JPH0826199A - 無重量発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】無重量発生装置の小型化を図ると共に、カプセ
ル回収作業の効率を向上させることを目的としている。 【構成】リリース装置本体９ａは胴部１０と、その胴部
１０からガイドレール３に向けて張り出す一対の張出部
１１とから構成される。胴部１０は、ホイスト１４に吊
り下げられている。胴部１０内にはマグネット巻上用ホ
イスト１５が固定され、該ホイスト１４のワイヤ先端部
に切り離し用マグネット１６が固定されている。胴部１
０下面の左右対称位置に、回収用マグネット１８が固定
されている。内カプセル２２の上部中央に、切り離し用
吸着プレート２４が固定されている。外カプセル２３の
天井フレーム２５ｂ上面には、一対の回収用吸着プレー
ト３１が固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自由落下によって無重
量状態を発生させる無重量発生装置に係り、特に、落下
した落下体をリリース位置まで回収する設備に特徴を有
する無重量発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自由落下を利用した無重量発生装置の構
成は、一般に、装置上方から落下路に沿って落下体であ
るカプセルを自由落下させる。そして、この自由落下中
に、カプセル内に無重量状態を発生させ、続いて、該カ
プセルを、装置底部に配設された緩衝材に衝突させて停
止する。さらに、再び、カプセルを落下路上方まで回収
して、上記操作を繰り返す。

【０００３】このような無重量発生装置は、例えば、落
下路に沿って鉛直に延びるように一対のガイドレールが
配設され、そのガイドレールに案内されながら自由落下
可能に、カプセルが配設されている。また、落下路の上
方位置（切り離しゾーン）には、リリース装置が配設さ
れている。そのリリース装置は、電磁石からなる磁着手
段によって、カプセルを一時的に吊り下げ可能となって
いる。

【０００４】なお、上記落下体は、内カプセルと該内カ
プセルを内部に収納した外カプセルと、によって２重カ
プセル構造に構成され、無重量の質を向上させている。
そして、切り離しゾーンにおいて、リリース装置に落下
体を吊り下げた後、その落下体をリリース装置から切り
離して自由落下させ、この自由落下中に無重量状態を発
生させた後に、装置底部の緩衝材に着地させている。

【０００５】続いて、カプセルを、再び、切り離しゾー
ンまで引き上げ、上記無重量状態発生のための自由落下
を繰り返す。上記カプセルを回収するための従来の回収
装置は、例えば、落下路上方に配設された電動巻上機等
による昇降手段と、その昇降手段から下方に向けて延び
るワイヤと、そのワイヤの下端部に設けられた電磁石や
フック等の取付け部と、から構成されている。

【０００６】そして、昇降手段から延びるワイヤを、緩
衝材に着地しているカプセルまで巻き下ろし、そのワイ
ヤの先端部に設けられた磁石にカプセルを磁着させた
り、フックに対してロープ等でカプセルを玉掛けを行い
支持させる。その後、再び、ワイヤを巻き上げてカプセ
ルを切り離しゾーンまで引き上げている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の無重量発生装置では、リリース装置と回収
装置とが、独立した別装置となっている。このため、落
下体の回収作業を実施する度に、リリース装置と回収装
置との入れ替え作業を行う必要があり、作業時間及び手
間が掛かる。また、リリース装置と回収装置とを別に装
備しておく必要があると共に、両装置の入れ替えができ
るだけのスペースが必要となり、無重量発生装置自体が
大型化せざるを得ない。

【０００８】また、取付け部としてフックを利用した従
来の回収装置では、作業員が玉掛け作業を行う必要があ
り手間が掛かる。本発明は、上記のような問題点に着目
してなされたもので、無重量発生装置の小型化を図ると
共に、カプセル回収作業の効率を向上させることを目的
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の無重量発生装置は、内カプセルとその内カ
プセルを内部に収納した外カプセルとから落下体が構成
され、該落下体を、一時的にリリース装置に支持させた
後に切り離して所定の落下路に沿って自由落下させ、内
カプセル内に質の高い無重量状態を発生させる無重量発
生装置において、上記リリース装置本体を、落下路に沿
って移動させる回収用移動手段と、該リリース装置本体
の下部に設けられて上記落下体を着脱可能に磁着可能な
回収用磁着手段と、を備えたことを特徴としている。ま
た、請求項１に記載された構成に対して、請求項２に記
載されているように、リリース装置本体から下方に突設
して上記落下体を一時的に支持可能な切り離し用磁着手
段を備えた無重量発生装置において、切り離し用磁着手
段を回収用磁着手段として兼用することを特徴とする。

【００１０】

【作用】落下体を、鉛直に延びる落下路に沿って自由落
下させて無重量状態を発生させる。続いて、該落下体が
装置底部に着地したら、カプセル回収のために、回収用
移動手段を作動させる。これによって、リリース装置本
体を、上記落下体に向けて降下させ、該リリース装置本
体の下部に設けられた回収用磁着手段を落下体に接触さ
せる。

【００１１】そして、回収用磁着手段に落下体を磁着さ
せたのち、再び、回収用移動手段を作動させて、リリー
ス装置本体を上方に移動させる。このリリース装置本体
の上昇に追従して、落下体は、該リリース装置本体に吊
り下げられた状態で上昇し、落下路上方の切り離しゾー
ンまで移動する。初期位置の切り離しゾーンまで上昇し
たら、シャッタ等の上で内カプセル内の試験体等を交
換，若しくは交換せず、再び、落下体を、リリース装置
本体に設けられた切り離し手段に一時的に支持させた後
に、該リリース装置本体から切り離し、該落下体を落下
路に沿って自由落下させる。

【００１２】このように、本願発明では、従来のような
切り離し作業と落下体回収作業との切換えの度に要求さ
れた、両装置の入れ替え作業が不要となる。また、磁着
手段を採用することで、回収作業が自動化して、カプセ
ル回収の際の玉掛け等の作業は必要ない。次に、請求項
２に記載されている発明の作用について説明する。

【００１３】上記説明では、リリース本体に設けられる
切り離し用磁着手段と回収用磁着手段とを別体として説
明しているが、切り離し用磁着手段に回収用磁着手段を
兼用させることで、構成部品数が減って装置が小型化す
ると共に、切り離し用磁着手段と回収用磁着手段との間
の上記干渉回避作業が不要となる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本実施例の無重量発生装置１は、二重カプセル式落下塔
より構成されている。まず構成を説明すると、図１に示
すように、実験室等を構成する構造物２内において、左
右方向に所定間隔を開けて対向している一対のガイドレ
ール３が、落下路と平行に上下方向に軸を向けて延設さ
れている。また、そのガイドレール３に沿って落下体２
１が自由落下可能となっている。４は、ガイドレール支
柱であって、該ガイドレール３を支持し且つ補強してい
る。

【００１５】また、無重量装置本体は、ガイドレール３
に沿って、下側（地盤側）から、制動ゾーンＺ１，自由
落下ゾーンＺ２，及び切り離しゾーンＺ３の３つの区画
から構成されている。制動ゾーンＺ１は、所定高さ位置
に設置された作業ステージ５を挟んで、上側の制動領域
Ａと下側の非常制動領域Ｂとから構成されている。

【００１６】制動領域Ａには、落下路Ｒを囲むようにし
て補強材６が周設されており、その内周側には、落下し
ている落下体２１の落下速度を制動する制動用リニアモ
ータ７が配設されている。また、上記非常制動領域Ｂに
は、緩衝材８が設置されている。また、切り離しゾーン
Ｚ３には、リリース装置９が配置されている。そのリリ
ース装置９の本体９ａは、図２に示すように、落下路Ｒ
上に位置する胴部１０と、その胴部１０からガイドレー
ル３に向けて左右に張り出した一対の張出部１１と、か
ら構成されている。

【００１７】各張出部１１の先端部には、図３に示すよ
うに、それぞれ３個のガイドローラ１２からなる２対の
ガイドローラ群１３が、相互に上下方向で対向して固定
されている。その張出部１１の先端部は、上記２対のガ
イドローラ群１３を介して、ガイドレール３を所定間隙
を持って挟むように係合し、横方向の移動が規制されて
いる（図３参照）。

【００１８】これによって、リリース装置本体９ａは、
ガイドレール３に案内されつつ落下路Ｒ上を鉛直に移動
可能となっている。また、上記リリース装置本体９ａの
胴部１０は、回収用移動手段も兼ねるホイスト１４に吊
り下げられている。該ホイスト１４の本体は、実験室等
を構成する構造物２の天井部２ａ（例えば梁等）に支持
されていて、該ホイスト１４を作動させることで、ワイ
ヤが巻き上げ若しくは巻き下げられて、リリース装置本
体９ａが昇降するようになっている。

【００１９】その胴部１０内には、切り離し用昇降手段
を構成するマグネット巻上用ホイスト１５が固定され、
該ホイスト１５から下方に延びるチェーンの先端部に、
切り離し用磁着手段を構成する円柱形状の切り離し用マ
グネット１６が固定されている。この切り離し用マグネ
ット１６は、電磁石からなり、図示しない電磁制御器に
より遠隔制御可能となっている。

【００２０】なお、１７はリミットスイッチで、マグネ
ット巻上用ホイスト１５によって切り離し用マグネット
１６を胴部１０側に上昇させた際に、該切り離し用マグ
ネット１６の上面に当接して、それ以上，胴部１０側に
接近することを規制するものである。そして、この規制
位置では、切り離し用マグネット１６の下面が、後述す
る回収用マグネット１８の下面よりも低い位置となって
いる。これによって、カプセル切り離し時に、回収用マ
グネット１８が外カプセル２３と干渉することを回避し
ている。

【００２１】また、上記胴部１０下面の左右対称位置
に、それぞれ回収用磁着手段を構成する円柱形状の回収
用マグネット１８が固定されている。この一対の回収用
マグネット１８は、それぞれ、胴部１０のフレームに対
してネジ棒及びナットによって固定され、該ナットの螺
合状態を調整することで下面の高さ位置がそれぞれ調整
可能となっている。そして、予め、該ナットによる調整
を行うことによって、両回収用マグネット１８の高さが
同一の高さとなるように調整されている。

【００２２】また、切り離しゾーンＺ３と自由落下ゾー
ンＺ２との境界位置には、図１に示すように、横方向に
スライドすることで、その境界位置の落下路Ｒを開閉可
能なシャッタ１９が設けられている。また、その境界位
置の外周には作業ステージ２０が周設されている。な
お、３０は、作業用エレベータで、地上位置から切り離
しゾーンＺ３と作業ステージ５との間の移動設備を構成
している。

【００２３】また、上記落下体２１は、図４及び図５に
示すように、内カプセル２２と、その内カプセル２２を
内部に収納する外カプセル２３と、から構成されてい
る。内カプセル２２は、軸を上下に向けた略円筒体形状
となっていて、その上部中央には、円板状の切り離し用
吸着プレート２４が上面を水平にした状態で固定されて
いる。

【００２４】外カプセル２３は、カプセル本体２５と、
そのカプセル本体２５からガイドレール３に向けて張り
出した左右一対の羽部２６とから構成されている。カプ
セル本体２５の天井フレーム２５ｂ中央には、断面円形
のマグネット用開口部２５ａが開設されている。そのマ
グネット用開口部２５ａの径は、内カプセル２２に固定
された切り離し用吸着プレート２４の径よりも大きく、
且つ、上記切り離し用マグネット１６の径よりも大きい
値に設定されている。これによって、上記切り離し用マ
グネット１６が、該マグネット用開口部２５ａを介して
外カプセル２３内に遊挿され上記切り離し用吸着プレー
ト２４に当接可能となっている。

【００２５】また、上記マグネット用開口部２５ａの内
周面には、図７に示すように、複数個の支持ボルト２７
が、該開口部２５ａの周方向に沿って間欠的に配設され
ている。各支持ボルト２７は、ボルトの軸を上下に向け
て配置されていて、その支持ボルト２７の先端部が、内
カプセル２２における吸着プレート２４の上面外周部位
置に当接可能となっている。これによって、内カプセル
２２を切り離し用マグネット１６で吊り上げた際に、該
支持ボルト２７を介して外カプセル２３も吊り上げられ
る。

【００２６】また、上記カプセル本体２５の天井フレー
ム２５ｂ上面には、一対の回収用吸着プレート３１が固
定されている。該一対の回収用吸着プレート３１は、マ
グネット用開口部２５ａを挟んだ対称位置に、それぞれ
上面を平行状態にして固定されている。また、各回収用
吸着プレート３１は、それぞれ上記回収用マグネット１
８の下面と上下方向で対向配置されている。

【００２７】また、上記羽部２６は、図６に示すよう
に、側面視略台形状の薄いアルミ合金からなり、リニア
モータ７の２次導体を構成している。その羽部２６の先
端には、それぞれ３個のガイドローラ３３からなるガイ
ドローラ群３４が、上下二箇所に設けられている。そし
て、この２対のガイドローラ群３４を介して、各羽部２
６の先端部は、ガイドレール３とある程度の隙間を持っ
て係合している。これによって、外カプセル２３は、ガ
イドレール３に案内されつつ落下路Ｒに沿って昇降可能
となっている。

【００２８】次に、上記構成の無重量発生装置１の具体
的動作について説明する。まず、シャッタ１９を閉め
て、該シャッタ１９上に外カプセル２３を載置し、各ガ
イドレール３を、外カプセル２３のガイドローラ１２で
挟んだ状態に設置する。次に、外カプセル２３のカプセ
ル本体２５内に、試験体や計測装置等を搭載した内カプ
セル２２を収納する。

【００２９】次に、ホイスト１４のワイヤを巻き下げ、
マグネット巻上用ホイスト１５を作動させて、切り離し
用マグネット１６をリリース装置本体９ａから相対的に
降下させる。これによって、切り離し用マグネット１６
を、開口部２５ａを介して外カプセル２３内に遊挿し、
内カプセル２２の吸着プレート２４に当接する。次い
で、図示しない電磁制御器のスイッチを入れ、上記吸着
プレート２４に切り離し用マグネット１６を磁着させた
後、再び、マグネット巻上用ホイスト１５を作動させ
て、切り離し用マグネット１６を上昇させて、吸着プレ
ート２４を介して内カプセル２２を、外カプセル２３に
おけるカプセル本体２５の天井面に接近させ、続けて、
該吸着プレート２４の上面外周部を、マグネット用開口
部２５ａの内周面に設けられた支持ボルト２７の先端に
当接させる。

【００３０】さらに、ホイスト１４のワイヤを巻き上げ
ると、外カプセル２３が支持ボルト２７を介して内カプ
セル２２に支持された状態で、両カプセルが上昇する。
次いで、さらに、ホイスト１４のワイヤを巻き上げるこ
とで、両カプセル２２，２３を、ガイドレール３に沿っ
て落下路Ｒ上端部の高さまで鉛直に引き上げる。

【００３１】次に、シャッタ１９を開き、図示しない電
磁制御器のスイッチを切ると、切り離し用マグネット１
６から吸着プレート２４が切り離され、両カプセル２
２，２３が、共にガイドレール３に沿って下方に向けて
落下を開始する。そして、この落下の際には、外カプセ
ル２３は、ガイドレール３に沿って落下し、内カプセル
２２は、外カプセル２３内部で該カプセルの内面に非接
触状態で落下する。

【００３２】これによって、外カプセル２３は、空気抵
抗やガイドレール３からの抵抗など、自由落下を妨げる
抵抗を受けつつ落下するが、内カプセル２２は、外カプ
セル２３の内部を非接触状態で落下するため極めて自由
落下に近い落下状態となる。このため、自由落下区間を
通過する際、内カプセル２２の内部に、質の高い無重量
状態が発生することとなる。

【００３３】さらに、カプセルが制動ゾーンＺ１に近づ
くと、該制動ゾーンＺ１には、上記落下体２１の切り離
し直前に励磁させた制動用リニアモータ７の各固定子に
よる上向きの移動磁界を発生しているので、外カプセル
２３の各羽部２６に上向きの推進力が付与されて、カプ
セルの落下速度が制動されて徐々に減速する。そして、
内カプセル２２内に搭載した試験体や計測装置等に制動
の衝撃を付与することなく制動し、緩衝材８の上に着地
させる。

【００３４】次に、カプセル回収のために、ホイスト１
４を作動させてワイヤを巻き下げ、上記リリース装置本
体９ａをガイドレール３に案内させながら、落下路Ｒに
沿って降下させる。そして、リリース装置本体９ａをカ
プセル２２，２３に接近させて、該リリース装置本体９
ａから突設された回収用マグネット１８が吸着プレート
３１に当接したら、該リリース装置本体９ａの降下を停
止する。

【００３５】次いで、図示しない電磁制御器のスイッチ
を入れて該回収用マグネット１８を励磁し、該回収用マ
グネット１８に吸着プレート３１を磁着させる。これに
よって、該回収用マグネット１８及び吸着プレート３１
によって、カプセル２２，２３が、リリース装置本体９
ａに吊り下げ可能となる。次に、上記ワイヤを巻き上げ
る。これによって、リリース装置本体９ａがガイドレー
ル３に沿って上昇すると共に、カプセル２２，２３が、
該リリース装置本体９ａに吊り下げられた状態で、該リ
リース装置９の上昇に追従して上昇する。

【００３６】そして、リリース装置本体９ａが、初期位
置の切り離しゾーンＺ３まで上昇したら、シャッタ１９
を閉め、該シャッタ１９上にカプセル２２，２３を載置
する。これによって、カプセルの回収が完了する。さら
に、内カプセル２２内の試験体等を交換，若しくは交換
せず、上記カプセルの自由落下作業を行う。

【００３７】このように、本発明の無重量発生装置１で
は、カプセル切り離しのための切り離し用マグネット１
６と回収用マグネット１８が、共にリリース装置本体９
ａに搭載されているので、従来のように、カプセル回収
のために装置の交換をする必要がない。また、切り離し
装置と回収装置が一体となっているので、装置が従来よ
りも小型化している。

【００３８】また、上記のように装置の交換が不要とな
ると共に、リリース装置本体９ａを降下させて回収用マ
グネット１８に外カプセル２３を磁着し、再び、該リリ
ース装置本体９ａを上昇させるだけで、カプセルの回収
が実施できるので、カプセル回収作業の手間が簡略化し
て自動化すると共に、作業時間が短縮する。このため、
単位時間当たりのカプセルの自由落下回数を増やすこと
が可能となり、所期の実験回数を実施するための時間を
短くすることができる。

【００３９】なお、上記実施例では、支持ボルト２７を
備えた無重量発生装置１で説明しているが、支持ボルト
２７が装備していない無重量発生装置１であってもよ
い。また、上記実施例では、無重量状態の質を向上させ
るために二重カプセル方式の無重量発生装置１で説明し
ているが、他の自由落下方式を利用した無重量発生装置
１であってもよい。

【００４０】また、上記実施例では、回収用マグネット
１８と切り離し用マグネット１６を別に設けているが、
切り離し用マグネット１６に回収用マグネット１８の役
割をもたせてもよい。この時には、該切り離し用マグネ
ット１６に発生する磁力を、供給電力を変えて、切り離
し時の磁界と回収時の磁界の二種類，発生可能とする。

【００４１】そして、回収時には、マグネット用ホイス
ト１４のワイヤを下げて、切り離し用マグネット１６を
外カプセル２３内に遊挿し、続けて、回収時の磁界を発
生して吸着プレート２４を磁着する。そして、切り離し
用マグネット１６及びリリース装置９を上方に移動する
ことで、内カプセル２２を介して外カプセル２３も吊り
下げられて上方に移動して切り離しゾーンＺ３に回収さ
れる。

【００４２】この場合は、回収用マグネット１８が不要
となるので、部品点数が削減されると共に、リリース装
置９の重量が軽量化する。

【００４３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の無重
量発生装置では、カプセル切り離し装置と回収装置とが
一体となっているので、装置自体を小型化することがで
きるという効果がある。また、カプセルの切り離し，落
下，回収といった一連の作業が自動化することが可能と
なるので、作業効率が向上し、時間当たりの実験回数を
増やすことができるという効果もある。

【００４４】また、請求項２に記載されている構成とす
ることで、構成部品数が減って装置が更に小型化すると
共に、切り離し用磁着手段と回収用磁着手段との間の上
記干渉の回避作業も不要となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例の無重量発生装置を示す構
成図である。

【図２】本発明に係る実施例のリリース装置を示す側面
図である。

【図３】本発明に係る実施例の張出部先端の構成を示す
平面図である。

【図４】本発明に係る実施例のカプセル切り離しの際の
状態を示す図である。

【図５】本発明に係る実施例のカプセル回収の際の状態
を示す図である。

【図６】本発明に係る実施例の外カプセルの外形を示す
平面断面図である。

【図７】本発明に係る実施例の切り離し用マグネットで
カプセルを吊り下げ時の状態を示す拡大図である。

【符号の説明】

１ 無重量発生装置 ３ ガイドレール ７ 制動用リニアモータ ９ リリース装置 ９ａ リリース装置本体 １０ 胴部 １１ 張出部 １４ ホイスト １５ マグネット巻上用ホイスト １６ 切り離し用マグネット １８ 回収用マグネット ２１ 落下体 ２２ 内カプセル ２３ 外カプセル ２４ 切り離し用吸着プレート ３１ 回収用吸着プレート Ｒ 落下路 Ｚ１ 制動ゾーン Ｚ２ 自由落下ゾーン Ｚ３ 切り離しゾーン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内カプセルとその内カプセルを内部に収
   納した外カプセルとから落下体が構成され、該落下体
   を、一時的にリリース装置に支持させた後に切り離して
   所定の落下路に沿って自由落下させ、内カプセル内に質
   の高い無重量状態を発生させる無重量発生装置におい
   て、 上記リリース装置本体を、落下路に沿って移動させる回
   収用移動手段と、該リリース装置本体の下部に設けられ
   て上記落下体を着脱可能に磁着可能な回収用磁着手段
   と、を備えたことを特徴とする無重量発生装置。
2. 【請求項２】 リリース装置本体から下方に突設して上
   記落下体を一時的に支持可能な切り離し用磁着手段を備
   えた無重量発生装置において、切り離し用磁着手段を回
   収用磁着手段として兼用することを特徴とする請求項１
   又は請求項２に記載された無重量発生装置。