(57)【要約】  変形可能構造体（１１５）と、該変形可能構造体の内部のずり減粘材料（１１３）と、を含む変形可能エレメント（１００）。変形可能構造体には一つ以上の穴（１１２）を設け、該穴を通ってずり減粘材料が変形可能構造体から抜け出せるようにして、変形可能エレメントに対して所定レベルよりも大きい機械的衝撃が及ぼされるとき、変形可能エレメントの変形を可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能構造体と、該変形可能構造体の内部のずり減粘材料と、を含む変形可能エレメントであって、変形可能構造体は一つ以上の穴を設け、該穴を通ってずり減粘材料が変形可能構造体から抜け出せるようにして、変形可能エレメントに対して所定レベルよりも大きい機械的衝撃が及ぼされるとき、変形可能エレメントの変形を可能にした、変形可能エレメント。
【請求項２】
各変形可能構造体が、変形可能構造体の内部にずり減粘材料を収容する壁を含み、一つ以上の穴は、変形可能構造体の内側から変形可能構造体の外側まで、壁を貫通して延在する、請求項１に記載の変形可能エレメント。
【請求項３】
変形可能エレメントに対して所定レベルよりも小さい機械的衝撃が及ぼされるとき、変形可能エレメントの負荷を支える能力は、変形可能構造体の形状を保持するずり減粘材料から得られる、請求項１または２に記載の変形可能エレメント。
【請求項４】
変形可能構造体が連続気泡発泡体であって、該連続気泡発泡体はずり減粘材料で充填されており、連続気泡発泡体の気泡密度は、機械的衝撃の所定レベルに従って設定されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の変形可能エレメント。
【請求項５】
連続気泡発泡体が、少なくとも二つの気泡の幅の広さの経路を含む、請求項４に記載の変形可能エレメント。
【請求項６】
第一の層と、第二の層と、かつこれらの間に請求項１から５のいずれか一項に記載の変形可能エレメントの少なくとも一つと、を含む衝撃吸収パネル。
【請求項７】
第一の層と第二の層が、少なくとも一つの変形可能エレメントによって互いに対して離間されている、請求項６に記載の衝撃吸収パネル。
【請求項８】
少なくとも一つの変形可能エレメントが、複数の変形可能エレメントであって、該複数の変形可能エレメントは互いに対して離間されており、変形可能構造体の穴は、変形可能エレメントと変形可能エレメントの間の空間に向って配向されている、請求項６または７に記載の衝撃吸収パネル。
【請求項９】
各変形可能エレメントが、第一の層と第二の層の間に延在し、第一の層と第二の層に対して直角な柱状体である、請求項６、７、８のいずれか一項に記載の衝撃吸収パネル。
【請求項１０】
柱状体が、ずり減粘材料のコアを囲むワイヤーメッシュの変形可能構造体を含む、請求項９に記載の衝撃吸収パネル。
【請求項１１】
各柱状体が、第一の層と第二の層の間を一貫して延在する、請求項９または１０に記載の衝撃吸収パネル。
【請求項１２】
衝撃吸収パネルが、車両用のフットパッドである、請求項６から１１のいずれか一項に記載の衝撃吸収パネル。
【請求項１３】
所定レベルよりも大きい機械的衝撃が及ぼされると変形するように構成された変形可能エレメントの製造方法であって、
ずり減粘材料の槽内に変形可能構造体を配置するステップと、
ずり減粘材料を振動させて、変形可能構造体をずり減粘材料で充填するステップと、を有する方法。
【請求項１４】
変形可能構造体が、連続気泡発泡体またはワイヤーメッシュ構造体である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
添付した図を参照して、実質的に本明細書で説明したような衝撃吸収パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変形可能エレメントに関する。変形可能エレメントは、衝撃吸収パネルに用いられるのに適切なものでもよい。
【背景技術】
【０００２】
変形可能エレメントは、力が所定レベルを超えたときに、エレメントの変形が求められる状況、たとえば、衝撃からの保護を提供する場合に有益である。
【０００３】
変形可能エレメントは、安全パッドに適用されており、たとえば、人間に傷害を与えるおそれがある高レベルの機械的衝撃（高い加速／減速）から人間を保護するために用いられている。このような変形可能エレメントの適用例の一つとして、車両用のフットパッドがあるが、これは、車両の構造的変形からの機械的衝撃が、人間の足にまで伝達することを避けるために設計されることがある。この構造的変形は、たとえば、車両の下方の爆発に起因するものでもよい。変形可能エレメントはまた、攻撃時に装甲面の急な加速／減速から車両の乗員を保護することにも有益である。
【０００４】
公知の車両のフットパッドは、一般に、発泡体パッド（ｆｏａｍ  ｐａｄｄｉｎｇ）の変形可能エレメントを含むが、これら変形可能エレメントは、車両の通常の使用時に、これらの上に足が載せられることにより、次第に圧縮されていき、経時的には、車両の基部装甲と人間の足の間で衝撃の伝達を防ぐ能力を失っていく。
【０００５】
変形可能エレメントの幾つかのタイプは、これらを粉砕したり、変形させるのに十分な力がない限り、剛体であるように設計されているが、このような公知の変形可能エレメントは、粉砕／変形が生じる前に過度の衝撃の伝達することが多い。
【０００６】
米国特許第６，０２９，９６２号明細書には、熱可塑性材料を用いて構成された衝撃吸収部品が開示されているが、これは、二つの対向する表面を有し、これらの間を互いに接続するように広がるメッシュ状半球部を備える。メッシュ状半球部は支持部材であって、衝撃の減衰時に、二つの対向する表面を互いに向って移動させるように収縮している。
【０００７】
しかしながら、メッシュ状半球部に十分な収縮が生じる前に、依然として衝撃吸収部品を通って衝撃が伝わることがあり、メッシュ状半球部は、通常の使用時に繰り返して収縮することがあり、この結果、経時的に、メッシュ状半球部に劣化および／またはたるみを生じさせていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６０２９９６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、改良した変形可能エレメントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の態様によれば、変形可能構造体と、該変形可能構造体の内部のずり減粘材料（ｓｈｅａｒ  ｔｈｉｎｎｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）と、を含む変形可能エレメントを提供するが、変形可能構造体は一つ以上の穴を設け、該穴を通ってずり減粘材料が変形可能構造体から抜け出せるようにして、変形可能エレメントに対して所定レベルよりも大きい機械的衝撃が及ぼされるとき、変形可能エレメントの変形を可能にする。
【００１１】
ずり減粘材料は、低率の剪断を受けるときよりも、高率の剪断を受けるときに、より一層粘性が低くなる公知のものであり、このような材料を、穴を有する変形可能構造体内に収容することにより、以下のことを意味する。即ち、
低めの機械的衝撃下では、ずり減粘材料内の剪断は低率になり、ずり減粘材料の粘性は穴から流出するには高過ぎるため、ずり減粘材料は変形可能エレメントの形状を保持することを助け、かつ、
高めの機械的衝撃下では、ずり減粘材料内の剪断は高率になり、ずり減粘材料の粘性はより低くなり、ずり減粘材料は穴から外に移動して、変形可能エレメントが変形することを可能にする。
【００１２】
機械的衝撃の所定のレベルを設定するために、ずり減粘材料の種類と、穴の数と大きさとが選択される。明瞭なことだが、穴がより大きくなると、ずり減粘材料はより容易に変形可能構造体から抜け出すことができ、変形可能エレメントが変形することを可能にする。利用可能な一般に公知のずり減粘材料の一つとしてベントナイトがあるが、当技術分野において通常の知識を有する者には明らかなように、他のずり減粘材料も存在しており、たとえば、チキソトロピック（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ）オイルや潤滑油がある。
【００１３】
ずり減粘材料は、変形可能構造体の空洞内に充填されてもよく、変形可能エレメントに対して所定レベルよりも大きい機械的衝撃が及ぼされたとき、ずり減粘材料が一つ以上の穴を通って空洞から抜け出ることで、変形可能エレメントの変形を可能にしてもよい。
【００１４】
有利には、各変形可能構造体は、変形可能構造体の内部にずり減粘材料を収容する壁を含んでもよく、一つ以上の穴は、変形可能構造体の内側から、たとえば変形可能構造体の空洞から、変形可能構造体の外側まで、壁を貫通して延在してもよい。従って、機械的衝撃下では、ずり減粘材料は、穴を通って移動して変形可能構造体から抜け出ることで、変形可能エレメントは変形可能になる。
【００１５】
変形可能エレメントに相当の変形が生じることなく、変形可能エレメントが負荷を支えることを可能にしてもよい。たとえば、変形可能エレメントが負荷を受けるとき、ずり減粘材料は変形可能構造体の壁を押圧して、変形可能構造体の形状を保持してもよい。
【００１６】
有利には、変形可能エレメントの負荷を支える能力は、変形可能構造体自体の構造的強度よりも、むしろ変形可能構造体の形状を保持するずり減粘材料から得られるようにしてもよい。従って、高い衝撃下で、ずり減粘材料が穴を通って外に移動する結果として、ずり減粘材料が変形可能構造体から離れるとき、変形可能エレメントは容易に変形して、これを横切って最小の衝撃が伝達されるようにする。
【００１７】
変形可能構造体は、連続気泡発泡体（ｏｐｅｎ−ｃｅｌｌｅｄ  ｆｏａｍ）でもよく、この連続気泡発泡体をずり減粘材料で充填する。よって、振動を用いて、連続気泡発泡体をずり減粘材料で充填することにより、変形可能エレメントを容易に構成することができる。連続気泡発泡体は、少なくとも二つの気泡の幅の広さの経路を含むことで、ずり減粘材料が発泡体を通って移動することを助けてもよい。経路は、変形可能エレメントが変形され易い方向と同様の方向で発泡体を通って延在していてもよく、たとえば、変形可能エレメントの両側の二つの層の間で直角方向に延在する。そして、変形時に、流体は、経路に沿うよりも、むしろ連続気泡を通るように強制される。これによって、機械的衝撃の所定のレベルを高める。なぜならば、ずり減粘材料にとって、より幅の広い経路を通ることよりも、より幅の狭い気泡を通って移動することの方がより困難だからである。
【００１８】
連続気泡発泡体の気泡密度は、機械的衝撃の所定レベルに従って設定することができる。たとえば、より高い気泡密度は、典型的により小さな穴を有し、このため、上記所定のレベルはより高められる。
【００１９】
変形可能エレメントは、高めの衝撃が変形可能エレメントを通って伝達することを防ぐことを意図しているが、一方で、低めの衝撃下では依然として剛性を提供することも意図している。高い衝撃力が変形可能エレメントを通って伝達されないことを確保するため、変形時に変形可能エレメントによって吸収される実際のエネルギーを最小にしてもよい。
【００２０】
本発明の第二の態様によれば、第一の層と、第二の層と、これらの間に本発明の第一の態様に従う変形可能エレメントの少なくとも一つと、を含む衝撃吸収パネルを提供する。第一の層と第二の層の間の変形可能エレメントは、第一の層と第二の層の間で高い衝撃の伝達を低減するように変形してもよい。
【００２１】
好適には、第一の層と第二の層は、少なくとも一つの変形可能エレメントによって互いに対して離間されており、これによって、第一の層と第二の層上の力は、直接的に変形可能エレメントに対して結合される。第一の層と第二の層は、実質的に平坦でもよく、また互いに対して平行でもよい。
【００２２】
少なくとも一つの変形可能エレメントは、複数の変形可能エレメントでもよい。さらに、複数の変形可能エレメントは互いに対して離間していてもよく、この際、変形可能構造体の穴は、変形可能エレメントと変形可能エレメントの間の空間に向って配向される。これによって、ずり減粘材料は、高い衝撃時に変形可能エレメントと変形可能エレメントの間の空間内に移動することができ、変形可能エレメントが容易に変形することを可能にする。
【００２３】
各変形可能エレメントは、第一の層と第二の層の間に延在し、第一の層と第二の層に対して直角な柱状体でもよい。また、この柱状体の周りに穴を配置し、高い衝撃下でずり減粘材料が柱状体を抜け出ることを可能にしてもよい。
【００２４】
好適には、各柱状体は、第一の層と第二の層の間を一貫して延在するが、第一の層と中間の層の間、および中間の層と第二の層の間に柱状体を有する中間の層を用いることも可能である。柱状体は、断面形状を制限することなく、第一の層と第二の層に対して平行な方向よりも、第一の層と第二の層の間の方向より長い三次元形状として想定される。
【００２５】
有利には、衝撃吸収パネルは、車両用のフットパッドとして用いられて、たとえば、車両の下方の爆発時に、車両の基部の構造的変形から車両乗員の足を保護するために用いることができる。
【００２６】
本発明の第三の態様によれば、所定レベルよりも大きい機械的衝撃が及ぼされるとき変形するように構成された変形可能エレメントの製造方法を提供するが、この方法は、ずり減粘材料の槽内に変形可能構造体を配置するステップと、ずり減粘材料を振動させて、変形可能構造体をずり減粘材料で充填するステップと、を含む。
【００２７】
変形可能構造体は、たとえば、連続気泡発泡体またはワイヤーメッシュ構造体でもよい。
【００２８】
以下、本発明に係る実施形態について説明するが、この説明は例示上のものに過ぎず、また、添付した図を参照して行う。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１ａ】本発明の第一の実施形態に従う変形可能エレメントを有するパネルの概略斜視図である。
【図１ｂ】図１ａに示した変形可能エレメントの一つの断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に従う変形可能エレメントを有するパネルの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
これら図は例示を目的としたものに過ぎず、また縮尺通りではない。
【００３１】
図１ａと図１ｂの概略図を参照して、本発明の第一の実施形態について説明する。図１ａの斜視図では、１２個の変形可能エレメントを１２個の柱状体１１５の形態で示している。１２個の柱状体１１５は、二つのアルミニウムシート１１０および１２０に対して、これら二つのアルミニウムシートの間で直角に接続されている。
【００３２】
各柱状体１１５は、端部１１６で示されているように円筒形状を有し、ワイヤーメッシュ１１２を用いて形成されている。特に、ワイヤーメッシュ１１２は、柱状体１１５の外壁を形成して、このメッシュパターンに基づいて多くの貫通する穴を有しており、これら穴は、柱状体１１５の内側から外側まで貫通する。これら穴は、柱状体１１５と柱状体１１５の間の空間に向かって配向されている。
【００３３】
各柱状体１１５の内側は、ずり減粘材料１１３のコアで充填されており、この例では、ベントナイトで充填されている。たとえば、図１ｂを参照すると、柱状体１１５の一つを横切る断面図を示している。ワイヤーメッシュ１１２は、ずり減粘材料１１３のコアを囲んでいることが視認できる。換言すると、ずり減粘材料１１３のコアは、ワイヤーメッシュ１１２によって画定された空洞内に保持されている。
【００３４】
二つのアルミニウムシート１１０および１２０と、１２個の柱状体１１５は、合わせて衝撃吸収パネル１００を形成する。パネル１００に高い機械的衝撃が及ぼされない通常の状態下では、ずり減粘材料１１３は、ワイヤーメッシュ１１２の穴を通って流動するにはあまりにも粘性が高く、このため柱状体１１５の内側に留まる。ワイヤーメッシュ１１２は変形可能構造体であって、これ自体では十分な構造剛性を有していないものの、パネル１００は相当の重さを支えることができる。なぜならば、ずり減粘材料１１３がワイヤーメッシュ１１２の変形を防いでいるからであり、これは、飲料缶が飲料液で満たされている限り、飲料缶は圧縮され得ないのと同様である。
【００３５】
アルミニウムシート１２０に対して所定レベルよりも大きい機械的衝撃ＳＨＫが及ぼされると、ベントナイトの粘性は低下して、ベントナイトはワイヤーメッシュ１１２の穴から速やかに流出して、変形可能エレメント１１５と変形可能エレメント１１５の間の空間１１７内に流動する。柱状体１１５から出るベントナイトの移動によって、それまでベントナイトによって提供されていた支持が取外されるため、機械的衝撃ＳＨＫの力の下、柱状体１１５は変形して、アルミニウムシート１２０はアルミニウムシート１１０に向って移動することが可能になる。
【００３６】
柱状体１１５の変形によって、パネルを通る機械的衝撃ＳＨＫのかなりの伝達が防がれるので、アルミニウムシート１１０と当接する様々な精巧な構成要素を保護することができる。
【００３７】
このパネル１００は、たとえば、車両用のフットパッドに用いられてもよく、この際、アルミニウムシート１１０は人間の足を支持し、かつアルミニウムシート１２０は車両の基部装甲上に配置されていてもよい。柱状体の数、長さ、および断面領域は、機械的衝撃に対してパネル１００がどのように応答することが求められているのかに従って、修正することができる。
【００３８】
車両のフットパッドの適用例として、一例を示すと、パネル１００は、１０２ｓ−１のひずみ速度（ｓｔｒａｉｎ  ｒａｔｅ）下では押しつぶされるが、１０１ｓ−１のひずみ速度下では剛体のまま保たれるように設定されていてもよい。このパネルは、アルミニウムシート１１０に向うアルミニウムシート１２０の速度が１０ｍｓ−１を超える場合に軟化しはじめて、押しつぶされるようにしてもよい。
【００３９】
次に、図２の概略斜視図を参照して、本発明に係る第二の実施形態について説明する。この図に示されている衝撃吸収パネル２００は、二つのプラスチックプレート２１０および２２０と、これらの間に挟持された変形可能エレメント２１５とを有する。
【００４０】
変形可能エレメント２１５は連続気泡発泡体であって、ずり減粘材料によって満たされているが、たとえば、連続気泡発泡体をベントナイトの槽内に浸して、十分な力でこの槽を振動させることで、連続気泡内にベントナイトが流入するように形成できる。この際、槽自体が振動されてもよく、または、振動用パドルなどのような機械撹拌器を槽内に配置することで、ベントナイトを撹拌させて、ベントナイトが連続気泡内に流入する程度にまでベントナイトの粘性を十分に低減してもよい。なお、本発明の第一の実施形態に係るワイヤーメッシュの柱状体を充填する際にも同様の技術を用いることができ、または、ベントナイトから円筒形状のコア１１３を切り出して、これを円筒形状のワイヤーメッシュの変形可能構造体１１２内に挿入してもよい。
【００４１】
次にプラスチックプレート２１０および２２０の間に変形可能エレメント２１５は挟持され、衝撃吸収パネル２００を形成する。
【００４２】
連続気泡発泡体は、たとえば、銅、アルミニウム、またはポリウレタンを用いて形成することができる。連続気泡発泡体の気泡密度は、機械的衝撃の所定のレベルに従って設定される。ここで、より高い気泡密度は、ずり減粘材料が気泡を通って流動する前に、ずり減粘材料がより低い粘性に達しなくてはならないことを意味し、これは、より高いレベルの機械的衝撃を必要とする。連続気泡発泡体はそれ自体では十分な構造剛性を有していない変形可能構造体であるが、変形可能エレメント２１５を形成するためにベントナイトのようなずり減粘材料で充填されたときには、連続気泡発泡体は相当の重さを支えることができる。
【００４３】
図２に示す実施形態では、連続気泡発泡体は、この発泡体を通って延在する複数の経路２１７および２１８を含み、これら経路は衝撃吸収パネル２００の平面に対して平行に延びる。これら複数の経路は、連続気泡発泡体を流通し、これに流出入するずり減粘材料の移動を助ける。たとえば、これら複数の経路は、連続気泡発泡体をベントナイトで充填した後に、連続気泡発泡体から切り出されてもよく、これによって、これら経路は実質的にベントナイトを有しておらず、衝撃吸収パネル２００に対して所定量よりも大きい機械的衝撃が及ぼされたとき、ベントナイトが移動して中に入れるための空間を提供する。
【００４４】
または、上記複数の経路は、連続気泡発泡体をベントナイトで充填する前に、連続気泡発泡体内に形成されていてもよく、これによって、これら経路は、連続気泡発泡体をベントナイトで充填することを助けてもよい。従って、衝撃吸収パネル２００に対して所定量よりも大きい機械的衝撃が及ぼされると、ベントナイトは、複数の経路２１７、２１８の開口端部を通って衝撃吸収パネルから抜け出ることができる。
【００４５】
複数の経路２１７、２１８は、ほぼ二つの気泡の幅の広さであるが、連続気泡発泡体からベントナイトが容易に抜け出ることが望ましい場合には、経路２１７、２１８をより幅広にすることができる。
【００４６】
連続気泡発泡体は、プラスチックパネル２１０、２２０に対して直角に延在するさらなる経路（図では視認できない）をこの発泡体内に含んでいてもよく、たとえば、パネル２１０から直接的にパネル２２０まで連続気泡発泡体を通って延在するさらなる経路を含んでいてもよい。このさらなる経路は、ずり減粘材料がパネル内で移動するためのさらなる空間を提供し、この特定の実施形態では、複数の経路２１７および２１８と同じ幅を有するが、このことは本質的なことではない。上記さらなる経路を複数の経路２１７、２１８よりも幅広にすることには利点があり、これによって、衝撃吸収パネル２００に対して所定量よりも大きい機械的衝撃が及ぼされるとき、上記さらなる経路は、ベントナイトが複数の経路から逃げて中に入れるための小さな貯蔵所として作用する。
【００４７】
あるいは、連続気泡発泡体内に上記複数の経路だけを設けてもよく、または、連続気泡発泡体内に上記さらなる経路だけを設けてもよい。上記さらなる経路だけを設ける場合には、ベントナイトは、より幅広の経路を通ることよりも、むしろ連続気泡発泡体を通って移動するように強制され得る。なぜならば、上記さらなる経路は、機械的衝撃が及ぼされるのと同じ方向に並んでいるからである。
【００４８】
当技術分野において通常の知識を有する者であれば、添付した特許請求の範囲内に含まれるさらなる実施形態についても理解できるであろう。たとえば、変形可能エレメントは、ワイヤーメッシュの柱状体や連続気泡発泡体とは異なる変形可能構造体として形成されていてもよく、この場合、この変形可能構造体は、単体では容易に変形できるが、ずり減粘材料で充填されることができ、これによって構造的強度を提供する。そして、ずり減粘材料は、所定レベルよりも大きい機械的衝撃が及ぼされた結果として生じる高いずり速度下で、変形可能構造体から抜け出ることができる。
【００４９】
さらに、過度のレベルの機械的衝撃に対する保護が求められる、他の防衛用または非防衛用の分野で、上記変形可能エレメントを同様に用いることができる。たとえば、シートパッド、折畳式ステアリングコラムおよびダッシュボードなどのような他の車両関連分野、および衝撃吸収床や表面などのような工業分野にも適用することができる。
【図１ａ】
2016507703.tif 000003
【図１ｂ】
2016507703.tif 000004
【図２】
2016507703.tif 000005
【国際調査報告】
2016507703.tif 000006
2016507703.tif 000007
2016507703.tif 000008