JP2006111044A

JP2006111044A - エネルギー吸収体、車両用衝撃吸収体及び梱包用衝撃吸収体

Info

Publication number: JP2006111044A
Application number: JP2004297537A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ike; 敬池
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】割れを防止し、衝撃に対する耐久性を向上させる。
【解決手段】エネルギー吸収体１０は、基材１２の長手方向に対して直交する断面形状がＭ形状の基材１２と、少なくとも複数の長繊維が一方向に配向してなり、少なくとも荷重下で基材１２における荷重過多部分に取り付けられる強化シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、を有し、強化シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、荷重により基材１２に加わる引張応力の方向に繊維を配向させて取り付けられている。特に、Ｍ形状の基材１２のいわゆる「足」の部分の両外側面に、それぞれ強化シート１４ａ，１４ｂが取り付けられ、また、Ｍ形状の基材１２の「足」の部分の左右の内側面全体に、それぞれ強化シート１４ｃ、１４ｄが取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー吸収体、特に、衝撃吸収用のエネルギー吸収体、車両用衝撃吸収体及び梱包用衝撃吸収体に関する。

エネルギー吸収体は、例えば、自動車等の車両の衝撃吸収が要求される部分、例えばバンパのバンパカバー内に配設されるバンパアブソーバなどに用いられている。そして、バンパアブソーバとしては、通常、樹脂発泡体が用いられている。

また、バンパーアブソーバに用いられる樹脂発泡体は、より低ストロークで衝撃エネルギーを吸収するため、矩形的な荷重−変位特性を得るように、その長手方向に対して直交する断面形状が、連結コの字形状、Ｍ形状、Ｗ形状、弓形状などを有している（例えば、特許文献１，２）。

一方、衝撃時の破壊による飛散を防止するために、かまぼこ形状の樹脂発泡体からなるエネルギー吸収体の基材に、補強材として、天然繊維又は合成繊維の織布または不織布、例えば、粗毛フェルト、寒冷紗、タフネル等を取り付けたり（例えば、特許文献３）、バンパ用の略コ字状のエネルギー吸収体を、例えばマット状のガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂により構成したりすることが提案されている（例えば、特許文献４）。

特開２００４−１６８０７７号公報特開２００４−１７５３３８号公報特開２０００−１４２２８７号公報実開昭５７−１７４１５３号公報

しかしながら、上述した樹脂発泡体であってその断面形状が連結コの字形状、Ｍ形状、Ｗ形状、弓形状であるエネルギー吸収体１００は、図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、断面の「足」に相当する部分に、樹脂発泡体の強度を超える荷重が加わった場合、「足」に相当する部分の特に荷重過多部分１０２に割れが生ずるおそれがあった。このエネルギー吸収体１００の「足」が割れた場合、エネルギー吸収体１００の強度が著しく低下し、衝撃エネルギー吸収効率が低下してしまう。さらに、エネルギー吸収体１００の「足」が割れた場合、エネルギー吸収体の形状復元性が消失し、２回目以降の衝撃荷重に対して衝撃エネルギー吸収機能がなくなってしまう。

また、エネルギー吸収体の表面に天然繊維等の織布または不織布などを取り付けたとしても、これらの織布または不織布だけでは、樹脂発泡体にかかる荷重を吸収しきれず、さらに復元させるだけの弾性率および強度も有していないため、単に割れ時の飛散を防止するのみであった。したがって、複数回の衝撃に耐えることは不可能であった。

また、マット状のガラス繊維含有の熱可塑性樹脂からなるエネルギー吸収体であっても、衝撃時の破壊による飛散を防止することができるのみで、略コ字状の「足」の部分に荷重過多になった場合には、割れが生じ、複数回の衝撃に耐えることは不可能であった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、割れを防止し、復元性を有し、複数回の衝撃に耐えられるエネルギー吸収体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のエネルギー吸収体、車両用衝撃吸収体及び梱包用衝撃吸収体は、以下の特徴を有する。

（１）エネルギー吸収体の基材と、少なくとも複数の長繊維が一方向に配向してなり、少なくとも荷重下で前記基材における荷重過多部分に取り付けられる強化シートと、を有し、前記強化シートは、荷重により前記基材に加わる引張応力の方向に繊維を配向させて取り付けられるエネルギー吸収体である。

少なくとも複数の長繊維が一方向に配向する方向と、基材に加わる荷重の引張応力方向とを同一方向に合わせることによって、基材に荷重がかかり、基材の荷重過多部分に大きな荷重がかかったとしても、強化シートの長繊維の高強度性により、割れを防止し、弾性回復力による復元力によって、エネルギー吸収体の形状復元がなされる。さらに、荷重過多部分への引張荷重の少なくとも一部を強化シートの長繊維が吸収するため、エネルギー吸収体の荷重過多部分の劣化を抑制することができ、これにより、エネルギー吸収体の耐衝撃性、特に複数回の衝撃に対する耐久性を向上させることができる。

（２）上記（１）に記載のエネルギー吸収体において、前記強化シートの前記引張応力の方向に配向する長繊維は、前記強化シートの一方端から他方端まで到達する長繊維であるエネルギー吸収体である。なお、上記長繊維は、繊維が複数本束ねられたものである。

強化シートの一方端から他方端まで略一本の長繊維とすることにより、不織布またはマット状の繊維にくらべ、強度、弾性率が高いため、割れを防止でき、エネルギー吸収体の復元力が向し、耐衝撃性を向上させることができる。

（３）上記（１）または（２）に記載のエネルギー吸収体において、前記基材の長手方向に対して直交する断面形状は、連結コの字形状、Ｍ形状、Ｗ形状、弓字形状、かまぼこ形状からなる群から選択される少なくとも１種の形状であるエネルギー吸収体である。

衝撃エネルギーの種類に応じて好適な形状を選択することができる。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載のエネルギー吸収体において、前記基材は、発泡体からなる。

エネルギー吸収体の軽量化を行うことができる。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載のエネルギー吸収体において、前記強化シートは、前記基材の表面に貼着されている。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つに記載のエネルギー吸収体からなる車両用衝撃吸収体。

（７）上記（１）から（６）のいずれか１つに記載のエネルギー吸収体からなる梱包用衝撃吸収体。

本発明によれば、少なくとも複数の長繊維が一方向に配向する方向と、基材に加わる荷重による引張応力方向とを同一方向に合わせることによって、エネルギー吸収体に加わる荷重のうち引張荷重を強化シートが吸収するため、エネルギー吸収体の基材の荷重を低減させることができ、これにより割れを防止することができ、さらに強化シートの長繊維の復元力によりエネルギー吸収体の形状も復元されるため、衝撃に対する耐久性を向上させることができる。また、本発明のエネルギー吸収体からなる車両用衝撃吸収体及び梱包用衝撃吸収体は、高い耐衝撃性を有する。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

［エネルギー吸収体］
本実施の形態のエネルギー吸収体１０は、図１に示すように、基材１２の長手方向に対して直交する断面形状がＭ形状の基材１２と、少なくとも複数の長繊維が一方向に配向してなり、少なくとも荷重下で基材１２における荷重過多部分に取り付けられる強化シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、を有し、強化シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、荷重により基材１２に加わる引張応力の方向に繊維を配向させて取り付けられている。

さらに詳細に説明すると、図１に示すように、Ｍ形状の基材１２のいわゆる「足」の部分の両外側面に、それぞれ強化シート１４ａ，１４ｂが取り付けられ、また、Ｍ形状の基材１２の「足」の部分の左右の内側面全体に、それぞれ強化シート１４ｃ、１４ｄが取り付けられている。

上記強化シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに用いられる強化シートとしては、例えば、図２に示されているように、長繊維１６が配向しており、さらに長繊維１６間は接合材１８によって接合されている強化シート１４が好ましい。さらに、強化シート１４の上記引張応力の方向に配向する長繊維１６は、強化シート１４の一方端から他方端まで略一本の長繊維であることがより好ましい。

上記長繊維１６としては、例えば、剛性のガラス繊維、カーボン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維などを用いることができる。また、上記接合材１８としては、接着性の高い樹脂が好ましく、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ＰＥＥＫ（登録商標）（「VICTEX PEEK」（登録商標）、ビクトレック・エムシー（株）製）、ポリフィニレンサルファイド（ＰＰＳ）、エポキシ系樹脂などを用いることができる。

強化シートの他の態様として、図３に示すように、繊維２６を綾織りしてなる強化シート２４であってもよい。上記綾織りは、縦繊維と横繊維が互いに２本ずつ乗り越えて上下に交差した織り方であるため、太い繊維を用いることができ、強度に優れている。また、図３に示す強化シート２４の繊維２６の交差部分の間隙に、上述した接合材１８を用いてより強度を補ってもよい。

上記強化シート１４、２４は、その引張強度が１４０ＭＰａ以上３０００ＭＰａ以下であることが好ましく、またその破断伸びが０．５％以上６％以下であることが好ましく、さらに、引張弾性率が１０ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下であることが好ましい。上記物性の下限未満の場合には、荷重に対する耐久性がやや劣る。上記上限を超える場合には、エネルギー吸収体としての弾性がやや失われ、衝撃吸収機能がやや劣る。

また、図１に示すエネルギー吸収体では、図４（ａ）に示すエネルギー吸収体１０Ａのように、Ｍ形状の基材１２の上面を除き、全てに強化シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを取り付けられているが、これに限るものではなく、図４（ｂ）から図４（ｄ）に示すように、Ｍ形状の基材１２のいわゆる「足」の部分における荷重過多部分に少なくとも強化シートが取り付けられていればよい。

すなわち、図４（ｂ）に示すように、エネルギー吸収体１０Ｂは、Ｍ形状の基材１２のいわゆる「足」の両外側面の特に荷重過多部分に、それぞれ強化シート３４ａ，３４ｂが取り付けられ、また、Ｍ形状の基材１２の「足」の部分の左右の内側面であって、特に荷重過多部分に相当する部分に、それぞれ強化シート３４ｃ、３４ｄが取り付けられている。

図４（ｂ）に示すように、基材１２の荷重過多部分に相当する個所に、強化シート３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを取り付けることにより、基材１２の荷重過多部分に加わる引張応力の少なくとも一部を吸収することができ、さらに強化シート３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの弾性回復力により、基材１２の形状が復元するため、エネルギー吸収体１０Ｂに割れが生じるおそれがなく、さらに衝撃に対する耐久性が向上する。

また、図４（ｃ）に示すように、エネルギー吸収体１０Ｃは、Ｍ形状の基材１２のいわゆる「足」の両外側面の特に荷重過多部分に相当する部分に、それぞれ強化シート３４ａ，３４ｂが取り付けられている。

図４（ｃ）に示すように、基材１２の「足」の外側面における荷重過多部分に、強化シート３４ａ，３４ｂを取り付けることにより、基材１２の荷重過多部分に加わる引張応力の少なくとも一部を吸収することができ、さらに強化シート３４ａ，３４ｂの弾性回復力により、基材１２の形状が復元することができるため、エネルギー吸収体１０Ｃの割れを防止することができ、図４（ａ），図４（ｂ）に示すエネルギー吸収体１０Ａ，１０Ｂにはやや劣るものの、衝撃に対する耐久性も向上する。

なお、図４（ｃ）では、強化シート３４ａ，３４ｂを取り付けた場合について説明したが、これに限るものではなく、上記強化シート３４ａ，３４ｂに代えて、図４（ａ）に示す強化シート１４ａ，１４ｂを用いてもよい。これにより、さらに耐衝撃性を向上させることができ、より大きな荷重に対しても割れを防止することができる。

また、図４（ｄ）に示すように、基材１２の「足」の内側面における荷重過多部分に、強化シート３４ｃ，３４ｄを取り付けることにより、基材１２の荷重過多部分に加わる引張応力の少なくとも一部を吸収することができ、さらに強化シート３４ｃ，３４ｄの弾性回復力により、基材１２の形状が復元するため、エネルギー吸収体１０Ｄの割れを防止することができ、図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ）に示すエネルギー吸収体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにはやや劣るものの、衝撃に対する耐久性も向上する。

なお、図４（ｄ）では、強化シート３４ｃ，３４ｄを取り付けた場合について説明したが、これに限るものではなく、上記強化シート３４ｃ，３４ｄに代えて、図４（ａ）に示す強化シート１４ｃ，１４ｄを用いてもよく、または、基材１２の「足」の内側面全体に強化シートを取り付けてもよい。これにより、さらに耐衝撃性を向上させることができ、より大きな荷重に対しても割れを防止することができる。

なお、図４に示す強化シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ及び３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、上述した図２の強化シート１４または図３に示す強化シート２４のいずれを用いてもよい。

また、本発明における基材は、基材の長手方向に対して直交する断面形状（以下「断面形状」という）が、Ｍ形状の基材１２、すなわち図５（ａ）に示す基材１２に限るものではなく、より低ストロークで衝撃エネルギーを吸収するため、矩形的な荷重−変異特性を有するように、断面形状を、図５（ｂ）に示すＷ形状、図５（ｃ）に示す連結コの字形状、図５（ｄ）に示す弓形状であってもよく、さらに、衝撃吸収に供する個所に応じて図５（ｄ）に示すようなかまぼこ形状であってもよい。

図５（ａ）に示す基材１２への強化シートの取り付け方は、上述したように、複数の態様が可能であり、図５（ｂ）のＷ形状の基材２２は、１８０°反転させると、上記Ｍ形状の基材１２とほぼ同一の形状となることから、上述した図１並びに図４（ａ）から図４（ｄ）に示すＭ形状のエネルギー吸収体１０Ａ〜１０Ｄを１８０°反転させた構成と同様の構成で強化シートをＷ形状の基材２２に取り付けることが好ましい。また、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す基材３２，４２は、上記Ｍ形状の基材１２とほぼ同じ形状を有することから、強化シートの取り付け方は、それぞれの基材３２，３４の「足」の部分に、上述した図１並びに図４（ａ）から図４（ｄ）に示す態様のいずれかを選定することが望ましい。また、図５（ｅ）に示す基材５２には、上述した強化シート１４または強化シート２４をその全面または荷重過多となる部分に取り付けることが好ましい。

上記基材１２，２２，３２，４２，５２は、例えば樹脂発泡体を用いることができ、樹脂発泡体としては、例えば、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、スチレン改質ポリエチレン系樹脂などの合成樹脂発泡成形体が好ましく、その発泡倍率は４から１００倍、また連続気泡または独立気泡のどちらを有する発泡体でもよく、その引張弾性率は、１ＭＰａから５００ＭＰａであることが好ましい。

上述した基材１２，２２，３２，４２，５２に強化シート１４，２４，並びに１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを取り付ける方法としては、例えば、接着剤にて両者を接着する方法、強化シート中の樹脂を溶融させて基材に溶着させる溶着方法、または、基材が発泡体の場合にはその発泡体成型時に強化シートをインサート成形する方法などが挙げられる。ここで、インサート成形方法としては、例えば金型内に上記強化シートのいずれかを固定し、発泡体用の樹脂等を流し込み発泡成形することにより、発泡体基材の表面に強化シートを取り付ける方法などが挙げられる。また、上記接着剤としては、発泡体の基材に強固に接着する物性を有するものが好ましく、例えば、ウレタン系、ゴム系、ホットメルト系、エポキシ系、アクリル系等の接着剤が好ましい。

本発明の上述したエネルギー吸収体は、図６に示すように、強化シートが取り付けられていない同じ素材の基材を用いた場合にくらべ、引張応力Ｓに対して荷重Ｆの低下が見られず、割れが防止され、さらに復元性を有し、耐衝撃性も向上している。

［車両用衝撃吸収体］
本発明の車両用衝撃吸収体は、上述したエネルギー吸収体１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄなどからなる。ここで、車両用衝撃吸収体としては、例えば、自動車用のバンパ用バンパアブソーバ、ドアトリムやフードなどの車両内の衝撃の係る部分に用いる衝撃吸収体などが挙げられる。

上述したエネルギー吸収体１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄや断面形状の異なる基材に強化シートが取り付けられたエネルギー吸収体などを車両用衝撃吸収体として用いることにより、仮に複数回の衝撃が加わったとしても車両用衝撃吸収体の強度は保たれ、さらに衝撃吸収能も長期に維持することができる。

［梱包用衝撃吸収体］
本発明の梱包用衝撃吸収体は、上述したエネルギー吸収体１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄや断面形状の異なる基材に強化シートが取り付けられたエネルギー吸収体などからなる。上述したエネルギー吸収体１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄなどは、衝撃に対する強度も高く、且つ復元性も高いので、従来の梱包剤にくらべ小型であっても十分にその機能を果たせ、さらに耐衝撃性も高いため再利用も従来の梱包材にくらべ複数回の利用も可能となる。

以下本発明について実施例を掲げて更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

実施例１．
図１に示す断面形状がＭ形状の基材１２であって、ポリプロピレン系樹脂からなる樹脂発泡体であって、その発泡倍率は４倍、また連続気泡を有する発泡体であり、その引張弾性率が１ＭＰａの基材１２に、図１に示す構成で、強化シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを溶着させた。ここで、強化シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、上記強化シート１４の構造を有し、その引張強度が３０００ＭＰａ、またその破断伸びが０．５％、さらに、引張弾性率が１０ＧＰａである。

このとき、衝撃荷重１０ｋＮを３回加えたとき、実施例１のエネルギー吸収体に割れは生じなかった。

比較例１．
実施例１における強化シートを貼着しなかった以外は実施例１と同様の基材１２を用いて衝撃荷重５ｋＮを加えたところ、１回目で比較例１のエネルギー吸収体は割れてしまった。

本発明のエネルギー吸収体は、衝撃吸収体の用途に有用であり、例えば、車両用衝撃吸収体、梱包用衝撃吸収体などの用途に有用である。

本発明のエネルギー吸収体の一態様の構成を説明する斜視図である。本発明のエネルギー吸収体における強化シートの一例を示す正面図である。本発明のエネルギー吸収体における強化シートの他の例を示す正面図である。（ａ）から（ｄ）は本発明のエネルギー吸収体における強化シートの取り付け態様を説明する断面図である。（ａ）から（ｅ）は本発明のエネルギー吸収体に用いられる基材の一例を示す断面図であって、基材の長手方向に対して直交する断面形状を示す断面図である。強化シートの貼着の有無による応力−荷重の関係を説明するグラフである。（ａ），（ｂ）は従来の樹脂発泡体からなるエネルギー吸収体の荷重による割れを説明する図である。

符号の説明

１０エネルギー吸収体、１２基材、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ強化シート、１６長繊維。

Claims

エネルギー吸収体の基材と、
少なくとも複数の長繊維が一方向に配向してなり、少なくとも荷重下で前記基材における荷重過多部分に取り付けられる強化シートと、
を有し、
前記強化シートは、荷重により前記基材に加わる引張応力の方向に繊維を配向させて取り付けられることを特徴とするエネルギー吸収体。
請求項１に記載のエネルギー吸収体において、
前記強化シートの前記引張応力の方向に配向する長繊維は、前記強化シートの一方端から他方端まで到達する長繊維であることを特徴とするエネルギー吸収体。
請求項１または請求項２に記載のエネルギー吸収体において、
前記基材の長手方向に対して直交する断面形状は、連結コの字形状、Ｍ形状、Ｗ形状、弓字形状、かまぼこ形状からなる群から選択される少なくとも１種の形状であることを特徴とするエネルギー吸収体。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエネルギー吸収体において、
前記基材は、発泡体からなることを特徴とするエネルギー吸収体。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエネルギー吸収体において、
前記強化シートは、前記基材の表面に貼着されていることを特徴とするエネルギー吸収体。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエネルギー吸収体からなる車両用衝撃吸収体。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のエネルギー吸収体からなる梱包用衝撃吸収体。