(57)【要約】  本発明には、エネルギー吸収構造を形成するための複数個の畝を有する層を有する製造物品であって、それぞれの畝が、床及び２個の、床を基板層に連結するための壁を有し、そしてそれぞれの畝の長さが畝の最も広い幅よりも長い物品が含まれる。本発明には、また、複数個の表面特徴を有する層及び第二の複数個の表面特徴を有する第二の層を有する多層エネルギー吸収材を有するエネルギー吸収構造体であって、一方の層の表面特徴が、他方の層の表面特徴の中に嵌め込まれて、基板層が互いに対して隣接するようになっている構造体が含まれる。本発明には、また、２個の層材料を単一工程で形成することを含む、エネルギー吸収材の単一工程による製造方法が含まれる。更に、本発明には、一対の基板層上の表面特徴の間に摩擦により熱を発生させることを含む、衝撃エネルギーの吸収方法が含まれる。
2007528970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第二の複数個の畝からヒンジによって分離された、第一の複数個の畝を有する、押出されたプラスチックの第一の層を含むエネルギー吸収材を含んでなり、前記複数個の畝の長さがそれらの最も広い断面幅よりも長い製造物品。
【請求項２】
第一の複数個の個々の畝が、ヒンジの作動の後に、第二の複数個の個々の畝の中に嵌め込まれる請求項１に記載の物品。
【請求項３】
第一の複数個の畝と第二の複数個の畝とが、少なくとも１個の構造面又は組成面で、互いに異なっている請求項２に記載の物品。
【請求項４】
少なくとも１個の構造面が高さ、基板幅、床幅、平均幅、断面形状、基板層厚、壁厚、床厚又はこれらの組合せから選択される請求項３に記載の物品。
【請求項５】
断面形状が方形波形、正の抜き勾配、負の抜き勾配、正弦波形、開ループ形状、閉ループ形状又はこれらの組合せから選択される請求項４に記載の物品。
【請求項６】
異なる構造的特性が衝撃の間の摩擦エネルギー散逸を生じる請求項５に記載の物品。
【請求項７】
異なる構造的特性が深さである請求項６に記載の物品。
【請求項８】
第一の複数個と第二の複数個とが組成に於いて異なる請求項４に記載の物品。
【請求項９】
第一の複数個の畝を有する押出されたプラスチックの第一の層及び第二の複数個の畝を有する第二の層を含むエネルギー吸収材を含んでなり、第一の複数個の個々の畝が第二の複数個の個々の畝の中に嵌め込まれている製造物品。
【請求項１０】
第二の層が押出されたプラスチックの第二の層である請求項９に記載の物品。
【請求項１１】
第一の層と第二の層とが少なくとも１個の構造面又は組成面で互いに異なっている請求項１０に記載の物品。
【請求項１２】
少なくとも１個の構造面が高さ、基板幅、床幅、平均幅、断面形状、基板層厚、壁厚、床厚又はこれらの組合せから選択される請求項１１に記載の物品。
【請求項１３】
断面形状が方形波形、正の抜き勾配、負の抜き勾配、正弦波形、開ループ形状、閉ループ形状又はこれらの組合せから選択される請求項１２に記載の物品。
【請求項１４】
異なる構造的特性が衝撃の間の摩擦エネルギー散逸を生じる請求項１２に記載の物品。
【請求項１５】
異なる構造的特性が深さである請求項１４に記載の物品。
【請求項１６】
第一の層と第二の層とが組成に於いて異なっている請求項１１に記載の物品。
【請求項１７】
第一の複数個の表面特徴を有する第一のプラスチック層及び第二の複数個の表面特徴を有する第二のプラスチック層を含むエネルギー吸収材を含んでなり、一方の層の表面特徴が、他方の層の表面特徴の中に嵌め込まれており、そして第一の層と第二の層とが、少なくとも１個の構造面又は組成面で互いに異なっているエネルギー吸収構造体。
【請求項１８】
少なくとも１個の構造面が高さ、基板幅、床幅、平均幅、断面形状、基板層厚、壁厚、床厚又はこれらの組合せから選択される請求項１７に記載の物品。
【請求項１９】
断面形状が方形波形、正の抜き勾配、負の抜き勾配、正弦波形、開ループ形状、閉ループ形状又はこれらの組合せから選択される請求項１８に記載の物品。
【請求項２０】
異なる構造的特性が衝撃の間の摩擦エネルギー散逸を生じる請求項１８に記載の物品。
【請求項２１】
異なる構造的特性が深さである請求項２０に記載の物品。
【請求項２２】
第一の層と第二の層とが組成に於いて異なっている請求項１７に記載の物品。
【請求項２３】
第一の複数個の表面特徴の個々の表面特徴を、第二の複数個の表面特徴の個々の表面特徴の中に嵌め込むことを含んでなるエネルギー吸収材の製造方法であって、第一の層と第二の層とが、少なくとも１個の構造面又は組成面で互いに異なっている方法。
【請求項２４】
第一の複数個の表面特徴を含む第一の層を押出すことを更に含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第二の複数個の表面特徴を含む第二の層を押出すことを更に含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
第一及び第二の複数個の表面特徴を含む第一の層を押出すことを更に含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
嵌め込み工程が第一の複数個の表面特徴と第二の複数個の表面特徴とを分離するヒンジを作動させることを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
第一及び第二の複数個の表面特徴を含む第一の層を押出すことを含むエネルギー吸収材の製造方法であって、第一の複数個の表面特徴と第二の複数個の表面特徴とがヒンジによって分離されている方法。
【請求項２９】
第一の複数個の表面特徴の個々の表面特徴を、第二の複数個の表面特徴の個々の表面特徴の中に嵌め込むことを更に含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
第一の複数個の表面特徴及び第二の複数個の表面特徴が少なくとも１個の異なる構造面又は組成面で形成される請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用方法及び製造方法を含む、衝撃の際にエネルギーを吸収する構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
衝撃の間にエネルギーを吸収するために、多数の材料及び構造体が利用されてきた。これらは布帛及びフォームからプラスチックスまでの範囲である。これらの材料及び構造体にも拘わらず、製造のコスト効率の高い、改良されたエネルギー吸収特性を有する構造体についてのニーズが存在し続けている。
【０００３】
最近の材料には、複数個の、シートの片側から出ている円錐形突出部を有する材料のシートが含まれている。例えば、特許文献１には、基板の上に規定された複数個の突出部を有する基板であって、この突出部の壁が、エネルギー吸収の間に、少なくとも部分的に圧縮される基板が示されている。多くの応用に於いて適切であるが、これらの材料を製造する工程の数を減少することができれば、これらの構造体の製造に於けるコスト節減が有効であろう。特に、これらの先行技術の製品は、基板の形成及び続く基板内の突出部の形成を含む、製造方法を必要としている。更に、公知の材料を製造するために使用される製造方法は、一貫していないエネルギー吸収材になる。例えば突出部の壁は測定される壁の位置に依存して、厚さが変化する。更に、１個の突出部の壁の厚さは、隣接する突出部の壁の厚さとは変化しているかもしれない。このような不均一性は、衝撃エネルギーを吸収する能力に於いて一貫していないエネルギー吸収材に至る。これは、エネルギー吸収材の有効性に於ける不確実性を起こす。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，２４７，７４５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
材料の重量は、常に、車輌製造に於ける関心事であるので、不変で製造するために費用効果的でもありながら、エネルギーを吸収するために、現存する構造体に対して匹敵する又は改良された能力を有する軽量構造体についてのニーズが存在し続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明には、エネルギー吸収材を形成するための、複数個の畝（corrugations）と組合せた層を有する製造物品であって、この物品が押出され、そしてそれぞれの畝が、床及び少なくとも２個の、床を層に連結する壁を有し、そしてそれぞれの畝の長さが、畝の最も広い幅よりも長い製造物品が含まれる。本発明には、また、複数個の表面特徴(surface feature)を有する層及び少なくとも１個の、複数個の表面特徴を有する追加の層を有する多層エネルギー吸収材を有するエネルギー吸収材であって、少なくとも１個の層の表面特徴が、他の層の表面特徴の中に嵌め込まれて、層の少なくとも２個が互いに対して隣接するようになっているエネルギー吸収材が含まれる。本発明には、また、エネルギー吸収材を単一工程で押し出すこと及びわずか一工程で二層構造体を形成することを含む、エネルギー吸収構造体の製造方法が含まれる。更に、本発明には、少なくとも一対の層上の表面特徴の間に摩擦を発生させることを含む、衝撃エネルギーの吸収方法が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、構造体、特に、自動車構造体を強化するための改良された及び代替のアプローチに関する。本発明は、任意的に一工程で形成することができ、畝又は突出部（corrugations or protrusions）の形状でのような表面特徴を有し、１個の層の表面特徴が、少なくとも１個の他の層の表面特徴の中に嵌め込まれている少なくとも二層の材料を有し、一つの態様に於いてエネルギーを吸収することを促進するために摩擦を使用する、新規な構造体の発見に根拠を置いている。これらの材料の製造方法及び使用方法も、本発明の一部である。
【０００８】
複数個の種々の任意の表面特徴、特に、畝及び突出部から選択された特徴の何れかを有する層を含むように、一工程で形成することができるエネルギー吸収材（表面特徴は、任意的に、層と共に一体に形成され、そして増加したエネルギー吸収特性を有する層を提供するように適合されている）。
【０００９】
第一の態様に於いて、図１に示すように、例示的エネルギー吸収材１０には、複数個の畝１４が形成されており、構造体の長さに亘って連続的又は不連続的であってよい、同じ又は異なる波長の繰り返し単位を有していてよい、同じ若しくは異なる波形の繰り返し単位又はこれらの組合せを有してよい、エネルギー吸収材１０に繰り返し構造を与える、基板部分１２が含まれていてよい。
【００１０】
例えば、図１に示すように、それぞれの畝１４は、床１６及び床１６を基板部分１２に連結している２個の壁１８を有する。床及び壁は、直線状、曲線状若しくはこれらの組合せであってよく又は他の様式の形状であってよい。畝は、畝の一端から他端までの距離を測定する、少なくとも１個の長さＬ寸法及び基板部分１２から床１６までの距離を測定する、少なくとも１個の深さＤ寸法を有する。壁が基板部分に結合している場所での、２個の壁の間の距離を測定する、少なくとも１個の基板幅Ｗ１寸法。本明細書で使用するとき、床幅Ｗ２は、床のサイズの寸法とする。波長には、例えば、断面で見たとき、表面特徴上のある場所から、隣接する表面特徴上の同様の場所までまたがる距離が含まれるであろう。
【００１１】
典型的には、畝の長さは、トレンチ又はグルーブを形成するための幅の何れよりも長い。畝は、典型的には、囲まれた端部を有していないが、このような端部を有していてもよい。基板部分、壁及び／又は床の厚さは、構造体の断面に沿って変化してよく、そして畝のエネルギー吸収を最大にするように選択することができ、これらのそれぞれは、層に亘って、個別に又は組合さって変化してよい。例えば、より厚い壁は、相対的により薄い壁に対して増加したエネルギー吸収を示すことができる。更に、床の厚さは、増加したエネルギー吸収を与えるように、構造体の断面に亘って増加してよい。例えば、この厚さは、約５ｍｍ〜約４０ｍｍの範囲内であってよい。好ましくは、構造体の基板部分、壁及び／又は床の厚さは、構造体の長さに沿って実質的に一定である。
【００１２】
畝は、典型的には、お互いに対して平行に延びているが他の配置、例えば中心位置から又は数個の位置から放射状に広がる畝も適している。また、エネルギー吸収材の最長寸法に対して平行である平行畝が好ましいが、下記のように、それらの形成の容易性及び費用効果のために、必要ではない。換言すると、畝の配向は、デバイス又は車両の支持構造体（例えば、ボディ−イン−ホワイト(body-in-white)）に対して横方向又は縦方向であるように設計することができる。
【００１３】
それぞれの畝の形状は、エネルギー吸収材に亘って一定であってよいが、これは必要ではなく、この形状は、一般的に、Ｄ、Ｗ１及びＷ２のお互いに対する関係によって規定される。床及び壁が直線状であり、そして床が基板部分に対してほぼ並行である畝について、それぞれの畝は、基板及び床幅の互いに対する比によって規定される角度又は抜き勾配を有する。一つの例示状況は、基板幅Ｗ１と床幅Ｗ２とが同じものである場合である。これは、エネルギー吸収材の断面に対する方形波形外観を与える。基板幅Ｗ１が床幅Ｗ２よりも長い場合、抜き勾配は正であり、そして反対の状況に於いては抜き勾配は負である。好ましくは、抜き勾配（draft）は、約−４５°と約＋４５°との間である。
【００１４】
曲線状の床、壁及び基板部分を使用する他の畝形状、例えば、エネルギー吸収材に、正弦波形（sine waveform）又は他のさざ波（rippling）若しくはうねり波形（undulation waveform）を与えるように造形された畝を使用することができる。他の適当な曲線状形状には、１個の畝の壁が隣接する畝の壁に触れているか若しくは結合されている又はループの２個の壁が互いに対して触れているか若しくは結合している、閉ループが含まれる。隣接する畝の壁と畝の壁とが、離れて間隔が置かれている開ループ。隣接する壁が触れている／結合している又は両方の畝壁が触れている／結合している部分的開ループが適しているであろう。開ループ、部分的開ループ及び閉ループの組合せも適しているであろう。
【００１５】
エネルギー吸収材の代表的断面を、それぞれ図１Ａ〜Ｂ及び図２Ａ〜Ｅに示す。これらの図に於いて、畝のパターンは、方形波形（Ｗ１＝Ｗ２）（図１Ａ〜１Ｂ）、正の抜き勾配（positive draft）（Ｗ１＞Ｗ２）（図２Ａ）、負の抜き勾配（negative draft）（Ｗ１＜Ｗ２）（図２Ｂ）、正弦波形（図２Ｃ）、開ループ形状（図２Ｄ）又は閉ループ形状（図２Ｅ）であってよい。一定の波形を有するように示されるが、この畝は、畝のサイズ及び形状が変化する波形を有してよい。例えば、このパターンには、異なった高さ、幅、抜き勾配又はこれらの組合せの交互に並ぶ畝、増加しつつある及び／又は減少しつつある高さ、幅、抜き勾配又はこれらの組合せを有する一連の畝、開ループ及び閉ループの一連の交替、正の抜き勾配畝と交互している負の抜き勾配畝のような形状の混合、これらの組合せ等が含まれてよい。方形波形以外の畝パターンが、これらのパターンが、エネルギー吸収材の平面に対して垂直ではないこれらの衝撃に対して増加した衝撃吸収を与えるので好ましい。例えば、正の抜き勾配畝で、衝撃の角度は、方形波形についてよりも、壁に対して一層近く平行になり得る。図２Ａに見られるように、矢印Ａは、正の抜き勾配畝に於いて壁２０に対して実質的に平行である衝撃の角度を示している。
【００１６】
畝は、実質的に平滑、平ら又は平面状である少なくとも１個の表面を提供するような大きさに作り、造形することができる。これは、美感上の理由のために又はエネルギー吸収材の機能を改良する、例えば、構造体のエネルギー吸収特性を増加させる若しくは車両の他のコンポーネント、例えば装飾的カバーをその上に取り付けることができる表面を提供するために行うことができる。図２Ｂに見られるように、実質的に平滑、平ら又は平面である２個の表面で、両方の表面が、車両又は装飾カバーに結合するために等しく機能性であるので、構造体を方向に無関係に設置することができるので、エネルギー吸収材の設置が楽になる。
【００１７】
エネルギー吸収材には、また、エネルギー吸収材を、車両のボディ−イン−ホワイト又は車両の他のコンポーネント、例えば、屋根、ヘッドライナー、デッキリド（deck lid）、ボディパネル、床パネル又はインストルメンタルパネルに固定することを助けるように適合されている、１個又はそれ以上の固定デバイス、例えばフランジ、ブラケット、ファスナー、突起又は他の適当な構造体が含まれていてよい。この固定デバイスには、また、別のコンポーネントと組合されてエネルギー吸収材と共に一体に形成された構造体が含まれていてよい。更に、１個又はそれ以上の固定デバイスは、畝の間に又は畝の一部として配置することができ、例えば、畝の第一領域を、エネルギー吸収材を固定するために有用な平滑、平ら又は平面状部分によって、畝の第二領域から分離することができる。また、他方のファスナー上のねじ、スナップフィットファスナー(snap fit fastener)を、畝の床上の壁、基板の１個又はそれ以上内に設けることができる。
【００１８】
更に、エネルギー吸収材を固定することを促進するために、接着剤を使用することができる。この接着剤は、対象とする用途のための任意の適当な接着剤であってよい。これは、水性接着剤、溶媒系接着剤又は他のものであってよい。これは、一成分接着剤又は多成分接着剤（例えば、二成分接着剤）であってよい。多成分接着剤は、成分を同時に又は逐次的に使用することができる。これは、空気硬化、水分硬化、熱硬化、放射線硬化（例えば、ＩＲ又はＵＶ）、高周波硬化、溶媒損失硬化又は他の方法で硬化させることができる。これは、溶融流動性、液体、フィルム、粉末、ゲル又は他のものであってよい。これは、感圧接着剤、ＲＴＶ接着剤、ホットメルト接着剤であってよい。これは、特定の用途に於いて構造接着剤であってよい。本明細書に於ける用語「接着剤」の使用は、プライマー又は他の結合剤を、本発明の範囲から排除することを意図しないものである。
【００１９】
別の態様に於いて、接着剤は、接着剤が硬化し始めるために別の操作を必要とする、キュア−オン−デマンド(cure-on-demand)接着剤であってよい。一つの態様に於いて、これは、組立の間に破裂されるカプセル入り硬化剤を使用することによって達成される。別の態様に於いて、これは、保護皮膜を除去して、接着剤を環境条件に曝露することによって達成される。硬化は、接着剤を、熱源、赤外光源若しくは紫外光源又は剪断力等に曝露することによって開始される。更に、接着剤を、米国特許出願公開第２００２００５８７６４号明細書（引用して本明細書に含める）に記載されているもののようなオルガノボランアミン錯体によって開始させることができる。勿論、要求可能性に応じて硬化しない接着剤を使用することが常に可能である。
【００２０】
任意の適当な接着剤群から選択された接着剤、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、エポキシド、エチレン酢酸ビニル、ウレタン、アクリル、シラン、チオエーテル、フルオロシリコーン、炭化フッ素、これらの組合せ等を使用することができる。接着剤は、高温度エポキシ樹脂、ポリイミド、ハイブリッドポリイミド／エポキシ樹脂接着剤、エポキシノボラック／ニトリルゴム接着剤、ポリチオエーテルエポキシ、これらの組合せ等であってよい。
【００２１】
本発明のエネルギー吸収材は、衝撃の予想される方向に無関係に設置することができる。典型的には、この材料は、表面特徴の床が、車両コンポーネントから離れて間隔を置いた基板部分で詰め物をされるべき車両コンポーネントに隣接するように設置されるであろう。しかし、基板部分が車両コンポーネントに隣接して置かれる場合、反対の設置を利用することができる。また、エネルギー吸収材を、衝撃の予想角度とは無関係に設置することができる。好ましくは、エネルギー吸収材は、衝撃の予想角度がエネルギー吸収材の平面に対して垂直であるように設置されるであろうが、このことは必ずしも事実ではない。実際に、エネルギー吸収材を、衝撃の予想角度が、エネルギー吸収材の平面に対して平行であるか、又はエネルギー吸収材の平面に対して垂直と平行との間にある角度となるように、設置することができる。実際に、しばしば、衝撃の予想角度を予測することはできない。車両の製造の時点での設置に加えて、エネルギー吸収材を、アフターマーケットで、例えば車両を再生又は修理するための仕事の一部として設置することができる。車両の有用寿命の最後に、本発明は、また、この構造体を除去し、そしてリサイクルする工程を意図する。
【００２２】
上記の畝に加えて、突出物の形状での表面特徴を、また、下記の多層エネルギー吸収材に於いて利用することができる。複数個の凹部と同様に、図３Ａ〜３Ｂに見られるように、それぞれの凹部１００は、床１０２及び（断面で見るとき）少なくとも２個の、床１０２を基板部分１０６に連結するための壁１０４を有する。床及び壁は、断面で見るとき、直線、曲線又はこれらの組合せであってよい。畝と同様に、突出部は、差し渡し距離を測定する長さＬ及び基板部分１０６から床１０２までの距離を測定する深さＤを有する。基板幅Ｗ１は、壁が基板部分に結合している場所での２個の壁の間の距離の寸法である。床幅Ｗ２は、床のサイズの寸法である。突出部は、突出部が別個の空間を規定する点で、突出部が典型的に自己充足的であること以外は、畝と同様である。得られるエネルギー吸収材は、カップケーキ様構造体又は卵詰め容器様構造体に類似している。
【００２３】
畝で可能な寸法的変動に加えて、突出部は、また、規定することができるそれらの形状の別の面としての床形状を有する。例えば、図３Ａに於けるように、上から見るとき、突出部は、円形、楕円形、長方形、他の規則的多角形、不規則的多角形又は他の規則的若しくは不規則的形状であってよい床形状を有してよい。増加した表面積を有する突出部の壁を与える床形状、例えば星形状又はＸ字形状が望ましい。また、突出部の床形状は、それが基板部分に結合する場所での突出部の形状と同じものである必要はなく、又は床は、それが基板部分に結合する場所での突出部の形状に比較して回転していてよい。好ましくは、突出部の長さはその幅と同様である。基板部分、壁及び／又は床の厚さは、突出部のエネルギー吸収を最大にするように選択することができる。
【００２４】
突出部は、任意のパターンで基板部分上に配置することができる。例えば、突出部は、エネルギー吸収材に亘って、深さ、床形状、床厚、壁厚、基板部分厚が変化してよい。また、突出部を、列で、同心円若しくは楕円で、三角形、四角形、五角形、六角形又はより高次の規則的若しくは不規則的多角形の角で配置することができる。
【００２５】
層は、好ましくは、一般的に、平面状エネルギー吸収材を提供するが、これは、エネルギー吸収材に多数の平面を与えるように適合させることができる。また、層は、畝又は突出物に関して記載されたもののような規則的又は不規則的形状を有してよく、従って、例えば、畝の上に畝又は突出物の上に突出物を形成することができる。また、一つの寸法の畝を、他の寸法の畝の間に点在させることができる。同様に、例えば、変化する深さの突出物を、互いに対して点在させることができる。更に、畝を、任意の層上で突出物と組合せることができる。
【００２６】
エネルギー吸収材には、また、層が接着剤、機械的ファスナー又は溶接によって結合されている基体（又は下地）層であって、一般的に表面特徴を有さず、そしてこの層の寸法的強度を増加させるため又は他の目的、例えば、エネルギー吸収材の美感を改良するために機能する基体層が含まれていてよい。この基体は、また、それを下記のように層と接触状態で置くことにより、エネルギーの摩擦散逸を増加させるために使用することができる。
【００２７】
本発明のエネルギー吸収材は、任意の適当な材料、例えば金属、セラミックス等から製造することができるが、好ましくは、これらは、プラスチックス、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、これらの組合せ物等から製造される。得られる材料は、ゴム状、軟質又は硬質であってよい。エネルギー吸収材中に含有させるために選択された材料の特性によって、所望の特性を有する構造体の製造が可能になる。例えば、ホモポリマー、例えばポリプロピレン（ＰＰ）又はポリスチレン（ＰＳ）を硬質（例えば「ガラス状」）エネルギー吸収材のために含有させることができ、他方、耐衝撃性改良熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）又は耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩ−ＰＳ）を延性（例えば「ゴム状」）性能のために含有させることができる。適当な材料の他の例には、ナイロン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、これらの組合せ等が含まれる。上記の又は他のポリマーのコポリマーも適しているであろう。エネルギー吸収材は、材料の単層（例えば、モノリシック）又は材料の多層（例えば共押出又は積層）からなっていてよい。繊維強化材（例えばガラス繊維若しくは炭素繊維）を含有させることができ又はこの材料に、例えば鉱物充填剤若しくはガラス充填剤を充填することができる。
【００２８】
エネルギー吸収材は、押出、引き抜き成形（pultrusion）、射出成形、ブロー成形、圧縮成形、熱成形又はこれらの組合せを含む、任意の一般的な技術を使用して製造することができる。線状プロフィール、例えば畝を有するエネルギー吸収材が、これらの表面特徴で、エネルギー吸収材を、押出又は同様の方法によって、本質的に限定されない長さで形成することができるので好ましい。これによって、一段形成方法（従来は二工程を必要とした）が可能になり、製造に付随する費用節減になる。
【００２９】
押出及び同様の技術によって製造されたエネルギー吸収材も、これらは、エネルギー吸収材の長さに亘って実質的に一定である、基板、壁及び／又は床厚になるので好ましい。このようなエネルギー吸収材は、エネルギー吸収材のどの位置で試験しても、一貫してエネルギーを吸収する。更に、このような厚さの一貫性は、押出及び同様の方法の使用によって高度に再現可能であり、エネルギー吸収材の与えられた長さを、エネルギー吸収材の他のどの長さとも区別できないことを意味する。この一貫性のレベルは、廃棄材料により少額が費やされ、品質管理により少額が費やされ、そして製造過失により少額が費やされるので、製造コストを下げる。
【００３０】
上記の利点に加えて、押出及び同様の技術によって、熱成形又は成型技術によっては可能ではないエネルギー吸収材を創り出すことが可能である。特に、負の抜き勾配、開ループ及び／又は閉ループを有する畝を有するエネルギー吸収材は、このような形状は、エネルギー吸収材に、顕著な変形及び従って損傷を与えることなく、金型から取り出すことができないので、熱成形又は成形のために適していない。
【００３１】
好ましいエネルギー吸収材の製造の一つの例に於いて、限定されない長さの材料を、構造体を作るためのダイに通して押す又は引く（両方の技術を、本明細書に於いて押出と呼ぶ）ことができる。硬化させ、そしてある長さに切断して、エネルギー吸収材が設置のために用意される。畝を有するエネルギー吸収材は、また、射出成形、吹込成形、シート成形又は他の方法を使用する一工程方法で製造できた。
【００３２】
突出部を有するエネルギー吸収材は、また、一工程製造方法から利益を得ることができる。例えば、エネルギー吸収材は、一工程で射出成形、吹込成形又は圧縮成形することができる。
【００３３】
本発明の第二の態様には、多層エネルギー吸収材が含まれる。図４に一般的にみれれるように、各多層エネルギー吸収材２００には、それぞれ表面特徴２０６及び２０８を有する少なくとも２個の層２０２及び２０４が含まれており、一方の層の表面特徴は、他の層の表面特徴の中に嵌め込まれている。一つの面に於いて、多層エネルギー吸収材は、第一の表面特徴が、少なくとも１個の構造面、例えば形状、深さ、基板幅、床幅、平均幅、壁厚、床厚、基板厚、これらの組合せ等に於いて、第二の表面特徴とは異なっている点で、異なった構造を有する。第二の面に於いて、多層エネルギー吸収材は、第一の表面特徴の材料が、第二の表面特徴の材料とは異なっている点で、異なった組成的面を有する。第三の面に於いて、多層エネルギー吸収材は、衝撃エネルギーを散逸させるために摩擦を利用する。
【００３４】
異なった構造を有する多層吸収材の第一の面を、図４Ａに於いて断面で示す。第一の層２０２は、壁２０８を有する第一の畝２０６を有し、そして第二の層２０４は、壁２１０を有する第二の畝２０８を有する。以上のように、第二の畝２０８は、第一の畝２０６の中に嵌め込まれている。嵌め込まれている畝は、互いとは異なる深さ寸法を有し、そうして、２個の層の異なった構造及び床２１４と２１６との間の空間２１２を与えている。換言すると、層２０２と２０４とは、互いに対して実質的に隣接したままであるが、床２１４と２１６とは、互いからオフセットされている。理論的には、材料の圧潰抵抗は、典型的には、（一定の壁厚と仮定して）その深さの自乗に反比例し、より高い表面特徴が最初に潰れ、より短い特徴が第二に潰れ、そうしてこの態様のための二段階エネルギー吸収特徴を与えるであろうことを意味する。空間２１２には、好ましくは、環境空気が充填されているが、これには、別の材料、例えばフォーム、接着剤又は他のエネルギー吸収材が充填されていてよい。また、好ましくは、壁２１０及び２０８は互いに接触状態にあるが、これは必須ではない。例えば、壁は、以下に説明するように、接着剤又は壁の一方若しくは両方の摩擦係数を上昇させる材料によって分離されていてよい。
【００３５】
別の面に於いて、壁厚は、一方の層から他方の層に変化してよい。理論的には、材料の圧潰抵抗は、典型的には、壁厚に比例し、より厚い壁の表面特徴は、より薄い壁の表面特徴の後で（又は次いでより高い荷重で）潰れるであろうことを意味する。これは、二段階エネルギー吸収特徴を与える別の方法である。
【００３６】
異なった材料を有する多層吸収材の第二の面を、図４Ｂに断面で示す。ここで、第一の層２２０には、その中に第二の層２４６の畝２２４が嵌め込まれている畝２４２（又は突出部）（ここで、第一の畝の材料は、第二の畝の材料とは異なる）が含まれている。この態様に於いて、畝は、２個の畝の床２２８と２３０との間に感知できる空間が存在しないような大きさに作られ、造形されている。畝の材料は、それらの組成に於いて、従ってそれらの耐衝撃強度に於いて異なっている。好ましい面に於いて、第一の層は、第二の層よりも低い耐衝撃強度を有する。好ましい態様に於いて、畝の異なった材料は、異なった構造、例えば異なった壁厚を有する表面特徴と組合せることができる。
【００３７】
多層吸収材の幾つかの面の組合せを、図４Ｃに示す。ここで、畝２４２を有する第一の層２４０は、その中に嵌め込まれている第二の層２４６からの畝２４４を有する。畝の深さは異なっており、畝の床の間の空間２４８になる。基板層、壁及び床の厚さも、互いから異なっている。例えば、基板層の厚さの比は、約１：４未満から４：１よりも上までの範囲であってよい。更に、各層のために、異なった材料が使用されている。この特定の態様は、多層吸収材に於ける２種の異なった構造及び異なった材料の使用を例示している。
【００３８】
多層エネルギー吸収材の第三の面は、衝撃エネルギーを散逸させるために、例えば、摩擦による熱エネルギーの形成を利用する。摩擦は、層の表面特徴の互いに対する接触から生じ得る。典型的には、表面特徴の壁は、衝撃の間に一緒に擦れるであろう。この擦りによって、多層吸収材によって吸収されるエネルギーの量に於ける明瞭で顕著な改良がもたらされる。例えば摩擦破壊物質、例えば滑剤を嵌め込まれている表面特徴の間に置くことによって、多層吸収材のエネルギー吸収特性が低下する。
【００３９】
表面特徴又は層材料として、高い摩擦係数を有する任意の材料が望ましい。このような高い摩擦係数材料は、本来的に又は製造方法から及び／又は製造後の処理からの結果として、それらの摩擦係数を有する。更に、高い摩擦係数は、突出部、谷、ミクロ若しくはナノ組織又は表面特徴上の他の特徴の意図的形成から得られる。意図的に形成された特徴は、典型的に、表面特徴に比較して相対的に小さい。また、表面特徴の摩擦係数は、皮膜の使用又は研磨のような他の表面処理によって増加させることができる。
【００４０】
摩擦を利用する一つの態様に於いて、表面特徴の深さは、前記のように異なっており、それで層が互いに対して隣接したままであるが、床は、互いにオフセットされていてよい（図４Ａ参照）。別の態様に於いて、表面特徴の深さがほぼ同じであっても、床は互いからオフセットされている。この態様に於いて、層もまた、互いに間隔が置かれている。例えば、図４Ｄに於いて、畝２５２を有する第一の層２５０は、その中に嵌め込まれた第二の層２５６からの畝２５４を有する。畝の深さは異なり、畝の床の間の空間２５８になる。更に、第一の層と第二の層との間に空間２６０が存在する。好ましい態様に於いて、層の間の距離は、床の間の距離よりも大きい。この態様に於いて、畝の壁の間の摩擦の量は増加し、従って、エネルギー吸収材によって散逸される衝撃エネルギーの量を増加させる。この態様は、表面特徴が突出部であり、そして材料が熱成形によって製造されるとき、興味深いであろう。この製造技術により、突出部は、一つの層の突出部が、他の層の突出部の中に完全に嵌め込むことが可能であるのを防止する、僅か乃至中度のマッシュルーム形状を有することができる。
【００４１】
別の態様に於いて、正の抜き勾配表面特徴が、方形波表面特徴と組合せられる。図４Ｅに見られるように、方形波畝２６４を有する第一の層２６２は、その中に嵌め込まれた第二の層２６８からの正の抜き勾配畝２６６を有する。方形波畝２６４の角２７０は、壁が基板及び床と結合している間のどこかで、正の抜き勾配畝２６６の壁２７２と接触している。この態様に於いて、衝撃は、正の抜き勾配畝２６６を、より小さい方形波畝２６４の中に押し込み、そうして摩擦によりエネルギーを散逸することを助ける。好ましい態様に於いて、角２７０が床により近い壁２７２と接触する場合、摩擦又は他の機構により、より多くのエネルギーが散逸されると信じられる。畝の深さは、衝撃の間に、２個の層の基板が互いに接触する前、後又は時に、２個の層の床が互いに接触することを確実にするように調節することができる。
【００４２】
別の態様に於いて、正の抜き勾配表面特徴が、負の抜き勾配表面特徴と組合せられる。図５Ｂに見られるように、負の抜き勾配畝２７６を有する第一の層２７４は、その中に嵌め込まれた第二の層２８０からの正の抜き勾配畝２７８を有する。
【００４３】
二層エネルギー吸収材と単層エネルギー吸収材（表面特徴は、凹部又は畝である）との間の一つの信じられる区別は、エネルギー吸収材の平面に対して垂直ではない衝撃を吸収するための能力の増加である。例えば、図２Ａに於ける単層エネルギー吸収材を、図５Ｂに於ける二層エネルギー吸収材と比較することによって、矢印Ａによって示されるような与えられた衝撃角度で、単層エネルギー吸収材の２倍の、衝撃方向に対して実質的に平行である壁２８２を有し、従って、非垂直衝撃のために、より多くの衝撃吸収を与える。これは、現実の世界の応用に於いて、衝撃の角度は、エネルギー吸収材の平面に対してたまにしか垂直ではないので、有利である。更に、幾つかのヘッド衝撃シナリオ(head impact scenario)は、平行移動及び回転エネルギー散逸の組合せになり、この場合、それぞれの可能性のある様式で衝撃を吸収することが望まれる。従って、二層エネルギー吸収材は、単層エネルギー吸収材に比較したとき、一層広い範囲の可能性のある衝撃方向内で、熱可塑性壁のカラム座屈(column buckling)を与えるであろう。
【００４４】
２個の異なる二層エネルギー吸収材の間に、互いに対して実質的に平行である壁を、離して間隔を置くことが利点であると考えられている。離して間隔を置いた壁を有するエネルギー吸収材が、壁がお互いに対して隣接している場合よりも、エネルギー吸収材の与えられた領域に亘って衝撃エネルギーを一層一貫して吸収すると思われる。図５Ｂに見られるように、例えば、エネルギー吸収材は、互いに対して平行であるが、互いに間隔が置かれている壁２８２を有する。他方、図４Ｄに見られるように、エネルギー吸収材は、互いに対して平行であるが隣接している壁２８４を有する。従って、図５Ｂに示される態様に於いて、壁２８２は、壁２８４が一緒にグループ化されている図４Ｄに於ける態様に比較して、エネルギー吸収材の領域に亘って一層均一に広がっている。
【００４５】
典型的に二層エネルギー吸収材に於いて、各層の表面特徴は、共通の中心線を有するが、これは必ずしも事実ではない。表面特徴の中心線は移動していてよい。
【００４６】
好ましい態様には、座屈又は弾性変形と組合さったエネルギー吸収機構として摩擦が含まれる。エネルギーを吸収するための摩擦の使用の仕方の一つの例は、最上層を、より下の層よりも低い応力レベルで座屈するように設計できることである。座屈する際に、最上層は、より下の層の壁の上で擦るか又は他の方法で応力を加える。より下の層は、また、幾つかの予定の応力レベルで座屈するように設計できる。
【００４７】
多層吸収材は、前記の製造技術又は他の公知の技術に従って製造することができる。好ましい技術には、両方の層が、共押出又は共成形のような一段で（又は単一機械で）形成されるものが含まれる。多層吸収材のための別の一段製造技術を、図５に示す。例えば、吸収材の第一の部分２９０が、ヒンジ２９４によって吸収材の第二の部分２９２から分離されている。ヒンジ２９４によって、第一の部分２９０が、図５Ａで矢印Ｂによって示されるように、第二の部分２９２の上に折り重なって、図５Ｂに示される多層エネルギー吸収材に達することが可能になる。他の多層吸収材として、一組の表面特徴は、第二の組の表面特徴の中に嵌る。ヒンジは、エネルギー吸収材の一方の部分の、他方の部分に対する動きを可能にする、任意のデバイス、特徴又は材料であってよい。ヒンジは、好ましくは、ヒンジがエネルギー吸収材に一体化されているように、表面特徴と同じ工程で形成されるものである。例えば、ヒンジは、谷、溝、他の凹部、薄層化部又はその場所でエネルギー吸収材の材料に可撓性を与える他の構造であってよい。他のヒンジ、例えばエネルギー吸収材の材料の後形成された谷又は薄層化部も適している。同様に、エネルギー吸収材の２個の部分を製造し、次いでヒンジによって結合することができる。
【００４８】
他の適当な製造技術には、各層を一工程（又はそれ自体の機械）で製造し、次いでこれらの層を一緒にして、多層吸収材を形成することができる。適当には、各層も多段工程で製造することができる。
【００４９】
多層吸収材の材料は、単層エネルギー吸収材に関して前記したものから選択することができる。更に、多層吸収材のエネルギー吸収を増加させるために、他のコンポーネント、例えば詰め物、フォーム、接着剤及びこれらの組合せを含有させることができる。
【００５０】
多層エネルギー吸収材の層は、機械的ファスナー、接着剤、溶接又は摩擦によって、互いに結合させることができる。適当な接着剤には、前記のものが含まれる。溶接は、熱の使用により（例えばスポット溶接）又はある種の他の電磁エネルギーの使用により（例えば超音波溶接）達成できる。
【００５１】
本発明には、また、衝撃の間のエネルギーの吸収方法が含まれる。例えば、エネルギーは、畝を有するエネルギー吸収構造体を用意し、そして車両事故の間に、この材料を対象物と衝突させることによって吸収することができる。また、エネルギーは、二層エネルギー吸収構造体を用意し、そして摩擦によって衝突エネルギーを散逸させることによって吸収することができる。衝突エネルギーを散逸させることは、少なくとも２個の異なった構造体又は材料を、逐次的に又は同時に使用することによって達成できる。
【００５２】
本発明の材料は、衝撃エネルギー吸収特性が必要である、任意の種類のデバイス、装置又は構造体内に使用することができる。好ましい使用には、輸送車両、例えば固定及び回転翼航空機、宇宙船、バス、列車、地下鉄、セミトラック、ピックアップトラック、ＳＵＶ及び他の乗用車中に含まれる。これらの車両の中でエネルギー吸収構造体は、好ましくは、ヘッドライナー、ドア、バンパー、ニーボルスター(knee bolster)、シート、シートバック、床、インストルメントパネル及びこれらの組合せ等で使用することができる。
【実施例】
【００５３】
公知の材料に対して比較した本発明の材料の特性を予測するために、コンピュータ援用エンジニアリング（ＣＡＥ）を利用した。最初に、異なった深さの表面特徴（例えば図４Ｄに示すようなもの）を有する二層エネルギー吸収材を、公知の発泡エネルギー吸収材であるストランドフォーム(STRANDFOAM)ＥＡ１０００に対して比較した。その結果を表１に示す。表１に於いて、ＨＩＣは「頭損傷規準(Head Injury Criterion)」であり、ＨＩＣ（ｄ）は、加速時間経歴及びピーク加速値の両方の関数であり、そしてＨＩＣ（ｄ）ｎｏｒｍは、厚さについて正規化されている。
【００５４】
【表１】
2007528970.tif 000003
【００５５】
そうして、１９ｍｍＰＥシートの中に押し込まれた２４ｍｍＰＳシートからなる二重層円錐形構造体は、それぞれストランドフォームＥＡ１０００よりも約８％高いＨＩＣ（ｄ）値を示す。更に、このデータは、また、より弱い（例えば、より高い）シートを、より強い（例えば、より低い）シートの中に押し込むことによって、正規化された耐衝撃性能が、同じ重量で約２５％改良されることを示している。
【００５６】
実験的試験の別のシリーズに於いて、摩擦の影響を、ＣＡＥを使用して研究した。５ｍｍオフセット距離を有する二重層円錐形構造体（図３に示すような構造を使用する）での実験的試験により、下記の結果が得られる。
【００５７】
【表２】
2007528970.tif 000004
【００５８】
そうして、このデータは、５ｍｍのオフセットによって与えられた摩擦散逸が、潤滑剤を有する同様のサンプルに対して、約１０％ほどヘッド衝撃保護を改良することを示している。
【００５９】
本発明の単層畝部分は、現在の技術のエネルギー吸収性能に適合するか又はそれを改良することができる、低コスト原材料及び技術で製作された、単純な−なおエネルギー吸収効率のよい−幾何学的特徴を利用する。本発明の二重層部分は、留め及び摩擦散逸エネルギー吸収機構を有効に利用し、単層現在技術解決に対して改良された効能をもたらした。
【００６０】
他のコンピュータ援用エンジニアリングシミュレーションに於いて、２０ｍｍ厚さの畝形成及び円錐形熱可塑性構造体を、１１５ｍｍ長さ及び約１，５００の平均ＢＩＷ  ＨＩＣ（ｄ）値を有する、実験的二片ボディ−イン−ホワイト（ＢＩＷ）アセンブリーに対して衝突させた。それぞれの構造体は、ポリプロピレン耐衝撃性コポリマー熱可塑性樹脂（インスパイア(INSPIRE)Ｃ７０２−２０）を使用してモデル化した。推定したそれぞれのシミュレーションに於いて、畝形成構造体を、ヘッドライナー基体をシミュレートした０．７５ｍｍ厚の板に結合する。データは、それぞれ負及び正抜き勾配部品設計の両方について、耐衝撃規準に於ける約１４％及び１７％の改良を示す。これらの各比較は、単層真空熱成形円錐形構造体をベースにする。
【００６１】
基板層又は表面特徴壁が薄くなる効果は、典型的には、真空熱成形製造プロセスに於いて遭遇する。このような効果を定量化するために、単層真空熱成形円錐形構造体の種々の場所で測定を行なった。この円錐形構造体は、約２４ｍｍの深さであった。壁厚を、真空熱成形プロセスで基板シート厚から４０〜５０％程度変化させることができる。従って、１．０ｍｍ均一壁厚でモデル化したコンピュータ援用性能を達成するために、単層円錐形真空熱成形製品には、１．６ｍｍの基板シート厚が必要であろう。畝形成及び真空熱成形円錐形エネルギー吸収部品の部品重量比較は、匹敵する耐衝撃性能について、単層真空熱成形円錐形部品に対して、単層畝形成エネルギー吸収構造体には、ほんの０．００６５ｋｇの質量増加のみが必要であることを示す。
【００６２】
追加のＣＡＥシミュレーションを、変化する抜き勾配角度を有する、正抜き勾配畝形成エネルギー吸収構造体で実施する。各構造体は、全体の厚さを２０ｍｍで一定に保持しながら、０．７５ｍｍ基板厚及び１．７５ｍｍ壁厚でモデル化する。得られたデータは、最適性能が、約０°と約１０°との間の正抜き勾配角度で達成できることを示した。
【００６３】
最後に、一連のＣＡＥシミュレーションを、変化する数（３＜Ｎ＜６）の畝を有する正抜き勾配畝形成構造体で実施する。各構造体は、０．７５ｍｍ基板厚、１．７５ｍｍ壁厚及び９．２°抜き勾配角度でモデル化する。それぞれのシミュレーションは、１１５ｍｍの長さ及び１００ｍｍの部品幅で実施する。畝の数が増加すると、畝の基板幅（１１．５ｍｍ＜ｗ＜４．７ｍｍ）は減少する。正抜き勾配畝形成部品設計の耐衝撃性能は、畝の数の関数として測定する。データは、畝の数が増加すると、シート厚が減少することを示している。従って、与えられた部品設計に於いて畝の数を増加させることによって、部品重量減少を達成することができる。
【００６４】
更に、複数のコンポーネント若しくは工程の機能若しくは構造体を、単一コンポーネント若しくは工程の中に組合せることができ又は一つの工程若しくはコンポーネントを複数の工程若しくはコンポーネントの間に分割することができることが認められるであろう。本発明は、これらの組合せの全てを意図する。別段の指定がない限り、本明細書に示した種々の構造体の寸法及び形状は、本発明を制限することを意図せず、また他の寸法又は形状が可能である。複数の構造的コンポーネント又は工程を、単一の集積された構造体又は工程によって提供することができる。その代わりに、単一の集積された構造体又は工程を、分離した複数のコンポーネント又は工程に分割することができる。更に、本発明の特徴を、唯一の例示した態様に関連して説明したが、このような特徴は、任意の与えられた応用のために、他の態様の１個又はそれ以上の他の特徴と組合せることができる。本発明に於ける独特の構造体の製作及び操作も、本発明に従った方法を構成することも、上記のことから分かるであろう。
【００６５】
本明細書中に示した説明及び例示は、本発明、その原理及びその実用化を、他の当業者に熟知させることを意図する。当業者は、本発明を、特定の使用の要求に最も良く適合させることができるので、その数々の形で適合させ、適用することができる。従って、前記の本発明の具体的な態様は、本発明が包括的である又は限定的であるものとしては意図しない。従って、本発明の範囲は、上記の記載を参照しないで決定すべきであるが、その代わりに、添付の特許請求の範囲を参照して、このような特許請求の範囲に対して与えられる同等の全範囲に従って決定されるべきである。特許出願及び刊行物を含む全ての文献及び引用の開示を、全てにおいて引用して組み入れるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１Ａ】畝形成エネルギー吸収材の透視図である。
【図１Ｂ】畝形成エネルギー吸収材の拡大断面図である。
【図２Ａ】適切な畝形状（波形形状）の一態様の断面図である。
【図２Ｂ】適切な畝形状の一態様の断面図である。
【図２Ｃ】適切な畝形状の一態様の断面図である。
【図２Ｄ】適切な畝形状の一態様の断面図である。
【図２Ｅ】適切な畝形状の一態様の断面図である。
【図２Ｆ】適切な畝形状の一態様の断面図である。
【図３Ａ】複数個の突出部を有するエネルギー吸収材の透視図である。
【図３Ｂ】複数個の突出部を有するエネルギー吸収材の断面図である。
【図４Ａ】多層エネルギー吸収材の一態様の断面図である。
【図４Ｂ】多層エネルギー吸収材の一態様の断面図である。
【図４Ｃ】多層エネルギー吸収材の一態様の断面図である。
【図４Ｄ】多層エネルギー吸収材の一態様の断面図である。
【図４Ｅ】多層エネルギー吸収材の一態様の断面図である。
【図５Ａ】未加工のヒンジ付きエネルギー吸収材の断面図である。
【図５Ｂ】完成したヒンジ付き多層エネルギー吸収材の断面図である。
【図１Ａ】
2007528970.tif 000005
【図１Ｂ】
2007528970.tif 000006
【図２Ａ】
2007528970.tif 000007
【図２Ｂ】
2007528970.tif 000008
【図２Ｃ】
2007528970.tif 000009
【図２Ｄ】
2007528970.tif 000010
【図２Ｅ】
2007528970.tif 000011
【図３Ａ】
2007528970.tif 000012
【図３Ｂ】
2007528970.tif 000013
【図４Ａ】
2007528970.tif 000014
【図４Ｂ】
2007528970.tif 000015
【図４Ｃ】
2007528970.tif 000016
【図４Ｄ】
2007528970.tif 000017
【図４Ｅ】
2007528970.tif 000018
【図５Ａ】
2007528970.tif 000019
【図５Ｂ】
2007528970.tif 000020
【国際調査報告】
2007528970.tif 000021
2007528970.tif 000022
2007528970.tif 000023
2007528970.tif 000024
2007528970.tif 000025
2007528970.tif 000026