JP5266989B2 - 連結分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の飛行体を連結すると共に連結された複数の飛行体を分離するための連結分離装置に関わり、特に火工品等の爆発材を用いる連結分離装置に関する。

飛行体には、例えば特許文献１に示すように、人工衛星の打ち上げ等に用いられ、複数のロケットを有する多段ロケットが挙げられる。このような多段ロケットは少なくとも、第１段ロケットと、第２段ロケットと、第１段ロケットと第２段ロケットとを連結すると共に連結された第１段ロケットと第２段ロケットとを分離するための連結分離装置とを備えている。
多段ロケットの分離は、この多段ロケットを地上から打ち上げた後に行われる。まず、多段ロケットは第１段ロケットの推力によって地上から打ち上げられる。次に、第１段ロケットによる推進が終わると、第１段ロケットは第２段ロケットから分離され、第２段ロケットはその推力によって単独で推進する。
連結分離装置は、第１段ロケットと第２段ロケットとを連結する連結部材を有している。そして、分離の時点では、連結部材を破断することにより第１段ロケットと第２段ロケットとが分離される。
連結部材の破断には、火薬等を用いた爆発材が多く用いられる。爆発材は、連結部材の外周面に爆発材取付ブラケット及び爆発材取付ファスナによって取り付けられている。この爆発材を爆発させ、爆発の火力・衝撃によって連結部材が破断される。
特開２００２−１０４２９９号公報（第４頁、第２図）

ところで、従来において、連結部材に爆発材を取り付けるにあたり、上記のとおり爆発材取付ブラケット及び爆発材取付ファスナによって取り付ける必要があった。また、爆発材は連結部材の外周面に取り付けられているため、爆発材を周囲環境（雨、熱等）から保護するための保護カバーも必要であった。したがって、このような多段ロケットにおいては、連結部材に爆発材を取り付けるための部品数が多くなり、コストや製造・組立期間が増加するという問題があった。
また、爆発材は連結部材の外周面に取り付けられており、連結部材を破断するために必要な爆発材の火力・衝撃は連結部材の外周方向からのみ作用させることができた。そのため、連結部材を十分に破断するために必要な爆発材の量が多くなり、結果として爆発材の爆発により発生する衝撃が大きくなっていた。その弊害として、このような多段ロケットにおいては、連結部材の近辺に配置される機器・部品等の対衝撃性や配置の条件等に制約が発生するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、連結部材に爆発材を取り付けるための部品数を減少させ、また、連結部材の近辺に配置される機器・部品等の対衝撃性や配置の条件等に関する制約を緩和することができる連結分離装置を提案することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、第１飛行体と第２飛行体とを環状の連結部材で連結すると共に前記連結部材を爆発材を用いて破断することにより前記第１飛行体と前記第２飛行体とを分離させる連結分離装置であって、前記爆発材は、前記連結部材内部に形成された収容空間に密封状態で装填され、前記連結部材は、内周面に前記爆発材を前記収容空間に挿入するための開口部を有し、前記収容空間は、前記連結部材内部に環状に形成された環状部と、一端が前記環状部に連通すると共に他端が前記連結部材の径方向内側に向かって傾斜して前記開口部に連通する傾斜部と、を有し、前記開口部を閉塞することで前記収容空間が密封状態とされるという構成を採用する。

このような構成を採用することによって、本発明では、爆発材は、連結部材内部に形成された収容空間に密封状態で装填されているため、爆発材を連結部材に取り付けるための爆発材取付ブラケット及び爆発材取付ファスナが不要となる。また、同様の理由から、爆発材を周囲環境（雨、熱等）から保護するための保護カバーも不要となる。さらに、同様の理由から、連結部材の破断箇所は、収容空間を挟んで連結部材の径方向外側と内側との２箇所に分けて存在しており、連結部材の破断箇所の部材厚みが、従来型の連結部材に比べ薄くなっている。
次に、爆発材の爆発に関する作用として、本発明では、爆発材は、連結部材に形成された収容空間に密封状態で装填されているため、爆発材の爆発の効果を、収容空間の全面において連結部材に及ぼすことができる。また、同様の理由から、爆発材の爆発による火力、または、爆発材の爆発による衝撃力だけでなく、爆発材の爆発によってもたらされる収容空間の内圧上昇も発生する。

ここで、収容空間及び爆発材が、連結部材の全体に亘って設けられた場合には、爆発材の爆発の作用を均一に連結部材に及ぼすことができるため、連結部材の破断不良箇所が発生せず、連結部材の周方向において一律に破断が可能という効果がある。

また、本発明では、収容空間は、所定の軸方向に沿って形成され、連結部材は、軸を含む面で分割された複数の分割体が互いに接続して形成されるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、複数の分割体における収容空間を形成する部分を外面（分割面）に露出させることができる。

また、本発明では、連結部材及び収容空間は環状に形成され、連結部材は、周方向に分割された複数の分割体が互いに接続して形成されるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、複数の分割体における周方向長さを、収容空間を形成するにあたり短くすることができる。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
第１に、前述の通り、本発明の作用として、爆発材を連結部材に取り付けるための爆発材取付ブラケット及び爆発材取付ファスナが不要となること、及び、爆発材を周囲環境（雨、熱等）から保護するための保護カバーも不要となることから、本発明では、連結部材に爆発材を取り付けるための部品数を減少させることができる。結果として、本発明では、コストや製造・組立期間を減少させるという効果がある。
第２に、前述の通り、本発明の作用として、連結部材の破断箇所の部材厚みは従来型の連結部材に比べ薄くなっていること、爆発材の爆発の効果を収容空間の全面において連結部材に及ぼすこと、及び、爆発材の爆発による火力、または、爆発材の爆発による衝撃力だけでなく、爆発材の爆発によってもたらされる収容空間の内圧上昇も発生すること、が得られることから、本発明では、連結部材を破断するために必要な爆発材の量は従来型の連結部材に比べ少なくて済み、爆発材の爆発により発生する衝撃を小さくすることができる。結果として、本発明では、連結部材の近辺に配置される機器・部品等の対衝撃性や配置の条件等の制約を緩和できるという効果がある。
第３に、連結部材は、複数の分割体が互いに接続して形成されるという構成を採用することから、本発明では、複数の分割体における収容空間を形成する部分の加工が容易になるという効果がある。

（第１実施形態）
次に、本発明の一実施形態に係る多段ロケットを、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態における多段ロケットＲを示す概略図、図２は、第１の実施形態における連結分離装置３を示す概略図であり、（ａ）は、連結分離装置３の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線視断面図、図３は、図２（ｂ）の２点鎖線で示された領域Ｋにおける拡大図、図４は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線視断面図である。

まず、本実施形態に係る多段ロケットＲの全体構成を図１を参照して説明する。
図１に示すように、多段ロケットＲは、第１段ロケット１と、第２段ロケット２と、第１段ロケット１と第２段ロケット２とを連結すると共に連結された第１段ロケット１と第２段ロケット２とを分離する連結分離装置３とを有する。また、第１段ロケット１及び第２段ロケット２は、それぞれ独立して駆動する推進装置（図示せず）を有している。

次に、連結分離装置３の構成を、図２ないし図４を参照して説明する。
図２に示すように、連結分離装置３は、第１段ロケット１と第２段ロケット２とを連結する連結部材３０と、連結部材３０を爆発の作用により破断する爆発材４０と、爆発材４０を点火して爆発させる図示しない点火部を有している。

連結部材３０は、平面視で正円の環状に形成されており、第１段ロケット１及び第２段ロケット２に接続するための鍔部３１が厚さ方向両端に形成されている。
また、連結部材３０には、連結部材３０の径方向内側に開口する孔部７０が形成されている。孔部７０は、連結部材３０の内周面において略矩形状を呈しており、連結部材３０の周方向に直交し互いに対向する面である平面７１を有している。

図３に示すように、連結部材３０には、その内部に収容空間３２が形成されており、収容空間３２には爆発材４０が密封状態で装填されている。この爆発材４０は、いわゆる火工品と称されるものであり、連結部材３０の破断に用いられる火薬等からなる。また、収容空間３２及び爆発材４０は、連結部材３０の周方向（所定の軸方向）の全体に亘って設けられている。

図４に示すように、収容空間３２は、平面７１において孔部７０に連結しており、孔部７０を介すことで連結部材３０の径方向内側に開口している。

続いて、第１の実施形態における連結分離装置３が適用された、多段ロケットＲの分離に関して、上記構成の動作・作用について説明する。

多段ロケットＲの分離は、多段ロケットＲを地上から打ち上げた後に行われる。まず、多段ロケットＲは第１段ロケット１の推力によって打ち上げられる。次に、第１段ロケット１による推進が終わると、第１段ロケット１は第２段ロケット２から分離され、第２段ロケット２はその推力によって推進する。
連結部材３０は、分離の時点までは第１段ロケット１と第２段ロケット２とを連結している。また、分離の時点では、点火部の作動により爆発材４０は爆発し、この爆発の作用により連結部材３０は破断され、第１段ロケット１と第２段ロケット２とは分離される。

本実施形態では、爆発材４０は、連結部材３０に形成された収容空間３２に密封状態で装填されているため、爆発材４０の爆発の作用を、収容空間３２の全面において連結部材３０に及ぼすことができる。また、同様の理由から、爆発材４０の爆発による火力または衝撃力だけでなく、爆発材４０の爆発によってもたらされる収容空間３２の内圧上昇も発生する。

したがって、上記の本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
まず、本実施形態では、爆発材４０は、連結部材３０に形成された収容空間３２に密封状態で装填されているため、爆発材４０を連結部材３０に取り付けるための爆発材取付ブラケット等の接続装置が不要となる。また、同様の理由から、爆発材４０を周囲環境から保護するための保護カバーが不要になる。結果として、本実施形態では、連結部材３０に爆発材４０を取り付けるための部品数を減少させ、コストや製造・組み立て期間を減少させるという効果がある。

次に、本実施形態では、爆発材４０は、連結部材３０に形成された収容空間３２に密封状態で装填されているため、連結部材３０の破断箇所は、収容空間３２を挟んで連結部材３０の径方向外側３３と内側３４との２箇所に分けて存在しており、連結部材３０の破断箇所の部材厚みが従来型の連結部材に比べ薄くなっている。また、同様の理由から、爆発材４０の爆発の作用を収容空間３２の全面において連結部材３０に及ぼすことができる。さらに、同様の理由から、爆発材４０の爆発による火力または衝撃力だけでなく、爆発材４０の爆発によってもたらされる収容空間３２の内圧上昇も発生する。結果として、本実施形態では、連結部材３０を破断するために必要な爆発材の量は従来型の連結部材に比べ少なくて済み、爆発材４０の爆発により発生する衝撃を小さくすることができるため、連結部材３０の近辺に配置される機器・部品等の対衝撃性や配置の条件等の制約を緩和できるという効果がある。

（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態を、図面を参照して説明する。
図５は、第２の実施形態における連結分離装置３の、図２（ｂ）の２点鎖線で示された領域Ｋと同様の領域での拡大図である。なお、この図において、図３に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、収容空間３２は、周方向に延びる軸Ｊに沿って形成され、連結部材３０は、軸Ｊを含む面ＦＪ１で厚さ方向に分割された第１段ロケット１側の分割体５０と第２段ロケット２側の分割体６０とが互いに接続して形成されるという構成となっている。

ここで、本実施形態における連結部材３０は、分割体５０と分割体６０とを接続した後に、収容空間３２に爆発材４０を挿入することにより製作される。
まず、分割体５０と分割体６０とは、溶接、リベット又はボルト等を用いて互いに接続される。なお、リベット又はボルト等を用いて接続し、かつ、収容空間３２の内圧上昇も利用して連結部材３０の破断を行う場合は、上記分割体の接続部分に、収容空間３２を密閉状態にするためのシール材（図示せず）が設置される。

次に、爆発材４０は、第１の実施形態において説明した孔部７０から収容空間３２へ挿入される。
爆発材４０の挿入後、孔部７０は、シリコンコンパウンドや接着材等の充填、カバー部材の取付等により塞がれ、収容空間３２は密閉状態となる。

本実施形態では、各分割体５０及び６０における収容空間３２を形成する部分を外面（分割面）に露出させることができる。結果として、各分割体５０及び６０における収容空間３２を形成する部分の加工が容易になるという効果がある。
また、本実施形態では、連結部材３０は孔部７０を有し、連結部材３０の組立終了後に爆発材４０を孔部７０から収容空間３２に挿入できる構成となっているため、例えば連結部材３０の組立に溶接等が使用されるとしても爆発材４０への引火等の危険性を無くすことができるという効果がある。

（第３実施形態）
本発明の第３の実施形態を、図面を参照して説明する。
図６は、第３の実施形態における連結分離装置３を示す概略図であり、（ａ）は連結分離装置３の平面図、（ｂ）は連結分離装置３の正面図である。なお、この図において、図２に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、連結部材３０及び収容空間３２は平面視で正円の環状に形成され、連結部材３０は、周方向に分割された４つの分割体３０ａないし３０ｄが互いに接続して形成されるという構成となっている。

ここで、本実施形態における連結部材３０は、分割体３０ａないし３０ｄを接続した後に、収容空間３２に爆発材４０を挿入することにより製作される。
まず、分割体３０ａないし３０ｄは、溶接、リベット又はボルト等を用いて互いに接続される。なお、リベット又はボルト等を用いて接続し、かつ、収容空間３２の内圧上昇も利用して連結部材３０の破断を行う場合は、上記分割体の接続部分に、収容空間３２を密閉状態にするためのシール材（図示せず）が設置される。

次に、爆発材４０は、図６（ａ）に示す孔部７０から収容空間３２へ挿入される。
爆発材４０の挿入後、孔部７０は、シリコンコンパウンドや接着材等の充填、カバー部材の取付等により塞がれ、収容空間３２は密閉状態となる。

本実施形態では、分割体３０ａないし３０ｄにおける周方向長さを、収容空間３２を形成するにあたり短くすることができる。結果として、分割体３０ａないし３０ｄにおける収容空間３２を形成する部分の加工が容易になるという効果がある。
また、後述するような正円の環状以外の形状の連結部材においても、収容空間３２を形成することができるという効果がある。

なお、前述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、飛行体には多段ロケットを用いているが、本発明は上記多段ロケットに限定されるものではなく、飛行体が人工衛星や航空機、もしくは射出物（弾丸、弾頭）であってもよい。

また、上記実施形態では、多段ロケットＲは第１段ロケット１と第２段ロケット２とを有する２段式のロケットであるが、多段ロケットＲは３段以上の段数を備えていてもよく、各段の分離部に本発明に係る連結分離装置３を適用すればよい。

また、上記実施形態では、収容空間３２は連結部材３０の全体に亘って設けられているが、収容空間３２は連続して形成されていても、断続的に形成されていてもよい。同様に、爆発材４０は連結部材３０の全体に亘って設けられているが、爆発材４０は連続して配置されていても、断続的に配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、孔部７０は連結部材３０の内周面において略矩形状を呈していたが、図７に示すように、収容空間３２を連結部材３０の内周面に連結させ外部に開口させてもよい。
図７は、収容空間３２の一構成を示す概略図であり、（ａ）は、連結分離装置３の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ矢視図である。

連結分離装置３における連結部材３０の内周面には、開口部７２が２つ周方向に並んで形成され、開口部７２は周方向で延びた略楕円状を呈している。収容空間３２は、開口部７２が形成されている箇所に向かうに従って漸次直交する方向の径方向内側に向かって傾斜し、開口部７２に連結することで連結部材３０の径方向内側に開口している。なお、爆発材４０の挿入方法は上記実施形態と同様であり、連結部材３０の組立終了後、収容空間３２内に爆発材４０を挿入し、その後、開口部７２はシリコンコンパウンドや接着材等の充填、カバー部材の取付等により塞がれ、収容空間３２は密閉状態となる。
このような構成を採用すれば、開口部７２は孔部７０の開口部よりも小さく形成されるため、開口部７２を塞ぎ収容空間３２を密閉することが容易に行うことができるという効果がある。

また、上記実施形態では、爆発材４０には火薬等を用いているが、本発明は上記材料に限定されるものではなく、機械的指令・電気的指令により爆発させることができる材料に置き換えてもよい。

また、上記実施形態では、連結部材３０は正円の環状に形成されているが、本発明は上記形状に限定されるものではなく、例えば、楕円状、多角形状などの環状又はそれらを複合した形状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、連結部材３０には鍔部３１が形成されているが、本発明は上記形状に限定されるものではなく、連結部材３０と第１段ロケット１及び第２段ロケット２との接続を行うにあたり他の形状を選択してもよい。

また、第２の実施形態では、連結部材３０は、連結部材３０の厚さ方向に分割されているが、図５に示す周方向に延びる分割面ＦＪ２で径方向外側の分割体と内側の分割体とに分割する構成としてもよい。この場合も、第２の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

また、第３の実施形態では、連結部材３０は平面視環状に形成され、連結部材３０は、周方向に分割された４つの分割体３０ａないし３０ｄが互いに接続して形成されるという構成となっているが、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、連結部材３０を構成するにあたり２以上の分割数を選択してもよい。

第１の実施形態における多段ロケットＲを示す概略図である。 第１の実施形態における連結分離装置３を示す概略図である。 図２（ｂ）の２点鎖線で示された領域Ｋにおける拡大図である。 図２（ａ）のＢ−Ｂ線視断面図である。 第２の実施形態における連結分離装置３の、図２（ｂ）の２点鎖線で示された領域Ｋと同様の領域での拡大図である。 第３の実施形態における連結分離装置３を示す概略図である。 収容空間３２の一構成を示す概略図である。

符号の説明

１…第１段ロケット（第１飛行体）、２…第２段ロケット（第２飛行体）、３…連結分離装置、３０…連結部材、３０ａないし３０ｄ…連結部材の周方向に分割された各分割体、３２…収容空間、４０…爆発材、５０…第１段ロケット側の分割体、６０…第２段ロケット側の分割体

Claims (4)

1. 第１飛行体と第２飛行体とを環状の連結部材で連結すると共に前記連結部材を爆発材を用いて破断することにより前記第１飛行体と前記第２飛行体とを分離させる連結分離装置であって、
   前記爆発材は、前記連結部材内部に形成された収容空間に密封状態で装填され、
   前記連結部材は、内周面に前記爆発材を前記収容空間に挿入するための開口部を有し、
   前記収容空間は、前記連結部材内部に環状に形成された環状部と、一端が前記環状部に連通すると共に他端が前記連結部材の径方向内側に向かって傾斜して前記開口部に連通する傾斜部と、を有し、
   前記開口部を閉塞することで前記収容空間が密封状態とされることを特徴とする連結分離装置。
2. 前記収容空間は、所定の軸方向に沿って形成され、
   前記連結部材は、前記軸を含む面で分割された複数の分割体が互いに接続して形成されることを特徴とする請求項１に記載の連結分離装置。
3. 前記連結部材及び前記収容空間は環状に形成され、
   前記連結部材は、周方向に分割された複数の分割体が互いに接続して形成されることを特徴とする請求項１に記載の連結分離装置。
4. 前記第１飛行体と前記第２飛行体との、少なくともいずれか一方は、独立して駆動する推進装置を有するロケットであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の連結分離装置。

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