JP6925303B2 - 分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、飛翔体から一部の構成部を分離する分離装置に関する。

飛翔体から一部の構成部を分離する装置の一例として、Ｖバンドクランプと火工品とを組み合わせた分離装置がある。この分離装置は、飛翔体の構成部間を締結しているＶバンドクランプを火工品の作用によって切断し、飛翔体から一部の構成部を分離する。

この分離装置においては、Ｖバンドクランプの切断後に、Ｖバンドクランプが備える帯状のベルト部の歪エネルギが短時間で解放されて運動エネルギとなるので、Ｖバンドクランプが飛翔体に衝突し飛翔体に衝撃が発生する場合がある。特許文献１に記載の分離装置は、ハニカム状の構造体をＶバンドクランプと飛翔体との間に設置しておき、ベルト部が解放された際には、ハニカム状の構造体が変形されることでベルト部の運動エネルギを吸収している。

米国特許出願公開第２０１６／０３４７４８１号明細書

しかしながら、特許文献１の技術では、ハニカム状の質量の大きな構造体を、飛翔体とベルト部との間に多数設ける必要があるので、分離装置の質量が増加するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、飛翔体から一部の構成部を分離する際の飛翔体への衝撃を軽量構造で緩和することができる分離装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の分離装置は、飛翔体に含まれる第１構成部と第２構成部との境界部分に巻かれるベルト部と、ベルト部が境界部分に巻かれた状態でベルト部の第１の端部および第２の端部に接続されることによって第１構成部と第２構成部とを接続固定する固定部と、を備える。また、本発明の分離装置は、第１の端部に接続された第１の接続部材と、第２の端部に接続された第２の接続部材と、火薬を用いて固定部を切断可能であり、固定部の切断によって第１の端部と第２の端部との間の接続を解く火工品と、第１の接続部材とは離れた位置で第２構成部に接続され、且つ固定部が切断されて第１の端部と第２の端部とが離れる方向に移動した際に移動してきた第１の接続部材に衝突され、衝突された際の第１の接続部材の衝撃力を減衰させる緩衝装置と、を備える。

本発明によれば、飛翔体から一部の構成部を分離する際の飛翔体への衝撃を軽量構造で緩和することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態にかかる分離装置を備えた飛翔体の構成を示す図 実施の形態にかかる分離装置の底面図 実施の形態にかかる分離装置が備えるベルト部の変形を説明するための図

以下に、本発明にかかる分離装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる分離装置を備えた飛翔体の構成を示す図である。図２は、実施の形態にかかる分離装置の底面図である。筒状を有した飛翔体１００の底面側は、−Ｚ軸方向であり、飛翔体１００の頂上側は、＋Ｚ軸方向である。図１では、飛翔体１００の筒軸方向をＺ軸方向とし、筒軸に垂直な平面をＸＹ平面としている。また、図２では、分離装置５０を−Ｚ軸方向から見た場合の分離装置５０の構成を示している。

飛翔体１００の一例は、ミサイルといった誘導飛翔体である。飛翔体１００は、第１構成部１と、第２構成部２と、分離装置５０とを含んでいる。第１構成部１および第２構成部２は、飛翔体１００を構成する推進装置である。分離装置５０は、第１構成部１と第２構成部２とを繋げて固定するとともに、飛翔体１００が飛翔している際に、第１構成部１と、切り離される部分である第２構成部２と、を分離させる。

第１構成部１は、飛翔体１００内で第２構成部２よりも先端側に配置される。第１構成部１は、飛翔体１００の先端部分に配置されてもよいし、中間部分に配置されてもよい。第２構成部２は、飛翔体１００の中間部分に配置されてもよいし、後端部分に配置されてもよい。第１構成部１のうち第２構成部２に接続される箇所は円筒状をなしており、第２構成部２のうち第１構成部１に接続される箇所は円筒状をなしている。これら２つの円筒は、同じ直径を有している。

分離装置５０は、Ｖバンドクランプ３と、複数の分離機構２０とを備えている。ここでは、分離装置５０に２つの分離機構２０が配置される場合について説明する。分離装置５０に２つの分離機構２０が配置される場合、一方の分離機構２０と他方の分離機構２０とは、第１構成部１と第２構成部２との円筒状の境界部分で１８０度ずれた位置に配置される。なお、分離装置５０には、１つだけの分離機構２０が配置されてもよいし、３つ以上の分離機構２０が配置されてもよい。

Ｖバンドクランプ３は、第１構成部１と第２構成部２との境界部分で第１構成部１と第２構成部２とを固定する。Ｖバンドクランプ３は、ベルト部８と締結部４とを備えており、ベルト部８および締結部４によって、第１構成部１と第２構成部２とを接続する。

ベルト部８は、帯状の部材で形成されている。ベルト部８は、金属などの弾性部材で構成されており、曲げ伸ばしが可能となっている。ベルト部８は、第１構成部１と第２構成部２との境界部分に取付けられる際には、円弧状に曲げられて境界部分に取付けられ、ベルト部８の端部８ａ，８ｂが引寄せられた状態で締結部４によって固定される。分離装置５０において、２つのベルト部８が境界部分に取付けられる場合、一方のベルト部８の１つの端部８ａが、第１の端部であり、他方のベルト部８の１つの端部８ｂが、第２の端部である。また、分離装置５０において、１つのベルト部８が境界部分に取付けられる場合、ベルト部８の一方の端部が、第１の端部であり、他方の端部が、第２の端部である。また、分離装置５０において、３つ以上のベルト部が境界部分に取付けられる場合、第１のベルト部の１つの端部が、第１の端部であり、第２のベルト部の１つの端部が、第２の端部である。

ベルト部８は、その裏面が、第１構成部１と第２構成部２とに接触するよう、第１構成部１および第２構成部２に巻き付けられる。これにより、ベルト部８のおもて面が露出する。この状態では、ベルト部８の一方の側面が＋Ｚ軸方向を向き、ベルト部８の他方の側面が−Ｚ軸方向を向く。

固定部である締結部４は、曲げられた状態のベルト部８を第１構成部１および第２構成部２に固定する。締結部４は、ベルト部８の第１の端部側である端部８ａ側に取付けられる第１部材４１と、ベルト部８の第２の端部側である端部８ｂ側に取付けられる第２部材４２と、第１部材４１と第２部材４２とを接合するボルト４３とを備えている。締結部４のボルト４３は、第１部材４１に設けられたねじ穴と、第２部材４２に設けられた穴とに差し込まれて第１部材４１および第２部材４２に取付けられる。締結部４は、ベルト部８が境界部分に巻かれた状態で第１部材４１および第２部材４２に接続することによって第１構成部１と第２構成部２とを接続固定する。ボルト４３を第１部材４１のねじ穴にねじ込むことで、第１部材４１と第２部材４２の距離が近付けられて、第１構成部１と第２構成部２とが締め付けられる。第１部材４１と第２部材４２との距離が近付けられることで、ベルト部８を引き延ばす力が加えられて、ベルト部８に歪エネルギが蓄積される。

分離機構２０は、飛翔体１００が飛翔している際に、第１構成部１から第２構成部２を分離させる。分離機構２０は、締結部４を切断するための火工品５と、火工品５に点火するための点火装置６と、抜け止め部１０と、緩衝装置１１と、ブラケット２１，２２と、シャフト１３と、展伸機構であるばね１４と、を備えている。ばね１４の例は、圧縮ばねである。

火工品５は、締結部４のボルト４３内に配置されている。火工品５には、火薬が格納されており、この火薬が点火されることによって、締結部４のボルト４３を切断する。火工品５は、締結部４のボルト４３を切断することによってベルト部８の端部８ａと端部８ｂとの間の端部同士の接続を解くことができる。

ブラケット２１，２２は、腕木といった片持ち状の支持具であり、Ｌ字状の部材で構成されている。第１の接続部材であるブラケット２１は、第１の板部２１ａと、第１の板部２１ａに接合されるとともに第１の板部２１ａに対して垂直な方向に延設された第２の板部２１ｂとを有している。第２の接続部材であるブラケット２２は、第１の板部２２ａと、第１の板部２２ａに接合されるとともに第１の板部２２ａに対して垂直な方向に延設された第２の板部２２ｂとを有している。

ブラケット２１は、１枚の板状部材が、第１の板部２１ａと第２の板部２１ｂとの境界部分で折り曲げられることによって作製されている。ブラケット２２は、１枚の板状部材が、第１の板部２２ａと第２の板部２２ｂとの境界部分で折り曲げられることによって作製されている。

飛翔体１００では、第１の板部２１ａ，２２ａがＸＹ平面と平行になり、第２の板部２１ｂ，２２ｂがＹＺ平面と平行になるよう、ブラケット２１，２２が分離装置５０に取付けられる。第２の板部２１ｂ，２２ｂには、シャフト１３が通される貫通穴が設けられている。各貫通穴は、圧縮ばねであるばね１４の外径よりも小さな径を有している。ブラケット２１は、第１部材４１の下方側で、第１の板部２１ａがベルト部８に接合され、ブラケット２２は、第２部材４２の下方側で、第１の板部２２ａがベルト部８に接合されている。

シャフト１３は、抜け止め部１０と緩衝装置１１との間に配置される。シャフト１３は、ばね１４の内側に挿通されるとともに、第２の板部２１ｂ，２２ｂの各貫通穴に挿通される。ばね１４は、第２の板部２１ｂと第２の板部２２ｂとに挟まれることによって圧縮された状態で分離機構２０に取付けられる。すなわち、ボルト４３が第１部材４１のねじ穴にねじ込まれると、ベルト部８の抜け止め部１０側の端部８ａと、ベルト部８の緩衝装置１１側の端部８ｂとが互いに引寄せられ、これにより、第２の板部２１ｂと第２の板部２２ｂとがばね１４を押し縮める。

抜け止め部１０は、第２構成部２に固定されている。抜け止め部１０は、シャフト１３の一方の端部に接続されており、ブラケット２２がシャフト１３から抜け出ることを防止する。締結部４によって締結されていたベルト部８の両端である端部８ａ，８ｂが解放された場合、端部８ａ，８ｂは、互いに離れる方向に移動する。そして、ブラケット２２は、ばね１４に押されて抜け止め部１０側へ移動し抜け止め部１０に衝突する。これにより、ブラケット２２は、シャフト１３から抜け出ることはない。

緩衝装置１１の例は、ダンパー、クッション部材である。緩衝装置１１は、第２構成部２に固定されている。緩衝装置１１は、シャフト１３の他方の端部に接続されており、ブラケット２１がシャフト１３から抜け出ることを防止するとともに、ブラケット２１が緩衝装置１１に衝突する際の衝撃を緩める。すなわち、緩衝装置１１は、端部８ａ，８ｂが互いに離れる方向に移動した際にブラケット２１に衝突されてブラケット２１の衝撃力を減衰させる。締結部４によって締結されていたベルト部８の端部８ａ，８ｂが解放された場合、端部８ａ，８ｂは、互いに離れる方向に移動する。そして、ブラケット２１は、ばね１４に押されて緩衝装置１１側へ移動しブラケット２１は、緩衝装置１１に衝突する。これにより、ブラケット２１は、シャフト１３から抜け出ることはない。

なお、第１構成部１と第２構成部２とを固定する部品は、Ｖバンドクランプ３に限らず何れの部品であってもよい。したがって、締結部４以外の部品によって、ベルト部８の端部８ａと端部８ｂとを接続固定してもよい。

また、分離機構２０では、抜け止め部１０の代わりに、緩衝装置１１が配置されてもよい。すなわち、分離機構２０は、シャフト１３の両端に、緩衝装置１１が配置されてもよい。

つぎに、飛翔体１００の動作について説明する。図３は、実施の形態にかかる分離装置が備えるベルト部の変形を説明するための図である。図３では、図２で説明したばね１４が、展伸した様子を示している。

第１構成部１と第２構成部２とにＶバンドクランプ３および分離機構２０が取付けられた後、飛翔体１００は飛ばされる。この後、飛翔体１００は、飛翔中の特定のタイミングで、第２構成部２が飛翔体１００から分離される。このとき、分離機構２０では、点火装置６からの電気信号によって火工品５が点火され火工品５の動作によって締結部４が切断されることで、第１構成部１と第２構成部２との締結が解除される。すなわち、ベルト部８の端部８ａ，８ｂの拘束が解放される。

これにより、ベルト部８に蓄積された歪エネルギが運動エネルギに変化する。このとき、ベルト部８は、曲げられた形状から、曲げ量が小さくなる形状になるよう復元する。換言すると、ベルト部８は、曲げられた形状から真っ直ぐに伸びた形状である自然状態に戻ろうとする。また、ブラケット２２が、ばね１４に押されて抜け止め部１０側へ移動し、ブラケット２１が、ばね１４に押されて緩衝装置１１側へ移動する。ブラケット２１，２２の貫通穴には、シャフト１３が挿し込まれているので、ブラケット２１，２２は、シャフト１３の軸方向に沿って移動する。これにより、ベルト部８の端部８ａ，８ｂもシャフト１３の軸方向に沿って移動する。具体的には、ベルト部８の端部８ａがブラケット２２とともに抜け止め部１０側に移動し、ベルト部８の端部８ｂがブラケット２１とともに緩衝装置１１側に移動する。すなわち、ベルト部８の端部８ａ，８ｂが開くように、ベルト部８が変形する。

これにより、ベルト部８の端部８ａ，８ｂは、第１構成部１と第２構成部２との境界部分から遠ざかる方向に移動する。このように、ベルト部８は、ベルト部８に蓄積された歪エネルギと、ばね１４に蓄積された弾性エネルギとによって、境界部分から離れていくので、ベルト部８が不完全な解放となることはない。さらに、ブラケット２１は、ばね１４に押されて緩衝装置１１側へ移動し、緩衝装置１１に衝突して緩やかに停止するので、ベルト部８が第１構成部１および第２構成部２に衝突することを防止できる。

ベルト部８は、端部８ａ，８ｂが自然状態よりも大きく開いた場合には弾性力によって端部８ａ，８ｂが閉じようとするが、ばね１４の弾性力は、ベルト部８が端部８ａ，８ｂを閉じようとする作用に抵抗する。このため、ばね１４は、ベルト部８の自然状態よりも大きく端部８ａ，８ｂを開かせることができる。このように、本実施の形態では、ばね１４を用いて端部８ａ，８ｂを開かせるので、低剛性かつ軽量構造のベルト部８を適用することが可能となる。ばね１４は、所望の開放寸法を得ることができるばね係数となるよう以下の式（１）に基づいて、形成されている。式（１）におけるＦ（Ｎ）は、ばね１４の弾性力であり、ｘ（ｍ）は、ばね１４の伸びの長さであり、比例定数のＫ（Ｎ／ｍ）は、ばね係数である。

Ｆ＝Ｋｘ・・・（１）

ここで、ばね１４を有していない分離装置において、締結部が切断されてベルト部が変形する際のベルト部の動作について説明する。締結部が切断されると、曲げられた状態で取付けられていたベルト部の弾性力が、ベルト部と締結対象との接触面に生じる摩擦力に打ち勝ってベルト部の両端部を開き、これにより締結対象が分離される。このとき、ベルト部と締結対象との接触面に生じる摩擦力に比べ、ベルト部の弾性力が大きくなければ、ベルト部の両端部が開かずに分離が達成されない可能性がある。そのため、ばね１４を有していない分離装置においては、剛性の高いベルト部が用いられる場合があるが、ベルト部を高剛性とすると、ベルト部の質量が増加する。

また、緩衝装置１１を有していない分離装置においては、締結部が切断されると、曲げられた状態で取付けられていたベルト部は解放され、ベルト部は、ベルト部の種々の位置で伸びようとする。これにより、ベルト部の種々の位置で変形が発生する。このとき、ベルト部では、外側に広がる箇所と、外側に広がる箇所からの力で内側に押される箇所とが発生する。ベルト部のうち内側に押される箇所は、飛翔体に衝突する場合がある。これが飛翔体への衝撃となる。

このように、実施の形態では、緩衝装置１１を用いることによって、締結部４が切断された際のベルト部８の変形速度を緩やかにしている。したがって、飛翔体１００から第２構成部２を分離する際のベルト部８による飛翔体１００への衝撃を軽量構造で緩和することができる。

また、分離装置５０がばね１４を備えているので、ベルト部８の弾性力が小さい場合であっても、ベルト部８の端部８ａ，８ｂを所望寸法まで開かせることができる。

また、シャフト１３によって、ベルト部８の変形方向に制限を与えているので、締結部４が切断された際にベルト部８が内側に押されにくくなる。したがって、飛翔体１００から第２構成部２を分離する際に、ベルト部８が飛翔体１００に衝突しにくくなる。なお、本実施の形態では、分離装置５０がばね１４を備える場合について説明したが、分離装置５０は、ばね１４を備えていなくてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 第１構成部、２ 第２構成部、３ Ｖバンドクランプ、４ 締結部、５ 火工品、６ 点火装置、８ ベルト部、８ａ，８ｂ 端部、１０ 抜け止め部、１１ 緩衝装置、１３ シャフト、２０ 分離機構、２１，２２ ブラケット、２１ａ，２２ａ 第１の板部、２１ｂ，２２ｂ 第２の板部、４１ 第１部材、４２ 第２部材、４３ ボルト、５０ 分離装置、１００ 飛翔体。

Claims (6)

1. 飛翔体に含まれる第１構成部と第２構成部との境界部分に巻かれるベルト部と、
   前記ベルト部が前記境界部分に巻かれた状態で前記ベルト部の第１の端部および第２の端部に接続されることによって前記第１構成部と前記第２構成部とを接続固定する固定部と、
   前記第１の端部に接続された第１の接続部材と、
   前記第２の端部に接続された第２の接続部材と、
   火薬を用いて前記固定部を切断可能であり、前記固定部の切断によって前記第１の端部と前記第２の端部との間の接続を解く火工品と、
   前記第１の接続部材とは離れた位置で前記第２構成部に接続され、且つ前記固定部が切断されて前記第１の端部と前記第２の端部とが離れる方向に移動した際に移動してきた前記第１の接続部材に衝突され、衝突された際の前記第１の接続部材の衝撃力を減衰させる緩衝装置と、
   を備える、
   ことを特徴とする分離装置。
2. 前記第１の接続部材と、前記第２の接続部材とによって押し縮められるばねをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
3. 前記固定部が切断されて前記第１の端部と前記第２の端部とが離れる方向に移動した際に、前記第２の接続部材が衝突する抜け止め部をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の分離装置。
4. 前記緩衝装置と前記抜け止め部との間に配置されるシャフトをさらに備え、
   前記シャフトは、前記第１の接続部材および前記第２の接続部材に設けられた各貫通穴と、前記ばねの内側とを通る、
   ことを特徴とする請求項３に記載の分離装置。
5. 前記固定部は、Ｖバンドクランプである、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載の分離装置。
6. 前記緩衝装置は、ダンパーまたはクッション部材である、
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載の分離装置。

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