JP4021928B2 - 自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の乗員座席の足元周辺に敷設され、床面の平坦性の確保及び車内外で発生する衝撃に対する乗員の保護を目的とした硬質発泡体製の自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材に関し、更に詳しくは、要求される機能の異なるフロアスペーサと一体化した自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材に関する。

近年、自動車に用いられる部材は走行距離に対する燃料消費率の向上を目的に、軽量化が求められている。従来、自動車用フロアスペーサとして、乗員足元の平坦さの保持や断熱性の向上を目的に、発泡ウレタンチップを固めた成形品が用いられてきた。
一方、自動車衝突時の乗員保護のため、衝突安全性向上を目的に、車体構造の改善や衝撃吸収部材の採用が行われており、自動車用の衝撃吸収部材としては、硬質発泡ウレタンが多く採用されてきたが、乗員の足元周りの安全性向上と軽量化の両立は、これからの課題とされていた。

これまで自動車用フロアスペーサとして用いられてきた発泡ウレタンチップ成形品は、圧縮強度が低いことから、発泡体の密度をおよそ１００ｋｇ／ｍ³と高くする必要があった。乗用車における自動車用フロアスペーサの敷き詰められる床面積は車種により異なるが、およそ１〜２ｍ²あり、フロアスペーサの厚みを５ｃｍとすると、車１台あたりの重量が５〜１０ｋｇと重くなるため、軽量化が課題であった。

一方、自動車内外で発生する衝撃に対するエネルギ吸収材、例えばドア内に配置されるエネルギ吸収体としては、衝撃を受けて変形する歪み量（％）が大きくなっても応力上昇が少ない特徴を持つ素材として、発泡ウレタンが多く採用されている。また、自動車の衝突安全性の更なる向上を目的に、車体構造改善や衝突時に乗員に負荷を与え得る部材へ衝撃吸収効果を付加することが求められていた。
しかしながら、発泡ウレタンは熱硬化性樹脂であることからリサイクルできないことや、他の発泡プラスチックと比較して同一密度での強度が低いこと、吸水率が高いこと、コスト的に割高になる等の問題があり、自動車用フロアスペーサへの適用範囲は限られたものにならざるを得なかった。

本発明は、上記の問題にかんがみなされたものであり、より軽量な部材で、居住性と衝撃安全性を向上させることができる自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、自動車の乗員座席の足元に敷設される硬質発泡体からなる自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材であって、前記自動車の乗員座席床面に敷設されるフロアスペーサの前方に、前記床面の前方傾斜面に敷設されるよう取り付けられ、かつ、前記傾斜面と接触する裏面側に、ハニカム構造、スリット構造及び／又は突起構造を形成し、さらに、前記衝撃吸収部材を硬質発泡プラスチック成形品とし、前記フロアスペーサより高密度とした構成としてある。

また、本発明は、前記衝撃吸収部材の素材を、前記フロアスペーサの硬質発泡プラスチックと同一とすることが好ましい。

また、本発明は、前記硬質発泡プラスチックからなる衝撃吸収部材が、発泡性熱可塑性樹脂粒子を所定の密度に一次発泡したのち、金型に充填し、スチーム等の加熱により成形され、密度が１０ｋｇ／ｍ³以上２００ｋｇ／ｍ³以下の発泡成形品であることが好ましい。

さらに、本発明は、前記衝撃吸収部材に凸部を形成し、前記フロアスペーサに形成した凹部に、前記凸部が嵌合することによって取り付けられる構成とすることが好ましい。

本発明の自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材によれば、より軽量な部材で、居住性と衝撃安全性を向上させることができる。

以下、本発明を自動車の乗員前部座席における足元周辺に敷設する実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかる衝撃吸収部材をフロアスペーサに取り付けた状態の全体図を示す。
本実施形態にかかる衝撃吸収部材３は、自動車の床面に敷設されるフロアスペーサ２の前部において、斜め上方に取り付けられることによって、全体として自動車用フロアスペーサ１を構成する。

本実施形態の衝撃吸収部材３が取り付けられるフロアスペーサ２の形状は、座席下部床面の凹凸をなくし、室内側への平面付与ができるものなら特に制限はない。例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、室内側に位置する表面が平坦状となっており、自動車床面と当接する裏面が、床面の凹凸に沿った曲面形状とすることができる。フロアスペーサ２は前部に貫通孔（凹構造）２ａが設けてある。

一方、衝撃吸収部材３は、室内側に位置する表面が平坦状になっており、床面と連続する前部傾斜面と当接する裏面は、図３に示すようなハニカム構造、図４に示すようなスリット構造あるいは図５に示すような突起構造となっている。これら構造は、少なくとも裏面側の一部に形成してあればよく、また、単独又は組み合わせることによってその機能を果たすように構成することができる。
衝撃吸収部材３は後端に突起（凸構造）３ａが設けてある。そして、この突起３ａが、フロアスペーサ２の前部に設けた貫通孔２ａに取り付けられることによって、一体化された自動車用フロアスペーサ１を構成する。

本実施形態におけるフロアスペーサ２や衝撃吸収部材３は、硬質発泡体によって形成するが、例えば、リサイクルが可能な無架橋の熱可塑性樹脂である硬質発泡プラスチックであって、発泡性樹脂粒子を所定の密度に一次発泡した後、金型に充填し、スチーム等の加熱により成形される発泡成形品が好ましい。このような硬質発泡プラスチックとしては、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン等の発泡ポリオレフィン等があるが、本実施形態では、特に経済性と成形品物性に優れた発泡ポリスチレン系プラスチックを用いることが好ましい。

発泡ポリスチレン系プラスチックには、耐薬品性を向上させたスチレン／アクリロニトリル樹脂、耐熱性を向上させたスチレン／アクリロニトリル／α−メチルスチレン樹脂等の発泡体等がある。本実施形態に用いられる硬質発泡プラスチックの密度は、要求される耐圧荷重と、衝撃吸収性のバランスにより決定されることから、１０ｋｇ／ｍ³以上２００ｋｇ／ｍ³以下の範囲とすることが好ましい。フロアスペーサ２及び衝撃吸収部材３の密度は、同一であっても、異なっても良く、特に制限されるものではない。

フロアスペーサに要求される耐圧加重（必要な圧縮強度）は、例えば、靴のかかとの面積（５×３＝１５ｃｍ²）に、荷重３０ｋｇがかかったとき、３０／１５＝２ｋｇ／ｃｍ²≒０．２ＭＰａとなる。
図８に、本実施形態で用いられる硬質発泡プラスチックの一例であるスチレン／アクリロニトリル樹脂発泡体（日立化成工業（株）製 ハイビーズＧＲ）の密度を変えた場合の静的圧縮試験における圧縮歪みとそのときの圧縮応力との関係を示した。
図８から、圧縮歪みを１０％としたとき、圧縮強度が０．２ＭＰａ以上となる密度は、２５ｋｇ／ｍ³以上であることが判る。

一方、衝撃吸収部材３の裏面側におけるハニカム構造、スリット構造又は突起構造の必要な圧縮強度は、床面に対する接触面積の比率で除したものとなる。ここで、衝撃吸収部材の床面との接触面積を６０％とすると、必要な圧縮強度は、０．２ＭＰａ／０．６＝０．３３ＭＰａとなる。
先と同様に、図８より圧縮歪みを１０％としたとき、圧縮強度が０．３ＭＰａ以上となる硬質発泡プラスチックの密度は３３ｋｇ／ｍ³以上であることが判る。本実施形態では、想定される耐圧荷重と衝撃吸収部材の構造によって、必要な圧縮強度と密度が異なるものの、強度の維持及び軽量性から硬質発泡プラスチックの密度は１０ｋｇ／ｍ³以上２００ｋｇ／ｍ³以下であることが好ましい。

通常、ハニカム構造は、正６角形の蜂の巣状を意味するが、本実施形態においては、ｎが３以上のｎ角形、円形又は楕円形でもよい。また、突起構造についても突起の断面形状が、ｎが３以上のｎ角形、円形又は楕円形まで自由に選択することができる。
また、自動車用フロアスペーサ２に応力が働いた場合には、凹部である貫通孔２ａに嵌合した凸部である突起３ａの部分に応力が集中し、凸部３ａから破損の起こる可能性があるので、凸部３ａを有する衝撃吸収部材３側を高密度にし、凹部２ａを有するフロアスペーサ２側を低密度とすることが好ましい。本実施形態の自動車用フロアスペーサにおいては、硬質発泡プラスチック自体が有する緩衝性とハニカム等の構造要因による効果が相乗的に働き、より高い衝撃吸収性能が発揮される。

以下、実施例を示し、更に詳細に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
図２に示す外観を有するフロアスペーサ２を、日立化成工業（株）製発泡性ポリスチレン／アクリロニトリル樹脂、ハイビーズＧＲを素材とした、密度２０ｋｇ／ｍ³の硬質発泡プラスチックで作製した。フロアスペーサ２の全容積は、１５０００ｍｌ、重量は、３００ｇであった。
図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す外観を有する衝撃吸収部材３を、日立化成工業（株）製発泡性ポリスチレン／アクリロニトリル樹脂、ハイビーズＧＲを素材とした、密度６７ｋｇ／ｍ³の硬質発泡プラスチックで作製した。衝撃吸収部材３の全容積は２１００ｍｌ、重量は１４０ｇ、衝撃吸収部材３のハニカム構造の寸法は、肉厚４４ｍｍ、表皮肉厚８ｍｍ、ハニカム高さ３６ｍｍ、ハニカムのリブ幅５ｍｍとした。

実施例の特性
同容積のフロアスペーサをウレタンチップの圧縮物で作った場合の重量は約３ｋｇとなることから、フロアスペーサ２については２．７ｋｇ重量を低減することができた。
衝撃吸収部材３の機能比較の一例として、同一素材で、同一重量となるハニカムのない、密度３３ｋｇ／ｍ³の発泡プラスチック（比較例）と比較した。ＪＩＳ−Ｚ０２３５に準拠して衝撃試験を行った結果を図８に示す。試験は、底面積が７０ｃｍ²、重量が４．５ｋｇのおもりを、高さを変えて自由落下させて成形品に衝突させ、そのときの圧縮歪みと圧縮応力の関係を調べた。
図９より、比較例は圧縮歪みが大きくなるにつれて圧縮応力が増加していくのに対し、本実施例品は、圧縮歪み１５％〜６０％の間では圧縮応力がほぼ一定の値を示し、衝撃吸収性能が優れていることが判った。

本発明の一実施形態にかかる衝撃吸収部材を取り付けた自動車用フロアスペーサを示す図。 フロアスペーサであり、（ａ）は表面を示し、（ｂ）は裏面を示す図。 本発明の実施形態にかかる衝撃吸収部材の構造の例（ハニカム構造）を示す図。 本発明の実施形態にかかる衝撃吸収部材の構造の例（スリット構造）を示す図。 本発明の実施形態にかかる衝撃吸収部材の構造の例（突起構造）を示す図。 本発明の実施形態にかかるハニカム構造の衝撃吸収部材を示し、（ａ）は表面側、（ｂ）は裏面側及び（ｃ）は側面側の略図。 フロアスペーサと衝撃吸収部材との嵌合を示す図。 日立化成工業（株）製「ハイビーズＧＲ」成形品の圧縮歪みと応力の関係を示す図。 本発明品の衝撃吸収特性測定結果を示す図。

符号の説明

１ 自動車用フロアスペーサ
２ フロアスペーサ
２ａ 凹部
３ 衝撃吸収部材
３ａ 凸部

Claims (4)

1. 自動車の乗員座席の足元に敷設される硬質発泡体からなる自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材であって、
   前記自動車の乗員座席床面に敷設されるフロアスペーサの前方に、前記床面の前方傾斜面に敷設されるよう取り付けられ、かつ、前記傾斜面と接触する裏面側に、ハニカム構造、スリット構造及び／又は突起構造を形成し、
   さらに、前記衝撃吸収部材を硬質発泡プラスチック成形品とし、前記フロアスペーサより高密度とした
   ことを特徴とする自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材。
2. 前記衝撃吸収部材の素材を前記フロアスペーサの硬質発泡プラスチックと同一としたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材。
3. 前記硬質発泡プラスチックからなる衝撃吸収部材が、発泡性熱可塑性樹脂粒子を所定の密度に一次発泡したのち、金型に充填し、スチーム等の加熱により成形され、密度が１０ｋｇ／ｍ³以上２００ｋｇ／ｍ³以下の発泡成形品であることを特徴とする請求項1又は２記載の自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材。
4. 前記衝撃吸収部材に凸部を形成し、前記フロアスペーサに形成した凹部に、前記凸部が嵌合することによって取り付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用フロアスペーサの衝撃吸収部材。

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