JP2019217932A

JP2019217932A - 保護フレーム付乗物

Info

Publication number: JP2019217932A
Application number: JP2018117452A
Authority: JP
Inventors: 勝幸淺井; Katsuyuki Asai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2019-12-26

Abstract

【課題】乗員を保護可能な保護フレーム付乗物を得る。【解決手段】保護フレーム付乗物１０は、アウタフレーム１２と、アウタフレーム１２の内部にアウタフレーム１２と隙間をあけて配置され、球状に組まれたインナフレーム１４と、インナフレーム１４の内部に設けられた座席１６と、アウタフレーム１２の上部に取り付けられてアウタフレーム１２の上部を覆う膜体と、インナフレーム１４とアウタフレーム１２とを連結する弾性体１８と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、保護フレーム付乗物に関する。

特許文献１には、プロテクトフレームの内部にプロペラが搭載された飛行体が開示されており、プロテクトフレームによって着陸時に飛行体本体が損傷するのを抑制することが記載されている。

特開２０１５−１１７００３号公報

しかしながら、内部に乗員が着座可能なサイズの乗物については考慮されておらず、乗員の安全を確保するには改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、乗員を保護可能な保護フレーム付乗物を得ることを目的とする。

請求項１に記載の保護フレーム付乗物は、アウタフレームと、前記アウタフレームの内部に前記アウタフレームと隙間をあけて配置され、球状に組まれたインナフレームと、前記インナフレームの内部に設けられた座席と、前記アウタフレームの上部に取り付けられて前記アウタフレームの上部を覆う膜体と、前記インナフレームと前記アウタフレームとを連結する弾性体と、を有する。

請求項１に記載の保護フレーム付乗物では、アウタフレームの内部にアウタフレームと隙間をあけて球状のインナフレームが配置されており、このインナフレームの内部には座席が設けられている。また、アウタフレームの上部には、膜体が取り付けられており、この膜体によってアウタフレームの上部が覆われている。これにより、乗物が落下した場合、膜体が空気抵抗を受けることで、乗物の落下速度を低減することができる。

また、インナフレームとアウタフレームとが弾性体によって連結されている。これにより、乗物が地面に衝突した場合にアウタフレームへ反力が作用した場合であっても、弾性体が弾性変形することでインナフレームへ入力される荷重を低減することができる。

以上説明したように、請求項１に記載の保護フレーム付乗物によれば、乗員を保護することができる。

実施形態に係る保護フレーム付乗物のアウタフレームの外形及びインナフレームの外形を含む全体構成を示す図である。実施形態に係る保護フレーム付乗物を構成するアウタフレームの外観を示す図である。実施形態に係る保護フレーム付乗物を構成するアウタフレームの外形及びインナフレームの外観を含む全体構成を示す図である。インナフレームの下部の展開状態を示す図である。図１の状態から保護フレーム付乗物が地面に衝突した状態を示す図である。実施形態に係る保護フレーム付乗物の第１変形例を示す図であり、（Ａ）にはインナフレームの外観を含む全体構成が示され、（Ｂ）には座席及び膜体を含む全体構成が示されている。実施形態に係る保護フレーム付乗物の第２変形例を示す図であり、（Ａ）にはインナフレームの外観を含む全体構成が示され、（Ｂ）には座席及び膜体を含む全体構成が示されている。

実施形態に係る保護フレーム付乗物について、図面を参照して説明する。なお、各図に適宜記す矢印ＦＲ及び矢印ＵＰは、座席の前方向及び上方向をそれぞれ示している。以下、単に前後、上下、左右の方向を用いて説明する場合は、特に断りのない限り、座席の前後方向の前後、上下方向の上下、座席の前方向を向いた場合の左右を示すものとする。

（全体構成）
図１に示されるように、本実施形態に係る保護フレーム付乗物１０（以下、適宜「乗物１０」と称する。）は、主として、アウタフレーム１２と、インナフレーム１４と、座席１６と、弾性体としてのバネ１８とを含んで構成されている。

図２に示されるように、アウタフレーム１２は、乗物１０の外殻を構成しており、複数の長尺状のアウタフレーム構成材１２Ａによって略球状に組まれている。また、本実施形態では一例として、アウタフレーム１２は、正五角形を組み合わせた形状にアウタフレーム構成材１２Ａを組んで形成されている。

ここで、アウタフレーム１２の上部には、膜体２０が取り付けられている。膜体２０は、通気性を有しない材質で形成されており、アウタフレーム１２の上部を覆っている。具体的には、膜体２０は、アウタフレーム構成材１２Ａの表面に接合されており、アウタフレーム構成材１２Ａで形成されたアウタフレーム１２の上部の球面を覆っている。

図１に示されるように、アウタフレーム１２の内部には、インナフレーム１４が設けられている。図３に示されるように、インナフレーム１４は、アウタフレーム１２と隙間をあけて配置されており、長尺状のインナフレーム構成材１４Ａによって略球状に組まれている。また、本実施形態では一例として、インナフレーム１４は、正五角形を組み合わせた形状にインナフレーム構成材１４Ａを組んで形成されている。

図４に示されるように、インナフレーム１４の下部には、複数のプロペラ装置２２が設けられている。本実施形態では一例として、４基のプロペラ装置２２が設けられており、それぞれインナフレーム構成材１４Ａに取り付けられている。

プロペラ装置２２にはそれぞれ、４枚の回転羽２２Ａが設けられており、これらの回転羽２２Ａが回転軸２２Ｂに取り付けられている。そして、図示しないモータなどの駆動機構によって回転軸２２Ｂが回転されることで、回転羽２２Ａが回転して推進力を発生させる。

図１に示されるように、インナフレーム１４の内部には、座席１６が設けられている。座席１６は、乗員の臀部及び大腿部を支持するシートクッション１６Ａと、乗員の背部を支持するシートバック１６Ｂとを含んで構成されている。また、シートクッション１６Ａは、座席ベース２４に組み付けられており、この座席ベース２４がインナフレーム１４に固定されている。ここで、座席ベース２４には、図示しないレバーやハンドルなどのステアリング装置が設けられている。そして、乗員がステアリング装置を操作することで乗物１０の進行方向を変えることができるように構成されている。

また、座席ベース２４には、電力を供給するための図示しないバッテリが取り付けられており、このバッテリからプロペラ装置２２を作動させるための駆動機構へ電力が供給される。そして、バッテリによって乗物１０の重心が中心よりも下方側になっている。

図１に示されるように、アウタフレーム１２とインナフレーム１４との間には複数のバネ１８が設けられており、この複数のバネ１８によってアウタフレーム１２とインナフレーム１４とが連結されている。なお、本実施形態では一例として、インナフレーム１４の周方向にそって等間隔でバネ１８が設けられている。

また、アウタフレーム１２の一部は、取り外しができるようになっており、インナフレーム１４の一部も取り外しができるようになっている。このため、アウタフレーム１２の一部及びインナフレーム１４の一部を取り外した状態で乗員が座席１６に着座できるように構成されている。

（バネ定数）
次に、バネ１８に必要なバネ定数について説明する。

初めに、空気抵抗をＲ（Ｎ）とし、乗物１０の速度をｖ（ｍ／ｓｅｃ）とし、ｋを比例定数とすると、空気抵抗Ｒは、Ｒ＝ｋｖ^２で表される。また、乗員が乗り込んだ状態における乗物１０の質量をｍ（ｋｇ）とし、重力加速度をｇ（ｍ／ｓｅｃ^２）とすると、十分な時間が経過することで重力と空気抵抗が釣り合うため、ｍｇ＝ｋｖ^２となる。

このときの最大速度（終端速度）ｖ_ｍａｘは、以下の数式（１）で表される。

・・・・・（１）

乗物１０が運動量を失うまでの制動距離をＬ（ｍ）とし、制動時間をΔｔ（ｓｅｃ）としたとき、衝撃力Ｆは以下の数式（２）で表される。

・・・・・（２）

上記の数式（１）及び数式（２）から最大衝撃力Ｆ_ｍａｘは、以下の数式（３）で表される。

・・・・・（３）

ここで、空気抵抗Ｒは、空気の密度をρ、抗力係数をＣ_ｄ、代表面積をＳ（ｍ^２）、とすると、以下の数式（４）で表される。

・・・・・（４）

上述したように、Ｒ＝ｋｖ^２であることを考慮して数式（１）に代入すると、以下の数式（５）で表される。

・・・・・（５）

次に、代表面積が半径ｒ１（ｍ）の円の面積である場合、Ｓ＝πｒ１^２となるので、数式（５）に代入して、以下のように求められる。

・・・・・（６）

上記の数式（６）を数式（３）に代入すれば、最大衝撃力Ｆｍａｘは以下の数式（７）となる。

・・・・・（７）

上記の数式（７）から最大衝撃力を求めることで、適切に空気抵抗を与えて最大衝撃力を吸収できるようにバネ１８を配置でき、各バネ１８のバネ定数を調整することができる。以下に、バネ１８のバネ定数を設定する方法の一例を説明する。

以下の計算では、乗員を含めた乗物１０の質量ｍを２００（ｋｇ）とし、重力加速度ｇを９．８（ｍ／ｓ^２）とし、空気の密度ρを１．２２５（ｋｇ／ｍ^３）とし、抗力係数Ｃ_ｄを１．３３とする。また、アウタフレーム１２の半径ｒ１を２．０ｍとし、インナフレーム１４の半径ｒ２を１．０ｍとする。

このとき、上記数式（６）に代入すれば、ｖ_ｍａｘ＝４３．３（ｍ／ｓｅｃ）となる。また、制動距離Ｌは、Ｌ＝ｒ１−ｒ２で１．０ｍとなるので、上記数式（７）に代入すれば、Ｆ_ｍａｘ＝３８３１２．３（Ｎ）となる。

以上の計算により、最大衝撃力Ｆ_ｍａｘを制動距離Ｌ（ｍ）以内で吸収するには、バネ定数を３８３１２．３（Ｎ／ｍ）より大きく設定すればよいことが分かる。また、図５に示されるように、乗物１０が地面に衝突した場合、インナフレーム１４の下側のバネ１８が縮み、インナフレーム１４の上側のバネ１８が伸びる。このため、上下２つのバネ１８で分担することとなり、各バネ１８に必要なバネ定数は、半分の１９１５６．２（Ｎ/ｍ）となる。

（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態の乗物１０は、アウタフレーム１２の内部にアウタフレーム１２と隙間をあけて球状のインナフレーム１４が配置されており、このインナフレーム１４の内部には座席１６が設けられている。また、アウタフレーム１２の上部には、膜体２０が取り付けられており、この膜体２０によってアウタフレームの上部が覆われている。これにより、乗物１０が落下した場合、膜体２０が空気抵抗を受けることで、乗物１０の落下速度を低減することができる。

また、少なくともインナフレーム１４の下部とアウタフレーム１２の下部とがバネ１８によって連結されている。これにより、乗物１０が地面に衝突した場合にアウタフレーム１２へ反力が作用した場合であっても、バネ１８が弾性変形することでインナフレーム１４へ入力される荷重を低減することができる。

さらに、本実施形態では、図４に示されるように、インナフレーム１４の下部にプロペラ装置２２が設けられている。これにより、乗物１０を飛行させることができる。

このとき、図２に示されるように、アウタフレーム１２の上部だけが膜体２０に覆われており、アウタフレーム１２の下部は膜体２０に覆われていない。これにより、アウタフレーム１２の下部まで膜体２０に覆われた構造と比較して、乗物１０の推進力が阻害されるのを抑制することができる。

さらにまた、本実施形態では、座席ベース２４にバッテリが取り付けられており、このバッテリによって乗物１０の重心が中心よりも下方側になっている。これにより、膜体２０で覆われた部位が常に上側に位置することとなり、空気抵抗力を安定して働かせることができる。

以上、実施形態に係る保護フレーム付乗物について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、アウタフレームを略球状に形成したが、これに限定されず、図６、７に示される変形例の構造を採用してもよい。なお、図６、７において、実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１変形例）
図６（Ａ）に示されるように、本変形例に係る乗物３０は、実施形態と同様のインナフレーム１４を備えており、このインナフレーム１４の外側に隙間をあけてアウタフレーム３２が配置されている。

アウタフレーム３２は、図示しない複数のアウタフレーム構成材によって組まれており、フレーム上部３２Ａとフレーム下部３２Ｂとを含んで構成されている。

ここで、アウタフレーム３２のフレーム上部３２Ａは、略三角錐状の外形とされている。また、アウタフレーム３２のフレーム下部３２Ｂは、実施形態と同様の略球状（半球状）に形成されている。そして、アウタフレーム３２とインナフレーム１４とがバネ１８によって連結されている。

図６（Ｂ）に示されるように、アウタフレーム３２の上部には、膜体３４が取り付けられている。膜体３４は、通気性を有しない材質で形成されており、アウタフレーム３２におけるフレーム上部３２Ａの上部を覆っている。

（第２変形例）
図７（Ａ）に示されるように、本変形例に係る乗物４０は、側面視で略楕円状のアウタフレーム４２を備えている。アウタフレーム４２は、図示しないアウタフレーム構成材によって略楕円体状に組まれている。

アウタフレーム４２の内部には、アウタフレーム４２と隙間をあけてインナフレーム４４が配置されている。インナフレーム４４は、インナフレーム構成材４４Ａによって略楕円体状に組まれている。そして、インナフレーム４４の下部とアウタフレーム４２の下部とがバネ１８によって連結されている。なお、楕円体は、本発明の「球状」に含まれる概念である。

図７（Ｂ）に示されるように、インナフレーム４４の内部には、座席１６が設けられている。また、アウタフレーム４２の上部には、膜体４６が取り付けられている。膜体４６は、通気性を有しない材質で形成されており、アウタフレーム４２の上部を覆っている。

以上説明した第１変形例の乗物３０及び第２変形例の乗物４０のように、アウタフレームやインナフレームの形状を変更してもよい。

また、上記実施形態及び第１変形例では、インナフレームの周方向にそって等間隔でバネ１８を設けたが、これに限定されず、少なくともインナフレームとの下部とアウタフレームの下部とがバネ１８で連結されていればよい。すなわち、図１において、第２変形例のようにインナフレーム１４の下部とアウタフレーム１２の下部とをバネ１８で連結し、他の部位にバネ１８を設けない構成としてもよい。

さらに、上記実施形態及び変形例では、アウタフレームの上部のみを通気性を有しない膜体で覆ったが、これに限定されない。例えば、図２では、アウタフレーム１２の上部が通気性を有しない膜体２０で覆われているが、これに加えて、アウタフレーム１２の下部を通気性のある別の膜体で覆ってもよい。この場合、アウタフレーム１２の下部を膜体で覆っても乗物１０の推進力が阻害されずに済む。また、アウタフレーム１２の下部を不透明の膜体で覆うことにより、内部の乗員が視認されないようにできる。

さらにまた、本実施形態では弾性体としてバネ１８を採用したが、これに限定されない。すなわち、アウタフレームとインナフレームとの隙間を確保でき、かつ、弾性を有する部材であれば、他の部材を採用してもよい。例えば、ゴムなどを採用してもよい。

また、本実施形態では、図４に示されるように、インナフレーム１４の下部にプロペラ装置２２を設けたが、これに限定されない。例えば、自らは推進力を持たない乗物に適用してもよく、観覧車のゴンドラなどに本発明の乗物を適用してもよい。

１０保護フレーム付乗物
１２アウタフレーム
１４インナフレーム
１６座席
１８バネ（弾性体）
２０膜体
３０保護フレーム付乗物
３２アウタフレーム
３４膜体
４０保護フレーム付乗物
４２アウタフレーム
４４インナフレーム
４６膜体

Claims

アウタフレームと、
前記アウタフレームの内部に前記アウタフレームと隙間をあけて配置され、球状に組まれたインナフレームと、
前記インナフレームの内部に設けられた座席と、
前記アウタフレームの上部に取り付けられて前記アウタフレームの上部を覆う膜体と、
前記インナフレームと前記アウタフレームとを連結する弾性体と、
を有する保護フレーム付乗物。