JP5224117B2

JP5224117B2 - 宇宙用小型固定・分離機構

Info

Publication number: JP5224117B2
Application number: JP2008278585A
Authority: JP
Inventors: 幸昌田島
Original assignee: 株式会社エイ・イー・エス
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: JP2010105497A

Description

本発明は、宇宙航行体の打上げロケットへの固定及び打上げロケットからの分離機構に関するものである。

世界中の多くの大学、会社、組織がキューブサットを開発している。キューブサットは、超小型人工衛星の共通規格で、１０ｃｍ角の立方体で１ｋｇ以下であり、一般の人工衛星よりも安価に打ち上げることができる。ＰＯＤというケースに収められ、ＰＯＤからバネ等の力で軌道上に放出される。

特許文献１に記載されているように、宇宙基地又はスペースシャトル等の宇宙機から観測機などの小型宇宙機を放出するに際して、放出作業従事者に対する負担を軽減することができる宇宙機放出装置の発明も公開されている。
特開昭６４−４１５００号公報

しかしながら、従来の小型の宇宙用固定・分離機構は、紐で縛って固定し、熱線で紐を焼き切って分離するという手法が多く採用されているが、当該手法は、紐を縛る作業者の熟練度により紐の張力にバラつきが生じ、分離が確実に行われない可能性があり、また、焼き切れた紐から出るコンタミネーションが他のロケット搭載物に悪影響を与えるおそれもある。

そこで、本発明は、作業者の熟練度に依らない機械的な固定方式とし、破損等がない限り物理的に外れない構造にすると共に、小さな力で動作させることで分離衝撃を小さくし、さらにコンタミネーションも発生させない宇宙用小型固定・分離機構を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の課題を解決するために、小型衛星を射出する押出し板２のノブ２ａを挟持するクランプアーム５、６と、前記クランプアーム５、６を固定するロックピン８と、前記ロックピン８を開放方向に付勢するピン用バネ８ａと、前記ロックピン８が通過可能な切欠き９ａを空けたウォームホイール９と、前記ウォームホイール９にモータ１１の回転を伝達するウォーム１０とからなり、前記ロックピン８を前記ウォームホイール９で押さえて前記クランプアーム５、６と前記押出し板２を固定し、前記ウォーム１０を回転させて前記ウォームホイール９の切欠き９ａの位置で前記ロックピン８を開放し前記クランプアーム５、６から前記押出し板２を分離することを特徴とする宇宙用小型固定・分離機構４の構成とした。

本発明は、分離される側に設けられたノブをクランプアームで機械的に挟み込み、クランプアームが開かないようにロックピンで留めることで、作業者の熟練度に関係なく人工衛星を確実に固定することができる。

人工衛星を分離するのに必要な力は、ロックピンとウォームホイールの摩擦力と、ロックピンとクランプアームの摩擦力であり、摩擦係数を小さくすれば、より小さくすることができる。また、大きな減速比が得られるウォームギアを使用することで、モータに必要な力も小さくなる。

人工衛星が分離する際は、分離される側のノブが保持力の無くなったクランプアームを押しのけるだけであるため、分離時の衝撃はほとんどなく、燃焼物によるコンタミネーションも発生しない。

本発明は、作業者の熟練度に依らない機械的な固定方式とし、破損等がない限り物理的に外れない構造にするという目的を、小型衛星を射出する押出し板のノブを挟持するクランプアームと、前記クランプアームを固定するロックピンと、前記ロックピンを開放方向に付勢するピン用バネと、前記ロックピンが通過可能な切欠きを空けたウォームホイールと、前記ウォームホイールにモータの回転を伝達するウォームとからなり、前記ロックピンを前記ウォームホイールで押さえて前記クランプアームと前記押出し板を固定し、前記ウォームを回転させて前記ウォームホイールの切欠きの位置で前記ロックピンを開放し前記クランプアームから前記押出し板を分離することを特徴とする宇宙用小型固定・分離機構により実現した。

以下に、添付図面に基づいて、本発明である宇宙用小型固定・分離機構について詳細に説明する。

図１は、本発明である宇宙用小型固定・分離機構を備えた小型衛星射出装置の外観を示す図である。図２は、本発明である宇宙用小型固定・分離機構を備えた小型衛星射出装置の内部を示す図である。

小型衛星射出装置１は、宇宙用小型固定・分離機構４により固定された押出し板２が射出用バネ３により付勢され、前記押出し板２を分離することで小型衛星を射出することを特徴とする。

小型衛星射出装置１は、超小型人工衛星を収納する箱状の容器であり、宇宙に打ち上げられた後、超小型人工衛星を軌道上に射出するもので、ＰＯＤ（ＰｉｃｏｓａｔｅｌｌｉｔｅＯｒｂｉｔａｌＤｅｐｌｏｙｅｒ）と呼ばれる。

尚、超小型人工衛星は、キューブサット等の非常に小型の宇宙航行体である。小型衛星射出装置１内に複数の超小型人工衛星を同時に収納することで、まとめて打ち上げることができる。

図２に示すように、小型衛星射出装置１は、超小型人工衛星を収容するスペースの奥に固定・分離機構４を備え、固定した押出し板２を射出用バネ３を利用して分離することで、開いた扉から超小型人工衛星を放出する。

押出し板２には、固定・分離機構４の側にノブ２ａが設けられ、ノブ２ａが固定・分離機構４に掛止されることで、押出し板２が固定される。ノブ２ａが固定・分離機構４から開放されることで、押出し板２が分離される。

射出用バネ３は、押出し板２と固定・分離機構４の間に螺旋状のコイルバネ等の弾性体を設置し、弾性体を奥側に縮める等して付勢する。押出し板２が分離した際は、弾性体の復元力を利用して押出し板２を扉側へ押し出す。

図３は、本発明である宇宙用小型固定・分離機構を示す図である。図４は、本発明である宇宙用小型固定・分離機構の固定時の状態を示す図である。図５は、本発明である宇宙用小型固定・分離機構の分離時の状態を示す図である。

尚、図２においては、固定・分離機構４は小型衛星射出装置１に対して横向きに設置されているが、図３から図５においては、押出し板２の方を上側として縦向きに記載したもので説明する。

宇宙用小型固定・分離機構４は、小型衛星を射出する押出し板２のノブ２ａを挟持するクランプアーム５、６と、前記クランプアーム５、６を固定するロックピン８と、前記ロックピン８を開放方向に付勢するピン用バネ８ａと、前記ロックピン８が通過可能な切欠き９ａを空けたウォームホイール９と、前記ウォームホイール９にモータ１１の回転を伝達するウォーム１０とからなり、前記ロックピン８を前記ウォームホイール９で押さえて前記クランプアーム５、６と前記押出し板２を固定し、前記ウォーム１０を回転させて前記ウォームホイール９の切欠き９ａの位置で前記ロックピン８を開放し前記クランプアーム５、６から前記押出し板２を分離することを特徴とする。

固定・分離機構４は、クランプアーム、支持台７、ロックピン８、ウォームギア及びモータ１１等からなる。尚、クランプアームは、左クランプアーム５と右クランプアーム６の対であり、ウォームギアは、ウォームホイール９とウォーム１０の組合せである。

左クランプアーム５は、上端部と下端部が同じ方向に傾いた略逆コの字状の部材である。中心部の下寄りにおいて手前から奥に向かって水平に左支軸５ａが通り、左支軸５ａを軸として上端部を開くように回動させることができる。

同様に、右クランプアーム６は、上端部と下端部が同じ方向に傾いた略コの字状の部材である。中心部の下寄りにおいて手前から奥に向かって水平に右支軸６ａが通り、右支軸６ａを軸として上端部を開くように回動させることができる。

左クランプアーム５と右クランプアーム６とは端部同士が向かい合っており、上端部については、ノブ２ａの括れた部分に両側から挟み掴むように掛け、下端部については、ロックピン８を両側から挟み込む。

支持台７は、左クランプアーム５及び右クランプアーム６の下方に固定された台であり、ロックピン８の径より大きい貫通孔７ａが垂直方向に空けられる。貫通孔７ａを通してロックピン８を昇降可能に保持することができる。

ロックピン８は、垂直方向を向いた棒状の部材である。貫通孔７ａに通した際に、支持台７より下の位置において、環状のストッパー８ｂが取り付けられ、支持台７とストッパー８ｂの間にピン用バネ８ａが設けられる。

ピン用バネ８ａは、ロックピン８の周りを螺旋状に巻いたコイルバネ等の弾性体であり、ロックピン８を上昇させて弾性体を縮めることで、無重力下においても下向きにストッパー８ｂを押す力を与える。

ウォームホイール９は、略円盤状の斜歯歯車であり、歯が形成された側面がウォーム１０と噛み合う。モータ１１で直接回転させると回転数が大き過ぎる場合に、ウォームギアを用いて適度な回転数となるように減速させる。

ウォームホイール９の回転軸９ｂは垂直に通り、ウォームホイール９は水平に回転する。ウォームホイール９の上面には回転軸９ｂとずれた位置に、ロックピン８の径よりも大きくロックピン８が通過可能な切欠き９ａを空ける。

ウォーム１０は、略円柱状のネジ歯車である。回転軸１０ａは水平に通り、周面に螺旋状に歯が形成されて、ウォームホイールの側面と噛み合う。ウォームギアにより回転方向を水平方向から垂直方向に変換することができる。

モータ１１は、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する電動機である。モータ１１の駆動により発生した回転力をウォーム１０の回転軸１０ａに加えることで、ウォーム１０を回転させる。

図４に示すように、押出し板２を固定する際は、押出し板２の下側に設けたノブ２ａに左クランプアーム５と右クランプアーム６を挟持する。ノブ２ａは上側が細く、下側が太い形状であり、左右クランプアーム５、６の上端部を両側から閉じるように掛ける。

ロックピン８を支持台７の上方へ突出させ、左クランプアーム５と右クランプアーム６が回動しないように固定する。左右クランプアーム５、６の下端部がロックピン８で押さえられることで、左右クランプアーム５、６の上端部が開かなくなる。

ロックピン８の上昇によりストッパー８ｂがピン用バネ８ａを縮ませた状態で、ロックピン８の下端をウォームホイール９の上面に押し当てる。尚、ウォームホイール９を回転させた際にロックピン８が通る軌道上には切欠き９ａが存在する。

図５に示すように、押出し板２を分離する際は、まずモータ１１を駆動してウォーム１０を回転１２ａさせる。ウォーム１０の回転１２ａをウォームホイール９に回転方向及び回転数を変えて伝達し、ウォームホイール９を回転１２ｂさせる。

ウォームホイール９で押さえられたロックピン８は、切欠き９ａ以外の位置においてはピン用バネ８ａの付勢は維持され、回転１２ｂにより切欠き９ａの位置に達すると開放され、ピン用バネ８ａの弾性力１２ｃにより切欠き９ａの方に向かって下降する。

ロックピン８が下降すると、左クランプアーム５及び右クランプアーム６を押さえるものが無くなり、左右クランプアーム５、６を回動１２ｄさせて上端部を開かせることが可能となる。

押出し板２には射出用バネ３により上方に弾性力１２が働いているので、ノブ２ａの上昇に伴い左クランプアーム５及び右クランプアーム６が開かれて挟持が解除され、押出し板２の分離が実現する。

本発明である宇宙用小型固定・分離機構を備えた小型衛星射出装置の外観を示す図である。本発明である宇宙用小型固定・分離機構を備えた小型衛星射出装置の内部を示す図である。本発明である宇宙用小型固定・分離機構を示す図である。本発明である宇宙用小型固定・分離機構の固定時の状態を示す図である。本発明である宇宙用小型固定・分離機構の分離時の状態を示す図である。

符号の説明

１小型衛星射出装置
２押出し板
２ａノブ
３射出用バネ
４固定・分離機構
５左クランプアーム
５ａ左支軸
６右クランプアーム
６ａ右支軸
７支持台
７ａ貫通孔
８ロックピン
８ａピン用バネ
８ｂストッパー
９ウォームホイール
９ａ切欠き
９ｂ回転軸
１０ウォーム
１０ａ回転軸
１１モータ
１２弾性力
１２ａ回転
１２ｂ回転
１２ｃ弾性力
１２ｄ回動

Claims

小型衛星を射出する押出し板のノブを挟持するクランプアームと、前記クランプアームを固定するロックピンと、前記ロックピンを開放方向に付勢するピン用バネと、前記ロックピンが通過可能な切欠きを空けたウォームホイールと、前記ウォームホイールにモータの回転を伝達するウォームとからなり、前記ロックピンを前記ウォームホイールで押さえて前記クランプアームと前記押出し板を固定し、前記ウォームを回転させて前記ウォームホイールの切欠きの位置で前記ロックピンを開放し前記クランプアームから前記押出し板を分離することを特徴とする宇宙用小型固定・分離機構。