(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を発泡させて所定密度の発泡熱可塑性樹脂を得た後、この発泡熱可塑性樹脂を金型に充填，加熱して形成される衝撃吸収部材において、
平板状の基部と、
この基部の少なくとも一面側に、衝撃荷重の作用方向と同方向に突出し、前記基部の一端から他端までほぼ直線状に延びた状態で形成した複数列のリブとを有し、
前記リブの断面形状を台形状にするとともに、前記リブの平均幅を、前記衝撃吸収部材の全厚の０．０５倍以上であって０．３倍以下とし、かつ、前記リブにおける基部側から先端側までの傾斜角度αを前記基部の垂線に対して３°≦α≦７°の範囲内としたことを特徴とする衝撃吸収部材。
【請求項２】
前記衝撃荷重の作用方向と同方向に生じる縦ひずみ（ε）が０．５になったときに、前記衝撃吸収部材に生じる前記衝撃荷重の作用方向と同方向の応力（σ）が、０．０１ＭＰａ≦σ≦２．５ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項１記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
前記発泡熱可塑性樹脂が発泡スチレン系共重合体であることを特徴とする請求項１又は２記載の衝撃吸収部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の衝撃吸収部材を、前記衝撃荷重の作用方向と同方向に複数重ねて構成したことを特徴とする衝撃吸収部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝撃荷重が作用したときにそのエネルギの一部を吸収して衝撃を緩和する衝撃吸収部材に関し、特に、自動車のバンパや側突パッド等の用途に適した発泡熱可塑性樹脂製の衝撃吸収部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車においては、万一の衝突時に乗員を保護するために、客室へのダメージを最小限に抑えることを目的として、ボディを構造的に変形しやすくしたり、バンパや天井，ドア，側突パッドなどの内部に衝撃吸収部材を設けて、衝突時の衝撃をできるだけ吸収するようにすることが行われている。
従来、前記した衝撃吸収部材としては、熱硬化性の発泡ウレタンが多く用いられていた。しかし、このような熱硬化性の発泡ウレタンは、リサイクルが困難である上、コスト的にも割高であるという問題があった。そこで、近年ではリサイクルが容易で、包装用の緩衝材として広く用いられている発泡ポリスチレンや発泡ポリプロピレン等の発泡熱可塑性樹脂が多く使用されるに至っている。
【０００３】
しかしながら、このような発泡熱可塑性樹脂は、衝撃吸収の性能面で以下のような問題がある。
すなわち、発泡ポリスチレンや発泡ポリプロピレン等の発泡熱可塑性樹脂で形成された衝撃吸収部材においては、圧縮ひずみ（原厚に対する圧縮変形の割合、以下の説明では適宜に％を用いる）が０．５（５０％）を超えると、内部に発生する応力（圧縮応力）が急激に上昇し、以後、衝撃吸収部材としての性能が著しく低下する。
したがって、発泡熱可塑性樹脂製の衝撃吸収部材を自動車等の用途に用いる場合は、圧縮ひずみが５〜５０％の範囲内で設計を行わなければならず、設計の自由度が低いという問題がある。
また、多種多様な衝撃荷重に対応するようにするためには、衝撃吸収部材の肉厚を大きくする必要があり、バンパや天井，ドア，側突パッドなどの各部の寸法が大きくなるといった問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点にかんがみてなされたもので、衝撃荷重が作用したときの圧縮ひずみが一定値を超えたとき、例えば５０％を超えたときに、急激な圧縮応力の上昇を生じさせることがなく、衝撃吸収部材としての性能を広い衝撃荷重の範囲にわたって維持することができ、特に自動車用の用途に適した衝撃吸収部材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、熱可塑性樹脂を発泡させて所定密度の発泡熱可塑性樹脂を得た後、この発泡熱可塑性樹脂を金型に充填，加熱して形成される衝撃吸収部材において、平板状の基部と、この基部の少なくとも一面側に、衝撃荷重の作用方向と同方向に突出し、前記基部の一端から他端までほぼ直線状に延びた状態で形成した複数列のリブとを有し、前記リブの断面形状を台形状にするとともに、前記リブの平均幅を、前記衝撃吸収部材の全厚の０．０５倍以上であって０．３倍以下とし、かつ、前記リブにおける基部側から先端側までの傾斜角度αを前記基部の垂線に対して３°≦α≦７°の範囲内とした構成としてある。
【０００６】
このような構成にすると、衝撃吸収部材に衝撃荷重が作用すると、主としてリブが弾性変形して衝撃荷重を吸収するので、衝撃吸収部材の圧縮ひずみが大きくなっても急激な圧縮応力の上昇を抑制することができる。
【０００７】
また、断面台形状のリブにおいて、下底部の幅をｔ１、上底部の幅をｔ２、衝撃吸収部材の全厚をｔ３としたときに、（ｔ１＋ｔ２）／２で表されるリブの平均幅ｔが、０．０５×ｔ３≦ｔ≦０．３×ｔ３となるようにｔ１，ｔ２，ｔ３を選択することによって、適切な衝撃吸収性能を得ることができる。
ここで、リブの平均幅ｔが衝撃吸収部材の全厚ｔ３の０．０５倍よりも小さいと、リブの幅が小さくなりすぎて、衝撃吸収部材の発泡成形が困難になるうえ、衝撃荷重が加わったときに十分な圧縮応力が得られない。また、衝撃吸収部材の全厚ｔ３の０．３倍を超えて大きいと、衝撃荷重が作用したときの圧縮応力が大きくなって、必要とする衝撃吸収性能が十分に得られない。
【０００８】
また、断面台形状のリブにおいて、上記０．０５×ｔ３≦ｔ≦０．３×ｔ３の条件を満たしつつ、前記台形の傾斜面の傾斜角度αが、前記基部の垂線に対して３°≦α≦７°となるようにリブの幅及び衝撃吸収部材の全厚を選択するようにしてあるので、より好ましい衝撃吸収性能を得ることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記衝撃荷重の作用方向と同方向の縦ひずみ（ε）が０．５になったときに、前記衝撃吸収部材に生じる前記衝撃荷重の作用方向と同方向の応力（σ）が、０．０１ＭＰａ≦σ≦２．５ＭＰａの範囲である構成としてある。縦ひずみεが０．５になったとき、すなわち圧縮による変形率が５０％になったときに、圧縮応力が０．０１ＭＰａ未満では、十分な衝撃吸収性を得ることができず、また、２．５ＭＰａよりも高いと、圧縮応力が高すぎて、衝撃に対する反発力が大きくなり、衝撃を吸収しにくくなって衝撃吸収性能が低下するという不具合がある。
【００１０】
また、本発明は、前記発泡熱可塑性樹脂が発泡スチレン系共重合体である構成としてある。発泡スチレン系共重合体は、製造コスト、リサイクル性、発泡成形性等の点から好ましい。また、このような材料を用いることで、本発明の衝撃吸収部材を、自動車のバンパや天井，ドア，側突パッド等に適用することができる。
【００１１】
また、本発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の衝撃吸収部材を、前記衝撃荷重の作用方向と同方向に複数重ねて構成している。このように、上記した構成の衝撃吸収部材を複数重ねて一つの衝撃吸収部材を構成するようにしてもよく、このようにすることで、より大きな衝撃荷重に対して、大きな衝撃吸収性能を発揮する衝撃吸収部材を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の衝撃吸収部材の好適な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の衝撃吸収部材の一実施形態にかかり、その一部を拡大した斜視図である。
衝撃吸収部材１は、平板状の基部１１と、この基部１１の一面に形成された複数列のリブ１２とを有している。このリブ１２は、基部１１の一面に均等間隔で平行に形成されているとともに、基部１１の一端から他端までほぼ直線状に延びている。
【００１３】
［リブの条件］
この実施形態では、リブ１２の断面形状は、図１に示すように台形をなしていて、この台形の下底部分（基部１１側の底辺部分）の幅ｔ１が、上底部分（リブ１２の先端部分）の幅ｔ２よりも大きくなるように形成されている。
さらに、この実施形態では、リブ１２の平均幅ｔ＝（ｔ１＋ｔ２）／２と、衝撃吸収部材１の全厚ｔ３（リブ１２の先端から基部１１の他面までの厚み）との関係が、０．０５×ｔ３≦ｔ≦０．３×ｔ３となるように、幅ｔ１，ｔ２及び全厚ｔ３を選択するとよい。
０．０５倍未満ではリブの幅が小さくなりすぎ、衝撃吸収部材の発泡成形が困難になるだけでなく、衝撃荷重を加えたときに、衝撃吸収部材の内部に十分な圧縮応力が発生せず、また、０．３倍を超えると、衝撃吸収部材の内部に発生する圧縮衝撃荷重が大きくなり過ぎ、必要とする衝撃吸収性能が十分に得られない。
【００１４】
また、上記の条件の下で、リブ１２の傾斜面の傾斜角度αが、基部１１の垂線に対して３°〜７°の範囲となるように、幅ｔ１，ｔ２及び全厚ｔ３を選択するのがよい。
０．０５×ｔ３≦ｔ≦０．３×ｔ３の条件の下で傾斜角度αを３°未満とすると、衝撃吸収部材の全厚に対してリブの幅が小さくなりすぎ、衝撃荷重が作用したときにリブ１２が座屈しやすくなるばかりでなく、十分な衝撃吸収性能が得られなくなる。また、０．０５×ｔ３≦ｔ≦０．３×ｔ３の条件の下で傾斜角度αを７°より大きくすると、衝撃吸収部材の全厚に対してリブの幅が大きくなりすぎ、衝撃荷重を加えたときに圧縮ひずみが５０％を超えるあたりから、急激な圧縮応力の上昇がおこって、本発明の目的を達成することができなくなる。
【００１５】
なお、リブ１２の断面形状は上記の台形に限らず三角形や半円形等であってもよい。
また、連続的に幅が変化するものに限らず、衝撃荷重の作用方向に沿って段階的に幅が変化するものであってもよい。
このようにすることで、衝撃に対してリブ折れによる応力の低下を抑制し、また、圧縮ひずみが大きくなっても急激な応力の上昇を抑制することができるという利点がある。
【００１６】
このように、種々の断面形状のリブの中から最適な形状のリブを選択するようにすると、衝撃荷重に応じて最適な衝撃吸収性能を発揮する衝撃吸収部材を容易に得ることができるほか、衝撃荷重の種類や大きさ等に応じて、衝撃吸収部材の衝撃吸収性能を調整することが可能になる。
また、圧縮ひずみが一定以上大きくなったときに、急激に圧縮応力が高くなる現象を防止することができ、広範な衝撃吸収性能を有する衝撃吸収部材を得ることができる。
【００１７】
［熱可塑性樹脂］
本発明に使用される熱可塑性樹脂の材料としては、種々のものが使用可能であるが、ポリスチレンやスチレンとアクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−メチルスチレン、無水マレイン酸、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド系単量体、アクリル酸、アクリル酸エステル等のアクリル酸系単量体、メタクリル酸、メタクリル酸エステル等のメタクリル酸系単量体を共重合させたスチレン系共重合体、メタクリル酸系単量体の単独重合体、メタクリル酸系単量体及びアクリル酸系単量体の２種類以上の組合せによる共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂などが挙げられる。
【００１８】
上記の中でも、製造コスト、リサイクル性、発泡成形性等の点から、スチレン系共重合体が好ましく、耐熱性、耐油性に優れるアクリロニトリル・スチレン共重合体が製造コストや性能の点から好適である。
なお、発泡性アクリロニトリル・スチレン共重体の樹脂としては、例えば、日立化成工業（株）製の『ＨＩＢＥＡＤＳ  ＧＲ』（商品名）を用いることができる。もちろん、上記した本発明の要件を備えるものであって、自動車用の衝撃吸収部材として用いることができるのであれば、他の樹脂を用いてもよい。
【００１９】
［発泡剤］
本発明に使用される熱可塑性樹脂の発泡剤としては、発泡性スチレン系樹脂等の製造に一般的に用いられている発泡剤を用いることができる。この発泡剤は、常温常圧下で気体又は液体であり、かつ上記熱可塑性樹脂を溶解しないような易揮発性有機化合物であるのが好ましい。例えば、ブタン、プロパン、ペンタン等の脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサン等の環式脂肪族炭化水素などが挙げられる。また、必要に応じて、熱可塑性樹脂を溶解または膨潤させることができるエチルベンゼン、トルエン、スチレン、キシレン等の有機溶剤やエポキシ化大豆油、植物油等を可塑剤として使用してもよい。
【００２０】
［発泡熱可塑性樹脂の条件］
熱可塑性樹脂を一次発泡させて得られる本発明の発泡熱可塑性樹脂は、衝撃荷重が作用したときに、衝撃吸収部材の用途に応じた適度な圧縮応力を生じさせるものでなければならない。
この圧縮応力が大きすぎると、衝撃加重が作用した際の反発力が大きくなりすぎて衝撃を十分に吸収することができず、また、小さすぎると、衝撃加重に耐えられず容易に破壊してしまい、所望の衝撃吸収性能を得ることができない。
【００２１】
本発明の衝撃吸収部材を自動車に適用する場合の圧縮応力の範囲は、ＪＩＳ−Ｚ０２３５に規定される方法に準じて測定した圧縮ひずみが０．５の下において、０．０１〜２．５ＭＰａの範囲であるのが好ましい。
これは、圧縮ひずみが０．５になったときに、圧縮応力が０．０１ＭＰａ未満では、圧縮応力が小さすぎて、十分な衝撃吸収性能を得ることができず、また、２．５ＭＰａよりも高いと、圧縮応力が大きすぎて、衝撃荷重に対する反発力が大きくなり、衝撃を吸収しにくくなって衝撃吸収性能が低下する不具合があるからである。
なお、上記の範囲内において、より好ましい圧縮応力の範囲は０．０５〜２．０ＭＰａであり、さらに好ましい圧縮応力の範囲は０．１〜１．５ＭＰａである。
【００２２】
［他の実施形態］
図２は、本発明の衝撃吸収部材の他の実施形態を示す部分拡大斜視図である。
この実施形態の衝撃吸収部材２は、図１に示した衝撃吸収部材１を二つ準備し、それぞれを互いに対向させて組み合わせた形態をなしている。
この実施形態によれば、高い衝撃吸収性能を有する二つの衝撃吸収部材１を組み合わせて、新たな一つの衝撃吸収部材２を形成することで、衝撃吸収部材２の全体としての肉厚をほとんど増大させることなく、衝撃吸収性能を二倍にすることができるという利点がある。
【００２３】
【実施例】
本発明の衝撃吸収部材の衝撃吸収性能を検証するにあたり、以下の手順で対象となる衝撃吸収部材を製造した。
まず、発泡性アクリロニトリル・スチレン共重合樹脂（例えば、上記した『日立化成工業（株）製：ＨＩＢＥＡＤＳ  ＧＲ』）を、発泡スチロール用のバッチ式発泡機（例えば、『日立化成テクノプラント（株）社製発泡機：ＨＢＰ−５００ＬＷ』）を用いて、嵩密度６６．７ｋｇ／ｍ3（発泡倍数：１５倍）に予備発泡した。
次いで、成形を行うまでの１８時間、通気性の良いサイロに保管した。
この後、発泡スチロール用成形機（例えば、『日立化成工業（株）社製：モルデックス１０ＶＳ』）に所定の金型をセットして型締めしたのち、発泡粒子をキャビティ内に充填し、０．０８ＭＰａのゲージ圧を有する水蒸気で２５秒間加熱した。
さらに、水冷工程及び真空冷却工程を経て、以下の表１及び図１に示すような衝撃吸収部材を得た。
【００２４】
【表１】
0004082095.tif 000002
【００２５】
上記手順で得られた衝撃吸収部材を、縦１４０ｍｍ×横１４０ｍｍ×厚み４６ｍｍの試験体とし、ＪＩＳ−Ｚ０２３５に基づいて、衝撃荷重試験をおこなった。
衝撃荷重試験は、試験体より広い平面をもち、質量が可変できるおもりを、試験体表面に垂直に規定速度で落下させて行った。おもりは４．５ｋｇ、落下高さは２．５ｍとした。そして、おもりに生じた加速度（Ｇ値）と試験体の厚さ変化量とを測定し、衝撃吸収部材の衝撃吸収性能を評価した。
【００２６】
＜衝撃吸収部材の評価＞
上記の衝撃荷重試験の結果を図３のグラフに示す。
図３のグラフにおいて、横軸は衝撃吸収部材の圧縮ひずみ（％）で縦軸は衝撃吸収部材に生じる圧縮応力の大きさ（Ｎ／ｃｍ２）である。
実施例１，２及び比較例１，２を比較してわかるように、リブの傾斜角度αは大き過ぎても小さ過ぎても、衝撃吸収部材としては好ましくない。
【００２７】
これに対して、リブの傾斜角度αが適切で、かつ、幅ｔ１，ｔ２及び全厚ｔ３の大きさも適切であると、圧縮ひずみが５０％を超えても圧縮応力の急激な上昇は発生せず、衝撃吸収部材としての良好な性能を維持できることがわかる。
本発明においては、幅ｔ１，ｔ２及び全厚ｔ３や傾斜角度α等の各部の寸法を種々に変化させて上記の実験を繰り返すことにより、用途に応じた適切な衝撃吸収性能を有する衝撃吸収部材を得ることができるものである。
なお、ハニカム構造の衝撃吸収部材が知られているが、本発明の衝撃吸収部材は、このようなハニカム構造の衝撃吸収部材と比べても成形がしやすく、かつ、ハニカム構造の衝撃吸収部材と同等以上の衝撃吸収性能を発揮することができる。
本発明の衝撃吸収部材は、特に、自動車用として適切な応力ひずみと衝撃荷重の関係を得ることができ、衝撃荷重に対してリブ折れによる応力の低下や圧縮ひずみが大きくなったときの急激な応力の上昇を有効に抑制することができるものである。
【００２８】
本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態及び実施例に限定されるものではない。
例えば、本発明の用途は、自動車のバンパや側突パッド等に限らず、鉄道車両や航空機，自動二輪車，自転車、建築物及び家具等、衝撃が加わる可能性があるあらゆる対象物に適用が可能である。
また、平板状の基部１１の一面側にリブ１２を形成するものとして説明したが、基部１１の両面にリブ１２を形成してもよい。さらに、上記の説明でリブ１２は、基部１１の一端から他端までほぼ直線状に延びているものとして説明したが、波形や曲線状、不定形状等種々のものを選択することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、適切な衝撃吸収性能を広範な圧縮ひずみの範囲内で有するため、衝撃吸収部材及びこの衝撃吸収部材を設ける部品等の設計の自由度が増大する。
また、リブの断面形状を種々に変更することで、衝撃荷重の種類や大きさに応じた適切な衝撃吸収性能を有する衝撃吸収部材を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の衝撃吸収部材の一実施形態にかかり、その一部を拡大した斜視図である。
【図２】図１の衝撃吸収部材を対向させて組み合わせた、本発明の第二の実施形態の衝撃吸収部材の一部を拡大した斜視図である。
【図３】本発明の衝撃吸収部材の衝撃吸収性能を示すグラフである。
【符号の説明】
１  衝撃吸収部材（第一の実施形態）
２  衝撃吸収部材（第二の実施形態）
１１  基部
１２  リブ
【図１】
0004082095.tif 000003
【図２】
0004082095.tif 000004
【図３】
0004082095.tif 000005