JP4296934B2 - 衝撃吸収材 - Google Patents
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Description
本発明は衝撃吸収材に関する。
発明の背景
自動車の衝突事故発生時などにおいて、乗員の頭部等が車室の天井等の内装材に衝突した際の衝撃を吸収して乗員の頭部等を保護するために、衝撃吸収材が設けられている。
従来の衝撃吸収材としては、硬質ポリウレタンフォーム、ポリオレフィン発泡体、一方の面にリブが形成された樹脂成形体、鉄板等のプレス成形品などがある。硬質ポリウレタンフォーム製の衝撃吸収材は、衝撃吸収特性に優れる;衝撃吸収特性の温度依存性が少ない;頭部ダミー(FMH)の進入角度の変化に対して、衝撃吸収特性が比較的安定している;衝撃吸収特性の調整が容易である;そして、比較的安価で経済性に優れる。
衝撃吸収材の理想的な衝撃吸収特性は、圧縮の初期段階で一定の荷重(一定の加速度)に達し、その後その一定の荷重(一定の加速度)を維持するもの、即ち、F−S波形(荷重−ストローク波形)において、ストローク(S)に対して荷重(F)が早期に立ち上がり、その後荷重(F)がほぼ一定でストローク(S)が推移するものである。
硬質ポリウレタンフォーム製の衝撃吸収材は、2枚の平板の間で圧縮されるような、全面に均等な衝撃力が加えられる場合には、理想的なF−S波形に近い衝撃吸収特性を有する。
硬質ポリウレタンフォームは、座屈性(脆性)材料であるために、図2a,2bに示す如く、頭部ダミー(FMH)1のような球体が衝突して圧縮された場合には、硬質ポリウレタンフォーム製衝撃吸収材2に局部的に応力が集中し、FMH1がめり込み、吸収される衝撃エネルギーが少ない。即ち、図2bに示す如く、従来の硬質ポリウレタンフォーム製頭部保護材2は、FMH1によって破線2Aで示されるような小さな面積で押圧されたときには、この破線部分2Aとその直近部分しか衝撃の吸収に寄与しない。
硬質ポリウレタンフォーム全体の硬度を上げることは、衝突初期の荷重を高くするが圧縮後半の荷重を過度に高くする。
発明の概要
本発明の衝撃吸収材は、硬質ポリウレタンフォームで構成された本体部と、該本体部の衝撃受け止め面に設けられた、該本体部よりも高剛性の表面材とを備える。
詳細な説明
図1aは本発明の一態様に係る衝撃吸収材10を示している。この衝撃吸収材10は、硬質ポリウレタンフォームよりなる本体部11と、本体部11の一方の面に設けられた本体部よりも高剛性の表面材12を有する。FMH1が衝突した際の初期の荷重は、表面材12により広い範囲に分散され、それにより、図1bの通り、初期の圧縮荷重は、より広い適用面積をもって本体部11に作用する。
即ち、表面材12が高剛性を有するものであるため、本体部11は、FMH1が当たった箇所だけでなく、その周辺の広い範囲(破線部分11A)も一緒に潰れ、それ故に、短いストロークであっても大きな衝撃が吸収される。表面材の剛性と面積とを適正に選定することは、衝撃吸収材に対し、所望の荷重−ストローク曲線を付与する。
本体部11は板であることが好ましく、平坦な板、曲った板が包含される。本体部11を構成する硬質ポリウレタンフォームは、好ましくは、約0.25MPa以上、特に約0.25〜2MPa、とりわけ約0.25〜1.6MPaの50%圧縮応力を有する。硬質ポリウレタンフォームは、好ましくは40〜200kg/m3、特に40〜140kg/m3の密度を有する。
表面材12は、本体部11の硬質ポリウレタンフォームよりも高い剛性を有し、好ましくは2〜1500MPaの曲げ弾性率を有する。表面材12は、合成樹脂、金属、合金、ガラス、セラミック等で構成されることが好ましい。合成樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートを包含し、金属は鉄、アルミニウム、銅を包含する。合金は鉄基合金、アルミニウム基合金、銅基合金を包含する。表面材は、ダンボール等の紙材や木材等で構成されてもよいが、これらは大きな厚さを必要とするであろう。
衝撃吸収材が頭部保護材である場合、本体部は10〜80mm、特に10〜40mm、とりわけ20〜30mmの厚さを有することが好ましい。本体部の厚さが10mm未満ではストロークが短すぎ十分な衝撃吸収性能を得ることができず、80mmを超えると衝撃吸収材が嵩高くなる。10〜25mm程度の薄い本体部を有する衝撃吸収材でも良好な衝撃吸収性能を有し得る。
表面材は、好ましくは、0.5〜5mm程度の厚さの板である。0.5mm未満の厚さの表面材を有する衝撃吸収材は、表面材が、セラミックのような高剛性材料製であっても、衝撃吸収特性が不十分である。5mmを超える厚さを有する表面材は、衝撃吸収材の剛性を過大にする。
表面材12と本体部11とは一体化されていてもよい。表面材12は、本体部11に接着剤又は粘着剤で一体化されてもよい。本体部を成形するためのモールド中に表面材12が配置され、インサート成形により表面材と本体部とが一体化されてもよい。この表面材は、本体部と接合されていなくてもよい。
表面材は、好ましくは、本体部の衝撃受け止め面のほぼ全面を覆う。1枚の表面材が本体部11のほぼ全面を覆ってもよく、複数の小表面材が覆ってもよい。この小表面材は25mm以上の直径の円形であってもよく、一辺が25mm以上の方形であってもよい。最小の大きさは25mmφ以上であることが好ましい。
本体部を構成する硬質ポリウレタンフォームの物性や本体部の寸法(厚さ)と、表面材の材料及び物性や寸法(厚さ)とを適宜組み合わせて設計することにより、用途に応じて所望の優れた衝撃吸収性能を有する衝撃吸収材が提供される。
本発明の衝撃吸収材は、車体又はヘッドライナー、ガーニッシュなどの内装部品に装着されて使用される頭部保護材として好適であるが、何ら頭部保護材に限定されるものではない。
実施例及び比較例
以下に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、以下の実施例は本発明を例示するだけであり、本発明はこれらによって限定されない。
実施例1
下記物性及び寸法の硬質ポリウレタンフォーム製本体部の一方の板面に、下記物性及び寸法のポリプロピレン製表面材を粘着剤により接着して一体化することにより、本発明の衝撃吸収材を製造した。
本体部:50%圧縮応力8kgf/cm2,密度100kg/m3の硬質ポ
リウレタンフォーム
150mm×80mm×30mm厚さ
表面材:曲げ弾性率45MPaのPP板
100mm×100mm×1mm厚さ
この衝撃吸収材について、FMHを速度6.7m/secで表面材側の中央に衝突させたときのF−S波形を調べ、結果を図3に示した。
また、FMHを用いた動的評価試験でそのダミーが受ける衝撃を加速度で測定し、その加速度から頭部傷害値(head injury criteria(d))(HIC(d))を算出したところ770であった。一般にHIC(d)が1000以下であれば衝撃吸収性能に優れるとされており、自動車メーカーでは確実性を高めるために800以下となるように開発が行われている。
比較例1
実施例1において、表面材を設けず、実施例1の本体部を構成する硬質ポリウレタンフォームよりなり、寸法が150cm×80cm×30cm厚さの衝撃吸収材について、同様にF−S波形を測定し、結果を図3に示した。頭部傷害値は860であった。
これらより、本発明の衝撃吸収材は、著しく良好な衝撃吸収性能を示すことが明らかである。
以上詳述した通り、本発明によれば、衝撃吸収性能が著しく良好で、頭部保護材として自動車の衝突時などに車室内の乗員の頭部に加えられる衝撃エネルギーを吸収し、頭部傷害値を低減するのに好適な衝撃吸収材が提供される。
【図面の簡単な説明】
図1a,1bは本発明の実施の形態に係る衝撃吸収材にFMHが衝突する状態を示す模式的な平面図である。
図2a,2bは従来の衝撃吸収材にFMHが衝突する状態を示す模式的な平面図である。
図3は実施例1及び比較例1の衝撃吸収材のF−S波形を示すグラフである。
Claims (10)
- 硬質ポリウレタンフォームで構成された本体部と、該本体部の衝撃受け止め面である一方の面のみに設けられた、該本体部よりも高剛性の表面材とを有する衝撃吸収材であって、車輌用頭部保護材として、車輌内装部品に装着されて使用されることを特徴とする衝撃吸収材。
- 請求項1において、該本体部と該表面材とが一体化されていることを特徴とする衝撃吸収材。
- 請求項1又は2において、該硬質ポリウレタンフォームは0.25〜2MPaの50%圧縮応力を有することを特徴とする衝撃吸収材。
- 請求項1ないし3のいずれか1項において、該硬質ポリウレタンフォームは40〜200kg/m3の密度を有することを特徴とする衝撃吸収材。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、該表面材の曲げ弾性率が2〜1500MPaであることを特徴とする衝撃吸収材。
- 請求項1ないし5のいずれか1項において、該表面材は、該本体部の衝撃受け止め面のほぼ全面を覆うように設けられた板状体であることを特徴とする衝撃吸収材。
- 請求項1ないし6のいずれか1項において、該表面材の厚さが0.5〜5mmであることを特徴とする衝撃吸収材。
- 請求項1ないし7のいずれか1項において、該本体部の厚さが10〜80mmであることを特徴とする衝撃吸収材。
- 請求項1ないし8のいずれか1項において、1枚の表面材が本体部の衝撃受け止め面のほぼ全面を覆っていることを特徴とする衝撃吸収材。
- 請求項1ないし8のいずれか1項において、複数枚の小表面材によって本体部の衝撃受け止め面のほぼ全面が覆われていることを特徴とする衝撃吸収材。
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