JP7458890B2 - 安全装置、および、安全装置を備えた飛行体 - Google Patents

Description

本発明は、パラシュート又はパラグライダー等の射出物を射出する安全装置、および、当該安全装置を備えた飛行体に関する。

近年、自律制御技術および飛行制御技術の発展に伴って、例えばドローンと呼ばれる複数の回転翼を備えた飛行体の産業上における利用が加速しつつある。ドローンは、例えば複数の回転翼を同時にバランスよく回転させることによって飛行し、上昇および下降は回転翼の回転数の増減によって行い、前進および後進は回転翼の回転数の増減を介して機体を傾けることによって成し得る。このような飛行体は今後世界的に拡大することが見込まれている。

一方で、上記のような飛行体の落下事故のリスクが危険視されており、飛行体の普及の妨げとなっている。こうした落下事故のリスクを低減するために、安全装置が製品化されつつある。

上記安全装置として、たとえば特許文献１には、開口部を有するコンテナと、パラシュートと、コンテナの内部空間を燃焼室とパラシュートを収納するための収納室に分割するためのプラグと、少なくとも１つの火工ガス発生器と、を備えているものが開示されている。

欧州特許第３０５０８０５号明細書

しかしながら、上記特許文献１の安全装置においては、組み立て途中または輸送途中において、安全装置が固定され、地面などに接触している状態で作動した場合、その反動によって、安全装置自体が飛散してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、組み立て途中または輸送途中において作動しても飛散しない安全装置と、この安全装置を備えた飛行体を提供することを目的とする。

（１） 本発明に係る安全装置は、射出物と、前記射出物を射出する射出部と、前記射出部の動力源と、一端部に前記射出物が射出される開口部を有した有底筒状のものであって、少なくとも前記射出物と前記射出部とを内部に収容する収容器と、を備え、前記収容器には、前記収容器の内部と外部とを連通する貫通穴が設けられ、前記収容器の外側の少なくとも一部に、作動時の前記収容器の外部への衝撃の伝達を和らげる衝撃緩衝部材が設けられ、前記収容器の外部の前記貫通穴を閉塞しない位置において前記貫通穴と前記衝撃緩衝部材との間に隙間を形成した状態で、前記収容器と前記衝撃緩衝部材とを連結する連結部材が設けられていることを特徴とする。

（２） 上記（１）の安全装置においては、前記衝撃緩衝部材が、弾性変形する弾性変形部材であって、前記収容器の底部に設けられていることが好ましい。

（３） 別の観点として、上記（１）の安全装置においては、前記衝撃緩衝部材が、塑性変形するスペーサであって、前記収容器の底部に設けられていてもよい。

（４） 別の観点として、本発明は、射出物と、前記射出物を射出する射出部と、前記射出部の動力源と、一端部に前記射出物が射出される開口部を有した有底筒状のものであって、少なくとも前記射出物と前記射出部とを内部に収容する収容器と、を備え、前記収容器の外側の少なくとも一部に、作動時の前記収容器の外部への衝撃の伝達を和らげる衝撃緩衝部材が設けられている安全装置であって、前記射出部が、作動時に初期状態から所定の位置まで前記射出物の射出方向に沿って摺動する摺動部材を有したものであり、前記衝撃緩衝部材が、前記収容器の前記開口部の縁部に前記射出物の射出方向に沿って設けられたスペーサであり、前記開口部から前記スペーサの前記射出方向の端部位置までの距離は、作動時に前記所定の位置まで到達した前記摺動部材の先端位置と前記開口部との距離より大きいものであってもよい。

（５） 上記（４）の安全装置において、前記摺動部材には、前記射出物を押し上げる押し上げ部材が含まれていることが好ましい。

（６） 上記（４）または（５）の安全装置において、前記スペーサは、前記射出方向に沿って設けられた複数の柱状部材を含むものであることが好ましい。

（７） 別の観点として、上記（４）または（５）の安全装置において、前記スペーサの少なくとも一部には、前記射出方向に沿ってスリットが形成されているものであってもよい。

（８） 本発明に係る飛行体は、機体と、前記機体に結合される上記（１）～（７）のいずれか１つに記載の安全装置と、前記機体に結合され、前記機体を推進させる推進機構と、を備えるものである。

本発明によれば、衝撃緩衝部材を接地面にすることで、組み立て途中または輸送途中において作動しても飛散しない安全装置と、この安全装置を備えた飛行体を提供することができる。

また、衝撃緩衝部材の取り付け位置が、安全装置と飛行体の本体との間である場合、安全装置の作動時の飛行体への衝撃を緩衝することができる。

本発明の第１実施形態に係る安全装置を示す断面図である。 図１の押し上げ部材の上視図である。 図１の安全装置が適用される飛行体を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る安全装置を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る安全装置を示す断面図である。 図５の収容器の上視図である。 図５の収容器の斜視図である。 図５の安全装置の動作時の図である。

以下、本発明の実施形態に係る安全装置について、図１～図４を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る安全装置１００は、ピストン部材１０と、当該ピストン部材１０を収容し、作動時に当該ピストン部材１０が外方（図１では上方向）に突出するための孔部１３が設けられたシリンダ１４と、ピストン部材１０により一方向（図１では上方向）に押し上げられる押し上げ部材１５と、当該押し上げ部材１５により支持されつつ押し上げられる射出物１６と、ピストン部材１０をシリンダ１４内で移動させる動力源としてのガス発生器（マイクロガスジェネレータ等）１７と、ピストン部材１０、シリンダ１４、押し上げ部材１５、射出物１６、およびガス発生器１７を収容する有底円筒状の収容器１８と、収容器１８の開口端部を閉塞する蓋部２１と、作動時の衝撃を緩衝する衝撃緩衝部材５０と、を少なくとも備えている。

なお、本実施形態において、射出物１６はパラシュート又はパラグライダーである。また、ガス発生器１７は、シリンダ１４の下方の開口端に圧入又はかしめ、又は溶接された状態で、ピストン部材１０の後述の本体部１１の下方に配置されている。また、シリンダ１４の下部は、収容器１８の底部に固定されている。

ピストン部材１０は、シリンダ１４の内径とほぼ同じ外径の部分を備える本体部１１と、この本体部１１に接続され、上方に延びかつ本体部１１よりも小径の棒状部１２と、を有している。棒状部１２の上端は、シリンダ１４の孔部１３を介して押し上げ部材１５の後述の有底筒状部１９の上端内面に固定されている。また、シリンダ１４内の上部には、ピストン部材１０の棒状部１２の一部を取り囲むように配置されたストッパー２３が設けられている。すなわち、棒状部１２はストッパー２３に挿通された状態で配されている。このことによって、ピストン部材１０が上方に移動した際に、本体部１１がストッパー２３に接触して停止することで、本体部１１がシリンダ１４内から外方に放出されないようになっている。

また、図１に示すように、押し上げ部材１５は、樹脂製、または、樹脂と金属、ＣＦＲＰもしくは繊維強化樹脂などとの複合材などからなり、シリンダ１４の一部、つまり当該シリンダ１４のうちガス発生器１７が配されている側の開口端付近を除く外側の部分を覆うように配置された有底筒状部１９と、当該有底筒状部１９の開口縁部にフランジ（鍔状部）として設けられ射出物１６を支持する円盤状の支持部２０と、を有している。このような構成において、支持部２０の底部は、初期状態で収容器１８の底部内面と離間して設けられている。また、支持部２０には、作動時において射出物１６の底部と支持部２０との間で発生する負圧の影響を軽減して射出物１６が射出されやすくするための貫通穴２６を少なくとも１つ（本実施形態では８個）有している。また、支持部２０の外周部は、収容器１８の内側に接触しないように形成されている。また、支持部２０の上面には、射出物１６について有底筒状部１９の周囲方向への移動を防止する移動防止部材２７が少なくとも１つ（本実施形態では８部）設けられている。

移動防止部材２７は、樹脂製、または、樹脂と金属、ＣＦＲＰもしくは繊維強化樹脂などとの複合材などからなる略三角形状の部材であり、有底筒状部１９を中心として、回転対称となるように複数設けられている。また、これらの移動防止部材２７の間ごとに貫通穴２６が設けられている。なお、図示しないが、貫通穴２６の１つ以上には、ひもまたはワイヤーなどの連結部材の一端が連結されており、当該連結部材の他端には射出物１６が連結されている。

したがって、移動防止部材２７は、移動防止部材２７がない場合に比べて、押し上げ部材１５の強度を向上させることができる。特に、金属製の押し上げ部材および移動防止部材に対して、樹脂製、または、樹脂と金属、ＣＦＲＰもしくは繊維強化樹脂などとの複合材などからなる押し上げ部材１５および移動防止部材２７とした場合、部品強度を保持しつつも軽量化を達成することができる。

また、樹脂製、または、樹脂と金属、ＣＦＲＰもしくは繊維強化樹脂などとの複合材などとした押し上げ部材１５について金属製よりも軽量化できた分、押し上げ部材１５および移動防止部材２７などの動力源であるガス発生器１７の動力を低下させても、軽量化前と同様の性能を維持することも可能である。すなわち、ガス発生器１７を軽量化することも可能となる。たとえば、金属製押し上げ部材の場合と比較して、ガス発生器１７に内包されるガス発生剤の容量を少なくすることができるとともに、ガス発生器１７自体を小型化できる。

収容器１８の射出物１６の射出方向における下流側の端部、つまり収容器１８の上端に蓋部２１が設けられている。蓋部２１の端部の一部は、蓋開閉機構２２に開閉可能に軸支されている。なお、蓋開閉機構２２は、ガス発生器１７の作動に合わせて、モータなどの駆動装置によって自動で蓋部２１を開放するものであってもよい。

また、図１に示すように、収容器１８の底部には、収容器１８内部と外部とを連通する複数の貫通穴２４が設けられている。また、収容器１８の側壁部には、収容器１８内部と外部とを連通する複数の貫通穴２５が設けられている。なお、押し上げ部材１５が収容器１８内において急速で移動する際には、当該押し上げ部材１５と収容器１８の底面との間の領域に負圧が生じる。そのため、押し上げ部材１５を移動させ難くなる。そこで、上記貫通穴２４、２５を設けることで、負圧現象を低減することができ、押し上げ部材１５をスムーズに移動させることが可能となる。

また、射出物１６は、収容器１８内において当該収容器１８の内面と押し上げ部材１５の有底筒状部１９の外側面との間に、たとえば有底筒状部１９の外側面を取り巻くように収容されている。なお、射出物１６は、たとえば紐（図示略）の一端に接続されており、当該紐の他端は収容器１８内部又は後述する飛行体３０の機体３１に接続される。

ガス発生器１７は、点火器のみ用いても良いし、点火器およびガス発生剤を備えたガス発生器を用いても良い。また、火薬式の点火器により小型のガスボンベにおける封板を開裂させ、内部のガスを外部へと排出するハイブリッド型、ストアード型のガス発生器を用いてもよい。この場合、ガスボンベ内の加圧ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、窒素、二酸化炭素などの不燃性のガスあるいはこれらの混合物を用いることができる。また、加圧ガスが放出される際に確実にピストンを推進させるために、ガス発生剤組成物またはテルミット組成物等からなる発熱体をガス発生器に具備させてもよい。

なお、主に、ピストン部材１０、シリンダ１４、押し上げ部材１５、などで、射出物１６を射出する射出部を構成している。

以上のような構成において、安全装置１００が搭載されるたとえば飛行体などが落下する際にガス発生器１７が作動すると、当該作動により発生するガスの圧力によってピストン部材１０がシリンダ１４内を上方に推進する。これにより、ピストン部材１０の棒状部１２に接続された有底筒状部１９を有する押し上げ部材１５が収容器１８内において上方に推進する。これによって、蓋部２１が押し上げ部材１５の上方部によって押し上げられ、開放されると共に、射出物１６が収容器１８内から外方（図１紙面の上方向）に射出される。射出物１６のパラシュート又は揚力発生部材のパラグライダーは収容器１８から射出された後、展開される。

なお、安全装置１００は、図３に示したように、飛行体３０の機体３１に連結部材４０および衝撃緩衝部材５０（衝撃緩衝部材）を介して連結固定されている。このとき、図１に示したように、連結部材４０は、貫通穴２４を閉塞しない位置において、収容器１８と衝撃緩衝部材５０とを連結している。したがって、飛行体３０は、機体３１と、当該機体３１に結合される安全装置１００と、機体３１に結合され、当該機体３１を推進させる１つ以上の推進機構（たとえばプロペラ等）３２と、機体３１の下部に設けられた複数の脚部３３と、を備えている。ここで、実際には、ガス発生器１７の下部の電極に通電用のソケットが嵌合されているが、説明の便宜上、図１においては省略して表現している。

衝撃緩衝部材５０は、たとえば、ゴム、樹脂、またはゲルなどの弾性変形する材料からなる板状または塊状のもの（例えば、ハニカム構造体なども含む）であって、安全装置１００の作動時に発生する衝撃を吸収することができるものである。

以上のように、本実施形態によれば、衝撃緩衝部材５０側を接地面にすることで、組み立て途中または組み立て完成後の輸送途中において作動しても飛散しない安全装置１００とすることができる。

また、衝撃緩衝部材５０の取り付け位置が、安全装置１００と飛行体３０の機体３１との間であるので、安全装置１００の作動時の飛行体３０への衝撃を緩衝することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において、上記第１実施形態と下２桁が同じ符号の部位は、特に説明する場合を除き、上記実施形態で説明したものと同様であるので説明を省略する。また、特に説明していない部位は、上記第１実施形態と同様であるので、説明および図示を省略することがある。また、以降の実施形態、変形例においては、原則として、上記第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

第２実施形態に係る安全装置２００は、図４に示したように、衝撃緩衝部材５０の代わりに衝撃緩衝部材１５０を用いている点で、第１実施形態と異なっている。

衝撃緩衝部材１５０は、金属、樹脂などの塑性変形する材料からなるものであって、断面が四角の棒状スペーサパーツ（たとえば、一対の棒状部材）である。なお、衝撃緩衝部材１５０は、第１実施形態の衝撃緩衝部材５０と同様の材料でもよいが、アルミニウムなどの比較的比重が小さい金属材料であることが好ましい。したがって、衝撃緩衝部材１５０は、安全装置２００の作動時に発生する衝撃を緩衝することができるものである。なお、図４では、１対のスペーサパーツとして示しているが、一変形例として、収容器１１８の底部の形状に合わせた環状のスペーサパーツなどであってもよい。

以上のように、本実施形態によれば、衝撃緩衝部材１５０側を接地面にすることで、組み立て途中または組み立て完成後の輸送途中において作動しても飛散しない安全装置２００とすることができる。

また、衝撃緩衝部材１５０の取り付け位置が、安全装置２００と飛行体の本体との間であるので、安全装置２００の作動時の飛行体への衝撃を緩衝することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図５～図８を用いて説明する。なお、図５は、図６のＡ－Ａ矢視断面図でもある。

第３実施形態に係る安全装置３００は、図５～図７に示したように、衝撃緩衝部材５０の代わりに衝撃緩衝部材２５０を用いている点、収容器２１８の開口部の縁部に突出部２２８が形成されている点、で第１実施形態と異なっている。

衝撃緩衝部材２５０は、射出物２６０の射出方向に沿って、突出部２２８に設けられた複数（本実施形態では４本）の柱状のスペーサである。なお、衝撃緩衝部材２５０のそれぞれは、図５に示したように、突出部２２８にボルト２２２によって締結固定されているが、必要に応じて、取り外し可能となっている。なお、衝撃緩衝部材２５０は、第１実施形態の衝撃緩衝部材５０と同様の材料でもよいが、アルミニウムなどの比較的比重が小さい金属材料であることが好ましい。

押し上げ部材２１５は、ピストン部材２１０とともに、摺動部材を構成している。この摺動部材は、図８に示したように、作動時に初期状態から所定の位置（図８の状態の押し上げ部材２１５の最高位置）まで射出物２１６の射出方向に沿って摺動するものである。また、図８に示したように、収容器２１８の開口部（開口端２１８ａ）から衝撃緩衝部材２５０の先端部２５０ａの位置までの距離は、作動時の前記所定の位置（ここでは、図８の状態の押し上げ部材２１５の最高位置）まで到達した前記摺動部材の先端位置と収容器２１８の開口部（開口端２１８ａ）との距離より大きいものである。したがって、安全装置３００の衝撃緩衝部材２５０側を接地面としている場合、安全装置３００が作動しても、押し上げ部材２１５の有底筒状部２１９の底部外側が地面などに接触することはない。

以上のように、本実施形態によれば、衝撃緩衝部材２５０側を接地面にすることで、組み立て途中または組み立て完成後の輸送途中において作動しても飛散しない安全装置３００とすることができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。たとえば、衝撃緩衝部材は、収容器の外周部に設けられてもよい。

また、たとえば、第３実施形態においては、衝撃緩衝部材２５０として複数の柱状のスペーサを用いたが、これに限られない。たとえば、端部からスリットが１つ以上形成されている筒状のスペーサであってもよい。

また、上記各実施形態では動力源としてガス発生器を採用したが、摺動部材がシリンダ内を推進するための駆動力を当該摺動部材に付与することが可能なものであればその構成は限定されるものではなく、たとえばバネ等の弾性体を採用してもよい。

また、上記各実施形態では、収容器１８を円筒状に形成したが、これに限定されるものではなく、たとえば四角筒のような他の形状に形成してもよい。

また、上記実施形態におけるピストン部材１０をテレスコピック構造として構成してもよい。

また、上記各実施形態において、射出物としてパラシュート又はパラグライダーを採用する場合、当該パラシュート又はパラグライダーがパッキングされていてもよい。なお、当該パッキングは作動時に破れるまたは剥がれるように構成されている。

さらに、上記各実施形態では、射出物として、パラシュート又はパラグライダーを挙げたが、これに限らず、揚力発生部材を含むものを射出物として射出してもよい。揚力発生部材としては、たとえば、パラフォイル、ロガロ型パラシュート、シングルサーフェース型パラシュート、飛行機の翼、プロペラ、バルーン等が挙げられる。また、揚力発生部材がコントロールラインを有する場合、安全装置は、コントロールラインを利用して、射出した揚力発生部材の傾斜角度の変更などを行うことができる操舵機構を備えておくことが望ましい。この操舵機構は、たとえば、揚力発生部材に連結された複数のコントロールラインをそれぞれ巻き取る複数のリールと、これらのリールの動力となるモータと、を備えたものであり、モータの駆動により、コントロールラインを巻き取ったり、出したりすることで、適宜、揚力発生部材を引っ張ったり、引っ張りを緩めたりすることができる。

また、上記各実施形態では、シリンダ、動力源、および収容器は、機体にゴムバンド、ベルト、ひも、その他（機械的接合、ボルト、ファスナー、接着剤）等の手段により固定されていることが好ましい。

１０、１１０、２１０ ピストン部材
１１、１１１、２１１ 本体部
１２、１１２、２１２ 棒状部
１３、１１３、２１３ 孔部
１４、１１４、２１４ シリンダ
１５、１１５、２１５ 押し上げ部材
１６、１１６、２１６ 射出物
１７、１１７、２１７ ガス発生器
１８、１１８、２１８ 収容器
１９、１１９、２１９ 有底筒状部
２０、１２０、２２０ 支持部
２１、１２１ 蓋部
２２、１２２ 蓋開閉機構
２３、１２３、２２３ ストッパー
２４、２５、２６、１２４、１２５、１２６、２２４、２２５、２２６ 貫通穴
２７、１２７、２２７ 移動防止部材
３０ 飛行体
３１ 機体
３３ 脚部
４０ 連結部材
５０、１５０、２５０ 衝撃緩衝部材
１００、２００、３００ 安全装置
２２２ ボルト
２２８ 突出部

Claims (8)

1. 射出物と、
   前記射出物を射出する射出部と、
   前記射出部の動力源と、
   一端部に前記射出物が射出される開口部を有した有底筒状のものであって、少なくとも前記射出物と前記射出部とを内部に収容する収容器と、
   を備え、
   前記収容器には、前記収容器の内部と外部とを連通する貫通穴が設けられ、
   前記収容器の外側の少なくとも一部に、作動時の前記収容器の外部への衝撃の伝達を和らげる衝撃緩衝部材が設けられ、
   前記収容器の外部の前記貫通穴を閉塞しない位置において前記貫通穴と前記衝撃緩衝部材との間に隙間を形成した状態で、前記収容器と前記衝撃緩衝部材とを連結する連結部材が設けられていることを特徴とする安全装置。
2. 前記衝撃緩衝部材が、弾性変形する弾性変形部材であって、前記収容器の底部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の安全装置。
3. 前記衝撃緩衝部材が、塑性変形するスペーサであって、前記収容器の底部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の安全装置。
4. 射出物と、
   前記射出物を射出する射出部と、
   前記射出部の動力源と、
   一端部に前記射出物が射出される開口部を有した有底筒状のものであって、少なくとも前記射出物と前記射出部とを内部に収容する収容器と、
   を備え、
   前記収容器の外側の少なくとも一部に、作動時の前記収容器の外部への衝撃の伝達を和らげる衝撃緩衝部材が設けられており、
   前記射出部が、作動時に初期状態から所定の位置まで前記射出物の射出方向に沿って摺動する摺動部材を有したものであり、
   前記衝撃緩衝部材が、前記収容器の前記開口部の縁部に前記射出物の射出方向に沿って設けられたスペーサであり、
   前記開口部から前記スペーサの前記射出方向の端部位置までの距離は、作動時に前記所定の位置まで到達した前記摺動部材の先端位置と前記開口部との距離より大きいものであることを特徴とする安全装置。
5. 前記摺動部材には、前記射出物を押し上げる押し上げ部材が含まれていることを特徴とする請求項４に記載の安全装置。
6. 前記スペーサは、前記射出方向に沿って設けられた複数の柱状部材を含むものであることを特徴とする請求項４または５に記載の安全装置。
7. 前記スペーサの少なくとも一部には、前記射出方向に沿ってスリットが形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の安全装置。
8. 機体と、
   前記機体に結合される請求項１～７のいずれか１項に記載の安全装置と、
   前記機体に結合され、前記機体を推進させる推進機構と、を備えることを特徴とする飛行体。
   

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