(57)【要約】【課題】荷重を良好に吸収することが可能で、輸送機器用骨格構造の軽量化やコスト低減を図ることができる輸送機器用骨格構造を提供する。【解決手段】輸送機器用骨格構造１０は、骨格部材１２の中空部２５の少なくとも一部２５ａに粉粒体１３…が充填され、粉粒体１３…の両端を左右の隔壁１５，１６で支え、粉粒体１３…で衝撃を吸収することができる。この輸送機器用骨格構造１０は、充填された粉粒体１３…の充填長さ寸法をＬ、骨格部材１２の幅寸法をＷ、骨格部材１２の高さ寸法をＨ、粉粒体１３…の内部摩擦角をαとしたとき、  充填された粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌを、  Ｌ＝Ｗ＋２×（Ｈ×ｔａｎα）により規定するようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送機器に用いられる骨格部材内に中空部が形成され、前記中空部の少なくとも一部に複数個の粉粒体がブロック状に充填され、ブロック状に充填された粉粒体の両端をそれぞれ隔壁で支える輸送機器用骨格構造において、
前記ブロック状に充填された粉粒体の充填長さ寸法をＬ、前記骨格部材の幅寸法をＷ、前記骨格部材の高さ寸法をＨ、前記粉粒体の内部摩擦角をαとしたとき、
前記ブロック状に充填された粉粒体の充填長さ寸法Ｌを、
Ｌ＝Ｗ＋２×（Ｈ×ｔａｎα）
により規定することを特徴とする輸送機器用骨格構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨格部材内に粉粒体を充填した輸送機器用骨格構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などの輸送機器は、剛性を確保するために、中空状の骨格部材を備えている。この中空状の骨格部材のなかには、例えば、内部（すなわち、中空部）に粉粒体を充填させた輸送機器用骨格構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２６７２６０公報
【０００３】
特許文献１の輸送機器用骨格構造は、骨格部材の中空部に粉粒体を充填し、両端を平板状の隔壁で閉じたものである。これにより、衝突時の吸収エネルギー量を増加させるとともに、骨格部材の強度・剛性を高めることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の輸送機器用骨格構造は、通常、荷重が作用する部位、およびその部位の近傍を含む比較的広い領域に粉粒体が充填されている。
このため、粉粒体の充填量が多くなり、そのことが輸送機器用骨格構造の軽量化やコスト低減を図ることの妨げになっていた。
【０００５】
本発明は、荷重を良好に吸収することが可能で、輸送機器用骨格構造の軽量化やコスト低減を図ることができる輸送機器用骨格構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、輸送機器に用いられる骨格部材内に中空部が形成され、前記中空部の少なくとも一部に複数個の粉粒体がブロック状に充填され、ブロック状に充填された粉粒体の両端をそれぞれ隔壁で支える輸送機器用骨格構造において、前記ブロック状に充填された粉粒体の充填長さ寸法をＬ、前記骨格部材の幅寸法をＷ、前記骨格部材の高さ寸法をＨ、前記粉粒体の内部摩擦角をαとしたとき、前記ブロック状に充填された粉粒体の充填長さ寸法Ｌを、
Ｌ＝Ｗ＋２×（Ｈ×ｔａｎα）
により規定することを特徴とする。
【０００７】
ここで、骨格部材内に粉粒体を充填した状態において、骨格部材の上壁に荷重が作用したとき、作用した荷重が粉粒体によって骨格部材の下壁に伝えられる範囲を実験により求めた。
その結果、荷重が粉粒体によって下壁に伝えられる範囲は、骨格部材の局部変形範囲、すなわち骨格部材の上壁が内側に変形する部分の局部変形長さ寸法Ｌ１に対して、粉粒体の内部摩擦角αによって広がった範囲を加えたものであることを発見した。
【０００８】
このことから、荷重が粉粒体によって下壁に伝えられる範囲は、局部変形長さ寸法Ｌ１、粉粒体の内部摩擦角α、および骨格部材の高さ寸法Ｈにより決定されることがわかった。
なお、局部変形長さ寸法Ｌ１は、骨格部材の幅寸法Ｗに略等しい値である。
粉粒体の内部摩擦角αは、粉粒体固有の定数である。
【０００９】
内部摩擦角αは、粉粒体層−粉粒体層間の摩擦角をいう。内部摩擦角αは、粉粒体の安息角をβとすると、安全率１．０のとき、
内部摩擦角α＝β
の関係が成立する。
なお、内部摩擦角αとは、粉粒体層−粉粒体層間の摩擦角をいう。
安息角βとは、粉粒体が自然に堆積した自由表面と水平面とのなす角をいう。
【００１０】
そこで、請求項１において、ブロック状に充填された粉粒体の充填長さ寸法をＬ、骨格部材の幅寸法をＷ、骨格部材の高さ寸法をＨ、粉粒体の内部摩擦角をαとしたとき、
ブロック状に充填された粉粒体の充填長さ寸法Ｌを、
Ｌ＝Ｗ＋２×（Ｈ×ｔａｎα）
により規定することにした。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明では、ブロック状に充填された粉粒体の充填長さ寸法Ｌを、
Ｌ＝Ｗ＋２×（Ｈ×ｔａｎα）
で規定することにした。
これにより、粉粒体の充填長さＬを小さく抑えた状態において、粉粒体で荷重を良好に吸収することができるので、粉粒体の使用量を減少させることができ、輸送機器用骨格構造の軽量化やコスト低減を図ることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る輸送機器用骨格構造を示す斜視図、図２は本発明に係る輸送機器用骨格構造を示す断面図である。
輸送機器用骨格構造１０は、輸送機器１１としての自動車に用いられる骨格部材１２と、骨格部材１２内にブロック状に充填された複数個の粉粒体１３と、粉粒体１３…で形成した粉粒体ブロック１４の左右端（両端）１４ａ，１４ｂにそれぞれ設けられた左右の隔壁（隔壁）１５，１６とを備える。
【００１３】
骨格部材１２は、下半分を構成する下側部材１８と、上半分を構成する上側部材１９とを接合することで矩形状の筒体に形成された部材である。
骨格部材１２は、幅寸法Ｗ、高さ寸法Ｈに形成されている。
下側部材１８は、断面略コ字状に形成され、左辺から左側に張り出した左下フランジ１８ａと、右辺から右側に張り出した右下フランジ１８ｂとを有する。
上側部材１９は、断面略コ字状に形成され、左辺から左側に張り出した左上フランジ１９ａと、右辺から右側に張り出した右上フランジ１９ｂとを有する。
【００１４】
下側部材１８の左下フランジ１８ａと、上側部材１９の左上フランジ１９ａとが、例えば、スポット溶接で接合されている。
同様に、下側部材１８の右下フランジ１８ｂと、上側部材１９の右上フランジ１９ｂとが、例えば、スポット溶接で接合されている。
【００１５】
左下フランジ１８ａと左上フランジ１９ａとを接合するとともに、右下フランジ１８ｂと右上フランジ１９ｂとを接合することで、下側部材１８および上側部材１９が一体に連結されて骨格部材１２が形成される。
骨格部材１２は、断面略矩形状に形成され、内周面１２ａで中空部２５が形成された筒状の部材である。
【００１６】
複数の粉粒体１３は、骨格部材１２の内部に形成された中空部２５の少なくとも一部２５ａにブロック状（塊状）に充填されている。
複数個の粉粒体１３がブロック状に充填されることで、粉粒体ブロック１４が形成される。
【００１７】
粉粒体１３…は、骨格部材１２に荷重が作用して骨格部材１２が変形したとき、粉粒体１３内部に高い圧力が発生し、骨格部材１２における粉粒体充填部の容積の減少を少なくさせて、荷重（衝撃エネルギー）を吸収するものである。
さらに、粉粒体１３…は、骨格部材１２に充填されることで、骨格部材１２の強度・剛性を高めるものである。
【００１８】
粉粒体１３としては、例えば、二酸化けい素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３：アルミナ）、シリカアルミナ、樹脂、ガラス、陶磁器が好適である。
粉粒体１３は、例えば、粒径が０．３ｍｍのものや、骨格部材１２の高さ寸法Ｈの１／５０以下程度のものが用いられる。
【００１９】
左隔壁１５は、粉粒体ブロック１４の左端１４ａに配置された平坦部３１と、平坦部３１の周縁に設けられた上下左右の取付片３３とを有する。
上下左右の取付片３３が骨格部材１２の内周面１２ａに、スポット溶接などで接合されることで、左隔壁１５が骨格部材１２内に設けられる。
左隔壁１５が骨格部材１２内に設けられることで、左隔壁１５で粉粒体ブロック１４の左端１４ａを支えることができる。
【００２０】
右隔壁１６は、左隔壁１５と同じ部材なので、各構成部に左隔壁１５と同じ符号を付して説明を省略する。
右隔壁１６が骨格部材１２内に設けられることで、右隔壁１６で粉粒体ブロック１４の右端１４ｂを支えることができる。
【００２１】
以上説明したように、輸送機器用骨格構造１０は、輸送機器１１に用いられる骨格部材１２内に中空部２５が形成され、中空部２５の少なくとも一部２５ａに複数個の粉粒体１３がブロック状に充填され、粉粒体ブロック１４の左端１４ａを左隔壁１５で支えるとともに右端１４ｂを右隔壁１６で支えるように構成されている。
【００２２】
これにより、例えば、輸送機器用骨格構造１０に荷重が矢印（図２参照）の方向に作用した場合、骨格部材１２内に充填した粉粒体１３で衝撃を吸収することが可能である。
さらに、骨格部材１２内に充填した粉粒体１３で、輸送機器用骨格構造１０の強度・剛性を高めることができる。
【００２３】
図３（ａ），（ｂ）は本発明に係る粉粒体の充填長さ寸法について説明する図であり、（ａ）は荷重が作用しない状態を示し、（ｂ）は荷重が作用した状態を示す。
（ａ）に示すように、骨格部材１２の局部変形範囲、すなわち骨格部材１２の上壁３６が内側に変形する部分の局部変形長さ寸法をＬ１とする。
局部変形長さ寸法Ｌ１は、骨格部材１２の幅寸法Ｗ（図１参照）に略等しい値である。
すなわち、Ｌ１＝Ｗの関係が成立する。
【００２４】
粉粒体１３（図３（ｂ）参照）の内部摩擦角をαとする。
なお、内部摩擦角αは、粉粒体の安息角をβとすると、安全率１．０のとき、
内部摩擦角α＝βの関係が成立する。
なお、内部摩擦角αとは、粉粒体層−粉粒体層間の摩擦角をいう。
安息角βとは、粉粒体１３…が自然に堆積した自由表面と水平面とのなす角をいう。
【００２５】
（ｂ）に示すように、骨格部材１２内に粉粒体１３…を充填した状態において、骨格部材１２の上壁３６に荷重Ｆが作用したとき、荷重Ｆは粉粒体１３…の上部に伝わる。
粉粒体１３…の上部に伝わった荷重Ｆは、粉粒体１３の内部摩擦角αの範囲で広がるように伝わる。
【００２６】
よって、（ａ）に示すように、作用した荷重Ｆが粉粒体１３…によって骨格部材１２の下壁３７に伝えられる範囲Ｓは、
Ｓ＝Ｌ１＋２×Ｌ２
となる。ここで、
Ｌ２＝（Ｈ×ｔａｎα）
但し、Ｈ…骨格部材の高さ寸法
である。
【００２７】
また、局部変形長さ寸法Ｌ１は、骨格部材の幅寸法Ｗに略等しい値である。よって、下壁３７に伝えられる範囲Ｓは、
Ｓ＝Ｗ＋２×（Ｈ×ｔａｎα）
である。
すなわち、粉粒体１３…を範囲Ｓに充填することで、荷重Ｆを粉粒体１３…で吸収することができる。
【００２８】
したがって、下壁３７に伝えられる範囲Ｓを、粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌとすることで、粉粒体１３…の使用量を必要最小限に減少させて、粉粒体１３…で荷重Ｆを良好に吸収することができる。
そこで、粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌを、
Ｌ＝Ｗ＋２×（Ｈ×ｔａｎα）
に設定した。
【００２９】
つぎに、輸送機器用骨格構造の骨格部材１２に作用した荷重を粉粒体１３で吸収する例を図４〜図５に基づいて説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る輸送機器用骨格構造に荷重が作用した例を説明する図である。
（ａ）の比較例１は、粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌ２を、実施の形態の充填長さ寸法Ｌと比べて小さく設定したものである。
（ｂ）の比較例２は、粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌ３を、実施の形態の充填長さ寸法Ｌと比べて大きく設定したものである。
（ｃ）の実施例は、粉粒体１３…の充填長さ寸法を、実施の形態の充填長さ寸法Ｌと同じに設定したものである。
【００３０】
（ａ）の比較例１は、粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌ２が、実施の形態の充填長さ寸法Ｌと比べて小さい。よって、左右の隔壁１５，１６は、荷重Ｆが作用する部位の近傍に配置されている。
このため、骨格部材１２の上壁３６に荷重Ｆが作用したとき、荷重Ｆは左右の隔壁１５，１６に圧縮荷重として作用する。左右の隔壁１５，１６は内側が粉粒体１３…に接しているので、外側に向けて矢印Ａの如く変形する。
【００３１】
左右の隔壁１５，１６が外側に向けて変形することで、粉粒体１３…が充填されている空間４１が大きくなる。
空間４１が大きくなることで、粉粒体１３内部に発生する圧力が低下し、骨格部材１２の容積の減少を抑えられなくなるため、粉粒体１３…による荷重の吸収量が低下する。
【００３２】
（ｂ）の比較例２は、粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌ３が、実施の形態の充填長さ寸法Ｌと比べて大きい。左右の隔壁１５，１６は、荷重Ｆが作用する部位から離れた位置に配置されている。
よって、骨格部材１２の上壁３６に荷重Ｆが作用したとき、荷重Ｆは左右の隔壁１５，１６に圧縮荷重として作用しない。左右の隔壁１５，１６は荷重Ｆで圧縮変形しない。
【００３３】
左右の隔壁１５，１６が圧縮変形しないので、粉粒体１３…が充填されている空間４２が大きくなることを防止できる。
空間４２が大きくなることを防止することで、粉粒体１３内部に高い圧力が発生し、骨格部材１２における粉粒体充填部の容積の減少を少なくさせて、粉粒体１３…による荷重の吸収量を良好に保つことができる。
但し、粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌ３が、実施の形態の充填長さ寸法Ｌと比べて、両側にＬ４だけ大きいので粉粒体１３の充填量が多くなる。
【００３４】
（ｃ）の実施例は、粉粒体１３…の充填長さ寸法が、実施の形態の充填長さ寸法Ｌと同じである。左右の隔壁１５，１６は、荷重Ｆが作用する部位から離れた位置に配置されている。
よって、骨格部材１２の上壁３６に荷重Ｆが作用したとき、荷重Ｆは左右の隔壁１５，１６に圧縮荷重として作用しない。左右の隔壁１５，１６は荷重Ｆで圧縮変形しない。
【００３５】
左右の隔壁１５，１６が圧縮変形しないので、粉粒体１３…が充填されている空間４３が大きくなることを防止できる。
空間４３が大きくなることを防止することで、粉粒体１３内部に高い圧力が発生し、骨格部材１２における粉粒体充填部の容積の減少を少なくさせて、粉粒体１３…による荷重の吸収量を良好に保つことができる。
加えて、粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌが、実施の形態と同じにすることで、粉粒体１３…の使用量を減少させることができる。
【００３６】
図５は本発明に係る輸送機器用骨格構造の荷重と変位との関係を示すグラフである。
骨格部材１２に作用する荷重Ｆを示し、横軸は骨格部材１２の変位Ｖ（図４参照）を示す。グラフＧ１は図４の比較例１を示すグラフ、グラフＧ２は図４の比較例２を示すグラフ、グラフＧ３は図４の実施例を示すグラフである。
なお、変位Ｖは、図４に示すように、一対の支持部材４５に骨格部材１２を載置し、一対の支持部材４５間の中央に荷重Ｆを作用させたときの変位を示す。
【００３７】
グラフＧ１に示すように、比較例１は粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌ２が、実施の形態の充填長さ寸法Ｌと比べて小さい。
よって、荷重Ｆで左右の隔壁１５，１６が圧縮変形して、粉粒体１３…が充填されている空間４１が大きくなる。このため、粉粒体１３内部に発生する圧力が低下し、骨格部材１２の容積の減少を抑えられなくなるため、粉粒体１３…による荷重の吸収量が低下する。
例えば、比較例１は、荷重Ｆとして小さい荷重Ｆ１が作用した場合でも、変位ＶがＶ１まで変形してしまう。よって、粉粒体１３…による荷重の吸収量が低いことがわかる。
【００３８】
グラフＧ２に示すように、比較例２は粉粒体１３…の充填長さ寸法Ｌ３が、実施の形態の充填長さ寸法Ｌと比べて大きい。
よって、荷重Ｆで左右の隔壁１５，１６が圧縮変形しないので、粉粒体１３…が充填されている空間４２が大きくならない。このため、粉粒体１３内部に高い圧力が発生し、骨格部材１２における粉粒体充填部の容積の減少を少なくさせて、粉粒体１３…による荷重の吸収量を良好に保つことができる。
例えば、比較例２は、荷重Ｆとしてある程度大きな荷重Ｆ２が作用するまで、変位ＶはＶ１まで変形しない。よって、粉粒体１３…による荷重の吸収量を良好に保つことができることがわかる。
【００３９】
グラフＧ３に示すように、実施例は粉粒体１３…の充填長さ寸法が、実施の形態の充填長さ寸法Ｌと同じである。
よって、荷重Ｆで左右の隔壁１５，１６が圧縮変形しないので、粉粒体１３…が充填されている空間４３が大きくならない。このため、粉粒体１３内部に高い圧力が発生し、骨格部材１２における粉粒体充填部の容積の減少を少なくさせて、粉粒体１３…による荷重の吸収量を良好に保つことができる。
例えば、実施例は、荷重Ｆとして大きな荷重Ｆ３が作用するまで、変位ＶはＶ１まで変形しない。よって、粉粒体１３…による荷重の吸収量を良好に保つことができることがわかる。
【００４０】
なお、前記実施の形態では、輸送機器用骨格構造１０を適用する輸送機器１１として自動車を例示したが、これに限らないで、輸送機器用骨格構造１０を鉄道、船舶、航空機、オートバイなどの他の輸送機器に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、骨格部材内に粉粒体を充填した輸送機器用骨格構造を備えた自動車への適用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る輸送機器用骨格構造を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る輸送機器用骨格構造を示す断面図である。
【図３】本発明に係る粉粒体の充填長さ寸法について説明する図である。
【図４】本発明に係る輸送機器用骨格構造に荷重が作用した例を説明する図である。
【図５】本発明に係る輸送機器用骨格構造で吸収可能な荷重を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１０…輸送機器用骨格構造、１１…輸送機器、１２…骨格部材、１２ａ…内周面、１３…粉粒体、１４…粉粒体ブロック、１４ａ，１４ｂ…左右端（両端）、１５…左隔壁（隔壁）、１６…右隔壁（隔壁）、２５…中空部、２５ａ…中空部の少なくとも一部、Ｌ…粉粒体の充填長さ寸法、Ｈ…骨格部材の高さ寸法、Ｗ…骨格部材の幅寸法、α…内部摩擦角。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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