JPH11351328A - 衝撃吸収体及びそれを用いた衝撃吸収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 小型・軽量でかつ簡単な構造で、反力に比較
して大きなエネルギー吸収量を有し、しかも地上、海中
を問わずメンテナンスフリーで使用することができるこ
とを特徴とするエネルギー吸収能に優れた衝撃吸収体を
提供する。 【解決手段】 曲げ弾性率５０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上
の樹脂によって形成された中空筒状の衝撃吸収体であっ
て、該中空筒状の大変形可能部の座屈変形や圧縮変形に
よって衝撃エネルギーを吸収し、該中空筒状体の長さ方
向に対する圧縮時における反力・圧縮率曲線が下記の
（ａ）及び（ｂ）を満足するように構成されたものであ
ることを特徴とする樹脂製衝撃吸収体。 （ａ）降伏強度が１，０００ｔｆ／ｍ² 以上。 (ｂ) 単位体積あたりの圧縮エネルギー吸収量が２００
ｔｆ・ｍ／ｍ³ 以上。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衝撃の吸収や緩和
を必要とする部分、例えば道路又は岸壁の側壁、建物の
床や壁、及び車両の衝撃緩衝部に適用することができる
衝撃吸収体及び衝撃の吸収緩和方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、衝撃吸収手段としては、金属バ
ネ、摩擦式緩衝器、油圧式緩衝器、ゴム成形体が使用さ
れており、またこれらのうちいずれかを組み合わせて使
用する場合もある。上記金属バネは、緩衝性能に優れる
ものの衝突エネルギーの吸収能力はほとんど無い。ま
た、摩擦緩衝器や油圧緩衝器は一般にその構造が複雑で
あり、バネ定数における変形速度依存性が極めて大き
く、復元性がない等の問題点を有している。

【０００３】ゴム成形体は、復元性が良いという特徴を
有している反面、材料の弾性率が低いので満足いく衝撃
吸収量を確保するためには、材料の使用量を多くしなけ
ればならず、部材の重量が大きくなり、大型化してしま
うという重大な欠点があった。

【０００４】樹脂成形体による衝撃吸収手段として本発
明者らは有孔もしくは無孔の平板上にアーチ状、ドーム
状もしくはハニカム状の圧縮変形部が複数個立設された
クッション性を有する樹脂成形体よりなる衝撃吸収材を
提案している。しかしながら該衝撃吸収材は、道路側壁
や建築物の床面等のような広範囲に亘って均一な緩衝性
能を発揮するという特徴を有するもののごく限られたス
ペースに設置せねばならない場合に適用に難いという問
題があった。

【０００５】また樹脂成形体による衝撃吸収体として、
熱可塑性エラストマーを使用した中空成形体を軸方向に
圧縮して永久歪みを予め付与することを特徴とする樹脂
成形体の製造技術が開示されている（特公昭６１−１２
７７９号）が、該技術による樹脂成形体は緩衝性能に優
れるものの衝突エネルギーの吸収能力に乏しいという問
題があった。

【０００６】本発明は以上のような従来の衝撃吸収手段
の課題を考慮してなされたものであり、その目的は小型
・軽量でかつ簡単な構造で、反力に比較して大きなエネ
ルギー吸収量を有し、しかも地上、海中を問わずメンテ
ナンスフリーで使用することができることを特長とする
エネルギー吸収能に優れた衝撃吸収体を提供しようとす
るものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来の衝撃吸収手段の課題を考慮してなされたもので
あり、その目的は小型・軽量でかつ簡単な構造であっ
て、反力に比較して大きな圧縮エネルギー吸収量を有
し、エネルギー吸収能に優れた衝撃吸収体を提供しよう
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、曲げ弾性
率が５００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の材料によって形成され
た隔壁により囲まれた空洞部が、同一方向をなして連続
的かつ複層的に形成された構造を有し、断面形状がハニ
カム的形状であって、該衝撃吸収体の空洞部隔壁が座屈
変形し、該衝撃吸収体の長さ方向の圧縮時における反力
ー圧縮率曲線が下記の(a) 及び(b) を満足するように構
成されたものであることを特長とする衝撃吸収体であ
る。 (a) 降伏強度が１００ｔｆ／ｍ² 以上であること。 (b) 圧縮エネルギー吸収量が５０ｔｆ・ｍ／ｍ³ 以上で
あること. 長さ方向の異なるものを組み合わせることでハニカム状
の断面に加わる応力に対して発生する反力を均一化する
ことができ、衝撃吸収効果を一層優れたものとすること
ができる。また、本発明の衝撃吸収体は長さ方向の圧縮
変形（隔壁、空洞部の座屈変形）により衝撃エネルギー
を吸収せしめるように使用することが必要である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の衝撃吸収体を形成する材
料は、曲げ弾性率が５００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の材料で
あれば種類は問わないが、これらの中でも特に好ましい
のは、耐候性や耐水性に優れた熱可塑性のポリエステル
エラストマーやポリオレフィンエラストマーであるが、
曲げ弾性率が上記規定範囲に納るものであればその種類
は一切制限されない。

【００１０】ちなみに曲げ弾性率が５００ｋｇｆ／ｃｍ
² 未満の材料では、得られる衝撃吸収材の剛性が不足す
るため、満足のいくエネルギー吸収性能を持たせるため
に構成要素の肉厚を大きくしなければならなくなり、衝
撃吸収材が大き且つ重いものとなるため本発明の趣旨に
沿わなくなる。

【００１１】これに対して曲げ弾性率が５００ｋｇｆ／
ｃｍ² 以上である樹脂を使用し、必要に応じて衝撃吸収
材の応力の立上がりを早くしたり、降伏反力を大きくし
たりすることができるため、従来から使用されているゴ
ム成形体のように肉厚を極端に厚くすることもなく、小
型・軽量な衝撃吸収材とすることができ、圧縮時に破壊
しやすくなるといったこともなくなる。曲げ弾性率の好
ましい範囲は、５００〜３５００ｋｇｆ／ｃｍ² 、より
好ましくは９００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ² である。

【００１２】本発明の衝撃吸収体は、上記曲げ弾性率の
要件を満たす材料を使用して、以下に詳述するような形
状・構造に成形することにより、全体で衝撃を吸収でき
るように構成する。即ち図１は本発明に係わる樹脂製衝
撃吸収材の構造の１例を例示するものであり、曲げ弾性
率５００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の材料で成形した衝撃吸収
体で、隔壁１によって囲まれた六角形状の断面の空洞部
２が同一方向をなして連続的かつ複層的に形成されてい
る。

【００１３】図示したような構造のハニカム的断面形状
を有する衝撃吸収体において、隔壁１によって囲まれた
空洞２は、断面に対して加えられた長さ方向の衝撃力に
対して隔壁及び空洞部が座屈変形することにより、衝撃
エネルギーを吸収するものであり、該衝撃吸収体の断面
形状及び寸法は必要に応じて設定され、形状には一切制
限がなく、様々な形状・構造に成形することができる。

【００１４】また、本発明の衝撃吸収体を、実用するに
あたっては、適用場所に応じて必要とされる衝撃吸収エ
ネルギーの程度に応じて設置個数を任意に設定できる
が、本発明の目的を達成するには、図１の矢印方向（長
さ方向）に圧縮したときの反力−圧縮率曲線によって確
認される降伏強度が１００tf/ ｍ² 以上で且つ圧縮エネ
ルギー吸収量が５０tf・m ／m³以上であることが必要で
ある。

【００１５】ここで反力−圧縮率曲線（以下、Ｓ−Ｓカ
ーブと呼ぶことがある）とは、例えば樹脂製衝撃吸収材
に衝撃作用方向に圧縮させた時の反力（圧縮力／受圧面
積）と圧縮率の相関性を示すグラフであり、圧縮の初期
においては圧縮率に略比例してＳ−Ｓカーブは急激に立
上がり、その後カーブは徐々に緩やかになって局部的に
最大反力を示す降伏点に達し、ここで樹脂製衝撃吸収材
は空洞部が降伏を起こし、空洞部が座屈変形し始めた後
は、空隙の減少によってＳ−Ｓカーブが再び急激に立ち
上がるまでは、圧縮率の増大に依らず反力は、略一定の
レベル（平坦部）を維持する。また、該衝撃吸収体は、
図１に例示されるように、長さ方向の長さの違うものを
組み合わせ、降伏反力を下げ、平坦部反力と略一定のレ
ベルに合わせることができ、ハニカム状面に対して加わ
る反力に対して発生する反力を均一化することができる
ので好ましい。

【００１６】本発明のＳ−Ｓカーブにおける降伏強度と
は、最初の立ち上がり後の平坦部において最大を示す反
力値を意味し、また圧縮エネルギー吸収量とは圧縮率８
０％までのＳ−Ｓカーブで囲まれる面積（図２の斜線の
領域）で示される吸収エネルギーを衝撃吸収体の体積で
割った値を意味する。

【００１７】本発明における降伏強度は衝撃吸収体のＳ
−Ｓカーブ全領域における最大の反力値とは必ずしも一
致しないが、当該衝撃吸収体が衝撃力を受けたときに衝
撃物が受ける最大反力に近い値であり、最大反力値の目
安と考える。降伏強度が不足する場合は衝撃エネルギー
吸収体の機能が実質的に発揮されず、一方降伏強度が大
きすぎる場合は衝撃時に生ずる反力が大きくなって衝撃
を満足に緩和できなくなる。効率良く衝撃エネルギーを
吸収するためには、Ｓ−Ｓカーブの最初の立上がりをで
きるだけ急激にすると共に、降伏点を過ぎた後の反力の
低下を極力少なくすることが有効となる。

【００１８】こうした観点から本発明に係わる衝撃吸収
体に要求される物性を種々検討した結果、衝突物にたい
して過度の反力を与えることなく衝撃力を十分に吸収す
るには、樹脂製衝撃吸収体の降伏強度を１００ｔｆ／ｍ
² 以上でかつ圧縮エネルギー吸収量が５０tf・m ／m³以
上にする必要があり、好ましくは、降伏強度は１５０ｔ
ｆ／ｍ² 以上、圧縮エネルギー吸収量は２００tf・m ／
m³以上である。本発明の樹脂製衝撃吸収体によればこう
した要求特性を十分に満たすものである。

【００１９】ちなみに従来から知られているゴム成型品
のような衝撃吸収材では、図３のようにＳ−Ｓカーブの
立上がりが緩慢であるため、満足のいく衝撃吸収量を確
保するには、材料の使用量を多くしなけれればならず、
部材の重量が大きくなり、大型化せざるを得なくなる。

【００２０】一方、曲げ弾性率を特定すると共に、その
形状・構造を前述の如く定めた本発明の衝撃吸収体は、
図４の概略図に示すように、Ｓ−Ｓカーブの最初の立ち
上がりが急激であるばかりでなく、適度の降伏強度を示
した後、それ以上圧縮率を変えてもしばらくは略一定の
反力を示し、その後に最終の急激な立ち上がりをみせ、
その結果、５０tf・m ／m³以上という非常に高い圧縮エ
ネルギー吸収量を有するものとなる。

【００２１】本発明の衝撃吸収体は、前途の如く適度の
曲げ弾性を持った材料の粘弾性特性とその形状の組み合
わせによっていわばダッシュポットとバネ的なエネルギ
ー吸収挙動を付与することにより、衝撃エネルギーを極
めて効率良く吸収することができ衝撃による衝突物の損
傷を最小限に抑制することができる。

【００２２】ハニカム的形状の構造、肉厚には格別の制
限がなく、用途・目的により適当に変更しうることは先
に延べたとおりであるが、前述の降伏強度や圧縮エネル
ギー吸収量を確保するためには、隔壁の辺長Ｌ１に対し
て、長さＨ２は、Ｈ１≦２×Ｌ１＋Ｈ２の範囲に調整す
ることが好ましい。Ｈ≧２×ｃ１＋Ｈ２とすると空洞部
隔壁の連続的な変形が発生せずＳ−Ｓカーブで平坦部を
示す降伏強度を発現できない。長さＨ２のより好ましい
範囲はＨ１≦Ｌ１＋Ｈ２である。

【００２３】本発明に係わる衝撃吸収体の製造方法とし
ては、射出成形、押出成形あるいはプレス成形等任意の
方法を採用することができる。また、本発明の衝撃吸収
体は、通常の取付け方法、たとえば当該衝撃吸収体を構
成する平板部に設けた孔を介して他の構造物に取付ける
方法等が採用できるが、もとより取付け方法は一切制限
されるものではない。

【００２４】本発明で使用される材料の好ましい種類は
先に例示した通りであるが、これらの樹脂には、用途ま
たは目的に応じて、例えば熱酸化防止剤や紫外線吸収剤
などの各種安定剤、顔料やカーボンブラック、タルクや
ガラスビーズのような充填剤、金属繊維、ガラス繊維や
カーボン繊維のような繊維状強化剤、帯電防止剤、可塑
剤、難燃剤、発泡剤、離型剤等の添加剤を配合して改質
することも可能である。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
曲げ弾性率の特定された材料を使用し、且つその構造を
特定することによって、材料の弾性特性と成形体の座屈
変形によって優れた衝撃吸収特性を有し、且つ小型・軽
量でありながら、高い衝撃エネルギー吸収能力を示す衝
撃吸収体を提供し得ることになった。そして該衝撃吸収
体は、その優れた特性を生かして例えば道路または岸壁
の側壁、建物の床や壁、及び車両の衝撃緩衝部に広く適
用することができる。

【００２６】

【実施例】以下、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、本発明はもとより下記実施例に
よって制限を受けるものではなく、前述の趣旨に適合し
うる範囲で適当に変更して実施することはいずれも本発
明の技術範囲に含まれる。

【００２７】［実施例１］東洋紡績┷製のポリエステル
エラストマー「ペルプレンＰ−９０Ｂ」を使用し、図１
に示す６角断面形状の衝撃吸収体（肉厚t ＝４、３mm、
辺長Ｌ１＝２５mm、長さＨ１＝１００、Ｈ２＝９０、Ｈ
３＝８０mm）を射出成形した（全体寸法；横Ｗ＝５３０
mm×縦Ｄ＝２００mm。この衝撃吸収体を組み合わせて上
下方向（長さ方向）に圧縮して評価した結果を表１に示
した。

【００２８】[比較例１］東洋紡績┷製のポリエステル
エラストマー「ペルプレンＰ−２８０Ｂ」を使用し、ア
ーチ形状大変形可動部を８個立設した衝撃吸収体２１cm
×２１cm×高さ３、３cmを射出成形した。この吸収体
は、上下方向および高さ方向に樹脂リベットによって接
合して組み付け衝撃吸収体１０１cm×１０１cm×９９cm
を作成した。この衝撃吸収体を上下方向に圧縮して評価
した結果を表１に示した。

【００２９】［評価方法］ 曲げ弾性率：一般に用いられるＡＳＴＭ−Ｄ７９０によ
って測定した。 降伏強度：５０mm／分で定速に圧縮したときの反力−圧
縮率曲線が、圧縮の初期において圧縮率に略比例して立
ち上がり、その後徐々にゆるやかになって(平坦部)最大
反力になったときの衝撃力受け面の単位面積あたりの強
度をいう。 圧縮エネルギー吸収量：反力−圧縮率曲線において圧縮
率８０％まで圧縮した場合の衝撃吸収体単位体積あたり
のエネルギー吸収量をいう。

【００３０】

【表１】

【００３１】［比較例２］硬度６３Ａの市販ゴム塊を切
断加工して、実施例１と同一の形状の衝撃吸収体を得
た。この衝撃吸収体の重量は４、５kgf であり、降伏強
度は３０tf/ ｍ² 、単位体積あたりの圧縮エネルギー吸
収量は４５tf・m/m³になったが、圧縮率が高くなるにつ
れて反力が急激に上昇するため、衝突物の損傷を抑制す
る効果が低い。

【００３２】以上から明らかであるように、本発明の衝
撃吸収体は、従来の衝撃吸収体に比べて大きな衝撃エネ
ルギーを吸収することができる。このため、衝突物の損
傷を抑制する効果が大きい。しかもこのものは空中や海
中でも支障なく使用することができ、メインテナンスフ
リーなものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる衝撃吸収体の形状の１例を例
示する図である。

【図２】 本発明に係わる衝撃吸収体の反力−圧縮率曲
線を示す説明図である。

【図３】 従来の衝撃吸収体の反力−圧縮率曲線を示す
説明図である。

【図４】 本発明の衝撃吸収体の反力−圧縮率曲線を示
す説明図である。

【符号の説明】 １ 隔壁 ２ 空洞部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 曲げ弾性率が５００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上
   の材料によって形成された隔壁により囲まれた空洞部
   が、同一方向をなして連続的かつ複層的に形成された構
   造を有し、断面形状がハニカム的形状の衝撃吸収体であ
   って、該衝撃吸収体の空洞部隔壁が座屈変形し、該衝撃
   吸収体の長さ方向（空洞部隔壁と平行方向）の圧縮時に
   おける反力、圧縮率曲線が下記の(a) 及び(b) を満足す
   るように構成された衝撃吸収体の長さ方向の長さの異な
   るものを組み合わせ、反力が均一化されるようにした請
   求項１の衝撃吸収体。 (a) 降伏強度が１００ｔｆ／ｍ² 以上であること。 (b) 圧縮エネルギー吸収量が５０ｔｆ・ｍ／ｍ³ 以上で
   あること。
2. 【請求項２】 請求項１の衝撃吸収体の長さ方向（空洞
   部隔壁と平行方向）の圧縮変形により衝撃エネルギーを
   吸収せしめるようにした衝撃吸収方法。