JP2007083801A - ロケットの機体分離機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 火薬を用いることなく、機体の分離が可能で、かつ、構造が簡素なロケットの機体分離機構を提供すること。
【解決手段】 機体１が複数に分離可能なロケットＲの機体分離機構Ａは、少なくとも機体１が分離される分離部分の一方の分離機体３側に配設された第１分離面形成体１１と他方の分離機体２側に配設された第２分離面形成体１２とを結合するための固定具Ｂと、分割した分割片を結合させた状態で被着させる被着具４と、被着具４を覆うことで分割片を結合させ、かつ、被着具４の覆を解放させることで分割片の結合を解除する着脱部材５と、着脱部材５を被着具４を覆う位置および解放させる位置に移動させる移動手段６と、第１分離面形成体１２を押圧する押圧手段８と、押圧手段８と離脱手段６とを支持する支持部材１３，１４と、を備えている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、機体が複数に分離可能なロケットの機体分離機構に関する。

従来から観測用等のロケットでは、打ち上げた際に、適度な高度まで飛翔した時点で機体を二つ以上に分離して、機体内から機体回収用のパラシュートを出し、その機体をゆっくりと地上に落下させて回収する方式が採られることがある。
ロケットの機体は、一般に、エンジン等が搭載されるロケットモータ部と、観測用計器や磁力計や加速度センサやカメラ等が搭載されるペイロード部との二つからなり、飛翔中に機体分離機構によってロケットモータ部とペイロード部とに分離されるようになっている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

機体分離機構には、一般に、ロケットモータ部とペイロード部との結合・分離部分に、特許文献１に開示されているようなセパレーションナットや、特許文献２に開示されているようなマルマンバンド（クランプバンド）や、ワイヤカッタ等を主に用いた部材が使用されている。

特許文献１のロケットの機体分離機構は、飛翔中に、ロケットモータ部とペイロード部とに分離される部分を、ボルトと分割ナット（割りナット）とからなるいわゆるセパレーションナットによって結合して保持すると共に、分離時に分割ナットを火薬の圧力によってボルトから分離させている。

特許文献２のロケットの機体分離機構は、飛翔中に、ロケットモータ部とペイロード部とに分離されるフランジ部分を、マルマンバンド（クランプバンド）によって結合して保持すると共に、分離時に火薬の点火によってボルトカッタがボルトを切断して、分離用ばねのばね力によってマルマンバンドをフランジから分離させている。
特開平１０−３１０１００号公報（段落００１９〜００２２、図１） 特開２０００−１５３８００号公報（段落０００８および０００９、図１および図２）

しかしながら、前記特許文献１，２に記載されたロケットの機体分離機構は、ロケットモータ部とペイロード部とを結合しているセパレーションナットやマルマンバンドからなる結合部材を円滑に切断・分離させるために、火薬を爆発させて結合部材を切断し、ばねのばね力でロケットモータ部とペイロード部とを分離させている。

このように特許文献１，２では、火薬を使用していることにより、火薬が爆発した際に、ペイロード部に搭載されている観測機器等の搭載機器に強い衝撃力が負荷されたり、爆発時の衝撃力によって機体が損傷したり、また、その衝撃力によってペイロード部の軌道が変化したりするという問題点があった。

なお、ロケットの機体は、火薬の爆発時の衝撃力に耐えるようにするために、機体の構造物に補強手段や制振構造や強靭材料を使用することが不可欠となり、しかも使い捨てとなるので、コストが上昇するという問題点があった。

また、ロケットの機体分離機構には、機体内に火薬を搭載するため、ロケットの組立時に、火薬に対して注意を払いながら組付けなければならないという問題点があった。
このため、ロケットの機体分離機構には、再利用を可能にする無火薬式分離機構が望まれていた。

本発明の課題は、火薬を用いることなく、機体の分離が可能で、かつ、構造が簡素なロケットの機体分離機構を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に記載のロケットの機体分離機構は、機体が複数に分離可能なロケットの機体分離機構において、少なくとも前記機体が分離される分離部分の一方の分離機体側に配設された第１分離面形成体と他方の分離機体側に配設された第２分離面形成体とを結合するための固定具と、この固定具を固定するためにその周囲に分割した分割片を結合させた状態で被着させる被着具と、この被着具を覆うことで前記分割片を結合させ、かつ、当該被着具の覆を解放させることで前記分割片の結合を解除する着脱部材と、この着脱部材を前記被着具を覆う位置および解放させる位置に移動させる移動手段と、この移動手段により着脱部材を解放させる位置に移動させることに伴って前記第１分離面形成体を前記第２分離面形成体側から押圧して両者を突き離す押圧手段と、この押圧手段と前記移動手段とを支持すると共に、前記一方の分離機体または前記他方の分離機体のどちらか一方に内設された支持部材と、を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の本発明によれば、ロケットの機体は、分離可能な各分離機体が一体となっている結合時に、移動手段によって着脱部材が被着具を覆う位置にあって、この着脱部材が固定具の周囲に分割した分割片を結合させた状態の被着具を覆い、被着具と固定具との被着状態を保持していることによって、分離される一方の分離機体と他方の分離機体とが結合した状態に保持されている。
そして、機体の分離時には、移動手段が着脱部材を被着具から解放させる位置に移動させ、着脱部材を固定具に被着している被着具から離脱させることによって、被着具の分割片の結合が解除され、被着具と固定具との被着状態が解かれる。そうすると、第１分離面形成体と第２分離面形成体、および固定具と被着具とが、押圧手段によって切り離される。
このとき、押圧部材は、支持部材にガイドされて、一方の分離機体または他方の分離機体を所定方向に押圧して両者をスムーズに分離させ、かつ、両者を比較的遠い位置に切り離すことができる。

請求項２に記載のロケットの機体分離機構は、請求項１に記載のロケットの機体分離機構であって、前記移動手段は、前記支持部材に保持された前記シリンダと、一端が前記着脱部材に連結されて、他端が前記シリンダに進退自在に内設されたピストンと、前記シリンダ内の流体圧を制御して前記ピストンを移動させるための流体圧回路と、を備えたピストンシリンダ機構からなることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明によれば、移動手段は、分離可能な各分離機体が一体となっている結合時に、流体圧で押圧されたピストンが、着脱部材を押圧して結合した分割片を覆う位置に移動させ、固定具と被着具との被着状態を保持し、分離される一方の分離機体と他方の分離機体との結合状態を保持することができる。
そして、機体との分離時には、流体圧の変圧によってピストンに連結された着脱部材を固定具に被着している被着具から解放する位置に移動させて、分割片の結合を解除し、固定具を被着具から分離させると共に、押圧手段の弾発力で機体の分離部分を一方の分離機体と他方の分離機体とに切り離すことができる。

請求項３に記載のロケットの機体分離機構は、請求項１または請求項２に記載のロケットの機体分離機構であって、前記押圧手段は、前記支持部材から前記第１および第２分離面形成体に向けて設けたガイドと、このガイド内に設けた圧縮ばねと、この圧縮ばねにより押圧され前記第１および第２分離面形成体の一方を押圧するロッドとを備え、前記ロッドは、その一端に前記支持部材に着脱自在に係合するように形成した仮止め部と、その他端に前記第１および第２分離面形成体の一方に形成した貫通孔を介して当該他方に当接する当接部と、その中央に前記圧縮ばねの一端が係合して押圧される付勢部とを有することを特徴とする。

請求項３に記載の本発明によれば、機体分離機構は、組立てるときに、前記移動手段を用いて固定具に結合する被着具を着脱部材により覆う位置に移動させる。その後、圧縮ばねに付勢された押圧部材の当接部を、例えば、第２分離面形成体に形成した貫通孔を介して第１分離面形成体に当接する状態にし、仮止め部を支持部材に仮止めさせて、圧縮ばねを圧縮状態に保持させる。その後、仮止め部を支持部材に対してフリーにする。
その結果、押圧手段は、機体の分離部分に配設された第１分離面形成体と、第２分離面形成体とが、被着具が固定具に被着して結合しているときに、ロッドの当接部により第２分離面形成体側から第１分離面形成体を押圧する。
そして、移動手段によって着脱部材が被着具から離脱したときには、被着具と固定具との被着力が解消されることにより、圧縮ばねのばね力によって弾発的に付勢されたロッドの当接部が第１分離面形成体を押圧して、固定具を被着具からさらに分離させる方向に付勢して、機体の分離部分が一方の分離機体と他方の分離機体とに瞬時に切り離される。

請求項４に記載のロケットの機体分離機構は、請求項２または請求項３のいずれか一項に記載のロケットの機体分離機構であって、前記流体圧回路は、前記シリンダ内の流体を制御して前記ピストンシリンダ機構を作動させる電磁バルブを備えていることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明によれば、流体圧回路は、シリンダ内の流体を制御してピストンシリンダ機構を作動させる電磁バルブを備えていることにより、分離可能な各分離機体が一体となっている機体の結合時に、電磁バルブに制御された流体圧回路の流体圧によってピストンシリンダ機構が着脱部材を押圧して、この着脱部材で被着具が固定具に被着している状態を保持して、一方の分離機体と他方の分離機体とを結合させている。
そして、機体の分離時には、電磁バルブが作動してピストンシリンダ機構のシリンダ内の流体圧が変化してピストンが移動し、着脱部材を固定具に被着している被着具から離脱させて、押圧部材によって第１分離面形成体が押圧されて固定具が被着具から分離し、機体の分離部分が一方の分離機体と他方の分離機体とに切り離される。

請求項５に記載のロケットの機体分離機構は、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のロケットの機体分離機構であって、前記支持部材は、第１および第２円環部材で形成され、前記第１円環部材と前記第２円環部材とを所定間隔離して前記一方の分離機体または前記他方の分離機体のどちらか一方における外壁の内側に固定して設け、前記第１および第２円環部材の内側にパラシュートを折り畳んで収納する収納空間を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明によれば、移動手段および押圧手段が、第１および第２円環部材に沿って円周方向に配設されているため、第１および第２円環部材の中央に収納空間を形成することができ、折り畳んだパラシュートを良好に収納することができる。
そして、移動手段および押圧手段によって機体の分離部分が飛翔中に分離した際には、収納空間に収納されていたパラシュートが一方の分離機体と他方の分離機体との結合面からスムーズに放出されて展開される。

本発明の請求項１のロケットの機体分離機構によれば、機体の分離時には、移動手段により、着脱部材を固定具に被着している被着具から離脱させるように移動させ、押圧手段によって固定具を被着具から分離させるように押圧することで、機体の分離部分を一方の分離機体と他方の分離機体とに切り離すことができる。このため、ロケットの機体分離機構は、火薬の爆発のような強い衝撃力を発生することなく、機体の分離部分を瞬時に確実に切り離すことができる。また、火薬を使用しないので、機体を組立てる際に火薬による危険性が解消されると共に、火薬の爆発時の衝撃力に対する補強手段等が不要になるため、機体の構造を簡素化し、ロケット全体を軽量化することができる。

本発明の請求項２のロケットの機体分離機構によれば、移動手段は、分離可能な各分離機体が一体となっている結合時に、ピストンに押圧された着脱部材が被着具と固定具との被着状態を保持し、分離される一方の分離機体と他方の分離機体との結合状態を維持することができる。また、機体の分離時には、ピストンが移動して着脱部材を固定具に被着している被着具から離脱させて、被着具と固定具との被着状態を解放させるため、火薬を使わずに、機体の分離部分を一方の分離機体と他方の分離機体とに分離させることを可能にする。その結果、機体の分離時に、機体や搭載された機器が強い衝撃力を受けないようにすることができる。

本発明の請求項３のロケットの機体分離機構によれば、被着具が固定具から分離したときには、圧縮ばねのばね力がロッドに瞬時的に加えられて、第１分離面形成体を押圧して、機体の分離部分を瞬時に分離させることができる。

本発明の請求項４のロケットの機体分離機構によれば、流体圧回路は、分離機体の結合時に、電磁バルブに制御された流体圧回路の流体圧によってピストンシリンダ機構が着脱部材を押圧することによって、固定具と被着具との被着状態が保持されるため、機体が一方の分離機体と他方の分離機体とに分離される分離部分をしっかりと結合させることができる。また、機体の分離時には、流体圧回路の電磁バルブによってシリンダ内の流体圧が制御されて、ピストンシリンダ機構のピストンが移動することにより、着脱部材を固定具に被着している被着具から離脱できるため、被着具と固定具との被着状態を解放して、機体の分離部分を分離させることができる。このように、流体圧回路を制御してピストンシリンダ機構と押圧手段とによって機体を分離させることにより、分離時に、機体や機体に搭載した機器に強い衝撃力が加わらないようにできる。

本発明の請求項５のロケットの機体分離機構によれば、機体分離機構内には、中央部の収納空間にパラシュートを収納し、収納空間の周囲に移動手段および押圧手段が配設されているので、機体が各分離機体に分離した際に、パラシュートを、一方の分離機体と他方の分離機体との結合面からスムーズに放出されて展開するように収納できると共に、機体内を簡素な構造にできる。機体分離機構の中央空間部に円筒体を設置すると、本体内壁との間に飛散物を閉じ込めることができるので、デブリ化を防止することができる。機体に搭載した機器は、機体の分離時に強い衝撃を受けないので、衝撃力によって損傷することが防止されるため、正確な検出データを収集することができると共に、再利用することが可能である。

次に、本発明の実施形態に係るロケットの機体分離機構を図１〜図６を参照して、詳細に説明する。なお、本発明の実施形態に係るロケットの機体分離機構は、設置した状態によって上下などの方向が変化するが、上下方向は、図１および図２の図面に示すとおり図面上側を上方向、図面下側を下方向として説明する。なお、図３〜図６は、上下反転した状態を示す。
また、本発明の実施形態に係るロケットの機体分離機構は、ロケットの機体が複数に分離可能なものであれば適用可能であり、以下、本発明の実施形態の一例として、機体がロケットモータ部とペイロード部との２つに分離されるロケットの場合を例に挙げて説明する。
図１は、ロケットの機体分離機構を示す正面図である。図２は、ロケットの機体分離機構を示す要部拡大図である。

≪ロケットの構成≫
図１に示すロケットＲは、例えば、オーロラや気象等の観測用に使用されるものである。このロケットＲは、打ち上げられた後、適度な高度まで飛翔した時点で、断面筒状の機体１をロケットモータ部２とペイロード部３の二つに分離して（図２参照）、機体１内から搭載されたパラシュートＰ（図４参照）を展開させて減速しながら、その機体１をゆっくりと落下するように構成されている。なお、ロケットＲには、いろいろな種類や大きさのものがあり、それらについては特に限定されない。このロケットＲは、例えば、全長が約２ｍ、直径が１００ｍｍ程度の大きさであり、打ち上げ高度として約４００ｍまで到達するものである。

≪機体の構成≫
機体１は、エンジンやエンジン部品等が搭載されるロケットモータ部２と、観測用計器、磁力計、加速度センサ、カメラ等が搭載されるペイロード部３と、から主に構成され、図２に示すように機体分離機構Ａによって結合し、また二つに分離できるようになっている。
なお、機体１には、ロケットモータ部２、またはペイロード部３のどちらか一方に機体分離機構Ａが搭載される。以下、ロケットモータ部２に機体分離機構Ａを搭載した場合を例に挙げて説明する。
前記ペイロード部３は、「一方の分離機体」に相当する。ロケットモータ部２は、「他方の分離機体」に相当する。

図３は、ロケットの機体分離機構を示す図であり、パラシュートや内部円筒体等を取り外したロケットモータ部とペイロード部とが結合しているときの状態を示す要部拡大斜視図である。図４は、ロケットの機体分離機構を示す図であり、パラシュートや内部円筒体等を取り外したロケットモータ部とペイロード部とが結合しているときの状態を示す要部拡大部分断面図である。

≪構造物の構成≫
図３および図４に示すように、構造物１０は、機体１を形成するための骨格やこの骨格に固定された板部材等からなる。この構造物１０は、ペイロード部３の下端側を形成する構造物１０Ａと、ロケットモータ部２の上端側を構成する構造物１０Ｂを備えている。前記構造物１０は、ロケットモータ部２とペイロード部３とに分離する分離面（結合面）１１ａ，１２ａにそれぞれ対向して設置された円環部材からなる第１および第２分離面形成体１１，１２と、この第１および第２分離面形成体１１，１２に平行に配設され、ピストンシリンダ機構６を支持する支持部材１３，１４と、を備えている。

図４に示すように、ペイロード部３側の構造物１０Ａは、ペイロード部３の下端面に設置された第１分離面形成体１１の外周面に側壁１５を設置して略円筒状に形成されている。
ロケットモータ部２側の構造物１０Ｂは、ロケットモータ部２の上端面に設置された円環状の第２分離面形成体１２と、この第２分離面形成体１２に平行に設置された円環部材からなる支持部材１３，１４との外周面に、側壁１６を設置して略円筒状に形成されている。
側壁１６内には、中央部に、収納空間Ｓを有すると共に、この内部円筒体１７の周囲にピストンシリンダ機構６と押圧手段８とが配設されている。ここで、収納空間Ｓは、内部円筒体１７（図６参照）によって形成された円柱状の空間であって、その中にパラシュートＰが折り畳んで収納されている。なお、側壁１６は、機体分離機構Ａの支持部材１３，１４を保持するための部材であって、ロケットモータ部２側の構造物１０Ｂに対して固定された状態であればよく、構造物１０Ｂと一体でも別体でもどちらであってもよい。

≪機体分離機構の構成≫
図４に示すように、機体分離機構Ａは、ロケットＲの機体１のロケットモータ部２とペイロード部３とを飛翔中は結合した状態に保持すると共に、所定の打ち上げ高度に到達した時点で、そのロケットモータ部２とペイロード部３とを分離させるための装置である。この機体分離機構Ａには、ペイロード部３の第１分離面形成体１１とロケットモータ部２の第２分離面形成体１２とを結合するためのボルト（固定具）Ｂと、第２分離面形成体１２に設けられボルトＢと螺合する分割ナット（被着具）４と、この分割ナット４に着脱自在に嵌合されたナットカバー（着脱部材）５と、このナットカバー５に連結され当該ナットカバー５を分割ナット４から離脱させるためのピストンシリンダ機構（移動手段）６と、このピストンシリンダ機構６のシリンダ６１内の流体を制御する流体圧回路７と、第２分離面形成体１２に弾装され第１分離面形成体１１を押圧する押圧手段８と、この押圧手段８とピストンシリンダ機構６とを支持する支持部材１３，１４と、が備えられている。

なお、機体分離機構Ａは、ロケットモータ部２とペイロード部３とが係合しているときには、押圧手段８によって分離方向に押圧されている第１分離面形成体１１と第２分離面形成体１２とをボルトＢを分割ナット４に螺合させることによって両者を結合状態にし、この結合状態をピストンシリンダ機構６に連動するナットカバー５を分割ナット４に嵌合させる（覆う）位置に移動させることで保持して、ロケットモータ部２とペイロード部３と結合させている。
そして、機体分離機構Ａは、ロケットモータ部２とペイロード部３とを切り離すときには、流体圧回路７の電磁バルブＶを作動させて、ナットカバー５をボルトＢに螺合している分割ナット４から解放させる位置に移動させることで離脱させて締結状態を解消させ、押圧手段８でペイロード部３の第１分離面形成体１１を押圧してロケットモータ部２とペイロード部３とを切り離すように構成されている。

≪ボルト（固定具）の構成≫
ボルトＢは、ペイロード部３の下端側に配設された第１分離面形成体１１とロケットモータ部２の上端側に配設された第２分離面形成体１２とを結合するための部材である。このボルトＢは、第１分離面形成体１１に４箇所等の複数箇所に穿設された各ボルト挿通孔１１ｂの上側から第２分離面形成体１２に穿設された各ボルト挿通孔１２ｂを挿通して、各分割ナット４に螺合される。このボルトＢは、第１分離面形成体１１の上側から第１および第２分離面形成体１１，１２に穿設されたボルト挿通孔１１ｂ，１２ｂに、ねじ部を下側にして挿設される。
なお、ボルトＢは、「固定具」に相当する。固定具は、雄ねじ部を有するボルトＢに限定されるものではなく、被着具に被着・離脱可能なものであればよい。例えば、固定具は、被着具に形成した凹部に係合する凸部等の係合手段を有するピン等であってもよい。

≪分割ナット（被着具）の構成≫
各分割ナット４は、ボルトＢを固定するためにその周囲に分割した分割片４ａを結合させた状態で被着させる部材である。この分割ナット４は、前記ボルトＢの雄ねじ部に螺合することによって、ペイロード部３の第１分離面形成体１１とロケットモータ部２の第２分離面形成体１２とを結合するためのナットからなり、例えば、軸方向に３つに分割された分割片４ａから構成されている。この分割ナット４は、平面視して円弧形状（略Ｃ字形状）の３つの分割片４ａを１つに合致したときに、ボルトＢに螺合する円筒状のナットを形成するように構成されている。分割ナット４は、ロケットモータ部２とペイロード部３とが結合しているときに、図４に示すように３つの分割片４ａが１つに合致された結合状態で各ナットカバー５内に収納されてナットとしての機能を果し、各ボルトＢとの螺合状態が保持される。

図５は、ロケットの機体分離機構を示す図であり、パラシュートや内部円筒体等を取り外したロケットモータ部とペイロード部とが分離したときの状態を示す要部拡大部分断面図である。
そして、分割ナット４は、ロケットモータ部２とペイロード部３とが分離しているときに、図５に示すようにナットカバー５が分割ナット４から離脱して、３つの分割片４ａがバラバラになった分離状態になり、ボルトＢとの螺合状態が解消されてナットとしての機能を果さなくなるようになっている。
なお、分割ナット４は、「被着具」に相当する。被着具は、雌ねじ部を有する分割ナット４に限定されるものではなく、固定具の周囲に分割した分割片４ａを結合させた状態で被着・離脱可能なものであればよい。例えば、被着具は、固定具に形成した凸部に係合する凹部等の係合手段を有し、分割可能な片であってもよい。

≪ナットカバー（着脱部材）の構成≫
各ナットカバー５は、分割ナット４を覆うことで分割片４ａを結合させ、かつ、この分割ナット４の覆を解放させることで分割片４ａの結合を解除する部材である。このナットカバー５は、３つの分割片４ａが合致した分割ナット４に着脱自在に嵌合されて、分割ナット４の合致した状態を保持して、分割ナット４をナットとしての機能を果させるための底付き円筒形状の部材である。このナットカバー５は、ピストン６２と一体のピストンロッド６２ａの上端部に一体に固定されて、ピストン６２と共に流体圧回路７の空気圧（流体圧）によって上昇し、復帰ばね６４によって下降するように設置されている。
なお、ナットカバー５は、「着脱部材」に相当する。着脱部材は、分割ナット４に着脱自在な底付き円筒形状の部材に限定されるものではなく、被着具に着脱自在で被着具と固定具の被着状態を保持することが可能なものであればよい。例えば、着脱部材は、移動して被着具の外周部に係合・離脱する係合手段等であってもよい。

≪ピストンシリンダ機構（移動手段）≫
ピストンシリンダ機構６は、ナットカバー５を、分割ナット４を覆う位置および解放させる位置に移動させるためのものである。すなわち、このピストンシリンダ機構６は、ピストン６２と一体のナットカバー５を、分割ナット４を覆う位置および解放させる位置まで上昇・下降させて、ボルトＢに螺合した分割ナット４を保持したり、ナットカバー５を分割ナット４から離脱させて分割ナット４の分割片４ａを３つに分離させたりするための装置である。このピストンシリンダ機構６は、上側の支持部材１３に保持されたシリンダ６１と、上端がナットカバー５に連結され、下端がシリンダ６１に進退自在に内設されたピストン６２と、シリンダ６１内の圧縮空気（流体圧）を制御してピストン６２を移動させるための流体圧回路７と、ピストン６２を付勢して下降させるための復帰ばね６４と、を主に備えて構成されている。
なお、ピストンシリンダ機構６は、「移動手段」に相当する。移動手段は、ピストンシリンダ機構６に限定されるものではなく、着脱部材を被着具に対して進退して着脱可能なものであればよい。例えば、移動手段は、電磁石の磁力によって着脱部材を吸引・反発させるようにしたソレノイド等であってもよいが、ピストンシリンダ機構６を採用すると操作性がよく、また、省電力化でき、かつ、小型化することができる。なお、前記復帰ばね６４は、圧縮空気を作用させて、ピストン６２を上方向に押圧させたり、ピストン６２を下方向に吸引するように作用させたりすれば、省略することもできる。

≪流体圧回路の構成≫
流体圧回路７は、ピストンシリンダ機構６のシリンダ６１内に充填された、例えば、圧縮空気からなる流体を制御してピストン６２を上昇および下降させるための回路である。すなわち、流体圧回路７は、各ピストン６２と一体に移動するナットカバー５を上下動させるためのものである。この流体圧回路７は、前記シリンダ６１と、ピストン６２（ピストンシリンダ機構６）を作動させる電磁バルブＶと、各シリンダ６１と電磁バルブＶとを繋ぐ配管６３とを備えて構成されている。
なお、流体圧回路７は、流体として空気以外のオイル等を使用した油圧回路等であってもよい。

図６は、図４のＸ−Ｘ断面図である。
図４にシリンダ６１は、ピストン６２および復帰ばね６４が進退自在に内設された金属製の略円筒体であり、上側の支持部材１３の下面の４箇所にそれぞれ等間隔に固定されている（図６参照）。
ピストン６２は、その支持部材１３に上下動自在に挿通されて支持されたピストンロッド６２ａによって支持部材１３の上方に配置された各ナットカバー５を各分割ナット４に着脱するために、流体圧回路７の圧縮空気に押圧されて上昇し、この圧縮空気を抜いて復帰ばね６４のばね力で下降するように構成されている。
復帰ばね６４は、圧縮コイルばねからなり、ピストンロッド６２ａを遊嵌して、下端がピストン６２の上面を押圧し、上端がシリンダ６１の内側上面を押圧するようにシリンダ６１に内設されている。

電磁バルブＶは、図示しない制御回路に電気的に接続され、この制御回路からロケットモータ部２とペイロード部３とを切り離す分離信号が入力されたときに、弁体（図示せず）を開放して各シリンダ６１内の圧縮空気（流体）を抜き、各ナットカバー５が各分割ナット４から同時に抜け出るようにそれぞれのピストン６２を移動させるためのバルブである。この電磁バルブＶは、例えば、図４に示すように、下側の支持部材１４の下側に配置されている。

≪支持部材の構成≫
図４に示すように、前記支持部材１３，１４は、例えば、機体分離機構Ａの押圧手段８とピストンシリンダ機構６と、内部円筒体１７（図６参照）とを支持するために円環状の第１および第２円環板に形成され、円筒形状の側壁１６（ロケットモータ部２）に水平に内設されている。この支持部材１３，１４には、分割ナット４がボルトＢから分離したときに、ペイロード部３の第１分離面形成体１１を弾発的に瞬時に押圧して分離させる押圧手段８が備えられている。
支持部材１３，１４は、所定間隔離してロケットモータ部２の側壁（外壁）１６の内側に固定して設け、内側に、内部円筒体１７（図６参照）が固定されている。その内部円筒体１７には、ロープ（図示せず）によってロケットモータ部２とペイロード部３とに連結したパラシュートＰを収納する収納空間Ｓを備えている。
なお、内部円筒体１７は、パラシュートＰを設置するために、必要に応じて適宜に設置すればよく、なくてもよい。

上側の支持部材１３には、４本のピストンロッド６２ａと、押圧手段８の４本のロッド８１と、がそれぞれ上下動自在に等間隔に挿通されて支持される。また、この支持部材１３の下面には、４つのシリンダ６１が垂直に載設されている。上側の支持部材１３は、第２分離面形成体１２からナットカバー５が上昇・下降するストローク分の長さ以上の距離（所定間隔）を介して配設されている。
なお、支持部材１３は、「第１円環部材」に相当する。

下側の支持部材１４には、挿通して固定された４本の配管６３と、貫通孔１４ａに挿通し仮止め用のナットＮ２が一時的に螺合されるねじ部を有する前記４本のロッド８１と、がそれぞれ等間隔に配設されている。また、この支持部材１４の上面には、ガイド８４が垂直に固定されている。下側の支持部材１４は、上側の支持部材１３から支持部材１３，１４間に押圧手段８を介在することが可能な距離以上の間隔を介して配設されている。
なお、支持部材１４は、「第２円環部材」に相当する。

≪押圧手段の構成≫
図４に示すように、押圧手段８は、ピストンシリンダ機構６によりナットカバー５を解放させる位置に移動させることに伴って第１分離面形成体１１を第２分離面形成体１２の上面側（他方側）から上方向へ押圧して両者を突き離す装置である。押圧手段８は、例えば、ロケットモータ部２の第２分離面形成体１２の下側の４箇所に弾装されて、上下の支持部材１３，１４で支持し、上端部（当接部８１ａ）がペイロード部３の第１分離面形成体１１の分離面１１ａを押圧するように設置されている。この押圧手段８は、支持部材１３，１４から第１および第２分離面形成体１１，１２に向けて設けたガイド８４と、このガイド８４内に設けた圧縮ばね８３と、この圧縮ばね８３で付勢されて第１分離面形成体１１を押圧するロッド８１とを備えている。この押圧手段８は、ピストンシリンダ機構６によりナットカバー５が分割ナット４から離脱したときに、圧縮ばね８３のばね力によって付勢されたロッド８１で第１分離面形成体１１を押圧することによって、ボルトＢから分割ナット４を脱落させ、機体１をペイロード部３とロケットモータ部２とに分離させるように構成されている。

ロッド８１は、第１分離面形成体１１を押圧するための金属製の丸棒状部材であり、外周部にナットＮ１，Ｎ２が螺合するねじ部が形成されている。このロッド８１は、その一端に支持部材１４に着脱自在に係合するように形成したナットＮ２（仮止め部）と、その他端に第２分離面形成体１２に形成した貫通孔１２ｃを介して第１分離面形成体１１に当接する当接部８１ａと、その中央に圧縮ばね８３の一端が係合して押圧されるナットＮ１（付勢部）とを有する。このロッド８１は、第２分離面形成体１２および支持部材１３，１４に穿設された貫通孔１２ｃ，１３ａ，１４ａにそれぞれ進退自在に遊挿され、ナットカバー５が分割ナット４から分離したときに、上端の当接部８１ａがペイロード部３の第１分離面形成体１１の分離面１１ａを押圧するように設置されている。

図４に示すように、組付け時のロッド８１には、支持部材１３，１４間において、略中央部に２個のナットＮ１が螺合され、下端側がばね受け８２および圧縮ばね８３を介在して支持部材１４の貫通孔１４ａを貫通して仮止め用のナットＮ２をねじ部に螺合することによって、圧縮ばね８３が圧縮した状態に配置されている。

そして、ナットＮ２は、組み付け終了時にロッド８１から外されて、圧縮ばね８３によって付勢されたロッド８１がペイロード部３の第１分離面形成体１１を弾発できるように組み付けられる。
なお、ナットＮ２は、「仮止め部」に相当する。ナットＮ２は、ロッド８１に設けた圧縮ばね８３を圧縮状態に維持して支持部材１４に係止できるものであればよく、ロッド８１にねじ部に螺合するナットＮ２に限定されるものではない。例えば、ナットＮ２は、支持部材１４に係止し、ロッド８１に着脱自在なピン等の係止手段であってもよい。

圧縮ばね８３、ばね受け８２およびナットＮ１は、下端部が支持部材１４の上面に垂直に固定されたガイド８４に内挿された状態に組付けられている。
ばね受け８２は、ロッド８１に遊嵌される孔を有する平座金形状の金属製リング部材からなり、圧縮ばね８３のばね力に付勢されてナットＮ１に押し付けられた状態に組付けられる。
ナットＮ１は、圧縮ばね８３のばね力をロッド８１に伝達させて付勢させるための部材である。このナットＮ１は、「付勢部」に相当する。付勢部は、圧縮ばね８３のばね力をロッド８１に伝達して付勢する部材であればよく、ナットＮ１に限定されるもではない。例えば、ナットＮ１は、ロッド８１に固定したばね受け部材であってもよい。
圧縮ばね８３は、ロッド８１を第１分離面形成体１１側に付勢するためのものであり、ガイド８４内に遊挿されると共にロッド８１を遊嵌した状態に配置され、下端が支持部材１４に圧接し、上端がばね受け８２に圧接して配設されている。この圧縮ばね８３は、比較的弾発力の強い円筒形圧縮コイルばねからなる。

ガイド８４は、圧縮ばね８３およびロッド８１がペイロード部３の方向に向かって真っ直ぐに移動するように案内するための円筒形の部材である。すなわち、このガイド８４は、図５に示すように、ナットカバー５が分割ナット４から離脱して、分割ナット４がナットの機能を果さなくなったときに、圧縮ばね８３がばね受け８２を押圧することによって、上方向に移動する圧縮ばね８３、ばね受け８２、およびナットＮ１を支持することによって、第２分離面形成体１２の貫通孔１２ｃから弾出したロッド８１を支持部材１３の貫通孔１３ａとで真上方向に移動する案内するように設けられている。

≪機体分離機構の組付け手順≫
次に、図４および図５を主に各図を参照しながら本発明に係るロケットＲの機体分離機構Ａの組付け手順を説明する。
まず、図４に示すように、ロッド８１にナットＮ１を螺合し、ばね受け８２を介して圧縮ばね８３を挿通した状態で、ガイド８４に挿入する。このロッド８１の当接部８１ａ側を、支持部材１３の貫通孔１３ａを挿通し第２分離面形成体１２の貫通孔１２ｃ内に挿入する。そして、ロッド８１の下端を、支持部材１４の貫通孔１４ａに挿通して、仮止め用のナットＮ２をその下端のねじ部に螺合させて、圧縮ばね８３を圧縮状態にする。このようにして、支持部材１３，１４に４つの押圧手段８を設置する。

次に、ピストン６２および復帰ばね６４を内設したシリンダ６１を支持部材１３の下に設け、この支持部材１３の上側に突出したピストンロッド６２ａとナットカバー５とを連結する。シリンダ６１には、電磁バルブＶに接続された配管６３を接続する。そして、収納空間Ｓに折り畳んだ状態のパラシュートＰを収納する。

続いて、分割ナット４の３つの分割片４ａを円筒状に合致させた状態で、流体圧回路７をＯＮし、電磁バルブＶの弁体を開放させて、コンプレッサ（図示せず）から高圧の圧縮空気をシリンダ６１内に送り込む。
シリンダ６１内に流れ込んだ圧縮空気が、ピストン６２を押圧して復帰ばね６４を圧縮させながらピストンロッド６２ａおよびナットカバー５を上昇させ、ナットカバー５を３つの分割片４ａが合致した分割ナット４に嵌合させる。その結果、分割ナット４とボルトＢとの螺合状態が保持され、分割ナット４は、第２分離面形成体１２の下面に当接した状態に配置される。この状態で、ボルトＢをペイロード部３側から第１分離面形成体１１のボルト挿通孔１１ｂ、およびロケットモータ部２の第２分離面形成体１２のボルト挿通孔１２ｂに挿通して、分割ナット４に螺合させる。このようにして、支持部材１３，１４に４つのピストンシリンダ機構６を設置する。
このようにして、機体分離機構Ａは、図３および図４に示すように組立てられる。

次に、図４に示すように、仮止め用のナットＮ２をロッド８１のねじ部から外す。支持部材１４およびばね受け８２を介してナットＮ１とナットＮ２との締結力で受けていた圧縮ばね８３の弾発力が解放されて、この圧縮ばね８３によって付勢されたロッド８１の当接部８１ａがペイロード部３の分離面１１ａに圧接して押圧した状態になる。このときの圧縮ばね８３のばね力は、第１分離面形成体１１と第２分離面形成体１２とを挿通したボルトＢに、支持部材１３，１４に固定されたピストンシリンダ機構６のナットカバー５が嵌合している分割ナット４を螺合させることによって受け止められている。

機体分離機構Ａは、このようにして組立てられて機体１に設置される。機体１は、ピストンシリンダ機構６によって上昇しているナットカバー５が分割ナット４とボルトＢとの螺合状態を保持していることによって、ロケットモータ部２とペイロード部３との結合状態もしっかりと保持されている。
なお、このような組立作業は、機体分離機構Ａ内に機体分離用の火薬が設置されないため、安全に機体分離機構Ａの組立てることができる。

≪機体分離機構の作動≫
ロケットＲは、図３および図４に示すように、ロケットモータ部２とペイロード部３とが結合した状態で空に向けて打ち上げられ、所定の高度まで飛翔したときに、流体圧回路７の制御装置（図示せず）が電磁バルブＶに開放信号を送り弁体が開放される。そうすると、シリンダ６１内の圧縮空気が電磁バルブＶ側に流れて抜き取られ、図５に示すように、ピストン６２、ピストンロッド６２ａ、およびナットカバー５が下降して、ナットカバー５が分割ナット４から離脱する。分割ナット４は、ナットカバー５が離れてフリーの状態になることにより、ボルトＢに対して螺合するナットの機能を果さなくなるため、分割片４ａが３つに分解してボルトＢから脱落可能になる。

ナットカバー５が分割ナット４から分離すると、圧縮ばね８３に付勢されたロッド８１の当接部８１ａが、ペイロード部３の第１分離面形成体１１の分離面１１ａを押圧して、第１分離面形成体１１に設けたボルトＢが、第２分離面形成体１２および分割ナット４から分離されて、ロケットモータ部２からペイロード部３が瞬時に切り離される。
ロケットモータ部２からペイロード部３が離れることによって、両者に連結していたパラシュートＰのロープがペイロード部３に引っ張られて、収納空間Ｓに収納されていたパラシュートＰが外部に放出されて展開する。パラシュートＰは、ロケットモータ部２の上端部に収納空間Ｓが配設されていることにより、スムーズに展開してロケットＲを減速させてゆっくりと地上に落下させる。
落下したペイロード部３は、回収して再利用されると共に、内設した機器のデータを収集して分析される。それらの機器は、ロケットモータ部２とペイロード部３とが分離したときに、大きな衝撃力を受けることがないため、損傷することがない。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。

例えば、前記した実施形態では、ロケットモータ部２に機体分離機構Ａを設けた場合を説明したが、機体分離機構Ａは、これに限定されず、ペイロード部３に設置してもよい。このようにしても、ロケットモータ部２とペイロード部３とを結合・分離させることができる。
また、機体分離機構Ａは、ピストンシリンダ機構６の大きさや強度、または圧縮ばね８３の強度を調整することにより、さらに、機体１が大型で、３つ以上の分離機体に分離する多段式ロケットの分離機構としても使用することが可能であるし、また、分離機体に収納していた衛星を放出する衛星放出用機体分離機構としても使用できる。

前記した実施形態では、押圧手段８として圧縮ばね８３のばね力による場合を説明したが、押圧手段８は、これに限定されず、流体圧回路７の流体圧（圧縮空気）を利用してロッド８１を移動させて、第１分離面形成体１１を押圧するようにしてもよい。この場合は、流体圧回路７に、電磁バルブＶの弁体をロッド８１が押圧される側に切り替える流路を形成する。このようにしても、ロケットモータ部２とペイロード部３とを結合・分離させることができる。

本発明に係るロケットの機体分離機構を示す正面図である。 ロケットの機体分離機構を示す要部拡大図である。 本発明に係るロケットの機体分離機構を示す図であり、パラシュートや内部円筒体等を取り外したロケットモータ部とペイロード部とが結合しているときの状態を示す要部拡大斜視図である。 本発明に係るロケットの機体分離機構を示す図であり、パラシュートや内部円筒体等を取り外したロケットモータ部とペイロード部とが結合しているときの状態を示す要部拡大部分断面図である。 本発明に係るロケットの機体分離機構を示す図であり、パラシュートや内部円筒体等を取り外したロケットモータ部とペイロード部とが分離したときの状態を示す要部拡大部分断面図である。 図４のＸ−Ｘ断面図である。

符号の説明

１ 機体
２ ロケットモータ部（分離機体）
３ ペイロード部（分離機体）
４ 分割ナット（被着具）
４ａ 分割片
５ ナットカバー（着脱部材）
６ ピストンシリンダ機構（移動手段）
７ 流体圧回路
８ 押圧手段
１０，１０Ａ，１０Ｂ 構造物
１１ 第１分離面形成体
１１ａ，１２ａ 分離面
１２ 第２分離面形成体
１３ 支持部材（第１円環部材）
１４ 支持部材（第２円環部材）
１５，１６ 側壁
６１ シリンダ
６２ ピストン
８１ ロッド
８１ａ 当接部
８２ ばね受け
８３ 圧縮ばね
８４ ガイド
Ａ 機体分離機構
Ｂ ボルト（固定具）
Ｎ１ ナット（付勢部）
Ｎ２ ナット（仮止め部）
Ｐ パラシュート
Ｒ ロケット
Ｓ 収納空間
Ｖ 電磁バルブ

Claims (5)

1. 機体が複数に分離可能なロケットの機体分離機構において、
   少なくとも前記機体が分離される分離部分の一方の分離機体側に配設された第１分離面形成体と他方の分離機体側に配設された第２分離面形成体とを結合するための固定具と、
   この固定具を固定するためにその周囲に分割した分割片を結合させた状態で被着させる被着具と、
   この被着具を覆うことで前記分割片を結合させ、かつ、当該被着具の覆を解放させることで前記分割片の結合を解除する着脱部材と、
   この着脱部材を前記被着具を覆う位置および解放させる位置に移動させる移動手段と、
   この移動手段により着脱部材を解放させる位置に移動させることに伴って前記第１分離面形成体を前記第２分離面形成体側から押圧して両者を突き離す押圧手段と、
   この押圧手段と前記移動手段とを支持すると共に、前記一方の分離機体または前記他方の分離機体のどちらか一方に内設された支持部材と、を備えたことを特徴とするロケットの機体分離機構。
2. 前記移動手段は、前記支持部材に保持された前記シリンダと、
   一端が前記着脱部材に連結されて、他端が前記シリンダに進退自在に内設されたピストンと、
   前記シリンダ内の流体圧を制御して前記ピストンを移動させるための流体圧回路と、を備えたピストンシリンダ機構からなることを特徴とする請求項１に記載のロケットの機体分離機構。
3. 前記押圧手段は、前記支持部材から前記第１および第２分離面形成体に向けて設けたガイドと、
   このガイド内に設けた圧縮ばねと、
   この圧縮ばねにより押圧され前記第１および第２分離面形成体の一方を押圧するロッドとを備え、
   前記ロッドは、その一端に前記支持部材に着脱自在に係合するように形成した仮止め部と、その他端に前記第１および第２分離面形成体の一方に形成した貫通孔を介して当該他方に当接する当接部と、その中央に前記圧縮ばねの一端が係合して押圧される付勢部とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロケットの機体分離機構。
4. 前記流体圧回路は、前記シリンダ内の流体を制御して前記ピストンシリンダ機構を作動させる電磁バルブを備えていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のロケットの機体分離機構。
5. 前記支持部材は、第１および第２円環部材で形成され、前記第１円環部材と前記第２円環部材とを所定間隔離して前記一方の分離機体または前記他方の分離機体のどちらか一方における外壁の内側に固定して設け、前記第１および第２円環部材の内側にパラシュートを折り畳んで収納する収納空間を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のロケットの機体分離機構。

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