JPH11351301A - 衝撃吸収体及びそれを用いた衝撃吸収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 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衝撃吸収体を
提供しようとするものである。 【解決手段】 曲げ弾性率５００〜５０００ｋｇｆ／ｃ
ｍ² の樹脂（Ａ）によって形成された中空筒状体に、樹
脂（Ａ）よりも弾性率の低い樹脂（Ｂ）を筒状体の中空
部に充填した衝撃吸収体であって、樹脂（Ａ）によって
形成された中空筒状部の座屈変形によって衝撃エネルギ
ーを吸収し、該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１，０００ｔｆ／ｍ² 以上であるこ
と。 (ｂ) 単位体積あたりの圧縮エネルギー吸収量が２００
ｔｆ・ｍ／ｍ³ 以上であること。

Description

【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、及び車両の衝突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】ゴム成形体は、復元性が良いという特徴を
有している反面、材料の剛性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材を
提案している。しかしながら該衝撃吸収材は、道路側壁
や建築物の床面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予め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６１−１２
７７９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衝撃吸収装置の課題
を鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、小型・軽量でかつ簡単な構造で、衝撃によって発生
するエネルギーを非常によく吸収し、さらに防錆、防
水、耐候性に優れ、地中、海中を問わずメンテナンスフ
リーで使用することのできる衝撃吸収装置を提供するこ
とにある。

【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あっ
て、反力に比較して大きな圧縮エネルギー吸収量を有
し、エネルギー吸収能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】すなわち本発明は、曲げ
弾性率５００〜５０００ｋｇｆ／ｃｍ² の樹脂(A) によ
って形成された中空筒状体に、樹脂(A) よりも弾性率の
低い樹脂(B) を筒状体の中空部に充填した衝撃吸収体で
あって、樹脂(A) によって形成された中空筒状部の座屈
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１，０００ｔｆ／ｍ² 以上であるこ
と。 (ｂ) 単位体積あたりの圧縮エネルギー吸収量が２００
ｔｆ・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、衝撃緩和性能をいっそう優れたものとすること
ができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明における樹脂製衝撃吸収体
は、曲げ弾性率が５００〜５０００ｋｇｆ／ｃｍ² の樹
脂によって形成された中空筒状の構造を有するものであ
り、曲げ弾性率が５００〜５０００ｋｇｆ／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等が例示され
る。こ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、曲げ弾性率が上記の範囲に
収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、その曲げ弾性率が５００ｋｇｆ
／ｃｍ² 未満の場合、衝撃力が加わるとすぐに変形が進
み、反力が小さいまま圧縮率が増加する。つまりエネル
ギー吸収量が非常に小さいの満足のいくエネルギー吸収
性能を持たせることができない。

【００１１】一方、曲げ弾性率が５０００ｋｇｆ／ｃｍ
² を超えると、得られる衝撃吸収体が剛直になりすぎ撓
み性が不足することになり、圧縮力を受けたときの中空
筒状体の大変形部が破裂しやすくなり、本発明の目的を
果たせなくなる。

【００１２】これに対して曲げ弾性率が５００〜５００
０ｋｇｆ／ｃｍ² である樹脂を使用すると、必要に応じ
て樹脂製衝撃吸収材の反力の立上がりを早くしたり、降
伏強度を大きくしたりすることが出来る。また、中空筒
状体の肉厚を変えることも出来るので、衝撃吸収性の調
整は極めて容易である。さらに、吸収体を取り付けるた
めに必要なスペースに応じて吸収材全体の大きさを調整
することも可能であるので、衝撃吸収体としての適用範
囲は極めて広範囲となる。

【００１３】筒状衝撃吸収体は樹脂(B) からなる充填部
を含まない樹脂(A) からなる筒状体のみであっても、樹
脂(B) の曲げ弾性率が樹脂(A) の約１／７であるので、
衝撃吸収性は実質的に充填部を含む場合と同等であり、
高性能な衝撃吸収体として使用が可能である。しかし、
充填部のない場合は、橋梁等に取り付けた後で中空部分
に雨水や土砂等が溜まることが考えられ、中空部分が予
想外の弾性率を有する物質で満たされる可能性がある。
その結果、衝撃吸収体本来の優れた衝撃吸収性能が大幅
に変化することになり好ましくない。もちろん取り付け
方や取り付け部位全体の構造によってはこのような危惧
は必要なく、充填部を含まないタイプを適用できること
はいうまでもない。

【００１４】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は本発明に関る
衝撃吸収体の構造を例示するものであり、中空筒状体の
大変形可動部１、２の両端に平板３を設け、構造体への
取り付けのために必要に応じて貫通孔４を設置する。

【００１５】図示したような構造の衝撃吸収体において
平板３は衝撃力受け面を構成し、一方大変形可能部１、
２は衝撃力を緩和ないし吸収するための弾性変形もしく
は塑性変形部となるものであり、中空筒状体であれば形
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。

【００１６】また、本発明の衝撃吸収体を、実用するに
あたっては、適用場所に応じて必要とされる衝撃吸収エ
ネルギー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１０００ｔｆ／ｍ² 以上
で且つ圧縮エネルギー吸収量が２００ｔｆ・ｍ／m³以上
であることが必要である。

【００１７】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してＳ−Ｓカーブは急激に立
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
製衝撃吸収材は大変形可動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、衝撃緩和効果をいっそう優
れたものとすることができる。さらに圧縮を続けると空
隙の減少によって反力−圧縮率曲線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。

【００１８】本発明のＳ−Ｓカーブにおける降伏強度と
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（図３の斜線の領域）で示される吸
収エネルギー量を衝撃吸収材の体積で割った値を意味す
る。

【００１９】本発明に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ときに衝
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カーブの最初の立上がりをで
きるだけ急激にすると共に、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。

【００２０】こうした観点にたって本発明に関わる緩衝
材を検討した結果、衝突物に対して、過度の反力を与え
ることなく衝撃力を十分に吸収するには、降伏強度１０
００ｔｆ／ｍ² 以上で圧縮エネルギー吸収量が２００ｔ
ｆ・ｍ／ｍ³ 以上の能力を有する緩衝材が必要となる。
その点において、本発明の中空筒状緩衝材は要求特性を
十分に満たしていることが明らかである。

【００２１】ちなみに従来から知られているゴム成型品
のような衝撃吸収材では、図４のようにＳ−Ｓカーブの
立上がりが緩慢であるため、満足のいく衝撃吸収量を確
保するには、材料の使用量を多くしなけれればならず、
部材の重量が大きくなり、大型化せざるを得なくなる。

【００２２】一方、特公昭６１−１２７７９号公報で開
示されている熱可塑製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形品で
は実質的に座屈変形しないような成形品であるため、ゴ
ム成形品に類似のＳ−Ｓカーブを呈し、衝突エネルギー
の吸収能力に乏しい。

【００２３】一方、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
初の立ち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
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、２００ｔｆ・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。

【００２４】中空筒状体の大変形可能部の形状・構造・
肉厚等には格別の制限はなく、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延べたとおりである
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と外形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。Ｒ／Ｈが０、３未満では大変形可能部が高
さ不足になり、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を越えると大変形可能部が
不規則な方向に横倒れを起こしやすくなる傾向があるか
らである。

【００２５】本発明の衝撃吸収体は、前途の如く適度の
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。

【００２６】本発明に係わる樹脂製衝撃吸収材の製造方
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、通常の取付け方法、たとえば当該衝
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
物に取付ける方法等が採用できるが、もとより取付け方
法は一切制限されるものではない。

【００２７】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
等の各種安定剤、染顔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、発泡剤、離型剤等の添加剤を配合して改質
することも可能である。

【００２８】

【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、且つその形状・
構造を特定することによって、樹脂の力学的特性と成形
体の座屈変形によって優れた衝撃吸収特性を有し、且つ
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得ることになった。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
に広く適用することができる。

【００２９】

【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。

【００３０】〔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−９０Ｂ」を樹脂(A)
として使用し、弾性率がＰ−９０Ｂの約１／７の「ペル
プレンＰ−４０Ｈ」を樹脂(B) として使用した図１に示
す中空筒状緩衝材（高さ１００ｍｍ、外径８０ｍｍ）を
使用した。下記の評価方法で圧縮した場合の結果につい
て表１に示した。

【００３１】〔比較例１〕硬度６３Ａの市販のゴム塊か
ら形状寸法を実施例１と同じに切削加工し、これを圧縮
した場合の結果を表１に示した。

【００３２】〔評価方法〕 曲げ弾性率：一般的に用いられているＡＳＴＭ−Ｄ７９
０によって測定した。 衝撃受け面面積：大変形可能部端の平板接触面積をい
う。 降伏強度：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）最大反力となった時の衝撃力受け面の単
位面積あたりの強度をいう。 単位体積あ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におけ
る衝撃吸収体の単位体積あたりのエネルギー吸収量をい
う。

【００３３】上記の実施例、比較例の衝撃吸収体につい
て評価した結果を表１に示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１でも明らかであるように、本発明の衝
撃緩衝体は、従来の衝撃吸収体に比べて衝撃エネルギー
吸収に非常に優れていることが分かる。しかもこの装置
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ンテナンスフ
リーなものである。

【００３６】図６で明らかであるように、比較例の衝撃
吸収体のＳ−Ｓカーブは立ち上がりが緩慢であるため衝
撃吸収能に乏しいのに対し、実施例による衝撃吸収体は
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カーブは比較例の
ものに比べ矩形に近く、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形状の代表例を
例示する見取り図である。

【図２】 本発明に係わる衝撃吸収体の形状の代表例を
例示する見取り図である。

【図３】 本発明に係わる衝撃吸収体の荷重（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】 本発明の衝撃吸収体の反力−圧縮率曲線を示
す説明図である。

【図６】 本発明の実施例及び比較例の衝撃吸収体の反
力−圧縮率曲線を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 隔壁 ２ 空洞部 ３ 段差部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 曲げ弾性率５００〜５０００ｋｇｆ／ｃ
   ｍ² の樹脂（Ａ）によって形成された中空筒状体に、樹
   脂（Ａ）よりも弾性率の低い樹脂（Ｂ）を筒状体の中空
   部に充填した衝撃吸収体であって、樹脂（Ａ）によって
   形成された中空筒状部の座屈変形によって衝撃エネルギ
   ーを吸収し、該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１，０００ｔｆ／ｍ² 以上であるこ
   と。 (ｂ) 単位体積あたりの圧縮エネルギー吸収量が２００
   ｔｆ・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。
3. 【請求項３】 中空部に充填された樹脂(B) が高分子材
   料からなる多数の空隙部を有する樹脂層である請求項１
   の樹脂製衝撃吸収体。
4. 【請求項４】 請求項１の衝撃吸収体の長さ方向の圧縮
   変形により衝撃エネルギーを吸収せしめるようにした衝
   撃吸収方法。