力を向上させることができる。

図８は他の実施形態に係る衝撃吸収体を示す斜視図であり、（ａ）はラティス構造体、（ｂ）はラティス構造体の内部に樹脂を充填した様子、（ｃ）はラティス構造体の内部に樹脂を充填し且つ外表面を樹脂でコーティングした様子を示す。図９は他の実施形態におけるラティス構造体と、ラティス構造体を樹脂で補強した場合との応力ひずみ線図を比較して示した図である。
幾つかの実施形態では、ラティス構造体２の各々の格子構造３（例えば図８（ａ）及び図１０（ａ）参照）の内部に第１樹脂２０（図１０（ｂ）参照）が充填されてもよい（図８（ｂ）、図８（ｃ）及び図１０（ｃ）参照）。
ラティス構造体２は、プラトー領域３２では例えば図９に示すように、降伏点３１に比べて大幅に応力が低下し、該ラティス構造体２単体のエネルギ吸収量を増加させることは容易ではないが、良好な弾性特性を示す（図９及び図１１（ａ）の線Ａ参照）。一方、第１樹脂２０は、必ずしも耐力が高いとは限らず、繰り返し荷重を受けることでエネルギ吸収特性が低下する虞があるが、プラトー領域３２における応力が比較的高く、緩衝体として良好なエネルギ吸収特性を持ち得る（図１１（ｂ）の線Ｄ参照）。
よって、上記構成によれば、ラティス構造体２の降伏応力以下の繰り返し荷重は主に上記ラティス構造体２がその弾性変形領域３０で受け持ち、ラティス構造体２の降伏応力以上の荷重は緩衝体としての第１樹脂２０が主に受け持つというハイブリッドな構造により、例えば内部に第１樹脂２０が充填されていないラティス構造体２（図８（ａ）及び図１０（ａ）参照）よりも、外力に対してラティス構造体２が受け持つ降伏応力を向上させることができ、且つ、プラトー領域３２における応力が向上したエネルギ吸収構造体を提供することができる（図９の線Ｃ及び図１１（ｃ）の線Ｅ参照）。

図１２は他の実施形態における充填材としての第１樹脂に関する図であり、（ａ）は空隙率が高い場合（即ち第１樹脂が低密度の場合）のイメージ図、（ｂ）はその場合の応力ひずみ線図をそれぞれ示す。図１３は他の実施形態における充填材としての第１樹脂に関する図であり、（ａ）は空隙率が低い場合（即ち第１樹脂が高密度の場合）のイメージ図、（ｂ）はその場合の応力ひずみ線図をそれぞれ示す。
図１２及び図１３に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、上記構成において、ラティス構造体２の内部に充填される第１樹脂２０は、シンタクチックフォームを含んでもよい。
シンタクチックフォームは、例えば金属、高分子又はセラミックなどを基本構成材料（母材又はマトリックスとも称する）として、内部にマイクロバルーン２４と呼ばれる中空粒子を混ぜ込むことで合成される複合材料である。このシンタクチックフォームの圧縮特性は中空粒子の特性に大きく依存し、例えば中空粒子の含有量を任意に設定することにより第１樹脂２０の密度を任意に調整することができる。
上記構成によれば、シンタクチックフォームに包含されるマイクロバルーン２４の含有率を任意に設定することにより、充填材としての第１樹脂２０の圧縮特性を調整することができる。これにより、プラトー領域３２における応力を任意に設定することができる。
なお、ラティス構造体２の内部に充填する充填材としての第１樹脂２０は、例えばポリウレア樹脂であってもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図１３（ａ）に例示するように第１樹脂２０内の空隙率を低く（すなわち第１樹脂２０を高密度に）形成することにより、図１２（ａ）の例のように空隙率を低く（すなわち第１樹脂２０を高密度に）形成した第１樹脂２０よりもプラトー領域３２における応力を向上させることができるとともに、緻密化開始までの歪を小さく設計することができる（例えば図１３（ｂ）参照）。従って、要求される寸法に応じて適切な衝撃吸収特性を有する衝撃吸収体１を提供することができる。

幾つかの実施形態において、衝撃吸収体１は、ラティス構造体２の外表面９を覆うように設けられた第２樹脂２２を備えてもよい（例えば図８（ｃ）参照）。このような第２樹脂２２は、例えばラティス構造体２を構成する格子構造３の柱４及び梁５と、ラティス構造体２の内部に充填された第１樹脂２０とを含めたラティス構造体２の外表面全体を覆うようにして設けられ得る。上記第２樹脂２２には、例えば延性に優れた樹脂を採用してもよく、例えばポリウレア樹脂を適用してもよい。
上記構成によれば、内部に第１樹脂２０が充填されたラティス構造体２の外表面９がさらに第２樹脂２２でコーティングされるから、ラティス構造体２の内側と外側の両方を樹脂で補強することができる。これにより、内部に充填された第１樹脂２０の、ラティス構造体２の外側への変形を抑制することができるから、プラトー領域３２における応力が向上してより大きなエネルギ吸収特性を有する衝撃吸収体１を得ることができる（図９の線Ｃ参照）。

幾つかの実施形態では、第１樹脂２０の引張強度が１０ＭＰａ以上であってもよい。このようにすれば、引張強度が１０ＭＰａ以上である引張強度に優れた第１樹脂２０を用いることにより、この第１樹脂２０がラティス構造体２にコーティング又は充填された衝撃吸収体１の圧縮強度を大幅に向上させることができる。

幾つかの実施形態では、第１樹脂２０の伸び率が１００％以上であってもよい。このようにすれば、伸び率が１００％以上である延性に優れた第１樹脂２０を用いることにより、該第１樹脂２０がラティス構造体２の各々の格子構造３の少なくとも一部に接するように設けられた衝撃吸収体１の圧縮強度を大幅に向上させることができる。

幾つかの実施形態では、第１樹脂２０の剥離強度が５ＭＰａ以上であってもよい。このようにすれば、剥離強度が５ＭＰａ以上である吸着性に優れた第１樹脂２０を用いることにより、ラティス構造体２に対する第１樹脂２０のコーティングを容易に行うことができる。

幾つかの実施形態において、ラティス構造体２は、例えばチタン、ＳＵＳ６３０又はマルエージング鋼を含む金属ラティス構造体であってもよい。
上記構成によれば、軽量且つ機械的強度に優れたチタン、ＳＵＳ６３０又はマルエージング鋼等の比較的高硬度かつ低靭性の金属で形成されたラティス構造体２（金属ラティス構造体）を備えた衝撃吸収体１において、上記何れかで述べた効果を享受することができる。

図１４は他の実施形態に係る衝撃吸収体を示す概略図であり、（ａ）は樹脂の内部に空隙率の高低により密度差を設けた様子、（ｂ）はラティス構造体の一部にのみ樹脂を充填することで密度差を設けた様子、（ｃ）は外力が作用する側に鋼板を設けることで密度差を設けた様子をそれぞれ示す。
図１４（ａ）、図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態において、ラティス構造体２は、防護対象物５０への取付面８（或いは接触面）を含んでもよく、衝撃吸収体１は、取付面８から遠い遠位側部分１４が、取付面８に近い近位側部分１２よりも高密度に形成されていてもよい。
取付面８は、防護対象物５０の形状に合わせて任意に設定してもよく、例えば平面部、曲面部、傾斜部、凹凸部又は段差部等を含んでいてもよい。
上記近位側部分１２及び遠位側部分１４の境界は特に限定されず、要求される衝撃吸収性能に応じて任意に設定し得る。例えば上記取付面８から最も遠い遠位端１５（図１４（ａ）及び図１４（ｂ）参照）までの距離の半分の位置を近位側部分１２と遠位側部分１４との境に設定してもよい。
外力である衝撃力の作用する方向が定まっている場合、ラティス構造体２における作用側の密度を高くすることで、慣性力によって大きな荷重を吸収し、防護対象物５０に作用する荷重を低減し得る。従って、上記の構成によれば、防護対象物５０への取付面８から遠い作用側の部位である遠位側部分１４が、取付面８に近い近位側部分１２よりも高密度に形成されるから、上記遠位側部分１４で大きな荷重を吸収して防護対象物５０に作用する荷重を効果的に低減することができる。また、例えば衝撃吸収体１全体を高密度に形成する場合に比べて衝撃吸収体１をより軽量に形成しつつ、例えば遠位側部分１４を近位側部分１２より低密度に形成して同程度の軽量化を図る場合よりもより効果的に外力を吸収し、防護対象物５０に作用する荷重を効果的に低減することができる。

幾つかの実施形態では、ラティス構造体２に充填された第１樹脂２０における近位側部分１２の空隙率が遠位側部分１４の空隙率より高くてもよい（例えば図１４（ａ）及び図１４（ｂ）参照）。つまり、第１樹脂２０内で、取付面８からの距離に応じて近位側部分１２が遠位側部分１４よりも低密度（粗）、すなわち遠位側部分１４が近位側部分１２よりも高密度（密）となるようにして粗密を形成してもよい。
このようにすれば、ラティス構造体２に充填された第１樹脂２０内における空隙の分布を調整することにより、充填材としての第１樹脂２０内に粗密を形成することができる。そして、防護対象物５０への取付面８に近い近位側部分１２の空隙率を遠位側部分１４よりも高くすることで、相対的に遠位側部分１４の密度を高くして上述の効果を享受することができる。

幾つかの実施形態において、第１樹脂２０は、ラティス構造体２内において取付面８から遠い遠位側部分１４にのみ充填されてもよい（例えば図１４（ｂ）参照）。つまり、遠位側部分１４にのみ第１樹脂２０を充填することにより、近位側部分１２に比べて遠位側部分１４を高密度に形成してもよい。
このような構成によっても、取付面８から遠い遠位側部分１４を近位側部分１２よりも高密度に形成した衝撃吸収体１の上記効果を享受することができる。

幾つかの実施形態では、上記何れかの実施形態に記載の構成において、ラティス構造体２のうち、取付面８から遠い遠位端１５（例えば図１４（ａ）及び図１４（ｂ）参照）を覆う鋼板１６をさらに備えていてもよい（例えば図１４（ｃ）参照）。
このような構成によっても、取付面８から遠い遠位側部分１４を近位側部分１２よりも高密度に形成した衝撃吸収体１の上記効果を享受することができる。また、衝撃の作用側である遠位端１５に鋼板１６を配置することにより、作用側における衝撃吸収体１の局所的な破壊を防止することができるので、衝撃に対するエネルギ吸収特性の低下を効果的に防止することができる。

図１５は一実施形態に係る衝撃吸収体の製造方法を示すフローチャートである。図１６は一実施形態に係る衝撃吸収体の製造方法において、ラティス構造体に樹脂を設ける工程を示す模式図である。
図１５に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係る衝撃吸収体１の製造方法は、周期的に繰り返す格子構造３を含むラティス構造体２を形成するステップＳ１０と、ラティス構造体２の各々の格子構造３の少なくとも一部に接するようにして第１樹脂２０を設けるステップＳ２０と、を備えている。
ラティス構造体２を形成するステップＳ１０では、上記何れかの実施形態で記載した構成を備えたラティス構造体２を形成し得る。すなわち、ステップＳ１０では、例えば図４（ｂ）に例示する体心立方格子（ＢＣＣ）、図５（ｂ）に例示する直方格子（Ｐｙｒａｍｉｄａｌ）、図６（ｂ）に例示するカゴメ格子（Ｋａｇｏｍｅ）又は図７（ｂ）に例示するＯｃｔｅ格子、等の格子構造３が周期的に繰り返されてなるラティス構造体２（図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）及び図７（ａ）参照）を形成してもよい。
第１樹脂２０を設けるステップＳ２０では、上記何れかの実施形態で記載した態様で配置されるようにして第１樹脂２０（又は第２樹脂２２）を設けてもよい。
具体的に、ステップＳ２０では、例えばラティス構造体２の各々の格子構造３を構成する柱４、梁５及び筋交６の外表面に第１樹脂２０の樹脂層２１を形成してもよい（例えば図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）。また、ステップＳ２０では、ラティス構造体２の各々の格子構造３（例えば図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）及び図７（ｂ）参照）の内部に第１樹脂２０を充填してもよい（図８（ｂ）、図８（ｃ）、図１０（ｃ）、図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）参照）。
第１樹脂２０及び第２樹脂２２には、例えば延性及び／又は吸着性に優れた樹脂（例えばポリウレア樹脂やシンタクチックフォーム等）を採用してもよい。第１樹脂２０又は第２樹脂２２は、例えば図１６に非限定的に例示するように、各々の樹脂を構成する主剤２６及び硬化剤２８を上記ラティス構造体２に向けて吹き付け、ラティス構造体２を構成する各格子構造３の少なくとも一部に接するように設けて硬化させることで形成されてもよい。
上記の方法によれば、ラティス構造体２の各々の格子構造３の少なくとも一部に接するようにして第１樹脂２０を設けることにより、外力が加わった際におけるラティス構造体２の局所的な破壊を防止してプラトー領域３２における応力を向上させ、エネルギ吸収量を大幅に向上させた衝撃吸収体１を容易に製造することができる。

以上述べたように、本開示の幾つかの実施形態によれば、衝撃吸収体１の衝撃吸収性能を向上させることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。

１ 衝撃吸収体
２ ラティス構造体
３ 格子構造
４ 柱
５ 梁
６ 筋交
８ 取付面
９ 外表面
１２ 近位側部分
１４ 遠位側部分
１５ 遠位端
１６ 鋼板
２０ 第１樹脂
２１ 樹脂層
２２ 第２樹脂
２４ マイクロバルーン（中空粒子）
２６ 主剤
２８ 硬化剤
３０ 弾性変形領域
３１ 降伏点
３２ プラトー領域
４１ 薄肉部
４３ 結合不良部
５０ 防護対象物

Claims (14)

1. 防護対象物への取付面を有し、前記取付面から遠い遠位側部分が前記取付面に近い近位側部分よりも高密度となるように周期的に繰り返す格子構造を含むラティス構造体と、
   前記ラティス構造体の各々の前記格子構造の少なくとも一部に接するように設けられた第１樹脂と、
   前記取付面および該取付面から遠い遠位端のうち、前記遠位端のみを覆う鋼板と、
   を備えることを特徴とする衝撃吸収体。
2. 周期的に繰り返す格子構造を含むラティス構造体と、
   前記ラティス構造体の各々の前記格子構造の内部に空隙が残るように、前記格子構造を構成する柱、梁及び筋交の外表面に形成される第１樹脂の樹脂層と、
   を備える
   衝撃吸収体。
3. 前記ラティス構造体の各々の前記格子構造の内部に前記第１樹脂が充填された
   ことを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収体。
4. 前記ラティス構造体の内部に充填される前記第１樹脂は、シンタクチックフォームを含む
   ことを特徴とする請求項３に記載の衝撃吸収体。
5. 前記ラティス構造体の外表面を覆うように設けられた第２樹脂を備える
   ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の衝撃吸収体。
6. 前記第１樹脂は、引張強度が１０ＭＰａ以上である
   ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の衝撃吸収体。
7. 前記第１樹脂は、伸び率が１００％以上である
   ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の衝撃吸収体。
8. 前記第１樹脂は、剥離強度が５ＭＰａ以上である
   ことを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の衝撃吸収体。
9. 前記ラティス構造体は、ＢＣＣ、Ｐｙｒａｍｉｄａｌ、Ｋａｇｏｍｅ又はＯｃｔｅの格子構造を含む
   ことを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載の衝撃吸収体。
10. 前記ラティス構造体は、チタン、ＳＵＳ６３０又はマルエージング鋼を含む金属ラティス構造体である
    ことを特徴とする請求項１～９の何れか一項に記載の衝撃吸収体。
11. 前記ラティス構造体は、防護対象物への取付面を含み、
    前記取付面から遠い遠位側部分が、前記取付面に近い近位側部分よりも高密度に形成されている
    ことを特徴とする請求項２～１０の何れか一項に記載の衝撃吸収体。
12. 前記ラティス構造体に充填された前記第１樹脂は、前記近位側部分の空隙率が前記遠位側部分の空隙率よりも高い
    ことを特徴とする請求項１１に記載の衝撃吸収体。
13. 前記第１樹脂は、前記ラティス構造体内において前記取付面から遠い前記遠位側部分にのみ充填される
    ことを特徴とする請求項１１に記載の衝撃吸収体。
14. 前記ラティス構造体のうち、前記取付面から遠い遠位端を覆う鋼板をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１１～１３の何れか一項に記載の衝撃吸収体。

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