JP6325485B2 - 蛇腹構造 - Google Patents

Description

本発明は、船外活動用宇宙服の関節部に使用される蛇腹構造に関するものである。

現在、アメリカや日本で採用されている船外活動用宇宙服は、内部が純酸素で約０．３気圧に与圧されている。宇宙ステーションや宇宙船の内部の圧力が、地球上での大気圧と等しい１気圧に調整されているのに比較して、この船外活動用宇宙服の内部圧力は極めて低い。これは、宇宙空間が高度真空であるため、船外活動用宇宙服の内部圧力が高いと、その圧較差によって宇宙服が膨張してバルーン状となり可動性が低下してしまうため、可動性を確保するために宇宙船外との圧較差を小さく抑えているためである。しかしながら、１気圧から０．３気圧への急激な気圧低下に生体が遭遇すると、減圧症を発症するおそれが高い。そこで、宇宙飛行士は船外活動に先立って、血中や組織中の窒素を排出する予備呼吸を約２４時間にわたり行っている。そのため、船外に出なくてはならない何らかの事態が生じたとしても、急には船外活動を行うことができないのが実情である。

仮に、減圧症を引き起こすおそれが殆どない圧力まで宇宙服内部の圧力を高めても、良好な可動性が得られるなら、予備呼吸をする必要なく船外活動を行うことが可能となり、宇宙飛行士が減圧症を発症するリスクも大幅に低減することができる。ここで、予備呼吸をしなくても減圧症を引き起こすおそれが殆どない圧力は、０．６５気圧であるとの報告がある。現状では、関節部に蛇腹構造を使用している船外活動用宇宙服は、内部圧力が０．３気圧であっても膨張により蛇腹構造の襞が伸展、緊張してしまい屈曲させるための抵抗が大きい。まして、０．６５気圧に宇宙服内部の圧力を高めれば、従来の船外活動用宇宙服の蛇腹構造では、襞が延びきってしまい変形性を失ってしまうことが容易に予想される。

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、船外活動用宇宙服の関節部に使用される蛇腹構造であり、予備呼吸の必要がない高い与圧でも可動性を失わない蛇腹構造の提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかる蛇腹構造は、
「船外活動用宇宙服の関節部に使用される蛇腹構造であって、
シート材が折り曲げられて山部と谷部とが交互に連設されている襞部の一方の端部と他方の端部とが、気密性で、且つ、前記襞部を形成している前記シート材より弾性率の高い気密弾性シートによって連結されていることにより、
該襞部の内側の空間と、着用者の身体の一部を通す環状空間とが、前記気密弾性シートによって区画されている」ものである。

従来の蛇腹構造では、襞部の内側の空間が、着用者の身体の一部を通す環状空間である。これに対し、本構成の蛇腹構造では、襞部の内側の空間と、着用者の身体の一部を通す環状空間とが、気密弾性シートによって区画されている。従って、船外活動用宇宙服の内部空間を与圧するために着用者の身体の一部を通す環状空間を与圧しても、その圧力は襞部の内側の空間の圧力に影響を及ぼさない。

これにより、襞部の内側の空間の圧力を低圧に保つことによって、襞部の可動性を確保しながら、着用者の身体の一部を通す環状空間の圧力は、予備呼吸の必要がない圧力まで高めることができる。なお、襞部の内側の空間の圧力は、従来の船外活動用宇宙服の内部圧力である０．３気圧より低くすることができ、宇宙空間と同じゼロ気圧（真空）とすることもできる。

更に、襞部の内側の空間と、着用者の身体の一部を通す環状空間とを区画している気密弾性シートは、襞部を形成しているシート材より弾性率が高い。そのため、襞部が伸長する際、気密弾性シートは追随して伸長するため襞部の伸長を妨げることがない。加えて、弾性率が高い気密弾性シートは、伸長した後に復元力により元に戻ろうと収縮する。従って、折り曲げたり襞を作って変形させたりしなくても全長が縮小する気密弾性シートによって、伸長した襞部を収縮させる動作を効果的に補助することができる。

本発明にかかる蛇腹構造は、上記構成に加え、「前記山部を支持する第一リングと、前記谷部を支持する第二リングとを、更に具備する」ものとすることができる。

本構成では、第一リング及び第二リングがそれぞれ山部及び谷部を支持していることにより、襞部が径方向に拘束されている。これにより、径方向に膨張して襞部が伸びてしまうことが抑制されており、可動性を確保することができる。

本発明にかかる蛇腹構造は、上記構成に加え、「隣接する前記山部同志、及び隣接する前記谷部同志の少なくとも一方を連結している伸び止め紐を、更に具備する」ものとすることができる。

本構成では、襞部が軸方向に延びる長さが、伸び止め紐によって制限される。従って、襞部が伸び切ってしまうことがないよう、襞部が軸方向に延びる長さを調整することができる。なお、隣接する山部同志を連結する伸び止め紐と、隣接する谷部同志を連結する伸び止め紐の何れか一方を有する構成であっても、双方を有する構成であっても良い。

以上のように、本発明の効果として、船外活動用宇宙服の関節部に使用される蛇腹構造であり、予備呼吸の必要がない高い与圧でも可動性を失わない蛇腹構造を、提供することができる。

本発明の一実施形態の蛇腹構造の斜視図である。 図１の蛇腹構造の断面図である。 図１の蛇腹構造の伸長及び屈曲を説明する図である。 船外活動用宇宙服において図１の蛇腹構造を適用する関節部を示す図である。

以下、本発明の一実施形態である蛇腹構造１について、図１乃至図４を用いて説明する。蛇腹構造１は、船外活動用宇宙服の関節部に使用されるものであり、シート材が折り曲げられて山部１０ａと谷部１０ｂとが交互に連設されている襞部と、襞部の一方の端部と他方の端部とを連結している気密弾性シート２１と具備している。気密弾性シート２１は、気密性で、且つ、襞部を形成しているシート材より弾性率が高く、襞部の内側の空間Ｓ１と、着用者の身体の一部を通す環状空間Ｓ２とを区画している。

また、蛇腹構造１は、山部１０ａを支持する第一リング１１と、谷部１０ｂを支持する第二リング１２とを、更に具備している。加えて、蛇腹構造１は、隣接する山部１０ａ同志を連結している伸び止め紐３１を、更に具備している。

より詳細に説明すると、本実施形態の蛇腹構造１は、図４に示すように、船外活動用宇宙服において肩関節Ｊ１、肘関節Ｊ２、股関節Ｊ３、膝関節Ｊ４など、大きな関節部に適用される。つまり、本実施形態の蛇腹構造１が肩関節Ｊ１や肘関節Ｊ２に適用された場合は、環状空間Ｓ２に着用者の腕が挿通され、蛇腹構造１が股関節Ｊ３や膝関節Ｊ４に適用された場合は、環状空間Ｓ２に着用者の脚が挿通される。

山部１０ａと、山部１０ａとは反対側に折り曲げられている谷部１０ｂによって構成される襞部は、全体的に円筒状を呈しており、金属製で円形の第一リング１１によって山部１０ａが内側から支持されていると共に、第一リング１１より小径の金属製の第二リング１２によって、谷部１０ｂが外側から支持されている。ここでは、襞部が６つの山部１０ａと５つの谷部１０ｂによって構成されており、襞部の両端が山部１０ａである場合を例示している。

そして、気密弾性シート２１は円筒状であり、その両端は、襞部の一端の山部１０ａと他端の山部１０ａとに、それぞれ全周にわたり連結されている。これにより、襞部と気密弾性シート２１との間に空間Ｓ１が形成されると共に、円筒状の気密弾性シート２１の内側に環状空間Ｓ２が形成される。このように、襞部の内側の空間Ｓ１と環状空間Ｓ２とを区画しているのは「気密性」の材料であるため、空間Ｓ１と環状空間Ｓ２とはそれぞれ独立した空間であり、異なる圧力とすることができる。

従って、船外活動用宇宙服の内部を与圧することにより、着用者の身体を通す環状空間Ｓ２を高い圧力としても、それとは無関係に襞部の内側の空間Ｓ１を低圧にしておくことができる。そのため、環状空間Ｓ２を０．６５気圧という予備呼吸の必要のない高い圧力に設定したとしても、襞部の内側の空間Ｓ１の圧力が高くなることはなく、襞部の膨張を抑制して可動性を確保し、伸長及び屈曲させることができる。このとき、山部１０ａが第一リング１１で、谷部１０ｂが第二リング１２で支持されていることにより、襞部の径方向の膨張が拘束されているため、襞部の形状が保持されており、襞部を山部１０ａ及び谷部１０ｂにおいて伸長及び屈曲させることができる。

更に、気密弾性シート２１として、襞部を形成しているシート材より弾性率の高い材料を採用している。これにより、図３（ａ）に示す状態から、襞部において隣接する山部１０ａと谷部１０ｂとの距離を広げて、図３（ｂ）に示すように蛇腹構造１を引き延ばす際、気密弾性シート２１がこの動きを妨げることなく伸長する。なお、隣接する山部１０ａと山部１０ａとを伸び止め紐３１が連結しているため、蛇腹構造１が引き延ばされる長さは、伸び止め紐３１が伸長し切る長さまでに制限される。

また、気密弾性シート２１が弾性に富んでいることにより、蛇腹構造１を引き延ばした後で再び襞部を折り畳むように屈曲させる際、気密弾性シート２１自身がその弾性により収縮しようとする。従って、折り曲げたり襞を作って変形させたりしなくても全長が収縮する気密弾性シート２１によって、襞部を屈曲させる筋肉の動きを効果的に補助することができる。気密性で弾性率の高い気密弾性シート２１としては、クロロプレンゴムなどのゴムで形成されたシートを使用することができ、織布などゴムより伸びにくい材料をゴムシートに積層することにより、気密弾性シート２１の伸び率を調整することができる。

なお、蛇腹構造１を屈曲させる際は、図３（ｃ）に示すように、伸び止め紐３１で連結されている部分を屈曲の中心となるようにすると、伸び止め紐３１によって襞部の屈曲が補助されるため、屈曲させやすい。

実際に、環状空間Ｓ２を密閉してその内部の圧力を０．６５気圧とする一方で、襞部の内側の空間の圧力をゼロ気圧としたところ、膨張によって襞部が伸展、緊張することなく山部１０ａ及び谷部１０ｂが連設された形状が保持され、山部１０ａ及び谷部１０ｂにおいて襞部を問題なく伸長及び屈曲させることができた。

以上のように、本実施形態の蛇腹構造１によれば、襞部の内側の空間Ｓ１と環状空間Ｓ２とを異なる圧力とすることができるため、空間Ｓ１を低圧として可動性を確保しつつ、環状空間Ｓ２を予備呼吸の必要がない圧力まで高めることができる。

また、金属製の第一リング及び第二リングの存在により、山部１０ａ及び谷部１０ｂが径方向に変形することがなく、襞部の形状が保持されている。

更に、空間Ｓ１と環状空間Ｓ２とを気密に区画している材料（気密弾性シート２１）が弾性に富んでいるため、襞部の伸長に追随して伸長すると共に、元に戻ろうと収縮する力によって、襞部を屈曲させる筋肉の動きが補助される。

加えて、伸び止め紐３１を有しているため、襞部の伸長を意図する長さに調整できると共に、伸び止め紐３１が襞部に連結されている部分を屈曲の中心とすることで、襞部を容易に屈曲させることができる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、襞部より外側の空間で、伸び止め紐３１が隣接する山部１０ａ同志を連結している場合を例示したが、これに限定されず、隣接する谷部１０ｂ同志を連結する伸び止め紐を、襞部より内側の空間Ｓ１内に位置させることができる。なお、伸び止め紐としては、樹脂ワイヤや金属ワイヤを使用可能である。

１ 蛇腹構造
１０ａ 山部
１０ｂ 谷部
１１ 第一リング
１２ 第二リング
２１ 気密弾性シート
３１ 伸び止め紐

Claims (3)

1. 船外活動用宇宙服の関節部に使用される蛇腹構造であって、
   シート材が折り曲げられて山部と谷部とが交互に連設されている襞部の一方の端部と他方の端部とが、気密性で、且つ、前記襞部を形成している前記シート材より弾性率の高い気密弾性シートによって連結されていることにより、
   該襞部の内側の空間と、着用者の身体の一部を通す環状空間とが、前記気密弾性シートによって区画されている
   ことを特徴とする蛇腹構造。
2. 前記山部を支持する第一リングと、
   前記谷部を支持する第二リングとを、更に具備する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蛇腹構造。
3. 隣接する前記山部同志、及び隣接する前記谷部同志の少なくとも一方を連結している伸び止め紐を、更に具備する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蛇腹構造。
   
   

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