KR101287640B1 - 충격 흡수재 및 차량용 범퍼 - Google Patents

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야스히코 요네야마
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도시유키 하리야
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

기다란 충격 흡수재가 충격 흡수재의 길이방향으로 연장한 베이스부와, 상기 충격 흡수재의 길이 방향으로 연장하고 베이스부의 일면에서부터 전방으로 연장한, 두 개의, 수직으로 떨어져 위치한 상하부 립을 갖는다. 상기 충격 흡수재의 길이 방향으로 연장한 절취부 또는 만입부는, 예를 들면, 베이스부의 상하부면의 각 에지 또는 그 원단, 외측의 각 상하부 립에서 형성된다. 기다란 충격 흡수재는 페시아와 보강판 사이에 배치된 범퍼 심재로서 사용될 수 있다.

Description

충격 흡수재 및 차량용 범퍼{SHOCK ABSORBING MATERIAL AND VEHICLE BUMPER}
도 1(a) 는 본 발명에 따른 충격 흡수재의 일 실시형태를 도식적으로 보여주는 사시도이다.
도 1(b) 는 도 1(a) 의 측면도이다.
도 2(a) 는 본 발명에 따른 충격 흡수재의 다른 실시형태를 도식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2(b) 는 도 2(a) 의 측면도이다.
도 3(a) 는 본 발명의 충격 흡수재가 충돌 충격을 받을 때 립의 좌굴 방식을 설명하는 측면도이다.
도 3(b) 는 상이한 구조를 갖는 본 발명의 충격 흡수재가 충돌 충격을 받을 때 립의 좌굴 방식을 설명하는 측면도이다.
도 3(c) 는 비교예 1 내지 3 의 충격 흡수재가 충돌 충격을 받을 때 립의 좌굴 방식을 설명하는 측면도이다.
도 4(a) 는 절취부 (cut-away portion) 의 구성예를 보여주는, 본 발명의 충격 흡수재의 확대된 단편도이다.
도 4(b) 는 절취부의 다른 구성예를 보여주는, 본 발명의 충격 흡수재의 확대된 단편도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 충격 흡수재의 다른 실시형태를 도식적으로 도시하는 측면도이다.
도 6 은 본 발명의 충격 흡수재 (곡선 "a") 와 종래의 충격 흡수재 (곡선 "b") 의 압축 곡선이다.
도 7(a) 는 압축 시험 방법을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 7(b) 는 도 7(a) 의 측면도이다.
도 8 은 본 발명에 따른 범퍼를 개략적으로 도시하는 단편적인 수직 단면도이다.
도 9 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 범퍼 심재 형태의 충격 흡수재를 도식적으로 도시하는 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명*
1: 충격 흡수재
2: 베이스부
3a, 3b: 상하부 립
4a, 4b: 상하부 자유단면
5a, 5b: 전후면
6a: 제 1 절취면
6b: 제 2 절취면
7a: 제 3 절취면
7b: 제 4 절취면
31a, 31b: 상하부면
41a, 41b: 상부 및 바닥 외부 표면
본 발명은 차량 등의 대상물과 충돌시 충격 에너지를 흡수하는 충격 흡수재 및 이러한 충격 흡수재를 사용한 차량 범퍼에 관한 것이다.
충돌시 자동차의 운전자 및 탑승자를 보호하고 또한 자동차 본체의 손상을 방지하기 위해서, 범퍼, 천정, 문 등에는 일반적으로 충격 흡수재가 제공된다. 차량 범퍼의 경우, 자동차에 의해 치였을 때 범퍼가 보행자를 또한 보호할 수 있어야 한다는 것이 강하게 요구된다. 보다 자세하게, 압축 시험시, 압축이 시작되면서 압축 하중이 급격하게 증가하고, 압축이 더 가해지면, 보행자가 거의 다치지 않을 정도로 거의 일정하게 유지되는 변형 압축 하중 곡선 (이하에서, "압축 곡선" 이라 칭함) 을 보이는 차량 범퍼가 요구된다.
미국 특허 제 6,890,009 호는, 0.6 ~ 1.3 의 F20/F40 비 (40 % 변형시의 압축 하중 F40 에 대한 20 % 변형시의 압축 하중 F20 의 비) 와 0.75 ~ 1.3 의 F60/F40 의 비 (40 % 변형시의 압축 하중 F40 에 대한 60 % 변형시의 압축 하중 F60 의 비) 를 보이는 범퍼 심재를 개시한다. 따라서, 종래의 범퍼 심재는, 60 % 변형이 될때까지 압축 하중이 크게 증가하지 못하여서 보행자를 보호하는데 기여할 수 있는 압 축 곡선을 보여준다. 그러나, 보행자를 효율적으로 보호하기 위해서는, 이러한 일정한 압축 하중이 광범위한 영역의 변형에서 유지되어야 한다.
본 발명의 목적은, 충격 에너지를 만족할만한 정도로 흡수할 수 있는 충격 흡수재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 압축 하중이 20 ~ 75 % 의 광범위한 변형 영역에서 크게 증가하거나 감소하지 않는 압축 곡선을 보이는 충격 흡수재를 제공하는 것이다.
본 발명의 특별한 목적은 보행자를 보호하도록 구성된 차량용 범퍼 심재로서 사용되는 충격 흡수재를 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태와 관련하여, 합성 수지 발포체로 된 기다란 충격 흡수재는, 상기 충격 흡수재의 길이방향으로 연장하고 또한 대향하는 전후면 및 상기 전후면과 결합하는 대향하는 상하부면을 갖는 베이스부와, 상기 베이스부의 상기 전면으로부터 전방으로 연장하여 상하부의 자유 단면에서 각각 끝나는, 길이방향으로 연장하고 수직으로 이격된 두 개의 상하부 립을 포함하고,
상기 상하부 립은 각각 상부 및 바닥 외부 표면을 갖고, 상기 상부 및 바닥 외부 표면은 상기 베이스부의 상하부면과 만나서, 상기 충격 흡수재는 부재의 길이 방향에 수직인 면을 따르는 U-형의 단면을 가지며,
상부 립은 수직 방향의 두께 (T1)(mm) 및 충격 흡수재의 길이 방향에 수직인 앞뒤 방향의 폭 (H1) 을 가져서, 3 ~ 5 의 H1/T1 비를 제공하고, 상기 하부 립은 수직 방향의 두께 (T2)(mm) 및 앞뒤 방향의 폭 (H2) 을 가져서, 3 ~ 5 의 H2/T2 비를 제공하며, 또한
충격 흡수재 (1) 는 이하의 조건 (A) 와 (C) 중의 하나 이상과 이하의 조건 (B) 와 (D) 중의 하나 이상을 만족해야만 한다:
(A) 상기 상부 립은, 길이방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되며 또한 상부 외부 표면과 상부 자유단면이 만나는 에지 (edge) 를 포함하는, 제 1 절취부를 갖는다,
(B) 상기 하부 립은, 길이방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되고 또한 바닥 외부 표면과 하부 자유단면이 만나는 에지를 포함하는, 제 2 절취부를 갖는다,
(C) 상기 베이스부는, 길이 방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되며 또한 후면과 상부면이 만나는 에지를 포함하는, 제 3 절취부를 갖는다,
(D) 상기 베이스부는, 길이방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되며 또한 후면과 하부면이 만나는 에지를 포함하는, 제 4 절취부를 갖는다.
다른 양태에서, 본 발명은 차량 부착용 범퍼를 제공하는데, 차량 부착용 범퍼가 범퍼 페시아, 보강판을 포함하고, 상기 충격 흡수재가 상기 차량의 주행 방향과 평행하고 그 앞뒤 방향으로 상기 페시아와 상기 보강판 사이에 배치되며, 상기 페시아는 상하부 립의 상하부 외부 표면과 페시아의 내부 둘레 사이에 공간이 형성되도록 구성되어서, 충격 흡수재가 앞뒤 방향에서 외부 충격을 받을 때 좌굴되는 상하부 립부를 수용하도록 한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부의 도면을 참고하여, 본 발명의 바람직한 실시형태의 상세한 설명으로부터 명확해진다.
먼저 도 9 를 참조하면, 도면 부호 (101) 는, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른, 기다란 충격 흡수재를 나타낸다. 충격 흡수재 (101) 는 충격 흡수재 (101) 의 길이방향으로 연장한 베이스부 (102) 및 충격 흡수재의 길이 방향으로 연장하고 또한 베이스부 (102) 의 일 표면으로부터 전방으로 연장한 두개의 수직으로 이격된 상하부 립 (103a, 103b) 를 갖는다. 상하부 립 (103a, 103b) 은, 그것의 원위 단부, 외측의 충격 흡수재의 길이 방향으로 연장한, 각각의 절취부 또는 만입부 (106a, 106b) 를 갖는다.
충격 흡수재 (101) 는, 폴리올레핀 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에스테르 수지, 또는 폴리카보네이트 수지 등의 합성 수지 발포체로 형성된다. 고강도뿐만 아니라 요구되는 가요성, 우수한 완충 특성 및 내구성의 이유 때문에, 폴리에틸렌 수지 발포체, 폴리프로필렌 수지 발포체 또는 스티렌 개질 폴리에틸렌 수지 발포체 등의 폴리올레핀 수지 발포체가 바람직하다. 스티렌 개질 폴리에틸렌 수지는 40 ~ 70 중량 % 의 스티렌 성분 함량을 갖는 것이 바람직하고, 50 ~ 70 중량 % 가 보다 바람직하다.
폴리올레핀 수지는, 예를 들어, 프로필렌 호모폴리머, 프로필렌-부틴 랜덤 공중합체, 프로필렌-부틴 블록 공중합체, 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체, 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체, 또는 프로필렌-에틸렌-부틴 랜덤 테르폴리머 등의 폴리프로필렌 수지; 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 선형 극저밀도 폴리에틸렌, 스티렌 개질 폴리에틸렌 수지, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌-메틸 메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체와 금속 이온 또는 에틸렌-아크릴산 말레익 무수 테르폴리머의 분자간 가교에 의해 얻어진 이오노머 수지 등의 폴리에틸렌 수지; 폴리부틴-1; 및 폴리펜텐 등일 수 있다. 폴리올레핀 수지는, 그 폴리머 체인의 올레핀 성분이 30 중량 % 이상인 것이 바람직하고, 50 중량 % 이상인 것이 보다 바람직하다.
상기 폴리올레핀 수지 중에서, 30 중량 % 이상, 바람직하게는 50 중량 % 이상, 보다 바람직하게는 80 중량 % 이상의 프로필렌 성분을 갖는 폴리프로필렌 수지가 우수한 강성에 대해 바람직하다. 폴리프로필렌 수지는 900 MPa 이상, 보다 바람직하게는 1000 MPa 이상, 가장 바람직하게는 1050 MPa 이상의 인장탄성률을 갖는데, 왜냐하면 저중량 및 고강성 충격 흡수재를 얻을 수 있기 때문이다. 인장탄성률의 상한치는 일반적으로 약 3000 MPa 이다. 프로필렌 호모폴리머는 가장 큰 인장탄성률을 갖는다. 프로필렌 함량이 높은 프로필렌 공중합체는 또한 큰 인장탄성률을 가질 수 있다. 여기에서 사용된 "인장탄성률" 은 탄성률이 1 mm/분인 JIS K 7162(1994) 에 기재된 1A 형 시편 (사출성형에 의해 직접 성형됨) 을 사용한 일본 공업 규격 JIS K7161(1994) 에 따라 측정된다.
합성 수지 발포체, 특히 폴리프로필렌 수지 발포체로 형성된 충격 흡수재는, 우수한 압축 특성으로 인해 0.022 ~ 0.13 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖고, 보다 바람직하게는 0.03 ~ 0.10 g/cm3, 보다 더욱 바람직하게는 0.04 ~0.09 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는다. 합성 수지 발포체가 과도하게 큰 겉보기 밀도를 가지면, 그 압축 곡선의 압축 하중이 매우 커져서 충격 흡수재가 충돌하는 물체가 심각하게 손상될 수 있다는 가능성이 매우 높다. 합성 수지 발포체가 아주 낮은 겉보기 밀도를 가지면, 충격 에너지를 충분히 흡수하기 위해 그 부피를 증가시킬 필요가 있다. 여기에서 사용된 "겉보기 밀도" 는 그 중량을 부피로 나누어서 얻어진 값이다. 부피는, 시편을 눈금 실린더의 물에 침지시킨 후에 수위의 상승을 결정하는 침지법에 의해 측정된다.
합성 수지 발포체의 충격 흡수재는 수지의 팽창된 비드가 몰드내에서 가열되어 융합-접착 (fuse-bonded) 되는 발포 성형법에 의해 제조될 수 있다. 이러한 발포 성형법은 본 발명의 충격 흡수재와 같이, 복잡한 형태를 갖는 발포 성형품을 쉽게 생산할 수 있고, 또한 바람직하다. 팽창된 비드는 종래의 어떠한 적절한 방법에 의해서도 제조될 수 있다. 프로필렌 수지 팽창된 비드를 성형하여 형성된 충격 흡수재는 우수한 강성, 내열성 및 인성을 가져서 범퍼 심재 등의, 자동차용 충격 흡수재로서의 사용에 적합하다. 스티렌 개질 폴리에틸렌 수지 팽창된 비드를 성형하여 형성된 충격 흡수재는 또한 자동차용 충격 흡수 용품으로 사용될 수 있다. 스티렌 개질 폴리에틸렌 수지 팽창된 비드로부터 얻어진 발포 성형은 폴리프로필렌 수지 팽창된 비드로부터 얻어진 것과 비교하여 인성은 열등하지만, 생산 비용면에서는 우수하다.
차량의 전면에 장착된 범퍼 심재로 사용될 때, 기다란 충격 흡수재 (101) 는 측, 즉 전후방향 (차량의 주행 방향) 에 대해 수직한 방향으로 연장한다. 범퍼는 일반적으로 차량의 옆으로부터 굽어져서 범퍼 심재 (기다란 충격 흡수재) (101) 의 전면 또한 굽어진다. 예를 들면, 범퍼 심재 (101) 의 전면은 도 9 에 도시된 바와 같이 활처럼 부드럽게 굽어질 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 전면은 그 중간부에서 직선이고 중간부의 대향 단부에서 범퍼 심재의 두 단부로 연장한 두 개의 만곡부 또는 곡선부를 가질 수 있다. 범퍼 심재의 전면은 일반적으로 페시아 (fascia) 의 내면의 형태와 일치하도록 구성된다. 유사하게, 범퍼 심재의 후면은 선형 또는 곡선일 수 있고 일반적으로 빔의 형태와 일치하도록 구성된다. 따라서, 범퍼 심재의 형태는 중요한 것은 아니다. 범퍼 심재의 구성은, 범퍼 심재가 설치된 범퍼의 구성에 따라 임의로 변화될 수 있다.
본 발명의 기다란 충격 흡수재의 구체적인 구조가 설명된다. 설명의 간편화를 위해서, 본 발명의 기다란 충격 흡수재는 일반적으로, 이하에 있어서 선형 구조를 갖는 것으로 설명된다.
도 1(a) 및 도 1(b) 를 참조하여, 기다란 충격 흡수재 (1) 는 충격 흡수재의 길이방향으로 연장한 베이스부 (2) 와, 대향하는 전후면 (5a, 5b) 과, 전후면 (5a, 5b) 과 결합하는 대향하는 상하부면 (31a, 31b) 을 갖는다. 길이방향으로 연장하고, 수직으로 이격된 두개의 상하부 립 (3a, 3b) 은 베이스부 (2) 의 전면 (5a) 로부터 전방으로 연장한다. 상하부 립 (3a, 3b) 은 각각, 상하부 자유단면 (4a, 4b) 에서 끝난다.
상하부 립 (3a, 3b) 은 각각, 상부 및 바닥 외부 표면 (41a, 41b) 을 갖는다. 상부 및 바닥 외부 표면 (41a, 41b) 은 각각, 베이스부 (2) 의 상하부면 (31a, 31b) 과 만나서, 충격 흡수재 (1) 는 일반적으로 그 길이방향에 수직인 면 (즉, 그 앞뒤 방향과 평행인 면) 을 따라 U-형의 단면을 갖는다. 충격 흡수재 (1) 는, 그 앞뒤 방향과 평행한, 도 1(a) 및 도 1(b) 의 화살표 A 또는 B 방향에 적용된 충격 에너지를 흡수하도록 구성된다.
도시된 실시형태에 있어서, 상하부 립 (3a, 3b) 은 실질적으로 서로 평행하고 또한 실질적으로 전후면 (5a, 5b) 에 수직한 방향으로 연장한다. 이러한 구성은 중요하지는 않다. 상하부 립 (3a, 3b) 은, 비록 상부 립 (3a) 의 중심선 (C1) 과 하부 립 (3b) 의 중심선 (C2) 사이의 각이 바람직하게는 -20°~ +20°, 보다 바람직하게는 -10°~ +10°이더라도, 서로 평행할 수 없다. 또한, 상하부 립 (3a, 3b) 의 중심선 (C1, C2) 은 충격 흡수재 (1) 의 전후면 방향에 대해, -5°~ +15°, 바람직하게는 0°~ 10° 의 각도로 배향될 수 있다. 여기서 음의 각은, 도 1(b) 에 있어서, 상부 립 (3a) 의 중심선 (C1) 이 그 원위 자유단부를 향해 아래쪽을 각을 이루고 또는 하부 립 (3b) 의 중심선 (C2) 이 그 원위 자유단부를 향해 상방으로 각을 이룬다는 것을 나타낸다. 따라서, 중심선 (C1, C2) 의 각각은 충격 흡수재 (1) 의 앞뒤 방향에 비해 양의 각으로 방향지어져서, 상하부 립 (3a, 3b) 은 그 원위 자유단부를 향해 갈라지게 된다.
상하부 립 (3a, 3b) 을 변형의 초기 단계에서 압축 하중의 급격한 증가 및 광역 변형 범위 (예를 들면 20 ~ 75 % 의 변형 범위) 에서 압축 하중의 급격한 감소를 방지하면서 좌굴되어 충돌 에너지를 충분히 흡수하도록 하기 위해서, 상부 립 (3a) 은 수직 방향의 두께 (T1)(mm) 및 앞뒤 방향의 폭 (H1) 을 가져서, 3 ~ 5 의 H1/T1 비를 제공하고, 상기 하부 립 (3b) 은 수직 방향의 두께 (T2)(mm) 및 앞뒤 방향의 폭 (H2) 를 가져서, 3 ~ 5 의 H2/T2 비를 제공한다.
충격 흡수재 (1) 가 범퍼 심재로 사용될 때, 각각의 폭 (H1, H2) 은 바람직하게는 30 ~ 150 mm, 보다 바람직하게는 35 ~ 120 mm 이고, 각각의 두께 (T1, T2) 는 바람직하게는 8 ~ 50 mm, 보다 바람직하게는 10 ~ 30 mm 이다. 립 (3a, 3b) 의 폭이 상기 범위에 있을 때, 충돌 에너지는 앞뒤 방향으로 범퍼의 치수를 증가시키지 않고 효과적으로 흡수될 수 있다. 립 (3a, 3b) 의 두께가 상기 범위에 있을 때, 범퍼 심재는 높은 강도를 가져서, 충돌시 압축 하중을 증가시키지 않고 보행자를 보호하기 위해 충돌 에너지를 흡수할 수 있다. 각각의 두께 (T1, T2) 는 립 (3a, 3b) 의 폭방향으로 변화하거나 일정할 수 있다.
여기에 사용된 바와 같이, 립 (3a, 3b) 의 "폭 (H1, H2)" 은, 립이 각각 그 원위 자유단면 (4a, 4b) 으로 연장하는 전면 (5a) 으로부터의 그 치수의 길이를 나타낸다. 두께 (T1, T2) 는 립 (3a, 3b) 의 방향으로 변화하거나 일정할 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, "두께 (T1, T2)" 는, 각각, 단면적 (S1, S2) 을 폭 (H1, H2) 로 나누어서 얻어진다 (T1=S1/H1 및 T2=S2/H2) . 단면적 (S1, S2) 은 도 1(b) 의 해치된 부분의 영역이다.
충격 흡수재 (1) 가 범퍼 심재로 사용될 때, 베이스부 (2) 의 앞뒤 방향의 두께 (P) 및 폭 (H1, H2) 의 총 길이인, 앞뒤 방향의 최대 치수 (R) 는, 그 컴팩트성 및 충돌 에너지의 양호한 흡수의 관점에서, 바람직하게는 30 ~ 160 mm, 보다 바람직하게는 40 ~ 130 mm 이다.
충격 흡수재 (1) 는 이하의 조건 (A) 와 (C) 중의 하나 이상과 이하의 조건 (B) 와 (D) 중의 하나 이상을 만족해야만 한다:
(A) 상부 립 (3a) 은, 길이방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되며 또한 상부 외부 표면 (41a) 과 상부 자유단면 (4a) 이 만나는 에지 (edge) 를 포함하는, 제 1 절취부 (6a) 를 갖는다,
(B) 하부 립 (3b) 은, 길이 방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되고 또한 바닥 외부 표면 (41b) 과 하부 자유단면 (4b) 이 만나는 에지를 포함하는, 제 2 절취부 (6b) 를 갖는다,
(C) 베이스부 (2) 는, 길이 방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되며 또한 후면 (5b) 과 상부면 (31a) 이 만나는 에지를 포함하는, 제 3 절취부 (7a) 를 갖는다,
(D) 베이스부 (2) 는, 길이방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되며 또한 후면 (5b) 과 하부면 (31b) 이 만나는 에지를 포함하는, 제 4 절취부 (7b) 를 갖는다.
도 1(a) 및 도 1(b) 에 도시된 실시형태에 있어서, 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 가 모두 형성된다. 도 2(a) 및 도 (2b) 에 도시된 실시형태는 제 3 및 제 4 절취부 (7a, 7b) 가 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 대신에 형성된다는 것을 제외하고는, 도 1(a) 및 도 1(b) 와 동일하다. 따라서, 도 2(a) 및 도 (2b) 에 있어서, 도 1(a) 및 도 1(b) 와 유사한 구성 부분은 동일한 도면 부호로 구성되며 따라서 그에 대한 설명은 하지 않는다.
일반적으로 또한 바람직하게는, 본 발명의 충격 흡수재는 성형에 의해 제조된다. 특히, 합성 수지의 발포 및 팽창된 비드는 생성될 충격 흡수재의 외형과 일치하는 형상으로 된 성형 캐비티 (mold cavity) 내에 충진되고 가열되어 비드를 함께 용융 접착하여, 이에 따라 원하는 절취면을 갖는 발포 성형품 형태의 충격 흡수재를 얻게 된다. 따라서 제 1 ~ 제 4 절취부 (6a, 6b, 7a, 7b) 는 발포 성형품이 생산될 때 성형에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 원한다면, 이러한 절취부는, 발포 성형품이 생산된 후에 밀링에 의해 형성될 수 있다.
상기 조건 (A) 와 (C) 중의 하나 이상과 상기 조건 (B) 와 (D) 중의 하나 이상을 만족하는 충격 흡수재는, 압축 하중이 약 25 ~ 약 75 % 의 광역 변형 범위 내에서 급격하게 증가 또는 감소하지 않는 압축 곡선을 보여준다.
도 3(a) 를 참조하여, 화살표 (A) 의 방향으로 충격 흡수재 (1) 에 충격이 가해지면, 립 (3a, 3b) 은 좌굴된다. 이 경우에, 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 존재로 인해, 립 (3a, 3b) 이 외부로 좌굴되거나 휘어진다. 따라서, 상부 립 (3a) 또는 하부 립 (3b) 중 어느 하나도 베이스부 (2) 에 쌓이지 않고, 이에 따라, 립 (3a, 3b) 의 변형이 상당하게 증가하더라도, 압축 하중이 증가하지 않게 된다.
이와 유사하게, 도 3(b) 에 도시된 바와 같이, 화살표 (B) 의 방향으로 절취부 (7a, 7b) 를 갖는 충격 흡수재 (1) 에 충격이 가해지면, 립 (3a, 3b) 은 외부로 좌굴되거나 휘어져서, 립 (3a, 3b) 의 변형이 상당하게 증가하더라도, 압축 하중이 증가하지 않게 된다.
반면에, 도 3(a) 와 같이, 이러한 절취부가 존재하지 않으면, 립 (3a, 3b) 은 내부로 좌굴되거나 휘어지려 할 것이다. 내부로 좌굴이 발생하면, 상하부 립 (3a, 3b) 은 베이스부 (2) 에 쌓이고, 이에 따라, 립 (3a, 3b)의 변형이 상당하게 증가하면, 압축 하중이 증가하게 된다.
상기 조건 (A) 와 (C) 중의 하나 이상과 상기 조건 (B) 와 (D) 중의 하나 이상이 만족되면, 약 25 ~ 약 75 % 의 변형 범위에서의 상당한 증가 또는 감소를 막기 위한 상기 목적이 달성될 수 있다. 그러나, 충격 흡수재가 사용되어 충돌 충격이 원위 자유단면 (4a, 4b) 에 적용될 때는, 도 3(a) 에 도시된 바와 같이, 상기 조건 (A) 와 (B) 중 하나 이상을 만족하는 것이 바람직하다.
각각 제 1 ~ 제 4 절취부 (6a, 6b, 7a, 7b) 의 구성 및 형태는 특별하게 제한되지 않는다. 절취부의 바람직한 구성은 도 4(a) 및 도 4(b) 를 참조하여 이하에 설명되며, 제 1 및 제 3 절취부 (6a, 7a) 만이 간결함을 위해 참조된다. 이에 따라, 절취부의 구성에 대한 설명은, 또한 다른 절취부 (6b, 7b) 에도 적용된다. 절취부 (6a, 7a) 는, 상부 자유단면 (4a) (후면 (5b)) 상의 위치 E1 및 상부 외부 표면 (41a)(상부면 (31a)) 상의 위치 E2 에서 상부 립 (3a)(베이스부 (2)) 의 에지부를 절취함으로써, 상부 자유단면 (4a)(후면(5b)) 과 상부 외부 표면 (41a)(상부면 (31a)) 사이에서 형성된다. 상부 자유단면 (4a)(후면(5b)) 및 상부 외부 표면 (41a)(상부면 (31a)) 은 에지 (E3) 에서 만난다. 절취부 (6a, 7a) 는, 충격 흡수재 (1) 의 제조의 편리성을 위해, 도 4(a) 와 같이 단면이 직사각형이고 또는 도 4(b) 와 같이 단면이 삼각형인데, 어떠한 형태도 가능하다.
위치 (E1, E2) 는, 에지 (E3) 와 위치 (E1) 사이의 거리 (L1) 가 0.15 ×T1 ~ 0.8 × T1 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.15 ×T1 ~ 0.5 × T1 이고, 또한 에지 (E3) 와 위치 (E2) 사이의 거리 (L2) 는 0.02 ×R ~ 0.6 × R 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.03 ×R ~ 0.5 × R 이며, 이때 T1 은 상기의 상부 립 (3a) 의 두께이고 R 은 충격 흡수재의 폭 (앞뒤 방향) 이다. 절취부 (6a, 7a) 는 0.01×R×T1 ~ 0.2×R×T1 의 절취 면적을 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01×R×T1 ~ 0.1×R×T1 이다. 거리 (L1) 는 바람직하게는 2 ~ 20 mm, 보다 바람직하게는 3 ~ 12 mm, 보다 더욱 바람직하게는 3 ~ 8 mm 이며, 거리 (L2) 는 바람직하게는 2 ~ 50 mm, 보다 바람직하게는 3 ~ 30 mm, 보다 더욱 바람직하게는 3 ~ 20 mm 이다.
제 1 ~ 제 4 절취부 (6a, 6b, 7a, 7b) 의 각각은 충격 흡수재 (1) 의 길이 방향으로 연속하여 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 원한다면, 각 절취부는, 앞뒤 방향으로 충돌 충격을 받을 때 립 (3a, 3b) 이 외부로 좌굴될 수 있으면, 충격 흡수재 (1) 의 길이 방향으로 단속적으로 형성될 수도 있다.
각각의 립 (3a, 3b) 은, 저하중에서의 굽힘 파단이 방지되기 때문에, JIS K 7221-2(1999) 에 기재된 굽힘 시험에 따라 측정된 10 mm 이상의 편차를 갖는다. 굽힘 시험에서, 120 mm 의 길이, 25 mm 의 폭, 20 mm 의 두께를 갖는 시편은 립 (3a, 3b) 로부터 절취되어서 립의 표면에 시편이 존재하지 않게 된다. 시편은 100 mm 의 거리로 서로 이격된 두 개의 지지점에서 지지되고 10 mm/분의 비율로 압착된다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시형태를 도시하며, 도 1(a) 및 도 1(b) 와 유사한 구성부는 동일한 도면 부호를 사용하고 따라서 반복하여 설명하지 않는다. 이 실시형태에 있어서, 보조 립 (11) 이 상하부 립 (3a, 3b) 사이에 추가적으로 제공된다. 보조 립 (11) 은 수직 방향으로 두께 (t)(mm) 및 앞뒤 방향으로 폭 (h) 를 가져서 4 ~ 8 의 h/t 비율을 제공하는 것이 바람직하다. h/t 비율은 상하부 립 (3a, 3b) 의 H1/T1 및 H2/T2 비율보다 큰 것이 바람직한데, 왜냐하면 최종 충격 흡수재가 안정적인 일정한 압축 하중 영역이 광역 변형 범위에서 계속되는 압 축 곡선을 가질 수 있기 때문이다. 또한, 이러한 보조 립 (11) 의 제공은, 립 (3a, 3b) 의 기계적 강도를 감소시켜서, 겉보기 밀도를 감소시키도록 한다.
보조 립 (11) 의 폭 (h) 은 립 (3a 및/또는 3b) 의 폭 (H1 및/또는 H2) 과 동일하거나 거의 동일한 것이 바람직한데, 왜냐하면 원하는 하중 범위에 일정한 압축 하중을 효과적으로 양호하게 적용시키는 것이 가능하기 때문에 충돌의 초기 단계시의 충격 흡수재의 강도가 향상될 수 있기 때문이다.
보조 립 (11) 의 두께 (t) 는 상하부 립 (3a, 3b) 의 두께 (T1, T2) 미만인 것이 바람직하고 보다 바람직하게는 두께 (T1, T2) 의 80 % 미만이다. 이 경우에, 보조 립 (11) 의 겉보기 밀도는 상하부 립 (3a, 3b) 과 동일한 것이 바람직하다. 보조 립 (11) 의 두께는 바람직하게는 7 ~ 25 mm, 보다 바람직하게는 8 ~ 20 mm, 보다 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 mm 이다. 여기에 사용된 "두께 (t)" 는 두께 (T1, T2) 를 참조하여 상기에서와 같이 동일하게 결정된다. 보조 립 (11) 의 두께는 앞뒤 방향에서 균일하거나 또는 비균일일 수 있다. 원한다면, 두 개 이상의 이러한 보조 립이 제공될 수도 있다.
상기의 구조에 따라, 본 발명의 충격 흡수재는, 압축 하중이 약 25 ~ 약 75 % 의 광역 변형 범위의 변형으로 거의 일정하고 또한 특히 자동차용 점퍼 심재용으로 적합한 압축 곡선을 보여준다. 본 발명의 충격 흡수재의 바람직한 충격 흡수 특성이 이하에 설명된다.
본 발명의 기다란 충격 흡수재는, 50 mm 의 외경을 갖는 강성 관을 사용하는 동적 압축 시험 (충격 속도 20 km/시) 을 받을 때, 0.75 ~ 1.30 의 50 % 변형시의 압축 하중 (F50) 에 대한 25 % 변형시의 압축 하중 (F25) 의 비 F25/F50 및 0.75 ~ 1.30 의 50 % 변형시의 압축 하중 (F50) 에 대한 75 % 변형시의 압축 하중 (F75) 의 비 F75/F50 를 갖는 것이 바람직하다. 각각의 F25/F50 비 및 F75/F50 비는 보다 바람직하게는 0.80 ~ 1.20, 보다 더욱 바람직하게는 0.85 ~ 1.10 이다.
F25/F50 비 및 F75/F50 비가 상기 범위 내에 있으면, 충격 흡수재는 통상적으로, 압축 하중이 충돌의 초기 단계시에 급격하게 증가하고 (10 % 변형까지) 25 ~ 78 % 의 변형 범위에서 거의 일정하게 되는 변형 응력 곡선 "a" 를 보여준다(도 6 참조). 25 % 변형 ~ 75 % 변형 사이에서 압축 곡선 "a" 의 편평한 영역의 존재로 인해, 충돌 에너지는 평평한 영역에서 효과적으로 흡수될 수 있다. 또한, 편평한 영역에서의 압축 하중은 50 % 변형시의 압축 하중 (F50) 을 과도하게 초과하지 않는다.
F25/F50 비가 0.75 이상이면, 압축 하중은 충돌의 초기 단계에 증가하여, 충돌 에너지는 낮은 변형 범위에서 충분히 흡수될 수 있다. F25/F50 비가 1.30 이하이면, 충격 흡수재와 충돌하는 보행자의 다리 등의 대상물이 손상을 입지 않고 낮은 변형 범위에서 효과적으로 보호될 수 있다. F75/F50 비가 0.75 이상이면, 압축 하중은 50 % 이상의 변형에서 감소하지 않고, 충돌 충격은 높은 변형 범위에 서 충분히 흡수될 수 있다. F75/F50 비가 1.30 보다 크면, 앞뒤 방향의 충격 흡수재의 전체 폭은 충돌 에너지를 흡수하기 위한 효과적인 일격으로 사용될 수 있다. 보행자를 충분히 보호하고 충돌 에너지를 충분히 흡수하기 위해서, 50 % 변형시의 압축 하중 (F50) 에 대한 80 % 변형 시의 압축 하중 (F80) 의 비 F80/F50 가 1.3 이하인 것이 또한 바람직하다. 도 6 에서, 곡선 "b" 는 절취부를 갖지 않는 종래의 충격 흡수재의 압축 곡선을 타나낸다.
충격 흡수재가 범퍼 심재로 사용될 때, 충돌 에너지의 충분한 흡수 및 충돌 충격으로부터 보행자의 다리를 충분히 보호하기 위한 이유로, 50 % 변형시의 압축 하중 (F50) 은 2 ~ 9 kN 의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 ~ 5 kN 이다. 동일한 이유로, 25 % 변형시의 압축 하중 (F25) 은 바람직하게는 2 ~ 9 kN, 보다 바람직하게는 2 ~ 5 kN 이고, 75 % 변형시의 압축 하중 (F75) 은 바람직하게는 2 ~ 9 kN, 보다 바람직하게는 2 ~ 5 kN 이다.
여기에서 사용된 압축 곡선은 동적 압축 시험 (중추 낙하 시험) 으로 얻어진 변형의 함수로서 압축 하중을 도시한 것이고, 이때 50 mm 의 외경을 갖는 충격 장치로서의 강성 관이 20 km/시의 충돌 속도로 시험 표본 상에 자유낙하 하도록 된다. 충돌 속도는 낙하 높이를 조절하여 20 km/시 로 조절된다. 압축 시험은 50 % 의 상대습도하의 23 ℃ 에서 수행된다.
압축 시험법은, 압축 시험하에서 시편 (21) 을 개략적으로 도시하는, 각각의 전면 및 측면 도면인 도 7(a) 및도 7(b) 를 참조하여 설명한다. 시편 (21) 은 기다란 충격 흡수재를 25 cm 이상의 길이 "d1" 으로 측면 절취하여 얻어진다. 따라서, 시편 (21) 은, 25 cm 이상의 길이 방향의 길이 "d1" 과, 앞뒤 방향으로 충격 흡수재의 폭과 동일한 폭 "d2" 과, 수직 방향으로 충격 흡수재의 높이와 동일한 높이 "d3" 를 갖는다.
시편 (21) 은, 그 자유 단면이 상부와 마주하고 (도 7(b) 참조) 또는 그 후면이 상부와 마주하는 (도시되지 않음) 강성 지지 테이블 (23) 상에 위치된다. 그 후에, 강성 관 (22) 은 시편 (21) 에 자유 낙하하여 관 (22) 의 축선 방향이 시편 (21) 의 길이 방향에 수직이 되도록 한다. 충격 장치 (24) 에는 관 (22) 이 고정된다. 압축 시험은, 변형의 함수로서 압축 하중을 도시하기 위해 감속 및 변위를 기록하면서 실시된다. 이에 따라 얻어진 압축 곡선으로부터 F25, F50, F75 를 결정하여, 이로부터 F25/F50, F70/F50, F80/F50 을 계산한다. 감속 및 변위의 측정시의 전기 노이즈는 적합하게 선택된 저역 통과 필터 (low pass filter) 를 사용하여 처리되어, 감속 및 변위의 과도한 변화를 피할 수 있게 된다. 하중은 중력을 고려하여 충격 장치의 중량과 감속에 기초하여 계산된다.
도 8 은 범퍼 심재 (51) 로서, 도 1(a) 및 도 1(b) 의 충격 흡수재를 사용한 차량용 범퍼를 개략적으로 도시한다. 범퍼는 빔 등의 보강판 (33) 과 범퍼 페시아 (32) 를 갖는다. 범퍼 심재 (51) 는 차량의 주행 방향과 평행한 그 앞뒤 방향으로, 페시아 (32) 와 보강판 (33) 사이에 배치된다. 도 8 에 도시된 바람 직한 실시형태에 있어서, 자유 단면 (4a, 4b) 은 페시아 (32) 와 마주한다. 범퍼 심재 (51) 의 높이는 실질적으로 범퍼 빔 (33) 의 높이와 동일한 것이 바람직하다.
페시아 (32) 는 각각, 상하부 립 (3a, 3b) 의 상하부 외부 표면 (41a, 41b) 과 페시아 (32) 의 내부 둘레 사이에 공간 (34a, 34b) 이 형성되도록 구성되어서, 충격 흡수재가 앞뒤 방향에서 외부 충격을 받을 때 좌굴되는 상하부 립 (3a, 3b) 을 수용하게 된다.
본 발명의 충격 흡수재는, 자동차용 범퍼, 천정, 문 등에 제공되는 충격 에너지 흡수 부재로서 사용되기에 특히 적합하다.
이하의 실시예가 본 발명을 더욱 기술한다.
실시예 1
1120 MPa 의 인장탄성률을 갖는 폴리프로필렌 수지 (프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.16 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 증기로 가열된 후 도 1(a) 및 도 1(b) 의 구조와 0.113 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 발포 성형품 (충격 흡수재) 을 얻었다. 충격 흡수재의 치수는 이하와 같았다 (표 1 에 나타남):
베이스부의 두께 (P)(앞뒤 방향으로): 8 mm
베이스부의 높이 (Q)(수직 방향으로)(충격 흡수재의 높이): 80 mm
각 립의 폭 (H)(앞뒤 방향으로): 87 mm
각 립의 두께 (T)(수직 방향으로): 20.5 mm (근위 단부에서 21 mm 이고 원위 단부 근처에서 20 mm)
충격 흡수재의 폭 (R)(앞뒤 방향으로): 95 mm
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 높이 (L1)(수직 방향으로): 5 mm
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 폭 (L2)(앞뒤 방향으로): 10 mm
실시예 2
1120 MPa 의 인장탄성률을 갖는 폴리프로필렌 수지 (에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.16 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 증기로 가열된 후 도 1(a) 및 도 1(b) 의 구조와 0.113 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재를 얻었다. 충격 흡수재의 치수는 이하와 같았다 (표 1 에 나타남):
베이스부의 두께 (P): 8 mm
베이스부의 높이 (Q): 80 mm
각 립의 폭 (H): 87 mm
각 립의 두께 (T): 20.5 mm (근위 단부에서 21 mm 이고 원위 단부 근처에서 20 mm)
충격 흡수재의 폭 (R): 95 mm
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 높이 (L1): 5 mm
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 폭 (L2): 15 mm
실시예 3
1120 MPa 의 인장탄성률을 갖는 폴리프로필렌 수지 (에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.12 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 증기로 가열된 후 도 1(a) 및 도 1(b) 의 구조와 0.082 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재를 얻었다. 충격 흡수재의 치수는 이하와 같았다 (표 1 에 나타남):
베이스부의 두께 (P): 12 mm
베이스부의 높이 (Q): 100 mm
각 립의 폭 (H): 83 mm
각 립의 두께 (T): 19.5 mm (근위 단부에서 20 mm 이고 원위 단부 근처에서 19 mm)
충격 흡수재의 폭 (R): 95 mm
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 높이 (L1): 5 mm
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 폭 (L2): 10 mm
실시예 4
1120 MPa 의 인장탄성률을 갖는 폴리프로필렌 수지 (에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.076 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 증기로 가열된 후 도 5 의 구조와 0.060 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재 형태의 발포 성형품을 얻었다. 몰드는 상하부 립 사이에 보조 립이 제공된 구조를 가졌다. 충격 흡수재의 치수는 이하와 같았다 (표 1 에 나타남):
베이스부의 두께 (P): 12 mm
베이스부의 높이 (Q): 100 mm
각 립의 폭 (H): 83 mm
각 립의 두께 (T): 19.5 mm (근위 단부에서 20 mm 이고 원위 단부 근처에서 19 mm)
충격 흡수재의 폭 (R): 95 mm
보조 립의 폭 (h): 83 mm
보조 립의 두께 (t): 15 mm (근위 단부에서 16 mm 이고 원위 단부 근처에서 14 mm)
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 높이 (L1): 5 mm
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 폭 (L2): 10 mm
실시예 5
실시예 3 이 반복되어 도 1(a) 및 도 1(b) 의 구조와 0.082 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재 형태의 유사 발포 성형품을 얻었다. 충격 흡수재의 치수는 실시예 3 의 충격 흡수재와 동일했다 (표 1 에 나타남).
실시예 6
1120 MPa 의 인장탄성률을 갖는 폴리프로필렌 수지 (에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.26 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 증기로 가열된 후 도 1(a) 및 도 1(b) 의 구조와 0.18 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재 형태의 발포 성형품을 얻었다. 충격 흡수재의 치수는 이하와 같았다 (표 1 에 나타남):
베이스부의 두께 (P): 12 mm
베이스부의 높이 (Q): 80 mm
각 립의 폭 (H): 83 mm
각 립의 두께 (T): 22 mm (근위 단부에서 23 mm 이고 원위 단부 근처에서 21 mm)
충격 흡수재의 폭 (R): 95 mm
사형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 높이 (L1): 5 mm
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 폭 (L2): 10 mm
실시예 7
1120 MPa 의 인장탄성률을 갖는 폴리프로필렌 수지 (에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.029 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 증기로 가열된 후 도 1(a) 및 도 1(b) 의 구조와 0.020 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재 형태의 발포 성형품을 얻었다. 충격 흡수재의 치수는 이하와 같았다 (표 1 에 나타남):
베이스부의 두께 (P): 12 mm
베이스부의 높이 (Q): 80 mm
각 립의 폭 (H): 83 mm
각 립의 두께 (T): 19.5 mm (근접 단부에서 20 mm 이고 원단 근처에서 19 mm)
충격 흡수재의 폭 (R): 95 mm
제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 직사각형의 높이 (L1): 5 mm
제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 직사각형의 폭 (L2): 10 mm
실시예 8
상이한 구조를 갖는 몰드가 사용된다는 것을 제외하고는 상기와 동일한 방식으로 실시예 3 이 반복되어서, 제 1 및 제 2 절취부가 형성되는 대신에, 도 2(a) 및 도 2(b) 에 도시된 바와 같이 제 3 및 제 4 절취부 (7a, 7b) 가 베이스부의 상하부 표면의 에지에 형성되었다. 제 3 및 제 4 절취부의 높이 (L1) 와 폭 (L2) 은 각각 5 mm 와 10 mm 이었다. 상기의 점을 제외하고는, 실시예 8 의 충격 흡수재는 실시예 3 과 동일한 치수 및 구조를 가졌다.
실시예 9
상이한 구조를 갖는 몰드가 사용된다는 것을 제외하고는 상기와 동일한 방식으로 실시예 3 이 반복되어서, 각 립의 두께 (T) 는 20.5 mm 가 되었다 (근위 단부에서는 21 mm 이고 원위 단부 근처에서는 20 mm). 상기의 점을 제외하고는, 실시예 9 의 충격 흡수재는 실시예 3 과 동일한 치수 및 구조를 가졌다.
실시예 10
스티렌 개질 폴리에틸렌 수지 (폴리에틸렌-스티렌 그래프트 공중합체 (스티 렌 성분 함량: 60 중량 %)) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.094 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 증기로 가열된 후 도 1(a) 및 도 1(b) 의 구조와 0.067 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재 형태의 발포 상형품을 얻었다. 충격 흡수재의 치수는 실시예 3 과 같았다 (표 1 에 나타남):
비교예 1 및 2
1120 MPa 의 인장탄성률을 갖는 프로필렌 수지 (에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.16 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 스팀으로 가열된 후 0.113 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재 형태의 발포 성형품을 얻었다. 충격 흡수재는 제 1 절취부 (6a) 와 제 2 절취부 (6b) 가 형성되지 않았다는 점을 제외하고는 도 1(a) 및 도 (1b) 와 동일한 구조를 가졌다. 충격 흡수재의 치수는 이하와 같았다 (표 1 에 나타남):
베이스부의 두께 (P)(앞뒤 방향으로): 8 mm
베이스부의 높이 (Q)(수직 방향으로)(충격 흡수재의 높이): 80 mm
각 립의 폭 (H)(앞뒤 방향으로): 87 mm
각 립의 두께 (T)(수직 방향으로): 20.5 mm (근위 단부에서 21 mm 이고 원위 단부 근처에서 20 mm)
충격 흡수재의 폭 (R)(앞뒤 방향으로): 95 mm
비교예 3
1120 MPa 의 인장탄성률을 갖는 프로필렌 수지 (에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.16 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 증기로 가열된 후 0.113 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재 형태의 발포 성형품을 얻었다. 충격 흡수재는 제 1 절취부 (6a) 와 제 2 절취부 (6b) 가 형성되지 않았다는 점을 제외하고는 도 1(a) 및 도 (1b) 와 동일한 구조를 가졌다. 충격 흡수재의 치수는 이하와 같았다 (표 1 에 나타남):
베이스부의 두께 (P)(앞뒤 방향으로): 8 mm
베이스부의 높이 (Q)(수직 방향으로)(충격 흡수재의 높이): 80 mm
각 립의 폭 (H)(앞뒤 방향으로): 87 mm
각 립의 두께 (T)(수직 방향으로): 15.5 mm (근위 단부에서 16 mm 이고 원위 단부 근처에서 15 mm)
충격 흡수재의 폭 (R)(앞뒤 방향으로): 95 mm
비교예 4
1120 MPa 의 인장탄성률을 갖는 프로필렌 수지 (에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.16 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 증기로 가열된 후 0.113 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재 형태의 발포 성형품을 얻었다. 충격 흡재는 제 1 절취부 (6a) 와 제 2 절취부 (6b) 가 형성되지 않았으나, 대신에, 각각 길이 방향으로 연장한 내부 직사각형 절취부가 립의 내측에서 형 성되었다는 점을 제외하고는, 도 1(a) 및 도 (1b) 와 동일한 구조를 가졌다. 즉, 내부 절취부중 하나가 인접한 부분을 절취함으로써 형성되었고 내부 표면에서 대향하는 상부 외부 표면 (41a) 과 상부 자유 단면 (4a) 이 만나는 에지를 포함하였으며, 이때 다른 절취부는 인접한 부분을 절취함으로써 형성되었고 내부 표면에서 대향하는 바닥 외부 표면 (41b) 과 하부 자유 단면 (4b) 만나는 에지를 포함하였다. 충격 흡수재의 치수는 이하와 같다 (표 1 에 나타남):
베이스부의 두께 (P)(앞뒤 방향으로): 8 mm
베이스부의 높이 (Q)(수직 방향으로)(충격 흡수재의 높이): 80 mm
각 립의 폭 (H)(앞뒤 방향으로): 87 mm
각 립의 두께 (T)(수직 방향으로): 20.5 mm (근위 단부에서 21 mm 이고 원위 단부 근처에서 20 mm)
충격 흡수재의 폭 (R)(앞뒤 방향으로): 95 mm
내부 절취부의 높이 (수직 방향으로): 5 mm
내부 절취부의 폭 (앞뒤 방향으로): 10 mm
비교예 5
1120 MPa 의 인장탄성률을 갖는 프로필렌 수지 (에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체) 의 팽창된 비드 (겉보기 밀도: 0.12 g/cm3) 가 몰드에 충진되어 증기로 가열된 후 0.082 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 충격 흡수재 형태의 발포 성형품을 얻었다. 충격 흡수재의 치수는 이하와 같았다 (표 1 에 나타남):
베이스부의 두께 (P)(앞뒤 방향으로): 12 mm
베이스부의 높이 (Q)(수직 방향으로)(충격 흡수재의 높이): 80 mm
각 립의 폭 (H)(앞뒤 방향으로): 83 mm
각 립의 두께 (T)(수직 방향으로): 29.5 mm (근위 단부에서 30 mm 이고 원위 단부 근처에서 29 mm)
충격 흡수재의 폭 (R)(앞뒤 방향으로): 95 mm
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 높이 (L1): 5 mm
사각형 제 1 및 제 2 절취부 (6a, 6b) 의 폭 (L2): 10 mm
Figure 112006096626773-pat00001
이렇게 얻어진 실시예 1 ~ 10 및 비교예 1 ~ 5 의 충격 흡수재의 필수 부분으로부터 시편 (21) 이 절취되는데, 도 7(a) 및 도 7(b) 에 도시된 바와 같이 각각의 시편은 290 mm 로 된 치수 "d1" 의 길이와, 충격 흡수 부재의 폭 (R) 과 동일한 치수 "d2" 의 길이와, 충격 흡수재의 높이 (Q) 와 동일한 치수 "d3" 의 길이를 갖는다. 각 시편은 파이프 형태의 충격 장치를 이용하여 상기의 방식으로 동적 압축 시험을 받아서 좌굴 방향을 결정하고, 25 % 변형의 압축 하중 F25, 50 % 변형의 압축 하중 F50, 75 % 변형의 압축 하중 F75, 80 % 변형의 압축 하중 F80 을 측정하여 F25/F50, F75/F50, F80/F50 을 계산한다. 동적 압축 시험은 시판되는 시험기 (낙하 충격 시험기 CST-320D; Yoshida Seiki Co.,Ltd. 제조; 시험기 사양: 2 m 의 최대 낙하 높이, 64 Kg 의 최대 충격 장치 중량) 와 데이타 분석을 위한 디지털 (저역 통과) 필터 (사양: CFC 180, 600, 1000; CFC600 은 본 실시예 및 비교예에 사용되었다) 를 사용하여 수행된다.
실시예 1 ~ 7 과 비교예 2 ~ 5 에 있어서, 압축 시험은 충격 장치 수용면으로서 상부를 향하는 립의 자유단면에서 수행되었다. 반면에, 실시예 8 및 9 와 비교예 1 에 있어서, 압축 시험은 충격 장치 수용면으로서 상부를 향하는 베이스부의 후면에서 수행되었다. 실시예 5 를 제외한 모든 실시예 및 비교예에 있어서, 사용된 스탠드 (23) 는 도 7(b) 에 도시된 바와 같이, 충격 흡수재의 수직 방향으로 치수 "d3" 보다 큰 폭을 가졌다. 그러나, 실시예 5 에서, 사용된 스탠드 (23) 는 충격 흡수재의 치수 "d3" 와 동일한 폭을 가졌다. 이러한 차이점으로 인해, 실시예 5 의 충격 흡수재에서 75 ~ 80 % 변형 범위의 압축 하중의 증가는 실시예 3 에서보다 느렸다.
또한 JIS K 7221-2(1999) 에 따라서 립의 최대 굽힘 응력 (bending stress: BS) 와 최대 굽힘 하중 (bending load: BL) 이 측정되었다. 상기 측정의 결과는 표 2 에 요약된다.
Figure 112006096626773-pat00002
본 발명은 그 주요 특성과 정신에서 벗어나지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시형태는 도시되거나 도시되지 않은 모든 양태에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 설명 이외에 청구항에 의해 보여지며, 또한 이에 따라 청구항과 등가의 범위 및 수단 내에서 실현되는 변화는 그 범위 내에 포함되도록 한다.
본 발명에 따라, 충격 에너지를 만족할만한 정도로 흡수할 수 있고, 압축 하중이 20 ~ 75 % 의 광범위한 변형 영역에서 크게 증가하거나 감소하지 않는 압축 곡선을 보이며, 보행자를 보호하도록 구성된 차량용 범퍼 심재로서 사용되는 충격 흡수재를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 합성 수지 발포체로 된 기다란 충격 흡수재로서,
    상기 충격 흡수재의 길이방향으로 연장하고 또한 대향하는 전면 및 후면, 및 상기 전면 및 후면과 결합하는 대향하는 상부면 및 하부면을 갖는 베이스부와,
    상기 베이스부의 전면으로부터 전방으로 연장하여 상부 및 하부 자유단면에서 각각 끝나며, 길이방향으로 연장하고 수직으로 이격된 두 개의 상부 및 하부 립을 포함하고,
    상기 상부 및 하부 립은 각각 상부 및 하부 외부 표면을 가지며, 상기 상부 및 하부 외부 표면은 상기 베이스부의 상기 상부면 및 하부면과 각각 만나서, 상기 충격 흡수재는 길이방향에 수직인 평면을 따라 그 길이 전체에 걸쳐서 U-형의 단면을 가지며,
    상기 상부 립은 수직 방향의 두께 (T1)(mm) 및 상기 충격 흡수재의 길이 방향에 수직인 앞뒤 방향의 폭 (H1) 을 가져서, 3 ~ 5 의 H1/T1 비를 제공하고, 상기 하부 립은 수직 방향의 두께 (T2)(mm) 및 앞뒤 방향의 폭 (H2) 을 가져서, 3 ~ 5 의 H2/T2 비를 제공하며, 또한
    상기 충격 흡수재는 이하의 조건 (A) 와 (C) 중의 하나 이상과 이하의 조건 (B) 와 (D) 중의 하나 이상을 만족하는 충격흡수재.
    (A) 상기 상부 립은, 길이방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되며 또한 상기 상부 외부 표면과 상기 상부 자유단면이 만나는 에지를 포함하는, 제 1 절취부를 갖는다,
    (B) 상기 하부 립은, 길이방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되고 또한 상기 하부 외부 표면과 상기 하부 자유단면이 만나는 에지를 포함하는, 제 2 절취부를 갖는다,
    (C) 상기 베이스부는, 길이 방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되며 또한 상기 후면과 상기 상부면이 만나는 에지를 포함하는, 제 3 절취부를 갖는다,
    (D) 상기 베이스부는, 길이방향으로 연장하고 또한 인접한 부분을 절취하여 형성되며 또한 상기 후면과 상기 하부면이 만나는 에지를 포함하는, 제 4 절취부를 갖는다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 합성 수지 발포체는 팽창된 열가소성 수지 비드로 된 발포 성형품인 것을 특징으로 하는 충격 흡수재.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 팽창된 열가소성 수지 비드는 팽창된 폴리올레핀 수지 비드인 것을 특징으로 하는 충격 흡수재.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 발포 성형품이 0.022 ~ 0.13 g/cm3 의 겉보기 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 충격 흡수재.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 립 사이에 제공되고 또한 상기 베이스부의 전면으로부터 전방으로 연장하는 보조 립을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수재.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 립은, 이 상부 및 하부 립의 중심선이 상기 전면에 대한 수직부로부터 최대 10°의 각으로 배향되도록 자유 단부 쪽으로 넓어지는 것을 특징으로 하는 충격 흡수재.
  7. 범퍼 페시아, 보강판 및 제 1 항에 따른 충격 흡수재를 포함하는 차량 부착용 범퍼로서, 상기 충격 흡수재는 상기 차량의 주행 방향과 평행하고 그 앞뒤 방향으로 상기 페시아와 상기 보강판 사이에 배치되며, 상기 페시아는 상부 및 하부 립의 상부 및 하부 외부 표면과 페시아의 내부 둘레 사이에 공간이 형성되도록 구성되어서, 상기 충격 흡수재가 앞뒤 방향에서 외부 충격을 받을 때 좌굴되는 상부 및 하부 립의 일부를 수용하는 차량 부착용 범퍼.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 충격 흡수재는, 상기 상부 및 하부 립의 상부 및 하부 자유단면이 상기 페시아와 마주하면서, 상기 페시아와 상기 보강판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량 부착용 범퍼.
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