特開 2024-46270 落下衝撃緩和構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024046270

(43)【公開日】2024-04-03

(54)【発明の名称】落下衝撃緩和構造

(51)【国際特許分類】

   F42C 11/00 20060101AFI20240327BHJP

   F16F 7/00 20060101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

F42C11/00

F16F7/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022151565

(22)【出願日】2022-09-22

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(71)【出願人】

【識別番号】000006932

【氏名又は名称】リコーエレメックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 諒太

(72)【発明者】

【氏名】島田 敏広

【テーマコード（参考）】

3J066

【Ｆターム（参考）】

3J066AA23

3J066BA10

3J066BE03

(57)【要約】

【課題】傾いて落下した際も衝撃緩和効果を有し省スペースかつ簡易形状の落下衝撃緩和構造を提供する。
【解決手段】内部に構成品１１０を収容する衝突物１００の落下による衝突で構成品１１０に加わる衝撃を緩和する落下衝撃緩和構造は、衝突物１００の底面１０１から衝突物１００の外方へ突き出る突起１を備えている。突起１は、底面１０１の重心１０３からずれた位置に配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に構成品を収容する収容体の落下による衝突で前記構成品に加わる衝撃を緩和する落下衝撃緩和構造であって、
前記収容体の底面から前記収容体の外方へ突き出る突起を備え、
前記突起は、前記底面の重心からずれた位置に配置されている、落下衝撃緩和構造。

【請求項2】

前記突起の先端部は、前記突起の基部よりも剛性が小さい、請求項１に記載の落下衝撃緩和構造。

【請求項3】

前記先端部は、前記基部よりも径が小さい、請求項２に記載の落下衝撃緩和構造。

【請求項4】

前記突起の先端部は球面形状を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の落下衝撃緩和構造。

【請求項5】

前記収容体と別体に構成されたピンが前記収容体に取り付けられることで前記突起を成す、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の落下衝撃緩和構造。

【請求項6】

前記底面に、前記底面の一部分が窪む凹部が形成されており、
前記ピンは、前記凹部に取り付けられる取付部を有する、請求項５に記載の落下衝撃緩和構造。

【請求項7】

前記突起の基部は、前記取付部よりも径が大きく、前記底面に面接触している、請求項６に記載の落下衝撃緩和構造。

【請求項8】

平坦面上に、前記底面を前記平坦面に向けて前記収容体を載置したとき、前記突起が前記平坦面に接触し、前記底面と前記平坦面とは２０°以上の角度を成す、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の落下衝撃緩和構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、落下衝撃緩和構造に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１４－２１０５７２号公報（特許文献１）には、衝突時に親機が持つ力学的エネルギを、衝撃吸収ばねのポテンシャルエネルギに変換し、そのエネルギを再び子機の力学的エネルギに変換する、衝撃緩和システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－２１０５７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記文献に記載のシステムは、傾いて衝突した際は、衝撃緩和効果が低減してしまう。

【0005】

本開示では、傾いて落下した際も衝撃緩和効果を有し、省スペースかつ簡易形状の、落下衝撃緩和構造が提案される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に従うと、内部に構成品を収容する収容体の落下による衝突で構成品に加わる衝撃を緩和する、落下衝撃緩和構造が提案される。落下衝撃緩和構造は、収容体の底面から収容体の外方へ突き出る突起を備えている。突起は、底面の重心からずれた位置に配置されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、傾いて落下した際も衝撃緩和効果を有し、省スペースかつ簡易形状の、落下衝撃緩和構造を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】落下衝撃緩和構造が適用される衝突物の側面図である。

【図2】段付きピンの斜視図である。

【図3】段付きピンを衝突物に取り付けた状態を示す断面図である。

【図4】衝突物および落下衝撃緩和構造の底面図である。

【図5】衝突物の落下時の挙動を示す側面図である。

【図6】衝突物を平坦面上に載置した状態を示す側面図である。

【図7】落下衝撃緩和構造の効果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。実施形態から任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも、当初から予定されている。

【0010】

図１は、落下衝撃緩和構造が適用される衝突物１００の側面図である。衝突物１００は、円筒状の外形形状を有している。衝突物１００は、底面１０１を有している。底面１０１は、円筒状の衝突物１００の外表面のうち、一方の端面である。底面１０１は、平面形状を有している。底面１０１は、重心１０３を有している。底面１０１は真円形状を有していてもよく、その場合重心１０３は、その真円形状の中心にある。底面１０１が楕円形状であれば、重心１０３はその楕円の長軸と短軸との交点にある。この場合、衝突物１００は楕円柱となる。底面１０１が矩形状であれば、重心１０３は対角線の交点にある。さらに底面１０１が多角形であっても、その重心１０３を求めればよい。これらの場合、衝突物１００は、角筒柱になる。また衝突物１００は、円錐台でも、角錐台でもよく、任意の形状の組み合わせでもよい。

【0011】

重心線Ｌは、重心１０３を通り底面１０１に垂直な直線である。重心線Ｌは、衝突物１００の重心を通っている。重心線Ｌは、円筒状の衝突物１００の軸方向に延びている。重心線Ｌは、円筒状の衝突物１００の中心軸である。

【0012】

衝突物１００は、内部に構成品１１０を収容している。衝突物１００は、内部に構成品１１０を収容する収容体の一例に対応する。構成品１１０は、精密機器などの、耐衝撃性が低い物品である。構成品１１０は、低強度部１１１を有している。低強度部１１１は、構成品１１０の一部分であって、構成品１１０の他の部分よりも損傷しやすい部分である。低強度部１１１は、特に、重心線Ｌに沿う方向（本明細書中では軸方向と称する）の衝撃に対し、損傷しやすい。

【0013】

衝突物１００が落下して地面などの衝突面に衝突すると、衝突物１００に衝撃負荷が発生する。これにより衝突物１００の内部の構成品１１０に衝撃加速度が加わる。この衝撃加速度の軸方向の成分が大きいと、構成品１１０が損傷する可能性がある。特に、底面１０１を下向きにして衝突物１００が落下したときの構成品１１０（低強度部１１１）に加わる軸方向の衝撃を緩和することが求められる。そのため、本実施形態の衝突物１００は、衝突物１００の落下時に構成品１１０に加わる、軸方向の衝撃加速度を緩和するための、落下衝撃緩和構造になっている。

【0014】

具体的に、衝突物１００の外表面のうち、低強度部１１１に近い底面１０１について、対策が施される。底面１０１に、突起１が設けられる。突起１は、底面１０１から衝突物１００の外方に突き出している。突起１は、衝突物１００の外表面のうち、低強度部１１１に近い底面１０１から突き出るように、設けられている。

【0015】

衝突物１００と別体に構成された段付きピン１０が衝突物１００に取り付けられることで、突起１が形成されている。図２は、段付きピン１０の斜視図である。段付きピン１０は、段付き形状を有している。段付きピン１０は、中間部２０と、衝突部３０と、取付部４０とを有している。中間部２０は、衝突部３０および取付部４０よりも大きい外径を有している。

【0016】

図３は、段付きピン１０を衝突物１００に取り付けた状態を示す断面図である。衝突物１００の底面１０１には、底面１０１の一部が凹む凹部１０２が形成されている。段付きピン１０の取付部４０は、凹部１０２に取り付けられる。凹部１０２が底面１０１から凹む深さは、取付部４０が中間部２０から突き出る長さよりも大きい。取付部４０はたとえば、凹部１０２に圧入結合されている。取付部４０が凹部１０２内に収容されて凹部１０２内に固定されることにより、段付きピン１０は衝突物１００に取り付けられる。

【0017】

段付きピン１０のうち、取付部４０は衝突物１００に収容されている。段付きピン１０のうち、中間部２０と衝突部３０とが、底面１０１から突き出しており、突起１を構成している。中間部２０は、突起１の「基部」の一例に対応する。衝突部３０は、突起１の「先端部」の一例に対応する。

【0018】

中間部２０は、直径を大きくすることにより、取付部４０および衝突部３０よりも剛性を高くしている。中間部２０は、接触面２１を有している。中間部２０の径が取付部４０よりも大きいので、接触面２１は、取付部４０に対して径方向外側に張り出すフランジ面状の形状を有している。段付きピン１０が衝突物１００に取り付けられた状態で、接触面２１は、衝突物１００の底面１０１に面接触している。中間部２０の直径を大きくして接触面２１と底面１０１との接触面積を大きくすることで、衝突物１００が落下して段付きピン１０が衝突面に衝突したときの、取付部４０の曲げ変形に基因した衝突物１００からの段付きピン１０の外れを抑制する。

【0019】

衝突部３０は、中間部２０よりも小さい外径を有している。衝突部３０の直径を小さくすることにより、衝突部３０は中間部２０よりも剛性が小さくされている。衝突部３０を低剛性とすることで、衝突物１００が落下して段付きピン１０が衝突面に接触したとき、衝突部３０を変形させて衝撃を緩和する効果が奏される。

【0020】

衝突部３０の直径を小さくすることにより、衝突時に衝突部３０が衝突面に接触する衝突面積を小さくして衝撃を緩和する効果が奏される。衝撃による発生応力波σは、衝突体材料密度ρ、衝突体応力伝播速度Ｃ、衝突速度Ｖとすると、σ＝ρＣＶとなる。衝撃による発生荷重Ｆは、衝突体と衝突面との衝突面積Ｓとすると、Ｆ＝σＳとなる。衝突時の衝撃加速度ａは、衝突体の質量ｍとすると、ａ＝Ｆ／ｍとなる。これらの関係式より、ａ＝（ρＣＶＳ）／ｍとなり、衝撃加速度ａは衝突面積Ｓに比例することになる。したがって衝突面積を小さくすることで、衝撃加速度を低減できる。

【0021】

衝突部３０は、先端に球面部３１を有している。球面部３１は球面形状を有している。球面部３１の曲率半径は、衝突部３０の半径以上である。球面部３１の曲率半径を衝突部３０の半径と同じにするのがより好ましい。衝突部３０の先端を球面にすることで、衝突物１００が傾いた姿勢で落下して段付きピン１０が傾いた姿勢で衝突面に衝突したときに、衝突面に接触する衝突部３０の形状の一定性を向上できる。段付きピン１０の姿勢に対する、衝撃を緩和する効果の均一性を、向上することができる。

【0022】

取付部４０の直径が、衝突部３０の直径よりも大きくてもよい。中間部２０から取付部４０が突き出る長さが、中間部２０から衝突部３０が突き出る長さよりも大きくてもよい。段付きピン１０が衝突物１００に取り付けられた状態で突起１が底面１０１から突き出る長さが、中間部２０から取付部４０が突き出る長さの２倍以上であってもよい。

【0023】

図４は、衝突物１００および段付きピン１０の底面図である。突起１を構成する段付きピン１０は、底面１０１の重心１０３からずれた位置に配置されている。段付きピン１０は、段付きピン１０を衝突物１００に取り付けられる範囲で、重心１０３からのずれ量が大きいほど好ましい。たとえば、中間部２０の周縁と重心１０３との最短距離が、中間部２０の直径よりも大きくてもよい。中間部２０の周縁と底面１０１の周縁との最短距離が、中間部２０の直径よりも小さくてもよい。

【0024】

図５は、衝突物１００の落下時の挙動を示す側面図である。衝突面Ｐは、たとえば床面、地面などである。図５に示される下向きの白抜き矢印は、衝突面Ｐに向かう衝突物１００の落下の方向を示す。突起１からの上向きの矢印は、上方向への跳ね返りの運動エネルギーを示す。突起１がない状態で、底面１０１と衝突面Ｐとの成す角度が０°の姿勢で、底面１０１が衝突面Ｐに向かって落下すると、衝突時に衝突物１００の力学的エネルギーは、全て上方向への跳ね返りの運動エネルギーに使用される。そのため、衝突物１００の内部の構成品１１０に加わる軸方向の衝撃が大きくなる。

【0025】

図５に示される曲線矢印は、衝突部３０の衝突面Ｐとの接触点を中心とした回転を示す。衝突物１００に突起１が設けられているので、突起１が衝突面Ｐに衝突したときに、衝突物１００の力学的エネルギーは、上方向への跳ね返りの運動エネルギーに加えて、回転の運動エネルギーに使用される。回転の運動エネルギー比が大きくなるほど、上方向への跳ね返りが低減されて、衝突物１００の内部の構成品１１０に加わる軸方向の衝撃を低減できる。突起１を重心１０３から離すほど、回転の運動エネルギー比を大きくできる。重心１０３から極力離れた位置に突起１を配置することで、軸方向の衝撃を緩和する効果を十分に発揮することができる。

【0026】

図６は、衝突物１００を平坦面上に載置した状態を示す側面図である。図６に示される衝突面Ｐは、平坦な形状を有している。衝突面Ｐは、「平坦面」の一例に対応する。図６に示される衝突物１００は、衝突面Ｐ上に静かに載置された状態である。底面１０１が衝突面Ｐに向いている。突起１の先端部、すなわち衝突部３０の先端の球面部３１と、底面１０１の周縁の一部とが、衝突面Ｐに接触している。

【0027】

衝突面Ｐに接触する底面１０１の周縁の一部は、重心１０３を挟んで突起１の先端部とは反対側の周縁の一部である。底面１０１の周縁のうち、突起１から最も離れている部分が、衝突面Ｐに接触する。衝突面Ｐに接触する底面１０１の周縁の一部と、重心１０３と、突起１の先端部とは、同一平面上に存在している。

【0028】

突起１の先端部と底面１０１の周縁の一部とが衝突面Ｐに接触している状態で、底面１０１は、衝突面Ｐに対して傾斜している。図６に示される衝撃角θは、平坦な衝突面Ｐ上に、底面１０１を衝突面Ｐに向けて衝突物１００を載置したときに、底面１０１と衝突面Ｐとの成す角度、と定義される。

【0029】

図７は、落下衝撃緩和構造の効果を示すグラフである。図７に示されるグラフの横軸は、衝撃角θ（単位：ｄｅｇ）を示し、縦軸の最大加速度は、衝突面Ｐへの衝突時に衝突物１００の内部の構成品１１０に加わる軸方向の衝撃加速度の最大値を示す。図７には、落下衝撃緩和構造を衝突物１００に設ける場合と設けない場合とにおいて、衝撃角θを変えて衝突物１００を衝突面Ｐに衝突させたときの軸方向の最大加速度がプロットされており、それらプロットの近似線が描画されている。図７に示される実線は、落下衝撃緩和構造を設けた場合のグラフである。図７に示される破線は、落下衝撃緩和構造を設けない場合のグラフである。

【0030】

図７の破線に示されるように、落下衝撃緩和構造を設けない場合、衝撃角θが０°に近づくにつれて、軸方向の最大加速度は急激に増加する。衝撃角θが大きいと、すなわち衝突物１００が衝突面Ｐに対して傾いて落下すると、軸方向の最大加速度は小さくなる。衝撃角θが２０°以上の範囲では、軸方向の最大加速度はほぼ一定となる。衝撃角θが２０°以上であれば、衝撃を緩和しなくても軸方向の最大加速度は小さい。

【0031】

そのため、図６に示される、突起１の先端部と衝突物１００の底面１０１の周縁の一部とが衝突面Ｐに接触している状態で、底面１０１と衝突面Ｐとが２０°以上の角度を成すように、底面１０１からの突起１の突出量が調整されている。この調整によって、衝突物１００が落下するときの底面１０１と衝突面Ｐとの成す角度が２０°未満の範囲においては、衝突物１００よりも突起１が衝突面Ｐに先に接触するようになる。これにより、図５を参照して説明したように、衝突物１００の力学的エネルギーの一部が回転の運動エネルギーに使用される。その結果、構成品１１０に加わる軸方向の衝撃が低減される。

【0032】

図７の実線に示されるように、落下衝撃緩和構造を設けることで、衝撃角θが２０°未満の範囲において、落下衝撃緩和構造を設けない場合と比較して構成品１１０に加わる軸方向の最大加速度が大幅に低減される。また、落下衝撃緩和構造を設けることで、落下時の衝撃角θによらず、最大加速度をほぼ一定にできる。

【0033】

上述した説明と一部重複する記載もあるが、本実施形態の特徴的な構成および作用効果についてまとめて記載すると、以下の通りである。

【0034】

図１，４～６に示されるように、衝突物１００の底面１０１から外方へ突き出る突起１は、底面１０１の重心１０３からずれた位置に配置されている。突起１を重心１０３からずらした位置に配置することで、落下時の衝突物１００の力学的エネルギーは、一部が回転の運動エネルギーとして使用される。これにより、上方向への跳ね返りの運動エネルギーを小さくできる。したがって、衝突物１００の内部の構成品１１０に加わる軸方向の衝撃を低減できるので、構成品１１０の損傷を抑制することができる。

【0035】

衝突物１００に突起１を設ける簡単な構成で落下衝撃を緩和できるので、省スペースかつ簡易形状の落下衝撃緩和構造を実現できる。図７に示されるように、落下衝撃緩和構造を設けることで落下時の衝撃角θによらず落下衝撃の緩和を実現でき、衝突物１００が傾いて落下した際にも衝撃緩和効果を得ることができる。

【0036】

図１～６に示されるように、突起１の先端部をなす衝突部３０は、突起１の基部をなす中間部２０よりも、剛性が小さくされている。突起１の先端部を低剛性とすることで、突起１が衝突面Ｐに衝突するときに、突起１の先端部が変形することによる衝撃加速度の緩和効果が得られる。したがって、衝突物１００の内部の構成品１１０に加わる軸方向の衝撃を低減できるので、構成品１１０の損傷を抑制することができる。

【0037】

図１～６に示されるように、突起１の先端部をなす衝突部３０は、突起１の基部をなす中間部２０よりも径が小さくてもよい。このような形状を有する突起１は、製造が容易である。したがって、先端が基端よりも剛性が小さい突起１を、衝突物１００に確実に設けることができる。

【0038】

図１～６に示されるように、突起１の先端部をなす衝突部３０は、球面形状の球面部３１を有してもよい。衝突部３０が球面形状でなければ、衝撃角θによって、衝突面Ｐに衝突する衝突部３０の形状が一定でなくなる。その結果、最大加速度のばらつきが大きくなる。衝突部３０を球面形状にすることで、最大加速度のばらつきを低減でき、衝撃角θによらず構成品１１０に加わる軸方向の衝撃を確実に低減することができる。

【0039】

図１～６に示されるように、段付きピン１０は衝突物１００と別体に構成されており、段付きピン１０が衝突物１００に取り付けられることで突起１が形成されてもよい。このようにすれば、既存の衝突物１００に段付きピン１０を後付けすることが可能であり、既存の衝突物１００の内部の構成品１１０に加わる軸方向の衝撃を容易に緩和することができる。任意の仕様の衝突物１００に段付きピン１０を取り付けて、その衝突物１００に落下衝撃緩和構造を適用することができる。

【0040】

図２，３に示されるように、衝突物１００の底面１０１に、底面１０１の一部分が窪む凹部１０２が形成されており、段付きピン１０は、凹部１０２に取り付けられる取付部４０を有してもよい。このようにすれば、たとえば取付部４０を凹部１０２に圧入結合するなどして、衝突物１００に別体の段付きピン１０を容易に取り付けることができる。

【0041】

図２，３に示されるように、突起１の基部をなす段付きピン１０の中間部２０は、取付部４０よりも径が大きく、衝突物１００の底面１０１に面接触してもよい。中間部２０を高剛性にすることで、段付きピン１０全体の剛性を確保できる。中間部２０の接触面２１と底面１０１とを面接触させることによって、段付きピン１０が衝突面Ｐに衝突する際の、衝突物１００から段付きピン１０が抜けるなど、段付きピン１０が衝突物１００に対して位置ずれすることを抑制することができる。

【0042】

図６に示されるように、平坦な衝突面Ｐ上に、底面１０１を衝突面Ｐに向けて衝突物１００を載置したとき、突起１の先端部が衝突面Ｐに接触し、衝突物１００の底面１０１と衝突面Ｐとの成す衝撃角θは２０°以上であってもよい。このように底面１０１から突起１が突き出る突出量を定めることで、図７に示されるように、落下衝撃緩和構造がなければ最大加速度が急激に増大する衝撃角θが２０°未満の範囲において、落下衝撃緩和構造を設けることで確実に最大加速度を低減することができる。

【0043】

なお、これまでの説明においては、段付きピン１０が衝突物１００に取り付けられて突起１が形成される例について述べたが、突起１は衝突物１００と一体の構造物として形成されてもよい。突起１と衝突物１００とが一体であっても、突起１を底面１０１の重心１０３からずらした位置に配置し、突起１の先端部を突起１の基部よりも低剛性とすることで、構成品１１０に加わる軸方向の衝撃を緩和する効果を同様に得ることができる。突起１と衝突物１００とが一体である場合、突起１が衝突物１００から抜けることがないので、突起１の抜けを防止する目的で突起１の基部の径を先端部の径よりも大きくすることは、必ずしも必要ではない。

【0044】

突起１の先端部は、必ずしも球面でなくてもよい。突起１の先端部が球面以外の形状の場合、上述したように衝撃角θによって最大加速度のばらつきが生じるが、そのばらつきの上限が許容できる最大加速度よりも小さければ、球面でない先端部を有する突起１としても構わない。

【0045】

突起１の先端部の衝突部３０は、必ずしも突起１の基部の中間部２０よりも小径でなくてもよい。たとえば、中間部２０と衝突部３０との形成材料を異ならせて、中間部２０よりも衝突部３０を低剛性の材料で形成することで、突起１の先端部の剛性を基部の剛性よりも小さくする構成を実現することが可能である。

【0046】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本開示は、特に限定されるものではないが、たとえば、砲弾に取り付けられる信管に適用され得る。信管は、内部に発電機構を収容している。発電機構は、砲弾の飛翔中に、着弾後の起爆のための電力を発電する。発電機構は、砲弾の射撃時に加わる衝撃によって、発電を開始する。砲弾への組み付け前に信管を落下させても落下時の衝撃で発電機構が発電を開始しないように、発電機構に加わる軸方向の衝撃を緩和することが求められる。本開示に従った落下衝撃緩和構造を信管に適用することにより、信管の落下時に発電機構に加わる軸方向の衝撃を緩和することができる。したがって、信管の落下時に発電機構が発電を開始することを抑制することができる。

【符号の説明】

【0048】

１ 突起、１０ 段付きピン、２０ 中間部、２１ 接触面、３０ 衝突部、３１ 球面部、４０ 取付部、１００ 衝突物、１０１ 底面、１０２ 凹部、１０３ 重心、１１０ 構成品、１１１ 低強度部、Ｌ 重心線、Ｐ 衝突面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】