JPH10169685A - 樹脂製衝撃吸収体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型−軽量で高い衝撃エネルギー吸収能力を
示す樹脂製衝撃吸収体を提供する。 【解決手段】 曲げ弾性率５００〜５０００ｋｇ／ｃｍ
² の樹脂によって成形された中空筒状体であり、該筒状
体の長さ方向の圧縮時における反力・圧縮曲線が（ａ）
降伏強度≧１０００Ｔ／ｍ² 及び（ｂ）単位体積当たり
の圧縮エネルギー吸収量≧２００Ｔ・ｍ／ｍ³ を満足す
る樹脂製衝撃吸収体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、衝撃の吸収や緩和を必
要する部分、例えば道路または岸壁の側壁、建物の床や
壁、及び車両の衝撃緩衝部に適用することができる樹脂
製衝撃吸収部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、衝撃吸収手段としては、金属バ
ネ、摩擦式緩衝器、油圧式緩衝器、ゴム成形体等が利用
されており、また、これらのうちいずれかを組み合わせ
て使用する場合もある。上記金属バネは、緩衝性能に優
れるものの衝突エネルギーの吸収能力はほとんどない。
また、上記摩擦式緩衝器や油圧式緩衝器は、一般にその
構造が複雑であり、バネ定数における変形速度依存性が
極めて大きく、復元性がない等の問題点を有している。

【０００３】ゴム成型体は、復元性が良いという特徴を
有している反面、材料の弾性率が低いので満足のいく衝
撃吸収量を確保するためには、材料の使用量を多くしな
ければならず、部材の重量が大きくなり大型化してしま
うという欠点がある。

【０００４】樹脂成形体による衝撃吸収手段として本発
明者らは有孔もしくは無孔の平板上にアーチ状、ドーム
状もしくはハニカム状の圧縮変形部が複数個立設された
クッション性を有する樹脂成形体よりなる衝撃吸収体を
提案している。しかしながら該衝撃吸収体は、道路側壁
や建築物の床面等のような広範囲に亘って均一な緩衝性
能を発揮するという特徴を有するもののごく限られたス
ペースに設置せねばならない場合に適用し難いという問
題があった。

【０００５】また、樹脂製成形体による衝撃吸収体とし
て熱可塑性エラストマーを使用した中空成形体を軸方向
に圧縮して永久歪みを付与することを特徴とする樹脂成
形体の製造技術が開示されている（特公昭６１−１２７
７９号）が、該技術による樹脂成形体は緩衝性能に優れ
るものの衝突エネルギーの吸収能力に乏しいという問題
があった。

【０００６】本発明は以上のような従来の衝撃吸収手段
の課題を考慮してなされたものであり、その目的は小型
・軽量でかつ簡単な構造で、反力に比較して大きなエネ
ルギー吸収量を有し、しかも防錆、耐水、耐候性を備え
て地上、海中を問わずメンテナンスフリーで使用するこ
とができることを特徴とするエネルギー吸収能に優れた
樹脂衝撃吸収体を提供しようとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
従来の衝撃吸収手段の課題を考慮してなされたものであ
り、その目的は小型・軽量でかつ簡単な構造で、反力に
比較して大きなエネルギー吸収量を有し、エネルギー吸
収能力に優れた樹脂製衝撃吸収体を提供しようとするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、曲げ弾性
率５００〜５０００ｋｇ／ｃｍ² の樹脂によって形成さ
れた中空筒状の衝撃吸収体であって、該中空筒状の大変
形可能部の座屈変形によって衝撃エネルギーを吸収し、
該中空筒状体の長さ方向に対する圧縮時における反力・
圧縮率曲線が下記の（ａ）及び（ｂ）を満足するように
構成されたものであることを特徴とする樹脂製衝撃吸収
体。 （ａ）降伏強度が１０００T/m²以上であること。 （ｂ）単位体積当たりの圧縮エネルギー吸収量が２００
T ・m/m³以上であること。 この樹脂製衝撃吸収体は、圧縮過程において全圧縮領域
で生じる反力の変位量が常に正であるものとすることに
より、衝撃緩和効果を一層優れたものとすることができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の樹脂製衝撃吸収体を形成
する樹脂は、曲げ弾性率が５００〜５０００kg/cm²の樹
脂によって形成された積層構造を有する部材であり、曲
げ弾性率が５００〜５０００kg/cm²の樹脂としては、熱
可塑性のポリエステルエラストマー、ポリオレフィンエ
ラストマー、ポリウレタンエラストマー、ポリアミドエ
ラストマー、あるいはそれらのブレンド物や注型ポリウ
レタン等の硬化性樹脂などが例示される。これらの中で
も特に好ましいのは、耐候性や耐水性に優れた熱可塑性
のポリエステルエラストマーやポリオレフィンエラスト
マーであるが、曲げ弾性率が上記規定範囲に納まるもの
であればその種類は一切制限されない。

【００１０】ちなみに曲げ弾性率が５００ｋｇ／ｃｍ²
未満の樹脂では、得られる衝撃吸収体のバネ定数が不足
するため、満足のいくエネルギー吸収性能を持たせるた
めに構成要素の肉厚を大きくしなければならなくなり、
衝撃吸収体が大きく且つ重いものとなるため、本発明の
趣旨に沿わなくなる。

【００１１】一方、曲げ弾性率が５０００ｋｇ／ｃｍ²
超えると、得られる衝撃吸収体が剛直になり過ぎて撓み
性が不足することになり、圧縮力を受けたときに中空筒
状の大変形可能部が破裂し易くなり、本発明の目的を果
せなくなる。

【００１２】これに対して曲げ弾性率が５００〜５００
０ｋｇ／ｃｍ² である樹脂を使用すると、後述する中空
筒状の大変形可能部形状などを変更することにより、必
要に応じて衝撃吸収体の反力の立上がりを早くしたり、
降伏反力を大きくしたりできるため、従来から使用され
ているゴム成形体のように肉厚を極端に厚くすることも
なく小型・軽量な衝撃吸収体とすることができ、圧縮時
に破壊しやすくなるといったこともなくなる。

【００１３】本発明の衝撃吸収体は、上記曲げ弾性率の
要件を満たす樹脂を使用して、以下に詳述するような形
状・構造に成形することにより、全体として衝撃を吸収
できるように構成する。即ち図１及び２は本発明に係わ
る衝撃吸収体の構造を例示するものであり、中空筒状の
大変形可能部１の両端に平板２を設け、構造体への取付
けのために必要に応じて貫通孔３を穿設する。

【００１４】図示したような構造の衝撃吸収体において
平板２は衝撃力受け面を構成し、一方大変形可能部１は
衝撃力を緩和乃至吸収するための弾性変形もしくは座屈
変形もしくは座屈変形部となるものであり、中空筒状で
あれば形状には一切制限がなく、様々な形状・構造に成
形することができる。

【００１５】また、本発明の衝撃吸収体を実用化するに
あたっては、適用場所に応じて必要とされる衝撃吸収力
の程度に応じて設置個数を任意に設定できるが、本発明
の目的を達成するには、この衝撃吸収体を図１及び２の
矢印方向に圧縮したときの反力−圧縮率曲線によって確
認される降伏強度が１０００Ｔ／ｍ² 以上で且つ衝撃吸
収体の単位体積当たりの圧縮エネルギー吸収量が２００
Ｔ・ｍ／ｍ³ 以上であることが必要となる。

【００１６】ここで、反力−圧縮率曲線（以下、Ｓ−Ｓ
カーブと呼ぶことがある）とは、例えば樹脂製衝撃吸収
体に衝撃作用方向に圧縮させた時の反力（圧縮力／受圧
面積）と圧縮率の相関性を示すグラフであり、圧縮の初
期においては圧縮率に略比例にしてＳ−Ｓカーブは急激
に立ち上がり、その後カーブは徐々に緩やかになって
（平坦部）局部的に最大反力を示す降伏点に達し、ここ
で樹脂製衝撃吸収体は大変可能部で降伏を起こすが、圧
縮過程において全圧縮領域で生じる反力の変位量が常に
正であるものとすることにより、衝撃緩和効果を一層優
れたものとすることができる。その後さらに圧縮を続け
ると空隙の減少によってＳ−Ｓカーブは再び急激に立ち
上がり、圧縮率の僅かな増大で反力は急激に上昇するよ
うになる。

【００１７】このＳ−Ｓカ−ブにおいて降伏強度とは、
最初の立ち上がり後の平坦部において最大を示す反力値
を意味し、また単位体積当たりの圧縮エネルギー吸収量
とは、実質上の最大圧縮率まで圧縮した場合のＳ−Ｓカ
ーブで囲まれる面積で示される吸収エネルギー量（図３
の斜線の領域）を衝撃吸収体の体積で割った値を意味す
る。

【００１８】本発明おける降伏強度は衝撃吸収体のＳ−
Ｓカーブ全領域における最大の反力値とは必ずしも一致
しないが、当該衝撃吸収体が衝撃力を受けた時に衝撃物
が受ける最大反力に近い値であり、最大反力値の目安と
考える。降伏強度が不足する場合は衝撃エネルギー吸収
体の機能が実質的に発揮されず、一方、降伏強度が大き
すぎる場合は衝撃時に生ずる反力が大きくなって衝撃を
満足に緩和できなくなる。効率良く衝撃エネルギーを吸
収するためにはＳ−Ｓカーブの最初の立ち上がりをでき
るだけ急激にするとともに、降伏点を過ぎた後の反力の
低下を極力少なくすることが有効となる。

【００１９】こうした観点から本発明に係わる樹脂製衝
撃吸収体に要求される物性を種々検討した結果、衝撃力
にたいして過度の反力を与えることなく衝撃力を十分に
緩和するには、樹脂製衝撃吸収体の降伏強度を１０００
T/m²以上でかつ単位体積当たりの圧縮エネルギー吸収量
が２００T ・m/m³以上にする必要があり、本発明の樹脂
製衝撃吸収体によればこうした要求特性を十分に満たす
ものになることが明らかとなった。

【００２０】ちなみに従来から知られているゴム成型品
のような衝撃吸収体では、図４のようにＳ−Ｓカーブの
立ち上がりが緩慢であるため、満足のいく衝撃エネルギ
ー吸収量を確保するには、材料の使用量を多くしなけれ
ばならず、部材の重量が大きくなり、大型化せざるを得
なくなる。

【００２１】一方、特公昭６１−１２７７９号公報で開
示されている熱可塑性エラストマーを使用した中空成形
体を軸方向に圧縮して永久歪みを付与した樹脂成型品で
は実質的に座屈変形しないような成型品であるためゴム
成型品に類似のＳ−Ｓカーブを呈し、衝突エネルギーの
吸収能力に乏しい。

【００２２】しかし、樹脂の曲げ弾性率を特定すると共
にその形状・構造を前述の如く定めた本発明の衝撃吸収
体は、図５の概略図に示すように、Ｓ−Ｓカーブの最初
の立上がりが急激であるばかりでなく適度の降伏強度を
示した後、それ以上圧縮率を変えてもしばらくは略一定
（平坦部）の反力を示し、その後に最終の急激な立ち上
がりをみせ、その結果単位体積当たりの圧縮エネルギー
吸収量が２００T ・m/m³以上という非常に高い圧縮エネ
ルギー吸収量を有するものとなる。

【００２３】中空筒状の大変形可能部の形状・構造・肉
厚等には格別の制限がなく、用途・目的に応じて適当に
変更して実施しうることは先に述べた通りであるが、前
述の降伏強度や圧縮エネルギー吸収量を確保するために
は、大変形可能部高さＨと外径Ｒの比がＲ／Ｈ＝０．３
〜１．５の範囲となるように形状を選定することが好ま
しい。その理由は、Ｒ／Ｈが０．３未満では大変形可能
部が高さ不足となり、座屈変形によるエネルギー吸収量
が少なくなり、一方Ｒ／Ｈが１．５を超えると大変形可
能部不規則な方向に横倒れを起しやすくなる傾向がある
からである。

【００２４】本発明の衝撃吸収体は、前述の如く適度の
曲げ弾性を持った樹脂の粘弾性特性とその形状の組み合
わせによっていわばダッシュポットとバネ的なエネルギ
ー吸収挙動を付与することにより、衝撃エネルギーを極
めて効率良く吸収することができる。

【００２５】本発明に係わる樹脂製衝撃吸収体の製造方
法としては、射出成形、押出成形あるいはプレス成形等
任意の方法を採用することができる。また、本発明の樹
脂製衝撃吸収体は、通常の取り付け方法、例えば当該衝
撃吸収体を構成する平板部に設けた孔を介して他の構造
物に取り付ける方法などが採用できるが、もとより取り
付け方法は一切制限されるものではない。

【００２６】本発明で使用される樹脂の好ましい種類は
先に例示した通りであるが、これらの樹脂には、用途ま
たは目的に応じて、例えば熱酸化防止剤や紫外線吸収剤
などの各種安定剤、染料やカーボンブラック、タルクや
ガラスビーズのような充填剤、金属繊維、ガラス繊維や
カーボン繊維のような繊維状強化剤、帯電防止剤、可塑
剤、難燃剤、発砲剤、離型剤などの添加剤を配合して改
質することも可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
曲げ弾性率の特定された樹脂を使用し、かつその形状・
構造を特定することによって、樹脂の弾性特性と成形体
の座屈変形によって、優れた衝撃吸収特性を有し、かつ
小型・軽量でありながら、高い衝撃エネルギー吸収能力
を示す衝撃吸収体を提供しうることになった。そして該
衝撃吸収体は、その優れた特性を生かして、たとえば道
路または岸壁の側壁、建物の床や壁、及び車両の衝撃緩
衝部に広く適用することができる。

【００２８】

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例に
よって制限を受けるものではなく、前述の趣旨に適合し
うる範囲で適当に変更して実施することはいずれも本発
明の技術範囲に含まれる。

【００２９】〔実施例１〕東洋紡績（株）製のポリエス
テルエラストマー「ペルプレン Ｐ−５５Ｂ」を使用
し、図１に示す中空筒状の衝撃吸収体（大変形可能部高
さＨ＝１０ｃｍ×筒部外径Ｒ＝８ｃｍ）を射出成形し
た。この衝撃吸収体を下記の評価方法で上下方向（長さ
方向）に圧縮したところ、実質上８０％まで圧縮可能で
あり、評価結果を表１に示した。

【００３０】〔実施例２〕東洋紡績（株）製のポリエス
テルエラストマー「ペルプレン Ｐ−９０Ｂ」を使用
し、図１に示す中空筒状の衝撃吸収体（大変形可能部高
さＨ＝２０ｃｍ×筒部外径Ｒ＝１６ｃｍ）を射出成形し
た。この衝撃吸収体を下記の評価方法で上下方向（長さ
方向）に圧縮したところ、実質上８０％まで圧縮可能で
あり、評価結果を表１に示した。

【００３１】〔比較例１〕硬度６３Ａの市販のゴム塊を
切削加工により実施例１と同一形状に成した。この衝撃
吸収体を実施例と同様にして評価した。

【００３２】〔比較例２〕東洋紡績（株）製のポリエス
テルエラストマー「ペルプレン Ｐ−２８０Ｂ」を使用
し、アーチ形状大変形可能部を８個立設した衝撃吸収体
２１ｃｍ×２１ｃｍ×高さ３．３ｃｍを射出成形した。
この吸収体は、上下方向に実質上最大８０％まで圧縮で
きた。また、この吸収体を縦横方向および高さ方向に樹
脂リベットによって接合して組付け衝撃吸収体１０１ｃ
ｍ×１０１ｃｍ×９９ｃｍを作製し、実施例と同様にし
て評価した。

【００３３】〔評価方法〕 樹脂の曲げ弾性率：一般に用いられているＡＳＴＭ−Ｄ
７９０によって測定した。 衝撃力受け面面積：大変形可能部端の平板接触面積をい
う。 降伏強度：５０mm／分で定速に圧縮したときに反力−圧
縮率曲線が、圧縮の初期において圧縮率に略比例して立
ち上がり、その後徐々に緩やかになって（平坦部）最大
反力となったときの衝撃力受け面の単位面積当たり強度
をいう。 単位体積当たりの圧縮エネルギー吸収量：反力−圧縮率
曲線において実質上の最大圧縮まで圧縮した場合の衝撃
吸収体の単位体積当たりのエネルギー吸収量をいう。

【００３４】上記の実施例１〜２及び比較例１〜２の衝
撃吸収体について評価した結果を表１に示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１からも明らかであるように、本発明の
衝撃吸収体は、従来の衝撃吸収体に比べて軽量で大きな
衝撃エネルギーを吸収することができることがわかる。
しかもこのものは空中や海中でも支障なく使用すること
ができ、防錆、耐水性、耐候性にも優れたものであって
メインテナンスフリーなものである。

【００３７】図６は、実施例１の衝撃吸収体及び比較例
１の衝撃吸収体のＳ−Ｓカーブを示したものであり、比
較例１の衝撃吸収体はＳ−Ｓカーブの立上がりが緩慢で
あるため衝撃吸収能に乏しく、実施例１の衝撃吸収体は
適度の降伏強度を有しており、衝突物に対して極端な反
力を及ぼすことがなく、また、Ｓ−Ｓカーブは比較例１
のものに比べ矩形に近く、圧縮エネルギー吸収効率が非
常に優れたものであることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる衝撃吸収体の１例の側面並びに
上面を例示する図である。

【図２】本発明に係わる衝撃吸収体の１例の側面並びに
上面を例示する図である。

【図３】本発明に係わる衝撃吸収体の反力−圧縮率曲線
を示す説明図である。

【図４】従来の衝撃吸収体の反力−圧縮率曲線を示す説
明図である。

【図５】本発明に係わる衝撃吸収体の反力−圧縮率曲線
を示す説明図である。

【図６】実施例１及び比較例１で得た反力−圧縮率曲線
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 大変形可能部 ２ 平板 ３ 貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松山雄二郎 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 曲げ弾性率５００〜５０００ｋｇ／ｃｍ
   ² の樹脂によって形成された中空筒状の衝撃吸収体であ
   って、該中空筒状の大変形可能部の座屈変形によって衝
   撃エネルギーを吸収し、該中空筒状体の長さ方向に対す
   る圧縮時における反力・圧縮率曲線が下記の（ａ）及び
   （ｂ）を満足するように構成されたものであることを特
   徴とする樹脂製衝撃吸収体。 （ａ）降伏強度が１０００T/m²以上であること。 （ｂ）単位体積当たりの圧縮エネルギー吸収量が２００
   T ・m/m³以上であること。
2. 【請求項２】 圧縮過程において、全圧縮領域で生じる
   反力の変位量が常に正である請求項１の樹脂製衝撃吸収
   体。