JP2011020642A - 衝撃吸収構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】衝撃吸収構造体を小型化する。
【解決手段】衝撃吸収構造体は、凹部を有する梁状の構造部材と、一端が前記凹部の内側に配置され、他端が前記凹部の外部に配置された衝撃吸収部材とを備える。凹部の領域では、衝撃吸収部材が底付きするデッドストロークとなった場合でも、構造部材が構造を支えるための場所と重なるため、無駄なスペースとならない。
【選択図】図7A

Description

本発明は、衝撃吸収部材の取り付け構造に関する。
炭素繊維強化プラスチックに例示される部材を用いた衝撃吸収部材が知られている。例えば角筒形状に形成された衝撃吸収部材は、その軸線方向に衝撃が加わると、軸線方向に圧壊しながら衝撃を吸収する。その結果、衝撃吸収部材が取り付けられた本体にかかる衝撃が軽減される。
航空機(例えば回転翼航空機であるヘリコプタ)、自動車等の航行体の構造体として、衝突時の衝撃吸収のために、衝撃吸収構造体が用いられる。例えば、回転翼航空機であるヘリコプタでは、不時着時における乗員の安全性確保のために、衝撃吸収構造体を備えた床下構造が提案されている。
衝撃吸収部材は、ある長さ以上が潰れると衝撃吸収部材の破壊部分の破片が衝撃吸収部材の内部に詰まり、それ以上ほとんど潰れることができず、底付きして衝撃吸収能力を失う。図1は、衝撃吸収部材における変位(潰れた長さ)と荷重との関係の例を示す。変位がBの点を超えると、衝撃荷重が急激に増加し始め、衝撃吸収能力が失われる。
図2Aは、衝撃吸収部材の取り付け構造の参考例を示す。この図は、回転翼航空機の下部に衝撃吸収部材が取り付けられた例を示す。回転翼航空機の胴体は構造梁102によって形成される。構造梁102は床板101を支持する。構造梁102に衝撃吸収部材103が取り付けられる。構造梁102の厚さがL11、衝撃吸収部材103の長さがL12、床板101から衝撃吸収部材103の端部までの長さがL13で示されている。
図2Bは、図2Aの衝撃吸収部材の軸線方向に衝撃が加わり、底付きが発生した状態を示す。破壊部分104が潰れて底付きした衝撃吸収部材103aの長さがL14で示されている。図1の底付き変位Bとの関係は、L12−L14=Bである。底付きした状態の衝撃吸収部材の長さL14はデッドストロークとなる。
底付きに対処する技術の参考例として、特許文献1を挙げる。特許文献1には、ヘリコプタの耐衝撃構造が記載されている。この技術では、各繊維強化複合材中空チューブ同士の隙間の空間、及び各繊維強化複合材中空チューブの内部の空間のうちの一部の空間にだけ発泡剤が注入される。これにより、破壊小片が発泡剤に喰い込み又は破壊小片が断面空間に収容されて破壊小片のコンパクションによる部材全体の剛化が防止され、有効ストロークが生かされる。
特許第3888630号公報
衝撃吸収部材の図2Bに示した長さL14の部分はデッドストロークであり、衝撃を吸収する能力がない。そのため十分な衝撃吸収能力を確保するには底付き分の長さL14に十分な有効ストロークを加えた長さL12の衝撃吸収部材を用いる必要がある。更に構造梁102の厚さL11が加わるため、床板101から衝撃吸収部材103の端部までの長さL13がかなり長くなる。この長さL13を確保する必要があるために、衝撃吸収部材を備えた構造体の小型化が難しくなる。
図3は、構造梁102以外の部分において床板101に衝撃吸収部材103を固定した例を示す。この場合、床板101から衝撃吸収部材103の端部までの長さは衝撃吸収部材103の長さL12であり、図2Aの場合に対して構造梁102の厚さL11だけ短くすることができる。しかしながら、このような構造では、衝撃吸収部材103に衝撃が加わったとき、その反力によって床板101が破壊されないように、床板101を補強する必要がある。そのため重量が増える。
自動車や航空機などの構造体を小型化、軽量化するために、衝撃吸収構造体の小型化、軽量化が望まれる。
以下に、[発明を実施するための形態]で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明の一側面において、衝撃吸収構造体は、凹部を有する梁状の構造部材(6)と、一端が凹部の内側に配置されて構造部材に当接し、他端が凹部の外部に配置された衝撃吸収部材(12)とを備える。
このような衝撃吸収構造体によれば、凹部の領域では、衝撃吸収部材が底付きするデッドストロークとなった場合でも、衝撃吸収部材が構造梁の場所と重なるため、無駄なスペースとならない。
本発明の他の側面において、梁状の構造部材(6)は、第1のフランジ(18)と、一端が第1のフランジ(18)の一側面に固定された第1のウェブ(20−1)と、第1のウェブ(20−1)の他端に固定され、第1のウェブ(20−1)と平行に配置された第2のフランジ(22−1)とを備える。凹部は、第1のウェブ(20−1)と第1のフランジ(18)の一側面とによって形成される。
本発明の更に他の側面において、梁状の構造部材(6)は更に、一端が第1のフランジ(18)の一側面に固定され、第1のウェブ(20−1)と平行に配置された第2のウェブ(20−2)と、第2のウェブ(20−2)の他端に固定され、第1のウェブ(20−1)と平行に且つ第2のフランジ(22−1)との間に隙間を設けて配置された第3のフランジ(22−2)とを備える。凹部は、第1のウェブ(20−1)と第2のウェブ(20−2)と第1のフランジ(18)の一側面とによって形成される。
本発明の更に他の側面において、第1のフランジ(18)の、衝撃吸収部材(12)の一端が当接する領域には貫通孔(28)が形成されている。
本発明の一側面における回転翼航空機(2)は、第1のフランジ(18)に支持された床面(30)と、梁状の構造部材(6)に支持され、床面の下側に配置された底面(8)とを備える。衝撃吸収部材(12)は、一端と他端とを結ぶ長手方向が鉛直方向を向いて配置される。
本発明の一側面における自動車(34)において、衝撃吸収部材(12)は、他端が当該自動車のフロント面(36)の方向に向くように配置される。
本発明により、衝撃吸収構造体を小型化することが可能である。
図1は、衝撃吸収部材の変位と荷重との関係を示す。 図2Aは、参考例における衝撃吸収部材の取り付け構造を示す。 図2Bは、参考例における衝撃吸収部材が底付きした状態を示す。 図3は、他の参考例における衝撃吸収部材の取り付け構造を示す。 図4は、衝撃吸収構造体を備えた回転翼航空機の側面図である。 図5は、回転翼航空機の床下構造を示す。 図6は、構造梁の構成を示す斜視図である。 図7Aは、一実施形態における衝撃吸収構造体の断面図である。 図7Bは、一実施形態における衝撃吸収構造体が底付きした状態を示す。 図8は、床面の上面図である。 図9は、構造梁の他の構成例を示す斜視図である。 図10は、他の構成例における衝撃吸収構造体の断面図である。 図11は、衝撃吸収構造体を備えた自動車の上面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図4は、本実施形態における衝撃吸収構造体を備えた回転翼航空機(特にヘリコプタ)を側面から見た断面図である。回転翼航空機2は、胴体4を備える。胴体4は床面10を備える。床面10は座席や貨物等を支持する。床面10の下に、衝撃吸収構造体が配置される。衝撃吸収構造体は構造梁6と衝撃吸収部材12とを備える。衝撃吸収部材12の下側には、胴体2の下面側の外板である底板8が構造梁6に支持されて配置される。このような回転翼航空機において、底部が地面や障害物に衝突すると、衝撃吸収部材12が圧壊しつつ衝撃を吸収することにより、胴体4の構造とその内部の搭乗員とを保護する。
図5は、回転翼航空機2の床面10の下部の構造を示す。床下に、構造梁6−1、6−2が配置される。複数の構造梁6−1は、回転翼航空機2の前後方向に平行に配置される。複数の構造梁6−2は、回転翼航空機2の左右方向に平行に配置される。構造梁6−1、6−2は、それぞれ回転翼航空機2の運用中に発生する荷重に耐荷する縦方向及び横方向強度部材である。
回転翼航空機2の床下には更に、構造梁6−1に支持されて構造梁6−1と同方向に延長するウェブ14と、構造梁6−2に支持されて構造梁6−2と同方向に延長するフレーム16とが配置される。ウェブ14とフレーム16の下端を覆うように底板8が取り付けられる。
図6は、構造梁6の構成を示す斜視図である。構造梁6は、図5の各構造梁6−1、6−2に相当する。構造梁6はフランジ18、22−1、22−2と、ウェブ20−1、20−2とを有する。フランジ18と、フランジ22−1及び22−2とは、I型構造梁における上側のフランジと下側のフランジとにそれぞれ対応する。ウェブ20−1、20−2はI型構造梁におけるウェブに対応する。但しI型構造梁と異なり、フランジ18に対して垂直に、互いに平行な2つのウェブ20−1、20−2が設けられている。2つのウェブ20−1、20−2の間には所定幅を有し構造梁6の長手方向に一定の断面形状で延長する隙間26が存在する。第1のウェブ20−1の下端は第1のフランジ22−1の一端と接続する。第1のフランジ22−1はその一端から隙間26の反対側に延長する。第2のウェブ20−1の下端は第2のフランジ22−2の一端と接続する。第2のフランジ22−2はその一端から隙間26の反対側に延長する。構造梁6は、フランジ18を上辺とし、ウェブ20−1とフランジ22−1とを左脚とし、ウェブ20−2とフランジ22−2を右脚とするπ型の断面形状を有するπ梁である。
フランジ18には貫通孔28が設けられる。貫通孔28は、フランジ18の下面側の隙間26と、フランジ18の上面側の空間とを連通する。貫通孔28は、構造梁6の長手方向に沿って複数配置される。貫通孔28が配置される位置は、衝撃吸収部材12が配置される位置である。衝撃吸収部材12は、フランジ18の下面と、第1のウェブ20−1の隙間26に面した内側面24−1と、第2のウェブ20−2の隙間26に面した内側面24−2とによって形成される凹部に一端が挿し込まれて固定される。衝撃吸収部材12の取り付けは、隙間26の内側面24−1、24−2や、ウェブ14、フレーム16などに対する接着剤を用いた接着によって行うことができる。
図7Aは、本実施形態における衝撃吸収構造体の断面図である。構造梁6の長手方向に垂直な断面が示されている。回転翼航空機2の床板30の下側の面である取付面11に構造梁6のフランジ18の上面が取り付けられる。
衝撃吸収部材12は棒状の部材であり、その長手方向は、衝撃が加わったときに潰れて圧縮される方向である圧壊方向である。衝撃吸収部材12は、長手方向を回転翼航空機2の上下方向(鉛直方向)として、その上端が構造梁6の凹部である隙間26に取り付けられる。衝撃吸収部材12の幅が隙間26の幅に接着剤の厚さを加えた幅と同一であると、取り付けが容易であり望ましい。その場合、衝撃吸収部材12の上端は隙間26に面したフランジ18の下面に当接し、側面は内側面24−1及び内側面24−2に接する。
フランジ18の衝撃吸収部材12が当接する位置に、貫通孔28が設けられる。貫通孔28が設けられた領域に対応する位置の床板30に、貫通孔32が設けられる。貫通孔28と貫通孔32とにより、衝撃吸収部材12の上端が床面10の側に露出する。貫通孔28が設けられている領域は、衝撃吸収部材12が当接するフランジ18の下面の領域よりも小さい。そのため衝撃が加わったとき、衝撃吸収部材12は上端が構造梁6のフランジ18によって支持された状態で下端側から破壊される。
図7Bに、衝撃により圧壊し、底付きした状態の衝撃吸収部材12aが示されている。衝撃吸収部材12aの底付きによるデッドストロークの長さがL5で示されている。衝撃吸収部材12aの長さL5のうち、上側のフランジ18の下面から下側のフランジ22−1、22−2の下面までの長さL3は、構造梁6と重なっている。そのため、構造梁6の外部におけるデッドストロークの長さL5−L3を短くすることができる。
図2Aの衝撃吸収構造体と比較すると、同一素材の衝撃吸収部材103と衝撃吸収部材12とを用いた場合、図2Aの構造体では、床下に必要なサイズはL13=L11+L12である。それに対して図7Aの例では、床下に必要なサイズはL2=L4+(L1−L3)である。同一サイズの衝撃吸収部材と構造梁とを用いた場合、図7Aの場合の方が、同一の有効ストロークL4−L5を確保しつつ、床下の長さL2をL3だけ小型化することができる。そのため図7Aに示すようなπ型の構造梁6を用いることにより、図2Aの場合に対して、より小さい床下構造によって同等の衝撃吸収効果を得ることができる。あるいは同じ外形寸法の胴体内に、より大きい床上空間を形成することができる。
衝撃吸収部材12が衝撃を受けて破壊が進行したとき、その破片の一部は、貫通孔28、32から床面10の上側に抜ける。その結果、衝撃吸収部材12の底付きを遅らせ、デッドストロークを小さくすることができる。従って同一の衝撃吸収効果を得るために衝撃吸収部材12の長さL4を小さくすることができ、床下構造のサイズを更に小さくすることができる。床上に破片が飛散することを防ぎたい場合は、樹脂のシートなどの飛散防止部材が貫通孔32を覆うように床面10に取り付けられる。
図8は、床面10の上から見た上面図を示す。床板30に貫通孔28が形成される。衝撃吸収部材12は、どのような断面形状でもよいが、本実施形態では図8に点線で示されるように断面が四角である。このような四角柱形状であると、π型の断面を有する構造梁6の内側面24−1、24−2と衝撃吸収部材12の側面とが面接触するため、衝撃吸収部材12を固定しやすい。
構造梁6の形状は、衝撃吸収部材12の一端を支持する凹部を有する形状ならば、他の形状でもよい。例えば衝撃吸収部材12が取り付けられる箇所にのみπ型の断面形状を有し、他の箇所では一般的なI型梁の形状の梁でもよい。しかし図6に示したような一様の断面形状を有する梁は、製造の容易さの点において優れている。図6に示したようなπ梁は、強度と製造の容易さとを両立できる点で特に優れている。
図9は、構造梁の形状の他の例を示す。構造梁6aは、図6に示したπ梁と比べて、第2のウェブ20−2と第2のフランジ22−2を省略したJ字の断面形状を有するJ梁である。図10は、この構造梁6aに衝撃吸収部材12を取り付けた衝撃吸収構造体の側面図である。この場合、フランジ18の下面側とウェブ20−1の内側面24−1とによって形成される凹部に衝撃吸収部材12が取り付けられる。この例においても、図7A、図7Bを参照して説明した効果と同様の効果を得ることができる。
図11は、本実施形態における衝撃吸収構造体を自動車に適用した例を示す上面図である。構造梁6が自動車34のフロント面36の付近に車体の幅方向を長手方向として取り付けられる。構造梁6の向きは、図6の構造梁6の例で言えば、フランジ18の面が垂直、ウェブ20−1、20−2の面が水平方向となり、フランジ18が自動車34の進行方向の後ろ側、隙間26の開口部が進行方向の前側となる向きである。構造梁6の隙間に衝撃吸収部材12が挿し込まれる。衝撃吸収部材12は、自動車34の進行方向を長手方向として固定される。このような衝撃吸収構造体によれば、自動車34の車長を抑制しつつ、高い衝撃吸収効果を得ることができる。
2 回転翼航空機
4 胴体
6 構造梁
6a 構造梁
6−1 構造梁
6−2 構造梁
8 底板
10 床面
11 取付面
12 衝撃吸収部材
12a 衝撃吸収部材
14 ウェブ
16 フレーム
18 フランジ
20−1 ウェブ
20−2 ウェブ
22−1 フランジ
22−2 フランジ
24−1 内側面
24−2 内側面
26 隙間
28 貫通孔
30 床板
32 貫通孔
34 自動車
36 フロント面
101 床板
102 構造梁
103 衝撃吸収部材
103a 衝撃吸収部材
104 破壊部分

Claims (6)

  1. 凹部を有する梁状の構造部材と、
    一端が前記凹部の内側に配置されて前記構造部材に当接し、他端が前記凹部の外部に配置された衝撃吸収部材
    とを具備する衝撃吸収構造体。
  2. 請求項1に記載された衝撃吸収構造体であって、
    前記梁状の構造部材は、
    第1のフランジと、
    一端が前記第1のフランジの一側面に固定された第1のウェブと、
    前記第1のウェブの他端に固定され、前記第1のウェブと平行に配置された第2のフランジとを備え、
    前記凹部は、前記第1のウェブと前記第1のフランジの前記一側面とによって形成される
    衝撃吸収構造体。
  3. 請求項2に記載された衝撃吸収構造体であって、
    前記梁状の構造部材は更に、
    一端が前記第1のフランジの前記一側面に固定され、前記第1のウェブと平行に配置された第2のウェブと、
    前記第2のウェブの他端に固定され、前記第1のウェブと平行に且つ前記第2のフランジとの間に隙間を設けて配置された第3のフランジとを備え、
    前記凹部は、前記第1のウェブと前記第2のウェブと前記第1のフランジの前記一側面とによって形成される
    衝撃吸収構造体。
  4. 請求項2又は3に記載された衝撃吸収構造体であって、
    前記第1のフランジの前記一端が当接する領域に貫通孔が形成されている
    衝撃吸収構造体。
  5. 請求項2から4のいずれかに記載された衝撃吸収構造体と、
    前記第1のフランジに支持された床面と、
    前記梁状の構造部材に支持され、前記床面の下側に配置された底面とを具備し、
    前記衝撃吸収部材は、前記一端と前記他端とを結ぶ長手方向が鉛直方向を向いて配置される
    回転翼航空機。
  6. 請求項1から4のいずれかに記載された衝撃吸収構造体と、
    前記衝撃吸収部材は、前記他端が当該自動車のフロント面の方向に向くように配置された
    自動車。
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