JPH02208030A - 衝撃吸収部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は衝撃エネルギーを吸収するための衝撃吸収部材
に関する。本発明の衝撃吸収部材は自動車の内装材など
に有用である。

［従来の技術］ 衝突時などの衝撃エネルギーを吸収する目的で、自動車
などには各種の衝撃吸収部材が用いられている。例えば
バンパーには芯材として硬質ウレタンフオームなどが用
いられている。この硬質ウレタンフオームは、降伏応力
未満の荷重ではほとんど変形せず、降伏応力以上の荷重
が作用した場合に大きく変形する。すなわち応力−歪曲
線の立上がりが速く、降伏点後急速に歪が増大する。そ
して降伏応力以上の荷重が作用したときに硬質ウレタン
フオームが変形することにより、バンパーに作用した衝
撃エネルギーを吸収して車体に衝撃が伝わるのを防止し
ている。

また、クラッシュパッドなどの自動車の内装材は、軟質
ウレタンフオームなどの表面に表皮材を積層した構成と
されている。このような内装材は、人体などが比較的小
さな荷重で衝突した場合に衝撃エネルギーを吸収して人
体を保護し、荷重が除去されるとほぼ１００％復元して
元の形状に戻るように構成されている。

［発明が解決しようとする課題］ 軟質ウレタンフオームなどの衝撃吸収部材では、小さな
荷重には効果があるものの、大きな荷重が作用した場合
には限界まで変形した後、軟質ウレタンフオームの下層
にあるインサートなどに荷重が伝わる。したがって大き
な荷重が作用した場合には、衝撃吸収部材としてはほと
んど作用しない。

しかし自動車の内装材としては柔らかな感触をもつこと
が要求され、また荷重が除去されたときには１００％近
い復元性が要求される。そのため自動車の内装材として
は、もっばらこの軟質ウレタンフオームが用いられてい
るのが現状である。

一方、硬質ウレタンフオームなどの衝撃吸収部材は、大
きな荷重が作用した場合に速やかに変形して衝撃エネル
ギーを吸収するので衝撃吸収効率が高い。しかし硬質ウ
レタンフオームなどの衝撃吸収部材は、降伏点まではほ
とんど変形しないため、固い感触で人体への反力も大き
く、自動車の内装材としては不向きである。なお、例え
ば特開昭５５−８９３２６号公報などに、衝撃吸収効率
を高く維持しつつ復元力を高めた硬質発泡体が種々提案
されているが、感触、コストなどで充分ではなく、自動
車の内装材としては用いられない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
高い衝撃吸収効率と軟らかい感触という背反事象を満足
した衝撃吸収部材を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の衝撃吸収部材は、所定値未満の荷重ではほとん
ど変形せず所定値以上の荷重が作用した場合に大きく変
形する硬質発泡体層と、硬質発泡体層に積層され所定値
未満の範囲で荷重が増大するにつれて変形量が増大する
軟質発泡体層と、よりなり、 衝撃の荷重は軟質発泡体層を介して硬質発泡体層に作用
し、所定値未満の範囲の荷重が作用したときには軟質発
泡体層が変形して衝撃エネルギーを吸収し、所定値以上
の荷重が作用したときに硬質発泡体層が変形して衝撃エ
ネルギーを吸収するように構成されたことを特徴とする
。

硬質発泡体層を構成する硬質発泡体とは、所定値未満の
荷重ではほとんど変形せず、所定自以上の荷重が作用し
た場合に大きく変形する発泡体をいう。ここで、所定値
とは一般に降伏応力のことを意味する。硬質発泡体層の
なかでも、立ち上がりが鋭く、降伏点を過ぎてからは平
坦に伸びるような応力−歪曲線をもつものが望ましい。

衝撃エネルギーを短い変位で吸収でき後述のエネルギー
吸収率が高く、衝撃吸収部材の厚さを薄くすることがで
きるからである。その材質は特に制限されず、ポリウレ
タン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ＡＢＳ樹脂、尿素樹脂、ケイ素樹脂などの樹脂、場合に
よってはセラミックス、金属などを用いることもできる
。

硬質発泡体層の降伏応力は、吸収しようとする衝撃エネ
ルギーの荷重の設定値により種々選択することができる
。また硬質発泡体層の厚さが厚くなるほど、吸収できる
衝撃エネルギーが大きくなる。なお、硬質発泡体層は、
５０％圧縮時に６０％以上のエネルギー吸収率をもつこ
とが望ましい。

ここでエネルギー吸収率とは、第６図に示すような応力
−歪曲線において、５０％歪むまでの応力の積分値（面
積ｂ）の全エネルギー（面積ａ十ｂ）に対する比率をい
う。このエネルギー吸収率が６０％より小さくなると、
衝撃エネルギーを吸収する作用が小さくなり、衝撃吸収
部材として好ましくない。

軟質発泡体層を構成する軟質発泡体とは、荷重が増大す
るにつれて変形量が増大し、荷重を除去するとほぼ元の
形状に復元可能なものをいう。その材質としては、ポリ
ウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレンなとの樹脂、
あるいは各種ゴムなどを利用することができる。この軟
質発泡体層の５０％圧縮時のエネルギー吸収率は、８０
％以下とするのが好ましい。８０％を超えると形状復元
性に劣るようになり、自動車の内装材などとしては好ま
しくない。

本発明の最大の特徴は、上記した硬質発泡体層表面に上
記した軟質発泡体層を積層したところにある。これによ
り、小さい荷重の範囲では軟質発泡体が変形して衝撃エ
ネルギーを吸収し、荷重が除去されると軟質発泡体層は
復元して元の形状となる。すなわち人体が軽く衝突した
場合などの衝撃エネルギーを吸収し、人体に対する反力
を軽減する。また、荷重が硬質発泡体層の降伏応力を超
えると、硬質発泡体層が変形して衝撃エネルギーを吸収
する。

ここで軟質発泡体層は、応力−歪曲線において、歪量が
５０％以上となるときの荷重が硬質発泡体層の降伏応力
とほぼ等しくなるような応力−歪曲線をもつことが望ま
しい。歪量が５０％に満たない状態で硬質発泡体層の降
伏応力と等しくなるような場合には、軟質発泡体層の衝
撃エネルギー吸収作用が充分働かないうちに硬質発泡体
層が変形するため、軟質発泡体層の厚みが必要以上に厚
くなり好ましくない。なお通常の内装用ウレタンフオー
ムを用いる場合は、歪量が６０〜８０％で硬質発泡体層
の降伏応力と等しくなるようにすることが、表面感触と
初期のエネルギー吸収および厚みの有効利用の点で最も
好ましい。

硬質発泡体層と軟質発泡体層とは、接合されていなくて
もよいし、接着剤、熱融着などの方法で接合することも
できる。また両者を一体的に発泡成形することもできる
。そして２層に限らず、軟質発泡体層を複数の層から構
成したり、硬質発泡体層を複数の層から構成したりする
ことも可能である。なお、自動車の内装材などとして利
用される場合は、軟質発泡体層表面には、通常、皮革、
塩化ビニル樹脂などから形成された表皮材が被覆される
。また、硬質発泡体層の軟質発泡体層と反対側の表面ま
たはその内部には、通常、インサートが配置される。

［発明の作用および効果］ 本発明の衝撃吸収部材では、硬質発泡体層表面に軟質発
泡体層が積層されている。そして衝撃の荷重は軟質発泡
体層を介して硬質発泡体層に作用するように構成されて
いる。ここで荷重が硬質発泡体層の降伏応力より小さい
場合には、軟質発泡体層が変形して衝撃エネルギーを吸
収する。その範囲の荷重では、荷重を除去すると軟質発
泡体層はほぼ１００％復元して元の形状に戻る。

硬質発泡体層の降伏応力より大きな荷重が作用した場合
は、軟質発泡体層が変形した後に硬質発泡体層がつぶれ
るように変形して衝撃エネルギーを吸収する。

したがって本発明の衝撃吸収部材によれば、表側には軟
質発泡体層が位置しているので、感触に優れている。ま
た、大きな荷重が作用した場合には、硬質発泡体層によ
り衝撃エネルギーが吸収される。

さらに本発明の衝撃吸収部材では、軟質発泡体層の厚さ
および硬さを調整することにより、感触および小さな荷
重の吸収特性を任意に調整でき、硬質発泡体層の硬さを
調整することにより大きな荷重の吸収特性を調整できる
。すなわち、２つの発泡体層を任意に組合わせることに
より、ｖｔＩ９！ｌエネルギーの吸収特性を任意に調整
することができ、衝撃吸収部材として極めて有用である
。

したがって、本発明の衝撃吸収部材はソフトな感触でし
かも衝撃エネルギーの吸収特性に優れているので、自動
車の内装材として極めて有用である。

［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。なお、本実施例
は自動車のクラッシュパッド用のウレタンフオームに本
発明の衝撃吸収部材を適用したものである。

（実施例１） 本実施例のウレタンフオームは、第１図に示すように、
厚ざ１２００１０１の硬質発泡体層１と、硬質発泡体層
１表面に接着剤を介して一体的に接合された厚さ３０市
の軟質発泡体層２とから構成されている。このウレタン
フオームをクラッシュパッドとするには、軟質発泡体層
２の表面にファプリツタなどの表皮層を形成し、硬質発
泡体層１の表面にインサートを配置する。そしてクラッ
シュパッドは表皮層が車室内に表出するように取付けら
れる。

硬質発泡体層１は、密度０．０５ｇ／Ｃｍｌの硬質ウレ
タンフオームから形成されている。その単独の応力−歪
曲線を第２図に示す。なお、以下の第２図〜第５図に示
す応力−歪曲線は、全て圧縮速度５０１１ｍ／ｌ１ｌｉ
ｎの条件で測定されたものである。この硬質発泡体層１
は、荷重が１．２ｋｇｆ／ｃｍ２になるまでは歪は３ｍ
ｍ以下であり、はとんど変形しない。そして荷重が１．
２ｋｇｆ／ｃｍ２を超えると、応力−歪曲線は平坦にな
り、硬質発泡体層１は崩壊変形してエネルギーを吸収す
る。変形量が５０％を超えると、歪の増大とともに応力
も増大する。

ちなみに硬質発泡体層１の降伏応力は１．２ｋｇｆ／ｃ
ｍ２であり、５０％圧縮時のエネルギー吸収率は８３．
８％である。

軟質発泡体層２は、密度０．１５ａ／ｃｍｌの従来のク
ラッシュパッドに一般に用いられている軟質ウレタンフ
オームから形成されている。その単独の応力−歪曲線を
第３図に示す。この軟質発泡体層では、応力の増大とと
もに歪も増大し、２５％圧縮応力は０．５０ｋｏｆ／ｃ
ｍ２．５０％圧縮応力は０、７３ｋｇｆ／ｃｍ２．７５
％圧縮応力は１．４０ｋｇｆ／ｃｍ２である。ちなみに
、５０％圧縮時のエネルギー吸収率は６５．５％であり
、５０％圧縮後の変形回復率は９８％である。

本実施例のウレタンフオームでは、軟質発泡体層２の７
５％圧縮応力が硬質発泡体層１の降伏応力とほぼ同値と
なるように、軟質発泡体層２の厚さと硬さ、および硬質
発泡体層１の硬さが選択されている。

第４図に本実施例のウレタンフオームの応力−歪曲線を
示す。このウレタンフオームでは、歪が約２２１１１ｍ
（軟質発泡体層２の７５％圧縮に相当）になるまでは、
はぼ軟質発泡体層２の応力−歪曲線に沿い、それ以後は
ほぼ硬質発泡体層１の応力−歪曲線の平坦部分に沿って
いる。

本実施例のウレタンフオームによれば、約１ｋｇｆ／ｃ
ｍ　’より小さな荷重の場合には、軟質発泡体層２が変
形して衝撃エネルギーを吸収する。したがって、例えば
人が自動車内で動いてクラッシュパッドに軽く当たった
ような場合には、軟質発泡体２の変形のみで衝撃エネル
ギーが吸収され、感触がよく人体への反力も小さい。ま
た、荷重が除去されると、軟質発泡体層２はほぼ元通り
の形状に復元する。

そして自動車が衝突して人体がクラッシュパッドに衝突
したような場合には、１．５ｋｇｆ／ｃｍ’よりかなり
高い荷重が作用するが、その衝撃エネルギーはまず軟質
発泡体層２で吸収された俊、硬質発泡体層１の変形によ
り速やかに吸収される。これにより人体への衝撃を和ら
げることができる。

したがって本実施例のウレタンフオームによれば、従来
のウレタンフオームと同様に感触が良く、かつ衝撃エネ
ルギーの吸収率に優れている。

（実施例２） 本実施例は、軟質発泡体層２および硬質発泡体層１の硬
さを、それぞれ実施例１より硬く調節し、厚さ３７．５
１１ｍの硬質発泡体層１と厚さ３０ｍｍの軟質発泡体層
２とを積層したものである。すなわち、硬質発泡体層１
は、密度０．０６ｇ／ｃｍ）の硬質ウレタンフオームか
ら形成されている。この硬質発泡体層１は、降伏応力が
２　、０５　ｋｏｆ／ｃｍｔであり、５０％圧縮時のエ
ネルギー吸収率は８１゜５％である。

軟質発泡体層２は、密度０．１５ａ／ｃｍ１であり、５
０％圧縮応力は１　、１９ｋｇｆ／ｃｍ２．７５％圧縮
応力は２．２０ｋｏｆ／ｃｍ”　テある。ちなミニ、５
０％圧縮時のエネルギー吸収率は５２％であり、５０％
圧縮後の変形回復率は９７％である。

本実施例のウレタンフオームでは、軟質発泡体層２の７
０％圧縮応力が硬質発泡体層１の降伏応力とほぼ同値と
なるように、軟質発泡体層２の厚さと硬さ、および硬質
発泡体層１の硬さが選択されている。

本実施例のウレタンフオームでは、第５図に示すように
、歪が約２０ｍｍ（軟質発泡体層２の７０％圧縮に相当
）になるまでは、はぼ軟質発泡体層２の応力−歪曲線に
沿い、それ以後はほぼ硬質発泡体層１の応力−歪曲線の
平坦部分に沿っている。

本実施例のウレタンフオームでは、約２　ｋｇｆ／ｃｍ
２より小さい荷重の場合には、衝撃エネルギーは軟質発
泡体層２で吸収され、それより大きな荷重が作用した場
合には硬質発泡体層１が変形して衝撃エネルギーを吸収
する。すなわち、本実施例のウレタンフオームは、実施
例１に比べて大きな荷重の場合に有用である。

このように、本発明の衝撃吸収部材を用いれば、軟質発
泡体２の厚さおよび硬さを調整し、また硬質発泡体層１
の硬さおよび厚さを調整するだけで、任意の応力−歪曲
線をもつウレタンフオームと、することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のクラッシュパッド用ウレタ
ンフオームの断面図である。第２図は第１の実施例に用
いた硬質発泡体層の応力−歪曲線を示すグラフ、第３図
は第１の実施例に用いた軟質発泡体層の応力−歪曲線を
示すグラフ、第４図は第１の実施例のウレタンフオーム
の応力−歪曲線を示すグラフ、第５図は第２の実施例の
ウレタンフオームの応力−歪曲線を示すグラフである。 第６図はエネルギー吸収率を説明する説明図である。 １・・・硬質発泡体層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定値未満の荷重ではほとんど変形せず該所定値
   以上の荷重が作用した場合に大きく変形する硬質発泡体
   層と、該硬質発泡体層に積層され該所定値未満の範囲で
   荷重が増大するにつれて変形量が増大する軟質発泡体層
   と、よりなり、 衝撃の荷重は前記軟質発泡体層を介して前記硬質発泡体
   層に作用し、前記所定値未満の範囲の荷重が作用したと
   きには前記軟質発泡体層が変形して衝撃エネルギーを吸
   収し、前記所定値以上の荷重が作用したときに前記硬質
   発泡体層が変形して衝撃エネルギーを吸収するように構
   成されたことを特徴とする衝撃吸収部材。