JP2014105871A - エネルギー吸収デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】伸張時および圧縮時の両方で負荷または衝撃力に応答して運動エネルギーを散逸させる、エネルギー吸収デバイスを提供する。
【解決手段】エネルギー吸収デバイス１０は、第１の端部３１６および第１の端部とは長手方向反対側にある第２の端部３１８を有するハウジング３２８と、第１の端部に近接して位置付けられた圧潰部材３２０と、圧潰部材から長手方向に間隔を空けられた停止部材３２２と、圧潰部材と停止部材との間に位置付けられたエネルギー吸収部材３２４と、圧潰部材に接続されたリンク部３１２材とを含む。
【選択図】図１

Description

本開示は、全体として、エネルギー吸収メカニズムに関し、より詳細には、伸張時および圧縮時の両方でエネルギーを吸収する、圧潰可能なエネルギー吸収部材を有するエネルギー吸収デバイスに関する。

衝撃または他の突発的な力の結果としての運動エネルギーを散逸させるため、様々なエネルギー吸収デバイスが使用されている。かかるエネルギー吸収デバイスは、一般的に、ゴムの圧縮もしくは伸長、鋼ばねの屈曲、金属ワイヤの冷間加工、またはねじり棒の捻回など、構造部材のヒステリシス、狭いオリフィスを通る流体のフローなどの流体摩擦、空圧式の緩衝装置などのガスの圧縮、スティッチ溶着の裂けなどの制御された布地の破損などの方法を使用する。

しかし、これらのデバイスおよび方法は、一般的に、複合材料管の制御された圧潰において見出される比エネルギー量（即ち、単位質量当たりのエネルギー）に合致することができない。さらに、これらのデバイスおよび方法は、伸張方向または圧縮方向どちらかの一方向でのみエネルギーを吸収するように設計されている。

したがって、当業者であれば、負荷または衝撃力に応答して運動エネルギーを散逸させる、エネルギー吸収デバイスの分野における研究および開発の努力を継続している。

一実施形態では、開示されるエネルギー吸収デバイスは、圧潰部材（crushing member）を有する第１の端部と、圧潰部材から長手方向に間隔を空けられた停止部材と、圧潰部材と停止部材との間に位置付けられたエネルギー吸収部材と、第１の端部とは長手方向反対側にある第２の端部と、圧潰部材と第２の端部との間に接続されたリンク部材とを含んでもよい。

別の実施形態では、開示されるエネルギー吸収デバイスは、第１の端部および第１の端部とは長手方向反対側にある第２の端部を有するハウジングと、第１の端部に近接して位置付けられた圧潰部材と、圧潰部材から長手方向に間隔を空けられた停止部材と、圧潰部材と停止部材との間に位置付けられたエネルギー吸収部材と、圧潰部材に接続されたリンク部材とを含んでもよい。

別の実施形態では、開示されるエネルギー吸収デバイスは、第２の端部とは長手方向反対側にある第１の端部を有し、内容積を画定するハウジングと、ハウジングの第１の端部に近接して内容積に受け入れられる長手方向に移動可能な圧潰部材と、ハウジングの第２の端部に近接して内容積に受け入れられる長手方向に移動可能な停止部材と、ハウジングの第２の端部に近接して停止部材と解放可能に接触している端部継手（end fitting）と、第２の端部とは長手方向反対側にある第１の端部を有するリンク部材であって、リンク部材の第１の端部が圧潰部材に接続され、リンク部材の第２の端部が端部継手に接続された、リンク部材と、内容積に受け入れられるエネルギー吸収部材であって、圧潰部材と停止部材との間に延在するエネルギー吸収部材とを含んでもよい。

別の実施形態では、開示されるエネルギー吸収デバイスは、第２の端部とは長手方向反対側にある第１の端部を有する第１のハウジング、および第２の端部とは長手方向反対側にある第１の端部を有する第２のハウジングを有するハウジングであって、第２のハウジングが第１のハウジングに移動可能に連結されて内容積を画定する、ハウジングと、ハウジングの第１の端部に近接して内容積に受け入れられる長手方向に移動可能な圧潰部材と、第２のハウジングの第２の端部に近接して内容積に受け入れられる長手方向に移動可能な停止部材と、第２のハウジングの第２の端部に近接して停止部材と解放可能に接触している端部継手と、第２の端部とは長手方向反対側にある第１の端部を有するリンク部材であって、リンク部材の第１の端部が圧潰部材に接続され、リンク部材の第２の端部が端部継手に接続された、リンク部材と、内容積に受け入れられるエネルギー吸収部材であって、圧潰部材と停止部材との間に延在するエネルギー吸収部材とを含んでもよく、停止部材が、第２のハウジングの第２の端部の内側に延在するリップを含んでもよい。

別の実施形態では、圧縮力に応答してエネルギーを吸収する方法が開示され、方法は、（１）第１の構造部材を提供するステップと、（２）第２の構造部材を提供するステップと、（３）圧潰部材を有する第１の端部と、圧潰部材から長手方向に間隔を空けられた停止部材と、圧潰部材と停止部材との間に位置付けられたエネルギー吸収部材と、第１の端部とは長手方向反対側にある第２の端部と、圧潰部材と第２の端部との間に接続されたリンク部材とを含んでもよい、少なくとも１つのエネルギー吸収部材を提供するステップと、（４）エネルギー吸収部材を第１および第２の構造部材の間に連結するステップと、（５）第１および第２の構造部材の間で圧縮力を加えるステップと、（６）圧縮力に応答して第１および第２の端部を共に付勢するステップと、（７）エネルギー吸収部材を圧潰部材と停止部材との間で圧潰して運動エネルギーを散逸させるステップとを含んでもよい。

さらに別の実施形態では、張力に応答してエネルギーを吸収する方法が開示され、方法は、（１）第１の構造部材を提供するステップと、（２）第２の構造部材を提供するステップと、（３）圧潰部材を有する第１の端部と、圧潰部材から長手方向に間隔を空けられた停止部材と、圧潰部材と停止部材との間に位置付けられたエネルギー吸収部材と、第１の端部とは長手方向反対側にある第２の端部と、圧潰部材と第２の端部との間に接続されたリンク部材とを含んでもよい、少なくとも１つのエネルギー吸収部材を提供するステップと、（４）エネルギー吸収部材を第１および第２の構造部材の間に連結するステップと、（５）第１および第２の構造部材の間で張力を加えるステップと、（６）張力に応答して第１および第２の端部を互いから離れる方向に付勢するステップと、（７）エネルギー吸収部材を圧潰部材と停止部材との間で圧潰して運動エネルギーを散逸させるステップとを含んでもよい。

開示されるエネルギー吸収デバイスの他の実施形態は、以下の詳細な説明、添付図面、および添付の請求項から明白になるであろう。

開示されるエネルギー吸収デバイスの一実施形態の概略図である。 圧縮力に応答した状態で示される図１の開示されるエネルギー吸収デバイスの概略図である。 張力に応答した状態で示される図１の開示されるエネルギー吸収デバイスの概略図である。 開示されるエネルギー吸収デバイスの別の実施形態の正面図である。 圧縮行程の状態で示される図４の開示されるエネルギー吸収デバイスの正面図である。 伸張行程の状態で示される図４の開示されるエネルギー吸収デバイスの正面図である。 断面で示される図４の開示されるエネルギー吸収デバイスの側面図である。 圧潰の境界面を示す図７の開示されるエネルギー吸収デバイスの拡大断面図である。 連結の境界面を示す図７の開示されるエネルギー吸収デバイスの拡大断面図である。 図４の開示されるエネルギー吸収デバイスの切欠図である。 図５の開示されるエネルギー吸収デバイスの切欠図である。 図６の開示されるエネルギー吸収デバイスの切欠図である。 圧縮力に応答してエネルギーを吸収する開示される方法の一実施形態を示すフローチャートである。 張力に応答してエネルギーを吸収する開示される方法の一実施形態を示すフローチャートである。

以下の詳細な説明は、本開示の特定の実施形態を例証する添付図面について言及する。異なる構造および動作を有する他の実施形態は、本開示の範囲から逸脱するものではない。同様の参照番号は、異なる図面における同じ要素または構成要素を指すことがある。

図１〜３を参照すると、全体として３１０で指定される、開示されるエネルギー吸収デバイスの一実施形態は、支柱およびタイの両方に機能的に等価なもの（即ち、圧縮力３１２（図２）および張力３１４（図３）の両方に抵抗し、両方の力からエネルギーを吸収する）を含んでもよい。エネルギー吸収デバイス３１０は、本開示全体を通して、全体的に、エネルギー吸収装置、吸収デバイス、またはデバイスと呼ばれることがある。

デバイス３１０は、第１の端部３１６と、長手方向反対側にある第２の端部３１８とを有するハウジング３２８を含んでもよい。第１の端部３１６および第２の端部３１８は、加えられる圧縮力３１２（図２）または加えられる張力３１４（図３）に応答して、互いに対して長手方向に移動可能であってもよい。長手方向に移動可能な圧潰部材３２０は、第１の端部３１６と第２の端部３１８との間に配設されてもよい。長手方向に移動可能な停止部材３２２は、第１の端部３１６と第２の端部３１８との間に、圧潰部材３２０から長手方向に間隔を空けて配設されてもよい。エネルギー吸収部材３２４は、圧潰部材３２０と停止部材３２４との間に配設されてもよい。リンク部材３２６は圧潰部材３２０に接続されてもよい。

圧潰部材３２０は、停止部材３２２から離れる方向での圧潰部材３２０の直線運動を物理的に制限するのに適した形で、第１の端部３１６に近接して位置付けられてもよい。停止部材３２２は、第１の端部３１６に対する停止部材３２２の長手方向運動を可能にするのに適した形で、第２の端部３１８に近接して位置付けられてもよい。加えられる圧縮力３１２に応答して、第１の端部３１６の直線運動が圧潰部材３２０に対して直線運動へと伝達されてもよく、第２の端部３１８の直線運動が停止部材３２２に対して直線運動へと伝達されてもよい（即ち、圧潰部材３２０および停止部材３２２を互いに向かって駆動する）。

圧潰部材３２０はまた、リンク部材３２６を介してなど、第１の端部３１６に対する圧潰部材３２０の長手方向運動を提供するのに適した形で、第２の端部３１８に動作可能に連結されてもよい。停止部材３２２は、圧潰部材３２０から離れる方向での直線運動を物理的に制限するのに適した形で、第１の端部３１６に動作可能に連結されてもよい。加えられる張力３１４に応答して、第２の端部３１８の直線運動が圧潰部材３２０に対して直線運動へと伝達されてもよく、第１の端部３１６の直線運動が停止部材３２２に対して直線運動へと伝達されてもよい（即ち、圧潰部材３２０および停止部材３２２を互いに向かって駆動する）。

実例となる一実施形態として、ハウジング３２８の第１の端部３１６は第１のハウジング部分と関連付けられてもよく、ハウジングの第２の端部３１８は第２のハウジング部分と関連付けられてもよい。第２の端部３１８は、取付けプレートまたは類似の剛体であってもよい。ハウジング３２８は、圧潰部材３２０、停止部材３２２、およびエネルギー吸収部材３２４を動作可能に収容する内容積３３０を含んでもよい。ハウジング３２８の第１のハウジング部分は、第１の端部３３２と、長手方向反対側にある第２の端部３３４とを含んでもよい。デバイス３１０の第１のハウジング部分の第１の端部３３２および第２のハウジング部分（第２の端部３１８）は、衝突力を経験することがある対向する構造部材に締結されるか、取り付けられるか、または別の形で付着されてもよい。

無負荷状態（図１）のとき、圧潰部材３２０は、第１のハウジング部分の第１の端部３３２に近接して内容積３３０内に受け入れられてもよい。停止部材３２２は、第１のハウジング部分の第２の端部３３４に近接して内容積３３０内に受け入れられてもよい。エネルギー吸収部材３２４は、圧潰部材３２０と停止部材３２２との間で内容積３３０内に受け入れられてもよい。エネルギー吸収部材３２４は、圧潰部材３２０もしくは停止部材３２２、または圧潰部材３２０および停止部材３２２の両方と接触していてもよい。

加えられる圧縮力３１２（図２）に応答して、第１の端部３１６および第２の端部３１８は互いに向かって押しやられてもよい。それに相応して、第１のハウジング部分の第１の端部３３２は、圧潰部材３２０を停止部材３２２に向かって（即ち、圧縮力３１２の方向で）長手方向に駆動してもよい。第２の端部３１８は、停止部材３２２を圧潰部材３２０に向かって（即ち、圧縮力３１２の方向で）長手方向に駆動してもよい。エネルギー吸収部材３２４は、運動エネルギーを減衰し吸収するため、圧潰部材３２０と停止部材３２２との間で圧潰されてもよい。

加えられる張力３１４（図３）に応答して、第１の端部３１６および第２の端部３１８は互いから離れる方向に押しやられてもよい。それに相応して、第１の端部３１６は、停止部材３２２を圧潰部材３２０に向かって（即ち、張力３１４の方向で）長手方向に駆動してもよい。第２の端部３１８は、リンク部材３２６を介して圧潰部材３２０を停止部材３２２に向かって（即ち、張力３１４の方向で）長手方向に駆動してもよい。エネルギー吸収部材３２４は、運動エネルギーを減衰し吸収するため、圧潰部材３２０と停止部材３２２との間で圧潰されてもよい。

所与の構成では、デバイス３１０に圧縮力または張力のどちらが作用しても、エネルギー吸収部材３２４は、エネルギーを吸収するために圧潰部材３２０と停止部材３２２との間で圧潰されてもよい。

デバイス３１０の第１の端部３１６および第２の端部３１８に加えられる力に応答して、圧潰部材３２０および停止部材３２２がハウジング３２８に対して長手方向に移動可能であってもよいように、ハウジング３２８は、圧潰部材３２０、停止部材３２２、およびエネルギー吸収部材３２４を動作可能に収容するのに適した様々な構造的構成を含んでもよいことを、当業者であれば理解することができる。

例えば、ハウジング３２８は、剛性の側壁と、閉じた第１のハウジング部分の第１の端部３３２と、開いた第１のハウジング部分の第２の端部３３４とを含んでもよい。閉じた第１のハウジング部分の第１の端部３３２は、圧縮中の圧潰部材３２０の運動を物理的に制限してもよい。開いた第１のハウジング部分の第２の端部３３４は、伸張中の停止部材３２２の運動を物理的に制限する、フランジ、リップ、または他の内側に突き出た突起部３３６を含んでもよい。開いた第１のハウジング部分の第２の端部３３４はまた、圧縮中に停止部材３２２と接触するために、デバイス３１０の第２の端部３１８（例えば、第２のハウジング部分）を受け入れるように適切にサイズ決めされてもよい。停止部材３２２は、圧潰部材３２０とデバイス３１０の第２の端部３１８との間をリンク部材３２６が通り抜けるための、少なくとも１つのアパーチャまたは他の通路を含んでもよい。

別の例として、ハウジング３２８は、圧縮中に圧縮されてもよく、伸張中の過伸展を防ぐために第１の端部と第２の端部との間に一連の強化材（strengtheners）を有してもよい、可撓性または波形の側壁を有してもよい（図示なし）。ハウジング３２８の側壁は、エネルギー吸収部材３２４の圧縮強さよりも高い引っ張り強さを有してもよい。かかる例では、停止部材３２２は、第１のハウジング部分の第２の端部３３４に付着されてもよく、ハウジングが圧縮するにつれて圧潰部材３２０に向かって長手方向に移動してもよい。

図４〜６を参照すると、開示されるエネルギー吸収デバイス１０の別の実施形態では、第１の（例えば、外側）ハウジング部分３８は、デバイス１０が第１の端部１６および第２の端部１８を有するようにして、第２の（例えば、内側）ハウジング部分４０に連結されてもよい。第１のハウジング部分３８は、第１の（例えば、上側）端部４２と、長手方向反対側の第２の（例えば、下側）端部４４とを含んでもよい。第２のハウジング部分４０は、第１の（例えば、上側）端部４６と、長手方向反対側の第２の（例えば、下側）端部４８とを含んでもよい。

本開示全体にわたって、第１のハウジング部分３８は外側ハウジングであるものとして示されてもよく、第２のハウジング部分４０は内側ハウジングであるものとして示されてもよいが、第１のハウジング部分３８は内側ハウジングであってもよく、第２のハウジング部分４０は外側ハウジングであってもよく、かかる識別はいかなる形でも限定を意味するものではないことを、当業者であれば理解することができる。第２の端部１８は、第２のハウジング部分の第２の端部４８に解放可能に接続された端部継手５０を含んでもよい。さらに、「前部」または「後部」または「左側」または「右側」または「頂部」または「底部」または「下方」または「上方」または「上側」または「下側」または「水平」または「垂直」などの相対語は、本明細書では、図面に示されるような、別の要素、特徴、または領域に対するある要素、特徴、または領域の関係を説明するのに使用されることがある。これらの用語は、図面に描写される向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含しようとするものであることを、当業者であれば理解することができる。

第１のロッド端部５２は、第１のハウジング部分の第１の端部４２に直接付着されてもよい。第１のロッド端部５２は、薄ナット５４とねじ接続部の反対側にある第１の球面軸受５６などによって、第１のハウジング部分の第１の端部４２（ねじ接続部）に付着される、ねじ山付き端部を有してもよい。使用の際、第１のロッド端部５２は、例えば、助手席もしくはペイロードと航空機のフレームとの間で、外力が作用してもよい第１の構造的特徴に連結されるか、または別の形で付着されてもよい。

第２のロッド端部５８は、端部継手５０に堅く付着されてもよく、第２の球面軸受６０を含んでもよい。使用の際、第２のロッド端部５８は、例えば助手席もしくはペイロードと航空機のフレームとの間で、外力が作用してもよい第１の構造的特徴に近接した第２の構造的特徴に連結されるか、または別の形で付着されてもよい。

本明細書でより詳細に後述するように、フランジ付き連結具６２は、第１のハウジング部分の第２の端部４４に付着し、第２のハウジング部分の第１の端部４６に接触して、第１のハウジング部分３８および第２のハウジング部分４０を互いに接続してデバイス１０のハウジングを形成してもよい。

図７を参照すると、第１のハウジング部分３８は、長手方向に延在する側壁６６を有する全体的に管状の本体６４を含んでもよい。第１のハウジング部分の第２の端部４４は、第１および第２のハウジング部分３８、４０を（例えば、滑動可能かつ／または挿入可能に）連結するため、第１のハウジング部分３８の内径にほぼ及ぶ開口部を含んでもよい。第２のハウジング部分４０は、長手方向に延在する側壁７０を有する全体的に管状の本体６８を含んでもよい。第２のハウジング部分の第１の端部４６は、第２のハウジング部分４０の内径にほぼ及ぶ開口部を含んでもよい。第１のハウジング部分３８および第２のハウジング部分４０は結合して、圧潰部材２０、停止部材２２、エネルギー吸収部材２４、およびリンク部材２６を収容する、デバイス１０の第１の端部１６の内容積３０を画定してもよい。

図示される実施形態では、停止部材２２は第２のハウジング部分の第２の端部４８であってもよい。第２のハウジング部分の第２の端部４８（即ち、停止部材２２）は、リンク部材２６が通り抜け、第２のハウジング部分の第２の端部４８から外側に延在できるように、適切にサイズ決めされた開口部を含んでもよい。

図示される実施形態では、第１のハウジング部分３８および第２のハウジング部分４０は、一般に、一致する円形の断面形状を含んでもよく、その場合、第２のハウジング部分４０の外寸は第１のハウジング部分３８の内寸と公差が近似している。しかし、第１および第２のハウジング部分３８、４０は、他の一致する断面形状を有してもよく、図示される実施形態はいかなる形でも限定を意味するものではないことを、当業者であれば理解することができる。

端部継手５０は、第２のハウジング部分の第２の端部４８に（例えば、解放可能に）接続されてもよい。端部継手５０は、長手方向に突出する側壁７２と、中央の陥凹区域７４とを含んでもよい。端部継手５０は、接触しているときに第２のハウジング部分の第２の端部４８を受け入れ、第２の端部を完全に覆うように適切にサイズ決めされてもよい。

圧潰部材２０は、第１のハウジング部分の第１の端部４２に近接して内容積３０内に配設されてもよい。本明細書で後述するように、圧潰部材２０は、第１の端部１６に対して（即ち、第１のハウジング部分３８および第２のハウジング部分４０内で）長手方向に（即ち、直線的に）移動可能であってもよい。

リンク部材２６は、第１の（例えば、上側）端部７６で圧潰部材２０に、第２の（例えば、下側）端部７８で端部継手５０に直接付着され、圧潰部材２０と端部継手５０との間の距離を長手方向に及んでもよい。リンク部材２６は、張力ケーブル、ワイヤロープ、金属ロッド、複合ケーブル、チェーン、ストラップなどを含んでもよい。さらに、単一のリンク部材２６のみが例として示されていることがあるが、等しい利益をもって複数のリンク部材２６が利用されてもよく、例示の実施形態はいかなる形でも限定を意味するものではないことを、当業者であれば理解することができる。したがって、第２のハウジング部分の第２の端部４８（即ち、停止部材２２）は、複数のリンク部材２６が通り抜け、第２のハウジング部分の第２の端部４８から外側に延在することができるように適切にサイズ決めされた、適当な数の開口部を含んでもよい。

内部のエネルギー吸収部材２４は、同心の第１のハウジング部分３８および第２のハウジング部分４０内に配設されてもよい。エネルギー吸収部材２４は、全体的に、第１のハウジング部分の第１の端部４２と第２のハウジング部分の第２の端部４８との間（即ち、圧潰部材２０と停止部材２２との間）を長手方向に及んでもよい。エネルギー吸収部材２４は、第１の（例えば、上側）端部８０と、長手方向反対側の第２の（例えば、下側）端部８２とを含んでもよい。エネルギー吸収部材の第１の端部８０は圧潰部材２０と接触していてもよい。エネルギー吸収部材の第２の端部８２は停止部材２２と接触していてもよい。例示の一実施形態では、停止部材２２は、第２のハウジング部分の第２の端部４８の内側に延在するリップ８４を含んでもよい。リップ８４は、第２のハウジングの側壁７０と第２のハウジング部分の第２の端部開口部との間の区域によって画定されてもよく、例えば、リップ８４は、側壁７０から垂直方向内側に延在する環状の突起部、第２のハウジング部分の第２の端部４８に付着されたエンドキャップなどであってもよい。

図示される実施形態では、エネルギー吸収部材２４は、繊維および樹脂の混合物（即ち、複合材料）から形成されたエネルギー吸収管であってもよい。繊維は、エネルギー吸収装置として機能するのに必要な強度をエネルギー吸収部材２４に提供してもよく、樹脂（即ち、マトリックス）は、繊維をまとめ、繊維に加えられるあらゆる負荷を分散させてもよい。エネルギー吸収部材２４に使用される繊維の例は、グラファイト、ケブラー、ガラス繊維、ホウ素などを含んでもよい。熱硬化性または熱可塑性樹脂のどちらかが、エネルギー吸収部材２４の構築中に繊維と混合されてもよい。繊維の向きは、エネルギー吸収部材２４のエネルギー吸収特性に影響を及ぼすことがある。繊維の向きは、エネルギー吸収管２４の長手方向軸線Ｘに対して０度〜９０度の角度で向き付けられた、一方向繊維の様々な組み合わせを含んでもよい。非限定例として、エネルギー吸収部材２４（即ち、複合材料管）はエネルギー吸収性のグラファイト・エポキシ管であってもよい。例示の一実施形態では、エネルギー吸収管２４は、準静的負荷条件下において軸線方向で圧潰されたときに、約１６０Ｊ／ｇの比エネルギーを吸収してもよい。エネルギー吸収部材２４はまた、圧縮するとエネルギーを減衰または吸収してもよい任意の適切なばね材料を含んでもよく、管状構造に限定されなくてもよいことを、当業者であれば理解することができる。

図８を参照すると、例示の一実施形態では、圧潰部材２０は、第１のハウジング部分の第１の端部４２と接触する後面８８を有する本体８６を含む、圧潰キャップ（crush cap）であってもよい。後面８８は、第１のハウジング部分の第１の端部４２の内部と面一で接触するように、平坦であるかまたは別の形で適切に形作られてもよい。圧潰部材２０は、一般に、周縁部９０が第１のハウジングの側壁６６と公差が近似してもよいように、第１のハウジング本体６４の内径の間に及んでもよく、それによって、圧潰部材２０はピストンに類似した形で第１のハウジング部分３８内で移動してもよい。リンク部材２６は部材２０の中心に付着されてもよい。圧潰部材２０の前面９２は、周縁部９０に近接した環状の陥凹部または溝９４を含んでもよい。

開示されるデバイス１０の一実施形態では、エネルギー吸収部材２０の第１の端部８０は、圧潰部材２０の溝９４内に位置付けられてもよい。溝９４の湾曲面と接触するように、面取り部がエネルギー吸収部材の第１の端部８０上に機械加工されてもよい。面取りされた第１の端部８０は、輪郭付けられたもしくは溝付きの圧潰部材２０を有さない場合に一般的であるような外向きのまたは不規則な収縮に比べてエネルギー吸収量を増加させるため、エネルギー吸収部材２０の漸進的な収縮を開始し、エネルギー吸収部材２０を溝９４の曲線に沿って内側に収縮させる、トリガーとして作用してもよい。

図９を参照すると、第２のハウジング部分の第１の端部４６は、外側に延在するフランジ９６を含んでもよい。フランジ９４は、第１のハウジングの側壁６６の内表面に対して第２の端部４４の周りで入れ子状に収まってもよい。第１のハウジングの側壁６６は、第２の端部４４の周りにおいて、ねじ山が切られた外表面９８を含んでもよい。ねじ山が切られたフランジ付き連結具６２は、第１のハウジング部分の第２の端部４４にねじ込み可能に付着して、第１のハウジング部分３８および第２のハウジング部分４０を共に接続してもよい。フランジ付き連結具６２のフランジ付き端部９９は、第２のハウジング部分の第１の端部４６のフランジ９６に接触してもよい。この構成によって、圧縮時に負荷を掛けられたとき（即ち、圧縮行程）、第１のハウジング部分３８および第２のハウジング部分４０（即ち、第１の端部１６）が同心で軸線方向移動することが可能になり（図１１）、それに相応して、伸張時に負荷を掛けられたとき（即ち、伸張行程）、（例えば、第２のハウジング部分４０の過伸展を防ぐため）第２のハウジング部分４０を第１のハウジング部分３８に対して係止することが可能になる（図１２）。

図１０〜１２を参照すると、それらの図は、圧縮力１２（図１１）に応答して（即ち、圧縮行程）、また張力１４（図１２）に応答して（即ち、伸張行程）作用しエネルギーを吸収するときの、デバイス１０によって提供される力の減衰を図示している。エネルギー吸収部材２０は、デバイス１０に掛けられる力が圧縮１２方向（図１１）であるかまたは伸張１４方向（図１２）であるかに係わらず、圧縮状態で圧潰部材２０とリップ８４（即ち、停止部材２２）との間で軸線方向に圧潰されてもよい。

デバイス１０が無負荷状態のとき（図１０）、圧潰部材２０は第１のハウジング部分の第１の端部４２に近接して位置付けられてもよく、第２のハウジング部分４０は、第２のハウジング部分の第１の端部４６のフランジ９６がフランジ付き連結具６２のフランジ付き端部９９と接触するようにして、第１のハウジング部分の第２の端部４４から外側に延在してもよく、第２のハウジング部分の第２の端部４８は、端部継手５０と解放可能に接触していてもよく、エネルギー吸収部材の第１の端部８０は、圧潰部材２０の溝９４と接触していてもよく、エネルギー吸収部材の第２の端部８２は、第２のハウジング部分の第２の端部４８のリップ８４（即ち、停止部材２２）と接触していてもよい。

デバイス１０が圧縮時に負荷を掛けられると（図１１）、第１のハウジング部分３８および第２のハウジング部分４０は互いに対して共に移動してもよく（即ち、第２のハウジング部分４０は第１のハウジング部分３８内で内側へと前後運動してもよく）、その結果、第２のハウジング部分の第２の端部４８（即ち、停止部材２２）が圧潰部材２０に向かって移動するにつれて、エネルギー吸収部材の第１の端部８０が圧潰部材の溝９４に押し付けられる。圧潰部材２０は、例えば閉じた第１のハウジング部分の第１の端部４２によって運動が物理的に制限されることによって、第１のハウジング部分の第１の端部４２の周りで静止したままであってもよい。エネルギー吸収部材２４が圧縮時に圧潰されるにつれて、エネルギー吸収部材の第１の端部８０は内側に収縮し始め、その結果、圧潰部材２０およびリップ８４（即ち、停止部材２２）が圧縮力１２によって互いに向かって駆動されるにつれて、エネルギー吸収部材２４の残りの本体が溝９４の円弧に追随して収縮するのにしたがってエネルギーが吸収されてもよい。リンク部材２６は、圧縮中にハウジング３８、４０の内容積３０内に集まる可撓体を有してもよい。

デバイス１０が伸張時に負荷を掛けられると（図１２）、圧潰部材２０はピストンに類似した形で、リンク部材２６によって引っ張られるのに応答して、第１のハウジング部分３８内で第１のハウジング部分の第１の端部４２に近接したところから第１のハウジング部分の第２の端部４４に近接したところまで前後運動してもよい。フランジ付き連結具６２は、フランジ９６とフランジ付き連結具６２のフランジ付き端部９９との接触を通して、第２のハウジング部分４０が過度に前後運動して第１のハウジング部分３８から外れるのを防いでもよい。エネルギー吸収部材の第１の端部８０は、エネルギー吸収部材２４が圧縮時に圧潰されるのにつれて内側に収縮し始め、その結果、圧潰部材２０およびリップ８４（即ち、停止部材２２）が張力１４によって互いに向かって駆動されるにつれて、エネルギー吸収部材２４の残りの本体が溝９４の円弧に追随して収縮するのにしたがってエネルギーが吸収されてもよい。

図１３を参照すると、圧縮力に応答してエネルギーを吸収する方法１００も開示される。方法は、ブロック１０２で、第１および第２の構造部材を提供するステップで始まってもよい。ブロック１０４で、少なくとも１つのエネルギー吸収デバイスが提供されてもよい。エネルギー吸収デバイスは、第１の端部および第２の端部を有する第１のハウジング部分と、第１のハウジング部分に接続された第２のハウジング部分であって、第２のハウジング部分内に挿入された第１の端部、および第２の端部を有する第２のハウジング部分と、第１のハウジング部分内に移動可能に配設された圧潰キャップと、第２のハウジング部分に着脱可能に接続された端部継手と、圧潰キャップと端部継手との間に付着された張力ケーブルと、ハウジング内に配設され、圧潰キャップと第２のハウジング部分の第２の端部との間に延在するエネルギー吸収部材とを含んでもよい。ブロック１０６で、エネルギー吸収デバイスは、第１および第２の構造部材の間に連結されてもよい。ブロック１０８で、圧縮力が第１および第２の構造部材の間に加えられてもよい。ブロック１１０で、エネルギー吸収デバイスは、エネルギー吸収部材が圧潰キャップと第２のハウジング部分の第２の端部との間で圧潰されてもよいようにして、第２のハウジング部分を第１のハウジング部分に押し込むことによって、圧縮力に応答して運動エネルギーを散逸させてもよい。

図１４を参照すると、張力に応答してエネルギーを吸収する方法２００も開示される。方法は、ブロック２０２で、第１および第２の構造部材を提供するステップで始まってもよい。ブロック２０４で、少なくとも１つのエネルギー吸収デバイスが提供されてもよい。エネルギー吸収デバイスは、第１の端部および第２の端部を有する第１のハウジング部分と、第１のハウジング部分に接続されてハウジングを形成する第２のハウジング部分であって、第１のハウジング部分の第２の端部内に挿入された第１の端部、および第２の端部を有する第２のハウジング部分と、ハウジング内に移動可能に配設された圧潰キャップと、第２のハウジング部分に着脱可能に接続された端部継手と、圧潰キャップと端部継手との間に付着された張力ケーブルと、ハウジング内に配設され、圧潰キャップと第２のハウジング部分の第２の端部との間に延在するエネルギー吸収部材とを含んでもよい。ブロック２０６で、エネルギー吸収デバイスは、第１および第２の構造部材の間に連結されてもよい。ブロック２０８で、張力が第１および第２の構造部材の間に加えられてもよい。ブロック２１０で、エネルギー吸収デバイスは、エネルギー吸収部材が圧潰キャップと内側ハウジングの第２の端部との間で圧潰されてもよいようにして、圧潰キャップを内側ハウジングの第２の端部に向かって付勢することによって、張力に応答して運動エネルギーを散逸させてもよい。

例示の使用は、１つまたは複数のデバイス１０を航空機の耐衝撃性の座席に付着して、機首方向、機尾方向、および横方向の全てでエネルギー減衰を可能にすることであろう。かかる使用例では、利益は、二方向（即ち、圧縮および伸張）でエネルギーを吸収する能力を備えた単一のメカニズムによってもたらされる、乗員の生存性の増加および軽量化であってもよい。デバイス１０の使用についての潜在的な用途の他の例は、地上車内のエネルギー吸収座席、航空機内の大質量品目の墜落保留（crash retention）、陸上車のフレーム対シャーシの取付け、自動車バンパーの取付け、航空機着陸装置の補助圧潰構造などを含んでもよい。

本開示の一態様によれば、第２の端部とは長手方向反対側にある第１の端部を備え、内容積を画定するハウジングと、前記第１の端部に近接して前記内容積に受け入れられる長手方向に移動可能な圧潰部材と、前記第２の端部に近接して前記内容積に受け入れられる長手方向に移動可能な停止部材と、前記ハウジングの第２の端部に近接して前記停止部材と解放可能に接触している端部継手と、第２の端部とは長手方向反対側にある第１の端部を備えるリンク部材であって、前記リンク部材の前記第１の端部が前記圧潰部材に接続され、前記リンク部材の前記第２の端部が前記端部継手に接続された、リンク部材と、前記内容積に受け入れられるエネルギー吸収部材であって、前記圧潰部材と前記停止部材との間に延在するエネルギー吸収部材とを備える、エネルギー吸収デバイスが提供される。有利には、前記エネルギー吸収部材が複合材料を含む、デバイスが提供される。さらに有利には、前記ハウジングが第１のハウジング部分および第２のハウジング部分を備える、デバイスが提供される。さらになお有利には、圧縮力に応答して前記第１のハウジング部分が前記第２のハウジング部分に対して移動すると、前記エネルギー吸収部材が前記圧潰部材と前記停止部材との間で圧潰される、デバイスが提供される。さらになお一層有利には、張力に応答して前記第１のハウジング部分が前記第２のハウジング部分に対して移動すると、前記エネルギー吸収部材が前記圧潰部材と前記停止部材との間で圧潰される、デバイスが提供される。さらになお一層有利には、前記圧潰部材が環状溝を備え、前記エネルギー吸収部材が、前記環状溝と接触している第１の端部と、前記停止部材と接触している長手方向反対側の第２の端部とを備える、デバイスが提供される。さらになお一層有利には、前記エネルギー吸収部材の第１の端部が面取りされた、デバイスが提供される。

開示されるエネルギー吸収デバイスの様々な実施形態を図示し記載してきたが、本明細書を読むことによって当業者には修正が想起されることがある。本出願は、かかる修正を含み、請求項の範囲によってのみ限定される。

１０、３１０ エネルギー吸収デバイス
１６、４２、４６、７６、８０、３１６、３３２ 第１の端部
１８、４４、４８、７８、８２、３１８、３３４ 第２の端部
２０、３２０ 圧潰部材
２２、３２２ 停止部材
２４、３２４ エネルギー吸収部材
２６、３２６ リンク部材
３０、３３０ 内容積
３８ 第１のハウジング部分
４０ 第２のハウジング部分
５０ 端部継手
５２ 第１のロッド端部
５４ 薄ナット
５６ 第１の球面軸受
５８ 第２のロッド端部
６２ フランジ付き連結具
６４、６８ 管状の本体
６６、７０ 側壁
８４ リップ
８６ 本体
８８ 後面
９０ 周縁部
９２ 前面
９４ 陥凹部または溝
９６ フランジ
９８ 外表面
９９ フランジ付き端部
３１２ 圧縮力
３１４ 張力
３２８ ハウジング
３３６ 突起部

Claims (13)

1. 第１の端部および前記第１の端部とは長手方向反対側にある第２の端部を備えるハウジングと、
   前記第１の端部に近接して位置付けられた圧潰部材と、
   前記圧潰部材から長手方向に間隔を空けられた停止部材と、
   前記圧潰部材と前記停止部材との間に位置付けられたエネルギー吸収部材と、
   前記圧潰部材に接続されたリンク部材と
   を備える、エネルギー吸収デバイス。
2. 前記圧潰部材および前記停止部材が圧縮力に応答して共に移動すると、前記エネルギー吸収部材が前記圧潰部材と前記停止部材との間で圧潰される、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記リンク部材に加えられる張力に応答して、前記エネルギー吸収部材が前記圧潰部材と前記停止部材との間で圧潰される、請求項１または２に記載のデバイス。
4. 前記エネルギー吸収部材が複合材料を含む、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. 前記ハウジングが内容積を画定し、前記圧潰部材、前記停止部材、および前記エネルギー吸収部材が前記内容積に受け入れられる、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 前記ハウジングが第１のハウジング部分および第２のハウジング部分を備える、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記圧潰部材が前記第１の端部から離れる方向で長手方向に移動可能である、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のデバイス。
8. 前記停止部材が前記第１の端部に向かって長手方向に移動可能である、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記圧潰部材が環状溝を備える、請求項１ないし８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記エネルギー吸収部材が、前記環状溝と接触している第１の端部と、前記停止部材と接触している第２の端部とを備える、請求項９に記載のデバイス。
11. 第１の構造部材を提供するステップと、
    第２の構造部材を提供するステップと、
    エネルギー吸収部材を提供するステップであって、前記エネルギー吸収部材が、
    第１の端部および前記第１の端部とは長手方向反対側にある第２の端部を備えるハウジング、
    前記第１の端部に近接して位置付けられた圧潰部材、
    前記圧潰部材から長手方向に間隔を空けられた停止部材、
    前記圧潰部材と前記停止部材との間に位置付けられたエネルギー吸収部材、ならびに
    前記圧潰部材に接続されたリンク部材
    を備える、ステップと、
    前記エネルギー吸収デバイスを前記第１の構造部材と前記第２の構造部材との間に連結するステップと
    を含む、負荷力に応答してエネルギーを吸収する方法。
12. 前記エネルギー吸収部材が、前記エネルギー吸収部材に加えられる張力に応答して、前記圧潰部材と前記停止部材との間で圧潰される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記エネルギー吸収部材が、前記エネルギー吸収部材に加えられる圧縮力に応答して、前記圧潰部材と前記停止部材との間で圧潰される、請求項１１または１２に記載の方法。

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