JP7559636B2 - 形状可変構造体 - Google Patents

Description

本発明は、形状可変構造体に関する。

下記特許文献１には、車外用エアバッグが示されている。この車外用エアバッグは、フロントピラーの下端側からフロントピラーに沿って上方に延びるように展開する。

特開２０１６－１９０５２９号公報

上記特許文献１における車外用エアバッグのように、気体によって変形する展開構造体の形状は、一般的に、収容時の形状及び当該構造体の内部に気体が十分に充填された際（最大展開時）の形状のみに限定される。すなわち、形状が限定的である。

この場合、例えば展開構造体の最大展開時の形状が小さいと、衝突物が展開構造体に衝突しないで、車に直接衝突する可能性がある。また、展開構造体の厚みが薄いと、高重量の衝突物に対する形状可変構造体の耐久性が不足する可能性がある。

本発明は、上記事実を考慮して、形状を調整できる形状可変構造体を提供することを目的とする。

請求項１の形状可変構造体は、気体を導入及び排出可能とされた袋体と、前記袋体の内部に収容され、前記袋体と接合された骨格体と、を備え、前記骨格体は、前記袋体の内部に充填されている前記気体の体積に応じた所定の形に変形し、変形された形を保持可能とされ、圧縮力が作用した際には、前記骨格体及び前記袋体が、保持された前記骨格体の形に応じて異なる形状に変化し、かつ、前記圧縮力が作用する方向からみた前記袋体の面積が、保持された前記骨格体の形に応じて大きく又は小さく変化する。

請求項１の形状可変構造体では、袋体の内部に骨格体が収容されている。骨格体は、袋体の内部に充填されている気体の体積に応じて所定の形に変形できる。この骨格体は、袋体と接合されているため、袋体も骨格体の変形に伴って変形できる。

すなわち、袋体への気体の導入量又は排出量を調整することで、形状可変構造体の形状を調整できる。

この形状可変構造体を、例えば被衝突物に対する衝突物の緩衝構造として用いる場合は、一例として、衝突物の衝突方向に対する面積が大きくなるように袋体を変形させる。これにより、衝突物が袋体に衝突する蓋然性が高くなるため、緩衝効果を発揮し易い。

また、別の一例として、衝突物の衝突方向に対する厚みが大きくなるように袋体を変形させる。これにより、高重量の衝突物に対する形状可変構造体の耐久性が高くなる。

請求項２の形状可変構造体は、気体を導入及び排出可能とされた袋体と、前記袋体の内部に収容され、前記袋体と接合された骨格体と、を備え、前記骨格体は、前記袋体の内部に充填されている前記気体の体積に応じた所定の形に変形可能とされ、前記骨格体の変形に応じて、所定方向からみた前記袋体の面積が変化すると共に、前記骨格体は、ヒンジで連結された複数の平板によって形成され、前記平板は、少なくとも２枚が前記袋体と接合され、前記袋体の内部に充填されている前記気体の排出に伴って、前記袋体と接合された前記少なくとも２枚の平板が相対変位して前記骨格体を変形させる。

請求項２の形状可変構造体では、袋体の内部に充填されている気体を排出すると、袋体と骨格体との間の気体が減少し、袋体は骨格体に密着するように変形する。このとき、平板の少なくとも２枚が袋体と接合されているため、袋体と接合された平板が袋体から引張力を受ける。このとき平板同士がヒンジを中心に相対的に回転し、袋体と接合された少なくとも２枚の平板が相対変位することで、骨格体が変形する。

請求項３の形状可変構造体は、請求項１又は２に記載の形状可変構造体において、前記骨格体は、前記気体の体積に応じて、圧縮力が作用した際の変形特性が変化し、前記変形特性は、前記圧縮力が作用する方向における前記骨格体の剛性が所定値以上となる変形特性と、前記圧縮力が作用する方向における前記骨格体の剛性が所定値未満となる変形特性と、を含む。

請求項３の形状可変構造体では、気体の体積によって骨格体の変形特性を変化させることができる。この変形特性は、圧縮力が作用した際に、骨格体の剛性が所定値以上となる変形特性とすることができる。このため、高重量の衝突物に対する形状可変構造体の耐久性が高くなる。

また、この変形特性は、圧縮力が作用した際に、骨格体の剛性が所定値未満となる変形特性とすることができる。このため、軽量の衝突物に骨格体から作用する荷重を低減できる。

このように、形状可変構造体の剛性を変化させることで、衝突物の種類に応じた様々な構造体を用いなくても、様々な物質の衝突に適応することができる。

請求項４の形状可変構造体は、請求項１～３の何れか１項に記載の形状可変構造体において、前記骨格体が塑性変形可能とされている。

請求項４の形状可変構造体では、骨格体が塑性変形可能とされている。これにより、形状可変構造体に衝突物が衝突した際に衝突エネルギーを吸収できる。

請求項５の形状可変構造体は、請求項１～４の何れか１項に記載の形状可変構造体において、前記袋体の内部には、気体が封入されたエアバッグが配置され、前記エアバッグに封入された気体は、所定値以上の圧縮力が作用した際に前記エアバッグから排出される。

請求項５の形状可変構造体では、袋体の内部に、所定値以上の圧縮力が作用した際に気体が排出されるエアバッグが配置されている。これにより、形状可変構造体に衝突物が衝突した際に衝突エネルギーを吸収できる。

請求項６の形状可変構造体は、気体を導入及び排出可能とされた袋体と、前記袋体の内部に収容され、前記袋体と接合された骨格体と、を備え、前記骨格体は、前記袋体の内部に充填されている前記気体の体積に応じた所定の形に変形可能とされ、前記骨格体の変形に応じて、所定方向からみた前記袋体の面積が変化すると共に、前記骨格体を所定の形状に変形させる変形機構を備え、前記変形機構は、前記骨格体が平板状に形成された初期形状から前記所定の形状に変形させて前記袋体の内部へ気体を導入する。

請求項６の形状可変構造体では、変形機構によって、骨格体が平板状に形成された初期形状から所定の形状に変形する。このため、初期状態における形状可変構造体の容積を、袋体の内部に気体が導入されている場合と比較して、少なくできる。
請求項７の形状可変構造体は、請求項３に記載の形状可変構造体において、前記変形特性は、圧縮力によって密集するように変形して剛性が所定値以上となる変形特性と、圧縮力によって圧縮方向と交わる方向における端部同士が離れるように変形して剛性が所定値以下となる変形特性である。

本発明によると、形状を調整できる形状可変構造体を提供することができる。

本発明の実施形態に係る形状可変構造体の一例を示す斜視図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る形状可変構造体を構成するセルを連結した状態を示す斜視図であり、（Ｂ）はセルを分割した状態を示す斜視図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る形状可変構造体を構成するセルの一例を示した斜視図であり、（Ｂ）は上面図であり、（Ｃ）は側面図であり、（Ｄ）は底面図である。 本発明の実施形態に係る形状可変構造体を構成する骨格体を平板状に配置した例を示す斜視図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る形状可変構造体を構成するセルの他の例を示した斜視図であり、（Ｂ）は上面図であり、（Ｃ）は側面図であり、（Ｄ）は底面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る形状可変構造体を構成するセルを連結した状態の変形例を示す斜視図であり、（Ｂ）は骨格体を一方向に連結して形成した変形例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る形状可変構造体を構成する骨格体を二方向に連結して形成した変形例を示す斜視図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る形状可変構造体を構成するセルの初期状態を示す側面図であり、（Ｂ）は袋体から気体を排出した状態を示す側面図であり、（Ｃ）は袋体から気体をさらに排出した状態を示す側面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る形状可変構造体を構成する２種類の骨格体の初期状態を部分的に示す側面図であり、（Ｂ）は袋体から気体を排出した状態を示す側面図であり、（Ｃ）は袋体から気体をさらに排出した状態を示す側面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る形状可変構造体の袋体から気体を排出した状態の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ－Ｂ線断面の模式図であり、（Ｃ）は形状可変構造体に圧縮力が作用した状態を示す断面の模式図である。 本発明の実施形態に係る形状可変構造体の変形特性を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る形状可変構造体を構成する袋体から気体を排出した状態における骨格体の状態の一例を示す側面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る形状可変構造体の袋体から気体を排出した状態の別の一例を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ－Ｂ線断面の模式図であり、（Ｃ）は形状可変構造体に圧縮力が作用した状態を示す断面の模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る形状可変構造体について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。但し、明細書中に特段の断りが無い限り、各構成要素は一つに限定されず、複数存在してもよい。

また、各図面において重複する構成及び符号については、説明を省略する場合がある。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において構成を省略する又は異なる構成と入れ替える等、適宜変更を加えて実施することができる。

各図において矢印Ｘ、Ｙで示す方向は水平面に沿う方向であり、互いに直交している。また、矢印Ｚで示す方向は鉛直方向（上下方向）に沿う方向である。各図において矢印Ｘ、Ｙ、Ｚで示される各方向は、互いに一致するものとする。

＜形状可変構造体＞
図１には、本発明の実施形態に係る形状可変構造体の一例である構造物１０が示されている。構造物１０は、一例として車両に取り付られ、車両の外側に展開させて、衝突物と衝突させる衝突緩衝部材である。

構造物１０は、気体を導入及び排出可能とされた袋体２０と、袋体２０の内部に収容され、袋体２０と接合された骨格体３０と、を備えている。骨格体３０は、袋体２０の内部に充填されている気体の体積に応じて、所定の形に変形可能とされている。

気体は、通気口１２を通じて、袋体２０の内部に導入され、又は、袋体２０の内部から排出される。通気口１２は、図示しない気体導入装置と接続されている。この気体導入装置は、袋体２０の内部に導入する気体の体積及び袋体２０の内部から排出する気体の体積を自由に調整できる。

気体導入装置は、高圧ボンベ及び真空引き用のボンベを備えるものとする。このうち、高圧ボンベから、ポンプを用いて袋体２０の内部に空気を導入する。また、袋体２０の内部から、ポンプを用いて、真空引き用のボンベへ、空気を排出する。ポンプとしては、コンプレッサなどを用いることができる。

なお、本発明における「気体」としては、空気の他、窒素、二酸化炭素等、各種の気体を適用できる。これらの気体は、構造物１０の用途に応じて適宜選択できるが、例えば可燃性を有さない不活性ガスを用いることが好ましい。

（セル）
構造物１０は、図２（Ａ）に示すセル１４が、複数組み合わされて形成されている。つまり、このセル１４を、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に複数個連続して配置し、かつ、互いに隣り合うセル１４同士を接合することで、セル１４の複合体である構造物１０（図１参照）が形成されている。

それぞれのセル１４は、図２（Ｂ）に示すように、２つのセル１４Ａ、１４Ｂを組み合わせて形成されている。セル１４Ａ、１４Ｂは、例えばそれぞれのＸ方向における端部Ｊ同士が互いに接着、溶着等によって接合されることで、一体化されている。なお、セル１４Ａ、１４Ｂを接合する場所は、後述するセル１４Ａ、１４Ｂの変形に影響を与えない場所であれば、適宜選択することができる。

図３（Ａ）～（Ｄ）に示すように、セル１４Ａは、気体を導入及び排出可能とされた袋体２２と、袋体２２の内部に収容され、袋体２２と接合された骨格体３２と、を備えて形成されている。

気体は、通気口１２Ａを通じて、袋体２２の内部に導入され、又は、袋体２２の内部から排出される。通気口１２Ａと、袋体２２の集合体である袋体２０の通気口１２と、の接続関係については後述する。

骨格体３２は、ヒンジＨで連結された複数の平板３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを組み合わせて形成されている。

具体的には、骨格体３２の中央部には、一対の台形の平板３２Ａが配置され、それぞれの平板３２Ａの上底（平行な２辺のうち短い辺）を形成する辺同士が、ヒンジＨで連結されている。

また、それぞれの平板３２Ａにおける脚を形成する両辺には、それぞれ平行四辺形の平板３２ＢがヒンジＨで連結されている。Ｙ方向に互いに隣り合う平板３２Ｂ同士も、ヒンジＨで連結されている。

さらに、平板３２Ｂにおいて、平板３２Ａと連結された辺の対辺に、台形の平板３２ＣがヒンジＨで連結されている。Ｙ方向に互いに隣り合う平板３２Ｃ同士も、ヒンジＨで連結されている。

なお、これらの平板３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、鋼、アルミ、各種合金等の金属素材や、塩化ビニルやアクリルなどの樹脂素材など、各種の材料を用いて形成できる。

ヒンジＨは、平板３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを互いにバラバラに形成し、これらを丁番やテープ等で繋ぐことで構成してもよい。また、ヒンジＨは、平板３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを一体に形成し、これらの境界部分の厚みを薄くしたり低剛性にしたりして、弾性変形し易くすることで構成してもよい。

このように、複数の平板３２Ａ、３２Ｂ、３２ＣをヒンジＨで連結することにより、各平板３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、ヒンジＨを軸として相対的に回転変位することができる。これにより、骨格体３２が変形する。

例えば、骨格体３２は、図４に示したように、各平板３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを全て同一の面内に沿って配置することで、平板状に形成することができる。この状態から、ヒンジＨの部分を折り曲げることで、骨格体３２は、図３（Ａ）～（Ｄ）に示す形状となる。

ここで、図３（Ａ）～（Ｄ）に示すように、骨格体３２の「一方」の面は、袋体２２と接合されている。具体的には、骨格体３２における平板３２Ａの一方の面と、袋体２２において当該面と面する部分とが、接着剤Ｇによって互いに接合されている。

また、骨格体３２の「他方」の面も、袋体２２と接合されている。具体的には、骨格体３２における平板３２Ｃの一方の面（袋体２２と接合された平板３２ＡとＺ方向において逆側の面）と、袋体２２において当該面と面する部分とが、互いに接合されている。

さらに、袋体２２に収容された状態において、骨格体３２は、ヒンジ部分が折り曲げられた状態で配置され、立体形状とされている。この立体形状の骨格体３２における平板３２Ａ及び平板３２Ｃが、袋体２２と接合されているため、骨格体３２は、袋体２２の内部において、立体形状で保持される。

骨格体３２を、図３（Ａ）～（Ｄ）に示す立体形状から図４に示したような平板状の形状とするためには、一例として、図３（Ｃ）に示すように、Ｘ方向の両側に配置された平板３２ＣをＸ方向において離れる方向に引っ張って（引張力Ｔによって）骨格体３２を変形させる必要がある。

しかしながら、平板３２Ｃは接着剤Ｇによって袋体２２に接合されているため、袋体２２の張力により、変形が抑制される。これにより、骨格体３２は、袋体２２の内部で、立体形状で保持される。

図５（Ａ）～（Ｄ）に示すように、セル１４Ｂは、気体を導入及び排出可能とされた袋体２４と、袋体２４の内部に収容され、袋体２４と接合された骨格体３４と、を備えて形成されている。

気体は、通気口１２Ｂを通じて、袋体２４の内部に導入され、又は、袋体２４の内部から排出される。通気口１２Ｂと、袋体２４の集合体である袋体２０の通気口１２と、の接続関係については後述する。

骨格体３４は、ヒンジＨで連結された複数の平板３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを組み合わせて形成されている。

平板３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは、骨格体３２の平板３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと同一形状とされている。なお、骨格体３２においては平板３２Ａの上底を形成する辺同士が、ヒンジＨで連結されているのに対して、骨格体３４においては、平板３４Ａの下底（平行な２辺のうち長い辺）を形成する辺同士が、ヒンジＨで連結されている。

セル１４Ｂのその他の構成については、セル１４Ａと同様であるため、説明を省略する。

セル１４Ａとセル１４Ｂとは、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、それぞれに収容された骨格体３２における平板３２Ｃと、骨格体３４における平板３４Ｃと、が互いに接するように（袋体２２、２４及び接着剤Ｇを介して接するように）配置される。これにより、平板３２Ａと平板３４Ｂとの間には、隙間が形成される。

（通気口）
上述したように、図１に示す構造物１０は、図２（Ａ）に示すセル１４が、複数組み合わされて形成されている。このため、構造物１０を形成する各セル１４における通気口１２Ａ、１２Ｂをチューブ状に形成して束ねることで、図１に示す通気口１２を形成することができる。なお、以下の説明においては、通気口１２Ａ、１２Ｂを総称して通気口１２と称す場合がある。

ここで、構造物１０を形成するセル１４の数量は任意であるが、セル１４の数量が多い場合、構造物１０における通気口１２の数量が多くなり、製造効率が悪くなる。このため、本実施形態においては、通気口１２の数量を少なくするための各種の構成を採用することができる。

一例として、セル１４Ａの通気口１２Ａと、セル１４Ｂの通気口１２Ｂとは、図６（Ａ）に示す通気口１２Ｃのように、１つにまとめて形成してもよい。この場合、セル１４Ａにおける袋体２２の内部と、セル１４Ｂにおける袋体２４の内部とを連通する連通孔１２Ｄを設けて、袋体２２と袋体２４との間で気体を流通可能とする。

さらに、袋体２２の内部と袋体２４の内部とを連通したセル１４を、Ｚ軸方向に隣接して配置した場合に、これらの隣接するセル１４の内部同士を連通してもよい。このように、Ｚ軸方向に連続して配置されるセル１４（セル１４における袋体２２、２４）の内部を適宜連通することで、通気口１２の数量を減らすことができる。

別の一例として、図６（Ｂ）に示すセル１４Ｃのように、Ｘ軸方向に長尺に形成した骨格体３６を用いてもよい。骨格体３６は、図３（Ａ）に示す骨格体３２をＸ方向に繋げた形状の骨格体である。骨格体３６を収容する袋体２６は、袋体２２よりＸ方向に長尺である。このため、セル１４Ｃは、セル１４ＡよりＸ方向に長尺である。

なお、図示は省略するが、図５（Ａ）に示す骨格体３４をＸ方向に繋げた形状の骨格体及びこの骨格体を収容した袋体を形成してもよい。このように、骨格体及び袋体をＸ方向に長尺とすることで、通気口１２の数量を減らすことができる。すなわち、Ｘ方向に連続して配置されるセル１４の数量を減らして、通気口１２の数量を減らすことができる。

さらに別の一例として、図７に示すセル１４Ｄのように、Ｘ軸及びＹ方向に長尺に形成した骨格体３８を用いてもよい。骨格体３８は、図３（Ａ）に示す骨格体３２をＸ方向及びＹ方向に繋げた形状の骨格体である。骨格体３８を収容する袋体２８は、袋体２２よりＸ方向及びＹ方向に長尺である。このため、セル１４Ｄは、セル１４ＡよりＸ方向及びＹ方向に長尺である。

また、図示は省略するが、図５（Ａ）に示す骨格体３４をＸ方向及びＹ方向に繋げた形状の骨格体及びこの骨格体を収容した袋体を形成してもよい。このように、骨格体及び袋体をＸ方向及びＹ方向に長尺とすることで、通気口１２の数量を減らすことができる。

なお、図示は省略するが、図３（Ａ）、図５（Ａ）に示す骨格体３２、３４をＹ方向に繋げた形状の骨格体及びこの骨格体を収容した袋体を形成してもよい。このように、骨格体及び袋体をＹ方向に長尺とすることで、通気口１２の数量を減らすことができる。

また、骨格体３２、３４を適宜繋げて形成することにより、骨格体の製造、袋体の製造及びセルの製造が容易になる。

以上説明したように、本実施形態における骨格体の形状は、骨格体３２、３４、３６、３８のように適宜自由な大きさを採用することができる。同様に、本実施形態における袋体も、これらの骨格体が収容される大きさの範囲内で、適宜自由な大きさを採用することができる。図１における骨格体３０及び袋体２０は、これらの様々な実施形態に係る骨格体及び袋体を総称するものである。

（気体の体積に応じた骨格体の変形）
図８（Ａ）～（Ｃ）には、袋体２２に封入された気体を排出して骨格体３２を変形させる様子が示されている。骨格体３２は、袋体２２の内部に充填されている気体の体積に応じて、所定の形に変形して保持される。

具体的には、図８（Ａ）に示された初期状態（初期形状）において、通気口１２Ａを通じて袋体２２の内部の気体を排出すると、図８（Ｂ）に示すように、袋体２２が骨格体３２に近づくように変形する。このとき、袋体２２においてＸ方向の両側に配置された平板３２Ｃの間の部分が、矢印Ｎ１で示すように、平板３２Ａへ向かって移動する。

袋体２２の移動に伴って、矢印Ｎ２で示すように、Ｘ方向における両側の平板３２Ｃが、Ｘ方向において近づく方向に引っ張られて移動する。これにより、骨格体３２が変形する。

図８（Ｂ）に示された状態では、骨格体３２における平板３２Ｃの内側の端部（Ｘ方向における平板３２Ａ寄りの端部）３２ＣＥは、平板３２Ａの上底の端部３２ＡＥより外側に配置されている。

さらに気体の排出を続けると、図８（Ｃ）に示すように、骨格体３２がさらに変形する。この図に示された状態では、平板３２Ｃの内側の端部３２ＣＥは、平板３２Ａの上底の端部３２ＡＥより内側に配置されている。

図８（Ｂ）、（Ｃ）に示された各状態で気体の排出を停止して、袋体２２の内部の気体の出入りが無い状態を保持すると、骨格体３２の形状は、これらの形状で保持される。

なお、図８（Ａ）～（Ｃ）に示された状態変化は不可逆的ではない。つまり、図８（Ｃ）に示された状態から、袋体２２に空気を導入すれば、図８（Ｂ）及び図８（Ａ）の状態とすることもできる。

図５に示された袋体２４に封入された気体を吸引して骨格体３４を変形させる場合も、骨格体３４は、袋体２４の内部に充填されている気体の体積に応じて、所定の形に変形して保持される。変形の原理は骨格体３２及び袋体２２と同様であり、説明は省略する。

なお、骨格体３２及び骨格体３４の形状は、本発明における骨格体の形状の一例であり、袋体の内部に充填される気体の体積に応じて変形できる構造であれば、各種の展開形状を採用することができる。

図３（Ａ）及び図５（Ａ）に示された初期状態において、袋体２２及び袋体２４に充填された気体の体積は略同一である。また、単位時間あたりに袋体２２及び袋体２４から排出される気体の体積も略同一である。さらに、単位時間あたりに袋体２２及び袋体２４に導入される気体の体積も略同一である。つまり、袋体２２及び袋体２４には、常に略等しい体積の気体が存在する。

このため、図９（Ａ）～（Ｃ）に示すように、袋体２２に収容された骨格体３２及び袋体２４に収容された骨格体３４は、同じタイミングで、同様に変形する。

なお、図９（Ａ）～（Ｃ）においては、骨格体３２及び骨格体３４の構成を分かりやすくするため、袋体２２及び袋体２４の図示は省略されている。また、図９（Ａ）～（Ｃ）に示された骨格体３２は、それぞれ、図８（Ａ）～（Ｃ）に示された骨格体３２と同形状とされている。

このため、図９（Ｂ）に示された状態では、骨格体３４における平板３４Ｃの内側の端部（Ｘ方向における平板３４Ａ寄りの端部）３４ＣＥは、平板３４Ａの上底の端部３４ＡＥより外側に配置されている。

同様に、図９（Ｃ）に示された状態では、平板３４Ｃの内側の端部３４ＣＥは、平板３４Ａの上底の端部３４ＡＥより内側に配置されている。

（骨格体の変形特性）
図１０（Ａ）には、図９（Ｂ）に示された状態の骨格体３２及び骨格体３４を組み合わせて形成された骨格体３０が示されている。なお、図１０（Ａ）には、袋体２２、袋体２４及びこれらの複合体である袋体２０の図示は省略されている。

図１０（Ｂ）には、図１０（Ａ）に示された骨格体３０の断面図が模式的に示されている。骨格体３０の点Ｐを、Ｚ方向に沿って圧縮力Ｃ(N)で押圧すると、骨格体３０は図１０（Ｃ）に示すように変形し、点Ｐは、Ｚ方向に沿ってＭ１(m)移動する。

このとき、図９（Ｂ）に示された骨格体３２は、端部３２ＣＥがＸ方向において離れるように変形する。同様に、骨格体３４は、端部３４ＣＥがＸ方向において離れるように変形する。このため、図１０（Ｃ）に示すように、骨格体３０は、Ｚ方向における厚みが薄くなるように変形すると共に、Ｘ方向及びＹ方向における長さが大きくなるように（Ｚ方向からみた面積が大きくなるように）矢印Ｎ３で示した方向へ変形する。

この変形における骨格体３０の変形特性が、図１１の直線Ｌ１に示されている。直線Ｌ１によって示される骨格体３０の変形特性は、圧縮力が作用する方向（Ｚ方向）における剛性が所定値未満となる変形特性である。

「圧縮力が作用する方向（Ｚ方向）における剛性」とは、Ｚ方向において骨格体３０を単位長さ変位させるために必要な荷重（圧縮力）であり、剛性Ｋ１＝（Ｃ／Ｍ１）で示される。

また、「剛性が所定値未満」とは、剛性Ｋ１が、直線Ｌ３で示される剛性Ｋ３より小さいことを示している。直線Ｌ３で示される剛性Ｋ３とは、骨格体３２及び骨格体３４が、図１２に示された状態のときの骨格体３０の剛性である。

図１２に示された状態では、骨格体３２における平板３２Ｃの内側の端部（Ｘ方向における平板３２Ａ寄りの端部）３２ＣＥは、平板３２Ａの上底の端部３２ＡＥと、Ｘ方向において等しい位置に配置されている。

同様に、骨格体３４における平板３４Ｃの内側の端部（Ｘ方向における平板３４Ａ寄りの端部）３４ＣＥは、平板３４Ａの上底の端部３４ＡＥと、Ｘ方向において等しい位置に配置されている。

なお、図１０（Ｃ）において、骨格体３０はＺ方向に対して一様に変形しているが、押圧力を作用させる押圧体（衝突物）の形状、大きさ及び剛性によって、骨格体３０の変形形状は適宜変化する。

同様に、図１３（Ａ）には、図９（Ｃ）に示された状態の骨格体３２及び骨格体３４を組み合わせて形成された骨格体３０が示されている。なお、図１３（Ａ）には、袋体２２、袋体２４及びこれらの複合体である袋体２０の図示は省略されている。

図１３（Ｂ）には、図１３（Ａ）に示された骨格体３０の断面図が模式的に示されている。骨格体３０の点Ｐを、Ｚ方向に沿って圧縮力Ｃ(N)で押圧すると、骨格体３０は図１３（Ｃ）に示すように変形し、点Ｐは、Ｚ方向に沿ってＭ２(m)移動する。

このとき、図９（Ｃ）に示された骨格体３２は、Ｘ方向における両側の端部３２ＣＥ同士が近づくように変形する。同様に、骨格体３４は、Ｘ方向における両側の端部３４ＣＥ同士が近づくように変形する。

このため、図１３（Ｃ）に示すように、骨格体３０は、Ｚ方向における厚みが薄くなるように変形すると共に、Ｘ方向及びＹ方向における長さが小さくなるように（Ｚ方向からみた面積が小さくなるように）矢印Ｎ４で示した方向へ変形する。

つまり、この変形においては、圧縮力Ｃ(N)によって骨格体３０が密集するように変形し、圧縮力Ｃ(N)の作用する方向に対して束状（圧縮ストラット状）に変形する。このため、衝突物の衝突荷重に対して安定した反力を発揮することができる。

この変形における骨格体３０の変形特性が、図１１の直線Ｌ２に示されている。直線Ｌ２によって示される骨格体３０の変形特性は、圧縮力が作用する方向（Ｚ方向）における剛性が所定値以上となる変形特性であり、剛性Ｋ２＝（Ｃ／Ｍ２）で示される。

「剛性が所定値以上」とは、剛性Ｋ２が、直線Ｌ３で示される剛性Ｋ３以上であることを示している。

また、骨格体３０は、塑性変形（弾性変形限界を超えた不可逆的な変形）可能とされている。つまり、例えば図９（Ｃ）に示す骨格体３２、３４がＺ方向にさらに圧縮されることによりＺ方向に変形できなくなる。このき、平板３２Ｂ、３４Ｂが座屈して、図１３（Ｃ）に示す骨格体３０が圧壊される。この座屈及び圧壊により、衝突エネルギーが吸収され、緩衝効果を発揮する。

（袋体の構成材料）
なお、袋体２０を形成する材料としては、樹脂製の基布が挙げられる。基布の素材となる樹脂材料は特に制限はなく、どのようなものを用いてもよい。具体的には、汎用プラスチック、汎用エンジニアリングプラスチック及びスーパーエンジニアリングプラスチック等の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂を用いることができ、各種用途に応じて適宜選択することができる。このような熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

このうち、汎用プラスチックとしては、ポリスチレン、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体（ABS樹脂）、アクリロニトリル-スチレン共重合体（MAS樹脂）、メチルメタクリレート-アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体（MABS樹脂）及びスチレン-ブタジエン-スチレン共重合体（SBS樹脂）といった芳香族ビニル系樹脂を用いることができる。

また、汎用プラスチックとしては、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメタクリル酸、これらの共重合体及びアクリルゴムといったアクリル系樹脂を用いることができる。

さらに、汎用プラスチックとしては、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル-メチルアクリレート共重合体及びアクリロニトリル-ブタジエン共重合体といったシアン化ビニル系樹脂を用いることができる。

またさらに、汎用プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、エチレン-プロピレン-ジエンモノマーゴム、エチレン-プロピレンゴムといったポリオレフィン系樹脂を用いることができる。

またさらに、汎用プラスチックとしては、ポリ塩化ビニル及びポリ塩化ビニリデンといったポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール並びにポリエチレンテレフタレートなどを用いることができる。

一方、汎用エンジニアリングプラスチックとしては、ナイロン６、ナイロン６６及びナイロン１２といったポリアミド、ポリアセタール（ポリオキシメチレン）、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート並びに超高分子量ポリエチレンなどを用いることができる。

また、スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイドといったポリアリーレンスルフィド、ポリアリレート、非晶ポリアリレート、熱可塑性ポリイミド及び液晶ポリエステルといった液晶ポリマーを用いることができる。

さらに、スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、ポリテトラフロロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、ポリクロロトリフルオロエチレン及びポリフッ化ビニリデン及びポリフッ化ビニルといったフッ素樹脂などを用いることができる。

また、その他の熱可塑性樹脂として、耐衝繋性ポリスチレン（HIPS）、酸または酸無水物変性ポリオレフィン系樹脂、エポキシ変性ポリオレフィン樹脂、環状ポリオレフィン、酸または酸無水物変性アクリル系エラストマー、エポキシ変性アクリルエラストマー、シリコンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、イミド基含有ビニル系樹脂、ポリ1, 4-シクロヘキサンジメチルテレフタレート、ポリ乳酸、ポリエーテルケトン及びポリエーテルアミドなどを用いてもよい。

また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリアミドイミド、熱硬化性シリコーン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、アルキド樹脂及びウレタン樹脂などを用いることができる。

なお、袋体２０を形成する材料としては、上記で例示した樹脂製の基布の他、合成繊維、天然繊維や鉱物およびカオリン鉱物を用いてもよい。

＜作用及び効果＞
本発明の実施形態に係る構造物１０では、図１に示すように、袋体２０の内部に骨格体３０が収容されている。

骨格体３０は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す骨格体３２、３４の集合体であり、これらの骨格体３２、３４は、袋体２２、２４の内部に充填される気体の体積に応じて変形し、所定の形に保持される。

具体的には、図８（Ａ）～（Ｃ）に示すように、袋体２２の内部に充填されている気体を排出すると、袋体２２と骨格体３２との間の気体が減少し、袋体２２は骨格体３２に密着するように変形する（矢印Ｎ１）。

このとき、骨格体３２を構成する平板３２Ａ、３２Ｃが袋体２２と接合されているため、袋体２２と接合された平板３２Ｃが袋体２２から引張力を受ける。このとき平板３２Ｃ同士がヒンジＨを中心に相対的に回転することで、骨格体３２が変形する（矢印Ｎ２）。図５（Ａ）～（Ｄ）に示す骨格体３４も、同様に変形する。

すなわち、袋体２２、２４への気体の導入量又は排出量を調整することで、構造物１０の展開時の形状を調整できる。

また、本発明の実施形態に係る構造物１０では、図１０～図１３を用いて説明したように、気体の体積によって骨格体３０の変形特性を変化させることができる。

骨格体３０の変形特性としては、図１１の直線Ｌ２、図１３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、圧縮力Ｃ(N)が作用した際に、骨格体３０の剛性Ｋ２＝（Ｃ／Ｍ２）が所定値Ｋ３以上となる変形特性とすることができる。このため、高重量の衝突物に対する構造物１０の耐久性が高くなる。

また、骨格体３０は、塑性変形可能とされている。これにより、構造物１０に衝突物が衝突した際に、衝突エネルギーを吸収できる。

また、骨格体３０の変形特性としては、図１１の直線Ｌ１、図１０（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、圧縮力Ｃ(N)が作用した際に、骨格体３０の剛性Ｋ１＝（Ｃ／Ｍ１）が剛性の所定値Ｋ３未満となる変形特性とすることができる。このため、軽量の衝突物に骨格体３０から作用する荷重を抑制できる。

また、図１０（Ｂ）、（Ｃ）に示す変形では、骨格体３０は、衝突物の衝突方向（Ｚ方向）に対する面積が大きくなるように袋体２０（図１参照）を変形させる。これにより、衝突物が袋体２０に衝突する蓋然性が高くなるため、緩衝効果を発揮し易い。

＜その他の実施形態＞
本発明の実施形態に係る構造物１０においては、例えば図８（Ａ）～（Ｃ）に示すセル１４Ａは、袋体２２の内部に骨格体３２が収容されて形成されている。この袋体２２の内部には、骨格体３２以外の物を収容することができる。

例えば図８（Ａ）に二点鎖線で示すように、袋体２２の内部には、気体が封入されたエアバッグ４０を配置してもよい。エアバッグ４０に封入された気体は、所定値以上の圧縮力が作用した際に、エアバッグ４０から排出される。

エアバッグ４０から気体を排出する構成としては、所定値以上の内圧によってエアバッグ４０そのものが破裂することにより気体が排出されるものとすることができる。

または、エアバッグ４０に、エアバッグ４０から気体を排出するためのベントホールを設け、所定値以上の内圧によって、このベントホールから気体が排出される機構としてもよい。

さらに、ベントホールには、気体が排出される内圧を調整するために、開口径を調整できる機構を適用することもできる。

このようなエアバッグ４０を適用することにより、構造物１０に衝突物が衝突した際に衝突エネルギーを吸収できる。エアバッグ４０は、図１０（Ａ）～（Ｃ）に示したような骨格体３０の剛性が低い場合の変形において、衝突した軽量物を保護する観点から、特に有効である。

また、本発明の実施形態において、骨格体３２の初期状態は、図３（Ａ）～（Ｄ）に示すように、ヒンジＨの部分で平板３２Ａ、３２Ｂ及び３２Ｃが折り曲げられた状態で配置されている。このため、骨格体３２は、初期状態において立体形状とされている。

しかし、本発明の実施形態においては、骨格体３２は、図４に示すように、初期状態において平板状に配置してもよい。この場合、衝突物の衝突前に、骨格体３２を所定の形状、つまり、図３（Ａ）～（Ｄ）に示す立体形状に変形させる変形機構を設けるものとする。

変形機構は、骨格体３２が平板状に形成された初期形状から所定の形状に変形させて、袋体２２の内部へ気体を導入する。変形機構の一例としては、袋体２２を、伸縮可能な可撓性の材料を用いて形成する実施形態が挙げられる。つまり、骨格体３２が平板状に配置された状態においては、平板３２Ｃ間の袋体２２が引き延ばされた状態で保持される。

この状態を維持するために、セル１４Ａには、Ｚ軸方向の両側から押圧力を作用させる。そして、衝突物の衝突前に、押圧力を開放して、骨格体３２を、図３（Ａ）～（Ｄ）に示す立体形状に変形させる。同時に、袋体２２の内部へ、気体を導入する。

なお、骨格体３２を立体形状に変形させるために、例えばＸ方向における両側の平板３２Ｃ同士を、バネなどの弾性部材で連結してもよい。弾性部材には、骨格体３２が平板状に配置された状態において、平板３２Ｃ同士を互いに近づける方向の付勢力を付与する。

または、ヒンジＨを形成する部材を弾性部材で形成し、この弾性部材に対して、骨格体３２が平板状に配置された状態において、図３（Ａ）～（Ｄ）に示す立体形状に変形するように付勢力を付与してもよい。

さらに、骨格体３２を立体形状に変形させるために、骨格体３２における平板３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ及びヒンジＨを、形状記憶合金を用いて一体的に形成してもよい。

同様の構成は、骨格体３４及び袋体２４に適用することができる。また、これらの構成は、各種の変形例（骨格体３６、３８等）に適用することもできる。

このように、骨格体３２、３４を初期状態において平板状に形成することで、初期状態における構造物１０の容積を、袋体２０の内部に気体が導入されている場合と比較して、少なくできる。これにより、構造物１０の収容スペースを小さくすることができる。

また、本発明の実施形態においては、骨格体３０の変形特性として、圧縮力Ｃ(N)が作用した際に、骨格体３０の剛性が所定値Ｋ３未満となる変形特性と、所定値Ｋ３以上となる変形特性と、の双方を備えているものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば骨格体３０の変形特性は、骨格体３０の剛性が所定値Ｋ３未満となる変形特性のみを備えるものしてもよいし、所定値Ｋ３以上となる変形特性のみを備えるものしてもよい。

すなわち、骨格体３０の変形特性は、想定される衝突物に応じて、適宜使い分けることができる。例えば車両の内部において、搭乗者の保護を目的とする場合は、骨格体３０の剛性が所定値Ｋ３未満となる変形特性のみを備えるものとすることが好適である。

２０ 袋体
２２ 袋体
２４ 袋体
２６ 袋体
２８ 袋体
３０ 骨格体
３２ 骨格体
３２Ａ 平板
３２Ｂ 平板
３２Ｃ 平板
３４ 骨格体
３４Ａ 平板
３４Ｂ 平板
３４Ｃ 平板
３６ 骨格体
３８ 骨格体
４０ エアバッグ
Ｈ ヒンジ

Claims (7)

1. 気体を導入及び排出可能とされた袋体と、
   前記袋体の内部に収容され、前記袋体と接合された骨格体と、
   を備え、
   前記骨格体は、前記袋体の内部に充填されている前記気体の体積に応じた所定の形に変形し、変形された形を保持可能とされ、
   圧縮力が作用した際には、前記骨格体及び前記袋体が、保持された前記骨格体の形に応じて異なる形状に変化し、かつ、前記圧縮力が作用する方向からみた前記袋体の面積が、保持された前記骨格体の形に応じて大きく又は小さく変化する、
   形状可変構造体。
2. 気体を導入及び排出可能とされた袋体と、
   前記袋体の内部に収容され、前記袋体と接合された骨格体と、
   を備え、
   前記骨格体は、前記袋体の内部に充填されている前記気体の体積に応じた所定の形に変形可能とされ、
   前記骨格体の変形に応じて、所定方向からみた前記袋体の面積が変化すると共に、
   前記骨格体は、ヒンジで連結された複数の平板によって形成され、
   前記平板は、少なくとも２枚が前記袋体と接合され、
   前記袋体の内部に充填されている前記気体の排出に伴って、前記袋体と接合された前記少なくとも２枚の平板が相対変位して前記骨格体を変形させる、
   形状可変構造体。
3. 前記骨格体は、
   前記気体の体積に応じて、圧縮力が作用した際の変形特性が変化し、
   前記変形特性は、
   前記圧縮力が作用する方向における前記骨格体の剛性が所定値以上となる変形特性と、
   前記圧縮力が作用する方向における前記骨格体の剛性が所定値未満となる変形特性と、
   を含む、請求項１又は２に記載の形状可変構造体。
4. 前記骨格体が塑性変形可能とされている、
   請求項１～３の何れか１項に記載の形状可変構造体。
5. 前記袋体の内部には、気体が封入されたエアバッグが配置され、
   前記エアバッグに封入された気体は、所定値以上の圧縮力が作用した際に前記エアバッグから排出される、
   請求項１～４の何れか１項に記載の形状可変構造体。
6. 気体を導入及び排出可能とされた袋体と、
   前記袋体の内部に収容され、前記袋体と接合された骨格体と、
   を備え、
   前記骨格体は、前記袋体の内部に充填されている前記気体の体積に応じた所定の形に変形可能とされ、
   前記骨格体の変形に応じて、所定方向からみた前記袋体の面積が変化すると共に、
   前記骨格体を所定の形状に変形させる変形機構を備え、
   前記変形機構は、
   前記骨格体が平板状に形成された初期形状から前記所定の形状に変形させて前記袋体の内部へ気体を導入する、
   形状可変構造体。
7. 前記変形特性は、
   圧縮力によって密集するように変形して剛性が所定値以上となる変形特性と、
   圧縮力によって圧縮方向と交わる方向における端部同士が離れるように変形して剛性が所定値以下となる変形特性である、請求項３に記載の形状可変構造体。