WO2011007846A1

WO2011007846A1 - 衝撃吸収構造体

Info

Publication number: WO2011007846A1
Application number: PCT/JP2010/062013
Authority: WO
Inventors: 豊己田中; 尚希樋口
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2011-01-20
Also published as: EP2455285A1; US8827057B2; EP2455285B1; JP5297288B2; JP2011020642A; EP2455285A4; US20120112004A1

Abstract

　衝撃吸収構造体を小型化することが望まれる。衝撃吸収構造体は、凹部を有する梁状の構造部材と、一端が前記凹部の内側に配置され、他端が前記凹部の外部に配置された衝撃吸収部材とを備える。凹部の領域では、衝撃吸収部材が底付きするデッドストロークとなった場合でも、構造部材が構造を支えるための場所と重なるため、無駄なスペースとならない。

Description

衝撃吸収構造体

　本発明は、衝撃吸収部材の取り付け構造に関する。

　炭素繊維強化プラスチックに例示される部材を用いた衝撃吸収部材が知られている。例えば角筒形状に形成された衝撃吸収部材は、その軸線方向に衝撃が加わると、軸線方向に圧壊しながら衝撃を吸収する。その結果、衝撃吸収部材が取り付けられた本体にかかる衝撃が軽減される。

　航空機（例えば回転翼航空機であるヘリコプタ）、自動車等の航行体の構造体として、衝突時の衝撃吸収のために、衝撃吸収構造体が用いられる。例えば、回転翼航空機であるヘリコプタでは、不時着時における乗員の安全性確保のために、衝撃吸収構造体を備えた床下構造が提案されている。

　衝撃吸収部材は、ある長さ以上が潰れると衝撃吸収部材の破壊部分の破片が衝撃吸収部材の内部に詰まり、それ以上ほとんど潰れることができず、底付きして衝撃吸収能力を失う。図１は、衝撃吸収部材における変位（潰れた長さ）と荷重との関係の例を示す。変位がＢの点を超えると、衝撃荷重が急激に増加し始め、衝撃吸収能力が失われる。

　図２Ａは、衝撃吸収部材の取り付け構造の参考例を示す。この図は、回転翼航空機の下部に衝撃吸収部材が取り付けられた例を示す。回転翼航空機の胴体は構造梁１０２によって形成される。構造梁１０２は床板１０１を支持する。構造梁１０２に衝撃吸収部材１０３が取り付けられる。構造梁１０２の厚さがＬ１１、衝撃吸収部材１０３の長さがＬ１２、床板１０１から衝撃吸収部材１０３の端部までの長さがＬ１３で示されている。

　図２Ｂは、図２Ａの衝撃吸収部材の軸線方向に衝撃が加わり、底付きが発生した状態を示す。破壊部分１０４が潰れて底付きした衝撃吸収部材１０３ａの長さがＬ１４で示されている。図１の底付き変位Ｂとの関係は、Ｌ１２－Ｌ１４＝Ｂである。底付きした状態の衝撃吸収部材の長さＬ１４はデッドストロークとなる。

　底付きに対処する技術の参考例として、特許文献１を挙げる。特許文献１には、ヘリコプタの耐衝撃構造が記載されている。この技術では、各繊維強化複合材中空チューブ同士の隙間の空間、及び各繊維強化複合材中空チューブの内部の空間のうちの一部の空間にだけ発泡剤が注入される。これにより、破壊小片が発泡剤に喰い込み又は破壊小片が断面空間に収容されて破壊小片のコンパクションによる部材全体の剛化が防止され、有効ストロークが生かされる。

特許第３８８８６３０号公報

　衝撃吸収部材の図２Ｂに示した長さＬ１４の部分はデッドストロークであり、衝撃を吸収する能力がない。そのため十分な衝撃吸収能力を確保するには底付き分の長さＬ１４に十分な有効ストロークを加えた長さＬ１２の衝撃吸収部材を用いる必要がある。更に構造梁１０２の厚さＬ１１が加わるため、床板１０１から衝撃吸収部材１０３の端部までの長さＬ１３がかなり長くなる。この長さＬ１３を確保する必要があるために、衝撃吸収部材を備えた構造体の小型化が難しくなる。

　図３は、構造梁１０２以外の部分において床板１０１に衝撃吸収部材１０３を固定した例を示す。この場合、床板１０１から衝撃吸収部材１０３の端部までの長さは衝撃吸収部材１０３の長さＬ１２であり、図２Ａの場合に対して構造梁１０２の厚さＬ１１だけ短くすることができる。しかしながら、このような構造では、衝撃吸収部材１０３に衝撃が加わったとき、その反力によって床板１０１が破壊されないように、床板１０１を補強する必要がある。そのため重量が増える。

　自動車や航空機などの構造体を小型化、軽量化するために、衝撃吸収構造体の小型化、軽量化が望まれる。

　本発明の一側面において、衝撃吸収構造体は、凹部を有する梁状の構造部材（６）と、一端が凹部の内側に配置されて構造部材に当接し、他端が凹部の外部に配置された衝撃吸収部材（１２）とを備える。

　このような衝撃吸収構造体によれば、凹部の領域では、衝撃吸収部材が底付きするデッドストロークとなった場合でも、衝撃吸収部材が構造梁の場所と重なるため、無駄なスペースとならない。

　本発明の他の側面において、梁状の構造部材は、第１のフランジと、一端が第１のフランジの一側面に固定された第１のウェブと、第１のウェブの他端に固定され、第１のフランジと平行に配置された第２のフランジとを備える。凹部は、第１のウェブと第１のフランジの一側面とによって形成される。

　本発明の更に他の側面において、梁状の構造部材は更に、一端が第１のフランジの一側面に固定され、第１のウェブと平行に配置された第２のウェブと、第２のウェブの他端に固定され、第１のフランジと平行に且つ第２のフランジとの間に隙間を設けて配置された第３のフランジとを備える。凹部は、第１のウェブと第２のウェブと第１のフランジの一側面とによって形成される。

　本発明の更に他の側面において、第１のフランジの、衝撃吸収部材の一端が当接する領域には貫通孔が形成されている。

　本発明の一側面における回転翼航空機は、第１のフランジに支持された床面と、梁状の構造部材に支持され、床面の下側に配置された底面とを備える。衝撃吸収部材は、一端と他端とを結ぶ長手方向が鉛直方向を向いて配置される。

　本発明の一側面における自動車において、衝撃吸収部材は、他端が当該自動車のフロント面の方向に向くように配置される。

　本発明により、衝撃吸収構造体を小型化することが可能である。

　本発明の上記目的、他の目的、効果、及び特徴は、添付される図面と連携して実施の形態の記述から、より明らかになる。
図１は、衝撃吸収部材の変位と荷重との関係を示す。図２Ａは、参考例における衝撃吸収部材の取り付け構造を示す。図２Ｂは、参考例における衝撃吸収部材が底付きした状態を示す。図３は、他の参考例における衝撃吸収部材の取り付け構造を示す。図４は、衝撃吸収構造体を備えた回転翼航空機の側面図である。図５は、回転翼航空機の床下構造を示す。図６は、構造梁の構成を示す斜視図である。図７Ａは、一実施形態における衝撃吸収構造体の断面図である。図７Ｂは、一実施形態における衝撃吸収構造体が底付きした状態を示す。図８は、床面の上面図である。図９は、構造梁の他の構成例を示す斜視図である。図１０は、他の構成例における衝撃吸収構造体の断面図である。図１１は、衝撃吸収構造体を備えた自動車の上面図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図４は、本実施形態における衝撃吸収構造体を備えた回転翼航空機（特にヘリコプタ）を側面から見た断面図である。回転翼航空機２は、胴体４を備える。胴体４は床面１０を備える。床面１０は座席や貨物等を支持する。床面１０の下に、衝撃吸収構造体が配置される。衝撃吸収構造体は構造梁６と衝撃吸収部材１２とを備える。衝撃吸収部材１２の下側には、胴体２の下面側の外板である底板８が構造梁６に支持されて配置される。このような回転翼航空機において、底部が地面や障害物に衝突すると、衝撃吸収部材１２が圧壊しつつ衝撃を吸収することにより、胴体４の構造とその内部の搭乗員とを保護する。

　図５は、回転翼航空機２の床面１０の下部の構造を示す。床下に、構造梁６－１、６－２が配置される。複数の構造梁６－１は、回転翼航空機２の前後方向に平行に配置される。複数の構造梁６－２は、回転翼航空機２の左右方向に平行に配置される。構造梁６－１、６－２は、それぞれ回転翼航空機２の運用中に発生する荷重に耐荷する縦方向及び横方向強度部材である。

　回転翼航空機２の床下には更に、構造梁６－１に支持されて構造梁６－１と同方向に延長するウェブ１４と、構造梁６－２に支持されて構造梁６－２と同方向に延長するフレーム１６とが配置される。ウェブ１４とフレーム１６の下端を覆うように底板８が取り付けられる。

　図６は、構造梁６の構成を示す斜視図である。構造梁６は、図５の各構造梁６－１、６－２に相当する。構造梁６はフランジ１８、２２－１、２２－２と、ウェブ２０－１、２０－２とを有する。これらの部材はそれぞれ、細長く、且つ一方の面（上側面）と他方の面（下側面）との２つの主面を有する平板形状の部材である。フランジ１８と、フランジ２２－１及び２２－２とは、Ｉ型構造梁における上側のフランジと下側のフランジとにそれぞれ対応する。ウェブ２０－１、２０－２はフランジ１８の下方面においてフランジ１８と接続し、Ｉ型構造梁におけるウェブに対応する。但し構造梁６は、Ｉ型構造梁と異なり、その長手方向に垂直な断面を見た場合に、以下に示す構成を有する。概ね同一形状の部材である２つのウェブ２０－１、２０－２が、互いの主面が平行となるように、フランジ１８の同一の主面（下方面）に取り付けられる。ウェブ２０－１、２０－２の長手方向とフランジ１８の長手方向は同じである。ウェブ２０－１、２０－２の主面とフランジ１８の主面とは垂直である。２つのウェブ２０－１、２０－２の間には所定幅を有し構造梁６の長手方向に一定の断面形状で延長する隙間２６が存在する。第１のウェブ２０－１の下端は第１のフランジ２２－１の一端と接続する。第１のフランジ２２－１はその一端から隙間２６の反対側に延長する。第２のウェブ２０－１の下端は第２のフランジ２２－２の一端と接続する。第２のフランジ２２－２はその一端から隙間２６の反対側に延長する。第１のフランジ２２－１、第２のフランジ２２－２とフランジ１８とは、長手方向が同じであり、且つ主面が互いに平行である。構造梁６は、フランジ１８を上辺とし、ウェブ２０－１とフランジ２２－１とを左脚とし、ウェブ２０－２とフランジ２２－２を右脚とするπ型の断面形状を有するπ梁である。

　フランジ１８には貫通孔２８が設けられる。貫通孔２８は、フランジ１８の下面側の隙間２６と、フランジ１８の上面側の空間とを連通する。貫通孔２８は、構造梁６の長手方向に沿って複数配置される。貫通孔２８が配置される位置は、衝撃吸収部材１２が配置される位置である。衝撃吸収部材１２は、フランジ１８の下面と、第１のウェブ２０－１の隙間２６に面した内側面２４－１と、第２のウェブ２０－２の隙間２６に面した内側面２４－２とによって形成される凹部に一端が挿し込まれて固定される。衝撃吸収部材１２の取り付けは、隙間２６の内側面２４－１、２４－２や、ウェブ１４、フレーム１６などに対する接着剤を用いた接着によって行うことができる。

　図７Ａは、本実施形態における衝撃吸収構造体の断面図である。構造梁６の長手方向に垂直な断面が示されている。回転翼航空機２の床板３０の下側の面である取付面１１に構造梁６のフランジ１８の上面が取り付けられる。

　衝撃吸収部材１２は棒状の部材であり、その長手方向は、衝撃が加わったときに潰れて圧縮される方向である圧壊方向である。衝撃吸収部材１２は、長手方向を回転翼航空機２の上下方向（鉛直方向）として、その上端が構造梁６の凹部である隙間２６に取り付けられる。衝撃吸収部材１２の幅が隙間２６の幅に接着剤の厚さを加えた幅と同一であると、取り付けが容易であり望ましい。その場合、衝撃吸収部材１２の上端は隙間２６に面したフランジ１８の下面に当接し、側面は内側面２４－１及び内側面２４－２に接する。

　フランジ１８の衝撃吸収部材１２が当接する位置に、貫通孔２８が設けられる。貫通孔２８が設けられた領域に対応する位置の床板３０に、貫通孔３２が設けられる。貫通孔２８と貫通孔３２とにより、衝撃吸収部材１２の上端が床面１０の側に露出する。貫通孔２８が設けられている領域は、衝撃吸収部材１２が当接するフランジ１８の下面の領域よりも小さい。そのため衝撃が加わったとき、衝撃吸収部材１２は上端が構造梁６のフランジ１８によって支持された状態で下端側から破壊される。

　図７Ｂに、衝撃により圧壊し、底付きした状態の衝撃吸収部材１２ａが示されている。衝撃吸収部材１２ａの底付きによるデッドストロークの長さがＬ５で示されている。衝撃吸収部材１２ａの長さＬ５のうち、上側のフランジ１８の下面から下側のフランジ２２－１、２２－２の下面までの長さＬ３は、構造梁６と重なっている。そのため、構造梁６の外部におけるデッドストロークの長さＬ５－Ｌ３を短くすることができる。

　図２Ａの衝撃吸収構造体と比較すると、同一素材の衝撃吸収部材１０３と衝撃吸収部材１２とを用いた場合、図２Ａの構造体では、床下に必要なサイズはＬ１３＝Ｌ１１＋Ｌ１２である。それに対して図７Ａの例では、床下に必要なサイズはＬ２＝Ｌ４＋（Ｌ１－Ｌ３）である。同一サイズの衝撃吸収部材と構造梁とを用いた場合、図７Ａの場合の方が、同一の有効ストロークＬ４－Ｌ５を確保しつつ、床下の長さＬ２をＬ３だけ小型化することができる。そのため図７Ａに示すようなπ型の構造梁６を用いることにより、図２Ａの場合に対して、より小さい床下構造によって同等の衝撃吸収効果を得ることができる。あるいは同じ外形寸法の胴体内に、より大きい床上空間を形成することができる。

　衝撃吸収部材１２が衝撃を受けて破壊が進行したとき、その破片の一部は、貫通孔２８、３２から床面１０の上側に抜ける。その結果、衝撃吸収部材１２の底付きを遅らせ、デッドストロークを小さくすることができる。従って同一の衝撃吸収効果を得るために衝撃吸収部材１２の長さＬ４を小さくすることができ、床下構造のサイズを更に小さくすることができる。床上に破片が飛散することを防ぎたい場合は、樹脂のシートなどの飛散防止部材が貫通孔３２を覆うように床面１０に取り付けられる。

　図８は、床面１０の上から見た上面図を示す。床板３０に貫通孔２８が形成される。衝撃吸収部材１２は、どのような断面形状でもよいが、本実施形態では図８に点線で示されるように断面が四角である。このような四角柱形状であると、π型の断面を有する構造梁６の内側面２４－１、２４－２と衝撃吸収部材１２の側面とが面接触するため、衝撃吸収部材１２を固定しやすい。

　構造梁６の形状は、衝撃吸収部材１２の一端を支持する凹部を有する形状ならば、他の形状でもよい。例えば衝撃吸収部材１２が取り付けられる箇所にのみπ型の断面形状を有し、他の箇所では一般的なＩ型梁の形状の梁でもよい。しかし図６に示したような一様の断面形状を有する梁は、製造の容易さの点において優れている。図６に示したようなπ梁は、強度と製造の容易さとを両立できる点で特に優れている。

　図９は、構造梁の形状の他の例を示す。構造梁６ａは、図６に示したπ梁と比べて、第２のウェブ２０－２と第２のフランジ２２－２を省略したＪ字の断面形状を有するＪ梁である。図１０は、この構造梁６ａに衝撃吸収部材１２を取り付けた衝撃吸収構造体の側面図である。この場合、フランジ１８の下面側とウェブ２０－１の内側面２４－１とによって形成される凹部に衝撃吸収部材１２が取り付けられる。この例においても、図７Ａ、図７Ｂを参照して説明した効果と同様の効果を得ることができる。

　図１１は、本実施形態における衝撃吸収構造体を自動車に適用した例を示す上面図である。構造梁６が自動車３４のフロント面３６の付近に車体の幅方向を長手方向として取り付けられる。構造梁６の向きは、図６の構造梁６の例で言えば、フランジ１８の面が垂直、ウェブ２０－１、２０－２の面が水平方向となり、フランジ１８が自動車３４の進行方向の後ろ側、隙間２６の開口部が進行方向の前側となる向きである。構造梁６の隙間に衝撃吸収部材１２が挿し込まれる。衝撃吸収部材１２は、自動車３４の進行方向を長手方向として固定される。このような衝撃吸収構造体によれば、自動車３４の車長を抑制しつつ、高い衝撃吸収効果を得ることができる。

　以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態に様々な変更を行うことが可能である。

Claims

　凹部を有する梁状の構造部材と、
　一端が前記凹部の内側に配置されて前記構造部材に当接し、他端が前記凹部の外部に配置された衝撃吸収部材
　とを具備する衝撃吸収構造体。
　請求項１に記載された衝撃吸収構造体であって、
　前記梁状の構造部材は、
　第１のフランジと、
　一端が前記第１のフランジの一側面に固定された第１のウェブと、
　前記第１のウェブの他端に固定され、前記第１のフランジと平行に配置された第２のフランジとを備え、
　前記凹部は、前記第１のウェブと前記第１のフランジの前記一側面とによって形成される
　衝撃吸収構造体。
　請求項２に記載された衝撃吸収構造体であって、
　前記梁状の構造部材は更に、
　一端が前記第１のフランジの前記一側面に固定され、前記第１のウェブと平行に配置された第２のウェブと、
　前記第２のウェブの他端に固定され、前記第１のフランジと平行に且つ前記第２のフランジとの間に隙間を設けて配置された第３のフランジとを備え、
　前記凹部は、前記第１のウェブと前記第２のウェブと前記第１のフランジの前記一側面とによって形成される
　衝撃吸収構造体。
　請求項２又は３に記載された衝撃吸収構造体であって、
　前記第１のフランジの前記一端が当接する領域に貫通孔が形成されている
　衝撃吸収構造体。
　請求項２から４のいずれかに記載された衝撃吸収構造体と、
　前記第１のフランジに支持された床面と、
　前記梁状の構造部材に支持され、前記床面の下側に配置された底面とを具備し、
　前記衝撃吸収部材は、前記一端と前記他端とを結ぶ長手方向が鉛直方向を向いて配置される
　回転翼航空機。
　請求項１から４のいずれかに記載された衝撃吸収構造体と、
　前記衝撃吸収部材は、前記他端が当該自動車のフロント面の方向に向くように配置された
　自動車。