JP2953427B2

JP2953427B2 - 宇宙構造物の分離機構及びその分離方法

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Publication number: JP2953427B2
Application number: JP9119201A
Authority: JP
Inventors: 瑞穂池田
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 1999-09-27
Anticipated expiration: 2017-05-09
Also published as: JPH10310100A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙構造物の分離
機構に関するものであり、特に詳しくは、宇宙空間で使
用される少なくとも１対の構造物群が一体化された構造
物を宇宙空間に於いて、強い衝撃力を発生させずに、そ
れぞれに分離させる為の分離機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の宇宙構造物の分離方式は、ボルト
／分離ナットで締結されている例が多い。係る方式に於
いては、一般的には、一対の構造物を接合し、ボルトと
分離ナットで固定化した後、当該分離ナット側に取付け
られたパワーカートリッジを点火し、その爆発力で分離
ナットを分割してボルトとの締結を解放する方式になっ
ている。

【０００３】然しながら、係る方法に於いては、分離ナ
ット部に取りつけられた火薬等の火工品を発火させて、
当該分離ナットを分割し、それによって当該ボルトと該
構造物との間の締結力を解放し、当該一対の構造物を分
離する様にしたものである。係る分離方法に於いては、
火薬類の発火によって、当該一対の構造物を瞬時に分離
する事が可能であるが、高い衝撃力が発生するので、他
の構造物或いは当該一対の構造物に於けるその他の部品
に対して悪影響を与える場合があった。

【０００４】又、当該火工品の保守管理、或いは発火条
件の厳密な調整管理を必要とするものであり、操作機構
が複雑となると共にコストの上昇が避けられなかった。
図２は、係る従来に於ける宇宙構造物の分離機構２０の
一例を示した断面図であり、図２（Ａ）が分離前の状態
を示し、図２（Ｂ）は、分離後の状態を示したものであ
る。

【０００５】図２に於いて、一対の構造物５、５’は、
当該一対の構造物５、５’に共通に設けられた貫通孔部
に一方の側から挿通されたボルト１と当該ボルト１の他
方の側に突出した先端部に螺合する分離ナット３とによ
って互いに一体化せしめられている。より具体的には、
該一対の構造物の一方の構造物５には、適宜の固定部材
１０を介してハウジング８が取りつけられており、当該
ハウジング８内には、ボルト１が収納されている。

【０００６】一方、該一対の構造物の他方の構造物５’
には、適宜の固定部材９を介してハウジング８’が取り
つけられており、当該ハウジング８’内には、当該ボル
ト１の先端部に嵌合しえる分割可能な分離ナット３が収
納されていると同時に、当該ハイウジング８’の頂部に
は、パワーカートリッジ４が設けられている。該パワー
カートリッジ４は、火工品を発火させて、ピストン１１
を押圧して、該ボルト１に当接しているくさび部１２を
垂下させて分離ナット３を所定の数に分割させ、その後
に該一対の構造物５、５’を適宜の分離機構を使用して
互いのとの係合から離脱させて、当該一対の構造物を構
成する個々の構造物に分離する様に構成されている。

【０００７】この際、当該構造体にたまっていた歪みエ
ネルギーが瞬時に解放されるので、高い衝撃力が発生し
て問題となっていた。一方、特開平７−２７１１９号公
報には、上記と同様に一対の構造物をボルトと低融点物
質で構成された分離ナットを使用して固定すると共に、
分離する際には、当該分離ナットに近接した部位に設け
た加熱手段を加熱して、当該分離ナットを構成している
低融点物質を溶融させて当該ボルトとナットとの締結を
解消しする方法が示されているが、係る方法において
は、当該分離ナットを構成していた溶融状態の低融点物
質の処理機構が必要となるので、同様に分離機構が複雑
となると同時にコスト高となる事が避けられなかった。

【０００８】又、特開平７−１８７０９４号公報には、
分離ナットの外周に形状記憶合金からなるコイルを巻付
け、当該一対の構造物を分離する際には、該形状記憶合
金を加熱して、変形させる事により、当該分離ナットを
分離させ、ついで適宜のスプリングによって、ボルトを
押し出して分離する方法が記載されている。然しなが
ら、この方法に於いても、当該ボルトと構造物との間の
摩擦力はかなり高いので、スプリングを使用する場合で
も、当該ボルトと一対の構造物とが離反する際の衝撃力
を大幅に緩和することが不可能であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の技術に
於ける第１の問題点は、前記した様に、ボルトとナット
の分離時に高い衝撃力が発生することである。その理由
は、ボルトとナットの締付時に蓄えられた歪エネルギが
瞬時に解放されるからである。

【００１０】又、分離構造自体が、複雑となり、軽量化
が阻害されると同時にコストアップの問題を発生する事
になる。従って本発明の目的は、上記した従来技術の欠
点を改良し、ボルトと分離ナットとを使用して一対の構
造物を一体化している宇宙構造物を分離するに際して、
当該ボルトと分離ナットの分離時に発生する衝撃力を弱
める様にした宇宙構造物の分離機構を提供するものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような基本的技術構成
を採用するものである。即ち、一対の構造物を結合する
為に一方の構造物側から当該一対の構造物を貫通して設
けられているボルト部、当該ボルト部の先端部で当該一
対の構造物の反対側に突出されている当該ボルト部の先
端部に係合する分離ナット部と、当該分離ナット部を分
離する為の分離手段とから構成されている宇宙構造物の
分離機構に於いて、当該分離ナット部を分割可能な構造
となすと共に、少なくとも当該ボルト部に於ける当該構
造物と当接する部分を加熱する様に構成されたヒータ手
段を当該ボルト部に配置せしめた事を特徴とする宇宙構
造物の分離機構である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る宇宙構造物の分離機
構に於いては、上記した様に、ボルトにヒータを取付け
ることが特徴である。即ち、本発明が関係する宇宙構造
物の分離機構に於いて、当該一対の構造物を一体化して
おく為に、強い締結力が必要なのは、当該宇宙構造物の
分離機構をロケット等で宇宙空間に向けて打上げる時で
あり、宇宙構造物の分離が行われるフェーズ（軌道上）
では強い締結力は必要ない。

【００１３】従って、当該軌道上において、ボルトにヒ
ータで熱を加えてボルトを伸ばし、当該ボルトが伸びる
ことにより、当該ボルトと該構造物との間の締結力が弱
まるので、当該ボルトを該構造物から離反させる際に、
蓄えられる歪みエネルギが少なくなる。したがって、当
該一対の構造物を分離するに際して発生する衝撃力も小
さい。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明に係る宇宙構造物の分離機構
の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。即ち、
図１は、本発明に係る宇宙構造物の分離機構の一具体例
の構成を示す断面図であり、図中、一対の構造物５、
５’を結合する為に一方の構造物５側から当該一対の構
造物５、５’を貫通して設けられているボルト部１、当
該ボルト部１の先端部で当該一対の構造物５、５’の反
対側に突出されている当該ボルト部１の先端部に係合す
る分離ナット部３と、当該分離ナット部３を分離する為
の分離手段４とから構成されている宇宙構造物の分離機
構２０に於いて、当該ボルト部１にヒータ手段２を配置
せしめた宇宙構造物の分離機構２０が示されている。

【００１５】本発明に於ける宇宙構造物の分離機構２０
の具体的構成は、略図２に示される従来の宇宙構造物の
分離機構２０と同一構造を有しているものであり、当該
従来技術と異なり、且つ本発明の最良の実施の形態は、
当該ボルト１のスリーブ部にヒータ手段２を取付けるこ
とであり、当該ヒータ手段２は巻線タイプでもシートタ
イプでも良い。

【００１６】つまり、本発明に於いては、当該分離手段
４は、該分離ナット部３を所定の数に分割する機能を有
している事が望ましく、また当該分離手段４は、パワー
カートリッジで構成されている事が望ましい。更に本発
明に於ける当該分離手段４の一具体例に於いては、当該
分離手段４は、パワーカートリッジ４と該パワーカート
リッジ４による圧力を受けるピストン部１１と当該ピス
トン部１１のに変位に応答して該分離ナット３に分割力
を与えるくさび部１２とから構成されている事が好まし
い。尚、本発明に於て使用されるパワーカートリッジ
は、所定の火工品を内蔵し、当該火工品を発火させて、
その爆発による衝撃力を一定の方向に指向させる様に噴
出させる事によって、分割可能に構成されている分離ナ
ット部と当接するピストン或いはボルト部を押圧する様
な機能を有するものである。

【００１７】又、図１に於ける本発明に係る分離機構に
於いては、当該ハウジング８の内部に、フランジ部と円
筒部から構成されかつ当該フランジ部と円筒部が落下し
てきた当該ボルト部１を受け止めるボルトキャッチャー
７を配置せしめる事も望ましい。つまり、本発明に於け
る他の態様としては、一対の構造物の一方の側から他方
の側まで貫通して配置されたボルト部と該ボルト部に螺
合しているナット部とによって、当該一対の構造物が結
合せしめられている宇宙構造物の分離機構に於いて、当
該ボルト部を加熱する事によって、当該ボルトと一対の
構造物との間の締めつけ力を低減させた後、該分離ナッ
ト部を分割せしめ、その後に当該一対の構造物に対して
分離動作を施すことにより当該一対の構造物から当該ボ
ルト部を離脱させることを特徴とする宇宙構造物の分離
方法である。

【００１８】本発明に於いては、上記した様に、当該ヒ
ータ手段２に熱エネルギーを供給する為の熱供給手段が
設けられている事が必要であり、具体的には、電気エネ
ルギーを供給して当該ヒーター手段２を加熱させる様に
するものである。例えば、当該ボルトキャッチャー７の
フランジ部に適宜のスリット部を設けておき、ここから
ヒーター用のリード線を出して、適宜の電源に接続する
事も可能である。

【００１９】次に、本発明に係る宇宙構造物の分離機構
２０の一具体例に於ける動作について、図１を参照して
説明する。即ち、ボルト１を一対の構造物５、５’の共
通の孔部１２に通す前に、ヒータ手段２を当該ボルト１
のスリーブ部に取付ける。当該ヒータ手段２が巻線タイ
プであればスリーブ部に巻けば良く、該ヒータ手段２が
シートタイプであればスリーブ部に貼付する。

【００２０】その後は、ボルト１を分離ナット３で締付
ける。締付後に、分離ナット３を収納するハウジング部
８に、適宜のパワーカートリッジ４を取付けて組付け手
順は終了する。一方、本発明に於ける宇宙構造物の分離
機構２０の分離解放手順は、パワーカートリッジ４を点
火する前に、該ヒータ手段２に電気エネルギーを供給し
て、当該ボルト１を暖める。該ボルト１が微量伸びて、
その径が短くなると、当該一対の構造物５、５’を締め
付けていた力が弱まる。

【００２１】そこで、パワーカートリッジ４を点火する
と該分離ナット３が分割され、ボルト１と分離する。本
発明に於いては、上記加熱によりボルト部１が若干伸び
ることから、上記構造体を締めつけていた力が弱まり、
歪みエネルギーが減少する。その結果、パワーカートリ
ッジ４を点火しても、歪みエネルギーが減少しているの
で、衝撃力が小さくなる。

【００２２】つまり、当該衝撃力は、点火時ではなく、
歪みエネルギーの解放時に大きくなる事が一般的である
から、本発明による方法によって当該衝撃力を減少させ
る事が出来る。従って、本発明に於ける宇宙構造物の分
離機構２０に於いては、当該構造物５、５’を分離させ
る際には、ボルト１を構造体５から確実に抜くための締
付力にはほとんど影響しない。

【００２３】なお、該ヒータ手段２に電気エネルギーを
供給する為のケーブル（図示せず）は当該一対の構造物
５、５’に適宜の溝を設けておいて、そこから外に出
す。本発明に於いて、当該ボルト１が加熱された後、当
該ボルト１を該一対の構造物５、５’から退去させる退
去手段４の一例としてパワーカートリッジが設けられて
いるが、本発明に於いては当該退去手段４は特に限定さ
れるものではなく、例えば、適宜のスプリング手段を使
用するものであっても良い。

【００２４】本発明に於いては、上記した宇宙構造物の
分離機構を使用する事によって、一対の構造物の一方の
側から他方の側まで貫通して配置されたボルト部と該ボ
ルト部に螺合しているナット部とによって、当該一対の
構造物が結合せしめられている宇宙構造物の分離機構に
於いて、当該ボルト部を加熱する事によって、当該ボル
トと一対の構造物との間の締めつけ力を低減させた後、
当該ボルト部を該一対の構造物から離脱させる様にする
宇宙構造物の分離方法が提供される。

【００２５】その際には、ボルト１と分離ナット３で締
結される分離機構において、ボルトの締付力を弱めるた
めのヒータがボルトに取りつけられる様にする分離方式
が望ましい。

【００２６】

【発明の効果】本発明に係る宇宙構造物の分離機構は、
上記した様な構成を採用しているので、第１の効果とし
ては、ボルトとナットの分離時に発生する衝撃力を弱め
ることができる。その理由は、分離動作前に締付力が弱
まるので蓄えられていたエネルギが多少解放されるので
分離時の衝撃力が弱まる。

【００２７】又、第２の効果としては、ロケットの打上
げ時に必要な締付力は確保されている。その理由は、本
発明に係る宇宙構造物の分離機構が動作するのは、打上
げ時を過ぎた軌道上においてである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る宇宙構造物の分離機構の
一具体例の構成を示す断面図であり、図１（Ａ）は、当
該一対の構造物の分離前の状態を示すものであり、又図
１（Ｂ）は、当該一対の構造物の分離後の状態を示すも
のである。

【図２】図２は、従来の宇宙構造物の分離機構を示す断
面図であり、図２（Ａ）は、当該一対の構造物の分離前
の状態を示すものであり、又図２（Ｂ）は、当該一対の
構造物の分離後の状態を示すものである。る。

【符号の説明】

１…ボルト部２…加熱手段３…分離ナット部４…退避手段、パワーカートリッジ５、５’…一対の構造物７…ボルトキャッチャー８、８’…ハウジング部９、１０…固定部材１１…ピストン部１２…くさび部２０…宇宙構造物の分離機構

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の構造物を結合する為に一方の構造
物側から当該一対の構造物を貫通して設けられているボ
ルト部、当該ボルト部の先端部で当該一対の構造物の反
対側に突出されている当該ボルト部の先端部に係合する
分離ナット部と、当該分離ナット部を分離する為の分離
手段とから構成されている宇宙構造物の分離機構に於い
て、当該分離ナット部を分割可能な構造となすと共に、
少なくとも当該ボルト部に於ける当該構造物と当接する
部分を加熱する様に構成されたヒータ手段を当該ボルト
部に配置せしめた事を特徴とする宇宙構造物の分離機
構。
【請求項２】当該ヒータ手段に熱エネルギーを供給す
る為の手段が設けられている事を特徴とする請求項１記
載の宇宙構造物の分離機構。
【請求項３】当該分離手段は、該分離ナット部を分割
する機能及び当該ボルト部を当該構造物との係合から離
脱せしめる機能とを有している事を特徴とする請求項１
又は２に記載の宇宙構造物の分離機構。
【請求項４】当該分離手段は、火工品を発火させ、そ
の爆発による衝撃力を一定の方向に指向させるパワーカ
ートリッジで構成されている事を特徴とする請求項１乃
至３のいずれかに記載の宇宙構造物の分離機構。
【請求項５】当該分離手段は、当該パワーカートリッ
ジと当該パワーカートリッジによる圧力を受けるピスト
ン部と当該ピストン部の変位に応答して、分割可能な構
造に構成されている当該分離ナットに分割力を与えるく
さび部とから構成されている事を特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の宇宙構造物の分離機構。
【請求項６】一対の構造物の一方の側から他方の側ま
で貫通して配置されたボルト部と該ボルト部に螺合して
いるナット部とによって、当該一対の構造物が結合せし
められている宇宙構造物の分離機構に於いて、当該ボル
ト部を加熱する事によって、当該ボルトと一対の構造物
との間の締めつけ力を低減させた後、該分離ナット部を
分割せしめ、その後に当該一対の構造物に対して分離動
作を施すことにより当該一対の構造物から当該ボルト部
を離脱させることを特徴とする宇宙構造物の分離方法。
【請求項７】ボルトとナットで締結される分離機構に
おいて、ボルトの締付力を弱めるためのヒータをボルト
に設けた事を特徴とする請求項６記載の宇宙構造物の分
離方法。