JP2021080955A - 座屈部材 - Google Patents

Abstract

【課題】座屈部材単体で座屈変形を安定させ、安定したエネルギー吸収を可能にする座屈部材を提供する。【解決手段】筒部材３の筒軸方向の中間部に相対的な薄肉の座屈部５、７、９を周回状に備えた座屈部材１であって、座屈部５、７、９は、筒部材３の内周面が径方向へ凹形状の凹部１０、１２、１４を備え、筒部材３が筒軸方向から座屈荷重を受けると荷重を座屈部５、７、９に集中させることができ、座屈部５、７、９に働く荷重は内周面の凹部１０、１２，１４に圧縮荷重として働くと共に外周方向への曲げ荷重として働き、座屈部５、７、９が筒部材３の外方へ膨らむように変形することができ、筒部材３が座屈変形するとき、変形部分が座屈時の座となり、座屈変形を安定させ、吸収荷重の設定も容易となることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、衝撃吸収に供する座屈部材に関する。

従来、座屈部材として特許文献１に記載のものがある。この座屈部材は、核燃料棒に採用されたものであり、円筒体の中央に切欠き溝や透孔を設けたものである。

かかる座屈部材は、切欠き溝等が円筒体の外周に形成されているため、座屈荷重の僅かな偏りで切欠き溝の径方向片側の変形が進行し、座屈部材単体では容易に折れ曲がるような座屈変形になるという問題があった。

実公昭５５−４４２９４号公報

解決しようとする問題点は、座屈部材単体では容易に折れ曲がるような座屈変形になる点である。

本願発明は、座屈部材単体で座屈変形を安定させ、安定したエネルギー吸収を可能とするために、筒部材の筒軸方向の中間部に相対的な薄肉の座屈部を周回状に又は周方向所定間隔で備えた座屈部材であって、前記座屈部は、前記筒部材の内周面が凹形状であることを特徴とする。

本願発明は、上記構成であるから、筒部材が筒軸方向から座屈荷重を受けると荷重が座屈部に集中させることができる。座屈部に働く荷重は内周面の凹部に圧縮荷重として働くと共に外周方向への曲げ荷重として働き、座屈部が筒部材の外方へ膨らむように変形することができる。

従って、筒部材が座屈変形するとき、変形部分が座屈時の座となり、座屈変形を安定させ、吸収荷重の設定も容易となる。

座屈部材を取り付けた状態の断面図である。（実施例１） 座屈部材の座屈状態を示す説明図である。（実施例１） 座屈部材の断面図である。（実施例２） 座屈部材の断面図である。（実施例３） 座屈部材の断面図である。（実施例４） 座屈部材の断面図である。（実施例５） 座屈部材の断面図である。（実施例６） 座屈部材の断面図である。（実施例７）

本発明は、座屈部材単体で座屈変形を安定させ、安定したエネルギー吸収を可能とするという目的を、以下のように実現した。

図１のように、筒部材３の筒軸方向の中間部に相対的な薄肉の座屈部５、７、９を周回状に備えた座屈部材１であって、座屈部５、７、９は、筒部材３の内周面が凹形状である。

前記座屈部５、７、９は、筒軸方向に複数段備えた。

図８のように、複数段の座屈部５、７は、相互に厚みが異なる。

前記複数段の座屈部５、７は、筒軸方向の幅が相互に異なる。

図３〜図８のように、前記筒部材３は、筒軸方向両側の開口部の一方に衝撃を受けるためのキャップ２５を接合し他方に取付側に取り付けるためのボトムキャップ２７を接合した。

図１は、座屈部材を取り付けた状態の断面図である。

前記座屈部材１は、筒部材３の筒軸方向の中間部に相対的な薄肉の座屈部５、７、９が周回状に連続するように形成されている。

前記筒部材３は、アルミパイプが用いられ、円筒状となっている。なお、筒部材３の材質および筒段面形状は特に限定されず、座屈によりエネルギー吸収ができればよい。従って、筒部材３をスチール、その他で形成することもできる。また、筒部材３を多角形断面等に形成することもできる。

前記座屈部５、７、９は、筒部材３に筒軸方向で３段形成されている。座屈部５、７、９の段数は任意であり、エネルギー吸収状況に応じて増減することができる。座屈部５、７、９は、筒部材３の内周面が径方向へ凹形状の凹部１０、１２、１４を備えている。座屈部５、７、９は、一般部１１、１３、１５、１７間に形成されている。座屈部５、７、９の筒軸方向での数は、特に限定はされないが、座屈部５、７、９が外方へ膨らみ、例えばフランジ状等に変形できる程度に制限される。

前記座屈部５、７、９の肉厚は、筒軸方向にほぼ均一に形成されている。座屈部５、７、９の肉厚は、一般部１１、１３、１５、１７の肉厚に対し１／２程度に設定されている。座屈部５、７、９の肉厚は、筒部材３を折れ曲がるような座屈変形をさせるもので無ければよく、一般部１１、１３、１５、１７に対してより薄く形成することもできる。座屈部５、７、９の肉厚を筒軸方向で不均一とし、例えば一般部１１、１３、１５、１７に対してより薄く形成すると共に筒軸方向の中間部を相対的にさらに薄く形成する構成にすることもできる。

前記座屈部５、７、９は、一般部１３、１５の筒軸方向の幅のほぼ倍の幅に形成されている。座屈部５、７、９は、外周側へ膨らむように変形させることを考慮すると筒軸方向の幅をあまり小さくし或いは大きくすることはできないが、膨らむように変形できる限りにおいて筒軸方向の幅を小さくし或いは大きくすることができる。両端の一般部１１、１７の筒軸方向の寸法の設定は、荷重伝達ができる限り自由である。

前記座屈部５、７、９と前記一般部１１、１３、１５、１７との間は、内周面においてアール１９が形成されている。このアールによりこの部分での応力集中を避け、座屈部５、７、９の筒軸方向の中間部を外周側へ変位させるようにしている。

前記座屈部材１は、衝撃吸収をすべき取付側２１に形成した穴２３に一般部１７が圧入等により固定される。

前記取付側２１に取り付けられた座屈部材１対し衝突荷重が入力されると座屈部材１の一般部１１が荷重を受け、一般部１１から座屈部５、一般部１３、座屈部７、一般部１５、座屈部９、一般部１７へと伝達される。

前記一般部１７へ伝達された荷重が取付側２１で受けられると反力が一般部１７から座屈部９、一般部１５、座屈部７、一般部１３、座屈部５、一般部１１へと伝達される。

このような荷重伝達により相対的に薄肉の座屈部５、７、９が圧縮力を受け、図２のように筒軸方向の中間部が外周方向へ膨らむように、例えばフランジ状等に変形する。

このような外周側へのフランジ状等の変形は、周方向で同時進行するが、周方向の一部分が先行して変形してもその部分を支持点として順次周方向に進行し、図２のような周方向にほぼ均一な変形となる。

［作用効果］
本発明実施例の座屈部材１は、前記筒部材３の筒軸方向の中間部に相対的な薄肉の座屈部５、７、９を周回状に備えた座屈部材１であって、座屈部５、７、９は、筒部材３の内周面が径方向に凹形状の凹部１０、１２、１４を備えた。

従って、衝撃吸収時に座屈部５、７、９に圧縮荷重が働くと凹部１０、１２、１４にアール１９を介して曲げ荷重としても働く。これら圧縮荷重及び曲げ荷重により座屈部５、７、９の筒軸方向の中間部が外周方向へ膨らむように変形するから、座屈部材１の座屈変形は、図２のように整然と行われる。このため、座屈部材１の座屈変形形状や抗力が安定し、安定したエネルギー吸収を行わせることができる。

しかも、構造が簡単で小型軽量、且つ安価に製造することができる。

さらに、衝突速度によって座屈部材１の抗力は変化しないので、軽量で高速な物体の衝突に対しても安定したダンパー機能を発揮することができる。

前記座屈部５、７、９は、筒軸方向に複数段備えた。

このため、図２のように複数段でのフランジ状等の変形ができ、段数の増加によりエネルギー吸収量を増加させることが可能となる。

図３は、実施例２に係る座屈部材の断面図である。

本実施例２の座屈部材１は、前記筒部材３の筒軸方向両側の開口部の一方に衝撃を受けるためのキャップ２５を接合し他方に取付側に取り付けるためのボトムキャップ２７を接合した。

前記キャップ２５は、筒部材３の上部開口に取り付けられて、上部開口を閉止している。キャップ２５の外径は、筒部材３の一般部１１の外径とほぼ同一に形成されている。キャップ２５には雄ねじ部２９が突設されている。雄ねじ部２９の突出長さは、筒部材３の一般部１１の筒軸方向の寸法とほぼ同一又は僅かに短く設定されている。一般部１１には、雌ねじ部３１が形成されている。キャップ２５の雄ねじ部２９は、一般部１１の雌ねじ部３１に螺合結合されている。

前記ボトムキャップ２７は、筒部材３の下部開口に取り付けられて、下部開口を閉止している。ボトムキャップ２７は、段付き状に形成され、キャップ部３３に対して係合操作部３５、取付用の雄ねじ部３７が一体的に形成されている。ボトムキャップ２７の軸芯部には、貫通孔３８が形成されている。

前記キャップ部３３の外径は、筒部材３の一般部１７の外径とほぼ同一に形成されている。キャップ部３３には、雄ねじ部３９が突設されている。雄ねじ部３９の突出長さは、筒部材３の一般部１７の筒軸方向の寸法とほぼ同一又は僅かに短く設定されている。一般部１７には、雌ねじ部４１が形成されている。キャップ部３３の雄ねじ部３９は、一般部１７の雌ねじ部４１に螺合結合されている。

前記係合操作部３５は、キャップ部３３よりも小径に形成されている。係合操作部３５は、キャップ部３３に、テーパー部４３を介して一体に形成されている。係合操作部３５には、径方向の貫通孔４５が形成されている。

前記雄ねじ部３７は、取付側の雌ねじ部に螺合結合する部分である。

他の構成は実施例１と同様であり、同一又は対応する構成部分に同符号を付し、重複した説明は省略する。

本実施例においては、取付側の雌ねじ部に雄ねじ部３７を螺合させて締結結合させる。雄ねじ部３７の螺合に際しては、係合操作部３５の貫通孔４５に螺合操作用のロッドを挿入し、このロッドにより取付側に対する座屈部材１の螺合操作を行わせることができる。

衝撃吸収時にキャップ２５とボトムキャップ２７との間で座屈部５、７、９に圧縮荷重が働き、座屈部５、７、９の筒軸方向の中間部が外周方向へ変位するように変形する。

従って、本実施例２においても実施例1と同様な作用効果を奏することができる。

また、本実施例２では、筒部材３の上部開口にキャップ２５を接合し、同下部開口にボトムキャップ２７を接合したため、キャップ２５と一般部１１とを一体的に構成し、ボトムキャップ２７と一般部１７とを一体的に構成することができる。

前記ボトムキャップ２７は、取付用のボルト３７を備えたため、取付側に対する結合を着脱させることができ、座屈部材１の変更等を簡単に行わせることができる。

そして、衝撃吸収時の圧縮荷重をキャップ２５及びボトムキャップ２７から座屈部５、９へ直接的に入力させることができる。このため、キャップ２５及びボトムキャップ２７により筒部材３の上下部開口を拘束することと相俟って座屈変形形状や抗力をより安定させることができる。

図４は、実施例３に係る座屈部材の断面図である。

本実施例３の座屈部材１は、基本的構成が実施例２の座屈部材１とほぼ同一であり、キャップ２５及びボトムキャップ２７を備えている。本実施例３のキャップ２５及びボトムキャップ２７は、筒部材３に摩擦圧接により接合されている。

前記キャップ２５は、外径が一般部１１とほぼ同一であり、接合部４７を周回状に備えている。ボトムキャップ２７は、キャップ部３３の外径が一般部１７とほぼ同一であり、接合部４９を周回状に備えている。接合部４７、４９の肉厚及び外径は、一般部１１、１７とほぼ同一に設定されている。

前記キャップ２５は、接合部４７の端面が一般部１１の端面に突き合わされ、摩擦圧接により接合されている。前記ボトムキャップ２７は、接合部４９の端面が一般部１７の端面に突き合わされ、摩擦圧接により接合されている。キャップ２５の接合部４７及び一般部１１間は、図示上境界線を示しているが、両者は摩擦圧接により溶融結合し、一体となっている。ボトムキャップ２７の接合部４９及び一般部１７間も同様である。

他の構成は実施例２と同様であり、同一又は対応する構成部分に同符号を付し、重複した説明は省略する。

従って、本実施例３の座屈部材１は、筒部材３の上部開口にキャップ２５を端面の摩擦圧接で取り付け、同下部開口にボトムキャップ２７を端面の摩擦圧接で取り付けたため、キャップ２５と一般部１１とを一体的に構成し、ボトムキャップ２７と一般部１７とを一体的に構成することができる。

本実施例３の座屈部材１では、衝撃吸収時の圧縮荷重をキャップ２５及びボトムキャップ２７から座屈部５、９へ筒部材３の上下部開口を拘束しながら入力させることができる。このため、筒部材３の上下部開口を拘束することによって座屈変形形状や抗力をより安定させることができる。本実施例３の座屈部材１は、実施例２の座屈部材１に対して相対的に小さな衝撃吸収に適している。

その他、実施例２と同様の作用効果を奏することができる。

図５は、実施例４に係る座屈部材の断面図である。

本実施例４の座屈部材１は、基本的構成が実施例２の座屈部材１とほぼ同一であり、キャップ２５及びボトムキャップ２７を備えている。本実施例３のキャップ２５及びボトムキャップ２７は、筒部材３に溶接により接合されている。

前記キャップ２５は、外径が一般部１１とほぼ同一であり、嵌合部５１を備えている。ボトムキャップ２７は、外径が一般部１７とほぼ同一であり、嵌合部５３を備えている。嵌合部５１の外径は、一般部１１の内径とほぼ同一であり、嵌合部５３の外径は、一般部１７の内径とほぼ同一である。嵌合部５１の筒軸方向への突出量は、一般部１１の筒軸方向の寸法より短く、嵌合部５３の筒軸方向への突出量は、一般部１７の筒軸方向の寸法より短い。嵌合部５１の筒軸方向への突出量は、一般部１１の筒軸方向の寸法と同一に設定することもでき、嵌合部５３の筒軸方向への突出量は、一般部１７の筒軸方向の寸法と同一に設定することもできる。

前記キャップ２５は、嵌合部５１が一般部１１に嵌合され、溶接により接合されている。前記ボトムキャップ２７は、嵌合部５３が一般部１７に嵌合され、溶接により接合されている。

他の構成は実施例２と同様であり、同一又は対応する構成部分に同符号を付し、重複した説明は省略する。

従って、本実施例４の座屈部材１は、筒部材３の上部開口にキャップ２５を溶接で取り付けると共に嵌合部５１を一般部１１に嵌合させ、同下部開口にボトムキャップ２７を溶接で取り付けると共に嵌合部５３を一般部１７に嵌合させることができる。

本実施例４の座屈部材１では、衝撃吸収時の圧縮荷重をキャップ２５及びボトムキャップ２７から座屈部５、９へ筒部材３の上下部開口を拘束しながら入力させ、且つ嵌合部５１、５３によりキャップ２５及び一般部１１間の荷重伝達のガイド及びボトムキャップ２７及び一般部１７間の荷重伝達のガイドを行わせることができる。このため、筒部材３の上下部開口を拘束すること及び荷重伝達のガイドによって座屈変形形状や抗力をより安定させることができる。

本実施例４の座屈部材１は、例えば実施例２、３の座屈部材１に対して相対的に中程度の大きさの衝撃吸収に適している。

その他、実施例２と同様の作用効果を奏することができる。

図６は、実施例５に係る座屈部材の断面図である。

本実施例５の座屈部材１は、キャップ２５及びボトムキャップ２７を備えている。本実施例５のキャップ２５及びボトムキャップ２７は、筒部材３の上下部開口の外側に被せるように結合されている。

前記キャップ２５は、筒部材３の上部開口に取り付けられて、上部開口を閉止している。キャップ２５の外径は、筒部材３の外径よりも大きく形成され、螺合部５５を備えている。螺合部５５の外径は、キャップ２５の外径とほぼ同一であり、螺合部５５の内径は、一般部１１の外径とほぼ同一である。螺合部５５の筒軸方向への突出量は、一般部１１の筒軸方向の寸法より短い。螺合部５５の筒軸方向への突出量は、一般部１１の筒軸方向の寸法とほぼ同一に設定することもできる。螺合部５５には雌ねじ部５７が形成され、一般部１１に雄ねじ部５９が形成されている。螺合部５５の雌ねじ部５７が一般部１１に雄ねじ部５９に螺合結合されてキャップ２５が筒部材３の上部開口外に嵌合するように結合されている。

前記ボトムキャップ２７は、筒部材３の下部開口に取り付けられて、下部開口を閉止している。ボトムキャップ２７のキャップ部３３の外径は、筒部材３の外径よりも大きく形成され、螺合部６１を備えている。螺合部６１の外径は、ボトムキャップ２７のキャップ部３３の外径とほぼ同一であり、螺合部６１の内径は、一般部１７の外径とほぼ同一である。螺合部６１の筒軸方向への突出量は、一般部１７の筒軸方向の寸法より短い。螺合部６１の筒軸方向への突出量は、一般部１７の筒軸方向の寸法とほぼ同一に設定することもできる。螺合部６１には雌ねじ部６３が形成され、一般部１７に雄ねじ部６５が形成されている。螺合部６１の雌ねじ部６３が一般部１７に雄ねじ部６５に螺合結合されてボトムキャップ２７が筒部材３の下部開口外に嵌合するように結合されている。

他の構成は実施例２と同様であり、同一又は対応する構成部分に同符号を付し、重複した説明は省略する。

従って、本実施例５の座屈部材１は、筒部材３の上部開口の外側からキャップ２５を被せるように螺合結合させ、同下部開口の外側からボトムキャップ２７を被せるように螺合結合させることができる。

本実施例５の座屈部材１では、衝撃吸収時の圧縮荷重により座屈部５、９がフランジ状に変形するとき一般部１１、１７を外周側から螺合により拘束して一般部１１、１７の径方向への変形を規制するから座屈部５、９への荷重伝達を確実に行わせ、座屈変形形状や抗力をより安定させることができる。

その他、実施例２と同様の作用効果を奏することができる。

図７は、実施例６に係る座屈部材の断面図である。

本実施例６の座屈部材１は、基本的構成が実施例５の座屈部材１とほぼ同一であり、キャップ２５及びボトムキャップ２７を備えている。本実施例６のキャップ２５及びボトムキャップ２７は、筒部材３に圧入により接合されている。

前記キャップ２５は、圧入部６７を備えている。圧入部６７は、圧入溝６９を備えている。圧入溝６９は、一般部１１を圧入させる寸法に設定されている。圧入部６７の外周側部７１の外径は、キャップ２５の外径とほぼ同一である。圧入部６７の外周側部７１の筒軸方向への突出量は、一般部１１の筒軸方向の寸法より短く設定されている。外周側部７１の筒軸方向への突出量は、一般部１１の筒軸方向の寸法とほぼ同一に設定することもできる。圧入部６７の内周側部７３の筒軸方向への突出量は、一般部１１の筒軸方向の寸法及び外周側部７１よりも短い。内周側部７３の筒軸方向への突出量は、一般部１１の筒軸方向の寸法及び外周側部７１とほぼ同一に設定することもできる。キャップ２５の圧入溝６９に一般部１１が圧入されてキャップ２５が筒部材３の上部開口内外に嵌合するように結合されている。

前記ボトムキャップ２７は、圧入部７５を備えている。圧入部７５は、圧入溝７７を備えている。圧入溝７７は、一般部１７を圧入させる寸法に設定されている。圧入部７５の外周側部７９の外径は、ボトムキャップ２７の外径とほぼ同一である。圧入部７５の外周側部７９の筒軸方向への突出量は、一般部１７の筒軸方向の寸法より短く設定されている。外周側部７９の筒軸方向への突出量は、一般部１７の筒軸方向の寸法とほぼ同一に設定することもできる。圧入部７５の内周側部８１の筒軸方向への突出量は、一般部１７の筒軸方向の寸法及び外周側部７９よりも短い。内周側部８１の筒軸方向への突出量は、一般部１７の筒軸方向の寸法及び外周側部７９とほぼ同一に設定することもできる。ボトムキャップ２７の圧入溝７７に一般部１７が圧入されてボトムキャップ２７が筒部材３の下部開口内外に嵌合するように結合されている。

他の構成は実施例２と同様であり、同一又は対応する構成部分に同符号を付し、重複した説明は省略する。

従って、本実施例６の座屈部材１は、筒部材３の上部開口に内外側からキャップ２５を被せるように圧入結合させ、同下部開口の内外側からボトムキャップ２７を被せるように圧入結合させることができる。

本実施例６の座屈部材１では、衝撃吸収時の圧縮荷重により座屈部５、９がフランジ状等に変形するとき一般部１１、１７を内外周側から拘束して内外周側への拡径縮径変形を規制するから座屈部５、９への荷重伝達を確実に行わせ、座屈変形形状や抗力をより安定させることができる。

その他、実施例２と同様の作用効果を奏することができる。

図８は、実施例７に係る座屈部材の断面図である。

本実施例７の座屈部材１は、図４の実施例３の変形例である。なお、本実施例７の構造は、他の実施例１、２、４−６の変形例としても構成することができる。

本実施例７の座屈部材１は、２段の座屈部５、７を備えている。座屈部の段数は、上記実施例同様に３段、さらには４段以上にすることもできる。

前記座屈部５、７は、相互に厚みが異なり、且つ筒軸方向の幅が相互に異なるように設定したものである。座屈部５の肉厚は相対的に厚く、座屈部７の肉厚は相対的に薄く形成されている。筒軸方向の相対的な寸法は、座屈部５が大きく座屈部７は小さく設定されている。

一般部１１、１３、１５は、筒軸方向の寸法がこの順に相対的に大きくなるように設定されている。

なお、座屈部５、７の厚み、筒軸方向の寸法、一般部１１、１３、１５の厚み、軸方向の寸法は、エネルギー吸収特性に応じて種々選択することができる。

本実施例７は、座屈部が２段であり、一般部１５にボトムキャップ２７が接合されている。

他の構成は実施例２と同様であり、同一又は対応する構成部分に同符号を付し、重複した説明は省略する。

本実施例７の座屈部材１では、座屈部５、７を段階的に座屈変形させることができる。例えば、衝撃吸収時の圧縮荷重により先ず座屈部７が座屈変形して安定し、次いで座屈部５が座屈変形して全体としてエネルギー吸収を安定して行わせることなどが可能となる。

その他、実施例１−６と同様の作用効果を奏することができる。

１ 座屈部材
３ 筒部材
５、７、９ 座屈部
１０、１２、１４ 凹部
１１、１３、１５、１７ 一般部
２５ キャップ
２７ ボトムキャップ

Claims (5)

1. 筒部材の筒軸方向の中間部に相対的な薄肉の座屈部を周回状に又は周方向所定間隔で備えた座屈部材であって、
   前記座屈部は、前記筒部材の内周面が径方向へ凹形状の凹部を備えた、
   ことを特徴とする座屈部材。
2. 請求項１記載の座屈部材であって、
   前記座屈部は、前記筒軸方向に複数段備えた、
   ことを特徴とする座屈部材。
3. 請求項２記載の座屈部材であって、
   前記複数段の座屈部は、相互に厚みが異なる、
   ことを特徴とする座屈部材。
4. 請求項２又は３記載の座屈部材であって、
   前記複数段の座屈部は、筒軸方向の寸法が相互に異なる、
   ことを特徴とする座屈部材。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の座屈部材であって、
   前記筒部材は、筒軸方向両側の開口部の一方に衝撃を受けるためのキャップを接合し他方に取付側に取り付けるためのボトムキャップを接合した、
   ことを特徴とする座屈部材。

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