モジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法
【課題】アセンブリに衝突する物体を減速させるためのエネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供する。
【解決手段】エネルギ吸収用アセンブリ１０には、基部と、この基部に結合された少なくとも１つのエネルギ吸収用モジュールとが含まれている。所定のエネルギ吸収特性をもたらすために、この少なくとも１つのエネルギ吸収用モジュールは、第１構造体１６（Ａ）と第２構造体１２（Ｂ）とを含む群から形成されている。構造体１６（Ａ）は、基部によって支持された金属格子である。構造体１２（Ｂ）は、それぞれに床部と壁部とが備わっている複数の凹所からなっている。構造体１６（Ａ）、構造体１２（Ｂ）およびこれらの組み合わせによって、アセンブリに衝突する物体を減速させる。
【解決手段】エネルギ吸収用アセンブリ１０には、基部と、この基部に結合された少なくとも１つのエネルギ吸収用モジュールとが含まれている。所定のエネルギ吸収特性をもたらすために、この少なくとも１つのエネルギ吸収用モジュールは、第１構造体１６（Ａ）と第２構造体１２（Ｂ）とを含む群から形成されている。構造体１６（Ａ）は、基部によって支持された金属格子である。構造体１２（Ｂ）は、それぞれに床部と壁部とが備わっている複数の凹所からなっている。構造体１６（Ａ）、構造体１２（Ｂ）およびこれらの組み合わせによって、アセンブリに衝突する物体を減速させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ吸収用部材あるいはこのエネルギ吸収用部材が配置されたアセンブリに衝突する物体を減速させるためのモジュール式エネルギ吸収用部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの分野において、アセンブリに衝突する物体を特定の制限距離内で減速することのできるアセンブリを提供することが望まれている。そのようにするためには、アセンブリは、その物体によって伝達された衝突エネルギをかなりの割合で吸収しなければならない。過去においては、このことは、衝突する物体のエネルギを吸収するために、アセンブリの変形に耐えるエネルギ吸収用部材をアセンブリに設けることによって、物理的に達成されてきた。代わりのいくつかの取り組みが、同じ権利者の米国特許第５，７００，５４５号、１９９８年２月４日に提出された米国特許出願第０９／０１８，６６６号（現在の米国特許第６，０１７，０８４号）および１９９９年６月８日に提出された米国特許出願第０９／３２８，１９６号によって例示されているが、これらは引用によって本明細書に組み入れられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば乗物の内部では、乗員が支柱やヘッドレールのような内部構成部品に衝突するのを防止する必要がある。これらの構造物はたいてい鉄パイプや鉄チャネルで作られており、これらは、乗物のための構造的ケージあるいはモノコックボディを形成するために、互いに溶接されている。設計者は、乗物の乗員を保護するために、乗物の支柱、ヘッドレールおよび他の部品を取り囲むようにしてエネルギ吸収装置を配置することを試みてきた。従来の取り組みでは、エネルギ吸収用のウレタン、硬質ポリマーフォーム、工業用プラスチック製のブロック、セルあるいは羽根、さまざまな金属板製構造体、金属梁、ハニカム加工された金属、および他の幾何学的固体を使うことがある。しかしながら、これらの材料の大部分は一般に、押しつぶされるときに、特定の変位に対する所望量のエネルギよりも少ないエネルギしか吸収しない。
【０００５】
初期負荷から破損までのエネルギ吸収材料の望ましい反応は、力−変位の「方形波」反応に近くなるようにして、減速された物体に加えられた力が所望範囲の破損距離や破損したときの変位にわたってほとんど変わらないように、作ることである。アウディ（Ａｕｄｉ）等に付与された、同じ権利者の米国特許第５，７００，５４５号には、そのようなエネルギ吸収用構造体が開示されている。その中に開示されたエネルギ吸収用部材には、衝突面の平面内にある間隔面に対してほぼ直角である垂直な支持面が備わるように構成されたエクスパンデッドメタル等の材料が備わっている。このような構造体のエネルギ吸収特性は従来技術のそれに比べて改善されているものの、その構造のために、吸収用部材の５０％までを占める前記支持面だけがエネルギ吸収に利用される。前記間隔面は、一般に衝突の方向に対して垂直な平面内にあるため、エネルギ吸収にはほとんどあるいはまったく役に立たない部分である。
【０００６】
従って、エネルギ吸収用部材の使用を最大限に引き出し、その結果、最大限につぶれることのできる材料を利用して、従来の構造体に比べて、すぐれたエネルギ吸収特性をもたらすとともに、そのエネルギ吸収用部材の単位質量当たりおよび単位変位当たりのエネルギ吸収量を最適化するエネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供する必要性が存在している。
【０００７】
この吸収用アセンブリによって吸収されるのが望ましいエネルギ量は、減速される物体の運動エネルギと、物体が衝突するときの下地構造体の変位とによって決まる。自動車の内装の場合には、自動車のボディーすなわちケージは、乗員によって衝突したときにある程度変位する。この変位の程度は、特定量の衝突エネルギに対して乗物ケージの箇所によって変化する。そこで、このエネルギ吸収用構造体は、乗物の中において異なった箇所で異なった量のエネルギを吸収する必要がある。利用可能な押しつぶされる空間の大きさも変化する。
【０００８】
このように、構成要素であるいくつかのモジュールによって衝突力に対する程度の異なった抵抗が得られるモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法を更に提供することが望ましいであろう。さらに、それぞれのモジュールを支持する材料がそれ自体、エネルギ吸収用構造体から形成されているようなモジュールを提供することは便利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの目的は、モジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法であって、衝突する物体がこのアセンブリと接触した後に特定の制限距離内で減速し、このアセンブリのさまざまなモジュールによってあるいはこのアセンブリの領域によって衝突力に対する程度の異なった抵抗をもたらし、それによって、配置される環境の条件に応じてこのアセンブリを設計者が要望に合わせて個別調整することのできるモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、電線、管、ダクトなどをクリップ、接着剤などのような余分な付属品を使う必要なく配置することができるホルダーであって、そのアセンブリと一体に構成されたホルダーを形成することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、従来技術の構造体に比べて、特定距離にわたってエネルギ吸収を最大限にするとともに、製造に関する経済性をもたらすエネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなるもう１つの目的は、エネルギを方形波の状態で吸収するエネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、衝突時の衝撃から守るために乗物に取り付けるように構成されているエネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供することである。
【００１４】
従って、熱成形されたエネルギ吸収用アセンブリの製造方法が、このアセンブリに衝突する物体を減速するために提供される。このアセンブリには、基部と、アセンブリの変形を吸収するためにこの基部に結合された少なくとも１つのエネルギ吸収用モジュールとが含まれている。この少なくとも１つのエネルギ吸収用モジュールには、本明細書において構造体（Ａ）と称される第１構造体と、本明細書において構造体（Ｂ）と称される第２構造体とを含む群から選ばれた構造体が備わっている。構造体（Ａ）には、相互連結されたストランドを含む格子が備わっており、これらのストランドは、複数のセルを画成するように交差しているとともに、基部に形成された溝の中に支持されている。構造体（Ａ）は、特定距離にわたってエネルギ吸収を最大限にするために、この格子はそれぞれのセルの平面が衝突力に対してほぼ平行であるような方向に構成されている。エネルギ吸収の間には、この格子がつぶれて、少なくともいくつかのセルが少なくとも部分的に塞がれるようになる。
【００１５】
これらのモジュールは、別々の部品あるいはモジュール式部分品であってもよく、または、同じ部品のいくつかのセクタをそれらの間で吸収特性が単に変化するように設計したものであってもよい。別の方法としては、それぞれの部品は、同じ吸収特性があるように設計することもできる。設計が相異なるいくつかの部品の場合には、ほぼ連続的なエネルギ吸収機能をもたらすために、ほとんど互いに接するようにあるいは互いに近づけて配置することができる。
【００１６】
構造体（Ｂ）には、複数のカップ状凹所あるいは他の形状の凹所が含まれており、それぞれの凹所には、基部に画成された床部と円錐台形の壁部とがある。構造体（Ｂ）の場合はそれぞれのカップの床部が、衝突力に対してほぼ垂直であるよう、方向付けられている。その円錐台形の壁部は、特定距離にわたり壁部によるエネルギ吸収を最大限にするために、衝突力に対してほぼ平行である。この壁部は、エネルギ吸収の間に、少なくとも一部がつぶされて、少なくともいくつかのカップが少なくとも部分的に圧縮されるようになる。構造体（Ｂ）におけるこれらのカップの形状は、平面図において、多角形以外の、円形あるいは卵形等であってよい。
【００１７】
構造体（Ａ）および構造体（Ｂ）によって、設計者は使用者が決定することのできる衝突力への抵抗が得られるように構成できる。
【００１８】
本発明における前記のいくつかの目的および他のいくつかの目的、特徴および利点は、添付図面、明細書および特許請求の範囲を考察することで、いっそう容易に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の教示に従って実施された製造方法の諸工程の開示を始める前に、まず、さまざまな製品とそれによって作られたそれらの属性とについての開示が行なわれる。
まず、図１によれば、本発明の諸工程に従って作られたエネルギ吸収用アセンブリ１０であって、このアセンブリに衝突する物体（図示せず）を減速させるためのアセンブリが示されている。この好ましい実施態様では、アセンブリ１０には、衝突部材１２が備わっており、この部材には衝突する物体が当たる衝突面１４が備わっている。少なくとも１つのエネルギ吸収用部材１６が、アセンブリ１０の変形を吸収するために、衝突部材１２の反対面１８の取付領域１７に取り付けられている。
【００２０】
さて、図２によれば、エネルギ吸収用部材１６の各々には、アセンブリ１０に特徴的なエネルギ吸収性をもたらすエクスパンデッドメタル（ｅｘｐａｎｄｅｄ ｍｅｔａｌ）のような材料を含む相互連結されたストランド２０の格子が備わっている。エネルギ吸収用部材１６を形成するときに好ましいエクスパンデッドメタルは、米国フロリダ州タンパ市のマックニコルス・カンパニー（ＭｃＮｉｃｈｏｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）のような供給源から入手することができる。この材料は、アセンブリ１０の所望エネルギ吸収特性に応じて、様々な種類のものが入手できるとともに、さまざまな材料から構成することができる。代表的な材料には、ＡＳＴＭ−Ｆ−１２６７−９−１の炭素鋼、ＨＤ亜鉛メッキ鋼、アルミニウム（５００５Ｈ３４）、３０４型ステンレス鋼、３１６型ステンレス鋼などが含まれる。必要であれば、耐食性をもたらすために、エクスパンデッドメタルに保護コーティングを施してもよい。
【００２１】
これに代えて、格子は、任意形態の鋼、プラスチックあるいは複合材料から構成してもよい。この格子を穿孔、拡張、焼成、打ち抜き、レーザー切断あるいはシートの板抜きによって形成してもよいということは、当業者にとって明らかであろう。この格子は、成形、鋳造、あるいは他の凝固方法によって、または、溶接、ロウ付け、あるいは他の接合方法によって形成してもよい。格子形成の後で、エネルギ吸収用部材１６は、型打ち、ロール成形、あるいは他の同様な方法によって好ましくは平板化される。従って、「格子」という用語は、これらの構造体およびこれらと同等の構造体を包含することを意味している。
【００２２】
エネルギ吸収用部材１６の内部におけるストランド（ｓｔｒａｎｄ）２０は、複数のセル２２を画成するために交差している（図２）。これらのセル２２は、物体の衝突前にはダイアモンド状であるのが好ましいが、これらのセル２２は、任意の数の側面を有し、これらの側面が湾曲面あるいは平坦面であるパイ形状あるいは多角形であってもよい。この格子構造体は、高さが１つから５つのセルになるように構成されているのが好ましい。この好ましい実施態様では、直線Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’で示されたように、エネルギ吸収用部材１６は、それぞれのセル２２の平面が取付領域１７（図１に最もよく示されている）に対して実質的に垂直になるような方向に構成されている。このような構造体を使うことによって、それぞれのセルは衝突エネルギの吸収に関して効果的になる。「実質的に垂直な」という術語は、衝突部材１２における曲率を補正するためにエネルギ吸収用部材１６を約４５度まで傾ける必要性が起り得ることを表すために使われている。
【００２３】
さらに図２によれば、エネルギ吸収用部材１６の格子構造体は、相互連結された複数のセクタ２４からなり、それぞれのセクタ２４には中心点２６がある。これらのセクタ２４は、図２に示されたように同一平面内にあってもよく、鋸歯状、正方形状、蛇行状、あるいは他の型の構造のエネルギ吸収用部材１６を形成するように、異なる平面内にあってもよい。それぞれのセクタ２４にはさらに、相互連結された複数の部分２８があり、これらの部分はその形状が、平面状であってもよく、図３に示されたように湾曲状であってもよい。平面状部分および湾曲状部分が連結されて、好ましいほぼ蛇行状構造のエネルギ吸収用部材１６が形成されている。図３に表された点Ａ、ＢおよびＣは、図１に示された点Ａ、ＢおよびＣに対応している。特定の湾曲状部分２８については、その部分の中にある角度３０は、約０度から１８０度の間で変わることができる。
【００２４】
図４に示されたように、任意の実施態様のエネルギ吸収用部材１６は、衝突部材１２の曲率に合致するように、いくつかの場合には完全に平坦でなくてもよい衝突面１４に対して実質的に垂直である平面内で変形することができる。同様に、任意構造のエネルギ吸収用部材１６は、図５の平面図によって示されたように、衝突面１４に対してほぼ平行である平面内でも変形することができる。
【００２５】
さて、図６によれば、エネルギ吸収用部材１６の内部の代表的なセル２２が示されている。それぞれのセルは、長軸３２と短軸３４とによって画成されており、その長軸３２は短軸３４よりも長い。この好ましい実施態様では、それぞれのセル２２は、以下に説明する理由で、その短軸３４が衝突面１４に対してほぼ垂直であり、かつ、その長軸３２が衝突面１４に対してほぼ平行であるような方向で構成されている。
【００２６】
格子の内部におけるこれらのセル２２は、物体がエネルギ吸収用アセンブリ１０に衝突することによって生じた衝突力に対する連鎖的進行性反応をもたらすように協働する。圧縮が進むと、これらのセル２２は、アコーディオンの蛇腹が押しつぶされるのに類似した方法で偏平になる。しかしながら、最終的には格子は、その衝突力をもはや吸収することができなくなる。この時、セル２２はつぶされた状態になり、かつ、エネルギ吸収用部材１６は柱が崩壊するように屈する。それにもかかわらず、エネルギ吸収の間は、衝突力に対する前記反応は、以下に示されるように、格子の圧縮の間に実質的に一定のままであった。
【００２７】
図７および図８には、エネルギ吸収用部材１６のいくつかの試料についての力−変位曲線が示されているが、ここで、部材１６は３／１６インチの２２番手エクスパンデッドメタルから構成されており、部材１６は蛇行状構造に構成されているとともに、セル２２はダイアモンド形状である。図７では、エネルギ吸収用部材１６は、短軸３４が衝突の方向に対してほぼ平行になるような方向に構成されていた。ここに示されたように、エネルギ吸収用部材１６によって吸収された単位変位量当たりの力は、衝突時に上昇し、このエネルギ吸収用格子が初期高さの５０％を超えて変位する間は実質的に一定のままである。このように、この力−変位曲線では、それらの０．８以上の平均形状因子によって表されたように、近方形波特性となる。この力−変位曲線にはいくぶん丸みを帯びたかどがあるのが望ましく、このために、物体は衝突力によって瞬間的に加速されたり減速されたりすることがない。
【００２８】
図８では、エネルギ吸収用部材１６は、長軸３２が衝突の方向に対してほぼ平行になるような方向に構成される。これらの曲線は、方形波特性に近い特性を示さないが、これは０．４以下の平均形状因子によって判る。さらにまた、それぞれの曲線に存在する力の「スパイク波」によって、物体が悪い状態に減速されるとともに、被害あるいは肉体的損傷に関するおそれが増大することがある。このため、短軸３４が衝突の方向に対してセル２２の方向がほぼ平行となる構成は、本発明の好ましい実施態様である。
【００２９】
ここで開示された方法によって作られた製品の好ましい実施態様では、エネルギ吸収用アセンブリ１０には、衝突部材を乗物の支柱あるいはヘッドレール（ｈｅａｄｒａｉｌ）のような支持面に取り付けるための手段が含まれている。この取付手段には、接着、インサート成形、圧入、スナップ留め、熱かしめ、固締、溶接、ロウ付け、あるいは他の金属接合法が含まれている。
【００３０】
図９および図１０には、乗物のＡ型支柱カバー４４の取付領域１７と乗物のＢ型支柱カバー４６の取付領域１７とに取り付けられたエネルギ吸収用部材１６の例がそれぞれ示されている。乗物のＢ型支柱は、乗物の両側において前部ドアのすぐ後方の箇所で屋根に向かって上方へ延出している。エネルギ吸収用部材１６はＡ型支柱カバー４４（図９）およびＢ型支柱カバー４６（図１０）に対してほぼ垂直な方向に配置されているが、エネルギ吸収用部材１６は他の方向に配置することができる。
【００３１】
図１１には、ポリマー材料、泡、気体あるいはこれらの混合物のような充填材料４８の内部に少なくとも一部が配置されたエネルギ吸収用部材１６が示されている。このような構造体は、乗物のＡ型支柱およびＢ型支柱の頂部に取り付けられて乗物の屋根の外周部を形成する乗物のヘッドレールを保護するために利用することができる。このような物質をエネルギ吸収用アセンブリ１０の内部へ注入することによって、壁の座屈抵抗を改善することができる。エネルギー吸収剤の回復をもたらすために、さまざまな材料、例えば弾性を示す金属ばねおよびポリマー等をエネルギ吸収用アセンブリ１０の内部へ介在させることもできる。
【００３２】
図１２には、このモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造過程に含まれる主な諸工程が示されている。工程Ｉおよび工程ＩＩには、格子開口を形成することが含まれており、その後で打ち抜きのような過程で格子の帯片を所望形状に用意する。次いで（工程ＩＩＩで）、帯片は、ジグザグ構造、正弦曲線状構造あるいは他の構造あるいは他の形状の凹所に波形加工される。必要であれば（工程ＩＶで）、帯片に、腐食防止のための塗装をしたり、耐食性のための他の処理を施したりすることができ、また、帯片を取り扱いやすくするために、研磨によって鋭利な端部を鈍くすることができる。工程Ｖでは、帯片は、図１３（ｂ）に示された熱成形用具の中へ装填される。
【００３３】
工程ＶＩでは、熱成形機の中へプラスチックシートが配置される。このプラスチックは次いで、その変形開始温度より高いがその融点より低い温度で加熱される（工程ＶＩＩ）。
【００３４】
次いで（工程ＶＩＩＩで）、熱いプラスチックシートは熱成形用具の上に移動される。工程ＩＸでは、この熱いプラスチックは、熱成形用具に接触させて、この熱いプラスチックを真空状態に置くことにより熱成形用具の上に引き寄せてそれを熱成形用具の形状に合わせる。必要であれば、この工程は、そのプラスチックシートを熱成形用具の上に押し付けて前記引き寄せ工程を行ないやすくする器具を使うことによって、実施することができる。この代わりに、プラスチックシートの一方側面であって熱成形用具に接触する側面とは反対側の側面に、液状媒体によって正圧を加えることによりシートの同用具への合致を促進することができる。
【００３５】
このプラスチックは次いで、熱成形用具に接触した状態で冷却される（工程Ｘ）。次にこのプラスチックは、熱成形用具の形状を採っているので排出される（工程ＸＩ）。次いで、複数部品を形成する（形成操作において２つ以上の構造体を作る）ことができるように、端部が、切り揃えられ、および／または、切断される（工程ＸＩＩ）。必要であれば（工程ＸＩＩＩ）、電線、管などを、溝、スナップ留め金、凹所、あるいはこの構造体の中に成形された他の取付部の中に、熱成形されるときに配置することができる。最後に（工程ＸＩＶで）、この製品が点検され、包装され、次いで出荷される。
【００３６】
図１３（ｃ）には、熱成形用具（図１３（ｂ））の内部に画成されたジグザグ状の凹みあるいは溝の中へ挿入されたエクスパンデッドメタルの金属格子が示されている。これらの溝は、概ね図１３（ｂ）に示されたように形作られている。長い長方形断面によって、エネルギ吸収用部材の大部分が保持される。多くの方法で形作ることのできるより広い面積を形成することにより、熱成形されたプラスチックはエネルギ吸収用部材を取り巻くように流れることができるようになり、エネルギ吸収用部材が定位置に保持されるようになる。図１３（ｃ）では、これらの凹所は使い易いようにリブ（図示略）によって相互連結されている。必要であれば、これらの凹所は、中心が平面で見ると六角形を形成する壁の交差部分に位置し、かつ、それぞれの凹所の間にリブが形成されるように、構成されていてもよい。このように構成すれば、ほとんどハニカム形状になる。本発明のエネルギ吸収用アセンブリは、自動車におけるヘッドに対する衝撃に対処するために７から２５ミリメートルの間の公称厚さが備わっている構造体である。このアセンブリは、剛いポリウレタンフォームよりもエネルギをいっそう効率よく吸収し、重さが軽く、また、製造するのに安価である。本発明の方法によって作られた最終部品の１つの実施態様（構造体Ａ）が、図１４から図１７に示されている。
【００３７】
図１８には、構造体（Ｂ）の荷重−変位特性が示されている。この場合の形状係数は金属格子の場合のように１．０に近いものではない、ということがわかる。しかしながら、この形状は、エネルギ吸収をもたらすのに足りるようにほぼ正方形である。
【００３８】
このモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの基部は、熱成形された樹脂からなっている。適した材料には、例えばシャルマンポリトロープＴＰＰ５２４−３１、レーテックＨＰ５０９、アモコ５０９のようなポリプロピレンコポリマー、ＡＢＳ（ＧＥサイクロラスＺＡ５、マルチベースＡＢＳ８０２）、ポリエステル（デュポンライナイト４１５ＨＰ、ヘキストインペット５４０）、ナイロン（カスタムレジンＣＲＩＮＸ１１７０−ＲＶ２００、モンサントバイダイン６６Ｂなど）、ポリカーボネート（ダウカリフレ３０２−Ｅ、マイルズマクラロン６６５３）あるいは熱可塑性エラストマー（ハイモントハイラックスＲＴＡ３３６２−Ｅ、デュポンアルクリンＡＬＣ２０６０ＵＴ）が含まれる。
【００３９】
選択するプラスチック用樹脂は、好ましくは塑性変形および熱成形ができる約４００°Ｆ未満の融点を有する熱可塑性プラスチックである。また、選択する樹脂の場合には、加熱撓み温度、すなわち、その部品が自動車の内部の温度範囲にわたって機能することができるように約１９０から２４０°Ｆを超える温度であって、そのプラスチックがかなり軟化する温度でなければならない。さらに、選択する樹脂の場合には、曲げに対して耐えるために２５０，０００ｐｓｉを超える曲げ弾性率とできるだけ高いアイゾッド衝撃強さと、脆性破壊よりも塑性変形ができるように１０から１５％を超える破断点での伸びとがなければならない。
【００４０】
必要であれば、この基部には、カップ状凹所や金属格子を支持する溝だけでなく、電線、排水管、バンパー隠し板（ｂｕｍｐｅｒ fａｓｃｉａ）、エアーバッグ、ハウジング、締結具（クリップ式やスナップ式のようなもの）などを収容するためのダクトあるいは直線状の溝も画成することができる。必要に応じて、凹所を形成する工程には、冷却したプラスチックシートを取付面に取り外し可能に取り付けることができるように１つ以上の取付部材を形成するプラスチックシートからの突出部を画成することが含まれていてもよい。必要であれば、凹所を形成する工程には、プラスチックシートが１つ以上の好ましい箇所において調整された方法で曲げることができるようにするために、プラスチックシートには１つ以上のヒンジを形成することが含まれていてもよい。凹所を形成する工程には、プラスチックシートが、治具あるいは取付具で位置決めされて配置することができるようにするために１つ以上の位置決め部を画成すること、あるいは、液体および／または空気のための流体導管を形成することのできるダクトを画成することもまた、含まれていてもよい。
【００４１】
プラスチックシートを熱成形用具に当接するようにする工程には、特定の道具を用いてプラスチックシートを熱成形用具に押し付けて真空引き工程をし易くすること、あるいは流体により生じた正圧を用いることが含まれていてもよい、ということは分かるであろう。
【００４２】
いくつかの環境では、プラスチックシートを熱成形用具の中に配置する前に、プラスチックシートを１つ以上の材料層に隣接させて配置することが望ましい場合もある。必要に応じて、１つ以上のシートをプラスチックシートの一方の側面に配置し、加熱されたシートが１つ以上のシートを熱的接合するに足りる熱さになるようにすることもできる。付加的なシートを接着接合、誘電加熱接合、爆圧接合、超音波接合、機械的取付などのような工程によって接合することができる、ということは分かるであろう。
【００４３】
本発明の方法を実施する代わりの方法として、成形の前に熱成形用具の中に、１つ以上の部品を挿入して加熱されたシートの熱成形用具の形状に合致するときにそれが固定されるようにすることができる。従来の熱成形方法では、平坦なプラスチックシートから形成されたカップ状凹所の壁厚は、そのシートのそれよりも小さい平均の厚さである。必要であれば、本発明に係るモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法は、画成される凹所を形成するための複数のキャビティがある成形用金型を用意することによって実施することができる。このようにすることで、その壁は、１つ以上のエネルギ吸収用モジュールに対して選択されたエネルギ吸収用特性を与えるような寸法にすることができる。
【００４４】
本明細書で使われている用語の、「一体に成形された」（基部に形成された凹所に関して）という用語は、プラスチックシートからその凹所が作られたときのそのシートとの１つのユニットとしてそれぞれが形成されている１つ以上の凹所を意味している。
【００４５】
以上のように、ここで開示された発明によって、同じ全体積の剛いウレタンフォーム製吸収体の使用に比べて、製造上の効率がもたらされている。ここで開示された熱成形吸収用構造体によれば、１桁も金型費を低くすることができ、従って、一部品当たりのコストを低くすることができる。射出成形に比べて、ここで開示された熱成形吸収体によれば、金型費がより少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の方法に従って製造されたエネルギ吸収用アセンブリの１つのモジュールにおける１つの部材の斜視図を示している。
【図２】図２は、図１に示された本発明の１つの部材に係る平面状実施態様の側面立面図である。
【図３】図３は、図１に示された本発明の１つの部材に係る蛇行状実施態様の平面図である。
【図４】図４は、衝突面に対して垂直な平面内において変形したときのエネルギ吸収用部材の平面状実施態様の側面図である。
【図５】図５は、衝突面に対して平行な平面内において変形したときのエネルギ吸収用部材の蛇行状実施態様の平面図である。
【図６】図６は、本発明のエネルギ吸収用部材の内部における単一のセルの一部拡大図である。
【図７】図７は、短軸が衝突の方向に対してほぼ平行であるようにいくつかのセルが揃えられた、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材についての力−変位のグラフである。
【図８】図８は、長軸が衝突の方向に対してほぼ平行であるようにいくつかのセルが揃えられた、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材についての力−撓みのグラフである。
【図９】図９は、典型的な乗物のＡ型支柱カバーに取り付けられた、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材を示している。
【図１０】図１０は、典型的な乗物のＢ型支柱カバーに取り付けられた、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材を示している。
【図１１】図１１は、充填材の内部に覆い隠されたものであって、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材を示している。
【図１２】図１２は、モジュール式エネルギ吸収用部材を製造するための製造方法における主要諸工程の模式図である。
【図１３】図１３（ａ）は、基部形成用プラスチックシートを示し、図１３（ｂ）は、その用具を示し、図１３（ｃ）は、その最終部品を示している。
【図１４】図１４は、第１構造体の中に設けられた、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材の下面の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４に示された構造体の平面図である。
【図１６】図１６は、図１４から図１５に示された構造体の底面図である。
【図１７】図１７は、図１４から図１６に示された構造体の平面図である。
【図１８】図１８は、エネルギ吸収用部材のモジュールであって、該モジュールがカップ状のいくつかの凹所を含み、これらの凹所のそれぞれが基部の内部に画成された床部と円錐台形の壁部とを有している、エネルギ吸収用部材のモジュールについての力−変位曲線である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ吸収用部材あるいはこのエネルギ吸収用部材が配置されたアセンブリに衝突する物体を減速させるためのモジュール式エネルギ吸収用部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの分野において、アセンブリに衝突する物体を特定の制限距離内で減速することのできるアセンブリを提供することが望まれている。そのようにするためには、アセンブリは、その物体によって伝達された衝突エネルギをかなりの割合で吸収しなければならない。過去においては、このことは、衝突する物体のエネルギを吸収するために、アセンブリの変形に耐えるエネルギ吸収用部材をアセンブリに設けることによって、物理的に達成されてきた。代わりのいくつかの取り組みが、同じ権利者の米国特許第５，７００，５４５号、１９９８年２月４日に提出された米国特許出願第０９／０１８，６６６号（現在の米国特許第６，０１７，０８４号）および１９９９年６月８日に提出された米国特許出願第０９／３２８，１９６号によって例示されているが、これらは引用によって本明細書に組み入れられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば乗物の内部では、乗員が支柱やヘッドレールのような内部構成部品に衝突するのを防止する必要がある。これらの構造物はたいてい鉄パイプや鉄チャネルで作られており、これらは、乗物のための構造的ケージあるいはモノコックボディを形成するために、互いに溶接されている。設計者は、乗物の乗員を保護するために、乗物の支柱、ヘッドレールおよび他の部品を取り囲むようにしてエネルギ吸収装置を配置することを試みてきた。従来の取り組みでは、エネルギ吸収用のウレタン、硬質ポリマーフォーム、工業用プラスチック製のブロック、セルあるいは羽根、さまざまな金属板製構造体、金属梁、ハニカム加工された金属、および他の幾何学的固体を使うことがある。しかしながら、これらの材料の大部分は一般に、押しつぶされるときに、特定の変位に対する所望量のエネルギよりも少ないエネルギしか吸収しない。
【０００５】
初期負荷から破損までのエネルギ吸収材料の望ましい反応は、力−変位の「方形波」反応に近くなるようにして、減速された物体に加えられた力が所望範囲の破損距離や破損したときの変位にわたってほとんど変わらないように、作ることである。アウディ（Ａｕｄｉ）等に付与された、同じ権利者の米国特許第５，７００，５４５号には、そのようなエネルギ吸収用構造体が開示されている。その中に開示されたエネルギ吸収用部材には、衝突面の平面内にある間隔面に対してほぼ直角である垂直な支持面が備わるように構成されたエクスパンデッドメタル等の材料が備わっている。このような構造体のエネルギ吸収特性は従来技術のそれに比べて改善されているものの、その構造のために、吸収用部材の５０％までを占める前記支持面だけがエネルギ吸収に利用される。前記間隔面は、一般に衝突の方向に対して垂直な平面内にあるため、エネルギ吸収にはほとんどあるいはまったく役に立たない部分である。
【０００６】
従って、エネルギ吸収用部材の使用を最大限に引き出し、その結果、最大限につぶれることのできる材料を利用して、従来の構造体に比べて、すぐれたエネルギ吸収特性をもたらすとともに、そのエネルギ吸収用部材の単位質量当たりおよび単位変位当たりのエネルギ吸収量を最適化するエネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供する必要性が存在している。
【０００７】
この吸収用アセンブリによって吸収されるのが望ましいエネルギ量は、減速される物体の運動エネルギと、物体が衝突するときの下地構造体の変位とによって決まる。自動車の内装の場合には、自動車のボディーすなわちケージは、乗員によって衝突したときにある程度変位する。この変位の程度は、特定量の衝突エネルギに対して乗物ケージの箇所によって変化する。そこで、このエネルギ吸収用構造体は、乗物の中において異なった箇所で異なった量のエネルギを吸収する必要がある。利用可能な押しつぶされる空間の大きさも変化する。
【０００８】
このように、構成要素であるいくつかのモジュールによって衝突力に対する程度の異なった抵抗が得られるモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法を更に提供することが望ましいであろう。さらに、それぞれのモジュールを支持する材料がそれ自体、エネルギ吸収用構造体から形成されているようなモジュールを提供することは便利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの目的は、モジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法であって、衝突する物体がこのアセンブリと接触した後に特定の制限距離内で減速し、このアセンブリのさまざまなモジュールによってあるいはこのアセンブリの領域によって衝突力に対する程度の異なった抵抗をもたらし、それによって、配置される環境の条件に応じてこのアセンブリを設計者が要望に合わせて個別調整することのできるモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、電線、管、ダクトなどをクリップ、接着剤などのような余分な付属品を使う必要なく配置することができるホルダーであって、そのアセンブリと一体に構成されたホルダーを形成することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、従来技術の構造体に比べて、特定距離にわたってエネルギ吸収を最大限にするとともに、製造に関する経済性をもたらすエネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなるもう１つの目的は、エネルギを方形波の状態で吸収するエネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、衝突時の衝撃から守るために乗物に取り付けるように構成されているエネルギ吸収用アセンブリの製造方法を提供することである。
【００１４】
従って、熱成形されたエネルギ吸収用アセンブリの製造方法が、このアセンブリに衝突する物体を減速するために提供される。このアセンブリには、基部と、アセンブリの変形を吸収するためにこの基部に結合された少なくとも１つのエネルギ吸収用モジュールとが含まれている。この少なくとも１つのエネルギ吸収用モジュールには、本明細書において構造体（Ａ）と称される第１構造体と、本明細書において構造体（Ｂ）と称される第２構造体とを含む群から選ばれた構造体が備わっている。構造体（Ａ）には、相互連結されたストランドを含む格子が備わっており、これらのストランドは、複数のセルを画成するように交差しているとともに、基部に形成された溝の中に支持されている。構造体（Ａ）は、特定距離にわたってエネルギ吸収を最大限にするために、この格子はそれぞれのセルの平面が衝突力に対してほぼ平行であるような方向に構成されている。エネルギ吸収の間には、この格子がつぶれて、少なくともいくつかのセルが少なくとも部分的に塞がれるようになる。
【００１５】
これらのモジュールは、別々の部品あるいはモジュール式部分品であってもよく、または、同じ部品のいくつかのセクタをそれらの間で吸収特性が単に変化するように設計したものであってもよい。別の方法としては、それぞれの部品は、同じ吸収特性があるように設計することもできる。設計が相異なるいくつかの部品の場合には、ほぼ連続的なエネルギ吸収機能をもたらすために、ほとんど互いに接するようにあるいは互いに近づけて配置することができる。
【００１６】
構造体（Ｂ）には、複数のカップ状凹所あるいは他の形状の凹所が含まれており、それぞれの凹所には、基部に画成された床部と円錐台形の壁部とがある。構造体（Ｂ）の場合はそれぞれのカップの床部が、衝突力に対してほぼ垂直であるよう、方向付けられている。その円錐台形の壁部は、特定距離にわたり壁部によるエネルギ吸収を最大限にするために、衝突力に対してほぼ平行である。この壁部は、エネルギ吸収の間に、少なくとも一部がつぶされて、少なくともいくつかのカップが少なくとも部分的に圧縮されるようになる。構造体（Ｂ）におけるこれらのカップの形状は、平面図において、多角形以外の、円形あるいは卵形等であってよい。
【００１７】
構造体（Ａ）および構造体（Ｂ）によって、設計者は使用者が決定することのできる衝突力への抵抗が得られるように構成できる。
【００１８】
本発明における前記のいくつかの目的および他のいくつかの目的、特徴および利点は、添付図面、明細書および特許請求の範囲を考察することで、いっそう容易に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の教示に従って実施された製造方法の諸工程の開示を始める前に、まず、さまざまな製品とそれによって作られたそれらの属性とについての開示が行なわれる。
まず、図１によれば、本発明の諸工程に従って作られたエネルギ吸収用アセンブリ１０であって、このアセンブリに衝突する物体（図示せず）を減速させるためのアセンブリが示されている。この好ましい実施態様では、アセンブリ１０には、衝突部材１２が備わっており、この部材には衝突する物体が当たる衝突面１４が備わっている。少なくとも１つのエネルギ吸収用部材１６が、アセンブリ１０の変形を吸収するために、衝突部材１２の反対面１８の取付領域１７に取り付けられている。
【００２０】
さて、図２によれば、エネルギ吸収用部材１６の各々には、アセンブリ１０に特徴的なエネルギ吸収性をもたらすエクスパンデッドメタル（ｅｘｐａｎｄｅｄ ｍｅｔａｌ）のような材料を含む相互連結されたストランド２０の格子が備わっている。エネルギ吸収用部材１６を形成するときに好ましいエクスパンデッドメタルは、米国フロリダ州タンパ市のマックニコルス・カンパニー（ＭｃＮｉｃｈｏｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）のような供給源から入手することができる。この材料は、アセンブリ１０の所望エネルギ吸収特性に応じて、様々な種類のものが入手できるとともに、さまざまな材料から構成することができる。代表的な材料には、ＡＳＴＭ−Ｆ−１２６７−９−１の炭素鋼、ＨＤ亜鉛メッキ鋼、アルミニウム（５００５Ｈ３４）、３０４型ステンレス鋼、３１６型ステンレス鋼などが含まれる。必要であれば、耐食性をもたらすために、エクスパンデッドメタルに保護コーティングを施してもよい。
【００２１】
これに代えて、格子は、任意形態の鋼、プラスチックあるいは複合材料から構成してもよい。この格子を穿孔、拡張、焼成、打ち抜き、レーザー切断あるいはシートの板抜きによって形成してもよいということは、当業者にとって明らかであろう。この格子は、成形、鋳造、あるいは他の凝固方法によって、または、溶接、ロウ付け、あるいは他の接合方法によって形成してもよい。格子形成の後で、エネルギ吸収用部材１６は、型打ち、ロール成形、あるいは他の同様な方法によって好ましくは平板化される。従って、「格子」という用語は、これらの構造体およびこれらと同等の構造体を包含することを意味している。
【００２２】
エネルギ吸収用部材１６の内部におけるストランド（ｓｔｒａｎｄ）２０は、複数のセル２２を画成するために交差している（図２）。これらのセル２２は、物体の衝突前にはダイアモンド状であるのが好ましいが、これらのセル２２は、任意の数の側面を有し、これらの側面が湾曲面あるいは平坦面であるパイ形状あるいは多角形であってもよい。この格子構造体は、高さが１つから５つのセルになるように構成されているのが好ましい。この好ましい実施態様では、直線Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’で示されたように、エネルギ吸収用部材１６は、それぞれのセル２２の平面が取付領域１７（図１に最もよく示されている）に対して実質的に垂直になるような方向に構成されている。このような構造体を使うことによって、それぞれのセルは衝突エネルギの吸収に関して効果的になる。「実質的に垂直な」という術語は、衝突部材１２における曲率を補正するためにエネルギ吸収用部材１６を約４５度まで傾ける必要性が起り得ることを表すために使われている。
【００２３】
さらに図２によれば、エネルギ吸収用部材１６の格子構造体は、相互連結された複数のセクタ２４からなり、それぞれのセクタ２４には中心点２６がある。これらのセクタ２４は、図２に示されたように同一平面内にあってもよく、鋸歯状、正方形状、蛇行状、あるいは他の型の構造のエネルギ吸収用部材１６を形成するように、異なる平面内にあってもよい。それぞれのセクタ２４にはさらに、相互連結された複数の部分２８があり、これらの部分はその形状が、平面状であってもよく、図３に示されたように湾曲状であってもよい。平面状部分および湾曲状部分が連結されて、好ましいほぼ蛇行状構造のエネルギ吸収用部材１６が形成されている。図３に表された点Ａ、ＢおよびＣは、図１に示された点Ａ、ＢおよびＣに対応している。特定の湾曲状部分２８については、その部分の中にある角度３０は、約０度から１８０度の間で変わることができる。
【００２４】
図４に示されたように、任意の実施態様のエネルギ吸収用部材１６は、衝突部材１２の曲率に合致するように、いくつかの場合には完全に平坦でなくてもよい衝突面１４に対して実質的に垂直である平面内で変形することができる。同様に、任意構造のエネルギ吸収用部材１６は、図５の平面図によって示されたように、衝突面１４に対してほぼ平行である平面内でも変形することができる。
【００２５】
さて、図６によれば、エネルギ吸収用部材１６の内部の代表的なセル２２が示されている。それぞれのセルは、長軸３２と短軸３４とによって画成されており、その長軸３２は短軸３４よりも長い。この好ましい実施態様では、それぞれのセル２２は、以下に説明する理由で、その短軸３４が衝突面１４に対してほぼ垂直であり、かつ、その長軸３２が衝突面１４に対してほぼ平行であるような方向で構成されている。
【００２６】
格子の内部におけるこれらのセル２２は、物体がエネルギ吸収用アセンブリ１０に衝突することによって生じた衝突力に対する連鎖的進行性反応をもたらすように協働する。圧縮が進むと、これらのセル２２は、アコーディオンの蛇腹が押しつぶされるのに類似した方法で偏平になる。しかしながら、最終的には格子は、その衝突力をもはや吸収することができなくなる。この時、セル２２はつぶされた状態になり、かつ、エネルギ吸収用部材１６は柱が崩壊するように屈する。それにもかかわらず、エネルギ吸収の間は、衝突力に対する前記反応は、以下に示されるように、格子の圧縮の間に実質的に一定のままであった。
【００２７】
図７および図８には、エネルギ吸収用部材１６のいくつかの試料についての力−変位曲線が示されているが、ここで、部材１６は３／１６インチの２２番手エクスパンデッドメタルから構成されており、部材１６は蛇行状構造に構成されているとともに、セル２２はダイアモンド形状である。図７では、エネルギ吸収用部材１６は、短軸３４が衝突の方向に対してほぼ平行になるような方向に構成されていた。ここに示されたように、エネルギ吸収用部材１６によって吸収された単位変位量当たりの力は、衝突時に上昇し、このエネルギ吸収用格子が初期高さの５０％を超えて変位する間は実質的に一定のままである。このように、この力−変位曲線では、それらの０．８以上の平均形状因子によって表されたように、近方形波特性となる。この力−変位曲線にはいくぶん丸みを帯びたかどがあるのが望ましく、このために、物体は衝突力によって瞬間的に加速されたり減速されたりすることがない。
【００２８】
図８では、エネルギ吸収用部材１６は、長軸３２が衝突の方向に対してほぼ平行になるような方向に構成される。これらの曲線は、方形波特性に近い特性を示さないが、これは０．４以下の平均形状因子によって判る。さらにまた、それぞれの曲線に存在する力の「スパイク波」によって、物体が悪い状態に減速されるとともに、被害あるいは肉体的損傷に関するおそれが増大することがある。このため、短軸３４が衝突の方向に対してセル２２の方向がほぼ平行となる構成は、本発明の好ましい実施態様である。
【００２９】
ここで開示された方法によって作られた製品の好ましい実施態様では、エネルギ吸収用アセンブリ１０には、衝突部材を乗物の支柱あるいはヘッドレール（ｈｅａｄｒａｉｌ）のような支持面に取り付けるための手段が含まれている。この取付手段には、接着、インサート成形、圧入、スナップ留め、熱かしめ、固締、溶接、ロウ付け、あるいは他の金属接合法が含まれている。
【００３０】
図９および図１０には、乗物のＡ型支柱カバー４４の取付領域１７と乗物のＢ型支柱カバー４６の取付領域１７とに取り付けられたエネルギ吸収用部材１６の例がそれぞれ示されている。乗物のＢ型支柱は、乗物の両側において前部ドアのすぐ後方の箇所で屋根に向かって上方へ延出している。エネルギ吸収用部材１６はＡ型支柱カバー４４（図９）およびＢ型支柱カバー４６（図１０）に対してほぼ垂直な方向に配置されているが、エネルギ吸収用部材１６は他の方向に配置することができる。
【００３１】
図１１には、ポリマー材料、泡、気体あるいはこれらの混合物のような充填材料４８の内部に少なくとも一部が配置されたエネルギ吸収用部材１６が示されている。このような構造体は、乗物のＡ型支柱およびＢ型支柱の頂部に取り付けられて乗物の屋根の外周部を形成する乗物のヘッドレールを保護するために利用することができる。このような物質をエネルギ吸収用アセンブリ１０の内部へ注入することによって、壁の座屈抵抗を改善することができる。エネルギー吸収剤の回復をもたらすために、さまざまな材料、例えば弾性を示す金属ばねおよびポリマー等をエネルギ吸収用アセンブリ１０の内部へ介在させることもできる。
【００３２】
図１２には、このモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造過程に含まれる主な諸工程が示されている。工程Ｉおよび工程ＩＩには、格子開口を形成することが含まれており、その後で打ち抜きのような過程で格子の帯片を所望形状に用意する。次いで（工程ＩＩＩで）、帯片は、ジグザグ構造、正弦曲線状構造あるいは他の構造あるいは他の形状の凹所に波形加工される。必要であれば（工程ＩＶで）、帯片に、腐食防止のための塗装をしたり、耐食性のための他の処理を施したりすることができ、また、帯片を取り扱いやすくするために、研磨によって鋭利な端部を鈍くすることができる。工程Ｖでは、帯片は、図１３（ｂ）に示された熱成形用具の中へ装填される。
【００３３】
工程ＶＩでは、熱成形機の中へプラスチックシートが配置される。このプラスチックは次いで、その変形開始温度より高いがその融点より低い温度で加熱される（工程ＶＩＩ）。
【００３４】
次いで（工程ＶＩＩＩで）、熱いプラスチックシートは熱成形用具の上に移動される。工程ＩＸでは、この熱いプラスチックは、熱成形用具に接触させて、この熱いプラスチックを真空状態に置くことにより熱成形用具の上に引き寄せてそれを熱成形用具の形状に合わせる。必要であれば、この工程は、そのプラスチックシートを熱成形用具の上に押し付けて前記引き寄せ工程を行ないやすくする器具を使うことによって、実施することができる。この代わりに、プラスチックシートの一方側面であって熱成形用具に接触する側面とは反対側の側面に、液状媒体によって正圧を加えることによりシートの同用具への合致を促進することができる。
【００３５】
このプラスチックは次いで、熱成形用具に接触した状態で冷却される（工程Ｘ）。次にこのプラスチックは、熱成形用具の形状を採っているので排出される（工程ＸＩ）。次いで、複数部品を形成する（形成操作において２つ以上の構造体を作る）ことができるように、端部が、切り揃えられ、および／または、切断される（工程ＸＩＩ）。必要であれば（工程ＸＩＩＩ）、電線、管などを、溝、スナップ留め金、凹所、あるいはこの構造体の中に成形された他の取付部の中に、熱成形されるときに配置することができる。最後に（工程ＸＩＶで）、この製品が点検され、包装され、次いで出荷される。
【００３６】
図１３（ｃ）には、熱成形用具（図１３（ｂ））の内部に画成されたジグザグ状の凹みあるいは溝の中へ挿入されたエクスパンデッドメタルの金属格子が示されている。これらの溝は、概ね図１３（ｂ）に示されたように形作られている。長い長方形断面によって、エネルギ吸収用部材の大部分が保持される。多くの方法で形作ることのできるより広い面積を形成することにより、熱成形されたプラスチックはエネルギ吸収用部材を取り巻くように流れることができるようになり、エネルギ吸収用部材が定位置に保持されるようになる。図１３（ｃ）では、これらの凹所は使い易いようにリブ（図示略）によって相互連結されている。必要であれば、これらの凹所は、中心が平面で見ると六角形を形成する壁の交差部分に位置し、かつ、それぞれの凹所の間にリブが形成されるように、構成されていてもよい。このように構成すれば、ほとんどハニカム形状になる。本発明のエネルギ吸収用アセンブリは、自動車におけるヘッドに対する衝撃に対処するために７から２５ミリメートルの間の公称厚さが備わっている構造体である。このアセンブリは、剛いポリウレタンフォームよりもエネルギをいっそう効率よく吸収し、重さが軽く、また、製造するのに安価である。本発明の方法によって作られた最終部品の１つの実施態様（構造体Ａ）が、図１４から図１７に示されている。
【００３７】
図１８には、構造体（Ｂ）の荷重−変位特性が示されている。この場合の形状係数は金属格子の場合のように１．０に近いものではない、ということがわかる。しかしながら、この形状は、エネルギ吸収をもたらすのに足りるようにほぼ正方形である。
【００３８】
このモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの基部は、熱成形された樹脂からなっている。適した材料には、例えばシャルマンポリトロープＴＰＰ５２４−３１、レーテックＨＰ５０９、アモコ５０９のようなポリプロピレンコポリマー、ＡＢＳ（ＧＥサイクロラスＺＡ５、マルチベースＡＢＳ８０２）、ポリエステル（デュポンライナイト４１５ＨＰ、ヘキストインペット５４０）、ナイロン（カスタムレジンＣＲＩＮＸ１１７０−ＲＶ２００、モンサントバイダイン６６Ｂなど）、ポリカーボネート（ダウカリフレ３０２−Ｅ、マイルズマクラロン６６５３）あるいは熱可塑性エラストマー（ハイモントハイラックスＲＴＡ３３６２−Ｅ、デュポンアルクリンＡＬＣ２０６０ＵＴ）が含まれる。
【００３９】
選択するプラスチック用樹脂は、好ましくは塑性変形および熱成形ができる約４００°Ｆ未満の融点を有する熱可塑性プラスチックである。また、選択する樹脂の場合には、加熱撓み温度、すなわち、その部品が自動車の内部の温度範囲にわたって機能することができるように約１９０から２４０°Ｆを超える温度であって、そのプラスチックがかなり軟化する温度でなければならない。さらに、選択する樹脂の場合には、曲げに対して耐えるために２５０，０００ｐｓｉを超える曲げ弾性率とできるだけ高いアイゾッド衝撃強さと、脆性破壊よりも塑性変形ができるように１０から１５％を超える破断点での伸びとがなければならない。
【００４０】
必要であれば、この基部には、カップ状凹所や金属格子を支持する溝だけでなく、電線、排水管、バンパー隠し板（ｂｕｍｐｅｒ fａｓｃｉａ）、エアーバッグ、ハウジング、締結具（クリップ式やスナップ式のようなもの）などを収容するためのダクトあるいは直線状の溝も画成することができる。必要に応じて、凹所を形成する工程には、冷却したプラスチックシートを取付面に取り外し可能に取り付けることができるように１つ以上の取付部材を形成するプラスチックシートからの突出部を画成することが含まれていてもよい。必要であれば、凹所を形成する工程には、プラスチックシートが１つ以上の好ましい箇所において調整された方法で曲げることができるようにするために、プラスチックシートには１つ以上のヒンジを形成することが含まれていてもよい。凹所を形成する工程には、プラスチックシートが、治具あるいは取付具で位置決めされて配置することができるようにするために１つ以上の位置決め部を画成すること、あるいは、液体および／または空気のための流体導管を形成することのできるダクトを画成することもまた、含まれていてもよい。
【００４１】
プラスチックシートを熱成形用具に当接するようにする工程には、特定の道具を用いてプラスチックシートを熱成形用具に押し付けて真空引き工程をし易くすること、あるいは流体により生じた正圧を用いることが含まれていてもよい、ということは分かるであろう。
【００４２】
いくつかの環境では、プラスチックシートを熱成形用具の中に配置する前に、プラスチックシートを１つ以上の材料層に隣接させて配置することが望ましい場合もある。必要に応じて、１つ以上のシートをプラスチックシートの一方の側面に配置し、加熱されたシートが１つ以上のシートを熱的接合するに足りる熱さになるようにすることもできる。付加的なシートを接着接合、誘電加熱接合、爆圧接合、超音波接合、機械的取付などのような工程によって接合することができる、ということは分かるであろう。
【００４３】
本発明の方法を実施する代わりの方法として、成形の前に熱成形用具の中に、１つ以上の部品を挿入して加熱されたシートの熱成形用具の形状に合致するときにそれが固定されるようにすることができる。従来の熱成形方法では、平坦なプラスチックシートから形成されたカップ状凹所の壁厚は、そのシートのそれよりも小さい平均の厚さである。必要であれば、本発明に係るモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法は、画成される凹所を形成するための複数のキャビティがある成形用金型を用意することによって実施することができる。このようにすることで、その壁は、１つ以上のエネルギ吸収用モジュールに対して選択されたエネルギ吸収用特性を与えるような寸法にすることができる。
【００４４】
本明細書で使われている用語の、「一体に成形された」（基部に形成された凹所に関して）という用語は、プラスチックシートからその凹所が作られたときのそのシートとの１つのユニットとしてそれぞれが形成されている１つ以上の凹所を意味している。
【００４５】
以上のように、ここで開示された発明によって、同じ全体積の剛いウレタンフォーム製吸収体の使用に比べて、製造上の効率がもたらされている。ここで開示された熱成形吸収用構造体によれば、１桁も金型費を低くすることができ、従って、一部品当たりのコストを低くすることができる。射出成形に比べて、ここで開示された熱成形吸収体によれば、金型費がより少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の方法に従って製造されたエネルギ吸収用アセンブリの１つのモジュールにおける１つの部材の斜視図を示している。
【図２】図２は、図１に示された本発明の１つの部材に係る平面状実施態様の側面立面図である。
【図３】図３は、図１に示された本発明の１つの部材に係る蛇行状実施態様の平面図である。
【図４】図４は、衝突面に対して垂直な平面内において変形したときのエネルギ吸収用部材の平面状実施態様の側面図である。
【図５】図５は、衝突面に対して平行な平面内において変形したときのエネルギ吸収用部材の蛇行状実施態様の平面図である。
【図６】図６は、本発明のエネルギ吸収用部材の内部における単一のセルの一部拡大図である。
【図７】図７は、短軸が衝突の方向に対してほぼ平行であるようにいくつかのセルが揃えられた、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材についての力−変位のグラフである。
【図８】図８は、長軸が衝突の方向に対してほぼ平行であるようにいくつかのセルが揃えられた、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材についての力−撓みのグラフである。
【図９】図９は、典型的な乗物のＡ型支柱カバーに取り付けられた、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材を示している。
【図１０】図１０は、典型的な乗物のＢ型支柱カバーに取り付けられた、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材を示している。
【図１１】図１１は、充填材の内部に覆い隠されたものであって、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材を示している。
【図１２】図１２は、モジュール式エネルギ吸収用部材を製造するための製造方法における主要諸工程の模式図である。
【図１３】図１３（ａ）は、基部形成用プラスチックシートを示し、図１３（ｂ）は、その用具を示し、図１３（ｃ）は、その最終部品を示している。
【図１４】図１４は、第１構造体の中に設けられた、本発明の諸工程に従って製造されたエネルギ吸収用部材の下面の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４に示された構造体の平面図である。
【図１６】図１６は、図１４から図１５に示された構造体の底面図である。
【図１７】図１７は、図１４から図１６に示された構造体の平面図である。
【図１８】図１８は、エネルギ吸収用部材のモジュールであって、該モジュールがカップ状のいくつかの凹所を含み、これらの凹所のそれぞれが基部の内部に画成された床部と円錐台形の壁部とを有している、エネルギ吸収用部材のモジュールについての力−変位曲線である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法であって、
内部に画成された複数の凹所のある熱成形用具であって、該熱成形用具の凹所の各々が無孔基部と該無孔基部とほぼ直交する壁部とを有することを特徴とする熱成形用具を用意する工程と、
プラスチックシートをその変形開始温度と融点との間の温度に加熱する工程と、
加熱された該プラスチックシートをその熱成形用具に当接させるとともに加熱された該プラスチックシートを該熱成形用具に押し付けて前者が後者に合致するようにし、それによって、該プラスチックシートの１つの側から突出する凹所を形成して加熱されたプラスチック部品を画成する工程と、
加熱された該プラスチック部品を冷却して、冷却されたプラスチック部品を画成する工程と、
冷却された該プラスチック部品を熱成形用具から排出して、冷却された該プラスチック部品が、それに一体に形成された凹所を有するようにする工程と、
を含むことを特徴とするモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法。
【請求項１】
モジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法であって、
内部に画成された複数の凹所のある熱成形用具であって、該熱成形用具の凹所の各々が無孔基部と該無孔基部とほぼ直交する壁部とを有することを特徴とする熱成形用具を用意する工程と、
プラスチックシートをその変形開始温度と融点との間の温度に加熱する工程と、
加熱された該プラスチックシートをその熱成形用具に当接させるとともに加熱された該プラスチックシートを該熱成形用具に押し付けて前者が後者に合致するようにし、それによって、該プラスチックシートの１つの側から突出する凹所を形成して加熱されたプラスチック部品を画成する工程と、
加熱された該プラスチック部品を冷却して、冷却されたプラスチック部品を画成する工程と、
冷却された該プラスチック部品を熱成形用具から排出して、冷却された該プラスチック部品が、それに一体に形成された凹所を有するようにする工程と、
を含むことを特徴とするモジュール式エネルギ吸収用アセンブリの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２７４４４６（Ｐ２００９−２７４４４６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３１５３１（Ｐ２００９−１３１５３１）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【分割の表示】特願２００２−５１１９５４（Ｐ２００２−５１１９５４）の分割
【原出願日】平成１３年４月１２日（２００１．４．１２）
【出願人】（５０３０２６３４７）オークウッド エネルギー マネージメント インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【分割の表示】特願２００２−５１１９５４（Ｐ２００２−５１１９５４）の分割
【原出願日】平成１３年４月１２日（２００１．４．１２）
【出願人】（５０３０２６３４７）オークウッド エネルギー マネージメント インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
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