特開 2024-121342 衝撃吸収体およびエネルギ吸収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024121342

(43)【公開日】2024-09-06

(54)【発明の名称】衝撃吸収体およびエネルギ吸収装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 7/00 20060101AFI20240830BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

F16F7/00 B

F16F15/02 Z

F16F15/02 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023028388

(22)【出願日】2023-02-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100167232

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 みな

(72)【発明者】

【氏名】小山 真

(72)【発明者】

【氏名】平井 隆行

(72)【発明者】

【氏名】笹川 崇

(72)【発明者】

【氏名】梅本 和彦

(72)【発明者】

【氏名】西垣 英一

【テーマコード（参考）】

3J048

3J066

【Ｆターム（参考）】

3J048AA01

3J048BD04

3J048BD05

3J048BD07

3J066BA01

3J066BB01

3J066BC10

3J066BE01

3J066BE05

(57)【要約】

【課題】衝撃吸収体のエネルギ吸収特性を向上させる。
【解決手段】衝撃吸収体は、第１樹脂によって構成される第１樹脂層と、第１樹脂よりも圧縮弾性率が小さい第２樹脂によって構成される第２樹脂層と、の積層体として形成されると共に、第１樹脂層と第２樹脂層との界面を３箇所以上備えており、第１樹脂と第２樹脂の圧縮弾性率の差は、第２樹脂の圧縮弾性率の大きさの２０％以上であり、衝撃吸収体を、第１樹脂層および第２樹脂層の積層方向に３等分して、積層方向の一方の端部側から順に、第１積層部、第２積層部、第３積層部としたときに、第１積層部から第３積層部までの３つの積層部のうちの少なくとも２つの積層部において、第１樹脂と第２樹脂の双方を備え、第１積層部と第３積層部とでは、第１樹脂と第２樹脂の体積比率が異なっている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

衝撃吸収体であって、
第１樹脂によって構成される第１樹脂層と、前記第１樹脂よりも圧縮弾性率が小さい第２樹脂によって構成される第２樹脂層と、の積層体として形成されると共に、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層との界面を３箇所以上備えており、
前記第１樹脂と前記第２樹脂の圧縮弾性率の差は、前記第２樹脂の圧縮弾性率の大きさの２０％以上であり、
前記衝撃吸収体を、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層の積層方向に３等分して、前記積層方向の一方の端部側から順に、第１積層部、第２積層部、第３積層部としたときに、前記第１積層部から前記第３積層部までの３つの積層部のうちの少なくとも２つの積層部において、前記第１樹脂と前記第２樹脂の双方を備え、
前記第１積層部と前記第３積層部とでは、前記第１樹脂と前記第２樹脂の体積比率が異なっている
衝撃吸収体。

【請求項2】

請求項１に記載の衝撃吸収体であって、
前記第１樹脂および前記第２樹脂の各々は、共通する樹脂成分を３０質量％以上含む
衝撃吸収体。

【請求項3】

請求項２に記載の衝撃吸収体であって、
前記共通する樹脂成分は、ポリアミドである
衝撃吸収体。

【請求項4】

請求項１に記載の衝撃吸収体であって、
前記第１樹脂および前記第２樹脂のうちの少なくとも一方は、変性エラストマーを、変性エラストマー以外の他の成分の合計を１００重量部としたときに５重量部以上含む
衝撃吸収体。

【請求項5】

請求項１に記載の衝撃吸収体であって、
前記第２積層部における前記第１樹脂の体積比率は、前記第１積層部および前記第３積層部のいずれかにおける前記第１樹脂の体積比率と同じ、あるいは、前記第１積層部における前記第１樹脂の体積比率と前記第３積層部における前記第１樹脂の体積比率との間の値である
衝撃吸収体。

【請求項6】

請求項１から５までのいずれか一項に記載の衝撃吸収体を複数備える
エネルギ吸収装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、衝撃吸収体およびエネルギ吸収装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、衝撃エネルギを吸収する衝撃吸収体として、種々の形状を有する樹脂部材が提案されている。例えば、特許文献１には、樹脂を繊維で強化した複合材料で構成されたエネルギ吸収部材として、弾性率が互いに異なる複数の層が、圧潰方向と直交する方向に沿って積層されて構成され、圧潰方向の一端部が、上記部材を圧潰させる押圧部材の押圧面に対して傾斜している部材が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－５５２７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載されたエネルギ吸収部材では、当該部材の端部構造および端部形状により、圧潰方向の衝撃エネルギを吸収する際の初期特性を改善している。しかしながら、このようなエネルギ吸収を行う衝撃吸収体においては、初期特性だけでなく、衝撃吸収体全体としてのエネルギ吸収特性のさらなる向上が望まれていた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本開示の一形態によれば、衝撃吸収体が提供される。この衝撃吸収体は、第１樹脂によって構成される第１樹脂層と、前記第１樹脂よりも圧縮弾性率が小さい第２樹脂によって構成される第２樹脂層と、の積層体として形成されると共に、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層との界面を３箇所以上備えており、前記第１樹脂と前記第２樹脂の圧縮弾性率の差は、前記第２樹脂の圧縮弾性率の大きさの２０％以上であり、前記衝撃吸収体を、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層の積層方向に３等分して、前記積層方向の一方の端部側から順に、第１積層部、第２積層部、第３積層部としたときに、前記第１積層部から前記第３積層部までの３つの積層部のうちの少なくとも２つの積層部において、前記第１樹脂と前記第２樹脂の双方を備え、前記第１積層部と前記第３積層部とでは、前記第１樹脂と前記第２樹脂の体積比率が異なっている。
この形態の衝撃吸収体によれば、第１樹脂層と第２樹脂層との界面を３箇所以上備えること、第１樹脂と第２樹脂の圧縮弾性率の差は第２樹脂の圧縮弾性率の大きさの２０％以上であること、第１積層部から第３積層部までの３つの積層部のうちの少なくとも２つの積層部において、第１樹脂と第２樹脂の双方を備えること、第１積層部と第３積層部とでは第１樹脂と第２樹脂の体積比率が異なっていること、という要件を満たすことにより、衝撃吸収体のエネルギ吸収量をより大きくして、衝撃吸収体の性能を高めることができる。
（２）上記形態の衝撃吸収体において、前記第１樹脂および前記第２樹脂の各々は、共通する樹脂成分を３０質量％以上含むこととしてもよい。このような構成とすれば、隣接する第１樹脂層と第２樹脂層との間の界面における接着性を高めることができる。
（３）上記形態の衝撃吸収体において、前記共通する樹脂成分は、ポリアミドであることとしてもよい。このような構成とすれば、ポリアミドは、比較的脆性破壊を起こし難く、また、変形量に対して比較的大きな荷重を確保することが可能であるため、ポリアミドを共通する樹脂成分とすることにより、衝撃吸収体全体の性能を向上させることがより容易になる。
（４）上記形態の衝撃吸収体において、前記第１樹脂および前記第２樹脂のうちの少なくとも一方は、変性エラストマーを、変性エラストマー以外の他の成分の合計を１００重量部としたときに５重量部以上含むこととしてもよい。このような構成とすれば、第１樹脂や第２樹脂の圧縮弾性率を低下させて、所望の圧縮弾性率に調節することが容易になる。
（５）上記形態の衝撃吸収体において、前記第２積層部における前記第１樹脂の体積比率は、前記第１積層部および前記第３積層部のいずれかにおける前記第１樹脂の体積比率と同じ、あるいは、前記第１積層部における前記第１樹脂の体積比率と前記第３積層部における前記第１樹脂の体積比率との間の値であることとしてもよい。このような構成とすれば、衝撃吸収体のエネルギ吸収量を大きくする効果を高めることができる。
（６）本開示の他の一形態によれば、エネルギ吸収装置が提供される。このエネルギ吸収装置は、（１）から（５）までのいずれか一項に記載の衝撃吸収体を複数備える。
この形態のエネルギ吸収装置によれば、衝撃エネルギを分散して吸収し、衝撃吸収能を高めることができる。
本開示は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、衝撃吸収体の製造方法や、衝撃吸収体を用いたエネルギ吸収方法などの形態で実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】衝撃吸収体の構成を模式的に表す斜視図。

【図2】衝撃吸収体と第１構造体と第２構造体の荷重－変位線図を示す説明図。

【図3】第１樹脂の圧縮弾性率の測定に係る説明図。

【図4】第２樹脂の圧縮弾性率の測定に係る説明図。

【図5】サンプルＳ２の衝撃吸収体の構成を模式的に表す斜視図。

【図6】サンプルＳ３の衝撃吸収体の構成を模式的に表す斜視図。

【図7】サンプルＳ４の衝撃吸収体の構成を模式的に表す斜視図。

【図8】サンプルＳ５の衝撃吸収体の構成を模式的に表す斜視図。

【図9】サンプルＳ６の衝撃吸収体の構成を模式的に表す斜視図。

【図10】サンプルＳ７の衝撃吸収体の構成を模式的に表す斜視図。

【図11】サンプルＳ８の衝撃吸収体の構成を模式的に表す斜視図。

【図12A】サンプルＳ１～Ｓ１２の詳細な構成を表す説明図。

【図12B】サンプルＳ１～Ｓ１２の詳細な構成を表す説明図。

【図13】サンプルＳ１～Ｓ８の仕事量および破断ひずみを示す説明図。

【図14】サンプルＳ１について行った圧縮試験の結果を示す説明図。

【図15】サンプルＳ２について行った圧縮試験の結果を示す説明図。

【図16】サンプルＳ３について行った圧縮試験の結果を示す説明図。

【図17】サンプルＳ４について行った圧縮試験の結果を示す説明図。

【図18】サンプルＳ５について行った圧縮試験の結果を示す説明図。

【図19】サンプルＳ６について行った圧縮試験の結果を示す説明図。

【図20】サンプルＳ７について行った圧縮試験の結果を示す説明図。

【図21】サンプルＳ８について行った圧縮試験の結果を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

図１は、本開示の実施形態としての衝撃吸収体１０の構成の一例を模式的に表す斜視図である。本実施形態の衝撃吸収体１０は、衝撃エネルギを受けて、衝撃エネルギの方向に変形することにより衝撃エネルギを吸収する衝撃吸収体として用いることができる。本実施形態の衝撃吸収体１０は、特定の性質を有する２種類の樹脂層を、特定の配置となるように積層して形成することにより、衝撃吸収体としての性能を高めている。

【0008】

本実施形態の衝撃吸収体１０は、第１樹脂によって構成される第１樹脂層２１と、第２樹脂によって構成される第２樹脂層２２と、の積層体として形成されており、第１樹脂層２１と第２樹脂層２２との界面を３箇所以上備えている。すなわち、衝撃吸収体１０は、合計４層以上の第１樹脂層２１および第２樹脂層２２を備えており、第１樹脂層２１および第２樹脂層２２を、それぞれ２層以上備えている。第２樹脂は、第１樹脂よりも圧縮弾性率が小さく、第１樹脂よりも柔らかい樹脂である。本実施形態では、第１樹脂と第２樹脂の圧縮弾性率の差は、第２樹脂の圧縮弾性率の大きさの２０％以上となっている。なお、図１、および、後述する図５～図１１には、方向を特定するために、互いに直交するＸＹＺ軸を示している。Ｚ軸は鉛直方向を示し、Ｘ軸およびＹ軸は水平方向を示している。Ｚ軸方向は、第１樹脂層２１および第２樹脂層２２の積層方向に対応しており、図１では、想定される衝撃エネルギの向きが－Ｚ軸方向である場合に、衝撃吸収のために衝撃吸収体１０が配置される様子を示している。ただし、衝撃吸収体１０は異なる向きに配置してもよく、例えば、想定される衝撃エネルギと上記積層方向とが平行となるように衝撃吸収体１０を配置すればよい。

【0009】

図１では、衝撃吸収体１０を積層方向に３等分した様子を示しており、３等分した各部は、＋Ｚ軸側（鉛直上方側）から順に、第１積層部１１、第２積層部１２、第３積層部１３として示している。衝撃吸収体１０では、上記３つの積層部のうちの少なくとも２つの積層部において、第１樹脂と第２樹脂の双方を備えている。ここで、「第１樹脂層２１と第２樹脂層２２の双方を備えている」とせずに「第１樹脂と第２樹脂の双方を備えているとしているのは、隣接する積層部間の境界が、いずれかの第１樹脂層２１あるいは第２樹脂層２２における積層方向の中程の位置に存在する場合を含むためである。

【0010】

また、衝撃吸収体１０において、第１積層部１１と第３積層部１３とでは、第１樹脂と第２樹脂との体積比率が異なっている。図１では、鉛直方向（Ｚ軸方向）下方に配置された第３積層部１３の方が、鉛直方向上方に配置された第１積層部１１よりも、第１樹脂の体積比率が高い様子を示している。

【0011】

このとき、第２積層部１２における第１樹脂の体積比率は、第１積層部１１および第３積層部１３のいずれかにおける第１樹脂の体積比率と同じ、あるいは、第１積層部１１における第１樹脂の体積比率と第３積層部１３における第１樹脂の体積比率との間の値であることが好ましい。また、第１積層部１１から第３積層部１３までの各層においても、第３積層部１３が配置される側の端部、すなわち、鉛直方向（Ｚ軸方向）下方の端部側ほど、第１樹脂の体積比率が高い方が望ましい。さらに、衝撃吸収体１０においては、衝撃吸収体１０全体の体積の半分以上が、圧縮弾性率がより高い樹脂である第１樹脂によって構成されることが好ましい。

【0012】

第１樹脂および第２樹脂の各々の圧縮弾性率は、例えば、３００ＭＰａ以上とすることが好ましく、４００ＭＰａ以上とすることがより好ましく、５００ＭＰａ以上とすることがさらに好ましい。また、第１樹脂および第２樹脂の各々の圧縮弾性率は、１５０００ＭＰａ以下とすることが好ましく、１４０００ＭＰａ以下とすることがより好ましく、１３０００ＭＰａ以下とすることがさらに好ましい。このような圧縮弾性率は、衝撃吸収体１０において想定される吸収すべき衝撃エネルギの大きさや衝撃力が加えられる態様等に応じて、適宜設定すればよい。

【0013】

また、既述したように、本実施形態では、第１樹脂と第２樹脂の圧縮弾性率の差は、第２樹脂の圧縮弾性率の大きさの２０％以上となっているが、第２樹脂の圧縮弾性率の大きさの３００％以下とすることが好ましい。

【0014】

第１樹脂および第２樹脂としては、種々の樹脂を採用可能であるが、例えば、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリアミド６やポリアミド６６などのポリアミド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルに代表される各種結晶性ポリマーおよびポリカーボネート、あるいは、ポリメタクリル酸メチルなどの非晶性ポリマーを好適に用いることが可能である。また、これらのポリマーから選択される複数種類のポリマーを混合したポリマーブレンドを用いることとしてもよい。また、第１樹脂および第２樹脂は、上記したような各種のポリマーやポリマーブレンドに対して、さらにエラストマーなどの軟質樹脂を混合したものであってもよい。あるいは、第１樹脂および第２樹脂は、ガラス繊維などの無機フィラーのような、樹脂成分以外の成分をさらに混合した樹脂組成物とすることもできる。第１樹脂および第２樹脂は、圧縮弾性率に係る既述した条件を満たすように、適宜選択すればよい。

【0015】

上記した第１樹脂および第２樹脂の各々は、共通する樹脂成分を３０質量％以上含むことが好ましい。このように、第１樹脂および第２樹脂が共通する樹脂成分を含むことにより、隣接する第１樹脂層２１と第２樹脂層２２との間の界面における接着性を高めることができる。隣接する第１樹脂層２１と第２樹脂層２２との間の界面における接着性を高める観点からは、第１樹脂および第２樹脂の各々は、共通する樹脂成分を４０質量％以上含むことがより好ましく、５０質量％以上含むことがさらに好ましい。隣接する第１樹脂層２１と第２樹脂層２２との間で共通する樹脂成分としては、例えばポリアミドを用いることが望ましい。ポリアミドは一般に、圧縮弾性率の観点から、比較的脆性破壊を起こし難く、また、変形量に対して比較的大きな荷重を確保することが可能であり、衝撃吸収体の母材として好適に用いることができる。

【0016】

上記した第１樹脂および第２樹脂のうちの少なくとも一方は、変性エラストマーを、変性エラストマー以外の他の成分の合計を１００重量部としたときに５重量部以上含むこととしてもよい。このように変性エラストマーを加えることにより、第１樹脂や第２樹脂の圧縮弾性率を低下させて、所望の圧縮弾性率に調節することが容易になる。第１樹脂や第２樹脂における変性エラストマーの添加量は、例えば、変性エラストマー以外の他の成分の合計を１００重量部としたときに、５０重量部以下の範囲で適宜調節すればよい。

【0017】

衝撃吸収体１０は、例えば、３Ｄプリンタ（３次元造形装置）を用いて製造することができる。３Ｄプリンタの中では、樹脂材料の選択の自由度が比較的高いため熱溶解積層方式のものが好ましい。３Ｄプリンタを用いることで、所望の形状の衝撃吸収体１０を容易に作製可能になり、より多数の第１樹脂層２１および第２樹脂層２２を積層して衝撃吸収体１０を作製することが容易になる。ただし、衝撃吸収体１０の製造方法は特に限定されず、異なる樹脂である第１樹脂および第２樹脂によって構成される第１樹脂層２１および第２樹脂層２２を積層した構造を形成可能であればよい。例えば、射出成形により第１樹脂層２１および第２樹脂層２２を１層ずつ作製した後に、各層を所望の順序で貼り合わせることとしてもよい。

【0018】

図１に示す衝撃吸収体１０は円筒状であるが、衝撃吸収体１０の形状は円筒状以外の形状であってもよい。例えば、円柱状としてもよい。また、円筒状や円柱状のような横断面（図１におけるＸＹ平面に平行な面であり、積層方向に垂直な面）が円形となる形状の他、横断面が三角形、四角形、あるいはその他の多角形となる形状など、種々の形状を採用可能である。また、横断面の径が積層方向に変化する形状であってもよい。例えば、後述する図７に示すように、全体の外形がコーン型あるいは円錐台型のような末広がり形状であってもよい。このように、衝撃吸収体１０の形状を、衝撃吸収体１０の設置面に対して衝撃吸収体１０の側面が傾斜する形状とする場合には、衝撃吸収体１０を側面視したとき（Ｚ軸に垂直な方向から見たとき）に、設置面に対して衝撃吸収体１０の側面が成す角度は、例えば４５°以上１３５°以下とすることができる。このような形状であれば、既述した３Ｄプリンタを用いて容易に作製することができる。

【0019】

衝撃吸収体１０の大きさ、すなわち、衝撃吸収体１０の横断面の面積や高さは、衝撃吸収体１０が受けることが想定される衝撃エネルギの大きさや、第１樹脂および第２樹脂の種類に応じて適宜設定することができる。ここで、例えば衝撃吸収体１０を円筒状に形成する場合には、衝撃吸収体１０のアスペクト比（底面の直径に対する高さの比）は、座屈を抑制するという観点から、１０以下が好ましく、５以下がより好ましく、３以下がさらに好ましい。

【0020】

以上のように構成された本実施形態の衝撃吸収体１０によれば、第１樹脂層２１と第２樹脂層２２との界面を３箇所以上備えること、第１樹脂と第２樹脂の圧縮弾性率の差は第２樹脂の圧縮弾性率の大きさの２０％以上であること、第１積層部１１から第３積層部１３までの３つの積層部のうちの少なくとも２つの積層部において、第１樹脂と第２樹脂の双方を備えること、第１積層部１１と第３積層部１３とでは第１樹脂と第２樹脂の体積比率が異なっていること、という要件を満たすことにより、衝撃吸収体のエネルギ吸収量をより大きくして、衝撃吸収体の性能を高めることができる。

【0021】

図２は、図１に示す衝撃吸収体１０と、この衝撃吸収体１０と同じ外形形状であって第１樹脂のみによって構成される第１構造体と、上記衝撃吸収体１０と同じ外形形状であって第２樹脂のみによって構成される第２構造体とを作製し、これらについて圧縮試験を行った結果としての荷重－変位線図の一例を示す説明図である。図２に示すように、圧縮弾性率が比較的大きな第１樹脂からなる第１構造体では、荷重－変位線図の初期傾きおよび最大荷重が比較的大きくなり、破断（圧潰）までの変位量が比較的小さくなる。このとき、最大荷重が比較的大きくても、破断（圧潰）までの変位量が比較的小さいことにより、全体の仕事量（吸収できるエネルギ量）は制限されることになる。また、圧縮弾性率が比較的小さな第２樹脂からなる第２構造体では、荷重－変位線図における初期傾きおよび最大荷重が比較的小さくなり、破断（圧潰）までの変位量が比較的大きく（破断し難く）なる。このとき、破断（圧潰）までの変位量が比較的大きくても、最大荷重が比較的小さいことにより、全体の仕事量（吸収できるエネルギ量）は制限されることになる。これに対して、本実施形態の衝撃吸収体１０では、最大荷重は第１構造体よりも小さくなるものの、初期傾きが小さくなって破断（圧潰）までの変位量が比較的大きくなる。また、変位量が大きくなったときの荷重が第２構造体よりも大きくなる。その結果、全体の仕事量（吸収できるエネルギ量）を大きく確保することが可能になる。図２に示した衝撃吸収体１０の具体的な構成および圧縮試験の詳細については、後述する実施例において説明する。

【0022】

第１樹脂と第２樹脂とを用いて構成する衝撃吸収体において、第１樹脂と第２樹脂との配置を既述した配置とすることにより、衝撃吸収体が吸収できるエネルギ量を大きくできる原理は定かではないが、例えば、以下のように考えられる。すなわち、本実施形態の衝撃吸収体１０は、衝撃力を受ける構造の一端（図１に示した本実施形態の衝撃吸収体１０では、＋Ｚ軸方向側の端部）に、柔らかい材料である第２樹脂が多くあることで、初期荷重の増加が緩やかになる効果が高まる。また、構造の他端（図１に示した本実施形態の衝撃吸収体１０では、－Ｚ軸方向側の端部）に硬い材料である第１樹脂が多くあることで、変位量が大きくなったときの荷重を、より大きく増加させることができ、それらの結果として全体の仕事量（吸収できるエネルギ量）を大きく確保することが可能になる。

【0023】

さらに、本実施形態の衝撃吸収体１０では、圧縮弾性率が異なる第１樹脂層２１および第２樹脂層２２の界面が３箇所以上設けられているため、衝撃吸収体１０内における応力集中を緩和することができ、その結果、構造を破壊することなく衝撃吸収体１０が変形されて、全体の仕事量（吸収できるエネルギ量）をより大きくできると考えられる。さらに、第１樹脂層２１と第２樹脂層２２との界面では、衝撃吸収体１０に衝撃力が加えられる方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向にも衝撃吸収体１０が大きく変形しやすくなり、上記垂直な方向への変形によってもエネルギを吸収できるため、上記界面をより多く確保することにより、衝撃吸収体１０の構造破壊を抑えて、全体の仕事量（吸収できるエネルギ量）をより大きくすることができる。

【0024】

また、衝撃エネルギを吸収するために衝撃吸収体を用いる際には、用いる衝撃吸収体の形状の工夫によっても衝撃吸収能を高めることが可能であるが、本実施形態の衝撃吸収体１０では、積層する樹脂の圧縮弾性率（硬さ）や各樹脂層の配置によって衝撃吸収能を高めている。そのため、本実施形態の衝撃吸収体１０によれば、衝撃エネルギを吸収するための形状の制約を抑えて、形状の自由度を高めることができる。

【0025】

本実施形態の衝撃吸収体１０を用いて、衝撃力を吸収するためのエネルギ吸収装置を構成する場合には、エネルギ吸収装置は、単一の衝撃吸収体１０を備えることとしてもよいが、複数の衝撃吸収体１０を備えることとしてもよい。複数の衝撃吸収体１０を備えることにより、衝撃エネルギを分散して吸収し、衝撃吸収能を高めることができる。衝撃吸収体１０を複数備える場合には、設置面に対する衝撃吸収体１０の配置の向きを揃えることが望ましい。

【実施例0026】

＜第１樹脂および第２樹脂＞
第１樹脂および第２樹脂を構成する材料として、以下の２種類の材料を用いた。
・ポリアミド６（以下、「ＰＡ６」と記載）：東レ株式会社製 ＣＭ１０１７
・変性エチレンブチレン系エラストマー（以下、「ｍ－ＥＢＲ」と記載）：三井化学株式会社製 タフマー（登録商標） ＭＨ７０２０

【0027】

（第１樹脂の調整）
ＰＡ６を１ｋｇ／ｈの投入速度で二軸押出機（株式会社テクノベル製、二軸押出機、KZW15-60MG）に投入し、混練温度２５０℃、スクリュ―回転数７２ｒｐｍの条件で混練を行い、直径約１．７ｍｍの３次元造形用のフィラメント（以下、「第１樹脂材料」と呼ぶ）を作製した。

【0028】

（第２樹脂の調整）
ＰＡ６を０．７ｋｇ／ｈ、ｍ－ＥＢＲを０．３ｋｇ／ｈの投入速度で二軸押出機（株式会社テクノベル製、二軸押出機、KZW15-60MG）に投入し、混練温度２５０℃、スクリュ―回転数７２ｒｐｍの条件で混練を行い、直径約１．７ｍｍの３次元造形用のフィラメント（以下、「第２樹脂材料」と呼ぶ）を作製した。

【0029】

（圧縮弾性率の測定）
３次元造形装置（FLASHFORGE社製、Creator Pro2）を用い、上記した第１樹脂材料を材料として、１辺の長さが８ｍｍの立方体形状に成形し、第１樹脂の圧縮弾性率測定用の第１樹脂部材を作製した。また、３次元造形装置（FLASHFORGE社製、Creator Pro2）を用い、上記した第２樹脂材料を材料として、1辺の長さが８ｍｍの立方体形状に成形し、第２樹脂の圧縮弾性率測定用の第２樹脂部材を作製した。

【0030】

上記第１樹脂部材および第２樹脂部材を用いて圧縮試験を行い、第１樹脂および第２樹脂の圧縮弾性率を測定した。圧縮試験は、万能試験機(インストロン社製、材料試験機、4302型)を用いて、変位速度２．０［ｍｍ／ｍｉｎ］、最大変位量１［ｍｍ］、試行回数Ｎ＝３で行った。圧縮試験により得られた応力［ＭＰａ］－変位［ｍｍ］線図において、変位量０．２ｍｍから０．４ｍｍの範囲(全体高さの２．５％から５．０％の範囲)の傾き量を、圧縮弾性率［ＭＰａ］とした。

【0031】

図３は、第１樹脂の圧縮弾性率の測定に係る説明図であり、図４は、第２樹脂の圧縮弾性率の測定に係る説明図である。図３（Ａ）および図４（Ａ）は、応力－変位線図であり、弾性率の計算に用いた範囲にはハッチングを付している。図３（Ｂ）および図４（Ｂ）は、圧縮弾性率の測定結果を示しており、それぞれ、３回測定した測定値と、平均値と、標準偏差とを示している。図３および図４に示すように、第１樹脂と第２樹脂の圧縮弾性率の差は、第２樹脂の圧縮弾性率の大きさの２０％以上となっている。

【0032】

＜各種衝撃吸収体の作製＞
上記した第１樹脂材料および第２樹脂材料を用いて、第１樹脂層２１および第２樹脂層２２の配置の態様等が種々異なる衝撃吸収体を作製して、衝撃吸収能を評価した。ここでは、衝撃吸収体として以下にサンプルＳ１～サンプルＳ８として説明する８種の樹脂構造体を作製した。

【0033】

図５～図１１は、サンプルＳ２～Ｓ８の衝撃吸収体の各々の構成を模式的に表す斜視図である。サンプルＳ１の構成は、既述した図１に示している。

【0034】

各衝撃吸収体は、３次元造形装置（FLASHFORGE社製、Creator Pro2）を用いて円筒状に形成した。具体的には、サンプルＳ１～Ｓ３、およびサンプルＳ５～Ｓ８は、厚さ０．２ｍｍの円環状の樹脂層を６０層積層することにより、円筒状の造形物を作製した。円筒状の樹脂構造体の外形寸法は、高さ１２ｍｍ、直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍである。サンプルＳ４は、同様に、厚さ０．２ｍｍの円環状の樹脂層を６０層積層することにより、高さ１２ｍｍ、厚さ１ｍの筒状に形成されているが、横断面の直径が１２ｍｍから８ｍｍへと（＋Ｚ軸方向に向かって）線形的に変化するように形成されている。以下では、３Ｄプリンタにより形成する厚さ０．２ｍｍの円環状の樹脂層を「単位層」と呼び、第１樹脂によって形成される単位層を「第１単位層」と呼び、第２樹脂によって形成される単位層を「第２単位層」と呼ぶ。

【0035】

図１２Ａおよび図１２Ｂは、サンプルＳ１～Ｓ８の詳細な構成を表す説明図である。すなわち、上記のように円環状の樹脂を６０層積層した各サンプルを構成する各単位層が、第１単位層であるか第２単位層であるかを示している。ここでは、最上層（図１に示す＋Ｚ軸側端部の層）を単位層番号１としており、最下層（図１に示す－Ｚ軸側端部の層）を単位層番号６０として、第１単位層と第２単位層の配置の順序を示している。第１積層部１１は番号１～２０の単位層によって構成され、第２積層部１２は番号２１～４０の単位層によって構成され、第３積層部１３は番号４１～６０の単位層によって構成される。また、既述した第１樹脂層２１とは、連続して配置されるひとかたまりの第１単位層を指し、第２樹脂層２２とは、連続して配置されるひとかたまりの第２単位層を指す。

【0036】

図１に示すサンプルＳ１は、図１２Ａおよび図１２Ｂに示した構成を有しており、第１積層部１１、第２積層部１２、第３積層部１３の各々における第１樹脂と第２樹脂との体積比率（第１単位層の数と第２単位層の数との比）は、順に、（第１樹脂：第２樹脂）＝１：９、５：５、９：１となっている。

【0037】

同様に、図５に示すサンプルＳ２では、第１積層部１１、第２積層部１２、第３積層部１３の各々における第１樹脂と第２樹脂との体積比率（第１単位層の数と第２単位層の数との比）は、順に、（第１樹脂：第２樹脂）＝５：５、９：１、９：１となっている。

【0038】

図６に示すサンプルＳ３では、第１積層部１１、第２積層部１２、第３積層部１３の各々における第１樹脂と第２樹脂との体積比率（第１単位層の数と第２単位層の数との比）は、順に、（第１樹脂：第２樹脂）＝５：５、９：１、１０：０となっている。

【0039】

図７に示すサンプルＳ４では、第１積層部１１、第２積層部１２、第３積層部１３の各々における第１樹脂と第２樹脂との比率（第１単位層の数と第２単位層の数との比）は、順に、（第１樹脂：第２樹脂）＝５：５、９：１、９：１となっている。図７に示すような末広がり形状のサンプルＳ４においても、第１積層部１１と第３積層部１３とでは、第１樹脂と第２樹脂の体積比率が異なっているといえる。また、第２積層部１２における第１樹脂の体積比率は、第１積層部１１および第３積層部１３のいずれかにおける第１樹脂の体積比率と同じ、あるいは、第１積層部１１における第１樹脂の体積比率と第３積層部１３における第１樹脂の体積比率との間の値であるといえる。

【0040】

図８に示すサンプルＳ５では、第１積層部１１、第２積層部１２、第３積層部１３の各々における第１樹脂と第２樹脂との体積比率（第１単位層の数と第２単位層の数との比）は、順に、（第１樹脂：第２樹脂）＝５：５、５：５、５：５となっている。サンプルＳ５は、第１積層部１１と第３積層部１３とを比べると第１樹脂と第２樹脂の体積比率が同じであるため、比較例のサンプルである。

【0041】

図９に示すサンプルＳ６では、第１積層部１１、第２積層部１２、第３積層部１３の各々における第１樹脂と第２樹脂との体積比率（第１単位層の数と第２単位層の数との比）は、順に、（第１樹脂：第２樹脂）＝０：１０、５：５、１０：０となっている。サンプルＳ６は、第１樹脂層２１（番号３１～６０の単位層）と第２樹脂層２２（番号１～３０の単位層）との界面の数が１箇所であるため、比較例のサンプルである。

【0042】

図１０に示すサンプルＳ７では、第１積層部１１、第２積層部１２、第３積層部１３の各々における第１樹脂と第２樹脂との体積比率（第１単位層の数と第２単位層の数との比）は、順に、（第１樹脂：第２樹脂）＝５：５、１０：０、１０：０となっている。サンプルＳ７は、第１積層部１１から第３積層部１３までの３つの積層部のうちの１つの積層部である第１積層部１１のみが、第１樹脂と第２樹脂の双方を備えるため、比較例のサンプルである。

【0043】

図１１に示すサンプルＳ８では、第１積層部１１、第２積層部１２、第３積層部１３の各々における第１樹脂と第２樹脂との体積比率（第１単位層の数と第２単位層の数との比）は、順に、（第１樹脂：第２樹脂）＝３：７、９：１、３：７となっている。サンプルＳ８は、第１積層部１１と第３積層部１３とでは、第１樹脂と第２樹脂の体積比率が同じであるため、比較例のサンプルである。

【0044】

＜圧縮試験による評価＞
（評価方法）
各サンプルについての圧縮試験を、万能試験機(インストロン社製、材料試験機、4302型)を用いて、変位速度２．０［ｍｍ／ｍｉｎ］、最大変位量８［ｍｍ］、試行回数Ｎ＝３で行った。仕事量［Ｎ・ｍ］は、圧縮試験で得られた荷重－変位線図におけるグラフで囲まれた部分の面積（［Ｎ］×［ｍ］）から求めた。破断ひずみ［％］は、最大変位量到達前にサンプルが破断した場合には、破断時の実測値としており、最大変位量到達時にサンプルの破断が生じなかった場合には、６６％以上とした。

【0045】

図１３は、サンプルＳ１～Ｓ８について上記のようにして求めた仕事量および破断ひずみの大きさをまとめて示す説明図である。図１４～図２１は、サンプルＳ１～Ｓ８について行った圧縮試験の結果を示す説明図である。図１４（Ａ）～図２１（Ａ）は、荷重－変位線図を示しており、図１４（Ｂ）～図２１（Ｂ）は、上記荷重－変位線図から求めた仕事量の値と、その平均値および標準偏差をまとめて示している。図１３では、図１４（Ｂ）～図２１（Ｂ）に示す各サンプルの仕事量の平均値を示している。

【0046】

なお、既述した図２に示した衝撃吸収体１０、第１構造体、および第２構造体は、上記サンプルＳ１～Ｓ８と同様に、既述した第１樹脂材料および第２材料を材料として、３次元造形装置（FLASHFORGE社製、Creator Pro2）を用いて円筒状に形成したサンプルであり、サンプルＳ１～Ｓ３、およびサンプルＳ５～Ｓ８と同様の条件で作製した。図２に示した衝撃吸収体１０は、サンプル１と同様に、第１積層部１１、第２積層部１２、第３積層部１３の各々における第１樹脂と第２樹脂との体積比率（第１単位層の数と第２単位層の数との比）は、順に、（第１樹脂：第２樹脂）＝１：９、５：５、９：１となっている。図２は、これらの衝撃吸収体１０、第１構造体、および第２構造体について、上記した条件で圧縮試験を行った結果を示している。

【0047】

図１３および図１４～図１７に示すように、「（ａ）第１樹脂層２１と第２樹脂層２２との界面を３箇所以上備えること」、「（ｂ）第１積層部１１から第３積層部１３までの３つの積層部のうちの少なくとも２つの積層部において、第１樹脂と前記第２樹脂の双方を備えること」、「（ｃ）第１積層部１１と第３積層部１３とでは、第１樹脂と第２樹脂の体積比率が異なっていること」、という３つの要件をすべて満たすサンプルＳ１～Ｓ４は、ひずみ（変位量）が６６％を超えても破断することがなく、高い仕事量を示した。

【0048】

図１３および図１８～図２１に示すように、既述した（ａ）～（ｃ）の３つの要件のうちの少なくともいずれかを満たさないサンプルＳ５～Ｓ８では、サンプルＳ１～Ｓ４に比べて低い仕事量を示した。特にサンプルＳ７では、比較的小さな変位量でサンプルの破断が生じた。

【0049】

本開示は、上述の実施形態等に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0050】

本開示は、以下の形態としても実現することが可能である。
［適用例１］
衝撃吸収体であって、
第１樹脂によって構成される第１樹脂層と、前記第１樹脂よりも圧縮弾性率が小さい第２樹脂によって構成される第２樹脂層と、の積層体として形成されると共に、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層との界面を３箇所以上備えており、
前記第１樹脂と前記第２樹脂の圧縮弾性率の差は、前記第２樹脂の圧縮弾性率の大きさの２０％以上であり、
前記衝撃吸収体を、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層の積層方向に３等分して、前記積層方向の一方の端部側から順に、第１積層部、第２積層部、第３積層部としたときに、前記第１積層部から前記第３積層部までの３つの積層部のうちの少なくとも２つの積層部において、前記第１樹脂と前記第２樹脂の双方を備え、
前記第１積層部と前記第３積層部とでは、前記第１樹脂と前記第２樹脂の体積比率が異なっている
衝撃吸収体。
［適用例２］
適用例１に記載の衝撃吸収体であって、
前記第１樹脂および前記第２樹脂の各々は、共通する樹脂成分を３０質量％以上含む
衝撃吸収体。
［適用例３］
適用例２に記載の衝撃吸収体であって、
前記共通する樹脂成分は、ポリアミドである
衝撃吸収体。
［適用例４］
適用例１から３までのいずれか一項に記載の衝撃吸収体であって、
前記第１樹脂および前記第２樹脂のうちの少なくとも一方は、変性エラストマーを、変性エラストマー以外の他の成分の合計を１００重量部としたときに５重量部以上含む
衝撃吸収体。
［適用例５］
適用例１から４までのいずれか一項に記載の衝撃吸収体であって、
前記第２積層部における前記第１樹脂の体積比率は、前記第１積層部および前記第３積層部のいずれかにおける前記第１樹脂の体積比率と同じ、あるいは、前記第１積層部における前記第１樹脂の体積比率と前記第３積層部における前記第１樹脂の体積比率との間の値である
衝撃吸収体。
［適用例６］
適用例１から５までのいずれか一項に記載の衝撃吸収体を複数備える
エネルギ吸収装置。

【符号の説明】

【0051】

１０…衝撃吸収体
１１…第１積層部
１２…第２積層部
１３…第３積層部
２１…第１樹脂層
２２…第２樹脂層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】