JP3921536B2 - 衝撃吸収装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝撃吸収装置、特に、飛行機及びヘリコプタ等の航空機の座席の衝撃吸収装置や床下構造用衝撃吸収装置をはじめとし、垂直落下方式の遊戯機の非常用衝撃吸収装置、空中輸送方式等の落下貨物の衝撃保護装置、自動車及びエレベータ等の衝突時の緩衝装置として適用可能な衝撃吸収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、瞬間的な衝撃から人身又は物体を保護するための衝撃吸収装置としては、シリンダ、ピストンの組合わせにより、変形ストロークを液体または空気を圧縮することで衝撃吸収を繰り返し行う方式が広く採用されているが、高価である難点がある。また、ハニカム状の金属材や複合材あるいはパイプ等を押し潰し、または粉砕して衝撃吸収を行うものがあるが、変形ストロークに対して荷重が大きく変化する欠点がある。その他、衝撃センサ、ボンベを用いてエアバッグを膨らませて衝撃を吸収させる装置等があるが、容積が大きく増大するので、例えば航空機の脚構造等に利用して乗客保護に用いた場合には、その後の火災発生等に対する避難活動に邪魔になる等問題が生じる可能性がある。
【０００３】
このような問題点を解決するものとして、本発明者らは、図７に示す衝撃吸収装置を先に提供した（特許文献１参照）。該衝撃吸収装置４０は、中心軸と略平行な方向に延在する複数本の平行溝が等角間隔で外周面又は内周面に形成された円筒状の衝撃吸収用管体４１と、その衝撃吸収用管体４１の一端部側に係合せしめられた円筒状の保持用管体４８と、衝撃吸収用管体４１の内側の中心軸上に位置する軸体４３と、衝撃吸収用管体４１の一端部側、保持用管体４８の一端部側及び軸体４３の一端部側を連通する制限荷重保証用ピン４５と、衝撃吸収用管体４１の他端側及び軸体４３の他端側に係合せしめられた負荷ジグ４２と、その負荷ジグ４２の遊端側及び保持用管体４８の他端側にそれぞれ取付けられた第１及び第２の取付部４６、４７とを有してなり、制限荷重を超える衝撃荷重が発生すると衝撃吸収用管体が切片に分割し且つカール状に変形することにより、衝撃を吸収するものであり、圧縮量の増大に対し衝撃吸収部材の荷重が小さく、しかも、比較的長時間に亘って、その荷重を略一定に保持することのできるものであった。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３１７７６４１号掲載公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記提案した衝撃吸収装置は、衝撃吸収用部材の圧縮量の増大に対し、荷重を小さく、しかも、比較的長時間に亘って、その荷重を略一定に保持することのできるもので、しかも安価に且つ小型にできるという利点を有するのであったが、設定する制限圧縮荷重に満たない荷重範囲で衝撃吸収部材を保護するために、軸体と保持用管体間に荷重制限ピンを装着する必要がある。このため、貫通した軸体と保持用管体が必需品となり、衝撃吸収部材の変形ストローク長さは全装置長さの５０％以下とならざるをえなかった。また、衝撃吸収体の軸方向に加工した複数の平行溝に対して、平行溝数と一致した初期亀裂を同時に安定的に発生させることが容易ではなかった。
【０００６】
そこで、この発明は、上記提案した衝撃吸収装置を改良して、衝撃吸収の有効ストローク（変形ストローク）の増大化を図り、且つ衝撃吸収体の初期亀裂を同時に安定的に発生させることができ、確実に安定して安全に衝撃を吸収でき、しかも構造の軽量化を図ることができる衝撃吸収装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の衝撃吸収装置は、一端部側の固定部を除き、中心軸と略平行な方向に延在する複数本の平行溝が等角間隔に形成された円筒状の衝撃吸収用管体と、該衝撃吸収用管体の内側の中心軸線上を貫通する軸体と、該軸体の他端部側に固定され、前記衝撃吸収管体の端部が外嵌合する嵌合部を有し、且つ該嵌合部から所定の曲率半径の部分円断面を有する負荷ジグと、該負荷ジグの遊端側に取付けられた取付部とを有する１対の衝撃吸収部材を、互いに逆向きに２段結合してなり、前記軸体は、互いに軸方向にスライド可能にその軸端部が嵌合し、且つ前記衝撃吸収用管体は固定部が互いにジョイント部材で連結され、該ジョイント部材を介して前記軸体の端部に軸方向と直交するように制限荷重保証用ピンを貫通させて、該制限荷重保証用ピンで軸端部を互いに連結固定したことを特徴とするものである。
【０００８】
上記構成において、両端の負荷ジグに、相互の軸体の摺動用案内穴を設けることによって、この深さ分だけ変形ストロークを増大させることができる。また、衝撃吸収用管体の上部端面に、該衝撃吸収用管体に形成されている平行溝と一致した位置にＶ溝を設けることによって、初期亀裂発生位置を前記平行溝と容易に一致させることができ、より確実に一定荷重下で衝撃を吸収することができる。さらに、衝撃吸収用管体の先端部に、該衝撃吸収用管体に形成されている前記平行溝と一致した数で外向きカール状に初期変形を付加することによって、亀裂初期に発生する設定荷重に対して若干高めとなる荷重値を設定荷重と同一とすることが可能となる。本発明の衝撃吸収装置を、飛行機の座席の脚柱または対角部材、ヘリコプタ座席等の脚構造の圧縮衝撃吸収部材として適用することによって、安価で安全性の高い衝撃吸収特性を有する航空機座席を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１及び図２に示す実施形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の衝撃吸収装置の基本的な実施形態を示している。本実施形態の衝撃吸収装置１は、円筒状の衝撃吸収用管体２、該衝撃吸収用管体の内側の中心軸線上を貫通する軸体３、及び該軸体の他端部側に固定され負荷ジグ４から構成される第１吸収部材５と、同じく、円筒状の衝撃吸収用管体６、該衝撃吸収用管体の内側の中心軸線上を貫通する軸体７、及び該軸体の他端部側に固定され負荷ジグ８から構成される第２吸収部材９とを、負荷ジグ４、８が両端部となるように互いに逆向きに同一軸線上でジョイント部材１０を介して結合して構成してなる。
【００１０】
衝撃吸収用管体２、６は、金属、例えば、軽量で、加工し易いアルミニウム合金等からなる円筒体で、前記特許文献１で示すものと基本形態は同様で、主要部１１及び固定部１２からなる。この固定部１２は、ジョイント部材１０に係合する部分で図示のように肉厚に形成されている。衝撃吸収用管体２、６の主要部の外周面（内周面も可）には、図２（ｂ）、（ｃ）に示す如く、中心軸と略平行な方向に延在する複数本、例えば、８本の、例えばＶ字形の平行溝１３が等角間隔に形成されている。尚、固定部１２には、これらの平行溝１３は形成されていない。そして、衝撃吸収用管体２、６の負荷ジグ側端面に図２（ｃ）に示すようにＶ溝１５を形成して、初期亀裂発生位置を主要部１１の平行溝位置と容易に一致させることができるようにしてある。
【００１１】
衝撃吸収用管体２、６は、その固定部１２がジョイント部材１０の筒部１６に嵌め込まれていると共にその先端がフランジ部１７に突き当たることによって、ジョイント部材１０を介して結合されている。そして、衝撃吸収用管体２、６の他端部には断面が円形の負荷ジグ４、８が嵌め込まれている。
【００１２】
負荷ジグ４、８は、該負荷ジグに制限荷重以上の負荷が作用した場合に、衝撃吸収用管体に負荷を伝えて、衝撃吸収用管体を前記平行溝から破断させて、その切片を外側に順次巻き込むことによって衝撃を吸収するように作用させる役割を果たすものであり、その下端部に衝撃吸収用管体２、６の端部が外嵌合する外径を有する嵌合部２０を有し、該嵌合部から所定、例えば５ｍｍの曲率半径の部分円断面部２１が形成されている。衝撃によって、衝撃吸収管体２、６がその平行溝１３に沿って亀裂が入り、やがては、切片化するが、負荷ジグ４の部分円断面部２１の曲率半径を適当に選定することにより、その切片を略同等曲率のカール状に巻き込むことができる。
【００１３】
負荷ジグ４の下端には負荷を支える軸体３、７が一体に設けられている。該軸体は中空軸となっており、第１吸収部材５の軸体３と第２吸収部材９の軸体７は互いに嵌合して摺動できるように直径が相違しており、図示の実施形態では第２吸収部材の軸体７が第１吸収部材の軸体３に内嵌合している。軸体３、７は衝撃吸収用管体の下端よりも突出する長さを有し、その端部同士がジョイント部材の個所で互いに入れ子状に嵌合し、該嵌合部でジョイント部材１０から両軸体を貫通するように、制限荷重保証用ピン２２を設け、両軸体を接続して一体化している。したがって、両軸体は、衝撃力（圧縮荷重）により制限荷重保証用ピン２２がせん断破壊を起すまでは軸方向に一体であり、制限荷重を超えて制限荷重保証用ピンが破壊されると、軸方向に互いにスライドして収縮可能となり、負荷は衝撃吸収用管体２、６で支えられ、衝撃吸収管体２、６が圧縮荷重により変形することによって、軸体は互いに嵌合方向に摺動して、その先端が相手側の負荷ジグに突き当たるまで、衝撃を吸収することができる。それゆえ、制限荷重保証用ピンの強度を選定することによって、衝撃力に対するクッション開始強度を選定することができる。
【００１４】
そして、本実施形態では、より安全性を高めるために、衝撃発生時の変形ストローク（衝撃変形ストローク）を増加させるように、負荷ジグ４、８に軸体の摺動用案内穴２３、２４を形成した。この実施形態では、第１吸収部材の摺動用案内穴２３は、中空軸体３の内壁を延長して負荷ジグの取付部近傍まで形成した円形穴であり、それにより、その内壁面に沿って第２吸収部材９の軸体７が負荷ジグ４内部まで摺動することができる。一方、第２吸収部材９の摺動用案内穴２４は、中空軸体７の外周壁を負荷ジグの取付部近傍まで延長して形成した環状溝であり、それにより、第１吸収部材の軸体３が軸体７の外周面をスライドしてそのまま負荷ジグ８内部まで摺動することができる。したがって、本実施形態では、変形ストロークを摺動用案内穴２３、２４の合計の長さ分だけ増加することができる。
【００１５】
また、負荷ジグ４、８の遊端部には、該衝撃吸収装置を適用する装置に取り付けるための取付部２５、２６を有している。本実施形態では、図５に示すように、航空機の座席の衝撃吸収脚構造に適用した場合を示しており、第１吸収部材５の取付部２５は、図５に示す座席のシートフレームに取り付けるために図示のように、適宜の取付孔２７を有するフランジ形状になっており、第２吸収部材の取付部２６は、座席を航空機床面に形成された座席取り付けレール２９に座席を取り付けるためのシートレール取付金具２８が一体となっている構造となっている。しかしながら、取付部の構造は、それを取り付ける対象物に応じて任意に変形可能であり、その構成が限定されるものではない。
【００１６】
以上のように、本実施形態の衝撃吸収装置１は、例えば図６に示すような航空機の座席３０の脚３１に適用することによって、衝撃発生時の座席の非常用衝撃吸収装置として衝撃から乗客を保護することができる。座席に対する圧縮荷重は、制限荷重以下の場合、取付部２５、負荷ジグ４、軸体３、制限荷重保証用ピン２２、軸体７、負荷ジグ８、取付部２６をを介して座席取付レール２９に伝えられ、衝撃吸収用管体には殆ど荷重は掛からない。衝撃が発生して、制限荷重保証用ピン２２のせん断破壊強度を超える圧縮荷重が作用すると、制限荷重保証用ピン２２が破断して、軸体３、７による圧縮荷重の支持が不可能になり、負荷ジグ４が下降することによって、衝撃吸収用管体２、６の軸Ｘ方向に圧縮荷重が与えら、衝撃吸収用管体２、６の外周面に形成さている平行溝１３に沿って亀裂が生じ、かつ衝撃吸収用管体２の先端が負荷ジグ４の部分円断面部２１に沿って外側に移動することによって、図３に示すように、切片に分離させ、且つ外側にカールさせながら負荷ジグが軸方向に移動して衝撃を吸収する。その際、本実施形態では、衝撃吸収用管体２、６の負荷ジグ側の端面に、平行溝１３と一致した位置にＶ溝１５を形成してあるので、初期亀裂発生位置を平行溝１３と一致させることができ、衝撃吸収用管体の破壊開始が均等になされ、且つ破壊開始時の荷重レベルが低く抑えられ、その後もその破壊が安定に進行するため、衝撃吸収用管体２、６に加えられる荷重を、図５（ａ）に示すように、比較的長時間に亘って略一定に保持することができ、衝撃を安定して吸収できる。なお、下側にある第２吸収部材も反作用により逆方向から第１吸収部材と同様に作用する。
【００１７】
そして、変形ストロークは、軸体３、軸体７の先端が互いに逆側の負荷ジグに突き当たるまでの距離によって規定されるが、本実施形態では負荷ジグ４、８にそれぞれ軸体の摺動用案内穴２３、２４を設けているため、それだけ有効ストロークが増加され、その分高い圧縮荷重が発生した場合も吸収可能となり、衝撃吸収力に優れている。換言すれば、その分小型化しても所定の変形ストロークを確保できるので、構造の軽量化を図ることができる。
【００１８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限るものでなく、その技術的思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、図４に示すものは、本発明の他の実施形態を示している。本実施形態は、図示のように、衝撃吸収管体３５の先端部に、該衝撃吸収用管体に形成されている平行溝と一致した数で負荷ジグの半径と一致した外向きカール状に初期変形させた初期変形部３６を付加したことを特徴とするものである。このように、初期変形を予め付加してこくことによって、図５（ｂ）に示すように、亀裂初期に発生する荷重値が設定荷重とほぼ同一とすることが可能となり、変形初期に発生する最大荷重をなくすことができる。図５は、本発明の衝撃吸収装置における変形ストロークと圧縮荷重値の関係を図示したものであり、（ａ）は初期変形を付加してない場合、（ｂ）は初期変形を与え場合をそれぞれ示している。又、初期変形を付加しておくことにより、平行溝間に形成される切片が確実に内側に巻き込まれてカールするため、２次的な危険防止にもより有効である。
【００１９】
上記実施形態では、飛行機やヘリコプター等の航空機の衝撃吸収用座席脚構造に適用した場合について説明したが、本発明は必ずしもそれに限らず、例えば床下衝撃吸収装置として、あるいは自動車、エレベータ及び垂直落下方式の遊戯機等の非常時の衝撃エネルギ緩衝装置として、ならび空中輸送の落下貨物の衝撃保護装置としても適用可能であり、その用途は特に限定されるものではない。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、衝撃吸収用管体を有する衝撃吸収部材を上下２段に結合することで、先に提案した従来の衝撃吸収装置における軸体をガイドするための保持用管体を省略することができるため、構造を軽量化することができ、且つ小さい荷重で比較的長時間に亘って該荷重をほぼ一定に保持することができ、例えば航空機の座席等の脚構造物に適用して、より乗客保護性の高い衝撃吸収装置を得ることができる。また、 両端の負荷ジグに軸体の摺動用案内穴を設置することで、この深さ分だけ変形ストロークを増加することができる。さらに、 衝撃吸収用管体の上部端面にＶ溝を設けることで、初期亀裂発生位置を衝撃吸収用管体の主要部に形成した平行溝位置と容易に一致させることができ、確実に且つ均一に変形させることができる。さらにまた、 衝撃吸収用管体の先端部に、主要部に形成した平行溝数と一致した数で負荷ジグの半径と一致した初期変形を付加することで、亀裂初期に発生する荷重値を設定荷重と同一とすることが可能となり、より良好に衝撃を吸収できると共に、切片化した衝撃吸収用管体の主要部をより確実に内巻カール状に変形させ、２次的な危険防止にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係る衝撃吸収装置の一部断面正面図、（ｂ）はその取付部の側面図である。
【図２】（ａ）は衝撃吸収用管体の一部断面正面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ部の拡大斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る衝撃吸収装置の衝撃荷重作用時の衝撃吸収用管体の変形進行状態を示す要部断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る衝撃吸収装置の衝撃吸収用管体を示し、（ａ）はその一部断面正面図、（ｂ）はその底面図である。
【図５】本発明の衝撃吸収装置における変形ストロークと圧縮荷重との関係を示すグラフであり、（ａ）は図１に示す実施形態の場合、（ｂ）は図４に示す実施形態の場合である。
【図６】本発明の衝撃吸収装置の適用例としての航空機の座席の側面図である。
【図７】従来の衝撃緩衝装置正面要部断面図である。
【符号の説明】
１ 衝撃吸収装置 ２、６、３５ 衝撃吸収用管体
３、７ 軸体 ４、８ 負荷ジグ
５ 第１吸収部材 ９ 第２吸収部材
１０ ジョイント部材 １１ 主要部
１２ 固定部 １５ Ｖ溝
１７ 筒部 １７ フランジ部
２０ 嵌合部 ２１ 部分円断面部
２２ 制限荷重保証用ピン ２３、２４ 摺動用案内穴
２５、２６、２７ 取付部 ３０ 座席
３６ 初期変形部

Claims (5)

1. 一端部側の固定部を除き、中心軸と略平行な方向に延在する複数本の平行溝が等角間隔に形成された円筒状の衝撃吸収用管体と、該衝撃吸収用管体の内側の中心軸線上を貫通する軸体と、該軸体の他端部側に固定され、前記衝撃吸収管体の端部が外嵌合する嵌合部を有し、且つ該嵌合部から所定の曲率半径の部分円断面を有する負荷ジグと、該負荷ジグの遊端側に取付けられた取付部とを有する１対の衝撃吸収部材を、互いに逆向きに２段結合してなり、
   前記軸体は、互いに軸方向にスライド可能にその軸端部が嵌合し、且つ前記衝撃吸収用管体は固定部が互いにジョイント部材で連結され、該ジョイント部材を介して前記軸体の端部に軸方向と直交するように制限荷重保証用ピンを貫通させて、該制限荷重保証用ピンで軸端部を互いに連結固定したことを特徴とする衝撃吸収装置。
2. 両端の前記負荷ジグに、相互の軸体の摺動用案内穴を設け、前記相互の軸体の先端が互いに逆側の前記負荷ジグに突き当たるまでの距離によって規定される変形ストロークを前記摺動用案内穴の深さ分だけ増加させたことを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収装置。
3. 前記衝撃吸収用管体の前記固定部と反対側の端面に、該衝撃吸収用管体に形成されている前記平行溝と一致した位置にＶ溝を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃吸収装置。
4. 前記衝撃吸収用管体の先端部に、該衝撃吸収用管体に形成されている前記平行溝と一致した数で外向きカール状に初期変形を付加したことを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃吸収装置。
5. 前記衝撃吸収装置が、航空機座席の脚柱又は対角部材の圧縮衝撃吸収装置である請求項１〜４何れかに記載の衝撃吸収装置。

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