JPS6119461B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエネルギー吸収装置、特に引張応力及
びたわみ条件下でエネルギーを吸収する装置に関
する。

種々の型のエネルギー吸収装置が、衝突時の衝
撃を緩和するために、特に自動車のバンパー系に
用いられて来た。最近まで自動車のバンパー系は
単に車体の外観を仕上げるのに用いられる外部車
体の一成分にしかすぎなかつた。しかし公共の要
請や法律的な事情により、もつと精巧なバンパー
の設計が必要になつている。衝突損傷に基づく高
い修理費を避けるための車体の保護ということに
重点が置かれ、かくして従来種々の型のエネルギ
ー吸収用バンパー系が示唆されて来た。最も広く
は水圧式衝撃吸収型の装置が用いられて来た。こ
れらの装置は流体を小さい孔を通じ強制的に送り
込むことにより操作され、空気圧又は金属バネを
用いて繰返しの衝撃に対しこの装置をもとの操作
位置に戻すようにするものである。他のエネルギ
ー吸収装置は、中空でない又は中空のプラスチツ
クス又はゴムのブロツクを用い、圧縮により衝撃
を緩衝するものである。このような各種エネルギ
ー吸収装置は完全には満足なものではない。例え
ば水圧装置は一般に非常に重く、液体を含んでい
なければならない。装置の重さは、特に現在、自
動車工業界の興味が軽い車体の製造に向けられて
いることから、重大に考慮すべき問題である。プ
ラスチツクス又はゴムのブロツクを使用する系は
その回復性において不利がある。金属バネから成
る機械的なエネルギ吸収系は十分には満足なもの
ではない。というのは復位系数が大であり、自動
車は衝突した物体から押戻された時にコントロー
ルを失うため危険を生じ得るからである。エネル
ギー吸収装置は比較的軽くないといけないばかり
でなく、かなり烈しい低速時衝突に対しても耐え
る如く充分に強いものでなければならない。例え
ば約3000ポンドの自動車が５マイル／時の速度で
固定した物体に衝突したときの衝撃においては、
短い距離例えば約２インチの移動の間にエネルギ
ー吸収装置によつて約30000インチ−ポンドのエ
ネルギーを吸収しなければならない。さらに自動
車のバンパー系に用いられるエネルギー吸収装置
は振動がなく、バンパーにより車体を持上げるこ
とができ、低速の衝突後には自己回復性があるも
のでなければならない。本発明によれば、比較的
軽量で、繰返しの衝突に耐えることができ、自己
回復性があり、バンパーによる車体の持上げがで
き、信頼性と耐久性があつてかなり簡単な設計よ
る、振動のないエネルギー吸収機構が提供され
る。

本発明によれば、支持部材および該支持部材に
よつて支持されておりその一端が衝撃を受けるよ
うに配置され他端が該衝撃下で自由に移動するこ
とができる細長い部材から成り、該細長い部材に
は長手方向に間隔を置いて配置された２個の積方
向のピン及び一対の長手方向の溝孔が備えられ、
細長い部材の外側の端に近いピンは該溝孔の内部
において自由に滑ることができ且つこのピンは該
支持部材に固定されており他の横方向のピンは該
細長い部材の内側の端に固定されており、細長い
部材が衝撃に対応し移動するとき該２個のピンを
相対的に隔離せしめてエネルギー吸収体を形成す
るように、配向されたエラストマーが該２個のピ
ンを作動可能に連結していることを特徴とするエ
ネルギー吸収機構が提供される。

配向エラストマーは中空でない細片でその端部
を各ピンに連結するためのループを備えた形状を
していることができる。しかし好ましくは配向エ
ラストマーは該二つのピン周りに位置するベル
ト、最も好ましくは重ね合わせベルトの形をして
いる。重ね合わせベルトは、配向エラストマーの
テープを該ピンの周りに複数回捲付け、適当な手
段、例えばクランプ、バンド又はその他の固定材
でベルトが捲戻されないように固定することによ
りつくることが便利である。このことは、好しく
は、重ね合わせたベルトの一部の周りを低融点の
熱収縮性重合体のバンドでくるむことによつてな
される。捲数は下記に説明するように特定のエネ
ルギー吸収能力に必要なベルトの重量に依存す
る。好ましくはエネルギー吸収材として使用する
エラストマーは、通常ベルトの形をした配向され
たポリエーテルエステル共重合体エラストマーで
ある。

本発明のエネルギー吸収機構は多くの用途に広
く用いられているが、本明細書においてはその主
な応用と用途、即ち自動車用のエネルギー吸収機
構に関して説明を行なう。本発明のエネルギー吸
収機構は細長い部材を取囲むすべり又はつばフラ
ンジにより車体のフレームに取付けられる。通常
はバンパー又は衝撃バーが、車体のフレームの延
びたレール端に取付けられた２個のエネルギー吸
収機構の外側の端に、取付けられる。

第１図は本発明のエネルギー吸収機構の部分切
り欠き側面図であつて車のフレームへの取付けを
示し、第２図は第１図における線２−２で切つた
断面図であり、第３図は該機構の一部の部分切り
欠き透視図であつて一対の溝孔の位置を示す。

添付図面を参照すれば、第１図において一般的
に１で示されているエネルギー吸収機構は車輛、
例えば自動車のフレーム部材２に取付けられてい
る。エネルギー吸収機構はバンパー又は衝撃バー
３の取付部として作用する細長い部材４を包含す
る。細長い部材４は１対の長手方向の溝孔５及び
６を備えている。細長い部材４は通常は鋼でつく
られた中空の円筒であり、長手方向に間隔を置い
て配置された２個の硬鋼の横方向のピン７及び８
を含んでいる。ピン７は部材４の前方即ち外側の
端に隣接して配置され、長手方向の溝孔５及び６
の中を自由に滑ることができる。ピン８は部材４
の後方即ち内側端に固定されている。細長い部材
４の内部にある配向したポリエーテルエステル共
重合体エラストマーの重ね合わせベルト９は横方
向のピン７及び８の周りに位置し、そして操作状
態に置くとき伸長してエラストマーを張力下に置
く。低融点の熱収縮性エラストマーのバンド１４
をベルト９の周りに適合させベルトが捲戻されな
いようにする。つばフランジ１０は部材４の外側
端にあるピン７を取囲んで固定する。部材４には
バンパー３を取付ける。エネルギー吸収機構はつ
ばフランジ１０により車体のフレーム部材２に取
付けられる。ピン７及び８はそれぞれつばフラン
ジ１０及び細長い部材４の孔の内部に締りばめに
より保持され、ベルト９を該細長い部材の内部に
取付けるのを容易にするためには、そこから取り
外すことができる。

第１図及び第３図を参照すれば、溝孔５及び６
は好ましくは銃剣の形状をしており、その一対は
細長い部材４の長手方向の軸の周りに廻転する対
称性を有している。各溝孔は３個の末端部１１，
１２及び１３を有している。この溝孔の好適な形
状は、ベルトを応力のかからない状態でピンに容
易に取付け、次いで後記するように溝孔の内部で
ピン７を他の位置に動かすことにより応力をかけ
ることを可能ならしめる。

エネルギー吸収機構又はベルト９は配向エラス
トマー、好ましくは配向したポリエーテルエステ
ル共重合体エラストマーである。ベルトをつくる
のに用いられるポリエーテルエステル共重合体エ
ラストマーは、エステル結合を介して頭尾結合し
た多数の反復長鎖及び短鎖エステル単位から実質
的に成り、該長鎖エステル単位は構造式 によつて表わされ、該短鎖エステル単位は構造式 によつて表わされ、ここに式中 Ｇは分子量約400〜6000のポリ（アルキレンオ
キサイド）グリコール例えばポリ（テトラメチレ
ンオキサイド）グリコールから末端水酸基を取去
つて残る２価の基であり、Ｒは分子量約300未満
のジカルボン酸例えばフタル酸、テレフタル酸又
はイソフタル酸からカルボキシル基を取去つて残
る２価の基であり、 Ｄは分子量約250未満の低分子量ジオールから
水酸基を取去つて残る２価の基であり、 該短鎖エステル単位はポリエーテルエステル共
重合体の約15〜95重量％を構成し、残りは長鎖エ
ステル単位であるものである。

ポリエーテルエステル共重合体エラストマーは
通常のエステル交換反応によりつくることが便利
である。好適な方法はジカルボン酸、例えばテレ
フタル酸、フタル酸又はイソフタル酸のジメチル
エステルを、長鎖グリコール、例えば分子量約
600〜2000のポリ（テトラメチレンオキサイド）
グリコール及びモル的に過剰なジオール、例えば
１・４−ブタンジオールと、触媒の存在下におい
て、温度約150゜〜260℃、圧力0.5〜５気圧、好
しくは常圧において加熱し、この間エステル交換
により生成するメタノールを蒸留し去る方法であ
る。即ち好ましくは上記式において、Ｇは分子量
約600〜2000のポリ（テトラメチレンオキサイ
ド）グリコールから水酸基を除去して残る基、Ｒ
はフタル酸、テレフタル酸、又はイソフタル酸又
はそれらの混合物からカルボキシル基を除去して
残る基、Ｄは１・４−ブタンジオールから水酸基
を除去して残る基である。酸１モルに対し少くと
も約1.1モル、好ましくは少くとも1.25モルのジ
オールが存在すべきである。長鎖グリコールはジ
カルボン酸１モルに対し、約0.0025〜0.85モル、
好ましくは0.01〜0.6モルで存在すべきである。

好適なポリエーテルエステル共重合体エラスト
マーはジメチルテレフタレート、１・４−ブタン
ジオール、及び分子量約600〜2000のポリ（テト
ラメチレンオキサイド）グリコール又は分子量約
600〜1500のポリ（エチレンオキサイド）グリコ
ールからつくられたものである。随時これらの重
合体中最大約30モル％、好ましくは５〜20モル％
のジメチルテレフタレートをジメチルテレフタレ
ート又はジメチルイソフタレートで置換えること
ができる。他の好適なポリエーテルエステル共重
合体エラストマーはジメチルテレフタレート、
１・４−ブタンジオール、及び分子量約600〜
1600のポリ（プロピレンオキサイド）からつくら
れたものである。最高30モル％、好ましくは10〜
25モル％のジメチルテレフタレートをジメチルイ
ソフタレートで置換えることができ、或いは最高
約30％、好ましくは10〜25％の短鎖エステルがポ
リ（プロピレンオキサイド）グリコール重合体中
のネオペンチルグリコールから誘導されるまで、
ブタンジオールをネオペンチルグリコールで置換
えることができる。

ポリエステルエーテル共重合体エラストマーは
また酸化防止剤を、約５重量％まで例えば約0.2
〜５重量％、好ましくは約0.5〜３重量％含むこ
とができる。最も好適な酸化防止剤はジアリール
アミン、例えば４・4′−ビス）（α・α−ジメチ
ルベンベル）ジフエニルアミンである。

最も好ましいポリエーテルエステル共重合体エ
ラストマーもまた最高約５、例えば約0.2〜５、
好ましくは約0.5〜３重量％の酸化防止剤を含む
ことができる。最も好適な酸化防止剤はジアリー
ルアミン、例えば４・4′−ビス（α・α−ジメチ
ルベンジル）ジフエニルアミンである。

配向したポリエーテルエステル共重合体エラス
トマーのベルトは種々の方法でつくることができ
る。例えば通常の方法で重合体からピレツトを成
形することができ、このビレツトを伸張、熱固
定、及び冷却して配方させる。ポリエーテルエス
テル共重合体エラストマーは通常の方法により、
融点より少くとも20〓低い温度においてもとの長
さの少くとも300％、好ましくは少なくとも400％
伸張することにより配向される。この長さに保
ち、その融点より150゜〜20〓低い温度で熱固定
する。次いで熱固定温度より少くとも100〓低い
温度に冷却する。

ポリエーテルエステル共重合体エラストマーは
更に詳しくWitsiepeの米国特許第3766146号に記
載されており、配向ポリエーテルエステル共重合
体エラストマーはBrowm及びMcCormackの米国
特許願第542257号（1975年１月20日）に記載され
ており、これらの開示はここに参照として加えら
れる。

操作する場合、本発明の機構は次のように作動
する。ピン７を溝孔５及び６の内部の１１の位置
に置いて、ベルト９を細長い部材４の内部に収め
る。このように位置させた場合、ベルトにはピン
７による応力はかからない。衝撃吸収機構を作動
させる準備をするには、ピン７を溝孔５及び６の
内部で長手方向に位置１１から位置１２に留まる
まで動かすことにより予め応力をかける。ピン７
をこのように動かすとベルト９は伸張され第１図
に示すように引張応力下におかれる。このベルト
の長さは、上記移動により所望程度の予備応力を
もたらし、その予備応力の力はバンパーの走行道
路による振動を防ぎ、そしてより大きなエネルギ
ーの吸収に対する高い初期衝撃力を与える程度の
力であるような、長さである。バンパー３への衝
撃は、細長い部材４の移動、即ちつばフランジ１
０により車体のフレームに関し固定した位置に保
たれているピン７に対し内側の端の方向への移動
を起させる。つばフランジ１０はまたバンパーの
運動を支持し案内し、車体を持上げる支持体にな
る。位置１２及び１３の間の溝孔５及び６の長さ
は、ピン７に関し細長い部材４の移動を可能なら
しめる。この部材４の運動はベルト９に更に張力
及び伸張をもたらし、これによつて衝撃エネルギ
ーが吸収され、バンパーの運動は緩衝される。若
干の吸収されたエネルギーは可逆的にベルトの中
に貯蔵され、エネルギー吸収装置をもとの位置へ
戻すのに使われ、残りのエネルギーは消費され
る。このようにして、衝撃が消費された後、ベル
ト９の弾力的性質の結果、ピン７は再び予備応力
位置１２に留まり細長い部材４とバンパー３はも
との位置へと戻り、かくしてエネルギー吸収機構
は直ちに、もし必要なら前記したようにして、再
び作動する準備が整えられる。

配向エラストマーのベルトの寸法及び銃剣形の
溝孔５及び６の両端の位置の間の距離は、衝撃吸
収機構により吸収されるのに必要なエネルギーの
量及び所望の吸収速度に依存する。エネルギー吸
収能力を増加させる因子は、(1)ベルトの断面積を
増加させること、(2)位置１２と１３との間の距離
を長くし、従つて伸びたベルトの最終伸張度及び
応力水準を増加させることによりバンパーの潜在
的移動を増加させること、及び(3)ある与えられた
ベルト長に対し位置１１及び１２の間の距離を増
加させてベルトの予備応力の程度を増加させるこ
とである。エネルギー吸収能力を増加させるのに
用いうる他の因子は、ベルトを加工するために高
いモジユラスのエラストマーを選ぶことである。
種々の重さの車のバンパーに対しては、エネルギ
ー吸収の要求が異なり、最高の力及びたわみの限
度が異なつているために、上述の規定は変化す
る。上述の好適な配向ポリエーテルエステル共重
合体エラストマーからつくられた場合、平均して
ベルトの寸法は長さが約12.7〜25.4cm、重さが約
75〜300ｇであり、位置１１と１２との間の溝孔
５及び６の長さは、ベルトをもとの長さの５〜25
％伸張して予備応力をかけられれば十分であろ
う。溝孔５及び６の位置１２及び１３の間の距離
は通常、バンパーの移動がベルトに予備応力をか
けない状態におけるもとの長さの最高15〜60％の
伸張を起させうるように選ばれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエネルギー吸収機構の部分切
り欠き側面図であつて車のフレームへの取付けを
示し、第２図は第１図における線２−２で切つた
断面図であり、第３図は該機構の一部の部分切り
欠き透視図であつて、一対の溝孔の位置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持部材および該支持部材によつて支持され
   ておりその一端が衝撃を受けるように配置され他
   端が該衝撃下で自由に移動できる細長い部材から
   成り、該細長い部材には長手方向に間隔を置いて
   配置された２個の横方向のピンおよび一対の長手
   方向の溝孔が備えられ、細長い部材の外側の端に
   近いピンは該溝孔の内部において自由に滑ること
   ができ且つこのピンは該支持部材に固定されてお
   り他の横方向のピンは該細長い部材の内側の端に
   固定されており、細長い部材が衝撃に対応し移動
   するとき該２個のピンを相対的に隔離せしめてエ
   ネルギー吸収体を形成するように、該２個のピン
   の周りに位置するベルトの形状の配向されたエラ
   ストマーが該２個のピンを作動可能に連結してい
   ることを特徴とするエネルギー吸収機機構。 ２ ベルトがポリエーテルエステル共重合体エラ
   ストマーである特許請求の範囲第１項記載のエネ
   ルギー吸収機構。 ３ エラストマーは張力をかけると伸張し得るベ
   ルトの形状をしたポリエーテルエステル共重合体
   であり、 該ポリエーテルエステル共重合体エラストマー
   はエステル結合を介して頭尾結合した多数の反復
   長鎖及び短鎖エステル単位から実質的に成り、該
   長鎖エステル単位は構造式 によつて表わされ、該短鎖エステル単位は構造式 によつて表わされ、ここに式中 Ｇは分子量約400〜6000のポリ（アルキレンオ
   キサイド）グリコールから末端水酸基を取去つて
   残る２価の基であり、 Ｒは分子量約300未満のジカルボン酸からカル
   ボキシル基を取去つて残る２価の基であり、 Ｄは分子量約250未満の低分子量ジオールから
   水酸基を取去つて残る２価の基であり、該短鎖エ
   ステル単位はポリエーテルエステル共重合体の約
   15〜95重量％を構成する、 ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のエネルギー吸収機構。 ４ Ｇは分子量約600〜2000のポリ（テトラメチ
   レンオキサイド）グリコールから水酸基を取去つ
   て残る基であり、Ｒはフタル酸、テレフタル酸又
   はイソフタル酸或いはその混合物からカルボキシ
   ル基を取去つて残る基であり、Ｄは１・４−ブタ
   ンジオールから水酸基を取去つて残る基である特
   許請求の範囲第３項記載のエネルギー吸収機構。 ５ 該支持部材は外側端に隣接したピンを取囲む
   つばである特許請求の範囲第３項記載のエネルギ
   ー吸収機構。 ６ 該細長い部材の外側端に取付けられたバンパ
   ーを備えた自動車用の特許請求の範囲第３項記載
   のエネルギー吸収機構。 ７ ベルトは重ね合わせベルトであり、バンドに
   よりおさえられて捲戻しが防がれている特許請求
   の範囲第３項記載のエネルギー吸収機構。 ８ ポリエーテルエステル共重合体エラストマー
   から成り、該エラストマーは配向されており、衝
   撃力の下張力がかかつて伸張した場合エネルギー
   を吸収し得るベルトの形をしており、 該配向ポリエーテルエステル共重合体エラスト
   マーはエステル結合を介して頭尾結合した多数の
   反復長鎖及び短鎖エステル単位から実質的に成
   り、該長鎖エステル単位は構造式 によつて表わされ、該短鎖エステル単位は構造式 によつて表わされ、ここに式中 Ｇは分子量約400〜6000のポリ（アルキレンオ
   キサイド）グリコールから末端水酸基を取去つて
   残る２価の基であり、 Ｒは分子量約300未満のジカルボン酸からカル
   ボキシル基を取去つて残る２価の基であり、 Ｄは分子量約250未満の低分子量ジオールから
   水酸基を取去つて残る２価の基であり、該短鎖エ
   ステル単位はポリエーテルエステル共重合体の約
   15〜95重量％を構成する、 ものであり、衝撃を緩衝する機構に用いるのに適
   したエネルギー吸収ベルト。 ９ ベルトは熱収縮性エラストマーのバンドによ
   りおさえられている特許請求の範囲第８項記載の
   エネルギー吸収ベルト。 １０ Ｇは分子量約600〜2000のポリ（テトラメ
   チレンオキサイド）グリコールから水酸基を取去
   つて残る基であり、Ｒはフタル残、テレフタル酸
   又はイソフタル酸或いはその混合物からカルボキ
   シル基を取去つて残る基であり、Ｄは１・４−ブ
   タンジオールから水酸基を取去つて残る基である
   特許請求の範囲第８項記載のエネルギー吸収ベル
   ト。 １１ ベルトはテープを多数回捲付けした形をし
   ている特許請求の範囲第８項記載のエネルギー吸
   収ベルト。