JP6282687B2 - 係留気球及び切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、係留気球及び切断装置に関する。

災害等で基地局の動作が停止した場合に、基地局の機能を代替する中継局を搭載した気球を係留することにより、動作を停止した基地局がカバーしていたエリアの通信障害を解消することが知られている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

特開２０１６−００２９７３号公報 特開２０１６−００７８９９号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載される係留気球は、天候の急変、係留索の切断及び巻取装置の故障等の異常事態が発生したときに、係留された気球を緊急降下させることは容易ではない。

本発明は、このような課題を解決するものであり、異常事態が発生したときに、係留された気球を緊急降下させることが可能な係留気球を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明に係る係留気球は、外袋と、外袋に内包された内袋により形成され、空気よりも比重が小さい気体を収容する収容室と、を有する気球と、少なくとも一部が外袋の外側に配置され且つ所定の移動方向に移動することで外袋及び内袋を切断可能な切断部材を有する切断装置と、気球を緊急降下させる指示を示す緊急降下指示信号の受信に応じて、切断部材を移動方向に移動して外袋及び内袋を切断する指示を示す切断指示信号を切断装置に出力する切断指示部と、一端が気球の表面に接続された係留索とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る係留気球では、切断装置は、前記外袋を形成する素材よりも硬い素材で形成され且つ移動方向に平行に延伸する誘導路と、切断部材を支持し、誘導路に沿って移動可能な切断部材支持部材とを有する誘導部材と、切断指示信号に対応する切断指示に応じて、切断部材支持部材を移動方向に移動する切断部材駆動装置と、を更に有することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球は、一端が外袋の表面に接合され、他端が一端と誘導路との間の外袋の表面に接合された弾性部材を更に有することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、外袋の表面に配置され、切断部材を支持する切断架台を更に有することが好ましい。

さらに、本発明に係る切断装置は、所定の移動方向に移動することで気球の外袋及び内袋を切断可能な切断部材と、外袋を形成する素材よりも硬い素材で形成され且つ移動方向に平行に延伸する誘導路と、切断部材を支持し、誘導路に沿って移動可能な切断部材支持部材とを有する誘導部材と、切断部材支持部材を移動方向に移動可能な切断部材駆動装置と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、異常事態が発生したときに、係留された気球を緊急降下させることが可能になった。

第１実施形態に係る係留気球の斜視図である。 図１に示す気球の本体部及びペイロード用ドームの断面図である。 図２に示すブロアの斜視図である。 図３に示すブロアの回転翼の回転方向、及び第２収容室の室内圧力と空気の流れの関係を説明するための図であり、（ａ）は第１状態を示し、（ｂ）は第２状態を示す。 図２に示す隔離膜の部分拡大図である。 図１に示す巻取装置及び第１制御装置の電気的な接続関係を示す図である。 図２に示すブロア、電熱線、及び第２制御装置の電気的な接続関係を示す図である。 （ａ）は図１に示す係留気球による気球係留処理のフローチャートであり、（ｂ）は図１に示す係留気球による気球収容処理のフローチャートである。 図１に示す係留気球による緊急下降処理シーケンスを示す図である。 第２実施形態に係る係留気球の斜視図である。 第２実施形態に係る係留気球が有する気球に搭載されるブロア、切断装置及び第２制御装置の電気的な接続関係を示す図である。 （ａ）は図１１に示す切断装置の平面図であり、（ｂ）は図１１に示す切断装置の側面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ´線に沿う断面図である。 図１０に示す係留気球による緊急下降処理シーケンスを示す図である。 （ａ）は図１２（ａ）に示すスライダが移動方向に移動を開始した後の第１切断状態の断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す第１状態の後の第２切断状態の断面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示す第２状態の後の第３切断状態の断面図である。 図１４（ｃ）に示す第３切断状態の平面図である。 変形例を説明するための図であり、（ａ）は第１変形例の第１状態を示す図であり、（ｂ）は第１変形例の第１状態に続く第２状態を示す図であり、（ｃ）は第２変形例の第１状態を示す図であり、（ｄ）は第２変形例の第１状態に続く第２状態を示す図である。 （ａ）は実施例に係る切断装置の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す実施例に係る切断装置が外袋及び内袋のそれぞれを形成する素材を切断した状態を示す第１図であり、（ｃ）は（ａ）に示す実施例に係る切断装置が外袋及び内袋のそれぞれを形成する素材を切断した状態を示す第２図である。

以下の図面を参照して、本発明に係る係留気球及び切断装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明との均等物に及ぶ点に留意されたい。

実施形態に係る係留気球は、異常事態が発生したときに、一例ではカッタである切断部材を所定の移動方向に移動することによって、気球の外袋及び内袋を切断して、内袋の内部に収容されたヘリウムを気球の外部に放出して気球を緊急降下する。実施形態に係る係留気球は、切断部材を所定の移動方向に移動することで気球の外袋及び内袋を切断するので、降雨等の係留気球の環境条件にかかわらず、気球を緊急降下させることができる。

（第１実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
図１は、第１実施形態に係る係留気球の斜視図である。

係留気球１は、気球１０と、係留索２０と、着陸装置３０と、巻取装置４０と、第１制御装置５０とを有する。

気球１０は、本体部１１と、ペイロード用ドーム１２と、スクープ１３とを有する。本体部１１は、気球１０が係留されるとき、扁平球状の形状を有する。ペイロード用ドーム１２は、有底の円筒状の部材であり、底部が本体部１１に接するように配置される。スクープ１３は、姿勢安定膜とも称され、一方の面から他方の面に空気を透過するように編み込まれたポリエステルにより形成される可撓性の面を有する膜材であり、本体部１１の外袋に接合される。

図２は、気球１０の本体部１１及びペイロード用ドーム１２の断面図である。図２において、一点鎖線は電気信号を通信可能なケーブルを示す。

本体部１１は、合成繊維等の堅固、軽量且つ風を通さない材料で形成される外袋１４と、外袋１４に内包された内袋１５１と、内袋１５１に内包され、第１収容室１５３と第２収容室１５４とを隔離する隔離膜１５２とを有する。内袋１５１及び隔離膜１５２は、外袋１４と比較して強度及び耐久性が低く且つ軽量な材料により形成される。例えば、内袋１５１及び隔離膜１５２は、プラスチックフィルムを溶着することにより形成される。第１収容室１５３はヘリウムガスが充填され、第２収容室１５４は空気が充填される。第２収容室１５４は、バロネットとも称され、第２収容室１５４の内部圧力を一定に維持することで、第１収容室１５３の体積と第２収容室１５４の体積の合計の体積を一定にし、本体部１１の形状を一定に維持する。本体部１１は、ブロア１６と、外袋電熱線１７と、内袋電熱線１８と、第１配線１９１〜第５配線１９５とを更に有する。ブロア１６は、一端が第２収容室１５４に配置され且つ他端が気球１０の外袋１４の外部に配置され、第２収容室１５４と気球１０の外袋１４の外部との間で空気を出し入れする。外袋電熱線１７及び内袋電熱線１８のそれぞれは、気球１０を緊急降下させることを示す緊急球降下信号の受信に応じて、外袋１４及び内袋１５１を切断する切断部材である。なお、外袋電熱線１７及び内袋電熱線１８は、外袋１４及び内袋１５１の双方を同時に切断する単一の電熱線としてもよい。

ペイロード用ドーム１２は、第２制御装置６０と、中継局１０１とが配置される。第２制御装置６０は、第１配線１９１及び第２配線１９２を介して外袋電熱線１７と接続されると共に、第３配線１９３及び第４配線１９４を介して内袋電熱線１８と接続される。また、第２制御装置６０は、第５配線１９５を介してブロア１６と接続される。中継局１０１は、不図示の中継用アンテナ及び対移動局用アンテナを有し、通信可能なエリア内に位置する携帯端末との間の通信網を形成する。第２制御装置６０、及び中継局１０１は、不図示の電源供給線を介して地表に配置された電源装置（不図示）から電源電圧が供給される。

図３は、ブロア１６の斜視図である。

ブロア１６は、ブロア筐体１６０と、ブロアモータ１６１と、回転軸１６２と、回転翼１６３とを有する軸流送風機である。

ブロア筐体１６０は、円筒状の外形を有し、ブロアモータ１６１、回転軸１６２、及び回転翼１６３が内部に配置されると共に、一端から他端に貫通する通気孔１６４が形成される。ブロアモータ１６１は、第５配線１９５を介して第２制御装置６０に接続され、第２制御装置６０から入力される回転指示信号に応じて回転する。ブロアモータ１６１は、第１方向に回転する指示を示す第１回転指示信号が入力されたときに第１方向に回転し、第１方向と反対の第２方向に回転する指示を示す第２回転指示信号が入力されたときに第２方向に回転する。回転軸１６２は、一端にブロアモータ１６１が接続され、他端に回転翼１６３が接続され、ブロアモータ１６１の回転を回転翼１６３に伝達する。回転翼１６３は、ブロアモータ１６１が第１方向に回転するとき、図３において矢印Ａで示される第１方向に回転する。一方、回転翼１６３は、ブロアモータ１６１が第２方向に回転するとき、矢印Ａで示される第１方向とは反対の第２方向に回転する。

図４は回転翼１６３の回転方向、及び第２収容室１５４の室内圧力と空気の流れの関係を説明するための図であり、図４（ａ）は第１状態を示し、図４（ｂ）は第２状態を示す。

図４（ａ）に示す第１状態では、回転翼１６３は矢印Ａで示される第１方向に回転し、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂はしきい値圧力Ｐ_th未満である。第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂がしきい値圧力Ｐ_th未満であるとき、ブロア１６の回転翼１６３が第１方向に回転することに応じて、空気は気球１０の外部から第２収容室１５４の室内に供給される。空気が気球１０の外部から第２収容室１５４の室内に供給されることに応じて、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂は上昇する。

図４（ｂ）に示す第２状態のように、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂が上昇して、所定のしきい値圧力Ｐ_thに達すると、第２収容室の室内圧力とブロア１６の押込圧力とが平衡する。第２収容室の室内圧力Ｐ₂とブロア１６の押込圧力とが平衡すると、ブロア１６の回転翼１６３が第１方向に回転するにもかかわらず、空気は気球１０の外部から第２収容室１５４の室内に供給されない。

第１収容室１５３に収容されるヘリウムは、係留中の気球１０の周囲の温度が上昇したときに、第１収容室１５３の室内圧力Ｐ₁が高くなり破裂することを防止するために、気球１０が係留されるときに第１収容室１５３の室内圧力Ｐ₁が若干低くなるように外袋１４の体積以下で充填される。また、ヘリウムの体積は、気球１０が係留される高度の気圧及び気球１０の周囲の温度等の環境条件に応じて変動するため、第１収容室１５３の体積は気球１０の環境条件に応じて変動する。第１収容室１５３の体積が大きくなると、隔離膜１５２が第２収容室１５４側に移動して第２収容室１５４の体積が小さくなるので、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂が高くなる。一方、第１収容室１５３の体積が小さくなると、隔離膜１５２が第１収容室１５３側に移動して第２収容室１５４の体積が大きくなるので、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂が低くなる。

第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂がしきい値圧力Ｐ_thよりも低くなると、ブロア１６の回転翼１６３の第１方向の回転に応じて、空気が気球１０の外部から第２収容室１５４に供給されて、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂は、しきい値圧力Ｐ_thまで上昇する。ブロア１６の回転翼１６３が第１方向に回転することで、第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂がしきい値圧力Ｐ_thに維持される。第２収容室１５４の室内圧力Ｐ₂がしきい値圧力Ｐ_thに維持されることで、第１収容室１５３に収容されるヘリウムの体積の変動にかかわらず、第１収容室１５３の体積と第２収容室１５４の体積の合計の体積が一定に維持される。本体部１１は、ブロア１６が第１収容室１５３の体積と第２収容室１５４の体積の合計の体積を一定に維持することで、第１収容室１５３に収容されるヘリウムの体積の変動にかかわらず、扁平球状の形状を維持する。

図５（ａ）は外袋１４の部分拡大図であり、図５（ｂ）は内袋１５１の部分拡大図である。

外袋電熱線１７は、それぞれの一端が第１配線１９１及び第２配線１９２に接続される一対の直線部１７１及び１７２と、両端が一対の直線部１７１及び１７２のそれぞれに接続される円弧部１７３とを有する。外袋電熱線１７は、外袋１４の表面に配置される。

内袋電熱線１８は、それぞれの一端が第３配線１９３及び第４配線１９４に接続される一対の直線部１８１及び１８２と、両端が一対の直線部１８１及び１８２のそれぞれに接続される円弧部１８３とを有する。内袋電熱線１８は、第１収容室１５３を形成する内袋１５１の表面に配置される。

係留索２０は、主係留索２１と、第１副係留索２２と、第２副係留索２３と、第３副係留索２４と、結節部２５を有する。一例では、係留索２０の全長は１００ｍ程度である。主係留索２１の一端は、第１副係留索２２、第２副係留索２３及び第３副係留索２４と結節部２５を介して接合され、第１副係留索２２、第２副係留索２３及び第３副係留索２４の他端は気球１０の本体部１１の表面に接合される。

着陸装置３０は、着陸台３１と、固定部材３２と、四面ローラ３３と、第１ローラ３４と、第２ローラ３５とを有する。着陸台３１は、気球１０の収容時に気球１０を支持する内径４ｍ程度のリング状の受け部と受け部を支持する脚部とを形成するエアチューブである。気球１０は、収納位置に収納されるときに、着陸台３１に着陸する。着陸台３１の重量は３０ｋｇ程度である。固定部材３２は、一端が着陸台３１の脚部に接続され、他端が地表等の固定面に接続され、着陸台３１を固定面に固定する。

四面ローラ３３は、内側に索通過口が形成され、気球１０の上昇に伴って係留索２０が巻取装置４０から巻き出されるとき、及び気球１０の下降に伴って係留索２０が巻取装置４０に巻き取られるときに、索通過口を通る係留索２０を摺動自在に案内する。

第１ローラ３４及び第２ローラ３５は、回転可能な円柱状の案内部を有し、気球１０の上昇に伴って係留索２０が巻取装置４０から巻き出されるとき、及び気球１０の下降に伴って係留索２０が巻取装置４０に巻き取られるときに、案内部が回転する。第１ローラ３４及び第２ローラ３５は、四面ローラ３３と巻取装置４０との間に配置され、係留索２０を所望の方向に案内する。

図６は、巻取装置４０及び第１制御装置５０の電気的な接続関係を示す図である。図６において、一点鎖線は電気信号を通信可能なケーブルを示す。

巻取装置４０は、筐体４１と、巻取モータ４２と、減速機４３と、ドラム４４と、係留索長センサ４５とを有する。筐体４１は、鋼材で形成された直方体形状の枠状部材であり、巻取モータ４２、減速機４３、ドラム４４及び係留索長センサ４５のそれぞれを所定の位置に固定する。巻取モータ４２は、電気信号を通信可能なケーブル４６を介して第１制御装置５０に接続され、第１制御装置５０から送信される制御信号に応じて、第１方向又は第１方向と反対の第２方向に回転する。減速機４３は、巻取モータ４２とドラム４４との間に配置され、巻取モータ４２の回転を減速しながらドラム４４に伝達する。ドラム４４は、巻取モータ４２が第１方向に回転することに応じて係留索２０を巻き出し、巻取モータ４２が第２方向に回転することに応じて係留索２０を巻き取る。係留索長センサ４５は、係留索２０の巻き出し及び巻き取りに応じて回転する回転部材４５１を有し、巻取装置４０が巻き出した係留索２０の巻出長及び巻取装置４０が巻き取った係留索２０の巻取長を測定する。係留索長センサ４５は、測定した巻出長を示す気球高度信号を、ケーブル４６を介して第１制御装置５０に出力する。

第１制御装置５０は、第１無線通信部５１と、第１有線通信部５２と、第１記憶部５３と、入力部５４と、出力部５５と、第１処理部５６とを有する。第１制御装置５０は、巻取装置４０を制御して、係留索２０を巻き出して気球１０を所定の高度で係留する共に、係留索２０を巻き取って気球１０を着陸台３１上の収納位置に収納する。

第１無線通信部５１は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信方式に従った無線通信を行うためのインターフェース回路を有し、アンテナ５７を介して第２制御装置６０との間で無線通信を行う。第１無線通信部５１は、気球１０を緊急降下させることを示す緊急降下信号を第２制御装置６０に送信する。

第１有線通信部５２は、ケーブル４６を介して巻取モータ４２及び係留索長センサ４５に接続される。第１有線通信部５２は、イーサネット（登録商標）等の通信方式に従った有線通信を行うためのインターフェース回路を有し、巻取モータ４２及び係留索長センサ４５との間で有線通信を行う。第１有線通信部５２は、係留索長センサ４５から入力された収納信号を第１処理部５６に供給する。また、第１処理部５６から取得した制御信号を巻取モータ４２に出力する。

第１記憶部５３は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置及び光ディスク装置の内の少なくとも一つを有する。第１記憶部５３は、第１処理部５６による処理に用いられるドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、第１記憶部５３は、ドライバプログラムとして、第１無線通信部５１及び第１有線通信部５２を制御する通信デバイスドライバプログラム等を記憶する。また、第１記憶部５３は、気球１０を所定の高度に係留する係留処理を実行する気球係留プログラムを記憶する。さらに、第１記憶部５３は、所定の高度に係留されていた気球１０を収納する収納処理を実行する気球収納プログラムを記憶する。コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて第１記憶部５３にインストールされてもよい。

入力部５４は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボード等である。オペレータは、入力部５４を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部５４は、オペレータにより操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、オペレータの指示として、第１処理部５６に供給される。例えば、入力部５４は、気球１０を所定の高度に係留するためのオペレータによる操作に応じて、気球１０を係留することを示す気球係留指示信号を生成し、第１処理部５６に出力する。また、入力部５４は、気球１０を収納するためのオペレータによる操作に応じて、気球１０を収納することを示す気球収納指示信号を生成し、第１処理部５６に出力する。また、入力部５４は、気球１０を緊急降下させるためのオペレータによる操作に応じて、気球１０を緊急降下させる指示を示す緊急降下指示信号を生成し、第１処理部５６に出力する。

出力部５５は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro−Luminescence）ディスプレイ等である。出力部５５は、第１処理部５６から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。

第１処理部５６は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。第１処理部５６は、第１制御装置５０の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。第１処理部５６は、第１制御装置５０の各種処理が第１記憶部５３に記憶されているプログラム等に基づいて適切な手順で実行されるように、第１無線通信部５１及び第１有線通信部５２等の動作を制御する。第１処理部５６は、第１記憶部５３に記憶されているオペレーティングシステムプログラムやドライバプログラム、アプリケーションプログラム等のプログラムに基づいて処理を実行する。また、第１処理部５６は、アプリケーションプログラム等の複数のプログラムを並列に実行することができる。

第１処理部５６は、第１指示取得部５６１と、気球昇降指示部５６２と、巻出停止指示部５６３と、巻取停止指示部５６４と、緊急降下指示部５６５とを有する。第１処理部５６が有するこれらの各部は、第１処理部５６が有するプロセッサ上で実行されるプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、第１処理部５６が有するこれらの各部は、独立した集積回路、マイクロプロセッサ、又はファームウェアとして第１制御装置５０に実装されてもよい。

図７は、ブロア１６、外袋電熱線１７、内袋電熱線１８、及び第２制御装置６０の電気的な接続関係を示す図である。図８において、一点鎖線は電気信号を通信可能なケーブルを示す。

第２制御装置６０は、第２無線通信部６１と、第２有線通信部６２と、第２記憶部６３と、通電部６４と、第２処理部６５とを有する。第２制御装置６０は、ブロア１６を制御すると共に、第１制御装置５０から緊急降下信号が送信されることに応じて、外袋電熱線１７及び内袋電熱線１８に加熱電流を流して外袋１４及び内袋１５１を切断する。

第２無線通信部６１は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信方式に従った無線通信を行うためのインターフェース回路を有し、アンテナ６６を介して第１制御装置５０の第１無線通信部５１との間で無線通信を行う。第２無線通信部６１は、気球１０を緊急降下させることを示す緊急降下信号を第１制御装置５０の第１無線通信部５１から受信する。

第２有線通信部６２は、第５配線１９５を介してブロア１６に接続される。第２有線通信部６２は、イーサネット（登録商標）等の通信方式に従った有線通信を行うためのインターフェース回路を有し、ブロア１６との間で有線通信を行う。第２有線通信部６２は、第２処理部６５から取得したブロア制御信号をブロア１６に出力する。

第２記憶部６３は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置及び光ディスク装置の内の少なくとも一つを有する。第２記憶部６３は、第２処理部６５による処理に用いられるドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、第２記憶部６３は、ドライバプログラムとして、第２無線通信部６１及び第２有線通信部６２を制御する通信デバイスドライバプログラム等を記憶する。また、第２記憶部６３は、気球１０を緊急降下させる緊急降下処理を実行する気球係留プログラムを記憶する。コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて第２記憶部６３にインストールされてもよい。

通電部６４は、外袋電熱線１７及び内袋電熱線１８に加熱電流を流すことを示す加熱指示信号が第２処理部６５から入力されると、第１配線１９１〜第４配線１９４を介して外袋電熱線１７及び内袋電熱線１８のそれぞれに加熱電流を流す。

第２処理部６５は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。第２処理部６５は、第２制御装置６０の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。第２処理部６５は、第２制御装置６０の各種処理が第２記憶部６３に記憶されているプログラム等に基づいて適切な手順で実行されるように、第２無線通信部６１及び第２有線通信部６２等の動作を制御する。第２処理部６５は、第２記憶部６３に記憶されているオペレーティングシステムプログラムやドライバプログラム、アプリケーションプログラム等のプログラムに基づいて処理を実行する。また、第２処理部６５は、アプリケーションプログラム等の複数のプログラムを並列に実行することができる。

第２処理部６５は、第２指示取得部６５１と、加熱指示部６５２と、ブロア制御部６５３とを有する。第２処理部６５が有するこれらの各部は、第２処理部６５が有するプロセッサ上で実行されるプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、第２処理部６５が有するこれらの各部は、独立した集積回路、マイクロプロセッサ、又はファームウェアとして第２制御装置６０に実装されてもよい。

図８（ａ）は係留気球１による気球係留処理のフローチャートであり、図８（ｂ）は係留気球１による気球収納処理のフローチャートである。図８（ａ）に示す気球係留処理及び図８（ｂ）に示す気球収納処理は、予め第１記憶部５３に記憶されているプログラムに基づいて、主に第１処理部５６により、係留気球１の各要素と協働して実行される。

（第１実施形態に係る係留気球による気球係留処理）
まず、第１指示取得部５６１は、気球１０を所定の高度に係留するためのオペレータによる操作に応じて入力部５４から入力される気球係留指示信号を取得する（Ｓ１０１）。次いで、気球昇降指示部５６２は、気球１０を上昇させるために、巻取モータ４２を第１方向に回転させることを示す制御信号を巻取モータ４２に出力する（Ｓ１０２）。巻取モータ４２は、第１方向に回転させることを示す制御信号の入力に応じて第１方向に回転し、巻取モータ４２が第１方向に回転することに応じて、係留索２０がドラム４４から巻き出される。係留索２０がドラム４４から巻き出されることに応じて、気球１０は上昇する。

次いで、気球昇降指示部５６２は、第１無線通信部５１及び第２無線通信部６１を介して、ブロア起動信号を第２制御装置６０に送信する（Ｓ１０３）。第２指示取得部６５１がブロア起動信号を取得すると、ブロア制御部６５３は、ブロア１６の回転翼１６３を第１方向に回転させるブロア制御信号をブロア１６に出力する。ブロア１６の回転翼１６３は、ブロア１６の回転翼１６３を第１方向に回転させるブロア制御信号の入力に応じて第１方向への回転を開始する。

そして、巻出停止指示部５６３は、係留索長センサ４５から入力される気球高度信号に対応する気球１０の高度が所定の高度に達したときに、係留索２０の巻き出しを停止する指示を示す巻出停止指示信号を巻取モータ４２に出力する（Ｓ１０４）。巻取モータ４２は、巻出停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き出しを停止する。

（第１実施形態に係る係留気球による気球収納処理）
まず、第１指示取得部５６１は、気球１０を収納するためのオペレータによる操作に応じて入力部５４から入力される気球収納指示信号を取得する（Ｓ２０１）。次いで、気球昇降指示部５６２は、気球１０を下降させるために、巻取モータ４２を第２方向に回転させることを示す制御信号を巻取モータ４２に出力する（Ｓ２０２）。巻取モータ４２は、第２方向に回転させることを示す制御信号の入力に応じて第２方向に回転し、巻取モータ４２が第２方向に回転することに応じて、係留索２０がドラム４４に巻き取られる。係留索２０がドラム４４に巻き取られることに応じて、気球１０は下降する。

次いで、巻取停止指示部５６４は、係留索長センサ４５からの気球高度信号に対応する高度が、気球１０が着陸台３１に着陸する高度になったときに、係留索２０の巻き取りを停止する指示を示す巻取停止指示信号を巻取モータ４２に出力する（Ｓ２０３）。巻取モータ４２は、巻出停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き出しを停止する。

そして、気球昇降指示部５６２は、第１無線通信部５１及び第２無線通信部６１を介して、ブロア停止信号を第２制御装置６０に送信する（Ｓ２０４）。第２指示取得部６５１がブロア停止信号を取得すると、ブロア制御部６５３は、ブロア１６の回転翼１６３の回転を停止することを示すブロア制御信号をブロア１６に出力する。ブロア１６の回転翼１６３の回転は、回転翼１６３の回転を停止することを示すブロア制御信号の入力に応じて停止する。

（第１実施形態に係る係留気球による緊急下降処理）
図９は係留気球１による緊急下降処理シーケンスを示す図である。図９に示す緊急下降処理は、予め第１記憶部５３及び第２記憶部６３に記憶されているプログラムに基づいて、主に第１処理部５６及び第２処理部６５により、係留気球１の各要素と協働して実行される。

まず、第１指示取得部５６１は、気球１０を緊急降下させるためのオペレータによる操作に応じて入力部５４から入力される緊急降下指示信号を取得する（Ｓ３０１）。次いで、緊急降下指示部５６５は、第１無線通信部５１及び第２無線通信部６１を介して、緊急降下指示信号を第２制御装置６０に送信する（Ｓ３０２）。

次いで、第２指示取得部６５１は、第１制御装置５０から第１無線通信部５１及び第２無線通信部６１を介して送信された緊急降下指示信号を受信する（Ｓ３０３）。次いで、加熱指示部６５２は、外袋電熱線１７及び内袋電熱線１８に加熱電流を流すことを示す加熱指示信号を通電部６４に出力する（Ｓ３０４）。通電部６４は、外袋電熱線１７及び内袋電熱線１８に加熱電流を流すことを示す加熱指示信号が第２処理部６５から入力されると、第１配線１９１〜第４配線１９４を介して外袋電熱線１７及び内袋電熱線１８に加熱電流を流す。外袋電熱線１７は、加熱電流が流れることにより発熱し、外袋１４は、外袋電熱線１７に沿って溶解して切断される。また、内袋電熱線１８は、加熱電流が流れることにより発熱し、内袋１５１は、内袋電熱線１８に沿って溶解して切断される。

（第１実施形態に係る係留気球の作用効果）
係留気球１は、気球１０の緊急降下を指示されたときに、気球１０の外袋１４、外袋１４に内包されヘリウムを収容する第１収容室１５３を形成する内袋１５１を切断する。気球１０の外袋１４及び第１収容室１５３を形成する内袋１５１が切断されると、第１収容室１５３に収容されたヘリウムは、気球１０の外部に放出される。係留気球１は、気球１０の緊急降下を指示されたときに、第１収容室１５３から気球１０の外部にヘリウムを放出することで、気球１０を早急に降下させることができる。

また、外袋電熱線１７は、一対の直線部１７１及び１７２と円弧部１７３により形成されるので、外袋１４を切断する切断部の長さが切断開始点と切断終了点との間の外袋１４の表面上の最短距離よりも長い。同様に、内袋電熱線１８は、一対の直線部１８１及び１８２と円弧部１８３により形成されるので、内袋１５１を切断する切断部の長さが切断開始点と切断終了点との間の外袋１４の表面上の最短距離よりも長い。係留気球１では、外袋１４及び内袋１５１を切断する切断部の長さを切断開始点と切断終了点との間の外袋１４の表面上の最短距離よりも長くすることで、外袋１４及び内袋１５１を切断した切断部をヘリウムが通過し易くなる。外袋電熱線１７により切断された外袋１４及び内袋１５１の切断部は、円弧部１７３及び１８３に対応する部分が気球１０の外部に倒れ込むことにより第１収容室に収容されたヘリウムが放出され易くなる。

（第２実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
図１０は第２実施形態に係る係留気球の斜視図であり、図１１は第２実施形態に係る係留気球が有する気球１０に搭載されるブロア、切断装置及び第２制御装置の電気的な接続関係を示す図である。

係留気球２は、第２制御装置７０を第２制御装置６０の代わりに有することが、係留気球１と相違する。また、係留気球２は、外袋電熱線１７及び内袋電熱線１８の代わりに、切断装置８０を有することが、係留気球１と相違する。第２制御装置７０及び切断装置８０以外の第２実施形態に係る係留気球の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された係留気球１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

第２制御装置７０は、通電部６４を有さないことが、第２制御装置６０と相違する。また、第２制御装置７０は、第２処理部７５を第２処理部６５の代わりに有することが、第２制御装置６０と相違する。第２処理部７５以外の第２制御装置７０の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された第２制御装置６０の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。第２処理部７５は、切断指示部７５２を加熱指示部６５２の代わりに有することが、第２処理部６５と相違する。

切断装置８０は、気球１０の外袋１４の表面に配置される。切断装置８０は切断部材８３を所定の移動方向に移動することで外袋及び内袋を切断する。

図１２（ａ）は切断装置８０の平面図であり、図１２（ｂ）は切断装置８０の側面図であり、図１２（ｃ）は図１２（ａ）に示すＡ−Ａ´線に沿う断面図である。

切断装置８０は、切断架台８１と、誘導部材８２と、切断部材８３と、連結部材８４と、切断部材駆動装置８５と、複数の弾性部材８６を有する。

切断架台８１は、方形状の上面８１１と、方形状の傾斜面８１２と、台形状の第１側面８１３及び第２側面８１４と、方形状の背面８１５とを有し、切断部材８３を支持する。傾斜面８１２は、上面８１１の長辺から第１側面８１３及び第２側面８１４の斜辺の延伸方向に沿って気球１０の外袋１４の表面に延伸する。第１側面８１３及び第２側面８１４の上辺は上面８１１の一対の短辺に接し、第１側面８１３及び第２側面８１４の斜辺は傾斜面８１２の一対の側辺に接し、第１側面８１３及び第２側面８１４の低辺は気球１０の外袋１４に接する。背面８１５の上辺は上面８１１の長辺と接し、背面８１５の一対の側辺のそれぞれは、第１側面８１３及び第２側面８１４の側辺に接し、背面８１５の低辺は気球１０の外袋１４に接する。

切断架台８１は、内部に空隙が形成される。切断架台８１の内部に形成される空隙は、切断部材８３を少なくとも収納可能な幅を有し、上面８１１の長辺の中央部から傾斜面８１２の傾斜方向に沿って切断架台８１の低面まで貫通するように形成される。切断部材８３は、切断架台８１の内部に形成される空隙を傾斜面８１２の延伸方向に移動して気球の外袋１４に先端が接触することができる。

誘導部材８２は、基部８２４及び可動部８２５を有するスライダ８２１と、矢印Ｂで示されるスライダ８２１の移動方向に延伸する基材８２２と、スライダ８２１の移動方向に嵌合して基材８２２上に配置された複数のエレメント８２３とを含むファスナである。基材８２２は、外袋１４を形成する素材よりも硬い素材で形成される。スライダ８２１は複数のエレメント８２３に沿って移動可能な切断部材支持部材であり、基材８２２及び複数のエレメント８２３はスライダ８２１移動方向に平行に延伸する誘導路である。

スライダ８２１は、基部８２４と、可動部８２５とを有し、切断架台８１の傾斜面８１２の上方に配置される。スライダ８２１の基部８２４は、切断部材８３を支持する。スライダ８２１の可動部８２５は、一端が切断部材駆動装置８５に接続される連結部材８４の他端に接続される。スライダ８２１は、連結部材８４を介して切断部材駆動装置８５によって移動方向に沿って移動させられる。移動方向に沿って移動するとき、スライダ８２１は、傾斜面８１２に沿って徐々に下降する。スライダ８２１は、傾斜面８１２の端面に達した後に、気球１０の外袋１４の表面に平行に移動する。複数のエレメント８２３のそれぞれは、スライダ８２１が移動する前は、対向するエレメント８２３と係合される。対向するエレメント８２３のそれぞれは、スライダ８２１の移動に応じて、スライダ８２１の移動方向に直交する方向に分離される。

切断部材８３は、スライダ８２１の基部８２４の低面に接合されたカッタである。切断部材８３は、切断架台８１の傾斜面８１２の上方に位置するスライダ８２１の移動方向への移動に従って徐々に下降する。切断部材８３は、先端が気球１０の外袋１４に接触する位置まで下降すると、気球１０の外袋１４の切断を開始する。切断部材８３は、スライダ８２１が更に下降して、先端が気球１０の内袋１５１に接触する位置まで下降すると、気球１０の内袋１５１の切断を開始する。以降、切断部材８３は、スライダ８２１の移動方向への移動に応じて、気球１０の外袋１４及び内袋１５１の双方を同時に切断する。

連結部材８４は、一端が切断部材駆動装置８５に接続され且つ他端がスライダ８２１の可動部８２５に接続された紐状の部材である。

切断部材駆動装置８５は、切断駆動モータ８５１と、切断駆動軸８５２と、切断駆動ローラ８５３と、スライダ検出センサ８５４とを有する。

切断駆動モータ８５１は、第２制御装置７０から入力される切断指示信号に対応する切断指示に基づいて回転を開始し、第２制御装置７０から入力される切断停止信号に対応する切断停止指示に基づいて回転を終了する。切断駆動軸８５２は、切断駆動モータ８５１の回転を切断駆動ローラ８５３に伝達する。切断駆動ローラ８５３は、切断駆動モータ８５１の回転に応じて回転することで、連結部材８４を巻き取る。スライダ検出センサ８５４は、スライダ８２１を近接したことを検出して、スライダ検出信号を第２制御装置７０に出力する。

複数の弾性部材８６のそれぞれは、一端が外袋１４の表面に接合され、他端が一端とエレメント８２３との間の外袋の表面に接合される。複数の弾性部材８６のそれぞれは、対向するエレメント８２３がスライダ８２１の移動に応じて分離されたときに収縮して、対向するエレメント８２３との間の距離を広げる。

（第２実施形態に係る係留気球による緊急下降処理）
図１３は係留気球２による緊急下降処理シーケンスを示す図である。図１３に示す緊急下降処理は、予め第１記憶部５３及び第２記憶部６３に記憶されているプログラムに基づいて、主に第１処理部５６及び第２処理部７５により、係留気球２の各要素と協働して実行される。

Ｓ４０１〜Ｓ４０３の処理は、Ｓ３０１〜Ｓ３０３の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。切断指示部７５２は、切断装置８０に、切断部材８３を移動して気球１０の外袋１４及び内袋１５１を切断する指示を示す切断指示信号を出力する（Ｓ４０４）。より具体的には、切断指示部７５２は、切断部材駆動装置８５の切断駆動モータ８５１に切断指示信号を出力する。切断駆動モータ８５１は切断指示信号に対応する切断指示に基づいて回転を開始し、切断駆動ローラ８５３は切断駆動モータ８５１の回転に応じて回転することで、連結部材８４を巻き取る。切断駆動ローラ８５３が連結部材８４を巻き取ることに応じて、連結部材８４の一端が可動部８２５に接続されたスライダ８２１は、移動方向に移動する。スライダ検出センサ８５４が検出可能な位置までスライダ８２１が移動すると、スライダ検出センサ８５４は、スライダ検出信号を第２制御装置７０に出力する。切断指示部７５２は、スライダ検出信号を取得すると、切断駆動モータ８５１に切断停止信号を出力する。切断駆動モータ８５１は、切断停止信号に対応する切断停止指示に基づいて回転を終了する。

図１４（ａ）はスライダ８２１が移動方向に移動を開始した後の第１切断状態の断面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に示す第１状態の後の第２切断状態の断面図であり、図１４（ｃ）は図１４（ｂ）に示す第２状態の後の第３切断状態の断面図である。

第１切断状態では、スライダ８２１は傾斜面８１２の中程まで移動している。第１切断状態では、スライダ８２１の移動に伴って、切断部材８３が外袋１４を切断し、切断部材８３の先端は、外袋１４と内袋１５１との間に位置する。

第２切断状態では、スライダ８２１は、第１切断状態よりも更に下方に移動している。第２切断状態では、スライダ８２１の移動に伴って、切断部材８３が外袋１４に加えて内袋１５１を更に切断し、切断部材８３の先端は、内袋１５１の内部に位置する。

第３切断状態では、スライダ８２１は、切断部材駆動装置８５のスライダ検出センサ８５４が検出可能な位置まで移動している。第２切断状態から第３切断状態までの間に、スライダ８２１は、外袋１４の表面を移動方向に直進する。スライダ８２１が外袋１４の表面を移動方向に直進することに応じて、切断部材８３は、外袋１４及び内袋１５１を移動方向に沿って直線的に切断する。

図１５は、図１４（ｃ）に示す第３切断状態の平面図である。

第３切断状態では、切断部材駆動装置８５のスライダ検出センサ８５４が検出可能な位置までスライダ８２１が移動することによって、外袋１４及び内袋１５１は、スライダ８２１の移動方向に沿って直線的に切断される。第３切断状態では、スライダ８２１の移動に伴って複数の弾性部材がエレメント８２３の距離を広げることで、外袋１４及び内袋１５１の切断部には開口部が形成される。気球１０の外部と、外袋１４及び内袋１５１との間に開口部が形成されることで、第１収容室１５３に収容されていたヘリウムは、気球１０の外部に放出される。ヘリウムが気球１０の外部に放出されることで、気球１０は浮力が低下して早急に降下することができる。

（第２実施形態に係る係留気球の作用効果）
係留気球２は、気球１０の緊急降下を指示されたときに、気球１０の外袋１４及び内袋１５１を切断部材８３によって切断する。気球１０の外袋１４及び内袋１５１が切断されると、第１収容室１５３に収容されたヘリウムは、外袋１４及び内袋１５１の切断部を介して気球１０の外部に放出される。係留気球２は、気球１０の緊急降下を指示されたときに、第１収容室１５３から気球１０の外部にヘリウムを放出することで、気球１０を早急に降下させることができる。

また、係留気球２は、外袋１４及び内袋１５１を溶解して切断するのではなく、カッタ等の切断部材を所定の移動方向に移動することで外袋１４及び内袋１５１を切断するので、周囲温度及び降雨等の環境条件にかかわらず、袋１４及び内袋１５１を切断できる。

また、係留気球２では、複数のエレメント８２３及び外袋１４を形成する素材よりも硬い素材で形成される基材８２２が、外袋１４及び内袋１５１を切断する切断部材８３を誘導する誘導路として機能する。係留気球２では、外袋１４及び内袋１５１を切断するときに、基材８２２が支点として機能することで、切断部材駆動装置８５が連結部材８４を巻き取るときの張力を利用して、切断部材８３が外袋１４及び内袋１５１を切断できる。

また、係留気球２では、対向するエレメントの外側に配置される複数の弾性部材８６が、外袋１４及び内袋１５１の切断部に形成された開口部の幅を広げる。係留気球２では、弾性部材８６が外袋１４及び内袋１５１の切断部に形成された開口部の幅を広げることで、第１収容室１５３に収容されたヘリウムを早急に放出することができる。

また、係留気球２では、緊急降下指示信号の受信するまで、切断部材８３は、切断架台８１によって、外袋１４及び内袋１５１から離隔して支持されるので、気球１０の係留中に外袋１４及び内袋１５１を破損するおそれはない。

（実施形態に係る係留気球の変形例）
第１実施形態及び第２実施形態に係る係留気球では、第１収容室１５３にはヘリウムが収容されるが、実施形態に係る係留気球では、第１収容室１５３には水素などの空気よりも比重が小さい他の気体が収納されてもよい。

また、第２実施形態に係る係留気球では、緊急降下指示信号の受信するまで、切断部材８３は、切断架台８１によって支持されるが、実施形態に係る係留気球では、切断部材を支持する切断架台は省略されてもよい。

図１６は、変形例を説明するための図である。図１６（ａ）は第１変形例の第１状態を示す図であり、図１６（ｂ）は第１変形例の第１状態に続く第２状態を示す図であり、図１６（ｃ）は第２変形例の第１状態を示す図であり、図１６（ｄ）は第２変形例の第１状態に続く第２状態を示す図である。

第１変形例９０１では、切断部材９１３は、スライダ９１１に回転可能に支持されると共に、一例ではシリコーンである緩衝部材９１４を介して外袋１４の表面に配置される。切断部材９１３は、連結部材９１２が不図示の切断部材駆動装置に巻き取ることに応じて回転を開始し、緩衝部材９１４を貫通して外袋１４及び内袋１５１を切断し、外袋１４の表面と直交する位置で不図示のストッパにより固定される。切断部材９１３が固定されると、スライダ９１１は、連結部材９１２の巻き取りに応じて、外袋１４及び内袋１５１を切断する。

第１変形例では、切断部材９１３は、緩衝部材９１４を介して外袋１４の表面に配置されるので、気球１０の係留中に外袋１４及び内袋１５１を破損するおそれは低い。

第１変形例９０２では、切断部材９２３は、スライダ９２１に支持されると共に、外袋１４及び内袋１５１を貫通して配置される。第１収容室１５３では、切断部材９２３の周囲に一例ではシリコーンである切断固定部材９２４が配置される。スライダ９２１は、連結部材９２２が不図示の切断部材駆動装置に巻き取ることに応じて移動を開始する。切断部材９２３は、スライダ９２１の移動に伴って外袋１４及び内袋１５１を切断する。

第２変形例では、切断部材９２３の周囲に切断固定部材９２４が配置されるので、気球１０の係留中に、第１収容室１５３からヘリウムが漏出するおそれは低い。

また、第２実施形態に係る係留気球では、切断部材８３を所定の移動方向に移動する誘導部材としてファスナが使用される。しかしながら、実施形態に係る係留気球では、外袋を形成する素材よりも硬い素材で形成され且つ所定の移動方向に平行に延伸する誘導路と、切断部材を支持し、誘導路に沿って移動可能な切断部材支持部材とを有する他の部材を誘導部材として使用してもよい。

（実施例１）
図１７（ａ）は、実施例に係る切断装置の斜視図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す実施例に係る切断装置が外袋１４及び内袋１５１のそれぞれを形成する素材を切断した状態を示す第１図である。図１７（ｃ）は、図１７（ａ）に示す実施例に係る切断装置が外袋１４及び内袋１５１のそれぞれを形成する素材を切断した状態を示す第２図である。

実施例に係る切断装置では、カッタは、ファスナのスライダに接合され、台形状の断面を有する切断架台に配置された。ファスナのスライダをエレメントの配列方向に移動することで、カッタを移動し、外袋１４及び内袋１５１のそれぞれを形成する素材が切断されることが確認された。

なお、本発明に係る係留気球は、
外袋と、
外袋に内包された内袋により形成され、空気よりも比重が小さい気体を収容する収容室と、を有する気球と、
気球を緊急降下させる指示を示す緊急降下指示信号の受信に応じて、内袋の切断開始点と切断終了点との間を切断する切断部材と、
一端が気球の表面に接続された係留索と、を有し、
切断部材が内袋を切断する切断部の長さは、切断開始点と切断終了点との間の外袋の表面上の最短距離よりも長い、ことを特徴とする態様としてもよい。

また、この態様において、切断部の少なくとも一部の形状は、円弧状であることが好ましい。

１ 係留気球
１０ 気球
１１ 本体部
１２ ペイロード用ドーム
１４ 外袋
１５１ 内袋
１５２ 隔離膜
１５３ 第１収容室（収容室）
１５４ 第２収容室
１６ ブロア
１７ 外袋電熱線
１８ 内袋電熱線
８０ 切断装置
８１ 切断架台
８２ 誘導部材
８３ 切断部材
８４ 連結部材
８５ 切断部材駆動装置
８６ 弾性部材

Claims (5)

1. 外袋と、
   前記外袋に内包された内袋により形成され、空気よりも比重が小さい気体を収容する収容室と、を有する気球と、
   少なくとも一部が前記外袋の外側に配置され且つ所定の移動方向に移動することで前記外袋及び前記内袋を切断可能な切断部材を有する切断装置と、
   前記気球を緊急降下させる指示を示す緊急降下指示信号の受信に応じて、前記切断部材を前記移動方向に移動して前記外袋及び前記内袋を切断する指示を示す切断指示信号を前記切断装置に出力する切断指示部と、
   一端が前記気球の外袋に接続された係留索と、
   を有することを特徴とする係留気球。
2. 前記切断装置は、
   前記外袋を形成する素材よりも硬い素材で形成され且つ前記移動方向に平行に延伸する誘導路と、前記切断部材を支持し、前記誘導路に沿って移動可能な切断部材支持部材とを有する誘導部材と、
   前記切断指示信号に対応する切断指示に応じて、前記切断部材支持部材を前記移動方向に移動する切断部材駆動装置と、を更に有する、請求項１に記載の係留気球。
3. 一端が前記外袋の表面に接合され、他端が前記一端と前記誘導路との間の外袋の表面に接合された弾性部材を更に有する、請求項２に記載の係留気球。
4. 前記外袋の表面に配置され、前記切断部材を支持する切断架台を更に有する、請求項１〜３の何れか一項に記載の係留気球。
5. 所定の移動方向に移動することで気球の外袋及び内袋を切断可能な切断部材と、
   前記外袋を形成する素材よりも硬い素材で形成され且つ前記移動方向に平行に延伸する誘導路と、前記切断部材を支持し、前記誘導路に沿って移動可能な切断部材支持部材とを有する誘導部材と、
   前記切断部材支持部材を前記移動方向に移動可能な切断部材駆動装置と、
   を有することを特徴とする切断装置。