JPH05346131A - 衝撃吸収体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 車両等の衝突時の衝撃から人体を有効に保護
する発泡体からなる衝撃吸収体とその効果的な製造方
法。 【構成】 自由発泡の垂直方向を衝撃吸収方向とする粗
大縦長セル構造の硬質樹脂発泡体からなる衝撃吸収体で
あり、その製造方法として、一方が解放された成形型に
よるバッチ発泡、または連続発泡プロセスによって発泡
させた成形体から発泡の垂直方向を衝撃吸収方向として
切り出し成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車やその他の車輛の
衝突時の衝撃から人体を保護するための、衝撃吸収体及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は硬質ポリウレタンフォームを所望
の形状の密閉モールド内で発泡させたものを使用してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】衝撃吸収体の要求特性
として、圧縮特性が図−１に示したように圧縮するとそ
のひずみにつれて荷重が上がるが、ある所から圧縮して
いっても荷重が上がらず一定の荷重で推移するものが求
められている。そのような特性を持つことで、車輛等の
衝突事故の場合に人体と対象物との間に介在させる衝撃
吸収体が急激な速度で歪むこと無く、また大きく反発す
ることなしに衝撃を吸収するため、人体内部の脳や内臓
等の損傷を小さくすることができると推測される。整理番号＝ＳＮ０４１８３ 明細書
（２／７） 上記のような密閉モールドで成形したモールド発泡品の
場合、一般的に図−２のような圧縮特性を示して、図−
１のような特性を持たせることはセルの特性上困難であ
る。したがって圧縮特性が弾性的になり、衝撃を吸収す
る際の速度変化が大きく、また反発も高くなるため、人
体に悪影響を与えやすい。またモ−ルドで発泡する場合
は、モールド単位でそれぞれに一定の反応硬化時間が必
要になり、生産数量に限界があり、加工時間が長くコス
トが高くなる。

【０００４】

【問題点を解決するための手段】このような従来の問題
点を解決すべく検討を進めた結果、図−１のような圧縮
特性を得るためには、縦長のセルを縦方向で圧縮して、
しかもセルが粗いものを使用することが良好であること
が判明した。その原因を紙の円筒をモデルにして示す
と、図−３のように縦方向で圧縮すると、一旦荷重が急
激に上がった後、構造が破壊されて座屈するため一気に
荷重が低下し、その後また荷重が上った後構造破壊によ
り荷重低下するという現象がランダムに連続的に発生
し、完全につぶれるまでは材料の持つ破壊強度レベルを
越えないピークを持ちながら圧縮されていく。反対に横
方向から圧縮すると、図−４のように圧縮していくとと
もに弾性的に荷重が増加していく。ウレタンフォームの
場合、そのような円筒が無数に組み合わさってできてい
ると考えると、セルの縦方向を圧縮する場合、１つのセ
ルが圧縮により座屈され荷重が落ちると、今度は別のセ
ルが圧縮されて荷重が上がるという現象が繰り返され、
さらに多数のセルで平均化されるため、図−５のような
圧縮挙動になると推測される。セルの横方向を圧縮する
場合、弾性変化物が組み合わさっているため、全体的に
も弾性的に変化して図−６のようになると推測される。
またこの時、セルが細かく詰まったものだと、縦方向で
圧縮しても座屈した材料がセルの間が詰まりやすく、図
−７に示したように比較的早く弾性的に荷重が変化して
いく現象が考えられる。整理番号＝ＳＮ０４１８３ 明細書
（３／７） したがって目標とする特性を得るためには、セルの縦方
向で圧縮し、しかもセルは粗い方が好ましいことにな
る。

【０００５】本発明はこのような目的を達成するための
もので、自由発泡の垂直方向を衝撃吸収方向とする粗大
縦長セル構造の硬質樹脂発泡体からなる衝撃吸収体に係
り、また一方向が解放された成形型あるいは側方が拘束
された連続発泡設備により発泡させた硬質樹脂発泡体か
ら、発泡の垂直方向を衝撃吸収方向として切り出し成形
することを特徴とする衝撃吸収体の製造方法に係るもの
である。樹脂としては、ポリウレタン、フェノール樹
脂、その他同効の樹脂を使用することができるが、ポリ
ウレタンを例示して説明する。

【０００６】通常の硬質ポリウレタンフォームの密閉モ
ールド発泡では、セルの大きさは０．０５〜０．５ｍｍ
程度であり、形状が球状になりやすく、方向性が一定に
なりにくいが、本発明での粗大縦長セル構造とは、セル
の大きさが通常の場合よりも比較的大きく、かつ縦径が
横径より大きい構造のほか、個々のセル径が不揃いであ
っても比較的大きな縦径のものが多い泡構造のものも含
む。本発明においては、セルの大きさは短径で平均的に
０．１５ｍｍ〜１．５ｍｍが良好で０．２ｍｍ〜１ｍｍ
程度がより好ましい。セルがあまり大きくなり過ぎると
圧縮に際しての荷重／ひずみ特性における図−５のフラ
ット部分の変動が大きくなるので好ましくない。そして
セルの縦／横比は１．３／１以上が良好で、１．５／１
以上がより好ましい。

【０００７】本発明の衝撃吸収体を得るための一例とし
て、以下のように製造することができる。一方向（通常
は上方向）が解放された成形型を用いたバッチ発泡ある
いは連続発泡方式（通常は左右両側方が拘束されてい
る）による自由発泡プロセスで行なう。モールド発泡で
はセルに方向性を与えることが困難であるが、本発明に
おける大型のバッチ発泡や、連続で発泡したブロックで
は、横方向のみが束縛さ整理番号＝ＳＮ０４１８３ 明細書
（４／７） れるためセルが垂直方向に縦長になり（図−８）、この
ようにして得られた発泡体から、発泡の垂直方向を製品
における衝撃吸収方向として切り出し成形することによ
り縦長のセル構造を持つ硬質ポリウレタン発泡体からな
る衝撃吸収体を製造することができる。連続発泡に際し
て側方のガイド板を順次狭めるように配置することによ
り、セルの縦長化を一層助長することができる。

【０００８】発泡プロセスで、硬質ポリウレタンフォー
ムの処方原料の中に破泡効果のあるシリコン系界面活性
剤を加えることにより、発泡過程で生成する泡を不安定
化して、いくつかの泡を１つにして粗大化した泡構造と
することができる。このようなシリコン系界面活性剤と
しては東レ・ダウコ−ニング・シリコーン（株）社製Ｓ
Ｆ２９６４や、日本ユニカー（株）社製Ｙ−４４９９等
を用いることができる。ウレタン材料としては、通常硬
質ポリウレタンフォームに使用される材料を使用するこ
とができる。半硬質や軟質ウレタン材料では弾性的な硬
化物となるため、上記特性が出にくい。

【０００９】ポリオール成分としては、ポリエステルポ
リオール、ポリエーテルポリオール、ポリマーポリオー
ルあるいはそれらを組み合せたもの等が使用され、平均
の水酸基価が２００〜９００になるようにポリオールを
混合したものを用いる。ポリエーテルポリオールは２官
能以上で末端にＯＨ基かＮＨ(2) 基を持つ開始剤にエチ
レンオキサイドやプロピレンオキサイド等のアルキレン
オキサイドを付加重合させて得られる。硬質ポリウレタ
ンフォーム用としては３官能以上で、水酸基価が２００
以上のものが好適に用いられる。ポリエステルポリオー
ルは、公知の方法で得られる縮合系のポリエステルポリ
オール、ラクトン系のポリエステルポリオールのいずれ
でも良い。縮合系ポリエステルポリオールは飽和または
不飽和の二塩基酸、酸無水物、ジアルキルエステル等と
グリコール類との縮合反応によって得られるポリエステ
ルポリオールである。ラクトン系ポリエステルポリオー
ルはラクトン類の開環重合によって得られるポリエステ
ルポリオールである。整理番号＝ＳＮ０４１８３ 明細書
（５／７） ポリマーポリオールはポリエーテルポリオールにビニル
基を持つモノマーをグラフト重合させて得られるもの
で、硬度の調整を目的に使用する。

【００１０】ポリオール成分はこれらのポリオールの中
で何種類かのポリエーテルポリオールを混合したものを
メインに使用し、場合によってポリエステルポリオール
あるいはポリマーポリオールを混合したポリオールに、
有機アミン系や有機金属系の触媒、あるいはセルを安定
させるためのシリコンや乳化剤等の界面活性剤、および
これにフロンをはじめとする低沸点物質や反応して炭酸
ガスを発生する水を発泡剤として添加して用いる。

【００１１】イソシアネート成分は公知の２官能以上の
ポリイソシアネートはすべて用いることができＴＤＩ、
ＴＯＤＩ、ＮＤＩ、ＸＤＩ、ＭＤＩ、クルードＭＤＩ、
ＰＡＰＩ等いずれも単独あるいは混合して用いることが
でき、ポリオールを加えてプレポリマー化したものも使
用できる。この場合イソシアネートインデックスは８５
〜１２０が望ましいが、所望の物理特性に基づいて適宜
調整することができる。発泡方法は、バッチ発泡でも、
連続発泡でもいずれも使用でき、攪拌混合でも衝突混合
でもいずれでも可能である。

【００１２】

【作用】1. 本発明体の衝撃吸収体は、自由発泡の垂直
方向を衝撃吸収方向とする粗大縦長セル構造からなるた
め、急激な圧縮が作用してもある時点より荷重が上がら
ずほぼ一定に推移するので、良好で安定な衝撃吸収特性
が得られる。 ２．自由発泡の垂直方向を衝撃吸収方向として切り出し
成形するため、発泡の垂直方向を確実に衝撃吸収方向に
配置したすることができる。 ３ 従来のモールド発泡で、はモールドごとにキュア時
間が必要で、成形サイクルが長くなるが、本発明では予
め大量に発泡させるため製品一個に当りに相当するキュ
ア時間わずかで済むことになる。整理番号＝ＳＮ０４１８３ 明細書
（６／７） ４．スキン層がないため、モールド発泡品より軽量化が
可能である。

【００１３】

【実施例】下記のような材料を混合してポリオール成分
を調合した。 １）ポリプロピレングリコールの混合物（平均水酸基価２９０）…１００部 ２）硬質ウレタンフォーム用シリコン整泡剤 … ２部 ３）破泡効果のあるシリコン界面活性剤（Ｙ−４４９９） … ２部 ４）３級アミン系のウレタン触媒 …０．７部 ５）水 …１．５部

【００１４】ポリオール成分１００重量部に対して、Ｎ
ＣＯ％３１のイソシアネート成分（クルードＭＤＩ）９
４重量部を、ミキシングヘッド１で連続的に攪拌混合し
ながら、離型紙を敷いた連続発泡設備におけるコンベア
２上に連続的に供給し、粗大縦長セル構造の比重０．０
７の硬質ポリウレタン樹脂発泡体３を製造した。その発
泡体から所定の形状に切り出し成形し、製品である自動
車ドア用側突対策衝撃吸収体４を得た。（図−９）

【００１５】セル寸法は拡大写真より実測し拡大倍率よ
り算出すると短径が平均０．８ｍｍ程度であり、セルの
縦／横の比は平均して２程度であった。ＡＳＴＭーＤ１
６２１−５９Ｔにもとづいて圧縮特性を測定したとこ
ろ、図−１０のようなひずみ／荷重特性を示した。

【００１６】

【発明の効果】以上のように本発明は、発泡の垂直方向
を衝撃吸収方向とする粗大縦長セル構造の硬質樹脂発泡
体からなる衝撃吸収体としたものであるから、急激な衝
撃等による圧縮を受けても初期の一定期間経過後は、図
−１０に例示するような平坦な圧縮特性が得られるた
め、衝突などにおける衝撃から人体を有効に保護するこ
とができる。整理番号＝ＳＮ０４１８３ 明細書
（７／７）

【００１７】また、本発明は一方向が解放された成形型
あるいは側方が拘束された連続発泡設備によって発泡さ
せた硬質樹脂発泡体から、発泡の垂直方向を衝撃吸収方
向として切り出し成形する衝撃吸収発泡体の製造方法に
係るものであるから、発泡体を容易に粗大縦長セル構造
とすることが出来ると共に発泡の垂直方向を確実に衝撃
吸収方向に配置した衝撃吸収体とすることができる。し
たがって、従来のモールド成形品に比して、はるかに優
れた衝撃吸収特性が得られる他、大量生産可能で、かつ
品質の安定した製品を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】…衝撃吸収体として求められる圧縮特性図

【図２】…モールド発泡ウレタンフォームの圧縮特性図

【図３】…円筒を縦方向に圧縮したモデル図

【図４】…円筒を横方向に圧縮したモデル図

【図５】…円筒を無数に並べたものを縦方向に圧縮する
モデル図

【図６】…円筒を無数に並べたものを横方向に圧縮する
モデル図

【図７】…円筒が細すぎる場合の無数の円筒を縦方向に
圧縮するモデル図

【図８】…本発明で製造した粗大縦長セル構造の拡大写
真

【図９】…本発明の連続発泡設備による生産方式該略図

【図１０】…本発明で製造した粗大縦長セル構造の硬質
ポリウレタン樹脂発泡体からなる衝撃吸収体の圧縮特性
図

【符号の説明】

１ …ミキシングヘッド ２ …コンベア ３ …連続発泡成形品である硬質ポリウレタン樹脂発泡
体 ４ …衝撃吸収体製品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 75:04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自由発泡の垂直方向を衝撃吸収方向とす
   る粗大縦長セル構造硬質樹脂発泡体からなる衝撃吸収
   体。
2. 【請求項２】 一方向が解放された成形型あるいは側方
   が拘束された連続発設備により発泡させた粗大泡構造の
   硬質樹脂発泡体から発泡の垂直方向を衝撃吸方向として
   切り出し成形することを特徴とする衝撃吸収体の製造方
   法。