JP7509647B2 - 安全装置、および、安全装置を備えた飛行体 - Google Patents

安全装置、および、安全装置を備えた飛行体 Download PDF

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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、安全装置として飛行体用パラシュート装置が製品化されつつある。
上記飛行体用パラシュート装置のパラシュート展開装置として、たとえば特許文献1には、収容器内に設けられたパラシュートの下に、当該パラシュートを押し上げて射出する押し上げ部が設けられたパラシュート展開装置が開示されている。
欧州特許第3050805号明細書
上記特許文献1のように、パラシュートの収容器の開口端部に蓋部が設けられている場合、蓋部は収容器の開口端部に圧入によって固定されることが通常であると考えられる。しかしながら、このような圧入固定が施されている場合であっても、作動前における蓋部および収容器の経年劣化、外力、振動などの外部環境によって、当該圧入固定が解放され、蓋部が収容器の開口端部から外れてしまう場合があった。
そこで、本発明は、従来の固定方式の場合に対して作動時の射出物の射出速度を低下させないようにしつつも、作動前において、蓋部と収容器の開口端部との間の固定を従来よりも堅牢化して、外部環境の影響を受けにくくした安全装置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、一端に開口端部を有した有底筒状の収容器と、前記収容器の側壁部に接する突出部を縁部に有し、作動前において前記開口端部を閉塞し、作動後において前記収容器の開口端部を開放可能な蓋部と、前記収容器の内部に設置され、前記収容器に内包される射出物を射出する射出部と、前記開口端部の側壁部において前記収容器の中心に向かって貫設された第1貫通孔と、前記突出部において前記蓋部の中心に向かって貫設された第2貫通孔とに、ピン部材を挿入することによって、前記開口端部の側壁部と前記突出部とを係合する係合機構、または、前記収容器または前記突出部を構成する材料の弾性を利用してはめ込むスナップフィット方式によって、前記開口端部の側壁部と前記突出部とを係止する係止機構と、を備え、前記ピン部材には、作動前において、前記第1貫通孔および前記第2貫通孔に挿入した後に抜けることを防止する係止部が設けられているものである。
(2) 上記(1)の安全装置においては、前記射出部は、作動時において前記蓋部を押し上げる押し上げ部材を有しており、前記係合機構は、作動時において前記蓋部が前記押し上げ部材に押し上げられることによって、前記ピン部材により少なくとも前記第1貫通孔または前記第2貫通孔が破断し、もしくは、前記第1貫通孔または前記第2貫通孔により前記ピン部材が破断し、前記係合が解除されるものであり、前記係止機構は、作動時において前記蓋部が前記押し上げ部材に押し上げられることによって、前記係止が解除されるものであることが好ましい。
) 上記(1)または(2)の安全装置においては、前記第1貫通孔または前記第2貫通孔には、一部に切り欠きを有することが好ましい。
) 上記(1)~()の安全装置においては、前記突出部が、前記開口端部の外側に設けられており、前記蓋部が、前記突出部と対向して前記開口端部を挟む位置に、前記ピン部材の一端部を受ける受け部材を有していることが好ましい。
) 上記(1)~()の安全装置においては、前記ピン部材の他端部に、前記第1貫通孔の径より大きい径のヘッド部が設けられており、前記第1貫通孔と内部側が連通しているとともに、前記ヘッド部の外周囲を囲うように、前記突出部の外側に周壁部が形成されていることが好ましい。
) 上記()の安全装置においては、前記周壁部を有した筒状突起部が、前記突出部の外側に形成されており、前記ヘッド部が前記筒状突起部にかしめ固定されていることが好ましい。
) 上記()または()の安全装置においては、前記ヘッド部が前記周壁部に樹脂によって固定されていることが好ましい。
) 別の観点として、上(2)の安全装置において、前記係止機構は、前記突出部に設けられた凸部と前記開口端部の側壁部に設けられた凹部とが係止してなるものである、または、前記突出部に設けられた凹部と前記開口端部の側壁部に設けられた凸部とが係止してなるものであることが好ましい。
) 上記(1)~()の安全装置においては、前記蓋部が有している天面部の内部側または外部側に前記蓋部を補強する補強部材が形成されていることが好ましい。
10) 本発明に係る飛行体は、上記(1)~()のいずれかの安全装置を備えており、前記射出物は、パラシュートまたはパラグライダーである。

本発明によれば、従来の固定方式の場合に対して作動時の射出物の射出速度を低下させないようにしつつも、作動前において、蓋部と収容器の開口端部との間の固定を従来よりも堅牢化して、外部環境の影響を受けにくくした安全装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る安全装置を示す断面図である。 (a)は図1の安全装置における一部拡大図であり、(b)は図1の安全装置における収容器の側面図である。 図1の安全装置における蓋部の図であって、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は斜視図である。 図1の安全装置が適用される飛行体を示す図である。 図1の安全装置の変形例に係る収容器を示す一部拡大図である。 図1の安全装置の他の変形例を示す一部拡大図である。 図1の安全装置の別の変形例を示す一部拡大図である。
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、摺動部材であるピストン部材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、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、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通気孔26を有している。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。
蓋部21は、図2(a)および図3に示したように、縁部から収容器18側に延設された円筒形状の突出部21aと、突出部21aに対向して収容器18の開口端部を挟む位置において収容器18側に突出するように設けられた受け部材21bと、蓋部21の天面を補強する補強部材21eと、を備えている。
突出部21aは、蓋部21の中心に向かって貫設された第2貫通孔21cを有している。なお、第2貫通孔21cと後述の第1貫通孔18aとにピン部材22を挿入することにより、収容器18の開口端部と突出部21aとを係合する係合機構を構成している。ここで、突出部21aは、円筒形状であるが、受け部材21bと対向するように設けられ、第2貫通孔21cを有している突出部(突起部など)であればよく、必ずしも円筒形状でなくてもよい。
受け部材21bは、蓋部21の中心に向かって貫設された第2貫通孔21dを有している。第2貫通孔21dは、第2貫通孔21cと第1貫通孔18aとにピン部材22を挿入した場合に、ピン部材22の先端部を受ける(ピン部材22の先端部が挿入される)ものであり、収容器18の開口端部と蓋部21との間の固定をより堅牢なものとすることができる。
ピン部材22は、第2貫通孔21cより径が大きいヘッド部22aと、ヘッド部22aが一端に設けられ、第1貫通孔18a、第2貫通孔21c、第2貫通孔21dに挿入して嵌合する棒状部22bと、を有している。なお、ピン部材22には、作動前において、第1貫通孔18a、第2貫通孔21c、第2貫通孔21dに挿入した後に抜けることを防止する係止部が設けられている。このようなピン部材22の具体例としては、ブラッシュクリップピン、トリムクリップピンなどが挙げられるが、これらに限られず、第1貫通孔18a、第2貫通孔21c、第2貫通孔21dに挿入した後に抜けることを防止する係止部(棒状部22b表面の摩擦力が比較的高いものを含む)を有しているものであれば、どのようなものでもよい。
補強部材21eは、蓋部21の天面部の内側において、押し上げ部材15の有底筒状部19の上端に接触しない位置に設けられている。ここで、変形例として、補強部材21eは、押し上げ部材15の有底筒状部19の上端に接触しない状態で補強できるのであれば、どのような形状でもよく、蓋部の中心から外側に向かって、放射状に複数設けられていてもよいし、渦巻状でもよいし、蓋部21の天面部の外側に設けられていてもよい。
収容器18は、第1貫通孔18aと破断可能部18bとを開口端部付近に有している。破断可能部18bは、第1貫通孔18aにおいて図2の紙面の上方向に所定以上の力が加わると破断する箇所である。
また、図1、図2(b)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通気孔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通気孔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、上記通気孔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、ガス発生器17、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、ピン部材22が収容器18の破断可能部18bを破断させることによって蓋部21が容易かつ迅速に外れ、収容器18の開口端部が開放されると共に、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がパラシュート又はパラグライダーである場合には、射出物16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4に示したように、飛行体30の機体31に連結部材40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、通気孔24を閉塞しない位置において、収容器18と機体31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。
以上のように、本実施形態によれば、従来の固定方式の場合に対して作動時の射出物の射出速度を低下させないようにしつつも、作動前において、蓋部21と収容器18の開口端部との間の固定を従来よりも堅牢化して、外部環境の影響を受けにくくした安全装置100と、この安全装置100を備えた飛行体30を得ることができる。
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、本発明には、以下の変形例が含まれる。なお、以下の変形例において、上記実施形態と下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、以降の各変形例においては、原則として、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。これらの事項は、以降の変形例においても同様とする。
上記実施形態における収容器18は、図2(b)に示したような第1貫通孔18aおよび破断可能部18bを有したものであったが、この代わりに、図5に示したように、切り欠きを開口端部側に有した第2貫通孔118aと、当該切り欠きを挟む位置に形成された破断可能部118bとを形成した収容器118を用いてもよい。また、破断可能部は、蓋部の突出部に形成した貫通孔の収容器底面側に設けてもよい。また、蓋部の突出部の貫通孔の先端部側に破断可能部を設けた場合には、当該貫通孔の先端部側に、上記切り欠きと同様の切り欠きおよび破断可能部(破断可能部118bと同様のもの)を形成してもよい。
また、上記実施形態および上記変形例では、ピン部材によって、第1貫通孔または第2貫通孔が破断し、上記係合機構の係合が解除されるものであったが、これに限られない。すなわち、第1貫通孔または第2貫通孔により、ピン部材が破断し、上記係合が解除されるものであってもよい。
また、上記実施形態の係合機構の代わりに、スナップフィット方式の係止機構を用いてもよい。具体的には、(a)図6に示したように、収容器218の開口端部の内壁部に設けられた凹部218aと、収容器118の内側に蓋部221から突出した突出部221aの外壁側に設けられた凸部221bと、が係止してなるもの、(b)図示しないが、収容器の開口端部の内壁側に設けられた凸部と、収容器の内側に蓋部から突出した突出部の外壁側に設けられた凹部と、が係止してなるもの、(c)図示しないが、収容器の径より大きい蓋部の突出部(第2貫通孔21cがない点で相違している以外は上記実施形態と同じもの)の内壁側に設けられた凸部と、収容器の開口端部の外壁側に設けられた凹部と、が係止してなるもの、(d)図示しないが、収容器の径より大きい蓋部の突出部(第2貫通孔21cがない点で相違している以外は上記実施形態と同じもの)の内壁側に設けられた凹部と、収容器の開口端部の外壁側に設けられた凸部とが係止してなるもの、のいずれかの係止機構を用いてもよい。なお、ここでの凸部は連続した環状の突起であってもよいし、独立した棒状の突起であってもよい。また、ここでの凹部は、凸部が環状の突起の場合、環状の溝部であり、凸部が独立した棒状の突起である場合は、環状の溝部でも、独立した窪みであってもよい。
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。
また、図7(a)に示したように、蓋部321の突出部321aの外側において第1貫通孔318aと連通し、ヘッド部322aの外周囲を囲う周壁部を内側に含む筒状突起部321fを形成してもよい。これにより、釘抜きまたはマイナスドライバーなどが差し込まれることによって、ピン部材322が引き抜かれて蓋部321が開放されてしまうことを防止できる。
なお、図7(a)の状態において、筒状突起部321fの外側から内側方向に加圧して、筒状突起部321fの内壁(周壁部)をヘッド部322aに接触させて、かしめ固定することも可能である。これにより、作動時に、ヘッド部322aが外れて外部へ飛散することを防止することができる。
また、図7(a)の状態において、接着剤として機能する樹脂を、ヘッド部322aと筒状突起部321fの内壁(周壁部)との間に充填して固化させ、ヘッド部322aと筒状突起部321fとを固定してもよい。これにより、作動時に、ヘッド部322aが外れて外部へ飛散することを防止することができる。
また、前記かしめ固定したヘッド部322aと筒状突起部321fとを、さらに樹脂で接着固定してもよい。これにより、作動時に、ヘッド部322aが外れて外部へ飛散することをさらに防止することができる。
また、図7(b)に示したように、蓋部421の突出部421aの外側において第1貫通孔418aと連通している凹部421fを形成してもよい。これにより、釘抜きまたはマイナスドライバーなどが差し込まれることによって、ピン部材422が引き抜かれて蓋部421を開放することを防止できる。
また、図7(b)の状態において、接着剤として機能する樹脂を、ヘッド部422aと凹部421fの内壁(周壁部)との間に充填して固化させ、ヘッド部422aと凹部421fとを固定してもよい。これにより、作動時に、ヘッド部422aが外れて外部へ飛散することを防止することができる。
10 ピストン部材
11 本体部
12、22b、322b、422b 棒状部
13 孔部
14 シリンダ
15 押し上げ部材
16 射出物
17 ガス発生器
18、118、218 収容器
18a、118a、318a、418a 第1貫通孔
18b、118b、318b、418b 破断可能部
19 有底筒状部
20 支持部
21、221、321、421 蓋部
21a、221a、321a、421a 突出部
21b、321b、421b 受け部材
21c、21d、321c、321d、421c、421d 第2貫通孔
21e、321e、421e 補強部材
22、322、422 ピン部材
22a、322a、422a ヘッド部
23 ストッパー
24、25、26 通気孔
30 飛行体
31 機体
33 脚部
40 連結部材
100 安全装置
218a 凹部
221b 凸部
321f 筒状突起部
421f 凹部

Claims (10)

  1. 一端に開口端部を有した有底筒状の収容器と、
    前記収容器の側壁部に接する突出部を縁部に有し、作動前において前記開口端部を閉塞し、作動後において前記収容器の開口端部を開放可能な蓋部と、
    前記収容器の内部に設置され、前記収容器に内包される射出物を射出する射出部と、
    前記開口端部の側壁部において前記収容器の中心に向かって貫設された第1貫通孔と、前記突出部において前記蓋部の中心に向かって貫設された第2貫通孔とに、ピン部材を挿入することによって、前記開口端部の側壁部と前記突出部とを係合する係合機構、または、
    前記収容器または前記突出部を構成する材料の弾性を利用してはめ込むスナップフィット方式によって、前記開口端部の側壁部と前記突出部とを係止する係止機構と、
    を備え
    前記ピン部材には、作動前において、前記第1貫通孔および前記第2貫通孔に挿入した後に抜けることを防止する係止部が設けられていることを特徴とする安全装置。
  2. 前記射出部は、作動時において前記蓋部を押し上げる押し上げ部材を有しており、
    前記係合機構は、作動時において前記蓋部が前記押し上げ部材に押し上げられることによって、前記ピン部材により少なくとも前記第1貫通孔または前記第2貫通孔が破断し、もしくは、前記第1貫通孔または前記第2貫通孔により前記ピン部材が破断し、前記係合が解除されるものであり、
    前記係止機構は、作動時において前記蓋部が前記押し上げ部材に押し上げられることによって、前記係止が解除されるものであることを特徴とする請求項1に記載の安全装置。
  3. 前記第1貫通孔または前記第2貫通孔には、一部に欠けた部分が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の安全装置。
  4. 前記突出部が、前記開口端部の外側に設けられており、
    前記蓋部が、前記突出部と対向して前記開口端部を挟む位置に、前記ピン部材の一端部を受ける受け部材を有していることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の安全装置。
  5. 前記ピン部材の他端部に、前記第1貫通孔の径より大きい径のヘッド部が設けられており、
    前記第1貫通孔と内部側が連通しているとともに、前記ヘッド部の外周囲を囲うように、前記突出部の外側に周壁部が形成されていることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の安全装置。
  6. 前記周壁部を有した筒状突起部が、前記突出部の外側に形成されており、
    前記ヘッド部が前記筒状突起部にかしめ固定されていることを特徴とする請求項に記載の安全装置。
  7. 前記ヘッド部が前記周壁部に樹脂によって固定されていることを特徴とする請求項またはに記載の安全装置。
  8. 前記係止機構は、
    前記突出部に設けられた凸部と前記開口端部の側壁部に設けられた凹部とが係止してなるものである、または、
    前記突出部に設けられた凹部と前記開口端部の側壁部に設けられた凸部とが係止してなるものである、
    ことを特徴とする請求項に記載の安全装置。
  9. 前記蓋部が有している天面部の内部側または外部側に前記蓋部を補強する補強部材が形成されていることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の安全装置。
  10. 請求項1~のいずれか1項に記載の安全装置を備えており、
    前記射出物は、パラシュートまたはパラグライダーであることを特徴とする飛行体。
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