JP6270482B2 - 航空機用の超軽量シート - Google Patents

Description

本発明は、一般の航空機、商用航空機あるいは軍用航空機のための航空機キャビン装備品の製造の分野に属する。それは、さらに詳しくは、一人以上の乗客を支える、航空機のためのシートの製造に関する。

航空機のシートは、特に耐衝撃性に関する特定の基準を満たす必要がある。たとえば動的衝突耐力試験は、シートを、航空機の前後方向軸（図１のＹ軸）に関して１６ｇの、航空機の水平面における直交軸（図１のＸ軸）に関して３ｇの、そして航空機の垂直軸（図１のＺ軸）に関して１４ｇの加速度にさらす（ここでｇは重力加速度（ｇ≒９.８１ｍ・ｓ^−２）である）。

これらの制約を満たすために、乗客用として意図された航空機のシートは、通常は金属からなる多数の部品を用いて製造される。これらの金属構造体は比較的強く、したがって、シートに対して衝突の場合に大きな耐力を付与する。だが、金属構造体は密度が高く、シートを特に重くする。

従来のシートは、通常、剛体金属部分に配置された発砲クッションを用いて製造された座面および背もたれを有する。剛体部分およびフォーム厚みは、シート重量の増加の原因となっている。

背もたれおよび座面に加えて、シートには、安全ベルト、ヒジ当て、折り畳み式トレイ、雑誌および安全インストラクション用のディスプレイホルダーなど、数多くの付属品が装備されている。これらの付属品の多くは、金属構造体を用いてシートに固定される。これらの付属品はシートの重量をさらに増大させる。

最新デザインの航空機シートは、有効な基準を満たしながら、シートの重量、体積および複雑さを軽減することを意図されている。確かに、航空機が数百のシートを有する場合、シートは航空機の総重量のかなりの割合を呈することがあり、それが占める体積は商業的に利用できない。

重量は、経済的理由および環境上の理由のために、航空機のシートの設計において、ますます重要な課題となっている。シートの単位重量の低減は、航空機の総重量の低減につながる。航空機は、したがって、その燃料消費量、そのタンクの大きさ、そのエンジンのパワーを低減することができ、または逆に、そのレンジを増大させることができる。環境の観点からシートの重量の低減は非常に重要である。所与の飛行機に関して、それは燃料消費量を削減することを可能とし、これによって、大気中への二酸化炭素（ＣＯ_２）または酸化窒素（ＮＯ_Ｘ）の放出を削減することを可能とする。

シートの体積は第２の関心事であり、これは、毎年輸送されるさらに多くの乗客数に対応することを求めている。シートの単位体積を減少させることによって、シートの二つの列の間の空間を削減し、そして航空機に着座することができる乗客の数を増やし、あるいは、逆に、各乗客に割り当てられたスペースあるいは部品に割り当てられたスペースを増大させることができる。ある航路内で、航空機を一定の乗客の流れでより良く満たすことで便数を減らすことができ、これによって節約される燃料は温室効果ガスを相応に低減する。

シートの複雑さは、製造、メンテナンス時に、あるいは異なる部品のトラッキングに関して、さまざまな問題を提起する。航空機シートを構成する部品数が多くなればなるほど、シートを製造するロジスティクスおよびプロセスはさらに複雑かつコスト高となる。これらの異なる部品を互いに取り付けるために使用される取り付け具は、多くの場合、安全規格を満たすために金属製（一般にはステンレススチール製）であり、シートを重くする。部品点数の削減は、したがって、シートの体積および重量の低減を可能とする。

さらに、歴史的に、こうしたシートは、重量および価値に関して高価な機能を含んでいるが、これらはもはや、現在のキャビン形態には適していない。たとえば、シート背もたれの傾動は、シート列間のスペースが小さい場合には、もはや不可能である。航空機のシートは航空路線の要求に対して提供される快適さに適合する必要がある。

航空機の座面および背もたれは、掃除することが困難であるクッションを含んでいる。航空機のシートにクッションを付加することは、飛行機の重量を増大させ、フライト間のシートクリーニング時間を増加させ、そして航空機内の衛生状態を低下させる。

特許文献１は、その耐衝撃性を損なうことなくシートの重量を減らすために、スチールではなく炭素繊維を使用する最低二つの部分からなる飛行機シート構造体を開示している。特許文献２は、やはりシートの軽量化を図ることを目的として、炭素繊維よりも安価な複合材料を使用することを提案している。最後に、特許文献３は、複合材からなる複数の部品からなる構造体を成形することによって、シートの構造体におけるファスナーの数を減らすことを提案している。

上記特許文献に開示されたシートは、安価な様式でシートの重量を軽減することを目的としているが、複数の部品の製造または使用を伴うシートを依然として提案しており、その上に乗客が直接座ることができる構造を有していない。

特許文献４ないし６もまた挙げられるが、これらは、それに対して本発明の範囲が規定される従来技術を提示する。

国際公開第８５０２３８４号パンフレット 国際公開第２００７／１３６５７８号パンフレット 国際公開第２０１０／１１２８７５号パンフレット 欧州特許第０９８２１８０号明細書 欧州特許第１９４６９６２号明細書 米国特許出願公開第２００８／０８８１６６号明細書

本発明は、したがって非常に軽量な剛構造体を備えたシートを提供する。このシートの目的は、乗客の航空輸送のための有効な基準を満たすために、乗客の快適性、特に座面および背もたれと、機械的耐力を組み合わせることである。余分な部品を追加せずに乗客がシートに直接座ることができることが望ましい。

本発明は上記問題、すなわちシートの設計の簡素化、その重量および体積の低減、そして環境尊重に鑑みてなされたものである。

この目的のために、本発明の第１の主要な対象は航空機の乗客用のシートであり、当該シートは、
航空機の床に対して取り付けられる足およびアーマチュアを含む構造体と、
少なくとも一つの背もたれと、
少なくとも一つの座面とを含み、
少なくとも一つの背もたれ、および少なくとも一つの座面は、いずれも、構造体のアーマチュアに対して堅固に固定される。

本発明によれば、構造体は、剛性を有し、チューブ構造であり、かつ、プラスチックから形成される。

本発明の好ましい実施形態によれば、構造体のポリエーテルイミド樹脂である。

本発明に基づくシートの好ましい実施形態においては、上記構造体は、炭素、ガラスおよび植物を含む群から選ばれた素材からなる繊維によって強化される。

シートの第１の設計においては、構造体は単一部材から形成される。

この場合、本発明に基づく構造体の一つの製造方法は回転成形である。

本発明に基づくシートの第２の設計においては、構造体は、接続部品によって互いに取り付けられた複数のチューブからなる。

後者の例では、接続部品は、互いに取り付けられることになる両チューブの端部を取り囲む剛体ブッシュである。これらのブッシュは金属であってもよく、あるいは複合材を使用して製造されてもよい。

いずれの例でも、ブッシュは、金属の、あるいは炭素、ガラスおよび植物繊維を含む群から選ばれた素材からなる繊維が添加された熱硬化性マトリックスの射出によって製造可能である。

本発明に基づく第２の設計においては、構造体を製造する方法は、ブラダー膨張成形によるモールディングを使用することからなり、ここで炭素繊維はストランドの形態をとる。

本発明に基づく構造体の別な製造方法は、押し出し／曲げ加工である。

本発明に基づくシートの好ましい実施形態では、背もたれおよび座面は薄く、すなわち１ｍｍ厚のオーダーのものであり、剛構造体に対して取り付けられる。

本発明に基づく方法において、回転成形が使用されない場合、背もたれおよび座面は構造体上にオーバーモールドされる。

本発明に基づくシートは多くの機能、すなわち衝突および大きな加速度に対する動的耐力、乗客の座面および背もたれによる乗客の快適性、そしてさまざまな付属品（折り畳み式トレイ、マガジンラック、ヒジ当て等）のサポートを有する。

シートの主要な機能は構造的耐力である。本発明に係るシートは比較的単純な構造を有する。シートの耐力を向上させる一つの方法は、実際、背もたれと座面との間の可動接続をもはや許容しないことによって、構造体を剛体化することである。構造体を単一の剛体要素として製造することによって、可動ジョイントに関連する弱点を伴わずに、応力をシート全体に分散させることができる。構造体部分は、こうして軽量化することができる。

背もたれ／座面角の領域における従来の弱点は、直角アングルを使用する代わりに、曲がった剛体ブッシュによる円弧を用いて補強されるが、これらは金属、複合材料、あるいは折り曲げまたは回転成形チューブからなる。力は、したがって、角に集中する代わりに、円弧全体にわたって分散される。本発明に係るシートの構造体によれば、航空機の前後方向軸線における減速、衝撃や加速の場合に、背もたれの倒壊を制限することができる。なぜなら、それは、航空機のフレームワークに対して、その足によって直接連結されるからである。この手段によって、シートの背もたれと座面との間の角度によって生じる力は制限される。

第２の機能は、乗客の快適さと、もてなしである。シートの背もたれおよび座面は、乗員と直接接触する部分であり、それは、おそらく、シートの構造的耐力には全く寄与しないか、あるいは少なくとも、制限された様式でそうするだけであろう。シートの構造体は単一の部品からなるので、座面と背もたれとは構造体に対して堅固に取り付けられ、したがってシートの総重量を最小化するために、かなり薄くすることができる。それは乗客と直接接触状態であるので、座面および背もたれは、快適であり、容易に洗濯でき、そして十分に丈夫でなければならない。それらは、撥水素材からなるカバーを用いることで、容易に洗濯可能とすることができる。

本発明に係るシートの製造における一つの選択肢は、座面に丈夫なテクスチャーを付与することである。実際、座面を構成する素材が撥水性でありかつ滑りやすければ、乗員が十分にシートに張り付かず、そして航空機の減速時に常に前方に押しやられるというリスクが存在する。この不快感を防止するために、その粗さを向上させるべく、座面には溝（幅１ミリメートル、深さ１０分の１ミリメートルのオーダーの溝）が機械加工されてもよい。溝のリッジは、乗員が切り傷を負うリスクを抑えるために、機械加工の後に、平滑化される。

航空機のシートの最終的機能は、安全ベルト、ヒジ当て、折り畳み式トレイ、マガジンのディスプレイホルダーあるいは安全インストラクションなどの、さまざまな付属品を固定することである。オーバーモールディングの技術は、こうした要素のために使用できる。付属品は、非常に細密なプロファイル部品を用いて、あるいは１ミリメートルのオーダーの厚みに達するまで素材を薄くすることによって、そして続いて、それらを剛構造体に対して取り付けることによって設けられる。

折り畳み式トレイあるいはヒジ当てなどの連結式付属品の場合、回転シャフトのみを構造体に対して取り付ければよく、付属品は続いてこの回転シャフトに対して取り付けられるが、これは可能な限り軽量である必要がある。この構造体に可能な限り近接して配置された中空でかつ非常に薄いサポートは、付属品によって加えられるレバレッジを制限しながら、その重量を制限することを可能とする。

本発明に係る成形された単一要素シートの構造体および使用される直行座標系の斜視図である。 成形構造体およびそのさまざまなオーバーモールド付属品を備えた、本発明に係るシートの分解斜視図である。 図２の本発明に係るシートの背もたれの分解図である。 組み立てられたチューブを備えた、その実施形態に関して、本発明に係るシートの構造体を示す図である。 組み立てられたチューブを備えた本発明に係るシートの構造体の製造のための接続部品の代表的実施形態を示す図である。 組み立てられたチューブを備えた本発明に係るシートの構造体の製造のための接続部品の代表的実施形態を示す図である。 任意選択的なスリーブを備えた二つのチューブ間の接合部の断面図である。

図１は、中空管状構造体から形成された、本発明に基づくシートの構造体１の一実施形態を示す。取り付けポイントは、航空機の床に連結された構造体の一部に配置される。全ての角は、円弧状に、さらには緩い弧をなすように丸みが付されている。前方垂直チューブ１０および後方垂直チューブ１１の下側部分はシートの足を構成し、かつ、航空機の床に対するその取り付けポイントに対して直に連結される。後方垂直チューブ１１の上側部分は、シートの構造体１の後方セクション１２を構成する。アーマチュアはベース部分１３によって完成される。この図１においては三人掛けシートが示されているが、ここでは二つの前方垂直支柱１０および二つの後方垂直支柱１１が必要なだけであり、しかも、これらは中央シートの各側に配置される。この場合、サイドシートは片持ち支持される。

選択される材料は、毒性、可燃性および熱伝達に関する基準を満たしている必要がある。これは、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、またはポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）などの熱可塑性樹脂から選択されるプラスチックである。材料を成形する必要がある場合、たとえばポリエーテルイミド（ＰＥＩ）などの熱可塑性樹脂が使用可能であり、繊維によって強化されてもされなくても、これは上記制約を満たす。そうした構造体１を形成するチューブの直径は１センチメートルのオーダーであり、それを構成するチューブの厚みは数ミリメートルのオーダーである。

そのような構造体１を製造するための本発明の第１の方法は回転成形である。材料のマトリックスを構成するポリマー樹脂は、粉末化され、金型内に充填される。短繊維（炭素および／またはプラスチックおよび／または麻などの植物からなる）が、構造体を補強するために粉末に添加されてもよい。次いで、３面体を形成する３つの回転軸の周りで型が回転させられる。粉末は加熱によって溶解させることができ、次いで、均一な様式で型内のエッジにおいて凝集し、おそらくマトリックス内で繊維を緊張させ、したがって中空構造体を形成する。

さらに、構造体１の耐力を向上させるために、特定部分は不連続部を有していてはならない。当該部分は、垂直軸（Ｚ）および航空機の前後方向軸（Ｙ）を含む平面内に配置されたものである。これらの平面の一つは、航空機の床に対する構造体１の取り付けポイントに対して背もたれセクション１２を連結する、管状バーの一つ、たとえば後方垂直チューブ１１を含む。航空機の前後方向軸（Ｙ）に関する構造体１の剛性は、特に動的耐力試験において、シートの特性にとって重要である。

図２は、僅かに分解した状態で、本発明に基づく三人掛けシートの一例を示す。それはまた、構造体１に取り付けられる背もたれ２および座面３を示している。これらの部分は、非常に薄く、その粗さを増大させる溝状モチーフを有する。背もたれ２および座面３は、好ましくは、１ミリメートル厚のオーダーの、構造体１と同じ素材、例えばポリエーテルイミド樹脂から製造される。最初、これらの要素は所望の形状を得るために再度切断され、続いて高温成形され、すなわちリセスが背もたれ２に形成される。その粗さを増加させるために、溝あるいは微小溝が切削によって背もたれ３に形成され、続いてサンディングによって平滑化される。背もたれ２およびベース３は、そのエッジのオーバーモールディングにより構造体１に対して取り付けられる。

シートの快適性を高めるために、さらなる処理が、撥水シリコン誘導体などの柔らかい材料で、それらを覆うことにより、座面３および背もたれ２に関して実施されてもよい。この表面処理は、シートの総重量を過度に増やすことがないように、数ミリメートルないし１センチメートル厚の比較的薄いものである必要がある。

リセス８，９が、快適でかつ人間工学的なシートを得るために、背もたれ２および座面に形成されてもよい。

付属品は、オーバーモールディングによって、シートに対して同じ方法で固定される。最初、付属品は、おそらくさらに心地よい触感のために表面処理された、ポリエーテルイミド樹脂あるいはシリコン誘導体からなるプロファイルから成形され、続いて、オーバーモールディングによりシートに対して取り付けられる。これは、背もたれあるいは背もたれ２の後方セクションに配置されたマガジンホルダー６、ヒジ当て７、あるいはシートの後方に配置された折り畳みテーブル４の回転シャフト５に関して当てはまる。このような折り畳みテーブル４はまた、さらなる重量削減のためにポリエーテルイミドから製造することができる。こうした付属品は、こうした付属品を支持するストリップがこれらの要素を構成する構造体のコアに対して取り付けられるようにするために、シートを構成する要素の製造の初期ステップにおいて取り付けられてもよい。

図３は、やはり僅かに分解した状態で、シートを構成するこれらアライメントの全てを示している。

シートの構造体１を製造する別の方法は、ブラダー膨張成形による成形である。そうした方法は、ポリエーテルイミド樹脂などのポリマーマトリックス、ならびに炭素および／またはプラスチックおよび／または麻などの植物からなる繊維を含む円柱形複合ストランドを金型内に挿入することによって、成形チューブを補強することを可能とする。ブラダーはストランド内部に配置され、そしてアセンブリ全体は金型内に配置される。ブラダーが膨張したとき、ストランドが高温の金型に押し付けられた状態でモジュールが加熱される。ストランドのポリマー樹脂は溶解し、強化繊維の周りで母材マトリックスを形成する。マトリックスは金型の温度が低下すると固化する。こうして、本発明に係るシートの補強構造体を製造することができる。

そのような構造体を製造する第３の方法は、ブラダー膨張成形に係る方法のそれと同じ結果をもたらす押出曲げ方法を使用することである。このような方法においては、チューブが押し出され、すなわちポリマー樹脂は、おそらく繊維が添加されたペーストの状態へと還元され、そしてフィルターのそれであるモチーフを得るためにフィルターを経て引き伸ばされ、ある長い長さにわたって繰り返される。このステップは、長いチューブ長さを得るためにプラスチック業界では比較的一般的である。第２のステップ、曲げは、ガラス転移温度に達するために、そして材料を軟化させるために、チューブを局所的に加熱することからなる。チューブを曲げ、成形することを可能とするために、三つのプーリーを用いて捩じりが加えられてもよい。

上記方法はまた、単一シート用の複数のチューブ（いくつかは多かれ少なかれ直線状であり、その他は曲がっている）を製造することによって、本発明に係るシートの構造体の部品を製造することを可能とし得る。

図４は、いくつかのチューブ２０，２１および２２のアセンブリと共に、本発明に係るシートの構造体の代表的実施形態を示している。それらは部品３０，３２を接合することにより組み立てられる。チューブ２０は曲がっており、すなわち、例えば上記押出曲げ方法を用いて折り曲げられる。チューブ２２は直線状であり、一方、構造体の足を形成するチューブ２１は３箇所で曲がっている。接続部品３０および３２は、製造されるアセンブリに応じて異なる形態を有することができる。接続部品３０は、所与の平面内で２本のチューブの組み立てを実現する。このような接続部品は図５Ｂに詳細に示されている。したがって、それは、三つのシートの上側中央部分を構成する比較的直線状のチューブ２０を、側方シートの背もたれセクションを構成する垂直チューブ２０に対して接続する。直交部分３３はメイン接続部３１に接続されている。そうした二重接続部品３０の両方の部分３０および３３は、自由チューブ２２の端部を締め付け、別なチューブ２０の多かれ少なかれ中央部分を取り囲む。

図５Ａを参照すると、二つのチューブ２３および２４のみを互いに接合するが曲げられている簡素な接続部品３４を使用することができる。

これら全ての接続部品は、好ましくは、金属で作られており、したがってそれらが接続するチューブよりも高密度である。あるいは、構造体と同様、それらは複合材料で形成されてもよい。いずれの場合も、ブッシュは、金属の、あるいは、炭素、ガラスあるいは植物繊維を含む群の中の素材からなる繊維が添加された熱硬化性マトリックスの射出によって製造できる。この方式で得られた接続部は、床からの振動を吸収することができ、したがって乗客の不快感を低減する。チューブと上記接続部品との間のオーバーラップ領域が大きくなるほど、接合部の機械的耐力が大きくなることに留意されたい。

図６を参照すると、チューブと接続部品との間の取り付けは、オーバーラップ領域においてチューブおよび接続部品と交差するスクリューあるいはリベットを使用する機械的なものであっても、オーバーラップ部分において接着剤を使用する化学的なものであってもよい。

減衰要素が接合部の中央に挿入されてもよい。これは、チューブ２５と接続部３５との間に挿入されたポリウレタン発泡体スリーブ５０から構成されてもよい。取り付けは、たとえば、三つの要素と交差するスクリューあるいはリベット４０によって、接続部３５とチューブ２５との間でなされる。化学的固定法を使用することもできる。

本発明に係る航空機のシートはしたがって、従来構造に比べて低い全構造体密度によって、著しい重量低減を可能とする。これは、特に、エコノミークラスの民間航空輸送を目的としている。

１ 構造体
２ 背もたれ
３ 座面
４ 折り畳みテーブル
５ 回転シャフト
６ マガジンホルダー
７ ヒジ当て
８，９ リセス
１０ 足
１１ 後方垂直チューブ
１２ 後方セクション
１３ ベース部分
２０，２１，２２，２３，２４ チューブ
３０，３２，３４，３５ 接続部品

Claims (12)

1. 航空機の乗客用のシートであって、
   前記航空機の床に対して取り付けられるよう構成された足（１０）およびアーマチュア（１２）を含む構造体（１）と、
   少なくとも一つの背もたれ（２）と、
   少なくとも一つの座面（３）と、を具備し、
   前記少なくとも一つの背もたれ、および前記少なくとも一つの座面は、いずれも、前記構造体（１）の前記アーマチュア（１２）に対して堅固に固定されており、
   前記構造体（１）は、剛性を有し、チューブ状であり、かつ、プラスチックから形成されており、かつ、前記構造体（１）は、取り付けられる前記チューブの端部を取り囲む剛体ブッシュからなる接続部品（３０，３２，３４，３５）によって互いに取り付けられた複数のチューブ（２０，２１，２２，２３，２４）からなることを特徴とするシート。
2. 前記プラスチックはポリエーテルイミド樹脂などの熱可塑性ポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のシート。
3. 前記プラスチックはエポキシ樹脂などの熱硬化性ポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のシート。
4. 前記構造体（１）は、炭素、ガラスおよび植物を含む群から選ばれた素材からなる繊維によって強化されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシート。
5. 前記接続部品（３０，３２）は、金属ブッシュからなることを特徴とする請求項１に記載のシート。
6. 請求項５に記載のシートを製造する方法であって、前記金属ブッシュは、金属の射出によって製造されることを特徴とする、シートの製造方法。
7. 前記接続部品（３０，３２）は、複合材料から形成されたブッシュからなることを特徴とする請求項１に記載のシート。
8. 請求項７に記載のシートを製造する方法であって、複合材料から形成された前記ブッシュは、炭素、ガラスおよび植物繊維を含む群から選ばれた素材からなる繊維が添加された熱硬化性マトリックスの射出によって製造されることを特徴とする、シートの製造方法。
9. 前記少なくとも一つの背もたれ（２）および前記少なくとも一つの座面（３）は、１ミリメートル厚のオーダーの薄さであり、かつ、前記構造体（１）に固定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載シート。
10. 請求項４に記載のシートを製造する方法であって、前記構造体（１）は、ブラダー膨張成形によって製造され、前記プラスチックは、炭素、ガラスおよび植物からなる群に含まれる素材からなる繊維のストランドによって強化されることを特徴とする、シートの製造方法。
11. 請求項４または請求項５に記載のシートを製造する方法であって、前記構造体（１）は押し出し／曲げ加工によって製造されることを特徴とする、シートの製造方法。
12. 前記少なくとも一つの背もたれ（２）および前記少なくとも一つの座面（３）は、前記構造体（１）に対してオーバーモールドされることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載のシートの製造方法。

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