JP2012101781A - ペイロード発射ロック機構 - Google Patents

Abstract

【課題】低衝撃でペイロードを開放するペイロード発射ロック装置を提供する。
【解決手段】ペイロード発射ロック機構１００は、ベース１０２と、プレロードクランプ１０４と、ファスナ１０６と、形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータと、を含む。プレロードクランプは、ペイロードを解放可能に拘束するように構成される。ファスナは、軸に沿ってプレロードクランプを通って延びてベースに入り、プレロードクランプにペイロードを拘束するのに十分な力を供給する。ＳＭＡアクチュエータは、電流を受け取るように構成され、電流の受け取りに応じて、ファスナが破断することなく伸長する原因となる力を供給する。プレロードクランプは、ファスナの伸長に応じて、回転または枢動することでペイロードを解放する。
【選択図】図１

Description

[0001]本発明は、ＮＡＳＡにより与えられたNNG09HR00Cの下で政府の支援によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
[0002]本発明は、広く宇宙船のペイロードの解放可能なロックに関し、より具体的には、ピボットペイロード発射ロックに関する。

[0003]多くの宇宙船は、１つ以上のペイロードを含み、これらは宇宙船が軌道に乗った後に解放される。宇宙船の発射の間、相対的に大きな振動および推力の負荷がペイロードに与えられることがある。したがって、ペイロードは、典型的には、発射ロック装置を用いて宇宙船上に取り付けられ、発射ロック装置は、これらの振動および推力の負荷に対してペイロードを拘束するように構成され、また、宇宙船が軌道に乗ったときにペイロードを解放するように構成される。

[0004]一般に用いられる発射ロック装置は、火花技術または形状記憶合金（ＳＭＡ）を用いてボルトを破壊することにより、ペイロードを解放するように構成される。一般に安全で、信頼性があり、ロバスト性のあるこれらの発射ロック装置は、ある種の欠点がある。たとえば、ボルトの破壊は、高周波加速（たとえば衝撃）からペイロードに相対的に高い負荷を伝達する。これは潜在的にペイロードの損傷を生じさせ得る。

[0005]低衝撃発射ロック装置は、様々な技術を用いて使用され、いくつかは、ボルトの破壊の代わりにボルトを伸縮させるのに用いられるＳＭＡ材料を含み、それにより、ギャップを開放してペイロードを解放する。このギャップは、停止部がぶつかる前にペイロードの運動範囲に等しくなる。当該技術分野のそのような装置のアプローチの現在の状態は、ダイナミックレンジを制限し、それゆえ、ペイロードは、具体的な実施形態の詳細により、制限された運動範囲を可能にする。

[0006]それゆえ、発射の間にペイロードを十分に拘束し、相対的に高い負荷からペイロードへの伝達なく（すなわち低衝撃）ペイロードを実質的に解放し、利用可能なペイロードの運動範囲を増加させるペイロード発射ロック装置への需要がある。本発明は少なくともこの需要に対応する。

[0007]一実施形態において、また、１つの例として、ペイロード発射ロック機構は、ベース、プレロードクランプ、ファスナ、および形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを含む。プレロードクランプは、ベースに対して回転可能に取り付けられ、解放可能にペイロードを拘束するように構成される。ファスナは、軸に沿って、プレロードクランプを通ってベース内に延び、プレロードクランプにペイロードを拘束するのに十分な力を提供する。ＳＭＡアクチュエータは、ベースとファスナとの間に配置され係合する。ＳＭＡアクチュエータは、電流を受け入れるように構成され、電流の受け取りに応じて、破断無くファスナを引き伸ばす力を提供する。プレロードクランプは、ファスナの引き延ばしに応じて、軸を中心に回転しペイロードを解放する。

[0008]他の例示的な実施形態において、ペイロード発射ロック機構は、ベース、プレロードクランプ、ファスナ、および形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを含む。プレロードクランプは、ベースに枢動式に取り付けられ、ペイロードを解放可能に拘束するように構成される。ファスナは、第１軸に沿って、プレロードクランプを通ってベース内に延び、ペイロードを拘束するのに十分な力をプレロードクランプに供給する。ＳＭＡアクチュエータは電流を受け取るように構成され、また、電流の受け取りに応じて、破断なくファスナを引き伸ばす原因となる力を提供するように構成される。プレロードクランプは、ファスナの引き伸ばしに応じて、第１軸に垂直な第２軸を中心に枢動し、ペイロードを解放する。

[0009]他の例示的な実施形態において、ペイロード発射ロック機構は、ベース、プレロード、ファスナ、スプリング、および形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを含む。プレロードクランプは、回転式にベースに取り付けられ、解放可能にペイロードを拘束するように構成される。プレロードクランプは、追加的に、ロック位置と非ロック位置との間で回転可能である。ファスナは、軸に沿って、プレロードクランプを通りベース内に延びる。ファスナは、プレロードクランプにペイロードを拘束するのに十分な力を提供する。スプリングは、ベースとプレロードクランプとの間に連結され、また、プレロードクランプに捩れ力を供給するように構成され、これは、プレロードクランプを非ロック位置に付勢する。形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータは、ベースとプレロードクランプとの間に配置される。ＳＭＡアクチュエータは、電流を受け取るように構成され、また、電流の受け取りに応じて、破断なくファスナを引き伸ばす原因となる力を供給するように構成される。プレロードクランプは、ファスナの引き伸ばしに応じて、軸を中心に回転しペイロードを解放する。

[0010]さらに、枢動式ペイロード発射ロックの他の望ましい特徴および特質は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲を添付図面および上述の背景とともに参照することにより明らかになるであろう。

[0011]本発明は、以下において添付図面とともに説明され、図面において同様の符号は同様の要素を示している。

ペイロード発射ロック機構の第１の例示的な実施形態の斜視図である。 図１の例示的なペイロード発射ロック機構の断面図である。 図１の例示的なペイロード発射ロック機構の斜視図であり、ロック位置にある状態の図である。 図１の例示的なペイロード発射ロック機構の斜視図であり、解放位置にある状態の図である。 ペイロード発射ロック機構の第２の例示的な実施形態の斜視図である。 図５の例示的なペイロード発射ロック機構の断面図である。 例示的なペイロード発射ロック機構の斜視図であり、ロック位置にある状態の図である。 例示的なペイロード発射ロック機構の斜視図であり、解放位置にある状態の図である。 ペイロード発射ロック機構の第３の例示的な実施形態の斜視図である。 図９の例示的なペイロード発射ロック機構の断面図である。 図９の例示的なペイロード発射ロック機構の図であり、ロック位置にある状態の図である。 図９の例示的なペイロード発射ロック機構の図であり、解放位置にある状態の図である。

[0021]以下の詳細な説明は、本来的に単なる例示であり、本発明または本発明の用途や使用を限定することを意図するものではない。ここで使用される用語「例示」とは、「例、実例、図例としての役割である」ということを意味する。したがって、ここで開示される「例示」としての任意の実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈されない。ここで開示されるあらゆる実施形態は、例示的な実施形態であり、当業者が本発明を実施または使用することが可能になるように提供される。本発明は、請求項により画定される。さらに、上述の技術分野、背景技術、発明の概要、または以下の詳細な説明において明示的または暗示的に示されるいかなる理論に関連付けられることを意図するものではない。

[0022]図１、２を参照すると、ペイロード発射ロック機構１００の一実施形態が示されており、ベース１０２、プレロードクランプ１０４、ファスナ１０６、形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータ１０８を含む。ベース１０２は、宇宙船のような車両の一体的部分を有し、または、これは別個の構造として実施化でき車両に連結される。

[0023]プレロードクランプ１０４は、ベース１０２に対して回転可能に取り付けられ、ペイロード１１２を解放可能に拘束するように構成される。プレロードクランプ１０４は、図示の実施形態ではトウクランプとして構成され、これは、図１−３に示されるロック位置と図４に示される非ロック位置との間で回転可能である。プレロードクランプ１０４は、ハードウェア開口部１１４を含み、また、ファスナ１０６および好適な取り付けハードウェアを介して回転可能に取り付けられる。取り付けハードウェアは様々なものとすることができるが、図示の実施形態においては、球形ベアリング１１６、第１ロードワッシャ１１８、および第２ワッシャ１２２を含む。

[0024]ファスナ１０６は、軸１２４に沿って、ハードウェア開口部１１４、球形ベアリング１１６、第１ロードワッシャ１１８、第２ワッシャ１２２を通って延び、ベース１０２に入る。ファスナ１０６は、第１端部区域１２６、第２端部区域１２８、およびネック形成下区域１３２を含む。第１端部区域１２６はネジ部を備え、このネジ部は、ベース１０２におけるネジ付き開口部１３４内に形成されたネジ部に係合する。ネック形成下区域１３２は、第１端部区域１２６と第２端部区域１２８との中間に配置され、また、第１および第２の端部区域１２６、１２８の直径よりも小さな直径を備える。ファスナ１０６は、ネジ付き開口部１３４内にねじ込まれ、第２端部区域１２８内に形成される調整ヘッド１３６を介して、プレロードクランプ１０４にペイロード１１２を拘束し、プレロードクランプをロック位置に保持するのに十分な力を供給するために調整される。

[0025]ＳＭＡアクチュエータ１０８は、ベース１０２とプレロードクランプ１０４との間に配置される。ＳＭＡアクチュエータ１０８は、たとえは非図示の複数の電気リードを介して電流を受け取るように構成される。ＳＭＡアクチュエータ１０８は、電流の受け取りに応じて、膨張してファスナ１０６に力を供給する。ファスナに供給される力は、ファスナ、より具体的にはファスナ１０６のネック形成区域（necked-down section）１３２が破断せずに伸びるようにするのに十分な力である。ファスナ１０６が伸びる量は様々であり、また、たとえばＳＭＡアクチュエータ、ファスナ１０６の材料組成、およびネック形成区域１３２の寸法などに依存し得る。それにも関わらず、ファスナの伸びる量は、プレロードクランプ１０４を変位させるのに十分である。

[0026]図１、２にさらに示すように、ペイロード発射機構１００は、好ましくはバネ１３８を含む。バネ１３８は、ベース１０２とプレロードクランプ１０４との間に連結され、また、軸１２４と同軸になるように配置される。バネ１３８は、プレロードクランプ１０４が非ロック位置からロック位置に回転されるときに、プレロードクランプ１０４にねじれ力を供給するように構成される。ＳＭＡアクチュエータ１０８がファスナ１０６を延ばす力を供給してプレロードクランプ１０４を変位させるとき、バネ１３８からのねじれ力は、プレロードクランプ１０４を軸１２４を中心に回転させてペイロード１１２を解放する。

[0027]図１−４に示され、また上述されたペイロード発射機構１００の構成は、１つの具体的な実施形態の単なる例示であり、多数の代替構成を用いて実施化することができる。そのような１つの代替構成が図５−８に示されている。図５−８に示される代替的なペイロード発射機構５００は、図１−４に示される実施形態に類似するように構成される。図５−８に示される同様の符号は、図１−４に示される実施形態の同様の部分を示す。これらの実施形態の主な違いは、図５−８に示されるプレロードクランプ１０４は、トウクランプとして構成されず、ペイロード１１２の少なくとも一部が軸１２４と同軸であることである。図５−８に示されるペイロード発射機構５００は、図１−４に示されるものと実質的に同様に動作し、この実施形態のさらなる説明は提供しない。

[0028]他の代替実施形態が図９−１２に示される。容易に分かるように、図９−１２に示されるペイロード発射機構９００は、図１−４に示される実施形態に類似しており、ベース１０２、プレロードクランプ１０４、ファスナ１０６、ＳＭＡアクチュエータ１０８を含んでいる。この代替実施形態は、他の実施形態として、同一（または実質的に同一）の取り付けハードウェア１１６、１１８、１２２を含む。しかし、この実施形態は同一のバネ１３８を含んでいないことに注意されたい。さらに、以下で説明されるように、プレロードクランプ１０４は、軸１２４を中心とする回転によりペイロード１１２を解放するのではない。

[0029]図１０に最も明瞭に示されているように、この実施形態のペイロード発射機構９００は、実際にバネ１００２を含んでいる。バネ１００２はベース１０２とプレロードクランプ１０４との間に連結され、プレロードクランプ１０４に力を供給するが、この力は、軸１２４を中心とするねじれ力ではない。むしろ、図１１、１２に最も明瞭に示されているように、この力は、ファスナ１０６の伸びに際して、プレロードクランプ１０４を第２軸９０２を中心に枢動させるような力であり、第２軸９０２は軸１２４に垂直である。したがって、ロック位置から非ロック位置への回転ではなく、プレロードクランプは、ロック位置（図９−１１）から非ロック位置（図１２）へ枢動する。

[0030]本明細書で開示されるペイロード発射ロック機構１００、５００、９００は、発射の時にペイロード１１２を十分に拘束し、プレロードクランプ１０４の回転または枢動により、相対的に大きな負荷をペイロード１１２に伝達することなくペイロード１１２を実質的に解放することを可能にし、また、回転または枢動機構を備えない公知の機構よりも大きなペイロードの運動範囲を備える。

[0031]少なくとも１つの例示的な実施形態が上述の本発明の詳細な説明において示されたが、多数の変形例が存在することに注意されたい。また、例示的な実施形態は、単なる例示であり、本発明の範囲、用途または構成をいかなる意味でも限定することを意図するものではない。むしろ、上述の詳細な説明は、当業者に本発明の例示的な実施形態を実施するための便宜的なロードマップを提供するものである。添付の特許請求の範囲において規定される本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態において説明された要素の機能および構成を様々に変更することができることを理解されたい。

Claims (3)

1. ペイロード発射ロック機構であって、
   ベースと、
   前記ベースに回転式に取り付けられ、ペイロードを解放可能に拘束するように構成されるプレロードクランプと、
   軸に沿って、前記プレロードクランプを通って延びて前記ベースに入るファスナと、を有し、前記ファスナは、前記プレロードクランプに前記ペイロードを拘束するのに十分な力を供給し、
   前記ペイロード発射ロック機構はさらに、前記ベースと前記プレロードクランプとの間に配置される形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを有し、前記ＳＭＡアクチュエータは、電流を受け取るように構成され、且つ、電流の受け取りに応じて、前記ファスナが破断することなく伸長する原因となる力を供給するように構成され、
   前記プレロードは、前記ファスナの伸長に応じて、前記軸を中心に回転してペイロードを解放する、ペイロード発射ロック機構。
2. ペイロード発射ロック機構であって、
   ベースと、
   枢動式に前記ベースに取り付けられ、ペイロードを解放可能に拘束するように構成されるプレロードクランプと、
   第１軸に沿って、前記プレロードクランプを通り前記ベースに入るファスナと、を有し、前記ファスナは、前記プレロードクランプにペイロードを拘束するのに十分な力を供給し、
   前記ペイロード発射ロック機構はさらに、前記ベースと前記プレロードクランプとの間に配置される形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを有し、前記ＳＭＡアクチュエータは、電流を受け取るように構成され、且つ、電流の受け取りに応じて、前記ファスナが破断することなく伸長する原因となる力を供給するように構成され、
   前記プレロードクランプは、前記ファスナの伸長に応じて、第２軸を中心に枢動してペイロードを解放し、前記第２軸は前記第１軸に垂直である、ペイロード発射ロック機構。
3. ペイロード発射ロック機構であって、
   ベースと、
   前記ベースに回転式に取り付けられ、ペイロードを解放可能に拘束するプレロードクランプと、を有し、前記プレロードクランプは、ロック位置と非ロック位置との間で回転可能であり、
   ペイロード発射ロック機構はさらに、軸に沿って、前記プレロードクランプを通り前記ベースに入るファスナを有し、前記ファスナは、前記プレロードクランプにペイロードを拘束するのに十分な力を供給し、
   ペイロード発射ロック機構はさらに、前記ベースと前記プレロードクランプとの間に連結され、前記プレロードクランプに、前記プレロードクランプを非ロック位置に向かって付勢するねじれ力を供給するように構成されるバネと、
   前記ベースと前記プレロードクランプとの間に配置される形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータと、を有し、前記ＳＭＡアクチュエータは、電流を受け取るように構成され、且つ、電流の受け取りに応じて、前記ファスナが破断することなく伸長する原因となる力を供給するように構成され、
   前記プレロードクランプは、前記ファスナの伸長に応じて、前記軸を中心に回転してペイロードを解放する、ペイロード発射ロック機構。

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