JP4981613B2 - 衝撃吸収部材 - Google Patents
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Description
本発明に係る衝撃吸収部材は、初期破壊生成を担う先端部と衝撃吸収部材本体部で構成され、衝撃を受けた際に、自己破壊により前記衝撃を吸収する、複数の繊維強化樹脂層からなる衝撃吸収部材であって、先端部における少なくとも一つの繊維強化樹脂層の強化繊維が、エネルギー吸収軸方向に対して10°以上の角度差を持って配向されているとともに、前記先端部以外の衝撃吸収部材本体部が、前記先端部よりも、エネルギー吸収軸方向の強度、弾性率が高く、衝撃吸収部材本体部の少なくとも一つの繊維強化樹脂層は、先端部と共有する層で構成されている。
図1は本発明に係る衝撃吸収部材を具備したヘリコプターの胴体部骨格構造を示す斜視図、図2は本発明に係る衝撃吸収部材の概略全体斜視図、図3は図2のa−a矢視断面図、図4は本発明の衝撃吸収部材にかかる衝撃荷重と変位との関係を示すグラフである。
本実施形態に係る衝撃吸収部材3は、例えば、図2に示すような中空角柱(本実施形態では四角柱)状の外観を呈するものであり、例えば、強化繊維(例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維(ケブラー(登録商標)等)、セラミック繊維、芳香族ポリアミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維等からなる強化繊維に、樹脂(例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリイミド樹脂等)を予め含有させたシート状のプリプレグを必要な枚数(本実施形態では7枚)積層した後、図示しない加熱炉(オートクレーブ)内において加圧成形させた繊維強化樹脂複合材で作られている。
図2に示すように、先端部3aは、周方向にわたって、衝撃吸収部材3の先(末)端(図2に示すようなチャンファー加工(45°テーパ加工:面取り加工)が施されていないものでは先端面)から本体部3bの側(本体部3bの中央側)に長さL1(例えば、5mm〜10mm)だけ設けられている。
例えば、衝撃吸収部材3に軸方向に動的条件で荷重を加えて(圧潰)破壊試験を行った結果、ある繊維強化樹脂複合材で構成された衝撃吸収部材3では、荷重均一比(初期ピーク荷重(kN)を平均荷重(kN)で除した値):0.84〜0.87という試験結果を得ることができた。
また、別の繊維強化樹脂複合材で構成された衝撃吸収部材3では、荷重均一比:0.76〜1.04という試験結果を得ることができた。
また、90°繊維強化樹脂層5の代わり使用することができるのは、90°±45°繊維強化樹脂層、90°±15°繊維強化樹脂層、90°±5°繊維強化樹脂層、90°±1°繊維強化樹脂層に限定されるものではなく、90°±45°の範囲内であればいかなるものであってもよい。
これにより、初期荷重のピーク値および自己破壊を進展させるときの一定荷重の値をさらに細かく設定することができて、衝撃吸収部材3の設計自由度をさらに拡げることができる。
また、0°繊維強化樹脂層7の代わり使用することができるのは、0°±45°繊維強化樹脂層、0°±15°繊維強化樹脂層、0°±5°繊維強化樹脂層、0°±1°繊維強化樹脂層に限定されるものではなく、0°±45°の範囲内であればいかなるものであってもよい。
これにより、初期荷重のピーク値および自己破壊を進展させるときの一定荷重の値をさらに細かく設定することができて、衝撃吸収部材3の設計自由度をさらに拡げることができる。
図5は本発明に係る衝撃吸収部材の第2実施形態を示す図であって、図3と同様の図である。
なお、図5において、上述した第1実施形態と同じ部材には、同じ符号を付している。
図5に示すように、先端部10aは、周方向にわたって、衝撃吸収部材10の先(末)端(図5に示すようなチャンファー加工(45°テーパ加工:面取り加工)が施されていないものでは先端面)から本体部10bの側(本体部10bの中央側)に長さL2(例えば、2mm〜5mm)だけ設けられている。
例えば、衝撃吸収部材10に軸方向に動的条件で荷重を加えて(圧潰)破壊試験を行った結果、ある繊維強化樹脂複合材で構成された衝撃吸収部材10では、荷重均一比(初期ピーク荷重(kN)を平均荷重(kN)で除した値):1.16という試験結果を得ることができた。
図6は本発明に係る衝撃吸収部材の第3実施形態を示す図であって、図3および図5と同様の図である。
なお、図6において、上述した実施形態と同じ部材には、同じ符号を付している。
図6に示すように、先端部20aは、周方向にわたって、衝撃吸収部材20の先(末)端から本体部20bの側(本体部20bの中央側)に長さL3(例えば、2mm)の局所的な位置に先端部20aの内周端が位置するように設けられている。
例えば、衝撃吸収部材20に軸方向に動的条件で荷重を加えて(圧潰)破壊試験を行った結果、ある繊維強化樹脂複合材で構成された衝撃吸収部材20では、荷重均一比(初期ピーク荷重(kN)を平均荷重(kN)で除した値):0.89という試験結果を得ることができた。
図7は本発明に係る衝撃吸収部材の第4実施形態を示す図であって、図3、図5、および図6と同様の図、図8は本実施形態に係る衝撃吸収部材の作製方法を説明するためのフローチャートである。
なお、図7において、上述した実施形態と同じ部材には、同じ符号を付している。
図7に示すように、先端部30aは、周方向にわたって、衝撃吸収部材30の先(末)端から本体部30bの側(本体部30bの中央側)に長さL4(例えば、5mm〜10mm)だけ設けられている。
すなわち、(1)ピールプライ(例えば、ポリエステル製のクロス)に離型剤(例えば、Henkel社の「FREKOTE 44NC」(商品名))を塗布し、(2)このピールプライに塗布された離型剤を完全に揮発させる。(3)そして、離型剤が完全に揮発したピールプライを衝撃吸収部材30の内周側に位置する一の繊維強化樹脂層(例えば、+45°繊維強化樹脂層11)の先端部30aの上に積層(レイアップ)し、(4)つづいて、デバルク(一の繊維強化樹脂層とピールプライを密着させるために空気を抜く作業)を行い、離型成分を一の繊維強化樹脂層に転写する。(5)ピールプライを除去した後、次の繊維強化樹脂層(例えば、0°繊維強化樹脂層12)を一の繊維強化樹脂層の上に積層する。以後、この作業を所定回数(本実施形態では6回)繰り返し行う。
例えば、衝撃吸収部材30に軸方向に動的条件で荷重を加えて(圧潰)破壊試験を行った結果、ある繊維強化樹脂複合材で構成された衝撃吸収部材30では、荷重均一比(初期ピーク荷重(kN)を平均荷重(kN)で除した値):1.04〜1.28という試験結果を得ることができた。
したがって、万が一墜落等が起こって不慮の接地衝撃を受けた場合でも、墜落等による不慮の接地衝撃は、優れた衝撃エネルギー吸収能力を有する衝撃吸収部材によって吸収されることとなるので、搭乗者の生存を高い確率で確保することができる。
したがって、万が一墜落等が起こって不慮の接地衝撃を受けた場合でも、墜落等による不慮の接地衝撃は、優れた衝撃エネルギー吸収能力を有するヘリコプター1の床構造2によって吸収されることとなるので、搭乗者の生存を高い確率で確保することができる。
また、本発明に係る耐衝撃性構造部材は、ヘリコプター1のみに適用され得るものではなく、その他の用途、例えば、固定翼航空機や自動車等の移動体にも適用することができる。
また、0°繊維強化樹脂層7の代わり使用することができるのは、0°±45°繊維強化樹脂層、0°±15°繊維強化樹脂層、0°±5°繊維強化樹脂層、0°±1°繊維強化樹脂層に限定されるものではなく、0°±45°の範囲内であればいかなるものであってもよい。
これにより、初期荷重のピーク値および自己破壊を進展させるときの一定荷重の値をさらに細かく設定することができて、衝撃吸収部材3の設計自由度をさらに拡げることができる。
また、例えば、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン610、ナイロン612などのポリアミド、またはこれらポリアミドの共重合ポリアミド、また、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル、またはこれらポリエステルの共重合ポリエステル、さらに、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリオレフィン等、さらにまた、ポリエステルエラストマー、ポリアミドエラストマー等に代表される熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。
さらには、上述の範囲を満たす樹脂として、例えばアクリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム等のゴムを用いることもでき、さらには、上記の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ゴムから選ばれた複数を配合してなる配合樹脂を用いるようにしてもよい。
2 床構造
3 衝撃吸収部材
3a 先端部
3b 本体部(衝撃吸収部材本体部)
4 +45°繊維強化樹脂層
5 90°繊維強化樹脂層
6 −45°繊維強化樹脂層
7 0°繊維強化樹脂層
10 衝撃吸収部材
10a 先端部(破壊部)
20 衝撃吸収部材
20a 先端部(蛇行部)
30 衝撃吸収部材
30a 先端部(離型部)
Claims (6)
- 初期破壊生成を担う先端部と衝撃吸収部材本体部で構成され、衝撃を受けた際に、自己破壊により前記衝撃を吸収する、複数の繊維強化樹脂層からなり、安定的な順次破壊モードに移行するまでの間に生じる自己破壊の初期荷重のピーク値を制御する衝撃吸収部材であって、
先端部における少なくとも一つの繊維強化樹脂層の強化繊維が、エネルギー吸収軸方向に対して10°以上の角度差を持って配向されているとともに、
前記先端部以外の衝撃吸収部材本体部が、前記先端部よりも、エネルギー吸収軸方向の強度、弾性率が高く、衝撃吸収部材本体部の少なくとも一つの繊維強化樹脂層は、先端部と共有する層で構成されていることを特徴とする衝撃吸収部材。 - 初期破壊生成を担う先端部と衝撃吸収部材本体部で構成され、衝撃を受けた際に、自己破壊により前記衝撃を吸収する、複数の繊維強化樹脂層からなり、安定的な順次破壊モードに移行するまでの間に生じる自己破壊の初期荷重のピーク値を制御する衝撃吸収部材であって、
先端部が、エネルギー吸収軸方向に沿って圧潰しようとする荷重を徐々に加えていき、その変位が、所望の値になったところで荷重による圧潰を停止させることによって形成された破壊部とされていることを特徴とする衝撃吸収部材。 - 初期破壊生成を担う先端部と衝撃吸収部材本体部で構成され、衝撃を受けた際に、自己破壊により前記衝撃を吸収する、複数の繊維強化樹脂層からなり、安定的な順次破壊モードに移行するまでの間に生じる自己破壊の初期荷重のピーク値を制御する衝撃吸収部材であって、
先端部が、周方向内側または周方向外側に突出しつつ強化繊維が局所的に蛇行する蛇行部、あるいは周方向の内部に強化繊維が局所的に蛇行する蛇行部とされていることを特徴とする衝撃吸収部材。 - 初期破壊生成を担う先端部と衝撃吸収部材本体部で構成され、衝撃を受けた際に、自己破壊により前記衝撃を吸収する、複数の繊維強化樹脂層からなり、安定的な順次破壊モードに移行するまでの間に生じる自己破壊の初期荷重のピーク値を制御する衝撃吸収部材であって、
先端部が、隣接する繊維強化樹脂層間に離型成分を有する離型部とされていることを特徴とする衝撃吸収部材。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材を具備してなることを特徴とする耐衝撃性構造部材。
- 請求項5に記載の耐衝撃性構造部材を具備してなることを特徴とする移動体。
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