(57)【要約】【課題】従来よりも衝撃荷重吸収効果を向上させ、且つ破砕しない車両用衝撃吸収材を提供する。【解決手段】発泡樹脂ビーズを発泡成形して形成される衝撃吸収材は、衝撃荷重印加時の界面破断率が、９０％以上である。衝撃吸収材の吸収材本体1は、固定型3と可動型4を合わせて形成される金型5にて、一方加熱工程を２０秒以下、逆一方加熱工程を１０秒以下、水冷工程を１５秒以下に設定して形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡樹脂ビーズを発泡成形して形成される衝撃吸収材であって、引張り時の界面破断率が、９０％以上である衝撃吸収材。
【請求項２】
試験片の全容量に対する発泡樹脂ビーズ間の隙間の割合である空隙率が１０乃至２５％である、請求項１に記載の衝撃吸収材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の乗員の下肢部等を保護する車両用衝撃吸収材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の乗員の足元には、車両の急ブレーキ時、衝突等に車両の乗員の下肢部を保護する為に、発泡樹脂から形成された車両用衝撃吸収材が配備されている(特許文献１参照)。これは図１１(a)の断面図に示すように、吸収材本体(１)の下面に凹部(10)を形成し、吸収材本体(１)の上から衝撃荷重Ｎが加わると、図１１(b)に示すように、凹部(10)が拡がるように、吸収材本体(１)全体が圧縮変形する。このようにして、衝撃荷重Ｎを吸収し、乗員の下肢部を衝撃荷重Ｎから保護する。
また、衝撃荷重を受けた際に、複数の破片となる吸収材本体(１)を開示した先行技術もある(特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４６０４２号公報
【特許文献２】特開２００７−９８９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１２(a)、(b)、(c)は、吸収材本体(１)に衝撃荷重Ｎが加わった部分の拡大図である。吸収材本体(１)は発泡樹脂製であるから、発泡樹脂ビーズ(２)が横並びに配列されて構成される。且つ隣り合う発泡樹脂ビーズ(２)どうしは強く結合していて剥離強度が強い。
図１２(a)に示すように、吸収材本体(１)の上面に乗員の踵(75)を置いて衝撃荷重Ｎが加わると、踵(75)による衝撃荷重Ｎが横並びの複数の発泡樹脂ビーズ(２)上に加わる。このとき、衝撃荷重Ｎが加わった発泡樹脂ビーズ(２)に、隣接しているが衝撃荷重Ｎを直接受けない発泡樹脂ビーズ(２a)は、衝撃荷重Ｎを受けた発泡樹脂ビーズ(２)によって下向の剪断力を受ける。この場合、該剪断時に剪断に抗する反力ｎが生じるので、吸収材本体(１)は衝撃荷重Ｎから反力ｎを引いたＮ−ｎの衝撃荷重しか吸収しない。即ち、吸収材本体(１)の衝撃荷重吸収効果が十分とは言えなかった。
特許文献２には、吸収材本体(１)が衝撃荷重を受けた際に複数の破片となる内容が開示されているが、これでは剪断による反力は生じないが、吸収材本体(１)が破砕してしまい、その後は衝撃荷重を吸収する効果が無くなる。
本発明の目的は、従来よりも衝撃荷重吸収効果を向上させ、且つ破砕しない車両用衝撃吸収材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発泡成形体を構成する発泡樹脂ビーズは、衝撃を受けた際に、発泡樹脂ビーズ自体が破砕するのではなく、発泡樹脂ビーズが接合している境界面を壊して、発泡樹脂ビーズが互いに分離する界面破断を生じるようにした。
そして、発泡樹脂ビーズを発泡成形して形成される衝撃吸収材は、引張り時の界面破断率が、９０％以上である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にあっては、衝撃荷重印加時の界面破断率が、９０％以上と高く、隣り合う発泡樹脂ビーズの剥離強度を弱く設定している。界面破断率が高い程、衝撃時のエネルギ吸収は大きい。吸収材本体の表面に荷重が加わると、荷重が加わった発泡樹脂ビーズ(２)は、隣の衝撃荷重を受けていない発泡樹脂ビーズ(２)から剥離する。即ち、衝撃荷重が加わっても、発泡樹脂ビーズ(２)自体は剪断しないから、剪断による反力が生じない。これにより、車両用衝撃吸収材の衝撃荷重吸収効果を従来よりも向上させることができた。また、吸収材本体(１)が衝撃荷重を受けても、隣り合う発泡樹脂ビーズが先ず剥離して、吸収材本体(１)は破砕しないから、その後も衝撃荷重を吸収する機能は残る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】(a)、(b)は、吸収材本体の上面に衝撃荷重Ｎを加えた際の状態を示す図である。
【図２】金型の断面図である。
【図３】試験片の斜視図である。
【図４】(a)、(b)は、破断面に於ける発泡樹脂ビーズの状態を示す説明概略図である。
【図５】界面破断率の結果及びエネルギ吸収効率を示す表である。
【図６】衝撃試験を示す斜視図である。
【図７】踵圧子落下後の試験片を、図６のＡ−Ａ線を含む垂直面にて破断した断面図である。
【図８】衝撃荷重と変位の関係を示すグラフである。
【図９】エネルギ吸収効率の求め方を示す為の説明図である。
【図１０】界面破断率とエネルギ吸収効率の関係を示すグラフである。
【図１１】(a)、(b)は、従来の吸収材本体の断面図である。
【図１２】(a)、(b)、(c)は、吸収材本体に衝撃荷重Ｎが加わった部分の拡大図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の一実施例を図を用いて、詳述する。吸収材本体(１)の断面形状は、図１１(a)に示すものと同様である。
図１(a)、(b)は、本例の吸収材本体(１)の上面に乗員の踵(75)が置かれ、衝撃荷重Ｎを加えた際の状態を示す図であり、吸収材本体(１)の上面を拡大している。本例にあっては、隣り合う発泡樹脂ビーズ(２)の剥離強度を弱く設定しており、図１(a)に示すように、吸収材本体(１)の表面に衝撃荷重が加わると、図１(b)に示すように、衝撃荷重Ｎが加わった発泡樹脂ビーズ(２)は、隣の衝撃荷重Ｎを受けない発泡樹脂ビーズ(２a)から剥離する。これにより、発泡樹脂ビーズ(２)(２a)間に剪断力が発生せず、衝撃吸収効果が高まる。
この発泡樹脂ビーズ(２)が、隣の発泡樹脂ビーズ(２a)から剥離し易い吸収材本体(１)は、後記の如く、金型(５)の成形条件を従来の吸収材本体から変えることによって形成する。
【０００９】
周知の如く、発泡樹脂の成形品は、図２に示すように、固定型(３)と可動型(４)を具えた金型(５)によって成形される。両型(３)(４)の間の空隙(50)に予備発泡させた発泡樹脂ビーズを充填し、金型(５)に加熱蒸気を注入し、発泡樹脂ビーズ(２)を発泡させて成形品を形成する。
隣り合う発泡樹脂ビーズ(２)の剥離強度を弱く設定するには、成形時の成形条件、具体的には金型(５)にて、発泡樹脂ビーズ(２)を加熱又は冷却する時間を、従来よりも稍短く設定し、隣り合う発泡樹脂ビーズ(２)を軽く密着させた。成形条件を説明する前に、固定型(３)と可動型(４)を簡単に説明する。
【００１０】
図２に示す固定型(３)には、加熱蒸気を取り入れる第１蒸気弁(30)と、加熱蒸気を放出する第１ドレン弁(31)が開設され、可動型(４)には加熱蒸気を取り入れる第２蒸気弁(40)と、加熱蒸気を放出する第２ドレン弁(41)が開設されている。固定型(３)と可動型(４)は、空隙(50)に対向する箇所に、夫々通気板(32)(42)を設け、各通気板(32)(42)には加熱蒸気が通る微細な貫通孔(図示せず)が開設されている。
成形時には、型締め後に、空隙(50)に予備発泡樹脂ビーズを充填し、両蒸気弁(30)(40)と、両ドレン弁(31)(41)を開いて金型(５)に加熱蒸気を流す。これを金型加熱と言う。
次に、第１蒸気弁(30)と第２ドレン弁(41)を開いて、第２蒸気弁(40)と第１ドレン弁(31)を閉じ、固定型(３)側から可動型(４)側に加熱蒸気を流す。これを一方加熱と呼ぶ。
次に、第２蒸気弁(40)と第１ドレン弁(31)を開いて、第１蒸気弁(30)と第２ドレン弁(41)を閉じ、可動型(４)側から固定型(３)側に加熱蒸気を流す。これを逆一方加熱と呼ぶ。
次に、両蒸気弁(30)(40)を開き、両ドレン弁(31)(41)を閉じて、金型(５)に加熱蒸気を流す。これを両面加熱と呼ぶ。
次に、両蒸気弁(30)(40)及び両ドレン弁(31)(41)を開いて冷却水を流し、金型(５)を急に冷やす。これが水冷工程であり、その後、金型(５)内を真空にして、緩やかに冷やす。これが放冷工程である。その後、両型(３)(４)を開いて、成形品を取り出す。
【００１１】
出願人は、上記の工程にて、３種類の吸収材本体に似せた試験片(６)を成形した。これを(i)、(ii)、(iii)とし、各試験片(６)の成形条件である各工程の時間は、以下の表１に示される(単位：秒)。
【表１】
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(i)と(ii)が本例に係わる吸収材本体に似せた試験片(６)であり、(iii)が従来の吸収材本体に似せた試験片(６)である。即ち、(i)と(ii)が一方加熱、逆一方加熱又は水冷の各工程の何れかの時間を従来品である(iii)よりも短くして、隣り合う発泡樹脂ビーズ(２)(２)の剥離強度を弱めた。
【００１２】
ここで、出願人は試験片(６)の衝撃吸収効果を示す指標として、界面破断率の概念を用いる。本例に於いて、界面破断とは荷重Ｎが加わった発泡樹脂ビーズ(２)が、ビーズ自体は剪断せず、隣の発泡樹脂ビーズ(２)から容易に離れることを指す。この界面破断率を測定すべく、図３に示すように、幅Ｈが４０ｍｍ、奥行きＷが１５ｍｍ、高さＴが１００ｍｍに形成した試験片(６)を、引っ張り速度５００ｍｍ／分で引っ張って破断させ、破断面を目視した。
発泡樹脂ビーズ(２)の剥離強度が弱いと、発泡樹脂ビーズ(２)が剪断されないから、図４(a)に示すように、発泡樹脂ビーズ(２)が粒状のまま残り、剪断の跡がない。これに比して、発泡樹脂ビーズ(２)の剥離強度が強いと、図４(b)に示すように、剪断跡(20)が残る発泡樹脂ビーズ(２)が露出する。破断面に露出した発泡樹脂ビーズ(２)の総数のうち、剪断跡(20)がない発泡樹脂ビーズ(２)の割合を界面破断率(単位：％)と呼ぶ。
【００１３】
この界面破断率の結果を、図５の表に示す。図５の表にて、成形品倍率とは、予備発泡させた発泡樹脂ビーズを加熱して、膨張させる割合を指し、破断面発泡粒子数とは、破断面に露出した発泡樹脂ビーズ(２)の総数を、界面破断粒子数とは剪断跡(20)がない発泡樹脂ビーズ(２)の数を夫々指す。図５のグラフから、本例に係わる吸収材本体に似せた試験片(６)である(i)と(ii)が、従来品である(iii)よりも界面破断率が非常に大きく、衝撃吸収効果が高いことがわかる。
【００１４】
次に、出願人は試験片(６)の衝撃吸収効果を更に確認すべく、ＪＩＳ  Ｚ０２３５：２００２「包装用緩衝材の動的圧縮試験法」に準拠して、衝撃試験を行った。これは図６に示すように、乗員の踵に似せた重さ約８.４ｋｇの踵圧子(７)を約１ｍの高さＨ１から落下させる。踵圧子(７)の落下後は、図７の断面図に示すように、試験片(６)の上面が凹む、即ち変位する。
踵圧子(７)に加速度計を取り付け、試験片(６)に加わる衝撃荷重(単位：Ｎ)と凹み量である変位(単位：ｍｍ)の関係を調べた。この結果を図８のグラフに示す。図８のグラフから同じ荷重に対して、従来品に似せた(３)の試験片(６)が変位量、即ち凹み量(図７のｔ)が最も小さいことが判り、衝撃吸収効果が弱いと推測できる。
【００１５】
次に、出願人は図８のグラフから、エネルギ吸収効率(単位：％)を求めた。ここで、エネルギ吸収効率とは、印加された衝撃荷重によるエネルギのうち、試験片(６)に吸収されたエネルギの割合を指す。具体的には、印加された衝撃荷重による総エネルギ(単位：ジュール)は、変位量に荷重を乗じた図９の斜線領域Ｘ＋Ｙの面積で示される。
これに対し、試験片(６)に吸収されたエネルギは、図９の斜線領域Ｘの面積で示されるから、エネルギ吸収効率は、Ｘ／(Ｘ＋Ｙ)で示される。このエネルギ吸収効率は、図５の表の右欄に示される。図５の表には、変位１０ｍｍと変位２０ｍｍの場合のエネルギ吸収効率が示されるが、何れの場合も(i)と(ii)の試験片(６)の方が、(iii)の試験片(６)よりもエネルギ吸収効率が高いことが判る。
図１０は、上記(i)(ii)(iii)の試験片(６)を用いた衝撃試験の結果から、変位が２０ｍｍの場合の界面破断率(単位：％)とエネルギ吸収効率(単位：％)の関係を示すグラフである。界面破断率が大きいほど、エネルギ吸収効率が上がることが判る。
【００１６】
図７に示す如く、試験片(６)に衝撃試験を行った結果、隣り合う発泡樹脂ビーズが剥離して、試験片(６)は凹むが、破砕しない。従って、凹んだ後も衝撃荷重を吸収する効果は残る。例えば、吸収材本体(１)を車両の乗員の足元に置き、車両走行中に急ブレーキをかけた場合は、吸収材本体(１)の上面が踵に踏まれて凹む。その後、再度、急ブレーキをかけても、吸収材本体(１)の衝撃荷重を吸収する効果は残る。
また、今回の(i)と(ii)の試験片(６)では、空隙率、即ち試験片(６)の全容量に対する発泡樹脂ビーズ(２)(２)間の隙間の割合は１０乃至２５％であった。空隙率をこの割合に設定することにより、車両内に吸収材を配備した際に、吸音効果を有するとも考えられる。
【００１７】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
本発明の衝撃吸収材は、車両の床面に設置される物の他に、ドアの側面に配備して、側面からの衝撃吸収にも使用可能である。
また、ビーズ(２)を形成する発泡樹脂には、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂(例えばポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂)、ポリエステル系樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート)、ポリカーボネート系樹脂、ポリ乳酸系樹脂などが挙げられる。なかでも、ポリスチレンとポリエチレンとの複合樹脂を用いることが好ましい。
【符号の説明】
【００１８】
(１)  吸収材本体
(２)  発泡樹脂ビーズ
(３)  固定型
(４)  可動型
(５)  金型
(６)  試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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