JP5213031B2 - 結合分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロケットの開頭式ノーズフェアリングや段間部などのように構造体同士を分離可能に結合するのに用いられる結合分離装置に関するものである。

従来、この種の結合分離装置としては、線状火工品を用いたノーズフェアリングの結合分離装置や、セパレーションナットを用いたロケット段間部の結合分離装置がある。

ノーズフェアリングの結合分離装置は、ノーズフェアリングを２つのセグメントに分割し、その分割部分に沿って線状火工品を設けると共に、セグメント間に掛け渡した一対のプレートで線状火工品を挟んだ構造になっている。また、両セグメントの間には。分離力を付与する複数のスプリング等が設けてある。

上記の結合分離装置は、２つのセグメントを結合してノーズフェアリングの機能を維持し、その後、線状火工品の作動により一対のプレートを破断することで、２つのセグメントを分離すなわちノーズフェアリングを開頭させる。

次に、ロケット段間部の結合分離装置は、ロケットの上段部と下段部とを複数のセパレーションナットで連結したもので、セパレーションナットは、結合ボルトと、これに螺合する分割ナットと、分割ナットの外側に嵌合したナットホルダと、爆薬を装填したカートリッジを備えている。また、上段部と下段部の間には、結合用のマルマンバンドや分離力を付与する複数のスプリング等が設けてある。

上記の結合分離装置は、上段部と下段部とを結合し、その後、セパレーションナットの作動により上段部と下段部を分離する。セパレーションナットは、カートリッジの燃焼ガスの圧力で分割ナットからナットホルダを離脱させて、分割ナットと結合ボルトとの螺合を解除し、これにより上段部と下段部を分離する（非特許文献１）。
『増補版・航空宇宙工学便覧』丸善株式会社、昭和５８年４月２５日、ｐ．４６０−４６２

ところで、上記したようなロケットに用いられる結合分離装置において、線状火工品を用いたノーズフェアリングの結合分離装置は、結合中の大きな外力に耐え得る強度が要求される一方で、分離の際には構成部材（プレート）の破断を伴うことから、作動の信頼性を高めるには線状火工品の爆薬量が必然的に多くなる。

ところが、線状火工品の爆薬量を多くすると、作動時の衝撃加速度も大きくなるので、他の部品や搭載機器に対する耐衝撃性要求を考慮すると、爆薬量を厳しく制限せざるを得ないのが実情であり、開発における仕様設定が困難であった。

また、セパレーションナットを用いたロケット段間部の結合分離装置は、複数のセパレーションナットを同時に作動させることが必要であるから、作動の信頼性を高めるには点火系を含む全体構造が複雑化するなどの問題点があった。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであって、良好な結合状態を維持することができると共に、少ない爆薬量でも確実な分離動作を行うことができ、作動時の衝撃加速度の低減や作動の信頼性の向上を実現することができる結合分離装置を提供することを目的としている。

本発明の結合分離装置は、一方の構造体と他方の構造体を分離可能に結合する装置であって、一方の構造体側から両構造体を貫通する結合ボルトと、軸回りに分割され且つ他方の構造体側において結合ボルトに螺合する分割ナットと、分割ナットの外側に嵌合して結合ボルトとの螺合状態を維持するナットホルダと、ナットホルダと分割ナットに挿通させたシアピンと、ナットホルダと分割ナットの間に介装され且つ作動により拡張変形して分割ナットからナットホルダを離脱させる線状火工品を備え、
一方の構造体と他方の構造体の間において、結合ボルト、分割ナット及びナットホルダを複数箇所に配置し、各ナットホルダに共通の線状火工品を配設し、
各分割ナットに代えて一方の構造体側と他方の構造体側に二分割され且つ各結合ボルトと螺合する共通の分割ナット体、及び各ナットホルダに代えて各分割ナット又は分割ナット体の外側に嵌合する共通のナットホルダ体の少なくとも一方を備えた構成とし、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

なお、線状火工品としては、断面扁平形状のチューブ内に爆薬類を装填し、作動によりチューブを断面円形に拡張変形させる火工品を用いることができる。

本発明の結合分離装置によれば、一方の構造体と他方の構造体の良好な結合状態を維持することができると共に、少ない爆薬量でも確実な分離動作を行うことができ、作動時の衝撃加速度の低減や作動の信頼性の向上を実現することができる。また、とくに線状火工品を採用したことにより、複数の結合分離装置を一本の線状火工品で一斉に作動させることが可能となり、信頼性のさならる向上を実現する。しかも、結合分離装置は、線状火工品を共通化したうえに、共通の分割ナット体やナットホルダ体を用いることにより、部品点数の削減を実現すると共に、分離動作の信頼性のさらなる向上を実現することができる。

図１は、本発明の結合分離装置の一実施形態を説明する図である。図示の結合分離装置は、図１中で右側に示す一方の構造体Ａと、図１中で左側に示す他方の構造体Ｂを分離可能に結合する装置であって、一方の構造体Ａのフランジ部Ａｆと他方の構造体ＢのハウジングＢｈとの重合部分を結合している。

なお、結合分離装置は、両構造体Ａ，Ｂの間において、一箇所にも複数箇所にも配置することができ、複数箇所配置の場合には、幾つかの構成部材を共通化することができる。ただし、一箇所配置及び複数箇所配置のいずれであっても、要部の中心ではほぼ同様の断面構造となるので、先に一箇所配置の構成を説明し、後に同じ図面を用いて複数箇所配置の構成を説明する。

結合分離装置は、一方の構造体Ａ側から両構造体Ａ，Ｂを貫通する結合ボルト１と、軸回りに分割され且つ他方の構造体Ｂ側において結合ボルト１に螺合する分割ナット２と、分割ナット２の外側に嵌合して結合ボルト１との螺合状態を維持するナットホルダ３と、ナットホルダ３と分割ナット２に挿通させたシアピン４と、ナットホルダ３と分割ナット２の間に介装され且つ作動により拡張変形して分割ナット２からナットホルダ３を離脱させる線状火工品５を備えている。

結合ボルト１は、一般的な形状のものであって、皿ばね６を介して取り付けられ、取付
け後には、一方の構造体Ａに設けた飛散防止用のカバー７によって頭部側が覆われる。分割ナット２は、軸回りに二又は三程度に分割されている。

ナットホルダ３は、断面コ字形状を成す部材であって、その底壁と分割ナット２との間に線状火工品５を通した状態にして、分割ナット２の外側に開放部分を嵌合させ、外側から分割ナット２に対してシアピン４を嵌入することで位置決め固定してある。

線状火工品５は、ＥＳＭＤＣ（Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ Ｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｍｉｌｄ Ｄｅｔｏｎａｔｉｎｇ Ｃｏｒｄ）と呼ばれるもので、断面扁平形状のステンレス製のチューブ５ａ内に、樹脂製のサポート５ｂとともに導爆線５ｃを装填した構造を有し、導爆線５ｃの作動により発生したガスの圧力でチューブ５ａが断面円形状に拡張変形する。

上記構成を備えた結合分離装置は、結合ボルト１と、ナットホルダ３で拘束した分割ナット２などにより、通常のボルト・ナットと同様に一方の構造体Ａと他方の構造体Ｂを充分な強度で結合している。

そして、結合分離装置は、線状火工品５を作動させると、導爆線５ｃからの発生ガスの圧力でチューブ５ａが断面円形状に拡張変形することで、ナットホルダ３に軸方向の力が生じ、その力によってシアピン４が剪断され、図２に示すように、分割ナット２からナットホルダ３が離脱する。これにより分割ナット２の拘束が解除され、図３に示すように、分割ナット２と結合ボルト１の螺合が解除され、一方の構造体Ａと他方の構造体Ｂが分離する。

このように、結合分離装置は、両構造体Ａ，Ｂの良好な結合状態を維持し得ると共に、分離時には、シアピン４の剪断を伴うだけなので、線状火工品５の爆薬量を少なくしても良好に作動して確実に分離動作を行うことができる。

したがって、当該結合分離装置は、分離時の衝撃加速度も低いので、例えば、開頭式ノーズフェアリングやロケット段間部に適用する場合、その開発において、他の部品や搭載機器に対する耐衝撃性要求を充分考慮した仕様設定が容易になる。

ここで、本発明の結合分離装置は、先述したように、両構造体Ａ，Ｂの間において複数箇所に配置することができ、この場合、夫々の箇所に配置した結合ボルト１、分割ナット２及びナットホルダ３に対して、共通の線状火工品５を用いることができ、さらには、分割ナット２及びナットホルダ３の少なくとも一方を共通化することもできる。

結合分離装置は、例えばロケット段間部に適用した場合、ロケット全周にわたって所定間隔で複数の結合ボルト１が配置されることになり、これに対して、各分割ナット２に代わる共通の分割ナット体２０が用いられ、また、各ナットホルダ３に代わる共通のナットホルダ体３０が用いられる。

分割ナット体２０は、図４（ａ）に示すように、ロケット周方向に沿って曲成した長尺材であって、一方の構造体Ａ側の第１部材２０Ａと他方の構造体Ｂ側の第２部材２０Ｂに二分割され、両部材２０Ａ，２０Ｂの両方にわたって各結合ボルト１と螺合するめねじを形成したものである。なお、分割ナット体２０は、ロケット全周に相当する長さにする必要はなく、ロケット周方向に複数分割したものでも良い。

ナットホルダ体３０は、断面コ字形状を成し且つロケット周方向に沿って曲成した長尺材であり、分割ナット体２０の外側に嵌合して、複数のシアピン４により位置決め固定する。なお、ナットホルダ体３０は、ロケット全周に相当する長さにする必要はなく、ロケット周方向に複数分割したものでも良い。また、ナットホルダ体３０は、分割ナット体２０を用いずに個別の分割ナット２を用いた構成においては、各分割ナット２の外側に嵌合する。

上記構成を備えた結合分離装置は、図１〜図３に基づいて説明したように、複数の結合ボルト１と、ナットホルダ体３０で拘束した分割ナット体２０などにより、一方の構造体Ａと他方の構造体Ｂを充分な強度で結合している。

そして、結合分離装置は、線状火工品５を作動させると、発生ガスの圧力でチューブ５ａが断面円形状に拡張変形することで、ナットホルダ体３０に分離方向の力が生じ、その力によって各シアピン４が剪断され、分割ナット体２０からナットホルダ体３０が離脱する。これにより、分割ナット体２０の拘束が解除されて第１部材２０Ａと第２部材２０Ｂが分離し、図４（ｂ）に示すように、分割ナット体２０と全ての結合ボルト１の螺合が一斉に解除され、一方の構造体Ａと他方の構造体Ｂが分離する。

このように、結合分離装置は、複数箇所に配置して線状火工品５を共通化することで、一つの作動源で各装置を一斉に作動させることができ、作動の高信頼性を得ることができる。しかも、結合分離装置は、線状火工品５を共通化したうえに、共通の分割ナット体２０やナットホルダ体３０を用いることにより、部品点数の削減を実現すると共に、分離動作の信頼性のさらなる向上を実現する。

なお、本発明の結合分離装置は、その構成が上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更することができると共に、その用途がとくに限定されるものでもない。ただし、当該結合分離装置は、良好な結合状態を維持し得るうえに、分離動作の信頼性も高く且つ衝撃加速度も小さいので、精密機器を搭載する宇宙機用の装置として非常に有用である。

本発明の結合分離装置の一実施形態において、結合状態を説明する断面図である。 図１の状態からナットホルダが離脱した状態を説明する断面図である。 図２の状態から両構造体が分離した状態を説明する断面図である。 共通の分割ナット体及びナットホルダ体を採用した例において、図１中のＩ−Ｉ線矢視に基づいて結合状態を説明する断面図（ａ）及び分離状態を説明する断面図（ｂ）である。

符号の説明

Ａ 一方の構造体
Ｂ 他方の構造体
１ 結合ボルト
２ 分割ナット
３ ナットホルダ
４ シアピン
５ 線状火工品
５ａ チューブ
２０ 分割ナット体
３０ ナットホルダ体

Claims (2)

1. 一方の構造体と他方の構造体を分離可能に結合する装置であって、一方の構造体側から両構造体を貫通する結合ボルトと、軸回りに分割され且つ他方の構造体側において結合ボルトに螺合する分割ナットと、分割ナットの外側に嵌合して結合ボルトとの螺合状態を維持するナットホルダと、ナットホルダと分割ナットに挿通させたシアピンと、ナットホルダと分割ナットの間に介装され且つ作動により拡張変形して分割ナットからナットホルダを離脱させる線状火工品を備え、
   一方の構造体と他方の構造体の間において、結合ボルト、分割ナット及びナットホルダを複数箇所に配置し、各ナットホルダに共通の線状火工品を配設し、
   各分割ナットに代えて一方の構造体側と他方の構造体側に二分割され且つ各結合ボルトと螺合する共通の分割ナット体、及び各ナットホルダに代えて各分割ナット又は分割ナット体の外側に嵌合する共通のナットホルダ体の少なくとも一方を備えたことを特徴とする結合分離装置。
2. 線状火工品が、断面扁平形状のチューブ内に爆薬類を装填し、作動によりチューブを断面円形に拡張変形させる火工品であることを特徴とする請求項１に記載の結合分離装置。

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